(57)【要約】本発明の装置は、光符号分割多重接続により波長分割多重光の符号化および復号化の少なくとも一方を行なう装置である。この装置は、波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部２０３と、光入出力部２０３に対して直列的に接続されたＮ個のファイバグレーティング（Ｎは２以上の整数）１０１〜１０３とを備えている。Ｎ個のファイバグレーティングの各々は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域１１〜１４、２１〜２４、３１〜３４と、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域２０１とが一定の周期で交互に配列されたサンプルドグレーティング構造を有している。このサンプルドグレーティング構造は、波長分割多重光の波長帯域における中心波長の間隔（ΔＴ）に等しい周期で複製された複数の反射波長帯域を規定しており、しかも、少なくとも動作中における各反射波長帯域の中心値はファイバグレーティング毎に異なっている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光符号分割多重接続（ＯＣＤＭＡ）により波長分割多重（ＷＤＭ）光の符号化および復号化の少なくとも一方を行なう装置であって、
前記波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部と、
前記光入出力部に対して直列的に接続されたＮ個のファイバグレーティング（Ｎは２以上の整数）と、
を備え、
前記Ｎ個のファイバグレーティングの各々はサンプルドグレーティング構造を有しており、
前記サンプルドグレーティングの反射波長帯域の中心値の間隔ΔＴは、前記波長分割多重光における波長帯域における中心波長の間隔Ｓに等しく、しかも、少なくとも動作中における各反射波長帯域の中心値はファイバグレーティング毎に異なっている、装置。
【請求項２】
異なるファイバグレーティング間に存在する各反射波長帯域の中心値の差異は、各反射波長帯域の帯域幅より大きく、ΔＴ／Ｎよりも小さい値を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ファイバグレーティング毎に前記サンプルドグレーティング構造を制御するコードプログラム素子を備え、
前記コードプログラム素子は、各サンプルドグレーティング構造によって規定される前記反射波長帯域の中心値をシフトさせることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コードプログラム素子は、熱または応力により、前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期を、ファイバグレーティング毎に変化させることができる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コードプログラム素子による前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期の変化量は、各反射波長帯域の帯域幅より大きい値に設定される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調は、シンク関数によって変調されている請求項１に記載の装置。
【請求項７】
屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域における変調周期は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域における変調周期に等しい請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記装置はエンコーダとして動作する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記装置はデコーダとして動作する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１の装置によって符号化された信号を復号する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置および請求項１０に記載の装置を含む符号化復号化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＯＣＤＭＡ（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）および復号化（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、ファイバグレーティングを用いてＯＣＤＭＡによる符号化／復号化を行なう装置に関している。
【背景技術】
【０００２】  ＯＣＤＭＡ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、送信側で光信号を符号化し、受信側では光信号を復号化する。光信号の符号化／復号化は、回折格子、光導波路、または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】  ＯＣＤＭＡ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、一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では、波長ごとに異なる遅延が付与されるファイバグレーティングを用いて行なうＦａｓｔ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法（以下、簡単に「ＦＦＨ法」と称する場合がある。）が提案されている。本発明は、この光符号方法に関連している。この光符号方法は、時間拡散／波長ホップ光ＣＤＭＡ（Ｔｉｍｅ−Ｓｐｒｅａｄ／ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｈｏｐ  ｏｐｔｉｃａｌ  ＣＤＭＡ）と称される場合もある。【０００６】  まず、図１を参照しながら、従来のＦＦＨ法による符号化／復号化を説明する。【０００７】  図１は、非特許文献１におけるＦｉｇ１（ｂ）に相当する図面である。図１に示される装置は、エンコーダであり、直列的に接続された複数の光ファイバを有している。光ファイバは、相互に同一の構成を有するユニフォームなファイバグレーティング構造を有しており、ピエゾ素子によって光ファイバ毎に異なる張力が付与される。【０００８】  付与される張力に応じてグレーティング周期が変化するため、光ファイバごとにブラッグ反射を起こす波長帯域がシフトする。このため、入射してきた光信号（ブロードバンドの光パルス）の含まれる各波長成分は、その波長に応じて異なる位置のファイバグレーティングによって反射される。反射位置が異なると、光信号の往復に要する時間が変化するため、光信号の各波長成分は、異なる時間に光ファイバから出力される。すなわち、例えば１つのブロードバンドパルスを図１のエンコーダに入力すると、波長ごとに異なるタイミングで複数の光パルスが出力される。【０００９】  ここで、Ｎ個の光ファイバグレーティングＦ１〜ＦＮが、それぞれ、中心波長λ１〜λＮで光を反射するように光ファイバグレーティングＦ１〜ＦＮの各々に張力を付与したとする。この場合、反射中心波長λ１〜λＮの大きさを小さい順に左から並べると、例えば、以下のように配列され得る。【００１０】  λ１＜λ２＜λ３＜、・・・、＜λＮ−１＜λＮ【００１１】  この例では、光ファイバグレーティングＦ１で反射される光の波長λ１が最も短く、光ファイバグレーティングＦＮで反射される光の波長λＮが最も長くなる。このような反射波長の配列は、Ｎ個の光ファイバＦ１〜ＦＮに付与する張力の組み合わせを変化させることにより、簡単に変化させられる。可能な配列の数は、Ｎ！＝Ｎ×（Ｎ−１）×（Ｎ−２）×・・・３×２×１個ある。ただし、これらの可能な配列の中には、相互に識別が難しい類似の組が存在するため、後に説明するコードの数は、Ｎ！よりも少ない値である。【００１２】  図１のエンコーダでは、このような反射波長の配列を利用して、光信号の符号化を行なう。すなわち、上述した例では、光ファイバＦ１で反射される光は最も短い光路で光ファイバの入出力部から出てくるため、遅延が最も短い。【００１３】  このように、図１のエンコーダでは、遅延の波長依存性の組をＮ！個の中から選択し、これを符号のパターンとしてエンコーダにプログラムすることができる。【００１４】  一方、図１の装置を、デコーダとして機能させることも可能である。すなわち、図１の装置の各光ファイバに適切な張力を与えておくと、上述の符号化によって生じた遅延を打ち消すように逆の遅延を生じさせることができる。そのような遅延を与えると、符号化された光信号（異な遅延を有する光信号の列）は、図１に示す装置で元の光信号に復号される。【００１５】  次に、図２を参照しながら、ＯＣＤＭＡで採用可能なコードパターンを説明する。【００１６】  図２（ａ）は、あるコードについて、エンコーダによる光信号の波長と遅延との関係（以下、「遅延パターン」と称する場合がある。）を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の遅延パターンを持つように符号化された光信号を復号するためのデコーダによる光信号の波長と遅延との関係を示す図である。図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、エンコーダと、これに対応するデコーダとの間では、遅延パターンが相互に反対の関係にある。
【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】″Ｓｉｎｃ−Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｆｏｒ  Ｉｄｅｎｔｉｃａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ″Ｍｏｒｔｅｎ  Ｉｂｓｅｎ，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ  １９９８
【非特許文献３】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ  ２００３，Ｈｏｊｏｏｎ  Ｌｅｅ，Ｇｏｖｉｎｄ  Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】  図１に示す装置を波長分割多重（ＷＤＭ）に適用しようとすると、分割された波長帯域ごとに図１の装置を用意する必要がある。図３を参照しながら、このことを説明する。【００１８】  図３は、分割された４つの波長帯域（波長チャネル）の中心波長λ１〜λ４の各々について、３つのコード（ｃｏｄｅ１、ｃｏｄｅ２、ｃｏｄｅ３）を模式的に示している。ＯＣＤＭＡにＷＤＭを組み合わせることができれば、各チャネルに複数のコードを割り当てることが可能になる。その結果、同一の光信号伝搬媒体を多数のユーザで有効に利用して通信を行うことができる。【００１９】  しかしながら、ＯＣＤＭＡとＷＤＭとを組み合わせようとすると、波長チャネル数に等しい数だけ、ＯＣＤＭＡのためのエンコーダ／デコーダが必要になる。今後、ＷＤＭの波長チャネル数が１０を超えて増加し、更には２０を超えてゆくと、エンコーダ／デコーダが大型化せざるを得なくなる。【００２０】  本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ＯＣＤＭＡによる波長分割多重光の符号化および／または復号化を簡単な構成で実現できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】  本発明の装置は、光符号分割多重接続（ＯＣＤＭＡ）により波長分割多重（ＷＤＭ）光の符号化（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）および復号化（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）の少なくとも一方を行なう装置であって、前記波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部と、前記光入出力部に対して直列的に接続されたＮ個のファイバグレーティング（Ｎは２以上の整数）とを備え、前記Ｎ個のファイバグレーティングの各々は、サンプルドグレーティング構造を有しており、前記サンプルドグレーティングの反射波長帯域の中心値の間隔ΔＴは、前記波長分割多重光における波長帯域における中心波長の間隔Ｓに等しく、しかも、少なくとも動作中における各反射波長帯域の中心値はファイバグレーティング毎に異なっている。【００２２】  好ましい実施形態において、異なるファイバグレーティング間に存在する各反射波長帯域の中心値の差異は、各反射波長帯域の帯域幅より大きく、ΔＴ／Ｎよりも小さい値を有している。【００２３】  好ましい実施形態において、ファイバグレーティング毎に前記サンプルドグレーティング構造を制御するコードプログラム素子を備え、前記コードプログラム素子は、各サンプルドグレーティング構造によって規定される前記反射波長帯域の中心値をシフトさせることができる。【００２４】  前記コードプログラム素子は、熱または応力により、前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期を、ファイバグレーティング毎に変化させることができる。【００２５】  好ましい実施形態において、前記コードプログラム素子による前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期の変化量は、各反射波長帯域の帯域幅より大きい値に設定される。【００２６】  好ましい実施形態において、前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調は、シンク関数によって変調されている。【００２７】  好ましい実施形態において、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域における変調周期は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域における変調周期に等しい。【００２８】  好ましい実施形態において、前記装置はエンコーダとして動作する。【００２９】  好ましい実施形態において、前記装置はデコーダとして動作する。【００３０】  好ましい実施形態において、上記の装置によって符号化された信号を復号する。【００３１】  本発明の符号化復号化システムは、上記エンコーダとして機能する装置およびデコーダとして機能する装置を含む。
【発明の効果】
【００３２】  サンプルドグレーティング構造を有するファイバグレーティングを用いると、光反射波長帯域を所定の波長間隔で複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）することができる。光反射波長帯域が相互に異なる複数のサンプルドファイバグレーティングを直列的に接続することにより、波長分割多重化された光信号に対してＣＤＭＡの符号化／復号化を行なうことができる。このため、波長チャネルごとに別の符号化／復号化装置を用意する必要が無くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】［図１］ＯＣＤＭＡのためのエンコーダの従来例を示す図である。
