JP4487746B2 - ファイバブラッググレーティング装置 - Google Patents

Description

この発明は、ファイバブラッググレーティング装置、特に、光符号分割多重伝送における符号器及び復号器として用いられるものに関する。

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いる。それに対応して光ファイバ等を用いた高速でかつ大容量の光ネットワークが整備されつつある。このような光ネットワークでは、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方法が必要不可欠であり、特に、チャネル間に割り当てられた光搬送波の波長間隔を狭くして波長軸上で高密度に波長多重した、いわゆる高密度ＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ）方法が注目されている。

ＷＤＭ方法、或いはＤＷＤＭ方法とは別の伝送方法として、光符号分割多重（ＯＣＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）による伝送も注目されている。ＯＣＤＭによる伝送とは、送信側では並列に複数チャネルの光パルス信号を生成し、その光パルス信号をチャネル毎に異なる符号で変調（符号化）し、受信側では送信側において符号化したときに用いたものと同一の符号で復号することで、元の並列の光パルス信号に戻す（復号化する）手段を用いる伝送である。ここで、光パルス信号は、光パルス列を光変調して得られる、２値デジタル電気パルス信号を反映した光パルス列のことをいう。一方、光パルス列との表現は、規則正しい一定の時間間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を指すものとして用いる。

この発明のＦＢＧ装置の理解に資するために、先ず、図１に示すブロック構成図を参照して、代表的なＯＣＤＭ伝送装置の構成を説明する。

ＯＣＤＭ伝送装置は、送信部１０と受信部３０とを備え、それらは伝送路５０によって接続されている。

送信部１０は、光パルス列生成器１２、変調信号生成器１４、光変調器１６、第１光サーキュレータ１８及び符合器２０を備えて構成される。

光パルス列生成器１２は、光パルス列（図中、矢印１３で示す。）を生成する。変調信号生成器１４は、伝送すべき情報を２値デジタル電気パルス信号（図中、矢印１５で示す。）として光変調器１６に供給する。光変調器１６は、光パルス列１３を光変調して生成される、２値デジタル電気パルス信号１５を反映した光パルス信号（図中、矢印１７で示す。）を生成する。光変調器１６で生成される光パルス信号１７は、第１光サーキュレータ１８を経て符号器２０に入射する。符号器２０は、光パルス信号１７を符号化することにより、伝送信号（図中、矢印２１で示す。）を生成する。伝送信号２１は、第１光サーキュレータ１８を経て伝送路５０に送られ、さらに、伝送路５０を伝播して受信部３０に送られる。

受信部３０は、第２光サーキュレータ３８、復号器４０及び光電変換器３６を備えて構成される。

伝送路５０を伝播して伝送された伝送信号２１は、第２光サーキュレータ３８を経て復号器４０に入射する。復号器４０は、伝送信号２１を復号化することにより、光パルス信号（図中、矢印３１で示す。）を生成する。光パルス信号３１は、第２光サーキュレータ３８を経て光電変換器３６に入射し、２値デジタル電気パルス信号（図中、矢印３７で示す。）として復元される。すなわち、伝送すべき情報である２値デジタル電気パルス信号１５は、光パルス信号２１として伝送路５０を伝播した後、受信部３０で２値デジタル電気パルス信号３７となって復元される。

ＯＣＤＭによる伝送によれば、多数のチャネルの光パルス信号を同一の波長で同時に伝送できる。また、ＯＣＤＭによる伝送では、送信側と受信側とで同一符号を鍵として用いる方法であるので、伝送における高い安全性が得られる。

ＯＣＤＭの符号化の手段として、光の位相を符号として用いる位相符号方式ＯＣＤＭが知られている（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、符号器２０及び復号器４０に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：Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を備えるＦＢＧ装置を用いる。ＳＳＦＢＧは、同一の光ファイバのコア内に、複数個の同一構成のファイバブラッググレーティング（以下、単位ＦＢＧと称する。）を備えている。

ＳＳＦＢＧは、隣り合う単位ＦＢＧの間隔の設定により、隣り合う単位ＦＢＧでの反射光の位相差（以下、相対位相差と称する。）を０又はπとすることができる。例えば、１５ビットの符号列「０、０、０、１、１、１、１、０、１、０、１、１、０、０、１」で符号化する場合、第１〜１５の単位ＦＢＧでの反射光の位相を、「０、０、０、π、π、π、π、０、π、０、π、π、０、０、π」となるように、単位ＦＢＧの間隔を設定する。また、復号化する場合は、ＳＳＦＢＧでの単位ＦＢＧの配置は、符号化する場合と同様とし、光の入出力端を、符号器に対して逆にしている。

上述した従来例のＯＣＤＭ符号器及び復号器では、符号化及び復号化に用いられる符号、すなわち、単位ＦＢＧの間隔が固定符号となっているため、符号の変更には、符号器及び復号器自体の交換が必要である。そこで、ＯＣＤＭ符号器及び復号器が構成する符号を変換する手段として、複数のタングステン線を一定間隔でＳＳＦＢＧに接触させ、各タングステン線を用いた局所加熱による単位ＦＢＧ間の間隔の調整により、位相シフト量を調節し、符号を任意に設定する位相符号器の試みがなされている（例えば、非特許文献２参照）。
Ｐ．Ｐｅｔｒｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．、"Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ６４−ｃｈｉｐ ＯＣＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｔｉｍｅ−Ｇａｔｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ"、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．１１、Ｎｏｂｅｍｂｅｒ ２００１、ｐｐ．１２３９−１２４１ Ｍ．Ｒ．Ｍｏｋｈｔａｒ ｅｔ ａｌ．、"Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ Ｅｎｃｏｄｅｒ−Ｄｅｃｏｄｅｒ ｆｏｒ Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．３、Ｍａｒｃｈ ２００３、ｐｐ．４３１−４３３

