JP4556780B2 - 光導波路装置及び光符号分割多重通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光パルス信号を符号化する光符号装置又は符号化パルス列から光パルス信号を復号する光復号装置として用いることができる光導波路装置、及び、この光導波路装置を用いた光符号分割多重通信システムに関するものである。

本発明の背景技術として、例えば、以下の文献がある。

外林秀之、「光符号分割多重ネットワーク」、応用物理、第７１巻、第７号、２００２、ｐｐ．８５３−８５９ Ｋｏｉｃｈｉ Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ．， "Ｅｎｃｏｄｅｒ／ｄｅｃｏｄｅｒ ｏｎ ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ｔｉｍｅ−ｓｐｒｅａｄｉｎｇ／ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｈｏｐｐｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ＣＤＭＡ"， ＯＦＣ ２００２， ｐｐ．７７−７９， ＴｕＫ８， Ｍａｒｃｈ ２００２ Ｎａｏｙａ Ｗａｄａ ｅｔ ａｌ．， "Ａ １０Ｇｂ／ｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ８−Ｃｈｉｐ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅ ａｎｄ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ" Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．１７， Ｎｏ．１０， Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９９， ｐｐ．１７５８−１７６５ 瀧口浩一、「平面光波回路の光機能デバイスへの展開」、応用物理、第７２巻、第１１号、２００３、ｐｐ．１３８７−１３９２ 水波徹、「光ファイバー回折格子」、応用物理、第６７巻、第９号、１９９８、ｐｐ．１０２９−１０３４

非特許文献１に示されるように、光符号分割多重（ＯＣＤＭ）は、光時分割多重（ＯＴＤＭ）や波長分割多重（ＷＤＭ）と異なる新しい光信号多重伝送方式である。ＯＣＤＭは、送信側で光信号のチャンネルごとに光信号を異なる符号で変調し、受信側で同一の符号をカギとして光信号を復号して多重分離する方式である。

ＯＣＤＭ伝送方式のキーとなる装置として、光符号装置と光復号装置がある。光符号方式には、非特許文献２に示されるような、時間と波長の領域を使った２次元符号の時間拡散／波長ホップ方式と、非特許文献３に示されるような、時間領域に拡散した光パルス列の光の位相を符号に用いた位相シフトキーイング（ＰＳＫ）方式があり、それぞれについて、石英系平面導波回路（ＰＬＣ）の光符号装置を使ったＯＣＤＭの実験の報告がされている。非特許文献３に示される符号方式においては、符号長‘８’の２値位相符号（バイポーラコード）が使われており、ここで使われている光符号装置は光パルス列の発生と各パルスの位相を制御している。この光符号装置は、ＰＬＣ技術を用いて製造され、非特許文献４に示されるようなトランスバーサル型光フィルタと同じ構成を有している。

図１は、入力光パルス１０１から符号長‘４’の２値位相符号の符号化パルス列を生成する符号化、及び符号化パルス列から光パルス１２１を再生する復号の原理を説明するための図である。図１に示されるように、光パルス１０１を光符号装置２０１に入力すると、例えば、４つの光パルス（ここでは、符号化パルス列と呼ぶ）１１１〜１１４が時間差をもって生じる。このことを、入力光パルス１０１が拡散されたとも言う。ここでは、４つの光パルス１１１〜１１４は、それぞれ相対的に［０，０，π，０］の光位相となる。図１において、光位相がシフトしていない光パルス（位相０の光パルス）を実線で描き、光位相が相対的にπだけシフトした光パルス（位相πの光パルス）を破線で描く。この符号化パルス列の光パルス１１１〜１１４が光ケーブル２０２を経由して光復号装置２０３に入力すると、光パルス１１１〜１１４のそれぞれに対して４個の光パルス１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｄが時間差をもって生じる（すなわち、合計１６個の光パルス１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｄが生じる）。

図１に示される光復号装置２０３は、左から２番目（時間的に見れば最後から２番目）の光パルスの光位相がπだけシフトするように構成されており、光復号装置２０３で反射された光パルスは、それぞれ相対的に［０，π，０，０］又は［π，０，π，π］の光位相となる。光復号装置２０３から出力された１６個の光パルス１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｄのいくつかは重なり、重なり合った光パルスが同相の場合は強め合い、異相の場合は打ち消し合う。図１に示されるように、光符号装置２０１と光復号装置２０３の符号が同じ場合、特定の時間で同相の４個の光パルス１１１ｄ，１１２ｃ，１１３ｂ，１１４ａが重なり強め合い、その他の時間においては同相と異相の光パルスが重なり打ち消し合いが生じるため、特定の時間に高い強度のピークを持つ光パルス１２１が生じる。また、光符号装置と光復号装置の符号が異なる場合は特定の時間で同相のパルスが４つ重なることがないので、特定の時間に高い強度のピークを持つ光パルスは生じない。