［図２］（ａ）は、符号化のための波長と遅延との関係（遅延パターン）の例を示す図であり、（ｂ）は、復号化のための遅延パターンの例を示す図である。これらの遅延パターンは、コードパターンに対応している。
［図３］ＯＣＤＭＡとＷＤＭ（波長分割多重）とを組み合わせた場合におけるコードパターンと波長帯域（チャネル）との関係を示す図である。
［図４］（ａ）は、サンプルドユニフォームグレーティングにおける屈折率変化δｎ（ｚ）とファイバ位置ｚとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、サンプルドチャープグレーティングにおける屈折率変化δｎ（ｚ）とファイバ位置ｚとの関係を示すグラフであり、（ｃ）は、シンク関数に従って変調されたサンプルドユニフォームグレーティングにおける屈折率変化δｎ（ｚ）とファイバ位置ｚとの関係を示すグラフである。
［図５］本発明による装置の第１の実施形態を示す図である。
［図６］本発明による装置の第２の実施形態を示す図である。
［図７］（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、図５に示されるサンプルドグレーティング１０１、１０２、および１０３による反射率パターン（反射率の波長依存性）と遅延パターンを示す図であり、（ｄ）は、図５に示される装置全体の反射率パターンおよび遅延パターンを示す図である。
［図８］（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、図６に示されるサンプルドグレーティング１０１、１０２、および１０３による反射率パターンと遅延パターンを示す図であり、（ｄ）は、図６に示される装置全体の反射率パターンおよび遅延パターンを示す図である。
［図９］（ａ）は、あるコードを実現するエンコーダにおける反射率パターンのシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は、そのエンコーダにおける遅延パターンのシミュレーション結果を示すグラフである。
［図１０］（ａ）は、他のコードを実現するエンコーダにおける反射率パターンのシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は、そのエンコーダにおける遅延パターンのシミュレーション結果を示すグラフである。
［図１１Ａ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号１のパターンを示すマトリックス図である。
［図１１Ｂ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号１のためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフである。
［図１１Ｃ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号１のためのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフである。
［図１１Ｄ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号２のパターンを示すマトリックス図である。
［図１１Ｅ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号２のためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフである。
［図１１Ｆ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号２のためのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフである。
［図１１Ｇ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号３のパターンを示すマトリックス図である。
［図１１Ｈ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号３のためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフである。
［図１１Ｉ］本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号３のためのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフである。
［図１２］シンク関数型サンプルドグレーティングを利用する本発明による符号化の他のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は、ある符号化パターンを示すマトリックス図であり、（ｂ）は、その符号化パターンのためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフであり、（ｃ）は、そのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフであり、（ｄ）は、（ｂ）および（ｃ）のグラフを拡大し、１つにまとめたグラフである。
［図１３］非特許文献３に開示されているサンプルドグレーティング構造（位相変調型）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】    １  光ファイバ
１１、１２、１３、１４、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４  屈折率変調領域
５  光サーキュレータ
６  光ファイバ
７  光ファイバ
８  光サーキュレータ
９  １番目のサンプルドファイバグレーティング
１０  ２番目のサンプルドファイバグレーティング
１１  ３番目のサンプルドファイバグレーティング
１５  コントローラ
１６  光ファイバ
１０１  １番目のサンプルドファイバグレーティング
１０２  ２番目のサンプルドファイバグレーティング
１０３  ３番目のサンプルドファイバグレーティング
１１２  サンプルドグレーティング９のための温調素子
１１３  サンプルドグレーティング１０のための温調素子
１１４  サンプルドグレーティング１１のための温調素子
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】  以下、本発明による装置の実施形態を説明する。【００３６】  （実施形態１）
まず、図５を参照しながら、本発明による装置の第１の実施形態としてエンコーダを説明する。このエンコーダはデコーダとして動作することも可能である。【００３７】  図５に示すエンコーダは、波長分割多重光のＯＣＤＭＡによる符号化を行なう装置であり、波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部２０３と、光入出力部２０３に対して直列的に接続されたＮ個（この例では、Ｎ＝３）のファイバグレーティング１０１、１０２、１０３とを備えている。第１のファイバグレーティング１０１と第２のファイバグレーティング１０２とは接続部２０５で光学的に結合されており、第２のファイバグレーティング１０２と第３のファイバグレーティング１０３とは、接続部２０７で光学的に結合されている。接続部２０５、２０７の長さはゼロであってもよい。【００３８】  本実施形態におけるファイバグレーティング１０１、１０２、１０３の各々は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域１１〜１４、２１〜２４、３１〜３４と、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域２０１とが一定の周期Ｐで交互に配列されたサンプルドグレーティング構造を有している。以下、周期Ｐを「サンプル周期」と称する。本実施形態では、第２領域２０１の屈折率は略一定であり、屈折率変調の振幅はゼロであるが、第２領域２０１の屈折率変調の振幅はゼロである必要はない。【００３９】  ここで、波長分割多重光における各チャンネルの中心波長の間隔（ＷＤＭの各チャンネルの帯域間隔）を「Ｓ」と表現すると、上記のサンプルドグレーティング構造は、後に詳しく説明するように、波長分割多重光における各チャネルの中心波長の間隔Ｓに等しい周期で複製された（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ）複数の反射波長帯域を形成する。サンプルドグレーティング構造によって複製された反射波長帯域の中心波長の間隔を、「ΔＴ」で表現すると、本願発明ではΔＴ＝Ｓが成立する。ブラッグ反射による反射波長帯域が周期ΔＴで形成されるのは、サンプルドグレーティングの性質による。ΔＴは、以下の式に示すように、サンプル周期Ｐの逆数に比例する。【００４０】  ΔＴ＝λＢ２／２ｎＰ【００４１】  ここで、λＢは、グレーティング周期ｄのときのブラッグ波長、ｎは実効屈折率である。【００４２】  このため、サンプル周期Ｐを調節することにより、ΔＴの大きさを制御することができる。本実施形態では、波長分割多重光の帯域間隔に整合するΔＴを実現するサンプル周期Ｐを求め、サンプル周期Ｐの屈折率変調を各ファイバグレーティングに付与している。【００４３】  サンプルドグレーティングでは、グレーティング周期が光伝播方向に沿ってユニフォームではなく、屈折率変調の位相および／または振幅が光伝播方向に沿って一様ではない構造を有している。図４（ａ）から（ｃ）は、いずれも、サンプルドグレーティング構造の例を示している。これらのグラフの縦軸は屈折率変化δｎ（ｚ）であり、横軸はファイバグレーティングの長軸（光信号伝搬方向）に沿った位置ｚである。【００４４】  図４（ａ）は、屈折率変調の振幅が周期（サンプル周期）Ｐで矩形的に変化するサンプルドグレーティング（スーパストラクチャ）のδｎ（ｚ）を示している。これに対し、図４（ｂ）は、屈折率変調領域にお���る変調位相がファイバ位置に応じて変化するチャープドサンプルドグレーティングのδｎ（ｚ）を示している。図４（ｃ）は、屈折率変調の振幅が特定の関数によって変調されたシンク関数サンプルドグレーティングのｎδ（ｚ）を示している。シンク関数サンプルドグレーティングは、非特許文献２に開示されている。【００４５】  図４（ａ）および（ｂ）に示す例では、屈折率変調の振幅が相対的に大きな領域（長さＷの領域）がサンプル周期Ｐで配列されており、屈折率変調の振幅が相対的に小さな領域の振幅はゼロである。すなわち、長さＷの領域に挟まれた領域では屈折率変調が行なわれていない（δｎ（ｚ）＝０）。【００４６】  一方、図４（ｃ）の例では、屈折率変調の振幅が相対的に大きな領域（長さＷの領域）がサンプル周期Ｐで配列されている点では上記の例と同じであるが、屈折率変調の振幅が相対的に小さな領域の振幅はゼロではない。すなわち、長さＷの領域に挟まれた領域でも屈折率変調が行なわれている。【００４７】  本実施形態では、ファイバグレーティング１０１、１０２、１０３の各々における反射波長帯域の中心値を相互にシフトさせるため、ファイバグレーティング毎にグレーティング周期を異なる大きさに設定している。【００４８】  次に、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、本実施形態のエンコーダによる符号化の方法を説明する。【００４９】  まず、図７（ａ）を参照する。図７（ａ）は、第１のファイバグレーティング１０１による反射波長帯域（反射帯域）を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図７（ａ）に示すとおり、複数の反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４が形成されている。反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４は、波長軸上に周期ΔＴで配列されている。反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４の各々の帯域幅は、Δλで表される。【００５０】  ΔＴは、複数の波長分割多重の波長チャネルの周期Ｓに整合し、かつ、Δλ×Ｎ（ファイバグレーティングの数）と同等、または、それよりも大きな値に設定される。【００５１】  図７（ｂ）は、第２のファイバグレーティング１０２による反射帯域を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図７（ｂ）に示すとおり、複数の反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４が形成されている。反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４は、ここでも、波長軸上に周期ΔＴで配列されている。反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４の各々の帯域幅も、Δλで表される。【００５２】  図７（ａ）および図７（ｂ）を比較すると明らかなように、第２のファイバグレーティング１０２による反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４は、第１のファイバグレーティング１０１による反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４に対して、Δλ１だけ長波長側にシフトするように設計されている。【００５３】  図７（ｃ）は、第３のファイバグレーティング１０３による反射帯域を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図７（ｃ）に示すとおり、複数の反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４が形成されている。反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４は、ここでも、波長軸上に周期��Ｔで配列されている。反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４の各々の帯域幅も、Δλで表される。【００５４】  図７（ａ）および図７（ｃ）を比較すると明らかなように、第３のファイバグレーティング１０３による反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４は、第１のファイバグレーティング１０１による反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４に対して、Δλ１×２だけ長波長側にシフトするように設計されている。【００５５】  図７（ｄ）は、エンコーダの全体の反射率パターンを示すグラフである。この反射率パターンは、第１〜第３のファイバグレーティング１０１〜１０３の反射率パターンを重ね合わせたものである。図７（ｄ）において、波長帯域λ１〜λ４は、それぞれ、波長分割多重光において分割された波長帯域（波長チャネル）に相当している。【００５６】  図７（ｄ）に示す反射率パターンを実現するためには、ΔＴを波長チャネルの周期に整合させ、かつ、Δλ１×Ｎ（ファイバグレーティングの数）と同等、または、それよりも大きな値に設定する必要がある。