光碼分復用模塊以及光碼分復用中的編碼方法
2024-03-06 19:12:15
專利名稱：光碼分復用模塊以及光碼分復用中的編碼方法
技術領域：
本發明涉及光碼分復用模塊以及光碼分復用中的編碼方法，特別涉及不更換編碼器和解碼器就能夠進行碼的變更的光碼分復用模塊、以及能夠使用該光碼分復用模塊來實施的編碼方法。
背景技術：
近年來，由於網際網路的普及等，通信需求急速增大。對應於該通信需求的增大，使用光纖的高速/大容量光網絡日漸完備。
在這種高速/大容量光網絡中，波分復用(WDMWavelength DivisionMultiplexing)通信方法、特別是高密度WDM通信方法受到關注。高密度WDM通信方法是如下的方法使在信道間分配的光載波的波長間隔變窄，由此，在波長軸上高密度地配置光載波的波長，來進行波分復用。
作為與WDM通信方法或DWDM通信方法不同的通信方法，使用了光碼分復用(OCDMOptical Code Division Multiplexing)的通信方法也受到關注。
在基於OCDM的通信方法中，在發送側，並行生成多個信道的光脈衝信號，利用按照各信道而不同的碼對該光脈衝信號進行編碼，生成編碼信號。在各信道生成的編碼信號被復用後，作為光碼分復用(OCDM)信號進行發送。另一方面，在接收側，利用與在發送側編碼時的碼相同的碼對接收到的OCDM信號進行解碼，復原原來的光脈衝信號。
基於OCDM的通信方法的復用度高，並且，在發送側和接收側使用相同的碼作為密鑰，所以，通信安全性高。並且，通過與WDM或DWDM並用OCDM，有望提高波長利用效率。
在OCDM中，公知有跳頻/擴時(wavelength hopping/time spreading)方式、相位編碼方式等。跳頻/擴時方式是如下的方式將包含多個波長的光脈衝分離為單一波長的光碼片(chip)脈衝，將該各波長的光碼片脈衝的時間軸上的配置順序作為碼。並且，相位編碼方式是將光碼片脈衝間的相對相位差作為碼的方式。
作為在基於OCDM的通信中使用的編碼器和解碼器，公知有使用光纖布拉格光柵(FBGFiber Bragg Grating)的編碼器和解碼器。FBG是在光纖的纖芯內形成衍射光柵(光柵)的器件，其反射特定波長的光。特別地，作為在相位編碼方式的OCDM中使用的編碼器和解碼器，超結構光纖布拉格光柵(SSFBGSuperstructured FBG)受到關注。SSFBG在同一光纖中具有多個相同結構的FBG(單位FBG)。使用了SSFBG的編碼器和解碼器根據這些編碼器和解碼器的碼，將相鄰的單位FBG的間隔設為「0」或規定的間隔。另外，在以下的說明中，將相位編碼方式的OCDM中使用的編碼器和解碼器分別稱為相位編碼器和相位解碼器。
這裡，在由SSFBG構成的相位編碼器和相位解碼器中，利用鄰接的單位FBG的間隔來確定碼，所以，碼被固定。因此，在需要變更碼的情況下，具有不得不更換編碼器/解碼器的問題。
作為變更由SSFBG構成的相位編碼器/解碼器的碼的技術，存在如下嘗試使多個鎢絲以一定間隔與SSFBG接觸，利用通過各鎢絲進行的局部加熱來調節相位偏移量，由此，設定為期望的碼(例如參照非專利文獻1)。
並且，存在如下的OCDM相位編碼器/解碼器使用陣列波導衍射光柵(AWGArrayed-Waveguide Grating)按照波長分量來分離信號脈衝，利用相位濾波器進行調製，由此，設定為期望的碼(例如參照非專利文獻2)。使用了該AWG的OCDM相位編碼器/解碼器可以構成為平面波導的一部分，所以，例如能夠進行與延遲器和環行器等的集成。
非專利文獻1M.R.Mokhtar et al.，「Reconfigurable MultilevelPhase-Shift Keying Encoder-Decoder for All-Optical Networks」，IEEEPhotonics Technology Letters，Vol.15，No.3，March 2003 非專利文獻2H.Tsuda et al.，「Photonic spectral encoder/decoderusing an arrayed-waveguide grating for coherent optical code divisionmultiplexing」，presented at the OFC/IOOC′99，San Diego，CA，Feb.21-26，1999，Paper PD32 但是，在上述非專利文獻1所公開的OCDM相位編碼器/解碼器中，當設定為期望的碼後經過較長時間時，由於光纖的熱傳導，局部加熱區域擴大。該情況下，由於局部加熱區域擴大，相位偏移量變化，其結果，碼從期望的碼變化。即，無法利用期望的碼進行編碼/解碼。
