JP2880873B2 - 集積光学系用の波長分割マルチプレクサ - Google Patents
集積光学系用の波長分割マルチプレクサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特に集積光学系用の波長
分割マルチプレクサに関する。
分割マルチプレクサに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積光電回路においては、波長多重化を
使用することによって光学データ伝送容量を増加させる
ことが可能である。しかしながら概して、有用な波長の
範囲は少なくとも２つの理由によって制限される。第１
の理由は、多様な種類のシステムアプリケーション（直
接検出またはコヒーレント検出、構内回線網または長距
離伝送網、など）間に波長を割当てる必要があることで
あり、第２の理由は、入手可能な光増幅器（希土類をド
ープした光ファイバ増幅器、半導体増幅器、など）の通
過帯域内で動作させることが好ましいということであ
る。
使用することによって光学データ伝送容量を増加させる
ことが可能である。しかしながら概して、有用な波長の
範囲は少なくとも２つの理由によって制限される。第１
の理由は、多様な種類のシステムアプリケーション（直
接検出またはコヒーレント検出、構内回線網または長距
離伝送網、など）間に波長を割当てる必要があることで
あり、第２の理由は、入手可能な光増幅器（希土類をド
ープした光ファイバ増幅器、半導体増幅器、など）の通
過帯域内で動作させることが好ましいということであ
る。
【０００３】波長多重化を使用する伝送システムの容量
を増加させる場合に概して生じる問題は、所与のスペク
トル範囲内に多数のチャネルを挿入しなければならない
ことである。これは、送信端（多重化）及び受信端（多
重化分離）の双方でチャネル間の間隔の縮小が必要であ
ることを意味する。
を増加させる場合に概して生じる問題は、所与のスペク
トル範囲内に多数のチャネルを挿入しなければならない
ことである。これは、送信端（多重化）及び受信端（多
重化分離）の双方でチャネル間の間隔の縮小が必要であ
ることを意味する。
【０００４】公知のマルチプレクサは回折格子からなる
回折素子を含んでおり、２つの閉込め層の間に設けられ
た導波層を含むウェーハの形態を有しており、前記導波
層が、マルチプレクサの内部波を構成する光波をその平
面に沿って誘導するために閉込め層の屈折率よりも大き
い屈折率を有する導波部を有しており、前記マルチプレ
クサが多重化チャネルを有しており、前記多重化チャネ
ルが、内部波を平面の種々の方向で縁端から縁端まで伝
播させるために縁端によって限定された二次元導波エリ
アを構成する導波部と、内部波を前記導波エリアから受
容し且つ出力導波路の方向に誘導するために前記縁端の
一点に入力を有しており、受容した内部波の重畳によっ
て得られた合成波をマルチプレクサの出力に誘導するた
めに、前記入力をマルチプレクサの出力に接続する線形
出力導波路と、伝播されてきた内部波を夫々の波長に依
存する方向で導波エリアに反射させる回折格子を含んで
おり、前記回折格子が波を集束させ得る凹面格子から成
るような縁端の２つの限定部分と、前記格子が前記波を
前記出力導波路の入力に集束させるように前記導波エリ
アの内部波を前記注入点から前記回折格子に注入するた
めに前記ウェーハによって担持された複数の光注入器と
を含んでおり、前記出力導波路入力で内部波の各々を集
束させるために、前記内部波の前記波長が前記複数の注
入器に夫々対応してランク付け（順位付け）されてお
り、前記注入点が前記複数の波長に夫々対応してランク
付けされている。
回折素子を含んでおり、２つの閉込め層の間に設けられ
た導波層を含むウェーハの形態を有しており、前記導波
層が、マルチプレクサの内部波を構成する光波をその平
面に沿って誘導するために閉込め層の屈折率よりも大き
い屈折率を有する導波部を有しており、前記マルチプレ
クサが多重化チャネルを有しており、前記多重化チャネ
ルが、内部波を平面の種々の方向で縁端から縁端まで伝
播させるために縁端によって限定された二次元導波エリ
