(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的ＣＤＭＡによる光波長多重信号を符号化する符号化器であって、
各々が複数のグレーティングを有するＬ本（Ｌは２以上の整数）の光ファイバと、前記複数の光ファイバを接続するサーキュレータとを備え、
前記符号化される符号のパターンは、時間ビン１，時間ビン２，・・・、時間ビンｍ、・・・時間ビンｎのｎ個（ｎは２以上の整数）の時間ビンを持ち、
時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ、ｍは整数）に割りあてられる波長の個数を、ｍの関数であるＱ（ｍ）個と定義し、かつ、前記時間ビンｍに割りあてられたＱ（ｍ）個の波長のうち指標ｑ（１≦ｑ≦Ｑ（ｍ）、ｑは整数）で特定される波長を、ｍおよびｑの関数であるλ（ｍ、ｑ）と定義し、前記Ｌ本の光ファイバを、それぞれ、指標ｓ（１≦ｓ≦Ｌ、ｓは整数）で表すとき、
各光ファイバｓ（１≦ｓ≦Ｌ）には、前記時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ）のそれぞれに対応するグレーティングが形成されており、かつ、前記ｎ個の時間ビンに含まれる少なくとも１つの時間ビンｍに対応する前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングの位置から離れた位置に、同じ時間ビンｍに属し、前記波長λ（ｍ、ｑ１）と異なる波長λ（ｍ、ｑ２）（１≦ｑ１≦Ｑ（ｍ）、１≦ｑ２≦Ｑ（ｍ）、ｑ１≠ｑ２、ｑ１およびｑ２は整数）の光信号を反射する別のグレーティングが形成され、
前記光ファイバｓにおいて、前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングから前記波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングまでの光路差をｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）と定義した場合に、前記光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）を前記Ｌ本の光ファイバに渡って足し合わせると、その合計が０になる符号化器。
【請求項２】
前記複数のグレーティングの少なくとも１つの反射波長は所定範囲内で連続的に分布している請求項１に記載の符号化器。
【請求項３】
前記グレーティングは、チャープ構造を有している請求項２に記載の符号化器。
【請求項４】
ファイバｓにおける前記光路差（ｍ、ｑ２、ｓ）の絶対値は、ファイバｓにおけるグレーティングの最小ピッチの（ｎ−１）倍以上である、請求項１に記載の符号化器。
【請求項５】
光学的ＣＤＭＡによる光波長多重信号の符号を復号する復号器であって、
各々が複数のグレーティングを有するＬ本（Ｌは２以上の整数）の光ファイバと、前記複数の光ファイバを接続するサーキュレータとを備え、
前記符号化される符号のパターンは、時間ビン１，時間ビン２，・・・、時間ビンｍ、・・・時間ビンｎのｎ個（ｎは２以上の整数）の時間ビンを持ち、
時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ、ｍは整数）に割りあてられる波長の個数を、ｍの関数であるＱ（ｍ）個と定義し、かつ、前記時間ビンｍに割りあてられたＱ（ｍ）個の波長のうち指標ｑ（１≦ｑ≦Ｑ（ｍ）、ｑは整数）で特定される波長を、ｍおよびｑの関数であるλ（ｍ、ｑ）と定義し、前記Ｌ本の光ファイバを、それぞれ、指標ｓ（１≦ｓ≦Ｌ、ｓは整数）で表すとき、
各光ファイバｓ（１≦ｓ≦Ｌ）には、前記時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ）のそれぞれに対応するグレーティングが形成されており、かつ、前記ｎ個の時間ビンに含まれる少なくとも１つの時間ビンｍに対応する前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングの位置から離れた位置に、同じ時間ビンｍに属し、前記波長λ（ｍ、ｑ１）と異なる波長λ（ｍ、ｑ２）（１≦ｑ１≦Ｑ（ｍ）、１≦ｑ２≦Ｑ（ｍ）、ｑ１≠ｑ２、ｑ１およびｑ２は整数）の光信号を反射する別のグレーティングが形成され、
前記光ファイバｓにおいて、前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングから前記波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングまでの光路差をｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）と定義した場合に、前記光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）を前記Ｌ本の光ファイバに渡って足し合わせると、その合計が０になる復号器。
【請求項６】
前記複数のグレーティングの少なくとも１つの反射波長は所定範囲内で連続的に分布している請求項５に記載の復号器。
【請求項７】
前記グレーティングは、チャープ構造を有している請求項６に記載の復号器。
【請求項８】
ファイバｓにおける前記光路差（ｍ、ｑ２、ｓ）の絶対値は、ファイバｓにおけるグレーティングの最小ピッチの（ｎ−１）倍以上である、請求項５に記載の復号器。
【請求項９】
光波長多重信号を出力する光源と、
複数のグレーティングが形成された光ファイバを有し、前記光多重信号を符号化する符号化器と、
請求項５に記載の復号器であって、前記符号化器で符号化された信号を復号する復号器と、
を備え、
前記復号器の複数のグレーティングの反射波長の組み合わせに基づいて前記符号化器における複数のグレーティングが位置する部分の温度の分布を決定する、温度分布検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的ＣＤＭＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ａｃｃｅｓｓ：光符号分割多重接続）により、波長分割多重光の符号化（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）および復号（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）の少なくとも一方を行なう装置に関する。特に、本発明は、光ファイバグレーティングを用いて光学的ＣＤＭＡによる符号化／復号を行なう装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
光学的ＣＤＭＡでは、従来、モバイル通信分野で実用化されているＣＤＭＡ技術と同様の手法により、受信側で光信号を符号化し、受信側では光信号を復号する。光信号の符号化／復号は、回折格子、光導波路、または光ファイバグレーティングなどの光学素子を用いて行なわれる。
【０００３】
光学的ＣＤＭＡでは、符号化された光信号が同一波長帯域にあっても、コードごとに独立しているため、相互に干渉しない。このため、各ユーザに異なるコードを割り当てることにより、同一波長帯域の光信号を用いても、多数のユーザで１つの光信号伝搬媒体を同時に利用することが可能になる。
【０００４】
提案されている符号化方法は、例えば、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｅｎｃｏｄｉｎｇ法；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法；Ｆａｓｔ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法；およびｄｉｒｅｃｔ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ法に分類することができる。ここで、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｅｎｃｏｄｉｎｇ法は、異なる波長に対して光信号の強度を変える符号化、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法およびＦａｓｔ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法は、波長および遅延を変える符号化、ｄｉｒｅｃｔ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ法は、１つの波長に対し遅延および位相を変える符号化である。
【０００５】
非特許文献１および非特許文献２は、光ファイバグレーティングを用いて各波長に応じた大きさの遅延を光パルス信号に与え、符号化を行う装置を開示している。
