JP2006319717A - 光符号変換器およびそれを用いた光符号変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光符号FFH-CDMAにおいて、グレーティングを使った符号変換つまり、チャンネル変換をするには、ある符号を一旦復号し、さらに符号化した光を出力する必要があった。
【解決手段】 この課題を解決するために本発明は、符号変換のための、符号と復号のプロセスにおける遅延を計算し、ひとつのグレーティングのセットで光符号変換が可能な変換器を提案する。さらに、グレーティングのセットが持つ、入射の方向性と遅延の関係の性質を利用し、ひとつの光符号変換器で逆の変換も行える、方向性光符号変換器を提供する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、光符号変換器およびそれを用いた光符号変換装置に関する。すなわち、本発明は、光のCDMA、つまり、光符号分割多重伝送、OCDMA（Optical Code Division Multiplex Access）に関する分野のデバイスである。

そこでは、光信号のビットを、回折格子、光導波路、ファイバグレーティング等に通すことで、いろんなパターンに符号化して伝送し、受信側で復号（解読）して、元の信号の形状に戻す。

符号化された信号は、別のパターンで符号化された信号同士と直交性を持たせるようにすることで、お互いが干渉しない独立したビットとなるので、それぞれが同じ波長帯域にもかかわらず、違うチャンネルとして使える。

本発明は、波長と遅延の２つのパラメータを変えるFastFrequency-Hopping（または、WavelengthHopping/Time-spread 法、波長ホップ/時間拡散法と同じ）法に関するもので、符号器、復号器に、いわゆるグレーティングを使用するデバイスである。

さらに、これを、双方向通信システム（Bi-directional system）に応用した場合の、有効利用についても考える。FastFrequency-Hopping法は、WavelengthHopping/Time-spread 法（波長ホップ/時間拡散法）などと同じであり、本記述では混乱を避けるため、FastFrequency-Hopping法という名前に統一して記述する。

ファイバブラッググレーティングを使用して符号化、復号化を行う方法は、Habib Fathallah氏らによって非特許文献１にてはじめて提案された。

入射信号を符号化するエンコーダの装置の図を、非特許文献１のFig１（b）からの抜粋として図１に示す。

スーパーコンティニュウム光、LED光、ファブリペロレーザ光などを光源として使い、変調器でデータを載せられた信号が、この符号器に入る。

光のデジタル信号、ひとつひとつのピーク、ビットが複雑なパターンに符号化される。

図１で提案された符号器は、その符号化するパターンをプログラマブルにするために、光ファイバに同一のユニフォームなグレーティングを作成し、それぞれに、ピエゾ素子をつけ、それぞれに違った張力を与えることで、反射波長帯域を違ってシフトさせ、入射した光のいくつかの任意の波長のみを反射させるというデバイスである。

これにより、まず波長選択パターンという符号化を行う。さらに、各グレーティングが、ファイバ上に異なった位置に配置されているため、各反射光が違った光路差、すなわち、違った遅延量を持つことで、遅延量パターンでも符号化が可能となる。

この、波長パターンと遅延パターンの組み合わせによって符号化するのが、FastFrequency-Hopping法の原理である。

一方、解読用の復号器は、単純に、符号器の時に選択されたものと同じ波長に対し、逆の遅延を与える。

すなわち、光ファイバに配置されたグレーティングと逆の順になったものに同様に通すことで、解読が実現する。

つまり、符号器のもつファイバ上の各グレーティングの順番を、逆に配置すれば、それが、その符号パターンをもとに戻す、いわば、復号器となる。

このようにして出来た、符号化された信号を、別の符号化されたパターンに変えるための従来の方法について述べる。

まず、ファイバブラッググレーティング構造をもつデバイスの説明を簡単にするため、図２にあるように光ファイバ１の各地点の位置を記号Gで示していく。

光ファイバをn個の各地点に分けた場合、それぞれのファイバ上の地点をG₁からG_nまでと名づける。i番目の地点G_iと、ｊ番目の地点G_jとの長さは、Li#jと定義する。

これを使って、具体的にどのように各地点にグレーティングを配置するかが説明できる。

その前に、図３を使い、光符号Aのパターンで符号化された光（図３上）と、Bのパターンで符号化された光（図３下）が、横軸時間軸に対し、どのように各波長成分が遅延で小パルス群に拡散されたかを説明する。

図３では、ある帯域（λ１からλ５まで）を持つ信号が、波長ごとに小さな信号に分けられ、それぞれがどの時間位置にあるか、違う波長同士がどういう相対遅延をもっているか、を示している。

具体的に数式で説明するため、リファレンス時間の軸を設定する。

もちろん、ここでいう遅延は、相対遅延、つまり、他の波長の小パルスに比べ、別の波長の小パルスがどれだけ遅延があるかというだけであるため、リファレンス時間軸はどこでもいい。