【００５７】  図７（ａ）から（ｃ）の右側に示すグラフは、それぞれ、ファイバグレーティング１０１〜１０３による遅延パターンを示すグラフである。図７（ｄ）から明らかなように、エンコーダの遅延パターンは第１〜第３のファイバグレーティング１０１〜１０３の遅延パターンを重ね合わせたものである。【００５８】  このように、３個のファイバグレーティングを用いて作製した１つのエンコーダにより、４つの波長チャネル（波長λ１、λ２、λ３、λ４）に対応した遅延パターンを形成することができる。このため、エンコーダを大型化することなく、波長分割多重光の符号化を実行することが可能になる。しかも、この符号化は４つの波長チャネルで同時に（一括的に）実行される（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）。【００５９】  サンプルドグレーティング構造によって複製された反射帯域の幅Δλは、ＦＦＨ−ＣＤＭＡにおける「１チップの帯域」の大きさに相当している。Δλの長さは、０．１ｎｍ以上に設定されることが望ましい。【００６０】  本発明の好ましい実施形態では、光符号ＦＦＨ−ＣＤＭＡの符号パターンを構成する各チップを、それに対応するファイバグレーティングにサンプルドグレーティング構造を付与することにより、波長軸上で複製する。また、その複製を各チップで同様に行なうことにより、全体として、複数の波長チャネルの同時符号化を可能にしている。【００６１】  本発明の装置では、ΔＴおよびΔλが前述の条件を満たすように設計された複数のサンプルドファイバグレーティングを用いているが、このサンプルドファイバグレーティングは、図４（ａ）に示す構造を有するものに限定されず、図４（ｂ）に示すサンプルドチャープグレーティング構造や、図４（ｃ）に示す振幅が変調されたサンプルドグレーティング構造を有していてもよい。【００６２】  図５に示される例では、３つのファイバグレーティング１０１、１０２、１０３のグレーティング周期が、それぞれ、ｄ１、ｄ２、ｄ３であり、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３の関係が成立している。本実施形態では、前述のように、各ファイバグレーティングによる反射波長帯域の中心波長がΔλ１だけシフトしている。【００６３】  １つの装置内で直列的に接続されるファイバグレーティングの数は、符号化パターンのチップ数Ｎに等しい。したがって、図５に示すように３つのサンプルドファイバグレーティングを用いる場合には、符号化パターンのチップ数Ｎは３に等しくなる。ＯＣＤＭＡにおける符号化パターンは、「ＦＨ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ」または「ｏｎｅ−ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ」と呼ばれるコードで表現され、チップ数Ｎは２以上に設定される必要がある。ファイバグレーティング１０１、１０２、１０３の長さは、相互に等しく「Ｌ」である。接続部２０５、２０７の長さは「Ｉ」である。【００６４】  以下、図５の装置の動作を説明する。【００６５】  まず、不図示の光源から放射されたシングルモードの光信号が光ファイバ１に入る。光源は、例えば、パルス光源、スーパーコンティニュウム光源、ＬＥＤなどの広帯域光源、ファブリペロ型やファイバリングレーザ型のくし型光源であり得る。【００６６】  光ファイバ１に入射した光信号は、サーキュレータ５を介してファイバグレーティング１０１に繋がる光入出力部２０３に入力される。ファイバグレーティング１０１に進入した光信号の一部は、ファイバグレーティング１０１で反射され、残りは、ファイバグレーティング１０２に入射する。ファイバグレーティング１０１で反射された光は、光入出力部２０３およびサーキュレータ５を介して、光ファイバ６に入射する。ファイバグレーティング１０１で反射される光は、光ファイバ１に入射した光信号のうち、グレーティング周期ｄ１によって規定される反射波長帯域の光である。この反射波長帯域は、図７（ａ）に示すように狭い反射帯域がΔＴの周期で複製されている。この反射帯域以外の波長を有する光は、ファイバグレーティング１０１を通り抜ける。【００６７】  ファイバグレーティング１０２に入射した光信号の一部は、ファイバグレーティング１０２で反射され、残りは、ファイバグレーティング１０３に入射する。ファイバグレーティング１０２で反射された光は、ファイバグレーティング１０１、光入出力部２０３、およびサーキュレータ５を介して、光ファイバ６に入射する。ファイバグレーティング１０２で反射される光は、グレーティング周期ｄ２によって規定される反射波長帯域の光である。この反射波長帯域は、図７（ｂ）に示すように狭い反射帯域がΔＴの周期で複製されている。この反射帯域以外の波長を有する光は、ファイバグレーティング１０１を通り抜ける。【００６８】  ファイバグレーティング１０３に入射した光信号の一部は、ファイバグレーティング１０３で反射される。ファイバグレーティング１０３で反射された光は、ファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０１、光入出力部２０３、およびサーキュレータ５を介して、光ファイバ６に入射する。ファイバグレーティング１０３で反射される光は、グレーティング周期ｄ３によって規定される反射波長帯域の光である。この反射波長帯域は、図７（ｃ）に示すように狭い反射帯域がΔＴの周期で複製されている。【００６９】  好ましい実施形態では、第２のファイバレーティング１０２の反射帯域と第１のファイバグレーティング１０１の反射帯域との間のシフト量Δλ１が、複製される個々の矩形反射帯域の幅Δλに等しい。このため、これらの２つのファイバグレーティングによる反射帯域を合わせると、２つの櫛の歯がずれたような形が形成される（図７（ｂ））。同様に、第３のファイバレーティング１０３の反射帯域と第２のファイバグレーティング１０２の反射帯域との間のシフト量Δλ１も、複製される個々の矩形反射帯域の幅Δλに等しい。このため、３つのファイバグレーティングによる反射帯域を合わせると、３つの櫛の歯がずれたような形が形成される（図７（ｄ））。【００７０】  第２のファイバグレーティング１０２による反射光は、第１のファイバグレーティング１０１による反射光に比べて、２×（Ｌ＋Ｉ）だけ長い光路を伝播して光ファイバ６に入射する。一方、第３のファイバグレーティング１０２による反射光は、第１のファイバグレーティング１０１による反射光に比べて、４×（Ｌ＋Ｉ）だけ長い光路を伝播して光ファイバ６に入射することになる。【００７１】  したがって、第２のファイバグレーティング１０２による反射光の遅延は、
第１のファイバグレーティング１０１による反射光の遅延よりも大きい。同様に、第３のファイバグレーティング１０３による反射光の遅延は、第１および２のファイバグレーティング１０１、１０２による反射光の遅延よりも大きい。【００７２】  装置全体による遅延の波長依存性（遅延パターン）は、図７（ｄ）に示すように、λ１〜λ４の波長チャネルに対応するように周期的に複製されている。【００７３】  本実施形態では、第１のファイバグレーティング１０１の反射帯域に対して、第２のファイバグレーティング１０２および第３のファイバグレーティング１０３の反射帯域が、それぞれ、Δλ１および２×Δλ１だけシフトしている。このようなエンコーダによると、図３に示すＣｏｄｅ１に符号化される。【００７４】  一般には、直列接続されたＮ個のファイバグレーティングを考えることができる。この場合、光入出力部に近い側からｉ番目のファイバグレーティングの反射波長のシフトは、ｍｉ×Δλ（ｍｉは整数：１≦ｉ≦Ｎ）で表され得る。【００７５】  各コードは、ｍｉの組み合わせによって規定されるが、コード間の相関が低くなるようにコードの選択が行なわれる。ＣＤＭＡでは、「ＦＨ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ」や「ｏｎｅ−ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ」と呼ばれる手法により、コードが選択される。これにより、コードの独立性が向上し、デコードの誤り率を低減することができる。【００７６】  図５の例では、３つのファイバグレーティング１０１〜１０３が、接続部２０５、２０７を介して結合されているが、接続されるファイバグレーティングの個数は、４以上であってもよい。各ファイバグレーティング１０１〜１０３は、接続部２０５，２０７を介することなく、連続していても良い。すなわち、１本の光ファイバ内に複数のサンプルドグレーティング構造を形成してもよいし、複数のファイバグレーティングを相互に融着してもよい。【００７７】  図５の例では、各ファイバグレーティングに４つの屈折率変調部１１〜１４を形成しているが、１つのサンプルドファイバグレーティング構造に含まれる屈折率変調部の数は、２個以上であればよい。【００７８】  図５に示すエンコーダによって符号化された光信号を復号するためのデコーダは、図５の装置におけるファイバグレーティング１０１〜１０３の接続順序を反転させることによって作製できる。すなわち、光入出力部２０３に近い側からファイバグレーティング１０３、ファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０１の順番に直列的に接続する。このようにすることにより、図７（ｄ）に示す遅延パターンと逆の遅延パターンが形成されるため、光信号の復号が可能になる。【００７９】  次に、図４（ｂ）に示すチャープされたサンプルドファイバグレーティングを使用する場合の効果を説明する。【００８０】  図８（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図７（ａ）〜（ｄ）のグラフに相当するグラフを示しており、異なる点は、ファイバグレーティングの屈折率変調部がチャープされている点にある。チャープにより、各反射帯域の幅Δλの大きさを変化させることができる。また、図８（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、各反射帯域の遅延に勾配を与えることができる。すなわち、複製された遅延パターンを示す線分が、グラフの横軸に対して平行な線分でなく、傾斜する。【００８１】  なお、符号化に必要な帯域を確保するため、ΔＴは波長分割多重の１チャンネルの帯域以上に設定する必要がある。前述のように、ＰとΔＴとは逆数の関係にあり、Ｐが大きくなると、ΔＴが小さくなる。このため、第１〜第３のファイバグレーティングにおけるサンプル周期Ｐは、２ｍｍ以下に設定することが好ましい。【００８２】  （実施形態２）
以下、本発明による装置の第２の実施形態を説明する。【００８３】  本実施形態では、同一構造を有する複数のファイバグレーティングを用いて符号パターンのプログラムを可能にしている。【００８４】  まず、図６を参照する。図６は、本実施形態の装置構成を示す図である。図示される装置は、波長分割多重光のＯＣＤＭＡによる符号化を行なう装置であり、波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部２０３と、光入出力部２０３に対して直列的に接続されたＮ個（この例でも、Ｎ＝３）のファイバグレーティング９、１０、１１とを備えている。ファイバグレーティング９、１０、１１の各々は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域と、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域とが一定のサンプル周期Ｐで交互に配列されたサンプルドグレーティング構造を有している。【００８５】  本実施形態では、各ファイバグレーティング９、１０、１１が、本来的には同一の構造を有しており、各ファイバグレーティング９、１０、１１のグレーティング周期を独立的に、しかも適応的（ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ）に調節し得る素子を備えている点で、図５の装置から異なっている。【００８６】  グレーティング周期は、ファイバグレーティングの温度やファイバグレーティングに付与する張力などによって変更可能であり、グレーティング周期によって反射波長帯域を変化（シフト）させることができる。本実施形態の装置によれば、符号化パターンや復号化パターンのプログラム（装置製造後の任意な変更）が可能になる。【００８７】  図６に示す装置では、ファイバグレーティング９、１０、１１が、それぞれ、温調素子１１２、１１３、１１４に熱的に接触している。温調素子１１２、１１３、１１４は、ヒータやペルチェ素子などから構成され、温度制御手段として機能する。温調素子１１２、１１３、１１４は、コントローラ１５に接続され、独立してファイバグレーティング９、１０、１１の温度を調節することができる。【００８８】  本実施形態では、各ファイバグレーティング９、１０、１１のグレーティング周期は、室温ではｄ１に等しく、このままでは、符号化パターンを形成することはできない。【００８９】  ファイバグレーティング９、１０、１１に異なる温度を付与することにより、個々のファイバグレーティングによる反射帯域が相互にシフトし、符号化パターンを形成することが可能になる。【００９０】  以下、図６の装置の動作を説明する。【００９１】  まず、不図示の光源から放射されたシングルモードの光信号が光ファイバ７に入る。光ファイバ７に入射した光信号は、サーキュレータ８を介してファイバグレーティング９に結合される。ファイバグレーティング９に入射した光信号の一部は、ファイバグレーティング９で反射され、残りは、ファイバグレーティング１０に入射する。ファイバグレーティング９で反射された光は、サーキュレータ８を介して、光ファイバ１６に入射する。ファイバグレーティング９で反射される光は、光ファイバ７に入射した光信号のうち、温調素子１１２によってｄ１から変化したグレーティング周期によって規定される反射波長帯域の光である。【００９２】  温度調節を行なわないと、グレーティング周期ｄ１によって規定さ���る反射帯域の光がファイバグレーティング９で反射され、他のファイバグレーティング１０、１１では反射が生じなくなる。【００９３】  本実施形態では、ファイバグレーティング１０、１１の温度を、それぞれ、異なるレベルに調節することにより、ファイバグレーティング９を透過してきた光の一部をファイバグレーティング１０またはファイバグレーティング１１で反射させることができる。【００９４】  ファイバグレーティング９、１０、１１は、適切な温度分布を付与されることにより、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように複製された複数の狭い反射帯域を有することになる。【００９５】  ファイバグレーティング９、１０、１１の各々における温度の設定により、例えば、図３に示すｃｏｄｅ１、ｃｏｄｅ２、またはｃｏｄｅ３の符号化パターンを形成することができる。サンプルドグレーティング９、１０、１１で反射された光は、サーキュレータ８にもどり、光ファイバ１６へ出て行く。【００９６】  本実施形態の装置も、前述の実施形態と同様にエンコーダのみならず、デコーダとしても動作し得る。また、ファイバグレーティングとしてチャープされたサンプルドグレーティングを使用してもよい。なお、ファイバグレーティングの初期のグレーティング構造は同一である必要は無く、図５に示す装置のように、グレーティング周期が相互に異なっていても良い。【００９７】  以下、本発明の実施形態について行なったシミュレーションおよび実験の結果を説明する。【００９８】  まず、シミュレーションで必要となる各パラメータの関係について説明する。ファイバグレーティングのサンプル効果によって複製される個々の反射帯域の帯域幅Δλ、複製される反射帯域の周期ΔＴ、および、符号を構成するチップの数Ｎは、以下の数１に示す関係を満足する必要がある。【００９９】
