(57)【要約】【目的】自己相関波形のピーク値Pとサブピーク値Wとの比P/W、及び自己相関波形のピーク値Pと相互相関波形の最大ピーク値Cとの比P/Cが共に大きい。【解決手段】コア34とクラッド32を具える光ファイバ36のコアに、15個の単位FBGが導波方向に沿って直列に配置されたSSFBG 40が作り付けられている構造の位相制御手段である。光ファイバの実効屈折率の最大と最小の差Δnは、6.2×10-5である。前後に隣接しかつ等しい符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差は、Mを整数として、2πM＋(π/2)で与えられる。また、前後に隣接しかつ異なる符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差は、M及びNを整数として、2πM＋(2N+1)π+(π/2)で与えられる。【選択図】図6
2006197067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを、光位相符号を用いた符号化により、時間軸上に順次配列したチップパルスの列として時間拡散して、該チップパルスの列を出力する光パルス時間拡散器において、
前記チップパルスの列を、
前記光位相符号を構成する符号値のうち隣接するチップパルス同士間に位相差を与えて生成する位相制御手段を具え、
該位相制御手段は、前記隣接する符号値が等しい場合には、前記位相差を、
2πM＋(π/2)      （1）
で与え、及び
前記隣接する符号値が異なる場合には、前記位相差を、
2πM＋(2N+1)π+(π/2)      （2）
で与える（ただし、M及びNは整数である。）
ことを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項２】
光パルスを、光位相符号を用いた符号化により、時間軸上に順次配列したチップパルスの列として時間拡散して、該チップパルスの列を出力する光パルス時間拡散器において、
前記チップパルスの列を、
前記光位相符号を構成する符号値のうち隣接するチップパルス同士間に位相差を与えて生成する位相制御手段を具え、
該位相制御手段は、前記隣接する符号値が異なる場合には、前記位相差を、
2πM＋(π/2)      （1）
で与え、及び
前記隣接する符号値が等しい場合には、前記位相差を、
2πM＋(2N+1)π+(π/2)      （2）
で与える（ただし、M及びNは整数である。）
ことを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項３】
光パルスを、光位相符号を用いた符号化により、時間軸上に順次配列したチップパルスの列として時間拡散して、該チップパルスの列を出力する光パルス時間拡散器において、
前記チップパルスの列を生成するための位相制御手段であって、
一列に配列されて光位相符号を構成する符号値と一対一に対応する単位回折格子が、光導波路の導波方向に沿って直列に配置され、
前後に隣接しかつ等しい符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差を、
2πM＋(π/2)      （1）
で与え、及び
前後に隣接しかつ異なる符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差を、
2πM＋(2N+1)π+(π/2)      （2）
で与える（ただし、M及びNは整数である。）当該位相制御手段を具える
ことを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項４】
光パルスを、光位相符号を用いた符号化により、時間軸上に順次配列したチップパルスの列として時間拡散して、該チップパルスの列を出力する光パルス時間拡散器において、
前記チップパルスの列を生成するための位相制御手段であって、
一列に配列されて光位相符号を構成する符号値と一対一に対応する単位回折格子が、光導波路の導波方向に沿って直列に配置され、
前後に隣接しかつ異なる符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差を、
2πM＋(π/2)      （1）
で与え、及び
前後に隣接しかつ等しい符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差を、
2πM＋(2N+1)π+(π/2)      （2）
で与える（ただし、M及びNは整数である。）当該位相制御手段を具える
ことを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の光パルス時間拡散器において、前記単位回折格子の周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、窓関数によってアポダイズされていることを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項６】
前記窓関数がガウス関数であることを特徴とする請求項５に記載の光パルス時間拡散器。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の光パルス時間拡散器において、前記光導波路の導波方向に沿って直列に配置された前記単位回折格子を形成している周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、該光導波路の導波方向に沿って単調に増大させて構成されていることを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項８】
請求項３又は４に記載の光パルス時間拡散器において、前記単位回折格子の数がJ個（Ｊは2以上の自然数）からなる位相制御手段であって、前記単位回折格子に対して前記光導波路の一端から他端に向かって順次第1番から第J番までの番号が付されており、
第ｉ番目（2≦i≦J）の単位回折格子からの反射率Riが、
反射率Ri＝Ri-1／(1−Ri-1)2      （3）
で与えられることを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項９】
請求項３乃至８のいずれか１項に記載の光パルス時間拡散器において、前記光導波路が光ファイバであることを特徴とする光パルス時間拡散器。
【請求項１０】
光パルス信号を、光位相符号を用いて符号化して符号化光パルス信号として生成する符号化ステップと、
前記光位相符号と同一の符号を用いて、前記符号化光パルス信号を復号化して、前記光パルス信号の自己相関波形を生成する復号化ステップとを具え、
前記符号化ステップと前記復号化ステップとを、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光パルス時間拡散器を利用して実行することを特徴とする光符号分割多重伝送方法。
【請求項１１】
光パルス信号を、光位相符号を用いて符号化して符号化光パルス信号として生成する符号器と、
前記光位相符号と同一の符号を用いて、前記符号化光パルス信号を復号化して、前記光パルス信号の自己相関波形を生成する復号器とを具え、
前記符号器及び前記復号器が、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光パルス時間拡散器であることを特徴とする光符号分割多重伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光パルスをチップパルスに時間拡散する光パルス時間拡散器に関する。具体的には、光パルス時間拡散器としての応用例である光符号器あるいは光復号器に関する。特に、単位回折格子を光ファイバの導波方向に沿って直列に配置した構成の位相制御手段を具える光符号器あるいは光復号器に関する。また、この光パルス時間拡散器を利用して実施される光符号分割多重伝送方法及びこの方法を実現するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。それに対応して光ファイバを用いた高速で大容量のネットワークが整備されつつある。そして、通信の大容量化のために、一本の光ファイバ伝送路に複数チャンネル分の光パルス信号をまとめて伝送する光多重技術が検討されている。
【０００３】
光多重技術としては、光時分割多重（OTDM: OpticaL TiMe DivisioN MuLtipLexiNg）、波長分割多重（WDM: WaveLeNgth DivisioN MuLtipLexiNg）及び光符号分割多重（OCDM：OpricaL Code DivisioN MuLtipLexiNg）が盛んに研究されている。この中にあって、OCDMは、運用面における柔軟性、すなわち、OTDMやWDMにおいて送受信される光パルス信号の、1ビット当たりに割り当てられる時間軸上の制限がないという特長を有している。また、時間軸上で同一の時間スロットに複数のチャンネルを設定でき、あるいは波長軸上においても同一の波長に複数の通信チャンネルを設定できるという特長を有している。
【０００４】
以後、光パルス信号との表現は、2値デジタル信号を反映した光パルス列を意味するものとする。すなわち、規則正しい一定の間隔（ビットレートに相当する周波数の逆数に相当する時間間隔）で光パルスが並ぶ光パルス列に対して、時間軸上において、この光パルス列を構成する光パルスの存在及び非存在に対応させて2値デジタル信号を反映させた光パルス列を光パルス信号というものとする。
【０００５】
OCDMとは、チャンネルごとに異なる符号(パターン)を割り当て、パターンマッチングにより信号を抽出する通信方法である。すなわち、OCDMは、送信側では通信チャンネルごとに異なる光符号で光パルス信号を符号化し、受信側では送信側と同じ光符号を用いて復号化して元の光パルス信号に戻す光多重技術である。
【０００６】
復号時には符号が合う光パルス信号のみが有効な信号として抽出されて処理されるため、同じ波長あるいは複数の波長が組み合わせられた光からなる光パルス信号を、複数の通信チャンネルに割り当てることが可能となる。また光符号器の位相制御手段には、ファイバブラッググレーティング（FBG: Fiber-Bragg-GratiNg)等の受動光素子を、符号処理に必要な位相制御のために用いることが可能であるので、符号処理における電気的制限を受けることなく通信レートの高速化への対応が可能になる。また、同一の波長で同一時刻に複数のチャンネルを多重することが可能であり、大容量のデータ通信を可能にする。OTDMやWDMに比べて、通信容量が飛躍的に向上できる点で注目されている。
【０００７】
OCDMの符号化の手段として、光の位相を符号として用いる光位相符号方式が知られている。具体的には符号器及び復号器にスーパーストラクチャファイバブラッググレーティング（SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating）を用いる（例えば、非特許文献1及び2、あるいは特許文献1を参照）。
【０００８】
図1(A)乃至(E)を参照して、SSFBGを利用して形成された位相制御手段を具える光パルス時間拡散器を、符号器及び復号器として利用する場合について、その動作原理を説明する。図1(A)は、入力光パルスの時間波形を示した図である。図1(E)は、符号器で符号化された符号化光パルス列が復号器で復号化される様子の説明に供する図である。
【０００９】
図1(A)に示す入力光パルスが光ファイバ12から光サーキュレータ14を介して符号器10に入力されて符号化され、再び光サーキュレータ14を介して光ファイバ18を伝播して、光サーキュレータ22を介して復号器20に入力される。そして、復号器20で復号化されて自己相関波形が生成され、この自己相関波形が光サーキュレータ22を介して光ファイバ26を伝播する。
【００１０】
