JP5561678B2 - マルチポート光スペクトル位相符号器 - Google Patents

Description

本発明は，一般に，光デバイスに関し，特に，光スペクトル位相符号を同時に生成及び処理することが可能な光デバイスに関する。

近年，大スループットをサポートし，多数のユーザに対して高品質サービスを保証することができる高性能インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークに対する需要が増大している。

その解決策の一つは，高速データ伝送を提供し，動的資源供給を可能にし，高拡張性を実現する光ネットワーキングの使用である。ネットワーク全体の拡張性と柔軟性を高めるために，ＩＥＴＦ（インターネット技術タスクフォース）によりマルチプロトコルラベルスイッチング（ＭＰＬＳ）システムが提案され標準化される一方，マルチプロトコル波長スイッチングやマルチプロトコルλスイッチング（ＭＰλＳ）を用いてＭＰＬＳネットワークを直接光領域で管理する解決策が導入されている。ＭＰλＳは，光符号をラベルとして用いる時，ジェネラライズドＭＰＬＳ（ＧＭＰＬＳ）とも呼ばれる。

一方，光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）技術が，超高速・大容量通信だけでなく，高い機密性を有する柔軟かつ安全なネットワークをも実現可能であることにより，ますます注目を集めるようになっている。現在，ＯＣＤＭＡベースのパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）が，非同期アクセス，高速再構成可能性，高い機密性といった独自の特徴により，高い関心を集めている。ＯＣＤＭＡ伝送では，光符号と呼ばれるセキュリティキーが各ユーザに与えられる。光符号は，通信データを１ビットずつ符号化するのに使用され，結果，同じ波長の信号を同時に多重化することが可能となる。

特に，ＣＤＭＡ技術は，特定の光符号を各ユーザに割り当てるが，前記符号は，伝送される情報信号からは独立している。「拡散」と呼ばれる符号化操作は，情報信号により一人一人のユーザに割り当てられる符号を多重化するステップから成る。一方，復号操作では，受信器は，受信信号と受信（逆拡散）予定のユーザの符号との間の相関を実行する。従って，同時にネットワークにアクセスする複数のユーザ間の干渉を回避するためには，符号が互いに直交している必要がある。

ＧＭＰＬＳシステム及びＯＣＤＭＡシステムの双方において，符号濃度，すなわち，ラベルの数は，考慮すべき問題の一つである。さらに，ＧＭＰＬＳネットワークのルータの正確な性能を可能にするために，また，ＯＣＤＭＡシステムにおける正確な検出を可能にするために，異なる光符号を正確に識別することが必要であり，そのためには，自己相関関数のピークはできるだけ高い必要があり，一方，相互相関関数は，すべてにおいてゼロに近い必要がある。符号の生成及び処理を，正確で，確実に，簡単に，また，費用のかからない方法で直接光領域で可能にするために，また，直交性の高い光符号のセットを提供するために，Ｎの位相シフトキーイング（ＰＳＫ）符号を同時に生成／処理することができるマルチポート符号器・復号器（Ｅ／Ｄ）が，本発明の発明者らによって国際公開第０５／０６４８３４号パンフレットに開示されている（例えば，特許文献１を参照のこと）。

また，本発明の発明者らは，アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）構成を有するＥ／Ｄを導入し，単一レーザーパルスが符号器の入力ポートの１つに送られると，Ｎの光符号が符号器の出力において生成される（例えば，非特許文献１及び２を参照のこと）。

前記特許文献１並びに非特許文献１及び２において，多次元Ｅ／Ｄも開示されている。多次元Ｅ／Ｄは，符号長を増加させることなく符号濃度を増加させることができる。例えば，２つ以上の同時レーザーパルスが異なるデバイス入力に送られると，Ｎの直交符号が生成される。入力パルスの異なる組み合わせの各々は，Ｎの符号の異なるセットを生成するので，デバイスが生成／処理することができる直交符号の数を大幅に増加させることができる。

前記特許文献１並びに非特許文献１及び２によれば，多次元Ｅ／Ｄにより生成される符号のセットの符号濃度は，以下のように記述される：
パルスが送られる入力数をｎ（ｎ＜Ｎ）とすると，生成される符号のセットの濃度は，

まで増加する一方，符号長はＮのままである。多次元構成を用いることにより生成可能な長さＮのＯＣの最大数は，

に等しく，これはｎ＝Ｎ／２の入力を考慮することにより得られる。

例を示すと，Ｎ＝８ポートの場合，四次元ＯＣの符号濃度は７０である。Ｎ＝１００ポート，ｎ＝５０入力パルスのデバイスの場合，１０^２９以上の異なる符号が得られる。多次元Ｅ／Ｄの符号濃度は，セキュア通信に十分な大きさであるように思われるが，そうではない。
その理由を説明するために，以下，例として，パッシブ光ネットワークにおける盗聴について検討する。

パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）は，住宅及び企業の消費者からのブロードバンド通信サービスへの高まる需要に対する費用対効果の高い解決策である。なぜなら，ＰＯＮは，超高ビットレート，幅広い応用サポート，及び高い柔軟性を保証するからである。
しかしながら，ＰＯＮの弱点は，機密性の欠如である。なせなら，標準的なＰＯＮでは，ダウンストリームデータはブロードキャストされ，すべての光ネットワークユニット（ＯＮＵ）は，光ラインターミナル（ＯＬＴ）から同じ情報を受信する。

図３５（１）は，ＰＯＮ９００の概略図である。ＰＯＮ９００は，光ラインターミナル（ＯＬＴ）９１０，光ファイバー９２０によりＯＬＴ９１０に接続される光スプリッター９３０，及び光ファイバー９４０により光スプリッター９３０に接続される光ネットワークユニット（ＯＮＵ）９５０から成る。図３５（１）に示すように，ＯＬＴ９１０は，実線矢印で示されるダウンストリームデータをブロードキャストする。光スプリッターは，前記データを分割してすべてのＯＮＵ９５０に分散させる。

図３５（２）は，ＯＬＴ９１０のブロック図である。ＯＬＴ９１０は，レーザー光源９１１，変調器９１２，及び光符号器９１３から成る。点線矢印は電気信号を表し，実線矢印は光信号を表す。レーザー光源９１１からのレーザー光及び電気データが与えられると，ＯＬＴ９１０の変調器９１２は，レーザー光及びデータを変調し，変調信号を符号器８１３に与える。符号器９１３は，外部から与えられるセキュリティキーを用いて受信信号を符号化し，符号化信号を出力する。

図３５（３）は，ＯＮＵ９５０のブロック図である。ＯＮＵ９５０は，復号器９５１，光検出器９５２，電気フィルター９５３，及び閾値器９５４から成る。復号器９５１は，セキュリティキーを用いて信号を復号し，復号信号を光検出器９５２に与える。光検出器９５２の出力は，電気フィルター９５３及び閾値器９５４を通り，データが再生される。整合復号器９５１を備えるＯＮＵ９５０のみが信号を識別することになっているが，図３５（１）に示されるような通信を盗聴する盗聴者は，整合復号器を持っていれば，信号を識別することができる。

一方，ＣＤＭＡは，各ユーザが平文メッセージを暗号文に暗号化するため，セキュア伝送技術であることが立証されている。従って，電子及び光ＣＤＭＡを用いたＰＯＮが考えられている。さらに，光符号分割多重（ＯＣＤＭ）は，秘密鍵を更新する必要がある時に容易に再構成することも可能なパッシブ光デバイスのみを用いて，高データレートでデータを暗号化するという利点がある。

すなわち，ＯＣＤＭ技術をＯＬＴ９１０及びＯＮＵ９４０に適用することが可能である。前記多次元Ｅ／Ｄを適用することにより，大きい符号濃度を得ることができる。

例えば，図３６（１）及び図３６（２）は，それぞれ，ＯＬＴ９６０及びＯＮＵ９７０における多次元符号化及び復号処理を示しており，多次元Ｅ／Ｄが適用されている。

図３６（１）に示すＯＬＴ９６０は，レーザー光源９６１，２つの変調器９６２，９６３，２つの１×Ｎ／２スプリッター９６４，９６５，ノンブロッキングスイッチ９６６，及びＥ／Ｄ９６７から成る。

一方，図３６（２）に示すＯＮＵ９７０は，Ｅ／Ｄ９７１，光検出器９７２，及び符号認識用電子論理回路９７３から成る。

便宜上，符号器の最初のＮ／２ポートは「０」を伝送するのに使用され，残りのポートは，論理「１」に使用されるものと仮定する。ＯＬＴ９６０において，レーザー光源９６１からのレーザー光は，変調器９６２，９６３に与えられる。

データ「０１１１００」及び反転データ「１０００１１」が，それぞれ，変調器９６２，９６３に与えられ，結果，レーザーパルスが２つの１×Ｎ／２スプリッター９６４，９６５に与えられる。レーザーパルスは，ビット値に応じて，２つの１×Ｎ／２スプリッター９６４，９６５間で切り換えられる。光ノンブロッキングスイッチ９６６は，セキュリティキーにより駆動され，符号器のｎのポートを入力パルスと接続し，ｎ次元符号を選択する。

ＯＮＵ９７０において，出力ポートの光検出器９７２により検出されるｎのＡＣＰ（自己相関ピーク）は，ｎ次元符号を解読し，電子論理回路９７３は，前記情報を受信ビットに変換する。前記符号化技術は，ｎ＝２の場合，符号シフトキーイング（ＣＳＫ）として知られ，それはまた，ＭＡＩノイズを低減する平衡検出を可能にする。

しかしながら，整合復号器を持っている盗聴者は，容易に符号を傍受することができる。さらに，光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）を用いた受信信号のスペクトル解析は，符号を解読することもできる。なぜなら，ｎ次元符号は，ｎの異なる周波数サブバンドの重ね合わせであるからである。

セキュリティＯＣＤＭ伝送は，敵が整合復号器を発見する可能性があるので，単一Ｅ／Ｄの符号化・復号処理に依存すべきでないが，これが起こりうるのを防止するためにも，ある程度の自由度を取り入れる必要がある。

国際公開第０５／０６４８３４号パンフレット Ｇ． Ｃｉｎｃｏｔｔｉ， Ｎ． Ｗａｄａ， ａｎｄ Ｋ．−ｉ． Ｋｉｔａｙａｍａ ‘Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｆｕｌｌ ｅｎｃｏｄｅｒ／ｄｅｃｏｄｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ＡＷＧ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｄｅ−ｂａｓｅｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｒｏｕｔｅｒｓ． Ｐａｒｔ Ｉ： ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ’， ＩＥＥＥ Ｉ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２４， ｎ．１， ｉｎ ｐｒｅｓｓ ２００６ Ｎ． Ｗａｄａ， Ｇ． Ｃｉｎｃｏｔｔｉ， Ｓ． Ｙｏｓｈｉｍａ， Ｎ． Ｋａｔａｏｋａ， ａｎｄ Ｋ．−ｉ． Ｋｉｔａｙａｍａ ‘Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｆｕｌｌ ｅｎｃｏｄｅｒ／ｄｅｃｏｄｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ＡＷＧ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｄｅ−ｂａｓｅｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｒｏｕｔｅｒｓ． Ｐａｒｔ ＩＩ： ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ’， ＩＥＥＥ Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２４， ｎ．１， ｉｎ ｐｒｅｓｓ ２００６

