JP2003513330A - 通過帯域平滑化フェーズドアレイ - Google Patents

通過帯域平滑化フェーズドアレイ

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JP2003513330A JP2001535099A JP2001535099A JP2003513330A JP 2003513330 A JP2003513330 A JP 2003513330A JP 2001535099 A JP2001535099 A JP 2001535099A JP 2001535099 A JP2001535099 A JP 2001535099A JP 2003513330 A JP2003513330 A JP 2003513330A
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ビユルトハイス，ヒンドリツク・フリールク
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ラミング，リチヤード・イアン
ボランセン，マーク
フアン・デル・フリート，フレデリク・マルセル
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アルカテル・オプトロニクス・ユー・ケイ・リミテツド
キマタ・ネーデルランス・ベー・ベー
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Abstract

(57)【要約】 複数の導波路５０によって結合された２つの自由空間領域４８、５２を含み、長さに所定の差を持つアレイ導波路格子として動作する通過帯域平滑化フェーズドアレイ。入力導波路はほぼ同量の入力信号を受信する長さが異なる２つの導波路アーム６６、６８を持つマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）６４を介して第１の自由空間領域に結合される。アームは長さが異なり、位相差を生成する。ＷＤＭネットワークでは、導波路アームは位相差を生成し、ＭＺＩの自由スペクトルレンジが波長チャネル間隔に等しくなり、またＭＺＩの波長応答が各々のＷＤＭ波長に対し同じになる。ＭＺＩの２つの出力は、従来のフェーズドアレイの横方向の空間分散に等しいＭＭＩ内の横方向空間分散を提供する横方向間隔を持つマルチモード干渉計（ＭＭＩ）４４の入力端に結合される。これによって、通過帯域のより大きい部分がフェーズドアレイを等しく通過する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、フェーズドアレイ、アレイ導波路格子および光通信ネットワークに
関する。
【０００２】 背景技術 光波長分割多重（ＷＤＭ）素子は光ファイバ伝送経路を組み込む先進的な光通
信ネットワークでますます重要になりつつある。シリカ光ファイバは３００テラ
ヘルツを超える伝送帯域幅を有する。ただし、そのような極めて大きい帯域幅は
送信端および受信端の電子回路によって制限される。そのような電子送信機およ
び受信機は通常シリコン電子回路に基づき、現在商用では２〜１０ギガビット／
秒（Ｇｂｓ）に制限されている。４０Ｇｂｓまでの増加が企図されているが、そ
れ以上の増加は達成するのが困難である。
【０００３】 これらの理由から、図１に示す多数の（Ｎ）電子データチャネルが送信機１０
に入力し、Ｎ個のそれぞれの出力搬送波波長λ１、λ２、．．．λＮを有するレ
ーザ１２などの個別の光エミッタを変調するＷＤＭが提案されている。好都合な
ことに、これらの波長は、次式で与えられるほぼ一定のチャネル間間隔で分離さ
れた隣接波長λ１、λ２、．．．λＮを有するＷＤＭ波長コーム内に配置されて
いる。
【数１】
【０００４】 光波長分割マルチプレクサ１４は異なる波長の光信号を結合し、結合された信
号を単一の光ファイバ１６上に出力する。光受信機２０は光波長に従って受信信
号を同じ波長割り当てλ１、λ２、．．．λＮに従ってＮ個の光検出器２４に分
割する波長分割デマルチプレクサ２２を含む。受動システムで普通経験する相互
関係から、波長分割デマルチプレクサは、普通波長分割マルチプレクサの入力と
出力とを逆にしたものとほぼ同じである。
【０００５】 さらに、光アッド／ドロップマルチプレクサ（ＡＤＭ）３０が送信機と受信機
２０との間の光経路１６上に介在してもよい。光アッド／ドロップマルチプレク
サ（ＡＤＭ）３０はファイバ１６上の光チャネルから波長がλＡＤの１つまたは
複数の波長チャネルを除去してファイバ１６上におそらく異なる情報を含むが同
時に同じ光搬送波波長λＡＤを含む光データ信号を挿入する。ＡＤＭ３０は通常
ＷＤＭ１４、２２に酷似した技術で実施される。各々が送信機１０と受信機２０
とを含む多数のノードを有する分散ネットワークが波長に従ってノード間で信号
をルーティングする機能的に受動的なネットワークによって結合されている全光
ネットワークが提案されている。そのような全光ネットワーク内のルーティング
素子はＡＤＭ３０に似た交換素子を必要とする。
【０００６】 光ファイバ１６の伝送容量を最大限にするか少なくとも増加させるには、波長
チャネルλ１、λ２、．．．λＮを最小間隔ΔλＳで可能な限り互いに近くに配
置する必要がある。先進システムでは、このチャネル間間隔ΔλＳは、シリカフ
ァイバにとって好ましい帯域である波長が１３００または１５００ｎｍ付近の信
号で１ｎｍ以下である。そのような間隔が狭いＷＤＭネットワークを密ＷＤＭネ
ットワーク（ＤＷＤＭ）と呼ぶ。
【０００７】 上記のネットワーク設計は送信機１０、受信機２０、および中間ノード３０が
ＷＤＭ波長λ１、λ２、．．．λＮの同じセットをすべて基準にするという事実
から発生する問題を抱える可能性がある。ただし、分散素子の各々は専用の波長
校正を提供しなければならない。環境およびエージング効果のため、ある素子で
の波長校正設定は別の素子での波長校正設定と異なる傾向がある。光チャネルの
間隔が狭いことから、ネットワーク素子間の校正誤りはチャネル間干渉を引き起
こすことがある。
【０００８】 最適化された光システムでは、ファイバ１６、ＷＤＭ１４、２２、およびＡＤ
Ｍ３０は通常、少なくとも使用している光波長のポートではシングルモードであ
るように設計されている。レーザ１２の各々は極端に狭い帯域幅で光を放射する
が、周波数の影響を受ける素子１４、２２、３０のシングルモード応答は普通チ
ャネルの中心波長λ０を中心とするガウス分布に近似する波長（周波数）特性Ｆ
（λ）＝ｅｘｐ（−（λ−λ０）／ΔλＧ）を有する。ガウス通過帯域の値Δλ Ｇ は現代の製造技術でかなり自由に選択できる。ただし、前記通過帯域の値は対
抗する制約を受ける。密ＷＤＭシステムでは、チャネル間間隔ΔλＳはできるだ
け小さく作られている。ガウス通過帯域ΔλＧはチャネル間干渉を回避するため
にチャネル間間隔ΔλＳより相当小さくなければならない。他方、レーザ１２お
よびその他の周波数の影響を受ける素子の周波数特性は永続的または一時的に変
動する。通過帯域ΔλＧがあまりに小さく作られると、ピークが極めて狭くなり
、ピークの波長λ０から離れた波長の小さい変化によって動作がピーク側方に移
行し、その結果、信号強度が劣化する。すなわち、信号強度を保つには、通過帯
域ΔλＧをできるだけ大きくとってピークの頂を広くする必要がある。
【０００９】 米国特許第５６２９９９２号に開示するように、Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ他はす
