(57)【要約】【目的】構成が簡単で、パルス幅の広い光パルス信号であっても高性能な光符号化、光復号化が可能な光符号器及び光復号器を提供する。【解決手段】この光符号器は、光符号チップ数と同数の、各々が入力光パルス信号を反射する均一ピッチグレーティング部が導波方向に形成された光グレーティング導波路を有している。ここで、当該符号系列における符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティング部の間にはλ／４位相シフト部が設けられ、その他の隣接均一ピッチグレーティング部の間にはゼロ位相シフト部が設けられていると共に、均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、上記入出力端から離れるに従い大となっている。【選択図】  図７
2004341307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端から入力された光パルス信号を所定の符号系列を用いて二値位相変調による光符号化をなして前記入出力端から光符号化信号を出力する光符号器であって、
光符号チップ数と同数の、各々が前記光パルス信号を反射する均一ピッチグレーティング部が導波方向に形成された光グレーティング導波路を有し、
当該符号系列における符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティング部の間にはλ／４位相シフト部が設けられ、その他の隣接均一ピッチグレーティング部の間にはゼロ位相シフト部が設けられ、
前記均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、前記入出力端から離れるに従い大となっていることを特徴とする光符号器。
【請求項２】
前記均一ピッチグレーティング部の各々の前記光パルス信号に対する反射率は、前記光符号化信号の各光パルスの強度が所定範囲内に収まるように定められていることを特徴とする請求項１記載の光符号器。
【請求項３】
前記均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、前記入出力端からｋ番目及び（ｋ＋１）番目の均一ピッチグレーティング部の反射率Ｒｋ  、Ｒｋ＋１  が、
Ｒｋ＋１  ＝  Ｒｋ  ／（１−Ｒｋ）２
を満たすように定められていることを特徴とする請求項１記載の光符号器。
【請求項４】
前記各々の均一ピッチグレーティング部の平均屈折率が略均一となるように、前記入出力端から終端に渡って、各々の均一ピッチグレーティング部の屈折率変化に対し、オフセットの屈折率変化をさらに付加したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の光符号器。
【請求項５】
前記光グレーティング導波路は、光ファイバグレーティング導波路であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の光符号器。
【請求項６】
入出力端から入力された、所定の符号系列を用いて二値位相変調による光符号化された光符号化信号の復号化をなして光復号化信号を前記入出力端から出力する光復号器であって、
前記所定の光符号のチップ数と同数の、各々が前記光符号化信号を反射する均一ピッチグレーティング部が導波方向に形成された光グレーティング導波路を有し、
前記所定の符号系列の順序を反転させた復号化符号における符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティング部の間にはλ／４位相シフト部が設けられ、その他の隣接均一ピッチグレーティング部の間にはゼロ位相シフト部が設けられ、
前記均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、前記入出力端から離れるに従い大となっているいることを特徴とする光復号器。
【請求項７】
前記均一ピッチグレーティング部の各々の前記光符号化信号に対する反射率は、前記均一ピッチグレーティング部により反射され、前記入出力端から出力される各光信号の強度が所定範囲内に収まるように定められていることを特徴とする請求項６記載の光復号器。
【請求項８】
前記均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、前記入出力端からｋ番目及び（ｋ＋１）番目の均一ピッチグレーティング部の反射率Ｒ’ｋ  、Ｒ’ｋ＋１  が、
Ｒ’ｋ＋１  ＝  Ｒ’ｋ  ／（１−Ｒ’ｋ）２
を満たすように定められていることを特徴とする請求項６記載の光復号器。
【請求項９】
前記各々の均一ピッチグレーティング部の平均屈折率が略均一となるように、前記入出力端から終端に渡って、各々の均一ピッチグレーティング部の屈折率変化に対し、オフセットの屈折率変化をさらに付加したことを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１に記載の光復号器。
【請求項１０】
前記λ／４位相シフト部、前記ゼロ位相シフト部及び前記均一ピッチグレーティング部の各々は、相互相関ピークの自己相関ピークに対する比が所定値以上となるように定められていることを特徴とする請求項６記載の光復号器。
【請求項１１】
前記光グレーティング導波路は、光ファイバグレーティング導波路であることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１に記載の光復号器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光符号分割多重通信に用いられる光符号器及び光復号器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信需要の急速に増大に対応して、光通信の更なる大容量化を目的として様々な多重化通信技術の開発が進められている。中でも、期待される多重化通信技術の一つとして、光符号分割多重（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：  ＯＣＤＭ）通信方式がある。この通信方式は、送信器側において光符号を用いて信号を符号化（ｅｎｃｏｄｅ）し、受信器側においては送信に用いられた当該光符号を鍵として復号化（ｄｅｃｏｄｅ）をなす多重通信方式である。