図1(E)に示す符号器10及び復号器20は、光ファイバの導波方向に沿って4つの単位ファイバブラッググレーティング(FBG：Fiber Bragg GratiNg)が配列されて構成されたSSFBGである。ここでは、一例として、4ビットの光符号（0，0，1，0）を用いて、符号器10及び復号器20の機能を説明する。ここで、光符号を与える「0」及び「1」からなる数列の項数を符号長ということもある。この例では、符号長が4である。また、光符号を与える数列を符号列といい、符号列の各項「0」及び「1」をチップということもある。そして、0及び1の値そのものを符号値ということもある。
【００１１】
符号器10を構成する単位FBG 10a, 10b, 10c及び10dは、それぞれ、上記光符号の第1番目のチップ「0」、第2番目のチップ「0」、第3番目のチップ「1」及び第4番目のチップ「0」と対応する。符号値が0であるか1であるかを決定するのは、隣接する単位FBGから反射されるブラッグ反射光の位相関係である。すなわち、第1番目のチップと第2番目のチップとは等しい符号値0をとっているので、第1番目のチップに対応する単位FBG 10aから反射されるブラッグ反射光の位相と、第2番目のチップに対応する単位FBG 10bから反射されるブラッグ反射光の位相とは等しい。また、第2番目のチップの符号値は0であり第3番目のチップの符号値は1であるから、両者は互いに異なる値をとっている。したがって、第2番目のチップに対応する単位FBG 10bから反射されるブラッグ反射光の位相と、第3番目のチップに対応する単位FBG 10cから反射されるブラッグ反射光の位相との差がπとなっている。同様に第3番目のチップの符号値は1であり第4番目のチップの符号値は0であるから、両者は互いに異なる値をとっている。したがって、第3番目のチップに対応する単位FBG 10cから反射されるブラッグ反射光の位相と、第4番目のチップに対応する単位FBG 10dから反射されるブラッグ反射光の位相との差がπとなっている。
【００１２】
このように、単位FBGからのブラッグ反射光の位相を変えることによって、規定される光符号を光位相符号と呼ぶこともある。
【００１３】
次に、光パルスが符号器で符号化されて符号化光パルス列に変換され、その符号化光パルス列が復号器で復号化されて自己相関波形が形成される過程を説明する。図1(A)に示す単一の光パルスが光ファイバ12から光サーキュレータ14及び光ファイバ16を介して符号器10に入力されると、単位FBG 10a, 10b, 10c及び10dからのブラッグ反射光が生成される。そこで、単位FBG 10a, 10b, 10c及び10dからのブラッグ反射光をそれぞれa, b, c及びdとする。すなわち、図1(A)に示す単一の光パルスが、ブラッグ反射光a, b, c及びdに時間拡散されて符号化光パルス列に変換される。
【００１４】
ブラッグ反射光a, b, c及びdは、時間軸に対して表すと、図1(B)に示すように、4つの光パルスに分離されて時間軸上で、単位FBG 10a, 10b, 10c及び10dの配列の仕方に依存する特定の間隔で配列された光パルス列を構成する。したがって、符号化光パルス列とは、符号器に入力された光パルスが時間軸上に複数の光パルスとして時間拡散された光パルス列である。
【００１５】
図1(B)に光ファイバ18を伝播する符号化光パルス列を時間軸に対して示す。図1(B)では、符号化光パルス列を見やすく表すために、縦軸の方向に沿って光パルスをずらせて示してある。
【００１６】
単位FBG 10aによるブラッグ反射光が、図1(B)中においてaで示す光パルスである。同様にFBG 10b、FBG 10c及びFBG 10dによるブラッグ反射光が、図1(B)中において、それぞれ、b、c及びdで示す光パルスである。aで示す光パルスが符号器10の入射端に一番近い単位FBG 10aから反射される光パルスであるので、時間的に一番進んだ位置にある。b、c及びdで示す光パルスはそれぞれ、FBG 10b、FBG 10c及びFBG 10dからのブラッグ反射光であり、FBG 10b、FBG 10c及びFBG 10dは、符号器10の入射端からこの順序で並べられているので、b、c及びdで示す光パルスは図1(B)に示すように、aで示す光パルスに続いてb、c、dの順に並ぶ。以後の説明において、ブラッグ反射光a、ブラッグ反射光b、ブラッグ反射光c及びブラッグ反射光dのそれぞれに対応する光パルスを、それぞれ光パルスa、光パルスb、光パルスc及び光パルスdと表現することもある。また、光パルスa、光パルスb、光パルスc及び光パルスdそれぞれをチップパルスということもある。
【００１７】
符号化光パルス列を構成するこれらのブラッグ反射光a, b, c及びdの位相の関係は、上述したように、次のようになっている。ブラッグ反射光aの位相とブラッグ反射光bの位相とは等しい。ブラッグ反射光bの位相とブラッグ反射光cの位相との差がπとなっている。ブラッグ反射光cの位相とブラッグ反射光dの位相との差がπとなっている。すなわち、ブラッグ反射光aの位相を基準にすると、ブラッグ反射光a、ブラッグ反射光b及びブラッグ反射光dの位相は等しく、これらに対してブラッグ反射光cの位相はπ異なっている。
【００１８】
そこで図1(B)では、ブラッグ反射光a、ブラッグ反射光b及びブラッグ反射光dのそれぞれに対応する光パルスを実線で示し、ブラッグ反射光cに対応する光パルスを破線で示してある。すなわち、ブラッグ反射光同士の位相関係を区別するために、対応する光パルスを表すのに、実線及び破線を用いるものとする。実線で示された光パルス同士の位相は互いに等しく、また破線で示された光パルス同士の位相は互いに等しい関係にある。そして実線で示された光パルスの位相と破線で示された光パルスとは相互にπ異なっている。
【００１９】
符号化光パルス列は、光ファイバ18を伝播して光サーキュレータ22を介して復号器20に入力される。復号器20は符号器10と同一の構造であるが、入力端と出力端が逆になっている。すなわち、復号器20の入力端から順に単位FBG 20a, 20b, 20c及び20dと並んでいるが、単位FBG 20aと単位FBG 10dとが対応する。また、同様に単位FBG 20b、単位FBG 20c及び単位FBG 20dは、単位FBG 10c、単位FBG 10b及び単位FBG 10aとそれぞれ対応する。
【００２０】
復号器20に入力される符号化光パルス列は、まずこの符号化光パルス列を構成する光パルスaが単位FBG 20a, 20b, 20c及び20dからそれぞれブラッグ反射される。その様子を、図1(C)を参照して説明する。図1(C)は、横軸に時間軸をとってある。そして便宜的に1乃至7を付して時刻の前後関係を表示してあり、この数値が小さいほど、前の時刻であることを示している。
【００２１】
図1(C)は図1(B)と同様に時間軸に対して符号化光パルス列を示した図である。符号化光パルス列は復号器20に入力されると、まず単位FBG 20aでブラッグ反射される。単位FBG 20aでブラッグ反射される反射光をブラッグ反射光a'と表すこととする。同様に単位FBG 20b、単位FBG 20c及び単位FBG 20dでブラッグ反射される反射光を、それぞれブラッグ反射光b'、c’及びd'と表すこととする。
【００２２】
単位FBG 20aからは、符号化光パルス列を構成する光パルスa、b、c及びdがブラッグ反射されて、図1(C)においてa'と示した列の時間軸上に並ぶ。単位FBG 20aからブラッグ反射された光パルスaは、時間軸上で1と示してある位置にピークをもつ光パルスである。単位FBG 20aからブラッグ反射された光パルスbは、時間軸上で2と示してある位置にピークをもつ光パルスである。同様に、光パルスc及び光パルスdは、それぞれ時間軸上で3及び4と示してある位置にピークをもつ光パルスである。
【００２３】
単位FBG 20bからも、符号化光パルス列を構成する光パルスa、b、c及びdがブラッグ反射されて、図1(C)においてb'と示した列の時間軸上に並ぶ。単位FBG 20bから反射されるブラッグ反射光b'は、ブラッグ反射光a'、c’及びd'と比較するとその位相がπだけずれる。したがって、a'と示した列の時間軸上に並ぶ光パルスの列とは、b'と示した列の時間軸上に並ぶ光パルスの列とは、その位相が全てπだけずれている。
【００２４】
そのため、a'と示した時間軸上で1乃至4の順序に並ぶ光パルスの列が実線、実線、破線、実線の順に並んでいるのに対して、b'と示した時間軸上で2乃至5の順序に並ぶ光パルスの列が破線、破線、実線、破線の順に並んでいる。a'と示した光パルス列とb'と示した光パルス列が、時間軸上でずれているのは、符号化光パルス列を構成する光パルスのうち、光パルスaの方が光パルスbより前に復号器20に入力されるためである。
【００２５】
同様に、単位FBG 20c及び単位FBG 20dからも、符号化光パルス列を構成する光パルスa、b、c及びdがブラッグ反射されて、図1(C)においてそれぞれc'及びd'と示した列の時間軸上に光パルスが並ぶ。単位FBG 20c及び単位FBG 20dから反射されるブラッグ反射光c'及びd'は、ブラッグ反射光a'と比較するとその位相は等しい。したがって、図1(C)において、c'と示した光パルス列とd'と示した光パルス列として時間軸上に並ぶ。ブラッグ反射光a'、c'及びd'に関連した光パルスは、時間軸上で平行にずれているが、それぞれのブラッグ反射光に関連する光パルスの相互の位相関係は同一である。
【００２６】
図1(D)は復号器20で復号化された入力光パルスの自己相関波形を示している。横軸は時間軸であり、図1(C)に示した図と合わせてある。自己相関波形は、符号器の各単位FBGからのブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'の和で与えられるので、図1(C)に示した、ブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'を全て足し合わせたものとなっている。図1(C)の時間軸上で4と表示してある時刻では、ブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'に関連する光パルスが全て同位相で足しあわされるので、最大のピークを構成する。また、図1(C)の時間軸上で3と表示してある時刻では、破線で示された光パルスが2つ、実線で示された光パルス1つが足しあわされるので、4と表示してある時刻の最大ピークとは位相がπ異なる光パルス1つ分のピークが形成される。また、図1(C)の時間軸上で1と表示してある時刻では、実線で示されたた光パルスが2つ、破線で示された光パルス1つが足しあわされるので、4と表示してある時刻の最大ピークとは位相が等しい光パルス1つ分のピークが形成される。
【００２７】
以上説明したように、光パルスが符号器10で符号化されて符号化光パルス列となり、この符号化光パルス列が復号器20で復号化されて自己相関波形が生成される。ここで取り上げた例では4ビット(符号長4)の光符号（0，0，1，0）を用いたが、光符号がこれ以外の場合であっても上記の説明は同様に成り立つ。
【００２８】
図2(A)及び(B)を参照して従来の位相制御手段の概略的構造を説明する。図2(A)は、位相制御手段の模式的な切断面図である。この位相制御手段は、コア34とクラッド32を具える光ファイバ36のコア34にSSFBG 30が作り付けられた構造である。15個の単位FBGが、光ファイバ36の光導波路であるコア34の導波方向に沿って直列に配置されてSSFBG 30が構成されている。
【００２９】
