(57)【要約】【課題】反射パルス幅の広がりを抑制することで、生成されたパルス列の光パルス間の干渉を抑制することができる光導波路装置を提供する。【解決手段】光導波路装置としてのＦＢＧ符号器１１０は、それぞれが光ファイバ１１１の長さ方向に周期的な屈折率変調を持ち、かつ、光ファイバ１１１の長さ方向に並ぶ複数の単位ＦＢＧ１１５と、複数の単位ＦＢＧ１１５の内のいずれかの隣り合う２つの単位ＦＢＧの間に形成され、隣り合う２つの単位ＦＢＧ１１５の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる位相シフト部１１６とを有する。単位ＦＢＧ１１５のそれぞれは、周期的な屈折率変調の周期を光ファイバ１１１の長さ方向に対して徐々に増加又は減少させた構成、又は、周期的な屈折率変調の包洛線を所定の窓関数にするように周期的な屈折率変調の振幅を光ファイバ１１１の長さ方向に対して変化させた構造を持つ。【選択図】        図１
2006038998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラッグ反射式の屈折率変調が形成された光導波路を有する光導波路装置において、
前記光導波路は、
それぞれが前記光導波路の長さ方向に周期的な屈折率変調を持ち、かつ、前記光導波路の長さ方向に並ぶ複数の単位回折格子部と、
前記複数の単位回折格子部の内のいずれかの隣り合う２つの単位回折格子部の間に形成され、前記隣り合う２つの単位回折格子部の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる１又は複数の位相シフト部とを有し、
前記複数の単位回折格子部のそれぞれが、前記周期的な屈折率変調の周期を前記光導波路の長さ方向に対して徐々に増加又は減少させた構造を持つ
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項２】
ブラッグ反射式の屈折率変調が形成された光導波路を有する光導波路装置において、
前記光導波路は、
それぞれが前記光導波路の長さ方向に周期的な屈折率変調を持ち、かつ、前記光導波路の長さ方向に並ぶ複数の単位回折格子部と、
前記複数の単位回折格子部の内のいずれかの隣り合う２つの単位回折格子部の間に形成され、前記隣り合う２つの単位回折格子部の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる１又は複数の位相シフト部とを有し、
前記複数の単位回折格子部のそれぞれが、前記光導波路の長さ方向及び屈折率を座標軸とした座標系に前記周期的な屈折率変調を描いたときの前記周期的な屈折率変調の包洛線を所定の窓関数にするように前記周期的な屈折率変調の振幅を前記光導波路の長さ方向に対して変化させた構造を持つ
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項３】
前記所定の窓関数が、ガウシアン関数、レイズドコサイン関数、双曲正接関数、ブラックマン関数、ハミング関数、及びハニング関数のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の光導波路装置。
【請求項４】
前記光導波路は、光ファイバであり、
前記屈折率変調は、前記光ファイバのコアに形成されている
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の光導波路装置。
【請求項５】
前記複数の単位回折格子部のそれぞれが、互いに同じ屈折率変調構造を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の光導波路装置。
【請求項６】
前記光導波路装置が光符号器又は光復号器のいずれかであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光導波路装置。
【請求項７】
前記位相シフト部における前記所定量の位相差がπであることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の光導波路装置。
【請求項８】
前記単位回折格子部の屈折率変調周期の変化量又は前記単位回折格子部の屈折率変調の包洛線を示す前記窓関数が、前記光導波路に入力される光パルスのパルス幅に応じて決定されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の光導波路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラック回折格子が形成された光導波路を有する光符合器又は光復号器のような光導波路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）は、光ファイバコアに周期的な屈折率変調のブラッグ回折格子を形成したものであり、特定の波長の光を反射するフィルタである。ＦＢＧは、光ファイバで作られるため、光通信用デバイスに応用されている。ＦＢＧの作製方法には、主に位相マスク法と２光束干渉法がある。位相マスク法は、同一特性を持つＦＢＧを再現性良く作製でき、また、コヒーレンスの低い紫外線レーザをも使用できるという利点を持つ。２光束干渉法は、２つに分けられた紫外線ビームを干渉させる角度を変えることにより、ブラッグ回折格子の周期を自由に設定できるという利点を持つが、コヒーレンスの高い紫外線レーザが必要になる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、ブラック回折格子に位相シフト部を設けたＦＢＧ（ＳＳ−ＦＢＧ：Ｓｕｐｅｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ＦＢＧ）が、ＯＣＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の符号器及び復号器に応用されている（例えば、非特許文献２及び非特許文献３参照）。このＯＣＤＭの符号器及び復号器においては、ＦＢＧの屈折率変調の中の所望の位置に複数の位相シフト部が形成されている。この符号器及び復号器においては、符号長と符号パターンに応じてＦＢＧの屈折率変調の中の位相シフト部の数と位置が決められている。
【０００４】
図２４は、ＳＳ−ＦＢＧを用いた符号器（以下「ＦＢＧ符号器」と言う。）３１０による符号化とＳＳ−ＦＢＧを用いた復号器（以下「ＦＢＧ復号器」と言う。）３２０による復号の原理を示す図である。図２４は、ＦＢＧ符号器３１０とＦＢＧ復号器３２０のそれぞれが符号長‘４’の２値位相符号を生成又は復号する場合の構成である。ＦＢＧ符号器３１０は、４つのＦＢＧの単位（以下「単位ＦＢＧ」と言う。）３１１〜３１４を持ち、ＦＢＧ復号器３２０は、４つ単位ＦＢＧ３２１〜３２４を持つ。それぞれの単位ＦＢＧ３１１〜３１４，３２１〜３２４は、単位ＦＢＧの回折格子のそれぞれの相対位相が同じ（位相量０である。）か、又は、相対位相が位相量π異なっている。図２４に示されるＦＢＧ符号器３１０において、左から３番目に位置する単位ＦＢＧ３１３の位相が、他の３つの単位ＦＢＧ３１１，３１２，３１４の位相と相対的に位相量π異なっている。また、図２４に示されるＦＢＧ復号器３２０において、左から２番目に位置する単位ＦＢＧ３２２の位相が、他の３つの単位ＦＢＧ３２１，３２３，３２４の位相と相対的に位相量π異なっている。
【０００５】
図２４に示されるように、光パルス３３０をＦＢＧ符号器３１０に入力すると、単位ＦＢＧの反射率が小さい場合、それぞれの単位ＦＢＧ３１１〜３１４の位置が異なるため、それぞれの単位ＦＢＧ３１１〜３１４で反射された４つの光パルス（以下「符号化パルス列」と言う。）３４１〜３４４が時間差をもって生じる。また、それぞれの単位ＦＢＧ３１１〜３１４で反射された４つの光パルス３４１〜３４４は、単位ＦＢＧ３１１〜３１４の回折格子の相対位相に応じて、相対的に０又はπの光位相を持つ。よって、図２４に示される単位ＦＢＧ３１１〜３１４で反射された４つの光パルス３４１〜３４４は、それぞれ相対的に［０，０，π，０］の光位相となる。この符号化パルス列の光パルス３４１〜３４４がＦＢＧ復号器３２０に入ったとき、ＦＢＧ符号器３１０と同様に、光パルス３４１〜３４４のそれぞれに対して単位ＦＢＧ３２１〜３２４で反射された４個の光パルス３４１ａ〜３４１ｄ，３４２ａ〜３４２ｄ，３４３ａ〜３４３ｄ，３４４ａ〜３４４ｄが時間差をもって生じる（すなわち、合計１６個の光パルス３４１ａ〜３４１ｄ，３４２ａ〜３４２ｄ，３４３ａ〜３４３ｄ，３４４ａ〜３４４ｄが生じる）。
【０００６】