2006008854.tif 000002
【０１００】  理想的には、個々の反射帯域を規定する反射率パターンの外側にはリップル等が存在せず、個々の反射率パターンは完全な矩形である。しかし、現実には、個々の反射率パターンが完全な矩形でないため、Ｎは、ΔＴ／Δλよりも小さく設定する必要がある。【０１０１】  Ｎが大きいほど、コードの長さが大きくなり、コード数が増加する。コード数が増加すると、同じ波長チャネルを利用できるユーザの数（＝コード数）が増えるため、好ましい。【０１０２】  光信号がパルス状である場合、ΔＴはパルスの帯域に相当し、通常は、０．６ｎｍ以上である。ΔＴを大きくするには、サンプル周期Ｐを小さくすれば良い。また、矩形に近い細い反射帯域を実現し、Δλを小さくするためには、各ファイバグレーティングの全長Ｌを長くすることが好ましい。【０１０３】  以上のことから、Ｎを大きくするには、サンプル周期Ｐを小さくし、かつ、ファイバグレーティングの前長Ｌを長くすることが好ましい。【０１０４】  一方、サンプルドグレーティング構造によって複製される複数の反射帯域のうち利用可能なものの総数は、サンプルドグレーティング構造における屈折率変調領域の長軸方向長さＷ（図４参照）に依存する。Ｗが小さくなるほど、複製される反射帯域群を覆うシンク関数の幅が大きくなり、複製される反射帯域の総数が増加する。【０１０５】  前述したように、複製される個々の反射帯域を完全な矩形に近づけることが好ましい。個々の反射帯域の両側に余計なリップルがあると、図７（ｄ）に示される重ね合わせが行なわれたとき、リップルに相当する波長を有する光が異なる複数のファイバグレーティングによって反射されてしまうからである。このようなリップルを低減し、矩形に近い反射帯域を得るには、アポダイズが重要となる。【０１０６】  ［シミュレーション］
次に、図６に示す装置について行なったシミュレーションの結果を説明する。シミュレーションは、モード結合理論に基づき、波長および遅延の関係を符号化／復号化のために最適化して行なった。【０１０７】  図９および図１０を参照して、２つの異なるコードに関する結果を説明する。図９（ａ）および図１０（ａ）は、いずれも、反射率の波長依存性（反射率パターン）を示すグラフである。グラフの横軸は波長［μｍ］、縦軸は反射率である。図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、いずれも、遅延の波長依存性（遅延パターン）を示すグラフである。グラフの横軸は波長［μｍ］、縦軸は遅延［ｐｓ］である。【０１０８】  図９（ｂ）に示される遅延パターンでは、波長の増加に伴って遅延が階段状に増加している。一方、図１０（ｂ）に示される遅延パターンでは、波長の増加に伴って遅延が増減している。これらの遅延パターンは、それぞれ、異なるコードに相当している。【０１０９】  本シミュレーションの条件は、以下の表１に示す通りである。【０１１０】
2006008854.tif 000003
【０１１１】  図９（ｂ）に示す遅延パターンを得るため、６つのファイバグレーティングの温度を以下の表２に示す通りに設定し、図１０（ｂ）に示す遅延パターンを得るため、６つのファイバグレーティングの温度を以下の表３に示す通りに設定した。【０１１２】
2006008854.tif 000004
【０１１３】
2006008854.tif 000005
2006008854.tif 000006
【０１１４】  いずれの場合も、ファイバグレーティングの熱膨張係数を５．５×１０−７、熱光学定数を８．３×１０−６に設定して、計算を行なった。【０１１５】  図９（ｂ）および図１０（ｂ）の左上には、コードパターンが示されており、遅延パターンは、各コードパターンが複製された形状を有している。複製周期ΔＴは約２ｎｍであり、チップ１個分の帯域Δλは約０．２６ｎｍである。【０１１６】  本シミュレーションでは、６つのファイバグレーティングの温度を１０〜８２℃の範囲で６段階の異なるレベルに設定している。チップ数Ｎを増加させるために、６段階よりも多くのレベルに温度を設定するには、設定温度の最大値を高めることが好ましい。ファイバグレーティング間で温度差が小さくなると、ファイバグレーティング間で反射波長帯域のシフト量が不十分になる可能性がある。このため、最も波長シフト量を大きくするべきファイバグレーティングの温度は、８５℃よりも高いレベルに設定することが好ましい。【０１１７】  しかし、ペルチェ素子を用いる場合は、設定可能な最高温度は８５℃程度である。また、温度や張力の調節のみによってグレーティング周期を変化させるのには限度がある。このため、グレーティング周期の初期値が異なる複数のファイバグレーティングに温調素子などの素子を組み合わせて用いてもよい。【０１１８】  以下、図１１および図１２を参照しながら、実験結果を説明する。実験に用いた装置に関する設計パラメータは、以下の表４に示すとおりである。【０１１９】
2006008854.tif 000007
2006008854.tif 000008
【０１２０】  ６つのファイバグレーティングによる反射帯域の中心波長は、Δλ＝０．１２ｎｍの整数倍だけ相互にシフトしている。図１１に示す結果は、６つのファイバグレーティングに異なる温度を与えることにより、反射帯域の中心波長をシフトさせている。【０１２１】  図１１（ａ）は、符号パターン１のマトリックス図である。図１１（ｂ）は、反射率パターンの測定結果を示すグラフであり、図１１（ｃ）は、遅延パターンの測定結果を示すグラフである。【０１２２】  図１１（ａ）のマトリックス図では、縦軸が遅延時間、横軸が信号光の波長に相当している。横軸が「１」のコラムでは、黒く塗りつぶされた矩形領域は縦軸が「０」に相当するロウに位置している。これは、波長が「１」に対応する帯域にあるとき、最も小さいな遅延が生じることを意味している。一方、横軸が「０」のコラムでは、黒く塗りつぶされた矩形領域は縦軸が「５」に相当するロウに位置している。これは、波長が「０」に対応する帯域にあるとき、最も大きな遅延が生じることを意味している。【０１２３】  エンコーダにより、図１１（ａ）のマリックス図の符号化が行なわれると、まず、まず、波長が「１」の光がエンコーダから出力され、続いて、波長が「４」、「６」、「５」、「２」、「０」の順序で対応する光が出力されることになる。すなわち、単一のパルス光をデコーダに入力しても、波長帯域ごとに細かいパルスに分かれて異なるタイミングで出力される。デコーダの場合は、逆に動作する。【０１２４】  本発明者が行なったシミュレーションによると、図１１（ｃ）に示されるように、各々が符号パターン１に対応する３つの遅延パターンが一定間隔で観測された。３つの遅延パターンが、それぞれ、ＷＤＭの３つの波長チャンネルに整合している。【０１２５】  このようにサンプルドファイバグレーティングを用いることにより、１つのエンコーダ／デコーダで、複数のＷＤＭチャンネルに含まれる光信号を一括にエンコード／デコードすることができることを確認した。【０１２６】  図１１（ｃ）に示す遅延パターンを得るため、６つのファイバグレーティングの温度を以下の表５に示す通りに設定した。【０１２７】
2006008854.tif 000009
【０１２８】  次に、同一の装置を用い、各ファイバグレーティングの温度を以下の表６に示すレベルに変化させた。【０１２９】
2006008854.tif 000010
【０１３０】  このように、ファイバ温度を変化させだけで各ファイバグレーティングによる反射帯域の中心波長をΔλ＝０．１２ｎｍの整数倍だけシフトさせ、それによって異なる符号パターンを実現することができた。【０１３１】  図１１（ｄ）は、符号パターン２のマトリックス図である。図１１（ｅ）は、反射率パターンの測定結果を示すグラフであり、図１１（ｆ）は、遅延パターンの測定結果を示すグラフである。図１１（ｆ）に示されるように、各々が符号パターン２に対応する３つの遅延パターンが一定間隔で観測された。３つの遅延パターンが、それぞれ、３つの波長チャンネルに整合している。【０１３２】  図１１（ｇ）は、符号パターン３のマトリックス図である。図１１（ｈ）は、反射率パターンの測定結果を示すグラフであり、図１１（ｉ）は、遅延パターンの測定結果を示すグラフである。図１１（ｉ）に示されるように、各々が符号パターン３に対応する３つの遅延パターンが一定間隔で観測された。３つの遅延パターンが、それぞれ、３つの波長チャンネルに整合している。【０１３３】  上記の実験結果によって確認されたように、異なる符号パターンを実現するために各ファイバグレーティングの温度を変化させると、波長軸で複製された複数の遅延パターンも同時に変更される。すなわち、本発明によれば、多重波長一括光符号プログラムが可能である。【０１３４】  上記の実験では、ＦＦＨ−ＣＤＭＡにおける３つの符号パターンかＷＤＭによる３つの波長チャンネルに組み合わせられることにより、合計９チャンネル分のエンコード／デコードが実現されている。各エンコーダまたは各デコーダのファイバグレーティングの数を増加させて、コードのチップ数Ｎを増加させると、合計チャネル数を更に増加させることが可能である。【０１３５】  前述のように、チップ数Ｎを増加させるためには、個々のファイバグレーティングによる反射帯域の形状を矩形に近づけることが有効である。反射帯域の形状を矩形に近づけるためには、前述したように、「アポダイズ」が有効である。アポダイズ関数Ａ（ｚ）は、例えば、以下の数式に表させる。【０１３６】
2006008854.tif 000011
【０１３７】  このようなアポダイズ関数Ａ（ｚ）を、例えば図４（ａ）に示す屈折率変化δｎ（ｚ）に乗ずることよって得られる屈折率変化をファイバグレーティングに与えると、リップルの発生が抑制された反射帯域を形成することができる。【０１３８】  次に、図４（ｃ）に示すシンク関数によって屈折率変調が行われたサンプルドグレーティング（シンク関数型サンプルドグレーティング）の利点を説明する。【０１３９】  このようなシンク関数型サンプルドグレーティングを用いることにより、より多くのＷＤＭチャンネルに対して、反射帯域の均一な複製を実現し、一括的なエンコード／デコードが可能になる。【０１４０】  シンク関数型サンプルドグレーティングでは、サンプル化によって複数の反射帯域の反射率分布が均一に複製される。図４（ｃ）に示す屈折率変化は、以下の数式でシンク関数と、数式２のアポダイズ関数との積によって示される。【０１４１】
2006008854.tif 000012
【０１４２】  以下、シンク関数型サンプルドグレーティングを用いて作製した本発明の装置によるシミュレーション結果を説明する。本シミュレーションでは、以下の表７に示す条件で作製したファイバグレーティングを用いた。【０１４３】
2006008854.tif 000013
【０１４４】  図１２（ａ）は、符号パターンのマトリックス図を示している。図１２（ｂ）は、シミュレーションによって得られたデコーダの反射率パターンを示すグラフであり、図１２（ｃ）は、シミュレーションによって得られた遅延パターンを示すグラフである。図１２（ｄ）は、図１２（ｂ）および（ｄ）の一部を拡大し重ねて表示したグラフである。【０１４５】  図１２に示されるように、チップ数Ｎが１０の符号パターンがＣバンドの略全域にわたって８つ複製されている。複製の周期ΔＴ＝３．２ｎｍである。これら８つの反射帯域がＷＤＭの８チャンネルとして使用可能である。図１２（ｄ）からわかるように、符号パターンに対応する遅延パターンも適切に複製されている。【０１４６】  上記のシミュレーションにより、サンプルドグレーティングを使用すれば、１つの装置で１０チップの光信号符号化／復号化を波長分割多重の８チャンネルで一括的に実行できることを確認した。【０１４７】  前述のように、個々の中心反射帯域が初期的にΔλ×整数ずれた異なる構造のグレーティングを使用する代わりに、同一構造のグレーティングの温度や張力を調節することにより、反射帯域の中心波長をシフトさせても良い。例えば、１０個のサンプルドファイバグレーティングの温度を、それぞれ、例えば、１６８℃、９６℃、２１６℃、１９２℃、１４４℃、４８℃、１２０℃、０℃、２４℃、および７２℃に設定すればよい。８０℃を超える温度に設定するためには、ペルチェ素子の代わりに他のヒータを用いればよい。１０個のサンプルドファイバグレーティングに付与する温度の分布を変えることにより、違う符合パターンをプログラムすることが可能である。【０１４８】  上記の各実施形態では、ファイバグレーティングの温度を調節することにより、反射帯域をシフトさせているが、ファイバグレーティングの反射帯域の変更は、他の素子を用いて行なうこともできる。例えばピエゾ素子を利用することにより、ファイバグレーティングに付与する張力を変化させ、反射波長をシフトするようにしてもよい。重要な点は、ファイバグレーティング単位で各ファイバグレーティングのグレーティング周期を独立して変化させ、それによって、符号化パターンや復号化パターンを任意に変更（プログラム）可能にしている点にある。【０１４９】  なお、サンプルドグレーティング構造には、振幅を変調したものと、位相を変調したものがある。本発明には、上記のいずれのタイプのサンプルドグレーティング構造を用いてもよい。【０１５０】  上記の各本実施形態では、位相を変調したサンプルドグレーティング構造を採用している。位相を変調したサンプルドグレーティング構造を作製する場合は、例えば、図１３に示すように屈折率を変調すればよい。図１３は、非特許文献３に開示されているサンプルドグレーティング構造を示すグラフである。図１３のグラフの縦軸はグレーティングの屈折率ｎ、横軸はグレーティングに長さに平行の位置である。グラフ中の「Ｐ」はサンプル周期である。屈折率ｎは、最大値ｎ＋δｎと最小値ｎ−δｎとの間で変調されている。このように、屈折率変調の振幅ではなく、位相が周期的に変化するようなサンプルドグレーティング構造を利用しても本発明を実���することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】  本発明の装置は、ＯＣＤＭＡによる波長分割多重光の符号化および／または復号化を簡単な構成で実現できるため、簡単な装置構成でチャネル数の増大に対応できる。【０１５２】  本発明の装置は、携帯端末などのモバイル機器のみならず、通信システムの構成要素として他の公知の構成要素と組み合わせて好適に使用される。【０１５３】  本発明は、エンコーダとして機能する装置およびデコーダとして機能する装置を含む符号化復号化システムに用いられる。
【図１】
2006008854.tif 000014
【図２】
2006008854.tif 000015
【図３】
2006008854.tif 000016
【図４】
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【図５】
2006008854.tif 000018
【図６】
2006008854.tif 000019
【図７】
2006008854.tif 000020
【図８】
