JP3611302B2 - Ｃｄｍａ変復調装置、ｃｄｍａ通信システム、および、ｗｄｍ・ｃｄｍａ共用通信システム - Google Patents
Ｃｄｍａ変復調装置、ｃｄｍａ通信システム、および、ｗｄｍ・ｃｄｍａ共用通信システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変復調装置およびＣＤＭＡ通信システムに関し、特に、光領域において信号の拡散変調や逆拡散復調を行うＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
【０００２】
Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）用の変復調装置およびＣＤＭＡ通信システムに関する。
【０００３】
また、本発明は、ＣＤＭＡ技術をＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信に適用して、特に、光領域におけるＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムに関する。
【０００４】
【従来の技術】
光ＣＤＭＡ方式は、ランダムアクセスやセルフルーティング的な動作を、光スイッチなどの素子を用いること無しに、符号によってシステム的に実現可能である。このため、光ＬＡＮや光交換への適用が検討されている。
【０００５】
光ＣＤＭＡシステムとしては、従来、図２０に示すような構成が用いられている。
【０００６】
この図２０に示すように、光パルス光源１ａ〜１ｃ、光路長差がそれぞれ△Ｌ、２１△Ｌ、…、２Ｊ−１△ＬのＪ個（Ｊ：自然数）の非対称マッハツェンダ型干渉計（本図では、Ｊ＝２）を縦続接続した複数のラティス型光回路２ａ〜２ｆをスターカプラ３を介して対向させている。スターカプラを挟んだ左側、右側のラティス型光回路がそれぞれ、光パルス信号の拡散変調器、逆拡散復調器に対応している。
【０００７】
ラティス型光回路２ｂ，２ｅ中の方向性結合器４ａ〜４ｆの結合率を０．５に設定し、繰り返し周波数ｆ（Ｈｚ）｛ｆ≦ｃ／（２Ｊｎ△Ｌ）、ｆ＝１／Ｔｃ、ｃ：光速、ｎ：導波路の屈折率、Ｔｃ：パルス周期｝、パルス幅Ｔｐの短光パルスがラティス型光回路２ｂに入射した場合、Ｔｃ（＝１／ｆ）（ｓｅｃ）の時間フレーム中に２Ｊ個の光パルス列｛周期Ｔｒ（＝ｎ△Ｌ／ｃ）｝が新たに生成され、符号系列が構成される。
【０００８】
この符号系列は、ラティス型光回路２ｂ中の導波路の屈折率制御部（位相シフタ）５ａ，５ｂの位相情報を含んでいる。この符号化光パルス列をラティス型光回路２ｅに入射させた場合、個々の光パルスは２Ｊ個の光パルスに分離された後、コヒーレントな電界成分の加算が行われる。
【０００９】
ラティス型光回路２ｅ中の位相シフタ５ｃ，５ｄの設定が５ａ，５ｂに対して復号条件を満たしている場合、パルスの中央に光パワーが集中し復号が行われるが、設定が復号条件とは異なる場合には入射符号化パルスはさらに時間的に拡散され、復号は行われない。
【００１０】
図２１は、入射光パルス列（図２１（ａ））、Ｊ＝２の場合の拡散変調器通過後の生成符号系列（図２１（ｂ））、逆拡散復調器の設定の違いによる出力結果（図２１（ｃ）：復号条件が満たされる場合、図２１（ｄ）：復号条件が満たされない場合）とを示している。なお、簡単のため、入射光パルス列の内、１パルスが及ぼす影響について示した。
【００１１】
図２１（ｂ）は、図２０の位相シフタに、φａ＝φｂ＝πの位相を与えた場合の例である。図２１（ｃ）は、図２０の位相シフタにφｃ＝φｄ＝０の位相を与えた場合の例である。図２１（ｄ）は、図２０の位相シフタにφｃ＝π、φｄ＝０の位相を与えた場合の例である。ただし、φａ、φｂ、φｃ、φｄは、それぞれ、位相シフタ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの位相シフト値を表している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の方法では、復号化条件が満たされた場合でも、復号光パルスの回りにサイドローブ成分が生じ、受信側でのＳ／Ｎ（信号対雑音）比が劣化するという欠点がある。
【００１３】
また、非復号の場合、不要の光パルス列が生じ、復号信号のＳ／Ｎ比を劣化させる。すなわち、これは、ＣＤＭＡ用拡散変調器、逆拡散復調器として、それぞれ、自己相関特性と相互相関特性とが理想的な状態からずれていることを示している。
【００１４】
また、符号化パターンを容易に解読でき、ＣＤＭＡの最大の特徴の１つである通信の秘匿性に問題が生じる。
【００１５】
これは、拡散変調器が同一の周波数成分を有するパルスを時間的に多重化するという構成のため、多重化の上限が限られ拡散比（＝ビット区間（Ｔｃ）／チップ区間（Ｔｒ））を大きくできないためである。
【００１６】
光パルス光源からの光パルスの周期、パルス幅をそれぞれＴｃ、Ｔｐとした場合、拡散比の上限は［Ｔｃ／Ｔｐ］（［Ｒ］は、Ｒを越えない整数を示す、Ｒは実数）となり、典型的な値Ｔｃ＝２５ｐｓｅｃ，Ｔｐ＝３ｐｓｅｃの場合、８程度にとどまる。そのため、パルスの位相に０、πの符号化を施す符号化パターンは、２８＝２５６種類にとどまる。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、符号化パターン数を大きくして、復号光信号パルスの不要サイドローブ成分および非復号光信号パルスの出力レベルを低減する、すなわち、自己・相互相関特性を向上させ、かつ、秘匿性を高めることが可能な、ＣＤＭＡ変復調装置およびＣＤＭＡ通信システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、ＣＤＭＡ変復調技術を、ＷＤＭ通信に適用することによって、ＷＤＭ通信の波長間隔を低減し周波数利用効率を向上させることが可能な、ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われる第１のアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記第１のアレイ導波路格子の出力部と接続された第１のマトリクス型光スイッチと、前記第１のマトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記複数の遅延線の他端と接続された第２のマトリクス型光スイッチと、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記第２のマトリクス型光スイッチの出力部と接続され、かつ、当該出力部から前記信号が出力される第２のアレイ導波路格子とを具え、前記第１のアレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記第１および第２のマトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記第２のアレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００１９】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続された第１のマトリクス型光スイッチと、前記第１のマトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記遅延線の他端と接続された第２のマトリクス型光スイッチとを具え、前記第２のマトリクス型光スイッチの出力部と、前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記第１および第２のマトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２０】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続されたマトリクス型光スイッチと、前記マトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線とを具え、前記遅延線の他端と、前記マトリクス型光スイッチの入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記遅延線の他端との接続に用いられなかった前記マトリクス型光スイッチの接続部位の未接続部分と、前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記マトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２１】
本発明は、 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続されたマトリクス型光スイッチと、前記マトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、前記遅延線の他端と接続された光を反射する手段とを具え、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記マトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせおよび前記反射手段によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２２】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われる第１のアレイ導波路格子と、入力部が、前記第１のアレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記可変遅延線の出力部と接続された第２のアレイ導波路格子とを具え、前記第１のアレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記第２のアレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２３】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、入力部が、前記アレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線とを具え、前記可変遅延線の出力部と前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２４】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、入力部が、前記アレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と、前記可変遅延線の出力部と接続され、光を反射する手段とを具え、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線と前記反射手段によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２５】
ここで、前記光を反射する手段が１本の導波路を１箇所で近接させて結合させることによって構成するループ状導波路、或いは、グレーティング、或いは、導波路端面に金属又は誘電体多層膜を付着したものであってもよい。
【００２６】
前記可変遅延線が光路長差が等しい非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続したものであってもよい。
【００２７】
前記可変遅延線が、少なくとも１つの光路長差は他と異なるような複数の非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続してものであってもよい。
【００２８】
前記非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差が、干渉計の個数をＫ（Ｋ：２以上の整数）として、最少の光路長差に対して２１倍、２２倍、…、２Ｋ−１倍であってもよい。
【００２９】
前記可変遅延線が、合波器と分波器を備え、当該合波器と分波器との間を複数のそれぞれ長さが異なる遅延線で互いに接続し、前記複数の遅延線上にはそれぞれ光スイッチを配置したものであってもよい。
【００３０】
前記可変遅延線が、第１の１本の導波路と、Ｍ本（Ｍ：２以上の整数）の導波路とをＭか所の異なる位置で結合させるＭ個の結合率可変方向性結合器を有し、前記Ｍ本の導波路は前記第１の１本の導波路と結合した後、光合波器によって出力部分となる第２の１本の導波路にまとめられた構成をとってもよい。
【００３１】
本発明は、上記いずれかのＣＤＭＡ変復調装置を複数個用いて拡散変調装置および逆拡散復調装置を構成し、当該拡散変調装置と逆拡散復調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を接続することによって、ＣＤＭＡ通信システムを構成する。
【００３２】
前記ＣＤＭＡ変復調装置を任意の組み合わせで複数個用いて、前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置を構成してもよい。
【００３３】
本発明は、上記いずれかのＣＤＭＡ変復調装置を複数個用いてＷＤＭ通信の複数の信号波長それぞれに拡散変調および逆拡散復調を行い、当該拡散変調装置と逆拡散復調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を接続することによって、ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムを構成する。
【００３４】
前記ＣＤＭＡ変復調装置を任意の組み合わせで複数個用いて、前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置を構成してもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を、図１〜図１９に基づいて説明する。
【００３６】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００３７】
本例では、第１のアレイ導波路格子と、第１のマトリクス型光スイッチと、遅延線と、第２のマトリクス型光スイッチと、第２のアレイ導波路格子とを、この順に従って接続することによって、ＣＤＭＡ変復調装置としての光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【００３８】
以下、具体的な構成について説明する。
【００３９】
図１は、本発明に係る光ＣＤＭＡ変復調器の構成例を示す。なお、拡散変調器及び逆拡散復調器は、それぞれ、図１の構成を用いて別々の基板上に構成することができる。
【００４０】
図１において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部６、スラブ導波路７ａ，７ｂと、アレイ導波路８と、これらスラブ導波路およびアレイ導波路から構成されるアレイ導波路格子９ａ，９ｂと、導波路１０ａ〜１０ｐと、マトリクス型光スイッチ１１ａ，１１ｂと、遅延線１２ａ〜１２ｈと、出力部１３とを備える。
【００４１】
