JP2003029065A - 光イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 矩形の波長伝達関数を有する低損失の光スラ
イサを実現する。 【解決手段】 低損失波長スライサは、入力２×２カプ
ラ５０１に接続された導波路グレーティングルータ５０
０を用いて実現される。ルータ５００は、出力反射装置
５１４によって終端されることにより、それぞれの反射
信号はルータ５００を２回通過する。反射装置５１４
は、ルータ５００の出力像曲線の直近に配置された２セ
ットのインタリーブされた反射要素Ａ，Ｂからなる。各
セットＡ，Ｂは、出力曲線からわずかに変位し、それぞ
れの変位は、２つのセットＡ，Ｂによって反射される信
号間にπ／２の位相シフトを生成するように選択され
る。反射信号は、再びルータ５００および２×２カプラ
５０１を通過し、それぞれが入力信号の偶および奇チャ
ネルを含む２つの出力信号を生成し、これらはそれぞれ
２×２カプラ５０１の別々の入力ポートから出力され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系における波
長分割多重化に関し、特に、等間隔波長チャネルのコム
の結合・分離を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高品質光ネットワークにおいて提供され
なければならない重要な機能は、相異なる波長の複数の
信号を波長多重化・分離化する機能である。特に、この
機能を実行するための重要なデバイスは、密間隔の波長
信号からなる入力信号を、それぞれのセットが２倍の間
隔のインタリーブされた信号を有する２セットの等間隔
の波長チャネルへと分離するインタリーバ（以下、スラ
イサともいう）である。インタリーバは、低損失、好ま
しくは３ｄＢより小さい損失でなければならず、しか
も、矩形伝達関数によって近似的に特徴づけられなけれ
ばならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】波長分割多重化におい
て複数のチャネルの信号を結合・分離するためにしばし
ば用いられる１つの技術は、波長ルータである。矩形伝
達関数は、２つのこのようなルータを連結することによ
って実現することができるが、このような構成は、２つ
の理由で、従来技術を用いて単一のウェハ上に実現する
ことが困難である。第１の理由は、従来のルータの損失
は一般に３ｄＢを超えるため、２つの連結されたルータ
の全損失は６ｄＢより大きくなってしまうことである。
第２の理由は、２ルータ構成は、２個のルータのサイズ
のために、プレーナ型ウェハ上に実現することが困難で
ある。特に、チャネル間隔がルータの自由スペクトルレ
ンジに等しいときはそうであり、この場合には、２個の
ルータのレイアウトが一般に重なってしまうことがわか
る。

【０００４】したがって、矩形の波長伝達関数を有する
低損失のインタリーバ（スライサ）が引き続き必要とさ
れている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施例では、
低損失波長スライサは、入力２×２カプラに接続された
導波路グレーティングルータを用いて実現される。ルー
タは、出力反射装置によって終端されることにより、そ
れぞれの反射信号はルータを２回通過する。反射装置
は、ルータの出力像曲線の直近に配置された２セットの
インタリーブされた反射要素からなる。各セットは、出
力曲線からわずかに変位し、それぞれの変位は、２つの
セットによって反射される信号間にπ／２の位相シフト
を実質的に生成するように、適切に選択される。反射信
号は、再びルータおよび２×２カプラを通過し、それぞ
れが入力信号の偶および奇チャネルを含む２つの出力信
号を生成し、これらはそれぞれ２×２カプラの別々の入
力ポートから出力される。別の実施例では、波長フィル
タが、像の間隔の整数分の１に等しい間隔を有する等間
隔のリフレクタのセットを出力曲線上に形成することに
よって実現される。第２のスライサ実施例は、偶チャネ
ルと奇チャネルを分離する楕円形および円形のリフレク
タに結合した２個のルータまたはグレーティングを使用
することによって実現される。

【０００６】より一般的には、本発明は、指定された倍
率Ｍで生成される入力曲線および出力像曲線を有するグ
レーティングを含む光イメージング装置に関する。この
光イメージング装置は、さらに、以下のものを有する。 （１）入力曲線の位置Ｐに接続され、特定の入力波長の
入力信号を受け取る入力導波路。入力信号は、グレーテ
ィングの複数の次数によって、出力像曲線上に間隔Ωで
生成される等間隔像のセットに分散され、グレーティン
グによる分散によって、出力像曲線上の出力像の位置が
波長とともに変化する。 （２）出力像の間隔Ωの整数分の１にほぼ等しい周期で
出力像曲線に沿って配置された反射要素の周期構造Ａ。
ただし、この整数は１に等しいことも可能であり、各反
射要素は、その要素によって遮られた像の伝播方向をほ
ぼ逆転させ（同じ経路上を反射させ）ることにより、周
期構造は、等間隔像のセットがグレーティングを再び通
過して入力導波路に戻る反射信号を生成するようにし、
反射信号のパワーは入力導波路に効率的に戻されること
により、入力信号とは逆方向に入力導波路中を通る出力
信号を生じる。

【０００７】第２の構成では、第２の入力導波路が、入
力曲線の位置Ｑに接続され、指定された横方向変位ｄだ
け位置ＰとＱが離れた２個の入力ポートを実現する。位
置ＰとＱは、指定された横方向変位ｄだけ離れ、反射要
素Ａの周期構造は、各要素Ａが要素Ｂと隣り合うよう
に、反射要素Ｂの第２の周期構造とインタリーブされ、
２つの要素の間隔は入力変位ｄの像Ｍｄに近似的に等し
く、２つの要素ＡおよびＢは、振幅は同程度であるが位
相は近似的にπ／２だけ異なる反射によって特徴づけら
れる。

【０００８】別の実施例では、変位ｄは、出力曲線上の
その像Ｍｄが出力像の間隔Ωの半分に近似的に等しくな
るように選択され、グレーティングは、隣り合うアーム
に±π／４の逆の位相シフトを生じるような、隣り合う
アームにおける適当な周期的経路長変化を有するように
構成される。ただし、特定の波長の特定の入力信号は、
Ω／２だけ変位した２つのインタリーブされた出力像セ
ットに分かれる。この光装置は、これにより、４つの反
射係数によって特徴づけられる２つの入力導波路を有す
る反射イメージング装置を形成する。各反射係数は、特
定の入力導波路で、２つの入力導波路の一方に入力され
る信号によって生じ、４つの反射係数のそれぞれにより
生じる波長応答は、２セットのインタリーブされた波長
区間ＵおよびＶによって特徴づけられ、一方のセットは
効率的反射のパスバンドを表し、他方のセットは実質的
に低い反射のストップバンドを表す。

【０００９】さらに別の実施例では、上記の経路長変化
を有する代わりに、２×２カプラを光装置に付加するこ
とにより、４つの反射係数によって特徴づけられる反射
装置を形成する。各反射係数は、特定の入力導波路で、
２つの入力導波路の一方に入力される信号によって生じ
る。反射装置は、第１の入力ポートに入力される多波長
入力信号に応答して、２セットのインタリーブされた波
長区間ＵおよびＶによって特徴づけられる波長応答を有
する、第１の入力ポートに戻る反射信号を生成する。一
方のセットＵは第１の入力ポートに戻る効率的反射のパ
スバンドを表し、他方のセットＶは第１の入力ポートに
戻る実質的に低い反射のストップバンドを表す。

【００１０】

【発明の実施の形態】［Ａ．ルータの説明］図１に、本
発明で用いられる形態の従来技術のイメージング装置１
００の基本構造を示す。なお、このイメージング装置は
ルータとも呼ばれる。イメージング装置１００は、米国
特許第６，０２３，５４４号（２０００年２月８日発
行）に記載されている。イメージング装置１００は、適
当な複数の光導波路アーム１６０を有するグレーティン
グ１５０によって離間され相互接続された入力セクショ
ン１２０および出力セクション１４０を有する。入力お
よび出力セクションは一般にそれぞれ、スターカプラの
ような自由空間スラブであり、入力導波路１７０によっ
て入力され点光源Ｐとして作用する光波エネルギーが複
数の出力像を形成するという性質を有する。その出力像
のうちの３つを図２ではＰ_ｉ−１、Ｐ_ｉおよびＰ_ｉ＋１
として示す。光導波路アーム１６０は一般に、当業者に
知られているように、プレーナ型シリコンウェハ上に支
持されたシリカの薄く狭い層である。

