JPS61121007A - 光学的波長分割マルチプレキシング／デマルチプレキシングシステム - Google Patents
光学的波長分割マルチプレキシング／デマルチプレキシングシステムInfo
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- JPS61121007A JPS61121007A JP60252110A JP25211085A JPS61121007A JP S61121007 A JPS61121007 A JP S61121007A JP 60252110 A JP60252110 A JP 60252110A JP 25211085 A JP25211085 A JP 25211085A JP S61121007 A JPS61121007 A JP S61121007A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
光信号伝送のためのシングルモード光ファイバ及びレー
ザの出現は波長分割マルチブレキシング（ｗａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍ ｔｌｌｔｉｐｌｅＸ
ｉｎｌ；ｌ ） ／デマルチプレキシング（ｄｅｌｌｌ
ｌＪｌｔｉｐｌｅＸｉｎｇ）を経済的に有利にし始めた
。今までは、レーザ伝送リース及び光受信ダイオードの
ための増加したファイバ帯域幅及び広い範囲の動作波長
への研究はマルチブレキシング及びデマルチプレキシン
グ光信号のための適当な方法によって平行化されなかっ
た。当技術水準の実験的波長分割マルチプレキザ／′デ
マルチプレキサは約２０．又はそれより少ないチャンネ
ルのみマルチプレキシングすることができるが、製作す
るのが比較的複雑で困難であり、費用がかかる。
ザの出現は波長分割マルチブレキシング（ｗａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍ ｔｌｌｔｉｐｌｅＸ
ｉｎｌ；ｌ ） ／デマルチプレキシング（ｄｅｌｌｌ
ｌＪｌｔｉｐｌｅＸｉｎｇ）を経済的に有利にし始めた
。今までは、レーザ伝送リース及び光受信ダイオードの
ための増加したファイバ帯域幅及び広い範囲の動作波長
への研究はマルチブレキシング及びデマルチプレキシン
グ光信号のための適当な方法によって平行化されなかっ
た。当技術水準の実験的波長分割マルチプレキザ／′デ
マルチプレキサは約２０．又はそれより少ないチャンネ
ルのみマルチプレキシングすることができるが、製作す
るのが比較的複雑で困難であり、費用がかかる。
出願人が知る限りでは、今日使用されている現在３種類
の波長分割マルチプレキシング法がある＝（１）色分散
（ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、（２〉光
学７ イ）Ｌｔ ９、（３）光吸収体（ｏｐｔｉｃａｌ
ａｂｓｏｒｂｅ−ｒｓ）。本発明はこれらの内の第１
の方法を利用する。
の波長分割マルチプレキシング法がある＝（１）色分散
（ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、（２〉光
学７ イ）Ｌｔ ９、（３）光吸収体（ｏｐｔｉｃａｌ
ａｂｓｏｒｂｅ−ｒｓ）。本発明はこれらの内の第１
の方法を利用する。
出願人の知る最も近い先行技術は、Ｉ ＥＥＥジャーナ
ルオブクオンタムエレクトロニクス、第ＱＥ１３巻、第
４号、１９７７年４月、＜ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅ １ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
Ｖｏｌ。
ルオブクオンタムエレクトロニクス、第ＱＥ１３巻、第
４号、１９７７年４月、＜ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅ １ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
Ｖｏｌ。
ＱＥ−１３、Ｎｏ、４．Ａｐｒｉｌ １９７７）にお
ける、ディー、ビー、アンダーソン（Ｄ、Ｂ。
ける、ディー、ビー、アンダーソン（Ｄ、Ｂ。
Ａ ｎｄｅｒｓｏｎ ＞ 、ジエイ、ティ、ボイド（Ｊ
、Ｔ。
、Ｔ。
Ｂｏｙｄ）、エム、シー、ハミルトン（Ｍ、Ｃ。
Ｈａｍｉｌｔｏｎ ） 、及びアール、アール、オーガ
スト（Ｒ，Ｒ，Ａｕｇｕｓｔ ） ニヨル文Ｍ論文”７
−リエ変換への集積光学的アブＯ−チ” （Ａｎ Ｉ
ｎｔｅｇ −ｒａｔｅｄ−０１）ｔｉＣａｌＡｌ）Ｉ）
ｒＯａＣｈ ｔｏｔｈｅ ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆ
ｏｒｍ”）及びアプライドオプティックス、第１６巻、
第８号、１９７７年８月、（Ａ Ｉ）ｌ）ｌ １ｅｄＯ
ｐｔｉｃｓ、ｖｏｆ、 １ ６．Ｎｏ、８、Ａｕｇｕ
ｓｔ １９７７）におけるダブリュ、ジエイ、トムリ
ンソン（Ｗ。
スト（Ｒ，Ｒ，Ａｕｇｕｓｔ ） ニヨル文Ｍ論文”７
−リエ変換への集積光学的アブＯ−チ” （Ａｎ Ｉ
ｎｔｅｇ −ｒａｔｅｄ−０１）ｔｉＣａｌＡｌ）Ｉ）
ｒＯａＣｈ ｔｏｔｈｅ ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆ
ｏｒｍ”）及びアプライドオプティックス、第１６巻、
第８号、１９７７年８月、（Ａ Ｉ）ｌ）ｌ １ｅｄＯ
ｐｔｉｃｓ、ｖｏｆ、 １ ６．Ｎｏ、８、Ａｕｇｕ
ｓｔ １９７７）におけるダブリュ、ジエイ、トムリ
ンソン（Ｗ。
Ｊ 、 Ｔ ｏｍｌ １ｎｓｏｎ＞による“マルチモー
ド光ファイバにおける波長マルチプレキシング” （Ｗ
ａＶｅｌ −ｅｎｇｔｈ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ
ｉｎ ｍｕｌｔｉｏｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅ
ｒｓ）に含まれている。後者は刊行の時点での技術水準
の一般的論述である。
ド光ファイバにおける波長マルチプレキシング” （Ｗ
ａＶｅｌ −ｅｎｇｔｈ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ
ｉｎ ｍｕｌｔｉｏｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅ
ｒｓ）に含まれている。後者は刊行の時点での技術水準
の一般的論述である。
しかしながら、出願人の発明と異なっている多数の波長
分割マルチブレキサが存在する。これらのうちの最善の
ものは、波長に従って異なる色分散を達成するのに種々
の形状のミラー回折格子（ｌｌｉｒｒｏｒｅｄ ｄｉｆ
ｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｔｎｇｓ ）を使用する。
分割マルチブレキサが存在する。これらのうちの最善の
ものは、波長に従って異なる色分散を達成するのに種々
の形状のミラー回折格子（ｌｌｉｒｒｏｒｅｄ ｄｉｆ
ｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｔｎｇｓ ）を使用する。
かくして、エム、セキ（Ｍ、 ５ｅｋｉ ）等は、エレ
クトロニクスレターズ、第１８巻、第６号、２５７−２
５８頁（１９８２） （Ｅ １ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ１−
ｅｔｔｅｒｓ、 Ｖｏｌ、 １８． Ｎｏ、 ６．１）
ｌ）、２５７−２５８ （１９８２））において“小さ
いフォーカシングパラメータのグレーデッドインデック
スロッドレンズを使用する１、１−１．６μｍの帯域の
ための２０チヤンネルマイクロ光学格子デマルチブレキ
サ（２０−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍ ｉｃｒｏ−ｏｐｔｉ
ｃ（３ｒａｔｉｎｇ ［）ｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ
ｆｏｒ １．１−１．６ｕｍ Ｂａｎｄ ＵＳｉｎ
ｇａ Ｓｍａｌｌ Ｆｏｃｕｓｓｉｎｇｐａｒａｍ
ｅｔｅｒ Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ Ｒｏｄ Ｌｅ
ｎｓ ）を開示した。それらのデザインは、セルフォッ
クロッドレンズ（ＳｅＨｏｃ ｒｏｄ １ｅｎｓ）に対
して突き合わされた選択的にエツチングされたシリコン
階段格子（ｐｒｅｆｅｒｅｎＮａｌｌｙ−ｅｔｃｈｅｄ
５ｉｌｉｃｏｎ ｅｃｈｅｌｅｔ−ｔｅ ｇｒａｔｉ
ｎｏ＞を使用して２０チヤンネルデマルチ′ ブレキサ
として製造された。ワタナベ（Ｗａｔａｎ−ａｂｅ ）
及びノス（ＮＯ３ＩＪ＞は、アブランドオプティックス
、第１９巻、第２１号、３５８８−３５９０頁（１９８
０） （Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、 Ｖｏ１
１９、Ｎｏ、２１．ｐｐ、３５８８−３５９０ （１９
８０）’）において、”１．０−１．４μｍ波長領域に
おけるマルチモード光伝送のためのスラブ導波路デ’？
／ｌｚチプレキ＋）−” （３ｔａｂ ｗａｖｅｇｕｉ
ｋｅｄｅｍＵＩｔｉｌ）ｌｅＸｅｒ ｆｏｒ ｍ ｕｌ
ｔｉｍｏｄｅ ０ｆ）ｔｉｃａｌ ｔｒａｎＳｍ−ｉｓ
ｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ １ 、Ｏ−１，４ａｍ
ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒｅｇ ｉ ｏｎ ）を報告し
た。これは平面導波路の端部に該導波路の面に垂直に取
付けられた磨いた凹面格子ミラー（（ＪｒＯＵｎｄ Ｃ
０ｎＣａｎｅ ｔＪｒａｔｉｎ（ｌ ｍ１ｒｒｏｒ ）
を使用している。このシステムによって上記著者は１０
チヤンネルをデマルチプレキシングすることができた。
クトロニクスレターズ、第１８巻、第６号、２５７−２
５８頁（１９８２） （Ｅ １ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ１−
ｅｔｔｅｒｓ、 Ｖｏｌ、 １８． Ｎｏ、 ６．１）
ｌ）、２５７−２５８ （１９８２））において“小さ
いフォーカシングパラメータのグレーデッドインデック
スロッドレンズを使用する１、１−１．６μｍの帯域の
ための２０チヤンネルマイクロ光学格子デマルチブレキ
サ（２０−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍ ｉｃｒｏ−ｏｐｔｉ
ｃ（３ｒａｔｉｎｇ ［）ｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ
ｆｏｒ １．１−１．６ｕｍ Ｂａｎｄ ＵＳｉｎ
ｇａ Ｓｍａｌｌ Ｆｏｃｕｓｓｉｎｇｐａｒａｍ