アレイ導波路格子９ａ，９ｂは、それぞれ、波長分離素子、波長多重素子として機能する。導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線１２ａ〜１２ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【００４２】
（光源）
図１を拡散変調器として用いる場合、入力部６から入射させる広スペクトル帯域を有する光源としては、種々のものが考えられる。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、光ファイバ増幅器あるいは半導体レーザ増幅器を基本構成に用いるＡＳＥ光源、スーパーコンティニュアム（ＳＣ）光源、半導体あるいは光ファイバモード同期レーザなどの短光パルス光源、などが考えられる。
【００４３】
そして、これらの広帯域光源を光強度変調器でデータ変調した後、入力部６に入射させる。
【００４４】
（マトリクス型光スイッチ：例１）
図２は、マトリクス型光スイッチ１１ａ，１１ｂを、８種類の周波数成分を取り扱うことを想定して、８入力８出力（８×８）の完全非閉塞型で構成した例を示す。
【００４５】
１４ａ〜１４ｈは入力部、１５ａａ〜１５ｈｈは２×２光スイッチ、１６ａ〜１６ｈは出力部である。
【００４６】
（マトリクス型光スイッチ：例２）
図３は、マトリクス型光スイッチ１１ａ，１１ｂを、８×８の完全非閉塞型で構成した他の例を示す。
【００４７】
上記図２の構成例では、入出力ポートの選び方によって２×２光スイッチ１５を通る個数が異なるため、損失のばらつきが生じる場合がある。
【００４８】
すなわち、図２の構成例において、例えば、１４ａ→１６ｈの経路を介したスイッチングを考える場合、１４ａ→１５ａｈ→１５ｂｈ→１５ｃｈ→１５ｄｈ→１５ｅｈ→１５ｆｈ→１５ｇｈ→１５ｈｈ→１６ｈの接続を行うとすると、光スイッチ１５を８回通過することになる。
【００４９】
また、図２の構成例において、例えば、１４ａ→１６ａの経路を介したスイッチングを考える場合、１４ａ→１５ａｈ→１５ａｇ→１５ａｆ→１５ａｅ→１５ａｄ→１５ａｃ→１５ａｂ→１５ａａ→１５ｂａ→１５ｃａ→１５ｄａ→１５ｅａ→１５ｆａ→１５ｇａ→１５ｈａ→１６ｈの接続を行うとすると、光スイッチ１５を１５回通過することになる。
【００５０】
このように図２の構成例では、経路に応じて通過する光スイッチ１５の数が異なることになる。
【００５１】
これに対して、図３の構成例では、どのような経路を辿ったスイッチングを行っても、通過する光スイッチの数は、常に８となる。その結果、図３の構成は、図２の構成に比べて、各入出力ポート間での損失の均一化が図られるという利点がある。
【００５２】
図４は、２×２光スイッチ１５ａａ〜１５ｈｈの構成例を示す。
【００５３】
導波路１７ａ〜１７ｆ、方向性結合器１８ａ，１８ｂ、導波路の屈折率制御部１９を備える。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図４のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’部分を導波路１７ａ，１７ｂ方向から見た断面を示す。
【００５５】
本例および後述する各例における光ＣＤＭＡ変復調器１は、石英系ガラス導波路を用いて構成される。
【００５６】
まず、Ｓｉ基板２０ａ，２０ｂ上に火炎堆積法によって、ＳｉＯ２下部クラッド層２１ａ，２１ｂを堆積する。次に、ＧｅＯ２をドーパントとして添加したＳｉＯ２ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化する。次に、必要な導波路パターンを用いてコア層をエッチングしてコア部分２２ａ〜２２ｄを作製する。最後に、再びＳｉＯ２上部クラッド層２３ａ，２３ｂを堆積し、再度電気炉で透明ガラス化した後、さらに、所定の上部クラッド層上に薄膜ヒータ（熱光学効果による導波路の屈折率（位相）制御用）２４および電気配線を蒸着することによって作製する。
【００５７】
図４において、２本の導波路を数μｍオーダで近接させて構成した方向性結合器１８ａ，１８ｂの長さを調整して結合率を０．５とし、導波路１７ｃ，１７ｄの長さを等しくした場合は、対称マッハツェンダ型干渉計となり、また、導波路の屈折率制御部１９の位相を０とした場合は、１７ａ→１７ｆ，１７ｂ→１７ｅのスイッチングが行われ、さらに、１９の位相をπとした場合は、１７ａ→１７ｅ，１７ｂ→１７ｆのスイッチングが行われる。
【００５８】
方向性結合器の他の構成例としては、対称マッハツェンダ型干渉計を１段或いは多段に縦続接続したもの、或いは多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ等が考えられる。
【００５９】
上述したような構成をとることにより、広スペクトル帯域を有する光源を入射した場合、アレイ導波路格子によって分波されたスペクトル成分はマトリクス型光スイッチと長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各波長成分は別々の遅延時間を受けて時間的に拡散されることになり、これにより、その波長の時間依存性の組み合わせを任意に設定することが可能となる。
【００６０】
［第２の例］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図６および図７に基づいて説明する。なお、前述した或いは後述する第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００６１】
本例では、前述した光ＣＤＭＡ変復調器１を任意の組み合わせで複数個使用して、拡散変調器と逆拡散復調器との間に光を合分波する手段、および、光を伝送する手段を接続することによって、光ＣＤＭＡ通信システム１００を構成する。
【００６２】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００６３】
図６は、本発明に係る光ＣＤＭＡ通信システム１００の構成例を示す。
【００６４】
本システムは、図１の構成若しくは後述する他の例の構成の光ＣＤＭＡ変復調器を任意の組み合わせで用いた光ＣＤＭＡ通信システムである。
【００６５】
２５ａ〜２５ｃは、広スペクトル帯域光源である。２６ａ〜２６ｏは、導波路である。２７ａ〜２７ｃは、光強度変調器である。２８ａ〜２８ｃは、光ＣＤＭＡ拡散変調器である。２９は、スターカプラである。３０ａ〜３０ｃは、光ＣＤＭＡ逆拡散復調器である。９３ａ〜９３ｃは、受光器である。
【００６６】
２６ｇ〜２６ｌは、光の伝送部分も含み、光の伝送部分としては、通常光ファイバが用いられる。
【００６７】
以下、光ＣＤＭＡ変復調器１の動作、および、これらを用いた光ＣＤＭＡ通信システム１００に関して順次説明する。
【００６８】
ただし、入力部として広スペクトル帯域を有する光源からの光を光強度変調器でデータ変調した後、図１の入力部６に入射させる場合について考える。
【００６９】
広スペクトル帯域光源２５ａ〜２５ｃは、簡単化のため、全て同一の中心波長およびスペクトル特性を持つと仮定する。
【００７０】
また、同一の広スペクトル帯域光源を分波器で３つに分波し、それぞれの光源として用いてもよい。
【００７１】
強度変調器２７ａ〜２７ｃでデータ変調された光は、光ＣＤＭＡ拡散変調器２８ａ〜２８ｃでそれぞれ異なった符号で拡散変調される。図１のアレイ導波路格子９ａで分離されたλ１〜λ８の各波長成分をマトリクス型光スイッチ１１ａを用いて別々の遅延線に割り振ることによって符号化が行われる。
【００７２】
光強度変調器２８ａ〜２８ｃ通過後の被変調信号光の周期、幅をそれぞれＴ，Ｔｍであるとし（Ｔｍ≦Ｔ／８）、遅延線１２ａ〜１２ｈがこの順に順次Ｌｍ（Ｌｍ＝ｃＴｍ／ｎ）ずつ短く配置されているとする。
【００７３】
送信側の光ＣＤＭＡ拡散変調器２８ａでは、（λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）⇔（１２ｄ，１２ｆ，１２ｃ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｂ，１２ａ，１２ｅ）、２８ｂでは（λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）⇔（１２ｈ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｃ，１２ｂ，１２ｇ，１２ａ，１２ｆ）の波長・遅延線対応を行う。
【００７４】
これらの波長成分λ１〜λ８は、マトリクス型光スイッチ１１ｂを用いて所定の導波路１０ｉ〜１０ｐに導かれ、アレイ導波路格子９ｂで合波され、出力部１３からスターカプラ２９に出射される。
【００７５】
受信側の光ＣＤＭＡ逆拡散復調器３０ｃでは、光ＣＤＭＡ拡散変調器２８ａの符号化にマッチング（２８ａでの波長による遅延時間依存性を補償するように）した（λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）⇔（１２ｅ，１２ｃ，１２ｆ，１２ｂ，１２ａ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｄ）の符号化が行われるものとする。
【００７６】
図７（ａ）は光強度変調器２７ａ，ｂ通過後、図７（ｂ）（ｃ）は拡散変調器２８ａ，ｂ通過後、図７（ｄ）（ｅ）は逆拡散復調器３０ｃ通過後の光パルス波形の様子を示す。なお、簡単化のため、光パルス列のうち１パルスが及ぼす影響について示す。
【００７７】
この図７から、図６の３０ｃでは、２８ａからの光パルスは復元されているが、２８ｂからの光パルスはさらに拡散されていることがわかる。これは、波長に依存した遅延時間差によるパルス広がりが符号のマッチングにより補償され、符号の非マッチングにより遅延時間差がさらに増大するためである。
復元された光パルスは、さらに受光器９３ａ〜９３ｃに導かれ、データの受信が行われる。
【００７８】
図１および後述する例の構成の光ＣＤＭＡ変復調器では、用いる波長成分をＩ（Ｉ：自然数、使用するアレイ導波路格子とマトリクス型光スイッチのポート数に対応）とすると、Ｉ！種類（十分に実現可能なＩ＝８の場合、４０３２０種類）の符号化パターンが実現可能である。
【００７９】
上述したような通信システムを構成することにより、遅延時間は任意の組み合わせが可能となるため、光信号の波長成分が時間的に変化し、この波長変化の組み合わせを任意に設定可能な光ＣＤＭＡ方式を実現でき、これにより、符号化パターン数を大きくすることが可能となるため、光ＣＤＭＡ通信システムの性能を向上させることができる。
【００８０】
［第３の例］
次に、本発明の第３の実施の形態を、図８に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００８１】
本例では、アレイ導波路格子、第１のマトリクス型光スイッチ、遅延線、第２のマトリクス型光スイッチを、この順に従って接続し、第２のマトリクス型光スイッチの出力部とアレイ導波路格子の入力部或いは出力部のうちどちらかとを接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【００８２】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００８３】
図８は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器及び逆拡散復調器は、それぞれ図８の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【００８４】
図８において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部３１と、アレイ導波路格子３２と、導波路３３ａ〜３３ｐと、マトリクス型光スイッチ３４ａ，３４ｂと、遅延線３５ａ〜３５ｈと、出力部３６とを備える。
【００８５】
導波路３３ｉ〜３３ｐがアレイ導波路格子３２の入力のうち使用されていない部分に接続され、３２の出力部のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとる。
【００８６】
導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線３５ａ〜３５ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【００８７】
図８の構成では、アレイ導波路格子の周波数特性により、導波路３３ｉ〜３３ｐからの光は、出力部３６に集光されることを用いて、アレイ導波路格子を１つに簡略化可能であることを示す。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【００８８】
導波路３３ｉ〜３３ｐがアレイ導波路格子３２の出力のうち使用されていない部分に接続され、３２の入力部のうち使用されていない１つを出力部として用いる構成をとっても動作は同じである。
【００８９】
また、導波路３３ｉ〜３３ｐがアレイ導波路格子３２の入力部（出力部）のうち使用されている部分に方向性結合器を用いて接続され、３２の出力部（入力部）のうち使用されている部分の１つを方向性結合器を用いて出力部として取り出す構成をとっても、損失は増加するものの動作は同じである。
【００９０】
この場合、方向性結合器の替わりに、光サーキュレータを用いれば、損失が低減される。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【００９１】
［第４の例］
次に、本発明の第４の実施の形態を、図９に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００９２】
本例では、アレイ導波路格子、マトリクス型光スイッチ、遅延線を、この順に従って接続し、遅延線の他端とマトリクス型光スイッチの入力部或いは出力部とを接続し、マトリクス型光スイッチでこの接続に用いられなかった側とアレイ導波路格子の入力部或いは出力部とを接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【００９３】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００９４】
図９は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図９の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【００９５】
図９において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部３７と、アレイ導波路格子３８と、導波路３９ａ〜３９ｐと、マトリクス型光スイッチ４０と、遅延線４１ａ〜４１ｈと、出力部４２とを備える。
【００９６】
遅延線４１ａ〜４１ｈの両端は、マトリクス型光スイッチ４０の出力部に接続されている。
【００９７】
導波路３９ｉ〜３９ｐを用いて、マトリクス型光スイッチ４０の入力のうち使用されていない部分と、アレイ導波路格子３８の出力のうち使用されていない部分とを接続し、３８の入力部のうち使用されていない１つを出力部として用いる構成をとる。
【００９８】
