(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短光信号パルスを時間と波長に対応する２次元スペクトログラムに展開し、２次元変調デバイスにより直接変調し、再び超短光信号パルスに変換する超高速次元変換方法において、超短光信号パルスの空間分布をファンアウト素子により離散化し、続いて該離散化した前記超短光信号パルスを分散させることにより、超短光信号パルスの時間波形を離散化することを特徴とする光時間分割多重信号生成方法。
【請求項２】
前記ファンアウト素子が、スリットアレイ、回折格子、シリンドリカルレンズアレイ、およびシリンドリカルレンズアレイペアのいずれか一つを少なくとも有するものであることを特徴とする請求項１記載の光時間分割多重信号生成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光時間分割多重信号生成方法による変調後の超短光信号パルスを光ファイバーを用いて伝送することを特徴とする光時間分割多重信号生成方法。
【請求項４】
超短光信号パルスを時間と波長に対応する２次元スペクトログラムに展開し、２次元変調デバイスにより直接変調し、再び超短光信号パルスに変換する超高速次元変換装置において、前記超短光信号パルスを発生する光源と、前記超短光信号パルスを分散させる分散素子と、前記超短光信号パルスの空間分布を離散化するファンアウト素子を備え、前記ファンアウト素子を前記光源と前記分散素子の間に配置することにより超短光信号パルスの時間波形を離散化可能となっていることを特徴とする光時間分割多重信号生成装置。
【請求項５】
前記ファンアウト素子が、スリットアレイ、回折格子、シリンドリカルレンズアレイ、およびシリンドリカルレンズアレイペアのいずれか一つを少なくとも有するものであることを特徴とする請求項４記載の光時間分割多重信号生成装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光時間分割多重信号生成装置による変調後の超短光信号パルスを光ファイバーを用いて伝送することを特徴とする光時間分割多重信号生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、光時間分割多重信号生成方法およびその装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、時空間テラ光情報変換・伝送システム等の時空間システムなどに有用な、高品質光情報通信を実現ならしめる、新しい光時間分割多重信号生成方法および光時間分割多重信号生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光ファイバーを用いた情報通信網の発展により、大容量・高速通信が身近なものになってきている。最近では、この大容量・高速通信を利用して、映画のリアルタイム配信も可能になってきた。しかしストレスの感じないインターネット通信や、映画の配信をはじめとして、遠隔教育や遠隔医療といった分野までを含むマルチメディア通信を可能にするためには、さらなる通信容量の増大が必要になる。たとえば２０１０年頃には、家庭で１５０Ｍｂｐｓ、オフィスで１０Ｇｂｐｓ、また幹線系ではＴｂｐｓからＰｂｐｓレベルの超高速バックボーンネットワークが必要になると予想されている。
【０００３】
通信容量の増大のためには、信号密度の向上と変調速度の向上が必要になる。信号密度の向上には、時間分割多重方法（ＴＤＭ）や波長分割多重方式（ＷＤＭ）などの研究が盛んに行なわれ、変調速度の向上には、光−光スイッチを用いた研究が行なわれている。しかし、これらの技術を単に進歩させるのみで通信容量を増大させるためには、膨大な装置とコストが必要になり、また精密に制御することが非常に困難になる。
【０００４】
そこで、通信容量増大のためのブレークスルーとして、ＴＤＭとＷＤＭの性質を併せもつ超短光パルスを光源とした技術が、特開平１１−４６３０４にて既に提案されている。超短光パルスは、帯域の広い波長成分の重畳により形成されるため、膨大な波長資源を有し、またその時間幅が非常に短いため高密度な時間信号を形成することが可能になる。また、この技術では、ある任意の時間内の超短光パルス信号列を時間成分とそれぞれの超短光パルスに含まれる波長成分との２次元分布に展開し、時間信号と波長信号に対して同時に変調を加える。これにより、比較的低速な変調デバイス（５ｂ）で高速・高密度な変調が可能になる。
