【発明の詳細な説明】
集積光学を用いて構成された波長分波素子
技術分野
本発明は集積光学を用いて構成された波長分波素子、とりわけ、ａ）いくつも
の異なる波長チャンネルにおける多数の光信号によって与えられる、少なくとも
一つの入力導波路と、ｂ）それによってその各々の導波路が前述の波長チャンネ
ルのひとつによって横切られる、多数の出力導波路と、ｃ）片側から入力導波路
へ、もう一方の側から出力導波路へ、入力コネクターと出力コネクターの各々を
通じて結合される近接した集積導波路という組立部品において、それによって組
立部品が位相回路を構成するような方法で、組立部品の導波路の長さが導波路か
ら導波路へ逐次増加していくような組立部品と、ｄ）入力コネクターの入口に配
置されるモード拡張導波路と、ｅ）出力コネクターの出口に配置され、出力導波
路のひとつに各々の場合において結合される多数のモード縮小導波路とによって
構成される波長分波素子に関するものである。
従来技術
そのような分波素子は、特には、米国特許第５００２３５０号により知られて
いる。光学損失を最小限に抑えるため、入力コネクターの出口と出力コネクター
の入口の位置において位相回路を形成する集積導波路という組立部品の、導波路
間の近接結合に関することが、この資料には記載されている。この結合は分波（
型）には不都合であり、米国特許第５１３６６７１号でこのことが確証されたよ
うに、それは調査された。加えて、そのような分波素子における重要な問題は、
許容可能な予め定められるクロストーク限界レベルにおいて、分離チャンネルの
それぞれを通過する帯域幅を最適化することである。
発明の開示
目的として、本発明は、分離チャンネルのそれぞれを通過する帯域幅が、予め
定められる低いレベルのクロストークに応じて最適化されるような上述の強い結
合に頼ることなく、発光エネルギーの損失が小さい光波長分波素子を構成するこ
とを明確に目指している。
後述するが、モード拡張導波路が入力コネクターの入口に配置されて入力導波
路と結合されることと、モード縮小導波路が出力コネクターの出口に配置されて
それぞれが出力導波路に結合されて、かつそれらの長さに応じて線形に変化する
幅を有する結合構造の点から全く同一であることと、前述の拡張及び縮小導波路
の幅は、それらの連結コネクターとの結合において出力導波路間のクロストーク
を予め定められたレベルに制限しながら導波路を通過する帯域幅を最適化する為
に固定されること、という特徴に関して顕著な上述の型の光波長分波素子に関す
る本記述を読む上で他が明らかになるのと同様に本発明のこれらの目的を達成す
る。
本発明を実施する望ましい形態に応じて、入力コネクターと、位相回路を形成
する導波路という組立部品の各々の導波路の一方の端面との間の、モード縮小導
波路と、この組立部品の各々の導波路のもう一方の端面と出力コネクターとの間
のモード拡張導波路とからも装置は構成され、それによってこれらの拡張および
縮小導波路はそれらの長さに応じて線形に変化する幅を有し、結合構造という点
で全く同一であり、予め定められた低いレベルで前述の組立部品の導波路間の近
接結合を縮小する為の寸法を与えられている。
図面の簡単な説明
図１は、本発明に従う分波素子の主要構成部品を示す配置図である。
図２および３は、それぞれ、図１の分波素子の一部を形成する入力コネクター
および出力コネクターである。
図４は、図２の断面線Ａ、Ｂ、Ｃに応じて与えられる図２のコネクターの断面
図をまとめて示したものである。
図５は、与えられたクロストーク限界レベルの関数としてチャンネルを通過す
る帯域幅を最適化する過程を説明することができるグラフであり、これは本発明
に従う分波素子を設計する際に用いられる。
発明を実施する最良の形態
添付の図面の図１を参照すると、本発明に従う分波素子Ｄが、よく知られた方
法で、入力導波路１と、入力コネクター２とから構成されていることがわかる。
入力コネクター２は、導波路１と、近接組立部品またはコネクター２と結合され
たそれらの反対側の端面が、こららの端面とＮ個の出力導波路５1から５n（例で
はＮ＝８）との間に置かれた、出力コネクター４へ結合された近接導波路の回路
３との間へ設置されている。
様々なモード拡張器や縮小器における例外もあるが、本発明に従う全ての分波
素子の導波路は単モードである。コネクターと同様にこれらの導波路は、例えば
、イオン拡散や化学的気相堆積法（ＣＶＤとして知られている）のような、よく
知られた技術の中のいくつかの手段である集積光学を用いて、ガラスで出来た平
