JPS61212805A - 光集積における複数個の光信号を分離するための可逆装置 - Google Patents

光集積における複数個の光信号を分離するための可逆装置

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JPS61212805A
JPS61212805A JP61053534A JP5353486A JPS61212805A JP S61212805 A JPS61212805 A JP S61212805A JP 61053534 A JP61053534 A JP 61053534A JP 5353486 A JP5353486 A JP 5353486A JP S61212805 A JPS61212805 A JP S61212805A
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optical
demultiplexer
guide
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ジヤツク・リゼ
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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 本発明は光集積において複数個の光信号な多重化し又は
分離するためのデバイスに係７）。本発明装置はより特
定的には、レーダ信号のリアルタイム処理、元電気通イ
♂″、元ファイバセンサ、等々の分野で使用されろ。
光集積において種々の波長の光信号を多重化することは
、光篭久通信の分野で、これによって同−九ファイバ内
で一定の通過帯域の大きな情報量を搬送することが可能
になるから、極めて重要である。
光集積円での信号分離装置又はデマルチプレクサは、同
一の第１光ファイバによって搬送されるさまざまな波長
のｎ個の光信号を分離し、前記ｎ個の光信号をｎ個のオ
２光ファ１バにそれぞれ送り込むことを可能にする。反
対に、信号多用化装置又はマルチプレクサは、ｎ個の元
ファイバからのそれぞれ異なる波長のｎ個の光信号を単
一光線に再集束することを可能にする。
この種の装置では、２つの主要な問題が生じてくる。矛
ｌの問題は信号多重化機能を確保すること、即ちデバイ
スの出力側で、１番目の第２光ファイバが（ｊはｌ−１
の間の整数である）、６２７２以内で波長λ１だけを搬
送しなければならないことである。従って理想的な信号
多重化素子は、λ・−△λ／２．λｉ、λｉ＋Δλ／２
であれば幅±△λ／２、伝送】の方形波パルスフィルタ
であり、この素子は前記範囲内にない波長の光信号を完
全な方法で反射もしくは逆に伝送し、さらに逆に前記範
囲内にある波長の光信号を伝送もしくは反射するであろ
う。この釉のフィルタをつなげれば理想的なマルチプレ
クサを形成できよう。
第２の主要問題は、マルチプレクサを通常モノモード（
シングルモード）の、光情報を搬送する光ファイバに結
合することである。従ってマルチプレクサの入力及び出
力の光損失はできるだけ小さくなければならない。
光集積において現在知られているマルチプレクサでは、
マルチプレクサの機能、即ち種々の光信号の色分散が従
来式のオプティクスの場合のように格子によって確保さ
れている。この種のマルチプレクサはより特定的には、
１９８２年６月１５日付の「応用オプティクス（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　０Ｐｔｉｃｓ）Ｊ誌オ２１巻オ１２号に掲載
されたＴ、Ｓ（／ＨＡＲＡ、他による「チャーブト格子
及びイオン交換導波管を用いたインテグレイテツドーオ
ブテイク波長マルチーデ？Ａ／チプレクサ、（Ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄ　−０ｐｔｉ　ｃＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ　
Ｍｕｌｔｉ　−ａｎｄ　Ｄｅｍｕｌ　ｔｉｐｌｅｘａｒ
ｓＵｓｉｎｇ　ａ　Ｃｈｉｂｐｅｄ　Ｇｒａｔｌｎｇ　
ａｄｄ　ａｎ　Ｉｏｒｚ　−Ｅｘｃｈａｎｇｅｄ　Ｗａ
ｖｅｇｕｉｄｅ刀と題する論文に説明されている。