【０００６】
図１は、非特許文献１のＦｉｇ１（ｂ）に相当する図面であり、入射パルスを符号化するエンコーダの構成を示している。この装置では、ユニフォームなグレーティングを有する同一構造の複数の光ファイバグレーティングを備えている。各光ファイバグレーティングにはピエゾ素子が取り付けられており、異なる張力が付与可能である。
【０００７】
張力の大きさを調節することにより、各光ファイバグレーティングによる反射波長をシフトさせることができる。その結果、入射パルスを構成する波長の異なる光成分を、選択的に反射することができる。
【０００８】
各光ファイバグレーティングは、光ファイバ中の異なる位置に存在しているため、各反射光が異なる光路差、すなわち、違った遅延を持つことにより、遅延パターンでも符号化のコードの組み合わせをなしている。
【０００９】
選択された波長の特定の組み合わせと、波長ごとに異なる遅延の組み合わせとにより、ＦＦＨ−ＣＤＭＡ（Ｆａｓｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｈｏｐｐｉｎｇ−Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ａｃｃｅｓｓ）法の符号パターンを規定することができる。この符号パターンは、図２に示すマトリックスで表現することができる。
【００１０】
光ファイバに印加する張力の大きさを例えばピエゾ素子によって制御すると、反射波長を変化させ、特定の遅延を有する波長をシフトさせることができる。特定の遅延を有する波長を任意の値に設定することにより、符号化器の符号パターンをプログラムすることが可能になる。一方、復号器は、符号化に用いられている波長の光に対し、逆の遅延を与える。言い換えると、復号器の光ファイバ中に配列されているグレーティングの順序が、符号化器の光ファイバ中に配列されているグレーティングの順序の逆に設定される。
【００１１】
以下、図２から図５を参照しながら、光学的ＣＤＭＡで用いられる符号化／復号の原理を、より詳しく説明する。
【００１２】
図２は、ある符号パターンに対応する３行３列のマトリクス（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐパターン）を示している。このマトリクスの横軸は時間、縦軸は波長であり、黒く塗りつぶされたブロック（要素）に対応する時間ビンに、そのブロックに対応する波長が割り当てられていることを示している。図２の符合パターンでは、時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３に対して、それぞれ、波長λ１、λ２、λ３が割り当てられている。
【００１３】
図３は、図２の符号パターンで符号化された符号を表現する光パルス列（矢印の左側）と、その符号が解読（復号）された状態の光パルス（矢印の右側）を模式的に示している。符号化は、図３の右側から左側への変換に対応し、復号は、左側から右側への変換に対応する。
【００１４】
図４は、図３の符号化を行う符号化器を示している。
【００１５】
図４の符号化器では、所定の間隔で３つのグレーティング３、４、５が形成された光ファイバがサーキュレータ２によって光ファイバ１および光ファイバ６に連結されている。光ファイバ１を伝搬してきた光パルスは、サーキュレータ２を通過した後、グレーティング３、４、５の形成された上記光ファイバの一端に入射する。
【００１６】
この光パルスに含まれる波長λ１の光成分は、グレーティング３で反射された後、サーキュレータ２を通過して光ファイバ６に入射する。一方、光パルスに含まれる波長λ１以外の光は、グレーティング３を透過する。グレーティング３を透過した光パルスのうち、波長λ２の光成分は、グレーティング４で反射された後、サーキュレータ２を通過して光ファイバ６に入射する。波長λ２以外の光成分はグレーティング４を透過するが、そのうち波長λ３の光成分はグレーティング５で反射された後、サーキュレータ２を通過して光ファイバ６に入射する。
【００１７】
このように、１個の光パルスとして光ファイバ１を伝播してきた光信号が波長毎に異なる位置のグレーティングで反射されるため、時間軸上で３つの光パルスに分かれて順次、光ファイバ６に入射することになる。図４の構成によれば、波長λ１、λ２、λ３の光パルスが、この順序で光ファイバ６に入射するが、グレーティング３、４、５の配列を変更することにより、光ファイバ６に入射する光パルスの順序を変えることができる。グレーティング３、４、５の配列順序を変更することにより、異なる符合パターンによる符合化を行うことが可能になる。
【００１８】
図４に示す軸７、８、９は、それぞれ、３つのグレーティング３、４、５の中心位置を示している。グレーティング３およびグレーティング４の中心間隔は、軸７と軸８との間の距離に等しく、グレーティング４およびグレーティング５の中心間隔は、軸８と軸９との間の距離に等しい。
【００１９】
波長λ１の光と波長λ２の光との間に生じる光路差は、グレーティング３とグレーティング４との中心間隔の２倍に相当する。同様に、波長λ２の光と波長λ３の光との間に生じる光路差は、グレーティング４とグレーティング５との中心間隔の２倍に相当する。このように、グレーティング３、４、５の相対的な配置関係が、符号化のための３つの時間ビンの時間差を規定することになる。
【００２０】
図４に示すように、グレーティング３、４、５の間を光が伝搬するときに要する時間（遅延）を等しくΔＴとすると、図３に示すように、波長λ１、λ２、λ３の光の間に生じる相対的遅延は、２ΔＴで表される。言い換えると、図４の軸７、８、９は、それぞれ時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３に対応し、３つの時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３がそれぞれ波長λ１、λ２、λ３に割り当てられている。
【００２１】
光学的ＣＤＭＡにおける符号化とは、例えば図３に示すように１つの光パルスを波長λ１、λ２、λ３を有する複数の小さいパルス光に分け、予め設定された相対遅延で出力することである。反対に、復号とは時間軸上で分離された複数の光パルスを１つの光パルスにすることである。復号のためには、符号化に際して付与する遅延とは逆の遅延を各光パルス（波長λ１、λ２、λ３）に与え、符号化によって生じた遅延を打ち消す必要がある。すなわち、３つの小さなパルスを同じ時刻に同期させ、同じ時間ビンにまとめる必要がある。異なる時刻に入射してくる３つの光パルス（波長λ１、λ２、λ３）を同時刻に揃え、ある閾値以上の光強度を示すことを検知器が感知したとき、復号器は、その信号を１ビットとして認識する（図３の右側部分）。
【００２２】
符号化器は送信すべきデータ（例えば「１１００１００１・・・」で表されるビット列）を符号化するとき、例えば「１」のビットを示す光パルス列（波長λ１、λ２、λ３）を送出し、「０」のビットを示す光パルスは送出しない。この場合、上記符号化器の符号パターンに対応する（逆の遅延を与える）復号器に上記の光パルス列が入射したときのみ、その復号器が「１」のビットを示す信号を検知することになる。
【００２３】
図５は、図３の復号を行う復号器（解読器）を示している。図５の復号器の構成が図４の符号化器の構成と異なる点は、グレーティング１０、１１，１２の反射波長の配列順序にある。具体的には、グレーティング１０、１１，１２の反射波長が、それぞれ、λ３、λ２、λ１に設定される。
【非特許文献１】"Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆａｓｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐ  ＣＤＭＡ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ"Ｈａｂｉｂ  Ｆａｔｈａｌｌａｈ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．１７，  Ｎｏ．３，  Ｍａｒｃｈ  １９９９
【非特許文献２】"Ｒｏｂｕｓｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＦＦＨ−ＣＤＭＡ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｎｓ：  Ｃｏｄｉｎｇ  ｉｎ  Ｐｌａｃｅ  ｏｆ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ"Ｈａｂｉｂ  Ｆａｔｈａｌｌａｈ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．１７，  Ｎｏ．８，  Ａｕｇｕｓｔ  １９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記構成を有する符号化器では、グレーティングの反射波長が温度変化や張力印加によって変化した場合、「波長シフト（または波長ドリフト）」により、正しく符号化することができない場合がある。また復号器では、復号（解読）が正しく行えない。
