JP2004521379A - フォトニック結晶多モード導波路の電磁モード変換 - Google Patents
フォトニック結晶多モード導波路の電磁モード変換 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004521379A JP2004521379A JP2002561980A JP2002561980A JP2004521379A JP 2004521379 A JP2004521379 A JP 2004521379A JP 2002561980 A JP2002561980 A JP 2002561980A JP 2002561980 A JP2002561980 A JP 2002561980A JP 2004521379 A JP2004521379 A JP 2004521379A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- mode
- guided
- energy
- photonic crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/023—Microstructured optical fibre having different index layers arranged around the core for guiding light by reflection, i.e. 1D crystal, e.g. omniguide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/023—Microstructured optical fibre having different index layers arranged around the core for guiding light by reflection, i.e. 1D crystal, e.g. omniguide
- G02B6/02304—Core having lower refractive index than cladding, e.g. air filled, hollow core
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/14—Mode converters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
導波路軸を有するフォトニック結晶導波路の導波モード間で電磁(EM)エネルギーを変換するための方法。該方法は、(i)導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントをフォトニック結晶導波路に設け、モード結合セグメントが使用中に第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換すること、(ii)フォトニック結晶導波路の第1の導波モードでEMエネルギーを提供すること、(iii)第1の導波モードのEMエネルギーがモード結合セグメントに遭遇して、第1の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を第2の導波モードのEMエネルギーに変換できるようにすることとを含む。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、誘電体光導波路および光電気通信の分野に関する。
【背景技術】
【0002】
(関連出願への相互参照)
本出願は、2001年1月31日出願の米国仮特許出願の出願番号60/265,242号および2001年2月15日出願の出願番号60/268,997号に対する優先権を主張し、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。
【0003】
光導波路は光信号を案内して、好ましい1つの経路または複数の経路に沿って伝搬する。したがって、光導波路は異なる場所間で光信号情報を搬送するのに使用することができ、それ故、光導波路は光電気通信網の基盤を形成する。最も普及している一般的なタイプの光導波路は、屈折率導波に基づく光ファイバである。このようなファイバは、導波路軸に沿って延在するコア領域、および導波路軸の周囲でコアを囲み、コア領域の屈折率より小さい屈折率を有するクラッド領域を含む。屈折率の対比により、屈折率が高い方のコア内でほぼ導波路軸に沿って伝搬する光線は、コアとクラッドの境界面から内部全反射(TIR)を起こす。その結果、光ファイバは、1つ以上のモードの電磁(EM)放射線を案内して導波路軸に沿ってコア内で伝搬する。このような導波モードの数は、コアの直径とともに増加する。特に、屈折率導波機構では、最低周波数の導波モードより下にクラッド・モードが存在しない。商用化されている屈折率導波光ファイバはほとんど全てが、コアとクラッドの一方または両方に不純物をドープして屈折率の対比を生成し、コアとクラッドの境界面を生成する石英系である。例えば、一般に使用されている石英光ファイバは、約1.45の屈折率を有し、1.5ミクロンの範囲の波長に対して最大約2〜3%の屈折率対比を有する。
【0004】
光ファイバを下る信号は徐々に減衰するので、通常は50〜100kmごとに周期的な増幅および/または再生が必要である。このような増幅器は高額であり、スペース、電源および保守が問題となる海底ケーブルでは特に不便である。石英系光ファイバの損失は、約0.2dB/kmまで下げられ、そのポイントでレイリー散乱プロセスによって制限される。レイリー散乱は、分子スケールでの光と媒体との顕微鏡的相互作用の結果であり、ω4ρに比例する。ここで、ωは光の周波数であり、ρは材料の他の幾つかの定数を伴う材料密度である。
【0005】
損失に加えて、光ファイバに沿って伝搬する信号は、また、非線形相互作用を起こすことがある。理想的な線形材料では、光は自身と相互作用せず、このためファイバは相互作用または漏話を起こすことなく別々の波長で同時に複数の通信チャネルを搬送することができる(波長分割多重化、すなわち、WDM)。しかし、実在の光学媒体は全て(真空でさえ)何らかの非線形特性を有する。石英および他の一般材料の非線形性は弱いが、光が長距離(数百または数千キロメートル)にわたって伝搬するか、高出力で伝搬する場合に重大になる。このような非線形特性は多くの望ましくない効果をもたらし、その効果には例えば、パルスを益々広げさせ、ビット速度を制限することがある自己/交差位相変調(SPM/XPM)、および異なる波長路間の漏話を誘発し、WDMで達成可能なチャネル数を制限することがある4光波混合(FWM)および誘導ラマン/ブリュアン散乱(SRS/SBS)がある。このような非線形性は、導波路材料の物理的特性であり、通常は導波路コアの密度にスケーリングする。
【0006】
通常、長距離通信に使用する光ファイバは、所望の周波数範囲にある1つの基本モードしかサポートしないほど十分小さいコアを有し、したがって、「単一モード」ファイバと呼ばれる。単一モードの動作は、モード分散によって生じる信号劣化を制限するために必要であり、これは異なる速度を有する複数導波モードに信号を結合できる場合に発生する。にもかかわらず、「単一モード」ファイバという名称は多少誤った名称である。実際、単一モード・ファイバは2つの光モードをサポートし、ファイバ内の2つの直交偏光で構成される。このように2つのモードが存在し、それが類似していることが、偏波モード分散(PMD)として知られる問題の原因である。理想的なファイバは、その軸線の周囲に完全な回転対称を有し、その場合は2つのモードが等しく挙動し(「縮退」し)、問題を引き起こさない。しかし現実には、製造時に実際のファイバは多少の非円形性を有し、さらに対称性を崩れさせる環境ストレスがある。これは2つの効果を有し、それは両方とも予測できない状態でファイバに沿ってランダムに発生する。第一に、光の偏波は、ファイバを下方向に伝搬するにつれ回転し、第二に、2本の偏光は異なる速度で進行する。したがって、送信される信号は全て、ランダムに変化する速度で進行し、ランダムで変化する偏光で構成され、PMDとなり、パルスは時間とともに拡散し、ビット速度および/または距離が制限されない限り、最終的には重複する。偏波依存損失など、他の有害な効果もある。完全な円対称を有する他の導波モードもあり、したがって真に「一重項(singlet)」モードであるが、このようなモードは基本モードではなく、複数モードをサポートするのに十分な大きさのコアでのみ可能である。しかし、従来の光ファイバでは、「単一モード」しかサポートしない小さいコアの基本モードに関連するPMD効果が、コアが大きい多モード・ファイバのモード分散の効果よりはるかに好ましい。
【0007】
光導波路に沿って光信号を配向することに伴う別の問題は、その導波路に色分散または群速度分散が存在することである。このような分散は、異なる周波数の導波放射線が導波路軸に沿って異なる速度(群速度)で伝搬する程度の尺度である。光パルスは全て、ある範囲の周波数を含むので、分散によって光パルスは、異なる周波数成分が異なる速度で進行するタイミングで広がる。このように広がると、光信号の隣接するパルスまたは「ビット」が重複し始め、それによって信号検出が劣化する。したがって補償しないと、光送信長にわたる分散によって、光信号のビット速度または帯域幅に上限が与えられる。
【0008】
色分散は2つの要因を含む。材料分散と導波路分散である。材料分散は、光導波路の材料成分の屈折率の周波数依存性から生じる。導波路分散は、導波モードの空間分布における周波数依存の変化から生じる。導波モードの空間分布が変化するにつれ、これは導波路の異なる領域をサンプリングし、したがって群速度を効果的に変化させる導波路の平均屈折率の変化を「見る」ことになる。従来の石英光ファイバでは、材料分散および導波路分散は約1310nmで相互に相殺され、ゼロ分散ポイントを生成する。石英光ファイバは、ゼロ分散ポイントを約1550nmに移動させるようにも改良され、これは石英の材料吸収の最小値に相当する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ゼロ分散で操作するとパルスの拡散が最小になるが、4光波混合(FWM)などの光ファイバの非線形相互作用も増大させる。その理由は、異なる周波数は長い距離にわたって位相一致状態を維持するからである。これは、共通の光ファイバで複数の信号を異なる波長で搬送する波長分割多重化(WDM)システムで、特に問題になる。このようなWDMシステムでは、上述したようにFWMは異なる波長のチャネル間での漏話を招く。この問題に対応するため、WDMシステムは、交差位相変調を最小にするために十分な分散を導入する光ファイバを通して信号を送信し、その後、「分散補償ファイバ」(DCF)を通して信号を送信して、元の分散を取り消し、補償した信号のパルス拡散を最小にする。しかしながら、分散と自己位相変調のような他の非線形プロセスとの間の集合相互作用が、分散補償を複雑にすることがある。
【0010】
TIR屈折率導波に基づかない別のタイプの導波路ファイバは、ブラッグ・ファイバであり、これは導波路軸の周囲でコアを囲む複数の誘電体層を含む。複数の層は円筒形ミラーを形成し、これはある範囲の周波数にわたって光をコアに閉じこめる。複数の層はフォトニック結晶として知られるものを形成し、ブラッグ・ファイバはフォトニック結晶ファイバの一例である。
【0011】
光電気通信システムの別の問題は、EMエネルギーと光導波路との結合である。上記TIR光ファイバおよびフォトニック結晶ファイバなどの光導波路は、1つ以上の導波「モード」でEMの伝搬をサポートし、これは導波路の安定したEMの波形である。第1の導波路の任意のモードと第2の導波路(または他の光学部品)の任意のモード間の結合効率は、モードが空間的に重複する程度に比例する。結合効率を最適化するために、電気通信システムでは別個のモード変換器モジュールを含み、このモジュールは第1のコンポーネントから光を受信し、光の空間的プロファイルを変更して、第2のコンポーネントへの結合効率を改善する。たとえば、モード変換器モジュールは、電子的にアドレス指定可能な空間光変調器などの能動コンポーネントを含むことができる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、フォトニック結晶導波路の1つのモードのEMエネルギーを、フォトニック結晶導波路の別のモードに変換する方法を特徴とする。上記モード変換器モジュールと異なり、本発明のモード変換は、複数の導波モードをサポートする共通導波路内で実行される。フォトニック結晶導波路は、それぞれが導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含む1つ以上のモード結合セグメントを含む。例えば、モード結合セグメントは1つの屈曲部、複数の屈曲部、螺旋形屈曲部、蛇行屈曲部、またはその組合せを含んでもよい。モード結合セグメントの屈曲部は、通常は直線の導波路に摂動を導入し、摂動によって1つの導波モードからのEMエネルギーを別のモードへと結合するよう、屈曲部のパラメータ(例えば、その半径および角度範囲)を選択することができる。モード結合セグメントは導波路軸に沿った導波路の1つ以上の屈曲部に対応するが、導波路軸の周囲の導波路の誘電体プロファイル断面は、一定に維持することができる。すなわち、モード変換しても、導波路軸に沿った誘電体断面を変化させる必要はない。
【0013】
EMエネルギーは導波路の多モード間で変換することができるので、特定のモードを使用して、導波路への及び/又はからの結合を最適化する一方、導波路内で伝搬させるために異なるモードを使用することができる。例えば、以下でさらに説明するように、円筒形ブラッグ・ファイバの特に低損失のモードはTE01である。しかし、TE01モードは、直線偏波する光とうまく結合しない。方向対称性およびコア中心からある距離で最大になる電界分布を有するからである。したがって、適切なパラメータを有するブラッグ・ファイバに屈曲部を導入することにより、直線偏波した光を、直線偏波光とよく重複するモードとして、ファイバに結合することができ(例えば、EH11とEH1-1の重畳)、次にファイバの屈曲部は、ファイバ内でのその後の伝搬のため、EMエネルギーを第1のモードからTE01モードに変換することができる。同様に、ファイバからのEMエネルギーを結合する場合、別の屈曲部を使用して、EMエネルギーをTE01モードから別のモードに変換してもよい。このようなモード変換は、例えば、ブラッグ・ファイバを長距離伝送に使用するか、例えば、分散補償などに使用する場合に有用である。
【0014】
さらに、このようなモード変換は、ファイバから出る光の偏光に関して特定性を提供することができる。例えば、屈曲部を使用してEMエネルギーをTE01モードからファイバの出力に近いEH11モードへ変換する場合(またはEH11とEH1-1の重畳)、光は、屈曲の面に対して直角に直線偏波した状態で出る。逆に、直線偏波した入力光をTE01に変換する場合、同様の偏波感度が当てはまる。すなわち、直線偏波の方向に対して屈曲部を配向しなければならない。このような偏光の特定性は、他方の偏光に敏感なデバイスとの有利な結合になり得る。逆に、例えば、従来の光ファイバのPMDは、出力光の偏光をランダム化することができる。
【0015】
次に、本発明の様々な態様、特徴、および利点を要約する。
一般的に、一態様では本発明は、導波路軸を有するフォトニック結晶導波路の導波モード間で電磁(EM)エネルギーを変換するための方法を特徴とする。例えば、フォトニック結晶導波路は、フォトニック結晶ファイバ(例えば、ブラッグ・ファイバ)でよい。上記方法は、(i)導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントをフォトニック結晶導波路に設け、使用中に、モード結合セグメントは第1の周波数範囲にわたって第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換すること、(ii)フォトニック結晶導波路の第1の導波モードで第1の周波数範囲のEMエネルギーを提供することと、(iii)第1の導波モードのEMエネルギーがモード結合セグメントに遭遇して、第1の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を第2の導波モードのEMエネルギーに変換できるようにすることとを含む。
【0016】
モード変換方法の実施形態は、以下の特徴のいずれかを含むことができる。
第1の導波モードのEMエネルギーを提供することは、EMエネルギーを第1の導波モードとしてフォトニック結晶導波路に結合することを含む。さらに、フォトニック結晶導波路は、導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含む第2のモード結合セグメントを含むことができる。第2のモード結合セグメントは使用中に第1の周波数範囲にわたって第2の導波モードのEMエネルギーを第3の導波モードに変換することができ、上記方法はさらに、第2の導波モードのEMエネルギーが第2のモード結合セグメントに遭遇して、第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を第3の導波モードのEMエネルギーに変換することができるようにすることも含む。上記方法はさらに、フォトニック結晶導波路からの第3の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を結合することを含んでもよい。例えば、第1および第3の導波モードは、ほぼ同じである(例えば、ほぼ直線偏波される)。
【0017】
上記方法はさらに、フォトニック結晶導波路からの第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を結合することを含んでもよい。
モード結合セグメントは、第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、10%、15%、25%または50%を超える変換効率を提供することができる。
【0018】
フォトニック結晶導波路は、導波路軸を中心に円柱対称を有することができる。その結果、導波モードは、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有することができ、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、かつ導波モードの角運動量指数を提供する。そのような場合、第1および第2の導波モードは、1だけ異なる角運動量指数を有することができる。例えば、第1および第2の導波モードの一方がTEモードでよく、第1および第2の導波モードの他方がほぼ直線の偏波を有することができる(例えば、EHl,mおよびEHl,-mの重畳、またはHEl,mおよびHEl,-mの重畳でよい)。
【0019】
モード結合セグメントの屈曲部は、第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに十分な半径Rおよび屈曲角度θを有することができる。例えば、モード結合セグメントは、屈曲部が1つだけでもよい。さらに、モード結合セグメントの屈曲部の半径Rはほぼ一定でよい。また、屈曲部半径Rは、2π(Δβ12)-1の絶対値の桁でよく、ここでΔβ12は、第1の周波数範囲にある周波数での第1の導波モードと第2の導波モードとの間の波数ベクトルの差である。
【0020】
第1の周波数範囲にある周波数でのEMエネルギーの第1の導波モードと第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の差の絶対値は、その周波数における他の導波モード対間の波数ベクトルΔβlnの差の絶対値より小さくてよい。
【0021】
モード結合セグメントの屈曲部の半径Rは、導波路軸に沿って変動することができる。
モード結合セグメントは、導波路軸にヘリックスを含むことができ、ヘリックスは少なくとも1つの屈曲部を含む。例えば、ヘリックスは、デカルト座標で(Rcosθ,Rsinθ,Rγθ)と表すことができ、Rは屈曲部の半径であり、γは無次元単位でヘリックスの上昇率を与え、θはヘリックスの方位座標である。上昇率γはほぼ一定、または変化させることができる。屈曲部の半径Rおよび上昇率γは、第1の周波数範囲にある周波数での第1の導波モードと第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の絶対差に基づいて選択することができる。さらに、フォトニック結晶導波路は、導波路軸を中心とする円柱対称を有することができ、その場合、導波モードは、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有することができ、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、導波モードの角運動量指数を提供する。この場合、屈曲部の半径Rおよび上昇率γは、導波モードlおよびmの式
【0022】
【数1】
の絶対値が、第1および第2の導波モードでは第1の周波数範囲にある周波数の他の導波モード対より小さくなるように選択することができ、ここでΔβlmは導波モードlとmの間の波数ベクトルの差であり、Δmlmは導波モードlおよびmの角運動量指数の差である。
【0023】
モード結合セグメントは、導波路軸に蛇行性屈曲部を含むことができ、蛇行性屈曲部は少なくとも1つの屈曲部を含む。特に、蛇行性屈曲部は、モード結合セグメントで導波路軸の可変曲率半径を形成する複数の同一平面内屈曲部を含むことができる。例えば、可変曲率半径は振動性でも、さらには周期性を有していてもよい。
【0024】
幾つかの実施形態では、蛇行性屈曲部は1/R=sin(2πz/Λ)/R0として表すことができ、ここでRは蛇行性屈曲部に沿った導波路軸の瞬間半径であり、R0は蛇行性屈曲部の最大曲率半径、Λは蛇行性屈曲部のピッチ、zは導波路軸に沿った座標である。このような場合、蛇行性屈曲部の最大曲率半径R0およびピッチΛは、導波モードlおよびmの式Δβlm±2π/Λのうちの一方の絶対値が、第1および第2の導波モードでは第1の周波数範囲におけるある周波数の他の導波モード対より小さくなるように選択することができ、ここでΔβlmは導波モードlとmの間の波数ベクトルの差である。
【0025】
フォトニック結晶導波路は、導波路軸に対して均一な断面を有することができる。
フォトニック結晶導波路は、導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域と、導波路軸に沿って延在し、かつ導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域とを含むことができ、閉じ込め領域は、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を含み、閉じ込め領域は使用中に第1の周波数範囲のEM放射線を導波路軸に沿って案内する。例えば、コアの平均屈折率は1.1未満でよい(例えば、コアは中空でよい)。フォトニック結晶導波路は、導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電分散調整領域を更に含み、分散調整領域の存在により、導波コア・モードは、第1の周波数範囲にある少なくとも1つの周波数サブセットについて、分散調整領域に侵入する作業モードを形成する。いかなる場合も、閉じ込め領域は、少なくとも10%は異なる屈折率を有する少なくとも2つの誘電体材料を含むことができる。さらに、閉じ込め領域は、相互に交互配置され、導波路軸の周囲でコアを囲む複数の高屈折率誘電体層および複数の低屈折率誘電体層を含むことができる。
【0026】
代替例では、フォトニック結晶導波路は、導波路軸に沿って延在する誘電体コア領域と、導波路軸の周囲でコアを囲む少なくとも3つの誘電体層の第1のセットとを含むことができ、第1のセットの連続する層間の屈折率の差は、第1のセットにある次の層ごとに符号が変化し、第1のセットの層は、第1の周波数範囲のEM放射線を案内して導波路軸に沿って伝搬させる。フォトニック結晶導波路は、コアと第1のセットの層間に配置された少なくとも1つの追加誘電体層を更に含むことができ、追加誘電体層の厚さは、第1のセットの層にあって連続する任意の3つの層の各々に対して10%以上異なる。
【0027】
上記方法はさらに、フォトニック結晶導波路からの第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を偏光感受性デバイスに結合することを含むことができる。
第1の周波数範囲は、約1.2ミクロンから1.7ミクロンの範囲内、または約0.7ミクロンから0.9ミクロンの範囲内の波長に対応する。
【0028】
一般的に、他の態様では、本発明は、複数の導波モードを有するフォトニック結晶導波路を特徴とする。例えば、フォトニック結晶導波路はフォトニック結晶ファイバ(例えば、ブラッグ・ファイバ)でよい。導波路は、(i)導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域であって、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を有し、かつ使用中は第1の周波数範囲でEM放射線を案内して導波路軸に沿って伝搬させる誘電体閉じ込め領域と、導波路軸に沿って延在し、かつ導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域と、(ii)導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントであって、使用中に第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換するモード結合セグメントとを含む。
【0029】
1つのモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路の実施形態は、モード変換方法に関して、上記特徴のいずれかを含むことができる。
一般的に、他の態様では、本発明は、光電気通信システムで、EMエネルギーを提供するソース・モジュールと、ソース・モジュールに結合されて、導波路軸を有するフォトニック結晶導波路とを含み、フォトニック結晶導波路が、導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントを有し、使用中に、モード結合セグメントは、ソース・モジュールから導出された第1の導波モードのEMエネルギーを第1の周波数範囲の第2の導波モードに変換するシステムを特徴とする。
【0030】
電気通信システムの実施形態は、モード変換方法に関して、上記特徴のいずれかを含むことができる。
他に定義されていない限り、本明細書で使用する技術的および科学的用語は全て、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。矛盾する場合は、定義も含め本明細書が支配する。また、材料、方法および例は例示としてのものであり、制限を意図するものではない。
【0031】
本発明の追加の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明、図面、および請求の範囲から明白である。
次に、本発明について添付の図面を参照しながら、例示によってのみさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
本発明は、導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含む導波路にモード結合セグメントを導入することにより、フォトニック結晶導波路の1つのモードのEMエネルギーをフォトニック結晶導波路の別のモードに変換する方法を特徴とする。本発明は、導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路も特徴とし、モード結合セグメントは使用中に第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換する。モード変換の効率は、例えば、10%、20%、または50%を超える。
【0033】
図8を参照すると、フォトニック結晶導波路(例えば、ファイバ)800は、導波路軸810に沿って延在し、かつ複数の導波モードをサポートする。導波路800は、導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメント820を含む。例えば、モード結合セグメントは、1つの屈曲部、複数の屈曲部、螺旋形屈曲部、蛇行性屈曲部、またはその組合せを含むことができる。モード結合セグメントの屈曲部は、通常は直線である導波路に摂動を導入し、屈曲部のパラメータ(例えば、その半径および角度範囲)は、摂動によって1つの導波モードからのEMエネルギーを別のモードに結合するように選択することができる。図8に示す実施形態では、モード結合セグメント820は、1つのモードから別のモード、例えば、TE01からEH11への変換(またはEH11とEH1-1の重畳)を最適化するように選択された曲率半径Rおよび屈曲角度θを有する屈曲部830を1つだけ含む。モード変換機構について、以下でさらに詳細に説明する。最初に、フォトニック結晶導波路の幾つかの一般的特徴について説明する。
<基本構造>
フォトニック結晶導波路100の断面が図1に図示され、その導波路100は導波路軸に沿って延在する誘電体コア110、およびコアを囲む誘電体閉じ込め領域120を含む。図1の実施形態では、閉じ込め領域120は、異なる屈折率を有する誘電体の交互層122および124を含むよう図示される。一方の層のセット、例えば、層122は、屈折率nhiおよび厚さdhiを有する高屈折率の層セットを形成し、他方の層のセット、例えば、層124は、屈折率nloおよび厚さdloを有する低屈折率の層セットを形成し、ここで、nhi>nloである。便宜上、図1には誘電体閉じ込め層の一部しか図示していない。実際には、閉じ込め領域120は、さらに多くの層(例えば、20層以上)を含むことができる。導波路100は、さらに、閉じ込め領域120を囲んで、導波路に全体として構造的支持を提供する追加的な構造クラッド層140も含むことができる。構造層140は、導波路の光学的特性(例えば、放射損および分散)にほとんど寄与しないので、さらには検討しない。
【0034】
以下のセクションで数値計算を単純にするため、ファイバ導波路100は円形の断面であり、コア110は円形の断面で、領域120(およびその中の層)は環状の断面を有するものとする。しかし他の実施形態では、導波路およびその構成要素領域は、長方形または六角形の断面など、異なる幾何学的断面を有することができる。さらに以下で言及するように、コアおよび閉じ込め領域110および120は、異なる屈折率を有する複数の誘電体を備えることができる。そのような場合、任意の領域の「平均屈折率」に言及することがあり、これは領域の構成要素の加重屈折率の合計を指し、各屈折率が、その構成要素の領域にある部分区域によって加重される。しかし、領域110と120との境界は、屈折率の変化によって形成される。この変化は、2つの異なる誘電体の境界面、または同じ誘電体の異なるドーパント濃度(例えば、シリカ中の異なるドーパント濃度)によって引き起こされる。
【0035】
誘電体閉じ込め領域120は、第1の周波数範囲のEM放射線を案内して導波路軸に沿って誘電体コア110内に伝搬させる。閉じ込め機構は、第1の周波数範囲を含むバンドギャップを形成する領域120内のフォトニック結晶構造をベースとするものである。閉じ込め機構は屈折率導波型ではないので、コアは、コアにすぐ隣接する閉じ込め領域の部分より高い屈折率を有する必要がない。逆に、コア110は、閉じ込め領域120より低い平均屈折率を有してもよい。例えば、コア110は空気または真空でよい。このような場合、コア内で案内されるEM放射線は、シリカ・コア内で導波されるEM放射線より損失がはるかに小さくて、非線形境界がはるかに小さく、シリカまたは他のこのような固体材料に対して多くの気体の吸収および非線形相互作用定数が小さいことを示す。例えば、追加的な実施形態では、コア110は多孔質誘電体を含んで、周囲の閉じ込め領域に多少の構造的支持を提供しながら、なお大部分が空気であるコアを形成することができる。したがって、コア110は一様な屈折率プロファイルを有する必要がない。
【0036】
閉じ込め領域120の交互の層122および124は、ブラッグ・ファイバとして知られるものを形成する。交互層は平面の誘電スタック反射器(ブラッグ・ミラーとしても知られる)の交互層と同様である。閉じ込め領域120の環状層および誘電スタック反射器の交互の平面層は、両方ともフォトニック結晶構造の例である。フォトニック結晶構造については、一般的にJohn D. Joannopoulos他によるPhotonic Crystals(Princeton University Press, Princeton NJ, 1995)で説明されている。
【0037】
本明細書では、フォトニック結晶とは、フォトニック結晶内にフォトニック・バンドギャップを生成する屈折率変調を伴う誘電構造である。フォトニック・バンドギャップとは、本明細書では、誘電構造内にアクセス可能な拡張(すなわち、伝搬、非局所)状態がない周波数範囲である。通常、その構造は周期的誘電構造であるが、例えば、さらに複雑な「準結晶」も含むことができる。バンドギャップを使用して、バンドギャップ構造からずれた「欠陥」領域とフォトニック結晶を組み合わせることにより、光を制限、案内および/または局所化することができる。さらに、ギャップの上下双方で周波数のアクセス可能な拡張状態が存在し、(屈折率導波型TIR構造とは対照的に)光をさらに低い屈折率領域に閉じ込めることができる。「アクセス可能な」状態という用語は、システムの対称または保存則によって既に結合が禁止されていない状態を意味する。例えば、二次元システムでは、偏波が保存され、したがってバンドギャップから同様の偏波状態のみを排除すればよい。(典型的なファイバのように)一様な断面の導波路では、波数ベクトルβが保存され、したがってフォトニック結晶導波モードをサポートするため、バンドギャップから任意のβを有する状態を排除するだけでよい。さらに、円柱対称の導波路では、「角運動量」指数mが保存され、したがってバンドギャップから同じmを有するモードのみを排除すればよい。要するに、高対称のシステムでは、フォトニック・バンドギャップの要件が、対称に関係なく全ての状態が排除される「完全な」バンドギャップと比較して、大幅に緩和される。
【0038】
したがって、誘電スタック反射器は、EM放射線がスタックを通して伝搬できないので、フォトニック・バンドギャップでの反射性が高い。同様に、閉じ込め領域220の環状層は、バンドギャップの入射光線に対して反射性が高いので、閉じ込めを提供する。厳密に言うと、フォトニック結晶は、フォトニック結晶中の屈折率変調が無限の範囲を有する場合のみ、バンドギャップ内で完全に反射性となる。それ以外では、入射光は、フォトニック結晶の各側で伝搬モードを結合するエバネッセント・モードを介してフォトニック結晶を「トンネル」することができる。しかし実際には、このようなトンネリングの率は、フォトニック結晶の厚さ(例えば、交互層の数)とともに指数的に減少する。それは、閉じ込め領域の屈折率対比の大きさにつれても低下する。
【0039】
さらに、フォトニック・バンドギャップは、伝搬ベクトルの比較的小さい領域にしか広がらない。例えば、誘電スタックは普通に入射する光線では反射性が高いが、それでも斜めに入射する光線には部分的にしか反射性でない。「完全なフォトニック・バンドギャップ」とは、全ての可能な波数ベクトルおよび全ての偏波にわたって広がるバンドギャップである。通常、完全なフォトニック・バンドギャップは3次元に沿って屈折率変調を有するフォトニック結晶にしか付随しない。しかし、隣接する誘電体材料からフォトニック結晶上に入射するEM放射線の状況では、「全方向フォトニック・バンドギャップ」も形成することができ、これは隣接する誘電体が伝搬EMモードをサポートする全ての可能な波数ベクトルおよび偏波のフォトニック・バンドギャップである。同様な意味合いで、全方向フォトニック・バンドギャップは、ライト・ラインより上にある全EMモードのフォトニック・バンドギャップとして形成することができ、ライト・ラインはフォトニック結晶に隣接する材料によってサポートされる最低周波数伝搬モードを形成する。例えば、空気中ではライト・ラインはω=cβによってほぼ与えられ、ここで、ωは放射線の角周波数、βは波数ベクトル、cは光の速度である。全方向平面反射器の説明が米国特許第6,130,780号で開示され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。さらに、円筒形の導波路の幾何学的形状に(平面限界内で)全方向反射を提供するために交互誘電体層を使用することが、公開された国際特許出願第WO00/22466号で開示され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。
【0040】
閉じ込め領域120の交互層122および124がコア110に対して全方向バンドギャップを生じる場合、導波モードは強く閉じ込められる。というのは、原則的にコアから閉じ込め領域に入射するEM放射線が完全に反射するからである。しかし、このような全反射は、無限数の層がある場合しか生じない。層が有限数(例えば、約20層)である場合、全方向フォトニック・バンドギャップは、0°から80°の範囲の全入射角度、および全方向バンドギャップの周波数を有するEM放射線の全偏波について、少なくとも95%の平面的幾何形状の反射性に対応してもよい。さらに、導波路100が全方向でないバンドギャップを伴う閉じ込め領域を有する場合でも、なお強く導波されたモード、例えば、バンドギャップの周波数範囲で放射損が0.1dB/km未満のモードをサポートすることができる。通常、バンドギャップが全方向か否かは、交互層によって生じるバンドギャップのサイズ(通常は2つの層の屈折率対比に比例する)、およびフォトニック結晶の最低屈折率成分によって決定される。
【0041】
追加の実施形態では、誘電体閉じ込め領域は、多層ブラッグ構成とは異なるフォトニック結晶構造を含んでもよい。例えば、(平面限界内で)1次元で周期的なフォトニック結晶の例であるブラッグ構成ではなく、閉じ込め領域は、例えば、ハニカム構造に対応する屈折率変調など、(平面限界内で)2次元で周期的なフォトニック結晶を形成するように選択してもよい。例えば、R.F.Cregan他のScience 285: 1537−1539(1999)を参照されたい。さらに、ブラッグ態様の構成でも、高い屈折率の層で、屈折率および厚さが変化したり、および/または低い屈折率の層で、屈折率および厚さが変化したりすることがある。通常、閉じ込め領域は、フォトニック・バンドギャップを生成する任意の屈折率変調をベースにすることができる。
【0042】
多層導波路は、多層同時延伸技術、同時押出技術、または蒸着技術を使用して作成することができる。適切な高屈折率材料には、2成分および3成分ガラス系などのカルコゲナイド・ガラス、重金属酸化ガラス、非晶質合金、および高屈折率ドープ処理ポリマーがある。適切な低屈折材料には、ホウケイ酸ガラス、ハロゲン化ガラスなどの酸化ガラス、およびポリスチレンなどのポリマーがある。また、低屈折率領域は、シリカ球または中空ファイバなどの中空の構造的支持材料を使用して作成し、高屈折率層または領域を分離することができる。
【0043】
通常、当技術分野で知られている計算方法を使用して、本明細書で説明する誘電体導波路のモード特性を決定することができる。さらに、反復計算を使用して、選択された導波路特性を最適化する導波路仕様を決定することができる。このような計算の基礎となる基本的な物理的特性の幾つかを以下で概説する。特に、構造によってサポートされるEMモードは、マックスウェルの式および構造の境界条件に従って、数値的に解決することができる。さらに、全ての誘電等方性構造について、マックスウェルの式を下式のように変えることができる。
【0044】
【数2】
ここで、HおよびEはそれぞれ顕微鏡的磁界および電界であり、εは構造のスカラー誘電定数である。このような構造のEMモードを解くには、発散方程式に属す式(1)(ここで、Hは固有関数であり、ω2/c2は固有値である)によって与えられた特性方程式である式(2)を解いて、Hを与える。その後、式(3)に従ってHからEを決定することができる。
【0045】
往々にして、対称性を用いて解を単純化することができる。例えば、本明細書で説明する特定の例の多くに関して、縦軸に沿って連続的な並進対称(すなわち、一様な断面)を仮定することができ、縦軸をz軸とする。言うまでもなく、実際には構造はこのような一様性から小さい偏差を有することがある。さらに、構造は有限な空間的範囲を有する。にもかかわらず、導波路直径と比較すると大きいある長さについて一様な断面であるという仮定に基づき、導波路によってサポートされるEMモードは、概略的にF(x,y,z)=exp[i(βz−ωt)]F(x,y)と書くことができ、ここで、Fは電磁場成分のいずれかである。Fの式のパラメータβは縦波数ベクトルである。
<中空誘電体導波路と金属導波路>
誘電体導波路100の原理は、中空金属導波路との類似から考察することができる。図2は、コア半径Rを有する中空誘電フォトニック結晶導波路200(左側)を、コア半径Rを有する中空金属導波路210(右側)と対比して示す。誘電体導波路200では、中空コア(屈折率1)が、高い(暗い)屈折率と低い(明るい)屈折率を有する交互層を含む多層閉じ込め領域(以下では「クラッド」)で囲まれる。ここで説明する実施形態では、クラッド層の屈折率はそれぞれ4.6および1.6になるように選択され、0.33aおよび0.67aの厚さを有し、ここで、aは高い/低い二分子層の一方の厚さである。c/aの単位でモード周波νを計算したら(cは光の速度)、幾つかの所望の使用波長λについて、a=λ/νから物理量aを決定することができる。導波路の半径Rは、本明細書で示す様々な例ごとに変化し、例えば、最小は2aから最大は100aまである。以下で分かるように、約5aより大きい(さらに10aまたは20aよりも大きい)Rの値は、多くの利点を有する。
【0046】
金属導波路210は、中空誘電体導波路200と同様に有するが、金属円筒が多層誘電クラッドに取って代わっている。金属の場合、光は、ほぼ完全な金属(光周波数では実際には存在しない)の不透過性のため、コア内に閉じ込められる。R=2aの金属導波路210の閉じ込めモードを、最低の7つのモードについて図3(右側)で示す。図3に示す分散関係は2つの保存量を示す。すなわち、軸方向波数βおよび周波数ωである。対称性により、円筒形導波路のモードは、その「角運動量」整数mでも表すことができる。z軸に沿った導波路では、モードの(z,t,ψ)依存性は、exp[i(βz−ωt+mψ)]によって与えられ、ここで、ψは円筒の方位角である。中空金属管では、固有モードはTM(Hz=0)またはTE(Ez=0)として純粋に偏光され、任意のmのl番目のモードはTXmlと表示される。
【0047】
誘電の場合、光は多層クラッドの1次元フォトニック・バンドギャップによって閉じ込められ、これはクラッドが平面になるので、限界内で容易に分析される。その結果のバンド構造を、図3の左側に示す。図3の左側の暗い領域は、光がミラー内に伝搬できるペア(β,ω)に対応し、白およびグレーの領域は光がミラー内に伝搬できない状況に対応する。図3の左側にある黒い太線は、ライト・ライン(ω=cβ)に対応し、グレーの領域はミラーの全方向反射性の周波数領域に対応する。平面誘電ミラーの場合、βは表面に平行な波数ベクトル成分である。フォトニック・ギャップ領域(白およびグレーの領域)では、ミラーが金属と同様に挙動し、モードを強く閉じ込めると予想する。固有モードはそれぞれ保存された有限のmを有するので、rが大きくなるにつれ、ψ方向の有効波数ベクトルkψ=m/rがゼロになる。これが当てはまらない場合は、ゼロでないkψ⊥βをブラッグ・バンド図に投影しなければならないので、図3にはバンドギャップがあり得ない。特に、ブラッグ・バンド図は、全方向反射の範囲(グレーの領域)を示し、これは空気からの入射波が平面ミラーによって反射する(およびその逆の)周波数に対応する。全方向反射は、本質的に、そのファイバの案内に厳密には必要ないが、その存在は、ライト・ラインに沿った大きくかつ偏光に依存しないギャップの領域と強い相関がある。
【0048】
ブラッグ・ミラーは、「TE」および「TM」偏光について異なるバンドギャップを有し、それぞれ境界面に純粋に平行な場および直角成分を有する場を指す。(両方の偏光を図3に示す。)厳密に言うと、これは、m=0の場合のみ、金属導波路のTEおよびTMのラベルに対応し、非ゼロmモードは全て、何らかの非ゼロEr成分を有する。
【0049】
金属導波路、ブラッグ・ファイバ、および従来の屈折率導波ファイバを含む任意の円筒形導波路によってサポートされるモードは、伝達行列法で計算することができ、ここで、屈折率njの環状領域にある任意の(m,ω,β)の縦方向の場(E{z}およびH{z})は、
【0050】
【数3】
の状態で、ベッセル関数Jm(kjr)およびYm(kjr)で展開される。各境界面で、係数は、境界条件に一致する4×4の伝達行列に関連付けられる。このような伝達行列全部の積は、コアの場を最外クラッドの場と関連付ける1つの行列を生成する。次に、適切な境界条件を適用することにより、以下でさらに検討するように、様々なモードのβn波数ベクトルを求めることができる。
【0051】
当面、1次元ブラッグ・ミラーのバンドギャップ内にあるモードが主な関心事である。このようなモードは、クラッド(すなわち、閉じ込め領域)内でrで指数的に崩壊しなければならず、したがって無限に多いクラッド層の限界内で真の導波モードである(有限の層のケースは、以下でさらに考察する)。これらのモードの大部分は、ω=cβのライト・ラインより上にあり、したがって金属導波路のモードとほぼ同じ方法で中空コア内にて伝搬する。しかし、モードはライト・ラインの下で、なおバンドギャップ内にあることも可能であり、その場合、これはコア/クラッド境界面の周囲に局所化された表面状態である。
【0052】
