JPS62502146A - 光伝送系用のマルチプレクサ／デマルチプレクサ - Google Patents

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】 この発明は、単一モードの搬送光波チャネルに対する波長領域を多重利用する光 伝送系に使用されるマルチブレク４）／デマルチプレクサ　（ＭＬＩＬＤＥＸ） に関するものである。このＭＬＩＬＤＥＸには入出力用として位置に関係する同 方向結合が行われる不等光導波路を備えるブレーナ構成の光フィルタが設けられ ている。

技術の背景： 光通信技術においては小モード系が次第に重要性を増して来た。約１．３μｍか ら１．６μ鶏の間の波長領域において伝送奸体として使用可能の単モード・ファ イバはその低い減衰によりチャネルに対して波長を異にする複数の単モード光波 を搬送波として多重利用すること全可能にテる。

その際チャネルの占拠密度は生として光伝送系の送信側と受信側においての部品 に与えられている前提条件に関係する。一つのチャネルの内容に対しては広帯域 サービスにおいてすら３００ＭＨｚ以下のｉｉ幅あるいは３００ＲＪｂｉｔ／ｓ 　のピット速度を必要とする場合約１　ｐｍから３ｐｍまでの光波帯域幅に対応 する。このように狭く急峻な透過曲線はこれまで光フィルタに対しては実現不可 能であった。しかしこのような条件は入手可能な単モード・レーザーがこれに対 応して安定でなくスペクトル的に純粋でないことから必ずしも必要としないもの である。波長マルチプレクサと単モード搬送光波を使用する光伝送系に対する現 実的な要求としては当分の間約３０　ｎｍのチャネル間間隔とそれに対応する約 １５ｎｍの広帯域光フィルタを採用することができる。これによって単モード・ ファイバを通して上記の低減衰波長領域内で約１０のチャネル、例えば往と復に それぞれ５ｙ−ヤネルを波長マルチプレクサにおいて伝送することができる。こ のことは４つの光チャネルに１つの光チャネルを付加するか４つのチャネルから １つを選出するマルチプレクサ／デマルチプレクサを送信側と受信側に必要とす ることを意味している。

光伝送系においては送信側と受信側の外に場合によって中間増幅器と中継装置に も電子回路が必要となる。プレーナ技術によって作られたいくつかの互に異る光 部品と電子部品を互に紹合せることは常に可能であるが、このような部品を単一 種の技術により最終的には光部品と電子部品の集積構造として共通基板上に製作 することは試みられている。これに対しては直接ギャップ半導体として特定の光 特性例えば透光特性、発光特性、光吸収特性ン持つ材料種だけが使用可能である 。

技術の基本的現況： ＭｔＪＬ　ＤＩ！：Ｘ装置に使用される波長選択フィルタについて科学技術文献 に発表されている論文は主としてニオブ酸リチウム系の部品に関するものである 。この絶縁性の材料では例えばチタンの拡散という簡単な方法により光学的に同 一ではない光波導体を作ることができる。しかし例えばガリウム・ヒ素／ガリウ ム・アルミニウム・ヒ素等の半導体材料を使用して実験室的に構成された電気制 卸可能の光部品によって波長選択性フィルタを実現することは従来不可能であっ た。次表にこめ状態が簡潔に示されている。