滑な基板上へ集積されている。
説明的でかつ制限的でない例として、図１の分波素子は、８つのレーザーダイ
オードから導波路１の入口で変調光線を受光でき、これらの光線は１，５５０ｎ
ｍ付近に位置する波長λ1からλ8を中心としており、それによりこれらの波長の
分離間隔は、例えばΔλ＝１．６ｎｍと同等である。この分波素子の機能は、光
線を分割することであり、波長λ1からλ? を含む光線が、分波素子Ｄの出口で
出力導波路５1から５? の各々で再び見い出されるのと同じように、導波路１で
はこのようにして混合される。
こうするために、導波路の組立部品３は位相回路として機能しなければならな
い。この効果によるとよく知られた方法で、それは多数の近接導波路（例えば２
５）から構成され、導波路の長さは導波路から導波路へ増分ΔＬだけ増加する。
この増分ΔＬにより、それ故に位相回路として機能する組立部品３のいずれか二
つの近接導波路で伝播している光線間の、比例する位相ずれΔψを定義できる。
添付された図面中の図２および４を参照すると、入力コネクター２の構造と機
能が説明できる。例えばこれは分波素子Ｄの基板６上に「コア」層を堆積するこ
とにより構成されており、それは描画されている導波路の配置に応じて古典的に
刻まれていて、この層７は分離している光ファイバーに対応する素子に類似した
「シース」層８によって覆われている。
図４の断面Ａ、Ｂ、Ｃと合わせて考えると、図２においてコア層７が、つまり
側面制限がない「自由」伝播領域９から構成されていることがわかり、この領域
９はそのような制限が存在する領域１０と１１の間に置かれている。
コア層の領域１０に、中心モード拡張導波路１２があり、領域１１に多数のモ
ード縮小導波路１３j（例ではｊ＝１から２５）がある。拡張器１２の入口は入
力導波路１の出口に結合されており、それに対し拡張器１２の出口は光線の伝播
が側面制限されていないコア領域９に結合されている。モード縮小器１３のこれ
らの入口は、間隔ｐで、規則的に横切られ、曲率中心がモード拡張器１２の出口
に一致する半径Ｒの円弧上の領域９の出口へと分配される。図２および４のこれ
らの配置は軸方向に大きく圧縮されている。特に図２の配置において、使用され
る半径Ｒの円弧は直線ｄの一部分に一致する。
入力コネクター１は、一つ以上の入力導波路に接続され、多くのモード拡張器
が同じ半径Ｒの円の円弧上へ分配されるように、かつ曲率中心が共焦点配置に従
うモード縮小器１３jの入口によって定義される円の円弧の中心に置かれるよう
に構成されている。
このように導波路１内へ導かれた光は拡張器２を横切り、最終的にはモード縮
小器１３jを通って組立部品３の導波路によって集められるためにコア領域９（
側面制限無し）へと分岐する。
図４に描かれた出力コネクター４は、入力コネクター２の記述と関連して既に
説明された原理に従うことにより設計され構成される。コネクター４は、コネク
ター２に類し、光の伝播がその中では側面制限なしにもたらされるようなコア領
域１４から構成され、このコア領域はコネクター２の縮小器１３jのように半径
Ｒの円弧上へ、間隔ｐに従って規則的に分配されるモード拡張導波路１５jの集
合を通って組立部品３（位相回路）の導波路の出口へ結合される。
分波素子Ｄの入力導波路１の中へ導かれる波長λiの光線は、コネクター２に
ついて記述された共焦点配置に従う半径Ｒの円の円弧上へ、間隔ｐ’に従って規
則的に配置されるモード縮小器１６iを通って、出力導波路５? の中の一つによ
ってそれぞれ集められる。このことは半径Ｒの円の円弧上の各々の縮小器１６i
と、間隔ｐ’で分けられた波長λi（実施例の形式ではｉ＝１から８）の光線の
望ましい分波を実現しうるこれらの縮小器の曲線横座標ｘを適当に選ぶことであ
る。この横座標ｘが次の関係式によって表現できることを示す。
ｘiは波長λiに対応した横座標であり；
ｎwとｎsはそれぞれ導波路内および平面導波路内（９または１４）を伝播する
モードの実効的屈折率であり；
以上は回折オーダーである。
もし一定間隔ｐ’でモード縮小器１６iを配置すれば、モード拡張器１５jによ
って位相回路３の出口に形成される円弧の曲率中心で回折される分波波長群の中
心波長λ0と、これらの波長の分離間隔Δλは次の関係式で表現される。
ｄｘ／ｄλはデバイスの波長分散である。ｎg＝ｎw（１−ｄｎw／ｄλ）は群屈
折率である。
最後に、出力導波路５? の数Ｎは位相回路の自由スペクトル間隔ＩＳＬにおい
て維持されるべきである。つまり、
一般的な方法では、パワーＰ1の信号を受けてパワーＰ2の信号を送る光学デバ
