JPH07117612B2 - 光多重化分離化装置 - Google Patents
光多重化分離化装置Info
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- JPH07117612B2 JPH07117612B2 JP3077227A JP7722791A JPH07117612B2 JP H07117612 B2 JPH07117612 B2 JP H07117612B2 JP 3077227 A JP3077227 A JP 3077227A JP 7722791 A JP7722791 A JP 7722791A JP H07117612 B2 JPH07117612 B2 JP H07117612B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多重化分離化装置とし
て使用され得る光分解器に関する。
て使用され得る光分解器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的マルチプレクシング（多重化）及
びデマルチプレクシング（分離化）には、通常、回折格
子、プリズム、ホログラム等の分解手段が用いられる。
このような多重化分離化装置の一つがリプソン(J.Lipso
n)等の論文「単一モードシステムにおける６チャネル波
長マルチプレクサ及びデマルチプレクサ」（ジャーナル
オブ ライトウェーブ テクノロジー誌、ＶＴ−３巻
Ｎｏ．５ １９８５、１０月）に記載されている。この
論文では、ブレイズド回折格子を用いて種々の波長の光
の結合及び分離を行っている。分離化は多重化信号を回
折格子を通すことで行われる。即ち、多重化信号が別々
の波長の光に分離され、各分離光がわずかに異なった方
向に回折される。多重化は同じデバイスを逆方向に利用
して行われる。即ち、各波長の光を所定の波長依存角度
で前記回折格子に照射し、全ての波長光を実質的に１本
の単一多重化光線として放射させる。
びデマルチプレクシング（分離化）には、通常、回折格
子、プリズム、ホログラム等の分解手段が用いられる。
このような多重化分離化装置の一つがリプソン(J.Lipso
n)等の論文「単一モードシステムにおける６チャネル波
長マルチプレクサ及びデマルチプレクサ」（ジャーナル
オブ ライトウェーブ テクノロジー誌、ＶＴ−３巻
Ｎｏ．５ １９８５、１０月）に記載されている。この
論文では、ブレイズド回折格子を用いて種々の波長の光
の結合及び分離を行っている。分離化は多重化信号を回
折格子を通すことで行われる。即ち、多重化信号が別々
の波長の光に分離され、各分離光がわずかに異なった方
向に回折される。多重化は同じデバイスを逆方向に利用
して行われる。即ち、各波長の光を所定の波長依存角度
で前記回折格子に照射し、全ての波長光を実質的に１本
の単一多重化光線として放射させる。
【０００３】この従来の回折格子は、光通信システムで
広く使用されているが、いくつかの問題点を有してい
る。第１に、入射光の半波長分より短い間隔の格子で
は、不要な方向に不要な高次モードの光を生ずるため
に、入射光の損失が生じてしまう。第２に、現在の製造
技術では格子の解像度に限界がある。例えば、各波長の
差が５オングストローム以内の時は正常な分離ができな
いであろう。最後に、格子は、集光のためのレンズや反
射器と組み合わせて用いられるのが通常であるが、この
レンズや反射器を例えばフォトリソグラフィを用いた集
積形態で組み込むことは困難である。
広く使用されているが、いくつかの問題点を有してい
る。第１に、入射光の半波長分より短い間隔の格子で
は、不要な方向に不要な高次モードの光を生ずるため
に、入射光の損失が生じてしまう。第２に、現在の製造
技術では格子の解像度に限界がある。例えば、各波長の
差が５オングストローム以内の時は正常な分離ができな
いであろう。最後に、格子は、集光のためのレンズや反
射器と組み合わせて用いられるのが通常であるが、この
レンズや反射器を例えばフォトリソグラフィを用いた集
積形態で組み込むことは困難である。
【０００４】このような問題点を解決するために、これ
までいくつかの提案がなされた。この中である程度成功
している光マルチプレクサがスミット(M.K.Smit)による
論文「光位相アレイに基づく新しいフォーカッシング及
び分散プレーナコンポーネント」（エレクトロニック
レターズ、１９８８年 第２４巻 ｐｐ３８５−３８
６）に記載されている。スミット論文では、異なる長さ
の複数の光導波路を用いて光位相アレイを構成し、高解
像度の光マルチプレクサとして動作している。
までいくつかの提案がなされた。この中である程度成功
している光マルチプレクサがスミット(M.K.Smit)による
論文「光位相アレイに基づく新しいフォーカッシング及
び分散プレーナコンポーネント」（エレクトロニック
レターズ、１９８８年 第２４巻 ｐｐ３８５−３８