ＡＩ　ＬｉＮｂ０．　男漁釦枡町生カプラ　２００ｎｍ　０．６μａ　λ。

Ａ　２　１２　（４ａＡ；Ｐ　洪南把升幡生カプラ　２　ｎＴ１　１．０〜１． ６μ亀　λ。

Ｂ　ＬｉＮｂＯＨＴＢ／ＴＭ　コンバータ　７ｎｍ　ｏ、６ｐ％　ｌ”ＣＧａＡ ｓ　ブラッグ格子　０．２　ｎ、”ｎ　Ｏ，８ｐｗｈ　−ＬｉＮ１）Ｏｎ　レフ レクタ Ｄ　ＧａＡａ／　ＰＯＬＡＭ　（２００ｎｍ３　１．６４ｐｍ　（ｔ　ＪａＡＬ Ａａ Ｅ　（ＬｉＮｂＯ，）　ｍｆ句性カフヲ　（２００ｎｍ）　（０，６μｍ）　− ０内の数値は上記の実例のもの Ａｌ：　「応用物理Ｊ　（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　 ）　３３（２１゜１９７Ｂ、９．１６１−１６３ Ａ２：　ｒ５際固体薄膜Ｊ　（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎ ｃｅ　ｏｎＴｈｉｎ　８ｏ１ｉｄ　Ｆｉｌｒｎｓ　）　、Ｘドックホルム（５ｔ ｏｃｋｈｏｌｙｎ　）１９８４年８月 リントグレン、ブロペルク、エベルク、ブラッグ「ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ　に おける狭帯域幅光波導体フィルタ」Ｂ：　「応用物理Ｊ　’（Ａｐｐｌｉｅｄ　 Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　３９（２１゜１９８１、ｐ、１３１−１ ３４ Ｃ：　［応用光学Ｊ’（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　）　１９αＧ、１９８ ０　ｔｐ、２８４８−２８５５ Ｄ二Ｆ量子エレクトロニクスに関する米国電気電子学会雑誌」７　ＩＢＥＥ　Ｊ ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｒｎ　Ｆｉｌｅｃｔｒｏｎｉｃａ　５　ＱＢ 　−１８（４Ｊ、１９８２，９．７６３−７６６′Ｅ：ｒｔ子エレクトロニクス に関する米国電気電子学会雑誌Ｊ　’（ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕ ａｎｔｕｒｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　）ＱＢ−１４０１１，１９７８，ｐ、 ８４３−８４７発明の技術的課題とその達成方法ならびに利点：この発明の目的 は、特に冒頭に挙げた種類のＭＬＩＬ　ＤＩ！ｉＸ装置に対して上記の要求を満 たす波長選択性フィルタを光導波体間の共軸方向性結合を行う受動結合器の原理 に基いて構成することである。

この外にこの発明は、送信側又は受信側又はその双方において搬送光波の入力又 は出力に必要なフィルタ構成部品のいくつかあるいは総てをまとめて集積構造と することもその目的としている。そのためには空間的ζ二ぎっしり詰った構造と し、−貫した製造工程で作られるようにしなければならない。

更ｉ−光部品と電子部品の集積化可能性ン考慮して、このような構造が半導体材 料においても実現可能であることに重点を置く必要がある。

この発明は上記の文献Ｅに記載されている光導波路間の位置に関係する結合を行 う指向性結合フィルタから出発し、適当なフィルタ部品ｔｉ！！１定して異った 構成の先導波路が結合区間と光結合低減区間が周期的に繰り返されているセクシ ョンを通して不連続的に相互結合され、両導波路の導波特性に対応して規定され た定格波長に対してはこのセクションの周期長が決められ、フィルタの規定透過 帯域幅に対してはセクションの個数が決められるようにするととｔ提案する。

この発明の有利な実施形態においては更に次の特徴が示される。

特表昭６２−５０２１４６　（５） −フィルタ部品がそれぞれ少くとも１つの光導波路対から成り、各光導波路対の 光導波路間の低減された光結合区間はエツチング溝となっているニ ー　このエツチング溝の深さは光導波路層の厚さの全体に亘って一定であるか、 あるいは結合区間の終端に向って減少している； −更に少くとも１つの光導波路対において一方の光導波路が曲げられて他方の光 導波路との間隔が結合中心に向って低下している。

フィルタ部品がそれぞれ少くとも１つの先導波路対で構成されている別の実施形 態の一層では、少くとも一方の光導波路が蛇行線形に作られ、結合区間は最短相 互間隔区域にあり、著しく低減された光結合は最短相互間隔区域に置かれる。

この実施形態群においても少くとも一つの蛇行線形光導波路が湾曲した重心線ン 示し、結合中心に向って他方の光導波路への間隔又は湾曲重心線への間隔が低減 している。

この発明の総ての実施形態において、基板材料としてのガラスにフィルタ構造を 形成すること、フィルタ構造の上に屈折率が基板材料のそれに対応するガラス材 料の被覆層を設けることが可能である。

これらの実施形態ではガラスが著しく低い減衰率を示し又廉価であるという利点 がある。光波伝送層のよおよび下に少くとも同程度の屈折率を持つ被覆層がある と受動的の偏極下関性が達成される。フィルタ部品を例えば電気的に制御可能と するためには電気光学効果誘電材料特にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０ｎ　）　 又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０３）内にフィルタ構造を構成するのが有利 である。

又この場合にも偏極下関性を望むときには、フィルタ構造とその上の被覆層に対 しても上記の電気光学効果誘電材料を使用することができる。

更にこの発明の実施例では、ｌ−Ｖ族化合物半導体特にガリウム・アルミニウム ・ヒ素／ガリクム・ヒ素（ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡａ）混合結晶又インジウム・ガ リウム・ヒ素・リン／インジウム・リン（Ｉｎ（］ａＡｓＰ／ＩｎＰ　）　混合 結晶にフィルタ構造を作ることも可能である。

