JPH06503899A - 強度分割デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 度分割デバイス 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、　ｌｌｅｉｓｓｍａｎ、＾、　Ｈａｒｄｙ及びＥ、　 Ｍａ−ｒｏｍによって、”Ｍｏｄｅ−ＤｅｐｅｎｄｅｎＬ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ 　Ｌｏｓｓ　ｉｎ　Ｙ−Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ＤｉｒｅｃＬｉｏｎａｌ 　Ｃｏｕｐｌｅｒｓ”、　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＱｕａｎｔｕｍ　Ｅ ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　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−例はＨ８５ａｓａｋ　ｉ及び１． ＾ｎｄｅｒｓｏｎによって、”Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｘ−ｐｅｒ ｉ＋ｎｅｎｔａｌ　５ｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｙ−Ｊｕｎｃｔｉｏ ｎｓ　ｉｎ　ＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｇｕ　１ｄｅｓ″、　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒ ｎａｌ　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置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。

５ｈｉｒａｆｕｊｉ及びＳ、　Ｋａｒａｚｏｎｏによって、Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ ｉｏｎ　Ｃｈａ−ｒａｃＬｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｒ　０ｐｔｉｃａｌ　＾ｓｙｍ ｍｅｔｒｉｃ　Ｙ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈａ　Ｇａｐ　Ｒｅｇｉｏｎ”、 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｕ＋ａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ 。

９、　Ｎｏ、　４．　ｐｐ、　４２６−４２９　（１９９１）に開示されている 。このＹ接きはより一般的な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な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’＋−ノブの幅によっ て決定される。

しかし、いかなるＹ接きも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 除土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ＷＯ８９１０６８１３号の下に公開された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ８９ １００１９０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１、をもたらしているか に依存する。出力導波路は単一人力デバイスに間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、先に述へたように 、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、　ｒ’、　Ｌｏｒｅｎｚｏ及びＲ８八 。

５ｏｒｅｆが、”Ｇｕｉｄｅｄ　Ｗａｖｅ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉ ｖｉｄｅｒ”を開示している。このデバイスはＸ接きの形態である。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、幅にを有する。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２Ｈ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 ５ｏｒｅｆ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＆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＾、　ＭａｈａｐａＬｒａ及びＪ、　Ｍ。

Ｃｏｎｎｏｒｓによって、ヨーロッパ特許出願第８８１０８２５８．０号即ち公 開第０３０１１９４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Ｔ、Ｒ，Ｃｒｏｓ−Ｌｏ ｎによって、”０ｐｔｉｃａｌ　Ｉｎ−１ｉｎｅ　ｆｉｌｔｅｒ”という標題を 有する英国特許出願公開第２２１５４８２号に開示されて０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である。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。池の周波帯の光は、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）をその池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 イスの口約の副産物であり、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か、′１Ｓｅｌｆ　 ＩｍａｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍ　Ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”というｅ 題を有する英国特許第１５２５４９２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ω１及び 長さし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しの先に、いずれも強度が実質的に入力 像のｉ１５である五つの像が生成される。五つの像のうち、三つは幅ω、′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ω２″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）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 に久方輻射線を中継すべく構成された少なくとも１個の入力ボートと を３む強度分割デバイスを提供し、このデバイスは（Ａ）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Ｎ個１組の出力ボートも含み、（ Ｂ）マルチモード導波路並びに入力及び出方ボ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久方輻射線がモード分 散により個々の出力ボ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 に組み会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 ドの再生であることを特徴とする。

本発明は、輻射線を複数の不等強度出方に分割し、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０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（ｌｉｇｈｔ　ｂｅａｔｉｎｇ）設備に適用可能である。

本発明は１組の入力ボートを含んでもよく、入力及び出力ボ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楕成し得る。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ボートと共に含ん 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。

その場き、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。添付図面の簡単な説明 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下方向及び垂直方 向断面図であり、 第３［ＺＩは様り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下方向断面図 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図に、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 波路の側壁を構成する。下層及び上層を成すシー１−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が付しである。

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２ ８ａ）。入力導波路１８はＣＯ２レーザ３２がら波長１０．５９μＩの入力輻射 線３０を受け取る６レーザ３２は、ビームウェストが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。ビームウェスト 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ェストプロフィールはガウス曲線であ る。

