JP2010004418A - 変調ビート光パルス信号生成方法及び光多重信号送受信方法、及びこれら方法を実現する装置及びシステム - Google Patents

変調ビート光パルス信号生成方法及び光多重信号送受信方法、及びこれら方法を実現する装置及びシステム Download PDF

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Abstract

【目的】送信パルス信号の変調に使われてきた符号に限定されることなく、かつ従来と比較して簡便な方法で送信パルス信号を変調することが可能である。
【解決手段】ビート光パルス列生成装置20と光強度変調器16とを具えて構成される変調ビート光パルス信号生成装置である。ビート光パルス列生成装置20は、第1レーザ10、第2レーザ12及び光カプラ14を具えている。第1レーザの発振波長はλ1であり、第2レーザの発振は長波λ2である。λ1とλ2とは相異なる値である。光カプラは、第1レーザ及び第2レーザのそれぞれの出力光11及び13が入力されてビート光パルス列15を生成して出力する。光強度変調器には、パルス信号19とビート光パルス列とが入力されて、パルス信号をビート光パルス列によって変調して変調ビート光パルス信号17を生成して出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、パルス信号を変調する方法及びこの変調方法を利用する光多重信号送受信方法、及びこれらの方法を実現する装置及びシステムに関する。
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大しており、それに対応して光ファイバを用いた高速で大容量のネットワークが整備されつつある。そして、通信の大容量化のために、一本の光ファイバ伝送路に複数チャンネル分の光パルス信号をまとめて伝送する光多重技術が重要視されている。
光多重技術としては、光時分割多重（OTDM: OpticalTime Division Multiplexing）、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）及び光符号分割多重（OCDM： Oprical Code Division Multiplexing）が盛んに研究されている。
この中にあって、OCDMは、送受信される光パルス信号の、1ビット当たりに割り当てられる時間軸上の制限がないという運用面における柔軟性を有している。また、時間軸上で同一の時間スロットに複数のチャンネルを設定でき、あるいは波長軸上においても同一の波長に複数の通信チャンネルを設定できるという特長を有している。
OCDMとは、チャンネルごとに異なる符号（パターン）を割り当て、パターンマッチングにより信号を抽出する通信方法である（例えば、非特許文献1参照）。すなわち、OCDMは、送信側では通信チャンネルごとに異なる符号で光パルス信号を符号化し、かつ受信側では送信側と同じ符号を用いて復号化して元の光パルス信号に戻す光多重技術である。
OCDMによれば、復号時には符号化されたときの符号と合致する光パルス信号のみが有効な信号として抽出されて処理されるため、同じ波長あるいは複数の波長が組み合わせられた光からなる光パルス信号を、複数の通信チャンネルに割り当てることが可能となる。また、OCDMによれば、受信側において復号化するために符号化に用いた符号と同一の符号を用いる必要があるため、この符号が知られない限り復号化されない。このため、OCDMは、情報の安全確保にも優れた伝送方法である。
また、OCDMによれば、同一の波長で同一時刻に複数のチャンネルを多重する事が可能であり、OTDMやWDMに比べて通信容量が飛躍的に向上できることから、大容量のデータ通信が行える点で注目されている。
光パルス信号を符号化あるいは復号化するための、符号器及び復号器には、超構造ファイバブラック格子（SSFBG: Superstructrured Fiber Bragg Grating）を利用することが可能である。もちろん、符号器及び復号器に、SSFBG以外に、トランスバーサル型フィルタ構造のPLC（Planer Lightwave Circuit）を利用することもできる（例えば、非特許文献2参照）。また、AWG（Array Waveguide Gratings）を利用することもできる（例えば、非特許文献3参照）。PLCあるいはAWGを利用した符号器及び復号器は、それらに設定可能である符号に制限がないという特長がある。
また、光パルス信号を符号化あるいは復号化するための手段としてSSFBGやAWG等の電力を消費しない受動光素子を用いた通信装置よれば、この受動光素子が電気的な処理速度制限を受けずに動作可能であるので、通信レートの高速化への対応が容易であるという効果が得られる。
具体的なOCDM通信として、2値位相符号（binary code）が利用されたOCDM通信方法が知られている（例えば、非特許文献4参照）。以後、2値位相符号を、単に位相符号ということもある。位相符号が利用されたOCDM通信方法とは、次のようなステップを経て行われる通信方法である。まず、送信側で、多波長連続波光源の出力を光パルス列に変換し、この光パルス列を基にして、2値デジタル信号である送信信号をRZ（return to zero）フォーマットの光パルス信号に変換して送信すべき光パルス信号を生成する。以後、RZフォーマットの光パルス信号を、単に光パルス信号ということもある。
送信側では、送信すべき光パルス信号に対して符号器による符号化を行って符号化光パルス信号に変換して送信する。一方、受信側では、符号化光パルス信号を受信して、上述の符号器に設定されている符号と同一の符号が設定されている復号器によってこの符号化光パルス信号を復号化して、送信された光パルス信号を再生する。
位相符号が利用されたOCDM通信方法においては、光パルス信号が、符号器によって、この符号器に設定されている一定の規則に従って、時間軸上に拡散されることによって符号化光パルス信号に変換される。この場合、一定の規則は符号によって規定されている。以後、光パルス信号が時間軸上に拡散されて生成される符号化光パルス信号を構成する光パルスを、チップパルスということもある。すなわち、符号器は、光パルス信号を構成する光パルスの一つ一つが符号器によって時間軸上にチップパルスの列として拡散する機能を果たす。
また、一つの光パルスが時間軸上に複数の光パルス列として時間拡散された場合、この複数の光パルスの一つ一つを広義のチップパルスということもある。以後の説明では、この広義のチップパルスを特に広義と断ることなく単にチップパルスと表現することもある。
一方、符号化光パルス信号は、復号器によって元の光パルス信号に復号化される。すなわち、復号器によって、符号化光パルス信号を構成するチップパルスの列から、元の光パルス信号を構成する光パルスの一つ一つが再生されることによって、元の光パルス信号に復号化される。
ファイバブラッグ格子（FBG: Fiber Bragg Grating）とは、コアに周期的な屈折率変調を施したブラッグ回折格子が形成されている光ファイバであり、設定された周期に応じた特定の波長の光を反射するフィルタの機能を有する（例えば、非特許文献3参照）。FBGは、光ファイバのコアの屈折率が周期的に変調されているだけであり、幾何的形状は、OCDMによる光通信の光伝送路に使われる光ファイバと同一のものである。従って、FBGを光通信装置の構成要素として利用すれば、これらと光伝送路との接続は、光ファイバ同士の接続となる。そして、光ファイバ同士の接続は、PLC等の光ファイバ以外の光導波路と光ファイバとを接続する場合に比べて、格段に容易である。
光パルス時間拡散器は、周期が一定であって、一定の長さを有する単位FBGが、複数個光ファイバのコアの長さ向に沿って直列に配置することによって形成されたSSFBGである。単位FBGとは、途中に屈折率変調周期の変動あるいは位相の跳躍する部分が存在しない、一続きのFBGの部分を言う。
符号器あるいは復号器に利用されるSSFBGは、隣接して配置される単位FBG間に位相シフト部が設けられている。この位相シフト部に設定する位相シフト量は、符号器あるいは復号器に設定される符号によって確定される。例えば、位相シフト部は、単位FBGがS個配置されたSSFBGにあっては(S-1)個所に設けられることになり、この(S-1)個所のそれぞれに設定される位相シフト量によって、SSFBGに設定される符号が確定する。
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. Naoya Wada, et al., "A 10 Gb/s Optical Code Division Multiplexing using 8-Chip Optical Bipolar Code and Coherent Detection", Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 10, October 1999. Jing Cao, et al., "Spectral Encoding and Decoding of Monolithic INP OCDMA Encoder", Paper We.3.6.6, vol.3, ECOC 2005. 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」信学技法：TechnicaL Report of IEICE. OFT2002-66, (2002-11).