【０００５】
図１〜図６はこの技術を説明するための概念図である。まず、超短光パルスＡは回折格子（１ｂ）（Ｉ面）に斜入射する（図１参照）。超短光パルスはその時間幅が非常に短いため、パルスの進行方向（Ｚ1軸方向）の空間幅は非常に短く、図示したようなシート状であると考えることができる。そのため、回折格子（１ｂ）上において、超短光パルスの照射面積は非常に小さく、また斜入射により超短光パルスはＸ1軸方向に対し時間の経過とともに異なった位置に入射する（図２参照）。つまり、時間ｔ1ではＸ1（１）に、ｔ2ではＸ1（２）に、ｔ3ではＸ1（３）・・・と入射する。よって、超短光パルスが回折格子（１ｂ）上を時間とともに超高速に走査することになる。
【０００６】
回折格子（１ｂ）に入射したそれぞれの超短光パルスは分散し、フーリエ変換シリンドリカルレンズ（２ｂ）にて偏向され、Ｊ面上Ｘ3軸方向に波長分布を形成する。このとき、Ｙ1軸方向には回折格子（１ｂ）による回折作用もフーリエ変換シリンドリカルレンズ（２ｂ）による偏向作用も生じないため、Ｙ3軸方向には同一の波長成分が形成される。また、フーリエ変換の性質上、超短光パルスの回折格子（１ｂ）上の入射位置にかかわらず、同一波長はＪ面上の同一点に集中する（図２参照）。
【０００７】
続いて、Ｊ面上に形成した分布に対し、フィルター（３ｂ）を用いて空間フィルタリングを行なう。フィルター（３ｂ）には、変調方法としてウェーブレット変換や短時間フーリエ変換が、また作用として振幅型や位相型等が用いられるが、ここでは、図３に示すようにＸ3軸に対しＹ3軸方向の異なる高さに順次窓が開いたフィルターを用いている。先に述べたとおり、Ｊ面上には超短光パルスに含まれる波長成分がＸ3軸方向に展開されている。ただし、Ｙ3軸方向には同一波長成分が展開されている。ここで、Ｊ面上に展開された分布に対してフィルター（３ｂ）による空間フィルタリングを行なうと、フィルター（３ｂ）により各波長成分は異なるＹ3軸方向高さに選択的に透過する。
【０００８】
次に、この透過した分布を、フーリエ変換シリンドリカルレンズ（４ｂ）により偏向する。フーリエ変換シリンドリカルレンズ（２ｂ）（４ｂ）によりＫ面上のＸ5軸は、回折格子（１ｂ）面上のＸ1軸と共役な関係となる。つまり、図４に示すように、Ｘ1（１）に入射した超短光パルスはＸ5（１）に、Ｘ1（ｎ）に入射した超短光パルスはＸ5（ｎ）に到達する。また、Ｙ5軸方向にはフィルター（３ｂ）を高さ方向に選択的に透過した波長成分が形成される。よって、Ｋ面上では、Ｙ5軸方向に展開された波長成分が時間の経過とともにＫ面上をＸ5軸方向に超高速に走査することにより、２次元分布が形成される。このＫ面上に２次元変調デバイス（５ｂ）を配置することにより、ある任意の時間内（超短光パルスが回折格子（１ｂ）上を走査する時間内、つまりＸ5軸上を走査する時間内）の時間と波長信号に対し同時に変調することが可能となる。
【０００９】
さらに、２次元変調デバイス（５ｂ）を通過した分布に対し、レンズ（６ｂ）およびレンズ（７ｂ）を用いてＬ面上に共役な分布を形成する。このとき、Ｌ面に到達する分布はフィルター（３ｂ）の作用によりＹ6軸方向毎に異なる角度をもって入射する（図５参照）。そこで、Ｌ面上にＹ6軸方向に異なる偏向力をもつ偏向デバイス（８ｂ）を配置することにより、偏向デバイス（８ｂ）通過後は、Ｘ6，Ｙ6軸共に平行光となる。この偏向デバイス（８ｂ）としては、周期の異なる回折格子アレイやプリズムアレイが用いられる。ただし、Ｌ面は、レンズ（６ｂ）およびレンズ（７ｂ）によりＫ面と共役な関係（等価な関係）であるため、Ｙ6軸方向に波長成分をもつ分布がＸ6（１）、Ｘ6（２）、Ｘ6（３）・・・と順に偏向デバイス（８ｂ）を通過していく（図６参照）。よって、偏向デバイス（８ｂ）通過後の分布は進行方向（Ｚ7軸方向）に対してＸ7軸方向に傾いた分布となる。
【００１０】
そして、この分布をレンズ（９ｂ）を用いて集光し、光ファイバー（１０ｂ）へ入射させる。このとき、Ｙ7軸方向の成分は再結合され１つの超短光パルスを形成し、また時間的に前に存在する超短光パルスＰＬ1からＰＬnの順に光ファイバー（１０ｂ）へ入射していく。
【００１１】
