JP4479719B2 - 光パルス時間拡散装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力光パルスを、光位相符号を示す符号化パルス列に変換する、ＯＣＤＭ符号器又はＯＣＤＭ復号器のような光パルス時間拡散装置に関するものである。

複数チャンネルの光パルスを１本の光ファイバで伝送するための光多重技術として、光符号分割多重（ＯＣＤＭ）が知られている。ＯＣＤＭは、送信側で通信チャンネルごとに異なる符号で光パルスを符号化し、受信側で復号して元の光パルスに戻す光多重技術である（例えば、非特許文献１参照）。また、ＯＣＤＭにおける符号化としては、２値位相符号を用いる位相符号方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。また、ＯＣＤＭ符号器又はＯＣＤＭ復号器として、スーパーストラクチャファイバブラッググレーティング（ＳＳＦＢＧ）等の電力を消費しない受動光素子を用いることができる。ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とは、光ファイバコアに周期的な屈折率変調のブラッグ回折格子を形成したものであり、特定の波長の光を反射するフィルタである（例えば、非特許文献３参照）。ＯＣＤＭ符号器又はＯＣＤＭ復号器では、ＦＢＧの屈折率変調に複数の位相シフト部が所望の位置に形成されており、符号長と符号パターンにより、ＦＢＧ屈折率変調中にある位相シフト部の数と位置が変わる。光パルス時間拡散装置として、トランスバーサル型フィルタ構造のＰＬＣ（例えば、非特許文献３参照）やＡＷＧ（例えば、非特許文献４参照）を用いることも可能であるが、ＳＳＦＢＧに比べて光損失が大きく、素子全体を小型化することが難しい。

図１は、ＳＳＦＢＧを用いた符号器２０１によって入力光パルス１０１から２値位相符号の符号化パルス列（チップパルス１１１〜１１４の列）を生成する符号化、及びＳＳＦＢＧを用いた復号器２０３によって符号化パルス列から光パルスを１２１再生する復号の原理を説明するための図である。図１は、ＦＢＧ符号器２０１とＦＢＧ復号器２０３が符号長‘４’の２値位相符号を扱う場合を示しており、ＦＢＧ符号器２０１とＦＢＧ復号器２０３のそれぞれは、４つの単位ＦＢＧ（単位回折格子）を有する。それぞれの単位ＦＢＧは、符号に応じて、その単位ＦＢＧの相対位相がそれぞれ同じか（位相量０）、又は、相対位相が異なっている（位相量π）。図１に示されるように、光パルス１０１をＦＢＧ符号器２０１に入力すると、例えば、４つのチップパルス１１１〜１１４が時間差をもって生じる。このことを、入力光パルス１０１が拡散されたとも言う。ここでは、４つのチップパルス１１１〜１１４は、それぞれ相対的に〈０，０，π，０〉の光位相となる。図１において、光位相がシフトしていないチップパルス（位相０）を実線で描き、光位相が相対的にπだけシフトしたチップパルス（位相π）を破線で描く。このチップパルス１１１〜１１４が光ケーブル２０２を経由してＦＢＧ復号器２０３に入力すると、チップパルス１１１〜１１４のそれぞれに対して４個のチップパルス１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｄが時間差をもって生じる（すなわち、合計１６個のチップパルス１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｄが生じる）。

図１に示されるＦＢＧ復号器２０３は、左から２番目（時間的に見れば最後から２番目）のチップパルスの光位相がπだけシフトするように構成されており、ＦＢＧ復号器２０３で反射されたチップパルスは、それぞれ相対的に〈０，π，０，０〉又は〈π，０，π，π〉の光位相となる。ＦＢＧ復号器２０３から出力された１６個のチップパルス１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｄのいくつかは重なり、重なり合ったチップパルスが同相の場合は強め合い、異相の場合は打ち消し合う。図１に示されるように、ＦＢＧ符号器２０１とＦＢＧ復号器２０３の符号が同じ場合、特定の時間で同相の４個のチップパルス１１１ｄ，１１２ｃ，１１３ｂ，１１４ａが重なり強め合い、その他の時間においては同相と異相の光パルスが重なり打ち消し合いが生じるため、特定の時間に高い強度のピークを持つ光パルス１２１が生じる。また、ＦＢＧ符号器とＦＢＧ復号器の符号が異なる場合は特定の時間で同相のパルスが４つ重なることがないので、特定の時間に高い強度のピークを持つ光パルスは生じない。

