光脉冲时间扩展器转让专利
申请号 : CN200610128105.0
文献号 : CN1933384B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : 西木玲彦 , 佐佐木健介 , 小林秀幸
申请人 : 冲电气工业株式会社
摘要 :
本发明是由4个单位FBG构成的SSFBG。将该SSFBG的布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG配置成沿光纤的波导方向具有互相重合的部分。横轴的左端对应于SSFBG的输入输出端的位置，横轴的右端对应于与SSFBG的输入输出端相反一侧的终端。4个单位FBG的布拉格反射波长λ1、λ2、λ3和λ4分别是λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm。通过取彼此的间隔与12.8nm相等的间隔配置这些4个单位FBG，对该SSFBG设定在时间扩展/波长跳跃方式中使用的符号(λ1、λ2、λ3、λ4)。
权利要求 :
1.一种光脉冲时间扩展器，根据时间扩展/波长跳跃方式的符号将光脉冲作为在时间轴上依次排列的片脉冲串输出，其特征在于：具备：输入输出端、和将从该输入输出端输入的光脉冲变换为在相邻的片脉冲相互间给予相位差而构成的该片脉冲的片脉冲串并返回到上述输入输出端的相位控制单元，其中该相位控制单元具备与构成上述时间扩展/波长跳跃方式的符号的符号值一对一地对应设置的多个单位衍射光栅，多个上述单位衍射光栅被配置成沿光波导的波导方向具有互相重合的部分。
2.如权利要求1中所述的光脉冲时间扩展器，其特征在于：将多个上述单位衍射光栅形成为通过沿上述光波导的纵向周期性地使折射率变化而形成的周期性的折射率调制结构体，将折射率分布的极大值连起来的包络线也沿上述光波导的纵向在周期性的位置上具有极大值，以使该包络线所具有的极大值的大小沿上述光波导的纵向单调递增后单调递减的方式形成上述折射率分布。
3.如权利要求2中所述的光脉冲时间扩展器，其特征在于：以使在将上述包络线取极小值的位置设为边界的区域中分别只包含1个上述包络线的极大值的方式划分上述周期性的折射率调制结构体，以使从相邻的上述区域发生的布拉格反射光的相位差等于π的方式形成上述折射率分布。
4.如权利要求2中所述的光脉冲时间扩展器，其特征在于：上述包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大。
5.如权利要求2中所述的光脉冲时间扩展器，其特征在于：上述包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例小于递减的比例。
6.如权利要求1至5的任一项中所述的光脉冲时间扩展器，其特征在于：构成上述相位控制单元的多个上述单位衍射光栅的布拉格反射波长不同，根据配置各上述单位衍射光栅的位置设定各单位光栅间的布拉格反射波长的相位。
说明书 :
技术领域
本发明涉及适合作为在时间扩展/波长跳跃方式的光码分复用发送接受装置中使用的光编码器和光解码器利用的光脉冲时间扩展器。
背景技术
近年来，由于互联网的普及等，通信需要快速地增大了，与其相对应，正在形成使用了光纤的高速、大容量的网络。而且，为了实现通信的大容量化，越来越重视在一条光纤传送路中汇总地传送多个信道部分的光脉冲信号的光复用技术。
作为光复用技术，正在积极地研究光时分复用(OTDM：OpticalTime Division Multiplexing)、波分复用(WDM：Wave DivisionMultiplexing)和光码分复用(OCDM：Optical Code DivisionMultiplexing)。其中，OCDM没有对发送接收的光脉冲信号的每1比特分配的时间轴上的限制，具有应用方面的灵活性。此外，具有在时间轴上在同一时隙中可设定多个信道或在波长轴上也可以在同一波长上可设定多个信道这样的特长。
所谓OCDM，是对每个信道分配不同的符号(模式)并利用模式匹配来抽出信号的通信方法(例如参照非专利文献1或2)。即，OCDM是在发送侧对每个信道用不同的符号对光脉冲信号进行编码、在接收侧使用与发送侧相同的符号进行解码并返回到原来的光脉冲信号的光复用技术。
按照OCDM，由于在解码时只将与编码时的符号一致的光脉冲信号作为有效的信号抽出并处理，故可对多个信道分配组合了相同的波长或多个波长的光而构成的光脉冲信号。此外，按照OCDM，由于在接收侧为了解码必须使用与编码中使用的符号相同的符号，故只要不知道该光符号，就不能解码。因此，OCDM是在信息的安全确保方面也优良的传送方法。
由于可使用超结构光纤布拉格光栅(SSFBG：SuperstructuredFibre Bragg Grating)或阵列波导光栅(AWG：Array WaveguideGratings)等的不耗电的无源光元件作为光编码器，故不受电的处理速度的限制，可适应于通信速率的高速化。此外，用同一波长在同一时刻可使多个信道复用，可进行大容量的数据通信。即，与OTDM或WDM相比，在可飞跃地提高通信容量这一点上越来越引人注目。
作为编码的方法，已知有时间扩展/波长跳跃方式。如果将时间扩展/波长跳跃方式应用于OCDM，则可进行不仅考虑了时间而且考虑了波长的编码。以后，将时间扩展/波长跳跃方式记载为时间扩展/波长跳跃方法。此外，将在时间扩展/波长跳跃方式中使用的符号记载为时间扩展/波长跳跃符号。
所谓时间扩展/波长跳跃方法的OCDM，是经过下面的步骤进行的传送方法。首先，在发送侧将多波长连续波光源或宽频带区域光源的输出变换为光脉冲串，根据该光脉冲串将作为2值数字信号的发送信号变换为RZ(归零制)光脉冲信号，生成应发送的光脉冲信号。用光编码器对该光脉冲信号进行编码后发送。另一方面，在接收侧，通过利用设定了与在上述的光编码器中设定的符号相同的符号的光解码器进行解码，重放已发送的光脉冲信号。
在时间扩展/波长跳跃方法的OCDM中，构成RZ光脉冲信号的时间轴上的光脉冲包含多个波长的光，利用光编码器对一个光脉冲进行波长分离，在时间轴上扩展并排列。此外，同样地，即使对于同一波长分量，也利用光编码器按照一定的规则(在光编码器中设定的符号)，使其在时间轴上扩展并排列。因而，时间扩展/波长跳跃方法具有可利用时间和波长这样的2个自由度来编码的特长。因此，与将由单一波长构成的光脉冲信号作为对象利用时间扩展方法来编码的情况相比，由于可进行对于波长也考虑的编码，故相应地具有提高隐蔽性的特长。
如上所述，在时间扩展/波长跳跃方法中，起到对构成光脉冲信号的光脉冲进行波长分离并分散和排列在时间轴上的作用的元件是光编码器。以后，有时也将这样地分散在时间轴上的光脉冲(单一波长的光脉冲)称为片脉冲。利用光解码器将分散在时间轴上的片脉冲解码为构成原来的光脉冲信号的光脉冲(包含多个波长的光的光脉冲)。
这样，由于光编码器起到将构成光脉冲信号的光脉冲分解为片脉冲并使其扩展和排列在时间轴上的作用，故也称为光脉冲时间扩展器。此外，由于光解码器起到将片脉冲复原为构成原来的光脉冲信号的光脉冲的作用，故虽然其作用与光编码器相反，但由于其结构在设定了同一符号这一点上是相同的，故同样地也将其称为光脉冲时间扩展器。因此，在以后的说明中，在指光编码器和光解码器的某一个的情况下，有时也称为光脉冲时间扩展器。
在将光编码器和光解码器利用于OCDM系统的情况下，根据在系统内的配置的部位决定其作用，在两者中设定的时间扩展/波长跳跃符号是相同的。即，如果配置在发送侧，则起到光编码器的功能，另一方面，如果配置在接收侧，则起到光解码器的功能。
在时间扩展/波长跳跃方法的OCDM中，作为光脉冲时间扩展器利用的SSFBG由对于在时间轴上构成一个光脉冲的多个波长的各个光配置具有与其波长相等的布拉格反射波长的单位光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)而构成。例如，在一个光脉冲由λ1、λ2、λ3和λ4构成的情况下，配置布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位衍射光栅而构成。利用在该光脉冲时间扩展器中设定的符号来决定这些单位衍射光栅的排列模式。
作为光脉冲时间扩展器，除了上述的SSFBG外，也可利用连接功率分离器、薄膜滤波器和时间延迟部形成的元件(例如，参照非专利文献3)。按照该文献，具有在可设定的符号方面没有限制的特长，但其另一方面，与SSFBG相比，存在光损耗大、难以实现元件整体的小型化的问题。因此，作为在光码分复用发送接受装置中利用的光脉冲时间扩展器，利用SSFBG越来越引人注目。
【非专利文献1】S.Kutsuzawa，et al.，“10Gb/s×2ch SignalUnrepeated Tranmisson Over 100km of Data Rate EnhancedTime-spread/Wavelength-Hopping OCDM Using2.5-Gb/s-En/Decoder”IEEE Photonics TechnologyLetters，Vol.15，No.2pp.317-319(2003).
【非专利文献2】Hideyuki Iwamura，et al.“FBG based OpticalCode En/Decoder for long distance tranmisson without dispersioncompensating devices”OFC 2004WK6.
【非专利文献3】Varghese Baby，et al.“ExperimentalDemonstration and Scalability Analysis of a Four-Node 102-Gchip/sFast Frequency-Hopping Time-Spreading Optical CDMANetwork”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.17，No.1pp.253-255(2005).
