JPS5893005A - タツプ付光フアイバ遅延線 - Google Patents

タツプ付光フアイバ遅延線

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JPS5893005A
JPS5893005A JP57201812A JP20181282A JPS5893005A JP S5893005 A JPS5893005 A JP S5893005A JP 57201812 A JP57201812 A JP 57201812A JP 20181282 A JP20181282 A JP 20181282A JP S5893005 A JPS5893005 A JP S5893005A
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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】 発明の背景 １儒装置および制御装置では、ディスクリートな期■の
■信号を記憶するために、ならびにその期間の終了時に
出力点にその信号を供給するために、通電線が用いられ
ている。この銅調すなわち信号が入力される時刻と信号
が出力される時刻との會の＊＊は、運誕詩■と呼ばれる
。タップ付遅延線は、信号が様々な出力点において供給
される形式のバリエージ１ンであり、この連続する出力
点間の短鎖は、装置の基本周波数の周期に等しい遅延時
■管路えるＩ！雄である。タップ付運電纏は、相関装置
およびフンボルーシ同ン装置にも用いられる。
開隔〇°ＩＩＩＩＥとして資化する入力ｍｓがタップ付
遅延線の入力側に供給されるならば、タップ付遅延線は
、入力信号から選択周波数を７．イルタするのｋも用い
られる。タップ付遅延線の出力を総計することにより、
この装置は基本周波数以外の全ての入力信号内容すなわ
ち基本周波数の調波を減衰するであろう。
たとえば、様々な出力点間の銅調を５マイクロ秒とする
ことにより、５マイクロ秒の周期を有する基本周波数が
、この基本周波数の様々な調波とともに、総出力点に与
えられるであろう、５マイクロ秒の周期に対して、この
基本周波数は２００ＫＨ２であるだろう、タップ付遅延
線が、成る周波数を通過させかつ他の周波数を遮断する
ように用いられるとき、このタップ付遅延線はトランス
バーサルフィルタとして動作する。
トランスバーサルフィルタとして動作する３種の基本的
な遅延線が存在する。第１の形式の遅延線は、−が装置
をトランスバーサルフィルタとしτ機−することを強化
するような波現象を利用する一連の装置である。第２の
形式の遅延線は、かなりの長さの伝送媒体を用いるもの
であり、信号は伝送媒体において等しい長さに分離７Ｉ
Ｃれているタップで除去されており、次にこれらの信号
鑓所望の装置出力を与えるため（加算される。第３の形
式の装置は、所望の基本周波数および調波周波数がそれ
自身を強化し待るように信号を循環させ、この得られた
出力は一環動作により既に加算されている。
第１のグループ紘同様の出力を得るための波現象を用い
る１置である。これらの装置の多くは、信号の伝送およ
び加算のために同軸ケーブルあるいは導波管を用いる。
これらの装置における迩延時間紘、信号が遅延線を介し
て入力１１ａｌＩから出力端部へ一部１するのに必要な
時間により生じる。信号の一部は、反射され、かつ出力
端部から入力端部へと伝磐し、この入力端部でけ再度信
号は出力端部へ反射される。入力ｌ１ｌＩが連続的に供
給されているところでは、これらの装置は成る基本周波
数およびこの基本周波数の調波でこの１号を彊化し、倫
方倫のすべての周波数を減衰し、かつ入力信号の基本周
波数およびその調波周波数を含む信号を、出力細部に与
えるであろう。
同軸ケーブル遅延線は、これらの装置において最もよく
用いられているものでありすかつマ、イクΩ波信号が成
る時間期間の閲同軸ケーブル内に記憶され得る。同軸ケ
ーブルの主な欠点は、帯域幅がかなり限られていること
にあり、そのため高周波でおよび短いパルスで用いるこ
とができない。
１００ＭＨ２以上の周波数では、同軸ケーブルはかなり
の損失を避けることができず、したがうて高周波を正確
に伝送し得ない、さらに、たとえば１ナノ秒のように伝
送されるパルスが極めて短いものであるならば、このパ
ルスは鋭くあり続けるよりもむしろ劣化し拡がってしま
うであろう。
また、同軸ケーブルは、特に伝送周波数が比較的高い場
合に、電磁干渉の影響を受は易い、豪快に、低周波で装
置をトランスバーサルフィルタと１・。
して動作させるには、・かなりの長さの同軸ケーブルが
必要であり、そのためこの主の装置はかなり大きくなり
かつ高価なものとなる。
波衰象を利用する倫の形式の装置は、弾性波遅誕−装置
である１弾性波遍延線＊＊には２つの形式が存在し、バ
ルク波装置と表面波＊Ｗである。
バルク波装−は、バルク材料の圧縮（密）・稀薄（ＩＩ
）　ＷＡｌｌを用いるものであり、かつバルク材料の両
端部に入カドランスデューサと出カドランスデューサと
を有する。残念ながら、バルク波装置は、高いバイアス
電圧を要請し、そのため熱を浪費するという四囲が発生
し、結果、バルク波装置では限られたパルス動作のみを
利用し得る。
表面波装置は、弾性表面波により動作し、絶縁した圧電
結晶に隣接して配置されたシリコン薄膜中の電磁キャリ
アを利用する。ｕＨＦ周波数で動作する弾性表面波装置
が開発されてきており、かつこれは伝送媒体中に取付け
られた多くのタップにより動作するものである。この装
置の主な欠点は、動作可能な上限周波数がほぼＩＧＨ２
であることであり、より高周波で動作可能なトランスバ
ーサルフィルタの実現がｍ求れている。それゆえに、波
現象を用φるこれらの装置は、高周波でトランスバーサ
ルフィルタとして用いるには極めて不充分なものである
ことが理解され得る。
伝送媒体中で様々な開隔をおいて設けられた多数のタッ
プを有するタップ付遅延線は、一般、釣には２つの形式
のものからなる。すなわち電気的なものおよび光ファイ
バである。電気的なタップ付遅延線は、単純な成る長さ
のワイヤのセグメントであり、出力はこのワイヤに沿っ
