光直交周波数分割多重伝送用回路
【課題】高い帯域利用効率を実現できる光ＯＦＤＭ伝送用の光受信回路を提供する。
【解決手段】本発明によれば、受信器において光ＯＦＤＭ伝送処理の多くを光領域で行うことができる。本発明による光受信器は、光直交周波数分割多重された光をＮ分岐する光強度分岐器と、光強度分岐器からのＮ個の光をそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、光遅延線からのＮ個の光を高速フーリエ変換処理するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と、光高速フーリエ変換回路からのＮ個の光をゲート処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ個の時間ゲート素子とを備える。
【解決手段】本発明によれば、受信器において光ＯＦＤＭ伝送処理の多くを光領域で行うことができる。本発明による光受信器は、光直交周波数分割多重された光をＮ分岐する光強度分岐器と、光強度分岐器からのＮ個の光をそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、光遅延線からのＮ個の光を高速フーリエ変換処理するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と、光高速フーリエ変換回路からのＮ個の光をゲート処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ個の時間ゲート素子とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野において高い帯域利用効率を実現することができる光直交周波数分割多重（光ＯＦＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送用の送受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの帯域利用効率を高める手段として、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｌｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの研究開発が盛んに行われている。チャネル間隔がΔｆ［Ｈｚ］、チャネルあたりのビットレートがＢＲ［ｂｉｔ／ｓ］の場合、ＷＤＭ伝送システムの帯域利用効率Ｅは、Ｅ＝ＢＲ／Δｆと表される。
【０００３】
図１に、ＷＤＭシステムの構成例を示す（非特許文献１）。複数の光送信器１−１〜Ｊ（等周波数間隔Δｆ）からのデータ信号を、アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などの波長合波器２を用いて合波する。合波信号は、光ファイバ３を伝送した後、ＡＷＧなどの波長分波器４で周波数毎に分波され、複数の光受信器５−１〜Ｊで受信される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A.R.Chraplyvy and R.W.Tkach, “Terabit／second Transmission Experiments,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 34, no. 11, pp.2103−2107, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多値ではない通常のＩＭ−ＤＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）バイナリＷＤＭ伝送（強度０，１のみをデータ信号として用いるＷＤＭ伝送）の場合、通常、図１においては、チャネル間クロストークを避けるため、Δｆ＞ＢＲと設定することが必須となる。そのため、帯域利用効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
また、従来、光ＯＦＤＭ伝送用の信号の生成および復調は、主に電気信号処理によって行われていた。しかしながら、電気信号処理を主とした光ＯＦＤＭ伝送では、電気信号処理の速度に制限されるという問題があった。実際、電気信号処理の場合には、各チャネルのビットレートがＭｂ／ｓオーダに留まっている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、チャネル間を直交状態とすることによって、バイナリ伝送においても高い帯域利用効率を実現することができ、各チャネルのビットレートをＧｂ／ｓオーダーに増大できる光信号処理を用いた光ＯＦＤＭ伝送用の受信器構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、光直交周波数分割多重された光をＮ分岐する光強度分岐器と、前記光強度分岐器からのＮ個の光をそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、前記光遅延線からのＮ個の光を高速フーリエ変換処理するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と、前記光高速フーリエ変換回路からのＮ個の光をゲート処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ個の時間ゲート素子とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、光直交周波数分割多重された光を位相変調して、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内で周波数を時間の関数としてシフトする第１の光位相変調器と、前記光位相変調器からの光を、所定の周波数ごとにＮ個の光パルスに分波する光周波数分波器と、前記光周波数分波器からのＮ個の光パルスについて、それぞれが前記第１の光位相変調器とは符号が逆の位相変調を施すＮ個の第２の光位相変調器と、前記第２の光位相変調器からのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、光直交周波数分割多重された光を、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内でＮ個のパスにスイッチングする光スイッチと、前記光スイッチからのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器から構成され、Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器のうち第Ｍ番目の方向性結合器の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計から構成され、Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の対称マッハツェンダ干渉計のうち第Ｍ番目の対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計から構成され、Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせとから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせのうち第Ｍ番目の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の波長分割多重伝送システムの構成例を示す図である。
【図２】光直交周波数分割多重伝送システムの構成例を示す図である。
【図３】光直交周波数分割多重伝送信号のスペクトルを示す図である。
【図４】第１の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図５】第２の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図６】第３の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図７】第４の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図９】光離散フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１０】光高速フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１１】光高速フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１２】光高速フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１３】図８の直交周波数分割多重伝送システム用受信器での光パルスの様子を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１６】第５の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１７】第６の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１８】第７の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１９】第８の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図２０】図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合の各部の信号スペクトルを示す図であり、（ａ）は光入力部５０２での信号スペクトル、（ｂ）は出力導波路４４−３での信号スペクトルを示している。
【図２１】図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合の光出力部５１２−１〜４での信号のエラーレート特性を測定した結果を示す図である。
【図２２】図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合の信号ｄ１（ｔ）のエラーレート〜１０−９でのアイパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について、図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１６】
まず、光直交周波数分割多重伝送の概要を説明する。図２に、光直交周波数分割多重伝送システムの構成例を示す。ここで、基準搬送波光周波数をｆ０、第ｎチャネルと第ｎ＋１チャネル間の光周波数間隔をΔｆｎ、各チャネルのタイムスロット時間長をＴ、それぞれが同期したチャネル信号をｄｎ（ｔ）とする。なお、Ｎは２以上の整数であり、ｎ＝０，１，…，Ｎ−１、ｔは時間を表す。また、Δｆｎ＝ｋｎ／Ｔ（ｋｎ：１以上の整数）である。
【００１７】
光送信器１１−１〜Ｎでは、発振光周波数間の位相が光周波数領域において保持された光周波数を、それぞれのチャネル信号ｄｎ（ｔ）を用いて変調している。発振光周波数間の位相、およびチャネル信号ｄｎ（ｔ）間の同期を保ちながら、光強度合流器１２を用いて光送信器１１−１〜Ｎからの各変調信号光を合流する。この合流後の信号Ｓ（ｔ）は、次式で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
サブキャリア（搬送波）ごとの変調波帯信号Ｓｎ（ｔ）は、次式のように表される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
隣接するサブキャリアについての変調波帯信号Ｓｎ（ｔ）およびＳｎ＋1（ｔ）間の相互相関関数ＣＣ［Ｓｎ（ｔ）Ｓｎ＋1（ｔ）］は、次式に示すように、隣接するサブキャリア同士は直交している。
【００２２】
【数３】
【００２３】
このように、ｎによらずｋｎ＝１の場合、隣接チャネルが直交する最小の周波数間隔が得られ、帯域利用効率Ｅ＝１が実現される。この時の各サブキャリアのスペクトル形状を図３に示す。
【００２４】
ある１つのサブキャリアに注目すると、このサブキャリアは他のサブキャリアの中心周波数の位置において周波数成分が０となり、他のサブキャリアに影響を及ぼさない。以降、すべての実施形態では、簡単のためｋｎ＝１の場合について議論を進める。この場合、Ｓ（ｔ）は、次式のように変形することができる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
すなわち、信号光Ｓは、チャネル信号ｄｎの逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）となる。この信号光Ｓは光ファイバ１３を通過した後、光離散フーリエ変換素子１４を経て、もとのｄｎに復調され、光受信器１５−１〜Ｎに入射する。光離散フーリエ変換素子１４では、次式で表される処理が行われる。
【００２７】
【数５】
【００２８】
式４および式５は、ｎのうち１つでもｋｎ≧２（Ｅ＜１）となる場合でも、対応する離散変換の式が存在し、ｎによらずｋｎ＝１の場合と同様な議論ができる。
【００２９】
このように送信器および受信器とも光領域で処理することにより、電気信号処理による速度制限がなくなり、各チャネルのビットレートをＧｂ／ｓオーダにまで高速化することができる。これにより、光直交周波数分割多重伝送のさらなる大容量化を実現することができる。
【００３０】
また、光直交周波数分割多重伝送を用いることによって、時間多重分離（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式における、超短光パルス化を用いた時間多重分離処理（タイムスロットＴ／Ｎ毎の高速時間多重分離処理）を用いる必要はなくなり、タイムスロットＴ毎の低速での処理のみとなる。
【００３１】
（第１の参考形態）
図４は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。この送信器１００は、複数の発振光周波数間の位相が光周波数領域において保持された光源１０２と、光源からの光を光周波数ごとに分波する光周波数分波器１０４と、分波した光をそれぞれチャネル信号で変調する光変調器１０６−１〜Ｎと、変調した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）１０８と、合波した信号光を出力する光出力部１１０とを備えている。この送信器１００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００３２】