上述のように、OCDMによる送受信通信は優れた特長を有しているが、送信する光パルス信号を符号化する手段は複雑な構成が必要でありかつ高コストである。また、送信する光パルス信号を符号化するために利用される符号資源も有限である。すなわち、符号の数には限りがあり、この数を増やすには符号長を長くする必要がある。符号長を長くするには、通信ビットレートを高くする必要があり、既設の光ファイバ通信網を活用することが可能であるとの条件が付されると、通信ビットレートには上限が存在する。
そこで、この発明の目的は、送信光パルス信号の変調に使われてきた符号に限定されることなく、かつ従来と比較して簡便な方法で送信パルス信号を変調することが可能である変調ビート光パルス信号生成方法及びこの変調ビート光パルス信号生成方法を利用する光多重信号送受信方法を提供することにある。また、これらの方法を実現するための装置及びシステムを提供することにある。
この発明の発明者は、上述した目的を達成するため検討を行ったところ、従来のOCDMの送信側で実行される2値デジタル信号を符号化するステップに対応するステップとして、送信信号である2値デジタル信号を、互いに発振波長が異なる第1レーザと第2レーザの出力光を合波して生成されるビート光パルス列によって変調するステップを採用することに思い至った。変調に利用されるビート光パルス列は、第1レーザと第2レーザのそれぞれの出力光の波長の選択の仕方によって、複数通りの識別可能なビート光パルス列として生成することが可能である。
従って、この発明の発明者は、従来の符号に代えてこのビート光パルス列を識別符牒とすることによって、光多重信号送受信システムを構築することが可能であることを見出した。すなわち、従来の、符号を用いて符号化することによって、符号を識別符牒としてチャンネルごとの信号を識別する代わりに、互いに発振波長が異なる第1レーザと第2レーザの出力光を合波して生成されるビート光パルス列を識別符牒として利用して識別を行うことの可能性を検討した。この結果、符号に限定されることなく、かつ従来と比較して簡便な方法でパルス信号を変調することが可能である変調ビート光パルス信号生成方法及びこの方法を実施するための装置を完成した。
また、この変調ビート光パルス信号生成方法を利用する光多重信号送受信方法、及びこの方法を実現するための光多重信号送受信システムを完成するに至った。
この発明の要旨によれば、以下の構成の変調ビート光パルス信号生成方法及び装置が提供される。
この発明の変調ビート光パルス信号生成方法は、ビート光パルス列生成ステップと変調ステップとを含んでいる。ビート光パルス列生成ステップは、互いに発振波長が異なる第1レーザと第2レーザの出力光を合波してビート光パルス列を生成して出力するステップである。変調ステップは、パルス信号をビート光パルス列によって変調して変調ビート光パルス信号を生成して出力するステップである。
この発明の変調ビート光パルス信号生成方法は、以下の構成の変調ビート光パルス信号生成装置によって実現される。
すなわち、この発明の変調ビート光パルス信号生成装置は、ビート光パルス列生成装置と光強度変調器とを具えて構成される。
ビート光パルス列生成装置は、第1レーザ、第2レーザ及び光カプラを具えている。第1レーザと第2レーザとは互いに発振波長が異なっている。光カプラは、第1レーザ及び第2レーザのそれぞれの出力光が入力されてビート光パルス列を生成して出力する。
光強度変調器は、パルス信号とビート光パルス列とが入力されて、パルス信号をビート光パルス列によって変調して変調ビート光パルス信号を生成して出力する。
上述したこの発明の変調ビート光パルス信号生成方法を利用することによって、以下に示すこの発明の光多重信号送受信方法が実現される。
この発明の光多重信号送受信方法は、送信ステップと、受信ステップとを含んで構成される。
送信ステップは、変調送信ビート光パルス信号生成ステップと光多重信号生成ステップとを含んでいる。変調送信ビート光パルス信号生成ステップは、チャンネルごとに相異なるビート光パルス列を割り当て、各チャンネルの送信パルス信号を、割り当てられたビート光パルス列でそれぞれ変調して、チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を生成して出力するステップである。光多重信号生成ステップは、チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力するステップである。
変調送信ビート光パルス信号生成ステップは、上述の変調ビート光パルス信号生成方法によって実行されるステップである。すなわち、上述の変調ビート光パルス信号生成方法における、ビート光パルス列生成ステップ及び変調ステップが、変調送信ビート光パルス信号生成ステップにおけるビート光パルス列生成ステップ及び送信信号変調ステップにそれぞれ対応する。
受信ステップは、光多重送信信号を受信して、この光多重送信信号をチャンネル数分に分割して分割信号を生成して出力する光多重信号分岐ステップと、この分割信号を復調して受信信号を取得する復調ステップとを含んでいる。
上述したこの発明の変調ビート光パルス信号生成装置を利用することによって、以下に示すこの発明の光多重信号送受信システムが実現される。
この発明の光多重信号送受信システムは、送信装置と受信装置とを具えて構成される。送信装置は、チャンネルごとに相異なるビート光パルス列を割り当て、各チャンネルの送信パルス信号を、割り当てられたビート光パルス列でそれぞれ変調して、チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を生成し、これら変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力する。受信装置は、光多重送信信号を受信して、この光多重送信信号をチャンネル数分に分割して分割信号を生成し、この分割信号を復調して受信信号を取得する。
ここで、変調送信ビート光パルス信号は、上述したこの発明の変調ビート光パルス信号生成装置によって生成される。すなわち、変調ビート光パルス信号生成装置は、チャンネルごとにビート光パルス列生成装置と光強度変調器とを具えて構成される。ビート光パルス列生成装置は、第1レーザ、第2レーザ及び光カプラを具えている。第1レーザと第2レーザとは互いに発振波長が異なっている。光カプラは、第1レーザ及び第2レーザのそれぞれの出力光が入力されて、ビート光パルス列を生成して出力する。光強度変調器は、ビート光パルス列が入力されて、送信パルス信号をこのビート光パルス列によって変調して、変調送信ビート光パルス信号を生成して出力する。
この発明の光多重信号送受信方法は、以下に示すNチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法として構成することが可能である。
すなわち、この発明のNチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法は、以下に示す送信ステップと受信ステップとを含んで構成される。ここで、Nは2以上の整数である。
送信ステップは、第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号生成ステップと光多重信号生成ステップとを具えている。
第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号生成ステップは、上述のこの発明の変調ビート光パルス信号生成方法によって実行されるステップであって、第iチャンネルビート光パルス列生成ステップと第iチャンネル送信信号変調ステップとを具えている。ここで、iは、1≦i≦Nを満たす整数である。iは、チャンネル数を指定するパラメータであり、Nチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法及びNチャンネル多重方式の光多重信号送受信装置において、第1〜第Nチャンネルの共通の事項を説明するために、具体的に第1〜第Nチャンネル等と記載する代わりに、代表して第iチャンネルと表記するために使われるパラメータである。
第iチャンネルビート光パルス列生成ステップは、第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力するステップである。また、第iチャンネル送信信号変調ステップは、第iチャンネル送信パルス信号を、第iチャンネルビート光パルス列で変調して第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号を生成して出力するステップである。
光多重信号生成ステップは、第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力するステップである。
一方、受信ステップは、光多重信号分岐ステップと、第1〜第Nチャンネル復調ステップとを具えている。
光多重信号分岐ステップは、光多重送信信号を受信して、第1〜第Nチャンネル分割信号を生成して出力するステップである。また、第iチャンネル復調ステップは、第iチャンネル分割信号を復調して第iチャンネル受信信号を生成して出力するステップである。
この発明のNチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法は、以下の構成のNチャンネル多重方式の光多重信号送受信システムによって実現される。
すなわち、この発明のNチャンネル多重方式の光多重信号送受信システムは、以下に示す送信装置と受信装置とを具えて構成される。
送信装置は、第1〜第Nチャンネル送信部と光多重信号生成器とを具えている。第iチャンネル送信部は、第iチャンネルビート光パルス列生成装置と第iチャンネル光強度変調器とを具えている。第iチャンネルビート光パルス列生成装置は、第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力する。第iチャンネル光強度変調器は、第iチャンネルビート光パルス列が入力されて第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号を生成して出力する。光多重信号生成器は、第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力する。
一方、受信装置は、光多重信号分岐器と、第1〜第Nチャンネル受信部とを具えている。光多重信号分岐器は、光多重送信信号を受信して、第1〜第Nチャンネル分割信号を生成して出力する。第iチャンネル受信部は、第iチャンネル分割信号が入力されて、この第iチャンネル分割信号を復調して第iチャンネル受信信号を生成して出力する第iチャンネル復調器を具えている。
上述したNチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法において、第iチャンネルビート光パルス列生成ステップ及び第iチャンネル復調ステップを以下のとおりとするのが好適である。
第iチャンネルビート光パルス列生成ステップを、波長がλi,1であるレーザ光と波長がλi,2であるレーザ光とを合波して、光パルスの繰り返し周波数がλi,1λi,2/(λi,1-λi,2)であって、かつ搬送波としての波長がλi,1λi,2/(λi,1+λi,2)である第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力するステップとする。第iチャンネルの復調ステップを、ブラッグ反射波長がλFBG iである単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成されるSSFBGによって復調することによって第iチャンネル受信信号を生成して出力するステップとする。
そして、このSSFBGを、このSSFBGを構成する隣接した単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが次式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように構成する。