以上により、Ｋ面で与えた変調が超短光パルス時間信号列となり、光ファイバー（１０ｂ）中を伝送される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のとおりの従来技術では、図７に示したように、超短光パルスは短いながらも幅をもつため、光ファイバー（１０ｂ）入射時の集光において隣接する超短光パルスとの間で干渉が生じる。そのため、時間間隔を短くしていくと、時間信号が乱れてしまい光ファイバー（１０ｂ）伝送後の信号の抽出が不可能になるという問題点があった。
【００１３】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、光ファイバー伝送中の時間信号の乱れを低減することのできる、新しい光時間分割多重信号生成方法および光時間分割多重信号生成装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、超短光信号パルスを時間と波長に対応する２次元スペクトログラムに展開し、２次元変調デバイスにより直接変調し、再び超短光信号パルスに変換する超高速次元変換方法において、超短光信号パルスの空間分布をファンアウト素子により離散化し、続いて該離散化した前記超短光信号パルスを分散させることにより超短光信号パルスの時間波形を離散化することを特徴とする光時間分割多重信号生成方法を提供し、第２には、前記ファンアウト素子が、スリットアレイ、回折格子、シリンドリカルレンズアレイ、およびシリンドリカルレンズアレイペアのいずれか一つを少なくとも有するものであることを特徴とする光時間分割多重信号生成方法、第３には、前記光時間分割多重信号生成方法による変調後の超短光信号パルスを光ファイバーを用いて伝送することを特徴とする光時間分割多重信号生成方法を提供する。
【００１５】
また、この出願の発明は、第４には、超短光信号パルスを時間と波長に対応する２次元スペクトログラムに展開し、２次元変調デバイスにより直接変調し、再び超短光信号パルスに変換する超高速次元変換装置において、前記超短光信号パルスを発生する光源と、前記超短光信号パルスを分散させる分散素子と、前記超短光信号パルスの空間分布を離散化するファンアウト素子を備え、前記ファンアウト素子を前記光源と前記分散素子の間に配置することにより超短光信号パルスの時間波形を離散化可能となっていることを特徴とする光時間分割多重信号生成装置を提供し、第５には、前記ファンアウト素子が、スリットアレイ、回折格子、シリンドリカルレンズアレイ、およびシリンドリカルレンズアレイペアのいずれか一つを少なくとも有するものであることを特徴とする光時間分割多重信号生成装置、第６には、前記光時間分割多重信号生成装置による変調後の超短光信号パルスを光ファイバーを用いて伝送することを特徴とする光時間分割多重信号生成装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
上記のとおり、この出願の発明は、変調後の超短光信号パルスの時間波形を、変調前の超短光信号パルスの空間分布にて制御することを特徴とし、この制御を、変調前の超短光信号パルスの空間分布を離散化して変調後の超短光信号パルスの時間波形を離散化することにより、実現する。
【００１７】
ここでは、まず、変調前の超短光パルスの空間分布を離散化する方法について、図８を用いて説明する。図８は、超短光パルスの空間分布が離散化される様子を概念的に示している。超短光パルスＡは、その時間幅が非常に短いため、パルスの進行方向（Ｚ1軸方向）の空間幅が非常に短く、図示したようなシート状であると考えることができる。このシート状の超短光パルスＡがファンアウト素子（１１ａ）に入射する。ファンアウト素子（１１ａ）を通過した超短光パルスＡはＸ2軸方向に離散化される。そして、空間的に離散化された超短光パルスＢの分布が回折格子（１ａ）に入射される。
【００１８】
この離散化のより具体的な方法としては、ファンアウト素子（１１ａ）として▲１▼スリットアレイ、▲２▼回折格子、▲３▼シリンドリカルレンズ、▲４▼シリンドリカルレンズアレイペアを用いた方法を挙げることができる。以下にそれぞれの具体的方法について説明する。
【００１９】
［▲１▼スリットを用いた離散化］