並且，在上述非專利文獻2所公開的OCDM相位編碼器/解碼器中，難以實現小型化，具有成本高，而且對作為傳送路徑的光纖網的插入損耗大等的問題。
並且，本申請的發明者在進行研究時發現，在相位編碼方式的OCDM中，當在相同碼的編碼器和解碼器之間稍微存在幾pm的波長差時，即無法良好地進行編碼/解碼。因此，在上述非專利文獻1或2所公開的編碼器和解碼器中，在設置有成對的編碼器和解碼器的環境溫度不同的情況下，或者環境溫度變動的情況下，編碼器和解碼器各自的反射中心波長不同，無法良好地進行編碼/解碼。
發明內容
本發明是鑑於上述問題而完成的。本發明的目的在於，提供在需要變更碼的情況下，不更換編碼器/解碼器就能夠變更為期望的碼，並且，能夠長時間穩定地維持編碼器和解碼器的光碼分復用模塊、以及能夠使用該光碼分復用模塊來實施的編碼方法。
為了達成上述目的，發明者進行專心研究時發現，進行光碼分復用時，作為編碼器或解碼器，在同一光纖中具有多個相同結構的單位FBG，通過使用鄰接的單位FBG的間隔恆定的SSFBG，即使在環境溫度變動的情況下，也能夠良好地進行編碼/解碼，並且，在需要變更碼的情況下，不更換編碼器/解碼器就能夠變更為期望的碼。
當向上述由SSFBG構成的編碼器輸入光信號時，以一定的時間間隔輸出光碼片脈衝，相鄰的光碼片脈衝間的相位差恆定。該相位差提供碼。
在解碼器與編碼器結構相同的情況下，由解碼器的單位FBG反射的光碼片脈衝在時間軸上重合，並且，重合的光碼片脈衝的相位一致。因此，在來自解碼器的輸出中出現自相關峰值，能夠再現光脈衝信號。
另一方面，在解碼器的結構與編碼器的結構不同的情況下，即，單位FBG的間隔在編碼器和解碼器中不同的情況下，由解碼器的單位FBG反射的光碼片脈衝在時間軸上不重合，並且，相位也不一致。因此，在來自解碼器的輸出中不出現自相關峰值，無法再現光脈衝信號。
並且，當使得SSFBG的溫度變化時，鄰接的光碼片脈衝間的相位發生變化，所以，通過該SSFBG的溫度變化，能夠變更編碼器或解碼器的碼。
根據本發明的第1主旨，提供具有SSFBG、裝配板、熱模塊、溫度傳感器和溫度控制器的光碼分復用模塊。
SSFBG在同一光纖中等間隔地具有多個相同結構的單位FBG。在裝配板上固定有SSFBG。熱模塊對裝配板進行加熱或冷卻。溫度傳感器測定裝配板的溫度。溫度控制器根據由溫度傳感器測定的溫度來控制熱模塊，調節裝配板的溫度，設定基於相位調製的編碼或解碼時的碼。
在上述光碼分復用模塊的實施時，優選SSFBG具有與碼長M對應個數的單位FBG，輸入到SSFBG的光被分支為，分別被各單位FBG反射的M個(M為1以上的整數)光脈衝，由鄰接的單位FBG反射的光碼片脈衝間的相位差恆定。該相位差確定光碼分復用模塊的碼。
並且，根據上述光碼分復用模塊的優選實施方式，當裝配板的溫度變化時，相位差變化。
並且，在本發明的光碼分復用模塊的實施時，優選當碼是碼數N(N為1以上的整數)的第a個(a為1以上N以下的整數)碼時，相位差
為
此外，根據本發明的第2主旨，提供使用上述光碼分復用模塊進行的光碼分復用中的編碼方法。該編碼方法具有以下步驟向SSFBG輸入光信號的步驟；以及光信號分別被各單位FBG反射，分支為被鄰接的單位FBG反射的M個光脈衝，並生成編碼信號的步驟，其中，該M個光脈衝的光脈衝間的相位差恆定。該相位差確定光碼分復用模塊的碼。
根據上述編碼方法的優選實施方式，通過改變裝配板的溫度，來改變相位差。
根據本發明的光碼分復用模塊和編碼方法，作為編碼器或解碼器，使用等間隔地具有多個相同結構的單位FBG的SSFBG，根據SSFBG整體的溫度來設定碼。因此，在碼的設定中不需要局部加熱，所以，能夠長時間穩定地利用期望的碼進行編碼和解碼。
並且，通過改變SSFBG整體的溫度，能夠容易地進行碼的變更。
圖1是OCDM模塊的示意圖。
圖2是從側面觀察OCDM模塊所具有的模塊封裝的概略剖視圖。
圖3是用作編碼器或解碼器的SSFBG的示意圖。
圖4是設置在模塊封裝內的緩衝器的概略剖視圖。
圖5是用於說明編碼的示意圖。
圖6是用於說明解碼的示意圖。