イスによって与えられるデシベル表記された減衰係数（ＡｔｔdB）は、次の関係
式によってデシベル（ｄＢ）で表わされる。
本発明に従う分波素子Ｄの重要な特徴に応じて、モード拡張器１２とモード縮
小器１６は結合構造が全く同一であり、テーパー構造を有しそれらの幅は長さと
共に線形に変化する。図５のグラフの検討に関連してさらに続きを見ると、決定
されるモードの拡張や縮小は、分波チャンネルとは違ったチャンネルの波長にお
ける残りの光信号の減衰によって測定されるクロストーク限界レベルを維持する
ことによって、分波チャンネル（例えば３ｄＢ）を通過する帯域幅を最適化する
という方法で選ばれる。
この点に関し、本発明に従うデバイスの拡張器１２のような拡張器を用いずに
制限されたクロストークを得ることができることは注目すべきである。しかしな
がら、分波素子の出口で各々のチャンネルを通過する帯域は極端に狭く、その分
波素子は使用できない。
再び本発明に従うと、分波素子Ｄの入口と出口で用いられるモード拡張器とモ
ード縮小器の結合構造は、発光エネルギーの損失を最小限に抑えるようにする方
法において全く同一である。なぜならこのようにして入力導波路と出力導波路間
の全てのモード不整合を避けるからである。
本発明のもう一つの特徴に従うと、位相回路３の導波路の二つの端面に置かれ
たモード縮小器１３jとモード拡張器１５iも、それらの長さに応じて線形に変化
する幅に関して結合構造が全く同一であり、それらは無視できる値にまで、回路
の導波路間の近接結合を縮小する寸法を与えられる。
近接結合は近接導波路へ向かう回路の与えられた導波路間の光の移動に強く影
響し、位相回路を横切った後の導波路内に残る光信号の減衰によって特徴付けら
れもする。回路の単導波路が信号Ｐ1で励起され、信号Ｐ2を送ると仮定すると、
減衰係数は上述の一般的な関係式で計算することができる。ここで、回路の各々
の導波路内の信号の減衰が２０ｄＢよりも大きいとする場合、回路の導波路間の
近接結合は無視できると考えられる。この特徴は、本発明に従う分波素子の優位
機能にとって好都合であり、先に引用した米国特許第５００２３５０号に記述さ
れている分波素子にはないものである。
上記で示唆したとおり、モード拡張器１２とモード縮小器１６iは、近接チャ
ンネルと、波長換算のチャンネル幅とにおいて、目的とされるクロストーク間で
達成されるための妥協点に応じた寸法を与えられる。
出力コネクター４の出口に置かれた縮小器１６iが望ましい波長選択を達成す
るような方法で配置されることはすでに示唆した。定数であるの間隔ｐ’（μｍ
表記）でモード縮小器１６jが配置するよう選ぶ場合、分散ｄｘ／ｄλ（μｍ／
ｎｍ表記）を持つ分波素子は、波長に関して次の関係式に従うΔλ（ｎｍ表記）
で規則的に分離されるチャンネルを産出する。
入力コネクター１２と出力コネクター４が全く同一の寸法を与えられる場合、
出力コネクター４の出口で位相回路３によって回折されるモードは、入力コネク
ター２の入口でのモード拡張器１２の出口で形成されるモードと一致し、その位
置ｘiは考察されてきたチャンネルの波長λiに依存する。出力コネクター４の出
口でモード拡張器１６jへ与えられる光は、回折モードとモード縮小器の入口で
受光されたモード間の集合積分である。この場合、これらのモード振幅をガウシ
アン近似の構造内に配置することにより、考えられているチャンネルの近接波長
を有する光信号の減衰によって特徴付けられる結合係数は、単純に次の関数で示
される。
ここでＡｔｔdBはデシベル表記の光信号の減衰係数であり、λは考えられている
チャンネルの波長λiに近接する波長であり、ｗは入力コネクターの拡張器１２
の出口と、出力コネクターのモード縮小器１６iの入口で形成される強度分布の
最大値の１／ｅ2で測定されるモードの半径である。
関数（１）は、モードｗという半径の二つの異なる値に対し図５のグラフにて
示されている。チャンネルλiの中心で大きい曲率を有する曲線１７は４μｍと
いうモード半径ｗに相等し、曲線１８は６μｍというモード半径ｗに相等する。
各々の分波チャンネルがその中心波長付近で±ｄλの機能帯域内で用いられる
と仮定すると、その近接チャンネルと分波チャンネルのクロストークＸtalkは、
続く関係式によりλ−λi項にてチャンネル中心の波長（Δλ−ｄλ）項で分離
間隔を代わりに用いることによって計算される。
曲線１７のクロストークＸtalkは４９ｄＢで、クロストーク２２ｄＢの通例の
明細書よりも非常に優れている。曲線１８上で測定されるクロストークはΔλ＝
