JPH06324225A - 複数の干渉段を持つ光学フィルタ - Google Patents
複数の干渉段を持つ光学フィルタInfo
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- JPH06324225A JPH06324225A JP6025792A JP2579294A JPH06324225A JP H06324225 A JPH06324225 A JP H06324225A JP 6025792 A JP6025792 A JP 6025792A JP 2579294 A JP2579294 A JP 2579294A JP H06324225 A JPH06324225 A JP H06324225A
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
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- 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
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
- G02B6/2935—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means
- G02B6/29352—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means in a light guide
- G02B6/29355—Cascade arrangement of interferometers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本件発明は波長分割マルチプレクサ（ＷＤ
Ｍ）に関し、特にシリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）技
術、即ちＩＩＩ−Ｖ族プレーナ導波路技術を使用して簡
単に製造することができるプレーナ導波路に基づくＷＤ
Ｍに関する。 【構成】 本件発明は、詳細には対のプレーナ導波路
（２０、３０）を含む干渉計チャネル脱落フィルタであ
って、これら二つの導波路は、これらの間の周期的光学
結合を達成するためにこのフィルタの縦軸に沿って周期
的に変動する距離だけ離されている。各々がある定数と
関連する少なくとも３つの結合位置（４０）が存在し、
これら二つの導波路は公称上等しい有効屈折率を持つ。
本件発明の好ましい実施例においては、これら結合定数
はフィルタの中央から両端に向かって対照的に減衰す
る。
Ｍ）に関し、特にシリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）技
術、即ちＩＩＩ−Ｖ族プレーナ導波路技術を使用して簡
単に製造することができるプレーナ導波路に基づくＷＤ
Ｍに関する。 【構成】 本件発明は、詳細には対のプレーナ導波路
（２０、３０）を含む干渉計チャネル脱落フィルタであ
って、これら二つの導波路は、これらの間の周期的光学
結合を達成するためにこのフィルタの縦軸に沿って周期
的に変動する距離だけ離されている。各々がある定数と
関連する少なくとも３つの結合位置（４０）が存在し、
これら二つの導波路は公称上等しい有効屈折率を持つ。
本件発明の好ましい実施例においては、これら結合定数
はフィルタの中央から両端に向かって対照的に減衰す
る。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は光信号を処理するための受動要
素（passive components）、より詳細には、プレーナ光
導波路（planar optical waveguides ）として製造され
る要素に関する。
素（passive components）、より詳細には、プレーナ光
導波路（planar optical waveguides ）として製造され
る要素に関する。
【０００２】
【従来技術】波長分割多重デバイス（wavelength-divis
ion multiplexing devices）は光通信網内の信号の処理
及び配達のために有効である。このデバイスを製造する
ための一つの重要な技術はシリコン光学ベンチ（silico
n optical bench 、ＳｉＯＢ）技法である。ＳｉＯＢ技
法においては、プレーナ光導波路、及びこれに基づくデ
バイスは、プレーナシリコン基板上に製造される。典型
的なＳｉＯＢ導波路は下側二酸化ケイ素クラディング、
及び基板上に堆積されリソグラフィック的にパターン化
されたフォスフォシリケートガラス（phosphosilicate
glass ）のコア及び上側クラティングを含む（ＳｉＯＢ
技法については、例えば、１９９０年２月２０日付けで
Ｃ．Ｈ．ヘンリ（Henry ）らに交付された合衆国特許第
４，９０２，０８６号において説明されている。）。こ
の技法は、これが複雑な光学回路の高度にコンパクトな
パッケージングを可能にし、また、シリコン基板上への
光源と検出器の集積を可能にするために通信産業におけ
る用途に対して特に有効である。
ion multiplexing devices）は光通信網内の信号の処理
及び配達のために有効である。このデバイスを製造する
ための一つの重要な技術はシリコン光学ベンチ（silico
n optical bench 、ＳｉＯＢ）技法である。ＳｉＯＢ技
法においては、プレーナ光導波路、及びこれに基づくデ
バイスは、プレーナシリコン基板上に製造される。典型
的なＳｉＯＢ導波路は下側二酸化ケイ素クラディング、
及び基板上に堆積されリソグラフィック的にパターン化
されたフォスフォシリケートガラス（phosphosilicate
glass ）のコア及び上側クラティングを含む（ＳｉＯＢ
技法については、例えば、１９９０年２月２０日付けで
Ｃ．Ｈ．ヘンリ（Henry ）らに交付された合衆国特許第
４，９０２，０８６号において説明されている。）。こ
の技法は、これが複雑な光学回路の高度にコンパクトな
パッケージングを可能にし、また、シリコン基板上への
光源と検出器の集積を可能にするために通信産業におけ
る用途に対して特に有効である。
【０００３】プレーナ導波路に基づく第二の技法による
と、これら導波路要素は、シリコンをベースとする材料
からではなく、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から製造され
る。この技法の詳細については、例えば、M.Zirngibl
（ジルンギブル）らによってElectron. Lett.28 （１９
９２年）１２１２−１２１３に掲載の論文『ＩｎＰに基
づく効率的な１ｘ１６光学パワー分割器（Efficient 1x
16 Optical Power Splitter Based on InP）、及びM.Zi
rngibl（ジルンギブル）らによってIEEE Photon. Techn
ol. Lett. 4 （１９９２）１２５０−１２５３に掲載の
論文『ＩｎＰ上に１５ｘ１５配列された導波路マルチプ
レクサの実演（Demonstration of a 15x15 Arrayed Wav
eguide Multiplexer on InP ）』において説明されてい
る。
と、これら導波路要素は、シリコンをベースとする材料
からではなく、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から製造され
る。この技法の詳細については、例えば、M.Zirngibl
（ジルンギブル）らによってElectron. Lett.28 （１９
９２年）１２１２−１２１３に掲載の論文『ＩｎＰに基
