JP2001519923A

JP2001519923A - 光学スペクトルに含まれるスペクトル光線を多重化解除する装置

Info

Publication number: JP2001519923A
Application number: JP54208398A
Authority: JP
Inventors: シルヴァンマニェ; ピエールフェルディナン; ジルグラン
Original assignee: コミッサリアタレネルジーアトミーク
Priority date: 1997-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2001-10-23
Also published as: WO1998043119A1; EP0968446A1; DE69802911T2; CA2284906C; US6226426B1; FR2761164A1; FR2761164B1; CA2284906A1; EP0968446B1; DE69802911D1

Abstract

(57)【要約】本発明は、光学スペクトルに含まれるスペクトル線を多重化解除する装置に関する。この装置は、エネルギー分離器（２ａ、２ｂ、２ｃ）と選択的波長光反射器（１２）とを備え、各選択的波長光反射器は、１本のスペクトル線に関連するスペクトル領域を含み、したがって、この特定のスペクトル線のみを反射する波長帯域を有する。本発明は、建物や航空機などの構造の調査に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】光学スペクトルに含まれるスペクトル光線を多重化解除する装置発明の分野本発明は、光学スペクトルに含まれるスペクトル線を多重化解除する装置に関する。この装置は、光通信の分野の応用例に使用することができる。本発明は、特に光ファイバ・センサ網における応用例に使用することができる。文書（１）ないし（４）を参照する。これらの文書は、以下で引用する他の文書と同様に、本明細書の説明の終りの部分に列挙されている。この種のセンサ網は、建築、公共事業、交通、航空、航空宇宙業界の各分野で構造を調査するために使用される。背景技術光集積回路で多重化解除を行うための４つの技法が知られている。第１の技法は、エッチングされた格子を使用し、第２の技法はマッハ・ツェンダー干渉計を使用し、第３の技法は位相網またはＰＨＡＳＡＲ網（すなわち、ＰＨＡＳｅ−Ａｒａｙ）を使用し、第４の技法は、平衡マッハ・ツェンダー干渉計または１００％カプラを、２つのアーム上の同様にフォトエッチングされたブラッグ格子と共に使用する(「ＡＤＤ−ＤＲＯＰマルチプレクサ」)。第１の技法は、高レベルにエッチングされブレージングされた円形の出力フィールドまたは平坦な出力フィールドを有する凹面格子による光回折を使用する。シリコン上にシリカ・ガイドがあるときは垂直エッチングが可能であり、それによって深さ２５μｍに達することができる。この主題に関する他の情報については文書（６）を参照することができる。この場合、デマルチプレクサ構成要素は、エッチングされた回折格子の方向へ光を送る平面ガイドに接続された入力ファイバからなる。円形出力フィールド格子の例では、入射光線と、様々な入力角で再合焦された回折光とが、ローランド円上に位置する。平坦フィールド格子の例（文書（６）参照）では、波長ごとに分散された無収差点が、反射ビームに直交するように整列する。格子は、反射を使用して動作する場合は、金属被覆される。格子エッチングの形状は、文書（７）に示されたように、いくつかの楕円で構成することができる。回折ビームは、たとえば、文書（６）に示されたようにモード直径が９μｍで間隔が１６μｍの単一モード・ガイド上、または文書（５）に示されたようにストリップを形成するフォトダイオード上で再合焦される。格子は好ましくは、文書（６）の４から文書（５）の５０までの範囲の高オーダーの回折で動作し、通信用の高密度多重化解除を行う。第２の技法は、直列接続されたいくつかのマッハ・ツェンダー干渉計または同様な干渉計に基づく技法である。これらの干渉計はすべて、光路が特性非平衡値を有するので非平衡的である。この主題に関する他の情報については文書（８）を参照することができる。４チャネル・デマルチプレクサの場合、たとえば、非平衡がそれぞれ、ΔＬ₁ およびΔＬ₂＝ΔＬ₁＋λ／_4nである２つの干渉計と、７．５ｎｍのチャネルと１５５０ｎｍのチャネルを分離するために非平衡ΔＬ₃が２・ΔＬ₁（通常は５０μ ｍないし１００μｍ程度）に等しい第３の干渉計が使用される。この場合、Ｎはモードの有効指数である。第３の技法は、２つの平坦な入力ガイドおよび出力ガイドを円形界面に接続するいくつかの並列単一モード移相器ガイドを備える光学フェーズ・アレイ格子を使用する。この主題に関する他の情報については文書（９）を参照することができる。入力ガイドおよび出力ガイドは、平坦なガイドの他の円形界面に接続される。入力ガイドから射出された光は、平坦な入力ガイド内で分散され、界面に位置するすべての移相器ガイドを覆う。