KR20070104482A - 광 펄스 시간 확산기 및 광 부호 분할 다중 전송 장치 - Google Patents

광 펄스 시간 확산기 및 광 부호 분할 다중 전송 장치 Download PDF

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KR20070104482A
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겐스케 사사키
아키히코 니시키
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오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

자기 상관 파형의 피크치 P 와 서브 피크치 W 의 비 P/W, 및 자기 상관 파형의 피크치 P 와 상호 상관 파형의 최대 피크치 C 의 비 P/C 가 모두 크다. 코어 (34) 와 클래드 (32) 를 구비하는 광 파이버 (36) 의 코어에, 15 개의 단위 FBG 가 도파 방향을 따라 직렬로 배치된 SSFBG (40) 가 장착되어 있는 구조의 위상 제어 수단이다. 광 파이버의 실효 굴절률의 최대와 최소의 차 Δn 은 6.2×10-5 이다. 앞뒤에 인접하고 또한 동등한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차는 M 을 정수로 하여, 2πM+(π/2) 로 부여된다. 또한, 앞뒤에 인접하고 또한 상이한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차는 M 및 N 을 정수로 하여, 2πM+(2N+1)π+(π/2) 로 부여된다.
광 펄스, 시간 확산기, 광 부호 분할

Description

광 펄스 시간 확산기 및 광 부호 분할 다중 전송 장치{OPTICAL PULSE TIME SPREADER AND OPTICAL CODE DIVISION MULTIPLEX TRANSMITTER}
본 발명은, 광 펄스를 칩 펄스로 시간 확산하는 광 펄스 시간 확산기에 관한 것이다. 구체적으로는, 광 펄스 시간 확산기로서의 응용예인 광 부호기 혹은 광 복호기에 관한 것이다. 특히, 단위 회절 격자를 광 파이버의 도파 방향을 따라 직렬로 배치한 구성의 위상 제어 수단을 구비하는 광 부호기 혹은 광 복호기에 관한 것이다. 또한, 이 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 실시되는 광 부호 분할 다중 전송 방법 및 이 방법을 실현하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근, 인터넷의 보급 등에 의해 통신 수요가 급속히 증가하고 있다. 그에 대응하여 광 파이버를 이용한 고속이고 대용량인 네트워크가 정비되고 있다. 그리고, 통신의 대용량화를 위해서, 한 개의 광 파이버 전송로에 복수 채널분의 광 펄스 신호를 모아 전송하는 광 다중 기술이 검토되고 있다.
광 다중 기술로서는, 광 시분할 다중 (OTDM: Optical Time Division Multiplexing), 파장 분할 다중 (WDM: Wavelength Division Multiplexing) 및 광 부호 분할 다중 (OCDM: Optical Code Division Multiplexing) 이 활발히 연구되고 있다. 이 중에서, OCDM 은, 운용면에 있어서의 유연성, 즉, OTDM 이나 WDM 에 있어서 송수신되는 광 펄스 신호의, 1 비트 당 할당되는 시간축 상의 제한이 없다는 특장을 갖고 있다. 또한, 시간축 상에서 동일한 시간 슬롯에 복수의 채널을 설정할 수 있고, 혹은 파장축 상에 있어서도 동일한 파장에 복수의 통신 채널을 설정할 수 있다는 특장을 갖고 있다.
이하, 광 펄스 신호라는 표현은, 2 값 디지탈 신호를 반영한 광 펄스열을 의미하는 것으로 한다. 즉, 규칙적인 일정한 간격 (비트 레이트에 상당하는 주파수의 역수에 상당하는 시간 간격) 으로 광 펄스가 늘어서는 광 펄스열에 대하여, 시간축 상에 있어서, 이 광 펄스열을 구성하는 광 펄스의 존재 및 비존재에 대응시켜 2 값 디지탈 신호를 반영시킨 광 펄스열을 광 펄스 신호라 하기로 한다.
OCDM 이란, 채널마다 상이한 부호 (패턴) 를 할당하여, 패턴 매칭에 의해 신호를 추출하는 통신 방법이다. 즉, OCDM 은, 송신측에서는 통신 채널마다 상이한 광 부호로 광 펄스 신호를 부호화하고, 수신측에서는 송신측과 동일한 광 부호를 이용하여 복호화하여 원래의 광 펄스 신호로 되돌리는 광 다중 기술이다.
복호시에는 부호가 맞는 광 펄스 신호만이 유효한 신호로서 추출되어 처리되기 때문에, 동일한 파장 혹은 복수의 파장이 조합된 광으로 이루어지는 광 펄스 신호를, 복수의 통신 채널에 할당하는 것이 가능해진다. 또한 광 부호기의 위상 제어 수단에는, 파이버 브래그 그레이팅 (FBG: Fiber-Bragg-Grating) 등의 수동 광소자를, 부호 처리에 필요한 위상 제어를 위해 이용하는 것이 가능하므로, 부호 처리에 있어서의 전기적 제한을 받지 않고 통신 레이트의 고속화에의 대응이 가능하게 된다. 또한, 동일한 파장에서 동일 시각에 복수의 채널을 다중하는 것이 가 능하여, 대용량의 데이터 통신을 가능하게 한다. OTDM 이나 WDM 에 비해, 통신용량이 비약적으로 향상될 수 있는 점에서 주목받고 있다.
OCDM 의 부호화의 수단으로서, 광의 위상을 부호로서 이용하는 광 위상 부호 방식이 알려져 있다. 구체적으로는 부호기 및 복호기에 수퍼스트럭처드 파이버 브레그 그레이팅 (SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating) 을 이용한다 (예를 들어, 비특허 문헌 1 및 2, 혹은 특허 문헌 1 을 참조).
도 1(A)∼(E) 를 참조하여, SSFBG 를 이용하여 형성된 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기를, 부호기 및 복호기로서 이용하는 경우에 대하여, 그 동작 원리를 설명한다. 도 1(A) 는, 입력광 펄스의 시간 파형을 나타낸 도이다. 도 1(E) 은, 부호기에서 부호화된 부호화 광 펄스열이 복호기에서 복호화되는 모습의 설명에 제공하는 도이다.
도 1(A) 에 나타내는 입력광 펄스가 광 파이버 (12) 로부터 광 써큘레이터 (14) 를 통하여 부호기 (10) 에 입력되어 부호화되고, 다시 광 써큘레이터 (14) 를 통하여 광 파이버 (18) 를 전파 (pass through) 하고, 광 써큘레이터 (22) 를 통하여 복호기 (20) 에 입력된다. 그리고, 복호기 (20) 에서 복호화되어 자기 상관 파형이 생성되고, 이 자기 상관 파형이 광 써큘레이터 (22) 를 통하여 광 파이버 (26) 를 전파한다.
도 1(E) 에 나타내는 부호기 (10) 및 복호기 (20) 는, 광 파이버의 도파 방향을 따라 4 개의 단위 파이버 브래그 그레이팅 (FBG: Fiber Bragg Grating) 이 배열되어 구성된 SSFBG 이다. 여기에서는, 일례로서 4 비트의 광 부호 (0,0,1,0) 를 이용하여, 부호기 (10) 및 복호기 (20) 의 기능을 설명한다. 여기서, 광 부호를 부여하는 「0」 및 「1」 로 이루어지는 수열의 항 수를 부호 길이라 하는 경우도 있다. 이 예에서는, 부호 길이가 4 이다. 또한, 광 부호를 부여하는 수열을 부호열이라 하고, 부호열의 각 항 「0」 및 「1」 을 팁이라 하는 경우도 있다. 그리고, 0 및 1 의 값 그 자체를 부호값이라 하는 경우도 있다.
부호기 (10) 를 구성하는 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 는, 각각, 상기 광 부호의 제 1 번째의 팁 「0」, 제 2 번째의 팁 「0」, 제 3 번째의 팁 「1」 및 제 4 번째의 팁 「0」과 대응한다. 부호값이 0 인지 1 인지를 결정하는 것은, 인접하는 단위 FBG 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상 관계이다. 즉, 제 1 번째의 팁과 제 2 번째의 팁은 동등한 부호값 0 을 취하고 있으므로, 제 1 번째의 팁에 대응하는 단위 FBG (10a) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상과, 제 2 번째의 팁에 대응하는 단위 FBG (10b) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상은 동등하다. 또한, 제 2 번째의 팁의 부호값은 0 이며 제 3 번째의 팁의 부호값은 1 이기 때문에, 양자는 서로 상이한 값을 취하고 있다. 따라서, 제 2 번째의 팁에 대응하는 단위 FBG (10b) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상과, 제 3 번째의 팁에 대응하는 단위 FBG (10c) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상의 차이가 π 로 되어 있다. 마찬가지로 제 3 번째의 팁의 부호값은 1 이며 제 4 번째의 팁의 부호값은 0 이기 때문에, 양자는 서로 상이한 값을 취하고 있다. 따라서, 제 3 번째의 팁에 대응하는 단위 FBG (10c) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상과, 제 4 번째의 팁에 대응하는 단위 FBG (10d) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상의 차이가 π 로 되어 있다.
이와 같이, 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상을 바꿈기 때문에, 규정되는 광 부호를 광 위상 부호라 부르는 경우도 있다.
다음에, 광 펄스가 부호기에서 부호화되어 부호화 광 펄스열로 변환되고, 그 부호화 광 펄스열이 복호기에서 복호화되어 자기 상관 파형이 형성되는 과정을 설명한다. 도 1(A) 에 나타내는 단일 광 펄스가 광 파이버 (12) 로부터 광 써큘레이터 (14) 및 광 파이버 (16) 를 통하여 부호기 (10) 에 입력되면, 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 로부터의 브래그 반사광이 생성된다. 그래서, 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 로부터의 브래그 반사광을 각각 a, b, c 및 d 로 한다. 즉, 도 1(A) 에 나타내는 단일 광 펄스가, 브래그 반사광 a, b, c 및 d 로 시간 확산되어 부호화 광 펄스열로 변환된다.
브래그 반사광 a, b, c 및 d 는, 시간 축에 대하여 나타내면, 도 1(B) 에 나타내는 바와 같이, 4 개의 광 펄스로 분리되어 시간축 상에서, 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 의 배열 방법에 의존하는 특정 간격으로 배열된 광 펄스열을 구성한다. 따라서, 부호화 광 펄스열이란, 부호기에 입력된 광 펄스가 시간축 상에 복수의 광 펄스로서 시간 확산된 광 펄스열이다.
도 1(B) 에 광 파이버 (18) 를 전파하는 부호화 광 펄스열을 시간 축에 대하여 나타낸다. 도 1(B) 에서는, 부호화 광 펄스열을 보기 쉽게 나타내기 위해서, 종축의 방향을 따라 광 펄스를 어긋나게 하여 나타내고 있다.
단위 FBG (10a) 에 의한 브래그 반사광이, 도 1(B) 중에 있어서 a 로 나타내 는 광 펄스이다. 마찬가지로 FBG (10b), FBG (10c) 및 FBG (10d) 에 의한 브래그 반사광이, 도 1(B) 중에 있어서, 각각, b, c 및 d 로 나타내는 광 펄스이다. a 로 나타내는 광 펄스가 부호기 (10) 의 입사단에 가장 가까운 단위 FBG (10a) 로부터 반사되는 광 펄스이므로, 시간적으로 가장 진행된 위치에 있다. b, c 및 d 로 나타내는 광 펄스는 각각, FBG (10b), FBG (10c) 및 FBG (10d) 로부터의 브래그 반사광이고, FBG (10b), FBG (10c) 및 FBG (10d) 는, 부호기 (10) 의 입사단으로부터 이 순서로 늘어서 있으므로, b, c 및 d 로 나타내는 광 펄스는 도 1(B) 에 나타내는 바와 같이, a로 나타내는 광 펄스에 계속하여 b, c, d 의 순서로 늘어선다. 이하의 설명에 있어서, 브래그 반사광 a, 브래그 반사광 b, 브래그 반사광 c 및 브래그 반사광 d의 각각에 대응하는 광 펄스를, 각각 광 펄스 a, 광 펄스 b, 광 펄스 c 및 광 펄스 d 라 표현하는 경우도 있다. 또한, 광 펄스 a, 광 펄스 b, 광 펄스 c 및 광 펄스 d 각각을 칩 펄스라 하는 경우도 있다.
