JP3188695B2 - 強度分割デバイス - Google Patents

強度分割デバイス

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JP3188695B2
JP3188695B2 JP50006392A JP50006392A JP3188695B2 JP 3188695 B2 JP3188695 B2 JP 3188695B2 JP 50006392 A JP50006392 A JP 50006392A JP 50006392 A JP50006392 A JP 50006392A JP 3188695 B2 JP3188695 B2 JP 3188695B2
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
    • G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、輻射線の分割で用いられる強度分割デバイ
スに係わる。
輻射線強度分割デバイスは公知であり、例えば光ファ
イバＹ接合などが有る。Ｙ接合は、１本の入力ビームを
実質的に等強度の２本のビームに分割すべく対称性であ
り得る。このようなデバイスはZ.Weissman、A.Hardy及
びE.Maromによって、“Mode−Dependent Radiation Los
s in Y−Junctions and Directional Couplers",IEEE J
ournal of Quantum Electronics,Vol.25,No.6,pp.1200
−1208（1989）で検討されている。電気光学効果を用い
て反対称分割を行なう能動対称性Ｙ接合も公知である。
その一例はH.Sasaki及びI.Andersonによって、“Theore
tical and Experimental Studies on Active Y−Juncti
ons in Optical Waveguides",IEEE Journal of Quantum
Electronics,Vol.QE−14,No.11,pp.883−892（1978）
に開示されている。しかし、対称性のＹ接合は能動的な
ものも受動的なものも、特にスプリット角度が数度より
大きい場合は多大の損失を生じる。
入力ビームを異なる強度の２ビームに分割し得る反対
称性Ｙ接合も公知である。このようなデバイスの一つが
K.Shirafuji及びS.Karazonoによって、“Transmission
Characteristics of Optical Asymmetric Y Junction w
ith a Gap Region",Journal of Lightwave Technology,
Vol.9,No.4,pp.426−429（1991）に開示されている。こ
のＹ接合はより一般的なＹ接合よりも著しく効率的であ
り、なぜなら全内面反射を用いて輻射線を二つの出力部
の一方へと偏向するからである。他方の出力部への輻射
線の到達は、ギャップを越えての結合によって実現され
る。この場合、輻射線は入力伝搬方向から偏移しない。
パワー分割比はギャップの幅によって決定される。
しかし、いかなるＹ接合も２分割しか行なわないとい
う欠点は免れない。従って、より高次の分割を実現する
ためにはＹ接合は幾つかが連続的に用いられ、その際生
じる損失は各段毎に増大する。
強度分割デバイスの形態は、上記以外にも多くのもの
が公知である。国際公開番号第WO 89/06813号の下に公
開された国際特許出願第PCT/US89/00190号にE.Kapon
が、幾つかの光導波路接合部を開示している。それらの
接合部のうちの一つはただ１個の入力導波路を含み、こ
の入力導波路は一端から輻射状に伸長する、異なる幅及
び／または異なる屈折率を有する４個の単一モード出力
導波路を伴う。４個の出力導波路は従って、異なる伝搬
定数によって特徴付けられる。所与の入力波長に関し、
入力導波路の異なるモードが伝搬定数の相違の帰結とし
て異なる出力導波路に結合する。しかし、この接合部は
伝送損失の大きい非効率的なデバイスである。なぜなら
各モードからのエネルギは通常各出力導波路に入るが、
好ましくない伝搬定数を有する出力導波路からは失われ
るからである。
E.Kaponによって開示された別のデバイスは、一つの
領域に集束する、異なる幅及び／または屈折率を有する
４個の単一モード入力導波路を含み、前記領域からは３
個の単一モード出力導波路が輻射状に伸長する。共通領
域において励起されるモードは、いずれの入力導波路が
輻射線ビームをもたらしているかに依存する。出力導波
路は単一入力デバイスに関して述べたのと同様に機能す
る。このようなデバイスは、輻射線が、出力導波路に輻
射線を供給する導波路のモードの励起比に従って分割さ
れることを可能にする。しかし、先に述べたように、こ
のようなデバイスはきわめて非効率的である。
米国特許第4,693,546号にはJ.P.Lorenzo及びR.A.Sore
fが、“Guided Wave Optical Power Divider"を開示し
ている。このデバイスはＸ接合の形態である。２個の入
力導波路が交叉領域の入力側に集束し、交叉領域の出力
側からは２個の出力導波路が発散する。入力及び出力導
波路は単一モードで、幅Ｗを有する。交叉領域は奇数と
偶数との二つのモードを支持し、その幅は2Wである。こ
のデバイスは結晶質シリコンから成り、交叉領域はドー
プされている。ドープされていないデバイスの場合、輻
射線は交叉領域を実質的に無偏向で通過して、第一の出
力導波路に進入する。ドープされたデバイスでは導波路
モードが乱され、入力輻射線の一部が交叉又領域通過時
に偏向されて第二の出力導波路に進入する。偏向される
光の比率はドーピングレベルによって決定され、10〜20
％であり得る。Lorenzo及びSorefはこのデバイスにおい
て生じる損失について、ドーパントの添加によって吸光
が少量増すことを述べた以外は言及していない。
より複雑なデバイスを製作すべく、幾つかのＸ接合が
組み合わせられる。それらのＸ接合は、例えば所定の光
信号分配ネットワークを形成するのに用いられ得る。し
かし、そのようなネットワークは、入力及び出力の数が
さほどでなくともきわめて複雑である。
別の形態の強度分割デバイスがA.Mahapatra及びJ.M.C
onnorsによって、ヨーロッパ特許出願第88108258.0号即
ち公開第0 301 194号に開示されている。ここに開示さ
れたデバイスは１個以上の入力チャネルと幾つかの出力
チャネルとを含み、これらのチャネルは平型導波路の各
一方の側に設置されている。実質的に、平型導波路に入
力された輻射線は扇形に広がり、このようにして出力導
波路の開口に入射する。この特許出願には、結合の均一
性改善のために上記デバイスがどのように構成され得る
かが述べられている。結合の均一性の改善とは、各出力
導波路において実質的に等しい強度が得られることであ