入力導波路１８及び出力導波路２２は総て、１辺が２８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２８、幅がｚｂ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、数学的分析に資する。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／λ。（１） によって与えられる長さしを有する。

ｎは導波路コア材料、即ち導波路１８．２０及び２２内の空気の屈折率てあり、 ｂは先に規定したビーム分割導波路の幅の１７２であり、λ。はＣＯ□ドーザ３ ２に関する自由空間伝搬波長即ち１０．５９μ翰である。

あるいはまた、ビーム分割導波路内での伝搬波長ｎ／λ０をλと書き換えると方 程式（１）は Ｌ＝２ｂ２＾　（２） となり、その際２ｂ＝４１及びλ−１／１０．５９μ蹟で、Ｉ、＝７５５ｍｍと なる。しかし、導波路ＩＢ及び２２の長さはデバイス１０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２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２軸２４からのｙ方向偏位をスクール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Ｏの２軸線、Ｏ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汲うことかできる。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０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（［１の出力導波路を有する本発明のデバイスにおいて、Ｎ１ＩＩ の出力導波路はと−）、分割導波路の横断面の個々のＮ等分部分と心きわせして 配置される。

矩形導波路の理論的伝搬持性を、以下に節単に分析する。

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；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 料は高度に反射性て゛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ｙ軸、ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ平行である。

この導波路はＥＨ，、型の正規化直線偏光モードを有する。ｍｎ次モードＥ１． 、の点（ｘ、　ｙ、　ｚ）における電界寄与Ｅａｎ（ｘ、　ｙ、Ｚ）を、Ｌａａ ｋｍａｎｎ　ｅＬ　ａｌ、、　／ＩＪユユーカ已ユ。

Ｖｏｌ、　１５．　Ｎｏ、　５．　ｐｐ、　１３３４−１３４０．　Ｍａｙ　１ ９７６によって次のように計算した。

上記式中 ｍはｙ軸に治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、２はＺ軸沿いの距離であり、 ノ・、、、−（β、。モｉａ。）はｍｎ次モードの伝搬定数である。

β、。及びα、。はｍｎ次モードの位相定数及び減衰定数であり、”　ｓ　ｉ　 ｎ　”上にｅ　ＯＳ　”を重ねた表記は、モード数（１１１及びｎのいずれか該 当する方）が偶数であれば“’　ｃｏｓ”、奇数であれば’　ｓ　ｉ　ｎ　”で あることを意味する。

位相定数β、。は によって与えられる。実際上溝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及び口は先に定義し 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漏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−Ｑ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きに溝たさ 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 ら無い。第１図及び第２Ｕ３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１ ８はその基本もしくは最低次モードＥｌ＋、。

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Ｅ１．。に結合される。従って、入力モードＥＨ，□は、モードＥ１１ ．．と個々の虚数乗法係数Δ、。

どの−成語きに分解される。これを式で表わせば、Ｅｆｔ、、＝　Σへ、、　Ｅ ｆｔ、、、　（５）となる。実質的に、振幅結き係数＾いいは、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Ｅ１１．。は相互に直交し、従−）で係数＾、０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ＥＨ，。の形態を第３図 に、電界振幅分布として示す、計算によってめたこれらの電界振幅分布は、擬似 三次元形態のグラフ＾〜Ｆとして示しである。座標軸はＧに示しである。ｙ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。グラフ八〜Ｆは次のモードに対応 する。

＾：　Ｅｆｔ、、、　Ｂ：　ＥＨ２，：　Ｃ：　ＥＨ，、。

Ｄ：　Ｅｆｔ、２；　Ｅ：　ＥＨ，、；　Ｆ：　Ｅｌ＋２□これらのモードのう ち八、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ｙ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＝Ｏ）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）良ｕＥ（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（７２）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２軸２４からの１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×ｙ平而面での横方向電界分布は、 Ｅ２−ΣΔ、。・ＥＨ，、（８） によ−）て与えられるＥ工である。入力から矩形導波路の方へＺだけ遠ざかった ｘｙ平面内ての電界強度分布Ｉ□は、方程式（８）の絶対値もしくは大きさの２ 乗＋Ｅ、１２である。