図4では、コア半径R=2aおよび上述した平面ミラー・パラメータのブラッグ・ファイバについて計算した第1の結合導波モードを示す。図4の明るい色の線はTEおよびHEモード、暗い色の線はTMおよびEHモードであり、この場合も黒い太線はライト・ライン(ω=cβ)である。図4の暗いべたの領域は、多層クラッド内で伝搬するモードの連続対を表す。導波モードは、図3(右側)の金属導波路の導波モードとほぼ同じ周波数であり、1次元バンドギャップが重畳されている。誘電体導波路では、モードはm=0の場合のみ純粋にTEおよびTMであり、非ゼロmの場合は、非常にTEまたはTMに似た、HEおよびEHとそれぞれ呼ばれる。さらに、モードが第2のギャップに入った場合は、プライム符号の上付文字を加える。ブラッグ・ファイバの導波モードは、金属導波路と同じ直交性関係を有し、その個々の場のパターンもほぼ同一であるはずであることも分かった。
<大きいコアのブラッグ・ファイバ>
上記の計算で、半径R=2aのブラッグ・ファイバのモードが生成された。この小さい半径は、幾つかのモードしかサポートしないという利点を有し、これは全体として容易にプロットされ、理解され、単一モード周波数範囲も有する。しかし、金属導波路との類似は、これがファイバ動作にとって最も望ましい領域ではないことを示す。
【0053】
金属導波路では、最小損モードはTE01であり、その抵抗損は1/R3として減少する。さらに、TE01と他のモード間の差損は、その金属導波路を効果的な単一モードの方法で操作できるようにするモード・フィルタリング効果を生み出す。他方で、大きいコア半径(高い周波数)では、損の大部分が、曲がりによる他の間隔が狭いモード、特に縮退TM11モードへの散乱になる。
【0054】
ブラッグ・ファイバでは同様の結果になる。すなわち、最小損モードがTE01であり、その損の多くが1/R3として減少する。金属導波路と同様に、材料対比が小さい従来の屈折率導波光ファイバとは異なり、コアの閉じ込めの程度に基づき強力なモード・フィルタリング効果が存在する。前述のように、モード間散乱は、コアの直径に対する上限を提供するRの増加とともに悪化する。
【0055】
例えば、光信号の長距離伝送の例示的特性を有するブラッグ・ファイバの一実施形態は、R=30aの中空コア半径を有するブラッグ・ファイバ、および17層を有する閉じ込め領域である。17層は、屈折率4.6の高屈折率層で開始し、屈折率1.6の低屈折率層と交互に配置される。高屈折率層と低屈折率層との厚さは、それぞれ0.22aおよび0.78aである。最低TE01散逸損失の点(以下でさらに検討する)は、ω≒0.28・2πc/aの周波数にあり、したがってこれを電気通信の標準のλ=1.55ミクロンに対応させると、a=0.434ミクロンが得られる。同様に、R=13.02=8.4λである。このような実施形態の追加の詳細および特性については、2002年1月25日に出願された「Low−Loss Photonic Crystal Waveguide Having Large Core Radius」と題した共通所有の米国特許出願第______号に開示され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。長距離伝送とは異なる用途(例えば、分散補償)には、このような大きいコア半径は好ましくないことが分かる。
【0056】
R=2aの上記の場合と同様、このR=30aブラッグ・ファイバの導波モードは、半径が等しい金属導波路のモードとの類推によってラベル付けすることができる。ブラッグ・ファイバのこのような2モードの横方向電界輪郭、最低損TE01、および線形偏光したEH11(金属導波路のTM11と同様のモード)を、2モードのω=0.28(2πc/a)(それぞれβ=0.27926(2πc/a)およびβ=0.27955(2πc/a)に対応する)について図5に示す。TE01モードは、円対称で、「方位角」偏光
【0057】
【数4】
される。したがって、二重縮退EH11モード(2つの直交偏光)とは異なり、ファイバの不完全性によって速度が異なる2つのモードに分割することができず、したがって偏光モード分散(PMD)に影響されない。ブラッグ・ファイバのモード・ラベル付けは、金属導波路より複雑であることが判明した。というのは、モードがライト・ラインと交差して、コア/クラッド境界面の周囲で局所化した表面状態になることがあるからである。その場合は、別のモードが「上昇」し、その位置を占める。例えば、TM01モードはω=0.27(2πc/a)でライト・ラインと交差し、TM02モードは連続的にTM01のコア場パターンを呈する。不明である場合は、それぞれr=0で優先的なのはHzまたはEzかに応じて、モードをHEまたはEHとラベル表示し、ライト・ラインより上の順番に応じてコア・モードに番号を付ける。
<層の厚さ>
閉じ込め層の層の厚さを選択するために、適切な4分の1波長状態を使用する。直角入射では、各層が等しい光学的厚さλ/4を有する「4分の1波長」スタックで、または同様にdhi/dlo=nlo/nhiで最大のバンドギャップが得られることが周知であり、ここで、dおよびnはそれぞれ、高屈折率層および低屈折率層の厚さおよび屈折率を指す。しかし、直角入射はβ=0に対応し、円筒形の導波路では、所望のモードは、通常、(大きいRの限界内で)ライト・ラインω=cβの近くにある(最低次数モードは基本的に、z軸、すなわち、導波路軸に沿って伝搬する平面波である)。この場合、4分の1波長状態は下式のようになる。
【0058】
【数5】
厳密に言うと、式(4)は厳密には最適でないことがある。4分の1波長状態が円筒の幾何学的形状によって変更されるからであり、これは各層の光学的厚さがその半径方向座標で滑らかに変化する必要がある。にもかかわらず、式(4)が多くの望ましい特性を最適化するために、特にギャップ中央の波長より大きいコア半径について優れたガイドラインを提供することが分かる。
<コア・サイズのスケーリング則>
誘電体閉じ込めミラーは反射性が強いので、モード特性の多くは概ね、モードを内側に閉じ込めるコアの幾何学的サイズRによって決定される。その後、計算した様々な量についてスケーリング関係を導き出し、本セクションでは、場およびモードの基本的なスケーリングを提示することにより、このような導出の土台を作る。このスケーリング関係は、概ね、金属の類似物が保持するのに十分な大きさである限り、使用する正確な屈折率対比などの細部に依存せず、ブラッグ・ファイバ構造の利点および代償を広く理解することができる。
【0059】
特に、ファイバのTE01(特にTE01)モードのクラッド現象の抑制に焦点を絞る。TE01モードの重要な特性は、中空の金属導波路との類似により、r=R付近の電界にノードを有することである。したがって、クラッド内の電界の大きさは、RにおけるEψの傾斜に比例する。しかし、コア内のEψの形状は、単にベッセル関数Jl(ξr/R)であり、ここで、ξ(ω)はほぼJlのl番目のゼロである。これで、Rでの傾斜は(J0(ξ)−J2(ξ))(ξ/2R)である。さらに4分の1波長スタックでは、Eψの値は、高屈折率層から低屈折率層への境界面それぞれの付近で最大になる。したがってJl振幅(すなわち、Eψ〜1)の正規化を含まず、クラッド中の正規化されていないEψはdhi/Rとしてスケーリングすることが分かる。また、通常は、場の出力を正規化しなければならない。すなわち、Rに比例するモード面積の平方根に比例する追加係数で電界ベクトルEを割る。したがって、
【0060】
【数6】
さらに、クラッド中の場の面積は、周(Rと一緒にスケーリングする)に、バンドギャップのサイズによって決定される何らかの定数(浸入度)を掛ける。これを式(5)と組み合わせると、下式が与えられる。
【0061】
【数7】
上式から他の多くのスケーリング関係式が導出される。これに対して、Er成分を有するTMまたは混合偏光モードでは、クラッド中の正規化されない場の振幅が、Rが変化しても、ほぼ一定のままであり、したがってクラッドの部分エネルギー密度が1/Rのみとしてスケーリングし、したがってこれに対するクラッドの影響がはるかに大きくなる。
【0062】
一般的な位相空間の引数により、コアのモードの総数は面積R2としてスケーリングしなければならない。さらに、金属導波路では分散関係式は
【0063】
【数8】
のようになり、ここで、ξnはベッセル関数の根または極値である。したがって、カットオフからかけ離れている場合(R>>ξnc/ω)、下式が得られる。
【0064】
【数9】
Δβは、ブラッグ・ファイバでは、クラッドへの場の侵入が有限であり、表面状態に遷移し、その後に上記検討したようにモードのラベルを変更するので、さらに多少複雑になることがある。例えば、EH11モードの場合を考察すると、これは金属限界にてTE01で縮退する。しかし、ブラッグ・ファイバでは、縮退はクラッドへの場の浸入によって破られる。このような縮退の破壊は、誘電多層ミラーから反射した後のTE/TM偏波の位相ずれに関しても理解することができ、これは摂動理論による小さいずれΔβを含み、、Δβはクラッド内のEH11エネルギーの量に比例し、これはRとは逆にスケーリングする。
【0065】
【数10】
しかし、このスケーリング関係をλ=1.55ミクロンについて数値的に試験したところ、この分離は最終的に、約40a以上のRについて、1/R2としてスケーリングすることが判明した。すなわち、「基本的」HE11モードがライト・ラインと交差して表面状態になり、EH11が連続的に遷移して、さらにHE11のようになり、したがって最終的に式(7)のようにスケーリングする。
<漏洩モードおよび放射損>
以上の検討では、重要と思われる点を無視してきた。実際には、閉じ込め領域には有限数のクラッド層しかない。以上のこと、および問題のモードが最外領域のライト・ラインより上になることから、場の出力は量子力学的「トンネル効果」に似たプロセス中に徐々に漏洩する。しかし、この放射損はクラッド層の数とともに指数的に減少し、この小ささについて以下で明示的に定量化する。0.1dB/kmより十分に低い漏洩率を達成するには、少数の層しか必要でないことが判明した。さらに、放射線の漏洩はモードによって非常に異なり、大きいコアのブラッグ・ファイバが効果的に単一モードの方式で作動できるようにするモード・フィルタリング効果を誘発する。
【0066】
無限に多数のクラッド層の制限内で、コアのモードは、バンドギャップにより真の閉じ込めモードとなり、別個の実固有値βnを有する。有限的に多数の層の場合、モードは(最も外側のライト・ラインの上で)もはや真には閉じ込められず、無限に拡張した固有値を有するβ値の連続体となる。前者の閉じ込めモードは漏洩共振になる。すなわち、放射線崩壊率αnに比例する幅Δβを有するβnを中心とする実β固有値の重畳である。このような共振は、物理的実βの連続体を介して直接研究することができるが、強力な代替方法は、漏洩モード技術であり、これは複素平面の実βから
【0067】
【数11】
までの概念的解析接続を使用して、ゼロ入射フラックスの境界条件を満足する。これで、出力崩壊率αnが
【0068】
【数12】
によって与えられ、ここで、Imは虚数部を表す。
【0069】
ブラッグ・ファイバでは、漏洩モード法は下記のようになる。伝達行列を定式化すると、起点でのTEおよびTM振幅を、任意の角運動量指数mのωおよびβの関数として、最外領域の出力(+)または入力(−)TEおよびTM円柱波(ハンケル関数)の振幅と接続する2×2行列
【0070】
【数13】
を計算することができる。漏洩モードでは、無限においてソースがないように、ゼロ入力波の境界条件を組み込むことが望ましく、このような解決法は、
【0071】
【数14】
のゼロ固有値がある場合は常に存在する。したがって、以下の行列式を使用する。
【0072】
【数15】
したがって、漏洩モードは
【0073】
【数16】
によって定義される。任意のωについて
【0074】
【数17】
を求めると、
【0075】
【数18】
の対応する固有ベクトルによって、必要な混合偏光振幅が生成される。有限に多い層の場合、fmの実数根のみが最外領域のライト・ラインより下にある。(最外領域のライト・ラインより下では、代わりに入射波のハンケル関数が指数的に増殖する関数となるが、その係数はやはりゼロでなければならないことが判明した。)このライト・ラインより上では、入射および出射フラックスが実数βについて等しくなり、定常定在波パターンに対応する。ライト・ラインより上の
【0076】
【数19】
の小さい虚数部は、出力崩壊率
【0077】
【数20】
を生成する。
【0078】
全てのモードで、ブラッグ・バンドギャップの場が、最終的に他の損(例えば、吸収)が優勢になる点まで指数的に崩壊するため、放射線崩壊αnは、クラッド層の増加とともに指数的に減少する。この構造のλ=1.55ミクロンで、TE損はクラッドの二分子層ごとに約10分の1だけ減少し、TM損はクラッドの二分子層ごとに約5分の1だけ減少する。TMバンドギャップの方が小さいので、混合偏光(非ゼロm)モードの損は最終的に、閉じ込めが少ないTM成分が優勢になる。図6では、最低損TE01モード、次に低い損失TE02モード、および線形偏光EH11モードに対応して上記でパラメータ化した17層でR=30aの構造について、計算した放射線漏洩率αnを示し、混合偏光モードの特徴を示す。後述する吸収と同様、この差損はモード・フィルタリング効果をもたらし、それによってTE01モードは、大きいコアのブラッグ・ファイバでも、単一モードとして効果的に動作することができる。図6から、17のクラッド層だけで、TE01モードは0.01dB/kmより十分下の漏洩率を有し、EH11さえ数メートルの崩壊長を有する。このように損失が少ないので、モードを大抵の解析(例えば、分散関係および摂動理論)の真の境界として、せいぜい独立損項として含まれる漏洩率で処理することができる。
【0079】
放射損はクラッドの場の振幅
【0080】
【数21】
に比例し、これは式(5)からTE01の1/R4のようになり、これに(Rとしてスケーリングする)表面積を掛ける。
【0081】
【数22】
これは中空金属導波路におけるTE01抵抗損のスケーリングと同じである。これに対して、境界付近にノードがないことから、TMおよび混合偏光放射損は1/Rとしてしかスケーリングしない。
<屈折率対比>
閉じ込め領域の層間の屈折率対比は、特徴的な侵入度dpを決定するクラッドへの場の崩壊率で明らかになり、dp<<Rの場合、金属導波路への類似が維持される。以下で、スケーリング則を導き出し、ブラッグ・ファイバの特性がクラッドの屈折率とともに変動する様子を予測する(dp<<Rとする)。
【0082】
特に、クラッドの二分子層ごとに、場は何らかの減衰率κ(ω,β)だけ減少する。ほぼライト・ライン上にあるモードでは、式(4)により「4分の1波長」二分子層を使用し、
【0083】
【数23】
を定義すると、TE/TM場のギャップ中央κは下式の通りになる。
【0084】
【数24】
これで、侵入度dpはa/(1−κ2)に比例する。式(6)からの以前のスケーリング則を使用し、
【0085】
【数25】
を定義して、式(6)をさらに一般化して下式を与えることができる。
【0086】
【数26】
TEまたはTMモードについて、任意の放射線漏洩率を達成するために必要なクラッド層の数は、それぞれlog(1/κte)またはlog(1/κtm)と逆にスケーリングする。したがって、ドープしたシリカ層でよくあるように、例えば、1.459/1.450という屈折率を使用する場合、図6の場合と同じTE放射線漏洩率を達成するには、約2000のクラッド層が必要である。
【0087】
帯域幅は、屈折率対比によっても異なる。1つは、ライト・ラインに沿ってTMのギャップのサイズによって制限され、これは式(4)の4分の1波長スタックでは下式の通りになる。
【0088】
【数27】
ここで、ω0はギャップ中央周波数である。
【0089】
【数28】
<分散の調整>
さらに他の実施形態では、フォトニック結晶導波路は、コア領域と同様に閉じ込め領域に囲まれた分散調整領域を含むことができる。分散調整領域は少なくとも1つの追加モードを導入し、これは1つ以上の導波コア・モードと相互作用して、調整された分散プロファイルを有する作業モードを生成する。例えば、分散調整領域は、1つ以上の選択波長にて小さい分散、またはゼロ分散をも与える作業モードを生成するように選択することができる。さらに、例えば、分散調整領域は、導波路を分散補償ファイバとして使用できるように、1つ以上の選択波長にて非常に大きい分散値を与える作業モードを生成するように選択することができる。このような調整された分散プロファイルを有するフォトニック結晶導波路は、2002年1月25日に出願された「Photonic Crystal Optical Waveguides Having Tailored Dispersion Profiles」と題した共通所有の米国特許出願第______号に記載され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。これについては以下で簡単にのみ説明する。
【0090】
図7は、誘電体コア領域910と、異なる屈折率を有する誘電体材料の交互の層922および924を含む誘電体閉じ込め領域920とを含むフォトニック結晶ファイバ900の断面図を示す。ファイバ900はファイバ100と同じであるが、コア910に隣接する幾つかの第1の層928のうち1つ以上の厚さが変更されて、分散調整領域930を形成し、構造的クラッド層が削除されている。図1と同様、便宜上、図7は閉じ込め領域920の第1の結合層のみを示す。
【0091】
これらの層928の厚さを変更することにより、コアの導波モード(例えば、TE01モード)は、導波された波長のサブセットにわたり、交互層にさらに深く侵入する。このサブセットの特定の範囲は、層928の厚さの変化によって決定され、これはサブセットをバンドギャップ内に配置するように選択することができる。侵入が増加すると、導波モードの群速度が局所的に減少し、導波路100に対して余分なマイナスの分散を導入する。その結果、導波路900の導波モードから導出された作業モードの分散は、分散調整領域への侵入増加に対応する波長付近で、ゼロにすることができる。
【0092】
代わりに、層928の厚さを調節して、導波波長のサブセットにわたって非常に大きい分散絶対値を有する作業モードを生成することができる。この場合、大きい分散は、ほぼコアに限定されたモードと、分散調整領域によって導入され、かつほぼ局所化されたモードとの相互作用によって引き起こされ、分散調整領域の平均屈折率は、コアのそれより非常に大きい。相互作用は、調整された分散特性を有する作業モードを生成する。波長が変化するにつれ、作業モードの性質は、ほぼコアに限定されたモードから、分散調整領域へと延在するモードへと変化する。
【0093】
定性的に、層928の厚さの変化(この例では、分散調整領域930の導入に対応する)は、閉じ込め領域920のフォトニック結晶構造に欠陥を生成し、欠陥928の領域に局所化された欠陥モードを導入して、バンドギャップに入る。欠陥モードは、コアの少なくとも1つの導波モード(例えば、TE01モード)と相互作用して、その分散関係式ω(β)を変化させ、調整された分散プロファイルを有する作業モードを形成する。
【0094】
追加の実施形態では、分散調整領域は、コアから除去された多くの層のうち1つ以上の厚さを変化させることにより形成することができる。すなわち、分散調整領域を生成する「欠陥」は、閉じ込め領域であったものの中央に存在する。このような場合、分散調整領域を、コアから欠陥を含む層までの層全てを含むものとする。欠陥を囲む残りの層は、閉じ込め領域を形成し、自身内の誘電体領域のバンドギャップを形成する。さらに、追加の実施形態では、分散調整領域は、1つ以上の層の厚さを変更する代わりに、または変更するのに加え、1つ以上の層の屈折率を変更することによって形成することができる。さらに他の実施形態では、分散調整領域は、導波路軸を囲む1つ以上の層よりも複雑な幾何学的形状を有することができる。例えば、閉じ込め領域が2次元屈折率変調を有するフォトニック結晶構造(例えば、ハニカム構造)を伴う場合、分散調整領域は、その屈折率変調に欠陥を導入する誘電体領域でよい。
<導波路軸の屈曲部を分析する理論的技術>
屈曲した螺旋状の導波路を分析するために、時間を軸方向の距離zで置換した状態で、量子力学から時間依存性摂動理論に似た分析を使用する。導波路のモードは、周波数ωおよび軸方向の波数ベクトルβによって記述され、形式
【0095】
【数29】
の場を有し、ここで
【0096】
【数30】
は何らかの横電/磁界プロファイルであり、ω(β)は各モードに分散関係式を与える。短い距離で非線形効果が無視できると仮定し、したがってωが保存され、考察対象を所定のωで波数ベクトルβnを有するモード|n〉に制限することができる。損失も、考察対象の距離では無視することができ、したがってωおよびβは実数である。抽象的な状態のディラック表示法|n〉および内積〈m|n〉を使用して、基礎となる完全にベクトルの電磁モードを表すことに留意されたい。任意のωにおける任意の電磁界パターン|Ψ〉を、下式の通り、非摂動導波路のこれらのモードに拡張することができる。
【0097】
【数31】
ここでαn(z)は複素数膨張係数であり、
【0098】
【数32】
は状態|n〉から明示的に分離されている。直線の導波路では、αn(z)は定数であり、状態|n〉は固有モードであり、結合しない。しかし、屈曲部または他の摂動は、モードと振幅αn間に結合を導入し、以下の線形微分方程式を満足する。
【0099】
【数33】
さらに結合係数Cnlは状態|n〉および|l〉に、および摂動の性質によって決定される(およびzの関数でよい)。
【0100】
x−z面で曲率Rの屈曲部の場合、結合係数Cnlは下式のように表すことができる。
【0101】
【数34】
ここで状態はその電磁界成分に関して明示的に表され、ここでεおよびμはそれぞれ導波路の誘電定数および透過定数であり、cは光の速度である。式(17)を積分すると、モード変換が与えられる。屈曲角度θは、式18の微分方程式が積分される境界条件を通して、計算に入れられる。
【0102】
導波路が円対称である場合は、任意のモードの方向依存性をexp(imψ)と表すことができるようモードを選択することができ、ここでmは「角運動量」の指標となる整数である。直線偏波は、非ゼロmを有するモードの縮退mおよび−m対の重畳に対応する。したがって、円柱座標(x=rcosψ)の式(18)で下式が与えられる。
【0103】
【数35】
すなわち、円対称がある場合、結合要素は、角運動量指数が1だけ異なるモードでのみ非ゼロとなる。
【0104】
典型的なケースでは、α0(0)=1に対応し、他の状態が全てゼロ振幅αn≠0(0)=0である単一モード(すなわち、TE01またはEH11)から始める。何らかの距離zの後にモード|n≠〉に変換される入力電力の一部は、|αn(z)|2で与えられる。摂動が弱い場合、すなわち、例えば、半径が大きい屈曲部で真であるような、Cnlが小さい場合、式(17)を1次摂動理論で積分することができる。この場合、|n≠0〉への変換効率は、おおよそ(Cの最低桁まで)以下の式で与えられる。
【0105】
【数36】
式(20)は、Δβが大きくなるほど、結合が弱くなるという1つの特徴を有する。したがって、例えば、Cが半径Rの屈曲部の1/Rに比例するので、結合は、RΔβ≫1の場合、無視することができる。Δβはモード間の位相ミスマッチを表すという単純な説明がある。すなわち、モードが干渉するのに十分な長さを有さないほど屈曲部が緊縮していない限り、結合に破壊的干渉が発生する。これには幾つかの結果がある。第一に、屈曲部の半径が十分に大きい場合は、他のモードへの変換を無視することができ、1/R2として低下する。第二に、式(17)を(例えば、より強力な結合を説明するために)数値的に解く場合は、初期モードに近いβを有するモードのみを考慮すれば十分であり、したがって微分方程式が有限次数に還元される。第三に、1つのΔβが他の全てより小さい場合、例えば、ほぼその桁内で、約2π/Δβの屈曲部半径Rを使用して、そのモードに優先的に変換することができる。
【0106】
さらに、上述したように、円対称の導波路では、全てのモードをその角度依存性を形成する「角運動量」整数mによってラベル付けすることができ、これはeimψの形式である。(TE01およびEH11のようなモードでは、最初の添え字がmを示し、すなわち、それぞれm=0およびm=1である。)この場合も、直線偏波は非ゼロmを有するモードの縮退mおよび−m対の重畳に対応する。式(19)で与えられたように、mがΔm≠±1だけ異なる任意の状態で、Cnl=0(直接結合がない)となる導波路の屈曲部(および、それに限って言えば螺旋)には選択規則がある。それでも、この選択規則に従わないモードに間接的に結合することができるが、このようなプロセスはCの高い方の次元であるので、直接結合より弱く、したがって式(17)の数値解を計算する場合は、mの制限された範囲のみ考慮すればよい。
<ブラッグ・ファイバの屈曲部変換>
上述したように、屈折率が小さい(例えば、中空の)コアを有するブラッグ・ファイバでは、最低損失モードはTE01モードであり、したがって伝搬にとって好ましい。特に、コアが大きいブラッグ・ファイバは複数モードをサポートできるが、TE01モードに対して他のモードの減衰が異なるので、導波路は長距離にわたって効果的に単一モードになる。残念ながら、TE01モードの方位対称性の電磁界線(すなわち、ファイバの中心にてノードの周囲を囲む電磁界線)は、典型的なレーザ・ソースまたは従来の屈折率導波光ファイバのモードの直線偏波電磁界パターンとは半径方向に異なる。これによって、ブラッグ・ファイバの端部で(レーザから)TE01モードに、またはTE01モードから(ファイバに)直接結合することが困難になる。このような結合にこれよりはるかに適切なのは(ほぼ)直線偏波したEH11モードである。例えば、モード一致の計算によると、直線偏波した入力ガウス・ビームの70%以上が、EH11モードに結合することができる。上述したように、TE01およびEH11モードの電磁界線が図5に図示されている。
【0107】
以前のセクションの理論的結果に基づき、単一の屈曲部が特に、(入出力結合のための)EH01モードと伝搬のためのTE01モードとの間に変換エネルギーを提供することが判明した。特に、次の2つの事実を利用することができる。第一に、これらのモードでは|Δm|=1であり、直接結合を可能にし、第二に、Δβがこれらのモードでは他のモード対より低いことである。Δβが小さいのは、ブラッグ・ファイバ・モードが、中空の金属導波路のモードに似ているためであり、ここでTE01およびEH11モードは実際に縮退(Δβ=0)である。EH11は、金属の場合は「TM11」と呼ばれ、ここでは偏波は「混成」されない。この場合にモードが縮退でなかった場合は、問題となる。どの屈曲部も、半径に関係なく大きな変換損失を生じることになるからである。しかし、ブラッグ・ファイバは正確には金属導波路と同じでないので、モードは帯域幅の大部分にわたって正確には縮退ではなく、それにもかかわらず(HE12)と次に近いモードより約1/2小さいΔβだけ分離される。したがって、適切な屈曲半径Rおよび屈曲角度θを選択することにより、これらのモード間で効率的に変換することができる。
【0108】
1つの例では、0.358ミクロンの厚さを有する低屈折率層(nlo=1.5)と0.153ミクロンの厚さを有する高屈折率層(nlo=2.8)とが交互に配置された25個の層で囲まれた半径15.35ミクロンの中空のコア内で、約λ=1.55μmの光を案内するよう設計されたブラッグ・ファイバを考える。6%の帯域幅を考え、45の導波モードを結合する式(17)の数値解を計算する(上述したように、最小Δβおよび|Δm|≦1のモードのみ考慮し、mおよび−m導波モードを1つのモードとして数える)。この6%の帯域幅が約90nmに対応することが判明し、これはシリカ光ファイバのC帯とL帯との両方をカバーする。原則的に、例えば、クラッド・モードなどの非導波モード、および逆方向伝搬モードも計算することができるが、このようなモードは全て、大きなΔβを有する。したがってこの構造では、多様な屈曲半径および角度にて屈曲部の周囲でTE01からEH11、またはその逆の変換効率が判明した(変換効率は順方向と逆方向で同じである)。厳密に言うと、EH11およびEH-1,1の合計への/からの変換を計算する。直線偏波と対応するのは、そのモードの縮退重畳だからである。
【0109】
屈曲半径ごとに、6%の帯域幅全体で最善の変換効率を有する屈曲角度を求め、図9の半径の関数として、最善の屈曲角度について帯域幅にわたって最小変換効率をプロットする。このプロットから、約0.7cmの半径(期待値として1/Δβの桁)にて、帯域幅全体についてほぼ40%の効率を達成できることが判明した。この最適な屈曲半径で、図10の帯域幅に広がる5つの波長について、屈曲角度の関数として効率をプロットする。わずか5.13°の屈曲角度で40%の最小効率が達成され、ファイバに与える応力が最小になり、さらに帯域幅を制限したい場合、これよりはるかに高い変換効率(使用波長に応じて90%以上)を達成できることが判明した。
<螺旋形屈曲部>
以前の例では、変換を所望するモードは、Δβが最小のモードであり、それにより屈曲部の1つの機構が実現可能になる。この状況は、多種多様な導波路構造に適用可能である。にもかかわらず、異なるモード、すなわち、所望のモード対のΔβが他のモード対のΔβよりそれほど小さくないモードに変換したい場合もある。以下では、所望のモード対について、Δβを任意に小さくなるよう効果的に「調整」するために、螺旋形屈曲部(「ヘリックス」)を使用できることを示す。
【0110】
ヘリックス、すなわち、上方向の螺旋は、一定の率で上昇もする円形路である。この曲線は、方位角θでパラメータ化することができ、その(X,Y,Z)座標は以下のように書かれる。
【0111】
【数37】
ここでγは上昇率を示す無次元定数であり、γ=0は、半径Rの普通の円形屈曲部に対応し、γ=tanαであり、ここでαは上昇角度である。光の伝搬に関して、螺旋路は2つの重要な特性を有する。第一に、これは一定の有効(瞬間)曲率半径を有する。
【0112】
【数38】
これは屈曲部結合の強度を決定する。第二に、捻り角度がある。
【0113】
【数39】
ここでzは曲線に沿ったアーク長である。すなわち、導波路の座標系は一定速度で回転し、これは光が伝搬するために、ヘリックスと半径Reの円形屈曲部との唯一の違いである。典型的なブラッグ・ファイバのような円対称導波路の場合、捻り角度は特に単純な効果を有する。モードの角度依存性がちょうどeimψだからである。したがって、結合係数Cnlの場合は捻り角度は形式
【0114】
【数40】
の関数のみをもたらす。式(17)を調べることにより、この項をΔβと組み合わせて、有効Δβ’=Δβ+δβを生成することができ、ここで
【0115】
【数41】
はΔβのシフトである。この有効Δβ’は、例えば、式(20)などでモード結合を計算するために、Δβの代わりに使用される。
【0116】
したがって、適切な螺旋の上昇率γを選択することにより、所望のモードがいずれも最小有効Δβ’を有し、したがって螺旋屈曲部で効率的に変換できるように、Δβをシフトすることができる。さらに1つ重要なことは、螺旋屈曲部は潜在的に、TE01とEH11間の変換効率を、単一屈曲部によって以前の例で達成された40%よりさらに改善できることである。例えば、他のモードと比較してΔβの対比を増加させることにより、これを実行することができる。しかし、ΔβはΔmの符号によって決定されるので、円形屈曲部の場合のように、EH11またはEH-1,1モードの合計ではなく、それらのうちの一方のみが励起され、その結果、出力部では円偏波(回転偏波)光になる。
<蛇行性屈曲部>
変換用に特定のモードを選択するため、別の可能な方法は、「蛇行性」屈曲部を使用することである。これは、1つの面にて周期的に前後に揺れ動く屈曲部である。この機構は、以下のように容易に理解される。この場合、結合マトリクス要素Cは1/Rに比例し、ここでRは瞬間曲率半径である。これを、導波路に沿ってシヌソイド状に変化させる。
【0117】
【数42】
ここでR0は最大曲率半径であり、Λは摂動周期(または「ピッチ」)である。ここでは、マイナスの曲率半径は単に、反対方向の屈曲部を意味し、1/R=0は直線の導波路(またはこの場合では変曲点)を指す。これで、単純にsin関数を式(17)のΔβ指数にシフトとして吸収することができる。
【0118】
【数43】
ここで、結合には両方の符号の項目がある。このβシフト以外、結果は半径R0の通常の屈曲部と同じである。したがって、ピッチΛを適切に選択することにより、所望のモード対のΔβを強制的にゼロまたはほぼゼロにし、所望のモード対に効率的に結合するよう屈曲部を設計することができる。R0≫Λ(さらにはR0=Λ)という典型的なケースでは、式(25)の曲線は、ほぼ周期Λおよび振幅Λ2/4π2R0のシヌソイドにすぎない。
【0119】
螺旋屈曲部と異なり、この分析では円対称とは仮定しない。円対称の導波路では、通常どおり、|Δm|=1という選択規則がある。ΔβはΔmの符号に依存しないので、m≠0の結果は、±mモードの一次結合になる。したがって、単一屈曲部の場合と同様、m=0から2つの縮退m=1およびm=−1モードの重畳へ変換することができ、これは直線偏波に対応する。その結果、TE01と(直線偏波した)EH11間で変換効率を向上させたい場合、蛇行性屈曲部は、ヘリックスより優位になる。さらに一般的には、モード結合セグメントは、Δβに対する制御を向上させるため、屈曲部、ヘリックス、および蛇行性屈曲部の任意の組合せを含むことができる。
<電気通信システム>
本明細書で説明し、モード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路は、光電気通信システムに使用することができる。図11は、ソース・ノード1110と検出モード1120を含む光電気通信システム1100であって、本明細書で説明するフォトニック結晶導波路などの光導波路1130によって相互に結合された光電気通信システム1100の略図を示す。導波路1130は、ソース・ノード1110に隣接する第1のモード結合セグメント1134を含み、そのセグメント1134はソース・ノード1110(例えば、直線偏波EH11)から、長距離送信または分散補償に適したモードなどの別の導波路モード(例えば、TE01モード)への結合効率を改善するために使用される導波路モードからのEMエネルギーを変換する。導波路1130は、検出器ノード1120に隣接する第2のモード結合セグメント1132も含み、そのセグメント1132は導波路1130に沿って伝搬させるため使用する導波路モードからのEMエネルギーを、第1のモード結合セグメントから、検出器ノード1120への結合効率を改善するために使用する別のモード(例えば、直線偏波EH11)へと変換する。各モード結合領域は、1つの屈曲部、複数の屈曲部、ヘリックス、蛇行性屈曲部、またはその組合せを含むことができる。
【0120】
ソース・ノード1110は、導波路に沿って配向される光信号の元のソースであるか、または光信号を導波路1130に再配向したり、光学的に増幅したり、および/またはそれを電子的に検出して、光学的に再生したりする中間ノードであってもよい。さらに、ソース・ノード1110は、様々な波長で複数の光信号を多重化または逆多重化するためのコンポーネントを含むことができる。さらに、ソース・ノード1110は、導波路1130とは異なる別の導波路(例えば、従来の屈折率導波ファイバ)でよい。同様に、検出器ノード1120は、導波路に沿って送信される光信号の最終宛先であるか、光信号を再配向したり、光学的に増幅したり、および/または電気的に検出して光学的に再生したりする中間モードであってもよい。また、検出器ノード1120も、様々な波長で複数の光信号を多重化または逆多重化するためのコンポーネントを含むことができる。さらに、検出器ノード1120は、導波路1130とは異なる別の導波路(例えば、従来の屈折率導波ファイバ)でよい。さらに、導波路に沿って送信される光信号は、対応する波長の複数の信号を含むWDM信号であってもよい。システムの適切な波長は、今日使用されている多くの長距離システムに対応する約1.2ミクロンから約1.7ミクロンの範囲内の波長、さらに現在考慮されているメトロ・システムに対応する約0.7ミクロンから約0.9ミクロンの範囲内の波長を含む。
【0121】
特に、モード結合セグメントを使用する場合、導波路に入る、または導波路から出る光の偏光を指定することができる。特に、1つの屈曲部および蛇行性屈曲部の両方で、TE01(またはm=0のTEモードのいずれか)を入力すると、出力(例えば、EH11)は屈曲部の面に対して直角に直線偏波される。同様に、m=0のTMモードを入力すると、出力は、屈曲部の面に平行に直線偏波される。すなわち、偏波が分かっているので、出力部には偏波の影響を受けるデバイスを自由に使用することができる。逆に、TE/TMm=0モードに変換する場合、入力は、屈曲部の面にそれぞれ直角/平行に偏波する。すなわち、モード結合セグメントは偏波に特定的である。したがって、モード結合セグメントに隣接してフォトニック結晶ファイバに結合されるコンポーネントは、偏波の不一致に関連する損失を最少にするために、整列させることができる。これに対して、従来の屈折率導波ファイバのPMDは、偏波をランダム化し(例えば、ランダムな直線、円、または楕円偏波)、ランダム化した偏波を能動的に補正しないと、このような整列を困難にさせるか、不可能にすることもある。
【0122】
さらに、上記螺旋屈曲部は、m=0モードを特定の円偏波モードに又はから変換することができる。例えば、時計回りの円偏波をTE01に変換し、反時計回りの円形の光をそのままにしておくことができる。また、単一の円偏波は2つの直線偏波で、またはその逆で構成されるので、任意の直線偏波は50%時計回り円になり、入力のこの部分が、ヘリックスによってTE01に変換される。したがって、直線偏波が不明のファイバなどのソースでも、追加の50%の出力ペナルティがあるが、所望のTE01モードに変換することができる。しかし、ゼロ結合がある円形入力偏波となる。
【0123】
本発明の幾つかの実施形態について説明してきた。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々に変更できることが理解される。
例えば、追加の実施形態では、モード結合セグメントの前、またはその後に、断面屈折率プロファイルの寸法を拡大縮小するために、導波路をテーパ状にすることにより、バンドギャップ特性を変更したいことがある。また、螺旋/蛇行性屈曲部を有するさらに他の実施形態では、個々の屈曲部の上昇率/ピッチを、導波路軸に沿って変化させ、「チャープ(chirped)」の周期性を生成することができる。さらに一般的には、例えば、モード結合セグメントが、変化する(例えば、連続的な)可変曲率半径を有する領域を含むことができる。可変曲率半径が共通面にあり、曲率半径の符号の揺れを含む場合、モード結合セグメントは、蛇行性屈曲部を備えると考えられる。さらに、使用中に、モード結合セグメントの屈曲パラメータを能動的に調整して、結合効率を最適化することができる。最後に、本明細書で説明するモード変換技術は、ファイバ・フォトニック結晶導波路に制限されず、少なくとも1つの方向に沿ったフォトニック結晶閉じ込めを含む集積光回路(IOC)に組み込まれるような他のタイプのフォトニック結晶導波路でも実施することができる。
【0124】
したがって、他の実施形態も特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【0125】
【図1】フォトニック結晶導波路ファイバ100の略断面図である。
【図2】ブラッグ・ファイバ導波路(左側)および中空金属導波路(右側)の略断面図である。
【図3】平面ブラッグ・ミラー(左側)および中空金属導波路(右側)のフォトニック・バンド図である。
【図4】ブラッグ・ファイバのフォトニック・バンド略図グラフである。
【図5】TE01(左側)およびEH11(右側)の場の分布のプロットである。
【図6】コアが大きく(R=30a)、17層の中空ブラッグ・ファイバのモードの放射損失のグラフである。
【図7】分散調整領域を有するブラッグ・ファイバ900の略断面図である。
【図8】モード結合セグメント1020を有するフォトニック結晶導波路1000の平面図である。
【図9】最適屈曲角度θについて、屈曲半径Rの関数としてブラッグ・ファイバの6%帯域幅にわたるTE01とEH11間の最小変換効率のプロットである。
【図10】最適屈曲半径Rについて、屈曲角度θの関数としてブラッグ・ファイバの6%帯域幅内の波長に関するTE01とEH11間の変換効率のプロットである。
【図11】本明細書で説明するモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路を実施する光電気通信システムの略図である。
【0001】
本発明は、誘電体光導波路および光電気通信の分野に関する。
【背景技術】
【0002】
(関連出願への相互参照)
本出願は、2001年1月31日出願の米国仮特許出願の出願番号60/265,242号および2001年2月15日出願の出願番号60/268,997号に対する優先権を主張し、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。
【0003】
光導波路は光信号を案内して、好ましい1つの経路または複数の経路に沿って伝搬する。したがって、光導波路は異なる場所間で光信号情報を搬送するのに使用することができ、それ故、光導波路は光電気通信網の基盤を形成する。最も普及している一般的なタイプの光導波路は、屈折率導波に基づく光ファイバである。このようなファイバは、導波路軸に沿って延在するコア領域、および導波路軸の周囲でコアを囲み、コア領域の屈折率より小さい屈折率を有するクラッド領域を含む。屈折率の対比により、屈折率が高い方のコア内でほぼ導波路軸に沿って伝搬する光線は、コアとクラッドの境界面から内部全反射(TIR)を起こす。その結果、光ファイバは、1つ以上のモードの電磁(EM)放射線を案内して導波路軸に沿ってコア内で伝搬する。このような導波モードの数は、コアの直径とともに増加する。特に、屈折率導波機構では、最低周波数の導波モードより下にクラッド・モードが存在しない。商用化されている屈折率導波光ファイバはほとんど全てが、コアとクラッドの一方または両方に不純物をドープして屈折率の対比を生成し、コアとクラッドの境界面を生成する石英系である。例えば、一般に使用されている石英光ファイバは、約1.45の屈折率を有し、1.5ミクロンの範囲の波長に対して最大約2〜3%の屈折率対比を有する。
【0004】
光ファイバを下る信号は徐々に減衰するので、通常は50〜100kmごとに周期的な増幅および/または再生が必要である。このような増幅器は高額であり、スペース、電源および保守が問題となる海底ケーブルでは特に不便である。石英系光ファイバの損失は、約0.2dB/kmまで下げられ、そのポイントでレイリー散乱プロセスによって制限される。レイリー散乱は、分子スケールでの光と媒体との顕微鏡的相互作用の結果であり、ω4ρに比例する。ここで、ωは光の周波数であり、ρは材料の他の幾つかの定数を伴う材料密度である。
【0005】
損失に加えて、光ファイバに沿って伝搬する信号は、また、非線形相互作用を起こすことがある。理想的な線形材料では、光は自身と相互作用せず、このためファイバは相互作用または漏話を起こすことなく別々の波長で同時に複数の通信チャネルを搬送することができる(波長分割多重化、すなわち、WDM)。しかし、実在の光学媒体は全て(真空でさえ)何らかの非線形特性を有する。石英および他の一般材料の非線形性は弱いが、光が長距離(数百または数千キロメートル)にわたって伝搬するか、高出力で伝搬する場合に重大になる。このような非線形特性は多くの望ましくない効果をもたらし、その効果には例えば、パルスを益々広げさせ、ビット速度を制限することがある自己/交差位相変調(SPM/XPM)、および異なる波長路間の漏話を誘発し、WDMで達成可能なチャネル数を制限することがある4光波混合(FWM)および誘導ラマン/ブリュアン散乱(SRS/SBS)がある。このような非線形性は、導波路材料の物理的特性であり、通常は導波路コアの密度にスケーリングする。
【0006】
通常、長距離通信に使用する光ファイバは、所望の周波数範囲にある1つの基本モードしかサポートしないほど十分小さいコアを有し、したがって、「単一モード」ファイバと呼ばれる。単一モードの動作は、モード分散によって生じる信号劣化を制限するために必要であり、これは異なる速度を有する複数導波モードに信号を結合できる場合に発生する。にもかかわらず、「単一モード」ファイバという名称は多少誤った名称である。実際、単一モード・ファイバは2つの光モードをサポートし、ファイバ内の2つの直交偏光で構成される。このように2つのモードが存在し、それが類似していることが、偏波モード分散(PMD)として知られる問題の原因である。理想的なファイバは、その軸線の周囲に完全な回転対称を有し、その場合は2つのモードが等しく挙動し(「縮退」し)、問題を引き起こさない。しかし現実には、製造時に実際のファイバは多少の非円形性を有し、さらに対称性を崩れさせる環境ストレスがある。これは2つの効果を有し、それは両方とも予測できない状態でファイバに沿ってランダムに発生する。第一に、光の偏波は、ファイバを下方向に伝搬するにつれ回転し、第二に、2本の偏光は異なる速度で進行する。したがって、送信される信号は全て、ランダムに変化する速度で進行し、ランダムで変化する偏光で構成され、PMDとなり、パルスは時間とともに拡散し、ビット速度および/または距離が制限されない限り、最終的には重複する。偏波依存損失など、他の有害な効果もある。完全な円対称を有する他の導波モードもあり、したがって真に「一重項(singlet)」モードであるが、このようなモードは基本モードではなく、複数モードをサポートするのに十分な大きさのコアでのみ可能である。しかし、従来の光ファイバでは、「単一モード」しかサポートしない小さいコアの基本モードに関連するPMD効果が、コアが大きい多モード・ファイバのモード分散の効果よりはるかに好ましい。
【0007】