SSFBG如上所述在可设定的时间扩展/波长跳跃符号方面有一定的限制。在连接功率分离器、薄膜滤波器和时间延迟部形成的光脉冲时间扩展器中没有该限制。所谓该一定的限制，是必须设定片速率与片尺寸的关系以便与相邻的片脉冲的最小时间间隔相比对于一个光片脉冲的时间轴上的脉冲宽度不变宽。以后，为了说明的方便起见，有时将相邻的光脉冲的最小时间间隔称为片周期。
如果片尺寸比片周期长，则利用光脉冲时间扩展器进行了时间扩展/波长跳跃编码的相邻的光片脉冲产生在时间轴上重合的部分。因此，在解码的阶段中，可能引起两者不能完全用波长分离这样的事态。
为了避免这样的事态，首先，必须使在形成光脉冲信号的一个光脉冲中包含的彼此不同的多个波长的光的光谱的中心波长间隔变宽。但是，由于在光通信中可利用的光的波长频带区域是受限制的范围，故为了使该光谱的中心波长间隔变宽，存在限度。
此外，必须提高光脉冲时间扩展器的波长分辨灵敏度。即，必须使对于从光脉冲时间扩展器输出的输出光的波长的半值宽度变窄。但是，为了使对于该输出光的波长的半值宽度变窄，必须加长构成作为光脉冲时间扩展器利用的SSFBG的单位FBG，光脉冲时间扩展器的全长变长，成为实用上的障碍。
作为光复用技术，正在积极地研究光时分复用(OTDM：OpticalTime Division Multiplexing)、波分复用(WDM：Wave DivisionMultiplexing)和光码分复用(OCDM：Optical Code DivisionMultiplexing)。其中，OCDM没有对发送接收的光脉冲信号的每1比特分配的时间轴上的限制，具有应用方面的灵活性。此外，具有在时间轴上在同一时隙中可设定多个信道或在波长轴上也可以在同一波长上可设定多个信道这样的特长。
所谓OCDM，是对每个信道分配不同的符号(模式)并利用模式匹配来抽出信号的通信方法(例如参照非专利文献1或2)。即，OCDM是在发送侧对每个信道用不同的符号对光脉冲信号进行编码、在接收侧使用与发送侧相同的符号进行解码并返回到原来的光脉冲信号的光复用技术。
按照OCDM，由于在解码时只将与编码时的符号一致的光脉冲信号作为有效的信号抽出并处理，故可对多个信道分配组合了相同的波长或多个波长的光而构成的光脉冲信号。此外，按照OCDM，由于在接收侧为了解码必须使用与编码中使用的符号相同的符号，故只要不知道该光符号，就不能解码。因此，OCDM是在信息的安全确保方面也优良的传送方法。
由于可使用超结构光纤布拉格光栅(SSFBG：SuperstructuredFibre Bragg Grating)或阵列波导光栅(AWG：Array WaveguideGratings)等的不耗电的无源光元件作为光编码器，故不受电的处理速度的限制，可适应于通信速率的高速化。此外，用同一波长在同一时刻可使多个信道复用，可进行大容量的数据通信。即，与OTDM或WDM相比，在可飞跃地提高通信容量这一点上越来越引人注目。
作为编码的方法，已知有时间扩展/波长跳跃方式。如果将时间扩展/波长跳跃方式应用于OCDM，则可进行不仅考虑了时间而且考虑了波长的编码。以后，将时间扩展/波长跳跃方式记载为时间扩展/波长跳跃方法。此外，将在时间扩展/波长跳跃方式中使用的符号记载为时间扩展/波长跳跃符号。
所谓时间扩展/波长跳跃方法的OCDM，是经过下面的步骤进行的传送方法。首先，在发送侧将多波长连续波光源或宽频带区域光源的输出变换为光脉冲串，根据该光脉冲串将作为2值数字信号的发送信号变换为RZ(归零制)光脉冲信号，生成应发送的光脉冲信号。用光编码器对该光脉冲信号进行编码后发送。另一方面，在接收侧，通过利用设定了与在上述的光编码器中设定的符号相同的符号的光解码器进行解码，重放已发送的光脉冲信号。
在时间扩展/波长跳跃方法的OCDM中，构成RZ光脉冲信号的时间轴上的光脉冲包含多个波长的光，利用光编码器对一个光脉冲进行波长分离，在时间轴上扩展并排列。此外，同样地，即使对于同一波长分量，也利用光编码器按照一定的规则(在光编码器中设定的符号)，使其在时间轴上扩展并排列。因而，时间扩展/波长跳跃方法具有可利用时间和波长这样的2个自由度来编码的特长。因此，与将由单一波长构成的光脉冲信号作为对象利用时间扩展方法来编码的情况相比，由于可进行对于波长也考虑的编码，故相应地具有提高隐蔽性的特长。
如上所述，在时间扩展/波长跳跃方法中，起到对构成光脉冲信号的光脉冲进行波长分离并分散和排列在时间轴上的作用的元件是光编码器。以后，有时也将这样地分散在时间轴上的光脉冲(单一波长的光脉冲)称为片脉冲。利用光解码器将分散在时间轴上的片脉冲解码为构成原来的光脉冲信号的光脉冲(包含多个波长的光的光脉冲)。
这样，由于光编码器起到将构成光脉冲信号的光脉冲分解为片脉冲并使其扩展和排列在时间轴上的作用，故也称为光脉冲时间扩展器。此外，由于光解码器起到将片脉冲复原为构成原来的光脉冲信号的光脉冲的作用，故虽然其作用与光编码器相反，但由于其结构在设定了同一符号这一点上是相同的，故同样地也将其称为光脉冲时间扩展器。因此，在以后的说明中，在指光编码器和光解码器的某一个的情况下，有时也称为光脉冲时间扩展器。
在将光编码器和光解码器利用于OCDM系统的情况下，根据在系统内的配置的部位决定其作用，在两者中设定的时间扩展/波长跳跃符号是相同的。即，如果配置在发送侧，则起到光编码器的功能，另一方面，如果配置在接收侧，则起到光解码器的功能。
在时间扩展/波长跳跃方法的OCDM中，作为光脉冲时间扩展器利用的SSFBG由对于在时间轴上构成一个光脉冲的多个波长的各个光配置具有与其波长相等的布拉格反射波长的单位光纤布拉格光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)而构成。例如，在一个光脉冲由λ1、λ2、λ3和λ4构成的情况下，配置布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位衍射光栅而构成。利用在该光脉冲时间扩展器中设定的符号来决定这些单位衍射光栅的排列模式。
作为光脉冲时间扩展器，除了上述的SSFBG外，也可利用连接功率分离器、薄膜滤波器和时间延迟部形成的元件(例如，参照非专利文献3)。按照该文献，具有在可设定的符号方面没有限制的特长，但其另一方面，与SSFBG相比，存在光损耗大、难以实现元件整体的小型化的问题。因此，作为在光码分复用发送接受装置中利用的光脉冲时间扩展器，利用SSFBG越来越引人注目。
【非专利文献1】S.Kutsuzawa，et al.，“10Gb/s×2ch SignalUnrepeated Tranmisson Over 100km of Data Rate EnhancedTime-spread/Wavelength-Hopping OCDM Using2.5-Gb/s-En/Decoder”IEEE Photonics TechnologyLetters，Vol.15，No.2pp.317-319(2003).
【非专利文献2】Hideyuki Iwamura，et al.“FBG based OpticalCode En/Decoder for long distance tranmisson without dispersioncompensating devices”OFC 2004WK6.
【非专利文献3】Varghese Baby，et al.“ExperimentalDemonstration and Scalability Analysis of a Four-Node 102-Gchip/sFast Frequency-Hopping Time-Spreading Optical CDMANetwork”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.17，No.1pp.253-255(2005).
SSFBG如上所述在可设定的时间扩展/波长跳跃符号方面有一定的限制。在连接功率分离器、薄膜滤波器和时间延迟部形成的光脉冲时间扩展器中没有该限制。所谓该一定的限制，是必须设定片速率与片尺寸的关系以便与相邻的片脉冲的最小时间间隔相比对于一个光片脉冲的时间轴上的脉冲宽度不变宽。以后，为了说明的方便起见，有时将相邻的光脉冲的最小时间间隔称为片周期。
如果片尺寸比片周期长，则利用光脉冲时间扩展器进行了时间扩展/波长跳跃编码的相邻的光片脉冲产生在时间轴上重合的部分。因此，在解码的阶段中，可能引起两者不能完全用波长分离这样的事态。
为了避免这样的事态，首先，必须使在形成光脉冲信号的一个光脉冲中包含的彼此不同的多个波长的光的光谱的中心波长间隔变宽。但是，由于在光通信中可利用的光的波长频带区域是受限制的范围，故为了使该光谱的中心波长间隔变宽，存在限度。
此外，必须提高光脉冲时间扩展器的波长分辨灵敏度。即，必须使对于从光脉冲时间扩展器输出的输出光的波长的半值宽度变窄。但是，为了使对于该输出光的波长的半值宽度变窄，必须加长构成作为光脉冲时间扩展器利用的SSFBG的单位FBG，光脉冲时间扩展器的全长变长，成为实用上的障碍。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供利用在能设定的符号中限制少而且也可缩短全长的SSFBG形成的光脉冲时间扩展器。
本发明的光脉冲时间扩展器具备输入输出端和将从该输入输出端输入的光脉冲变换为在相邻的片脉冲相互间给予相位差而构成的该片脉冲的片脉冲串并返回到上述输入输出端的相位控制单元。该相位控制单元的特征在于：具备与构成上述时间扩展/波长跳跃方式的符号的符号值一对一地对应地设置的多个单位衍射光栅，将多个上述单位衍射光栅配置成沿光波导的波导方向具有互相重合的部分而构成。在采用SSFBG作为相位控制单元的情况下，所谓光波导相当于光纤，所谓单位衍射光栅相当于单位FBG。即，沿波导方向配置了多个单位FBG的光纤是SSFBG。
如下述那样形成单位衍射光栅是合适的。即，将单位衍射光栅作为通过沿光波导的纵向周期性地使折射率变化形成的周期性的折射率调制结构体来形成，将折射率分布的极大连起来的包络线也沿光波导的纵向在周期性的位置上具有极大，设定为使该包络线所具有的极大值的大小沿光波导的纵向单调递增后单调递减。
在将沿光波导的纵向的折射率的变化的大小作为沿纵向的位置的函数来给出的情况下，严格地说，表示该函数的曲线的包络线不一定通过该函数的极大。但是，近似地说由于即使假定该包络线通过极大也不产生大的差异，故在此为了方便起见，将表示上述的函数的曲线的包络线称为将折射率分布的极大连起来的包络线。因而，在将折射率的极大连起来这样的情况下，意味着表示上述的函数的曲线的包络线。
这样来区分周期性的折射率调制结构体，使得在将包络线取极小值的位置定为边界的区域中分别只包含1个包络线的极大。而且，设定为从相邻的各自的区域发生的布拉格反射光的相位差等于π是合适的。以后，有时也将上述的各自的区域的包络线包含的周期性的折射率调制结构体的部分称为子折射率调制结构体。
与本发明的光脉冲时间扩展器的利用形态相对应，设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大或设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例小是合适的。
此外，构成相位控制单元的多个单位衍射光栅的布拉格反射波长不同，与配置该各单位衍射光栅的位置的离输入输出端的距离变长相对应，设定为各自的单位衍射光栅的群延迟时间单调递增是合适的。
按照本发明的光脉冲时间扩展器，具备将光脉冲变换为片脉冲串并返回到输入输出端的相位控制单元，该相位控制单元具备多个单位衍射光栅。而且，由于将多个该单位衍射光栅配置成沿光波导的波导方向具有互相重合的部分，故可缩短配置了作为相位控制单元的单位衍射光栅的光波导的全长。即，与配置成不使单位衍射光栅互相重合的情况相比，通过配置成具有互相重合的部分，可缩短相位控制单元的全长。
由于通过将单位衍射光栅配置成具有互相重合的部分可缩短相位控制单元的全长，故可设定符号长度长的时间扩展/波长跳跃符号，相应地可使能利用的符号的种类变得丰富。即可提供在相位控制单元中能设定的符号中限制少而且也可缩短相位控制单元的全长的光编码器。