特許文献１並びに非特許文献１及び２のマルチポート符号器／復号器は，２つの弱点を示している。１つ目の弱点は，機密性の欠如である。２つ目の弱点は，符号性能である。
本発明の目的は，符号性能を向上させる鋭いピークの自己相関信号を得ることである。
本発明のもう一つの目的は，多次元符号システムのデータセキュリティを向上させることである。

本発明は，基本的に，スプリッター−スラブ間を接続する導波路に沿って位相器を挿入することで，スプリッターが多次元符号器／復号器の異なる出力ポートに対応したすべての周波数サブバンドを再結合するため，自己相関信号が鋭くなる，という新しい概念に基づいている。
もう一つの新しい概念は，符号信号は，挿入される位相器によりさまざまな位相を有することができ，結果，多次元符号システムのデータセキュリティが向上する，ということである。

本発明の第１の側面は，光デバイスに関する。前記光デバイス（１００）は：入力ポート（Ｐｉ）；前記入力ポート（Ｐｉ）からの入力光を複数の光に分割するスプリッター（ＳＰ）；前記スプリッターに接続される複数の導波路であって，前記分割光のそれぞれが前記導波路のそれぞれを通る，複数の導波路；前記導波路のそれぞれに沿って挿入される複数の移相器（ＰＳ）であって，前記移相器のそれぞれは，前記スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせることができる，移相器（ＰＳ）；マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）は，すべての前記導波路に接続され，前記移相器（ＰＳ）からのすべての光は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に入力され，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）は，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び，複数の出力ポート（Ｐｏ）であって，前記出力ポートは，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に接続され，前記出力ポート（Ｐｏ）は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する，出力ポート（Ｐｏ），を含む。

光デバイスは，移相器を含むため，光デバイスは，自己相関信号を鋭くすることができ，多次元符号システムのデータセキュリティが向上する。移相器は，駆動デバイスにより駆動される。駆動信号は，例えば，コントローラ，により制御される。コントローラは，入力ガイドの伝達関数が効率的なものとなるように駆動信号を制御する。

光デバイスは，入力ポート（Ｐｉ），スプリッター（ＳＰ），導波路，移相器（ＰＳ），マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ），及び出力ポート（Ｐｏ）を同じ基板上で製作するのが好ましい。

光デバイスは，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）が：第１のカプラーであって，前記第１のカプラーは，スラブカプラーであって，前記第１のカプラーは，複数の入力導波路を有し，前記入力導波路のそれぞれは移相器（ＰＳ）に接続される，第１のカプラー；第２のカプラーであって，前記第２のカプラーは，スラブカプラーであって，前記第２のカプラーは，複数の出力導波路を有し，前記出力導波路のそれぞれは，出力ポート（ＰＳ）に接続される，第２のカプラー；及び，複数の接続導波路であって，前記接続導波路は，前記第１のカプラー及び前記第２のカプラーを接続し，前記接続導波路のそれぞれは長さが異なる，複数の接続導波路，を含む，のが好ましい。

図２，図３，及び図４に示すように，Ｅ／Ｄは，２つのスラブカプラーを用いて，鋭いスペクトルを得ることができる。

光デバイスは，前記光デバイスが，同時にＮのスペクトル符号化光符号を生成し，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）が以下の方程式を満たす，のが好ましい。

…［４７］
ここで，λは，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に入力される光の波長であり，Ｒは，第１のカプラー及び第２のカプラーのスラブの焦点距離であり，ｎ_ｓは，第１のカプラー及び第２のカプラーの有効屈折率であり，ｄは，接続導波路のピッチであり，ｄ_０は，入力導波路及び出力導波路のピッチである。

Ｅ／Ｄは，前記に基づいて設計されるので，入力導波路の伝達関数は実効値となり，光デバイスにより得られるスペクトルは鋭くなる。

好ましい光デバイスは，
入力導波路の数がＰであり，
出力導波路の数がＰ’であり，
Ｎが２以上であり，
Ｐが１以上であり，
Ｐ’が１以上であり，
入力導波路の１つからｋ番目の出力導波路（ｋは１以上Ｐ’以下）への伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式を満たす，
前記記載の任意の光デバイスである。

ここで，ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’を満たし，
Ｐ’は，出力ポートの数であり，
Ｎ’は，２以上の整数であり，
Ｎ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の整数であり，
Ｓ_ｋｉは，整数であり，
Ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
Ｈ（ｆ）は，光フィルターの伝達関数であり，
Φ_ｉは，一定位相値であり，
ｊバーは，（−１）^１／２に等しい虚数単位であり，
τは，一定値である。

好ましい光デバイスは，Ｎ_ｋとＮが同じ整数である，ことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，入力ポート（Ｐｉ）の数が１に等しい，すなわち，Ｐが１に等しい，ことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，ａ_ｋが一定値である「ａ」に等しい，ことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，Ｎ_ｋが出力ポートの数Ｐ’に等しい，ことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，Ｓ_ｋｉがｉ＋ｋ＋１に等しい，すなわち，Ｓ_ｋｉ＝ｉ＋ｋ＋１である，ことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，Ｎ’が出力ポートの数に等しい，すなわち，Ｎ’がＰ’に等しい，ことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，伝達関数が以下の数式で表される，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，伝達関数が１／τに等しい自由スペクトル領域を有し，伝達関数が以下の数式で表される，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，一定位相値の値が０に等しく，伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式で表される，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，Ａ_ｋが一定値である「Ａ」に等しいことを特徴とする，前記記載の任意の光デバイスである。

好ましい光デバイスは，一定位相値の値が最長系列であり，位相間の自己相関が以下の数式で表される，前記記載の任意の光デバイスである。

本発明のもう一つの光デバイスは：
複数の導波路；
前記導波路のそれぞれに沿って挿入される複数の移相器（ＰＳ）であって，前記移相器（ＰＳ）のそれぞれは：
前記導波路のそれぞれを伝播する光をシフトさせることができる，複数の移相器（ＰＳ）；
マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）は，すべての前記導波路に接続され，前記移相器（ＰＳ）からのすべての光は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に入力され，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）は，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び
複数の出力ポート（Ｐｏ）であって，前記出力ポート（Ｐｏ）は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に接続され，前記出力ポート（Ｐｏ）は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する，複数の出力ポート（Ｐｏ）
を含む。

前記光デバイスは，前記光デバイスの任意の特徴を含むことができる。前記光デバイスの入力ポートは，１つに限定されない。

もう一つの光デバイスは：
入力ポート（Ｐｉ）；
前記入力ポート（Ｐｉ）からの入力光を複数の光に分割するスプリッター（ＳＰ）；
前記スプリッター（ＳＰ）に接続される複数の導波路であって，各分割光は，前記導波路のそれぞれを通る，複数の導波路；
前記導波路のそれぞれに沿って挿入される複数の減衰器であって，前記減衰器のそれぞれは，前記スプリッターにより分割される光を減衰させることができる，複数の減衰器；
マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）は，すべての前記導波路に接続され，前記減衰器からのすべての光は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に入力され，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）は，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び
複数の出力ポート（Ｐｏ）であって，前記出力ポート（Ｐｏ）は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に接続され，前記出力ポート（Ｐｏ）は，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する，複数の出力ポート（Ｐｏ）
を含む。

前記光デバイスは，光パケットスイッチングデバイスに用いられる。

前記光デバイスは，光バーストスイッチングデバイスに用いられる。

前記光デバイスは，ＯＣＤＭＡデバイスに用いられる。

前記光デバイスは，ＭＬＰＳデバイスに用いられる。

本発明はまた，最長系列として選択可能な最適位相値のセットに関する。事実，デバイスをＯＣＤＭＡ信号を伝送するのに用いる時，異なるＯＣＤＭＡユーザが同時に伝送しており，異なる符号を識別する，すなわち，多重アクセス干渉ノイズを低減する，ことが重要である。ポートｋ及びｋ’で生成される２つの符号間の相互相関は，時間領域及び周波数領域の両方で評価することができる。後者の場合，相互相関は，以下のとおりである：

ｉ＋ｋ＝ｉ’＋ｋ’の場合のみ光サブバンドフィルターが重複すると仮定すると，先の数式は，以下のように単純化することができる：

ｋ＝ｋ’の場合，前記数式は，自己相関信号と一致する。

項

は，２つの位相シフト値の相関と見ることができ，

これらが最長系列である場合，相関は以下のとおりである。

この場合，ｋ≠ｋ’の相互相関は，

となり，最小である。

本発明の好ましい側面は，Ｎのスペクトル符号化光符号を同時に処理及び生成するのに適した光デバイスに関し，前記光デバイスは，Ｐ入力及びＰ’出力を含み，Ｎが２以上であり，Ｐが１以上であり，Ｐ’が１以上であり，入力の１つから出力ｋ（ｋは１以上Ｐ’以下）への伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式を満たすことを特徴とする。

ここで，ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’を満たし，
Ｐ’は，出力ポートの数であり，
Ｎ’は，２以上の整数であり，
Ｎ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の整数であり，
Ｓ_ｋｉは，整数であり，
Ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
Ｈ（ｆ）は，光フィルターの伝達関数であり，
Φ_ｉは，一定位相値であり，
ｊバーは，（−１）^１／２に等しい虚数単位であり，
τは，一定値である。

本発明の好ましい側面の好ましい実施形態は，Ｎ_ｋとＮが同じ整数であり，Ｎが整数である，ことを特徴とする，前記記載のデバイスである。本発明の好ましい側面の好ましい実施形態は，Ｎ_ｋとＮが同じ整数であり，Ｎが整数である，ことを特徴とする，前記記載のデバイスである。

本発明の好ましい側面の好ましい実施形態は，入力ポートの数が１に等しい，すなわち，Ｐが１に等しい，ことを特徴とする，前記記載のデバイスである。

本発明の好ましい実施形態は，ａ_ｋが一定値である「ａ」に等しい，ことを特徴とする，前記記載のデバイスに関する。

本発明の好ましい実施形態は，Ｎ_ｋが出力ポートの数Ｐ’と一致する，ことを特徴とする，前記記載のデバイスに関する。

本発明の好ましい実施形態は，Ｓ_ｋｉがｉ＋ｋ＋１に等しい，すなわち，Ｓ_ｋｉ＝ｉ＋ｋ＋１である，ことを特徴とする，前記記載のデバイスに関する。

本発明の好ましい実施形態は，Ｎ’が出力ポートの数に等しい，すなわち，Ｎ’がＰ’に等しいことを特徴とする，前記記載のデバイスに関する。
本発明の好ましい実施形態は，光フィルターの伝達関数が以下の数式で表される，前記記載のデバイスに関する。