る。この例のデバイスは本来非効率的であり、なぜなら
平型導波路に入力された輻射線の多くが出力導波路開口
同士の間の導波路壁部分に入射するからである。
更に別の形態のデバイスがT.P.Young及びI.R.Croston
によって、“Optical In−line filter"という標題を有
する英国特許出願公開第2 215 482号に開示されてい
る。この例のデバイスは第一のマルチモード導波路を含
み、この導波路の出力端部はより狭い第二の導波路の開
放端部に結合されている。この結合、及び第一の導波路
の長さは、第一の導波路に進入した光が該導波路のモー
ドの少なくとも二つの間の干渉を被るようなものとして
ある。その結果、１種以上の所定周波帯の第一の導波路
からの光は専ら第二の導波路に進入する。他の周波帯の
光は、当該光が第一の導波路を離れることを可能にする
別の手段を有する。即ち、このデバイスは一つの周波帯
（または１組の調波周波帯）をその他の周波帯からモー
ド分散を用いて分離し得る。その際入力輻射線の強度が
分割されるが、これは純粋にデバイスの目的の副産物で
あり、様々な出力ビームのパワーの比率は入力ビームの
異なる波長の比率によって決定される。一つの波長から
の寄与を分割し得る手段は存在しない。
モード分散を用いる導波路強度分割デバイスの更に別
の形態が、“Self Imaging System Using a Waveguide"
という標題を有する英国特許第1 525 492号に開示され
ている。この特許には、少なくとも50のモードを支持す
るマルチモード導波路を用いる多数の異なるデバイスが
開示されている。図33（ａ）には、ただ一つの入力像を
強度の異なる幾つかの同等像に分割するデバイスが示さ
れている。入力導波路が像を、幅ωｚ及び長さＬの第一
の矩形導波路に供給する。第一の矩形導波路において多
数のモードが励起され、モード分散が生起して長さＬの
先に、いずれも強度が実質的に入力像の1/5である五つ
の像が生成される。五つの像のうち、三つは幅ωｚ′及
び長さＬ′の第二の矩形導波路へと進み、残りの二つは
幅ωｚ″及び長さＬ″の第三の矩形導波路へと進む。モ
ード分散は第二及び第三の矩形導波路においても生起す
る。即ち、長さＬ′の先で三つの像は再結合される。同
様に、長さＬ″の先で二つの像も再結合される。第二及
び第三の矩形導波路は各々、入力導波路と同様の外形寸
法を有する出力導波路に像を供給する。第二及び第三の
矩形導波路に進入する像の強度の比は3:2である。
英国特許第1,525,492号に開示されたデバイスは、先
に述べた従来技術によるデバイスより効率的である。し
かし、このデバイスには幾つかの欠点が有る。このデバ
イスは多数のモードを支持し得る導波路を必要とする
が、そのような導波路は製造が困難である。そのうえ、
このデバイスはきわめて複雑であり、かつ多くの用途に
とって不都合なほど長大である。
本発明は、入力輻射線から強度の異なる１組の出力を
生成し得る択一的強度分割デバイスを提供することを目
的とする。
本発明は、 （Ａ）（ａ）マルチモード導波路と、 （ｂ）マルチモード導波路の対称モードと反対称モー
ドとが共に励起されるように単一波長の入力輻射線を中
継すべく構成された少なくとも１個の入力ポートと、 （ｃ）マルチモード導波路の横断面を横切る方向に間
隔を開けて配置された１組の出力ポートと を含み、 （Ｂ）マルチモード導波路並びに入力及び出力ポートの
外形寸法及び空間的相互関係は、マルチモード導波路ま
で基本モードとして伝搬する入力輻射線がモード分散に
より個々の出力ポートにおいて様々な大きさの強度分布
極大値を生じるように組み合わせて設定されており、前
記極大値は各々実質的に入力輻射線基本モードの再生で
ある 強度分割デバイスを提供する。
本発明は、輻射線を複数の不等強度出力に分割し、か
つ適正に製造されれば高効率を実現し得るという利点を
有する。本発明は特に、局部発振器としての使用のため
には低強度ビームを必要とし、試料または調査対象領域
に向けての出力、及びそれらからの後方散乱または反射
のためには高強度ビームを必要とする光ビート発生（li
ght beating）設備に適用可能である。
本発明は１組の入力ポートを含んでもよく、入力及び
出力ポートは入力及び出力導波路にそれぞれ接続し得
る。入力導波路は移相器を含んでもよく、かついずれも
同様強度の輻射線を受け取るように構成し得る。その場
合移相器は、個々の出力導波路によって受容される強度
レベルを変化させるように制御し得る。
本発明は、第二のマルチモード導波路を関連する入力
及び出力ポートと共に含んでもよく、この導波路は上述
のマルチモード導波路に対して直列に配置される。その
場合、２個のマルチモード導波路は、デバイス入力とデ
バイス出力との間を伝搬する輻射線に選択可能な強度分
割の連続する２段階を施すように構成される。
本発明がより良く理解されるように、本発明の非限定
的な実施例を、添付図面を参照しつつ以下に詳述する。
添付図面の 第１図及び第２図はそれぞれ、本発明の強度分割デバイ
スの水平方向及び垂直方向断面図であり、 第３図は様々な低次導波路モードに関してモード振幅分
布を示す説明図であり、 第４図は横方向電界強度分布の、マルチモード導波路の
長さに沿った変化を示す説明図であり、 第５図はただ一つの入力をＮ個の極大値に分割する際の
横方向電界強度分布の、マルチモード導波路の長さに沿
った変化を、Ｎが（ａ）６、（ｂ）５、（ｃ）４、
（ｄ）３及び（ｅ）２である場合について示す説明図で
あり、 第６図はただ一つの入力を６個の極大値に分割する際の
横方向電界強度分布の、マルチモード導波路の長さに沿
った変化を示す説明図で、この図の（ａ）〜（ｆ）はそ
れぞれ異なる入力位置に対応し、 第７図は電気光学的にプログラム可能な本発明デバイス
の概略的水平方向断面図であり、 第８図は横方向に移動され得る縦続マルチモード導波路
を含む本発明デバイスの概略的水平方向断面図であり、 第９図はレーザ振動計に組み込まれた本発明デバイスの
概略的説明図である。
第１図及び第２図は、その全体に符号10を付した本発
明の強度分割デバイスの水平方向断面及び垂直方向断面
をそれぞれ示す。図示のデバイスはビームスプリッタの
形態を有し、三つの層もしくは積層12、14及び16を含
む。積層12〜16はそれぞれ下層、中層及び上層である。
下層12及び上層16はアルミナの連続シートである。中層
14は、加工によりその厚みを貫通するスロットを設けら
れた同様材料のシートである。上記のように形成された
スロットの側面が導波路の側壁を有する。下層及び上層
を成すシートは下方及び上方の導波路壁を構成する。
第１図に中層14の、その表面14a及び14bに平行な水平
方向断面を示す。スロット形成によって入力導波路18
と、ビーム分割導波路20と、４個１組の出力導波路22a
〜22d（まとめて言及する時は符号22を付す）とが規定
されている。
ビームスプリッタ10は中心長手軸線24（点線）を有