부호화 광 펄스열을 구성하는 이들 브래그 반사광 a, b, c 및 d 의 위상의 관계는, 상기 기술한 바와 같이, 다음과 같이 되어 있다. 브래그 반사광 a 의 위상과 브래그 반사광 b 의 위상은 동등하다. 브래그 반사광 b 의 위상과 브래그 반사광 c 의 위상의 차이가 π 로 되어 있다. 브래그 반사광 c 의 위상과 브래그 반사광 d 의 위상의 차이가 π 로 되어 있다. 즉, 브래그 반사광 a 의 위상을 기준으로 하면, 브래그 반사광 a, 브래그 반사광 b 및 브래그 반사광 d 의 위상은 동등하고, 이들에 대하여 브래그 반사광 c 의 위상은 π 차가된다..
그래서 도 1(B) 에서는, 브래그 반사광 a, 브래그 반사광 b 및 브래그 반사 광 d 의 각각에 대응하는 광 펄스를 실선으로 나타내고, 브래그 반사광 c 에 대응하는 광 펄스를 파선으로 나타내고 있다. 즉, 브래그 반사광끼리의 위상 관계를 구별하기 위해서, 대응하는 광 펄스를 나타내는 데, 실선 및 파선을 이용하는 것으로 한다. 실선으로 나타난 광 펄스끼리의 위상은 서로 동등하고, 또한 파선으로 나타난 광 펄스끼리의 위상은 서로 동등한 관계에 있다. 그리고 실선으로 나타난 광 펄스의 위상과 파선으로 나타난 광 펄스는 서로 π 차가된다.
부호화 광 펄스열은, 광 파이버 (18) 를 전파하여 광 써큘레이터 (22) 를 통하여 복호기 (20) 에 입력된다. 복호기 (20) 는 부호기 (10) 와 동일한 구조이지만, 입력단과 출력단이 반대로 되어 있다. 즉, 복호기 (20) 의 입력단으로부터 순서대로 단위 FBG (20a, 20b, 20c 및 20d) 로 늘어서 있지만, 단위 FBG (20a) 와 단위 FBG (10d) 가 대응한다. 또한, 마찬가지로 단위 FBG (20b), 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 는, 단위 FBG (10c), 단위 FBG (10b) 및 단위 FBG (10a) 와 각각 대응한다.
복호기 (20) 에 입력되는 부호화 광 펄스열은, 우선 이 부호화 광 펄스열을 구성하는 광 펄스 a 가 단위 FBG (20a, 20b, 20c 및 20d) 로부터 각각 브래그 반사된다. 그 모습을, 도 1(C) 를 참조하여 설명한다. 도 1(C) 는, 횡축에 시간축을 취하고 있다. 그리고 편의적으로 1 에서 7 을 부여하여 시각의 전후 관계를 나타내고 있으며, 이 수치가 작을수록, 앞의 시각임을 나타내고 있다.
도 1(C) 는 도 1(B) 과 마찬가지로 시간 축에 대하여 부호화 광 펄스열을 나타낸 도이다. 부호화 광 펄스열은 복호기 (20) 에 입력되면, 우선 단위 FBG (20a) 에서 브래그 반사된다. 단위 FBG (20a) 에서 브래그 반사되는 반사광을 브래그 반사광 a' 로 나타내는 것으로 한다. 마찬가지로 단위 FBG (20b), 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 에서 브래그 반사되는 반사광을, 각각 브래그 반사광 b', c'및 d' 로 나타내는 것으로 한다.
단위 FBG (20a) 로부터는, 부호화 광 펄스열을 구성하는 광 펄스 a, b, c 및 d 가 브래그 반사되고, 도 1(C) 에 있어서 a' 로 표시한 열의 시간축 상에 늘어선다. 단위 FBG (20a) 로부터 브래그 반사된 광 펄스 a 는, 시간축 상에서 1 로 표시되어 있는 위치에 피크를 갖는 광 펄스이다. 단위 FBG (20a) 로부터 브래그 반사된 광 펄스 b 는, 시간축 상에서 2 로 표시되어 있는 위치에 피크를 갖는 광 펄스이다. 마찬가지로, 광 펄스 c 및 광 펄스 d 는, 각각 시간축 상에서 3 및 4 로 표시되어 있는 위치에 피크를 갖는 광 펄스이다.
단위 FBG (20b) 로부터도, 부호화 광 펄스열을 구성하는 광 펄스 a, b, c 및 d가 브래그 반사되어, 도 1(C) 에 있어서 b' 로 나타낸 열의 시간축 상에 늘어선다. 단위 FBG (20b) 로부터 반사되는 브래그 반사광 b' 는, 브래그 반사광 a', c' 및 d' 와 비교하면 그 위상이 π 만큼 어긋난다. 따라서, a' 로 나타낸 열의 시간축 상에 늘어서는 광 펄스의 열과, b' 로 나타낸 열의 시간축 상에 늘어선 광 펄스의 열은, 그 위상이 모두 π 만큼 어긋나 있다.
그 때문에, a' 로 나타낸 시간축 상에서 1 에서 4 의 순서로 늘어서는 광 펄스의 열이 실선, 실선, 파선, 실선의 순서로 늘어서 있는 데 대하여, b' 로 나타낸 시간축 상에서 2 에서 5 의 순서로 늘어선 광 펄스의 열이 파선, 파선, 실선, 파선 의 순서로 늘어서 있다. a' 로 나타낸 광 펄스열과 b' 로 나타낸 광 펄스열이, 시간축 상에서 어긋나 있는 것은, 부호화 광 펄스열을 구성하는 광 펄스 중, 광 펄스 a 가 광 펄스 b 보다 전에 복호기 (20) 에 입력되기 때문이다.
마찬가지로, 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 로부터도, 부호화 광 펄스열을 구성하는 광 펄스 a, b, c 및 d 가 브래그 반사되고, 도 1(C) 에 있어서 각각 c' 및 d' 로 나타낸 열의 시간축 상에 광 펄스가 늘어선다. 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 로부터 반사되는 브래그 반사광 c' 및 d' 는, 브래그 반사광 a' 와 비교하면 그 위상은 동등하다. 따라서, 도 1(C) 에 있어서, c' 로 나타낸 광 펄스열과 d' 로 나타낸 광 펄스열로서 시간축 상에 늘어선다. 브래그 반사광 a', c'및 d' 와 관련된 광 펄스는, 시간축 상에서 평행하게 어긋나 있지만, 각각의 브래그 반사광과 관련되는 광 펄스의 상호의 위상 관계는 동일하다.
도 1(D) 는 복호기 (20) 에서 복호화된 입력광 펄스의 자기 상관 파형을 나타내고 있다. 횡축은 시간축이며, 도 1(C) 에 나타낸 도와 합쳐져 있다. 자기 상관 파형은, 부호기의 각 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 a', b', c' 및 d' 의 합으로 부여되므로, 도 1(C) 에 나타낸, 브래그 반사광 a', b', c' 및 d' 를 모두 더한 것이 되어 있다. 도 1(C) 의 시간축 상에서 4 로 표시되어 있는 시각에서는, 브래그 반사광 a', b', c' 및 d' 와 관련되는 광 펄스가 모두 동일 위상에서 더해지므로, 최대의 피크를 구성한다. 또한, 도 1(C) 의 시간축 상에서 3 으로 표시되어 있는 시각에서는, 파선으로 나타난 광 펄스가 2 개, 실선으로 나타난 광 펄스 1 개가 더해지므로, 4 로 표시되어 있는 시각의 최대 피크와는 위상이 π 차가되는 광 펄스 1 개분의 피크가 형성된다. 또한, 도 1(C) 의 시간축 상에서 1 로 표시되어 있는 시각에서는, 실선으로 표시된 광 펄스가 2 개, 파선으로 나타난 광 펄스 1 개가 더해지므로, 4 로 표시되어 있는 시각의 최대 피크와는 위상이 동등한 광 펄스 1 개분의 피크가 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 광 펄스가 부호기 (10) 에서 부호화되어 부호화 광 펄스열이 되고, 이 부호화 광 펄스열이 복호기 (20) 에서 복호화되어 자기 상관 파형이 생성된다. 여기서 든 예에서는 4 비트 (부호 길이 4) 의 광 부호(0,0,1,0) 를 이용했지만, 광 부호가 이것 이외인 경우라도 상기의 설명은 동일하게 성립된다.
도 2(A) 및 (B) 를 참조하여 종래의 위상 제어 수단의 개략적 구조를 설명한다. 도 2(A) 는, 위상 제어 수단의 모식적인 절단면도이다. 이 위상 제어 수단은, 코어 (34) 와 클래드 (32) 를 구비하는 광 파이버 (36) 의 코어 (34) 에 SSFBG (30) 가 장착된 구조이다. 15 개의 단위 FBG 가, 광 파이버 (36) 의 광 도파로인 코어 (34) 의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되어 SSFBG (30) 가 구성 되어 있다.
도 2(A) 에 나타내는 종래의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 위상 부호는, 15 비트의 부호열로서 표기하면, (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 이다. 그리고, 코어 (34) 에 직렬로 배치된 15 개의 단위 FBG 와 상기의 광 부호의 대응 관계는, 다음과 같이 되어 있다. 즉, 도 2(A) 에 나타난 SSFBG (30) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 단위 FBG 와, 상기의 15 비트의 부호열로서 표기된 단위 FBG 의 광 부호를 나타내는(0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 팁이, 1:1 로 대응한다.
도 2(B)는, 도 2(A) 에 나타난 SSFBG (30) 의 굴절률 변조 구조를 개략적으로 나타내는 도이다. 횡축은 SSFBG (30) 가 형성된 광 파이버 (36) 의 길이 방향을 따른 위치 좌표이다. 종축은 광 파이버 (36) 의 굴절률 변조 구조를 나타내고 있으며, 광 파이버 (36) 의 실효 굴절률의 최대와 최소의 차이를 Δn 로서 나타내고 있다. 또한, 도 2(B) 에는, 광 파이버 (36) 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대하여 그리고 있다.
굴절률 변조 주기는 Λ 이다. 따라서 브래그 반사 파장 λ 은, λ=2NeffΛ 로 부여된다. 여기서, Neff 는 광 파이버 (36) 의 실효 굴절률이다. 이하의 설명에 있어서, 실효 굴절률을, 간단히 하기 위해 단지 굴절률이라 하는 경우도 있다.
도 2(A) 에 있어서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상이 π 차가되는 경우, 그 양자의 단위 FBG 의 간격을 검게 칠해 나타내고 있다. 또한, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상이 동등한 경우에는 그 양자의 단위 FBG 의 간격은 연속된 광 변조 구조로서 나타나 있다. 한편, 도 2(B) 에 있어서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상이 π 차가되는 경우, 그 양자의 단위 FBG 의 간격에 검정색 삼각형으로 나타내고 있다.
인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상이 동등한 경우에는, 양자의 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조는 연속된 주기 구조로 되어 있다. 한편, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상이 π 차가되는 경우에는, 양자의 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조는 양자의 단위 FBG 의 경계에 있어서, π 만큼의 어긋남 (파이 위상의 점프) 이 삽입되어 있다.
표 1 에, 광 위상 부호 (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 와, 이 광 부호를 실현하기 위한 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상차의 관계를 나타낸다. 표 1 의 상단에, 부호로서 도 2(A) 에 나타낸 종래의 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 위상 부호의 부호값을 일렬로 늘어놓아 나타내고 있다. 또한, 표 1 의 하단에는 위상 시프트량으로서, 인접하는 단위 FBC 끼리의 브래그 반사광의 위상차를 나타내고 있다. 도 2(A) 에 나타난 SSFBG (30) 의 좌단으로부터 우단에 배열된 단위 FBG 와, 상기의 광 위상 부호 (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 를 나타내는 괄호 안의 좌단으로부터 우단에 배열된 팁이, 1:1 로 대응한다.