光導波路に沿って光信号を配向することに伴う別の問題は、その導波路に色分散または群速度分散が存在することである。このような分散は、異なる周波数の導波放射線が導波路軸に沿って異なる速度(群速度)で伝搬する程度の尺度である。光パルスは全て、ある範囲の周波数を含むので、分散によって光パルスは、異なる周波数成分が異なる速度で進行するタイミングで広がる。このように広がると、光信号の隣接するパルスまたは「ビット」が重複し始め、それによって信号検出が劣化する。したがって補償しないと、光送信長にわたる分散によって、光信号のビット速度または帯域幅に上限が与えられる。
【0008】
色分散は2つの要因を含む。材料分散と導波路分散である。材料分散は、光導波路の材料成分の屈折率の周波数依存性から生じる。導波路分散は、導波モードの空間分布における周波数依存の変化から生じる。導波モードの空間分布が変化するにつれ、これは導波路の異なる領域をサンプリングし、したがって群速度を効果的に変化させる導波路の平均屈折率の変化を「見る」ことになる。従来の石英光ファイバでは、材料分散および導波路分散は約1310nmで相互に相殺され、ゼロ分散ポイントを生成する。石英光ファイバは、ゼロ分散ポイントを約1550nmに移動させるようにも改良され、これは石英の材料吸収の最小値に相当する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ゼロ分散で操作するとパルスの拡散が最小になるが、4光波混合(FWM)などの光ファイバの非線形相互作用も増大させる。その理由は、異なる周波数は長い距離にわたって位相一致状態を維持するからである。これは、共通の光ファイバで複数の信号を異なる波長で搬送する波長分割多重化(WDM)システムで、特に問題になる。このようなWDMシステムでは、上述したようにFWMは異なる波長のチャネル間での漏話を招く。この問題に対応するため、WDMシステムは、交差位相変調を最小にするために十分な分散を導入する光ファイバを通して信号を送信し、その後、「分散補償ファイバ」(DCF)を通して信号を送信して、元の分散を取り消し、補償した信号のパルス拡散を最小にする。しかしながら、分散と自己位相変調のような他の非線形プロセスとの間の集合相互作用が、分散補償を複雑にすることがある。
【0010】
TIR屈折率導波に基づかない別のタイプの導波路ファイバは、ブラッグ・ファイバであり、これは導波路軸の周囲でコアを囲む複数の誘電体層を含む。複数の層は円筒形ミラーを形成し、これはある範囲の周波数にわたって光をコアに閉じこめる。複数の層はフォトニック結晶として知られるものを形成し、ブラッグ・ファイバはフォトニック結晶ファイバの一例である。
【0011】
光電気通信システムの別の問題は、EMエネルギーと光導波路との結合である。上記TIR光ファイバおよびフォトニック結晶ファイバなどの光導波路は、1つ以上の導波「モード」でEMの伝搬をサポートし、これは導波路の安定したEMの波形である。第1の導波路の任意のモードと第2の導波路(または他の光学部品)の任意のモード間の結合効率は、モードが空間的に重複する程度に比例する。結合効率を最適化するために、電気通信システムでは別個のモード変換器モジュールを含み、このモジュールは第1のコンポーネントから光を受信し、光の空間的プロファイルを変更して、第2のコンポーネントへの結合効率を改善する。たとえば、モード変換器モジュールは、電子的にアドレス指定可能な空間光変調器などの能動コンポーネントを含むことができる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、フォトニック結晶導波路の1つのモードのEMエネルギーを、フォトニック結晶導波路の別のモードに変換する方法を特徴とする。上記モード変換器モジュールと異なり、本発明のモード変換は、複数の導波モードをサポートする共通導波路内で実行される。フォトニック結晶導波路は、それぞれが導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含む1つ以上のモード結合セグメントを含む。例えば、モード結合セグメントは1つの屈曲部、複数の屈曲部、螺旋形屈曲部、蛇行屈曲部、またはその組合せを含んでもよい。モード結合セグメントの屈曲部は、通常は直線の導波路に摂動を導入し、摂動によって1つの導波モードからのEMエネルギーを別のモードへと結合するよう、屈曲部のパラメータ(例えば、その半径および角度範囲)を選択することができる。モード結合セグメントは導波路軸に沿った導波路の1つ以上の屈曲部に対応するが、導波路軸の周囲の導波路の誘電体プロファイル断面は、一定に維持することができる。すなわち、モード変換しても、導波路軸に沿った誘電体断面を変化させる必要はない。
【0013】
EMエネルギーは導波路の多モード間で変換することができるので、特定のモードを使用して、導波路への及び/又はからの結合を最適化する一方、導波路内で伝搬させるために異なるモードを使用することができる。例えば、以下でさらに説明するように、円筒形ブラッグ・ファイバの特に低損失のモードはTE01である。しかし、TE01モードは、直線偏波する光とうまく結合しない。方向対称性およびコア中心からある距離で最大になる電界分布を有するからである。したがって、適切なパラメータを有するブラッグ・ファイバに屈曲部を導入することにより、直線偏波した光を、直線偏波光とよく重複するモードとして、ファイバに結合することができ(例えば、EH11とEH1-1の重畳)、次にファイバの屈曲部は、ファイバ内でのその後の伝搬のため、EMエネルギーを第1のモードからTE01モードに変換することができる。同様に、ファイバからのEMエネルギーを結合する場合、別の屈曲部を使用して、EMエネルギーをTE01モードから別のモードに変換してもよい。このようなモード変換は、例えば、ブラッグ・ファイバを長距離伝送に使用するか、例えば、分散補償などに使用する場合に有用である。
【0014】
さらに、このようなモード変換は、ファイバから出る光の偏光に関して特定性を提供することができる。例えば、屈曲部を使用してEMエネルギーをTE01モードからファイバの出力に近いEH11モードへ変換する場合(またはEH11とEH1-1の重畳)、光は、屈曲の面に対して直角に直線偏波した状態で出る。逆に、直線偏波した入力光をTE01に変換する場合、同様の偏波感度が当てはまる。すなわち、直線偏波の方向に対して屈曲部を配向しなければならない。このような偏光の特定性は、他方の偏光に敏感なデバイスとの有利な結合になり得る。逆に、例えば、従来の光ファイバのPMDは、出力光の偏光をランダム化することができる。
【0015】
次に、本発明の様々な態様、特徴、および利点を要約する。
一般的に、一態様では本発明は、導波路軸を有するフォトニック結晶導波路の導波モード間で電磁(EM)エネルギーを変換するための方法を特徴とする。例えば、フォトニック結晶導波路は、フォトニック結晶ファイバ(例えば、ブラッグ・ファイバ)でよい。上記方法は、(i)導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントをフォトニック結晶導波路に設け、使用中に、モード結合セグメントは第1の周波数範囲にわたって第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換すること、(ii)フォトニック結晶導波路の第1の導波モードで第1の周波数範囲のEMエネルギーを提供することと、(iii)第1の導波モードのEMエネルギーがモード結合セグメントに遭遇して、第1の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を第2の導波モードのEMエネルギーに変換できるようにすることとを含む。
【0016】
モード変換方法の実施形態は、以下の特徴のいずれかを含むことができる。
第1の導波モードのEMエネルギーを提供することは、EMエネルギーを第1の導波モードとしてフォトニック結晶導波路に結合することを含む。さらに、フォトニック結晶導波路は、導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含む第2のモード結合セグメントを含むことができる。第2のモード結合セグメントは使用中に第1の周波数範囲にわたって第2の導波モードのEMエネルギーを第3の導波モードに変換することができ、上記方法はさらに、第2の導波モードのEMエネルギーが第2のモード結合セグメントに遭遇して、第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を第3の導波モードのEMエネルギーに変換することができるようにすることも含む。上記方法はさらに、フォトニック結晶導波路からの第3の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を結合することを含んでもよい。例えば、第1および第3の導波モードは、ほぼ同じである(例えば、ほぼ直線偏波される)。
【0017】
上記方法はさらに、フォトニック結晶導波路からの第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を結合することを含んでもよい。
モード結合セグメントは、第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、10%、15%、25%または50%を超える変換効率を提供することができる。
【0018】
フォトニック結晶導波路は、導波路軸を中心に円柱対称を有することができる。その結果、導波モードは、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有することができ、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、かつ導波モードの角運動量指数を提供する。そのような場合、第1および第2の導波モードは、1だけ異なる角運動量指数を有することができる。例えば、第1および第2の導波モードの一方がTEモードでよく、第1および第2の導波モードの他方がほぼ直線の偏波を有することができる(例えば、EHl,mおよびEHl,-mの重畳、またはHEl,mおよびHEl,-mの重畳でよい)。
【0019】
モード結合セグメントの屈曲部は、第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに十分な半径Rおよび屈曲角度θを有することができる。例えば、モード結合セグメントは、屈曲部が1つだけでもよい。さらに、モード結合セグメントの屈曲部の半径Rはほぼ一定でよい。また、屈曲部半径Rは、2π(Δβ12)-1の絶対値の桁でよく、ここでΔβ12は、第1の周波数範囲にある周波数での第1の導波モードと第2の導波モードとの間の波数ベクトルの差である。
【0020】
第1の周波数範囲にある周波数でのEMエネルギーの第1の導波モードと第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の差の絶対値は、その周波数における他の導波モード対間の波数ベクトルΔβlnの差の絶対値より小さくてよい。
【0021】
モード結合セグメントの屈曲部の半径Rは、導波路軸に沿って変動することができる。
モード結合セグメントは、導波路軸にヘリックスを含むことができ、ヘリックスは少なくとも1つの屈曲部を含む。例えば、ヘリックスは、デカルト座標で(Rcosθ,Rsinθ,Rγθ)と表すことができ、Rは屈曲部の半径であり、γは無次元単位でヘリックスの上昇率を与え、θはヘリックスの方位座標である。上昇率γはほぼ一定、または変化させることができる。屈曲部の半径Rおよび上昇率γは、第1の周波数範囲にある周波数での第1の導波モードと第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の絶対差に基づいて選択することができる。さらに、フォトニック結晶導波路は、導波路軸を中心とする円柱対称を有することができ、その場合、導波モードは、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有することができ、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、導波モードの角運動量指数を提供する。この場合、屈曲部の半径Rおよび上昇率γは、導波モードlおよびmの式
【0022】
【数1】
の絶対値が、第1および第2の導波モードでは第1の周波数範囲にある周波数の他の導波モード対より小さくなるように選択することができ、ここでΔβlmは導波モードlとmの間の波数ベクトルの差であり、Δmlmは導波モードlおよびmの角運動量指数の差である。
【0023】
モード結合セグメントは、導波路軸に蛇行性屈曲部を含むことができ、蛇行性屈曲部は少なくとも1つの屈曲部を含む。特に、蛇行性屈曲部は、モード結合セグメントで導波路軸の可変曲率半径を形成する複数の同一平面内屈曲部を含むことができる。例えば、可変曲率半径は振動性でも、さらには周期性を有していてもよい。
【0024】
幾つかの実施形態では、蛇行性屈曲部は1/R=sin(2πz/Λ)/R0として表すことができ、ここでRは蛇行性屈曲部に沿った導波路軸の瞬間半径であり、R0は蛇行性屈曲部の最大曲率半径、Λは蛇行性屈曲部のピッチ、zは導波路軸に沿った座標である。このような場合、蛇行性屈曲部の最大曲率半径R0およびピッチΛは、導波モードlおよびmの式Δβlm±2π/Λのうちの一方の絶対値が、第1および第2の導波モードでは第1の周波数範囲におけるある周波数の他の導波モード対より小さくなるように選択することができ、ここでΔβlmは導波モードlとmの間の波数ベクトルの差である。
【0025】
フォトニック結晶導波路は、導波路軸に対して均一な断面を有することができる。
フォトニック結晶導波路は、導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域と、導波路軸に沿って延在し、かつ導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域とを含むことができ、閉じ込め領域は、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を含み、閉じ込め領域は使用中に第1の周波数範囲のEM放射線を導波路軸に沿って案内する。例えば、コアの平均屈折率は1.1未満でよい(例えば、コアは中空でよい)。フォトニック結晶導波路は、導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電分散調整領域を更に含み、分散調整領域の存在により、導波コア・モードは、第1の周波数範囲にある少なくとも1つの周波数サブセットについて、分散調整領域に侵入する作業モードを形成する。いかなる場合も、閉じ込め領域は、少なくとも10%は異なる屈折率を有する少なくとも2つの誘電体材料を含むことができる。さらに、閉じ込め領域は、相互に交互配置され、導波路軸の周囲でコアを囲む複数の高屈折率誘電体層および複数の低屈折率誘電体層を含むことができる。
【0026】
代替例では、フォトニック結晶導波路は、導波路軸に沿って延在する誘電体コア領域と、導波路軸の周囲でコアを囲む少なくとも3つの誘電体層の第1のセットとを含むことができ、第1のセットの連続する層間の屈折率の差は、第1のセットにある次の層ごとに符号が変化し、第1のセットの層は、第1の周波数範囲のEM放射線を案内して導波路軸に沿って伝搬させる。フォトニック結晶導波路は、コアと第1のセットの層間に配置された少なくとも1つの追加誘電体層を更に含むことができ、追加誘電体層の厚さは、第1のセットの層にあって連続する任意の3つの層の各々に対して10%以上異なる。
【0027】
上記方法はさらに、フォトニック結晶導波路からの第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を偏光感受性デバイスに結合することを含むことができる。
第1の周波数範囲は、約1.2ミクロンから1.7ミクロンの範囲内、または約0.7ミクロンから0.9ミクロンの範囲内の波長に対応する。
【0028】
一般的に、他の態様では、本発明は、複数の導波モードを有するフォトニック結晶導波路を特徴とする。例えば、フォトニック結晶導波路はフォトニック結晶ファイバ(例えば、ブラッグ・ファイバ)でよい。導波路は、(i)導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域であって、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を有し、かつ使用中は第1の周波数範囲でEM放射線を案内して導波路軸に沿って伝搬させる誘電体閉じ込め領域と、導波路軸に沿って延在し、かつ導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域と、(ii)導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントであって、使用中に第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換するモード結合セグメントとを含む。
【0029】
1つのモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路の実施形態は、モード変換方法に関して、上記特徴のいずれかを含むことができる。
一般的に、他の態様では、本発明は、光電気通信システムで、EMエネルギーを提供するソース・モジュールと、ソース・モジュールに結合されて、導波路軸を有するフォトニック結晶導波路とを含み、フォトニック結晶導波路が、導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントを有し、使用中に、モード結合セグメントは、ソース・モジュールから導出された第1の導波モードのEMエネルギーを第1の周波数範囲の第2の導波モードに変換するシステムを特徴とする。
【0030】
電気通信システムの実施形態は、モード変換方法に関して、上記特徴のいずれかを含むことができる。
他に定義されていない限り、本明細書で使用する技術的および科学的用語は全て、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。矛盾する場合は、定義も含め本明細書が支配する。また、材料、方法および例は例示としてのものであり、制限を意図するものではない。
【0031】
本発明の追加の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明、図面、および請求の範囲から明白である。
次に、本発明について添付の図面を参照しながら、例示によってのみさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
本発明は、導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含む導波路にモード結合セグメントを導入することにより、フォトニック結晶導波路の1つのモードのEMエネルギーをフォトニック結晶導波路の別のモードに変換する方法を特徴とする。本発明は、導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路も特徴とし、モード結合セグメントは使用中に第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換する。モード変換の効率は、例えば、10%、20%、または50%を超える。
【0033】
図8を参照すると、フォトニック結晶導波路(例えば、ファイバ)800は、導波路軸810に沿って延在し、かつ複数の導波モードをサポートする。導波路800は、導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメント820を含む。例えば、モード結合セグメントは、1つの屈曲部、複数の屈曲部、螺旋形屈曲部、蛇行性屈曲部、またはその組合せを含むことができる。モード結合セグメントの屈曲部は、通常は直線である導波路に摂動を導入し、屈曲部のパラメータ(例えば、その半径および角度範囲)は、摂動によって1つの導波モードからのEMエネルギーを別のモードに結合するように選択することができる。図8に示す実施形態では、モード結合セグメント820は、1つのモードから別のモード、例えば、TE01からEH11への変換(またはEH11とEH1-1の重畳)を最適化するように選択された曲率半径Rおよび屈曲角度θを有する屈曲部830を1つだけ含む。モード変換機構について、以下でさらに詳細に説明する。最初に、フォトニック結晶導波路の幾つかの一般的特徴について説明する。
<基本構造>
フォトニック結晶導波路100の断面が図1に図示され、その導波路100は導波路軸に沿って延在する誘電体コア110、およびコアを囲む誘電体閉じ込め領域120を含む。図1の実施形態では、閉じ込め領域120は、異なる屈折率を有する誘電体の交互層122および124を含むよう図示される。一方の層のセット、例えば、層122は、屈折率nhiおよび厚さdhiを有する高屈折率の層セットを形成し、他方の層のセット、例えば、層124は、屈折率nloおよび厚さdloを有する低屈折率の層セットを形成し、ここで、nhi>nloである。便宜上、図1には誘電体閉じ込め層の一部しか図示していない。実際には、閉じ込め領域120は、さらに多くの層(例えば、20層以上)を含むことができる。導波路100は、さらに、閉じ込め領域120を囲んで、導波路に全体として構造的支持を提供する追加的な構造クラッド層140も含むことができる。構造層140は、導波路の光学的特性(例えば、放射損および分散)にほとんど寄与しないので、さらには検討しない。
【0034】
以下のセクションで数値計算を単純にするため、ファイバ導波路100は円形の断面であり、コア110は円形の断面で、領域120(およびその中の層)は環状の断面を有するものとする。しかし他の実施形態では、導波路およびその構成要素領域は、長方形または六角形の断面など、異なる幾何学的断面を有することができる。さらに以下で言及するように、コアおよび閉じ込め領域110および120は、異なる屈折率を有する複数の誘電体を備えることができる。そのような場合、任意の領域の「平均屈折率」に言及することがあり、これは領域の構成要素の加重屈折率の合計を指し、各屈折率が、その構成要素の領域にある部分区域によって加重される。しかし、領域110と120との境界は、屈折率の変化によって形成される。この変化は、2つの異なる誘電体の境界面、または同じ誘電体の異なるドーパント濃度(例えば、シリカ中の異なるドーパント濃度)によって引き起こされる。
【0035】
誘電体閉じ込め領域120は、第1の周波数範囲のEM放射線を案内して導波路軸に沿って誘電体コア110内に伝搬させる。閉じ込め機構は、第1の周波数範囲を含むバンドギャップを形成する領域120内のフォトニック結晶構造をベースとするものである。閉じ込め機構は屈折率導波型ではないので、コアは、コアにすぐ隣接する閉じ込め領域の部分より高い屈折率を有する必要がない。逆に、コア110は、閉じ込め領域120より低い平均屈折率を有してもよい。例えば、コア110は空気または真空でよい。このような場合、コア内で案内されるEM放射線は、シリカ・コア内で導波されるEM放射線より損失がはるかに小さくて、非線形境界がはるかに小さく、シリカまたは他のこのような固体材料に対して多くの気体の吸収および非線形相互作用定数が小さいことを示す。例えば、追加的な実施形態では、コア110は多孔質誘電体を含んで、周囲の閉じ込め領域に多少の構造的支持を提供しながら、なお大部分が空気であるコアを形成することができる。したがって、コア110は一様な屈折率プロファイルを有する必要がない。
【0036】
閉じ込め領域120の交互の層122および124は、ブラッグ・ファイバとして知られるものを形成する。交互層は平面の誘電スタック反射器(ブラッグ・ミラーとしても知られる)の交互層と同様である。閉じ込め領域120の環状層および誘電スタック反射器の交互の平面層は、両方ともフォトニック結晶構造の例である。フォトニック結晶構造については、一般的にJohn D. Joannopoulos他によるPhotonic Crystals(Princeton University Press, Princeton NJ, 1995)で説明されている。
【0037】
本明細書では、フォトニック結晶とは、フォトニック結晶内にフォトニック・バンドギャップを生成する屈折率変調を伴う誘電構造である。フォトニック・バンドギャップとは、本明細書では、誘電構造内にアクセス可能な拡張(すなわち、伝搬、非局所)状態がない周波数範囲である。通常、その構造は周期的誘電構造であるが、例えば、さらに複雑な「準結晶」も含むことができる。バンドギャップを使用して、バンドギャップ構造からずれた「欠陥」領域とフォトニック結晶を組み合わせることにより、光を制限、案内および/または局所化することができる。さらに、ギャップの上下双方で周波数のアクセス可能な拡張状態が存在し、(屈折率導波型TIR構造とは対照的に)光をさらに低い屈折率領域に閉じ込めることができる。「アクセス可能な」状態という用語は、システムの対称または保存則によって既に結合が禁止されていない状態を意味する。例えば、二次元システムでは、偏波が保存され、したがってバンドギャップから同様の偏波状態のみを排除すればよい。(典型的なファイバのように)一様な断面の導波路では、波数ベクトルβが保存され、したがってフォトニック結晶導波モードをサポートするため、バンドギャップから任意のβを有する状態を排除するだけでよい。さらに、円柱対称の導波路では、「角運動量」指数mが保存され、したがってバンドギャップから同じmを有するモードのみを排除すればよい。要するに、高対称のシステムでは、フォトニック・バンドギャップの要件が、対称に関係なく全ての状態が排除される「完全な」バンドギャップと比較して、大幅に緩和される。
【0038】
したがって、誘電スタック反射器は、EM放射線がスタックを通して伝搬できないので、フォトニック・バンドギャップでの反射性が高い。同様に、閉じ込め領域220の環状層は、バンドギャップの入射光線に対して反射性が高いので、閉じ込めを提供する。厳密に言うと、フォトニック結晶は、フォトニック結晶中の屈折率変調が無限の範囲を有する場合のみ、バンドギャップ内で完全に反射性となる。それ以外では、入射光は、フォトニック結晶の各側で伝搬モードを結合するエバネッセント・モードを介してフォトニック結晶を「トンネル」することができる。しかし実際には、このようなトンネリングの率は、フォトニック結晶の厚さ(例えば、交互層の数)とともに指数的に減少する。それは、閉じ込め領域の屈折率対比の大きさにつれても低下する。
【0039】
さらに、フォトニック・バンドギャップは、伝搬ベクトルの比較的小さい領域にしか広がらない。例えば、誘電スタックは普通に入射する光線では反射性が高いが、それでも斜めに入射する光線には部分的にしか反射性でない。「完全なフォトニック・バンドギャップ」とは、全ての可能な波数ベクトルおよび全ての偏波にわたって広がるバンドギャップである。通常、完全なフォトニック・バンドギャップは3次元に沿って屈折率変調を有するフォトニック結晶にしか付随しない。しかし、隣接する誘電体材料からフォトニック結晶上に入射するEM放射線の状況では、「全方向フォトニック・バンドギャップ」も形成することができ、これは隣接する誘電体が伝搬EMモードをサポートする全ての可能な波数ベクトルおよび偏波のフォトニック・バンドギャップである。同様な意味合いで、全方向フォトニック・バンドギャップは、ライト・ラインより上にある全EMモードのフォトニック・バンドギャップとして形成することができ、ライト・ラインはフォトニック結晶に隣接する材料によってサポートされる最低周波数伝搬モードを形成する。例えば、空気中ではライト・ラインはω=cβによってほぼ与えられ、ここで、ωは放射線の角周波数、βは波数ベクトル、cは光の速度である。全方向平面反射器の説明が米国特許第6,130,780号で開示され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。さらに、円筒形の導波路の幾何学的形状に(平面限界内で)全方向反射を提供するために交互誘電体層を使用することが、公開された国際特許出願第WO00/22466号で開示され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。
【0040】
閉じ込め領域120の交互層122および124がコア110に対して全方向バンドギャップを生じる場合、導波モードは強く閉じ込められる。というのは、原則的にコアから閉じ込め領域に入射するEM放射線が完全に反射するからである。しかし、このような全反射は、無限数の層がある場合しか生じない。層が有限数(例えば、約20層)である場合、全方向フォトニック・バンドギャップは、0°から80°の範囲の全入射角度、および全方向バンドギャップの周波数を有するEM放射線の全偏波について、少なくとも95%の平面的幾何形状の反射性に対応してもよい。さらに、導波路100が全方向でないバンドギャップを伴う閉じ込め領域を有する場合でも、なお強く導波されたモード、例えば、バンドギャップの周波数範囲で放射損が0.1dB/km未満のモードをサポートすることができる。通常、バンドギャップが全方向か否かは、交互層によって生じるバンドギャップのサイズ(通常は2つの層の屈折率対比に比例する)、およびフォトニック結晶の最低屈折率成分によって決定される。
【0041】
追加の実施形態では、誘電体閉じ込め領域は、多層ブラッグ構成とは異なるフォトニック結晶構造を含んでもよい。例えば、(平面限界内で)1次元で周期的なフォトニック結晶の例であるブラッグ構成ではなく、閉じ込め領域は、例えば、ハニカム構造に対応する屈折率変調など、(平面限界内で)2次元で周期的なフォトニック結晶を形成するように選択してもよい。例えば、R.F.Cregan他のScience 285: 1537−1539(1999)を参照されたい。さらに、ブラッグ態様の構成でも、高い屈折率の層で、屈折率および厚さが変化したり、および/または低い屈折率の層で、屈折率および厚さが変化したりすることがある。通常、閉じ込め領域は、フォトニック・バンドギャップを生成する任意の屈折率変調をベースにすることができる。
【0042】
多層導波路は、多層同時延伸技術、同時押出技術、または蒸着技術を使用して作成することができる。適切な高屈折率材料には、2成分および3成分ガラス系などのカルコゲナイド・ガラス、重金属酸化ガラス、非晶質合金、および高屈折率ドープ処理ポリマーがある。適切な低屈折材料には、ホウケイ酸ガラス、ハロゲン化ガラスなどの酸化ガラス、およびポリスチレンなどのポリマーがある。また、低屈折率領域は、シリカ球または中空ファイバなどの中空の構造的支持材料を使用して作成し、高屈折率層または領域を分離することができる。
【0043】
通常、当技術分野で知られている計算方法を使用して、本明細書で説明する誘電体導波路のモード特性を決定することができる。さらに、反復計算を使用して、選択された導波路特性を最適化する導波路仕様を決定することができる。このような計算の基礎となる基本的な物理的特性の幾つかを以下で概説する。特に、構造によってサポートされるEMモードは、マックスウェルの式および構造の境界条件に従って、数値的に解決することができる。さらに、全ての誘電等方性構造について、マックスウェルの式を下式のように変えることができる。
【0044】
【数2】
ここで、HおよびEはそれぞれ顕微鏡的磁界および電界であり、εは構造のスカラー誘電定数である。このような構造のEMモードを解くには、発散方程式に属す式(1)(ここで、Hは固有関数であり、ω2/c2は固有値である)によって与えられた特性方程式である式(2)を解いて、Hを与える。その後、式(3)に従ってHからEを決定することができる。
【0045】
往々にして、対称性を用いて解を単純化することができる。例えば、本明細書で説明する特定の例の多くに関して、縦軸に沿って連続的な並進対称(すなわち、一様な断面)を仮定することができ、縦軸をz軸とする。言うまでもなく、実際には構造はこのような一様性から小さい偏差を有することがある。さらに、構造は有限な空間的範囲を有する。にもかかわらず、導波路直径と比較すると大きいある長さについて一様な断面であるという仮定に基づき、導波路によってサポートされるEMモードは、概略的にF(x,y,z)=exp[i(βz−ωt)]F(x,y)と書くことができ、ここで、Fは電磁場成分のいずれかである。Fの式のパラメータβは縦波数ベクトルである。
<中空誘電体導波路と金属導波路>
誘電体導波路100の原理は、中空金属導波路との類似から考察することができる。図2は、コア半径Rを有する中空誘電フォトニック結晶導波路200(左側)を、コア半径Rを有する中空金属導波路210(右側)と対比して示す。誘電体導波路200では、中空コア(屈折率1)が、高い(暗い)屈折率と低い(明るい)屈折率を有する交互層を含む多層閉じ込め領域(以下では「クラッド」)で囲まれる。ここで説明する実施形態では、クラッド層の屈折率はそれぞれ4.6および1.6になるように選択され、0.33aおよび0.67aの厚さを有し、ここで、aは高い/低い二分子層の一方の厚さである。c/aの単位でモード周波νを計算したら(cは光の速度)、幾つかの所望の使用波長λについて、a=λ/νから物理量aを決定することができる。導波路の半径Rは、本明細書で示す様々な例ごとに変化し、例えば、最小は2aから最大は100aまである。以下で分かるように、約5aより大きい(さらに10aまたは20aよりも大きい)Rの値は、多くの利点を有する。
【0046】
金属導波路210は、中空誘電体導波路200と同様に有するが、金属円筒が多層誘電クラッドに取って代わっている。金属の場合、光は、ほぼ完全な金属(光周波数では実際には存在しない)の不透過性のため、コア内に閉じ込められる。R=2aの金属導波路210の閉じ込めモードを、最低の7つのモードについて図3(右側)で示す。図3に示す分散関係は2つの保存量を示す。すなわち、軸方向波数βおよび周波数ωである。対称性により、円筒形導波路のモードは、その「角運動量」整数mでも表すことができる。z軸に沿った導波路では、モードの(z,t,ψ)依存性は、exp[i(βz−ωt+mψ)]によって与えられ、ここで、ψは円筒の方位角である。中空金属管では、固有モードはTM(Hz=0)またはTE(Ez=0)として純粋に偏光され、任意のmのl番目のモードはTXmlと表示される。
【0047】
誘電の場合、光は多層クラッドの1次元フォトニック・バンドギャップによって閉じ込められ、これはクラッドが平面になるので、限界内で容易に分析される。その結果のバンド構造を、図3の左側に示す。図3の左側の暗い領域は、光がミラー内に伝搬できるペア(β,ω)に対応し、白およびグレーの領域は光がミラー内に伝搬できない状況に対応する。図3の左側にある黒い太線は、ライト・ライン(ω=cβ)に対応し、グレーの領域はミラーの全方向反射性の周波数領域に対応する。平面誘電ミラーの場合、βは表面に平行な波数ベクトル成分である。フォトニック・ギャップ領域(白およびグレーの領域)では、ミラーが金属と同様に挙動し、モードを強く閉じ込めると予想する。固有モードはそれぞれ保存された有限のmを有するので、rが大きくなるにつれ、ψ方向の有効波数ベクトルkψ=m/rがゼロになる。これが当てはまらない場合は、ゼロでないkψ⊥βをブラッグ・バンド図に投影しなければならないので、図3にはバンドギャップがあり得ない。特に、ブラッグ・バンド図は、全方向反射の範囲(グレーの領域)を示し、これは空気からの入射波が平面ミラーによって反射する(およびその逆の)周波数に対応する。全方向反射は、本質的に、そのファイバの案内に厳密には必要ないが、その存在は、ライト・ラインに沿った大きくかつ偏光に依存しないギャップの領域と強い相関がある。
【0048】
ブラッグ・ミラーは、「TE」および「TM」偏光について異なるバンドギャップを有し、それぞれ境界面に純粋に平行な場および直角成分を有する場を指す。(両方の偏光を図3に示す。)厳密に言うと、これは、m=0の場合のみ、金属導波路のTEおよびTMのラベルに対応し、非ゼロmモードは全て、何らかの非ゼロEr成分を有する。
【0049】
金属導波路、ブラッグ・ファイバ、および従来の屈折率導波ファイバを含む任意の円筒形導波路によってサポートされるモードは、伝達行列法で計算することができ、ここで、屈折率njの環状領域にある任意の(m,ω,β)の縦方向の場(E{z}およびH{z})は、
【0050】
【数3】
の状態で、ベッセル関数Jm(kjr)およびYm(kjr)で展開される。各境界面で、係数は、境界条件に一致する4×4の伝達行列に関連付けられる。このような伝達行列全部の積は、コアの場を最外クラッドの場と関連付ける1つの行列を生成する。次に、適切な境界条件を適用することにより、以下でさらに検討するように、様々なモードのβn波数ベクトルを求めることができる。
【0051】
当面、1次元ブラッグ・ミラーのバンドギャップ内にあるモードが主な関心事である。このようなモードは、クラッド(すなわち、閉じ込め領域)内でrで指数的に崩壊しなければならず、したがって無限に多いクラッド層の限界内で真の導波モードである(有限の層のケースは、以下でさらに考察する)。これらのモードの大部分は、ω=cβのライト・ラインより上にあり、したがって金属導波路のモードとほぼ同じ方法で中空コア内にて伝搬する。しかし、モードはライト・ラインの下で、なおバンドギャップ内にあることも可能であり、その場合、これはコア/クラッド境界面の周囲に局所化された表面状態である。
【0052】
図4では、コア半径R=2aおよび上述した平面ミラー・パラメータのブラッグ・ファイバについて計算した第1の結合導波モードを示す。図4の明るい色の線はTEおよびHEモード、暗い色の線はTMおよびEHモードであり、この場合も黒い太線はライト・ライン(ω=cβ)である。図4の暗いべたの領域は、多層クラッド内で伝搬するモードの連続対を表す。導波モードは、図3(右側)の金属導波路の導波モードとほぼ同じ周波数であり、1次元バンドギャップが重畳されている。誘電体導波路では、モードはm=0の場合のみ純粋にTEおよびTMであり、非ゼロmの場合は、非常にTEまたはTMに似た、HEおよびEHとそれぞれ呼ばれる。さらに、モードが第2のギャップに入った場合は、プライム符号の上付文字を加える。ブラッグ・ファイバの導波モードは、金属導波路と同じ直交性関係を有し、その個々の場のパターンもほぼ同一であるはずであることも分かった。
<大きいコアのブラッグ・ファイバ>
上記の計算で、半径R=2aのブラッグ・ファイバのモードが生成された。この小さい半径は、幾つかのモードしかサポートしないという利点を有し、これは全体として容易にプロットされ、理解され、単一モード周波数範囲も有する。しかし、金属導波路との類似は、これがファイバ動作にとって最も望ましい領域ではないことを示す。
【0053】
金属導波路では、最小損モードはTE01であり、その抵抗損は1/R3として減少する。さらに、TE01と他のモード間の差損は、その金属導波路を効果的な単一モードの方法で操作できるようにするモード・フィルタリング効果を生み出す。他方で、大きいコア半径(高い周波数)では、損の大部分が、曲がりによる他の間隔が狭いモード、特に縮退TM11モードへの散乱になる。
【0054】
ブラッグ・ファイバでは同様の結果になる。すなわち、最小損モードがTE01であり、その損の多くが1/R3として減少する。金属導波路と同様に、材料対比が小さい従来の屈折率導波光ファイバとは異なり、コアの閉じ込めの程度に基づき強力なモード・フィルタリング効果が存在する。前述のように、モード間散乱は、コアの直径に対する上限を提供するRの増加とともに悪化する。
【0055】
例えば、光信号の長距離伝送の例示的特性を有するブラッグ・ファイバの一実施形態は、R=30aの中空コア半径を有するブラッグ・ファイバ、および17層を有する閉じ込め領域である。17層は、屈折率4.6の高屈折率層で開始し、屈折率1.6の低屈折率層と交互に配置される。高屈折率層と低屈折率層との厚さは、それぞれ0.22aおよび0.78aである。最低TE01散逸損失の点(以下でさらに検討する)は、ω≒0.28・2πc/aの周波数にあり、したがってこれを電気通信の標準のλ=1.55ミクロンに対応させると、a=0.434ミクロンが得られる。同様に、R=13.02=8.4λである。このような実施形態の追加の詳細および特性については、2002年1月25日に出願された「Low−Loss Photonic Crystal Waveguide Having Large Core Radius」と題した共通所有の米国特許出願第______号に開示され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。長距離伝送とは異なる用途(例えば、分散補償)には、このような大きいコア半径は好ましくないことが分かる。
【0056】
R=2aの上記の場合と同様、このR=30aブラッグ・ファイバの導波モードは、半径が等しい金属導波路のモードとの類推によってラベル付けすることができる。ブラッグ・ファイバのこのような2モードの横方向電界輪郭、最低損TE01、および線形偏光したEH11(金属導波路のTM11と同様のモード)を、2モードのω=0.28(2πc/a)(それぞれβ=0.27926(2πc/a)およびβ=0.27955(2πc/a)に対応する)について図5に示す。TE01モードは、円対称で、「方位角」偏光
【0057】
【数4】
される。したがって、二重縮退EH11モード(2つの直交偏光)とは異なり、ファイバの不完全性によって速度が異なる2つのモードに分割することができず、したがって偏光モード分散(PMD)に影響されない。ブラッグ・ファイバのモード・ラベル付けは、金属導波路より複雑であることが判明した。というのは、モードがライト・ラインと交差して、コア/クラッド境界面の周囲で局所化した表面状態になることがあるからである。その場合は、別のモードが「上昇」し、その位置を占める。例えば、TM01モードはω=0.27(2πc/a)でライト・ラインと交差し、TM02モードは連続的にTM01のコア場パターンを呈する。不明である場合は、それぞれr=0で優先的なのはHzまたはEzかに応じて、モードをHEまたはEHとラベル表示し、ライト・ラインより上の順番に応じてコア・モードに番号を付ける。
<層の厚さ>
閉じ込め層の層の厚さを選択するために、適切な4分の1波長状態を使用する。直角入射では、各層が等しい光学的厚さλ/4を有する「4分の1波長」スタックで、または同様にdhi/dlo=nlo/nhiで最大のバンドギャップが得られることが周知であり、ここで、dおよびnはそれぞれ、高屈折率層および低屈折率層の厚さおよび屈折率を指す。しかし、直角入射はβ=0に対応し、円筒形の導波路では、所望のモードは、通常、(大きいRの限界内で)ライト・ラインω=cβの近くにある(最低次数モードは基本的に、z軸、すなわち、導波路軸に沿って伝搬する平面波である)。この場合、4分の1波長状態は下式のようになる。
【0058】
【数5】
厳密に言うと、式(4)は厳密には最適でないことがある。4分の1波長状態が円筒の幾何学的形状によって変更されるからであり、これは各層の光学的厚さがその半径方向座標で滑らかに変化する必要がある。にもかかわらず、式(4)が多くの望ましい特性を最適化するために、特にギャップ中央の波長より大きいコア半径について優れたガイドラインを提供することが分かる。
<コア・サイズのスケーリング則>
誘電体閉じ込めミラーは反射性が強いので、モード特性の多くは概ね、モードを内側に閉じ込めるコアの幾何学的サイズRによって決定される。その後、計算した様々な量についてスケーリング関係を導き出し、本セクションでは、場およびモードの基本的なスケーリングを提示することにより、このような導出の土台を作る。このスケーリング関係は、概ね、金属の類似物が保持するのに十分な大きさである限り、使用する正確な屈折率対比などの細部に依存せず、ブラッグ・ファイバ構造の利点および代償を広く理解することができる。
【0059】
特に、ファイバのTE01(特にTE01)モードのクラッド現象の抑制に焦点を絞る。TE01モードの重要な特性は、中空の金属導波路との類似により、r=R付近の電界にノードを有することである。したがって、クラッド内の電界の大きさは、RにおけるEψの傾斜に比例する。しかし、コア内のEψの形状は、単にベッセル関数Jl(ξr/R)であり、ここで、ξ(ω)はほぼJlのl番目のゼロである。これで、Rでの傾斜は(J0(ξ)−J2(ξ))(ξ/2R)である。さらに4分の1波長スタックでは、Eψの値は、高屈折率層から低屈折率層への境界面それぞれの付近で最大になる。したがってJl振幅(すなわち、Eψ〜1)の正規化を含まず、クラッド中の正規化されていないEψはdhi/Rとしてスケーリングすることが分かる。また、通常は、場の出力を正規化しなければならない。すなわち、Rに比例するモード面積の平方根に比例する追加係数で電界ベクトルEを割る。したがって、
【0060】
【数6】
さらに、クラッド中の場の面積は、周(Rと一緒にスケーリングする)に、バンドギャップのサイズによって決定される何らかの定数(浸入度)を掛ける。これを式(5)と組み合わせると、下式が与えられる。
【0061】
【数7】
上式から他の多くのスケーリング関係式が導出される。これに対して、Er成分を有するTMまたは混合偏光モードでは、クラッド中の正規化されない場の振幅が、Rが変化しても、ほぼ一定のままであり、したがってクラッドの部分エネルギー密度が1/Rのみとしてスケーリングし、したがってこれに対するクラッドの影響がはるかに大きくなる。
【0062】
一般的な位相空間の引数により、コアのモードの総数は面積R2としてスケーリングしなければならない。さらに、金属導波路では分散関係式は
【0063】
【数8】
のようになり、ここで、ξnはベッセル関数の根または極値である。したがって、カットオフからかけ離れている場合(R>>ξnc/ω)、下式が得られる。
【0064】
【数9】
Δβは、ブラッグ・ファイバでは、クラッドへの場の侵入が有限であり、表面状態に遷移し、その後に上記検討したようにモードのラベルを変更するので、さらに多少複雑になることがある。例えば、EH11モードの場合を考察すると、これは金属限界にてTE01で縮退する。しかし、ブラッグ・ファイバでは、縮退はクラッドへの場の浸入によって破られる。このような縮退の破壊は、誘電多層ミラーから反射した後のTE/TM偏波の位相ずれに関しても理解することができ、これは摂動理論による小さいずれΔβを含み、、Δβはクラッド内のEH11エネルギーの量に比例し、これはRとは逆にスケーリングする。
