(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号のスペクトラルプロファイルと予め定めた複素値スペクトラルフィルタリング関数との積に対応するスペクトラルプロファイルを有する出力光信号を発生するように構成した回折性導波路であって、当該回折性導波路は、複数の空間的に独立したサブ格子を具え、各サブ格子が回折素子の周期的なアレイを含み、これらサブ格子は、予め定めた複素値スペクトラルフィルタリング関数に基づいて位置決め及び構成され、前記サブ格子の各々が、振幅、空間位相シフト、開始点及び終端の位置、及び空間周期（Ａi 、ｘi 、ｘi a 、ｘi b 及びΛi ）を有し、前記サブ格子の振幅（Ａi ）及び位相（−ｊ２πｘi／Λi ）が複素パラメータａi の絶対値及び偏角にそれぞれ対応し、複素パラメータａiが式、
【数１】
0003696089.tif 000007
により表され、
ここで、νを周波数とし、ｎo を導波路の有効屈折率とし、β＝２／ｃとし、ｃは真空中の光速とし、ｄi ＝ｘi b −ｘi a とし、ｍi はｉ番目のサブ格子の次数とし、Ｆi （ν）＝（ｊＣ／Ｎ）ｓｉｎｃ（πｎo ｄi ［νβ−１／ｎo Λi ］］とし、Ｃを定数とし、Ｎをサブ格子の数とし、Ｔ（ν）を複素値スペクトラルフィルタリング関数とし、ｊを−１の平方根とした回折性導波路。
【請求項２】
空間的に識別される複数のサブ格子を具え、各サブ格子が回折素子の周期的なアレイを含み、これらサブ格子は、予め定めた複素値スペクトラルフィルタリング伝達関数と当該導波路に入射した入力光信号のスペクトラルプロファイルとの積に対応する出力光信号を発生するように構成され、ｉ番目のサブ格子は、振幅、空間位相シフト、開始点及び終端の位置、及び空間周期（Ａi 、ｘi 、ｘi a 、ｘi b 及びΛi ）を有し、サブ格子の複素振幅が式、
【数１】
0003696089.tif 000008
に対応し、
ここで、νを周波数とし、ｉ番目のサブ格子の振幅Ａi 及び空間位相シフトｘi は、ａi ＝Ａi ｅｘｐ（−ｊ２πｘi ／Λi ）として表される上記式（ａi ）の振幅及び位相により決定され、β＝２／ｃとし、ｃは真空中の光速とし、ｄi ＝ｘi b −ｘi a とし、ｍiはｉ番目のサブ格子の次数とし、Ｆi （ν）＝（ｊＣ／Ｎ）ｓｉｎｃ（πｎo ｄi ［νβ−１／ｎo Λi ）］とし、Ｃを定数とし、Ｎをサブ格子の数とし、Ｔ（ν）を前記予め定めた複素値スペクトラルフィルタリング関数とし、ｊを−１の平方根とし、ｎo を当該導波路の有効屈折率とした回折性導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、複合ファイバブラッグ回折格子に関するものであり、特にスペクトラルフィルタリング用の複合回折格子の使用及び構成通信システムにおける複合ファイバ回折格子を使用することに関するものである。
【０００２】
発明の背景
光ファイバブラッグ回折格子は、光ファイバを伝搬する特定の波長光を選択的に透過させ又は反射させる重要な素子である。ファイバブラッグ回折格子は、ファイバの長さ方向に沿って周期的に変化する屈折率プロファイルを含む光ファイバにより構成される。単一の周期Λを有する屈折率プロファイルの場合、λ＝２Λの波長光を選択的に反射する。他の波長光はほとんど透過する。或いは、チャープド回折格子のように、周期Λをファイバの長さ方向に沿って変化するように選択し、広い範囲の波長光を反射させることができる。このような広帯域回折格子は、例えば有限の帯域幅の伝搬信号に波長依存時間遅延を与える分散補償のために用いることができる。別のクラスのファイバ回折格子として、周期的な間隔が透過波長の少なくとも１０倍以上の長周期回折格子が含まれる。これらの回折格子においては、共伝搬ガイデッドモードと非ガイデッドモードとの間で光パワーを結合する際、波長依存性の損失が生じてしまう。長周期回折格子は、ガイデッドモード光のうち選択した波長光を非ガイデッドモード光に転換し、従ってファイバ中でほとんど後方反射が生ずることなく透過ビームをスペクトラル的に成形する（米国特許第５７６４８２９号）。ファイバ回折格子は、一般的に、光検知、信号処理、スペクトラルフィルタリング、及び光通信の分野において多数の用途を有している。
【０００３】