【００１１】従来のイメージング装置あるいはルータで
は、入力および出力ポートは、一般に入力円１２１およ
び出力円１４１と呼ばれる２つの円の部分に沿って入力
セクション１２０および出力セクション１４０に接続さ
れる。本明細書では単にそれらを入力曲線および出力曲
線と呼ぶ。簡単のため、図１には、１個の入力ポート１
７０および１個の出力ポート１８０のみを示す。

【００１２】結果として、ルータは、各入力信号の波長
に依存する出力像を生成する。各出力像の位置はその波
長λによって決定されるため、特定の入力ポートからの
相異なる波長の信号は、相異なる出力ポートによって受
信されることが可能な別々の像を生じる。一般に、入力
信号を入力ポートに入力し出力信号を出力ポートから取
り出すために、光ファイバが用いられる。実際に、ルー
タが信号を相異なる宛先に送る場合には、いくつかの出
力ポートが必要となる。同様に、相異なる入力から信号
を受信するためには、いくつかの入力ポートが必要とな
る。波長分割光ネットワークでは、相異なる波長は、相
異なる通信チャネルを表すことになる。

【００１３】図１において、入力導波路１７０から特定
の波長で放射される入力信号は、導波路位置から、グレ
ーティング１５０を形成するアーム１６０の受信アパー
チャ（開口）に向かって放射される。前述のように、グ
レーティング１５０には適当な数のアームがある。各ア
ームは、入力信号の１つの成分を受信する。したがっ
て、信号は、多くの成分に分かれ、各成分は特定のアー
ムに沿って進む。各アームはその成分に、そのアームの
光路長に比例する適当な位相シフトを与える。従来のル
ータでは、引き続くアームは、よい近似で、一定の経路
長差によって特徴づけられる。その場合、ある入力ポー
トからの信号の複数の信号成分は、アームによって出力
曲線へ向けて放射され、図２に示す出力曲線１４１上の
ある位置ですべて同相で足しあわされる。その結果、入
力信号のいくつかの像Ｐ_ｉ−１、Ｐ _ｉおよびＰ_ｉ＋１が
出力曲線１４１上に生成される。これらの像は、グレー
ティングの相異なる次数を表す。これらは、等間隔であ
り、相異なる強度を有する。それらの間隔Ωは、アーム
の放射アパーチャの間隔ａによって次のように決定され
る。 Ω＝Ｒλ／ａ ただし、Ｒは、アームの焦点Ｏから放射アパーチャまで
の距離であり、λ／ａは、Ωに対応する角間隔である。
間隔Ωは波長の関数である。しかし、この依存性は、λ
が特定の設計波長λ_０に近い場合には一般に無視するこ
とができる。その場合、Ωは、この特定波長λ_０におけ
る値Ω_０に近似的に等しいとみなすことができる。以下
では、簡単のため、上記の波長依存性を無視する。他
方、複数のアームによって生じる位相シフトは一般に強
い波長依存性を有する。波長を変えることによって、出
力像Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，Ｐ_ｉ＋１の位置は出力曲線１４１
に沿って変化する。従来のルータで最も重要なのは、最
大強度の中心像である。これは、アームの焦点に対応す
る中心点Ｏに最も近い像である。この像は、Ｏを中心と
する幅Ωの区間である中心ゾーンの内部に生成される。
残りの像（高次）は、同じ幅の隣接するゾーン内に生成
される。それらは一般に、中心ゾーンの境界近くにある
ときを除くすべての場合において、強度がずっと小さ
い。

【００１４】従来のルータでは、すべての出力ポートあ
るいは導波路は中心ゾーン（図２ではルータの視野Ａ_１
Ａ_２を表す）の内部に位置し、中心ゾーン内に生成され
る像のみを受信する。図１には、１個の出力導波路１８
０のみを示すが、入力信号は、中心像位置が特定の導波
路位置に一致する波長で、この導波路に効率的に送信さ
れる。すでに指摘したように、中心像位置は信号波長の
周期関数である。各周期において、像は、中心ゾーンＡ
_１Ａ_２全体にわたり変化する。その結果、透過係数は、
図３に示すように、等間隔のローブ３１０からなる周期
的挙動を有する。各ローブは、像Ｐ_ｉが出力導波路位置
に一致する波長に対応する。ローブ間の間隔λ_ｆによっ
て与えられるこの周期を、自由スペクトルレンジとい
う。従来のルータでは、中心ゾーンの外部に生成される
像（例えば、図２のＰ_ｉ−１およびＰ_ｉ＋１）は無用で
ありしたがって好ましくないとみなされる。そのため、
それらの強度を最小限にすることが一般にルータを最適
化する。この目的のためには、アーム１５０の放射特性
を最適化することが必要である。この放射特性は、さま
ざまな像の強度に影響を及ぼすからである。一般に、ア
ームの放射アパーチャは周期的に（図２のａ）配置され
るため、周期アレイを形成し、その場合、各アパーチャ
は同一の放射パターンを生成する。これは、アレイの要
素パターンと呼ばれる。中心ゾーンにおける最大効率
は、知られているとおり、要素パターンが理想的には次
のような矩形関数を近似するようにアレイを設計するこ
とによって得られる。 Ｐ（ｘ）＝ｒｅｃｔ（ｘ／Ω） これは、中心ゾーンの内部では振幅が実質的に１であ
り、外部では振幅が実質的に０であることによって特徴
づけられる。この場合の各アームは、その全パワーを中
心ゾーンの内部に放射し、このゾーンの外部の不要な像
は実質的に消去される。実際には、このような矩形関数
は実現が困難であり、より簡単な、次のようなパワーパ
ターンを生成する設計が一般に使用される。

【数１】 図４に示すように、このパワーパターンは、中心ゾーン
内で相当に変化し、このゾーンの外部では、中心ゾーン
の境界の付近で相当な値を生じる。

【００１５】しかし、上記の変化は、本発明の目的にと
ってきわめて好ましくない。したがって、次に、すべて
の重要な像を均一に反射することによって、この問題点
を実質的に解決する反射装置を構成する。これは、上記
の変化を実質的に除去し、その結果、矩形パスバンドが
よい近似で実現される。

【００１６】［Ｂ．本発明の説明］本発明のインタリー
バは、そのもっとも一般的な形では、本質的に、グレー
ティング自由スペクトルレンジλ_ｆの整数分の１に等し
い周期を有する周期デバイスである。具体的には、この
インタリーバの目的は、中心波長λ_１，λ_２，λ_３，λ
_４，λ_５，λ_６，...（ただし、λ_１＜λ_２＜λ_３...）
を有する等間隔の波長チャネルからなる入力信号を、も
との入力信号の波長間隔の２倍の波長間隔によって特徴
づけられる中心波長λ_１，λ_３，λ_５，...および
λ_２，λ_４，λ_６，...を有する奇チャネルおよび偶チ
ャネルからなる２セットの信号に分けることである。こ
の目的のために、インタリーバの各透過係数は、本質的
に、等間隔のパスバンドがストップバンドによって分離
され、それぞれのパスバンドおよびストップバンドにお
いて最大限に平坦な挙動を有するという、周期的挙動に
よって特徴づけられなければならない。すでに述べたよ
うに、この周期は一般に、自由スペクトルレンジの整数
分の１であるが、まず、その整数が１であるという特殊
な場合について考えるのが都合がよい。一般の場合も全
く同様であるからである。整数が１である場合、上記の
２セットの波長のそれぞれの波長間隔は、自由スペクト
ルレンジλ_ｆに等しい。