光源１０２としては、半導体もしくは光ファイバモードロックレーザ、半導体利得スイッチ光源、または直流光源と光強度変調器（強誘電体材料あるいは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型変調器、または半導体ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器）とを組み合わせた構成とすることができる。あるいは、直流光源と、光位相変調器（強誘電体材料）とを組み合わせた光周波数コム発生器などを用いることができる。光周波数分波器１０４および光周波数合波器１０８としては、アレイ導波路格子または非対称マッハツェンダ型干渉計もしくはそれを多段縦続接続したものなどを用いることができる。光変調器１０６−１〜Ｎとしては、強誘電体材料または半導体材料から構成されたものを用いることができる。また、光強度合流器１０８としては、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ、スターカプラ、方向性結合器を多段縦続接続したもの、または対称マッハツェンダ型干渉計を多段縦続接続したものなどを用いることができる。
【００３３】
図４の構成要素の中で、光周波数分波器１０４、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）１０８および光出力部１１０、ならびに各構成要素の接続部は、安定かつ低損失（〜０．０１ｄＢ／ｃｍ）で、長さおよび位相を精密に調節可能な、シリコンまたはガラス基板上の石英系ガラス導波路技術を用いて作製することができる。位相調節部としては、石英ガラス上に蒸着されたクロムや窒化タンタルの薄膜ヒータ（熱光学位相シフタ、０．０１π以下の精密な位相調節が可能）を用いることができる。また、ポリマー導波路、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＫＴａ1‐ｘＮｂｘＯ３（ＫＴＮ）などの強誘電体導波路、半導体導波路、シリコン導波路、光ファイバなどの導波路単体、またはこれらを複数用いたハイブリッド構成を用いることも可能である。
【００３４】
例えば、光周波数分波器１０４、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）１０８および光出力部１１０、ならびに各構成要素の接続部には石英系ガラス導波路を用い、その他の構成要素には他の材料のデバイスを石英系ガラス導波路にハイブリッド集積する構成とすることができる。光源１０２のモードロックレーザまたは光周波数コム発生器は、複数の周波数間の位相が固定されているため、光周波数分波器１０４で分岐し、光変調器１０６−１〜Ｎにおいて、各周波数成分を、各チャネル信号ｄｎ（ｔ）を用いて周期Ｔで変調（光電変換）する。各変調信号光を、光周波数合波器１０８を用いて合波、あるいは光強度合流器１０８を用いて合流することによって、光出力部１１０において、式１で表される信号光Ｓ（ｔ）を得ることができる。
【００３５】
ここで、光周波数合波器１０８を用いる場合には、低損失の合波が可能となるが、周波数依存素子であるため、変調信号光帯域が狭まる欠点が生じる。また、光強度合流器１０８を用いる場合には、合流損失による損失の増加が生じるが、周波数依存素子ではないため、変調信号光帯域の低減劣化は発生しない。なお、光直交周波数分割多重は、信号の変調ではなく多重化手法であるため、光変調器１０６−１〜Ｎにおける変調は、２値強度変調のみに限定されず、２値であるか、多値であるかにかかわらず、強度変調、位相変調、周波数変調、偏波変調等のいずれでも良い。
【００３６】
（第２の参考形態）
図５は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。本参考形態に係る光送信器は、光直交周波数分割多重伝送システムにおいて、変調器１つのみを用いて簡便に伝送特性をシミュレートするためのものである。光送信器２００は、複数の発振光周波数間の位相が光周波数領域において保持された光源２０２と、光源からの光を特定のチャネル信号で変調する光変調器２０４と、変調した信号光を光周波数ごとに分波する光周波数分波器２０６と、分波した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線２０８−１〜Ｎと、変調した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）２１０と、合波した信号光を出力する光出力部２１２とを備えている。この光送信器２００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００３７】
光変調器２０４は、光源２０２からの光を変調する。この場合、光変調器２０４を駆動する信号はチャネル信号ｄｎ（ｔ）のうち１つのみでよい。次に、光周波数分波器２０６を用いて変調した信号光を波長ごとに分波する。各波長のデータ信号は同一の変調器を用いて変調されたため、時間的に分離し、各波長間のデータ相関を減少させる必要がある。そのため、光遅延線２０８−１〜Ｎの長さはそれぞれ異なる値に定め、最小長さを基準とした長さの差は、ｐＴｃ０／ｎｅｆｆとなるように設定する。ここで、ｐは０または２以上の偶数、ｃ０は真空中の光速、ｎeffは光周波数分波器の出力と光周波数合波器（または光強度合流器）の入力を結ぶＮ個の部分の等価屈折率である。ｐを１以上の奇数としないのは、各波長間で同じデータが連続するのを避けるためである。最後に、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）２１０を用いて各波長の信号を合波し（あるいは合流し）、光出力部２１２で信号光Ｓ（ｔ）のシミュレーション信号が得られる。なお、遅延線以外では各波長に対応する導波路の長さは等しく設定されているものとする。
【００３８】
（第３の参考形態）
図６は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。この光送信器３００は、特定の発振光周波数を有する光源３０２と、光源からの光をＮ分岐する光強度分岐器３０４と、分岐した光を位相変調する光位相変調器３０６−１〜Ｎと、位相変調して周波数がシフトした光をチャネル信号で変調する光変調器３０８−１〜Ｎと、変調した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）３１０と、合波した信号光を出力する光出力部３１２とを備えている。この光送信器３０２は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００３９】
光源３０２からの特定の発振光周波数ｆ０を有する光を、光強度分岐器３０４を用いてＮ分岐し、光位相変調器３０６−１〜Ｎに入射する。光強度分岐器３０４は、光強度合流器の入出力を逆にして構成することができる。光位相変調器３０６−１〜Ｎは、各チャネルの光の位相φｎ（ｔ）に対して以下の位相変調を施す。
【００４０】
【数６】
【００４１】
式６の位相変調を与えられた光の周波数ｆｎ（ｔ）はもとの周波数ｆ0からシフトし、次式で与えられる。
【００４２】
【数７】
【００４３】
そして、光変調器３０８−１〜Ｎで、各チャネルの周波数成分ｆｎ（ｔ）を、各チャネル信号ｄｎ（ｔ）を用いて変調し、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）３１０で中心周波数
【００４４】
【数８】
【００４５】
毎の合波（あるいは合流）を行うことによって、光出力部３１２において、式１で表される信号光Ｓ（ｔ）を得ることができる。
【００４６】
光周波数合波器３１０は、光強度合流器３１０とするよりも素子の損失は低下する。光周波数合波器３１０での中心周波数
【００４７】
【数９】
【００４８】
毎の合波は、不均一な周波数間隔となる可能性があるが、アレイ導波路格子または非対称マッハツェンダ型干渉計もしくはそれを多段縦続接続した光周波数合波器は、不均一な周波数間隔の合波にも対応可能である。
【００４９】
（第４の参考形態）
図７は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。本参考形態に係る光送信器は、光直交周波数分割多重伝送システムにおいて、変調器１つのみを用いて簡便に伝送特性をシミュレートするためのものである。光送信器４００は、特定の発振光周波数を有する光源４０２と、光源からの光を特定のチャネル信号で変調する光変調器４０４と、変調した信号光をＮ分岐する光強度分岐器４０６と、分岐した信号光を位相変調する光位相変調器４０８−１〜Ｎと、位相変調した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線４１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）４１２と、合波した信号光を出力する光出力部４１４とを備えている。この光送信器４００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００５０】
光源４０２からの特定の発振光周波数ｆ０を有する光を、光変調器４０４を用いて変調する。光変調器４０４を駆動する信号はチャネル信号ｄｎ（ｔ）のうち１つのみでよい。次に、光強度分岐器４０６を用いて変調信号光をＮ分岐し、光位相変調器４０８−１〜Ｎに入射する。光位相変調器４０８−１〜Ｎでは、各チャネルの光の位相φｎ（ｔ）および周波数ｆｎ（ｔ）は、それぞれ、式６および式７で表される。各分岐のデータ信号は同一の変調器を用いて変調されたため、時間的に分離し、各波長間のデータ相関を減少させる必要がある。そのため、光遅延線４１０−１〜Ｎの長さはそれぞれ異なる値に定め、最小長さを基準とした長さの差は、ｐＴｃ０／ｎｅｆｆとなるように設定する。ここで、ｐは０および２以上の偶数、ｃ０は真空中の光速、ｎeffは光強度分岐器の出力と光周波数合波器（または光強度合流器）の入力を結ぶＮ個の部分の等価屈折率である。最後に、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）４１２を用いて各チャネルの変調信号光を合波し（あるいは合流し）、光出力部４１４で信号光Ｓ（ｔ）のシミュレーション信号が得られる。
【００５１】
（第１の実施形態）
図８は、本発明の第１実施形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器５００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部５０２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器５０４と、分岐した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線５０６−１〜Ｎと、遅延した信号光をフーリエ変換処理する光高速フーリエ変換回路５０８と、フーリエ変換処理された信号光をゲート処理する時間ゲート素子５１０−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部５１２−１〜Ｎとを備えている。この光受信器５００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００５２】
受信側において、光直交周波数分割多重された信号光Ｓ（ｔ）から各チャネル信号ｄｎ（ｔ）を一括復調する際、式５で示す光離散フーリエ変換が必要となる。光離散フーリエ変換の演算量（かけ算量）を削減し、ハード面でも構成の簡略化が可能な光高速フーリエ変換について説明する。なお、簡単のためＮ＝４の場合について説明する。この場合、式５で示す光離散フーリエ変換は次式で表される。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
ここで、チャネル信号ｄｎ（ｔ）は次式のように変形できる。
【００５５】
【数１１】
【００５６】
したがって、式８は、次式のように変形できる。
【００５７】
【数１２】
【００５８】
式１０は、式８と比較してかけ算の数が１６から８に低減されている。これが光高速フーリエ変換である。かけ算が半分となっているため、演算量の低下、すなわち演算を実現するための光回路構成の簡略化を実現することができる。
【００５９】
図９に、式８の演算を実現するための光回路の構成例を、図１０および図１１に、式１０を実現するための光回路の構成例を示す。
【００６０】
図９は、光離散フーリエ変換を実現するための光回路である。この光回路２０は、４本の入力導波路２１−１〜４と、４個の光強度分岐器２２−１〜４と、１６個の位相調節部２３−１〜１６と、１６本の導波路２４−１〜１６と、４個の光強度合流器２５−１〜４と、４本の出力導波路２６−１〜４とから構成されている。入力導波路２１−１〜４のそれぞれの長さ、導波路２４−１〜１６のそれぞれの長さ、および出力導波路２６−１〜４のそれぞれの長さは等しく設定する。これは、式８における位相関係を保持するためである。計１６個（一般的にはＮ２個）の位相調節部２３−１〜１６の位相を調節することによって、式８の関係が満たされるようにする。なお、位相調節部２３−１〜１６の１つに対して、他の１５個の位相調節部の相対位相が合えばよいので、位相調節部の必要最低数は１５個（一般的にはＮ２−１個）となる。このようにして光離散フーリエ変換を実際の光回路を用いて実現することができる。なお、この光回路は、交差部分が多く、導波路損失が高くなる欠点がある。
【００６１】
図１０は、光高速フーリエ変換を実現するための光回路である。この光回路３０は、４本の入力導波路３１−１〜４と、７個の位相調節部３２−１〜７と、４個の方向性結合器３３−１〜４と、４本の出力導波路３４−１〜４とから構成されている。入力導波路３１−１〜４のそれぞれの長さ、出力導波路３４−１〜４のそれぞれの長さ、方向性結合器３３−１〜４同士を結ぶ導波路のそれぞれの長さは等しく設定する。これは、式１０における位相関係を保持するためである。方向性結合器３３−１〜４の伝達行列ｆｃｐｌは、強度結合率κが０．５（３ｄＢカプラ）の場合、次式で表される。
【００６２】
【数１３】
【００６３】
したがって、位相調節部３２−１〜７の位相を−π／２（伝達式ｅｘｐ（ｊπ／２））に設定した場合、図１０の構成を用いて式１０の演算（光高速フーリエ変換）が実現できる。詳細は以下の通りである。図１０中の（Ｆ０，Ｆ１）、（Ｆ２，Ｆ３）は以下の式で表される。