【００２５】
波長シフトまたは波長ドリフトは、符号化器／復号器におけるグレーティングが環境温度の変化などに起因して膨張したり、グレーティングの屈折率が変化することにより、グレーティングの反射波長帯域が設定値からずれることを意味する。一般に、グレーティングの温度が高くなるほど、あるいはグレーティングに大きな張力が印加されるほど、グレーティングの反射波長帯域は長波長側にシフトする。
【００２６】
符号パターンは、予め設定された複数の反射波長の組み合わせによって規定されるため、「波長シフト」が生じると、符号化または復号に際して致命的なエラーが生じることになる。例えば、符号化器で「波長シフト」が生じると、符号を規定する本来の波長とは異なる波長による符号化が行われるため、対応する復号器によって復号（解読）することが不可能になる。逆に、符号化が正しく行われた場合、復号器で「波長シフト」が生じると、符号を正しく復号することができなくなる。これらは、データ伝送のエラーまたは伝送不能を引き起こす。このような「波長シフト」を防止するため、符号化器／復号器におけるグレーティングは一定温度に保持される。
【００２７】
非特許文献２は、Ｆａｓｔ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法により、僅かな「波長シフト」が生じた場合でも、符号・解読に支障をきたさないようにする技術を開示している。この技術によれば、符号パターンのチップ数を低減し、各チップの帯域に大きなマージンを与えることにより、波長非選択性シフトへの耐性が得られる。
【００２８】
「波長非選択性シフト」とは、シフト量が波長に依存しない波長シフトを意味する。一方、「波長選択性シフト」とは、シフト量が波長に依存して異なる波長シフトを意味する。波長選択性シフトは、個々のグレーティングに異なる温度または異なる張力が印加された場合に発生する。
【００２９】
非特許文献１に記載されている符号パターンを用いたとてしても、波長シフトの大きさが波長によって異なる場合、信号パルス光に含まれる光成分の大きくに損失が生じ、消えていくことになる。また、符号パターンの１つのチップに一様な１つのグレーティングを用いる限り、各反射波長帯域に大きな幅を与えることは困難である。
【００３０】
波長非選択性シフトは、波長選択性シフトの特殊なケースである。すなわち、波長選択性シフトのシフト量が全ての波長において同じになるケースに相当する。このため、波長非選択性シフトは、広い意味でにおける波長選択性シフトに含まれる。したがって、波長選択性シフトに耐性を有すると、波長非選択性シフトに対する耐性しか有しない場合に比べて、厳しい条件となる。
【００３１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、光学ＣＤＭＡによる符合化器および復号器の波長選択性シフト耐性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明による符号化器は、光学的ＣＤＭＡによる光波長多重信号を符号化する符号化器であって、各々が複数のグレーティングを有するＬ本（Ｌは２以上の整数）の光ファイバと、前記複数の光ファイバを接続するサーキュレータとを備え、前記符号化される符号のパターンは、時間ビン１，時間ビン２，・・・、時間ビンｍ、・・・時間ビンｎのｎ個（ｎは２以上の整数）の時間ビンを持ち、時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ、ｍは整数）に割りあてられる波長の個数を、ｍの関数であるＱ（ｍ）個と定義し、かつ、前記時間ビンｍに割りあてられたＱ（ｍ）個の波長のうち指標ｑ（１≦ｑ≦Ｑ（ｍ）、ｑは整数）で特定される波長を、ｍおよびｑの関数であるλ（ｍ、ｑ）と定義し、前記Ｌ本の光ファイバを、それぞれ、指標ｓ（１≦ｓ≦Ｌ、ｓは整数）で表すとき、各光ファイバｓ（１≦ｓ≦Ｌ）には、前記時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ）のそれぞれに対応するグレーティングが形成されており、かつ、前記ｎ個の時間ビンに含まれる少なくとも１つの時間ビンｍに対応する前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングの位置から離れた位置に、同じ時間ビンｍに属し、前記波長λ（ｍ、ｑ１）と異なる波長λ（ｍ、ｑ２）（１≦ｑ１≦Ｑ（ｍ）、１≦ｑ２≦Ｑ（ｍ）、ｑ１≠ｑ２、ｑ１およびｑ２は整数）の光信号を反射する別のグレーティングが形成され、前記光ファイバｓにおいて、前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングから前記波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングまでの光路差をｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）と定義した場合に、前記光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）を前記Ｌ本の光ファイバに渡って足し合わせると、その合計が０になる。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記複数のグレーティングの少なくとも１つの反射波長は所定範囲内で連続的に分布している。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記グレーティングは、チャープ構造を有している。
【００３５】
好ましい実施形態において、ファイバｓにおける前記光路差（ｍ、ｑ２、ｓ）の絶対値は、ファイバｓにおけるグレーティングの最小ピッチの（ｎ−１）倍以上である。
【００３６】
本発明による復号器は、光学的ＣＤＭＡによる光波長多重信号の符号を復号する復号器であって、各々が複数のグレーティングを有するＬ本（Ｌは２以上の整数）の光ファイバと、前記複数の光ファイバを接続するサーキュレータとを備え、前記符号化される符号のパターンは、時間ビン１，時間ビン２，・・・、時間ビンｍ、・・・時間ビンｎのｎ個（ｎは２以上の整数）の時間ビンを持ち、時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ、ｍは整数）に割りあてられる波長の個数を、ｍの関数であるＱ（ｍ）個と定義し、かつ、前記時間ビンｍに割りあてられたＱ（ｍ）個の波長のうち指標ｑ（１≦ｑ≦Ｑ（ｍ）、ｑは整数）で特定される波長を、ｍおよびｑの関数であるλ（ｍ、ｑ）と定義し、前記Ｌ本の光ファイバを、それぞれ、指標ｓ（１≦ｓ≦Ｌ、ｓは整数）で表すとき、各光ファイバｓ（１≦ｓ≦Ｌ）には、前記時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ）のそれぞれに対応するグレーティングが形成されており、かつ、前記ｎ個の時間ビンに含まれる少なくとも１つの時間ビンｍに対応する前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングの位置から離れた位置に、同じ時間ビンｍに属し、前記波長λ（ｍ、ｑ１）と異なる波長λ（ｍ、ｑ２）（１≦ｑ１≦Ｑ（ｍ）、１≦ｑ２≦Ｑ（ｍ）、ｑ１≠ｑ２、ｑ１およびｑ２は整数）の光信号を反射する別のグレーティングが形成され、前記光ファイバｓにおいて、前記波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングから前記波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングまでの光路差をｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）と定義した場合に、前記光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）を前記Ｌ本の光ファイバに渡って足し合わせると、その合計が０になる。
【００３７】
好ましい実施形態において、前記複数のグレーティングの少なくとも１つの反射波長は所定範囲内で連続的に分布している。
【００３８】
好ましい実施形態において、前記グレーティングは、チャープ構造を有している。
【００３９】
好ましい実施形態において、ファイバｓにおける前記光路差（ｍ、ｑ２、ｓ）の絶対値は、ファイバｓにおけるグレーティングの最小ピッチの（ｎ−１）倍以上である。