【００１７】本発明に従って、矩形波長伝達関数を有す
る低損失の波長インタリーバ（あるいはスライサ）を実
現するように、前述の波長ルータを変更した。図５に例
示するように、本発明のインタリーバは、ルータ５００
とともに、２×２カプラ５０１を有する。便宜上、ルー
タ５００の入力曲線１２１および出力像曲線１４１のみ
を示すが、ルータ５００の残りの部分は、図１に示した
ルータ１００と同様に実現され作用する。さらに、ここ
では、入力曲線と出力曲線の間の倍率Ｍが１であること
によって特徴づけられるイメージング装置の特殊な場合
を考えるが、一般には他の倍率も有効である。まず、入
力信号Ｉを振幅１で特定の波長で入力する場合を考える
のが便利である。入力信号Ｉは、サーキュレータ５０４
を通ってカプラ５０１のポート１に入力される。入力信
号Ｉは、カプラ５０１によって分けられ、振幅（Ｉ／√
２）および（ｊＩ／√２）の２つの信号成分を形成し、
２つの位置ＰおよびＱで入力曲線に接続された２つの導
波路に入力される。ルータ５００の出力曲線１４１は、
Ｐ，Ｑから出る各入力信号成分がルータ５００を２回通
るように、リフレクタ５０２，５０３の周期構造で変更
されている。図５で、サーキュレータ５０４は、信号Ｉ
から出力信号Ｏ１を分離して、信号Ｏ１が別のポート５
０７から出るようにしている。出力信号Ｏ２はカプラ５
０１のポート２から出る。以下で説明するように、入力
信号Ｉが適当な間隔の等間隔多波長信号λ_１，λ_２，λ
_３，λ_４を含む場合、出力信号Ｏ１は入力信号Ｉのすべ
ての偶波長λ_２，λ_４を含み、出力信号Ｏ２は入力信号
Ｉのすべての奇波長λ_１，λ_３を含む。なお、偶波長お
よび奇波長という用語は、その波長の周波数のことでは
なく、列λ_１，λ_２，λ_３，λ_４における波長の（ある
いは波長チャネルの）位置を指す。

【００１８】図示のように、ルータ５００の出力曲線１
４１は、等間隔のリフレクタ５０２，５０３の２つのイ
ンタリーブされたセットＡおよびＢを有する。この例で
は、２つの入力位置Ｐ，Ｑは、ｄ≒Ω／２だけ離れてい
る。ただし、Ωは、複数の像Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，Ｐ_ｉ＋１
およびＱ_ｉ，Ｑ_ｉ−１の間隔である。２つのセットＡ，
Ｂもまた、Ω／２だけ離れている。なお、各セットは、
出力曲線１４１からわずかに変位しており、その変位
は、Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，Ｐ_ｉ＋１およびＱ_ｉ，Ｑ_{ｉ −１}か
らの反射されインタリーブされた信号の間にπ／２の位
相シフトを実質的に生じるように、適切に選択される。
これらの信号は、図６では、それぞれリフレクタＡおよ
びＢによって反射されるように示されている。なお、図
６において、像Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，Ｐ_ｉ＋１およびＱ_ｉ，
Ｑ_ｉ−１がそれぞれリフレクタＢおよびＡによって反射
されるように、信号波長がλ_ｆ／２だけ変化した場合、
上記の位相シフトは符号を変え、それにより、正味の変
化はπとなる。このπの変化は、次に、λ_ｆ／２だけ離
れた偶波長と奇波長の２つのセットの間に生じることに
なり、これが、波長の２つのセットが２×２カプラによ
って分離されることを可能にする基本的なメカニズムで
ある。なお、上記のπおよびπ／２の位相シフトは一般
に、指定された値とは異なることがあり得るが、それ
は、光装置のクロストークおよび効率に対する設計交差
を超えない程度にその差が十分に小さい限りにおいてで
ある。図６を参照して、例示的な入力信号λ_１〜λ_４を
用いて、出力信号Ｏ１およびＯ２の形成について説明す
る。ここで、入力信号は、間隔がλ_ｆ／２に等しい等間
隔の（λ_１，λ_２，λ_３，λ_４）からなるとする。ただ
し、λ_ｆは自由スペクトルレンジである。この場合、ス
プリッタ５０１は、位置ＰおよびＱに、それぞれ成分
（Ｉ／√２）（λ_１，λ_２，λ_３，λ_４）および（ｊＩ
／√２）（λ_１，λ_２，λ_３，λ_４）を生成する。な
お、これらの２つの成分は同じ振幅を有するが、位相は
９０度だけ異なる。以下の説明では、（Ｉ／√２）およ
び（ｊＩ／√２）のスケーリングおよび位相のファクタ
を無視する。さらに、ＰおよびＱから発する信号の２つ
のセットを区別するため、Ｑから発するほうをダッシュ
で示す（すなわち、λ_１′，λ_２′，λ_３′，
λ_４′）。なお、波長間隔λ_ｆ／２は、ルータの分散係
数によって大きさΩ／２の変位５２０に変換される。こ
うして、図示のように、奇Ｐ波長λ_１およびλ_３は、偶
Ｑ波長λ_２′およびλ_４′とともに、すべてセグメント
Ａに入射し、一方、偶Ｐ波長λ_２およびλ_４は、奇Ｑ波
長λ_１′，λ_３′とともに、すべてセグメントＢに入射
する。これらの信号は、ＡおよびＢセグメントによっ
て、導波路５０５および５０６が入力曲線１２１に接続
されているところにあるそれらのＰおよびＱ光源へと反
射される。なお、２つのセットＡ，Ｂは、像曲線からわ
ずかに変位している。それらの変位は、２つのセットに
よって反射される信号間にπ／２の相対位相シフトを実
質的に引き起こすように、適切に選択される。これらの
ＰおよびＱ信号成分はそれぞれ、それらの初期位置Ｐお
よびＱへと反射される。２×２カプラ５０１は、双方向
性であり、反射された信号に対して、信号コンバイナ５
０１として作用する。リフレクタによって偶成分および
奇成分に相異なる位相シフトが加えられるため、２×２
信号コンバイナ５０１は、偶波長λ_２およびλ_４をポー
ト１に（そしてサーキュレータ５０４を介してポート５
０７に）出力し、奇波長λ_１およびλ_３をポート２に出
力する。

【００１９】本発明のもう１つの特徴についてさらにわ
かりやすく説明するため、図７に、セグメント化された
リフレクタ５１４を直線状に配置したものを示す。５１
４（５３０）によって示されているのは、図５のリフレ
クタ構成であり、反射セグメントＡおよびＢはすべて幅
Ω／２を有し、その結果、与えられたλ_ｆに対して、最
大チャネル間隔はλ_ｆ／２となる。この構成は、リフレ
クタ幅がΩ／２の場合、大きい幅の複数の反射要素のた
めに、最大の平坦性を有する非常に広いパスバンドを実
現するのに特に適しているという利点がある。他方、こ
れは、与えられたチャネル間隔に対して、より大きい分
散係数、したがって、より大きい寸法を有するグレーテ
ィングを必要とする。５４０によって示されているの
は、別の例示的なリフレクタ構成であり、リフレクタ幅
は、構成５１４に示されているものの３分の１である。
構成５４０は、リフレクタ幅がΩ／６の場合、与えられ
たチャネル間隔に対して、多数のチャネルが実現され、
グレーティング寸法を低減するという利点を有する。他
方、リフレクタが小さくなり、したがって、パスバンド
の平坦性が低下するという欠点を有する。