索弁第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 の開数としての電界強度■工（ｙ）を表わすグラフ酊を示す。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軸スゲール５４及び５６は導波路の配置を示しており、第１図のも力 に関して回転されている。２＝０でかつｙ＝ｏ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２＝０の位置に有るグラフ５ ８とｚ＝Ｌの位置に有るグラフ６０との間にもう一つグラフが存在する。

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６０ ａ（辛うじて識別可能）、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ含有し、これらの値はｙ値 −３ｂ／４、−ｂ／４、十ｂ／４及び＋３ｂ／４に関して得られる。前記ｙ値相 互閲では、電界強度１．（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 ザビームウェストが入力導波路１８の図中左端に配置され、入力導波路の基本モ ードＥＨ，，を励起する。入力導波路１８の高次モードて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ＥＨ，、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Ｅｌ＋、、のみが励起される。モードＥＨ，，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５ ８ａと等価である。モードＥＨ１は、横断面内水平方向部ぢＸ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ＥＨ，，（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Ｅｆｔ　１ｏ（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、Ｌ（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〜２２ｄの図中左端に配置される。強度６０ａ〜６０ｄは出力導波路 ２２の基本モードＥＨ，，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〜２２ｃｌ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４８２６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はへ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が支持しなくてよいと 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Ｅｌ＋、、〜ＥＨ，、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ＥＨ，，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１゜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６２．６ ４及び６６もそれぞれ示しである。これらのグラフの個々の極大値（例えば６２ ａ）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Ｘ方向位置が入力極 大値５８ａ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、６６ａ）は再配列される。その場合にも極大値は、Ｚ値し、３Ｌ、５ Ｌ及び７Ｌの位置て、−３ｂ／４、−ｂ／４、＋ｂ／４及びト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ｅ　−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５８　ａ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Ｎｇ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 がめられる場き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 力ボートが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て 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しは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／Ｈ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−±（Ｎｉ ）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Ｉア（ｙ）のグラフ群を幾つが示す。グラフ群（ａ）〜（ｅ）は、 ｙ＝　−（Ｎ　−１）ｂ／Ｈに配置されたただ一つの入力ビームが長さＬ＝８ｂ ２／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１ｉｉ８４はそれぞれ異 なる強度を表わし、その際８４ａから８４ｒへと強度は上昇する。入力強度のパ ーセ〉′テージとして、かつ第一に近似するところて、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＝−４ｂ１５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＝８ ｂ２１５λのところに極大値８８ａ〜８８ｅが生じる。これらの極大値はｙ＝　 −４ｂ１５、−２ｂ１５．０、＋２ｂ１５及び＋４ｂ１５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 しである。

表−よ　第５図に示したビーｌ、分割のまとめ７１　ＩＬ 参照　参照　入力強度に基づく ’−ＪＬＩＬＪＩＪＦｘ　ＪＪＬ　」■Ｌｆ’＝％Ｌ−一６　−５ｂ／６　８２ 　−５ｂ／６−３ｂ／６　ｂ／６　８４ａ８４４　１．５．１３＋ｂ／６　＋３ １］／６　＋５ｂ／６　２１．２８．３１５　−４ｂ１５　８６　−４ｂ１５− ２ｂ１５０　８８ａ−８８ｅ　１，８．２０＋２ｂ１５　＋４ｂ１５　３２．３ ９ ４　−３ｂ／４　９０　−３ｂ／４　ｂ／４　９２ａ〜９２ｄ　２，１６＋ｂ／ ４　＋３ｂ／４　３４．４８ ３　−２Ｍ３　９４　−２ｂ／３０＋２ｂ／３　９６ａ　〜９６ｃ　４，３３． ６２２　−ｂ／２　９８　−ｂ／２　＋ｂ／２　１００ａ及び　１５．８５００ ｂ 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１．（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Ｉ・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、上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でされ、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である。グラフ群（ｂ）には、２＝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人力１１２を示す。