でにこれらの問題を認識していた。これらの特許は、米国特許第４７７３０６３
号でＨｕｎｓｐｅｒｇｅｒ他が記載し、米国特許第５４１２７４４号および第５
４８８６８０号でＤｒａｇｏｎｅが記載したような種類のフェーズドアレイと呼
ばれるアレイ導波路格子について記載している。特に、Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ他
は図２の概略図に例示するＷＤＭフェーズドアレイ４０について記載している。
シングルモード導波路４２は選択された長さのマルチモード導波路４４の一端に
結合され、第１の自由空間領域４８の一方の側壁４７のポート４６のシングルモ
ード導波路４２からの放射の２重イメージを生成する。前記マルチモード導波路
４４はマルチモード干渉計（ＭＭＩ）としての働きをする。多数のシングルモー
ドアレイ導波路５０が星型結合器の形に前記第１の自由空間領域４８の反対側の
ポートに結合されている。アレイ導波路５０は、他の端部で第２の自由空間領域
５２の一方の側に結合されている。アレイ導波路５０は所定の長さの違いを有す
る長さを有し、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）としての働きをし、平面回折格子に
似た動作をする。シングルモード出力導波路５４は出力壁５６に沿った前記第２
の自由空間領域５２の反対側に結合されている。ＡＷＧによって入力導波路４２
からのマルチ波長信号がそれぞれの出力導波路５４上で波長多重化解除される。
デバイスの相反的な性格のために、入力および出力の役割を逆にして同じ構造を
波長マルチプレクサとして、また波長デマルチプレクサとして使用できる。Ａｍ
ｅｒｓｆｏｏｒｔ他によって企図された導波路の配置と数は以下に記載する単一
入力の例より広い。
【００１０】 上記のシングルモード素子のガウス波長分布は、シングルモードファイバの出
力で経験する強度のガウス空間分布に関連する。ただし、マルチモード導波路４
４は、ポート４６で通常２つの間隔が狭いピークを含むので、ガウス型ではなく
同じ通過帯域の対応するガウス分布よりピークがはるかに平滑である空間出力パ
ターンを前記第１の自由空間領域４８内に生成する。したがって、マルチモード
導波路４４とフェーズドアレイ４０の他の部分との間の自由空間の波長特性も平
滑化される。その結果、マルチモード干渉フィルタ４４を用いて、フェーズドア
レイの狭い波長応答であって、中央値を中心に小さい波長変化に対し応答変化の
より小さい波長応答を得ることができる。ただし、Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ他のＭ
ＭＩ解決策はシングルモードパワーがより広い領域に広がるため、２〜３ｄＢの
パワー低下を示す。Ｃｈｅｎは米国特許第５８８９９０６号で多少似た手法を開
示している。ここで彼はＡｍｅｒｓｆｏｏｒｔ他がしたように個々のチャネルの
帯域通過を平滑化するためではなく、異なる個々のチャネルでよりよい一様性を
得るためにマルチモード区間を使用している。
【００１１】 米国特許第５４１２７４４号でＤｒａｇｏｎｅはシングルモード入力導波路４
２と前記自由空間領域４８内に別個に結合された２つのシングルモード導波路と
の間にＹ結合器を配置することで標準のフェーズドアレイの通過帯域を広げる。
その結果、前記自由空間領域４８の入力壁のより広い領域に１つのモードの強度
が広がる。この手法も同様に２〜３ｄＢのパワー低下を示す。
【００１２】 米国特許第５４８８６８０号でＤｒａｇｏｎｅはフェーズドアレイなどの波長
ルーティングデバイスをカスケード接続することの利点を説いている。Ｄｒａｇ
ｏｎｅが開発した１つの構成はマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）と、前記ＭＺ
Ｉの２つの出力導波路の間の３ｄＢの交差結合器と、入力壁上でＭＺＩからの２
つの導波路を受ける第１の自由空間領域を有する標準フェーズドアレイとを含む
。ジオメトリは、一つの出力導波路が一つの波長の放射を前記フェーズドアレイ
の出力で合焦し、別の波長の他の出力導波路の放射をそこに合焦し、この間の波
長に対し約０．９ｄＢのリップルを発生させる。その際、マッハツェンダー干渉
計とフェーズドアレイとの組み合わせの通過帯域は平滑化される。
【００１３】 Ｔｈｏｍｐｓｏｎ他は「Ａｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｌｏｗ−ｌｏｓｓ ａｎｄ
ｐａｓｓ−ｂａｎｄ ｆｌａｔｔｅｎｅｄ ＳｉＯ２ ｏｎ Ｓｉ ｐｌａｎ
ａｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」ＯＦＣ ’９８
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ、１９８８、２月２２〜２７日、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒ
ｎｉａ、Ｐ．７７でフェーズドアレイの通過帯域平滑化の別の技法を開示してい
る。２つのフェーズドアレイは直列に配置される。第１のフェーズドアレイはチ
ャネル間隔に等しい自由空間レンジを有する。前記自由空間レンジは周波数特性
が反復される周波数レンジである。大半の１段階フェーズドアレイ設計では、す
べてのＮ個のチャネル間隔は１つの自由空間レンジ内に収まる。Ｔｈｏｍｐｓｏ
ｎの設計は理論的には損失がない拡張を提供するが、実際、フェーズドアレイが
最適なパフォーマンスを達成するのは困難である。
【００１４】 以上から、簡単な設計で少ない損失で通過帯域平滑化が可能なフェーズドアレ
イを提供することが望まれる。
【００１５】 発明の概要 本発明のさまざまなそれぞれの態様と特徴は首記の請求の範囲に記載する。
【００１６】 本発明の一態様は、波長チャネル間隔によって分離された複数の波長の異なる
信号を伝送する波長分割多重化（ＷＤＭ）通信システムに特に適用可能な２つの
自由空間領域の間にアレイ導波路格子を含む波長マルチプレクサまたはデマルチ
プレクサなどの光結合器であるフェーズドアレイを含む。マッハツェンダー干渉
計（ＭＺＩ）は光入力信号を受信し、２つの部分に分割し、前記部分を異なる長
さの導波路に通して、波長に応じて前記２つの部分の間に位相差を導入する。前
記ＭＺＩはチャネル間隔に等しい自由スペクトルレンジで設計され、前記ＭＺＩ
はＷＤＭ信号の各々について同じ光特性を示す。前記ＭＺＩ信号の前記２つの部
分は前記第１の自由空間領域に出力するマルチモード干渉計（ＭＭＩ）に入力さ
れる。前記ＭＭＩは好ましくは２つの最低次数モードのうなり長の半分の整数で
ある長さを有し、前記ＭＭＩと前記自由空間領域との界面の最大強度の横位置が
前記ＭＺＩからの信号の位相差に依存する。前記ＭＺＩ入力は前記ＭＭＩの一方
の側面に横方向に間隔を設け、前記ＭＭＩから前記自由空間領域に出力された信
号は前記フェーズドアレイの壁面の光分散に合致する横方向の空間光分散を有す
る。その際、前記フェーズドアレイの伝送特性は前記フェーズドアレイの通過帯
域の各々について平滑化される。あるいは、そのような装置を出力側に配置して
もよい。
【００１７】 そのような波長分散素子はできるだけ小さいチャネル間隔を有することが望ま
しい。ただし、チャネル間隔が小さければ小さいほど、漏話などの隣接チャネル
間の干渉によって引き起こされる問題は大きくなる。この問題を克服するには、
平滑な通過帯域スペクトルを有する波長分散素子が望まれる。
【００１８】 波長分散素子を通過する信号はそれぞれが極端に狭い波長帯域内の波長で送信