単一周期のフィルタ回折格子は当該技術分野において既知であり、種々の多くの方法が開示され、ホログラフィック技術（米国特許第４７２５１１０号）、位相マスク技術（米国特許第５３６７５８８号）及び内部反射プリズム（米国特許第５３７７２８８号）を含む感光性（例えば、ゲルマニウム添加）光ファイバ（米国特許第４４７４４２７号）を中心にして屈折率回折格子を印象付けている。さらに、チャープドファイバブラッグ回折格子の製造方法（米国特許第５７１８７３８号）、周期的な屈折率変調に連続するsinc関数を有するファイバ回折格子（米国特許第５６６８９０１号）、及び光ファイバに非周期的な回折格子を形成する方法（米国特許第５３８８１７３号）が開示されている。
【０００４】
現在の多くの光通信システムは、その性能を高めるために回折格子を利用している。ファイバ回折格子は、例えば波長分割多重システムにおいて有益であり、このシステムにおいては光ファイバの伝送能力を高めるため高い反射性及び高い波長選択性を発揮することができる。光コード分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡと称する）として既知の多重形式を用いることにより、複合回折格子を用いて光伝送システムの能力を増強することができる。ＯＣＤＭＡシステムは、種々のチャネルが種々の波長光を用いるＷＤＭシステムとはことなり、種々の通信チャネルを種々の時間コードを用いて符号化している。
【０００５】
発明の概要
本発明は、複合屈折率格子プロファイルを有するファイバ回折格子、特に設定されたスペクトラルフィルタリングを高効率で行うことができるセグメント化されたファイバ回折格子に関するものである。従来技術は、本発明に基づくセグメント化されたファイバ回折格子を包含するものではない。本発明の別の概念は、セグメント化されたファイバ回折格子を製造する方法に関するものである。本発明の別の概念において、セグメント化されたファイバ回折格子はＯＣＤＭＡ光通信システムに用いる。
【０００６】
本発明は、入力光信号のスペクトル的にフィルタリングされた複製を発生する出力を構成する構造体（すなわち、セグメント化されたファイバ回折格子）を具える。セグメント化されたファイバ回折格子装置は、入力光信号を受け入れ、この入力光信号にファイバ回折格子により特定されたスペクトラルフィルタリング関数が多重化されたスペクトムに対応したスペクトムを有する反射信号を発生する。１個又はそれ以上の本発明によるセグメント化されたファイバ回折格子により構成されるファイバ回折格子は、例えばＯＣＤＭＡデータリンクに用いて特定のコードを有する光信号を時間的にコード化することができ、多重コード化されたチャネルを同一のリンクを経て同時に伝送し、システムの出力側において個別のチャネルに復号化することができる。本発明のセグメント化されたファイバ回折格子は、分散補償のようなプログラム可能なスペクトラルフィルタリングを実行する性能が利用されるアプリケーションの分野においても利用することができる。本発明に基づいて製造されたセグメント化されたファイバ回折格子は、一連の空間的に独立したサブ格子のアレイを具える。各サブ格子は回折性構造体（素子）の周期的なアレイを有する。セグメント化されたファイバ回折格子の全伝達関数は、（ａ）各サブ格子の空間的な周期性又は周波数、（ｂ）各サブ格子の振幅、（ｃ）各サブ格子の最後の回折素子と順次するサブ格子の初めの回折素子との間の光学距離、及び（ｄ）セグメント化されたファイバ回折格子の各サブ格子の位置及び長さを制御することにより決定することができる。
【０００７】
詳細な説明
図１は、セグメント化されたファイバ回折格子を用いて光多重及び多重分離を行うＯＣＤＭＡ通信システムの全体構成を示す線図である。図示の実施例の光ビームは光ファイバの内部を伝搬するものとし、これら光ビームは自由空間内又は本発明の範囲から逸脱しない従来技術で既知の他の手段内を伝搬する。短パルスレーザ１０はコヒーレントな光ビーム１２を発生する。ビームスプリッタ１３は光ビームを２本のビーム１５及び１６に分割する。ビーム１５及び１６は変調器１５ａ及び１６ａによりそれぞれ個別に変調され、変調されたビーム１５ｂ及び１６ｂを発生する。各ビームの変調は、図１において図示されていない外部データ流に応じて行う。変調されたビーム１５ｂ及び１６ｂの各々は、レーザ光源１０の作動特性、変調器１５ａ及び１６ａの作用又はこれら２つの組合せにより、セグメント化されたファイバ回折格子１９及び２０の設計された入力パルスに整合する時間特性を有するビット流を含んでいる。
【０００８】
