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CN1969485A - 光脉冲时间扩散器及光码分复用传输器 - Google Patents

光脉冲时间扩散器及光码分复用传输器 Download PDF

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CN1969485A
CN1969485A CNA2005800198295A CN200580019829A CN1969485A CN 1969485 A CN1969485 A CN 1969485A CN A2005800198295 A CNA2005800198295 A CN A2005800198295A CN 200580019829 A CN200580019829 A CN 200580019829A CN 1969485 A CN1969485 A CN 1969485A
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Abstract

自相关波形的峰值P与副峰值W的比值P/W，及自相关波形的峰值P与互相关波形的最大峰值C的比值P/C均大。该相位控制器的构造为，在由纤芯(34)和光纤包层(32)组成的光纤(36)的纤芯部配置，由15个沿波导方向依次排列的单位FBG组成的SSFBG40。光纤的最大有效折射率与最小有效折射率之差Δn为6.2×10－5。前后邻接的取相同代码值的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差为：2πM+(π/2)，其中，M是整数。前后邻接的取不同代码值的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差为：2πM+(2N+1)π+(π/2)，其中，M及N是整数。

Description

光脉冲时间扩散器及光码分复用传输器
技术领域
本发明提供了一种光脉冲时间扩散器、一种利用该光脉冲时间扩散器的光码分复用传输技术和实现该技术的装置。该光脉冲时间扩散器将光脉冲时间扩散为码片脉冲。具体地说，作为光脉冲时间扩散器的应用例子，本发明提供一种光编码器或光解码器，特别是提供一种具有相位控制器的光编码器或光解码器，该相位控制器由依次排列设置于光纤的波导方向的子光栅构成。
背景技术
近来，随着互联网的普及，对通信容量的需求也迅速地增大。因此，使用光纤的高速大容量网络不断得以铺设。为了提高通信传输量，对一根光纤上同时传送多信道光脉冲信号的光复用技术展开了研究。
在光复用技术中，关于光时分复用技术(OTDM：Optical TimeDivision Multiplexing)，波分复用技术(WDM：Wavelength DivisionMultiplexing)及光码分复用技术(OCDM：Optical Code DivisionMultiplexing)有很多研究。其中，OCDM具有使用灵活的特点，即以OTDM或WDM发射/接受信号时，对1比特的光脉冲信号没有时间限制。另外，它具有可在时间轴的同一时隙设置多个信道，或在波长轴的同一波长设置多个信道的特点。
以下，光脉冲信号，由反映了二值数字信号的光脉冲序列体现。光脉冲信号为，对于有规律的按一定的时间间隔(时间间隔为相当于比特率的频率的倒数)排列的光脉冲的光脉冲序列，对应于时间轴上构成光脉冲序列的光脉冲信号是否存在，反映了二值数字信号的光脉冲序列。
OCDM方法为，不同的信道采用不同的代码(模式)，通过模式匹配方法抽取信号的通信方法。即，OCDM光码分复用技术中，在发射信号侧各信道中分别采用不同光代码将光脉冲信号编码，而在接受信号侧采用与发射信侧相同的代码进行解码，从而复原得到原信号。
因解码时只将与代码相符的光脉冲信号作为有效的信号抽取出来进行处理，所以可以把由单一波长或多波长的光组成的光脉冲信号分配到多个通信信道。另外，光编码器的相位控制器中，光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)等无源光器件可应用于代码处理时所必须的相位控制，所以代码处理时不会受到电路速度的限制，从而适用于通信速度的高速化。另外，因为能够在同一时刻实现同一波长的光信道复用，所以能够实现大容量的数据通信。与OTDM及WDM相比，OCDM具有通信容量显著提高的特点因此得到重视。
OTDM的编码方法中，以光的相位作为代码的光相位代码方式众所周知。具体地说，光编码器/解码器采用了超结构光纤布拉格光栅(SSFBG：Superstructured Fiber Bragg Grating)(例如，参考非专利文献1及2、专利文献1)
参考图1(A)至图1(E)说明以光脉冲时间扩散器为光编码器/解码器的工作原理，其中光脉冲时间扩散器采用了配有SSFBG的相位控制器。图1(A)表示输入光脉冲的时间波形。图1(E)表示，由编码器被编码的代码光脉冲序列通过解码器被解码后的状态。
如图1(A)所示，输入光脉冲从光纤12射入，通过环行器14入射到编码器10被编码，再通过环行器14在光纤18中传输，然后通过环行器22入射到解码器20。在解码器20被解码后生成自相关波形，该自相关波形通过环行器22在光纤26中传输。
图1(E)所示的编码器10和解码器20，由沿光纤波导方向的四个单位光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)排列组成的SSFBG构成。现以四比特的光代码(0，0，1，0)为例说明编码器10和解码器20的作用。其中，代表光代码的[0]或[1]所组成的数列的项数称为代码长度。该例子的代码长度为4。代表光代码的数列称为代码序列，组成代码列的[0]或[1]各项也称为码片。其取值0或1也被称为代码值。
组成编码器10的单位FBG 10a、10b、10c、10d分别对应于上述的光代码第一码片[0]、第二码片[0]、第三码片[1]和第四码片[0]。相邻的由单位FBG反射而产生的布拉格反射光的相位关系，决定代码值取0或1。即，因为第一码片及第二码片具有相同的代码值0，由与第一码片对应的单位FBG 10a处反射而产生的布拉格反射光的相位，和由与第二码片对应的单位FBG 10b处反射而产生的布拉格反射光的相位相同。而第二码片的代码值为0、第三码片的代码值为1，二者取相反值。所以，由与第二码片对应的单位FBG 10b处反射而产生的布拉格反射光的相位，和由与第三码片对应的单位FBG 10c处反射而产生的布拉格反射光的相位的相位差为π。同理，第三码片的代码值为1、第四码片的代码值为0，二者取相反值。所以，由与第三码片对应的单位FBG 10c处反射而产生的布拉格反射光的相位，和由与第四码片对应的单位FBG 10d处反射而产生的布拉格反射光的相位的相位差为π。
通过上述方法，改变由单位FBG产生的布拉格反射光的相位，得到所定的光代码也称为光相位代码。
以下对光脉冲由编码器被编码生成光码脉冲序列，该光码脉冲序列通过解码器解码后生成自相关波形的全过程进行说明。如图1(A)所示，从光纤12射入的单一光脉冲通过环行器14及光纤16输入到编码器10，在单位FBG 10a、10b、10c、10d处生成布拉格反射光。以a、b、c、d依次表示在单位FBG 10a、10b、10c、10d处生成的布拉格反射光。如图1(A)所示的单一光脉冲，被时间扩散生成由布拉格反射光a、b、c、d形成的光码脉冲序列。
如图1(B)所示，布拉格反射光a、b、c、d在时间轴上表示为由四个分离的光脉冲组成的脉冲序列，各脉冲之间的特定间隔取决于单位FBG 10a、10b、10c、10d的配置方式。即光码脉冲序列由时间轴上多个光脉冲组成，它是通过将输入到编码器的光脉冲进行时间扩散形成的。
图1(B)表示相对于时间轴的在光纤18中传输的光码脉冲序列。为了清楚起见，图1(B)中将各光脉冲沿纵轴方向分散表示。
图1(B)中a表示由单位FBG 10a产生的布拉格反射光的光脉冲。同理，b、c、d分别表示由单位FBG 10b、FBG 10c、FBG 10d产生的布拉格反射光的光脉冲。a表示的光脉冲是由距编码器10的入射端最近的单位FBG 10a反射而产生的光脉冲，位于时间轴的最前端。而b、c、d表示的光脉冲分别为由单位FBG 10b、FBG 10c、FBG 10d产生的布拉格反射光，单位FBG 10b、FBG 10c、FBG 10d按照从编码器10的入射端开始的顺序依次排列，如图1(B)中所示，b、c、d表示的光脉冲按b、c、d的顺序依次排列在a表示的光脉冲之后。在以下说明中，可用光脉冲a、光脉冲b、光脉冲c及光脉冲d分别表示布拉格反射光a、布拉格反射光b、布拉格反射光c及布拉格反射光d。也可分别称光脉冲a、光脉冲b、光脉冲c及光脉冲d为码片脉冲。