残念ながらこれらのマルチプレクサは、元情報の搬送並
びに拡散素子又はマルチプレクサの格子に作用する光線
束の平行化に用いられるモノモード元ファイバとマルチ
プレクサとの結合に関する最も重要な問題は解決しない
。
　８一 本発明の要約 本発明は特定的には、先に指摘した欠点な取除（ことを
可能にする光集積における複数個の光信号の可逆的な信
号分離のための装置に係る。特に、本発明装＠は情報を
搬送するために用いられろ光ファイバとの結合性が優れ
ており、従って低い光損失を可能にｊる。
さらに、本装置は先行技術装置より容易な方法で、綽々
の波長の数個の、例えば８個までの光信号の多重化を可
能にし、他方では光の総損失の許容値を守る。さらに、
本発明マルチプレクサ又はデマルチプレクサは完全に再
現可能の技術に従って製造されることかできる。
本発明は特定的には、種々の波長のｎ個の光信号を分離
する方式の、第１光ファイバによって伝達される入射光
巖を構成し、さらにｎ個の光信号をｎ個の光ファイバに
それぞれ再び送り込むための集積デマルチプレクサに係
り、前記デマルチプレクサは少なくとも１個の光ガイド
内に形成された光学部品から形成され、ガイド内には、
第１光ファイバからの入射光縁を平行化ｊｂための色消
し入力オプティクスと、ブラックの条件に従って機能す
る縦続形に配列された少なくともｎ個の格子と、及びこ
れらｎ個の格子と協働するｎ個の出力オプティクスが含
まれており、各格子は光線の１・１部分を回折し、かつ
前記元庫の第２部分を伝送するために使用され、２つの
部分の１方がｎ個の光信号の１つだけを搬送し、他方は
他の光信号を搬送し、後続格子の方向に伝送され、各出
力オプティクスは光４ｇ号のうち１つだけを伝送する光
線部分を集束するために使用され、更に本発明デマルチ
プレクサは可逆的である。
本発明デマルチプレクサは可逆的である。即ち、光信号
の多重化か又は分割かを可能にする。多重化の場合は、
装置は牙ｌファイバ内＋ｃｎ個の光ファイバからそれぞ
れ発出するｎ個の光信号を含む入射光縁を送り込むため
に使用される。この場合、入カオプテづクスは出力オプ
ティクスとして働き、格子は２つの光線を結合するため
に使用され、さらにｎ個の出力オプティクスはｎ個の入
力オプティクスとして働（。
本文は以後本発明装置をデマルチプレクサとして説明す
る〇 より好ましくは放物面反射鏡より成る色消し入力オプテ
ィクスはマルチプレクスデバイスで処理するぺぎ光線の
平行化を確保する。従って格子はブラックの条件に従っ
て働くことができ、その結果優れた波長選択が可能であ
る。
本発明装置の好ましい具体例によれば、ｎ個の信号のう
ち１個のみを搬送する部分は、対応する格子によって回
折される光線部分である。
さらに有利には、本発明デバイスは、第１光ファイバと
入力オプティクスとの間に配置された、才ｌ光ファイバ
と同様の構造をもつ１個の入カマイクロガイド及び／又
はｎ個の出力オプティクスとｎ個の第２光ファイバとの
間にそれぞれ配貨された、第２元ファイバと同様の構造
をそれぞれ有する複数個の出力マイクロガイドを含んで
いる。
′　　　入力及び出力光ファイバのそれぞれに非常に近
い構造の１個の入力マイクロガイド及びｎ個の出力マイ
クロガイドを使用することによって、前記ファイバとマ
ルチプレクサの間の優れた結合を保証し、従って装置の
入口及び出口における光損失を限定することができる。
好ましくは、マルチプレクサの出カマづクロガイドは湾
曲されている。
本発明デバイスのもう一つの好ましい具体例でハ、前記
デバイスの出力オプティクスは色消し放物面反射鏡であ
る。これらの反射鏡は種々の第２光ファイバに入るそれ
ぞれの光線の優れた集束を可能にする。
本発明装置の他の好ましい具体例によれば、光学部品は
２個の重ね合わされた光ガイドの形に形成され、下側ガ
イドは屈折率変動が高（、上側ガイドは屈折率変動が小
さく、その中を入射光縁が伝播する。この福の構造では
、マルチプレクサはそれぞれ光線の第１部分を回折して
前記光線の第２部分を伝送丁するために用いられるｎ個
の第１格子を含んでおり、これら２つの部分の１つはｎ
個の光信号の１つだけを搬送し、他の光信号を伝送する
他の部分は後続の矛ｌ格子の方向に搬送され、従ってｎ
個の光信号の１つだけを搬送する部分は上側ガイドから