変調されたビーム１５ｂ及び１６ｂは、光サーキュレータ１５ｃ及び１６ｃを経て方向１５ｄ及び１６ｄに沿って伝搬しセグメント化されたファイバ回折格子１９及び２０にそれぞれ入射する光入力フィールドを有する。セグメント化されたファイバ回折格子１９及び２０は時間コードＴＣ１５及びＴＣ１６を有する出力光フィールドを発生し、これら光フィールドは各光入力フィールドに対して反対方向に伝搬する。出力光フィールドは光サーキュレータ１５ｃ及び１６ｃにより入力方向１５ｄ及び１６ｄから分離され、それぞれ出力ビーム１５ｅ及び１６ｅとなる。入力ビーム１５ｃ及び出力ビーム１５ｅは本例の光サーキュレータ１５ｃ及び１５ｄにより分離される。尚、本発明の範囲から逸脱することなく当該技術分野において既知の手段（例えば、ビームスプリッタ等）を用いて互いに反対方向に伝搬する入力ビームと出力ビームとを分離することもできる。出力ビーム１５ｅ及び１６ｅはビーム合成器２２により合成され、光伝送路１１（例えば、光ファイバ）に入射する。（符号化技術及びセグメント化されたフィールド回折格子１９及び２０の詳細な説明は後述する。）光伝送路１１を伝搬する合成された符号化ビームはビームスプリッタ１３ａに入射する。ビームスプリッタ１３ａは合成された符号化ビームを２本の等しいビーム１５ｆ及び１６ｆに分離し、これらのビームはそれぞれ光サーキュレータ１５ｇ及び１６ｇを経て方向１５ｈ及び１６ｈの方向に沿って伝搬してファイバ回折格子１９ａ及び２０ａにそれぞれ入射する。各時間コードＴＣ１５及びＴＣ１６に応じて作動するセグメント化されたファイバ回折格子１９ａ及び２０ａは、各入力光フィールドの方向と反対方向に伝搬する出力光フィールドをそれぞれ発生する。セグメント化されたファイバ回折格子１９ａ及び２０ａ並びに光サーキュレータ１５ｇ及び１６ｇは出力ビーム１５ｉ及び１６ｉをそれぞれ発生する。出力ビーム１５ｉ及び１６ｉは、対応するビーム１５及び１６と同様にそれぞれ変調される。（復号化技術及びセグメント化されたフィールド回折格子１９及び２０の詳細な説明は後述する。）。各出力ビーム１５ｉ及び１６ｉの内容は検出器１５ｊ及び１６ｊにより検出され、変調器１５ａ及び１６ａを動作させる信号に対応する電気信号に再変換される。
【０００９】
図１に示す実施例では、２本のビームを符号化された１本のビームに合成したが、ＯＣＤＭＡ符号化技術を用いて３本、４本又はそれ以上のビームを１本のビームに合成することもできる。得られた合成符号化ビームは伝送系に沿って伝送することができる。この符号化されたビームはオリジナルの信号に多重分離することができる。
【００１０】
セグメント化されたファイバ回折格子１９，１９ａ，２０及び２０ａは、入射方向の光を受光し、入射光の時間波形に対応する態様で光を出射方向に再出力するように構成する。各セグメント化されたファイバ回折格子が適用される光ファイバの環境は、プログラムされたスペクトラルフィルタリングを行うことができる多くの自由空間デバイスを特徴付ける入射ビーム及び出射ビームの方向を精密に制御する必要性を除くことができる。この光ファイバの環境は、セグメント化された面回折格子を含む多くの自由空間デバイスに存在する出力チャネルの競合を回避することにより、入力光エネルギーを出力光エネルギーに伝達する際の効率を増強する。特有の入力波形を考慮すると、セグメント化されたファイバの機能は以下のように要約することができる。すなわち、入力光フィールドの各スペクトラル成分の一部部分を制御された振幅及び位相で出力方向に方向付けることである。フィールド回折格子は、設計した複合値スペクトラルフィルタリングを入力光フィールドに適用し、入力光フィールドのフィルタされた成分を出力方向に出射させる。フィルタリング機能のスペクトラル分解能は、セグメント化されたファイバ回折格子を動作させるための物理的な大きさにより決定される。
【００１１】
図２は本発明により製造されたセグメント化されたファイバ回折格子を示す。単一のセグメント化されたファイバ回折格子の形態に着目する。複数のセグメント化されたファイバ回折格子を含むファイバ回折格子デバイスは、単一のセグメント化されたファイバ回折格子の作成処理を繰り返すことにより構成することができる。セグメント化されたファイバ回折格子は、Ｎ個の個別のサブ格子すなわちセクション１〜Ｎを有する。図示の実施例において、Ｎ＝８とする。このセグメント化されたファイバ回折格子の一例としての断面を図３に示す。図３は図示の目的のためのものであり、セグメント化されたファイバ回折格子の各サブ格子の回折格子構造は個別に選択可能な振幅及び位相を有している。図３において、黒い細条と明るい細条は光学的に大きな屈折率及び小さな屈折率をそれぞれ有する空間領域を示す。尚、他の実施例は大幅に相違する数の格子素子を有することができるが、図示のために６個の格子素子と９個の格子素子との間にサブ格子として示すものと理解すべきである。
【００１２】