しかしながら、非特許文献２に記載されているＯＣＤＭ符号器及び復号器では、符号の設定から長時間経過すると、光ファイバ上での熱伝導により加熱領域が増大する。加熱領域が増大すると、位相シフトが所望の値とは異なってしまう、すなわち、符号が異なってしまうために、復号化を行うことができなくなるという問題がある。

また、符号器と復号器とが設置された環境温度が異なったり、或いは環境温度が変動したりした場合は、符号器と復号器の反射波長が異なってしまう。ＯＣＤＭによる伝送では、同一符号に設定した符号器と復号器の反射波長間に数ｐｍの波長差があると、符号化及び復号化を良好に行うことができない。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、安価かつ簡略な構成で符号の変更の実現が可能であり、かつ長時間経過後も位相シフトが所望の値を保つことができ、さらに、反射波長の調整が可能な、ＯＣＤＭ符号器及び復号器として用いられるファイバブラッググレーティング装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明のファイバブラッググレーティング装置は、 温度制御板、ベースプレート、及び実装プレートが順次積層されて構成されるＦＢＧ搭載台と、同一の光ファイバ中に、複数個の同一構成の単位ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）、及び複数個の位相変調部が交互に形成されたＳＳＦＢＧとを備えている。

温度制御板は、サーモモジュールと断熱部材とから構成されている。ベースプレートは、温度制御板の上面に、接して固定されており、及び実装プレートは、ベースプレートの上面に、滑ることが可能な状態で接している。

ＳＳＦＢＧは、実装プレートの上面に設定されたＦＢＧ接触部に接触するように固定されている。位相変調部は、伸縮自在に形成されていて、位相変調部の伸縮により、位相変調部を伝播する光パルス信号の搬送波の位相が、変更可能である。

上述したファイバブラッググレーティング装置の実施にあたり、好ましくは、位相変調部の光路長が、下記の式（１）で与えられる第１の長さＬ１に設定されていて、及び下記の式（２）で与えられる第２の長さＬ２まで伸長可能であるのがよい。

式（１）：Ｌ１＝ｍλ／２
式（２）：Ｌ２＝Ｌ１＋（２ｎ−１）λ／４
但し、ｍとｎは、正の整数、及びλは、ＳＳＦＢＧを伝播する光パルス信号の搬送波の波長とする。

また、この発明のファイバブラッググレーティング装置の好適実施例によれば、位相変調部は、位相変調部の光路長を変更する局部ヒータをそれぞれ備えており、局部ヒータの加熱及び非加熱により、位相変調部が伸縮する構成とするのが良い。

また、この発明のファイバブラッググレーティング装置の実施にあたり、好ましくは、ＦＢＧ接触部は、実装プレートの上面にＶ字状溝として設けられ、実装プレートの上面及びＶ字状溝の壁面には、局部ヒータ用溝が設けられ、局部ヒータは局部ヒータ用溝内に設けられ、ＳＳＦＢＧは、Ｖ字状溝の壁面に接するように設けられているのが良い。

また、この発明のファイバブラッググレーティング装置の他の好適実施例によれば、実装プレートは、上面に設定されたＦＢＧ接触部を備える複数個の実装ステージと、実装ステージに挟まれるように設けられている伸縮ステージとから構成され、単位ＦＢＧは、ＦＢＧ接触部に接触するように固定され、伸縮ステージの伸縮によって、伸縮ステージに固定されていない位相変調部が伸縮する構成とするのが良い。

この発明のファイバブラッググレーティング装置によれば、ＯＣＤＭの符号器及び復号器として用いた場合、局部ヒータの加熱及び非加熱により、位相変調部の光路長、すなわち、位相変調部を伝播する光パルス信号の搬送波の位相を変更できるので、符号器及び復号器を交換することなく、容易に符号変更することができる。

また、この発明のファイバブラッググレーティング装置によれば、温度制御板を供えていて、ＳＳＦＢＧが、温度制御板により温度が制御される実装プレートに接触して備えられている。このため、ＳＳＦＢＧにおいて、局部ヒータの加熱による加熱領域の増大を抑えることができ、従って、設定した符号に基づく、符号及び復号特性を長期間安定して提供することが可能となる。また、符号器と復号器とが設置された環境温度が異なったり、或いは環境温度が変動したりした場合でも、波長は影響されない。

また、この発明のファイバブラッググレーティング装置の他の好適実施例によれば、伸縮ステージへの電圧の印加及び非印加により、位相変調部の光路長を変更できるので、符号器及び復号器を交換することなく、容易に符号変更することができる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成の材質および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。

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。また、ＦＢＧ装置の構造を説明するための図は、図の見易さを優先し、図面の奥行き方向の幾何学的な重なり具合等については、この発明の趣旨が誤解されない範囲で厳密性を犠牲にした部分がある。なお、断面を示すハッチングなどは、一部分省略してある。

（第１実施形態の構成）
図２、図３及び図４を参照して、この発明の第１実施形態のＦＢＧ装置の構成につき説明する。図２は、第１実施形態のＦＢＧ装置を側面から見た概略的断面図であり、図３は、第１実施形態のＦＢＧ装置を上面から見た概略的平面図である。なお、図２は、図３のＡ−Ａ線に沿ってとった断面の切り口を示す図である。図４は、第１実施形態におけるＳＳＦＢＧの構成を説明するための概略図である。

ＦＢＧ装置１００は、温度制御板１２５、ベースプレート１３２、及び実装プレート１３５が順次積層されて構成されるＦＢＧ搭載台１２０を備えている。ＦＢＧ搭載台１２０は、ＦＢＧ装置筺体１１０の基体底面１１２に固定して設置される。ＦＢＧ装置筺体１１０は、ＦＢＧ装置基体部１１１をＦＢＧ装置筺体カバー１１３で覆う構成とする。