下側ガイドに送られ、同じ（ｎ個の第２格子は７ｘ格子
と結合し、それぞれがｎ個の光信号の１個だけを搬送す
るこの光線部分を下側ガイドから上側ガイドに再び移す
ために使用される。− ２個の重ね合わせた光ガイドを使用することによって、
もし必要があれば、光信号が高い屈折率変動で光ガづド
内を伝播ｊる間にこれらを処理することを可能にｊる。
より有利には、マルチプレクサの元素子は光ガイドの少
なくとも１部をエツチングすることによって形成される
〇 本発明装置の好ましい具体例によれは、シリコン基板上
に整然と形成された光ガイドはオニアンドープト二酸化
シリコン層と、第２ドープト二酸化シリコン層と、及び
場合によっては屈折率を下げるための元素をドープした
Ｉ３の二酸化シリコン層を含んでおり、第２層の材料の
ドーピングは第２層の屈折率が矛ｌ及びオ・３層より高
くなるようにして処理されている。
本発明装置の他の好ましい具体例によれば、半導体及び
特にシリコン基板上に整然と形成された２個の光ガイド
は、例えはアンドープト二酸化シリコンの第１層と、よ
り特定的には窒化ケイ素の第２層と、例えばドープト二
酸化シリコンの第３２層より低くなるようになっており
、第１、第２及び矛３層は下側層ガイトン形成し、）フ
１、第３及び第４１りは上側光ガイドを形成する。
好ましい具体例 １７１図及び第２図は、より特定的にはシリカのｔＬ元
ファイバ２により伝送される、波長をそれぞれλ１．λ
２．・・・λ。とするｎ個の光信号を分割し、さらにｎ
個の第２光ファイバＦ１＃　Ｆ２１・・・Ｆｎ内にｎ個
の光信号をそれぞれ再び送り込むために用いられる本発
明インチグレイテッド多重化デバイス又はマルチプレク
サを略図とし℃示す。
特に、光ファイバＦ□は波長λ□の光信号だけを受信し
、光ファイバＦＴ１は波長λ。の光信号だけを受信−ｒ
、る。波長λ１．λ２．・・・、λ。はｏ、７〜１．８
”ｍであることができる。第１九ファイバ２の搬送すべ
きｎ個の光信号は単−入射光４を形成する。
第１図に示す通り、このマルチプレクサは、例えばシリ
コンの又はＧａＡ　ｓのような■−■族材料から形成さ
れた単結晶半導体基板８上に形成された光ガイド６を含
む。基板は半導体ブロックをカット８面と８面が厳密に
平行になるようにして得る。
光ガイド６は３つの重ね合わせた鳴１０，１２及び１４
から形成される。Ｉｆ４１０と１４の間に配駿された饗
１２はガイドの案内層を形成し、その屈折率は層１０及
び１４より高い。例えば基板８の上に載っている下側層
ＩＯは純粋な二酸化シリコンから作られ、層（、のげ−
λＩ＝、７特定的にはリン、ゲルマニウム又はチタニウ
ムをドープした二酸１ヒシリコンから作られ、上側の９
１４は屈折率を下げる１ロ５　（ｈ、フッ素のような元
素をドープした二酸化シリコンか、又は純粋な二酸化シ
リコンか、から作ちれる。純粋な酸化物＠１０及び１４
は、約０．８部ｍの同じ波長について、例えば１．４５
の屈折率をもち、他方ではドープト酸化物層には１．４
６の屈必率ｔもつ。屈折率変動の低いこの光ガイドは、
シリカから作られ、かつ通常、光集積内で使用されるモ
ノモード元ファイバと同様の特性をもつ。屈折率変動が
低いことによって、１０　ｕｍ厚さの案内層１２につい
てさえモノモードであるこ゛とができる。マルチプレク
サの種々の光学部材は光ガイド６に統合されている。
マルチプレクサはその人口Ｅにマイクロガイド１６をも
ち、種々の波長の光信号を搬送ｊる第１元ファイバ２と
マルチプレクサの間の艮好な結合を確保する。この入力
マイクロガイド１６は光ファイバ２を形成するものと非
常に似通う構造をもち、特にシリカ又は二酸化シリコン
から作られたモノモードファイバである。第２図に示す
ようにマイクロガイド１６は、好ましくは長方形マイク
ロガイドである。
放物面色消し反射鏡のような色消しオプティクス１８は
、入力マイクロガイド１６からの光線４を平行化し、ｓ
ｂの波長の光信号を含むことな可能にする。換言すれば
、前記オプティクス１８は、光点Ｐで出たマイクロガイ
ド１６からの光を第３図１に示すように平行光線２０に
変えることを可能にし、更にこのため光点Ｐはオプティ
クス１８の焦点に位置決めされなければならない。
放物面反射鏡１８からの平行光線２０は、木２回に示す