【0065】
【数10】
しかし、このスケーリング関係をλ=1.55ミクロンについて数値的に試験したところ、この分離は最終的に、約40a以上のRについて、1/R2としてスケーリングすることが判明した。すなわち、「基本的」HE11モードがライト・ラインと交差して表面状態になり、EH11が連続的に遷移して、さらにHE11のようになり、したがって最終的に式(7)のようにスケーリングする。
<漏洩モードおよび放射損>
以上の検討では、重要と思われる点を無視してきた。実際には、閉じ込め領域には有限数のクラッド層しかない。以上のこと、および問題のモードが最外領域のライト・ラインより上になることから、場の出力は量子力学的「トンネル効果」に似たプロセス中に徐々に漏洩する。しかし、この放射損はクラッド層の数とともに指数的に減少し、この小ささについて以下で明示的に定量化する。0.1dB/kmより十分に低い漏洩率を達成するには、少数の層しか必要でないことが判明した。さらに、放射線の漏洩はモードによって非常に異なり、大きいコアのブラッグ・ファイバが効果的に単一モードの方式で作動できるようにするモード・フィルタリング効果を誘発する。
【0066】
無限に多数のクラッド層の制限内で、コアのモードは、バンドギャップにより真の閉じ込めモードとなり、別個の実固有値βnを有する。有限的に多数の層の場合、モードは(最も外側のライト・ラインの上で)もはや真には閉じ込められず、無限に拡張した固有値を有するβ値の連続体となる。前者の閉じ込めモードは漏洩共振になる。すなわち、放射線崩壊率αnに比例する幅Δβを有するβnを中心とする実β固有値の重畳である。このような共振は、物理的実βの連続体を介して直接研究することができるが、強力な代替方法は、漏洩モード技術であり、これは複素平面の実βから
【0067】
【数11】
までの概念的解析接続を使用して、ゼロ入射フラックスの境界条件を満足する。これで、出力崩壊率αnが
【0068】
【数12】
によって与えられ、ここで、Imは虚数部を表す。
【0069】
ブラッグ・ファイバでは、漏洩モード法は下記のようになる。伝達行列を定式化すると、起点でのTEおよびTM振幅を、任意の角運動量指数mのωおよびβの関数として、最外領域の出力(+)または入力(−)TEおよびTM円柱波(ハンケル関数)の振幅と接続する2×2行列
【0070】
【数13】
を計算することができる。漏洩モードでは、無限においてソースがないように、ゼロ入力波の境界条件を組み込むことが望ましく、このような解決法は、
【0071】
【数14】
のゼロ固有値がある場合は常に存在する。したがって、以下の行列式を使用する。
【0072】
【数15】
したがって、漏洩モードは
【0073】
【数16】
によって定義される。任意のωについて
【0074】
【数17】
を求めると、
【0075】
【数18】
の対応する固有ベクトルによって、必要な混合偏光振幅が生成される。有限に多い層の場合、fmの実数根のみが最外領域のライト・ラインより下にある。(最外領域のライト・ラインより下では、代わりに入射波のハンケル関数が指数的に増殖する関数となるが、その係数はやはりゼロでなければならないことが判明した。)このライト・ラインより上では、入射および出射フラックスが実数βについて等しくなり、定常定在波パターンに対応する。ライト・ラインより上の
【0076】
【数19】
の小さい虚数部は、出力崩壊率
【0077】
【数20】
を生成する。
【0078】
全てのモードで、ブラッグ・バンドギャップの場が、最終的に他の損(例えば、吸収)が優勢になる点まで指数的に崩壊するため、放射線崩壊αnは、クラッド層の増加とともに指数的に減少する。この構造のλ=1.55ミクロンで、TE損はクラッドの二分子層ごとに約10分の1だけ減少し、TM損はクラッドの二分子層ごとに約5分の1だけ減少する。TMバンドギャップの方が小さいので、混合偏光(非ゼロm)モードの損は最終的に、閉じ込めが少ないTM成分が優勢になる。図6では、最低損TE01モード、次に低い損失TE02モード、および線形偏光EH11モードに対応して上記でパラメータ化した17層でR=30aの構造について、計算した放射線漏洩率αnを示し、混合偏光モードの特徴を示す。後述する吸収と同様、この差損はモード・フィルタリング効果をもたらし、それによってTE01モードは、大きいコアのブラッグ・ファイバでも、単一モードとして効果的に動作することができる。図6から、17のクラッド層だけで、TE01モードは0.01dB/kmより十分下の漏洩率を有し、EH11さえ数メートルの崩壊長を有する。このように損失が少ないので、モードを大抵の解析(例えば、分散関係および摂動理論)の真の境界として、せいぜい独立損項として含まれる漏洩率で処理することができる。
【0079】
放射損はクラッドの場の振幅
【0080】
【数21】
に比例し、これは式(5)からTE01の1/R4のようになり、これに(Rとしてスケーリングする)表面積を掛ける。
【0081】
【数22】
これは中空金属導波路におけるTE01抵抗損のスケーリングと同じである。これに対して、境界付近にノードがないことから、TMおよび混合偏光放射損は1/Rとしてしかスケーリングしない。
<屈折率対比>
閉じ込め領域の層間の屈折率対比は、特徴的な侵入度dpを決定するクラッドへの場の崩壊率で明らかになり、dp<<Rの場合、金属導波路への類似が維持される。以下で、スケーリング則を導き出し、ブラッグ・ファイバの特性がクラッドの屈折率とともに変動する様子を予測する(dp<<Rとする)。
【0082】
特に、クラッドの二分子層ごとに、場は何らかの減衰率κ(ω,β)だけ減少する。ほぼライト・ライン上にあるモードでは、式(4)により「4分の1波長」二分子層を使用し、
【0083】
【数23】
を定義すると、TE/TM場のギャップ中央κは下式の通りになる。
【0084】
【数24】
これで、侵入度dpはa/(1−κ2)に比例する。式(6)からの以前のスケーリング則を使用し、
【0085】
【数25】
を定義して、式(6)をさらに一般化して下式を与えることができる。
【0086】
【数26】
TEまたはTMモードについて、任意の放射線漏洩率を達成するために必要なクラッド層の数は、それぞれlog(1/κte)またはlog(1/κtm)と逆にスケーリングする。したがって、ドープしたシリカ層でよくあるように、例えば、1.459/1.450という屈折率を使用する場合、図6の場合と同じTE放射線漏洩率を達成するには、約2000のクラッド層が必要である。
【0087】
帯域幅は、屈折率対比によっても異なる。1つは、ライト・ラインに沿ってTMのギャップのサイズによって制限され、これは式(4)の4分の1波長スタックでは下式の通りになる。
【0088】
【数27】
ここで、ω0はギャップ中央周波数である。
【0089】
【数28】
<分散の調整>
さらに他の実施形態では、フォトニック結晶導波路は、コア領域と同様に閉じ込め領域に囲まれた分散調整領域を含むことができる。分散調整領域は少なくとも1つの追加モードを導入し、これは1つ以上の導波コア・モードと相互作用して、調整された分散プロファイルを有する作業モードを生成する。例えば、分散調整領域は、1つ以上の選択波長にて小さい分散、またはゼロ分散をも与える作業モードを生成するように選択することができる。さらに、例えば、分散調整領域は、導波路を分散補償ファイバとして使用できるように、1つ以上の選択波長にて非常に大きい分散値を与える作業モードを生成するように選択することができる。このような調整された分散プロファイルを有するフォトニック結晶導波路は、2002年1月25日に出願された「Photonic Crystal Optical Waveguides Having Tailored Dispersion Profiles」と題した共通所有の米国特許出願第______号に記載され、引用によってその内容を本明細書の記載に援用する。これについては以下で簡単にのみ説明する。
【0090】
図7は、誘電体コア領域910と、異なる屈折率を有する誘電体材料の交互の層922および924を含む誘電体閉じ込め領域920とを含むフォトニック結晶ファイバ900の断面図を示す。ファイバ900はファイバ100と同じであるが、コア910に隣接する幾つかの第1の層928のうち1つ以上の厚さが変更されて、分散調整領域930を形成し、構造的クラッド層が削除されている。図1と同様、便宜上、図7は閉じ込め領域920の第1の結合層のみを示す。
【0091】
これらの層928の厚さを変更することにより、コアの導波モード(例えば、TE01モード)は、導波された波長のサブセットにわたり、交互層にさらに深く侵入する。このサブセットの特定の範囲は、層928の厚さの変化によって決定され、これはサブセットをバンドギャップ内に配置するように選択することができる。侵入が増加すると、導波モードの群速度が局所的に減少し、導波路100に対して余分なマイナスの分散を導入する。その結果、導波路900の導波モードから導出された作業モードの分散は、分散調整領域への侵入増加に対応する波長付近で、ゼロにすることができる。
【0092】
代わりに、層928の厚さを調節して、導波波長のサブセットにわたって非常に大きい分散絶対値を有する作業モードを生成することができる。この場合、大きい分散は、ほぼコアに限定されたモードと、分散調整領域によって導入され、かつほぼ局所化されたモードとの相互作用によって引き起こされ、分散調整領域の平均屈折率は、コアのそれより非常に大きい。相互作用は、調整された分散特性を有する作業モードを生成する。波長が変化するにつれ、作業モードの性質は、ほぼコアに限定されたモードから、分散調整領域へと延在するモードへと変化する。
【0093】
定性的に、層928の厚さの変化(この例では、分散調整領域930の導入に対応する)は、閉じ込め領域920のフォトニック結晶構造に欠陥を生成し、欠陥928の領域に局所化された欠陥モードを導入して、バンドギャップに入る。欠陥モードは、コアの少なくとも1つの導波モード(例えば、TE01モード)と相互作用して、その分散関係式ω(β)を変化させ、調整された分散プロファイルを有する作業モードを形成する。
【0094】
追加の実施形態では、分散調整領域は、コアから除去された多くの層のうち1つ以上の厚さを変化させることにより形成することができる。すなわち、分散調整領域を生成する「欠陥」は、閉じ込め領域であったものの中央に存在する。このような場合、分散調整領域を、コアから欠陥を含む層までの層全てを含むものとする。欠陥を囲む残りの層は、閉じ込め領域を形成し、自身内の誘電体領域のバンドギャップを形成する。さらに、追加の実施形態では、分散調整領域は、1つ以上の層の厚さを変更する代わりに、または変更するのに加え、1つ以上の層の屈折率を変更することによって形成することができる。さらに他の実施形態では、分散調整領域は、導波路軸を囲む1つ以上の層よりも複雑な幾何学的形状を有することができる。例えば、閉じ込め領域が2次元屈折率変調を有するフォトニック結晶構造(例えば、ハニカム構造)を伴う場合、分散調整領域は、その屈折率変調に欠陥を導入する誘電体領域でよい。
<導波路軸の屈曲部を分析する理論的技術>
屈曲した螺旋状の導波路を分析するために、時間を軸方向の距離zで置換した状態で、量子力学から時間依存性摂動理論に似た分析を使用する。導波路のモードは、周波数ωおよび軸方向の波数ベクトルβによって記述され、形式
【0095】
【数29】
の場を有し、ここで
【0096】
【数30】
は何らかの横電/磁界プロファイルであり、ω(β)は各モードに分散関係式を与える。短い距離で非線形効果が無視できると仮定し、したがってωが保存され、考察対象を所定のωで波数ベクトルβnを有するモード|n〉に制限することができる。損失も、考察対象の距離では無視することができ、したがってωおよびβは実数である。抽象的な状態のディラック表示法|n〉および内積〈m|n〉を使用して、基礎となる完全にベクトルの電磁モードを表すことに留意されたい。任意のωにおける任意の電磁界パターン|Ψ〉を、下式の通り、非摂動導波路のこれらのモードに拡張することができる。
【0097】
【数31】
ここでαn(z)は複素数膨張係数であり、
【0098】
【数32】
は状態|n〉から明示的に分離されている。直線の導波路では、αn(z)は定数であり、状態|n〉は固有モードであり、結合しない。しかし、屈曲部または他の摂動は、モードと振幅αn間に結合を導入し、以下の線形微分方程式を満足する。
【0099】
【数33】
さらに結合係数Cnlは状態|n〉および|l〉に、および摂動の性質によって決定される(およびzの関数でよい)。
【0100】
x−z面で曲率Rの屈曲部の場合、結合係数Cnlは下式のように表すことができる。
【0101】
【数34】
ここで状態はその電磁界成分に関して明示的に表され、ここでεおよびμはそれぞれ導波路の誘電定数および透過定数であり、cは光の速度である。式(17)を積分すると、モード変換が与えられる。屈曲角度θは、式18の微分方程式が積分される境界条件を通して、計算に入れられる。
【0102】
導波路が円対称である場合は、任意のモードの方向依存性をexp(imψ)と表すことができるようモードを選択することができ、ここでmは「角運動量」の指標となる整数である。直線偏波は、非ゼロmを有するモードの縮退mおよび−m対の重畳に対応する。したがって、円柱座標(x=rcosψ)の式(18)で下式が与えられる。
【0103】
【数35】
すなわち、円対称がある場合、結合要素は、角運動量指数が1だけ異なるモードでのみ非ゼロとなる。
【0104】
典型的なケースでは、α0(0)=1に対応し、他の状態が全てゼロ振幅αn≠0(0)=0である単一モード(すなわち、TE01またはEH11)から始める。何らかの距離zの後にモード|n≠〉に変換される入力電力の一部は、|αn(z)|2で与えられる。摂動が弱い場合、すなわち、例えば、半径が大きい屈曲部で真であるような、Cnlが小さい場合、式(17)を1次摂動理論で積分することができる。この場合、|n≠0〉への変換効率は、おおよそ(Cの最低桁まで)以下の式で与えられる。
【0105】
【数36】
式(20)は、Δβが大きくなるほど、結合が弱くなるという1つの特徴を有する。したがって、例えば、Cが半径Rの屈曲部の1/Rに比例するので、結合は、RΔβ≫1の場合、無視することができる。Δβはモード間の位相ミスマッチを表すという単純な説明がある。すなわち、モードが干渉するのに十分な長さを有さないほど屈曲部が緊縮していない限り、結合に破壊的干渉が発生する。これには幾つかの結果がある。第一に、屈曲部の半径が十分に大きい場合は、他のモードへの変換を無視することができ、1/R2として低下する。第二に、式(17)を(例えば、より強力な結合を説明するために)数値的に解く場合は、初期モードに近いβを有するモードのみを考慮すれば十分であり、したがって微分方程式が有限次数に還元される。第三に、1つのΔβが他の全てより小さい場合、例えば、ほぼその桁内で、約2π/Δβの屈曲部半径Rを使用して、そのモードに優先的に変換することができる。
【0106】
さらに、上述したように、円対称の導波路では、全てのモードをその角度依存性を形成する「角運動量」整数mによってラベル付けすることができ、これはeimψの形式である。(TE01およびEH11のようなモードでは、最初の添え字がmを示し、すなわち、それぞれm=0およびm=1である。)この場合も、直線偏波は非ゼロmを有するモードの縮退mおよび−m対の重畳に対応する。式(19)で与えられたように、mがΔm≠±1だけ異なる任意の状態で、Cnl=0(直接結合がない)となる導波路の屈曲部(および、それに限って言えば螺旋)には選択規則がある。それでも、この選択規則に従わないモードに間接的に結合することができるが、このようなプロセスはCの高い方の次元であるので、直接結合より弱く、したがって式(17)の数値解を計算する場合は、mの制限された範囲のみ考慮すればよい。
<ブラッグ・ファイバの屈曲部変換>
上述したように、屈折率が小さい(例えば、中空の)コアを有するブラッグ・ファイバでは、最低損失モードはTE01モードであり、したがって伝搬にとって好ましい。特に、コアが大きいブラッグ・ファイバは複数モードをサポートできるが、TE01モードに対して他のモードの減衰が異なるので、導波路は長距離にわたって効果的に単一モードになる。残念ながら、TE01モードの方位対称性の電磁界線(すなわち、ファイバの中心にてノードの周囲を囲む電磁界線)は、典型的なレーザ・ソースまたは従来の屈折率導波光ファイバのモードの直線偏波電磁界パターンとは半径方向に異なる。これによって、ブラッグ・ファイバの端部で(レーザから)TE01モードに、またはTE01モードから(ファイバに)直接結合することが困難になる。このような結合にこれよりはるかに適切なのは(ほぼ)直線偏波したEH11モードである。例えば、モード一致の計算によると、直線偏波した入力ガウス・ビームの70%以上が、EH11モードに結合することができる。上述したように、TE01およびEH11モードの電磁界線が図5に図示されている。
【0107】
以前のセクションの理論的結果に基づき、単一の屈曲部が特に、(入出力結合のための)EH01モードと伝搬のためのTE01モードとの間に変換エネルギーを提供することが判明した。特に、次の2つの事実を利用することができる。第一に、これらのモードでは|Δm|=1であり、直接結合を可能にし、第二に、Δβがこれらのモードでは他のモード対より低いことである。Δβが小さいのは、ブラッグ・ファイバ・モードが、中空の金属導波路のモードに似ているためであり、ここでTE01およびEH11モードは実際に縮退(Δβ=0)である。EH11は、金属の場合は「TM11」と呼ばれ、ここでは偏波は「混成」されない。この場合にモードが縮退でなかった場合は、問題となる。どの屈曲部も、半径に関係なく大きな変換損失を生じることになるからである。しかし、ブラッグ・ファイバは正確には金属導波路と同じでないので、モードは帯域幅の大部分にわたって正確には縮退ではなく、それにもかかわらず(HE12)と次に近いモードより約1/2小さいΔβだけ分離される。したがって、適切な屈曲半径Rおよび屈曲角度θを選択することにより、これらのモード間で効率的に変換することができる。
【0108】
1つの例では、0.358ミクロンの厚さを有する低屈折率層(nlo=1.5)と0.153ミクロンの厚さを有する高屈折率層(nlo=2.8)とが交互に配置された25個の層で囲まれた半径15.35ミクロンの中空のコア内で、約λ=1.55μmの光を案内するよう設計されたブラッグ・ファイバを考える。6%の帯域幅を考え、45の導波モードを結合する式(17)の数値解を計算する(上述したように、最小Δβおよび|Δm|≦1のモードのみ考慮し、mおよび−m導波モードを1つのモードとして数える)。この6%の帯域幅が約90nmに対応することが判明し、これはシリカ光ファイバのC帯とL帯との両方をカバーする。原則的に、例えば、クラッド・モードなどの非導波モード、および逆方向伝搬モードも計算することができるが、このようなモードは全て、大きなΔβを有する。したがってこの構造では、多様な屈曲半径および角度にて屈曲部の周囲でTE01からEH11、またはその逆の変換効率が判明した(変換効率は順方向と逆方向で同じである)。厳密に言うと、EH11およびEH-1,1の合計への/からの変換を計算する。直線偏波と対応するのは、そのモードの縮退重畳だからである。
【0109】
屈曲半径ごとに、6%の帯域幅全体で最善の変換効率を有する屈曲角度を求め、図9の半径の関数として、最善の屈曲角度について帯域幅にわたって最小変換効率をプロットする。このプロットから、約0.7cmの半径(期待値として1/Δβの桁)にて、帯域幅全体についてほぼ40%の効率を達成できることが判明した。この最適な屈曲半径で、図10の帯域幅に広がる5つの波長について、屈曲角度の関数として効率をプロットする。わずか5.13°の屈曲角度で40%の最小効率が達成され、ファイバに与える応力が最小になり、さらに帯域幅を制限したい場合、これよりはるかに高い変換効率(使用波長に応じて90%以上)を達成できることが判明した。
<螺旋形屈曲部>
以前の例では、変換を所望するモードは、Δβが最小のモードであり、それにより屈曲部の1つの機構が実現可能になる。この状況は、多種多様な導波路構造に適用可能である。にもかかわらず、異なるモード、すなわち、所望のモード対のΔβが他のモード対のΔβよりそれほど小さくないモードに変換したい場合もある。以下では、所望のモード対について、Δβを任意に小さくなるよう効果的に「調整」するために、螺旋形屈曲部(「ヘリックス」)を使用できることを示す。
【0110】
ヘリックス、すなわち、上方向の螺旋は、一定の率で上昇もする円形路である。この曲線は、方位角θでパラメータ化することができ、その(X,Y,Z)座標は以下のように書かれる。
【0111】
【数37】
ここでγは上昇率を示す無次元定数であり、γ=0は、半径Rの普通の円形屈曲部に対応し、γ=tanαであり、ここでαは上昇角度である。光の伝搬に関して、螺旋路は2つの重要な特性を有する。第一に、これは一定の有効(瞬間)曲率半径を有する。
【0112】
【数38】
これは屈曲部結合の強度を決定する。第二に、捻り角度がある。
【0113】
【数39】
ここでzは曲線に沿ったアーク長である。すなわち、導波路の座標系は一定速度で回転し、これは光が伝搬するために、ヘリックスと半径Reの円形屈曲部との唯一の違いである。典型的なブラッグ・ファイバのような円対称導波路の場合、捻り角度は特に単純な効果を有する。モードの角度依存性がちょうどeimψだからである。したがって、結合係数Cnlの場合は捻り角度は形式
【0114】
【数40】
の関数のみをもたらす。式(17)を調べることにより、この項をΔβと組み合わせて、有効Δβ’=Δβ+δβを生成することができ、ここで
【0115】
【数41】
はΔβのシフトである。この有効Δβ’は、例えば、式(20)などでモード結合を計算するために、Δβの代わりに使用される。
【0116】
したがって、適切な螺旋の上昇率γを選択することにより、所望のモードがいずれも最小有効Δβ’を有し、したがって螺旋屈曲部で効率的に変換できるように、Δβをシフトすることができる。さらに1つ重要なことは、螺旋屈曲部は潜在的に、TE01とEH11間の変換効率を、単一屈曲部によって以前の例で達成された40%よりさらに改善できることである。例えば、他のモードと比較してΔβの対比を増加させることにより、これを実行することができる。しかし、ΔβはΔmの符号によって決定されるので、円形屈曲部の場合のように、EH11またはEH-1,1モードの合計ではなく、それらのうちの一方のみが励起され、その結果、出力部では円偏波(回転偏波)光になる。
<蛇行性屈曲部>
変換用に特定のモードを選択するため、別の可能な方法は、「蛇行性」屈曲部を使用することである。これは、1つの面にて周期的に前後に揺れ動く屈曲部である。この機構は、以下のように容易に理解される。この場合、結合マトリクス要素Cは1/Rに比例し、ここでRは瞬間曲率半径である。これを、導波路に沿ってシヌソイド状に変化させる。
【0117】
【数42】
ここでR0は最大曲率半径であり、Λは摂動周期(または「ピッチ」)である。ここでは、マイナスの曲率半径は単に、反対方向の屈曲部を意味し、1/R=0は直線の導波路(またはこの場合では変曲点)を指す。これで、単純にsin関数を式(17)のΔβ指数にシフトとして吸収することができる。
【0118】
【数43】
ここで、結合には両方の符号の項目がある。このβシフト以外、結果は半径R0の通常の屈曲部と同じである。したがって、ピッチΛを適切に選択することにより、所望のモード対のΔβを強制的にゼロまたはほぼゼロにし、所望のモード対に効率的に結合するよう屈曲部を設計することができる。R0≫Λ(さらにはR0=Λ)という典型的なケースでは、式(25)の曲線は、ほぼ周期Λおよび振幅Λ2/4π2R0のシヌソイドにすぎない。
【0119】
螺旋屈曲部と異なり、この分析では円対称とは仮定しない。円対称の導波路では、通常どおり、|Δm|=1という選択規則がある。ΔβはΔmの符号に依存しないので、m≠0の結果は、±mモードの一次結合になる。したがって、単一屈曲部の場合と同様、m=0から2つの縮退m=1およびm=−1モードの重畳へ変換することができ、これは直線偏波に対応する。その結果、TE01と(直線偏波した)EH11間で変換効率を向上させたい場合、蛇行性屈曲部は、ヘリックスより優位になる。さらに一般的には、モード結合セグメントは、Δβに対する制御を向上させるため、屈曲部、ヘリックス、および蛇行性屈曲部の任意の組合せを含むことができる。
<電気通信システム>
本明細書で説明し、モード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路は、光電気通信システムに使用することができる。図11は、ソース・ノード1110と検出モード1120を含む光電気通信システム1100であって、本明細書で説明するフォトニック結晶導波路などの光導波路1130によって相互に結合された光電気通信システム1100の略図を示す。導波路1130は、ソース・ノード1110に隣接する第1のモード結合セグメント1134を含み、そのセグメント1134はソース・ノード1110(例えば、直線偏波EH11)から、長距離送信または分散補償に適したモードなどの別の導波路モード(例えば、TE01モード)への結合効率を改善するために使用される導波路モードからのEMエネルギーを変換する。導波路1130は、検出器ノード1120に隣接する第2のモード結合セグメント1132も含み、そのセグメント1132は導波路1130に沿って伝搬させるため使用する導波路モードからのEMエネルギーを、第1のモード結合セグメントから、検出器ノード1120への結合効率を改善するために使用する別のモード(例えば、直線偏波EH11)へと変換する。各モード結合領域は、1つの屈曲部、複数の屈曲部、ヘリックス、蛇行性屈曲部、またはその組合せを含むことができる。
【0120】
ソース・ノード1110は、導波路に沿って配向される光信号の元のソースであるか、または光信号を導波路1130に再配向したり、光学的に増幅したり、および/またはそれを電子的に検出して、光学的に再生したりする中間ノードであってもよい。さらに、ソース・ノード1110は、様々な波長で複数の光信号を多重化または逆多重化するためのコンポーネントを含むことができる。さらに、ソース・ノード1110は、導波路1130とは異なる別の導波路(例えば、従来の屈折率導波ファイバ)でよい。同様に、検出器ノード1120は、導波路に沿って送信される光信号の最終宛先であるか、光信号を再配向したり、光学的に増幅したり、および/または電気的に検出して光学的に再生したりする中間モードであってもよい。また、検出器ノード1120も、様々な波長で複数の光信号を多重化または逆多重化するためのコンポーネントを含むことができる。さらに、検出器ノード1120は、導波路1130とは異なる別の導波路(例えば、従来の屈折率導波ファイバ)でよい。さらに、導波路に沿って送信される光信号は、対応する波長の複数の信号を含むWDM信号であってもよい。システムの適切な波長は、今日使用されている多くの長距離システムに対応する約1.2ミクロンから約1.7ミクロンの範囲内の波長、さらに現在考慮されているメトロ・システムに対応する約0.7ミクロンから約0.9ミクロンの範囲内の波長を含む。
【0121】
特に、モード結合セグメントを使用する場合、導波路に入る、または導波路から出る光の偏光を指定することができる。特に、1つの屈曲部および蛇行性屈曲部の両方で、TE01(またはm=0のTEモードのいずれか)を入力すると、出力(例えば、EH11)は屈曲部の面に対して直角に直線偏波される。同様に、m=0のTMモードを入力すると、出力は、屈曲部の面に平行に直線偏波される。すなわち、偏波が分かっているので、出力部には偏波の影響を受けるデバイスを自由に使用することができる。逆に、TE/TMm=0モードに変換する場合、入力は、屈曲部の面にそれぞれ直角/平行に偏波する。すなわち、モード結合セグメントは偏波に特定的である。したがって、モード結合セグメントに隣接してフォトニック結晶ファイバに結合されるコンポーネントは、偏波の不一致に関連する損失を最少にするために、整列させることができる。これに対して、従来の屈折率導波ファイバのPMDは、偏波をランダム化し(例えば、ランダムな直線、円、または楕円偏波)、ランダム化した偏波を能動的に補正しないと、このような整列を困難にさせるか、不可能にすることもある。
【0122】
さらに、上記螺旋屈曲部は、m=0モードを特定の円偏波モードに又はから変換することができる。例えば、時計回りの円偏波をTE01に変換し、反時計回りの円形の光をそのままにしておくことができる。また、単一の円偏波は2つの直線偏波で、またはその逆で構成されるので、任意の直線偏波は50%時計回り円になり、入力のこの部分が、ヘリックスによってTE01に変換される。したがって、直線偏波が不明のファイバなどのソースでも、追加の50%の出力ペナルティがあるが、所望のTE01モードに変換することができる。しかし、ゼロ結合がある円形入力偏波となる。
【0123】
本発明の幾つかの実施形態について説明してきた。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々に変更できることが理解される。
例えば、追加の実施形態では、モード結合セグメントの前、またはその後に、断面屈折率プロファイルの寸法を拡大縮小するために、導波路をテーパ状にすることにより、バンドギャップ特性を変更したいことがある。また、螺旋/蛇行性屈曲部を有するさらに他の実施形態では、個々の屈曲部の上昇率/ピッチを、導波路軸に沿って変化させ、「チャープ(chirped)」の周期性を生成することができる。さらに一般的には、例えば、モード結合セグメントが、変化する(例えば、連続的な)可変曲率半径を有する領域を含むことができる。可変曲率半径が共通面にあり、曲率半径の符号の揺れを含む場合、モード結合セグメントは、蛇行性屈曲部を備えると考えられる。さらに、使用中に、モード結合セグメントの屈曲パラメータを能動的に調整して、結合効率を最適化することができる。最後に、本明細書で説明するモード変換技術は、ファイバ・フォトニック結晶導波路に制限されず、少なくとも1つの方向に沿ったフォトニック結晶閉じ込めを含む集積光回路(IOC)に組み込まれるような他のタイプのフォトニック結晶導波路でも実施することができる。
【0124】
したがって、他の実施形態も特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【0125】
【図1】フォトニック結晶導波路ファイバ100の略断面図である。
【図2】ブラッグ・ファイバ導波路(左側)および中空金属導波路(右側)の略断面図である。
【図3】平面ブラッグ・ミラー(左側)および中空金属導波路(右側)のフォトニック・バンド図である。
【図4】ブラッグ・ファイバのフォトニック・バンド略図グラフである。
【図5】TE01(左側)およびEH11(右側)の場の分布のプロットである。
【図6】コアが大きく(R=30a)、17層の中空ブラッグ・ファイバのモードの放射損失のグラフである。
【図7】分散調整領域を有するブラッグ・ファイバ900の略断面図である。
【図8】モード結合セグメント1020を有するフォトニック結晶導波路1000の平面図である。
【図9】最適屈曲角度θについて、屈曲半径Rの関数としてブラッグ・ファイバの6%帯域幅にわたるTE01とEH11間の最小変換効率のプロットである。
【図10】最適屈曲半径Rについて、屈曲角度θの関数としてブラッグ・ファイバの6%帯域幅内の波長に関するTE01とEH11間の変換効率のプロットである。
【図11】本明細書で説明するモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路を実施する光電気通信システムの略図である。
Claims (91)
- 導波路軸を有するフォトニック結晶導波路の導波モード間で電磁(EM)エネルギーを変換するための方法であって、
前記導波路軸において少なくとも1つの屈曲部を含むモード結合セグメントを前記フォトニック結晶導波路に設け、前記モード結合セグメントが使用中に第1の周波数範囲にわたって第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換すること、
前記フォトニック結晶導波路の前記第1の導波モードで前記第1の周波数範囲のEMエネルギーを提供すること、
前記第1の導波モードのEMエネルギーが前記モード結合セグメントに遭遇して、前記第1の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換できるようにすることとを備える方法。 - 前記第1の導波モードにEMエネルギーを供給することは、EMエネルギーを前記第1の導波モードとして前記フォトニック結晶導波路に結合することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を含む第2のモード結合セグメントを含み、
前記第2のモード結合セグメントが使用中に前記第1の周波数範囲にわたって前記第2の導波モードのEMエネルギーを第3の導波モードに変換し、前記方法は更に、
前記第2の導波モードのEMエネルギーが前記第2のモード結合セグメントに遭遇して、前記第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を前記第3の導波モードのEMエネルギーに変換できるようにすることを備える、請求項2に記載の方法。 - 前記フォトニック結晶導波路からの前記第3の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を結合することを更に備える、請求項3に記載の方法。
- 前記第1および第3の導波モードがほぼ同じである、請求項3に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路からの前記第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を結合することを更に備える、請求項1に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、10%を超える変換効率を提供する、請求項1に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、25%を超える変換効率を提供する、請求項1に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、50%を超える変換効率を提供する、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸を中心に円柱対称であり、前記導波モードは、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有し、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、前記導波モードの角運動量指数を提供する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1および第2の導波モードが、1だけ異なる角運動量指数を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントの屈曲部が、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに十分な半径Rおよび屈曲角度θを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記屈曲部を1つだけ備える、請求項12に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントの屈曲部の半径Rがほぼ一定である、請求項12に記載の方法。
- 前記屈曲部半径Rが、2π(Δβ12)-1の絶対値の桁内であり、ここでΔβ12は、前記第1の周波数範囲にある周波数での前記第1の導波モードと前記第2の導波モードとの間の波数ベクトルの差である、請求項14に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントの屈曲部の半径Rが、前記導波路軸に沿って変化する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の周波数範囲におけるある周波数でのEMエネルギーの前記第1の導波モードと前記第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の差の絶対値が、その周波数における他の導波モード対間の波数ベクトルΔβlnの差の絶対値より小さい、請求項1に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記導波路軸にヘリックスを含み、該ヘリックスが少なくとも1つの屈曲部を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ヘリックスが、デカルト座標で(Rcosθ,Rsinθ,Rγθ)と表すことができ、Rは前記屈曲部の半径であり、γは無次元単位で前記ヘリックスの上昇率を与え、θは前記ヘリックスの方位座標である、請求項18に記載の方法。
- 前記上昇率γがほぼ一定である、請求項19に記載の方法。
- 前記屈曲部の半径Rおよび前記上昇率γが、前記第1の周波数範囲におけるある周波数での前記第1の導波モードと前記第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の絶対差に基づいて選択される、請求項19に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸を中心とする円柱対称であり、前記導波モードが、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有し、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、前記導波モードの角運動量指数を提供し、前記屈曲部の半径Rおよび前記上昇率γは、導波モードlおよびmの式
- 前記モード結合セグメントが、前記導波路軸に蛇行性屈曲部を含み、該蛇行性屈曲部が少なくとも1つの屈曲部を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記蛇行性屈曲部が、前記モード結合セグメントで前記導波路軸の可変曲率半径を形成する複数の同一平面内屈曲部を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記可変曲率半径が振動性を有する、請求項24に記載の方法。
- 前記可変曲率半径が周期性を有する、請求項25に記載の方法。
- 前記蛇行性屈曲部が1/R=sin(2πz/Λ)/R0として表すことができ、ここでRは前記蛇行性屈曲部に沿った前記導波路軸の瞬間半径であり、R0は前記蛇行性屈曲部の最大曲率半径、Λは前記蛇行性屈曲部のピッチ、zは前記導波路軸に沿った座標である、請求項24に記載の方法。
- 前記蛇行性屈曲部の最大曲率半径R0およびピッチΛは、導波モードlおよびmの式Δβlm±2π/Λのうちの一方の絶対値が、前記第1および第2の導波モードでは前記第1の周波数範囲におけるある周波数の他の導波モード対より小さくなるように選択され、ここでΔβlmは導波モードl及びmの間の波数ベクトルの差である、請求項27に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸に対して均一な断面を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1および第2の導波モードの一方がTEモードである、請求項10に記載の方法。
- 前記第1および第2の導波モードの他方が、ほぼ直線の偏波である、請求項30に記載の方法。
- 前記他方の導波モードがEHl,mおよびEH1,-mの重畳である、請求項31に記載の方法。
- 前記他方の導波モードがHEl,mおよびHEl,-mの重畳である、請求項31に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路がフォトニック結晶ファイバである、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶ファイバがブラッグ・ファイバである、請求項34に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域、および前記導波路軸に沿って延在し、かつ前記導波路軸の周囲で閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域を備え、前記閉じ込め領域が、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を備え、閉じ込め領域が使用中に第1の周波数範囲のEM放射線を前記導波路軸に沿って伝搬させる、請求項1に記載の方法。
- 前記コアの平均屈折率が1.1未満である、請求項36に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸の周囲で前記閉じ込め領域に囲まれた誘電分散調整領域を備え、該分散調整領域の存在により、導波コア・モードが、前記第1の周波数範囲にある少なくとも1つの周波数サブセットについて、分散調整領域に侵入する作業モードを形成する、請求項36に記載の方法。
- 前記閉じ込め領域が、少なくとも10%だけ異なる屈折率を有する少なくとも2つの誘電体材料を備える、請求項36に記載の方法。
- 前記閉じ込め領域が、相互に交互に設けられ、前記導波路軸の周囲で前記コアを囲む複数の高屈折率誘電体層および複数の低屈折率誘電体層を備える、請求項36に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸に沿って延在する誘電体コア領域と、前記導波路軸の周囲で前記コアを囲む少なくとも3つの誘電体層の第1のセットとを備え、該第1のセットの連続する層間の屈折率の差は、前記第1のセットにある次の層ごとに符号が変化し、前記第1のセットの層が、前記第1の周波数範囲のEM放射線を案内して前記導波路軸に沿って伝搬させる、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記コアと前記第1のセットの層間に配置された少なくとも1つの追加誘電体層を更に備え、該追加誘電体層の厚さが、前記第1のセットの層にあって連続する任意の3つの層の各々とは10%以上異なる、請求項41に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路からの前記第2の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を偏光感受性デバイスに結合することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路に供給されるEMエネルギーが、約1.2ミクロンから1.7ミクロンの範囲の波長を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶導波路に供給されるEMエネルギーが、約0.7ミクロンから0.9ミクロンの範囲の波長を有する、請求項1に記載の方法。
- 複数の導波モードを有するフォトニック結晶導波路であって、
導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域であって、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を備え、かつ使用中は第1の周波数範囲でEM放射線を案内して前記導波路軸に沿って伝搬させる誘電体閉じ込め領域と、
前記導波路軸に沿って延在し、前記導波路軸の周囲で前記閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域と、
前記導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を備えるモード結合セグメントであって、使用中に前記第1の周波数範囲の周波数について10%を超える変換効率で、第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換するモード結合セグメントとを備える、導波路。 - 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、前記第1の周波数範囲の周波数について25%を超える変換効率を提供する、請求項46に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに、前記第1の周波数範囲の周波数について50%を超える変換効率を提供する、請求項47に記載の方法。
- 前記導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を備える第2のモード結合セグメントを備え、前記第2のモード結合セグメントが使用中に前記第2の導波モードのEMエネルギーを前記第1の周波数範囲で第3の導波モードに変換する、請求項46に記載の導波路。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸を中心に円柱対称であり、前記導波モードは、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有し、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、かつ前記導波モードの角運動量指数を提供する、請求項46に記載の導波路。
- 前記第1および第2の導波モードが、1だけ異なる角運動量指数を有する、請求項50に記載の導波路。
- 前記モード結合セグメントの屈曲部が、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに十分な半径Rおよび屈曲角度θを有する、請求項46に記載の導波路。