導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線４１ａ〜４１ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【００９９】
図９の構成では、マトリクス型光スイッチの未使用ポートを有効に使用したこと、アレイ導波路格子の波長特性を用い導波路３９ｉ〜３９Ｐからの光は出力部４２に集光されることを用いてマトリクス型光スイッチ、アレイ導波路格子をいずれも１つに簡略化可能である。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１００】
遅延線４１ａ〜ｈの他端をマトリクス型光スイッチ４０の入力部に接続し、４０の出力部とアレイ導波路格子３８の出力部（入力部）とを使用されていないもの同士で接続し、３８の入力部（出力部）のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとっても動作は同じである。
【０１０１】
また、使用されている部分に方向性結合器を用いて接続する構成をとっても、損失は増加するものの動作は同じである。
【０１０２】
この場合、方向性結合器の替わりに、光サーキュレータを用いれば、損失が低減される。
【０１０３】
［第５の例］
次に、本発明の第５の実施の形態を、図１０および図１１に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１０４】
本例では、アレイ導波路格子、マトリクス型光スイッチ、遅延線、光を反射する手段を、この順に接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器１を構成する。
【０１０５】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１０６】
図１０は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１０の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１０７】
図１０において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部４３と、サーキュレータ４４と、導波路４５ａ〜４５ｉと、アレイ導波路格子４６と、マトリクス型光スイッチ４７と、遅延線４８ａ〜４８ｈと、光を反射する手段４９ａ〜４９ｈと、出力部５０とを備える。
【０１０８】
（変形例１）
また、他の構成例として、図１０で図１１の光を反射する手段を使用して構成してもよい。この光を反射する手段としては、ループ状導波路を用いることができる。
【０１０９】
図１１は、光を反射する手段４９ａ〜４９ｈの構成例である。
【０１１０】
光を反射する手段４９ａ〜４９ｈは、導波路５１ａ〜５１ｃ（５１ａ，５１ｂ：入出力部）と、方向性結合器５２とを備える。
【０１１１】
方向性結合器５２の結合率を０．５に設定した場合、５１ａから入射した光は、導波路５１ｃを時計回り（５２で反射）と反時計回り（５２で透過）に進む光に１：１に分けられる。
【０１１２】
５２で反射、透過される光は、それぞれ、０、π／２の位相変化を受け、５１ｃで受ける位相変化は回る方向にかかわらず全く同一のため、結局、光は全て５１ａから出力される。
【０１１３】
（変形例２）
また、他の構成例として、遅延線４８ａ〜４８ｈの端面に、Ａｕ等の金属或いは誘電体多層膜を付着することによっても、光を反射することが可能となる。また、４８ａ〜４８ｈに広帯域のバルク、導波路、或いは光ファイバ、グレーティングを構成することによっても、光を反射することが可能となる。
【０１１４】
導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線４８ａ〜４８ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１１５】
光は、光を反射する手段４９で反射されて、入射光と同じ経路を逆に進み、導波路４５ａに出力される。光の取り出しは、２×２方向性結合器を用いることもできるが、損失低減のためサーキュレータ４４を用い、出力部５０から光を出射させる構成を用いる。
【０１１６】
光は、遅延線４８ａ〜４８ｈを２度通過するため、４８ａ〜４８ｈはＬｍ／２ずつ長さを変えて配置する。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１１７】
［第６の例］
次に、本発明の第６の実施の形態を、図１２ないし図１５に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１１８】
本例では、第１のアレイ導波路格子、可変遅延線、第２のアレイ導波路格子を、この順に従って接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【０１１９】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１２０】
図１２は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１２の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１２１】
図１２において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部５３と、アレイ導波路格子５４ａ，５４ｂと、導波路５５ａ〜５５ｐと、可変遅延線５６ａ〜５６ｈと、出力部５７とを備える。
【０１２２】
（変形例１）
また、他の構成例として、図１２で図１３の可変遅延線を使用して構成してもよい。可変遅延線としては、非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続したものを用いることができる。
【０１２３】
図１３は、可変遅延線５６ａ〜５６ｈの構成例を示す。
【０１２４】
可変遅延線５６ａ〜５６ｈは、入力導波路５８ａ，５８ｂと、２×２光スイッチ５９−１〜５９−Ｎ＋１（Ｎ：自然数）と、非対称アーム対６０ａ−１〜６０ａ−Ｎ，６０ｂ−１〜６０ｂ−Ｎと、出力導波路６１ａ，６１ｂとによって構成される。
【０１２５】
５８ａ，５８ｂのいずれかが入力として用いられ、６１ａ，６１ｂのいずれかが出力として用いられる。非対称アーム対６０の光路長差ΔＬは、本例では、ΔＬＮ＝２Ｎ−１ｃτ０／ｎと設定する。２×２光スイッチ５９のスイッチング状態を変化させることによって、様々な光路長を設定可能となるので、可変遅延線が実現される。
【０１２６】
なお、図１３では、左から右へ干渉計の光路長差が順次長くなるように配列されているが、これに限るものではなく、どのような順番で配列しても可変遅延線としての機能は変わらない。
【０１２７】
また、各非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差を等しくする構成や、様々な光路長差を持つ干渉計を任意に組み合わせる構成も可能である。
【０１２８】
例として、８種類の波長成分を取り扱う場合を考える。干渉計の光路長差が全て等しい場合には、干渉計数を７とする必要があるが、２の倍数で増加させた光路長差をもつ干渉計を組み合わせた場合には、干渉計数は３に低減される。一般的に実数の倍数で増加させた光路長差を持つ干渉計を組み合わせて可変遅延線を構成することが可能であるが、波長成分間で等しい遅延時間差を与えるのは２の倍数で増加させた場合のみである。
【０１２９】
（変形例２）
また、他の構成例として、図１２で図１４の可変遅延線を使用してもよい。可変遅延線としては、合波器と分波器とを、光スイッチを備えたそれぞれ長さが異なる複数の遅延線で接続したものを用いることができる。
【０１３０】
図１４は、図１２の可変遅延線５６ａ〜５６ｈの他の構成例を示す。
【０１３１】
可変遅延線５６ａ〜５６ｈは、入力部６２と、光分波器６３と、固定遅延線６４ａ〜６４ｈと、導波路６５ａ〜６５ｘと、２×２光スイッチ６６ａ〜６６ｈと、光合波器６７と、出力部６８とによって構成される。
【０１３２】
固定遅延線６４ａ〜６４ｈの長さを予めそれぞれ変えておき、所望の光路長を得るため、２×２光スイッチ６６ａ〜６６ｈのいずれか１つのみをバー状態にして６４ａ〜６４ｈを通過した光のうち１つのみを光合波器６７に導くようにする。
【０１３３】
他の光は、光スイッチ６６がクロス状態であるため、６５ｉ〜６５Ｐのいずれかに出射され、出力導波路６８からは出射されない。このようにして可変遅延線が実現される。
【０１３４】
光分波器６３、光合波器６７としては、よく知られているように、スターカプラ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、２×２の方向性結合器を多段に縦続接続する構成、２×２の対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続する構成、Ｙ分岐導波路を多段に縦続接続する構成等が考えられる。
【０１３５】
（変形例３）
また、他の構成例として、図１２で図１５の可変遅延線を使用してもよい。可変遅延線としては、１本の導波路にそれぞれ１箇所ずつ異なる位置で結合する複数の導波路が光合波器でまとめられた構成のものを用いることができる。
【０１３６】
図１５は、図１２の可変遅延線５６ａ〜５６ｈの他の構成例を示す。
【０１３７】
可変遅延線５６ａ〜５６ｈは、導波路６９ａ〜６９ｉ（６９ａ，６９ｂのいずれかを入力部として使用）と、２×２光スイッチ７０ａ〜７０ｈと、光合波器７１と、出力部７２とによって構成される。
【０１３８】
導波路６９ａから光が入射するとした場合、所望の光路長を得るため、２×２光スイッチ７０ａ〜７０ｈのいずれか１つのみをクロス状態にして導波路６９ｂ〜６９ｉのいずれかを通過させることによって遅延量を調節し、光合波器７１に導くようにする。このようにして可変遅延線が実現される。
【０１３９】
ここで、図１２の拡散変調器としての動作を説明する。
【０１４０】
アレイ導波路格子５４ａで分離されたλ１〜λ８の各波長成分を、上述した構成例で示した可変遅延線５６ａ〜５６ｈに通す。５６ａ〜５６ｈの長さをそれぞれ異なる値に設定することによって、前述した第２の例と同様に符号化が行われる。
【０１４１】
これらの波長成分λ１〜λ８は、アレイ導波路格子５４ｂで合波され出力部５７から出射される。出力光パルスでは、波長に依存した遅延時間差によるパルスの広がり（拡散）が生じている。
【０１４２】
図１２の構成の逆拡散復調器としての動作は、第２の例と同様に、波長に依存した遅延時間差による光パルスの広がりをマッチングがとれた場合には元に戻るように、非マッチングの場合にはさらに拡散されるようにする。
【０１４３】
図１２において、導波路が並列に複数接続されている部分では、可変遅延線５６ａ〜５６ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１４４】
［第７の例］
次に、本発明の第７の実施の形態を、図１６に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１４５】
本例では、アレイ導波路格子、可変遅延線を、この順に従って接続し、可変遅延線の出力部とアレイ導波路格子の入力部或いは出力部とを１対ずつ接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【０１４６】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１４７】
図１６は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１６の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１４８】
図１６において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部７３と、アレイ導波路格子７４と、導波路７５ａ〜７５ｐと、可変遅延線７６ａ〜７６ｈと、出力部７７とを備える。
【０１４９】
遅延線７６ａ〜７６ｈの一端は導波路７５ａ〜７５ｈを通じてアレイ導波路格子７４の出力に接続され、他端は導波路７５ｉ〜ｐを通じてアレイ導波路格子７４の入力部のうち未使用のものと接続されている。アレイ導波路格子７４の出力部のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとっている。導波路が並列に複数接続されている部分では、可変遅延線７６ａ〜ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１５０】
図１６の構成では、アレイ導波路格子の波長特性を用い未使用ポートを有効に使用することによって、アレイ導波路格子数を１つに簡略化可能である。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１５１】
また、他の構成例として、可変遅延線７６ａ〜７６ｈの他端をアレイ導波路格子７４の未使用出力部に接続し、７４の入力部のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとっても動作は同じである。さらに、使用されている部分に方向性結合器を用いて接続する構成をとっても、損失は増加するものの動作は同じである。
なお、この場合、方向性結合器を光サーキュレータに替えることによって、損失を低減できる。
【０１５２】
［第８の例］
次に、本発明の第８の実施の形態を、図１７に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１５３】
本例では、アレイ導波路格子、可変遅延線、光を反射する手段を、この順に従って接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【０１５４】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１５５】
図１７は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１７の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１５６】
図１７において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部７８と、サーキュレータ７９と、導波路８０ａ〜８０ｑと、アレイ導波路格子８１と、可変遅延線８２ａ〜８２ｈと、光を反射する手段８３ａ〜８３ｈと、出力部８４とを備える。
【０１５７】
光は、光を反射する手段８３で反射されて、入射光と同じ経路を逆に進み導波路８０ａに出力される。光の取り出しは、２×２方向性結合器を用いることもできるが、損失低減のため、サーキュレータ７９を用い出力部８４から光を出射させる構成を用いている。なお、光を反射する手段としては、ループ状導波路、金属或いは誘電体多層膜の付着、バルク、導波路、或いは光ファイバ、グレーティング等を用いることができる。
【０１５８】