１．６μｍ時に近接チャンネルの機能帯域（±０．４ｎｍ）の限界において、正
確に２２ｄＢである。
光信号の減衰（例えば３ｄＢ）の予め定められたレベルで定義されるチャンネ
ルの波長ピーク幅ΔλFWHMも二つの曲線１７と１８とで異なっている。方程式（
１）中のλ−λ1項でのピーク半値幅ΔλFWHM／２を代わりに用いることで、こ
れは次の形式に置き換わる。
光信号にとっての３ｄＢの減衰で、チャンネル幅（波長換算）の式は次の通り
簡単になる。
モード半径ｗが４μｍから６μｍまで増加するとき、波長換算して、チャンネ
ルの幅は０．６６ｎｍから０．８８ｎｍまで増加し、つまり帯域幅は３ｄＢ減衰
し、±０．４ｎｍの帯域利用よりも大きくなる。
このように２２ｄＢ超過のクロストークは、モード拡張器１２の出口とモード
縮小器１６iの入口で形成される共通のモード半径ｗを制限することにより、大
きいチャンネル幅（波長換算）へ変化され得る。この半径ｗを選ぶことで、明ら
かに２ｗオーダーの幅を有する拡張器または減衰器の大きな幅の端面について必
要な寸法が与えられる。
説明的で、かつ制限的でない例として、後に続く特徴を満足する設計がなされ
ている本発明に従う分波素子の具体形式を記述する。
チャンネル数（Ｎ） ＝ ８
波長換算のチャンネル分離間隔（Δλ） ＝ １．６ｎｍ
中心波長（λ0） ＝ １，５５０ｎｍ
近接チャンネルのクロストーク（Ｘtalk） ＝ ２２ｄＢ
分波チャンネルの機能帯域（±ｄλ） ＝ ±０．４ｎｍ
各々のチャンネルに３ｄＢでできるだけ大きい帯域幅（ΔλFWHM）
これらの特徴を得るために、まず第１に、回路３の自由スペクトル間隔（Ｉ
ＳＬ）で分離間隔１．６ｎｍの８チャンネルを与える回折オーダー（ｍ）を定義
する必要がある。実際、８チャンネルまたはｍ＝６０での発光損失の変化を最小
限に抑えるために限界（１２１）以下である回折オーダーを選んでいる。
位相回路を形成する組立部品３の導波路の長さの増分ΔＬは容易に導かれる。
ΔＬ＝ｍλ0／ｎw＝６４．１４μｍ ただし ｎw＝１．４５
本発明に従う分波素子が小型に維持されるように、組立部品３の導波路の入力
端および出力端はできる限り近接していなければならず、しかしながらチャンネ
ル間の近接結合は上述で見られたように２０ｄＢ以上の減衰を維持されねばなら
ない。それ故、次の値を選ぶ。
ｐ＝１８μｍ
本発明に従う分波素子にて紹介されるモード拡張器およびモード縮小器は、こ
の導波路の作製プロセスが屈折率比Δｎ／ｎ＝０．７５８を補償する場合におい
て、一つの端面と他方の端面での最大幅が１７μｍであり、またこの端面が結合
されている単モード導波路の直径に応じた最小幅が６．７μｍであるように、拡
張器または縮小器の縦方向の軸に対して約０．５°傾けられている直線的な側面
端を有する。
モード縮小器１６iの間隔ｐ’において、常に２０ｄＢ以上の近接結合を維持
するためにｐまたはｐ’＝１８μｍと等しい値を選ぶことができる。
最後に、分離間隔Δλ＝１．６ｎｍを得るために、モード拡張器やモード縮小
器が各々、出力コネクター４の入口や出口に配置される半径に従う共通の円弧半
径を選ぶ。この半径は次の通りである。
このようにして計算されるパラメータは入力コネクター２および出力コネクタ
ー４の両方を構成でき、これらは入力導波路および出力導波路間の全てのモード
不整合を避けるために（入力コネクター２の入口と出力コネクター４の出口の数
以内では）全く同一とされるべきである。
もちろん本発明は、例として単に与えられた記述または図示される具体例の形
式に制限されるものではない。このようにして、上述のとおり、入力コネクター
は多くのモード拡張器を等しく通り、いくつかの入力導波路へ結合され、これら
の入口はどちらか一方が使用され得る。本発明に従う分波素子は、光の反転の原
理に従う光波長合波素子の形式としても使用され得る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Wavelength demultiplexing device constructed using integrated optics
Technical field
The present invention relates to a wavelength demultiplexing device configured using integrated optics, in particular, a) a plurality of wavelength demultiplexing devices.