【００６４】
【数１４】
【００６５】
【数１５】
【００６６】
よって、（ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ））、（ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ））は以下の式で表される。
【００６７】
【数１６】
【００６８】
【数１７】
【００６９】
上２式は、定数倍の係数を除いて式１０に一致する。
【００７０】
方向性結合器の伝達行列および図１０の出力を示すベクトル表示における定数倍の係数は、信号の復調には影響しない。なお、図１０の構成例は、例示であり、位相調節部３２−１〜７の設置場所やその設定量は変更してもよい。図９と比較して、図１０の構成では、導波路の数は２４から４に、位相調節部の数は１５から７に低減されていることがわかる。この低減効果は、通常２の倍数に設定されるＮの数が大きくなるほど顕著になる。なお、方向性結合器３３−１〜４としては、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ、スターカプラなどを用いることもできる。
【００７１】
図１１は、光高速フーリエ変換を実現するための他の構成の光回路を示している。この光回路４０は、４本の入力導波路４１−１〜４と、４個の対称マッハツェンダ型干渉計４２−１〜４と、５個の位相調節部４３−１〜５と、４本の出力導波路４４−１〜４とから構成されている。入力導波路４１−１〜４のそれぞれの長さ、出力導波路４４−１〜４のそれぞれの長さ、対称マッハツェンダ型干渉計４２−１〜４同士を結ぶ導波路のそれぞれの長さは等しく設定する。これは、式１０における位相関係を保持するためである。対称マッハツェンダ型干渉計４２−１〜４の伝達行列ｆｓｍｚｉは、対称マッハツェンダ型干渉計を構成する方向性結合器の強度結合率κが０．５、位相調節部４３−１〜４の位相設定量φがπ／２の場合、次式で表される。
【００７２】
【数１８】
【００７３】
したがって、位相調節部４３−５の位相をπ／２（伝達式ｅｘｐ（−ｊπ／２））に設定した場合、図１１の構成を用いて式１０の演算（光高速フーリエ変換）が実現できる。詳細は以下の通りである。図１１中の（Ｆ０，Ｆ１）、（Ｆ２，Ｆ３）は以下の式で表される。
【００７４】
【数１９】
【００７５】
【数２０】
【００７６】
よって、（ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ））、（ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ））は以下の式で表される。
【００７７】
【数２１】
【００７８】
【数２２】
【００７９】
上２式は、定数倍の係数を除いて式１０に一致する。
【００８０】
なお、図１１の構成例は、例示であり、位相調節部４３−５の設置場所やその設定量は変更することができる。図１０と比較して、図１１の構成ではさらに、位相調節部の数は７から５に低減されていることがわかる。この低減効果はＮの数が大きくなるほど顕著になる。
【００８１】
図１０および１１に関する説明より、光高速フーリエ変換を実現するためには、方向性結合器と対称マッハツェンダ型干渉計は、総数がＮであれば、任意の数ずつ組み合わせて用いても良い。また、一般に、２Ｎ入力２Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路は、Ｎ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路を２個組み合わせて、図１２のように構成することができる。
【００８２】
この光回路５０は、２Ｎ本の入力導波路５１−１〜２Ｎと、２個のＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変調回路５２−１および５２−２と、２Ｎ本の光高速フーリエ変調回路と方向性結合器を接続する導波路５３−１〜２Ｎと、Ｎ個の方向性結合器（あるいは対称マッハツェンダ型干渉計）５４−１〜Ｎと、２Ｎ本の出力導波路５５−１〜２Ｎとから構成されている。なお、この図では位相調節部は省略した。入力導波路５１−１〜２Ｎのそれぞれの長さ、導波路５３−１〜２Ｎのそれぞれの長さ、および出力導波路５５−１〜２Ｎのそれぞれの長さは等しい長さに設定する。これは、式１０における位相関係を保持するためである。また、光高速フーリエ変換を実現するための他の光回路の構成として、Ｎ入力Ｎ出力のＭＭＩカプラやスターカプラなども考えられる。
【００８３】
図１３に、図８の各部での１タイムスロット分の光パルスの様子を示す。具体的には、図１３（ａ）は、図８の入力導波路部での光パルスの様子であり、図１３（ｂ）は、図８の遅延線の出力での光パルスの様子であり、図１３（ｃ）は、図８の光高速フーリエ変換回路の出力での光パルスの様子であり、図１３（ｄ）は、図８の出力導波路部での光パルスの様子を示している。本図においても、簡単のため、Ｎ＝４の場合について説明する。図１３（ａ）に示す入力光パルスは、光強度分岐器５０４でＮ分岐され、光遅延線５０６−１〜ＮではＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられる（図１３（ｂ））。光高速フーリエ変換回路５０８において、光高速フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる（図１３（ｃ））。各パルスが重なった部分のみを時間ゲート素子５１０−１〜Ｎによるゲーティングにて時間的に取り出した場合、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式１０に対応するｄｎ（ｔ）を復調することができる。
【００８４】
なお、時間ゲート素子５１０−１〜Ｎとしては、強誘電体材料あるいは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型変調器や、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いたゲーティング、信号光の光電変換後の電気領域でのゲーティングなどを用いることができるが、ゲート時間窓を短く設定することができる半導体ＥＡ変調器が現状では最適であると考えられる。
【００８５】
図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合について、図８の動作を実証する実験を行った。図８の光入力部５０２に１０Ｇｂｉｔ／ｓ×４チャネルの光ＯＦＤＭ信号を入射した。各チャネルは別々のデータ信号で変調され、各チャネル間の周波数差は１０ＧＨｚである。図２０（ａ）、（ｂ）に、それぞれ光入力部５０２および出力導波路４４−３での信号スペクトルを示す。図２０（ｂ）より、ｄ１（ｔ）のスペクトルがきれいに抜き出されていることがわかる。また、図２１に、光出力部５１２−１〜４での信号（それぞれ、ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ），ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ）に対応）のエラーレート特性を測定した結果を示す。●は、光入力部５０２にｄ１（ｔ）のみを入射した場合の参照エラーレート特性を示す。また、図２２に示すアイパターンは、ｄ１（ｔ）のエラーレート〜１０−９でのものを示している。図２１の結果より、図８の構成を用いて、ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ），ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ）のいずれに関してもエラーレート〜１０−９が達成され、光ＯＦＤＭ信号から正確に分離されていることがわかる。
【００８６】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器６００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部６０２と、入力された信号光を位相変調する光位相変調器６０４と、位相変調して周波数がシフトした信号光を周波数分波する光周波数分波器６０６と、分波した信号光のチャーピングを相殺する光位相変調器６０８−１〜Ｎと、分波した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線６１０−１〜Ｎと、遅延した信号光をフーリエ変換処理する光高速フーリエ変換回路６１２と、復調されたチャネル信号を出力する光出力部６１４−１〜Ｎとを備えている。この受信器６００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００８７】
光入力部６０２からの光直交周波数分割多重された信号光の位相θ（ｔ）に対して、光位相変調器６０４は、ａを定数として以下の位相変調を施す。
【００８８】
【数２３】
【００８９】
式１３の位相変調を与えられた光の周波数ｆ（ｔ）はもとの周波数ｆ０からシフトし、次式で与えられる。
【００９０】
【数２４】
【００９１】
光周波数分波器６０６では、位相変調により周波数がシフトされる信号光ｆ（ｔ）に対して、光中心周波数２ａＴ／Ｎ毎の分波が行われる。各分波信号光の１タイムスロット長はＴ／Ｎである。その後、Ｎ個の光位相変調器６０８−１〜Ｎが互いに同期して、周期Ｔで同一の時間長Ｔ／Ｎのタイムスロット内で以下の位相変調が行われる。
【００９２】
【数２５】
【００９３】
式１３および式１５は符号が逆であるので、光位相変調器６０８−１〜Ｎにおいて信号光のチャーピングは相殺される。次に、光遅延線６１０−１〜ＮでＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、Ｎ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路６１２において、光高速フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる。光出力部６１４−１〜Ｎの出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式１０に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、光周波数分波器６０６におけるフィルタリングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。したがって、図１４の受信器は、図８の構成と比較して、時間ゲート素子が不要であるという利点がある。
【００９４】
（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器７００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部７０２と、入力された信号光を各パスにスイッチングする光スイッチ７０４と、スイッチングした信号光をそれぞれ遅延する光遅延線７０６−１〜Ｎと、遅延した信号光をフーリエ変換処理する光高速フーリエ変換回路７０８と、復調されたチャネル信号を出力する光出力部７１０−１〜Ｎとを備えている。この受信器７００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００９５】
光スイッチ７０４では、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットを、時間長Ｔ／Ｎの部分毎に、異なるＮ個の出力パスに、時間周期Ｔで空間的にスイッチングを行う。スイッチングにより取り出された光パルスは、光遅延線７０６−１〜ＮでＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光高速フーリエ変換回路７０８において、光高速フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる。光出力部７１０−１〜Ｎの出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式１０に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、光スイッチ７０４におけるスイッチングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。したがって、図１５の受信器は、図８の構成と比較して、時間ゲート素子が不要であるという利点がある。光スイッチ７０４としては、高速性が要求されるため、通常、強誘電体材料あるいは半導体材料から構成されるものが用いられる。
【００９６】
（第５の参考形態）
図１６は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器８００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部８０２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器８０４と、分岐した信号光を位相変調する光位相変調器８０６−１〜Ｎと、位相変調した信号光をさらにＮ分岐する光強度分岐器８０８−１〜Ｎと、分岐した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線８１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器８１２−１〜Ｎと、合流した信号光をゲート処理する時間ゲート素子８１４−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部８１６−１〜Ｎとを備えている。この受信器８００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００９７】
光強度分岐器８０４において、入力信号光を等強度でＮ分岐する。各位相変調器８０６は、周期Ｔで同一の時間長Ｔのタイムスロット内で位相φｎ（ｔ）に対して以下の位相変調を施す。
【００９８】
【数２６】
【００９９】