…［２］

本発明の好ましい実施形態は，光フィルターの伝達関数が１／τに等しい自由スペクトル領域を有し，光フィルターの伝達関数が以下の数式で表される，前記記載のデバイスに関する。

…［３］

本発明の好ましい実施形態は，位相値が０に等しく，伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式で表される，前記記載のデバイスに関する。

…［４］

本発明の好ましい実施形態は，Ａ_ｋが一定値である「Ａ」に等しいことを特徴とする，前記記載のデバイスに関する。

本発明の好ましい実施形態は，位相値が最長系列であり，位相間の自己相関が以下の数式で表される，前記記載のデバイスに関する。

…［５］

符号をパケットスイッチングに用いる場合，位相シフト値の任意の組み合わせを選択することができる。最低自己相関は，Ｎ／２の位相が「π」であり，残りが「０」である，位相分布に対応する。しかし，値が０，２（π）の範囲で変化しうるランダム位相により，良好な性能が得られる。これは，異なる位相の組み合わせの数が非常に多いため，機密性を大きく向上させる。ＯＣＤＭＡの場合，スペクトル符号化技術は，２つの符号が重複しないことを常に要求する。このため，ＭＬＳによる位相は，符号が直交するように選択される。

本発明の好ましい実施形態は，前記光デバイスの任意の１つによる光デバイスを含む光パケットスイッチングデバイスに関する。
本発明の好ましい実施形態は，前記光デバイスの任意の１つによる光デバイスを含む光バーストスイッチングデバイスに関する。

本発明の好ましい実施形態は，前記光デバイスの任意の１つによる光デバイスを含むＯＣＤＭＡ用の光通信デバイスに関する。

本発明のもう一つの側面は：
入力ポート（Ｐｉ）；
前記入力ポートからの入力光を複数の光に分割するスプリッター（ＳＰ）；
前記分割光のそれぞれが通る，前記スプリッターに接続される複数の導波路；
前記スプリッターからの前記導波路に沿って挿入される複数の移相器（ＰＳ）であって，前記移相器のそれぞれは，前記スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせる，複数の移相器（ＰＳ）；
前記移相器（ＰＳ）からの光が入力されるマルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び
前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する複数の出力ポート（Ｐｏ）
を含む光デバイス（１００）に関する。

本発明は，前記発明のすべての特徴を含むことができる。好ましくは，本発明の光デバイスは，複数の移相器を駆動する１つ又は複数の移相器ドライバを含む。さらに，移相器は，前記ドライバにより制御される光の位相を任意に変更することができる。

移相器の位相シフト値が一定である場合，異なる符号のセット（１つは，各デバイスの出力ポート用）を生成・処理することができる。しかし，移相器の値が変動する場合，先のセットに直交する新たな符号を生成・処理することができる。位相シフトは，任意に選択することができるので，非常に多数の直交符号を生成することができ，よって，システムのセキュリティが大幅に向上する。

従来技術のデバイスは，盗聴者からの攻撃に非常に弱く，システムの機密性は，単純な周波数分析により容易に破ることができた。本発明の第２の側面によれば，符号は，スペクトル拡散技術と同様に生成され，位相シフト値に関する正確な知識があってはじめて正確な符号検出が可能となる。さらに，移相器の値がマルチキャストグループを表しうるため，システムの柔軟性が向上する。
本発明の好ましい実施形態は，光デバイスがＰ入力及びＰ’出力を含むＮのスペクトル符号化光符号を同時に生成し，Ｎが２以上であり，Ｐが１以上であり，Ｐ’が１以上であり，入力の１つから出力ｋ（ｋは１以上Ｐ’以下）への伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式を満たす，ことを特徴とする，前記光デバイスに関する。

ここで，ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’を満たし，
Ｐ’は，出力ポートの数であり，
Ｎ’は，２以上の整数であり，
Ｎ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の整数であり，
Ｓ_ｋｉは，整数であり，
Ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
Ｈ（ｆ）は，光フィルターの伝達関数であり，
Φ_ｉは，一定位相値であり，
ｊバーは，（−１）^１／２に等しい虚数単位であり，
τは，一定値である。

本発明の好ましい実施形態は，入力ポート（Ｐｉ），スプリッター（ＳＰ），導波路，移相器（ＰＳ），マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ），及び出力ポート（Ｐｏ）が同じ基板上に作製される，前記光デバイスに関する。構成要素を同じ基板上に作製することにより，ビーティングの影響を回避することができる。本発明の好ましい実施形態は，光デバイスがパッシブかつレシプロカルである，前記光デバイスに関する。すなわち，前記光デバイスの入力ポート及び出力ポートを，それぞれ，出力ポート及び入力ポートにすることができる。これにより，同じデバイスを符号化及び復号に用いることが可能となる。

本発明の好ましい実施形態は，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）が：各移相器（ＰＳ）に接続される複数の入力導波路と，複数の出力導波路と，を有する第１のカプラー；及び，前記第１のカプラーの前記出力導波路に接続される複数の入力導波路と，出力ポートに接続される出力導波路と，を有する第２のカプラー，を含む，前記光デバイスに関する。前記マルチポート符号器／復号器は，周知の技術を用いて製造され，鋭いピークの自己相関信号を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態は，位相値が最長系列である，前記光デバイスに関する。
すなわち，位相値は，最長系列に制御又は変更される。本例では，位相間の自己相関は，以下のようになる。

符号をパケットスイッチングに用いる場合，位相シフト値の任意の組み合わせを選択することができる。最低自己相関は，Ｎ／２の位相がπであり，残りは０である，位相分布に対応する。しかし，値が０，２πの範囲で変化しうるランダム位相により，良好な性能が得られる。これは，異なる位相の組み合わせの数が非常に多いため，機密性を大きく向上させる。

ＯＣＤＭＡの場合，スペクトル符号化技術は，２つの符号が重複しないことを常に要求する。このため，ＭＬＳによる位相は，符号が直交するように選択される。

本発明の好ましい実施形態は，前記記載の任意の１つの光デバイスに関し：
入力ポート（Ｐｉ）；
前記入力ポートからの入力光を複数の光に分割するスプリッター（ＳＰ）；
前記分割光のそれぞれが通る，前記スプリッターに接続される複数の導波路；
前記スプリッターからの前記導波路に沿って挿入される複数の移相器（ＰＳ）であって，前記移相器のそれぞれは，前記スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせる複数の移相器（ＰＳ）；
前記スプリッターからの前記導波路に沿って挿入される複数の減衰器であって，前記減衰器のそれぞれは，前記スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせる複数の減衰器；
前記移相器（ＰＳ）からの光が入力されるマルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び
前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する複数の出力ポート（Ｐｏ）
を含む。

本発明の好ましい実施形態は，前記光デバイスを含む光パケットスイッチングデバイスである。本発明の好ましい実施形態は，前記光デバイスを含む光バーストスイッチングデバイスである。本発明の好ましい実施形態は，前記光デバイスを含むＯＣＤＭＡ用光通信デバイスである。

本発明のさらにもう一つの側面は，光符号生成デバイスに関し：
レーザー光源；
前記レーザー光源からのレーザー光を変調するための１つ又は複数の変調器；
前記変調器により出力される変調光を分割するための１つ又は複数のスプリッター；
前記スプリッターからの導波路に沿って挿入される複数の移相器（ＰＳ）であって，前記位相器のそれぞれは，前記スプリッターにより分割される光をシフトさせる，複数の移相器（ＰＳ）；
前記移相器（ＰＳ）からの光が入力されるマルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び
前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する複数の出力ポート（Ｐｏ）
を含む。
本発明の好ましい実施形態は，セキュリティキーが疑似ランダム二相位相符号である，前記光符号生成デバイスに関する。
本発明の好ましい実施形態は，光デバイスが，Ｐ入力及びＰ’出力を含むＮのスペクトル符号化符号を同時に生成し，Ｎが２以上であり，Ｐが１以上であり，Ｐ’が１以上であり，入力の１つから出力ｋ（ｋは１以上Ｐ’以下）への伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式を満たすことを特徴とする，前記光デバイスに関する。

ここで，ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’を満たし，
Ｐ’は，出力ポートの数であり，
Ｎ’は，２以上の整数であり，
Ｎ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の整数であり，
Ｓ_ｋｉは，整数であり，
Ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
Ｈ（ｆ）は，光フィルターの伝達関数であり，
Φ_ｉは，一定位相値であり，
ｊバーは，（−１）^１／２に等しい虚数単位であり，
τは，一定値である。

特許文献１並びに非特許文献１及び２のマルチポート符号器／復号器は，２つの弱点を示す。１つめの弱点は，機密性の欠如である。事実，多次元構成で生成可能な符号の数は非常に多いが，マルチポート符号器／復号器を持っている盗聴者は，容易に多次元符号を識別することができる。従って，本発明では，多次元符号がまず位相シフトされ，次に合計されるように，移相器のセットが符号器／復号器のポートで追加される。前記新しい構成では，光符号生成にある程度の自由があり，また，移相器の値を任意に選択することができるので，同じデバイスを持っているが位相シフト値を知らない盗聴者は，符号を認識することができない。

特許文献１並びに非特許文献１及び２のマルチポート符号器／復号器に対して，本発明の第２の利点は，前記新しいデバイスが光符号を復号し，鋭いピークの自己相関信号を生成することができるという事実である。前記特性は，本例の場合，タイムゲートやスレッショルディングを用いることができるため，システム性能を大幅に向上させる。さらに，符号器／復号器のカスケード能力はまた，前記構成で実現可能である。なぜなら，自己相関信号は，基本的に，すべての符号を生成する入力レーザーパルスと一致するからである。前記特性は，本発明は，マルチポート符号器／復号器により生成されるすべての多次元コードを結合するため，出力パルスのスペクトルが入力レーザーパルスの同じ周波数成分を有する，という事実に由来する。

本発明はまた，最長系列として選択される必要のある，多重アクセスノイズを低減するように選択される必要のある移相器の最適値に関する。前記特性は，図３４に示すように，ＭＡＩノイズを大幅に低減する。
本発明によれば，鋭いピークの自己相関信号が得られ，符号性能が向上する。

本発明によれば，移相器の使用は，任意の位相シフト値の選択を可能にし，結果，多次元符号システムの符号濃度が増大し，よって，多次元符号システムのデータセキュリティが向上する。