６）に記載されている。スミット論文では、異なる長さ
の複数の光導波路を用いて光位相アレイを構成し、高解
像度の光マルチプレクサとして動作している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光導波
路間に実質的に相互結合が存在していないために、上記
スミットの構成は効率の低いものとなっている。本発明
の目的は、上記従来の問題点を解決し、種々の長さの複
数の光導波路から構成される効率の良い光多重化分離化
装置を提供することにある。
路間に実質的に相互結合が存在していないために、上記
スミットの構成は効率の低いものとなっている。本発明
の目的は、上記従来の問題点を解決し、種々の長さの複
数の光導波路から構成される効率の良い光多重化分離化
装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】各導波路は隣接する導波
路とある所定の量だけ長さが異なる。又、これら導波路
は、それらの端部を除き全長にわたって実質的に非結合
であるが、それらの端部では強い相互結合が存する。こ
の結合が存する部分から非結合の部分へは漸次移行し、
その結果、望ましくない高次モード光の発生は無視し得
る程度となる。ある実施例では、この漸次結合を各導波
路端部を外方向テーパにすることで達成している。
路とある所定の量だけ長さが異なる。又、これら導波路
は、それらの端部を除き全長にわたって実質的に非結合
であるが、それらの端部では強い相互結合が存する。こ
の結合が存する部分から非結合の部分へは漸次移行し、
その結果、望ましくない高次モード光の発生は無視し得
る程度となる。ある実施例では、この漸次結合を各導波
路端部を外方向テーパにすることで達成している。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明による多重化分離化装置の一
実施例を示す概略的構成図である。本実施例は、１１本
の光導波路１０１−１１１がまとめられて４つの導波路
アレイ１１２−１１５を構成し、各アレイは実質的な円
弧状に配列されている。導波路アレイ１１２によって形
成される円弧は、その中心が導波路アレイ１１５に沿っ
て存在する円の部分であり、更に導波路アレイ１１５に
よって形成される円弧は、その中心が導波路アレイ１１
２に沿って存在する円の部分である。導波路アレイ１１
３及び１１４も同様に配列されている。
実施例を示す概略的構成図である。本実施例は、１１本
の光導波路１０１−１１１がまとめられて４つの導波路
アレイ１１２−１１５を構成し、各アレイは実質的な円
弧状に配列されている。導波路アレイ１１２によって形
成される円弧は、その中心が導波路アレイ１１５に沿っ
て存在する円の部分であり、更に導波路アレイ１１５に
よって形成される円弧は、その中心が導波路アレイ１１
２に沿って存在する円の部分である。導波路アレイ１１
３及び１１４も同様に配列されている。
【０００８】導波路アレイ１１３及び１１５は、それら
のブリュアン帯（Brillouin zone）内でのみ効果的に使
用され得る。各ブリュアン帯の幅２γは次式から求めら
れる。 ｓｉｎγ＝１／２（λ／ａo） （１） ここで、ａoは導波路の広がった開口端部での導波路中
心間の距離であり（図２参照）、λは入射光の波長であ
る。ただし、多重化分離化装置は異なる波長で用いられ
ることから、ブリュアン帯の幅は全ての入射光に対して
一定ではない。
のブリュアン帯（Brillouin zone）内でのみ効果的に使
用され得る。各ブリュアン帯の幅２γは次式から求めら
れる。 ｓｉｎγ＝１／２（λ／ａo） （１） ここで、ａoは導波路の広がった開口端部での導波路中
心間の距離であり（図２参照）、λは入射光の波長であ
る。ただし、多重化分離化装置は異なる波長で用いられ
ることから、ブリュアン帯の幅は全ての入射光に対して
一定ではない。
【０００９】図１に戻って、導波路１０６−１０８は、
導波路アレイ１１５のブリュアン帯の所定部分を占める
ように配置されている。この所定ブリュアン帯はここで
は視野として示され、図２に示すように幅２γOを有し
ている。図１の導波路１０９−１１１は導波路アレイ１
１３の視野を占有している。
導波路アレイ１１５のブリュアン帯の所定部分を占める
ように配置されている。この所定ブリュアン帯はここで
は視野として示され、図２に示すように幅２γOを有し
ている。図１の導波路１０９−１１１は導波路アレイ１
１３の視野を占有している。
【００１０】この装置の動作説明を簡潔にするために、
まず導波路アレイ１１２の導波路１０６−１０８の一つ
だけが励起されたと仮定する。多重化分離化装置として
の使用はその後で説明される。
まず導波路アレイ１１２の導波路１０６−１０８の一つ
だけが励起されたと仮定する。多重化分離化装置として
の使用はその後で説明される。
【００１１】導波路１０１−１０５は各々異なる長さを
有し、ｌ（エル）で示される所定の長さだけ隣接する導