平坦なガイドの出口から出た光線が、凹斜面回折格子から反射された場合と同様に互いに干渉するように、各移相器ガイドの間には長さの一定の差がある。移相器ガイドによって誘導される光路内の移相は、界面に対する光波の立上りの勾配と同じ効果を与える。ＰＨＡＳＡＲは、透過によって動作し、したがって、オーダーが非常に高く(約５０ないし１００)、かつ多重化能力の高い凹面回折格子と同様に動作する。この主題に関する他の情報については文書（１０）を参照することができる。より優れたスペクトル画定は、多数の移相器ガイドを使用して行われる。たとえば、文書（１１）では、６０個の移相器ガイドが使用される。回路の偏光に対する依存性をなくすために、移相器ガイドで構成された光学回路の中央に半波回路を挿入することができる。第４の技法は、平衡マッハ・ツェンダー干渉計または１００％カプラを、２つのアーム上で同様にフォトエッチングされたブラッグ格子と共に使用する。ブラッグ波長のすべての異なる波長に関して、光はポート１に入射され、ポート３から放出され(１００％結合)、ブラッグ波長光はポート２で選択的に反射される。上記の参照符号は文書（２９）からとったものであるが、この主題に関する他の情報についてはこの文書を参照することができる。上記の４つの技法で使用される構成要素を作製するために、ガラス、シリカ・オン・シリコン、およびＩｎＰまたは同様な半導体の３種類の材料が使用される。特に、エッチングされた格子およびＰＨＡＳＡＲはシリコン上の光学集積回路を使用して作製され、それに対して干渉計を有するデマルチプレクサは、シリコンまたはガラス上の光学集積回路を使用して作製されている。これらの既知の技法のうちで、ブラッグ波長を十分な精度で直接求めることを可能にする技法はない。また、これらの技法では、クロス・トークと占有されるスペクトル空間との兼ね合せを図る必要がある。クロス・トーク、すなわち、各出力の間の光の結合によって波長の測定が不正確になるので、クロス・トークは最小限に抑えるべきである。通常、−２５ｄＢないし−３０ｄＢのクロス・トークが好ましく、その結果、スペクトル占有空間が低減される。回折格子がシリコン上の光学集積回路を使用するとき、ガイド内の拡散によって各出力の間の光結合が誘導され、エッチングが不完全であるために各出力の間の光結合が誘導され、かつ出力ガイド同士が互いに近すぎるときの出力ガイドの間の結合によって各出力の間の光結合が誘導される。クロス・トークは一般に、２つの隣接するスペクトル・チャネルの中心の間では−２０ｄＢないし−３５ｄＢ程度であり、それに対して、これらのチャネルの伝達動作の交差点、すなわち、スペクトル周期の中点では−１０ｄＢないし−１５ｄＢの範囲に過ぎない。ＰＨＡＳＡＲは、いくらかの最良のクロス・トーク特性および占有スペクトル空間特性を実現する。一般に、文書（１１）では−３０ｄＢよりも良好なクロス・トークが実現され、この場合、占有スペクトルが０．８ｎｍ、周期が２ｎｍであり、６０個の移相器ガイドが使用され、回折のオーダーは６０である。マッハ・ツェンダー干渉計では、クロス・トークは３ｄＢ分離カプラの設定の精度に依存する。一例を挙げると、文書（８）は、３ｄＢカプラではなく３．１ｄＢカプラを備える３つの干渉計で構成され、かつ約−２０ｄＢのクロス・トークを特徴とするデマルチプレクサについて説明している。文書（４）も、分析すべき光用のコリメーション装置と、縦続状に組み立てられ光検出器に関連付けされた一連の帯域フィルタとを含むデマルチプレクサについて説明している。このデマルチプレクサの主要な欠陥は、開放空間で動作するように構成されることである。このため、測定の再現性および信頼性と、このデマルチプレクサの頑丈さおよび統合性が、マイクロシステム応用例で使用するのに不十分なものになる。さらに、このデマルチプレクサを用いて得ることの可能な最小クロス・トークは、通常は−２０ｄＢ反射防止堆積物を備える使用される帯域フィルタの反射に依存し、かつ分析される光の偏光にも強く依存する(フィルタは４５°の角度に位置する)。最後に、この種のデマルチプレクサは、産業センサ市場の要件を満たすように産業的に作成するのに適していない。発明の開示本発明の目的は、優れた波長除去機能を有し、クロス・トークを大幅に（−３０ｄＢよりも低く）低減し、かつ一致する波長を調整することが可能なため作製に関して融通の利く多重化解除装置を提供することによって上記の欠点を解消することである。詳細には、本発明は、光学スペクトルを構成し、それぞれのスペクトル線が特定のスペクトル領域で変動することのできる、複数のスペクトル線用の波長多重化解除装置であって、 − 光学スペクトルを受け取るための入力と、それぞれの出力が光学スペクトル光エネルギーの一部を供給するように構成された複数の出力とを含むエネルギー分離器と、 − それぞれの出力に接続され、各反射器が、１条の光線に関連するスペクトル領域を含み、したがって、この特定の光線のみを反射する波長帯域を有する、複数の選択的波長光反射器とを備える装置に関する。Ｃｏｒｎｉｎｇ社から市販されているような既知の種類のエネルギー分離器を使用することができる。