ｅｔｅｒ Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ Ｒｏｄ Ｌｅ
ｎｓ ）を開示した。それらのデザインは、セルフォッ
クロッドレンズ（ＳｅＨｏｃ ｒｏｄ １ｅｎｓ）に対
して突き合わされた選択的にエツチングされたシリコン
階段格子（ｐｒｅｆｅｒｅｎＮａｌｌｙ−ｅｔｃｈｅｄ
５ｉｌｉｃｏｎ ｅｃｈｅｌｅｔ−ｔｅ ｇｒａｔｉ
ｎｏ＞を使用して２０チヤンネルデマルチ′ ブレキサ
として製造された。ワタナベ（Ｗａｔａｎ−ａｂｅ ）
及びノス（ＮＯ３ＩＪ＞は、アブランドオプティックス
、第１９巻、第２１号、３５８８−３５９０頁（１９８
０） （Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、 Ｖｏ１
１９、Ｎｏ、２１．ｐｐ、３５８８−３５９０ （１９
８０）’）において、”１．０−１．４μｍ波長領域に
おけるマルチモード光伝送のためのスラブ導波路デ’？
／ｌｚチプレキ＋）−” （３ｔａｂ ｗａｖｅｇｕｉ
ｋｅｄｅｍＵＩｔｉｌ）ｌｅＸｅｒ ｆｏｒ ｍ ｕｌ
ｔｉｍｏｄｅ ０ｆ）ｔｉｃａｌ ｔｒａｎＳｍ−ｉｓ
ｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ １ 、Ｏ−１，４ａｍ
ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒｅｇ ｉ ｏｎ ）を報告し
た。これは平面導波路の端部に該導波路の面に垂直に取
付けられた磨いた凹面格子ミラー（（ＪｒＯＵｎｄ Ｃ
０ｎＣａｎｅ ｔＪｒａｔｉｎ（ｌ ｍ１ｒｒｏｒ ）
を使用している。このシステムによって上記著者は１０
チヤンネルをデマルチプレキシングすることができた。
上記著者等は（１）安定な堅固な構造、（２）反射防止
コーティングのないこと、及び（３）減少した寸法の利
点を主張している。ワタナベ（Ｗ ａｔａｎａｂｅ ＞
等は、エレクトロニクスレターズ、第１６巻、１０８−
１０９頁（１９８０）（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １
−ｅｔｔｅｒｓ、 Ｖｏｌ、１６．１）Ｉ）、 １０８
−１０９ （１９８０））において、゛１．１−１．５
μｍ波長領域における光学格子マルチブレキサ” （Ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｇｒａｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅ
ｒ １ｎｔｈｅ １ 、１−１ 、５ ｕｍ ｗａｖｅ
ｌｅｎｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ ）を報告した。これは非
等方性にエツチングされたシリコンから作られた平面回
折格子ミラーを使用して１．１−１．５μｍ波長範囲に
おいて１０チャンネルをマルチプレキシングすることが
できた。
コーティングのないこと、及び（３）減少した寸法の利
点を主張している。ワタナベ（Ｗ ａｔａｎａｂｅ ＞
等は、エレクトロニクスレターズ、第１６巻、１０８−
１０９頁（１９８０）（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １
−ｅｔｔｅｒｓ、 Ｖｏｌ、１６．１）Ｉ）、 １０８
−１０９ （１９８０））において、゛１．１−１．５
μｍ波長領域における光学格子マルチブレキサ” （Ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｇｒａｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅ
ｒ １ｎｔｈｅ １ 、１−１ 、５ ｕｍ ｗａｖｅ
ｌｅｎｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ ）を報告した。これは非
等方性にエツチングされたシリコンから作られた平面回
折格子ミラーを使用して１．１−１．５μｍ波長範囲に
おいて１０チャンネルをマルチプレキシングすることが
できた。
アオヤマ（△ｏｙａｍａ ）及びミノワ（Ｍｉｎｏｗａ
）は、アプライドオプティックス、第１８巻、第８号、
１２５３−１２５８頁（１９７９） （ＡＩ）Ｉ）ｌｉ
ｅｄＯｐｔｉｃｓ 、 Ｖｏｌ、 １８． Ｎｏ、 ８
． Ｉ）ｌ）、 １２５３−１２５８ （１９７９））
における、“″波長分割マルチブレキシングシステムの
ための光学デマルチプレキサ” （Ｏｐｔｉｃａｌ ｄ
ｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ａｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ）において、商業的に入手可能な格子ミ
ラー及び均一なレンズを使用して０．８−０．９μｍの
範囲において５チヤンネルのためのデマルチプレキサを
報告している。
）は、アプライドオプティックス、第１８巻、第８号、
１２５３−１２５８頁（１９７９） （ＡＩ）Ｉ）ｌｉ
ｅｄＯｐｔｉｃｓ 、 Ｖｏｌ、 １８． Ｎｏ、 ８
． Ｉ）ｌ）、 １２５３−１２５８ （１９７９））
における、“″波長分割マルチブレキシングシステムの
ための光学デマルチプレキサ” （Ｏｐｔｉｃａｌ ｄ
ｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ａｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ）において、商業的に入手可能な格子ミ
ラー及び均一なレンズを使用して０．８−０．９μｍの
範囲において５チヤンネルのためのデマルチプレキサを
報告している。
前記のどれも、更に製作及び使用において経済的で且つ
完全に予測をしのぐ拡大したチャンネル処理能力を有す
る本発明程には有効ではない。
完全に予測をしのぐ拡大したチャンネル処理能力を有す
る本発明程には有効ではない。
本発明は波長分割デマルチプレキシングし、そして適当
な変更を伴なってマルチプレキシングするための方法及
び装置を含む。
な変更を伴なってマルチプレキシングするための方法及
び装置を含む。
好ましいデマルチプレキシング態様においては、それは
基体上に形成されそして周期的放射伝送性回折格子（ｐ
ｅｒｉｏｄｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉ
ｓｓｉｕｌｄｉＨｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）を
備えた集積された光学的平面伝導波路と、個々の受容体
（ｒｅｃｌ）ｔｏｒｓ ）への分離した光信号（ｓｅｇ
ｒａｇａｔｅｄ ０ｐｔｉｃａｌ ５ｉ（Ｊ −ｎａｌ
ｓ）の出力のための感知手段を使用する。格子バーは実
質的にブラックの回折が起こるのに十分長くなければな
らない。
基体上に形成されそして周期的放射伝送性回折格子（ｐ
ｅｒｉｏｄｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉ
ｓｓｉｕｌｄｉＨｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）を
備えた集積された光学的平面伝導波路と、個々の受容体
（ｒｅｃｌ）ｔｏｒｓ ）への分離した光信号（ｓｅｇ
ｒａｇａｔｅｄ ０ｐｔｉｃａｌ ５ｉ（Ｊ −ｎａｌ
ｓ）の出力のための感知手段を使用する。格子バーは実
質的にブラックの回折が起こるのに十分長くなければな
らない。
伝送性回折格子は慣用の方法によって製造することがで
きる。慣用の方法には、（１）格子バーを導波路表面に
エツチングすること、（２）導波路表面に金属又は誘電
性バーをデポジットすること、（３）音響先導波路（ａ
ｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃ ｗａｖｅｇ−ｕｉｄｅ）材料
において圧電又は磁気ひずみトランスデユーサを介して
予め選ばれた期間の表面音波を誘発すること、（４）グ
ラウンド面として基体を使用して互いに入り込んだ接点
（１ｎｔｅｒ ｄｉｇｉｔａ −ｔｅｄｃｏｎｔａｃｔ
ｓ＞を横切る又はフィンガ接点を横切る電位を加えるこ
とによって導波路の屈折率の予め選ばれた周期的変動を
生じさせるように電気光学的効果を使用すること、（５
）導波路の屈折率の周期的変動を生じることができる他
の方法が包含されるが、それに限定はされない。
きる。慣用の方法には、（１）格子バーを導波路表面に
エツチングすること、（２）導波路表面に金属又は誘電
性バーをデポジットすること、（３）音響先導波路（ａ
ｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃ ｗａｖｅｇ−ｕｉｄｅ）材料
において圧電又は磁気ひずみトランスデユーサを介して
予め選ばれた期間の表面音波を誘発すること、（４）グ
ラウンド面として基体を使用して互いに入り込んだ接点
（１ｎｔｅｒ ｄｉｇｉｔａ −ｔｅｄｃｏｎｔａｃｔ
ｓ＞を横切る又はフィンガ接点を横切る電位を加えるこ
とによって導波路の屈折率の予め選ばれた周期的変動を
生じさせるように電気光学的効果を使用すること、（５
）導波路の屈折率の周期的変動を生じることができる他
の方法が包含されるが、それに限定はされない。
単フアイバ光リンク（ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｂｅｒ ０ｐ
ｔｉｃａｌｌｉｎｋ＞と共に波長分割マルチプレキサ／
デマルチプレキサユニットの使用はシステムの情報伝送
容量を顕著に拡大し、それにより構造及び設備の両材料
における情報チャンネル当りのコストを大幅に減少する
。いくつかの情報チャンネルを単一波長、に電子工学的
にエンコードする周波数分割多重化と比較して、波長分
割多重化は増加した伝送速度及び関連した電子工学的支
持システムの？！雑性の有意な減少を提供する。波長分
割及び周波数分割は相補的多重化方法（ｃｏｍｐｌｅｍ
ｅｎｔａｒｙ ｍｕｌｔ −ｉｐｌｅｘｉｎｇ ｍｅｔ
ｈｏｄｓ）であり、かくして、高い情報容量光フアイバ
通信システムは波長分割及び周波数分割多重化の両方を
使用するであろう。
ｔｉｃａｌｌｉｎｋ＞と共に波長分割マルチプレキサ／
デマルチプレキサユニットの使用はシステムの情報伝送
容量を顕著に拡大し、それにより構造及び設備の両材料
における情報チャンネル当りのコストを大幅に減少する
。いくつかの情報チャンネルを単一波長、に電子工学的
にエンコードする周波数分割多重化と比較して、波長分
割多重化は増加した伝送速度及び関連した電子工学的支
持システムの？！雑性の有意な減少を提供する。波長分
割及び周波数分割は相補的多重化方法（ｃｏｍｐｌｅｍ
ｅｎｔａｒｙ ｍｕｌｔ −ｉｐｌｅｘｉｎｇ ｍｅｔ
ｈｏｄｓ）であり、かくして、高い情報容量光フアイバ
通信システムは波長分割及び周波数分割多重化の両方を
