(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を第１の光路および第２の光路に分岐して入力し、上記第１および第２の光路を通った光を合波する光干渉計を複数個備え、複数の光干渉計に対して光を分波して与え、上記複数の光干渉計からの光を合波する光信号発生装置において、
（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた光信号発生装置。
【請求項２】
入射光を第１の光路および第２の光路に分岐して入力し、上記第１および第２の光路を通った光を合波する光干渉計を複数個備え、複数の光干渉計に対して光を分波して与え、上記複数の光干渉計からの光を合波する光信号発生方法において、
（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた光信号発生方法。
【請求項３】
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調する光変調手段と、
上記光変調手段からの光パルス列が供給され、スペクトラム拡散された光信号を出力する全光型のエンコーダとを備え、
上記エンコーダは、
入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、上記複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送信装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記光パルス光源がモード同期半導体レーザである送信装置。
【請求項５】
請求項３において、
上記光変調手段は、電気光学変調手段である送信装置。
【請求項６】
請求項３において、
上記光パルス光源によって、互いに異なる複数の波長の光パルス列を生成し、上記光パルス列をそれぞれ光変調して多重化する送信装置。
【請求項７】
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調する光変調ステップと、
光変調された光パルス列をスペクトラム拡散する全光型のエンコードステップとからなり、
上記エンコードステップは、
入力光を複数光に分波して、上記複数光のそれぞれを複数の光干渉計に入力し、上記複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えものを合波するものであり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送信方法。
【請求項８】
請求項７において、
上記光パルス光源がモード同期半導体レーザである送信方法。
【請求項９】
請求項７において、
上記光変調ステップが電気光学効果を利用する送信方法。
【請求項１０】
請求項７において、
上記光パルス光源によって、互いに異なる複数の波長の光パルス列を生成し、上記光パルス列をそれぞれ光変調して多重化する送信方法。
【請求項１１】
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調し、光変調された光パルス列を全光型のエンコーダによってスペクトラム拡散し、エンコーダが入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、上記複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送信装置からの光信号を受信する受信装置において、
上記光信号を逆拡散するデコーダと、
上記デコーダからの光パルス列の強度または位相に応じた受信信号を発生するレシーバとを備え、
上記デコーダは、
入力パルス光を複数パルス光に分波させ、上記複数パルス光に対してエンコーダで与えられた遅延を打ち消すように等差数列的に遅延を与える光遅延回路と、上記光遅延回路から出力される複数の光がそれぞれ入力される複数の光干渉計とからなり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた受信装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記レシーバは、しきい値判定によって上記光パルス列の強度または位相に応じた受信データを発生する受信装置。
【請求項１３】
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調し、光変調された光パルス列を全光型のエンコーダによってスペクトラム拡散し、エンコーダが入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、上記複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送信装置からの光信号を受信する受信方法において、
上記光信号を逆拡散するデコードステップと、
上記デコードステップで得られた光パルス列の強度または位相に応じた受信データを発生する受信ステップとからなり、
上記デコードステップは、