圖7是示出SSFBG的溫度和反射波長之間的關係的特性圖。
圖8是解碼信號的波形圖。
圖9是示出編碼器的波長變動量和解碼器的反射功率之間的關係的特性圖。
具體實施例方式 下面，參照
本發明的實施方式，關於各結構要素的形狀、大小和配置關係，只不過是在可理解本發明的程度上概略地示出。並且，下面說明本發明的優選結構例，各結構要素的材質和數值條件等只不過是優選例。因此，本發明不限於以下的實施方式，可以進行不脫離本發明的結構範圍且能獲得本發明的效果的多種變更或變形。
(光碼分復用模塊的結構) 參照圖1～4說明本發明的光碼分復用(OCDMOptical CodeDivision Multiplexing)模塊。圖1是OCDM模塊的示意圖。OCDM模塊10用作相位編碼方式的OCDM通信的接收裝置或發送裝置。圖2是從側面觀察OCDM模塊10所具有的模塊封裝的概略剖視圖。圖3是在相位編碼方式的OCDM通信中用作編碼器或解碼器的超結構光纖布拉格光柵(SSFBGSuper Structured Fiber Bragg Grating)的示意圖。另外，在以下的說明中，作為例子，說明SSFBG用作編碼器的結構。圖4是設置在模塊封裝內的緩衝器的概略剖視圖。
OCDM模塊10具有模塊封裝30和溫度控制器50。
模塊封裝30在殼體32的內部具有熱模塊36、裝配板40、溫度傳感器42和SSFBG 72。
熱模塊36隔著第1緩衝器34固定在殼體32內部的底面32a上。並且，在熱模塊36的上表面36a上設有第2緩衝器38。裝配板40隔著第2緩衝器38固定在熱模塊36上。即，裝配板40隔著第2緩衝器38、熱模塊36和第1緩衝器34固定在殼體32上。
在裝配板40上以不施加牽引張力和壓縮力等應力的狀態固定有光纖70。光纖70在沿著光傳播方向分開的兩個點(例如圖2中A所示的部分)粘接固定在裝配板40上。在該粘接固定的兩個點之間，光纖70緊貼著裝配板40。光纖70對裝配板40的粘接固定可以使用紫外線硬化型丙烯系粘接劑(例如Summers Optics公司製造的VTC-2)或環氧系粘接劑等。
另外，在以下的說明中，將光纖70中光的傳播方向(圖2或圖3中的水平方向)稱為模塊封裝30的長度方向，或者簡稱為長度方向。
作為光纖70，使用在纖芯中添加鍺等來提高紫外感光性的單模光纖。在將該光纖70粘接固定在裝配板40上的兩個點之間形成SSFBG 72。在後面詳細敘述SSFBG 72。
殼體32例如可以由對表面實施了鍍金的鋁來形成。另外，殼體32的材料不限於鋁，也可以使用銅等價廉且容易加工的材料。
殼體32為箱狀的形態，在其側面具有對熱模塊36提供電力的電力供給端子(省略圖示)和溫度傳感器42的輸出端子(省略圖示)。並且，為了在殼體32的內部裝配熱模塊36、裝配板40、溫度傳感器42和SSFBG72等，殼體32可以由基體部、以及開閉自如或裝卸自如地設置的蓋部構成。該情況下，在蓋部打開的狀態或蓋部取下的狀態下，對基體部進行裝配，裝配後安裝蓋即可。
熱模塊36例如使用珀耳帖元件構成。從溫度控制器50經由電力供給端子向熱模塊36提供電流。熱模塊36根據該電流產生熱或者吸收熱。通過該熱模塊36的產生熱或吸收熱，對裝配板40進行加熱或冷卻。為了均勻地確保SSFBG 72的溫度，被熱模塊36進行加熱或冷卻的區域的熱模塊36的長度方向的長度優選與SSFBG 72的長度相等，或大於SSFBG 72的長度。
在殼體32和熱模塊36之間設有第1緩衝器34。並且，在熱模塊36和裝配板40之間設有第2緩衝器38。第1緩衝器34和第2緩衝器38可以同樣構成，所以，這裡以第1緩衝器34為代表進行說明。
第1緩衝器34具有緩衝材料層80，並在該緩衝材料層80的下表面80a和上表面80b上具有粘貼層82和84。這裡，緩衝材料層80優選由在面方向上伸縮10％以上等的伸縮性優良、且熱傳導係數在1W/m·K以上的材料形成。並且，作為粘貼層82和84，使用丙烯系或尿烷系等、通過180度剝離試驗所測定的粘貼力在5N/cm以上、且具有由1kg載荷所產生的形變小於0.1mm的剪切粘接強度(せん斷保持力)的材料。
另外，第1緩衝器34和第2緩衝器38不限於上述結構和材質。例如，在作為緩衝材料層80使用的材料具有上述伸縮性、粘貼力和剪切保持力的情況下，第1緩衝器34和第2緩衝器38可以為緩衝材料的單層結構。