図２４に示されるＦＢＧ復号器３２０では、左から２番目の単位ＦＢＧ３２２の回折格子の位相が、他の３つの単位ＦＢＧ３２１，３２３，３２４の回折格子の位相と相対的に位相量π異なっている。すなわち、ＦＢＧ復号器３２０の単位ＦＢＧ３２１〜３２４の回折格子の位相並びは、ＦＢＧ符号器３１０の単位ＦＢＧ３１１〜３１４の回折格子の位相並びと逆になっている。このとき、ＦＢＧ符号器３１０の符号と、ＦＢＧ復号器３２０の符号が一致していることになる。ＦＢＧ復号器３２０の単位ＦＢＧ３２１〜３２４で反射された光パルスは、それぞれ相対的に［０，π，０，０］又は［π，０，π，π］の光位相となる。ＦＢＧ復号器３２０で反射された１６個の光パルス３４１ａ〜３４１ｄ，３４２ａ〜３４２ｄ，３４３ａ〜３４３ｄ，３４４ａ〜３４４ｄのいくつかは重なり、重なり合った光パルスが同相の場合は同調し、異相の場合は打ち消しあう。図２４に示されるように、ＦＢＧ符号器３１０とＦＢＧ復号器３２０の符号が同じ場合、特定の時間で同相の４個の光パルス３４１ｄ，３４２ｃ，３４３ｂ，３４４ａが重なり同調し、その他の時間では同相と異相の光パルスが重なり打ち消し合いが生じるため、特定の時間に高い強度のピークを持つ光パルス３５３が生じる。
【０００７】
図２５（ａ）及び（ｂ）は、ＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）３００が持つ光ファイバ３０１のコア３０２の屈折率変調構造３０４を示す図である。光ファイバコア３０２に形成された回折格子は、周期的な屈折率変調Δｎからなる。回折格子周期Λは、所望の反射波長λのとき、ブラッグ反射の式
λ＝２×ｎｅｆｆ×Λ                                      （１）
に従う。ここで、ｎｅｆｆは光ファイバコアの実効屈折率である。
【０００８】
図２５（ａ）及び（ｂ）に示されるＦＢＧ符号器３００の屈折率変調Δｎには、符号に応じて位相シフト部３０６が複数個設けられた構造になっている。図２５（ａ）及び（ｂ）に示されるＦＢＧ符号器３００は、７箇所の位相シフト部３０６を持つ。
【０００９】
【非特許文献１】水波徹著、「光ファイバー回折格子」、応用物理第６７巻第９号、１９９３年、第１０２９−１０３３頁
【非特許文献２】西木玲彦他著、「ＳＳＦＢＧを用いたＯＣＤＭ用位相符号器の開発」、信学技法（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ＩＥＩＣＥ．  ＯＦＴ２００２−６６）、２００２年１１月、第１３−１８頁
【非特許文献３】外林秀之著、「光符号分割多重ネットワーク」、応用物理第７１巻第７号、２００２年、第８５３−８５９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のＦＢＧ符号器及びＦＢＧ復号器では、入力光パルス幅を、隣接している単位ＦＢＧ間の反射パルスの時間差（以下「反射パルス時間差」と言う。）より大きくすると、隣接している単位ＦＢＧの反射パルス同士が重なり、反射パルス間で干渉を起こす。単位ＦＢＧ間の距離をｄとすると、反射パルス時間差Ｔｄは、
Ｔｄ＝２×ｄｘｎｅｆｆ／ｃ                                （２）
となる。ここで、ｃは真空中の光速である。
【００１１】
図２６（ａ）乃至（ｄ）は、入力光パルス幅が反射パルス時間差より大きいときに、隣接している単位ＦＢＧの反射パルス間で干渉が生じることを示す図である。図２６（ａ）に示されるように、２つの単位ＦＢＧ３７１，３７２を持つＦＢＧ３７０にパルス幅が単位ＦＢＧ３７１，３７２の反射パルス時間差Ｔｄより大きい光パルス３６０を入力したとき、単位ＦＢＧ３７１で反射された光パルス３７１ａと隣接した単位ＦＢＧ３７２で反射された光パルス３７２ａは反射パルス時間差を持つが、図２６（ｂ）に示されるように、２つの反射パルス３７１ａと３７２ａの一部が重なる。反射パルス３７１ａと３７２ａが異なる位相を持つ場合は、図２６（ｃ）に示されるような光パルスの変形が起こり、同位相の場合は、図２６（ｄ）に示されるように光パルスが結合される。すなわち、従来のＦＢＧ符号器において、入力光パルス幅が反射パルス時間差Ｔｄより大きいときには、生成された符号化パルス列が崩れる。
【００１２】
また、図２７は、入力光パルス幅が反射パルス時間差Ｔｄより小さいときにおける単位ＦＢＧの入力光パルス幅と帯域の関係及び反射パルス時間差と帯域の関係のグラフを示す図である。図２７のグラフに示されるように、入力光パルス幅が反射パルス時間差より小さいときには、入力光パルスの帯域が単位ＦＢＧのフィルタ帯域より広くなる。このとき、単位ＦＢＧによる反射光パルス幅は広がり、隣接している単位ＦＢＧの反射パルス同士が重なり、光パルス間で干渉を起こし、ＦＢＧ符号器においては、符号化パルス列が崩れる。
【００１３】
したがって、入力光パルス幅が反射パルス時間差より大きい場合及び小さい場合のいずれにおいても、従来の光符号器により発生した符号化パルス列の光パルス間で干渉が生じ、従来のＦＢＧ復号器より復号された光パルスの再現性が劣化する。
【００１４】
そこで、本発明では、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フィルタ帯域を広げる構造により反射パルス幅の広がりを抑制することで、符号化パルス列の光パルス間の干渉を抑制することができる光導波路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光導波路装置は、ブラッグ反射式の屈折率変調が形成された光導波路を有する装置であって、前記光導波路が、それぞれが前記光導波路の長さ方向に周期的な屈折率変調を持ち、かつ、前記光導波路の長さ方向に並ぶ複数の単位回折格子部と、前記複数の単位回折格子部の内のいずれかの隣り合う２つの単位回折格子部の間に形成され、前記隣り合う２つの単位回折格子部の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる１又は複数の位相シフト部とを有し、前記複数の単位回折格子部のそれぞれが、前記周期的な屈折率変調の周期を前記光導波路の長さ方向に対して徐々に増加又は減少させた構造に構成されたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の他の光導波路装置は、ブラッグ反射式の屈折率変調が形成された光導波路を有する装置であって、前記光導波路が、それぞれが前記光導波路の長さ方向に周期的な屈折率変調を持ち、かつ、前記光導波路の長さ方向に並ぶ複数の単位回折格子部と、前記複数の単位回折格子部の内のいずれかの隣り合う２つの単位回折格子部の間に形成され、前記隣り合う２つの単位回折格子部の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる１又は複数の位相シフト部とを有し、前記複数の単位回折格子部のそれぞれが、前記光導波路の長さ方向及び屈折率を座標軸とした座標系に前記周期的な屈折率変調を描いたときの前記周期的な屈折率変調の包洛線を所定の窓関数にするように前記周期的な屈折率変調の振幅を前記光導波路の長さ方向に対して変化させた構造に構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光導波路装置によれば、フィルタ帯域を広げる構造を採用することによって反射パルス幅の広がりを抑制することで、生成されたパルス列の光パルス間の干渉を抑制することができるという効果を得ることができる。このため、本発明の光導波路装置を光符号器及び光復号器に適用した場合には、光符号器により発生した符号化パルス列の光パルス間の干渉を抑制でき、また、光復号器により復号された光パルスの再現性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［１］第１の実施形態
図１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路装置であるＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）１００を示す図である。図１（ａ）は、ＦＢＧ符号器１００の光ファイバ１１１のコア（すなわち、光ファイバコア）１１２の屈折率変調１１４及び位相シフト部１１６を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示される光ファイバコア１１２における屈折率変調Δｎを示し、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の一部を拡大した図である。図１（ａ）乃至（ｃ）に示されるように、ＦＢＧ符号器１００は、光導波路である光ファイバ１１１を有し、この光ファイバ１１１は、ブラッグ反射式の屈折率変調が形成された光ファイバコア１１２と、光ファイバコア１１２の周囲のクラッド１１３とを有する。
【００１９】