図９は、スリットアレイ（１２ａ）を用いた場合の超短光パルスの空間分布が離散化される様子を概念的に示している。まず、シート状の超短光パルスＡの進行方向（Ｚ1軸方向）と垂直な面（Ｉ面）において、Ｘ2軸方向にスリットが並んだスリットアレイ（１２ａ）を配置する。このスリットアレイ（１２ａ）により超短光パルスＡは選択的に透過し、空間的に離散化された超短光パルスＢを形成する。その後、レンズ（１３ａ）（１４ａ）を用いてＩ面に共役な面を回折格子（１ａ）上に形成することにより、回折格子（１ａ）上においてＸ3軸方向に離散化した分布を形成することができる。
【００２０】
［▲２▼回折格子を用いた離散化］
図１０は、回折格子（１５ａ）を用いた場合の超短光パルスの空間分布が離散化される様子を概念的に示している。まず、シート状の超短光パルスＡの進行方向（Ｚ1軸方向）軸上において、Ｘ2軸方向に偏向力をもつシリンドリカルレンズ（１６ａ）を配置する。シリンドリカルレンズ（１６ａ）により超短光パルスＡは集光される。この集光点において回折格子（１５ａ）を配置する。集光された超短光パルスＡが回折格子（１５ａ）に入射すると、回折効果により±１次光、±２次光、±３次光・・・が発生する。このそれぞれの回折光が、同じくＸ4軸方向に偏向力をもつシリンドリカルレンズ（１７ａ）によりＺ軸に対し平行光になるように偏向される。その後、この分布を回折格子（１ａ）に入射させることにより、離散化した分布を形成することができる。
【００２１】
［▲３▼シリンドリカルレンズアレイを用いた離散化］
図１１は、シリンドリカルレンズアレイ（１８ａ）を用いた場合の超短光パルスの空間分布が離散化される様子を概念的に示している。まず、シート状の超短光パルスＡの進行方向（Ｚ1軸方向）に対し、その垂直な面内（Ｘ2，Ｙ2）のＸ2軸方向のみに偏向力をもつシリンドリカルレンズがＸ2軸方向に並んだシリンドリカルレンズアレイ（１８ａ）を配置する。超短光パルスＡはそれぞれのシリンドリカルレンズにより集光し、櫛状の分布を形成する。このシリンドリカルレンズアレイ（１８ａ）の集光面に回折格子（１ａ）を配置することにより、離散化した分布を形成することができる。
【００２２】
ただし、図１２に示したように、回折格子（１ａ）は、超短光パルスＡの進行方向（Ｚ1軸方向）に対し傾いたものとする。よって、シリンドリカルレンズアレイ（１８ａ）の各シリンドリカルレンズは、回折格子（１ａ）面上において集光点を形成するようにそれぞれ異なった焦点距離を有する。
【００２３】
［▲４▼シリンドリカルレンズアレイペアを用いた離散化］
図１３および図１４は、各々、一対のシリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）（２０ａ）からなるシリンドリカルレンズアレイペアを用いた場合の超短光パルスの空間分布が離散化される様子を概念的に示している。まず、シート状の超短光パルスＡの進行方向（Ｚ1軸方向）に対し、その垂直な面内（Ｘ2，Ｙ2）のＸ2軸方向のみに偏向力をもつシリンドリカルレンズがＸ2軸方向に並んだシリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）を配置する。このシリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）の各シリンドリカルレンズは、同一の焦点距離を有する。このシリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）を通過した超短光パルスＡは、シリンドリカルレンズの後側焦点面（Ｉ面）で分割集光され、その後分散をし始める（図１４参照）。次に、シリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）と同じようにＸ3軸方向に偏向力をもち、シリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）の各シリンドリカルレンズと同一の口径をもち、且つ焦点距離がシリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）よりも短いシリンドリカルレンズアレイ（２０ａ）（焦点距離：Ｆ2）を、Ｉ面からＦ2離れた位置に配置する。このシリンドリカルレンズアレイ（２０ａ）により、分散した光は再び平行光となる。このとき、シリンドリカルレンズアレイ（２０ａ）の焦点距離はシリンドリカルレンズアレイ（１９ａ）の焦点距離よりも短いため、シリンドリカルレンズアレイ（２０ａ）を透過後の分布は離散化されたものとなる。この分布を回折格子（１ａ）に入射することにより、離散化した分布を形成することができる。