使用するであろう。
添付図面を使用して本発明を更に説明する。
第１図を参照すると、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用
する慣用の一方向性光フアイバ通信システムは、波長分
割マルチプレキサ（ＷＤＭ）に供給される信号入力（５
ａ乃至５ｎ）（それぞれチャンネル１〜ｎから受信され
た）を含み、該信号入力は慣用的にはビームスプリッタ
及びレーザの公知の装置であることができ多重化された
信号は波長分割マルチプレキサから単一光ファイバフを
介して受容体ＷＤＭデバイス６ｂ （慣用的には、プ
リズム、反射格子、又は多層肉薄フィルム誘電体フィル
タ装置）に伝送され、受容体ＷＤＭデバイス６ｂは複合
信号を個々の検出器１０８〜１０ｎに向けられたその成
分信号９８〜９ｎに解像しくｒｅｓｏｌｖｅ ’） 、
個々の検出器１０ａ〜１０ｎはそれらの所定の送り先、
チャンネル１′〜ｎ−に情報を送り出す。
する慣用の一方向性光フアイバ通信システムは、波長分
割マルチプレキサ（ＷＤＭ）に供給される信号入力（５
ａ乃至５ｎ）（それぞれチャンネル１〜ｎから受信され
た）を含み、該信号入力は慣用的にはビームスプリッタ
及びレーザの公知の装置であることができ多重化された
信号は波長分割マルチプレキサから単一光ファイバフを
介して受容体ＷＤＭデバイス６ｂ （慣用的には、プ
リズム、反射格子、又は多層肉薄フィルム誘電体フィル
タ装置）に伝送され、受容体ＷＤＭデバイス６ｂは複合
信号を個々の検出器１０８〜１０ｎに向けられたその成
分信号９８〜９ｎに解像しくｒｅｓｏｌｖｅ ’） 、
個々の検出器１０ａ〜１０ｎはそれらの所定の送り先、
チャンネル１′〜ｎ−に情報を送り出す。
本発明は、第２図に示されたデマルチプレキシング装置
に特に適用可能なものであるとして説明される。第２図
においては、光ファイバ７を経由して伝送された複合信
号入力は出願人の放射伝送性平面導波路１４により受信
され、放射伝送性平面導波路１４は、好ましくは七ノリ
゛シック構造において入力平行化レンズ（ｉｎｐｔｊｔ
ＣＯＩｌｉｌＣｏｌｌｉｌｌｌａｔｉｎ １５、出願
人の放射伝送性周期的回折格子１６、出力フォーカシン
グレンズ（ｏｕｔｐｕｔ ｆｏｅ −ｔｌＳｉｎ！Ｊ
１ｅｎｓ） １７、一般に１８で表わされた多数の信号
受容体を含み、信号受容体１８は予め選ばれた情報受容
体チャンネル１′〜ｎ−（示されていない）と接続され
た個々の検出器より成る慣用の光検出器アレイであるこ
とができる。平行化された入力放射スペクトルビームは
１９で示され、これに対して出力放射スペクトルの２つ
の例が２０８及び２０ｂで示されている。
に特に適用可能なものであるとして説明される。第２図
においては、光ファイバ７を経由して伝送された複合信
号入力は出願人の放射伝送性平面導波路１４により受信
され、放射伝送性平面導波路１４は、好ましくは七ノリ
゛シック構造において入力平行化レンズ（ｉｎｐｔｊｔ
ＣＯＩｌｉｌＣｏｌｌｉｌｌｌａｔｉｎ １５、出願
人の放射伝送性周期的回折格子１６、出力フォーカシン
グレンズ（ｏｕｔｐｕｔ ｆｏｅ −ｔｌＳｉｎ！Ｊ
１ｅｎｓ） １７、一般に１８で表わされた多数の信号
受容体を含み、信号受容体１８は予め選ばれた情報受容
体チャンネル１′〜ｎ−（示されていない）と接続され
た個々の検出器より成る慣用の光検出器アレイであるこ
とができる。平行化された入力放射スペクトルビームは
１９で示され、これに対して出力放射スペクトルの２つ
の例が２０８及び２０ｂで示されている。
下記の操作の説明においては慣用の光線アプローチ（Ｏ
ｆ）ｔｉｃａｌ ｒａＶ ａｔ）Ｉ）ｒｏａｃｋ）が取
り上げられているが、多重光信号処理において遭遇する
複雑性は図面の表示では十分に示すことができないこと
が理解される。しかしながら、出願人の放射伝送性回折
格子１６は解明された原理の応用により理解できる方法
で動作し、かくして理論によりあらかじめ予測できない
ことは確かであることをデザインにおいて確証する。
ｆ）ｔｉｃａｌ ｒａＶ ａｔ）Ｉ）ｒｏａｃｋ）が取
り上げられているが、多重光信号処理において遭遇する
複雑性は図面の表示では十分に示すことができないこと
が理解される。しかしながら、出願人の放射伝送性回折
格子１６は解明された原理の応用により理解できる方法
で動作し、かくして理論によりあらかじめ予測できない
ことは確かであることをデザインにおいて確証する。
第３図を参照すると、出願人の放射伝送性回折格子は、
一般に、多数の光学的反射要素１６ａ乃至１６ｍを具備
し、光学的反射要素１６ａ乃至１６ｍは、格子放射相互
作用長さく １ｎｔｅｒａｃｔｉｏ口１ｅｎ９ｔｈ＞
Ｉ 、入力放射ビーム１９幅ｂ （典型的には０．５−
１．０ｃｍ）よりはるかに大きい幅Ｗを持って規則的間
隔Δ（典型的には１又は２μｍ）で間隔を置いて配置さ
れている。
一般に、多数の光学的反射要素１６ａ乃至１６ｍを具備
し、光学的反射要素１６ａ乃至１６ｍは、格子放射相互
作用長さく １ｎｔｅｒａｃｔｉｏ口１ｅｎ９ｔｈ＞
Ｉ 、入力放射ビーム１９幅ｂ （典型的には０．５−
１．０ｃｍ）よりはるかに大きい幅Ｗを持って規則的間
隔Δ（典型的には１又は２μｍ）で間隔を置いて配置さ
れている。
格子１６は材料における中心波長λＯでブラックの回折
が起こるのに十分に長くなければならない。必要な条件
は厚格子近似（℃旧ｃｋ−ｇｒａｔｔｎｇａｐｐｒｏｘ
ｉｍａｔｉｏｎ ） 八Ｚ ｎＡ！ （式中、ｎは自由空間における中心波長λＣにおける導
波材料の屈折率である） により与えられる。
が起こるのに十分に長くなければならない。必要な条件
は厚格子近似（℃旧ｃｋ−ｇｒａｔｔｎｇａｐｐｒｏｘ
ｉｍａｔｉｏｎ ） 八Ｚ ｎＡ！ （式中、ｎは自由空間における中心波長λＣにおける導
波材料の屈折率である） により与えられる。
与えられた角度θ１で格子に入射する自由空間における
波長λ０を有する放射の単色ビームに対しては、媒体が
光学的に等方性であると仮定して、λ０ によって与えられたブラック角θら でビームの最大回
折が起こる。同じ効果が光学的に非等方性材料において
起こるが、その場合には、式（２）は媒体の方向依存性
を反映するテンソル形態にあるであろう。このような場
合は更には考察されない。
波長λ０を有する放射の単色ビームに対しては、媒体が
光学的に等方性であると仮定して、λ０ によって与えられたブラック角θら でビームの最大回
折が起こる。同じ効果が光学的に非等方性材料において
起こるが、その場合には、式（２）は媒体の方向依存性
を反映するテンソル形態にあるであろう。このような場
合は更には考察されない。
何故ならばそれは本発明に関して教示的ではないからで
ある。
ある。
ブラック条件が満足されると、出力ビーム１９ａは格子
バーに対して２θ８又はθｒ−θ９の角度にわたって回
折されるであろう。ブラック条件からの偏差は１次回折
における放射のパワーを減少させる。何故ならばパワー
のいくらかはより高次の回折に向けられるからである。
バーに対して２θ８又はθｒ−θ９の角度にわたって回
折されるであろう。ブラック条件からの偏差は１次回折
における放射のパワーを減少させる。何故ならばパワー
のいくらかはより高次の回折に向けられるからである。
しかしながら、かかる損失は本発明の装置において相当
な程度許容され得る。
な程度許容され得る。
ブラック条件が満足されている、材料における波長、λ
Ｃ−λｏｃ／ ｎからの入力波長のシフト△λＯは第４
図に示された如き、出力角度のシフト△θｒ及び出力ビ
ーム強度のいくらかの減少を生じるであろう。
Ｃ−λｏｃ／ ｎからの入力波長のシフト△λＯは第４
図に示された如き、出力角度のシフト△θｒ及び出力ビ
ーム強度のいくらかの減少を生じるであろう。
第４Ｂ図を参照すると、２つの隣接したｒ６子バーＣ及
びＤから反射された放射は回折されたビームの方向に沿
って同位相において合計されなければならない。これ、
が起こるためには、距離Δ離れた隣接格子の対からの反
射から生じる与えられた光学的波面の行路差へ〇＋ＯＢ
は、波長の整数ｍ倍に等しくなければならない。第４Ｂ
図から、ｍλ０ △ｓｉｎθｉ＋△ｓｉｎθｒ＝−’（３）（式中、ｍは
回折の次数であり、ｎは注目されている波長に対する導
波材料の屈折率である）。
びＤから反射された放射は回折されたビームの方向に沿
って同位相において合計されなければならない。これ、
が起こるためには、距離Δ離れた隣接格子の対からの反
射から生じる与えられた光学的波面の行路差へ〇＋ＯＢ
は、波長の整数ｍ倍に等しくなければならない。第４Ｂ
図から、ｍλ０ △ｓｉｎθｉ＋△ｓｉｎθｒ＝−’（３）（式中、ｍは
回折の次数であり、ｎは注目されている波長に対する導
波材料の屈折率である）。
１次回折、即ちｍ−１と仮定すると、
λ０
ｓｉｎθｒ−−−ｓｉｎθ１（４）
ｎ△
陰関数で微分すると、一定の入力角度θｉにおける入力
波長の増分変化に対する格子の分散は、により与えられ
る。
波長の増分変化に対する格子の分散は、により与えられ
る。
一定の入力角度における入力波長の与えられた変化に対
する出力角の変化を確かめるために、最も低次の項以外
はすべて無視して、ティラー級数展開を使用することが
できる。かくして、λＯｎＡｃｏｓθｒ 他の入力波長が中心波長から少看△λ０の偏差を有して
いるところの自由空間における中心波長λＯＣはブラッ
クの角度で格子に入り、かくしてやはりブラックの角度
で格子を出ると仮定すると、式（６〉においてθｒをへ
置換することができ、かくして ここで、三角関数関係ｓｔｎ ２＋ｃｏｓ ’ −１を
使用した。式（２）を式（ア）に代入すると、次の関係
式を導くことができる。
する出力角の変化を確かめるために、最も低次の項以外
はすべて無視して、ティラー級数展開を使用することが
できる。かくして、λＯｎＡｃｏｓθｒ 他の入力波長が中心波長から少看△λ０の偏差を有して
いるところの自由空間における中心波長λＯＣはブラッ
クの角度で格子に入り、かくしてやはりブラックの角度
で格子を出ると仮定すると、式（６〉においてθｒをへ
置換することができ、かくして ここで、三角関数関係ｓｔｎ ２＋ｃｏｓ ’ −１を
使用した。式（２）を式（ア）に代入すると、次の関係
式を導くことができる。
式（８）は式（２）において示された如きブラックの条
件を満足するか又は近似的に満足する条件に対してのみ
成立することに留意され度い。
件を満足するか又は近似的に満足する条件に対してのみ
成立することに留意され度い。
基礎的な回折理論［アール、ジー、ハンスバーガー、イ
ンテグレーテッドオプティックス：理論及び工学、スプ
リンガーフェルラーグ（１９８２）、１５１−１５２頁
（Ｒ，Ｇ、 Ｈｕｎｓｐｅｒｇｅｒ 。
ンテグレーテッドオプティックス：理論及び工学、スプ
リンガーフェルラーグ（１９８２）、１５１−１５２頁
（Ｒ，Ｇ、 Ｈｕｎｓｐｅｒｇｅｒ 。
Ｉ ｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ □ｐｔｔｃｓ ：
Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏ−１ｏｇｙ、
Ｓｔ）ｒｉｎｇｅｒ−ＶｅｒｌａＯ（１９８２）
、Ｉ）ｆ）。
Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏ−１ｏｇｙ、
Ｓｔ）ｒｉｎｇｅｒ−ＶｅｒｌａＯ（１９８２）
、Ｉ）ｆ）。
１５１−１５２）］は、ビーム幅すが格子周期△よりは
るかに大きいならば、ファーフィールドパターン（ｆａ
ｒ−ｆｉｅｌｄ ｐａｔｔｅｒｎ ＞はｂ ｎｂ （式中、ｂは入力ビームの幅であり、そしてλＯは自由
空間における放射の波長である）により与えられた角半
１ｉｔａｉパワー幅（ａｎｇｕｌａｒｈａｌｆ−ｐｏｗ
ｅｒ ｗｉｄｔｈ）を有する回折最大値の組から成る。
るかに大きいならば、ファーフィールドパターン（ｆａ
ｒ−ｆｉｅｌｄ ｐａｔｔｅｒｎ ＞はｂ ｎｂ （式中、ｂは入力ビームの幅であり、そしてλＯは自由
空間における放射の波長である）により与えられた角半
１ｉｔａｉパワー幅（ａｎｇｕｌａｒｈａｌｆ−ｐｏｗ
ｅｒ ｗｉｄｔｈ）を有する回折最大値の組から成る。
回折最大直の１つの例は第５図に示されている。回折最
大１直の組は第６図に示されている。
大１直の組は第６図に示されている。
放射は格子によりいくつかの次薮の回折を受けて、
λ０
△θ２＝ （１０）
ｎ△
により角度的に離隔した一連のピークを生じる、１次及
び２次回折は第５図に示されており、第５図においては
、１次回折は格子に関してθｒ１の角度で回折され、そ
して２次回折は格子に対してθｒ２の角度で且つ１次回
折に対してΔθ２の角度で回折される。第５図にやはり
示されているのは１次回折に対する１つの回折スポット
及び２次回折に対する１つの回折スポットである。
び２次回折は第５図に示されており、第５図においては
、１次回折は格子に関してθｒ１の角度で回折され、そ
して２次回折は格子に対してθｒ２の角度で且つ１次回
折に対してΔθ２の角度で回折される。第５図にやはり
示されているのは１次回折に対する１つの回折スポット
及び２次回折に対する１つの回折スポットである。
入射ビームのパワーの大部分は、ブラック条件が正確に
満足されるとき１次回折を起こすであろう。入力角θｉ
は中心波長λＯＣにおいてこの条件・を満足するように
選ばれる。入力信号の波長が少量△λ０中心波長から変
るにつれて、ブラックの条件はもはや正確に満足されず
、それにより池の次数の回折へと回折される光パワーの
量を増加させ、同時に１次回折へと回折されたスポット
の強度を減少する。
満足されるとき１次回折を起こすであろう。入力角θｉ
は中心波長λＯＣにおいてこの条件・を満足するように
選ばれる。入力信号の波長が少量△λ０中心波長から変
るにつれて、ブラックの条件はもはや正確に満足されず
、それにより池の次数の回折へと回折される光パワーの
量を増加させ、同時に１次回折へと回折されたスポット
の強度を減少する。
第６図に示された如く、出力放射は式（８）に従って角
度的に走査されそして送り出された強度は △θｓ−（１１） によって与えられた角半価幅（ａｎｇｕｌａｒ ｈａｌ
ｆ −ｗｉｄｔｈ ）を有するベル形状パターンに従う
であろう。
度的に走査されそして送り出された強度は △θｓ−（１１） によって与えられた角半価幅（ａｎｇｕｌａｒ ｈａｌ
ｆ −ｗｉｄｔｈ ）を有するベル形状パターンに従う
であろう。
１つの水性数、解像可能なスポットの数は、Δθ、λＯ
Ｉ により与えられ、そして第６図に略図で示されている。
Ｉ により与えられ、そして第６図に略図で示されている。
Ｎは本発明の与えられたデザインにより多重化され得る
チャンネルの数に対する最大限界を表わす。
チャンネルの数に対する最大限界を表わす。
マルチブレキサに対する第２の水性数はΔλ０の量波長
が異なるスポットの増分角分散（ｉｎｃｒ−ｅｍｅｎｔ
ａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）対スポ
ットの角半価パワー幅（ａｎｇｕｌａｒ ｈａｌｆ−ｐ
ｏｗｅｒ ｗｉｄｔｈ）の比の大きさとして角チャンネ
ル離隔（ａｎｇｕｌａｒ ｃｈａｎ −ｎｅｌ ５ｅｐ
ａｒａｔｉｏｎ）を構成する。
が異なるスポットの増分角分散（ｉｎｃｒ−ｅｍｅｎｔ
ａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）対スポ
ットの角半価パワー幅（ａｎｇｕｌａｒ ｈａｌｆ−ｐ
ｏｗｅｒ ｗｉｄｔｈ）の比の大きさとして角チャンネ
ル離隔（ａｎｇｕｌａｒ ｃｈａｎ −ｎｅｌ ５ｅｐ
ａｒａｔｉｏｎ）を構成する。
これは第７図に示されている。式（１３）において与え
られた比がより大きければ大きい程、回折スポットはよ
り少なくオーバーラツプし、従って、チャンネル間の漏
話は減少するであろう。５又はそれより大きい値が大抵
のデザインに対して十分であろう。
られた比がより大きければ大きい程、回折スポットはよ
り少なくオーバーラツプし、従って、チャンネル間の漏
話は減少するであろう。５又はそれより大きい値が大抵
のデザインに対して十分であろう。
個々の光検出器又はそれらの均等物の寸法は、アレー１
８において、スポット寸法Ｐ及び出力チャンネルの空間
離隔（Ｓｔ）ａｔｉａｌ ５ｅｔ）ａｒａｔｉｏｎ）
Ｓにより決定される。Ｐ及びＳの両方共フォーカシング
出力レンズ１の焦点距離Ｆの関数である。システムは近
回折限定レンズ（ｎｅａｒ−ｄＮｆｒａｃｔｉｏｎ −
１１ｍ１ｔｅｄ １ｅｎｓ）を使用すると仮定すると、
出力スポットは量、 （式中、Δθｒはラジアン単位である）たけ離れるであ
ろう。出力スポット寸法Ｐはｂ ［式中、Δθ１はラジアン単位であり、そしてＱは光学
的フォーカルスポット解像力（ｏｐｔｉｃａｌｆｏｃａ
ｌ ５ｐｏｔ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ）の定義により
決定された定数である］ であろう。３ｄＢ点で截頭されたガウス分布出力ビーム
（Ｑａｕｓｓｉａｎ ｏｕｔｐｕｔ ｂｅａｍ ）に対
して、Ｑ＝１である。フーリエ変換面における１／１の
点で截頭されたガウス出力ビームに対しては、ａ＝−１
，２１である。１／１２の点においては、９＝１．６４
であり、そしてビームがフルメインローブスポット寸法
（ｆｕｌｌ ｍａｉｎ １ｏｂｅ ５ｐｏｔ ５ｅｚｅ
）において截頭されているならばＧ＝２．４８である。
８において、スポット寸法Ｐ及び出力チャンネルの空間
離隔（Ｓｔ）ａｔｉａｌ ５ｅｔ）ａｒａｔｉｏｎ）
Ｓにより決定される。Ｐ及びＳの両方共フォーカシング
出力レンズ１の焦点距離Ｆの関数である。システムは近
回折限定レンズ（ｎｅａｒ−ｄＮｆｒａｃｔｉｏｎ −
１１ｍ１ｔｅｄ １ｅｎｓ）を使用すると仮定すると、
出力スポットは量、 （式中、Δθｒはラジアン単位である）たけ離れるであ
ろう。出力スポット寸法Ｐはｂ ［式中、Δθ１はラジアン単位であり、そしてＱは光学
的フォーカルスポット解像力（ｏｐｔｉｃａｌｆｏｃａ
ｌ ５ｐｏｔ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ）の定義により
決定された定数である］ であろう。３ｄＢ点で截頭されたガウス分布出力ビーム
（Ｑａｕｓｓｉａｎ ｏｕｔｐｕｔ ｂｅａｍ ）に対
して、Ｑ＝１である。フーリエ変換面における１／１の
点で截頭されたガウス出力ビームに対しては、ａ＝−１
，２１である。１／１２の点においては、９＝１．６４
であり、そしてビームがフルメインローブスポット寸法
（ｆｕｌｌ ｍａｉｎ １ｏｂｅ ５ｐｏｔ ５ｅｚｅ
）において截頭されているならばＧ＝２．４８である。
デマルチブレキサのための光検出器、又はそれらの均等
物は、Ｓの値により決定された中心間距離で、規則的な
間隔で間隔を置いて配置されるべきである。検出器又は
それらの均等物は、利用可能な信号の最大量を捕捉する
ようにＰの値より大きくするべきであり、そして出力デ
バイスがオーバーラツプしないようにＳの値より小さく
するべきである。マルチプレキシングデバイスに対して
は、適当な光学的リースはＳにより決定された中心上に
位置づけられるであろう。
物は、Ｓの値により決定された中心間距離で、規則的な
間隔で間隔を置いて配置されるべきである。検出器又は
それらの均等物は、利用可能な信号の最大量を捕捉する
ようにＰの値より大きくするべきであり、そして出力デ
バイスがオーバーラツプしないようにＳの値より小さく
するべきである。マルチプレキシングデバイスに対して
は、適当な光学的リースはＳにより決定された中心上に
位置づけられるであろう。
平面状伝送格子波長分割マルチブレキサ（又はデマルチ
ダレキサ）のデ１ｆインに際しては、下記の考慮事項が
適用される。
ダレキサ）のデ１ｆインに際しては、下記の考慮事項が
適用される。
（１）中心波長λＯＣに対して、大きいブラックの角度
、θＲは式（８）に従って、波長の変化、△λＯに対す
る最大角度走査（ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｇｕｌａｒｓｃ
ａｎ ）を生じる。
、θＲは式（８）に従って、波長の変化、△λＯに対す
る最大角度走査（ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｇｕｌａｒｓｃ
ａｎ ）を生じる。
（２）回折最大値の小さい角度半価パワー幅△θ１は、
明瞭なスポットを生じ、かくして式（１２）に従って解
像可能なスポットの数を増加する。
明瞭なスポットを生じ、かくして式（１２）に従って解
像可能なスポットの数を増加する。
（３）角度的に走査されたビームの強度最大値の大きい
角度半価パワー幅Δθ３ （第６図参照）は、解像可能
なスポットの数、従って与えられたマルチプレキサ／デ
マルチプレキサデザインが支持することができるチャン
ネルの最大数を増加する大きい走査範囲を許容する。
角度半価パワー幅Δθ３ （第６図参照）は、解像可能
なスポットの数、従って与えられたマルチプレキサ／デ
マルチプレキサデザインが支持することができるチャン
ネルの最大数を増加する大きい走査範囲を許容する。
（４）より高次の回折に対するビーク（ビーム中心と同
じ空間を占める）の大きい角度の離隔、△θ２ （第５
図参照〉は１次回折から失なわれる光パワーを減じ、そ
れによりデバイス挿入損失を減少する。
じ空間を占める）の大きい角度の離隔、△θ２ （第５
図参照〉は１次回折から失なわれる光パワーを減じ、そ
れによりデバイス挿入損失を減少する。
システムを構成するために、その遠い端部で磨かれた入
力光ファイバ７を平面導波路１４（第２図参照）に突き
合わせカップリング（ｂｕｔｔ−ｔｏｕｐ−１ｅ）シて
、所望のビーム幅への放射発散（ｒａｄｉ−ａｔｉｏｎ
ｄｉｎｅｒｇｅｎｃｅ）を引き起こすのに有効なレン
ズを設けることが実行可能である。光導波路は、より小
さい屈折率の材料により取り囲まれた注目の波長におけ
る低い減衰を有する材料から成っていて、光信号の全内
