JP3377728B2 - 光導波路からなる装置 - Google Patents
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- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路グレーテ
ィング（回折格子）に関し、特に、多波長光通信システ
ムのようなモード結合導波路グレーティングを有する装
置及びシステムに関する。
ィング（回折格子）に関し、特に、多波長光通信システ
ムのようなモード結合導波路グレーティングを有する装
置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバは複数の異なる波長の電磁放
射を同時に搬送する。このようなシステムとして、波長
分割多重化（ＷＤＭ）システムがある。ＷＤＭシステム
では例えば、ファイバに伝送チャネルを加えたり、ファ
イバからチャネルを選択的に除去することがしばしば必
要となる。これら両方の機能は、アクセスポイント、ノ
ードとして知られる伝送パスの複数の位置にて通常行わ
なければならない。チャネルは送信のために付加され、
宛先にて除去される。
射を同時に搬送する。このようなシステムとして、波長
分割多重化（ＷＤＭ）システムがある。ＷＤＭシステム
では例えば、ファイバに伝送チャネルを加えたり、ファ
イバからチャネルを選択的に除去することがしばしば必
要となる。これら両方の機能は、アクセスポイント、ノ
ードとして知られる伝送パスの複数の位置にて通常行わ
なければならない。チャネルは送信のために付加され、
宛先にて除去される。
【０００３】米国特許出願第０８／７１２６９７号に開
示されているように、モード識別結合器（ＭＤＣ:mode
discriminating coupler）及び少なくとも１つの改善さ
れたモード結合グレーティング（ＭＣＧ:mode coupling
grating）を有するオールファイバ装置である付加／除
去(add/drop)多重化装置が特に優れている。このような
ＭＤＣやＭＣＧは知られていて、例えば、ＭＤＣに関し
て米国特許第４８２８３５０号（３５０特許）及びＭＣ
Ｇに関して米国特許第５１０４２０９号（２０９特許）
を参照するとよい。また、２０９特許の関連特許である
米国特許第５２１６７３９号をも参照するとよい。
示されているように、モード識別結合器（ＭＤＣ:mode
discriminating coupler）及び少なくとも１つの改善さ
れたモード結合グレーティング（ＭＣＧ:mode coupling
grating）を有するオールファイバ装置である付加／除
去(add/drop)多重化装置が特に優れている。このような
ＭＤＣやＭＣＧは知られていて、例えば、ＭＤＣに関し
て米国特許第４８２８３５０号（３５０特許）及びＭＣ
Ｇに関して米国特許第５１０４２０９号（２０９特許）
を参照するとよい。また、２０９特許の関連特許である
米国特許第５２１６７３９号をも参照するとよい。
【０００４】３５０特許の図１１及びその関連する段落
１３〜１５では、ＭＤＣ（８１４；「モードセレク
タ」）とＭＣＧ（８２０；「グレーティング反射器」）
の組み合わせていて、このＭＣＧは米国特許第４９８６
６２４号で開示されているものである。グレーティング
反射器は機械的グレーティングからなり、グレーティン
グがファイバのエバネッセント場の範囲内であるように
適切に用意された光ファイバの平表面に対して用いる。
このようなグレーティング反射器は欠点があり、望まな
い偏光依存性を示し、製造が困難であり、集積されてい
ない構造により信頼性が低い。最後に、後述するような
種類の望まない反射の影響を受けてしまう。
１３〜１５では、ＭＤＣ（８１４；「モードセレク
タ」）とＭＣＧ（８２０；「グレーティング反射器」）
の組み合わせていて、このＭＣＧは米国特許第４９８６
６２４号で開示されているものである。グレーティング
反射器は機械的グレーティングからなり、グレーティン
グがファイバのエバネッセント場の範囲内であるように
適切に用意された光ファイバの平表面に対して用いる。
このようなグレーティング反射器は欠点があり、望まな
い偏光依存性を示し、製造が困難であり、集積されてい
ない構造により信頼性が低い。最後に、後述するような
種類の望まない反射の影響を受けてしまう。
【０００５】３５０特許の図１１では、波長λ1,
λ2,...λNの光から特定の波長λ1の光を分離するシス
テムを示す。従って、このシステムは、ＷＤＭ光ファイ
バ通信システムにおいてドロップ（除去）機能を行うこ
とができる。
λ2,...λNの光から特定の波長λ1の光を分離するシス
テムを示す。従って、このシステムは、ＷＤＭ光ファイ
バ通信システムにおいてドロップ（除去）機能を行うこ
とができる。
【０００６】２０９特許は、モード変換器として機能す
るブレーズ光ファイバグレーティングを開示し、これは
２つのモードが同じ方向を伝搬するように与えられた波
長λiのＬＰ01放射を同じ波長のＬＰ11放射を変換す
る。この２０９特許はこのような「透過性」ＬＰ01／Ｌ
Ｐ11モード変換器が多くのピークを有する複雑なスペク
トル応答を有し、単一のピークスペクトル応答には２モ
ードの光ファイバを必要とし、高次モードは１つのモー
ドのみを含むことを要する。この２０９特許は、特殊な
２モードファイバ（例えば楕円状コアを有するファイ
バ）によってこのことを達成できることを教示してい
る。また、透過性ＬＰ01／ＬＰ02モード変換（ＬＰ02は
シングルモード）が単一ピーク応答を与えられることを
教示している。２０９特許のグレーティングはファイバ
への線ごとの紫外線放射へのマスクのスリットを通して
の露出によって形成される。このスリットは幅１２μｍ
で、ファイバ軸に対して２゜〜３゜の範囲の角度θで形
成される。このようにしてグレーティングはブレーズ長
時間（透過性）グレーティングとされた。
るブレーズ光ファイバグレーティングを開示し、これは
２つのモードが同じ方向を伝搬するように与えられた波
長λiのＬＰ01放射を同じ波長のＬＰ11放射を変換す
る。この２０９特許はこのような「透過性」ＬＰ01／Ｌ
Ｐ11モード変換器が多くのピークを有する複雑なスペク
トル応答を有し、単一のピークスペクトル応答には２モ
ードの光ファイバを必要とし、高次モードは１つのモー
ドのみを含むことを要する。この２０９特許は、特殊な
２モードファイバ（例えば楕円状コアを有するファイ
バ）によってこのことを達成できることを教示してい
る。また、透過性ＬＰ01／ＬＰ02モード変換（ＬＰ02は
シングルモード）が単一ピーク応答を与えられることを
教示している。２０９特許のグレーティングはファイバ
への線ごとの紫外線放射へのマスクのスリットを通して
の露出によって形成される。このスリットは幅１２μｍ
で、ファイバ軸に対して２゜〜３゜の範囲の角度θで形
成される。このようにしてグレーティングはブレーズ長
時間（透過性）グレーティングとされた。
【０００７】２０９特許の発明者により観測されたよう
に、その透過性ＬＰ01／ＬＰ02モード変換器は複雑な波
長スペクトル応答を示した。これはＬＰ11モードの２つ
の悪化した部品が異なって結合するからである。このよ
うな悪化した応答はＷＤＭまたは他の多波長システムに