図２（ａ）及び（ｂ）は、従来の光符号装置２０１（又は光復号装置２０３）とそのタップ部２１１_ｋの構成を概略的に示す図である。図２（ａ）に示される光符号装置２０１は、ＰＬＣのトランスバーサル型光フィルタの光符号装置であり、入力光パルスのパワ（ｐｏｗｅｒ）分割をする複数のタップ部（結合率可変カプラー）２１１_１〜２１１_ｎ（ｎは所定の正の整数）と、複数の熱光学位相シフト部２１２_１〜２１２_ｎと、合成部２１３と、これら構成を図示のように接続する光導波路とから構成されている。図２（ａ）において、各タップ部間の光導波路（長さＤ_１）は遅延付与部２１４を構成している。生成されるパルス列における各光パルス間の時間差は、遅延付与部２１４により決定される。生成されるパルス列における各光パルスの位相は、位相シフト部２１２_１〜２１２_ｎの薄膜ヒータ（図示せず）により制御される。したがって、この光符号装置は、光パルスの位相を制御することが可能であり、また符号を自在に変化させることが可能である。

また、図２（ｂ）に示されるように、タップ部２１１_ｋ（ｋは１以上ｎ以下の整数）は、入力部２２０から入力される光パルスを２つに分割する方向性結合器２２１と、この方向性結合器２２１に接続された光導波路２２２，２２３と、これら光導波路２２２，２２３に隣接配置された薄膜ヒータ２２４，２２５と、光導波路２２２，２２３に接続された方向性結合器２２６とから構成される。光パルスの分岐比は、２つの薄膜ヒータ２２４，２２５により光の位相を変えて調整する。タップ部２１１_ｋの入力部２２０に、入力光パルスＥ_０又は前段のタップ部２１１_ｋ−１の出力のいずれかが入力されると、分割された光パルスＥ_１が出力部２２７から次段のタップ部２１１_ｋ＋１に与えられ、分割された光パルスＥ_２が出力部２２８から位相シフト部２１２_ｋに与えられる。

しかしながら、上記光符号装置がＰＬＣである場合に、１つの遅延付与部に約５ｍｍ（２５ｐｓの遅延時間を付与する場合）の長さが必要となり、符号長‘１６’の場合には約７５ｍｍ（＝５ｍｍ×１５）の光導波路長が必要となり、光符号装置のサイズが大きくなるという問題がある。

また、上記光符号装置においては、タップ部２１１_１〜２１１_ｎの２つの薄膜ヒータ２２４，２２５及び位相シフト部２１２_１〜２１２_ｎの薄膜ヒータを調整する必要があり、調整箇所の数が多く、調整が複雑になるという問題がある。

さらに、上記光符号装置がＰＬＣである場合には、０．０１〜０．０７ｄＢ／ｃｍの光導波路伝搬損を生じるため、遅延付与部２１４において光損失が発生してタップ部２１１_１〜２１１_ｎから出力される光チップパルスの強度が弱まる。光パルスを分割して光チップパルスを生成する際に、タップ部２１１_１〜２１１_ｎにおいて生成される各光チップパルスの強度を揃えることも可能であるが、強度を揃える調整を実行すると、光チップパルスの位相も変化するため、後段のタップ部又は位相シフト部を再調整する必要が生じるという問題もある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化が実現でき且つ調整の容易な光導波路装置、及び、この光導波路装置を用いた光符号分割多重通信システムを提供することである。

本発明の光導波路装置は、第１の入出力部と複数の第２の入出力部とを具備し、前記第１の入出力部に入力された第１の波長の光パルスを複数の光チップパルスに分割する分波を行って前記複数の第２の入出力部から出力し、前記複数の第２の入出力部に入力された複数の光チップパルスを合成する合波を行って前記第１の入出力部から出力する分波合波部と、前記複数の第２の入出力部に接続された複数の位相シフト用光導波路と、前記複数の位相シフト用光導波路の一つ以上に備えられ、前記位相シフト用光導波路を通過する光チップパルスの位相をπ又は０に変更させる位相制御手段とを具備する位相シフト部と、前記複数の位相シフト用光導波路に接続され、それぞれが所定の長さを持つ複数の遅延用光導波路と、前記複数の遅延用光導波路のそれぞれに備えられ、前記複数の遅延用光導波路のそれぞれに入力された光チップパルスを反射して前記複数の遅延用光導波路から出力させる複数の反射器とを具備する遅延反射部とを有し、前記複数の遅延用光導波路の前記所定の長さはそれぞれ、遅延時間差を一定にするように異なる長さに設定されており、前記分波合波部によって分波された複数の光チップパルスが、前記分波合波部の前記複数の第２の入出力部から前記位相シフト部を通過して前記遅延反射部に入力され、前記遅延反射部で反射され、前記位相シフト部を通過して前記分波合波部の前記複数の第２の入出力部に入力されるように構成したことを特徴としている。

本発明の光符号分割多重通信システムは、入力光パルスから符号化パルス列を生成する光符号装置と、前記符号化パルス列から前記入力光パルスの自己相関波形を生成する光復号装置とを有し、前記光符号装置及び前記光復号装置が、前記光導波路装置であることを特徴としている。