【００４０】
本発明による温度分布検出器は、光波長多重信号を出力する光源と、複数のグレーティングが形成された光ファイバを有し、前記光多重信号を符号化する符号化器と、上記いずれか復号器であって、前記符号化器で符号化された信号を復号する復号器とを備え、前記復号器の複数のグレーティングの反射波長の組み合わせに基づいて前記符号化器における複数のグレーティングが位置する部分の温度の分布を決定する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の符号化器によれば、環境温度やファイバに印加される張力の変動に起因して波長シフトまたは波長ドリフトが発生しても、シフト後の波長が本来の波長に一致するように複数の波長を同一時間ビンに割り当てることができる。このため、波長シフトが生じても、復号器により正確に復号することができる。
【００４２】
本発明の復号器によれば、同様の原因によって波長シフトが発生しても、複数の波長を同一時間ビンに割り当てられるため、正確に復号することができる。
【００４３】
本発明の符号化器／復号器は、ＯＲ演算としての機能を有しており、これを用いて温度分布測定器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明者は、図４および図５を参照して説明した符合化器／復号器の問題を解決するため、まず、図９に示す構成を検討した。本発明の説明を開始する前に、本発明による符号化器／復号器の動作原理を理解しやすくする目的で、まず図９に示す構成を説明する。
【００４５】
図９は、反射波長が異なる複数のグレーティングが同一部分に形成された光ファイバを備える符号化器を示している。図９の例では、反射波長λ１のグレーティング３３が形成される部分に、反射波長λ４、λ５の２種類のグレーティングが形成されている。ここでは、λ１＋Δλ＝λ４、λ１＋Δλ'＝λ５と表される。
【００４６】
光ファイバ上の同一位置に複数の反射波長を示すグレーティングが形成されていると、同一の時間ビンに複数の波長が割りあてられることになる。このため、図９の構成を有する符号化器に入力された光パルスは、λ１、λ１＋Δλ、λ１＋Δλ'の３つ波長の光を同じ時間ビンｔ１に割り当て、３つの波長の小さな光パルスを同一の遅延タイミングで反射することになる。一方、λ１、λ１＋Δλ、λ１＋Δλ'の３つ波長の光パルスの少なくとも１つが、図９の構成を有する復号器に入力されると、符号化器が与えた遅延を打ち消して解読を行うことができる。
【００４７】
ここで、本来は時間ビンｔ１に割り当てられている波長λ１の光を反射するように設計されているグレーティングの実際の反射波長が、温度変化や張力印加によってシフトし、波長λ４および波長λ５の一方が、波長λ１に略等しくなったとする。この場合、復号器には波長λ１、λ４、λ５の３つの光パルスが同時に（同一の時間ビンｔ１で）入力される。したがって、復号器は、時間ビンｔ１に割り当てられた波長λ１を有する光パルス（波長シフトがなければ、波長λ４またはλ５の光を反射するグレーティングによって反射された光パルス）を受け取るため、符号の解読を行うことができる。
【００４８】
図９の構成を有する復号器を考える。この復号器における時間ビンｔ１に対応する反射波長λ１のグレーティングについて、温度変化や張力印加によって波長シフトが生じたとする。波長シフト後の波長λ１が、λ１＋Δλまたはλ１＋Δλ'に等しい場合、同時刻に到着する３つの光パルスのいずれかをグレーティング３３で反射し、符号化で与えた遅延とは逆の遅延を与えることにより、時間ビンｔ２の波長λ２、時間ビンｔ３の波光λ３の光と重畳することが可能になる。
【００４９】
このように１つの時間ビンに異なる３つの波長を割り当てることにより、波長シフトが生じても、適切な符号化／解読が可能になる。
【００５０】
図８は、図９の装置による符号パターンを示している。図２の符号パターンと異なる点は、１つの時間ビンｔ１に割り当てられる波長がλ５、λ４、λ１の３つであることである。この結果、時間ビンｔ１に割り当てられた光の波長が、λ１、λ１＋Δλ、λ１＋Δλのいずれであっても、時間ビンｔ１の光として同一の遅延を与えることができる。
このため、波長シフトによる誤った符号化が生じても適切に解読を行うことができる。
【００５１】
光ファイバ中にグレーティングを形成するには、光ファイバに対してマスクを介して紫外線を照射することにより、光ファイバ内のコアの屈折率を軸方向に沿って周期的に変調する必要がある。したがって、光ファイバの同一時間ビンに対応する位置（例えば図９の軸３４で示される位置）に、異なる反射波長を有する複数のグレーティングを形成するには、その位置に紫外線の重複照射を行い、異なる周期の屈折率変調構造を重畳することが必要になる。
【００５２】
しかし、光ファイバの同じ位置に紫外線の重複照射を行って複数のグレーティングを形成することは極めて困難であり、実用性がない。なぜなら、紫外線照射によって光ファイバコアの屈折率を上昇させると、屈折率は容易に飽和し、異なる周期の屈折率変調構造を重畳することが困難になるからである。仮に、重畳する複数のグレーティングの各々について、紫外線照射量（照射時間）を低減し、屈折率上昇の飽和を避けようとした場合、各グレーティングの屈折率変調の振幅が小さくなり、反射波長の帯域が狭く、しかも、反射率の低いグレーティングしか形成できなくなる。
【００５３】
本発明による符合化器／復号器では、複数の光ファイバを備えることにより、光ファイバの同じ位置に複数のグレーティングを重畳して形成することなく、同じ時間ビンに複数の異なる波長を割り当てることができる。
【００５４】
さらに本発明の符合化器／復号器の理解を含めため、図６および図７を参照しながら、複数の光ファイバを用いて、図３の符号パターンによる符合化／復号が行えることを説明する。
【００５５】
図６の符号化器では、所定の間隔で３つのグレーティング１６、１７、１８が形成された第１の光ファイバ１５と、上記所定の間隔に等しい間隔で３つのグレーティング２０、２１、２２が形成された第２の光ファイバと１９とがサーキュレータ１４によって光ファイバ１３および光ファイバ２６に連結されている。第１の光ファイバ１５の各グレーティング１６、１７、１８で反射された光は、サーキュレータ１４を介して第２の光ファイバ１９に入射する。第２の光ファイバ１９の各グレーティング２０、２１、２２で反射された光は、サーキュレータ１４を介して光ファイバ２６に入射する。各光ファイバ１５、１９におけるグレーティングの間隔は、図４に示す装置におけるグレーティングの間隔の半分である。
【００５６】
図６には、同一時間ビンを示す軸２３、２４、２５が記載されている。この例では、３つの時間ビンにそれぞれλ１、λ２、λ３の波長が割り当てられている。
【００５７】
図６に示すように、第１の光ファイバ１５におけるグレーティング１６、１７、１８の配置関係と、第２の光ファイバ１９におけるグレーティング２０、２１、２２の配置関係は等しい。この関係が満足される限り、サーキュレータ１４から波長λ１のグレーティング１６までの距離と、サーキュレータ１４から波長λ１のグレーティング２０までの距離とが異なっていても良い。
【００５８】
グレーティング同士の間隔は半減しているため、各光ファイバの間を伝播する時間はΔＴ／２で表される。ただし、光パルスは、２本の光ファイバ１５、１９を順次通るため、相対遅延は、ΔＴ／２×２×２＝２ΔＴに等しくなる。以下の、この点を詳しく説明する。
【００５９】
まず、光ファイバ１３を伝搬してきた光パルスは、サーキュレータ１４を通り、光ファイバ１５に入射する。その後、グレーティング１６、１７、１８により、それぞれ、波長λ１、λ２、λ３の光が反射され、サーキュレータ１４にもどる。このとき、波長λ２の光パルスは、波長λ１の光パルスよりもΔＴ／２×２＝ΔＴの時間だけ遅延する。同様に波長λ３の光パルスは、波長λ２の光パルスよりもΔＴ／２×２＝ΔＴの時間だけ遅延する。
【００６０】
サーキュレータ１４に戻った光パルスの列は、次に、２本目の光ファイバ１９へ移る。光ファイバ１９でも、同様の遅延が生じるため、最終的に、波長λ２の光パルスは、波長λ１の光パルスよりもΔＴ×２＝２ΔＴの時間だけ遅延する。同様に波長λ３の光パルスは、波長λ２の光パルスよりも、ΔＴ×２＝２ΔＴの時間だけ遅延する。この結果、図３に示す符号化と同一の符号化が行われる。
【００６１】
図７は、図６の符号化器に対応する復号器である。図７の復号器の第１の光ファイバでは、入射光側から、波長λ３のグレーティング２７、波長λ２のグレーティング２８、波長λ１のグレーティング２９が配列されている。第２の光ファイバでも同様に入射光側から波長λ３のグレーティング３０、波長λ２のグレーティング３１、波長λ１のグレーティング３２が配列されている。このような構成を有する復号器でも、図３に示す解読が行われる。