図１は，本発明による光デバイスの原理を概略的に示す。 図２は，単一の基板上に作製される本発明による光デバイスの例を概略的に示す。 図３（１）〜図３（４）は，それぞれ，本発明による光デバイスにより生成される符号，対応するスペクトル，自己及び相互相関信号を示す。 図４（１）〜図４（４）は，それぞれ，従来の光デバイスにより生成される符号，対応するスペクトル，自己及び相互相関信号を示す。 図５（１）及び図５（２）は，それぞれ，ＭＰＬＳネットワーク及びＣＤＭＡネットワークを概略的に示す。 図６は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（１）を概略的に示す。 図７は，図６の図による符号器／復号器の好ましい実施形態を示す。 図８（１）及び図８（２）は，それぞれ，ＭＰＬＳネットワークにおけるラベル生成器及びＣＤＭＡネットワークにおける復号器としての図７のデバイスの適用を示す。 図９は，光符号処理器としての図７のデバイスの適用を示す。 図１０（１）〜図１０（３）は，それぞれ，図７のデバイスの入力における光信号，及び結果として出力で得られる自己相関及び最大相互相関信号を示す。 図１１は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（２）を示す。 図１２（１）〜図１２（３）は，それぞれ，図１１のデバイスの入力における光信号，及び結果として出力で得られる自己相関及び最大相互相関信号を示す。 図１３は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（３）を示す。 図１４（１）及び図１４（２）は，それぞれ，ＭＰＬＳネットワーク及びＣＤＭＡネットワークにおける図１１のデバイスの適用を示す。 図１５は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（４）を示す。 図１６は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（５）を概略的に示す。 図１７は，図１６のデバイスのＮ×Ｎ ＭＭＩカプラーを概略的に示す。 図１８は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（６）を概略的に示す。 図１９は，例（１）〜（６）が用いられる符号ベースの光ルータの配置を示す。 図２０（１）及び図２０（２）は，それぞれ，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器の例（６）を用いた符号生成及び符号識別を示す。 図２１は，本発明による光デバイスに用いられる符号器／復号器を特徴付けるための実験的配置を示す。 図２２（１）及び図２２（２）は，それぞれ，標準的なマルチポート符号器／復号器を適用したマルチ符号ＯＣＤＭシステムにおけるＯＬＴ及びＯＮＵの配置を示す。 図２３（１）及び図２３（２）は，それぞれ，ブロック暗号暗号スキームを適用したマルチ符号ＯＣＤＭシステムにおけるＯＬＴ及びＯＮＵの配置を示す。 図２４（１）及び図２４（２）は，それぞれ，本発明による光デバイスを適用したＯＬＴ及びＯＮＵの配置を示す。 図２５（１）及び図２５（２）は，それぞれ，従来の符号器／復号器及び本発明の光デバイスの時間領域及び周波数領域に関する符号生成スキームを示す。 図２６（１）〜図２６（４）は，それぞれ，本発明による光デバイスにより生成される符号，対応スペクトル，自己及び相互相関信号を示す。 図２７（１）〜図２７（４）は，それぞれ，一次元ＰＳＫ符号生成の場合の光デバイスにより生成される符号，対応スペクトル，自己及び相互相関信号を示す。 図２８（１）〜図２８（４）は，ランダム構成においてｎ＝２５の同時コヒーレントレーザーパルスが与えられるＮ＝５０のポートの場合の光デバイスにより生成される符号を示す。 図２９は，ｎ次元符号及びスペクトル位相符号のセキュリティ対ポート数を示すグラフを示す。 図３０（１）〜図３０（４）は，それぞれ，本発明による光デバイスのすべての移相器が同じ値を有する場合に生成される符号，対応スペクトル，自己及び相互相関信号を示す。 図３１（１）〜図３１（４）は，それぞれ，本発明による，８つの移相器が値πを有し，残りのすべての移相器が値０を有するランダム分布の場合に生成される符号，対応スペクトル，自己及び相互相関信号を示す。 図３２は，本発明を適用した光パケットスイッチノードの配置を示す。 図３３は，本発明による光デバイスを適用したＯＣＤＭＡスキームの配置を示す。 図３４（１）〜図３４（４）は，生成される１５ユーザのＯＣＤＭＡ伝送符号の数値結果を示す。 図３５（１）〜図３５（３）は，それぞれ，従来のＰＯＮ，ＯＬＴ，及びＯＮＵの配置を示す。 図３６（１）及び図３６（２）は，それぞれ，多次元符号化を利用したＯＬＴ及びＯＮＵの配置を示す。

本発明は，図１に示すように，２つ以上のスペクトル位相符号を生成することができる，単一又は複数の入力Ｐｉ及び２つ以上の出力Ｐｏを有する光デバイスに関する。本発明は，以下の機能性を有するマルチポート符号器／復号器に基づく：短レーザーパルスがマルチポート符号器／復号器の任意の入力ポートに送られると，異なる光符号が符号器／復号器の出力ポートで生成される。２つ以上のレーザーパルスがマルチポート符号器／復号器の２つ以上の異なる入力ポートに送られると，多次元符号のセットが符号器／復号器の出力ポートで生成される。

本発明では，入力ポートにおけるレーザーパルスのセットを同時に送信することにより，マルチポート符号器／復号器は多次元構成に用いられる。入力パルスは，マルチポート符号器／復号器の入力ポートの数と同じ数のコピーに分割され，結果，入力パルスのコピーがマルチポート符号器／復号器のすべての入力ポートに到達し，多次元符号のセットがその出力ポートで生成される。さらに，スプリッターの端に挿入される移相器を用いて，位相を入力パルスのコピーに変え，位相シフト多次元符号を生成する。

光デバイスの機能性をより良く説明するために，入力ポートＰｉを出力ポートとして用い，出力ポートＰｏをデバイス入力として用いる，レシプロカル構成を考えることができる。デバイスは，パッシブかつレシプロカルであり，システム要件に従って，両方の構成で用いることができる。単一レーザーパルスがポートＰｏの任意の１つに送られると，マルチポート符号器／復号器は，その出力ポートにおいて異なる符号を生成する。これらの符号は，位相シフトされ，スプリッターを用いて合計され，ポートＰｉにおいてスペクトル位相符号を生成する。事実，マルチポート符号器／復号器により生成される符号は，周波数領域において異なる周波数チャネルに対応するという特性を有する。前記構成では，各チャネルからの出力は，位相シフトされ，合計され，スペクトル位相符号を得る。本発明は，スペクトル位相光符号を生成する効率的かつ柔軟性のある方法である。事実，単一レーザーパルスを異なるマルチポート符号器／復号器のポートＰｏに送ると，異なるスペクトル位相符号を生成する。

マルチポート符号器／復号器により生成される各符号は，１／τに等しいＦＳＲを有するシフトされたサブバンド光フィルターＨ（ｆ）に対応する。従って，Ｎの入力ポート及びＮの出力ポートを有するマルチポート符号器／復号器の入力ｉから出力ｋへの伝達関数，すなわち，符号のフーリエ変換は，以下のように記述することができる。

位相シフトを各符号に加えると，すなわち，各コードに

を乗じて，すべての符号を合計すると，以下が得られる。

…［６］
これが，本発明の目的であるスペクトル位相符号器の伝達関数であり，マルチポート符号器／復号器を用いて，すべての関数

を生成し，移相器のセットを用いて各符号に

を乗じ，スプリッタを用いてすべての符号を合計することにより，作製することができる。
本発明はまた，より一般的なケースを含む―サブバンド光フィルターが異なるＦＳＲを有する場合，すなわち，伝達関数がＨ（ａ_ｋｆ）（ｋ＝０，１，Ｎ−１）である場合；各サブバンドフィルターの単一周波数シフトが異なる場合

（ｋ＝０，１，Ｎ−１）；すべての符号が合計されない場合（Ｎ’がＮと一致しない）；及び，マルチポート符号器／復号器のポート数Ｐ’がＮと一致しない場合。
最後に減衰器を移相器の前に挿入する可能性についても検討し，それは，以下の数式中のパラメータＡ_ｋで表すことができる。

…［７］

１．光デバイス
図１に示すように，本発明による光デバイスの例は：入力ポート（Ｐｉ）；前記入力ポートからの入力光を複数の光に分割するスプリッター（ＳＰ）；各分割光が通る前記スプリッターに接続される複数の導波路；前記スプリッターからの前記導波路に沿って挿入される複数の移相器（ＰＳ）であって，前記移相器のそれぞれは，前記スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせる，複数の移相器（ＰＳ）；前記移相器（ＰＳ）からの光が入力されるマルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）であって，スペクトル符号化符号を生成する，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）；及び，前記マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する複数の出力ポート（Ｐｏ），を含む。すなわち，図１に示す光デバイスは，入力ポート（Ｐｉ），スプリッター（ＳＰ），移相器（ＰＳ），マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ），及び出力ポート（Ｐｏ）を含む。

本発明による光デバイスのもう一つの例を図２に示す。光デバイス１００は，入力ポート（Ｐｉ），スプリッター（ＳＰ），複数の移相器（ＰＳ），及び符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）から成る。光デバイスは，さらに，出力ポート（Ｐｏ）を含む。スプリッター（ＳＰ）は，入力ポートからの入力光を複数の光に分割する。スプリッター及び移相器は，複数の導波路により接続される。分割光は，導波路を通る。移相器（ＰＳ）は，導波路に沿って挿入される。各移相器は，スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせる。移相器（ＰＳ）からの光は，マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）に入力される。Ｅ／Ｄは，スペクトル符号化符号を生成する。マルチポート符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）により生成されるスペクトル符号化符号は，複数の出力ポート（Ｐｏ）により出力される。前記配置は，前記図１に示すものと同様である。しかしながら，図２の光デバイス１００は，単一基板上に作製される。

１．１ 光デバイスの符号性能
図２に示す光デバイス１００は，図３６（１）に示すＥ／Ｄ９６７などの従来の光デバイスと同じ多符号特性を有しうる。すなわち，光デバイス１００は，Ｎ（Ｎは出力ポート数）の符号のセットを同時に生成／処理することができる。本発明の符号性能は，大幅に向上している。なぜなら，光デバイス１００の場合，自己相関信号は，デルタ状であり，受信器においてタイムゲーティングやスレッショルダーを用いることが可能であるからである。
新たな符号器により生成される符号，対応スペクトル，自己及び相互相関信号を，それぞれ，図３（１）〜図３（４）に示す。図３（３）に示すように，光デバイス１００の自己相関信号は，デルタ状である。パワーコンストラスト比（ＰＣＲ），すなわち，２つの隣接ポートで検出される自己及び相互相関ピーク間の比は，８．８ｄＢであった。

比較のために，図４（１）〜図４（４）は，従来の光デバイスにより生成される符号，対応スペクトル，並びに，自己及び相互相関信号を示す。自己相関関数は，三角形であり，２つの隣接ポートにおけるパワーコントラスト比は，７ｄＢであることを観察した。

１．２ 光デバイスの適用
光デバイス１００は，ＭＰＬＳネットワークやＣＤＭＡネットワークに適用することができる。

１．２．１ ＭＰＬＳネットワーク
図５（１）は，ＭＰＬＳネットワークの概略図を示す。ＭＰＬＳネットワークの入力ノード１において，固定フォーマットを有するラベル２は，各データパケット３の先頭（又は末尾）に挿入される。特に，前記ラベルは，一般に最大３２ビットを有する符号であり，各ラベルビットは，より適切にはチップと呼ばれる。次のノード４において，パケット３は，ラベル２自身の値に基づいて目的ノード５までルーティングされ，ノード５は，前記パケット３を最終的に受信する。