た多数の点において与えられる。このようなタップ付遅
延線の基本周波数は、出力点間の均一な長さのワイヤに
より選択され、成る出力点から次のこのような出力点ま
で電気的インパルスが通過するのに必要な時間はこの基
本周波数の期間である。このような装置はかなり大きく
かつ高額なものとなる。なぜならば、数百あるいは可能
ならば数千の出力点を有する必要性は、かなりの長さの
纏が必要であることを意味するからである。また、この
ような装置は、動作可能なバンド幅においてもかなりの
制限を有しており、゛かつ高周波においてすなわち無視
できない量の電磁干渉を有する環境の下で動作不能であ
る。
光ファイバからなる形式のタップ付Ｗ１ｇ纏は、電−干
渉の影響を受けに＜＜、比較的高周波でも動作可−であ
りかつ光ファイバが電線よりも実質的に小さいという大
きな効果を有する。しかしながら、羽衣の光ファイバＩ
！胃から広範囲の周波数にわたりその性能を得るには、
数百あるいは数千の光学的タップが用いられねばならな
い、このことは、各タップ点において個別の結合器を設
けることにより羽衣の技術でなされ得る。このような装
置は、製造することが極めて困難でありかつ高価であり
、さらに信号レベルを実質的に低下させずに連成するこ
とが難しいので実際に紘利用できない、しかしながら、
ディスクリートな期−において光フアイバ中で信号を検
出するという概念は、重要なものであり、かつこの発明
において利用される。
光ファイバタップ何遍延部の他：の形式は、多数のセグ
メントを有する光ファイバを用いるものであり、各セグ
メントは先行するセグメントよりも長い成る標準の長さ
を有するものであり、この標準長は、基本周波数の成る
１期の間に光が通過する長さである。分析される信号は
、同時にこれらのセグメントに同時に導かれ、かつ−各
セグメントの出力は入力信号中の基本周波数およびこの
一波周波数を含む出り信号を発生するように加算される
。
この装置は望ましい結果を達成するが、入力信号を同時
に数百あるいは数千の光フアイバセグメントに与える必
要があるという大きな問題を提起する。このような装置
を構成することは困難であり、かつこのような＠胃は幾
分大きなものともなるであろう。
また、上記各光ファイバ装置は、＠胃に大きな修正を与
えることなく動的にタップのウェイト付けを変化させる
ことができないという欠点を有する。言い換えれば、一
度このような装置を構威し１・゛。
た−に鑓、ｍ棹されるべき様々な出力の相対的なウェイ
ト付けは、装置の出力信号を作り上げるために変更する
ことはできない。
ＩＩ２の形式のタップ何遍延論は再循環メモリ装置の装
置である。この装置は、上述の表面波現象を利用する装
置に極めてよく似た方法で動作する。
すなわち信号は再ｍ１ｌｌメモリ装置内を光フアイバル
ープを介して開隔環し、この装置の出力は入力信号のこ
の装置でセットされた基本周波数および一波周波数を含
む加算された信号とな、す、他のすべての周波数は減衰
される。この基本周波数は、信号がループを一回転する
のに必要な詩画に等しい周期を有する。
このような装置は、高周波で動作可能であること、電磁
干渉により影響を受けないことおよびかなり小形である
ことという効果を有する。しかしながら、トランスバー
サルフィルタとして用いる場合には、このような装置は
いくつかの欠点を有する。第１に、通常のレベルの出力
信号を得るためには、Ｉ＠レベルが通常のレベル以下に
低下する前に、再−環メモリ＠胃はかなり制限された循
ｍ欲のみを与える。このことは重要な問題となる。
なぜならば、正確かつ鋭い通過バンドを得るためには、
信号が取出されかつ加算される数百あるし）は数千の点
を有することが好ましいからである。
この装置の第２の重要な欠点は、加算が験置内でなされ
るため、信号が加算される前に、様々、な地点で取出し
た出力信号の動的１ウェイト付けを変更する方法が存在
しないことである。豪快に、再循環メモリ装置は固定ル
ープ長を有するため、このような装置に入りされる信号
長に制限が存在する。
それゆえに、各タップが遅延線上の任意の個別の点にお
いて信号を除去し、得るような、多数の個別のタップを
有する装置が号望されている。各タップ出力は独立して
おり、そのため信号を加算する際、装置の出力を取出す
ために出力の動的なウェイト付けが達成される。たとえ
ば、様々な出力信号のウェイト付けを行なうことにより
、トランスバーサルフィルタのためのはとんと矩形の帯
域を得ることが可能となる。
１１へ１１ この発明は、各春目部分がブレニドまた゛はチツプ中の
多数の平行なＶ字溝中の次の部分に接着されているよう
な、単一モード光ファイバの多数の巻回を利用するタッ
プ哲理延部である。この装置をトランスバーサルフィル
タとして用いるつもりであるならば、各巻ｎ長は等しく
、この長さにより装置の基本周波数を決定し得る。プレ
ートまたはチップに取付けられた光ファイバの各春闘部
におけるクラッド部は、ｖ字溝内のファイバの春１部に
対して垂直な一部に沿って除去されており、それによっ
て曲線がこの春闘部を横切る各春闘部においてタップが
同時に形成される。この電輪に沿って光ファイバの各春
闘部からクラッド部を除去することにより、複数のタッ
プのそれぞれが、トランスバーサルフィルタに用いる場
合の１１１１１長の長さに等しい長さだけ分離されてい
るであろう。
各タップの位置においてクラッド部をぼんや優かだけ除
去することにより、光の−かな部分のみが、各タップに
おいてファイバから除去されるであろう。各′タップに
おける光は、２つの方法のうちの一方の方法によって除
去されすなわち検出される。好ましい実施例では、各タ
ップにおいて充電半導体装置が用いられ、そのため各タ
ップにおける信号を別個に検出し得る。次に、〜各光検
用器における出力の量が、電界効果形トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）により、様々なタップのウェイト付けを動的に変
化させてＩＩ制御することができる。様々なタップのウ
ェイト付けを変更することにより、この装置の周波数応
答性を得ることができる。使用するタップを変更するこ
とにより、この装置の基本周波数を変化させることがで