λFBG i(2πp+ΔFBG i)＝λsig i(2πq+π) (1)
λsig i＝λi,1λi,2/(λi,1+λi,2) (2)
ΔFBG i＝2π[a+(m/N)] (3)
ここで、p及びqはそれぞれ0以上の整数、aは0≦a＜1を満たす実数であり、mは0≦m＜(N-1)を満たす整数である。
また、上述したNチャンネル多重方式の光多重信号送受信システムにおいて、第iチャンネルビート光パルス列生成装置及び第iチャンネル復調器を以下のとおりとするのが好適である。
第iチャンネルビート光パルス列生成装置は、波長がλi,1であるレーザ光を出力する第(i,1)レーザ、波長がλi,2であるレーザ光を出力する第(i,2)レーザ、及び第i光カプラを具えて構成される。第i光カプラは、第(i,1)レーザ及び第(i,2)レーザのそれぞれの出力光が入力されて、光パルスの繰り返し周波数がλi,1λi,2/(λi,1-λi,2)であって、かつ搬送波としての波長がλi,1λi,2/(λi,1+λi,2)である第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力する。第iチャンネル光強度変調器は、第iチャンネルビート光パルス列が入力されて、この第iチャンネルビート光パルス列を第iチャンネルの送信パルス信号で変調して第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号を生成して出力する。
第iチャンネル復調器には、ブラッグ反射波長がλFBG iである単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成されるSSFBGを利用する。そして、このSSFBGを、このSSFBGを構成する隣接した単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが上述の式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように構成する。
この発明の変調ビート光パルス信号生成方法によれば、ビート光パルス列生成ステップにおいて、互いに発振波長が異なる第1レーザと第2レーザの出力光が合波されて、ビート光パルス列が生成されて出力される。このようにして生成されたビート光パルス列は、第1レーザの周波数と第2レーザの周波数との差の周波数を繰り返し周波数とする光パルス列となる。そして、ビート光パルス列の搬送波としての周波数は、第1レーザの周波数と第2レーザの周波数との和の周波数となる。
すなわち、第1レーザと第2レーザのそれぞれの発振波長をλ1及びλ2とし、角周波数をω1（周波数をν1として2πν1に等しい。）及びω2（周波数をν2として2πν2に等しい。）とすると、生成されたビート光パルス列は、隣接する光パルスの間隔がλ1λ2/(λ1−λ2)であり繰り返し角周波数がω1−ω2(＝2πν1−2πν2)である光パルス列となる。また、生成されたビート光パルス列の搬送波としての波長はλ1λ2/(λ1＋λ2)であり角周波数はω1＋ω2(＝2πν1＋2πν2)である。
以後の説明において、第1レーザ、第2レーザ及びビート光パルス列の波長及び周波数に関しては、説明の便宜に応じて適宜いずれかを選択して表記する。
具体的手段は後述するが、このような周波数特性を有するビート光パルス列によって、2値デジタル信号であるパルス信号を変調することによって変調ビート光パルス信号を生成して出力することが可能となる。この場合、従来の符号による2値デジタル信号であるパルス信号の符号化と比較すると、符号に相当する役割を果たしているのが、ビート光パルス列である。
既に説明したように、ビート光パルス列は、その繰り返し周波数及び搬送波としての周波数が、第1レーザの周波数と第2レーザの周波数との関係で一義的に決定される。しかも、第1レーザの周波数と第2レーザの周波数の選択の仕方によって、繰り返し周波数及び搬送波としての周波数が様々であるビート光パルス列を生成することが可能である。したがって、ビート光パルス列を従来の符号の代替として利用することで、従来のOCDMに類似する光多重信号送受信システムを構築することが可能となる。
このことによって、この発明の変調ビート光パルス信号生成方法によれば、従来のOCDM装置において利用されてきた符号資源を必要とせず、かつ従来と比較して簡便な方法で送信パルス信号を変調することが可能となる。
この発明の光多重信号送受信方法によれば、上述した変調ビート光パルス信号生成方法によって実行される変調送信ビート光パルス信号生成ステップを含んでいるので、このステップで生成される変調送信ビート光パルス信号を生成するために使われたビート光パルス列の繰り返し周波数及び搬送波としての周波数との関係を識別符牒とすることが可能である。従って、送信パルス信号の変調に使われてきた符号に限定されることなく、上述の変調ビート光パルス信号生成方法を利用した光多重信号送受信方法が実現される。
この発明の光多重信号送受信方法の理念に基づけば、上述のNチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法が実現される。
チャンネル多重方式の光多重信号送受信方法において、具体的に、ビート光パルス列の繰り返し周波数及び搬送波としての周波数との関係を識別符牒とするためには、第iチャンネルビート光パルス列生成ステップ及び第iチャンネル復調ステップを上述した構成のステップとすることによって実現される。
すなわち、第iチャンネルビート光パルス列生成ステップを、波長がλi,1であるレーザ光と波長がλi,2であるレーザ光とを合波して、光パルスの繰り返し周波数がλi,1λi,2/(λi,1-λi,2)であって、かつ搬送波としての波長がλi,1λi,2/(λi,1+λi,2)である第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力するステップとする。
第iチャンネル復調ステップを、ブラッグ反射波長がλFBG iである単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成されるSSFBGによって復調することによって第iチャンネル受信信号を生成して出力するステップとする。そして、このSSFBGを、このSSFBGを構成する隣接した単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが上述の式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように構成する。
このように、第iチャンネルビート光パルス列生成ステップ及び第iチャンネル復調ステップを構成すれば、隣接した単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが上述の式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように構成されたSSFBGによって、波長がλi,1であるレーザ光と波長がλi,2であるレーザ光とを合波して生成されたビート光パルス列によって変調された第iチャンネル分割信号成分を復調して第iチャンネル受信信号を生成して出力することが可能である。
ここで、チャンネルごとに第1レーザと第2レーザの出力光の波長の組み合わせを変えることによって、パルス信号の変調に利用するビート光パルス列の、繰り返し周波数及び搬送波としての周波数との関係を様々に変更可能である。従って、識別可能であるビート光パルス列を複数通り生成することが可能であるので、このビート光パルス列を識別符牒として利用することが可能となる。従って、Nチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法及びNチャンネル多重方式の光多重信号送受信システムのチャンネルごとの信号の識別に、ビート光パルス列の繰り返し周波数及び搬送波としての周波数との関係を利用することが可能となる。
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。更に、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。
以下に示す実施形態は、復調器がSSFBGによって構成されているものとして示す。もちろん、復調器をSSFBG以外の、例えば、トランスバーサル型フィルタ構造のPLCあるいはAWGを利用して構成しても、同様に復調器は得られる。トランスバーサル型フィルタ構造のPLCあるいはAWGを利用して構成した場合には、以下に説明する単位FBGに代えて、トランスバーサル型フィルタ構造のPLCあるいはAWGにおけるチップパルスに相対位相を与える構成部分をそれぞれ置き換えることによって、以下の説明はそのまま成り立つ。
＜変調ビート光パルス信号生成装置＞
図1を参照して、この発明の実施形態の変調ビート光パルス信号生成装置の構成及びその動作について説明する。図1は、この発明の実施形態の変調ビート光パルス信号生成装置の概略的ブロック構成図である。
この発明の実施形態の変調ビート光パルス信号生成装置は、ビート光パルス列生成装置20と光強度変調器16とを具えて構成される。
ビート光パルス列生成装置20は、第1レーザ10、第2レーザ12及び光カプラ14を具えている。第1レーザ10の発振波長はλ1であり、及び第2レーザ12の発振波長はλ2である。λ1とλ2とは相異なる値である。光カプラ14は、第1レーザ10及び第2レーザ12のそれぞれの出力光11及び13が入力されてビート光パルス列15を生成して出力する。
光強度変調器16には、パルス信号19とビート光パルス列15とが入力されて、パルス信号19をビート光パルス列15によって変調して変調ビート光パルス信号17を生成して出力する。
ビート光パルス列生成ステップが、ビート光パルス列生成装置20によって実行され、変調ステップは、光強度変調器16によって実行される。
この発明の実施形態の変調ビート光パルス信号生成装置を、チャンネル数分送信装置側に設け、光多重送受信システムを構築する場合は、パルス信号生成器18で生成される信号は送信パルス信号である。
光カプラ14としては、2本の光ファイバを融着して形成される光ファイバ型光カプラ、あるはプレーナ型の光導波路構造の光カプラ等を適宜利用することが可能である。
光強度変調器16として電界吸収型変調器（Electro-absorption Modulator、EA変調器）を利用する場合を想定すると、パルス信号19は電気信号の形態である電気パルス信号である。光強度変調器16としては、上述のEA変調器の他にも、光スイッチを利用することも可能である。この場合は、パルス信号19を電気信号の形態である電気パルス信号とすることも、光信号の形態である光パルス信号とすることも可能である。
光強度変調器16として光ループスイッチを利用すれば、パルス信号19は光パルス信号である。この場合、電気パルス信号を一旦半導体レーザ等の発光素子を利用して光パルス信号に変換しておく必要がある。また、光強度変調器16としてマッハ・ツェンダー型光干渉計を利用すれば、パルス信号19は電気パルス信号である。いずれにしても、光強度変調器16としてどのような素子を利用するかは、設計的事項に属する。
第1レーザ10及び第2レーザ12の発振光の位相及び発振波長は、経時変化が少ないことが必要である。すなわち、第1レーザ10及び第2レーザ12の発振光の位相及び発振波長が経時変化すると、生成されるビート光パルス列15の繰り返しパルス周波数あるいは搬送波としての周波数が変動し、ビート光パルス列15を受信側で識別符牒として利用することが困難と成る。
従って、第1レーザ10及び第2レーザ12には、分布帰還型半導体レーザあるいはブラッグ反射型半導体レーザを利用するのが好ましい。また、更に、第1レーザ10及び第2レーザ12の発振光の位相及び発振波長の安定化を図るために、第1レーザ10及び第2レーザ12を温度コントローラにより、動作中の温度を一定に保つ機能を付加することが好ましい。