するように企図された複数の異なる送信レーザから発生することが多い。信号伝
送時のエラーはこの狭い波長帯域幅外で、または波長帯域の中心より離れた１つ
または複数のレーザのドリフトによって引き起こされることがある。
【００１９】 この問題を扱う試みが米国特許第５６２９９９２号でなされている。この特許
は周波数分散素子の入力に接続された一方の端で入力信号の多数のイメージを生
成するマルチモード干渉フィルタの使用を提案している。本発明の実施形態はこ
のデバイスの改善を提供する。
【００２０】 本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図面では一貫し
て同様の部分は同様の参照番号で参照される。
【００２１】 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の一実施形態が概略的に図３の光回路に示されている。マルチモード干
渉計４４に近い光回路の部分が図４の分解図により詳細に示されている。前記光
回路はフェーズドアレイ４０の分散をマルチ波長信号λ１、λ２、．．．λＮの
中央チャネルの波長の周囲で平衡する分散波長信号の線形分散を生成するマッハ
ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）６０を含む。前記マッハツェンダー干渉計６０はシ
ングルモードファイバ６２またはその他の光導波路上で前記マルチ波長信号を受
信する。Ｙ結合器またはその他のタイプの５０：５０の光パワースプリッタが前
記信号を、好ましくは同じ強度で前記ＭＺＩ６０の２つのシングルモード導波路
アーム６６、６８に分割する。前記２つのアーム６６、６８はΔＬだけ異なる物
理的長さを有するので、信号がＭＺＩ６０を横断する時に等しい波長λｉの信号
間に位相差Δφが発生する。ただし、前記位相差は数式（１）で与えられる波長
値によって変わる。
【００２２】
【数２】 上式で、ｎｅｆｆ（λｃ）はＷＤＭコームの中心波長λｃでの２つの導波路６６
、６８の実効屈折率である。前記導波路は同様の構造であるものとする。ただし
、数式（２）を見ると、より適切な長さは物理長ではなく屈折率を含む光学長で
ある。Ｎｉｓｈｉｈａｒａ他の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔ、（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９８５、ＩＳＢＮ ０−０７−０４
６０９２−２）に記載のように、電子信号、例えば、熱−光、電気−光またはピ
エゾ電気効果によって導波路内の屈折率を動的に変更する技法がよく知られてい
る。前記ＭＺＩは前記位相差内に２πの余分な倍数がある高次数モードｍで動作
するように設計できる。前記次数は次式で求められる。
【数３】
【００２３】 光デバイスの自由スペクトルレンジΔλＦＳＲはスペクトル特性が一般に光波
長の次に大きい倍数に対応して反復する波長差である。高次数では、自由スペク
トルレンジはますます狭くなる。高次数モードで動作する前記ＭＺＩ６０の場合
、自由スペクトルレンジは次式で求められる。
【数４】
【００２４】 本発明の一実施形態によれば、自由スペクトルレンジΔλＦＳＲをチャネル間
間隔ΔλＳとほぼ等しくし、その結果、前記ＭＺＩ６０は次式で求められる高次
数モードで動作するように設計される。
【数５】
【００２５】 等値性は厳密である必要はなく、Ｎを出力チャネル数とするとΔλＦＳＲはチ
ャネル間隔ΔλＳの０．２５／Ｎの範囲内の確度が必要である。波長が１３００
ｎｍ〜１５５０ｎｍの赤外線放射でチャネル間隔が１ｎｍ未満の場合、前記次数
ｍは１０００を超える。そのような設計の結果、前記ＭＺＩ６０のスペクトル特
性は、ＷＤＭ波長の中央値付近の小さい波長の変化に対しかなりの変化があるに
も関わらずＷＤＭ波長λ１、λ２、．．．λＮの各々について同じになる。チャ
ネル間隔に等しい自由スペクトルレンジで動作している導波路アーム６４、６８
は好ましくは、Ｎ個のＷＤＭ波長λ１、λ２、．．．λＮの各々に合わせて正確
に校正された信号が前記ＭＺＩ６０を位相差Δφがゼロで横断するように設計さ
れる。前記フェーズドアレイの出力チャネル数Ｎが偶数の場合、前記設計では前
記２つのアーム６４、６８の間に１８０度の位相差が必要である。
【００２６】 前記ＭＺＩ導波路６４、６４は前記ＭＭＩ４４に近づくにつれて互いに近づく
端部を有する。ただし、それらの接近は相当な距離に広がることはない。また相
互動作長はＤｒａｇｏｎｅが提唱した３ｄＢの結合長よりはるかに小さい。その
結果、波長成分は同じ強度で前記ＭＭＩ４４に入力されるが位相差は波長によっ
て変化する。接近時のいかなる意図しない結合も前記ＭＭＩ部４４の長さをわず
かに減らすだけで部分的に解消できる。
【００２７】 図４に最もよく示されているように、前記２つの導波路アーム６６、６８は前
記ＭＭＩ４４の縦方向の一方の端で、間隔を持って前記マルチモード干渉計（Ｍ
ＭＩ）４４に個別に結合される。前記間隔は好ましくは前記ＭＭＩ４４に進入す
る前記ＭＺＩ導波路６６、６８の中心の間の離隔距離Ｇによって測定される。前
記ＭＺＩ導波路６６、６８は前記ＭＭＩ４４に接近するにつれて互いに接近する
両端を有する。ただし、近い接近は相当の距離を超えることはなく、相互動作長
はＤｒａｇｏｎｅが提唱した３ｄＢの結合長よりはるかに小さい。前記ＭＺＩ６
０とＭＭＩ４４とはその間に明確な界面がなく密着するが、前記２つのＭＺＩ導
波路６６、６８上で伝搬する所与の波長の信号は同じ強度で前記ＭＭＩ４４に入
力されるが２つの信号の波長によって変化する位相差を持つと考えられる。
【００２８】 前記ＭＭＩ４４の長さＬＭＭＩは前記２つの最小次数のモードの間のうなり長
Ｌπの約半分に設定される。すなわち、
【数６】 上式で、うなり長は次式で表される。
【００２９】
【数７】 上式で、ｎ０およびｎ１は前記ＭＭＩ４４内でサポートされる基本および次に大
きい次数モードの実効光屈折率である。数式（７）の右辺のうなり長の２次元概
算は前記ＭＭＩ部の幅Ｗと、前記導波路のコア領域の実効屈折率であるｎＣに依
存する。２つの非縮退モードのみがサポートされているものとするが、本発明は
そのように限定されない。広いＭＭＩは多数のモードをサポートし、その結果、
Ｓｏｌｄａｎｏ他の「Ｏｐｔｉｃａｌ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｅｌｆ−ｉｍａｇｉｎｇ ｐ
ｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕ
ｒｎａｌ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．１３、ｎｏ．
４、ｐｐ．６１５−６２７、１９９５に記載されているように、対または一般干
渉を用いたほぼ完璧なイメージ形成ができる。ただし、完璧なイメージ形成は本
発明では特に望まれていない。その逆に、ガウスピークの直線分散と低い漏話と
を達成することが望まれる。これは２つの横モードのみをサポートし、その結果
、約０．３ｄＢの過剰な損失を招くより小さいＭＭＩ部を用いてよりよく達成さ
れる。
【００３０】 コア−対クラッドの屈折率差が０．００７５で７μｍ×７μｍのコアを持つＧ
ｅドープしたシリカ導波路を用いたシリカオンシリコンの好ましい技術では、う
なり長Ｌπは約７５０μｍに等しく、ＬＭＭＩは前記ＭＭＩの幅が約２０μｍと
した場合導波路の交差結合に相当するある程度の低減を含めて約３５０μｍであ