エネルギー分離器は、縦続状に、すなわち木形状に組み立てられ、木構造を有する分離器ジャンクションのアセンブリでよい。各分離器ジャンクションはマルチモードでよいが、特に、多重化解除すべき光学スペクトルが、分離器ジャンクション・アセンブリの入力に接続された光ファイバによって送られるときには単一モードであることが好ましい。これらの分離器ジャンクションは、各出力チャネルが入射光線エネルギーの２分の１を送るようなカプラ、たとえば３ｄＢカプラでよい。しかし、これを可能にするには、波長に従ってカプラと結合された２つのガイドの間結合長および空間を、正確に調整しなければならない。このため、本発明では、Ｙジャンクションで構成された分離器ジャンクションを使用することが好ましい。このようなＹジャンクションは、アクロマティックであり、かつ偏光に依存しないという利点を有する。本発明の装置の好ましい１実施形態によれば、各選択的反射器は、それから反射された光線を伝搬させるように構成された光学ウェーブガイドに接続される。本発明の装置の好ましい１実施形態によれば、エネルギー分離器と選択的反射器は同じ基板に集積される。基板はガラスまたはシリコンでよい。好ましくは、選択的反射器はブラッグ格子を備える。ブラッグ格子はフォトカッティングするか、あるいはフォトエッチングすることができる。さらに、ブラッグ格子は、チャープされた格子でよい。最大反射率を有する固定周期格子を使用することもできる。これはたとえば、非常に強力な光束の下でフォトカッティングを使用してスペクトル応答の幅を広げることによって得られる。図面の簡単な説明本発明は、以下の詳細な説明からよりよく理解されよう。この説明は、非制限的な例の説明であり、添付の図面を参照するものである。図１は、本発明の多重化解除装置の特定の実施形態の概略図である。図２は、この格子を使用したスペクトル多重化解除の原則を示す概略図である。図３は、算盤型のスペクトル多重化を示す図である。図４および図５は、２つの多重化解除可能性を示す概略図である。特定の実施形態の詳細な開示本発明による多重化解除装置は、図１に概略的に示されており、光学スペクトルを構成し、かつそれぞれのスペクトル線が所与のスペクトル領域で変動することのできる、複数のスペクトル線、たとえば８本のスペクトル線の波長多重化解除のための装置である。図１に示す装置は、縦続状に組み立てられたエネルギー分離器ジャンクション２ａ、２ｂ、２ｃを備える。すべてのこれらの分離器ジャンクションは、様々なスペクトル線を含む光６を受け取るための入力４と、それぞれの出力が光学スペクトル光エネルギーの一部を供給するように構成された複数の出力８とを有する。図の例では、光６は、様々なスペクトル線を含み、分離器ジャンクション・アセンブリの入力４に光学的に結合された単一モード光ファイバ１０によって送られる。ファイバ１０が単一モードである場合、分離器ジャンクションも単一モードである。８本のスペクトル線を分離するので、図は、縦続式に組み立てられた使用中の７つの分離器ジャンクションを示している。これらのジャンクションのうちの１つを２ａと呼び、２つのジャンクションを２ｂと呼び、４つのジャンクションを２ｃと呼ぶ。したがって、すべての分離器ジャンクション用に合計で８つの出力８がある。好ましくは、分離器ジャンクションとしてＹ個のジャンクションが使用される。Ｙジャンクションは、入力ガイドと、通常は数度に過ぎない角度を形成する２つの出力ガイドとで構成される。図１は、ジャンクション２ａの入力アームが、光ファイバ１０に光学的に結合され、ジャンクション・アセンブリの入力４を構成することを示す。ジャンクション２ａの２つの出力アームはそれぞれ、２つのジャンクション２ｂの入出力アームに結合される。これらのジャンクション２ｂの各出力アームは、４つのジャンクション２ｃのうちの１つの入力アームと結合される。これらのジャンクション２ｃの８つの出力アームは、ジャンクション・アセンブリの出力８を構成し、それぞれ、８つのブラッグ格子１２と結合される。これらのブラッグ格子１２はそれぞれ、選択的波長光反射器を構成する。この光反射器は、８本のスペクトル線のうちの１本が変動することのできるスペクトル領域を含む波長通過幅を有する。したがって、このブラッグ格子はこの光線を反射するに過ぎない。各ブラッグ格子１２はジャンクション・アセンブリ２ａ、２ｂ、２ｃの出力のうちの１つと一方の側で結合されるだけでなく、光１６、すなわち、実際にはブラッグ格子から反射された光線を伝搬させるための光学ウェーブガイド１４とも同じ側で結合される。図１は、同じ平坦な基板１８で一体化されるジャンクション２ａ、２ｂ、２ｃおよびブラッグ格子１２も示す。この基板１８は、Ｙジャンクションおよびブラッグ格子の製造を容易にするためにガラスまたはシリコンで構成される。図１の垂直スケールと水平スケールは異なるスケールとして表わされている。非制限的な例として、ブラッグ格子１２は同じ方向Ｄに沿って延び、この方向に沿った図１中の寸法は７０ミリメートル程度であり、これに対して、この方向に垂直な方向に沿った寸法は５ミリメートル程度である。