波路と異なる。以下、導波路１０６から導波路１０１−
１０５へ出射する波長λoの光波を考える。ここで、ｌ
はλoの整数倍に選ばれる。
有し、ｌ（エル）で示される所定の長さだけ隣接する導
波路と異なる。以下、導波路１０６から導波路１０１−
１０５へ出射する波長λoの光波を考える。ここで、ｌ
はλoの整数倍に選ばれる。
【００１２】導波路１０６から導波路１０１−１０５ま
での距離が各々異なるために、導波路１０１−１０５に
到達したときの出射波の位相はそれぞれ異なっている。
即ち、導波路１０１に到達した光波の位相を基準とすれ
ば、導波路１０２、１０３、１０４および１０５に到達
した光波の位相は、それぞれφ、２φ、３φ及び４φで
ある。
での距離が各々異なるために、導波路１０１−１０５に
到達したときの出射波の位相はそれぞれ異なっている。
即ち、導波路１０１に到達した光波の位相を基準とすれ
ば、導波路１０２、１０３、１０４および１０５に到達
した光波の位相は、それぞれφ、２φ、３φ及び４φで
ある。
【００１３】この光波が導波路アレイ１５の導波路のテ
ーパ領域に沿って伝播すると、徐々に５つの分離した非
結合波へと変化する。このような変化は０次に近いモー
ドを生成する。これら５つの非結合波は各々の導波路を
伝播し、導波路アレイ１１３に到達する。
ーパ領域に沿って伝播すると、徐々に５つの分離した非
結合波へと変化する。このような変化は０次に近いモー
ドを生成する。これら５つの非結合波は各々の導波路を
伝播し、導波路アレイ１１３に到達する。
【００１４】導波路アレイ１１３において、前記５つの
光波は徐々に単一伝播波面へと再結合し、導波路アレイ
１１４へ放射する。ｌはλoの整数倍であるから、隣接
導波路の間での位相差φは一定に保存される。従って、
導波路アレイ１１３の各導波路から放射される光波は、
隣の導波路から放射される光波から位相がφだけシフト
している。
光波は徐々に単一伝播波面へと再結合し、導波路アレイ
１１４へ放射する。ｌはλoの整数倍であるから、隣接
導波路の間での位相差φは一定に保存される。従って、
導波路アレイ１１３の各導波路から放射される光波は、
隣の導波路から放射される光波から位相がφだけシフト
している。
【００１５】これら５つの光波は結合して単一波面を形
成し、放射されてきた導波路アレイ１１２に沿った方向
と正確に対応する方向に伝播する。即ち、導波路１０６
及び１０９はそれらの導波路アレイ１１２及び１１４に
おいて各々対応する位置に配置されているために、導波
路１０６から放射された光波は導波路アレイ１１３によ
って導波路１０９へ方向付けられる。同様に、導波路１
０７、１０８から放射される光波は、それぞれ導波路１
１０、１１１へ導波路アレイ１１３によって方向付けら
れる。導波路１０７及び１１０と導波路１０８及び１１
１とが導波路アレイ１１２及び１１４においてそれぞれ
対応する位置関係にあるからである。
成し、放射されてきた導波路アレイ１１２に沿った方向
と正確に対応する方向に伝播する。即ち、導波路１０６
及び１０９はそれらの導波路アレイ１１２及び１１４に
おいて各々対応する位置に配置されているために、導波
路１０６から放射された光波は導波路アレイ１１３によ
って導波路１０９へ方向付けられる。同様に、導波路１
０７、１０８から放射される光波は、それぞれ導波路１
１０、１１１へ導波路アレイ１１３によって方向付けら
れる。導波路１０７及び１１０と導波路１０８及び１１
１とが導波路アレイ１１２及び１１４においてそれぞれ
対応する位置関係にあるからである。
【００１６】光波が各導波路を伝播するとき、各導波路
の波の位相は他の導波路の波の位相によって実質的に影
響されない。これは導波路としては結合が生じないため
であり、これによって各光波の独立した伝播が可能とな
る。
の波の位相は他の導波路の波の位相によって実質的に影
響されない。これは導波路としては結合が生じないため
であり、これによって各光波の独立した伝播が可能とな
る。
【００１７】さらに、入射光の波長がパス長差ｌの整数
倍でないならば、この独立した光波の伝播により前記５
つの光波間の位相関係は導波路を伝播する際に変化す
る。この性質により、以下に説明する多重化分離化装置
を構成することができる。
倍でないならば、この独立した光波の伝播により前記５
つの光波間の位相関係は導波路を伝播する際に変化す
る。この性質により、以下に説明する多重化分離化装置
を構成することができる。
【００１８】ｌが波長の整数倍でないと仮定する。この
場合、導波路アレイ１１２の導波路１０６−１０８の１
本から放射された光波は、導波路アレイ１１３によって
導波路１１４の対応する導波路へ方向付けられない。例
えば導波路１０６から放射された光波は、たとえ導波路
１０９および１０６がそれぞれの導波路アレイ１１２及
び１１４において対応する位置に配置されていても、導
波路アレイ１１３によって導波路アレイ１１４の導波路
１０９へ方向付けられない。導波路アレイ１１２から出