Figure 112006083617656-PCT00001
위상 시프트량이 π 인 인접하는 단위 FBG 끼리의 기하적인 간격은, 광이 이 사이를 왕복하므로, 위상치로 환산하여 π/2 가 되어 있다. 일반적으로, 위상 시프트량이 π 인 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격은, 위상치로 환산하면, N 를 정수로 하여 πN+(π/2) 로 부여된다. 즉, 위상 시프트량이 π 인 인접하는 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상차는 2πN+π 로 부여된다. 또한, 위상 시프트량이 0 인 인접하는 단위 FBG 끼리의 기하적인 간격은, 위상치로 환산하여 πN 로 부여되고, 양자의 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상차는 2πN 로 부여된다.
또한, 이하, 위상 시프트량을 표기하는 경우에는, πN+(π/2) 등의 일반적인 표기를 생략하고, 단지 π/2 라 쓰는 경우도 있다.
비특허 문헌 1: 니시키 아키히코, 이와무라 히사시, 코바야시 히데유키, 쿠츠자와 사토코, 오시바 사에코 「SSFBG 를 이용한 OCDM 용 위상 부호기의 개발」신학기법: Technical Report of IEICE. OFT 2002-66,(2002-11).
비특허 문헌 2: 소토바야시 히데유키 「광 부호 분할 다중 네트워크」응용물리, 제 71 권, 제 7 호,(2002) pp.853-859.
특허 문헌 1: US.6,628,864
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 도 2(A) 및 (B) 에 예시한 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기에서 부호화 및 복호화를 실행하면, 시간축 상에서 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스끼리의 베이스가 서로 중첩되어 간섭하기 때문에, 도 1 을 참조하여 설명한 부호화 및 복호화가 설계대로 실현되지 않는 경우가 있다. 도 3(A)∼(F) 를 참조하여, 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기에서 부호화 및 복호화를 실행한 경우의 상기 문제점을, 예를 들어 위상 제어 수단을 구성하는 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광끼리의 간섭 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3(F) 는, 단위 FBG (41) 및 단위 FBG (42) 를 구비하는 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단 (38) 의 개념적 구성 단면도이다. 입력 광 펄스 (44) 가 이 위상 제어 수단 (38) 에 입사되면, 단위 FBG (41) 및 단위 FBG (42) 로부터, 각각 브래그 반사광 (46) 및 브래그 반사광 (48) 이 생성된다.
도 3(A) 는 위상 제어 수단 (38) 에 입력하는 광 펄스의 시간 파형을 나타내는 도이다. 도 3(B) 는, 단위 FBG (41) 및 단위 FBG (42) 에서 각각 반사된 브래그 반사광 (46) 및 브래그 반사광 (48) 의 시간 파형이다. 도 3(B) 에서는, 브래그 반사광 (46) 및 브래그 반사광 (48) 의 각각에 대응하는 칩 펄스 (46P)(파선) 및 칩 펄스 (48P)(실선) 를 나타내고 있다. 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 는 그 양자의 베이스가, 사선으로 나타내는 바와 같이, 시간적으로 겹쳐 있다.
칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 의 위상차가 π 인 경우, 부호화 광 펄스열은, 도 3(C) 에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 가 시간적으로 겹쳐 있는 부분 (도 3(B) 에서 사선으로 되어 있는 부분) 은, 간섭하여 상쇄된다. 그 때문에, 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 의, 시간축 상에서의 양자의 중간에서는, 그 광 강도가 작아져 있다.
한편, 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 의 위상차가 0 인 경우, 부호화 광 펄스열은, 도 3(D) 에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 가 시간적으로 겹쳐 있는 부분 (도 3(B) 에서 사선으로 되어 있는 부분) 은, 간섭하여 서로 강하게 한다. 그 때문에, 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 의, 시간축 상에서의 양자의 중간에서는, 그 광 강도가 도 3(C) 에 나타내는 경우와 비교하여 커져 있다.
도 3(E) 은, 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 의 위상차가 π/2 혹은 3π/2 인 경우의 부호화 광 펄스열을 나타내고 있다. 이 경우에는, 칩 펄스 (46P) 와 칩 펄스 (48P) 의 시간축 상에서의 양자의 중간에서는, 그 광 강도가 도 3(C) 에 나타내는 경우보다 크고, 도 3(D) 에 나타내는 경우보다 작아져 있다.
SSFBG 에 의해 2 값 광 부호를 실현하기 위해, 인접하는 단위 FBG 간의 위상차를 0 및 π 로 하는 대신, π/2 및 3π/2 의 2 종류로 결정하여 실현하는 것도 가능하다. 이와 같이 위상차를 결정하여 구성되는 SSFBG 를 위상 제어 수단으로 하는 광 부호기를 이용하면, 이 광 부호기에서 생성되는 부호화 광 펄스는, 도 3(E) 에 나타내는 바와 같이 칩 펄스간의 강도가, 인접하는 단위 FBG 간의 위상차가 π/2 및 3π/2 중 어느 것이더라도, 동등해진다. 부호화 광 펄스를 구성하는 칩 펄스간의 강도가 모두 동등한 강도가 됨으로써 얻어지는 이점에 대해서는 그 상세한 내용을 후술한다.
이상, 도 3(C)∼(E) 를 참조하여 설명한 것을 고려하면서, 도 2(A) 및 (B) 에 예시한 종래의 광 펄스 시간 확산기에서 부호화 및 복호화를 실행한 경우를 검토한다.
도 2(A) 및 (B) 에 예시한 종래의 광 펄스 시간 확산기에서 부호화 및 복호화를 실행한 경우의, 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을, 도 4(A)∼(C) 에 나타낸다. 도 4(A)∼(C) 에 있어서, 횡축은 시간을 ps 단위로 눈금을 매겨 표시되어 있고, 종축은 광 강도를 임의 스케일로 눈금을 매겨 표시되어 있다. 또한, 도 4(A) 에 나타내는 부호화 광 펄스열을 나타내고 있는 부호화 파형을 나타내는 도에 있어서, 면적비가 0.15 로 표시되어 있지만, 이 면적비는 다음의 의미를 갖고 있다. 즉, 종래의 광 펄스 시간 확산기에 입력시키는 광 펄스의 에너지와 부호화 광 펄스열의 에너지의 비이다. 종래의 광 펄스 시간 확산기에 입력시키는 광 펄스의 에너지는, 시간 파형을 나타내는 도 (도시 생략) 에 있어서, 시간축과 광 펄스의 강도 분포를 부여하는 곡선으로 둘러싸이는 면적에 비례한다. 한편, 부호화 광 펄스열의 에너지는, 도 4(A) 에 나타내는 도에 있어서, 시간축과 부호화 파형의 강도 분포를 부여하는 곡선으로 둘러싸이는 면적에 비례한다.
도 4(A) 에 나타내는 부호화 파형을 보면, 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스의 강도가, 부호값이 교대로 다르게 출현하는 부분 Q 에서는 작아져 있다. 또한, 동일한 부호값이 연속하여 출현하는 부분 R 및 S 에서는, 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스의 강도가 커져 있다.
여기서, 부호값이 교대로 다르게 출현하는 부분 Q 에서는, 광 부호를 구성하는 부호값이 (...,0,1,0,1,...) 로 출현하고 있는 개소와 대응한다. 또한, 동일한 부호값이 연속하여 출현하는 부분 R 및 S 에서는, 각각, 광 부호를 구성하는 부호값이 (...,1,1,1,1,...) 및 (...,0,0,0,0,...) 로 출현하고 있는 개소와 대응한다.
즉, 광 부호를 구성하는 부호값의 배열 순서에 의존하여, 부호화 광 펄스열의 강도에 큰 편차가 생긴다. 이 편차로 인해 복호화되어 얻어지는 자기 상관 파형의 피크치가 작아지고, 복호화된 신호로부터 상호 상관 파형을 제거하여 자기 상관 파형을 추출하는 공정에서 지장이 생기는 원인이 된다.
여기서, 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스간의, 상기 기술한 간섭에 기인하여, 부호화 광 펄스열의 강도에 편차가 생기는 결과, 복호화되어 얻어지는 자기 상관 파형에 부여하는 효과를, 도 5(A) 및 (B) 를 참조하여 설명한다.
도 5(A) 는, 도 2(A) 및 (B) 에 나타낸 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 부호와 동일한 광 부호 (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 의 자기 상관 파형을 나타고, 도 5(B) 는 상호 상관 파형을 나타낸다. 도 5(A) 및 (B) 의 각각의 횡축은 ps 단위로 눈금을 매겨 나타낸 시간축이며, 종축은 광 강도를 임의 스케일로 눈금을 매겨 표시되어 있다.
도 5(A) 및 (B) 에 각각 나타내는 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형은, 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스의 폭이 칩 펄스간의 시간 간격에 비해 충분히 좁고, 칩 펄스간의 상기 기술한 간섭이 없고, 그것에 기인하는 부호화 광 펄스열의 강도에 편차를 무시할 수 있는 것으로서 시뮬레이션하여 얻어진 것이다. 상호 상관 파형은 상기 광 부호의 부호값을 모두 반전시킨 광 부호를 이용하여 복호화하여 얻은 것이다. 즉, 상호 상관 파형을 시뮬레이션하기 위해 이용한 복호화를 위한 광 부호는, (1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0) 이다.
도 5(A) 에 나타내는 자기 상관 파형의 피크치 (이후 「신호 피크」라 하는 경우도 있고, P 로 나타낸다.) 의 상대치는 225 이며, 신호 피크의 양측에 존재하는 서브 피크로서 최대의 크기를 갖는 서브 피크의 상대치 (이하, W 로 나타낸다.) 는 9 이다. 따라서, 신호 피크치 P 와 서브 피크로서 최대의 크기를 갖는 서브 피크치 W 의 비는, 25 (P/W=225/9=25) 가 된다. 또한, 도 5(B) 에 나타내는 상호 상관 파형의 최대 피크치 (이하, C 로 나타낸다.) 는 49 이며, 신호 피크치 P 와 상호 상관 파형의 최대 피크치 C 의 비는, 4.6 (P/C=225/49≒4.6) 이 된다.
도 4(B) 에 나타내는, 도 2(A) 및 (B) 에 예시한 종래의 위상 제어 수단으로 부호화 및 복호화를 실행한 경우에 얻어지는 자기 상관 파형에 대하여, 상기와 동일하게 P/W 를 구하면 다음과 같이 된다. 자기 상관 파형을 구하는 데 있어서는, 부호기와 복호기의 부호값의 배열 순서를 반대로 함으로써 실험을 행하였다. P=7.36, W=0.624 이므로, P/W=7.36/0.624≒11.8 이 된다. 상기 도 5(A) 에 나타낸 이상적인 경우의 시뮬레이션의 결과가 P/W=25 였으므로, 이 시뮬레이션의 결과와 비교하여, P/W 가 약 절반의 크기가 되어 있다.
또한, 도 4(C) 에 나타내는, 도 2(A) 및 (B) 에 예시한 종래의 위상 제어 수단으로 부호화 및 복호화를 실행한 경우에 얻어지는 상호 상관 파형에 대하여, 상기와 동일하게 P/C 를 구하면 다음과 같이 된다. 상호 상관 파형을 구하는 데 있어서는, 부호기와 복호기의 부호값의 배열 순서를 동일하게 하여 실험을 행하였다. P=7.36, C=2.73 이므로, P/W=7.36/2.73≒2.7 이 된다. 상기 도 5(B) 에 나타낸 이상적인 경우의 시뮬레이션의 결과가 P/C=4.6 이었으므로, 이 시뮬레이션의 결과와 비교하여, P/C 가 60% 정도의 크기가 되어 있다.
