JPH11504444A - 多重反射型マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多数の波長の異なる光信号群を伝搬する単一光路と、これら波長の異なる信号群を独立に伝搬する多重光路とを結合させる光路長差発生素子により、光信号群を各信号の波長に従い分散させる。この光路長差発生素子は、長さの異なる複数の光路に沿って波長の異なる信号群の各信号のエネルギーの一部を連続して反射させるために多数の反射面を有する反射スタックにより形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 多重反射型マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置 技術分野 本発明は、光信号をその波長に従って導くために光路長を変化させる際に使用 されるマルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置に関するものである 。 発明の背景 一般には、マルチプレクス操作やデマルチプレクス操作には、様々な装置を使 用することができる。その違いは単に、装置を介して光の伝搬方向を反対側に向 けた際の結果のみである。マルチプレクサーは、複数の多重光路それぞれを伝搬 する波長の異なる信号群を単一光路へと導くものである。また、デマルチプレク サーは逆に、波長の異なる信号群それぞれを単一光路から複数の多重光路の一光 路へと導くものである。 波長の異なる信号群を分離するためのこれらの装置には多数の技術が使用され る。その技術の一つとしては、波長の異なる信号群を確実に分離するために、単 一光路側と多重光路側との間の中間光路における光路長を変化させるものがある 。光路長が変化する導波路には、波長の異なる信号群の位相を相対的に変化させ るために、伝搬方向に対して垂直な横方向作用が設けられている。一般には、そ の光路長差は中心波長を有する信号の波長の整数倍であり、その中心波長信号の 波面は異なる伝搬距離によって影響を受けないようになっているが、その他の波 長の信号は、その波長に依存して波面が傾き変化してしまう。例えば、中心波長 から最も離れた波長の波面は最も傾いてしまうことになる。 信号を分割するデマルチプレクスにおいては、波長の異なる信号群が、各々平 行状態の波面を有して異なる光路長の中間光路に入射され、相対的に傾いた波面 を有してこの中間光路を出射する。この入出関係は、マルチプレクス動作の反対 動作である。波面間の角度性分離から、多重光路の横方向アレイに一致した線形 性分離へと変換するには、集光作用が使用される。 装置に入射する波長の異なる信号群の各々は、伝搬方向に垂直な平面上での放 射パターンにより決定されるモードフィールドを有する。通常、そのパターンは ガウシアン型分布を示す。中間光路においては、各信号は異なった断面を有した モードフィールドで個々に伝搬されるが、集合体として、中間光路は元々のモー ドフィールドにおける全体のエネルギー分布を保持する（すなわち、中間光路に おけるピーク強度は、元々のモードフィールドのエネルギー分布と一致したパタ ーンである）。 しかしながら、その分布は、横方向アレイ状の多重光路に対して傾いた波面を 効果的に結合するには十分ではない。傾いた波面を有している波長の異なる信号 群はまた伝搬方向が傾いており、傾いていない波面の集光位置から傾いた分だけ ずれた位置に集光点が存在してしまう。結果的に、伝送効率は波面の傾斜の度合 いが大きいほど減少してしまう。すなわち、中心波長の信号は最も効率よく結合 するが、他の波長の信号は損失が大きくなってしまい、特に中心波長から最も離 れた波長の信号は最も損失が大きくなってしまう。 発明の開示 本発明の目的は、波長の異なる信号群の個々のモードフィールド分布に依存せ ずに、エネルギー分布を制御することにより、マルチプレクサー動作およびデマ ルチプレクサー動作における結合効率を向上させる様々な具体的形態を提供する ことにある。光路長差に関しては、波長の異なる信号群の角度性分離を使用する が、長さの異なる光路に沿ったエネルギー分布は、信号のモードフィールド分布 とは一致しない。 本発明の長さの異なる光路は、モードフィールドを異なる断面に分割して伝搬 させる代わりに、モードフィールド全体のエネルギーの一部を連続して収集でき るようになっている。言い換えれば、本発明の長さの異なる光路の各光路は、波 長の異なる信号群の各信号のモードフィールドにおける異なる部分からエネルギ ーを抽出するものである。 本発明のマルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置の具体的形態の 一つは、多数の波長の異なる信号群を伝搬する単一光路とこれらの波長の異なる 信号群を独立に伝搬する多重光路との結合に、多数の長さの異なる中間光路を有 する光路長差発生素子を使用することにより達成される。しかしながら、従来の 光路長差発生素子とは対照的に、本発明の光路長差発生素子内には複合ビームス プリッタが設けられ、この複合ビームスプリッタは、 (a) 長さの異なる中間光路の一光路に沿って、波長の異なる信号群の各信号のモ ードフィールドにおける多数の位置からエネルギーの一部を迂回させ、 (b) 長さの異なる中間光路の他の一光路に沿って、波長の異なる信号群の各信号 のモードフィールドにおける多数の位置からエネルギーの残留分の一部を迂回さ せ、 (c) 長さの異なる中間光路の他の光路に沿って、波長の異なる信号群の各信号の モードフィールドにおける多数の位置から残りのエネルギーの一部を連続して迂 回させ、異なる波長の信号群の各信号のほぼ全エネルギーを他の長さの異なる中 間光路に沿って連続して迂回させる。 長さの異なる中間光路は、波長の異なる信号群を角度分離できるように配置さ れる。