図２（ａ）及び（ｂ）は、従来のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）３０３の光ファイバ３０１のコア３０２の周期的屈折率変調構造及び位相シフト部３０４を説明するための図であり、図２（ｃ）は、同図（ｂ）の一部拡大図である。コア３０２に形成された回折格子は、周期的な屈折率変調Δｎからなる。回折格子周期Λは、所望の反射波長λのとき、ブラッグ反射の式
λ＝２×ｎ_ｅｆｆ×Λ （１）
に従う。ここで、ｎ_ｅｆｆは光ファイバコアの実効屈折率である。

図２（ａ）乃至（ｃ）に示されるＦＢＧ符号器３０３の屈折率変調Δｎには、符号に応じて位相シフト部３０４が複数個設けられた構造になっている。ＦＢＧ符号器３０３は、７箇所の位相シフト部３０４を持つ。ＦＢＧ符号器３０３は、２値位相符号
〈０，０，０，π，π，π，π，０，π，０，π，π，０，０，π〉
の符号化パルス列を生成する。この２値位相符号は、図３に示すように、位相シフト量が０．５である７箇所の位相シフト部を持つ。

反射率の高いＦＢＧ符号器では、ＦＢＧ符号器の後段になればなるほど前段の光信号反射による損失で入力信号の減衰が大きいため、後段の単位ＦＢＧによる信号の反射量が小さい。その対策として、後段の単位ＦＢＧになるほど反射率を高くし、ＦＢＧ全領域からの光信号の反射量を均一にしている（例えば、非特許文献５参照）。

また、ＦＢＧ符号器では、光パルスが単位ＦＢＧで反射されるとき光パルスが広がり、隣接している単位ＦＢＧの反射光パルス同士が重なり、パルス間で干渉を起こす。これにより、符号化パルス列は、ばらつきの大きいパルス強度分布を持つようになり、〈…，０，π，０，π，…〉の位相符号反転が繰り返される場合には、その付近のパルス強度は非常に小さくなり、逆に、〈…，０，０，０，０，…〉又は〈…，π，π，π，π，…〉のように同位相符号が繰り返される場合には、その付近のパルス強度は非常に大きくなる。すなわち、符号化パルス列のパルス強度分布及びパルス強度は、符号配列に依存する。そこで、隣合う単位ＦＢＧの位相符号が〈０，０〉又は〈π，π〉と同じ場合には、隣合う単位ＦＢＧの屈折率変調は０．２５＊Λの位相差を持ち、かつ、隣合う単位ＦＢＧの位相符号が〈０，π〉又は〈π，０〉と異なる場合には、屈折率変調は０．７５＊Λ（すなわち、−０．２５＊Λ）の位相差を持つようにして、チップパルス間干渉を低減する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案によれば、チップパルス間の干渉は起こるが、符号配列によって、符号化パルス列の強度分布が平均化され、チップパルス強度に符号配列の依存性を小さすることができる。