づく効率的な１ｘ１６光学パワー分割器（Efficient 1x
16 Optical Power Splitter Based on InP）、及びM.Zi
rngibl（ジルンギブル）らによってIEEE Photon. Techn
ol. Lett. 4 （１９９２）１２５０−１２５３に掲載の
論文『ＩｎＰ上に１５ｘ１５配列された導波路マルチプ
レクサの実演（Demonstration of a 15x15 Arrayed Wav
eguide Multiplexer on InP ）』において説明されてい
る。
【０００４】光通信網に対する幾つかの設計は広帯域チ
ャネル脱落フィルタ（broadband channel-dropping fil
ter ）（或はより一般的には、チャネル追加／脱落フィ
ルタ）として機能する能力を持つ波長分割マルチプレク
サ（wavelength-division multiplexer 、ＷＤＭ）を必
要とする。このデバイスは、例えば、一つの入力ポー
ト、及びチャネル１及びチャネル２と命名される二つの
出力ポートを持つ。共振効果が存在しない場合は、入力
ストリームは、チャネル２にパスされる。但し、選択さ
れた共振波長を持つ入力サブチャネルはチャネル１に向
けられる。一例として、幾つかの提案されている通信網
は１．３μｍ及び１．５５μｍの波長帯域内に通信信号
を運び、光学時間領域反射率計（optical time-domain
reflectometry 、ＯＴＤＲ）による欠陥検出のために、
この同一通信網は１．４２μｍ帯域内に診断信号を運
ぶ。ＷＤＭフィルタは診断帯域から二つの信号帯域を分
離するために有効である。
ャネル脱落フィルタ（broadband channel-dropping fil
ter ）（或はより一般的には、チャネル追加／脱落フィ
ルタ）として機能する能力を持つ波長分割マルチプレク
サ（wavelength-division multiplexer 、ＷＤＭ）を必
要とする。このデバイスは、例えば、一つの入力ポー
ト、及びチャネル１及びチャネル２と命名される二つの
出力ポートを持つ。共振効果が存在しない場合は、入力
ストリームは、チャネル２にパスされる。但し、選択さ
れた共振波長を持つ入力サブチャネルはチャネル１に向
けられる。一例として、幾つかの提案されている通信網
は１．３μｍ及び１．５５μｍの波長帯域内に通信信号
を運び、光学時間領域反射率計（optical time-domain
reflectometry 、ＯＴＤＲ）による欠陥検出のために、
この同一通信網は１．４２μｍ帯域内に診断信号を運
ぶ。ＷＤＭフィルタは診断帯域から二つの信号帯域を分
離するために有効である。
【０００５】しかしながら、光通信網においては、一般
的に、鋭いピークの通過帯域を持つフィルタの使用を回
避することが望まれる。つまり、通信信号を伝送するた
めに使用されるレーザが波長において完全に適当ではな
い可能性がある。事実、環境要因、温度の変動が伝送波
長を設計波長から２から３パーセントも変動する場合が
ある。実用の通信網はこれら波長変動に耐える必要があ
る。光学フィルタ、例えば、ＷＤＭフィルタは、最大伝
送の波長付近にあまり鋭くないピークを持つ通過帯域を
持つ場合にのみ耐えられる。
的に、鋭いピークの通過帯域を持つフィルタの使用を回
避することが望まれる。つまり、通信信号を伝送するた
めに使用されるレーザが波長において完全に適当ではな
い可能性がある。事実、環境要因、温度の変動が伝送波
長を設計波長から２から３パーセントも変動する場合が
ある。実用の通信網はこれら波長変動に耐える必要があ
る。光学フィルタ、例えば、ＷＤＭフィルタは、最大伝
送の波長付近にあまり鋭くないピークを持つ通過帯域を
持つ場合にのみ耐えられる。
【０００６】但し、今日に至るまで、プレーナ導波路技
術を使用して実現可能である少なくとも幾つかのＷＤＭ
は望ましくない鋭い伝送ピークを持つ状況にある。この
ようなデバイスの一つは断熱３−ｄＢ結合器（adiabati
c 3-dB couplers ）に基づくＳｉＯＢマッハ−ツェンダ
（Mach-Zehnder）ＷＤＭである。このデバイスに関して
は、R.Adar（アダー）らによって、J.Lightwave Techno
l. 10 （１９９２）４６−５０に掲載の論文『シリコン
上のシリカ導波路にて製造された断熱３−ｄＢ結合器、
フィルタ、及びマルチプレクサ（Adiabatic 3-dB Coupl
ers,Filters,and Multiplexers Made with Silica Wave
guides on Silicon ）』において説明されている。この
デバイスは、１．５５μｍを中心とする伝送ピークを持
つが、このピークは、１０−ｄＢレベルにおいて１％の
みの幅を持つ。
術を使用して実現可能である少なくとも幾つかのＷＤＭ
は望ましくない鋭い伝送ピークを持つ状況にある。この
ようなデバイスの一つは断熱３−ｄＢ結合器（adiabati
c 3-dB couplers ）に基づくＳｉＯＢマッハ−ツェンダ
（Mach-Zehnder）ＷＤＭである。このデバイスに関して
は、R.Adar（アダー）らによって、J.Lightwave Techno
l. 10 （１９９２）４６−５０に掲載の論文『シリコン
上のシリカ導波路にて製造された断熱３−ｄＢ結合器、
フィルタ、及びマルチプレクサ（Adiabatic 3-dB Coupl
ers,Filters,and Multiplexers Made with Silica Wave
guides on Silicon ）』において説明されている。この
デバイスは、１．５５μｍを中心とする伝送ピークを持
つが、このピークは、１０−ｄＢレベルにおいて１％の
みの幅を持つ。
【０００７】もう一つのプレーナ導波路に基づくＷＤＭ
がC.Bornholdt （ボーンホールト）らによって、Appl.P
hys.Lett.57 （１９９０）２５１７−２５１９に掲載の
論文『蛇行結合器、つまり、新規の波長分割マルチプレ
クサ／デマルチプレクサ（Meander coupler, a novel w
avelength division multiplexer/demultiplexer）』に
おいて説明されている。ボーンホールトらの論文におい
て説明されているＷＤＭはリン化インジュウム基板上に
堆積されたＩＩＩ−Ｖ族材料をパターン化することによ
って形成される。これは、うねの高さ（rib heigth）、
及び従って有効屈折率が異なる導波路間の周期的結合を
採用する。
がC.Bornholdt （ボーンホールト）らによって、Appl.P
hys.Lett.57 （１９９０）２５１７−２５１９に掲載の
論文『蛇行結合器、つまり、新規の波長分割マルチプレ
クサ／デマルチプレクサ（Meander coupler, a novel w
avelength division multiplexer/demultiplexer）』に
おいて説明されている。ボーンホールトらの論文におい
て説明されているＷＤＭはリン化インジュウム基板上に
堆積されたＩＩＩ−Ｖ族材料をパターン化することによ
って形成される。これは、うねの高さ（rib heigth）、
及び従って有効屈折率が異なる導波路間の周期的結合を
採用する。
【０００８】このＷＤＭと関連する一つの問題は、これ
を製造することが比較的複雑な点である。つまり、導波
路層が成長された後に、結合された導波路を定義するた
めに二つのエッチング工程が要求される。第一のエッチ
ング工程はこれら導波路の横方向の寸法を定義し、第二
の工程はこれら導波路間のうねの高さの差を定義する。
さらに、うねの高さを定義するために使用されるエッチ
ング処理の典型的な精度は約１５％よりも良好ではな
く、このために、製造業者は製造されたデバイスの中心
波長について良好な公差を保持することが困難である。