光は、可変遅延線８２ａ〜８２ｈを２度通過するため、８２ａ〜８２ｈはＬｍ／２ずつ長さを変えて配置する。光ＣＤＭＡ変復調器１としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１５９】
また、導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線８２ａ〜８２ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１６０】
［第９の例］
次に、本発明の第９の実施の形態を、図１８および図１９に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１６１】
本例では、ＷＤＭ通信システムにおいて、前述した光ＣＤＭＡ変復調器１を任意の組み合わせで複数個使用して、拡散変調装置と逆拡散変調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を接続することによって、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム１０１を構成する。
【０１６２】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１６３】
図１８は、本発明に係わる光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム１０１の構成例を示す。また図１９（ａ）、図１９（ｂ）はそれぞれ、通常の光ＷＤＭ通信における波長配置、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムにおける波長配置を示す。
【０１６４】
本システムは、ＷＤＭ通信システムにおいて、前述した光ＣＤＭＡ変復調器を任意の組み合わせで用いた光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムである。
８５ａ〜８５ｃはそれぞれ中心波長の異なる光源、８６ａ〜８６ｏは導波路、８７ａ〜８７ｃは光強度変調器、８８ａ〜８８ｃは光ＣＤＭＡ拡散変調器、８９は波長合波器、９０は光ファイバ伝送路、９１は波長分波器、９２ａ〜９２ｃは光ＣＤＭＡ逆拡散復調器、９３ａ〜９３ｃは受光器である。
【０１６５】
以下、光ＣＤＭＡ変復調器１の動作、および、これらを用いた光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム１０１に関して順次説明する。
【０１６６】
強度変調器８７ａ〜８７ｃでデータ変調された各波長光は、光ＣＤＭＡ拡散変調器８８ａ〜８８ｃでそれぞれ異なった符号で拡散変調される。これらの波長成分は波長合波器８９で合波された後、光ファイバ伝送路９０を伝搬し、受信側において波長分波器９１で分波される。その後、光ＣＤＭＡ逆拡散復調器９２ａ〜９２ｃで各波長に対応した符号を用いて逆拡散復調される。
【０１６７】
波長合波器８９、波長分波器９１としては、前述のアレイ導波路格子を使用できる。その他、非対称マッハツェンダ型干渉計をツリー状に縦続接続した構成を持つマッハツェンダ型波長合分波器等も用いることができる。
通常のＷＤＭ光通信システムでは、図１９（ａ）に示すように各波長光は、例えば波長λ’間隔で等間隔に配置されΔλ’の帯域を持つ。良好な通信品質を得るためには、（波長間のクロストークの影響により、）波長間隔はλ’より小さくできないものとする。
【０１６８】
例えば、図１９（ｃ）に示すように、各光の持つ帯域内の波長成分を８つに分割した後、光ＣＤＭＡ拡散変調器を用いて８つの波長成分に遅延時間差を与えて符号化を行う。中心波長λａ、λｂ、λｃで示される各波長光にそれぞれ異なった符号を用いて符号化を行う。光ＣＤＭＡ逆拡散復調器において受信波長成分に対応した符号を用いて復調を行えば、必要波長成分のみが復号され、不要波長成分はさらに拡散され影響が少なくなる。受信側ではある程度のクロストークによる影響は低減されるので、通常のＷＤＭ通信の波長間隔より波長配置を狭めても良好な通信を行うことができる。
【０１６９】
すなわち、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムにおいては、光ＷＤＭ伝送の各波長成分を別々のパターンで符号化および復号化し、その符号によって各波長を識別する能力を向上させることができるので、光ＷＤＭ通信の波長間隔を低減し周波数利用効率を向上させることができる。
【０１７０】
以上各例で示した光ＣＤＭＡ変復調器１の導波路部分は、ガラス導波路に限らず、強誘電体導波路、半導体導波路、ポリマー導波路、および光ファイバ等を用いて実現できる。
【０１７１】
また、いくつかの種類の導波路を組み合わせたハイブリッド集積構成を用いて実現できる。
【０１７２】
導波路の屈折率を制御する位相シフタとしては、例えばポリマー導波路を用いた場合は熱光学効果を用いて屈折率変化を誘起する現象、強誘電体導波路を用いた場合は電気光学効果を用いて屈折率変化を誘起する現象、光ファイバを用いた場合は圧電素子を用いてファイバ長変化をもたらし等価的に屈折率変化を誘起する現象等が用いられる。
【０１７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アレイ導波路格子、マトリクス型光スイッチ、遅延線を組み合わせ、或いは、アレイ導波路格子と可変遅延先とを組み合わせて、光ＣＤＭＡ変復調器を構成するようにしたので、光パルス中で波長が時間的に変化する拡散を生じさせることができ、これにより、この波長の時間依存性の組み合わせを任意に設定可能とすることができる。
【０１７４】
また、本発明によれば、遅延時間は任意の組み合わせが可能となるため、光信号の波長成分が時間的に変化し、この波長変化の組み合わせを任意に設定可能な光ＣＤＭＡ方式を実現でき、これにより、符号化パターン数を大きくすることが可能となるため、自己・相互相関特性と秘匿性に優れた光ＣＤＭＡ通信システムを実現することができる。
【０１７５】
また、本発明によれば、光ＷＤＭ伝送の各波長成分を光ＣＤＭＡ変復調器を用いて別々のパターンで符号化および復号化し、その符号によって各波長を識別する能力を向上させることができるので、光ＷＤＭ通信の波長間隔を低減し周波数利用効率を向上可能となる光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のマトリクス型光スイッチの構成例を示す説明図である。
【図３】図１中のマトリクス型光スイッチの他の構成例を示す説明図である。
【図４】図２、図３中の２×２光スイッチの構成例を示す説明図である。
【図５】図４中の導波路の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である、光ＣＤＭＡ通信システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図６の光ＣＤＭＡ通信システムを用いた場合の入出射光パルス列を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０中の光を反射する手段の構成例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２中の可変遅延線の構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１２中の可変遅延線の構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１２中の可変遅延線の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態である、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１９】光ＷＤＭ通信システムおよび図１８の光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムの波長配置を示す特性図である。
【図２０】従来の光ＣＤＭＡ変復調器及び光ＣＤＭＡ通信システムを示すブロック図である。
【図２１】図２０の光ＣＤＭＡ変復調器および光ＣＤＭＡ通信システムを用いた場合の入出射光パルス列を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光ＣＤＭＡ変復調器
１ａ〜１ｃ 光パルス光源。
２ａ〜２ｆ ラティス型光回路
３ スターカプラ
４ａ〜４ｆ 方向性結合器
５ａ〜５ｄ 導波路の屈折率制御部（位相シフタ）
６ 入力部
７ａ，７ｂ スラブ導波路
８ アレイ導波路
９ａ，９ｂ アレイ導波路格子
１０ａ〜１０ｐ 導波路
１１ａ，１１ｂ マトリクス型光スイッチ
１２ａ〜１２ｈ 遅延線
１３ 出力部
１４ａ〜１４ｈ 入力部
１５ａａ〜１５ｈｈ ２×２光スイッチ
１６ａ〜１６ｈ 出力部
１７ａ〜１７ｆ 導波路
１８ａ，１８ｂ 方向性結合器
１９ 導波路の屈折率制御部
２０ａ，２０ｂ Ｓｉ基板
２１ａ，２１ｂ ＳｉＯ２下部クラッド層
２２ａ〜２２ｄ コア部分
２３ａ，２３ｂ 上部クラッド層
２４ 薄膜ヒータ
２５ａ〜２５ｃ 広スペクトル帯域光源
２６ａ〜２６ｏ 導波路
２７ａ〜２７ｃ 光強度変調器
２８ａ〜２８ｃ 光ＣＤＭＡ拡散変調器
２９ スターカプラ
３０ａ〜３０ｃ 光ＣＤＭＡ逆拡散復調器
３１ 入力部
３２ アレイ導波路格子
３３ａ〜３３ｐ 導波路
３４ａ，３４ｂ マトリクス型光スイッチ
３５ａ〜３５ｈ 遅延線
３６ 出力部
３７ 入力部
３８ アレイ導波路格子
３９ａ〜３９ｐ 導波路
４０ マトリクス型光スイッチ
４１ａ〜４１ｈ 遅延線
４２ 出力部
４３ 入力部
４４ 光サーキュレータ
４５ａ〜４５ｉ 導波路
４６ アレイ導波路格子
４７ マトリクス型光スイッチ
４８ａ〜４８ｈ 遅延線
４９ａ〜４９ｈ 光を反射する手段
５０ 出力部
５１ａ〜５１ｃ 導波路
５２ 方向性結合器
５３ 入力部
５４ａ，５４ｂ アレイ導波路格子
５５ａ〜５５ｐ 導波路
５６ａ〜５６ｈ 可変遅延線
５７ 出力部
５８ａ，５８ｂ 入力導波路
５９−１〜５９−Ｎ＋１ ２×２光スイッチ
６０ａ−１〜６０ａ−Ｎ，６０ｂ−１〜６０ｂ−Ｎ 非対称アーム対
６１ａ，６１ｂ 出力導波路
６２ 入力部
６３ 光分波器
６４ａ〜６４ｈ 固定遅延線
６５ａ〜６５ｘ 導波路
６６ａ〜６６ｈ ２×２光スイッチ
６７ 光合波器
６８ 出力部
６９ａ〜６９ｉ 導波路
７０ａ〜７０ｈ ２×２光スイッチ
７１ 光合波器
７２ 出力部
７３ 入力部
７４ アレイ導波路格子
７５ａ〜７５ｐ 導波路
７６ａ〜７６ｈ 可変遅延線
７７ 出力部
７８ 入力部
７９ サーキュレータ
８０ａ〜８０ｑ 導波路
８１ アレイ導波路格子
８２ａ〜８２ｈ 可変遅延線
８３ａ〜８３ｈ 光を反射する手段
８４ 出力部
８５ａ〜８５ｃ 光源
８６ａ〜８６ｏ 導波路
８７ａ〜８７ｃ 光強度変調器
８８ａ〜８８ｃ 光ＣＤＭＡ拡散変調器
８９ 波長合波器
９０ 光ファイバ伝送路
９１ 波長分波器
９２ａ〜９２ｃ 光ＣＤＭＡ逆拡散復調器
９３ａ〜９３ｃ 受光器
１００ 光ＣＤＭＡ通信システム
１０１ 光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、変復調装置およびＣＤＭＡ通信システムに関し、特に、光領域において信号の拡散変調や逆拡散復調を行うＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
【０００２】
Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）用の変復調装置およびＣＤＭＡ通信システムに関する。
【０００３】
また、本発明は、ＣＤＭＡ技術をＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信に適用して、特に、光領域におけるＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムに関する。
【０００４】
【従来の技術】
光ＣＤＭＡ方式は、ランダムアクセスやセルフルーティング的な動作を、光スイッチなどの素子を用いること無しに、符号によってシステム的に実現可能である。このため、光ＬＡＮや光交換への適用が検討されている。
【０００５】
光ＣＤＭＡシステムとしては、従来、図２０に示すような構成が用いられている。
【０００６】
この図２０に示すように、光パルス光源１ａ〜１ｃ、光路長差がそれぞれ△Ｌ、２１△Ｌ、…、２Ｊ−１△ＬのＪ個（Ｊ：自然数）の非対称マッハツェンダ型干渉計（本図では、Ｊ＝２）を縦続接続した複数のラティス型光回路２ａ〜２ｆをスターカプラ３を介して対向させている。スターカプラを挟んだ左側、右側のラティス型光回路がそれぞれ、光パルス信号の拡散変調器、逆拡散復調器に対応している。
【０００７】
ラティス型光回路２ｂ，２ｅ中の方向性結合器４ａ〜４ｆの結合率を０．５に設定し、繰り返し周波数ｆ（Ｈｚ）｛ｆ≦ｃ／（２Ｊｎ△Ｌ）、ｆ＝１／Ｔｃ、ｃ：光速、ｎ：導波路の屈折率、Ｔｃ：パルス周期｝、パルス幅Ｔｐの短光パルスがラティス型光回路２ｂに入射した場合、Ｔｃ（＝１／ｆ）（ｓｅｃ）の時間フレーム中に２Ｊ個の光パルス列｛周期Ｔｒ（＝ｎ△Ｌ／ｃ）｝が新たに生成され、符号系列が構成される。
【０００８】
この符号系列は、ラティス型光回路２ｂ中の導波路の屈折率制御部（位相シフタ）５ａ，５ｂの位相情報を含んでいる。この符号化光パルス列をラティス型光回路２ｅに入射させた場合、個々の光パルスは２Ｊ個の光パルスに分離された後、コヒーレントな電界成分の加算が行われる。
【０００９】
ラティス型光回路２ｅ中の位相シフタ５ｃ，５ｄの設定が５ａ，５ｂに対して復号条件を満たしている場合、パルスの中央に光パワーが集中し復号が行われるが、設定が復号条件とは異なる場合には入射符号化パルスはさらに時間的に拡散され、復号は行われない。
【００１０】
図２１は、入射光パルス列（図２１（ａ））、Ｊ＝２の場合の拡散変調器通過後の生成符号系列（図２１（ｂ））、逆拡散復調器の設定の違いによる出力結果（図２１（ｃ）：復号条件が満たされる場合、図２１（ｄ）：復号条件が満たされない場合）とを示している。なお、簡単のため、入射光パルス列の内、１パルスが及ぼす影響について示した。
【００１１】
図２１（ｂ）は、図２０の位相シフタに、φａ＝φｂ＝πの位相を与えた場合の例である。図２１（ｃ）は、図２０の位相シフタにφｃ＝φｄ＝０の位相を与えた場合の例である。図２１（ｄ）は、図２０の位相シフタにφｃ＝π、φｄ＝０の位相を与えた場合の例である。ただし、φａ、φｂ、φｃ、φｄは、それぞれ、位相シフタ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの位相シフト値を表している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の方法では、復号化条件が満たされた場合でも、復号光パルスの回りにサイドローブ成分が生じ、受信側でのＳ／Ｎ（信号対雑音）比が劣化するという欠点がある。
【００１３】
また、非復号の場合、不要の光パルス列が生じ、復号信号のＳ／Ｎ比を劣化させる。すなわち、これは、ＣＤＭＡ用拡散変調器、逆拡散復調器として、それぞれ、自己相関特性と相互相関特性とが理想的な状態からずれていることを示している。
【００１４】
また、符号化パターンを容易に解読でき、ＣＤＭＡの最大の特徴の１つである通信の秘匿性に問題が生じる。