裝配板40例如具有在上表面形成有用於固定光纖70的槽的、稜柱狀的形狀。裝配板40可以由高熱傳導且低熱膨脹係數的材質形成，例如可以使用碳化矽(SiC)陶瓷和作為矽(Si)的複合材料的SSC-802-CI(エム·キュ—ブド·テクノロジ—ズ·INC製造)。該SSC-802-CI的熱傳導率為190W/m·K，與鋁大致相等，熱膨脹係數為1.7×10-6/K，與因瓦合金相同。
溫度傳感器42埋設設置在裝配板40的裝配光纖70的上表面上、或裝配板40的上表面或側面上。溫度傳感器42測定裝配板40的溫度，輸出與所測定的溫度對應的電信號。SSFBG 72緊密固定在形成於裝配板40的上表面上的槽內，所以，裝配板40的溫度與SSFBG 72的溫度大致相等。
來自溫度傳感器42的電信號經由設置在模塊封裝30的殼體32上的輸出端子，發送到溫度控制器50。作為溫度傳感器42，例如可以使用熱敏電阻。並且，作為溫度傳感器42，也可以使用熱電偶或鉑熱電阻體。
溫度控制器50構成為具有輸入部52、接收部54、比較部56、發送部58以及存儲部60。溫度控制器50根據由溫度傳感器42測定的溫度，控制熱模塊36，調節裝配板40的溫度。通過溫度的調節，來設定基於相位調製的編碼或解碼時的碼。
在存儲部60中以可自由讀出的方式存儲有根據相位編碼器的特性而預先測定的參照數據。該參照數據是將相位編碼器所示的碼和構成相位編碼器的SSFBG的溫度對應起來的數據。
當利用者向輸入部52輸入相位編碼器的碼時，輸入部52從存儲部60中讀出參照數據，確定SSFBG的設定溫度。將該設定溫度發送到比較部56。
並且，接收部54從模塊封裝30接收表示裝配板40的溫度的電信號。接收部54將接收到的電信號轉換為測定溫度的信息，發送到比較部56。
比較部56對從輸入部52接受的設定溫度和從接收部54接受的測定溫度進行比較。比較部56根據該比較結果決定熱模塊36是加熱還是冷卻及加熱或冷卻的量，以使測定溫度與設定溫度相等。比較部56將該決定結果作為控制信息發送到發送部58。
發送部58經由殼體32的電力供給端子，將與從比較部56接受的控制信息對應的電流提供給熱模塊36。
溫度控制器50所具有的能夠將控制對象的溫度控制為期望值的溫度控制單元、即，使設定溫度和測定溫度相等的溫度控制單元，可以使用任意優選的以往公知的方式。並且，關於將碼和設定溫度對應起來並根據碼的輸入來確定設定溫度的單元，只要是本領域技術人員，則能夠容易地使用以往公知的技術來構成。另外，輸入部52也可以構成為由利用者輸入設定溫度。
SSFBG 72具有在同一光纖70中交替形成多個單位光纖布拉格光柵(FBGFiber Bragg Grating)74和多個相位調製部76的多點相移結構。多個單位FBG 74以相同長度L1和相同的衍射光柵間隔形成。即，各單位FBG 74具有相同結構。並且，多個相位調製部76以相同長度L2形成。即，多個單位FBG 74等間隔配置。設鄰接的1組單位FBG 74和相位調製部76為單位碼片73時，各單位碼片73的長度L相等。
對將SSFBG 72用作碼長為M(M為2以上的整數)、且生成的碼數為N(N為2以上的整數)的相位編碼器的情況進行說明。該情況下，單位FBG 74的個數與碼長M相等。這裡，設碼長M為碼數N的自然數(1以上的整數)倍。
向SSFBG 72輸入光脈衝信號時，被各單位FBG 74反射，分支為M個光碼片脈衝。這裡，單位FBG 74等間隔配置，所以，M個光碼片脈衝在時間軸上等間隔排列。並且，被鄰接的單位FBG 74反射的光碼片脈衝之間、即在時間軸上鄰接的光碼片脈衝之間的相位差
恆定。根據該相位差
確定碼。
在利用N個所生成的碼中的第a個(a為1以上N以下的整數)碼進行編碼的情況下，使鄰接的單位FBG 74的間隔、即單位碼片73的長度La為如下長度鄰接的光碼片脈衝之間的相位差為
在生成與第a個碼不同的第b個碼的編碼器的情況下，相位調製部76的長度Lb與La不同即可，除此之外的條件相等。
和
被設定為SSFBG的溫度是共同的基準溫度。
另一方面，對利用第a個碼編碼後的信號進行解碼的相位解碼器使用與第a個相位編碼器結構相同的SSFBG即可，在接收側和發送側可以使用相同結構的OCDM模塊。
(編碼方法和解碼方法) 參照圖5和圖6對使用參照圖1～4說明的OCDM模塊的編碼方法和解碼方法進行說明。圖5是用於說明編碼的示意圖。並且，圖6是用於說明解碼的示意圖。