上記の物質系は例えば電気光学変換器（レーザー）又はオプトエレクトリック変 換器（フォトダイオード）等の光活性素子の製作にも適している。この特に勝れ た実施形態に対してもフィルタ構造構成材料として又フィルタ構造の被覆層材料 としてＢ−ｖ族化合物半導体特に混合結晶としてのガリウム・アルミニウム・ヒ 素／インジクム・リン又はインジウム・ガリウム・ヒ素・リン／インジウム・リ ンが推奨される。

誘電材料又は半導体材料から成る実施例においては電気制菌用として光波導体上 に電極を設けることができる。

更に送信部又は受信部又はその双方に必要とするフィルタ構造のいくつか特にそ の全部を集積光回路とすることも有利であり、半導体材料が使用されているとき は送信部又は受信部又はその双方に必要とするフィルタ構造のいくつか特にその 全部を所属電子回路と共に集積オプトエレクトロニク回路とすることも有利であ る。

前記の一覧表に示した公知手段に対比してこの発明の特異性とその利点全詳細に 説明する。

この発明による非対称光波導体を備える指向性結合器の場合伝搬定数βＡ、βＢ の外に分散も不同になり、それによって広範凹の光波導体糾合せが可能となる。

文献＠Ａｌ″に記載されているＬｔＮｂｏ、中のストライプ形光波導体では、特 定の波長において位相速度が等しくなるように寸法が選定され、光波導体の分散 がフィルタの透過帯域幅を決定するからこの帝城幅は１００　ｎｍを単位とする 程度のものになる。両方の光波導体が同じ４成分物質で作られていると透過帯域 幅もこのオーダーのものとなる。異る成分物質層例えばＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ 層を備える光波導体の場合に限ってこれよりも２桁小さい例えば２　ｎｍ　（７ ）透過帯域幅が達成される。しかし光波導体対に互に異る材料を使用すると製造 が極めて困難になる。

文献１Ｂ”に記載されているＴ　Ｅ／ＴＭモード変換器は４にカブＧａＡｌＡ３ ／ＧａＡ３だけに作られて釆たものである。ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡａの場合は偏 極変調器となり、電気光学効果を通して偏極を変化させる。この型式は能動部品 として取扱われる。更にＬｔＮｂａ。

部品の場合透過帯域幅はｎｍ領域に達するが、これは何等かの物理原理によるも のではなく使用されたＬｉＮｂ０．の高い複屈折能に基くものである。その際Ｔ Ｅ波とＴＭ波に現われる極めて大きな位相不整合はドライブ電場に対する電極の 周期的配置により所定の波長において補償されなければならない。このような操 作の長所は結合定数が電場に比例し、印加電圧によって正しい部品長に調整され 得ることである。

文献″Ｃ′″に示されている非対称指向性結合器の理論的にめられた構造はフィ ルタとして又領域の透過帯域幅を可能にする。

これに必要な周期長は１００　ｎｒＤ領域にあり、約±０．０１ｎｍの製作精度 を要求する。これは従来のリングラフィ技術の到達可能限度を遥かに越えたもの である。

この発明に上るフィルタ構造はｉ　ｋ　／　２結合器と呼び得るものである。そ の同方向結合された二つの互に異る光波導体では位相速度と分散が決して一致し ない。しかしノに結合器の場合と同様であるが、結合が行われる区間と結合無し くあるいは低減された）区間の周期的繰り返しによる位相整合は特定の波長にお いて実現する。その際例えば光絶縁されたエツチング溝か、あるいは蛇行する光 波導体の場合最大相互間隔区間で低減結合が生ずる。

公知のｉｌ＜結合器では結合が十にと−にの間で周期的に変化するのに対して、 この発明によるｉ　ｋ　／　２結合器では十にと０の間で変化する。公知装置に おいて負のに値は物理的に外部からの操作例えば能動部品に対する電場の作用で 達成されるのに対して、この発明の装置においては受動部品として実現される。

フィルタ特性に関してはこれらの方法はほぼ同等であるが、この発明の万か２倍 の長さを必要とする。

通常状態では二つの非対称又は不等光導波路の間には結合によって完全なエネル ギー父換は行われない（これは互に異る二つの振子の場合と同様である）。これ により所望される結合は許され、所望されない結合は阻止されて区間毎に順次に 目的に近づくことになるから（これは父流電圧を整流して一つ置きの半波でコン デンサン充電する場合に似ている）、この事実はこの発明にとって決定的な重要 性ン示す。

