(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスペクトル成分を有する光信号を符号化する時間−波長コーダであって、
前記スペクトル成分に対応し、前記スペクトル成分間の予め設定された遅延を発生させるように選択した経路長をそれぞれ有する複数の光路と、
前記スペクトル成分を各光路に沿って分割するように配置したビームディバイダと、
前記スペクトル成分が各光路に沿って伝播した後に前記スペクトル成分を受信するように配置され、前記経路長を、λ／２未満となるように時間−波長コードによって予め設定し、λを、各光路によって受信した前記スペクトル成分の平均波長としたビーム結合器とを具えることを特徴とする時間−波長コーダ。
【請求項２】
前記経路長を、第１の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する光信号を第２の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する出力信号に変換するように予め設定したことを特徴とする請求項１記載の時間−波長コーダ。
【請求項３】
前記経路長を、伝送媒体中の分散を補償するように選択したことを特徴とする請求項１記載の時間−波長コーダ。
【請求項４】
複数のスペクトル成分を有する光信号を符号化する時間−波長コーダであって、
前記スペクトル成分に対応し、第１の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する光信号を第２の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する出力信号に変換するために、前記スペクトル成分間の予め設定された遅延を発生させるように選択された経路長をそれぞれ有し、前記経路長を、λ／２未満となるように予め設定し、λを、各光路によって受信した前記スペクトル成分の平均波長とした複数の光路と、
前記スペクトル成分を各光路に沿って分割するように配置したビームディバイダと、
前記スペクトル成分が各光路に沿って伝播した後に前記スペクトル成分を受信するように配置したビーム結合器とを具えることを特徴とする時間−波長コーダ。
【請求項５】
前記経路長を、伝送媒体中の分散を補償するように選択したことを特徴とする請求項４記載の時間−波長コーダ。
【請求項６】
前記伝送媒体を光ファイバとしたことを特徴とする請求項５記載の時間−波長コーダ。
【請求項７】
入力時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する光入力信号を出力コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する符号化出力に変換するコードコンバータであって、
複数のファイバブラッグ格子を有する光ファイバと、
前記ファイバブラッグ格子によって規定され、入力コード及び出力コードの時間−波長スペクトルによって決定された経路長をそれぞれ有し、前記経路長を、λ／２未満となるように予め設定し、λを、各光路によって受信した前記スペクトル成分の平均波長とした複数の光路とを具えることを特徴とするコードコンバータ。
【請求項８】
複数のスペクトル成分を有する光信号を符号化する時間−波長コーダであって、
前記スペクトル成分に対応し、前記スペクトル成分間の予め設定された遅延を発生させるように選択した経路長をそれぞれ有する複数の光路と、
前記スペクトル成分を各光路に沿って分割するように配置したビームディバイダと、
前記スペクトル成分が各光路に沿って伝播した後に前記スペクトル成分を受信するように配置したビーム結合器とを具え、
前記経路長を、第１の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する光信号を第２の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する出力信号に変換するように予め設定したことを特徴とする時間−波長コーダ。
【請求項９】
前記経路長を、λ／２未満となるように予め設定し、λを、各光路によって受信した前記スペクトル成分の平均波長としたことを特徴とする請求項８記載の時間−波長コーダ。
【請求項１０】
第１及び第２のデータストリームに対応する第１及び第２の一連の光パルスと、
前記第１の一連の光パルスを受信するとともに第１の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する第１符号化出力を発生させる第１エンコーダと、
前記第２の一連の光パルスを受信するとともに第２の時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する第２符号化出力を発生させる第２エンコーダと、
前記第１及び第２符号化出力を受信し及び結合するように配置した結合器とを具え、
前記第１及び第２デコーダが、第１及び第２復号化出力をそれぞれ発生させ、これら復号化出力が信号部及びクロストーク部を有し、前記第１復号化出力を受信するとともに前記信号部に対応する出力を発生させる非線形検出器を更に具えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
第１及び第２光データストリームをマルチプレクサ処理する方法であって、これら第１及び第２データストリームがそれぞれ時間−波長スペクトルを有し、
前記第１及び第２ストリームを符号化し及び復号化する時間−波長コードを選択するステップと、
選択した時間−波長コードに従って前記第１及び第２光データストリームの時間依存性スペクトルを変換するステップと、
前記光データストリームを結合するステップと、
結合した光データストリームを伝送媒体に送信するステップと、
前記結合したデータストリームを受信するとともに、前記結合したデータストリームを第１部分及び第２部分に分割するステップと、
復号化のために、符号化コードに対応する時間−波長コードを選択するステップと、
選択した復号化コードを有する第１及び第２部分を復号化するステップとを具え、
復号化した前記第１部分と第２部分のうちの少なくとも一方を非線形検出器によって検出するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
第１及び第２光データストリームをマルチプレクサ処理する方法であって、これら第１及び第２データストリームがそれぞれ時間−波長スペクトルを有し、
前記第１及び第２ストリームを符号化し及び復号化する時間−波長コードを選択するステップと、
選択した時間−波長コードに従って前記第１及び第２光データストリームの時間依存性スペクトルを変換するステップと、
前記光データストリームを結合するステップと、
結合した光データストリームを伝送媒体に送信するステップと、
前記結合したデータストリームを受信するとともに、前記結合したデータストリームを第１部分及び第２部分に分割するステップと、
復号化のために、符号化コードに対応する時間−波長コードを選択するステップと、
選択した復号化コードを有する第１及び第２部分を復号化するステップとを具え、
復号化した前記第１部分と第２部分のうちの少なくとも一方をしきい値検出器によって検出するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術の分野】
本発明は、光通信方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光ファイバが利用できる通信帯域幅は、非常に広く、一般的に数テラヘルツ（ＴＨｚ）である。しかしながら、この帯域幅は非常に大きいので、実用的な通信システムの単一の振幅変調データチャネルによって有効に用いることができない。複数の要因が、この帯域幅の実用を制約する。これらの要因は、従来の電子機器で利用できる変調速度に課される制約及び変調器や検出器のような広帯域の光学素子が高コストであることを含む。
【０００３】
利用できるファイバ帯域幅を更に利用する方法として、単一の振幅変調チャネルに対して可能な速度を超える速度のデータ伝送を許容する複数のマルチプレクサ処理方法がある。これらの方法は、時分割多重化（ＴＤＭ）、波長分割多重化（ＷＤＭ）及び光学的な符号分割多重化アクセス（ＯＣＤＭＡ）を含む。これらのアプローチの各々は重大な制約を有する。ＴＤＭでは、一つ以上のデータストリームからのデータを、選択したタイムスロットに割り当てて、各データストリームがファイバ帯域幅の一部を用いるようにする。ＴＤＭは、複数のユーザからの複数のデータストリームを許容するが、単一のデータストリームが利用できるデータレートを増大させない。ＴＤＭシステムの一部の例は、同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）規格又は同期デジタル階層（ＳＤＨ）規格に従う市販の通信システムを含む。
【０００４】
