CN101610127A - 光脉冲时间扩展器 - Google Patents

Abstract

本发明提供光脉冲时间扩展器。自相关波分量相对于互相关波分量的能量分配比能够取得较大且不易依赖于编码时使用的码。在具备纤芯(54)和包层(52)的光纤(56)的纤芯(54)上固定SSFBG(50)，多个单位FBG构成为沿着光纤的光波导即纤芯的导波方向串联配置。SSFBG的单位衍射光栅长度L_i设定为小于单位段长度D_i的1/2。并且设定为，当设N是大于等于2的整数，m是取0～(N－1)的任意值的整数，参数a是满足0≤a＜1的实数时，相邻的单位FBG之间的相对相位差由a+(m/N)给出。

Description

光脉冲时间扩展器

技术领域

本发明涉及用于光复用传送的光脉冲时间扩展器，特别涉及利用超结构光纤布拉格光栅(SSFBG：Superstructured Fiber Bragg Grating)的光脉冲时间扩展器，该超结构光纤布拉格光栅构成为沿着光纤的导波方向配置多个周期性有效折射率分布结构体即单位衍射光栅。

背景技术

近年来，由于互联网的普及等，通信需求急速增大，与其对应地，使用光纤的高速且大容量的网络日渐完备。而且，为了实现通信的大容量化，在一条光纤传送路径上集中传送多个信道的光脉冲信号的光复用技术受到重视。

作为光复用技术，正在积极研究光时分复用(OTDM：Optical TimeDivision Multiplexing)、波分复用(WDM：Wavelength DivisionMultiplexing)以及光码分复用(OCDM：Optical Code DivisionMultiplexing)。

其中，OCDM对所收发的光脉冲信号在分配给每1比特的时间轴上没有限制，具有运用方面的灵活性。并且，还具有如下优点：能够在时间轴上对同一时隙设定多个信道，或者能够在波长轴上对同一波长设定多个通信信道。

OCDM是对每个信道分配不同的码(模式)、并通过模式匹配来提取信号的通信方法(例如，参照非专利文献1)。即，OCDM是如下的光复用技术：在发送侧针对每个通信信道利用不同的码对光脉冲信号进行编码，并且，在接收侧使用与发送侧相同的码进行解码来还原成原来的光脉冲信号。

根据OCDM，在解码时，仅将与编码时的码一致的光脉冲信号作为有效信号提取并进行处理，所以，能够将由组合了相同波长或多个波长的光构成的光脉冲信号分配给多个通信信道。并且，根据OCDM，在接收侧，为了进行解码而需要使用与编码中使用的码相同的码，所以，只要不知道该码就无法进行解码。因此，OCDM是在信息的安全确保方面优良的传送方法。

并且，根据OCDM，能够以同一波长在同一时刻复用多个信道，与OTDM或WDM相比，能够飞跃性提高通信容量，所以，在能够进行大容量的数据通信方面受到关注。

作为具体的OCDM通信方法，公知有利用了2值相位码(binary code)的OCDM通信方法(例如，参照非专利文献2和3)。最近，还公知有使用多值相位码的OCDM通信方法(例如，参照非专利文献4和5)。下面，有时将2值相位码或多值相位码简称为相位码。

利用了相位码的OCDM通信方法是指经由如下步骤进行的通信方法。首先，在发送侧，将多波长连续波光源的输出转换为光脉冲串，根据该光脉冲串，将2值数字信号即发送信号转换为RZ(return to zero：归零)格式的光脉冲信号，生成应发送的光脉冲信号。下面，有时将RZ格式的光脉冲信号简称为光脉冲信号。

在发送侧，对应发送的光脉冲信号进行基于编码器的编码，将其转换成编码光脉冲信号并发送。另一方面，在接收侧，接收编码光脉冲信号，利用设定有与在上述编码器中设定的码相同的码的解码器，对该编码光脉冲信号进行解码，再现所发送的光脉冲信号。

在利用了相位码的OCDM通信方法中，通过编码器，按照在该编码器中设定的一定的规则，使光脉冲信号在时间轴上进行扩展，从而转换成编码光脉冲信号。该情况下，由码来规定一定的规则。下面，有时将构成编码光脉冲信号的光脉冲称为码片脉冲，该编码光脉冲信号是在时间轴上使光脉冲信号扩展而生成的。即，编码器发挥如下功能：通过编码器将构成光脉冲信号的光脉冲逐个作为码片脉冲串在时间轴上进行扩展。

另一方面，通过解码器将编码光脉冲信号解码成原来的光脉冲信号。即，通过解码器，根据构成编码光脉冲信号的码片脉冲串，逐个再现构成原来的光脉冲信号的光脉冲，从而原来的光脉冲信号被解码。

使用了SSFBG的编码器和解码器分别具有相同结构的SSFBB。因此，在以后的说明中，在指编码器和解码器的任意一个的情况下，有时也将其称为光脉冲时间扩展器。即，在将编码器和解码器用于OCDM通信系统中的情况下，根据配置在系统内的部位来决定编码器和解码器的作用。即，如果光脉冲时间扩展器设置在发送侧，则其作为编码器发挥功能，如果光脉冲时间扩展器设置在接收侧，则其作为解码器发挥功能。

光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)是形成有对纤芯实施了周期性有效折射率调制的布拉格衍射光栅的光纤，具有对与所设定的周期对应的特定波长的光进行反射的滤波器的功能(例如，参照非专利文献2和4)。FBG仅对光纤的纤芯的有效折射率进行周期性调制，几何形状与基于OCDM的光通信的光传送路径中使用的光纤相同。因此，如果利用FBG作为光通信装置的构成要件，则它们与光传送路径的连接能够直接利用通常的光纤彼此间的连接技术。

编码器或解码器中利用的SSFBG在相邻配置的单位FBG之间设有相移部。由在编码器或解码器中设定的码来确定在该相移部中设定的相移量。例如，在配置有S个单位FBG的SSFBG中，相移部设置在(S-1)处，根据在该(S-1)处的各处设定的相移量来确定在SSFBG中设定的码。

在编码器和解码器中，除了上述SSFBG以外，还可以利用横向型滤波器结构的PLC(Planar Lightwave Circuit，平面光波导线路)(例如，参照非专利文献3)。并且，还可以利用AWG(Array Waveguide Gratings，阵列波导光栅)(例如，参照非专利文献6)。利用了PLC或AWG的编码器和解码器具有对可对它们设定的码没有限制这样的优点。但是，另一方面，与利用SSFBG的情况相比，存在光损耗量大、难以实现元件小型化的难点。因此，作为在OCDM收发系统中使用的光编码器，利用SSFBG的光编码器受到关注。

【非专利文献1】外林秀之「光符号分割多重ネツトワ一ク」応用物理，第71巻，第7号，(2002)pp.853-859.

【非专利文献2】西木玲彦、岩村英志、小林秀幸、沓澤聡子、大柴小枝子「SSFBGを用いたOCDM用位相符号器の開発」信学技報：Technical Report of IEICE.OFT2002-66，(2002-11).

【非专利文献3】Naoya Wada，et al.，″A 10 Gb/s Optical Code DivisionMultiplexing Using 8-Chip Optical Bipolar Code and Coherent Detection″，Journal of Lightwave Technology，Vol.17，No.10，October 1999.

【非专利文献4】P.C.Teh，M.Ibsen，et al.″Demonstration of aFour-Channel WDM/OCDMA system Using 255-chip 320-Gchip/sQuarternary Phase Coding Gratings″，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.14，No.2，February 2002.

【非专利文献5】Gabriella Cincotti，″Full Optical Encoders/Decodersfor Photonic IP Routers″，Journal of Lightwave Technology Vol.22，No.2，pp.337-342，February 2004.