次に、光強度分岐器８０８で、位相変調器８０６からの光をさらに等強度でＮ分岐する。そして、分岐後の光は、光遅延線８１０でＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器８１２で合流され、時間ゲート素子８１４で、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットからの時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出す時間ゲーティングを行うことにより、式５および式８で表される光離散フーリエ変換操作を直接的に実行し、チャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。
【０１００】
（第６の参考形態）
図１７は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器９００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部９０２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器９０４と、分岐した信号光をさらに分岐する光強度分岐器９０６−１〜Ｎと、分岐した信号光の位相を調整する光位相シフタ９０８−１〜Ｎと、位相調整された信号光をそれぞれ遅延する光遅延線９１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器９１２−１〜Ｎと、合流した信号光をゲート処理する時間ゲート素子９１４−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部９１６−１〜Ｎとを備えている。この受信器９００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【０１０１】
光強度分岐器９０４において、入力信号光を等強度でＮ分岐する。Ｎ分岐した信号光をそれぞれを光強度分岐器９０６−１〜Ｎにおいてさらに等強度でＮ分岐する。なお、光強度分岐器９０４および９０６−１〜Ｎは、１入力Ｎ２出力の１つの光強度分岐器にまとめても良い。Ｎ個の光強度分岐器９０６−１〜ＮのそれぞれのＮ本の分岐出力からの信号光を、それぞれＮ本の位相シフタ９０８−１〜Ｎに入力する。各位相シフタ９０８では、以下の位相シフトを行う。
【０１０２】
【数２７】
【０１０３】
そして、位相シフト後の光は、光遅延線９１０で長さの差がＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器９１２で合流され、時間ゲート素子９１４で、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットからの時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出す時間ゲーティングを行う。これにより、式５および８で表される光離散フーリエ変換操作を直接的に実行し、チャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、位相シフタ９０８−１〜Ｎと光遅延線９１０−１〜Ｎの配置の順序は図１７の逆でも良い。
【０１０４】
（第７の参考形態）
図１８は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器１０００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部１００２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器１００４と、分岐した信号光を位相変調する光位相変調器１００６−１〜Ｎと、位相変調して周波数がシフトした信号光を周波数分波する光周波数分波器１００８−１〜Ｎと、分波した信号光のチャーピングを相殺する光位相変調器１０１０−１〜Ｎと、分波した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線１０１２−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器１０１４−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部１０１６−１〜Ｎとを備えている。この受信器１０００は、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【０１０５】
光強度分岐器１００４からのそれぞれの光の位相θｎ（ｔ）に対して、光位相変調器１００６−１〜Ｎは、ｂｎを定数として以下の位相変調を施す。
【０１０６】
【数２８】
【０１０７】
式１８の位相を与えられた光の周波数ｆｎ（ｔ）はもとの周波数ｆ０からシフトし、次式で与えられる。
【０１０８】
【数２９】
【０１０９】
光周波数分波器１００８−１〜Ｎでは、中心周波数２ｂｎＴ／Ｎ毎の分波が行われる。各分波信号の１タイムスロット長はＴ／Ｎである。その後、Ｎ個の光位相変調器１０１０が互いに同期して、周期Ｔで同一の時間長Ｔ／Ｎのタイムスロット内で以下の位相変調が行われる。
【０１１０】
【数３０】
【０１１１】
式１８および式２０の第１項は符号が逆であるので、光位相変調器１０１０において信号のチャーピングは相殺される。式２０の第２項では、光離散フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる。各光パルスは、光遅延線１０１２でＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器１０１４で合流され、光出力部１０１６の出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式５および式８に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、光周波数分波器１００８−１〜Ｎにおけるフィルタリングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。したがって、図１８の受信器は、図１６および図１７の構成と比較して、時間ゲート素子が不要であるという利点がある。
【０１１２】
（第８の参考形態）
図１９は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器１１００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部１１０２と、入力された信号光を各出力パスにスイッチングする光スイッチ１１０４と、スイッチングした信号光をＮ分岐する光強度分岐器１１０６−１〜Ｎと、分岐した信号光の位相を調整する光位相シフタ１１０８−１〜Ｎと、位相調整された信号光をそれぞれ遅延する光遅延線１１１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器１１１２−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部１１１４−１〜Ｎとを備えている。この受信器１１００は、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【０１１３】
光スイッチ１１０４では、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットを、時間長Ｔ／Ｎの部分毎に、異なるＮ個の出力パスに、時間周期Ｔで空間的にスイッチングを行う。Ｎ個のパスは、光強度分岐器１１０６−１〜Ｎにおいて等強度でＮ分岐される。Ｎ個の光強度分岐器のそれぞれのＮ本の分岐出力からの信号光を、それぞれＮ本の位相シフタ１１０８−１〜Ｎに入力する。各位相シフタ１１０８では、以下の位相シフトを行う。
【０１１４】
【数３１】
【０１１５】
そして、位相シフト後の光は、光遅延線１１１０で長さの差がＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器１１１２で合流される。これにより、光出力部１１１４−１〜Ｎの出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式５および８に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を光離散フーリエ変換により復調することができる。なお、光スイッチ１１０４におけるスイッチングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。
【０１１６】
送信側におけるそれぞれの同期チャネル信号ｄｎ（ｔ）は、並列信号だけでなく、ｄｎ（ｔ）のＮ倍のビットレートを持つ信号からＮビットごとに時間分離して得られる信号でもよい。
【０１１７】
受信側で復調されるそれぞれのチャネル信号ｄｎ（ｔ）は、そのまま並列信号として処理しても良いが、ｄｎ（ｔ）のＮ倍のビットレートを持つ信号に時間多重した後、処理する形態でももちろん構わない。
【０１１８】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
３，１３ 光ファイバ
２０ 光離散フーリエ変換回路
２１−１〜４ 入力導波路
２３−１〜１６ 位相調節部
２４−１〜１６ 導波路
２６−１〜４ 出力導波路
３０ 光高速フーリエ変換回路
３１−１〜４ 入力導波路
３２−１〜７ 位相調節部
３３−１〜４ 方向性結合器
３４−１〜４ 出力導波路
４０ 光高速フーリエ変換回路
４１−１〜４ 入力導波路
４２−１〜４ 対称マッハツェンダ型干渉計
４３−１〜５ 位相調節部
４４−１〜４ 出力導波路
５０ 光高速フーリエ変換回路
５１−１〜２Ｎ 入力導波路
５３−１〜２Ｎ 導波路
５５−１〜２Ｎ 出力導波路
１００ 光ＯＦＤＭ送信器
１０６−１〜Ｎ 光変調器
１１０ 光出力部
２００ 光ＯＦＤＭ送信器
２０８−１〜Ｎ 光遅延線
２１２ 光出力部
３００ 光ＯＦＤＭ送信器
３０６−１〜Ｎ 光位相変調器
３０８−１〜Ｎ 光変調器
３１２ 光出力部
４００ 光ＯＦＤＭ送信器
４０８−１〜Ｎ 光位相変調器
４１０−１〜Ｎ 光遅延線
４１４ 光出力部
５００ 光ＯＦＤＭ受信器
５０６−１〜Ｎ 光遅延線
５１０−１〜Ｎ 時間ゲート素子
５１２−１〜Ｎ 光出力部
６００ 光ＯＦＤＭ受信器
６０２ 光入力部
６０４ 光位相変調器
６０８−１〜Ｎ 光位相変調器
６１０−１〜Ｎ 光遅延線
６１４−１〜Ｎ 光出力部
７００ 光ＯＦＤＭ受信器
７０２ 光入力部
７０６−１〜Ｎ 光遅延線
７１０−１〜Ｎ 光出力部
８００ 光ＯＦＤＭ受信器
８０２ 光入力部
８１０−１〜Ｎ 光遅延線
８１６−１〜Ｎ 光出力部
９００ 光ＯＦＤＭ受信器
９０２ 光入力部
９０８−１〜Ｎ 光位相シフタ
９１０−１〜Ｎ 光遅延線
９１６−１〜Ｎ 光出力部
１０００ 光ＯＦＤＭ受信器
１００２ 光入力部
１０１０−１〜Ｎ 光位相変調器
１０１２−１〜Ｎ 光遅延線
１０１６−１〜Ｎ 光出力部
１１００ 光ＯＦＤＭ受信器
１１０２ 光入力部
１１０８−１〜Ｎ 光位相シフタ
１１１０−１〜Ｎ 光遅延線
１１１４−１〜Ｎ 光出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野において高い帯域利用効率を実現することができる光直交周波数分割多重（光ＯＦＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送用の送受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの帯域利用効率を高める手段として、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｌｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの研究開発が盛んに行われている。チャネル間隔がΔｆ［Ｈｚ］、チャネルあたりのビットレートがＢＲ［ｂｉｔ／ｓ］の場合、ＷＤＭ伝送システムの帯域利用効率Ｅは、Ｅ＝ＢＲ／Δｆと表される。
【０００３】
図１に、ＷＤＭシステムの構成例を示す（非特許文献１）。複数の光送信器１−１〜Ｊ（等周波数間隔Δｆ）からのデータ信号を、アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などの波長合波器２を用いて合波する。合波信号は、光ファイバ３を伝送した後、ＡＷＧなどの波長分波器４で周波数毎に分波され、複数の光受信器５−１〜Ｊで受信される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A.R.Chraplyvy and R.W.Tkach, “Terabit／second Transmission Experiments,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 34, no. 11, pp.2103−2107, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多値ではない通常のＩＭ−ＤＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）バイナリＷＤＭ伝送（強度０，１のみをデータ信号として用いるＷＤＭ伝送）の場合、通常、図１においては、チャネル間クロストークを避けるため、Δｆ＞ＢＲと設定することが必須となる。そのため、帯域利用効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