波長分割多重化（ＷＤＭ）システム及び密ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）システムは、複数のスペクトル的に変位した狭帯域光搬送波（波長）を用いてデータを転送し、各波長は時間的に符号化される。時間符号化は、典型的には比較的簡単な振幅変調形態であり、したがって、各波長チャネルの帯域幅は、ＷＤＭでないシステムの制約と同様な制約によって設定される。ＷＤＭシステムは通常、波長チャネルにそれぞれ対応する複数のレーザ光源を必要とする。単一ファイバで多重化できる波長チャネルの数は、レーザ波長の変化を補償するのに要求されるスペクトルチャネル分離及び光増幅器の利得帯域幅のような他の要因によって制約される。利用できる最大帯域幅は、波長チャネルの個数及びチャネル後とのデータ速度によって制約される。多数のＷＤＭシステムのスペクトルチャネル分離及びチャネルごとのデータ速度では、ファイバ帯域幅の重要部分は利用されないままであり、更に高いデータ速度が理論的に可能である。
【０００５】
ＯＣＤＭＡは、スペクトルがデータ伝送速度を超えるとともにスペクトル窓に及ぶ符号化データビットを使用する。ＯＣＤＭＡを実現する複数のアプローチが提案されているが、ＯＣＤＭＡの実現は困難であり、それは高価なものとなり、光ファイバの全帯域幅を利用するには向上した方法が要求される。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、時間−波長（ＴＷ）コードを使用する光通信方法及び装置を提供することである。
本発明の第１の態様によれば、予め設定された第１の時間−波長スペクトルを有する光入力信号を受信するとともに予め設定された第２の時間−波長スペクトルを有する出力信号を発生させる時間−波長コーダ（エンコーダ及びデコーダ）を提供する。予め設定された第１及び第２の時間−波長スペクトルは、複数のスペクトル成分を有する。コーダは、光入力信号のスペクトル成分に対応する光路を提供し、光路の経路長は時間−波長コードによって決定される。
【０００７】
一例において、コーダは、ファイバの光学的な特性の空間的な変化によって規定された複数のファイバブラッグ格子を有する。空間的な変化は、スペクトル成分に対して、予め設定された時間遅延及び位相差を与える。スペクトル成分に対する位相差を関連のスペクトル成分の波長の約半分の範囲内に予め設定したコヒーレントなコーダを提供する。ファイバの光学的な特性の空間的な変化は、光学的な特性の大きさ、空間的な周期及び空間的な位相のうちの少なくとも一つを含む。ブラッグ格子を屈折率変化によって規定することができ、屈折率変化を、ファイバコア、ファイバクラッデング又はファイバクラッデングのコーティングで行うことができる。
【０００８】
他の例において、コーダは、入力のスペクトル成分に対応する複数の光路を具え、光路は、スペクトル成分に対して予め設定した遅延（及び位相シフト）を発生させるように選択した経路長を有する。ビームディバイダは、各光路に沿ってスペクトル成分を指導し、ビーム結合器は、各光路に沿った伝播後スペクトル成分を再結合する。一部の例において、経路長を、時間−波長コードによって予め設定する。コヒーレントなコーダに対して、経路長及び位相シフトを、λ／２より著しく小さくなるように予め設定し、この場合、λを、各光路によって受信されるスペクトル成分の波長とする。他の例において、経路長を、光ファイバのような伝送媒体の分散を補償し又は第１コードで符号化された光入力を第２コードに対応する出力に変換するように選択する。
【０００９】
他の例において、フーリエ変換制限された光入力を受信するとともに少なくとも二つのフーリエ変換制限されたスペクトル成分を発生させるエンコーダを提供する。これらスペクトル成分は、光入力の帯域幅以下の帯域幅及び光入力の持続時間より長い持続時間を有する。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、光通信システムの送信機を提供する。そのような送信機の一例は、データストリームに応答して変調されるとともに複数のスペクトル成分を具える光源を具える。時間−波長エンコーダは、変調された光信号を受信するとともに、予め設定された時間−波長スペクトルを有する出力を発生させる。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、時間−波長コードによって決定された時間−波長スペクトルを有する光信号を検出する光受信機を提供する。本例は、光信号を主審するとともに光信号の時間−波長スペクトルを変形する時間−波長エンコーダを有する。光検出器は、光信号をエンコーダから受信するとともに光信号を電気信号に変換する。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、光通信システムを提供する。一例は、第１及び第２データストリームに対応する一連の第１及び第２光パルスを有する。第１エンコーダは、一連の第１の光パルスを受信するとともに、第１時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する第１符号化出力を発生させる。第２エンコーダは、一連の第２の光パルスを受信するとともに、第２時間−波長コードによって決定した時間−波長スペクトルを有する第２符号化出力を発生させる。結合器は、第１及び第２符号化出力を受信し及び結合する。ディバイダは、結合された第１及び第２符号化出力を受信し、かつ、第１及び第２デコーダにそれぞれ供給される第１及び第２出力を発生させる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、第１及び第２光データストリームを多重化する方法を提供し、第１及び第２光データストリームはそれぞれ、時間−波長スペクトルを有する。時間−波長コードは、第１及び第２データストリームを符号化し及び復号化の際に選択され、第１及び第２光データストリームの時間依存性スペクトルは、洗濯された時間−波長コードに従って変換される。データストリームは、結合されるともに、伝送媒体に送信される。結合された光データストリームは、受信されるとともに、選択された復号化コードを用いて復号化される第１部分及び第２部分に分けられる。第１及び第２部分は、第１及び第２データストリームからの寄与を有し、各部分は、クロストークを除去するために非線形的に検出される。一例において、符号化コードと復号化コードのうちの少なくとも一方を、伝送媒体中の分散を補償するように選択する。
【００１４】
本発明の他の態様において、第１時間−波長スペクトルを有する光信号を受信するとともに第２時間−波長スペクトルを有する出力信号を発生させるコードコンバータを提供する。
【００１５】
【発明を実施するための最良の形態】
光学的な時間−波長多重アクセス（ＴＷＭＡ）通信方法及び装置を開示する。光学的なＴＷＭＡ通信において、通信チャネルは、予め設定されたコードに従って光入力信号を符号化して符号化出力を発生させることによって区別される。符号化出力は、符号及び光入力信号の時間−波長スペクトル（ＴＷＳ）によって決定されるＴＷＳを有し、ＴＷＳは、時間及び波長（又は周波数）の関数として光信号の単位波長ごとのパワーとして規定される。光入力信号がパルスである場合、符号化出力は、典型的には一連のパルスとなり、各パルスは、光入力信号のスペクトル成分に対応する。符号化出力を、調和したコードに従って復号化して、復号化された出力を、光入力信号と同様のＴＷＳ、以下説明するような分散補償若しくは符号変換のために選択したＴＷＳ又はそれ以外の予め設定したＴＷＳを有する出力に変換する。
【００１６】
ＴＷＭＡ通信システムの一部の実施の形態は、複数のデータストリームの各々を符号化し及び復号化する時間−波長（ＴＷ）コードのセットを有する。選択したデータストリームを符号化し及び復号化するコードを、「調和した」(matched)と称し、予め設定された（「調和した」）出力を発生させる。一例として、調和したコードによる符号化及ぶ復号化によって、符号化されていない入力とほぼ同様な復号化出力を発生させる。互いに相違するデータストリームに従って符号化し及び復号化させるコードは調和されず、一般に、符号化されていない入力に比べて長い持続時間を有する出力を発生させる。復号化出力のうち調和されていない部分を「クロストーク」と称する。選択したデータストリームの調和された復号化は、他のデータストリームの調和されない復号化を伴い、調和した出力及びクロストークを発生させる。時間−波長コードを、任意に選択したコード（又は全てのコード）のコンピュータサーチによって便宜的に選択して、クロストークの少ないコードのような選択した境界内の特性を有するコードを識別する。一部の場合において、コードを選択して、伝送媒体中の分散を補償し又は第１コードによって発生した符号化し、又は第１コードによって発生した符号化出力を、第２コードに対応する符号化出力に変換する。
【００１７】