外林秀之、「光符号分割多重ネットワーク」、応用物理、第７１巻、第７号、２００２、ｐｐ．８５３−８５９ 西木玲彦ほか、「ＳＳＦＢＧを用いたＯＣＤＭ用位相符号器の開発」、信学技法、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ＩＥＩＣＥ． ０ＦＴ２００２−６６（２００２−１１）、ｐｐ．１３−１８ Ｎａｏｙａ Ｗａｄａ ｅｔ ａｌ．， "Ａ １０Ｇｂ／ｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ８−Ｃｈｉｐ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅ ａｎｄ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ"， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．１７， Ｎｏ．１０， ｐｐ．１７５８−１７６５， ０ｃｔｏｂｅｒ １９９９． Ｊｉｎｇ Ｃａｏ ｅｔ ａｌ．， "Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩｎＰ ＯＣＤＭＡ Ｅｎｃｏｄｅｒ"， Ｐａｐｅｒ Ｗｅ３．６．６， Ｖｏｌ．３， ＥＣＯＣ ２００５． Ｋｏｊｉ Ｍａｔｓｕｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．， "Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ １２７−Ｃｈｉｐ ＳＳＦＢＧ Ｅｎ／Ｄｅｃｏｄｅｒ ｕｓｉｎｇ Ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ"， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．１６， Ｎｏ．９， ｐｐ．２１９２−２１９４， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００４． 特開２００６−１９７０６７号公報

しかしながら、上記ＦＢＧ符号器では、光パルスが単位ＦＢＧで反射されるときに光パルスが広がり、隣接する単位ＦＢＧの反射光パルス同士が重なり、光パルス間で干渉を起こし、図１の符号化と復号の原理で示したような理想的な符号化パルス列は得られない。図４（ａ）乃至（ｄ）は、隣接する２つの単位ＦＢＧによる反射光パルス同士の干渉を説明するための図である。図４（ａ）に示されるように、２つの単位ＦＢＧを持つＦＢＧ２４０に光パルス１３１を入力したとき、単位ＦＢＧ２４１で反射された光パルス１４１と隣接した単位ＦＢＧ２４２で反射された光パルス１４２は時間差を持つが、図４（ｂ）に示されるように、２つの反射光パルス１４１と１４２の一部が重なる。隣接している単位ＦＢＧ２４１，２４２間のグレーティング位相差がπのとき、反射光パルス１４１と１４２は光の位相差πを持つ。この場合は、図４（ｃ）に示されるように、反射光パルス同士の重なりは打ち消しあい、パルスは変形して強度が小さくなる。隣接している単位ＦＢＧのグレーティング位相差が無いとき、反射光パルス１４１と１４２は同位相であり、図４（ｄ）に示されるように、反射光パルス同士が重なり、光パルスが結合される。これらの２つの干渉は、入力光のパルス幅にも依存する。入力光のパルス幅が狭いほうが干渉領域は小さくなる。結果として、従来例の屈折率変調構造を持つＦＢＧ符号器による符号化パルス列は、単位ＦＢＧの反射光パルス間の干渉が起こる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、従来の屈折率変調構造を持つ符号長‘３１’のＦＢＧ符号器による符号化パルス列を示す図であり、同図（ａ）は、入力光パルス幅が２５ｐｓの場合、同図（ｂ）は、入力光パルス幅が６．３ｐｓの場合である。このＦＢＧ符号器は、３１チップの２値位相符号
〈０，π，π，π，０，０，０，π，π，π，０，π，π，０，０，０，０，０，０，π，π，π，π，０，π，０，π，π，０，０，０〉
に対応する構造である。図５（ａ）の符号化パルス列及び図５（ｂ）の符号化パルス列は、それぞれ３１個の符号化パルスからなるが、隣接する光パルス同士が重なり合っている。入力光パルスのパルス幅が６．３ｐｓである場合（図５（ｂ））の方が、光パルスのピーク強度のばらつきが小さい強度分布を示し、入力光パルスのパルス幅が２５ｐｓである場合（図５（ａ））に比べて、理想の光パルス列に近い。しかし、入力光パルスのパルス幅が６．３ｐｓである場合（図５（ｂ））の符号化パルスの強度は、入力光パルスのパルス幅が２５ｐｓである場合（図５（ａ））の符号化パルスの強度に比べて小さくなっている。このことは、入力光パルスのパルス幅が６．３ｐｓである場合（図５（ｂ））に、損失が大きいことを示している。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低損失で、かつ、互いに隣接するチップパルス間の干渉が少ないチップパルス列を生成できる光パルス時間拡散装置を提供することにある。