如く、縦続形に配列され、ブラックの条件に基づいて機
能するｎ個の格子Ｒユ、Ｒ２，・・・。
Ｒに作用する。これらの各格子は周期構造を持ち、さら
に規則的に間隔をとった平行帯状部の形で、凹部と凸部
が交替に並ぶ形をもつ（第４ａ図）。
例えば、第１格子Ｒ１は波長λ１め光信号を搬送する光
線部分２２を回折して、他の光信号な含む残りの光線部
分２４を後続へ伝送することを可能にする。第１格子Ｒ
１により伝送される入射光２０の中の部分２４は第２格
子Ｒ２によって受信される。次に、第２格子Ｒ２は波長
λ２の光信号を含む光線′２４の中の部分２６を回折し
て、光信号２４の残り２８を次の第３格子Ｒ３に伝達す
る。種々の波長それぞれλ１．λ２．・・・、λ□のｎ
個の光信号は相互に分離され、対応する光ファイバＦ８
゜Ｆ、ｌ・・・、Ｆｎに伝達される。
格子Ｒ，のブラック又は入射角α１（ｌはｌとｎの間の
整数）は、種々の格子の構造の技術的な可能性に従って
選択される。この角度α、は回折するべき波長λ１及び
対応する格子の間隔Ｐｔに左右される。特に、１番目の
格子Ｒは、波長λ１を反射し、他を伝送するようにして
限定されることかでき、そのためλ１−２ｐｉ由αｌで
あることが必要である。この条件は、格子Ｒ１の間隔ｐ
ｌを一定にし選択波長に対応させてαｌを変化させたり
、またはα　を一定とし格子の間隔１）１を選択波長に
応じて変えたりすることによって満たすことができる。
さまざ！な格子Ｒ，ｔＲ２１・・・、Ｒｎの製造と結び
ついた実地上の理由で、ｐｌを固定しセしてαｌを変化
させるのが好ましい。
格子Ｒ，＃　Ｒ，、・・・＃　Ｒｎ　Ｄを通過した後の
回折光例えば２２及び２６はもはや厳密な意味で平行光
ではない。し′Ｄ）シ、これらの光線はすべてシリフン
基板８のカットされた面に対して垂面に、即ち光゛ガイ
ドの入力面Ｅ１例えば平行面Ｓ＜対し垂直に平行を保っ
て放出しなければならないから、複数の格子により回折
される光線を集束させるため、ｎ個の光学素子Ｍ１ｚ　
Ｍ２　＃・・・９Ｍｎが備えられている。各反射鏡Ｍ１
は格−７Ｒ，と協働しており、この格子Ｒｉによって回
折される光線部分を集束す石のを可能にする。
、マルチプ・レクサの出力におけるさまざまな光ファイ
バＦ、ｌ　Ｆ、＃・・・、Ｆｎとの結合を改良するため
、ｎ個の光マイクロガイドそれぞれＧ□、Ｇ、。
・・・、Ｇｎが反射鏡Ｍ、　ｔ　Ｍ、　ｌ・・・、Ｍｎ
ｉ元フナイバＦ１．Ｆ３．・計、Ｆｎとの間にそれぞれ
配置されている。・各マイクロガイドＧ　は、波長λｌ
の光信号を受取る対応する元ファイバＦｌに極めて近い
構造をもつ。入力マイクロガイド１６については（第３
図）、光学部材Ｍ、　＃　Ｍ２１・・・ｌ　Ｍｎの焦点
は対応するマイクロガイドＧ！ｅ　Ｇ２　ｙ・・・、Ｇ
ｎの入口に配置されている。
好ましくは、これらのマイクロガイドは湾曲した形状を
もち、これが、単結晶シリコン基板８の号を発生させる
のを助ける。
（以下余白） 次に、前記マルチプレクサを単結晶シリコン素基板と二
酸化シリコン光ガイドを用いて製造する場合の方法を説
明する。
第１段階は基板を加熱酸化することによシ厚さ１〜５μ
ｍの下側の二酸化シリコン層１０を成長させることであ
る。この成長は、８００〜８５０Ｃの低温で、およそ１
０６Ｐａの圧力で、あるいは１０００〜１１５０　ＩＴ
の高温で、大気圧で得ることができる。
これに、リン、ゲルマニウム又はチタニウムをドープし
た二酸化シリコン層１２の化学気相デポジション法（プ
ラズマ印加は付いても付かなくてもよい）による堆積処
理が続く。このドープト二酸化シリコン層は厚さ４〜１
０μｎ１である。導入されるドーパントの量を加減する
（例えばリンの場合は１０２］〜１０２２原子／ｉ）こ
とによって、ドープト層１２と下側層１０／上側層１４
との間で屈折率の差を調整することができる。従って１
０−８の屈折率差が理想的であろう。
第３の二酸化シリコン層は化学気相デポジション法（プ
ラズマ印加は付けても付けなくともよい）によって堆積
することができる。層１４は純粋な酸化物か、あるいは
ポロン又はフッ素のような、この層の屈折率を減らす元
素をドープした酸化物であることができる。この上側層
は１〜６μｍの厚さをもつ。
次の段階は、種々の光学部品を形成するため、従来式の
ホトリソグラフィ加工によシ適切なマスクを通してこの