【００６２】
本発明では、上記の符合化器／復号器を更に改良することにより、少なくとも１つの時間ビンに複数の波長を割り当て、波長シフト耐性を高める。
【００６３】
（実施形態１）
以下、本発明による符合化器の好ましい実施形態を説明する。
【００６４】
まず、図１０を参照する。図１０に示す符号化器は、図８に示す符号パターンによる符号化を行うことができる。すなわち、時間ビンｔ１に複数の波長λ１、λ４、λ５が割り当てられる。
【００６５】
図１０では、軸４８が時間ビンｔ１に相当する位置を示し、軸４９が時間ビンｔ２に相当する位置を示し、軸５０は時間ビンｔ３に相当する位置を示している。軸４８は、波長λ１のグレーティング３９およびグレーティング４３を横切り、軸４９は、波長λ２のグレーティング４０およびグレーティング４６を横切り、軸５０は、波長λ３のグレーティング４１およびグレーティング４７を横切っている。軸４８、４９、５０の間隔は、ΔＴ／２の時間差に相当する光路差を形成する。光の往復により、各光ファイバでΔＴの遅延を生じさせる。
【００６６】
図１０の符号化器が、図６の符号化器と大きく異なる点は、時間ビンｔ１に複数の波長を割り当てるため、波長λ４のグレーティング３８、４４と、波長λ５のグレーティング３７、４５を設けていることにある。同じ時間ビンｔ１に割り当てられる複数の波長のうち、波長λ１のグレーティング３９、４３は軸４８上にあるが、波長λ４のグレーティング３８、４４は、それぞれ、軸４８からΔｔ'、−Δｔ'の時間だけ左右にシフトしている。シフト量Δｔ'、−Δｔ'の符号は反対であるが、絶対値が等しく設定されている。同様に、波長λ５のグレーティング３７、４５は、それぞれ、軸４８からΔｔ''、−Δｔ''の時間だけ左右にシフトしている。シフト量Δｔ''、−Δｔ''の符号も反対であるが、絶対値は等しく設定されている。
【００６７】
第１の光ファイバ３６におけるグレーティング３８および第２の光ファイバ４２におけるグレーティング４４で順次反射されてきた波長λ４の光パルスの遅延時間（波長λ１の光パルスに対する遅延時間）の合計は、（−Δｔ'）×２＋Δｔ'×２＝０である。すなわち、波長λ４の光パルスは、波長λ１の光パルスと同時に光ファイバ５１に入射し、時間ビンｔ１に割り当てられる。波長λ５についても同様である。こうして、図１０の符号化器によれば、異なる反射波長を有する複数のグレーティングを光ファイバの同一部分に形成することなく、図９の符号化器と同様の符合化を行うことができる効果が得られることがわかる。
【００６８】
以下、図１０の符号化器の動作を更に詳細に説明する。
【００６９】
まず、光ファイバ３５を伝搬してきた光パルスは、サーキュレータ５２を介して第１の光ファイバ３６へ入射する。第１光ファイバ３６において、上記光パルスに含まれる波長λ５、λ４、λ１、λ２、λ３の光パルスは、それぞれ、グレーティング３７、３８、３９、４０、４１で反射される。上記の各波長の光パルスが反射後、サーキュレータ５２に戻るタイミング（相互遅延）は、第１光ファイバ３６におけるグレーティングの相互距離によって決まる。
【００７０】
波長λ５のグレーティング３７が波長λ１のグレーティング３９よりも、−Δｔ''の時間遅延に相当する距離だけ手前に位置しているため、波長λ５の光パルスは、波長λ１の光パルスよりも、−Δｔ''×２の時間遅延に相当する距離だけ先に第２の光ファイバ４２に入射する。
【００７１】
波長λ４のグレーティング３８は波長λ１のグレーティング３９よりも−Δｔ'の時間遅延に相当する距離だけ手前に位置しているため、波長λ４の光パルスは、波長λ１の光パルスよりも、−Δｔ'×２の時間遅延に相当する距離だけ先に第２の光ファイバ４２に入射する。
【００７２】
波長λ２のグレーティング４０は、時間ビンｔ１に割り当てられた波長λ１のグレーティング３９よりもΔＴ／２の時間遅延に相当する距離だけ、後方に位置している。このため、波長λ２の光パルスは、ΔＴ／２×２＝ΔＴだけ波長λ１の光パルスよりも遅延して第２の光ファイバ４２に入射する。同様にして、波長λ３の光パルスは、ΔＴ×２＝２ΔＴだけ波長λ１の光パルスよりも遅延して第２の光ファイバ４２に入射する。
【００７３】
異なるタイミングで第２の光ファイバ４２に入射した波長λ１、λ４、λ５、λ２、λ３の光パルスは、それぞれ、グレーティング４４、４５、４３、４６、４７で反射される。すなわち、波長λ１の光パルスはグレーティング４３で反射され、時間ビンｔ１に割り当てられる。波長λ４の光パルスは、グレーティング４４で反射されるが、波長λ１の光パルスに対して遅延Δｔ'が生じることになる。波長λ５の光パルスは、グレーティング４５で反射され、波長λ１の光パルスに対して遅延Δｔ''が発生する。
【００７４】
波長λ２の光パルスは、グレーティング４６によって反射され、時間ビンｔ２に割り当てられる。一方、波長λ３の光パルスは、グレーティング４７により反射され、時間ビンｔ３に割り当てられる。
【００７５】
こうして、波長λ５の光パルスは、波長λ1の光パルスに比べて、２×（−Δt''）＋ ２×Δｔ''＝０の遅延で光ファイバ５１に入射する。波長λ４の光パルスは、波長λ1の光パルスに比べて、２×（−Δt'）＋ ２×Δｔ'＝０の遅延で光ファイバ５１に入射する。波長λ２の光パルスは、波長λ１の光パルスに比べ、２×ΔＴ／２＋２×ΔＴ／２＝２ΔＴの遅延で光ファイバ５１に入射する。波長λ３の光パルスは、波長λ１の光パルスに比べ、２×ΔＴ＋２×ΔＴ＝４ΔＴの遅延で光ファイバ５１に入射する。
【００７６】
以上の説明から明らかなように、時間ビンｔ１にλ１、λ４、λ５の３つの波長が割り当てられ、時間ビンｔ２、ｔ３には、それぞれ、λ２、λ３の波長が割り当てられる。
【００７７】
図１０の符号化器によれば、光ファイバの同じ位置に異なる反射波長のグレーティングを形成することなく、同一時間ビンに異なる複数の波長を割り当てることができる。同一時間ビンに複数の波長を割り当てることにより、波長シフト耐性を高めることができる。
【００７８】
（実施形態２）
次に図１２を参照しながら、本発明による符号化器／復号器の他の実施形態を説明する。
【００７９】
実施形態１では、離散的波長の組（例えば、λ１、λ４、λ５）を同一の時間ビンに割り当てているが、本実施形態では、所定範囲内で連続する波長の幅（帯域）を同一の時間ビンに割り当てることができる。
【００８０】
図１１は、本実施形態の装置における符号パターンの一例を示している。図１１の例では、時間ビンｔ１にλ１〜λ１＋Δλの範囲で連続する無数個の波長を割り当てている。同様に、時間ビンｔ２、ｔ３には、それぞれ、λ２〜λ２'、λ３〜λ３'の波長を割り当てることも可能であるが、図１１の例では、簡単のため、λ１、λ２の波長を割り当てている。
【００８１】
光ファイバ５３を伝搬してきた光パルスは、サーキュレータ５４を透過して第１の光ファイバ５５へ入射する。光ファイバ５５では、グレーティング５６、５７、５８が、それぞれ時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３の位置に配置されている。グレーティング５７、５８は、それぞれ、ほぼ単一の反射波長λ２、λ３を有している。これに対し、グレーティング５６は、λ１〜λ１＋Δλの反射波長帯域を有するチャープドグレーティングである。チャープドグレーティングは、グレーティング周期（屈折率変調周期）が軸方向位置に応じて変化する構造を有しているため、λ１〜λ１＋Δλの帯域に含まれる波長を有する光は、波長に応じてグレーティング５６の異なる位置で反射されることになる。このために、波長に応じて連続的に異なる光路差（遅延）が生じる。
【００８２】
本実施形態では、グレーティング５６の反射波長が光ファイバ５５の光入射端からの距離に応じて単調に減少するか、反対に増加するチャープ構造を有している。一方、第２の光ファイバ５９には、上記のチャープ構造の反対のチャープ構造を有するグレーティング６０が配置されている。このように２つのチャープドグレーティング５６、６０を相補的に配列することにより、チャープ構造に起因する遅延を相殺することができる。例えば、波長λ１〜λ１＋Δλの中で最も長い波長（λ１＋Δλ）の光パルスがグレーティング５６の左端付近で反射される場合、この光パルスは、第２の光ファイバ５９では、チャープドグレーティング６０の右端付近で反射される。一方、波長λ１〜λ１＋Δλの中で最も短い波長（λ１）の光パルスは、第１の光ファイバ５６ではグレーティング５６の右端付近で反射されるが、第２の光ファイバ５９ではグレーティング６０の左端付近で反射されることになる。
【００８３】
本実施形態の符号化器によれば、連続的に変化する多数の波長の光を１つの時間ビンに割り当てて符号化を行う。このため、波長シフトが生じても、波長シフト後のチャープドグレーティングの反射波長帯域の中に解読に必要な波長λ１が含まれる限り、正しく解読できる。