し、出力導波路22はそれぞれの長手軸線28a〜28d（一点
鎖線）を有する。軸線24と28とは同一平面内に有り、か
つ平行である。第２図において、上記軸線は１本に重な
って見え、出力導波路22の軸線にはまとめて符号28が付
してある。
入力導波路18は、最も外側に位置する出力導波路22a
と同軸である（軸線28a）。入力導波路18はCO2レーザ32
から波長10.59μｍの入力輻射線30を受け取る。レーザ3
2は、ビームウエストが1/e2強度点同士の間で1.42aに等
しい直径を有するようにビーム集束を施される。ビーム
ウエストは入力導波路18の図中左手（入力側）の端部の
中心に配置される。軸線24に垂直な平面内のレーザビー
ムウエストプロフィールがガウス曲線である。
入力導波路18及び出力導波路22は総て、１辺が2aの正
方形の横断面を有する。ビーム分割導波路20は高さが2
a、幅が2bである。パラメータａ及びｂは一般性を保つ
ために用いてあり、数学的分割に資する。本発明の一例
では2a＝1mm、2b＝8a＝4mmである。導波路18、20及び22
はいずれも、 Ｌ＝2nb2/λ０ （１） によって与えられる長さＬを有する。
ｎは導波路コア材料、即ち導波路18、20及び22内の空
気の屈折率であり、 ｂは先に規定したビーム分割導波路の幅の1/2であり、 λ０はCO2レーザ32に関する自由空間伝搬波長即ち10.59
μｍである。
あるいはまた、ビーム分割導波路内での伝搬波長n/λ
０をλと書き換えると方程式（１）は Ｌ＝2b2λ （２） となり、その際2b＝4mm及びλ＝1/10.59μｍで、Ｌ＝75
5mmとなる。しかし、導波路18及び22の長さはデバイス1
0の機能にとってさほど重要でないことに留意するべき
である。導波路18及び22の長さをＬに選択したのは単
に、構成を単純化して説明を容易にするためである。
第１図及び第２図に、yz（水平方向）及びxz（垂直方
向）平面を定義する座標軸34及び36をそれぞれ示す。ｚ
軸は中心長手軸線24であり、ｘ、ｙ及びｚは軸線24がビ
ーム分割導波路20の図中左手の横方向壁40と交叉する地
点38においてゼロと定義される。
導波路軸線28の位置、即ち該軸線のｚ軸24からのｙ方
向偏位をスケール42上に示す。軸線28a〜28dはｙ座標−
3b/4、−b/4、＋b/4及び＋3b/4をそれぞれ有する。ビー
ム分割導波路20は概念上、ｙ座標−ｂ及び−b/2の２軸
線、−b/2及び０の２軸線、０及び＋b/2の２軸線、並び
に＋b/2及び＋ｂの２軸線（いずれも図示せず）によっ
て規定される長手部分に四等分されたものとして扱うこ
とができる。従って軸線28は、ビーム分割導波路20の横
断面内水平方向即ちｙ方向の広がりを横切る方向に等間
隔に配置されている。これらの軸線は導波路20の各四等
分部分の中心に配置されている。本発明によれば通常、
入力及び出力導波路即ち結合導波路はビーム分割導波路
の横断面の各等分部分の中心を通る軸線を有すべきであ
ると言うことができる。Ｎ個の出力導波路を有する本発
明のデバイスにおいて、Ｎ個の出力導波路はビーム分割
導波路の横断面の個々のＮ等分部分と心合わせして配置
される。
矩形導波路の理論的伝搬特性を、以下に簡単に分析す
る。導波路は高さが2a、幅が2bであり、かつ複素誘電率
εを有する均一な誘電材料によって囲まれているものと
する。また、（導波路壁を構成する）上記誘電材料は高
度に反射性であり、必要な伝搬モードを著しく減衰させ
ないと仮定する。導波路の高さ、幅及び長さの方向はｘ
軸、ｙ軸及びｚ軸にそれぞれ平行である。この導波路は
EHmn型の正規化直線偏光モードを有する。mn次モードEH
mnの点（x,y,z）における電界寄与Emn（x,y,z）を、Laa
kmann et al.,Appl.Opt.,Vol.15,No.5,pp.1334−1340,M
ay 1976によって次のように計算した。
上記式中 ｍはｘ軸に沿った電界従属性に関連するモード番号であ
り、 ｎはｙ軸に沿った電界従属性に関連するモード番号であ
り、 ｚはｚ軸沿いの距離であり、 γmn＝（βmn＋ｉαmn）はmn次モードの伝搬定数であ
る。
βmn及びαmnはmn次モードの位相定数及び減衰定数で
あり、 “sin"上に“cos"を重ねた表記は、モード数（ｍ及びｎ
のいずれか該当する方）が奇数であれば“cos"、偶数で
あれば“sin"であることを意味する。
位相定数βmnは によって与えられる。実際上満たされる条件であるが、
方程式（4.1）の括弧内の負の項が１（近軸輻射線近似
値）より小さい場合は、二項定理を用いて方程式（4.
1）を と書き換えることができる。ａ、ｂ、ｍ及びｎは先に定
義したとおりであり、λは導波路内を伝搬する輻射線の
自由空間波長である。
方程式（３）は矩形導波路のあらゆる直線偏光モード
から得られる電界の寄与を提示する。この方程式は、各
モードの電界の寄与が導波路の側壁のところで、即ち軸
線24上でｙ＝０としてｙ＝＋ｂ及び−ｂのところでゼロ
であることに基づいて計算される。上記条件は中央の導
波路が反射性の側壁を有する場合に満たされる。所与の
入力によって中央導波路の総てのモードが励起される必
要は必ずしも無い。第１図及び第２図のデバイス10の場
合、入力導波路18の高さとビーム分割導波路20の高さと
は整合されており、共に2aである。入力導波路18はその
基本もしくは最低次モードEH11の形態の励起モードを供
給する。励起モードは矩形ビーム分割導波路20の様々な
モードEHmnに結合される。従って、入力モードEH11は、
モードEHmnと個々の虚数乗法係数Amnとの一次結合に分
解される。これを式で表わせば、 EH11＝ΣAmn・EHmn （５） となる。実質的に、振幅結合係数Amnは、入力導波路か
らビーム分割導波路20へと移る電界を表わすフーリエ級
数の係数である。モードEHmnは相互に直交し、従って係
数Amnは式 の二重積分から算出し得る。幾つかの低次導波路モード
EHmnの形態を第３図に、電界振幅分布として示す。計算
によって求めたこれらの電界振幅分布は、擬似三次元形
態のグラフＡ〜Ｆとして示してある。座標軸はＧに示し
てある。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、先に述べたマルチモー
ド導波路20における横断面内垂直方向、横断面内水平方
向及び長手方向に対応する。グラフＡ〜Ｆは次のモード
に対応する。
A:EH11; B:EH21; C:EH31; D:EH12; E:EH13; F:EH22 これらのモードのうちＡ、Ｃ及びＥは対称モード、
Ｂ、Ｄ及びＦは反対称モードである。この説明のため
に、第１図のｘ軸の正部分及び負部分にそれぞれ関連す
る電界振幅分布をＥ（ｘ）及びＥ（−ｘ）とし、Ｅ（ｘ
＝０）をｚ軸24上に置く。ｙ軸に関しても同様にＥ
（ｙ）及びＥ（−ｙ）を定める。
対称モードに関しては Ｅ（ｘ）＝Ｅ（−ｘ）及びＥ（ｙ）＝Ｅ（−ｙ）（7.
1） が成り立つ。反対称モードに関しては、次の２式（7.