る。前記ＭＭＩ長をうなり長の倍数単位で増加し、許容される長さがうなり長の
約１／２、３／２、５／２などになるようにできるが、うなり長を前記ＭＭＩの
長さに追加すると分散の符号が変わることに留意されたい。
【００３１】 前記ＭＭＩ４４への２つの入力からの光信号は独立して伝搬すると考えられる
。ただし、前記２つの放射信号はそれらの間の位相差に従って干渉する。うなり
長の半分の長さで、前記ＭＭＩ４４と前記第１の自由空間領域４８との間の前記
ポート４６での強度分布は、前記ポート４６に亘って制限された範囲の位相差、
例えば、−９０°と９０°の差に対して位相差Δφでほぼ直線的に変化する空間
分布を有する。
【００３２】 ７μｍのシングルモード導波路の幅とは対照的に幅ＷＭＭＩが２０μｍで、う
なり長の半分が３５０μｍであり前記入力導波路間の離隔距離Ｇが１０μｍであ
るＭＭＩに基いて計算が実行された。ｄＢ単位で測定される光強度ｌは前記ＭＭ
Ｉの中心から±６０μｍの幅にわたって−１８０°〜＋１３０°の範囲の位相差
Δφについて計算された。その結果を図５Ａ〜５Ｈに示す。図５Ｃ〜図５Ｇのみ
を考慮すると、強度ピークの位置は位相差Δφが−９０°〜９０°の範囲で変化
すると約１０μｍ変化した。さらに、ピーク位置は、位相差とほぼ線形に変動す
る。数式（２）から明らかなように、前記位相差は波長と共に変化するので、ピ
ーク位置の変化は横方向ＭＭＩ分散ｄλ／ｄｙ）ＭＭＩによって表すことができ
、その符号は前記ＭＺＩ６０の上部ブランチと下部ブランチ６６、６８のどちら
が長いかによって変わり、その結果それぞれ正または負の符号になる。
【００３３】 本発明の簡単な実施形態について極めて一般的に言うと、前記ＭＭＩ４４は一
つの横方向ピークが前記ＭＭＩ出力平面４６の中央にある基本モードと、その位
置に２つの横方向ピークがある第１の高調波モードとをサポートする。前記２つ
のＭＺＩ導波路６６、６８は前記２つの高調波ピークのそれぞれとほぼ整列する
。うなり長の半分の長さで、位相差がゼロだと小さい高調波ピークを持つ大きな
基本ピークが生成される。位相差が正または負の場合、高調波ピークの一方また
は他方が優勢になり、ピーク中央は中心に関して横方向にずれる。
【００３４】 約９０°より大きい位相差では、横方向位置と波長との直線的な関係は成立し
ない。これらの大きい位相差はＷＤＭコーム間の波長に対応する。位置と波長と
の非対応の始まりの正確な値は本発明の運用にとって重要でない。
【００３５】 図３の分解概要図に示すように、フェーズドアレイ４０は第１の自由空間領域
４８が前記ＭＭＩ４４と前記第１の自由空間領域４８との間のポート４６を含む
壁に沿って空間分散ｄλ／ｄｙ）ＷＡＬＬを有するように設計される。異なる波
長の信号を搬送する仮想的な導波路が前記空間分散ｄλ／ｄｙ）ＷＡＬＬを含む
ように計算された波長に対応する位置で前記第１の自由空間領域４８に結合する
とした場合、すべての異なる波長は図３の第２の自由空間領域５２の出力壁５６
上の単一のスポットに合焦するはずである。光分散を表示する別の方法は、前記
第１の自由空間領域に壁４７上の固定位置で入力され、前記第２の自由空間領域
５２の出力壁５６でのその信号の波長分散を決定するマルチ波長信号を考える方
法である。前記ＭＭＩ４４の横方向分散は広げられた通過帯域が出力壁５６上の
単一のポイントに提示されるように前記出力壁５６上の波長分散を補償するよう
に設計されている。フェーズドアレイ４０が一般に対称の入力および出力形状を
有するように設計されていると仮定すると、空間分散によって導波路４２に入力
されるマルチ波長信号は出力導波路５４に波長多重化解除でき、反対方向の多重
化と同様であるが、この分離はＷＤＭコームの異なる波長間の話である。本発明
の補償は別々の波長の限られた通過帯域に限定されると有用である。
【００３６】 本発明によれば、前記フェーズドアレイおよびＭＭＩは前記フェーズドアレイ
の空間分散と前記ＭＭＩの横方向の分散が等しくなるように設計される。
【数８】
【００３７】 前記ＭＭＩと前記フェーズドアレイの分散の符号が壁４６上で同じであること
が重要であるのは当然である。前記フェーズドアレイの分散ｄλ／ｄｙ）ＷＡＬ Ｌ の符号はブランチ５０の長さの増分が正か負かによって異なる。前記分散が正
しい符号である一実施態様を図３に示す。等値性が厳密でなく、両者の間の２５
％の変動でも有利な結果が得られることは評価される。チャネル間間隔と自由ス
ペクトルレンジとが等しいために、前記ＭＭＩ横方向分散は次式で表される。
【数９】 すなわち、チャネル間隔の半分が前記ＭＭＩへの界面でＭＺＩ導波路の間の離隔
に亘って広がる。普通の対称型フェーズドアレイ設計では、入力壁と出力壁で空
間分散は同じである。出力壁上の導波路間隔がｄの場合、入力導波路間距離Ｇは
この値の約半分である。チャネル間位相間隔の半分より小さい値を用いるより保
守的な設計の場合、Ｇはｄのは半分より多少小さい値、例えば０．４であり、２
つの空間分散の等値性は保たれている。
【００３８】 上記のように、正確なＷＤＭ波長λ１、λ２、．．．λＮの各々はゼロ位相差
Δφ（またはＮが偶数値の場合、１８０°）で前記ＭＭＩ４４に入力される必要
があり、したがって、各々が自由空間領域４８とうなり長の半分のＭＭＩ４４と
の間のポート５６の中央に横方向に位置するピークを有する。これらの正確に登
録された信号は図３の対応する出力導波路５４への波長に従って多重化解除され
る。さらに、分散の一致のために、±９０°の範囲の位相差Δφを備えたＭＺＩ
６０からＭＭＩ４４に入力される信号もフェーズドアレイ上を正確に搬送され、
適切な出力導波路５４上で多重化解除される。１８０°のこの位相ウィンドウは
チャネル間隔ΔλＳの半分に対応する。その結果、チャネル間隔の約半分に対し
平滑で、フェーズドアレイによって示される通常のガウス特性よりはるかに平坦
なスペクトル応答が得られる。
【００３９】 本発明で達成可能な通過帯域平滑化の一例を計算に基づく図６のグラフに示す
。ＭＭＩが３０μｍという大きい幅で設計され、導波路間距離Ｇが１０μｍの場
合、フェーズドアレイのスペクトル応答は図６の２重ピークの曲線７０で表され
る。前記ＭＭＩが離間距離Ｇが同じ１０μｍで幅を１８．５μｍで設計して前記
ＭＭＩが２つのモードのみをサポートするとはるかに優れたスペクトル応答が得
られる。その結果としてのスペクトル応答は平滑化された曲線７２で表される。
この応答を、ＭＭＩの代わりにＭＺＩ出力間に３ｄＢ結合器を用いたＤｒａｇｏ
ｎｅフェーズドアレイについて図７に示す２重ピーク曲線７４が示す特性と比較
する必要がある。前記２つのピークの各々はＤｒａｇｏｎｅフェーズドアレイの
一般にガウス応答に対応する。前記ＭＺＩはフェーズドアレイ壁面に沿って２つ
の異なるスポットで信号を引き込むので、Ｄｒａｇｏｎｅのピークは２つになる
。ＭＺＩを使用しなければ、スペクトル応答はピークの一方に対応するであろう
。
【００４０】 図３に示すフェーズドアレイは線形で、相補的デバイスである。したがって、
前記フェーズドアレイは上記のようにデマルチプレクサとして使用でき、または
異なる波長の信号をそれぞれの対応する導波路５４に別々に入力して単一の波長
多重化信号を導波路６２から出力するマルチプレクサとして動作させることがで
きる。同様の構成拡張で、それぞれのＭＺＩとＭＭＩを単一の入力導波路上に１
対として配置する代わりにＮ個の出力導波路の各々に配置することができる。ま
た、図３に示すようなデマルチプレクサを複数の入力導波路６２を有する光スプ
リッタに汎用化することができることがよく知られている。この場合、入力導波