アを構成する導波部と、内部波を前記導波エリアから受
容し且つ出力導波路の方向に誘導するために前記縁端の
一点に入力を有しており、受容した内部波の重畳によっ
て得られた合成波をマルチプレクサの出力に誘導するた
めに、前記入力をマルチプレクサの出力に接続する線形
出力導波路と、伝播されてきた内部波を夫々の波長に依
存する方向で導波エリアに反射させる回折格子を含んで
おり、前記回折格子が波を集束させ得る凹面格子から成
るような縁端の２つの限定部分と、前記格子が前記波を
前記出力導波路の入力に集束させるように前記導波エリ
アの内部波を前記注入点から前記回折格子に注入するた
めに前記ウェーハによって担持された複数の光注入器と
を含んでおり、前記出力導波路入力で内部波の各々を集
束させるために、前記内部波の前記波長が前記複数の注
入器に夫々対応してランク付け（順位付け）されてお
り、前記注入点が前記複数の波長に夫々対応してランク
付けされている。
【０００５】このような回折格子は、フレネルミラーと
して知られている。また、好ましくは、注入点、回折格
子及び出力導波路の入力が所謂「ローランド円」と呼ば
れる同一の円上に存在しなければならないことも知られ
ている。
して知られている。また、好ましくは、注入点、回折格
子及び出力導波路の入力が所謂「ローランド円」と呼ば
れる同一の円上に存在しなければならないことも知られ
ている。
【０００６】かかるマルチプレクサに集められるスペク
トルチャネルの数を総バンド幅を拡大することなく増加
させようとする場合、隣合うチャネル間の間隔を縮小す
る必要があり、しかも、これらのチャネル間に不都合な
クロストークを生じてはならないので、使用される回折
格子のスペクトル分解能を強化する必要があると考えら
れる。
トルチャネルの数を総バンド幅を拡大することなく増加
させようとする場合、隣合うチャネル間の間隔を縮小す
る必要があり、しかも、これらのチャネル間に不都合な
クロストークを生じてはならないので、使用される回折
格子のスペクトル分解能を強化する必要があると考えら
れる。
【０００７】この問題に対する種々の解決方法が提案さ
れた。１つの解決方法では、回折格子の焦点距離を延長
させる。この場合、マルチプレクサを構成するウェーハ
の寸法を同じ割合で増加させる必要がある。これは電気
通信用の用途では重大な欠点である。
れた。１つの解決方法では、回折格子の焦点距離を延長
させる。この場合、マルチプレクサを構成するウェーハ
の寸法を同じ割合で増加させる必要がある。これは電気
通信用の用途では重大な欠点である。
【０００８】いま１つの解決方法では、格子のピッチを
縮小する。この方法は、格子をエッチングするための使
用可能な方法に基づく技術的な制約を受ける。この制約
は、ウェーハを構成する材料にも左右される。ＧａＩｎ
ＡｓＰ材料系はＳｉＯ2／Ｓｉ材料系よりも進歩した材
料であるが、後者の材料は廉価であり、集積が容易であ
るという利点を有している。いかなる材料を使用するか
にかかわりなく、マルチプレクサの分解能を強化するこ
と、即ち不都合なクロストークを防止するために隣接チ
ャネル間に維持すべきスペクトル間隔を縮小することが
望ましい。
縮小する。この方法は、格子をエッチングするための使
用可能な方法に基づく技術的な制約を受ける。この制約
は、ウェーハを構成する材料にも左右される。ＧａＩｎ
ＡｓＰ材料系はＳｉＯ2／Ｓｉ材料系よりも進歩した材
料であるが、後者の材料は廉価であり、集積が容易であ
るという利点を有している。いかなる材料を使用するか
にかかわりなく、マルチプレクサの分解能を強化するこ
と、即ち不都合なクロストークを防止するために隣接チ
ャネル間に維持すべきスペクトル間隔を縮小することが
望ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は特に、
不都合なクロストークを生じることなく限られた寸法の
マルチプレクサによって収集されることが可能な所定の
スペクトルバンドに属するスペクトルチャネルの数を増
加させることである。
不都合なクロストークを生じることなく限られた寸法の