スペクトル成分に伝達された相対的な遅延(relative delay)が同一かつ正反対である場合又は復号化後の全スペクトル成分に対する全体的な遅延がほぼ同一である場合、エンコーダ及びデコーダを一般的に「調和された」と称する。さらに、伝送媒体の遅延を含む相対的な遅延が調和された場合、エンコーダ及びデコーダは、調和されたと称される。第１コードによってそれぞれ規定されたスペクトル成分λ１，λ２．．．，λｎの相対的な遅延ψ１，ψ２．．．，ψｎをエンコーダによって発生させる場合、調和したデコーダは、相対的な遅延−ψ１，−ψ２．．．，−ψｎを発生させる。コードを伝達関数Ψ＝ｅｘｐ[−ｊφｉ（λｉ）]（ここでｊ＝（−１）１／２）で表した場合、整合したコードの伝達関数は、複素共役すなわちΨ＝ｅｘｐ[ｊφｉ（λｉ）]となる。既に説明したように、場合によっては、エンコーダ及びデコーダは、短いパルス又は他の選択された出力を発生させるために分散又は他の伝播の影響を影響を補償するために調和される。例えば、ファイバのような伝達媒体が、Ｘ＝ｅｘｐ[−ｊθｉ（λｉ）]で表されるスペクトル成分λ１，λ２．．．，λｎに相対的な遅延θ１，θ２．．．，θｎを課す場合、エンコーダのコードの伝達関数をΨＸ’に変形し、又はデコーダのコードの伝達関数をΨ’Ｘ’に変形することができる。エンコーダ及びデコーダの両方のコードを、必要な補正の部分を含むように変形することもできる。
【００１８】
ＴＷＭＡシステムにおいて、光信号は、時間、波長又はその両方で再分配された光パワーによって符号化される。再分配は、時間−波長（ＴＷ）コードによって指定される。ＴＷ符号化の説明を簡単にするために、光パルス又は他の光信号は「時間チップ」及び「波長チップ」（スペクトル成分）に分割され、これらは、指定された時間間隔又は波長間隔内の光信号の一部として規定される。時間−波長（ＴＷ）チップは、対応する時間チップ及び波長チップの時間間隔及び波長間隔の積である時間及び波長の間隔である。光信号のＴＷＳのグラフにおいて、時間−波長チップは、対応する時間チップ及び波長チップによって区分された区域によって表される。ある場合には、時間−波長チップの区域は、約λ２／ｃになるように選択される。ここで、λをチップ波長とし、ｃを真空における光速とする。そのような区域の時間−波長チップは、「フーリエ変換制限光パルス」(Fourier-transform-limited optical pulse)を表す。更に大きな区域の時間−波長チップも有用であり、必要な場合には、それを、変換制限区域λ２／ｃを有する時間−波長チップの集合として表現することができる。
【００１９】
光信号は、スペクトル幅Δλ及び光信号の持続時間Δｔの積として規定した時間−帯域幅積によって特徴付けられる。スペクトル幅及び持続時間は、例えば、光信号のＴＷＳのスペクトル波長及び時間的な半値全幅によって規定される。大きな時間−帯域幅積を有する、すなわち、ΔλΔｔ≫λ２／ｃである光信号のＴＷＳは、時間−帯域幅積が小さい、すなわち、ΔλΔｔ≒λ２／ｃである光信号のＴＷＳより複雑になる。時間−帯域幅積ΔｔΔλが約λ２／ｃである場合、光信号は、「変換が制約された」と称され、時間（又は波長）の関数として光パワーを選択することによって、光信号のパワーの波長（時間）に依存した評価を許容する。
【００２０】
場合によっては、符号化された光信号は、光信号のスペクトル成分が干渉に関して正確に(interferometric accuracy)に再結合されるようにし、すなわち、符号化及び復号化後のスペクトル成分の相対的な遅延（位相シフト）をλ／２よりも著しく小さくなるように予め設定する。この場合、λを、光信号の平均波長とする。そのような干渉に関する精度を維持するエンコーダ、デコーダ及び通信システムは「干渉性」であると称され、そうでない場合には「非干渉性」であると称される。便宜上、エンコーダ及びデコーダを両方とも「コーダ」と称する。
【００２１】
図１は、本発明によるＴＷＷＡ通信システムの一例を示す。光入力パルス１１はエンコーダ１３に指導されて、符号化出力１５を発生させる。光ファイバ１７又は他の光伝送媒体は、符号化出力１５をデコーダ１９に伝送する。デコーダ１９は、符号化出力１５を、検出器２３に指導される出力パルス２１に変換する。
【００２２】
図２は、波長及び時間の関数としての光入力パルス１１のパワーを示す。図２に示すように、光入力パルス１１は、時間間隔Δｔ１１の間に一定のスペクトルパワー密度Ｐλ（ｔ）及び一位手のスペクトル幅Δλ１１を有する。光入力パルス１１の全パワーＰはＰλλ１１となる。入力パルス１１を、図示のために選択し、それを非フーリエ変換制限パルスとする。以下説明する例の一部において、フーリエ変換制約パルスも用いる。
【００２３】
エンコーダ１３は、光入力パルス１１を三つのスペクトル成分λ１，λ２，λ３に分割し、その各々は、スペクトル幅Δλ１１／３及び持続時間及びΔｔ１１を有する。光入力パルス１１を他のスペクトル成分に分割することを可能であり、例えば、互いに等しくないスペクトル幅又は全エネルギーのスペクトル成分に分割する。図３を参照すると、エンコーダ１３は、リフレクタ３９，４１，４３と、ダイクロイックリフレクタ３１，３３，３５，３７とを有する。ダイクロイックリフレクタ３１，３５及びリフレクタ３９，４１は、スペクトル成分λ３の光路４５を規定する。ダイクロイックリフレクタ３１，３３，３７及びリフレクタ４３は、スペクトル成分λ２の光路４３を規定する。ダイクロイックリフレクタ３１，３７，３５は、光路５１を規定する軸線４９に沿ってスペクトル成分λ１を伝送する。
【００２４】
ダイクロイックリフレクタ３１は光パルス１１を受信するとともにスペクトル成分λ２，λ３をダイクロイックリフレクタ３３に反射し、ダイクロイックリフレクタ３３は、スペクトル成分λ２を反射するとともに、スペクトル成分λ３をリフレクタ３９に伝送する。リフレクタ３９，４１はスペクトル成分λ３をダイクロイックリフレクタ３５に反射し、ダイクロイックリフレクタ３５は、スペクトル成分λ３が光路５１に沿って伝播するようにスペクトル成分λ３を反射する。ダイクロイックリフレクタ３３による反射後、リフレクタ４３及びダイクロイックリフレクタ３７によって反射されたスペクトル成分λ２は光路５１に沿って伝播する。表１は、ダイクロイックリフレクタ３１，３３，３５，３７の特性を要約する。
【００２５】
【表１】
0003735255.tif 000002
表１において、“Ｒ”は高反射率を表し、“Ｔ”は高透過率を表す。”−”によって表した値を、エンコーダ１３の動作に対して特定する必要がない。
【００２６】
光路４５，４７，５１によってスペクトル成分λ３，λ２，λ１にそれぞれ遅延が生じ、入力光パルス１１から符号化出力１５が生じる。スペクトル成分λ１，λ２，λ３は、エンコーダ１３に同時に入射するが、互いに相違する時間にエンコーダ１３から出射する。先ず、スペクトル成分λ１がエンコーダ１３から出射し、スペクトル成分λ２，λ３がそれに続く。スペクトル成分λ１，λ２，λ３の相対的な遅延は、光路５１，４７，４５の長さによって設定される。
【００２７】
デコーダ１９は、光ファイバ１７を伝送した後符号化出力１５（遅延されたスペクトル成分λ１，λ２，λ３）を受信する。図４は、デコーダ１９を示す。デコーダ１９は、ダイクロイックリフレクタ６１，６３，６５，６７及びリフレクタ６９，７１，７３を有し、これらは、スペクトル成分λ１，λ２，λ３のそれぞれに対する光路７５，７７，８１を規定する。光路７５，７７，８１の長さを、軸線７９に沿って伝播する出力パルス２１にスペクトル成分λ１，λ２，λ３を再結合するように選択する。スペクトル成分λ１，λ２，λ３に対するエンコーダ１３の光路長及びデコーダ１９の経路長の和を、全光路長が三つのスペクトル成分λ１，λ２，λ３に対してほぼ等しくなるように選択する。全光路長を、分散によって光ファイバ１７に生じたスペクトル成分λ１，λ２，λ３間の相対的な遅延を補償するように選択することもできる。
【００２８】
図５−６は、他のエンコーダ／デコーダの形態を示す。図５を参照すると、エンコーダ１０１は、ダイクロイックリフレクタ１０３，１０５，１０７，１０９及びリフレクタ１１１，１１３を有する。ダイクロイックリフレクタ１０３，１０５，１０７，１０９は、スペクトル成分λ２に対する光路１１７を規定し、ダイクロイックリフレクタ１０３，１０５，１０７，１０９及びリフレクタ１１１，１１３は、スペクトル成分λ３に対する光路１１５を規定する。スペクトル成分λ１は、光路１１９に沿ってダイクロイックリフレクタ１０３，１０９を伝播する。光路１１５，１１７，１１９は、スペクトル成分を遅延させて符号化出力１５を発生させる。エンコーダ１０１の形態を変形し、符号化出力を再結合するように光路を選択することによってデコーダを形成することができる。
【００２９】
図６は、ダイクロイックリフレクタ１４３，１４５，１４７，１４９及びリフレクタ１５１，１５３，１５５，１５７を有するエンコーダ１４１を示す。ダイクロイックリフレクタ１４３，１４５及びリフレクタ１５１，１５３は光路１５９を規定し、ダイクロイックリフレクタ１４７，１４９及びリフレクタ１５５，１５７は光路１６１を規定し、光路１６３は、ダイクロイックリフレクタ１４３，１４５，１４７，１４９を通じた伝送によって規定される。ダイクロイックリフレクタ１４３，１４５，１４７，１４９を、図４の符号化出力１５又は他の符号化出力を発生させるように構成することができる。
【００３０】
図５−６のエンコーダ１０１，１４１はそれぞれ、例示として選択される。これらエンコーダのスペクトル成分λ１，λ２，λ３間の遅延は、共通の遅延を乗算したものであるが、互いに等しくない遅延に適応させることもできる。さらに、エンコーダ及びデコーダが二つ以上のスペクトル成分を用いることができ、スペクトル成分を連続的なものにする必要がない。ダイクロイックリフレクタを、多層ミラー、回折格子又は他の波長依存性のリフレクタ若しくは装置とすることができる。