關於發送側的OCDM模塊10a所具有的SSFBG(下面稱為編碼器)，從輸入側依次用A1、A2、...、AM表示單位FBG 74。並且，關於接收側的OCDM模塊10b所具有的SSFBG(下面稱為解碼器)，從輸入側依次用B1、B2、...、BM表示單位FBG 74。
參照圖5說明向編碼器輸入光脈衝信號的情況。當光脈衝信號輸入編碼器後，光信號被編碼器的各單位FBG 74以一定比例反射。其結果，輸入到編碼器的光信號被分支為M個光碼片脈衝，從與輸入光信號的一側相同的一側作為編碼信號輸出。此時，單位FBG 74的排列周期、即單位碼片73的長度L恆定，所以，M個光碼片脈衝在時間軸上等間隔配置。並且，在時間軸上鄰接的光碼片脈衝之間的相位差
也恆定。
例如，當設被A1反射的光碼片脈衝的相位為0時，被A2反射的光碼片脈衝的相位為
同樣，被A3反射的光碼片脈衝的相位為
被AM反射的光碼片脈衝的相位為
接著，參照圖6說明向解碼器輸入編碼信號的情況。對1個光脈衝信號進行編碼的編碼信號由M個光碼片脈衝構成。當該M個光碼片脈衝輸入到解碼器後，各光碼片脈衝分別被各單位FBG 74反射，進而分支為M個光碼片脈衝。
在編碼器側，與被第1個單位FBG即A1反射的光碼片脈衝相比，被第p個單位FBG即Ap反射的光碼片脈衝受到與(p-1)×2×La對應的延遲。並且，在解碼器側，與被第1個單位FBG即B1反射的光碼片脈衝相比，被第q個單位FBG即Bq反射的光碼片脈衝受到與(q-1)×2×Lb對應的延遲。
與被編碼器的A1反射且被解碼器的B1反射的光脈衝相比，被編碼器的Ap反射且被解碼器的Bq反射的光脈衝受到與(p-1)×2×La+(q-1)×2×La＝(p+q-2)×2×La對應的延遲。因此，從解碼器輸出p+q相等的光碼片脈衝時，其在時間軸上重合。
並且，與被A1反射的光碼片脈衝相比，被編碼器側的Ap反射的光碼片脈衝受到與
對應的相位延遲。並且，與被B1反射的光碼片脈衝相比，被解碼器的Bq反射的光碼片脈衝受到與
對應的相位延遲。
與被編碼器的A1反射且被解碼器的B1反射的光脈衝相比，被編碼器的Ap反射且被解碼器的Bq反射的光脈衝受到與
對應的相位延遲。因此，從解碼器以在時間軸上重合的方式輸出p+q相等的光碼片脈衝時，相位對齊。
這樣，被編碼器的第p個單位FBG 74即Ap反射且被解碼器的第q個單位FBG 74即Bq反射的光脈衝在p+q相等的情況下，在時間軸上重合，且相位對齊。其結果，關於解碼器的輸出，在時間軸上重合的光碼片脈衝的信號強度變強，所以，解碼信號出現圖中標號I所示的自相關峰值。
接著，說明編碼時的碼和解碼時的碼不同的情況。這裡，以利用第b個碼對以第a個碼編碼的信號進行解碼的情況為例進行說明。這裡，b大於等於1且小於等於N並且是與a不同的整數。
在編碼器側，與被第1個單位FBG即A1反射的光碼片脈衝相比，被第p個單位FBG即Ap反射的光碼片脈衝受到與(p-1)×2×La對應的延遲。並且，在解碼器側，與被第1個單位FBG即B1反射的光碼片脈衝相比，被第q個單位FBG即Bq反射的光碼片脈衝受到與(q-1)×2×Lb對應的延遲。
與被編碼器的A1反射且被解碼器的B1反射的光脈衝相比，被編碼器的Ap反射且被解碼器的Bq反射的光脈衝受到與(p-1)×2×La+(q-1)×2×Lb對應的延遲。這裡，如果設Lb＝La+ΔL，則為(p-1)×2×La+(q-1)×2×Lb＝(p+q-2)×2×La+(q-1)×2×ΔL，所以，從解碼器輸出p+q相等的光碼片脈衝時，時間軸上的位置錯開(q-1)×2×ΔL項表示的量。
並且，與被A1反射的光碼片脈衝相比，被編碼器側的Ap反射的光碼片脈衝受到與
對應的相位延遲。並且，與被B1反射的光碼片脈衝相比，被解碼器的Bq反射的光碼片脈衝受到與
對應的相位延遲。
與被編碼器的A1反射且被解碼器的B1反射的光脈衝相比，被編碼器的Ap反射且被解碼器的Bq反射的光脈衝受到與
對應的相位延遲。因此，當設b＝a+Δa時，如以下的(1)式所示，相位錯開(q-1)×2Δa×π/N表示的量。
這樣，被編碼器的第p個單位FBG74即Ap反射且被解碼器的第q個單位FBG 74即Bq反射的光脈衝即使在p+q相等的情況下，在時間軸上的位置也錯開，並且相位沒有對齊，所以，信號強度變弱。其結果，在解碼信號中沒有得到自相關峰值，無法再現光信號。