きる。たとえば、タップ１個おきにウェイトをＯとする
ならば、基本周波数は半減する。入力信号がファイバの
一方端部に与えられ、かつ動的に制御された光センサ出
力が相互に加算されるとき、結果として得られる装置の
出力は、入力信号中に含まれる基本周波数および調波周
波数を備・・、、える信号である。
１１ 各タップにおける第２め光検出技術は、光、検出器の代
わりに光ファイバの多数のセグメントを用いることを含
むものであり、現実には、各タップのｌ！値に結合−を
構成するものである。これらのファイバの出力が、次に
、所望ならばウェイト付けされ、かつ出力信号を発生す
るために加算される。
好ましくは、タップが設けられる点におけるファイバの
連続した春闘部−の距離が等しいように、光ファイバが
取付けられる。また、タップが設けられる位置にファイ
バが取付けられるところの高さは、■溝に対して垂直な
一部に一致している。
なぜならば、タップを形成する過程においては、クラッ
ド部がファイバの表面をラップすることにより除去され
るからである。ラップ動作がコア部の馬■に春闘された
ファイバの各クラッド部の一部を同時に除去するので、
ファイバは同一の高さに取付けられ、そのためファイバ
の各春闘部から等量のクラッド部が除去され、したがっ
て多数の同一のタップが形成される。
いくつかの除去されたクラッド部を有することが予定さ
れている、ファイバの各春闘部上でのラップ−作を実施
するためには、ファイバのこの部分が固定的に取付けら
れるべきである。このことを実施するための好ましい方
法は、エツ、チングによりその内部に溝が形成されたシ
リコンチップを用いることである。フォトリソグラフ技
術を用いることによりシリコンチップをエツチングする
ことが可能であり、かつ高精度のエツチング操作を得る
ことが可能であるため、この方法が好ましい実施例とな
るであろう。光ファイバの春闘部を方向付けるために、
シリコンチップにエツチングにより形成された諺を用い
ることは、タップの適切な方向付けを補償するためにタ
ップが正しく方向付けられていることを確保する方法を
導く、光電素子あるいは光フアイバ結合器のいずれかの
高精度の位置決めを可能とする点においても有用である
。
この装置は、上述した他のすべての装置を凌駕するいく
つかの効果を有する。この装置は光フアイバ装置である
ため、波現象を用いる装置および他の上述の非光学的装
置と興なり、高周波で動作可能である。光の周波数は１
０”Ｈ２のオーダであり得”るため、１ＧＨ２よりも数
オーダ高い周波数を、使用する光搬送周波数上に変調す
ることが可能となる。遅延媒体として単一モード光ファ
イバを用いる゛ことにより、大きな信号の低下を招くこ
となく、高周波で情報を伝送することが可能となる。
この発明は、単一の比較的小さな装置により、極めて多
数のすなわち数百または数千のタップを、極めて安価に
得ることが可能であるという点において、上述の他のす
べての装置を凌駕する利益を有する。すべてのタップが
単一の操作で形成されるため、均一な特性を有する多数
のタップを、同時に形成することが可能であり、この装
置についての正確な動作に対する要望を満たすことが可
Ｓ′となる。
この発明の他の重要な効果は、様々なタップの―的なウ
ェイト付けを変更し得ることにある。上述のように′、
周波数応答を正−に取出し得る一層め、このことは非常
に望ましい特徴である。また、単一モード光ファイバに
おいて具体化するものであるため、この装置はいくつか
の重要な効果をも有する。単一モード光ファイバの低分
数特性のために、高周波を含む信号がこの装置により正
確に伝送され得る。さらに、エバネセントフィールド（
ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　ｆｉｅｌｄ）結合を、（ファイ
バのコア部へのラッピングに対立するものとして）用い
るものであるため、この発明は、光ファイバのより効率
的な、安定かつ制御可能なタップの形成を与えるもので
あり、したがってこの装置の動作特性の全範囲にわたり
より大きなＩｌ！御性を与える。
ましい　　　についての　　な説明 タップ何遍延部の基本的概念は、信号が通過する伝送媒
体中での多数の点において同時に信号をサンプリングす
ることにある。タップ付遅延纏がトランスバーサルフィ
ルタとして動作するとき、すべてのサンプルが伝送媒体
の多数の点において取出される。これらの点の閤の距離
、は、この装置１１１１、。
の基本周戸数を決・定する。次に９、すべてのサンプル
は、入力信号中に含まれるこの装置でセットされた基本
周波数および調波周波数を・備える信号を与えるように
加算される。＊のすべての周波数はこの鵠ｌＦｋ：より
減衰されるであろう、一般的には、入力信号がサンプリ
ングされるタップすなわち点の歌が増加すればするほど
、所望のフィルタ特性がより一層正確となるであろう。
フィルタとしての用途を意■する光フアイバ装置は、１
゛つの大きなＷ４１Ｉを有していた。すなわち、ファイ
バ中を通過する信号のサンプルを取出すためのかなり多
量のタップを得ることが極めて困難であうたことである
。かなり多量のタップを設けることに成功した光ファイ
バ装置のみを、第１図に示し、これはタップよりもむし
ろ多数の様々な長さのファイバを用いるものであるため
真実のタップ付遅延纏とは言えない、入力信号２２が、
レーザ光光ｌＩ２０により与えられる光信号上に変調さ
れる。出力信号は、ｎ傭の光ファイバに与えられ、この
光ファイバは４０ａ　、４０ｂ　、４０ｃ　。
ｍ、４０ｎの参観番号を付されて％％る。各連続するフ
ァイバは、距−りだ番す先のファイバよりも長くされて
おり、−Ｌはトランスバーサルフィルタの所望の基本周
波数の期間に等しい遷延時間を与えるようなファイバ長
である。これらのフィルタ４０ａ　、　４０ｂ　、　４
０ｃ　、−、４０ｎ−Ｏそれぞ゛の出力端部は、検出器
および加算器２４１．；与′ｆられており、この加算器
はファイバ４０からのすべての出力を加算し、かつ出力
２６を与え、この出力２６は入力信号２２に含まれるこ
の装置によりセットされた基本周波数および調波周波数
を備える。