【非专利文献6】Jing Cao，et al.，″Spectral Encoding and Decoding ofMonolithic InP OCDMA Encoder″，Paper We.3.6.6，vol.3，ECOC 2005.

【非专利文献7】Wei Cong，et al.，″An Error-Free 100Gb/s Time SlottedSPECTS O-CDMA Network Testbed″，Paper Th.1.4.6 vol.3，ECOC 2005.

但是，存在如下问题：在OCDM收发系统的接收侧，接收对各信道的编码后的信号进行合波而生成的OCDM信号，对该OCDM信号进行解码而生成的自相关波分量相对于互相关波分量的能量比依赖于编码时使用的码。自相关波分量是信号分量，互相关波分量是噪音分量，所以，自相关波分量相对于互相关波分量的能量比相当于所谓的接收信号的S/N比。并且，该S/N比由于在OCDM收发系统中复用的信道数量增多而降低，所以，在接收侧，为了识别自相关波和互相关波，需要进行时间选通处理、或如上述非专利文献7所公开的那样利用昂贵的非线性器件等特别的单元。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供如下的光脉冲时间扩展器：与以往的光脉冲时间扩展器相比，自相关波分量相对于互相关波分量的能量比不易依赖于编码时使用的码、并且能够取得较大。

本发明的发明人为了达成上述目的，对利用SSFBG构成的光脉冲时间扩展器进行了研讨，认为通过调整构成SSFBG的单位FBG的长度和相邻的FBG间的配置间隔之间的关系，能够解决上述课题。即，发现了满足自相关波分量相对于互相关波分量的能量比不易依赖于编码时使用的码并且能够取得较大数值的条件的、单位衍射光栅长度和单位段(segment)长度之比。

这里，单位衍射光栅长度是指单位FBG的长度，单位段长度是指相邻的FBG之间的配置间隔。并且，在以后的说明中，有时将自相关波分量相对于互相关波分量的能量比称为S/N比。

为了达成上述目的，根据本发明的主旨，提供以下结构的光脉冲时间扩展器。

本发明的光脉冲时间扩展器构成为具有利用光纤形成的SSFBG。SSFBG构成为隔着相移部配置多个单位FBG。即，通过在光纤的导波方向上反复交替串联配置单位FBG和相移部，来构成SSFBG。

本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG设定为，作为单位FBG的沿着光纤的长度方向的长度而定义的单位衍射光栅长度比作为相邻的FBG之间的间隔而定义的单位段长度短。

这里，单位FBG指构成为沿着光纤的导波方向周期性地改变光纤的有效折射率的光纤部分。即，单位FBG指中途不存在有效折射率调制周期变动或相位跳跃部分的一个连续的FBG部分。并且，相移部指构成为光纤的有效折射率沿着光纤的导波方向恒定的光纤部分。

通过调整该相移部的沿着光纤的导波方向的长度，能够适当调整来自隔着该相移部的相邻的单位FBG的布拉格反射光的相对相位差。

本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG优选将单位衍射光栅长度设定为小于单位段长度的1/2。

在利用本发明的光脉冲时间扩展器作为N信道光复用信号收发系统的编码器和解码器的情况下，优选如下所述构成SSFBG。

即，用于N信道光复用信号收发系统的优选的本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG是如下的SSFBG：其构成为，在光纤中，沿着该光纤的长度方向，以分别在第i单位FBG和第(i+1)单位FBG之间隔着有效折射率恒定的相移部的方式配置第1～第N单位FBG，所述第1～第N单位FBG为光纤的有效折射率周期性变化的结构。

该SSFBG具有输出如下的码片脉冲串的功能：将所输入的光脉冲在时间轴上进行时间扩展并依次排列而得到的由第1～第N码片脉冲这N个码片脉冲构成的码片脉冲串。

第i单位FBG配置成，对第1码片脉冲赋予等于2π[a+(m/N)]×(i-1)的相对相位，第1～第N单位FBG的沿着光纤的长度方向的长度即各个单位衍射光栅长度设定为，比相邻的第i单位FBG和第(i+1)单位FBG之间的间隔即各个单位段长度短。

优选第1～第N单位FBG的沿着光纤的长度方向的长度即各个单位衍射光栅长度设定为，小于相邻的第i单位FBG和第(i+1)单位FBG之间的间隔即各个单位段长度的1/2。

其中，N是大于等于2的整数，m是取0～(N-1)的任意值的整数，i是标识第1～第N单位FBG的参数，是取1～N的值的整数，参数a是满足0≤a＜1的实数。

在将本发明的光脉冲时间扩展器用于N信道光复用信号收发系统的情况下，例如，使m的值与0～(N-1)一一对应来分配第1～第N信道是便利的。该情况下，m的值是识别信道的符号。

根据本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG，单位衍射光栅长度设定为比单位段长度短。

由此，能够减少分别被相邻的单位FBG布拉格反射而生成的码片脉冲在时间轴上重叠的分量。其结果，关于由该SSFBG根据输入光脉冲中的一个光脉冲生成的码片脉冲串，当通过具有与该SSFBG相同结构的SSFBG对其进行解码时，再现为在时间轴上具有显著峰值强度的光脉冲。

本发明的光脉冲时间扩展器主要被利用为光复用信号收发系统的编码器和解码器。通过编码器生成的码片脉冲串通过具有与该编码器相同结构的解码器解码后，再现为光脉冲，但是，该情况下，将从解码器输出的在时间轴上具有显著的峰值强度的光脉冲称为自相关波。与此相对，通过具有与生成码片脉冲串的编码器不同的结构的解码器对其进行解码时，在时间轴上不出现显著峰值。该情况下，将从该解码器输出的输出光称为互相关波。

即，根据本发明的光脉冲时间扩展器，构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此在时间轴上的重叠小，所以，自相关波的峰值强度相对于在编码器和解码器中利用的码的依赖性小。

并且，当在编码器中设定的码和在解码器中设定的码不同的情况下，输入到解码器的构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此在时间轴上的重叠越小，从解码器输出的互相关波在时间轴上成为强度越均匀的信号。

因此，如果利用本发明的光脉冲时间扩展器作为编码器和解码器，则S/N比能够取得较大且不易依赖于编码时使用的码。

如果将本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG的单位衍射光栅长度设定为小于单位段长度的1/2，则能够使构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此在时间轴上的重叠小到能够忽视的程度。因此，将单位衍射光栅长度设定为小于单位段长度的1/2，由此，能够有效地使S/N比能够取得较大且不易依赖于编码时使用的码。

将构成本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG的第i单位FBG配置成，对第1码片脉冲赋予等于2π[a+(m/N)]×(i-1)的相对相位，由此，能够使作为构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此的光载波的相位为如下关系：两码片脉冲彼此干涉而减弱。

由此，能够减弱构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此在时间轴上的重叠部分的光强度，能够有效地使S/N比能取得较大且不易依赖于编码时使用的码。

并且，将第1～第N单位FBG的沿着光纤的长度方向的长度即各个单位衍射光栅长度设定为，比相邻的第i单位FBG和第(i+1)单位FBG之间的间隔即各个单位段长度短，由此，能够有效地减少构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此在时间轴上的重叠，所以，如上所述，能够有效地使S/N比能取得较大且不易依赖于编码时使用的码。