図2(A)に示す従来の光パルス時間拡散器の位相制御手段に設定されている光位相符号は、15ビットの符号列として表記すると、(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)である。そして、コア34に直列に配置された15個の単位FBGと上記の光符号との対応関係は、次のようになっている。すなわち、図2(A)に示されたSSFBG 30の左端から右端の方向に配列された単位FBGと、上記の15ビットの符号列として表記された単位FBGの光符号を表す(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)の左端から右端の方向に配列されたチップとが、一対一に対応する。
【００３０】
図2(B)は、図2(A)に示されたSSFBG 30の屈折率変調構造を概略的に示す図である。横軸はSSFBG 30が形成された光ファイバ36の長手方向に沿った位置座表である。縦軸は光ファイバ36の屈折率変調構造を表しており、光ファイバ36の実効屈折率の最大と最小の差をΔnとして表してある。また、図2(B)には、光ファイバ36の屈折率変調構造を一部拡大して描いてある。
【００３１】
屈折率変調周期はΛである。したがってブラッグ反射波長λは、λ＝2NeffΛで与えられる。ここで、Neffは光ファイバ36の実効屈折率である。以後の説明において、実効屈折率を、簡単のために単に屈折率ということもある。
【００３２】
図2(A)において、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相がπ異なる場合、その両者の単位FBGの間隔を黒く塗りつぶして示してある。また、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相が等しい場合はその両者の単位FBGの間隔は連続した光変調構造として示してある。一方、図2(B)において、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相がπ異なる場合、その両者の単位FBGの間隔に記号▼を付して示してある。
【００３３】
隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相が等しい場合は、両者の単位FBGの屈折率変調構造は連続した周期構造となっている。一方、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相がπ異なる場合は、両者の単位FBGの屈折率変調構造は両者の単位FBGの境界において、πだけのずれ（パイ位相の跳び）が挿入されている。
【００３４】
表1に、光位相符号(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)と、この光符号を実現するための隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相差の関係を示す。表1の上段に、符号として、図2(A)に示した従来の位相制御手段に設定されている光位相符号の符号値を一列に並べて示してある。また、表1の下段には位相シフト量として、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相差を示している。図2(A)に示されたSSFBG 30の左端から右端に配列された単位FBGと、上記の光位相符号(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)を表すカッコ内の左端から右端に配列されたチップとが、一対一に対応する。
【００３５】
【表１】
2006197067.tif 000003
【００３６】
位相シフト量がπである隣接する単位FBG同士の幾何的な間隔は、光がこの間を往復することから、位相値に換算してπ/2となっている。一般的に、位相シフト量がπである隣接する単位FBG同士の間隔は、位相値に換算すると、Nを整数としてπN+(π/2)で与えられる。すなわち、位相シフト量がπである隣接する単位FBGからのブラッグ反射光の位相差は、2πN+πで与えられる。また、位相シフト量が0である隣接する単位FBG同士の幾何的な間隔は、位相値に換算してπNで与えられ、両者の単位FBGからのブラッグ反射光の位相差は、2πNで与えられる。
【００３７】
なお、以後、位相シフト量を表記する場合には、πN+(π/2)等の一般的な表記を省略して、単にπ/2と書くこともある。
【非特許文献１】西木玲彦、岩村英志、小林秀幸、沓澤聡子、大柴小枝子「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, (2002-11).
【非特許文献２】外林秀之「光符号分割多重ネットワーク」応用物理，第71巻，第7号, (2002）pp. 853-859.
【特許文献１】US. 6,628,864
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
しかしながら、図2(A)及び(B)に例示した従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器で符号化及び復号化を実行すると、時間軸上で符号化光パルス列を構成するチップパルス同士の裾野が重なり合って干渉するために、図1を参照して説明した符号化及び復号化が設計どおりに実現しないことがある。図3(A)乃至(F)を参照して、従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器で符号化及び復号化を実行した場合の上記問題点を、例えば位相制御手段を構成する単位FBGからのブラッグ反射光同士の干渉効果について具体的に説明する。
【００３９】
図3(F)は、単位FBG 41及び単位FBG 42を具える光パルス時間拡散器の位相制御手段38の概念的構成断面図である。入力光パルス44がこの位相制御手段38に入射されると、単位FBG 41及び単位FBG 42から、それぞれブラッグ反射光46及びブラッグ反射光48が生成される。
【００４０】
図3(A)は位相制御手段38に入力する光パルスの時間波形を示す図である。図3(B)は、単位FBG 41及び単位FBG 42でそれぞれ反射されたブラッグ反射光46及びブラッグ反射光48の時間波形である。図3(B)では、ブラッグ反射光46及びブラッグ反射光48のそれぞれに対応するチップパルス46P(破線)及びチップパルス48P(実線)を示してある。図3(B)に示すように、チップパルス46Pとチップパルス48Pとはその両者の裾野が、斜線で示すように、時間的に重なっている。
【００４１】
チップパルス46Pとチップパルス48Pとの位相差がπである場合、符号化光パルス列は、図3(C)に示すようになる。すなわち、図3(B)に示すようにチップパルス46Pとチップパルス48Pとが時間的に重なっている部分（図3(B)で斜線を施してある部分)は、干渉して互いに打ち消しあう。そのために、チップパルス46Pとチップパルス48Pとの、時間軸上での両者の中間では、その光強度が小さくなっている。
【００４２】
一方、チップパルス46Pとチップパルス48Pとの位相差が0である場合、符号化光パルス列は、図3(D)に示すようになる。すなわち、図3(B)に示すようにチップパルス46Pとチップパルス48Pとが時間的に重なっている部分（図3(B)で斜線を施してある部分)は、干渉して互いに強めあう。そのために、チップパルス46Pとチップパルス48Pとの、時間軸上での両者の中間では、その光強度が図3(C)に示す場合と比べて大きくなっている。
【００４３】
図3(E)は、チップパルス46Pとチップパルス48Pとの位相差がπ/2あるいは3π/2である場合の符号化光パルス列を示している。この場合には、チップパルス46Pとチップパルス48Pとの時間軸上での両者の中間では、その光強度が図3(C)に示す場合より大きく、図3(D)に示す場合より小さくなっている。
【００４４】
SSFBGによって2値光符号を実現するために、隣接する単位FBG間の位相差を0及びπとする代わりに、π/2及び3π/2の2種類に決めて実現することも可能である。このように位相差を取り決めして構成されるSSFBGを位相制御手段とする光符号器を用いれば、この光符号器で生成される符号化光パルスは、図3(E)に示すようにチップパルス間の強度が、隣接する単位FBG間の位相差がπ/2及び3π/2のいずれであっても、等しくなる。符号化光パルスを構成するチップパルス間の強度が全て等しい強度となることによって得られる利点についてはその詳細を後述する。
【００４５】
以上、図3(C)乃至(E)を参照して説明したことを考慮しつつ、図2(A)及び(B)に例示した従来の光パルス時間拡散器で符号化及び復号化を実行した場合を検討する。
【００４６】
図2(A)及び(B)に例示した従来の光パルス時間拡散器で符号化及び復号化を実行した場合の、符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を、図4(A)乃至(C)に示す。図4(A)乃至(C)において、横軸は時間をps単位で目盛って表示してあり、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って表示してある。また、図4(A)に示す符号化光パルス列を表している符号化波形を示す図において、面積比が0.15と表示されているが、この面積比とは次の意味を有している。すなわち、従来の光パルス時間拡散器に入力させる光パルスのエネルギーと符号化光パルス列のエネルギーとの比である。従来の光パルス時間拡散器にに入力させる光パルスのエネルギーは、時間波形を表す図（図示せず）において、時間軸と光パルスの強度分布を与える曲線とで囲まれる面積に比例する。一方、符号化光パルス列のエネルギーは、図4(A)に示す図において、時間軸と符号化波形の強度分布を与える曲線とで囲まれる面積に比例する。
【００４７】
図4(A)に示す符号化波形を見ると、符号化光パルス列を構成するチップパルスの強度が、符号値が交互に異なって出現する部分Qでは小さくなっている。また、同じ符号値が連続して出現する部分R及びSでは、符号化光パルス列を構成するチップパルスの強度が大きくなっている。
【００４８】
ここで、符号値が交互に異なって出現する部分Qでは、光符号を構成する符号値が(...,0,1,0,1,...)と出現している箇所と対応する。また、同じ符号値が連続して出現する部分R及びSでは、それぞれ、光符号を構成する符号値が(...,1,1,1,1,...)及び(...,0,0,0,0,...)と出現している箇所と対応する。
【００４９】
すなわち、光符号を構成する符号値の配列順序に依存して、符号化光パルス列の強度に大きなばらつきが生じる。このばらつきのために復号化されて得られる自己相関波形のピーク値が小さくなり、復号化された信号から相互相関波形を除去して自己相関波形を抽出する工程で支障が生じる原因となる。
【００５０】
ここで、符号化光パルス列を構成するチップパルス間の、上述した干渉に起因して、符号化光パルス列の強度にばらつきが生じる結果、復号化されて得られる自己相関波形に与える効果を、図5(A)及び(B)を参照して説明する。
【００５１】
図5(A)は、図2(A)及び(B)に示した位相制御手段に設定されている光符号と同じ光符号(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)の自己相関波形を示し、図5(B)は相互相関波形を示す。図5(A)及び(B)のそれぞれの横軸はps単位で目盛って表した時間軸であり、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って表示してある。
【００５２】
図5(A)及び(B)にそれぞれ示す自己相関波形及び相互相関波形は、符号化光パルス列を構成するチップパルスの幅がチップパルス間の時間間隔に比べて十分に狭く、チップパルス間の上述した干渉がなく、それに起因する符号化光パルス列の強度にばらつきが無視できるものとしてシミュレーションして得られたものである。相互相関波形は上記光符号の符号値を全て反転した光符号を用いて復号化して得たものである。すなわち、相互相関波形をシミュレーションするために用いた復号化のための光符号は、(1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0)である。