【００２０】図８Ａ〜図８Ｃに、図５のスライサが１×
２デバイスとして使用される場合（図８Ａ）、別のスラ
イサが１×２デバイスとして使用される場合（図８
Ｂ）、および、スライサが２×２デバイスとして使用さ
れる場合（図８Ｃ）の、スライサの入力信号および出力
信号を示す。図８Ａに示されているのは、１×２デバイ
スとして使用された本発明のスライサ６０２であり、ス
ライサ６０２のポート１との間で入力信号と出力信号を
分離するためのサーキュレータ６０１を有する。なお、
このスライサは、ただ１つの入力のみがそれに入力され
るために、１×２デバイスとして使用されるとしてい
る。図示のように、図８Ａでは、入力信号の奇波長は、
スライサ６０２のポート２から出力され、偶波長は、ス
ライサ６０２のポート１からサーキュレータ６０１を介
して出力される。図８Ｂでは、入力Ｉ２は、サーキュレ
ータ６０１′を介してスライサ６０２のポート２に入力
される。図示のように、入力信号の偶波長は、スライサ
６０２のポート２からサーキュレータ６０１′を介して
出力され、奇波長は、スライサ６０２のポート１から出
力される。図８Ｃには、完全に２×２デバイスとして使
用されるスライサ６０３のポート１および２に接続され
た２個のサーキュレータ６０１および６０１′が示され
ている。入力信号Ｉ１がスライサ６０３のポート１のみ
に入力されるとき、図８Ａに示したのと同じ結果が得ら
れる。すなわち、入力信号の奇波長は出力Ｏ２から（サ
ーキュレータ６０１′およびスライサ６０３のポート２
を介して）出力され、偶波長は出力Ｏ１から（スライサ
６０３のポート１からサーキュレータ６０１を介して）
出力される。入力Ｉ２がポート２に入力されるとき、奇
波長は出力Ｏ１から（サーキュレータ６０１およびスラ
イサ６０３のポート１を介して）出力され、偶波長は出
力Ｏ２から（サーキュレータ６０１′およびスライサ６
０３のポート２を介して）出力される。

【００２１】本発明のインタリーバあるいはスライサ
は、その最も簡単な形では、単に、波長挙動が周期的透
過係数によって特徴づけられる１×２スプリッタデバイ
スとして使用可能である。この場合、インタリーバの目
的は単に、中心波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４，λ_５，λ
_６，...を有する等間隔の波長チャネルからなる入力信
号を、もとの入力信号の波長間隔の２倍の波長間隔を有
する偶チャネルおよび奇チャネルλ_１，λ_３，
λ_５，...およびλ_２，λ_４，λ_６，...からなる２つの
信号に分けることである。この目的のために、インタリ
ーバの各透過係数は、本質的に、等間隔のパスバンドが
ストップバンドによって分離され、それぞれのパスバン
ドおよびストップバンドにおいて最大限に平坦な挙動を
有するという、周期的挙動によって特徴づけられなけれ
ばならない。さらに、インタリーバの２つの透過係数
は、相補的挙動を有しなければならない。すなわち、一
方の係数のストップバンドが他方のパスバンドに対応し
なければならない。より一般的には、本発明のインタリ
ーバは、（図８Ｃに示されているような）２×２デバイ
スとして実現可能であり、その場合、いずれの入力ポー
トＩ１，Ｉ２から２つの出力ポートＯ１，Ｏ２への各波
長透過係数も、相補的挙動を有しなければならない。な
お、この２×２デバイスの透過特性は可逆的あるいは双
方向性である。すなわち、２つのポートＯ１，Ｏ２から
いずれのポートＩ１，Ｉ２への透過係数についても同一
の挙動が得られる。また、（図８Ａまたは図８Ｂの）１
×２インタリーバにおける伝送を逆にすることによっ
て、２×１インタリーバが得られる。その機能は、偶チ
ャネルおよび奇チャネルからなる２つの入力信号を単一
のインタリーブされた出力信号に結合することである。
より一般的には、図８Ａおよび図８Ｂの２つの１×２機
能を結合することによって、（図８Ｃの）一般の場合の
２×２機能が得られる。

【００２２】［Ｃ．詳細な説明］本発明のインタリーバ
は、２×２カプラを、適当な反射終端で変更した波長ル
ータと結合することによって設計されている。前述のよ
うに、図１に、本発明で用いられる形態の従来技術のイ
メージング装置１００の基本構造を示す。これは、適当
な複数の光導波路アーム１６０を有するグレーティング
１５０によって離間され相互接続された入力セクション
１２０および出力セクション１４０を有する。入力およ
び出力セクションは一般にそれぞれ自由空間スラブであ
り、これらは曲線上の境界によって特徴づけられる。こ
の装置は、入力曲線１２１、２つの中間曲線１２２，１
２３および出力曲線１４１によって特徴づけられる。こ
の装置は、特定の波長で入力導波路１７０によって入力
される入力信号Ｐを、出力曲線１４１上に位置する等間
隔の出力像Ｐ_ｉ−１、Ｐ_ｉおよびＰ_ｉ＋１のセットへと
変換する。各出力像Ｐ_ｉ−１、Ｐ_ｉおよびＰ_ｉ＋１は、
入力導波路のモードのレプリカであり、複数の像の位置
は、近似的に信号波長の線形関数である。

【００２３】図１の従来のルータでは、上記の像のうち
の１つだけ、すなわち、最大強度の主像が使用される。
図２では、これは、中心ゾーンと呼ばれる中心区間Ａ_１
Ａ_２の内部に位置するＰ_ｉである。この区間の外部に位
置する他の像Ｐ_ｉ−１およびＰ_ｉ＋１は無用でありした
がって好ましくないとみなされる。というのは、それら
は相当な損失を引き起こすからである。本発明によれ
ば、（相当のエネルギーを有する）すべての重要な像Ｐ
_ｉ−１、Ｐ_ｉおよびＰ_ｉ＋１が使用され、これにより全
損失が実質的に低減される。このことを示すため、ま
ず、矩形伝達関数を有する低損失フィルタの設計につい
て説明する。図９に示すように、このフィルタは、像の
間隔Ωに等しい間隔を有する、等間隔のリフレクタ７０
１のセットを、出力像曲線１４１上に形成することによ
って実現される。入力信号は、等間隔の出力像
Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，Ｐ_ｉ＋１のセットを効率的に生成する
ように、入力曲線１２１にＰで接続された入力導波路１
７０に入力される。この場合、リフレクタの幅Ｗの内部
に像が生成されるような等間隔の波長区間のセットがあ
る。これらの波長において、すべての像はグレーティン
グ１００へと反射され、反射されたパワーが入力導波路
１７０に効率的に戻されることにより、反射信号Ｒが生
じる。反射信号Ｒは、サーキュレータ（例えば、図８Ａ
の６０１参照）を用いることによって入力信号から分離
することが可能であり、対応する透過係数は、ストップ
バンド７０３によって分けられた、（リフレクタセグメ
ント７０１によって反射される）等間隔のパスバンドに
よって特徴づけられ、パスバンドは最大限に平坦とな
る。損失は、材料損失を無視すると、約１ｄＢと非常に
低くすることができる。こうして、この設計は、同じグ
レーティング１００を２回通過することによって実現さ
れる平坦なパスバンドのセットを生成する。なお、図９
のすべてのリフレクタはΩの等間隔で配置され、同じ幅
を有するため、同じ幅の等間隔のパスバンドが生成され
る。しかし、これはもっとも一般的な場合ではない。特
に、リフレクタはΩの整数分の１の間隔で配置すること
が可能であり、しかも、それらは同じ幅を有する必要は
ない。リフレクタ構成が満たさなければならない重要な
要件は、周期Ωで実質的に周期的でなければならないこ
とである。その理由は、この構成が、各パスバンド内の
各入力波長によって（間隔Ωで）生成されるすべての関
連する像を、均一に反射しなければならないからであ
る。