即，将构成SSFBG的第i单位FBG配置成，对第1码片脉冲赋予等于2π[a+(m/N)]×(i-1)的相对相位，将第1～第N单位FBG的沿着光纤的长度方向的长度即各个单位衍射光栅长度设定为，比相邻的第i单位FBG和第(i+1)单位FBG之间的间隔即各个单位段长度短，由此，能够得到以下效果。即，作为构成码片脉冲串的相邻的两码片脉冲彼此干涉而减弱的效果和两码片脉冲彼此在时间轴上的重叠减小的效果的相乘效果，能够极其有效地使S/N比能取得较大且不易依赖于编码时使用的码。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式的光脉冲时间扩展器所利用的SSFBG的概略结构的图。(A)是SSFBG的示意剖面图，(B)是概略地示出SSFBG的有效折射率调制结构的图，(C)是放大描绘光纤的有效折射率调制结构的一部分的图。

图2是用于说明基于具有固定有相同的有效折射率周期结构的一组SSFBG的光脉冲时间扩展器的码片脉冲串的生成和基于码片脉冲串生成自相关波的动作原理的图。(A)是用于说明动作原理的图，(B)是示出分别被从单位FBG 20a、20b、20c和20d进行布拉格反射的码片脉冲串a’、b’、c’和d’的时间波形的图，(C)是示出由SSFBG 20生成的输入光脉冲的自相关波的时间波形的图。

图3是用于说明基于具有固定有不同的有效折射率周期结构的一组SSFBG的光脉冲时间扩展器的码片脉冲串的生成和基于码片脉冲串生成互相关波的动作原理的图。(A)是用于说明动作原理的图，(B)是示出分别被从单位FBG 40a、40b、40c和40d进行布拉格反射的码片脉冲串a’、b’、c’和d’的时间波形的图，(C)是示出由SSFBG40生成的输入光脉冲的互相关波的时间波形的图。

图4是用于说明由相邻的单位FBG生成的码片脉冲彼此的干涉效应的图。(A)是概略地示出将时间宽度为t_p的光脉冲输入到构成编码器的SSFBG中的状况的图，(B)是单独示出由第(i)单位FBG生成的码片脉冲b_i和由第(i+1)单位FBG生成的码片脉冲b_i+1的时间波形的图，(C)和(D)分别是示出作为码片脉冲b_i的光载波的相对相位和作为码片脉冲b_i+1的光载波的相对相位相差π时和是相同相位时的码片脉冲串的时间波形的图。

图5是用于说明单位衍射光栅长度和单位段长度之比对由解码器生成的自相关波分量相对于互相关波分量之比(S/N比)带来的效果的图。(A)是概略地示出将时间宽度为t_p的光脉冲输入到构成编码器的SSFBG中的状况的图，(B)是示出在单位FBG的两端和四分割的点g₁、g₂、g₃和g₄处反射的布拉格反射光分量的时间波形的图，(C)是示出来自单位FBG的布拉格反射光的时间波形的图。

图6是用于说明为了针对以2种方式改变了单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之间的关系的SSFBG来研究在解码过程中生成的自相关波分量相对于互相关波分量的能量比依赖性而进行仿真的结果的图。(A)和(B)分别是示出相对于由码R编码的信号的、码R的自相关波形的图，(C)和(D)分别是示出相对于由码R编码的信号的、码S相对于码R的互相关波形的图。

图7是用于说明为了针对以2种方式改变了单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之间的关系的SSFBG来研究在解码过程中生成的自相关波分量相对于互相关波分量的能量比依赖性而进行仿真的结果的图。(A)和(B)分别是示出相对于由码S编码的信号的、码S的自相关波形的图，(C)和(D)分别是示出相对于由码R编码的信号的、码R相对于码S的互相关波形的图。

图8是示出相对于单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之比L_i/D_i的、自相关波分量相对于互相关波分量的能量比的码依赖性的图。

标号说明

10、20、30、40、50：SSFBG；12、14、32、34：光环行器；18、38：光纤传送路径；52：包层；54：纤芯；56：光纤

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式，但是，本发明的实施方式并不根据这些图来限定。并且，在以下的说明中，有时使用了特定的条件等，但是，这些条件只不过是优选例之一，因此，并不限定于该条件。

<SSFBG>

在说明本发明的光脉冲时间扩展器的结构及其动作时，首先，说明本发明的实施方式的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG的结构。

参照图1(A)～图1(C)说明本发明的实施方式的光脉冲时间扩展器所利用的SSFBG的概略结构。图1(A)是SSFBG 50的示意剖面图。该SSFBG 50构成为在具备纤芯54和包层52的光纤56的纤芯54上固定SSFBG 50。在图1(A)所示的SSFBG 50中，32个单位FBG沿着光纤56的光波导即纤芯54的导波方向串联配置。这里，对第1～第32单位FBG这32个单位FBG依次标注符号A₁～A₃₂予以区分。

图1(B)是概略地示出图1(A)所示的SSFBG 50的有效折射率调制结构的图。横轴表示沿着形成有SSFBG 50的光纤56的长度方向的位置坐标。纵轴表示光纤56的有效折射率调制结构，将光纤56的纤芯的最大有效折射率和最小有效折射率之差表示为Δn。并且，图1(C)中对光纤56的纤芯54的有效折射率调制结构进行局部放大描绘。

有效折射率调制周期为Λ。因此，布拉格反射波长λ由λ＝2N_effΛ给出。这里，N_eff为光纤56的有效折射率。输入到具有32个单位FBG的SSFBG 50的光脉冲被时间扩展成32个码片脉冲。从图1(A)和图1(B)所示的SSFBG 50的左端至右端的方向上排列的表示为A₁～A₃₂的第1～第32单位FBG与从该SSFBG 50输出的码片脉冲一一对应。

如图1(C)所示，相邻的单位FBG之间、即由A_i表示的第A_i单位FBG和由A_i+1表示的第A_i+1单位FBG之间设有未进行有效折射率调制的相移部E_i。作为沿着第A_i单位FBG的光纤56的长度方向即沿着光纤56的导波方向的长度而定义的单位衍射光栅长度用L_i表示。并且，作为相邻的单位FBG之间的间隔即第A_i单位FBG和第A_i+1单位FBG之间的间隔而定义的单位段长度用D_i表示。即，D_i＝L_i+E_i。

这里，在将相移部表记为E_i的情况下，除了示出作为识别相移部的记号的意思以外，还示出作为表示该相移部的长度的变量的意思。关于E_i是识别记号还是表示长度的变量，意味着其中的哪个，在不产生混乱的范围内没有特意区分使用。并且，单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i也同样。

接着，关于作为由A_i表示的第A_i单位FBG和由A_i+1表示的第A_i+1单位FBG之间的间隔而定义的单位段长度D_i，说明该间隔是如何设定的。这里，作为优选的用于N信道光复用信号收发系统的本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG，列举一个优选例进行说明，但是，一般地，本发明的光脉冲时间扩展器所具有的SSFBG不限于以下的说明。

单位段长度D_i定义为，从由A_i表示的第A_i单位FBG的光纤的长度方向的中心位置到由A_i+1表示的第A_i+1单位FBG的光纤的长度方向的中心位置的距离。

这里，设由A_i表示的第A_i单位FBG所具有的相对相位为P_i，由A_i+1表示的第A_i+1单位FBG所具有的相对相位为P_i+1。此时，两者的相位差d_i为P_i+1-P_i。在设由A_i表示的第A_i单位FBG和由A_i+1表示的第A_i+1单位FBG之间(相移部E_i)的有效折射率为N_eff时，D_i和d_i存在D_i＝(M+d_i)λ/2的关系。其中，M是任意整数，关于λ，当设光脉冲在真空中的有效折射率为λ₀时，λ＝λ₀/N_eff。若以角度相位来表示(M+d_i)λ，则为2π(M+d_i)。