発明の最良の実施形態： この発明の実施例における各フィルタ部品の寸法選定は計算機プログラムによる のが効果的である。数学物理的計算の基礎に関しては文献「光通信用集積光波長 マルチプレクｆ／デマルチプレクサ−第３回ヨーロッパ国際会議議事録Ｊ　（Ｎ ｏｌｔｉｎｇ、　Ｈｏｆｆ−ｍａｎｎ、８ｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇ　：　”　Ｉｎ ｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｌｅｎｇ−ｔｈ　Ｍｕｌｔｉｐｌ ｅｘｅｒ　／　Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ　ｆｏｒ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍ ｍｕｎ　−１ｃａｔｉｏｎ”　、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３　 ｒｄ　ＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｏｎ　工ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　 ０ｐｔｉｃｓ　、ｎｅｒｔｔｎ　、　ａ−ｓＭａｙ　１９８５．ｐ、２１５−２ ２０）に発表されている。

この計算は次のように進められる。

所定の定格波長と使用される材料に対してまず両光波導体の断面寸法ン選定する 。これによってそれぞれの位相定数βＡとβＢが決定され、位相の誤整合は次式 で与えられる。

両光波導体間の間隔に指数関数関係にある無妨害結合は実際上に０−０．８　ｒ ａｄｐｒｏｗ付近にある。結合長（ビート長）に対する公知関係式： ％式％ および無結合あるいは強低減結合区間に対する公式：から一つの区間Ｓの周期長 １ｃ＋１．がめられる。

透過曲線の所定幅に対して区間の数Ｎが決定される。Ｎは整数でなければならな いから計算値に僅かの偏差があるとき切上げ又は切捨てを行うか、あるいはｋと δの−１又は双方の値を変えて最適寸法をめる。

必要な数値又は計算式の総ては計算機読取り可能の表にまとめ、測定結果等によ って現案化し最適化することができる。

ＭｔＪＬＤＲＸ装置の寸法決定に際しては共通の貫通光波導体に対して一つのβ Ａ乞、各フィルタ部品に結合された光波導体に対しては総て同じβＢ特に一定の 断面寸１”ｆ’Ｙ予め選定して置くことができる。これに対応する定格波長に対 しては所属区間の互に異る周期長の外に僅かに異ったフィルタ透過幅が与えられ る。フィルタ透過幅に関しては適当であると認められれば最大値と最小値を予め 決めておくことができる。

この発明の特に有利な実施形態の概略ビ図に示す。

図面の簡単な説明： 第１図：　フィルタ部品から構成されたＭＬＩＬＤＥＸ装置のブロック接続図； 第２図：　波長選択の基本形としての２方向光導波路方向性結果３図：　第２図 の方向性結合器・フィルタの透過曲線；第４図：　光波導体間の不連続結合のた めのエツチング溝を備える７に／２万方向結合器・フィルタの概略図；第５肉： 　第４図のフィルタの断面詳細図；第６図：　第４図のフィルタの光導波路結合 区域に沿った断面図： ９Ｊ１１７図：　第３図類似の透過曲線とフィルタの調整により移動した透過曲 線： 第８図と第９図：　指向性結合器フィルタの透過幅と全長の計算値： 第１０図：　不連続結合された平面形蛇行光波導体を備える１ｋ７２指向性結合 器・フィルタの概略図；゛第１１図：　テーパー付とテーパー無しの蛇行光波導 体を備える第１Ｏ図のフィルタの透過曲線： 第１２図：　第１０図の偏極に無関係なフィルタのＴＢモードとＴＢモードに対 する透過曲線； 第１３図乃至第２８図：　波長選択性フィルタ部品の種々の構成例とその一部の 詳細図； 第２９図二　光部品と電子部品の集積構造の配置図。

第１図に示した光伝送系用マルチブレクｆ／デマルチプレクサは、互に異る定格 波長λ。、λ、、・・・・・、λ□の単モード光波搬送体Ｚ収めるチャネル間隔 つにまとめ又別々に分離するためのものである。二方向性伝送の場合マルテプレ シングとデマルテプレンングの両操作は伝送区間の両端で実施される。この実施 例ではこれらが共通の装置で行われるから、ＭＵＬＤＥＸ　（マルチプレクｆ／ デマルチプレクサ）と呼ばれる。

各搬送波の波長λは１．３μｍと１．６μｍの間にあり、その相互間隔は約３０ 　ｎｍ又はそれ以上である。適当な純粋で安定した単モード・レーデ−が入手可 能であれば、これよりも狭いチャネル間間隔も検討に値する。

チャネル間の完全な分離特に充分なりロストーク減衰に使用される光フィルタは その透過帯域幅がチャネル間隔に対応して狭くなければならない。有効信号に対 して例えば３ｄＢの透過帯域最大減衰が許されると、透過曲線の帯域幅と急峻度 は実際上充分な精度ンもって半値幅ノλＨＷＢで与えられる（第２図、第３図） 。

従ってこの種の光フィルタは波長選択性としての構成が可能である。この発明の 実施例ではこれに対してブレーナ技術によって作られた指向性結合器・フィルタ が設けられ、不等光波導体間の位置に関係する同方向結合を行う。