通过设定为使将单位衍射光栅的折射率分布的极大连起来的包络线所具有的极大值的大小沿光波导的纵向单调递增后单调递减，可得到以下的效果。这样形成的单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线不是成为吊钟形曲线而是成为平顶形曲线。因此，各自的单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线宽度在接近于布拉格反射光的中心波长处急剧地变小，难以与相邻的布拉格反射光的谱特性曲线重叠。
再者，在将周期性的折射率调制结构体区分为将包络线取极小值的位置定为边界的区域中分别只包含1个包络线的极大的情况下，通过设定为从相邻的各自的区域中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位差等于π，可使单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线接近于更理想的平顶形曲线。
因而，即使彼此不同的多个布拉格反射光的光的光谱的中心波长间隔不变宽，即使片脉冲串的相邻的片脉冲在时间轴上重合，也能进行解码。即，即使形成光脉冲信号的一个光脉冲中包含的彼此不同的多个波长的光的光谱的中心波长间隔不变宽，也可避免在解码的阶段中相邻的片脉冲不能分离这样的事态。
对作为相位控制单元的SSFBG输入的光脉冲或片脉冲随着在SSFBG中传播，引起与布拉格反射部分的能量部分相当的强度减少。因而，为了使返回到输入输出端的布拉格反射光的能量不依存于SSFBG的布拉格反射的部位而变得均匀，必须随着离输入输出端的距离增大而增大折射率的调制的程度。即，如果设定为将周期性的折射率分布的极大连起来的包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大，则可使上述的布拉格反射光的能量不依存于SSFBG的布拉格反射的部位而变得均匀。
这样，通过使布拉格反射光的能量不依存于布拉格反射的部位而变得均匀，可使单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线更有效地接近于理想的平顶形曲线。
此外，在将本发明的光脉冲时间扩展器作为光码分复用发送接受装置的光编码器和光解码器利用的情况下，作为相位控制单元的SSFBG的输入输出端的位置在光编码器和光解码器中是相反的。因而，通过对于光编码器设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大，对于光解码器设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例小，可得到以下的效果。即，光编码器和光解码器中的布拉格反射光的能量的均匀化的效果因两者的相乘效果二变得更有效，可使解码得到的光脉冲的光谱形状接近于更理想的平顶形曲线。
此外，通过在光编码器和光解码器中设定为彼此相反的关系，以便与配置在相位控制单元中设置的各单位衍射光栅的位置的离输入输出端的距离变长对应地各单位衍射光栅的群延迟时间单调递增，可准确地进行解码。这是由于，从相位控制单元的输入输出端起，分别配置布拉格反射波长不同的多个单位衍射光栅的位置与各单位衍射光栅的群延迟时间的关系处于成比例的关系。由于通过调整并设定各单位衍射光栅的群延迟时间可使从相位控制单元输出的片脉冲的在时间轴上的位置与单位衍射光栅的相位控制单元中的配置的顺序相等，故通过调整各单位衍射光栅的群延迟时间可正确地实现所给出的时间扩展/波长跳跃符号的对相位控制单元的设定。
如以上已说明的那样，由于具备本发明的光脉冲时间扩展器作为光编码器和光解码器的光码分复用发送接受装置的布拉格反射光的谱曲线呈平顶形，故与利用了以前的光脉冲时间扩展器的情况相比，缓和了对于可利用的符号的限制。
此外，与利用了以前的光脉冲时间扩展器的情况相比，可形成光脉冲信号的一个光脉冲中包含的彼此不同的多个波长的光的光谱的中心波长间隔变窄。此外，也可将对于从光编码器输出的输出光(片脉冲)的波长的半值宽度取得较宽。
本发明的光脉冲时间扩展器具备输入输出端和将从该输入输出端输入的光脉冲变换为在相邻的片脉冲相互间给予相位差而构成的该片脉冲的片脉冲串并返回到上述输入输出端的相位控制单元。该相位控制单元的特征在于：具备与构成上述时间扩展/波长跳跃方式的符号的符号值一对一地对应地设置的多个单位衍射光栅，将多个上述单位衍射光栅配置成沿光波导的波导方向具有互相重合的部分而构成。在采用SSFBG作为相位控制单元的情况下，所谓光波导相当于光纤，所谓单位衍射光栅相当于单位FBG。即，沿波导方向配置了多个单位FBG的光纤是SSFBG。
如下述那样形成单位衍射光栅是合适的。即，将单位衍射光栅作为通过沿光波导的纵向周期性地使折射率变化形成的周期性的折射率调制结构体来形成，将折射率分布的极大连起来的包络线也沿光波导的纵向在周期性的位置上具有极大，设定为使该包络线所具有的极大值的大小沿光波导的纵向单调递增后单调递减。
在将沿光波导的纵向的折射率的变化的大小作为沿纵向的位置的函数来给出的情况下，严格地说，表示该函数的曲线的包络线不一定通过该函数的极大。但是，近似地说由于即使假定该包络线通过极大也不产生大的差异，故在此为了方便起见，将表示上述的函数的曲线的包络线称为将折射率分布的极大连起来的包络线。因而，在将折射率的极大连起来这样的情况下，意味着表示上述的函数的曲线的包络线。
这样来区分周期性的折射率调制结构体，使得在将包络线取极小值的位置定为边界的区域中分别只包含1个包络线的极大。而且，设定为从相邻的各自的区域发生的布拉格反射光的相位差等于π是合适的。以后，有时也将上述的各自的区域的包络线包含的周期性的折射率调制结构体的部分称为子折射率调制结构体。
与本发明的光脉冲时间扩展器的利用形态相对应，设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大或设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例小是合适的。
此外，构成相位控制单元的多个单位衍射光栅的布拉格反射波长不同，与配置该各单位衍射光栅的位置的离输入输出端的距离变长相对应，设定为各自的单位衍射光栅的群延迟时间单调递增是合适的。
按照本发明的光脉冲时间扩展器，具备将光脉冲变换为片脉冲串并返回到输入输出端的相位控制单元，该相位控制单元具备多个单位衍射光栅。而且，由于将多个该单位衍射光栅配置成沿光波导的波导方向具有互相重合的部分，故可缩短配置了作为相位控制单元的单位衍射光栅的光波导的全长。即，与配置成不使单位衍射光栅互相重合的情况相比，通过配置成具有互相重合的部分，可缩短相位控制单元的全长。
由于通过将单位衍射光栅配置成具有互相重合的部分可缩短相位控制单元的全长，故可设定符号长度长的时间扩展/波长跳跃符号，相应地可使能利用的符号的种类变得丰富。即可提供在相位控制单元中能设定的符号中限制少而且也可缩短相位控制单元的全长的光编码器。
通过设定为使将单位衍射光栅的折射率分布的极大连起来的包络线所具有的极大值的大小沿光波导的纵向单调递增后单调递减，可得到以下的效果。这样形成的单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线不是成为吊钟形曲线而是成为平顶形曲线。因此，各自的单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线宽度在接近于布拉格反射光的中心波长处急剧地变小，难以与相邻的布拉格反射光的谱特性曲线重叠。
再者，在将周期性的折射率调制结构体区分为将包络线取极小值的位置定为边界的区域中分别只包含1个包络线的极大的情况下，通过设定为从相邻的各自的区域中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位差等于π，可使单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线接近于更理想的平顶形曲线。
因而，即使彼此不同的多个布拉格反射光的光的光谱的中心波长间隔不变宽，即使片脉冲串的相邻的片脉冲在时间轴上重合，也能进行解码。即，即使形成光脉冲信号的一个光脉冲中包含的彼此不同的多个波长的光的光谱的中心波长间隔不变宽，也可避免在解码的阶段中相邻的片脉冲不能分离这样的事态。
对作为相位控制单元的SSFBG输入的光脉冲或片脉冲随着在SSFBG中传播，引起与布拉格反射部分的能量部分相当的强度减少。因而，为了使返回到输入输出端的布拉格反射光的能量不依存于SSFBG的布拉格反射的部位而变得均匀，必须随着离输入输出端的距离增大而增大折射率的调制的程度。即，如果设定为将周期性的折射率分布的极大连起来的包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大，则可使上述的布拉格反射光的能量不依存于SSFBG的布拉格反射的部位而变得均匀。
这样，通过使布拉格反射光的能量不依存于布拉格反射的部位而变得均匀，可使单位衍射光栅的布拉格反射光的谱特性曲线更有效地接近于理想的平顶形曲线。
此外，在将本发明的光脉冲时间扩展器作为光码分复用发送接受装置的光编码器和光解码器利用的情况下，作为相位控制单元的SSFBG的输入输出端的位置在光编码器和光解码器中是相反的。因而，通过对于光编码器设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大，对于光解码器设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例小，可得到以下的效果。即，光编码器和光解码器中的布拉格反射光的能量的均匀化的效果因两者的相乘效果二变得更有效，可使解码得到的光脉冲的光谱形状接近于更理想的平顶形曲线。
此外，通过在光编码器和光解码器中设定为彼此相反的关系，以便与配置在相位控制单元中设置的各单位衍射光栅的位置的离输入输出端的距离变长对应地各单位衍射光栅的群延迟时间单调递增，可准确地进行解码。这是由于，从相位控制单元的输入输出端起，分别配置布拉格反射波长不同的多个单位衍射光栅的位置与各单位衍射光栅的群延迟时间的关系处于成比例的关系。由于通过调整并设定各单位衍射光栅的群延迟时间可使从相位控制单元输出的片脉冲的在时间轴上的位置与单位衍射光栅的相位控制单元中的配置的顺序相等，故通过调整各单位衍射光栅的群延迟时间可正确地实现所给出的时间扩展/波长跳跃符号的对相位控制单元的设定。
如以上已说明的那样，由于具备本发明的光脉冲时间扩展器作为光编码器和光解码器的光码分复用发送接受装置的布拉格反射光的谱曲线呈平顶形，故与利用了以前的光脉冲时间扩展器的情况相比，缓和了对于可利用的符号的限制。
此外，与利用了以前的光脉冲时间扩展器的情况相比，可形成光脉冲信号的一个光脉冲中包含的彼此不同的多个波长的光的光谱的中心波长间隔变窄。此外，也可将对于从光编码器输出的输出光(片脉冲)的波长的半值宽度取得较宽。
附图说明
图1是示出光脉冲时间扩展器的概略的结构的图。
图2是示出产生通常的布拉格反射特性的FBG的折射率分布结构的图。
图3是示出产生平顶的布拉格反射特性的FBG的折射率分布结构的图。
图4是示出构成SSFBG的单位FBG的折射率分布结构的图。
图5是示出光脉冲时间扩展器的布拉格反射特性的图。
图6是示出相位的对于相对波长的关系的图。
图7是示出相位的对于相对波长的关系的图。
图8是示出SSFBG的折射率分布结构的图。
图2是示出产生通常的布拉格反射特性的FBG的折射率分布结构的图。
图3是示出产生平顶的布拉格反射特性的FBG的折射率分布结构的图。
图4是示出构成SSFBG的单位FBG的折射率分布结构的图。
图5是示出光脉冲时间扩展器的布拉格反射特性的图。
图6是示出相位的对于相对波长的关系的图。
图7是示出相位的对于相对波长的关系的图。