【００２４】
［第２の実施形態］
ここでは、以上により得られた離散化した超短光パルスを用い、２次元スペクトログラムに変換して再び時間信号に変換する方法について、図１５〜図１９を用いて説明する。
【００２５】
超短光パルスＡは、その時間幅が非常に短いため、パルスの進行方向（Ｚ1軸方向）の空間幅が非常に短く、図示したようなシート状であると考えることができる。このＸ1   ，Ｙ1軸方向にある程度の幅をもつ超短光パルスＡが第１の実施形態における［▲１▼］〜［▲４▼］のいずれかにより、パルスの進行方向に垂直な面内（Ｘ2，Ｙ2）の水平方向（Ｘ2軸方向）に離散化される。ここではこの離散化した超短光パルスをＰＬ1・・・ＰＬnとする。
【００２６】
そして、空間的に離散化したこの超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnが回折格子（１ａ）に斜入射する。超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnのパルス幅は非常に短いため、回折格子（１ａ）上において超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnの照射面積は非常に小さく、また斜入射により超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnはＸ3軸方向に対し時間の経過とともに異なった位置に入射する（図１６参照）。つまり、最初はＰＬ1がＸ3（１）に、次にＰＬ2がＸ3（２）といったように、超短光パルスＰＬ1からＰＬnが時間の経過とともに回折格子（１ａ）上のＸ3軸方向の異なった位置Ｘ3（１）・・・Ｘ3（ｎ）に順次入射していく。
【００２７】
Ｘ3軸方向に分散力をもつ回折格子（１ａ）に入射した超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnはそれぞれ分散し、Ｘ4軸方向のみに偏向力をもつシリンドリカルレンズで構成されたフーリエ変換レンズ（２ａ）にて偏向され、Ｊ面上Ｘ5軸方向に波長分布を形成する。このとき、Ｙ5軸方向には回折格子（１ａ）による回折作用もフーリエ変換レンズ（２ａ）による偏向作用も生じないため、Ｙ5軸方向には同一の波長成分が形成される。また、フーリエ変換の性質上、超短光パルスの回折格子（１ａ）の入射位置Ｘ3（１）・・・Ｘ3（ｎ）にかかわらず、各位置に入射した超短光パルスＰＬ1からＰＬnまでに含まれる同一波長は同一点に集光する。
【００２８】
続いて、Ｊ面上に形成した分布に対し、フィルター（３ａ）を用いて空間フィルタリングを行なう。フィルター（３ａ）としては、たとえば、図３に示したフィルター（３ｂ）と同じように、Ｘ5軸に対しＹ5軸方向の異なる高さに順次窓が開いたフィルターを用いる。先に述べたとおり、Ｊ面上には超短光パルスに含まれる波長成分がＸ5軸方向に展開されている。ただし、Ｙ5軸方向には同一波長成分が展開されている。フィルター（３ｂ）により、各波長成分は異なるＹ5軸方向高さに選択的に透過する。たとえば、Ｙ5（１）の高さではλ1が、Ｙ5（２）の高さではλ2が・・・といったように透過する。
【００２９】
次に、この透過した分布を、Ｘ6軸方向のみに偏向力をもつシリンドリカルレンズで構成されたフーリエ変換レンズ（４ａ）により偏向する。フーリエ変換レンズ（２ａ）（４ａ）により、Ｋ面上のＸ7軸は回折格子（１ａ）面上のＸ3軸と共役な関係となる。つまり、図１７に示すように、最初にＸ3（１）に入射した超短光パルスＰＬ1がＫ面上のＸ7（１）に最初に到達し、次にＸ3（２）に入射した超短光パルスＰＬ2がＸ7（２）に到達し、以下Ｘ7（３）の位置にＰＬ3が、・・・、Ｘ7（ｎ）の位置にＰＬnが順次到達していく。また、Ｙ7軸方向にはフィルター（３ａ）を高さ方向に選択的に透過した波長成分が形成される。よって、Ｋ面上には、まずＰＬ1に含まれる波長成分がＹ7軸方向に展開され到達し、次にＰＬ2の波長成分がＹ7軸方向に展開され到達し、その後時間の経過とともにそれぞれの超短光パルスに含まれる波長成分がＹ7軸方向に展開されＸ7軸方向に到達していく。よって、Ｘ7軸方向は離散化された時間、Ｙ7軸方向は波長に対応する２次元分布が形成される。