在制造本发明的第n光脉冲时间扩展器时，将配置于SSFBG 50的输入输出端的单位FBG的相对相位设为0，为了形成为使其相邻的单位FBG的相对相位为2π[a+(m/N)]、该相邻的单位FBG的相邻的单位FBG的相对相位为2π[a+(m/N)]×2，只要设定成等于D₁＝[M+a+(m/N)]λ/2、D₂＝[M+{a+(m/N)}]×2×(λ/2)即可。一般地，将配置在SSFBG 50的输入输出端的第1单位FBG设为第一个，为了形成为使第k个的第k单位FBG的相对相位为2π[a+(m/N)]×(k-1)，只要设定成等于D_k＝[M+{a+(m/N)}]×(k-1)λ/2即可。

<基于光脉冲时间扩展器的编码和解码>

参照图2(A)～图2(C)说明基于具有固定有同一有效折射率周期结构的单位FBG的SSFBG的光脉冲时间扩展器的码片脉冲串的生成和从码片脉冲串复原光脉冲的动作原理。构成SSFBG的单位FBG的有效折射率周期结构全部相等，所以，各单位FBG的布拉格反射波长全部相等。

图2(A)是用于说明动作原理的图，图2(B)是示出分别被从单位FBG 20a、20b、20c和20d进行布拉格反射的码片脉冲串a’、b’、c’和d’的时间波形的图。码片脉冲串a’、b’、c’和d’分别是从SSFBG 10输出的码片脉冲a、b、c和d在单位FBG 20a、20b、20c和20d中进行时间扩展而生成的码片脉冲串。

图2(C)示出由SSFBG 20解码的输入光脉冲的自相关波的时间波形。

图2(A)示出如下例子：将具有SSFBG 10的一个光脉冲时间扩展器作为码片脉冲转换器，将具有SSFBG 20的另一个光脉冲时间扩展器作为光脉冲复原器。作为在SSFBG 10和SSFBG 20中设定的光脉冲的时间扩展规则，一般使用码，但是，如果是将一个光脉冲在时间轴上生成为多个码片脉冲串的结构，则不限于严格意义上的码。以下例示的在SSFBG10和SSFBG 20中设定的光脉冲的时间扩展规则并不是使用严格意义上的码，但是，为了便于说明，对码的含义进行广义解释，有时也将码片脉冲转换器表记为编码器，将光脉冲复原器表记为解码器。

在图2(A)中，将具有4个单位FBG的SSFBG即N＝4的SSFBG作为一例举例示出，在以下的说明中，即使对于N＝4以外的SSFBG的情况，也只是码片脉冲的数量不同，码片脉冲串的生成以及从码片脉冲串复原光脉冲的动作原理相同。

如图2(A)所示，输入光脉冲经由光环行器12输入到SSFBG 10，进行时间扩展，再经由光环行器12作为码片脉冲串输出。图2(A)所示的SSFBG 10是沿着光纤的导波方向排列4个单位FBG而构成的SSFBG。因此，从SSFBG 10输出的、在时间轴上排列的码片脉冲的数量为4个。

当对SSFBG 10输入光脉冲时，从单位FBG 10a、10b、10c和10d分别生成布拉格反射光a、b、c和d并输出。布拉格反射光a、b、c和d各自的相对相位是0、0.25、0.5、0.75。若将其表示成相对相位值的数列，则为(0、0.25、0.5、0.75)。SSFBG 20的有效折射率周期结构与SSFBG10相同。

在图2(A)所示的SSFBG 10的例子中，所设定的光脉冲的时间扩展规则相当于由m＝0、N＝4、a＝0.25规定的情况。即，a+(m/N)＝0.25。因此，对构成SSFBG 10和SSFBG 20的单位FBG设定的相对相位值的数列由(0、0.25、0.5、0.75)给出。下面，有时将a+(m/N)称为相对相位的最小单位。

即，m＝0、N＝4、a＝0.25，所以对第1码片脉冲(时间轴上最前位置的码片脉冲)给出等于0的相对相位，对第2码片脉冲，2π[a+(m/N)]＝2π×0.25，所以，如果省略2π，则相对相位值为0.25。同样，对第3码片脉冲，2π[a+(m/N)]×2＝2π×0.25×2＝2π×0.5，所以，如果省略2π，则相对相位值为0.5。同样，对第4码片脉冲，2π[a+(m/N)]×3＝2π×0.25×3＝2π×0.75，所以，如果省略2π，则相对相位值为0.75。即，对构成SSFBG 20的单位FBG设定的相对相位值的数列为(0、0.25、0.5、0.75)。

接着，说明如下过程：光脉冲被编码器编码并转换成编码光脉冲串，该编码光脉冲串被解码器解码，形成自相关波。即，说明如下过程：光脉冲被SSFBG 10时间扩展并转换成码片脉冲串，该码片脉冲串通过SSFBG 20形成自相关波(被复原的光脉冲)。

当图2(A)所示的单一光脉冲经由光环行器12输入到编码器即SSFBG 10时，生成来自单位FBG 10a、10b、10c和10d的布拉格反射光。在此，分别将来自单位FBG 10a、10b、10c和10d的布拉格反射光设为a、b、c和d。即，图2(A)所示的单一光脉冲被时间扩展成布拉格反射光a、b、c和d，转换成编码光脉冲串。

当相对于时间轴表示布拉格反射光a、b、c和d时，如图2(A)的连接发送侧和接收侧的光纤传送路径18的上侧所示，时间扩展成4个光脉冲，构成在时间轴上依赖于单位FBG 10a、10b、10c和10d的特定码片脉冲串。因此，码片脉冲串是指输入到编码器的光脉冲在时间轴上时间扩展为多个码片脉冲而成的码片脉冲串。

构成码片脉冲串的这些布拉格反射光a、b、c和d的相对相位为(0，0.25，0.5，0.75)。布拉格反射光a的相位与布拉格反射光b的相位之差为0.25。布拉格反射光b的相位与布拉格反射光c的相位之差、布拉格反射光c的相位与布拉格反射光d的相位之差也为0.25。

从光环行器12输出的码片脉冲串在光纤传送路径18中传播，经由光环行器14输入到解码器即SSFBG 20。SSFBG 20与SSFBG 10结构相同，输入端和输出端也相同。即，从SSFBG 10的输入端依次排列单位FBG 10a、10b、10c和10d，从SSFBG 20的输入端也同样地依次排列单位FBG 20a、20b、20c和20d。

图2(B)是示出分别被从单位FBG 20a、20b、20c和20d布拉格反射而生成的码片脉冲串a’、b’、c’和d’的时间波形的图，横轴取为时间轴。而且，为了方便起见，标注1～7来表示时刻的前后关系，该数值越小表示越靠前的时刻。

码片脉冲串被输入到解码器即SSFBG 20时，首先被单位FBG 20a布拉格反射。将被单位FBG 20a布拉格反射的反射光表示为布拉格反射光a’。同样地，将被单位FBG 20b、单位FBG 20c和单位FBG 20d布拉格反射的反射光分别表示为布拉格反射光b’、c’和d’。

构成码片脉冲串的码片脉冲a、b、c和d被单位FBG 20a布拉格反射，在图2(B)中表示为a’的时间轴上排列。被单位FBG 20a布拉格反射的码片脉冲a是在时间轴上表示为1的位置上具有峰值的光脉冲。被单位FBG 20a布拉格反射的码片脉冲b是在时间轴上表示为2的位置上具有峰值的光脉冲。同样地，被单位FBG 20a布拉格反射的码片脉冲c和d分别是在时间轴上表示为3和4的位置上具有峰值的码片脉冲。