た光波の方向は、ある所定距離Ｄだけ横に移動する。こ
の移動量Ｄは光波の波長の関数であり、次式で示され
る。 Ｄ＝（Ｒ／ａo）（（λ−λo）／λo）ｌ （２） ここで、Ｒは導波路１０１−１０５により規定される円
弧の半径、λはｌがλoの整数倍であるようなλoにもっ
とも近い波長である。ｌおよびａoに付いては既に定義
した。
場合、導波路アレイ１１２の導波路１０６−１０８の１
本から放射された光波は、導波路アレイ１１３によって
導波路１１４の対応する導波路へ方向付けられない。例
えば導波路１０６から放射された光波は、たとえ導波路
１０９および１０６がそれぞれの導波路アレイ１１２及
び１１４において対応する位置に配置されていても、導
波路アレイ１１３によって導波路アレイ１１４の導波路
１０９へ方向付けられない。導波路アレイ１１２から出
た光波の方向は、ある所定距離Ｄだけ横に移動する。こ
の移動量Ｄは光波の波長の関数であり、次式で示され
る。 Ｄ＝（Ｒ／ａo）（（λ−λo）／λo）ｌ （２） ここで、Ｒは導波路１０１−１０５により規定される円
弧の半径、λはｌがλoの整数倍であるようなλoにもっ
とも近い波長である。ｌおよびａoに付いては既に定義
した。
【００１９】従って、複数の波長からなる光波が導波路
１０６から放出されると、各波長の光波は導波路アレイ
１１３から異なった方向に放出される。この性質を利用
してデマルチプレクサを構成することができる。例え
ば、導波路１０６から波長λ1、λ2およびλ3から成る
光波が導波路アレイ１１５へ向けて放射されたとする。
式２を利用すれば、波長λ1、λ2およびλ3の各々が導
波路１０９−１１１の別々の導波路へ向けて方向付けら
れるように導波路アレイ１１４を構成することができ
る。即ち、各波長に対してＤを計算し、それに従って導
波路１０９−１１１を配置すれば良い。さらに、導波路
１０６−１０８の各々が異なる波長で励振される場合
に、それら全てが導波路１０９−１１１の同一の導波路
へ放射されるように選択することができる。
１０６から放出されると、各波長の光波は導波路アレイ
１１３から異なった方向に放出される。この性質を利用
してデマルチプレクサを構成することができる。例え
ば、導波路１０６から波長λ1、λ2およびλ3から成る
光波が導波路アレイ１１５へ向けて放射されたとする。
式２を利用すれば、波長λ1、λ2およびλ3の各々が導
波路１０９−１１１の別々の導波路へ向けて方向付けら
れるように導波路アレイ１１４を構成することができ
る。即ち、各波長に対してＤを計算し、それに従って導
波路１０９−１１１を配置すれば良い。さらに、導波路
１０６−１０８の各々が異なる波長で励振される場合
に、それら全てが導波路１０９−１１１の同一の導波路
へ放射されるように選択することができる。
【００２０】動作の基本原理は確立したので、次に多重
化分離化装置の効率の改善が必要である。効率を１に近
づけるために、受信導波路は相互にほとんど接触させる
ことが必要である。それによって実質的に全ての入射パ
ワーを集めることができる。即ち、図２における分離ｌ
（筆記体のエル）の初期値は非常に小さいことが必要で
ある。導波路アレイ１１５によって受信されたパワーを
導波路アレイ１１３に効率的に伝達するために、導波路
アレイ１１５の導波路は、導波路間の分離ｌ（筆記体の
エル）を徐々に増大させる過渡部を有することが必要で
ある。
化分離化装置の効率の改善が必要である。効率を１に近
づけるために、受信導波路は相互にほとんど接触させる
ことが必要である。それによって実質的に全ての入射パ
ワーを集めることができる。即ち、図２における分離ｌ
（筆記体のエル）の初期値は非常に小さいことが必要で
ある。導波路アレイ１１５によって受信されたパワーを
導波路アレイ１１３に効率的に伝達するために、導波路
アレイ１１５の導波路は、導波路間の分離ｌ（筆記体の
エル）を徐々に増大させる過渡部を有することが必要で
ある。
【００２１】視界がγoがγよりかなり小さい、例えば ｜γo｜＜０．５γ （３） であるならば、次式のようなｌ（筆記体のエル）の直線
変化を有する過渡部を用いるだけで１に近い効率が得ら
れるであろう。 Ｌ＞６０ａo／λ （４） ここでＬは過渡部の長さである（図２参照）。
変化を有する過渡部を用いるだけで１に近い効率が得ら
れるであろう。 Ｌ＞６０ａo／λ （４） ここでＬは過渡部の長さである（図２参照）。
【００２２】しかしながら、応用分野によっては０．５
γを越える視野を必要とする。この場合、上記長さは増
大し、この増大は導波路テーパの標準設計式によって算
出することができる。例えば、 ｜γo｜＞０．７５γ に対して９０％を越える効率を得るためには、 Ｌ＞２００ａo／λ を選択しなければならない。もっとγに近い｜γo｜に
対してはもっと大きなＬが必要である。そこで直線テー
パの代わりに、より効率的なテーパを採用することが重
要となってくる。このようなテーパは以下のように設計