【０００３】
ＯＣＤＭ用符号器、復号器はユニポーラコードを用いるものとバイポーラコードを用いるものとがあり、両コードに適用可能なものとして着目されているものとして、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いたデバイスがある（例えば、非特許文献１参照）。
この非特許文献１において、符号化方式は、ユニポーラコードを用いた場合にはオン・オフ・キーイング（Ｏｎ−Ｏｆｆ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）が、バイポーラコードを用いた場合には位相シフト・キーイング（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＰＳＫ）が用いられていることが記載されている。また、チップ数が等しいときは後者の方が高いＳＮ比が得られることが記載されている。高いＳＮ比を得るためには、復号化パルス波形におけるメインピークのサブピークに対する比（メイン／サブピーク強度比）を大きくする必要がある。拡散時間が４０ｐｓ（ピコ秒）で８チップの符号化を行うため、メイン／サブピーク強度比を考慮するとパルス幅が５ｐｓ以下の光源を用いる必要がある。非特許文献１においては、２ｐｓの入力パルスが用いられている。
【０００４】
また、他のデバイスとしては、６３チップＢＰＳＫ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）位相符号を生成するために、チップを構成する６３個の単位グレーティングが導波方向に結合された構造を有するＦＢＧ符号器及び復号器がある（例えば、非特許文献２参照）。
上記非特許文献２において、光符号器の長さ４１．５８ｍｍから決定される拡散時間（約４２０ｐｓ）で６３チップの符号化を行うことが記載されている。従って、メイン／サブピーク強度比を考慮すると、パルス幅が６．６ｐｓ以下の光パルスを用いる必要がある。非特許文献２においては、２．５ｐｓの入力パルスが用いられている。
【０００５】
良好なＯＣＤＭ通信を行うためには、復号化波形における相互相関の自己相関に対する比を表すメイン／サブピーク強度比が大きいことがことが望ましい。一方、メイン／サブピーク強度比を大きくするには信号光パルスのパルス幅が小さいことが必要であった。このような短パルス光源又は超短パルス光源は、構成が複雑で大掛かりなものとなり、またシステムコストを増大させるという問題があった。
【０００６】
【非特許文献１】
ナオヤ  ワダ、ケンイチ  キタヤマ（Ｎａｏｙａ  Ｗａｄａ  ａｎｄ  Ｋｅｎ−Ｉｃｈｉ  Ｋｉｔａｙａｍａ）、「８チップ、光バイポーラコード及びコヒーレント検出を用いた１０Ｇｂ／ｓ光符号分割多重（”Ａ  １０  Ｇｂ／ｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ８−Ｃｈｉｐ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｃｏｄｅ  ａｎｄ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”）」、ジャーナル・オブ・ライトウェイブ・テクノロジ、第１７巻、Ｎｏ．１０、第１７５８〜１７６５頁、１９９９年１０月（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｖｏｌ．１７，  Ｎｏ．１０，  ｐｐ．１７５８−１７６５，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９９）
【０００７】
【非特許文献２】
ピー  チョン  ティー他（ｐｅｈ  Ｃｈｉｏｎｇ  Ｔｅｈ  ｅｔ  ａｌ．）、「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に基づく７及び６３チップ光符号分割多元接続符号器及び復号器の特性比較研究（”Ａ  Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｓｅｖｅｎ−  ａｎｄ  ６３−Ｃｈｉｐ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌ−Ａｃｃｅｓｓ  Ｅｎｃｏｄｅｒｓ  ａｎｄ  Ｄｅｃｏｄｅｒｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”）」、ジャーナル・オブ・ライトウェイブ・テクノロジ、第１９巻、Ｎｏ．９、第１３５２〜１３６５頁、２００１年９月（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｖｏｌ．１９，  Ｎｏ．９，  ｐｐ．１３５２−１３６５，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が簡単で、高性能な光符号器及び光復号器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の光符号器は、入出力端から入力された光パルス信号を所定の符号系列を用いて二値位相変調による光符号化をなして上記入出力端から光符号化信号を出力する光符号器であって、光符号チップ数と同数の、各々が上記光パルス信号を反射する均一ピッチグレーティング部が導波方向に形成された光グレーティング導波路を有している。
【００１０】