角度分離された波長の異なる信号群を多重光路へと結合するために、分離 集光光学系が使用される。 各中間光路におけるエネルギー量は、波長の異なる信号群の各信号のモードフ ィールドにおいて一つの位置からではなく多数の位置から中間光路へと迂回する エネルギー量により制御される。中間光路間のエネルギー分布にわたり制御する この新しい制御法は、波長の異なる信号群間の結合効率をより均一にするために 使用することができる。 複合ビームスプリッタを有する光路長差発生素子は、単一光路と多重光路とを 結合させるために、部分反射面を多数重ね合わせた反射スタックとして形成され る。各部分反射面は、波長の異なる信号群の各々のエネルギーの一部を反射させ るために０ではない反射角で配置され、単一光路と多重光路との間の光路長を変 化させるために、それらの間の伝搬方向を横切るように相対的に配置される。 例えば、部分反射面の第１の面は、長さの異なる中間光路の第１の光路に沿っ て波長の異なる信号群の各信号のエネルギーの一部を反射させ、波長の異なる信 号群の各信号のそのエネルギーの残留分を部分反射面の第２の面へと透過させる 。この部分反射面の第２の面は、長さの異なる中間光路の第２の光路に沿って波 長の異なる信号群の各信号のエネルギーの残留分の一部を反射させ、波長の異な る 信号群の各信号のエネルギーのさらなる残留分を第３の部分反射面へと透過させ 、波長の異なる信号群の各信号のほぼ全エネルギーがさらなる中間光路に沿って 分割されるまで、連続して部分反射面が動作する。 スタック状の部分反射面は、４分の１波長の反射層のような、異なる屈折率を 有する二つの層を繰り返し配置したり、また透過性で部分反射性の二つの層を繰 り返し配置することにより形成することができる。この部分反射面は、互いに平 行にほぼ等間隔で配置されることが望ましい。中間光路間に分布されるエネルギ ー量は、部分反射面により決定される反射量により制御される。部分反射面間の 光路長差は、部分反射面に対して０ではない反射角、部分反射面間の間隔、屈折 率により制御される。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明のマルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置のバ ルク光学素子の概略図である。 第２図は、本発明のマルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置に使 用される、光路長差発生素子として機能する反射スタックを示した部分断面図で ある。 第３図は、本発明のマルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置の集 積光学素子の概略図である。 第４図は、第３図のライン４−４に沿った断面図であり、マイクロチャネル導 波路を表している。 第５Ａ図、第５Ｂ図、第５Ｃ図は、第３図のライン５−５に沿った断面図であ り、光路長差発生素子を形成するための繰り返し構造を示したものである。 第６図は、チューナブル反射スタックを示した断面図である。 発明を実施するための最良の形態 図１に、本発明のマルチプレクサーおよびデマルチプレクサーであるバルク光 学素子１０を示す。ここで、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」を伝送する単一光 路１２およびこれらの信号群を独立に伝送する多重光路１４、１６、１８はそれ ぞれシングルモードの光ファイバーである。デマルチプレクス動作においては、 単一光路１２は入射側光路であり、多重光路１４、１６、１８は出力側光路であ る。マルチプレクス動作においては、入力および出力が反対となる。簡単のため 、本発明のマルチプレクサーおよびデマルチプレクサーに使用する部品について は、デマルチプレクス動作における光伝搬方向に関するものを参照する。 コリメートレンズ２２およびシリンドリカルレンズ２４を含むビーム整形素子 ２０により、反射スタック素子２６と単一光路１２とが結合されており、この反 射スタック素子２６は多段階の光路長差発生素子として機能する。波長の異なる 信号群「λ₁−λ_n」は、共通直線光路３０に沿って伝搬し、多数の平行波面を有 する狭窄ビーム２８として反射スタック素子２６に受光され、各信号はモードフ ィールド全体にわたって分布する所定量のエネルギー量を有している。 反射スタック素子２６は、共通光路３０に沿って重ね合わされた多数の部分反 射面３２、３４、３６、３８を有する。多数の部分反射面３２、３４、３６、３ ８は、高屈折率を有するλ／４膜や空気といった、薄い反射膜により形成される ことが望ましい。または、高屈折率の材料と低屈折率の材料とが交互に重ね合わ された多重層を使用することも可能である。図１では、部分反射面を４つのみ示 しているが、所望の結合効率およびクロストーク減衰率を得るためには、２０も しくはそれ以上の部分反射面を必要とすることもある。 波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」の各信号のモードフィールド分布における多 数の位置からエネルギーの一部を反射させ、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」の 各信号のエネルギーの残留分をその後に続く部分反射面３４、３６、３８の一つ へと透過させることにより、部分反射面３２、３４、３６、３８の各々は２方向 のビームスプリッタとして機能する。反射したエネルギーの一部はモードフィー ルド全般から均一に抽出することが望ましいが、モードフィールド分布の多数の 場所からエネルギーを抽出するために、より高い反射率を有する別個のエリアを 設けることにより部分反射面３２、３４、３６を形成することもできる。後者の 場合には、その別個のエリアはモードフィールド分布全体から反射するように、 部分反射面の間をジグザク状にすることが望ましい。