される。
γを越える視野を必要とする。この場合、上記長さは増
大し、この増大は導波路テーパの標準設計式によって算
出することができる。例えば、 ｜γo｜＞０．７５γ に対して９０％を越える効率を得るためには、 Ｌ＞２００ａo／λ を選択しなければならない。もっとγに近い｜γo｜に
対してはもっと大きなＬが必要である。そこで直線テー
パの代わりに、より効率的なテーパを採用することが重
要となってくる。このようなテーパは以下のように設計
される。
【００２３】図２は、図１の導波路アレイ１１２及び１
１５の拡大図である。パラメータｃ、ｃ’及びｔについ
ては後述される。導波路の広がった開口端部によって円
弧が規定されている。導波路の長さ方向の軸は円弧の円
の中心で交わっている。
１５の拡大図である。パラメータｃ、ｃ’及びｔについ
ては後述される。導波路の広がった開口端部によって円
弧が規定されている。導波路の長さ方向の軸は円弧の円
の中心で交わっている。
【００２４】図３は、図２の断面に沿った位置の関数と
しての次式のプロットを示している。 ｎ2ａ2（２π／λ）2 （５） ここで、ｎは当該位置での屈折率、λはその導波路アレ
イを励振する光の波長，ａは導波路の中心間の距離であ
る。図３のｚ＝ｃ及びｚ＝ｃ’と記された水平軸を横切
る方向は、それぞれ図２の円弧ｃ及びｃ’を横切る方向
に等しい。説明のために、ｃ及びｃ’と記された図２の
円弧に対して式５をプロットしたものをここでは屈折率
プロフィールと呼ぶ。
しての次式のプロットを示している。 ｎ2ａ2（２π／λ）2 （５） ここで、ｎは当該位置での屈折率、λはその導波路アレ
イを励振する光の波長，ａは導波路の中心間の距離であ
る。図３のｚ＝ｃ及びｚ＝ｃ’と記された水平軸を横切
る方向は、それぞれ図２の円弧ｃ及びｃ’を横切る方向
に等しい。説明のために、ｃ及びｃ’と記された図２の
円弧に対して式５をプロットしたものをここでは屈折率
プロフィールと呼ぶ。
【００２５】ある与えられた屈折率プロフィールに対し
て、屈折率ｎを除いて、式５の全ての値は一定である。
屈折率ｎは導波路の内／外で各々アップ／ダウンを繰り
返す。各プロットは周期的矩形波となり、その振幅は円
弧に沿った点での屈折率の２乗に比例している。
て、屈折率ｎを除いて、式５の全ての値は一定である。
屈折率ｎは導波路の内／外で各々アップ／ダウンを繰り
返す。各プロットは周期的矩形波となり、その振幅は円
弧に沿った点での屈折率の２乗に比例している。
【００２６】各導波路アレイによって形成される円弧の
直径が決定されると、導波路の長さ方向の軸に沿って近
接間隔で屈折率を指定することで、図２の各導波路の端
部でのテーパ形状がユニークに決定される。近接間隔を
より狭めれば、テーパの設計をより高精度に行うことが
できる。このテーパを正しく指定することにより、望ま
しくない高次モードのエネルギ量を低減させて導波路ア
レイの効率を最大にできる。各屈折率プロフィールによ
って満たされるべき正しい特性は、１次フーリエ係数Ｖ
が本質的に次の条件を満たすことである。
直径が決定されると、導波路の長さ方向の軸に沿って近
接間隔で屈折率を指定することで、図２の各導波路の端
部でのテーパ形状がユニークに決定される。近接間隔を
より狭めれば、テーパの設計をより高精度に行うことが
できる。このテーパを正しく指定することにより、望ま
しくない高次モードのエネルギ量を低減させて導波路ア
レイの効率を最大にできる。各屈折率プロフィールによ
って満たされるべき正しい特性は、１次フーリエ係数Ｖ
が本質的に次の条件を満たすことである。
【００２７】
【数６】ここで、θBは中央ブリュアン帯内の任意角、 ｐ（ｙ）＝３（ｙ／２）（１−ｙ2／３） ｙ＝Ｆr（｜ｚ｜／Ｌ）＋Ｆt Ｌは、図２に示される破線部分を除くテーパ領域の長
さ、Ｆr及びＦtは、各々導波路の残った部分及び先端が
切り取られた(truncated)部分を示す。｜ｚ｜は導波路
の広がった端部から屈折率プロフィールが導波路の長さ
方向の軸と交差する点までの距離である。
さ、Ｆr及びＦtは、各々導波路の残った部分及び先端が
切り取られた(truncated)部分を示す。｜ｚ｜は導波路
の広がった端部から屈折率プロフィールが導波路の長さ
方向の軸と交差する点までの距離である。
【００２８】トランケーション（先端切り取り）前の導
波路の長さは、図２に示す各導波路の破線部分を含んだ
長さである。これは容易に計算され得る。導波路が接す
るところで（図２のｚ＝ｔ）、プロットｎ2ａ2（２π／
λ）2は一定ゆえにＶ＝０となる。したがって、ｚ軸上
のＶ＝０となるｚ＝ｔの点を見いだすことでトランケー
ション前の長さを決定できる。トランケーション後の長
さは後述されるが、ここでは、切り取られていない導波
路の対応するＦt＝０の場合を仮定する。図２のような
構成に対して次式が成立することが証明される。
波路の長さは、図２に示す各導波路の破線部分を含んだ
長さである。これは容易に計算され得る。導波路が接す