ここで、当該符号系列における符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティング部の間にはλ／４位相シフト部が設けられ、その他の隣接均一ピッチグレーティング部の間にはゼロ位相シフト部が設けられていると共に、均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、上記入出力端から離れるに従い大となっている。
【００１１】
この発明の光符号器において、上記均一ピッチグレーティング部の各々の上記光パルス信号に対する反射率は、上記光符号化信号の各光パルスの強度が所定範囲内に収まるように定められている。
また、この発明の光符号器において、上記均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、上記入出力端からｋ番目及び（ｋ＋１）番目の均一ピッチグレーティング部の反射率Ｒｋ  、Ｒｋ＋１  が、
Ｒｋ＋１  ＝  Ｒｋ  ／（１−Ｒｋ）２
を満たすように定められている。
【００１２】
また、この発明の光符号器において、上記各々の均一ピッチグレーティング部の平均屈折率が略均一となるように、入出力端から終端に渡って、各々の均一ピッチグレーティング部の屈折率変化に対し、オフセットの屈折率変化をさらに付加している。
また、この発明の光復号器は、入出力端から入力された、所定の符号系列を用いて二値位相変調による光符号化された光符号化信号の復号化をなして光復号化信号を上記入出力端から出力する光復号器であって、上記所定の光符号のチップ数と同数の、各々が上記光符号化信号を反射する均一ピッチグレーティング部が導波方向に形成された光グレーティング導波路を有している。
【００１３】
ここで、上記所定の符号系列の順序を反転させた復号化符号における符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティング部の間にはλ／４位相シフト部が設けられ、その他の隣接均一ピッチグレーティング部の間にはゼロ位相シフト部が設けられていると共に、上記均一ピッチグレーティング部の各々の反射率は、上記入出力端から離れるに従い大となっている。
【００１４】
また、この発明の光復号器において、上記各々の均一ピッチグレーティング部の平均屈折率が略均一となるように、入出力端から終端に渡って、各々の均一ピッチグレーティング部の屈折率変化に対し、オフセットの屈折率変化をさらに付加している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する図において、実質的に等価な部分には同一の参照記号を付している。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例である光符号分割多重通信装置５の構成を示すブロック図である。光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置５は、光符号化信号生成をなすＯＣＤＭ送信機１０、光ファイバ回線１９及び光符号分割多重分離をなすＯＣＤＭ受信機２０から構成されている。
【００１６】
ＯＣＤＭ送信機１０は、光パルス信号を生成する光パルス信号生成器１１、光サーキュレータ１４、光サーキュレータ１４からの光パルス信号の符号化、すなわち時間軸上での拡散をなす光符号器１５から構成されている。
光符号器１５からの符号化光信号は、光サーキュレータ１４及び光ファイバ回線１９を介してＯＣＤＭ受信機２０に送られる。
【００１７】
ＯＣＤＭ受信機２０は、光ファイバ２３、光サーキュレータ２４、光復号器２５及び光検出器２７から構成され、光ファイバ回線１９を経て送信された符号化光信号を受信する。より詳細には、光復号器２５は、光サーキュレータ２４を介して供給された符号化光信号の復号化、すなわち時間軸上での逆拡散をなし、光検出器２７は復号された光信号を電気信号に変換するとともに、適切な閾値レベルによって信号を識別する機能を有している。
【００１８】
なお、ＯＣＤＭ送信機１０及び／又はＯＣＤＭ受信機２０には、光信号を増幅するためのエルビウムドープ光アンプなどの光増幅器が適宜設けられていてもよい。例えば、ブースタアンプ、プリアンプ等の光増幅器が適宜設けられていてもよい。
以下に、上記した各構成要素及びそれらの動作について図面を参照しつつ詳細に説明する。光符号器１５及び光復号器２５には、二値位相変調による光符号化及び復号化をなす種々の光学コンポーネントを用いることができる。例えば、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３またはＬＮ  ）等の誘電体を用いたもの、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いたもの等があるが、以下の実施例においては、複数のブラッググレーティングが光ファイバに設けられた多点位相シフトＦＢＧ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた場合を例に説明する。
【００１９】
図２は、多点位相シフトＦＢＧ構造を有する光符号器１５の構成を模式的に示す図である。図に示すように、光符号器１５は、光ファイバ１６及び光ファイバ１６内に設けられた複数の均一ピッチグレーティング（以下、単に均一グレーティングともいう。）から構成されている。光符号器１５の入出力端１７Ａから入力された光パルスＰｉｎは符号化され、符号化光信号は入出力端１７Ａから出力される。
【００２０】