本発明の光パルス時間拡散装置は、光パルスが入力される光導波路と、前記光導波路に形成され、それぞれが前記光導波路の導波方向に連続した同じ周期的屈折率変調構造によって形成された複数の単位回折格子と、前記複数の単位回折格子の間の前記光導波路に備えられ、前記チップパルスの位相をシフトさせる位相シフト部とを有し、前記光パルスを、時間軸上に順次配列されたチップパルスの列に変換する光パルス時間拡散装置であって、前記複数の単位回折格子の間に間隔を設け、前記間隔の長さを、１個の前記単位回折格子の導波方向の長さである単位回折格子長以上にしたことを特徴としている。

《１》実施の形態の構成
図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の光パルス時間拡散装置であるＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）３の光ファイバコア２の屈折率変調構造及び位相シフト部４を説明するための図であり、図６（ｃ）は、同図（ｂ）の一部拡大図である。実施の形態の光パルス時間拡散装置は、例えば、ＯＣＤＭに用いられるＳＳＦＢＧ符号器又は復号器である。

図６（ａ）に示されるように、ＦＢＧ符号器３は、光パルスが入力される光ファイバ１と、光ファイバ１のコア（光導波路）２に形成された複数の単位ＦＢＧ（単位回折格子）５と、複数の単位ＦＢＧの間のコア２に形成された位相シフト部４とを有する。複数の単位ＦＢＧ５は、コア２の導波方向（光ファイバ１の長手方向）に連続した周期的屈折率変調構造によって形成され、入力光パルスを反射して、時間軸上に順次配列された複数の符号化パルス（チップパルスの列）に変換する。位相シフト部４は、複数の単位ＦＢＧ５の間に備えられ、チップパルスの位相をシフトさせる。位相シフト部４は、複数の単位ＦＢＧ５の間の間隔の一部として、すなわち、グレーティングが形成されていない領域に存在する。実際には、複数の単位ＦＢＧ５の間の間隔６が位相差を与える長さである場合には、位相シフト部４は存在し、複数の単位ＦＢＧ５の間の間隔が位相差を与えない長さである場合には、位相シフト部４は存在しないことになる。

図６（ｂ）に示されるように、本実施の形態のＦＢＧ符号器においては、複数の単位ＦＢＧ（すなわち、周期的屈折率変調部）５の間には間隔（屈折率が一定の部分）６を設け、この間隔６の長さＬ_ＳＰを、１個の単位ＦＢＧの導波方向の長さである単位ＦＢＧ長（単位回折格子長）Ｌ_ＧＲ以上にしている。

また、光ファイバ１のコア２を導波方向に等しい長さに区分した区画である単位セグメントを複数個決めた場合に、複数の単位セグメントのそれぞれの中に、１個の単位ＦＢＧ５と１個の間隔６とが配置され、単位ＦＢＧ長Ｌ_ＧＲは、１個の単位セグメントの導波方向の長さである単位セグメント長Ｌ_ＳＥＧの１／２以下としている。

図６（ａ）及び（ｂ）に示されるＦＢＧ符号器３は、符号長‘１５’の２値位相符号
〈０，０，０，π，π，π，π，０，π，０，π，π，０，０，π〉
によって構成されている。図６（ａ）及び（ｂ）に示されるＦＢＧ符号器３は、光ファイバ１のコア２の回折格子で形成されており、単位ＦＢＧ５の屈折率変調構造は、ブラッグ反射の式
λ＝２ｎ_ｅｆｆ×Λ
に従う。ここで、Λは、回折格子の屈折率変調周期であり、本実施の形態では、約５４０ｎｍである。また、本実施の形態では、単位セグメント長Ｌ_ＳＥＧは、約２．４ｍｍであり、単位ＦＢＧ長Ｌ_ＧＲは、約１．２ｍｍである。