At least given by a number of optical signals in different wavelength channels of
One input waveguide, b) whereby each of the waveguides has a wavelength channel as described above.
A multiplicity of output waveguides traversed by one of the
To the output waveguide from the other side to each of the input and output connectors
In an integrated waveguide waveguide assembly that is coupled through
If the length of the waveguide of the assembled component is the waveguide, in such a way that the standing component constitutes a phase circuit
And d) placed at the entrance of the input connector.
And e) an output waveguide located at the outlet of the output connector.
With multiple mode-reducing waveguides coupled in each case to one of the paths
The present invention relates to a wavelength demultiplexer configured.
Conventional technology
Such a demultiplexing element is known, inter alia, from US Pat. No. 5,200,350.
I have. Input connector outlet and output connector to minimize optical loss
Of an integrated component called an integrated waveguide that forms a phase circuit at the entrance of the waveguide
This document describes the proximity coupling between them. This coupling is split (
Type) is inconvenient and this has been confirmed in US Pat. No. 5,136,671.
Indeed, it was investigated. In addition, an important issue with such a demultiplexer is:
At an acceptable predetermined crosstalk limit level, the separation channel
Optimizing the bandwidth passing through each.
Disclosure of the invention
For the purpose, the invention provides that the bandwidth passing through each of the separation channels is
The strong conclusions described above that are optimized for the defined low level of crosstalk
Without deviating from each other, it is possible to construct an optical wavelength demultiplexer with small loss of luminous energy.
And clearly aim.
As described later, the mode expansion waveguide is placed at the entrance of the input connector and the input waveguide is
And the mode reduction waveguide is placed at the exit of the output connector.
Each coupled to an output waveguide and varies linearly with their length
Being identical in terms of the coupling structure having the width, and the expansion and contraction waveguides described above.
The width of the crosstalk between the output waveguides in their connection with the mating connector
To optimize the bandwidth passing through the waveguide while limiting the power to a predetermined level
Optical wavelength demultiplexing element of the type described above which is distinguished by the feature that
In reading the present description, these objects of the present invention are achieved in a manner similar to that which will become apparent.
You.
Form input connectors and phase circuits according to the preferred mode of implementing the invention
Mode-reducing waveguide between one end face of each waveguide of the assembly
Between the waveguide and the other end face of each waveguide of this assembly and the output connector.
The device is also composed of a mode-extending waveguide of
Reduced waveguides have a width that varies linearly with their length, and are called coupled structures.
And at a predetermined low level the proximity between the waveguides of the aforementioned assembly.
Dimensions are provided to reduce tangential coupling.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a layout diagram showing main components of a demultiplexer according to the present invention.
FIGS. 2 and 3 each show an input connector forming part of the demultiplexer of FIG.
And output connector.
FIG. 4 is a cross-section of the connector of FIG. 2 given according to the cross-section lines A, B, C of FIG.
The figures are shown together.
FIG. 5 illustrates passing through a channel as a function of a given crosstalk limit level.
4 is a graph illustrating a process of optimizing a bandwidth according to the present invention.
Is used when designing a demultiplexing element according to.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Referring to FIG. 1 of the accompanying drawings, a demultiplexing element D according to the present invention will
By the method, it can be seen that the input waveguide 1 and the input connector 2 are constituted.