単純にするために、図３の符号Aの例では、λ５の光に、符号Bの例では、λ２の光の時間をリファレンスとする。

さらに簡単にするため、この例では、遅延の値は、整数×Δｔに限定する。

信号の符号化とは、このように信号を各波長に分け、それぞれ違う波長に、このリファレンス時間から違った遅延を与える、すなわち、ずらしていくことである。

どの波長にどれだけの遅延を与えるかのパターンがその符号のパターンとなる。

図３の記述では、ある波長λiに対して（1≦i≦５）遅延Aiをリファレンスに較べどれだけ与えたかである。

すると、A₁＝３×Δｔ、A₂＝４×Δｔ、A₃＝Δｔ、A₄＝２×Δｔ、A₅＝０の遅延、相対遅延をもつこととなる。

A₅＝０と、ゼロになっている理由は、A₅をリファレンス軸においたためである。

普通、符号パターンは図３にあるようなマトリックス図で一般に表される。同様の考えで、符号Bは、B₁＝２×Δｔ、B₂＝０、B₃＝４×Δｔ、B₄＝１×Δｔ、B₅＝３×Δｔの遅延をもつ。

この符号Aを符号Bに変換するということは、従来の符号器、復号器を使えば、符号Aを一度復号させて、さらに符号Bに符号化させればいいことになる。

符号Aを復号するとは、逆の遅延を与える、つまり、波長λiに対して、−Aiを与えればよい。

その後、Biの遅延を与え、符号Bに符号化すれば、AからBへの符号変換となる。そのデバイスの例を従来の符号変換器として図４に示す。

図４の符号変換器では、符号Aを復号化するグレーティングのセット４と、信号を符号Bに符号化するグレーティングのセット５がある。

コネクタ２に入射したパターンAに符号化された光は、サーキュレータ３のポートP1に入り、P2から出て行き、グレーティング４に入る。ここで、反射され、符号Aは、復号され、元の信号にもどり、ポートP２にもどり、今度は、ポートP３から出て行く。

P3では、符号Bに符号化するグレーティング５があるため、符号Bに符号化されて反射され、ポートP3に戻り、今度は、P４から出て行く。そして、コネクタ６から、符号パターンBとして出力される。

しかし、この方法だと、復号、符号と、それぞれグレーティングのセットが２つ必要となる。また、変換もAからBと、一通りしかできない。
特開平６−２２２２１５号公報 "Passive Optical Fast Frequency-Hop CDMA"Habib Fathallah, Journal of Lightwave Technology, Vol.17, No.3, March 1999

多重伝送には、他の波長多重分割（WDMA）や時間多重分割（TDMA）などがあるが、これらの多重チャンネルを変換しようとするのは必ずしも容易ではない。

光符号多重分割（OCDMA）の場合、これまで、位相を使った光符号多重分割において、符号変換器は考えられてきたが、FastFrequency-Hopping法における、グレーティングを使用した符号変換器は言及されていない。

光符号伝送において、符号のパターンを変換するということは、チャンネルを変換することを意味する。

このFastFrequency-Hopping法は、グレーティングを使えば、比較的passiveに容易に符号化、復号化ができるため、例えば、符号パターンAをBに変換する時、Aで符号化された信号を復号器で一度解読し、もとの信号にもどしてから、さらに別の符号器を通して、符号パターンBに符号化すれば、符号をAからBに変換してチャンネルを変換することになる。

しかし、その方法では、グレーティングが、解読用、符号化用と２つ必要になる。

また、方向性をつける、つまり、光が逆から入射した場合は、逆の変換を行うといったことはできない。

この符号変換器に方向性を加え、双方向通信システムに応用するといったこともできない。

この課題を解決するため、本発明は、FastFrequency-Hopping法における、光符号多重分割（CDMA）伝送符号変換を、符号器、復号器のブラッググレーティングによる反射でできる遅延を考慮することで、ひとつのグレーティングのセットで行う。そのためのグレーティングのファイバ上での配置は、次のように定義される。

光信号のビットが、あるパターンに符号化された信号A（n個（２≦n）の、λi（２≦i≦n）の波長の小パルス光から構成され、それぞれが、あるリファレンス時間からAi（２≦i≦n）の相対遅延をもって符号化された光信号）と、別のパターンに符号化された信号Ｂ（n個（２≦n）のλ’i（２≦i≦n）の波長の小パルス光から構成され、それぞれが、あるリファレンス時間からBi（２≦i≦n）の相対遅延をもって符号化された光信号）があり、それに対し、それらの光を反射するための光ファイバに照射されたn個（２≦n）のそれぞれλi（２≦i≦n）に反射波長を持つグレーティングがあり、j番目のグレーティングの中心と、k番目のグレーティングの中心との距離をLj-kと定義して、光符号AをBに変換するために、n個のグレーティングの内、ファイバの光の入射側に一番近いグレーティングの番号をｓ（１≦ｓ≦n）としてそれをリファレンス位置とした時、そのグレーティングと、他のn−1個のグレーティングとの距離の差Ls-iが、（（Bi−Ai）/2＋ΔD）×c/nとなって、配置されている装置である（ΔDは、相対遅延の中でのある定数、ｃ：光速、ｎ：ファイバの実効屈折率、i：指標１≦i≦ｎ）。