部反射を゛生じ、かくして光波を案内する［ティ、タミ
ール、インテグレーテッドオプティックス、スプリンガ
ーフエルラーグ（１９７９） 、 ｆ）ｌ］、 １５−
６１ （Ｔ、 Ｔａｍ１ｒ。
力光ファイバ７を平面導波路１４（第２図参照）に突き
合わせカップリング（ｂｕｔｔ−ｔｏｕｐ−１ｅ）シて
、所望のビーム幅への放射発散（ｒａｄｉ−ａｔｉｏｎ
ｄｉｎｅｒｇｅｎｃｅ）を引き起こすのに有効なレン
ズを設けることが実行可能である。光導波路は、より小
さい屈折率の材料により取り囲まれた注目の波長におけ
る低い減衰を有する材料から成っていて、光信号の全内
部反射を゛生じ、かくして光波を案内する［ティ、タミ
ール、インテグレーテッドオプティックス、スプリンガ
ーフエルラーグ（１９７９） 、 ｆ）ｌ］、 １５−
６１ （Ｔ、 Ｔａｍ１ｒ。
Ｉ ｎｔｅＢａｔｅｃｌ ｏｐｔｅ＋ｃｓ、 Ｓ ｐｒ
ｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（１９７９） 、 Ｅｌｆ）
、 １５−６１ ＞ ］。導波路１４は、好ましくは伝
送されるべき放射波長に対してシングルモードであるよ
うにデザインされるが、これはデバイス動作に対して必
須ではない。導波路１４は機械的支持を与える基体１０
上に形成される導波路１４は光学室Ｉｌｌ！ （ｏｐｔ
ｉｃａｌ ｆｌａｔ）上にスパッタデポジットさせ又は
溶液からデポジットさせることができる。基体１０に対
するガラス光学定盤を使用して、ドーパント拡散、イオ
ン交換、及びイオン注入を使用して基体の屈折率より大
きい屈折率を有する薄い領域を形成して導波路１４を形
成することができる。基体１０のための半導体（マルチ
プレキサシステムへの電子デバイスのモノリシック集積
を許容する）を使用して、導波路は導波を引き起こすべ
き屈折率の必要とされる変化を有する多層構造のスパッ
タ及び溶液デポジション並びにプロトンボンバードメン
ト（ｐｒｏｔｏｎｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ＞及びエピ
タキシャル生長によるキャリヤ濃度減少により製造する
ことができる。受動半導体（誘導放出を介して光子を発
生することができない）シリコンは、導波路が低い屈折
率を有する熱的に生長した二酸化ケイ素の層上に生成さ
れることができるという点で基体として使用するための
独特の利点を与えそして導波路とシリコン基体との間の
隔離層として作用して、シリコン基体への光信号のエバ
ネツセント尾部（ｅｖａｎｅｓｃ−ｅｎｔ ｔａｉｌ）
の侵入を減少することにより光パワー損失を減少させる
。
ｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（１９７９） 、 Ｅｌｆ）
、 １５−６１ ＞ ］。導波路１４は、好ましくは伝
送されるべき放射波長に対してシングルモードであるよ
うにデザインされるが、これはデバイス動作に対して必
須ではない。導波路１４は機械的支持を与える基体１０
上に形成される導波路１４は光学室Ｉｌｌ！ （ｏｐｔ
ｉｃａｌ ｆｌａｔ）上にスパッタデポジットさせ又は
溶液からデポジットさせることができる。基体１０に対
するガラス光学定盤を使用して、ドーパント拡散、イオ
ン交換、及びイオン注入を使用して基体の屈折率より大
きい屈折率を有する薄い領域を形成して導波路１４を形
成することができる。基体１０のための半導体（マルチ
プレキサシステムへの電子デバイスのモノリシック集積
を許容する）を使用して、導波路は導波を引き起こすべ
き屈折率の必要とされる変化を有する多層構造のスパッ
タ及び溶液デポジション並びにプロトンボンバードメン
ト（ｐｒｏｔｏｎｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ＞及びエピ
タキシャル生長によるキャリヤ濃度減少により製造する
ことができる。受動半導体（誘導放出を介して光子を発
生することができない）シリコンは、導波路が低い屈折
率を有する熱的に生長した二酸化ケイ素の層上に生成さ
れることができるという点で基体として使用するための
独特の利点を与えそして導波路とシリコン基体との間の
隔離層として作用して、シリコン基体への光信号のエバ
ネツセント尾部（ｅｖａｎｅｓｃ−ｅｎｔ ｔａｉｌ）
の侵入を減少することにより光パワー損失を減少させる
。
導波路１４はそれが機能すべき光学的波長（典型的には
０．８−１．５μｍの範囲の波長）における低い減衰を
有するべきである。作用性導波路材料には、光学ガラス
、リチウムニオベート（ｌｉｔｈｉｔｌｍ ｎｔｏｂａ
ｔｅ ） 、リチウムタンタレート（ｌｉｔｈｉｕｍ
ｔａｎｔａｌａｔｅ ） 、二酸化ケイ素、オキシ窒化
ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｎｉｔｒｔｄｅ） 、
Ｍ酸化タンタル、五酸化ニオブ、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）、フォトレジスト、ポリウレタンエポ
キシ、重合した有機モノマービニルトリメチルシラン（
ＶＴＭＳ）及びヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）
、受動（光子を発生することができない）半導体材料シ
リコン、セレン化亜鉛、及びテルル化亜鉛（ｚｉｎｃ
ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ） 、及び能動（光子を発生するこ
とができる）半導体材料、砒化ガリウム、砒化ガリウム
アルミニウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウ
ムインジウム、リン化砒化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍ
ａｒｓｅｎｉｄｅ ｐｈｏｓｐ −ｈｉｄｅ） 、及び
リン化砒化ガリウムインジウム（ｇａｌｌｉｕｍ ｉｎ
ｄｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ）
が包含される。
０．８−１．５μｍの範囲の波長）における低い減衰を
有するべきである。作用性導波路材料には、光学ガラス
、リチウムニオベート（ｌｉｔｈｉｔｌｍ ｎｔｏｂａ
ｔｅ ） 、リチウムタンタレート（ｌｉｔｈｉｕｍ
ｔａｎｔａｌａｔｅ ） 、二酸化ケイ素、オキシ窒化
ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｎｉｔｒｔｄｅ） 、
Ｍ酸化タンタル、五酸化ニオブ、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）、フォトレジスト、ポリウレタンエポ
キシ、重合した有機モノマービニルトリメチルシラン（
ＶＴＭＳ）及びヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）
、受動（光子を発生することができない）半導体材料シ
リコン、セレン化亜鉛、及びテルル化亜鉛（ｚｉｎｃ
ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ） 、及び能動（光子を発生するこ
とができる）半導体材料、砒化ガリウム、砒化ガリウム
アルミニウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウ
ムインジウム、リン化砒化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍ
ａｒｓｅｎｉｄｅ ｐｈｏｓｐ −ｈｉｄｅ） 、及び
リン化砒化ガリウムインジウム（ｇａｌｌｉｕｍ ｉｎ
ｄｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ）
が包含される。
レンズ１５及び１７は多数の慣用の種類のものであるこ
とができる。大抵の適当なレンズの種類はゲオデシック
レンズ（ｇｅｏｄｅｓｉｃ ｔｅｎｓｅｓ ）及びルネ
ベルグレンズ（Ｌ ｕｎｅｂｅｒｇｌｅｎｓｅｓ）であ
る。
とができる。大抵の適当なレンズの種類はゲオデシック
レンズ（ｇｅｏｄｅｓｉｃ ｔｅｎｓｅｓ ）及びルネ
ベルグレンズ（Ｌ ｕｎｅｂｅｒｇｌｅｎｓｅｓ）であ
る。
ゲオデシックレンズは導波路１４の形成の前に基体１０
表面に適当な形状の凹みをグラインディングすることに
よって生成される。ゲオデシックレンズはグラインディ
ングが関与する故に半導体基体との使用には適当ではな
い。ルネベルグレンズは半導体基体と共に使用するのに
最も適当であると思われる。何故ならば、それらは導波
層の付着前に隔離層の表面に高い屈折率材料の円形に対
称性の突起をデポジットすることによって形成されるか
らである。慣用の手段［イオン注入、プロトンボンバー
ドメント、誘電ストリップローディング（ｄｉｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ ５ｔｒｉｐｌｏａｄｉｎａ ）又は局部不均
一（ｔｏｐｏａｒａｐｈｉｃ ｉｎｈｏｍｏａｅｎｅｉ
ｔｙ ） ］により、レンズ／導導波魔境で光屈折が生
じるのに十分に導波路１４とは異なる有効な屈折率を有
する、導波路上の又は導波路内の適当な形状の領域を形
成することによって、許容し得る形状のレンズを製造す
ることも可能である。
表面に適当な形状の凹みをグラインディングすることに
よって生成される。ゲオデシックレンズはグラインディ
ングが関与する故に半導体基体との使用には適当ではな
い。ルネベルグレンズは半導体基体と共に使用するのに
最も適当であると思われる。何故ならば、それらは導波
層の付着前に隔離層の表面に高い屈折率材料の円形に対
称性の突起をデポジットすることによって形成されるか
らである。慣用の手段［イオン注入、プロトンボンバー
ドメント、誘電ストリップローディング（ｄｉｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ ５ｔｒｉｐｌｏａｄｉｎａ ）又は局部不均
一（ｔｏｐｏａｒａｐｈｉｃ ｉｎｈｏｍｏａｅｎｅｉ
ｔｙ ） ］により、レンズ／導導波魔境で光屈折が生
じるのに十分に導波路１４とは異なる有効な屈折率を有
する、導波路上の又は導波路内の適当な形状の領域を形
成することによって、許容し得る形状のレンズを製造す
ることも可能である。
同様に、格子１６は異なる慣用の方法、例えば、く１）
化学的に又はイオンエツチング（ｉｎｎ ｍ１ｌ−１ｉ
ｎｃ＋）を経由し′Ｃ導波路表面に格子バーをエツチン
グすること、（２）導波路の表面に金属又は誘電体バー
をデポジットすること、（３）圧電トランスデユーサ又
は磁気ひずみトランスデユーサをにより予め選ばれた期
間の表面音波を誘発すること、（４）グラウンド面とし
て基体材料を使用して、導波路表面にデポジットした互
いに入り込んだ接点（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ
ｃｏｎｔａｃｔｓ ）を横切る又は導波路表面にデポジ
ットしたフィンガ接点を横切る電位を加えることによっ
て導波路１４の屈折率の周期的変動を生じさせるように
電気光学的効果を使用すること、（５）導波路の屈折率
の制御された周期的変動を引き起こすのに有効な他の方
法によって製造することができる。
化学的に又はイオンエツチング（ｉｎｎ ｍ１ｌ−１ｉ
ｎｃ＋）を経由し′Ｃ導波路表面に格子バーをエツチン
グすること、（２）導波路の表面に金属又は誘電体バー
をデポジットすること、（３）圧電トランスデユーサ又
は磁気ひずみトランスデユーサをにより予め選ばれた期
間の表面音波を誘発すること、（４）グラウンド面とし
て基体材料を使用して、導波路表面にデポジットした互
いに入り込んだ接点（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ
ｃｏｎｔａｃｔｓ ）を横切る又は導波路表面にデポジ
ットしたフィンガ接点を横切る電位を加えることによっ
て導波路１４の屈折率の周期的変動を生じさせるように
電気光学的効果を使用すること、（５）導波路の屈折率
の制御された周期的変動を引き起こすのに有効な他の方
法によって製造することができる。
前記した如く、本発明の装置は波長分割を介して光信号
を多重化又はデマルチプレキシングするのに随意に使用
することができる。
を多重化又はデマルチプレキシングするのに随意に使用
することができる。
単一光ファイバへの光源をマルチプレキシングするため
に、レーザ又はＬＥＤ光源（レンズを使用して適当にフ
ォーカシングされた）をカップリングさせ又は平面基体
１０上へモノリシックにこれらの光源を集積することが
実施可能である。この後者の選択は、導波路がその上に
形成されている基体能動半導体材料（誘導光子放出がで
きる）、例えば、砒化ガリウム、砒化ガリウムアルミニ
ウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジ
ウム、リン化砒化ガリウム、リン化砒化ガリウムインジ
ウム、又は他の■−ｖ族及びＩＩ −Ｖｌ族の（二成分
系、三成分系又は四成分系の）ダイレクト［又はニア−
ダイレクト（ｎｅａｒ−ｄｉｒｅｃｔ ） ］バンドギ
ャップ材料であることを必要とする。遠く離れた光源か
ら光ファイバを人力として導波路にカップリングさせる
ことも実施可能であるけれども、これは許容できない光
パワー損失をもたらすことがある。導波路への入力又は
出力デバイスのカップリングはいくつかの方法で達成す
ることができる［アール、ジー、ハンスバーガー、イビ
ッド、８８−１０６頁（Ｒ、Ｇ 、 Ｈｕｎｓｐｅｒｇ
ｅｒ。
に、レーザ又はＬＥＤ光源（レンズを使用して適当にフ
ォーカシングされた）をカップリングさせ又は平面基体
１０上へモノリシックにこれらの光源を集積することが
実施可能である。この後者の選択は、導波路がその上に
形成されている基体能動半導体材料（誘導光子放出がで
きる）、例えば、砒化ガリウム、砒化ガリウムアルミニ
ウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジ
ウム、リン化砒化ガリウム、リン化砒化ガリウムインジ
ウム、又は他の■−ｖ族及びＩＩ −Ｖｌ族の（二成分
系、三成分系又は四成分系の）ダイレクト［又はニア−
ダイレクト（ｎｅａｒ−ｄｉｒｅｃｔ ） ］バンドギ
ャップ材料であることを必要とする。遠く離れた光源か
ら光ファイバを人力として導波路にカップリングさせる
ことも実施可能であるけれども、これは許容できない光
パワー損失をもたらすことがある。導波路への入力又は
出力デバイスのカップリングはいくつかの方法で達成す
ることができる［アール、ジー、ハンスバーガー、イビ
ッド、８８−１０６頁（Ｒ、Ｇ 、 Ｈｕｎｓｐｅｒｇ
ｅｒ。
１ｂｉｄ、 ｐｐ、８８−１０６ ）参照１゜普通の方
法には、（１）導波路の露出した縁に直接突き合わせカ
ップリングすること、（２）プリズムを今して平面状導
波路表面を通してカップリングすること、（３）格子を
介して導波路表面を通してカップリングすること、（４
）テーパー付きフィルムカップラを介してカップリング
することを包含するっマルチプレキサとしての出願人の
発明のシステムの操作は本質的には、前記した如きデマ
ルチプレギング態様の操作の逆である。第２図を参照す
ると、光信号源（ｏｐｔｉｃａｌ ５ｏｕｒｃｅｓ ）
は式（１４）により決定される如き中心Ｓに置かれた光
検出受信器１８に替えられる。光信号源は伝送さ、れる
べき情報に従って慣用の手段によって振幅変調される。
法には、（１）導波路の露出した縁に直接突き合わせカ
ップリングすること、（２）プリズムを今して平面状導
波路表面を通してカップリングすること、（３）格子を
介して導波路表面を通してカップリングすること、（４
）テーパー付きフィルムカップラを介してカップリング
することを包含するっマルチプレキサとしての出願人の
発明のシステムの操作は本質的には、前記した如きデマ
ルチプレギング態様の操作の逆である。第２図を参照す
ると、光信号源（ｏｐｔｉｃａｌ ５ｏｕｒｃｅｓ ）
は式（１４）により決定される如き中心Ｓに置かれた光
検出受信器１８に替えられる。光信号源は伝送さ、れる
べき情報に従って慣用の手段によって振幅変調される。
半導体レーザダイオードはその狭いスペクトル応答及び
シングルモード操作のためのポテンシャルにより本発明
に特に適用できるように思われる。これは、もちろん、
他の種類のレーザ源の使用を排除するものではない。Ｌ
ＥＤ光信号源はそれらのより広いスペクトル応答及び減
少した出、力方向性により相当より大きいチャンネル間
空間の使用を必要とし、かくして本発明のマルチブレキ
シング効率を減少するであろう。
シングルモード操作のためのポテンシャルにより本発明
に特に適用できるように思われる。これは、もちろん、
他の種類のレーザ源の使用を排除するものではない。Ｌ
ＥＤ光信号源はそれらのより広いスペクトル応答及び減
少した出、力方向性により相当より大きいチャンネル間
空間の使用を必要とし、かくして本発明のマルチブレキ
シング効率を減少するであろう。
光信号源からの変調された光信号出力はそれらが適当な
ビーム幅になる迄導波路１４内で発散することを許容さ
れる。その点でレンズ１７はビームを平行にしそしてそ
れらを周期的放射伝送性回折格子１６に向ける。各光信
号源からの出力はそれが格子１６に達するとき正い角度
コースに沿って方向づけることが第１に重要である。こ
れらの角度コースは出願人の発明がデマルチプレキシン
グ態様において使用されるとき格子を出る対応する波長
の信号によって取られたコースと同一であり、かくして
もちろん、格子に関する入力と出力の逆転した役割に注
意して式（１）乃至（８）が適用可能である。
ビーム幅になる迄導波路１４内で発散することを許容さ
れる。その点でレンズ１７はビームを平行にしそしてそ
れらを周期的放射伝送性回折格子１６に向ける。各光信
号源からの出力はそれが格子１６に達するとき正い角度
コースに沿って方向づけることが第１に重要である。こ
れらの角度コースは出願人の発明がデマルチプレキシン
グ態様において使用されるとき格子を出る対応する波長
の信号によって取られたコースと同一であり、かくして
もちろん、格子に関する入力と出力の逆転した役割に注
意して式（１）乃至（８）が適用可能である。
格子１６を出ると、１次回折を受ける多数の光信号は自
由空間における中心波長λＯＣのブラックの角度により
決定された角度コースに従いそして出力として作用する
ファイバ７にそれをフォーカシングするレンズ１５に入
るであろう。出力ファイバフは多重化された出力信号を
受は入れるのに十分に大きい開口数を持たなければなら
ない。
由空間における中心波長λＯＣのブラックの角度により
決定された角度コースに従いそして出力として作用する
ファイバ７にそれをフォーカシングするレンズ１５に入
るであろう。出力ファイバフは多重化された出力信号を
受は入れるのに十分に大きい開口数を持たなければなら
ない。
デマルチブレキサとして使用される場合には、装置は導
波路にカップリングした光検出器１８又は高い開口数の
出力ファイバを必要とする。カップリングは前記方法の
１つによって達成することができる。この場合も、平面
状導波路１４がその上に形成れているところの基体１０
に光検出器受信器１８をモノリシックに集積することが
可能である。この選択は捕集可能な電子保持対（ｃｏｌ
ｌ−ｅｃｔｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｄ−ｐ
ａｉｒ）が形成されるような方法で注目の波長を吸収す
るのに十分に小さい有効バンドギャップを有する半導体
の如き材料に基体の選択を限定するであろう。かかる半
導体はモノリシックに集積された光信号源の場合におけ
る如くダイレクト又はニア−ダイレクトバンドギャップ
能動半導体材料であることは必要ではない。
波路にカップリングした光検出器１８又は高い開口数の
出力ファイバを必要とする。カップリングは前記方法の
１つによって達成することができる。この場合も、平面
状導波路１４がその上に形成れているところの基体１０
に光検出器受信器１８をモノリシックに集積することが
可能である。この選択は捕集可能な電子保持対（ｃｏｌ
ｌ−ｅｃｔｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｄ−ｐ
ａｉｒ）が形成されるような方法で注目の波長を吸収す
るのに十分に小さい有効バンドギャップを有する半導体
の如き材料に基体の選択を限定するであろう。かかる半
導体はモノリシックに集積された光信号源の場合におけ
る如くダイレクト又はニア−ダイレクトバンドギャップ
能動半導体材料であることは必要ではない。
かくして、出願人の波長分割デマルチプレキシングシス
テムへの電子工学的半導体デバイスのモノリシック集積
に有用な作用性基体材料には、受動（Ｍ導放出により光
子を発生することができない）半導体材料、シリコンゲ
ルマニウム、砒化亜鉛、及びテルル化亜鉛、並びに能動
（誘導放出により光子を発生することができる）半導体
材料、砒化ガリウム、砒化ガリウムアルミニウム、砒化
ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジウム、リン
化砒化ガリウム、及びリン化砒化ガリウムインジウムが
包含される。受動半導体ゲルマニウムは非常に高い屈折
率（ｎ−４４，０）を有し、これは大抵の導波材料の屈
折率よりはるかに大きい。かくして、ゲルマニウムが基
体１０として選ばれるならば、光信号のパワーが導波路
１４から基体１０に望ましくないカップリングをしない
ことを確実にするために低い屈折率を有する材料の光学
的隔離層が基体１０と導波路１４との間に必要である。
テムへの電子工学的半導体デバイスのモノリシック集積
に有用な作用性基体材料には、受動（Ｍ導放出により光