The input connector 2 is coupled to the waveguide 1 and the proximity assembly or connector 2
The opposite end faces are connected to these end faces and the N output waveguides 5.1From 5n(In the example
Is a circuit of the proximity waveguide coupled to the output connector 4 and located between N = 8).
3 is installed.
All splitters according to the invention, with the exception of various mode expanders and contractors
The waveguide of the device is monomode. Like waveguides, these waveguides
Well, such as ion diffusion and chemical vapor deposition (known as CVD)
Using integrated optics, some of the known techniques, flat glass is used.
It is integrated on a smooth substrate.
As an illustrative and non-limiting example, the demultiplexer of FIG.
Modulated light can be received at the entrance of the waveguide 1 from the light, and these light rays
wavelength λ located near m1To λ8At the center of the
The separation interval is equivalent to, for example, Δλ = 1.6 nm. The function of this demultiplexer is
Is to split the line, the wavelength λ1At the exit of the demultiplexer D
Output waveguide 51In waveguide 1, as is found again in each of
Are thus mixed.
To do this, the waveguide assembly 3 must function as a phase circuit.
No. In a well-known manner according to this effect, it is possible to use a large number of close waveguides (eg 2
5) wherein the length of the waveguide increases by an increment ΔL from waveguide to waveguide.
Due to this increment ΔL, any two of the parts 3 thus functioning as a phase circuit
A proportional phase shift Δψ between the light beams propagating in two adjacent waveguides can be defined.
Referring to FIGS. 2 and 4 in the attached drawings, the structure and function of the input connector 2 will be described.
Explain Noh. For example, this may involve depositing a “core” layer on the substrate 6 of the demultiplexer D.
Which is classically determined according to the arrangement of the waveguide being drawn.
Engraved, this layer 7 is similar to the element corresponding to the separating optical fiber
It is covered by a “sheath” layer 8.
Considering the cross sections A, B, and C in FIG. 4, the core layer 7 in FIG.
It can be seen that it is composed of a “free” propagation region 9 with no side restrictions, and this region
9 is located between areas 10 and 11 where such a restriction exists.
In region 10 of the core layer there is a central mode extension waveguide 12 and in region 11 a number of modules.
Mode reduced waveguide 13j(In the example, j = 1 to 25). The entrance of the dilator 12 is
The exit of the dilator 12 is coupled to the exit of the force waveguide 1 whereas the exit of the dilator 12 is
Are bound to the core region 9 that is not laterally restricted. This of mode reducer 13
Their entrances are regularly traversed at intervals p and the center of curvature is the exit of the mode expander 12
To the exit of the region 9 on an arc of radius R corresponding to This in FIGS. 2 and 4
These arrangements are heavily compressed in the axial direction. Particularly in the arrangement of FIG.
An arc having a radius R coincides with a part of the straight line d.
The input connector 1 is connected to one or more input waveguides and includes a number of mode extenders.
Are distributed on the arc of a circle having the same radius R, and the center of curvature follows the confocal arrangement.
Mode reducer 13jCentered on the arc of the circle defined by the entrance
Is configured.
The light guided into the waveguide 1 in this manner traverses the expander 2 and finally the mode is reduced.
Small device 13jTo be collected by the waveguide of the assembly 3 through the core region 9 (
(No side limit).
The output connector 4 depicted in FIG.
It is designed and constructed by following the described principles. Connector 4 is connected
Core area, such that the propagation of light is effected without any lateral limitations in it
The core region is composed of the contractor 13 of the connector 2.jRadius as
A mode-extending waveguide 15 regularly distributed according to the interval p on the arc of RjCollection of
Through the joints are coupled to the exit of the waveguide of the assembly 3 (phase circuit).
Wavelength λ guided into input waveguide 1 of demultiplexer DiLight is sent to connector 2
On the arc of a circle of radius R according to the confocal arrangement described
Mode reducer 16 arranged regularlyiThrough one of the output waveguides 5?
Are collected. This means that each reducer 16 on the arc of a circle of radius Ri
And the wavelength λ divided by the interval p ′i(I = 1 to 8 in the embodiment format)
The proper choice of the curve abscissa x of these reducers that can achieve the desired demultiplexing.
You. This shows that the abscissa x can be represented by the following relational expression.
xiIs the wavelength λiAbscissa corresponding to;
nwAnd nsPropagate in the waveguide and in the planar waveguide (9 or 14) respectively
The effective refractive index of the mode;
The above is the diffraction order.