2006008854.tif 000021
【図９】
2006008854.tif 000022
【図１０】
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【図１２】
2006008854.tif 000027
【図１３】
2006008854.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月3日(2005.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光符号分割多重接続（ＯＣＤＭＡ）により波長分割多重（ＷＤＭ）光の符号化および復号化の少なくとも一方を行なう装置であって、
前記波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部と、
前記光入出力部に対して直列的に接続されたＮ個のファイバグレーティング（Ｎは２以上の整数）と、
を備え、
前記Ｎ個のファイバグレーティングの各々はサンプルドグレーティング構造を有しており、
前記サンプルドグレーティングの反射波長帯域の中心値の間隔ΔＴは、前記波長分割多重光における波長帯域における中心波長の間隔Ｓに等しく、しかも、少なくとも動作中における各反射波長帯域の中心値はファイバグレーティング毎に異なっている、装置。
【請求項２】
異なるファイバグレーティング間に存在する各反射波長帯域の中心値の差異は、各反射波長帯域の帯域幅より大きく、ΔＴ／Ｎよりも小さい値を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ファイバグレーティング毎に前記サンプルドグレーティング構造を制御するコードプログラム素子を備え、
前記コードプログラム素子は、各サンプルドグレーティング構造によって規定される前記反射波長帯域の中心値をシフトさせることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コードプログラム素子は、熱または応力により、前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期を、ファイバグレーティング毎に変化させることができる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コードプログラム素子による前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期の変化量は、各反射波長帯域の帯域幅より大きい値に設定される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調は、シンク関数によって変調されている請求項１に記載の装置。
【請求項７】
屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域における変調周期は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域における変調周期に等しい請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記装置はエンコーダとして動作する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記装置はデコーダとして動作する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１の装置によって符号化された信号を復号する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置および請求項１０に記載の装置を含む符号化復号化システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＤＭＡ（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）および復号化（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、ファイバグレーティングを用いてＯＣＤＭＡによる符号化／復号化を行なう装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
ＯＣＤＭＡ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、送信側で光信号を符号化し、受信側では光信号を復号化する。光信号の符号化／復号化は、回折格子、光導波路、または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】
ＯＣＤＭＡ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、一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では、波長ごとに異なる遅延が付与されるファイバグレーティングを用いて行なうＦａｓｔ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｈｏｐｐｉｎｇ法（以下、簡単に「ＦＦＨ法」と称する場合がある。）が提案されている。本発明は、この光符号方法に関連している。この光符号方法は、時間拡散／波長ホップ光ＣＤＭＡ（Ｔｉｍｅ−Ｓｐｒｅａｄ／ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｈｏｐ  ｏｐｔｉｃａｌ  ＣＤＭＡ）と称される場合もある。
【０００６】
まず、図１を参照しながら、従来のＦＦＨ法による符号化／復号化を説明する。
【０００７】
図１は、非特許文献１におけるＦｉｇ１（ｂ）に相当する図面である。図１に示される装置は、エンコーダであり、直列的に接続された複数の光ファイバを有している。光ファイバは、相互に同一の構成を有するユニフォームなファイバグレーティング構造を有しており、ピエゾ素子によって光ファイバ毎に異なる張力が付与される。
【０００８】
付与される張力に応じてグレーティング周期が変化するため、光ファイバごとにブラッグ反射を起こす波長帯域がシフトする。このため、入射してきた光信号（ブロードバンドの光パルス）の含まれる各波長成分は、その波長に応じて異なる位置のファイバグレーティングによって反射される。反射位置が異なると、光信号の往復に要する時間が変化するため、光信号の各波長成分は、異なる時間に光ファイバから出力される。すなわち、例えば１つのブロードバンドパルスを図１のエンコーダに入力すると、波長ごとに異なるタイミングで複数の光パルスが出力される。
【０００９】
ここで、Ｎ個の光ファイバグレーティングＦ1〜ＦNが、それぞれ、中心波長λ1〜λNで光を反射するように光ファイバグレーティングＦ1〜ＦNの各々に張力を付与したとする。この場合、反射中心波長λ1〜λNの大きさを小さい順に左から並べると、例えば、以下のように配列され得る。
【００１０】
λ1＜λ2＜λ3＜、・・・、＜λN-1＜λN
【００１１】
この例では、光ファイバグレーティングＦ1で反射される光の波長λ1が最も短く、光ファイバグレーティングＦNで反射される光の波長λNが最も長くなる。このような反射波長の配列は、Ｎ個の光ファイバＦ1〜ＦNに付与する張力の組み合わせを変化させることにより、簡単に変化させられる。可能な配列の数は、Ｎ！＝Ｎ×（Ｎ−１）×（Ｎ−２）×・・・３×２×１個ある。ただし、これらの可能な配列の中には、相互に識別が難しい類似の組が存在するため、後に説明するコードの数は、Ｎ！よりも少ない値である。
【００１２】
図１のエンコーダでは、このような反射波長の配列を利用して、光信号の符号化を行なう。すなわち、上述した例では、光ファイバＦ1で反射される光は最も短い光路で光ファイバの入出力部から出てくるため、遅延が最も短い。
【００１３】
このように、図１のエンコーダでは、遅延の波長依存性の組をＮ！個の中から選択し、これを符号のパターンとしてエンコーダにプログラムすることができる。
【００１４】
一方、図１の装置を、デコーダとして機能させることも可能である。すなわち、図１の装置の各光ファイバに適切な張力を与えておくと、上述の符号化によって生じた遅延を打ち消すように逆の遅延を生じさせることができる。そのような遅延を与えると、符号化された光信号（異な遅延を有する光信号の列）は、図１に示す装置で元の光信号に復号される。
【００１５】
次に、図２を参照しながら、ＯＣＤＭＡで採用可能なコードパターンを説明する。
【００１６】
図２（ａ）は、あるコードについて、エンコーダによる光信号の波長と遅延との関係（以下、「遅延パターン」と称する場合がある。）を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の遅延パターンを持つように符号化された光信号を復号するためのデコーダによる光信号の波長と遅延との関係を示す図である。図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、エンコーダと、これに対応するデコーダとの間では、遅延パターンが相互に反対の関係にある。
【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】"Sinc-Sampled Fiber Bragg Gratings for Identical Multiple Wavelength Operation" Morten Ibsen, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.10, No.6, June 1998
【非特許文献３】IEEE  Photonics Technology Letters, Vol. 15, No.8, August 2003, Hojoon Lee, Govind P. Agrawal
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図１に示す装置を波長分割多重（ＷＤＭ）に適用しようとすると、分割された波長帯域ごとに図１の装置を用意する必要がある。図３を参照しながら、このことを説明する。
【００１８】
図３は、分割された４つの波長帯域（波長チャネル）の中心波長λ1〜λ4の各々について、３つのコード（ｃｏｄｅ１、ｃｏｄｅ２、ｃｏｄｅ３）を模式的に示している。ＯＣＤＭＡにＷＤＭを組み合わせることができれば、各チャネルに複数のコードを割り当てることが可能になる。その結果、同一の光信号伝搬媒体を多数のユーザで有効に利用して通信を行うことができる。
【００１９】
しかしながら、ＯＣＤＭＡとＷＤＭとを組み合わせようとすると、波長チャネル数に等しい数だけ、ＯＣＤＭＡのためのエンコーダ／デコーダが必要になる。今後、ＷＤＭの波長チャネル数が１０を超えて増加し、更には２０を超えてゆくと、エンコーダ／デコーダが大型化せざるを得なくなる。
【００２０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ＯＣＤＭＡによる波長分割多重光の符号化および／または復号化を簡単な構成で実現できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の装置は、光符号分割多重接続（ＯＣＤＭＡ）により波長分割多重（ＷＤＭ）光の符号化（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）および復号化（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）の少なくとも一方を行なう装置であって、前記波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部と、前記光入出力部に対して直列的に接続されたＮ個のファイバグレーティング（Ｎは２以上の整数）とを備え、前記Ｎ個のファイバグレーティングの各々は、サンプルドグレーティング構造を有しており、前記サンプルドグレーティングの反射波長帯域の中心値の間隔ΔＴは、前記波長分割多重光における波長帯域における中心波長の間隔Ｓに等しく、しかも、少なくとも動作中における各反射波長帯域の中心値はファイバグレーティング毎に異なっている。
【００２２】
好ましい実施形態において、異なるファイバグレーティング間に存在する各反射波長帯域の中心値の差異は、各反射波長帯域の帯域幅より大きく、ΔＴ／Ｎよりも小さい値を有している。
【００２３】
好ましい実施形態において、ファイバグレーティング毎に前記サンプルドグレーティング構造を制御するコードプログラム素子を備え、前記コードプログラム素子は、各サンプルドグレーティング構造によって規定される前記反射波長帯域の中心値をシフトさせることができる。
【００２４】
前記コードプログラム素子は、熱または応力により、前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期を、ファイバグレーティング毎に変化させることができる。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記コードプログラム素子による前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調の周期の変化量は、各反射波長帯域の帯域幅より大きい値に設定される。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記サンプルドグレーティング構造における屈折率変調は、シンク関数によって変調されている。
【００２７】
好ましい実施形態において、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域における変調周期は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域における変調周期に等しい。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記装置はエンコーダとして動作する。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記装置はデコーダとして動作する。
【００３０】
好ましい実施形態において、上記の装置によって符号化された信号を復号する。
【００３１】
本発明の符号化復号化システムは、上記エンコーダとして機能する装置およびデコーダとして機能する装置を含む。
【発明の効果】
【００３２】
サンプルドグレーティング構造を有するファイバグレーティングを用いると、光反射波長帯域を所定の波長間隔で複製（replicate）することができる。光反射波長帯域が相互に異なる複数のサンプルドファイバグレーティングを直列的に接続することにより、波長分割多重化された光信号に対してＣＤＭＡの符号化／復号化を行なうことができる。このため、波長チャネルごとに別の符号化／復号化装置を用意する必要が無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明による装置の実施形態を説明する。
【００３４】
（実施形態１）
まず、図５を参照しながら、本発明による装置の第１の実施形態としてエンコーダを説明する。このエンコーダはデコーダとして動作することも可能である。
【００３５】