図2(A)〜図2(D)を参照して、ビート光パルス列15及び変調ビート光パルス信号17の時間波形について説明する。図2(A)〜図2(D)は、ビート光パルス列及び変調ビート光パルス信号の時間波形の説明に供する図である。図2(A)は、ビート光パルス列15の時間波形を示す図である。図2(B)は、ビート光パルス列15の包絡線を6周期に亘って示す図である。図2(C)は、パルス信号19の時間波形であり、1ビット分が示されている。図2(D)は、変調ビート光パルス信号17の時間波形を示す図である。図2(A)〜図2(D)の各図とも、横軸は時間軸であり任意スケールで目盛って示してある。また、図2(A)及び図2(B)の縦軸は光強度を任意スケールで目盛って示してあり、図2(C)の縦軸はパルス信号19の振幅強度を任意スケールで目盛って示してあり、図2(D)の縦軸は変調ビート光パルス信号17の光強度を任意スケールで目盛って示してある。
発振波長がλ1（発振角周波数がω1）である第1レーザの出力光の電場振幅E1が
E1＝cos(ω1t） （4）
で与えられ、
発振波長がλ2（発振角周波数がω2）である第2レーザの出力光の電場振幅E2が
E2＝cos(ω2t） （5）
で与えられるとする。
電場振幅E1のレーザ光と電場振幅E2のレーザ光とを光カプラ14で合波されて生成される出力光(生成されるビート光パルス列15)の電場振幅Eは、次式(6)で与えられる。
E＝E1＋E2＝cos(ω1t)＋cos(ω2t)
＝2cos[(ω1＋ω2)t/2]cos[(ω1−ω2)t/2] (6)
従って、生成されるビート光パルス列15の時間波形は、(ω1＋ω2)で角振動する電場に包絡線cos[(ω1−ω2)t/2]を重畳した形状と成る。すなわち、ビート光パルス列15は、光パルスの繰り返し周波数が(ω1−ω2)であって、かつ搬送波としての角周波数が(ω1＋ω2)であるビート光パルス列となる。これを波長で表現すると、ビート光パルス列15は、時間軸上での隣接する光パルスの間隔がλ1λ2/(λ1-λ2)であって、かつ搬送波としての波長がλ1λ2/(λ1+λ2)であるビート光パルス列となる。
ビート光パルス列15を光スペクトラムアナライザ等で観測すると、観測される物理量は、式(7)に示すように、電場振幅Eの絶対値の2乗で表される光強度である。
｜E｜2＝4cos2[(ω1＋ω2)t/2]cos2[(ω1−ω2)t/2] (7)
光スペクトラムアナライザ等で観測される包絡線成分は、次式(8)に書き直される。
I＝cos2[(ω1−ω2)t/2]＝(1/2)[cos[(ω1−ω2)t]＋1 (8)
従って、ビート光パルス列15の包絡線成分は、電場振幅Eの2倍の振動数、すなわち半分の周期で振動する正弦波となる。一方、ビート光パルス列15の搬送波としての振動成分である、(ω1＋ω2)/2で振動する成分は、(ω1−ω2)に対応する周期でその位相が反転するため、観測されるビート光パルス列15において、時間軸上で隣接する光パルスの位相差はπとなる。
図2(A)は、ビート光パルス列15の光強度時間波形を示しており、搬送波としての電場強度の2乗値を実線で示してあり、ビート光パルス列15を構成する光パルスを表す包絡線cos[(ω1−ω2)t/2]を破線で示してある。ビート光パルス列15は、包絡線の1周期分が1つの光パルスとする光パルス列として観測される。図2(A)には、2つ分の光パルスを示してある。
図2(A)に示すように、ビート光パルス列15は、時間軸上での隣接する光パルスの間隔がλ1λ2/(λ1-λ2)であって、かつ搬送波としての波長がλ1λ2/(λ1+λ2)であるビート光パルス列となっていることが分かる。また、図2(A)に示すビート光パルス列の左側の光パルスの極大は、実線で示されている搬送波としての電場強度の2乗値の極大と一致している。その一方で図2(A)に示すビート光パルス列の右側の光パルスの極大は、実線で示されている搬送波としての電場強度の2乗値の極小と一致している。すなわち、上述したように、ビート光パルス列15の包絡線成分は、(ω1＋ω2)/2で振動する成分は、(ω1−ω2)に対応する周期でその位相が反転しており、隣接する光パルスの位相差はπとなっていることが分かる。
図2(B)にはビート光パルス列15の包絡線を6周期に亘って示してあり、隣接する光パルスには交互に「+」と「-」とを記入してある。これは、隣接する光パルスの位相差がπであることを簡便に示すものである。すなわち、搬送波としての電場強度の2乗値の極大と光パルスの極大とが一致する光パルスを「+」と示し、搬送波としての電場強度の2乗値の極大と光パルスの極小とが一致する光パルスは、「+」と示された光パルスとの位相差がπであるので、「-」と示してある。
時間波形が図2(B)で示されたビート光パルス列15が光強度変調器16に入力される。また、光強度変調器16には時間波形が図2(C)で表されるパルス信号19が入力されて、このパルス信号19がビート光パルス列15で変調されて、時間波形が図2(D)で表される変調ビート光パルス信号17が生成されて出力される。
すなわち、光強度変調器16においては、ビート光パルス列15の時間波形とパルス信号19の時間波形の積で与えられる時間波形で表される、変調ビート光パルス信号17が生成されて出力される。図2(C)では、パルス信号19の1ビット分とこのビットに続く1／2ビット分の時間波形が示されており、図2(D)では、図2(C)に示す1ビット分が「1」で与えられるビットであり、続くビットが「0」で与えられるビットであるパルス信号19が変調されて生成された変調ビート光パルス信号17の時間波形が示されている。
図2(C)に示す1ビット分がビート光パルス列15で変調されると、4ビット分のパルス列で与えられる変調ビットとなる。また続くビットが「0」で与えられるビットであるから、この「0」で与えられるビットがビート光パルス列15で変調されると、光パルスが消滅したビットとなる。この結果、図2(C)に1ビット半分示されたパルス信号19は、図2(D)に示すように（+1,-1,+1,-1,0,0,...）で示される光パルス列の形態に変調されて、光強度変調器16から出力される。
以上説明した様に、この発明の実施の形態である変調ビート光パルス信号生成装置によれば、パルス信号19をビート光パルス列15で変調し、変調ビート光パルス信号17を生成して出力することが可能となる。すなわち、この実施の形態である変調ビート光パルス信号生成装置によれば、従来のOCDM送受信装置に見られる、パルス信号19を符号化するために使われる符号器を必要とされない。また、この変調ビート光パルス信号生成装置においては、従来の符号化装置で使われる符号に代えてビート光パルス列15が使われる。従って、パルス信号19を符号以外の識別資源を利用して変調することが可能となっている。
＜光多重信号送受信システム＞
図3及び図4を参照して、この発明の実施形態の光多重信号送受信システムの構成及びその動作について説明する。図3はこの発明の実施形態の光多重信号送受信システムの送信装置の概略的ブロック構成図であり、図4はこの発明の実施形態の光多重信号送受信システムの受信装置の概略的ブロック構成図である。
この発明の実施形態の光多重信号送受信システムは、送信装置40と受信装置60とを具えて構成される、Nチャンネル多重方式の光多重信号送受信装置である。
送信装置40は、第1チャンネル送信部22-1〜第Nチャンネル送信部22-Nと光多重信号生成器24とを具えて構成される。
第1チャンネル送信部22-1は、第1チャンネルビート光パルス列生成装置20-1と第1チャンネルの光強度変調器16-1とを具えている。
第1チャンネルビート光パルス列生成装置20-1は、互いに発振波長が異なる第(1,1)レーザ10-1と第(1,2)レーザ12-1の出力光を、光カプラ14-1によって合波して第1チャンネルビート光パルス列15-1を生成して出力する。
第(1,1)レーザ10-1の発振波長はλ1,1であり、第(1,2)レーザ12-1の発振波長はλ1,2である。第1チャンネルビート光パルス列15-1の光パルスの繰り返し周波数はλ1,1λ1,2/(λ1,1-λ1,2)であって、かつ搬送波としての波長はλ1,1λ1,2/(λ1,1+λ1,2)である。
第1チャンネルの光強度変調器16-1は、第1チャンネルのパルス信号生成器18-1から出力された第1チャンネル送信パルス信号19-1と第1チャンネルビート光パルス列15-1とが入力されて、第1チャンネル送信パルス信号19-1を第1チャンネルビート光パルス列15-1によって変調して第1チャンネル変調送信ビート光パルス信号17-1を生成して出力する。
光多重信号生成器24は、第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号17-1〜17-Nを合波して光多重送信信号25を生成して送信する。光多重送信信号25は、光ファイバ伝送路26を伝播して受信装置60に到達する。
一方、受信装置60は、光多重信号分岐器30と、第1〜第Nチャンネル受信部36-1〜36-Nとを具えて構成される。
光多重信号分岐器30は、光多重送信信号25を受信して、第1〜第Nチャンネル分割信号31-1〜31-Nを生成して出力する。
第1チャンネル受信部36-1は、第1チャンネル分割信号31-1が入力されて、復調して光信号の形態の第1チャンネル受信信号33を生成して出力する第1チャンネル復調器32を具えている。第1チャンネル受信信号33は、光電変換器(O/E変換器)34によって電気信号の形態の第1チャンネル受信信号37-2を生成して出力する。
第1チャンネル復調器32は、ブラッグ反射波長がλFBG 1である単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成されるSSFBGであって、SSFBBGは、このSSFBGを構成する隣接する単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG 1であって、かつλ1,1と、λ1,2とλFBG 1とが次式(1-1)〜(1-3)で与えられる関係を満たすように設定されている。
λFBG 1(2πp+ΔFBG 1)＝λsig 1(2πq+π) (1-1)
λsig 1＝λ1,1λ1,2/(λ1,1+λ1,2) (1-2)
ΔFBG 1＝2π[a+(m/N)] (1-3)
ここで、p及びqはそれぞれ0以上の任意の整数、aは0≦a＜1を満たす任意の実数であり、mは0≦m＜(N-1)を満たす任意の整数である。ここで、aは0≦a＜1を満たす任意の実数であるとは、0≦a＜1の範囲内の実数であれば、1つの実数として、如何なる実数を選定しても良いことを意味する。また、mは0≦m＜(N-1)を満たす任意の整数であるとは、mの値として0≦m＜(N-1)を満たす全ての整数を選択しなければならないとの意味ではなく、この範囲の整数であれば、1つの整数として、如何なる整数を選択してもかまわないことを意味する。
ここでは、第1チャンネルを取り上げて説明したが、第2〜第Nチャンネルについても同様である。
以上説明した様に、この発明の実施形態の光多重信号送受信システムが具える送信装置40は、チャンネルごとに相異なるビート光パルス列を割り当て、割り当てられたビート光パルス列によって各チャンネルの送信パルス信号をそれぞれ変調して、チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を生成し、これら変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して送信する機能を有している。
また、受信装置60は、光多重送信信号を受信して、この光多重送信信号をチャンネル数分に分割して分割信号を生成し、チャンネルごとにこの分割信号を復調して受信信号を取得する機能を有している。
＜SSFBG＞
図5(A)〜図5(C)を参照して、この発明の実施形態の光多重信号送受信システムの復調器に利用されるSSFBGの概略的構造を説明する。図5(A)は、SSFBG 50の模式的な断面図である。図5(B)は、光ファイバの長さ方向の位置座標に対する光ファイバ56の光導波路であるコア54の屈折率の変調Δnを示す図である。図5(B)の横軸はSSFBG 50が形成された光ファイバ56の長手方向に沿った位置座標である。縦軸は光ファイバ56の屈折率変調構造を表しており、光ファイバ56のコアの屈折率の最大と最小の差をΔnとして表してある。図5(C)は、単位FBGが3つ分に対応するコア54の屈折率変調Δnの構造の一部を拡大して示す図である。