各Ｙジャンクションの入力アームを介してこのジャンクションに到達した光エネルギーの２分の１が、一方の出力アームに入り、残りの２分の１が他方の出力アームに入る。一方、Ｙジャンクションの一方のアームに現れた光エネルギーの２分の１のみが、次のジャンクションの入力アームへ送られる。残りのエネルギーは基板１８へ送られる。この主題に関する他の情報については、文書（２０）を参照することができる。図１に示した８出力チャネル・デマルチプレクサの場合、一致する多重化解除ブラッグ格子１２から反射された後に各光学ウェーブガイド１４に存在する入射光線エネルギー６の割合は、この入射エネルギーの３％程度であり、したがって、減衰は−１５ｄＢ程度である。図２は、図１の波長多重化解除装置の動作原則の概略図である。分析すべき光６（図１参照）は８本のスペクトル線を含み、これらのスペクトル線の波長は図２ではそれぞれ、λ１ないしλ８と番号付けされている。これらの線のそれぞれのスペクトル幅はたとえば、０．１ナノメートル程度である。図２で、波長λは横座標上に示されナノメートル単位で表わされており、これに対して、光エネルギーｐは縦座標上に与えられｄＢ単位で表わされている。多重化解除すべき光はまず、Ｙジャンクション・アセンブリによって光エネルギーに関して同様に分離される。この主題に関する他の情報については、文書（１３）を参照することができる。Ｙジャンクション・アセンブリのすべての出力は、広帯域反射器として使用されるブラッグ多重化解除格子で終わる。図２は、各ブラッグ格子が入射光線エネルギー６の光学スペクトル線のスペクトル領域展開を含む、８つのブラッグ格子のそれぞれのスペクトル透過Ｆ（λ₁ ）の関数を示す(ｉ＝１ないし８)。たとえば、（−３ｄＢでの）スペクトル幅は３ｎｍ程度である。２つの隣接するスペクトル透過関数によって定義される領域の交差部はかなり小さくなる。ブラッグ格子はフォトカッティングするか、あるいはフォトエッチングすることができる。フォトエッチング技法またはフォトカッティング技法を使用する場合、格子は、チャープされた格子でよい。チャープされた格子は、直列に設置された一群の隣接する波長格子とみなすことができる。フォトカッティング技法を使用する場合、非常に強い光束の下で格子をフォトカッティングしてスペクトル応答を飽和させることができる。多重化解除格子によって反射選択が行われた後、多重化解除装置に所期される用途に依存する装置の方へ、多重化解除された各光線が送られる。次に、図１に示す種類の、ガラス基板上の装置の製造を検討する。この種の基板上での集積に使用される技法は、この装置の作製にうまく適合している。使用される技法は、場合によっては電界の助けを得て、Ｎａ⁺、Ｋ⁺，Ｃｓ⁺、または同様なイオンの熱イオン交換を行う技法である。この技法の原則は、アルカリ・イオン、たとえば、すでにガラス内に存在するナトリウムＮａ⁺イオンを、Ａｇ⁺、Ｔ１⁺、またはガラスの屈折率を局部的に増大させる同様なイオンと交換することからなる。この技法はよく知られており、この主題に関する他の情報については、文書（１３）および（１４）を参照することができる。埋込みガイド技法を使用した場合、ガイドのファイバ／ガイド接続および減衰による光損失はかなり低減される。この技法は、電界の下で基板内に第１のドーパントを分散させることからなる。この技法を使用した場合、ほぼ円形のドーピング断面と、最適化されたモード範囲を有する単一モード・ファイバのモードと同一のモードとを特徴とするガイドが得られる。このガイドは、表面拡散をなくすので、単位長当たり減衰も大幅に低減している。減衰は一般に０．１ｄＢ／ｃｍよりも低い。次に、図１に示すこの種のシリコン基板上の装置の製造を検討する。ＳｉＯ₂オンＳｉ技法（ＳｉＯ₂，ＳｉＯＮおよびＳｉ₃Ｎ₄案内層）も、この種の装置の作製に完全に適合している。シリコン基板で使用される技法は、気相での堆積物(基本的に気相での化学堆積物)、または火炎水素分解および反応性イオン・エッチングを使用してパターンを作製することによって構成される堆積物に基づく技法である。気相での堆積物に関する他の情報については文書（１５）および（１６）を参照することができる。火炎加水分解に関する他の情報については文書（１７）を参照することができる。次に、シリコン上のシリカ・ガイドを作製する技法を検討する。この主題に関する他の情報については文書（１５）を参照することができる。この技法では、光学基板はシリカ層であり、シリコン光を絶縁するのに十分な厚さを有する。必要な厚さは、０．８μｍの波長では６μｍであり、１．３μｍまたは１．５５μｍの領域内の波長では１２μｍである。案内層はたとえば、厚さが波長に応じて２μｍないし５μｍ程度の、リンでドープされたシリカ層である。被覆層またはスーパーストレートは、光学係数に関しては基板と同等であり、厚さが約６μｍないし１０μｍである。シリコン・ベースの光集積回路の主要な利点は、単一モード光ファイバを位置決めするために使用できるＵ字形溝またはＶ字形溝を同時にエッチングできることである。