子を発生することができない）半導体材料、シリコンゲ
ルマニウム、砒化亜鉛、及びテルル化亜鉛、並びに能動
（誘導放出により光子を発生することができる）半導体
材料、砒化ガリウム、砒化ガリウムアルミニウム、砒化
ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジウム、リン
化砒化ガリウム、及びリン化砒化ガリウムインジウムが
包含される。受動半導体ゲルマニウムは非常に高い屈折
率（ｎ−４４，０）を有し、これは大抵の導波材料の屈
折率よりはるかに大きい。かくして、ゲルマニウムが基
体１０として選ばれるならば、光信号のパワーが導波路
１４から基体１０に望ましくないカップリングをしない
ことを確実にするために低い屈折率を有する材料の光学
的隔離層が基体１０と導波路１４との間に必要である。
導波路１４と半導体基体１０との間の光学的隔離層の使
用は一般に望ましい。何故ならば、これは高度に吸収性
の半導体材料への信号のエバネッセント尾部の侵入を減
じることによって導波路からの光信号の損失を減少する
からである。更に、光学的隔離層１層の使用は設計者が
基体の屈折率とは独立に導波材料を選ぶことを可能−と
する。
用は一般に望ましい。何故ならば、これは高度に吸収性
の半導体材料への信号のエバネッセント尾部の侵入を減
じることによって導波路からの光信号の損失を減少する
からである。更に、光学的隔離層１層の使用は設計者が
基体の屈折率とは独立に導波材料を選ぶことを可能−と
する。
光検出器受信器出力１８の他に、本発明のデマルチプレ
キシング態様は、個々のチャンネルをデマルチズレキサ
から他のデバイスに向ける受動出力（ｐａｓｓｉｖｅ
ｏｕｔｐｕｔｓ ）として光７フイバを使用することが
できる。ファイバは前記した方法の１つによって平面状
導波路１４にカップリングさせることができ、そしてデ
マルチズレキシングされた出力を受は取るのに十分に高
い間口数でなければならないであろう。デマルチズレキ
シングされた信号を光フアイバ出力に供給する前に光増
幅器リピータを使用することも実施可能である。光増幅
器リピータは、レーザの出力を制御するように、半導体
レーザダイオードのバイアスネットワークにおける電子
回路素子に増幅されるべき信号を注入することにより製
造された［エイチ、マツダ（１−１，ＭａｔＳＩＪｄａ
）及びエム、ナカムラ（Ｍ。
キシング態様は、個々のチャンネルをデマルチズレキサ
から他のデバイスに向ける受動出力（ｐａｓｓｉｖｅ
ｏｕｔｐｕｔｓ ）として光７フイバを使用することが
できる。ファイバは前記した方法の１つによって平面状
導波路１４にカップリングさせることができ、そしてデ
マルチズレキシングされた出力を受は取るのに十分に高
い間口数でなければならないであろう。デマルチズレキ
シングされた信号を光フアイバ出力に供給する前に光増
幅器リピータを使用することも実施可能である。光増幅
器リピータは、レーザの出力を制御するように、半導体
レーザダイオードのバイアスネットワークにおける電子
回路素子に増幅されるべき信号を注入することにより製
造された［エイチ、マツダ（１−１，ＭａｔＳＩＪｄａ
）及びエム、ナカムラ（Ｍ。
Ｎ ａｋａＬＩｌｌｌｒａ ） 、”半絶縁Ｇａ Ａｓ
蟇体上のレーザダイオード、フォトモニタ及び電気回路
のモノリシック集積（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、
ｐｈｏｔｏｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｃｉｒｃ−ｕｉｔｓ Ｏｎ ａ ｓｅ＋＋＋ｉ１−１
ｎｓｕｌａｔｉｎ ａａ Ａｓ ５ｕｂｓｔｒ −ａｔ
ｅ ） 、アプライドオプティックス、第２３巻、第６
号、７７９−７８１頁（１９８４）（ＡＩ）ｌｌＩ−ｉ
ｅｄ Ｑｐｔｉｃｓ、 Ｖｏｌ、 ２３． Ｎｏ、
６． Ｉ）Ｉ）。７７９−７８１ （１９８４））］。
蟇体上のレーザダイオード、フォトモニタ及び電気回路
のモノリシック集積（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、
ｐｈｏｔｏｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｃｉｒｃ−ｕｉｔｓ Ｏｎ ａ ｓｅ＋＋＋ｉ１−１
ｎｓｕｌａｔｉｎ ａａ Ａｓ ５ｕｂｓｔｒ −ａｔ
ｅ ） 、アプライドオプティックス、第２３巻、第６
号、７７９−７８１頁（１９８４）（ＡＩ）ｌｌＩ−ｉ
ｅｄ Ｑｐｔｉｃｓ、 Ｖｏｌ、 ２３． Ｎｏ、
６． Ｉ）Ｉ）。７７９−７８１ （１９８４））］。
この構成はかかる光学的リピータが能動半導体材料の平
面状基体にモノリシックに集積される場合に最も有利で
ある。
面状基体にモノリシックに集積される場合に最も有利で
ある。
実 施 例
第２図に部分的に略図で示された下記装置は、デマルチ
プレキシングサービスにおける本発明に適用可能な設計
原理を説明する。
プレキシングサービスにおける本発明に適用可能な設計
原理を説明する。
自由空間における予め選ばれた中心波長、λＯＣは伝送
光ファイバが非常に低い減衰率を有しそして色分散（ｃ
ｈｒｏｍａｔｔｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を持たない
領域において１ 、３μｍ （１３００ｎｍ）として
選ばれる。チャンネル間の間隔、又は個々のチャンネル
の波長間の間隔、ΔλＯは１Ｑｎｍとして選ばれている
が、本装置ははるかに大きい又ははるかに小さいチャン
ネル幅をデマルチプレキシング〈又はマルチプレキシン
グ）するように設計できることは理解されるべきであろ
う。チャンネル幅のこの選択は、それぞれチャンネルλ
ＯＣ１λＯＣ＋１、λＯＣ＋２、λ００＋３に対して自
由空間波長、１．３０゜１．３１．１．３２．１．３３
μｍ等に中心を有するそれらのピークスペクトル出力を
有する光搬送体チャンネルを生じる。
光ファイバが非常に低い減衰率を有しそして色分散（ｃ
ｈｒｏｍａｔｔｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を持たない
領域において１ 、３μｍ （１３００ｎｍ）として
選ばれる。チャンネル間の間隔、又は個々のチャンネル
の波長間の間隔、ΔλＯは１Ｑｎｍとして選ばれている
が、本装置ははるかに大きい又ははるかに小さいチャン
ネル幅をデマルチプレキシング〈又はマルチプレキシン
グ）するように設計できることは理解されるべきであろ
う。チャンネル幅のこの選択は、それぞれチャンネルλ
ＯＣ１λＯＣ＋１、λＯＣ＋２、λ００＋３に対して自
由空間波長、１．３０゜１．３１．１．３２．１．３３
μｍ等に中心を有するそれらのピークスペクトル出力を
有する光搬送体チャンネルを生じる。
平面導波路１４は光ファイバ７の屈折率及びコア直径に
整合する（ｍａｔｃｈ ＞ように屈折率ｎ＝１．４６を
有する１０μｍ厚さのスパッタリングされたシリケート
光学ガラスであるように選ばれる。基体１０は導波路１
４をシングルモードに保つように屈折率ｎ＜１．４９５
を有する光学ガラスとして選ばれる。導波路１４をシン
グルモードにすることは必須ではなく、ファイバクの特
性を整合させることも必須ではないが、本実施例におい
ては最適化としてこれに頼っていることは理解されるで
あろう。基体１０は、導波路１４内で伝搬する光信号の
散乱を引き起こすことがある表面不規則性が最小である
ように非常に精巧な光学的摩きを持つべきである。
整合する（ｍａｔｃｈ ＞ように屈折率ｎ＝１．４６を
有する１０μｍ厚さのスパッタリングされたシリケート
光学ガラスであるように選ばれる。基体１０は導波路１
４をシングルモードに保つように屈折率ｎ＜１．４９５
を有する光学ガラスとして選ばれる。導波路１４をシン
グルモードにすることは必須ではなく、ファイバクの特
性を整合させることも必須ではないが、本実施例におい
ては最適化としてこれに頼っていることは理解されるで
あろう。基体１０は、導波路１４内で伝搬する光信号の
散乱を引き起こすことがある表面不規則性が最小である
ように非常に精巧な光学的摩きを持つべきである。
放射反射性格子バーは周期的に間隔を置いて配列された
アレーにおいて導波路表面にエツチングされて、入力ビ
ーム１９の回折を引き起こす放射伝導性周期的回折格１
６を形成する。導波路１４の表面をエツチングすること
によって生じた局所的不均一性は導波路の有効屈折率を
変えて、導波路１４内放射反射性要素を与える。格子１
６は１．５μｍの周期で間隔を置いて配置された１５μ
ｍ長さのバーを持つように選ばれ、そして導波路表面に
フォトレジストマスクを形成する慣用の写真印刷法を使
用して製造される。次いで導波路表面は化学的に１．５
μｍ深さにエツチングされる６場合により、化学的エツ
チングの代わりにエツチング深さに対してより大きい制
御を有するイオンビームエツチングを使用することがで
きる。
アレーにおいて導波路表面にエツチングされて、入力ビ
ーム１９の回折を引き起こす放射伝導性周期的回折格１
６を形成する。導波路１４の表面をエツチングすること
によって生じた局所的不均一性は導波路の有効屈折率を
変えて、導波路１４内放射反射性要素を与える。格子１
６は１．５μｍの周期で間隔を置いて配置された１５μ
ｍ長さのバーを持つように選ばれ、そして導波路表面に
フォトレジストマスクを形成する慣用の写真印刷法を使
用して製造される。次いで導波路表面は化学的に１．５
μｍ深さにエツチングされる６場合により、化学的エツ
チングの代わりにエツチング深さに対してより大きい制
御を有するイオンビームエツチングを使用することがで
きる。
格子１６に入る光ビーム１９は５ｎ＋ｍ幅であるように
予め選択される。ビーム入射角は格子に対してθｉ ＝
１７．２６６°であるように選ばれる。
予め選択される。ビーム入射角は格子に対してθｉ ＝
１７．２６６°であるように選ばれる。
次いで自由空間における中心波長、λＯＣはθｒｃ＝１
７．２６６°の角度で格子に入る。角チャンネル離隔Δ
θｒは０．２７４０’である。個々のチャンネルの角半
価パワー幅、△θ、は（午かに０゜０１０２°であり、
しかも非常に明瞭なスポットを生じる。式（１３）にお
いて与えられた比は２６．８５であり、即ち、個々のチ
ャンネルは、個々のチャンネルの出力ビームが散開して
いるよりも２６倍人きく角度的に離隔されている。これ
は個々のチャンネル間の非常に低い漏話をもたらす。
７．２６６°の角度で格子に入る。角チャンネル離隔Δ
θｒは０．２７４０’である。個々のチャンネルの角半
価パワー幅、△θ、は（午かに０゜０１０２°であり、
しかも非常に明瞭なスポットを生じる。式（１３）にお
いて与えられた比は２６．８５であり、即ち、個々のチ
ャンネルは、個々のチャンネルの出力ビームが散開して
いるよりも２６倍人きく角度的に離隔されている。これ
は個々のチャンネル間の非常に低い漏話をもたらす。
ゲオデシツクレンズはフォーカシング出力レンズ１７と
して選ばれる。このようなレンズはこの用途に理想的で