すなわち，ＭＰＬＳネットワークは，光ネットワークの外部ノード１及び５を接続する仮想リンク又はトンネルを生成する。データパケット３がトンネルの入力に入ると，通常のＩＰ手順は停止し，いわゆるラベルスイッチングにより，パケットは，ラベル２の値に基づいて目的ノード５までルーティングされる。

従って，ＭＰＬＳプロトコルは，通常のＩＰパケットのルーティングに取って代わるものではないが，データ伝送速度を増加させる前記プロトコルに重なり，十分なバンドを異なるＱｏＳ（サービスの質）要件のトラフィックフローに割り当てる。
光デバイス１００をＭＰＬＳネットワークに適用する場合，光デバイス１００により生成される符号は，ラベル２として使用することができる。

１．２．２ ＣＤＭＡネットワーク
図５（２）は，ＣＤＭＡネットワークの概略図を示す。すべてのユーザ５０により伝送される信号は，スターカプラー５２によって各受信器５１に分散される。データの符号化及び復号が光領域で行われる場合，電子符号器及び復号器で可能なものよりはるかに高速の総伝送速度に達する。Ｎの異なる符号器５３を各ユーザ５０に対して一つずつ使用する代わりに，単一光デバイス１００を使用することができる。受信時，所望のユーザ符号が判明次第，適合フィルターを用いて復号が行われる。光デバイス１００はまた，Ｎの異なる符号器５４を各符号に対して一つずつ使用する代わりに使用することもできる。

異なる光符号を正確に識別するために，自己相関関数のピークはできるだけ高い必要がある一方，相互相関関数は，すべてにおいてゼロに近い必要がある。

２．符号器／復号器（Ｅ／Ｄ）
光デバイス１００に用いられるＥ／Ｄは，前記特許文献１に従って作製することができる。前記デバイスは，あらゆる光電変換及び逆の変換を回避しながら，直接光領域でＮの符号を同時に生成及び処理することができる。同じデバイスは，同時にすべての符号を生成するとともに同時にそれらを処理することができ，よって，同じデバイスをＭＰＬＳ光ネットワークの入力ノードと通過ノードの両方に，又は，ＣＤＭＡネットワークの送信及び受信の両方に用いることができる。

２．１ 符号器／復号器の例（１）
Ｅ／Ｄの例（１）は，ウェーブレットパケット（すなわちＷＰ）分解，有限インパルス応答（すなわちＦＩＲ）を利用する多重解像度解析（すなわちＭＲＡ），共役直交ミラーフィルター（すなわちＱＭＦ），Ｈ（ｆ），及びＧ（ｆ）を使用する。Ｍに等しい長さを有する前記フィルターの係数ｈ［ｎ］及びｇ［ｎ］は，以下の方程式を満たす：

…［８］
ここで，δ［ｎ］は，クロネッカーのデルタ関数である。ウェーブレットアトムは，一連の関数であり，以下のように再帰的に定義される：

…［９］

ここで，正の整数に等しいｌは，分解レベルであり，同様に正の整数に等しいｍは，ツリー内でのウェーブレットアトム位置であり，ｔは，一定単位遅延であり，符号系列のチップ間隔と一致する。関数ｗ_０，０（ｔ）は，ＭＲＡのスケーリング関数であり，以下のスケーリング方程式を満たす。

…［１０］
ＷＰアトムは，２項間の整数の倍数において自己及び相互直交関数である。

…［１１］
ここで，三角括弧「＜＞」は，内積を示す。式［１１］に示すように，「ｎ」及び「ｋ」は，正の整数に等しい。式［９］から始まって，ウェーブレットアトムは，以下のように表すことができ，

…［１２］
ここで，

…［１３］
は，（ｌ，ｍ）端末からルートノードへの等価フィルターであり，式［９］を用いて再帰的に計算することができる。従って，式［１１］の直交条件は，

…［１４］
であり，フィルターｆ_ｌ，ｍ［ｋ］（

）の係数は，長さが（２^ｌ−１）（Ｍ−１）＋１の自己及び相互相関符号のセットである。
完全ＷＰ分解ツリーのスキームを図６に示す。図６において，各ステージは，対数的に増加する単位遅延を有するフィルターである。図２の光デバイスの入力における持続時間がｔより短い単一パルスは，長さ（２^ｌ−１）（Ｍ−１）＋１のツリー端末における光符号（ＰＣ）のセットの起源となる。同じ分解レベル（例えば，同じｌを有する）にある端末のみが同じ長さのラベルを生成するが，すべてのツリーノードは，異なるＯＣを提供する。さらに，ツリー端末を単に追加又は削除することにより，既存のラベルを何ら変更することなく，ユーザを追加又は削除することができ，理論上無限濃度のＯＣセットが得られる。すなわち，各ラベルは，自身のタイムシフトされたバージョンに直交し，任意の分解レベルで生成されるラベルは，互いに直交する。
図２のデバイスは，多重バンドフィルターのセットであると考えることができ，ここで，フーリエ変換は：

…［１５］
であり，以下の表現を有する：

…［１６］
（Ｆ＝Ｈ又はＧ）。さらに，以下のとおりである。

…［１７］

完全ＷＰ分解ツリーは，ＰＬＣ技術を単一基板に用いて光領域に組み入れることができる。図７は，分解レベルｌ＝３のハールウェーブレットパケットに関連した本発明によるデバイスの好ましい実施形態を示す。前記デバイスは，入出力３ｄＢ対称方向性カプラー及び対数的に増加する単位遅延を有するマッハツェンダー干渉計（すなわちＭＺＩ）のツリーである。前記ハールウェーブレット分解のＱＭＦは，長さＭ＝２を有する：

図７に図示したデバイスは，アダマール符号と一致し，間隔τのＮ個のチップパルスからなる長さＮの二位相偏移変調（すなわちＰＳＫ）符号である，光符号を生成する。

図８（１）を参照すると，符号６で示される，（ＭＰＬＳネットワークにおける）ラベル生成器としての図７の光デバイスの使用は，１の入力とＮ（Ｎは生成されるラベルの数）の出力を提供することが観察できる。第１の変調器１１を通じて光源７の出力を変調することにより得られる一連の光パルス（後に光符号を生成する単一チップパルス）は，デバイス６の入力に送られ，Ｎ個のラベルが各出力ポートに同時に存在する。ラベルを選択するためには，電気光学切替器８を通じてデバイス６の対応出力を選択するだけでよく，よって，光ネットワークは，必要な時に非常に簡単な方法で再構成することができる。選択されたラベル２は，データパケット３の前（又は後）に挿入される。データパケット３は，方向性カプラー９及び遅延線１０を用い，第２の変調器１２を通じて光源７の出力を変調することにより得られる。
図８（２）に示すように，デバイスは，ＣＤＭＡネットワークの送信ノードにおける符号器として使用しうる。本ケースでは，変調器１２を通じて光源７の出力を変調することにより得られる送信データは，直接デバイスの入力に送信される。出力において，符号化信号４０が得られ，多重アクセスネットワークに送信される。

図７に示す同じデバイスは，ＭＰＬＳネットワークのルータノードにおいて，又はＣＤＭＡネットワークの受信システムにおいて，すべての光符号を同時に処理するのに用いることができる。

事実，図９に示すように，ＭＰＬＳネットワークの場合，デバイスは，すべての相関を同時に実行するのを可能にする。ペイロードデータ信号の先頭（又は末尾）に付加される光ラベルからなるＩＰパケットが図７のデバイスの入力に送信されると，対応ラベルの端末における出力信号は，自己相関ピークＡＣＰを示す自己相関信号と一致し，一方，他の出力における信号は，より小さい値をとる相互相関関数である。従って，デバイスからの出力信号を光切替器を制御する信号として用いることができ，ルーティングされるＩＰパケットがその入力に適用される。同様に，ＣＤＭＡネットワークの符号化信号がデバイスの入力に送信されると，使用符号に対応する出力端末において送信信号が得られ，一方，他の符号と共に送信される信号は，他の出力おいて検出される。

受信ラベルを正確に識別するために，相互相関信号ＣＣＰの最大値は，ＡＣＰよりもはるかに低いことが好ましい。事実，図７のデバイスにより生成されるアダマール符号は，不均一相互相関関数を有し，すべてのラベルはＡＣＰ＝Ｎ^２＝８^２＝６４を有するが，ラベルの一部は，特に，図１０に示すように，ＣＣＰ＝（Ｎ−１）^２＝７^２＝４９に等しい最大ＣＣＰをとる。図１０（１）は，１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃのデータパケットと，５ｐｓのチップパルス持続時間及び１２．５ｐｓの間隔ｔを有するフロントラベルと，を含む光符号を示す。一方，図１０（２）及び図１０（３）は，それぞれ，自己及び相互相関信号を示す。

相関性能を記述するパラメータは，最大ＣＣＰ・ＡＣＰ間の比率ｒであり，本ケースでは，ｒ＝０．７７である。従って，符号のセットは，不満足な性能を示す。最適な符号のセットは，同じ自己及び相互相関関数を示す光符号から成る。このためには，式［１６］及び式［１７］を持ち出すと，すべてのフィルターＦ_ｌ，ｍが同じ長さ（例えば，同じ分解レベルｌ）を有し，以下の式に従ったプロトタイプフィルターのシフトされたのコピーであることが必要である。

…［１８］
Ｈ及びＧは，以下の関係を満たす一対のＱＭＦフィルターであるため

…［１９］
＊は，複素共役を示す。

ｌ＝１の場合，条件［１８］は自動的に満たされる。ｌ＞１の場合，ツリーのルートから端末までの遅延を減少させることにより，図７の分解スキームを逆転させること，及び，条件［１８］を満たすために一定位相シフタを追加すること，が可能である。

２．２ 符号器／復号器の例
最適な符号セットを生成するのに適したＥ／Ｄの第２の例を図１１に示す。前記Ｅ／Ｄは，８の位相ＰＳＫラベルを生成し，図１２に示すように，すべて，ＡＣＰ＝６４，最大ＣＣＰ＝６．８３，ｒ＝０．１０７を有する。図１２（１）は，１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃのデータパケットと，５ｐｓのチップパルス持続時間及び１２．５ｐｓの間隔ｔと，を有するフロント光符号を含む光信号を示し，一方，図１２（２）及び図１２（３）は，それぞれ，自己及び相互相関信号を示す。特に，Ｎの出力を有する同様の最適な符号器／復号器を実行するためには，Ｎ−１のＭＺＩ，マッハツェンダー干渉計，及び複数の移相器が必要である。

２．３ 符号器／復号器の例
また，本ケースでは，アクティブユーザの数がＮより少ない場合，ツリーを削除することが可能である。さらに，すべての生成符号は，同じ長さを有する。例えば，図１３は，最後の２対のＱＭＦフィルターを削除することにより図１１の１つから得られるＥ／Ｄの第３の例を示す。図１３のデバイスは，同じ長さ８のＮ＝６のラベルを生成する。端末（３，０）（３，１）（３，２）及び（３，３）で生成されるラベルは，ＡＣＰ＝６４を有し，一方，端末（２，２）及び（２，３）で生成されるラベルは，ＡＣＰ＝１６であり，すべてのラベルは，最大ＣＣＰ＝２を有する。