１個のセグメント化されたファイバ回折格子内に含まれるサブ格子の構造を数学的に規定するため、セグメント化されたファイバ回折格子並びに関連する入射方向及び出射方向の１組の座標系を規定する必要がある。基準座標軸の原点は、セグメント化されたファイバ回折格子及びｘ軸と一致するファイバの伝搬軸の中心に位置するように選択する。光入射方向を＋ｘ方向に規定し、光出射方向を−ｘ方向に規定する。図２は、入射方向及び出射方向を示すセグメント化されたファイバ回折格子構造を線図的に示す。ある光は回折格子を＋ｘ方向に伝搬する。本例では、この光は用いない。しかし、この伝搬光もスペクトル的に符号化され、本発明は適切に変更された実施例においてこのような光を用いる。
【００１３】
本発明によるセグメント化されたファイバ回折格子は、単一のセグメント化されたファイバ回折格子構造体、複数の空間的に重ね合わされたセグメント化されたファイバ回折格子構造体、或いは単一のファイバ又は複数のファイバに形成され空間的に重ね合わされ又は空間的に分離されたセグメント化されたファイバ回折格子構造体を利用することができる。
【００１４】
図２のファイバ回折格子は反射型のセグメント化されたファイバ回折格子であるが、本明細書において説明する全ての構造体は透過型のファイバ回折格子形態に変換することができる。さらに、本明細書において説明する全ての構造体はいかなる導波路形態に変換することもでき、半導体導波路、矩形のガラス導波路、又はセグメント化された回折格子を支持するファイバ導波路にも変換することができる。このファイバ回折格子はｘ方向に沿って配置され、典型的には格子素子は、必ずしも必要ではないが、ｙ−ｚ面内において光ファイバのコアに拡がっている。
【００１５】
単一のセグメント化されたファイバ回折格子は、好ましくは一端から他端まで整列し、セグメント化されたファイバ回折格子の動作長を規定する集合した長さを有する一連のＮ個の空間的に独立したサブ格子の形態として形成する。各サブ格子は、ファイバ軸（ｘ軸）に沿って直線状に配列した格子素子の周期的なアレイを有する。Ｎ個の順次のサブ格子内の格子素子間の間隔は必ずしも同一にする必要はない。Ｎ個のサブ格子は書き込み形成され、或いは各サブ格子が全ファイバ回折格子長の特定のサブ領域をしめ各サブ格子がファイバ軸に沿って直線状に位置するように全ファイバ回折格子内に形成する。各サブ格子の最後の格子素子と順次するサブ格子の初めの格子素子との間の光路は、後述するように制御する。
【００１６】
回折素子の位置決めを制御することは、隣接するサブ格子の相対的な空間位相を制御することになる。所定のサブ格子内の格子素子の振幅及び周期並びに所定のサブ格子の長さ及び位置も同様に制御される。サブ格子のパラメータを制御する方法はファイバ回折格子のスペクトラル伝達関数を決定する。サブ格子間の光路長の変化は、入射方向から出射方向に伝搬する光の相対位相を制御するように作用する。サブ格子間に能動装置を付加してサブ格子とサブ格子との分離をダイナミックに変化させることができると共にスペクトラルフィルタリングのダイナミックな再プログラミングを達成することができる。或いは、サブ格子間に能動装置を付加し、サブ格子間の領域に屈折率変化を導入することによりサブ格子間の光路長をダイナミックに変化させることができる。
【００１７】
図３に示す代表的なセグメント化されたファイバ回折格子は８個の空間サブ格子を有する。この代表的なセグメント化されたファイバ回折格子は反射型の位相格子であるが、透過型、振幅型、利得型、又は他の一般的な形態のファイバ回折格子とすることができる。
【００１８】
セグメント化されたファイバ回折格子の添字ｉに示される１個のサブ格子の位置に対するファイバの有効屈折率からの屈折率の変化を以下の数式により示す。
【数２】
0003696089.tif 000002
ここで、ｘはファイバに沿う空間位置座標を表わし、ｘi はｉ番目のサブ格子屈折率パターンの空間位置の変位であり、関数ｆi は２πの周期を有し値１と０との間で変調される特定の屈折率プロファイルを表わし、Ａi は実数値の振幅要因であり、ｘi a 及びｘi b はサブ格子ｉのエッジ位置であり、∧i はｉ番目のサブ格子の空間周期である。規定した空間的な間隔の外部において、ｈi （ｘ）＝０とする。添字ｉの範囲は１からＮであり、個々のサブ格子を示す。用いるサブ格子についてパラメータＡi ，ｘi ，ｘi a ，ｘi b 及び∧i を特定することにより、広い範囲のスペクトラルフィルタリング関数を符号化することができる。
【００１９】