また、従来、光ＯＦＤＭ伝送用の信号の生成および復調は、主に電気信号処理によって行われていた。しかしながら、電気信号処理を主とした光ＯＦＤＭ伝送では、電気信号処理の速度に制限されるという問題があった。実際、電気信号処理の場合には、各チャネルのビットレートがＭｂ／ｓオーダに留まっている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、チャネル間を直交状態とすることによって、バイナリ伝送においても高い帯域利用効率を実現することができ、各チャネルのビットレートをＧｂ／ｓオーダーに増大できる光信号処理を用いた光ＯＦＤＭ伝送用の受信器構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、光直交周波数分割多重された光をＮ分岐する光強度分岐器と、前記光強度分岐器からのＮ個の光をそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、前記光遅延線からのＮ個の光を高速フーリエ変換処理するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と、前記光高速フーリエ変換回路からのＮ個の光をゲート処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ個の時間ゲート素子とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、光直交周波数分割多重された光を位相変調して、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内で周波数を時間の関数としてシフトする第１の光位相変調器と、前記光位相変調器からの光を、所定の周波数ごとにＮ個の光パルスに分波する光周波数分波器と、前記光周波数分波器からのＮ個の光パルスについて、それぞれが前記第１の光位相変調器とは符号が逆の位相変調を施すＮ個の第２の光位相変調器と、前記第２の光位相変調器からのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、光直交周波数分割多重された光を、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内でＮ個のパスにスイッチングする光スイッチと、前記光スイッチからのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器から構成され、Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器のうち第Ｍ番目の方向性結合器の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計から構成され、Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の対称マッハツェンダ干渉計のうち第Ｍ番目の対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計から構成され、Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせとから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせのうち第Ｍ番目の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の波長分割多重伝送システムの構成例を示す図である。
【図２】光直交周波数分割多重伝送システムの構成例を示す図である。
【図３】光直交周波数分割多重伝送信号のスペクトルを示す図である。
【図４】第１の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図５】第２の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図６】第３の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図７】第４の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用送信器の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図９】光離散フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１０】光高速フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１１】光高速フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１２】光高速フーリエ変換を実現するための光回路の構成例を示す図である。
【図１３】図８の直交周波数分割多重伝送システム用受信器での光パルスの様子を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１６】第５の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１７】第６の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１８】第７の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図１９】第８の参考形態に係る光直交周波数分割多重伝送システム用受信器の構成例を示す図である。
【図２０】図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合の各部の信号スペクトルを示す図であり、（ａ）は光入力部５０２での信号スペクトル、（ｂ）は出力導波路４４−３での信号スペクトルを示している。
【図２１】図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合の光出力部５１２−１〜４での信号のエラーレート特性を測定した結果を示す図である。
【図２２】図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合の信号ｄ１（ｔ）のエラーレート〜１０−９でのアイパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について、図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１６】
まず、光直交周波数分割多重伝送の概要を説明する。図２に、光直交周波数分割多重伝送システムの構成例を示す。ここで、基準搬送波光周波数をｆ０、第ｎチャネルと第ｎ＋１チャネル間の光周波数間隔をΔｆｎ、各チャネルのタイムスロット時間長をＴ、それぞれが同期したチャネル信号をｄｎ（ｔ）とする。なお、Ｎは２以上の整数であり、ｎ＝０，１，…，Ｎ−１、ｔは時間を表す。また、Δｆｎ＝ｋｎ／Ｔ（ｋｎ：１以上の整数）である。
【００１７】
光送信器１１−１〜Ｎでは、発振光周波数間の位相が光周波数領域において保持された光周波数を、それぞれのチャネル信号ｄｎ（ｔ）を用いて変調している。発振光周波数間の位相、およびチャネル信号ｄｎ（ｔ）間の同期を保ちながら、光強度合流器１２を用いて光送信器１１−１〜Ｎからの各変調信号光を合流する。この合流後の信号Ｓ（ｔ）は、次式で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
サブキャリア（搬送波）ごとの変調波帯信号Ｓｎ（ｔ）は、次式のように表される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
隣接するサブキャリアについての変調波帯信号Ｓｎ（ｔ）およびＳｎ＋1（ｔ）間の相互相関関数ＣＣ［Ｓｎ（ｔ）Ｓｎ＋1（ｔ）］は、次式に示すように、隣接するサブキャリア同士は直交している。
【００２２】
【数３】
【００２３】
このように、ｎによらずｋｎ＝１の場合、隣接チャネルが直交する最小の周波数間隔が得られ、帯域利用効率Ｅ＝１が実現される。この時の各サブキャリアのスペクトル形状を図３に示す。
【００２４】
ある１つのサブキャリアに注目すると、このサブキャリアは他のサブキャリアの中心周波数の位置において周波数成分が０となり、他のサブキャリアに影響を及ぼさない。以降、すべての実施形態では、簡単のためｋｎ＝１の場合について議論を進める。この場合、Ｓ（ｔ）は、次式のように変形することができる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
すなわち、信号光Ｓは、チャネル信号ｄｎの逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）となる。この信号光Ｓは光ファイバ１３を通過した後、光離散フーリエ変換素子１４を経て、もとのｄｎに復調され、光受信器１５−１〜Ｎに入射する。光離散フーリエ変換素子１４では、次式で表される処理が行われる。
【００２７】
【数５】
【００２８】
式４および式５は、ｎのうち１つでもｋｎ≧２（Ｅ＜１）となる場合でも、対応する離散変換の式が存在し、ｎによらずｋｎ＝１の場合と同様な議論ができる。
【００２９】
このように送信器および受信器とも光領域で処理することにより、電気信号処理による速度制限がなくなり、各チャネルのビットレートをＧｂ／ｓオーダにまで高速化することができる。これにより、光直交周波数分割多重伝送のさらなる大容量化を実現することができる。
【００３０】
また、光直交周波数分割多重伝送を用いることによって、時間多重分離（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式における、超短光パルス化を用いた時間多重分離処理（タイムスロットＴ／Ｎ毎の高速時間多重分離処理）を用いる必要はなくなり、タイムスロットＴ毎の低速での処理のみとなる。
【００３１】
（第１の参考形態）
図４は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。この送信器１００は、複数の発振光周波数間の位相が光周波数領域において保持された光源１０２と、光源からの光を光周波数ごとに分波する光周波数分波器１０４と、分波した光をそれぞれチャネル信号で変調する光変調器１０６−１〜Ｎと、変調した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）１０８と、合波した信号光を出力する光出力部１１０とを備えている。この送信器１００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００３２】
光源１０２としては、半導体もしくは光ファイバモードロックレーザ、半導体利得スイッチ光源、または直流光源と光強度変調器（強誘電体材料あるいは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型変調器、または半導体ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器）とを組み合わせた構成とすることができる。あるいは、直流光源と、光位相変調器（強誘電体材料）とを組み合わせた光周波数コム発生器などを用いることができる。光周波数分波器１０４および光周波数合波器１０８としては、アレイ導波路格子または非対称マッハツェンダ型干渉計もしくはそれを多段縦続接続したものなどを用いることができる。光変調器１０６−１〜Ｎとしては、強誘電体材料または半導体材料から構成されたものを用いることができる。また、光強度合流器１０８としては、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ、スターカプラ、方向性結合器を多段縦続接続したもの、または対称マッハツェンダ型干渉計を多段縦続接続したものなどを用いることができる。
【００３３】
図４の構成要素の中で、光周波数分波器１０４、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）１０８および光出力部１１０、ならびに各構成要素の接続部は、安定かつ低損失（〜０．０１ｄＢ／ｃｍ）で、長さおよび位相を精密に調節可能な、シリコンまたはガラス基板上の石英系ガラス導波路技術を用いて作製することができる。位相調節部としては、石英ガラス上に蒸着されたクロムや窒化タンタルの薄膜ヒータ（熱光学位相シフタ、０．０１π以下の精密な位相調節が可能）を用いることができる。また、ポリマー導波路、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＫＴａ1‐ｘＮｂｘＯ３（ＫＴＮ）などの強誘電体導波路、半導体導波路、シリコン導波路、光ファイバなどの導波路単体、またはこれらを複数用いたハイブリッド構成を用いることも可能である。
【００３４】
例えば、光周波数分波器１０４、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）１０８および光出力部１１０、ならびに各構成要素の接続部には石英系ガラス導波路を用い、その他の構成要素には他の材料のデバイスを石英系ガラス導波路にハイブリッド集積する構成とすることができる。光源１０２のモードロックレーザまたは光周波数コム発生器は、複数の周波数間の位相が固定されているため、光周波数分波器１０４で分岐し、光変調器１０６−１〜Ｎにおいて、各周波数成分を、各チャネル信号ｄｎ（ｔ）を用いて周期Ｔで変調（光電変換）する。各変調信号光を、光周波数合波器１０８を用いて合波、あるいは光強度合流器１０８を用いて合流することによって、光出力部１１０において、式１で表される信号光Ｓ（ｔ）を得ることができる。
【００３５】
ここで、光周波数合波器１０８を用いる場合には、低損失の合波が可能となるが、周波数依存素子であるため、変調信号光帯域が狭まる欠点が生じる。また、光強度合流器１０８を用いる場合には、合流損失による損失の増加が生じるが、周波数依存素子ではないため、変調信号光帯域の低減劣化は発生しない。なお、光直交周波数分割多重は、信号の変調ではなく多重化手法であるため、光変調器１０６−１〜Ｎにおける変調は、２値強度変調のみに限定されず、２値であるか、多値であるかにかかわらず、強度変調、位相変調、周波数変調、偏波変調等のいずれでも良い。
【００３６】
（第２の参考形態）
図５は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。本参考形態に係る光送信器は、光直交周波数分割多重伝送システムにおいて、変調器１つのみを用いて簡便に伝送特性をシミュレートするためのものである。光送信器２００は、複数の発振光周波数間の位相が光周波数領域において保持された光源２０２と、光源からの光を特定のチャネル信号で変調する光変調器２０４と、変調した信号光を光周波数ごとに分波する光周波数分波器２０６と、分波した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線２０８−１〜Ｎと、変調した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）２１０と、合波した信号光を出力する光出力部２１２とを備えている。この光送信器２００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００３７】