透過層４２、４４、４６は 、部分反射面３２、３４、３６、３８の間において、波長の異なる信号群「λ₁ −λ_n」を伝搬させる。共通光路３０に沿った最後尾の部分反射面３８はまた、 結合効率を最大にするために全反射するように設けることもできる。 図２に示すように、部分反射面３２は、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」の各 信号のエネルギーの一部を、反射角θ_iを有して共通光路３０から中間光路５２ へと反射させ、エネルギーの残留分を共通光路３０に沿って部分反射面３４へと 伝搬させる。部分反射面３４は、このエネルギーの残留分の一部を反射角θ_tを 有して共通光路３０から中間光路５４へと反射させ、さらに部分反射面３４はそ のエネルギーの残留分を次の部分反射面３６へと伝搬する。さらに、次の部分反 射面３６は入射エネルギーの一部を反射させ、入射エネルギーの残留分を透過さ せる。反射した一部のエネルギーは、共通光路３０から中間光路５６へと迂回す る。透過した一部のエネルギーは、先と同様に次の部分反射面（例えば面３８） へと伝搬し、最終的には波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」のほぼ全エネルギーが 共通光路３０から中間光路（例えば中間光路５８）へと迂回する。 部分反射面３２、３４、３６、３８は、互いに平行に位置しており、一定距離 「Ｌ_t」の間隔を有して配置される。各図において、反射スタック２６からの反 射角「θ_i」は約４５°で示されているが、角度「θ_i」はブリュースター角に近 接しないように、約５°〜１５°の範囲で選択することが望ましく、それゆえ部 分反射面３２の反射は偏光依存性がないようになる。反射スタック内の反射角「 θ_t」は、最も外側の部分反射面３２の界面での屈折分だけ、反射角「θ_i」とは 異なる。これら二つの角度「θ_i」と「θ_t」は数式では以下のような関係にある 。 ｎ_iｓｉｎθ_i＝ｎ_tｓｉｎθ_t ここで、「ｎ_i」はスタックの最も外側の部分反射面３２に近接する透過媒体の 屈折率であり、「ｎ_t」は透過層４２の屈折率である。 部分反射面３２、３４、３６、３８から次々と反射する光は、波長の異なる信 号群「λ₁−λ_n」のモードフィールドにおけるエネルギー分布に関わらず、中間 光路５２、５４、５６、５８の間で、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」のエネル ギーを分割する。中間光路５２、５４、５６、５８の間のエネルギー分布は、部 分反射面３２、３４、３６、３８からの反射率を調整することにより制御できる 。例えば、部分反射面３２、３４、３６、３８の各面は、それぞれの次の部分反 射面３４、３６、３８に達するエネルギー量が指数関数的に減少しまうことを 補償するために、反射率を数％増加させることができる。 所望の反射率を計算する際には、再反射も考慮しなければならない。例えば、 図２においては、部分反射面３２からの反射光の一部が光路６０に沿って部分反 射面３４へと戻ってくる部分反射層３４からの反射光のエネルギーの一部が示さ れている。部分反射層３４により、部分反射面３６からの反射光とともに中間光 路５６に沿ってさらに小さな一部の光が再び反射する。光路６０に沿って戻って くる残りのエネルギーは、他の中間光路（光路５８など）に沿って迂回するため 、次の部分反射層３６および３８へと伝搬する。 中間光路５２、５４、５６、５８の光路長は、二つの隣接する部分反射層間の 間隔「Ｌ_t」と、中間透過層の屈折率「ｎ_t」と、二つの部分反射層からの反射角 「θ_t」とによる関数として変化し、以下の式により表される。 δρ＝２Ｌ_tｎ_tｃｏｓθ_t ここで、「δρ」は隣接する中間光路５２、５４、５６、５８の光路長差である 。 この光路長差「δρ」は、例えば図１の信号λ₁の波長に対して、中心波長「 λ０」の整数倍「ｍ」として選択することが望ましい。他の全ての整数倍となら ない波長に関しては、光路長差「δρ」により位相が変化する。倍数「ｍ」は、 波長の異なる信号群の各々の間の位相変化を増長するために、２０〜１５０であ ることが望ましい。この装置の使用できる波長範囲、すなわちフリースペクトラ ルレンジ「ＦＳＲ」はまた、整数倍「ｍ」と以下の関係にある。 ＦＳＲ＝λ０／ｍ これらの中間光路間の横方向の間隔と関係する、中間光路５２、５４、５６、 ５８に沿った光路長差「δρ」は、図１に示すように波長の異なる信号群間の角 度分散を引き起こす。角度の波長依存性を数式で示すと、二つの波長の異なる信 号間の角度分散「ｄθ_i／ｄλ」は以下のように近似できる。 ｄθ_i／ｄλ＝−ｎ_tｃｏｔθ_i／ｎ_iλ 波長間の角度分散「ｄθ_i／ｄλ」は、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」に対 して１次関数的に変化するため、隣接する中間光路５２、５４、５６、５８の全 てにわたり一定であり、また角度分散「ｄθ_i／ｄλ」は、波面に対して高次の 影響を及ぼすため、伝搬方向の横方向に対して変化する。例えば、波面の曲率 は集光する際に使用できる。 このように、部分反射面３２、３４、３６、３８の数、位置、反射率を共に変 化させることにより、光路長差「δρ」や角度分散「ｄθ_i／ｄλ」に寄与する 変数は、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」がまとまって伝搬するエネルギーのモ ードフィールド分布とともに波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」の相対角度や各波 面形状を共に変化させることにより制御できる。一般に、隣接する信号間におい て、結合効率を均一にしてクロストークをより低いものにすることが最適化への 第１の目標である。 