入力パルス光を複数パルス光に分波させ、上記複数パルス光に対してエンコーダで与えられた遅延を打ち消すように等差数列的に遅延を与え、遅延後の複数光をそれぞれ複数の光干渉計に入力するものであり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた受信方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
上記受信ステップは、しきい値判定によって上記光パルス列の強度または位相に応じた受信データを発生する受信方法。
【請求項１５】
送信装置からの光信号を光伝達路を介して受信装置に送信する送受信装置において、
送信装置は、
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調する光変調手段と、
上記光変調手段からの光パルス列が供給され、スペクトラム拡散された光信号を出力する全光型のエンコーダとを備え、
上記エンコーダは、
入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、上記複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数である構成とされ、
受信装置は、
上記送信装置から受信した光信号を逆拡散するデコーダと、
上記デコーダからの光パルス列の強度または位相に応じた受信信号を発生するレシーバとを備え、
上記デコーダは、
入力パルス光を複数パルス光に分波させ、上記複数パルス光に対してエンコーダで与えられた遅延を打ち消すように等差数列的に遅延を与える光遅延回路と、上記光遅延回路から出力される複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計とからなり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数である構成とされた送受信装置。
【請求項１６】
送信装置からの光信号を光伝達路を介して受信装置に送信する送受信方法において、
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調する光変調ステップと、
光変調された光パルス列をスペクトラム拡散する全光型のエンコードステップとからなり、
上記エンコードステップは、
入力光を複数光に分波して、上記複数光のそれぞれを複数の光干渉計に入力し、上記複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えものを合波するものであり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされたものであり、
受信した光信号を逆拡散するデコードステップと、
上記デコードステップで得られた光パルス列の強度または位相に応じた受信データを発生する受信ステップとからなり、
上記デコードステップは、
入力パルス光を複数パルス光に分波させ、上記複数パルス光に対してエンコーダで与えられた遅延を打ち消すように等差数列的に遅延を与え、遅延後の複数光をそれぞれ複数の光干渉計に入力するものであり、
（ｊ＋１）番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の上記光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極めて高速の光デバイスを使用してスペクトラム拡散でデータを送受信するのに適用される光信号発生装置および方法、送信装置および送信方法、受信装置および受信方法、並びに送受信装置および送受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スペクトラム拡散は、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）のようなセルラ電話、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等で使用されている。スペクトラム拡散では、送信側でベースバンド信号を変調し、拡散回路に入力し、拡散符号を使用してスペクトラム拡散する。受信側では、送信側と同一の拡散符号を使用して逆拡散し、復調することでベースバンド信号を得るようになされる。電子デバイスを使用した場合よりも、高速な光デバイスを使用してスペクトラム拡散を行うことが提案されている（例えば特開２０００−２０６４７２号公報、特開２００１−１３５３２号公報参照）。
【０００３】
特開２０００−２０６４７２号公報には、光パルス列発生器と複数のマッハツェンダー型光干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）と光遅延回路とからなる光乱数発生回路によって、カオス力学系で記述される光乱数を発生する光カオス乱数発生回路が記載されている。また、特開２００１−１３５３２号公報では、その光乱数発生回路によって発生した光乱数と光信号入力とを光乗算回路で乗算することによって、スペクトラム拡散を行うことが開示されている。
【０００４】
この発明の理解の容易のために、上記の文献に記載されている光乱数発生回路および光信号変調回路について説明する。図１は、光信号変調回路の全体的構成を示し、入力７１からは、光信号が入力され、光入力受付部７２で受け付けられる。光短パルス光源７３は、モードロック半導体レーザから構成され、光短パルス光源３が発生した光短パルスが例えば４個の光干渉計７４１〜７４４に分波される。光干渉計７４１〜７４４は、それぞれマッハツェンダー型光干渉計によって構成されている。