【００３１】
図７は、３個の波長依存性結合器１８３，１８５，１８７を具えるエンコーダ１８１を示す。これら３個の結合器１８３，１８５，１８７は同様なものであり、結合器１８３のみ説明する。結合器１８３は導波路１８９，１９１を具え、これら導波路１８９，１９１は、（光ファイバ又は基板の導波路チャネルのように）互いに近接して配置され、導波路１９１を伝播する光放射が導波路１８９に遷移するようにする。この遷移は一般に、選択した結合長に対して所定の波長のみを導波路１８９に転送するような波長の関数となる。選択したスペクトル成分、例えば、スペクトル成分λ１は、導波路１９１から導波路１８９まで結合され、遅延線１９３を伝送する。結合器１８５は、スペクトル成分λ１を導波路１９７に指導するとともに、スペクトル成分λ２を導波路１９５に指導する。スペクトル成分λ２は、遅延線１９９を伝送し、結合器１８７によってスペクトル成分λ１，λ２と再結合する。
【００３２】
図８は、導波路部２１５，２１７によって分離されるとともに光ファイバ２１１のコアに形成される格子区分２０３，２０５，２０７を有するエンコーダ２０１を示す。入力パルス２１２は、入力方向に沿ってエンコーダ２０１の入力面に指導され、格子区分２０３，２０５，２０７は、選択したスペクトル成分λ１，λ２，λ３をそれぞれ、出力方向２４４に沿って入力面２１３に戻す。格子区分２０３，２０５，２０７は、選択した波長成分をそれぞれ反射するように選択され、導波路区分２１５，２１７を、スペクトル成分λ１，λ２，λ３間で予め設定された遅延を達成するように選択することができる。図８に示すように、スペクトル成分λ１，λ２，λ３は、格子区分２０３，２０５，２０７によってそれぞれ反射され、スペクトル成分λ１，λ２，λ３が順に出射する符号化出力２２０を発生させる。
【００３３】
符号化出力２２０がエンコーダ２０１の他方の端部で入力面２２３に指導される場合、エンコーダ２０１は、符号化出力２２０を復号化する役割も果たす。スペクトル成分λ１が最初に入射するが、それは、格子区分２０３から反射される前に格子区分２０５，２０７を伝播する。したがって、スペクトル成分λ１には、符号化中にスペクトル成分λ３に生じる相対的な遅延に等しい相対的な遅延が生じる。スペクトル成分λ２には、符号化中にスペクトル成分λ３に生じる相対的な遅延に等しい他の遅延が生じる。その結果、入力パルス２１２と同様な復号化出力が生じる。
【００３４】
複雑な時間−波長符号化を、連続的に変化する空間位相、周期及び振幅を有するファイバ格子コーダによって達成することができる。複数周期の格子(multiperiod grating)を用いることによって、同時に発生する複数のスペクトル成分を有する時間−波長コードを発生させることができる。格子区分の長さに沿った伝播によって形成された波長成分間の光学的な遅延に加えて、格子区分を、回折素子を有しない空間によって分離することができ、これによって、スペクトル成分間に更なる遅延を加えることができる。
【００３５】
光ファイバを通じた時間−波長符号化出力の伝播によって生じた分散を補償（し又は予め補償）するために、格子区分を配置することができる。したがって、ファイバ格子は、エンコーダ（デコーダ）と分散後補償器（前補償器）の両方として作用することができる。特定の周波数チップに関連した相対的な遅延を、コーダの対応する格子区分の位置で補償シフトを導入することによって前又は後補償することができる。分散補償に対して高い回折効率であるとしても、格子区分を空間的に重ね合わせることができる。
【００３６】
ファイバ格子コーダは伝送方向に動作する。そのようなコーダは、その出力端子に広帯域反射格子区分を有し、これによって、入力ビットをコーダに再指導するとともに順（伝送）方向に時間−波長コードを発生させる。
【００３７】
他の複数のタイプのＴＷＭＡエンコーダ及びデコーダも可能である。一般に、エンコーダ／デコーダによって、予め設定されたセットの波長チップに対する特有の時間遅延、位相シフト及び振幅が生じ、それはＴＷコードのセットによって決定される。便宜上、エンコーダ／デコーダ時間遅延及び位相シフトを個別に特定するが、干渉の精度(interferometric precision)を用いて時間遅延を特定するだけで十分である。同様に、位相シフトの特定は時間遅延の特定を伴う。一般に、時間遅延は光信号の周期に比べて著しく長く、それに対して、位相シフトは数周期に比べて短い。一実施の形態では、コーダは、均一に離間した表面又はバルク回折素子(surface or bulk diffractive element)を具える第１の回折装置を空間的に用いることによってスペクトル成分を分離する。一度スペクトル成分が空間的に分離されると、個別のスペクトル成分の時間遅延、位相及び振幅を、再結合前に変更することができる。スペクトルチャネルの振幅、位相又は時間遅延を、プログラム可能なコーダを用いて変更することができる。再結合は、第２の格子装置を用いて行われる。表面又はバルク格子の代案は、アレイド導波路格子(arrayed waveguide grating: AWG)のような光集積回路装置を含む。
【００３８】
ＴＷコードによって符号化され及び復号化された光信号は、単一の光ファイバ又は他の伝送媒体に亘る複数のデータチャネルの伝送をサポートする。各チャネルに対する光データストリームは、選択したＴＷコードビットによって符号化される。各々が互いに相違するＴＷ符号化を有する複数チャネルは、単一のファイバでマルチプレクサ処理（結合）される。データチャネルは、デコーダによってデマルチプレクサ処理される。しきい値検出を、選択したチャネルのもののみを選択するために各デコーダの出力部で行うことができる。
【００３９】
図９は、互いに相違するデータストリームから入力パルス３０３Ａ，３０３Ｂを受信する２チャネル光通信システム３００を示す。入力パルスは、図２に示すようなパワースペクトルを有する。通信システム３００は、入力パルス３０３Ａ，３０３Ｂをそれぞれ受信し及び符号化するエンコーダ３０５Ａ，３０５Ｂを有し、それによって、光ファイバのような伝送媒体３０９を通じて指導される符号化出力３０７Ａ，３０７Ｂを発生させる。伝送媒体３０９を通じた伝送後、デコーダ３１１Ａ，３１１Ｂは、符号化出力３０７Ａ，３０７Ｂを受信するとともに復号化出力３１３Ａ，３１３Ｂをそれぞれ発生させ、符号化出力３１３Ａ，３１３Ｂを各検出器３１９Ａ，３１９Ｂに指導する。検出器３１９Ａ，３１９Ｂは、検出しきい値Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ設定するしきい値回路３２０Ａ，３２０Ｂを有する。
【００４０】
エンコーダ３０５Ａ，３０５Ｂは、スペクトル成分λ１，λ２，λ３が[λ１，λ２，λ３]，[λ１，λ３，λ２]の順でそれぞれ出射されるように入力パルス３０３Ａ，３０３Ｂを符号化する。エンコーダ３０５Ａ，３０５Ｂによって、スペクトル成分λ１，λ２，λ３に対して[１，２，３]，[１，３，２]の相対的な遅延がそれぞれ生じる。便宜上、スペクトル成分λ１，λ２，λ３の相対的な遅延を[Ｊ，Ｋ，Ｌ]と記載する。ここで、Ｊ，Ｋ及びＬを任意の単位の相対的な遅延とする。デコーダ３１１Ａ，３１１Ｂは、符号化出力３０７Ａ，３０７Ｂの両方の一部を受信する。デコーダ３１１Ａは、符号化出力３０７Ａに対して調和され、スペクトル成分λ１，λ２，λ３に対して[３，２，１]の相対遅延が生じる。エンコーダ３０５Ａ及びデコーダ３１１Ａに対する相対遅延を結合すると、入力パルス３０３Ａのスペクトル成分λ１，λ２，λ３には、全体として[４，４，４]の相対遅延が生じ、すなわち、符号化／復号化プロセスの結果、三つのスペクトル成分には相対遅延がなくなる。同様に、デコーダ３１１Ｂは、符号化出力３０７Ｂに対して調和され、スペクトル成分λ１，λ２，λ３に対して[３，１，２]の相対遅延が生じる。エンコーダ３０５Ｂ及びデコーダ３１１Ｂに対する相対遅延を結合すると、入力パルス３０３Ｂのスペクトル成分λ１，λ２，λ３には、全体として[４，４，４]の相対遅延が生じ、すなわち、符号化／復号化プロセスの結果、三つのスペクトル成分には相対遅延がなくなる。
【００４１】
デコーダ３１１Ａ，３１１Ｂは、調和されない符号化出力３０７Ｂ，３０７Ａの一部もそれぞれ受信する。例えば、デコーダ３１１Ａによって[３，２，１]の相対遅延が生じる。[１，３，２]の相対遅延を有する符号化出力３０７Ｂに影響を及ぼすと、スペクトル成分λ１，λ２，λ３は、[４，５，３]の相対遅延でデコーダ３１１Ａから出射する。復号化出力３１３Ａは、相対遅延のない符号化出力３０７Ａのスペクトル成分を含む復号化部３１５Ａと、相対遅延が[４，５，３]の符号化出力３０７Ｂのスペクトル成分を含むクロストーク部３１７Ａとを有する。同様に、復号化出力３１３Ｂは、相対遅延のない入力パルス３０３Ｂのスペクトル成分に対応する復号化部３１５Ｂと、符号化出力３０７Ａのスペクトル成分を含むクロストーク部３１７Ｂとを有する。クロストーク部３１７Ｂのスペクトル成分の相対遅延は[４，３，５]となる。検出器３１９Ａ，３１９Ｂは、検出しきい値Ｐ１，Ｐ２を設定し、クロストーク部３１７Ａ，３１７Ｂがしきい値Ｐ１，Ｐ２より下となってこれらが除去されるようにして、入力パルス３０３Ａ，３０３Ｂから入力データを回復する。既に説明したように、符号化出力３０７Ａ，３０７Ｂは一時的に重なる。しかしながら、符号化出力３０７Ａ，３０７Ｂは時間的に重なり合う必要がなく、符号化出力３０７Ａ，３０７Ｂの時間的に重なり合わない部分は、クロストークが著しく減少する。