【００５３】
図5(A)に示す自己相関波形のピーク値（以後「信号ピーク」いうこともあり、Pで示す。）の相対値は225であり、信号ピークの両側に存在するサブピークとして最大の大きさをもつサブピークの相対値（以後Wで表す。）は9である。したがって、信号ピーク値Pとサブピークとして最大の大きさをもつサブピーク値Wとの比は、25（P/W＝225/9＝25）となる。また、図5(B)に示す相互相関波形の最大ピーク値（以後Cで表す。）は49であり、信号ピーク値Pと相互相関波形の最大ピーク値Cとの比は、4.6（P/C＝225/49≒4.6）となる。
【００５４】
図4(B)に示す、図2(A)及び(B)に例示した従来の位相制御手段で符号化及び復号化を実行した場合に得られる自己相関波形について、上記同様P/Wを求めると次のようになる。自己相関波形を求めるに当たっては、符号器と復号器の符号値の配列順序を逆にすることによって実験を行なった。P＝7.36、W＝0.624であるから、P/W＝7.36/0.624≒11.8となる。上記図5(A)に示した理想的な場合のシミュレーションの結果がP/W＝25であったから、このシミュレーションの結果と比較して、P/Wが約半分の大きさになっている。
【００５５】
また、図4(C)に示す、図2(A)及び(B)に例示した従来の位相制御手段で符号化及び復号化を実行した場合に得られる相互相関波形について、上記同様P/Cを求めると次のようになる。相互相関波形を求めるに当たっては、符号器と復号器の符号値の配列順序を同一として実験を行なった。P＝7.36、C＝2.73であるから、P/W＝7.36/2.73≒2.7となる。上記図5(B)に示した理想的な場合のシミュレーションの結果がP/C＝4.6であったから、このシミュレーションの結果と比較して、P/Cが60％程度の大きさになっている。
【００５６】
従来の位相制御手段で符号化及び復号化を実行した場合に得られる自己相関波形及び相互相関波形について、上述したように、理想的な場合のシミュレーションの結果と比較してP/W及びP/Cの両者とも小さな値となることが分かった。因みに、P/W及びP/Cの両者ともに大きいほど、復号化した場合の信号である自己相関波形を分離することが容易となる。
【００５７】
P/W及びP/Cの両者の値が、図4(B)及び(C)に示した程度である従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器を利用して光符号分割多重通信を行なった場合に、次のような問題が起こる。すなわち、伝送線路である光ファイバの光吸収によって、符号化光パルス列の強度が減少したり、装置に必要に応じて組み込まれた光増幅器から発生する光雑音が符号化光パルス列に混入したりすることによって、自己相関波形ピークを抽出することが困難となる場合がある。
【００５８】
また、理想的な場合を想定した符号相関シミュレーションの特性結果と離れていると、光パルス時間拡散器による相関特性が推定できず、光パルス時間拡散器を符号器及び復号器として用いたOCDM等のシステム設計が困難である。
【００５９】
そこで、この発明の目的は、チップパルス間の干渉がない場合のP/W及びP/Cに近づけ、かつP/W及びP/Cの大きな値が得られる光パルス時間拡散器を提供することにある。すなわち、復号化された光パルス信号から相互相関波形成分を自己相関波形成分から分離し、自己相関波形を認識するための判定回路に設定する識別条件を緩和できる程度にP/W及びP/Cの大きな値が得られる光パルス時間拡散器を提供することにある。
【００６０】
また、この発明の光パルス時間拡散器を利用した光符号分割多重伝送方法及びこの方法を実現するための光符号分割多重伝送装置を提供することにある。このことによって、光符号分割多重伝送装置の設計を容易化することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００６１】
第1の発明である光パルス時間拡散器は、光パルスを、光位相符号を用いた符号化により、時間軸上に順次配列したチップパルスの列として時間拡散してこのチップパルスの列を出力する機能を有し、次の特徴を持っている。
【００６２】
すなわち、このチップパルスの列を、光位相符号を構成する符号値に対応するチップパルスのうち隣接するチップパルス同士間に位相差を与えて生成する位相制御手段を具えている。そして、この位相制御手段は、隣接する符号値が等しい場合には、対応するチップパルス同士間の位相差を、
2πM＋(π/2)      （1）
で与え、及び隣接する符号値が異なる場合には、対応するチップパルス同士間の位相差を、
2πM＋(2N+1)π+(π/2)      （2）
で与える機能を有している。ただし、M及びNは整数である。
【００６３】
あるいは、位相制御手段が、隣接する異なる符号値に対応するチップパルス同士間の位相差を、上式（1）で与え、及び隣接する等しい符号値に対応するチップパルス同士間の位相差を、上式（2）で与える機能を有している。
【００６４】
そして、この位相制御手段として、一列に配列されて光符号を構成する符号値と一対一に対応する単位回折格子を光導波路の導波方向に沿って直列に配置した構成を用い、前後に隣接する2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差が上式（1）及び（2）を満たすように構成するのが好適である。このブラッグ反射光は、上述のチップパルスに対応する。すなわち、単位回折格子で構成される位相制御手段から出力されるチップパルスは、ブラッグ反射光で構成される。
【００６５】
また、この単位回折格子を光導波路の導波方向に沿って直列に配置した構成を位相制御手段として用いる場合に、単位回折格子の周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度を、窓関数によってアポダイズして構成することが好適である。
【００６６】
また、光導波路の導波方向に沿って直列に配置された単位回折格子を形成している周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、この光導波路の導波方向に沿って単調に増大させて構成するのが好適である。
【００６７】
更に具体的には、単位回折格子の数がJ個（Jは2以上の自然数）からなる位相制御手段であって、単位回折格子に対して光導波路の一端から他端に向かって順次第1番から第J番までの番号が付されており、第i番目（2≦i≦J）の単位回折格子からの反射率Riが
Ri＝Ri-1/(1-Ri-1)2        （3）
で与えられるように構成するのが好適である。
【００６８】
また、第2の発明である光符号分割多重伝送装置は、符号器及び復号器として第1の発明の光パルス時間拡散器を利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００６９】
第1の発明である光パルス時間拡散器によれば、符号値に対応するチップパルス同士間の位相差は上式（1）及び（2）で与えられる。したがって、既に図3(E)を参照して概略説明したように、第1の発明の光パルス時間拡散器で生成されたチップパルスの列を構成するチップパルス間の強度は、位相差が、上式（1）及び（2）で与えられるいずれの場合であっても等しくなる。
【００７０】
このことによって、チップパルス間の干渉がない場合のP/W及びP/Cに近づく。また、従来の光符号器あるいは光復号器として利用されてきた光パルス時間拡散器と比較してP/W及びP/Cに大きな値が得られる。
【００７１】
また、位相制御手段として、一列に配列されて光符号を構成する符号値と一対一に対応する単位回折格子を光導波路の導波方向に沿って直列に配置した構成を用いる場合に、単位回折格子の周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、この光導波路の導波方向に沿って単調に増大させて構成することで、光導波路の入射端に近い位置に配置された単位FBGからのブラッグ反射光強度と、光導波路の入射端から離れた位置に配置された単位FBGからのブラッグ反射光強度とを等しくできる。
【００７２】
また、第2の発明の光符号分割多重伝送装置によれば、符号器及び復号器として第1の発明の光パルス時間拡散器が利用されているので、従来の光パルス時間拡散器と比較してP/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られる。したがって、符号化光パルス列が光伝送路を伝播中にその強度が減少したり、あるいは光雑音が混入したりすることがあっても、復号化して自己相関波形ピークを高い信頼度をもって抽出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、図を参照して、この発明の実施例につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を示し、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００７４】
なお、第1乃至第3実施例において位相制御手段として、光ファイバを用いて形成する場合について採り上げるが、光ファイバに限らず平面型光導波路等を用いて形成することも可能である。位相制御手段として光ファイバを用いるか、平面型光導波路等を用いるかは単なる設計的事項に過ぎない。ただし、光通信システムに光パルス時間拡散器を利用する場合には、光通信システムが光ファイバを光伝送路として使われていることから、位相制御手段として光ファイバを用いて構成された光パルス時間拡散器を利用することが好適である場合が多い。
【００７５】
Ｉ．光パルス時間拡散器の説明
＜第1実施例＞
図6(A)及び(B)を参照して、第1の発明の第1実施例である光パルス時間拡散器の位相制御手段の構造を説明する。図6(A)は、位相制御手段の模式的な切断面図である。この位相制御手段は、コア34とクラッド32を具える光ファイバ36の、コア34にSSFBG 40が作り付けられている。15個の単位FBGが、光ファイバ36の光導波路であるコア34の導波方向に沿って直列に配置されてSSFBG 40が構成されている。
【００７６】
図6(A)に示す位相制御手段としてのSSFBG 40に設定されている光位相符号は、15ビットの符号列として表記すると、(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)である。そして、コア34に直列に配置された15個の単位FBGと上記の光位相符号との対応関係は、次のようになっている。すなわち、図6(A)に示されたSSFBG 40の左端から右端の方向に配列された各単位FBGと、上記の光位相符号を表すカッコ内の左端から右端の方向に配列された各チップとが、一対一に対応する。
【００７７】
図6(B)は、図6(A)に示されたSSFBG 40の屈折率変調構造を概略的に示す図である。横軸はSSFBG 40が形成された光ファイバ36の長手方向に沿った位置座表である。縦軸は光ファイバ36の屈折率変調構造を表しており、光ファイバ36のコアの屈折率の最大と最小の差をΔnとして表してあり、Δn＝6.2×10-5である。また、図6(B)には、光ファイバ36のコア34の屈折率変調構造を一部拡大して描いてある。
【００７８】
屈折率変調周期Λは535.2 NMである。また、符号化あるいは復号化する光パルスの波長λは1550 NM、光ファイバ36の実効屈折率は1.448である。したがってブラッグ反射波長は、光パルスの波長λと等しく1550 NMに設定される。すなわち、λ＝1550 NM、Neff＝1.448、Λ＝535.2 NMであるから、λ＝2NeffΛ＝2×1.448×535.2 NM＝1549.94 NM≒1550 NMを満たしている。また、単位FBGの長さは2.4 MMに設定してある。