If at regular intervals p ', the mode reducer 16i, The mode extender 15jBy
Of the split wavelength group diffracted at the center of curvature of the arc formed at the exit of the phase circuit 3
Heart wavelength λ0And the separation interval Δλ between these wavelengths is expressed by the following relational expression.
dx / dλ is the chromatic dispersion of the device. ng= Nw(1-dnw/ Dλ) is a group
It is a fold rate.
Finally, the number N of the output waveguides 5 is determined by the free spectral interval ISL of the phase circuit.
Should be maintained. That is,
In a general way, the power P1Power PTwoOptical device that sends signals
The decibel attenuation coefficient (Att) given by the chairdB) Has the following relationship
It is expressed in decibels (dB) by the equation.
Depending on the important features of the demultiplexer D according to the invention, the mode expander 12 and the mode
The small device 16 has exactly the same coupling structure, has a tapered structure, and has a width equal to the length.
Both change linearly. Looking further at the discussion of the graph of FIG.
The expansion or contraction of the mode that is performed may be different from the wavelength of the demultiplexed channel.
Maintain the crosstalk limit level measured by the attenuation of the remaining optical signal
Thereby optimizing the bandwidth passing through the demultiplexing channel (eg 3 dB)
Is chosen in such a way.
In this regard, without using an expander such as the expander 12 of the device according to the invention.
It should be noted that limited crosstalk can be obtained. But
However, the band passing through each channel at the exit of the demultiplexing element is extremely narrow.
Wave elements cannot be used.
According to the present invention again, the mode expander and the mode used at the entrance and the exit of the demultiplexer D are used.
The coupling structure of the mode reducer should be such that the loss of luminous energy is minimized.
Are exactly the same in law. Because in this way, between the input waveguide and the output waveguide
This is because all the mode mismatches are avoided.
According to another feature of the invention, the waveguides of the phase circuit 3 are placed at two end faces.
Mode reducer 13jAnd mode extender 15iAlso varies linearly according to their length
The coupling structures are exactly the same with respect to the width of the
Are given dimensions to reduce the proximity coupling between the waveguides.
Proximity coupling strongly influences the movement of light between given waveguides in a circuit towards a nearby waveguide.
Sounding, characterized by the attenuation of the optical signal remaining in the waveguide after traversing the phase circuit
Do it. The single waveguide of the circuit is the signal P1And the signal PTwoAssuming that
The damping coefficient can be calculated by the above general relational expression. Where each of the circuits
If the attenuation of the signal in the waveguide of the circuit is greater than 20 dB,
Proximity coupling is considered negligible. This feature is an advantage of the demultiplexer according to the present invention.
It is convenient for the function and is described in the above-cited US Pat. No. 5,200,350.
It does not exist in the demultiplexing element used.
As suggested above, the mode expander 12 and the mode reducer 16iIs the proximity
Channel and the channel width in wavelength conversion,
You will be given dimensions according to the compromise to be achieved.
Reducer 16 placed at the outlet of output connector 4iAchieve desired wavelength selection
Already suggested that they would be arranged in such a way. The interval p ′ (μm
Notation) with mode reducer 16jIs selected to be arranged, the dispersion dx / dλ (μm /
A demultiplexing element having a wavelength (in nm) has a wavelength of Δλ (in nm) according to the following relational expression.
Yields regularly separated channels.
If the input connector 12 and the output connector 4 are given exactly the same dimensions,
The mode diffracted by the phase circuit 3 at the outlet of the output connector 4 is the input connector
The mode formed at the exit of the mode expander 12 at the entrance of the
XiIs the wavelength λ of the channel considerediDepends on. Output connector 4 output
Mode extender 16 by mouthjIs given to the diffraction mode and the entrance of the mode reducer
This is the set integral between the received modes. In this case, these mode amplitudes are
By placing it in an Ann-approximate structure, the near wavelength of the channel being considered
The coupling coefficient, which is characterized by the attenuation of an optical signal with
Is done.
Where AttdBIs the attenuation coefficient of the optical signal in decibels, and λ is considered
Channel wavelength λi, W is the input connector dilator 12
Outlet and output connector mode reducer 16iOf the intensity distribution formed at the entrance of
1 / e of maximum valueTwoIs the radius of the mode measured in.
The function (1) is shown in the graph of FIG. 5 for two different values of the radius, mode w.