図３に示すＦＢＧ装置を上面から見た概略的平面図は、ＦＢＧ装置筺体カバー１１３が取り除かれた状態を示してある。このような構造としたのは、ＦＢＧ装置１００を製作する工程で、ＦＢＧ搭載台１２０等をＦＢＧ装置基体部１１１に設置する作業を考慮したためである。例えば、ＦＢＧ搭載台１２０等をＦＢＧ装置基体部１１１に設置する工程は、ＦＢＧ装置筺体カバー１１３が取り外された状態でなければ実行できないからである。

ＦＢＧ装置基体部１１１及びＦＢＧ装置筺体カバー１１３は、ともに表面に金メッキを施した銅材で作成する。もちろん、これらの構成素材は、銅材に限られず、アルミニウム材、真鍮材等でも構わない。ＦＢＧ装置筺体１１０は、例えば四角い箱状の形態であり、光ファイバ１６０の長さ方向に沿った長手方向のいずれかの側面に、後述するサーモモジュール１２１への電力供給端子（図示を省略する。）及び温度センサ１３３からの出力端子（図示を省略する。）を備えている。

温度制御板１２５は、サーモモジュール１２１と断熱部材１２３から構成されている。

サーモモジュール１２１は、例えば、ペルチェ素子を用いた加熱及び冷却モジュールで構成される。図２では、温度制御部１２０は、サーモモジュール１２１を１つ備える構成を例にとって示しているが、ベースプレート１３２の形状及び大きさに応じて複数個配置しても良い。

断熱部材１２３として、ガラスエポキシ材、ピーク材又は雲母材などの低熱伝導率材料が利用できる。また、断熱部材１２３の代わりに、低熱伝導率材料で製造されたビス等でベースプレート１３２をＦＢＧ装置筺体１１０の基体底面１１２に架橋固定して設置しても良い。この場合、ベースプレート１３２とＦＢＧ装置基体部１１１との間は、空気により断熱されるか、又は、ＦＢＧ装置筺体１１０内部を発泡ウレタンなどで充填されて断熱される。

ベースプレート１３２は、銅材からなり、また、実装プレート１３５は、インバー材からなるのが好適である。ベースプレート１３２及び実装プレート１３５の材料は、これらに限定されるものではないが、ベースプレート１３２は、熱伝導率が大きい材料を用いるのが良く、ベースプレート１３２を構成する材料の熱伝導率は最小でも３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが望ましい。また、実装プレート１３５は、熱膨張係数が小さいものを用いるのが良く、実装プレート１３５を構成する材料の熱膨張係数は最大でも１．２×１０^-6／Ｋであることが望ましい。ベースプレート１３２は、ネジ等を用いて温度制御板１２５の上面に接して機械的に固定される。

ベースプレート１３２は、温度センサ１３３を備えている。図２では、温度センサ１３３は、ベースプレート１３２に埋め込んで設置する構成としている。温度センサ１３３は、実装プレート１３５に埋め込んで設置する構成としても良いし、実装プレート１３５又はベースプレート１３２の側面などに固定させて設置する構成としても良い。また、温度センサ１３３は、サーミスタを用いても良いし、熱電対や白金熱抵抗体を利用しても良い。

実装プレート１３５は、ベースプレート１３２の上面に、シリコングリスを介して滑ることが可能な状態で接するように備えられている。

ＳＳＦＢＧ１６７は、光ファイバ１６０に形成されている。光ファイバ１６０として、例えば、コアにゲルマニウムなどを添加して紫外感光性を高めたシングルモード光ファイバが用いられる。ＳＳＦＢＧ１６７は、光ファイバ１６０の入力端１６６ａの側から、出力端１６６ｂの側に向かって、複数の単位ＦＢＧ１６８ａ〜１６８ｏ（以下の説明では、符号１６８で代表することもある。）及び位相変調部１６９ａ〜１６９ｎ（以下の説明では、符号１６９で代表することもある。）が交互に形成された多点位相シフト構造を有している。複数の単位ＦＢＧ１６８の各々は、その長さが等しく、かつ同一の回折格子間隔で形成されている。隣り合う単位ＦＢＧ間の位相変調部１６９の光路長により、各単位ＦＢＧ間で反射される光パルス信号の位相差が調節される。

ここでは、位相変調部１６９の光路長を局部ヒータ１７０ａ〜１７０ｎ（以下の説明では、符号１７０で代表することもある。）により、調整する構成としている。局部ヒータ１７０は、例えば直径１８μｍのタングステン線の発熱抵抗体で構成される。ＳＳＦＢＧ１６７の位相変調部１６９に対応する位置に局部ヒータ１７０が接触、或いは巻きつけて固定される。なお、局部ヒータ１７０の材質は、タングステンに限られず、ニクロム線を用いても良い。

ＦＢＧ装置筐体１１０は、光ファイバ１６０の長さ方向に沿った長手方向のいずれかの側面に、局部ヒータへの電力供給端子（図示を省略する。）を備えている。位相変調用温度コントローラが、局部ヒータへの電力供給端子を経て、局部ヒータと電気的に接続されている。位相変調用温度コントローラは、各位相変調部１６９に対応するそれぞれの局部ヒータ１７０への電力の供給を行うか否か、すなわち、各局部ヒータ１７０の加熱及び非加熱を個別に制御可能な機能を備える周知の温度コントローラとすることができる。

実装プレート１３５の上面には、ＦＢＧ接触部１６５としてＶ字状溝１４７が形成されている。光ファイバ１６０は、Ｖ字状溝１４７に嵌め込まれるように固定されていて、光ファイバ１６０とＶ字状溝１４７の溝面とが密着している。実装プレート１３５の上面には、Ｖ字状溝１４７と直交する第１区切り溝１４１及び第２区切り溝１４３が設けられていて、第１区切り溝１４１と第２区切り溝１４３によって、Ｖ字状溝１４７の部分が第１固定部１６１、ＦＢＧ接触部１６５、及び第２固定部１６３に区別される。すなわち、Ｖ字状溝１４７の部分であって、Ｖ字状溝１４７の一方の端部から第１区切り溝１４１までの部分が第１固定部１６１であり、Ｖ字状溝１４７の他方の端部から第２区切り溝１４３からまでの部分が第２固定部１６３であり、及び第１区切り溝１４１から第２区切り溝１４３までの部分がＦＢＧ接触部１６５である。