【０００５】
光干渉計７４１〜７４４  が出力する光信号のそれぞれが光遅延回路７５によって所定の時間遅延されて結合され、光乗算回路７６に対して入力される。光乗算回路７６には、光入力受付部２で受け付けられた入力光信号が入力される。光遅延回路７５からは、光干渉計７４１〜７４４  が生成した光カオス拡散符号が出力され、乗算回路７６によって入力光信号が光カオス拡散符号によってスペクトラム拡散により変調される。光乗算回路７６から出力７７に対して変調された光出力が取り出される。
【０００６】
上述した光干渉計７４１〜７４４  の具体的構成を図２に示す。１×２光分岐器８１１〜８１４  と２×１光結合器８３１〜８３４  との間に２つの光導波路が設けられ、２つの光導波路間には、光路長差８２１〜８２４  が設定されている。なお、光分岐器８１１〜８１４  および光結合器８３１〜８３４  は、同じカプラから構成することができる。同じカプラを異なる向きで使用することによって、光分岐器および光結合器を実現することができる。
【０００７】
各光干渉計の光路長差８２１，８２２  ，８２３  ，８２４  は、公比ｍ（ｍは２以上の整数）の等比数列をなすように構成する。すなわち、４個の光干渉計６４１〜６４４  の光路長差８２１〜８２４  がそれぞれＬ，ｍ×Ｌ，ｍ×ｍ×Ｌ，ｍ×ｍ×ｍ×Ｌに設定されている。但し、Ｌは、単位光路長差（定数）である。
【０００８】
このように光路長差を設定すると、光干渉計６４１〜６４４が出力する光の強度をＸ［１］，Ｘ［２］，Ｘ［３］，Ｘ［４］としたときに、これらの間には、光短パルス光源の光信号の波長にかかわらず、下記の式（１）の関係（力学系）が成立する。
【０００９】
Ｘ［ｉ＋１］＝Ｆ（Ｘ［ｉ］）    （１）
但し、Ｆ（ｓｉｎ２θ）＝ｓｉｎ２ｍθである。
【００１０】
すなわち、マッハツェンダー型光干渉計の光路長差が上述した関係を満足することによって、その出力する光パワーが三角関数の加法公式から得られる写像Ｆ（・）によって生成する力学系を満足する。
【００１１】
ｍ＝２の場合、写像Ｆは、ロジスティック写像（下記の式（３））であり、ｍ＝３の場合、写像Ｆは、キュービック写像（下記の式（４））であり、一般的にこれらの写像は、チェビシェフ写像と呼ばれる。このような写像Ｆまたは写像Ｇを用いた漸化式により出力される信号は、カオス的振る舞いをすることが分かっている。
【００１２】
Ｆ（ｘ）  ＝４ｘ（１−ｘ）    （３）
Ｆ（ｘ）  ＝ｘ（３−４ｘ）２    （４）
このような乱数を用いて、光スペクトラム拡散を実現するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、先に提案されている光乱数発生回路は、単位光路長差Ｌに対して乗じられる係数ｍが２以上の整数とされており、それによって式（１）に示すカオス力学系で書き表すことができる系列を生成するものであった。このような決定論的な方程式が書くことができる系列は、Ｘ［ｉ］からＸ［ｉ＋１］を予測可能である。その結果、スペクトラム拡散の通信システムでは、秘話性が充分でない場合も生じる。
【００１４】
また、上記の文献では、光乗算回路として、非線形ファイバミラーを使用している。しかしながら、この種の光乗算回路では、光信号同士を乗算する構成のために、従来から知れている電気信号で変調された光信号を得る構成の電気光学光変調器等の高速光変調器を使用することができない問題があった。また、光乗算回路では、光パルス発生器で発生した光の波長と、光信号入力の波長が一致していることが必要とされている。したがって、大量の情報を多数の異なる波長の光信号に分割して伝送する波長多重方式を実現することが困難である、という問題がある。また、大量の情報を高いセキュリティで送信するのが困難であった。
【００１５】
したがって、この発明の目的は、全く予測不能な系列を光デバイスで高速に発生することを可能とする光信号発生方法および装置を提供することにある。
【００１６】
この発明の他の目的は、電気信号によって変調された光信号を得ることができる光変調器を使用することが可能で、また、カオス信号による変調・復調が可能で、さらに、波長多重方式を容易に実現できる大容量・高速・高セキュリティの通信システムにおける送信装置および送信方法、受信装置および受信方法、並びに送受信装置および送受信方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、入射光を第１の光路および第２の光路に分岐して入力し、第１および第２の光路を通った光を合波する光干渉計を複数個備え、複数の光干渉計に対して光を分波して与え、複数の光干渉計からの光を合波する光信号発生装置において、
（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた光信号発生装置である。請求項２の発明は、係数ｒが非整数の実数とされた光信号発生方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調する光変調手段と、
光変調手段からの光パルス列が供給され、スペクトラム拡散された光信号を出力する全光型のエンコーダとを備え、
エンコーダは、