【００２４】図９におけるサーキュレータの必要性は、
次のようにして、入力２×２カプラを上記のイメージン
グ装置と結合することによって解消することができる。
基本的な考え方を図１０に示す。ここで、入力２×２カ
プラは、それぞれ２つのリフレクタ８０４，８０５によ
って終端された、相異なる長さの２つの出力導波路８０
２，８０３に接続される。２つの入力ポート１，２の一
方に入力された入力信号Ｉ１は、２×２デバイス８０１
によって２つの出力成分に分かれる。これらの出力成分
は全反射され、２つの出力導波路８０２，８０３の経路
長差に依存して、２つの入力ポート１，２のいずれかか
ら出るようにすることができる。こうして、この経路長
差を適切に選択することにより、入力ポート１からの入
力信号が未使用ポート２で反射される（あるいはその
逆）ようにすることができると判断される。この挙動を
実現するため、２×２カプラは２つの条件を満たさなけ
ればならない。第１の条件は、２つの入力ポートの一方
に入力される信号によって生成される上記の２つの成分
が、実質的に等しい振幅を有しなければならないことで
ある。第２の条件は、入力信号を各入力ポートに同時に
入力することによって得られる。その場合に、２つの信
号は、出力成分の２つの直交するセットを生成しなけれ
ばならない。簡単のために仮定したが、実際には必要と
はされない第３の条件は、いずれのセットも、２つの成
分の間のπ／２の位相シフトによって特徴づけられなけ
ればならないことである。別個の２×２カプラを必要と
しない代替構成は、イメージング装置内に２×２カプラ
を組み込むことによって得られる。その場合、米国特許
第６，０２３，５４４号（２０００年２月８日発行）に
示されているように、適当な経路長変化が、図１の導波
路グレーティングのアームに導入されなければならな
い。しかし、次の説明では、２×２カプラは、図５に示
したように、図９のイメージング装置の入力曲線１２１
に接続されると仮定する。次に、上記の技術を用いて、
波長スライサを構成する。

【００２５】前述のように、スライサの目的は、波長チ
ャネルλ_１，λ_２，λ_３，λ_４，...からなる入力信号
を、偶チャネルλ_２，λ_４，...および奇チャネル
λ_１，λ_３，...からなる２つの信号に分けることであ
る。図５の構成において、導波路グレーティング５００
の目的は、さまざまなチャネルを分離することである。
各波長λで、この構成は、入力導波路５０５によって形
成される入力点光源Ｐを、グレーティングのさまざまな
次数に対応するいくつかの出力像Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，Ｐ
_ｉ＋１に変換する。これらの像の位置Ｐ_ｉ−１，Ｐ_ｉ，
Ｐ_ｉ＋１は波長とともに変化し、それらの間隔は Ω≒Ｒ・λ／ａ である。ただし、ａはグレーティングの周期である。

【００２６】ここで考えている構成の基本的性質は、ま
ず特殊な場合、すなわち、図９に示すように実現される
反射フィルタの設計を考慮することによって、もっとも
よく理解される。このフィルタは、単に、リフレクタの
セットが出力像曲線に沿って配置されたイメージング装
置からなる。最初に、セグメント化されたリフレクタの
代わりに、像曲線全体をカバーする単一のリフレクタで
置き換える。その場合、すべての像はグレーティングに
向かって反射された後、グレーティングは、さまざまな
像を、入力導波路位置Ｐに生成される単一の反射像に再
結合する。すると、１に近い反射係数が入力導波路にお
いて生じ、反射は近似的に波長独立となる。上の結果は
明らかに、一般にいくつかの波長を含む任意の入力信号
についても成り立ち、今度はＰに生じる反射像がリフレ
クタによって反射された波長のみを含むことを除いて
は、同様の結果が、図９において、リフレクタのセット
を用いることによって得られる。実際上は、ある一定の
波長のみを反射する反射終端で入力導波路を終端してい
る。そこで、単位パワー、可変波長の入力信号を、この
構成に入力することによって得られる波長応答を考え
る。その場合、材料損失を無視すると、入力反射係数ρ
によって与えられる波長応答は、実質的に、ストップバ
ンドによって分離された単位振幅のパスバンドの周期的
セットを示し、各パスバンドは、反射要素の特定のサブ
セット、すなわち、さまざまな次数の間隔Ωだけ離れた
要素からなるサブセットによって生成される。しかし、
このフィルタの好ましくない特徴は、入力信号が出てき
たのと同じ入力導波路へと出力信号が反射されて戻るこ
とである。信号を異なる導波路に移すためには、この構
成は、図１０によって示唆されるように、２×２カプラ
を含めることによって変更されなければならない。結果
として得られる構成を図１１に示す。今度は、入力導波
路は、入力信号を２つの成分に分ける２×２カプラによ
って置換され、振幅Ｉ／√２，ｊＩ／√２の、ｄだけ離
れた２つの点光源Ｐ，Ｑを生じる。なお、入力信号は、
２×２構成のポート１に入力される。この構成は、今度
は、２セットのインタリーブされた像Ｐ_ｉ，Ｑ_ｉを生成
する。像曲線全体をカバーする単一のリフレクタはこの
場合も入力反射係数ρを生じるが、入射信号Ｉおよび反
射信号Ｒｅは、今度は、図１１に示すように、２×２カ
プラの相異なる入力ポートに生じる。なお、ρはこの場
合、Ｐ，Ｑを通る２つの経路によってそれぞれ生じる２
つの成分ρ_Ｐ，ρ_Ｑの和である。上の挙動を生じさせる
ため、２つの成分ρ_Ｐ，ρ _Ｑは、２×２カプラのポート
２で同相で足しあわされなければならない。そのため、
２×２カプラをＰ，Ｑに接続する２つの導波路の長さ
は、適当な位相シフトを生じて２つの成分が適当なポー
トにおいて同相で足しあわされるように、適切に選択さ
れなければならない。次に、同様の技術を用いることに
よって、波長インタリーバを実現する。この場合、リフ
レクタの代わりに、可変位相シフトを生じるセグメント
化されたリフレクタを用いる。インタリーバは、偶波長
および奇波長の２つのセットを相異なるポートに移さな
ければならないからである。２つの場合（偶波長および
奇波長）における位相シフトはπだけ異ならなければな
らない。それらの場合は、２つの成分ρ_Ｐ，ρ_Ｑを相異
なるポートにおいて同相で足しあわせなければならない
からである。これは図１０から理解される。実際、図１
１において反射がポート２ではなくポート１に現れるた
めには、２つの導波路８０３および８０２のいずれか一
方にπの位相シフトを導入しなければならない。同じこ
とであるが、位相シフトπ／２および−π／２が２つの
アームでそれぞれ生じなければならない。

【００２７】図６の構成を考える。この構成の目的は、
λ_１，λ_２，λ_３，λ_４，...を、奇チャネルλ_１，λ
_３，...および偶チャネルλ_２，λ_４，...からなる２つ
のセットに分離し、それぞれのセットの波長が、グレー
ティングの自由スペクトルレンジλ_ｆだけ離れるように
することである。図６の構成は、インタリーブされた反
射要素の２つのセットＡ，Ｂを有し、各セットは、２つ
のセットＡ，Ｂによって反射される信号間にπ／２の位
相シフトを実質的に生じるように、入力曲線から（図５
に示すように）±λ／１６だけわずかに変位している。
π／２の位相シフトは、２×２カプラに接続された２つ
の出力導波路の一方にも含められ、上記の反射ρが特定
の奇波長チャネルでポート２に現れるようにしている。
この場合、この波長では、上記の位相シフトは、２つの
成分ρ_Ｐ，ρ_Ｑが同相でポート２に現れるように適切に
選択されなければならない。この条件が満たされると、
構成は自由スペクトルレンジに等しい周期で実質的に周
期性を有するため、すべての奇波長チャネルはポート２
に移ることになる。次に、偶波長チャネルを考える。こ
の波長チャネルでは、グレーティングによる分散のため
に、像は、他方の場合（奇チャネルの場合）に得られる
像からΩ／２だけ変位する。この変位は、リフレクタＡ
とＢの間隔に実質的に等しいため、これらのリフレクタ
によって像Ｐ _ｉ，Ｑ_ｉに加えられる位相シフトは、今度
は、前の場合とは反対に入れ替わる。この入れ替わりに
より、２つの成分ρ_Ｐ，ρ_Ｑの間にπの位相シフトが生
じて、２つの成分は同相でポート１に現れる。