构成码片脉冲串的光脉冲a、b、c和d还被单位FBG 20b布拉格反射，在图2(B)中表示为b’的时间轴上排列。被从单位FBG 20b反射的布拉格反射光b’与布拉格反射光a’相比增加0.25。因此，相对于在表示为a’的时间轴上排列的码片脉冲串，在表示为b’的时间轴上排列的码片脉冲串为对各码片脉冲的相对相位加上0.25而得到的值。即，在表示为a’的时间轴上排列的码片脉冲串的从右侧至左侧的相对相位为(0，0.25，0.5，0.75)，相对于此，在表示为b’的时间轴上排列的码片脉冲串的相对相位值从右侧至左侧分别加上0.25，成为(0.25，0.5，0.75，0)。

若仅单纯地加上0.25，则表示为b’的串的相对相位成为(0.25，0.5，0.75，1)，但是，最后的第4项不是1而是0，这是因为，如上所述，作为相位来说，相对相位值是0还是1这两者意思相同。

同样地，对于在表示为c’的时间轴上排列的码片脉冲串，对在表示为a’的时间轴上排列的码片脉冲串的相对相位值(0，0.25，0.5，0.75)加上0.5，成为(0.5，0.75，1，1.25)＝(0.5，0.75，0，0.25)。并且，对于在表示为d’的时间轴上排列的码片脉冲串，对在表示为a’的时间轴上排列的串的码片脉冲串的相对相位值(0，0.25，0.5，0.75)加上0.75，成为(0.75，1，1.25，1.5)＝(0.75，0，0.25，0.5)。

图2(C)示出由SSFBG 20复原后的输入光脉冲的自相关波。横轴为时间轴，该时间轴与图2(B)所示的图的时间轴一致。自相关波由从SSFBG 20的各单位FBG反射的布拉格反射光a’、b’、c’和d’给出，所以，是将图2(B)所示的布拉格反射光a’、b’、c’和d’全部相加而得的。在图2(C)的时间轴上表示为4的时刻，与布拉格反射光a’、b’、c’和d’相关联的光脉冲全部以相同相位相加，所以构成最大的峰值。并且，即使在图2(C)的时间轴上表示为4的时刻以外的时刻，各码片脉冲也以同一相位重叠，但重叠的码片脉冲的数量小于4个(3个、2个和1个)，所以小于在表示为4的时刻的最大峰值。

如以上说明的那样，光脉冲被SSFBG 10时间扩展成为码片脉冲串，该码片脉冲串被输入到SSFBG 20，从而生成自相关波。在这里举出的例子中，使用了4比特的相对相位(0，0.25，0.5，0.75)，但是，即使相对相位为除此之外的情况，上述说明同样成立。

图2(C)所示的自相关波可以解释为根据如下机理生成。在时间轴上表示为1的位置上形成的峰值波形是通过被从单位FBG 20a反射的、针对码片脉冲a的布拉格反射光a’形成的。因此，在时间轴上表示为1的位置上形成的峰值波形的振幅与码片脉冲的振幅相等。

在时间轴上表示为2的位置上形成的峰值波形是作为被从单位FBG20a反射的、针对码片脉冲b的布拉格反射光b’与被从单位FBG 20b反射的、针对码片脉冲a的布拉格反射光a’之和形成的。它们两者之和是相对相位均为0.25的同相位的光码片脉冲之和，所以其振幅为码片脉冲的振幅的2倍。

以下，在时间轴上表示为3至7的位置上形成的峰值波形的振幅是根据与上述相同的机理而生成的峰值波形，分别是码片脉冲的振幅的3倍、4倍、3倍、2倍、1倍。图2(C)中，用括号将表示各个峰值波形的振幅是码片脉冲的振幅的多少倍的数值括起来，在峰值波形的各个峰值位置示出。当按照时间轴上表示为1至7的位置上形成的峰值波形的顺序进行合计时，这些峰值波形的振幅的合计为1+2+3+4+3+2+1＝16。若将其换算成能量，则为1个码片脉冲的256倍(＝16²倍)。即，自相关波的总能量为1个码片脉冲的能量的256倍。

在以上的说明中，说明了分别对发挥编码器作用的SSFBG 10和发挥解码器作用的SSFBG 20设定的相对相位相同的情况。即，说明了如下情况：通过SSFBG 10时间扩展成码片脉冲串之后，该码片脉冲串被输入到SSFBG 20，生成为自相关波并输出。

接着，参照图3(A)～图3(C)说明分别由具有彼此不同的有效折射率周期结构的SSFBG的一组光脉冲时间扩展器进行的码片脉冲串的生成和从码片脉冲串生成互相关波的动作原理。即，示出如下例子：将具有SSFBG 30的一个光脉冲时间扩展器作为码片脉冲转换器，将具有SSFBG 40的另一个光脉冲时间扩展器作为光脉冲复原器。该情况下，从发挥解码器作用的SSFBG 40输出的输出光即互相关波在时间轴上不具有显著的峰值。

图3(A)是用于说明动作原理的图，图3(B)是示出分别被从SSFBG40所具有的单位FBG 40a、40b、40c和40d布拉格反射的码片脉冲串a’、b’、c’和d’的时间波形的图，图3(C)示出由解码器即SSFBG40解码的输入光脉冲的互相关波的时间波形。码片脉冲串a’、b’、c’和d’分别是从SSFBG 30输出的码片脉冲a、b、c和d被单位FBG 40a、40b、40c和40d进行时间扩展而生成的码片脉冲串。

如图3(A)所示，输入光脉冲经由光环行器32输入到SSFBG 30，进行时间扩展，再经由光环行器32作为码片脉冲串输出。图3(A)所示的SSFBG 30是沿着光纤的导波方向排列4个单位FBG而构成的SSFBG。因此，从SSFBG 30输出的、排列在时间轴上的码片脉冲的数量为4个。

构成SSFBG 30的单位FBG 30a、30b、30c和30d分别与上述的光相位码的第1码片a、第2码片b、第3码片c、第4码片d对应。

当对SSFBG 30输入光脉冲时，从单位FBG 30a、30b、30c和30d分别生成布拉格反射光a、b、c和d并输出。SSFBG 30的表示布拉格反射光a、b、c和d各自的相对相位的数列为0、0.5、0、0.5。若将其表示为相对相位值的数列，则为(0、0.5、0、0.5)。即，在SSFBG 30中设定的光脉冲的时间扩展规则相当于m＝1、N＝4、a＝0.25的情况。即，相对相位的最小单位a+(m/N)为a+(m/N)＝0.5。对构成SSFBG 30的单位FBG设定的相对相位值的数列由(0、0.5、0、0.5)给出。

相对于此，SSFBG 40的表示布拉格反射光a、b、c和d各自的相对相位的数列为(0、0.25、0.5、0.75)。即，在SSFBG 40中设定的光脉冲的时间扩展规则相当于m＝0、N＝4、a＝0.25的情况。即，相对相位的最小单位a+(m/N)为a+(m/N)＝0.25。因此，对构成第2光脉冲时间扩展器的SSFBG的单位FBG设定的相对相位值的数列由(0、0.25、0.5、0.75)给出。

接着，说明如下过程：光脉冲被SSFBG 30时间扩展并转换成码片脉冲串，该码片脉冲串借助SSFBG 40形成互相关波。

当图3(A)所示的单一光脉冲经由光环行器32输入到编码器即SSFBG 30时，生成来自单位FBG 30a、30b、30c和30d的布拉格反射光。因此，将来自单位FBG 30a、30b、30c和30d的布拉格反射光分别设为a、b、c和d。即，图3(A)所示的单一光脉冲被时间扩展成布拉格反射光a、b、c和d，而转换成编码光脉冲串。