図5(A)に示すSSFBG 50は、コア54とクラッド52を具える光ファイバ56のコア54にSSFBG 50が作り付けられた構造である。図5(A)に示すSSFBG 50は、32個の単位FBGが、光ファイバ56の光導波路であるコア54の導波方向に沿って直列に配置されてSSFBG 50が構成されている。
この単位FBGの個数は、パルス信号を変調する変調信号であるビート光パルス列のビットレートと、パルス信号のビットレートとの関係で決まる。すなわち、パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数に等しい個数の単位FFBGを光ファイバ56のコア54の導波方向に沿って直列に配置する。図5(A)に示すSSFBG 50は、パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数が32である場合の復調器として利用できる。ちなみに、図2(A)〜(D)を参照して説明したパルス信号の変調の例では、パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数が4であるから、単位FBGの個数は4個とすればよい。
図5(A)及び図5(B)において、32個の第1から第32単位FBGに対しては、A1からA32まで順次記号を付して区別してある。SSFBG 50の屈折率変調周期はΛである。したがってブラッグ反射波長λは、λ＝2NeffΛで与えられる。ここで、Neffは光ファイバ56の実効屈折率である。単位FBGを32個具えるSSFBG 50に入力された光パルスは、32個のチップパルスに時間拡散される。図5(A)及び図5(B)に示されたSSFBG 50の左端から右端の方向に配列されたA1からA32と示す第1から第32単位FBGと、このSSFBG 50から出力されるチップパルスとが、一対一に対応する。
図5(C)に示すように、隣接する単位FBG間は、屈折率変調がなされていない領域であり、Lと示してある。Aiで示された第Ai単位FBGとAi+1で示された第Ai+1単位FBGとの間の間隔Diについて、この間隔がどのように設定されているかを説明する。ここに、iは1から31までの整数を示すパラメータである。間隔Diは、Aiで示された第Ai単位FBGの屈折率周期構造の任意に選択したピーク位置から、Ai+1で示された第Ai+1単位FBGの屈折率周期構造の任意に選択したピーク位置までの距離である。
ここで、Aiで示された第Ai単位FBGの有する相対位相をPiとし、Ai+1で示された第Ai+1単位FBGの有する相対位相をPi+1であるとする。単位FBGの有する相対位相とは、この単位FBGからのブラッグ反射光の、時間軸上に取った任意の基準点に対する位相をいう。従って、個々の単位FBGのブラッグ反射光の位相の絶対値そのものは重要ではなく、異なる2つの単位FBGのそれぞれのブラッグ反射光同士の位相差のみが有意性を有する。
相対位相がPiである第Ai単位FBGと相対位相がPi+1である第Ai+1単位FBGの両者の位相差diは、Pi+1-Piである。Diとdiとは、Aiで示された第Ai単位FBGとAi+1で示された第Ai+1単位FBGとの間の光ファイバの実効屈折率をNeffとして、Di＝(M+di)λなる関係がある。ここでMは任意に選択した整数で、単位FBGの屈折率周期構造の何れのピークを選択するかに依存する数値である。λは、光パルスの真空中の屈折率をλ0としたときλ＝λ0/Neffである。(M+di)λを角度位相で表すと、2π(M+di)となる。
この発明の実施形態の光多重信号送受信システムの復調器に利用されるSSFBGを製造するに当たり、SSFBG 50の入出力端に配置された単位FBGの相対位相を0として、その隣の単位FBGの相対位相が2π[a+(m/N)]、その隣の単位FBGの相対位相が2π[a+(m/N)]×2となるように形成するには、D1＝[M+a+(m/N)]λ、D2＝(M+[a+(m/N))×2λに等しく設定すればよい。一般に、SSFBG 50の入出力端に配置された第1単位FBGを第1番目として、第k番目の第k単位FBGの相対位相が2π[a+(m/N)]×(k-1)となるように形成するには、Dk＝(M+[a+(m/N)])×(k-1)λに等しく設定すればよい。
＜この発明の実施形態における変調及び復調＞
図6(A)〜図6(F)を参照して、光パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数が4である場合を例にとって、この発明の実施形態における送信パルス信号のビート光パルス列による変調について説明する。
図6(A)〜図6(F)は、送信パルス信号の変調に関する説明に供する図である。図6(A)は第1チャンネルの送信パルス信号の時間波形を示す図であり、図6(B)は第1チャンネルのビート光パルス列の時間波形を示す図であり、図6(C)は第1チャンネルの変調送信ビート光パルス信号の時間波形を示すを示す図であり、図6(D)は第sチャンネルの送信パルス信号の時間波形を示す図であり、図6(E)は第sチャンネルのビート光パルス列の時間波形を示す図であり、図6(F)は第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号の時間波形を示すを示す図である。
各図とも横軸は時間を任意スケールで目盛って示してあり、縦軸は信号の強度もしくは光パルスの強度を任意スケールで目盛って示してある。ここで、sは2≦s≦Nを満たす全ての整数から任意に取り出された整数であり、第2チャンネルから第Nチャンネルまでの各チャンネルを指定するためのパラメータである。
図6(A)に示すように、第1チャンネルの送信パルス信号は、(1,0,1,0,0,..)で与えられる2値デジタル信号である。この送信パルス信号が図6(B)に示すビート光パルス列によって変調されて、図6(C)に示す時間波形で与えられる変調送信ビート光パルス信号が生成される。送信パルス信号の変調に使われたビート光パルス列は、隣接する光パルスの搬送波としての位相がπ異なっている。
図6(C)に示すように、送信パルス信号の1が割り当てられているビットについては、変調の結果、変調送信ビート光パルス信号においては、4つのチップパルス列が配列される。一方、送信パルス信号の0が割り当てられているビットについては、変調送信ビート光パルス信号においチップパルスが存在しない。
第sチャンネルの送信パルス信号は、図6(D)に示すように、(1,0,0,0,1,..)で与えられる2値デジタル信号である。第sチャンネルの送信パルス信号についても、第1チャンネルの送信パルス信号と同様に、図6(E)に示す時間波形を有するビート光パルス列で変調され、図6(F)に示す時間波形を有する第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号に変調される。
ここで、図6(B)に示すビート光パルス列と図6(E)に示すビート光パルス列とは、その時間波形の形状及び搬送波としての周波数が異なっている。具体的には、図6(B)に示すビート光パルス列の搬送波としての波長がλsig 1＝λ1,1λ1,2/(λ1,1+λ1,2)であり、隣接するチップパルス間の位相差ΔFBG 1は2π[a+(1/N)]で与えられる関係になっている。一方、図6(E)に示すビート光パルス列の搬送波としての波長がλsig s＝λs,1λs,2/(λs,1+λs,2)であり、隣接するチップパルス間の位相差ΔFBG Sは2π[a+(s/N)]で与えられる関係になっている。
このように、第1チャンネルの送信パルス信号を変調するビート光パルス列と、第sチャンネルの送信パルス信号を変調するビート光パルス列とが、その搬送波としての波長及びチップ間の位相差が異なる。このことによって、受信側では、この相違を利用して両者の変調送信ビート光パルス信号を受信し、それぞれを復調して受信信号として受信することが可能となる。
そこで、図7(A)〜図7(C)を参照して、送信パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数が4である場合を例にとって、変調送信ビート光パルス信号を復調して受信信号が生成される原理について説明する。
図7(A)〜図7(C)は、変調送信ビート光パルス信号を復調して受信信号が生成される原理についての説明に供する図である。図7(A)は動作原理の説明に供する図であり、図7(B)は、単位FBG 46a、46b、46c及び46dからそれぞれブラッグ反射されるチップパルスa'、b'、c'及びd'の時間波形を示す図であり、図7(C)は、SSFBG 46から出力される自己相関波の時間波形を示している。
図7(A)は、復調器を構成するSSFBG 46の概略的な構成を示している。図7(A)では、SSFBG 46が4つの単位FBG 46a, 46b, 46c及び46dを具えている場合を例にとって示してあるが、これは、送信パルス信号の1ビット当たりにチップパルスが4つ分割り当てられている場合を想定しているためである。すなわち、図7(A)に示す復調器は、図6(A)〜図6(F)を参照して説明した、光パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数が4である場合を想定した復調器の例である。
以下の説明は、送信パルス信号の1ビット当たりにチップパルスが4つ分割り当てられている場合以外の場合であっても、復調の動作原理については同様である。
図7(A)に示すように、変調送信ビート光パルス信号を構成するチップパルスが光サーキュレータ42を介してSSFBG 46に入力されて時間拡散されて、再び光サーキュレータ44を介して、チップパルス列として出力される。図7(A)では、チップパルス4つ分を示してあるが、これは、復調された結果、顕著な強度のピークを持つ光パルスとして再生されれば、変調送信ビート光パルス信号が復調されたこととなるからである。
すなわち、図7(A)に示すチップパルスが、SSFBG 46に入力されて時間拡散され顕著な強度のピークを持つ光パルスが生成された場合、この光パルスを自己相関波といい、自己相関波が生成されることを、変調送信ビート光パルス信号が復調されたという。これに対して、SSFBG 46に入力されて時間拡散され顕著な強度のピークを持つ光パルスが現れなかった場合は、SSFBG 46からの出力は相互相関波といい、相互相関波が生成される場合は、SFBG 46に入力された変調送信ビート光パルス信号は、このチャンネルに割り当てられて送付されたものではないと判断される。すなわち、相互相関波は、雑音成分である。
復調器であるSSFBG 46に入力されるチップパルス列a、b、c及びdのそれぞれの相対位相は0、0.25、0.5、0.75となっている。これを、相対位相値の数列として表すと、（0、0.25、0.5、0.75）となる。一般に、チップパルス列を構成するN個のチップパルスの相対位相ΔFBGは、ΔFBG＝2π[a+(m/N)]で与えられる。図7(A)に示すSSFBG 46の例では、m＝0、N＝4、a＝0.25である場合に相当する。すなわち、a＋0/N＝0.25+0/4＝0.25である。従って、SSFBG 46を構成する単位FBGに設定される相対位相値の数列は、（0、0.25、0.5、0.75）で与えられる。以後、a+(m/N)を相対位相の最小単位ということもある。
図7(B)及び図7(C)を参照して、変調送信ビート光パルス信号を構成するチップパルス列a、b、c及びdが、SSFBG 46に入力されて自己相関波として生成されて出力される過程を説明する。図7(B)及び図7(C)は、チップパルス列から自己相関波が生成される過程の説明に供する図である。
図7(B)は、単位FBG 46a、46b、46c及び46dからそれぞれブラッグ反射されて生成されるチップパルスa', b', c'及びd'の時間波形を示す図であり、横軸に時間軸をとってある。そして便宜的に1から7を付して時刻の前後関係を表示してあり、この数値が小さいほど、先の時刻であることを示している。