【００２８】なお、図６の具体例では、信号Ｐのすべて
の偶波長λ_２，λ_４はリフレクタセグメントＢによって
反射され、一方、信号Ｑのすべての偶波長λ_２′，
λ_４′はリフレクタセグメントＡによって反射される。
他方、信号Ｐのすべての奇波長λ _１，λ_３はリフレクタ
セグメントＡによって反射され、一方、信号Ｑのすべて
の奇波長λ_１′，λ_３′はリフレクタセグメントＢによ
って反射される。こうして、２つのリフレクタＡ，Ｂの
役割は２つの場合で入れ替わり、これが上記のπの位相
シフトを生じ、２つの場合における信号が相異なるポー
トから反射されるようになる。また、入力信号Ｉがポー
ト２に入力される場合、奇成分はポート１で反射され、
偶成分はポート２で反射される。ここまでは簡単のた
め、さまざまな像は倍率１で生成されると仮定したが、
その場合、２つの入力導波路の間隔ｄは、それらの出力
像の対応する間隔に等しい。さらに、２つの間隔はΩ／
２に等しいと選択されたが、その場合、出力チャネルλ
_１，λ_３，...およびλ_２，λ_４，...のいずれのセット
のチャネル間隔も、自由スペクトルレンジλ_ｆに等しく
なる。より一般的には、上記のチャネル間隔は、λ_ｆの
整数分の１に等しくすることができる。その場合、リフ
レクタＡ，Ｂの各ペアは、Ω／２の整数分の１だけ間隔
をあけなければならない。また、ｄはΩ／（２Ｍ）の整
数分の１となる。ただし、Ｍは倍率である。なお、ここ
までは、Ωの小さい波長依存性を無視している。そのた
め、実際には、上記の間隔は、Ωに対して、特定の設計
波長に対応する特定の値Ω_０を使用することによって決
定しなければならない。

【００２９】このようにして、入力信号Ｉの偶数番目の
チャネルが出力Ｏ１としてポート１に移されるような、
等間隔の区間のセットによって特徴づけられるスライサ
（インタリーバともいう）が実現される。偶数番目のチ
ャネルの出力Ｏ１は、入力信号を運ぶのと同じ導波路５
０９に移されるので、ポート５０７における反射チャネ
ル（出力Ｏ１）からポート５０８における入力チャネル
Ｉを分離するために、サーキュレータ５０４が必要であ
る。

【００３０】図１２に、２つの経路が同じルータを通る
代わりに２個のルータ９０４および９０７（これらは共
通の自由空間スラブ９０１を共有する）を使用する本発
明の波長スライサの代替実施例を示す。図示のように、
第１のルータ９０４は、自由空間スラブ９０２、グレー
ティング９０３および共通スラブ９０１を有し、一方、
第２のルータ９０７は、共通スラブ９０１、グレーティ
ング９０５、およびスラブ９０６を有する。入力ポート
Ｉ１は、多波長入力信号を受信しその信号の偶波長を出
力するために使用され、一方、出力ポートＯ１は、信号
の奇波長を出力する。図１２の構成は、２個の通常のリ
フレクタ、すなわち、楕円形リフレクタ９１０および円
形リフレクタ９１１を使用する。なお、楕円形リフレク
タ９１０は焦点Ｆ１およびＦ２を有し、円形リフレクタ
９１１はＦ１を中心とする。

【００３１】図１２の構成の作用は次の通りである。Ｉ
１における入力信号のすべての奇波長は、円形リフレク
タ９１１のセクション９１２に向けられるが、楕円形リ
フレクタ９１０によって遮られ、楕円形リフレクタ９１
０は奇波長λ_Ｏを右側の第２のルータ９０７のほうへ反
射し、そこで奇波長λ_ＯはポートＯ１から出る。Ｉ１に
おける入力信号のすべての偶波長λ_Ｅは、円形リフレク
タ９１１に向けられ、円形リフレクタ９１１はその偶波
長を第１のルータ９０４に反射し、そこで偶波長は出力
信号λ_ＥとしてポートＩ１から出る。この場合も、入力
Ｉ１と出力信号λ_Ｅを分離するために、サーキュレータ
（図示せず）をポートＩ１に接続することが可能であ
る。

【００３２】図１２の構成は、２つの通常のリフレクタ
９１０および９１１の組合せを使用するだけであるとい
う利点を有するが、この構成は、２つの別々のグレーテ
ィング９０３および９０４の使用を必要とし、これが構
成の複雑さを増大させるという欠点がある。

【００３３】前述のように、図５におけるルータの２つ
の入力導波路に接続される２×２カプラ５０１は、米国
特許第６，０２３，５４４号（２０００年２月８日発
行）の技術を用いることによって省略することができ
る。その場合、グレーティングのアームに、適当な経路
長変化を導入しなければならない。この変化は、２つの
アームを含む周期で周期性を有しなければならず、隣り
合うアームのそれぞれのペアに逆の位相シフト±π／２
を引き起こさなければならない。すると、２×２カプラ
５０１を除去することができ、その結果、図５において
５６０の右側全体からなる構成は、上記の周期変化の代
わりに２×２カプラを有するもとの構成と実質的に等価
となることがわかる。実際には、この新たな構成では、
入力信号が、与えられた波長でＰに位置する導波路に入
力される場合、対応する出力像は、上記の経路長変化に
よって、インタリーブされΩ／２だけ変位した２つの別
々のセットに分かれる。その結果、この新たな構成は実
質的にもとの構成と等価となる。すなわち、いずれかの
ポートに、インタリーブされた適当な間隔の波長の２つ
のセットからなる入力信号を入力することによって、こ
の構成は、２つのセットを分離し、それらを、それぞれ
２つの入力導波路における反射信号として出力すること
になる。なお、この技術と、２×２カプラ５０１を用い
た前述の技術とは、１つの重要な点で異なる。２×２カ
プラの代わりに上記の経路長変化を使用することによ
り、２つの入力導波路の間隔ｄは、Ω／２に近似的に等
しくなるように選択しなければならない。これに対し
て、２×２カプラを使用することにより、インタリーブ
されたリフレクタＡ，Ｂの２つのセットもまたｄだけ変
位する限り、間隔ｄは、Ω／２の整数分の１とすること
が可能である。上の考察は、出力像曲線について倍率Ｍ
が１であることを仮定している。任意のＭの場合は、与
えられたΩおよび与えられたリフレクタ構成の寸法に対
して、単に、Ｐ，Ｑの間隔をｄ／Ｍに変える。各リフレ
クタ要素のサイズを増大させることにより、製造を容易
にするためには、倍率Ｍが１より大きいことが好まし
い。またこれにより、構成は、より細かい波長分解能を
有し、より多くの波長チャネルを扱うことが可能とな
る。

【００３４】なお、像曲線は一般に有限の半径Ｒの円で
ある。しかし、明らかに、上記の結果は、像曲線が直線
（これは、非常に大きい半径の円とみなすことができ
る）であるという特殊な場合にも成り立つ。

【００３５】以上、導波路グレーティングを用いたプレ
ーナ型イメージング装置について説明した。より一般的
には、同等のイメージング装置は、エシェルグレーティ
ングを用いても実現可能である。エシェルグレーティン
グは、隣り合う要素の間の大きい経路長差によって特徴
づけられる周知のタイプのグレーティングである。エシ
ェルグレーティングは、プレーナ型イメージング装置に
組み込むことも可能であり、あるいは、通常の自由空間
に実現された従来のイメージング装置（おそらくは、エ
シェルと組み合わせてレンズや曲面リフレクタを含む）
に組み込むことも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、矩
形の波長伝達関数を有する低損失のインタリーバ（スラ
イサ）が実現される。