【００７９】
隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相の関係は次のように設定してある。すなわち、前後に隣接しかつ等しい符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差は、Mを整数として、
2πM＋(π/2)        （1）
で与えられる。また、前後に隣接しかつ異なる符号値を与える2つの単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差は、M及びNを整数として、
2πM＋(2N+1)π+(π/2)      （2）
で与えられる。
【００８０】
表2に、光位相符号(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)と、この光位相符号を実現するための隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相差の関係を示す。表2の上段に、符号として、図6(A)に示した位相制御手段としてのSSFBG 40に設定されている光位相符号の符号値を一列に並べて示してある。また、表2の下段には位相シフト量として、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相差を示している。図6(A)に示されたSSFBG 40の左端から右端に配列された単位FBGと、上記の光位相符号を表すカッコ内の左端から右端に配列されたチップとが、一対一に対応する。
【００８１】
【表２】
2006197067.tif 000004
【００８２】
位相シフト量がπ/2である隣接する単位FBG同士の幾何的な間隔は、光がこの間を往復することから、位相値に換算してπ/4となっている。一般に、位相シフト量がπ／2である隣接する単位FBG同士の幾何的な間隔は、位相値に換算すると、Lを整数としてπL＋(π/4)で与えられる。すなわち、位相シフト量がπ/2である隣接する単位FBGからのブラッグ反射光の位相差は、2πL＋(π/2）で与えられる。また、位相シフト量が3π/2である隣接する単位FBG同士の幾何的な間隔は、位相値に換算すると、Kを整数としてπK＋(3π/4)で与えられ、隣接する単位FBGからのブラッグ反射光の位相差は、2πK＋(3π/2)で与えられる。
【００８３】
なお、表2には、ブラッグ反射光の位相差は、2πK＋(3π/2)で与えられる場合について、K＝0の場合として3π/2、及びK＝−1の場合として括弧を付して−π/2を示している。これらは、位相値として実質的に同一の意味を有している。そして、L＝M及びＫ＝M＋Nと置き換えることで、これらの位相差は、上式(1)及び(2)の関係を満たしていることが判る。
【００８４】
図6(A)において、隣接する単位FBG同士の間隔を黒く塗りつぶして示してある。一方、図6(B)において、隣接する単位FBG同士の間隔に記号▼を付して示してある。
【００８５】
第1実施例の位相制御手段としてのSSFBG 40の特性に関して図7及び図8(A)乃至(C)を参照して説明する。図7はSSFBG 40の機能を評価するために用いた特性評価装置の概略的構成図である。図8(A)乃至(C)は、第1実施例のSSFBG 40を用いて符号化及び復号化を実行した場合の実験結果を示す。8(A)は符号化光パルス列を表す符号化波形を、図8(B)は自己相関波形を、図8(C)は相互相関波形をそれぞれ示す。図8(A)乃至(C)において、横軸は時間をps単位で目盛って表示してあり、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って表示してある。
【００８６】
まず、SSFBG 40の機能を評価するために用いた特性評価装置の構成を、図7を参照して説明する。特性評価装置は、光パルス発生器50、光サーキュレータ52及び56、光オシロスコープ60及び62を具えて構成される。そして、光サーキュレータ52に評価対象の符号器54が接続され、光サーキュレータ56に評価対象の復号器58が接続される。また、符号化波形53Sを観察するために、光サーキュレータ52と光サーキュレータ56とを結ぶ光ファイバの途中に分岐器61が設けられている。分岐器61によって、符号化波形53Sの一部を分岐して光オシロスコープ60に供給するように構成されている。
【００８７】
図7に示す特性評価装置に具えられる光オシロスコープ60によって符号化光パルス列を表す符号化波形を観察し、また光オシロスコープ62によって自己相関波形及び相互相関波形を観察する。
【００８８】
光パルス発生器50によって光パルス51Sが発生され、伝送路51を伝播して、光サーキュレータ52を介して評価用符号器54に入力される。光パルス51Sは、評価用符号器54で符号化されて符号化光パルス列53Sとなって、再び光サーキュレータ52を介して伝送路53を伝播する。符号化光パルス列53Sは分岐器61で分岐されて光オシロスコープ60に供給されて観察される。符号化光パルス列53Sは光サーキュレータ56を介して評価用復号器58に入力される。符号化光パルス列53Sは評価用復号器58で復号化されて自己相関波形（あるいは相互相関波形）57Sとなって、再び光サーキュレータ56を介して伝送路57を伝播して光オシロスコープ62に供給されて観察される。光パルス51S、符号化光パルス列53Sを表す符号化波形、及び自己相関波形（あるいは相互相関波形）57Sを表す復号化波形については、図7に四角で囲ってその模式的形状を示してある。
【００８９】
第1実施例のSSFBG 40の特性評価に用いた光パルスの半値幅は20 psである。すなわち、光パルス発生器50によって発生させた光パルス51Sの半値幅は20 psである。また自己相関波形を得るためには、SSFBG 40の入力端と出力端とを、符号器及び復号器に対して互いに逆になるように設定した。また、相互相関波形を得るためには、SSFBG 40の入力端と出力端とを、符号器及び復号器に対して互いに同一となるように設定した。
【００９０】
すなわち、同一の屈折率変調構造を有する位相制御手段としてのSSFBG 40、すなわち同一の符号が設定されているSSFBG 40を2つ作製して、一方を評価用符号器54、他方を評価用復号器58とした。したがって評価用符号器54の光サーキュレータ52に面する一端から他端に向かって配列されている単位FBGの配列順序と、評価用復号器58の光サーキュレータ56に面する一端から他端に向かって配列されている単位FBGの配列順序とは逆になるように設置して自己相関波形を観測した。また、評価用符号器54の光サーキュレータ52に面する一端から他端に向かって配列されている単位FBGの配列順序と、評価用復号器58の光サーキュレータ56に面する一端から他端に向かって配列されている単位FBGの配列順序とは同一になるように設置して相互相関波形を観測した。
【００９１】
図8(A)に示す符号化光パルス列53Sを表す符号化波形に対する面積比は0.16である。これは従来のSSFBGによって得られる符号化波形に対する面積比0.15と比較して、ほぼ同等の大きさである。しかし、図4(A)に示した従来のSSFBGによって得られる符号化波形と比較すると、符号化光パルス列の強度のばらつきは小さい。このために以下に述べるように、P/W値及びP/C値が大きくなっている。
【００９２】
図8(B)に示す自己相関波形を表す復号化波形では、P/W＝19.0となっており、図8(C)に示す相互相関波形を表す復号化波形では、P/C＝4.5となっている。これに対して従来のSSFBGによって符号化及び復号化を行なった場合のP/W値及びP/C値は、それぞれP/W＝11.8及びP/C＝2.7であった。このことから、第1実施例の光パルス時間拡散器を利用して符号化及び復号化を行なった場合には、P/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られることが分かる。
【００９３】
これらの値は、図5(A)及び(B)を参照して説明した、P/W及びP/Cの両者の値の最大値に近づいていることが分かる。図5(A)及び(B)を参照して説明したP/W及びP/Cの両者の値は、符号化光パルス列を構成するチップパルス間の時間間隔が十分に離れており、チップパルス間の上述した干渉に起因する符号化光パルス列の強度のばらつきが無視できるものとした理想的な状態での、符号化復号化が起こっているものとして算出した値である。
【００９４】
P/W値が大きいということは、自己相関波形のピークを認識することが容易となることを意味している。また、P/C値が大きいということは、自己相関波形と相互相関波形とを分離することが容易となることを意味している。したがって、第1実施例の光パルス時間拡散器を利用した光符号分割多重装置によれば、復号化された光パルス信号から相互相関波形成分を自己相関波形成分から分離し、自己相関波形を認識するための判定回路に設定する識別条件が緩和されることになる。
【００９５】
なお、第1の実施例では、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相の関係を、上式(1)及び(2)で与えられる場合について採り上げて説明した。しかしこの発明の技術的範囲に含まれる光パルス時間拡散器は、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相の関係が、上式(1)及び(2)で数学的に厳密に与えられる場合に限定されるものではない。すなわち、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相の関係が、厳密に上式(1)及び(2)で与えられる値と等しくなるように形成されれば、この発明の光パルス時間拡散器としては最良の効果が発揮されるという意味である。
【００９６】
隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相の関係を上式(1)及び(2)で与えられるように設計して製造しても、製造工程での製造誤差や、位相制御手段としてのSSFBGを製造するための素材である光ファイバの実効屈折率のばらつき等が存在する。したがってSSFBGが、上式(1)及び(2)で与えられる関係を設計指針として設計されており、製造されたSSFBGが製造工程における製造誤差等に基づく精度の幅をもって上式(1)及び(2)で与えられる位相関係を満たしていれば、この発明の位相制御手段として当然にその技術的範囲に含まれる。
【００９７】
また、上記実施例では、隣接し等しい符号値の出力光の位相差について上式(1)を満たし、隣接し異なる符号値の出力光の位相差が上式(2)を満たす構成について説明したが、隣接する符号値が等しいか異なるかの識別は、上式(1)及び(2)から明らかなように、それらの出力光の位相差の差が(2N+1)πを満足していれば良いので、隣接し異なる符号値の出力光の位相差について上式(1)を満たし、隣接し等しい符号値の出力光の位相差が上式(2)を満たす構成であっても同様の効果を得ることが可能である。
【００９８】
さらに、上記実施例では、チップパルスを生成するための位相制御手段として、一列に配列されて光符号を構成する符号値と一対一に対応する単位回折格子を光導波路の導波方向に沿って直列に配置した構成を用いたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
【００９９】
例えば、平面導波路回路技術で形成されたトランスバーサル型フィルタ構造等を位相制御手段として利用し、隣接し等しい符号値の出力光の位相差について上式(1)を満たし、隣接し異なる符号値の出力光の位相差が上式(2)を満たすように設計し、あるいは、隣接し異なる符号値の出力光の位相差について上式(1)を満たし、隣接し等しい符号値の出力光の位相差が上式(2)を満たすように設計することで、同様の効果を得ることが可能である。