光ファイバ１６０は、第１固定部１６１及び第２固定部１６３において、接着固定剤によって接着固定される。この接着固定剤として、紫外線硬化型のアクリル系接着剤（例えば、Ｓｕｍｍｅｒｓ Ｏｐｔｉｃａｌ社製ＶＴＣ−２）、又は、エポキシ系接着剤が利用可能である。光ファイバ１６０は、ＦＢＧ接触部１６５において、シリコングリスによってＶ字状溝１４７の壁面に密着している。光ファイバ１６０は、ＦＢＧ装置基体部１１１に形成されているスルーホール１１５を通して、封止剤１１７により、ＦＢＧ装置筺体１１０に封止されている。封止剤１１７は、硬化後も柔軟性を有するシリコンゲルを用いるのが良い。

光ファイバ１６０のＶ字状溝１４７への密着性を高めるために、ＦＢＧ接触部１６５の局部ヒータ１７０が固定される部分には、局部ヒータ用溝１４５が形成されている。局部ヒータ用溝１４５は、Ｖ字状溝１４７と直交する方向に設けられている。ここで、局部ヒータ用溝１４５の幅は、各位相変調部１６９の長さに等しく、局部ヒータ用溝１４５の間隔は、各単位ＦＢＧ１６８の長さに等しく設定されている。

（第１実施形態の動作）
第１実施形態のＦＢＧ装置を位相符号器として用いたときの、動作について図５を参照して説明する。図５は、ＦＢＧ装置の局部ヒータによる反射光の位相差制御を説明するための図である。

例えば、第１単位ＦＢＧ１６８ａと第２単位ＦＢＧ１６８ｂの間に形成されている位相変調器１６９ａの光路長をλ／２（λは光パルス信号の搬送波の波長）とする。このとき、入力端１６６ａから入射されて、第１単位ＦＢＧ１６８ａ及び第１位相変調部１６９ａを透過して第２単位ＦＢＧ１６８ｂで反射される光パルス信号は、第２単位ＦＢＧ１６８ｂでの反射の前後に、第１位相変調部１６９ａを通過する。光路長がλ／２である第１位相変調部１６９ａを一度通過すると、搬送波の位相はπずれるので、第１位相変調部１６９ａを２度通過する第２単位ＦＢＧ１６８ｂでの反射光は、第１単位ＦＢＧ１６８ａでの反射光に比べて位相が２πずれることになり、結局、第１単位ＦＢＧ１６８ａでの反射光と、第２単位ＦＢＧ１６８ｂでの反射光の相対的な位相差は０となる。

また、第１単位ＦＢＧ１６８ａと第２単位ＦＢＧ１６８ｂの間に形成されている第１位相変調器１６９ａを、第１局部ヒータ１７０ａの加熱により伸長させて、第１位相変調器１６９ａの光路長を３λ／４（λは光パルス信号の搬送波の波長）にする。このとき、入力端１６６ａから入射されて、第１単位ＦＢＧ１６８ａ及び第１位相変調部１６９ａを透過して第２単位ＦＢＧ１６８ｂで反射される光パルス信号は、第２単位ＦＢＧ１６８ｂでの反射の前後に、第１位相変調部１６９ａを通過する。光路長が３λ／４である第１位相変調部１６９ａを一度通過すると、搬送波の波長は３π／２ずれるので、第１位相変調部１６９ａを２度通過する第２単位ＦＢＧ１６８ｂでの反射光は、第１単位ＦＢＧ１６８ａでの反射光に対する相対位相差がπになる。

このように、第１位相変調部１６９ａの光路長を、λ／２の整数倍、すなわち、ｍλ／２（ｍは正の整数）とすれば、第１単位ＦＢＧ１６８ａと第２単位ＦＢＧ１６８ｂのそれぞれで反射される光パルス信号の相対的な位相差は０となる。一方、第１位相変調部１６９ａの光路長を、λ／４の奇数倍、すなわち、ｍλ／２＋（２ｎ−１）λ／４（ｎは正の整数）とすれば、第１単位ＦＢＧ１６８ａと第２単位ＦＢＧ１６８ｂのそれぞれで反射される光パルス信号の相対位相差はπとなる。

光ファイバ１６０のＳＳＦＢＧ１６７は、１５個の単位ＦＢＧ１６８と、１４個の位相変調部１６９を備えていて、光パルス信号を１５ビットのＭ系列の符号列で符号化又は復号化できる。ここで、全ての局部ヒータ１７０が非加熱、すなわち、全ての位相変調部１６９の光路長をｍλ／２とする。全ての局部ヒータ１７０が非加熱の場合は、隣接する単位ＦＢＧ１６８間での相対位相差は０となるので、各単位ＦＢＧ１６８での反射パルス信号の位相は「０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０」となる。

ここで、第１〜１４位相変調部の加熱及び非加熱の設定を「Ｆ、Ｆ、Ｈ、Ｆ、Ｆ、Ｆ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｆ、Ｈ、Ｆ、Ｈ」とする。但し、局部ヒータ１７０の加熱を「Ｈ」及び非加熱を「Ｆ」で表している。第３位相変調部１６９ｃに固定されている第３局部ヒータ１７０ｃを加熱して、第３位相変調部１６９ｃを伸長させる。第３位相変調部１６９ｃの光路長がｍλ／２＋（２ｎ−１）λ／４になると、例えば第４単位ＦＢＧ１６８ｄで反射する光パルス信号は、反射する前と反射した後で、第３位相変調部１６９ｃを２回通過する。第３位相変調部１６９ｃを通るときに位相がπ／２ずれるので、第３位相変調部１６９ｃを２回通過することで、第４単位ＦＢＧ１６８ｄで反射する光パルス信号は第３単位ＦＢＧ１６８ｃで反射する光パルス信号に対して相対位相差がπとなる。