【００３７】特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で
記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関
係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと
解釈すべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】光波長ルータあるいはグレーティングの基本的
な従来技術の形態を示す図である。

【図２】図１に示した波長ルータの出力スラブの図であ
る。

【図３】図１の基本的な波長ルータの出力特性を示す図
である。

【図４】図１の基本的な波長ルータの出力特性を示す図
である。

【図５】波長スライサとしての、本発明の第１実施例を
示す図である。

【図６】多波長入力信号が図５の波長スライサを２回通
るときの個々の中心波長の経路を示す図である。

【図７】図５の波長スライサで用いられるセグメント化
リフレクタの例示的構成を示す図である。

【図８】図５〜図７の波長スライサの他の応用例を示す
図である。

【図９】波長フィルタとしての、本発明の実施例を示す
図である。

【図１０】入力２×２カプラをイメージング装置と結合
することによってサーキュレータの使用を省略する方法
を示す図である。

【図１１】図９のフィルタに適用した図１０の技術を示
す図である。

【図１２】本発明の波長スライサの別の実施例を示す図
である。

【符号の説明】

１００ イメージング装置（グレーティング） １２０ 入力セクション １２１ 入力円（入力曲線） １２２，１２３ 中間曲線 １４０ 出力セクション １４１ 出力円（出力像曲線） １５０ グレーティング １６０ 光導波路アーム １７０ 入力導波路（入力ポート） １８０ 出力導波路（出力ポート） ３１０ ローブ ５００ ルータ（導波路グレーティング） ５０１ ２×２カプラ（信号コンバイナ、スプリッタ） ５０２，５０３ リフレクタ ５０４ サーキュレータ ５０５，５０６ 導波路 ５０７，５０８ ポート ５０９ 導波路 ５１４，５３０，５４０ リフレクタ構成 ６０１，６０１′ サーキュレータ ６０２，６０３ スライサ ７０１ リフレクタ ８０１ ２×２デバイス ８０２，８０３ 出力導波路 ８０４，８０５ リフレクタ ９０１，９０２ 自由空間スラブ ９０３ グレーティング ９０４ ルータ ９０５ グレーティング ９０６ スラブ ９０７ ルータ ９１０ 楕円形リフレクタ ９１１ 円形リフレクタ

フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 コッラド ピエトロ ドラゴン アメリカ合衆国、07739 ニュージャージ ー州、リトル シルバー、ウィンザー ド ライブ 43 Ｆターム(参考） 2H047 LA09 LA19 MA05 RA00