また、本発明の他の光符号分割多重通信システムは、入力光パルスから符号化パルス列を生成する光符号装置を複数備え、前記複数の光符号装置のそれぞれで生成された符号化パルス列を合波する符号分割多重合波器を備えた光符号多重分割装置と、前記合波された符号化パルス列から前記複数の光符号装置の中のいずれかの入力光パルスの自己相関波形を生成する光復号装置とを有し、前記複数の光符号装置及び前記光復号装置が、前記光導波路装置であることを特徴としている。また、前記光符号多重分割装置を異なる複数の波長チャンネル毎に複数備え、前記複数の光符号多重分割装置のそれぞれから出力される前記波長チャンネルごとの符号化パルス列を合波する波長分割多重合波器をさらに備えることもできる。

本発明によれば、入力光パルスを分波して生成された光チップパルスを、反射器を備えた遅延反射部の遅延用光導波路を往復させることによって遅延させているので、遅延反射部の遅延用光導波路を短くすることができ、その結果、光導波路装置のサイズの小型化が実現できるという効果がある。

また、本発明によれば、光導波路装置の調整箇所が位相シフト部の位相制御手段の調整だけであるので、調整が容易になるという効果がある。

＜第１の実施形態＞
図３は、本発明の第１実施形態に係る光導波路装置である光符号装置（又は光復号装置）の構成を概略的に示す平面図である。第１の実施形態に係る光符号装置は、石英系平面光導波路回路（ＰＬＣ）技術を用いて製造することができ、光信号の分波合波部３００と、位相シフト部４００と、遅延反射部５００の３つの部分から構成されている。

図３に示されるように、分波合波部３００は、第１の入出力部Ａ_０と、複数の第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６（符号Ｂ_２〜Ｂ_１５は図示していない。）とを有している。分波合波部３００は、第１の入出力部Ａ_０側を幹の光導波路とし、第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６側を２本の枝の光導波路とする対称Ｙ分岐光導波路３１１，３２１〜３２２，３３１〜３３４，３４１〜３４８を４段に接続した構造を有する。第１の入出力部Ａ_０に入力された光パルスは、Ｙ分岐光導波路によって分岐を繰り返し、１６個の光チップパルスに分波されて第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６から出力される。また、第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に入力された１６個の光チップパルスは、合波されて第１の入出力部Ａ_０から出力される。なお、分波合波部３００は、第１の入出力部Ａ_０から１つの入力光パルスのパワを均等に複数分割でき、且つ、第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６から入力された複数の光チップパルスを合波することができる構成であれば、図３に示される構成以外の構成を採用してもよい。また、分波合波部３００によって生成される光チップパルスの数は、１６に限定されず、１６より少なくすることもでき、また、１６より多くすることもできる。

また、図３に示されるように、位相シフト部４００は、分波合波部３００の第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に接続された位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６（符号Ｃ_２〜Ｃ_１５は図示していない。）と、位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６のそれぞれに備えられ、位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６を通過する光チップパルスの位相を変更させる位相制御手段としての薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６（符号Ｄ_２〜Ｄ_１５は図示していない。）とを有している。薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６は、位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６のそれぞれに隣接配置された加熱手段であり、加熱によって位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６を通過する光チップパルスの位相を所定量シフトさせる。薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６のそれぞれは、図示しない駆動制御回路によって独立にオン又はオフに切り替えられ、オンにしたときに、位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６を往路と復路の２回通過する光チップパルスの位相量をπだけシフトさせる加熱強度に設定されている。なお、通常は、図３に示されるように、位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６のそれぞれに薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６を備えた構成を有するが、本発明は、薄膜ヒータの数が位相シフト用光導波路の数より少ない態様（例えば、複数の位相シフト用光導波路の中に、薄膜ヒータを備えていない位相シフト用光導波路が有る態様）をも含む。

遅延反射部５００は、位相シフト部４００の位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６に接続され、それぞれが所定の長さを持つ遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６（符号Ｅ_２〜Ｅ_１５は図示していない。）と、遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６のそれぞれの端部に備えられ、遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６のそれぞれに入力された光チップパルスを反射して遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６から出力させる反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６（符号Ｆ_２〜Ｆ_１５は図示していない。）とを有している。遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６のそれぞれの長さは、要求される遅延時間に応じて異なる値に設定している。反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６は、特定の波長の光を反射し、この特定の波長以外の波長の光を通過させる回折格子とすることができる。なお、反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６を、回折格子以外の反射構造としてもよい。

以上の構成において、分波合波部３００の第１の入出力部Ａ_０に入力された光パルスは、１６個のチップパルスに分波されて第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６から出力される。第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６から出力された光チップパルスはそれぞれ、位相シフト部４００の位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６を通過して遅延反射部５００の遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６に入力され、反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６で反射され、遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６を逆方向に進んで、位相シフト部４００の位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６に戻され、分波合波部３００の第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に入力される。第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に入力された光チップパルスのいくつかは、位相シフト部４００により位相シフトされており、第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に入力された光チップパルスは、遅延反射部５００によって遅延されている。第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に入力された光チップパルスは、合波されて符号化パルス列として第１の入出力部Ａ_０から出力される。