【００３０】
このＫ面上に２次元変調デバイス（５ａ）を配置することにより、ある任意の時間内（超短光パルスが回折格子（１ａ）上に入射する時間内、つまりＰＬ1からＰＬnまでの時間内）の時間と波長成分に対し、同時に変調を加えることが可能となる。
【００３１】
さらに、２次元変調デバイス（５ａ）を通過した分布に対し、Ｘ8，Ｙ8軸方向に偏向力をもつレンズ（６ａ）およびＸ9，Ｙ9軸方向に偏向力をもつレンズ（７ａ）を用いて、Ｌ面上にＫ面と共役な分布を形成する。ここで、Ｋ面上では、フィルター（３ａ）の作用によりＹ7軸方向のそれぞれの高さにおいて光軸方向に対しそれぞれ異なった角度をもって入射する（図１８参照）ので、共役な関係にあるＬ面においても、Ｙ10軸方向に対しそれぞれ異なった角度をもって入射する（図１９参照）。
【００３２】
そこで、Ｌ面上にＹ10軸方向に異なる偏向力をもつ偏向デバイス（８ａ）（図１９参照）を配置する。これにより、偏向デバイス（８ａ）通過後、Ｘ10軸方向に平行光となる。ただし、Ｙ軸方向にはいずれの素子においても偏向作用が生じないため平行光である。よって、偏向デバイス（８ａ）通過後は、Ｘ10，Ｙ10軸方向共に平行光となる。この偏向デバイス（８ａ）としては、周期の異なる回折格子アレイやプリズムアレイが用いられる。ただし、Ｌ面はＫ面と共役な関係であるため、まず最初にＸ10（１）の位置に到達したＹ10軸方向に波長成分をもつ分布が偏向デバイス（８ａ）を通過し、次にＸ10（２）の位置に到達した分布が偏向デバイス（８ａ）を通過し、以下Ｘ10（ｎ）まで順次通過していく。よって、偏向デバイス（８ａ）通過後の分布は平行光でありながら、Ｘ軸方向に時間遅延をもつ分布ＰＬ１’・・・ＰＬｎ’となる。
【００３３】
そして、この分布をレンズ（９ａ）を用いて集光し、光ファイバー（１０ａ）へ入射させる。レンズ（９ａ）によってＹ11軸方向の信号は光ファイバー（１０ａ）入射時に再結合され、再び１つの超短光パルスを形成する。その一方で、Ｘ軸方向には時間遅延をもつため、ＰＬ1’からＰＬnまで順に光ファイバー（１０ａ）へ入射していく。そして再結合された超短光パルスＰＬ1’からＰＬn’は光ファイバー（１０ａ）中を伝送していく。このとき、光ファイバー（１０ａ）への入射時にＰＬ1’とＰＬ2’、ＰＬ2’とＰＬ3’・・・の間には時間遅延があるため、超短光パルスへ再変換後も、隣同士のパルスの干渉が生じず、時間信号の劣化が生じないことになる。
【００３４】
以上のことにより、この出願の発明では、空間的に離散化した超短光パルスを用いることで、離散化した時間信号を生成することができ、よって時間信号へ変換後の信号の劣化を防いで光ファイバー伝送中の時間信号の乱れを低減することができるのである。
【００３５】
また、ファンアウト素子（１１ａ）により形成した離散化空間分布を離散化間隔の調整等によって所望の空間分布に変換することで、これに対応する時間信号を任意に得ることもできる。一例として、図１１においてシリンドリカルレンズアレイ（１８ａ）の各レンズ間隔を広げることにより、パルス間隔の広い超短光時間信号パルスを形成できる。以上のように、この出願の発明では、超短光パルスの時間信号を空間分布で制御することができるのである。
【００３６】
また、この出願の発明では１つの超短光パルスを複数のパルス列に変換して伝送するため、それは１つの時間分割多重信号であると考えられる。したがって、この出願の発明は、従来技術に比べて、高密度な光時間分割多重信号を簡潔に形成できるのである。
【００３７】
［第３の実施形態］
図２０は、この出願の発明のさらに別の一実施形態を例示したものである。
【００３８】
超短光パルスＡは、その時間幅が非常に短いため、パルスの進行方向の空間幅が非常に短く、シート状であると考えることができる。本実施形態では、このシート状の超短光パルスＡは、図２０に示すようにＸ1軸方向にある程度の幅をもち、Ｙ1方向にはわずかな幅をもつものとしている。この超短光パルスＡが第一の実施形態の［▲１▼］〜［▲４▼］のいずれかの方法によりパルスの進行方向に垂直な面内（Ｘ2，Ｙ2）の水平方向（Ｘ2軸方向）に離散化される。ここではこの離散化した超短光パルスをＰＬ1・・・ＰＬnとする。
【００３９】