チップパルス列は復調器のSSFBG 46に入力されると、まず単位FBG 46aでブラッグ反射される。単位FBG 46aでブラッグ反射される反射光をブラッグ反射光a'と表すこととする。同様に単位FBG 46b、単位FBG 46c及び単位FBG 46dでブラッグ反射される反射光を、それぞれブラッグ反射光b'、c’及びd'と表すこととする。
チップパルス列を構成するチップパルスa、b、c及び dが、単位FBG 46aによって、ブラッグ反射されて、図7(B)においてa'と示した時間軸上に並ぶ。単位FBG 46aによってブラッグ反射されたチップパルスaは、時間軸上で1と示してある位置にピークをもつ光パルスである。単位FBG 46aによってブラッグ反射されたチップパルスbは、時間軸上で2と示してある位置にピークをもつ光パルスである。同様に、単位FBG 46aによってブラッグ反射されたチップパルスc及びdは、それぞれ時間軸上で3及び4と示してある位置にピークをもつチップパルスである。
単位FBG 46bによっても、チップパルスの列を構成する光パルスa、b、c及び dがブラッグ反射されて、図7(B)においてb'と示した時間軸上に並ぶ。単位FBG 46bから反射されるブラッグ反射光b'は、ブラッグ反射光a'と比べて0.25だけ増えている。したがって、a'と示した時間軸上に並ぶチップパルスの列に対して、b'と示した時間軸上に並ぶチップパルスの列は、各チップパルスの相対位相に0.25だけ加えられた値となっている。すなわち、a'と示した時間軸上に並ぶチップパルスの列の右側から左側に向って相対位相が（0, 0.25, 0.5, 0.75）となっているのに対して、b'と示す時間軸上に並ぶチップパルスの列の相対位相値は、右側から左側に向って、0.25がそれぞれ加えられて、(0.25, 0.5, 0.75, 0)となっている。
単純に0.25を加えるだけであれば、b'と示した列の相対位相は、(0.25, 0.5, 0.75, 1)となるのであるが、最後の第4項が1ではなく0となっているのは、既に述べたように、相対位相値が0と1とでは、位相としては、両者は同じ意味であるからである。
同様に、c'と示す時間軸上に並ぶチップパルスの列は、a'と示した列のチップパルスの列の相対位相値（0, 0.25, 0.5, 0.75）に0.5が加えられて、（0.5, 0.75, 1, 1.25）＝（0.5, 0.75, 0, 0.25）となっている。また、d'と示す時間軸上に並ぶチップパルスの列は、a'と示した列のチップパルスの列の相対位相値（0, 0.25, 0.5, 0.75）に0.75が加えられて、（0.75, 1, 1.25, 1.5）＝（0.75, 0, 0.25, 0.5）となっている。
図7(C)はSSFBG 46で復元された入力光パルスの自己相関波を示している。横軸は時間軸であり、図7(B)に示した図と時間軸を合わせてある。自己相関波は、SSFBG 46の各単位FBGからのブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'で与えられるので、図7(B)に示した、ブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'を全て足し合わせたものとなっている。図7(C)の時間軸上で4と表示してある時刻では、ブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'に関連する光パルスが全て同位相で足しあわされるので、最大のピークを構成する。また、図7(C)の時間軸上で4と表示してある時刻以外の時刻でも各チップパルスは、同一の位相で重なり合うが、重なり合うチップパルスの数が4つ未満（3、2及び1つ）であるので、4と表示してある時刻における最大ピークよりも小さい。
以上説明したように、光パルスがSSFBG 46で時間拡散されてチップパルスの列となり、このチップパルスの列がSSFBG 46に入力されることによって、自己相関波が生成される。ここで取り上げた例では4ビットの相対位相（0, 0.25, 0.5, 0.75）を用いたが、相対位相がこれ以外の場合であっても上述した説明は同様に成り立つ。
図7(C)に示す自己相関波は、次のようなメカニズムで生成されたものと解釈することができる。時間軸上で1と示す位置に形成されるピーク波形は、単位FBG 46aから反射された、チップパルスaに対するブラッグ反射光a'によって形成されたものである。従って、時間軸上で1と示す位置に形成されるピーク波形の振幅は、チップパルスの振幅に等しい。
時間軸上で2と示す位置に形成されるピーク波形は、単位FBG 46aから反射された、チップパルスbに対するブラッグ反射光b'と、単位FBG 46bから反射された、チップパルスaに対するブラッグ反射光a'との和として形成されたものである。これら両者の和は、相対位相がどちらも0.25である同位相の光チップパル同士の和であるから、その振幅がチップパルスの振幅の2倍となる。
以下、時間軸上で3から7と示す位置に形成されるピーク波形の振幅は、上記と同一のメカニズムで生成されたピーク波形であり、それぞれチップパルスの振幅の、3倍、4倍、3倍、2倍、1倍となっている。図7(C)において、それぞれのピーク波形の振幅が、チップパルスの振幅の何倍となっているかを、括弧で括って、ピーク波形のそれぞれのピーク位置に示してある。これらのピーク波形の振幅の合計は、時間軸上で1から7と示す位置に形成されるピーク波形の順に合計すると、1+2+3+4+3+2+1＝16となる。これをエネルギーに換算すると、チップパルス1つ分に対して256倍（＝162倍）となる。すなわち、自己相関波の総エネルギーは、チップパルス1つ分のエネルギーの256倍である。
以上、送信パルス信号の1ビット当たりにチップパルスが4つ分割り当てあられている場合について、この4つのチップパルスから、受信信号の1ビットに相当する1パルスが、自己相関波形として生成される過程について説明した。
次に、図8(A)〜図8(C)を参照して、送信パルス信号の1ビット当たりに割り当てられるビート光パルス列の光パルスの数が4である場合を例にとって、変調送信ビート光パルス信号が復調されない場合について説明する。復調されない場合とは、復調器から出力される出力が自己相関波でなく、相互相関波である場合を指す。このように相互相関波が出力されるのは、変調送信ビート光パルス信号を生成するために使ったビート光パルス列の繰り返し周波数、搬送波としての周波数及びビート光パルス列の隣接する光パルスの相対位相値が、復調器によって生成されるチップパルス列の、繰り返し周波数、搬送波としての周波数及びビート光パルス列の隣接するチップパルス相対位相値とが一致しない場合である。
図8(A)〜図8(C)は、変調ビート光パルス信号を復調して受信信号が生成されない場合についての説明に供する図である。図8(A)は動作原理の説明に供する図であり、図8(B)は、単位FBG 46a、46b、46c及び46dからそれぞれブラッグ反射されるチップパルスa'、b'、c'及びd'の時間波形を示す図であり、図8(C)は、SSFBG 46から出力される相互相関波の時間波形を示している。
図8(A)に示す復調器の構成は、図7(A)に示した復調器と同一構成であるが、入力されるチップパルスa、b、c及びdのそれぞれの相対位相は0、0.5、0、0.5となっている。すなわち、図7(A)〜図7(C)を参照して説明した自己相関波が生成される場合と、図8(A)〜図8(C)を参照して説明する相互相関波が生成される場合とは、入力されるチップパルスa'、b'、c'及びd'のそれぞれの相対位相が異なる。図7(A)〜図7(C)を参照して説明した自己相関波が生成される場合のチップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位が0.25であったのに対し、図8(A)〜図8(C)を参照して説明する相互相関波が生成される場合チップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位は0.5である。
チップパルス列を構成するチップパルスa、b、c及びdが、単位FBG 46aによって、ブラッグ反射されて、図8(B)においてa'と示した時間軸上に並ぶ。単位FBG 46aによってブラッグ反射されたチップパルスaは、時間軸上で1と示してある位置にピークをもつ光パルスである。単位FBG 46aによってブラッグ反射されたチップパルスbは、時間軸上で2と示してある位置にピークをもつ光パルスである。同様に、単位FBG 46aによってブラッグ反射されたチップパルスc及びdは、それぞれ時間軸上で3及び4と示してある位置にピークをもつチップパルスである。
単位FBG 46bによっても、チップパルスの列を構成する光パルスa、b、c及び dがブラッグ反射されて、図8(B)においてb'と示した時間軸上に並ぶ。単位FBG 46bから反射されるブラッグ反射光b'は、ブラッグ反射光a'と比べて0.25だけ増えている。したがって、a'と示した時間軸上に並ぶチップパルスの列に対して、b'と示した時間軸上に並ぶチップパルスの列は、各チップパルスの相対位相に0.25だけ加えられた値となっている。すなわち、a'と示した時間軸上に並ぶチップパルスの列の右側から左側に向って相対位相が（0, 0.5, 0, 0.5）となっているのに対して、b'と示す時間軸上に並ぶチップパルスの列の相対位相値は、右側から左側に向って、0.25がそれぞれ加えられて、(0.25, 0.75, 0.25, 0.75)となっている。
同様に、c'と示す時間軸上に並ぶチップパルスの列は、a'と示した列のチップパルスの列の相対位相値（0, 0.5, 0, 0.5）に0.5が加えられて、（0.5, 0, 0.5, 0）となっている。また、d'と示す時間軸上に並ぶチップパルスの列は、a'と示した列のチップパルスの列の相対位相値（0, 0.5, 0, 0.5）に0.75が加えられて、（0.75, 1.25, 0.75, 1.25）＝（0.75, 0.25, 0.75, 0.25）となっている。
図8(C)はSSFBG 46で復元された入力光パルスの相互相関波を示している。横軸は時間軸であり、図8(B)に示した図と時間軸を合わせてある。相互相関波は、SSFBG 46の各単位FBGからのブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'で与えられるので、図8(B)に示した、ブラッグ反射光a'、b'、c'及びd'を全て足し合わせたものとなっている。
図8(C)の時間軸上で1と表示してある時刻では、ブラッグ反射光a'の内、最も右側にあるチップパルスだけで形成されるピークであるから、その振幅はチップパルス1つ分の振幅に等しい。時間軸上で2と表示してある時刻では、ブラッグ反射光a'の内、右側から2番目にあるチップパルスと、ブラッグ反射光b'の内最も右側にあるチップパルスの和として形成されるピークである。両者のチップパルスの位相は、それぞれ、0.5、0.25であるので、その和として形成されるピークは、その振幅はチップパルス2つ分より小さい。このことを、図8(C)では、（＜2）と示してある。
同様に、時間軸上で3と表記してある時刻ではその振幅がチップパルス1つ分より小さく、時間軸上で5と表記してある時刻ではその振幅がチップパルス1つ分より小さく、時間軸上で6と表記してある時刻ではその振幅がチップパルス2つ分より小さいピークとなる。また、時間軸上で4と表記してある時刻では、重なり合うチップパルスがちょうど相殺されてその振幅は0となっている。また、時間軸上で7と表示してある時刻では、ブラッグ反射光d'の内、最も左側にあるチップパルスだけで形成されるピークであるから、その振幅はチップパルス1つ分の振幅に等しい。
図8(C)において、それぞれのピーク波形の振幅が、チップパルスの振幅の何倍となっているかを、括弧で括って、ピーク波形のそれぞれのピーク位置に示してある。これらのピーク波形の振幅の合計は、時間軸上で1から7と示す位置に形成されるピーク波形の順に合計すると、1+2+1+0+1+2+1＝8よりも小さくなる。これをエネルギーに換算すると、チップパルス1つ分に対して64倍（＝82倍）より小さい値となる。すなわち、相互相関波の総エネルギーは、チップパルス1つ分のエネルギーの64倍より小さい。