2）及び（7.3）の一方または両方が成り立つ。
Ｅ（ｘ）＝−Ｅ（−ｘ） （7.2） Ｅ（ｙ）＝−Ｅ（−ｙ） （7.3） デバイス10では、マルチモード導波路の対称及び反対
称モードの励起は基本モード入力のｚ軸24から偏位によ
って実現される。
入力から矩形導波路の方へｚだけ遠ざかったxy平面内
での横方向電界分布は、 Ez＝ΣAmn・EHmn （８） によって与えられるEzである。入力から矩形導波路の方
へｚだけ通さがったxy平面内での電界強度分布Izは、方
程式（８）の絶対値もしくは大きさの２乗|Ez|2であ
る。
第４図に、長さ8Lのマルチモード導波路（図示せず）
に関して計算したｙの関数としての電界強度Iz（ｙ）を
表わすグラフ群を示す。上記導波路はビーム分割導波路
20のものと同様の断面を有する。座標軸50、ｚ軸スケー
ル52、並びにｙ軸スケール54及び56は導波路の配置を示
しており、第１図のものに関して回転されている。ｚ＝
０でかつｙ＝０の位置は、第１図の地点38と等価の地
点、即ち上記導波路の長手軸線が入力導波路に関連する
導波路壁と交わる地点である。グラフはｚ軸上に間隔L/
2で示してあり、例えばｚ＝０の位置に有るグラフ58と
ｚ＝Ｌの位置に有るグラフ60との間にもう一つのグラフ
が存在する。
説明のため、グラフ60を図中左手上方に再現する。こ
のグラフは、（強度を表わす）相対的な大きさがそれぞ
れ１、４、12及び17である４個の極大値60a（辛うじて
識別可能）、60b、60c及び60dを有し、これらの値はｙ
値−3b/4、−b/4、＋b/4及び＋3b/4に関して得られる。
前記ｙ値相互間では、電界強度Iz（ｙ）はゼロに低下す
る。
グラフ58は、ただ１個の極大値58aをｙ＝−3b/4のと
ころに有し、このｙ値を離れたところでは値ゼロを示
す。
強度分割デバイス10は次のように機能する。ガウスプ
ロフィールを有するレーザビームウエストが入力導波路
18の図中左端に配置され、入力導波路の基本モードEH11
を励起する。入力導波路18の高次モードではごく僅かの
レーザ輻射線しか現われない。導波路18の様々なモード
で導かれる輻射線強度は、およそEH11に98％、その他に
２％という比率で分割される。従って、実質的に入力導
波路18の基本モードEH11のみが励起される。モードEH11
は入力導波路18を通り、図中左手の導波路壁40の平面内
に同相半サイクル正弦強度分布を実現する。このモード
は形状、位相及び位置において第４図の極大値58aと等
価である。モードEH11は、横断面内水平方向即ちｙ方向
においてマルチモードで機能するビーム分割導波路20の
対称及び反対称モードEHmn（ｍ＝１、ｎ＝１、２、…
…）を励起する。導波路20は横断面内垂直方向即ちｘ方
向では最低次（ｍ＝１）のモードで機能し、なぜなら導
波路20は前記モードを支持する入力導波路18と高さを整
合されているからである。
モードEHin（ｎ＝１、２、３、……）はビーム分割導
波路20沿いに異なる速度で伝搬し、即ちモード分散が生
起する。従って、これらのモードの位相は互いに異な
り、干渉を起こす。その結果第４図に比較的長尺の導波
路に関して示したように、Iz（ｙ）に変化が生じる。ビ
ーム分割導波路20のｚ＝Ｌの地点では、極大値60a〜60d
に等価の強度分布が得られる。強度60a〜60dは軸線28a
〜28d上にそれぞれ現われ、関連する出力導波路22a〜22
dの図中左端に配置される。強度60a〜60dは出力導波路2
2の基本モードEH11を励起し、その際高次モードの強度
はごく低い。このような励起により、出力導波路22a〜2
dの図中右端において相対強度１、８、17及び24がそれ
ぞれ得られる。これらの相対強度をパーセンテージで表
わして、輻射線強度はおよそ２％、16％、34％及び48％
に分割される。
このように、強度分割デバイス10は輻射線を、空間的
に分離された１組の異なる強度出力に分割する。従って
デバイス10は、可変光減衰器を要せずにビーム強度を選
択することを可能にする。デバイス10はヘテロダイン光
ビート発生装置に特に適し、この装置では局部発振器信
号として低強度の光ビームが必要とされる。また、反射
または散乱を実現するべく試験領域に向けて出力する高
強度の光ビームも必要とされる。
デバイス10は、矩形導波路20が比較的少ないモードし
か支持しなくてもよいという、従来技術に優る大きな利
点を有する。特に、第４図に示した電界分布は七つの最
低次EHモードEH11〜EH17によって実質的に完全に説明さ
れる。即ち、導波路20が七つの最低次モードEHinを支持
すれば、デバイス10は十分上述のように機能する。
光ビームをより多種の強度に分割するために、出力導
波路22からのビーム出力は選択的に再結合され得る。そ
のうえ、これらのビームは直列に接続された複数のデバ
イス10を順次経ることによって更に分割され得る。
第４図に戻って、この図ではｚ値3L、5L及び7Lの位置
に、グラフ62、64及び66もそれぞれ示してある。これら
のグラフの個々の極大値（例えば62a）はグラフ60の個
々の極大値と同様の強度を表わすが、各グラフ中に現わ
れる順序は異なっている。極大値が得られるｙ値は先の
場合と同様−3b/4、−b/4、＋b/4及び＋3b/4である。例
えばグラフ66の極大値は、グラフ60の極大値と逆の順序
で現われている。このことは、様々な強度を表わす極大
値の順序が、本発明により用いられるマルチモード導波
路のｚ方向寸法に沿って変化することを明示する。ま
た、これら強度分布極大値のｙ方向位置が入力極大値58
aの位置を変更することによって変更可能であることも
示される。特に、極大値58aをｙ値−b/4、＋b/4または
＋3b/4のところに移すと第４図に示した結果に類似の結
果が得られるが、グラフ60〜66の極大値（例えば62a、6
6a）は再配列される。その場合にも極大値は、ｚ値Ｌ、
3L、5L及び7Lの位置で、−3b/4、−b/4、＋b/4及び＋3b
/4の中から選択された各ｙ値に関して得られる。従っ
て、グラフ60（ｚ＝Ｌ）の60aなどの強度極大値の位置
は、入力極大値58aのｙ方向位置を、−3b/4から−b/4、
＋b/4または＋3b/4に変更することによって変更し得
る。入力極大値58aはマルチモード導波路の、長手方向
に伸長する一つの分割（四等分）部分の中心に配置され
る。入力極大値58aは一つのＮ等分部分の中心に配置し
得、その際ｚ＝Ｌの位置でＮ個の極大値への分割を実現
する。
４分割以外のビーム分割のためにもデバイス10に類似
のデバイスを構成し得る。特に、デバイス10におけるよ
うにそれぞれ異なる強度を有するＮ個のビームが求めら
れる場合には次の諸基準が満たされる。第一に、矩形導
波路は、Ｎ個の出力ポートが求められる出力極大値を受
容するように適宜配置されるのに十分な幅を有すべきで
ある。即ち、各出力導波路は入力導波路と同様の横断面
を有すべきであり、かつ導波路幅2bの個々のＮ等分部分
の中心に配置されるべきである。第二に、ビーム分割導
波路の長さＬは Ｌ＝8b2/Nλ （９） によって与えられるべきである。第三に、入力導波路は
適宜配置されるべきである。Ｎの値がいかなるものであ
っても、ただ一つの基本モード入力ビームをｙ＝±（Ｎ
−１）b/Nの位置に配置し得る。幾つかのＮ値に関して
は上記以外の入力位置も適当であり得る。例えばＮ＝４
の場合、先に述べたようにｙ＝±（Ｎ−１）b/N及びｙ
＝±（Ｎ−３）b/Nという四つの適当な位置が存在す
る。
第５図に、幅2b＝12aのマルチモード導波路に関して
計算したｙの関数としての電界強度Iz（ｙ）のグラフ群
を幾つか示す。グラフ群（ａ）〜（ｅ）は、ｙ＝−（Ｎ
−１）b/Nに配置されたただ一つの入力ビームが長さＬ
＝8b2/Nλにおいて異なる強度を表わすＮ個の極大値に
分割される様子をＮ＝６〜２の場合についてそれぞれ示