マルチプレクサによって収集されることが可能な所定の
スペクトルバンドに属するスペクトルチャネルの数を増
加させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
れば、複数の光注入素子と、複数の回折素子と、複数の
入力を有する共通の出力導波路とを有しており、前記複
数の光注入素子が、各集合間で相互にはさみ込まれた波
長を有する複数の集合を注入し、前記複数の回折素子
が、該相互にはさみ込まれた波長の集合をそれぞれ受容
し前記出力導波路の複数の入力に集束させる集積光学系
用の波長分割マルチプレクサであって、前記複数の回折
素子は、夫々番号の付されたＨ（Ｈは２以上の整数）個
の回折素子からなり、前記複数の光注入素子により注入
される光の波長は、隣接波長から実質的に一定の間隔ず
つ離間しており、且つ波長の値の順にＨをモジュロとす
る番号で順位付けされており、各回折素子は、当該回折
格子の番号に等しい順位を有する波長の集合を集束さ
せ、同一回折素子によって回折される波長の集合の隣接
波長の間隔は、前記定間隔の実質的にＨ倍であることを
特徴とする波長分割マルチプレクサが提供される。
れば、複数の光注入素子と、複数の回折素子と、複数の
入力を有する共通の出力導波路とを有しており、前記複
数の光注入素子が、各集合間で相互にはさみ込まれた波
長を有する複数の集合を注入し、前記複数の回折素子
が、該相互にはさみ込まれた波長の集合をそれぞれ受容
し前記出力導波路の複数の入力に集束させる集積光学系
用の波長分割マルチプレクサであって、前記複数の回折
素子は、夫々番号の付されたＨ（Ｈは２以上の整数）個
の回折素子からなり、前記複数の光注入素子により注入
される光の波長は、隣接波長から実質的に一定の間隔ず
つ離間しており、且つ波長の値の順にＨをモジュロとす
る番号で順位付けされており、各回折素子は、当該回折
格子の番号に等しい順位を有する波長の集合を集束さ
せ、同一回折素子によって回折される波長の集合の隣接
波長の間隔は、前記定間隔の実質的にＨ倍であることを
特徴とする波長分割マルチプレクサが提供される。
【００１１】格子の数は２つでもよく、３つまたはそれ
以上でもよい。例えば、３つの場合、第１の格子はラン
ク３ｋ＋１の波を集束させ、第２の格子はランク３ｋ＋
２、第３の格子はランク３ｋ＋３の波を集束させ、ｋは
０以上の整数である。概して、多重化すべき波が連続す
る波長順序に従って夫々のランクを有しているとき、及
び、夫々の番号を有するＨ個の格子が備えられていると
き、格子の各々は、Ｈをモジュロとして当該格子の番号
に等しいランクを有する波を集束させる。
以上でもよい。例えば、３つの場合、第１の格子はラン
ク３ｋ＋１の波を集束させ、第２の格子はランク３ｋ＋
２、第３の格子はランク３ｋ＋３の波を集束させ、ｋは
０以上の整数である。概して、多重化すべき波が連続す
る波長順序に従って夫々のランクを有しているとき、及
び、夫々の番号を有するＨ個の格子が備えられていると
き、格子の各々は、Ｈをモジュロとして当該格子の番号
に等しいランクを有する波を集束させる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を非限定的に示す添付図面に
基づいて本発明をより詳細に以下に説明する。同一回折
格子を複数の図に示すとき、同じ参照符号を用いる。
基づいて本発明をより詳細に以下に説明する。同一回折
格子を複数の図に示すとき、同じ参照符号を用いる。
【００１３】実施例で示すマルチプレクサは、２つの閉
込め層６と８との間に設けられた導波層４を含むウェー
ハ２の形態を有しており、この導波層は、マルチプレク
サの内部波を構成する光波をその平面に沿って誘導する
ために、閉込め層の屈折率よりも大きい屈折率を有する
導波部を含む。
込め層６と８との間に設けられた導波層４を含むウェー
ハ２の形態を有しており、この導波層は、マルチプレク
サの内部波を構成する光波をその平面に沿って誘導する
ために、閉込め層の屈折率よりも大きい屈折率を有する
導波部を含む。
【００１４】マルチプレクサは一般に以下の要素を含
む。
む。