さらに、上記の光符号変換器で、グレーティングセットをもつファイバの片方が、4端子サーキュレータの端子１に、そのグレーティングのもう片方が、そのサーキュレータの端子１から数えた端子３に接続され、光符号変換のために、端子２と４が、それぞれ入射口と出射口、また、その逆の出射口と入射口という構造をもたせる。

本発明により、光符号FastFrequency-Hopping法における光符号変換を、一つのグレーティングのセットで変換を行い、かつ、双方向通信システムの中で、光のファイバに入る入射方向によってチャンネル変換A→BかB→Aを行う、いわば方向性チャンネル符号変換器が可能となる。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。

（実施の形態１）
本発明が提案する、方向性光符号変換器について説明する。まず、前述したように、図３で示した従来の符号変換の際の、遅延量について述べる。

先ほどの方法では、符号変換AからBの中で、波長λiに対し−Aiの遅延を与え、信号を一旦復号し、Biの遅延を与え、符号Bに符号化する。

本発明では、この２つの遅延の合計を同時に与えて、つまり、波長λi（１≦i≦５）に、Di＝Bi−Aiの遅延を与えることで、変換作業を単純化する。

その計算をまとめたのが図５である。

それぞれの波長に与えるべき、遅延は、D₁＝−１×Δｔ、D₂＝−４×Δｔ、D₃＝３×Δｔ、D₄＝−１×Δｔ、D₅＝３×Δｔで、復号、符号が済むこととなる。

このままでは、遅延の値に、負のものが必要となってしまう。

しかし、遅延は全て相対遅延であるから、それぞれに、ある一定の遅延を足しても一般性は失わないことに着目し、４×Δｔを足すと、D₁＝３×Δｔ、D₂＝０、D₃＝７×Δｔ、D₄＝３×Δｔ、D₅＝７×Δｔと、全て正の値となる。

つまり、符号Aの復号化と、符号Bへの符号化は、この遅延をあたえれば、可能であると言える。つまり、符号変換がひとつのグレーティングのセットで行える。

具体的なデバイスは、図６に示す。

図６では、本発明が提案する符号変換器の一例で、図３の符号Aを符号Bに、ひとつのグレーティングのセットで、変換するよう作成された装置である。

ファイバ全体に、初めに述べた記述方法で、G₁からG₈と地点の指標を与える。地点G_iとG_i+1のとなり同士の距離Li#i+1は、この例では全て同じ、ｃ/n×Δｔ/2とする（ｃ：光速、ｎ：ファイバの実効屈折率）。

光は、このグレーティングのセットの左から入射すると仮定する。

λ２は、G₁の位置に、λ１とλ４はG₄に、λ３とλ５はG₈に配置する。

同じ位置に2つのグレーティングがある理由は、符号変換するために与えなければいけない遅延の値が、λ１とλ４で同じ、λ３とλ５で同じ、D₁＝D₄、D₃＝D₅のためである。

この場合、複数のグレーティングを同じファイバの位置に２回重ねてUV照射する必要がある。

しかし、そのためには、グレーティングを作成する際のひとつ分のグレーティングのUV照射で、屈折率変化が飽和してしまわないよう、重ね合わさった数で割った分の量だけ照射する必要がある。

照射量がグレーティングによって大きく異なると、それぞれの対応する波長の反射率にばらつきができてしまう可能性がある。

仮に複数照射しなければならないグレーティングの数をｓ（この例ではｓ＝２）個とすると、飽和するまでの屈折率変化δｎ＝10^-3程度であるため、δｎ/sの屈折率変化だけをそれぞれのグレーティングに与えればよいことになる（この例では、δｎ/s＝５×１０^-4）。

実際には、通常の照射時間をｓで割った分の間だけ照射すればいい。

図６の例では、リファレンス時間軸は、G₁の位置に設定する。

このグレーティングの配置により、λ１は、G₄で反射され、L_1#4=３×ｃ/n×Δｔ/2を往復2倍、つまり、光路差にして３×ｃ/n×Δｔ分、遅延時間にして、３×Δｔの遅延が与えられる。

λ２は、リファレンス時間の軸の上のグレーティングで反射されるため、遅延は０とする。

λ３は、G８で反射されるので、L_1#8=７×ｃ/n×Δｔ/2を往復2倍、つまり、光路差にして７×ｃ/n×Δｔ分、遅延時間にして、７×Δｔの遅延が与えられる。

λ４は、λ１と同じ、λ５は、λ３と同じである。

すなわち、このグレーティングの配置により、D₁＝３×Δｔ、D₂＝０、D₃＝７×Δｔ、D₄＝３×Δｔ、D₅＝７×Δｔの遅延を与えた、いわば、符号Aを符号Bに変換することができることが示された。