上述的构成光码脉冲序列的布拉格反射光a、布拉格反射光b、布拉格反射光c及布拉格反射光d的相位关系，如下所述。布拉格反射光a与布拉格反射光b同相位。布拉格反射光b与布拉格反射光c的相位差为π。布拉格反射光c与布拉格反射光d的相位差为π。即，如果以布拉格反射光a的相位为标准，布拉格反射光a、布拉格反射光b、及布拉格反射光d取同相位。而布拉格反射光c与该标准的相位差为π。
图1(B)中与布拉格反射光a、布拉格反射光b及布拉格反射光d相对应的光脉冲以实线表示，与布拉格反射光c相对应的光脉冲以虚线表示。即，分别用实线及虚线表示相对应的光脉冲，从而区别表示布拉格反射光之间的相位关系。以实线表示的光脉冲之间互为同相位，而以虚线表示的光脉冲之间也互为同相位。但是以实线表示的光脉冲与以虚线表示的光脉冲之间的相位差为π。
光纤18中传输的光码脉冲序列，通过环行器22入射到解码器20。编码器10与解码器20结构相同，只是输入端与输出端反向。即，从解码器20的输入端开始依次配置单位FBG 20a、FBG 20b、FBG 20c及FBG 20d，单位FBG 20a与单位FBG 10d相对应。同理，单位FBG 20b、单位FBG 20c及单位FBG 20d分别与单位FBG 10c、单位FBG 10b、单位FBG 10a相对应。
光码脉冲序列输入到解码器20，首先构成光码脉冲序列的光脉冲a在单位FBG 20a、FBG 20b、FBG 20c及FBG 20d处分别产生布拉格反射。参照图1(C)进行说明。图1(C)以时间轴为横轴，为了说明方便使用数字1至7表示时间先后关系，数值小的表示的时刻在前。
图1(C)与图1(B)相同，表示对时间轴的光码脉冲序列。光码脉冲序列入射到解码器20，首先在单位FBG 20a产生布拉格反射。用布拉格反射光a’表示由单位FBG 20a布拉格反射产生的反射光。以此类推，被单位FBG 20b、单位FBG 20c及单位FBG 20d布拉格反射产生的反射光，分别以布拉格反射光b’、c’、d’表示。
构成光码脉冲序列的光脉冲a、b、c及d，经单位FBG 20a布拉格反射后，在图1(C)中为沿时间轴依次排列的以a’标示出的脉冲序列。单位FBG 20a布拉格反射产生的光脉冲a，在时间轴的数字1所示处取峰值。单位FBG20b布拉格反射产生的光脉冲b，在时间轴的数字2所示处取峰值。以此类推，光脉冲c及d分别在数字3及4所示处取峰值。
构成光码脉冲序列的光脉冲a、b、c及d，经单位FBG 20b布拉格反射后，在图1(C)中为沿时间轴依次排列的以b’标示出的脉冲序列。单位FBG 20b布拉格反射产生的光脉冲b’，与布拉格反射光a’、c’及d’的相位差为π。即，a’所表示的沿时间轴排列的光脉冲的序列，与b’所表示的沿时间轴排列的光脉冲的序列相位差均为π。
a’所表示的光脉冲序列中，依次以实线、实线、虚线、实线顺序对应于时间轴1至4处的光脉冲；b’所表示的光脉冲序列中，依次以虚线、虚线、实线、虚线顺序对应于时间轴2至5处的光脉冲。在构成光码脉冲序列的光脉冲中，因为光脉冲a比光脉冲b先入射到解码器20，所以造成a’所表示的光脉冲序列与b’所表示的光脉冲序列在时间轴上的间距。
同样，构成光码脉冲序列的光脉冲a、b、c及d，经单位FBG 20c及单位FBG 20d布拉格反射后，在图1(C)中为沿时间轴依次排列的以c’及d’标示出的脉冲序列。单位FBG 20c及单位FBG 20d反射产生的布拉格反射光c’及d’，与布拉格反射光a’同相位。即，c’所代表的光脉冲序列与d’所代表的光脉冲序列在时间轴上如图1(C)所示排列。a’、c’及d’所示的光脉冲，在时间轴上只是平行移动，与各布拉格反射光相关的光脉冲的相互相位关系均相同。
图1(D)表示输入到解码器20被解码的光脉冲的自相关波形。时间轴为横轴，并且对应于图1(C)。光编码器的各单位FBG产生的布拉格反射光a’、b’、c’及d’之和为自相关波形，所以将图1(C)中所示的a’、b’、c’至d’进行叠加。图1(C)中时间轴的数字4所表示时刻，因为与布拉格反射光a’、b’、c’及d’相关的光脉冲均为同相位，所以叠加得到最大峰值。图1(C)中时间轴的数字3所表示时刻，两个虚线表示的光脉冲与一个实线表示的光脉冲相加，得到相当一个光脉冲的峰值，与数字4所示时刻的最大峰值处的相位差为π。图1(C)中时间轴的数字1所表示时刻，两个实线表示的光脉冲与一个虚线表示的光脉冲相加，得到相当一个光脉冲的峰值，与数字4所示时刻的最大峰值处取同相位。
如上所述，光脉冲在编码器10被编码形成光码脉冲序列，该光码脉冲序列在解码器20被解码后生成自相关波形。本分明虽然只以4比特(代码长度)(0，0，1，0)为例进行了说明，其说明同样适用于其他长度的光代码。
参考图2(A)及图2(B)示意性说明已有的相位控制器的结构。图2(A)为相位控制器的剖面图。该相位控制器的构造为，光纤36由纤芯34和光纤包层32组成，而纤芯34具备有SSFBG 30。其中，SSFBG 30由15个沿光纤36的光波导路即纤芯34的波导方向依次排列的单位FBG组成。
图2(A)所示的已有的光脉冲时间扩散器的相位控制器中，以15比特的代码序列(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)表示光相位代码。顺序设置于纤芯34中的15个单位FBG与上述光代码的对应关系如下所示。图2(A)所示的SSFBG 30中从左到右配置的单位FBG，与表示单位FBG的光代码的15比特代码序列(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)的各码片，按照从左到右的关系一一对应。
图2(B)是概略性说明图2(A)中的SSFBG 30的折射率调制结构的示意图。横轴是，设置了SSFBG 30的光纤36的波导方向的位置坐标。纵轴表示光纤36的折射率调制结构，其中以Δn表示光纤36的最大有效折射率与最小有效折射率之差。另外，图2(B)将光纤36的折射率调制结构的一部分局部放大图示。
折射率调制周期为Λ。因此布拉格反射波长λ，由λ＝2NeffΛ给出。Neff是光纤36的有效折射率。在以下的说明中为了简单起见，有效折射率也被成为折射率。
图2(A)中，相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位差为π时，将两单位FBG之间涂黑表示。相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位相同时，则两单位FBG之间以连续的光调制结构表示。另外，图2(B)中，相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位差为π时，两单位FBG之间以黑三角标注。
相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位相同时，两单位FBG的折射率调制结构为连续的周期性结构。相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位差为π时，两单位FBG的折射率调制结构在两单位FBG的边界处，插入π位移(π相位跳跃)。
表1给出光相位代码(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)和为了实现该光代码的相邻单位FBG的布拉格反射光的相位差关系。图2(A)所示的已有的相位控制器中设定的光相位代码的代码值，在表1的上半部中作为代码排成一行给出。将相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位差，作为相位的相移量，在表1的下半部给出。图2(A)所示的SSFBG 30中从左到右配置的单位FBG，与上述光相位代码(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)的各码片，按照从左到右的关系一一对应。
[表1]
  代码   0   0   0   1   1   1   1   0   1   0   1   1   0   0   1
  相位的相移量  0  0   π   0   0   0   π   π   π   π   0   π   0   π
相位的相移量为π的相邻的单位FBG之间的几何距离，因为光在相邻的单位FBG之间往返传播，所以换算为相位值相当于π/2。一般地，相位的相移量为π的相邻的单位FBG之间的几何距离，换算为相位值后为πN+(π/2)，其中N为整数。即，相位的相移量为π时，相邻两单位FBG的布拉格反射光的相位差为2πN+π。相位的相移量为0的相邻的单位FBG之间的几何距离，相当于相位值πN，两单位FBG的布拉格反射光的相位差为2πN。
在以下记述相位的相移量时，省略πN+(π/2)的一般记述，简单的记述为π/2。
非专利文献1：西木玲彦，岩村英志，小林秀幸，沓聪子，大柴小枝子「采用了SSFBG的OCDM光相位代码器的开发」信学技法：Technical Report of IEICE.OFT2002-66，(2002-11).