第３、７〜１０、１２及び１４局部ヒータ１７０ｃ、１７０ｇ〜１７０ｊ、１７０ｌ及び１７０ｎを加熱しているので、第３、７〜１０、１２及び１４位相変調部１６９ｃ、１６９ｇ〜１６９ｊ、１６９ｌ及び１６９ｎでは、位相変化が起こる。一方、第１、２、４〜６、１１及び１３局部ヒータ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｄ〜１７０ｆ、１７０ｋ及び１７０ｍを非加熱としているので、第１、２、４〜６、１１及び１３位相変調部１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｄ〜１６９ｆ、１６９ｋ及び１６９ｍでは、位相変化が起こらない。従って、第１から１５単位ＦＢＧで反射する光パルス信号の位相は、「０、０、０、π、π、π、π、０、π、０、π、π、０、０、π」（以下、符号Ａとする。）となる。

次に、加熱及び非加熱の設定を「Ｈ、Ｆ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｆ、Ｆ、Ｈ、Ｆ、Ｆ、Ｈ、Ｆ、Ｆ、Ｈ」に変更する。この場合、第１、３〜５、８、１１、１４局部ヒータ１７０ａ、１７０ｃ〜１７０ｅ、１７０ｈ、１７０ｋ及び１７０ｎを加熱しているので、第１、３〜５、８、１１、１４位相変調部１６９ａ、１６９ｃ〜１６９ｅ、１６９ｈ、１６９ｋ及び１６９ｎで位相変化が起こる。従って、第１から１４単位ＦＢＧで反射する光パルス信号の位相は、「π、０、０、π、０、π、π、π、０、０、０、π、π、π、０」（以下、符号Ｂとする。）となる。

図６は、位相符号器としてのＦＢＧ装置に光パルス信号を入力した場合の符号化パルス信号の波形を示す図である。図６では、横軸は時間軸を表し、縦軸は出力される光パルス信号の強度を任意単位で表している。図６（Ａ）は、符号Ａを構成したＦＢＧ装置に光パルス信号を入力した場合の、ＦＢＧ装置から出力される符号化パルス信号の波形を示している。また、図６（Ｂ）は、符号Ｂを構成したＦＢＧ装置に、符号Ａを構成したＦＢＧ装置に入力したのと同じ光パルス信号を入力した場合の、ＦＢＧ装置から出力される符号化パルス信号の波形を示している。

このように局部ヒータの加熱及び非加熱の条件を変更して、符号Ａで符号化する場合と、符号Ｂで符号化する場合とで符号化波形を異ならせることができる。

次に、波長制御用温度コントローラにおいて、設定温度を所定の値に設定する。波長制御用温度コントローラは、サーモモジュール１２１への電力供給端子を経てサーモモジュール１２１と電気的に接続され、温度センサ１３３からの出力端子を経て温度センサ１３３と電気的に接続されている。波長制御用温度コントローラは、設定温度と、温度センサによる計測温度とが等しくなるように、サーモモジュール１２１の加熱又は冷却を制御する。温度コントローラでのサーモモジュール１２１の制御により実装プレート１３５は一定温度に保たれる。なお、設定温度と計測温度とが等しくなるように、温度制御を行う手段は、従来公知のものを用いれば良く、ここでは説明を省略する。

サーモモジュール１２１によって加熱及び冷却されたベースプレート１３２からの熱伝導により実装プレート１３５は、温度制御される。このとき、ベースプレート１３２と実装プレート１３５とは、シリコングリスを介して接触しているため、ベースプレート１３２の温度変化による伸縮は、実装プレート１３５には伝達されない。また、実装プレート１３５は、上述したように低熱膨張材料で構成されるため、実装プレート１３５の伸縮も無視できる。光ファイバ１６０は、低熱膨張材料で構成される実装プレート１３５に固定されているため、実装プレート１３５の温度変化に伴って、ＳＳＦＢＧ１６７の温度のみが変化する。

ここで、局部ヒータ１７０を備えている位相変調部１６９に隣接した、単位ＦＢＧ１６８は実装プレート１３５に密着している。光ファイバ１６０の熱伝導率は低いため、単位ＦＢＧ１６８の温度は、実装プレート１３５の温度、すなわち、サーモモジュール１２１の加熱及び冷却で制御されることになり、局部ヒータ１７０で加熱される位相変調部１６９から隣接する単位ＦＢＧ１６８への熱伝導は、無視することができる。

また、符号器及び復号器が曝される環境温度が変化した場合には、環境温度の変化に伴って、ＦＢＧ装置筺体１１０が伸縮する。この場合、スルーホール１１５の部分に用いた封止剤１１７の柔軟性により、ＦＢＧ装置筺体１１０の伸縮が吸収されること、及び、光ファイバ１６０が実装プレート１３５に接着固定されていることにより、ＦＢＧ装置筺体１１０の伸縮がＳＳＦＢＧ１６７には伝達されず、ＳＳＦＢＧ１６７に加えられる応力による波長変動を引き起こすことはない。

ＳＳＦＢＧ１６７の温度変化に応じて、ＳＳＦＢＧ１６７を構成するそれぞれの単位ＦＢＧ１６８の実効屈折率ｎｅｆｆ、及びグレーティングピッチΛが変化する。温度変化による反射中心波長λの変動量Δλは、次式によって与えられることが知られている（例えば、Ａｎｄｒｅａｓ Ｏｔｈｏｎｏｓ ａｎｄ Ｋｙｒｉａｃｏｓ Ｋａｌｌｉ著：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇｓ参照）。