おいてのモード変換器の有用性をかなり減らしてしま
う。２０９特許により提示された解決法は、楕円形のコ
アを有するファイバの使用やＬＰ01／ＬＰ02モード変換
器の使用であるが、これらは欠点がある。例えば、この
ような楕円形ファイバは一般に入手可能ではなく、高価
であり、モードの数が増えれば他の波長での反射が通常
加わるので、ＬＰ01／ＬＰ02のＭＣＧはＬＰ01／ＬＰ11
のＭＣＧよりも通常多波長システムにおいて有用ではな
い。
に、その透過性ＬＰ01／ＬＰ02モード変換器は複雑な波
長スペクトル応答を示した。これはＬＰ11モードの２つ
の悪化した部品が異なって結合するからである。このよ
うな悪化した応答はＷＤＭまたは他の多波長システムに
おいてのモード変換器の有用性をかなり減らしてしま
う。２０９特許により提示された解決法は、楕円形のコ
アを有するファイバの使用やＬＰ01／ＬＰ02モード変換
器の使用であるが、これらは欠点がある。例えば、この
ような楕円形ファイバは一般に入手可能ではなく、高価
であり、モードの数が増えれば他の波長での反射が通常
加わるので、ＬＰ01／ＬＰ02のＭＣＧはＬＰ01／ＬＰ11
のＭＣＧよりも通常多波長システムにおいて有用ではな
い。
【０００８】このように、多波長光導波路システムで
は、従来技術のＭＣＧの欠点に悩まされない比較的廉価
なＭＣＧの必要性がある。実際にこのような機器は光導
波路システムにおいて幅広く使われる。本明細書はこの
ようなＭＣＧを開示する。
は、従来技術のＭＣＧの欠点に悩まされない比較的廉価
なＭＣＧの必要性がある。実際にこのような機器は光導
波路システムにおいて幅広く使われる。本明細書はこの
ようなＭＣＧを開示する。
【０００９】R. Kashyap他の論文、Electronics Lette
r, Vol. 29(2), p. 154 (1993年1月)は、波長選択性損
失要素としてシングルモードファイバの中でブレーズグ
レーティングを用いるエルビウムドープの光ファイバ増
幅器を開示している。C. X. Shi他の論文、Optics Lett
ers, Vol. 17(23), p. 1655(1992年12月)は、ＬＰ01／
ＬＰ02の反射型モード結合グレーティングの理論的な解
を与える。米国特許第５０４８９１３号は、非ブレーズ
グレーティングからなる光導波路モード識別フィルタを
開示する。T. Erdogan他の論文、J. Optical Society o
f America, Vol.13(2), p. 296 (1996年2月)は、シング
ルモードファイバにおけるブレーズファイバ位相グレー
ティングのレビューを記述している。米国特許第５０４
８９１３は、非ブレーズグレーティングを有する光導波
路モード識別フィルタを開示している。
r, Vol. 29(2), p. 154 (1993年1月)は、波長選択性損
失要素としてシングルモードファイバの中でブレーズグ
レーティングを用いるエルビウムドープの光ファイバ増
幅器を開示している。C. X. Shi他の論文、Optics Lett
ers, Vol. 17(23), p. 1655(1992年12月)は、ＬＰ01／
ＬＰ02の反射型モード結合グレーティングの理論的な解
を与える。米国特許第５０４８９１３号は、非ブレーズ
グレーティングからなる光導波路モード識別フィルタを
開示する。T. Erdogan他の論文、J. Optical Society o
f America, Vol.13(2), p. 296 (1996年2月)は、シング
ルモードファイバにおけるブレーズファイバ位相グレー
ティングのレビューを記述している。米国特許第５０４
８９１３は、非ブレーズグレーティングを有する光導波
路モード識別フィルタを開示している。
【００１０】以下には、本明細書で用いる用語及びそれ
らの定義を説明する。光導波路内の電磁場の空間モード
を、従来の方法で表す。例として、従来の光ファイバに
おける空間モードを、ＬＰ01，ＬＰ11，ＬＰ02，．．．
と表し、ＬＰ01は（対称又は偶数）基本モード、ＬＰ11
は（非対称又は奇数）第１高次モード、．．．である。
らの定義を説明する。光導波路内の電磁場の空間モード
を、従来の方法で表す。例として、従来の光ファイバに
おける空間モードを、ＬＰ01，ＬＰ11，ＬＰ02，．．．
と表し、ＬＰ01は（対称又は偶数）基本モード、ＬＰ11
は（非対称又は奇数）第１高次モード、．．．である。
【００１１】また、（円状対称な）光ファイバ以外の導
波路（例えばプレーナ導波路）のモードは、従来の方法
で示す。
波路（例えばプレーナ導波路）のモードは、従来の方法
で示す。
【００１２】簡明さのため、ＬＰ01モードを（０，１）
と表し、ＬＰ11モードを（１，１）と表し、そして一般
にＬＰm,nモード（ｍ≧０，ｎ≧１）を（ｍ、ｎ）と表
す。
と表し、ＬＰ11モードを（１，１）と表し、そして一般
にＬＰm,nモード（ｍ≧０，ｎ≧１）を（ｍ、ｎ）と表
す。
【００１３】関心事の電磁放射は、しばしば光として述
べるが、放射は通常赤外放射である。これは説明の簡明
さのためであり、いかなる波長制限も意味しない。
べるが、放射は通常赤外放射である。これは説明の簡明
さのためであり、いかなる波長制限も意味しない。
【００１４】与えられた波長（例えばλi）において２
つの空間モード、（例えば（０，１）と（ｍ，ｎ））の
間の最適結合とは、与えられたグレーティングの周期的
指数変調に関する２つのモード間結合の最大可能な結合
を意味する。本発明は以上のような問題を解決すること
を目的とする。
つの空間モード、（例えば（０，１）と（ｍ，ｎ））の
間の最適結合とは、与えられたグレーティングの周期的
指数変調に関する２つのモード間結合の最大可能な結合
を意味する。本発明は以上のような問題を解決すること
を目的とする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明を特定の種類の
光導波路（即ち、従来の光ファイバ）における用語によ
って説明するが、他のガイド構造（例えば、四角形のコ
ア断面を有するプレーナ導波路）であってもよい。この
ような導波路は偏光依存性の光特性（電場ベクトルの方
向に依存する性質）を通常有する。
光導波路（即ち、従来の光ファイバ）における用語によ
って説明するが、他のガイド構造（例えば、四角形のコ
ア断面を有するプレーナ導波路）であってもよい。この
ような導波路は偏光依存性の光特性（電場ベクトルの方
向に依存する性質）を通常有する。
【００１６】このような導波路は対称（シンメトリッ
ク）である基本モード（ＴＸ00と表され、ここでＸ＝Ｅ
又はＭである）と、及び高次モードを有する。本発明は
このような導波路構造に直接応用可能で、そのモード変
換の問題点及び解決法は以下に述べる光ファイバの場合
と実質的には同じである。
ク）である基本モード（ＴＸ00と表され、ここでＸ＝Ｅ
又はＭである）と、及び高次モードを有する。本発明は
このような導波路構造に直接応用可能で、そのモード変
換の問題点及び解決法は以下に述べる光ファイバの場合
と実質的には同じである。
【００１７】光導波路（例として、光ファイバ）の偶数
及び奇数の空間モードを結合するための従来のＭＣＧが
重大な欠点を有していることを発見した。このようなＭ