非专利文献2：外林秀之「光码分复用网络」应用物理，第71卷，第7号，(2002)pp.853-859.
专利文献1：US Patent No.6,628,864
发明内容
发明的针对问题
但是如果采用如图2(A)及(B)所示的，利用了已有的相位控制器的光脉冲时间扩散器实施编码/解码时，因为构成光相位代码的代码脉冲的波尾之间在时间轴上互相重叠干涉，所以不能完全实现如图1所设计的编码/解码。参考图3(A)至(F)，利用了已有的相位控制器的光脉冲时间扩散器实施编码/解码时，对上述的问题点，例如，构成相位控制器的单位FBG产生的布拉格反射光之间的干涉效应，进行具体的说明。
具有单位FBG41和单位FBG42的光脉冲时间扩散器的相位控制器38的示意性构成剖面图，如图3(F)所示。入射光脉冲44入射到该相位控制器38时，由单位FBG41和单位FBG42分别产生布拉格反射光46和布拉格反射光48。
图3(A)表示入射到相位控制器38的光脉冲的时间波形。图3(B)为单位FBG41和单位FBG42分别产生的布拉格反射光46和布拉格反射光48的时间波形。图3(B)分别表示与布拉格反射光46和布拉格反射光48相对应的码片脉冲46P(虚线)和码片脉冲48P(实线)的时间波形。图3(B)中，码片脉冲46P与码片脉冲48P两者的波尾，在时间轴上如斜线阴影部分所示相互重叠。
码片脉冲46P与码片脉冲48P的相位差为π时，光代码脉冲序列如图3(C)所示。如图3(B)所示，码片脉冲46P与码片脉冲48P在时间轴上的相互重叠部分(图3(B)的斜线阴影部分)，产生干涉而互相削弱。所以，码片脉冲46P与码片脉冲48两者在时间轴上的中间部分，光强度减弱。
码片脉冲46P与码片脉冲48P的相位差为0时，光代码脉冲序列如图3(D)所示。如图3(B)所示，码片脉冲46P与码片脉冲48P在时间轴上的互相重叠部分(图3(B)的斜线阴影部分)，产生干涉而互相增强。所以，码片脉冲46P与码片脉冲48两者在时间轴上的中间部分，光强度增强。
码片脉冲46P与码片脉冲48P的相位差为π/2或3π/2时，光代码脉冲序列如图3(E)中所示。这种情况下，码片脉冲46P与码片脉冲48两者在时间轴上的中间部分，光强度较图3(C)所示的情形大，较图3(D)所示的情形小。
为了通过SSFBG实现二值光码，也可以将相邻两单位FBG的布拉格反射光的相位差定为π/2或3π/2，而不是0或π来实现。如果利用按照这种相位差构成SSFBG进行相位控制的光编码器，如图3(E)所示，该光编码器生成的光代码脉冲中，无论相邻两单位FBG的相位差为π/2还是3π/2，码片脉冲之间的强度均相等。构成光代码脉冲的码片脉冲之间的强度相等所带来的优点将在下文中详述。
以上，考虑了图3(C)至(E)所示的问题，对如何利用图2(A)及(B)中所示的已有的光脉冲时间扩散器进行编码及解码，进行了讨论。
利用图2(A)及(B)中所示的已有的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，编码波形、自相关波形及互相关波形由图4(A)至(C)示出。图4(A)至(C)中，横轴为以皮秒为单位刻度的时间轴；纵轴为任意单位刻度的光强度轴。图4(A)中，表示光码脉冲序列的编码波形图中，给出面积比0.15。该面积比有如下意义。即为，输入已有的光脉冲时间扩散器中的光脉冲的能量与光代码脉冲序列的能量之比。输入已有的光脉冲时间扩散器中的光脉冲的能量，在表示时间波形的图中(图省略)，与表示光脉冲强度分布的曲线和时间轴包围的面积成比例。光代码脉冲序列的能量，在图4(A)中，与表示代码脉冲序列强度分布的曲线和时间轴包围的面积成比例。
从图4(A)表示的编码波形可知，构成光代码脉冲序列的代码脉冲的强度，在不同的代码值交替出现的Q部变小。而在相同的代码值不断出现的R及S部，构成光代码脉冲序列的代码脉冲的强度变大。
不同的代码值交替出现的Q部，对应于构成光码的代码值为(…，0，1，0，1，…)处。相同的代码值不断出现的R及S部，分别对应于构成光码的代码值为(…，1，1，1，1，…)处和(…，0，0，0，0，…)处。
光代码脉冲序列的强度的波动，取决于构成光码的代码值的排列顺序。由于该波动使解码后得到的自相关波形的峰值变小，所以造成从被解码的信号中除去互相关波形，抽取自相关波形困难的问题。
以下对构成光代码脉冲序列的代码脉冲中，由于上述干涉效应，对光代码脉冲序列的强度造成的波动、及对解码后抽取自相关波形造成的困难，参照图5(A)及(B)进行说明。
图5(A)表示，与在图2(A)及(B)所示的相位控制器中设定的光码相同的光码(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)的自相关波形，互相关波形由图5(B)示出。图5(A)及(B)中，横轴为以皮秒为单位刻度的时间轴；纵轴为任意单位刻度的光强度轴。
当构成光代码脉冲序列的代码脉冲的宽度与代码脉冲之间的时间间隔相比，充分小时，代码脉冲之间不会产生上述干涉，因此光代码脉冲序列的强度波动可以忽略，在此假设下仿真计算得到的自相关波形及互相关波形，由图5(A)及(B)中分别示出。将由上述光代码的代码值全部反转而得的光代码进行解码，得到互相关波形。即，对光代码(1，1，1，0，0，0，0，1，0，1，0，0，1，1，0)解码，进行仿真计算得到互相关波形。
图5(A)中，自相关波形的峰值(以下也称为信号峰值，以P表示)的相对值是225，具有最大副峰值的副峰位于信号峰的两侧，该副峰(以W表示)的相对值是9。信号峰值P与副峰值中最大的副峰值W的比为25(P/W＝225/9＝25)。图5(B)中，互相关波形的最大峰值为(以下以C表示)49，信号峰值P与互相关波形的最大峰值C的比为4.6(P/C＝225/49≈4.6)。
利用图2(A)及(B)中所示的已有的相位控制器进行编码及解码时，自相关波形由图4(B)示出，以下说明如何求出上述的P/W。求自相关波形时，将编码器及解码器的代码值的排列顺序颠倒进行实验。P＝7.36及W＝0.624时，P/W＝7.36/0.624≈11.8。然而图5(A)中所示的理想情况下的仿真计算结果为P/W＝25，所以与该仿真计算结果相比较，实际得到的P/W值只有仿真计算值的一半。
利用图2(A)及(B)中所示的已有的相位控制器进行编码及解码时，互相关波形由图4(C)示出，以下说明如何求出上述的P/C。求互相关波形时，使编码器及解码器的代码值的排列顺序一致进行实验。P＝7.36及C＝2.73时，P/W＝7.36/2.73≈2.7。然而图5(B)中所示的理想情况下的仿真计算结果为P/C＝4.6，所以与该仿真计算结果相比较，实际得到的P/C值只有仿真计算值的60％大小。
如上所述，利用已有的相位控制器进行编码及解码，得到的自相关波形及互相关波形，与理想情况下的仿真计算结果相比较，P/W和P/C两值均小。无论是P/W还是P/C，其者越大，作为解码后的信号的自相关波形的分离越容易。
如果光脉冲时间扩散器配置了已有的相位控制器，而P/W及P/C值如图4(B)及(C)中所示大小，利用该光脉冲时间扩散器进行光码分复用通信时，会产生以下问题。即，由于光纤传输线路的光吸收引起的光代码脉冲序列的强度减弱；或者由于设备中必备的光放大器而产生的光噪声混入光代码脉冲序列的原因，会造成抽取自相关波形峰值的困难。
如果偏离了在假定的理想情况下得到的代码相关仿真计算的特性结果，就不能推断由于光脉冲时间扩散器产生的相关特性，而造成的利用光脉冲时间扩散器作为编码器及解码器的OCDM等系统设计的困难。
本发明的目的是为了提供一种，使P/W和P/C的值接近于码片脉冲之间没有干涉时的值，即能够得到最大的P/W和P/C值的光脉冲时间扩散器。也就是提供一种光脉冲时间扩散器，从解码后的光脉冲信号中将互相关波形成分从自相关波形成分中分离出来；取较大的P/W及P/C值，足以使识别自相关波形的识别电路中的识别条件得到缓和。
本发明还提供利用了本发明的光脉冲时间扩散器的光码分复用传输方法和为了实现该方法的光码分复用传输装置。这样，能够使光码分复用传输装置的设计过程变得容易。
解决方法
第一发明的光脉冲时间扩散器为，采用光相位代码进行编码，将光脉冲进行时间扩散为沿时间轴依次排列的码片脉冲，并将该码片脉冲的序列输出的功能，它具有以下特点。
在生成上述码片脉冲序列时，对于与构成光相位代码的代码值相对应的码片脉冲，配置的相位控制器使相邻的码片脉冲之间产生相位差；