その符号変換器全体像を図７に示す。

従来の図４の2つのグレーティングを使う場合に比べ、ひとつですむため、損失を大幅に低減できる。

パターンAに符号化された光はコネクタ１３から入り、サーキュレータ１４のポートP1に入り、ポートP２からでて、図６で提案されたグレーティングのセット１５に入り、反射され、符号が一気にBに変わり、ポートP２にもどり、ポートP３からでて、コネクタ１６で符号Bとして出射する。

グレーティングをもつファイバ部分１５そのものは長くなってしまうが、これは、曲げ損失に強いファイバを使用することで、曲率半径1.5cmのループ上に曲げてしまえば、小さいデバイス内に収納できる。

本発明の提案する図３の符号A、符号B、図６の符号変換器のための各グレーティングの配置構成について、一般的に定義的にこれを記述すると、次のように言える。

ある光符号A（n個（nは2以上）のそれぞれλi（２≦i≦n）の波長の光からなり、それぞれが、あるリファレンス時間からAi（２≦i≦n）の相対遅延をもって符号化された光信号）と、ある光符号B（n個（nは2以上）のそれぞれλ’i（２≦i≦n）の波長の光からなり、それぞれが、あるリファレンス時間からBi（２≦i≦n）の相対遅延をもって符号化された光信号）がある。それに対し、光ファイバに照射されたn個（nは2以上）のそれぞれがλi（２≦i≦n）の反射波長を持つグレーティングがあり、ファイバ上においてi番目のグレーティングの中心と、ｊ番目のグレーティングの中心との距離をLi-jと定義して、光符号AからBへと変換するために、n個のグレーティングのうちのファイバの光の入射側に一番近いグレーティングの番号をｓ（１≦ｓ≦n）としてそれをリファレンス位置とした時、そのグレーティングと、他のn−1個のグレーティングi（1≦i≦ｎ）との距離の差Ls#iが、（（Bi−Ai）/2＋ΔD）×c/nとなって（ΔDは、相対遅延を示すためのiに依存しないある定数、ｃ：光速、ｎ：ファイバの実効屈折率、i：指標１≦i≦ｎ）、配置されている光符号変換器、となる。

また、この例では、符号変換器のグレーティングのセットは、G₁からG₈までの７区画を含む長さがファイバ上で必要であったが、符号のパターンによっては、最大、G₁からG₉までの８区間を含む長さが必要であると考えられる。例えば、ｑ個の波長からなる符号パターンを、別の符号パターンに変換する場合、最大で、G₁からG_(q-1)×₂₊₁までの（ｑ−１）×２区間の長さをファイバ上に確保する必要がある。

（実施の形態２）
ここまでで、本発明が述べるひとつのグレーティングのセット、すなわち１本の光ファイバにより光符号変換器が可能であることを示した。次に、さらに、本発明が述べる、方向性光符号変換装置について述べる。

これまでは、グレーティングのセットには常に左から光が入射すると仮定してきた。ここからは、右からの入射も考える。

まず初めに、あるグレーティングのセットをファイバ上に配置したとき、それが左入射の光に対する操作と、右から入射した場合のそれによる操作との、重要な関係について述べる。

図８は、ファイバ１７上における、各G₁、G₂、G₃、…G_n-1、G_nの合計ｎ箇所の位置を示す。

この例では一般性を持たせるため、それぞれの位置の距離L_i#jは、全て同じではない。

それぞれの位置順に、グレーティング１８、１９、２０、２１、２２が配置されている。

仮にそれらの反射波長をλ１、λ２、λ３、…λn-1、λｎと呼んでも一般性は失わない。

この例では、左右両方からのそれぞれの入射を考えるため、左から入射した光については、その伝播、反射の光路を実線矢印で示し、リファレンス時間を右の終端のG_nの位置に、右から入射した光については、その伝播、反射の光路を破線矢印で示し、リファレンス時間を左の終端のG₁の位置に、設定する。

また、G₁からG_nまでの距離をL_totalとする。今、波長λ１からλｎまでを含む光が左から入射したとする。

今までと同様の考え方で、各波長の光は、各対応するグレーティングで反射される。

その際、往復の光路で遅延ができ、グレーティング同士の距離の2倍が光路差となって、遅延差を生み出す。

仮に、左から入射した波長λi（１≦i≦ｎ）の光に対してできた遅延をDLiと呼ぶと、それは図９にあるように２×L_1#i×ｎ/ｃとして算出される。

一方、右から入射した光は、同様にグレーティングのある位置で反射され、波長同士で、光路差による相対遅延を作っていく。

右入射による、ある波長λi（１≦i≦ｎ）の光に対してできた遅延をDRiと呼ぶとする。

すると、遅延は、左から入射してきて反射される光路差との相補の関係にあることに着目し、ファイバ全体の端のグレーティングからもう片方の端のグレーティングまでの光路長L_totalを使い、右入射の光路は、L_totalから、左入射の光路を引いた値となる。