ＣＧは、効率的な結合のためにブレーズグレーティング
を備えることを必要としている。この欠点はＷＤＭシス
テム（より一般的には、２以上の比較的近接した波長の
電磁放射に動作中に露出されるＭＣＧ）において現れ、
このような多波長システムにおけるＭＣＧの利用を現実
的でないようにしてしまう可能性がある。
及び奇数の空間モードを結合するための従来のＭＣＧが
重大な欠点を有していることを発見した。このようなＭ
ＣＧは、効率的な結合のためにブレーズグレーティング
を備えることを必要としている。この欠点はＷＤＭシス
テム（より一般的には、２以上の比較的近接した波長の
電磁放射に動作中に露出されるＭＣＧ）において現れ、
このような多波長システムにおけるＭＣＧの利用を現実
的でないようにしてしまう可能性がある。
【００１８】ＭＣＧにおける比較的狭い波長領域Δλ
（例として、Δλ≦λ1／１００）内の幾つかの波長
（例えば、λ1,λ2,...λN、Ｎ≧２）の放射の存在が加
わった望まないモード結合をもたらすことを我々は観測
した。例えば、特定のピッチΛ、ブレーズ角θのブレー
ズグレーティングは所定の波長λiにおける（０，１）
と（１，１）モードの間の所望の結合をもたらすだけで
はなく、λj（ｉ≠ｊ、ｉ及びｊ＝1,2,...N）の前方と
後方の伝搬（０，１）モードの間の望まない結合（即
ち、反射）をももたらしてしまう。このような状況は例
えばＷＤＭ通信システムにおいて通常許容できない。
（例として、Δλ≦λ1／１００）内の幾つかの波長
（例えば、λ1,λ2,...λN、Ｎ≧２）の放射の存在が加
わった望まないモード結合をもたらすことを我々は観測
した。例えば、特定のピッチΛ、ブレーズ角θのブレー
ズグレーティングは所定の波長λiにおける（０，１）
と（１，１）モードの間の所望の結合をもたらすだけで
はなく、λj（ｉ≠ｊ、ｉ及びｊ＝1,2,...N）の前方と
後方の伝搬（０，１）モードの間の望まない結合（即
ち、反射）をももたらしてしまう。このような状況は例
えばＷＤＭ通信システムにおいて通常許容できない。
【００１９】我々は明らかに従来は認識されていなかっ
た問題を認識しただけではなく、以下に述べるように、
それらの問題を解決する方法を生み出した。
た問題を認識しただけではなく、以下に述べるように、
それらの問題を解決する方法を生み出した。
【００２０】
【課題を解決するための手段】広い視点では本発明は、
新規なブレーズＭＣＧで用いられ、これは必要な光へ露
出されると、（０，１）空間モード及び高次空間モード
（ｍ，ｎ）（好ましくは（１，１））の効率的な反射結
合を起こすだけではなく、スペクトル領域Δλ（λ1を
含む）内のいかなる波長λjにおける（０，１）の比較
的低い（望ましくは実質的にゼロ）反射を起こす。
新規なブレーズＭＣＧで用いられ、これは必要な光へ露
出されると、（０，１）空間モード及び高次空間モード
（ｍ，ｎ）（好ましくは（１，１））の効率的な反射結
合を起こすだけではなく、スペクトル領域Δλ（λ1を
含む）内のいかなる波長λjにおける（０，１）の比較
的低い（望ましくは実質的にゼロ）反射を起こす。
【００２１】具体的には、本発明はスペクトル幅Δλの
スペクトル領域内の少なくとも２つの波長（λi及び
λj）の光を導くような光導波路からなる装置において
用いられる。この光導波路は、マルチモード（例とし
て、デュアルモード）導波路の長さからなる。このマル
チモード導波路は、ピッチΛ、ブレーズ角θであり、こ
のΛとθはグレーティングがλiにおいて（０，１）と
（ｍ，ｎ）（例として、（１，１））のモードの間の結
合を起こすように選択されるブレーズ屈折率グレーティ
ングからなる。
スペクトル領域内の少なくとも２つの波長（λi及び
λj）の光を導くような光導波路からなる装置において
用いられる。この光導波路は、マルチモード（例とし
て、デュアルモード）導波路の長さからなる。このマル
チモード導波路は、ピッチΛ、ブレーズ角θであり、こ
のΛとθはグレーティングがλiにおいて（０，１）と
（ｍ，ｎ）（例として、（１，１））のモードの間の結
合を起こすように選択されるブレーズ屈折率グレーティ
ングからなる。
【００２２】ブレーズグレーティングはΛ＜１μｍでθ
＞θoである短周期のグレーティングである（ここで、
θoは波長λiの光に対する（０，１）と（ｍ，ｎ）モー
ドの間の最適化結合を与えるブレーズ角であり、θはさ
らに、グレーティングが、θ＝θoの他は同一であるグ
レーティングによる反射よりも、波長λjの基本モード
光の反射が相当に小さい（例えば、少なくとも５０％
で、好ましくは実質的にゼロ）ように選択される。本発
明のグレーティングは可換な部品（即ち（０，１）を
（１，１）へ、及び（１，１）を（０，１）へと結合で
きる）である。
＞θoである短周期のグレーティングである（ここで、
θoは波長λiの光に対する（０，１）と（ｍ，ｎ）モー
ドの間の最適化結合を与えるブレーズ角であり、θはさ
らに、グレーティングが、θ＝θoの他は同一であるグ
レーティングによる反射よりも、波長λjの基本モード
光の反射が相当に小さい（例えば、少なくとも５０％
で、好ましくは実質的にゼロ）ように選択される。本発
明のグレーティングは可換な部品（即ち（０，１）を
（１，１）へ、及び（１，１）を（０，１）へと結合で
きる）である。
【００２３】幅Δλのスペクトル領域は、望まない反射
に関係するスペクトル領域である。多くの場合、Δλ≦
λ1／１００（λ1はΔλにおける任意の波長）である。
従来の通信ファイバと同等なデュアルモードファイバで
は、Δλは約２ｎｍであり、特殊なファイバではλ1が
１５５０ｎｍ又は１３００ｎｍにおいてΔλは１０ｎｍ
のように大きくなる。
に関係するスペクトル領域である。多くの場合、Δλ≦
λ1／１００（λ1はΔλにおける任意の波長）である。
従来の通信ファイバと同等なデュアルモードファイバで
は、Δλは約２ｎｍであり、特殊なファイバではλ1が
１５５０ｎｍ又は１３００ｎｍにおいてΔλは１０ｎｍ
のように大きくなる。
【００２４】本発明のＭＣＧはＭＣＧを２以上の波長へ
露出する多くの場合において有用であるが、単一波長の
システムにおいても用いることができる。
露出する多くの場合において有用であるが、単一波長の
システムにおいても用いることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は、従来技術の２０９特許の
透過ＭＣＧの動作原理を示すグラフ図である。周知のよ
うに、（ｍ，ｎ）モードの伝搬定数βmnは、２πｎeff
／λに等しい（ここで、ｎeffは（ｍ，ｎ）モードの有
効屈折率であり、λは波長である）。図１の量２π／Λ
は、β01−β11に等しい。これは（０，１）／（１，
１）透過変換を与えるグレーティングのピッチを決め
る。与えられた周波数の与えられた空間モードの有効屈
折率は、既知のアルゴリズムによって容易に計算でき
る。例えば、T. Lenahan著の論文、Bell System Techni
cal Journal, Vol. 62、p. 2663(1983年)を参照すると
よい。
透過ＭＣＧの動作原理を示すグラフ図である。周知のよ
うに、（ｍ，ｎ）モードの伝搬定数βmnは、２πｎeff
／λに等しい（ここで、ｎeffは（ｍ，ｎ）モードの有