角度傾斜した信号群「λ₁−λ_n」を反射スタック２６から多重光路１４、１６ 、１８へと結合させる際に、集光光学素子６２を使用する。図示するように、光 路長差「δρ」が「ｍ」の偶数倍である図１の信号「λ₁」の傾斜していない波 面は、光軸６４に沿って光路１４へと集光される。その他の信号「λ₂」や「λ_n 」はそれぞれ、その相対傾斜量分だけ光軸からのオフセットが増加し、光路１６ や１８へと集光される。なお、マルチプレクス動作およびデマルチプレクス動作 を必要とする他の波長の信号を伝搬させるために、光軸６４の片側に光路を付加 して配置することができる。 図３には、新しいマルチプレクサーとデマルチプレクサーである平面型装置を 示す。平面型光導波路７６上にマイクロ３次元導波路として単一光路７２および 多重光路７４が形成されている。図４は、図３の線４−４に沿った断面で、基板 ７８上にコア部７１およびそれを覆うクラッド部７３が形成された単一光導波路 ７２を示している。 単一光導波路７２は、互いに平行でありビーム８０に対し０ではない反射角で 傾斜している多数の部分反射面８４を有する反射スタック８２へと、波長の異な る信号群「λ₁−λ_n」を狭窄された光ビームとして伝搬させる。部分反射面８４ は、先の装置１０の面に相当し、複合ビームスプリッタのような働きをする。 図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、図３の線５−５に沿った断面において、反射スタック ８２の３つの異なった構造である８２Ａ、８２Ｂ、８３Ｃを示している。図５Ａ において、反射スタック８２Ａは、光導波路と同様の材料または異なる材料から 形成された透過素子８８により分割された多数の薄い反射膜８６により形成され る。反射膜８６は部分反射面８４として機能する。透過素子８８は、たった約１ ／４波長の厚み（約５００〜２０００Å）の薄い反射膜８６を支持できるように 、約２０〜１０００μｍの厚みの透過基板として機能する。 透過素子８８は、ガラスやポリマーや半導体や電気光学材料などの多数の異な る材料から形成することができる。典型的なガラス材料としては、ＳｉＯ₂、ソ ーダライムガラス、ドープシリカ、ＴｉＯ₂、ＧｅＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃や他の酸化物や 硫化ガラスなどがある。またポリマーは、ＵＶ硬化性、熱可塑性、熱硬化性のも のであるが、ポリカーボネート、ポリイミドやＰＭＭＡなどが含まれる。半導体 材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどがある。 反射膜８６の材料としては、透過素子８８に使用される材料と同様のものを含 む、広い範囲のものが利用できる。反射膜８６は、部分反射性に加え部分透過性 の性質も有する。実際、反射膜８６の透過率は、９５％以上であることがのぞま しく、そのため波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」のほんの数％のエネルギーのみ が各反射膜８６により反射する。 例えば、反射膜８６は、ＳｉＮ₄、酸化−窒化シリコン、ＭｇＦ₂、ＰｂＦ₂、 ＺｎＳのような様々な酸化物、硫化物、窒化物やフッ化物から形成できる。また 、スパッタや電子ビーム蒸着やプラズマもしくは気相成長などが可能な材料とし て他の透明なポリマーや液晶や電気光学材料が使用可能である。またアルミ添加 ＺｎＯやＩＴＯ（Indium Tin-Oxide）なども使用できる。 反射膜８６と透過素子８８を形成する材料のいくつかは、上述の装置１０の反 射スタック２６を形成するようなバルク光学アプリケーションにより適している ものがあり、また、ここでの装置７０の反射スタック８２に適したものもある。 この材料を選択する際にはまた、反射スタックの透過を考慮しなければならない 波長範囲内における材料の光学特性に依存する。また、反射膜８６と透過素子８ ８はともに、最大限の効率を得るために吸収が小さいものであることが望ましい 。 図５Ｂの反射スタック８２Ｂは、薄い反射膜の代わりに透過素子９２の間にエ アギャップ９０に置き換えた以外は８２Ａと同様のものである。エアギャップ９ ０と透過素子９２との界面の屈折率変化により、その界面は部分反射面８４とし て機能する。空気の屈折率は固定なものであるので、各界面からの反射率は、透 過素子９２の屈折率を調整することにより制御できる。 図５Ｃの反射スタック８２Ｃにもまた、部分反射面８４を形成するために屈折 率変化を利用している。スタック８２Ｃは、異なる屈折率（すなわち低屈折率お よび高屈折率）を有する二つの層を交互に配置することにより形成されている。 この二つの層の界面の屈折率差の関数として部分反射の反射率が決定される。 ここで再び、透過素子８８や反射膜８６に挙げられた材料を含む、同様の材料 のいくつかを、低屈折率および高屈折率の二つの層９４および９６として使用す ることができる。低屈折率の材料としては、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃添加ＳｉＯ₂、flum ined添加ＳｉＯ₂、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＰＭＭＡやシリコンといったポリマーなどが 挙げられる。高屈折率のガラスとしては、ＳｉＮ₄、ＴｉＯ₂、ＧｅＯ₂、ＺｎＳ 、ＰｂＦ₂、Ｓｉが挙げられる。高屈折率のポリマーとしては、ポリカーボネイ ト、ポリイミドやフォトレジスト材料が挙げられる。 装置１０と同様に、反射スタック８２から放射されるモードフィールドは、部 分反射面８４の相対反射率と位置により決定される。さらに、波長の異なる信号 群「λ₁−λ_n」の角度分散は、透過層（例えば８８）の屈折率差や部分反射面８ ４からの反射角により決定される。 