【００１５】
これは、拡散変調器が同一の周波数成分を有するパルスを時間的に多重化するという構成のため、多重化の上限が限られ拡散比（＝ビット区間（Ｔｃ）／チップ区間（Ｔｒ））を大きくできないためである。
【００１６】
光パルス光源からの光パルスの周期、パルス幅をそれぞれＴｃ、Ｔｐとした場合、拡散比の上限は［Ｔｃ／Ｔｐ］（［Ｒ］は、Ｒを越えない整数を示す、Ｒは実数）となり、典型的な値Ｔｃ＝２５ｐｓｅｃ，Ｔｐ＝３ｐｓｅｃの場合、８程度にとどまる。そのため、パルスの位相に０、πの符号化を施す符号化パターンは、２８＝２５６種類にとどまる。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、符号化パターン数を大きくして、復号光信号パルスの不要サイドローブ成分および非復号光信号パルスの出力レベルを低減する、すなわち、自己・相互相関特性を向上させ、かつ、秘匿性を高めることが可能な、ＣＤＭＡ変復調装置およびＣＤＭＡ通信システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、ＣＤＭＡ変復調技術を、ＷＤＭ通信に適用することによって、ＷＤＭ通信の波長間隔を低減し周波数利用効率を向上させることが可能な、ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われる第１のアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記第１のアレイ導波路格子の出力部と接続された第１のマトリクス型光スイッチと、前記第１のマトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記複数の遅延線の他端と接続された第２のマトリクス型光スイッチと、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記第２のマトリクス型光スイッチの出力部と接続され、かつ、当該出力部から前記信号が出力される第２のアレイ導波路格子とを具え、前記第１のアレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記第１および第２のマトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記第２のアレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００１９】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続された第１のマトリクス型光スイッチと、前記第１のマトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記遅延線の他端と接続された第２のマトリクス型光スイッチとを具え、前記第２のマトリクス型光スイッチの出力部と、前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記第１および第２のマトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２０】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続されたマトリクス型光スイッチと、前記マトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線とを具え、前記遅延線の他端と、前記マトリクス型光スイッチの入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記遅延線の他端との接続に用いられなかった前記マトリクス型光スイッチの接続部位の未接続部分と、前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記マトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２１】
本発明は、 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続されたマトリクス型光スイッチと、前記マトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、前記遅延線の他端と接続された光を反射する手段とを具え、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記マトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせおよび前記反射手段によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２２】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われる第１のアレイ導波路格子と、入力部が、前記第１のアレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と、複数の入出力部を有し、当該入力部が前記可変遅延線の出力部と接続された第２のアレイ導波路格子とを具え、前記第１のアレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記第２のアレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２３】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、入力部が、前記アレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線とを具え、前記可変遅延線の出力部と前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２４】
本発明は、信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、入力部が、前記アレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と、前記可変遅延線の出力部と接続され、光を反射する手段とを具え、前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線と前記反射手段によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることによって、ＣＤＭＡ変復調装置を構成する。
【００２５】
ここで、前記光を反射する手段が１本の導波路を１箇所で近接させて結合させることによって構成するループ状導波路、或いは、グレーティング、或いは、導波路端面に金属又は誘電体多層膜を付着したものであってもよい。
【００２６】
前記可変遅延線が光路長差が等しい非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続したものであってもよい。
【００２７】
前記可変遅延線が、少なくとも１つの光路長差は他と異なるような複数の非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続してものであってもよい。
【００２８】
前記非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差が、干渉計の個数をＫ（Ｋ：２以上の整数）として、最少の光路長差に対して２１倍、２２倍、…、２Ｋ−１倍であってもよい。
【００２９】
前記可変遅延線が、合波器と分波器を備え、当該合波器と分波器との間を複数のそれぞれ長さが異なる遅延線で互いに接続し、前記複数の遅延線上にはそれぞれ光スイッチを配置したものであってもよい。
【００３０】
前記可変遅延線が、第１の１本の導波路と、Ｍ本（Ｍ：２以上の整数）の導波路とをＭか所の異なる位置で結合させるＭ個の結合率可変方向性結合器を有し、前記Ｍ本の導波路は前記第１の１本の導波路と結合した後、光合波器によって出力部分となる第２の１本の導波路にまとめられた構成をとってもよい。
【００３１】
本発明は、上記いずれかのＣＤＭＡ変復調装置を複数個用いて拡散変調装置および逆拡散復調装置を構成し、当該拡散変調装置と逆拡散復調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を接続することによって、ＣＤＭＡ通信システムを構成する。
【００３２】
前記ＣＤＭＡ変復調装置を任意の組み合わせで複数個用いて、前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置を構成してもよい。
【００３３】
本発明は、上記いずれかのＣＤＭＡ変復調装置を複数個用いてＷＤＭ通信の複数の信号波長それぞれに拡散変調および逆拡散復調を行い、当該拡散変調装置と逆拡散復調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を接続することによって、ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムを構成する。
【００３４】
前記ＣＤＭＡ変復調装置を任意の組み合わせで複数個用いて、前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置を構成してもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を、図１〜図１９に基づいて説明する。
【００３６】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００３７】
本例では、第１のアレイ導波路格子と、第１のマトリクス型光スイッチと、遅延線と、第２のマトリクス型光スイッチと、第２のアレイ導波路格子とを、この順に従って接続することによって、ＣＤＭＡ変復調装置としての光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【００３８】
以下、具体的な構成について説明する。
【００３９】
図１は、本発明に係る光ＣＤＭＡ変復調器の構成例を示す。なお、拡散変調器及び逆拡散復調器は、それぞれ、図１の構成を用いて別々の基板上に構成することができる。
【００４０】
図１において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部６、スラブ導波路７ａ，７ｂと、アレイ導波路８と、これらスラブ導波路およびアレイ導波路から構成されるアレイ導波路格子９ａ，９ｂと、導波路１０ａ〜１０ｐと、マトリクス型光スイッチ１１ａ，１１ｂと、遅延線１２ａ〜１２ｈと、出力部１３とを備える。
【００４１】
アレイ導波路格子９ａ，９ｂは、それぞれ、波長分離素子、波長多重素子として機能する。導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線１２ａ〜１２ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【００４２】
（光源）
図１を拡散変調器として用いる場合、入力部６から入射させる広スペクトル帯域を有する光源としては、種々のものが考えられる。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、光ファイバ増幅器あるいは半導体レーザ増幅器を基本構成に用いるＡＳＥ光源、スーパーコンティニュアム（ＳＣ）光源、半導体あるいは光ファイバモード同期レーザなどの短光パルス光源、などが考えられる。
【００４３】
そして、これらの広帯域光源を光強度変調器でデータ変調した後、入力部６に入射させる。
【００４４】
（マトリクス型光スイッチ：例１）
図２は、マトリクス型光スイッチ１１ａ，１１ｂを、８種類の周波数成分を取り扱うことを想定して、８入力８出力（８×８）の完全非閉塞型で構成した例を示す。
【００４５】
１４ａ〜１４ｈは入力部、１５ａａ〜１５ｈｈは２×２光スイッチ、１６ａ〜１６ｈは出力部である。
【００４６】
（マトリクス型光スイッチ：例２）
図３は、マトリクス型光スイッチ１１ａ，１１ｂを、８×８の完全非閉塞型で構成した他の例を示す。
【００４７】
上記図２の構成例では、入出力ポートの選び方によって２×２光スイッチ１５を通る個数が異なるため、損失のばらつきが生じる場合がある。
【００４８】
すなわち、図２の構成例において、例えば、１４ａ→１６ｈの経路を介したスイッチングを考える場合、１４ａ→１５ａｈ→１５ｂｈ→１５ｃｈ→１５ｄｈ→１５ｅｈ→１５ｆｈ→１５ｇｈ→１５ｈｈ→１６ｈの接続を行うとすると、光スイッチ１５を８回通過することになる。
【００４９】
また、図２の構成例において、例えば、１４ａ→１６ａの経路を介したスイッチングを考える場合、１４ａ→１５ａｈ→１５ａｇ→１５ａｆ→１５ａｅ→１５ａｄ→１５ａｃ→１５ａｂ→１５ａａ→１５ｂａ→１５ｃａ→１５ｄａ→１５ｅａ→１５ｆａ→１５ｇａ→１５ｈａ→１６ｈの接続を行うとすると、光スイッチ１５を１５回通過することになる。
【００５０】
このように図２の構成例では、経路に応じて通過する光スイッチ１５の数が異なることになる。
【００５１】
これに対して、図３の構成例では、どのような経路を辿ったスイッチングを行っても、通過する光スイッチの数は、常に８となる。その結果、図３の構成は、図２の構成に比べて、各入出力ポート間での損失の均一化が図られるという利点がある。
【００５２】
図４は、２×２光スイッチ１５ａａ〜１５ｈｈの構成例を示す。
【００５３】
導波路１７ａ〜１７ｆ、方向性結合器１８ａ，１８ｂ、導波路の屈折率制御部１９を備える。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図４のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’部分を導波路１７ａ，１７ｂ方向から見た断面を示す。
【００５５】
本例および後述する各例における光ＣＤＭＡ変復調器１は、石英系ガラス導波路を用いて構成される。
【００５６】
まず、Ｓｉ基板２０ａ，２０ｂ上に火炎堆積法によって、ＳｉＯ２下部クラッド層２１ａ，２１ｂを堆積する。次に、ＧｅＯ２をドーパントとして添加したＳｉＯ２ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化する。次に、必要な導波路パターンを用いてコア層をエッチングしてコア部分２２ａ〜２２ｄを作製する。最後に、再びＳｉＯ２上部クラッド層２３ａ，２３ｂを堆積し、再度電気炉で透明ガラス化した後、さらに、所定の上部クラッド層上に薄膜ヒータ（熱光学効果による導波路の屈折率（位相）制御用）２４および電気配線を蒸着することによって作製する。
【００５７】
図４において、２本の導波路を数μｍオーダで近接させて構成した方向性結合器１８ａ，１８ｂの長さを調整して結合率を０．５とし、導波路１７ｃ，１７ｄの長さを等しくした場合は、対称マッハツェンダ型干渉計となり、また、導波路の屈折率制御部１９の位相を０とした場合は、１７ａ→１７ｆ，１７ｂ→１７ｅのスイッチングが行われ、さらに、１９の位相をπとした場合は、１７ａ→１７ｅ，１７ｂ→１７ｆのスイッチングが行われる。