次に、第１の実施形態に係る光符号化装置をより詳細に説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、分波合波部３００の構造と機能を説明するための図である。分波合波部３００は、分波器と合波器を兼ね備えた機能を有しており、図４（ａ）は分波器としての機能を説明するためのものであり、図４（ｂ）は合波器としての機能を説明するためのものである。分波合波部３００の光導波路は、合成石英ガラス基板に形成され、光導波路（例えば、ＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２）の断面積は約７μｍ×７μｍであり、比屈折率差は約０．７％である。

図５（ａ）及び（ｂ）は、位相シフト部４００の一部を概略的に示す平面図、及びそのＳ_５ｂ−Ｓ_５ｂ線断面図である。図５（ａ）及び／又は図５（ｂ）に示されるように、位相シフト部４００は、位相シフト用光導波路４０２（図５（ａ）又は（ｂ）において、符号Ｃ_ｉ，Ｃ_ｉ＋１，Ｃ_ｉ＋２をも付す。）上に薄膜ヒータ４０４（図５（ａ）又は（ｂ）において、符号Ｄ_ｉ，Ｄ_ｉ＋１，Ｄ_ｉ＋２をも付す。）を備えた構造を有している。なお、ｉは正の整数である。例えば、位相シフト部４００は、合成石英ガラスの基板４０１上に、厚さ約７μｍの光導波路（コア）４０２と、厚さ約１〜２μｍのＳｉＯ_２のクラッド層４０３を形成した構造を有している。薄膜ヒータ４０４は、例えば、光導波路パターン上に形成されたニクロム蒸着膜からなる。図４（ａ）に示される分波合波部３００で分波された各光チップパルスは、位相シフト部４００で光信号の位相制御がされる。位相シフト部４００は、石英系光導波路の熱光学特性を利用して光位相を制御する。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図３の遅延反射部５００の一部を概略的に示す平面図、及びそのＳ_６ｂ−Ｓ_６ｂ線断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、遅延反射部５００は、分波された各光チップパルスを遅延させる部分である遅延用光導波路５０２（図６（ａ）又は（ｂ）において符号Ｅ_ｉをも付す。）と反射させる部分である反射器５０３（図６（ａ）又は（ｂ）において符号Ｆ_ｉをも付す。）とを有し、分波された各光チップパルス毎に遅延時間を異ならせるように、遅延用光導波路Ｅ_ｉの長さを異なる長さにしている。第１の実施形態においては、各光チップパルスが遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６を往復することによって遅延時間差を持たせている。反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６は、遅延時間差に応じた位置の光導波路中（すなわち、それぞれ長さの異なる遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６の端部）に配置されている。遅延時間差を２５ｐｓとする場合には、各遅延用光導波路_６の反射器が置かれる位置差は約２．５５ｍｍとする。最大の遅延時間差が３７５ｐｓである場合には、光導波路長は約３８．２５ｍｍとなる。光導波路の群屈折率が約１．４７であるので、Ｎｏ．１〜１６（図３に示す番号）の反射器Ｅ_１〜Ｅ_１６の相対的な位置は、Ｎｏ．１の反射器Ｅ_１の位置を基準にして、以下の表１に示される値になる。

図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、反射器Ｅ_１〜Ｅ_１６は、非特許文献５に示されている位相マスク法を用いて、ＵＶレーザで光導波路に回折格子（グレーティング）を形成することによって形成することができる。回折格子の屈折率変調構造は、ブラッグ反射の式
λ＝２×ｎ_ｅｆｆ×Λ
に従うものである。ここで、Λは、回折格子の屈折率変調周期であり、第１の実施形態においては、約５３６ｎｍとした。また、ｎ_ｅｆｆは、約１．４５である。よって、反射波長λは、約１．５５μｍとなる。また、回折格子構造の長さは、２．５ｍｍとした。各反射器Ｅ_１〜Ｅ_１６は、相対反射器反射率が表１のようになるように作製されている。

第１の実施形態の光導波路は、０．０２ｄＢ／ｃｍの光導波路伝搬損失がある。反射器Ｅ_１〜Ｅ_１６の回折格子の屈折率変調を調整して、反射率を光導波路伝搬が長いほど高くすれば、出力光パルスのパワを均一にすることができる。Ｎｏ．１６の反射器の位置を基準にした相対反射器反射率（ｄＢ）は、表１のようになる。

また、位相シフト部４００の薄膜ヒータＦ_１〜Ｆ_１６がすべてオフのとき、反射された光信号の位相が揃うように、光導波路は光波長以下の光路長が調整されている。使われている石英系光導波路には、まわりのクラッドより屈折率を上げるために、ＧｅＯ_２が含まれている。ＵＶレーザの照射により、光導波路の屈折率を、約１０^−４程度まで変化させることができ、光路長の微調整ができる。

次に、第１の実施形態に係る光符号装置の動作をより詳細に説明する。波長１．５５μｍの光パルスＰ_０を入力すると、分波合波部３００は、光パルスＰ_０を１６の均等なパワの光チップパルスＱ_１〜Ｑ_１６に（図４（ａ）に示す。）に分波する。分波合波部３００は、分波器の機能と合波器の機能を兼ね備えており、第１の実施形態においては、光導波路を１６に分割している場合を説明する。入出力部Ａ_０から入射した一つの光パルスは、均一なパワで１６分波され、出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に出力されるように設計されている。