(碼的變更方法) 在OCDM模塊中，對熱模塊36的加熱/冷卻進行控制，以使由溫度控制器50設定的設定溫度和由溫度傳感器42測定的測定溫度相等。通過使用該溫度控制器50對熱模塊36進行控制，裝配板40被保持在與設定溫度相等的一定溫度。
這裡，裝配板40的熱傳導率高，所以，裝配板40的長度方向不產生溫度分布。其結果，緊密固定在裝配板40上的光纖70的SSFBG 72的部分其整體為一定溫度。
並且，裝配板40的熱膨脹係數小，所以，考慮SSFBG 72的溫度變化即可，可以忽略溫度變化導致的裝配板40自身的伸縮。
由於SSFBG 72的溫度變化，構成SSFBG 72的單位FBG 74的有效折射率neff和光柵節距Λ變化。其結果，各單位FBG 74處的反射波長變化。並且，單位碼片73的長度L和形成有SSFBG的光纖70的纖芯的折射率n也變化。
參照圖7說明SSFBG的溫度和反射波長之間的關係。圖7是SSFBG的溫度和反射波長之間的關係的特性圖。在圖7中，橫軸示出溫度控制器的設定溫度Tset(單位℃)，縱軸示出設定溫度Tset為25℃時的反射波長為基準的反射波長的波長變動量Δλ(單位pm)。設定溫度Tset和波長變動量Δλ以一次函數進行近似時，得到以下的式(2)。
Δλ＝12.0×Tset-300.2 (2) 當溫度控制器50的設定溫度Tset變動1℃時，反射波長λ變動12.0pm。因此，如果在編碼器和解碼器中進行以0.1℃為單位的溫度控制，則能夠在1pm的解析度下使反射波長一致。
關於通過熱模塊36對裝配板40進行加熱的情況的例子，說明緩衝器34和38對熱應力的緩和。
一般地，熱模塊36和裝配板40或殼體32的熱膨脹係數不同，所以，熱模塊36伴隨溫度變化的伸縮量和裝配板40或殼體32伴隨溫度變化的伸縮量不同。因此，將熱模塊36牢固地固定在裝配板40或殼體上時，在構成熱模塊36的珀耳帖元件自身以及對珀耳帖元件所具有的電極進行錫焊的部位等，產生由伸縮量的差異所導致的應力，有時熱模塊36被破壞。
在參照圖2說明的結構中，熱模塊36隔著緩衝器34和38固定在殼體32和裝配板40上。熱模塊36和殼體32或裝配板40之間的伸縮量的差異被緩衝材料層80的面方向的伸縮而吸收，所以，能夠抑制應力的產生。其結果，能夠避免由於溫度變化而產生的熱應力對熱模塊的破壞。
這裡，如果利用熱傳導係數大的材質很薄地形成緩衝器34和38，則能夠忽略緩衝器的熱阻。
在本發明中，通過在時間軸上鄰接的光碼片脈衝之間的相位差來決定碼。通過改變SSFBG的溫度，來改變鄰接的光碼片脈衝之間的相位差，其結果，能夠變更編碼器或解碼器的碼。
在單位碼片73中，通過根據裝配板40的溫度而確定的該單位碼片73的長度L和折射率n、以及根據裝配板40的溫度而確定的單位FBG74的反射中心波長，確定單位碼片73的相位延遲量。通過該各單位碼片73的相位延遲量，來決定鄰接的光碼片脈衝之間的相位差。
對將碼數16中的第1個碼即碼[16-1]變更為碼[16-2]的情況的例子進行說明。另外，[N-a]表示所生成的N個碼中的第a個碼。例如，[16-1]表示所生成的16個碼中的第1個碼。
在碼[16-1]中，鄰接的碼片脈衝之間的相位差為0.19635[rad](＝(2×a-1)×π/N＝π/16＝1/32×2π)。
另一方面，在碼[16-2]中，鄰接的碼片脈衝之間的相位差為0.58905[rad](＝3/32×2π)。在將碼[16-1]變更為碼[16-2]的情況下，對表示碼[16-1]的編碼器給定相當於0.39270[rad](＝0.58905[rad]-0.19635[rad])的相位變化即可。
這裡，通過單位碼片的長度L、光纖的纖芯的折射率n和反射波長λ0，將相位差
設定為碼數N的第a個碼[N-a]。此時，相位差
滿足
的關係。
這裡，對裝配板賦予溫度變化δT，從第a個碼[N-a]轉換為第b個(b為大於等於1且小於等於N的整數，且為與a不同的整數)碼[N-b]。通過該溫度變化δT，單位碼片73的碼片長度L變化碼片長度變化量δL。並且，通過該溫度變化δT，折射率n也變化折射率變化量δn。
其結果，相位差
為
此時的相位差的變化量
由以下的式(3)給定。
下面，對在如下情況下變更碼的實測結果進行說明作為SSFBG72，使用單位FBG74的長度L1為0.3mm、相位調製部76的長度L2為1.0mm、即單位碼片73的碼片長度L為1.3mm並在纖芯中添加了鍺的單模光纖。這裡，設碼長M為32。