この主題に関する他の情報については文書(１５)、(１８)、および（１９）を参照することができる。シリコン・ベースの光集積回路の他の利点は、クロス・トークを生じさせる不要な反射を制限するように、光学ガイドの端部にあるエッチング・フランクの勾配を制御できることである。次に、ブラッグ多重化解除格子を検討する。上記からわかるように、このような格子をフォトカッティングするか、あるいはフォトエッチングすることができる。チャープされたフォトカット格子が文書（２６）および（２７）に記載されている。次に、当該の光線に対するブラッグ格子の透過関数Ａと、この格子に隣接するブラッグ格子の透過関数Ｂを示す図３を検討する。このチャートに表わされた波長λは、横座標上に与えられナノメートル単位で表わされ、光エネルギーＰは縦座標上に与えられｄＢ単位で表わされる。当該の光線のスペクトル展開ゾーンＣも示されている。一例として、この光は約１ｎｍに相当する。図３では、クロス・トークｘは−３０ｄＢないし−４０ｄＢ程度であり、波長間隔Δλ１、Δλ２、Δλ３、Δλ４はそれぞれ、３ｎｍ、１ｎｍ、１ｎｍ、および１ｎｍに相当する。フォトカッティングを使用する際の生産精度のマージンと、外部温度に対する ±５０℃の熱ドリフトとを考慮に入れて、各光線について約３ナノメートルの多重化解除スペクトル幅が選択されている。この場合、使用可能なスペクトル空間は約５０％である。クロス・トークは、ブラッグ格子がそこに作製される光ガイドの端末の適切さに依存する。通常、シリコン・ベースの技法を使用すると、格子軸に対して傾斜した端部を有するブラッグ格子を各ガイド軸受けに設けることによって、−４０ｄＢのクロス・トークに達することができる。この場合、選択的に格子から反射されない光は、格子が構成された基板を通過することができる。ガラスを使用する技法の場合、選択的に反射されない光が基板を通過するように、ガイドに垂直でない軸に沿ってマイクロホールを切削することができる。平坦な基板上に多重化解除ブラッグ格子を作製するには２つの技法を使用することができる。第１の技法は、文書（２１）に記載されたフォトエッチングからなる。この技法は、深さが１μｍないし２μｍの、コアの近傍のスーパーストレートの非常に厳密な機械的エッチングによって、ガイドに沿って誘導される有効指数の変動を利用する。良好なエッチング精細度を得るために、たとえば、スピン・コーティングを使用して、厚さが約７０ｎｍの非常に薄い感光（フォトレジスト）樹脂層を基板に付与する。次いで、たとえば、文書（２１）に記載されたように４５７．９ｎｍアルゴン・レーザを使用すると共に、フォトカット・ブラッグ格子に使用されるのと同様な光学アセンブリから得られる干渉パターンを用いて、可視領域または近紫外領域でこの感光樹脂層を分離する。この主題に関する他の情報については文書（２２）ないし（２８）を参照することができる。ガラスを生成した後、たとえばトリフルオロメタン雰囲気中でアルゴン・ビームを使用する反応性イオンエッチングによって、ガラスをエッチングする。基本モードのフィールドを、エッチングされたゾーンに集中させることによって格子の回折効果を高めるために、シリカよりも高い光学係数を有する８０ｎｍアルミナ層を、一般にエッチングされたゾーンの上方に付着させる。第２の技法はフォトカッティングからなる。この主題に関する他の情報については文書（２２）ないし（２８）を参照することができる。シリカにゲルマニウムでドープする場合、ガラス作製技法は、構造欠陥をなくし、かつかなり低減された光電感度を有するガラスを生成するアニーリング段階を含む。ガラスが水素雰囲気中でアニーリングされるか、あるいは大気熱で数Ｍｐａだけ加圧されるか、あるいは炎焼入れを使用する水素添加技法は、ガラス基板またはシリコン・オン・シリコン基板の光電感度をかなり高める。この主題に関する他の情報については文書(２２)、(２３)、および（２４）を参照することができる。ブラッグ格子をフォトカッティングするための好ましい技法は、位相マスクを使用する技法である。というのは、位相マスクは、標準的なフォトリソグラフィ法を使用した基板上での複数回の切削動作に適しているからである。この技法の理論は、いくつかの基本的な文献に記載されている(たとえば、文書（１２）の６４ページを参照されたい)。この技法を使用する場合、マークがエッチングされた、たとえば、ＣＯＲＮＩＮＧ社から販売されている種類（Ｃｏｒｎｉｎｇ７９４０）の溶融シリカのプレートを使用して、マスクを作製する。このようなマークは周期的なものであり、周期はｄ＝λ_B／Ｎであり(この場合、λ_Bは格子波長を表わし、Ｎは、案内される基本モードの有効指数を表わす)、このようなマークの深さは、文書（２５）に記載されたように、分離波長に対するπの位相変調の深さに対応する。４８８ｎｍで放出し、周波数が、紫外で２４４ｎｍで放出するようにレーザ・キャビティ内部では２倍にされた、イオン化アルゴン・レーザから分離レーザ光線を放出することができる。周波数が、２６６ｎｍで放出するように４倍にされた、ＹＡＧ−Ｎｄレーザを使用することもできる。