【００１５】二次元に延びており且つ縁端１２によって
限定された導波エリア１０を構成し、内部波を平面の種
々の方向に縁端から及び縁端まで伝播させる導波部。
限定された導波エリア１０を構成し、内部波を平面の種
々の方向に縁端から及び縁端まで伝播させる導波部。
【００１６】内部波を導波エリアから受容し且つ導波路
の方向に沿って誘導するために各々が縁端１２の一点に
配置されたコンバイナ２２と入力１６Ａと入力１６Ｂと
を有する線形出力導波路１４。この出力導波路は、受容
した内部波の重畳によって得られた合成波をマルチプレ
クサ１８の出力に誘導するために、入力１６Ａ、１６Ｂ
をマルチプレクサ１８の出力に接続する。
の方向に沿って誘導するために各々が縁端１２の一点に
配置されたコンバイナ２２と入力１６Ａと入力１６Ｂと
を有する線形出力導波路１４。この出力導波路は、受容
した内部波の重畳によって得られた合成波をマルチプレ
クサ１８の出力に誘導するために、入力１６Ａ、１６Ｂ
をマルチプレクサ１８の出力に接続する。
【００１７】伝播されてきた内部波を夫々の波長に依存
する方向で導波エリア１０に反射させる回折格子２０Ａ
及び２０Ｂを構成するために、光の回折点の周期的な連
続を含む縁端１２の２つの限定部分。これらの回折格子
は波を集束させるために凹面格子である。
する方向で導波エリア１０に反射させる回折格子２０Ａ
及び２０Ｂを構成するために、光の回折点の周期的な連
続を含む縁端１２の２つの限定部分。これらの回折格子
は波を集束させるために凹面格子である。
【００１８】最後に、第１の多重化チャネル用の複数の
光注入器Ｊ１．．．ＪＮ及び第２チャネル用の複数の光
注入器Ｋ１．．．ＫＮ（請求の範囲における注入素子に
対応）。これらの注入器は、導波エリア１０内の内部波
を注入点Ｐ１．．．ＰＮ、Ｑ１．．．ＱＮの夫々から回
折格子２０Ａ及び２０Ｂの夫々に注入するようにウェー
ハ２によって担持されている。
光注入器Ｊ１．．．ＪＮ及び第２チャネル用の複数の光
注入器Ｋ１．．．ＫＮ（請求の範囲における注入素子に
対応）。これらの注入器は、導波エリア１０内の内部波
を注入点Ｐ１．．．ＰＮ、Ｑ１．．．ＱＮの夫々から回
折格子２０Ａ及び２０Ｂの夫々に注入するようにウェー
ハ２によって担持されている。
【００１９】これらの格子は夫々、これらの波を出力導
波路の入力１６Ａ及び入力１６Ｂに集束させ、該出力導
波路に注入する。内部波の波長は、各チャネルの複数の
注入器に夫々対応するようにランク付けされている。各
チャネルの注入点は、内部波の各々を該チャネルに対応
する出力導波路の入力に確実に集束させるために、複数
の波長集合に夫々対応するようにランク付けされてい
る。
波路の入力１６Ａ及び入力１６Ｂに集束させ、該出力導
波路に注入する。内部波の波長は、各チャネルの複数の
注入器に夫々対応するようにランク付けされている。各
チャネルの注入点は、内部波の各々を該チャネルに対応
する出力導波路の入力に確実に集束させるために、複数
の波長集合に夫々対応するようにランク付けされてい
る。
【００２０】２つの多重化チャネルは導波エリア１０と
マルチプレクサ出力１８とを共用している。多重化チャ
ネルの各々は固有の光注入器、回折格子及び出力導波路
の入力１４を夫々有している。２つの多重化チャネルの
注入点は、一方のチャネルの注入点に対応する波長と他
方のチャネルの注入点に対応する波長とが交互の値にな
るように選択されている。
マルチプレクサ出力１８とを共用している。多重化チャ
ネルの各々は固有の光注入器、回折格子及び出力導波路
の入力１４を夫々有している。２つの多重化チャネルの
注入点は、一方のチャネルの注入点に対応する波長と他
方のチャネルの注入点に対応する波長とが交互の値にな
るように選択されている。
【００２１】多重化すべき波の波長は、実質的に規則的
な１つの連続を構成しており、この連続に属する各波長
は、マルチプレクサを使用する伝送網のスペクトル密度
に基づいて隣接波長から定間隔ずつ離間している。この
連続は、各波長のランク１．．．２Ｎを規定する。各波
長及び各注入点ＰＸ、ＱＹは、対応する波長のランクに
等しいランクを有している。２つの多重化チャネルは夫