図１（ａ）乃至（ｃ）に示されるように、光ファイバコア１１２は、それぞれが光ファイバ１１１の長さ方向（図１（ａ）乃至（ｃ）における横方向）に周期的な屈折率変調１１４を持ち、かつ、光ファイバ１１１の長さ方向に並ぶ複数の単位ＦＢＧ（単位回折格子部）１１５を有する。また、光ファイバコア１１２は、複数の単位ＦＢＧ１１５の内のいずれかの隣り合う２つの単位ＦＢＧ間に形成され、これら隣り合う２つの単位ＦＢＧ１１５の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる１又は複数（図１（ａ）及び（ｂ）においては、７個）の位相シフト部１１６を有する。また、第１の実施形態においては、複数の単位ＦＢＧ１１５のそれぞれが、周期的な屈折率変調の周期を光ファイバ１１１の長さ方向に対して徐々に増加又は減少させた構造（すなわち、チャープ構造）に構成されている。
【００２０】
図１（ａ）乃至（ｃ）においては、ＦＢＧ符号器１００は、入力光パルスから、符号長が‘１５’で２値位相に符号化された光パルスを反射するように構成されている。図１（ａ）に示されるＦＢＧ符号器１００は、光ファイバ１１１のコア１１２に形成された周期的な回折格子を有している。図１（ｃ）における単位ＦＢＧ１１５の屈折率変調構造は、ブラッグ反射の式λ＝２×ｎｅｆｆ×Λに従う回折格子の屈折率変調周期Λが光ファイバの長さ方向に対して徐々に最小周期Λｍｉｎから最大周期Λｍａｘへ増加（「チャープ」と言う。）している。なお、ｎｅｆｆは有効屈折率である。第１の実施形態においては、すべての単位ＦＢＧ１１５は、同じチャープ構造になっている。また、光パルス符号に応じて単位ＦＢＧ１１５間に位相シフト部１１６が備えられた構成になっており、１個の位相シフト部１１６によるシフト量を、単位ＦＢＧ１１５の長さ方向中央位置における屈折率変調周期Λｃの１／２にしている。
【００２１】
図２は、入力光パルス幅が１０ｐｓのときの単位ＦＢＧのチャープ量と帯域の関係及びチャープ量と反射光のパルス幅（反射パルス幅）の関係のグラフを示す図である。図２のグラフに示される特性を持つ単位ＦＢＧの構造は、長さが約２．４ｍｍで、屈折率変調のチャープは長さに対して１次関数で最小周期Λｍｉｎから最大周期Λｍａｘまで変化している。また、単位ＦＢＧの屈折率変調周期の総変化量×２×ｎｅｆｆを「チャープ量」とする。図２に示されるように、単位ＦＢＧのチャープ量（単位：ｎｍ）により単位ＦＢＧのフィルタ帯域（単位：ｎｍ）の調整ができ、チャープ量が大きいほど反射パルス幅（単位：ｎｍ）の広がりは抑制される。つまり、入力光のパルス幅に応じて単位ＦＢＧが持つチャープ量を決定することにより（すなわち、入力光のパルス幅に応じたチャープ量を持つ単位ＦＢＧを用いることにより）、単位ＦＢＧのフィルタ帯域を調整すれば、反射パルス幅の広がりを抑制できる。
【００２２】
図３は、本発明（第１及び第２の実施形態）のＦＢＧ符号器の機能を評価するために使用した符号化パルス列と復号波形を観測する測定系の概要を示す図である。図３に示される測定系においては、光パルス発生器１３１から連続的に１．２５ＧＨｚの光パルス１３２が発生する。この光パルス１３２のパルス幅は１０ｐｓである。この光パルス１３２は光サーキュレータ１３３を通してＦＢＧ符号器１３４に入力される。ＦＢＧ符号器１３４の反射光は、光サーキユレータ１３３を通して出力され、オシロスコープ１３５により符号化パルス列が観測される。また、光サーキユレータ１３３を通して出力された符号化パルス列は、光サーキュレータ１３６を通してＦＢＧ復号器１３７に入力される。ＦＢＧ復号器１３７の反射光は、光サーキュレータ１３６を通して出力され、オシロスコープ１３８により復号波形が観測される。
【００２３】
図４（ａ）は、図３の測定系により観測した従来構造のＦＢＧ符号器（図２５（ａ）及び（ｂ））の符号化パルス列と、第１の実施形態のＦＢＧ符号器（図１（ａ）乃至（ｃ））１００の符号化パルス列を示す図である。これらのＦＢＧ符号器の仕様は、符号長‘１５’で、単位ＦＢＧの長さ（単位ＦＢＧ長）が２．４ｍｍ、屈折率変調周期Λ（従来例）及び単位ＦＢＧの長さ方向中央位置の屈折率変調周期Λｃ（第１の実施形態）を約５４０ｎｍとした。また、第１の実施形態のＦＢＧ符号器１００の単位ＦＢＧ１１５のチャープ量は０．８ｎｍとした。図３の測定系の光パルス発生器１３１からのパルス間隔は１．２５ＧＨｚで、この光パルスのパルス幅は１０ｐｓとした。図４（ａ）に示されるように、図２５（ａ）に示される従来構成のＦＢＧ符号器により生成された符号化パルス列は、同位相の光パルス間では光パルスが重なり、隣接する光パルスが結合された波形が観測された。これに対し、図４（ｂ）に示されるように、図１（ａ）に示される第１の実施形態の構成のＦＢＧ符号器１００により生成された符号化パルス列は、光パルスの広がりが抑制され、符号化パルス列の個々の光パルスが明確に区別できる波形が観測された。
【００２４】
図５（ａ）乃至（ｃ）は、第１の実施形態の効果を説明するための図であり、図５（ａ）は、パルス幅（１０ｐｓ）の入力パルスを示し、図５（ｂ）は、従来のＦＢＧ符号器で符号化し従来のＦＢＧ復号器で復号した結果得られた復号波形を示し、図５（ｃ）は、パルス幅１０ｐｓの光信号を第１の実施形態のＦＢＧ符号器で符号化し第１の実施形態のＦＢＧ復号器で復号した結果得られた復号波形を示す。図５（ｂ）と図５（ｃ）の比較から、従来のＦＢＧ符号器で符号化され従来のＦＢＧ復号器で復号されたパルス波形形状には広がり（パルス幅の増加及びパルス強度の低下）が見られるが、本発明の第１の実施形態のＦＢＧ符号器で符号化され第１の実施形態のＦＢＧ復号器で復号されたパルス波形形状には広がり（パルス幅の増加及びパルス強度の低下）が見られない。このことから、第１の実施形態に係るＦＢＧ符号器及びＦＢＧ復号器を用いれば、図５（ａ）の入力パルスと同等な波形（図５（ｃ））が復元でき、再現性がよいことが確認された。
【００２５】
なお、上記説明において、単位ＦＢＧのチャープ量を光ファイバの長さ方向に増加させた場合を説明したが、光ファイバの長さ方向に減少させた構造を採用してもよい。
【００２６】
［２］第２の実施形態
図６（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る光導波路装置であるＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）１６０を示す図である。図６（ａ）は、ＦＢＧ符号器１６０の光ファイバ１６１のコア１６２の屈折率変調１６４及び位相シフト部１６６を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示される光ファイバコア１６２における屈折率変調Δｎを示し、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の一部を拡大した図である。図６（ａ）乃至（ｃ）に示されるように、ＦＢＧ符号器１６０は、光導波路である光ファイバ１６１を有し、この光ファイバ１６１は、ブラッグ反射式の屈折率変調が形成された光ファイバコア１６２と、光ファイバコア１６２の周囲のクラッド１６３とを有する。
【００２７】
図６（ａ）乃至（ｃ）に示されるように、光ファイバコア１６２は、それぞれが光ファイバ１６１の長さ方向（図６（ａ）乃至（ｃ）における横方向）に周期的な屈折率変調１６４を持ち、かつ、光ファイバ１６１の長さ方向に並ぶ複数の単位ＦＢＧ（単位回折格子部）１６５を有する。また、光ファイバコア１６２は、複数の単位ＦＢＧ１６５の内のいずれかの隣り合う２つの単位ＦＢＧ間に形成され、これら隣り合う２つの単位ＦＢＧ１６５の屈折率変調の間に所定量の位相差を生じさせる１又は複数（図６（ａ）及び（ｂ）においては、７個）の位相シフト部１６６を有する。また、図６（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、第２の実施形態においては、複数の単位ＦＢＧ１６５のそれぞれが、光ファイバ１６０の長さ方向及び屈折率を座標軸とした座標系に周期的な屈折率変調を描いたときの周期的な屈折率変調の包洛線を所定の窓関数にするように周期的な屈折率変調の振幅を光ファイバ１６０の長さ方向に対して変化させた構造を持つ。
【００２８】
図６（ａ）乃至（ｃ）においては、ＦＢＧ符号器１６０は、入力光パルスから、符号長が‘１５’で２値位相に符号化された光パルスを反射するように構成されている。図６（ａ）に示されるＦＢＧ符号器１６０は、光ファイバ１６１のコア１６２に形成された周期的な回折格子を有している。図６（ｃ）における単位ＦＢＧ１６５の屈折率変調構造は、ブラッグ反射の式λ＝２×ｎｅｆｆ×Λに従う回折格子の屈折率変調周期Λである。第２の実施形態においては、すべての単位ＦＢＧ１６５は、同じ構造になっている。また、光パルス符号に応じて単位ＦＢＧ１６５間に位相シフト部１６６が備えられた構成になっており、１個の位相シフト部１６６によるシフト量を、単位ＦＢＧ１６５の屈折率変調周期Λの１／２にしている。