Δλ＝λ・ΔＴ［（１／Λ）（ｄΛ／ｄＴ）＋（１／ｎｅｆｆ）（ｄｎｅｆｆ／ｄＴ）］
ここで、ΔＴは温度変化量、Λは単位ＦＢＧ１６８の実効屈折率ｎｅｆｆの周期構造の周期、ｄΛ／ｄＴは、光ファイバ１６０の熱膨張係数を示す。反射中心波長λの変動量Δλは、温度が上昇すると正の値をとり、反射中心波長λは長波長側に移動する。一方、温度が下降すれば逆に、反射中心波長λは短波長側に移動する。

例えば、反射中心波長λが１５５０ｎｍ、単位ＦＢＧ１６８の実効屈折率周期Λが５３５．６ｎｍ、光ファイバの熱膨張係数が５．５×１０^-7、単位ＦＢＧ１６８の実効屈折率が１．４４５、単位ＦＢＧ１６８の実効屈折率ｎｅｆｆの変化率（ｄｎｅｆｆ／ｄＴ）が８．６×１０^-6の場合、環境温度を２５℃から４５℃に変化させると、反射中心波長λの変動量Δλは、０．１８５ｎｍであり、反射中心波長λは、１５５０．１８５ｎｍとなる。

図７を参照して、この発明の第１のＦＢＧ装置の温度制御特性を説明する。図７では、横軸に波長制御用温度コントローラの設定温度（℃）をとり、縦軸に第１実施形態のＦＢＧ装置のブラッグ反射波長である反射中心波長の変動量Δλ（ｐｍ）をとって、測定値を黒三角形で示している。温度１５℃では、変動量は約−１００ｐｍ、２５℃では約０ｐｍ、及び４５℃では約２３０ｐｍであった。これらの観測値を、波長制御用温度コントローラの設定温度（℃）をｘ、動作波長の変動量Δλ（ｐｍ）をｙとして、一次関数で近似すると、
ｙ＝１０．８ｘ−２６１．９
となり、波長制御用温度コントローラの設定温度１℃あたりの動作波長の変動量Δλ（ｐｍ）は、１０．８ｐｍであることがわかる。

また、動作波長は１５℃から４５℃において、３００ｐｍの範囲で調整することができ、例えば、ＯＣＤＭの送信側に設置される搬送波を生成する光源の波長の揺らぎにも充分に対応できる。温度コントローラとして０．１℃単位で温度の設定が可能であるものを用いれば、動作波長の最小調整量は、約１ｐｍである。

以上説明したように、第１実施形態のファイバブラッググレーティング装置によれば、ＯＣＤＭの符号器及び復号器として用いた場合、符号器及び復号器を交換することなく、局部ヒータの加熱及び非加熱により、容易に符号変更することができる。

また、第１実施形態のファイバブラッググレーティング装置によれば、３００ｐｍの範囲で、１ｐｍの精度で波長設定ができ、また、環境温度の変化に波長が影響されない。従って、設定した符号に基づく、符号及び復号特性を長期間安定して提供することが可能となる。

（第２実施形態の構成）
図８を参照して、この発明の第２実施形態のＦＢＧ装置の構成を説明する。第２実施形態のＦＢＧ装置は、ＦＢＧ搭載台以外の構成は、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。図８は、第２実施形態のＦＢＧ装置のＦＢＧ搭載台及び光ファイバを側面から見た概略的断面図である。

第２のＦＢＧ装置の搭載台は、温度制御板１２５、ベースプレート１３６、及び実装プレート１３７が順次積層されて構成されている。

温度制御板１２５の構成は、第１実施形態と同様なのでここでは、説明を省略する。ベースプレート１３６は、ベースプレート１３６の下面が温度制御板１２５の上面に接して固定されている。実装プレート１３７は、実装プレート１３７の下面がベースプレート１３６の上面に、滑ることが可能な状態で接するように備えられている。

実装プレート１３７は、複数の実装ステージ１３８ａ〜１３８ｏ（以下の説明では、符号１３８で代表することもある。）及び複数の伸縮ステージ１３９ａ〜１３９ｎ（以下の説明では、符号１３９で代表することもある。）を備えている。実装ステージ１３８は、銅材からなるのが好適である。実装ステージ１３８の材料は、これらに限定されるものではないが、熱伝導率が最小でも３９８Ｗ／ｍＫである材料で構成されることが望ましい。

ベースプレート１３６と実装プレート１３７は、その境界面がシリコングリスを介して接触している。実装プレート１３７には、温度センサ１３３が設けられている。図８では、温度センサ１３３は、実装ステージ１３８に埋め込んで設置する構成としている。温度センサ１３３は、ベースプレート１３６に埋め込んで設置する構成としても良いし、実装ステージ１３８の側面などに固定させて設置する構成としても良い。また、温度センサ１３３は、サーミスタを用いても良いし、熱電対や白金熱抵抗体を利用しても良い。

実装ステージ１３８の上面には、Ｖ字状溝が長手方向に形成されている。光ファイバ１６０は、Ｖ字状溝１４７に嵌め込まれるように固定されていて、光ファイバ１６０とＶ字状溝１４７の溝面とが密着している。ここで実装ステージ１３８の長さは、単位ＦＢＧの長さに等しくしている。

各実装ステージ１３８は、伸縮ステージ１３９を挟むように設置される。伸縮ステージ１３９は、例えば、ピエゾ素子を用いた伸縮デバイスで構成され、電圧の印加により、光ファイバの長手方向に伸長する。伸縮ステージは、電圧を印加しない状態で、隣接する実装ステージ１３８の光ファイバの長手方向の間隔がＭλ／２となるように、すなわち、位相変調部の長さに等しくなるように設定されている。また、電圧の印加により、伸縮ステージの伸長量は、少なくともλ／４必要である。また、ピエゾ素子を用いた伸縮デバイスの駆動には、通常高電圧の印加が必要となるので、伸縮ステージと位相制御部との接続線、及び伸縮ステージは、周囲から充分に絶縁された状態を保っている。