ように形成された光ガイドをエッチすることである。
完全に定められた形の光学部品を得るため、例えばエツ
チング剤として四フッ化炭素又は三フッ化メタンを用い
た反応性イオンエッチのような異方性エツチングが用い
られる。
入力マイクロガイド１６及び出力マイクロガイドＧ、、
Ｇ、、・・・・・・Ｇｎを形成するため、信号を供給す
るだめの光ファイバ２と、この信号を放出するための光
ファイバＦ１　＃　Ｌ　＋・・・・・・、Ｆｎと１−面
していない上側二酸化シリコン層部分を取除くことがも
っばら可能である（第１図参照）。
入力放物面反射鏡１８及び出力放物面反射鏡Ｍ１゜Ｍ２
．・・・・・・、Ｍｎを形成するため、これらの反射鏡
を配置すべき位置の３つの酸化物層１０．１２及び１４
を同時に除去することができる。
格子Ｒ１＋Ｒ１＋・・・・・・、Ｒｎに関しては、第４
ａ図に示すように、光ガイドの上側層１４及び、案内層
１２の前記格子を配置するだめの部分を除去することが
できる。エッチみぞの深さｈは所望の通過帯部Δλによ
って決定され、この部分は格子の「強度」に左右される
。深さｈが増加するにつれて、波長の選択が細かくなる
（微少Δλ）。
本発明デバイスの製造方法の変形例では、光ガイドの下
側層１０及び案内層１２だけが同じ堆積法でデポジット
される。従って、従来式のホトリソグラフィ技術に従っ
て形成された適切なマスクを用いて、さまざまな格子を
形成するため、第４ｂ図に示すような案内層１２の部分
エッチがほどこされる。このエツチングは、特に例えば
反応党イオンエッチのような異方性エッチ法である。
このエッチ法によれば、完全な組織の上に、光ガイドの
上側層１４に等しい厚さの純粋二酸ブヒシリコン層が堆
積される。この堆積層はプラズマ印加化学気相デポジシ
ョン法によ多形成できる。
他の光学素子（反射鏡、マイクロガイド）は、その後光
ガイドの１又はそれ以上の層をエッチすることによって
製造される。
第５図は、本発明マルチプレクサの他の具体例を透視図
で示す。本装置の光学素子は、第１図及び第２図に関し
て先に説明したと同じ機能を果す。
これらの素子は文字ａ又は符号′を付は加えた同じ符号
で示しである。
このマルチプレクサは、光ファイバ２によって搬送され
る波長λ８．λ１．・・・・・・λｎのｎ個の光信号−
）Ｚ− を分離し、更にそれらをｎ個の第２光ファイバＦ、。
Ｆ８．・・・・・・＋ＦＨにそれぞれ再び送り込む。こ
のデノ々イスは重ね合わせた２個の光ガイＦＳ　ａ１屈
折率の高い下側ガイｒと屈折率の低い上側ガイド、を含
む。゛ これら２つの重ね合わせた光ガイ、Ｐ６ａは特にシリコ
ンから作られる単結晶半導体基板８ａの上に製造され、
４つの層それぞれ１０ａ、１１．１２ｅＬ＄＋１４ａの
積重ねによシ形成される。中間層１１及び）２ａはそれ
ぞれ上側及び下側ガイドの案内層に相当する。層１１は
下側ガイドの構造に入る層１０ａ、１２ａより高い屈折
率をもち、層１２０Ｌ〆は上側光ガイｒの構造に含まれ
る層１４ａ１及び層１０ａよシ高い屈折率をもつ。
シリコン基板８ａの場合は、層１０ａは、例えば１０６
Ｐａ千８００〜８５０　ｔ：’、あるいは大気圧下でも
つと高い１０００〜１１５０　’Ｃの温度で基板を加熱
酸化することによ）得られるアンドーゾト二酸化シリコ
ンでつくることができる。この層はたとえば波長０．８
μｍ及び厚さ１〜５μｍであれば屈折率は約１．５８と
なる。層１１はよシ有利には窒化ケイ素でつくられ、同
じ波長についておよそ２という高い屈折率を示す。この
層は例えば層１０ａ上に化学気相デポジション処理（プ
ラズマ印加は付いても付かなくてもよい）によって堆積
させることができる。この層の厚さは特に０．０１〜０
．２μｍである。
Ｉ※１２ａは、よシ特定的にはリン、ゲルマニウム又は
チタニウムをドープした、二酸化シリコンから形成でき
る。との層は層１０ａよす僅かに高い（数１０−８だけ
高い）屈折率と、２〜１０μｍの厚さをもつ。この層は
層１１上に例えば化学気相デポジション法（プラズマ印
加付き又は無し）によって堆積できる。上側層１４ａは
二酸化シリコンＱｉｔであることもでき、純粋な二酸化
シリコンであっても、ボロン又はフッ素のようなこの層
の屈折率を減らす元素をＰ−プした二酸化シリコンであ
ってもよい。これは化学気相゛デポジション法によって