効屈折率であり、λは波長である）。図１の量２π／Λ
は、β01−β11に等しい。これは（０，１）／（１，
１）透過変換を与えるグレーティングのピッチを決め
る。与えられた周波数の与えられた空間モードの有効屈
折率は、既知のアルゴリズムによって容易に計算でき
る。例えば、T. Lenahan著の論文、Bell System Techni
cal Journal, Vol. 62、p. 2663(1983年)を参照すると
よい。
【００２６】図２には、本発明の反射型ＭＣＧの原理を
示す。グレーティングピッチは、２π／Λ＝β01＋β11
で、伝搬定数を上述のように決めて選ばれる。両方の場
合、所定の波長を想定している。正のβは一方向の光の
伝搬を表し、負のβはその反対方向の光の伝搬を表す。
示す。グレーティングピッチは、２π／Λ＝β01＋β11
で、伝搬定数を上述のように決めて選ばれる。両方の場
合、所定の波長を想定している。正のβは一方向の光の
伝搬を表し、負のβはその反対方向の光の伝搬を表す。
【００２７】図３には、Δλ内の２つの異なる波長λi
及びλjへと露出した場合の本発明の反射型ＭＣＧの原
理を示す。「’」をつけていないパラメータはλiに対
応し、「’」をつけたパラメータはλjに対応する。図
３では、β01＋β11＝２β'01であると仮定している。
従って、２π／Λ＝２π／Λ'であり、ピッチΛのグレ
ーティングはλiにおいてβ01と−β11の間の反射モー
ド間結合を起こすばかりではなく、β'01と−β'01の間
の反射結合をも起こす。条件β01＋β11＝２β'01は、
もしλiとλjの両方が波長領域Δλ内にあれば従来の導
波路に対して通常満たす。従って、このような望まなく
意図しない異なる波長での反射は、ほとんどの多波長シ
ステムにおいて起こることが期待でき、従来のＭＣＧが
多くのＷＤＭや他の多波長光システムにおいて受け入れ
られなくする。
及びλjへと露出した場合の本発明の反射型ＭＣＧの原
理を示す。「’」をつけていないパラメータはλiに対
応し、「’」をつけたパラメータはλjに対応する。図
３では、β01＋β11＝２β'01であると仮定している。
従って、２π／Λ＝２π／Λ'であり、ピッチΛのグレ
ーティングはλiにおいてβ01と−β11の間の反射モー
ド間結合を起こすばかりではなく、β'01と−β'01の間
の反射結合をも起こす。条件β01＋β11＝２β'01は、
もしλiとλjの両方が波長領域Δλ内にあれば従来の導
波路に対して通常満たす。従って、このような望まなく
意図しない異なる波長での反射は、ほとんどの多波長シ
ステムにおいて起こることが期待でき、従来のＭＣＧが
多くのＷＤＭや他の多波長光システムにおいて受け入れ
られなくする。
【００２８】我々は好運なことに、与えられたマルチモ
ードファイバのピッチΛのグレーティングに対して、λ
iにおける効率的な（０，１）／（ｍ，ｎ）結合をもた
らすだけではなく、λjにおける低（０，１）反射をも
もたらすようなブレーズ角θが常に存在することを見い
だした。このブレーズ角θはλjにおける結合を考えな
ければ、一般にθo（λiにおいて最適結合を与える同一
のグレーティングのブレーズ角）よりも大きい。
ードファイバのピッチΛのグレーティングに対して、λ
iにおける効率的な（０，１）／（ｍ，ｎ）結合をもた
らすだけではなく、λjにおける低（０，１）反射をも
もたらすようなブレーズ角θが常に存在することを見い
だした。このブレーズ角θはλjにおける結合を考えな
ければ、一般にθo（λiにおいて最適結合を与える同一
のグレーティングのブレーズ角）よりも大きい。
【００２９】本発明の反射型ＭＣＧは従来技術のモード
変換器の透過の複雑なスペクトル応答にあまり悩まされ
ない。後者においては、伝搬定数βmnの小さな変位
（（１，１）により現れるようなモード劣化の結果とし
て生ずる）は、位相一致条件（即ち、Λ＝２π／（β01
−βmn））においては比較的大きな変化を生み、本発明
の反射型ＭＣＧでは小さなβmnの変位は位相一致条件
（即ち、Λ＝２π／（β01−βmn））の比較的小さな変
化をもたらす。特に、本発明の反射型（０，１）／
（１，１）ＭＣＧでは（１，１）モード劣化による変位
は、通常は無視できるほどに小さい。
変換器の透過の複雑なスペクトル応答にあまり悩まされ
ない。後者においては、伝搬定数βmnの小さな変位
（（１，１）により現れるようなモード劣化の結果とし
て生ずる）は、位相一致条件（即ち、Λ＝２π／（β01
−βmn））においては比較的大きな変化を生み、本発明
の反射型ＭＣＧでは小さなβmnの変位は位相一致条件
（即ち、Λ＝２π／（β01−βmn））の比較的小さな変
化をもたらす。特に、本発明の反射型（０，１）／
（１，１）ＭＣＧでは（１，１）モード劣化による変位
は、通常は無視できるほどに小さい。
【００３０】本発明の反射型ＭＣＧのさらなる利点は、
その強い波長依存性であり、これは例えばＷＤＭ通信シ
ステムにおいて、小さくしか離れない（−１ｎｍ）チャ
ネルをそれぞれ識別できるようにする鋭いスペクトル応
答を与える。この強い波長依存性は２つの関連する伝搬
定数の合計への位相一致条件の依存性の結果として起こ
る。一方、従来技術の（透過型）モード変換器の位相一
致条件は２つの関連する伝搬定数の間の差に依存する。
その強い波長依存性であり、これは例えばＷＤＭ通信シ
ステムにおいて、小さくしか離れない（−１ｎｍ）チャ
ネルをそれぞれ識別できるようにする鋭いスペクトル応
答を与える。この強い波長依存性は２つの関連する伝搬
定数の合計への位相一致条件の依存性の結果として起こ
る。一方、従来技術の（透過型）モード変換器の位相一
致条件は２つの関連する伝搬定数の間の差に依存する。
【００３１】また、本発明の反射型ＭＣＧは６２４特許
の反射型グレーティングの前述の欠点がない。例えば、
本発明のＭＣＧは偏光非依存性で、容易に製造可能で、
信頼性のある集積された構造である。最後に、本発明の
ＭＣＧは従来技術の装置においてみられるような望まな
い反射がない。
の反射型グレーティングの前述の欠点がない。例えば、
本発明のＭＣＧは偏光非依存性で、容易に製造可能で、
信頼性のある集積された構造である。最後に、本発明の
ＭＣＧは従来技術の装置においてみられるような望まな
い反射がない。
【００３２】ブレーズ角θの適切な値を計算により決め
ることは少なくとも原理的には可能であるが（例えば、
前述のLenahanの方法を使って）、適切なブレーズ角は
現在は通常、図４ａ〜ｈで示す逐次的な近似によって見
いだされる。計算によるθの決定に逐次的な近似を好む
第１の理由は、θに対して比較的大きな影響を与える本
質的に避けることのできない製造上の非完全性（例え
ば、コアの断面の屈折率の差異Δｎの小さな変化）であ
るが、これはせいぜい定量的に決めてθの計算に取り入
れることができるのみである。好ましい実際的な方法
は、開始ブレーズ角（例えば、θo）の計算（即ち推
定）をして、その後に適切なθを実験的に決定（例え
ば、増加したブレーズ角を有するグレーティングの列を
作ることによって、及びグレーティングのスペクトル特
性の測定によって）することである。
ることは少なくとも原理的には可能であるが（例えば、
前述のLenahanの方法を使って）、適切なブレーズ角は