（第２実施形態の動作）
第２実施形態のファイバブラッググレーティング装置を位相符号器として用いたときの、動作について、再び、図４と、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明する。尚、一例として符号を、符号長を１５ビットとしたＭ系列の符号とした場合について説明する。

光ファイバ１６０のＦＢＧは、１５個の単位ＦＢＧ１６８と、１４個の位相変調部１６９を備えていて、伸縮ステージ１３９への電圧が非印加の場合の、位相変調部１６９の光路長をｍλ／２とする。したがって、第２ＦＢＧ１６８ｂで反射される光パルス信号は、入力端１６６ａから入射され、第１ＦＢＧ１６８ａを通過した後、第１位相変調部１６９ａを通過するときに位相がπずれる。また、第２ＦＢＧ１６８ｂで反射した後、再び第１位相変調部１６９ａを通過するときに、さらに位相がπずれる。このため、第１単位ＦＢＧ１６８ａで反射される光パルス信号と第２単位ＦＢＧ１６８ｂで反射される光パルス信号との間の相対位相差は０となる。同様に、全ての位相変調部が全て同じ光路長の場合は、隣接する単位ＦＢＧ間での相対位相差は０であるので、第１単位ＦＢＧ１６８ａの位相を０とすると、各単位ＦＢＧでの反射パルス信号の位相は「０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０、０」となる。

ここで、第１伸縮ステージ１３９ａから第１４伸縮ステージ１３９ｎの電圧の印加及び非印加の設定を「Ｆ、Ｆ、Ｎ、Ｆ、Ｆ、Ｆ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｆ、Ｎ、Ｆ、Ｎ」とする。但し、伸縮ステージ１３９への電圧印加を「Ｎ」及び非印加を「Ｆ」で表す。第３位相変調部１６９ｃに対応する第３伸縮ステージ１３９ｃに電圧を印加することにより、第３位相変調部１６９ｃを伸長させて、第３位相変調部１６９ｃの光路長を、ｍλ／２＋（２ｎ−１）λ／４に設定する。第３位相変調部１６９ｃの光路長がｍλ／２＋（２ｎ−１）λ／４になると、例えば第４単位ＦＢＧ１６８ｄで反射する光パルス信号は、反射する前と反射した後で、第３位相変調部１６９ｃを２回通過する。第３位相変調部１６９ｃを通るときに位相がπ／２ずれるので、第３位相変調部１６９ｃを２回通過することで、第４単位ＦＢＧ１６８ｄで反射する光パルス信号は第３単位ＦＢＧ１６８ｃで反射する光パルス信号に対して相対位相差がπとなる。

第１、２、４〜６、１１及び１３伸縮ステージ１３９ａ、１３９ｂ、１３９ｄ〜１３９ｆ、１３９ｋ及び１３９ｍに電圧を非印加としているので、第１、２、４〜６、１１及び１３位相変調部１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｄ〜１６９ｆ、１６９ｋ及び１６９ｍでは、位相変化が起こらない。第３、７〜１０、１２及び１４伸縮ステージ１３９ｃ、１３９ｇ〜１３９ｊ、１３９ｌ及び１３９ｎに電圧を印加しているので、第１、２、４〜６、１１及び１３位相変調部１６９ｃ、１６９ｇ〜１６９ｊ、１６９ｌ及び１６９ｎでは、位相変化が起こる。従って、第１〜１５単位ＦＢＧ１６８ａ〜１６８ｏで反射する光パルス信号の位相は、１５ビットのＭ系列の符号「０、０、０、π、π、π、π、０、π、０、π、π、０、０、π」（符号Ａ）となる。

次に、電圧の印加及び非印加の設定を「Ｎ、Ｆ、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｆ、Ｆ、Ｎ、Ｆ、Ｆ、Ｎ、Ｆ、Ｆ、Ｎ」に変更する。この場合、第１、３〜５、８、１１、１４伸縮ステージ１３９ａ、１３９ｃ〜１３９ｅ、１３９ｈ、１３９ｋ及び１３９ｎに電圧を印加しているので、第１、３〜５、８、１１、１４位相変調部１６９ａ、１６９ｃ〜１６９ｅ、１６９ｈ、１６９ｋ及び１６９ｎで位相変化が起こる。従って、第１から１４単位ＦＢＧで反射する光パルス信号の位相は、「π、０、０、π、０、π、π、π、０、０、０、π、π、π、０」（符号Ｂ）となる。

次に、温度コントローラにおいて、設定温度を所定の値に設定する。温度コントローラは、設定温度と、温度センサによる計測温度とが等しくなるように、サーモモジュール１２１の加熱又は冷却を制御する。温度コントローラでのサーモモジュールの制御により実装プレートは一定温度に保たれる。なお、設定温度と計測温度とが等しくなるように、温度制御を行う手段は、従来公知のものを用いれば良く、ここでは説明を省略する。

また、位相符号器が曝される環境温度が変化した場合には、環境温度の変化に伴って、ＦＢＧ装置筺体が伸縮する。この場合、スルーホールの部分に用いた封止剤の柔軟性により、ＦＢＧ装置筺体の伸縮が吸収されること、及び、光ファイバが実装プレートに接着固定されていることにより、ＦＢＧ装置筺体の伸縮がＦＢＧには伝達されず、ＦＢＧに加えられる応力による波長変動を引き起こすことはない。

以上説明したように、第２実施形態のファイバブラッググレーティング装置によれば、ＯＣＤＭの符号器及び復号器として用いた場合、符号器及び復号器を交換することなく、伸縮ステージへの電圧の印加及び非印加により、容易に符号変更することができる。