図１４（１）は，図５（１）のＭＰＬＳネットワークの一部を概略的に示す。図８（１）のデバイス６は，入力ノード１及びルータノード４の両方において用いられ，光切替器１３を制御する。
一方，図１４（２）は，図５（２）のＣＤＭＡネットワークを示す。図１１の１つである単一デバイス６は，異なる符号を有するＮのユーザのデータを符号化するために，複数の送信ノード４に使用され，同様の単一デバイス６’は，Ｎの受信信号を復号するために，複数の受信ノード５に使用される。

２．４ 符号器／復号器の例
符号直交性能は，Ｎを増加させることでさらに強化することができる。しかしながら，各ＱＭＦフィルターの長さＭを増加させることにより，ユーザ数Ｎを変更することなく非常に良好な相関特性を有する符号系列を生成することが可能である。例としてかつ限定することなく，長さＭ＝４を有するドブシーのウェーブレットフィルターの完全木を実行するＥ／Ｄの第４の例を図１５に示す。デバイスは，長さ２２のＮ＝８の光符号を生成し，光ラベルは，不均一な振幅及び位相を有するチップパルスから成る。各符号は，ＡＣＰ＝１３．５，最大ＣＣＰ＝１．５５，及びｒ＝０．１１４を有する。

２．５ 符号器／復号器の例
図１１のデバイスの同じ光符号を生成するのに適したＥ／Ｄの第５の例を図１６に示す。前記Ｅ／Ｄは，２つのマルチモード干渉（すなわちＭＭＩ）カプラー２１，２３，Ｎの導波路及びＮの光移相器の回折光子２２を含む。以下において，入力ポートｉ，出力ポートｋ，及び回折光子アームｊはすべて，１からＮ（上方）の数字で参照する。

第１のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラー２１は，Ｎ×Ｎの均一パワースプリッターであり，すなわち，多数のモードを横方向にサポートする導波路であり，垂直軸に沿って単一モードであり，Ｎの受信単一モード導波路及びＮの送信単一モード導波路に接続される。マルチモード導波路の自己結像特性により，入力の任意の一つにおけるフィールド分布は，均等な振幅及び異なる位相を有するＮの像の出力面で再生される。

Ｎの像を生成するために，ＭＭＩカプラー２１は，長さＬ_ｃ＝Ｍ３Ｌ_ｐ／Ｎを有することが好ましい。ここで，Ｍ及びＮは，１より大きい公約数を持たない任意の２つの正の整数であり，

…［２０］

ここで，β_０及びβ_１は，それぞれ，０次及び１次モードの伝搬定数であり，ｎ_ｇは，（有効）屈折率であり，λは，自由空間波長である。Ｗ_ｅは，基本横モードの有効幅であり，各単一モードフィールドの横侵入深さを考慮に入れるように，実際のガイド（又はスラブ）幅Ｗよりわずかに広い；高コントラスト導波路の場合，Ｗ_ｅは，ほぼＷに等しいと仮定することができる。多くの実際の適用においては，統合光デバイスは，できるだけ短くすべきであり，ＭＭＩカプラー２１の場合，Ｍ＝１と仮定することができる。図１７は，図１２に記載のＮ×ＮのＭＭＩカプラーを概略的に示す。入力及び出力導波路は，等間隔に配置される。

…［２１］
入力ｉから出力ｊへの像に関連する位相φ_ｉｊは：

…［２２］
及び

…［２３］

入力ポート及び出力ポートは交互に用いることができるため，式［２２］は，デバイスの対称性により，φ_ｉｊ＝φ_ｊｉを示す。よって，入力ｉから出力ｋへのインパルス応答ｈ_ｉｋ（ｔ）は，入力ｉ’から出力ｋ’へのインパルス応答とｉ’＝ｋかつｋ’＝ｉの時一致する。
ＭＭＩカプラー２１のポートの任意の入力における光パルスは，カプラーのすべての出力で再生され，異なる長さを有する回折格子２２の導波路に分散される。よって，パルスは，回折格子２２のアームの異なる経路を進み，パルスの遅延コピーは，以下のＭＭＩカプラー２３により結合される。従って，入力ｉから出力ｋへのデバイスのインパルス応答は，（一定位相因子及び場合によっては一定振幅因子をも除いて）以下に等しい。

…［２４］

ここで，ｊ＝（−１）^１／２，δはディラックのデルタ関数，θ_ｊは，ｊ番目の移相器により導入される一定位相シフトである。さらに，Ｌ_ｊは，回折格子２２のｊ番目のアームの長さ，ｎ_ｅは，対応（有効）屈折率である。
等間隔のチップからなる光符号を生成するためには，回折格子２２のアームの長さＬ_ｊ（ｊ＝１，２．．．Ｎ）が以下の条件を満たすことが好ましい

…［２５］
及び，整数

が，以下の条件をみたすこと。

Ｌ_ｍは，回折格子２２のリファレンス導波路の長さであり，最も短い（ｄ_ｍ＝０）と仮定され，ΔＬは，回折格子２２の２つの導波路の長さの間の最小差である。最も一般的な構成では，回折格子の長さは，ｊと直線的に増加しないが，回折格子２２のアームの因子ｄ_ｊが，すべて異なり，完全に間隔［０〜Ｎ−１］をカバーしている必要がある。入力ｉからリファレンス出力ｍまでのインパルス応答は，

…［２６］
に等しく，出力ｍにおける光符号は，均等な振幅及び異なる位相を有するＮのＰＳＫチップの系列である。移相器の値θ_ｊは，リファレンス符号がすべて，等位相，すなわち，

…［２７］
を有するチップから成るように選択する必要があり，Ａ_ｉｊｍは，整数定数である。

任意の固定入力ｉ及びリファレンス出力ｍに対し，式［２７］から開始する位相シフトθ_ｊの値を計算することが可能である。
出力ｋ及びｋ’における光符号が直交する場合，対応インパルス応答の相互相関関数は，ほぼ０である：

…［２８］
入力ｉから出力ｋへの伝達関数Ｈ_ｉｋ（ｆ）は，インパルス応答［２４］のフーリエ変換を実行することにより計算することができる：

…［２９］
周波数領域において，関係［２８］は，以下のようになる。

…［３０］
前記条件は，伝達関数がリファレンス伝達関数Ｈ_ｉｍ（ｆ）のコピーに翻訳される場合，すなわち，それらが，以下に等しい場合，常に満たされる。

…［３１］
ここで，ｎは，２つの異なる出力に対応する値が異なる，という条件を満たす整数である：

…［３２］
すべての光符号が同一の自己及び相互相関関数を有する光符号のセットは，周波数領域のリファレンス符号のフーリエ変換を翻訳することにより生成することができる。式［２７］を使用することにより，入力ｉ及びリファレンス出力ｍ間の伝達関数は，以下と等しくなり，

…［３３］
それを式［３１］に代入することにより，結果として以下が得られる。

…［３４］
式［２９］と式［３４］の比較から，以下の条件が満たされる場合，ＯＣは直交することがわかる：

…［３５］
式［２５］及び式［２７］を用いることにより，

…［３６］
であり，ｊ＝ｍと見なすと，以下が得られ，

…［３７］
式［３６］に代入すると，以下のようになる。

…［３８］

特に，Δφ_ｊｍ＝０である。
位相差は，式［２２］から計算することができ，以下が得られる。

及び

…［３９］
ここで，Ａ_ｑは整数であり，Ａ_ｊｋは，４の整数の倍数である。従って，条件［３８］は，以下のように表すことができる：

…［４０］
ここで，「ｍｏｄ」は，モジュール演算子を表し，よって，

となる。
式［４０］は，図１７に示すデバイスの第５の実施形態を実行する公式を提供する。特に，第１の式［４０］は，リファレンス出力ｍにおける光符号と出力ｋにおける光符号との間の相対位相シフトを与え；第２の式［４０］は，因子ｄ_ｊ，よって，導波路回折格子２５のアームＬ_ｊの長さ，を与える。入力ｉから出力ｋへの伝達関数は以下のとおりである：

…［４１］
便宜上，基準長さＬ_ｍ＝ＮΔＬを選択することができ，結果，伝達関数［４１］は，以下のようになり，

…［４２］

出力ｋにおけるＯＣの位相は，２π／Ｎの倍数である。本ケースの場合，式［３７］から，

…［４３］

であり，図１７のデバイスにより生成されるＯＣは，図１６のデバイスにより生成されるものと一致する。

例としてかつ限定することなく，図１７のデバイスがＮ＝８の入力とＮ＝８の出力を有する場合，リファレンス出力がｍ＝２で入力ポートがｉ＝４と仮定すると，式［４０］から，回折格子２２のアームの因子は，ｄ_ｊ＝（７ ０ ６ １ ５ ２ ４ ３）となり，式［２０］による移相器の値は，以下のようになる：

出力ｍ＝２におけるリファレンス符号は，０に等しいすべての位相を有し，一方，他の出力において生成される符号は，図１８のデバイスにより生成されるものと同一の図１６に記述のものである。
式［２７］によれば，回折格子２２のアームの因子は，ｊと共に単調に増加せず，また，平面ガイドの交差を避けるために，多重Ｕベンドを配置に挿入するか，Ｓ構成を使用する必要がある。あるいは，ｄ_ｊ＝αｊ（αは整数）の条件を定めることが可能である。本ケースの場合，回折格子２２の因子ｄ_ｊは，以下に等しく

…［４４］

ｊが偶数でα＝２の場合，これは常に満たされる。従って，偶数の入力のみを考えると，偶数の出力及び偶数の添え字を有する導波路回折格子２２のアーム，図１６のデバイスは，ｊとともに単調に増加する回折格子２２のアームの長さで実行可能である。
当業者であれば，直ちに，図１６のデバイスを，第１のＭＭＩカプラーが単一の入力及びＮの出力を有する１×Ｎの不均一スプリッターである場合に適用する。本発明によるデバイスの他の実施形態は，ノードに図１６のものと類似のデバイスが存在するツリー構造を含みうる；前記ケースでは，非常に高濃度の符号セットを生成することが可能である。

２．６ 符号器／復号器の例
図１８は，１つの導波路回折格子及び２つの収束カプラーすなわち「スラブ」を有する第６のＥ／Ｄの例を示す。特に，図１８のデバイス２５は，Ｎの入力導波路，Ｎの出力導波路，２つの結合導波路，及び１つの導波路回折格子を含む。各カプラーの入力及び出力における導波路は，ローランド円構造に従って配置され，回折格子の２つの隣接導波路の長さは，定数ΔＬによって異なる。
入力ｉと出力ｋ間の伝達関数は，（一定位相因子及び場合により一定振幅因子をも除いて）以下に等しく，