【００２９】
図７（ａ）乃至（ｃ）は、単位ＦＢＧ１６５の屈折率変調構造を説明するための図である。図７（ａ）は、図２５（ｂ）に示される従来のＦＢＧ符号器と同じ屈折率変調構造を示す。また、図７（ｂ）は、第２の実施形態における単位ＦＢＧの周期Ｔを持つＦＢＧ符号器全体の屈折率変調の包洛線を示す。本発明の第２の実施形態のＦＢＧ符号器の構成は、図７（ａ）の回折格子の屈折率変調に、図７（ｂ）の単位ＦＢＧの周期Ｔの屈折率変調包洛線（窓関数で表現できる。）をかけた図７（ｃ）の屈折率変調になっている。図７（ｂ）の単位ＦＢＧの窓関数ｎｕｎｉｔは、
ｎｕｎｉｔ＝（−１）×Ｌｎ（２）×ＥＸＰ｛（ｘ−Ｌ／２）／（Ｌ×Ｂ）｝    （３）
のガウス関数に従い、単位ＦＢＧの周期Ｔで繰り返している。ここで、Ｌは単位ＦＢＧ長、Ｂは帯域調整の係数（帯域係数）、Ｌｎ（・）は自然対数、ＥＸＰ｛・｝は指数関数を示す。また、図７（ｂ）に示されるように、この屈折率変調は、一定値Ｎｃを中心に振幅している。
【００３０】
本発明の第２の実施形態のＦＢＧ符号器の構造は、屈折率変調の周期Λが一定であり、チャープなどの屈折率変調周期の変動を持たないため作製が容易である。例えば、位相マスク法を改良した本出願人による先願（特願平２００３−２７９５１８）に示されるようなＦＢＧ製造方法及び製造装置を用いてＦＢＧ符号器を作ることができる。このＦＢＧ製造方法及び製造装置については、後述する。
【００３１】
上記説明においては、単位ＦＢＧごとの窓関数にガウス関数を用いた例を示したが、その他の信号処理の窓関数、例えば、関数（Ｒａｉｓｅｄ  ｃｏｓｉｎｅ（レイズドコサイン）関数、Ｔａｎｈ（双曲正接）関数、Ｂｌａｃｋｍａｎ（ブラックマン）関数、Ｈａｍｍｉｎｇ（ハミング）関数、Ｈａｎｎｉｎｇ（ハニング）関数など）などを用いてもよい。
【００３２】
図８は、入力光パルス幅１０ｐｓのときの単位ＦＢＧのガウス関数式（３）の帯域係数Ｂと反射パルス幅の関係及び帯域係数Ｂと帯域の関係のグラフを示す図である。図８のグラフに示される特性を持つ単位ＦＢＧの構造は、長さが約２．４ｍｍである。図８に示されるように、単位ＦＢＧのガウス関数包洛線を適用することにより、従来のＦＢＧ符号器の単位ＦＢＧ（長さ２．４ｍｍ、反射パルス幅約１７．５ｐｓ、帯域０．３１ｎｍ）と比べて、単位ＦＢＧのフィルタ帯域を広くすることができ反射パルス幅の増加を抑制している。図８に示されるように、ガウス関数を窓関数として用いた場合、帯域係数Ｂが小さいほど反射パルス幅の広がりは抑制される。よって、式（３）における帯域係数Ｂの値を変えることにより、ＦＢＧ符号器のフィルタ帯域の調整ができる。つまり、入力光のパルス幅に応じて単位ＦＢＧが持つ屈折率変調振幅を決定することにより（すなわち、入力光のパルス幅に応じた屈折率変調振幅を持つ単位ＦＢＧを用いることにより）、単位ＦＢＧのフィルタ帯域を調整すれば、反射光のパルス幅の広がりを抑制できる。
【００３３】
図９（ａ）は、図３の測定系により観測した従来構造のＦＢＧ符号器（図２５（ａ）及び（ｂ））の符号化パルス列と、第２の実施形態のＦＢＧ符号器（図６（ａ）乃至（ｃ））１６０の符号化パルス列を示す図である。これらのＦＢＧ符号器の仕様は、符号長‘１５’で、単位ＦＢＧの長さ（単位ＦＢＧ長）が２．４ｍｍ、屈折率変調周期Λを約５４０ｎｍとした。また、窓関数の帯域調整係数は０．５とした。図９（ａ）に示されるように、図２５（ａ）に示される従来構成のＦＢＧ符号器により生成された符号化パルス列は、同位相の光パルス間では光パルスが重なり、隣接する光パルスが結合された波形が観測された。これに対し、図９（ｂ）に示されるように、図６（ａ）乃至（ｃ）に示される第２の実施形態の構成のＦＢＧ符号器１６０により生成された符号化パルス列は、光パルスの広がりが抑制され、符号化パルス列の個々の光パルスが明確に区別できる波形が観測された。
【００３４】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態の効果を説明するための図であり、図１０（ａ）は、従来のＦＢＧ符号器で符号化し従来のＦＢＧ復号器で復号した結果得られた復号波形を示し、図１０（ｂ）は、パルス幅１０ｐｓの光信号を第２の実施形態のＦＢＧ符号器で符号化し第２の実施形態のＦＢＧ復号器で復号した結果得られた復号波形を示す。図１０（ａ）と図１０（ｂ）の比較から、従来のＦＢＧ符号器で符号化され従来のＦＢＧ復号器で復号されたパルス波形形状には広がり（パルス幅の増加及びパルス強度の低下）が見られるが、本発明の第２の実施形態のＦＢＧ符号器で符号化され第２の実施形態のＦＢＧ復号器で復号されたパルス波形形状には広がり（パルス幅の増加及びパルス強度の低下）が小さい。このことから、第２の実施形態に係るＦＢＧ符号器及びＦＢＧ復号器を用いれば、入力パルスと同等な波形が復元でき、再現性がよいことが確認された。
【００３５】
［３］ＦＢＧ光符号器の製造方法
［３−１］位相シフト部を持つＦＢＧ（第１及び第２の実施形態）の製造方法
図１１（ａ）及び（ｂ）は、ＦＢＧ製造装置の構成を概略的に示す図であり、図１１（ａ）は光ファイバの長さ方向であるＸ軸方向を横方向とした図であり、図１１（ｂ）はＸ軸方向に直交するＹ軸方向を横方向とした図である。図１１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＦＢＧ製造装置は、ベース板２１１と、このベース板２１１を移動又は回転させるステージ系２１２と、ベース板２１１上に備えられたファイバホルダ２１３と、ベース板２１１上に固定された微動ステージ２１４と、この微動ステージ２１４上に固定された位相マスクホルダ２１５と、この位相マスクホルダ２１５に固定された位相マスク２１６とを有する。また、このＦＢＧ製造装置は、ファイバホルダ２１３により直線状に張られた光ファイバ２１０に紫外レーザ光２２０を照射する光学系２２１を有する。なお、光ファイバ２１０としては、その光ファイバコアの屈折率が紫外線の照射によって変化する感光性光ファイバを用いる。
【００３６】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ステージ系２１２は、θ軸回転ステージ２１２ａと、Ｙ軸移動ステージ２１２ｂと、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃとを有する。θ軸回転ステージ２１２ａは、パルスモータ等の駆動源（図示せず）からの駆動力によってベース板２１１をベース板２１１の表面に直交する軸線（図１１（ａ）及び（ｂ）における縦方向に延びる軸線（図示せず））を中心にして回転させる。θ軸回転ステージ２１２ａは、ファイバホルダ２１３によって保持された光ファイバ２１０の長さ方向をＸ軸方向（Ｘ軸移動ステージ１２ｃの移動方向である。）と平行な方向にするために使用される。Ｙ軸移動ステージ２１２ｂは、パルスモータ等の駆動源（図示せず）からの駆動力によってθ軸回転ステージ２１２ａ及びベース板２１１をＸ軸方向に直交するＹ軸方向（Ｙ軸移動ステージ２１２ｂの移動方向であって、図１１（ｂ）における横方向である。）に移動させる。Ｙ軸移動ステージ２１２ｂは、ファイバホルダ２１３によって保持された光ファイバ２１０の光ファイバコアの位置が紫外レーザ光２２０の照射位置に一致するように、θ軸回転ステージ２１２ａ及びベース板２１１をＹ軸方向に移動させる。θ軸回転ステージ２１２ａによる光ファイバ２１０の方向の調整手順及びＹ軸移動ステージ２１２ｂによる光ファイバ２１０のＹ軸方向の位置の調整手順は特に限定されない。
【００３７】
Ｘ軸移動ステージ２１２ｃは、パルスモータ等の駆動源（図示せず）からの駆動力によって、Ｙ軸移動ステージ２１２ｂ、θ軸回転ステージ２１２ａ、及びベース板２１１をＸ軸方向（図１１（ａ）における横方向）に移動させる。Ｘ軸移動ステージ２１２ｃの最大移動距離は、例えば、１５０ｍｍであり、位置移動分解能は、例えば、１μｍである。Ｘ軸移動ステージ２１２ｃは、ベース板２１１上のファイバホルダ２１３に保持された光ファイバ２１０をその長さ方向（θ軸回転ステージ２１２ａ及びＹ軸移動ステージ２１２ｂによりＸ軸方向に一致している。）に移動させることによって、紫外レーザ光２２０による光ファイバ２１０上の照射位置をＸ軸方向に移動させる（すなわち、紫外レーザ光２２０により光ファイバ２１０の光ファイバコアを走査する）。
【００３８】