- 前記モード結合セグメントが、前記屈曲部を1つだけ備える、請求項52に記載の導波路。
- 前記モード結合セグメントの屈曲部の半径Rがほぼ一定である、請求項52に記載の導波路。
- 前記屈曲部半径Rが、2π(Δβ12)-1の絶対値の桁内であり、ここでΔβ12は、前記第1の周波数範囲におけるある周波数での前記第1の導波モードと前記第2の導波モードとの間の波数ベクトルの差である、請求項54に記載の導波路。
- 前記モード結合セグメントの屈曲部の半径Rが、前記導波路軸に沿って変化する、請求項46に記載の導波路。
- 前記第1の周波数範囲におけるある周波数での前記第1の導波モードと前記第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の差の絶対値が、前記EMエネルギーの周波数における他の導波モード対間の波数ベクトルΔβlnの差の絶対値より小さい、請求項46に記載の導波路。
- 前記モード結合セグメントが、前記導波路軸にヘリックスを含み、該ヘリックスが少なくとも1つの屈曲部を含む、請求項40に記載の導波路。
- 前記ヘリックスが、デカルト座標で(Rcosθ,Rsinθ,Rγθ)と表すことができ、Rは前記屈曲部の半径であり、γは無次元単位で前記ヘリックスの上昇率を与え、θは前記ヘリックスの方位座標である、請求項58に記載の導波路。
- 前記上昇率γがほぼ一定である、請求項59に記載の導波路。
- 前記屈曲部の半径Rおよび前記上昇率γが、前記第1の周波数範囲におけるある周波数での前記第1の導波モードと前記第2の導波モードとの間の波数ベクトルΔβ12の絶対差に基づいて選択される、請求項59に記載の導波路。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸を中心とする円柱対称であり、前記導波モードが、exp(imψ)およびexp(−imψ)の一次結合で表現することができる角度依存性を有し、ここでψは円柱座標での角度であり、mは整数であり、かつ前記導波モードの角運動量指数を提供し、前記屈曲部の半径Rおよび前記上昇率γは、導波モードlおよびmの式
- 前記モード結合セグメントが、前記導波路軸に蛇行性屈曲部を含み、該蛇行性屈曲部が少なくとも1つの屈曲部を含む、請求項46に記載の導波路。
- 前記蛇行性屈曲部が、前記モード結合セグメントにて前記導波路軸の可変曲率半径を形成する複数の同一平面内屈曲部を含む、請求項63に記載の導波路。
- 前記可変曲率半径が振動性を有する、請求項64に記載の導波路。
- 前記可変曲率半径が周期性を有する、請求項65に記載の導波路。
- 前記蛇行性屈曲部が1/R=sin(2πz/Λ)/R0として表すことができ、ここでRは前記蛇行性屈曲部に沿った導波路軸の瞬間半径であり、R0は前記蛇行性屈曲部の最大曲率半径、Λは前記蛇行性屈曲部のピッチ、zは前記導波路軸に沿った座標である、請求項64に記載の導波路。
- 前記蛇行性屈曲部の最大曲率半径R0およびピッチΛは、導波モードlおよびmの式Δβlm±2π/Λのうちの一方の絶対値が、前記第1および第2の導波モードでは前記第1の周波数範囲におけるある周波数の他の導波モード対より小さくなるように選択され、ここでΔβlmは導波モードl及びmの間の波数ベクトルの差である、請求項67に記載の導波路。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸に対して均一な断面を有する、請求項46に記載の導波路。
- 前記第1および第2の導波モードの一方がTEモードである、請求項50に記載の導波路。
- 前記第1および第2の導波モードの他方が、ほぼ直線の偏波である、請求項70に記載の導波路。
- 前記他方の導波モードがEHl,mおよびEH1,-mの重畳である、請求項71に記載の導波路。
- 前記他方の導波モードがHEl,mおよびHEl,-mの重畳である、請求項71に記載の導波路。
- 前記導波路がフォトニック結晶ファイバである、請求項46に記載の導波路。
- 前記フォトニック結晶ファイバがブラッグ・ファイバである、請求項74に記載の導波路。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域と、前記導波路軸に沿って延在し、かつ前記導波路軸の周囲で前記閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域とを備え、前記閉じ込め領域は、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を備え、かつ使用中に前記第1の周波数範囲のEM放射線を前記導波路軸に沿って伝搬させる、請求項46に記載の導波路。
- 前記コアの平均屈折率が1.1未満である、請求項76に記載の導波路。
- 前記フォトニック結晶導波路が、前記導波路軸の周囲で前記閉じ込め領域に囲まれた誘電分散調整領域を備え、該分散調整領域の存在により、導波コア・モードが、前記第1の周波数範囲にある少なくとも1つの周波数サブセットについて、前記分散調整領域に侵入する作業モードを形成する、請求項76に記載の導波路。
- 前記閉じ込め領域が、少なくとも10%は異なる屈折率を有する少なくとも2つの誘電体材料を備える、請求項78に記載の導波路。
- 前記第1の周波数範囲が1.2ミクロンから1.7ミクロンの範囲の波長に対応する、請求項46に記載の導波路。
- 前記第1の周波数範囲が0.7ミクロンから0.9ミクロンの範囲の波長に対応する、請求項46に記載の導波路。
- 導波路軸を有するフォトニック結晶ファイバの導波モード間で電磁(EM)エネルギーを変換するための方法であって、
前記導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を備えるモード結合セグメントを前記フォトニック結晶ファイバに設け、前記モード結合セグメントが使用中に第1の周波数範囲にわたって第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードに変換すること、
前記フォトニック結晶ファイバの第1の導波モードの第1の周波数範囲のEMエネルギーを提供すること、
前記第1の導波モードのEMエネルギーが前記モード結合セグメントに遭遇して、前記第1の導波モードのEMエネルギーの少なくとも一部を前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換できるようにすることとを含む方法。 - 前記フォトニック結晶ファイバがブラッグ・ファイバである、請求項82に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに10%を超える変換効率を提供する、請求項82に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに25%を超える変換効率を提供する、請求項84に記載の方法。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに50%を超える変換効率を提供する、請求項85に記載の方法。
- 複数の導波モードを有するフォトニック結晶ファイバであって、
導波路軸を囲む誘電体閉じ込め領域であって、少なくとも1つのフォトニック・バンドギャップを有するフォトニック結晶を備え、かつ使用中に第1の周波数範囲のEM放射線を案内して前記導波路軸に沿って伝搬させる閉じ込め領域と、
前記導波路軸に沿って延在し、かつ前記導波路軸の周囲で前記閉じ込め領域に囲まれた誘電体コア領域と、
前記導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を備えるモード結合セグメントであって、使用中に第1の導波モードのEMエネルギーを第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに前記第1の周波数範囲の周波数について10%を超える変換効率を提供するモード結合セグメントとを備えるフォトニック結晶ファイバ。 - 前記フォトニック結晶ファイバがブラッグ・ファイバである、請求項87に記載のフォトニック結晶ファイバ。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに25%を超える変換効率を提供する、請求項87に記載の導波路。
- 前記モード結合セグメントが、前記第1の導波モードのEMエネルギーを前記第2の導波モードのEMエネルギーに変換するのに50%を超える変換効率を提供する、請求項89に記載の導波路。
- 光電気通信システムであって、
EMエネルギーを提供するソース・モジュールと、
前記ソース・モジュールに結合され、かつ導波路軸を有するフォトニック結晶導波路であって、前記導波路軸に少なくとも1つの屈曲部を備えるモード結合セグメントを有するフォトニック結晶導波路とを備え、前記モード結合セグメントが使用中に前記ソース・モジュールから導出された第1の導波モードのEMエネルギーを第1の周波数範囲の第2の導波モードに変換する、システム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US26524201P | 2001-01-31 | 2001-01-31 | |
US26899701P | 2001-02-15 | 2001-02-15 | |
PCT/US2002/003025 WO2002061467A2 (en) | 2001-01-31 | 2002-01-31 | Electromagnetic mode conversion in photonic crystal multimode waveguides |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004521379A true JP2004521379A (ja) | 2004-07-15 |
JP2004521379A5 JP2004521379A5 (ja) | 2005-12-22 |
Family
ID=26951068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002561980A Withdrawn JP2004521379A (ja) | 2001-01-31 | 2002-01-31 | フォトニック結晶多モード導波路の電磁モード変換 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6563981B2 (ja) |
EP (1) | EP1366378A4 (ja) |
JP (1) | JP2004521379A (ja) |
CN (1) | CN1500221A (ja) |
CA (1) | CA2437213A1 (ja) |
WO (1) | WO2002061467A2 (ja) |
Cited By (149)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9544006B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-01-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with mode division multiplexing and methods for use therewith |
US9577306B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-02-21 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device and methods for use therewith |
US9596001B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-03-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for providing communication services and methods thereof |
US9608692B2 (en) | 2015-06-11 | 2017-03-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Repeater and methods for use therewith |
US9608740B2 (en) | 2015-07-15 | 2017-03-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for launching a wave mode that mitigates interference |
US9615269B2 (en) | 2014-10-02 | 2017-04-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus that provides fault tolerance in a communication network |
US9628116B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-04-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for transmitting wireless signals |
US9627768B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-04-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device with non-fundamental mode propagation and methods for use therewith |
US9640850B2 (en) | 2015-06-25 | 2017-05-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for inducing a non-fundamental wave mode on a transmission medium |
US9653770B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-05-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided wave coupler, coupling module and methods for use therewith |
US9654173B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-05-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for powering a communication device and methods thereof |
US9661505B2 (en) | 2013-11-06 | 2017-05-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Surface-wave communications and methods thereof |
US9667317B2 (en) | 2015-06-15 | 2017-05-30 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for providing security using network traffic adjustments |
US9685992B2 (en) | 2014-10-03 | 2017-06-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Circuit panel network and methods thereof |
US9699785B2 (en) | 2012-12-05 | 2017-07-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Backhaul link for distributed antenna system |
US9705610B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-07-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with impairment compensation and methods for use therewith |
US9705561B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-07-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Directional coupling device and methods for use therewith |
US9712350B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-07-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with channel equalization and control and methods for use therewith |
US9722318B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-08-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for coupling an antenna to a device |
US9729197B2 (en) | 2015-10-01 | 2017-08-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for communicating network management traffic over a network |
US9735833B2 (en) | 2015-07-31 | 2017-08-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for communications management in a neighborhood network |
US9742462B2 (en) | 2014-12-04 | 2017-08-22 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium and communication interfaces and methods for use therewith |
US9749053B2 (en) | 2015-07-23 | 2017-08-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Node device, repeater and methods for use therewith |
US9749013B2 (en) | 2015-03-17 | 2017-08-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for reducing attenuation of electromagnetic waves guided by a transmission medium |
US9762289B2 (en) | 2014-10-14 | 2017-09-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for transmitting or receiving signals in a transportation system |
US9769020B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-09-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for responding to events affecting communications in a communication network |
US9768833B2 (en) | 2014-09-15 | 2017-09-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for sensing a condition in a transmission medium of electromagnetic waves |
US9769128B2 (en) | 2015-09-28 | 2017-09-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for encryption of communications over a network |
US9780834B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-10-03 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for transmitting electromagnetic waves |
US9787412B2 (en) | 2015-06-25 | 2017-10-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for inducing a fundamental wave mode on a transmission medium |
US9793951B2 (en) | 2015-07-15 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for launching a wave mode that mitigates interference |
US9793954B2 (en) | 2015-04-28 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Magnetic coupling device and methods for use therewith |
US9794003B2 (en) | 2013-12-10 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Quasi-optical coupler |
US9793955B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, Lp | Passive electrical coupling device and methods for use therewith |
US9800327B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-10-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for controlling operations of a communication device and methods thereof |
US9820146B2 (en) | 2015-06-12 | 2017-11-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for authentication and identity management of communicating devices |
US9838896B1 (en) | 2016-12-09 | 2017-12-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for assessing network coverage |
US9836957B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-12-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for communicating with premises equipment |
US9838078B2 (en) | 2015-07-31 | 2017-12-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for exchanging communication signals |
US9847566B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-12-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting a field of a signal to mitigate interference |
US9847850B2 (en) | 2014-10-14 | 2017-12-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting a mode of communication in a communication network |
US9853342B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-12-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dielectric transmission medium connector and methods for use therewith |
US9860075B1 (en) | 2016-08-26 | 2018-01-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and communication node for broadband distribution |
US9866276B2 (en) | 2014-10-10 | 2018-01-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for arranging communication sessions in a communication system |
US9865911B2 (en) | 2015-06-25 | 2018-01-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Waveguide system for slot radiating first electromagnetic waves that are combined into a non-fundamental wave mode second electromagnetic wave on a transmission medium |
US9866309B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-01-09 | At&T Intellectual Property I, Lp | Host node device and methods for use therewith |
US9871282B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-01-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | At least one transmission medium having a dielectric surface that is covered at least in part by a second dielectric |
US9871283B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-01-16 | At&T Intellectual Property I, Lp | Transmission medium having a dielectric core comprised of plural members connected by a ball and socket configuration |
US9876605B1 (en) | 2016-10-21 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system to support desired guided wave mode |
US9876571B2 (en) | 2015-02-20 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, Lp | Guided-wave transmission device with non-fundamental mode propagation and methods for use therewith |
US9876264B2 (en) | 2015-10-02 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, Lp | Communication system, guided wave switch and methods for use therewith |
US9882257B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-01-30 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for launching a wave mode that mitigates interference |
US9882277B2 (en) | 2015-10-02 | 2018-01-30 | At&T Intellectual Property I, Lp | Communication device and antenna assembly with actuated gimbal mount |
US9887447B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-02-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium having multiple cores and methods for use therewith |
US9893795B1 (en) | 2016-12-07 | 2018-02-13 | At&T Intellectual Property I, Lp | Method and repeater for broadband distribution |
US9906269B2 (en) | 2014-09-17 | 2018-02-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Monitoring and mitigating conditions in a communication network |
US9904535B2 (en) | 2015-09-14 | 2018-02-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for distributing software |
US9912382B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, Lp | Network termination and methods for use therewith |
US9912027B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for exchanging communication signals |
US9913139B2 (en) | 2015-06-09 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Signal fingerprinting for authentication of communicating devices |
US9912419B1 (en) | 2016-08-24 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for managing a fault in a distributed antenna system |
US9911020B1 (en) | 2016-12-08 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for tracking via a radio frequency identification device |
US9917341B2 (en) | 2015-05-27 | 2018-03-13 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and method for launching electromagnetic waves and for modifying radial dimensions of the propagating electromagnetic waves |
US9927517B1 (en) | 2016-12-06 | 2018-03-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for sensing rainfall |
US9930668B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-03-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Remote distributed antenna system |
US9948333B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-04-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for wireless communications to mitigate interference |
US9954287B2 (en) | 2014-11-20 | 2018-04-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for converting wireless signals and electromagnetic waves and methods thereof |
US9967173B2 (en) | 2015-07-31 | 2018-05-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for authentication and identity management of communicating devices |
US9973940B1 (en) | 2017-02-27 | 2018-05-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for dynamic impedance matching of a guided wave launcher |
US9998870B1 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for proximity sensing |
US9999038B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Remote distributed antenna system |
US9997819B2 (en) | 2015-06-09 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium and method for facilitating propagation of electromagnetic waves via a core |
US10009067B2 (en) | 2014-12-04 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for configuring a communication interface |
US10009065B2 (en) | 2012-12-05 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Backhaul link for distributed antenna system |
US10009901B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method, apparatus, and computer-readable storage medium for managing utilization of wireless resources between base stations |
US10009063B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having an out-of-band reference signal |
US10020844B2 (en) | 2016-12-06 | 2018-07-10 | T&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for broadcast communication via guided waves |
US10020587B2 (en) | 2015-07-31 | 2018-07-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Radial antenna and methods for use therewith |
US10027397B2 (en) | 2016-12-07 | 2018-07-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Distributed antenna system and methods for use therewith |
US10033107B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-07-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for coupling an antenna to a device |
US10033108B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-07-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating an electromagnetic wave having a wave mode that mitigates interference |
US10044409B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-08-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium and methods for use therewith |
US10069535B2 (en) | 2016-12-08 | 2018-09-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching electromagnetic waves having a certain electric field structure |
US10079661B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-09-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having a clock reference |
US10090594B2 (en) | 2016-11-23 | 2018-10-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system having structural configurations for assembly |
US10090606B2 (en) | 2015-07-15 | 2018-10-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system with dielectric array and methods for use therewith |
US10096881B2 (en) | 2014-08-26 | 2018-10-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided wave couplers for coupling electromagnetic waves to an outer surface of a transmission medium |
US10103422B2 (en) | 2016-12-08 | 2018-10-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mounting network devices |
US10103801B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-10-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Host node device and methods for use therewith |
US10135146B2 (en) | 2016-10-18 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching guided waves via circuits |
US10135145B2 (en) | 2016-12-06 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating an electromagnetic wave along a transmission medium |
US10135147B2 (en) | 2016-10-18 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching guided waves via an antenna |
US10136434B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having an ultra-wideband control channel |
US10142086B2 (en) | 2015-06-11 | 2018-11-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Repeater and methods for use therewith |
US10139820B2 (en) | 2016-12-07 | 2018-11-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for deploying equipment of a communication system |
US10144036B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-12-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mitigating interference affecting a propagation of electromagnetic waves guided by a transmission medium |
US10148016B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-12-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for communicating utilizing an antenna array |
US10170840B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-01-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for sending or receiving electromagnetic signals |
US10168695B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-01-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for controlling an unmanned aircraft |
US10178445B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-01-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods, devices, and systems for load balancing between a plurality of waveguides |