より具体的には、光符号器１５は、符号化に用いられる光符号のチップ数（ｐ）と同数の均一グレーティングを有している。より詳細には、光符号器１５は、所定のブラッグ周波数又はブラッグ波長を有するｐ個の均一ピッチグレーティング導波路部（以下、単に均一ピッチグレーティング部という）ＥＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，ｐ）の各々が位相シフト部ＥＳ（ｉ）  （ｉ＝１，２，．．．，ｐ−１）により隔てられて光ファイバ１６の軸方向（以下、ｚ方向とする。）に直列に結合して形成された構成を有している。すなわち、光パルスの入出力端側（１７Ａ）から、ＥＧ（１），ＥＳ（１），ＥＧ（２），ＥＳ（２），．．．，ＥＳ（ｐ−１），ＥＧ（ｐ）の順で均一ピッチグレーティング部ＥＧ（ｉ）及び位相シフト部ＥＳ（ｉ）  が交互に形成されている。なお、以下の光符号器１５及び光復号器２５に関する説明においても同様に、光パルスの入出力端側から順に、１，２，．．．，ｐの添え字を付して表示する。また、以下の説明において、均一ピッチグレーティング部のグレーティングについても参照記号ＥＧ（ｉ）を用いる。また、後述するように、位相シフト部ＥＳの長さはゼロである場合もある。当該均一ピッチグレーティングＥＧ（ｉ）のブラッグ波長は所定範囲内であるように構成されている。
【００２１】
多点位相シフト・ブラッググレーティングは、例えば、光ファイバのコアの屈折率を周期的に変化させることにより光ファイバ中に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成された位相シフト・ファイバグレーティングとして構成することができる。
また、後に詳述するように、位相シフト部ＥＳ（ｉ）の位相シフト量は、光符号の各チップに対応して定められる。つまり、光符号における符号値の変化位置に対応する位相シフト部（すなわち、「０」及び「１」間、あるいは「１」及び「０」間の位相シフト部）ＥＳ（ｉ）が、λ／４位相シフト構造を形成し、反射光パルス間にπの位相差が与えられるように位相シフト量が定められている。
【００２２】
なお、光符号器１５は、ファイバグレーティングを有するように構成されている場合に限らない。例えば、光符号器１５は、光導波路及び当該光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造を有するように構成されていればよい。例えば、光符号器１５は、平面光導波路（平面チャネル）内に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成されたプレーナチャネル構造の多点位相シフト・グレーティングとして構成されていてもよい。また、均一ピッチグレーティングＥＧ（ｉ）は、必ずしも同一のブラッグ波長を有する必要はない。すなわち、各均一ピッチグレーティング部ＥＧ（ｉ）は入力信号光に対して所定の反射率を有するように構成されていればよい。
【００２３】
以下に、本実施例について、より具体的に説明する。なお、Ｍ系列１５チップの２値位相符号化に用いられる光符号器の場合を例に説明する。
本実施例において、光パルス生成器１１は、２．５ＧＨｚのデータレート（４００ｐｓのデータ周期）を有する光ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号を生成する。また、マーク率は１００％とした。光信号のパルス幅は、変更できるようにしている。尚、以下においては、パルス幅が半値幅の場合を例に説明するが、全幅であってもよい。
【００２４】
図３は、本実施例における光符号器１５の構成を模式的に示す図である。光符号器１５は、上述したように、均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，１５）の各々の間に位相シフト部ＥＳ（ｉ）  （ｉ＝１，２，．．．，１４）がそれぞれ配されている。位相シフト部ＥＳ（ｉ）の位相シフト量は、Ｍ系列符号の各チップに対応して定められる。すなわち、１５チップのＭ系列符号としてＭａ（１００１００１０００１１１１０）を用いた場合には、ＥＧ（１），ＥＧ（２），ＥＧ（３），ＥＧ（４），・・・，ＥＧ（１４），ＥＧ（１５）はそれぞれ１，０，０，１，・・・，１，０に対応する。また、「０」及び「１」（あるいは、「１」及び「０」）のチップが隣接する位置（すなわち、当該光符号値の変化位置）に対応する位相シフト部ＥＳ（ｉ）は、その位相シフト量がπ／２となるように形成されている。つまり、入射光の導波路内波長に対して位相差がπ／２（＝λ／４）であり、伝播する光に往復でπの位相シフトを与える導波路長を有するように形成されている。すなわち、λ／４位相シフト構造又はλ／４位相シフト部として構成されている。
【００２５】
一方、「０」及び「０」、又は「１」及び「１」が隣接する位置に対応する位相シフト部ＥＳ（ｉ）は、その位相シフト部の位相シフト量がπとなるように形成されている。すなわち、入射光の導波路内波長に対して位相差がπ（＝λ／２）であり、伝播する光に往復で２πの位相シフト（すなわち、位相シフトが０）を与える導波路長を有するように形成されている（以下、ゼロ位相シフト部という。）。なお、ゼロ位相シフト部の長さはゼロであってもよい。
【００２６】
なお、位相シフト部ＥＳを往復する光に対しては、位相シフト量がπ／２＋ｍπ＝（２ｍ＋１）π／２である（ｍは整数）ことは、位相シフト量がπ／２（往復での位相シフト量がπ）の場合と等価である。同様に、位相シフト量が０＋ｎπ＝ｎπのとき（ｎは整数）は、位相シフト量がπ（往復での位相シフト量が０）の場合と等価である。ここでは、位相シフト量が等価な場合をも含めて、これらの位相シフト量がそれぞれλ／４又は０に対応するとして説明する。また、以下においては、説明の簡便さのため、反射光パルス間にπの位相差を与える位相シフト部（すなわち、λ／４位相シフト部）をＰＳ１と総称し、０の位相差を与える位相シフト部（すなわち、ゼロ位相シフト部）をＰＳ０と総称する。
【００２７】
具体的には、上記したＭ系列符号としてＭａを用いた場合、「０」及び「１」が隣接する均一グレーティング部ＥＧ（１）及びＥＧ（２）に対応する位置の位相シフト部ＥＳ（１）  がλ／４位相シフト部であるように形成されている。同様に、ＥＳ（３），ＥＳ（４），ＥＳ（６），ＥＳ（７），ＥＳ（１０），ＥＳ（１４）  がＰＳ１（λ／４位相シフト部）であり、その他の位相シフト部ＥＳはＰＳ０（ゼロ位相シフト部）である。
【００２８】