图8是示出SSFBG的折射率分布结构的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。再有，各图示出与本发明有关的一例，不将本发明限定于图示的例子。再有，在实施例中，作为相位控制单元，采取使用光纤来形成的情况，但不限于光纤，也可使用平面型光波导等来形成。作为相位控制单元使用光纤或使用平面型光波导等不过是单纯的设计的事项。但是，在光通信系统中利用光脉冲时间扩展器的情况下，因为光通信系统将光纤作为光传送路来使用，故在多数情况下利用使用光纤作为相位控制单元构成的光脉冲时间扩展器是合适的。
<光脉冲时间扩展器>
参照图1，说明光脉冲时间扩展器的结构。图1是示出具备用于对作为相位控制单元的SSFBG16输入光脉冲15、并且输出片脉冲17的光循环器18的光脉冲时间扩展器的概略的结构的图。在图1中，关于SSFBG16，示出了示意性的剖面。
在具备芯12和包层14的光纤10的芯12上制作了SSFBG16。从输入输出端20经光循环器18对芯12输入被编码的光脉冲15。利用SSFBG16从已输入的光脉冲生成布拉格反射波，该布拉格反射波作为片脉冲再次从输入输出端20输出。经光循环器18在外部取出从输入输出端20输出的片脉冲作为片脉冲17。
本发明涉及构成SSFBG16的单位FBG的结构和单位FBG的配置。由于单位FBG的一部分互相重合，故在图1中不能个别地分离，但沿作为光纤10的光波导的芯12的波导方向串联地配置多个单位FBG，构成了SSFBG16，而且，关于在芯12中串联地配置的多个单位FBG与时间扩展/波长跳跃符号的对应关系，在从SSFBG16的左端的输入输出端20至右端的方向上排列的各单位FBG与构成时间扩展/波长跳跃符号的各片脉冲是一对一地对应的关系。
在此，说明构成时间扩展/波长跳跃符号的片脉冲。在以后的说明中，只要不产生混乱，有时也将时间扩展/波长跳跃符号简称为光符号。作为一例，利用6比特的光符号(0，λ1，λ2，0，λ4，λ3)进行说明。在此，有时也将给出光符号的由「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」构成的数列的项数称为符号长度。在该例中，符号长度是6。此外，有时也将给出光符号的数列称为符号列，将符号列的各项「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」称为“片”。而且，有时也将0和λ1、λ2、λ3和λ4本身称为符号值。
光符号的各片和各单位FBG作为从SSFBG16的左端的输入输出端20到配置了各单位FBG的位置的距离和符号列的各项「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」的排列顺序的函数而对应。即，从SSFBG16的左端的输入输出端20起以一定的间隔配置各单位FBG的预定位置已被确定，通过在该预定位置上配置各项「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」的某一项，使光符号的各片与各单位FBG具有对应关系。「0」意味着在符号列的「0」位置上不存在单位FBG，「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」分别意味着配置了布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG。
所谓配置了单位FBG的位置，意味着表示单位FBG的折射率调制的曲线的包络线的极大中存在取最大的极大值的极大的位置。如果将从输入输出端20到配置了单位FBG的位置(以后，有时也称为FBG位置)的距离定为L，则可使用群延迟时间tg和群折射率ng由下式(1)求出LL。
L＝c×(tg/(2ng)) (1)
在以后的说明中，有时也将从输入输出端20到FBG位置的距离L记为配置了单位FBG的位置L。
在此，c是光速度。所谓群折射率ng，指的是对于光能量束(脉冲等)的折射率。在布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG的情况下，从各单位FBG反射的布拉格反射光的光谱不是分别为λ1、λ2、λ3和λ4的完全的单色光(光谱半值宽度为0的光)，而是具有一定的宽度。例如在布拉格反射光的波长为λ1的单位FBG的情况下，由该单位FBG反射的布拉格反射光的光谱除了λ1的分量以外，还包含了波长比λ1稍小的分量和稍大的分量。即，在布拉格反射波长为λ1的单位FBG的情况下，意味着来自该单位FBG的布拉格反射光的光谱的中心波长为λ1。
因此，采用对于各单位FBG的布拉格反射光(各自的波长λ1、λ2、λ3和λ4)中包含的光谱分量的平均的值，将其称为群折射率。关于群延迟时间tg，也将对于从各单位FBG反射的布拉格反射光中包含的多个波长分量的平均的延迟时间称为群延迟时间。
所谓配置了单位FBG的位置L，如上所述，是从形成了FBG的光波导的输入输出端到存在表示单位FBG的折射率调制的曲线的包络线的极大中取最大的极大的位置的距离。此外，将群延迟时间定义为对形成了单位FBG的光波导的输入输出端输入光脉冲、在单位FBG的位置上反射后再次到达光波导的输入输出端的时间。因而，在群延迟时间之间，到对光波导的输入输出端输入的光脉冲一部分被布拉格反射再次到达输入输出端为止，光传播了2L的距离。因而，在式(1)的分母中包含常数2。
在此，作为一例，说明在作为相位控制单元的SSFBG16中设定6比特的光符号(0，λ1，λ2，0，λ4，λ3)的情况。在作为相位控制单元的SSFBG16中设定6比特的光符号(0，λ1，λ2，0，λ4，λ3)的情况下，如下述那样配置布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG。首先，在离SSFBG16的左端的输入输出端最近的单位FBG的配置预定位置上不配置单位FBG，接着，依次配置布拉格反射波长分别为λ1和λ2的单位FBG。然后，在从SSFBG16的左端的输入输出端算起的第4个单位FBG的配置预定位置上不配置单位FBG，接着，依次配置布拉格反射波长分别为λ4和λ3的单位FBG。
<单位FBG>
参照图2(A)、(B)和(C)，说明示出以前的类型的布拉格反射特性的FBG的折射率分布。如果将在此示出的FBG作为单位FBG来形成SSFBG，则可构成以前的类型的光脉冲时间扩展器。
图2(A)是示出布拉格反射光谱的图。在横轴上用nm单位对相对波长进行分度，在纵轴上用0至1的任意标度对反射率的大小的相对的值进行分度来示出。所谓在横轴上示出的相对波长，是表示将布拉格反射的中心波长定为0nm、从比该中心波长短1.0nm的波长到长1.0nm的波长的范围。例如，在布拉格反射的中心波长为1550nm的情况下，因为与-1.0nm对应的波长是1549nm，与1.0nm对应的波长是1551nm，故示出了对于从1549nm至1551nm的范围的布拉格反射光谱。
图2(B)是示出离SSFBG的输入输出端的距离与折射率调制的关系的图。在横轴上用mm单位对离SSFBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上示出了折射率调制的大小Δn，将其最大值定为1进行规格化。在对于制作了FBG的光纤的布拉格反射波长的光的折射率的极大值为n+Δn、用n表示极小的值时，将Δn称为折射率调制的大小。通过沿光纤的纵向周期性地使折射率变化来形成FBG，但意味着该有效折射率的极大值与极小值的差是Δn。
图2(C)是示出在图2(B)中用虚线的圆包围的部分的放大图。在横轴上用mm单位对离SSFBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上用任意标度示出了折射率调制的大小Δn。用实线示出的波形表示折射率调制的大小的分布，表示FBG的折射率结构。虚线示出了表示用实线示出的折射率调制的大小的分布曲线的包络线。在图2(B)中示出的曲线表示该包络线。
在图2(A)、(B)和(C)中，将FBG的折射率调制周期Λ设定为0.5353nm，以使布拉格反射光谱的中心波长为1550nm。FBG的全长定为22mm。即，在图2(B)中示出的包络线中，因为表示折射率调制的大小Δn为0的与横轴的交点的位置处于37mm和59mm的位置，故形成了折射率的调制结构的范围是在横轴上从37mm至59mm的范围。因而，可知FBG的全长是22mm。
从图2(A)中所示可知，具有图2(B)中示出的折射率的调制特性的FBG的布拉格反射光谱具有用吊钟形曲线来表示的特征。因此，如果稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，则其反射率急剧地下降。
因FBG的周围温度的变动等的影响，有时稍微偏离布拉格反射率为极大的波长。如果FBG的布拉格反射光谱具有用吊钟形曲线来表示的特征，则如果在采用利用SSFBG构成的光脉冲时间扩展器作为光编码器或光解码器构成的光码分复用发送接受装置中在设计上设定为应作为信号光来识别的波长的波长与布拉格反射率为极大的波长稍微偏离，则会简单地导致装置的错误工作。
为了解决这样的问题，这样来形成折射率调制结构就可以了，即，使布拉格反射光谱的形状不是吊钟形曲线而是平顶形曲线。如果布拉格反射光谱具有用平顶形曲线给出的特性，则即使稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，其反射率也不会急剧地下降。因此，即使在设计上设定为应作为信号光来识别的波长的波长与布拉格反射率为极大的波长稍微偏离，也难以发生装置的错误工作。
参照图3(A)、(B)和(C)，说明满足该要求的FBG的折射率调制结构。如果将在此示出的FBG作为单位FBG来形成SSFBG，则可构成本发明的光脉冲时间扩展器。
图3(A)是示出布拉格反射光谱的图。在横轴上用nm单位对相对波长进行分度，在纵轴上用0至1的任意标度对反射率的大小的相对的值进行分度来示出。所谓在横轴上示出的相对波长，与图2(A)同样，在此也示出了将布拉格反射的中心波长定为1550nm、对于从1549nm至1551nm的范围的布拉格反射光谱。
图3(B)是示出离FBG的输入输出端的距离与折射率调制的关系的图。在横轴上用mm单位对离FBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上示出了折射率调制的大小Δn，将其最大值定为1进行规格化。
图3(C)是示出在图3(B)中用虚线的圆包围的部分的放大图。在横轴上用mm单位对离FBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上用任意标度示出了折射率调制的大小Δn。用实线示出的波形示出了折射率的值，表示FBG的折射率结构。虚线示出了表示用实线示出的折射率调制的大小的分布曲线的包络线。在图3(B)中示出的曲线表示该包络线。
图3(A)、(B)和(C)中示出的FBG也将FBG的折射率调制周期Λ设定为0.5353nm，以使其布拉格反射光谱的中心波长为1550nm。但是，如果FBG的全长为100mm，则比图2(A)、(B)和(C)中示出的FBG长。这是为了，如以下说明的那样，使布拉格反射光谱的形状不是吊钟形曲线而成为平顶形曲线。
示出了离FBG的输入输出端的距离与折射率的调制的状况的图2(B)和(C)中示出的特性与图3(B)和(C)中示出的特性的不同点在于包络线的形状和在该包络线中包含的周期性的折射率调制结构。如果图2(B)中示出的包络线从折射率调制的大小Δn比0大的值到达等于0的横轴上的位置(包络线与横轴的交点)，则不取大于等于0的值，而图3(B)中示出的包络线在多个部位上以点状存在折射率调制的大小Δn等于0的横轴上的位置(与横轴相接的极小的位置)。
如下述那样附以符号来区别用与Δn＝0相接的横轴上的位置(与横轴相接的极小的位置)划分的区域。即，如图3(B)中所示，用E表示包含极大值为最大的极大的区域，随着从该处接近于输入输出端，划分区域以便分别只包含1个极大，用E-1、E-2、E-3和E-4示出各自的区域。另一方面，随着从E起远离输入输出端，同样地划分区域以便分别只包含1个极大，用E1、E2、E3和E4示出各自的区域。