【０１００】
＜第2実施例＞
図9(A)及び(B)を参照して第1の発明の第2実施例である光パルス時間拡散器の位相制御手段としてのSSFBGの構造を説明する。図9(A)は、位相制御手段の模式的な切断面図である。この位相制御手段は、コア34とクラッド32を具える光ファイバ36のコア34にSSFBG 70が作り付けられタ構造である。15個の単位FBGが、光ファイバ36の光導波路であるコア34の導波方向に沿って直列に配置されてSSFBG 70が構成されている。SSFBG 70の屈折率変調構造が異なるのみで、その他の部分は第1実施例の光パルス時間拡散器と同一であるので、その重複する説明を省略する。第2実施例の光パルス時間拡散器の位相制御手段に設定されている光位相符号も第1実施例の位相制御手段に設定されている光位相符号と同一である。
【０１０１】
SSFBG 70の屈折率変調構造が第1実施例のSSFBG 40の屈折率変調構造と異なる点は、SSFBG 70を構成している単位FBGの周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、窓関数によってアポダイズされている点である。第2実施例では、この窓関数としてガウス誤差関数を採用した。
【０１０２】
図9(B)は、図9(A)に示されたSSFBG 70の屈折率変調構造を概略的に示す図である。また、図9(B)では、単位FBGの屈折率変調構造を一部拡大した図も付してある。図9(B)に付されている単位FBGの屈折率変調構造を一部拡大した図を参照して、単位FBGの周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度を窓関数によってアポダイズする方法について説明する。
【０１０３】
アポダイズする前の単位FBGの周期的屈折率変調構造は、同図の一番右側に示されているように、振幅がΔn/2で与えられ光ファイバ36の光導波方向（ｘ方向）に沿って一定である。すなわちアポダイズする前の単位FBGの周期的屈折率変調構造は次式(3)で与えられる。
【０１０４】
(Δn/2)・sin(2πx/Λ)        （3）
ここで、xは光ファイバ36の長さ方向の位置座標である。
【０１０５】
式(3)に対して次式(4)で与えられる窓関数を掛け合わせた新たな関数で与えられる周期的屈折率変調構造を有する単位FBGを、式(4)で与えられる関数でアポダイズされた単位FBGという。
【０１０６】
exp[-Ln2[2(x-(L/2))/LB]2]        （4）
ここで、Ln2は2の自然対数を意味する。また、expは自然対数の底を指数とする指数関数を意味する。なお、第2実施例においては、Δn＝1.23×10-4、L＝2.346 mm、B＝0.5と設定した。
【０１０７】
このようにアポダイズすることによって、ブラッグ反射が単位FBGの中央で集中的に起こり、その結果、生成されるブラッグ反射光の時間波形の半値幅が狭くなることが期待される。すなわち、符号化光パルス列を構成するチップパルスの半値幅が狭くなることが期待されるので、時間軸上で符号化光パルス列を構成するチップパルス同士の裾野の重なり合いを少なくすることができると期待される。チップパルス同士の裾野の重なり合いを少なくすることができれば、既に説明したように、時間軸上でチップパルス同士の裾野の重なり合いによる干渉の効果を低減できる。この結果第1実施例の光パルス時間拡散器を用いて符号化及び復号化した場合と比べて、P/W及びP/Cの両者ともより一層大きな値が得られることが期待される。
【０１０８】
なお、式(4)に相当するアポダイズするための関数は、ガウス関数に限定されない。式（3）で与えられる単位FBGの周期的屈折率変調構造の振幅の大きさを、単位FBGの中央部分で最大となるようにアポダイズできる関数であれば適用できる。例えば、Raised cosine、Tanh、Blackman、Hamming、Hanning等の、信号処理技術分野において利用されている関数を利用することも可能である。
【０１０９】
図10(A)乃至(C)は、第2実施例の光パルス時間拡散器を用いて符号化及び復号化を実行した場合の実験結果を示す。図10(A)には符号化光パルス列を表す符号化波形を、図10(B)は自己相関波形を、図10(C)は相互相関波形をそれぞれ示す。図10(A)乃至(C)において、横軸は時間をps単位で目盛って表示してあり、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って表示してある。
【０１１０】
第2実施例の光パルス時間拡散器の特性評価においても、第1実施例の光パルス時間拡散器の特性評価のときと同様に、図7を参照してその構成を説明した装置を利用した。そして、第2実施例の光パルス時間拡散器にの特性評価に用いた光パルスの半値幅を40 psとした。
【０１１１】
図10(A)に示す符号化光パルス列を表す符号化波形に対する面積比は0.19である。これは従来の位相制御手段によって得られる符号化波形に対する面積比0.15と比較して、27％程度大きな値である。これは、光パルスのエネルギーが有効に符号化光パルス列に変換されたことを意味する。すなわち、符号化が効率よく行われることを意味しており、第2実施例の光パルス時間拡散器が符号器として利用して一層好適であることを示している。
【０１１２】
図10(B)に示すように、P＝6.53、W＝0.384となっている。また、図10(C)に示すように、C＝1.81となっている。その結果、図10(B)に示す自己相関波形を表す復号化波形では、P/W＝17.0となっており、図10(C)に示す相互相関波形を表す復号化波形では、P/C＝3.6となっている。これに対して従来の位相制御手段によって符号化及び復号化を行なった場合のP/W値及びP/C値は、それぞれP/W＝11.8及びP/C＝2.7であった。このことから、第2実施例の光パルス時間拡散器を利用して符号化及び復号化を行なった場合には、P/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られることが分かる。
【０１１３】
これらの値は、図5(A)及び(B)を参照して説明した、P/W及びP/Cの両者の値の最大値に近づいていることが分かる。
【０１１４】
なお、比較のために、図11(A)乃至(C)に従来の位相制御手段を符号器及び復号器として利用して符号化及び復号化を行なった例を示す。ここでは、特性評価に用いた光パルスの半値幅を40 psとした。すなわち、図4(A)乃至(C)を参照して説明した例では、同じく従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器を符号器及び復号器として利用して符号化及び復号化を行なった例であるが、特性評価に用いた光パルスの半値幅は、ここでの半値幅40 psの半分の20 psに設定されていた。
【０１１５】
図11(A)に示す符号化光パルス列を表す符号化波形に対する面積比は0.15である。これは従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器によって得られる符号化波形に対する面積比と等しい。光パルスから符号化光パルス列へのエネルギー変換効率が変わらないことを意味している。
【０１１６】
図11(B)に示すように、P＝4.72、W＝0.628となっている。また、図11(C)に示すように、C＝3.12となっている。その結果、図11(B)に示す自己相関波形を表す復号化波形では、P/W＝7.5となっており、図11(C)に示す相互相関波形を表す復号化波形では、P/C＝1.5となっている。これに対して第2実施例の光パルス時間拡散器によって符号化及び復号化を行なった場合のP/W値及びP/C値は、それぞれP/W＝17.0及びP/C＝3.6であった。このことから、第2実施例の光パルス時間拡散器を利用して符号化及び復号化を行なった場合には、特性評価に用いた光パルスの半値幅を40 psと等しくして従来の位相制御手段の特性と比較しても、P/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られることが分かる。
【０１１７】
＜第3実施例＞
図12(A)及び(B)を参照して第1の発明の第3実施例である光パルス時間拡散器の位相制御手段の構造を説明する。図12(A)は、光パルス時間拡散器の模式的な切断面図である。この光パルス時間拡散器は、コア34とクラッド32を具える光ファイバ36のコア34にSSFBG 72が作り付けられタ構造である。15個の単位FBGが、光ファイバ36の光導波路であるコア34の導波方向に沿って直列に配置されてSSFBG 72が構成されている。SSFBG 72の屈折率変調構造が異なるのみで、その他の部分は第1実施例の光パルス時間拡散器と同一であるので、その重複する説明を省略する。第3実施例の光パルス時間拡散器の位相制御手段に設定されている光位相符号も第1実施例の位相制御手段に設定されている光位相符号と同一である。
【０１１８】
SSFBG 72の屈折率変調構造が第1実施例のSSFBG 40の屈折率変調構造と異なる点は、SSFBG 72を構成している単位FBGの周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、次のように設定されている点である。
【０１１９】
すなわち、光ファイバの導波方向に沿って直列に配置された単位FBGを形成している周期的屈折率変調構造の屈折率変調強度が、この光ファイバの導波方向に沿って単調に増大させて構成されている点が特徴である。より具体的には、15個の単位FBGからなる位相制御手段としてのSSFBGであって、単位FBGに対して光ファイバの一端から他端に向かって順次第1番から第15番までの番号が付されており、第i番目（2≦i≦15）の単位FBGからの反射率Riが次式
Ri＝Ri-1/(1-Ri-1)2        （5）
で与えられることが特徴である。
【０１２０】
図12(B)は、図12(A)に示されたSSFBG 72の屈折率変調構造を概略的に示す図である。また、図12(B)では、単位FBGの屈折率変調構造を一部拡大した図も付してある。単位FBGの屈折率変調構造を一部拡大したこの図は、図6(B)に示した第1実施例の位相制御手段の屈折率変調構造と等しい。ただし、振幅が光ファイバ36の光導波方向（ｘ方向）に沿って単調に増大させてある。図12(B)において、単位FBGを識別するために1乃至15の番号を付してある。
【０１２１】
第1番目の単位FBG（i＝1）の屈折率変調構造の変調強度振幅Δnは、8.2×10-5であり、ブラッグ反射率R1は0.0238である。また、第15番目の単位FBG（i＝15）の屈折率変調構造の変調強度振幅Δnは、1.46×10-4であり、ブラッグ反射率R1は0.0688である。表3に、第1番目乃至第15番目の単位FBGの屈折率変調構造の変調強度振幅Δn及びブラッグ反射率Ri（i=1, 2, ....,15）を一覧にして示す。ブラッグ反射率Riは、上述の式(5)を満足している。表3に示すとおり、ΔnおよびRiの値は、振幅が光ファイバ36の光導波方向（ｘ方向）に沿って単調に増大している。
【０１２２】
【表３】
2006197067.tif 000005
【０１２３】
厳密には、個々の単位FBGにおいても、屈折率変調構造の変調強度振幅Δnが光ファイバの導波方向に沿って単調に増大させて構成するのが良いが、ブラッグ反射率Riは、式(5)を満足するように構成すれば、以下に述べる効果は十分に得られる。
【０１２４】
第1番目乃至第15番目の単位FBGの屈折率変調構造のΔn及びブラッグ反射率Riを表3に示した値に設計すれば、以下に述べるように、第1番目乃至第15番目の単位FBGからのブラッグ反射光強度を全て等しくすることができる。
【０１２５】