在以下的說明中，說明光纖的熱膨脹係數為5.5×10-7/℃、纖芯的折射率n為1.45、溫度引起的折射率的變化率為8.6×10-6/℃、溫度引起的反射波長的變化率為10pm/℃、單位FBG 74處反射的反射波長為1549.32nm的情況。
該情況下，δL給定為5.5×10-7×L×δT，δn給定為8.6×10-6×δT。將該δL和δn代入上述式(3)時，可以忽略δL×δn項的作用，所以，相位差的變化量
與溫度變化δT成正比。此時，溫度每變化1℃的相位變化量為0.0986[rad]。其結果，如果對碼[16-1]的編碼器賦予大約4℃的溫度變化，則能夠使碼變化為[16-2]。
參照圖8說明利用碼[16-5]進行編碼時、利用碼[16-1]的編碼器和碼[16-5]的解碼器對編碼信號進行解碼後的解碼信號的實測結果。圖8(A)～(D)是示出解碼信號的實測結果的圖，橫軸表示時間(任意單位)，縱軸表示反射功率(任意單位)。
圖8(A)示出利用碼為[16-5]的編碼器進行編碼、利用碼為[16-5]的解碼器進行解碼時的解碼信號。該情況下，編碼時的碼和解碼時的碼都為[16-5]，二者一致，所以，觀測到自相關峰值。即，能夠對發送側的光脈衝信號進行解碼並再現。
與此相對，圖8(B)示出利用碼為[16-5]的編碼器進行編碼、利用碼為[16-1]的解碼器進行解碼時的解碼信號。該情況下，編碼時的碼為[16-5]，且解碼時的碼為[16-1]，二者互不相同，所以，無法觀測到自相關峰值。即，不能再現發送側的光脈衝信號。
在碼[16-1]中，鄰接的碼片脈衝之間的相位差為0.19635[rad]，在碼[16-5]中，鄰接的碼片脈衝之間的相位差為1.76715[rad](＝9/32×2π)。在將碼[16-5]變更為碼[16-1]的情況下，對表示碼[16-5]的編碼器給定相當於1.57080[rad](＝1.76715[rad]-0.19635[rad])的相位變化即可。
在該實施方式的編碼器中，溫度變化ΔT為1℃時的相位變化量為0.0986[rad]，所以，設編碼器的溫度變化大約為16℃(＝1.57080[rad]/0.0986[rad/℃])即可。溫度每變化1℃，SSFBG的反射波長變化10pm，所以，通過編碼器的溫度變化，SSFBG的反射波長變化160pm。
為了從[16-5]變化為[16-1]，使編碼器的溫度大約降低16℃。此時，反射波長縮短160pm。
圖8(C)示出利用使碼變化為[16-1]的編碼器進行編碼、利用碼為[16-5]的解碼器進行解碼時的解碼信號。該情況下，編碼時的碼為[16-1]，且解碼時的碼為[16-5]，二者互不相同，所以，無法觀測到自相關峰值。即，不能再現發送側的光脈衝信號。
與此相對，圖8(D)示出利用碼為[16-1]的編碼器進行編碼、利用碼為[16-1]的解碼器進行解碼時的解碼信號。該情況下，編碼時的碼和解碼時的碼都為[16-1]，二者一致，所以，觀測到自相關峰值。即，能夠對發送側的光脈衝信號進行解碼並再現。
圖9橫軸示出編碼器的波長(單位pm)，縱軸示出反射功率(單位dBm)。圖中，記號■表示解碼器的碼為[16-5]時的反射功率，記號●表示解碼器的碼為[16-1]時的反射功率。
在初始狀態下的編碼器的碼為[16-5]的情況下，解碼器的碼為[16-5]的反射功率(情況A)在編碼器的波長變動量為0pm時為最大，其值大約為-20dBm。該情況下，能夠在解碼器中充分地再現發送側的光脈衝信號。
當編碼器的波長向短波長側變化時，在-40pm、-80pm、-120pm、-160pm時，反射功率都比-30dBm小，比碼一致時的反射功率小10dBm以上。該情況下，無法在解碼器中再現發送側的光脈衝信號。對編碼器側的波長賦予-40pm、-80pm、-120pm和-160pm的波長變動分別對應於將編碼器的碼變更為[16-4]、[16-3]、[16-2]和[16-1]。
並且，關於在初始狀態下的編碼器的碼為[16-5]的情況下，解碼器的碼為[16-1]的反射功率(情況B)，在波長變動量為0pm、-40pm、-80pm、-120pm時，反射功率都比-30dBm小，比碼一致時的反射功率小10dBm以上。該情況下，無法在解碼器中再現發送側的光脈衝信號。對編碼器側的波長賦予0pm、-40pm、-80pm、-120pm和-160pm的波長變動分別對應於將編碼器的碼變更為[16-5]、[16-4]、[16-3]和[16-2]。