第４，５および第６図に新種の指向性結合器フィルタの構成乞示す。このフィル タは互に異る光波導体ＡとＢの間に不連続結合がＮ個の区間Ｓに亘って形成され る。この結合は有結合区間ｌｃと無結合あるいは極低結合区間１０の周期的の繰 り返しによって構成される。極低結合は光波導体間ン光絶縁するエツチング溝Ｇ によるものである。

特定の波長に対してはそれに対応する周期長が与えられるが、これはこの発明の 実施例の場合一つの区間Ｓに対応する。ここで区間１０と１゜がほぼ等しい長さ になり得ることが示される。フィルタの透過帯域幅の区間Ｓの個数Ｎに関係する 。区間８の′数は７又はそれ以上と予想される。

一つのＭＵＬＤＢＸ装置に属する各フィルタは例えば４成分、層Ｑを備えるＩｎ Ｐ　基板上に構成される。両光波導体の断面積は第５図に示すように不等であり 、例えば少くとも厚さｔｌ　とｔ、異等しくない。光波導体の幅はＷ、又はＷ、 であり、相互間間隨はＣである。第４図に示されているエツチング溝Ｇは第５図 、第１図の９層内の斑点面に対応する。第６図ではエツチング溝の終端に向って 厚さ即ち溝の深さが低下している。

＄５図に示されているように両光波導体の上にｐｎ接合、壓１Ｓ又はショットキ 接合型の電極Ｅｔ設けることができる。対向電極は基板の下面に設けられるが、 これは図面に示されていない、電極Ｅに電圧印〕したとき光波導体区域に形成さ れる電場は電′気光学効果によってこの区域のＳ波特性を変える。これは、受動 フィルタのｉｉｉ！調と同等である。第７図にこの種フィルタの透過曲線の移動 情況ン示す。この移動は例えばレーザーのドリフトの追３従を可能にするもので ある。

第８図と第９図にはこの発明に実施例の寸法選定のために一方の光波導体の断面 寸法（ｔ　！　−ｔ　ｒｉｌｔｏ　＋ｄ　ｔｔ　）の変化ｄｔ、が及ぼす影ｑｋ ヲ示す。このグラフからは同時に多数の異る定格瀧長に対するＭＵＬＤＢＸ装置 において断面寸法の選定法！知ることができる。

この発明とその実施例に対してはｊｋ／２構造として実現可能な波長選択フィル タが単一材料、特に単一の４成分層中の光波導体リブの互に異った断面寸法選定 によって製作可能であるという事実が重要である。この場合複数の光波伝送構造 が一つの製造工程において同時に形成される。次いで導波層ン所定個所において 例えば基板に達するまで除去することによりエツチング溝が作られる。終端に向 ってエツチング深さが次第に浅くなっているエツチング溝のテーパーは、例えば 斜めに入射するイオンビームン使用して作ることができる。更に周期長１０とｌ ｃン例えばガウス分布に従うように変化させることも可能である。

光波導体間の間隔は指数関数に従って装置の結合定数に近づく。従ってエツチン グ溝の製作過程には特に高い精度が要求される。正しい結合長は最初いくらか長 目に作り、後からＱ層の腐食除去、又はエツチング溝の埋立てによる結合外しに よって調整することができる。エツチング溝の幅は約３μ諏、その最小長さは約 ｌＯｐ鶏である。

一つの基板に複数のＪｋ／２フィルタが作られているＭＵＬ　ＤＥＸは、総ての 該当する光波ン伝送する貫通導波路の両側に流入／分岐サテライト光波導体と共 に構成することができる。これによってデバイス全長の最適利用が可能となる。

４成分材料として計算されたΔに／２フィルタ部品は例えば定格波長λ。−１３ μ島に対してセクション数はＮ−５９、エツチング溝長さ１０−８５μ風、’Ｃ −８５ｐｎｈで全長は約】０−となる。この場合透過帯域幅は１００ｍ（ｊλＨ ＷＢ−１００ｍ）である。加入者線に対する波長マルチプレクサに使用される単 モード光波搬送体！４本だけ含む光伝送系では、テヤネ／Ｉ／間隔は１００ｎ田 に達し得るがらｉｋ／ｚフィルタは相当広い透過幅とすることができ、セクショ ン数が少く全長は短縮される。　゛ 第１θ図に示した光フィルタは二つの蛇行光波導体ＡとＢｌ−含む。これらの導 波体はその幅がｗｌ、ｗ、として示されているように異ることから非対称構造と なっている。第４．５．６図と同様にここでも周期長はＳ、セクション数はＮで ある。両光波導体の不連続結合はこの実施例では光仮導体の相互間隔の周期的変 化によって実現する。従って両光波導体の少くとも−１を蛇行形とに代るもので あり、その製作に当ってマスクの位置合せｔ必要としないという長所を示す。光 波導体の非対称性ｔその幾何学的寸゛法によって達成する場合には、両光波導体 の−１をマスクで覆い追加エツチングを実施する。蛇行線の湾曲はその半径ン大 きくするかあるいは特殊な形態として放射損失が生じないようにする。