ベース板２１１上の微動ステージ２１４は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）を駆動源としており、位相マスクホルダ２１５及び位相マスク２１６をＸ軸方向に微動又は振動させる。微動ステージ２１４の最大移動距離は、例えば、３５μｍであり、位置移動分解能は、例えば、１ｎｍである。位置移動分解能が１ｎｍであるピエゾ素子を用いた微動ステージ２１４は、光ファイバコア２１０ａのブラッグ回折格子に位相シフト部や屈折率変調振幅の変化を持たせる用途に適している。また、ピエゾ素子の移動量はピエゾ素子の入力電圧を制御することによって調整することができる。
【００３９】
θ軸回転ステージ２１２ａ、Ｙ軸移動ステージ２１２ｂ、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃ、及び微動ステージ２１４の動作は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて、それぞれの駆動回路（図１１（ａ）及び（ｂ）に示さず）によって制御される。
【００４０】
図１１（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２２０を照射する光学系２２１は、レーザ光源２２１ａと、レンズ２２１ｂと、ミラー２２１ｃとを有する。レーザ光源２２１ａは、例えば、２４４ｎｍの波長光を発生するＡｒ−ＣＷレーザ（例えば、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製ＩＮＮＯＶＡ３００Ｆｒｅｄ（商品名））である。レーザ光源２２１ａからの紫外レーザ光は、レンズ２２１ｂによって収束され、ミラー２２１ｃで反射され、位相マスク２１６を通して、光ファイバ２１０の光ファイバコアに照射される。図１１（ａ）及び（ｂ）において、紫外レーザ光の照射位置は固定されており、紫外レーザ光２２０の走査はＸ軸移動ステージ２１２ｃによるベース板２１１の移動によって行われる。ただし、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃによりベース板２１１をＸ軸方向に移動させずに、ベース板２１１を固定して、光学系２２１をＸ軸方向に移動させてもよい。
【００４１】
図１２は、ＦＢＧ製造装置の微動ステージ２１４の動作を示す説明図である。微動ステージ２１４の動作は、パーソナルコンピュータのような制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて、駆動回路（図１２における直流電圧発生器２１７）が微動ステージ２１４のピエゾ素子の印加電圧を調整することによって制御される。ステージ系２１２の制御装置と微動ステージ２１４の制御回路は、通常は同じパーソナルコンピュータである。
【００４２】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、ＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、図１３（ａ）は位相マスク２１６のシフト前の屈折率変調の形成工程を示し、図１３（ｂ）は位相マスク２１６のシフト後の屈折率変調の形成工程を示す。図１３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２２０が位相マスク２１６を通過すると、位相マスク２１６の回折格子の周期の１／２周期の干渉縞（干渉光２２０ａ）が生じる。この干渉縞が光ファイバコア２１０ａに照射されると、照射光量に応じて光ファイバコア２１０ａの屈折率を増加させ、光ファイバコア２１０ａに周期的な屈折率変調によるブラッグ回折格子が形成される。
【００４３】
図１１（ａ）及び（ｂ）並びに図１３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃによるベース板２１１のＸ軸方向の移動、具体的には、図１３（ａ）及び（ｂ）に示される矢印Ａ方向への移動により、紫外レーザ光２２０の照射位置は位置ＰＡから位置ＰＢを通して位置ＰＣに移動する。紫外レーザ光２２０の照射位置が位置ＰＢになったときに、微動ステージ２１４により位相マスク２１６を光ファイバ２１０の長さ方向であるＸ軸方向に（本例では、矢印Ａ方向とは逆の方向に）所定距離だけ移動（微動）させる。このときの位相マスク２１６の移動距離は、位相マスク２１６の回折格子の周期の１／４（すなわち、光ファイバコア２１０ａに形成されるブラッグ回折格子の周期の１／２）としている。
【００４４】
図１３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２２０の位置ＰＡから位置ＰＢまでの走査により、光ファイバコア２１０ａにはブラッグ回折格子２３１が形成される。このときの紫外レーザ光２２０の走査速度は、例えば、１０μｍ／ｓ〜１００μｍ／ｓの範囲内で設定された一定値である。この走査の間、位相マスク２１６と光ファイバ２１０の相対位置は変わらない。
【００４５】
図１３（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２２０の照射位置が位置ＰＢに達したときの微動ステージ２１４による微動により、光ファイバコア２１０ａに位相シフト部２３３が形成される。このときの微動量（シフト量）は、光ファイバコア２１０ａのブラッグ回折格子の周期の１／２（位相マスク１６の回折格子の周期の１／４）であり、このシフト量が位相シフト部の長さになる。シフト量は、例えば、０．２６８μｍである。このとき、ピエゾ素子を用いた微動ステージ２１４のピエゾ素子への入力電圧は約１８０ｍＶである。入力電圧は、図１４に示されるような、微動ステージのピエゾ素子の入力電圧とシフト量の関係から求められる。ただし、図１４の関係は一例に過ぎず、ピエゾ素子の入力電圧とシフト量の関係は、ピエゾ素子の種類によって変わる。
【００４６】
図１３（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２２０の位置ＰＢから位置ＰＣまでの走査により、光ファイバコア２１０ａにはブラッグ回折格子２３２が形成される。このときの紫外レーザ光２２０の走査速度は、例えば、１０μｍ／ｓ〜１００μｍ／ｓの範囲内で設定された一定値である。この走査の間、位相マスク１６と光ファイバ１０の相対位置は変わらない。なお、紫外レーザ光２２０の照射位置は固定され、光ファイバ２１０をＸ軸移動ステージ１２ｃにより矢印Ａ方向に移動させ、位相マスク１６を微動ステージ１４によりＸ軸方向に微動させるが、図１３（ａ）及び（ｂ）においては、位相マスク２１６と光ファイバコア２１０ａのＸ軸方向の位置関係を理解し易くするために、紫外レーザ光２２０の位置を移動させて描いている。
【００４７】
以上のプロセスによって、光ファイバコア２１０ａに位置ＰＢを境に、位置ＰＡから位置ＰＢまでのブラッグ回折格子２３１と、位置ＰＢから位置ＰＣまでのブラッグ回折格子２３２とが、ブラッグ回折格子の周期の１／２だけ位相シフトしているＦＢＧが形成された。
【００４８】
上記説明においては、一つの位相シフト部２３３を持つＦＢＧの製造方法を示したが、微動ステージ２１４による位相マスク２１６の微動を繰り返すことによって、複数の位相シフト部を持つＦＢＧを製造することができる。また、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃと微動ステージ２１４の動作を同じパーソナルコンピュータで制御し、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃの動作中に、所望の複数の座標で微動ステージ２１４を動作させれば、複数の位相シフト部２３３も所望の位置に形成できる。さらに、ＳＳ−ＦＢＧを用いたＯＣＤＭ用の符号器と復号器は、任意の符号のコード長とパターンにより、ブラッグ回折格子に複数の位相シフト部２３３を持つが、上記ＦＢＧの製造方法は、このようなＦＢＧの製造に適している。
【００４９】
なお、微動ステージ２１４の入力電圧を調整することにより、位相シフト量が制御でき、光ファイバコアに形成されるブラッグ回折格子の１／４周期や３／４周期などのような任意のシフト量の位相シフト部を持つＦＢＧを製造することができる。一般的には、位相シフト量は、位相マスク２１６の回折格子の周期の１／２よりも小さい値（すなわち、光ファイバコア２１０ａに形成されるブラッグ回折格子の周期よりも小さい値）である。なお、必要に応じて、位相シフト量は、位相マスク回折格子の周期の１／２よりも大きい値（すなわち、光ファイバコア２１０ａに形成されるブラッグ回折格子の周期よりも大きい値）であってもよい。
【００５０】