形成できる（プラズマ印加は付けても付けなくてもよい
）。この層が波長０．８μｍ１厚さ１〜６μｍであると
すれば、屈折率はおよそ１．４５である。
上側ガイｒは屈折率差が小さく（ガイド層と隣接層の間
の理想的な屈折率差は１０−８である）、分離すべきさ
まざまな信号を伝送する光ファイバ２及び、さまざまな
信号Ｆ１１Ｆ、ｌ・・・・・・！Ｆｎの送出のための光
ファイバとの良好な結合が保証される。この上側ガイド
は光ファイノ？′２及びＦｉのように、１０μｍ厚の案
内層１２Ｈについても、モノモードガイドである。マル
チプレクサへの入射”光の伝□送は上側ガイＰにより゛
確保される。
屈折率変化の高い（例えば０．５５）下側ガイドは、屈
折率変化の低いガイドよシ優れた光信号処理の可能性を
提供する。従って、高屈折率の案内Ｆｆｔ’ｉ　−１（
Ｓ　ｉ”、Ｎ４）内にレンズ、偏光プリズム、等゛等の
ような光学部材を形成するのが容易であり、反対に低屈
折率の案内層１２ａ内にはこれらの素子を作シつけるこ
とはできない。
先に述べたように、このマルチプレクサは例えば、それ
への入口の光損失を制限するととを可能にする光ファイ
ノ９２と同じ構造の直線形スカマイクロガイド１６ａと
、マイクロガイド１６ａからの光を、縦続接続形に配列
し、ブラックの条件の下で機能するｎ個の第１格子Ｒ／
、　＊　Ｒ’、　＊・・・・・・、　Ｒ’ｎと共に平行
化する□放物面反射鏡のような色消し入力オプティクス
１８ａを含んでいる。
先に説明−したように、各格子Ｒ’ｉ　（ｉは１とｎの
間に含まれる）は波長λｉの光信号を伝送す急先線部分
を回折し、残りの光線部分を後続格子Ｒ’ｉ＋１の方向
に伝送するために使用される。これらの格子Ｒ’ｌ　Ｉ
　Ｒ’ｆｉ　Ｉ・・・・・・、Ｗｎは上側の案内モード
を下側゛の案内モードと結合するために設計されている
。従って波長の選択を別にすれば、これらの格子は回折
した光線を上側ガイｒから下側ガイドに、さらに詳細に
云えばドーゾトニ酸化シリコンの案内層１２ａから窒化
ケイ素の案内層１１へ伝送することを可能にする。
１個の光ガイドから次のそれへのこの伝送の結果として
、この格子Ｒ′ｉと、反射オプティクスとしてはたらく
格子Ｔｉを結合して、格子Ｒ／　ｉによって回折された
光線を下側ガイドから上側ガイドへ、即ち案内層１１か
ら案内層１２ａへ伝送すると七を可能にする必要がある
。
従って格子Ｔ、、Ｔ、、・・・・・・、Ｔｎによってそ
れぞれ反射される光線は、放物面色消し反射鏡のような
光学素子Ｍ’Ｉ　ＨＭ’２．・・・・・・、　Ｍ’ｎを
用いて、波長λ、。
λ８．・・・・・・、λｎの光信号をそれぞれ搬送する
第２の光ファイノ々Ｆ’１．Ｆ、・・・・・・、Ｆｎに
それぞれ集束される。湾曲した出力マイクロガイドそれ
ぞれＧ′１゜α２．・・・・・・、Ｇ′。け、よシ有利
には、マルチプレクサと光ファイバＦ□、Ｆ２．・・・
・・・、Ｆｎとの結合を助けるため、オプティクスＭ’
、ｒ　Ｍ’、　＊・・・・・・、　Ｍ’Ｈと光ファイノ
々Ｆ１．Ｆ、、・・・・・・＋Ｆｎとの間にそれぞれ配
置することができる。
先ｌζ述べたように、出力反射鏡Ｍ’１　ｒ　Ｍ’ｚ　
ｐ・・・・・・。
Ｍ′ｎ及び出力マイクロガイドα、、α２．・・・・・
・＋Ｇ’１は、それぞれ単一信号を搬送する回折された
光線を、基板のカットされた面に対し垂直に通過させる
ことを可能にする。
格子几／、、１％／、、　・、・・・、Ｗｎ及び格子Ｔ
１ｔ　Ｔ、＃−＃Ｔｎのブラック即ち入射角は、マルチ
プレクサのさまざまな光学素子を内蔵する２個のガイド
の実効屈折率の関数として決定される。これらの実効屈
折率は、ガイｒを形成する虐の厚さと屈折率に左右され
る。
このマルチプレクサのさまざまな光学素子は、先に述べ
た通シ、反応性イオンエッチ法によりエツチング剤とし
てＣＨＦ、又はＣＦ、を用いて２個のガイドの層を部分
的にエツチングすることによって形成することができる
。マイクロガイド１６ａ及びＧ′１は、４つの層１４ａ
、１２ａ、１１及び１０ａをエツチングすることによ如
上側層１４ａ１反射鏡１８ａ及びＭ′ｉをエッチし、上
側層１４ａと層１２ａの１部をエッチすることにより格
子Ｒ／　ｉ及びＴｉをエッチするだけで得ることができ
る。
本発明デノイスは、さまざまな波長の８個の光信号まで
分離し、同時に全体的な光損失を適度に抑えることを可