符号器に入射する光パルスあるいは復号器に入射する符号化光パルス列は、いずれも第1番目の単位FBGでブラッグ反射され、第2番目の単位FBGに入射する段階では、第1番目の単位FBGでのブラッグ反射光の強度分だけその強度が減少している。そのために、15個の単位FBGの反射率を全て等しく設定しておくと、第1番目の単位FBGでのブラッグ反射光の強度よりも第2番目の単位FBGでのブラッグ反射光の強度が小さくなる。このように第1番目から第15番目の単位FBGの順に順次それぞれの単位FBGからのブラッグ反射光の強度は弱まる。
【０１２６】
そこで、光ファイバの導波方向に沿って直列に配置された15個の単位FBGの屈折率変調強度を導波方向に沿って単調に増大させて構成することによって、第1番目から第15番目の単位FBGの順に順次それぞれの単位FBGのブラッグ反射率が単調に増大するように設定する。このようにすると各単位FBGへの入射強度の減少分を補うようにブラッグ反射率を増大させることができ、第1番目乃至第15番目の単位FBGからのブラッグ反射光強度を全て等しくすることができる。
【０１２７】
第1番目乃至第15番目の単位FBGからのブラッグ反射光強度を全て等しくすることができれば、符号化光パルス列の時間波形が時間軸に対して平坦である形状に近づけることができる。言い換えると、符号化される光パルスが符号器によって拡散時間内に均等に時間拡散されることを意味している。光パルスが拡散時間内に均等に時間拡散されると、不均等に時間拡散された場合と比較して、光パルスのエネルギーから符号化光パルス列により効率よく変換される。また、後述する実験結果が示すように、P/W及びP/Cの両者ともより一層大きな値が得られる。
【０１２８】
図13(A)乃至(C)は、第3実施例の光パルス時間拡散器を用いて符号化及び復号化を実行した場合の実験結果を示す。図13(A)は符号化光パルス列を表す符号化波形、図13(B)は自己相関波形、図13(C)は相互相関波形をそれぞれ示す。図13(A)乃至(C)において、横軸は時間をps単位で目盛って表示してあり、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って表示してある。
【０１２９】
第3実施例の光パルス時間拡散器の特性評価においても、第1実施例の光パルス時間拡散器の特性評価のときと同様に、図7を参照してその構成を説明した装置を利用した。そして、第3実施例の光パルス時間拡散器の特性評価に用いた光パルスの半値幅を20 psとした。
【０１３０】
図13(A)に示す符号化光パルス列を表す符号化波形に対する面積比は0.39である。これは従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器によって得られる符号化波形に対する面積比0.15と比較して、2.6倍の大きな値である。これは、光パルスのエネルギーが有効に符号化光パルス列に変換されたことを意味する。すなわち、符号化が効率よく行われることを意味しており、第3実施例の光パルス時間拡散器が符号器として利用して一層好適であることを示している。
【０１３１】
図13(B)に示すように、P＝4.36、W＝0.217となっている。また、図13(C)に示すように、C＝0.999となっている。
【０１３２】
また、図13(B)に示す自己相関波形を表す復号化波形では、P/W＝20.1となっており、図13(C)に示す相互相関波形を表す復号化波形では、P/C＝4.4となっている。これに対して従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器によって符号化及び復号化を行なった場合のP/W値及びP/C値は、それぞれP/W＝11.8及びP/C＝2.7であった。このことから、第3実施例の光パルス時間拡散器を利用して符号化及び復号化を行なった場合には、P/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られることが分かる。
【０１３３】
また、これらの値は、図5(A)及び(B)を参照して説明した、P/W及びP/Cの両者の値の最大値に近づいていることが分かる。
【０１３４】
なお、比較のために、図14(A)乃至(C)に従来の位相制御手段を具える光パルス時間拡散器を符号器及び復号器として利用して符号化及び復号化を行なった例を示す。ここでは、図2に示した従来の位相制御手段としてのSSFBGの反射率に対して2倍の反射率となるように、設計した従来型の光パルス時間拡散器を用いて実験した。これは、第3実施例の光パルス時間拡散器の位相制御手段としてのSSFBGのブラッグ反射率とほぼ等しい条件で、従来の光パルス時間拡散器のSSFBGとその特性を比較するためである。
【０１３５】
図14(A)に示す符号化光パルス列を表す符号化波形に対する面積比は0.45である。これは第3実施例の光パルス時間拡散器によって得られる符号化波形に対する面積比0.39よりも大きい。しかしながら、符号化光パルス列の時間波形が時間軸に対して凹凸が激しい形状となっている。すなわち、符号化される光パルスが符号器によって拡散時間内に不均等に時間拡散されることを意味している。このことによって、以下に示すように、P/W及びP/Cの値が第3実施例の光パルス時間拡散器に対する値より小さくなっている。
【０１３６】
図14(B)に示すように、P＝5.70、W＝0.716となっている。また、図14(C)に示すように、C＝2.33となっている。その結果、図14(B)に示す自己相関波形を表す復号化波形では、P/W＝8.0となっており、図14(C)に示す相互相関波形を表す復号化波形では、P/C＝2.4となっている。これに対して第3実施例の光パルス時間拡散器によって符号化及び復号化を行なった場合のP/W値及びP/C値は、それぞれP/W＝20.1及びP/C＝4.4であった。このことから、第3実施例の光パルス時間拡散器を利用して符号化及び復号化を行なった場合には、ブラッグ反射率を等しくして従来の光パルス時間拡散器の特性と比較しても、P/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られることが分かる。
【０１３７】
ＩＩ．光符号分割多重伝送方法及び装置の説明
第1乃至第3実施例の光パルス時間拡散器は、光符号分割多重伝送方法（以後、「OCDM伝送方法」という。）に適用して好適である。すなわち、この発明の光パルス時間拡散器を符号器及び復号器として採用することで、以下のステップを含むOCDM伝送方法が実現できる。この発明の光パルス時間拡散器を利用して実現されるOCDM伝送方法は、上述したP/W及びP/Cの両者とも大きな値が得られるという特性が反映される。したがって、符号化光パルス列が光伝送路を伝播中にその強度が減少したり、あるいは光雑音が混入したりすることがあっても、復号化して自己相関波形ピークを高い信頼度をもって抽出することが可能となる。すなわち、高い信頼性が確保されたOCDM伝送方法が実現される。
【０１３８】
この発明の光パルス時間拡散器を符号器及び復号器として利用することが好適であるOCDM伝送方法は、光パルス信号を、光位相符号を用いて符号化して符号化光パルス信号として生成する符号化ステップと、この光位相符号と同一の符号を用いて、符号化光パルス信号を復号化して、光パルス信号の自己相関波形を生成する復号化ステップとを具えている。そして、符号化ステップと復号化ステップとをこの発明の光パルス時間拡散器を利用して実行する。
【０１３９】
上述のOCDM伝送方法は、次に説明する光符号分割多重伝送装置（以後、「OCDM伝送装置」という。）で実現することが可能である。すなわち、このOCDM伝送装置は、光パルス信号を、光位相符号を用いて符号化して符号化光パルス信号として生成する符号器と、光位相符号と同一の符号を用いて符号化光パルス信号を復号化して、光パルス信号の自己相関波形を生成する復号器とを具えている。すなわち、符号器によって符号化ステップが実現され、復号器によって復号化ステップが実現される。そして、これら符号器及び復号器としてこの発明の光パルス時間拡散器を用いる。
【０１４０】
図15を参照して、図6乃至図14を参照して説明した第1の発明の光パルス時間拡散器（第1実施例乃至第3実施例の光パルス時間拡散器）を利用して好適な、第2の発明であるOCDM伝送装置の構成及びその機能について説明する。図15において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。またこれら太線および細線に付された番号は、経路そのものを指示するほか、それぞれの経路を伝播する光信号あるいは電気信号を意味することもある。
【０１４１】
図15では4チャンネル構成のOCDM伝送装置を例にして示してあるが、OCDM伝送装置は、4チャンネルに限られるものではない。チャンネル数がいくつの構成であっても、以下の説明は同様に成立する。
【０１４２】
OCDM伝送装置は、送信部140でチャンネルごとに符号化光パルス信号を生成して、合波器170で全てのチャンネルの符号化光パルス信号を多重して送信信号172sとして、光伝送路172を伝播させて受信部180に伝送する構成である。
【０１４３】
受信部180に伝送された全てのチャンネルの符号化光パルス信号が多重された送信信号172sは、分岐器182によって、符号化光パルス信号としてチャンネル数と等しい数に強度分割される。そして強度分割された符号化光パルス信号181a、181b、181c及び181dはそれぞれ、受信部180の受信部第1チャンネル200、受信部第2チャンネル202、受信部第3チャンネル204及び受信部第4チャンネル206に入力される。
【０１４４】
まず、各チャンネルの送信信号である光パルス信号を生成するための基となる光パルス列を発生させてその光パルス列を各チャンネルに供給する機能部分について説明する。この部分はパルス光源142と分岐器144を具えて構成される。
【０１４５】
パルス光源142は、例えば、分布帰還形半導体レーザを用いて構成することができる。このDFB-LDから出力される連続波光を光変調器（図示せず。）で光パルス列に変換してこの光パルス列を一本の光ファイバ端から出力するように構成された光源が、パルス光源142である。パルス光源142の出力光143は分岐器144によって、チャンネル数分（ここでは4つ）に強度分割されて、各チャンネルに分配される。すなわち第1乃至第4チャンネルに対してそれぞれ、光パルス列145a、光パルス列145b、光パルス列145c及び光パルス列145dとして強度分割されて供給される。
【０１４６】
以下で行なう符号化部の説明は、各チャンネル共通の事項であるので、ここでは第1チャンネルを例にとって説明する。第1チャンネルの符号化部である送信部第1チャンネル160は、変調電気信号発生部146と、変調器148と、符号器150とを具えて構成される。第2チャンネル162、第3チャンネル164及び第4チャンネル166は、第1チャンネル160と同様の構造である。異なるのは、それぞれのチャンネルが具える符号器に設定されている光位相符号である。光位相符号は、チャンネルごとに相異なるものが設定される。これによって、チャンネルごとに独立して光パルス信号を送受信できる。符号器以外は、第1乃至第4チャンネルのいずれも同一の構造である。
【０１４７】
符号化部は、チャンネル数に等しい数の相異なる波長の光を含む光パルス信号を、光位相符号を用いて符号化して、符号化光パルス信号を生成する符号化ステップを実行する部分である。
【０１４８】
上述したように、符号化部160を構成するための必須構成要素は、変調電気信号発生部146、変調器148及び符号器150である。変調電気信号発生部146は送信信号を表す電気パルス信号147を発生させるステップを実行する。電気パルス信号147は、第1チャンネルに割り当てられた送信情報が反映された2値デジタル電気信号として生成された電気信号である。
【０１４９】
変調器148は光パルス列145aを、電気パルス信号147によって、光パルス信号149に変換するステップを実行する。光パルス列145aは、変調器148によって電気パルス信号147を反映したRZフォーマットに強度変調されて、光パルス信号149として生成される。