该相位控制器具有以下功能，在上述相邻的两代码值相等时，使产生的相对应的码片脉冲之间的相位差为：
2πM+(π/2)             (1)
在上述相邻的两代码值不相等时，使产生的相对应的码片脉冲之间的相位差为：
2πM+(2N+1)π+(π/2)    (2)
其中，M及N是整数。
或者，相邻的两代码值不相等时，使产生的相对应的码片脉冲之间的相位差为式(1)；相邻的两代码值相等时，使产生的相对应的码片脉冲之间的相位差为式(2)。
该相位控制器适合构成为：使子光栅沿光波导路的波导方向，按照与构成上述光相位代码的代码值一一对应的关系，依次排列成一列，使前后邻接的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差满足式(1)及式(2)。该布拉格反射光对应于上述码片脉冲。即，由子光栅构成的相位控制器的输出码片脉冲由布拉格反射光构成。
由沿光波导路的波导方向依次排列设置的该子光栅构成的相位控制器为，可通过窗口函数对子光栅的周期性折射率调制结构的调制强度进行切趾的构成。
沿光波导路的波导方向依次排列的子光栅的周期性折射率调制结构的折射率调制强度，也可采用沿该光波导路的波导方向单调增加的构成。
具体地说，由J个(J是2以上的自然数)子光栅构成的相位控制器可如下所述构成。按照从光波导路的一端到另一端的顺序，依次赋予子光栅1至J的序号，其中，第i个(2≤i≤J)子光栅的反射率Ri：
Ri＝Ri-1/(1-Ri-1)2。    (3)
第二发明的光码分复用传输装置，具有利用第一发明的光脉冲时间扩散器作为编码器/解码器的特点。
发明的效果
利用第一发明的光脉冲时间扩散器，则与代码值相对应的码片脉冲之间的相位差由式(1)及式(2)给出。即，正如参考图3(C)概略性地说明了的，由第一发明的光脉冲时间扩散器产生的码片脉冲序列的码片脉冲之间的强度相等，不论相位差满足式(1)还是式(2)。
因此，可实现接近于码片脉冲之间没有干涉时的P/W和P/C值。另外，与采用已有的光脉冲时间扩散器作为光编码器或光解码器相比，可得到较大的P/W及P/C值。
另外，相位控制器中，采用将子光栅沿光波导路的波导方向，与构成上述光代码的代码值按照一一对应的关系，依次排列成一列的构造时，子光栅的周期性折射率调制结构中的折射率调制强度，通过采用沿该光波导路的波导方向单调增加的构成，可以使位于离光波导路的入射端最近的单位FBG产生的布拉格反射光强度，与位于离光波导路的入射端最远的单位FBG产生的布拉格反射光强度相等。
另外，第二发明的光码分复用传输装置，利用第一发明的光脉冲时间扩散器作为编码器/解码器，与利用已有的光脉冲时间扩散器相比，可得到较大的P/W及P/C值。因此，即使在传输线路中传输时，光代码脉冲序列的强度减弱；或者混入光噪声。解码后仍能抽取出高信赖性的自相关波形的峰值。
附图说明
图1是供说明编码器及解码器的工作原理的说明图。
图2是供说明已有的相位控制器的折射率调制结构的概略说明图。
图3是供说明单位FBG产生的布拉格反射光之间的干涉效应的说明图。
图4是供说明由已有的光脉冲时间扩散器产生的编码波形、自相关波形及互相关波形的说明图。
图5是供说明光代码(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)的自相关波形及互相关波形的说明图。
图6是供说明第一实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器的折射率调制结构的概略说明图。
图7是光脉冲时间扩散器的特性评价装置的概略构成示意图。
图8是表示由第一实施例的光脉冲时间扩散器产生的编码波形、自相关波形及互相关波形的示意图。
图9是供说明第二实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器的折射率调制结构的概略说明图。
图10是表示由第二实施例的光脉冲时间扩散器产生的编码波形、自相关波形及互相关波形的示意图。
图11是表示由已有的光脉冲时间扩散器产生的编码波形、自相关波形及互相关波形的示意图。
图12是供说明第三实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器的折射率调制结构的概略说明图。
图13是表示由第三实施例的光脉冲时间扩散器产生的编码波形、自相关波形及互相关波形的示意图。
图14是表示由已有的光脉冲时间扩散器产生的编码波形、自相关波形及互相关波形的示意图。
图15是表示OCDM传送装置的概略构成框图。
符号说明
10、150：编码器
14、22、52、56：光环行器
20、184：解码器
30、40、70、72：SSFBG
32：包层
34：纤芯
36：光纤
38：相位控制器
41、42：位FBG
50：光脉冲发生器
54：评价对象的编码器
58：评价对象的解码器
60、62：光示波器
61、144、182：分波器
140：信号发射器
142：脉冲光源
146：调制电信号产生器
148：调制器
160：第1信道的编码器
162：第2信道的编码器
164：第3信道的编码器
166：第4信道的编码器
170：耦合器
172：光传输路
180：信号接收器
190：光接收器
200：信号接收器的第1信道
202：信号接收器的第2信道
204：信号接收器的第3信道
206：信号接收器的第4信道
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。各图示表示有关本发明的一构成例，仅在能帮助理解本发明程度上概括说明部件的断面形状和配置关系，本发明并不只局限于如图所示的例子。此外，以下说明中使用了特殊的材料及条件，这材料及条件仅仅是一个合适的例子，本发明并不只局限于这些形式。另外，各图中对同样的构成部件，赋予同样的编号表示，以下省略重复说明。
第一至第三实施例中，虽然对采用了以光纤构成的相位控制器为例进行了说明，其实不只限于光纤，也可采用平面型光波导路等构成相位控制器。使用光纤或是使用平面型光波导路构成相位控制器只不过是设计上的问题。利用了光脉冲时间扩散器的光通信系统中，由于光通信系统采用光纤作为光传输通路，所以光脉冲时间扩散器适合采用以光纤构成的相位控制器。
I.光脉冲时间扩散器
[第一实施例]
参照图6(A)及(B)，说明第一发明的第一实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器的构造。图6(A)是相位控制器的模式性剖面示意图。该相位控制器的构造为，由纤芯34和光纤包层32组成的光纤36，和在纤芯34上配置SSFBG 40。沿光纤36的波导方向依次排列的15个单位FBG组成SSFBG 40。
图6(A)所示的作为相位控制器的SSFBG 40中设置的光相位代码，以15比特的光代码序列(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)表示。上述光相位代码，与在纤芯34上依次排列的15个单位FBG的对应关系如下所示。即，图6(A)所示的SSFBG 40中从左向右排列的各单位FBG，与上述为了表示光相位代码而设置的各码片，按照括号中的从左向右的顺序一一对应。
图6(B)表示由图6(A)所示的SSFBG 40的折射率调制结构的概略示意图。横轴为沿构成SSFBG 40的光纤36的纵长方向的位置坐标。纵轴表示光纤36的折射率调制结构，其中光纤36的最大有效折射率与最小有效折射率之差以Δn表示，Δn＝6.2×10-5。另外，图6(B)中将光纤36的纤芯34的折射率调制结构的一部分局部放大图示。
折射率调制周期Λ为535.2nm。用于编码及解码的光脉冲的波长λ为1550nm，光纤36的有效折射率为1.448。布拉格反射光的波长λ设为与光脉冲的波长λ相等的1550nm。即，由λ＝1550nm，Neff＝1.448，Λ＝535.2nm，可得到λ＝2NeffΛ＝2×1.448×535.2nm＝1549.94nm≈1550nm。另外，单位FBG的长度设定为2.4mm。
相邻的单位FBG之间的布拉格反射光的相位关系设定为如下所示。即，由前后相邻的取相等代码值的子光栅产生的布拉格反射光的相位差如下给出，其中，M是整数。
2πM+(π/2)              (1)
由前后相邻的取不相等代码值的子光栅产生的布拉格反射光的相位差如下给出，其中，M及N是整数。