したがって、右入射の波長λi （１≦i≦ｎ）の遅延DRiは、２×L_total×ｎ/ｃ−DLiである。

この遅延の値の式において、L_totalの項は、波長の指標iに依存しない定数であることに着目する。

前述のようにいまここで論じている遅延とは、波長同士の相対遅延であり、全体に等しい遅延を足しても、引いても一般性は失われない。

したがって、それぞれのDRi （１≦i≦ｎ）に、２×L_total×ｎ/ｃという定数を足すことで、それぞれ、単に、DRi＝−DLiとなる。

このことが意味するのは、「グレーティングのセットに対するそれぞれの波長の光の反射において、左から入射してできる波長同士の相対遅延パターンは、右から入射した時にできる相対遅延パターンとその遅延量の正と負が逆である」という重要な法則である。

この結論をあとで活用するとして、次に、符号AからBに変換の時と、その逆の符号BからAへの変換の時の、それぞれの波長と与えるべき遅延量の関係を図１０を使い説明する。

図１０では、先に述べた図４での符号AからBへの変換の場合の各波長に与える相対遅延の値と、さらに、その逆の、符号BからAへの変換に必要な相対遅延の値を示す。

図４での符号AからBの時と同様の考えで、図１０の下、符号BからAの変換の時は、今度はλiに対してAi−Biの遅延差をとり、計算すればよい。

結果的に、λ１とλ４には１×Δｔの遅延を、λ３とλ５には−３×Δｔの遅延をλ２には、4×Δｔの遅延を与えればいい。

前述したとおり、相対遅延であるため、定数の遅延を全てに与えても、一般性は失わない。

したがって、それぞれＤi（１≦i≦５）に、定数−（４×Δｔ）を足すと、それぞれ、D₁＝−３×Δｔ、D₂＝０、D₃＝−７、D₄＝−３、D₅＝−７、となる。

これは、符号BからAに変換する場合は、符号AからBの変換のときに与えた遅延、図５、図６と、正負が逆の遅延量を与えればいいという大切な結論が導かれる。

この結論と、先ほどの図８、図９での、グレーティングのセットに左右逆から入射させた時の遅延パターンは正負が逆になるという性質とを組み合わせ、以下のように結論づけられる。

「ある入射方向を設定し、光符号のA→B変換のための遅延をもたらすように配置されたグレーティングのセットに対し、光を逆の方向から入射させると、逆変換であるB→A変換としても機能する」ということである。

そこで、図１１に示すような、本発明の主張する最終形態、方向性光符号変換器２３が可能となる。

図７と違う大きな点は、グレーティングのセットの両端が、うまく4端子サーキュレータと接続され方向性を持っている点である。

サーキュレータ２６のポートP２とP４が、上手くグレーティングのセットの両方に接続されている。

仮に、パターンAで符号化された光がコネクタ２４に入り、サーキュレータ２６のポートP1に入る。

ポートP２から出て行き、グレーティングのセット２５に入る。

ここで、図７の時と同様、符号がAからBへと変換され、反射される。

光はポートP２に戻り、ポートP3から出て、コネクタ２７から符号Bとして出力される。

さらに、今度は、パターンBに符号化された光がコネクタ２７から入射した場合、サーキュレータ２６のポートP３に入り、ポートP4から出てきて、グレーティングのセット２５に、今度は右から入射する。

前述の結論のように、左から入射して符号をAからBに変換するグレーテンングのセットは、右から入射した場合、符号BからAに変換するものとして機能するため、このパターンBの符号化された光は、Aに変換され、反射する。

ポートP４にもどって、今度は、ポートP１から出て行き、コネクタ２４で、符号Aとして入射する。

つまり、このデバイスは、左のコネクタ２４から入った符号AをBに変換し、右のコネクタ２７から入った符号Bを符号Aに変換する、入射する方向に依存して違った符号変換を行うものとして機能する。

ユーザは、必要な符号変換に応じて、接続を右からか左からか選ぶことができる。

あるいは、双方向通信システムにおいて、符号Aと符号Bをそれぞれ発信受信する基地間の通訳、橋渡しとしても機能できる。

２５のグレーティングには、ペルチェ素子や、ピエゾ素子をつけ、温度や、張力でグレーティングの波長をシフトさせることで、符号変換のパターンを変えることも可能である。

（実施の形態３）
さらに、これを発展させたのが、図１２で、図１１と全く同様な構造で、グレーティングセットが2本以上の複数、光スイッチに挟んでつながっている装置である。