当相对于时间轴表示布拉格反射光a、b、c和d时，如图3(A)的连接发送侧和接收侧的光纤传送路径38的上侧所示，时间扩展成4个光脉冲，构成在时间轴上依赖于单位FBG 30a、30b、30c和30d的特定码片脉冲串。因此，码片脉冲串是指输入到编码器的光脉冲在时间轴上时间扩展为多个码片脉冲而成的码片脉冲串。

构成码片脉冲串的这些布拉格反射光a、b、c和d的相对相位表示为(0，0.5，0，0.5)。布拉格反射光a的相位与布拉格反射光b的相位之差为0.5。布拉格反射光b的相位与布拉格反射光c的相位之差以及布拉格反射光c的相位与布拉格反射光d的相位之差也为0.5。

从光环行器32输出的码片脉冲串在光纤传送路径38中传播，经由光环行器34输入到解码器即SSFBG 40。

参照图3(B)和(C)说明从SSFBG 30输出的码片脉冲串输入到SSFBG 40生成为互相关波并输出的过程。图3(B)和(C)是用于说明从码片脉冲串生成互相关波的过程的图。

图3(B)是示出分别被从单位FBG 40a、40b、40c和40d布拉格反射而生成的码片脉冲串a’、b’、c’和d’的时间波形的图，横轴取为时间轴。而且，为了方便起见，标注1～7来表示时刻的前后关系，该数值越小表示越靠前的时刻。

码片脉冲串被输入到解码器即SSFBG 40时，首先被单位FBG 40a布拉格反射。将被单位FBG 40a布拉格反射的反射光表示为布拉格反射光a’。同样地，将被单位FBG 40b、单位FBG40c和单位FBG 40d布拉格反射的反射光分别表示为布拉格反射光b’、c’和d’。

构成码片脉冲串的码片脉冲a、b、c和d被单位FBG 40a布拉格反射，在图3(B)中表示为a’的时间轴上排列。被单位FBG 40a布拉格反射的码片脉冲a是在时间轴上表示为1的位置上具有峰值的光脉冲。被单位FBG 40a布拉格反射的码片脉冲b是在时间轴上表示为2的位置上具有峰值的光脉冲。同样地，被单位FBG 40a布拉格反射的码片脉冲c和d分别是在时间轴上表示为3和4的位置上具有峰值的码片脉冲。

构成码片脉冲串的光脉冲a、b、c和d还被单位FBG 40b布拉格反射，在图3(B)中表示为b’的时间轴上排列。从单位FBG 40b反射的布拉格反射光b’与布拉格反射光a’相比增加0.25。因此，相对于在表示为a’的时间轴上排列的码片脉冲串，在表示为b’的时间轴上排列的码片脉冲串成为对各码片脉冲的相对相位加上0.25而得到的值。即，在表示为a’的时间轴上排列的码片脉冲串的从右侧至左侧的相对相位为(0，0.5，0，0.5)，相对于此，在表示为b’的时间轴上排列的码片脉冲串的相对相位值从右侧至左侧分别加上0.25，成为(0.25，0.75，0.25，0.75)。

同样地，对于在表示为c’的时间轴上排列的码片脉冲串，对表示为a’的串的码片脉冲串的相对相位值(0，0.5，0，0.5)加上0.5，成为(0.5，0，0.5，0)。并且，对于在表示为d’的时间轴上排列的码片脉冲串，对表示为a’的串的码片脉冲串的相对相位值(0，0.5，0，0.5)加上0.75，成为(0.75，1.25，0.75，1.25)＝(0.75，0.25，0.75，0.25)。

图3(C)示出从SSFBG 40输出的互相关波的时间波形。横轴为时间轴，该时间轴与图3(B)所示的图的时间轴一致。互相关波由来自SSFBG 40的各单位FBG的布拉格反射光a’、b’、c’和d’给出，所以是将图3(B)所示的布拉格反射光a’、b’、c’和d’全部相加而得的。

图3(C)的时间轴上表示为1的时刻是仅利用布拉格反射光a’中位于最右侧的码片脉冲形成的峰值，所以，其振幅与一个码片脉冲的振幅相等。在时间轴上表示为2的时刻是作为布拉格反射光a’中位于右侧起第二个码片脉冲和布拉格反射光b’中位于最右侧的码片脉冲之和形成的峰值。两者的码片脉冲的相位分别为0.5、0.25，所以作为两者之和形成的峰值的振幅小于2个码片脉冲。图3(C)中将其表示为(＜2)。

同样地，在时间轴上表记为3的时刻，是其振幅小于1个码片脉冲的峰值；在时间轴上表记为5的时刻，是其振幅小于1个码片脉冲的峰值；在时间轴上表记为6的时刻，是其振幅小于2个码片脉冲的峰值。并且，在时间轴上表记为4的时刻，重叠的码片脉冲刚好相互抵消，其振幅为0。并且，在时间轴上表记为7的时刻，是仅利用布拉格反射光d’中位于最左侧的码片脉冲形成的峰值，所以其振幅等于1个码片脉冲的振幅。

图3(C)中，用括号将表示各个峰值波形的振幅是码片脉冲的振幅的多少倍的数值括起来，在峰值波形的各个峰值位置示出。按照时间轴上表示为1至7的位置上形成的峰值波形的顺序进行合计时，这些峰值波形的振幅的合计小于1+2+1+0+1+2+1＝8。若将其换算成能量，则成为比1个码片脉冲的64倍(＝8²倍)小的值。即，互相关波的总能量小于1个码片脉冲的能量的64倍。

因此，自相关波能量是1个码片脉冲的能量的256倍，相对于此，互相关波能量为1个码片脉冲的能量的64倍。即，示出自相关波的能量为互相关波的能量的8(＝256/8)倍。并且，如图2(C)所示，自相关波的峰值强度为1个码片脉冲的4倍。即，换算成能量为16倍。另一方面，如图3(C)所示，互相关波的峰值强度为0。

由以上可知，根据本发明的光脉冲时间扩展器，S/N比能够取得较大，自相关波的峰值强度与互相关波的峰值强度相比能够取得足够大。

如以上说明的那样，如果将构成SSFBG的第i单位FBG配置成，对第i码片脉冲赋予等于2π[a+(m/N)]×(i-1)的相对相位，则作为所生成的码片脉冲串的相邻码片脉冲的光载波的相位不再是相同相位。因此，能够得到构成码片脉冲串的相邻的两个码片脉冲彼此干涉而减弱的效果，能够将S/N比取得较大。

<相邻的码片脉冲的相对相位差>

参照图4(A)～图4(D)说明通过相邻的单位FBG生成的码片脉冲彼此的干涉效果。

图4(A)是概略地示出将时间轴上的半峰全宽为t_p的光脉冲输入到构成编码器的SSFBG中的状况的图。图4(B)是单独示出由第(i)单位FBG生成的码片脉冲b_i和由第(i+1)单位FBG生成的码片脉冲b_i+1的时间波形的图。图4(C)是示出考虑相位而对分别由第(i)单位FBG和第(i+1)单位FBG生成的码片脉冲b_i和码片脉冲b_i+1相加而得到的码片脉冲串的时间波形的图，示出作为码片脉冲b_i的光载波的相对相位和作为码片脉冲b_i+1的光载波的相对相位相差π的情况。图4(D)是示出考虑相位而对分别由第(i)单位FBG和第(i+1)单位FBG生成的码片脉冲b_i和码片脉冲b_i+1相加而得到的码片脉冲串的时间波形的图，示出作为码片脉冲b_i的光载波的相对相位和作为码片脉冲b_i+1的光载波的相对相位为相同相位的情况。