路の各々は専用のＭＺＩおよびＭＭＩを有し、前記ＭＭＩは第１の自由空間領域
の入力壁上の正確に選択された場所に配置される。
【００４１】 図３に示すＭＺＩ６０とＭＭＩ４０との間の界面の形状は例示的なものである
。前記ＭＭＩ４４に隣接して２つのＭＺＩ導波路６６、６８が同様に屈曲した経
路で異なる側面から前記ＭＭＩ４４に対称に接近する。
【００４２】 上記の設計および計算は対称に配置されたＭＺＩ導波路の直接結合する矩形の
ＭＭＩの簡単な形状を前提にしている。その他の設計が図８〜１３に示されてい
る。図８で、前記ＭＺＩ導波路６６、６８は前記ＭＭＩ４４の入力側に非対称に
配置されている。図９では、ＭＭＩ４４がテーパされている。その結果、前記Ｍ
ＺＩ導波路６６、６８から入力された放射電磁界は出力側に圧縮される。次いで
ＭＭＩの横方向の分散を入力側ではなく出力側で決定する必要がある。外向きの
テーパによって前記ＭＺＩとＭＭＩとの界面の設計に余裕が出る。図１０で、前
記ＭＭＩ４４はテーパされ傾斜している。これに匹敵する性能のマルチモード部
の異なる構成、例えば、バタフライおよび傾斜ＭＭＩが、Ｂｅｓｓｅ他の「Ｎｅ
ｗ １×２ ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ（登録商標） ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ｃｏｕｐｌｅｒｓ ｗｉｔｈ ｆｒｅｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅ
ｒ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏｓ」、ＥＣＯＣ ９４およびＢｅｓｓｅの
スイス国特許出願第０３ ３１０／９３−３、４号、１９９３年１１月に記載さ
れている。同様のマルチモード部が、マルチモード部が異なる目的に使用される
、Ｃｈｅｎ他を譲受人とする米国特許第５８８９９０６号の図２Ｂ〜２Ｈに示さ
れている。
【００４３】 図１１で、テーパ部８０が前記ＭＺＩ導波路６６、６８を前記ＭＭＩ４４に結
合している。前記テーパ部８０は前記ＭＺＩ側のシングルモードから前記ＭＭＩ
側のダブルモードにテーパしている。これによって、ＭＺＩブランチからＭＭＩ
へのシングルモード電磁界分布の結合がより効率的になる。
【００４４】 図１２で、テーパ部８０は図３の第１の自由空間領域４８に直接結合する。各
テーパ部自体は必要なマルチモード部として動作する。
【００４５】 図１３の実施形態は図２および３の実施形態に類似しているが、導波路６６、
６８がＭＭＩ部４４の入口の幅が断熱的に変化するわずかにテーパした部分８２
を有する。
【００４６】 このように、本発明の実施形態はフェーズドアレイ内に平滑化された通過帯域
を提供し、それによってマルチ波長通信システムをネットワーク内の異なるノー
ド間の波長ドリフトおよびその他の形態の校正誤りにより耐えられるようにする
。平滑化は追加の材料または制御なしにフェーズドアレイの波長構造をわずかに
複雑にすることで得られる。
【００４７】 本発明の別の実施形態について以下に説明する。
【００４８】 アレイ導波路格子は一体となって分光計内の回折格子の働きをするいくつかの
アレイチャネル導波路を含む平面構造である。
【００４９】 ＡＷＧマルチプレクサは異なる波長の光信号を組み合わせるデバイスである。
逆に、ＡＷＧデマルチプレクサは多重化信号を複数の信号に分割する。ＡＷＧマ
ルチプレクサは通常、アレイ導波路格子のいずれかの端部に接続された結合器と
しばしば呼ばれる２つの合焦スラブ領域と、前記スラブ領域の一つに接続された
複数の入力導波路と、他方のスラブ領域に接続された１つまたは複数の出力導波
路とを含む。ＡＷＧデマルチプレクサは通常、アレイ導波路格子のいずれかの端
部に接続された２つの合焦スラブ領域と、前記スラブ領域の一つに接続された１
つまたは複数の入力導波路と、他のスラブ領域に接続された複数の出力導波路と
を含む。
【００５０】 ＡＷＧは両方向に動作するので、しばしばマルチプレクサを逆方向に用いてマ
ルチプレクサをデマルチプレクサとして使用できる。多数の入力および出力導波
路を使用すれば最も柔軟なデバイスが得られる。この場合、前記デバイスの機能
は前記デバイスに入力される１つまたは複数の信号の性質、すなわち、入力が多
数の波長からなる多重化信号か複数の単一波長の信号かによって異なる。
【００５１】 図１４に示す通常のＡＷＧマルチプレクサ／デマルチプレクサは、アレイ導波
路格子１１０のいずれかの端部に接続された、以後結合器と呼ぶ２つの合焦スラ
ブ領域１１４を含む。前記格子１１０は、一部のみ図示しているチャネル導波路
１１２のアレイからなる。入力マルチＷＤＭ信号は分散され各々の規定した出力
導波路１２２に同時に合焦される。
【００５２】 図１４に示す構成では、基板１１８が前記基板上に第１および第２の結合器１
１４と、複数のアレイ導波路１１２と、前記第１の結合器に接続された複数の入
力／出力導波路１２０と、前記第２の結合器に接続された複数の入力／出力導波
路１２２とを形成する。前記アレイ導波路１１２および／または入力／出力導波
路１２０、１２２は好ましくは一般に並べて配置される。
【００５３】 前記導波路１１２、１２０、１２２の各々はクラッド材料１１６が少なくとも
その片側にあるコア１１５を有する。
【００５４】 前記結合器１１４は好ましくは当技術分野でよく知られている屈曲した入力お
よび出力表面を有する星型結合器である。スラブの入力／出力の曲線は信号の合
焦を高めるが、また隣接する導波路を前記結合器付近で互いに離れるように傾斜
させ、漏話を低減することができる。
【００５５】 導波路アレイデバイスは好ましくは入力信号に異なる経路長のアレイを提供す
る異なる長さを有する導波路１１２のアレイ１１０を含む。好ましくは前記アレ
イの隣接する導波路間の経路長の差は定数Ｌで、Ｌ＝ｍλｃ／ｎｃであり、ただ
しλｃは格子の中心波長、ｎｃはチャネル導波路の実効屈折率、ｍは整数である
。アレイの入力端に入力する光は各チャネル内でその長さに比例して異なる位相
シフトを受け、アレイの出力端から出力されて自由空間回折パターンを形成する
。前記回折パターンのピークの角位置は隣接する導波路チャネル間の相対位相シ
フトに関連する。前記格子は次数ｍの位相格子としての働きをする。好ましくは
シングルモードチャネル導波路が使用されて格子内で正確な位相制御が実行され
る。
【００５６】 この構成は以下のように動作する。入力導波路からの光は第１のスラブ内で２
次元発散波として拡大し、前記スラブ入力の周囲の曲線、この例では半径ｒの円
弧に沿って開始するアレイ導波路チャネルの入力を励起する。アレイ導波路内を
移動した光は、半径ｒの円上に配置された格子の端面で２次元波として集束波面
として第２のスラブ領域内に放射され、出力側導波路が位置するスラブ出口の焦
点で集束する。
【００５７】 前記アレイ１１０内の信号経路長の差は放射された球面波の波長に依存する傾
斜を引き起こし、前記球面波はシフトされた焦点に集束する。格子出口でのチャ
ネル導波路のピッチは通常約１７μｍである。
【００５８】 このプロセスは従来の回折格子になぞらえると最もよく理解できる。アレイ内
のチャネルがすべて同じ長さであれば、状況は従来の回折格子と同じで、回折パ
ターンの中央の強度ピークは前記アレイの端面に対する法線上にあるであろう。
アレイ内に発射される光の波長を変更すると前記回折パターンのサイドローブが
横断方向に移動するが、中央の支配的なピークは停止したままである。分光術で
使用されるタイプの回折格子の効率を高めるには、前記格子の罫線の各々をわず