入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、
（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送信装置である。請求項７の発明は、係数ｒが非整数の実数とされた送信方法である。
【００１９】
請求項１１の発明は、光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調し、光変調された光パルス列を全光型のエンコーダによってスペクトラム拡散し、エンコーダが入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた送信装置からの光信号を受信する受信装置において、
光信号を逆拡散するデコーダと、
デコーダからの光パルス列の強度または位相に応じた受信信号を発生するレシーバとを備え、
デコーダは、
入力パルス光を複数パルス光に分波させ、複数パルス光に対してエンコーダで与えられた遅延を打ち消すように等差数列的に遅延を与える光遅延回路と、光遅延回路から出力される複数の光がそれぞれ入力される複数の光干渉計とからなり、
（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数とされた受信装置である。請求項１３の発明は、係数ｒが非整数の実数とされた受信方法である。
【００２０】
請求項１５の発明は、送信装置からの光信号を光伝達路を介して受信装置に送信する送受信装置において、
送信装置は、
光パルス光源によって生成された光パルス列の強度若しくは位相を電気的送信信号によって光変調する光変調手段と、
光変調手段からの光パルス列が供給され、スペクトラム拡散された光信号を出力する全光型のエンコーダとを備え、
エンコーダは、
入力光を複数光に分波する分波器と、複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計と、複数の光干渉計の出力光に対して等差数列的に遅延を与えたものを合波する光遅延回路とからなり、
（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数である構成とされ、
受信装置は、
送信装置から受信した光信号を逆拡散するデコーダと、
デコーダからの光パルス列の強度または位相に応じた受信信号を発生するレシーバとを備え、
デコーダは、
入力パルス光を複数パルス光に分波させ、複数パルス光に対してエンコーダで与えられた遅延を打ち消すように等差数列的に遅延を与える光遅延回路と、光遅延回路から出力される複数光がそれぞれ入力される複数の光干渉計とからなり、（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒが非整数の実数である構成とされた送受信装置である。請求項１６の発明は、係数ｒが非整数の実数とされた送受信方法である。
【００２１】
この発明によれば、全く予測できない系列を発生することができる。したがって、そのような系列を拡散符号として使用することによって、通信の秘話性を高めることができる。また、この発明によれば、電気的信号で光変調を行うことができ、従来の電気光学光変調器等の高速光変調器を使用することができる。また、この発明では、変調された光信号を拡散するので、波長多重を適用することができる利点がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図３は、一実施形態の送受信装置を概略的に示す。送信装置は、光パルス光源としてのモード同期半導体レーザ１、電気光学変調器２およびスペクトラム拡散のためのエンコーダ４から構成されている。モード同期半導体レーザ１は、図４に示すように、周期Ｔの光パルス列を発生させる。例えば１００ｐｓｅｃの周期Ｔ（周波数で１０ＧＨｚ）の光パルス列をモード同期半導体レーザ１が発生する。光パルス光源としては、モード同期半導体レーザ以外にモード同期ファイバーレーザ、連続波光源と電界吸収型光変調器を組み合わせた構成等を使用することができる。
【００２３】
電気的ディジタル送信データが電気光学変調器２に対して入力端子３から供給され、光パルスの強度または位相が送信データによって変調される。例えばデータの各ビットの値に応じて各光パルスの強度または位相が変調される。電気光学変調器２は、電気光学効果（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）を利用したものであり、以下では、ＥＯ変調器と適宜称する。ＥＯ変調器２は、屈折率が電界に比例して変化することを利用して、モード同期半導体レーザ１からの光パルス列をディジタル送信データ（電圧）に応じて変調する。すなわち、ディジタル送信データに応じて光パルスの強度が変調される。または、光パルス列の位相を変調することも可能である。強度変調および位相変調の何れを使用しても良い。なお、この発明では、ＥＯ変調器に限らず、電界吸収型光変調器等の他の高速光変調器を使用しても良い。
【００２４】
エンコーダ４は、後述するように、全光型の構成であって、電気光学変調器２からの変調された光パルス信号をスペクトラム拡散する。エンコーダ４から出力端子５に光信号が出力される。この光信号が光伝達路としての光ファイバー１０を介して伝送される。