光変調器２０４は、光源２０２からの光を変調する。この場合、光変調器２０４を駆動する信号はチャネル信号ｄｎ（ｔ）のうち１つのみでよい。次に、光周波数分波器２０６を用いて変調した信号光を波長ごとに分波する。各波長のデータ信号は同一の変調器を用いて変調されたため、時間的に分離し、各波長間のデータ相関を減少させる必要がある。そのため、光遅延線２０８−１〜Ｎの長さはそれぞれ異なる値に定め、最小長さを基準とした長さの差は、ｐＴｃ０／ｎｅｆｆとなるように設定する。ここで、ｐは０または２以上の偶数、ｃ０は真空中の光速、ｎeffは光周波数分波器の出力と光周波数合波器（または光強度合流器）の入力を結ぶＮ個の部分の等価屈折率である。ｐを１以上の奇数としないのは、各波長間で同じデータが連続するのを避けるためである。最後に、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）２１０を用いて各波長の信号を合波し（あるいは合流し）、光出力部２１２で信号光Ｓ（ｔ）のシミュレーション信号が得られる。なお、遅延線以外では各波長に対応する導波路の長さは等しく設定されているものとする。
【００３８】
（第３の参考形態）
図６は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。この光送信器３００は、特定の発振光周波数を有する光源３０２と、光源からの光をＮ分岐する光強度分岐器３０４と、分岐した光を位相変調する光位相変調器３０６−１〜Ｎと、位相変調して周波数がシフトした光をチャネル信号で変調する光変調器３０８−１〜Ｎと、変調した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）３１０と、合波した信号光を出力する光出力部３１２とを備えている。この光送信器３０２は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００３９】
光源３０２からの特定の発振光周波数ｆ０を有する光を、光強度分岐器３０４を用いてＮ分岐し、光位相変調器３０６−１〜Ｎに入射する。光強度分岐器３０４は、光強度合流器の入出力を逆にして構成することができる。光位相変調器３０６−１〜Ｎは、各チャネルの光の位相φｎ（ｔ）に対して以下の位相変調を施す。
【００４０】
【数６】
【００４１】
式６の位相変調を与えられた光の周波数ｆｎ（ｔ）はもとの周波数ｆ0からシフトし、次式で与えられる。
【００４２】
【数７】
【００４３】
そして、光変調器３０８−１〜Ｎで、各チャネルの周波数成分ｆｎ（ｔ）を、各チャネル信号ｄｎ（ｔ）を用いて変調し、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）３１０で中心周波数
【００４４】
【数８】
【００４５】
毎の合波（あるいは合流）を行うことによって、光出力部３１２において、式１で表される信号光Ｓ（ｔ）を得ることができる。
【００４６】
光周波数合波器３１０は、光強度合流器３１０とするよりも素子の損失は低下する。光周波数合波器３１０での中心周波数
【００４７】
【数９】
【００４８】
毎の合波は、不均一な周波数間隔となる可能性があるが、アレイ導波路格子または非対称マッハツェンダ型干渉計もしくはそれを多段縦続接続した光周波数合波器は、不均一な周波数間隔の合波にも対応可能である。
【００４９】
（第４の参考形態）
図７は、本参考形態に係る送信器の構成例を示している。本参考形態に係る光送信器は、光直交周波数分割多重伝送システムにおいて、変調器１つのみを用いて簡便に伝送特性をシミュレートするためのものである。光送信器４００は、特定の発振光周波数を有する光源４０２と、光源からの光を特定のチャネル信号で変調する光変調器４０４と、変調した信号光をＮ分岐する光強度分岐器４０６と、分岐した信号光を位相変調する光位相変調器４０８−１〜Ｎと、位相変調した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線４１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合波する光周波数合波器（あるいは光強度合流器）４１２と、合波した信号光を出力する光出力部４１４とを備えている。この光送信器４００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００５０】
光源４０２からの特定の発振光周波数ｆ０を有する光を、光変調器４０４を用いて変調する。光変調器４０４を駆動する信号はチャネル信号ｄｎ（ｔ）のうち１つのみでよい。次に、光強度分岐器４０６を用いて変調信号光をＮ分岐し、光位相変調器４０８−１〜Ｎに入射する。光位相変調器４０８−１〜Ｎでは、各チャネルの光の位相φｎ（ｔ）および周波数ｆｎ（ｔ）は、それぞれ、式６および式７で表される。各分岐のデータ信号は同一の変調器を用いて変調されたため、時間的に分離し、各波長間のデータ相関を減少させる必要がある。そのため、光遅延線４１０−１〜Ｎの長さはそれぞれ異なる値に定め、最小長さを基準とした長さの差は、ｐＴｃ０／ｎｅｆｆとなるように設定する。ここで、ｐは０および２以上の偶数、ｃ０は真空中の光速、ｎeffは光強度分岐器の出力と光周波数合波器（または光強度合流器）の入力を結ぶＮ個の部分の等価屈折率である。最後に、光周波数合波器（あるいは光強度合流器）４１２を用いて各チャネルの変調信号光を合波し（あるいは合流し）、光出力部４１４で信号光Ｓ（ｔ）のシミュレーション信号が得られる。
【００５１】
（第１の実施形態）
図８は、本発明の第１実施形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器５００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部５０２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器５０４と、分岐した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線５０６−１〜Ｎと、遅延した信号光をフーリエ変換処理する光高速フーリエ変換回路５０８と、フーリエ変換処理された信号光をゲート処理する時間ゲート素子５１０−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部５１２−１〜Ｎとを備えている。この光受信器５００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００５２】
受信側において、光直交周波数分割多重された信号光Ｓ（ｔ）から各チャネル信号ｄｎ（ｔ）を一括復調する際、式５で示す光離散フーリエ変換が必要となる。光離散フーリエ変換の演算量（かけ算量）を削減し、ハード面でも構成の簡略化が可能な光高速フーリエ変換について説明する。なお、簡単のためＮ＝４の場合について説明する。この場合、式５で示す光離散フーリエ変換は次式で表される。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
ここで、チャネル信号ｄｎ（ｔ）は次式のように変形できる。
【００５５】
【数１１】
【００５６】
したがって、式８は、次式のように変形できる。
【００５７】
【数１２】
【００５８】
式１０は、式８と比較してかけ算の数が１６から８に低減されている。これが光高速フーリエ変換である。かけ算が半分となっているため、演算量の低下、すなわち演算を実現するための光回路構成の簡略化を実現することができる。
【００５９】
図９に、式８の演算を実現するための光回路の構成例を、図１０および図１１に、式１０を実現するための光回路の構成例を示す。
【００６０】
図９は、光離散フーリエ変換を実現するための光回路である。この光回路２０は、４本の入力導波路２１−１〜４と、４個の光強度分岐器２２−１〜４と、１６個の位相調節部２３−１〜１６と、１６本の導波路２４−１〜１６と、４個の光強度合流器２５−１〜４と、４本の出力導波路２６−１〜４とから構成されている。入力導波路２１−１〜４のそれぞれの長さ、導波路２４−１〜１６のそれぞれの長さ、および出力導波路２６−１〜４のそれぞれの長さは等しく設定する。これは、式８における位相関係を保持するためである。計１６個（一般的にはＮ２個）の位相調節部２３−１〜１６の位相を調節することによって、式８の関係が満たされるようにする。なお、位相調節部２３−１〜１６の１つに対して、他の１５個の位相調節部の相対位相が合えばよいので、位相調節部の必要最低数は１５個（一般的にはＮ２−１個）となる。このようにして光離散フーリエ変換を実際の光回路を用いて実現することができる。なお、この光回路は、交差部分が多く、導波路損失が高くなる欠点がある。
【００６１】
図１０は、光高速フーリエ変換を実現するための光回路である。この光回路３０は、４本の入力導波路３１−１〜４と、７個の位相調節部３２−１〜７と、４個の方向性結合器３３−１〜４と、４本の出力導波路３４−１〜４とから構成されている。入力導波路３１−１〜４のそれぞれの長さ、出力導波路３４−１〜４のそれぞれの長さ、方向性結合器３３−１〜４同士を結ぶ導波路のそれぞれの長さは等しく設定する。これは、式１０における位相関係を保持するためである。方向性結合器３３−１〜４の伝達行列ｆｃｐｌは、強度結合率κが０．５（３ｄＢカプラ）の場合、次式で表される。
【００６２】
【数１３】
【００６３】
したがって、位相調節部３２−１〜７の位相を−π／２（伝達式ｅｘｐ（ｊπ／２））に設定した場合、図１０の構成を用いて式１０の演算（光高速フーリエ変換）が実現できる。詳細は以下の通りである。図１０中の（Ｆ０，Ｆ１）、（Ｆ２，Ｆ３）は以下の式で表される。
【００６４】
【数１４】
【００６５】
【数１５】
【００６６】
よって、（ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ））、（ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ））は以下の式で表される。
【００６７】
【数１６】
【００６８】
【数１７】
【００６９】
上２式は、定数倍の係数を除いて式１０に一致する。
【００７０】
方向性結合器の伝達行列および図１０の出力を示すベクトル表示における定数倍の係数は、信号の復調には影響しない。なお、図１０の構成例は、例示であり、位相調節部３２−１〜７の設置場所やその設定量は変更してもよい。図９と比較して、図１０の構成では、導波路の数は２４から４に、位相調節部の数は１５から７に低減されていることがわかる。この低減効果は、通常２の倍数に設定されるＮの数が大きくなるほど顕著になる。なお、方向性結合器３３−１〜４としては、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ、スターカプラなどを用いることもできる。
【００７１】
図１１は、光高速フーリエ変換を実現するための他の構成の光回路を示している。この光回路４０は、４本の入力導波路４１−１〜４と、４個の対称マッハツェンダ型干渉計４２−１〜４と、５個の位相調節部４３−１〜５と、４本の出力導波路４４−１〜４とから構成されている。入力導波路４１−１〜４のそれぞれの長さ、出力導波路４４−１〜４のそれぞれの長さ、対称マッハツェンダ型干渉計４２−１〜４同士を結ぶ導波路のそれぞれの長さは等しく設定する。これは、式１０における位相関係を保持するためである。対称マッハツェンダ型干渉計４２−１〜４の伝達行列ｆｓｍｚｉは、対称マッハツェンダ型干渉計を構成する方向性結合器の強度結合率κが０．５、位相調節部４３−１〜４の位相設定量φがπ／２の場合、次式で表される。
【００７２】
【数１８】
【００７３】
したがって、位相調節部４３−５の位相をπ／２（伝達式ｅｘｐ（−ｊπ／２））に設定した場合、図１１の構成を用いて式１０の演算（光高速フーリエ変換）が実現できる。詳細は以下の通りである。図１１中の（Ｆ０，Ｆ１）、（Ｆ２，Ｆ３）は以下の式で表される。
【００７４】
【数１９】
【００７５】
【数２０】
【００７６】
よって、（ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ））、（ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ））は以下の式で表される。
【００７７】
【数２１】
【００７８】
【数２２】
【００７９】
上２式は、定数倍の係数を除いて式１０に一致する。
【００８０】
なお、図１１の構成例は、例示であり、位相調節部４３−５の設置場所やその設定量は変更することができる。図１０と比較して、図１１の構成ではさらに、位相調節部の数は７から５に低減されていることがわかる。この低減効果はＮの数が大きくなるほど顕著になる。
【００８１】
図１０および１１に関する説明より、光高速フーリエ変換を実現するためには、方向性結合器と対称マッハツェンダ型干渉計は、総数がＮであれば、任意の数ずつ組み合わせて用いても良い。また、一般に、２Ｎ入力２Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路は、Ｎ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路を２個組み合わせて、図１２のように構成することができる。
【００８２】
この光回路５０は、２Ｎ本の入力導波路５１−１〜２Ｎと、２個のＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変調回路５２−１および５２−２と、２Ｎ本の光高速フーリエ変調回路と方向性結合器を接続する導波路５３−１〜２Ｎと、Ｎ個の方向性結合器（あるいは対称マッハツェンダ型干渉計）５４−１〜Ｎと、２Ｎ本の出力導波路５５−１〜２Ｎとから構成されている。なお、この図では位相調節部は省略した。入力導波路５１−１〜２Ｎのそれぞれの長さ、導波路５３−１〜２Ｎのそれぞれの長さ、および出力導波路５５−１〜２Ｎのそれぞれの長さは等しい長さに設定する。これは、式１０における位相関係を保持するためである。また、光高速フーリエ変換を実現するための他の光回路の構成として、Ｎ入力Ｎ出力のＭＭＩカプラやスターカプラなども考えられる。
【００８３】
図１３に、図８の各部での１タイムスロット分の光パルスの様子を示す。具体的には、図１３（ａ）は、図８の入力導波路部での光パルスの様子であり、図１３（ｂ）は、図８の遅延線の出力での光パルスの様子であり、図１３（ｃ）は、図８の光高速フーリエ変換回路の出力での光パルスの様子であり、図１３（ｄ）は、図８の出力導波路部での光パルスの様子を示している。本図においても、簡単のため、Ｎ＝４の場合について説明する。図１３（ａ）に示す入力光パルスは、光強度分岐器５０４でＮ分岐され、光遅延線５０６−１〜ＮではＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられる（図１３（ｂ））。光高速フーリエ変換回路５０８において、光高速フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる（図１３（ｃ））。各パルスが重なった部分のみを時間ゲート素子５１０−１〜Ｎによるゲーティングにて時間的に取り出した場合、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式１０に対応するｄｎ（ｔ）を復調することができる。