図５に示すエンコーダは、波長分割多重光のＯＣＤＭＡによる符号化を行なう装置であり、波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部２０３と、光入出力部２０３に対して直列的に接続されたＮ個（この例では、Ｎ＝３）のファイバグレーティング１０１、１０２、１０３とを備えている。第１のファイバグレーティング１０１と第２のファイバグレーティング１０２とは接続部２０５で光学的に結合されており、第２のファイバグレーティング１０２と第３のファイバグレーティング１０３とは、接続部２０７で光学的に結合されている。接続部２０５、２０７の長さはゼロであってもよい。
【００３６】
本実施形態におけるファイバグレーティング１０１、１０２、１０３の各々は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域１１〜１４、２１〜２４、３１〜３４と、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域２０１とが一定の周期Ｐで交互に配列されたサンプルドグレーティング構造を有している。以下、周期Ｐを「サンプル周期」と称する。本実施形態では、第２領域２０１の屈折率は略一定であり、屈折率変調の振幅はゼロであるが、第２領域２０１の屈折率変調の振幅はゼロである必要はない。
【００３７】
ここで、波長分割多重光における各チャンネルの中心波長の間隔（WDMの各チャンネルの帯域間隔）を「Ｓ」と表現すると、上記のサンプルドグレーティング構造は、後に詳しく説明するように、波長分割多重光における各チャネルの中心波長の間隔Ｓに等しい周期で複製された(replicated)複数の反射波長帯域を形成する。サンプルドグレーティング構造によって複製された反射波長帯域の中心波長の間隔を、「ΔＴ」で表現すると、本願発明ではΔＴ＝Ｓが成立する。ブラッグ反射による反射波長帯域が周期ΔＴで形成されるのは、サンプルドグレーティングの性質による。ΔＴは、以下の式に示すように、サンプル周期Ｐの逆数に比例する。
【００３８】
ΔT＝λB2／２ｎＰ
【００３９】
ここで、λBは、グレーティング周期ｄのときのブラッグ波長、ｎは実効屈折率である。
【００４０】
このため、サンプル周期Ｐを調節することにより、ΔＴの大きさを制御することができる。本実施形態では、波長分割多重光の帯域間隔に整合するΔＴを実現するサンプル周期Ｐを求め、サンプル周期Ｐの屈折率変調を各ファイバグレーティングに付与している。
【００４１】
サンプルドグレーティングでは、グレーティング周期が光伝播方向に沿ってユニフォームではなく、屈折率変調の位相および／または振幅が光伝播方向に沿って一様ではない構造を有している。図４（ａ）から（ｃ）は、いずれも、サンプルドグレーティング構造の例を示している。これらのグラフの縦軸は屈折率変化δｎ（ｚ）であり、横軸はファイバグレーティングの長軸（光信号伝搬方向）に沿った位置ｚである。
【００４２】
図４（ａ）は、屈折率変調の振幅が周期（サンプル周期）Ｐで矩形的に変化するサンプルドグレーティング（スーパストラクチャ）のδｎ（ｚ）を示している。これに対し、図４（ｂ）は、屈折率変調領域における変調位相がファイバ位置に応じて変化するチャープドサンプルドグレーティングのδｎ（ｚ）を示している。図４（ｃ）は、屈折率変調の振幅が特定の関数によって変調されたシンク関数サンプルドグレーティングのｎδ（ｚ）を示している。シンク関数サンプルドグレーティングは、非特許文献２に開示されている。
【００４３】
図４（ａ）および（ｂ）に示す例では、屈折率変調の振幅が相対的に大きな領域（長さＷの領域）がサンプル周期Ｐで配列されており、屈折率変調の振幅が相対的に小さな領域の振幅はゼロである。すなわち、長さＷの領域に挟まれた領域では屈折率変調が行なわれていない（δｎ（ｚ）＝０）。
【００４４】
一方、図４（ｃ）の例では、屈折率変調の振幅が相対的に大きな領域（長さＷの領域）がサンプル周期Ｐで配列されている点では上記の例と同じであるが、屈折率変調の振幅が相対的に小さな領域の振幅はゼロではない。すなわち、長さＷの領域に挟まれた領域でも屈折率変調が行なわれている。
【００４５】
本実施形態では、ファイバグレーティング１０１、１０２、１０３の各々における反射波長帯域の中心値を相互にシフトさせるため、ファイバグレーティング毎にグレーティング周期を異なる大きさに設定している。
【００４６】
次に、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、本実施形態のエンコーダによる符号化の方法を説明する。
【００４７】
まず、図７（ａ）を参照する。図７（ａ）は、第１のファイバグレーティング１０１による反射波長帯域（反射帯域）を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図７（ａ）に示すとおり、複数の反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４が形成されている。反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４は、波長軸上に周期ΔＴで配列されている。反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４の各々の帯域幅は、Δλで表される。
【００４８】
ΔＴは、複数の波長分割多重の波長チャネルの周期Ｓに整合し、かつ、Δλ×Ｎ（ファイバグレーティングの数）と同等、または、それよりも大きな値に設定される。
【００４９】
図７（ｂ）は、第２のファイバグレーティング１０２による反射帯域を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図７（ｂ）に示すとおり、複数の反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４が形成されている。反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４は、ここでも、波長軸上に周期ΔＴで配列されている。反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４の各々の帯域幅も、Δλで表される。
【００５０】
図７（ａ）および図７（ｂ）を比較すると明らかなように、第２のファイバグレーティング１０２による反射帯域２２１、２２２、２２３、２２４は、第１のファイバグレーティング１０１による反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４に対して、Δλ１だけ長波長側にシフトするように設計されている。
【００５１】
図７（ｃ）は、第３のファイバグレーティング１０３による反射帯域を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸は反射率であり、横軸は波長である。図７（ｃ）に示すとおり、複数の反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４が形成されている。反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４は、ここでも、波長軸上に周期ΔＴで配列されている。反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４の各々の帯域幅も、Δλで表される。
【００５２】
図７（ａ）および図７（ｃ）を比較すると明らかなように、第３のファイバグレーティング１０３による反射帯域２３１、２３２、２３３、２３４は、第１のファイバグレーティング１０１による反射帯域２１１、２１２、２１３、２１４に対して、Δλ１×２だけ長波長側にシフトするように設計されている。
【００５３】
図７（ｄ）は、エンコーダの全体の反射率パターンを示すグラフである。この反射率パターンは、第１〜第３のファイバグレーティング１０１〜１０３の反射率パターンを重ね合わせたものである。図７（ｄ）において、波長帯域λ１〜λ４は、それぞれ、波長分割多重光において分割された波長帯域（波長チャネル）に相当している。
【００５４】
図７（ｄ）に示す反射率パターンを実現するためには、ΔＴを波長チャネルの周期に整合させ、かつ、Δλ１×Ｎ（ファイバグレーティングの数）と同等、または、それよりも大きな値に設定する必要がある。
【００５５】
図７（ａ）から（ｃ）の右側に示すグラフは、それぞれ、ファイバグレーティング１０１〜１０３による遅延パターンを示すグラフである。図７（ｄ）から明らかなように、エンコーダの遅延パターンは第１〜第３のファイバグレーティング１０１〜１０３の遅延パターンを重ね合わせたものである。
【００５６】
このように、３個のファイバグレーティングを用いて作製した１つのエンコーダにより、４つの波長チャネル（波長λ１、λ２、λ３、λ４）に対応した遅延パターンを形成することができる。このため、エンコーダを大型化することなく、波長分割多重光の符号化を実行することが可能になる。しかも、この符号化は４つの波長チャネルで同時に（一括的に）実行される（multiple operation）。
【００５７】
サンプルドグレーティング構造によって複製された反射帯域の幅Δλは、ＦＦＨ−ＣＤＭＡにおける「１チップの帯域」の大きさに相当している。Δλの長さは、０．１ｎｍ以上に設定されることが望ましい。
【００５８】
本発明の好ましい実施形態では、光符号ＦＦＨ−ＣＤＭＡの符号パターンを構成する各チップを、それに対応するファイバグレーティングにサンプルドグレーティング構造を付与することにより、波長軸上で複製する。また、その複製を各チップで同様に行なうことにより、全体として、複数の波長チャネルの同時符号化を可能にしている。
【００５９】
本発明の装置では、ΔＴおよびΔλが前述の条件を満たすように設計された複数のサンプルドファイバグレーティングを用いているが、このサンプルドファイバグレーティングは、図４（ａ）に示す構造を有するものに限定されず、図４（ｂ）に示すサンプルドチャープグレーティング構造や、図４（ｃ）に示す振幅が変調されたサンプルドグレーティング構造を有していてもよい。
【００６０】
図５に示される例では、３つのファイバグレーティング１０１、１０２、１０３のグレーティング周期が、それぞれ、ｄ１、ｄ２、ｄ３であり、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３の関係が成立している。本実施形態では、前述のように、各ファイバグレーティングによる反射波長帯域の中心波長がΔλ１だけシフトしている。
【００６１】
１つの装置内で直列的に接続されるファイバグレーティングの数は、符号化パターンのチップ数Ｎに等しい。したがって、図５に示すように３つのサンプルドファイバグレーティングを用いる場合には、符号化パターンのチップ数Ｎは３に等しくなる。ＯＣＤＭＡにおける符号化パターンは、「ＦＨ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ」または「ｏｎｅ−ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ」と呼ばれるコードで表現され、チップ数Ｎは２以上に設定される必要がある。ファイバグレーティング１０１、１０２、１０３の長さは、相互に等しく「Ｌ」である。接続部２０５、２０７の長さは「Ｉ」である。
【００６２】
以下、図５の装置の動作を説明する。
【００６３】
まず、不図示の光源から放射されたシングルモードの光信号が光ファイバ１に入る。光源は、例えば、パルス光源、スーパーコンティニュウム光源、ＬＥＤなどの広帯域光源、ファブリペロ型やファイバリングレーザ型のくし型光源であり得る。
【００６４】
光ファイバ１に入射した光信号は、サーキュレータ５を介してファイバグレーティング１０１に繋がる光入出力部２０３に入力される。ファイバグレーティング１０１に進入した光信号の一部は、ファイバグレーティング１０１で反射され、残りは、ファイバグレーティング１０２に入射する。ファイバグレーティング１０１で反射された光は、光入出力部２０３およびサーキュレータ５を介して、光ファイバ６に入射する。ファイバグレーティング１０１で反射される光は、光ファイバ１に入射した光信号のうち、グレーティング周期ｄ１によって規定される反射波長帯域の光である。この反射波長帯域は、図７（ａ）に示すように狭い反射帯域がΔＴの周期で複製されている。この反射帯域以外の波長を有する光は、ファイバグレーティング１０１を通り抜ける。
【００６５】
ファイバグレーティング１０２に入射した光信号の一部は、ファイバグレーティング１０２で反射され、残りは、ファイバグレーティング１０３に入射する。ファイバグレーティング１０２で反射された光は、ファイバグレーティング１０１、光入出力部２０３、およびサーキュレータ５を介して、光ファイバ６に入射する。ファイバグレーティング１０２で反射される光は、グレーティング周期ｄ２によって規定される反射波長帯域の光である。この反射波長帯域は、図７（ｂ）に示すように狭い反射帯域がΔＴの周期で複製されている。この反射帯域以外の波長を有する光は、ファイバグレーティング１０１を通り抜ける。
【００６６】
ファイバグレーティング１０３に入射した光信号の一部は、ファイバグレーティング１０３で反射される。ファイバグレーティング１０３で反射された光は、ファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０１、光入出力部２０３、およびサーキュレータ５を介して、光ファイバ６に入射する。ファイバグレーティング１０３で反射される光は、グレーティング周期ｄ３によって規定される反射波長帯域の光である。この反射波長帯域は、図７（ｃ）に示すように狭い反射帯域がΔＴの周期で複製されている。
【００６７】
好ましい実施形態では、第２のファイバレーティング１０２の反射帯域と第１のファイバグレーティング１０１の反射帯域との間のシフト量Δλ１が、複製される個々の矩形反射帯域の幅Δλに等しい。このため、これらの２つのファイバグレーティングによる反射帯域を合わせると、２つの櫛の歯がずれたような形が形成される（図７（ｂ））。同様に、第３のファイバレーティング１０３の反射帯域と第２のファイバグレーティング１０２の反射帯域との間のシフト量Δλ１も、複製される個々の矩形反射帯域の幅Δλに等しい。このため、３つのファイバグレーティングによる反射帯域を合わせると、３つの櫛の歯がずれたような形が形成される（図７（ｄ））。
【００６８】
第２のファイバグレーティング１０２による反射光は、第１のファイバグレーティング１０１による反射光に比べて、２×（Ｌ＋Ｉ）だけ長い光路を伝播して光ファイバ６に入射する。一方、第３のファイバグレーティング１０２による反射光は、第１のファイバグレーティング１０１による反射光に比べて、４×（Ｌ＋Ｉ）だけ長い光路を伝播して光ファイバ６に入射することになる。
【００６９】
したがって、第２のファイバグレーティング１０２による反射光の遅延は、第１のファイバグレーティング１０１による反射光の遅延よりも大きい。同様に、第３のファイバグレーティング１０３による反射光の遅延は、第１および２のファイバグレーティング１０１、１０２による反射光の遅延よりも大きい。
【００７０】
装置全体による遅延の波長依存性（遅延パターン）は、図７（ｄ）に示すように、λ１〜λ４の波長チャネルに対応するように周期的に複製されている。
【００７１】
本実施形態では、第１のファイバグレーティング１０１の反射帯域に対して、第２のファイバグレーティング１０２および第３のファイバグレーティング１０３の反射帯域が、それぞれ、Δλ１および２×Δλ１だけシフトしている。このようなエンコーダによると、図３に示すＣｏｄｅ１に符号化される。