を製造することが比較的複雑な点である。つまり、導波
路層が成長された後に、結合された導波路を定義するた
めに二つのエッチング工程が要求される。第一のエッチ
ング工程はこれら導波路の横方向の寸法を定義し、第二
の工程はこれら導波路間のうねの高さの差を定義する。
さらに、うねの高さを定義するために使用されるエッチ
ング処理の典型的な精度は約１５％よりも良好ではな
く、このために、製造業者は製造されたデバイスの中心
波長について良好な公差を保持することが困難である。
【０００９】従って、当業者は、今日に至るまで、厳密
な公差を満たすような比較的簡単に製造ができ、また、
動作において、伝送波長の大きな変動に耐えられるよう
なＷＤＭ光学要素を提供することに成功してないと言え
る。
な公差を満たすような比較的簡単に製造ができ、また、
動作において、伝送波長の大きな変動に耐えられるよう
なＷＤＭ光学要素を提供することに成功してないと言え
る。
【００１０】
【本件発明の概要】我々は、ＳｉＯＢ技術或はＩＩＩ−
Ｖ族プレーナ導波路技術を使用して簡単に製造すること
ができるプレーナ導波路に基づくＷＤＭを発明した。こ
のＷＤＭのスペクトル特性は光学長の差を達成するため
に幾何学経路長の差に依存し、従って、うねの高さ或は
有効屈折率の差には依存しない。対応するうねの高さが
等しい（つまり、公称上同一である）ために、導波路コ
ア層が単一のエッチング工程にて完全に定義することが
できる。このＷＤＭはピーク波長の付近の数パーセント
の波長変動に耐える通過帯域を持つように製造すること
ができる。この変動に起因する透過率の低下は典型的に
は１０ｄＢ以下、さらには、１ｄＢ或はそれ以下にする
ことができる。
Ｖ族プレーナ導波路技術を使用して簡単に製造すること
ができるプレーナ導波路に基づくＷＤＭを発明した。こ
のＷＤＭのスペクトル特性は光学長の差を達成するため
に幾何学経路長の差に依存し、従って、うねの高さ或は
有効屈折率の差には依存しない。対応するうねの高さが
等しい（つまり、公称上同一である）ために、導波路コ
ア層が単一のエッチング工程にて完全に定義することが
できる。このＷＤＭはピーク波長の付近の数パーセント
の波長変動に耐える通過帯域を持つように製造すること
ができる。この変動に起因する透過率の低下は典型的に
は１０ｄＢ以下、さらには、１ｄＢ或はそれ以下にする
ことができる。
【００１１】従って、本発明は、一つの実施例において
は、それぞれ、第一及び第二の有効屈折率を持つ第一及
び第二のプレーナ導波路を含む干渉計チャネル脱落光学
フィルタ（interferometric channel-dropping optical
filter ）として実現される。少なくとも第一の導波路
と関連して一つの縦軸が存在する。これら二つの導波路
はこれら導波路間の周期的光学結合を達成するためにこ
の縦軸に沿って周期的に変動する距離だけ分離される。
各々がある結合定数（coupling constant ）と関連する
少なくとも三つのこのような結合位置が存在する。重要
なことに、第一及び第二の屈折率は、公称上同一とされ
る。本発明の好ましい実施例においては、これら結合定
数は、フィルタの中央から両端に向かって対称的に低減
する。
は、それぞれ、第一及び第二の有効屈折率を持つ第一及
び第二のプレーナ導波路を含む干渉計チャネル脱落光学
フィルタ（interferometric channel-dropping optical
filter ）として実現される。少なくとも第一の導波路
と関連して一つの縦軸が存在する。これら二つの導波路
はこれら導波路間の周期的光学結合を達成するためにこ
の縦軸に沿って周期的に変動する距離だけ分離される。
各々がある結合定数（coupling constant ）と関連する
少なくとも三つのこのような結合位置が存在する。重要
なことに、第一及び第二の屈折率は、公称上同一とされ
る。本発明の好ましい実施例においては、これら結合定
数は、フィルタの中央から両端に向かって対称的に低減
する。
【００１２】
【詳細な記述】前述のように、波長分割多重（waveleng
ht division multiplexed 、ＷＤＭ）光学システムは多
重化された信号流から個々の波長チャネルを選択するフ
ィルタを要求する。いわゆる“チャネル脱落フィルタ
（channel-dropping filter ）”（或はより一般的に
は、チャネル追加／脱落フィルタ）は、この機能を、一
つ或は複数の選択された波長のサブチャネルを二つのチ
ャネルの一つ（“チャネル１”と呼ばれる）内に伝送
し、他方において、選択されなかったサブチャネルを他
方の出力チャネル（“チャネル２”と呼ばれる）内に伝
送することによって遂行する。
ht division multiplexed 、ＷＤＭ）光学システムは多
重化された信号流から個々の波長チャネルを選択するフ
ィルタを要求する。いわゆる“チャネル脱落フィルタ
（channel-dropping filter ）”（或はより一般的に
は、チャネル追加／脱落フィルタ）は、この機能を、一
つ或は複数の選択された波長のサブチャネルを二つのチ
ャネルの一つ（“チャネル１”と呼ばれる）内に伝送
し、他方において、選択されなかったサブチャネルを他
方の出力チャネル（“チャネル２”と呼ばれる）内に伝
送することによって遂行する。
【００１３】以下においては、図１との関連で、各々が
長い腕２０と短い腕３０との間のある結合長を持つ複数
のマッハ−ツェンダ干渉計段（Mach-Zehnder interfero
metric stage）１０を縦続することによって構成された
チャネル追加／脱落フィルタについて説明される。この
結合長は、好ましくは、中央結合器に対して最も強く、
フィルタの両端の所の二つの結合器に対して最も弱くな
るように変動される。これは、以下においては、“テー
パ（tapered ）”結合と呼ばれ、この結合を記述する数
学的表現は“加重関数（weighting function）”と呼ば
れる。テーパ結合は、なかんずく、典型的にこれらフィ
ルタの透過スペクトル内に出現するサイドローブ（side
lobes ）の振幅を低減できるために有効である。強いサ
イドローブはこれらがチャネル１とチャネル２との間の
漏話の原因となるために望ましくない。少なくとも幾つ
かの目的に対しては、この漏話はサイドローブの振幅が
−３０ｄＢ以下に低減された場合、十分に抑止すること
ができる。
長い腕２０と短い腕３０との間のある結合長を持つ複数
のマッハ−ツェンダ干渉計段（Mach-Zehnder interfero
metric stage）１０を縦続することによって構成された
チャネル追加／脱落フィルタについて説明される。この
結合長は、好ましくは、中央結合器に対して最も強く、
フィルタの両端の所の二つの結合器に対して最も弱くな
るように変動される。これは、以下においては、“テー
パ（tapered ）”結合と呼ばれ、この結合を記述する数
学的表現は“加重関数（weighting function）”と呼ば
れる。テーパ結合は、なかんずく、典型的にこれらフィ
ルタの透過スペクトル内に出現するサイドローブ（side
lobes ）の振幅を低減できるために有効である。強いサ
イドローブはこれらがチャネル１とチャネル２との間の
漏話の原因となるために望ましくない。少なくとも幾つ
かの目的に対しては、この漏話はサイドローブの振幅が
−３０ｄＢ以下に低減された場合、十分に抑止すること
ができる。
【００１４】指向性入力及び出力結合器を持つ従来のマ
ッハ−ツェンダ干渉計がチャネル追加／脱落フィルタと
して使用できることは周知である。３−ｄＢ指向性結合
器に対しては、これらデバイスの電力透過率（power tr
ansmission）Ｔ1 （つまり、フィルタに入力された電力