【００８４】
なお、時間ゲート素子５１０−１〜Ｎとしては、強誘電体材料あるいは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型変調器や、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いたゲーティング、信号光の光電変換後の電気領域でのゲーティングなどを用いることができるが、ゲート時間窓を短く設定することができる半導体ＥＡ変調器が現状では最適であると考えられる。
【００８５】
図８でＮ＝４とし、光フーリエ変換回路部を図１１で構成した場合について、図８の動作を実証する実験を行った。図８の光入力部５０２に１０Ｇｂｉｔ／ｓ×４チャネルの光ＯＦＤＭ信号を入射した。各チャネルは別々のデータ信号で変調され、各チャネル間の周波数差は１０ＧＨｚである。図２０（ａ）、（ｂ）に、それぞれ光入力部５０２および出力導波路４４−３での信号スペクトルを示す。図２０（ｂ）より、ｄ１（ｔ）のスペクトルがきれいに抜き出されていることがわかる。また、図２１に、光出力部５１２−１〜４での信号（それぞれ、ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ），ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ）に対応）のエラーレート特性を測定した結果を示す。●は、光入力部５０２にｄ１（ｔ）のみを入射した場合の参照エラーレート特性を示す。また、図２２に示すアイパターンは、ｄ１（ｔ）のエラーレート〜１０−９でのものを示している。図２１の結果より、図８の構成を用いて、ｄ０（ｔ），ｄ２（ｔ），ｄ１（ｔ），ｄ３（ｔ）のいずれに関してもエラーレート〜１０−９が達成され、光ＯＦＤＭ信号から正確に分離されていることがわかる。
【００８６】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器６００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部６０２と、入力された信号光を位相変調する光位相変調器６０４と、位相変調して周波数がシフトした信号光を周波数分波する光周波数分波器６０６と、分波した信号光のチャーピングを相殺する光位相変調器６０８−１〜Ｎと、分波した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線６１０−１〜Ｎと、遅延した信号光をフーリエ変換処理する光高速フーリエ変換回路６１２と、復調されたチャネル信号を出力する光出力部６１４−１〜Ｎとを備えている。この受信器６００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００８７】
光入力部６０２からの光直交周波数分割多重された信号光の位相θ（ｔ）に対して、光位相変調器６０４は、ａを定数として以下の位相変調を施す。
【００８８】
【数２３】
【００８９】
式１３の位相変調を与えられた光の周波数ｆ（ｔ）はもとの周波数ｆ０からシフトし、次式で与えられる。
【００９０】
【数２４】
【００９１】
光周波数分波器６０６では、位相変調により周波数がシフトされる信号光ｆ（ｔ）に対して、光中心周波数２ａＴ／Ｎ毎の分波が行われる。各分波信号光の１タイムスロット長はＴ／Ｎである。その後、Ｎ個の光位相変調器６０８−１〜Ｎが互いに同期して、周期Ｔで同一の時間長Ｔ／Ｎのタイムスロット内で以下の位相変調が行われる。
【００９２】
【数２５】
【００９３】
式１３および式１５は符号が逆であるので、光位相変調器６０８−１〜Ｎにおいて信号光のチャーピングは相殺される。次に、光遅延線６１０−１〜ＮでＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、Ｎ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路６１２において、光高速フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる。光出力部６１４−１〜Ｎの出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式１０に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、光周波数分波器６０６におけるフィルタリングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。したがって、図１４の受信器は、図８の構成と比較して、時間ゲート素子が不要であるという利点がある。
【００９４】
（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器７００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部７０２と、入力された信号光を各パスにスイッチングする光スイッチ７０４と、スイッチングした信号光をそれぞれ遅延する光遅延線７０６−１〜Ｎと、遅延した信号光をフーリエ変換処理する光高速フーリエ変換回路７０８と、復調されたチャネル信号を出力する光出力部７１０−１〜Ｎとを備えている。この受信器７００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００９５】
光スイッチ７０４では、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットを、時間長Ｔ／Ｎの部分毎に、異なるＮ個の出力パスに、時間周期Ｔで空間的にスイッチングを行う。スイッチングにより取り出された光パルスは、光遅延線７０６−１〜ＮでＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光高速フーリエ変換回路７０８において、光高速フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる。光出力部７１０−１〜Ｎの出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式１０に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、光スイッチ７０４におけるスイッチングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。したがって、図１５の受信器は、図８の構成と比較して、時間ゲート素子が不要であるという利点がある。光スイッチ７０４としては、高速性が要求されるため、通常、強誘電体材料あるいは半導体材料から構成されるものが用いられる。
【００９６】
（第５の参考形態）
図１６は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器８００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部８０２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器８０４と、分岐した信号光を位相変調する光位相変調器８０６−１〜Ｎと、位相変調した信号光をさらにＮ分岐する光強度分岐器８０８−１〜Ｎと、分岐した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線８１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器８１２−１〜Ｎと、合流した信号光をゲート処理する時間ゲート素子８１４−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部８１６−１〜Ｎとを備えている。この受信器８００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【００９７】
光強度分岐器８０４において、入力信号光を等強度でＮ分岐する。各位相変調器８０６は、周期Ｔで同一の時間長Ｔのタイムスロット内で位相φｎ（ｔ）に対して以下の位相変調を施す。
【００９８】
【数２６】
【００９９】
次に、光強度分岐器８０８で、位相変調器８０６からの光をさらに等強度でＮ分岐する。そして、分岐後の光は、光遅延線８１０でＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器８１２で合流され、時間ゲート素子８１４で、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットからの時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出す時間ゲーティングを行うことにより、式５および式８で表される光離散フーリエ変換操作を直接的に実行し、チャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。
【０１００】
（第６の参考形態）
図１７は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器９００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部９０２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器９０４と、分岐した信号光をさらに分岐する光強度分岐器９０６−１〜Ｎと、分岐した信号光の位相を調整する光位相シフタ９０８−１〜Ｎと、位相調整された信号光をそれぞれ遅延する光遅延線９１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器９１２−１〜Ｎと、合流した信号光をゲート処理する時間ゲート素子９１４−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部９１６−１〜Ｎとを備えている。この受信器９００は、例えば、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【０１０１】
光強度分岐器９０４において、入力信号光を等強度でＮ分岐する。Ｎ分岐した信号光をそれぞれを光強度分岐器９０６−１〜Ｎにおいてさらに等強度でＮ分岐する。なお、光強度分岐器９０４および９０６−１〜Ｎは、１入力Ｎ２出力の１つの光強度分岐器にまとめても良い。Ｎ個の光強度分岐器９０６−１〜ＮのそれぞれのＮ本の分岐出力からの信号光を、それぞれＮ本の位相シフタ９０８−１〜Ｎに入力する。各位相シフタ９０８では、以下の位相シフトを行う。
【０１０２】
【数２７】
【０１０３】
そして、位相シフト後の光は、光遅延線９１０で長さの差がＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器９１２で合流され、時間ゲート素子９１４で、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットからの時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出す時間ゲーティングを行う。これにより、式５および８で表される光離散フーリエ変換操作を直接的に実行し、チャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、位相シフタ９０８−１〜Ｎと光遅延線９１０−１〜Ｎの配置の順序は図１７の逆でも良い。
【０１０４】
（第７の参考形態）
図１８は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器１０００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部１００２と、入力された信号光をＮ分岐する光強度分岐器１００４と、分岐した信号光を位相変調する光位相変調器１００６−１〜Ｎと、位相変調して周波数がシフトした信号光を周波数分波する光周波数分波器１００８−１〜Ｎと、分波した信号光のチャーピングを相殺する光位相変調器１０１０−１〜Ｎと、分波した信号光をそれぞれ遅延する光遅延線１０１２−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器１０１４−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部１０１６−１〜Ｎとを備えている。この受信器１０００は、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【０１０５】
光強度分岐器１００４からのそれぞれの光の位相θｎ（ｔ）に対して、光位相変調器１００６−１〜Ｎは、ｂｎを定数として以下の位相変調を施す。
【０１０６】
【数２８】
【０１０７】
式１８の位相を与えられた光の周波数ｆｎ（ｔ）はもとの周波数ｆ０からシフトし、次式で与えられる。
【０１０８】
【数２９】
【０１０９】
光周波数分波器１００８−１〜Ｎでは、中心周波数２ｂｎＴ／Ｎ毎の分波が行われる。各分波信号の１タイムスロット長はＴ／Ｎである。その後、Ｎ個の光位相変調器１０１０が互いに同期して、周期Ｔで同一の時間長Ｔ／Ｎのタイムスロット内で以下の位相変調が行われる。
【０１１０】
【数３０】
【０１１１】
式１８および式２０の第１項は符号が逆であるので、光位相変調器１０１０において信号のチャーピングは相殺される。式２０の第２項では、光離散フーリエ変換に相当する位相が各光パルスに与えられる。各光パルスは、光遅延線１０１２でＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器１０１４で合流され、光出力部１０１６の出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式５および式８に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を復調することができる。なお、光周波数分波器１００８−１〜Ｎにおけるフィルタリングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。したがって、図１８の受信器は、図１６および図１７の構成と比較して、時間ゲート素子が不要であるという利点がある。