符号変換の種類を増やし、光スイッチで切り替えるようにすることで、左から符号Aが入るとBに変換されるが、右からBが入ると、今度はBからAの逆変換ではなく、BからCに変換という違った変換がされるなど、逆相補の関係であったものを崩すことができる。

このことは、情報の流れを一方の方向にのみに整流が可能であることを意味する。

具体的に説明すると、グレーティングセット３４を左から入射した時の符号変換A→Bと設定して、もうひとつのグレーティングセット３５を、左から入射した時の符号変換C→Bと設定する。

光スイッチ３２、３３は、それぞれ配線３１を介して回路３０につながっている。コネクタ２９から入射する光は、サーキュレータ３６を介して、スイッチ３２に、入ってくる。スイッチを切り替えることで、符号Aの光が来た場合は、符号変換A→Bの３４のグレーティングに、符号Cが来た場合は、符号変換C→Bの３５のグレーティングに切り替えることができる。

符号が変換されたら反射して、サーキュレータ３６に戻り、P3からでて、コネクタ３７に変換された符号の光が出て行く。仮に、スイッチ３２を符号変換A→Bの３４のグレーティングに切り替え、スイッチ３３を符号変換C→Bの３５のグレーティングに切り替えて、あとは、passiveに入射する符号を変換させていく。

この場合、例えば、左のコネクタ２９から符号Aの光が入射した光は、３４のグレーティングで符号変換A→Bがされ、右のコネクタ３７から出て行く。

一方、右のコネクタ３７から符号Bが入射した場合は、３５のグレーティングで右入射のため符号変換B→Cがなされ、符号Cがコネクタ２９からでていく。

これによって、信号がどちらに流れているかを符号のパターンとして調べることも可能である。

（実施の形態４）
本発明が提案する光符号変換の使用例ついて述べていく。

図１３は、大容量通信のための符号分割多重伝送というよりも、符号パターンによるルータ機能を利用したものである。

発信側からは、符号器３８により、符号パターンAが伝播しているが、これを、光符号変換器３９で、適当な符号に変換することで、スターカプラなどの分岐点４０でわかれた信号を特定の受信側復号器４１か４２か４３にのみ解読できるよう送ることができる。

つまり、方向性光符号変換器３９をAからXの変換とし、例えば、XがBとすると、発信の符号器４４からのデータは、受信の復号器４２のみで解読される。

さらに、デバイス３９は、本発明が提案する方向性光符号変換器であるため、発信側と、受信側を逆にして、逆からくる、この図の例では、右からのデータも正しく変換できる。

つまり、双方向通信システム（Bi-directional system）にも対応する。

（実施の形態５）
図１４では、さらにそのルータ機能を複雑化し、発信側の符号器４４による符号化されたパターンによって、特定の経路を通った光のみが、正しく、受信側５３で解読されるようつくられている。

図１４の例では、符号器４４で、パターンAに符号化するか、パターンCにするかどうかで大きく違う。

例えば、符号器４４で、符号Aに符号化されたとき、分岐点４５で光が半々に分かれ、方向性光符号器４６で、Aは、Bに変換され４８を通り、４９でまた、分かれて今度は方向性符号器５１で符号Bから符号Fに変換される。

５２で他の光と合流し、結果的に、受信側のパターンFのみを解読できる復号器５３では、今述べた経路を通った光のみが、符号Fに変換されているわけで、その光のみが解読される。

もし、符号器４４で、符号パターンCに符号化された場合、経路４５、方向性光符号変換器４７、分岐点４８、合流点４９、方向性光符号変換器５０を通った光のみが、パターンFに符号化され、復号器５３で正しく解読される。

ここで注意しなければいけないのは、例えば符号器４４で、Cに符号化された光が、A→B変換の符号変換器４６に入ると、符号はさらに拡散される、あるいはより拡散されるような、各符号を用意する必要がある。

（実施の形態６）
図１５にあるように、発信側から受信側までの符号を随時、各地点で変換することで、セキュリティ、情報傍受防止効果をあげることができる。方向性光符号変換器を単純に、伝送の途中に使えば、符号のパターンを随時変換し、受信側でまたもとに戻すことができる。

グレーティングを利用したOpticalFFH-CDMAは、WDMAやTDMAと並ぶ新たな多重伝送方法のひとつである。そして、CDMAがWDMAやTDMAと比較し、その強みは、セキュリティ上安全である、時間同期が必要ない、光強度が拡散される他に、チャンネル変換（符号変換）が他の方法に比べ遥かに容易であるということである。本発明の、双方向に対応した光符号変換器が重要な機能を果たすと期待される。