す。上述例と同様にデカルト座標を用い、関連する座標
軸を符号80を付して図示する。
（Ｎ＝６の場合の）グラフ群（ａ）において、グラフ
82は、ｙ＝−（Ｎ−１）b/N＝−5b/6のところに極大値
を有する入力輻射線ビーム強度分布を表わす。入力ビー
ムは基本モードビームであり、矩形導波路の対称モード
と反対称モードとの両方を励起する。前記モードが導波
路に沿ってｚ方向に伝搬するにつれ、モード分散が生起
する。距離ｚ＝8b2/Nλ＝4b2/3λだけ伝搬した時、上記
分散によって、ｙ値−5b/6、−3b/6、−b/6、＋b/6、＋
3b/6及び＋5b/6に関してそれぞれ得られる６個の極大値
84a〜84f（まとめて84）を含む電界分布が生じる。極大
値84はそれぞれ異なる強度を表わし、その際84aから84f
へと強度は上昇する。入力強度のパーセンテージとし
て、かつ第一に近似するところで、84a〜84fの強度はそ
れぞれ１％、５％、13％、21％。28％及び31％である。
グラフ群（ｂ）に示したＮ＝５の場合も同様に、ｙ＝
−4b/5に配置されたただ一つの基本モード入力ビームが
グラフ86によって示されている。距離ｚ＝8b2/5λのと
ころに極大値88a〜88eが生じる。これらの極大値はｙ＝
−4b/5、−2b/5、０、＋2b/5及び＋4b/5の位置にそれぞ
れ現われる。第一の近似では、上記極大値の表わす強度
は入力強度のパーセンテージとして、88aが１％、88bが
８％、88cが20％、88dが32％、88eが39％である。
第５図のグラフ群（ａ）及び（ｂ）に示したビーム分
割を表１にまとめる。グラフ群（ｃ）〜（ｅ）に示した
Ｎ＝４〜２の場合のビーム分割の詳細も、表１に示して
ある。
第６図には、幅2b＝12aのマルチモード導波路に関し
て計算したｙの関数としての電界強度Iz（ｙ）のグラフ
群を六つ示す。グラフ群（ａ）〜（ｆ）は、導波路幅の
各六等分部分の中心に配置されたただ一つの入力ビーム
の、長さＬ＝8b2/Nλ＝4b2/3λの位置での分割をそれぞ
れ示す。上述例と同様にデカルト座標を用い、関連する
座標軸を符号110を付して示す。
グラフ群（ａ）〜（ｆ）それぞれにおいて、ただ一つ
の基本モード入力ビームはｚ＝4b2/3λに位置する平面
内で、ｙ＝5b/6、−3b/6、−b/6、＋b/6、＋3b/6及び＋
5b/6に位置する６個の極大値に分割される。グラフ群
（ａ）には、入力ビームが第５図のグラフ群（ａ）に示
したのと同様に第一の六等分部分の中心に配置され、ビ
ームの分割も第５図のグラフ群（ａ）に示したのと同様
に生起したところが示してあり、第５図のグラフ群
（ａ）と同様の参照符号が用いてある。グラフ群（ｂ）
には、ｚ＝０、ｙ＝−3b/6の地点、即ち第二の六等分部
分の中心に配置された基本モード入力112を示す。距離
ｚ＝4b2/3λだけ先で６個の極大値114a〜114fが生じ
る。極大値114a、114d及び114eが第一の大きさを有し、
114b、114c及び114fは第二の大きさを有する。
グラフ群（ｃ）には、第三の六等分部分の中心、即ち
ｙ＝−b/6の位置に配置された基本モード入力116を示
す。距離ｚ＝4b2/3λだけ先で６個の極大値118a〜118f
（まとめて118）が生じる。極大値118はそれぞれ異なる
大きさを有し、それらの大きさは極大値84のものと同様
であるが、現われる位置が異なっている。極大値84aと1
18c、84bと118e、84cと118a、84dと118f、84eと118b、
及び84fと118dとが同様の大きさを有する。
グラフ群（ｄ）〜（ｆ）には、入力が第四、第五及び
第六の六等分部分に配置された場合のビーム分割をそれ
ぞれ示す。マルチモード導波路の励起が対称に行なわれ
るため、グラフ群（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ
ｚ軸に関してグラフ群（ｃ）、（ｂ）及び（ａ）の鏡像
を成す。従って、グラフ群（ｄ）〜（ｆ）については、
詳細な検討は行なわないものの完全なものにするため第
６図に含めておく。
第６図は、Ｎ＝６の場合に関して、マルチモード導波
路幅の一つのＮ等分部分の中心に配置された基本モード
入力の強度分布が長さＬ＝8b2/Nλだけ先で、いずれも
一つのＮ等分部分の中心に配置されるＮ個の極大値に分
割されることを示している。Ｎ個の極大値は総てが同様
の大きさを有するわけではない。入力位置が±（Ｎ−
１）b2/Nλまたは±b2/Nλの時、Ｎ個の極大値はＮ種の
異なる大きさを有する。
第７図は、その全体に参照符号140を付した本発明の
一変形例の水平方向断面図である。この例は、電気光学
的に制御される強度変更デバイスである。デバイス140
はアルミナから成り、 （ｉ）１辺が2aの正方形（2a×2a）横断面を有する入力
導波路142と、 （ii）矩形（2a×2b）横断面を有する長さL/2のビーム
分割導波路144と、 （iii）電気光学的移相器148a〜148d（まとめて148）を
それぞれ含む４個の、正方形（2a×2a）横断面を有する
位相制御導波路146a〜146d（まとめて146）と、 （iv）強度制御導波路150と、 （ｖ）正方形（2a×2a）横断面を有する４個の出力導波
路152a〜152d（まとめて152）と を（デバイス10に関して説明したような）加工によって
形成されている。2a及び2bの適当な値はそれぞれ1mm及
び4mmである。
デバイス140は長手対称軸154を有し、入力導波路14
2、ビーム分割導波路144及び強度制御導波路150は対称
軸154と同軸である。位相制御導波路146はそれぞれ、各
１個の出力導波路152と同軸である。即ち、ｋ＝ａ、
ｂ、ｃまたはｄとして導波路146kと152kとは共通の長手
対称軸156kを有する。対称軸156a〜156d（まとめて15
6）はデバイス対称軸154に平行に、かつ対称軸154と同
一平面内に位置するが、横断面内水平方向ではｙ値−3b
/4、−b/4、＋b/4及び＋3b/4だけそれぞれ対称軸154か
ら偏位している。１組の軸線158によってｙ方向及びｚ
方向を示す。デバイス対称軸154はｚ軸であり、対称軸1
54上でｙ＝０である。
デバイス140は次のように機能する。CO2レーザ（図示
せず）は実質的に、入力導波路142の基本モードEH11の
みを励起する。このモードは伝搬してビーム分割導波路
144に達し、そこで同軸基本モード励起を行なう。この
励起はビーム分割導波路144の対称モードしか発生させ
ないと理解し得る。先に述べたように、上記対称モード
はEHmnモードであり、その際ｍは１、ｎは奇数である。
ビーム分割導波路144では対称モードしか励起されない
ので、この導波路の入力からL/2だけ離隔する図中右手
の端部では等しい大きさの４個の強度分布極大値が創出
されると理解し得る。極大値は各１本の対称軸156上に
配置される。４個の極大値はゼロ強度領域によって十分
に明確化及び分離されるが、同様位相は有しない。上記
極大値は各中継導波路146の基本モードを励起する。
移相器148は、DCバイアス電圧源（図示せず）と接続
された電極をそれぞれ有する。各移相器148は、個々の
中継導波路146沿いに伝搬する輻射線に位相変移を施
す。
第４図を再び参照すると、ｚ＝2Lに位置するグラフ71
及びｚ＝6Lに位置するグラフ73は４個の等強度極大値
（位相は同様でない）を有する。グラフ71及び73はｚ値
3L及び7Lの位置で、不等強度のグラフ62及び66（極大値
の配置は異なるがグラフ60に等価）にそれぞれ変換す
る。従って、適当な位相差を有する４個の等強度極大値
は2a×2b断面を有するマルチモード導波路の長さＬだけ
先で、異なる強度を表わす４個の極大値に変換し得る。
この現像はデバイス140において認められる。一連の
バイアス電圧セットを移相器148に印加すると、対応し
て一連の強度極大値セットが出力導波路152に現われ