また、本実施の形態のＦＢＧ符号器３は、符号に応じて単位ＦＢＧ５の間に位相シフト部４を有する構成になっている。単位ＦＢＧ５の間のシフト量は、屈折率変調周期Λに対して、隣合う単位ＦＢＧ５の位相符号が〈０，０〉又は〈π，π〉と同じ場合には、隣合う単位ＦＢＧ５の屈折率変調は位相差０を持ち、位相シフト部４は存在しない。また、隣合う単位ＦＢＧの位相符号が〈０，π〉又は〈π，０〉と異なる場合は、屈折率変調は、図３の場合と同様に、０．５＊Λの位相差を持ち、位相シフト部４は存在する。

図７（ａ）は、本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）に入力する光パルス１１の波形及び光ファイバコアの屈折率変調構造を示す図であり、図７（ｂ）は、反射光パルス３１，３３の波形を示す図である。

入力光パルス１１の反射は、単位ＦＢＧ２１，２３内の各点で連続的に起こる。図７（ａ）及び（ｂ）に示されるように、入力光パルス１１は、単位ＦＢＧ２１，２３の各グレーティングで連続的に反射される。光の反射は、単位ＦＢＧ２１の入力側２１ａでの反射と終端側２１ｂでの反射の位置が異なる。よって、出力光パルス３１は、入力側２１ａでの反射光パルス３１ａと終端側２１ｂでの反射光パルス３１ｂで時間差を生じる。ここで、出力光パルス幅Ｗ_ｏｕｔ（単位：時間）は、入力光パルス幅Ｗ_ｉｎ（単位：時間）を用いて、次式（２）で求めることができる。
Ｗ_ｏｕｔ＝Ｗ_ｉｎ＋（２×Ｌ_ＧＲ×ｎ_ｆ／Ｃ） （２）
ここで、ｎ_ｆはファイバコアの屈折率、Ｃは光速を示す。

このため、パルス幅の広がりΔＷは、次式（３）で求めることができる。
ΔＷ＝Ｗ_ｏｕｔ−Ｗ_ｉｎ＝２×Ｌ_ＧＲ×ｎ_ｆ／Ｃ （３）

隣合うチップパルス同士の重なりを小さくするためには，隣接する単位ＦＢＧの間隔２２の長さＬ_ＳＰの２倍（すなわち、往復の光路長）を、パルス幅の広がりΔＷに相当する長さΔＷ×Ｃ／ｎ_ｆ以上にする必要がある。すなわち、次式（４）
２×Ｌ_ＳＰ≧ΔＷ×Ｃ／ｎ_ｆ （４）
を満足させる必要がある。

式（４）に式（３）を代入することによって、式（４）の右辺は、
２×Ｌ_ＧＲ×ｎ_ｆ／Ｃ×Ｃ／ｎ_ｆ＝２×Ｌ_ＧＲ
となり、次式（５）
Ｌ_ＳＰ≧Ｌ_ＧＲ （５）
を得ることができる。式（５）は、複数の単位ＦＢＧの間に間隔の長さＬ_ＳＰを、１個の単位ＦＢＧの導波方向の長さである単位ＦＢＧ長Ｌ_ＧＲ以上にすれば、隣合うチップパルス同士の重なりを小さくすることができることを意味する。

また、単位ＦＢＧの間の間隔の長さＬ_ＳＰと、単位ＦＢＧ長Ｌ_ＧＲと、単位セグメント長Ｌ_ＳＥＧとの間には、次式（６）
Ｌ_ＳＰ＝Ｌ_ＳＥＧ−Ｌ_ＧＲ （６）
の関係がある。式（６）を式（５）に代入することによって、次式（７）
Ｌ_ＳＥＧ−Ｌ_ＧＲ≧Ｌ_ＧＲ （７）
が得られる。式（７）から、次式（８）
Ｌ_ＳＥＧ／２≧Ｌ_ＧＲ （８）
を得られる。式（８）は、単位ＦＢＧ長Ｌ_ＧＲを、１個の単位セグメントの導波方向の長さである単位セグメント長Ｌ_ＳＥＧの１／２以下にすれば、隣合うチップパルス同士の重なりを小さくすることができることを意味する。