図１５は、位相シフト部を持つＦＢＧの反射スペクトルと位相シフト部を持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。図１５に太線（Ｗｉｔｈ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ）で示されるように、ＦＢＧ長の中央にブラッグ回折格子の１／２周期の位相シフト部３３を持つＦＢＧの反射スペクトルは、反射帯域中央にディップを持つ。この場合のＦＢＧ長は２．４ｍｍであり、その中央（端部から１．２ｍｍの位置）に位相シフト部が設けられている。また、図１５に細線（Ｗ／Ｏ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ）で示されるように、位相シフト部を持たないＦＢＧの反射スペクトルには、反射帯域中央にディップが現れていない。このような反射スペクトルの実測値から、本例の場合には、ＦＢＧにブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部が良好に形成されていることを確認することができる。
【００５１】
以上のＦＢＧ製造方法又は製造装置を用いれば、位相マスク２１６を交換することなく、光ファイバコア２１０ａの所望の位置に所望の位相シフト量の位相シフト部２３３を備えたブラッグ回折格子を形成することができる。
【００５２】
第１の実施形態として説明された位相シフト部を有するＦＢＧの製造に際しては、図１６に示されるような位相マスク１を使用する。図１６に示される位相マスク１は、１５個の単位回折格子２が連続的に繋がっている（図１６においては、中央部分の図示を省略している。）構造を有している。これらの単位回折格子２は互いに同じ構成であり、単位回折格子２の長さは２．４ｍｍであり、単位回折格子２の中央の格子周期は約１０８０ｎｍであり、かつ、単位回折格子２はＦＢＧの反射波長に換算されたチャープ量０．８ｎｍを持つ。また、単位回折格子２間の位相関係は、各単位の中心の回折格子周期が長さ方向に位相が揃うように位置付けられている。
【００５３】
第１の実施形態のＦＢＧの製造に際しては、紫外レーザを走査しながら、位相マスク１の通過によって生じる紫外レーザの干渉光を照射することにより光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成する。そのとき、紫外レーザがこの位相マスク１の単位回折格子間の境界（図１６において、三角マークで示される位置）に照射されているとき、瞬時にこの位相マスク１を微動させることにより位相シフト部（図１の符号１１６）が形成される。第１の実施形態のＯＣＤＭ用符号器や復号器の製造に際して、紫外レーザがこの位相マスク１の単位回折格子２間の境界（図１６において、三角マークで示される位置）に照射されているとき、符号に応じて、この位相マスク１を単位回折格子中心の周期の１／４動かしたり、動かさなかったりすることによって、位相シフト部を有するＦＢＧが作られる。
【００５４】
［３−２］アポダイゼーションを持つＦＢＧ（第２の実施形態）の製造方法
以下のＦＢＧ製造方法では、微動ステージ駆動用の関数電圧信号発生器を用い、微動ステージのピエゾ素子に所望の関数波形の電圧振幅を印加して、位相マスクを振動させている。微動ステージによる位相マスクの振動により光ファイバコアの屈折率変調の振幅を変動させて、例えば、アポダイゼーションを持たせている。
【００５５】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示されるＦＢＧの製造方法は、位相マスク法により紫外レーザ光２２０を光ファイバ２１０の長さ方向（Ｘ軸方向）に走査して光ファイバコア２１０ａに光ファイバ２１０の長さ方向に周期的な屈折率変調を形成する工程を有する。また、このＦＢＧの製造方法は、前記した紫外レーザ光２２０の走査工程と並行して、位相マスク法で使用する位相マスク２１６を光ファイバ２１０の長さ方向に振動させ、この振動の振幅を紫外レーザ光２１０の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、光ファイバコア２１０ａに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程を有する。
【００５６】
図１７（ａ）乃至（ｃ）は、ＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、図１７（ａ）は位相マスクの振動を示す図であり、図１７（ｂ）は位相マスクの振動の振幅が小さい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が大きくなることを示す説明図であり、図１７（ｃ）は位相マスクの振動の振幅が大きい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が小さくなることを示す説明図である。図１７（ａ）に示されるように、位相マスク２１６を実線位置と破線位置の間で繰り返し移動（すなわち、振動）させると、光ファイバコア２１０ａに対する干渉光２４１の照射位置も変化する。光ファイバコア２１０ａのレーザビーム照射量が一定のとき、図１７（ｂ）に示されるように、位相マスク２１６の振動の振幅が小さいときは、光ファイバコア２１０ａに対する干渉光２４１の照射範囲が狭いため、光ファイバコア２１０ａのブラッグ回折格子の屈折率変調振幅は大きくなる。なお、位相マスク２１６の振動の振幅は、図１７（ｂ）の干渉光の照射強度を示す３本の曲線（実線、細い破線、太い破線）のうちの実線と太い破線の位相差に対応する。また、図１７（ｃ）に示されるように、位相マスク２１６の振動の振幅が大きいときは、光ファイバコア２１０ａに対する干渉光２４１の照射範囲が広いため、光ファイバコア２１０ａのブラッグ回折格子の屈折率変調振幅は小さくなる。なお、位相マスク２１６の振動の振幅は、図１７（ｃ）の干渉光の照射強度を示す３本の曲線（実線、細い破線、太い破線）のうちの実線と太い破線の位相差に対応する。ただし、図１７（ｂ）の場合の平均屈折率変化量Ｎｂと図１７（ｃ）の場合の平均屈折率変化量Ｎｃとは等しくなる。
【００５７】
図１８は、ＦＢＧ製造装置の微動ステージのピエゾ素子の振動がＳＩＮ関数である場合の規格化された相対的屈折率変調振幅を示す図である。この規格化はＳＩＮ関数の入力振幅電圧が０ｍＶのとき、光ファイバコア２１０ａのブラッグ回折格子の屈折率変調振幅を１としている。また、このグラフは、振動の関数がＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）の時のシミュレーションと測定値の関係を示している。このときの振動周波数は１０Ｈｚとした。ＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）関数の振幅で制御した場合には、シミュレーションと実験値がほぼ一致することがわかる。
【００５８】
図１９（ａ）及び（ｂ）は、アポダイゼーションを形成する方法を説明するための図であり、図１９（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の入力電圧波形を示し、図１９（ｂ）は光ファイバコアの屈折率変調振幅を示す。アポダイゼーション技術とは、ＦＢＧの周期的な屈折率変調の包絡線を図１９（ｂ）に示されるような形状（ベル状）にし、ＦＢＧの両端のファブリペローに起因するサイドローブを抑制する技術である。ＦＢＧの周期的な屈折率変調２８３の包絡線２８１を図１９（ｂ）に示されるような形状したブラッグ回折格子を形成する場合には、ＦＢＧ長さ方向の位置に対する入力ＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）関数の電圧振幅を図１９（ａ）に示されるようにすればよい。なお、図１８に示されるＳＩＮ関数の入力振幅電圧に対する規格化された光ファイバコアの回折格子の屈折率変調振幅の関係から、包絡線２８１を得るために必要な電圧振幅を得ることができる。このため、ピエゾ素子の入力電圧を制御することにより、光ファイバコアのブラッグ回折格子にアポダイゼーションを形成することができる。
【００５９】
図２０は、アポダイゼーションを持つＦＢＧの反射スペクトルとアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。これらのＦＢＧ長は４．８ｍｍである。ここでは、アポダイズされた（すなわち、アポダイゼーションを持つ）屈折率変調の包絡線を式（４）のレイズドコサイン関数で形成した。
ｆ（ｘ）＝１＋ｃｏｓ（２πｘ／Ｌ０）                        （４）
ここで、Ｌ０は、ＦＢＧ全長を示す。図２０に実線で示されるアポダイゼーションを持つＦＢＧの反射スペクトル（Ｗｉｔｈ  ａｐｏｄｉｚｅ）と、図２０に破線で示されるアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（Ｗ／Ｏ  ａｐｏｄｉｚｅ）とを比較すると、アポダイゼーションを持つＦＢＧの場合には、サイドローブが抑圧されていることが分かる。なお、以上の説明では、アポダイゼーションにレイズドコサイン関数を用いたが、他の関数を用いてもよい。