如图4(B)所示，码片脉冲b_i和码片脉冲b_i+1在时间轴上的峰值位置之差为2×N_effD_i/c，码片脉冲b_i和码片脉冲b_i+1在时间轴上部分重叠。而且，作为码片脉冲b_i的光载波的相对相位和作为码片脉冲b_i+1的光载波的相对相位相差π的情况如图4(C)所示，在重叠部分中相互干涉而减弱的结果为，清楚地表现出码片脉冲b_i和码片脉冲b_i+1的各自的峰值。

相对于此，作为码片脉冲b_i的光载波的相对相位和作为码片脉冲b_i+1的光载波的相对相位为相同相位的情况如图4(D)所示，在重叠部分中相互干涉而减弱的结果为，码片脉冲b_i和码片脉冲b_i+1一体化，各自的峰值不能明确地分离。

因此，作为码片脉冲b_i的光载波的相对相位和作为码片脉冲b_i+1的光载波的相对相位相差π的情况分别在时间轴上分离存在，相对于此，相同相位的情况则不能分离。码片脉冲彼此越是在时间轴上能够明确地分离，在解码器中对码片脉冲串彼此进行相加而生成的自相关波和互相关波越不易依赖于构成码片脉冲串的码片脉冲在时间轴上的排列模式。其结果，在解码过程中S/N比能够取得较大。

一般地，随着作为相邻的码片脉冲的光载波的相对相位差从0到π变化，与其对应地，两个码片脉冲在时间轴上的分离也变得明确。即，作为相邻的码片脉冲的光载波的相对相位差越接近π，自相关波和互相关波越不易依赖于构成码片脉冲串的码片脉冲在时间轴上的排列模式。

在构成本发明的光脉冲时间扩展器的SSFBG中，由相邻的单位FBG生成的码片脉冲彼此的相对相位差不等于π，但也不是0。因此，没有相对相位差为π的情况那么显著，但是，在由本发明的光脉冲时间扩展器实现的解码过程中，能够将S/N比取得充分大。

并且，根据本发明的光脉冲时间扩展器，在能够将S/N比取得充分大这点上，参照图2(A)～图2(C)和图3(A)～图3(C)，作为一例，相邻的单位FBG之间的相对相位差a+(m/N)在a＝0.25、m＝0和1、N＝4的情况下，已经定量地进行了说明。

<单位衍射光栅长度和单位段长度之比和S/N比的关系>

参照图5(A)～图5(C)说明单位衍射光栅长度和单位段长度之比对由解码器生成的自相关波分量相对于互相关波分量之比(S/N比)带来的效果。图5(A)是概略地示出将时间轴上的半峰全宽为t_p的光脉冲输入到构成编码器的SSFBG中的状况的图。图5(A)左侧所示的图示出输入到SSFBG的光脉冲的时间波形。并且，图5(A)右侧所示的图是取出SSFBG的一部分而示出的示意剖面图。图5(A)中代表性地示出由A_i表示的第(i)单位FBG和由A_i+1表示的第(i+1)单位FBG。单位衍射光栅长度是L_i，单位段长度是D_i，相移部的长度是E_i。在以下的说明中，有时将时间轴上的半峰全宽简称为时间宽度。

输入到SSFBG的光脉冲在构成SSFBG的各单位FBG的各处连续地被布拉格反射。如图5(A)所示以第i单位FBG为例时，在图5(B)中作为由g₁、g₂、g₃和g₄所示的实线的时间波形，示出在第i单位FBG的两端和四分割点g₁、g₂、g₃和g₄处反射的布拉格反射光分量。实际的来自第i单位FBG的布拉格反射光的时间波形作为在点g₁、g₂、g₃和g₄处反射的布拉格反射光分量之和求出。严格地讲，对从第i单位FBG的连续的全部部位反射的布拉格反射光分量进行积分，来求出来自第i单位FBG的布拉格反射光的时间波形。其结果，来自第i单位FBG的布拉格反射光的时间波形如图5(C)所示，为时间宽度为t_Q的由b_i表示的码片脉冲。

从第(i+1)单位FBG反射的布拉格反射光分量的时间波形也一样，为图5(B)和图5(C)中作为b_i+1用虚线示出的时间波形。一般地，在由各单位FBG反射的布拉格反射光的时间波形的时间宽度t_Q与输入光脉冲的时间波形的时间宽度t_p、单位衍射光栅长度L_i、光纤的有效折射率N_eff、光束c之间，存在下式(1)所示的关系。

t_Q＝t_p+(2×N_effL_i/c)    (1)

因此可知，为了减少相邻的码片脉冲(码片脉冲b_i和b_i+1)在时间轴上重叠的部分，只要将相邻的单位FBG的间隔即单位段长度D_i设定为满足下式(2)即可。

2×(D_i-L_i)≥(t_Q-t_p)×(c/N_eff)    (2)

根据式(1)，得到2×L_i＝(t_Q-t_p)×(c/N_eff)，所以，式(2)变形为下式(3)。

2×(D_i-L_i)≥2×L_i    (3)

因此，得到：

D_i/2≥L_i    (4)。

即，如果将SSFBG的单位衍射光栅长度L_i设定为小于单位段长度D_i的1/2，则能够使构成码片脉冲串的相邻的码片脉冲彼此在时间轴上的重叠小到能够忽视的程度。

参照图6(A)～图6(D)和图7(A)～图7(D)，说明为了针对以2种方式改变单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之间的关系的SSFBG来研究在解码过程中生成的自相关波分量相对于互相关波分量的能量比(S/N比)的依赖性而进行仿真的结果。在图6(A)～图6(D)和图7(A)～图7(D)中，横轴以ps(皮秒)为单位分度示出时间，纵轴以任意刻度分度示出光强度。

在该仿真中，设单位FBG的有效折射率调制周期Λ为540nm，单位段长度D_i为1.3mm。并且，假设设定了将相对相位的最小单位a+(m/N)设定为m＝0、a＝1/32、N＝16的码R和设定为m＝4、a＝1/32、N＝16的码S这2种码的SSFBG，来实施仿真。并且，输入到SSFBG的输入光脉冲在时间轴上的半峰全宽为12ps。

图6(A)和图6(B)分别是示出相对于由码R编码的信号的、码R的自相关波形的图，图6(A)示出设L_i＝D_i、E_i＝0即L_i/D_i＝1的情况，图6(B)示出设L_i＝E_i＝(1/2)D_i即L_i/D_i＝1/2的情况。并且，图6(C)和图6(D)分别是示出利用码S对由码R编码的信号进行解码时的互相关波形的图，图6(C)示出设L_i＝D_i、E_i＝0的情况，图6(D)示出设L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况。

如图6(A)和图6(B)所示可知，与确保相移部的长度E_i为生成相对相位的最小单位的相位差的长度而实质上设为E_i＝0的情况相比，在确保相移部的长度为L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，自相关波形分量的能量大。与实质上定量地设E_i＝0的情况相比，在确保相移部的长度为L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，自相关波形分量的能量大0.9dB。

并且，如图6(C)和图6(D)所示可知，在确保相移部的长度为L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，与实际上设E_i＝0的情况相比，互相关波的峰值强度弱。定量地讲，在确保L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，与实质上设E_i＝0的情况相比，互相关波的能量小1.9dB。

图7(A)和图7(B)分别是示出相对于由码S编码的信号的、码S的自相关波形的图，图7(A)示出设L_i＝D_i、E_i＝0的情况，图7(B)示出设L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况。并且，图7(C)和图7(D)分别是示出利用码R对由码S编码的信号进行解码时的互相关波形的图，图7(C)示出设L_i＝D_i、E_i＝0的情况，图7(D)示出设L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况。