【００２５】
受信装置は、デコーダ１２およびレシーバ１３によって構成され、レシーバ１３から出力端子１４に対して電気信号の受信ディジタルデータが出力される。デコーダ１２は、全光型の構成であって、入力端子１１から光信号が入力される。デコーダ１２は、送信側のエンコーダ４と相補的な構成とされ、エンコーダ４でなされた拡散を逆拡散する。レシーバ１３は、光パルス列の強度または位相に応じた復調信号を出力する。
【００２６】
図５は、この発明を波長多重方式に適用した場合の構成例を示す。互いに異なる波長λ１〜λｎの光パルス列を発生するモード同期半導体レーザ１１〜１ｎが備えられている。なお、１つのデバイスとして構成されたモード同期半導体レーザが複数の波長のレーザを発生するので、ｎ個の波長を出力するために、ｎ個のデバイスを必要とするものではない。各モード同期半導体レーザからのレーザ光がＥＯ変調器２１〜２ｎにそれぞれ入力される。ＥＯ変調器２１〜２ｎに対しては、端子３１〜３ｎからｎチャンネルの送信信号が入力され、各送信信号に応じて強度または位相が変調された光信号が得られる。ｎチャンネルの光信号が合波器６にて波長多重化される。合波器６の出力がエンコーダ４に入力され、エンコーダ４から出力端子５に波長多重化光信号が得られる。
【００２７】
受信側では、デコーダ１２によって逆拡散の処理がされ、波長多重化光信号が分波器１５に入力される。分波器１５は、波長を識別することによってｎチャンネルの光信号を出力する。各チャンネルの光信号がレシーバ１３１〜１３ｎにそれぞれ入力される。各レシーバから出力端子１４１〜１４ｎに対して受信信号が取り出される。上述したように、一実施形態では、光乗算を行うものと異なり、波長多重化を容易に実現できる。
【００２８】
次に、この一実施形態におけるエンコーダ４について説明する。図６は、エンコーダ４の構成例を示す。ＥＯ変調器２からの変調された光パルス列が入力端子４０から複数の例えば４個の光干渉計４１、４２、４３および４４に対して入力される。光干渉計の数は、４個に限らず、２個以上の任意の個数とすることができる。
【００２９】
変調された光パルス列を光干渉計４１〜４４に導くために、図７に示す構成を使用できる。１×２（１入力２出力を意味する。以下同様）光分岐器４７によって２つの光路に光パルス列が分けられ、さらに、１×２光分岐器４８および４９によって２つの光路に分岐されることによって、４つの光路に光パルス列が分けれる。各光パルス列が光干渉計４１〜４４にそれぞれ導かれる。
【００３０】
光干渉計４１〜４４のそれぞれは、図８Ａまたは図８Ｂに示すマッハツェンダー型光干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた構成を有している。図８Ａに示す構成では、１×２光分岐器５１と２×１光結合器５３との間に２つの光導波路が設けられ、２つの光導波路間には、光路長差５２が設定されている。なお、光分岐器５１および光結合器５３は、同じカプラから構成することができる。同じカプラを異なる向きで使用することによって、光分岐器５１および光結合器５３を実現することができる。
【００３１】
図８Ｂは、マッハツェンダー型光干渉計の構成例を示す。マッハツェンダー型光干渉計は、２×２光分岐器５４および２×２光結合器５６を使用して構成することができる。これらの光分岐器５４および光結合器５６の間に２つの光導波路が設けられ、２つの光導波路間には、光路長差５５が設定されている。
【００３２】
図９は、４個の光干渉計４１〜４４を並列に並べた構成をより具体的に示す。図９の構成では、図８Ａに示す光干渉計を使用している。各光干渉計の光路長差５２１，５２２  ，５２３  ，５２４  は、公比ｒの等比数列をなすように構成する。すなわち、４個の光干渉計４１〜４４の光路長差５２１〜５２４  がそれぞれＬ，ｒ×Ｌ，ｒ×ｒ×Ｌ，ｒ×ｒ×ｒ×Ｌに設定されている。但し、Ｌは、単位光路長差（定数）である。一般的には、（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされる。
【００３３】
前述した先に提案されている光干渉計を並列に並べた図２の構成と、一実施形態における図９の構成とは、同様のものである。図２では、単位光路長差Ｌに乗じられる係数ｍが２以上の整数とされているのに対して、この発明では、単位光路長差Ｌに乗じられる係数ｒが非整数の実数とされる。実数のなかで、有理数でないものを無理数という。例えば√２、√３等のような不尽根数・円周率π・自然対数の底ｅなどが無理数である。また、有理数は、二つの整数ａ，ｂ（ｂ≠０）をとり、分数ａ／ｂの形に表される数を有理数という。整数は、有理数のなかで特にｂ＝１の場合である。実数は、有理数と無理数とをあわせたものである。無理数と非整数の有理数がｒとして使用できる。特に、非整数の有理数の中では、割り切れないものが使用できる。
【００３４】
このように光路長差を設定すると、光干渉計４１〜４４が出力する光の強度に関して前述した式（１）の関係（力学系）が成立しなくなり、加法定理が成立せず、カオス写像も存在しなくなる。言い換えると、式（１）といったカオス力学系では、全く書き表すことができない、全く予測不能（決定論的な方程式で書くことができない系列）な系列を発生することができる。Ｘ［ｉ］対Ｘ［ｉ＋１］のリターンマップをとると、カオス力学系のような１次元写像とならず、平面状を埋めつくすマップとなる。すなわち、Ｘ［ｉ］からＸ［ｉ＋１］を予測することができない系列を発生することができる。