【００７２】
一般には、直列接続されたＮ個のファイバグレーティングを考えることができる。この場合、光入出力部に近い側からｉ番目のファイバグレーティングの反射波長のシフトは、ｍi×Δλ（ｍiは整数:１≦ｉ≦Ｎ）で表され得る。
【００７３】
各コードは、ｍiの組み合わせによって規定されるが、コード間の相関が低くなるようにコードの選択が行なわれる。ＣＤＭＡでは、「ＦＨ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ」や「ｏｎｅ−ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ」と呼ばれる手法により、コードが選択される。これにより、コードの独立性が向上し、デコードの誤り率を低減することができる。
【００７４】
図５の例では、３つのファイバグレーティング１０１〜１０３が、接続部２０５、２０７を介して結合されているが、接続されるファイバグレーティングの個数は、４以上であってもよい。各ファイバグレーティング１０１〜１０３は、接続部２０５，２０７を介することなく、連続していても良い。すなわち、１本の光ファイバ内に複数のサンプルドグレーティング構造を形成してもよいし、複数のファイバグレーティングを相互に融着してもよい。
【００７５】
図５の例では、各ファイバグレーティングに４つの屈折率変調部１１〜１４を形成しているが、１つのサンプルドファイバグレーティング構造に含まれる屈折率変調部の数は、２個以上であればよい。
【００７６】
図５に示すエンコーダによって符号化された光信号を復号するためのデコーダは、図５の装置におけるファイバグレーティング１０１〜１０３の接続順序を反転させることによって作製できる。すなわち、光入出力部２０３に近い側からファイバグレーティング１０３、ファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０１の順番に直列的に接続する。このようにすることにより、図７（ｄ）に示す遅延パターンと逆の遅延パターンが形成されるため、光信号の復号が可能になる。
【００７７】
次に、図４（ｂ）に示すチャープされたサンプルドファイバグレーティングを使用する場合の効果を説明する。
【００７８】
図８（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図７（ａ）〜（ｄ）のグラフに相当するグラフを示しており、異なる点は、ファイバグレーティングの屈折率変調部がチャープされている点にある。チャープにより、各反射帯域の幅Δλの大きさを変化させることができる。また、図８（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、各反射帯域の遅延に勾配を与えることができる。すなわち、複製された遅延パターンを示す線分が、グラフの横軸に対して平行な線分でなく、傾斜する。
【００７９】
なお、符号化に必要な帯域を確保するため、ΔＴは波長分割多重の１チャンネルの帯域以上に設定する必要がある。前述のように、ＰとΔＴとは逆数の関係にあり、Ｐが大きくなると、ΔＴが小さくなる。このため、第１〜第３のファイバグレーティングにおけるサンプル周期Ｐは、２ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００８０】
（実施形態２）
以下、本発明による装置の第２の実施形態を説明する。
【００８１】
本実施形態では、同一構造を有する複数のファイバグレーティングを用いて符号パターンのプログラムを可能にしている。
【００８２】
まず、図６を参照する。図６は、本実施形態の装置構成を示す図である。図示される装置は、波長分割多重光のＯＣＤＭＡによる符号化を行なう装置であり、波長分割多重光の入出力を行なう光入出力部２０３と、光入出力部２０３に対して直列的に接続されたＮ個（この例でも、Ｎ＝３）のファイバグレーティング９、１０、１１とを備えている。ファイバグレーティング９、１０、１１の各々は、屈折率変調の振幅が相対的に大きな第１領域と、屈折率変調の振幅が相対的に小さな第２領域とが一定のサンプル周期Ｐで交互に配列されたサンプルドグレーティング構造を有している。
【００８３】
本実施形態では、各ファイバグレーティング９、１０、１１が、本来的には同一の構造を有しており、各ファイバグレーティング９、１０、１１のグレーティング周期を独立的に、しかも適応的（adaptively）に調節し得る素子を備えている点で、図５の装置から異なっている。
【００８４】
グレーティング周期は、ファイバグレーティングの温度やファイバグレーティングに付与する張力などによって変更可能であり、グレーティング周期によって反射波長帯域を変化（シフト）させることができる。本実施形態の装置によれば、符号化パターンや復号化パターンのプログラム（装置製造後の任意な変更）が可能になる。
【００８５】
図６に示す装置では、ファイバグレーティング９、１０、１１が、それぞれ、温調素子１１２、１１３、１１４に熱的に接触している。温調素子１１２、１１３、１１４は、ヒータやペルチェ素子などから構成され、温度制御手段として機能する。温調素子１１２、１１３、１１４は、コントローラ１５に接続され、独立してファイバグレーティング９、１０、１１の温度を調節することができる。
【００８６】
本実施形態では、各ファイバグレーティング９、１０、１１のグレーティング周期は、室温ではｄ１に等しく、このままでは、符号化パターンを形成することはできない。
【００８７】
ファイバグレーティング９、１０、１１に異なる温度を付与することにより、個々のファイバグレーティングによる反射帯域が相互にシフトし、符号化パターンを形成することが可能になる。
【００８８】
以下、図６の装置の動作を説明する。
【００８９】
まず、不図示の光源から放射されたシングルモードの光信号が光ファイバ７に入る。光ファイバ７に入射した光信号は、サーキュレータ８を介してファイバグレーティング９に結合される。ファイバグレーティング９に入射した光信号の一部は、ファイバグレーティング９で反射され、残りは、ファイバグレーティング１０に入射する。ファイバグレーティング９で反射された光は、サーキュレータ８を介して、光ファイバ１６に入射する。ファイバグレーティング９で反射される光は、光ファイバ７に入射した光信号のうち、温調素子１１２によってｄ１から変化したグレーティング周期によって規定される反射波長帯域の光である。
【００９０】
温度調節を行なわないと、グレーティング周期ｄ１によって規定される反射帯域の光がファイバグレーティング９で反射され、他のファイバグレーティング１０、１１では反射が生じなくなる。
【００９１】
本実施形態では、ファイバグレーティング１０、１１の温度を、それぞれ、異なるレベルに調節することにより、ファイバグレーティング９を透過してきた光の一部をファイバグレーティング１０またはファイバグレーティング１１で反射させることができる。
【００９２】
ファイバグレーティング９、１０、１１は、適切な温度分布を付与されることにより、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように複製された複数の狭い反射帯域を有することになる。
【００９３】
ファイバグレーティング９、１０、１１の各々における温度の設定により、例えば、図３に示すｃｏｄｅ１、ｃｏｄｅ２、またはｃｏｄｅ３の符号化パターンを形成することができる。サンプルドグレーティング９、１０、１１で反射された光は、サーキュレータ８にもどり、光ファイバ１６へ出て行く。
【００９４】
本実施形態の装置も、前述の実施形態と同様にエンコーダのみならず、デコーダとしても動作し得る。また、ファイバグレーティングとしてチャープされたサンプルドグレーティングを使用してもよい。なお、ファイバグレーティングの初期のグレーティング構造は同一である必要は無く、図５に示す装置のように、グレーティング周期が相互に異なっていても良い。
【００９５】
以下、本発明の実施形態について行なったシミュレーションおよび実験の結果を説明する。
【００９６】
まず、シミュレーションで必要となる各パラメータの関係について説明する。ファイバグレーティングのサンプル効果によって複製される個々の反射帯域の帯域幅Δλ、複製される反射帯域の周期ΔＴ、および、符号を構成するチップの数Ｎは、以下の数１に示す関係を満足する必要がある。
【００９７】
【数１】
2006008854.tif 000029
【００９８】
理想的には、個々の反射帯域を規定する反射率パターンの外側にはリップル等が存在せず、個々の反射率パターンは完全な矩形である。しかし、現実には、個々の反射率パターンが完全な矩形でないため、Ｎは、ΔＴ／Δλよりも小さく設定する必要がある。
【００９９】
Ｎが大きいほど、コードの長さが大きくなり、コード数が増加する。コード数が増加すると、同じ波長チャネルを利用できるユーザの数（＝コード数）が増えるため、好ましい。
【０１００】
光信号がパルス状である場合、ΔＴはパルスの帯域に相当し、通常は、０．６ｎｍ以上である。ΔＴを大きくするには、サンプル周期Ｐを小さくすれば良い。また、矩形に近い細い反射帯域を実現し、Δλを小さくするためには、各ファイバグレーティングの全長Ｌを長くすることが好ましい。
【０１０１】
以上のことから、Ｎを大きくするには、サンプル周期Ｐを小さくし、かつ、ファイバグレーティングの前長Ｌを長くすることが好ましい。
【０１０２】
一方、サンプルドグレーティング構造によって複製される複数の反射帯域のうち利用可能なものの総数は、サンプルドグレーティング構造における屈折率変調領域の長軸方向長さＷ（図４参照）に依存する。Ｗが小さくなるほど、複製される反射帯域群を覆うシンク関数の幅が大きくなり、複製される反射帯域の総数が増加する。
【０１０３】
前述したように、複製される個々の反射帯域を完全な矩形に近づけることが好ましい。個々の反射帯域の両側に余計なリップルがあると、図７（ｄ）に示される重ね合わせが行なわれたとき、リップルに相当する波長を有する光が異なる複数のファイバグレーティングによって反射されてしまうからである。このようなリップルを低減し、矩形に近い反射帯域を得るには、アポダイズが重要となる。
【０１０４】
［シミュレーション］
次に、図６に示す装置について行なったシミュレーションの結果を説明する。シミュレーションは、モード結合理論に基づき、波長および遅延の関係を符号化／復号化のために最適化して行なった。
【０１０５】
図９および図１０を参照して、２つの異なるコードに関する結果を説明する。図９（ａ）および図１０（ａ）は、いずれも、反射率の波長依存性（反射率パターン）を示すグラフである。グラフの横軸は波長［μｍ］、縦軸は反射率である。図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、いずれも、遅延の波長依存性（遅延パターン）を示すグラフである。グラフの横軸は波長［μｍ］、縦軸は遅延［ｐｓ］である。
【０１０６】
図９（ｂ）に示される遅延パターンでは、波長の増加に伴って遅延が階段状に増加している。一方、図１０（ｂ）に示される遅延パターンでは、波長の増加に伴って遅延が増減している。これらの遅延パターンは、それぞれ、異なるコードに相当している。
【０１０７】
本シミュレーションの条件は、以下の表１に示す通りである。
【０１０８】
【表１】
2006008854.tif 000030
【０１０９】
図９（ｂ）に示す遅延パターンを得るため、６つのファイバグレーティングの温度を以下の表２に示す通りに設定し、図１０（ｂ）に示す遅延パターンを得るため、６つのファイバグレーティングの温度を以下の表３に示す通りに設定した。
【０１１０】
【表２】
2006008854.tif 000031
【０１１１】
【表３】
2006008854.tif 000032
【０１１２】
いずれの場合も、ファイバグレーティングの熱膨張係数を５．５×１０-7、熱光学定数を８．３×１０-6に設定して、計算を行なった。
【０１１３】
図９（ｂ）および図１０（ｂ）の左上には、コードパターンが示されており、遅延パターンは、各コードパターンが複製された形状を有している。複製周期ΔＴは約２ｎｍであり、チップ１個分の帯域Δλは約０．２６ｎｍである。
【０１１４】
本シミュレーションでは、６つのファイバグレーティングの温度を１０〜８２℃の範囲で６段階の異なるレベルに設定している。チップ数Ｎを増加させるために、６段階よりも多くのレベルに温度を設定するには、設定温度の最大値を高めることが好ましい。ファイバグレーティング間で温度差が小さくなると、ファイバグレーティング間で反射波長帯域のシフト量が不十分になる可能性がある。このため、最も波長シフト量を大きくするべきファイバグレーティングの温度は、８５℃よりも高いレベルに設定することが好ましい。
【０１１５】
しかし、ペルチェ素子を用いる場合は、設定可能な最高温度は８５℃程度である。また、温度や張力の調節のみによってグレーティング周期を変化させるのには限度がある。このため、グレーティング周期の初期値が異なる複数のファイバグレーティングに温調素子などの素子を組み合わせて用いてもよい。
【０１１６】
以下、図１１および図１２を参照しながら、実験結果を説明する。実験に用いた装置に関する設計パラメータは、以下の表４に示すとおりである。
【０１１７】
【表４】
2006008854.tif 000033
【０１１８】
６つのファイバグレーティングによる反射帯域の中心波長は、Δλ＝０．１２ｎｍの整数倍だけ相互にシフトしている。図１１に示す結果は、６つのファイバグレーティングに異なる温度を与えることにより、反射帯域の中心波長をシフトさせている。
【０１１９】
図１１（ａ）は、符号パターン１のマトリックス図である。図１１（ｂ）は、反射率パターンの測定結果を示すグラフであり、図１１（ｃ）は、遅延パターンの測定結果を示すグラフである。
【０１２０】
図１１（ａ）のマトリックス図では、縦軸が遅延時間、横軸が信号光の波長に相当している。横軸が「１」のコラムでは、黒く塗りつぶされた矩形領域は縦軸が「０」に相当するロウに位置している。これは、波長が「１」に対応する帯域にあるとき、最も小さいな遅延が生じることを意味している。一方、横軸が「０」のコラムでは、黒く塗りつぶされた矩形領域は縦軸が「５」に相当するロウに位置している。これは、波長が「０」に対応する帯域にあるとき、最も大きな遅延が生じることを意味している。
【０１２１】
エンコーダにより、図１１（ａ）のマリックス図の符号化が行なわれると、まず、まず、波長が「１」の光がエンコーダから出力され、続いて、波長が「４」、「６」、「５」、「２」、「０」の順序で対応する光が出力されることになる。すなわち、単一のパルス光をデコーダに入力しても、波長帯域ごとに細かいパルスに分かれて異なるタイミングで出力される。デコーダの場合は、逆に動作する。
【０１２２】
本発明者が行なったシミュレーションによると、図１１（ｃ）に示されるように、各々が符号パターン１に対応する３つの遅延パターンが一定間隔で観測された。３つの遅延パターンが、それぞれ、ＷＤＭの３つの波長チャンネルに整合している。
【０１２３】
このようにサンプルドファイバグレーティングを用いることにより、１つのエンコーダ／デコーダで、複数のＷＤＭチャンネルに含まれる光信号を一括にエンコード／デコードすることができることを確認した。
【０１２４】
図１１（ｃ）に示す遅延パターンを得るため、６つのファイバグレーティングの温度を以下の表５に示す通りに設定した。
【０１２５】
【表５】
2006008854.tif 000034
【０１２６】