US10205655B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-02-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for communicating utilizing an antenna array and multiple communication paths |
US10224634B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for adjusting an operational characteristic of an antenna |
US10225025B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for detecting a fault in a communication system |
US10243784B2 (en) | 2014-11-20 | 2019-03-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System for generating topology information and methods thereof |
US10243270B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-03-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Beam adaptive multi-feed dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10264586B2 (en) | 2016-12-09 | 2019-04-16 | At&T Mobility Ii Llc | Cloud-based packet controller and methods for use therewith |
US10291311B2 (en) | 2016-09-09 | 2019-05-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mitigating a fault in a distributed antenna system |
US10291334B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-05-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System for detecting a fault in a communication system |
US10298293B2 (en) | 2017-03-13 | 2019-05-21 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus of communication utilizing wireless network devices |
US10305190B2 (en) | 2016-12-01 | 2019-05-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Reflecting dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10312567B2 (en) | 2016-10-26 | 2019-06-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with planar strip antenna and methods for use therewith |
US10320586B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-06-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating non-interfering electromagnetic waves on an insulated transmission medium |
US10326494B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-06-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for measurement de-embedding and methods for use therewith |
US10326689B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-06-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and system for providing alternative communication paths |
US10340983B2 (en) | 2016-12-09 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for surveying remote sites via guided wave communications |
US10340603B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system having shielded structural configurations for assembly |
US10340600B2 (en) | 2016-10-18 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching guided waves via plural waveguide systems |
US10341142B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating non-interfering electromagnetic waves on an uninsulated conductor |
US10340601B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Multi-antenna system and methods for use therewith |
US10355367B2 (en) | 2015-10-16 | 2019-07-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna structure for exchanging wireless signals |
US10359749B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-07-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for utilities management via guided wave communication |
US10361489B2 (en) | 2016-12-01 | 2019-07-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dielectric dish antenna system and methods for use therewith |
US10374316B2 (en) | 2016-10-21 | 2019-08-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and dielectric antenna with non-uniform dielectric |
US10382976B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-08-13 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for managing wireless communications based on communication paths and network device positions |
US10389029B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-08-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Multi-feed dielectric antenna system with core selection and methods for use therewith |
US10389037B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-08-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for selecting sections of an antenna array and use therewith |
US10411356B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-09-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for selectively targeting communication devices with an antenna array |
US10439675B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-10-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for repeating guided wave communication signals |
US10446936B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-10-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Multi-feed dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10498044B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-12-03 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for configuring a surface of an antenna |
US10530505B2 (en) | 2016-12-08 | 2020-01-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching electromagnetic waves along a transmission medium |
US10535928B2 (en) | 2016-11-23 | 2020-01-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system and methods for use therewith |
US10547348B2 (en) | 2016-12-07 | 2020-01-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for switching transmission mediums in a communication system |
US10601494B2 (en) | 2016-12-08 | 2020-03-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dual-band communication device and method for use therewith |
US10637149B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-04-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Injection molded dielectric antenna and methods for use therewith |
JP2020513219A (ja) * | 2017-04-07 | 2020-05-07 | オーエフエス ファイテル,エルエルシー | 中空コア光ファイバー用のケーブル化構成 |
US10650940B2 (en) | 2015-05-15 | 2020-05-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium having a conductive material and methods for use therewith |
US10665942B2 (en) | 2015-10-16 | 2020-05-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting wireless communications |
US10694379B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-06-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Waveguide system with device-based authentication and methods for use therewith |
US10727599B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-07-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with slot antenna and methods for use therewith |
US10755542B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-08-25 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for surveillance via guided wave communication |
US10777873B2 (en) | 2016-12-08 | 2020-09-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mounting network devices |
US10784670B2 (en) | 2015-07-23 | 2020-09-22 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna support for aligning an antenna |
US10797781B2 (en) | 2015-06-03 | 2020-10-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Client node device and methods for use therewith |
US10811767B2 (en) | 2016-10-21 | 2020-10-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and dielectric antenna with convex dielectric radome |
US10819035B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-10-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with helical antenna and methods for use therewith |
US10916969B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-02-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for providing power using an inductive coupling |
US10938108B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-03-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Frequency selective multi-feed dielectric antenna system and methods for use therewith |
US11032819B2 (en) | 2016-09-15 | 2021-06-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having a control channel reference signal |
Families Citing this family (111)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1366383A1 (en) * | 2001-01-25 | 2003-12-03 | Omniguide Communications Inc. | Photonic crystal optical waveguides having tailored dispersion profiles |
WO2002061467A2 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Omniguide Communications | Electromagnetic mode conversion in photonic crystal multimode waveguides |
JP2004535595A (ja) * | 2001-04-12 | 2004-11-25 | オムニガイド コミュニケーションズ インコーポレイテッド | 高屈折率コントラストの光導波路および用途 |
US7311962B2 (en) | 2001-07-16 | 2007-12-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of forming reflecting dielectric mirrors |
US7272285B2 (en) | 2001-07-16 | 2007-09-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Fiber waveguides and methods of making the same |
JP2003090792A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光断層画像化装置 |
JP2005505795A (ja) * | 2001-10-17 | 2005-02-24 | リソ ナショナル ラボラトリー | 電磁場変換システム |
US6957003B2 (en) * | 2002-06-27 | 2005-10-18 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Creating large bandwidth line defects by embedding dielectric waveguides into photonic crystal slabs |
US20040081414A1 (en) * | 2002-10-28 | 2004-04-29 | Barker Delmar L. | Type of optical/RF transmission fiber constructed from left handed materials (LHM) with air core capable of high power transmission |
CA2504951A1 (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-10 | Omniguide Communications Inc. | Dielectric waveguide and method of making the same |
DE10301624A1 (de) * | 2003-01-17 | 2004-07-29 | Kwangju Institute Of Science And Technology | Mode-Filterungs-und Mode-Auswahlverfahren für einen Multi-Mode-Wellenleiter und Wellenleiter |
US7035508B2 (en) * | 2003-04-18 | 2006-04-25 | Metrophotonics Inc. | Waveguide structure having improved reflective mirror features |
US7361171B2 (en) | 2003-05-20 | 2008-04-22 | Raydiance, Inc. | Man-portable optical ablation system |
GB2403816A (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-12 | Fujitsu Ltd | Optical device with radial discontinuities in the refractive index |
CA2531822A1 (en) | 2003-07-14 | 2005-06-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Optoelectronic fiber codrawn from conducting, semiconducting, and insulating materials |
US7292758B2 (en) | 2003-07-14 | 2007-11-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Optoelectronic fiber photodetector |
US7567740B2 (en) | 2003-07-14 | 2009-07-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Thermal sensing fiber devices |
US7115514B2 (en) * | 2003-10-02 | 2006-10-03 | Raydiance, Inc. | Semiconductor manufacturing using optical ablation |
US20050065502A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-03-24 | Richard Stoltz | Enabling or blocking the emission of an ablation beam based on color of target |
US7367969B2 (en) * | 2003-08-11 | 2008-05-06 | Raydiance, Inc. | Ablative material removal with a preset removal rate or volume or depth |
US8173929B1 (en) | 2003-08-11 | 2012-05-08 | Raydiance, Inc. | Methods and systems for trimming circuits |
US7143769B2 (en) * | 2003-08-11 | 2006-12-05 | Richard Stoltz | Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current |
US20050038487A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Richard Stoltz | Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current |
US9022037B2 (en) | 2003-08-11 | 2015-05-05 | Raydiance, Inc. | Laser ablation method and apparatus having a feedback loop and control unit |
US7403689B2 (en) * | 2003-11-19 | 2008-07-22 | Corning Incorporated | Active photonic band-gap optical fiber |
US7413847B2 (en) * | 2004-02-09 | 2008-08-19 | Raydiance, Inc. | Semiconductor-type processing for solid-state lasers |
US7106938B2 (en) * | 2004-03-16 | 2006-09-12 | Regents Of The University Of Minnesota | Self assembled three-dimensional photonic crystal |
US7331954B2 (en) | 2004-04-08 | 2008-02-19 | Omniguide, Inc. | Photonic crystal fibers and medical systems including photonic crystal fibers |
US7231122B2 (en) * | 2004-04-08 | 2007-06-12 | Omniguide, Inc. | Photonic crystal waveguides and systems using such waveguides |
US7349589B2 (en) * | 2004-04-08 | 2008-03-25 | Omniguide, Inc. | Photonic crystal fibers and medical systems including photonic crystal fibers |
US7310466B2 (en) * | 2004-04-08 | 2007-12-18 | Omniguide, Inc. | Photonic crystal waveguides and systems using such waveguides |
US7167622B2 (en) * | 2004-04-08 | 2007-01-23 | Omniguide, Inc. | Photonic crystal fibers and medical systems including photonic crystal fibers |
JP4313784B2 (ja) * | 2004-07-15 | 2009-08-12 | セイコーインスツル株式会社 | 近視野光ヘッドおよび該近視野光ヘッドを搭載した情報記録再生装置 |
US7177510B2 (en) * | 2004-08-09 | 2007-02-13 | Fitel Usa Corp. | Polarization insensitive microbend fiber gratings and devices using the same |
PL1813088T3 (pl) * | 2004-09-30 | 2011-03-31 | France Telecom | Sposób oraz system trasowania w sieciach komunikacyjnych między pierwszym węzłem a drugim węzłem |
US7171074B2 (en) * | 2004-11-16 | 2007-01-30 | Furakawa Electric North America Inc. | Large mode area fibers using higher order modes |
US7349452B2 (en) * | 2004-12-13 | 2008-03-25 | Raydiance, Inc. | Bragg fibers in systems for the generation of high peak power light |
US20070147752A1 (en) * | 2005-06-10 | 2007-06-28 | Omniguide, Inc. | Photonic crystal fibers and systems using photonic crystal fibers |
US7450808B2 (en) * | 2005-07-08 | 2008-11-11 | Nuffern | Optical fiber article and methods of making |
US8135050B1 (en) | 2005-07-19 | 2012-03-13 | Raydiance, Inc. | Automated polarization correction |
US7245419B2 (en) * | 2005-09-22 | 2007-07-17 | Raydiance, Inc. | Wavelength-stabilized pump diodes for pumping gain media in an ultrashort pulsed laser system |
US7394961B2 (en) * | 2005-10-13 | 2008-07-01 | Pavel Kornilovich | Waveguide having low index substrate |
US7308171B2 (en) * | 2005-11-16 | 2007-12-11 | Raydiance, Inc. | Method and apparatus for optical isolation in high power fiber-optic systems |
US7783149B2 (en) | 2005-12-27 | 2010-08-24 | Furukawa Electric North America, Inc. | Large-mode-area optical fibers with reduced bend distortion |
US7764854B2 (en) * | 2005-12-27 | 2010-07-27 | Ofs Fitel Llc | Optical fiber with specialized index profile to compensate for bend-induced distortions |
US9130344B2 (en) | 2006-01-23 | 2015-09-08 | Raydiance, Inc. | Automated laser tuning |
US8189971B1 (en) | 2006-01-23 | 2012-05-29 | Raydiance, Inc. | Dispersion compensation in a chirped pulse amplification system |
US8232687B2 (en) | 2006-04-26 | 2012-07-31 | Raydiance, Inc. | Intelligent laser interlock system |
US7444049B1 (en) | 2006-01-23 | 2008-10-28 | Raydiance, Inc. | Pulse stretcher and compressor including a multi-pass Bragg grating |
US7529454B2 (en) * | 2006-03-17 | 2009-05-05 | Searete Llc | Photonic crystal surface states |
US20090196561A1 (en) * | 2006-03-17 | 2009-08-06 | Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware | Photonic crystal surface states |
US7403690B2 (en) * | 2006-03-17 | 2008-07-22 | Searete Llc | Photonic crystal surface states |
US7822347B1 (en) | 2006-03-28 | 2010-10-26 | Raydiance, Inc. | Active tuning of temporal dispersion in an ultrashort pulse laser system |
US8818150B2 (en) * | 2006-03-31 | 2014-08-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for modulation using a conductive waveguide |
WO2008014357A2 (en) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Hollow-core photonic crystal fiber tapers |
EP2079571B1 (en) * | 2007-03-30 | 2015-12-23 | Corning Incorporated | Method and applicator for selective electromagnetic drying of ceramic-forming mixture |
JP4998357B2 (ja) * | 2007-04-13 | 2012-08-15 | 住友電気工業株式会社 | フォトニックバンドギャップ光ファイバ、光伝送システム及びそのシステムにおける誘導ラマン散乱抑制方法 |
US7903326B2 (en) | 2007-11-30 | 2011-03-08 | Radiance, Inc. | Static phase mask for high-order spectral phase control in a hybrid chirped pulse amplifier system |
GB2457948B (en) * | 2008-02-29 | 2012-01-25 | Sumitomo Electric Industries | Photonic bandgap fibre |
GB2457947B (en) * | 2008-02-29 | 2012-10-17 | Sumitomo Electric Industries | All solid photonic bandgap fibre |
US8125704B2 (en) | 2008-08-18 | 2012-02-28 | Raydiance, Inc. | Systems and methods for controlling a pulsed laser by combining laser signals |
US8498538B2 (en) * | 2008-11-14 | 2013-07-30 | Raydiance, Inc. | Compact monolithic dispersion compensator |
US20110311231A1 (en) * | 2009-02-26 | 2011-12-22 | Battelle Memorial Institute | Submersible vessel data communications system |
US8249401B2 (en) * | 2009-07-28 | 2012-08-21 | The Invention Science Fund I Llc | Surface state gain |
US7995879B2 (en) | 2009-07-28 | 2011-08-09 | The Invention Science Fund I, Llc | Surface state gain |
US9063299B2 (en) | 2009-12-15 | 2015-06-23 | Omni Guide, Inc. | Two-part surgical waveguide |
US8894636B2 (en) * | 2010-03-09 | 2014-11-25 | Henrick K. Gille | Minimally invasive surgical system for CO2 lasers |
KR20140018183A (ko) | 2010-09-16 | 2014-02-12 | 레이디안스, 아이엔씨. | 적층 재료의 레이저 기반 처리 |
US10239160B2 (en) | 2011-09-21 | 2019-03-26 | Coherent, Inc. | Systems and processes that singulate materials |
DK2788817T3 (da) * | 2011-12-06 | 2020-01-20 | Ofs Fitel Llc | Optisk modusomdannelse ved hjælp af ikke-lineære effekter |
FR2987905B1 (fr) * | 2012-03-08 | 2015-03-20 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de conversion du profil spatial transverse d'intensite d'un faisceau lumineux, utilisant de preference une fibre optique microstructuree |
US10069271B2 (en) | 2014-06-02 | 2018-09-04 | Nlight, Inc. | Scalable high power fiber laser |
CN105720463B (zh) | 2014-08-01 | 2021-05-14 | 恩耐公司 | 光纤和光纤传输的激光器中的背向反射保护与监控 |
US9628854B2 (en) | 2014-09-29 | 2017-04-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for distributing content in a communication network |
US9564947B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-02-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device with diversity and methods for use therewith |
US10340573B2 (en) | 2016-10-26 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with cylindrical coupling device and methods for use therewith |
US9837783B2 (en) | 2015-01-26 | 2017-12-05 | Nlight, Inc. | High-power, single-mode fiber sources |
US10050404B2 (en) | 2015-03-26 | 2018-08-14 | Nlight, Inc. | Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss |
US9948354B2 (en) | 2015-04-28 | 2018-04-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Magnetic coupling device with reflective plate and methods for use therewith |
US9748626B2 (en) | 2015-05-14 | 2017-08-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Plurality of cables having different cross-sectional shapes which are bundled together to form a transmission medium |
US10679767B2 (en) | 2015-05-15 | 2020-06-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium having a conductive material and methods for use therewith |
US10348391B2 (en) | 2015-06-03 | 2019-07-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Client node device with frequency conversion and methods for use therewith |
US10154493B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-12-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Network termination and methods for use therewith |
US9746609B2 (en) * | 2015-06-30 | 2017-08-29 | Elenion Technologies, Llc | Integrated on-chip polarizer |
CN107924023B (zh) | 2015-07-08 | 2020-12-01 | 恩耐公司 | 具有用于增加的光束参数乘积的中心折射率受抑制的纤维 |
US10439290B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-10-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for wireless communications |
US10511346B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-12-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for inducing electromagnetic waves on an uninsulated conductor |
US10790593B2 (en) | 2015-07-14 | 2020-09-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus including an antenna comprising a lens and a body coupled to a feedline having a structure that reduces reflections of electromagnetic waves |
US10129057B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-11-13 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for inducing electromagnetic waves on a cable |
US9705571B2 (en) | 2015-09-16 | 2017-07-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system |
US10051629B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-08-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having an in-band reference signal |
US10074890B2 (en) | 2015-10-02 | 2018-09-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Communication device and antenna with integrated light assembly |