【００３５】
図８Ｂに示すマッハツェンダー型光干渉計を使用する場合では、２つの入力ポートの一方に対して光信号を入力し、他方の入力ポートには、光信号を入力しない（開放）構成とされる。
【００３６】
複数の光干渉計４１〜４４がパラレルに光信号を出力する。これらをスペクトラム拡散出力とするために、シリアル信号に変換する。光遅延回路４５は、複数の光干渉計４１〜４４が出力する光パルス列をそれぞれ所定の時間遅延させて結合したシリアルな光パルス列を出力する。すなわち、光遅延回路４５によってパラレル→シリアル変換がなされる。
【００３７】
図１０は、光遅延回路４５の構成例である。４個の光干渉計４１〜４４のそれぞれの出力が設定された光路長６１〜６４を介して２×１光結合器６５、６６および６７によって結合され、１つのシリアル信号に変換される。光路長６１〜６４のそれぞれの光路長ａ，ｂ，ｃ，ｄは、互いに異なる長さとされる。典型的には、光路長ａ，ｂ，ｃ，ｄは、等差数列の関係にある。光遅延回路４５から出力される信号、すなわち、エンコーダ４の出力信号は、スペクトラム拡散された光信号である。
【００３８】
光遅延回路４５の各光路長の内で、最長のものａから最短のものｄを減算した結果を、光ファイバ内の光速で除算した値は、１つの光パルス信号が入力された場合に、当該光パルスに対応する拡散符号の全てを出力するのに要する時間に等しい。また、パラレル→シリアル変換の際に、Ｘ［１］，Ｘ［２］，Ｘ［３］，Ｘ［４］を出力する順序は、予め定めた任意の順序とすることができる。
【００３９】
受信側に設けられたデコーダ１２は、上述したエンコーダ４と逆の方向の処理を行う構成とされている。すなわち、光遅延回路によって、エンコーダで与えられた光路長を打ち消すような等差数列的な光路長を与え、シリアル→パラレル変換を行い、複数（この例では４個）の光干渉計にパラレル化された光信号を入力し、逆拡散を行う。そして、４個の光信号を１つの変調された光パルス列にまとめて、レシーバ１３に導く。複数の光干渉計の間では、（ｊ＋１）番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ＋１）とｊ番目の光干渉計の光路長差Ｌ（ｊ）とが（Ｌ（ｊ＋１）＝ｒＬ（ｊ））の関係とされ、係数ｒがエンコーダ側のものと一致する非整数の実数とされる。
【００４０】
レシーバ１３では、光パルス列の強度または位相の変化を検出する。例えば高速動作が可能なフォトダイオード等で構成される。レシーバ１３は、光の強度または位相の変化に応じた電気的出力信号を発生する。
【００４１】
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えばエンコーダの構成要素の光遅延回路の光路長の種類は、光パルス列の周期を考慮して適宜選定することができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、光乗算回路と異なり、電気信号で光変調を行うことができるので、既存の通信システムと親和性の良い構成を実現できる。また、この発明では、光変調出力をカオス的にエンコードする構成としているので、波長多重方式を容易に使用でき、大量の情報を高いセキュリティで伝送できる光通信システムを実現できる。特に、この発明では、全く予測不能な系列を発生することができ、その系列を拡散符号としてスペクトラム拡散処理することによって、よりセキュリティを高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先に提案されている光変調装置のブロック図である。
【図２】先に提案されている光変調装置に使用される光信号発生装置のブロック図である。
【図３】この発明の一実施形態における送受信装置の概略を示すブロック図である。
【図４】モード同期半導体レーザの発生するパルスを示す略線図である。
【図５】この発明を波長多重方式に適用した場合の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の一実施形態におけるエンコーダの構成例を示すブロック図である。
【図７】エンコーダの入力部の構成例を示すブロック図である。
【図８】光干渉計の一例および他の例を示すブロック図である。
【図９】エンコーダの一部の構成を示すブロック図である。
【図１０】エンコーダの一部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１・・・モード同期半導体レーザ、２・・・電気光学光変調器、４・・・エンコーダ、１２・・・デコーダ、１３・・・レシーバ、４１〜４４・・・光干渉計、４５・・・光遅延回路
【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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【図９】
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【図１０】
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