It is shown. Channel λiCurve 17 having a large curvature at the center of is 4 μm
The curve 18 corresponds to a mode radius w of 6 μm.
Each demultiplexing channel is used within a functional band of ± dλ near its center wavelength
Assuming that, the crosstalk Xtalk between the adjacent channel and the demultiplexing channel is
By the following relational expression, λ-λiTerm separated by wavelength (Δλ-dλ) term of channel center
Calculated by using intervals instead.
The crosstalk Xtalk of curve 17 is 49 dB, the usual 22 dB crosstalk.
It is much better than the description. The crosstalk measured on curve 18 is Δλ =
At 1.6 μm, at the limit of the functional band of the adjacent channel (± 0.4 nm),
It is exactly 22 dB.
A channel defined at a predetermined level of optical signal attenuation (eg, 3 dB)
Wavelength peak width ΔλFWHMAlso differ between the two curves 17 and 18. equation(
Λ-λ in 1)1Half-peak width Δλ in termsFWHMBy using / 2 instead,
It is replaced by the following format:
With the attenuation of 3 dB for the optical signal, the formula of the channel width (wavelength conversion) is as follows
It's easy.
When the mode radius w increases from 4 μm to 6 μm, the channel
The width of the channel increases from 0.66 nm to 0.88 nm, ie the bandwidth is 3 dB attenuated
However, it is larger than the band use of ± 0.4 nm.
As described above, the crosstalk exceeding 22 dB is caused by the exit of the mode expander 12 and the mode.
Reducer 16iBy limiting the common mode radius w formed at the entrance of
It can be changed to a larger channel width (wavelength conversion). By choosing this radius w, it becomes clear
For wide ends of dilators or attenuators with widths on the order of 2 watts,
The required dimensions are given.
As an illustrative and non-limiting example, designs that satisfy the features that follow
A specific form of the demultiplexing element according to the present invention will be described.
Number of channels (N) = 8
Channel separation interval (Δλ) in terms of wavelength = 1.6 nm
Center wavelength (λ0) = 1,550 nm
Crosstalk of adjacent channel (Xtalk) = 22dB
Functional band of demultiplexing channel (± dλ) = ± 0.4 nm
The largest possible bandwidth (Δλ) at 3 dB for each channelFWHM)
To obtain these features, first of all, the free spectral spacing (I
SL) defines the diffraction order (m) that gives eight channels with a separation interval of 1.6 nm
There is a need to. Actually, the change of the light emission loss at 8 channels or m = 60 is minimized.
In order to minimize the diffraction order, a diffraction order that is equal to or smaller than the limit (121) is selected.
The waveguide length increment ΔL of the assembly 3 forming the phase circuit is easily derived.
ΔL = mλ0/ Nw= 64.14 μm where nw= 1.45
The input of the waveguide of the assembly 3 is such that the demultiplexing element according to the invention is kept compact.
The end and output end must be as close as possible, however, the channel
Proximity coupling between channels must maintain an attenuation of 20 dB or more as seen above.
Absent. Therefore, choose the next value.
p = 18 μm
The mode expander and mode reducer introduced in the demultiplexer according to the present invention are
When the process of manufacturing the waveguide compensates for the refractive index ratio Δn / n = 0.758
The maximum width at one end face and the other end face is 17 μm, and this end face
So that the minimum width corresponding to the diameter of the single mode waveguide is 6.7 μm.
Straight sides inclined about 0.5 ° to the longitudinal axis of the stretcher or reducer
With edges.
Mode reducer 16i, The proximity coupling of 20 dB or more is always maintained.
To do so, a value equal to p or p '= 18 [mu] m can be chosen.
Finally, in order to obtain a separation interval Δλ = 1.6 nm, a mode expander or mode reduction
Vessels each have a common arc-half according to the radius located at the entrance or exit of the output connector 4.
Choose a diameter. This radius is as follows:
The parameters calculated in this way are input connector 2 and output connector
-4, which are all modes between the input waveguide and the output waveguide.
To avoid inconsistencies (the number of inlets on input connector 2 and the number of outlets on output connector 4
(Within).
Of course, the present invention is not limited to the form of the description given or the example shown, given merely as an example.
The expression is not limited. Thus, as described above, the input connector
Passes equally through many mode expanders and is coupled to several input waveguides,
Either can be used. The demultiplexing element according to the present invention is a source of light inversion.
It can also be used as a type of optical wavelength multiplexing device according to the principle.