距離Ｚ−４ｂ２／３λだけ先で６個の極大値１１４ａ〜１１４ｒ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１１４「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人力１１６を示す、距離ｚ　＝　４ｂ２／３λだけ先て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１１８Ｃ５８４ｂと１１８ｅ、８ ４ｃと１１８ａ、８４ｄと１１８ｆ、８４ｅと１１８ｂ、及び８４「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（ｃｌ）、（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）〜（ｒ）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だけ先て、 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と 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 置が士（Ｎ−１）ｂ２／Ｎλまたは±１，２７Ｎλの時、Ｎ１１ｌ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、 い）１辺が２ａの正方形（２ａＸ２ａ）横断面を有する入力導波路１４２と、 （ｉｉ）矩形（２ａＸ２ｂ）横断面を有する長さＬ／２のビーム分割導波路１４ ４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　Ｘ　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（２ａＸ２ａ）横断面を有する４個の出力導波路１５２ａ〜１５２ ｄ（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１１及び４１である。

デバイス１４０は長手対称軸１５４を有し、入力導波路１４２、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１４６にと１５２にとは共通の長手対称軸１５６ ｋを有する。

対称軸１５６ａ〜１５６ｃｌ（まとめて１５６）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、横断面内水下方向では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２方向を示す。デバイス対称 軸１５４は２軸であり、対称軸１５４上てｙ−Ｑ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Ｅｌ、、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、そこて同軸基本モーＩ〜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 述へたように、上記対称モードはＥＨ，。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て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 強度分布極大値が剖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２ａＸ２ｂ断面を有するマルチモード導波路の 長さ１．たけ先で、異なる強度を表わす４個の極大値に変換し得る。

この現象はデバイス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・ン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１４２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−及び第二のビームスプリッタ１ ８６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１９０は固定されており、残りの１８６及び１ ８８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１９ ０′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２００ａ〜２０ｆＭ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２ａＸ２ｂ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２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１８ ８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ｎ１９０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Ｉ、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ＥＨ，，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での偏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Ｆ１８２００のうちの一つが上述のように位置 合わせされた場きは、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 ＋−ＺＯＳによって輻射線は吸収される。

第−のねじ１９２を操作することにより、導波路２００ａ〜２００ｄ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〜６０ｄｌ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ど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２ １０に〜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２１０８への位置合わせは第４図の極大値５ ８ａ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は共に一３ｂ ／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人力−出力導波路対２１０ｂ　−２１２ｂ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４ ８％または２％となる６選択されなかった導波路２１２からの望ましくない幅対 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−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１ ９０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％がら１０ ０％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。その場き、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（ｔｉ向するように構成されたりフレフ 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、２ａＸ２ｂの横断面を有 する長さ４ｂ２７λ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２５６と、長手 方向に伸長する各導波路三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−）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２６２ａ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／２６６ａ及び２ ６２ｂ／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。

光フアイバ導波路２７４は図中下方の出力側補助導波路２６６ｂに挿入されてお り、かつ音響光字変調器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、（都合上置と仮定）を被り、上方の出力側補助導波路２６６ａ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、この強度は光フアイバ導波路２７４を通過して音響光学変調器２７ ６に達する。変調器２７６は輻射線の周波数ｒに周波数減分「８をもたらし、周 波数の低下した（ｒ−ｒＮ）信号を光フアイバ導波路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−ｆ、）及び（ｒ −ｒ、）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、 ｆ、が関連するｆ。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て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、 ｆ、−（ｆ−ｆ、）　−（ｆ−ｆ、）−ｆ、−Ｌ　（１０）によって与えられる ビート周波数ｆ、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（ ｆ、−ｆ、）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２６ ２ａ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「。のただ一つの値を分離し 得、またはｆ。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。