各分波された光チップパルスＱ_１〜Ｑ_１６は、位相シフト部４００で各々光信号の位相制御がされる。石英系光導波路は、熱により屈折率が変化し、温度が上がると屈折率が大きくなり、光学路長が長くなる。使われた石英系光導波路の屈折率の熱光学特性は、波長１．５５μｍの光信号において約８×１０^−６／℃であり、約１ｍｍの光導波路を５０℃温度変化させると光学路長が約３８８ｎｍ長くなる。位相シフト部４００においては、光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６上の薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６のいずれかに選択的に電流を流すことによって、光導波路長１ｍｍに渡って約５０℃温度が上昇するように構成している。石英系光導波路は、薄膜ヒータの熱により屈折率が大きくなり、光路長が、他の薄膜ヒータがオンになっていない光導波路より相対的に長くなる。このとき、光路長は、３８８ｎｍ伸び、これは光信号波長の１／４に相当する。光信号パルスが、ここを通過することにより、他の薄膜ヒータがオンになっていない光導波路を通過する光信号に比べて遅れ、各々の光導波路を通る光信号の位相に差がπ／２生じている。

光信号遅延部５００においては、各分波された信号は遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６を導波し、反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６により反射される。反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６の位置が異なる（すなわち、遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６の長さが異なる）ため光導波路伝搬損は光導波路Ｎｏ．（図３に示す。）が大きいほど大きくなる。このため、第１の実施形態においては、出力光パルスのパワ差が小さくなるように（すなわち、パワが均等になるように）するため、光導波路Ｎｏ．が大きい反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６ほど反射率を大きくしている。各光導波路の伝搬時間差は、表１の遅延時間（ｐｓ）になるように設定されているので、２５ｐｓごとの遅延差で位相シフト部４００に各光チップパルスが戻る。

位相シフト部４００においては、信号パルスが薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６がオンである位相シフト用光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６を通過することにより、他の薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６がオンになっていない光導波路Ｃ_１〜Ｃ_１６を通過する光チップパルス（光信号）に比べて遅れ、往路における光チップパルスの位相差π／２と復路における光チップパルスの位相差π／２の合計であるπの位相差が生じる。図４（ｂ）は合波の機能を示す。１６分波された光チップパルスは位相シフト部４００と遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６を通り、反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６で戻され、再び遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６と位相シフト部４００を通って、分波合波部３００の第２の入出力部Ｂ_１〜Ｂ_１６に入力される。各光チップパルスＱ_１〜Ｑ_１６は、遅延時間差を持って入力され、第１の入出力部Ａ_０においては光パルス列Ｒ_０が形成される。このように、各光導波路からの出力光パルスは遅延時間差と光位相差を持って、合波される。その結果、Ｎｏ．１〜１６（図３）までの光導波路を通過する各光チップパルスは、２５ｐｓ間隔で並んだ光パルスからなる光パルス列（位相シフト部４００によって符号化されているので、「符号化パルス列」とも言う。）が形成される。

例えば、第１の実施形態に係る光符号装置によって符号化パルス列
（０００１１１１０１０１１００１０）
を生成するためには、各光チップパルスの合波時に各光チップパルスの相対的な光位相がそれぞれＮｏ．１〜１６で
（０００ππππ０π０ππ００π０）
となるように、Ｎｏ．４、５、６、７、９、１１、１２、１５の位相シフト用光導波路Ｅ_４、Ｅ_５、Ｅ_６、Ｅ_７、Ｅ_９、Ｅ_１１、Ｅ_１２、Ｅ_１５上の薄膜ヒータＦ_４、Ｆ_５、Ｆ_６、Ｆ_７、Ｆ_９、Ｆ_１１、Ｆ_１２、Ｆ_１５をオンにする。位相シフト部４００における光チップパルスの位相調整は光導波路ごとの個別調整であるので、予め位相シフトπに対応する薄膜ヒータへの供給電流量を調べてデータとして保持しておくことによって、薄膜ヒータのオン又はオフだけで、位相量π又は０を設定できる。

また、第１の実施形態に係る光復号装置の符号化パルス列
（０１００１１０１０１１１１０００）
を再生するためには、各光チップパルスの合波時に各光チップパルスの相対的な光位相がそれぞれＮｏ．１〜１６で
（０π００ππ０π０ππππ０００）
となるように、位相シフト用光導波路上の薄膜ヒータの温度調整をする。

図７は、第１の実施形態に係る光符号装置及び光復号装置を用いた波形観測系６００の構成を示す図である。図７に示される波形観測系は、パルス光源６０１と、光サーキュレータ６０２と、光符号装置６０３と、光サーキュレータ６０４と、光復号装置６０５と、光サーキュレータ６０２の出力を観測する光オシロスコープ６０６と、光サーキュレータ６０４の出力を観測する光オシロスコープ６０７とから構成される。光符号装置６０３及び光復号装置６０５は、図３から図６（ａ），（ｂ）までにおいて説明した本発明の光導波路装置の構造を有する。