集光レンズ９８（図３）は、波長の異なる信号群「λ₁−λ_n」の角度分離性を 、多重導波路７４の位置に対応した空間分離性へと変換する。言い換えれば、波 長の異なる信号群「λ₁−λ_n」の各信号を多重導波路７４の一つにそれぞれ集光 する。多重導波路７４の緩やかな傾斜は、ここでは図示しないが、より大きな光 ファイバーへの結合に使用される。 バルク型装置１０および集積化平面型装置７０に加えて、本発明のマルチプレ クサーおよびデマルチプレクサー装置の一例として、ハイブリッド光学系も構成 できる。例えば、単一および多重光路は、平面型光導波路上に構成できるし、ま た光路長差発生素子や集光素子は独立に形成でき、平面型光導波路に結合できる 。層と層との間の均一性を有した反射スタックを独立に形成する一つの方法とし ては、（ａ）部分反射面を形成するために透過材料の板材の一面を表面処理し、 （ｂ）板材を角材に切断し、（ｃ）その角材を重ね合わせてスタック状に組み上 げる方法が挙げられる。 装置がバルク型か集積型かハイブリッド型かのどの光学系であるかどうかにか かわらず、密接な波長間隔の信号群をそれぞれ誘導するために必要な正確な許容 度（例えば１ｎｍ程度もしくはそれ以下）を持って生産することは困難であろう 。それゆえ結果的に、ある程度の二次的な「チューニング」が必要となる。この チューニングは、温度や圧力や電磁界などの局所的状態に対応して屈折率やサイ ズや反射率が変化する光路長差発生素子において、一つもしくは複数の材料を使 用することにより達成できる。 例えば図６には、透過基板層１０４により分離された反射膜層１０２を有する チューナブル反射スタック１００の一例を示す。反射膜層１０２は、ＩＴＯのよ うな透明な導電性材料から形成され、透過基板層１０４は、純シリコンもしくは 不純物添加シリコンの単一性結晶から形成される。チューニング装置１０６によ り発生して導電性材料の反射層１０２に印加された電圧により、反射層１０２の 間の光路長を変化するように透過層１０４の屈折率を変化させる。 反射層１０２の間の物理的間隔「Ｌ_t」は、透過層１０４のシリコン結晶を圧 電性材料（フッ化ポリビニリデンなど）に置き換えることによって変化させるこ とができる。同様に印加される電圧により、圧電性結晶を物理的間隔「Ｌ_t」の 方向に膨張させたり収縮させたりすることができる。電気光学反射層に印加され る電圧は、層の反射特性を制御するためにも使用できる。さらに、チューニング 装置１０６は、温度や圧力や電磁界に反応する他の透過層もしくは反射層の近辺 でそれらの状態を制御するようにも修正可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光信号を、該光信号の波長に従って誘導する方法において、該方法が、 各信号がモードフィールド全体に分布した所定のエネルギー量を有する波長 の異なる多数の信号群を伝搬する単一光路と、 前記波長の異なる信号群を独立に伝搬する多重光路と、 前記単一光路および多重光路を結合させるための、長さの異なる多数の中間 光路を有する光路長差発生素子とからなり、 前記光路長差発生素子が、 (a) 前記長さの異なる中間光路の一光路に沿って、前記波長の異なる信号群の 各信号のモードフィールドにおける多数の位置からエネルギーの一部を迂回させ 、 (b) 前記長さの異なる中間光路の他の一光路に沿って、前記波長の異なる信号 群の各信号のモードフィールドにおける多数の位置から前記エネルギーの残留分 の一部を迂回させ、 (c) 前記波長の異なる信号群の各信号のほぼ全エネルギーが、前記長さの異な る中間光路の他の光路に沿って迂回するまで、前記長さの異なる中間光路の他の 光路に沿って前記波長の異なる信号群の各信号のモードフィールドにおける多数 の位置から前記エネルギーの残留エネルギーの一部を迂回させ続ける、複合ビー ムスプリッタを有することを特徴とする光信号処理装置。 ２．前記長さの異なる中間光路が、前記波長の異なる信号群を角度により分離す る構成であることを特徴とする請求の範囲１記載の光信号処理装置。 ３．前記角度により分離された波長の異なる信号群を、前記長さの異なる中間光 路と前記多重光路との間で結合させる集光素子をさらに含むことを特徴とする請 求の範囲２記載の光信号処理装置。 ４．前記波長の異なる信号群を、前記長さの異なる中間光路と前記単一光路との 間を結合させる集光素子をさらに含むことを特徴とする請求の範囲３記載の光信 号処理装置。 ５．前記複合ビームスプリッタが、前記波長の異なる信号群のモードフィールド に関わらず、長さの異なる中間光路の間においてエネルギー分布を制御すること を特徴とする請求の範囲３記載の光信号処理装置。 ６．前記複合ビームスプリッタが、前記長さの異なる中間光路の間で、前記波長 の異なる信号群の各信号のエネルギーをほぼ等しく分配することを特徴とする請 求の範囲５記載の光信号処理装置。 ７．前記光路長差発生素子の前記複合ビームスプリッタが、多数の部分反射面を 有することを特徴とする請求の範囲１記載の光信号処理装置。 ８．前記部分反射面の第１の面が、前記長さの異なる中間光路の第１の光路に沿 って前記波長の異なる信号群の各信号のエネルギーの一部を反射させ、前記部分 反射面の第２の面へと前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーの残留 分の一部を透過させることを特徴とする請求の範囲７記載の光信号処理装置。 ９．前記部分反射面の第２の面が、長さの異なる中間光路の第２の光路に沿って 、前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーの残留分の残留分の一部を 反射させ、前記部分反射面の第３の面へと前記波長の異なる信号群の各信号の前 記エネルギーのさらなる残留エネルギーを透過させることを特徴とする請求の範 囲８記載の光信号処理装置。 