現在は通常、図４ａ〜ｈで示す逐次的な近似によって見
いだされる。計算によるθの決定に逐次的な近似を好む
第１の理由は、θに対して比較的大きな影響を与える本
質的に避けることのできない製造上の非完全性（例え
ば、コアの断面の屈折率の差異Δｎの小さな変化）であ
るが、これはせいぜい定量的に決めてθの計算に取り入
れることができるのみである。好ましい実際的な方法
は、開始ブレーズ角（例えば、θo）の計算（即ち推
定）をして、その後に適切なθを実験的に決定（例え
ば、増加したブレーズ角を有するグレーティングの列を
作ることによって、及びグレーティングのスペクトル特
性の測定によって）することである。
【００３３】図４ａ〜ｈはデュアルモードファイバの中
のグレーティングの規格化された透過スペクトルの移り
具合を示す。このファイバは、Δｎ＝０．５１で、カッ
トオフ波長が１７５０ｎｍであるデュアルモードのケイ
化ゲルマニウムファイバであった。このグレーティング
はブレーズ角を除いては公称的には同一で、グレーティ
ング長、及び全グレーティングに対する総ＵＶ露出は本
質的に同一でなければならない。短波長の広帯域損失は
全ての全てのＵＶ誘引ブラッググレーティングに存在す
る放射モード損失である。スペクトルの長波長のディッ
プは、反射（０，１）／（０，１）モード変換に対応
し、中間波長におけるディップは反射（０，１）／
（１，１）変換に対応する。各反射器の短波長側で観測
した良い構造は、ファブリ・ペロー共振であり、これは
知られるように、長さにわたってのグレーティングの適
切なアポダイゼーションによって削減又は排除できる。
図４ａ〜ｈは明らかに、このグレーティングのθoは約
３．５゜であり、θ＝６．５゜であれば必要な（０，
１）／（０，１）反射変換の完全な排除をもたらすこと
を示す。
のグレーティングの規格化された透過スペクトルの移り
具合を示す。このファイバは、Δｎ＝０．５１で、カッ
トオフ波長が１７５０ｎｍであるデュアルモードのケイ
化ゲルマニウムファイバであった。このグレーティング
はブレーズ角を除いては公称的には同一で、グレーティ
ング長、及び全グレーティングに対する総ＵＶ露出は本
質的に同一でなければならない。短波長の広帯域損失は
全ての全てのＵＶ誘引ブラッググレーティングに存在す
る放射モード損失である。スペクトルの長波長のディッ
プは、反射（０，１）／（０，１）モード変換に対応
し、中間波長におけるディップは反射（０，１）／
（１，１）変換に対応する。各反射器の短波長側で観測
した良い構造は、ファブリ・ペロー共振であり、これは
知られるように、長さにわたってのグレーティングの適
切なアポダイゼーションによって削減又は排除できる。
図４ａ〜ｈは明らかに、このグレーティングのθoは約
３．５゜であり、θ＝６．５゜であれば必要な（０，
１）／（０，１）反射変換の完全な排除をもたらすこと
を示す。
【００３４】図５には、図４の露出条件を用いたファイ
バの中の多数のグレーティングに対するブレーズ角の関
数としての結合強度のデータである。反射集積結合定数
（ＩＣＣR:Reflective Integrated Coupling Constan
t）（曲線５０）は（０，１）／（０，１）の結合強度
に対応し、モード変換集積結合定数（ＩＣＣMC:Mode Co
nversion Integrated Coupling Constant）は（０，
１）／（１，１）の結合強度に対応する。容易にわかる
ように、ＩＣＣMCの最大値はＩＣＣRの最小を与えるθ
よりも小さい値において現れる。結合定数は従来のよう
に、数式、ＩＣＣ＝tanh-1(Ｒ1/2)によって決められ
る。ここで、Ｒはグレーティングの最大反射率である。
バの中の多数のグレーティングに対するブレーズ角の関
数としての結合強度のデータである。反射集積結合定数
（ＩＣＣR:Reflective Integrated Coupling Constan
t）（曲線５０）は（０，１）／（０，１）の結合強度
に対応し、モード変換集積結合定数（ＩＣＣMC:Mode Co
nversion Integrated Coupling Constant）は（０，
１）／（１，１）の結合強度に対応する。容易にわかる
ように、ＩＣＣMCの最大値はＩＣＣRの最小を与えるθ
よりも小さい値において現れる。結合定数は従来のよう
に、数式、ＩＣＣ＝tanh-1(Ｒ1/2)によって決められ
る。ここで、Ｒはグレーティングの最大反射率である。
【００３５】図６は、θに対しての比ＩＣＣMC／ＩＣＣ
R の形で図５のデータを示す。この図は（０，１）／
（０，１）反射に対しての識別がブレーズ角の強い関数
であり（相関度が高い）、ブレーズ角の０．１゜のよう
な小さな変化でも（０，１）／（０，１）結合に対して
強い影響を与えることを示している。曲線５１と（特
に）曲線５０との正確な形はファイバの設計及び波長に
依存する。しかし、図６の曲線の近似した形は、光ファ
イバに広く応用されることが期待できる。同様な曲線は
他の光導波路においても見られる。
R の形で図５のデータを示す。この図は（０，１）／
（０，１）反射に対しての識別がブレーズ角の強い関数
であり（相関度が高い）、ブレーズ角の０．１゜のよう
な小さな変化でも（０，１）／（０，１）結合に対して
強い影響を与えることを示している。曲線５１と（特
に）曲線５０との正確な形はファイバの設計及び波長に
依存する。しかし、図６の曲線の近似した形は、光ファ
イバに広く応用されることが期待できる。同様な曲線は
他の光導波路においても見られる。
【００３６】図７は、本発明のＭＤＣの例を概略的に示
し、デュアルモード光ファイバ７０は、シリカクラッド
により包囲されたＧｅドープのシリカコアを有し、ブレ
ーズ屈折率グレーティング７１をも有する。このグレー
ティング７１は、一般的な方法によって、簡単な複数の
斜線で示してあるが、このことはファイバクラッドの屈
折率の変位の存在を意味してはいない。また、図７は、
グレーティングの繰り返し間隔Λ及びブレーズ（傾斜）
角θを示している。
し、デュアルモード光ファイバ７０は、シリカクラッド
により包囲されたＧｅドープのシリカコアを有し、ブレ
ーズ屈折率グレーティング７１をも有する。このグレー
ティング７１は、一般的な方法によって、簡単な複数の
斜線で示してあるが、このことはファイバクラッドの屈
折率の変位の存在を意味してはいない。また、図７は、
グレーティングの繰り返し間隔Λ及びブレーズ（傾斜）
角θを示している。
【００３７】図８は、本発明のＭＣＧを有する光導波路
システムの例の関連する部分を示してあり、このＭＣＧ
は波長依存性損失要素として機能する。波長λ1,
λ2,...λN、の（０，１）光はシングルモードファイバ
８１からデュアルモードファイバ８３へと伝搬し、ここ
で、（０，１）λ1光の一部ｘは、（１，１）λ1 とし
てブレーズグレーティング８４によって反射される。こ
のように、この反射光は偶数空間モードであり、シング
ルモードファイバ８１の偶数空間モードとのネット重な
りがゼロであり、このファイバへの結合が実質的にな
く、センチメートル単位の距離の間でファイバからなく
なってしまう。シングルモードファイバ８２はデュアル
モードファイバ８３へと分割され、波長λ2,...λN、の