図８（ａ）及び（ｂ）は、図７に示される波形観測系６００において観測された波形を示すものであり、図８（ａ）は、光符号装置の出力を光オシロスコープ６０６で観測したときの波形を示す図であり、図８（ｂ）は、光復号装置から出力される自己相関波形をオシロスコープ６０７で観測したときの波形を示す図である。

以上に説明したように、第１の実施形態によれば、入力光パルスＰ_０を分波して生成された光チップパルスＱ_１〜Ｑ_１６を、反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６を備えた遅延反射部５００の遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６を往復させることによって遅延させているので、遅延反射部５００の遅延用光導波路Ｅ_１〜Ｅ_１６を短くすることができ、その結果、光導波路装置のサイズの小型化が実現できる。

また、第１の実施形態によれば、光導波路装置の調整が位相シフト部４００の位相制御手段である薄膜ヒータＤ_１〜Ｄ_１６の調整だけであるので、調整が容易になる。

なお、上記説明においては、反射器Ｆ_１〜Ｆ_１６として、光導波路にブラッグ回折格子を形成した構造を説明したが、何らかの手段で光信号を反射するすことができる反射器構造であれば、他の構造を採用してもよい。

＜第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係る光符号分割多重通信システムの構成を概略的に示す図である。図９に示される光符号分割多重通信システムは、ＷＤＭ／ＯＣＤＭ伝送を実現できるシステムであり、ＷＤＭに３波長、ＯＣＤＭに３チャンネルを用いる場合を示している。ただし、本発明は、図９に示される態様に限定されるものではなく、ＷＤＭに用いる波長数及びＯＣＤＭに用いるチャンネル数は、他の数であってもよい。

第２の実施形態に係る光符号分割多重通信システムは、波長λ_１，λ_２，λ_３の波長チャンネル毎に設けられた光符号多重分割（ＯＣＤＭ）装置７１０，７２０，７３０と、ＯＣＤＭ装置７１０，７２０，７３０のそれぞれから出力される波長チャンネルごとの符号化パルス列を合波する波長分割多重（ＷＤＭ）合波器７４０と、光ケーブル７５０と、光復号装置８０１と、受信機（ＲＸ）８０２とから構成されている。

波長λ_１の光信号を出力するＯＣＤＭ装置７１０は、送信機（ＴＸ）７１１〜７１３と、送信機７１１〜７１３から出力される光パルスを符号化する光符号装置７１４〜７１６と、光符号装置７１４〜７１６で生成される符号化パルス列を合波するＯＣＤＭ合波器７１７とから構成されている。また、波長λ_２の光信号を出力するＯＣＤＭ装置７２０は、送信機（ＴＸ）７２１〜７２３と、送信機７２１〜７２３から出力される光パルスを符号化する光符号装置７２４〜７２６と、光符号装置７２４〜７２６で生成される符号化パルス列を合波するＯＣＤＭ合波器７２７とから構成されている。また、波長λ_３の光信号を出力するＯＣＤＭ装置７３０は、送信機（ＴＸ）７３１〜７３３と、送信機７３１〜７３３から出力される光パルスを符号化する光符号装置７３４〜７３６と、光符号装置７３４〜７３６で生成される符号化パルス列を合波するＯＣＤＭ合波器７３７とから構成されている。ＯＣＤＭ合波器７１７，７２７，７３７は、異なるチャンネルの異なる符号を持つ符号化光パルス信号を合波する。

図１０は、図９の送信機（ＴＸ）の構成を概略的に示すブロック図である。図１０に示されるように、送信機７１１（他の送信機も同様）は、パルス光源、例えば、分布帰還形半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）７６１と、ＤＦＢ−ＬＤ７６１から出力される連続波光を光パルス列に変換する光パルス変調器７６２と、光データ変調器７６３と、変調電気信号発生部７６４とを備えている。光データ変調器７６３は、変調電気信号発生部７６４から出力される電気信号に基づいて、光パルス変調器７６２から出力された光パルス列を変調して出力する。光データ変調器７６３は、光パルス列を電気パルス信号によって、光パルス信号に変換する。光パルス列は、光パルス変調器７６２によって電気パルス信号を反映したＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）フォーマットに強度変調され、光パルス信号として生成される。各チャンネルの送信機（ＴＸ）の構成は同じであるが、各チャンネル毎に備える光符号装置に設定されている光位相符号が異なる。光位相符号は、チャンネルごとに相違するものが設定され、これによって、チャンネルごとに独立して光パルス信号を送信できる

光符号装置７１４〜７１６，７２４〜７２６，７３４〜７３６のそれぞれは、第１の実施形態において説明された光符号装置である。光符号装置７１４〜７１６は、遅延反射部の反射器の反射波長をλ_１にしており、光符号装置７２４〜７２６は、遅延反射部の反射器の反射波長をλ_２にしており、光符号装置７３４〜７３６は、遅延反射部の反射器の反射波長をλ_３にしている。また、光符号装置７１４〜７１６，７２４〜７２６，７３４〜７３６のそれぞれは、位相シフト部（図３の符号４００）によって設定される光位相符号を異なる符号としている。