【００５８】
方向性結合器の他の構成例としては、対称マッハツェンダ型干渉計を１段或いは多段に縦続接続したもの、或いは多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ等が考えられる。
【００５９】
上述したような構成をとることにより、広スペクトル帯域を有する光源を入射した場合、アレイ導波路格子によって分波されたスペクトル成分はマトリクス型光スイッチと長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各波長成分は別々の遅延時間を受けて時間的に拡散されることになり、これにより、その波長の時間依存性の組み合わせを任意に設定することが可能となる。
【００６０】
［第２の例］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図６および図７に基づいて説明する。なお、前述した或いは後述する第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００６１】
本例では、前述した光ＣＤＭＡ変復調器１を任意の組み合わせで複数個使用して、拡散変調器と逆拡散復調器との間に光を合分波する手段、および、光を伝送する手段を接続することによって、光ＣＤＭＡ通信システム１００を構成する。
【００６２】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００６３】
図６は、本発明に係る光ＣＤＭＡ通信システム１００の構成例を示す。
【００６４】
本システムは、図１の構成若しくは後述する他の例の構成の光ＣＤＭＡ変復調器を任意の組み合わせで用いた光ＣＤＭＡ通信システムである。
【００６５】
２５ａ〜２５ｃは、広スペクトル帯域光源である。２６ａ〜２６ｏは、導波路である。２７ａ〜２７ｃは、光強度変調器である。２８ａ〜２８ｃは、光ＣＤＭＡ拡散変調器である。２９は、スターカプラである。３０ａ〜３０ｃは、光ＣＤＭＡ逆拡散復調器である。９３ａ〜９３ｃは、受光器である。
【００６６】
２６ｇ〜２６ｌは、光の伝送部分も含み、光の伝送部分としては、通常光ファイバが用いられる。
【００６７】
以下、光ＣＤＭＡ変復調器１の動作、および、これらを用いた光ＣＤＭＡ通信システム１００に関して順次説明する。
【００６８】
ただし、入力部として広スペクトル帯域を有する光源からの光を光強度変調器でデータ変調した後、図１の入力部６に入射させる場合について考える。
【００６９】
広スペクトル帯域光源２５ａ〜２５ｃは、簡単化のため、全て同一の中心波長およびスペクトル特性を持つと仮定する。
【００７０】
また、同一の広スペクトル帯域光源を分波器で３つに分波し、それぞれの光源として用いてもよい。
【００７１】
強度変調器２７ａ〜２７ｃでデータ変調された光は、光ＣＤＭＡ拡散変調器２８ａ〜２８ｃでそれぞれ異なった符号で拡散変調される。図１のアレイ導波路格子９ａで分離されたλ１〜λ８の各波長成分をマトリクス型光スイッチ１１ａを用いて別々の遅延線に割り振ることによって符号化が行われる。
【００７２】
光強度変調器２８ａ〜２８ｃ通過後の被変調信号光の周期、幅をそれぞれＴ，Ｔｍであるとし（Ｔｍ≦Ｔ／８）、遅延線１２ａ〜１２ｈがこの順に順次Ｌｍ（Ｌｍ＝ｃＴｍ／ｎ）ずつ短く配置されているとする。
【００７３】
送信側の光ＣＤＭＡ拡散変調器２８ａでは、（λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）⇔（１２ｄ，１２ｆ，１２ｃ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｂ，１２ａ，１２ｅ）、２８ｂでは（λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）⇔（１２ｈ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｃ，１２ｂ，１２ｇ，１２ａ，１２ｆ）の波長・遅延線対応を行う。
【００７４】
これらの波長成分λ１〜λ８は、マトリクス型光スイッチ１１ｂを用いて所定の導波路１０ｉ〜１０ｐに導かれ、アレイ導波路格子９ｂで合波され、出力部１３からスターカプラ２９に出射される。
【００７５】
受信側の光ＣＤＭＡ逆拡散復調器３０ｃでは、光ＣＤＭＡ拡散変調器２８ａの符号化にマッチング（２８ａでの波長による遅延時間依存性を補償するように）した（λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８）⇔（１２ｅ，１２ｃ，１２ｆ，１２ｂ，１２ａ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｄ）の符号化が行われるものとする。
【００７６】
図７（ａ）は光強度変調器２７ａ，ｂ通過後、図７（ｂ）（ｃ）は拡散変調器２８ａ，ｂ通過後、図７（ｄ）（ｅ）は逆拡散復調器３０ｃ通過後の光パルス波形の様子を示す。なお、簡単化のため、光パルス列のうち１パルスが及ぼす影響について示す。
【００７７】
この図７から、図６の３０ｃでは、２８ａからの光パルスは復元されているが、２８ｂからの光パルスはさらに拡散されていることがわかる。これは、波長に依存した遅延時間差によるパルス広がりが符号のマッチングにより補償され、符号の非マッチングにより遅延時間差がさらに増大するためである。
復元された光パルスは、さらに受光器９３ａ〜９３ｃに導かれ、データの受信が行われる。
【００７８】
図１および後述する例の構成の光ＣＤＭＡ変復調器では、用いる波長成分をＩ（Ｉ：自然数、使用するアレイ導波路格子とマトリクス型光スイッチのポート数に対応）とすると、Ｉ！種類（十分に実現可能なＩ＝８の場合、４０３２０種類）の符号化パターンが実現可能である。
【００７９】
上述したような通信システムを構成することにより、遅延時間は任意の組み合わせが可能となるため、光信号の波長成分が時間的に変化し、この波長変化の組み合わせを任意に設定可能な光ＣＤＭＡ方式を実現でき、これにより、符号化パターン数を大きくすることが可能となるため、光ＣＤＭＡ通信システムの性能を向上させることができる。
【００８０】
［第３の例］
次に、本発明の第３の実施の形態を、図８に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００８１】
本例では、アレイ導波路格子、第１のマトリクス型光スイッチ、遅延線、第２のマトリクス型光スイッチを、この順に従って接続し、第２のマトリクス型光スイッチの出力部とアレイ導波路格子の入力部或いは出力部のうちどちらかとを接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【００８２】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００８３】
図８は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器及び逆拡散復調器は、それぞれ図８の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【００８４】
図８において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部３１と、アレイ導波路格子３２と、導波路３３ａ〜３３ｐと、マトリクス型光スイッチ３４ａ，３４ｂと、遅延線３５ａ〜３５ｈと、出力部３６とを備える。
【００８５】
導波路３３ｉ〜３３ｐがアレイ導波路格子３２の入力のうち使用されていない部分に接続され、３２の出力部のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとる。
【００８６】
導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線３５ａ〜３５ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【００８７】
図８の構成では、アレイ導波路格子の周波数特性により、導波路３３ｉ〜３３ｐからの光は、出力部３６に集光されることを用いて、アレイ導波路格子を１つに簡略化可能であることを示す。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【００８８】
導波路３３ｉ〜３３ｐがアレイ導波路格子３２の出力のうち使用されていない部分に接続され、３２の入力部のうち使用されていない１つを出力部として用いる構成をとっても動作は同じである。
【００８９】
また、導波路３３ｉ〜３３ｐがアレイ導波路格子３２の入力部（出力部）のうち使用されている部分に方向性結合器を用いて接続され、３２の出力部（入力部）のうち使用されている部分の１つを方向性結合器を用いて出力部として取り出す構成をとっても、損失は増加するものの動作は同じである。
【００９０】
この場合、方向性結合器の替わりに、光サーキュレータを用いれば、損失が低減される。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【００９１】
［第４の例］
次に、本発明の第４の実施の形態を、図９に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００９２】
本例では、アレイ導波路格子、マトリクス型光スイッチ、遅延線を、この順に従って接続し、遅延線の他端とマトリクス型光スイッチの入力部或いは出力部とを接続し、マトリクス型光スイッチでこの接続に用いられなかった側とアレイ導波路格子の入力部或いは出力部とを接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【００９３】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００９４】
図９は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図９の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【００９５】
図９において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部３７と、アレイ導波路格子３８と、導波路３９ａ〜３９ｐと、マトリクス型光スイッチ４０と、遅延線４１ａ〜４１ｈと、出力部４２とを備える。
【００９６】
遅延線４１ａ〜４１ｈの両端は、マトリクス型光スイッチ４０の出力部に接続されている。
【００９７】
導波路３９ｉ〜３９ｐを用いて、マトリクス型光スイッチ４０の入力のうち使用されていない部分と、アレイ導波路格子３８の出力のうち使用されていない部分とを接続し、３８の入力部のうち使用されていない１つを出力部として用いる構成をとる。
【００９８】
導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線４１ａ〜４１ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【００９９】
図９の構成では、マトリクス型光スイッチの未使用ポートを有効に使用したこと、アレイ導波路格子の波長特性を用い導波路３９ｉ〜３９Ｐからの光は出力部４２に集光されることを用いてマトリクス型光スイッチ、アレイ導波路格子をいずれも１つに簡略化可能である。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１００】
遅延線４１ａ〜ｈの他端をマトリクス型光スイッチ４０の入力部に接続し、４０の出力部とアレイ導波路格子３８の出力部（入力部）とを使用されていないもの同士で接続し、３８の入力部（出力部）のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとっても動作は同じである。
【０１０１】
また、使用されている部分に方向性結合器を用いて接続する構成をとっても、損失は増加するものの動作は同じである。
【０１０２】
この場合、方向性結合器の替わりに、光サーキュレータを用いれば、損失が低減される。
【０１０３】
［第５の例］
次に、本発明の第５の実施の形態を、図１０および図１１に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１０４】
本例では、アレイ導波路格子、マトリクス型光スイッチ、遅延線、光を反射する手段を、この順に接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器１を構成する。
【０１０５】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１０６】
図１０は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１０の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１０７】
図１０において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部４３と、サーキュレータ４４と、導波路４５ａ〜４５ｉと、アレイ導波路格子４６と、マトリクス型光スイッチ４７と、遅延線４８ａ〜４８ｈと、光を反射する手段４９ａ〜４９ｈと、出力部５０とを備える。
【０１０８】
（変形例１）
また、他の構成例として、図１０で図１１の光を反射する手段を使用して構成してもよい。この光を反射する手段としては、ループ状導波路を用いることができる。
【０１０９】
図１１は、光を反射する手段４９ａ〜４９ｈの構成例である。
【０１１０】
光を反射する手段４９ａ〜４９ｈは、導波路５１ａ〜５１ｃ（５１ａ，５１ｂ：入出力部）と、方向性結合器５２とを備える。
【０１１１】
方向性結合器５２の結合率を０．５に設定した場合、５１ａから入射した光は、導波路５１ｃを時計回り（５２で反射）と反時計回り（５２で透過）に進む光に１：１に分けられる。
【０１１２】
５２で反射、透過される光は、それぞれ、０、π／２の位相変化を受け、５１ｃで受ける位相変化は回る方向にかかわらず全く同一のため、結局、光は全て５１ａから出力される。
【０１１３】
（変形例２）
また、他の構成例として、遅延線４８ａ〜４８ｈの端面に、Ａｕ等の金属或いは誘電体多層膜を付着することによっても、光を反射することが可能となる。また、４８ａ〜４８ｈに広帯域のバルク、導波路、或いは光ファイバ、グレーティングを構成することによっても、光を反射することが可能となる。
【０１１４】
導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線４８ａ〜４８ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１１５】
光は、光を反射する手段４９で反射されて、入射光と同じ経路を逆に進み、導波路４５ａに出力される。光の取り出しは、２×２方向性結合器を用いることもできるが、損失低減のためサーキュレータ４４を用い、出力部５０から光を出射させる構成を用いる。
【０１１６】
光は、遅延線４８ａ〜４８ｈを２度通過するため、４８ａ〜４８ｈはＬｍ／２ずつ長さを変えて配置する。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１１７】