这样，由于图3(A)、(B)和(C)中示出的FBG除了在区域E中包含的子折射率调制结构体以外，还具备在区域E-1、E-2、E-3、E-4、E1、E2、E3和E4中包含的子折射率调制结构体，故该FBG的全长比图2(A)、(B)和(C)中示出的FBG长。在此，如图3(B)中所示，限定于从FBG的输入输出端至100mm的范围的周期性的折射率调制结构体(将FBG的全长限定于100mm)，利用模拟求出了图3(A)中示出的反射光谱。
再有，这样来制作子折射率调制结构体，使得分别从区域E-1、E-2、E-3、E-4、E1、E2、E3和E4中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位成为下述的关系。即，设定为从相邻的区域中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位差等于π。
具体地说，如果将从包含最大的大小的极大的区域E中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位定为基准，则与从区域E-1和区域E1的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位存在π的差。与从区域E-2和区域E2的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位是相同的相位。同样，与从区域E-3和区域E3的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位存在π的相位差，与从区域E-4和区域E4的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位是相同的相位。
参照图3(C)说明用于产生分别从区域E-1、E-2、E-3、E-4 、E1、E2、E3和E4中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位的关系的具体的结构。包络线与折射率调制的大小Δn＝0相接的横轴上的位置描画了上述的区域E-1、E-2、E-3、E-4、E1、E2、E3和E4。因此，参照图3(C)的放大图，说明夹住包络线与横轴相接的位置周期性的折射率调制结构成为怎样的结构。在图3(C)中示出了描画区域E和区域E-1的部分，但即使等于描画相邻的区域的任何的部分都是同样的。
周期性的折射率调制结构的周期与区域无关，是Λ。因而，在同一区域内，周期性的折射率调制结构的极小(与横轴相接的点)以Λ的间隔来排列。但是，夹住包络线与横轴相接的位置(描画区域E和区域E-1的位置)、成为周期性的折射率调制结构的极小(与横轴相接的点)的位置的间隔为Λ/2。因而，可知在区域E包含的子折射率调制结构体中发生的布拉格反射光与在区域E-1包含的子折射率调制结构体中发生的布拉格反射光中，该两者的相位差正好为π。
此外，如图3(B)中所示，在区域E-1、E-2、E-3、E-4、E、E1、E2、E3和E4中包含的包络线的极大值分别是e-1、e-2、e-3、e-4、e、e1、e2、e3和e4，在每个区域中各包含一个极大。从图3(B)可明白，这些极大的位置沿光波导的纵向呈现在周期性的位置上。这些极大值沿光波导的纵向按e-4、e-3、e-2、e-1、e的顺序单调递增，按e、e1、e2、e3和e4的顺序单调递减。
按照图3(B)，因为沿光波导的纵向在周期性的位置上呈现了e-1、e-2、e-3、e-4、e，故沿光的传播方向e-1、e-2、e-3、e-4、e的值的大小的每单位长度的递增的比例是e-3/e-4、e-2/e-3、e-1/e-2、e/e-1。此外，沿光的传播方向e、e1、e2、e3、e4的值的大小的每单位长度的递减的比例是e/e1、e1/e2、e2/e3、e3/e4。e-3/e-4、e-2/e-3、e-1/e-2、e/e-1的递增的比例比e/e1、e1/e2、e2/e3、e3/e4递减的比例大。即，从e1＞e-1、e2＞e-2、e3＞e-3、e4＞e-4，可知该结果。
这样，如果设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大，则可构成适合作为光编码器利用的光脉冲时间扩展器。此外，如果设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例小，则可构成适合作为光解码器利用的光脉冲时间扩展器。当然，也可设定为使包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例与上述的光编码器和光解码器分别呈相反的关系。
按照具有图3(B)中示出的周期性的折射率调制结构体的FBG，如图3(A)中所示，布拉格反射光谱具有用平顶形曲线来表示的特征。因此，即使稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，其反射率也不会急剧地下降。即使因FBG的周围温度的变动等的影响稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，在利用FBG或SSFBG构成的装置中导致装置的错误工作的可能性也低。
<光脉冲时间扩展器的相位控制单元>
参照图4，说明在表1和表2中示出的规格的光脉冲时间扩展器的相位控制单元的结构及其特性。图4示出了表示构成SSFBG的周期性的折射率分布结构体的4个单位FBG的折射率调制的大小的分布曲线的包络线。在横轴上用mm单位示出了离SSFBG的输入输出端的距离。横轴的左端对应于SSFBG的输入输出端的位置，右端对应于SSFBG的与输入输出端相反一侧的终端。在纵轴上用任意标度示出了折射率调制的大小Δn。在图4中，为了容易理解起见，示意性地示出了光脉冲从左端输入的状况。此外，作为从SSFBG的输入输出端到相反一侧的终端的距离的SSFBG的全长是100mm。
在表1中归纳了作为光脉冲时间扩展器的相位控制单元的SSFBG的工作特性(相对群延迟时间)。此外，在表2中归纳了构成SSFBG的单位FBG的位置。
【表1】
【表2】
在表1和表2中示出的SSFBG中，将中心波长λc设定为1543.76nm。因而，由于在4个单位FBG中分别设定的布拉格反射波长λ1、λ2、λ3和λ4分别是(λc-0.48)nm、(λc-0.16)nm、(λc+0.16)nm、(λc+0.48)nm，故λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm。
在表1中示出的所谓的相对群延迟时间，意味着在对SSFBG的输入输出端入射了作为波长分量包含λ1、λ2、λ3和λ4的光脉冲时从输入输出端输出对该光脉冲进行时间扩展/波长跳跃后输出的片脉冲的时间的相对时间差。如果看表1的显示为光编码器的一栏，则与λ1、λ2、λ3和λ4对应地排列了375、250、125和0的数值。这表示了在对SSFBG的输入输出端入射了包含λ1、λ2、λ3和λ4的光脉冲作为波长分量时从该输入输出端首先输出波长λ4的片脉冲、分别与其相比延迟125ps、250ps和375ps输出波长λ3、波长λ2和波长λ1的片脉冲的情况。
另一方面，如果看表1的显示为光解码器的一栏，则与λ1、λ2、λ3和λ4对应地与显示为光编码器的一栏相反地排列了0、125、250和375的数值。这是由于从单位FBG的输入输出端看光解码器和光编码器的排列顺序相反的缘故。因此，通过对光解码器输入从光编码器输出的片脉冲，抵消对波长为λ1、λ2、λ3和λ4的片脉冲给予的相对群延迟时间，复原作为波长分量包含λ1、λ2、λ3和λ4的原来的光脉冲。
表2用4个单位FBG的离输入输出端的距离示出了表1中示出的SSFBG的规格。为了产生表1中示出的相对群延迟时间，用mm单位示出了从输入输出端起在哪个位置上设定4个单位FBG即可。如果看表2的显示为光编码器的一栏，则与λ1、λ2、λ3和λ4对应地排列了38.3、25.5、12.8和0的数值。这示出了表示离SSFBG的输入输出端的各自的单位FBG的折射率调制的大小Δn的曲线的包络线的极大位置。如果看表2的显示为光解码器的一栏，则与上述表1同样地与λ1、λ2、λ3和λ4对应地当然与显示为光编码器的一栏相反地排列了数值。
在表1和表2中示出的SSFBG的规格中，为了容易理解上述的说明，假定在SSFBG的输入输出端配置了布拉格反射波长为λ4的单位FBG。但是，实际上在作为光编码器或光解码器利用的光脉冲时间扩展器中，不在SSFBG的输入输出端配置单位FBG，而是隔开一定的距离来配置。这是由于，如果在SSFBG的输入输出端配置单位FBG，则完全不对由在该输入输出端配置的单位FBG生成的片脉冲给予相位延迟，在利用于光码分复用发送接受装置时产生不良情况。
作为图4中示出的相位控制单元的SSFBG设定了布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG，可知配置成沿光纤的波导方向具有互相重合的部分。如图4中示出的那样，从输入输出端起依次如下述那样设定了表示4个单位FBG的各自的折射率调制的大小Δn的曲线的包络线的极大位置。在离输入输出端30.8mm的位置上设定了布拉格反射波长为λ4的单位FBG的取最大的极大值的极大位置。此外，分别在从布拉格反射波长为λ4的单位FBG的取最大的极大值的极大位置起再离开12.8mm、25.5mm和38.3mm的位置上设定了布拉格反射波长为λ3、λ2和λ1的单位FBG的取最大的极大值的极大位置。
图4中示出的SSFBG示出了作为光编码器制作的例子，如果为了与该光编码器相对应制作设定了同一时间扩展/波长跳跃符号的光解码器，则布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG的排列顺序从输入输出端看时成为相反的关系。取互相的间隔与12.8mm相等的间隔配置了图4中示出的SSFBG的布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG。在该SSFBG中设定的时间扩展/波长跳跃符号是(λ1、λ2、λ3和λ4)。
布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG的折射率分布共同地具备参照上述的图3(A)、(B)和(C)已说明的特征。因此，与参照图2(A)、(B)和(C)已说明的以前的单位FBG相比，其全长长，沿光纤的纵向具有互相重合的部分。
参照图5，说明图4中示出的SSFBG的布拉格反射的相对波长。在图5的横轴上将中心波长λc定为0nm用nm单位示出了布拉格反射的相对波长，在纵轴上用任意的标度示出了布拉格反射率。在此，因为将λc定为1543.76nm，故可读取图5中示出的布拉格反射特性在4个单位FBG中分别设定的布拉格反射波长λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm的位置上呈现了反射峰。
此外，谱特性曲线成为平顶形曲线。这是由于，如上所述，设定为使将单位衍射光栅的折射率分布的极大连起来的包络线所具有的极大值的大小沿光波导的纵向单调递增后单调递减、设定为从相邻的区域中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位差等于π和设定为将周期性的折射率分布的极大连起来的包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大的缘故。
此外，在与本发明有关的SSFBG中，设定为与配置各单位FBG的位置的离输入输出端的距离变长对应地各自的单位FBG的群延迟时间单调递增。
关于这一点，参照图6和表3，说明在上述的图4、表1和表2中示出的SSFBG的布拉格反射光的谱特性。
在表3中归纳了构成全长为100mm的SSFBG的各单位FBG的布拉格反射光的相对群延迟时间。
【表3】