また、第２実施形態のファイバブラッググレーティング装置によれば、３００ｐｍの範囲で、１ｐｍの精度で波長設定ができ、また、環境温度の変化に波長が影響されない。従って、設定した符号に基づく、符号及び復号特性を長期間安定して提供することが可能となる。

光符号分割多重伝送装置のブロック構成図である。 第１実施形態のＦＢＧ装置の概略的断面図である。 第１実施形態のＦＢＧ装置の概略的平面図である。 第１実施形態におけるＳＳＦＢＧの構成の概略図である。 局部ヒータによる反射光の位相差制御を説明するための概略図である。 符号化波形を示す図である。 位相符号器の波長調整特性を説明するための図である。 第２実施形態におけるＦＢＧ搭載台及びＦＢＧの概略的断面図である。

符号の説明

１１０ ＦＢＧ装置筺体
１１１ ＦＢＧ装置基体部
１１３ ＦＢＧ装置筺体カバー
１１５ スルーホール
１１７ 封止部
１２１ サーモモジュール
１２３ 断熱部材
１２５ 温度制御板
１３０、１３１ ガイドプレート
１３２、１３６ ベースプレート
１３３ 温度センサ
１３５、１３７ 実装プレート
１３８ 実装ステージ
１３９ 伸縮ステージ
１４１ 第１区切り溝
１４３ 第２区切り溝
１４５ 局部ヒータ用溝
１４７ Ｖ字状溝
１６０ 光ファイバ
１６１ 第１固定部
１６３ 第２固定部
１６５ ＦＢＧ接触部
１６７ ＳＳＦＢＧ
１６８ 単位ＦＢＧ
１６９ 位相変調部
１７０ 局部ヒータ

Claims (10)

1. 温度制御板、ベースプレート、及び実装プレートが順次積層されて構成されるＦＢＧ搭載台と、
   同一の光ファイバ中に、複数個の同一構成の単位ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）、及び複数個の位相変調部が交互に形成されたＳＳＦＢＧ（Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ＦＢＧ）とを備え、
   前記温度制御板は、サーモモジュールと断熱部材とから構成されており、
   前記ベースプレートは、前記温度制御板の上面に接して固定されており、
   前記実装プレートは、前記ベースプレートの上面に、滑ることが可能な状態で接しており、及び
   前記ＳＳＦＢＧは、前記実装プレートの上面に設定されたＦＢＧ接触部に接触するように固定されており、
   前記位相変調部は、伸縮自在に形成されていて、該位相変調部の伸縮により、前記位相変調部を伝播する光パルス信号の搬送波の位相が変更可能である
   ことを特徴とするファイバブラッググレーティング装置。
2. 前記実装プレートを構成する材料の熱膨張係数が最大でも１．２×１０ ^−６ ／Ｋである
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティング装置。
3. 前記実装プレートがインバー材からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティング装置。
4. 前記位相変調部の光路長が、下記の式（１）で与えられる第１の長さＬ１に設定されていて、及び下記の式（２）で与えられる第２の長さＬ２まで伸長可能である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のファイバブラッググレーティング装置。
   式（１）：Ｌ１＝ｍλ／２
   式（２）：Ｌ２＝Ｌ１＋（２ｎ−１）λ／４
   但し、ｍとｎは、正の整数、及びλは、ＳＳＦＢＧを伝播する光パルス信号の搬送波の波長とする。
5. 前記位相変調部は、該位相変調部の光路長を変更する局部ヒータをそれぞれ備えており、
   該局部ヒータの加熱及び非加熱により、前記位相変調部が伸縮する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のファイバブラッググレーティング装置。
6. 前記位相変調部は、該位相変調部の光路長を変更する局部ヒータをそれぞれ備えており、
   該局部ヒータの加熱により前記位相変調部の光路長がＬ２となり、及び該局部ヒータの非加熱により前記位相変調部の光路長がＬ１となるように設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のファイバブラッググレーティング装置。
7. 前記ＦＢＧ接触部は、前記実装プレートの上面にＶ字状溝として設けられ、
   前記実装プレートの上面及び前記Ｖ字状溝の壁面には、前記位相変調部の長さに等しい幅の局部ヒータ用溝が、前記単位ＦＢＧの長さに等しい間隔で設けられ、
   前記局部ヒータは、前記局部ヒータ用溝内に設けられ、及び
   前記ＳＳＦＢＧは、前記Ｖ字状溝の壁面に接するように設けられている
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のファイバブラッググレーティング装置。
8. 前記実装プレートは、複数個の実装ステージ、及び前記実装ステージに挟まれるように設けられている複数個の伸縮ステージとから構成され、
   前記単位ＦＢＧは、前記複数個の実装ステージの上面に設定されたＦＢＧ接触部に接触するように固定され、及び
   前記伸縮ステージの伸縮によって、前記伸縮ステージに固定されていない位相変調部が伸縮する
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティング装置。
9. 前記実装ステージのＦＢＧ接触部の長さが、前記単位ＦＢＧの長さに等しく設定されていて、
   前記位相変調部の光路長が、前記伸縮ステージへの電界の非印加により、下記の式（１）で与えられる第１の長さＬ１で設定され、及び前記伸縮ステージへの電界の印加により下記の式（２）で与えられる第２の長さＬ２まで伸長可能であることを特徴とする請求項８に記載のファイバブラッググレーティング装置。
   式（１）：Ｌ１＝ｍλ／２
   式（２）：Ｌ２＝Ｌ１＋（２ｎ−１）λ／４
   但し、ｍとｎは、正の整数、及びλは、ＳＳＦＢＧを伝播する光パルス信号の搬送波の波長とする。
10. 前記ＦＢＧ接触部は、前記実装プレートの上面にＶ字状溝として設けられている
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載のファイバブラッググレーティング装置。

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