間隔偏差即ち図のり。８ｘとＬｍｉｎ　の差は約２乃至３μ亀の間にあり、結合 係数の変動率は１０である。

第１１図の透過曲線はクロストーク減衰のための光波導体の蛇行形態においての 追加テーパー形状の作用を示す。破線で示した透過曲線は第１０図に示したテー パー無しの光波導体形態のものであり、強いナイドロープを示す。光波導体の蛇 行形状全体に小さい湾曲ン重ねることにより、実線で示すようにこのサイドロー ブが著しく抑制される。この場合蛇行光波導体の重心線もそれ自体湾曲し、光波 導体対の他方の導体との間隔は中心に向って減少し結合の縁端部分に向って増大 する。約３０　ｎｒｎ又はそれより僅か小さいチャネル間隔においてのクロスト ーク減衰はこれによって３０　ｄＢ以上改善される。

第１１図に実線で示した透過曲線の効果をＴＥモードとＴＭモードに分割して第 １２図に示Ｔ０これらの曲線はその形においても位置においてもほとんど一致す る。これはフィルタ作用がモードに無関係であることン示す。この光波の偏光に 関係しないフィルタ特性は別の手段、即ち例えば４成分エピタキシャル層ｌ光波 導体構造が基板又はバッファ層に作られた後ＩｎＰ　で被覆することによっても 達成可能である。光波導体！基板と少くとも類似し゛た屈折率ン示す材料で被覆 すると、ＴＥモードとＴＭモードに対して同等の伝搬条件あるいはコアとクラッ ドから成る単モード。

ファイバの場合と同じ条件が作られる。

第１３図乃至第２８図に示されている波長選択フィルタの構成は、特にＭ［ＪＬ Ｄ］１３Ｘ装置用としてのこの発明の可能な実施形態の展望ン与えるものである 。

第１３図、第１４図、第１５囚に示されているフィルタ部品はいずれも１対の光 波導体Ａ、Ｂを備え、その間にエツチング溝Ｇが設けられている。結合領域では 導波路Ａ、Ｂは共に直線であるか（第１３図）、−万例えばＢが湾曲するか（第 １４図）、両方が共に湾曲する（第１５図）。湾曲により結合がテーパー化され クロストークが低減する。第１６図は第１３図乃至第１５図の円で囲まれた区域 の拡大図である。

第１７図、第１８図、第１９図に示され第２０図にその一部が拡大して示されて いる構成はいずれも中央導体人を共通にする２つの光波導体対Ａ、Ｂ３　；Ａ、 Ｂ２’１１備え、各列のエツチング溝Ｇｌ、Ｇ２は周期長が異る。従って各列は 互に異った波長に同調している。共通導体Ａは直線であり、他の導体Ｂｌ、Ｂ２ は両方が直線であるか（第１７図）、−万例えばＢ２が湾曲しているか（第１８ 図）、両刀が湾曲しているか（第１９図）のいずれかである。

第２１図乃至第２３図に示され第２４図にその一部が拡大して示されている構成 と第２５図乃至第２７図に示され第２８図にその一部が拡大して示されている構 成は第１３図乃至第１６図および第１７図乃至第２０図のものと異り、不連続結 合が少くとも一方の光波導体の蛇行形状によって実現する。この蛇行形状は従っ て一つの光波導体対の導体間に設けられるエツチング溝に代るものである。結合 のテーパー化はこの場合も６対の光＠導体ＡとＢ、ＡとＢｌ、ＡとＢ２間の平均 間隔の変化による。この平均間隔は結合領域の中央で最小であり両端に向って増 大する。

第２９図は光学部品と電気部品又はそれらの混合部品が集積されている集積光デ バイスとしてのＭＵＬＤＥＸ　’Ｙ図式的に示す。光波導体は純粋の光学部品で あって二重線で示されている。場合によっては電気的に制卸される光フィルタは 右上から左下に向う４５°斜線で示され、電気回路例えば増幅回路、制御回路は 左上から右下に向う４５°斜線で示され、オプトエレクトリック変換器例えばレ ーザーは水平ハツチングで示され、電圧導線ン除く電気接続線は単線で示されて いる。