特定のスペクトラル伝達関数を発生させるために必要なパラメータＡi ，ｘi，ｘi a ，ｘi b 及び∧i は種々の方法で選択することができる。ファイバ回折格子は特定のスペクトラル伝達関数Ｔ（ν）（ここで、νは光周波数とする）を与えるように構成するものとし、この伝達関数Ｔ（ν）の非零の幅にＮ個の連続する周波数チャネルのうちの１つのチャネルにそれぞれ対応するＮ個の伝達係数によって近似される。これを達成するため、このセグメント化されたファイバ回折格子は約Ｎ個のサブ格子を必要とする。周波数νO を中心にしてδνの特定のスペクトラル領域にわたって伝達関数Ｔ（ν）は零ではないものとする。フィルタリングに特定された分解能（δν）を与えるため、サブ格子はｃ／（ｎO δν2 ）により与えられる空間長を必要とする。ここで、ｃは光速とし、ｎO は中心周波数νO におけるファイバの有効屈折率とする。従って、サブ格子が連続的に形成されているものとすると（ｘi a ≒ｘi-1 b ）、ファイバ回折格子の全長は、Ｎｃ／（２ｎO δν）により近似される。
【００２０】
例えば、δν＝１００ＧＨｚ、ｎO ＝１．５、Ｎ＝８の場合、伝達関数Ｔ（ν）を表わすことができセグメント化されたファイバ回折格子の全空間長は約０．８ｃｍとなる。
【００２１】
セグメント化されたファイバ回折格子を構成するＮ個のサブ格子の全てについてのパラメータ（Ａi ，ｘi ，ｘi a ，ｘi b 及びΛi ）はその空間伝達関数を決定する。サブ格子のパラメータが与えられれば、セグメント化されたファイバ回折格子のスペクトラル伝達関数を決定することができる。逆に、特定のスペクトラル伝達関数が与えられれば、その伝達関数を有するセグメント化されたファイバ回折格子を構成するため用いられるサブ格子のパラメータを決定することができる。ここで提示した数式は、説明を明瞭にするため、ある仮定を含んでいるが、本発明から逸脱することなく数式を一般化することができる。
【００２２】
初めに、サブ格子のパラメータによりセグメント化されたファイバ回折格子が発揮するスペクトラル伝達関数の式を与える。（１）Ａi <<１とし、（２）Ｎ個のサブ格子が等しい空間長（ｄ＝ｘi b −ｘi a ＝一定）を有すると共に連続的（ｘi a ＝ｘi-1 b ）並びに等しい空間周期（∧i ＝∧＝一定）で形成されている仮定のもとにおいて、セグメント化されたファイバ回折格子のスペクトラル伝達関数Ｔ（ν）はサブ格子パラメータの和として以下のように表わすことができる。
【００２３】
【数３】
0003696089.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｆ（ν）は以下の式で与えられるサブ格子の空間フーリェ変換とする。
【数４】
0003696089.tif 000004
ここで、ｊは
【外１】
0003696089.tif 000005
であり、ｃは屈折率プロファイルに依存する定数でありｘの原点の選択に依存する位相因子を含む。関数ｓｉｎ（ｘ）は、ｓｉｎ（ｘ）／ｘに等しいものとして規定される。式（２ａ）〜（２ｂ）及び（３）を表わすに際し、出力信号はサブ格子の＋１次の回折次数（ｍ−１）から取り出されるものとする。高次の同様な式も得ることができる。より一般的に、サブ格子は互いに異なる空間長及び空間周期を（すなわち、ｄ＝ｄi 及び∧＝∧i ）並びに異なる空間フーリェ変換（すなわち、Ｆ（ν）＝Ｆi （ν））を有することができる。
【００２５】
特定の伝達関数を有するセグメント化されたファイバ回折格子を設計することを望む場合、各サブ格子について適切なパラメータを決定する必要がある。これを行なうためには、初めにａi について式（２ａ）を解き得ることである。
【００２６】
【数５】
0003696089.tif 000006
式（２ｂ）から、Ａi はａi の振幅に等しいことが見い出される。上記式から明らかなように、量ｘi はａi の位相を決定する。
一般化されたブラック条件∧ｎo ＝ｍλo ／２を用いて、搬送周波数νo の光が最大に回折されるようにパラメータ∧を選択する。
ここで、λo ＝ｃ／λo は所望の伝達関数の中心波長であり、ｍは回折次数（本例において、ｍ＝１であるが、変形例として他の回折次数を用いることができる。
【００２７】
入射光波と基準光波との間で光学的な相互相関機能を達成するセグメント化されたファイバ回折格子の場合、ファイバ回折格子の機能は基準光波のスペクトラムに対して複素共役とする必要がある。ここで、光学的相互相関機能とは、ファイバにより反射された電界が、（ａ）入射した光波と（ｂ）ファイバ回折格子のスペクトラル伝達関数に一致する共役なスペクトラムを有する特定の基準光波との間の時間的な相互相関を表わすことを意味する。
【００２８】