Ｐ0 に対するチャネル１内に伝送された電力Ｐ1 の比）
は、Ｔ1 ＝cos2（Δφ／２）によって与えられる。ここ
で、ΔφはΔφ＝β（Ｓ1 −Ｓ2 ）によって与えられる
位相変化であり、βは干渉計の腕内のガイドされた放射
の伝播定数であり、Ｓ1 及びＳ2 は対応する腕の長さで
ある。例えば、チャネル１内に伝送される周波数に対し
ては、このフィルタは、Δｆp ＝ｃ／〔ｎg （Ｓ1 −Ｓ
2 ）〕によって与えられる周期△ｆp を持つが、ここ
で、ｃは光の速度であり、ｎg は二つの腕内の群屈折率
である。これら二つの出力は、相補的、つまり、Ｔ1 ＋
Ｔ2 ＝１であり、ここで、Ｔ2 はフィルタに入力され
た電力Ｐ0 に対する電力Ｐ2 の比である。こうして、チ
ャネル分離△ｆp ／２を持つＷＤＭ入力流Ｐ0 は二つの
出力間で分割され、これら一つ置きのチャネル（altern
ate channels）は、出力Ｐ1 及びＰ2 へと結合される。
このような光学フィルタは離散光ファイバ、或はプレー
ナ導波路を使用する集積光デバイスによって実現するこ
とができる。
ッハ−ツェンダ干渉計がチャネル追加／脱落フィルタと
して使用できることは周知である。３−ｄＢ指向性結合
器に対しては、これらデバイスの電力透過率（power tr
ansmission）Ｔ1 （つまり、フィルタに入力された電力
Ｐ0 に対するチャネル１内に伝送された電力Ｐ1 の比）
は、Ｔ1 ＝cos2（Δφ／２）によって与えられる。ここ
で、ΔφはΔφ＝β（Ｓ1 −Ｓ2 ）によって与えられる
位相変化であり、βは干渉計の腕内のガイドされた放射
の伝播定数であり、Ｓ1 及びＳ2 は対応する腕の長さで
ある。例えば、チャネル１内に伝送される周波数に対し
ては、このフィルタは、Δｆp ＝ｃ／〔ｎg （Ｓ1 −Ｓ
2 ）〕によって与えられる周期△ｆp を持つが、ここ
で、ｃは光の速度であり、ｎg は二つの腕内の群屈折率
である。これら二つの出力は、相補的、つまり、Ｔ1 ＋
Ｔ2 ＝１であり、ここで、Ｔ2 はフィルタに入力され
た電力Ｐ0 に対する電力Ｐ2 の比である。こうして、チ
ャネル分離△ｆp ／２を持つＷＤＭ入力流Ｐ0 は二つの
出力間で分割され、これら一つ置きのチャネル（altern
ate channels）は、出力Ｐ1 及びＰ2 へと結合される。
このような光学フィルタは離散光ファイバ、或はプレー
ナ導波路を使用する集積光デバイスによって実現するこ
とができる。
【００１５】上に説明された従来のデバイスは、たった
一つの段のみを持つが、これは、前述のように、等しく
ない長さの腕を持つマッハ−ツェンダ干渉計の形式を持
つ。これとは対象的に、本発明によるデバイスは、複数
のＮ個のマッハ−ツェンダ段を持つ。これら複数の段
は、伝播放射（propagating radiation ）が各段内の二
つの腕間に本質的に同一の光経路長差△φを経験すると
いう意味において等価である。各ペアの隣接する段間
（及びまた第一の段の入力側及び最後の段の出力側）に
は、（図面で見て）結合係数κi Ｌi にて上側と下側導
波路を結合する指向性結合セクション４０を持つが、こ
こで、ｉ＝１、２、．．．、Ｎ、Ｎ＋１であり、Ｌi は
ｉ番目の結合セクションの長さであり、そしてκi はｉ
番目の結合セクションの単位長当りの結合強度である。
一つの段のみを持つが、これは、前述のように、等しく
ない長さの腕を持つマッハ−ツェンダ干渉計の形式を持
つ。これとは対象的に、本発明によるデバイスは、複数
のＮ個のマッハ−ツェンダ段を持つ。これら複数の段
は、伝播放射（propagating radiation ）が各段内の二
つの腕間に本質的に同一の光経路長差△φを経験すると
いう意味において等価である。各ペアの隣接する段間
（及びまた第一の段の入力側及び最後の段の出力側）に
は、（図面で見て）結合係数κi Ｌi にて上側と下側導
波路を結合する指向性結合セクション４０を持つが、こ
こで、ｉ＝１、２、．．．、Ｎ、Ｎ＋１であり、Ｌi は
ｉ番目の結合セクションの長さであり、そしてκi はｉ
番目の結合セクションの単位長当りの結合強度である。
【００１６】（このκi の各々は二つの導波路間の単位
長当りの結合強度κの特別なケースである。この結合強
度は二つの固有モード（eigenmodes）、つまり、この２
導波路システム内に伝播することができる対称モード
（symmetric mode）と反対称モード（antisymmetric mo
de）との関連で定義される。ある与えられた真空波長λ
vac に対しては、この結合された２導波路システムは、
これらモードの各々に対して、有効屈折率ｎeff 及び２
π／λvac ・ｎeff に等しい伝播定数を持つ。この結合
強度κはこれら伝播定数間の差の半分である。）
長当りの結合強度κの特別なケースである。この結合強
度は二つの固有モード（eigenmodes）、つまり、この２
導波路システム内に伝播することができる対称モード
（symmetric mode）と反対称モード（antisymmetric mo
de）との関連で定義される。ある与えられた真空波長λ
vac に対しては、この結合された２導波路システムは、
これらモードの各々に対して、有効屈折率ｎeff 及び２
π／λvac ・ｎeff に等しい伝播定数を持つ。この結合
強度κはこれら伝播定数間の差の半分である。）
【００１７】κi の値は結合セクション内の上側導波路
と下側導波路との間の間隙におおむね指数的に比例して
低減する。この結合はセグメント長Ｌi 或は結合強度κ
i のいずれか或は両方を変動することによってテーパす
ることができる（少なくとも幾つかのケースにおいて
は、セグメント長のみを変動することは、これが相対的
に長いフィルタを与えるために望ましくない。）。
と下側導波路との間の間隙におおむね指数的に比例して
低減する。この結合はセグメント長Ｌi 或は結合強度κ
i のいずれか或は両方を変動することによってテーパす
ることができる（少なくとも幾つかのケースにおいて
は、セグメント長のみを変動することは、これが相対的
に長いフィルタを与えるために望ましくない。）。
【００１８】これとの関連で、周期結合導波路（period
ically coupled waveguides ）に基づくチャネル脱落フ
ィルタ（channel-dropping filter ）が、事実、上で引
用したＣ．Bornholdt （ボーンホールト）らによって報
告されていることに注意する。このボーンホールトフィ
ルタ（Bornholdt filter）の各段内において、位相差が
対応する腕内の異なる光学経路長の結果として累積す
る。但し、本発明によるフィルタとは異なり、ボーンホ
ールト フィルタは等しい幾何学長の腕を使用する。こ
の光学経路長は片方の腕の有効屈折率を他方に対して修
正することによって同一でなくなる。本発明によるフィ
ルタにおいては、これとは対比的に、有効屈折率は、公
称上、これら二つの腕内において同一である。
ically coupled waveguides ）に基づくチャネル脱落フ
ィルタ（channel-dropping filter ）が、事実、上で引
用したＣ．Bornholdt （ボーンホールト）らによって報
告されていることに注意する。このボーンホールトフィ
ルタ（Bornholdt filter）の各段内において、位相差が
対応する腕内の異なる光学経路長の結果として累積す
る。但し、本発明によるフィルタとは異なり、ボーンホ
ールト フィルタは等しい幾何学長の腕を使用する。こ
の光学経路長は片方の腕の有効屈折率を他方に対して修
正することによって同一でなくなる。本発明によるフィ
ルタにおいては、これとは対比的に、有効屈折率は、公
称上、これら二つの腕内において同一である。
【００１９】本発明によるフィルタの動作は、共振状態
（resonance condition ）に依存する。つまり、ある波