表3与表1和表2同样，将中心波长λc作为1543.76nm来示出，在4个单位FBG中分别设定的布拉格反射波长分别是λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm。
在表3中示出的布拉格反射光的相对群延迟时间中包含了常数值。即，如图4中所示，布拉格反射波长为λ1的单位FBG的离输入输出端的位置L是69.1mm(30.8+38.3)，如果将其换算为群延迟时间，则相当于675ps。如果假定将布拉格反射波长为λ4的单位FBG的离SSFBG的输入输出端的位置L设定为0mm，则布拉格反射波长为λ1的单位FBG的位置L是38.3mm，如果将其换算为群延迟时间，则相当于375ps。即，包含了换算为群延迟时间时相当于30.8mm的300ps部分的常数项。该常数项意味着布拉格反射波长为λ1的单位FBG未设置在离SSFBG的输入输出端的位置L为0mm的位置上，而是设置在离输入输出端的位置L为30.8mm的位置上。
在表3中，在光编码器和光解码器中，单位FBG的对于SSFBG的输入输出端的配置位置呈相反的关系的原因如已说明的那样。
图6示出在对构成了表3中示出的光编码器的SSFBG入射了白色光(包含所有的波长分量的光)的情况下从SSFBG的输入输出端输出的布拉格反射光的相位的对于相对波长的关系。在图6中，作为λ1示出的相对波长区域与布拉格反射波长为λ1(布拉格反射波长的中心波长为λ1)的单位FBG的布拉格反射谱频带区域相对应。同样，作为λ2、λ3和λ4示出的各自的相对波长区域与布拉格反射波长为λ2、λ3和λ4(布拉格反射波长的中心波长为λ2、λ3和λ4)的各单位FBG的布拉格反射谱频带区域相对应。
由图6中示出的表示相位的对于相对波长的关系的曲线的斜率给出在表3的光编码器的一栏中示出的布拉格反射光的相对群延迟时间。即，布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的各自的区域中的曲线的斜率分别相当于布拉格反射光的相对群延迟时间675ps、550ps、425ps和300ps。由于从输入输出端20的一侧起按λ4、λ3、λ2和λ1的顺序配置了布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG，故布拉格反射波长λ1、λ2、λ3和λ4的各自的单位FBG的相位的对于相对波长的斜率单调地变得平缓。
图7示出在对构成了表3中示出的光解码器的SSFBG入射了白色光(包含所有的波长分量的光)的情况下从SSFBG的输入输出端输出的布拉格反射光的相位的对于相对波长的关系。在图7中，作为λ1、λ2、λ3和λ4示出的相对波长区域与布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG的布拉格反射谱频带区域相对应。
由图7中示出的表示相位的对于相对波长的关系的曲线的斜率给出了表3的光解码器的一栏中示出的布拉格反射光的相对群延迟时间，这一点与图6的情况是同样的。在光解码器中，与光编码器相反，由于从输入输出端20的一侧起按λ1、λ2、λ3和λ4的顺序来配置，故布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的各自的单位FBG的相位的对于相对波长的斜率单调递增。
在上述的说明中，说明了将具有图6中示出的特性的SSFBG定为光编码器、将具有图7中示出的特性的SSFBG定为光解码器的情况，但当然也可与其相反，可以将具有图7中示出的特性的SSFBG定为光编码器、将具有图6中示出的特性的SSFBG定为光解码器。
参照图8(A)和(B)，示出设定了表3的光编码器的一栏中示出的相对群延迟时间的SSFBG的折射率分布结构。关于设定了表3的光解码器的一栏中示出的相对群延迟时间的SSFBG的折射率分布结构，由于除了其微细的不同点外下述的说明可按原样成立，故省略图示。
图8(A)在横轴上以mm单位对离输入输出端20的距离进行分度来示出，在纵轴上将折射率调制的大小Δn的最大规格化为1，示出了其包络线。图8(A)中示出的SSFBG的折射率分布结构成为关于图4中示出的构成SSFBG的各FBG的折射率调制Δn使其加在一起的关系。即，在图4中，关于构成SSFBG的各FBG的折射率调制Δn，不过是在图面上独立地重叠地示出，但在图8(A)中，示出了使这些各FBG的折射率调制Δn重叠在一起后得到的实际的折射率调制Δn。因而，在图4中，各FBG重合的部分通过将各FBG具有的彼此不同的固有的折射率调制周期(在图2和图3中示出为Λ的周期)加在一起而成为非常复杂的折射率调制结构，其包络线也成为复杂的形状。
在图8(A)中，示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分分别表示配置了布拉格反射波长为λ4、λ3、λ2和λ1的单位FBG的大致的位置。在图4中，用布拉格反射波长分别为λ4、λ3、λ2和λ1的单位衍射光栅的包络线示出的极大位置在图8(A)中分别存在于示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分。因为图4中的包络线的极大位置是折射率调制的程度最大的部分，故在图8(A)中示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分的折射率调制Δn的大小分别比其周边部大。即，可从用包络线示出了极大位置读取在示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分中配置了布拉格反射波长分别为λ4、λ3、λ2和λ1的单位FBG的情况。
图8(B)示出了沿SSFBG的纵向的上述的复杂的折射率调制周期的变化的状况。在横轴上以mm单位对离输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上示出了沿SSFBG的纵向的折射率调制周期。在图8(B)中，示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分也表示配置了布拉格反射波长为λ4、λ3、λ2和λ1的单位FBG的大致的位置。
在图8(B)中，用λ4示出的范围的折射率调制周期大致为0.53329μm、用λ3示出的范围的折射率调制周期大致为0.53318μm、用λ2示出的范围的折射率调制周期大致为0.53307μm、用λ1示出的范围的折射率调制周期大致为0.53296μm。可读取按照布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的顺序变长、折射率调制周期也变长的情况。
<光脉冲时间扩展器>
参照图1，说明光脉冲时间扩展器的结构。图1是示出具备用于对作为相位控制单元的SSFBG16输入光脉冲15、并且输出片脉冲17的光循环器18的光脉冲时间扩展器的概略的结构的图。在图1中，关于SSFBG16，示出了示意性的剖面。
在具备芯12和包层14的光纤10的芯12上制作了SSFBG16。从输入输出端20经光循环器18对芯12输入被编码的光脉冲15。利用SSFBG16从已输入的光脉冲生成布拉格反射波，该布拉格反射波作为片脉冲再次从输入输出端20输出。经光循环器18在外部取出从输入输出端20输出的片脉冲作为片脉冲17。
本发明涉及构成SSFBG16的单位FBG的结构和单位FBG的配置。由于单位FBG的一部分互相重合，故在图1中不能个别地分离，但沿作为光纤10的光波导的芯12的波导方向串联地配置多个单位FBG，构成了SSFBG16，而且，关于在芯12中串联地配置的多个单位FBG与时间扩展/波长跳跃符号的对应关系，在从SSFBG16的左端的输入输出端20至右端的方向上排列的各单位FBG与构成时间扩展/波长跳跃符号的各片脉冲是一对一地对应的关系。
在此，说明构成时间扩展/波长跳跃符号的片脉冲。在以后的说明中，只要不产生混乱，有时也将时间扩展/波长跳跃符号简称为光符号。作为一例，利用6比特的光符号(0，λ1，λ2，0，λ4，λ3)进行说明。在此，有时也将给出光符号的由「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」构成的数列的项数称为符号长度。在该例中，符号长度是6。此外，有时也将给出光符号的数列称为符号列，将符号列的各项「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」称为“片”。而且，有时也将0和λ1、λ2、λ3和λ4本身称为符号值。
光符号的各片和各单位FBG作为从SSFBG16的左端的输入输出端20到配置了各单位FBG的位置的距离和符号列的各项「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」的排列顺序的函数而对应。即，从SSFBG16的左端的输入输出端20起以一定的间隔配置各单位FBG的预定位置已被确定，通过在该预定位置上配置各项「0」、「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」的某一项，使光符号的各片与各单位FBG具有对应关系。「0」意味着在符号列的「0」位置上不存在单位FBG，「λ1」、「λ2」、「λ3」和「λ4」分别意味着配置了布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG。
所谓配置了单位FBG的位置，意味着表示单位FBG的折射率调制的曲线的包络线的极大中存在取最大的极大值的极大的位置。如果将从输入输出端20到配置了单位FBG的位置(以后，有时也称为FBG位置)的距离定为L，则可使用群延迟时间tg和群折射率ng由下式(1)求出LL。
L＝c×(tg/(2ng)) (1)
在以后的说明中，有时也将从输入输出端20到FBG位置的距离L记为配置了单位FBG的位置L。
在此，c是光速度。所谓群折射率ng，指的是对于光能量束(脉冲等)的折射率。在布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG的情况下，从各单位FBG反射的布拉格反射光的光谱不是分别为λ1、λ2、λ3和λ4的完全的单色光(光谱半值宽度为0的光)，而是具有一定的宽度。例如在布拉格反射光的波长为λ1的单位FBG的情况下，由该单位FBG反射的布拉格反射光的光谱除了λ1的分量以外，还包含了波长比λ1稍小的分量和稍大的分量。即，在布拉格反射波长为λ1的单位FBG的情况下，意味着来自该单位FBG的布拉格反射光的光谱的中心波长为λ1。
因此，采用对于各单位FBG的布拉格反射光(各自的波长λ1、λ2、λ3和λ4)中包含的光谱分量的平均的值，将其称为群折射率。关于群延迟时间tg，也将对于从各单位FBG反射的布拉格反射光中包含的多个波长分量的平均的延迟时间称为群延迟时间。
所谓配置了单位FBG的位置L，如上所述，是从形成了FBG的光波导的输入输出端到存在表示单位FBG的折射率调制的曲线的包络线的极大中取最大的极大的位置的距离。此外，将群延迟时间定义为对形成了单位FBG的光波导的输入输出端输入光脉冲、在单位FBG的位置上反射后再次到达光波导的输入输出端的时间。因而，在群延迟时间之间，到对光波导的输入输出端输入的光脉冲一部分被布拉格反射再次到达输入输出端为止，光传播了2L的距离。因而，在式(1)的分母中包含常数2。
在此，作为一例，说明在作为相位控制单元的SSFBG16中设定6比特的光符号(0，λ1，λ2，0，λ4，λ3)的情况。在作为相位控制单元的SSFBG16中设定6比特的光符号(0，λ1，λ2，0，λ4，λ3)的情况下，如下述那样配置布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG。首先，在离SSFBG16的左端的输入输出端最近的单位FBG的配置预定位置上不配置单位FBG，接着，依次配置布拉格反射波长分别为λ1和λ2的单位FBG。然后，在从SSFBG16的左端的输入输出端算起的第4个单位FBG的配置预定位置上不配置单位FBG，接着，依次配置布拉格反射波长分别为λ4和λ3的单位FBG。
<单位FBG>