次に、同一の装置を用い、各ファイバグレーティングの温度を以下の表６に示すレベルに変化させた。
【０１２７】
【表６】
2006008854.tif 000035
【０１２８】
このように、ファイバ温度を変化させだけで各ファイバグレーティングによる反射帯域の中心波長をΔλ＝０．１２ｎｍの整数倍だけシフトさせ、それによって異なる符号パターンを実現することができた。
【０１２９】
図１１（ｄ）は、符号パターン２のマトリックス図である。図１１（ｅ）は、反射率パターンの測定結果を示すグラフであり、図１１（ｆ）は、遅延パターンの測定結果を示すグラフである。図１１（ｆ）に示されるように、各々が符号パターン２に対応する３つの遅延パターンが一定間隔で観測された。３つの遅延パターンが、それぞれ、３つの波長チャンネルに整合している。
【０１３０】
図１１(ｇ）は、符号パターン３のマトリックス図である。図１１（ｈ）は、反射率パターンの測定結果を示すグラフであり、図１１（ｉ）は、遅延パターンの測定結果を示すグラフである。図１１（ｉ）に示されるように、各々が符号パターン３に対応する３つの遅延パターンが一定間隔で観測された。３つの遅延パターンが、それぞれ、３つの波長チャンネルに整合している。
【０１３１】
上記の実験結果によって確認されたように、異なる符号パターンを実現するために各ファイバグレーティングの温度を変化させると、波長軸で複製された複数の遅延パターンも同時に変更される。すなわち、本発明によれば、多重波長一括光符号プログラムが可能である。
【０１３２】
上記の実験では、ＦＦＨ−ＣＤＭＡにおける３つの符号パターンかＷＤＭによる３つの波長チャンネルに組み合わせられることにより、合計９チャンネル分のエンコード／デコードが実現されている。各エンコーダまたは各デコーダのファイバグレーティングの数を増加させて、コードのチップ数Ｎを増加させると、合計チャネル数を更に増加させることが可能である。
【０１３３】
前述のように、チップ数Ｎを増加させるためには、個々のファイバグレーティングによる反射帯域の形状を矩形に近づけることが有効である。反射帯域の形状を矩形に近づけるためには、前述したように、「アポダイズ」が有効である。アポダイズ関数Ａ（ｚ）は、例えば、以下の数式に表させる。
【０１３４】
【数２】
2006008854.tif 000036
【０１３５】
このようなアポダイズ関数Ａ（ｚ）を、例えば図４（ａ）に示す屈折率変化δｎ（ｚ）に乗ずることよって得られる屈折率変化をファイバグレーティングに与えると、リップルの発生が抑制された反射帯域を形成することができる。
【０１３６】
次に、図４（ｃ）に示すシンク関数によって屈折率変調が行われたサンプルドグレーティング（シンク関数型サンプルドグレーティング）の利点を説明する。
【０１３７】
このようなシンク関数型サンプルドグレーティングを用いることにより、より多くのＷＤＭチャンネルに対して、反射帯域の均一な複製を実現し、一括的なエンコード／デコードが可能になる。
【０１３８】
シンク関数型サンプルドグレーティングでは、サンプル化によって複数の反射帯域の反射率分布が均一に複製される。図４（ｃ）に示す屈折率変化は、以下の数式でシンク関数と、数式２のアポダイズ関数との積によって示される。
【０１３９】
【数３】
2006008854.tif 000037
【０１４０】
以下、シンク関数型サンプルドグレーティングを用いて作製した本発明の装置によるシミュレーション結果を説明する。本シミュレーションでは、以下の表７に示す条件で作製したファイバグレーティングを用いた。
【０１４１】
【表７】
2006008854.tif 000038
【０１４２】
図１２（ａ）は、符号パターンのマトリックス図を示している。図１２（ｂ）は、シミュレーションによって得られたデコーダの反射率パターンを示すグラフであり、図１２（ｃ）は、シミュレーションによって得られた遅延パターンを示すグラフである。図１２（ｄ）は、図１２（ｂ）および（ｄ）の一部を拡大し重ねて表示したグラフである。
【０１４３】
図１２に示されるように、チップ数Ｎが１０の符号パターンがＣバンドの略全域にわたって８つ複製されている。複製の周期ΔＴ＝３．２ｎｍである。これら８つの反射帯域がＷＤＭの８チャンネルとして使用可能である。図１２（ｄ）からわかるように、符号パターンに対応する遅延パターンも適切に複製されている。
【０１４４】
上記のシミュレーションにより、サンプルドグレーティングを使用すれば、１つの装置で１０チップの光信号符号化／復号化を波長分割多重の８チャンネルで一括的に実行できることを確認した。
【０１４５】
前述のように、個々の中心反射帯域が初期的にΔλ×整数ずれた異なる構造のグレーティングを使用する代わりに、同一構造のグレーティングの温度や張力を調節することにより、反射帯域の中心波長をシフトさせても良い。例えば、１０個のサンプルドファイバグレーティングの温度を、それぞれ、例えば、１６８℃、９６℃、２１６℃、１９２℃、１４４℃、４８℃、１２０℃、０℃、２４℃、および７２℃に設定すればよい。８０℃を超える温度に設定するためには、ペルチェ素子の代わりに他のヒータを用いればよい。１０個のサンプルドファイバグレーティングに付与する温度の分布を変えることにより、違う符合パターンをプログラムすることが可能である。
【０１４６】
上記の各実施形態では、ファイバグレーティングの温度を調節することにより、反射帯域をシフトさせているが、ファイバグレーティングの反射帯域の変更は、他の素子を用いて行なうこともできる。例えばピエゾ素子を利用することにより、ファイバグレーティングに付与する張力を変化させ、反射波長をシフトするようにしてもよい。重要な点は、ファイバグレーティング単位で各ファイバグレーティングのグレーティング周期を独立して変化させ、それによって、符号化パターンや復号化パターンを任意に変更（プログラム）可能にしている点にある。
【０１４７】
なお、サンプルドグレーティング構造には、振幅を変調したものと、位相を変調したものがある。本発明には、上記のいずれのタイプのサンプルドグレーティング構造を用いてもよい。
【０１４８】
上記の各本実施形態では、位相を変調したサンプルドグレーティング構造を採用している。位相を変調したサンプルドグレーティング構造を作製する場合は、例えば、図１３に示すように屈折率を変調すればよい。図１３は、非特許文献３に開示されているサンプルドグレーティング構造を示すグラフである。図１３のグラフの縦軸はグレーティングの屈折率ｎ、横軸はグレーティングに長さに平行の位置である。グラフ中の「P」はサンプル周期である。屈折率ｎは、最大値ｎ＋δｎと最小値ｎ−δｎとの間で変調されている。このように、屈折率変調の振幅ではなく、位相が周期的に変化するようなサンプルドグレーティング構造を利用しても本発明を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明の装置は、ＯＣＤＭＡによる波長分割多重光の符号化および／または復号化を簡単な構成で実現できるため、簡単な装置構成でチャネル数の増大に対応できる。
【０１５０】
本発明の装置は、携帯端末などのモバイル機器のみならず、通信システムの構成要素として他の公知の構成要素と組み合わせて好適に使用される。
【０１５１】
本発明は、エンコーダとして機能する装置およびデコーダとして機能する装置を含む符号化復号化システムに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】ＯＣＤＭＡのためのエンコーダの従来例を示す図である。
【図２】（ａ）は、符号化のための波長と遅延との関係（遅延パターン）の例を示す図であり、（ｂ）は、復号化のための遅延パターンの例を示す図である。これらの遅延パターンは、コードパターンに対応している。
【図３】ＯＣＤＭＡとＷＤＭ（波長分割多重）とを組み合わせた場合におけるコードパターンと波長帯域（チャネル）との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、サンプルドユニフォームグレーティングにおける屈折率変化δｎ（ｚ）とファイバ位置ｚとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、サンプルドチャープグレーティングにおける屈折率変化δｎ（ｚ）とファイバ位置ｚとの関係を示すグラフであり、（ｃ）は、シンク関数に従って変調されたサンプルドユニフォームグレーティングにおける屈折率変化δｎ（ｚ）とファイバ位置ｚとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明による装置の第１の実施形態を示す図である。
【図６】本発明による装置の第２の実施形態を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、図５に示されるサンプルドグレーティング１０１、１０２、および１０３による反射率パターン（反射率の波長依存性）と遅延パターンを示す図であり、（ｄ）は、図５に示される装置全体の反射率パターンおよび遅延パターンを示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、図６に示されるサンプルドグレーティング１０１、１０２、および１０３による反射率パターンと遅延パターンを示す図であり、（ｄ）は、図６に示される装置全体の反射率パターンおよび遅延パターンを示す図である。
【図９】（ａ）は、あるコードを実現するエンコーダにおける反射率パターンのシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は、そのエンコーダにおける遅延パターンのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、他のコードを実現するエンコーダにおける反射率パターンのシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）は、そのエンコーダにおける遅延パターンのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１Ａ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号１のパターンを示すマトリックス図である。
【図１１Ｂ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号１のためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフである。
【図１１Ｃ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号１のためのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフである。
【図１１Ｄ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号２のパターンを示すマトリックス図である。
【図１１Ｅ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号２のためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフである。
【図１１Ｆ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号２のためのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフである。
【図１１Ｇ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号３のパターンを示すマトリックス図である。
【図１１Ｈ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号３のためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフである。
【図１１Ｉ】本発明による符号化の実験結果を示す図であり、符号３のためのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフである。
【図１２】シンク関数型サンプルドグレーティングを利用する本発明による符号化の他のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は、ある符号化パターンを示すマトリックス図であり、（ｂ）は、その符号化パターンのためのエンコーダによる反射率パターンを示すグラフであり、（ｃ）は、そのエンコーダによる遅延パターンを示すグラフであり、（ｄ）は、（ｂ）および（ｃ）のグラフを拡大し、１つにまとめたグラフである。
【図１３】非特許文献３に開示されているサンプルドグレーティング構造（位相変調型）を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５３】
１    光ファイバ
１１、１２、１３、１４、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４      屈折率変調領域
５    光サーキュレータ
６    光ファイバ
７    光ファイバ
８    光サーキュレータ
９    １番目のサンプルドファイバグレーティング
１０    ２番目のサンプルドファイバグレーティング
１１    ３番目のサンプルドファイバグレーティング
１５    コントローラ
１６    光ファイバ
１０１    １番目のサンプルドファイバグレーティング
１０２    ２番目のサンプルドファイバグレーティング
１０３    ３番目のサンプルドファイバグレーティング
１１２    サンプルドグレーティング９のための温調素子
１１３    サンプルドグレーティング１０のための温調素子
１１４    サンプルドグレーティング１１のための温調素子
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006008854.tif 000039
【図２】
2006008854.tif 000040
【図３】
2006008854.tif 000041
【図４】
2006008854.tif 000042
【図５】
2006008854.tif 000043
【図６】
2006008854.tif 000044
【図７】
2006008854.tif 000045
【図８】
2006008854.tif 000046
【図９】
2006008854.tif 000047
【図１０】
2006008854.tif 000048
【図１１Ａ】
2006008854.tif 000049
【図１１Ｂ】
2006008854.tif 000050
【図１１Ｃ】
2006008854.tif 000051
【図１１Ｄ】
2006008854.tif 000052
【図１１Ｅ】
2006008854.tif 000053
【図１１Ｆ】
2006008854.tif 000054
【図１１Ｇ】
2006008854.tif 000055
【図１１Ｈ】
2006008854.tif 000056
【図１１Ｉ】
2006008854.tif 000057
【図１２】
2006008854.tif 000058
【図１３】
2006008854.tif 000059
【国際調査報告】
2006008854.tif 000060
2006008854.tif 000061
2006008854.tif 000062
2006008854.tif 000063