るところで（図２のｚ＝ｔ）、プロットｎ2ａ2（２π／
λ）2は一定ゆえにＶ＝０となる。したがって、ｚ軸上
のＶ＝０となるｚ＝ｔの点を見いだすことでトランケー
ション前の長さを決定できる。トランケーション後の長
さは後述されるが、ここでは、切り取られていない導波
路の対応するＦt＝０の場合を仮定する。図２のような
構成に対して次式が成立することが証明される。
【００２９】
【数７】 ここで、ｎ1およびｎ2は、各々導波路の内部及びそれら
の間の屈折率を示し、ｋ＝２π／λである。式６及び式
７から次式を得る。
の間の屈折率を示し、ｋ＝２π／λである。式６及び式
７から次式を得る。
【００３０】
【数８】
【００３１】従って、θBを指定し、Ｆt＝０と仮定する
と、式８はｚ軸上の種々の点でのｌ（筆記体のエル）を
指定するのに使用され、それによって導波路のテーパが
規定され得る。
と、式８はｚ軸上の種々の点でのｌ（筆記体のエル）を
指定するのに使用され、それによって導波路のテーパが
規定され得る。
【００３２】以上の議論において、γ0、θB及びＦtは
独立して選択し得る設計パラメータと仮定した。実際
は、これら３つパラメータは複雑に絡み合って多重化分
離化装置の性能に影響を与えている。以下の議論ではγ
0、θB及びＦtの相互作用を明らかにする。
独立して選択し得る設計パラメータと仮定した。実際
は、これら３つパラメータは複雑に絡み合って多重化分
離化装置の性能に影響を与えている。以下の議論ではγ
0、θB及びＦtの相互作用を明らかにする。
【００３３】第２の導波路アレイに向かい合う導波路ア
レイに対するメリットＭの値は次式によって記述され
る。
レイに対するメリットＭの値は次式によって記述され
る。
【数９】 ここでＮ（θ）は以下の式を用いて計算される。
【００３４】
【数１０】
【数１１】
【数１２】 ここで
【数１３】
【数１４】 である。上記式において、Ｂ0およびＢ1は導波路の基本
モード及び１次モードの伝達定数を表し、ｖLはｚ＝Ｌ
とした時の式１０に等しく、θはγ0以下の任意角であ
る。実際には、θはγ0に設定されるべきである。これ
は視野内の最悪のケースの状態を表しているからであ
る。
モード及び１次モードの伝達定数を表し、ｖLはｚ＝Ｌ
とした時の式１０に等しく、θはγ0以下の任意角であ
る。実際には、θはγ0に設定されるべきである。これ
は視野内の最悪のケースの状態を表しているからであ
る。
【００３５】Ｍを最大にする手段は以下の通り；まず、
Ｆt＝０と仮定し、任意のθBを選び、中央ブリュアン帯
内の全ての角γ0に対してθ＝γ0として、式６及び１０
−１４を用いてＮを計算する。Ｎ（γ0）のこれらの計
算値を得ると、どのγ0がＭを最大にするかを決定す
る。これにより与えられたθB及びＦtに対する最大のＭ
を得る。次にＦt＝０を維持しつつ、全てのθBを用いて
上記プロセスを繰り返す。これにより、全てのθBにわ
たって与えられたＦtに対する最大Ｍを得る。最後に種
々のＦtで全プロセスを繰り返し、全てのθB及びＦtに
わたって最大Ｍが得られる。以上の計算は、コンピュー
タプログラムにより実行される。
Ｆt＝０と仮定し、任意のθBを選び、中央ブリュアン帯
内の全ての角γ0に対してθ＝γ0として、式６及び１０
−１４を用いてＮを計算する。Ｎ（γ0）のこれらの計
算値を得ると、どのγ0がＭを最大にするかを決定す
る。これにより与えられたθB及びＦtに対する最大のＭ
を得る。次にＦt＝０を維持しつつ、全てのθBを用いて
上記プロセスを繰り返す。これにより、全てのθBにわ
たって与えられたＦtに対する最大Ｍを得る。最後に種
々のＦtで全プロセスを繰り返し、全てのθB及びＦtに
わたって最大Ｍが得られる。以上の計算は、コンピュー
タプログラムにより実行される。
【００３６】上記実施例は例示されただけであり、本発
明の範囲内で他の種々の態様が可能である。例えば、図
１に示すように、遅延手段１１６−１２０を導波路中に
挿入しても良い。この遅延手段は導波路の有効長を変化
させるものであり、導波路の物理的距離差に付加され
て、あるいはその代わりに用いられる。説明のために、
１本の導波路の長さは遅延手段により生じた見かけ上の
付加的長さを含む。更に、遅延手段によって制御信号に
よる長さの外部制御が可能となる。
明の範囲内で他の種々の態様が可能である。例えば、図
１に示すように、遅延手段１１６−１２０を導波路中に
挿入しても良い。この遅延手段は導波路の有効長を変化
させるものであり、導波路の物理的距離差に付加され
て、あるいはその代わりに用いられる。説明のために、
１本の導波路の長さは遅延手段により生じた見かけ上の
付加的長さを含む。更に、遅延手段によって制御信号に
よる長さの外部制御が可能となる。
【００３７】このようなデバイスは、多重化分離化装置
の他に、スイッチとしても利用可能である。特に、任意
の導波路への入力は波長シフトされ、所望の出力導波路
へ対応づけることができる。このデバイスは、周知のフ