長に対して、位相差Δφは２πの整数倍である。これら
波長に対して、このフィルタは個々の結合セクションの
長さＬi の演算和である総合長Ｌtot 、つまり、
（resonance condition ）に依存する。つまり、ある波
長に対して、位相差Δφは２πの整数倍である。これら
波長に対して、このフィルタは個々の結合セクションの
長さＬi の演算和である総合長Ｌtot 、つまり、
【数１】 を持つ単一の長い光学結合器として挙動する。結果とし
て、共振状態においては、Ｌtot が１結合長に等しいと
いう前提の下で、つまり、これが条件κeff Ｌto t ＝κ
／２を満足するという前提の下で、チャネル１への入力
パワ−の完全伝達（full transfer ）が存在する。ここ
で、κeff は全体としてのフィルタの単位長当りの有効
結合長である。これとは対比的に、非共振信号（non-re
sonant signal ）は入力からチャネル２へとパスされ
る。
て、共振状態においては、Ｌtot が１結合長に等しいと
いう前提の下で、つまり、これが条件κeff Ｌto t ＝κ
／２を満足するという前提の下で、チャネル１への入力
パワ−の完全伝達（full transfer ）が存在する。ここ
で、κeff は全体としてのフィルタの単位長当りの有効
結合長である。これとは対比的に、非共振信号（non-re
sonant signal ）は入力からチャネル２へとパスされ
る。
【００２０】多重段フィルタの一つの長所は、これが単
一段フィルタが提供できるよりも大きな共振ピーク間の
分離を提供できることである。単一段フィルタは（入力
信号の）一つ置きのチャネル（alternate channels）を
チャネル１に向けるために使用されるが、ｎ番目毎のチ
ャネルを選択するためには、一般的には、より大きな分
離が要求される。ここで、ｎは３或はそれ以上である。
分離の程度は通常、伝送ピークの幅に対する伝送期間
（transmission period ）の比として定義されるフィル
タの“フィネス”Ｆの観点から説明される。この目的に
対して、ピーク幅は、通常、最大透過率（maximum tran
smissivity）以下３ｄＢの所、或は最大透過率以下２０
ｄＢの所で測定される。
一段フィルタが提供できるよりも大きな共振ピーク間の
分離を提供できることである。単一段フィルタは（入力
信号の）一つ置きのチャネル（alternate channels）を
チャネル１に向けるために使用されるが、ｎ番目毎のチ
ャネルを選択するためには、一般的には、より大きな分
離が要求される。ここで、ｎは３或はそれ以上である。
分離の程度は通常、伝送ピークの幅に対する伝送期間
（transmission period ）の比として定義されるフィル
タの“フィネス”Ｆの観点から説明される。この目的に
対して、ピーク幅は、通常、最大透過率（maximum tran
smissivity）以下３ｄＢの所、或は最大透過率以下２０
ｄＢの所で測定される。
【００２１】前述のごとく、結合は、望ましくは、適当
な加重関数ｗi に従って係数κi Ｌi を変動することに
よってテーパされる。我々は、コンピュータシミュレー
ションを通じて、均一結合ｗi ＝１、コサイン結合ｗi
＝cos πａ（ｉ−（Ｎ＋２）／２）／Ｎ、及び以下によ
って与えられる二公式結合（binomial coupling ）を持
つ多段フィルタの応答を調べた。
な加重関数ｗi に従って係数κi Ｌi を変動することに
よってテーパされる。我々は、コンピュータシミュレー
ションを通じて、均一結合ｗi ＝１、コサイン結合ｗi
＝cos πａ（ｉ−（Ｎ＋２）／２）／Ｎ、及び以下によ
って与えられる二公式結合（binomial coupling ）を持
つ多段フィルタの応答を調べた。
【００２２】
【数２】 例えば、κi が一定（つまり、フィルタの全てのセグメ
ントに対して同一である）場合、個々の結合長Ｌi はＬ
i ＝ｗi Ｌtot ／Σｗi によって与えられる。前述のよ
うに、Ｎは段の総数であり、コサイン結合（cosine cou
pling ）のケースにおいては、コサイン関数の引き数は
位相をフィルタ段当りπａ／Ｎラジアンだけ変化させ
る。
ントに対して同一である）場合、個々の結合長Ｌi はＬ
i ＝ｗi Ｌtot ／Σｗi によって与えられる。前述のよ
うに、Ｎは段の総数であり、コサイン結合（cosine cou
pling ）のケースにおいては、コサイン関数の引き数は
位相をフィルタ段当りπａ／Ｎラジアンだけ変化させ
る。
【００２３】図２は５段フィルタの透過スペクトルであ
る。水平軸はフィルタの周期Δｆpに対して正規化され
た周波数を表わす。このスペクトル内において、曲線Ａ
は均一加重に対応し、曲線Ｂはコサイン加重に対応し、
そして曲線Ｃは二項式加重に対応する。図面から、均一
加重の場合は、サイドローブ振幅は約−８ｄＢであり、
コサイン加重はこのレベルを−１８ｄＢまで低減し、二
項式加重は、これをさらに−４７ｄＢまで低減すること
が明白である。また、サイドローブレベルが低減される
と、透過ピークが広がることが明らかである。
る。水平軸はフィルタの周期Δｆpに対して正規化され
た周波数を表わす。このスペクトル内において、曲線Ａ
は均一加重に対応し、曲線Ｂはコサイン加重に対応し、
そして曲線Ｃは二項式加重に対応する。図面から、均一
加重の場合は、サイドローブ振幅は約−８ｄＢであり、
コサイン加重はこのレベルを−１８ｄＢまで低減し、二
項式加重は、これをさらに−４７ｄＢまで低減すること
が明白である。また、サイドローブレベルが低減される
と、透過ピークが広がることが明らかである。
【００２４】段の数が増加されると、主ピークは一層狭
くなり、フィネスは増加する傾向を持つ。二項式加重
（binomial weighting）に対しては、Ｎが増加されたと
きサイドローブレベルは−４８ｄＢ以下にとどまり、透
過関数Ｔ1 はcos2N （Δφ／２）、つまり、単一段透過
関数のＮ乗（Ｎ−th power）に接近することを発見し
た。
くなり、フィネスは増加する傾向を持つ。二項式加重
（binomial weighting）に対しては、Ｎが増加されたと
きサイドローブレベルは−４８ｄＢ以下にとどまり、透
過関数Ｔ1 はcos2N （Δφ／２）、つまり、単一段透過
関数のＮ乗（Ｎ−th power）に接近することを発見し
た。
【００２５】図３には、二項式加重を持つフィルタ内の
任意のフィネスを達成するために要求される理論的な段
の数が作図されている。曲線Ａ及びＢは、それぞれ、−
２０−ｄＢレベル及び−３−ｄＢレベルの所のピーク幅
に基づくフィネス計算値に対応する。図面から、要求さ
れるフィルタ段の数は要求されるフィネスとともに二次
方程式的に増加することが明白である。ただし、結果と
してのデバイスの長さを最小にし、こうしてコンパクト
なパッケージングを容易にするためには、段の総数を比
較的低く保つことが要求される。
任意のフィネスを達成するために要求される理論的な段
の数が作図されている。曲線Ａ及びＢは、それぞれ、−
２０−ｄＢレベル及び−３−ｄＢレベルの所のピーク幅
に基づくフィネス計算値に対応する。図面から、要求さ
れるフィルタ段の数は要求されるフィネスとともに二次
方程式的に増加することが明白である。ただし、結果と
してのデバイスの長さを最小にし、こうしてコンパクト
なパッケージングを容易にするためには、段の総数を比
較的低く保つことが要求される。
【００２６】我々は加重関数（weighting function）か
ら第一の一つ或はそれ以上の加重及び最後の一つ或はそ
れ以上の加重を削除することによって段の数が好都合に
低減できることを発見した。こうして、例えば、加重
｛１ １０ ４５ １２０ ２１０ ２５２ ２１０