【００６０】
以上のＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いれば、光ファイバコア２１０ａの所望の位置に屈折率変調振幅の変動（例えば、アポタイゼーション）を形成することができる。
【００６１】
また、以上のＦＢＧの製造方法又は製造装置においては、屈折率変調振幅の変動を形成するために、位相マスク２１６をその長さ方向に振動させているので、紫外レーザ光２２０と光ファイバコア２１０ａとのＹ軸方向の位置関係がずれることはない。また、位相マスク１６のＹ軸方向の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度と大きいので、位相マスク１６のＹ軸方向のずれによる光ファイバコア２１０ａへの紫外レーザ光の照射量の変化はない。よって、以上のＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いて、光ファイバコア２１０ａにブラッグ回折格子を形成すれば、光ファイバの幅方向のずれに起因する屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができる。
【００６２】
さらに、微動ステージ２１４のピエゾ素子に印加する電圧を関数電圧信号発生器にして、ピエゾ素子を振動させる際に、振幅の変化の動きが滑らかなＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）で振動させると、シミュレーションのＦＢＧ屈折率変調の振幅と実際に作製したＦＢＧの屈折率変調の振幅とがほぼ一致する。そのため、実際に製造されるＦＢＧの屈折率変調の振幅を、微動ステージ２１４のピエゾ素子の入力電圧に換算でき、所望のＦＢＧ屈折率変調を得るためのプロセス設計が容易になる。
【００６３】
［３−３］アポダイゼーション及び位相シフト部を持つＦＢＧ（第２の実施形態）の製造方法
位相シフト部及び屈折率変動振幅の変化の両方を備えたＦＢＧを製造する方法においては、前記直流電圧発生器の出力と関数電圧信号発生器の出力を合成した信号を、微動ステージのピエゾ素子に入力して、位相マスク２１６を振動及び微動させる。
【００６４】
このＦＢＧの製造方法は、位相マスク法により紫外レーザ光２２０を光ファイバ２１０の長さ方向（Ｘ軸方向）に走査して光ファイバコア２１０ａに光ファイバ２１０の長さ方向に周期的な屈折率変調を形成する工程を有する。また、このＦＢＧの製造方法は、前記した紫外レーザ光２２０の走査工程と並行して、紫外レーザ光２２０の照射位置が所定位置になったときに、位相マスク法で使用する位相マスク２１６を光ファイバ２１０の長さ方向に所定距離だけ瞬時に移動（微動）させることによって、光ファイバコア２１０ａに形成される周期的な屈折率変調に位相シフト部２３３を形成する工程を有する。さらに、このＦＢＧの製造方法は、位相マスク法で使用する位相マスク２１６を光ファイバ２１０の長さ方向に振動させ、この振動の振幅を紫外レーザ光２１０の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、光ファイバコア２１０ａに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程を有する。
【００６５】
図２１（ａ）乃至（ｄ）は、ＦＢＧの製造方法を説明するための図であり、図２１（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の駆動回路（合成回路）２５１の動作を示す説明図であり、図２１（ｂ）は関数信号発生器からの入力信号波形の一例を示し、図２１（ｃ）は直流電圧発生器からの入力電圧波形の一例を示し、図２１（ｄ）は合成回路２５１の出力波形を示す。図２１（ａ）に示されるように、関数電圧情号発生器の電圧振幅と直流電圧発生器の直流電圧は合成回路に入力され、合成電圧波形が出力される。
【００６６】
以下に、ＦＢＧが１つの位相シフト部を有し、さらに、ＦＢＧにアポダイゼーション技術を施すときの、ＦＢＧの製造方法を説明する。また、ＦＢＧ長が２．４ｍｍであり、ＦＢＧ長の中央にブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部を持ち、ＦＢＧの端部から１．２ｍｍごとにレイズドコサイン関数のアポダイズを施す場合を示す。
【００６７】
ＦＢＧの製造方法は、以下の通りである。図１１（ａ）及び（ｂ）に示される製造装置により、Ｘ軸移動ステージ２１２ｃが動作すると紫外レーザ光２２０が位相マスク２１６を通して光ファイバコア１０ａを走査する。図２１（ｄ）に示すように走査開始当初は、屈折率変調振幅を約０にするためピエゾ素子に入力する振幅電圧は大きく約２６８ｍＶである。位相シフト形成前の１．２ｍｍ長のブラッグ回折格子の形成では、図１８に示されたＳＩＮ関数の入力振幅電圧に対する規格化された光ファイバコアの回折格子の屈折率変調振幅とＦＢＧ全長を１．２ｍｍとしたレイズドコサイン関数式から換算して、図２１（ｄ）に示すように、その入力電圧振幅を約０ｍＶ〜２６８ｍＶまで変動させる。図２１（ｄ）に示すように、走査距離が１．２ｍｍでブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部（２６８μｍ）を形成するために、約１８０ｍＶの直流電圧を与えた。走査距離が１．２ｍｍを過ぎた後の、残りの１．２ｍｍ長のブラッグ回折格子の形成のための入力電圧振幅は、図２１（ｄ）に示すように、位相シフト前の１．２ｍｍ走査と同じ入力電圧振幅変化を与えた。
【００６８】
図２２（ａ）は位相シフト部を備え、アポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図であり、図２２（ｂ）は位相シフト部とアポダイゼーションの両方を備えたＦＢＧの反射スペクトルを示す図である。図２２（ａ）及び（ｂ）においては、ＦＢＧの中央に一つブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部を持つ２．４ｍｍ長のＦＢＧにおいて、アポダイズを施したＦＢＧと、アポダイズを施していなＦＢＧの反射スペクトルを示す。アポダイズを施したＦＢＧの反射スペクトルにおいてはサイドローブが抑圧されていることが分かる。
【００６９】
上記説明においては、一つの位相シフト部を持ち、アポダイズにレイズドコサイン関数を用いたＦＢＧの作製例を示したが、同様の手法により、複数の位相シフト部と任意の位相シフト量を持ち、かつ、アポダイズに任意の関数を適用したＦＢＧを作製することができる。このように、直流電圧発生器の電圧と関数電圧信号発生器の信号を合成し、微動ステージのピエゾ素子に印加することにより、微動ステージを振動かつシフトさせることができ、所望の量と数の位相シフトを持ち、かつ、所望の関数のアポダイズが施されたＦＢＧが形成できる。
【００７０】
第２の実施形態として説明された位相シフト部を有するＦＢＧの製造に際しては、図２３に示されるような位相マスク５を使用する。図２３に示される位相マスク５は、回折格子部の長さ３６ｍｍ以上であり、回折格子の周期は各部において一定の約１０８０ｎｍであり、位相は揃っている。
【００７１】
第２の実施形態のＦＢＧの製造に際しては、紫外レーザを走査しながら、位相マスク５の通過によって生じる紫外レーザの干渉光を照射することにより光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成する。そのとき、紫外レーザが照射されている所望の位置に来たとき、瞬時にこの位相マスクを微動させることにより位相シフト部（図６の符号１６６）が所望の位置に形成される。第２の実施形態のＯＣＤＭ用符号器や復号器の製造においては、紫外レーザの照射のスタート地点から２．４ｍｍ周期の位置で、符号に応じて、この位相マスクを単位回折格子中心の周期の１／４動かしたり、動かさなかったりすることによって、位相シフト部を有するＦＢＧが作られる。
【００７２】
また、第２の実施形態では、式（３）に示されるガウス関数をアポダイズ（窓関数）に採用している。この関数で計算された屈折率変調振幅が、図１８に示される入力振幅電圧と規格化された相対的屈折率変調振幅の関係から計算された入力振幅電圧が、位相マスクを振動させるため微動ステージのピエゾ素子へ与えられる。
【００７３】