ォトリソグラフィ技術を用いて単一チップ上に製造され
得る。
の他に、スイッチとしても利用可能である。特に、任意
の導波路への入力は波長シフトされ、所望の出力導波路
へ対応づけることができる。このデバイスは、周知のフ
ォトリソグラフィ技術を用いて単一チップ上に製造され
得る。
【図１】本発明による多重化分離化装置の一実施例を示
す概略的構成図である。
す概略的構成図である。
【図２】図１における２つの例示的導波路アレイの拡大
説明図である。
説明図である。
【図３】図２の円弧配列における２つの屈折率プロフィ
ールを示すグラフである。
ールを示すグラフである。
１０１−１１１ 導波路 １１２−１１５ 導波路アレイ １１６−１２０ 遅延手段
Claims (12)
- 【請求項１】 Ｎ個の光導波路を有し、各光導波路が光
エネルギを受け入れる第１の端部と光エネルギを送出す
る第２の端部とを有し、 Ｉをある所定の初期長、ｎを０≦ｎ≦Ｎ−１である整
数、ｌをある正の所定値として、各光導波路の長さはＩ
＋ｎｌに等しく、 第１の端部に入射する光エネルギの単一の波面が前記光
導波路内の複数の結合していない伝搬波に変換され、そ
れらの伝搬波が第２の端部に到達する前に単一の伝搬波
面に変換されるように、前記光導波路の第１の端部どう
しおよび第２の端部どうしが互いに結合され、第１の端
部と第２の端部の間では結合しておらず、 前記光導波路の第１の端部は第１の導波路アレイとして
配列されて第１の円弧を形成し、前記光導波路の第２の
端部は第２の導波路アレイとして配列され第２の円弧を
形成することを特徴とする光多重化分離化装置。 - 【請求項２】 各光導波路の第１の端部および第２の端
部はテーパ部分を有することを特徴とする請求項１の装
置。 - 【請求項３】 前記テーパ部分は第１端および第２端を
有し、前記テーパ部分において前記導波路アレイの少な
くとも一方は一連の屈折率プロフィールを有し、それに
よって前記テーパ部分のテーパ形が決定され、 各屈折率プロフィールは１次フーリエ係数からなり、各
１次フーリエ係数は次式のＶで与えられ、 【数１】 ここで２γは前記導波路アレイに係る中央ブリュアン帯
を規定する角度であり、θBはγ以下の任意の角度であ
り、ｚは光導波路の第２の端部から屈折率プロフィール
までの距離であり、ｂは各導波路の外面を前記第２端か
ら広げたときに隣接する光導波路に接するまでの距離で
あることを特徴とする請求項２の装置。 - 【請求項４】 前記光導波路のうちの少なくとも１本
は、そのパス長を増加させるための遅延手段を有するこ
とを特徴とする請求項３の装置。 - 【請求項５】 複数の光導波路を有する入力アレイをさ
らに有し、 入力アレイの各光導波路が光エネルギを受け入れる第１
の端部とその光エネルギを放射する第２の端部とを有
し、第２の端部が第３の円弧を形成するよう配列され、
第３の円弧は前記第１の円弧に沿って中心が決定される
円の一部分を規定することを特徴とする請求項４の装
置。 - 【請求項６】 複数の光導波路を有する出力アレイをさ
らに有し、 出力アレイの各光導波路が光エネルギを受け入れる第１
の端部とその光エネルギを放射する第２の端部とを有
し、第２の端部が第４の円弧を形成するよう配列され、
第４の円弧は前記第２の円弧に沿って中心が決定される
円の一部分を規定することを特徴とする請求項５の装
置。 - 【請求項７】 それぞれが光エネルギを受け入れる第１
の端部とその光エネルギを放出する第２の端部とを有
し、かつある所定の長さを有する複数の光導波路と、 光エネルギを前記第１の端部に導入する手段と、 光エネルギが波長によって決まる所定の角度で前記第２
の端部から放射されるように長さが設定された各光導波
路の前記第２の端部からの光エネルギを受け入れる複数
のレシーバとを有し、 各レシーバがある所定波長に関係し光導波路の第２の端
部に対応して所定の角度で配列され、対応する波長であ
る所定の周波数帯の中心に位置する光導波路の第２の端
部から放射されるすべての光エネルギが前記所定の角度
で放射され、 第１の端部に入射する光エネルギの単一の波面が前記光
導波路内の複数の結合していない伝搬波に変換され、そ
れらの伝搬波が第２の端部に到達する前に単一の伝搬波
面に変換されるように、前記光導波路どうしが第１およ
び第２の端部のそれぞれにおいて結合し、第１の端部と
第２の端部との間では結合していないことを特徴とする
光多重化分離化装置。 - 【請求項８】 前記光導波路の第１の端部は第１の導波
路アレイとして配列されて第１の円弧を形成し、前記光
導波路の第２の端部は第２の導波路アレイとして配列さ
れて第２の円弧を形成することを特徴とする請求項７の
装置。 - 【請求項９】 前記導波路アレイのうちの少なくとも一
方における各導波路はある所定のテーパ部分を含み、テ
ーパ部分は第１端および第２端を有し、テーパ部分にお
いて前記導波路アレイのうちの少なくとも一方は一連の