１２０ ４５ １０ １｝を持つ１０段フィルタは、加
重｛４５ １２０ ２１０ ２５２ ２１０ １２０
４５｝を持つ６段フィルタに低減することができる。従
って、Ｎ段フィルタに対する切捨て二項式加重関数はそ
れから最初及び最後のｒ個の項が落とされた次数Ｍの二
項式分散の観点から定義することができ、従って、Ｎ＝
Ｍ−２ｒとなる。この関数は、次式によって記述され
る。
ら第一の一つ或はそれ以上の加重及び最後の一つ或はそ
れ以上の加重を削除することによって段の数が好都合に
低減できることを発見した。こうして、例えば、加重
｛１ １０ ４５ １２０ ２１０ ２５２ ２１０
１２０ ４５ １０ １｝を持つ１０段フィルタは、加
重｛４５ １２０ ２１０ ２５２ ２１０ １２０
４５｝を持つ６段フィルタに低減することができる。従
って、Ｎ段フィルタに対する切捨て二項式加重関数はそ
れから最初及び最後のｒ個の項が落とされた次数Ｍの二
項式分散の観点から定義することができ、従って、Ｎ＝
Ｍ−２ｒとなる。この関数は、次式によって記述され
る。
【００２７】
【数３】 ここで、ｉ＝１、２、．．．Ｍ−２ｒ＋１である。
【００２８】図４には全二項式加重（full binomial we
ighting ）を持つ１０段フィルタ（Ａ）、Ｍ＝１０及び
ｒ＝１を持つ８段フィルタ（Ｂ）、及びＭ＝１０及びｒ
＝２を持つ６段フィルタ（Ｃ）の透過スペクトルが示さ
れる。図面から８、及びさらには６段への切捨てはピー
ク幅には殆ど影響を与えないことが明らかである。８段
への切捨てにおいては、サイドローブ振幅は−４５ｄＢ
以下にとどまるが、ただし、６段への切捨てにおいて
は、この振幅は−３１ｄＢへと増加する。
ighting ）を持つ１０段フィルタ（Ａ）、Ｍ＝１０及び
ｒ＝１を持つ８段フィルタ（Ｂ）、及びＭ＝１０及びｒ
＝２を持つ６段フィルタ（Ｃ）の透過スペクトルが示さ
れる。図面から８、及びさらには６段への切捨てはピー
ク幅には殆ど影響を与えないことが明らかである。８段
への切捨てにおいては、サイドローブ振幅は−４５ｄＢ
以下にとどまるが、ただし、６段への切捨てにおいて
は、この振幅は−３１ｄＢへと増加する。
【００２９】この６段フィルタは−３０ｄＢ以下の漏話
にて、例えば、ＷＤＭ入力信号の４番目毎のチャネルを
選択するために使用することができる。一般的にいっ
て、ｒに対する最大許容値、つまり、削除される結合セ
グメントの数は、特定のアプリケーションに対して許さ
れるサイドローブのレベルに依存する。
にて、例えば、ＷＤＭ入力信号の４番目毎のチャネルを
選択するために使用することができる。一般的にいっ
て、ｒに対する最大許容値、つまり、削除される結合セ
グメントの数は、特定のアプリケーションに対して許さ
れるサイドローブのレベルに依存する。
【００３０】前述のように、図３の曲線Ａ及びＢは全二
項式加重を持つフィルタ内の任意のフィネスを達成する
ために要求される段の理論数を表わす。同様にして、曲
線Ｃ及びＤは（それぞれ−２０ｄＢ及び−３ｄｂレベル
の所で）切捨てられた二項式加重を持つフィルタ内で要
求される段の数を示す。
項式加重を持つフィルタ内の任意のフィネスを達成する
ために要求される段の理論数を表わす。同様にして、曲
線Ｃ及びＤは（それぞれ−２０ｄＢ及び−３ｄｂレベル
の所で）切捨てられた二項式加重を持つフィルタ内で要
求される段の数を示す。
【００３１】曲線Ｃ及びＤのデータポイントの各々に対
して、ｒはそれに対してサイドローブ振幅が−３０ｄＢ
以下にとどまる最も高い値をとる。従って、例えば、各
曲線の最低ポイントはＮ＝５、Ｍ＝２８、及びｒ＝８に
対応する。これらデータは、サイドローブ振幅を−３０
ｄＢ以下に保つためには、最も大きな結合器加重（larg
est coupler weight）は、段の数に関係なく、最も小さ
な結合器加重の約６から７倍であるべきことを示唆す
る。サイドローブをさらに抑圧するためには、一般的に
この比をさらに高くすることが要求される。
して、ｒはそれに対してサイドローブ振幅が−３０ｄＢ
以下にとどまる最も高い値をとる。従って、例えば、各
曲線の最低ポイントはＮ＝５、Ｍ＝２８、及びｒ＝８に
対応する。これらデータは、サイドローブ振幅を−３０
ｄＢ以下に保つためには、最も大きな結合器加重（larg
est coupler weight）は、段の数に関係なく、最も小さ
な結合器加重の約６から７倍であるべきことを示唆す
る。サイドローブをさらに抑圧するためには、一般的に
この比をさらに高くすることが要求される。
【００３２】驚くことに、曲線Ｃ及びＤは切捨てられた
二項式加重及び固定されたレベル以下のサイドローブ振
幅を持つフィルタにおいては、ある与えられたフィネス
を達成するために要求される段の数は、二次方程式的に
増加するのではなく、おおむねフィネスと線形的に増加
することを示唆する。結果として、要求される段の数を
全二項式加重を持つフィルタと比較して低減することが
できる。例えば、１６から９段への低減が（−３ｄＢレ
ベルにおいて）８のフィネスにおいて達成でき、さら
に、フィネスのより大きな値においては、より大きな低
減が期待できる。
二項式加重及び固定されたレベル以下のサイドローブ振
幅を持つフィルタにおいては、ある与えられたフィネス
を達成するために要求される段の数は、二次方程式的に
増加するのではなく、おおむねフィネスと線形的に増加
することを示唆する。結果として、要求される段の数を
全二項式加重を持つフィルタと比較して低減することが
できる。例えば、１６から９段への低減が（−３ｄＢレ
ベルにおいて）８のフィネスにおいて達成でき、さら
に、フィネスのより大きな値においては、より大きな低
減が期待できる。
【００３３】これとの関連において、（少なくとも十分
に大きな数のフィルタ段に対しては）、ガウス加重分散
（Gaussian weighting distribution ）は二項式分散に
近似し、品質的に類似するフィルタ性能を与える。より
詳細には、切捨てガウス加重関数（truncated Gaussian
weighting function ）Ｇt （μ、ｖt ）は、以下によ
って与えられる。
に大きな数のフィルタ段に対しては）、ガウス加重分散
（Gaussian weighting distribution ）は二項式分散に
近似し、品質的に類似するフィルタ性能を与える。より
詳細には、切捨てガウス加重関数（truncated Gaussian
weighting function ）Ｇt （μ、ｖt ）は、以下によ
って与えられる。
【００３４】
【数４】 ここで、μ＝Ｎ／２であり、ｖt ＝Ｎ2 ／８ｌｎｔであ
り、そしてｔは切捨て分散内における最も小さな加重に
対する分散のピークの比である。図５から明かのよう
に、ある任意のフィネスを達成するために必要とされる
切捨てガウスフィルタの段の数は対応する切捨て二項式
フィルタに対して必要とされるそれとおおむね同一であ
り、要求される段の数はフィネスとともにおおむね線形
的に増加する。
り、そしてｔは切捨て分散内における最も小さな加重に
対する分散のピークの比である。図５から明かのよう
に、ある任意のフィネスを達成するために必要とされる
切捨てガウスフィルタの段の数は対応する切捨て二項式
フィルタに対して必要とされるそれとおおむね同一であ
り、要求される段の数はフィネスとともにおおむね線形
的に増加する。
【００３５】前述の如く、本発明によるフィルタは、特
に、光学通信網に対する追加／脱落フィルタとして有効
である。例えば、我々は、例えば、１．３及び１．５μ
ｍの通信信号をチャネル１内にパスし、そして、例え
ば、１．４２μｍの診断信号をチャネル２にパスするコ
サイン結合を持つフィルタを設計した。このフィルタは
５個の段（６個の結合セクション）を持ち、これらの対
応する結合強度は、１．４２μｍにおいてチャネル１か