종래의 위상 제어 수단으로 부호화 및 복호화를 실행한 경우에 얻어지는 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형에 대하여, 상기 기술한 바와 같이, 이상적인 경우의 시뮬레이션의 결과와 비교하여 P/W 및 P/C 의 양자 모두 작은 값이 됨을 알 수 있었다. 또한, P/W 및 P/C 의 양자가 모두 클수록, 복호화한 경우의 신호인 자기 상관 파형을 분리하는 것이 용이해진다.
P/W 및 P/C 의 양자의 값이, 도 4(B) 및 (C) 에 나타낸 정도인 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 광 부호 분할 다중 통신을 행한 경우에, 다음과 같은 문제가 일어난다. 즉, 전송 선로인 광 파이버의 광 흡수에 의해, 부호화 광 펄스열의 강도가 감소하거나, 장치에 필요에 따라 장착된 광 증폭기로부터 발생하는 광 잡음이 부호화 광 펄스열에 혼입하거나 함으로써, 자기 상관 파형 피크를 추출하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
또한, 이상적인 경우를 상정한 부호 상관 시뮬레이션의 특성 결과와 떨어져 있으면, 광 펄스 시간 확산기에 의한 상관 특성을 추정할 수 없어, 광 펄스 시간 확산기를 부호기 및 복호기로서 이용한 OCDM 등의 시스템 설계가 곤란하다.
그래서, 본 발명의 목적은, 칩 펄스간의 간섭이 없는 경우의 P/W 및 P/C 에 접근하고, 또한 P/W 및 P/C 의 큰 값이 얻어지는 광 펄스 시간 확산기를 제공하는 데 있다. 즉, 복호화된 광 펄스 신호로부터 상호 상관 파형 성분을 자기 상관 파형 성분으로부터 분리하고, 자기 상관 파형을 인식하기 위한 판정 회로에 설정하는 식별 조건을 완화할 수 있는 정도로 P/W 및 P/C 의 큰 값이 얻어지는 광 펄스 시간 확산기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 광 펄스 시간 확산기를 이용한 광 부호 분할 다중 전송 방법 및 이 방법을 실현하기 위한 광 부호 분할 다중 전송 장치를 제공하는 데 있다. 이것에 의해, 광 부호 분할 다중 전송 장치의 설계를 용이화하는 것이 가능해진다.
과제를 해결하기 위한 수단
제 1 발명인 광 펄스 시간 확산기는, 광 펄스를, 광 위상 부호를 이용한 부호화에 의해, 시간축 상에 순차 배열한 칩 펄스의 열로 하여 시간 확산하여 이 칩 펄스의 열을 출력하는 기능을 갖고, 다음의 특징을 갖고 있다.
즉, 이 칩 펄스의 열을, 광 위상 부호를 구성하는 부호값에 대응하는 칩 펄스 중 인접하는 칩 펄스끼리간에 위상차를 부여하여 생성하는 위상 제어 수단을 구비하고 있다. 그리고, 이 위상 제어 수단은, 인접하는 부호값이 동등한 경우에는, 대응하는 칩 펄스끼리간의 위상차를,
2πM+(π/2) (1)
로 부여하고, 및 인접하는 부호값이 상이한 경우에는, 대응하는 칩 펄스끼리간의 위상차를,
2πM+(2N+1)π+(π/2) (2)
로 부여하는 기능을 갖고 있다. 단, M 및 N 은 정수이다.
혹은, 위상 제어 수단이, 인접하는 상이한 부호값에 대응하는 칩 펄스끼리간의 위상차를, 상기 식 (1) 로 부여하고, 및 인접하는 동등한 부호값에 대응하는 칩 펄스끼리간의 위상차를, 상기 식 (2) 로 부여하는 기능을 갖고 있다.
그리고, 이 위상 제어 수단으로서, 일렬로 배열되어 광 부호를 구성하는 부호값과 1:1 로에 대응하는 단위 회절 격자를 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치한 구성을 이용하여, 앞뒤에 인접하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차가 상기 식 (1) 및 (2) 를 만족하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 브래그 반사광은, 상기 기술한 칩 펄스에 대응한다. 즉, 단위 회절 격자로 구성되는 위상 제어 수단으로부터 출력되는 칩 펄스는, 브래그 반사광으로 구성된다.
또한, 이 단위 회절 격자를 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치한 구성을 위상 제어 수단으로서 이용하는 경우에, 단위 회절 격자의 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도를, 창 함수에 의해 아포다이즈 (apodization) 하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치된 단위 회절 격자를 형성하고 있는 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 이 광 도파로의 도파 방향을 따라 단조롭게 증대되어 구성하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로는, 단위 회절 격자의 수가 J 개 (J 는 2 이상의 자연수) 로 이루어지는 위상 제어 수단으로서, 단위 회절 격자에 대하여 광 도파로의 일단으로부터 타단을 향하여 순차 제 1 번∼제 J 번까지의 번호가 부여되어 있고, 제 i 번째 (2≤i≤J) 의 단위 회절 격자로부터의 반사율 Ri 이
Ri=Ri -1/(1-Ri -1)2 (3)
로 부여되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 발명인 광 부호 분할 다중 전송 장치는, 부호기 및 복호기로서 제 1 발명의 광 펄스 시간 확산기를 이용하는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
제 1 발명인 광 펄스 시간 확산기에 의하면, 부호값에 대응하는 칩 펄스끼리간의 위상차는 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여된다. 따라서, 이미 도 3(E) 를 참조하여 개략 설명한 바와 같이, 제 1 발명의 광 펄스 시간 확산기에서 생성된 칩 펄스의 열을 구성하는 칩 펄스간의 강도는, 위상차가, 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여되는 어느 경우라도 동등해진다.
이것에 의해, 칩 펄스간의 간섭이 없는 경우의 P/W 및 P/C 에 근접한다. 또한, 종래의 광 부호기 혹은 광 복호기로서 이용되어 온 광 펄스 시간 확산기와 비교하여 P/W 및 P/C 에 큰 값이 얻어진다.
또한, 위상 제어 수단으로서, 일렬로 배열되어 광 부호를 구성하는 부호값과 1:1 로 대응하는 단위 회절 격자를 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치한 구성을 이용하는 경우에, 단위 회절 격자의 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 이 광 도파로의 도파 방향을 따라 단조롭게 증대되어 구성함으로써, 광 도파로의 입사단에 가까운 위치에 배치된 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 강도와, 광 도파로의 입사단에서 떨어진 위치에 배치된 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 강도를 동등하게 할 수 있다.
또한, 제 2 발명의 광 부호 분할 다중 전송 장치에 의하면, 부호기 및 복호기로서 제 1 발명의 광 펄스 시간 확산기가 이용되어 있으므로, 종래의 광 펄스 시간 확산기와 비교하여 P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어진다. 따라서, 부호화 광 펄스열이 광 전송로를 전파 중에 그 강도가 감소하거나, 혹은 광 잡음이 혼입되거나 하는 일이 있어도, 복호화하여 자기 상관 파형 피크를 높은 신뢰도로 추출하는 것이 가능해진다.
도 1 은 부호기 및 복호기의 동작 원리의 설명에 제공하는 도이다.
도 2 는 종래의 위상 제어 수단의 굴절률 변조 구조의 개략적 설명도이다.
도 3 은 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광끼리의 간섭 효과의 설명에 제공하는 도이다.
도 4 는 종래의 광 펄스 시간 확산기에 의한 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 5 는 광 부호 (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 의 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 6 은 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단의 굴절률 변조 구조의 개략적 설명도이다.
도 7 은 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가 장치의 개략적 구성도이다.
도 8 은 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 의한 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 9 는 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단의 굴절률 변조 구조의 개략적 설명도이다.
도 10 은 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 의한 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 11 은 종래형의 광 펄스 시간 확산기에 의한 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 12 는 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단의 굴절률 변조 구조의 개략적 설명도이다.
도 13 은 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 의한 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 14 는 종래형의 광 펄스 시간 확산기에 의한 부호화 파형, 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 나타내는 도이다.
도 15 는 OCDM 전송 장치의 개략적 블록 구성도이다.
부호의 설명
10, 150: 부호기
14, 22, 52, 56: 광 써큘레이터
20, 184: 복호기
30, 40, 70, 72: SSFBG
32: 클래드
34: 코어
36: 광 파이버
38: 위상 제어 수단
41, 42: 단위 FBG
50: 광 펄스 발생기
54: 평가 대상의 부호기
58: 평가 대상의 복호기
60, 62: 광 오실로스코프
61, 144, 182: 분기기
140: 송신부
142: 펄스 광원
146: 변조 전기 신호 발생부
148: 변조기
160: 제 1 채널의 부호화부
162: 제 2 채널의 부호화부
164: 제 3 채널의 부호화부
166: 제 4 채널의 부호화부
170: 합파기
172: 광 전송로
180: 수신부
190: 수광기
200: 수신부 제 1 채널
202: 수신부 제 2 채널
204: 수신부 제 3 채널
206: 수신부 제 4 채널
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도를 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 각 도는, 본 발명과 관련되는 1 구성예를 나타내고, 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 각 구성 요소의 단면 형상이나 배치 관계 등을 개략적으로 나타내고 있는 것에 불과하고, 본 발명을 도시예에 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 특정 재료 및 조건 등을 이용하는 경우가 있지만, 이들 재료 및 조건은 바람직한 예의 하나에 불과하며, 따라서, 하등 이들에 한정되지 않는다. 또한, 각 도에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여하여 나타내고, 그 중복되는 설명을 생략하는 경우도 있다.
또한, 제 1∼제 3 실시예에 있어서 위상 제어 수단으로서, 광 파이버를 이용하여 형성하는 경우에 대하여 검토하지만, 광 파이버에 한정하지 않고 평면형 광 도파로 등을 이용하여 형성하는 것도 가능하다. 위상 제어 수단으로서 광 파이버를 이용할지, 평면형 광 도파로 등을 이용할지는 단순한 설계적 사항에 지나지 않는다. 단, 광 통신 시스템에 광 펄스 시간 확산기를 이용하는 경우에는, 광 통신 시스템이 광 파이버를 광 전송로로 하여 사용되고 있는 점에서, 위상 제어 수단으로서 광 파이버를 이용하여 구성된 광 펄스 시간 확산기를 이용하는 것이 바람직한 경우가 많다.
I. 광 펄스 시간 확산기의 설명
<제 1 실시예>
도 6(A) 및 (B) 를 참조하여, 제 1 발명의 제 1 실시예인 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단의 구조를 설명한다. 도 6(A) 는, 위상 제어 수단의 모식적인 절단면도이다. 이 위상 제어 수단은, 코어 (34) 와 클래드 (32) 를 구비하는 광 파이버 (36) 의, 코어 (34) 에 SSFBG (40) 가 장착되어 있다. 15 개의 단위 FBG 가, 광 파이버 (36) 의 광 도파로인 코어 (34) 의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되어 SSFBG (40) 가 구성되어 있다.
도 6(A) 에 나타내는 위상 제어 수단으로서의 SSFBG (40) 에 설정되어 있는 광 위상 부호는, 15 비트의 부호열로서 표기하면, (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 이다. 그리고, 코어 (34) 에 직렬로 배치된 15 개의 단위 FBG 와, 상기의 광 위상 부호의 대응 관계는, 다음과 같이 되어 있다. 즉, 도 6(A) 에 나타난 SSFBG (40) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 각 단위 FBG 와, 상기의 광 위상 부호를 나타내는 괄호안의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 각 팁이 1:1 로 대응한다.
도 6(B) 는, 도 6(A) 에 나타난 SSFBG (40) 의 굴절률 변조 구조를 개략적으 로 나타내는 도이다. 횡축은 SSFBG (40) 가 형성된 광 파이버 (36) 의 길이 방향에 따른 위치 좌표이다. 종축은 광 파이버 (36) 의 굴절률 변조 구조를 나타내고 있고, 광 파이버 (36) 의 코어의 굴절률의 최대와 최소의 차이를 Δn 으로서 나타내 있으며, Δn=6.2×10- 5 이다. 또한, 도 6(B) 에는, 광 파이버 (36) 의 코어 (34) 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대하여 그려져 있다.