進一步縮短編碼器的波長變為-160pm時，反射功率為最大，其值比-20dBm大。該情況下，能夠在解碼器中充分地再現發送側的光脈衝信號。該編碼器的波長變動量的-160pm對應於在初始狀態下將[16-5]的編碼器的碼變更為[16-1]。
如以上說明的那樣，根據本發明的光碼分復用模塊和編碼方法，作為編碼器或解碼器，使用交替具有多個相同結構的單位FBG和多個長度彼此相等的相位調製部的SSFBG，根據SSFBG的整體溫度來設定碼。因此，在碼的設定中不需要局部加熱，所以，能夠長時間穩定地利用期望的碼進行編碼和解碼。
並且，通過改變SSFBG的整體溫度，能夠容易地進行碼的變更。
權利要求
1.一種光碼分復用模塊，其特徵在於，該光碼分復用模塊具有
超結構光纖布拉格光柵，其在同一光纖中，等間隔地具有多個相同結構的單位光纖布拉格光柵；
裝配板，其固定有該超結構光纖布拉格光柵；
熱模塊，其對該裝配板進行加熱或冷卻；
溫度傳感器，其測定所述裝配板的溫度；以及
溫度控制器，其根據由該溫度傳感器測定的所述溫度來控制所述熱模塊，調節所述裝配板的溫度，設定基於相位調製的編碼或解碼時的碼。
2.根據權利要求1所述的光碼分復用模塊，其特徵在於，
所述超結構光纖布拉格光柵具有與碼長M對應的數量個的單位光纖布拉格光柵，
輸入到所述超結構光纖布拉格光柵的光被分支為，分別被所述各單位光纖布拉格光柵反射的M個光脈衝，其中，M為1以上的整數，
被鄰接的單位光纖布拉格光柵反射的光脈衝間的相位差恆定，根據該相位差確定碼。
3.根據權利要求2所述的光碼分復用模塊，其特徵在於，
當所述裝配板的溫度變化時，所述相位差變化。
4.根據權利要求2或3所述的光碼分復用模塊，其特徵在於，
當所述碼是碼數N的第a個碼時，其中，N為大於等於1的整數，a為大於等於1且小於等於N的整數，
所述相位差Δ
由Δ
＝(2a-1)×π/N給定。
5.一種光碼分復用中的編碼方法，其使用光碼分復用模塊對光信號進行編碼，所述光碼分復用模塊具有超結構光纖布拉格光柵，其在同一光纖中，等間隔地具有多個相同結構的單位光纖布拉格光柵；裝配板，其固定有該超結構光纖布拉格光柵；以及熱模塊，其對該裝配板進行加熱或冷卻，該光碼分復用中的編碼方法的特徵在於，
該光碼分復用中的編碼方法具有以下步驟
向所述超結構光纖布拉格光柵輸入光信號的步驟；以及
所述光信號分別被所述各單位光纖布拉格光柵反射，分支為M個光脈衝，而生成編碼信號的步驟，其中，該M個光脈衝滿足被鄰接的單位光纖布拉格光柵反射的光脈衝間的相位差恆定這一關係，
根據所述相位差確定碼。
6.根據權利要求5所述的光碼分復用中的編碼方法，其特徵在於，
通過改變所述裝配板的溫度，來改變所述相位差。
7.根據權利要求5所述的光碼分復用中的編碼方法，其特徵在於，
當所述碼是碼數N的第a個碼時，其中，N為大於等於1的整數，a為大於等於1且小於等於N的整數，
所述相位差
由
給定。
8.根據權利要求7所述的光碼分復用中的編碼方法，其特徵在於，
當通過設置在各單位光纖布拉格光柵之間的相位調製部和與相位調製部鄰接的所述單位光纖布拉格光柵構成單位碼片，並通過單位碼片的長度L、所述光纖的纖芯的折射率n和反射波長λ0將相位差
設定為碼數N的第a個碼時，
對裝配板賦予溫度變化ΔT，使所述單位碼片改變碼片長度變化量δL，並且使所述折射率改變折射率變化量δn，由此，使所述相位差改變
而從所述第a個碼轉換為第b個碼，其中，b為大於等於1且小於等於N的整數並且是與a不同的整數。
全文摘要
本發明提供光碼分復用模塊以及光碼分復用中的編碼方法。其課題在於，在相位編碼型的OCDM中，在需要碼的變更的情況下，不更換編碼器/解碼器就能夠變更為期望的碼，並且，能夠長時間穩定地維持編碼器和解碼器。作為解決手段，使用在同一光纖中具有多個相同結構的單位FBG且鄰接的單位FBG的間隔恆定的SSFBG。向由SSFBG構成的編碼器輸入光信號後，以一定的時間間隔輸出光碼片脈衝，相鄰的光碼片脈衝之間的相位差恆定。將該相位差用作碼。改變SSFBG的溫度時，鄰接的光碼片脈衝之間的相位變化，所以，能夠通過溫度變化來改變編碼器或解碼器的碼。
文檔編號H04J14/00GK101483492SQ20091000220
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者小林秀幸, 沓澤聰子, 佐佐木健介 申請人:衝電氣工業株式會社