本実施例においては、グレーティング周期（又はグレーティングピッチ）Λ＝５３５．５ｎｍ（ナノメートル）である。また、符号の１チップを構成する均一グレーティングＥＧ（ｉ）の長さＬＵは２．３４６ｍｍ（ミリメートル）である。従って、全ての均一グレーティング長の合計は約３５ｍｍであり、これに全ての位相シフト部の長さを加えたものが多点位相シフトＦＢＧの全長Ｌとなる。
【００２９】
また、光符号器１５の終端１７Ｂには光ターミネタ（光減衰器）１８が接続されていてもよい。本実施例においては、−６０ｄＢ程度の減衰量を有する光ターミネタ１８が接続されている。
このような多点位相シフトＦＢＧである符号器１５に光パルスを入射させると、図４に示すように、入射光パルスＰｉｎが多点位相シフトＦＢＧ内を伝播し、それぞれの均一グレーティングから光パルスが反射され、拡散信号光パルス列（符号化信号）Ｐｏｕｔが生成される。
【００３０】
多点位相シフトＦＢＧの反射によって光パルスＰｉｎには位相シフト部の位相シフト量に応じた位相差に加えて伝播遅延が生じる。この伝播遅延時間は、隣接均一グレーティング間の間隔（又は反射中心の間隔）に応じて定まる。つまり、隣接する均一グレーティングによって生じる往復の伝播遅延時間がチップ周期Ｔｃｈｉｐである。すなわち、光速をｃ、ＦＢＧにおける実効屈折率をｎｅｆｆ、隣接する均一グレーティングの反射中心位置間隔をＤとしたとき、隣接する均一グレーティングによって生じる往復の伝播遅延時間（チップ周期：Ｔｃｈｉｐ）はＴｃｈｉｐ＝２ｎｅｆｆ・Ｄ／ｃで表される。なお、チップ周期の逆数をチップレートという。本実施例においては、チップ周期Ｔｃｈｉｐが２４ｐｓとなるように光符号器１５を形成した。
【００３１】
この符号器１５にパルス半値幅ＷｐのＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光パルス信号を入力した場合には、符号器１５により生成され、出力される光パルス列Ｐｏｕｔは、各パルス間の時間間隔が２４ｐｓで、位相シフト部の位相シフト量に応じた位相差（すなわち、０又はπ）を有する光パルスからなる。つまり、上記したＭ系列符号Ｍａ（１００１００１０００１１１１０）に対応して、図４に示すように、チップパルスが入射光パルスに対して位相差（０，π，π，０，π，π，０，π，π，π，０，０，０，０，π）を有し、チップ周期が２４ｐｓの光チップパルス列が生成される。
【００３２】
ところで、符号器１５の各均一グレーティング部ＥＧにより反射される光パルスは、他の均一グレーティング部ＥＧによる多重反射を受ける。従って、符号器１５の入出力端１７Ａから離れた（すなわち、符号器１５の終端１７Ｂに近い）均一グレーティングにより反射された光パルスほど符号器１５からの出力光パルス強度は小さくなる。本実施例においては、入出力端１７Ａから離れた均一グレーティングからの出力光パルス強度の低下を補償し、各出力光パルス間の強度差が所定範囲内となるように均一グレーティングＥＧの各々の光パルスに対する反射率を調整している。
【００３３】
均一ブラッググレーティングの反射率Ｒは、一般に、グレーティング長Ｌ、ブラッグ波長λＢ及び入射光波長間の離調（デチューニング）量δ、光とグレーティングとの結合係数κをパラメータとして定まる。また、結合係数κは、屈折率変調度に応じて変化させることができる。従って、これらのパラメータを変化させることによって均一グレーティングＥＧ（ｉ）のそれぞれの反射率Ｒｉを変化させることができる。
【００３４】
本実施例においては、各均一グレーティングＥＧの長さを等しくし、均一グレーティング部ＥＧの各々の屈折率変調度を導波方向（ｚ方向）において変化させることによって均一グレーティング部ＥＧの反射率Ｒを変化させている。より具体的には、図５に示すように、符号器１５の各均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）の反射率Ｒｉ（ｉ＝１，２，．．．，１５）が入出力端１７Ａから終端１７Ｂに向かって次第に増加するように屈折率変化ｎ（ｚ）が設けられている。このような屈折率変化プロファイルは、各均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）に必要な反射率Ｒｉを算出し、その反射率Ｒｉを得るための屈折率を求めることによって計算することができる。かかる屈折率変化プロファイルｎ（ｚ）は、例えば、多点位相シフトＦＢＧを作製する際の紫外光の照射量をフィルタ等を用いて調整することによって実現することができる。
【００３５】
上記したように、符号器１５内の多重反射による出力光パルス強度の減小を補償するためには、反射率Ｒｉが入出力端１７Ａから終端１７Ｂに向かって次第に増加するように形成されていればよい（以下、反射率変調法ともいう。）。あるいは、出力光パルスのそれぞれの強度が所定範囲内に収まるように反射率Ｒｉが定められていればよい。かかる各均一グレーティングＥＧ（ｉ）の反射率Ｒｉの設定方法の１例について以下に説明する。
【００３６】
図６は、入出力端１７Ａからｋ番目及び（ｋ＋１）番目の隣接する均一グレーティングＥＧ（ｋ）及びＥＧ（ｋ＋１）の反射率Ｒｋ，Ｒｋ＋１の関係を示している。均一グレーティングＥＧ（ｋ）、ＥＧ（ｋ＋１）に入力された光パルス（光強度は１であるとする。）は、均一グレーティングＥＧ（ｋ）により反射され、その反射光強度はＲｋとなる。均一グレーティングＥＧ（ｋ）を通過した光パルスは光強度（１−Ｒｋ）を有し、均一グレーティングＥＧ（ｋ＋１）により反射される。その反射光パルスは、さらに均一グレーティングＥＧ（ｋ）を通過し、出力される光パルスの強度は（１−Ｒｋ）２  Ｒｋ＋１  で与えられる。
【００３７】
従って、均一グレーティングＥＧ（ｋ）、ＥＧ（ｋ＋１）の反射率Ｒｋ，Ｒｋ＋１が次式を満たすように設定することによってそれぞれの出力光パルスの強度を等しくすることができる。
Ｒｋ＋１  ＝  Ｒｋ  ／（１−Ｒｋ）２                              （１）
図７は、均一グレーティングＥＧ（ｉ）の反射率Ｒｉ（ｉ＝１，２，．．．，１５）が式（１）を満たすように設定した場合の導波方向の反射率プロファイルを模式的に示す図である。