굴절률 변조 주기 Λ 는 535.2㎚ 이다. 또한, 부호화 혹은 복호화하는 광 펄스의 파장 λ 은 1550㎚, 광 파이버 (36) 의 실효 굴절률은 1.448 이다. 따라서 브래그 반사 파장은, 광 펄스의 파장 λ 과 동등하게 1550㎚ 로 설정된다. 즉, λ=1550㎚, Neff=1.448, Λ=535.2㎚ 이므로, λ=2NeffΛ=2×1.448×535.2㎚=1549.94㎚≒1550㎚ 를 만족하고 있다. 또한, 단위 FBG 의 길이는 2.4㎜ 로 설정되어 있다.
인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상의 관계는 다음과 같이 설정되어 있다. 즉, 앞뒤에 인접하고 또한 동등한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차는, M 을 정수로 하여
2πM+(π/2) (1)
로 부여된다. 또한, 앞뒤에 인접하고 또한 상이한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차는, M 및 N 을 정수로 하여
2πM+(2N+1)π+(π/2) (2)
로 부여된다.
표 2 에, 광 위상 부호 (0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1) 와, 이 광 위상 부호를 실현하기 위한 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상차의 관계를 나타낸다. 표 2 의 상단에, 부호로서 도 6(A) 에 나타낸 위상 제어 수단으로서의 SSFBG (40) 에 설정되어 있는 광 위상 부호의 부호값을 일렬로 늘어놓아 나타내고 있다. 또한, 표 2 의 하단에는 위상 시프트량으로서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상차를 나타내고 있다. 도 6(A) 에 나타난 SSFBG (40) 의 좌단으로부터 우단으로 배열된 단위 FBG 와, 상기의 광 위상 부호를 나타내는 괄호안의 좌단으로부터 우단으로 배열된 팁이 1:1 로 대응한다.
Figure 112006083617656-PCT00002
위상 시프트량이 π/2 인 인접하는 단위 FBG 끼리의 기하적인 간격은, 광이 이 사이를 왕복하므로, 위상치로 환산하여 π/4 가 되어 있다. 일반적으로, 위상 시프트량이 π/2 인 인접하는 단위 FBG 끼리의 기하적인 간격은, 위상치로 환산하면, L 을 정수로 하여 πL+(π/4) 로 부여된다. 즉, 위상 시프트량이 π/2 인 인접하는 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상차는, 2πL+(π/2) 로 부여된다. 또한, 위상 시프트량이 3π/2 인 인접하는 단위 FBG 끼리의 기하적인 간격은, 위상치로 환산하면, K 를 정수로 하여 πK+(3π/4) 로 부여되고, 인접하는 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상차는, 2πK+(3π/2) 로 부여된다.
또한, 표 2 에는, 브래그 반사광의 위상차는, 2πK+(3π/2) 로 부여되는 경우에 대하여, K=0 인 경우로서 3π/2, 및 K=-1 인 경우로서 괄호를 붙여 -π/2 를 나타내고 있다. 이들은, 위상치로서 실질적으로 동일한 의미를 갖고 있다. 그리고, L=M 및 K=M+N 과 치환함으로써, 이들의 위상차는, 상기 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하고 있음을 알 수 있다.
도 6(A) 에 있어서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격을 검게 칠하여 나타내고 있다. 한편, 도 6(B) 에 있어서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격에 검정색 삼각형으로 나타내고 있다.
제 1 실시예의 위상 제어 수단으로서의 SSFBG (40) 의 특성에 관하여 도 7 및 도 8(A)∼(C) 를 참조하여 설명한다. 도 7 은 SSFBG (40) 의 기능을 평가하기 위해서 이용한 특성 평가 장치의 개략적 구성도이다. 도 8(A)∼(C) 는, 제 1 실시예의 SSFBG (40) 을 이용하여 부호화 및 복호화를 실행한 경우의 실험 결과를 나타낸다. 8(A) 는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형을, 도 8(B) 는 자기 상관 파형을, 도 8(C) 는 상호 상관 파형을 각각 나타낸다. 도 8(A)∼(C) 에 있어서, 횡축은 시간을 ps 단위로 눈금을 매겨 표시되어 있고, 종축은 광 강도를 임의 스케일로 눈금을 매겨 표시되어 있다.
우선, SSFBG (40) 의 기능을 평가하기 위해 이용한 특성 평가 장치의 구성을, 도 7 을 참조하여 설명한다. 특성 평가 장치는, 광 펄스 발생기 (50), 광 써큘레이터 (52, 56), 광 오실로스코프 (60, 62) 를 구비하여 구성된다. 그리고, 광 써큘레이터 (52) 에 평가 대상의 부호기 (54) 가 접속되고, 광 써큘레이터 (56) 에 평가 대상의 복호기 (58) 가 접속된다. 또한, 부호화 파형 (53S) 을 관찰하기 위해, 광 써큘레이터 (52) 와 광 써큘레이터 (56) 를 연결하는 광 파이버의 도중에 분기기 (61) 이 설치되어 있다. 분기기 (61) 에 의해, 부호화 파형 (53S) 의 일부를 분기하여 광 오실로스코프 (60) 에 공급하도록 구성되어 있다.
도 7 에 나타내는 특성 평가 장치에 구비되는 광 오실로스코프 (60) 에 의해 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형을 관찰하고, 또한 광 오실로스코프 (62) 에 의해 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 관찰한다.
광 펄스 발생기 (50) 에 의해 광 펄스 (51S) 가 발생되고, 전송로 (51) 를 전파하고, 광 써큘레이터 (52) 를 통하여 평가용 부호기 (54) 에 입력된다. 광 펄스 (51S) 는, 평가용 부호기 (54) 에서 부호화되어 부호화 광 펄스열 (53S) 이 되고, 다시 광 써큘레이터 (52) 를 통하여 전송로 (53) 를 전파한다. 부호화 광 펄스열 (53S) 은 분기기 (61) 에서 분기되고 광 오실로스코프 (60) 에 공급되어 관찰된다. 부호화 광 펄스열 (53S) 은 광 써큘레이터 (56) 를 통하여 평가용 복호기 (58) 에 입력된다. 부호화 광 펄스열 (53S) 은 평가용 복호기 (58) 에서 복호화되어 자기 상관 파형 (혹은 상호 상관 파형; 57S) 이 되고, 다시 광 써큘레이터 (56) 를 통하여 전송로 (57) 를 전파하여 광 오실로스코프 (62) 에 공급되어 관찰된다. 광 펄스 (51S), 부호화 광 펄스열 (53S) 을 나타내는 부호화 파형, 및 자기 상관 파형 (혹은 상호 상관 파형; 57S) 을 나타내는 복호화 파형에 대해서는, 도 7 에 사각으로 둘러싸 그 모식적 형상을 나타내고 있다.
제 1 실시예의 SSFBG (40) 의 특성 평가에 이용한 광 펄스의 반값 폭은 20ps 이다. 즉, 광 펄스 발생기 (50) 에 의해 발생시킨 광 펄스 (51S) 의 반값 폭은 20ps 이다. 또한 자기 상관 파형을 얻기 위해서는, SSFBG (40) 의 입력단과 출력단을, 부호기 및 복호기에 대하여 서로 반대가 되도록 설정하였다. 또한, 상호 상관 파형을 얻기 위해서는, SSFBG (40) 의 입력단과 출력단을, 부호기 및 복호기에 대하여 서로 동일해지도록 설정하였다.
즉, 동일한 굴절률 변조 구조를 갖는 위상 제어 수단으로서의 SSFBG (40), 즉 동일한 부호가 설정되어 있는 SSFBG (40) 를 2개 제작하여, 일방을 평가용 부호기 (54), 타방을 평가용 복호기 (58) 로 하였다. 따라서 평가용 부호기 (54) 의 광 써큘레이터 (52) 에 면하는 일단으로부터 타단을 향하여 배열되어 있는 단위 FBG 의 배열 순서와, 평가용 복호기 (58) 의 광 써큘레이터 (56) 에 면하는 일단으로부터 타단을 향하여 배열되어 있는 단위 FBG 의 배열 순서는 반대가 되도록 설치하여 자기 상관 파형을 관측하였다. 또한, 평가용 부호기 (54) 의 광 써큘레이터 (52) 에 면하는 일단으로부터 타단을 향하여 배열되어 있는 단위 FBG 의 배열 순서와, 평가용 복호기 (58) 의 광 써큘레이터 (56) 에 면하는 일단으로부터 타단을 향하여 배열되어 있는 단위 FBG 의 배열 순서와는 동일하게 되도록 설치하여 상호 상관 파형을 관측하였다.
도 8(A) 에 나타내는 부호화 광 펄스열 (53S) 을 나타내는 부호화 파형에 대한 면적비는 0.16 이다. 이것은 종래의 SSFBG 에 의해 얻어지는 부호화 파형에 대한 면적비 0.15 와 비교하여, 대략 동등한 크기이다. 그러나, 도 4(A) 에 나타낸 종래의 SSFBG 에 의해 얻어지는 부호화 파형과 비교하면, 부호화 광 펄스열의 강도의 편차는 작다. 이 때문에 이하에 설명하는 바와 같이, P/W 치 및 P/C 치가 커져 있다.
도 8(B) 에 나타내는 자기 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/W=19.0 이 되어 있고, 도 8(C) 에 나타내는 상호 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/C=4.5 가 되어 있다. 이에 대하여 종래의 SSFBG 에 의해 부호화 및 복호화를 행한 경우의 P/W 치 및 P/C 치는, 각각 P/W=11.8 및 P/C=2.7 이었다. 이로부터, 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 경우에는, P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어짐을 알 수 있다.
이들 값은, 도 5(A) 및 (B) 를 참조하여 설명한, P/W 및 P/C 의 양자의 값의 최대치에 근접해 있음을 알 수 있다. 도 5(A) 및 (B) 를 참조하여 설명한 P/W 및 P/C 의 양자의 값은, 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스간의 시간 간격이 충분히 떨어져 있고, 칩 펄스간의 상기 기술한 간섭에 기인하는 부호화 광 펄스열의 강도의 편차를 무시할 수 있는 것으로 한 이상적인 상태에서의, 부호화 복호화가 일어나고 있는 것으로 하여 산출한 값이다.
P/W 치가 크다는 것은, 자기 상관 파형의 피크를 인식하는 것이 용이해짐을 의미하고 있다. 또한, P/C 치가 크다는 것은, 자기 상관 파형과 상호 상관 파형을 분리하는 것이 용이해짐을 의미하고 있다. 따라서, 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용한 광 부호 분할 다중 장치에 의하면, 복호화된 광 펄스 신호로부터 상호 상관 파형 성분을 자기 상관 파형 성분으로부터 분리하여, 자기 상관 파형을 인식하기 위한 판정 회로에 설정하는 식별 조건이 완화되게 된다.
또한, 제 1 실시예에서는, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상의 관계를, 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여되는 경우에 대하여 검토하여 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 광 펄스 시간 확산기는, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상의 관계가, 상기 식 (1) 및 (2) 로 수학적으로 엄밀하게 부여되는 경우에 한정되는 것은 아니다. 즉, 인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상의 관계가, 엄밀하게 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여되는 값과 동등해지도록 형성되면, 본 발명의 광 펄스 시간 확산기로서는 최선의 효과가 발휘된다는 의미이다.
인접하는 단위 FBG 끼리의 브래그 반사광의 위상의 관계를 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여되도록 설계하여 제조해도, 제조 공정에서의 제조 오차나, 위상 제어 수단으로서의 SSFBG 를 제조하기 위한 소재인 광 파이버의 실효 굴절률의 편차 등이 존재한다. 따라서 SSFBG 가, 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여되는 관계를 설계 지침으로 하여 설계되어 있고, 제조된 SSFBG 가 제조 공정에 있어서의 제조 오차 등에 기초하는 정밀도의 폭으로 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여되는 위상 관계를 만족하면, 본 발명의 위상 제어 수단으로서 당연히 그 기술적 범위에 포함된다.