以下、本発明をまとめる。

本発明は、光符号Ａを光符号Ｂに変換する光ファイバー（１５）からなる光符号変換器（１５）であって、
前記光符号Ａは、それぞれ波長λ_iを有するｎ個の光からなり（ここで、ｉおよびｎは自然数であり、２≦ｉ≦ｎである）、波長λ_iを有するｎ個の光のそれぞれが、あるリファレンス時間からＡ_i（２≦ｉ≦ｎ）の相対的な遅延を持って符号化された光信号Ａであり、
前記光符号Ｂは、それぞれ波長λ’_iを有するｎ個の光からなり（ここで、ｉおよびｎは自然数であり、２≦ｉ≦ｎである）、波長λ’_iを有するｎ個の光のそれぞれが、あるリファレンス時間からＢ_i（２≦ｉ≦ｎ）の相対的な遅延を持って符号化された光信号Ｂであり、
前記光ファイバ（１５）は、波長λｉの光を反射するｎ個のグレーティング（８〜１２）を有し、
ｊ番目の前記グレーティングの中心とｋ番目の前記グレーティングの中心との間の距離がＬ_j-kと定義され、
前記ｎ個のグレーティングのうち、前記光ファイバの一端に最も近い前記グレーティングの番号がｓ（ここで、ｓは自然数であり、１≦ｓ≦ｎである。図６では「８」）と定義され、
前記光ファイバ（１５）上での前記ｓ番目のグレーティングの位置がリファレンス位置と定義され、
前記リファレンス位置と他の（ｎ−１）個の前記グレーティングとの間の距離Ｌ_s-iが、以下の式：
Ｌ_s-i＝（（Ｂ_i−Ａ_i）／２＋ΔＤ）×ｃ／ｎ
により表され、
前記光ファイバ（１５）の一端から前記光信号Ａが入射され、
前記光ファイバ（１５）の一端から前記光信号Ｂが出射される
光符号変換器（１５）である（ここで、ΔＤはｉに依存しない定数、ｃ：光速、ｎ：前記光ファイバ（１５）の実効屈折率である）。

また、本発明は、光符号変換装置（２３）であって、
前記光符号変換装置（２３）は、光ファイバ（１５）と、前記光ファイバ（１５）の両端に接続された光サーキュレータ（２６）と、光符号Ａを前記光サーキュレータ（２６）に供給する第１コネクタ（２４）と、光符号Ｂを前記光サーキュレータ（２６）に供給する第２コネクタ（２７）とを備え、
前記光符号Ａは、それぞれ波長λ_iを有するｎ個の光からなり（ここで、ｉおよびｎは自然数であり、２≦ｉ≦ｎである）、波長λ_iを有するｎ個の光のそれぞれが、あるリファレンス時間からＡ_i（２≦ｉ≦ｎ）の相対的な遅延を持って符号化された光信号Ａであり、
前記光符号Ｂは、それぞれ波長λ’_iを有するｎ個の光からなり（ここで、ｉおよびｎは自然数であり、２≦ｉ≦ｎである）、波長λ’_iを有するｎ個の光のそれぞれが、あるリファレンス時間からＢ_i（２≦ｉ≦ｎ）の相対的な遅延を持って符号化された光信号Ｂであり、
前記光ファイバ（１５）は、波長λｉの光を反射するｎ個のグレーティング（８〜１２）を有し、
ｊ番目の前記グレーティングの中心とｋ番目の前記グレーティングの中心との間の距離がＬ_j-kと定義され、
前記ｎ個のグレーティングのうち、前記光ファイバの一端に最も近い前記グレーティングの番号がｓ（ここで、ｓは自然数であり、１≦ｓ≦ｎである。図６では「８」）と定義され、
前記光ファイバ（１５）上での前記ｓ番目のグレーティングの位置がリファレンス位置と定義され、
前記リファレンス位置と他の（ｎ−１）個の前記グレーティングとの間の距離Ｌ_s-iが、以下の式：
Ｌ_s-i＝（（Ｂ_i−Ａ_i）／２＋ΔＤ）×ｃ／ｎ
により表され（ここで、ΔＤはｉに依存しない定数、ｃ：光速、ｎ：前記光ファイバ（１５）の実効屈折率である）、
前記光符号Ａが前記光サーキュレータ（２６）に入射すると、前記光符号Ａは前記光ファイバ（２５）の一端から前記光ファイバ（２５）に入射し、前記光ファイバ（１５）により光符号Ｂに変換され、前記光符号Ｂは前記光サーキュレータ（２６）を介して前記第１コネクタ（２４）から出射され、
前記光符号Ｂが前記光サーキュレータ（２６）に入射すると、前記光符号Ｂは前記光ファイバ（２５）の他端から前記光ファイバ（２５）に入射し、前記光ファイバ（１５）により光符号Ａに変換され、前記光符号Ａは前記光サーキュレータ（２６）を介して前記第２コネクタ（２４）から出射される
光符号変換装置である。