光波の振幅及び位相が一定の一連の連続するＮ個の時間スライスとして表わされる時間プロファイルを有する基準光波について検討する。時間スライスｉ（ｉ＝１，・・・Ｍ）において、電界は一定の振幅Ｂi 及び位相φi を有する。従って、基準光波は、各時間スライス及び時間期間全体の光搬送波周波数にわたって複素数［Ｂ1 ｅｘｐ（ｊφ1 ）］、［Ｂ2 ｅｘｐ（ｊφ2 ）］、・・・ＢM ｅｘｐ（ｊφM ）］の組により決定される。図４は、セグメント化されたファイバ回折格子に入射する波形［Ｃ1 ｅｘｐ（ｊφ′1 ）］、［Ｃ2 ｅｘｐ（ｊφ′2 ）］、・・・Ｃ4 ｅｘｐ（ｊφ′4 ）］の入射波を示す。
【００２９】
光波がファイバ回折格子に入射すると、ファイバ回折格子は、ファイバ回折格子はスペクトラル伝達関数により記述される入射光波をスペクトル的にフィルタする。ファイバ格子が基準光波に対して相互相関機能を実行する場合、サブ格子は、例えば、［ａ1 ，ａ2 ，・・Ｂ8 ］＝［Ｂ8 ｅｘｐ（−ｊφ8 ）］、［Ｂ7ｅｘｐ（−ｊφ7 ）］、・・・Ｂ1 ｅｘｐ（−ｊφ1 ）］のような基準光波の時間反転した複素共役となるパラメータを有する必要がある。ここで、サブ格子のパラメータは、式（２ａ）〜（３）の導出における仮定が適合している場合、式（２ａ）によりａi と関係付けられる。相互相関処理を用いて、ＯＣＤＭＡスキムに基づいて光信号を多重化及び多重分離することができる。
【００３０】
式（２ａ）〜（２ｄ）及び（３）を導出するために用いた近似が適合する場合、屈折率プロファイル（式（１）の関数形態）はファイバ回折格子の回折効率に強く影響を与える。これは、スペクトラル伝達関数または式（３）中の定数Ｃの大きさに影響を及ぼす。
【００３１】
以下の事項は、図１の一例としての２チャネルの多重化／多重分離システムで用いられるセグメント化されたファイバ回折格子を特定する。用いたファイバ回折格子１９，１９ａ，２０及び２０ａはそれぞれセグメント化されたファイバ回折格子で構成する。ファイバ回折格子１９及び２０はコード化されていないデータ流を受け入れ、時間コード化されたデータを出力方向に出射する。ファイバ回折格子１９ａ及び２０ａは時間コード化されたデータ流を受け入れ、時間的に離散したコードデータを出力方向に出射すると共に同時に時間符号を取り除く。ファイバ回折格子１９ａ及び２０ａは相互相関処理を行うように機能する。
【００３２】
ここで検討している多重化／多重分離の実施例において、ファイバ回折格子１９，１９ａ，２０及び２０ａについて周期∧＝０．５１μｍの正弦波状の屈折率プロファイルを用いる。全てのセグメント化されたファイバ回折格子について、Ａ1 ＝１０-5の均一なサブ格子振幅及びｎo ＝１．５をとるものとする。これらのファイバ回折格子は連続する（ｘi a ＝ｘi-1 b ）８個のサブ格子を有し、各サブ格子は１ｍｍの長さを有し、従って全格子長は８ｍｍとなる。セグメント化されたファイバ回折格子は、１９５ＴＨｚの搬送波周波数（搬送波λ＝１．５４μｍ）を有する光データ流に対して構成する。
【００３３】
本例のセグメント化されたファイバ回折格子１９及び２０は、最適な時間期間ＩP ＝１０ｐｓの時間的に短い入力パルスを受け入れ時間符号化されたパルスを出力方向に発生するように設計する。セグメント化されたファイバ回折格子１９及び２０のフィルタ帯域は、δν≒１／τp すなわち１００ＧＨｚとする。
【００３４】
ファイバ回折格子１９は以下の時間コードＴＣ１５を用いて近似期間τp ＝８０ｐｓの出力パルスを発生する。
［１，１，１，ｅｘｐ（ｊ２π／３），ｅｘｐ（ｊ４π／３），１，ｅｘｐ（ｊ４π／３），ｅｘｐ（ｊ４π／３）］
セグメント化されたファイバ回折格子の対応するサブ格子パラメータｘi は以下の通りである。
［ｘ1 ，ｘ2 ，・・・ｘ8 ］＝［０．０μｍ，０．０μｍ，０．０μｍ，−０．１７μｍ，０．１７μｍ，０．０μｍ，０．１７μｍ，０．１７μｍ］
【００３５】
ファイバ回折格子２０は以下の時間コードＴｅ１６を用いて近似期間τp ＝８０ｐｓの出力パルスを発生する。
［ｅｘｐ（ｊ４π／３）］，［ｅｘｐ（ｊ２π／３）］，１，［ｅｘｐ（ｊ４π／３）］，［ｅｘｐ（ｊ２π／３）］，１，［ｅｘｐ（ｊ４π／３）］，［ｅｘｐ（ｊ２π／３）］
セグメント化されたファイバ回折格子の対向するサブ格子パラメータｘi は以下の通りである。
［ｘ1 ，ｘ2 ，・・・ｘ8 ］＝［０．１７μｍ，−０．１７μｍ，０．０μｍ，０．１７μｍ，−０．１７μｍ，０．１７μｍ，−０．１７μｍ〕
【００３６】
光伝送路１１を伝播しビームスプリッタ１３ａにより分割された多重化されたビームは、ファイバ回折格子１９及び２０ａにおいて多重分離する。図１の多重分離するファイバ回折格子１９ａ及び２０ａは設計時にはファイバ回折格子１９及び２０とそれぞれ同一であるが、入力及び出力方向がファイバ回折格子の反対側である。
【００３７】