【００４２】
参照することによってここに組み込んだ係属特許出願０９／１３２，００６号に記載されたようなしきい値検出を用いて、調和された復号化によって得られる選択された信号と調和されない復号化に起因するクロストークとを区別することができる。他のタイプの線形的、非線形的、光学的又は電気的なしきい値検出を用いて、調和した復号化イベントと調和していない復号化イベントとを区別することもできる。
【００４３】
図１及び９の通信システムにおいて、入力パルスは、三つのスペクトル成分に分割される。入力パルスが二つ以上のスペクトル成分に分割される通信システムも可能である。図１０Ａ−１０Ｇは、５個のスペクトル成分の場合の符号化及び復号化を示す。図１０Ａは、入力パルスのＴＷＳのグラフである。光パワーＰλ（ｔ）の大きさを輪郭線の密度によって表し、それは、光パワーが高くなるに従って輪郭線の間隔が密になる領域を有する。図１０Ｂは、時間関数としての入力パルスパワーのグラフであり、図１０Ｃは、波長の関数としての単位波長当たりの入力エネルギーのグラフである。図１０Ｂ−１０Ｃは、入力パルスパワー及びスペクトルを示すが、図１０Ａに示したような時間に対する入力パルス波長の依存性を示さない。
【００４４】
入力パルスは、スペクトル成分λ１，λ２，λ３，λ４，λ５に相対遅延[３，５，４，１，２]を与えることによって符号化される。符号化出力を図１０Ｄ−１０Ｅに示す。図１０Ｄにおいて、符号化出力のパワーを時間と波長の両方の関数として示し、それは、光パワーが高くなるに従って輪郭線の間隔が密になる領域を有する。図１０Ｅは、時間関数としての符号化出力のパワーを示す。入力パルスに相対遅延[３，５，４，１，２]を与えることによって、ほぼ一定の出力パワーが生じる。
【００４５】
図１０Ｄの符号化出力は、５個のスペクトル成分が再結合されるように５個のスペクトル成分間に相対遅延を与えることによって復号化される。調和したデコーダは、入力パルスに相対遅延[３，１，２，５，４]を与えるとともに入力パルスを再結合する。この符号化出力を用いた通信システムにおいて、符号化出力の一部は、調和していないデコーダによって指導され及び復号化され、クロストークを発生させる。例えば、相対遅延[４，５，２，１，３]がデコーダによって与えられた場合、クロストークは相対遅延[７，１０，６，２，５]を有する。図１０Ｆ−１０Ｇは、このクロストークを時間及び波長の関数として示す。
【００４６】
図１１Ａは、入力パルスが８個のスペクトル成分に分割された通信システムのエンコーダ４０１（又はデコーダ）の図である。エンコーダ４０１は、光ファイバ４０７又は他の導波路の軸線に沿ってコア４２１に配置されたＮ＝８ファイバブラッグ格子区分４０５ｉを有する。屈折率、反射率、吸収又は他の光学的な特性の変動は、格子区分４０５ｉを規定し、これらの変動を、図１１Ａにおいて交互のライトバンドとダークバンドとして表す。便宜上、格子区分４０５ｉの各々の光学的な特性の変化は、一定の周期を有する。他の実施の形態において、格子区分４０５ｉを規定する光学特性の変化は更に複雑であり、それは、参照することによってここに組み込むA. Othonos, “Fiber Bragg Gratings, “Rev. Sci. Instrum., vol. 68, pp. 4309-4341 (Dec. 1997)に記載されているようなアポダイゼーション又は空間若しくは時間的なプロファイル形成に対する変化を含む。例えば、格子区分４０５ｉの一つ以上を、分散補償のためにチャープし又はアポダイズしてスペクトル成分の重なりを減少させることができる。さらに、格子区分４０５ｉを、均一に離間し又は同一長にする必要もない。格子区分４０５ｉが空間的に重なり合うこともできる。そのような重なり合いは、更に複雑なコードを用いるエンコーダに含まれ、この場合、複数の周波数成分が単一の格子区分によって部分的に符号化される。ブレーズした格子や、正弦波状でない屈折率又は他の変動を有する格子や、高次で動作する格子のような更に複雑な格子を用いることができる。エンコーダ４０１は、均一の持続時間の時間チップを規定するが、互いに等しくない持続時間の時間チップを用いることもできる。
【００４７】
エンコーダ４０１の例において、格子区分４０５ｉは、ｘ軸４０９に沿ってｘ座標ｘａｉからｘ座標ｘｂｉまで延在し、大きさΔｎｉの屈折率変化を有する。エンコーダ４０１の全長Ｌは、Ｌ＝ｘｂ８−ｘａ１となる。格子区分４０５ｉの各々の屈折率変化ｈｉ（ｘ）は、
ｘａｉ≦ｘ≦ｘｂｉに対して、
ｈｉ（ｘ）＝Δｎｉｆｉ（２π（ｘ−ｘｉ）／Λｉ）          （１）
となり、それ以外の場合には、
ｈｉ（ｘ）＝０
となる。この場合、ｆｉを周期２πの周期的な関数とし、|ｆｉ|≦１／２とし、ｘｉを、格子区分４０５ｉの空間位相を指定するｘ座標とし、Λｉを、格子区分４０５ｉの空間周期とする。
【００４８】
エンコーダ４０１の複雑な数学的な分析を、例えばA. Othonos, “Fiber Bragg Gratings, “Rev. Sci. Instrum., vol. 68, pp. 4309-4341 (Dec. 1997)に記載された方法を用いて実行することができる。格子区分４０５ｉの反射係数の変化が正弦波形状であるという仮定及び格子区分４０５ｉが１次で動作するという仮定に基づく簡単な分析がある。（１次の回折は以下の式２を満足する。）既に説明したように、更に複雑な変化が可能であり、図示のために簡単な分析を示す。
【００４９】
格子区分４０５ｉの中心波長λｉは、空間周期Λｉの格子に対するブラッグの法則によって与えられる。
λｉ＝２ｎ０Λｉ                                        （２）
この場合、ｎｏを、光ファイバのコア４２１の平均屈折率とする。反射光には、格子区分４０５ｉの空間シフトｘｉに依存する相対位相遅延ψｉが与えられる。この場合、
ψｉ＝−２πｘｉ／Λｉ                                  （３）
となる。格子区分４０５ｉの各々の反射率Ｒｉ（強度−反射係数又は屈折効率）は、
Ｒｉ＝[ｔａｎｈ（πΔｎｉ（ｘｂｉ−ｘａｉ）／λｉ]２        （４）
に近似される。非常に小さい反射率（Ｒｉ≪１）に対して、式（４）は、
Ｒｉ＝（πΔｎｉ（ｘｂｉ−ｘａｉ）／λｉ）２                （５）
まで簡単化される。格子区分４０５ｉから受け取った光信号の相対遅延Δτｉは、
Δτｉ＝２ｘａｉｎ０／ｃ                                （６）
となる。この場合、ｃを、真空における光速とする。格子区分から反射した信号の持続時間は、対応する時間チップの持続時間を設定する。
【００５０】
エンコーダ４０１が、格子区分４０５ｉから反射したスペクトル成分を有する持続時間τｐの入力パルスを受信すると、符号化出力が発生する。入力パルスの持続時間τｐが、格子区分４０５ｉ間の伝播時間ｎ０（ｘｂｉ−ｘａｉ＋１）／２ｃより短い場合、符号化出力は、一連のＮパルスを具える。この場合、ｉ番目のパルスは、Δτｉの相対遅延と、反射率Ｒｉに比例する相対強度と、ψｉの相対位相遅延と、中心波長λｉとを有する。エンコーダ４０１による反射後、入力パルスは、約ｔｐ＋τｐの持続時間を有する符号化出力に変換される。この場合、ｔｐ＝ｎ０Ｌ／ｃ及びＬ＝ｘｂ８−ｘａ１とする。時間間隔ｔｐを、ここではエンコーダ４０１の処理時間と称する。入力パルスは、一般的にエンコーダ４０１の中心波長λｉの一つ以上のスペクトル成分に十分なエネルギーを有する。
【００５１】
このように符号化された入力パルスが、長さＬの調和していないファイバ格子デコーダに入射すると、デコーダ出力の持続時間を、約２ｔｐ＋τｐとすることができる。エンコーダ格子及びデコーダ格子が調和され、これらが近似的な長さｄ＝ｘｂｉ−ｘａｉの区分を具える場合、符号化出力は、典型的には、Δｔｐ＝ｎ０ｄ／ｃより短い持続時間の短い高パワーパルスを有する（入力パルスがコヒーレントに符号化／復号化される場合、以下説明するように変換制約パルス又は非変換制約パルスに対してτｐ＜Δｔｐであるとしても、短い高パワーパルスは約τｐまで短くなる。）。
【００５２】
ｉ＝１−Ｎに対するパラメータセット{Ｎ，Λｉ，Δｎｉ，ｘｉ，ｘａｉ，ｘｂｉ}はエンコーダ４０１を規定し、対応する調和したデコーダは、パラメータセット{Ｎ，Λｉ，ΔｎＮ−ｉ，−ｘＮ−ｉ，ｘｂ（Ｎ−ｉ），ｘａ（Ｎ−ｉ）}によって規定される。パラメータΛｉ，Δｎｉ，ｘｉ，ｘａｉ，ｘｂｉは、上記のように規定される。エンコーダ及びデコーダに対するパラメータセットを吟味することによって、調和したデコーダはエンコーダと同一になるが、符号化及び復号化の再に、光信号は、光ファイバの互いに逆の端部に指導される。
【００５３】