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指定された倍率Ｍで生成される入力曲線
   および出力像曲線を有するグレーティングを含む光イメ
   ージング装置において、 入力曲線の位置Ｐに接続され、特定の入力波長の入力信
   号を受信する入力導波路と、 出力像の間隔Ωの整数分の１にほぼ等しい周期で出力像
   曲線に沿って配置された反射要素Ａの周期構造とを有
   し、 入力信号は、グレーティングの複数の次数によって、出
   力像曲線上に間隔Ωで生成される等間隔の像のセットに
   分散され、グレーティングによる分散によって、出力像
   曲線上の出力像の位置が波長とともに変化し、 前記整数は１に等しいことも可能であり、各反射要素
   は、該要素によって遮られた像の伝播方向を実質的に逆
   転させることにより、周期構造は、等間隔の像のセット
   がグレーティングを再び通過して入力導波路に戻る反射
   信号を生成するようにし、反射信号は入力導波路に効率
   的に戻されることにより、入力信号とは逆方向に入力導
   波路中を通る出力信号を生じることを特徴とする光イメ
   ージング装置。
2. 【請求項２】 入力信号と入力導波路の間に接続された
   サーキュレータデバイスをさらに有し、 前記サーキュレータデバイスの第１のポートは入力信号
   に接続され、前記サーキュレータデバイスの第２のポー
   トは入力導波路に接続され、前記サーキュレータデバイ
   スの第３のポートは入力導波路から出る信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 入力曲線の位置Ｑに接続された第２の入
   力導波路をさらに有し、 ２つの入力導波路は、指定された横方向変位ｄだけ位置
   ＰとＱが離れた２つの別個の入力ポートを形成し、反射
   要素Ａの周期構造は、各要素Ａが要素Ｂと隣り合うよう
   に、反射要素Ｂの第２の周期構造とインタリーブされ、
   ２つの要素の間隔は入力変位ｄの像Ｍｄに近似的に等し
   く、２つの要素ＡおよびＢは、振幅は同程度であるが位
   相は近似的にπ／２だけ異なる反射によって特徴づけら
   れることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 第２の入力信号と第２の入力導波路の間
   に接続されたサーキュレータデバイスをさらに有し、 前記サーキュレータデバイスの第１のポートは第２の入
   力信号に接続され、前記サーキュレータデバイスの第２
   のポートは第２の入力導波路に接続され、前記サーキュ
   レータデバイスの第３のポートは第２の入力導波路から
   出る信号を出力することを特徴とする請求項３記載の装
   置。
5. 【請求項５】 ２つの入力ポートと、第１および第２の
   入力導波路のいずれか相異なる一方にそれぞれ接続され
   た２つの出力ポートとを有する２×２カプラをさらに有
   し、それにより、前記装置は、４つの反射係数によって
   特徴づけられる反射構成を形成し、各反射係数は、２×
   ２カプラの特定の入力ポートで、２つの入力ポートの一
   方に入力される信号によって生じ、前記反射構成は、第
   １の入力ポートに入力される多波長入力信号に応答し
   て、インタリーブされた波長の２つのセットＵおよびＶ
   によって特徴づけられる波長応答を有し第１の入力ポー
   トに戻る反射信号を生成し、一方のセットＵは、第１の
   入力ポートに戻る効率的反射のパスバンドを表し、他方
   のセットＶは、第１の入力ポートに戻る実質的に低い反
   射のストップバンドを表すことを特徴とする請求項３記
   載の装置。
6. 【請求項６】 入力信号と２×２カプラの間に接続され
   たサーキュレータデバイスをさらに有し、 前記サーキュレータデバイスの第１のポートは入力信号
   に接続され、前記サーキュレータデバイスの第２のポー
   トは２×２カプラの第１の入力ポートに接続され、前記
   サーキュレータデバイスの第３のポートは２×２カプラ
   の第１の入力ポートから出る信号を出力することを特徴
   とする請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 前記反射構成は、インタリーブされた波
   長の２つのセットＵおよびＶによって特徴づけられる波
   長応答を有し第２の入力ポートに戻る反射信号を生成
   し、セットＶは、第２の入力ポートに戻る効率的反射の
   パスバンドを表し、セットＵは、第２の入力ポートに戻
   る実質的に低い反射のストップバンドを表すことを特徴
   とする請求項５記載の装置。
8. 【請求項８】 前記反射構成は、第１の入力ポートに入
   力される第１の多波長入力信号および第２の入力ポート
   に入力される第２の多波長入力信号に応答して、インタ
   リーブされた波長の２つのセットＵおよびＶによって特
   徴づけられる波長応答を有し第１の入力ポートに戻る反
   射信号を生成し、一方のセットＵは、第１の入力ポート
   に入力された多波長入力信号からの第１の入力ポートに
   戻る効率的反射のパスバンドを表し、他方のセットＶ
   は、第２の入力ポートに入力された多波長入力信号から
   の第１の入力ポートに戻る実質的に低い反射のストップ
   バンドを表すことを特徴とする請求項５記載の装置。
9. 【請求項９】 変位ｄは、出力曲線上のその像Ｍｄが出
   力像の間隔Ωの半分に近似的に等しくなるように選択さ
   れ、グレーティングは、隣り合うアームに逆の位相シフ
   トを生じるような、隣り合うアームにおける適当な周期
   的経路長変化を有するように構成され、特定の波長の特
   定の入力信号は、Ω／２だけ変位したインタリーブされ
   た出力像の２つのセットに分けられ、それにより、前記
   装置は、４つの反射係数によって特徴づけられる２つの
   入力導波路を有する反射イメージング構成を形成し、各
   反射係数は、特定の入力導波路で、２つの入力導波路の
   一方に入力される信号によって生じ、４つの反射係数の
   それぞれにより生じる波長応答は、インタリーブされた
   波長区間の２つのセットによって特徴づけられ、一方の
   セットは効率的反射のパスバンドを表し、他方のセット
   は実質的に低い反射のストップバンドを表すことを特徴
   とする請求項３記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記グレーティングは導波路グレーテ
    ィングであることを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記グレーティングはエシェルグレー
    ティングであることを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 【請求項１２】 入力境界、出力境界、および、入力境
    界に接続され入力信号を受信する第１入力導波路を有す
    る第１自由空間領域と、 入力境界および出力境界を有する第２自由空間領域と、 各アームの第１端が第１自由空間領域の出力境界に接続
    され第２端が第２自由空間領域の入力境界に接続され
    た、複数の放射状アームを有する導波路グレーティング
    とを有する光装置において、 第２自由空間領域は、その出力円形境界領域に形成され
    た周期的セグメント化リフレクタを有し、 前記セグメント化リフレクタは、複数の像次数の間隔の
    整数分の１にほぼ等しい周期を有し、 入力信号の各波長区間の複数の像次数が、それぞれ対応
    するセグメントから、均一に反射されることを特徴とす
    る光装置。
13. 【請求項１３】 前記装置は周期的バンドパスフィルタ
    であり、 リフレクタセグメントの幅は、相等しく、かつ、フィル
    タのパスバンドを決定し、 リフレクタセグメント間のセクションは、非反射性であ
    り、かつ、フィルタのストップバンドを決定することを
    特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 セグメントの間隔は、像間隔Ωの整数
    分の１であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記整数は２であり、１つおきのセグ
    メントが相異なる反射特性を有することを特徴とする請
    求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 隣り合うセグメントが、位相シフトに
    π／２の差を生じることを特徴とする請求項１４記載の
    装置。
17. 【請求項１７】 セグメント化リフレクタは、周期的な
    インタリーブされたリフレクタセグメントの２つのセッ
    トＡおよびＢからなる構成を有し、２つのインタリーブ
    されたセットは、それらから反射される信号の位相シフ
    トにπ／２の差を生じさせ、 第１自由空間領域は、入力境界に接続され反射信号を出
    力する第２入力導波路を有し、 第１および第２入力導波路と入力境界との接続点ＰとＱ
    は、指定された横方向変位ｄだけ離れ、隣り合うセグメ
    ントＡとＢの間隔は、入力変位ｄの像Ｍｄに近似的に等
    しく、２つのセグメントＡおよびＢは、振幅は同程度で
    あるが位相はπ／２だけ近似的に異なる反射によって特
    徴づけられることを特徴とする請求項１２記載の装置。
18. 【請求項１８】 各セグメントは同じ幅を有することを
    特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 【請求項１９】 ２つの入力ポートと、第１および第２
    入力導波路のいずれか相異なる一方にそれぞれ接続され
    た２つの出力ポートとを有する２×２カプラをさらに有
    し、それにより、前記装置は、４つの反射係数によって
    特徴づけられる反射構成を形成し、各反射係数は、２×
    ２カプラの第１の入力ポートで、該ポートまたは２×２
    カプラの第２の入力ポートに入力される信号によって生
    じ、前記反射構成は、第１の入力ポートに入力される多
    波長入力信号に応答して、インタリーブされた波長の２
    つのセットによって特徴づけられる波長応答を有し第１
    の入力ポートに戻る反射信号を生成し、一方のセット
    は、第１の入力ポートに戻る効率的反射のパスバンドを
    表し、他方のセットは、第１の入力ポートに戻る実質的
    に低い反射のストップバンドを表すことを特徴とする請
    求項１２記載の装置。
20. 【請求項２０】 λ_１＜λ_２＜・・・＜λ_ｎとして、一
    連の波長λ_１，λ_２，...，λ_ｎを含む入力信号が２×
    ２カプラの第１の入力ポートに入力されるとき、２×２
    カプラの２つの出力ポートのそれぞれで出力される各成
    分信号が複数の像を形成し、それぞれの像は、該それぞ
    れの像に存在する個々の波長に依存して、セグメント化
    リフレクタの所定のセグメントに入射し、 セグメント化リフレクタの隣り合うセグメントは、反射
    像の位相シフトにπ／２の差を導入し、 前記一連の波長の偶数番目の波長は２×２カプラの第１
    のポートから出力され、前記一連の波長の奇数番目の波
    長は２×２カプラの第２のポートから出力されることを
    特徴とする請求項１９記載の装置。
21. 【請求項２１】 セグメント化リフレクタのセグメント
    は幅Ω／２を有し、 Ωは、像次数の間の間隔であり、近似的に Ω≒Ｒ・λ／ａ であり、ここで、Ｒはアーム焦点から放射状アームまで
    の距離であり、λは波長であり、ａはグレーティングの
    周期であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
22. 【請求項２２】 入力信号と２×２カプラの間に接続さ
    れたサーキュレータデバイスをさらに有し、 前記サーキュレータデバイスの第１のポートは入力信号
    に接続され、前記サーキュレータデバイスの第２のポー
    トは２×２カプラの第１の入力ポートに接続され、前記
    サーキュレータデバイスの第３のポートは２×２カプラ
    の第１の入力ポートから出る信号を出力することを特徴
    とする請求項２０記載の装置。
23. 【請求項２３】 複数の波長を含む第２の入力信号を受
    信する第１のポートと、該第２の入力信号を２×２カプ
    ラの第２入力ポートに結合する第２の入力ポートと、２
    ×２カプラの第２入力ポートから出る信号を出力する第
    ３の入力ポートとを有する第２のサーキュレータデバイ
    スをさらに有することを特徴とする請求項２０記載の装
    置。
24. 【請求項２４】 第１および第２のルータを有する波長
    スライサにおいて、 第１のルータは、第１自由空間領域と、第２自由空間領
    域と、該第１と第２の自由空間領域の間を接続する導波
    路グレーティングと、第１自由空間領域の入力側に接続
    され複数の等間隔の波長を含む入力信号を入力する入力
    導波路とを有し、 第２のルータは、第１自由空間領域と、第２自由空間領
    域と、第２のルータの第１と第２の自由空間領域の間を
    接続する導波路グレーティングと、第２のルータの第１
    自由空間領域の入力側に接続された出力導波路とを有
    し、 前記第２のルータの前記第２自由空間領域は、前記第１
    のルータの前記第２自由空間領域に重なり、この共通の
    第２自由空間領域は、楕円形リフレクタおよび円形リフ
    レクタを有し、入力信号像は、リフレクタ構成に入射す
    るように第１のルータの導波路グレーティングから放射
    され、円形リフレクタは、放射された入力信号像の奇数
    番目の波長が第１のルータの導波路グレーティングを通
    って入力導波路へと反射されるように配置され、楕円形
    リフレクタは、入力信号の偶数番目の波長が第２のルー
    タの導波路グレーティングを通って出力導波路へと反射
    されるように配置されることを特徴とする波長スライ
    サ。
25. 【請求項２５】 λ_１＜λ_２＜・・・＜λ_ｎとして、一
    連の波長λ_１，λ_２，...，λ_ｎを含む光入力信号を受
    信するステップと、 入力信号の複数の像を形成するステップと、 前記一連の波長の奇数および偶数番目の波長の反射が、
    振幅は同程度であるが位相は近似的にπ／２だけ異なる
    ように、前記複数の像のそれぞれを反射するステップ
    と、 反射された複数の像を結合して出力信号を形成するステ
    ップとを有することを特徴とする、光装置を動作させる
    方法。