る。１セットの各極大値は個々の出力導波路152の中心
に配置される。セット間の相違は、各セットの極大値の
大きさの順序が異なる点のみである。例えば第４図にお
いて、グラフ60、62、64及び66は60a及び62aなど、等価
であるが順序の異なる極大値を有する。従って、バイア
ス電圧セットを切り替えることにより、その時々の出力
導波路152内の強度が電気的制御下に切り替えられる。
そのうえ、デバイス140は輻射線強度分割にモード分散
を用いるので高い効率が可能となる。高効率達成のため
の必要条件は、損失の低減、正確に形成された導波路14
2等である。移相器148は実質的に非吸光性であるべきで
あり、かつ輻射線が透過する長手方向端面に反射防止コ
ーティングを具えているべきである。
出力導波路152は、個々の輻射線強度を異なる領域へ
と導く各光ファイバに接続され得る。
第８図は、その全体に参照符号180を付した本発明の
別の変形例の水平方向断面図である。この例は強度変更
デバイスである。デバイス180は支持体182を含み、この
支持体上に入力導波路184、第一及び第二のビームスプ
リッタ186及び188並びに出力導波路190が取り付けられ
ている。これらのうち、入力導波路184及び出力導波路1
90は固定されており、残りの186及び188は第一、第二及
び第三のねじ192及び194によってそれぞれ横方向に移動
し得る。入力導波路184及び出力導波路190はアルミナブ
ロック184′及び190′に中空部としてそれぞれ形成され
ている。出力導波路ブロック190′はカーボンインサー
ト191を有する。
第一のビームスプリッタ186は四つの入力結合導波路2
00a〜200dと、バイパス結合導波路202と、出力結合導波
路204とを有する。入力結合導波路200a〜200d（まとめ
て言及する時は参照符号200を付す）及び出力結合導波
路204は第一のビームスプリッタマルチモード導波路206
と接続されており、この導波路はグラファイトから成る
内壁領域208を有する。
第二のビームスプリッタ188は四つの入力導波路210a
〜210dと四つの出力導波路212a〜212dとを有し、まとめ
て言及する時はこれらに参照符号210及び212をそれぞれ
付す。ビームスプリッタ188はバイパス導波路214も有す
る。第二のビームスプリッタマルチモード導波路216が
入力導波路210と出力導波路212とを接続している。
導波路200〜216は総て、ビームスプリッタ186及び188
を構成する材料中に中空部として形成されている、上記
材料はアルミナであり、第一のビームスプリッタ186の
場合は既に述べたようにカーボンインサート208を伴
う。
導波路184、190、200、202、204、210、212及び214は
直線状であり、かつ１辺が2aの正方形横断面を有する。
これらはまとめて結合導波路と呼称され、第１図の導波
路18及び22に類似する。マルチモード導波路206及び216
は2a×2bの矩形横断面を有する。これらは第１図の導波
路20に類似する。
各組200、210または212の導波路はｙ及びｘ軸217に関
して、ｙ値−3b/4、−b/4、＋b/4及び＋3b/4の位置に配
置されている。この例では、ｚ軸は入力導波路184の中
心軸線に一致する。可動要素186及び188と導波路190と
の位置関係はマルチモード導波路206及び216を用いてｚ
軸を基準に測定され、その際出力導波路190はｚ軸に関
して対称に配置されている。第一のビームスプリッタの
出力導波路204はｙ値＋3b/4の位置に配置されている。
長手方向スケール220及び222によって示したように、マ
ルチモード導波路206及び216は長さＬを有する。
デバイス180は次のように機能する。第一のねじ192を
調節することによって、第一のビームスプリッタの導波
路200及び202のうちの一つが入力導波路184と位置合わ
せされる。この図では導波路200dが上記のように位置合
わせされている。CO2レーザ（図示せず）を用いて入力
導波路184の基本モードEH11が励起される。それによっ
て、レーザからの輻射線は導波路200及び202のうちの、
上述のように位置合わせされたいずれかへと中継され
る。バイパス導波路202が上述のように位置合わせされ
た場合、入力輻射線は実質的に総てが第二のビームスプ
リッタ188へと中継される。それによって、導波路内、
または隣接要素間の境界面218での僅かな輻射線損失は
無視される。第一のビームスプリッタの入力導波路200
のうちの一つが上述のように位置合わせされた場合は、
４個の極大値を含む強度分布が第一のマルチモード導波
路206の図中右端206′に現われる。この分布は第４図の
グラフ60〜66のうちの一つが表わすような分布であり、
グラフ60〜66のうちのいずれが適するかは、導波路200a
〜200dのうちのいずれが入力導波路184と位置合わせさ
れたかに従属する。４個の強度極大値のうちの１個のみ
が第一のビームスプリッタの出力導波路204の中心軸線
上に配置され、その結果輻射線が第二のビームスプリッ
タ188へと中継される。残りの極大値はカーボンインサ
ート208上に現われ、このカーボンインサート208によっ
て輻射線は吸収される。
第一のねじ192を操作することにより、導波路200a〜2
00dは連続的に入力導波路184と位置合わせされる。その
結果、入力導波路184は第一のビームスプリッタの出力
導波路204に、異なる強度を表わす連続する極大値（例
えば60a〜60d参照）を重ねて付与する。従って、ビーム
スプリッタ186とねじ192との組み合わせは強度変更デバ
イスとして機能する。このデバイスは、入力導波路184
からの輻射線の２％、16％、34％、48％及び100％が第
二のビームスプリッタ188へと中継されることを可能に
する（導波路内及び境界面での損失は無視）。
第二のビームスプリッタ188でも同様の結果が得ら
れ、従ってビームスプリッタ188の機能は簡単に説明す
る。導波路210及び214のうちのいずれか一つが（第一の
ビームスプリッタ186を介して）入力導波路184と位置合
わせされることによって、輻射線を様々な強度極大値に
分割する更に別の段階が実現される。出力導波路190が
固定されているので、第二のビームスプリッタの入力導
波路210を入力導波路184及び出力導波路190と位置合わ
せするねじ194の操作によって、関連する第二のビーム
スプリッタ出力導波路212の位置合わせも行なわれる。
即ち、第二のビームスプリッタの入力−出力導波路対21
0k−212k（ｋ＝ａ、ｂ、ｃまたはｄ）が、先に述べたよ
うに位置合わせされる。
第二のビームスプリッタ入力導波路210aへの位置合わ
せは第４図の極大値58aに等価である。関連するビーム
スプリッタ出力導波路212aは60aに等価の強度極大値を
受け取り、なぜなら導波路210a及び212aは共に−3b/4に
相当するｙ値の位置に配置されているからである。従っ
て、第二のビームスプリッタ188に入力された輻射線強
度の約２％が出力導波路190へと出力される。他方の外
側導波路対210d−212dが選択された場合も同様の強度低
下が生起する。
内側のビームスプリッタ入力−出力導波路対210b−21
2b及び210c−212cの一方が選択された場合は、出力導波
路190に到達する相対強度は48％となる。
出力導波路190に到達する強度は、導波路210a〜210d
のうちのいずれが選択されるかによって、第二のビーム
スプリッタ188に入力された強度の48％または２％とな
る。選択されなかった導波路212からの望ましくない輻
射線出力は、カーボンインサート191において吸収され
る。
従って、第二のビームスプリッタ188は、該ビームス
プリッタに入力された輻射線の２％、48％または100％
（導波路214が位置合わせされた場合）が選択される第
二の強度分割段階を実現する。第二のビームスプリッタ