そして、空間的に離散化したこの超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnが回折格子（１ａ）に斜入射する。このとき、回折格子（１ａ）面上での様子は、第２の実施形態の場合と同様である。回折格子（１ａ）に入射した超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnは、回折格子（１ａ）によりＸ3軸方向に分散する。分散した光はＸ4，Ｙ4軸方向に偏向力をもつフーリエ変換レンズ（２ａ）にて偏向される。Ｘ軸方向にはフーリエ変換され、Ｊ面上Ｘ5軸方向に波長分布を形成する。Ｙ軸方向には、フーリエ変換レンズ（２ａ）にて偏向されＪ面上に集光される。
【００４０】
続いて、このＪ面上に形成した分布に対し、フィルター（３ａ）による空間フィルタリングを行なう。本実施形態では、フィルター（３ａ）には、図２１に示すようにＸ5軸方向に対しＹ5軸方向に対する偏向角が異なる偏向デバイスを用いる。すなわち、Ｘ5（１）に配置する偏向デバイスは、光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って入射する光を光軸に対しθ1の角度でもって偏向する素子であり、Ｘ5（２）に配置する偏向デバイスは、同じく光軸方向に沿って入射する光を光軸に対し、θ1＞θ2の条件を満たすθ2の角度でもって偏向する素子であり、以下同様にθ1＞θ2＞θ3＞・・・θnを満たす偏向角度をもつ偏向デバイスをＸ5（３）、Ｘ5（４）・・・Ｘ5（ｎ）に配置し、これによりなる偏向デバイスアレイをフィルター（３ａ）として用いるのである。Ｊ面上Ｘ5軸方向には波長分布が形成されるため、このフィルター（３ａ）により各波長は異なる偏向角でもって偏向されることになる。
【００４１】
次に、フィルター（３ａ）により偏向された超短光パルスＰＬ1・・・ＰＬnは、Ｘ6，Ｙ6軸方向に偏向力をもつフーリエ変換レンズ（４ａ）にて再び偏向される。
【００４２】
ここで、回折格子（１ａ）からＫ面までのＹ軸方向に沿った光の経路の様子を図２２に示す。回折格子（１ａ）面ではＹ3軸方向に分散作用がないため、回折格子（１ａ）からは平行光が出射する。この平行光は、フーリエ変換レンズ（２ａ）にてＪ面上に集光された後、フィルター（３ａ）により各波長毎に異なる角度で偏向され、フィルタリング後再び分散しながら出射する。それぞれの異なる角度で、かつ分散する光は、フーリエ変換レンズ（４ａ）にてそれぞれ平行光に再び偏向され、かつ全体的にも平行光となる。このとき、Ｙ7軸方向には超短光パルスに含まれる波長成分が展開されることになる。また、フーリエ変換レンズ（２ａ）（４ａ）によりＫ面上Ｘ7軸は、回折格子（１ａ）面のＸ3軸と共役な関係となる。回折格子（１ａ）面上では、超短光パルスＰＬ1からＰＬnまでが時間の経過とともに順次Ｘ3（１）、Ｘ3（２）・・・と、Ｘ3軸上の異なった位置に入射する。よってＫ面上においても、時間的に最初にＸ7（１）の位置に、次にＸ7（２）の位置に、以下Ｘ7（ｎ）へと順に分布が到達する。ただし、Ｙ7軸方向にはフィルター（３ａ）により、波長成分が展開されている。よってＹ7軸方向に波長が、Ｘ7軸方向に時間成分が展開された２次元分布を得ることができる。
【００４３】
後は、この２次元分布に対し、Ｋ面上に配置した２次元変調デバイス（５ａ）による変調、Ｘ8，Ｙ8軸方向に偏向力をもつレンズ（６ａ）およびＸ9，Ｙ9軸方向に偏向力をもつレンズ（７ａ）によるＫ面と共役な分布のＬ面上への形成、Ｌ面上に配置したＹ10軸方向に異なる偏向力をもつ偏向デバイス（８ａ）による偏向を、第２の実施形態と同様にして行なうことにより、平行光でありながらＸ軸方向に時間遅延をもつ分布ＰＬ１’・・・ＰＬｎ’が得られ、それをレンズ（９ａ）を用いて超短光パルスへ再結合し、光ファイバー（１０ａ）へ入射させる。
【００４４】
これにより、超短光パルスへの再変換後も、各分布間の時間遅延は生じているため、隣同士のパルスの干渉が生じず、時間信号の劣化なく光ファイバー伝送が実現されることになる。
【００４５】
もちろん、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、空間分布の離散化間隔を変化させることにより任意の時間信号パルス列を作成することができ、また、高密度な光時間分割多重信号を形成することもできる。
【００４６】