参照图2(A)、(B)和(C)，说明示出以前的类型的布拉格反射特性的FBG的折射率分布。如果将在此示出的FBG作为单位FBG来形成SSFBG，则可构成以前的类型的光脉冲时间扩展器。
图2(A)是示出布拉格反射光谱的图。在横轴上用nm单位对相对波长进行分度，在纵轴上用0至1的任意标度对反射率的大小的相对的值进行分度来示出。所谓在横轴上示出的相对波长，是表示将布拉格反射的中心波长定为0nm、从比该中心波长短1.0nm的波长到长1.0nm的波长的范围。例如，在布拉格反射的中心波长为1550nm的情况下，因为与-1.0nm对应的波长是1549nm，与1.0nm对应的波长是1551nm，故示出了对于从1549nm至1551nm的范围的布拉格反射光谱。
图2(B)是示出离SSFBG的输入输出端的距离与折射率调制的关系的图。在横轴上用mm单位对离SSFBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上示出了折射率调制的大小Δn，将其最大值定为1进行规格化。在对于制作了FBG的光纤的布拉格反射波长的光的折射率的极大值为n+Δn、用n表示极小的值时，将Δn称为折射率调制的大小。通过沿光纤的纵向周期性地使折射率变化来形成FBG，但意味着该有效折射率的极大值与极小值的差是Δn。
图2(C)是示出在图2(B)中用虚线的圆包围的部分的放大图。在横轴上用mm单位对离SSFBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上用任意标度示出了折射率调制的大小Δn。用实线示出的波形表示折射率调制的大小的分布，表示FBG的折射率结构。虚线示出了表示用实线示出的折射率调制的大小的分布曲线的包络线。在图2(B)中示出的曲线表示该包络线。
在图2(A)、(B)和(C)中，将FBG的折射率调制周期Λ设定为0.5353nm，以使布拉格反射光谱的中心波长为1550nm。FBG的全长定为22mm。即，在图2(B)中示出的包络线中，因为表示折射率调制的大小Δn为0的与横轴的交点的位置处于37mm和59mm的位置，故形成了折射率的调制结构的范围是在横轴上从37mm至59mm的范围。因而，可知FBG的全长是22mm。
从图2(A)中所示可知，具有图2(B)中示出的折射率的调制特性的FBG的布拉格反射光谱具有用吊钟形曲线来表示的特征。因此，如果稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，则其反射率急剧地下降。
因FBG的周围温度的变动等的影响，有时稍微偏离布拉格反射率为极大的波长。如果FBG的布拉格反射光谱具有用吊钟形曲线来表示的特征，则如果在采用利用SSFBG构成的光脉冲时间扩展器作为光编码器或光解码器构成的光码分复用发送接受装置中在设计上设定为应作为信号光来识别的波长的波长与布拉格反射率为极大的波长稍微偏离，则会简单地导致装置的错误工作。
为了解决这样的问题，这样来形成折射率调制结构就可以了，即，使布拉格反射光谱的形状不是吊钟形曲线而是平顶形曲线。如果布拉格反射光谱具有用平顶形曲线给出的特性，则即使稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，其反射率也不会急剧地下降。因此，即使在设计上设定为应作为信号光来识别的波长的波长与布拉格反射率为极大的波长稍微偏离，也难以发生装置的错误工作。
参照图3(A)、(B)和(C)，说明满足该要求的FBG的折射率调制结构。如果将在此示出的FBG作为单位FBG来形成SSFBG，则可构成本发明的光脉冲时间扩展器。
图3(A)是示出布拉格反射光谱的图。在横轴上用nm单位对相对波长进行分度，在纵轴上用0至1的任意标度对反射率的大小的相对的值进行分度来示出。所谓在横轴上示出的相对波长，与图2(A)同样，在此也示出了将布拉格反射的中心波长定为1550nm、对于从1549nm至1551nm的范围的布拉格反射光谱。
图3(B)是示出离FBG的输入输出端的距离与折射率调制的关系的图。在横轴上用mm单位对离FBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上示出了折射率调制的大小Δn，将其最大值定为1进行规格化。
图3(C)是示出在图3(B)中用虚线的圆包围的部分的放大图。在横轴上用mm单位对离FBG的输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上用任意标度示出了折射率调制的大小Δn。用实线示出的波形示出了折射率的值，表示FBG的折射率结构。虚线示出了表示用实线示出的折射率调制的大小的分布曲线的包络线。在图3(B)中示出的曲线表示该包络线。
图3(A)、(B)和(C)中示出的FBG也将FBG的折射率调制周期Λ设定为0.5353nm，以使其布拉格反射光谱的中心波长为1550nm。但是，如果FBG的全长为100mm，则比图2(A)、(B)和(C)中示出的FBG长。这是为了，如以下说明的那样，使布拉格反射光谱的形状不是吊钟形曲线而成为平顶形曲线。
示出了离FBG的输入输出端的距离与折射率的调制的状况的图2(B)和(C)中示出的特性与图3(B)和(C)中示出的特性的不同点在于包络线的形状和在该包络线中包含的周期性的折射率调制结构。如果图2(B)中示出的包络线从折射率调制的大小Δn比0大的值到达等于0的横轴上的位置(包络线与横轴的交点)，则不取大于等于0的值，而图3(B)中示出的包络线在多个部位上以点状存在折射率调制的大小Δn等于0的横轴上的位置(与横轴相接的极小的位置)。
如下述那样附以符号来区别用与Δn＝0相接的横轴上的位置(与横轴相接的极小的位置)划分的区域。即，如图3(B)中所示，用E表示包含极大值为最大的极大的区域，随着从该处接近于输入输出端，划分区域以便分别只包含1个极大，用E-1、E-2、E-3和E-4示出各自的区域。另一方面，随着从E起远离输入输出端，同样地划分区域以便分别只包含1个极大，用E1、E2、E3和E4示出各自的区域。
这样，由于图3(A)、(B)和(C)中示出的FBG除了在区域E中包含的子折射率调制结构体以外，还具备在区域E-1、E-2、E-3、E-4、E1、E2、E3和E4中包含的子折射率调制结构体，故该FBG的全长比图2(A)、(B)和(C)中示出的FBG长。在此，如图3(B)中所示，限定于从FBG的输入输出端至100mm的范围的周期性的折射率调制结构体(将FBG的全长限定于100mm)，利用模拟求出了图3(A)中示出的反射光谱。
再有，这样来制作子折射率调制结构体，使得分别从区域E-1、E-2、E-3、E-4、E1、E2、E3和E4中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位成为下述的关系。即，设定为从相邻的区域中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位差等于π。
具体地说，如果将从包含最大的大小的极大的区域E中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位定为基准，则与从区域E-1和区域E1的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位存在π的差。与从区域E-2和区域E2的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位是相同的相位。同样，与从区域E-3和区域E3的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位存在π的相位差，与从区域E-4和区域E4的包络线中包含的子折射率调制结构体生成的布拉格反射光的相位是相同的相位。
参照图3(C)说明用于产生分别从区域E-1、E-2、E-3、E-4 、E1、E2、E3和E4中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位的关系的具体的结构。包络线与折射率调制的大小Δn＝0相接的横轴上的位置描画了上述的区域E-1、E-2、E-3、E-4、E1、E2、E3和E4。因此，参照图3(C)的放大图，说明夹住包络线与横轴相接的位置周期性的折射率调制结构成为怎样的结构。在图3(C)中示出了描画区域E和区域E-1的部分，但即使等于描画相邻的区域的任何的部分都是同样的。
周期性的折射率调制结构的周期与区域无关，是Λ。因而，在同一区域内，周期性的折射率调制结构的极小(与横轴相接的点)以Λ的间隔来排列。但是，夹住包络线与横轴相接的位置(描画区域E和区域E-1的位置)、成为周期性的折射率调制结构的极小(与横轴相接的点)的位置的间隔为Λ/2。因而，可知在区域E包含的子折射率调制结构体中发生的布拉格反射光与在区域E-1包含的子折射率调制结构体中发生的布拉格反射光中，该两者的相位差正好为π。
此外，如图3(B)中所示，在区域E-1、E-2、E-3、E-4、E、E1、E2、E3和E4中包含的包络线的极大值分别是e-1、e-2、e-3、e-4、e、e1、e2、e3和e4，在每个区域中各包含一个极大。从图3(B)可明白，这些极大的位置沿光波导的纵向呈现在周期性的位置上。这些极大值沿光波导的纵向按e-4、e-3、e-2、e-1、e的顺序单调递增，按e、e1、e2、e3和e4的顺序单调递减。
按照图3(B)，因为沿光波导的纵向在周期性的位置上呈现了e-1、e-2、e-3、e-4、e，故沿光的传播方向e-1、e-2、e-3、e-4、e的值的大小的每单位长度的递增的比例是e-3/e-4、e-2/e-3、e-1/e-2、e/e-1。此外，沿光的传播方向e、e1、e2、e3、e4的值的大小的每单位长度的递减的比例是e/e1、e1/e2、e2/e3、e3/e4。e-3/e-4、e-2/e-3、e-1/e-2、e/e-1的递增的比例比e/e1、e1/e2、e2/e3、e3/e4递减的比例大。即，从e1＞e-1、e2＞e-2、e3＞e-3、e4＞e-4，可知该结果。
这样，如果设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大，则可构成适合作为光编码器利用的光脉冲时间扩展器。此外，如果设定为包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例小，则可构成适合作为光解码器利用的光脉冲时间扩展器。当然，也可设定为使包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例与上述的光编码器和光解码器分别呈相反的关系。
按照具有图3(B)中示出的周期性的折射率调制结构体的FBG，如图3(A)中所示，布拉格反射光谱具有用平顶形曲线来表示的特征。因此，即使稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，其反射率也不会急剧地下降。即使因FBG的周围温度的变动等的影响稍微偏离布拉格反射率为极大的波长，在利用FBG或SSFBG构成的装置中导致装置的错误工作的可能性也低。
<光脉冲时间扩展器的相位控制单元>
参照图4，说明在表1和表2中示出的规格的光脉冲时间扩展器的相位控制单元的结构及其特性。图4示出了表示构成SSFBG的周期性的折射率分布结构体的4个单位FBG的折射率调制的大小的分布曲线的包络线。在横轴上用mm单位示出了离SSFBG的输入输出端的距离。横轴的左端对应于SSFBG的输入输出端的位置，右端对应于SSFBG的与输入输出端相反一侧的终端。在纵轴上用任意标度示出了折射率调制的大小Δn。在图4中，为了容易理解起见，示意性地示出了光脉冲从左端输入的状况。此外，作为从SSFBG的输入输出端到相反一侧的终端的距离的SSFBG的全长是100mm。
在表1中归纳了作为光脉冲时间扩展器的相位控制单元的SSFBG的工作特性(相对群延迟时间)。此外，在表2中归纳了构成SSFBG的单位FBG的位置。
【表1】
【表2】