２４９ｎｍで放出するＫｒＦエキシマ・レーザまたは同様なエキシマ・レーザを使用することもできる。この場合、レーザ光線は主として、それぞれがエネルギーの約３５％を表わす２つのオーダー、すなわち−１および１に応じて回折され、それに対して、ゼロ・オーダーは、実際には最小値に低減すべきであり、エネルギーの５％未満を表わす。各オーダーの結果として得られる２つのコヒーレント波は、周期 Λの干渉パターンを生成し、この干渉パターンが波長格子λ_B＝２．Ｎ．Λ＝Ｎ．ｄを生成する。この場合、Ｎは、案内される基本モードの有効指数である。格子周期は、分離波長には依存しない。このことは、ＫｒＦエキシマ・レーザなど、コヒーレント距離の短い光源と共にこの方法を使用できることを意味する。チャープされた格子は有利には、一定のピッチ位相を有する一連のいくつかの格子を使用して得られる。この主題に関する他の情報については文書（２６）を参照することができる。この種の位相マスクは、単一の格子を作製するマスクとして、たとえばＬａｓｉｒｉｓＣｏｍｐａｎｙ、ＮｏｒｔｈｅｒｎＰｈｏｔｏｎｉｃｓＣｏｍｐａｎｙ、およびＱＰＳＴｅｃｈ．Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。したがって、構成要素の分離マスクは、分離すべきガイドの上方で分割されたいくつかのこれらのマスクで構成される。このマスクは構成要素上に位置決めされ、マスクと構成要素からなるアセンブリが、パルス・モータなどのマイクロ変位手段によりレーザ光線の下で並進移動によって変位される。チャープされた格子の典型的な長さは約５ｎｍおよび１０ｎｍである。文書（２７）および（２８）に記載された干渉計法を２つの波に適用することによって、波長の調整上の融通性を高めることができる。この代替方法によれば、周波数がＸｅＣｌエキシマ・レーザまたは同様なエキシマ・レーザによって２倍にされポンピングされるダイ・レーザからビームを放出することができる。この主題に関する他の情報については文書（２８）を参照することができる。この方法は、干渉計を修正せずにブラッグ一致波形を調整することができるという利点を有する。これを実現するために、分離波長は、約２３０ｎｍと２５５ｎｍの間で非常にわずかに調整される。次に、再び図１を検討する。たとえば、測定ライン上のセンサによって放出され、光ファイバ１０によって送られる光６がエネルギー分離器を通過し、エネルギー分離器は、たとえば、同じスペクトル特性を有する８つの信号を各出力で生成する。各出力は波長分離器ジャンクションのアームに接続され、波長分離器ジャンクションは、反射を使用して動作し、フィルタされたエネルギー１６をガイド１４内で送る。この各ジャンクション上でブラッグ格子１２がフォトカッティングされる。ブラッグ格子は、他の波長領域から切り離された波長領域を分離し (図３参照)、測定ライン上の各センサごとにスペクトル多重化解除機能を確保する。この分離器ジャンクションを作製する２つの方法がある。第１の解決策は、入力アーム上でフォトカッティングされた、有利には１００％反射を有するブラッグ格子１２と共に、Ｙジャンクションを使用する(図４参照。図４では、ジャンクションを「Ｊ」と呼ぶ)。この解決策は、Ｙジャンクションの案内特性によって、偏光および光の波長に対する感度が低減されるという利点を有する。したがって、単一のマスクのみで構成要素を作製することができる。この場合、デマルチプレクサを作製するときにブラッグ格子波長しか調整されないので、非常に融通に富んだ生産が可能になる。一方、このＹジャンクションによって、フィルタリング動作中に、すなわち、ガイド１４へ向かう出力信号で６ｄＢの光学損失が起こる。第２の解決策はこの欠点を解消する。この解決策は、ＣＯカプラの２つのアーム上で、有利には１００％反射を有する各ブラッグ格子１２を同時にフォトカッティングし、格子援用カプラ（図５参照）を構成することからなる。この種のカプラとして、有利には、結合定数Ｃを低減するカプラが選択され、それによって、結合長Ｌｃ上で単一のビートが観測され、すなわち、Ｃ．Ｌｃ＝π／２になり、波長および偏光に対する依存性が最小限に抑えられる。したがって、格子援用カプラの原則は以下のとおりである。結合長、結合間隔、および結合ガイドの特性は、ポートＩから結合ポートＩＩＩへの総エネルギー伝達、すなわち、１００％のエネルギー伝達が得られるように選択される。反射によって動作するフォトカット格子を両方のアーム上で使用した場合、ブラッグ格子から反射された波長は、カプラを通過して逆方向へ進み、ポートＩＩと対称的なポートＩＶから来る場合と同様にポートＩＩへ反射される。次いで、波長がフォトカット・ブラッグ格子の特性波長と同じである信号が抽出される。この動作はたとえば、文書（３０）に記載されている。Ｙジャンクションと１００％ブラッグ格子支援カプラのどちらでも、クロス・トークを生じさせるフレネル反射をなくすために、ガイドＩＩＩの端部（図４）とガイドＩＩＩおよびＩＶの端部（図５）は、傾斜（図４および図５では楕円Ｅとして示されている）を付けて貫通される。