本質的に減衰されていない（０，１）光を（０，１）λ
1光の残りの部分（１−ｘ）とともに受信する。反射光
の部分ｘはグレーティング強度の選択によって容易に制
御できる。
システムの例の関連する部分を示してあり、このＭＣＧ
は波長依存性損失要素として機能する。波長λ1,
λ2,...λN、の（０，１）光はシングルモードファイバ
８１からデュアルモードファイバ８３へと伝搬し、ここ
で、（０，１）λ1光の一部ｘは、（１，１）λ1 とし
てブレーズグレーティング８４によって反射される。こ
のように、この反射光は偶数空間モードであり、シング
ルモードファイバ８１の偶数空間モードとのネット重な
りがゼロであり、このファイバへの結合が実質的にな
く、センチメートル単位の距離の間でファイバからなく
なってしまう。シングルモードファイバ８２はデュアル
モードファイバ８３へと分割され、波長λ2,...λN、の
本質的に減衰されていない（０，１）光を（０，１）λ
1光の残りの部分（１−ｘ）とともに受信する。反射光
の部分ｘはグレーティング強度の選択によって容易に制
御できる。
【００３８】図９には、本発明のＭＣＧを有する光導波
路システムの例を示す。増幅及び減衰させる光ファイバ
増幅器を有する光ファイバ通信システムは、増幅及び減
衰のための別個のレーザーダイオードを用いるようなシ
ステムも含めて知られている。このシステムは特に高出
力パワーの光ファイバ増幅器にとって非常に望ましい構
成であるが、他のポンプレーザと相互作用するあるポン
プレーザからの非吸収ポンプ放射によって起こるポンプ
クロストークの問題が原因のポンプレーザの波長及び強
度におけるモードビートの不安定性に悩まされる。この
問題への従来の解決法は、通常ポンプレーザと対応する
ファイバ結合器の間に光アイソレータを設けていた。し
かし、光アイソレータは相当な挿入損失があり、比較的
高価である。図９に示すＭＣＧによってよりすぐれた解
決ができ、増幅及び減衰光ファイバ増幅器を有するＷＤ
Ｍ光ファイバ通信システム９０（波長λ1,λ2,...λN）
が示してあり、これは多波長送信器９１、多波長受信器
９２、シングルモード光透過ファイバ９３、増幅ファイ
バ９４、従来のファイバ結合器９５（しばしば「ＷＤ
Ｍ」と呼ぶ）、ダイオードポンプレーザ９６、９７（そ
れぞれ波長λp1、λp2）、ＭＣＧ９８、９９を有する。
ポンプ波長λp1、λp2は近接している（例えば、〜１ｎ
ｍ）が異なる。ＭＣＧ９８は最小の損失で増幅ファイバ
へ向かってλp1放射を渡すが、レーザ９６へ向かって伝
搬するλp2）放射に対しては高い透過損失を与え、ＭＣ
Ｇ９９も同様に機能する。このようにしてこのＭＣＧは
レーザ間相互作用を防ぐ。
路システムの例を示す。増幅及び減衰させる光ファイバ
増幅器を有する光ファイバ通信システムは、増幅及び減
衰のための別個のレーザーダイオードを用いるようなシ
ステムも含めて知られている。このシステムは特に高出
力パワーの光ファイバ増幅器にとって非常に望ましい構
成であるが、他のポンプレーザと相互作用するあるポン
プレーザからの非吸収ポンプ放射によって起こるポンプ
クロストークの問題が原因のポンプレーザの波長及び強
度におけるモードビートの不安定性に悩まされる。この
問題への従来の解決法は、通常ポンプレーザと対応する
ファイバ結合器の間に光アイソレータを設けていた。し
かし、光アイソレータは相当な挿入損失があり、比較的
高価である。図９に示すＭＣＧによってよりすぐれた解
決ができ、増幅及び減衰光ファイバ増幅器を有するＷＤ
Ｍ光ファイバ通信システム９０（波長λ1,λ2,...λN）
が示してあり、これは多波長送信器９１、多波長受信器
９２、シングルモード光透過ファイバ９３、増幅ファイ
バ９４、従来のファイバ結合器９５（しばしば「ＷＤ
Ｍ」と呼ぶ）、ダイオードポンプレーザ９６、９７（そ
れぞれ波長λp1、λp2）、ＭＣＧ９８、９９を有する。
ポンプ波長λp1、λp2は近接している（例えば、〜１ｎ
ｍ）が異なる。ＭＣＧ９８は最小の損失で増幅ファイバ
へ向かってλp1放射を渡すが、レーザ９６へ向かって伝
搬するλp2）放射に対しては高い透過損失を与え、ＭＣ
Ｇ９９も同様に機能する。このようにしてこのＭＣＧは
レーザ間相互作用を防ぐ。
【００３９】ある波長（例えばλp1）において最小の後
方反射（例えば、Ｒ＜−２０ｄＢ）で、近接して離間し
た（例えば、〜１ｎｍ）異なる波長（例えばλp2）にお
いて最小の挿入損失（例えば、＜０．２ｄＢ）で、高い
透過損失（例えば、Ｔ＜−２０ｄＢ）を与える能力によ
って、上述のようにＭＣＧを用いることができる。従っ
て、波長λp1、λp2 の両方は最適な増幅性能を与え
る波長約１ｎｍ内であることができる。このことは少な
くとも幾らかの光ファイバ増幅器（例えば、吸収が強い
スペクトル依存性を有する増幅器）にとって相当な利点
である。システム９０はＷＤＭシステムでなくてもよ
く、ＭＣＧは単一チャネルシステムにおいて用いること
ができる。
方反射（例えば、Ｒ＜−２０ｄＢ）で、近接して離間し
た（例えば、〜１ｎｍ）異なる波長（例えばλp2）にお
いて最小の挿入損失（例えば、＜０．２ｄＢ）で、高い
透過損失（例えば、Ｔ＜−２０ｄＢ）を与える能力によ
って、上述のようにＭＣＧを用いることができる。従っ
て、波長λp1、λp2 の両方は最適な増幅性能を与え
る波長約１ｎｍ内であることができる。このことは少な
くとも幾らかの光ファイバ増幅器（例えば、吸収が強い
スペクトル依存性を有する増幅器）にとって相当な利点
である。システム９０はＷＤＭシステムでなくてもよ
く、ＭＣＧは単一チャネルシステムにおいて用いること
ができる。
【００４０】図１０には、２段階光増幅器を有する光フ
ァイバ通信システム１００を示し、これは利得を平らに
するためにＭＣＧ波長依存性損失要素１０３を有する。
図９、１０の類似の符号は類似の機能を表す。また、第
１及び第２光増幅段階１０１、１０２を有し、所望すれ
ば、ファイバ１０４、１０５には図９のＭＣＧ９８、９
９に対応するＭＣＧを挿入してもよい。この増幅の段階
の間には光アイソレータを設けることが通常は好まし
く、ＡＳＥ増幅を防ぐことができる。例として、アイソ
レータ（図示せず）は図１０の要素１０１，１０３の間
に位置させる。
ァイバ通信システム１００を示し、これは利得を平らに
するためにＭＣＧ波長依存性損失要素１０３を有する。
図９、１０の類似の符号は類似の機能を表す。また、第
１及び第２光増幅段階１０１、１０２を有し、所望すれ
ば、ファイバ１０４、１０５には図９のＭＣＧ９８、９
９に対応するＭＣＧを挿入してもよい。この増幅の段階
の間には光アイソレータを設けることが通常は好まし
く、ＡＳＥ増幅を防ぐことができる。例として、アイソ
レータ（図示せず）は図１０の要素１０１，１０３の間
に位置させる。
【００４１】周知のように、光ファイバ増幅器（例え
ば、Ｅｒドープファイバ増幅器）は通常、関心事のスペ
クトル範囲にわたって平らな利得を有さず、傾斜ブラッ
ググレーティング、長期間グレーティング、又は薄膜フ
ィルタのような利得を平らにする要素をしばしば用い
る。
ば、Ｅｒドープファイバ増幅器）は通常、関心事のスペ
クトル範囲にわたって平らな利得を有さず、傾斜ブラッ
ググレーティング、長期間グレーティング、又は薄膜フ
ィルタのような利得を平らにする要素をしばしば用い