【００８４】
一方、図１２の構造を備える復号器によれば、符号化された光パルスの時間ビンｔ１に割り当てられる波長がλ１からλ１＋Δλまでの帯域に含まれる限り、どのような大きさの波長シフトが生じても、正確な解読を行うことができる。
【００８５】
上記の各実施形態では、簡単のため、時間ビンｔ１のみに複数の波長を割り当て、また、同一時間ビンに対応する複数のグレーティングを、中心となる時間軸の近傍にのみ配置している。しかし、本発明は、そのような構成に限定されず、時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３のそれぞれに複数の反射波長を割り当てても良い。また、時間ビンの数も３個に限定されず、４個以上であってもよい。
【００８６】
（実施形態３）
次に、図１３および図１４を参照しながら、本発明による符合化器の第３の実施形態を説明する。
【００８７】
図１３に示す符合パターンでは、時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３に、それぞれ、λ１およびλ１'、λ２およびλ２'、λ３およびλ３'が割り当てられている。
【００８８】
図１４に示す本実施形態の符合化器が、前述の各実施形態における符合化器と大きく異なる点は、時間ビンを示す軸８３、８４、８５のそれぞれに同期するグレーティング７１、７２、７３、７９、８０、８１の間に、他のグレーテンングが挿入されていないことにある。本実施形態では、軸８３、８４、８５の各間隔が０．５ｃｍ程度であるのに対して、各グレーティングの長さが約２ｃｍに設定されている。本実施形態のように、軸８３、８４、８５の各間隔が０．５ｃｍ程度である場合、各グレーティングの長さを２ｃｍに設定すると、図１０や図１２に示す構成を実現することができなくなるため、本実施形態では、図１４に示す構成を採用している。
【００８９】
本実施形態では、図１４に示すように、光ファイバ６７を伝搬してきた光パルスがサーキュレータ６８を通過して第１の光ファイバ６９に入射する。各グレーティング７０、７１、７２、７３、７４、７５で、それぞれの波長の光パルスが反射されてサーキュレータ６８に戻る。これらの光パルス列は、次に、第２の光ファイバ７６に入射し、各グレーティング、７７、７８、７９、８０、８１、８２で反射される。その後、再びサーキュレータ６８へ戻り、光ファイバ８６に出力される。
【００９０】
他のグレーテンング７０、７４、７５、７７、７８、８２は、遅延を相殺するように配置される限り、軸８３、８４、８５から大きく左右に離れていても問題ない。例えば、波長λ１'のグレーティング７０から、時間ビンｔ１に対応する軸８３までの距離は、その軸８３から反対側にある2本目の光ファイバ７６のグレーティング８２までの距離と等しい。このため、波長λ１'および波長λ１の光パルスは同じ時間ビンｔ１で出力される。同様に、波長λ２'のグレーティング７５から時間ビンｔ２に対応する軸８４までの距離は、その軸８４か反対側にある2本目の光ファイバ７６のグレーティング７７までの距離と等しい。この結果、波長λ２'およびλ２の光パルスは同じ時間ビンｔ２で出力される。同様に、波長λ３'のグレーティング７４から時間ビンｔ３の軸８５までの距離は、その軸８５から反対側にある2本目の光ファイバ７６のグレーティング７８までの距離と等しい。この結果、波長λ３'およびλ３の光パルスは、同じ時間ビンｔ３で出力される。
【００９１】
（実施形態４）
図１５を参照しながら、本発明の符号器について、より一般化した構成を説明する。
【００９２】
図１５の符号化器は、各々がグレーティングを有するＬ本（Ｌは２以上の整数）の光ファイバと、Ｌ本の光ファイバを接続するサーキュレータとを備えている。Ｌ本の光ファイバを、それぞれ、指標ｓ（１≦ｓ≦Ｌ、ｓは整数）で表すことにする。
【００９３】
符号化される符号のパターンは、ｎ個の時間ビン、すなわち、時間ビン１，時間ビン２，・・・・・・時間ビンｎの時間ビンを持っている。ここで、ｎは２以上の整数である。
【００９４】
ここで、時間ビンを特定する指標を「ｍ」と定義する（１≦ｍ≦ｎ、ｍは整数）。各時間ビンには、少なくとも１つの反射波長が割り当てられる。指標ｍで表される時間ビン（時間ビンｍ）に割り当てられる波長の総数をｍの関数Q（ｍ）で表現することにする。このとき、時間ビンｍに割りあてられた合計Ｑ（ｍ）個の波長を指標ｑで特定する（１≦ｑ≦Ｑ（ｍ）、ｑは整数）。そして、指標ｑで特定される波長を、ｍおよびｑの関数であるλ（ｍ、ｑ）と定義する。
【００９５】
各光ファイバｓ（１≦ｓ≦Ｌ）には、時間ビンｍ（１≦ｍ≦ｎ）のそれぞれに対応するグレーティングが形成されている。ある光ファイバｓにおいて、ｎ個の時間ビンに含まれる少なくとも１つの時間ビンｍに対応する波長は、λ（ｍ、ｑ１）で特定される。このとき、波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングの位置から離れた位置に、同じ時間ビンｍに属し、波長λ（ｍ、ｑ１）と異なる波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングが形成されている。ここで、ｑ１およびｑ２は整数であり、１≦ｑ１≦Ｑ（ｍ）、１≦ｑ２≦Ｑ（ｍ）、ｑ１≠ｑ２の関係が成立している。
【００９６】
光ファイバｓにおいて、波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングから波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングまでの光路差をｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）と定義する。この場合、光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）をＬ本の光ファイバに渡って足し合わせると、その合計が０になる。なお、光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）には正負があり、波長λ（ｍ、ｑ１）の光信号を反射するグレーティングに対して、波長λ（ｍ、ｑ２）の光信号を反射する別のグレーティングがサーキュレータに近い側（入力側）に位置するとき、光路差ｄ（ｍ、ｑ２、ｓ）は「負」の極性を有するものとする。
【００９７】
より一般的に、反射波長をｍ、ｑ、ｓの関数であるλ（ｍ、ｑ、ｓ）で表現することも可能である。λ（ｍ、ｑ、ｓ）は、ｓ本目の光ファイバにおいて時間ビンｍに割り当てられたｑ番目の波長である。ｓ本目の光ファイバにおいて時間ビンｍに割り当てられたｑ番目の波長の光を反射するグレーティングが、その時間ビンに相当する縦軸の位置からどれだけ離れているかをｄ（ｍ,ｑ,ｓ）で表現することができる。光ファイバ上で時間ビンの軸より手前にある場合、ｄは負になる。また、上記時間ビンの軸より後方にあるとき、ｄは正となる。
【００９８】
本発明では、１つの時間ビンに複数の波長が割り当てられているため、ある反射波長を有するグレーティングは、複数の光ファイバに形成される。それらのグレーティングの時間ビンの軸から離れている距離ｄを、全ての光ファイバにわたって足し合わせると、以下の式に示すように、０になる。
【００９９】
【数１】
0003938596.tif 000002
【０１００】
例えば、図１５に示す時間ビンｍ＝１に割り当てられたる1番目の波長（ｑ＝１）のグレーティングは、L本の光ファイバ（ｓ＝１〜L）に配置されている。ｓが１〜３の光ファイバで反射される光の波長、λ（ｍ＝１、ｑ＝１、ｓ＝１）、λ（ｍ＝１、ｑ＝１、ｓ＝２）、λ（ｍ＝１、ｑ＝１、ｓ＝３）によって、対応するグレーティングの位置を示している。Ｌ本目の光ファイバでは、λ（ｍ＝１、ｑ＝１、ｓ＝L）によって対応するグレーティングの位置を示している。
【０１０１】
これらのグレーティングのそれぞれと、対応する時間ビンの軸からの距離をｄ（ｍ＝１、ｑ＝１、ｓ＝１〜L）とする。λ（１，１，１）のグレーティングは、時間軸の左側に位置するので、距離ｄ（１、１、１）は負である。λ（１、１、２）のグレーティングは、時間ビンの軸の右側に位置するため、距離ｄ（１、１、２）は正である。全て光ファイバについて、ｄ（１，１、ｓ＝１〜L）加算すると、その合計値は０となる。時間ビンｍ＝１に割り当てられたｑ＝１の波長を有する光パルスは、時間ビンｍ＝１に割り当てられたｑ≠１の波長を有する他の全ての光パルスと、同一の遅延をもつことになる。
【０１０２】