【００３８】
この符号器１５に光パルス信号を入力すると、各々の均一グレーティングからの光ピーク強度が実質的に一定の反射光パルス列Ｐｏｕｔが生成される。
尚、上記したように、他のパラメータを導波方向（ｚ方向）で変化させることによって均一グレーティング部ＥＧのそれぞれの屈折率変調度又は反射率を変化させてもよい。例えば、均一グレーティング部ＥＧの各々の長さを変化させることによって反射率を変化させることもできる。
【００３９】
また、光ファイバ・ブラッググレーティングを例に説明したが、これに限らない。例えば、光符号器１５は、光導波路及び当該光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造を有するように構成されていればよい。例えば、光符号器１５は、平面光導波路（平面チャネル）内に複数の均一ピッチ・ブラッググレーティングが形成されたプレーナチャネル構造の多点位相シフト・グレーティングとして構成されていてもよい。
【００４０】
例えば、平面チャネル導波路において、凹凸形状の複数のグレーティング及び導波路層を用いて均一ピッチ・ブラッググレーティング導波路を形成した場合には、各均一グレーティング部ＥＧの深さを導波方向（ｚ方向）において深くすることによっても屈折率変調度を大きく、すなわち反射率を大きくすることもできる。あるいは、当該グレーティング上に形成される導波路層の厚さ及び／又は屈折率を変化させることによっても、屈折率変調度及び反射率を変化させることができる。
【００４１】
また、均一ピッチグレーティングＥＧ（ｉ）は、必ずしも同一のブラッグ波長を有する必要はない。すなわち、均一ピッチグレーティング部ＥＧ（ｉ）は入力信号光に対して上記した反射率の関係を有するように構成されていればよい。
次に、上記した符号化パルス信号の復号について説明する。図８は、多点位相シフトＦＢＧ構造を有する光復号器２５の構成を模式的に示す図である。図に示すように、光復号器２５は、光符号器１５と同様に、光ファイバ２６及び光ファイバ２６内に設けられた複数の均一ピッチグレーティングから構成されている。光復号器２５の入出力端２７Ａから入力された符号化光信号Ｐｅは復号化され、復号化光信号Ｐｄは入出力端２７Ａから出力される。
【００４２】
より具体的には、光復号器２５は、光符号化に用いられた光符号のチップ数（ｐ）と同数の均一グレーティングを有している（すなわち、本実施例においては、ｐ＝１５である）。より詳細には、光符号器１５は、所定のブラッグ周波数又はブラッグ波長を有するｐ個の均一ピッチグレーティング部ＤＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，ｐ）の各々が位相シフト部ＤＳ（ｉ）  （ｉ＝１，２，．．．，ｐ−１）を介して光ファイバ２６の軸方向（すなわち、ｚ方向）に直列に結合して形成された構成を有している。すなわち、入出力端２７Ａから終端２７Ｂに向かって、ＤＧ（１），ＤＳ（１），ＤＧ（２），ＤＳ（２），．．．，ＤＳ（ｐ−１），ＤＧ（ｐ）の順で均一ピッチグレーティング部ＤＧ（ｉ）及び位相シフト部ＤＳ（ｉ）  が交互に形成されている。
【００４３】
図９は、光符号器１５に対応する光復号器２５の構成及び復号動作を説明するための模式的な図である。光復号器２５は、光符号器１５のＭ系列符号Ｍａ（１００１００１０００１１１１０）の符号の順序を反転させたＭ系列符号（０１１１１０００１００１００１）  に対応する構成を有している。換言すれば、光復号器２５は、光符号器１５の均一グレーティングＥＧ（ｉ）及び位相シフト部ＥＳ（ｉ）の配列の順序を反転させた構造を有する多点位相シフトＦＢＧである。
【００４４】
一方、光復号器２５の均一ピッチグレーティング部ＤＧ（ｉ）の反射率Ｒ’ｉについても光符号器１５と同様な調整（反射率変調）がなされている。すなわち、均一ピッチグレーティング部ＤＧ（ｉ）のそれぞれの反射率Ｒ’ｉは、復号器２５の入出力端２７Ａから離れた（すなわち、復号器２５の終端２７Ｂに近い）均一グレーティングからの出力光パルス強度の低下を補償し、各出力光パルス間の強度差が所定範囲内となるように均一グレーティングＤＧ（ｉ）の各々の光パルスに対する反射率を調整している。
【００４５】
なお、光復号器２５の終端２７Ｂには−６０ｄＢ程度の減衰量の光ターミネタ２８が接続されている。尚、図９においては、λ／４位相シフト部の対応関係の理解が容易となるよう、光符号器１５（図３）の対応するλ／４位相シフト部の参照記号を括弧内に示している。
すなわち、図１０の反射率プロファイルに模式的に示すように、均一グレーティングＤＧ（ｋ）、ＤＧ（ｋ＋１）の反射率Ｒ’ｋ，Ｒ’ｋ＋１が式（１）と同様な次式を満たすように調整されている。
Ｒ’ｋ＋１  ＝  Ｒ’ｋ  ／（１−Ｒ’ｋ）２                                    （２）
この復号器２５に符号器１５からの符号化光信号を入力することによって、光信号強度が調整された復号化光信号が得られ、復号化がなされる。
【００４６】
図１１は、入力光信号パルスのパルス幅が１２ｐｓの場合における、反射率変調が施された符号器１５による符号化波形を示す図である。反射率変調が施されていない場合、すなわち、各均一グレーティングの反射率が一定の場合（図１２に示す）と比較すると、光パルス強度がほぼ一定の符号化波形が得られていることが分かる。
【００４７】
図１３は、反射率変調が施された符号器１５による符号化信号を、反射率変調が施された復号器２５により復号した場合の復号化波形を示す図である。なお、横軸は時間であり、復号化波形をビット周期（ビットピリオド）に対して示している。また、ここで光信号の中心波長は、復号化波形のメインピークが最大となるように、１５５０．０４３ｎｍとしている。この図に示されるように、光信号パルスのパルス幅が１２ｐｓの場合、復号化波形における相互相関の自己相関に対する比を表すメインーク強度（Ｐｍ）のサブピーク強度（Ｐｓ）に対する比（Ｐｍ／Ｐｓ）が十分大きいことがわかる。
【００４８】