この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によれば、時間信号へ変換後の信号の劣化を防いで光ファイバー伝送中の時間信号の乱れを低減することができ、またそれだけでなく、空間分布の離散化間隔を変化させることにより任意の時間信号パルス列を作成することのできる、新しい光時間分割多重信号生成方法および光時間分割多重信号生成装置が提供される。
【００４８】
この出願の発明は、１つの超短光信号パルスをいくつかの超短光信号パルス列へ変換できるため、光時間分割多重（ＯＴＤＭ）信号生成技術の一つであると考えられ、従来までの生成方法では、パルスの分岐や結合、光路差調整、時間タイミング調整など、精密な装置と複雑な制御を必要としてきたが、この出願の発明の生成方法・装置では、複雑な制御は必要とせず、受動素子のみを用いて容易に高密度なＯＴＤＭ信号の作成を実現できるのである。
【００４９】
そして、以上のこの出願の発明は、たとえば、時空間テラ光情報変換・伝送システム等の時空間システムでの利用はもちろんのこと、高品質な画像伝送を必要とする遠隔医療や遠隔教育等のマルチメディア通信への利用が可能であり、また超短光パルスを用いた物性計測装置への適用も可能であるとともに、これに加えて、光通信分野においてＯＴＤＭ信号の高速生成や高速変調等にも利用可能なものであり、これら各種分野のさらなる飛躍的発展に多大に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を説明するための図である。
【図２】従来技術における回折格子およびフーリエ変換シリンドリカルレンズによる超短光パルスの様子を説明するための図である。
【図３】フィルターの一例を示した図である。
【図４】従来技術における回折格子から２次元変調デバイスまでを説明するための図である。
【図５】従来技術における偏向デバイスを説明するための図である。
【図６】従来技術における２次元変調デバイスから偏向デバイスまでを説明するための図である。
【図７】従来技術における問題点を説明するための図である。
【図８】この出願の発明による超短光パルスの空間分布の離散化を説明するための図である。
【図９】離散化の一例を示した図である。
【図１０】離散化の別の一例を示した図である。
【図１１】離散化のさらに別の一例を示した図である。
【図１２】回折格子の一例を説明するための図である。
【図１３】離散化のさらに別の一例を示した図である。
【図１４】図１３における離散化を説明するための図である。
【図１５】この出願の発明の一実施形態を示した図である。
【図１６】図１５の実施形態における回折格子およびフーリエ変換レンズによる超短光パルスの様子を説明するための図である。
【図１７】図１５の実施形態における回折格子から２次元変調デバイスまでを説明するための図である。
【図１８】図１５の実施形態におけるフィルターから２次元変調デバイスまでを説明するための図である。
【図１９】偏向デバイスを説明するための図である。
【図２０】この出願の発明の別の一実施形態を示した図である。
【図２１】図２０の実施形態におけるフィルターの一例を説明するための図である。
【図２２】図２０の実施形態における回折格子から２次元変調デバイスまでの超短光パルスの様子を説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ  回折格子
２ａ  フーリエ変換レンズ
３ａ  フィルター
４ａ  フーリエ変換レンズ
５ａ  ２次元変調デバイス
６ａ  レンズ
７ａ  レンズ
８ａ  偏向デバイス
９ａ  レンズ
１０ａ  光ファイバー
１１ａ  ファンアウト素子
１２ａ  スリットアレイ
１３ａ，１４ａ  レンズ
１５ａ回折格子
１６ａ，１７ａ  シリンドリカルレンズ
１８，１９ａ，２０ａ  シリンドリカルレンズアレイ
１ｂ  回折格子
２ｂ  フーリエ変換シリンドリカルレンズ
３ｂ  フィルター
４ｂ  フーリエ変換シリンドリカルレンズ
５ｂ  ２次元変調デバイス
６ｂ  レンズ
７ｂ  レンズ
８ｂ  偏向デバイス
９ｂ  レンズ
１０ｂ  光ファイバー
【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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