…［４５］

ここで，ｎ_ｓ及びｎ_ｅは，それぞれ，スラブ及び導波路回折格子の有効屈折率であり；ｄは，導波路回折格子のピッチであり，θ_ｉ及びθ_０は，それぞれ，入力導波路及び出力導波路により画定される角度である，すなわち，

…［４６］
入力導波路及び出力導波路の回折格子のピッチは，それぞれ，ｄ_ｉ及びｄ_０で示され，Ｒは，スラブの焦点距離である。ｄ_ｉ＝ｄ_０と仮定し，以下となるよう構成パラメータを選択する。

…［４７］
式［４５］及び式［４６］から，以下が得られる。

…［４８］
各入力ｉに対し，「ｉ」がＮでない場合，ｍ＝Ｎ−ｉ，「ｉ」＝Ｎの場合，ｍ＝Ｎ，により与えられるリファレンス出力導波路を定義することができる。リファレンス伝達関数は，以下に等しく，

…［４９］
関連インパルス応答は，以下に等しく，

…［５０］

ここで，τ＝ΔＬｎ_ｅ／ｃは，光符号のチップ間隔である。
そのような方法で，図２１のデバイス２５は，図１４及び図１９のデバイスにより生成される同じ符号を生成する。事実，入力ｉから出力ｋへの伝達関数は，（以下の）リファレンス関数の翻訳バージョンである。

…［５１］
本発明によるデバイスのさらなる実施形態は，符号長を増加させることなく，異なる波長のラベルを符号化し，可変波長や調節可能なレーザー光源を単一入力チップの光源として用いることにより，符号濃度を増大させることが可能である。

さらなる例として，図２１のデバイスの入力ｉ_１及びｉ_２に送信される同じ波長の２つの同一のパルスを考慮することにより，出力ｋにおける伝達関数は，以下に等しく，

…［５２］
ここで，ｍ_１は，ｉ_１に対応するリファレンス出力であり，すなわち，ｉ_１がＮでない場合，ｍ_１＝Ｎ−ｉ_１であり，ｉ_１＝Ｎの場合，ｍ_１＝Ｎである。対応インパルス応答は，以下に等しく，

・・・［５３］

結果，ＯＣは，一般的に，不均等な振幅及び位相を有する。特に，ｉ_１−ｉ_２＝Ｎ／２の場合，同じ振幅の偶数のチップパルスのみから成る長さＮのＯＣが生成される。

デバイスをルータノードのラベルプロセッサとして用いる時，ラベルが入力ポートｉ＝ｋに送られると，デバイスの相互関係により，２つの自己相関信号は，出力ｋ＝ｉ_１及びｋ’＝ｉ_２にある。従って，多次元ＯＣセットの場合，２つの符号間の完全な一致は，２つ以上の自己相関ピークの同時存在を測定することにより検出される。Ｎ＝８の二次元符号セットの場合，ＡＣＰ＝１６であり，最大ＣＣＰ＝３であり，よって，ｒ＝０．１８７であり，一次元ＯＣの場合よりもわずかに悪い。

本発明による光デバイス及び光符号セットにより与えられる利点は，例えば，ＭＰＬＳネットワーク及びＣＤＭＡネットワークに関する適用において明らかである。

特に，同じデバイスは，符号器及び復号器の両方として用いうる：デバイス出力を適宜選択することにより，異なる光符号が選択される。
多重アクセスネットワークにおける本発明による光符号の使用に関し，ＭＰＬＳネットワークに関する同じ検討事項が適用される。特に，Ｎのユーザの信号は，多重アクセス干渉又はＭＡＩ実質ゼロで受信される。なぜなら，提案される光符号は，直交性が高いためである。
好ましい実施形態は，前述のとおりであり，本発明の複数の変更を示唆したが，当業者であれば，以下の特許請求の範囲に記載のように，関連する保護の範囲から逸脱しない範囲で，他の変更を加えることが可能であることを理解すべきである。

２．６ 符号ベース光ルータにおけるＥ／Ｄの適用
符号ベースの光ルータにおいて，ラベルスイッチングルーティング（ＬＳＲ）ノードコントローラは，入力ラベル及びファイバーポートをもとに，ルックアップテーブルから新たなラベルを決定し，一方，転送機能は，元のラベルと新たなラベルとの交換を含む（図１９を参照のこと）。ノード入力において，ラベル処理は，Ｅ／Ｄにより行われ，Ｅ／Ｄは，入力符号とルックアップテーブルのすべての符号エントリーとの間の光相関を並行して同時に行う。ＡＣＰは，１つの出力にのみ発生するのに対し，相互相関信号は，他の出力において検出される。検出器からの電気信号は，光パケットスイッチを駆動し，入力パケットは，所望の出力に転送される。光ラベルの交換は，ＬＤＰに従って，入力ラベルを削除し，新たなラベルを挿入することにより行われる。短レーザーパルスがＥ／Ｄ入力に送り込まれ，Ｎのラベルがデバイス出力において同時に生成され，結果，対応デバイス出力ポートをファイバに結合させることにより，所定のラベルが入力パケットに付加される。図１９のラベルスイッチは，動的ラベル交換を可能にする。なぜなら，前記ラベルは，異なるＥ／Ｄ出力ポートを選択することにより容易に変更可能であるからである；先の符号ベースの光ルーターアーキテクチャでは，ラベルを交換するために，符号器を別のデバイスと交換する必要があった。

２．７ アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）構成におけるマルチポートＥ／Ｄ
図２０は，並行して１６のＯＣを処理／生成可能な１６の入力／出力ポートを有する，アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）構成における多重Ｅ／Ｄの例を示す。前記デバイスは，ＡＷＧ構成を有するが，波長分波器ではなく，１６のチップ光位相偏移変調（ＰＳＫ）符号［２０］を同時に生成及び処理するトランスバーサルフィルタ（ＴＶＦ）のように動作する。
ＯＣのフルセットを生成するために，短レーザーパルスがデバイス入力ポートの一つに伝送され，デバイス出力ポートにおいて，図２０（１）に示すように，Ｎ＝１６の異なるＯＣを得る。ラベルを処理するために，入力ＯＣは同じ入力ポートに転送され，デバイス出力において，すべての相関信号は，一連の光検出器により検出される；整合ポートで示される自己相関ピーク（ＡＣＰ）は，明白に符号を識別する（図３（２）を参照）。
各符号は，異なる位相（ＰＳＫ符号）を有する１６のパルス（文献では，しばしば「チップ」と呼ばれる）から成る；２つの連続したチップの時間間隔は，Δτ＝５ｐｓであり，符号チップレートは，１／Δτ＝２００ｇｉｇａｃｈｉｐ／ｓである。前記パラメータは，ＯＣが復号器を通り，デバイス出力におけるＡＣＰを検出するのに必要とされる時間に関連するパケット処理速度を決定する：ラベル処理速度は，１／（Ｎ−１）Δτ＝１３．３．×１０^９パケット／ｓであり，１．０ｋｂのパケット長が，１３．５Ｔｂ／ｓの伝送能力になる。ＯＣのチップは，入力レーザーパルスのコピーである：重複を避けるために，入力レーザーパルスは，チップ間隔Δτよりも短い必要があるが，光源パルス幅δｔが小さく，符号のスペクトルの帯域幅が大きいほど，パケット処理速度及び帯域幅占有が必要となる。デバイスが生成可能なラベルＮの数は，各符号のチップの数とも一致する；また，前記パラメータを設計するために，パケット処理速度と引き替えに符号濃度を手に入れる必要がある。

２．８ 実験装置
符号器及び復号器の両方に対し，Ｅ／Ｄを特徴付けるために，図２１に示す実験装置を用いた。１６の異なるラベルを生成するために，モード同期レーザーダイオード（ＭＬＬＤ）からの２．５ｐｓ半値前幅（ＦＷＨＭ）の１０ＧＨｚガウスレーザーパルスをデバイス入力ポートの一つに送り，出力ポートにおけるＯＣをストリークカメラで観察する。

２．９ マルチ符号ＯＣＤＭシステムに適用されるマルチポートＥ／Ｄ
図２２は，マルチポートＥ／Ｄがマルチ符号ＯＣＤＭシステムに適用される様子を示す。同じＥ／Ｄが，図２５（１）及び図２５（２）にそれぞれ示すように，ＯＬＴ１１０及びＯＮＵ１５０に用いられている。

２．１０ ブロック暗号暗号化におけるマルチポートＥ／Ｄ
図２３は，マルチポートＥ／Ｄがブロック暗号化スキームに適用される様子を示す。ブロック暗号スキームは，Ｍ元伝送（Ｍ−ａｒｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に対応し，データの機密性は，ｍビットのメッセージブロックと暗号文のＭ＝２^ｍ決定との一致に依存する；セキュリティキーは，Ｍ！であるＭ＝２^ｍのあらゆる可能な順列である。

Ｍ元伝送では，伝送データ速度及びスペクトル効率を増加させるために，単一ユーザからのｍビットのストリームがＭ＝２_ｍのコードワードに符号化される。セキュリティは，異なる符号を各ビット列に割り当てる論理に依存し，Ｍ元伝送は，無条件に安全である。なぜなら，敵は，単に推測するだけでは前記通信を発見することができないからである。本ケースでは，コードワードは，暗号文に対応し，セキュリティキーは，ビットストリームとコードワード間の通信であることが分かる。ブロック暗号暗号化システムは，完全に安全である。なぜなら，シャノンの定理によれば，キースペースのエントロピーＨｋは，メッセージエントロピーＨｍよりも大きいからである。

３．移相器を有する光デバイス
移相器を有しない前記マルチポートＥ／Ｄは，かなり高い符号濃度の符号を生成することができるが，移相器を用いれば，システムのセキュリティを強化することができる。以下，本発明の光デバイスの適用について述べる。

３．１ 移相器を有するＯＬＴ及びＯＮＵアーキテクチャ
ＯＬＴ及びＯＮＵアーキテクチャを，それぞれ，図２４（１）及び図２４（２）に示す。符号器及び復号器の最初のＮ／２ポートは，ビット「１」に用いられ，残りがビット「０」に用いられる。本ケースでは，セキュリティキーは，値０及びπを有しうるＮの位相系列に対応する。

３．２ 符号生成スキーム
以下，光デバイスの符号生成スキームについて述べる。
ｎ次元符号は，ＰＳＫ符号を合計する（ｎのレーザーパルスを符号器の入力ポートに同時に送る）ことにより生成され，対応スペクトルは，ｎの非重複周波数サブバンドから成る（図３（ａ）参照）。
本発明の符号生成スキームを従来の二次元符号生成スキームと比較するために，従来の二次元符号生成における符号生成の概略図を図２５（１）及び図２５（２）に示し，本発明の符号生成の概略図を図２５（３）及び図２５（４）に示す。