第１図に示す＠胃は、所望の各タップに対して１個の光
フアイバセグメントを要求するものであるため、大きく
かつ好ましくない、この発明は、単一の長さの光ファイ
バから同時に非常に多数のタップを有することができ、
そのためタップ何遍延部の製造に時間がかかること、費
用および親造の困難性を最小にするという点において、
第１図に示した装置の不利益を克服するものである。
この発明の基本的概念は、第５図に最もよく示されてお
リミこの第５１ｇ１はこの発明の入力側を示すものであ
る。光ファイバ５０の単一のセグメントを用い、これは
入力端部５２で始まっており、この入力端部５２には、
レーザ光ｌ［２０から光入力信号が供給されており、他
方このセグメントは出力端部５４で終了している。光フ
ァイバ５０は、光ファイバ５０を受入れるためのｖ字溝
において、チップ６０の周囲に書目されている。光ファ
イバ５０は、・チップ６０のまわりにｎｏ轡書目れてお
り、第１ｍ１目の書目におけるチップ状のファイバ部分
は１１０ａであり、第２ａ目の書目におけるチップ上に
取付けられたファイバ５０の部分が１１０ｂであり、以
下同様に続く、ファイバセグメントの軸方向に垂直な側
輪５６において、タップが、光ファイバ５０の各春闘部
が一部５６においてタップ付けされているように形成さ
れている。
光フアイバ５０上でのタップの製造について述べる前に
、チップ６０の製造およびチップ６０上のＶ字溝に光フ
ァイバ５０を配置する方法につき説明する必要がある。
１１２１１では、完成したＶ字溝を有するチップ６０の
一部が示されている。これらのＶ字溝中でのファイバの
タップは同時に形成されるので７フイバは同一平面上に
あるため、各ｖ字溝の幅および深さは同一（されている
ことが好ましい、Ｖ字溝が同一であるならば、ファイバ
上のタップは均一な特性を有するであろう。
Ｖ字溝は非常に正確に形成する必要があるため、チップ
６０についての好ましい材料ばシリコンである。シリコ
ンは、写真リソグラフ技術によりエツチングされ得るた
め、機械加工により溝を形成する他の材料よりも好まし
い、用いるシリコンの形式は、商業的に入手可能なもの
であり、参照番号１００で示されている。この形式のシ
リコンの表面がエラチン１グ溶液にさらされているとき
、第２図に示すように、角度θで＊Ｗされる表面を有す
るためこのシリコンが用いられる。参照番号１００で示
したシリコンに対して、角度θは５４゜７４度である。
したがって、シリコンチップ６０内で第２図に１１１： 示したｖ字溝を作るためには、次の写真リソグラフ技術
が用いられる。第１に、このチップは、非常に薄い酸化
■６６がチップ６０を覆うように、第３１１に示すよう
に加熱される０次に、このチップを、フォトレジストと
して知られている光電コーティング６８でコーティング
する。マスク８゜が、次にこのチップの上に配置され、
かつチップの上部が紫外線９ｏにさらされる。第３図に
）シたマスク８０については、ポジティブに作用するフ
ォトレジストを用い、そのためマスク８ｏの不透明部分
の下方のフォトレジスト６８９部分がマスクｍ能を果た
すためにおかれる。
次のステップは、緩衝された塩酸溶液を用いて、マスク
の不透明でない部分の下方に存在するフォトレジスト６
８および酸化層６６をエツチングにより取り去ることで
ある。残りの７オトレジストは、次に、特別の濤媒を用
いて剥がされ、第４図に示されているように、チップ６
０は酸化層６６のマスクにより覆われた状態となる０次
に、シリコンウェーハは、通常水酸化カリウムｌＩ波が
用いられる鼻管方性のエツチング声波内に１かれる。
酸化層６６により響われていないチップ部分が、次に、
チップ６０の表１１１６４から５４．７４度の角度でエ
ツチング溶液によりＷｌｍｌＦされるであろう。
このエツチング部分は、２個の角度をなして交差した平
面および真のＶ字溝が形成されるまで、第２図に示すよ
うに、平坦な底を有す条構としｙ拡がるであろう。この
写真リソグラフ技術はこの技術分野において周知であり
、かつ半導体製造方法において極めて広く用いられてき
たものである。
シリコンチップ６０内にエツチングされた溝の大きさは
、もちろん、用いる光ファイバに依存するものである。
２個の広範に使用されている単一モード光ファイバが存
在し、その１つはＩＴＴにより製造されており、約８０
ミクロンの径（プラスチック被覆を含めて４００ミクロ
ン）を有しており、第２の光ファイバは、コーニング社
（Ｃｏｒｎｌｎｏ）により製造されており、１２５ミク
ロンの直径を（ラッカー被覆を含めて１３５ミクロン）
有する。これらのファイバあるいは他のファイバのう５
、用いるべき光の波長に依存するのはいずれであるか。
可視光を用いるならば、ＩＴＴのファイバが可視光の波
長（緑よりも長波長）であるため、ＩＴＴファイバが受
入れられ、他方、赤外光を用いるならば、コーニングの
ファイバが赤外波長において単一モードであるため、コ
ーニングのファイバが好ましい。
シリコンチップ６０内でのＶ字溝を用いてに学的タップ
を形成するには、少なくとも４つの興なる技術が存在す
る。広範な実験を通じて、これらの技術のう・ちの１つ
が倫の３種の技術よりも優れていることを決定すること
ができるので、この技術につきまず説明する。
まず、第５Ｉｌを参照し“て、光学的タップを構成する
ためには、タップが形成される光ファイバ寝間を−Ｗ形
状に取付けることが望ましく、そのため光ファイバ５０
の平坦な部分は、ファイバ５０内を通ｌする光について
タップを与えるようにラップされる。それゆえに、シリ
コンチップ６０は、―画状上部表面を有する石英ブロッ
ク７０上に取付けられる。（０，２５ミリーートルの）
標準的な厚みおよび約３センチメートルの長さのシリコ
ンチップが、１２インチの半径の周囲に破ｌ１ｌｓｓ分
を有することなく曲げられる。ワックスのような接着物
質が、シリコンチップ６０を、第５図に示す曲面形状で
石英ブロック７０上に保持するために用いられる。今や
、光ファイバ５Ωは、シリコンチップ６０上に取付けら
れている。
光ファイバ５０をシリコンチップ６０上のＶ字溝に取付
ける前に、好ましくは、Ｖ字溝に取付けられるべき光フ
ァイバ５０の一部を除去される保護被覆により覆う。Ｉ