光符号の非特許文献１のFig１（b）の図 ファイバ上のグレーティングの位置を示す図 符号Aと符号Bの信号が波長成分の時間軸における拡散された様子を示す図 従来の符号変換装置の図 符号AからBへの変換のための各波長に対する遅延の計算を表した図 提案する符号変換器のグレーティングセットの部分の図 提案する符号変換器の全体図 ファイバ上のグレーティングセットに、左入射、右入射した場合の各波長に対する光路を表した図 図８での左入射、右入射した場合の各波長に対する遅延の計算を表した図 図３での符号変換AからB、BからAをした場合の各波長に対する遅延の計算を表した図 提案する方向性符号変換器の全体図 グレーティングセットを複数備えた場合における、提案する方向性符号変換器の全体図 双方向通信システムにおける方向性光符号変換器の使われ方の例１の図 双方向通信システムにおける方向性光符号変換器の使われ方の例２の図 双方向通信システムにおける方向性光符号変換器の使われ方の例３の図

符号の説明

１ 光ファイバ
２ コネクタ
３ サーキュレータ
４ 符号Aを復号化するグレーティングのセット
５ 信号を符号Bに符号化するグレーティングのセット
６ コネクタ
７ 光ファイバ
８ λ２に反射波長を持つグレーティング
９ λ１に反射波長を持つグレーティング
１０ λ４に反射波長を持つグレーティング
１１ λ３に反射波長を持つグレーティング
１２ λ５に反射波長を持つグレーティング
１３ コネクタ
１４ サーキュレータ
１５ 図６のグレーティングのセット
１６ コネクタ
１７ 光ファイバ
１８ λ１に反射波長を持つグレーティング
１９ λ２に反射波長を持つグレーティング
２０ λ３に反射波長を持つグレーティング
２１ λn−1に反射波長を持つグレーティング
２２ λｎに反射波長を持つグレーティング
２３ 方向性符号チャンネル変換装置の外枠
２４ コネクタ
２５ 図６のグレーティングのセット
２６ サーキュレータ
２７ コネクタ
２８ 方向性符号チャンネル変換装置の外枠
２９ コネクタ
３０ 光スイッチのコントローラ
３１ 光スイッチにつながる配線
３２ 光スイッチ
３３ 光スイッチ
３４ グレーティングのセット
３５ グレーティングのセット
３６ サーキュレータ
３７ コネクタ
３８ 符号パターンAを送信する符号器
３９ 符号AとXを変換する方向性光符号変換器
４０ 分岐点
４１ 符号パターンAを解読する復号器
４２ 符号パターンAを解読する復号器
４３ 符号パターンAを解読する復号器
４４ 符号パターンXを送信する符号器
４５ 分岐点
４６ 符号AとBを変換する方向性光符号変換器
４７ 符号CとDを変換する方向性光符号変換器
４８ 合流点
４９ 分岐点
５０ 符号DとFを変換する方向性光符号変換器
５１ 符号BとFを変換する方向性光符号変換器
５２ 合流点
５３ 符号パターンFを解読する復号器
５４ 符号AとBを変換する方向性光符号変換器
５５ 符号BとCを変換する方向性光符号変換器
５６ 符号CとAを変換する方向性光符号変換器

Claims (2)

1. 光信号のビットが、あるパターンに符号化された信号A（n個（２≦n）の波長λi（２≦i≦n）のの小パルス群から構成され、それぞれが、あるリファレンス時間からAi（２≦i≦n）の相対遅延を持って符号化された光信号）と、別のパターンに符号化された信号Ｂ（n個（２≦n）の波長λ’i（２≦i≦n）の小パルス群から構成され、
   それぞれが、あるリファレンス時間からBi（２≦i≦n）の相対遅延を持って符号化された光信号）があり、
   それに対し、それらの光を反射するための光ファイバに照射されたn個（２≦n）のそれぞれλi（２≦i≦n）に反射波長を持つグレーティングがあり、
   j番目のグレーティングの中心と、k番目のグレーティングの中心との距離をLj-kと定義して、
   光符号AをBに変換するために、
   n個のグレーティングの内、ファイバの光入射側に一番近いグレーティングの番号をｓ（１≦ｓ≦n）としてそれをリファレンス位置とした時、
   そのグレーティングと、他のn−1個のグレーティングとの距離Ls-iが、（（Bi−Ai）/2＋ΔD）×c/nとなって（ΔDは、相対遅延の中でのある定数、ｃ：光速、ｎ：ファイバの実効屈折率、i：指標１≦i≦ｎ）、配置されている、
   光符号変換器。
2. 上記の光符号変換器で、グレーティングセットをもつファイバの片方が、4端子サーキュレータの端子１に、そのグレーティングのもう片方が、そのサーキュレータの端子１から数えた端子３に接続され、光符号変換のために、端子２と４が、それぞれ入射口と出射口、また、その逆の出射口と入射口となっている方向性光符号変換器。
   
   

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