に入力される輻射線は第一のビームスプリッタ186にお
いて同様の分割を施されている。従って、第一及び第二
のビームスプリッタの複合的な効果により、出力導波路
190内の輻射線強度は入力導波路184内の輻射線強度の約
0.04％から100％まで様々となる（損失は無視）。
大電力用途には、吸光カーボンインサート191及び208
は不適当かもしれない。その場合、第一のビームスプリ
ッタ186及び出力導波路ブロック190′は、望ましくない
輻射線を吸光領域へと偏向するように構成されたリフレ
クタ及び／またはガイドを含み得る。
（188及び190にそれぞれ等価である）固定された第二
のビームスプリッタと横方向に移動され得る出力導波路
とを有する、デバイス180に類似の変形例も構成し得
る。この例は、入力位置184及び出力位置190が固定され
ているというデバイス180の利点は有しないが、より多
くの強度比率を実現する。
第９図は、本発明の強度分割デバイスの更に別の変形
例の水平方向断面図である。参照符号250によって示し
たこのデバイスは、その全体に参照符号252を付したレ
ーザ振動計の一部である。デバイス250は、2a×2bの横
断面を有する長さ4b2/λの矩形マルチモード導波路254
を含み、その際λは導波路254内での輻射線の伝搬波長
である。導波路254は中心軸線258と、長手方向に伸長す
る各導波路二等分部分の中心に位置する２本の四等分軸
線258a及び258bとを有する。従って、軸線256、258a及
び258bによって導波路254の、長手方向に伸長する四等
分部分が規定されている。
矩形導波路254は端部260において二つの補助導波路26
2a及び262bと、また出力端部264において別の二つの補
助導波路266a及び266bと接続されている。これらの補助
導波路は１辺が2aの正方形横断面を有し、かつ各一方の
四等分軸線258aまたは258bと位置合わせされており、即
ちｘ＝ａまたはｂとして補助導波路262x/266xは四等分
軸線258xに一致する中心軸線を有する。
検出器268及びレーザ270が、入力側補助導波路262a/2
66a及び262b/266bの軸線258a及び258bとそれぞれ位置合
わせされている。レンズ対272から成る光学望遠鏡は、
図中上方の出力側補助導波路266aと位置合わせされてい
る。光ファイバ導波路274は図中下方の出力側補助導波
路266bに挿入されており、かつ音響光学変調器276と接
続されている。
振動計252は次のように機能する。波長λ及び周波数
ｆのコヒーレント輻射線がレーザ270によって出力さ
れ、下方の入力側補助導波路262bの基本モードに結合さ
れる。この輻射線は、矩形導波路254内でのマルチモー
ド伝搬及びモード分散によって、強度が非対称性に分割
された状態となる。その結果、損失は無視するとして、
入力強度の85％が上方の出力側補助導波路266aに進入
し、その後望遠鏡272を通過して遠隔の標的ゾーン（図
示せず）に達する。標的ゾーン内の運動物体からの後方
散乱または再帰反射輻射線はドプラー周波数シフトf
D（都合上負と仮定）を被り、上方の出力側補助導波路2
66aに戻る。
下方の出力側補助導波路266bは矩形導波路254に入力
された強度の15％を受け取り、この強度は光ファイバ導
波路274を通過して音響光学変調器276に達する。変調器
276は輻射線の周波数ｆに周波数減分fMをもたらし、周
波数の低下した（ｆ−fM）信号を光ファイバ導波路274
を介して下方の出力側補助導波路266bに戻す。
従って、出力側補助導波路266a及び266bは周波数（ｆ
−fD）及び（ｆ−fM）の戻り輻射線入力をそれぞれ矩形
導波路に供給する。変調器276は、fMが関連するfDの最
大値より大きくなるように構成されている。二つの戻り
信号はいずれも、矩形導波路254での戻り伝搬の際のモ
ード分散に起因して、上方の入力側補助導波路262aに寄
与をもたらす。これらの寄与は、 fB＝（ｆ−fD）−（ｆ−fM）＝fM−fD （10） によって与えられるビート周波数fBにおいて互いに異な
る位相を有する。従って、ビート周波数（fM−fD）にお
いて様々な強度を有する輻射線が上方の入力側補助導波
路262aの基本モードに結合され、検出器268に進む。出
力信号が信号処理回路網（図示せず）に送られ、この回
路網において問題のfDのただ一つの値を分離し得、また
はfDの様々な値のドプラースペクトルを解析し得る。
振動計252は、標的ゾーン内の物体の振動などの運動
を監視するのに用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−156703（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−171115（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−179332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−57457（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−44901（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−9202（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開330457（ＥＰ，Ａ １) 米国特許4150870（ＵＳ，Ａ) 米国特許4950045（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/28 - 6/293 G02B 6/12 - 6/14 G02B 26/00 - 26/08 G02F 1/29 - 1/313 G02F 2/00 - 2/02 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】強度分割デバイスであって、 （ａ）入力導波路（18）が、マルチモード導波路（20）
    の入力端振に接続され、且つ単一波長の入力輻射を源
    （32）から中継して、前記マルチモード導波路（20）の
    対称モードと反対称モードとを共に励起するように構成
    され、 （ｂ）出力導波路（22）が、前記マルチモード導波路
    （20）の横断面を横切って間隔を空けた位置で、前記マ
    ルチモード導波路（20）の出力端部に接続され、 （ｃ）前記入力導波路（18）は、単一の入力導波路であ
    り、前記入力導波路（18）および前記出力導波路（22）
    は基本モード動作するように構成されており、そのよう
    な構成とするために、前記入力導波路および前記出力導
    波路が、基本モードのみの伝搬を提供するように構築さ
    れるか、あるいは、デバイスが、動作時に、前記源（3
    2）および前記マルチモード導波路（20）それぞれから
    の入力励起が基本モードの輻射のみが内部で伝搬するよ
    うなものであるデバイスであり、 （ｄ）前記マルチモード導波路（20）は、長さ2bの大き
    い方の横断面寸法を有する矩形断面を有し、且つ入力導
    波路と出力導波路との間に8b2/λＮの光路長をもたら
    し、λは、前記マルチモード導波路（20）内の前記入力
    輻射の波長であり、Ｎは、出力導波路（22）の数であ
    り、 （ｅ）前記入力導波路（18）は、前記マルチモード導波
    路（20）の大きい方の横断面寸法の一つのＮ等分部分の
    中心であって、前記寸法の中心ではない場所で前記マル
    チモード導波路（20）に接続され、 （ｆ）前記出力導波路（22）は、前記マルチモード導波
    路（20）の大きい方の横断面寸法のそれぞれのＮ等分部