2πM+(2N+1)π+(π/2)    (2)
表2给出光相位代码(0，0，0，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1)和为了实现该光代码的相邻单位FBG之间的布拉格反射光的相位差关系。图6(A)中说明的作为相位控制器的SSFBG 40中设置的代码值，在表2的上半部作为代码排成一行给出。将相邻的单位FBG的布拉格反射光的相位差，作为相位的相移量，在表2的下半部给出。图6(A)所示的SSFBG 40中按照从左到右方向排列的单位FBG，与上述表示光相位代码的各码片，按照括号中从左到右的关系一一对应。
[表2]
  代码   0   0   0   1   1   1   1   0   1   0   1   1   0   0   1
  相位的相移量   π/2   π/2   3π/2(-π/2)   π/2   π/2   π/2  3π/2(-π/2) 3π/2(-π/2)   3π/2(-π/2)   3π/2(-π/2)   π/2  3π/2(-π/2)   π/2   3π/2(-π/2)
因为光在相邻的单位FBG之间往返传播，相位的相移量为π/2的相邻的单位FBG之间的几何距离，换算为相位值相当于π/4。一般地，相位的相移量为π/2的相邻的单位FBG之间的几何距离，换算为相位值相当于πL+(π/4)，其中L为整数。即，相位的相移量为π/2时，相邻两单位FBG的布拉格反射光的相位差为2πL+(π/2)。相位的相移量为3π/2的相邻的单位FBG之间的几何距离，相当于相位值πK+(3π/4)，其中K为整数。两单位FBG的布拉格反射光的相位差为2πK+(3π/2)。
表2中，对于布拉格反射光的相位差以2πK+(3π/2)表示的情况，K＝0时以3π/2，K＝-1时在括号内以-π/2表示。作为相位值，这些值实质上具有相同的意义。再利用L＝M及K＝M+N进行置换，可知这些相位差值满足上述(1)及(2)式的关系。
图6(A)中，将相邻两单位FBG之间涂黑表示。而图6(B)中，将相邻两单位FBG之间以黑三角标注。
参考图7及图8(A)至(C)说明作为第一实施例的相位控制器的SSFBG 40的特性。图7是，为了评价SSFBG 40功能而采用的特性评价装置的概略构成示意图。图8(A)至(C)中表示，利用第一实施例的SSFBG 40进行编码及解码时的实验结果。其中，图8(A)、图8(B)及图8(C)中分别给出表示光代码脉冲序列的编码波形、自相关波形及互相关波形。图8(A)至(C)中，横轴为皮秒单位刻度表示的时间；纵轴为以任意刻度表示的光强度。
首先，参考图7说明为了评价SSFBG 40功能而采用的特性评价装置的构成。该特性评价装置具有：光脉冲发生器50、光环行器52及56、光示波器60及62。作为评价对象的编码器54与光环行器52相连，而作为评价对象的解码器58与光环行器56相连。为了观测编码波形53S，在连接光环行器52与光环行器56的光纤上设置分波器61。将编码波形53S的一部分通过该分波器61分波并提供给光示波器60。
通过图7中所示的特性评价装置的光示波器60观测光代码脉冲序列的编码波形，通过光示波器62观测光代码脉冲序列的自相关波形及互相关波形。
由光脉冲发生器50产生的光脉冲51S，通过传输路径51传输，再通过光环行器52输入评价用编码器54。光脉冲51S在评价用编码器54被编码生成光代码脉冲序列53S，再经过光环行器52传输到传输路径53。光代码脉冲序列53S通过分波器61分波，提供给光示波器60观测。光代码脉冲序列53S通过光环行器56输入到评价用解码器58。光代码脉冲序列53S在评价用解码器58被解码生成自相关波形(或互相关波形)57S，再经过光环行器56传输到传输路径57，然后提供给光示波器62进行观测。光脉冲51S、表示光代码脉冲序列53S的编码波形、以及表示自相关波形(或互相关波形)57S的解码波形，在图7以方框框出表示其模式的形状。
第一实施例的SSFBG 40的特性评价中使用的光脉冲的半宽度为20皮秒。即，光脉冲发生器50产生的光脉冲51S的半宽度为20皮秒。为了得到自相关波形，对于编码器及解码器，SSFBG 40的输入端与输出端分别设为互逆。为了得到互相关波形，对于编码器及解码器，SSFBG40的输入端与输出端设为相同。
即，同时制作两个具有相同折射率调制结构的相位控制器SSFBG 40，设置有相同代码的SSFBG 40，其中一个作为评价用编码器54，另一个作为评价用解码器58。在观测自相关波形时，从面向评价用编码器54的光环行器52的一端到另一端的方向被依次设置的单位FBG的排列顺序，与从面向评价用编码器58的光环行器56的一端到另一端的方向被依次设置的单位FBG的排列顺序，分别设定为互逆。在观测互相关波形时，从面向评价用编码器54的光环行器52的一端朝另一端的方向被依次设置的单位FBG的排列顺序，与从面向评价用编码器58的光环行器56的一端朝另一端的方向被依次设置的单位FBG的排列顺序，设定为互相一致。
相对于图8(A)中表示的光代码脉冲序列53S的编码波形的面积比为0.16。与对于由已有的SSFBG的编码波形得到面积比0.15相比，基本相等。但是，与由图4(A)中所示的已有的SSFBG得到的代码波形相比，光代码脉冲序列的强度波动小。所以如下所述，P/W和P/C的值大。
图8(B)所示的表示自相关波形的解码波形中，P/W＝19.0。图8(C)所示的表示互相关波形的解码波形，P/C＝4.5。如采用已有的SSFBG进行编码及解码，得到的P/W和P/C值分别为，P/W＝11.8及P/C＝2.7。由此可知，利用第一实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，P/W和P/C都取较大值。
并且，这些值接近于图5(A)及(B)中说明的P/W和P/C的最大值。图5(A)及(B)中说明的P/W和P/C值是，在构成光码脉冲序列的代码脉冲之间的时间间隔充分大、因代码脉冲之间的上述干涉而造成的光码脉冲序列的强度的波动可以忽略的理想情况下，进行编码/解码时计算得到的。
P/W值大意味着，自相关波形的峰值容易识别。而且，P/C值大意味着，容易将自相关波形与互相关波形分离。因此使用具有第一实施例的光脉冲时间扩散器的光码分复用多重传输装置可以得到：从解码后的光脉冲信号中将互相关波形成分从自相关波形成分中分离出来、并且能使识别自相关波形的识别电路中的识别条件得以缓和。
第一实施例中具体说明，相邻单位FBG之间的布拉格反射光的相位关系由式(1)及(2)给出的情况。但是，本发明的技术范围所包括的，光脉冲时间扩散器的相邻单位FBG之间的布拉格反射光的相位关系，并不只在数学上严格地局限于上述式(1)及(2)给出的情况。即，如果能够将相邻单位FBG之间的布拉格反射光的相位关系构成为，严格符合上述式(1)及(2)给出的值，则可以发挥本发明作为光脉冲时间扩散器的最佳效果。
即使按照上述式(1)及(2)给出的条件，设计相邻单位FBG之间的布拉格反射光的相位关系并制造。也会存在制造过程产生的制造误差、以及制造作为相位控制器的SSFBG时所用的光纤材料的有效折射率的波动等。即，对于以上式(1)及(2)给出的关系为设计指针而制造的SSFBG，只要在一定的基于制造过程的制造误差的精度范围内，满足上述式(1)及(2)给出的相位关系，当然都包含在作为本发明的相位控制器的技术范围内。
另外，上述实施例中说明了，相邻的具有相同代码值的输出光的相位差满足上式(1)，相邻的具有不同代码值的输出光的相位差满足上式(2)的结构。由上式(1)及(2)可见，为了识别相邻的代码值相同还是不同，只要使其输出光的相位差的差值满足(2N+1)π即可，因此，如果采用使相邻的具有不同代码值的输出光的相位差满足上式(1)，使相邻的具有相同代码值的输出光的相位差满足上式(2)的结构也可以取得相同的效果。
另外，上述实施例中，将子光栅按照与构成上述光代码的代码值一一对应的关系，沿光波导路的波导方向依次排列成一列，构成为了产生码片脉冲的相位控制器，本发明并不只局限于这样的构成。
例如，使用平面波导回路技术形成的横向型过滤构造等用作为相位控制器时，只要设计成使相邻的具有相同代码值的输出光的相位差满足上式(1)，使相邻的具有不同代码值的输出光的相位差满足上式(2)的结构即可；或设计成使相邻的具有不同代码值的输出光的相位差满足上式(1)，使相邻的具有相同代码值的输出光的相位差满足上式(2)的结构，也可以取得相同的效果。