かに傾かせることが有用である。「ブレージング」と呼ばれるこのプロセスによ
って中央ピークの光のバルクが回折次数の１つにシフトし、その結果、有用な信
号が大量に増加する。このブレージングプロセスは各導波路チャネル間に線形位
相シフトを導入することで導波路アレイ内で模倣される。これによってゼロ次数
の回折ピークが前記アレイの軸に対して大きい角度となるが前進光のバルクは有
用な回折次数で発生する。
【００５９】 波長が変化するにつれて、回折ビームの角位置が変化して、波長が測定できる
か、またはデマルチプレクサの場合には分離することができる。
【００６０】 アレイ格子Δλの波長解像度は従来の回折格子の式と同じ式を有することが分
かる。
【数１０】 上式で、Ｎはアレイ内のチャネル導波路の数、 ｍは回折次数である。
【００６１】 したがって、高い解像度を得るには、多数のチャネルと大きい回折次数とが必
要である。
【００６２】 このデバイスの導波路のそれぞれは、シングルモード、または実質的にシング
ルモードの導波路とし、できるだけ位相誤りを減少させることが好ましい。
【００６３】 図１５に概略的に示すデバイスを参照すると、矢印「Ａ」の方向に伝送される
信号の場合、デバイスは単一の入力導波路と多数の出力導波路とを含む。前記デ
バイスは多数の波長の入力信号を各々が単一の波長を有する複数の出力信号に分
割するデマルチプレクサとして動作する。矢印「Ｂ」で示すように同じ回折格子
がマルチプレクサとして逆の動作を実行できる。
【００６４】 図１６は光導波路が基板上に形成される方法を概略的に示す。シリカ導波路は
以下の領域からなると定義されている。
【００６５】 ・珪素、ＳｉＯ２（シリカ）などの基板１１８； ・熱酸化または火炎加水分解蒸着法または別の方法によって蒸着された（おそ
らくドープした）シリカバッファ層１１９、もちろんシリカ基板には不要； ・火炎加水分解蒸着法（ＦＨＤ）またはプラズマ高度化化学蒸着法によって蒸
着された（おそらくドープした）シリカクラッド層１１６；および ・クラッドおよびバッファ領域に囲まれた１つまたは複数の（おそらくドープ
した）コア１１５。前記コアはＦＨＤと強化ステップによってコアガラスの層を
載せ、フォトリソグラフィマスキングとエッチングでコア経路を形成する。クラ
ッド層およびその後の任意の層はＦＨＤによって確立できる。
【００６６】 光導波路を特徴付けるために、以下のパラメータが定義される。 ｎｓｕｂｓｔｒａｔｅ 基板１１８の屈折率 ｎｂｕｆｆｅｒ バッファ１１９の屈折率 ｎｃｌａｄ クラッド１１６の屈折率 ｎｃｏｒｅ コア１１５の屈折率 ｔｓｕｂｓｔｒａｔｅ 基板１１８の厚さ ｔｂｕｆｆｅｒ バッファ１１９の厚さ ｔｃｌａｄ クラッド１１６の厚さ ｔｃｏｒｅ コア１１５の厚さ Ｗｃｏｒｅ コア１１５の幅
【００６７】 本発明の実施形態に従って製造された導波路は以下の特性を有するものと定義
される。 屈折率（ＲＩ） ｎｃｏｒｅ＞ｎｃｌａｄ，ｎｂｕｆｆｅｒ ｎｓｕｂｓｔｒａｔｅ＞＞ｎｂｕｆｆｅｒ，ｎｃｌａｄ，ｎｃｏｒｅ（Ｓｉ
基板の場合） ｎｓｕｂｓｔｒａｔｅ＜ｎｃｏｒｅ（ＳｉＯ２基板の場合） 寸法 ｔｓｕｂｓｔｒａｔｅ＞＞ｔｃｌａｄ＋ｔｂｕｆｆｅｒ ｔｃｌａｄ，ｔｂｕｆｆｅｒ＞ｔｃｏｒｅ
【００６８】 本発明の実施形態を図１４に示す前述のＡＷＧマルチプレクサ／デマルチプレ
クサの分野で使用できる。好ましくは、ＦＨＤによって製造される平面状のシリ
カオンシリコン集積チップなどの装置が提供される。ただし、その他の基板も使
用できる。本発明はまた多数の他の光デバイスに適用できる。
【００６９】 図１７は導波路から入力された光を波長分散素子、すなわち、アレイ導波路格
子１１０に結合する結合器１１４を備えた入力導波路１２０の接合部に使用する
マルチモード干渉フィルタ１２４を開示する。
【００７０】 図１８に示す実施形態では、デバイスは入力導波路１２０とマルチモード領域
１２７との間のモードシェーパ／変形器としての働きをするテーパ部１２６を追
加することで改良される。そのようなテーパ部の使用で導波路の伝送機能のカッ
トオフの鋭さが向上することが見出された。前記テーパ部はマルチモード部１２
６に向かって幅が増加する。これは好ましくは（これに限定はされないが）断熱
テーパであって、前記テーパは光信号を断熱的に伝送するように構成され、導波
路を通過する信号のモードがマルチプモード部に達するまでは高次数モードに結
合しないようにする。テーパの寸法は通常長さ５００ミクロンで幅６〜１６ミク
ロンである。上記の図１１の例に示すように、導波路テーパをＭＭＩと同じ幅に
する必要はないことは当然である。
【００７１】 図１８から分かるように、入力導波路とマルチプモード位置はその間の接続部
で同じ幅を有し、前記デバイスは光信号を断熱的に伝送するようにアレイ化され
ている。
【００７２】 本発明のデバイスはさまざまな適用分野、特に、交換機、ルータ、マルチプレ
クサ、および導波路アレイデバイスに適用できる。
【００７３】 したがって、好ましい実施形態のシステムはＭＭＩフィルタの使用と、断熱的
なテーパ部分の設置の両方によって改良される伝送特性を有する。
【００７４】 図１９は従来のＭＭＩフィルタ、すなわち、接続導波路とＭＭＩ自体を形成す
る領域間で突然に幅が変化するＭＭＩフィルタの入力と出力での導波路モードの
プロファイルを示す概略図である。前記ＭＭＩがＡＷＧへの入力の一部を形成す
る場合、前記ＭＭＩの出力でのモード形状はＡＷＧの各チャネルの波長応答に対
応する。
【００７５】 図２０は接続導波路がテーパされてＭＭＩに向かって横断方向に広がる状況を
示す概略図である。この場合、前記ＭＭＩの出力の２つのピークが平滑化されて
、ＡＷＧなどのデバイスで使用される時には平滑化されたチャネル波長応答を与
える。
【００７６】 図２１はＭＭＩ自体が変化する横断方向の幅を有し、テーパして前記接続導波
路から離れる方向に横断方向に広がる状況を示す概略図である。この場合、前記
ＭＭＩの入力端ではごく少数のモードのみ励起される。これはフィルタ機能と同
様に前記ＭＭＩの出力のモード形状の外縁を鋭利にする効果がある。
【００７７】 以上の結果がシミュレーションによって確認されている。図２２は平行な側面
を有し（すなわち、長さに沿って幅が一定）、幅１６μｍ、長さ１８３μｍのＭ
ＭＩのフィルタ応答のシミュレーション結果を示す。これと比較するため、図２
３は１６から２０μｍまでテーパする幅と１８３μｍの長さを有するＭＭＩの同
様な結果を示す概略図である。垂直目盛はｄＢ単位で、水平目盛は任意の波長単
位で、２つの図で同じである。テーパされたＭＭＩの方がより四角く、より平滑
なフィルタプロファイルを有することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 波長分割多重化（ＷＤＭ）光ファイバ通信システムの概略図である。
【図２】 マルチモード干渉計フィルタを使用してフェーズドアレイ内の通過帯域を広げ
る従来技術の設計の概略図である。
【図３】 本発明の一実施形態の通過帯域を拡張したフェーズドアレイの一実施形態での
概略図である。
【図４】 図３の一部の分解図である。