US10051483B2 (en) | 2015-10-16 | 2018-08-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for directing wireless signals |
US11179807B2 (en) | 2015-11-23 | 2021-11-23 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US10434600B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-10-08 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US9711930B2 (en) * | 2015-12-01 | 2017-07-18 | Seagate Technology Llc | Optical signal waveguide dispersion filter |
US9810840B2 (en) * | 2016-01-06 | 2017-11-07 | Elenion Technologies Llc | Integrated on-chip polarizer |
US10502895B2 (en) * | 2016-01-06 | 2019-12-10 | Elenion Technologies, Llc | Integrated on-chip polarizer |
US10033148B2 (en) | 2016-02-04 | 2018-07-24 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Waveguide design for line selection in fiber lasers and amplifiers |
US10348050B2 (en) | 2016-02-04 | 2019-07-09 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Nd3+fiber laser and amplifier |
DE102016208539B4 (de) * | 2016-05-18 | 2021-06-10 | Siemens Healthcare Gmbh | Übertragungsstrecke zur kontaktlosen Übertragung eines elektrischen und/oder elektro-magnetischen Signals |
WO2018039206A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | Commscope Technologies Llc | O-band optical communication system with dispersion compensation |
CN109644049B (zh) * | 2016-08-29 | 2022-07-26 | 日本电信电话株式会社 | 光传输*** |
EP3519871A1 (en) | 2016-09-29 | 2019-08-07 | NLIGHT, Inc. | Adjustable beam characteristics |
US10730785B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Optical fiber bending mechanisms |
US10732439B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Fiber-coupled device for varying beam characteristics |
US9991580B2 (en) | 2016-10-21 | 2018-06-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system for guided wave mode cancellation |
CN106353853B (zh) * | 2016-11-04 | 2019-08-23 | 中国科学院物理研究所 | 单向波导与单向光纤 |
CN109143457B (zh) * | 2018-08-06 | 2020-02-11 | 武汉安扬激光技术有限责任公司 | 一种大模场全固态光纤及其制备方法 |
US11353656B1 (en) * | 2020-11-25 | 2022-06-07 | Silc Technologies, Inc. | On-chip polarization control |
CN113391395B (zh) * | 2021-06-01 | 2022-09-02 | 西安邮电大学 | 一种基于贝塞尔曲线渐变型波导的紧凑片上偏振分束旋转器 |
Family Cites Families (48)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4139262A (en) * | 1974-09-06 | 1979-02-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Filter for a light wave in a light guiding fiber |
DE3271976D1 (en) | 1981-03-06 | 1986-08-21 | Hitachi Ltd | Infrared optical fiber |
US4688893A (en) | 1985-03-18 | 1987-08-25 | Laakmann Electro-Optics, Inc. | Hollow waveguide having plural layer dielectric |
EP0426203B1 (en) | 1986-01-18 | 1995-08-09 | Sumitomo Electric Industries Limited | High power optical fiber |
US4852968A (en) | 1986-08-08 | 1989-08-01 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Optical fiber comprising a refractive index trench |
US4934787A (en) * | 1988-08-02 | 1990-06-19 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Mode scrambler |
US5261016A (en) * | 1991-09-26 | 1993-11-09 | At&T Bell Laboratories | Chromatic dispersion compensated optical fiber communication system |
US5185827A (en) | 1991-09-26 | 1993-02-09 | At&T Bell Laboratories | Apparatus for compensating chromatic dispersion in optical fibers |
US5333090A (en) | 1992-10-13 | 1994-07-26 | Coherent, Inc. | Optical coating for reflecting visible and longer wavelength radiation having grazing incidence angle |
US5448674A (en) | 1992-11-18 | 1995-09-05 | At&T Corp. | Article comprising a dispersion-compensating optical waveguide |
DE69430361D1 (de) | 1993-01-08 | 2002-05-16 | Massachusetts Inst Technology | Verlustarme optische und optoelektronische integrierte schaltungen |
US5814367A (en) | 1993-08-13 | 1998-09-29 | General Atomics | Broadband infrared and signature control materials and methods of producing the same |
US5882774A (en) | 1993-12-21 | 1999-03-16 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Optical film |
US5408545A (en) * | 1994-01-19 | 1995-04-18 | Dicon Fiberoptics | Depolarizer for fiber optic applications and method using same |
GB2288469B (en) | 1994-04-15 | 1997-10-22 | Hitachi Cable | Optical hollow waveguide, method for fabricating the same, and laser transmission apparatus using the same |
JPH0850208A (ja) * | 1994-08-08 | 1996-02-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分散補償器 |
US5894537A (en) | 1996-01-11 | 1999-04-13 | Corning Incorporated | Dispersion managed optical waveguide |
AU693329B2 (en) | 1995-04-13 | 1998-06-25 | Corning Incorporated | Dispersion managed optical waveguide |
US6080467A (en) | 1995-06-26 | 2000-06-27 | 3M Innovative Properties Company | High efficiency optical devices |
US5641956A (en) * | 1996-02-02 | 1997-06-24 | F&S, Inc. | Optical waveguide sensor arrangement having guided modes-non guided modes grating coupler |
US5661839A (en) | 1996-03-22 | 1997-08-26 | The University Of British Columbia | Light guide employing multilayer optical film |
US5802236A (en) * | 1997-02-14 | 1998-09-01 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a micro-structured optical fiber, and method of making such fiber |
JP3299477B2 (ja) | 1997-02-07 | 2002-07-08 | 光信 宮城 | 中空導波路の製造方法 |
GB9713422D0 (en) | 1997-06-26 | 1997-08-27 | Secr Defence | Single mode optical fibre |
US6043914A (en) | 1998-06-29 | 2000-03-28 | Mci Communications Corporation | Dense WDM in the 1310 nm band |
JP2002507013A (ja) | 1998-03-16 | 2002-03-05 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | ポリマー−無機材料多層誘電体膜 |
US6404952B1 (en) | 1998-03-26 | 2002-06-11 | Lasercomm Inc. | Optical communication system with chromatic dispersion compensation |
US6339665B1 (en) | 1998-03-26 | 2002-01-15 | Lasercomm Inc. | Apparatus and method for compensation of chromatic dispersion in optical fibers |
KR100335005B1 (ko) * | 1998-03-30 | 2002-08-21 | 한국과학기술원 | 광섬유주파수변환기및광간섭계와이를이용한광간섭신호생성방법 |
JP3456143B2 (ja) | 1998-05-01 | 2003-10-14 | 信越半導体株式会社 | 積層材料および光機能素子 |
US6404966B1 (en) | 1998-05-07 | 2002-06-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical fiber |
JP3072842B2 (ja) | 1998-05-07 | 2000-08-07 | 日本電信電話株式会社 | 単一モード光ファイバ |
US6222673B1 (en) | 1998-08-18 | 2001-04-24 | Coherent, Inc. | Group-delay-dispersive multilayer-mirror structures and method for designing same |
DE19841068A1 (de) * | 1998-09-09 | 2000-03-16 | Deutsche Telekom Ag | Optische Verbindungsstrecke |
US6175671B1 (en) | 1998-10-01 | 2001-01-16 | Nortel Networks Limited | Photonic crystal waveguide arrays |
WO2000022466A1 (en) | 1998-10-14 | 2000-04-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Omnidirectional multilayer device for optical waveguiding |
GB2344689A (en) | 1998-12-07 | 2000-06-14 | Ericsson Telefon Ab L M | Analogue switch |
DE19903447A1 (de) * | 1999-01-29 | 2000-08-03 | Deutsche Telekom Ag | Sensor und Verfahren zur Erfassung von Abstandsänderungen |
US6389197B1 (en) * | 1999-02-10 | 2002-05-14 | California Institute Of Technology | Coupling system to a microsphere cavity |
AU3240100A (en) | 1999-02-23 | 2000-09-14 | Lasercomm, Inc. | High order spatial mode transmission system |
US6301421B1 (en) | 1999-05-27 | 2001-10-09 | Trw Inc. | Photonic crystal fiber lasers and amplifiers for high power |
US6434311B1 (en) | 1999-06-10 | 2002-08-13 | Lasercomm Inc. | Reducing mode interference in transmission of a high order mode in optical fibers |
JP3200629B2 (ja) | 1999-08-11 | 2001-08-20 | 独立行政法人通信総合研究所 | フォトニックバンドギャップ構造を用いた光変調器及び光変調方法 |
US6334017B1 (en) | 1999-10-26 | 2001-12-25 | Corning Inc | Ring photonic crystal fibers |
US6788865B2 (en) | 2000-03-03 | 2004-09-07 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Polarization maintaining optical fiber with improved polarization maintaining property |
US6340248B1 (en) | 2000-03-15 | 2002-01-22 | Lasercomm Inc. | High precision optical collimator for optical waveguide |
WO2001091254A2 (en) | 2000-05-22 | 2001-11-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Microcavity amplifiers |
WO2002061467A2 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Omniguide Communications | Electromagnetic mode conversion in photonic crystal multimode waveguides |
-
2002
- 2002-01-31 WO PCT/US2002/003025 patent/WO2002061467A2/en not_active Application Discontinuation
- 2002-01-31 CN CNA028073568A patent/CN1500221A/zh active Pending
- 2002-01-31 CA CA002437213A patent/CA2437213A1/en not_active Abandoned
- 2002-01-31 JP JP2002561980A patent/JP2004521379A/ja not_active Withdrawn
- 2002-01-31 US US10/066,234 patent/US6563981B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-01-31 EP EP02703323A patent/EP1366378A4/en not_active Withdrawn
-
2003
- 2003-03-21 US US10/393,897 patent/US6728439B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (190)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10194437B2 (en) | 2012-12-05 | 2019-01-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Backhaul link for distributed antenna system |
US10009065B2 (en) | 2012-12-05 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Backhaul link for distributed antenna system |
US9788326B2 (en) | 2012-12-05 | 2017-10-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Backhaul link for distributed antenna system |
US9699785B2 (en) | 2012-12-05 | 2017-07-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Backhaul link for distributed antenna system |
US9930668B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-03-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Remote distributed antenna system |
US10051630B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-08-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Remote distributed antenna system |
US9999038B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Remote distributed antenna system |
US10091787B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-10-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Remote distributed antenna system |
US9661505B2 (en) | 2013-11-06 | 2017-05-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Surface-wave communications and methods thereof |
US9674711B2 (en) | 2013-11-06 | 2017-06-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Surface-wave communications and methods thereof |
US9876584B2 (en) | 2013-12-10 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Quasi-optical coupler |
US9794003B2 (en) | 2013-12-10 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Quasi-optical coupler |
US10096881B2 (en) | 2014-08-26 | 2018-10-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided wave couplers for coupling electromagnetic waves to an outer surface of a transmission medium |
US9768833B2 (en) | 2014-09-15 | 2017-09-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for sensing a condition in a transmission medium of electromagnetic waves |
US9906269B2 (en) | 2014-09-17 | 2018-02-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Monitoring and mitigating conditions in a communication network |
US10063280B2 (en) | 2014-09-17 | 2018-08-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Monitoring and mitigating conditions in a communication network |
US9998932B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus that provides fault tolerance in a communication network |
US9615269B2 (en) | 2014-10-02 | 2017-04-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus that provides fault tolerance in a communication network |
US9973416B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-05-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus that provides fault tolerance in a communication network |
US9685992B2 (en) | 2014-10-03 | 2017-06-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Circuit panel network and methods thereof |
US9866276B2 (en) | 2014-10-10 | 2018-01-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for arranging communication sessions in a communication system |
US9973299B2 (en) | 2014-10-14 | 2018-05-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting a mode of communication in a communication network |
US9762289B2 (en) | 2014-10-14 | 2017-09-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for transmitting or receiving signals in a transportation system |
US9847850B2 (en) | 2014-10-14 | 2017-12-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting a mode of communication in a communication network |
US9653770B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-05-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided wave coupler, coupling module and methods for use therewith |
US9871558B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-01-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device and methods for use therewith |
US9876587B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with impairment compensation and methods for use therewith |
US9912033B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, Lp | Guided wave coupler, coupling module and methods for use therewith |
US9769020B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-09-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for responding to events affecting communications in a communication network |
US9705610B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-07-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with impairment compensation and methods for use therewith |
US9954286B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-04-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device with non-fundamental mode propagation and methods for use therewith |
US9780834B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-10-03 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for transmitting electromagnetic waves |
US9960808B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-05-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device and methods for use therewith |
US9627768B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-04-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device with non-fundamental mode propagation and methods for use therewith |
US9948355B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-04-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for providing communication services and methods thereof |
US9596001B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-03-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for providing communication services and methods thereof |
US9577306B2 (en) | 2014-10-21 | 2017-02-21 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Guided-wave transmission device and methods for use therewith |
US9712350B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-07-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with channel equalization and control and methods for use therewith |
US9544006B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-01-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with mode division multiplexing and methods for use therewith |
US9954287B2 (en) | 2014-11-20 | 2018-04-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for converting wireless signals and electromagnetic waves and methods thereof |
US9654173B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-05-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for powering a communication device and methods thereof |
US10243784B2 (en) | 2014-11-20 | 2019-03-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System for generating topology information and methods thereof |
US9742521B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-08-22 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with mode division multiplexing and methods for use therewith |
US9749083B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-08-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission device with mode division multiplexing and methods for use therewith |
US9800327B2 (en) | 2014-11-20 | 2017-10-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for controlling operations of a communication device and methods thereof |
US10009067B2 (en) | 2014-12-04 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for configuring a communication interface |
US9742462B2 (en) | 2014-12-04 | 2017-08-22 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium and communication interfaces and methods for use therewith |
US10144036B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-12-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mitigating interference affecting a propagation of electromagnetic waves guided by a transmission medium |
US9876570B2 (en) | 2015-02-20 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, Lp | Guided-wave transmission device with non-fundamental mode propagation and methods for use therewith |
US9876571B2 (en) | 2015-02-20 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, Lp | Guided-wave transmission device with non-fundamental mode propagation and methods for use therewith |
US9749013B2 (en) | 2015-03-17 | 2017-08-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for reducing attenuation of electromagnetic waves guided by a transmission medium |
US9831912B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-11-28 | At&T Intellectual Property I, Lp | Directional coupling device and methods for use therewith |
US9793955B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, Lp | Passive electrical coupling device and methods for use therewith |
US10224981B2 (en) | 2015-04-24 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, Lp | Passive electrical coupling device and methods for use therewith |
US9705561B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-07-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Directional coupling device and methods for use therewith |
US9793954B2 (en) | 2015-04-28 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Magnetic coupling device and methods for use therewith |
US9887447B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-02-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium having multiple cores and methods for use therewith |
US9871282B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-01-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | At least one transmission medium having a dielectric surface that is covered at least in part by a second dielectric |
US10650940B2 (en) | 2015-05-15 | 2020-05-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium having a conductive material and methods for use therewith |
US9917341B2 (en) | 2015-05-27 | 2018-03-13 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and method for launching electromagnetic waves and for modifying radial dimensions of the propagating electromagnetic waves |
US10103801B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-10-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Host node device and methods for use therewith |
US9935703B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-04-03 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Host node device and methods for use therewith |
US10050697B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-08-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Host node device and methods for use therewith |
US9866309B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-01-09 | At&T Intellectual Property I, Lp | Host node device and methods for use therewith |
US9967002B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-05-08 | At&T Intellectual I, Lp | Network termination and methods for use therewith |
US10797781B2 (en) | 2015-06-03 | 2020-10-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Client node device and methods for use therewith |
US9912382B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, Lp | Network termination and methods for use therewith |
US9912381B2 (en) | 2015-06-03 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, Lp | Network termination and methods for use therewith |
US10812174B2 (en) | 2015-06-03 | 2020-10-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Client node device and methods for use therewith |
US9913139B2 (en) | 2015-06-09 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Signal fingerprinting for authentication of communicating devices |
US9997819B2 (en) | 2015-06-09 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium and method for facilitating propagation of electromagnetic waves via a core |
US10142010B2 (en) | 2015-06-11 | 2018-11-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Repeater and methods for use therewith |
US10027398B2 (en) | 2015-06-11 | 2018-07-17 | At&T Intellectual Property I, Lp | Repeater and methods for use therewith |