図１４は、符号器１５への入力光信号パルスのパルス幅を４８ｐｓと大きくした場合の復号化波形を示している。パルス幅が１２ｐｓの場合に比べてメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）はわずかに低下するが、この場合においても、十分大きな値が得られていることがわかる。
図１５は、符号器１５への入力光信号パルスのパルス幅を変化させた場合のメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）を示している。すなわち、反射率変調が施された符号器１５及び復号器２５を用いた場合のメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）を各均一グレーティングの反射率が一定（反射率非変調）の場合のそれと比較して示している。反射率変調が施された符号器１５及び復号器２５を用いた場合には、パルス幅を大きくしてもメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）の低下は小さく、良好なＯＣＤＭ通信を行うことができる。また、本実施例によれば、入力光信号パルスのパルス幅が、チップ周期（Ｔｃｈｉｐ）２４ｐｓよりも大きくても十分なメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）が得られ、良好なＯＣＤＭ通信が可能なことがわかる。
【００４９】
従って、信号光の光源として短パルス光源又は超短パルス光源等の光源を用いる必要がないため、構成が簡単で安価な光源を用いることができる。また、高性能な光符号器、光復号器、及びＯＣＤＭ通信装置を提供することができる。
なお、光符号器１５及び光復号器２５の均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）、ＤＧ（ｉ）の反射率Ｒｉ、Ｒ’ｉ（ｉ＝１，２，．．．，１５）をそれぞれ式（１）、（２）を満たすように定めたが、前述のように、均一グレーティング部の反射率Ｒｉ  又はＲ’ｉ  が光符号器１５又は光復号器２５の入出力端から終端に向かって次第に増加するように形成されていれば、メイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）の改善が得られる。
【００５０】
また、図７の反射率プロファイルに示すように、均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）の各反射率Ｒｉが、均一グレーティング部内で式（１）に応じて変化している場合について説明したが、各反射率Ｒｉが入出力端１７Ａから終端１７Ｂに向かって（ｚ方向に）次第に増加するように形成されていれば、均一グレーティング内での反射率分布はどのように設けられていてもよい。例えば、図１６に示すように、各均一グレーティング内において反射率がフラットなプロファイルを有するように形成されていてもよい。
【００５１】
また、光復号器２５の均一グレーティングＤＧ（ｉ）の反射率Ｒ’ｉについても同様であり、均一グレーティングＤＧ（ｉ）の各反射率Ｒ’ｉが、入出力端２７Ａから終端２７Ｂに向かって次第に増加するように形成されていれば、均一グレーティング内での反射率分布はどのように設けられていてもよい。
［第２の実施例］
図１７は、本発明の第２の実施例である光符号器１５の屈折率変化ｎ（ｚ）を示す図である。第１の実施例における屈折率変化と異なる点は、第１の実施例における各均一グレーティング部ＥＧの各々の屈折率変化に対し、さらにオフセットの屈折率変化を付加したことである。このような屈折率変化プロファイルは、例えば、第１の実施例の場合と同様な方法で第１の紫外光照射により符号器を作製した後、紫外光の照射量を調整可能なフィルタ等を用いて位相マスク（フェーズマスク）を介さずに直接第２の紫外光照射を行うことによって実現することができる。具体的には、この紫外光の照射は、光符号器１５における光信号の入出力端から終端側に向かって、その照射量を徐々に低下させるようにして行い、これにより光符号器全体に渡って屈折率変化の付加をなすようにオフセットの屈折率変化部１７を設ける。図１７において、このオフセットの屈折率変化部１７を斜線のハッチングで示す。
【００５２】
このオフセットの屈折率変化部１７の屈折率変化量は各々の均一グレーティング部ＥＧの平均屈折率（ｎＡＶ）が略均一となるように設定している。従って、この光符号器１５の各均一グレーティング部ＥＧの屈折率変化は、第１の実施例における各均一グレーティング部ＥＧの各々の屈折率変化に対し、さらにオフセットの屈折率変化が付加されたものである。尚、第１の紫外光照射により符号器を作製した後に第２の紫外光照射を行う場合について説明したが、この第１及び第２の紫外光照射の順序を入れ替えてもよい。すなわち、位相マスクを介さずに直接第２の紫外光照射を行ってオフセットの屈折率変化を設けた後に、当該第１の紫外光照射を行うことによって符号器を作製してもよい。
【００５３】
本実施例においては、均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）の平均屈折率がほぼ一定（ｎＡＶ）となるように均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）が形成されている場合について説明する。なお、符号器１５の各均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）の反射率Ｒｉ（ｉ＝１，２，．．．，１５）は、第１の実施例の場合（図７に示す）と同様、入出力端１７Ａから終端１７Ｂに向かって次第に増加するように屈折率変化ｎ（ｚ）が設けられている。本実施例においても、均一グレーティング部ＥＧ（ｋ）の反射率Ｒｋが式（１）を満たすように形成されている。
【００５４】