屈折率プロフィールを有し、それによって前記テーパ部
分のテーパ形が決定され、 各屈折率プロフィールは１次フーリエ係数からなり、各
１次フーリエ係数は次式のＶで与えられ、 【数２】 ここで２γは前記導波路アレイに係る中央ブリュアン帯
を規定する角度であり、θBはγ以下の任意の角度であ
り、ｚは光導波路の第２の端部から屈折率プロフィール
までの距離であり、ｂは各導波路の外面を前記第２端か
ら広げたときに隣接する光導波路に接するまでの距離で
あることを特徴とする請求項８の装置。 - 【請求項１０】 前記光導波路のうちの少なくとも１本
は、そのパス長を増加させるための遅延手段を有するこ
とを特徴とする請求項９の装置。 - 【請求項１１】 複数の光導波路を有する入力アレイを
さらに有し、 入力アレイの各光導波路が光エネルギを受け入れる第１
の端部とその光エネルギを放射する第２の端部とを有
し、第２の端部が第３の円弧を形成するよう配列され、
第３の円弧は前記第１の円弧に沿って中心が決定される
円の一部分を規定することを特徴とする請求項１０の装
置。 - 【請求項１２】 複数の光導波路を有する出力アレイを
さらに有し、 出力アレイの各光導波路が光エネルギを受け入れる第１
の端部とその光エネルギを放射する第２の端部とを有
し、第２の端部が第４の円弧を形成するよう配列され、
第４の円弧は前記第２の円弧に沿って中心が決定される
円の一部分を規定することを特徴とする請求項１１の装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077227A JPH07117612B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 光多重化分離化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077227A JPH07117612B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 光多重化分離化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04326308A JPH04326308A (ja) | 1992-11-16 |
| JPH07117612B2 true JPH07117612B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=13627970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3077227A Expired - Lifetime JPH07117612B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 光多重化分離化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117612B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1130722A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光モジュール |
| US6222956B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-24 | Hitachi Cable Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
| JP4190733B2 (ja) | 1998-08-24 | 2008-12-03 | 古河電気工業株式会社 | アレイ導波路回折格子型光合分波器 |
| JP3448518B2 (ja) * | 1999-07-30 | 2003-09-22 | 古河電気工業株式会社 | アレイ導波路回折格子 |
| JP2002311264A (ja) | 2001-04-16 | 2002-10-23 | Nec Corp | アレイ導波路格子、アレイ導波路格子モジュールおよび光通信システム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6160004A (ja) * | 1984-08-27 | 1986-03-27 | インタ−ナシヨナル・スタンダ−ド・エレクトリツク・コ−ポレイシヨン | 電磁波用トランスバ−サルフイルタ |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3077227A patent/JPH07117612B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04326308A (ja) | 1992-11-16 |
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