【図５Ａ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｂ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｃ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｄ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｅ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｆ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｇ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図５Ｈ】 マルチモード干渉計に入力される信号の位相差に応じるマルチモード干渉計の
出力平面における強度のピークの横方向への移動を示すグラフである。
【図６】 本発明で達成可能な通過帯域平滑化を従来技術と比較して示すグラフである。
【図７】 本発明で達成可能な通過帯域平滑化を従来技術と比較して示すグラフである。
【図８】 本発明の別の実施形態の概略図である。
【図９】 本発明の別の実施形態の概略図である。
【図１０】 本発明の別の実施形態の概略図である。
【図１１】 本発明の別の実施形態の概略図である。
【図１２】 本発明の別の実施形態の概略図である。
【図１３】 本発明の別の実施形態の概略図である。
【図１４】 ＡＷＧマルチプレクサ／デマルチプレクサチップの導波路パターンを示す図で
ある。
【図１５】 ＡＷＧマルチプレクサ／デマルチプレクサの機能を示す概略図である。
【図１６】 光基板の概略的斜視図である。
【図１７】 従来技術のマルチモード干渉計フィルタを示す概略図である。
【図１８】 本発明の一実施形態によるデバイスを示す概略図である。
【図１９】 従来のＭＭＩの入力と出力における導波路モードのプロファイルを示す概略図
である。
【図２０】 接続導波路がテーパしてＭＭＩに向かって横断方向に広がる状況を示す概略図
である。
【図２１】 ＭＭＩ自体が変動する横断方向の幅を有する状況を示す概略図である。
【図２２】 平行な側面を有するＭＭＩのフィルタ応答のシミュレーション結果を示す概略
図である。
【図２３】 １６から２０μｍまでテーパする幅を有するＭＭＩの同様な結果を示す概略図
である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１１月９日（２００１．１１．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ビユルトハイス，ヒンドリツク・フリール ク オランダ国、エヌ・エル−7512・デー・カ ー・エンスヘデ、マドウラシユトラーセ・ 15 (72)発明者 アメルスフールト，マーテイン・ロナルド オランダ国、エヌ・エル−7546・セー・ベ ー・エンスヘデ、ベルニンクホルトフー ク・50 (72)発明者 ラミング，リチヤード・イアン イギリス国、エデインバラ・イー・エイ チ・10・６・ジエイ・エル、ブレイド・マ ウント・ビユウ・６ (72)発明者 ボランセン，マーク イギリス国、エデインバラ・イー・エイ チ・11・１・エイ・エイチ、シンクレー・ プレース・19／13 (72)発明者 フアン・デル・フリート，フレデリク・マ ルセル オランダ国、エヌ・エル−7531・セー・ペ ー・エンスヘデ、エリカパツト・５ Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KA12 LA01 LA19 TA11 TA35

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアレイ導波路によって結合された２つの自由空間領域
    を含むフェーズドアレイを含み、前記自由空間領域の第１の領域の出力側に配置
    された少なくとも１つの光導波路と、前記自由空間領域の第２の領域の出力側に
    配置された複数の光導波路とを有し、前記光導波路の１つと前記自由空間領域の
    一方の間に、 前記１つの導波路に一方の側で接続され、その第２の側に２つのポートを有す
    るマッハツェンダー干渉計と、 複数の横方向に画定されたモードをサポートし、間隔を空けた少なくとも２つ
    の位置でマッハツェンダー干渉計の前記２つのポートに接続された第１の端部、
    および前記１つの自由空間領域に接続された第２の端部を有するマルチモード導
    波路と、 を含む構造を有する通過帯域平滑化フェーズドアレイ。
  2. 【請求項２】 前記間隔が前記２つの自由空間領域と前記アレイ導波路の横
    方向の分散にほぼ等しい前記マルチモード導波路の横方向の分散を提供する請求
    項１に記載のフェーズドアレイ。
  3. 【請求項３】 前記マルチモード導波路が前記マルチモード導波路によって
    サポートされる基本モードと次の高次数モードとの間でうなり長の倍数プラス半
    分にほぼ等しい長さを有する請求項１に記載のフェーズドアレイ。
  4. 【請求項４】 前記間隔が前記２つの自由空間領域と前記アレイ導波路の横
    方向の分散にほぼ等しい前記マルチモード導波路の横方向の分散を提供する請求
    項３に記載のフェーズドアレイ。
  5. 【請求項５】 前記マッハツェンダー干渉計が単一ポート上の光信号を２ポ
    ート側の２つの光信号に結合する光結合器を含む請求項１に記載のフェーズドア
    レイ。
  6. 【請求項６】 前記光結合器がＹ結合器である請求項５に記載のフェーズド
    アレイ。
  7. 【請求項７】 前記マッハツェンダー干渉計が異なる光波長を有する２つの
    シングルモード導波路を含む請求項１に記載のフェーズドアレイ。
  8. 【請求項８】 それぞれのテーパされた導波路が前記マッハツェンダー干渉
    計の前記シングルモード導波路のそれぞれに接続された第１のシングルモード端
    部と、前記マルチモード導波路に結合された第２のマルチモード端部とを有する
    請求項７に記載のフェーズドアレイ。
  9. 【請求項９】 前記マッハツェンダー干渉計の前記シングルモード導波路に
    関連する屈折率を変更するための少なくとも１つの電気的に制御された手段をさ
    らに含む請求項７に記載のフェーズドアレイ。
  10. 【請求項１０】 交差結合器が前記２つのポートの光信号を前記マッハツェ
    ンダー干渉計と前記マルチモード導波路との間で３ｄＢ以上に結合しない請求項
    １に記載の通過帯域平滑化フェーズドアレイ。
  11. 【請求項１１】 前記フェーズドアレイがチャネル間隔によって分離された
    波長コーム内で複数のＷＤＭ波長を送信する波長分割多重化（ＷＤＭ）システム
    内に組み込まれ、前記マッハツェンダー干渉計が前記チャネル間隔にほぼ等しい
    スペクトル自由レンジを有する請求項１に記載のフェーズドアレイ。
  12. 【請求項１２】 フェーズドアレイであって、 伝送波長帯域内でシングルモードである第１の入力チャネルと、 第１のファイバに結合された入力ポートを有し、前記入力ポートで受信する信
    号のエネルギーをほぼ受信する２つの出力ポートを有する光スプリッタと、 前記２つの出力ポートに結合され、選択された光波長差だけ異なる光波長を有
    する第１および第２の導波路と、 前記伝送波長帯域にわたってマルチモード化されたマルチモード導波路であっ
    て、横方向の間隔を空けて前記第１および第２の導波路に結合された入力側と、
    前記伝送波長帯域のうなり長の倍数プラス半分にほぼ等しい長さを有し、出力側
    を有するマルチモード導波路と、 第１の側で前記マルチモード導波路の前記出力側に結合された第１の自由空間
    領域と、 所定の長さの差を有する前記第１の自由空間領域の第２の側に結合された導波