なお、図１４に示す構成を採用する場合、ファイバｓにおける光路差（ｍ、ｑ２、ｓ）の絶対値が、ファイバｓにおけるグレーティングの最小ピッチの（ｎ−１）倍以上となるようにグレーティングを配置することになる。具体的には、図１４の構成におけるグレーティングの最小ピッチはΔＴ／２の時間に相当し、３つのグレーティング７１、７２、７３（または７９、８０、８１）の両端の距離は、（３−１）×ΔＴ／２の時間に相当する。同一時間ビンｔ１に割り当てられている波長λ１'のグレーティングと波長λ１のグレーティンとの間隔は、３つのグレーティング７１、７２、７３（または７９、８０、８１）の両端の距離よりも大きい。
【０１０３】
（計算機シミュレーション）
本発明による符号化器／復号器の特性を計算器シミュレーションによって求めた。図１６から図１８を参照しつつ、その結果を説明する。
【０１０４】
まず、本シミュレーションでは、図１６に示す構成について行った。図１６の構成では、反射波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６〜λ７のグレーティングが形成された２本の光ファイバをサーキュレータによって結合している。符号化は図１７に示す符号パターンに従っている。すなわち、時間ビンｔ１には波長λ２、λ４を割り当て、時間ビンｔ２には波長λ３、λ５を割り当て、時間ビンｔ３には波長λ１を割り当て、時間ビンｔ４には波長λ６〜λ７を割り当てている。波長λ６〜λ７のグレーティングは、チャープ構造を有している。
【０１０５】
図１６において長さを示す数値の単位は、ｃｍ（センチメートル）であり、反射波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５の各グレーティングの長さはいずれも１ｃｍであり、チャープ構造を有するグレーティングの長さは２ｃｍである。
【０１０６】
図１６の構成を有する復号器によれば、時間ビンｔ１のタイミングで波長λ２の光パルスが到着しても、波長λ４の光パルスが到着しても、復号が可能である。この意味では、OR演算子として機能する。時間ビンｔ４のタイミングでは、波長λ６〜λ７の範囲内に波長を有する光パルスが到着した場合、符号化が可能になる。
【０１０７】
図１８は、図１５の装置について、光パルスの相対遅延と波長との関係を表すシミュレーション結果を示すグラフである。このグラフは、図１７の符号化パターンを反映しており、同じ相対遅延を有する複数の反射帯域が形成されている。これは、同一の時間ビン複数の波長が割り当てられていることを意味している。
【０１０８】
（実施形態５）
次に、図１９を参照しながら、本発明による温度分布測定装置の実施形態を説明する。前述したように、同一の時間ビンｔ１の例えば３つの波長λ１、λ４、λ５を割り当てていると、時間ビンｔ１のタイミングで到着する光パルスの波長がλ１、λ４、λ５のいずれであっても、復号が可能である。本実施形態では、このようなＯＲ演算子の機能を利用し、温度分布測定装置を実現している。
【０１０９】
図１９は、本実施形態における温度分布センサを示している。この温度センサによれば、４つの地点におけるの温度分布が目的の温度分布に一致するか否かを判定することができる。
【０１１０】
温度測定を行う４地点には、それぞれ、グレーティング９０、９１、９２、９３が配置される。各地点における温度に応じてグレーティング９０、９１、９２、９３の反射波長がシフトするため、温度分布を検知することが可能になる。
【０１１１】
本実施形態では、温度に起因する波長シフトにより、各地点の温度そのものを計測するのではなく、４地点における温度分布が、所定の温度分布に一致するか否かを判定する。
【０１１２】
温度分布によって反射波長がシフトした各グレーティングに帯域の広い光パルスを与える。前述の各実施形態について説明したように、光パルスは特定の符号化パターンに従って符号化され、相対的な遅延関係を有する光パルスの列が生成される。
【０１１３】
この光パルス列を復号側（解読側）で受け取り、復号側の符号化パターンと一致する符合化が行われているか否かを決定することができる。すなわち、目的の温度分布に対応する符合化が行われていた場合、受け取った光パルス列の相対遅延が復号によって解消するため、ある閾値より高い光強度を有するパルスを生成することができる。
【０１１４】
本実施形態では、グレーティング９０、９１、９２、９３における温度の分布に応じた符号が生成されるため、その符号を所定の符合化パターンによって復号することにより、温度分布を検知することができる。
【０１１５】
次に、図１６の装置の動作を更に詳しく説明する。
【０１１６】
光源８７は、広帯域の光が出力する。この光は、サーキュレータ８８を通って光ファイバ８９に入力される。光ファイバ８９には、グレーティング９０、９１、９２、９３が形成されている。これらのグレーティング９０、９１、９２、９３が温度分布の計測対象となる４つの地点に配置されるように光ファイバ８９が引き回される。
【０１１７】
なお、測定地点は、４つに限定されず、３つでも５つ以上でもよい。グレーティングの間隔は、測定対象（標本）の大きさに応じて任意に決定されるが、時間ビンｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の時間間隔は、復号器における各グレーティングの時間ビンの時間間隔に一致される必要がある。
【０１１８】
グレーティングの反射波長帯域は、同一温度のとき相互に重なり合わないように設定されるのみならず、いずれかのグレーティング温度が測定可能温度範囲（例えば０℃から８０℃）内で変化したり、張力変化によって反射帯域がシフトしても、反射帯域が重ならないように設計することが必要である。このように、グレーティング９０、９１、９２、９３の反射波長帯域の全体を含む範囲は広いため、光源８７から放射される光の波長範囲も広く設定し、上記の反射波長帯域の全体をカバーする必要がある。例えば、温度による波長シフトが０．０１ｎｍ／℃の場合、帯域４ｎｍをカバーする必要がある。
【０１１９】
ここで、ｐをグレーティングの番号、ｑをそのグレーティングの温度とし、その時のグレーティングのシフトされた反射波長をλp-qと定義すると、グレーティング９０、９１、９２、９３の温度Ｘ℃における反射波長を、それぞれ、λ1-X、λ2-X、λ3-X、λ4-Xと表現することができる。
【０１２０】
本実施形態では、温度分布の全体を１つの符号として光信号で表現する。光ファイバ上における４つのグレーティング９０、９１、９２、９３の間隔は、それぞれの反射光同士の遅延時間に対応することになる。復号に際して、それらの遅延時間を相殺することにより、温度分布を検知することができる。
【０１２１】
図１６の例では、グレーティング９０とグレーティング９１の距離がΔＴ1時間分、グレーティング９１とグレーティング９２の間隔はΔＴ2の時間分、グレーティング９２とグレーティング９３との間は、ΔＴ3の時間分の距離と定義する。
【０１２２】
これらのグレーティング９０、９１、９２、９３の温度が、それぞれ、５０℃、２５℃、３５℃、８０℃であるとする。グレーティング９０、９１、９２、９３で反射される光の波長は、それぞれ、λ1-50、λ2-25、λ3-35、λ4-80となる。この状態の光ファイバに光源８７から光パルスが与えられると、波長λ1-50、λ2-25、λ3-35、λ4-80の光パルスがグレーティング間の相互距離を反映した遅延をもって、サーキュレータ８８に戻ってくる。これらの光パルスの列は4地点における温度分布に応じた符号を表現している。
【０１２３】
これらの光パルスの列は、サーキュレータ８８を介して光ファイバ９４へ入力される。その後、一部の光は、スターカプラ９５で光ファイバ９７へ、他の一部の光は、光ファイバ１０３へ入力される。
【０１２４】
符号化された光が光ファイバ９７から復号器１に入力された場合を説明する。入力光は、サーキュレータ９６を介してグレーティングのある光ファイバへ進み、そこで復号される。光ファイバには、４つのグレーティング９０、９１、９２、９３の配列を反転された配列のグレーティング９８、９９、１００、１０１が形成されている。すなわち、入射側から遠い方から、グレーティング９８とグレーティング９９の間の距離がΔＴ1時間分、グレーティング９９とグレーティング１００の間の距離がΔＴ2時間分、グレーティング１００とグレーティング１０１の間の距離がΔＴ3時間分となり、全体として、センサの時と逆の遅延を与えることとなる。こうして、センサで符号化され、相互遅延をもった光を同時刻に重畳した光パルスに復帰させることができる。
【０１２５】
復号器で重要な点は、復号器における各グレーティングの反射波長であり、目標とする温度分布を反映した反射波長に設定する。例えば、センサのグレーティング９０、９１、９２、９３が配置されている地点の温度が、それぞれ、５０℃、８０℃、５０℃、４０℃に一致しているか否かを調べたい場合は、解読器１のグレーティング９８、９９、１００，１０１の反射波長をλ1-50、λ2-80、λ3-50、λ4-40に設定すればよい。
【０１２６】