《２》実施の形態の動作
図８は、本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）の機能を評価するために使用した符号化パルス列の観測システムの構成図である。

図８の光パルス発生器４１から連続的に６２５ＭＨｚで間隔のパルス４２が発生する。この光パルスのパルス幅は６．３ｐｓ又は２５ｐｓである。この光パルスは光サーキュレータ４３を通してＦＢＧ符号器４４に入力される。ＦＢＧ符号器４４の反射光は光サーキュレータ４３を通して出力され、オシロスコープ４５により符号化パルス列が観測される。

図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の屈折率変調構造を持つ符号長‘３１’のＦＢＧ符号器による符号化パルス列を示す図であり、同図（ａ）は、入力光パルス幅が２５ｐｓの場合、同図（ｂ）は、入力光パルス幅が６．３ｐｓの場合である。

ＦＢＧ符号器は、３１チップの２値位相符号
〈０，π，π，π，０，０，０，π，π，π，０，π，π，０，０，０，０，０，０，π，π，π，π，０，π，０，π，π，０，０，０〉
に対応する構造である。図９（ａ）に示される入力光パルス幅２５ｐｓの場合の符号化パルス列は、符号長‘３１’の２値位相符号であるが、隣合う光パルス同士が重なり合っている。

ここで入力光パルス幅２５ｐｓは、単位セグメントの往復長を光が通過する時間に相当する。図５（ａ）に示される従来例では、符号化パルス列はパルス間の干渉によるパルスの強度分布が大きいが、図９（ａ）に示される本発実施形態のＦＢＧ符号器による符号化パルス列は、パルスのピーク値のばらつきが、幾分小さい強度分布は示している。

図９（ｂ）に本実施形態のＦＢＧ符号器による入力光パルス幅を細くした６．３ｐｓの符号化パルス列を示す。図５（ｂ）に示される従来例では、符号化パルス列はパルス間の干渉によりパルスのピーク値のばらつきが小さい強度分布を示しているが、図９（ｂ）に示される本実施の形態のＦＢＧ符号化による符号化パルス列は、パルスのピーク値のばらつきがより一層小さい強度分布を示している。

《３》実施の形態の効果
入力光パルスの時間軸上での半値幅を狭くしても、従来のＦＢＧ符号器においては、ＦＢＧが連続的に続いているため、生成されるチップパルス列の隣接するチップパルス間の重なりは発生する。したがって、従来のＦＢＧ符号器においては、入力光パルスの時間軸上での半値幅を調整するだけでは、生成されるチップパルス列の隣接するチップパルス間の重なりの発生を防ぐことはできない。そこで、本発明においては、ＦＢＧ符号器の単位ＦＢＧの間に、上記式（５）を満足する間隔（スペース）を設けている。また、入力光パルスの時間軸上での半値幅を狭くすると、周波数軸上での半値幅が広がるため、ＦＢＧ符号器の周波数軸上でのフィルタの半値幅が入力光パルスのそれより狭いと大きな損失が発生する。

図１０（ａ）は、従来のＦＢＧ符号器のフィルタ特性を示すフィルタスペクトル（実線）と、時間軸上の半値幅が６．３ｐｓである入力光パルスのスペクトル（点線）と、時間軸上の半値幅が２５ｐｓである入力光パルスのスペクトル（一点鎖線）とを示し、図１０（ｂ）は、本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器のフィルタ特性を示すフィルタスペクトル（実線）と、時間軸上の半値幅が６．３ｐｓである入力光パルスのスペクトル（点線）と、時間軸上の半値幅が２５ｐｓである入力光パルスのスペクトル（一点鎖線）とを示す。