図２５（１）を参照すると，時間領域において，２つのコヒーレントＰＳＫ符号の合計は，異なる振幅及び位相のチップを有する符号となる。一方，二次元符号の周波数成分は，２つの非重複周波数サブバンドの重ね合わせである（図２５（２））。
移相器を使用する時，ｎ次元符号を生成するのに使用されるコヒーレントレーザーパルスの位相を変化させることにより，ある程度の自由度をもたらすことができ，図２８（３）及び図２８（４）のスキームにより，スペクトル位相符号を得ることができる。
これは，直接シーケンス及びスペクトル拡散技術の双方に属するハイブリッド構成として観察される。疑似ランダム二値位相符号が，ｎ＝５０のコヒーレントレーザーパルスに適用される０又はπの位相シフトと共に生成され，符号器の入力ポートに送られる。

スペクトル位相多次元符号の強度及び周波数スペクトルを，それぞれ，図２６（１）及び図２６（２）に示す。整合及び不整合符号化信号を，図２６（３）及び図２６（４）に示す。すべての符号器（及び復号器）のポートを使用するため，整合信号は短入力レーザーパルスと一致する；非同期ＯＣＤＭスキームでは，ＭＡＩ及びビートノイズを低減するために，デルタ状自己相関信号が望ましい。
比較のため，ｎ＝１のレーザーパルスが与えられるＮ＝５０のポートを用いた一次元ＰＳＫ符号生成の場合の対応信号を図２７（１）〜（４）に示す。また，ランダム構成におけるｎ＝２５の同時コヒーレントレーザーパルスが与えられるＮ＝５０のポートの場合の対応信号を図２８（１）〜（４）に示す。
図２６（３）と，図２７（３）及び図２８（３）とを比較すると，移相器の使用が鋭いピークの自己相関信号につながったことが明らかである。これは，本発明が符号性能を向上させることを説明している。

３．３ セキュリティ評価
移相器を用いずに生成されるｎ次元符号に関しては，あらゆる可能なキーは，以下のとおりである。

一方，スペクトル位相符号の場合，あらゆる可能なキーの数は２^Ｎである。
総当たり符号検索攻撃を考慮に入れ，敵が１秒間に１０７の符号をテストすることができると仮定して，符号を解読するのに要する年数を見積もった。ｎ次元符号及びスペクトル位相符号の場合のセキュリティ対ポート数を図２９にプロットした。
両方の符号生成スキームは，Ｎの大きな値に対して計算量的に安全であるが，スペクトル位相符号のセキュリティの方が，ｎ次元符号のセキュリティよりも高いことが分かった。

３．４ 移相器の位相値の数値シミュレーション
数値シミュレーションの２つのケースを分析した。ケースａ）では，すべての移相器が同じ値であり，従って，符号はデルタ状である。もちろん，本ケースでは，自己及び相互相関関数は同じである。ケースｂ）では，８の移相器のランダム分布は同じπを有し，残りのすべての移相器は，値０を有する。

生成される符号，対応スペクトル，自己及び相互相関信号を，それぞれ，図３０（１）〜図３４（４）及び図３１（１）〜（４）に示す。符号は，デルタ状ではないが，相互相関は，非常に小さくなる。符号を選択する２つのパラメータを有するのを観察することは重要である：位相シフト分布をもとに，異なる出力ｋを選択することにより異なる符号を選択することができる。あるいは，位相シフト値を変化させることにより，符号セットを変化させることができる。

３．５ 光パケット／バーストスイッチングにおける本発明の適用
本発明の光デバイスは，光パケットスイッチング（ＯＰＳ）及び光バーストスイッチング（ＯＢＳ）の両方に適用することができる。ルーティングノード構成は，図１７を参照して上述したものとほぼ同様である。

新たなラベルを生成するために，移相器の値を設定する必要があり，符号器の出力ポートを選択する必要がある。符号を処理するために，移相器の同じ値を設定する必要があり，整合ポートにおいてのみ，自己相関ピークを測定する。

従って，システムアーキテクチャは，極めて柔軟である。なぜなら，移相器の値が符号器及び復号器の両方において適度に固定されている場合，デバイスポートで生成される符号のセットで作業することができるからである。例えば，符号シフト値は，マルチキャストＯＰＳ／ＯＢＳアーキテクチャにおいて，クラス・オブ・サービス（ＣｏＳ）やクオリティ・オブ・サービス（ＱｏＳ）を提供するのに用いることができる。

前記スキームを図３２に示す。自己相関ピークは，入力パルスと一致するため，Ｏ／Ｅ変換のない符号器／復号器のカスケードを考えることも可能である。

３．６ 光パケット／バーストスイッチングにおける本発明の適用
図３３は，本発明を適用したＯＣＤＭＡスキームを示す。ユーザ１がデータを伝送すると，レーザー光源により生成される短パルスがＥ／Ｄの第１のポートに入り，すべてのＥ／Ｄの出力ポートで異なる符号が生成される。各符号は位相シフトされ，すべての符号が合計される。

受信側では，移相器は，Ｅ／Ｄの出力ポートではなく，入力ポートに配置される。デバイスは，パッシブかつレシプロカルであるので，移相器は，Ｅ／Ｄの両側に配置することができる。これは，完全に等しい。

本ケースの場合，ルーティングノード構成は，上述したものとほぼ同様である。各ユーザは，各自のビットレートで非同期的に伝送する。ＯＣＤＭＡ信号を適切に逆多重化するために，受信側でＥ／Ｄに適用される移相器の位相値は，送信側と同様に設定する必要がある。１５ユーザのＯＣＤＭＡ送信の数値結果を図３４に示す。

３．３ 最長系列
パケットスイッチングの場合，任意の位相シフト値の組み合わせを選択することができる。最低の自己相関は，Ｎ／２の位相がπで，残りが０の位相分布に対応する。しかし，良好な性能は，０，２πの範囲で変動可能な値を有する，ランダム位相で得ることができる。これは，大幅に機密性を増大させる。なぜなら，異なる位相の組み合わせの数が非常に大きいためである。

しかしながら，ＯＣＤＭＡの場合，スペクトル符号化技術は，２つの符号が重複しないことを常に要求する。符号は同時に生成されるため，位相シフト値の任意の組み合わせは，符号の重複につながる可能性がある。従って，符号の重複を避けるために，任意のスペクトル位相符号化技術に有効な最適な位相分布を考慮すべきである。

最長系列（ＭＬＳ）に従って位相を選択することにより，直交符号が得られ，図３４に示す結果が得られる。

本発明の光デバイスは，特にＭＰＬＳネットワーク及びＣＤＭＡネットワーク用の光通信の分野に用いることができる。

Claims (14)

1. 入力ポート（Ｐｉ）と；
   前記入力ポート（Ｐｉ）からの入力光を同時に複数のコヒーレントな光に分割するスプリッター（ＳＰ）と；
   前記スプリッターに接続され，前記分割光のそれぞれが通過する複数の導波路と；
   前記複数の導波路のそれぞれに沿って挿入され，前記スプリッター（ＳＰ）により分割される光をシフトさせることができる複数の移相器（ＰＳ）と；
   前記複数の導波路のすべてに接続され，前記複数の移相器（ＰＳ）からのすべての光が入力され，複数のスペクトル符号化符号を同時に生成するために，前記複数の移相器（ＰＳ）から入力されたすべての光を同時にエンコードするマルチポート符号器と；
   前記マルチポート符号器に接続され，前記マルチポート符号器により生成される前記スペクトル符号化符号を出力する複数の出力ポート（Ｐｏ）と；を含み，
   前記マルチポート符号器が：
   前記複数の移相器（ＰＳ）のそれぞれに接続された複数の入力導波路を有する一つのスラブカプラーである，第１のカプラーと；
   前記複数の出力ポート（Ｐｏ）のそれぞれに接続された複数の出力導波路を有する一つのスラブカプラーである，第２のカプラーと；
   前記第１のカプラー及び前記第２のカプラーを接続する複数の接続導波路であって，前記複数の接続導波路のそれぞれは長さが異なる，複数の接続導波路と；
   を含み，
   少なくとも前記複数の出力ポート（Ｐｏ）と等しい数の前記移相器（ＰＳ）を備える，
   光デバイス。
2. 請求項１に記載の光デバイスであって，
   前記光デバイスは，同時にＮのスペクトル符号化光符号を生成し，前記マルチポート符号器が以下の方程式を満たす，
   光デバイス。
   

   

   ここで，λは，マルチポート符号器に入力される光の波長であり，Ｒは，第１のカプラー及び第２のカプラーのスラブの焦点距離であり，ｎ_ｓは，第１のカプラー及び第２のカプラーの有効屈折率であり，ｄは，接続導波路のピッチであり，ｄ_０は，入力導波路及び出力導波路のピッチである。
3. 請求項２に記載の光デバイスであって，
   前記入力導波路の数がＰであり，
   前記出力導波路の数がＰ’であり，
   前記Ｎが２以上であり，
   前記Ｐが１以上であり，
   前記Ｐ’が１以上であり，
   前記入力導波路の１つからｋ番目の前記出力導波路（ｋは１以上Ｐ’以下）への伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式を満たす，
   光デバイス。
   

   

   ここで，ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’を満たし，
   Ｐ’は，出力ポートの数であり，
   Ｎ’は，２以上の整数であり，
   Ｎ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の整数であり，
   Ｓ_ｋｉは，整数であり，
   Ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
   ａ_ｋは，１≦ｋ≦Ｐ’の一定値であり，
   Ｈ（ｆ）は，光フィルターの伝達関数であり，
   Φ_ｉは，一定位相値であり，
   ｊバーは，（−１）^１／２に等しい虚数単位であり，
   τは，一定値である。
4. 前記Ｎ_ｋ及び前記Ｎが同じ整数である，請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記入力ポート（Ｐｉ）の数が１に等しい，すなわち，Ｐが０に等しい，請求項３に記載の光デバイス。
6. 前記ａ_ｋが一定値である「ａ」に等しい，請求項３に記載の光デバイス。
7. 前記Ｎ_ｋが前記出力導波路の数Ｐ’と同じである，ことを特徴とする，
   請求項３に記載の光デバイス。
8. 前記Ｓ_ｋｉがｉ＋ｋ＋１に等しい，すなわち，Ｓ_ｋｉ＝ｉ＋ｋ＋１である，請求項３に記載の光デバイス。
9. 前記Ｎ’が前記出力導波路の数に等しい，すなわち，前記Ｎ’が前記Ｐ’に等しい，請求項３に記載の光デバイス。
10. 前記伝達関数が以下の数式で表される，請求項３に記載の光デバイス。
    

    
11. 前記伝達関数が１／τに等しい自由スペクトル領域を有し，前記伝達関数が以下の数式で表される，請求項３に記載の光デバイス。
    

    
12. 前記一定位相値の値が０に等しく，前記伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）が以下の数式で表される請求項３に記載の光デバイス。
    

    
13. 前記Ａ_ｋが一定値である「Ａ」に等しい，請求項３に記載の光デバイス。
14. 前記一定位相値の値が最長系列であり，前記位相間の自己相関が以下の数式で表される請求項３に記載の光デバイス。
    

    

Images