らチャネル２への全パワー透過を提供するように最適化
される。このフィルタのチャネル１及びチャネル２の理
論的な透過スペクトルが図６に示される。
に、光学通信網に対する追加／脱落フィルタとして有効
である。例えば、我々は、例えば、１．３及び１．５μ
ｍの通信信号をチャネル１内にパスし、そして、例え
ば、１．４２μｍの診断信号をチャネル２にパスするコ
サイン結合を持つフィルタを設計した。このフィルタは
５個の段（６個の結合セクション）を持ち、これらの対
応する結合強度は、１．４２μｍにおいてチャネル１か
らチャネル２への全パワー透過を提供するように最適化
される。このフィルタのチャネル１及びチャネル２の理
論的な透過スペクトルが図６に示される。
【００３６】このタイプのフィルタは、周知のＳｉＯＢ
技法に従って、シリコン基板を覆うガラス導波路内に簡
単に実現することができる。この目的に対する典型的な
導波路は、５μｍの幅及び４．５μｍの厚さを持つリン
にてドープされたシリカのコアを含む。このコアが１５
μｍの厚さのシリカの下側クラディング上に堆積され、
これがこの上に堆積される７−１５μｍの厚さのリン及
びホウ素にてドープされたシリカの上側クラディングに
よって覆われる。この導波路の有効屈折率は、典型的に
は、約１．４４５である。（この正確な値は導波路コア
の幅に依存する。）
技法に従って、シリコン基板を覆うガラス導波路内に簡
単に実現することができる。この目的に対する典型的な
導波路は、５μｍの幅及び４．５μｍの厚さを持つリン
にてドープされたシリカのコアを含む。このコアが１５
μｍの厚さのシリカの下側クラディング上に堆積され、
これがこの上に堆積される７−１５μｍの厚さのリン及
びホウ素にてドープされたシリカの上側クラディングに
よって覆われる。この導波路の有効屈折率は、典型的に
は、約１．４４５である。（この正確な値は導波路コア
の幅に依存する。）
【００３７】典型的な７段フィルタの各段内において、
（図１のように見て）上側の導波路は、約１０３μｍの
ピークから谷までの振幅にて、約５４００μｍの距離を
経て１正弦サイクルを完結する。結合セグメントの長さ
は約２４０μｍから約４４０μｍのレンジを持ち、これ
ら結合セグメントの全てを結合した長さは約２７００μ
ｍである。各結合セグメント内において、上側導波路と
下側導波路との間の中心から中心までの間隔は約１１か
ら１５μｍである。
（図１のように見て）上側の導波路は、約１０３μｍの
ピークから谷までの振幅にて、約５４００μｍの距離を
経て１正弦サイクルを完結する。結合セグメントの長さ
は約２４０μｍから約４４０μｍのレンジを持ち、これ
ら結合セグメントの全てを結合した長さは約２７００μ
ｍである。各結合セグメント内において、上側導波路と
下側導波路との間の中心から中心までの間隔は約１１か
ら１５μｍである。
【００３８】導波路の組成と導波路の長さが厳重に制御
できるために、製造誤差の主要源は導波路の幅であり、
一方、この幅は導波路内の有効屈折率に影響を与える。
但し、我々は、平均有効屈折率が約±３ｘ１０-4の誤差
内で制御可能であり、典型的には、（１．４２μｍの設
計波長において）約±３ のみのピーク波長のエラーを
生じさせるものと期待する。製造の際の導波路寸法の変
動に起因する位相の追加の変動が、このエラーを小さな
係数だけ、一例として、約±１０−１５ だけ増加させ
ることが考えられる。
できるために、製造誤差の主要源は導波路の幅であり、
一方、この幅は導波路内の有効屈折率に影響を与える。
但し、我々は、平均有効屈折率が約±３ｘ１０-4の誤差
内で制御可能であり、典型的には、（１．４２μｍの設
計波長において）約±３ のみのピーク波長のエラーを
生じさせるものと期待する。製造の際の導波路寸法の変
動に起因する位相の追加の変動が、このエラーを小さな
係数だけ、一例として、約±１０−１５ だけ増加させ
ることが考えられる。
【００３９】上側導波路と下側導波路との間の結合は、
結合セクションの両端の所で突然にゼロに落ちるような
ことはない。そうではなく、この結合は、上側導波路と
下側導波路が分かれるのに従って連続的に落ちる。結果
として、フィルタ段の結合セクションの両端付近の部分
は結合により小さな追加の寄与を行う。この追加の寄与
は、“残留結合（residual coupling ）”と呼ばれる。
残留結合は、フィルタの各セクション内の経路長差の理
論上の計算を複雑にするために望ましくない。この複雑
さを低減する一つのアプローチが図７に示される。この
アプローチに従うと、下側導波路３０は結合セクション
４０の両端付近において導波路３０と上側導波路２０と
の間の分岐を増加させる減結合セクション（decoupling
section）５０を含む。各減結合セクションは、好まし
くは、上側導波路２０の隣接部分６０のミラーイメージ
（鏡像）とされる。結果として、この減結合セクション
は、かなりの残留結合が存在する領域内においても上側
導波路と下側導波路との間の経路長差に大きな影響を与
えない。
結合セクションの両端の所で突然にゼロに落ちるような
ことはない。そうではなく、この結合は、上側導波路と
下側導波路が分かれるのに従って連続的に落ちる。結果
として、フィルタ段の結合セクションの両端付近の部分
は結合により小さな追加の寄与を行う。この追加の寄与
は、“残留結合（residual coupling ）”と呼ばれる。
残留結合は、フィルタの各セクション内の経路長差の理
論上の計算を複雑にするために望ましくない。この複雑
さを低減する一つのアプローチが図７に示される。この
アプローチに従うと、下側導波路３０は結合セクション
４０の両端付近において導波路３０と上側導波路２０と
の間の分岐を増加させる減結合セクション（decoupling
section）５０を含む。各減結合セクションは、好まし
くは、上側導波路２０の隣接部分６０のミラーイメージ
（鏡像）とされる。結果として、この減結合セクション
は、かなりの残留結合が存在する領域内においても上側
導波路と下側導波路との間の経路長差に大きな影響を与
えない。
【００４０】
【図１】本発明に従う一つの実施例としてのチャネル追
加／脱落フィルタの略図である。
加／脱落フィルタの略図である。
【図２】本発明のフィルタの説明のための実施例の透過
スペクトルを示す。この図面中、曲線Ａは均一加重の光
学結合セクションを持つフィルタを表わし、曲線Ｂはコ
サイン加重を表わし、そして曲線Ｃは二項式加重を表わ
す図である。
スペクトルを示す。この図面中、曲線Ａは均一加重の光
学結合セクションを持つフィルタを表わし、曲線Ｂはコ
サイン加重を表わし、そして曲線Ｃは二項式加重を表わ
す図である。
【図３】本発明のフィルタの幾つかの説明のための実施
例に対するフィルタフィネスの任意の値を達成するため
に要求されるフィルタ段の数を示すグラフである。曲線
Ａ及びＢはそれぞれ−２０ｄＢ及び−３ｄＢレベルにお
けるピーク幅に基づくフィネスを持つ切捨てなしの二項
式加重を表わす。曲線Ｃ及びＤは、それぞれ−２０ｄＢ
及び−３ｄＢレベルにおけるピーク幅に基づくフィネス
を持つ切捨て二項式加重を表わす図である。
例に対するフィルタフィネスの任意の値を達成するため
に要求されるフィルタ段の数を示すグラフである。曲線
Ａ及びＢはそれぞれ−２０ｄＢ及び−３ｄＢレベルにお
けるピーク幅に基づくフィネスを持つ切捨てなしの二項
式加重を表わす。曲線Ｃ及びＤは、それぞれ−２０ｄＢ
及び−３ｄＢレベルにおけるピーク幅に基づくフィネス
を持つ切捨て二項式加重を表わす図である。
【図４】十次二項式加重関数を持つ本発明によるフィル
タのセットの透過スペクトルを示す。この図面は、フィ
ルタ性能に与える切捨ての影響を図解する。曲線Ａは切
捨てなしの１０段フィルタを表わす。曲線Ｂは（二項式
分散の各端から一項が脱落された）８段フィルタを表わ