従って、自己相関波エネルギーがチップパルス1つ分のエネルギーの246倍であったのに対して、相互相関波エネルギーがチップパルス1つ分のエネルギーの64倍となる。すなわち、自己相関波のエネルギーは相互相関波のエネルギーの8（＝246/8）倍となることを示している。また、図7(C)に示したように自己相関波のピーク強度はチップパルス1つ分の4倍であった。すなわちエネルギーに換算して16倍である。一方、図8(C)に示すように、相互相関波のピーク強度は0となっている。
以上のことから、パルス信号を変調するビート光パルス列の繰り返し周波数、搬送波としての周波数及びビート光パルス列の隣接する光パルスの相対位相値を変えることによって、自己相関波を生成させ、あるいは相互相関波を生成させることが可能となる。すなわち、ビート光パルス列によって、変調信号の識別が可能となることを意味している。
図9(A)及び図9(B)を参照して、第1チャンネルの変調送信ビート光パルス信号を復調するSSFBGと、第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号を復調するSSFBGの構造について説明する。図9(A)及び図9(B)は、それぞれ第1及び第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号を復調するSSFBGの概略的構成図である。
図9(A)に示す第1チャンネルの変調送信ビート光パルス信号を復調するSSFBGは、ブラッグ反射波長λFBGが、第1チャンネルの変調送信ビート光パルス信号のビート光パルス列の搬送波としての波長λsig 1＝λ1,1λ1,2/(λ1,1+λ1,2)に近接する値に設定されている。また、隣接する単位FBGからのブラッグ反射光の位相差ΔFBG 1は、第1チャンネルの変調送信ビート光パルス信号のチップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位に等しく設定されている。
一方、図9(B)に示す第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号を復調するSSFBGは、ブラッグ反射波長λFBGが、第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号のビート光パルス列の搬送波としての波長λsig s＝λs,1λs,2/(λs,1+λs,2)に近接する値に設定されている。また、隣接する単位FBGからのブラッグ反射光の位相差ΔFBG Sは、第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号のチップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位に等しく設定されている。
上述したように、各チャンネルの変調送信ビート光パルス信号の搬送波としての波長及びチップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位と、復調器として利用するSSFBGのブラッグ反射波長及び隣接する単位FBGからのブラッグ反射光の位相差とがそれぞれ一致した場合に自己相関波が生成され、不一致の場合に相互相関波が生成される。
＜ビート光パルス列の生成方法＞
以上説明した様に、各チャンネルの変調送信ビート光パルス信号の搬送波としての波長及びチップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位を識別符牒とすることが可能である、従って、搬送波としての波長及びチップパルス列を構成するチップパルスの相対位相の最小単位を自由に選択して、変調送信ビート光パルス信号を生成するために使われるビート光パルス列を生成することができることが必要である。
そこで、繰り返し周波数、搬送波としての周波数及びビート光パルス列の隣接する光パルスの相対位相値が所望の値に設定されたビート光パルス列を生成する方法について、具体的に説明する。
復調器として利用するSSFBGのブラッグ反射波長をλFBGとし、λFBGがビート光パルス列の搬送波としての波長λsigと等しいとき、隣接する単位FBGで反射されたチップパルス間の位相差Δは、Dを隣接する単位FBG間の間隔として、次式(9)で与えられる。
Δ＝(2π)×(2nD/λFBG)＝2πp＋ΔFBG (9)
ここで、nはSSFBGを構成する光ファイバの実効屈折率、pは任意の整数である。また、隣接する単位FBG間の間隔Dは、図5(C)に示したDiに相当する。
一方、λFBGとλsigが互いに完全には等しくないが、ブラッグ反射が生じないほどには異なっていない場合、すなわちλFBGとλsigが僅かに異なっている場合、次式(10)に示す関係が成り立つ。
Δ＝(2π)×(2nD/λsig)＝2πq＋Δsig (10)
ここで、qは任意の整数である。
式(9)と式(10)とから次式(11)が得られる。
λFBG(2πp＋ΔFBG)＝λsig(2πq＋Δsig) (11)
また、λFBG≒λsigであるから、p＝qとすることができる。
λsigの値を調整する、すなわちビート光パルス列の生成に使う第1レーザと第2レーザのそれぞれの発振波長λ1及びλ2を調整することによって、Δsig＝πとなるようにλ1及びλ2を設定することが可能である。
そこで、以下に具体的に第1レーザと第2レーザのそれぞれの発振波長λ1及びλ2を設定する方法について説明する。
式(9)によって、Δ＝(2π)×(2nD/λFBG)＝2πp＋ΔFBGであるから、pは次式(12)で与えられる。
p＝2nD/λFBG−ΔFBG/2π (12)
pは整数であり、ΔFBG/2π＜1であるので、SSFBGを構成する光ファイバの実効屈折率nが1.45であって、単位FBG間の間隔Dが1300μm、λFBGが1.54932μmであるとき、pの値は、ΔFBG/2π＝0として、
p＝2×1.45×(1300/1.54932)−ΔFBG/2π≒2433
となる。
Δsig＝πであれば、式(11)及び、Δsig＝π、p＝qであることから、次式(13)が得られる。
λsig＝λFBG(2πp＋ΔFBG)/(2πp＋π) (13)
ここで、発振波長がそれぞれλ1及びλ2である第1及び第2レーザによって、隣接する光パルスの相対位相値ΔFBGが2π/32であるビート光パルス列を生成する場合を例にとって説明する。ΔFBGは、上述したように2π[a+(m/N)]で与えられるので、a＝0、m＝1、N＝32の場合に相当する。すなわち、32チャンネル多重の任意の1チャンネルに割り当てて好適であるビート光パルス列を生成することを想定して説明する。式(13)から
λsig＝λFBG(2πp＋ΔFBG)/(2πp＋π)
＝1.54932×[2π×2433＋(2π/32)]/(2π×2433＋π)
＝1.54932×[2×2433＋(2/32)]/(2×2433＋1)
＝1.5490
すなわち
λsig＝λ1λ2/(λ1+λ2)＝1.5490（μm）
を満たす、λ1及びλ2を選択して設定すればよい。
ここでは、SSFBGを構成する光ファイバの実効屈折率nが1.45であって、単位FBG間の間隔Dが1300μm、λFBGが1.54932μmである場合を例にして説明したが、第1レーザと第2レーザのそれぞれの発振波長λ1及びλ2を設定する方法は、この場合に限定されることはない。
また、ここでは、32チャンネル多重の任意の1チャンネルに割り当てて好適であるビート光パルス列を生成することを想定してN＝32の場合を説明したが、この説明はN＝32に限定されることなく任意のNに対して成立する。また、a＝0かつm＝1である場合を取り上げて説明したが、a及びmの値についてもこれに限定されない。
従って、この発明の実施の形態の光多重信号送受信システムにおいて、Nチャンネル多重の送受信システムを構成するSSFBGは、次の関係を満たすように形成されているのが好適である。すなわち、第iチャンネルの復調器として、ブラッグ反射波長がλFBG iである単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成されるSSFBGであって、SSFBGは、このSSFBGを構成する隣接する単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが、上述した次式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように設定されている。
λFBG i(2πp+ΔFBG i)＝λsig i(2πq+π) (1)
λsig i＝λi,1λi,2/(λi,1+λi,2) (2)
ΔFBG i＝2π[a+(m/N)] (3)
上述の式(1)〜(3)を満たす関係に構成されたSSFBGによれば、第iチャンネルに割り当てるビート光パルス列を、発振波長がそれぞれλi,1及びλi, 2である第1及び第2レーザによって、隣接する光パルスの相対位相値ΔFBG iが2π[a+(m/N)]であるビート光パルス列とすればよい。ここで、mの値が0〜(N-1)であることに対応させて、第1〜第Nチャンネルのビート光パルス列とする設計を行うことで、Nチャンネル多重の光多重信号送受信システムにおいて利用可能であるビート光パルス列を生成することが可能である。
この発明の実施形態の変調ビート光パルス信号生成装置の概略的ブロック構成図である。 ビート光パルス列及び変調ビート光パルス信号の時間波形の説明に供する図である。(A)はビート光パルス列の時間波形を示す図であり、(B)はビート光パルス列の包絡線を6周期に亘って示す図であり、(C)はパルス信号の時間波形であり、(D)は変調ビート光パルス信号の時間波形を示す図である。 この発明の実施形態の光多重信号送受信システムの送信装置の概略的ブロック構成図である。 この発明の実施形態の光多重信号送受信システムの受信装置の概略的ブロック構成図である。 この発明の実施形態の光多重信号送受信システムの復調器に利用されるSSFBGの概略的構造の説明に供する図である。(A)はSSFBGの模式的な断面図であり、(B)は光ファイバの長さ方向の位置座標に対するコアの屈折率の変調Δnを示す図であり、(C)は単位FBGが3つ分に対応するコアの屈折率の変調Δnの拡大図である。 送信パルス信号の変調に関する説明に供する図である。(A)は第1チャンネルの送信パルス信号の時間波形を示す図であり、(B)は第1チャンネルのビート光パルス列の時間波形を示す図であり、(C)は第1チャンネルの変調送信ビート光パルス信号の時間波形を示すを示す図であり、(D)は第sチャンネルの送信パルス信号の時間波形を示す図であり、(E)は第sチャンネルのビート光パルス列の時間波形を示す図であり、(F)は第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号の時間波形を示すを示す図である。 変調送信ビート光パルス信号を復調して受信信号が生成される原理についての説明に供する図である。(A)は動作原理の説明に供する図であり、(B)は単位FBGからそれぞれブラッグ反射されるチップパルスの時間波形を示す図であり、(C)はSSFBGから出力される自己相関波の時間波形を示す図である。 変調ビート光パルス信号を復調して受信信号が生成されない場合についての説明に供する図である。(A)は動作原理の説明に供する図であり、(B)は単位FBGからそれぞれブラッグ反射されるチップパルスの時間波形を示す図であり、(C)はSSFBGから出力される相互相関波の時間波形を示している。 第1及び第sチャンネルの変調送信ビート光パルス信号を復調するSSFBGの概略的構成図である。
符号の説明
10：第1レーザ
10-1：第(1,1)レーザ
12：第2レーザ
12-1：第(1,2)レーザ
14：光カプラ
14-1：第1チャンネルの光カプラ
16：光強度変調器
16-1：第1チャンネルの光強度変調器
18：パルス信号生成器