また、ＦＢＧの製造方法又は製造装置においては、屈折率変調振幅の変動を形成するために、位相マスク２１６をその長さ方向に微動及び振動させているので、光ファイバ２１０を振動させる従来技術のように、紫外レーザ光２２０と光ファイバコア２１０ａとのＹ軸方向の位置関係がずれることはない。また、位相マスク１６のＹ軸方向の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度と大きいので、位相マスク２１６のＹ軸方向のずれによる光ファイバコア２１０ａへの紫外レーザ光の照射量の変化はない。よって、以上に説明したＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いて、光ファイバコア２１０ａにブラッグ回折格子を形成すれば、光ファイバの幅方向のずれに起因する屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
［４］利用形態の説明
上記実施形態においては、光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成したが、何かの手段で屈折率変調を施すことができる光導波路であれば本発明の屈折率変調構造を使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）を示す図である。
【図２】単位ＦＢＧのチャープ量と帯域の関係及びチャープ量と反射パルス幅の関係のグラフを示す図である。
【図３】本発明の第１及び第２の実施形態に係るＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）の機能を評価するために使用した符号化パルス列と復号波形を観測する測定系の概要を示す図である。
【図４】（ａ）は、従来のＦＢＧ符号器により生成された符号化パルス列を示し、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るＦＢＧ符号器により生成された符号化パルス列を示す図である。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の効果を説明するための図であり、（ａ）は、入力パルスを示し、（ｂ）は、従来のＦＢＧ符号器で符号化し従来のＦＢＧ復号器で復号した結果得られた復号波形を示し、（ｃ）は、パルス幅１０ｐｓの光信号を第１の実施形態のＦＢＧ符号器で符号化し第１の実施形態のＦＢＧ復号器で復号した結果得られた復号波形を示す。
【図６】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）を示す図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）のＦＢＢ符号器の屈折率変調構造を説明するための図である。
【図８】単位ＦＢＧのガウス関数式における帯域係数と反射パルス幅の関係及び帯域係数と帯域の関係のグラフを示す図である。
【図９】（ａ）は、従来のＦＢＧ符号器により生成された符号化パルス列を示し、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧ符号器により生成された符号化パルス列を示す図である。
【図１０】（ａ）は、従来のＦＢＧ符号器で符号化され従来のＦＢＧ復号器で復号されたパルス波形形状を示し、（ｂ）は、第２の実施形態に係るＦＢＧ符号器で符号化され第２の実施形態に係るＦＢＧ復号器で復号されたパルス波形形状を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、ＦＢＧ製造装置の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は光ファイバの長さ方向であるＸ軸方向を横方向とした図であり、（ｂ）はＸ軸方向に直交するＹ軸方向を横方向とした図である。
【図１２】ＦＢＧ製造装置の微動ステージの動作を示す説明図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、ＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、（ａ）は位相マスクのシフト前の屈折率変調の形成工程を示し、（ｂ）は位相マスクのシフト後の屈折率変調の形成工程を示す。
【図１４】微動ステージのピエゾ素子の入力電圧とシフト量の関係を示す図である。
【図１５】位相シフト部を持つＦＢＧの反射スペクトルと位相シフト部を持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。
【図１６】位相シフト部を持つＦＢＧ（第１の実施形態）の製造に使用した位相マスクの構成を概略的に示す図である。
【図１７】（ａ）乃至（ｃ）は、ＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、（ａ）は位相マスクの振動を示す図であり、（ｂ）は位相マスクの振動の振幅が小さい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が大きくなることを示す説明図であり、（ｃ）は位相マスクの振動の振幅が大きい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が小さくなることを示す説明図である。
【図１８】ＦＢＧ製造装置の微動ステージのピエゾ素子の振動がＳＩＮ関数である場合の規格化された相対的屈折率変調振幅を示す図である。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、アポダイゼーションを形成する方法を説明するための図であり、（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の入力電圧波形を示し、（ｂ）は光ファイバコアの屈折率変調振幅を示す。
【図２０】アポダイゼーションを持つＦＢＧの反射スペクトルとアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。
【図２１】（ａ）乃至（ｄ）は、ＦＢＧの製造方法を説明するための図であり、（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の駆動回路（合成回路）の動作を示す説明図であり、（ｂ）は関数信号発生器からの入力信号波形の一例を示し、（ｃ）は直流電圧発生器からの入力電圧波形の一例を示し、（ｄ）は合成回路の出力波形を示す。
【図２２】（ａ）は位相シフト部を備え、アポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図であり、（ｂ）は位相シフト部とアポダイゼーションの両方を備えたＦＢＧの反射スペクトルを示す図である。
【図２３】位相シフト部を持つＦＢＧ（第２の実施形態）の製造に使用した位相マスクの構成を概略的に示す図である。
【図２４】ＦＢＧ符号器による符号化とＦＢＧ復号器による復号の原理を示す図である。
【図２５】（ａ）及び（ｂ）は、従来のＦＢＧ符号器又はＦＢＧ復号器が持つ光ファイバコアの屈折率変調構造を示す図である。
【図２６】（ａ）乃至（ｄ）は、入力光パルス幅が反射パルス時間差より大きいときに、隣接している単位ＦＢＧの反射パルス間で干渉パルスが生じることを示す図である。
【図２７】入力光パルス幅が反射パルス時間差より小さいときにおける単位ＦＢＧの入力光パルス幅と帯域の関係及び反射パルス時間差と帯域の関係のグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１０，１６０  ＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）、
１１１，１６１  光ファイバ、
１１２，１６２  光ファイバコア、
１１３，１６３  クラッド、
１１４，１６４  屈折率変調、
１１５，１６５  単位ＦＢＧ、
１１６，１６６  位相シフト部、
１３１  光パルス発生器、
１３２  光パルス、
１３３，１３６  光サーキュレータ、
１３４  ＦＢＧ符号器、
１３５，１３８  オシロスコープ、
１３７  ＦＢＧ復号器、
２１０  光ファイバ、
２１０ａ  光ファイバコア、
２１１  ベース板、
２１２  ステージ系、
２１２ａ  θ軸回転ステージ、
２１２ｂ  Ｙ軸移動ステージ、
２１２ｃ  Ｘ軸移動ステージ、
２１３  ファイバホルダ、
２１４  微動ステージ、
２１５  位相マスクホルダ、
１，５，２１６  位相マスク、
２１７  直流電圧発生器、
２２０  紫外レーザ光、
２２０ａ  干渉光、
２２１  光学系、
２２１ａ  レーザ光源、
２２１ｂ  レンズ、
２２１ｃ  ミラー、
２３１，２３２  ブラッグ回折格子、
２３３  位相シフト部、
２５１  合成回路。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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