図１１Ｂは、Ｎ＝８格子区分４５５ｉを有するエンコーダ４５１の図であり、格子区分４５５ｉは、光ファイバ４６５のコーティング４６１及びクラッディング４６３の光学的な特性の変化によって規定される。他のエンコーダにおいて、格子区分は、光ファイバ又は他の光導波路のコーティングとクラッデングのうちの一方によって規定される。コーティング４６１を有する光ファイバ４６５のコア４６７を伝播する光信号の相互作用を増大させるために、クラッデング４６３を、エッチング、研磨又は他のプロセスによって部分的に又は全体的に除去することができる。
【００５４】
同一帯域幅及び物理的な長さを有するファイバ格子エンコーダによって発生したコードを用いるＴＷＭＡ通信システムにおいて、約
ｆａ＝１／（２ｔｐ＋τｐ）                            （９）
より小さい総合データ転送率（ｆａ）によって、時間−波長チャネル間に発生するクロストークが最小となる。総合データ帯域幅を高くすることによって、調和していないデコーダの出力部における調和していない時間−波長コード間の重なり（すなわちクロストーク）が増大する。ほぼｆａに制限された最大の有用な帯域幅は、クロストーク及びビット誤り速度の許容し得るレベルを選択することによって決定される。実用的なＴＷＭＡ通信システムにおいて、同時的なチャネルの最大の数は多数の要因に依存し、それは、光信号の雑音及び検出中に追加された雑音（光信号から電気信号への変換）、全帯域幅及びチャネルごとの帯域幅、許容し得るビット誤り速度、光学的な損失、選択した時間−波長コード、及びコヒーレント又はコヒーレントでないエンコーダ／デコーダを用いたか否かを含む。
【００５５】
図１２Ａ−１２Ｇは、５個のスペクトル成分によるコヒーレントな符号化及び復号化を示す。図１２Ａは、入力パルスのＴＷスペクトルＰλ（ｔ）のグラフである。Ｐλ（ｔ）の大きさを輪郭線で示し、その領域は、パワーが高くなるに従って間隔が狭くなるラインを有する。図１２Ｂは、波長の関数としての単位波長ごとの入力パルスエネルギーのグラフであり、図１２Ｃは、時間の関数としての入力パルスパワーのグラフである。図１２Ｂ−１２Ｃは、入力−パルススペクトル及びパワーを示すが、図１２Ａに示したような時間に対する入力−パルス波長の依存性を示さない。
【００５６】
入力パルスは、相対遅延[３，５，４，１，２]をスペクトル成分λ１，λ２，λ３，λ４，λ５に適応させることによって符号化される。符号化出力を図１２Ｄ−１２Ｆに示す。図１２Ｄにおいて、符号化出力の波長ごとのパワーを時間と波長の両方の関数として示し、輪郭線が密になるに従って値が高くなる。図１２Ｆは、時間の関数としての符号化出力のパワーを示し、図１２Ｅは、波長の関数としての符号化出力の単位波長ごとのエネルギーを示す。入力パルスに相対遅延[３，５，４，１，２]を課すことによって、ほぼ一定の出力パワーが生じる。図１２Ｄを参照すると、スペクトル成分の各々は、入力パルスの持続時間より長い持続時間を有する。これは、フーリエ変換制約入力パルスをスペクトル成分に分けた結果である。スペクトル成分のスペクトル帯域幅が入力パルスのスペクトル帯域幅より短いので、持続時間を長くする必要がある。
【００５７】
図１２Ｄの符号化出力は、５個のスペクトル成分を再結合するようにこれら５個のスペクトル成分間に相対遅延を課すことによって復号化される。調和したデコーダは、図１２Ｇ−１２Ｈに示すように、相対遅延[３，１，２，５，４]を課すとともに入力パルスを再結合する。互いに相違するチャネルに対して互いに相違するコーダ及びデコーダを用いる通信システムにおいて、図１２Ｄの符号化出力の一部は、調和されていないデコーダによって復号化され、通信チャネルにクロストークを発生させる。例えば、相対遅延[４，５，２，１，３]がデコーダによって与えられた場合、クロストークは相対遅延[７，１０，６，２，５]を有する。図１２Ｉ−１２Ｊは、時間関数としてこのクロストークを示す。
【００５８】
図１３Ａ−１３Ｃは、コヒーレントなＴＷＭＡ符号化の形態を示す。図１３Ａは、近似的な変換制約入力パルスに対する時間関数としてのパワーを示す。図１３Ｂは、入力パルスを３個のスペクトル成分に分割するとともにこれらの成分をコヒーレントに再結合することによって得られる符号化／復号化出力パルスに対するパワーを示す。図１３Ｃは、図１３Ｂの出力を取得するために用いられる３個のスペクトル成分を再結合することによって得られる符号化／復号化出力パルスのパワーを示す。しかしながら、図１３Ｃにおいて、スペクトル成分は、約λ／４の位相誤差(phase error)を伴って再結合される。そのような小さい位相誤差に対しても、図１３Ｃの出力は、図１３Ａに示す入力に比べて著しく長くなる。帯域幅制約された光パルスを用いるコヒーレントなＴＷＭＡシステムに対して、スペクトル成分は、短い出力パルスを取得するために適切な位相関係で再結合される。同様に、帯域幅制約されない光パルスを用いるコヒーレントなＴＷＭＡシステムに対して、コヒーレントな符号化及び復号化によって、入力パルスと同一の性質の出力パルスを発生させる。コヒーレントでないＴＷＭＡシステムによって、概して変換制約されない出力パルスを発生させるので、変換制約されていない入力パルスを、出力パルスの持続時間を著しく広げることなく用いることができる。
【００５９】
図１４は、レーザ５１０（又は他の光源）を具えるＴＷＭＡ通信システム５０１の線形図であり、それは、ビーム５１２でλ＝１．５４μｍ（周波数１９４．８０５ＴＨｚ）の波長の一連のパルスを出力する。ビームスプリッタ５１３は、ビーム５１２をビーム５１５，５１６，５１７，５１８に分離する。変調器５１５ａ，５１６ａ，５１７ａ，５１８ａはそれぞれビーム５１５，５１６，５１７を受信し、（図１４に示さない）データ原から供給されるデータストリームに対応する各ビームを変調する。変調されたビーム５１５ｂ，５１６ｂ，５１７ｂ，５１８ｂの一連のパルスは、レーザ５１０からの直接のパルスのＴＷＳのために又は各変調器５１５ａ，５１６ａ，５１７ａ，５１８ａによって変更されるように、各エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２に対して時間的又は空間的に適合される。ビーム５１５ｂ，５１６ｂ，５１７ｂ，５１８ｂのスペクトル帯域幅は、好適にはエンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２によってそれぞれ符号化されたスペクトル成分を有する。
【００６０】
変調されたビーム５１５ｂ，５１６ｂ，５１７ｂ，５１８ｂは、各光サーキュレータ５１５ｃ，５１６ｃ，５１７ｃ，５１８ｃ及び各ファイバ５１５ｄ，５１６ｄ，５１７ｄ，５１８ｄ又は他の伝送媒体を通じて、各エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２に指導される。エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２は、変調されたビーム５１５ｂ，５１６ｂ，５１７ｂ，５１８ｂを符号化するとともに、符号化された出力をファイバ５１５ｄ，５１６ｄ，５１７ｄ，５１８ｄに戻す。符号化された出力は、光サーキュレータ５１５ｃ，５１６ｃ，５１７ｃ，５１８ｃによってそれぞれファイバ５１５ｅ，５１６ｅ，５１７ｅ，５１８ｅ又は他の伝送媒体に指導される。通信システム５０１において、光サーキュレータ５１５ｃ，５１６ｃ，５１７ｃ，５１８ｃは、光入力信号を各エンコーダに指導するとともに、符号化された出力を各ファイバに指導するが、（ビームスプリッタのような）他の装置を用いて入力及び符号化出力を分離することもできる。ビーム結合器５２３は、符号化出力を受信するとともに、符号化出力を光ファイバ５１１又は他の伝送媒体に指導する。ビームスプリッタ又はヒューズ結合器(fused coupler)は、ビーム結合器５２３としての役割を果たすこともできる。
【００６１】
ファイバ５１１の伝送後、光パワースプリッタ５１３ａ（例えば、ビームスプリッタ又はヒューズ結合器）は、結合した符号化出力をファイバ５１１から受信し、ビーム５１５ｆ，５１６ｆ，５１７ｆ，５１８ｆを形成する。光サーキュラ５１５ｇ，５１６ｇ，５１７ｇ，５１８ｇは、各ファイバ５１５ｈ，５１６ｈ，５１７ｈ，５１８ｈに沿って各ビーム５１５ｆ，５１６ｆ，５１７ｆ，５１８ｆをデコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａに指導する。デコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａは復号化出力をそれぞれ発生させ、その出力は、各ファイバ５１５ｈ，５１６ｈ，５１７ｈ，５１８ｈから各光サーキュラ５１５ｇ，５１６ｇ，５１７ｇ，５１８ｇに戻し、各ファイバ５１５ｉ，５１６ｉ，５１７ｉ，５１８ｉを通じて各検出器５１５ｊ，５１６ｊ，５１７ｊ，５１８ｊに伝播し、これら検出器はそれぞれ、復号化出力（光信号）を電気信号に変換する。検出器５１５ｊ，５１６ｊ，５１７ｊ，５１８ｊは、時間チップを区別するのに十分な帯域幅を有する。復号化出力は、調和した入力及び他のデータストリームからのクロストークの変調に対応する変調を有する。
【００６２】
エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２は、符号化されていないデータストリームを許容し、符号化出力をそれぞれ発生させる。デコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａは、符号化データを許容し、調和した入力時間−波長コードを許容したときには常に、特徴的な構造を有する出力信号をそれぞれ発生させる。デコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ及び５２２ａ（好適にはファイバ格子）は、波長に特有の時間遅延、位相シフト及び減衰を与える。ＴＷＭＡ通信システム５０１を、エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２及びデコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａの位相シフト又は相対位相シフトの制御に依存して、コヒーレントシステム又はコヒーレントでないシステムにすることができる。
【００６３】
通信システム５０１に対して、デコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａを、好適には図１１Ａに示すような区画化した格子とする。格子区分は、正弦波形状の屈折率変化、Δｎｉ＝Δｎ＝１．５×１０−４の共通の格子屈折率変化及び各区画に対する背面の屈折率ｎ０＝１．５を有する。これらの値は、格子区分の動作帯域幅でＲｉ＝Ｒ＝８０％の近似式な反射率を有する。エンコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａは、８個の連続的な格子区分（すなわちｘａｉ＝ｘｂｉ）を有し、各格子区分は、４ｍｍの長さｄを有し、全ての格子区分の結合長Ｌを３．２ｃｍとする。エンコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａの時間間隔ｔｐを、Δｔ＝４０ｐｓの時間チップを有する３２０ｐｓとする。これらエンコーダのフィルタ処理された帯域幅をΔν≒２００ＧＨｚ＝１．５９ｎｍとし、個別の格子区分のフィルタ処理された帯域幅δν＝２５ＧＨｚ＝０．２０ｎｍとする。０．２０ｎｍの中心間波長間隔を有する８個の互いに隣接する波長チップ（スペクトル成分）が存在する。これらエンコーダを、λ＝１．５４μｍのレーザ波長に対して設計する。本実施の形態の時間−波長コードを、いわゆる「全スペクトルコード」とし、すなわち、これらは光入力信号を等しいスペクトル成分に分ける。
【００６４】
エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２を、τｐ＝２−４ｐｓ程度の持続時間の時間的に変換制約された入力パルスを許容するとともに約３２０ｐｓの持続時間を有する符号化出力を発生させるように設計する。符号化出力の持続時間を更に長くすることが許容される場合、フーリエ変換制約されていない更に長いパルスを用いることができる。エンコーダ５１９−５２２のスペクトル幅にほぼ等しいスペクトル幅及びスペクトル幅間の波長の関数として一定の光パワーを有する入力パルスをエンコーダ５１９−５２２によって符号化する場合、全スペクトル符号化出力が発生し、すなわち、符号化出力は、ほぼ等しいエネルギーの波長チップを有する。エンコーダ５１９−５２２を、更に複雑な入力パルス又は符号化光信号とともに用いることができる。
【００６５】
エンコーダ５１９−５２２及びデコーダ５１９ａ−５２２ａの格子区分の構造は、発生する波長チップシーケンスを決定する。エンコーダ５１９−５２２及びデコーダ５１９ａ−５２２ａは、０．２０ｎｍ幅の波長チップ及び４０ｐｓの持続時間の時間チップを有する。表２はエンコーダ５１９−５２２のパラメータのリストである。格子区分から反射したスペクトル成分の位相シフトは、適切な波長チップの光学的な領域を反映するがｘｉ＝０の格子区分から反映した基準に関連して与える。
【００６６】
【表２】
0003735255.tif 000003
【００６７】
デコーダ５１９ａ−５２２ａはそれぞれ、エンコーダ５１９−５２２と同様であるが、反転した格子区分の空間シーケンスを有する。ファイバブラッグ格子区分を用いた縁故―他の分析において、この反転は、式（１）における屈折率変化ｈｉ（ｘ）をｈｉ（−ｘ）に変更したものに等しくなる。例えば、デコーダ５１９ａはエンコーダ５１９と同一であるが、エンコーダ５１９の入力部をデコーダ５１９ａの出力部として用いる。分散補償又は符号変換に要求されるような更に複雑な符号化に対して、コーダ及びデコーダは、それに関連して非常に簡単にはならない。デコーダ５１９ａ−５２２ａの表示パラメータを表３にリストする。
【００６８】
【表３】
0003735255.tif 000004
【００６９】
調和した復号化に対して、デコーダ５１９ａ，５２０ａ，５２１ａ，５２２ａからの復号化出力は、元の入力パルスをほぼ復元する。フーリエ変換制限されたパルスは、約２−４ｐｓの持続時間を有する。そのようなパルス持続変化によってクロストークが小さくなる。許容し得るクロストークが大きくなるに従って、検出器の応答時間を長くすることができ、さらに長くなると、フーリエ変換制限されない入力パルスを用いて、調和した復号化の際に更に長い出力パルスを発生させる。また、比較的低速な検出器に対して特に、非線形的な検出を用いて、所望の復号化信号とクロストークとの間のコントラストを増大させることもできる。
【００７０】
更に図１４を参照すると、通信システム５０１は、既に規定したようなコヒーレントでない通信システムとしても作動する。そのようなコヒーレントでない通信システムは、エンコーダ５１９−５２２、デコーダ５１９ａ−５２２ａ及び検出器５１５ｊ，５１６ｊ，５１７ｊ，５１８ｊを除いて、上記コヒーレントな通信システムと同様である。一例として、エンコーダ５１９−５２２及びデコーダ５１９ａ−５２２ａは、Δｎｉ＝Δｎ＝６．０×１０−４の変化を有する正弦波形状の屈折率変化と、ｎ０＝１．５とを有する。これらのパラメータを用いて、各格子区分の反射は、対応する波長チップ（スペクトル成分）に対してほぼ１００％となる。ファイバ格子は、８個の連続的な（ｘａｉ＝ｘｂ（Ｎ−１））格子区分を有し、各格子は、長さｄ＝１２．５ｍｍを有し、その結果、全体の格子長Ｌは１０．０ｃｍとなる。これらエンコーダ／デコーダの処理時間ｔｐは、１２５ｐｓの時間チップを有する１ｎｓとなる。エンコーダ／デコーダの全体に亘る帯域幅を９．１ｎｍとし、核格子区分は０．６３ｎｍの帯域幅を有する。１．２ｎｍに等しい波長間隔を有する互いに隣接する８個の１．２−ｎｍ波長チップが存在する。エンコーダ／デコーダを、１９４．８０５ＴＨｚの中心周波数（波長λ＝１．５４μｍ）を有する光データストリームに対して設計する。
【００７１】
エンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２を、１−１２５ｐｓの範囲、更に好適には５０−１００ｐｓの範囲のパルス持続時間を有する光入力信号を許容するように設計する。調和したコヒーレントでないデコーダは、短い持続時間の入力パルスに対して著しく短い出力パルスしか発生させない。エンコーダ５１９−５２２及びデコーダ５１９ａ−５２２ａを、好適にはｆｒｅｐ＝５００Ｍｂｉｔ／秒より小さい入力データレート（ｆｒｅｐ）とで使用し、その結果、時間的に互いに隣接するビットは、符号化後に十分分離され、クロストークを減少させる。許容し得るクロストークのレベルが高くなると、入力データレートは、５００Ｍｂｉｔ／秒から１０Ｇｂｉｔ／秒までの範囲で高くなる。
コヒーレントでない実施の形態のエンコーダ５１９，５２０，５２１，５２２の表示パラメータを表４にリストする。
【００７２】
【表４】
0003735255.tif 000005
【００７３】
符号化出力は、エンコーダ５１９−５２２と同様であるが既に説明したように逆であるデコーダ５１９ａ−５２２ａによって復号化される。格子区分空間シフトｘｉ、したがってψｉは制御されない。コヒーレントでないデコーダ５１９ａ−５２２ａの表示パラメータを表５にリストする。
【００７４】
【表５】
0003735255.tif 000006
【００７５】
一例として、デコーダ５１９ａ−５２２ａの各々は、調和した入力から約１２５ｐｓの持続時間の出力パルスを発生させる。デコーダ５１５ｊ−５１８ｊの各々の時間的な応答を、好適にはτｐ＝１２５ｐｓ未満又はそれに匹敵する。比較的長い応答時間を有する検出器を用いることができるが、それは、チャネルコントラストを減少させる傾向にある。非線形的な検出を用いて、信号とクロストークとの間のコントラストを増加させることができる。
【００７６】
上記実施の形態で用いたＴＷコードは、時間的な重なりをほとんど又は全く有さず、各時間チップは、単一のスペクトル成分を有する。しかしながら、更に一般的には、時間チップは、複数のスペクトル成分を有する。そのようなコードの一例を、時間チップに対するスペクトル成分を表す[（λ１：λ２），λ４，λ２，（λ３：λ４），λ５]のような波長シーケンスによって表す。第２、第３及び第５の時間チップは単一のスペクトル成分（それぞれλ４，λ２，λ５）のみを有し、それに対して、第１及び第４の時間チップの各々は、二つの波長（λ１：λ２）及び（λ３：λ４）を有する。