또한, 상기 실시예에서는, 인접하고 동등한 부호값의 출력광의 위상차에 대해 상기 식 (1) 을 만족하고, 인접하고 상이한 부호값의 출력광의 위상차가 상기 식 (2) 를 만족하는 구성에 대하여 설명하였지만, 인접하는 부호값이 동등한지 상이한지의 식별은, 상기 식 (1) 및 (2) 로부터 명백한 바와 같이, 이들 출력광의 위상차의 차이가 (2N+1)π 를 만족하면 되므로, 인접하고 상이한 부호값의 출력광의 위상차에 대하여 상기 식 (1) 을 만족하고, 인접하고 동등한 부호값의 출력광의 위상차가 상기 식 (2) 를 만족하는 구성이라도 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는, 칩 펄스를 생성하기 위한 위상 제어 수단으로서, 일렬로 배열되어 광 부호를 구성하는 부호값과 1:1 로 대응하는 단위 회절 격자를 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치한 구성을 이용했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 평면 도파로 회로 기술로 형성된 트랜스버설형 필터 구조 등을 위상 제어 수단으로서 이용하고, 인접하고 동등한 부호값의 출력광의 위상차에 대하여 상기 식 (1) 을 만족하고, 인접하고 상이한 부호값의 출력광의 위상차가 상기 식 (2) 를 만족하도록 설계하거나, 혹은, 인접하고 상이한 부호값의 출력광의 위상차에 대하여 상기 식 (1) 을 만족하고, 인접하고 동등한 부호값의 출력광의 위상차가 상기 식 (2) 를 만족하도록 설계함으로써, 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.
<제 2 실시예>
도 9(A) 및 (B) 를 참조하여 제 1 발명의 제 2 실시예인 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단으로서의 SSFBG 의 구조를 설명한다. 도 9(A) 는, 위상 제어 수단의 모식적인 절단면도이다. 이 위상 제어 수단은, 코어 (34) 와 클래드 (32) 를 구비하는 광 파이버 (36) 의 코어 (34) 에 SSFBG (70) 가 장착된 구조이다. 15 개의 단위 FBG 가, 광 파이버 (36) 의 광 도파로인 코어 (34) 의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되어 SSFBG (70) 가 구성되어 있다. SSFBG (70) 의 굴절률 변조 구조가 상이할 뿐, 그 외의 부분은 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 위상 부호도 제 1 실시예의 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 위상 부호와 동일하다.
SSFBG (70) 의 굴절률 변조 구조가 제 1 실시예의 SSFBG (40) 의 굴절률 변조 구조와 다른 점은, SSFBG (70) 를 구성하고 있는 단위 FBG 의 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 창함수에 의해 아포다이즈되어 있는 점이다. 제 2 실시예에서는, 이 창함수로서 가우스 오차 함수를 채용하였다.
도 9(B) 는, 도 9(A) 에 나타난 SSFBG (70) 의 굴절률 변조 구조를 개략적으로 나타내는 도이다. 또한, 도 9(B) 에서는, 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대한 도도 첨부되어 있다. 도 9(B) 에 첨부되어 있는 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대한 도를 참조하여, 단위 FBG 의 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도를 창함수에 의해 아포다이즈하는 방법에 대하여 설명한다.
아포다이즈하기 전의 단위 FBG 의 주기적 굴절률 변조 구조는, 동일 도의 가장 우측에 나타나 있는 바와 같이, 진폭이 Δn/2 로 부여되고 광 파이버 (36) 의 광도파 방향 (x 방향) 을 따라 일정하다. 즉 아포다이즈하기 전의 단위 FBG 의 주기적 굴절률 변조 구조는 다음 식 (3) 으로 부여된다.
(Δn/2)·sin(2πx/Λ) (3)
여기서, x 는 광 파이버 (36) 의 길이 방향의 위치 좌표이다.
식 (3) 에 대하여 다음 식 (4) 로 부여되는 창함수를 곱한 새로운 함수로 부여되는 주기적 굴절률 변조 구조를 갖는 단위 FBG 를, 식 (4) 로 부여되는 함수로 아포다이즈된 단위 FBG 라 한다.
exp[-Ln2[2(x-(L/2))/LB]2] (4)
여기서, Ln2 는 2 의 자연대수를 의미한다. 또한, exp 는 자연대수의 바닥을 지수로 하는 지수 함수를 의미한다. 또한, 제 2 실시예에 있어서는, Δn=1.23×10-4, L=2.346㎜, B=0.5 로 설정하였다.
이와 같이 아포다이즈함으로써, 브래그 반사가 단위 FBG 의 중앙에서 집중적으로 일어나고, 그 결과, 생성되는 브래그 반사광의 시간 파형의 반값 폭이 좁아지는 것이 기대된다. 즉, 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스의 반값 폭이 좁아지는 것이 기대되므로, 시간축 상에서 부호화 광 펄스열을 구성하는 칩 펄스끼리의 베이스의 중첩을 적게 할 수 있다고 기대된다. 칩 펄스끼리의 베이스의 중첩을 적게 할 수 있으면, 이미 설명한 바와 같이, 시간축 상에서 칩 펄스끼리의 베이스의 중첩에 의한 간섭의 효과를 저감할 수 있다. 이 결과 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화한 경우와 비교하여, P/W 및 P/C 의 양자 모두보다 한층 더 큰 값이 얻어지는 것이 기대된다.
또한, 식 (4) 에 상당하는 아포다이즈하기 위한 함수는, 가우스 함수에 한정되지 않는다. 식 (3) 으로 부여되는 단위 FBG 의 주기적 굴절률 변조 구조의 진폭의 크기를, 단위 FBG 의 중앙 부분에서 최대가 되도록 아포다이즈할 수 있는 함수이면 적용할 수 있다. 예를 들어, Raised cosine, Tanh, Blackman, Hamming, Hanning 등의, 신호 처리 기술 분야에 있어서 이용되고 있는 함수를 이용하는 것도 가능하다.
도 10(A)∼(C) 는, 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 실행한 경우의 실험 결과를 나타낸다. 도 10(A) 에는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형을, 도 10(B) 는 자기 상관 파형을, 도 10(C) 는 상호 상관 파형을 각각 나타낸다. 도 10(A)∼(C) 에 있어서, 횡축은 시간을 ps 단위로 눈금을 매겨 표시되어 있고, 종축은 광 강도를 임의 스케일로 눈금을 매겨 표시되어 있다.
제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가에 있어서도, 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가시와 마찬가지로, 도 7 을 참조하여 그 구성을 설명한 장치를 이용하였다. 그리고, 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가에 이용한 광 펄스의 반값 폭을 40ps 로 하였다.
도 10(A) 에 나타내는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형에 대한 면적비는 0.19 이다. 이것은 종래의 위상 제어 수단에 의해 얻어지는 부호화 파형에 대한 면적비 0.15 와 비교하여, 27% 정도 큰 값이다. 이것은, 광 펄스의 에너지가 유효하게 부호화 광 펄스열로 변환되었음을 의미한다. 즉, 부호화가 효율적으로 행해지는 것을 의미하고 있어, 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기가 부호기로서 이용하여 한층 바람직함을 나타내고 있다.
도 10(B) 에 나타내는 바와 같이, P=6.53, W=0.384 가 되어 있다. 또한, 도 10(C) 에 나타내는 바와 같이, C=1.81 이 되어 있다. 그 결과, 도 10(B) 에 나타내는 자기 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/W=17.0 이 되어 있으며, 도 10(C) 에 나타내는 상호 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/C=3.6 이 되어 있다. 이에 대하여 종래의 위상 제어 수단에 의해 부호화 및 복호화를 행한 경우의 P/W 치 및 P/C 치는, 각각 P/W=11.8 및 P/C=2.7 이었다. 이로부터, 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 경우에는, P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어짐을 알 수 있다.
이들 값은, 도 5(A) 및 (B) 를 참조하여 설명한, P/W 및 P/C 의 양자의 값의 최대치에 근접해 있음을 알 수 있다.
또한, 비교를 위해서, 도 11(A)∼(C) 에 종래의 위상 제어 수단을 부호기 및 복호기로서 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 예를 나타낸다. 여기에서는, 특성 평가에 이용한 광 펄스의 반값 폭을 40ps 로 하였다. 즉, 도 4(A)∼(C) 를 참조하여 설명한 예에서는, 동일하게 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기를 부호기 및 복호기로서 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 예이지만, 특성 평가에 이용한 광 펄스의 반값 폭은, 여기서의 반값 폭 40ps 의 절반인 20ps 로 설정되어 있었다.
도 11(A) 에 나타내는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형에 대한 면적비는 0.15 이다. 이것은 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기에 의해 얻어지는 부호화 파형에 대한 면적비와 동등하다. 광 펄스로부터 부호화 광 펄스열로의 에너지 변환 효율이 변하지 않음을 의미하고 있다.
도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, P=4.72, W=0.628 이 되어 있다. 또한, 도 11(C) 에 나타내는 바와 같이, C=3.12 가 되어 있다. 그 결과, 도 11(B) 에 나타내는 자기 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/W=7.5 가 되어 있으며, 도 11(C) 에 나타내는 상호 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/C=1.5 가 되어 있다. 이에 대하여 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 의해 부호화 및 복호화를 행한 경우의 P/W 치 및 P/C 치는, 각각 P/W=17.0 및 P/C=3.6 이었다. 이로부터, 제 2 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 경우에는, 특성 평가에 이용한 광 펄스의 반값 폭을 40ps 로 동등하게 하여 종래의 위상 제어 수단의 특성과 비교해도, P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어짐을 알 수 있다.
<제 3 실시예>
도 12(A) 및 (B) 를 참조하여 제 1 발명의 제 3 실시예인 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단의 구조를 설명한다. 도 12(A) 는, 광 펄스 시간 확산기의 모식적인 절단면도이다. 이 광 펄스 시간 확산기는, 코어 (34) 와 클래드 (32) 를 구비하는 광 파이버 (36) 의 코어 (34) 에 SSFBG (72) 가 장착된 구조이다. 15 개의 단위 FBG 가, 광 파이버 (36) 의 광 도파로인 코어 (34) 의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되어 SSFBG (72) 가 구성되어 있다. SSFBG (72) 의 굴절률 변조 구조가 상이할 뿐, 그 외의 부분은 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 위상 부호도 제 1 실시예의 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광 위상 부호와 동일하다.
SSFBG (72) 의 굴절률 변조 구조가 제 1 실시예의 SSFBG (40) 의 굴절률 변조 구조와 다른 점은, SSFBG (72) 를 구성하고 있는 단위 FBG 의 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 다음과 같이 설정되어 있는 점이다.
즉, 광 파이버의 도파 방향을 따라 직렬로 배치된 단위 FBG 를 형성하고 있는 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 이 광 파이버의 도파 방향을 따라 단조롭게 증대되어 구성되어 있는 점이 특징이다. 보다 구체적으로는, 15 개의 단위 FBG 로 이루어지는 위상 제어 수단으로서의 SSFBG 로서, 단위 FBG 에 대하여 광 파이버의 일단으로부터 타단을 향하여 순차 제 1 번부터 제 15 번까지의 번호가 부여되어 있고, 제 i 번째 (2≤i≤15) 의 단위 FBG 로부터의 반사율 Ri 이 다음 식
Ri=Ri -1/(1-Ri -1)2 (5)
로 부여되는 것이 특징이다.
도 12(B) 는, 도 12(A) 에 나타난 SSFBG (72) 의 굴절률 변조 구조를 개략적으로 나타내는 도이다. 또한, 도 12(B) 에서는, 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대한 도도 첨부되어 있다. 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대한 이 도는, 도 6(B) 에 나타낸 제 1 실시예의 위상 제어 수단의 굴절률 변조 구조와 동등하다. 단, 진폭이 광 파이버 (36) 의 광도파 방향 (x 방향) 을 따라 단조롭게 증대되어 있다. 도 12(B) 에 있어서, 단위 FBG 를 식별하기 위해서 1 에서 15 의 번호가 부여되어 있다.