如图7(A)和图7(B)所示可知，与确保相移部的长度E_i为生成相对相位的最小单位的相位差的长度而实质上设为E_i＝0的情况相比，在确保相移部的长度为L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，自相关波形分量的能量小。定量地讲，与实质上设E_i＝0的情况相比，在确保相移部的长度为L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，自相关波形分量的能量小0.7dB。

并且，如图7(C)和图7(D)所示可知，在确保L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，与实质上设E_i＝0的情况相比，互相关波的峰值强度变大。定量地讲，在确保L_i＝E_i＝(1/2)D_i的情况下，与实质上设E_i＝0的情况相比，互相关波的能量大1.9dB。

如以上说明的那样，可知在输入到SSFBG的输入光脉冲在时间轴上的半峰全宽为12ps的情况下，在单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之比L_i/D_i为1/2的情况下，无法充分减小自相关波分量相对于互相关波分量的能量比的码依赖性。

因此，为了充分减小该码依赖性，对单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之比L_i/D_i取何种程度较好进行了研讨。

参照图6(C)～图6(D)和图7(C)～图7(D)说明的互相关波分量相对于自相关波形分量的能量比的码依赖性，是假设输入到构成编码器的SSFBG的输入光脉冲的时间宽度为12ps的情况而进行的仿真结果。输入光脉冲的时间宽度越窄，则相邻的码片脉冲在时间轴上的重叠程度越小，但是，无法使重叠部分消失。因此，为了减少该重叠部分，对单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之比L_i/D_i小到何种程度是有效的进行了研讨。

参照图8说明相对于单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之比L_i/D_i的、自相关波分量相对于互相关波分量的能量比的码依赖性。图8的横轴分度示出L_i/D_i，纵轴分度示出自相关波分量相对于互相关波分量的能量比即S/N比。

分别求出利用码R对由码R编码的信号进行解码时的自相关波形、利用码S对由码R编码的信号进行解码时的互相关波形，从而求出S/N比。此时，针对输入到构成编码器的SSFBG的输入光脉冲的时间宽度为3ps、12ps和24ps这3种情况进行仿真。由空白的四边形示出的数据表示输入光脉冲的时间宽度为3ps时的S/N比，由空白的三角形示出的数据表示输入光脉冲的时间宽度为12ps时的S/N比，由空白的圆形示出的数据表示输入光脉冲的时间宽度为24ps时的S/N比。

另一方面，分别求出利用码S对由码S编码的信号进行解码时的自相关波形、利用码R对由码S编码的信号进行解码时的互相关波形，从而求出S/N比。此时，针对输入到构成编码器的SSFBG的输入光脉冲的时间宽度为3ps、12ps和24ps这3种情况进行仿真。由黑色的四边形示出的数据表示输入光脉冲的时间宽度为3ps时的S/N比，由黑色的三角形示出的数据表示输入光脉冲的时间宽度为12ps时的S/N比，由黑色的圆形示出的数据表示输入光脉冲的时间宽度为24ps时的S/N比。

如图8所示可知，在上述任意条件下，只要单位衍射光栅长度L_i和单位段长度D_i之比L_i/D_i小于1/2，则S/N比的值稳定。即，即使在输入光脉冲的时间宽度为24ps这样宽的情况下，只要比值L_i/D_i小于1/2，则S/N比不依赖于编码时使用的码。

在光通信中，以传送速度即比特率为160Gbit/s的情况为例，构成所传送的光脉冲信号的光脉冲的时间宽度为几十ps也是允许的。因此，如果将本发明的光脉冲时间扩展器用作编码器或解码器，则即使输入光脉冲的时间宽度为24ps，S/N比的码依赖性也充分小，所以，适合用于OCDM方式的光通信。

Claims (4)

1.一种光脉冲时间扩展器，其具有超结构光纤布拉格光栅，该超结构光纤布拉格光栅构成为，在光纤中，沿着该光纤的长度方向，隔着有效折射率恒定的相移部配置有多个单位光纤布拉格光栅，所述单位光纤布拉格光栅为该光纤的有效折射率周期性变化的结构，其特征在于，

所述单位光纤布拉格光栅的沿着所述光纤的长度方向的长度即单位衍射光栅长度比相邻的所述单位光纤布拉格光栅之间的间隔即单位段长度短。

2.一种光脉冲时间扩展器，其具有超结构光纤布拉格光栅，该超结构光纤布拉格光栅构成为，在光纤中，沿着该光纤的长度方向，隔着有效折射率恒定的相移部配置有多个单位光纤布拉格光栅，所述单位光纤布拉格光栅为该光纤的有效折射率周期性变化的结构，其特征在于，

所述单位光纤布拉格光栅的沿着所述光纤的长度方向的长度即单位衍射光栅长度小于相邻的所述单位光纤布拉格光栅之间的间隔即单位段长度的1/2。

3.一种光脉冲时间扩展器，其具有超结构光纤布拉格光栅，该超结构光纤布拉格光栅构成为，在光纤中，沿着该光纤的长度方向，以分别在第i单位光纤布拉格光栅和第(i+1)单位光纤布拉格光栅之间隔着有效折射率恒定的相移部的方式配置第1～第N单位光纤布拉格光栅，所述第1～第N单位光纤布拉格光栅为该光纤的有效折射率周期性变化的结构，其特征在于，

光脉冲时间扩展器具有输出如下的码片脉冲串的功能：将输入到所述超结构光纤布拉格光栅的光脉冲在时间轴上进行时间扩展并依次排列而得到的由第1～第N码片脉冲这N个码片脉冲构成的码片脉冲串，

所述第i单位光纤布拉格光栅配置成，对所述第1码片脉冲赋予等于2π[a+(m/N)]×(i-1)的相对相位，

所述第1～第N单位光纤布拉格光栅的沿着所述光纤的长度方向的长度即各个单位衍射光栅长度比相邻的所述第i单位光纤布拉格光栅和第(i+1)单位光纤布拉格光栅之间的间隔即各个单位段长度短，

其中，N是大于等于2的整数，m是取0～(N-1)的任意值的整数，i是标识所述第1～第N单位光纤布拉格光栅的参数，是取1～N的值的整数，参数a是满足0≤a＜1的实数。

4.一种光脉冲时间扩展器，其具有超结构光纤布拉格光栅，该超结构光纤布拉格光栅构成为，在光纤中，沿着该光纤的长度方向，以分别在第i单位光纤布拉格光栅和第(i+1)单位光纤布拉格光栅之间隔着有效折射率恒定的相移部的方式配置第1～第N单位光纤布拉格光栅，所述第1～第N单位光纤布拉格光栅为该光纤的有效折射率周期性变化的结构，其特征在于，

光脉冲时间扩展器具有输出如下的码片脉冲串的功能：将输入到所述超结构光纤布拉格光栅的光脉冲在时间轴上进行时间扩展并依次排列而得到的由第1～第N码片脉冲这N个码片脉冲构成的码片脉冲串，

所述第i单位光纤布拉格光栅配置成，对所述第1码片脉冲赋予等于2π[a+(m/N)]×(i-1)的相对相位，

所述第1～第N单位光纤布拉格光栅的沿着所述光纤的长度方向的长度即各个单位衍射光栅长度小于相邻的所述第i单位光纤布拉格光栅和第(i+1)单位光纤布拉格光栅之间的间隔即各个单位段长度的1/2，

其中，N是大于等于2的整数，m是取0～(N-1)的任意值的整数，i是标识所述第1～第N单位光纤布拉格光栅的参数，是取1～N的值的整数，参数a是满足0≤a＜1的实数。

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