ム 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成５年６月２１日−

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）マルチモード導波路（２０）と、（ｂ）マルチモード導波路（２０） 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入力幅射線を中継すべく 構成された少なくとも１個の入力ポートと を含み、 （Ａ）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 の出力ポートも含み、（Ｂ）マルチモード導波路（２０）並びに入力及び出力ポ ート（１８、２０）の外形寸法及び空間的相互関係は、マルチモード導波路（２ ０）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 ことを特徴とする強度分割デバイス（１０）。
2. ２．入力及び出力ポートがそれぞれ入力及び出力導波路（１８、２２）の開口で あることを特徴とする請求項１に記載のデバイス（１０）。
3. ３．入力、マルチモード及び出力導波路（１８、２０、２２）が実質的に平行な 長手軸線（２４、２８）を有することを特徴とする請求項２に記載のデバイス（ １０）。
4. ４．（ａ）マルチモード導波路（２０）が寸法２ａ×２ｂの矩形横断面を有し、 （ｂ）入力及び出力導波路（１８、２２）は１辺が２ａの正方形横断面を有し、 （ｃ）出力導波路（２２）はマルチモード準波路（２０）と、後者の横断面を横 切る方向に等間隔に並んだ地点で接続されており、（ｄ）少なくとも１個の入力 ポート及び該ポートの関連導波路（１８）はマルチモード導波路（２０）の長手 軸線（２４）から偏位しており、 （ｅ）マルチモード導波路（２０）は入力及び出力ポート間の長さしの光路を構 成し、その際しは８ｂ２／Ｎλに等しく、前記式中Ｎは出力ポートの数であり、 λはデバイス（１０）を適用されるべき輻射線の波長であり、この波長はマルチ モード導波路（２０）内での波長である ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス（１０）。
5. ５．複数の入力ポートを含み、これらの入力ポートはそれぞれ、マルチモード導 波路（１５０）の該導波路自体を介しての基本モード励起に応答して個々の出力 ポートにおいて様々な大きさの強度分布極大値が発生されるように構成されてい ることを特徴とする請求項１、２または３に記載のデバイス（１４０）。
6. ６．（ａ）各入力ポートが、各々移相手段（１４８ａ〜１４８ｄ）を含む個々の 入力導波路（１４６ａ〜１４６ｄ）と接続されており、（ｂ）入力導波路（１４ ６）に同じ強度の輻射線ビームを付与する手段（１４２、１４４）が設けられて おり、（ｃ）各移相手段（１４８ａ〜１４８ｄ）は当該手段に１組の移相のうち のいずれかを行なわせるように機能する制御手段と関係付けられており、 （ｄ）移相手段及び制御手段（１４８）は、出力導波路に選択可能な大きさの強 度を受容させるように組み合わせて構成されている ことを特徴とする請求項５に記載のデバイス（１４０）。
7. ７．輻射線ビーム付与手段が第二のマルチモード導波路（１４４）と、この導波 路の対称モードのみを励起するように構成された入力手段（１４２）とを含むこ とを特徴とする請求項６に記載のデバイス（１４０）。
8. ８．（ａ）前記マルチモード導波路が第一のマルチモード導波路（２１６）であ り、 （ｂ）前記少なくとも１個の入力ポートは、１組の出力ポートのポート数に等し い個数で存在する１組の入力ポートであり、 （ｃ）１組の入力ポートを有する第二のマルチモード導波路（２０６）が設けら れており、この導波路の出力ポートは入力輻射線を第一のマルチモード導波路（ ２１６）の選択可能な１個の入力ポートに供給するように構成されており、第二 のマルチモード導波路（２０６）及びそのポートは第一のマルチモード導波路（ ２１６）のものと同様の強度分割特性を有し、（ｄ）第一及び第二のマルチモー ド導波路（２１６、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線に選択可能な不等強度分割の連続する２段階を施す ように相対移動され得る ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス（１８０）。
9. ９．（ａ）入力ポート近傍に検出ポート（２６６）を有し、（ｂ）マルチモード 導波路（２５４）は、輻射線を標的ゾーン及び局部発振器信号供給手段（２７６ ）へと中継するようにそれぞれ構成された第一及び第二の出力ポートを有し、（ ｃ）第一及び第二の出力ポートは標的ゾーン及び信号供給手段（２７６）から戻 ってくる輻射線をマルチモード導波路（２５４）へと中継するようにもそれぞれ 構成されており、（ｄ）コヒーレント幅射線源（２７０）は入力幅射線を入力ポ ートに供給するように構成されており、 （ｅ）マルチモード導波路（２５４）は、入力幅射線強度を第一の出力ポートに は比較的大きい比率で、第二の出力ポートには比較的小さい比率で結合するよう に構成されており、また標的ゾーンと信号発生手段（２７６）との両方から戻っ てくる輻射線に検出ポート（２６６ａ）において複合ビート周波数信号を生じさ せるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス（２５０ ）。