[第二实施例]
参照图9(A)及(B)，说明作为第一发明第二实施例的光脉冲时间扩散器中的相位控制器SSFBG的构造。图9(A)是相位控制器的模式性剖面示意图。该相位控制器的构造包括，由纤芯34和光纤包层32组成的光纤36，和在纤芯34上设置的SSFBG 70。沿光纤36的波导方向依次排列的15个单位FBG组成SSFBG 70。除了SSFBG 70的折射率调制结构不同处，其余部分均与第一实施例的光脉冲时间扩散器相同，故省略重复的说明。第二实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器中设定的光相位代码也与第一实施例的相位控制器中设定的光相位代码相同。
SSFBG 70的折射率调制结构与第一实施例的SSFBG 40的折射率调制结构的不同之处在于，利用窗口函数对构成SSFBG 70的单位FBG的周期性折射率调制结构的折射率调制强度进行切趾。在第二实施例中，采用高斯误差函数作为窗口函数。
图9(B)是图9(A)中说明的SSFBG 70的折射率调制结构的概略说明图。另外，图9(B)中附加了单位FBG的折射率调制结构的局部放大图。参照图9(B)中附加的单位FBG的折射率调制结构的局部放大图，说明如何利用窗口函数对单位FBG的周期性折射率调制结构的折射率调制强度进行切趾。
切趾之前的单位FBG的周期性折射率调制结构，正如同图最右侧所示，其振幅为Δn/2且沿光纤36的波导方向(x方向)保持为一定。即，切趾之前的单位FBG的周期性折射率调制结构由下式(3)给出。
(Δn/2)·sin(2πx/Λ)        (3)
其中，x为光纤36的纵长方向的位置坐标。
将下式(4)提供的窗口函数乘以式(3)得到新的函数，具有由该新函数表示的周期性折射率调制结构的单位FBG，称为被式(4)提供的函数进行切趾了的单位FBG。
exp[-Ln2[2(x-(L/2))/LB]2]    (4)
其中，Ln2表示2的自然对数。Exp表示以自然对数的底为指数的指数函数。在第二实施例中，Δn＝1.23×10-4，L＝2.346mm，B＝0.5。
这样，通过切趾使布拉格反射集中于单位FBG的中央，结果有望使生成的布拉格反射光的时间波形的半宽度变窄。即，因为有望使构成光码脉冲序列的码片脉冲的半宽度变窄，所以有望减少构成光码脉冲序列的代码脉冲的波尾之间在时间轴上的重叠。正如已说明的那样，如果能够减少代码脉冲的波尾之间的重叠，就能够减少时间轴上由于代码脉冲的波尾之间的重叠而产生的干涉效应。结果与采用第一实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码的情况相比，有望得到更大的P/W和P/C值。
另外，相当于式(4)的切趾用函数并不局限于高斯函数。对于由式(3)提供的单位FBG的周期性折射率调制结构的振幅，只要切趾函数能使单位FBG的中央部分取值最大均可适用。例如，也可以利用升余弦(Raised cosine)、双曲正切(Tanh)、布莱克曼(Blackman)、汉明(Hamming)及汉宁(Hanning)等信号处理技术领域中使用的函数。
图10(A)至(C)表示采用第二实施例所示的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时的实验结果。图10(A)、(B)及(C)分别给出，表示光码脉冲序列的编码波形、自相关波形及互相关波形。图10(A)至(C)中，横轴为以皮秒为单位刻度的时间轴；纵轴为任意单位刻度的光强度轴。
第二实施例所示的光脉冲时间扩散器的特性评价中，与第一实施例的光脉冲时间扩散器的特性评价同样，利用了图7中说明的设备。第二实施例的光脉冲时间扩散器的特性评价中，以40皮秒为光脉冲的半宽度。
相对于图10(A)中所示的光码脉冲序列的编码波形的面积比为0.19。与由通过已有相位控制器得到的编码波形而得到的面积比0.15相比，大27％左右。这意味着，光脉冲的能量被有效地转换到光码脉冲序列。即意味着进行了高效率编码，因此第二实施例的光脉冲时间扩散器更适合用于编码器。
如图10(B)中所示，P＝6.53，W＝0.384。图10(C)中，C＝1.81。因此图10(B)所示的表示自相关波形的解码波形的P/W＝17.0，图10(C)所示的表示互相关波形的解码波形的P/C＝3.6。如果采用具有已有相位控制器的光脉冲时间扩散器进行编码及解码，得到的P/W和P/C值分别为，P/W＝11.8及P/C＝2.7。由此可知，利用第二实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，P/W和P/C都取较大值。
并且，这些值接近于图5(A)及(B)中说明的P/W和P/C的最大值。
为了进行比较，图11(A)至(C)中表示，采用已有相位控制器作为编码器及解码器进行编码及解码的例子。该特性评价中，采用40皮秒为光脉冲的半宽度。也就是说，参考图4(A)至(C)说明的例子中，虽然同样采用了具有已有相位控制器的光脉冲时间扩散器作为编码器及解码器进行编码及解码，但在特性评价中采用的光脉冲的半宽度，设为40皮秒的一半即20皮秒。
对于如图11(A)所示的光码脉冲序列的编码波形的面积比为0.15，与采用具有已有相位控制器的光脉冲时间扩散器而得到的编码波形的面积比相等。这意味着，光脉冲被转换到光码脉冲序列的能量转换效率不变。
如图11(B)所示，P＝4.72，W＝0.628。图11(C)中，C＝3.12。图11(B)中为表示自相关波形的解码波形的P/W＝7.5。图11(C)中为表示互相关波形的解码波形的P/C＝1.5。采用第二实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，得到的P/W和P/C值分别为，P/W＝17.0及P/C＝3.6。由此可知，利用第二实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，如果光脉冲的半宽度同为40皮秒，与特性评价时采用了已有相位控制器相比，P/W和P/C都取较大的值。
[第三实施例]
参照图12(A)及(B)说明作为第一发明第三实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器的结构。图12(A)是光脉冲时间扩散器的模式性剖面示意图。该光脉冲时间扩散器的结构包括，由纤芯34和光纤包层32组成的光纤36，和在纤芯34上设置的SSFBG 72。沿光纤36的波导方向即纤芯34的波导方向，依次排列的15个单位FBG组成SSFBG 72。除了SSFBG 72的折射率调制结构不同外，其余部分均与第一实施例的光脉冲时间扩散器相同，故省略重复的说明。第三实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器中设定的光相位代码也与第一实施例的相位控制器中设定的光相位代码相同。
SSFBG 72的折射率调制结构与第一实施例的SSFBG 40的折射率调制结构的不同之处在于，构成SSFBG 72的单位FBG的周期性折射率调制结构的折射率调制强度，其设定如下所述。
即，形成沿光纤的波导方向依次排列的单位FBG的周期性折射率调制结构的折射率调制强度构成，具有沿光纤的波导路的波导方向单调增加的特点。更具体地说，对于由15个单位FBG组成的作为相位控制器的SSFBG，按照从光纤的一端至另一端的顺序将第一至第十五的顺序号赋予单位FBG，其特点为，第i个(2≤i≤15)单位FBG的反射率Ri由下式给出：
反射率Ri＝Ri-1/(1-Ri-1)2。    (5)
图12(B)是图12(A)中说明的SSFBG 72的折射率调制结构的概略说明图。另外，图12(B)中附加了单位FBG的折射率调制结构的局部放大图。该单位FBG的折射率调制结构的局部放大图，与图6(B)中所示的第一实施例的相位控制器的折射率调制结构相同。只是振幅沿光纤36的光波导方向(x方向)单调增加。在图12(B)中为了区分各单位FBG，分别赋予1至第15的编号。
第1个单位FBG(i＝1)的折射率调制结构的调制强度振幅Δn为8.2×10-5，布拉格反射率Ri为0.0238。第15个单位FBG(i＝15)的折射率调制结构的调制强度振幅Δn为1.46×10-4，布拉格反射率Ri为0.0688。在表3中，将第1至第15个单位FBG的折射率调制结构的调制强度振幅Δn及布拉格反射率Ri(i＝1，2，…，15)汇总给出。布拉格反射率Ri满足上述式(5)。如表3中所示，Δn及Ri的值的振幅沿光纤36的光波导方向(x方向)单调增加。