10．前記複合ビームスプリッタが、少なくとも２０の前記部分反射面を有するこ とを特徴とする請求の範囲９記載の光信号処理装置。 11．前記部分反射面が平行に構成されることを特徴とする請求の範囲９記載の光 信号処理装置。 12．前記部分反射面が、前記波長の異なる信号群の波長の整数倍に等しい距離を 有した間隔で配置されることを特徴とする請求の範囲１１記載の光信号処理装置 。 13．前記部分反射面が少なくとも２０μｍの距離を有した間隔で配置されること を特徴とする請求の範囲１１記載の光信号処理装置。 14．前記第３の部分反射面が、前記長さの異なる中間光路の第３の光路に沿って 前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーのさらなる残留分の一部を反 射させることを特徴とする請求の範囲９記載の光信号処理装置。 15．前記第１および第２および第３の部分反射面が、前記第２の部分反射面によ り反射したエネルギーの一部が前記第２の部分反射面へと戻るよう前記第１の部 分反射面により反射し、さらに減少したエネルギーの一部が前記第３の中間光路 に沿って前記第２の部分反射面により再反射するように相対的に配置されること を特徴とする請求の範囲１４記載の光信号処理装置。 16．前記第３の部分反射面からの反射成分と前記第２の部分反射面からの再反射 成分により形成された前記第３の中間光路に沿った複数の光路長が、ほぼ等しい ことを特徴とする請求の範囲１５記載の光信号処理装置。 17．光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置において、該装置 が、 所定のエネルギー量を各々有する波長の異なる多数の信号群を伝搬する単一 光路と、 前記波長の異なる信号群を独立に伝搬する多重光路と、 前記単一光路および多重光路を結合するための多数の重合された部分反射面 を有する反射スタックからなり、 前記部分反射面の各面が、前記波長の異なる信号群の各信号のエネルギーの 一部を反射するように０ではない反射角で配置され、前記単一光路と多重光路と の間の伝搬方向に対し横切って前記単一光路と多重光路との間の光路長を変化さ せるように前記部分反射面の他の面へと前記波長の異なる信号群の各信号の前記 エネルギーの残留分を透過させることを特徴とする光学マルチプレクサー装置お よびデマルチプレクサー装置。 18．前記反射スタックが、異なる屈折率を有する二つの層の繰り返し層により形 成されることを特徴とする請求の範囲１７記載の光学マルチプレクサー装置およ びデマルチプレクサー装置。 19．前記繰り返し層の一つが空気であることを特徴とする請求の範囲１８記載の 光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 20．前記繰り返し層の前記二つの層が、低吸収係数を有することを特徴とする請 求の範囲１８記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 21．前記反射スタックが、透過性の層と部分反射性の層を交互に重ね合わせて形 成されることを特徴とする請求の範囲１７記載の光学マルチプレクサー装置およ びデマルチプレクサー装置。 22．前記透過性の層と前記部分反射性の層の一つの屈折率を変化させるチューナ ーをさらに有してなることを特徴とする請求の範囲２１記載の光学マルチプレク サー装置およびデマルチプレクサー装置。 23．前記層の一つが、電気光学性材料からなることを特徴とする請求の範囲２２ 記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 24．前記層の他の一つが、導電性の層からなることを特徴とする請求の範囲２３ 記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 25．前記部分反射性の層の間隔を変化させるチューナーをさらに有してなること を特徴とする請求の範囲２１記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプ レクサー装置。 26．前記層の一つが、圧電性材料からなることを特徴とする請求の範囲２５記載 の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 27．前記層の他の一つが、導電性材料からなることを特徴とする請求の範囲２６ 記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 28．前記部分反射性の層が、反射膜からなることを特徴とする請求の範囲２１記 載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 29．前記反射スタックが、前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーの 残留分を０ではない反射角度を有して反射させる全反射層をさらに有することを 特徴とする請求の範囲１７記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレ クサー装置。 30．前記部分反射面が、互いに平行に配置されることを特徴とする請求の範囲１ ７記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 31．前記部分反射面が、ほぼ等間隔に配置されることを特徴とする請求の範囲３ ０記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 32．前記部分反射面が、透過性の層により分離されることを特徴とする請求の範 囲３１記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 33．