【０１５０】
符号器150は光パルス信号149を、光位相符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号161を生成するステップを実行する。符号器150には、光パルス信号149を光位相符号によって符号化して符号化光パルス信号161を生成する機能を有する、この発明の光パルス時間拡散器が具えられている。また、受信部180の受信部第1チャンネル200に具えられる復号器184にも、符号器150に設定された光位相符号と同一の光位相符号が設定された光パルス時間拡散器が具えられている。
【０１５１】
復号器184は、強度分割されて第1チャンネルに割り当てられた符号化光パルス信号181aを、第1チャンネルの符号器150に設定されている光位相符号と同一の符号を用いて復号化する。その結果、復号器184では、第1チャンネルの光パルス信号の自己相関波形成分及び第2乃至第4チャンネルの光パルス信号の相互相関波形成分を含む再生光パルス信号が生成される。
【０１５２】
すなわち、復号器184において、この第1チャンネルの光パルス信号の自己相関波形成分185のみが抽出される。自己相関波形成分185は、受光器190によって電気信号に変換されて、第1チャンネルの受信信号191が生成される。この受信信号191の波形は、送信部140の第1チャンネルの符号化部160が具えている変調電気信号発生部146から出力される電気パルス信号147を反映した信号である。こうして、第1チャンネルを通じて送信されるべき電気パルス信号147は、受信部180によって第1チャンネルの受信信号191として受信される。
【０１５３】
第2の発明であるOCDM伝送方法及びOCDM伝送装置は、第1の発明である光パルス時間拡散器を利用して実現される。したがって、第2の発明であるOCDM伝送方法及びOCDM伝送装置によれば、伝送線路である光ファイバの光吸収によって、符号化光パルス列の強度が減少したり、装置に必要に応じて組み込まれた光増幅器から発生する光雑音が符号化光パルス列に混入したりしても、高い信頼性を持って自己相関波形ピークを抽出することが可能となる。すなわち、第1の発明である光パルス時間拡散器を利用してOCDM伝送装置を構成すれば、P/W値を大きくできるので、自己相関波形のピークを認識することが容易となる。また、P/C値も大きくできるので、自己相関波形と相互相関波形とを分離することが容易となる。
【０１５４】
したがって、この発明の第1乃至第3実施例の光パルス時間拡散器を利用したOCDM伝送装置によれば、復号化された光パルス信号から相互相関波形成分を自己相関波形成分から分離し、自己相関波形を認識するための判定回路に設定する識別条件を緩和できるという効果が得られる。
【０１５５】
また、符号器の特性が理想的な符号相関のシミュレーションの結果に近づくため、このOCDM伝送装置を用いると、システム設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】符号器及び復号器の動作原理の説明に供する図である。
【図２】従来の位相制御手段の屈折率変調構造の概略的説明図である。
【図３】単位FBGからのブラッグ反射光同士の干渉効果の説明に供する図である。
【図４】従来の光パルス時間拡散器による符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を示す図である。
【図５】光符号(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1)の自己相関波形及び相互相関波形を示す図である。
【図６】第1実施例の光パルス時間拡散器の位相制御手段の屈折率変調構造の概略的説明図である。
【図７】光パルス時間拡散器の特性評価装置の概略的構成図である。
【図８】第1実施例の光パルス時間拡散器による符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を表す図である。
【図９】第2実施例の光パルス時間拡散器の位相制御手段の屈折率変調構造の概略的説明図である。
【図１０】第2実施例の光パルス時間拡散器による符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を表す図である。
【図１１】従来型の光パルス時間拡散器による符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を示す図である。
【図１２】第3実施例の光パルス時間拡散器の位相制御手段の屈折率変調構造の概略的説明図である。
【図１３】第3実施例の光パルス時間拡散器による符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を表す図である。
【図１４】従来型の光パルス時間拡散器による符号化波形、自己相関波形及び相互相関波形を示す図である。
【図１５】OCDM伝送装置の概略的ブロック構成図である。
【符号の説明】
【０１５７】
10、150：符号器
14、22、52、56：光サーキュレータ
20、184：復号器
30、40、70、72：SSFBG
32：クラッド
34：コア
36：光ファイバ
38：位相制御手段
41、42：単位FBG
50：光パルス発生器
54：評価対象の符号器
58：評価対象の復号器
60、62：光オシロスコープ
61、144、182：分岐器
140：送信部
142：パルス光源
146：変調電気信号発生部
148：変調器
160：第1チャンネルの符号化部
162：第2チャンネルの符号化部
164：第3チャンネルの符号化部
166：第4チャンネルの符号化部
170：合波器
172：光伝送路
180：受信部
190：受光器
200：受信部第1チャンネル
202：受信部第2チャンネル
204：受信部第3チャンネル
206：受信部第4チャンネル
【図１】
2006197067.tif 000006
【図２】
2006197067.tif 000007
【図３】
2006197067.tif 000008
【図４】
2006197067.tif 000009
【図５】
2006197067.tif 000010
【図６】
2006197067.tif 000011
【図７】
2006197067.tif 000012
【図８】
2006197067.tif 000013
【図９】
2006197067.tif 000014
【図１０】
2006197067.tif 000015
【図１１】
2006197067.tif 000016
【図１２】
2006197067.tif 000017
【図１３】
2006197067.tif 000018
【図１４】
2006197067.tif 000019
【図１５】
2006197067.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月1日(2005.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
光多重技術としては、光時分割多重（OTDM: Optical Time Division Multiplexing）、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）及び光符号分割多重（OCDM：Optical Code Division Multiplexing）が盛んに研究されている。この中にあって、OCDMは、運用面における柔軟性、すなわち、OTDMやWDMにおいて送受信される光パルス信号の、1ビット当たりに割り当てられる時間軸上の制限がないという特長を有している。また、時間軸上で同一の時間スロットに複数のチャンネルを設定でき、あるいは波長軸上においても同一の波長に複数の通信チャンネルを設定できるという特長を有している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
復号時には符号が合う光パルス信号のみが有効な信号として抽出されて処理されるため、同じ波長あるいは複数の波長が組み合わせられた光からなる光パルス信号を、複数の通信チャンネルに割り当てることが可能となる。また光符号器の位相制御手段には、ファイバブラッググレーティング（FBG: Fiber-Bragg-Grating)等の受動光素子を、符号処理に必要な位相制御のために用いることが可能であるので、符号処理における電気的制限を受けることなく通信レートの高速化への対応が可能になる。また、同一の波長で同一時刻に複数のチャンネルを多重することが可能であり、大容量のデータ通信を可能にする。OTDMやWDMに比べて、通信容量が飛躍的に向上できる点で注目されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図1(E)に示す符号器10及び復号器20は、光ファイバの導波方向に沿って4つの単位ファイバブラッググレーティング(FBG：Fiber Bragg Grating)が配列されて構成されたSSFBGである。ここでは、一例として、4ビットの光符号（0，0，1，0）を用いて、符号器10及び復号器20の機能を説明する。ここで、光符号を与える「0」及び「1」からなる数列の項数を符号長ということもある。この例では、符号長が4である。また、光符号を与える数列を符号列といい、符号列の各項「0」及び「1」をチップということもある。そして、0及び1の値そのものを符号値ということもある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図2(A)において、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相がπ異なる場合、その両者の単位FBGの間隔を黒く塗りつぶして示してある。また、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相が等しい場合はその両者の単位FBGの間隔は連続した光変調構造として示してある。一方、図2(B)において、隣接する単位FBG同士のブラッグ反射光の位相がπ異なる場合、その両者の単位FBGの間隔に黒三角を付して示してある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
なお、以後、位相シフト量を表記する場合には、πN+(π/2)等の一般的な表記を省略して、単にπ/2と書くこともある。
【非特許文献１】西木玲彦、岩村英志、小林秀幸、沓澤聡子、大柴小枝子「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, (2002-11).
【非特許文献２】外林秀之「光符号分割多重ネットワーク」応用物理，第71巻，第7号, (2002）pp. 853-859.
【特許文献１】US. 6,628,864
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
屈折率変調周期Λは535.2 nmである。また、符号化あるいは復号化する光パルスの波長λは1550 nm、光ファイバ36の実効屈折率は1.448である。したがってブラッグ反射波長は、光パルスの波長λと等しく1550 nmに設定される。すなわち、λ＝1550 nm、Neff＝1.448、Λ＝535.2 nmであるから、λ＝2NeffΛ＝2×1.448×535.2 nm＝1549.94 nm≒1550 nmを満たしている。また、単位FBGの長さは2.4 mmに設定してある。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
図6(A)において、隣接する単位FBG同士の間隔を黒く塗りつぶして示してある。一方、図6(B)において、隣接する単位FBG同士の間隔に黒三角を付して示してある。