々、奇数ランクの注入点Ｐ１．．．ＰＮを有する奇数チ
ャネルＪ１．．．ＪＮ、２０Ａ、１６Ａと、偶数ランク
の注入点Ｑ１．．．ＱＮを有する偶数チャネルＫ
１．．．ＫＮ、２０Ｂ、１６Ｂとを形成している。この
ため、同一回折格子によって集束される２つの内部波の
波長間の差は常に前記定間隔の実質的に２倍に少なくと
も等しい。
な１つの連続を構成しており、この連続に属する各波長
は、マルチプレクサを使用する伝送網のスペクトル密度
に基づいて隣接波長から定間隔ずつ離間している。この
連続は、各波長のランク１．．．２Ｎを規定する。各波
長及び各注入点ＰＸ、ＱＹは、対応する波長のランクに
等しいランクを有している。２つの多重化チャネルは夫
々、奇数ランクの注入点Ｐ１．．．ＰＮを有する奇数チ
ャネルＪ１．．．ＪＮ、２０Ａ、１６Ａと、偶数ランク
の注入点Ｑ１．．．ＱＮを有する偶数チャネルＫ
１．．．ＫＮ、２０Ｂ、１６Ｂとを形成している。この
ため、同一回折格子によって集束される２つの内部波の
波長間の差は常に前記定間隔の実質的に２倍に少なくと
も等しい。
【００２２】より詳細には、導波層と下部閉込め層８と
上部閉込め層６とはシリカから成り、導波部を構成する
ためにはシリカにリンをドープしている。これらの層
は、シリコン基板３０の上に堆積されている。下部閉込
め層８は分かり易いように斑点部分として示している。
上部閉込め層６とはシリカから成り、導波部を構成する
ためにはシリカにリンをドープしている。これらの層
は、シリコン基板３０の上に堆積されている。下部閉込
め層８は分かり易いように斑点部分として示している。
【００２３】理解を容易にするために、図示の導波エリ
アの縁端１２をローランド円と一致させている。しかし
ながら、実際には、この縁端がもっと拡大されており、
例えば注入点、回折格子及び出力導波路の入力から離間
してウェーハ２の縁端まで延びていてもよいことを理解
されたい。
アの縁端１２をローランド円と一致させている。しかし
ながら、実際には、この縁端がもっと拡大されており、
例えば注入点、回折格子及び出力導波路の入力から離間
してウェーハ２の縁端まで延びていてもよいことを理解
されたい。
【００２４】光注入器は、導波層に構成された線形導波
路である。ウェーハにエッチングされた受容凹部の底部
に溶接されたＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰレーザによって注
入器に光が供給される。
路である。ウェーハにエッチングされた受容凹部の底部
に溶接されたＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰレーザによって注
入器に光が供給される。
【００２５】出力導波路１４も導波層に形成されてい
る。しかしながら、該導波路は光ファイバに対するＹ接
合部から成ってもよい。この導波路はリードファイバと
呼ばれる光ファイバ３２に接続され、ウェーハ２０にエ
ッチングされたルート面３４に接着されている。
る。しかしながら、該導波路は光ファイバに対するＹ接
合部から成ってもよい。この導波路はリードファイバと
呼ばれる光ファイバ３２に接続され、ウェーハ２０にエ
ッチングされたルート面３４に接着されている。
【００２６】上記のフレネルミラーに代替して三角レン
ズと三角プリズムとの組み合わせを使用することも可能
である。
ズと三角プリズムとの組み合わせを使用することも可能
である。
【００２７】更に、デマルチプレクサを構成するために
マルチプレクサを使用し得ることもよく知られている。
マルチプレクサを使用し得ることもよく知られている。
【図１】２つの多重化チャネルに夫々対応する２つのフ
レネルミラーを含む本発明のマルチプレクサの平面図で
ある。
レネルミラーを含む本発明のマルチプレクサの平面図で
ある。
【図２】図１のII−II線の断面図である。
【図３】図１のIII −III 線に沿ったマルチプレクサの
断面図である。
断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿ったマルチプレクサの断面