[表3]
  单位FBG   Δn   反射率
  1   8.2×10-5   0.0238
  2   8.4×10-5   0.0250
  3   8.7×10-5   0.0263
  4   9.0×10-5   0.0277
  5   9.3×10-5   0.0293
  6   9.6×10-5   0.0311
  7   9.9×10-5   0.0331
  8   1.03×10-4   0.0354
  9   1.08×10-4   0.0381
  10   1.12×10-4   0.0412
  11   1.17×10-4   0.0448
  12   1.23×10-4   0.0491
  13   1.30×10-4   0.0543
  14   1.37×10-4   0.0607
  15   1.46×10-4   0.0688
严格地说，只要将每个单位FBG排列成使折射率调制结构中的调制强度振幅Δn成为沿光纤的波导方向单调增加的结构即可。但是如果使布拉格反射率Ri满足式(5)，则可以充分取得如下的效果。
如下所述，如果按照如表3中所示的值设计从第一至第十五个单位FBG的折射率调制结构中的Δn与布拉格反射率Ri，就能使从第一至第十五个单位FBG的布拉格反射强度全部相等。
无论是入射到编码器的光脉冲还是入射到解码器的光码脉冲序列，在被第一个单位FBG布拉格反射后，接着入射到第二个单位FBG时，其光强度只减少被第一个单位FBG布拉格反射光了的强度。所以，如果将十五个单位FBG的反射率全部设计成相等，则第二个单位FBG的布拉格反射光强度就会比第一个单位FBG的布拉格反射光强度小。这样，按照从第一至第十五个单位FBG的顺序，各个单位FBG产生的布拉格反射光强度就会逐渐减弱。
通过构成使沿光纤的波导方向依次排列的十五个单位FBG的折射率调制强度沿波导方向单调增加，可以设计出使各个单位FBG的布拉格反射率，按照从第一至第十五个单位FBG的顺序单调增加。这样将各单位FBG的布拉格反射率增加到正好能补偿入射光强度减小的部分，则可使第一至第十五个单位FBG的布拉格反射光强度全部相等。
如果第一至第十五个单位FBG的布拉格反射光强度全部相等，则光码脉冲序列的时间波形对于时间轴可接近于平坦形状。换而言之，这意味着，通过编码器被编码的光脉冲，在扩散时间内均等地得到时间扩散。光脉冲在扩散时间内均等地得到进行时间扩散，与不均等地得到时间扩散的情况相比，能够效率更好地将光脉冲的能量转换到光码脉冲序列。如以下的实验结果所示，可得到更大的P/W和P/C值。
图13(A)至(C)表示采用第三实施例所示的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时的实验结果。图13(A)、(B)及(C)分别给出，表示光码脉冲序列的编码波形、自相关波形及互相关波形。图13(A)至(C)中，横轴为以皮秒为单位刻度的时间轴；纵轴为任意单位刻度的光强度轴。
第三实施例所示的光脉冲时间扩散器的特性评价中，与第一实施例所示的光脉冲时间扩散器的特性评价同样，利用了图7中说明的设备。第三实施例的光脉冲时间扩散器的特性评价中，以20皮秒为光脉冲的半宽度。
相对于图13(A)中表示光码脉冲序列的编码波形的面积比为0.39。与由具有已有相位控制器的光脉冲时间扩散器得到的编码波形的面积比0.15相比，大2.6倍。这意味着，光脉冲的能量被有效地转换到光码脉冲序列。即意味着进行了高效率编码，所以说明第三实施例的光脉冲时间扩散器更适合于用作编码器。
如图13(B)所示，P＝4.36，W＝0.217。图13(C)中，C＝0.999。
如图13(B)所示，关于表示自相关波形的解码波形，P/W＝20.1。如图13(C)所示，表示互相关波形的解码波形，P/C＝4.4。采用具有已有相位控制器的光脉冲时间扩散器进行编码及解码，得到的P/W和P/C值分别为，P/W＝11.8及P/C＝2.7。由此可知，利用第三实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，P/W和P/C都取较大值。
并且，这些值接近于图5(A)及(B)中说明的P/W和P/C的最大值。
为了进行比较，图14(A)至(C)中，表示了采用具有已有相位控制器的光脉冲时间扩散器进行编码及解码的例子。采用相当于图2中的作为已有相位控制器的SSFBG的反射率的两倍为反射率，设计已有光脉冲时间扩散器并进行实验。这是为了在与第三实施例的光脉冲时间扩散器的相位控制器的SSFBG的布拉格反射率基本相同的条件下，与已有光脉冲时间扩散器的SSFBG进行特性比较。
如图14(A)所示，对于表示光码脉冲序列的编码波形的面积比为0.45，比由第三实施例的光脉冲时间扩散器得到的编码波形的面积比0.39大。但是，光码脉冲序列的时间波形相对于时间轴取明显的凹凸不平形状。这意味着被编码的光脉冲，通过编码器在扩散时间内进行了不均等的时间扩散。因此，如下所述，P/W和P/C两值都较利用第三实施例的光脉冲时间扩散器后得到的值小。
如图14(B)所示，P＝5.70，W＝0.716。图14(C)中，C＝2.33。图14(B)为表示自相关波形的解码波形，P/W＝8.0。图14(C)为表示互相关波形的解码波形，P/C＝2.4。采用第三实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，得到的P/W和P/C值分别为，P/W＝20.1及P/C＝4.4。由此可知，利用第三实施例的光脉冲时间扩散器进行编码及解码时，与具有相同的布拉格反射率的已有光脉冲时间扩散器相比，P/W和P/C都取较大的值。
II.光码分复用传输技术及其装置的说明
第一至第三实施例中的光脉冲时间扩散器，适合用于光码分复用传输方法(以下称为OCDM传输技术)。即，采用该光脉冲时间扩散器作为编码器及解码器时，能够实现包括以下步骤的OCDM传输技术。利用该光脉冲时间扩散器实现的OCDM传输技术，具有上述的P/W和P/C两值都大的特点。即，即使光码脉冲序列在光传输路上传输时强度有所减少，或混入一些光噪声，解码后也能抽取出高信赖性的解码后的自相关波形。因此，能够确保实现高信赖性的OCDM传输技术。
适合采用本发明的光脉冲时间扩散器作为编码器及解码器的OCDM传输技术具有以下两步骤：将光脉冲采用光相位代码进行编码，生成光码脉冲序列的编码步骤；和采用与该光相位代码相同的代码，对光码脉冲序列进行解码，生成光脉冲信号的自相关波形的编码步骤。利用本发明的光脉冲时间扩散器实施编码步骤和编码步骤。
上述的OCDM传输技术，能够通过以下说明的光码分复用传输装置(以下称为OCDM装置)实施。该OCDM装置具有编码器和解码器，该编码器，将光脉冲采用光相位代码编码，生成光码脉冲序列；该解码器，采用与该光相位代码相同的代码，对光码脉冲序列进行解码，生成光脉冲信号的自相关波形。即，采用解码器实现编码步骤，采用解码器实现解码步骤。利用本发明的光脉冲时间扩散器作为该编码器和该解码器。
参考图15说明第二发明的OCDM传输装置的构成及其功能。图6至图14中说明的第一发明的光脉冲时间扩散器(第一至第三实施例中的光脉冲时间扩散器)适合用于该装置。图15中，用粗线表示光纤等的光信号路径，用细线表示电信号路径。另外，赋予这些粗线及细线的编号，除了用于识别路径，还可表示通过这些路径传输的光信号或电信号。
图15中，虽然以由四条信道组成的OCDM传输装置为例说明，OCDM传输装置并不只局限于四条信道的情况。不管是多少条信道的结构，以下的说明都成立。
OCDM传输装置具有以下构成：在信号发射器140生成的各条信道的光码脉冲序列，在耦合器170处将所有信道的光码脉冲序列耦合生成发射信号172s，通过光传输路172传输传送到信号接收器180。
将传送到信号接收器180的，由所有信道的光码脉冲序列耦合而生成的发射信号172s，通过分波器182进行强度分割，分割成与信道数相等的光码脉冲信号。被强度分割后的光码脉冲信号181a、181b、181c及181d，分别输入到信号接收器180的第一信道信号接收器200、第二信道信号接收器202、第三信道信号接收器204及第四信道信号接收器206。