る。
【００４２】本発明の１又は複数のＭＣＧを（単一又は
複数の段階の）光ファイバ増幅器の利得を平らにするの
に用いることができることを我々は発見した。例えば、
増幅器の利得スペクトルが鋭いスペクトルであれば、上
述のようなＭＣＧ損失要素を用いることができる。これ
はこのような損失要素は従来技術の利得を平らにする要
素によって通常得られるスペクトル応答よりも鋭いスペ
クトル応答（例えば、〜１ｎｍ）を得ることができるか
らである。
複数の段階の）光ファイバ増幅器の利得を平らにするの
に用いることができることを我々は発見した。例えば、
増幅器の利得スペクトルが鋭いスペクトルであれば、上
述のようなＭＣＧ損失要素を用いることができる。これ
はこのような損失要素は従来技術の利得を平らにする要
素によって通常得られるスペクトル応答よりも鋭いスペ
クトル応答（例えば、〜１ｎｍ）を得ることができるか
らである。
【００４３】他方、グレーティング要素の軸方向に変調
された強度（即ち、ピークから谷への周期的屈折率変化
Δｎ＝Δｎ(ｚ)）を有するか否かに関わらず、適切にチ
ャープされたＭＣＧ（即ち、軸方向で変位するグレーテ
ィング間隔Λ（ｚ）を有するＭＣＧ、ここで、ｚは軸座
標）は、比較的広いスペクトル領域（例えば、数１０ｎ
ｍ）にわたる変位を有する複雑な透過スペクトルを有す
る。Λ（ｚ）、Δｎ(ｚ)を含むグレーティングパラメー
タの適切な選択によって、増幅器の利得スペクトルの逆
数である透過スペクトルを有するＭＣＧ波長依存性損失
要素をもたらすことができ、増幅器出力は均一な利得の
より広いスペクトル領域を有するようにされる。
された強度（即ち、ピークから谷への周期的屈折率変化
Δｎ＝Δｎ(ｚ)）を有するか否かに関わらず、適切にチ
ャープされたＭＣＧ（即ち、軸方向で変位するグレーテ
ィング間隔Λ（ｚ）を有するＭＣＧ、ここで、ｚは軸座
標）は、比較的広いスペクトル領域（例えば、数１０ｎ
ｍ）にわたる変位を有する複雑な透過スペクトルを有す
る。Λ（ｚ）、Δｎ(ｚ)を含むグレーティングパラメー
タの適切な選択によって、増幅器の利得スペクトルの逆
数である透過スペクトルを有するＭＣＧ波長依存性損失
要素をもたらすことができ、増幅器出力は均一な利得の
より広いスペクトル領域を有するようにされる。
【００４４】図１１は、適切にチャープされ屈折率変調
されたＭＣＧの増幅器利得スペクトル１１０及び透過ス
ペクトル１１１を示すグラフ図である。
されたＭＣＧの増幅器利得スペクトル１１０及び透過ス
ペクトル１１１を示すグラフ図である。
【００４５】
【実施例】Δｎ＝０．０４４で、カットオフ波長１７５
０ｎｍを有するデュアルモードＧｅ−Ａｌシリケートフ
ァイバを従来の方法で２．８mol％の分子デューテリウ
ム(molecular deuterium)へと置くことによって光感受
性処理した。このファイバは位相マスクを通して３ｍｍ
×０．６ｍｍのＦＷＨＭのガウスビームへとエキシマポ
ンプされた周波数２倍化ダイレーザから１４２秒間露出
した。レーザ出力は２４２ｎｍで３０Ｈｚであり、２５
ｍＪ／パルス／ｃｍ2の流れであり、ファイバの軸に３
ｍｍビームの寸法で位置合わせした。０次ヌル化位相マ
スクは０．９０３μｍの周期Λoを有し、グレーティン
グの線の傾斜角θはファイバ軸と垂直の角度からファイ
バ軸と８゜の角度まで連続的なステップで変化させた。
対応するグレーティングの透過スペクトルは従来の方法
で決められ、図４ａ〜ｈに示した結果を得た。連続的な
測定によって、特定のファイバ及び波長領域に対する最
適なグレーティングブレーズ角は、約６゜１５’であっ
た。ファイバ位置の再現可能な範囲で、ファイバの長さ
に沿って作られた周期的屈折率変化は、Λ＝＝Λo／２c
osθ（＝＝は恒等式であることを意味する）に従ったマ
スク傾斜角θで変化させた。グレーティングは（０，
１）／（１，１）結合を含めて、期待したように機能し
た。
０ｎｍを有するデュアルモードＧｅ−Ａｌシリケートフ
ァイバを従来の方法で２．８mol％の分子デューテリウ
ム(molecular deuterium)へと置くことによって光感受
性処理した。このファイバは位相マスクを通して３ｍｍ
×０．６ｍｍのＦＷＨＭのガウスビームへとエキシマポ
ンプされた周波数２倍化ダイレーザから１４２秒間露出
した。レーザ出力は２４２ｎｍで３０Ｈｚであり、２５
ｍＪ／パルス／ｃｍ2の流れであり、ファイバの軸に３
ｍｍビームの寸法で位置合わせした。０次ヌル化位相マ
スクは０．９０３μｍの周期Λoを有し、グレーティン
グの線の傾斜角θはファイバ軸と垂直の角度からファイ
バ軸と８゜の角度まで連続的なステップで変化させた。
対応するグレーティングの透過スペクトルは従来の方法
で決められ、図４ａ〜ｈに示した結果を得た。連続的な
測定によって、特定のファイバ及び波長領域に対する最
適なグレーティングブレーズ角は、約６゜１５’であっ
た。ファイバ位置の再現可能な範囲で、ファイバの長さ
に沿って作られた周期的屈折率変化は、Λ＝＝Λo／２c
osθ（＝＝は恒等式であることを意味する）に従ったマ
スク傾斜角θで変化させた。グレーティングは（０，
１）／（１，１）結合を含めて、期待したように機能し
た。
【００４６】
【図１】従来技術の透過モード変換器の位相一致条件を
示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
【図２】本発明の反射型ＭＣＧの位相一致条件を示すグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図３】本発明の反射型ＭＣＧの位相一致条件を示すグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図４】公称的に同一な（θ以外は）反射型ＭＣＧを通
しての正規化した透過を波長の関数として異なるθに対
して示すグラフ図である。
しての正規化した透過を波長の関数として異なるθに対
して示すグラフ図である。
【図５】ブレーズ角の関数として反射集積結合定数ＩＣ
ＣR及びモード変換集積結合定数ＩＣＣMCのデータの例
を示すグラフ図である。
ＣR及びモード変換集積結合定数ＩＣＣMCのデータの例
を示すグラフ図である。
【図６】図６のデータのブレーズ角θに対するモード変
換識別ＩＣＣMC／ＩＣＣRを示すグラフ図である。
換識別ＩＣＣMC／ＩＣＣRを示すグラフ図である。
【図７】ＭＣＧの原理を示す側方図である。
【図８】本発明のＭＣＧを有する光導波路システムの部
分を示す側方図である。
分を示す側方図である。
【図９】本発明のＭＣＧを有する光導波路システムの部
分を示す説明図である。
分を示す説明図である。
【図１０】本発明のＭＣＧを有する光導波路システムの
部分を示す説明図である。
部分を示す説明図である。
【図１１】本発明のＭＣＧ波長依存損失要素の複雑な透
過スペクトルを示すグラフ図である。
過スペクトルを示すグラフ図である。
５０ 反射集積結合定数ＩＣＣR
５１ モード変換集積結合定数ＩＣＣMC
７０ デュアルモード光ファイバ
７１ ブレーズ屈折率グレーティング
８１、８２ シングルモード光ファイバ
８３ デュアルモード光ファイバ
８４ ブレーズグレーティング
９０ ＷＤＭ光ファイバ通信システム
９１ 多波長送信器
９２ 多波長受信器