US10142086B2 (en) | 2015-06-11 | 2018-11-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Repeater and methods for use therewith |
US9608692B2 (en) | 2015-06-11 | 2017-03-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Repeater and methods for use therewith |
US9820146B2 (en) | 2015-06-12 | 2017-11-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for authentication and identity management of communicating devices |
US9667317B2 (en) | 2015-06-15 | 2017-05-30 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for providing security using network traffic adjustments |
US9882657B2 (en) | 2015-06-25 | 2018-01-30 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for inducing a fundamental wave mode on a transmission medium |
US9865911B2 (en) | 2015-06-25 | 2018-01-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Waveguide system for slot radiating first electromagnetic waves that are combined into a non-fundamental wave mode second electromagnetic wave on a transmission medium |
US10069185B2 (en) | 2015-06-25 | 2018-09-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for inducing a non-fundamental wave mode on a transmission medium |
US9787412B2 (en) | 2015-06-25 | 2017-10-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for inducing a fundamental wave mode on a transmission medium |
US9640850B2 (en) | 2015-06-25 | 2017-05-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for inducing a non-fundamental wave mode on a transmission medium |
US9853342B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-12-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dielectric transmission medium connector and methods for use therewith |
US10148016B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-12-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for communicating utilizing an antenna array |
US9836957B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-12-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for communicating with premises equipment |
US9929755B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-03-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for coupling an antenna to a device |
US10205655B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-02-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for communicating utilizing an antenna array and multiple communication paths |
US10033108B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-07-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating an electromagnetic wave having a wave mode that mitigates interference |
US9722318B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-08-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for coupling an antenna to a device |
US9628116B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-04-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for transmitting wireless signals |
US9947982B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-04-17 | At&T Intellectual Property I, Lp | Dielectric transmission medium connector and methods for use therewith |
US10320586B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-06-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating non-interfering electromagnetic waves on an insulated transmission medium |
US9847566B2 (en) | 2015-07-14 | 2017-12-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting a field of a signal to mitigate interference |
US10044409B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-08-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Transmission medium and methods for use therewith |
US10170840B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-01-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for sending or receiving electromagnetic signals |
US10033107B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-07-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for coupling an antenna to a device |
US9882257B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-01-30 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for launching a wave mode that mitigates interference |
US10341142B2 (en) | 2015-07-14 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating non-interfering electromagnetic waves on an uninsulated conductor |
US9793951B2 (en) | 2015-07-15 | 2017-10-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for launching a wave mode that mitigates interference |
US9608740B2 (en) | 2015-07-15 | 2017-03-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for launching a wave mode that mitigates interference |
US10090606B2 (en) | 2015-07-15 | 2018-10-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system with dielectric array and methods for use therewith |
US9806818B2 (en) | 2015-07-23 | 2017-10-31 | At&T Intellectual Property I, Lp | Node device, repeater and methods for use therewith |
US9871283B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-01-16 | At&T Intellectual Property I, Lp | Transmission medium having a dielectric core comprised of plural members connected by a ball and socket configuration |
US9749053B2 (en) | 2015-07-23 | 2017-08-29 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Node device, repeater and methods for use therewith |
US9948333B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-04-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for wireless communications to mitigate interference |
US10784670B2 (en) | 2015-07-23 | 2020-09-22 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna support for aligning an antenna |
US10074886B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-09-11 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dielectric transmission medium comprising a plurality of rigid dielectric members coupled together in a ball and socket configuration |
US9912027B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for exchanging communication signals |
US9735833B2 (en) | 2015-07-31 | 2017-08-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for communications management in a neighborhood network |
US10020587B2 (en) | 2015-07-31 | 2018-07-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Radial antenna and methods for use therewith |
US9967173B2 (en) | 2015-07-31 | 2018-05-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for authentication and identity management of communicating devices |
US9838078B2 (en) | 2015-07-31 | 2017-12-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for exchanging communication signals |
US9904535B2 (en) | 2015-09-14 | 2018-02-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for distributing software |
US10349418B2 (en) | 2015-09-16 | 2019-07-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for managing utilization of wireless resources via use of a reference signal to reduce distortion |
US10009901B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method, apparatus, and computer-readable storage medium for managing utilization of wireless resources between base stations |
US10009063B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-06-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having an out-of-band reference signal |
US10079661B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-09-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having a clock reference |
US10136434B2 (en) | 2015-09-16 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having an ultra-wideband control channel |
US10225842B2 (en) | 2015-09-16 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method, device and storage medium for communications using a modulated signal and a reference signal |
US9769128B2 (en) | 2015-09-28 | 2017-09-19 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for encryption of communications over a network |
US9729197B2 (en) | 2015-10-01 | 2017-08-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for communicating network management traffic over a network |
US9876264B2 (en) | 2015-10-02 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, Lp | Communication system, guided wave switch and methods for use therewith |
US9882277B2 (en) | 2015-10-02 | 2018-01-30 | At&T Intellectual Property I, Lp | Communication device and antenna assembly with actuated gimbal mount |
US10355367B2 (en) | 2015-10-16 | 2019-07-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna structure for exchanging wireless signals |
US10665942B2 (en) | 2015-10-16 | 2020-05-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for adjusting wireless communications |
US9912419B1 (en) | 2016-08-24 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for managing a fault in a distributed antenna system |
US9860075B1 (en) | 2016-08-26 | 2018-01-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and communication node for broadband distribution |
US10291311B2 (en) | 2016-09-09 | 2019-05-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mitigating a fault in a distributed antenna system |
US11032819B2 (en) | 2016-09-15 | 2021-06-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for use with a radio distributed antenna system having a control channel reference signal |
US10135146B2 (en) | 2016-10-18 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching guided waves via circuits |
US10135147B2 (en) | 2016-10-18 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching guided waves via an antenna |
US10340600B2 (en) | 2016-10-18 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching guided waves via plural waveguide systems |
US10225044B2 (en) | 2016-10-21 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system to support desired guided wave mode |
US10811767B2 (en) | 2016-10-21 | 2020-10-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and dielectric antenna with convex dielectric radome |
US9876605B1 (en) | 2016-10-21 | 2018-01-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system to support desired guided wave mode |
US10505667B2 (en) | 2016-10-21 | 2019-12-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system to support desired guided wave mode |
US10382164B2 (en) | 2016-10-21 | 2019-08-13 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system to support desired guided wave mode |
US10027439B1 (en) | 2016-10-21 | 2018-07-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher and coupling system to support desired guided wave mode |
US10374316B2 (en) | 2016-10-21 | 2019-08-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and dielectric antenna with non-uniform dielectric |
US10312567B2 (en) | 2016-10-26 | 2019-06-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with planar strip antenna and methods for use therewith |
US10224634B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods and apparatus for adjusting an operational characteristic of an antenna |
US10225025B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-03-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for detecting a fault in a communication system |
US10498044B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-12-03 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for configuring a surface of an antenna |
US10291334B2 (en) | 2016-11-03 | 2019-05-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System for detecting a fault in a communication system |
US10178445B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-01-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Methods, devices, and systems for load balancing between a plurality of waveguides |
US10090594B2 (en) | 2016-11-23 | 2018-10-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system having structural configurations for assembly |
US10340603B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system having shielded structural configurations for assembly |
US10340601B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Multi-antenna system and methods for use therewith |
US10535928B2 (en) | 2016-11-23 | 2020-01-14 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Antenna system and methods for use therewith |
US10305190B2 (en) | 2016-12-01 | 2019-05-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Reflecting dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10361489B2 (en) | 2016-12-01 | 2019-07-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dielectric dish antenna system and methods for use therewith |
US10382976B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-08-13 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for managing wireless communications based on communication paths and network device positions |
US10439675B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-10-08 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for repeating guided wave communication signals |
US9927517B1 (en) | 2016-12-06 | 2018-03-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for sensing rainfall |
US10819035B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-10-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with helical antenna and methods for use therewith |
US10755542B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-08-25 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for surveillance via guided wave communication |
US10326494B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-06-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus for measurement de-embedding and methods for use therewith |
US10727599B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-07-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Launcher with slot antenna and methods for use therewith |
US10694379B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-06-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Waveguide system with device-based authentication and methods for use therewith |
US10020844B2 (en) | 2016-12-06 | 2018-07-10 | T&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for broadcast communication via guided waves |
US10637149B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-04-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Injection molded dielectric antenna and methods for use therewith |
US10135145B2 (en) | 2016-12-06 | 2018-11-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for generating an electromagnetic wave along a transmission medium |
US10243270B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-03-26 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Beam adaptive multi-feed dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10547348B2 (en) | 2016-12-07 | 2020-01-28 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for switching transmission mediums in a communication system |
US10168695B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-01-01 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for controlling an unmanned aircraft |
US10389029B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-08-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Multi-feed dielectric antenna system with core selection and methods for use therewith |
US10446936B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-10-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Multi-feed dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10027397B2 (en) | 2016-12-07 | 2018-07-17 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Distributed antenna system and methods for use therewith |
US10359749B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-07-23 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for utilities management via guided wave communication |
US9893795B1 (en) | 2016-12-07 | 2018-02-13 | At&T Intellectual Property I, Lp | Method and repeater for broadband distribution |
US10139820B2 (en) | 2016-12-07 | 2018-11-27 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for deploying equipment of a communication system |
US10103422B2 (en) | 2016-12-08 | 2018-10-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mounting network devices |
US10777873B2 (en) | 2016-12-08 | 2020-09-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for mounting network devices |
US10938108B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-03-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Frequency selective multi-feed dielectric antenna system and methods for use therewith |
US10916969B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-02-09 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for providing power using an inductive coupling |
US10389037B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-08-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for selecting sections of an antenna array and use therewith |
US10530505B2 (en) | 2016-12-08 | 2020-01-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching electromagnetic waves along a transmission medium |
US10326689B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-06-18 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and system for providing alternative communication paths |
US10069535B2 (en) | 2016-12-08 | 2018-09-04 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for launching electromagnetic waves having a certain electric field structure |
US9911020B1 (en) | 2016-12-08 | 2018-03-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for tracking via a radio frequency identification device |
US10601494B2 (en) | 2016-12-08 | 2020-03-24 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Dual-band communication device and method for use therewith |
US9998870B1 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-12 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for proximity sensing |
US10411356B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-09-10 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for selectively targeting communication devices with an antenna array |
US9838896B1 (en) | 2016-12-09 | 2017-12-05 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for assessing network coverage |
US10264586B2 (en) | 2016-12-09 | 2019-04-16 | At&T Mobility Ii Llc | Cloud-based packet controller and methods for use therewith |
US10340983B2 (en) | 2016-12-09 | 2019-07-02 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Method and apparatus for surveying remote sites via guided wave communications |
US9973940B1 (en) | 2017-02-27 | 2018-05-15 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus and methods for dynamic impedance matching of a guided wave launcher |
US10298293B2 (en) | 2017-03-13 | 2019-05-21 | At&T Intellectual Property I, L.P. | Apparatus of communication utilizing wireless network devices |
JP2020513219A (ja) * | 2017-04-07 | 2020-05-07 | オーエフエス ファイテル,エルエルシー | 中空コア光ファイバー用のケーブル化構成 |
JP7165674B2 (ja) | 2017-04-07 | 2022-11-04 | オーエフエス ファイテル,エルエルシー | 中空コア光ファイバー用のケーブル化構成 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20030031407A1 (en) | 2003-02-13 |
US20030185505A1 (en) | 2003-10-02 |
CA2437213A1 (en) | 2002-08-08 |
WO2002061467A3 (en) | 2002-11-07 |
EP1366378A4 (en) | 2005-11-09 |
WO2002061467A2 (en) | 2002-08-08 |
CN1500221A (zh) | 2004-05-26 |
US6728439B2 (en) | 2004-04-27 |
EP1366378A2 (en) | 2003-12-03 |
US6563981B2 (en) | 2003-05-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2004521379A (ja) | フォトニック結晶多モード導波路の電磁モード変換 | |
US6895154B2 (en) | Photonic crystal optical waveguides having tailored dispersion profiles | |
JP2004521378A (ja) | 大きいコア半径を有する低損失フォトニック結晶導波路 | |
US20220011502A1 (en) | Hollow-core optical fibers | |
Johnson et al. | Low-loss asymptotically single-mode propagation in large-core OmniGuide fibers | |
Xu et al. | Ultra‐sharp multi‐mode waveguide bending assisted with metamaterial‐based mode converters | |
US8509581B2 (en) | Optical fibers with tubular optical cores | |
AU2002240145A1 (en) | Low-loss photonic crystal waveguide having large core radius | |
AU2002236952A1 (en) | Electromagnetic mode conversion in photonic crystal multimode waveguides | |
Rojas-Rojas et al. | Optimal conditions for multiplexing information into ring-core optical fibers | |
Ma | Light transport by topological confinement | |
CN1963573A (zh) | 具有大芯半径的低损耗光子晶体波导 | |
Smink | Optical fibres: analysis, numerical modelling and optimisation | |
AU2002243682A1 (en) | Photonic crystal optical waveguides having tailored dispersion profiles | |
Muthitacharoen et al. | Analysis of single-mode Bragg fiber with large core diameter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050120 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050120 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20051124 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20051124 |