제 1 번째의 단위 FBG (i=1) 의 굴절률 변조 구조의 변조 강도 진폭 Δn 는, 8.2×10- 5 이고, 브래그 반사율 R1 은 0.0238 이다. 또한, 제 15 번째의 단위 FBG (i=15) 의 굴절률 변조 구조의 변조 강도 진폭 Δn 는, 1.46×10- 4 이며, 브래그 반사율 R1 은 0.0688 이다. 표 3 에, 제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조의 변조 강도 진폭 Δn 및 브래그 반사율 Ri (i=1, 2,....
, 15) 를 일람으로 하여 나타낸다. 브래그 반사율 Ri 는, 상기 기술한 식 (5) 를 만족한다. 표 3 에 나타내는 바와 같이, Δn 및 Ri 의 값은, 진폭이 광 파이버 (36) 의 광 도파 방향 (x 방향) 을 따라 단조롭게 증대하고 있다.
Figure 112006083617656-PCT00003
엄밀하게는, 개개의 단위 FBG 에 있어서도, 굴절률 변조 구조의 변조 강도 진폭 Δn 가 광 파이버의 도파 방향을 따라 단조롭게 증대되어 구성하는 것이 좋지만, 브래그 반사율 Ri 는, 식 (5) 를 만족하도록 구성하면, 이하에 설명하는 효과는 충분히 얻어진다.
제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 의 굴절률 변조 구조의 Δn 및 브래그 반사율 Ri 를 표 3 에 나타낸 값으로 설계하면, 이하에 설명하는 바와 같이, 제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 강도를 모두 동등하게 할 수 있다.
부호기에 입사하는 광 펄스 혹은 복호기에 입사하는 부호화 광 펄스열은, 모두 제 1 번째의 단위 FBG 에서 브래그 반사되고, 제 2 번째의 단위 FBG 에 입사하는 단계에서는, 제 1 번째의 단위 FBC 에서의 브래그 반사광의 강도분만큼 그 강도가 감소하고 있다. 그 때문에, 15 개의 단위 FBG 의 반사율을 모두 동등하게 설정해 두면, 제 1 번째의 단위 FBG 에서의 브래그 반사광의 강도보다 제 2 번째의 단위 FBG 에서의 브래그 반사광의 강도가 작아진다. 이와 같이 제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 의 순서대로 순차 각각의 단위 FBC 로부터의 브래그 반사광의 강도는 약해진다.
그래서, 광 파이버의 도파 방향을 따라 직렬로 배치된 15 개의 단위 FBG 의 굴절률 변조 강도를 도파 방향을 따라 단조롭게 증대시켜 구성함으로써, 제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 의 순서대로 순차 각각의 단위 FBG 의 브래그 반사율이 단조롭게 증대하도록 설정한다. 이렇게 하면 각 단위 FBG 에의 입사 강도의 감소분을 보충하도록 브래그 반사율을 증대시킬 수 있고, 제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 강도를 모두 동등하게 할 수 있다.
제 1 번째∼제 15 번째의 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 강도를 모두 동등하게 하는 것이 가능하면, 부호화 광 펄스열의 시간 파형이 시간 축에 대하여 평탄한 형상에 접근할 수 있다. 환언하면, 부호화되는 광 펄스가 부호기에 의해 확산 시간내에 균등하게 시간 확산되는 것을 의미하고 있다. 광 펄스가 확산 시간내에 균등하게 시간 확산되면, 불균등하게 시간 확산된 경우와 비교하여, 광 펄스의 에너지로부터 부호화 광 펄스열로 더욱 효율적으로 변환된다. 또한, 후술하는 실험 결과가 나타내듯이, P/W 및 P/C 의 양자 모두 한층 더 큰 값이 얻어진다.
도 13(A)∼(C) 는, 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 실행한 경우의 실험 결과를 나타낸다. 도 13(A) 는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형, 도 13(B) 는 자기 상관 파형, 도 13(C) 는 상호 상관 파형을 각각 나타낸다. 도 13(A)∼(C) 에 있어서, 횡축은 시간을 ps 단위로 눈금을 매겨 표시되어 있으며, 종축은 광 강도를 임의 스케일로 눈금을 매겨 표시되어 있다.
제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가에 있어서도, 제 1 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가시와 마찬가지로, 도 7 을 참조하여 그 구성을 설명한 장치를 이용하였다. 그리고, 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 특성 평가에 이용한 광 펄스의 반값 폭을 20ps 로 하였다.
도 13(A) 에 나타내는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형에 대한 면적비는 0.39 이다. 이것은 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기에 의해 얻어지는 부호화 파형에 대한 면적비 0.15 와 비교하여, 2.6배의 큰 값이다. 이것은, 광 펄스의 에너지가 유효하게 부호화 광 펄스열로 변환되었음을 의미한다. 즉, 부호화가 효율적으로 행해지는 것을 의미하고 있어, 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기가 부호기로서 이용하여 한층 바람직함을 나타내고 있다.
도 13(B) 에 나타내는 바와 같이, P=4.36, W=0.217 이 되어 있다. 또한, 도 13(C) 에 나타내는 바와 같이, C=0.999 가 되어 있다.
또한, 도 13(B) 에 나타내는 자기 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/W=20.1 이 되어 있으며, 도 13(C) 에 나타내는 상호 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/C=4.4 가 되어 있다. 이에 대하여 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기에 의해 부호화 및 복호화를 행한 경우의 P/W 치 및 P/C 치는, 각각 P/W=11.8 및 P/C=2.7 이었다. 이로부터, 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 경우에는, P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어짐을 알 수 있다.
또한, 이들 값은, 도 5(A) 및 (B) 를 참조하여 설명한, P/W 및 P/C 의 양자의 값의 최대치에 근접하고 있음을 알 수 있다.
또한, 비교를 위해서, 도 14(A)∼(C) 에 종래의 위상 제어 수단을 구비하는 광 펄스 시간 확산기를 부호기 및 복호기로서 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 예를 나타낸다. 여기에서는, 도 2 에 나타낸 종래의 위상 제어 수단으로서의 SSFBG 의 반사율에 대하여 2배의 반사율이 되도록, 설계한 종래형의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 실험하였다. 이것은, 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단으로서의 SSFBG 의 브래그 반사율과 대략 동등한 조건으로, 종래의 광 펄스 시간 확산기의 SSFBG 와 그 특성을 비교하기 위해서이다.
도 14(A) 에 나타내는 부호화 광 펄스열을 나타내는 부호화 파형에 대한 면적비는 0.45 이다. 이것은 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 의해 얻어지는 부호화 파형에 대한 면적비 0.39 보다 크다. 그러나, 부호화 광 펄스열의 시간 파형이 시간 축에 대하여 요철이 격렬한 형상이 되어 있다. 즉, 부호화되는 광 펄스가 부호기에 의해 확산 시간내에 불균등하게 시간 확산되는 것을 의미하고 있다. 이것에 의해, 이하에 나타내는 바와 같이, P/W 및 P/C 의 값이 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 대한 값보다 작아져 있다.
도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, P=5.70, W=0.716 이 되어 있다. 또한, 도 14(C) 에 나타내는 바와 같이, C=2.33 이 되어 있다. 그 결과, 도 14(B) 에 나타내는 자기 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/W=8.0 이 되어 있으며, 도 14(C) 에 나타내는 상호 상관 파형을 나타내는 복호화 파형에서는, P/C=2.4 가 되어 있다. 이에 대하여 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기에 의해 부호화 및 복호화를 행한 경우의 P/W 치 및 P/C 치는, 각각 P/W=20.1 및 P/C=4.4 였다. 이로부터, 제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 부호화 및 복호화를 행한 경우에는, 브래그 반사율을 동등하게 하여 종래의 광 펄스 시간 확산기의 특성과 비교해도, P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어짐을 알 수 있다.
Ⅱ. 광 부호 분할 다중 전송 방법 및 장치의 설명
제 1∼제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기는, 광 부호 분할 다중 전송 방법 (이하, 「OCDM 전송 방법」이라 한다.) 에 적용하여 바람직하다. 즉, 본 발명의 광 펄스 시간 확산기를 부호기 및 복호기로서 채용함으로써, 이하의 단계을 포함한 OCDM 전송 방법을 실현할 수 있다. 본 발명의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 실현되는 OCDM 전송 방법은, 상기 기술한 P/W 및 P/C 의 양자 모두 큰 값이 얻어진다는 특성이 반영된다. 따라서, 부호화 광 펄스열이 광 전송로를 전파 중에 그 강도가 감소하거나, 혹은 광 잡음이 혼입되거나 해도, 복호화하여 자기 상관 파형 피크를 높은 신뢰도로 추출하는 것이 가능해진다. 즉, 높은 신뢰성이 확보된 OCDM 전송 방법이 실현된다.
본 발명의 광 펄스 시간 확산기를 부호기 및 복호기로서 이용하는 것이 바람직한 OCDM 전송 방법은, 광 펄스 신호를, 광 위상 부호를 이용하여 부호화하여 부호화 광 펄스 신호로서 생성하는 부호화 단계와, 이 광 위상 부호와 동일한 부호를 이용하여, 부호화 광 펄스 신호를 복호화하고, 광 펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호화 단계를 구비하고 있다. 그리고, 부호화 단계와 복호화 단계를 본 발명의 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 실행한다.
상기 기술한 OCDM 전송 방법은, 다음에 설명하는 광 부호 분할 다중 전송 장치 (이하, 「OCDM 전송 장치」라 한다.) 로 실현하는 것이 가능하다. 즉, 이 OCDM 전송 장치는, 광 펄스 신호를, 광 위상 부호를 이용하여 부호화하여 부호화 광 펄스 신호로서 생성하는 부호기와, 광 위상 부호와 동일한 부호를 이용하여 부호화 광 펄스 신호를 복호화하고, 광 펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호기를 구비하고 있다. 즉, 부호기에 의해 부호화 단계가 실현되고, 복호기에 의해 복호화 단계가 실현된다. 그리고, 이들 부호기 및 복호기로서 본 발명의 광 펄스 시간 확산기를 이용한다.
도 15 를 참조하여, 도 6∼도 14 를 참조하여 설명한 제 1 발명의 광 펄스 시간 확산기 (제 1 실시예∼제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기) 를 이용하여 바람직한, 제 2 발명인 OCDM 전송 장치의 구성 및 그 기능에 대하여 설명한다. 도 15 에 있어서, 광 파이버 등의 광신호의 경로를 굵은 선으로 나타내고, 전기 신호의 경로를 가는 선으로 나타내고 있다. 또한 이들 굵은 선 및 가는 선에 부여된 번호는, 경로 그 자체를 지시하는 것 외에, 각각의 경로를 전파하는 광 신호 혹은 전기 신호를 의미하는 경우도 있다.
도 15 에서는 4 채널 구성의 OCDM 전송 장치를 예로 나타내고 있지만, OCDM 전송 장치는, 4 채널에 한정되는 것은 아니다. 채널수가 몇 개의 구성이더라도, 이하의 설명은 동일하게 성립한다.
OCDM 전송 장치는, 송신부 (140) 에서 채널마다 부호화 광 펄스 신호를 생성하고, 합파기 (170) 에서 모든 채널의 부호화 광 펄스 신호를 다중하여 송신 신호 (172s) 로 하고, 광 전송로 (172) 를 전파시켜 수신부 (180) 에 전송하는 구성이다.
수신부 (180) 에 전송된 모든 채널의 부호화 광 펄스 신호가 다중된 송신 신호 (172s) 는, 분기기 (182) 에 의해, 부호화 광 펄스 신호로서 채널수와 동등한 수로 강도 분할된다. 그리고 강도 분할된 부호화 광 펄스 신호 (181a, 181b, 181c 및 181d) 는 각각, 수신부 (180) 의 수신부 제 1 채널 (200), 수신부 제 2 채널 (202), 수신부 제 3 채널 (204) 및 수신부 제 4 채널 (206) 에 입력된다.