【０１１２】
（第８の参考形態）
図１９は、本参考形態に係る受信器の構成例を示している。この光受信器１１００は、光直交周波数分割多重された信号光が入力される光入力部１１０２と、入力された信号光を各出力パスにスイッチングする光スイッチ１１０４と、スイッチングした信号光をＮ分岐する光強度分岐器１１０６−１〜Ｎと、分岐した信号光の位相を調整する光位相シフタ１１０８−１〜Ｎと、位相調整された信号光をそれぞれ遅延する光遅延線１１１０−１〜Ｎと、遅延した信号光を合流する光強度合流器１１１２−１〜Ｎと、復調されたチャネル信号を出力する光出力部１１１４−１〜Ｎとを備えている。この受信器１１００は、導波路技術を用いて１つの基板上に構成することができる。
【０１１３】
光スイッチ１１０４では、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）の同一の時間長Ｔのタイムスロットを、時間長Ｔ／Ｎの部分毎に、異なるＮ個の出力パスに、時間周期Ｔで空間的にスイッチングを行う。Ｎ個のパスは、光強度分岐器１１０６−１〜Ｎにおいて等強度でＮ分岐される。Ｎ個の光強度分岐器のそれぞれのＮ本の分岐出力からの信号光を、それぞれＮ本の位相シフタ１１０８−１〜Ｎに入力する。各位相シフタ１１０８では、以下の位相シフトを行う。
【０１１４】
【数３１】
【０１１５】
そして、位相シフト後の光は、光遅延線１１１０で長さの差がＴｃ０／（Ｎｎｅｆｆ）ずつ異なる遅延を与えられた後、光強度合流器１１１２で合流される。これにより、光出力部１１１４−１〜Ｎの出力として、光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から、式５および８に対応するチャネル信号ｄｎ（ｔ）を光離散フーリエ変換により復調することができる。なお、光スイッチ１１０４におけるスイッチングによって、各パルスが重なる部分のみの時間的取り出しは完了している。
【０１１６】
送信側におけるそれぞれの同期チャネル信号ｄｎ（ｔ）は、並列信号だけでなく、ｄｎ（ｔ）のＮ倍のビットレートを持つ信号からＮビットごとに時間分離して得られる信号でもよい。
【０１１７】
受信側で復調されるそれぞれのチャネル信号ｄｎ（ｔ）は、そのまま並列信号として処理しても良いが、ｄｎ（ｔ）のＮ倍のビットレートを持つ信号に時間多重した後、処理する形態でももちろん構わない。
【０１１８】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
３，１３ 光ファイバ
２０ 光離散フーリエ変換回路
２１−１〜４ 入力導波路
２３−１〜１６ 位相調節部
２４−１〜１６ 導波路
２６−１〜４ 出力導波路
３０ 光高速フーリエ変換回路
３１−１〜４ 入力導波路
３２−１〜７ 位相調節部
３３−１〜４ 方向性結合器
３４−１〜４ 出力導波路
４０ 光高速フーリエ変換回路
４１−１〜４ 入力導波路
４２−１〜４ 対称マッハツェンダ型干渉計
４３−１〜５ 位相調節部
４４−１〜４ 出力導波路
５０ 光高速フーリエ変換回路
５１−１〜２Ｎ 入力導波路
５３−１〜２Ｎ 導波路
５５−１〜２Ｎ 出力導波路
１００ 光ＯＦＤＭ送信器
１０６−１〜Ｎ 光変調器
１１０ 光出力部
２００ 光ＯＦＤＭ送信器
２０８−１〜Ｎ 光遅延線
２１２ 光出力部
３００ 光ＯＦＤＭ送信器
３０６−１〜Ｎ 光位相変調器
３０８−１〜Ｎ 光変調器
３１２ 光出力部
４００ 光ＯＦＤＭ送信器
４０８−１〜Ｎ 光位相変調器
４１０−１〜Ｎ 光遅延線
４１４ 光出力部
５００ 光ＯＦＤＭ受信器
５０６−１〜Ｎ 光遅延線
５１０−１〜Ｎ 時間ゲート素子
５１２−１〜Ｎ 光出力部
６００ 光ＯＦＤＭ受信器
６０２ 光入力部
６０４ 光位相変調器
６０８−１〜Ｎ 光位相変調器
６１０−１〜Ｎ 光遅延線
６１４−１〜Ｎ 光出力部
７００ 光ＯＦＤＭ受信器
７０２ 光入力部
７０６−１〜Ｎ 光遅延線
７１０−１〜Ｎ 光出力部
８００ 光ＯＦＤＭ受信器
８０２ 光入力部
８１０−１〜Ｎ 光遅延線
８１６−１〜Ｎ 光出力部
９００ 光ＯＦＤＭ受信器
９０２ 光入力部
９０８−１〜Ｎ 光位相シフタ
９１０−１〜Ｎ 光遅延線
９１６−１〜Ｎ 光出力部
１０００ 光ＯＦＤＭ受信器
１００２ 光入力部
１０１０−１〜Ｎ 光位相変調器
１０１２−１〜Ｎ 光遅延線
１０１６−１〜Ｎ 光出力部
１１００ 光ＯＦＤＭ受信器
１１０２ 光入力部
１１０８−１〜Ｎ 光位相シフタ
１１１０−１〜Ｎ 光遅延線
１１１４−１〜Ｎ 光出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、
光直交周波数分割多重された光をＮ分岐する光強度分岐器と、
前記光強度分岐器からのＮ個の光をそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、
前記光遅延線からのＮ個の光を高速フーリエ変換処理するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と、
前記光高速フーリエ変換回路からのＮ個の光をゲート処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ個の時間ゲート素子と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、
光直交周波数分割多重された光を位相変調して、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内で周波数を時間の関数としてシフトする第１の光位相変調器と、
前記光位相変調器からの光を、所定の周波数ごとにＮ個の光パルスに分波する光周波数分波器と、
前記光周波数分波器からのＮ個の光パルスについて、それぞれが前記第１の光位相変調器とは符号が逆の位相変調を施すＮ個の第２の光位相変調器と、
前記第２の光位相変調器からのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、
前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項３】
光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、
光直交周波数分割多重された光を、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内でＮ個のパスにスイッチングする光スイッチと、
前記光スイッチからのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、
前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、
前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、
Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器から構成され、
Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器のうち第Ｍ番目の方向性結合器の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とすることを特徴とする光受信器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、
前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、
Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計から構成され、
Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の対称マッハツェンダ干渉計のうち第Ｍ番目の対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする光受信器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、
前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、
Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計から構成され、
Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせとから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせのうち第Ｍ番目の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする光受信器。
【請求項１】
光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、
光直交周波数分割多重された光をＮ分岐する光強度分岐器と、
前記光強度分岐器からのＮ個の光をそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、
前記光遅延線からのＮ個の光を高速フーリエ変換処理するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と、
前記光高速フーリエ変換回路からのＮ個の光をゲート処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ個の時間ゲート素子と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、
光直交周波数分割多重された光を位相変調して、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内で周波数を時間の関数としてシフトする第１の光位相変調器と、
前記光位相変調器からの光を、所定の周波数ごとにＮ個の光パルスに分波する光周波数分波器と、
前記光周波数分波器からのＮ個の光パルスについて、それぞれが前記第１の光位相変調器とは符号が逆の位相変調を施すＮ個の第２の光位相変調器と、
前記第２の光位相変調器からのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、
前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項３】
光直交周波数分割多重伝送用の光受信器であって、
光直交周波数分割多重された光を、チャネル信号のタイムスロット長Ｔ内でＮ個のパスにスイッチングする光スイッチと、
前記光スイッチからのＮ個の光パルスをそれぞれ遅延するＮ本の光遅延線と、
前記光遅延線からのＮ個の光パルスを高速フーリエ変換処理して、チャネルごとに復調されたチャネル信号を出力するＮ入力Ｎ出力の光高速フーリエ変換回路と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、
前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、
Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器から構成され、
Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器のうち第Ｍ番目の方向性結合器の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とすることを特徴とする光受信器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、
前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、
Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計から構成され、
Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の対称マッハツェンダ干渉計とから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の対称マッハツェンダ干渉計のうち第Ｍ番目の対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする光受信器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の光受信器であって、
前記光高速フーリエ変換回路は、Ｎ＝２Ｌ（Ｌ：１以上の整数）個の入力および出力を有し、
Ｌが１の場合、１個の２入力２出力の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計から構成され、
Ｌが２以上の場合、２個のＮ／２入力Ｎ／２出力の光高速フーリエ変換回路と、Ｎ／２個の２入力２出力の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせとから構成され、前記２個の光高速フーリエ変換回路のうちそれぞれの第Ｍ番目（Ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／２）の出力を、前記Ｎ／２個の方向性結合器および対称マッハツェンダ干渉計の組み合わせのうち第Ｍ番目の方向性結合器または対称マッハツェンダ干渉計の入力にそれぞれ接続するように構成されたことを特徴とする光受信器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−２５７３１３（Ｐ２０１２−２５７３１３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８１０６９（Ｐ２０１２−１８１０６９）
【出願日】平成２４年８月１７日（２０１２．８．１７）
【分割の表示】特願２００８−２７３４９１（Ｐ２００８−２７３４９１）の分割
【原出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１７日（２０１２．８．１７）
【分割の表示】特願２００８−２７３４９１（Ｐ２００８−２７３４９１）の分割
【原出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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