本明細書の説明では以下の文書が参照される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年４月１２日（１９９９．４．１２）【補正内容】さらに、このデマルチプレクサを用いて得ることの可能な最小クロス・トークは、通常は−２０ｄＢ反射防止堆積物を備える使用される帯域フィルタの反射に依存し、かつ分析される光の偏光にも強く依存する（フィルタは４５°の角度に位置する）。最後に、この種のデマルチプレクサは、産業センサ市場の要件を満たすように産業的に作成するのに適していない。発明の開示本発明の目的は、優れた波長除去機能を有し、クロス・トークを大幅に（−３０ｄＢよりも低く）低減し、かつ一致する波長を調整することが可能なため作製に関して融通の利く多重化解除装置を提供することによって上記の欠点を解消することである。米国特許第５４５７７６０号は、請求の範囲第１項のプリアンブルに記載の波長多重化解除装置を開示している。詳細には、本発明は、全体で光学スペクトルを構成し、それぞれが所定のスペクトル領域で変動することのできる、複数（Ｎ本）のスペクトル線を有する波長多重化解除装置であって、 −光学スペクトルを受け取るように構成された入力（４）と、各出力が光学スペクトル光エネルギーのそれぞれの部分を供給するように構成された複数（Ｎ個）の出力（８）とを有するエネルギー分離器（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、 −各フィルタが、エネルギー分離器の特定の出力に接続され、かつ光学スペクトルの１条の光線（λｉ）に関連するスペクトル領域を含み、したがって、この特定の光線（λｉ）のみをフィルタする波長帯域に接続され、それぞれの異なる光をフィルタするように構成された、複数（Ｎ個）の光学波長フィルタ（１２）とを備え、各光学フィルタ（１２）が、各選択的反射器ごとに異なる光学スペクトルの単一の光線（λｉ）を反射するように構成された固有の選択的波長光反射器で構成され、これらの選択的反射器（１２）がそれぞれ、この選択的反射器への入射光線のとる方向とは異なる方向に反射されるように光線（λｉ）を方向付ける手段（１４）に関連付けされることを特徴とする装置に関する。Ｃｏｒｎｉｎｇ社から市販されているような既知の種類のエネルギー分離器を使用することができる。エネルギー分離器は、縦続状に、すなわち木形状に組み立てられ、木構造を有する分離器ジャンクションのアセンブリでよい。各分離器ジャンクションはマルチモードであるが、特に、多重化解除すべき光学スペクトルが、分離器ジャンクション・アセンブリの入力に接続された光ファイバによって送られるときは、単一モードであることが好ましい。これらの分離器ジャンクションは、各出力チャネルが入射光線エネルギーの２分の１を送るようなカプラ、たとえば３ｄＢカプラでよい。しかし、これを可能にするには、波長に従ってカプラと結合された２つのガイドの間結合長および空間を、正確に調整しなければならない。このため、本発明では、Ｙジャンクションで構成された分離器ジャンクションを使用することが好ましい。このようなＹジャンクションは、アクロマティックであり、かつ偏光に依存しないという利点を有する。本発明の装置の好ましい実施形態によれば、各選択的反射器に関連する手段は、この反射器から反射された光線を拡散するための光学ウェーブガイドで構成される。本発明の装置の好ましい１実施形態によれば、エネルギー分離器請求の範囲１．全体で光学スペクトル（６）を構成し、それぞれが所定のスペクトル領域で変動することのできる、複数（Ｎ本）のスペクトル線（λ１ないしλ_N）を有する波長多重化解除装置であって、 −光学スペクトル（６）を受け取るように設計された入力（４）と、各出力が光学スペクトル光エネルギーのそれぞれの部分を供給するように構成された複数（Ｎ個）の出力（８）とを有するエネルギー分離器（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、 −各フィルタが、エネルギー分離器の特定の出力に接続され、かつ光学スペクトルの１条の光線（λｉ）に関連するスペクトル領域を含み、したがって、この特定の光線（λｉ）のみをフィルタする波長帯域に接続され、それぞれの異なる光をフィルタするように構成された、複数（Ｎ個）の光学波長フィルタ（１２）とを備え、各光学フィルタ（１２）が、各選択的反射器ごとに異なる光学スペクトルの単一の光線（λｉ）を反射するように構成された固有の選択的波長光反射器で構成され、これらの選択的反射器（１２）がそれぞれ、この選択的反射器への入射光線のとる方向とは異なる方向に反射されるように光線（λｉ）を方向付ける手段（１４）に関連付けされることを特徴とする装置。２．エネルギー分離器が分離器ジャンクション（２ａ、２ｂ、２ｃ）のアセンブリであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。３．各分離器ジャンクション（２ａ、２ｂ、２ｃ）が単一モードであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。