ＴＴファイバは、硫酸に浸漬することにより除去され得
る保護被覆を有する。
保護被覆の弾性はラッピング操作における正確さを損う
ため、除去されるべきである。コーニング社のファイバ
は、アセトン中に浸漬することにより除去されるラッカ
ー被覆を有する。ラッカー被覆はプラスチック被−より
もより硬いため、このラッカー被覆の除去は必須のもの
ではなく好ましいものである。　　：：、。
シリコンチップ６０のＶ溝中へのファイバ５０の取付は
、第６図および第７図に最もよく示されている。ファイ
バ５０の入力端部の近くでの光ファイバ５０の一部は、
シリコンチップ６ｏの第２のＶ字溝６２ａ内に取付けら
れている。第６図に示すように、光ファイバ５０を受入
れるのに用いるためではな゛く、整列配置のために、第
１のｖ字溝６２×が存在することを注意すべきであＣ，
ｖ字溝６２ａ内に配置されるべき光ファイバ５ｏの一部
は、参璽番号１１０ａで示されており、かつこの部分が
Ｖ字溝６２ａ内に取付けられる前に、接着−賀１２０が
Ｖ字溝６２ａの底部に配置される。それゆえに、光ファ
イバ５０の部分１１０ａがＶ字溝６２ａ内に配置され、
かつ光ファイバ５０がＶ字溝６２ａの側面から突出する
場合、この部分は接着剤１２０によりそこに永久的に保
持される。
第１のＶ字溝６２ａ内に光ファイバの部分１１０ａを配
置することに続き、長さしの光ファイバが部分１１０ａ
の中心と、光ファイバ５０の第２の部分１１０ｂの中心
との間に設けられ、この光フアイバ５０紘第２のＶ字溝
６２ｂ（第５図）内に取付けられるべきであろう。上述
のように、この長さしは、この装置の所望の基本周波数
の周期に等しい遅延時間を与える、光ファイバの長さで
ある。それゆえに、光ファイバ５０がシリコンチップ６
０の周囲に巻回されており、そのため各連続する巻回に
応じて、光ファイバが次の連続するＶ字溝中に固定され
、かつ第５図に示すように、接着剤１２０により固定さ
れていることが明らか？あろう。光ファイバ５０の最後
の部分１１０がシリコンチップロ０の最後のＶ字溝６２
ｎ内に固定されているとき、第５図に示すように、光フ
ァイバ５０は端部５４で終了する。
次のステップは、側線５６において、光ファイバ５０の
部分１１０の上部表面をラッピングすることであり、光
ファイバ５０の部分１１０は、シリコンチップ６０内に
取付けられている。このラップ動作は、第７図から最も
よく理解し得るように、クラッド部１０２の一部を除去
するであろう。
光フ、アイバ５０のコア部１００のまわりのクラッ゛ド
部材＊１０２のすべてが除去されるものではないことを
注意することが重要である。ファイバ５Ｏのコア部１０
０とラッピングされた表面１０４との閣の距離は、各タ
ップにおいてファイバから除去された光の量に依存する
。少量の光が放出されるとき、ラップされた表面１０４
がファイバ５０のコア部１００により近い１と、より多
くゝの光がそのタップにおいてファイバ５０から引き出
される。１！々の用途においては、非常に多数のタップ
を有することが好ましいので、はんの僅かな最の光が各
タップにおいて除去されるであろう。それゆえに、約５
ないし１０ミクロンのクラッド部が、ファイバ５０のラ
ップされた表［１０４とコア部１００との間に設けられ
るであろう、ラップされた光ファイバの長手方向の断面
は、第８図において示されている。
光学的タップから発光された光の検出についての記述に
先立ち、タップ自身を製造するための３種の代わりの方
法につき述べる。まず−１曲面を有する石英ブロック７
０を用いることに代わり、シリコンチップを第１０１１
および第１０ＡＩＩに示すように、曲国状ｖ字溝を有す
るように切断する。
このような曲面状ｖ字溝を有するため°に、第９図に示
すようなマスク８１が用いられる。シリコンチップはチ
ップの表面から５４．７４度の角度をなしてエツチング
され、次に、より番の広いＶ字溝が、チップ１６２の中
心における通常の幅に対して、テーパを有するチップの
端縁において切断され、かつＶ！Ｆｌの深さがＶ字溝の
幅に比例しているので、この深さは端部において中心よ
りもより深くなり、したがって第１０図および第１０Ａ
図に示す曲面状Ｖ字溝１６４がもたらされる。
この技術は、光学的タップについて必要な曲面状ｖ字溝
の製造を幾分単純化するけれども、いくつかの問題貞を
含む。第１に、写真リソグラフ技術は、マスク８１の調
整において均一な曲面よりもむしろ極めて小さなステッ
プを利用するものである。この制限は、マスク８１がア
ナログ曲線の代わりにディジタル的なステップで調整さ
れると１１・１ いう事実により生じるもめである。それゆえに、結果と
して生じるＶ字溝もまた、この極めて小さなステップを
含んでおり、かつこのことは光ファイバ５０がｖ字溝内
に取付けられたときに、非常に小さな曲げ損失を有する
可能性につながる。＊の関一点は、用いるシリコンウェ
ー八がかなり薄く、かつＶ字溝が深すぎるならば、Ｖ字
溝がシリコシラＩ−への強度を実質的に減少させ得るこ
とにある。一般的には、厚みのより厚いシリコンチップ
は、ファイバ５０についての正確な取付けのために要求
される均一な厚みを有するものではない。最ＩＩに、シ
リコンチップ５０の端縁におけるｖ字溝のより深い部分
が端縁におけるより幅の広いＶ字溝を作ることにより形
成されるので、Ｖ字溝■の最小距離が、この実施例にお
いてはより大きくされ勧ばならず、したがってタップ付
遅延線の全体の大きさをより大きくする。この同層によ
り、上述の第１の技術は、ｄｂ面状Ｖ字溝技術よりも好
ましい。
ファイバ内に光学的タップを構成する第２の可能な方法
もまた、シリコンチップ６０の曲げを要請しない、第１
１図に示すこの方法は、放射状にラッピングする技術を
利用するものである１円筒形状の器具（図示せず）が、
ファイバ５０をラップするのに用いられ、ファイバ５０
のクラッド部１０２から曲面部分１０５を除去する。こ
の方法は、損失を極大化するという効果を有するもので
あるが、後述するタップからの出力を測定する双方の方
法に用いることができないため、好まし％Ｘ実施例とは
幾分言えない。
光を除去するためのファイバ５０のタップされた部１分
についての第３の代わりの方法は、第１２図に示される