前記透過性の層が、ほぼ同じ光学材料から形成されることを特徴とする請求 の範囲３２記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 34．前記部分反射面の隣接する二つの面が、距離「Ｌ_t」を有して離して配置さ れ、前記隣接する部分反射面の間の透過性の層が、屈折率「ｎ_t」を有すること を特徴とする請求の範囲１７記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプ レクサー装置。 35．前記隣接する部分反射面間の光路長差「δρ」が、 δρ＝２Ｌ_tｎ_tｃｏｓθ_t （「θ_t」は反射スタック内の前記隣接する部分反射面からの反射角）で表せ ることを特徴とする請求の範囲３４記載の光学マルチプレクサー装置およびデマ ルチプレクサー装置。 36．前記距離「Ｌ_t」が、少なくとも２０μｍであることを特徴とする請求の範 囲３５記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 37．前記角度「θt」が、約５〜１５度であることを特徴とする請求の範囲３５ 記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 38．前記部分反射面の各面が、前記単一光路と多重光路との間の長さの異なる多 数の中間光路の一つに沿って前記波長の異なる信号群の各信号のエネルギーの一 部を反射させることを特徴とする請求の範囲１７記載の光学マルチプレクサー装 置およびデマルチプレクサー装置。 39．前記部分反射面の各面の反射率が、前記長さの異なる中間光路の間で、ほぼ 等しく前記波長の異なる信号群の各信号のエネルギーを分割するよう制御される ことを特徴とする請求の範囲３８記載の光学マルチプレクサー装置およびデマル チプレクサー装置。 40．前記部分反射面の各面が、前記波長の異なる信号群の各信号のほぼ全エネル ギーが前記長さの異なる中間光路に沿って反射するまで、長さの異なる多数の中 間光路の一つに沿って前記波長の異なる信号群の各信号のエネルギーの一部を反 射させ、前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーの残留分を次の部分 反射面へと透過させることを特徴とする請求の範囲３８記載の光学マルチプレク サー装置およびデマルチプレクサー装置。 41．前記反射スタックが、多数の平行波面として前記波長の異なる信号群を受け 入れ、前記多数の平行波面を多数の傾斜波面へと変換することを特徴とする請求 の範囲４０記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 42．前記傾斜波面を有する波長の異なる信号群を、前記多重光路により整列した 線形に分離された波長の異なる信号群へと変換する集光素子をさらに有すること を特徴とする請求の範囲４１記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプ レクサー装置。 43．前記部分反射面が、前記単一光路と前記多重光路との間の伝搬方向に対して ０ではない反射角で傾斜されることを特徴とする請求の範囲４１記載の光学マル チプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 44．前記単一光路が、平面型光導波路として形成されることを特徴とする請求の 範囲４３記載の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 45．前記反射スタックが、前記０ではない反射角で配置された部分反射面の列と して、前記平面型光導波路内に形成されることを特徴とする請求の範囲４４記載 の光学マルチプレクサー装置およびデマルチプレクサー装置。 46．波長の異なる信号群を角度分散する方法において、該方法が、 共通光路に沿って前記波長の異なる信号群を多段階光路長差発生素子へと伝 搬させる工程と、 前記波長の異なる信号群を、所定のエネルギー量を有する多数の平行波面と して前記多段階光路長差発生素子の第１の段階において受容する工程と、 前記平行波面の各波面の全エネルギーの一部を前記共通光路から第１の中間 光路へと迂回させる工程と、 前記共通光路に沿って前記平行波面の各波面の前記エネルギーの残留分を前 記多段階光路長差発生素子の第２の段階へと伝搬させる工程と、 前記平行波面の各波面の前記エネルギーの残留分の一部を前記共通光路から 第２の中間光路へと迂回させる工程と、 前記平行波面の各波面のほぼ全エネルギーが付加した中間光路に沿って迂回 するまで、前記平行波面の各波面全体の前記エネルギーの残留分の一部を前記共 通光路から伝搬し迂回させる前記工程を連続して繰り返す工程と、 前記多数の平行波面を相対的に傾斜した多数の波面へと変換するため、前記 中間光路の長さを順に変化させる工程からなることを特徴とする光信号角度分散 方法。 47．前記相対的に傾斜した波面を、多重光路の各光路へとそれぞれ結合させる結 合工程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲４６記載の光信号角度分散方法 。 48．前記結合させる工程が、前記相対的に傾斜した波面を前記多重光路の各光路 へとそれぞれ集光させる工程を含むことを特徴とする請求の範囲４７記載の光信 号角度分散方法。 49．前記多段階光路長差発生素子の各段階が、部分反射面を含むことを特徴とす る請求の範囲４６記載の光信号角度分散方法。 50．前記迂回させる工程が、前記平行波面全体のエネルギーの一部を前記共通光 路から前記中間光路の各光路へとそれぞれ部分反射させる工程を含むことを特徴 とする請求の範囲４９記載の光信号角度分散方法。 51．前記エネルギーの残留分を伝搬させる工程が、前記部分反射面を通じて前記 エネルギーの残留分を透過させる工程を含むことを特徴とする請求の範囲４９記 載の光信号角度分散方法。 