送信機７１１〜７１３から出力された各光パルスは、光符号装置７１４〜７１６で符号化されて、ＯＣＤＭ合波器７１７で合波される。送信機７２１〜７２３から出力された各光パルスは、光符号装置７２４〜７２６で符号化されて、ＯＣＤＭ合波器７２７で合波される。送信機７３１〜７３３から出力された各光パルスは、光符号装置７３４〜７３６で符号化されて、ＯＣＤＭ合波器７３７で合波される。ＯＣＤＭ合波器７１７，７２７，７３７から出力される波長λ_１，λ_２，λ_３の光信号は、ＷＤＭ合波器７４０で合波され、光ケーブル７５０を通して送信される。ＷＤＭ合波器７４０は、異なるチャンネルの異なる波長と符号を持つ符号化光パルス信号を合波して、チャンネル多重信号として伝送する。

光ケーブル７５０を通して送信された光信号は、光復号装置８０１に供給される。光復号装置８０１は、第１の実施形態において説明された光復号装置である。光復号装置８０１は、遅延反射部の反射器の反射波長としてλ_１，λ_２，λ_３のいずれかを設定している。また、光復号装置８０１は、光符号装置７１４〜７１６，７２４〜７２６，７３４〜７３６のいずれかに対応する光位相符号を位相シフト部（図３の符号４００）に設定している。光復号装置８０１は、対応する光位相符号を有する光符号装置の入力光パルスの自己相関波形を生成する。光復号装置は、符号化光パルス信号を、特定のチャンネルの波長と特定のチャンネルの光符号装置に設定されている光位相符号と同一の符号を用いて復号化する。その結果、光復号装置においては、特定波長の光パルス信号の自己相関波形成分、及び、その他のチャンネルの光パルス信号の相互相関波形成分を含む再生光パルス信号が生成される。

すなわち、光復号装置８０１において、特定チャンネルの光パルス信号の自己相関波形成分のみが抽出される。自己相関波形成分は、受信機８０２によって電気信号に変換されて、特定チャンネルの受信信号が生成される。この受信信号の波形は、送信機が備えている変調電気信号発生部から出力される電気パルス信号を反映した信号である。こうして、特定のチャンネルを通じて送信される電気パルス信号は、受信機によって受信信号として受信される。

受信機８０２は、光復号装置８０１で生成された光信号に対応する電気信号を出力する。

ＷＤＭ伝送を利用して場合、従来のシステムにおいては、光復号装置の前段で、バンドパスフィルタを用いて、波長多重された送信信号から特定の波長の光信号を抽出していたが、第２の実施形態に係る光符号分割多重システムにおいては、第１の実施形態に係る光導波路装置を、光符号装置７１４〜７１６，７２４〜７２６，７３４〜７３６及び光復号装置８０１としているので、特定の波長の信号だけ復号動作をするための波長フィルタを備える必要がない。このため、第２の実施形態に係る光符号分割多重システムは、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送と光符号分割多重伝送（ＯＣＤＭ）の両方を適用するシステムに好適である。

第２の実施形態に係る光分割多重通信システムは、第１の実施形態に係る光符号装置を利用して実現される。したがって、第２の実施形態に係る光分割多重通信システムによれば、反射器に特定の波長を反射する回折格子を設けることにより、ＯＣＤＭシステムとＷＤＭシステムを用いる多重伝送において、光信号の特定の波長を選択して復号することが可能となる。すなわち、第１の実施形態に係る光符号装置を利用して、ＷＤＭ／ＯＣＤＭ伝送装置を構成すれば、各ＷＤＭチャンネルの伝送容量を保持したまま、ＯＣＤＭ伝送方法により多重数の増加を容易に実現できる。

なお、上記説明においては、第１の実施形態に係る光導波路装置を、ＷＤＭ／ＯＣＤＭを複合した伝送システムに適用した場合を説明したが、ＷＤＭ／ＯＣＤＭを複合していないＯＣＤＭ伝送システム又はＷＤＭ伝送システムに適用してもよい。

入力光パルスから２値位相符号の符号化パルス列を生成する符号化、及び符号化パルス列から光パルスを再生する復号の原理を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の光符号装置（又は光復号装置）とそのタップ部の構成を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る光導波路装置である光符号装置（又は光復号装置）の構成を概略的に示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図３の分波合波部の構造と機能を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図３の位相シフト部の一部を概略的に示す平面図及び断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図３の遅延反射部の一部を概略的に示す平面図及び断面図である。 第１の実施形態に係る光導波路装置を光符号装置及び光復号装置として用いた波形観測系の構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図７に示される波形観測系において観測された波形を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光符号分割多重通信システムの構成を概略的に示す図である。 図９の送信機の構成を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