首先，说明该装置的提供光脉冲序列的机能部分，该机能部分生成光脉冲序列后提供给各信道，该光脉冲序列成为生成各信道的发射信号的光脉冲信号的基础。该部分由脉冲光源142和分波器144组成。
脉冲光源142可使用，例如分布式反馈半导体激光源构成。把该DFB-LD输出的连续光波通过光调制器(省略图示)转换成的光脉冲序列后，从一根光纤的端部输出，这样构成的光源就是光源142。光源142的输出光143，在分波器144按信道数(这里为4)被强度分割后，被分配到各信道。即，实行强度分割后生成的光脉冲序列145a、光脉冲序列145b、光脉冲序列145c及光脉冲序列145d，分别供给第一至第四信道。
以下有关编码器的说明，对各信道通用，这里仅以第一信道为例进行说明。信号发射器的第一信道160是第一信道的编码器，由调制电信号发生部146、调制器148、编码器150构成。第二信道162、第三信道164及第四信道166与第一信道具有相同的构成。不同的只是，各个信道所具有的编码器中设定的光相位代码。各信道具有不同的光相位代码。这样能使各信道相互独立，接受/发射光脉冲信号。除了编码器以外，第一至第四信道均采用相同的构造。
编码器是实施编码步骤的部分，该步骤中，将含有与信道数同数目的不同波长光的光脉冲信号，先采用光相位代码编码再生成光码脉冲序列。
如上所述，构成编码器160的必需构成部件为，调制电信号发生部146、调制器148及编码器150。产生代表送信信号的电脉冲信号147的步骤，由调制电信号发生部146实现。电脉冲信号147是二值数字电信号，是为了反映分配到第一信道的送信情报而生成的电信号。
通过调制器148实现，将光脉冲序列145a经过电脉冲信号147转换为光脉冲信号149的步骤。通过调制器148，将光脉冲序列145a进行强度调制成反映了电脉冲信号147的R Z格式后，生成为光脉冲信号149。
通过编码器150实施，采用光相位代码将光脉冲149编码然后生成光脉冲信号161的步骤。编码器150中设置的本发明的光脉冲时间扩散器具有，采用光相位代码将光脉冲149编码后生成光脉冲信号161的功能。另外，信号接收器180的信号接收器第一信道200中设置的解码器184具有光脉冲时间扩散器，该光脉冲时间扩散器中设定的光相位代码与编码器150中设定的光相位代码相同。
解码器184使用与编码器150中设定的光相位代码相同的光相位代码，将被强度分割后分配到第一信道的光码脉冲序列180a解码。结果，由解码器184生成，含有第一信道的光脉冲信号的自相关波形成分和第二至第四信道的光脉冲信号的互相关波形成分的重生光脉冲信号。
解码器184只抽取第一信道的光脉冲信号的自相关波形成分185。自相关波形成分185通过光接受器190转换为电信号，然后生成第一信道的接受信号191。接受信号191的波形反映了，信号发射器140的第一信道的编码器160中设置的调制电信号发生部146输出的电脉冲信号147的信号波形。本应通过第一信道送信的电脉冲信号147，通过信号接收器180作为第一信道的接受信号191被接受。
第二发明的OCDM传输技术和OCDM传输装置，利用第一发明的光脉冲时间扩散器实现。根据第二发明的OCDM传输技术和OCDM传输装置，即使由于光传输路中使用的光纤的光吸收，使光码脉冲序列的强度有所减少，或者由于设备中必备的光放大器产生的光噪声混入了光码脉冲序列，也能抽取出高信赖性的自相关波形。即，使用第一发明的光脉冲时间扩散器而实现的OCDM传输技术和OCDM传输装置，具有大的P/W值，所以容易识别自相关波形的峰值。而且，P/C的值也大，所以容易将自相关波形与互相关波形分离。
即，如果是使用了本发明的第一至第三实施例的光脉冲时间扩散器实现的OCDM传输装置，从解码后的光脉冲信号中将互相关波形从自相关波形中分离出来，识别自相关波形的识别回路的识别条件可得以缓和。
因为编码器的特性与理想的代码相关的仿真计算结果接近，所以使用该OCDM传输装置的系统容易设计。

Claims (11)

1.一种光脉冲时间扩散器，采用光相位代码进行编码，将光脉冲扩散为沿时间轴依次排列的码片脉冲后输出，该光脉冲时间扩散器具有的相位控制器，在生成上述码片脉冲序列时，使构成上述光相位代码的代码值中相邻的码片脉冲之间产生相位差；
该相位控制器，在上述相邻的两代码值相等时，使上述相位差为：
2πM+(π/2)                       (1)
在上述相邻的两代码值不相等时，使上述相位差为：
2πM+(2N+1)π+(π/2)              (2)
其中，M及N是整数。
2.一种光脉冲时间扩散器，采用光相位代码进行编码，将光脉冲扩散为沿时间轴依次排列的码片脉冲后输出，该光脉冲时间扩散器具有的相位控制器，在生成上述码片脉冲序列时，使构成上述光相位代码的代码值中相邻的码片脉冲之间产生相位差；
该相位控制器，在上述相邻的两代码值不相等时，使上述相位差为：
2πM+(π/2)                        (1)
在上述相邻的两代码值相等时，使上述相位差为：
2πM+(2N+1)π+(π/2)               (2)
其中，M及N是整数。
3.一种光脉冲时间扩散器，采用光相位代码进行编码，将光脉冲扩散为沿时间轴依次排列的码片脉冲后输出，该光脉冲时间扩散器具有为了生成上述码片脉冲序列的相位控制器，且具有如下特点：
子光栅沿光波导路的波导方向，按照与构成上述光相位代码的代码值一一对应的关系，依次排列成一列，
前后邻接的取相同代码值的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差为：
2πM+(π/2)                          (1)
前后邻接的取不同代码值的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差为：
2πM+(2N+1)π+(π/2)                 (2)
其中，M及N是整数。
4.一种光脉冲时间扩散器，采用光相位代码进行编码，将光脉冲扩散为沿时间轴依次排列的码片脉冲后输出，该光脉冲时间扩散器具有为了生成上述码片脉冲序列的相位控制器，且具有如下特点：
子光栅沿光波导路的波导方向，按照与构成上述光相位代码的代码值一一对应的关系，依次排列成一列，
前后邻接的取不同代码值的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差为：
2πM+(π/2)                       (1)
前后邻接的取相同代码值的两个子光栅产生的布拉格反射光的相位差为：
2πM+(2N+1)π+(π/2)             (2)
其中，M及N是整数。
5.权利要求3～4中所述的光脉冲时间扩散器有如下特点，利用窗口函数对上述子光栅的周期性折射率调制结构的折射率调制强度，进行切趾。
6.权利要求5中所述的光脉冲时间扩散器具有窗口函数是高斯函数的特点。
7.权利要求3～4中所述的光脉冲时间扩散器有如下特点，上述子光栅沿上述光波导路的波导方向依次排列形成，由该子光栅形成的周期性折射率调制结构的折射率调制强度沿光波导路的波导方向单调增加的结构。
8.权利要求3～4中所述的光脉冲时间扩散器有如下特点，由J个(J是2以上的自然数)上述子光栅构成的相位控制器中，按照从光波导路的一端到另一端的顺序，将1至J的编号依次赋予上述子光栅，其中，
第i个(2≤i≤J)子光栅的反射率Ri为：
反射率Ri＝Ri-1/(1-Ri-1)2                   (3)
9.权利要求3～8中所述的任一光脉冲时间扩散器有如下特点，前述光波导路为光纤。
10.一种光码分复用传输技术，具有：采用光相位代码进行编码，将光脉冲生成为光码脉冲信号的编码步骤；使用与上述光相位代码相同的代码，将上述光码脉冲信号解码，生成为上述光脉冲信号的自相关波形的解码步骤；利用权利要求1～9中所述的任何一种光脉冲时间扩散器实现上述编码步骤和解码步骤的特点。
11.一种光码分复用传输装置，具有：采用光相位代码进行编码，将光脉冲生成为光码脉冲信号的编码器；使用与上述光相位代码相同的代码，将上述光码脉冲信号解码，生成为上述光脉冲信号的自相关器的解码器；上述编码器和解码器采用权利要求1～9中所述的任何一种光脉冲时间扩散器的特点。
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