52．前記エネルギーの残留分を伝搬させる工程が、前記部分反射面を分割する反 射素子を通じて、前記エネルギーの残留分を透過させる工程をさらに含むことを 特徴とする請求の範囲５１記載の光信号角度分散方法。 53．前記共通光路に対して０ではない反射角で互いに平行に前記部分反射面を配 置する工程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲５１記載の光信号角度分散 方法。 54．ほぼ一定距離で前記部分反射面を分割する工程をさらに含むことを特徴とす る請求の範囲５３記載の光信号角度分散方法。 55．前記中間光路中でエネルギー分布を制御するため、前記部分反射面の反射率 を相対的に調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲５１記載の光 信号角度分散方法。 56．前記共通光路に沿って前記部分反射面を重畳するため、前記部分反射面およ び前記反射素子を重ね合わせて配置する工程をさらに含むことを特徴とする請 求の範囲５２記載の光信号角度分散方法。 57．前記中間光路の光路長を制御するため、前記反射素子の屈折率の調整工程を さらに含むことを特徴とする請求の範囲５２記載の光信号角度分散方法。 58．前記調整工程が、前記反射素子の屈折率を調整するため外部制御を使用する 工程を含むことを特徴とする請求の範囲５７記載の光信号角度分散方法。 59．前記外部制御工程が、温度、圧力、電界、または磁界による方法のうちの一 つであることを特徴とする請求の範囲５８記載の光信号角度分散方法。 60．前記中間光路の相対光路長差を調整するため、前記多段階光路長差発生素子 を調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲４６記載の光信号角度 分散方法。 61．波長の異なる多数の信号群を伝搬させる単一光路を、前記波長の異なる信号 群のエネルギーのモードフィールド分布に依存せずに、前記異なる波長の信号群 を独立に伝搬させる多重光路へと結合させる方法において、該方法が、 共通光路と多数の中間光路の第一の光路との間で、前記波長の異なる信号群 の各信号のモードフィールドにおける多数の位置からエネルギーの一部を分割す る工程と、 前記共通光路から前記中間光路の第２の光路へと、前記波長の異なる信号群 の各信号の前記エネルギーの残留分を迂回させる工程と、 前記波長の異なる信号群の各信号のほぼ全エネルギーが前記中間光路に沿っ て迂回するまで、前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーのさらなる 残留分を前記共通光路からさらなる中間光路へとさらに連続して迂回させる工程 と、 前記中間光路と前記多重光路との間で前記波長の異なる信号群を独立に結合 させるため、前記中間光路により伝搬された前記波長の異なる信号群を分散させ る工程からなることを特徴とする光信号結合方法。 62．前記迂回させる工程が、前記波長の異なる信号群の各信号のモードフィール ドにおける多数の位置から前記エネルギーの残留分を迂回させる工程を含むこと を特徴とする請求の範囲６１記載の光信号結合方法。 63．前記連続して迂回させる工程が、前記波長の異なる信号群の各信号のモード フィールドにおける多数の位置から前記エネルギーのさらなる残留分を連続して 迂回させる工程を含むことを特徴とする請求の範囲６２記載の光信号結合方法。 64．前記分割する工程が、前記波長の異なる信号群の各信号のモードフィールド 全体のエネルギーの一部を分割する工程を含むことを特徴とする請求の範囲６１ 記載の光信号結合方法。 65．前記迂回させる工程が、前記波長の異なる信号群の各信号のモードフィール ド全体の前記エネルギーの残留分を迂回させる工程を含むことを特徴とする請求 の範囲６４記載の光信号結合方法。 66．前記連続して迂回させる工程が、前記波長の異なる信号群の各信号のモード フィールド全体の前記エネルギーのさらなる残留分を連続して迂回させる工程を 含むことを特徴とする請求の範囲６５記載の光信号結合方法。 67．前記分割する工程が、前記第１の中間光路に沿って前記波長の異なる信号群 の各信号のエネルギーの一部を反射させるために、および前記共通光路に沿って 前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーの残留分を透過させるために 、第１の部分反射面を使用する工程を含むことを特徴とする請求の範囲６１記載 の光信号結合方法。 68．前記迂回させる工程が、前記第２の中間光路に沿って前記波長の異なる信号 群の各信号の前記エネルギーの残留分を反射させるために、および前記共通光路 に沿って前記波長の異なる信号群の各信号の前記エネルギーのさらなる残留分を 透過させるために、第２の部分反射面を使用する工程を含むことを特徴とする請 求の範囲６７記載の光信号結合方法。 69．前記中間光路により伝搬された前記波長の異なる信号群のモードフィールド 分布を制御するため、前記第１の部分反射面および前記第２の部分反射面の反射 率を相対的に調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲６８記載の 光信号結合方法。 70．前記モードフィールド分布が、前記単一光路および前記多重光路との結合効 率を向上させるために制御されることを特徴とする請求の範囲６９記載の光信号 結合方法。 71．前記迂回させる工程が、異なる光路長を有する前記中間光路を形成する工程 を含むことを特徴とする請求の範囲６１記載の光信号結合方法。 72．前記迂回させる工程が、前記波長の異なる信号群の波面を相対的に傾斜させ るために、前記長さの異なる中間光路の長さを順に変化させるようにする工程を 含むことを特徴とする請求の範囲７１記載の光信号結合方法。