。写真リソグラフ技術が、化学的エツチングあるいはプ
ラズマエツチングとともに用いられ、それによってフォ
トレジスト膜６９が、シリコン、チップ６０のＶ字溝内
に残っている光ファイバ５０の部分の表面上に配置され
る。ギャップが、側線５６（第１２図においては図示せ
ず、）に沿ってフォトレジスト１１６９内に設けられる
。
このように、化学的エツチングあるいはプラズマエツチ
ング方法が行なわれるとき、クラッド部１０２の一部が
除去され、クラッド部が除去されるところ１０６におい
て光学的タップを生じる。この方法は、エツチングは行
なわれるがタップにより除去される光の量を繰返しチェ
今りする必要があるため、達成することが梼めて難しく
、好ましい実施例ではない。
多数のタップ位Ｗにおける信号を検出・測遣するために
、２つの技術が用いられる。下記において議論されるこ
の２つの技術のうち第１の技術は、好ましい実施例であ
り、以下で議論する第２の技術は、好ましい実施例では
ないけれども、工学的結合装置の大壷生産に用い得ると
いう点においτ重要なものである。
第１の技術を、第１３図に略図的に示す、Ｖ字溝内の光
ファイバ５０の３儂の部分が示されている。これらの３
−の部分１０４ａ、１０４ｂ、１０４０のラッピングさ
れた表面は、成る位置において取付けられた光電素子１
４０ａ、１４０ｂ。
１４０Ｃを有しており、それによってファイバ５０から
各タップ位置においてタップされた光を、光電装置１４
０ａ　、１４０ｂ、１４０ｃにより測定し得る。これら
の光電素子１４０ａ、１４０ｂ。
１４００の出力は、それぞれ、電界ｗＪｌｉ形トランジ
スタ（ＦＥＴ）　１４２ａ　、　１４２ｂ、、　−１４
２ｃに接続される。ＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂ、１４２
Ｃが、ＦＥＴ１４２ａ　、１４２ｂ　、１４２Ｃのゲー
ト電圧を変化させることにより様々なタップのウェイト
付けをするのに用いられ、これらもまた、光ファイバ５
０の端部に近接するタップについてファイバ中で生じる
損失を補償するために用いられ豐る。
ＦＥＴ１４２ａ　、１４２ｂ　、１４２ｃの出力１４４
ａ、１４４ｂ、１４４ｃが、それぞれ、他のタップ位置
での出力１４４と同様に、加算＠Ｗ１２５に与えられ、
この加算装置２５は、入力信号２２に含まれるこの装置
によりセットされた基本周波数および調波周波数を含む
出力２６を与え、他のすべての周波数を減衰させる。好
ましくは、フォトセンサ１４．０お、：、：よびＦＥＴ
１４２が、第２のシリコンチップ６１上で形成され、そ
のため２個のチップ６０．６１が第１４図に示すように
共に設けられるとき、タップ付遅延線が完成される。
必要ならば、屈折串整合オイルのような屈折亭整合媒体
１３０が、第１３図に示すように、光ファイバ５０のラ
ップされた部分１０４と７オトセンサ１４０との間に用
いられる。
第１４１１は、シリコンチップ６ｏ内の付加的なＶ字溝
６２ｘ、６２ｙおよび第２のシリコンチップ６１内の２
−のＶ字溝８３Ｘ　、６３ｙが２−のチップを共に正し
く取付けるために用いられる。
２儲のピン１５０ｘ　、１　ｓｏｙは、適切な配列を確
保するために、それぞれ、対応するＶ字溝６２ｘ、６３
ｘならびにｅ２ｙ　、ｓａｙの対内に嵌合する。所望な
らば、第２のシリコンチップ６１もまた、石英プ０ツク
７１上に取付けられてもよい。
出力ステージの第２の実施例は、光ファイバ１１１ａ、
１１１ｂ、１１１ｃ、−，１１１＋ｚＦ）多数のセグメ
ントを取入れること、チップ６ｏに等しい第２のシリコ
ンチップ１６６内に形成されたＶ字溝にこれらを取付け
ること、さらに上述のように、光ファイバ１１１の表面
をラッピングすることを含む、２−のシリコンチップ６
０．１６６が、次に、第１４ＷＡに示すビン１５０Ｘ、
１５０ｙに対して近接して整列するように配置されてお
り、光結合器が形成される。光ファイバ１１１の出力端
部が、次に、検出器２３に接続され、この検出器２３は
装置１４１をウェイト付けするために対応の電気信号を
与え、この装置１４１’ｃｒ＞出力が出力２６を与える
ように加算装置２５により加算される。
上述の好ましい実施例よりも、この輪重を製造すること
は煩雑でありかつ困難であることが容易にｓｅｔし得る
であろう。しかしながら、Ｖ字溝−シリコンチップ技術
を用いることにより、多数の光結合器が同時に製造され
得るという点において極めて層要である。ざらに、これ
らの結合器は個々の結合器に分離され、各結合器は上述
した場合では４個のボートを有しており、かつ独立に販
売される。
上述の遅延線を用いるトランスバーサルフィルタにより
フィルタされる主上限周波数は、タップ位置間の光ファ
イバ５ｏの最短長により決定されることを認識するであ
ろう、このシステムによりセットされる基本周波数を増
加する１つの方法は、タップ位置■のファイバ５０の長
さＬｔｒｌｌ少させることであるが、ファイバ５ｏが実
質的な損失を有することなくよじられないので、これに
は眼界がある。第１６図では、上述の４個のタップ付ユ
ニットを用いる装置が示されている。実際には、このこ
とは、信号の繰返しサンプリングが発生する長さＬｅＬ
／４まで減少させるので、測定し得る最高周波数は、サ
ンプリングが行なわれる比例的な減少される時■に基づ
き４−のユニットからなる成るファクタにより増加され
る。
この装置の応答を可変するためにタップ付遅延線の出力
をウェイト付けすることは、選択した個々のタップの出
力をある＠度まで減衰することにより達成される。この
発明のタップ付遅延線に固有のウェイト付けのｍ−は、
トランスバーサルフィルタの基本周波数がトランスバー
サルフィルタの基本周波数を低下させるタップの数を少
なくすることにより、かなりの程度まで変化し得ること
を可能とする。たとえば、これらのタップをＯにウェイ
ト付けすることにより、１ｉｇおきにタップを減らすこ
とに、より、基本周波数は皐滅する一各タツブを独立に
ウェイト付けし得ることの＠ρ利益は、遅延線の端部に
近接する信号強度における損失をウェイト付は制御装置
により補償し得ることである。
ウェイト付は制御装置もまた、フィルタの通過帯域が完