符号化側と解読側との間で温度分布の相関が最大になったとき、高い光強度のピークが検出器１０２で検出されるが、相関が低いとき、光の強度のピークは小さくなる。解読器２は、反射波長に幅を持たせることができるため、ＯＲ演算として機能し、目標の温度分布と完全に一致しない場合でも、検知が可能になるため、温度分布の相関に広い許容幅を付与することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の符号化器／復号器は、反射波長が異なる複数のグレーティングが配列された複数の光ファイバを利用することにより、１つの時間ビンに複数の波長を割り当てている。このため、光波長多重信号を符号化／復号に際して環境の変化などによる波長シフトに耐性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】非特許文献１が開示している光符号化器の概略図
【図２】ＦＦＨ−ＣＤＭＡ符号パターンの例を示す図
【図３】図２の符号化パターンに従って符号化された光パルス（列）と、復号（解読）された光パルスを示す図
【図４】図３に示す符号化を行う公知の符号化器の構成を示す図
【図５】図３に示す復号（解読）を行う公知の復号器の構成を示す図
【図６】本発明による符号化器の動作原理を説明するための図
【図７】本発明による符号化器の動作原理を説明するための図
【図８】１つの時間ビンに複数の波長を割りあてた符号パターンの一例を示す図
【図９】図８の符号化パターンによる符号化を行うための符号化器の構成を示す図
【図１０】本発明による実施形態１における符号化器／復号器の構成を示す図
【図１１】１つの時間ビンに所定範囲の波長帯域を割りあてた符号パターンの一例を示す図
【図１２】本発明による実施形態２における符号化器／復号器の構成を示す図
【図１３】１つの時間ビンに複数の数の波長を割りあてた符号パターンの他の例を示す図
【図１４】本発明による実施形態３における符号化器／復号器の構成を示す図
【図１５】本発明による実施形態４における符号化器／復号器の構成を示す図
【図１６】計算機シミュレーションを行った符号化器／復号器の構成を示す図
【図１７】計算機シミュレーションで用いた符号化パターンを示す図
【図１８】計算機シミュレーションの結果を示すグラフ
【図１９】本発明による実施形態５における符号化器／復号器の構成を示す図
【符号の説明】
【０１２９】
１    光パルス入力用の光ファイバ
２    サーキュレータ
３    反射波長λ１のグレーティング
４    反射波長λ２のグレーティング
５    反射波長λ３のグレーティング
６    光パルス出力用の光ファイバ
７    時間ビンｔ１の軸
８    時間ビンｔ２の軸
９    時間ビンｔ３の軸
１０    反射波長λ３のグレーティング
１１    反射波長λ２のグレーティング
１２    反射波長λ１のグレーティング
１３    光パルス入力用の光ファイバ
１４    サーキュレータ
１５    グレーティングを持つ１本目の光ファイバ
１６    反射波長λ１のグレーティング
１７    反射波長λ２のグレーティング
１８    反射波長λ３のグレーティング
１９    グレーティングを持つ２本目の光ファイバ
２０    反射波長λ１のグレーティング
２１    反射波長λ２のグレーティング
２２    反射波長λ３のグレーティング
２３    時間ビンｔ１の軸
２４    時間ビンｔ２の軸
２５    時間ビンｔ３の軸
２６    光パルス出力用の光ファイバ
２７    反射波長λ３のグレーティング
２８    反射波長λ２のグレーティング
２９    反射波長λ１のグレーティング
３０    反射波長λ３のグレーティング
３１    反射波長λ２のグレーティング
３２    反射波長λ１のグレーティング
３３    反射波長λ１のグレーティングと反射波長λ４のグレーティングと反射波長λ５のグレーティングを重複照射したグレーティング
３４    時間ビンｔ１の軸
３５    光パルス入力用光ファイバ
３６    グレーティングを持つ１本目の光ファイバ
３７    反射波長λ５のグレーティング
３８    反射波長λ４のグレーティング
３９    反射波長λ１のグレーティング
４０    反射波長λ２のグレーティング
４１    反射波長λ３のグレーティング
４２    グレーティングを持つ２本目の光ファイバ
４３    反射波長λ１のグレーティング
４４    反射波長λ４のグレーティング
４５    反射波長λ５のグレーティング
４６    反射波長λ２のグレーティング
４７    反射波長λ３のグレーティング
４８    時間ビンｔ１の軸
４９    時間ビンｔ２の軸
５０    時間ビンｔ３の軸
５１    光パルス出力用の光ファイバ
５２    サーキュレータ
５３    光パルス入力用の光ファイバ
５４    サーキュレータ
５５    グレーティングを持った１本目の光ファイバ
５６    反射波長λ１〜λ１＋Δλのチャープドグレーティング
５７    反射波長λ２のグレーティング
５８    反射波長λ３のグレーティング
５９    グレーティングを持った２本目の光ファイバ
６０    反射波長λ１〜λ１＋Δλのチャープドグレーティング（５５とは逆に接続）
６１    反射波長λ２のグレーティング
６２    反射波長λ３のグレーティング
６３    時間ビンｔ１の軸
６４    時間ビンｔ２の軸
６５    時間ビンｔ３の軸
６６    光パルス出力用の光ファイバ
６７    光パルス入力用の光ファイバ
６８    サーキュレータ
６９    グレーティングを持つ１本目の光ファイバ
７０    反射波長λ１のグレーティング
７１    反射波長λ２のグレーティング
７２    反射波長λ１'のグレーティング
７３    反射波長λ３のグレーティング
７４    反射波長λ３'のグレーティング
７５    反射波長λ２'のグレーティング
７６    グレーティングを持つ２本目の光ファイバ
７７    反射波長λ２'のグレーティング
７８    反射波長λ１'のグレーティング
７９    反射波長λ１のグレーティング
８０    反射波長λ２のグレーティング
８１    反射波長λ３'のグレーティング
８２    反射波長λ３のグレーティング
８３    時間ビンｔ１の軸
８４    時間ビンｔ２の軸
８５    時間ビンｔ３の軸
８６    光パルス出力用の光ファイバ
８７    光源
８８    サーキュレータ
８９    センサ用のグレーティングを持つ光ファイバ
９０    センサとして機能するグレーティング１
９１    センサとして機能するグレーティング２
９２    センサとして機能するグレーティング３
９３    センサとして機能するグレーティング４
９４    光ファイバ
９５    スターカプラ
９６    復号器１へ行く光ファイバ
９７    サーキュレータ
９８    復号器１の反射波長λ1-50のグレーティング
９９    復号器１の反射波長λ2-80のグレーティング
１００    復号器１の反射波長λ3-50のグレーティング
１０１    復号器１の反射波長λ4-40のグレーティング
１０２    光強度検出器
１０３    復号器２につながっている光ファイバ
１０４    サーキュレータ
１０５    グレーティングを持つ一つ目の光ファイバ
１０６    復号器２の１本目の光ファイバ上にある反射波長λ1-50のグレーティング
１０７    復号器２の１本目の光ファイバ上にある反射波長λ2-20〜λ2-30のチャープドグレーティング
１０８    復号器２の１本目の光ファイバ上にある反射波長λ3-20のグレーティング
１０９    復号器２の１本目の光ファイバ上にある反射波長λ3-35のグレーティング
１１０    復号器２の１本目の光ファイバ上にある反射波長λ4-40〜λ4-80のチャープドグレーティング
１１１    ２本目のグレーティングのある光ファイバ
１１２    復号器２の２本目の光ファイバ上にある反射波長λ1-50のグレーティング
１１３    復号器２の２本目の光ファイバ上にある反射波長λ2-20〜λ2-30のチャープドグレーティング
１１４    復号器２の２本目の光ファイバ上にある反射波長λ3-35のグレーティング
１１５    復号器２の２本目の光ファイバ上にある反射波長λ3-20のグレーティング
１１６    復号器２の２本目の光ファイバ上にある反射波長λ4-40〜λ4-80のチャープドグレーティング
１１７    検出器へつながった光ファイバ
１１８    光強度検出器
【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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