ファイバ回折格子に対する伝播方向を反転することは、式（１）のｈi （ｘ）をｈi （−ｘ）に変えることと等価であり、その結果後述するコード化されたファイバ回折格子１９ａ及び２０ａが得られる。
【００３８】
近似期間ＩP ＝１０ｐｓの出力パルスを発生させるための入射した光波に対して以下の時間コードＴＣ１５を適用する。
［１，１，１，ｅｘｐ（ｊ2 π／３）、ｅｘｐ（ｊ4 π／３），１，ｅｘｐ（ｊ4 π／３）、ｅｘｐ（ｊ4 π／３）］セグメント化された回折格子１９ａは以下の式で与えられるサブ格子パラメータｘi を有する。
［ｘ1 ，ｘ2 ，・・・ｘ8 ］＝［−０．１７μｍ、−０．１７μｍ、０．０μｍ、−０．１７μｍ、０．１７μｍ、０．０μｍ、０．０μｍ、０．０μｍ］
【００３９】
近似期間τp ＝１０ｐｓの出力パルスを発生するため以下の時間コードＴＣ１６を入射光波に適用する。
［ｅｘｐ（ｊ4 π／３），ｅｘｐ（ｊ2 π／３），１，ｅｘｐ（ｊ4 π／３），ｅｘｐ（ｊ2 π／３），１，ｅｘｐ（ｊ4 π／３），ｅｘｐ（ｊ2 π／３）］
セグメント化された回折格子２０ａは以下のサブ格子パラメータｘi を有する。
［ｘ1 ，ｘ2 ，・・・ｘ8 ］＝［０．１７μｍ、−０．１７μｍ、０．０μｍ、０．１７μｍ、−０．１７μｍ、０．０μｍ、０．１７μｍ、−０．１７μｍ］
【００４０】
上記ファイバ回折格子の仕様に適合するため、図１に示すレーザ光源１０は１０ｐｓ（２個のセグメント化された回折格子の最小時間期間τp により与えられる）の最大時間パルス幅（ＦＷＨＭ）を有する必要がある。
【００４１】
セグメント化されたファイバ回折格子の製造
リソグラフィ（光ビーム又は電子ビーム）を用いて、ファイバにその軸線に沿って点対点で屈折率プロファイルを形成することができる。従って、セグメント化されたファイバ回折格子間に空間位相シフトを有するセグメント化されたファイバ回折格子をファイバに直接形成することができる。この技術を用いてサブ格子の振幅制御も可能である。
【００４２】
種々のホログラフィ技術を用いて、制御された屈折率プロファイル性能を有するサブ格子を順次又は同時に形成することもできる。
【００４３】
図５は、ファイバを空間的に再位置決めして制御された空間位相を有するサブ格子を製造することによりセグメント化されたファイバ回折格子をいかにして製造するかを示す。標準のホログラフィ記録で用いられる２本のビーム間の角度又は２本のビーム間の波長を用いて格子間隔Λi を制御することができる。空間位相シフトは、ファイバを平行移動することにより露光間において導入することができる。従って、幅ｄ＝Ｄ／Ｎ（ここで、Ｄは回折格子の全長である）の開口マスクをその幅だけＮ回平行移動すると共に各マスク位置において記録材料を露光することにより、図５に示すように、Ｎ個のサブ格子を記録することができる。露光間において、ファイバはファイバ軸線に沿ってシフトさせる。ファイバは、サブ格子ｉの露光に先立って固定した基準値に対して距離ｘi だけシフトする。ファイバに対する露光間の書込ビーム強度を制御することにより、サブ格子の振幅Ａi を制御することができる。
【００４４】
サブ格子で構成され空間位相シフトを有するセグメント化されたファイバ回折格子の同様な製造方法は、光学厚さにより符号化されている適切なサブ格子位相シフトを有する位相コードマスクを有する単一露光ホログラフィを利用する。マスクは、２本の干渉ビームの一方のビーム中にファイバに近接して配置する
【００４５】
図６は、Ｎ個のサブ格子を具え制御された空間位相シフトを有するファイバ回折格子を製造するホログラフィ方法を示す。この技術は、図６に示すように、２本の光書込ビーム間の位相差φi を制御する。書込ビーム強度を制御することにより、サブ格子の振幅も制御することができる。この光の位相差はビームが重なり合うファイバ上の干渉パターンの位置を決定し、その強度は干渉パターンの変調振幅を制御する。全体のサンプル領域を干渉パターンで露光することによりサブ格子が記録されるが、幅ｄの開口を用いて当該開口の後側の領域だけを露光し記録することができる。サンプルに対して開口をＮ個の工程で空間的にシフトすることにより、一連のＮ個のサブ格子を形成することができ、各回折格子はｉ番目のサブ格子の露光中に用いた位相差φi により決定される位相を有する。
【００４６】
図７はマスタ位相マスクと称されているサブ格子の製造に関する方法を示す。この方法において、マスク−位相−マスク回折格子と協働する単一の書込ビームを用いる。マスタ格子に入射する単一のビームは回折されて１個又はそれ以上の特別な出力ビームを発生する。入射し回折されたビームは、干渉し、マスタ格子のほぼ複製を記録するために用いることができる干渉パターンを形成する。この回折格子の性能により、マスク回折格子を用いてファイバ回折格子のために必要な干渉パターンを発生することができる。各サブ格子の位相は、マスタ回折格子を又は記録ファイバを順次のマスクされたサブ格子の露光間で平行移動することにより形成される。