成することを許容する。たとえば、トランスバーサルフ
ィルタでは、帯域幅は咲くかつ狭くなり、そのためこの
帯域幅は■波を伴う優かに近似した矩形の帯域幅よりも
より矩形に近くなる。
タップが等しく（あるいは必ずしも等しくなく）ウェイ
ト付けされるならば、この装置の周波数応答は第１７図
に示すように、１ｓｌｎ　　（ｘ　）／ｘ　１となる。
１１本周波数は、中心がｔｏであり、この工 帯域幅は、基本周波数町：１ｏかう−πおよびπの■に
ある。
より矩形に近い帯域幅を得ることおよび副周波歓節を除
去することが好ましいた６め、タップのウェイト付けは
都合がよい、第１８図では、ウェイト付けを与えるため
にＦＥＴ１４０を用いる６７タツプのタップ付運菖糠の
好ましいウェイト付けを、６７傭のタップのウェイト付
けを示すグラフにより説明する。中心のタップ２００は
全く）エイト付けされていないので、光検出！ｌ１１４
０からの全電気Ｗ号は、ＦＥＴ１４２により加算装置２
５に伝達される。中心のタップ２００の各側にあるタッ
プは、第１８１１により示す程度まで各タップについτ
ＦＥＴ１４２によりつエイト付けされており、タップが
１．０から減少することを表わす６直−の量は、特定の
タップに対して与えられる滅讃量である。このつエイト
付けは、望ましいより矩形に近い帯域幅を与えるであろ
う。
より多くのタップが第１８ＩＩＩのＢおよびＣの閣の領
域でウェイト付けされるならば、この帯域幅は、さらに
一層狭くなり、タップ閤の長さしにより決定される・基
本周波数にその中心が一致する。
他方、巳ないしＣの一面領域においてウェイト付けされ
るタップの数がより少なくなれば、この帯域幅は広くな
るであろう。
この帯域幅の形は、側部を近似するウェイト付は操作に
おいて用いられるタップの数により決定され、これらの
うち３個のタップが中心−纏、（ＢないしＣ）″の各側
に示されており、これらの節はＡないしＢおよびＣない
しＤ領域となる。一般的には、タップのウェイト付けに
より発生されるこれらの製部の数が多くなればなるほど
、帯域幅はより鋭くかつより矩形に近くなるであろう、
このように、様々な形状の帯域幅がタップにおける様々
なウェイト付は操作を用いることにより個々に組立てら
れることを理解し得るであろう。
従来のタップ付遅延瞭を凌駕するこの発明の効果は大き
なものである。光学的タップ付遅延線は、表面波現象を
利用する装置あるいは電気的な装置よりもより高い周波
数で動作可−である。この装置は、電磁干渉にさらされ
ない、たぶん、このタップ付遅延線の最も注目すべき効
果は、比較的多数の同一の光学的タップを単一の小さな
ユニット内に迅速に、害鳥にかつ安価に製造し得ること
であろう、各タップが信号の非常に小さな部分のみを除
去するので、得られる有効なタップの数は循環形式のタ
ップ付運蓋纏からなるトランスバーサルフィルタの数よ
りもかなり大きい、ウェイト付けの制御を用いることに
より出力を儂々に構造し得るこ°とにより、帯域幅の正
確な形状を、所望の周波数特性に対応する正確な形状に
し得ることが可能となる。最螢に、開示したｖ字溝−シ
リコンチップ！［Ｉは、同一の結合装置を、商業的過程
にのせるために大量生産することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
第１１１は、従来技術の光ファイバ運電纏トランスバー
サルフィルタを示す、第２図は、光ファイバを正しく轡
■するのに用いる溝が形成されたチップの一部を示す斜
ＩＩＩである。第３図は、Ｖ字溝の正確な配列を連成す
るのに用いられる写真リソグラフ技術を表わす斜視図で
ある。第４５ｍは、エツチングに備えて準備され庭シリ
コンウェーへの−Ｓｔ示す斜視図である。第５図は、こ
の発明の好ましい寅箇儒の入力ステージを示す図である
。 第６図は、第５図に示された＠胃の断面図であり、Ｖ字
溝の内部に整列された光ファイバ１１１回部を示す図で
ある。第７図は、第６図の一部を拡大して示す図であり
、７字溝内に取付けられた光）、フィバとラッピングさ
れた部分とを示す図である。第８図は、ファイバがどの
ようにラップされるかを示す、７字溝内に取付けられた
光ファイバの最初の書目部を示す断面図である。第９図
は、他の実施例のための写真リソグラフ工程について用
いられるマスクの斜視図である。第１０図は、第９図に
おいて示したマスクを用いて製造されたつＩ−ハ内のＶ
字溝の平面図である。第１０Ａ図は、第１０図に示した
Ｖ字溝の断ＷＪＩｌｌであ°る。第１１図は、書目を利
用する他の実施例を表わし、７字溝内の光ファイバ響回
部の１つを示す断面図である。 第１２図は、光ファイバのクラッド部に切断するための
写真リングラフエツチング技術を用いる飽１ の実施例を表わし、ｖ字溝内の光ファイバ轡回部の１つ
を示す断面図である。第１３図は、光ファイバの複数の
巻回部において光を検出し、各光検出器の出力をウェイ
ト付けし、この出力を加算するための好ましい実施例の
フォト検出器装置を略図的に示す園である。第１４図は
、第１３図の好ましい実施例を構成するのに用いる装置
の断面図であり、整列のために用いる技術を説明する−
である。第１５１６は、多重結合器の同時製造を利用す
る倫の実施例を表わし、この多重結合Ｉｌはタップ付Ｉ
ｌ電線における様々なタップからの光を検出するのに用
いられる。第１６図は、より高い周波数での検出のため
のこの発明の好ましい実施例を用いる技術を説明する■
である。第１７図は、矩形の帯域幅を有するトランスバ
ーサルフィルタを製造するのに用いるウェイト付は装置
を示す図である。第１８図は、第１７１１のウェイト付
は操作を用いる多欲のタップのウェイト付けについての
グラフである。 図において、２０はレーザ光光源、２２は入力信号、４
０ａ　、４０ｂ　、４０ｃ　、−，４０ｎは光ファイバ
、５０は光ファイバ、５２は光ファイバの入力端部、５
４は出力端部、６０はチップ、６２ａ　、６２ｂ　、−
，６２ｘは■字溝、７０は石英ブロック、８０はマスク
１．１１０ａは光ファイバの７字溝内に設けられる部分
、１０２はクラッド部、１６２はチップ、１６４は曲面
状−Ｖ字溝ｖ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃはラッピン
グされた表面、１４０ａ　、１４０ｂ　、１４０ｃ　は
光電輪１．１４２ａ、１４２ｂ、１４ｃはＦＥＴを示す
。 特許出願人　ザ・ボード・オブ・トラステイーズ・オプ
・ザ・レランド・スタンフォ ート・ジュニアーユニバーシティ 手続補正−（方式） １、事件の表示 昭和５７年物許願第　２０１８１２　　号２、発明の名
称 タップ付光ファイバ遅延線 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　アメリカ合卑国、カリフォルニア州、スタン
フォード（薯地なし） 名　称　　ザ・ボード・オプ・トラステイーズ・オプ・
ザ・レランド・スタンフォード・ジュニア令ユニバーシ
ティ代表１　　ローランス・ダブリュφオズボーン４、
代理人 住　所　大阪市を区天神橋２丁目３番９号　八千代第一
ピル電話　大阪（０６）３５１−６２３９　（代）６、
補正の対象 図面 ７、補正の内容 濃墨で膳いた図面を別紙のとおり補充致し７ます。 なお内容についての変更はありません。 以上 １１゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　与えられる光信号をサンプリングするためのタ
    ップ付連誕輪であって、 コア部とクラッド部を有する成る長さの光ファイバと、 前記ファイバの多数のセグメントを保持するための支持
    部を形成する基部とを備え、前記各７フイバセグメシト
    は前記基部により所定の高さに取付けられており、 前記多数のファイバセグメント内、に形成された多数の
    タップをさらに備え、前記各タップは、前記光ファイバ
    の高さが前記基部の上方の所定の距離まで減少されると
    ころで、前記各タップがファイバセグメントの一部を備
    えており、−かっ　・・前記多数の夕〜ツブにおいて光
    を検出するための装置をさらに備える、タップ付光ファ
    イバ遅延線。 （２）　前記基部は、光ファイバの前記多数のセグメン
    トを取付けるために、量の内部に複欽の凹部を有するａ
    ｍを含む、特許請求の範囲第１項記載のタップ付光ファ
    イバ運【Ｌ （３）　前記凹部は、均一な幅およ−び８Ｉざを有する
    平行なＶ？溝である、特許請求の範１１１２項記ＩＲｆ
    １１タップ付光ファイバ運ＩＬ（４）　前記基部は１０
    ０−配向シリコンからなり、前記Ｖ字溝は前記シリコン
    内で結晶平面に一致する、特許請求の範囲第１項ないし
    第３項のいずれかに記載のタップ付光ファイバ遅延線。 （５）　前記凹部は前記基部の中心よりも前記基部の側
    面に近いところにおいてより広い幅を有しかつより深く
    なっている平行なＶ字溝である、特許請求の範囲第２項
    ないし第４項のいずれかに記載のタップ付光ファイバ運
    電纏。 （６）　前記タップは、クラッド部の一部が除去されて
    いる前記ファイバセグメントの一部を備える、特許請求
    の範囲第５項記載のタップ付光ファイバ遅延線。 （７）　前記タップは、クラッド部の曲面状の切込み部
    が除去される部分の前記ファイバセグメントの一部を備
    える、特許請求の範囲第４項記載のタップ付光ファイバ
    ！電纏。 （８）　前記基部の表面は、前記Ｖ字溝が自纏にされる
    ような曲ｍ形状を有する、特許請求の笥■第４項記載の
    タップ付光ファイバ遅延線。 （９）　前記タップは、クラッド部の一部（°１０２）
    が除去される前記ファイバセグメントの一部を備える、
    特許請求のＩＩＩＩ第１項ないし第８項のいずれかに記
    載のタップ付光ファイバ遅延線。 （１０）　前記タップは、前記タップの存在する位置で
    、前記ファイバ内を通過する光信号の３％以下の光を引
    き出す、特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか
    に記載のタップ付光ファイバ１ｉｉｉ纏、・ （１１）　出力信号を発生する匁めにすべてのタップに
    おいて検出される光を加算するための加算装置をざらに
    −える、特許請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれ
    かに記載のタップ付光ファイバ遅延線。 （１２）　前記タップ■のファイバセグメントの長さが
    等しく、前記出力信号が入力信号に含まれるこの装置に
    よりセットされた基本周波数および濶波周波数であり、
    このシステムによりセ、ツトされた基本周波数が＊＊す
    るタップ関を信号が通過するのに必要な時間に等しい期
    ■を有する、特許請求の範囲第１項ないし第１１項のい
    ずれかに記載のタップ付光ファイバ遅延線。 （１３）　複数の検出器を含み、各検出器が一部のタッ
    プの位置において光信号を検出し、かつ０と１との閣の
    乗数ファクタにより検出された光信号のウェイト付けを
    行なう、特許請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれ
    かに記載のタップ付光ファイバ遅延線。 （１４）　光を検出するための前記装置は、光電素子で
    ある、特許請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれか
    に記載？タップ付光ファイバ遅延線。 （１５）　光を検出するための前記装置は、光ファイバ
    の複数の出力長と、 ファイバの前記書欲の出力長を受入れるためのＶ字溝を
    有する第２の基部とを備え、前記第２の基部は、前記出
    力ファイバのクラッド部の部分が除去される前記基部と
    同一である、特許請求の範囲第１項記載のタップ付光フ
    ァイバ遅延線。
JP57201812A 1981-11-19 1982-11-16 タツプ付光フアイバ遅延線 Granted JPS5893005A (ja)

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