［第６の例］
次に、本発明の第６の実施の形態を、図１２ないし図１５に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１１８】
本例では、第１のアレイ導波路格子、可変遅延線、第２のアレイ導波路格子を、この順に従って接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【０１１９】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１２０】
図１２は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１２の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１２１】
図１２において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部５３と、アレイ導波路格子５４ａ，５４ｂと、導波路５５ａ〜５５ｐと、可変遅延線５６ａ〜５６ｈと、出力部５７とを備える。
【０１２２】
（変形例１）
また、他の構成例として、図１２で図１３の可変遅延線を使用して構成してもよい。可変遅延線としては、非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続したものを用いることができる。
【０１２３】
図１３は、可変遅延線５６ａ〜５６ｈの構成例を示す。
【０１２４】
可変遅延線５６ａ〜５６ｈは、入力導波路５８ａ，５８ｂと、２×２光スイッチ５９−１〜５９−Ｎ＋１（Ｎ：自然数）と、非対称アーム対６０ａ−１〜６０ａ−Ｎ，６０ｂ−１〜６０ｂ−Ｎと、出力導波路６１ａ，６１ｂとによって構成される。
【０１２５】
５８ａ，５８ｂのいずれかが入力として用いられ、６１ａ，６１ｂのいずれかが出力として用いられる。非対称アーム対６０の光路長差ΔＬは、本例では、ΔＬＮ＝２Ｎ−１ｃτ０／ｎと設定する。２×２光スイッチ５９のスイッチング状態を変化させることによって、様々な光路長を設定可能となるので、可変遅延線が実現される。
【０１２６】
なお、図１３では、左から右へ干渉計の光路長差が順次長くなるように配列されているが、これに限るものではなく、どのような順番で配列しても可変遅延線としての機能は変わらない。
【０１２７】
また、各非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差を等しくする構成や、様々な光路長差を持つ干渉計を任意に組み合わせる構成も可能である。
【０１２８】
例として、８種類の波長成分を取り扱う場合を考える。干渉計の光路長差が全て等しい場合には、干渉計数を７とする必要があるが、２の倍数で増加させた光路長差をもつ干渉計を組み合わせた場合には、干渉計数は３に低減される。一般的に実数の倍数で増加させた光路長差を持つ干渉計を組み合わせて可変遅延線を構成することが可能であるが、波長成分間で等しい遅延時間差を与えるのは２の倍数で増加させた場合のみである。
【０１２９】
（変形例２）
また、他の構成例として、図１２で図１４の可変遅延線を使用してもよい。可変遅延線としては、合波器と分波器とを、光スイッチを備えたそれぞれ長さが異なる複数の遅延線で接続したものを用いることができる。
【０１３０】
図１４は、図１２の可変遅延線５６ａ〜５６ｈの他の構成例を示す。
【０１３１】
可変遅延線５６ａ〜５６ｈは、入力部６２と、光分波器６３と、固定遅延線６４ａ〜６４ｈと、導波路６５ａ〜６５ｘと、２×２光スイッチ６６ａ〜６６ｈと、光合波器６７と、出力部６８とによって構成される。
【０１３２】
固定遅延線６４ａ〜６４ｈの長さを予めそれぞれ変えておき、所望の光路長を得るため、２×２光スイッチ６６ａ〜６６ｈのいずれか１つのみをバー状態にして６４ａ〜６４ｈを通過した光のうち１つのみを光合波器６７に導くようにする。
【０１３３】
他の光は、光スイッチ６６がクロス状態であるため、６５ｉ〜６５Ｐのいずれかに出射され、出力導波路６８からは出射されない。このようにして可変遅延線が実現される。
【０１３４】
光分波器６３、光合波器６７としては、よく知られているように、スターカプラ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、２×２の方向性結合器を多段に縦続接続する構成、２×２の対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続する構成、Ｙ分岐導波路を多段に縦続接続する構成等が考えられる。
【０１３５】
（変形例３）
また、他の構成例として、図１２で図１５の可変遅延線を使用してもよい。可変遅延線としては、１本の導波路にそれぞれ１箇所ずつ異なる位置で結合する複数の導波路が光合波器でまとめられた構成のものを用いることができる。
【０１３６】
図１５は、図１２の可変遅延線５６ａ〜５６ｈの他の構成例を示す。
【０１３７】
可変遅延線５６ａ〜５６ｈは、導波路６９ａ〜６９ｉ（６９ａ，６９ｂのいずれかを入力部として使用）と、２×２光スイッチ７０ａ〜７０ｈと、光合波器７１と、出力部７２とによって構成される。
【０１３８】
導波路６９ａから光が入射するとした場合、所望の光路長を得るため、２×２光スイッチ７０ａ〜７０ｈのいずれか１つのみをクロス状態にして導波路６９ｂ〜６９ｉのいずれかを通過させることによって遅延量を調節し、光合波器７１に導くようにする。このようにして可変遅延線が実現される。
【０１３９】
ここで、図１２の拡散変調器としての動作を説明する。
【０１４０】
アレイ導波路格子５４ａで分離されたλ１〜λ８の各波長成分を、上述した構成例で示した可変遅延線５６ａ〜５６ｈに通す。５６ａ〜５６ｈの長さをそれぞれ異なる値に設定することによって、前述した第２の例と同様に符号化が行われる。
【０１４１】
これらの波長成分λ１〜λ８は、アレイ導波路格子５４ｂで合波され出力部５７から出射される。出力光パルスでは、波長に依存した遅延時間差によるパルスの広がり（拡散）が生じている。
【０１４２】
図１２の構成の逆拡散復調器としての動作は、第２の例と同様に、波長に依存した遅延時間差による光パルスの広がりをマッチングがとれた場合には元に戻るように、非マッチングの場合にはさらに拡散されるようにする。
【０１４３】
図１２において、導波路が並列に複数接続されている部分では、可変遅延線５６ａ〜５６ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１４４】
［第７の例］
次に、本発明の第７の実施の形態を、図１６に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１４５】
本例では、アレイ導波路格子、可変遅延線を、この順に従って接続し、可変遅延線の出力部とアレイ導波路格子の入力部或いは出力部とを１対ずつ接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【０１４６】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１４７】
図１６は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１６の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１４８】
図１６において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部７３と、アレイ導波路格子７４と、導波路７５ａ〜７５ｐと、可変遅延線７６ａ〜７６ｈと、出力部７７とを備える。
【０１４９】
遅延線７６ａ〜７６ｈの一端は導波路７５ａ〜７５ｈを通じてアレイ導波路格子７４の出力に接続され、他端は導波路７５ｉ〜ｐを通じてアレイ導波路格子７４の入力部のうち未使用のものと接続されている。アレイ導波路格子７４の出力部のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとっている。導波路が並列に複数接続されている部分では、可変遅延線７６ａ〜ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１５０】
図１６の構成では、アレイ導波路格子の波長特性を用い未使用ポートを有効に使用することによって、アレイ導波路格子数を１つに簡略化可能である。光ＣＤＭＡ変復調器としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１５１】
また、他の構成例として、可変遅延線７６ａ〜７６ｈの他端をアレイ導波路格子７４の未使用出力部に接続し、７４の入力部のうち使用されていない１つを出力として用いる構成をとっても動作は同じである。さらに、使用されている部分に方向性結合器を用いて接続する構成をとっても、損失は増加するものの動作は同じである。
なお、この場合、方向性結合器を光サーキュレータに替えることによって、損失を低減できる。
【０１５２】
［第８の例］
次に、本発明の第８の実施の形態を、図１７に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１５３】
本例では、アレイ導波路格子、可変遅延線、光を反射する手段を、この順に従って接続することによって、光ＣＤＭＡ変復調器を構成する。
【０１５４】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１５５】
図１７は、光ＣＤＭＡ変復調器１の構成例を示す。なお、拡散変調器および逆拡散復調器は、それぞれ図１７の構成を用いて別々の基板上に構成される。
【０１５６】
図１７において、光ＣＤＭＡ変復調器１は、入力部７８と、サーキュレータ７９と、導波路８０ａ〜８０ｑと、アレイ導波路格子８１と、可変遅延線８２ａ〜８２ｈと、光を反射する手段８３ａ〜８３ｈと、出力部８４とを備える。
【０１５７】
光は、光を反射する手段８３で反射されて、入射光と同じ経路を逆に進み導波路８０ａに出力される。光の取り出しは、２×２方向性結合器を用いることもできるが、損失低減のため、サーキュレータ７９を用い出力部８４から光を出射させる構成を用いている。なお、光を反射する手段としては、ループ状導波路、金属或いは誘電体多層膜の付着、バルク、導波路、或いは光ファイバ、グレーティング等を用いることができる。
【０１５８】
光は、可変遅延線８２ａ〜８２ｈを２度通過するため、８２ａ〜８２ｈはＬｍ／２ずつ長さを変えて配置する。光ＣＤＭＡ変復調器１としての動作は、前述した第２の例と同様である。
【０１５９】
また、導波路が並列に複数接続されている部分では、遅延線８２ａ〜８２ｈを除いて光路長を等しく構成する。
【０１６０】
［第９の例］
次に、本発明の第９の実施の形態を、図１８および図１９に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１６１】
本例では、ＷＤＭ通信システムにおいて、前述した光ＣＤＭＡ変復調器１を任意の組み合わせで複数個使用して、拡散変調装置と逆拡散変調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を接続することによって、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム１０１を構成する。
【０１６２】
以下、具体例を挙げて説明する。
【０１６３】
図１８は、本発明に係わる光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム１０１の構成例を示す。また図１９（ａ）、図１９（ｂ）はそれぞれ、通常の光ＷＤＭ通信における波長配置、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムにおける波長配置を示す。
【０１６４】
本システムは、ＷＤＭ通信システムにおいて、前述した光ＣＤＭＡ変復調器を任意の組み合わせで用いた光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムである。
８５ａ〜８５ｃはそれぞれ中心波長の異なる光源、８６ａ〜８６ｏは導波路、８７ａ〜８７ｃは光強度変調器、８８ａ〜８８ｃは光ＣＤＭＡ拡散変調器、８９は波長合波器、９０は光ファイバ伝送路、９１は波長分波器、９２ａ〜９２ｃは光ＣＤＭＡ逆拡散復調器、９３ａ〜９３ｃは受光器である。
【０１６５】
以下、光ＣＤＭＡ変復調器１の動作、および、これらを用いた光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム１０１に関して順次説明する。
【０１６６】
強度変調器８７ａ〜８７ｃでデータ変調された各波長光は、光ＣＤＭＡ拡散変調器８８ａ〜８８ｃでそれぞれ異なった符号で拡散変調される。これらの波長成分は波長合波器８９で合波された後、光ファイバ伝送路９０を伝搬し、受信側において波長分波器９１で分波される。その後、光ＣＤＭＡ逆拡散復調器９２ａ〜９２ｃで各波長に対応した符号を用いて逆拡散復調される。
【０１６７】
波長合波器８９、波長分波器９１としては、前述のアレイ導波路格子を使用できる。その他、非対称マッハツェンダ型干渉計をツリー状に縦続接続した構成を持つマッハツェンダ型波長合分波器等も用いることができる。
通常のＷＤＭ光通信システムでは、図１９（ａ）に示すように各波長光は、例えば波長λ’間隔で等間隔に配置されΔλ’の帯域を持つ。良好な通信品質を得るためには、（波長間のクロストークの影響により、）波長間隔はλ’より小さくできないものとする。
【０１６８】
例えば、図１９（ｃ）に示すように、各光の持つ帯域内の波長成分を８つに分割した後、光ＣＤＭＡ拡散変調器を用いて８つの波長成分に遅延時間差を与えて符号化を行う。中心波長λａ、λｂ、λｃで示される各波長光にそれぞれ異なった符号を用いて符号化を行う。光ＣＤＭＡ逆拡散復調器において受信波長成分に対応した符号を用いて復調を行えば、必要波長成分のみが復号され、不要波長成分はさらに拡散され影響が少なくなる。受信側ではある程度のクロストークによる影響は低減されるので、通常のＷＤＭ通信の波長間隔より波長配置を狭めても良好な通信を行うことができる。
【０１６９】
すなわち、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムにおいては、光ＷＤＭ伝送の各波長成分を別々のパターンで符号化および復号化し、その符号によって各波長を識別する能力を向上させることができるので、光ＷＤＭ通信の波長間隔を低減し周波数利用効率を向上させることができる。
【０１７０】
以上各例で示した光ＣＤＭＡ変復調器１の導波路部分は、ガラス導波路に限らず、強誘電体導波路、半導体導波路、ポリマー導波路、および光ファイバ等を用いて実現できる。
【０１７１】
また、いくつかの種類の導波路を組み合わせたハイブリッド集積構成を用いて実現できる。
【０１７２】
導波路の屈折率を制御する位相シフタとしては、例えばポリマー導波路を用いた場合は熱光学効果を用いて屈折率変化を誘起する現象、強誘電体導波路を用いた場合は電気光学効果を用いて屈折率変化を誘起する現象、光ファイバを用いた場合は圧電素子を用いてファイバ長変化をもたらし等価的に屈折率変化を誘起する現象等が用いられる。