３００ 分波合波部、
３１１，３２１〜３２２，３３１〜３３４，３４１〜３４８ 対称Ｙ分岐路、
４００ 位相シフト部、
４０１ 基板、
４０２ 位相シフト用光導波路、
４０３ クラッド、
４０４ 薄膜ヒータ、
５００ 遅延反射部、
５０１ 基板、
５０２ 遅延用光導波路、
５０３ 回折格子（グレーティング）、
５０４ クラッド、
６０１ パルス光源、
６０２，６０４ 光サーキュレータ、
６０３ 光符号装置、
６０５ 光復号装置、
６０６，６０７ 光オシロスコープ、
７１０，７２０，７３０ ＯＣＤＭ装置、
７１１〜７１３，７２１〜７２３，７３１〜７３３ 送信機（ＴＸ）、
７１４〜７１６、７２４〜７２６，７３４〜７３６ 光符号装置、
７１７，７２７，７３７ ＯＣＤＭ合波器、
７４０ ＷＤＭ合波器、
７５０ 光ケーブル、
８０１ 光復号装置、
８０２ 受信機（ＲＸ）、
Ａ_０ 分波合波部の第１の入出力部、
Ｂ_１〜Ｂ_１６ 分波合波部の第２の入出力部、
Ｃ_１〜Ｃ_１６ 位相シフト用光導波路、
Ｄ_１〜Ｄ_１６ 薄膜ヒータ、
Ｅ_１〜Ｅ_１６ 遅延用光導波路、
Ｆ_１〜Ｆ_１６ 反射器、
Ｐ_０ 入力光パルス、
Ｑ_１〜Ｑ_１６ 光チップパルス、
Ｒ_０ 符号化パルス列。

Claims (11)

1. 第１の入出力部と複数の第２の入出力部とを具備し、前記第１の入出力部に入力された第１の波長の光パルスを複数の光チップパルスに分割する分波を行って前記複数の第２の入出力部から出力し、前記複数の第２の入出力部に入力された複数の光チップパルスを合成する合波を行って前記第１の入出力部から出力する分波合波部と、
   前記複数の第２の入出力部に接続された複数の位相シフト用光導波路と、前記複数の位相シフト用光導波路の一つ以上に備えられ、前記位相シフト用光導波路を通過する光チップパルスの位相をπ又は０に変更させる位相制御手段とを具備する位相シフト部と、
   前記複数の位相シフト用光導波路に接続され、それぞれが所定の長さを持つ複数の遅延用光導波路と、前記複数の遅延用光導波路のそれぞれに備えられ、前記複数の遅延用光導波路のそれぞれに入力された光チップパルスを反射して前記複数の遅延用光導波路から出力させる複数の反射器とを具備する遅延反射部と
   を有し、
   前記複数の遅延用光導波路の前記所定の長さはそれぞれ、遅延時間差を一定にするように異なる長さに設定されており、
   前記分波合波部によって分波された複数の光チップパルスが、前記分波合波部の前記複数の第２の入出力部から前記位相シフト部を通過して前記遅延反射部に入力され、前記遅延反射部で反射され、前記位相シフト部を通過して前記分波合波部の前記複数の第２の入出力部に入力されるように構成した
   ことを特徴とする光導波路装置。
2. 前記分波合波部が、
   前記第１の入出力部側を第１の光導波路とし、前記第２の入出力部側を第２及び第３の光導波路とする対称Ｙ分岐光導波路を多段に接続した構造を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
3. 前記位相制御手段が、前記複数の位相シフト用光導波路のそれぞれに隣接して備えられた加熱手段を有し、
   前記加熱手段による加熱によって前記位相シフト用光導波路を通過する光チップパルスの位相を所定量シフトさせる
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の光導波路装置。
4. 前記加熱手段が前記複数の位相シフト用光導波路のそれぞれに備えられ、前記加熱手段のそれぞれを、独立にオン又はオフに切り替えられることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の光導波路装置。
5. 光チップパルスが前記位相シフト用光導波路を２回通過する間に前記位相制御手段により変更される位相量が、πに設定されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の光導波路装置。
6. 前記複数の反射器が、特定の波長の光を反射し、前記特定の波長以外の波長の光を通過させる回折格子を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光導波路装置。
7. 前記遅延用光導波路からの出力光パルスのパワを均一にするように、前記複数の反射器の反射率を、対応する前記遅延用光導波路の長さが長いほど高く設定したことを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の光導波路装置。
8. 前記光導波路装置が、光符号装置又は光復号装置のいずれかであることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の光導波路装置。
9. 入力光パルスから符号化パルス列を生成する光符号装置と、
   前記符号化パルス列から前記入力光パルスの自己相関波形を生成する光復号装置と
   を有し、
   前記光符号装置及び前記光復号装置が、前記請求項１から７までのいずれか１項に記載の光導波路装置である
   ことを特徴とする光符号分割多重通信システム。
10. それぞれが異なる波長の入力光パルスから異なる波長の符号化パルス列を生成する光符号装置を複数備え、前記複数の光符号装置のそれぞれで生成された符号化パルス列を合波する符号分割多重合波器を備えた光符号多重分割装置と、
    前記合波された符号化パルス列から前記複数の光符号装置の中のいずれかの入力光パルスの自己相関波形を生成する光復号装置と
    を有し、
    前記複数の光符号装置及び前記光復号装置が、前記請求項１から７までのいずれか１項に記載の光導波路装置である
    ことを特徴とする光符号分割多重通信システム。
11. 前記光符号多重分割装置を異なる複数の波長チャンネル毎に複数備え、
    前記複数の光符号多重分割装置のそれぞれから出力される前記波長チャンネルごとの符号化パルス列を合波する波長分割多重合波器をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光符号分割多重通信システム。

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