【００７７】
コヒーレントでなく復号化したビットのピークパワーは、コヒーレントでない符号化／復号化プロセスによって各スペクトル成分に生じた位相誤差に依存する。複数の同一の大きさの時間チップ、任意の位相誤差及び変換制限された入力ビットによって特徴付けられた制約された条件では、コヒーレントでない復号化によって、ピーク出力パワーは、コヒーレントな符号化の場合に比べてＮだけ減少する。この場合、Ｎを、時間−波長チップの個数とする。一部のアプリケーションに対して、近似的にフーリエ変換制限された入力パルスの場合にコヒーレントな符号化によってコヒーレントでない符号化のときに比べて優れたコントラストとなるとしても、コヒーレントなコーダは、一般的に、干渉に対する位相精度をある程度確保するために製造コストが著しく高くなるために不適切である。さらに、コヒーレントでない符号化は、パフォーマンスを著しく劣化させることなくフーリエ変換制限されない比較的長い入力パルスの使用を許容する。調和されない復号化に対する調和された復号化のピークパワーコントラストを、複数の時間チップを有する時間−波長コードを用いて向上させることができる。
【００７８】
図１５Ａ−１５Ｃは、チャープした入力パルスの時間−波長スペクトルを示す。そのような入力パルスを、図１５Ｄに示すようなＴＷＳのＴＷＭＡ符号化結果とすることができる。他の入力パルスを、互いに隣接しない二つ以上のスペクトル成分を有するように符号化し及び復号化することができ、そのようなスペクトル成分は、レーザダイオードの縦モード(longitudinal mode)に対応する。
【００７９】
上記エンコーダ及びデコーダの例は、エンコーダ及びデコーダの構造によって規定した予め設定されたコードにそれぞれ符号化し又は復号化する。エンコーダ及びデコーダはそれぞれ、種々のコードに符号化し及び復号化するよう動的に再プログラムすることもできる。（図１１に示すような）ファイバブラッグエンコーダによって行われる符号化及び復号化は、格子区分のパラメータΔｎｉ，ｘｉ，ｘａｉ，ｘｂｉ，Λｉによって決定される。これらパラメータのうちの任意のものを動的に制御することによって、そのようなエンコーダ又はデコーダの動的な際プログラミングが可能になる。例えば、ｘｉ及びΛｉは、ファイバの屈折率又はファイバ長を調整することによって調整可能である。屈折率を、例えば、電界、圧力、電流、温度又は光照射によって制御することができる。ファイバ格子を、ファイバ長の局所的な伸縮を有するシステム内に形成することができ、これによって、システムの幾何学的配置によって決定される経路中のｘａｉ，ｘｂｉ，ｘｉ及びΛｉの組合せが変更される。
【００８０】
本発明の実施の形態を、デジタル通信を参照して説明したが、本発明によるＴＷＭＡ方法及び装置をアナログ通信にも適用することができる。さらに、ＴＷＭＡ方法及び装置を、従来のＷＤＭシステム及びＴＤＭシステムと組み合わせて使用することができる。例えば、符号化及び復号化を、ＷＤＭシステムの波長チャネルとともに用いることができる。
【００８１】
また、種々のネットワークアルゴリズムは、符号化及び復号化を特定することができる。例えば、データストリームをネットワークノードに供給する場合、ネットワークノードは、ＴＷＭＡチャネル割当てを要求することができる。この場合、ネットワーク制御ノードは、コードをデータストリームに割り当てる。出たーストリームがそのネットワークノードから取り出されると、コードは、無線周波数ＣＤＭＡネットワークと同様にして他のノードへの割当てに利用できるようになる。
【００８２】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  時間−波長多重アクセス通信システムの図である。
【図２】  図１の通信システムに対する入力パルスの時間及び波長の関数としてのパワーのグラフである。
【図３】  図１の通信システムのエンコーダの図である。
【図４】  図１の通信システムのデコーダの図である。
【図５】  他のエンコーダの図である。
【図６】  他のエンコーダの図である。
【図７】  波長依存性の結合器を用いた他のエンコーダの図である。
【図８】  光ファイバに形成した格子区分を有する他のエンコーダの図である。
【図９】  ２チャネル時間−波長多重アクセス通信システムの図である。
【図１０】  図１０Ａは、入力パルスの時間−波長スペクトルのグラフであり、図１０Ｂは、図１０Ａの入力パルスの時間関数としてのパワーのグラフであり、図１０Ｃは、図１０Ａの入力パルスの波長の関数としてのエネルギーのグラフであり、図１０Ｄは、図１０Ａの入力パルスを符号化することによって生じた符号化出力の時間−波長スペクトルのグラフであり、図１０Ｅは、図１０Ｄの符号化出力の時間関数としてのパワーのグラフであり、図１０Ｆは、調和しないデコーダを用いた図１０Ｄの符号化出力を復号化することによって生じた復号化出力の時間−波長スペクトルのグラフであり、図１０Ｇは、図１０Ｆの復号化出力の時間関数としてのパワーのグラフである。
【図１１】  ブラッグ格子エンコーダ又はデコーダの図である。
【図１２】  図１２Ａは、入力パルスの時間−波長スペクトルのグラフであり、図１２Ｂは、図１２Ａの入力パルスの波長の関数としてのエネルギーのグラフであり、図１２Ｃは、図１２Ａの入力パルスの時間関数としてのパワーのグラフであり、図１２Ｄは、図１２Ａの入力パルスを符号化することによって生じた符号化出力の時間−波長スペクトルのグラフであり、図１２Ｅは、図１２Ｄの符号化出力の波長の関数としての単位波長ごとのエネルギーのグラフであり、図１２Ｆは、図１２Ｄの符号化出力の時間関数としてのパワーのグラフであり、図１２Ｇは、コヒーレントに調和したデコーダによる図１２Ｄの符号化出力を復号化することによって生じた復号化出力の時間−波長スペクトルのグラフであり、図１２Ｈは、図１２Ｇの復号化出力の時間関数としてのパワーのグラフであり、図１２Ｉは、コヒーレントな調和しないデコーダを用いて図１２Ｄの符号化出力を復号化することによって生じた復号化出力の時間−波長スペクトルのグラフであり、図１２Ｊは、図１２Ｉの復号化出力の時間関数としてのパワーのグラフである。
【図１３】  入力パルス、制御された位相シフトで復号化することによって得られた復号化出力及び制御されていない位相シフトで得られた復号化出力の時間関数としての光パワーのグラフである。
【図１４】  ファイバブラッグ格子エンコーダ及びファイバブラッグ格子デコーダを有する通信システムの図である。
【図１５】  図１５Ａは、チャープしたパルスの時間−波長スペクトルを示し、図１５Ｂは、図１５Ａのチャープしたパルスの波長の関数としてのエネルギーのグラフであり、図１５Ｃは、図１５Ａのチャープしたパルスの時間関数としてのパワーのグラフであり、図１５Ｄは、時間−波長コードを用いた符号化後の図１５Ａのチャープしたパルスの時間−波長スペクトルを示す。
【図１】
0003735255.tif 000007
【図２】
0003735255.tif 000008
【図３】
0003735255.tif 000009
【図４】
0003735255.tif 000010
【図５】
0003735255.tif 000011
【図６】
0003735255.tif 000012
【図７】
0003735255.tif 000013
【図８】
0003735255.tif 000014
【図９】
0003735255.tif 000015
【図１０Ａ】
0003735255.tif 000016
【図１０Ｂ】
0003735255.tif 000017
【図１０Ｃ】
0003735255.tif 000018
【図１０Ｄ】
0003735255.tif 000019
【図１０Ｅ】
0003735255.tif 000020
【図１０Ｆ】
0003735255.tif 000021
【図１０Ｇ】
0003735255.tif 000022
【図１１Ａ】
0003735255.tif 000023
【図１１Ｂ】
0003735255.tif 000024
【図１２Ａ】
0003735255.tif 000025
【図１２Ｂ】
0003735255.tif 000026
【図１２Ｃ】
0003735255.tif 000027
【図１２Ｄ】
0003735255.tif 000028
【図１２Ｅ】
0003735255.tif 000029
【図１２Ｆ】
0003735255.tif 000030
【図１２Ｇ】
0003735255.tif 000031
【図１２Ｈ】
0003735255.tif 000032
【図１２Ｉ】
0003735255.tif 000033
【図１２Ｊ】
0003735255.tif 000034
【図１３Ａ】
0003735255.tif 000035
【図１３Ｂ】
0003735255.tif 000036
【図１３Ｃ】
0003735255.tif 000037
【図１４】
0003735255.tif 000038
【図１５Ａ】
0003735255.tif 000039
【図１５Ｂ】
0003735255.tif 000040
【図１５Ｃ】
0003735255.tif 000041
【図１５Ｄ】
0003735255.tif 000042