４．分離器ジャンクションがカプラであることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の装置。５．分離器ジャンクションがＹジャンクションであることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の装置。６．各選択的反射器（１２）に関連する手段（１４）が、前記反射器から反射された光線（λｉ）を伝搬させるように設計された光学ウェーブガイドで構成されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の装置。７．エネルギー分離器と選択的反射器が同じ基板（１８）に集積されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の装置。８．基板（１８）がガラス基板またはシリコン基板であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。９．選択的反射器がブラッグ格子を備えることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の装置。１０．ブラッグ格子がフォトカッティングされるか、あるいはフォトエッチングされることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。１１．ブラッグ格子が、チャープされた格子であることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に記載の装置。１２．ブラッグ格子が、最大反射率と、非常に強い光束のフォトカッティングのために幅の広げられたスペクトル応答とを有する固定周期格子であることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者グランジルフランス国，38000 グルノーブル，リュバルナーヴ，24番地

Claims

【特許請求の範囲】１．光学スペクトルを構成し、それぞれ所定のスペクトル領域で変動することのできる、複数のスペクトル線用の波長多重化解除装置であって、 −光学スペクトルを受け取るように設計された入力（４）と、光学スペクトル光エネルギーのそれぞれの部分を供給するように構成された複数の出力（８）とを含むエネルギー分離器と、 −それぞれの選択的波長光反射器が、出力に接続され、各選択的波長光反射器が、１条の光線に関連するスペクトル領域を含み、したがって、この特定の光線のみを反射する波長帯域を有する、複数の選択的波長光反射器とを備えることを特徴とする装置。２．エネルギー分離器が分離器ジャンクション（２ａ、２ｂ、２ｃ）のアセンブリであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。３．各分離器ジャンクション（２ａ、２ｂ、２ｃ）が単一モードであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。４．分離器ジャンクションがカプラであることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の装置。５．分離器ジャンクションがＹジャンクションであることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の装置。６．各選択的反射器（１２）が、前記反射器から反射された光線を伝搬させるように構成された光学ウェーブガイド（１４）に接続されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の装置。７．エネルギー分離器と選択的反射器が同じ基板（１８）に集積されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の装置。８．基板（１８）がガラス基板またはシリコン基板であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。９．選択的反射器がブラッグ格子を備えることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の装置。１０．ブラッグ格子がフォトカッティングされるか、あるいはフォトエッチングされることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。１１．ブラッグ格子が、チャープされた格子であることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に記載の装置。１２．ブラッグ格子が、最大反射率と、非常に強い光束のフォトカッティングのために幅の広げられたスペクトル応答とを有する固定周期格子であることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に記載の装置。