す。曲線Ｃは（二項式分散の各端から二項が脱落され
た）６段フィルタを表わす図である。
タのセットの透過スペクトルを示す。この図面は、フィ
ルタ性能に与える切捨ての影響を図解する。曲線Ａは切
捨てなしの１０段フィルタを表わす。曲線Ｂは（二項式
分散の各端から一項が脱落された）８段フィルタを表わ
す。曲線Ｃは（二項式分散の各端から二項が脱落され
た）６段フィルタを表わす図である。
【図５】−３０ｄＢレベルのピーク幅に基づくフィネス
を持つ図解のための切捨て二項式フィルタ及びガウスフ
ィルタに対するフィルタフィネスの任意の値を達成する
ために要求されるフィルタ段の数を示すグラフである。
を持つ図解のための切捨て二項式フィルタ及びガウスフ
ィルタに対するフィルタフィネスの任意の値を達成する
ために要求されるフィルタ段の数を示すグラフである。
【図６】コサイン加重を持つ一例としてのフィルタのチ
ャネル１及びチャネル２の透過スペクトルを示す。この
フィルタは有効通信波長において通過帯域を持つように
設計されている図である。
ャネル１及びチャネル２の透過スペクトルを示す。この
フィルタは有効通信波長において通過帯域を持つように
設計されている図である。
【図７】図１の細部を示す略図である。
１０ マッハツェンダ干渉計段 ２０ 干渉計の長い腕（上側導波路） ３０ 干渉計の短い腕（下側導波路） ４０ 指向性結合セクション ５０ 減結合セクション ６０ 隣接部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオナード ジョージ コーエン アメリカ合衆国 07922 ニュージャーシ ィ，バークレイ ハイツ，ハイランド サ ークル 69 (72)発明者 チャールズ ハワード ヘンリー アメリカ合衆国 08558 ニュージャーシ ィ，スキルマン，ドッグウッド レーン 52 (72)発明者 ルドルフ フェオドア カザリノヴ アメリカ合衆国 08836 ニュージャーシ ィ，マーチンズヴィル，スタングル ロー ド 603 (72)発明者 マーク エドワード クズネッソヴ アメリカ合衆国 08816 ニュージャーシ ィ，イースト ブランズウィック，リヴィ ングストン コート 10
Claims (10)
- 【請求項１】 縦軸を持つ基板及びこの基板上に形成さ
れた第一及び第二の光導波路（２０、３０）を含むスペ
クトル弁別光フィルタであって、これら導波路が対応す
る第一及び第二の有効屈折率を持ち、ここで、 ａ）前記のフィルタがＮ個の段（１０）、（ここで、Ｎ
は少なくとも２）、及びＮ＋１個のおおむね等しい間隔
の結合セクション（４０）に各段が二つの結合セクショ
ンの間に位置するように細分割され、 ｂ）前記の第一の導波路が各結合セクション内において
第二の導波路に光学的に結合され、 ｃ）前記の各段内の光学経路長が第一の導波路内におい
て第二の導波路内のそれよりも大きく、そして ｄ）前記の第一及び第二の有効屈折率が公称上等しいこ
とを特徴とするフィルタ。 - 【請求項２】 請求項１のフィルタにおいて、ａ）各結
合セクションが各終端において２Ｎ＋２個の減結合セク
ションの一つによって拘束されており、 ｂ）各減結合セクション内において、前記の第一及び第
二の導波路が前記セクション内の前記導波路間に大きな
光学経路長の差が生じないように対称的に分岐すること
を特徴とするフィルタ。 - 【請求項３】 請求項１のフィルタにおいて、ａ）前記
の第一と第二の導波路間の平均距離が結合セクション内
において段内におけるよりも小さく、こうして、光学結
合がこれら結合セクション内において実行され、 ｂ）各結合セクションが有効長Ｌi 及び単位長さ当りの
結合強度κi を持ち、ｉが１からＮ＋１までのレンジを
持ち、さらに、各結合セクションがおおむねκi Ｌi に
等しい結合強度を持つことを特徴とするフィルタ。 - 【請求項４】 請求項３のフィルタにおいて、前記の結
合強度がフィルタの中央に最も近い結合セクションの所
で最強であり、最初及び最後の結合セクションに向かっ
て対称的及び単調的に低減することを特徴とするフィル
タ。 - 【請求項５】 請求項４のフィルタにおいて、前記の結
合強度が縦軸上の位置に対しておおむねコサイン関数の
二分の一周期に従って分布することを特徴とするフィル
タ。 - 【請求項６】 請求項４のフィルタにおいて、前記の結
合強度が縦軸上の位置に対しておおむね二項式分散に従
って分布することを特徴とするフィルタ。 - 【請求項７】 請求項４のフィルタにおいて、前記の結
合強度が縦軸上の位置に対しておおむねガウス分散に従
って分布することを特徴とするフィルタ。 - 【請求項８】 請求項４のフィルタにおいて、前記の最
大結合強度が最小結合強度の少なくとも６倍であること
を特徴とするフィルタ。 - 【請求項９】 請求項４のフィルタにおいて、前記の結
合強度が縦軸上の位置に対してそれから最初及び最後の
ｒ個の項が切捨てられた次数Ｍの二項式分散に従って分
布し、ここで、Ｍ及びｒが正の整数であり、Ｎ＝Ｍ−２
ｒであることを特徴とするフィルタ。 - 【請求項１０】 請求項９のフィルタにおいて、前記の
切捨てられた二項式分散がＮ／２に等しい平均及びＮ2
／８ｌｎｔに等しい分散ｖt を持つガウス分散によって
近似され、ｔがガウス分散のピークのフィルタ内の最小
結合強度に対する比であることを特徴とするフィルタ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/021,702 US5309534A (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Optical filter having multiple interferometric stages |
| US021702 | 1993-02-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324225A true JPH06324225A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=21805673
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|---|---|---|---|
| JP6025792A Pending JPH06324225A (ja) | 1993-02-24 | 1994-02-24 | 複数の干渉段を持つ光学フィルタ |
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|---|---|
| US (1) | US5309534A (ja) |
| EP (1) | EP0613029B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06324225A (ja) |
| DE (1) | DE69418078T2 (ja) |
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1994
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- 1994-02-16 EP EP94301127A patent/EP0613029B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-24 JP JP6025792A patent/JPH06324225A/ja active Pending
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|---|---|---|---|
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