우선, 각 채널의 송신 신호인 광 펄스 신호를 생성하기 위한 기가 되는 광 펄스열을 발생시켜 그 광 펄스열을 각 채널에 공급하는 기능 부분에 대하여 설명한다. 이 부분은 펄스 광원 (142) 과 분기기 (144) 를 구비하여 구성된다.
펄스 광원 (142) 는, 예를 들어, 분포 귀환형 반도체 레이저를 이용하여 구성할 수 있다. 이 DFB-LD 로부터 출력되는 연속파광을 광 변조기 (도시 생략) 에서 광 펄스열로 변환하여 이 광 펄스열을 한 개의 광 파이버단으로부터 출력하도록 구성된 광원이, 펄스 광원 (142) 이다. 펄스 광원 (142) 의 출력광 (143) 은 분기기 (144) 에 의해, 채널수만큼 (여기에서는 4 개) 강도 분할되어, 각 채널에 분배된다. 즉 제 1∼제 4 채널에 대하여 각각, 광 펄스열 (145a), 광 펄스열 (145b), 광 펄스열 (145c) 및 광 펄스열 (145d) 로서 강도 분할되어 공급된다.
이하에서 행하는 부호화부의 설명은, 각 채널 공통의 사항이므로, 여기에서는 제 1 채널을 예로 들어 설명한다. 제 1 채널의 부호화부인 송신부 제 1 채널 (160) 은, 변조 전기 신호 발생부 (146) 과, 변조기 (148) 과, 부호기 (150) 을 구비하여 구성된다. 제 2 채널 (162), 제 3 채널 (164) 및 제 4 채널 (166) 은, 제 1 채널 (160) 과 동일한 구조이다. 상이한 것은, 각각의 채널이 구비하는 부호기에 설정되어 있는 광 위상 부호이다. 광 위상 부호는, 채널마다 상이한 것이 설정된다. 이것에 의해, 채널마다 독립적으로 광 펄스 신호를 송수신할 수 있다. 부호기 이외에는, 제 1∼제 4 채널 모두 동일한 구조이다.
부호화부는, 채널수에 동일한 수의 상이한 파장의 광을 포함한 광 펄스 신호를, 광 위상 부호를 이용하여 부호화하고, 부호화 광 펄스 신호를 생성하는 부호화 단계를 실행하는 부분이다.
상기 기술한 바와 같이, 부호화부 (160) 을 구성하기 위한 필수 구성요소는, 변조 전기 신호 발생부 (146), 변조기 (148) 및 부호기 (150) 이다. 변조 전기 신호 발생부 (146) 은 송신 신호를 나타내는 전기 펄스 신호 (147) 을 발생시키는 단계를 실행한다. 전기 펄스 신호 (147) 는, 제 1 채널에 할당된 송신 정보가 반영된 2 값 디지털 전기 신호로서 생성된 전기 신호이다.
변조기 (148) 은 광 펄스열 (145a) 를, 전기 펄스 신호 (147) 에 의해, 광 펄스 신호 (149) 로 변환하는 단계를 실행한다. 광 펄스열 (145a) 는, 변조기 (148) 에 의해 전기 펄스 신호 (147) 을 반영한 RZ 포맷으로 강도 변조되어, 광 펄스 신호 (149) 로서 생성된다.
부호기 (150) 은 광 펄스 신호 (149) 를, 광 위상 부호를 이용하여, 부호화 하여 부호화 광 펄스 신호 (161) 를 생성하는 단계를 실행한다. 부호기 (150) 에는, 광 펄스 신호 (149) 를 광 위상 부호에 의해 부호화하여 부호화 광 펄스 신호 (161) 를 생성하는 기능을 갖는, 본 발명의 광 펄스 시간 확산기가 구비되어 있다. 또한, 수신부 (180) 의 수신부 제 1 채널 (200) 에 구비되는 복호기 (184) 에도, 부호기 (150) 에 설정된 광 위상 부호와 동일한 광 위상 부호가 설정된 광 펄스 시간 확산기가 구비되어 있다.
복호기 (184) 는 강도 분할되어 제 1 채널에 할당된 부호화 광 펄스 신호 (181a) 를, 제 1 채널의 부호기 (150) 에 설정되어 있는 광 위상 부호와 동일한 부호를 이용하여 복호화한다. 그 결과, 복호기 (184) 에서는, 제 1 채널의 광 펄스 신호의 자기 상관 파형 성분 및 제 2∼제 4 채널의 광 펄스 신호의 상호 상관 파형 성분을 포함한 재생광 펄스 신호가 생성된다.
즉, 복호기 (184) 에 있어서, 이 제 1 채널의 광 펄스 신호의 자기 상관 파형 성분 (185) 만이 추출된다. 자기 상관 파형 성분 (185) 는, 수광기 (190) 에 의해 전기 신호로 변환되고, 제 1 채널의 수신 신호 (191) 가 생성된다. 이 수신 신호 (191) 의 파형은, 송신부 (140) 의 제 1 채널의 부호화부 (160) 이 구비하고 있는 변조 전기 신호 발생부 (146) 으로부터 출력되는 전기 펄스 신호 (147) 을 반영한 신호이다. 이렇게 하여, 제 1 채널을 통하여 송신되어야 하는 전기 펄스 신호 (147) 는, 수신부 (180) 에 의해 제 1 채널의 수신 신호 (191) 로서 수신된다.
제 2 발명인 OCDM 전송 방법 및 OCDM 전송 장치는, 제 1 발명인 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 실현된다. 따라서, 제 2 발명인 OCDM 전송 방법 및 OCDM 전송 장치에 의하면, 전송 선로인 광 파이버의 광 흡수에 의해, 부호화 광 펄스열의 강도가 감소하거나, 장치에 필요에 따라 장착된 광 증폭기로부터 발생하는 광 잡음이 부호화 광 펄스열에 혼입되거나 해도, 높은 신뢰성으로 자기 상관 파형 피크를 추출하는 것이 가능해진다. 즉, 제 1 발명인 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 OCDM 전송 장치를 구성하면, P/W 치를 크게 할 수 있으므로, 자기 상관 파형의 피크를 인식하는 것이 용이해진다. 또한, P/C 치도 크게 할 수 있으므로, 자기 상관 파형과 상호 상관 파형을 분리하는 것이 용이해진다.
따라서, 본 발명의 제 1∼제 3 실시예의 광 펄스 시간 확산기를 이용한 OCDM 전송 장치에 의하면, 복호화된 광 펄스 신호로부터 상호 상관 파형 성분을 자기 상관 파형 성분으로부터 분리하여, 가지 상관 파형을 인식하기 위한 판정 회로에 설정하는 식별 조건을 완화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 부호기의 특성이 이상적인 부호 상관의 시뮬레이션의 결과에 근접하기 때문에, 이 OCDM 전송 장치를 이용하면, 시스템 설계가 용이해진다.

Claims (11)

  1. 광 펄스를, 광 위상 부호를 이용한 부호화에 의해, 시간축 상에 순차 배열한 칩 펄스의 열로 하여 시간 확산하여, 상기 칩 펄스의 열을 출력하는 광 펄스 시간 확산기로서,
    상기 칩 펄스의 열을, 상기 광 위상 부호를 구성하는 부호값 중 인접하는 칩 펄스끼리간에 위상차를 부여하여 생성하는 위상 제어 수단을 구비하고,
    상기 위상 제어 수단은, 상기 인접하는 부호값이 동등한 경우에는, 상기 위상차를,
    2πM+(π/2) (1)
    로 부여하고, 그리고
    상기 인접하는 부호값이 상이한 경우에는, 상기 위상차를,
    2πM+(2N+1)π+(π/2) (2)
    로 부여하는 (단, M 및 N 은 정수) 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  2. 광 펄스를, 광 위상 부호를 이용한 부호화에 의해, 시간축 상에 순차 배열한 칩 펄스의 열로 하여 시간 확산하여, 상기 칩 펄스의 열을 출력하는 광 펄스 시간 확산기로서,
    상기 칩 펄스의 열을, 상기 광 위상 부호를 구성하는 부호값 중 인접하는 칩 펄스끼리간에 위상차를 부여하여 생성하는 위상 제어 수단을 구비하고,
    상기 위상 제어 수단은, 상기 인접하는 부호값이 상이한 경우에는, 상기 위상차를,
    2πM+(π/2) (1)
    로 부여하고, 그리고
    상기 인접하는 부호값이 동등한 경우에는, 상기 위상차를,
    2πM+(2N+1)π+(π/2) (2)
    로 부여하는 (단, M 및 N 은 정수) 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  3. 광 펄스를, 광 위상 부호를 이용한 부호화에 의해, 시간축 상에 순차 배열한 칩 펄스의 열로 하여 시간 확산하여, 상기 칩 펄스의 열을 출력하는 광 펄스 시간 확산기로서,
    상기 칩 펄스의 열을 생성하기 위한 위상 제어 수단으로서, 일렬로 배열되어 광 위상 부호를 구성하는 부호값과 1:1 로 대응하는 단위 회절 격자가, 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되고,
    앞뒤에 인접하고 또한 동등한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차를,
    2πM+(π/2) (1)
    로 부여하고, 그리고
    앞뒤에 인접하고 또한 상이한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차를,
    2πM+(2N+1)π+(π/2) (2)
    로 부여하는 (단, M 및 N 은 정수) 당해 위상차 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  4. 광 펄스를, 광 위상 부호를 이용한 부호화에 의해, 시간축 상에 순차 배열한 칩 펄스의 열로 하여 시간 확산하여, 상기 칩 펄스의 열을 출력하는 광 펄스 시간 확산기로서,
    상기 칩 펄스의 열을 생성하기 위한 위상 제어 수단으로서, 일렬로 배열되어 광 위상 부호를 구성하는 부호값과 1:1 로 대응하는 단위 회절 격자가, 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되고,
    앞뒤에 인접하고 또한 상이한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차를,
    2πM+(π/2) (1)
    로 부여하고, 그리고
    앞뒤에 인접하고 또한 동등한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터의 브래그 반사광의 위상차를,
    2πM+(2N+1)π+(π/2) (2)
    로 부여하는 (단, M 및 N 은 정수) 당해 위상차 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 회절 격자의 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 창 함수에 의해 아포다이즈되어 있는 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 창 함수가 가우스 함수인 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 광 도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 배치된 상기 단위 회절 격자를 형성하고 있는 주기적 굴절률 변조 구조의 굴절률 변조 강도가, 상기 광 도파로의 도파 방향을 따라 단조롭게 증대되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 제어 수단은, 상기 단위 회절 격자의 수가 J 개 (J 는 2 이상의 자연수) 로 이루어지는 위상 제어 수단이고,
    상기 단위 회절 격자에 대하여 상기 광 도파로의 일단으로부터 타단을 향하여 순차 제 1 번∼제 J 번까지의 번호가 부여되어 있고,
    제 i 번째 (2≤i≤J) 의 단위 회절 격자로부터의 반사율 Ri 이
    반사율 Ri=Ri -1/(1-Ri -1)2 (3)
    로 부여되는 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 도파로가 광 파이버인 것을 특징으로 하는, 광 펄스 시간 확산기.
  10. 광 펄스 신호를, 광 위상 부호를 이용하여 부호화하여 부호화 광 펄스 신호로서 생성하는 부호화 단계와,
    상기 광 위상 부호와 동일한 부호를 이용하여, 상기 부호화 광 펄스 신호를 복호화하고, 상기 광 펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호화 단계를 구비하고,
    상기 부호화 단계와 상기 복호화 단계를, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광 펄스 시간 확산기를 이용하여 실행하는 것을 특징으로 하는, 광 부호 분할 다중 전송 방법.
  11. 광 펄스 신호를, 광 위상 부호를 이용하여 부호화하여 부호화 광 펄스 신호로서 생성하는 부호기와,
    상기 광 위상 부호와 동일한 부호를 이용하여, 상기 부호화 광 펄스 신호를 복호화하고, 상기 광 펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호기를 구비하고,
    상기 부호기 및 상기 복호기가, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광 펄스 시간 확산기인 것을 특징으로 하는, 광 부호 분할 다중 전송 장치.
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