    分の中心で前記マルチモード導波路（20）に接続され、 （ｇ）前記マルチモード導波路（20）、前記入力導波路
    （18）、および前記出力導波路（22）は、前記マルチモ
    ード導波路（20）まで基本モードとして伝搬する入力輻
    射が、モード分散によって各出力導波路において異なる
    大きさの強度分布極大値を生じるように組み合わせて設
    定された外形寸法および空間的相互関係を有し、前記極
    大値の各々は、実質的に前記入力輻射基本モードの強度
    分布の再生である、強度分割デバイス。
  2. 【請求項２】前記入力、マルチモード、および出力導波
    路（18、20、22）が、実質的に平行な長手軸線を有する
    請求項１に記載のデバイス。
  3. 【請求項３】振動計（250）として構成される請求項１
    に記載のデバイスであって、 （ａ）前記源が、コヒーレント輻射の源（270）であ
    り、 （ｂ）前記入力導波路（262b）に隣接して、前記デバイ
    スは、前記源から入力される種類の輻射に応答する検出
    手段（262a、268）を組み込み、 （ｃ）前記出力導波路は、標的ゾーンおよび局部発振器
    信号供給手段（276）に輻射を中継するようにそれぞれ
    構成された第１および第２の出力導波路（266）であ
    り、 （ｄ）前記出力導波路（266）は、前記標的ゾーンおよ
    び前記供給手段（276）からそれぞれ戻ってくる輻射を
    前記マルチモード導波路（254）へと中継するようにも
    構成されており、 （ｅ）前記マルチモード導波路（254）は、入力輻射強
    度を、前記第１の出力導波路（266a）には比較的大きな
    比率で結合させ、前記第２の出力導波路（266b）には比
    較的小さな比率で結合させるように構成され、且つ前記
    標的ゾーンおよび前記供給手段（276）から戻ってくる
    輻射を結合させることによって、前記検出手段（262a、
    268）においてビート周波数信号を生じるようにも構成
    されている、請求項１に記載のデバイス。
  4. 【請求項４】強度分割デバイスであって、 （Ａ）（ａ）第１のマルチモード導波路（216）であっ
    て、単一波長の入力輻射を中継して、第１の導波路（21
    6）の対称および反対称モードを共に励起させるように
    構成された１組の入力導波路（210）と、前記第１の導
    波路（216）の横断面を横切って間隔を空けた１組の出
    力導波路（212）とを備えた第１のマルチモード導波路
    （216）と、 （ｂ）１組の入力導波路（200）と、前記第１のマルチ
    モード導波路の前記入力導波路の選択可能な１つに入力
    輻射を与えるように構成された出力導波路（204）とを
    有した第２のマルチモード導波路（206）と を備え、 （Ｂ）前記第１のマルチモード導波路（216）と、該第
    １のマルチモード導波路の各入力および出力導波路（21
    0、212）とが、入力導波路（210）中で基本モードとし
    て伝搬する入力輻射が、前記第１のマルチモード導波路
    （216）におけるモード分散によって、各出力導波路（2
    12）において異なる大きさの強度分布極大値を生じるよ
    うに組み合わせて設定される外形寸法および空間的相互
    関係を有し、前記極大値の各々は、実質的に前記入力輻
    射基本モードの再生であり、 （Ｃ）前記第２のマルチモード導波路（206）と、該第
    ２のマルチモード導波路の個々の入力および出力導波路
    （200、204）とが、入力導波路（200）中で基本モード
    として伝搬する入力輻射が、前記第２のマルチモード導
    波路（206）におけるモード分散によって、前記出力導
    波路（204）において強度分布極大値を生じるように組
    み合わせて設定された外形寸法および空間的相互関係を
    有し、前記極大値は、実質的に前記入力輻射基本モード
    の再生であり、前記極大値の大きさは、入力を提供する
    ために前記入力導波路（200）のうちのどれが選択され
    るかにより、異なる入力導波路（200）は、前記出力導
    波路（204）における異なる大きさの極大値に対応し、 （Ｄ）前記第１および第２のマルチモード導波路（21
    6、206）は、デバイス入力（184）とデバイス出力（19
    0）との間を伝搬する輻射に対して、連続する２段階の
    選択可能な不等強度分割を施すように相対移動が可能で
    ある、強度分割デバイス。
  5. 【請求項５】強度分割デバイス（140）であって、 （ａ）入力導波路（142）を１組の中継導波路（146）に
    接続し、且つ前記入力導波路（142）から入力された輻
    射強度を、各中継導波路（146）に入力される成分に分
    割するように構成された第１のマルチモード導波路（14
    4）と、 （ｂ）、前記中継導波路（146）内の前記分割された輻
    射成分に互いに可変な位相を持たせるように構成された
    移相手段（148）と、 （ｃ）前記１組の中継導波路（146）を１組の出力導波
    路（152）に接続し、且つ前記出力導波路（152）間に前
    記中継導波路（146）から出て来た輻射を再分布させる
    ように構成された第２のマルチモード導波路（150）と
    を備え、 （ｄ）前記中継導波路（146）および前記出力導波路（1
    52）は、前記マルチモード導波路（140、150）の横断面
    を横切って間隔を空けて配置され、 （ｅ）前記入力導波路（142）は、基本モード動作する
    ように構成されており、そのような構成とするために、
    前記入力導波路が、基本モードのみの伝搬を提供するよ
    うに構築されるか、あるいは、デバイスが、動作時に、
    輻射源からの入力励起が、基本モードの輻射のみが内部
    で伝搬するようなものであるデバイスであり、 （ｆ）前記入力導波路（142）は、前記第１のマルチモ
    ード導波路の横断面の中心で該第１のマルチモード導波
    路に接続され、且つ該第１のマルチモード導波路の対称
    モードのみを励起するように構成され、 （ｇ）前記中継導波路（146）は、基本モード動作する
    ように構成されており、そのような構成とするために、
    前記中継導波路が、基本モードのみの伝搬を提供するよ
    うに構築されるか、あるいは、デバイスが、動作時に、
    前記第１のマルチモード導波路（144）からの各入力励
    起が、基本モードの輻射のみが内部で伝搬するようなも
    のであるデバイスであり、 （ｈ）前記移相手段（148）および前記第２のマルチモ
    ード導波路（150）は、前記中継導波路（146）から出て
    来た分割輻射成分が結合して、各出力導波路（152）に
    おいて異なる大きさの強度分布極大値が生じるように構
    成され、前記極大値の各々は、実質的に前記入力導波路
    基本モードの強度分布の再生である、強度分割デバイ
    ス。
  6. 【請求項６】前記マルチモード導波路（144、150）は、
    矩形横断面を有し、前記入力、中継、および出力導波路
    （142、148、152）は、方形横断面を有し、前記中継導
    波路（152）と前記両方のマルチモード導波路（144、15
    0）との接続、および前記出力導波路（152）と前記第２
    のマルチモード導波路（150）との接続は、前記マルチ
    モード導波路の横断面を横切って空間的に等間隔に並ん
    だ位置にある、請求項５に記載のデバイス。
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