図１０（ａ）に示されるように、図２の従来のＦＢＧ符号器のフィルタスペクトルと入力光が時間軸上の半値幅６．３ｐｓと２５ｐｓのスペクトルを示す。図１０（ａ）に示されるように、時間軸上の半値幅２５ｐｓの入力光パルスのスペクトル（点線）の半値幅は、従来のＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の半値幅とほぼ同じである。半値幅２５ｐｓの入力光パルス（点線）に対するＦＢＧ符号器の出力光パルスは、半値幅２５ｐｓの入力光パルス（点線）の強度とＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の乗算によって得られるので、従来のＦＢＧ符号器は、半値幅２５ｐｓの入力光パルス（点線）を、効率良く、少ない損失で、出力光パルスに変換することができる。また、図１０（ａ）に示されるように、時間軸上の半値幅６．３ｐｓの入力光パルスのスペクトル（一点鎖線）の半値幅は、従来のＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の半値幅よりも広い。半値幅６．３ｐｓの入力光パルス（一点鎖線）に対するＦＢＧ符号器の出力光パルスは、半値幅６．３ｐｓの入力光パルス（一点鎖線）の強度とＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の乗算によって得られるので、従来のＦＢＧ符号器のフィルタリングによって、半値幅６．３ｐｓの入力光パルス（一点鎖線）の中心波長以外の範囲で大きな損失を生じる。

これに対し、図１０（ｂ）に示されるように、本実施の形態のＦＢＧ符号器のフィルタスペクトルと入力光が時間軸上の半値幅６．３ｐｓと２５ｐｓのスペクトルを示す。図１０（ｂ）に示されるように、時間軸上の半値幅２５ｐｓの入力光パルスのスペクトル（点線）の半値幅は、本実施の形態のＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の半値幅よりも狭い。半値幅２５ｐｓの入力光パルス（点線）に対するＦＢＧ符号器の出力光パルスは、半値幅２５ｐｓの入力光パルス（点線）の強度とＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の乗算によって得られるので、本実施の形態のＦＢＧ符号器は、半値幅２５ｐｓの入力光パルス（点線）を、効率良く、少ない損失で、出力光パルスに変換することができる。また、図１０（ｂ）に示されるように、時間軸上の半値幅６．３ｐｓの入力光パルスのスペクトル（一点鎖線）の半値幅は、本実施の形態のＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の半値幅にほぼ等しい。半値幅６．３ｐｓの入力光パルス（一点鎖線）に対するＦＢＧ符号器の出力光パルスは、半値幅６．３ｐｓの入力光パルス（一点鎖線）の強度とＦＢＧ符号器のフィルタスペクトル（実線）の乗算によって得られるので、本実施の形態のＦＢＧ符号器は、半値幅６．３ｐｓの入力光パルス（点線）を、効率良く、少ない損失で、出力光パルスに変換することができる。

《４》変形例
以上の説明においては、光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成した場合を例示したが、屈折率変調を施すことができる光導波路であれば、ブラッグ回折格子以外の屈折率変調構造を採用してもよい。