    路のアレイと、 第１の側で前記導波路のアレイに結合された第２の自由空間領域と、 前記第２の自由空間領域の第２の側に結合された少なくとも１つの出力導波路
    とを含むフェーズドアレイ。
  13. 【請求項１３】 フェーズドアレイであって、 伝送波長帯域内でシングルモードである第１の入力チャネルと、 前記第１のファイバに結合された入力ポートと、前記入力ポートで受信する信
    号のエネルギーをほぼ受信する２つの出力ポートとを有する光スプリッタと、 前記２つの出力ポートに結合され、所定の光波長差だけ異なる光波長を有する
    第１および第２の導波路と、 前記伝送波長帯域にわたってマルチモード化されたマルチモード導波路であっ
    て、横方向の間隔を空けて前記第１および第２の導波路に結合された入力側を有
    するマルチモード導波路と、 第１の側で前記マルチモード導波路の前記出力側に結合された第１の自由空間
    領域と、 所定の長さの差を有する前記第１の自由空間領域の第２の側に結合された導波
    路のアレイと、 第１の側で前記導波路のアレイに結合された第２の自由空間領域と、 前記第２の自由空間領域の第２の側に結合された少なくとも１つの出力導波路
    とを含み、 前記間隔が、前記第１および第２の自由空間領域および前記アレイ導波路によ
    って生成される横方向の分散にほぼ等しい前記第１の自由空間領域に隣接した前
    記マルチモード導波路内で横方向の分散を生成するフェーズドアレイ。
  14. 【請求項１４】 前記マルチモード導波路が前記伝送波長帯域のうなり長の
    倍数プラス半分にほぼ等しい長さを有し、出力側を有する請求項１３に記載の通
    過帯域平滑化フェーズドアレイ。
  15. 【請求項１５】 それぞれの光搬送波波長を有する多数の光信号を搬送する
    多数のシングルモード光チャネルを含む波長分割多重化（ＷＤＭ）通信システム
    であって、 第１の自由空間領域と、 第２の自由空間領域と、 前記第１および第２の自由空間領域の第１の側に結合され、所定の光波長差を
    有する光波長を備えた複数のアレイ光導波路と、 １つの側で前記シングルモード光チャネルの１つに接続されたポートと第２の
    側の２つのポートを含む光スプリッタを有するマッハツェンダー干渉計と、 前記ＷＤＭコームのすべてでマルチモードであって、第１の縦方向の端部で前
    記マッハツェンダー干渉計からの前記２つのポートに結合され、第２の縦方向の
    端部で前記第１および第２の自由空間領域の１つに結合されたマルチモード導波
    路とを 含む波長ルーティングフェーズドアレイを含む通信システム。
  16. 【請求項１６】 前記光搬送波波長が波長チャネル間隔で分離された隣接す
    る波長と共にＷＤＭコーム内に配置され、前記マッハツェンダー干渉計が前記波
    長チャネル間隔にほぼ等しい自由スペクトルレンジを有する請求項１５に記載の
    通信システム。
  17. 【請求項１７】 前記１つの自由空間領域との界面での前記マルチモード導
    波路の空間的に横方向の光分散が、前記第１および第２の自由空間領域および前
    記マルチモード導波路に隣接する前記アレイ導波路の空間的に横方向の光分散に
    ほぼ等しい請求項１５に記載の通信システム。
  18. 【請求項１８】 前記光搬送波波長が波長チャネル間隔で分離された隣接す
    る波長と共にＷＤＭコーム内に配置され、前記マッハツェンダー干渉計が前記波
    長チャネル間隔にほぼ等しい自由スペクトルレンジを有する請求項１７に記載の
    通信システム。
  19. 【請求項１９】 前記シングルモード光チャネルが光ファイバを含み、前記
    光ファイバによって相互接続された複数の通信ノードをさらに含む請求項１５に
    記載の通信システム。
  20. 【請求項２０】 マルチモード干渉（ＭＭＩ）フィルタに光学的に接続され
    た実質的にシングルモードの入出力導波路を含み、前記マルチモード干渉フィル
    タが波長分散素子に光学的に接続され、前記入出力導波路が前記入出力導波路と
    ＭＭＩフィルタとの間の横断方向にテーパする導波路部によって結合された光デ
    バイス。
  21. 【請求項２１】 前記テーパする導波路部および前記ＭＭＩフィルタがその
    接続部で同じ幅を有する請求項２０に記載のデバイス。
  22. 【請求項２２】 前記テーパする導波路部および前記ＭＭＩフィルタがその
    接続部で同じ幅を有さない請求項２０に記載のデバイス。
  23. 【請求項２３】 前記テーパする導波路がテーパして横方向の幅がＭＭＩフ
    ィルタに向かって徐々に増加する請求項２０から２２のいずれか一項に記載のデ
    バイス。
  24. 【請求項２４】 前記入出力導波路の前記テーパが光信号を断熱的に伝送す
    るように構成された請求項２０から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
  25. 【請求項２５】 光結合器である請求項２０から２４のいずれか一項に記載
    のデバイス。
  26. 【請求項２６】 少なくとも１つの第１の実質的にシングルモードの入出力
    光導波路と、 複数の第２の実質的にシングルモードの入出力光導波路と、 前記少なくとも１つの第１の導波路を前記複数の第２の導波路の少なくとも１
    つに光学的に結合し、少なくとも１つの光学的相互作用領域を含む波長分散素子
    と、 前記光学的相互作用領域に隣接して前記第１または第２の導波路の少なくとも
    １つの端部に配置されたマルチモード導波路とを含み、 前記少なくとも１つの第１または第２の導波路が前記マルチモード導波路の付
    近で側方にテーパする波長分散デバイス。
  27. 【請求項２７】 前記波長分散素子が１対の光学的相互作用領域を接続する
    複数のアレイ導波路を含み、前記光学的相互作用領域にまたがって前記第１およ
    び第２の導波路が結合される請求項２６に記載の波長分散デバイス。
  28. 【請求項２８】 隣接するアレイ導波路の間の長さの差が一定である請求項
    ２７に記載のデバイス。
  29. 【請求項２９】 請求項２０から２８のいずれか一項に記載の光デバイスを
    含むマルチプレクサ、デマルチプレクサ、またはマルチプレクサ／デマルチプレ
    クサ。
  30. 【請求項３０】 請求項２０から２８のいずれか一項に記載の光デバイスを
    含む交換機。
  31. 【請求項３１】 請求項２０から２８のいずれか一項に記載の光デバイスを
    含む波長ルータ。
  32. 【請求項３２】 前記デバイスを通過する光伝搬の方向に沿って変化する前
    記デバイスを通過する光伝搬の方向に対して横断方向の幅を有する導波路領域を
    含むマルチモード干渉フィルタ。
  33. 【請求項３３】 前記フィルタの入力および出力領域に関して前記フィルタ
    を通過する光伝搬方向を画定するように配置された少なくとも１つの入力導波路
    と少なくとも１つの出力導波路とを含む請求項３２に記載のフィルタ。
  34. 【請求項３４】 前記導波路領域の幅がデバイスを通過する光伝搬の方向に
    沿ってほぼ直線的に変化する請求項３２または３３に記載のフィルタ。
  35. 【請求項３５】 前記導波路領域の少なくとも１つの横断縁が曲線である請
    求項３２から３４のいずれか一項に記載のフィルタ。
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