能にする。とれは先行技術のマルチプレクサでは不可能
であった。
以上の説明は説明及び非限定形として示したにすぎない
。従って本発明マルチプレクサの具体例のすべての修正
は本発明の範囲を超えること外く可能である。特に、マ
ルチプレクサの入口又は出口の放物面反射鏡は、光ガイ
ドの１又は２つの層をエツチングすることによってのみ
製造可能である。さらに、各種の格子は、光ガイドの上
側層をエッチするだけか、又は前記ガイドの３つの層を
エッチすること１こよって製造することができる。
同様にして、マイクロガイドはｒ−ブト二酸化シリコン
層１２又は１２ａをエツチングし、次にすべてを上側酸
化層で覆うことによって得ることができる。さらに、光
ガイドの各層の厚さと性質は、案内層が対応するガイド
の隣シ合う２層よシ僅かに高い屈折率をもち、かつ前記
層がモノモード案内層であることを条件として、修正が
可能である。
同様に、基板はシリコン以外の、ガラスのような材料で
作ることもでき、その場合は第に酸化シリコンは化学気
相デポジション法によって得られる。
さらに、それぞれの格子は、光信号を１つだけ搬送する
光線部分を回折し、他の信号を含む部分を伝送するもの
として説明した。勿論、１つの光信号だけを含む光線部
分を伝送し、他のすべての信号を含む光線部分を回折す
る格子を使用することも可能である。
最後に、本発明装置は、光信号のデマルチプレクシング
、即ち信号を互いに分割する機能と結びつけて説明した
が、勿論本装置はこれらの信号のマルチプレクシング、
即ちさまざまな波長のｎ個の光信号からこれらの信号を
搬送する単一光信号を合成するためにも使用することが
できる。本発明装置のこの可逆性は主として放物面色消
し反射鏡１８．Ｍｌ、・・・・・・９Ｍｎの使用と結び
ついている。
この場合、各反射鏡Ｍｉ又はＭ′ｉは波長λｉの入射光
縁を平行光線に変えるために用いられ、更に反射鏡１８
又は１８ａは格子Ｒ０から発し、ｎ個の光信号を含む合
成光線を集束する。
【図面の簡単な説明】
第１図は単一光ガイドの形につくられた本発明多重化装
置の概略的透視図、第２図は第１図のマルチプレクサの
概略的上面図、第３図は光線束の平行化を確実に行うた
めの第１図のデバイスの入力素子の説明図、第４ａ図及
び第４ｂ図はそれぞれ、本発明マルチプレクサの格子に
ついて考え得る２種の構造を示す縦断面図、第５図は２
個の光ガイ１を重ね合わせた形につくられた本発明マル
チプレクサの概略的土面図である。 ２・・・第１光ファイバ、４・・・単−入射光縁、Ｆ、
〜Ｆｎ・・・第２光ファイバ、６・・・光ガイド、８・
・・基板、１０．１２．１４・・・層、１６・・・入力
マイクロガイＰ１１８・・・色消し光学素子、Ｒ□〜Ｒ
ｎ・・・格子、Ｓ、Ｅ・・・平行面。 ｄ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）種々の波長のｎ個の光信号を分離する方式の、第
    １光ファイバによつて伝達される入射光縁を構成し、さ
    らにｎ個の光信号をｎ個の光ファイバにそれぞれ再び送
    り込むための集積デマルチプレクサであつて、前記デマ
    ルチプレクサは少なくとも１個の光ガイド内に形成され
    た光学部品から形成され、ガイド内には、第１光ファイ
    バからの入射光線を平行化するための色消し入力オプテ
    ィクスと、ブラックの条件に従つて機能する縦続形に配
    列された少なくともｎ個の格子と、及びこれらｎ個の格
    子と協働するｎ個の出力オプティクスが含まれており、
    各格子は光線の第１部分を回折し、かつ前記光線の第２
    部分を伝送するために使用され、２つの部分の１方がｎ
    個の光信号の１つだけを搬送し、他方は他の光信号を搬
    送し、後続格子の方向に伝送され、各出力オプティクス
    は光信号のうち１つだけを伝送する光線部分を集束する
    ために使用される、可逆的であるデマルチプレクサ。
  2. （２）複数の光信号の１つだけを搬送する部分が対応す
    る格子によつて回折される光線部分である、特許請求の
    範囲第１項に記載のデマルチプレクサ。
  3. （３）入力オプティクスが放物面反射鏡である、特許請
    求の範囲第１項に記載のデマルチプレクサ。