ＳＳＦＢＧを用いた符号器によって入力光パルスから２値位相符号の符号化パルス列を生成する符号化、及びＳＳＦＢＧを用いた復号器によって符号化パルス列から光パルスを再生する復号の原理を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）の光ファイバコアの屈折率変調構造及び位相シフト部を説明するための図であり、（ｃ）は、同図（ｂ）の一部拡大図である。 符号長‘１５’の２値位相符号と位相シフト部の位相シフト量とを示す図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、隣接する２つの単位ＦＢＧによる反射光パルス同士の干渉を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の屈折率変調構造を持つ符号長‘３１’のＦＢＧ符号器による符号化パルス列を示す図であり、（ａ）は、入力光パルス幅が２５ｐｓの場合、（ｂ）は、入力光パルス幅が６．３ｐｓの場合である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）の光ファイバコアの屈折率変調構造及び位相シフト部を説明するための図であり、（ｃ）は、同図（ｂ）の一部拡大図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）に入力する光パルスの波形及び光ファイバコアの屈折率変調構造を示す図であり、（ｂ）は、反射光パルスの波形を示す図である。 本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器（又はＦＢＧ復号器）の機能を評価するために使用した符号化パルス列の観測システムの構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の屈折率変調構造を持つ符号長‘３１’のＦＢＧ符号器による符号化パルス列を示す図であり、（ａ）は、入力光パルス幅が２５ｐｓの場合、（ｂ）は、入力光パルス幅が６．３ｐｓの場合である。 （ａ）は、従来のＦＢＧ符号器のフィルタ特性を示すフィルタスペクトル（実線）と、時間軸上の半値幅が６．３ｐｓである入力光パルスのスペクトル（点線）と、時間軸上の半値幅が２５ｐｓである入力光パルスのスペクトル（一点鎖線）とを示し、（ｂ）は、本発明の実施の形態のＦＢＧ符号器のフィルタ特性を示すフィルタスペクトル（実線）と、時間軸上の半値幅が６．３ｐｓである入力光パルスのスペクトル（点線）と、時間軸上の半値幅が２５ｐｓである入力光パルスのスペクトル（一点鎖線）とを示す。

符号の説明

１ 光ファイバ、 ２ 光ファイバのコア、 ３ ＦＢＧ符号器又はＦＢＧ復号器（光パルス時間拡散装置）、 ４ 位相シフト部、 ５ 単位ＦＢＧ（屈折率変調構造）、 ６ 単位ＦＢＧ間の間隔（スペース）、 １１ 入力光パルス、 ２１，２３ 単位ＦＢＧ（単位回折格子）、 ２２ 単位ＦＢＧ間の間隔、 ３１，３３ 反射光パルス、 Ｌ_ＳＥＧ 単位セグメント長、 Ｌ_ＧＲ 単位ＦＢＧ長（単位回折格子長）、 Ｌ_ＳＰ 単位ＦＢＧ間の間隔の長さ。

Claims (6)

1. 光パルスが入力される光導波路と、
   前記光導波路に形成され、それぞれが前記光導波路の導波方向に連続した同じ構造の周期的屈折率変調部によって形成され、前記光パルスを時間軸上に順次配列された複数のチップパルスに変換する複数の単位回折格子と、
   前記複数の単位回折格子の間の前記光導波路に備えられ、前記複数のチップパルスのいずれかの位相をシフトさせる位相シフト部と
   を有する光パルス時間拡散装置であって、
   前記複数の単位回折格子の間に間隔を設け、
   前記間隔の長さを、１個の前記単位回折格子の導波方向の長さである単位回折格子長以上にした
   ことを特徴とする光パルス時間拡散装置。
2. 前記光導波路は、光ファイバのコアであることを特徴とする請求項１に記載の光パルス時間拡散装置。
3. 前記単位回折格子は、ファイバブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光パルス時間拡散装置。
4. 前記複数の単位回折格子の間の前記間隔は、前記光導波路の周期的屈折率変調部が形成されていない部分であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光パルス時間拡散装置。
5. 前記位相シフト部は、前記複数の単位回折格子の間の前記間隔の一部として形成され、
   隣接する前記単位回折格子の間の前記間隔が位相差を与える長さである場合には、前記位相シフト部は存在し、隣接する前記単位回折格子の間の前記間隔が位相差を与えない長さである場合には、前記位相シフト部は存在しない
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光パルス時間拡散装置。
6. 前記光導波路を導波方向に等しい長さに区分した区画である単位セグメントを複数個決め、前記複数の単位セグメントのそれぞれの中に、１個の前記単位回折格子が配置され、
   前記単位回折格子長は、１個の前記単位セグメントの導波方向の長さである単位セグメント長の１／２以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光パルス時間拡散装置。

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