また、本実施例において、光復号器２５も上記した符号器の形成方法と同様にして、各均一グレーティング部ＤＧ（ｋ）の平均屈折率（ｎＡＶ）がほぼ一定であり、反射率Ｒ’ｋ  が式（２）を満たすように形成されている。
図１８、図１９は、それぞれ光信号パルスのパルス幅が１２ｐｓ、４８ｐｓの場合について、本実施例の符号器１５による符号化信号を、本実施例の復号器２５により復号した場合の復号化波形を示す図である。なお、ここで光信号の中心波長は、復号化波形のメインピークが最大となるように、１５５０．０５７ｎｍとしている。図１８に示されるように、光信号パルスのパルス幅が１２ｐｓの場合、メイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）は十分大きく、さらにパルス幅を４８ｐｓと大きくした場合（図１９）であっても、メイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）の低下が抑制されていることがわかる。
【００５５】
図２０は、本実施例において、符号器１５への入力光信号パルスのパルス幅を変化させた場合のメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）を示している。すなわち、本実施例の符号器１５及び復号器２５を用いた場合のメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）を各均一グレーティングの反射率が一定（反射率非変調）の場合のそれと比較して示している。本実施例の符号器１５及び復号器２５を用いた場合には、パルス幅を大きくしてもメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）の低下は小さく、良好なＯＣＤＭ通信を行うことができる。また、第１の実施例の場合（図１５）と比較して、パルス幅を増大することによるサブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）の低下の抑制効果も大きいことが確認された。
【００５６】
従って、本実施例によれば、信号光の光源として短パルス光源又は超短パルス光源等の光源を用いる必要がないため、構成が簡単で安価な光源を用いることができる。また、高性能な光符号器、及び光復号器を提供することができる。
なお、上記した実施例において示した数値等は例示にすぎない。従って、適宜変更して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である光符号分割多重通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】多点位相シフトＦＢＧ構造を有する光符号器の構成を模式的に示す図である。
【図３】本実施例における光符号器の構成を模式的に示す図である。
【図４】符号器に光パルスを入射させた場合の、それぞれの均一グレーティングから反射され、生成される光パルス列Ｐｏｕｔを模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例である符号器の各均一グレーティング部ＥＧ（ｉ）の屈折率変化ｎ（ｚ）を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例である符号器の入出力端からｋ番目及び（ｋ＋１）番目の隣接する均一グレーティングＥＧ（ｋ）及びＥＧ（ｋ＋１）の反射率Ｒｋ，Ｒｋ＋１の関係を示す図である。
【図７】均一グレーティングＥＧ（ｉ）の反射率Ｒｉ（ｉ＝１，２，．．．，１５）が式（１）を満たすように設定した場合のｚ方向の反射率プロファイルを模式的に示す図である。
【図８】多点位相シフトＦＢＧ構造を有する光復号器の構成を模式的に示す図である。
【図９】図３に示す光符号器に対応する光復号器の構成及び復号動作を説明するための模式的な図である。
【図１０】均一グレーティングＥＧ（ｉ）の反射率プロファイルを模式的に示す図である。
【図１１】入力光信号パルスのパルス幅が１２ｐｓの場合における、反射率変調が施された符号器による符号化波形を示す図である。
【図１２】入力光信号パルスのパルス幅が１２ｐｓの場合における、反射率変調を施していない符号器による符号化波形を示す図である。
【図１３】光信号のパルス幅が１２ｐｓの場合について、反射率変調が施された符号器による符号化信号を、反射率変調が施された復号器により復号した場合の復号化波形を示す図である。
【図１４】符号器への入力光信号パルスのパルス幅を４８ｐｓと大きくした場合の復号化波形を示す図である。
【図１５】符号器への入力光信号パルスのパルス幅を変化させた場合のメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施例の改変例である符号器の、均一グレーティング内での反射率分布を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施例である光符号器のｚ方向における屈折率変化ｎ（ｚ）を示す図である。
【図１８】光信号のパルス幅が１２ｐｓの場合について、第２の実施例の符号器による符号化信号を、第２の実施例の復号器により復号した場合の復号化波形を示す図である。
【図１９】光信号のパルス幅が４８ｐｓの場合について、第２の実施例の符号器による符号化信号を、第２の実施例の復号器により復号した場合の復号化波形を示す図である。
【図２０】第２の実施例において、符号器への入力光信号パルスのパルス幅を変化させた場合のメイン／サブピーク強度比（Ｐｍ／Ｐｓ）を示す図である。
【主要部分の符号の説明】
１０  ＯＣＤＭ送信機
１１  光パルス信号生成器
１３，１９，２３  光ファイバ
１４，２４  光サーキュレータ
１５  光符号器
１８，２８  光ターミネタ
２０  ＯＣＤＭ受信機
２５  光復号器
２７  光検出器
【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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