図である。
図である。
２ ウェーハ ４ 導波層 ６、８ 閉込め層 １０ 導波エリア １４ 出力導波路 １８ マルチプレクサ出力 ３０ 基板 ３２ 光ファイバ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−223711（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−282603（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/122
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の光注入素子と、複数の回折格子
と、複数の入力を有する共通の出力導波路とを有してお
り、前記複数の光注入素子が、各集合間で相互にはさみ
込まれた波長を有する複数の集合を注入し、前記複数の
回折格子が、該相互にはさみ込まれた波長の集合をそれ
ぞれ受容し前記出力導波路の複数の入力に集束させる集
積光学系用の波長分割マルチプレクサであって、 前記複数の回折格子は、夫々番号の付されたＨ（Ｈは２
以上の整数）個の回折格子からなり、前記複数の光注入
素子により注入される光の波長は、隣接波長から実質的
に一定の間隔ずつ離間しており、且つ波長の値の順にＨ
をモジュロとする番号で順位付けされており、 各回折格子は、当該回折格子の番号に等しい順位を有す
る波長の集合を集束させ、 同一回折格子によって回折される波長の集合の隣接波長
の間隔は、前記定間隔の実質的にＨ倍であることを特徴
とする波長分割マルチプレクサ。 - 【請求項２】 ２つの閉込め層の間に設けられた導波層
を含むウェーハの形態を有するマルチプレクサであっ
て、前記導波層が、内部波を構成する光波をその平面に
沿って誘導するために閉込め層の屈折率よりも大きい屈
折率を有する導波部を有しており、前記マルチプレクサ
が多重化チャネルを有しており、前記多重化チャネル
が、 内部波を平面の種々の方向で縁端から縁端まで伝播させ
るために縁端によって限定された二次元導波エリアを構
成する導波部と、 内部波を前記導波エリアから受容し且つ出力導波路の方
向に誘導するために前記縁端の一点に入力を有してお
り、受容した内部波の重畳によって得られた合成波をマ
ルチプレクサの出力に誘導するために、前記入力をマル
チプレクサの出力に接続する線形出力導波路と、 伝播されてきた内部波を夫々の波長に依存する方向で導
波エリアに反射させるべく、導波エリアの縁端に形成さ
れており、光の回折点の周期的な集合から形成された回
折格子を含む、波を集束させるための凹面格子と、 前記格子が前記波を前記出力導波路の入力に集束させ、
該波を出力導波路に注入するように前記内部波を注入点
から前記回折格子に向う導波エリアに注入するために前
記ウェーハによって担持された複数の光注入器とを含ん
でおり、 前記マルチプレクサの出力導波路がＨ（Ｈは２以上の整
数）個の入力とこれらのＨ個の入力を前記マルチプレク
サ出力に接続するための光結合器とを含んでおり、該マ
ルチプレクサが前記導波エリア及び前記マルチプレクサ
出力を共用する第１番目から第Ｈ番目の多重化チャネル
を含んでおり、各多重化チャネルは複数の光注入器、複
数の波長、複数の注入点、１つの回折格子及び１つの出
力導波路入力を夫々有しており、各多重化チャネルのｎ
番目（１≦ｎ≦Ｈ）のチャネルの注入点にはＨ・Ｋ＋ｎ
（Ｋ＝０，１，２，……）の値に実質的に比例する波長
の波が注入されることを特徴とする波長分割マルチプレ
クサ。
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| FR9203910A FR2689349B1 (fr) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Multiplexeur en longueur d'onde pour systeme optique integre. |
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