この種のデバイスはｌ−Ｖ族化合物半導体で作られる。この半導体は一方では電 気導体として集積電気回路とレーザー、フォトダイオードの形成を可能にし、他 方では０．８μ簿から１．６μ鶏の範囲内の光に対して高い透光性ン示す。光学 部品はその単モード入出力端ビもってそのまま他の材料例えばＬｉＮｂ０．で作 られた光学部品に対して両立的である。シリコンをベースとする従来の電気回路 Ｚハイブリード構成に使用することも当然可能である。

Ｆｉｇ、　Ｉ Ｘｏ、、、、、、、ｘ、　Ｘ、、ｘ２．、、、、、Ｘ。

ｃ Ｆｉｇ、　５ Ｆｉｇ、　１０ Ｆｉｇ、　２９ λｌ、唄 Ｆｉｇ、　１１ Ｆｉｇ、　１２ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲ（Ｉ（ＲＥ ＦＯＲＴ　ＯＮ＠発明者　メルフ、ラインハルト ドイツ連邦共和国　Ｄ−１０００ベルリン　６１　グロースベーレンユトラーセ 　２９ ドイツ連邦共和国　Ｄ　−８０００ミュンヘン　８３　ホファンガーシトラーセ 　７９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（８）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ十１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されることを特徴とする入出力用としてプレーナ技術によつて作ら れ場所に関係する同方向結合が行われる互に異る光波導体を備える光学フイルタ を備え単モード搬送光波チヤネルに対する波長領域を多重利用下る光伝送系用の マルチプレクサ／デマルチプレクサ。 ２）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ＋１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、光結合低減区間（１ｏ）がそれぞれ の光波導体対（Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ）の光波導体の間でエツチング溝（Ｇ ）として構成されていることを特徴と下る入出力用としてプレーナ技術によつて 作られ場所に関係する回方向結合が行われる互に異る光波導体を備える光学フイ ノレタを備え単モード搬送光波チヤネルに対する波長領域を多重利用する光伝送 系用のマルチプレクサ／デマルチプレクサ。 ３）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（８）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ＋１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、光結合低減区間（１ｏ）がそれそれ の光波導体対（Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）の光波導体の間でエツチング溝（ Ｇ）として構成され、その深さ（ｔ）が光伝導層の厚さ全体に亘つて一定である ことを特徴とする入出力用としてプレーナ技術によつて作られ場所に関係する同 方向結合が行われる互に異る光波導体を備える光学フイルタを備え単モード搬送 光波チヤネルに対する波長領域を多重利用する光伝送系用のマルチプレクサ／デ マルチプレクサ。 ４）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ＋１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ）；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、光結合低減区間（１ｏ）がそれそ れの光波導体対（Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）の光波導体の間でエツチング溝 （Ｇ）として構成され、その深さ（ｔ）が結合区域の終端に向つて減少している ことを特徴とする入出力用としてプレーナ技術によつて作られ場所に関係する同 方向結合が行われる互に異る光波導体を備える光学フイルタを備え、単モード搬 送光波チヤネルに対する波長領域を多重利用する光伝送系用のマルチプレクサ／ テマルチプレクサ。 ５）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ十１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、少くとも１つの光波導体対（Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ １；Ａ，Ｂ２）において一方の光波導体（Ａ，Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）が湾曲形に作ら れ、結合区間の中心において他方の光波導体に対して最短間隔を保つことを特徴 とする入出力用としてプレーナ技術によつて作られ場所に関係する同方向結合が 行われる互に異る光波導体を備える光学フイルタを備え単モード搬送光波チヤネ ルに対する波長領域を多重利用する光伝送系用のマルチプレクサ／テマルチプレ クサ。 ６）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ十１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、光結合低減区間（１ｏ）がそれそれ の光波導体対の光波導体の間でエツチング溝として構成され、その深さ（ｔ）が 光伝導層の厚さ全体に亘つて一定であり、更に少くとも１つの光波導体対におい て一方の光波導体（Ａ，Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）が湾曲形に作られ、結合区間の中心に おいて他方の光波導体に対して最短間隔を保つことを特徴とする入出力用として プレーナ技術によつて作られ場所に関係する同方向結合が行われる互に異る光波 導体を備える光学フイルタを備え、単モード搬送光波チヤネルに対する波長領域 を多重利用する光伝送系用のマルチプレクサ／デマルチプレクサ。 ７）光結合区間（ｌｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ＋１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、光結合低減区間（１ｏ）がそれぞれ の光波導体対の光波導体の間のエツチング溝として構成され、その深さ（ｔ）が 結合区間の終端に向つて減少し、更に少くとも１つの光波導体対において一方の 光波導体が湾曲形に作られ、結合区間の中心において他方の光波導体に対して最 短間隔を保つことを特徴とする入出力用としてプレーナ技術によつて作られ場所 に関係する同方向結合が行わる互に異る光波導体を備える光学フイルタを備え、 単モード搬送光波チヤネルに対する波長領域を多重利用する光伝送系用のマルチ プレクサ／テマルチプレクサ。 ８）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ＋１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、少くともその一方の光波導体（Ａ， Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）が蛇行線形に作られ、結合区間（ｌｃ）は最短相互間隔（Ｌｍ ｉｎ）の区域に置かれ、光結合低減区間（１ｏ）は最長相互間隔（Ｌｍａｘ）の 区域に置かれることを特徴とする入出力用としてプレーナ技術によつて作られ場 所に関係する同方向結合が行われる互に異る光波導体を備える光学フイルタを備 え単モード搬送光波チヤネルに対する波長領域を多重利用する光伝送系用のマル チプレクサ／デマルチプレクサ。 ９）光結合区間（１ｃ）と光結合低減区間（１ｏ）から成り、周期的に繰り返さ れるＮ個のセクシヨン（Ｓ）を通して不等構成の光波導体（Ａ，Ｂ）が断続的に 相互結合されているフイルタ部品が設けられ、両光波導体（Ａ，Ｂ）の特性に応 じて所定の定格波長に対してセクシヨン（Ｓ）の周期長（１ｃ＋１ｏ）が決定さ れ、フイルタの所定の透過帯域幅（■λＨＷＢ）に対してセクシヨン（Ｓ）の数 （Ｎ）が決定されるものにおいて、各フイルタ部品が少くとも１つの光波導体対 （Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）から成り、少くともその一方の光波導体（Ａ， Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）が蛇行線形に作られ、結合区間（１ｃ）は最短相互間隔（Ｌｍ ｉｎ）の区域に置かれ、光結合低減区間（１ｏ）は最長相互間隔（Ｌｍａｘ）の 区域に置かれ、更に蛇行線形に作られた光波導体（Ａ，Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）の少く とも１つが湾曲した重心線を示し、その他方の光波導体（Ａ）又は湾曲重心線に 対する最短間隔が結合中心に置かれることを特徴とする入出力用としてプレーナ 技術によつて作られ場所に関係する同方向結合が行われる互に異る光波導体を備 える光学フイルタを備え単モード搬送光波チヤネルに対する波長領域を多重利用 する光伝送系用のマルチプレクサ／テマルチプレクサ。 １０）フイルタ構造がガラス基板内に構成されることを特徴とする請求の範囲第 １項乃至第９項のいずれか１項に記載のマルチプレクサ／テマルチプレクサ。 １１）ガラス材料から成るフイルタ構造の上に基板材料に対応する屈折率を示す ガラス材料の被覆層が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１０項記載 のマルチプレクサ／テマルチプレクサ。 １２）電気光学効果誘電材料特にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタ ル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）にフイルタ構造が構成されることを特徴とする請 求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載のマルチプレクサ／デマルチプ レクサ。 １３）フイルタ構造とその被覆層に対して電気光学効果誘電材料特にニオブ酸リ チウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）が使用される ことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載のマルチプ レクサ／テマルチプレクサ。 １４）フイルタ構造がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体特にガリウム・アルミニウム・ ヒ素／ガリウム・ヒ素（ＧａＡ１Ａｓ／ＧａＡｓ）系の混晶に構成されているこ とを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載のマルチプレ クサ／テマルチプレクサ。 １５）フイルタ構造ならびにその被覆層にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体特にガリウ ム・アルミニウム・ヒ素／ガリウム・ヒ素（Ｇ３Ａ１Ａｓ／ＧａＡｓ）系又はイ ンジウム・ヒ素・リン／インジウム・リン（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ）系の混晶が 使用されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載 のマルチプレクサ／テマルチプレクサ。 １６）光結合された光波導体（Ａ，Ｂ；Ａ，Ｂ１；Ａ，Ｂ２）上に電極（Ｅ）が 設けられていることを特徴とする請求の範囲第１２項乃至第１５項のいずれか１ 項に記載のマルチプレクサ／テマルチプレクサ。 １７）送信所又は受信所又はその双方に必要なフイルタ構造のいくつか特にその 総てが集積光回路（ＩＯＣ）として集積されていることを特徴とする請求の範囲 第１２項乃至第１５項のいずれか１項に記載のマルチプレクサ／テマルチプレク サ。 １８）送信所又は受信所又はその双方に必要なフイルタ構造のいくつか特にその 全部が所属電子回路と共に集積オプト・エレクトロニク回路（ＩＯＥＣ）として 集積されていることを特徴とする請求の範囲第１４項又は第１５項記載のマルチ プレクサ／テマルチプレクサ。