  4. （４）出力オプティクスが色消し放物面反射鏡である、
    特許請求の範囲第１項に記載のデマルチプレクサ。
  5. （５）第１光ファイバと入力オプティクスとの間に挿入
    され、第１光ファイバと同様な構造をもつ入力マイクロ
    ガイドを含む、特許請求の範囲第１項に記載のデマルチ
    プレクサ。
  6. （６）ｎ個の出力オプティクスと協働するｎ個の出力マ
    イクロガイドを含み、前記出力マイクロガイドがｎ個の
    出力オプティクスとｎ個の第２光ファイバとの間にそれ
    ぞれ挿入され、第２光ファイバと同様の構造をそれぞれ
    持つ、特許請求の範囲第１項に記載のデマルチプレクサ
    。
  7. （７）出力マイクロガイドが湾曲している、特許請求の
    範囲第６項に記載のデマルチプレクサ。
  8. （８）光学部品が単一の光ガイド内に形成されている、
    特許請求の範囲第１項に記載のデマルチプレクサ。
  9. （９）光学部品が２個の重ね合わせた光ガイド内に形成
    されており、下側のガイドは高い屈折率差をもち、上側
    のガイドは屈折率差が低く、内部を入射光線が伝播する
    ようになつているデマルチプレクサであつて、前記デマ
    ルチプレクシングデバイスがｎ個の第１格子を含み、そ
    のそれぞれが光線の第１光線部分を回折し、第２光線部
    分を伝送するために使用され、これら２部分の１方がｎ
    個の光信号の１つを搬送するだけで、他の光信号を搬送
    する他方は後続格子の方向に伝送され、次にｎ個の光信
    号の１つだけを搬送する部分は上側ガイドから下側ガイ
    ドへ転送され、更にｎ個の第２格子が第１格子と協働し
    ており、そのそれぞれがｎ個の光信号の１つだけを搬送
    する光線部分を下側ガイドから上側ガイドに再び転送す
    るために使用される、特許請求の範囲第１項に記載のデ
    マルチプレクサ。
  10. （１０）光学素子が光ガイドの少なくとも１部をエッチ
    ングすることによつて形成される、特許請求の範囲第１
    項に記載のデマルチプレクサ。
  11. （１１）単一の光ガイドが、シリコン基板上に整然と形
    成されて、第１アンドープト二酸化シリコン層と、第２
    ドープト二酸化シリコン層及び、第３二酸化シリコン層
    を含んでおり、第３層はその屈折率を下げるための元素
    をドープするか、純粋な形のままかであり、第２層の材
    料のドーピングはその屈折率が第１及び第３層より高い
    ようになつている、特許請求の範囲第８項に記載のデマ
    ルチプレクサ。
  12. （１２）２個の光ガイドが、半導体基板上に整然と形成
    されて、第１層と、第２層と、第３層及び、第４層とを
    含み、第３層はその屈折率が第１及び第４層より高く、
    第２層より低くなるようになつており、第１、第２及び
    第３層が下側光ガイドを形成し、第１、第３及び第４層
    が上側光ガイドを形成する、特許請求の範囲第９項に記
    載のデマルチプレクサ。
  13. （１３）基板がシリコンであり、第１層がアンドープト
    二酸化シリコン、第２層が窒化シリコン、第３層がドー
    プト二酸化シリコン、及び第４層が純粋状態か、あるい
    はその屈折率を下げる元素をドープした二酸化シリコン
    である、特許請求の範囲第１２項に記載のデマルチプレ
    クサ。
  14. （１４）ドープト二酸化シリコン層がリン、ゲルマニウ
    ム又はチタニウムをドープされている、特許請求の範囲
    第１１項に記載のデマルチプレクサ。
  15. （１５）第１光ファイバ及びｎ個の第２光ファイバがモ
    ノモード光ファイバであり、また単一個の光ガイド又は
    上側光ガイドがモノモードガイドである、特許請求の範
    囲第８項に記載のデマルチプレクサ。
JP61053534A 1985-03-13 1986-03-11 光集積における複数個の光信号を分離するための可逆装置 Pending JPS61212805A (ja)

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