【００４７】
フーリエ合成によるセグメント化されたファイバ回折格子の製造
ファイバ回折格子は、各々がセグメント化されたファイバ回折格子の全長にわたる複数の周期的な回折格子を重ね合わせることにより、フーリエ合成法により製造することができる。周期的な回折格子は相対位相、振幅及び周期を有し、重ね合わされると、これらは集合してセグメント化されたファイバ回折格子を形成する。構成要素である周期的な回折格子は所望のフーリエ回折格子プロファイルのフーリエ成分である。より多くのフーリエ成分を用いることにより、一層鮮明なサブ格子が形成される。
【００４８】
フーリエ回折格子は、ホログラフィ法又はリソグラフィ法により製造することができる。感光性ファイバを複数回ホログラフィ露光（各々が個々の周期的回折格子を書き込む）することにより、所望のファイバ回折格子プロファイルを記録することができる。リソグラフィ法も同様に、各パスを用いて各周期性回折格子を書き込むマルチパス書き込みを行う。
【００４９】
特有の屈折率プロファイルを有するファイバ回折格子
リソグラフィ法及びホログラフィ法を用いることにより、ファイバ回折格子は、回折効率を上げるために、鋸波形状、矩形波、正弦波等を含む任意の屈折率変調プロファイルを有することができる。図８は、図３に示すものと同様であるが鋸波の変調プロファイルを有するファイバ回折格子の線図である。
【００５０】
前述したセグメント化されたファイバ回折格子の説明は、利得ファイバ回折格子及び吸収ファイバ回折格子を含むように一般化することができる。
【００５１】
ダイナミック回折格子  上述した実施例において、ファイバ回折格子は静的なものである。以下に、ファイバ回折格子がスペクトラルフィルタ機能に関してダイナミックに再プログラムされる実施例を示す。
【００５２】
前述した実施例において、回折格子のスペクトラル伝達関数は、その構成要素であるサブ格子のパラメータＡi 、ｘi 、ｘi a 、ｘi b 及びΛi により決定される。一般的に、これらパラメータの１個又はそれ以上のパラメータをダイナミックに制御する当該技術分野において既知のいかなる手段も回折格子をダイナミックに再プログラムすることができる。種々の方法により回折格子をダイナミックに再構成することができ、例えばファイバ屈折率又はファイバ長を制御することによりｘi 及びΛi を制御することができる。上述した手段により造られるファイバ回折格子は、例えば電界の印加、圧力、電流、温度、又は光照射を含む当該技術分野において既知の標準の手段により屈折率が制御される材料を含む。ファイバ回折格子は、ファイバを空間的に局在する延伸又は加圧を有するシステム内で造ることもでき、システムの形状により決定される態様でｘi a 、ｘi b 、ｘi 及びΛi の組合せを変えることができる。
【００５３】
本発明は、一例として実施例に基づいて説明したが、当業者は本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変形や変更が可能であるものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  セグメント化されたファイバ回折格子を用いる多重化／多重分離の全体の線図である。
【図２】  光がセグメント化されたファイバ回折格子に入射し及び出射する入力方向及び出力方向を出力線図である。
【図３】  セグメント化されたファイバ回折格子の側面図である。
【図４】  ４個の時間スライスから構成され、４個の連続する等しい長さのサブ格子のセグメント化されたファイバ回折格子に入射する時間的にコード化された光パルスを示す。
【図５】  本発明によるセグメント化されたファイバ回折格子の第１の製造技術を示す。
【図６】  セグメント化されたファイバ回折格子の第２の製造技術を示す。
【図７】  セグメント化されたファイバ回折格子の第２の製造技術を示す。
【図８】  鋸波状のブレーズを有するセグメント化されたファイバ回折格子の２個のサブ格子の側面図を示し、明るい細条及び暗い細条は高い屈折率の領域及び低い屈折率の領域にそれぞれ対応する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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