【０１７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アレイ導波路格子、マトリクス型光スイッチ、遅延線を組み合わせ、或いは、アレイ導波路格子と可変遅延先とを組み合わせて、光ＣＤＭＡ変復調器を構成するようにしたので、光パルス中で波長が時間的に変化する拡散を生じさせることができ、これにより、この波長の時間依存性の組み合わせを任意に設定可能とすることができる。
【０１７４】
また、本発明によれば、遅延時間は任意の組み合わせが可能となるため、光信号の波長成分が時間的に変化し、この波長変化の組み合わせを任意に設定可能な光ＣＤＭＡ方式を実現でき、これにより、符号化パターン数を大きくすることが可能となるため、自己・相互相関特性と秘匿性に優れた光ＣＤＭＡ通信システムを実現することができる。
【０１７５】
また、本発明によれば、光ＷＤＭ伝送の各波長成分を光ＣＤＭＡ変復調器を用いて別々のパターンで符号化および復号化し、その符号によって各波長を識別する能力を向上させることができるので、光ＷＤＭ通信の波長間隔を低減し周波数利用効率を向上可能となる光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のマトリクス型光スイッチの構成例を示す説明図である。
【図３】図１中のマトリクス型光スイッチの他の構成例を示す説明図である。
【図４】図２、図３中の２×２光スイッチの構成例を示す説明図である。
【図５】図４中の導波路の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である、光ＣＤＭＡ通信システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図６の光ＣＤＭＡ通信システムを用いた場合の入出射光パルス列を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０中の光を反射する手段の構成例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２中の可変遅延線の構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１２中の可変遅延線の構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１２中の可変遅延線の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態である、光ＣＤＭＡ変復調器の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態である、光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１９】光ＷＤＭ通信システムおよび図１８の光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システムの波長配置を示す特性図である。
【図２０】従来の光ＣＤＭＡ変復調器及び光ＣＤＭＡ通信システムを示すブロック図である。
【図２１】図２０の光ＣＤＭＡ変復調器および光ＣＤＭＡ通信システムを用いた場合の入出射光パルス列を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光ＣＤＭＡ変復調器
１ａ〜１ｃ 光パルス光源。
２ａ〜２ｆ ラティス型光回路
３ スターカプラ
４ａ〜４ｆ 方向性結合器
５ａ〜５ｄ 導波路の屈折率制御部（位相シフタ）
６ 入力部
７ａ，７ｂ スラブ導波路
８ アレイ導波路
９ａ，９ｂ アレイ導波路格子
１０ａ〜１０ｐ 導波路
１１ａ，１１ｂ マトリクス型光スイッチ
１２ａ〜１２ｈ 遅延線
１３ 出力部
１４ａ〜１４ｈ 入力部
１５ａａ〜１５ｈｈ ２×２光スイッチ
１６ａ〜１６ｈ 出力部
１７ａ〜１７ｆ 導波路
１８ａ，１８ｂ 方向性結合器
１９ 導波路の屈折率制御部
２０ａ，２０ｂ Ｓｉ基板
２１ａ，２１ｂ ＳｉＯ２下部クラッド層
２２ａ〜２２ｄ コア部分
２３ａ，２３ｂ 上部クラッド層
２４ 薄膜ヒータ
２５ａ〜２５ｃ 広スペクトル帯域光源
２６ａ〜２６ｏ 導波路
２７ａ〜２７ｃ 光強度変調器
２８ａ〜２８ｃ 光ＣＤＭＡ拡散変調器
２９ スターカプラ
３０ａ〜３０ｃ 光ＣＤＭＡ逆拡散復調器
３１ 入力部
３２ アレイ導波路格子
３３ａ〜３３ｐ 導波路
３４ａ，３４ｂ マトリクス型光スイッチ
３５ａ〜３５ｈ 遅延線
３６ 出力部
３７ 入力部
３８ アレイ導波路格子
３９ａ〜３９ｐ 導波路
４０ マトリクス型光スイッチ
４１ａ〜４１ｈ 遅延線
４２ 出力部
４３ 入力部
４４ 光サーキュレータ
４５ａ〜４５ｉ 導波路
４６ アレイ導波路格子
４７ マトリクス型光スイッチ
４８ａ〜４８ｈ 遅延線
４９ａ〜４９ｈ 光を反射する手段
５０ 出力部
５１ａ〜５１ｃ 導波路
５２ 方向性結合器
５３ 入力部
５４ａ，５４ｂ アレイ導波路格子
５５ａ〜５５ｐ 導波路
５６ａ〜５６ｈ 可変遅延線
５７ 出力部
５８ａ，５８ｂ 入力導波路
５９−１〜５９−Ｎ＋１ ２×２光スイッチ
６０ａ−１〜６０ａ−Ｎ，６０ｂ−１〜６０ｂ−Ｎ 非対称アーム対
６１ａ，６１ｂ 出力導波路
６２ 入力部
６３ 光分波器
６４ａ〜６４ｈ 固定遅延線
６５ａ〜６５ｘ 導波路
６６ａ〜６６ｈ ２×２光スイッチ
６７ 光合波器
６８ 出力部
６９ａ〜６９ｉ 導波路
７０ａ〜７０ｈ ２×２光スイッチ
７１ 光合波器
７２ 出力部
７３ 入力部
７４ アレイ導波路格子
７５ａ〜７５ｐ 導波路
７６ａ〜７６ｈ 可変遅延線
７７ 出力部
７８ 入力部
７９ サーキュレータ
８０ａ〜８０ｑ 導波路
８１ アレイ導波路格子
８２ａ〜８２ｈ 可変遅延線
８３ａ〜８３ｈ 光を反射する手段
８４ 出力部
８５ａ〜８５ｃ 光源
８６ａ〜８６ｏ 導波路
８７ａ〜８７ｃ 光強度変調器
８８ａ〜８８ｃ 光ＣＤＭＡ拡散変調器
８９ 波長合波器
９０ 光ファイバ伝送路
９１ 波長分波器
９２ａ〜９２ｃ 光ＣＤＭＡ逆拡散復調器
９３ａ〜９３ｃ 受光器
１００ 光ＣＤＭＡ通信システム
１０１ 光ＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム
Claims (19)
- 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われる第１のアレイ導波路格子と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記第１のアレイ導波路格子の出力部と接続された第１のマトリクス型光スイッチと、
前記第１のマトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記複数の遅延線の他端と接続された第２のマトリクス型光スイッチと、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記第２のマトリクス型光スイッチの出力部と接続され、かつ、当該出力部から前記信号が出力される第２のアレイ導波路格子と
を具え、
前記第１のアレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記第１および第２のマトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記第２のアレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続された第１のマトリクス型光スイッチと、
前記第１のマトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記遅延線の他端と接続された第２のマトリクス型光スイッチと
を具え、
前記第２のマトリクス型光スイッチの出力部と、前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、
前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記第１および第２のマトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続されたマトリクス型光スイッチと、
前記マトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と
を具え、
前記遅延線の他端と、前記マトリクス型光スイッチの入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、
前記遅延線の他端との接続に用いられなかった前記マトリクス型光スイッチの接続部位の未接続部分と、前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、
前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記マトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせによって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記アレイ導波路格子の出力部と接続されたマトリクス型光スイッチと、
前記マトリクス型光スイッチの出力部と一端が接続され、各々長さが異なる複数の遅延線と、
前記遅延線の他端と接続された光を反射する手段と
を具え、
前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記マトリクス型光スイッチの経路と前記各々長さの異なる遅延線との組み合わせおよび前記反射手段によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われる第１のアレイ導波路格子と、
入力部が、前記第１のアレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と、
複数の入出力部を有し、当該入力部が前記可変遅延線の出力部と接続された第２のアレイ導波路格子と
を具え、
前記第１のアレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記第２のアレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、
入力部が、前記アレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と
を具え、
前記可変遅延線の出力部と前記アレイ導波路格子の入力部若しくは出力部のいずれか一方の未接続部分とを接続し、
前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 信号の拡散変調又は逆拡散復調を行う装置であって、
複数の入出力部を有し、信号の入出力が行われるアレイ導波路格子と、
入力部が、前記アレイ導波路格子の出力部と接続された複数の可変遅延線と、
前記可変遅延線の出力部と接続され、光を反射する手段と
を具え、
前記アレイ導波路格子によって分波された前記信号のスペクトル成分が、前記複数の可変遅延線と前記反射手段によって、各スペクトル成分のそれぞれに異なる遅延時間を付与された後、前記アレイ導波路格子により合波されることを特徴とするＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記光を反射する手段は、
１本の導波路を１箇所で近接させて結合して形成したループ状導波路からなることを特徴とする請求項４又は７記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記光を反射する手段は、
グレーティングであることを特徴とする請求項４又は７記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記光を反射する手段は、
導波路端面に金属あるいは誘電体多層膜を付着したものであることを特徴とする請求項４又は７記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記可変遅延線は、
光路長差が等しい非対称マッハツェンダ型干渉計を、１個又は複数縦続接続して構成したことを特徴とする請求項５ないし１０のいずれかに記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記可変遅延線は、
複数の非対称マッハツェンダ型干渉計を縦続接続して構成し、当該非対称マッハツェンダ型干渉計の少なくとも１つの光路長差は他と異なることを特徴とする請求項５ないし１０のいずれかに記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差が、干渉計の個数をＫ（Ｋ：２以上の整数）として、最少の光路長差に対して２1倍、２2倍、…、２K-1倍であることを特徴とする請求項１２記載のＣＤＭＡ変復調装置。
- 前記可変遅延線は、
合波器と分波器とを有し、
当該合波器と分波器との間を複数の各々長さが異なる遅延線で互いに接続し、前記複数の遅延線上に各々光スイッチを配置したことを特徴とする請求項５ないし１０のいずれかに記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 前記可変遅延線は、
第１の１本の導波路と、Ｍ本（Ｍ：２以上の整数）の導波路とをＭ箇所の異なる位置で結合させるＭ個の結合率可変方向性結合器とを有し、
前記Ｍ本の導波路は、前記第１の１本の導波路と結合した後、光合波器によって出力部分となる第２の１本の導波路にまとめられた構成をとることを特徴とする請求項５ないし１０のいずれかに記載のＣＤＭＡ変復調装置。 - 請求項１ないし１５のいずれかに記載のＣＤＭＡ変復調装置を具え、
当該ＣＤＭＡ変復調装置を複数個用いて、拡散変調装置および逆拡散復調装置を構成し、
前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置との間に、光を合分波する手段、および、光を伝送する手段を具えたことを特徴とするＣＤＭＡ通信システム。 - 前記ＣＤＭＡ変復調装置を任意の組み合わせで複数個用いて、前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置を構成したことを特徴とする請求項１６記載のＣＤＭＡ通信システム。
- ＷＤＭ通信システムに、請求項１ないし１５のいずれかに記載のＣＤＭＡ変復調装置を具え、当該ＣＤＭＡ変復調装置を複数個用いて複数の信号波長それぞれに拡散変調および逆拡散復調を行い、当該拡散変調装置と逆拡散復調装置との間に光を合分波する手段および光を伝送する手段を具えたことを特徴とするＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム。
- 前記ＣＤＭＡ変復調装置を任意の組み合わせで複数個用いて、前記拡散変調装置および前記逆拡散復調装置を構成したことを特徴とする請求項１８記載のＷＤＭ・ＣＤＭＡ共用通信システム。
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