18-1：第1チャンネルのパルス信号生成器
20：ビート光パルス列生成装置
20-1：第1チャンネルビート光パルス列生成装置
22-1〜N：第1〜Nチャンネル送信部
24：光多重信号生成器
26：光ファイバ伝送路
30：光多重信号分岐器
32：復調器
34：光電変換器
36-1〜36-N：第1〜第Nチャンネル受信部
40：送信装置
46、50：SSFBG
46a、46b、46c、46d：単位FBG
52：クラッド
54：コア
56：光ファイバ
60：受信装置

Claims (8)

  1. 互いに発振波長が異なる第1レーザと第2レーザの出力光を合波してビート光パルス列を生成して出力するビート光パルス列生成ステップと、
    パルス信号を前記ビート光パルス列によって変調して、変調ビート光パルス信号を生成して出力する変調ステップとを含む
    ことを特徴とする変調ビート光パルス信号生成方法。
  2. 送信ステップと、受信ステップとを含み、
    前記送信ステップは、
    チャンネルごとに相異なるビート光パルス列を割り当て、各チャンネルの送信パルス信号を割り当てられた前記ビート光パルス列によって変調して、チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を生成して出力する変調送信ビート光パルス信号生成ステップと、
    前記チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力する光多重送信信号生成ステップと
    を含み、
    前記受信ステップは、
    前記光多重送信信号を受信して、該光多重送信信号をチャンネル数分に分割して分割信号を生成して出力する光多重信号分岐ステップと、
    該分割信号を復調して受信信号を取得する復調ステップと
    を含み、
    前記変調送信ビート光パルス信号生成ステップは、
    チャンネルごとに、互いに発振波長が異なる第1レーザと第2レーザの出力光を合波して前記ビート光パルス列を生成して出力するビート光パルス列生成ステップと、
    各チャンネルの前記送信パルス信号を割り当てられた前記ビート光パルス列によって変調して、前記チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を生成して出力する送信信号変調ステップとを含む
    ことを特徴とする光多重信号送受信方法。
  3. 送信ステップと受信ステップとを含む、Nチャンネル多重方式の光多重信号送受信方法であって、
    前記送信ステップが、第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号生成ステップと光多重信号生成ステップとを具え、
    第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号生成ステップは、第iチャンネルビート光パルス列生成ステップと第iチャンネル送信信号変調ステップとを具えており、
    前記第iチャンネルビート光パルス列生成ステップは、互いに発振波長が異なる第(i,1)レーザと第(i,2)レーザの出力光を合波して第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力するステップであり、
    前記第iチャンネル送信信号変調ステップは、第iチャンネル送信パルス信号を前記第iチャンネルビート光パルス列によって変調して第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号を生成して出力するステップであり、
    前記光多重信号生成ステップは、前記第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力するステップであり、
    前記受信ステップが、光多重信号分岐ステップと、第1〜第Nチャンネル復調ステップとを具え、
    前記光多重信号分岐ステップは、前記光多重送信信号を受信して、第1〜第Nチャンネル分割信号を生成して出力するステップであり、
    第iチャンネル復調ステップは、第iチャンネル分割信号を復調して第iチャンネル受信信号を生成して出力するステップである
    ことを特徴とする光多重信号送受信方法。
    ここで、Nは2以上の整数であり、iは1≦i≦Nを満たす整数である。
  4. 前記第iチャンネルビート光パルス列生成ステップは、
    波長がλi,1である前記第(i,1)レーザ光と波長がλi,2である前記第(i,2)レーザ光とを合波して、光パルスの繰り返し周波数がλi,1λi,2/(λi,1-λi,2)であって、かつ搬送波としての波長がλi,1λi,2/(λi,1+λi,2)である前記第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力するステップであり、
    前記第iチャンネル復調ステップは、ブラッグ反射波長がλFBG iである単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成される超構造ファイバブラック格子（SSFBG：Superstructured Fiber Bragg Grating）によって復調することによって前記第iチャンネル受信信号を生成して出力するステップであって、
    前記SSFBGは、該SSFBGを構成する隣接した単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが次式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の光多重信号送受信方法。
    λFBG i(2πp+ΔFBG i)＝λsig i(2πq+π) (1)
    λsig i＝λi,1λi,2/(λi,1+λi,2) (2)
    ΔFBG i＝2π[a+(m/N)] (3)
    ここで、p及びqはそれぞれ0以上の任意の整数、aは0≦a＜1を満たす実数であり、mは0≦m＜(N-1)を満たす整数である。
  5. ビート光パルス列生成装置と光強度変調器とを具え、
    前記ビート光パルス列生成装置は、
    第1レーザ、第2レーザ及び光カプラを具え、
    前記第1レーザと前記第2レーザとは互いに発振波長が異なっており、
    前記光カプラは、前記第1レーザ及び前記第2レーザのそれぞれの出力光が入力されてビート光パルス列を生成して出力し、
    前記光強度変調器は、
    パルス信号と前記ビート光パルス列とが入力されて、該パルス信号を該ビート光パルス列によって変調して変調ビート光パルス信号を生成して出力する
    ことを特徴とする変調ビート光パルス信号生成装置。
  6. チャンネルごとに相異なるビート光パルス列を割り当て、割り当てられた前記ビート光パルス列によって各チャンネルの送信パルス信号をそれぞれ変調して、チャンネルごとの変調送信ビート光パルス信号を生成し、これら変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力する送信装置と、
    前記光多重送信信号を受信して、該光多重送信信号をチャンネル数分に分割して分割信号を生成し、チャンネルごとに該分割信号を復調して受信信号を取得する受信装置と
    を具え、
    前記送信装置は、
    チャンネルごとにビート光パルス列生成装置と光強度変調器とを具え、
    該ビート光パルス列生成装置は、第1レーザ、第2レーザ及び光カプラを具え、
    前記第1レーザと前記第2レーザとは互いに発振波長が異なっており、
    前記光カプラは、前記第1レーザ及び前記第2レーザのそれぞれの出力光が入力されて前記ビート光パルス列を生成して出力し、
    前記光強度変調器は、前記ビート光パルス列が入力されて、前記送信パルス信号を該ビート光パルス列によって変調して前記変調送信ビート光パルス信号を生成して出力する
    ことを特徴とする光多重信号送受信システム。
  7. 送信装置と受信装置とを具える、Nチャンネル多重方式の光多重信号送受信システムであって、
    前記送信装置が、第1〜第Nチャンネル送信部と光多重信号生成器とを具え、
    第iチャンネル送信部は、第iチャンネルビート光パルス列生成装置と第iチャンネル光強度変調器とを具えており、
    前記第iチャンネルビート光パルス列生成装置は、互いに発振波長が異なる第(i,1)レーザと第(i,2)レーザの出力光を合波して第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力し、
    前記第iチャンネル光強度変調器は、第iチャンネル送信パルス信号と前記第iチャンネルビート光パルス列とが入力されて、前記第iチャンネル送信パルス信号を前記第iチャンネルビート光パルス列によって変調して第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号を生成して出力し、
    前記光多重信号生成器は、前記第1〜第Nチャンネル変調送信ビート光パルス信号を合波して光多重送信信号を生成して出力し、
    前記受信装置が、光多重信号分岐器と、第1〜第Nチャンネル受信部とを具え、
    前記光多重信号分岐器は、前記光多重送信信号を受信して、第1〜第Nチャンネル分割信号を生成して出力し、
    第iチャンネル受信部は、第iチャンネル分割信号が入力されて、該第iチャンネル分割信号を復調して第iチャンネル受信信号を生成して出力する第iチャンネル復調器を具える
    ことを特徴とする光多重信号送受信システム。
    ここで、Nは2以上の整数であり、iは1≦i≦Nを満たす整数である。
  8. 前記第iチャンネルビート光パルス列生成装置は、
    波長がλi,1であるレーザ光を出力する前記第(i,1)レーザ、波長がλi,2であるレーザ光を出力する前記第(i,2)レーザ、及び第i光カプラを具え、
    前記第i光カプラは、前記第(i,1)レーザ及び前記第(i,2)レーザのそれぞれの出力光が入力されて、光パルスの繰り返し周波数がλi,1λi,2/(λi,1-λi,2)であって、かつ搬送波としての波長がλi,1λi,2/(λi,1+λi,2)である前記第iチャンネルビート光パルス列を生成して出力し、
    前記第iチャンネル光強度変調器は、
    前記第iチャンネルビート光パルス列が入力されて、該第iチャンネルビート光パルス列を前記第iチャンネル送信パルス信号で変調して前記第iチャンネル変調送信ビート光パルス信号を生成して出力し、
    前記第iチャンネル復調器は、ブラッグ反射波長がλFBG iである単位回折格子が光導波路の方向に沿って直列に配置されて構成される超構造ファイバブラック格子(SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating)であって、
    前記SSFBGは、該SSFBGを構成する隣接する単位回折格子からのブラッグ反射光の位相差がΔFBG iであって、かつλi,1と、λi,2とλFBG iとが次式(1)〜(3)で与えられる関係を満たすように設定されている
    ことを特徴とする請求項7に記載の光多重信号送受信システム。
    λFBG i(2πp+ΔFBG i)＝λsig i(2πq+π) (1)
    λsig i＝λi,1λi,2/(λi,1+λi,2) (2)
    ΔFBG i＝2π[a+(m/N)] (3)
    ここで、p及びqはそれぞれ0以上の任意の整数、aは0≦a＜1を満たす実数であり、mは0≦m＜(N-1)を満たす整数である。
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JP2011217331A (ja) * 2010-04-02 2011-10-27 Oki Electric Industry Co Ltd 受動光ネットワーク通信システム及び受動光ネットワーク用符号化復号化モジュール
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