在表1和表2中示出的SSFBG中，将中心波长λc设定为1543.76nm。因而，由于在4个单位FBG中分别设定的布拉格反射波长λ1、λ2、λ3和λ4分别是(λc-0.48)nm、(λc-0.16)nm、(λc+0.16)nm、(λc+0.48)nm，故λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm。
在表1中示出的所谓的相对群延迟时间，意味着在对SSFBG的输入输出端入射了作为波长分量包含λ1、λ2、λ3和λ4的光脉冲时从输入输出端输出对该光脉冲进行时间扩展/波长跳跃后输出的片脉冲的时间的相对时间差。如果看表1的显示为光编码器的一栏，则与λ1、λ2、λ3和λ4对应地排列了375、250、125和0的数值。这表示了在对SSFBG的输入输出端入射了包含λ1、λ2、λ3和λ4的光脉冲作为波长分量时从该输入输出端首先输出波长λ4的片脉冲、分别与其相比延迟125ps、250ps和375ps输出波长λ3、波长λ2和波长λ1的片脉冲的情况。
另一方面，如果看表1的显示为光解码器的一栏，则与λ1、λ2、λ3和λ4对应地与显示为光编码器的一栏相反地排列了0、125、250和375的数值。这是由于从单位FBG的输入输出端看光解码器和光编码器的排列顺序相反的缘故。因此，通过对光解码器输入从光编码器输出的片脉冲，抵消对波长为λ1、λ2、λ3和λ4的片脉冲给予的相对群延迟时间，复原作为波长分量包含λ1、λ2、λ3和λ4的原来的光脉冲。
表2用4个单位FBG的离输入输出端的距离示出了表1中示出的SSFBG的规格。为了产生表1中示出的相对群延迟时间，用mm单位示出了从输入输出端起在哪个位置上设定4个单位FBG即可。如果看表2的显示为光编码器的一栏，则与λ1、λ2、λ3和λ4对应地排列了38.3、25.5、12.8和0的数值。这示出了表示离SSFBG的输入输出端的各自的单位FBG的折射率调制的大小Δn的曲线的包络线的极大位置。如果看表2的显示为光解码器的一栏，则与上述表1同样地与λ1、λ2、λ3和λ4对应地当然与显示为光编码器的一栏相反地排列了数值。
在表1和表2中示出的SSFBG的规格中，为了容易理解上述的说明，假定在SSFBG的输入输出端配置了布拉格反射波长为λ4的单位FBG。但是，实际上在作为光编码器或光解码器利用的光脉冲时间扩展器中，不在SSFBG的输入输出端配置单位FBG，而是隔开一定的距离来配置。这是由于，如果在SSFBG的输入输出端配置单位FBG，则完全不对由在该输入输出端配置的单位FBG生成的片脉冲给予相位延迟，在利用于光码分复用发送接受装置时产生不良情况。
作为图4中示出的相位控制单元的SSFBG设定了布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG，可知配置成沿光纤的波导方向具有互相重合的部分。如图4中示出的那样，从输入输出端起依次如下述那样设定了表示4个单位FBG的各自的折射率调制的大小Δn的曲线的包络线的极大位置。在离输入输出端30.8mm的位置上设定了布拉格反射波长为λ4的单位FBG的取最大的极大值的极大位置。此外，分别在从布拉格反射波长为λ4的单位FBG的取最大的极大值的极大位置起再离开12.8mm、25.5mm和38.3mm的位置上设定了布拉格反射波长为λ3、λ2和λ1的单位FBG的取最大的极大值的极大位置。
图4中示出的SSFBG示出了作为光编码器制作的例子，如果为了与该光编码器相对应制作设定了同一时间扩展/波长跳跃符号的光解码器，则布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG的排列顺序从输入输出端看时成为相反的关系。取互相的间隔与12.8mm相等的间隔配置了图4中示出的SSFBG的布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG。在该SSFBG中设定的时间扩展/波长跳跃符号是(λ1、λ2、λ3和λ4)。
布拉格反射波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4的4个单位FBG的折射率分布共同地具备参照上述的图3(A)、(B)和(C)已说明的特征。因此，与参照图2(A)、(B)和(C)已说明的以前的单位FBG相比，其全长长，沿光纤的纵向具有互相重合的部分。
参照图5，说明图4中示出的SSFBG的布拉格反射的相对波长。在图5的横轴上将中心波长λc定为0nm用nm单位示出了布拉格反射的相对波长，在纵轴上用任意的标度示出了布拉格反射率。在此，因为将λc定为1543.76nm，故可读取图5中示出的布拉格反射特性在4个单位FBG中分别设定的布拉格反射波长λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm的位置上呈现了反射峰。
此外，谱特性曲线成为平顶形曲线。这是由于，如上所述，设定为使将单位衍射光栅的折射率分布的极大连起来的包络线所具有的极大值的大小沿光波导的纵向单调递增后单调递减、设定为从相邻的区域中包含的子折射率调制结构体发生的布拉格反射光的相位差等于π和设定为将周期性的折射率分布的极大连起来的包络线的极大值的沿光的传播方向的每单位长度的递增的比例比递减的比例大的缘故。
此外，在与本发明有关的SSFBG中，设定为与配置各单位FBG的位置的离输入输出端的距离变长对应地各自的单位FBG的群延迟时间单调递增。
关于这一点，参照图6和表3，说明在上述的图4、表1和表2中示出的SSFBG的布拉格反射光的谱特性。
在表3中归纳了构成全长为100mm的SSFBG的各单位FBG的布拉格反射光的相对群延迟时间。
【表3】
表3与表1和表2同样，将中心波长λc作为1543.76nm来示出，在4个单位FBG中分别设定的布拉格反射波长分别是λ1＝1543.28nm、λ2＝1543.60nm、λ3＝1543.92nm、λ4＝1544.24nm。
在表3中示出的布拉格反射光的相对群延迟时间中包含了常数值。即，如图4中所示，布拉格反射波长为λ1的单位FBG的离输入输出端的位置L是69.1mm(30.8+38.3)，如果将其换算为群延迟时间，则相当于675ps。如果假定将布拉格反射波长为λ4的单位FBG的离SSFBG的输入输出端的位置L设定为0mm，则布拉格反射波长为λ1的单位FBG的位置L是38.3mm，如果将其换算为群延迟时间，则相当于375ps。即，包含了换算为群延迟时间时相当于30.8mm的300ps部分的常数项。该常数项意味着布拉格反射波长为λ1的单位FBG未设置在离SSFBG的输入输出端的位置L为0mm的位置上，而是设置在离输入输出端的位置L为30.8mm的位置上。
在表3中，在光编码器和光解码器中，单位FBG的对于SSFBG的输入输出端的配置位置呈相反的关系的原因如已说明的那样。
图6示出在对构成了表3中示出的光编码器的SSFBG入射了白色光(包含所有的波长分量的光)的情况下从SSFBG的输入输出端输出的布拉格反射光的相位的对于相对波长的关系。在图6中，作为λ1示出的相对波长区域与布拉格反射波长为λ1(布拉格反射波长的中心波长为λ1)的单位FBG的布拉格反射谱频带区域相对应。同样，作为λ2、λ3和λ4示出的各自的相对波长区域与布拉格反射波长为λ2、λ3和λ4(布拉格反射波长的中心波长为λ2、λ3和λ4)的各单位FBG的布拉格反射谱频带区域相对应。
由图6中示出的表示相位的对于相对波长的关系的曲线的斜率给出在表3的光编码器的一栏中示出的布拉格反射光的相对群延迟时间。即，布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的各自的区域中的曲线的斜率分别相当于布拉格反射光的相对群延迟时间675ps、550ps、425ps和300ps。由于从输入输出端20的一侧起按λ4、λ3、λ2和λ1的顺序配置了布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG，故布拉格反射波长λ1、λ2、λ3和λ4的各自的单位FBG的相位的对于相对波长的斜率单调地变得平缓。
图7示出在对构成了表3中示出的光解码器的SSFBG入射了白色光(包含所有的波长分量的光)的情况下从SSFBG的输入输出端输出的布拉格反射光的相位的对于相对波长的关系。在图7中，作为λ1、λ2、λ3和λ4示出的相对波长区域与布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的单位FBG的布拉格反射谱频带区域相对应。
由图7中示出的表示相位的对于相对波长的关系的曲线的斜率给出了表3的光解码器的一栏中示出的布拉格反射光的相对群延迟时间，这一点与图6的情况是同样的。在光解码器中，与光编码器相反，由于从输入输出端20的一侧起按λ1、λ2、λ3和λ4的顺序来配置，故布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的各自的单位FBG的相位的对于相对波长的斜率单调递增。
在上述的说明中，说明了将具有图6中示出的特性的SSFBG定为光编码器、将具有图7中示出的特性的SSFBG定为光解码器的情况，但当然也可与其相反，可以将具有图7中示出的特性的SSFBG定为光编码器、将具有图6中示出的特性的SSFBG定为光解码器。
参照图8(A)和(B)，示出设定了表3的光编码器的一栏中示出的相对群延迟时间的SSFBG的折射率分布结构。关于设定了表3的光解码器的一栏中示出的相对群延迟时间的SSFBG的折射率分布结构，由于除了其微细的不同点外下述的说明可按原样成立，故省略图示。
图8(A)在横轴上以mm单位对离输入输出端20的距离进行分度来示出，在纵轴上将折射率调制的大小Δn的最大规格化为1，示出了其包络线。图8(A)中示出的SSFBG的折射率分布结构成为关于图4中示出的构成SSFBG的各FBG的折射率调制Δn使其加在一起的关系。即，在图4中，关于构成SSFBG的各FBG的折射率调制Δn，不过是在图面上独立地重叠地示出，但在图8(A)中，示出了使这些各FBG的折射率调制Δn重叠在一起后得到的实际的折射率调制Δn。因而，在图4中，各FBG重合的部分通过将各FBG具有的彼此不同的固有的折射率调制周期(在图2和图3中示出为Λ的周期)加在一起而成为非常复杂的折射率调制结构，其包络线也成为复杂的形状。
在图8(A)中，示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分分别表示配置了布拉格反射波长为λ4、λ3、λ2和λ1的单位FBG的大致的位置。在图4中，用布拉格反射波长分别为λ4、λ3、λ2和λ1的单位衍射光栅的包络线示出的极大位置在图8(A)中分别存在于示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分。因为图4中的包络线的极大位置是折射率调制的程度最大的部分，故在图8(A)中示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分的折射率调制Δn的大小分别比其周边部大。即，可从用包络线示出了极大位置读取在示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分中配置了布拉格反射波长分别为λ4、λ3、λ2和λ1的单位FBG的情况。
图8(B)示出了沿SSFBG的纵向的上述的复杂的折射率调制周期的变化的状况。在横轴上以mm单位对离输入输出端的距离进行分度来示出，在纵轴上示出了沿SSFBG的纵向的折射率调制周期。在图8(B)中，示出为λ4、λ3、λ2和λ1的部分也表示配置了布拉格反射波长为λ4、λ3、λ2和λ1的单位FBG的大致的位置。
在图8(B)中，用λ4示出的范围的折射率调制周期大致为0.53329μm、用λ3示出的范围的折射率调制周期大致为0.53318μm、用λ2示出的范围的折射率调制周期大致为0.53307μm、用λ1示出的范围的折射率调制周期大致为0.53296μm。可读取按照布拉格反射波长为λ1、λ2、λ3和λ4的顺序变长、折射率调制周期也变长的情况。