９３ シングルモード光透過ファイバ
９４ 増幅ファイバ
９５ ファイバ結合器
９６、９７ ダイオードポンプレーザ
９８、９９ ＭＣＧ
１００ 光ファイバ通信システム
１０１ 第１光増幅段階
１０２ 第２光増幅段階
１０３ ＭＣＧ波長依存損失要素
１０４、１０５ 光ファイバ
１１０ 増幅器利得スペクトル
１１１ 透過スペクトル
フロントページの続き
(72)発明者 トーマス エー．ストラッサー
アメリカ合衆国、07928 ニュージャー
ジー、チェイサン、リバー ロード
420、アパートメント ケイ−３
(56)参考文献 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ
ＲＳ，ＶＯＬ．26，ＮＯ．16,
（1990），Ｐ．170
ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯ
Ｌ．20，ＮＯ．18，（1995），Ｐ．1838
−184
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/14
G02B 6/126
Claims (9)
- 【請求項１】 スペクトル幅Δλのスペクトル領域内の
少なくとも２つの波長λi及びλjの電磁放射を導波する
光導波路からなる装置であって、 前記光導波路は、マルチモード光導波路（８３）からな
り、 前記マルチモード光導波路（８３）は、ピッチΛ及びブ
レーズ角θのブレーズ屈折率グレーティング（８４）を
有し、 このΛ及びθは、前記ブレーズ屈折率グレーティング
（８４）が波長λiの電磁放射の対称基本空間モード及
び前記波長λiの電磁放射の高次空間モードの間の結合
をもたらすように選択され、 （ａ）前記ブレーズ屈折率グレーティング（８４）は、
Λ＜１μｍである短周期の屈折率グレーティングであ
り、 （ｂ）前記ブレーズ角θは、θoよりも大きく、ここ
で、θoは、波長λiの電磁放射に対する前記対称基本空
間モードと前記高次空間モードとの間の最適結合を与え
るブレーズ角であり、 （ｃ）前記ブレーズ角θは、波長λjの前記対称基本空
間モードの放射の反射が、ブレーズ角θがθoであるこ
と以外は同一の比較用グレーティングによる反射よりも
少ない反射を前記グレーティングがもたらすように選択
されることを特徴とする光導波路からなる装置。 - 【請求項２】 前記ブレーズ角θは、波長λjの前記対
称基本空間モードの放射の内、反射が１０％以下である
ように選択されることを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】 前記マルチモード光導波路（８３）は、
マルチモード光ファイバであり、前記非対称の高次空間
モードは、ＬＰ11モードであることを特徴とする請求項
１記載の装置。 - 【請求項４】 前記マルチモード光導波路（８３）は、
第１及び第２のシングルモード光導波路（８１，８２）
の間に接続されたデュアルモード光導波路であり、 前記ブレーズ屈折率グレーティング（８４）は、前記第
１シングルモード光導波路（８１）から、前記高次空間
モードの前記デュアルモード光導波路（８３）へと伝搬
する波長λjの前記対称基本空間モードの電磁放射の所
定の一部を反射するように選択され、 前記波長λjの前記対称基本空間モードの電磁放射の残
りの非反射部分は、前記デュアルモード光導波路（８
３）から前記第２シングルモード光導波路（８２）へと
伝搬し、 前記反射された高次空間モードの放射は、前記デュアル
モード光導波路長から前記第１シングルモード光導波路
（８１）へと伝搬して、この第１シングルモード光導波
路（８１）から消失し、 前記デュアルモード光導波路は、波長依存性損失要素と
なることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 前記装置は、波長λi及びλjの電磁放射
の放射源（９１）と、前記波長λi及びλjの電磁放射の
利用手段（９２）とを有し、前記マルチモード光導波路
は、前記放射源と前記利用手段とを透過的に接続するこ
とを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項６】 前記マルチモード光導波路は、第１及び
第２のシングルモード光導波路長（９３）の間に配置さ
れ、 前記マルチモード光導波路は、前記波長λi及びλjの一
方の電磁放射に所定の損失を与え、前記波長λi及びλj
の他方の電磁放射には損失を与えず、 前記マルチモード光導波路は、波長依存性損失要素とな
ることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 前記光導波路は、光ファイバであり、 前記対称基本空間モード波、ＬＰ01空間モードであり、 前記高次空間モードは、ＬＰ11空間モードであり、 λiは、スペクトル領域９００〜１６５０ｎｍの範囲内
であり、 Δλは、約１０ｎｍよりも小さいことを特徴とする請求
項１記載の装置。 - 【請求項８】 Λ＝Λ(ｚ)であり、ここで、ｚは前記マ
ルチモード光導波路長の軸座標であり、Λ(ｚ)は、前記
屈折率グレーティングにわたって一定ではなく、Λ(ｚ)
は、前記波長依存性損失要素が約１ｎｍよりも大きい波
長領域にわたって損失を有するように選択されることを
特徴とする請求項４記載の装置。 - 【請求項９】 前記屈折率グレーティングの強度Δｎ
は、Δｎ(ｚ)であり、ｚは前記マルチモード光導波路の
軸座標であり、 Δｎ(ｚ)は、前記波長依存性損失要素が約１ｎｍよりも
大きい波長領域にわたって相当な波長依存性損失を有す
るように選択されることを特徴とする請求項４記載の装
置。
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|---|---|---|---|
| US08/712694 | 1996-09-12 | ||
| US08/712,694 US5740292A (en) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | Mode coupling optical waveguide grating |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104454A JPH10104454A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3377728B2 true JP3377728B2 (ja) | 2003-02-17 |
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-
1997
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- 1997-09-09 AU AU37453/97A patent/AU720592B2/en not_active Ceased
- 1997-09-12 JP JP24845297A patent/JP3377728B2/ja not_active Expired - Fee Related
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