ある。何故ならば、それらの特性は集積された光学的回
路に使用される他の普通のレンズと異なって、波長又は
光学的モードから独立であるからである。選ばれたレン
ズは焦点距離１５ｍｍ及び１．５のｆ数（ｆ ｎＬＩＩ
ｌｌｂｅｒ）を生じるｌＱｍｍの有効開口（ｕｓｅｒｕ
ｔ ａｌ）ｅｒｔｌＪｒｅ ）を有する。
して選ばれる。このようなレンズはこの用途に理想的で
ある。何故ならば、それらの特性は集積された光学的回
路に使用される他の普通のレンズと異なって、波長又は
光学的モードから独立であるからである。選ばれたレン
ズは焦点距離１５ｍｍ及び１．５のｆ数（ｆ ｎＬＩＩ
ｌｌｂｅｒ）を生じるｌＱｍｍの有効開口（ｕｓｅｒｕ
ｔ ａｌ）ｅｒｔｌＪｒｅ ）を有する。
出力レンズ１７の中心は、自由空間にお、ける中心波長
λＯＣに対する出力ビーム１９ａ （第３図）の中心が
出力レンズの光軸と同一空間を占めるような位置に格１
６から２０ＩＩＩＩ１１のところに位置づけられる。空
間的に最も外側のビーム（中心波長における出力ビーム
から角度±２０△θｒで格子により回折された）は、か
くして、出力レンズ中心における軸線から１．９１ｍ１
Ｒ離れていて、ビームの全体は出力レンズの有効開口内
に十分に入る。
λＯＣに対する出力ビーム１９ａ （第３図）の中心が
出力レンズの光軸と同一空間を占めるような位置に格１
６から２０ＩＩＩＩ１１のところに位置づけられる。空
間的に最も外側のビーム（中心波長における出力ビーム
から角度±２０△θｒで格子により回折された）は、か
くして、出力レンズ中心における軸線から１．９１ｍ１
Ｒ離れていて、ビームの全体は出力レンズの有効開口内
に十分に入る。
前記の条件下で、個々の情報チャンネルは７１゜７３μ
ｍ離隔され、そしてスポット寸法は６．６２μｍである
。光検出器受信器１８は１１．７３μｍｖｉ隔した６０
μｍ幅である。このデザインは、チャンネル間のｍ話の
有為な増加を伴なうこと５．５ｎｍまでの即ちチャンネ
ル幅の＋５０％より大きい波長ドリフトを許容する。
ｍ離隔され、そしてスポット寸法は６．６２μｍである
。光検出器受信器１８は１１．７３μｍｖｉ隔した６０
μｍ幅である。このデザインは、チャンネル間のｍ話の
有為な増加を伴なうこと５．５ｎｍまでの即ちチャンネ
ル幅の＋５０％より大きい波長ドリフトを許容する。
この相対的に簡単なデバイスは、波長１．１−５μｍに
わたって、４１チヤンネルをデマルチプレキシングする
ことができ、即ち最近の技術水準の２倍である。事実、
このデザインに対する解像可能なスポットの数は１１０
０を越えＣおり、関連した光源のドリフト並びに光学レ
ンズ及びマイクロエレクトロニックデバイス製作の制限
によって課せられるチャンネル幅によってのみ装置能力
を制限する。
わたって、４１チヤンネルをデマルチプレキシングする
ことができ、即ち最近の技術水準の２倍である。事実、
このデザインに対する解像可能なスポットの数は１１０
０を越えＣおり、関連した光源のドリフト並びに光学レ
ンズ及びマイクロエレクトロニックデバイス製作の制限
によって課せられるチャンネル幅によってのみ装置能力
を制限する。
波長分割デマルチプレキシングの異なる例はスペクトル
分析における本発明の使用である。未知の波長成分（例
えば、高温で未知成分の合金により放射される波長成分
）を有する電磁放射の偏光されそして平行化された入力
は本発明により分離されて、その正確なスペクトル組成
を決定することができる。平面状伝送回折格子を使用す
るスペクトロメータに対する好ましい態様は、圧電（又
は磁気ひずみ）トランスデユーサを使用して前記した平
面状導波路における表面音波を誘発して、導波路の屈折
率の周期的変動を引き起こす。これはデバイスが適当な
波長に同調させられることを許容し、より広範な範囲の
スペクトル分析を可能とする。このようなこのデバイス
の態様はスペクトロメータに同調するため基準入力のた
めの既知の波長の光源を更に必要とするであろう。
分析における本発明の使用である。未知の波長成分（例
えば、高温で未知成分の合金により放射される波長成分
）を有する電磁放射の偏光されそして平行化された入力
は本発明により分離されて、その正確なスペクトル組成
を決定することができる。平面状伝送回折格子を使用す
るスペクトロメータに対する好ましい態様は、圧電（又
は磁気ひずみ）トランスデユーサを使用して前記した平
面状導波路における表面音波を誘発して、導波路の屈折
率の周期的変動を引き起こす。これはデバイスが適当な
波長に同調させられることを許容し、より広範な範囲の
スペクトル分析を可能とする。このようなこのデバイス
の態様はスペクトロメータに同調するため基準入力のた
めの既知の波長の光源を更に必要とするであろう。
要約すると、最近の技術水準を上まわる本発明の平面状
放射伝送格子波長分割マルチプレキサ（デマルチプレキ
サ）の主な利点は、下記の如き点である。
放射伝送格子波長分割マルチプレキサ（デマルチプレキ
サ）の主な利点は、下記の如き点である。
（１）それが現存のデバイスよりはるかに多くの数の情
報チャンネルをマルチブレキシング又はデマルチプレキ
シングすることがで、それによって光ファイバの減衰の
゛′窓″をはるかに良好に利用しそして光フアイバ通信
のチャンネル当りのコストを相当に減少させること、 （２）それは、非常に小さい（１ｎｍより小ざい〉から
非常に大きい（約１０Ｏｎ＋＋＋）までのチャンネル間
間隔（又は個々のチャンネルの化カスベクトル波長の中
心間の間隔）で光信号を処理するように設計することが
できること、 （３）慣用の方法を使用して、光源、検出器及び関連し
た電子デバイスを含めて、平面状の集積された構造にお
いて簡単に且つ経済的に製造することができること、 （４）平面導波路の使用は他の波長分割マルチプレキシ
ングシステムと比較して信号の優れた光学的閉じ込め（
ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ）を与え、
光信号の損失を減少させること、 （５）シングルモードにすることができ、それによりこ
の方法の利点から利益を１ｑることかできること、 （６）すべての構成部品の整列が製造期間中決定される
ので蛎械的安定性を有すること、（７）小さい寸法及び
低い重帯を有すること、（８）放射伝送性回折格子は従
来使用された機械研摩された反射回折格子より製作する
のがより簡単であること、 くっ）本発明の放射伝送性周期的回折格子は処理の際の
光ビームを反射格子より大きい格子面積にさらし、有効
な回折を生じ、かくして改良された解像力を与えること
、 （１０）複雑なフィルタ又は厄介な反射防止コーティン
グは本発明の装置においては必要とされないこと、 （１１）全体的に受動性にすることができ、即ち、外部
パワー供給源を必要としないこと。
報チャンネルをマルチブレキシング又はデマルチプレキ
シングすることがで、それによって光ファイバの減衰の
゛′窓″をはるかに良好に利用しそして光フアイバ通信
のチャンネル当りのコストを相当に減少させること、 （２）それは、非常に小さい（１ｎｍより小ざい〉から
非常に大きい（約１０Ｏｎ＋＋＋）までのチャンネル間
間隔（又は個々のチャンネルの化カスベクトル波長の中
心間の間隔）で光信号を処理するように設計することが
できること、 （３）慣用の方法を使用して、光源、検出器及び関連し
た電子デバイスを含めて、平面状の集積された構造にお
いて簡単に且つ経済的に製造することができること、 （４）平面導波路の使用は他の波長分割マルチプレキシ
ングシステムと比較して信号の優れた光学的閉じ込め（
ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ）を与え、
光信号の損失を減少させること、 （５）シングルモードにすることができ、それによりこ
の方法の利点から利益を１ｑることかできること、 （６）すべての構成部品の整列が製造期間中決定される
ので蛎械的安定性を有すること、（７）小さい寸法及び
低い重帯を有すること、（８）放射伝送性回折格子は従
来使用された機械研摩された反射回折格子より製作する
のがより簡単であること、 くっ）本発明の放射伝送性周期的回折格子は処理の際の
光ビームを反射格子より大きい格子面積にさらし、有効
な回折を生じ、かくして改良された解像力を与えること
、 （１０）複雑なフィルタ又は厄介な反射防止コーティン
グは本発明の装置においては必要とされないこと、 （１１）全体的に受動性にすることができ、即ち、外部
パワー供給源を必要としないこと。
本発明はその本質的原理から逸脱することなく広範に修
正することができることは理解されるであろう。
正することができることは理解されるであろう。
第１図は電気光学的ファイバ信号伝送／受信システムの
略図である。 第２図は第１図の光信号伝送及び受信装置に関連してい
る本発明のデマルチプレキサ（マルチプレキサ）の好ま
しい態様の部分的略斜視図である。 第３図は第２図の回折格子の略図である。 第４図乃至第７図は本発明に適用できると考えられる容
認された原理を示す光線図である。 図において、５ａ乃至５ｎ・・・信号入力、−５ａ ・
・・波長分割マルチプレキサ（ＷＤＭ）、６ｂ・・・受
容体ＷＤＭデバイス、７・・・単一光ファイバ、９ａ乃
至９ｎ・・・信号出力、１０ａ乃至１０ｎ ・・・個々
の検出器、１４・・・放射伝送性平面状導波路、 １５・・・入力平行化レンズ、１６・・・放射伝送性周
期的回折格子、１７・・・出力フォーカシングレンズ、
１８・・・信号受容体、 １９・・・平行化された入力放射スペクトルビームであ
る。 特許出願人 ユニバーシティ・オブ・ デラウエア
略図である。 第２図は第１図の光信号伝送及び受信装置に関連してい
る本発明のデマルチプレキサ（マルチプレキサ）の好ま
しい態様の部分的略斜視図である。 第３図は第２図の回折格子の略図である。 第４図乃至第７図は本発明に適用できると考えられる容
認された原理を示す光線図である。 図において、５ａ乃至５ｎ・・・信号入力、−５ａ ・
・・波長分割マルチプレキサ（ＷＤＭ）、６ｂ・・・受
容体ＷＤＭデバイス、７・・・単一光ファイバ、９ａ乃
至９ｎ・・・信号出力、１０ａ乃至１０ｎ ・・・個々
の検出器、１４・・・放射伝送性平面状導波路、 １５・・・入力平行化レンズ、１６・・・放射伝送性周
期的回折格子、１７・・・出力フォーカシングレンズ、
１８・・・信号受容体、 １９・・・平行化された入力放射スペクトルビームであ
る。 特許出願人 ユニバーシティ・オブ・ デラウエア
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、波長分割システムであって、平行化レンズ及びフォ
ーカシングレンズを備えた放射伝送性平面状導波路を具
備し、該放射伝送性平面状導波路は周期的放射伝送性回
折格子を備え、該周期的放射伝送性回折格子は、デマル
チプレキシングサービスにおいては、該放射伝送性平面
状導波路を介して同時に伝送される異なった特性波長の
多数のコヒーレントな放射信号を構成する光信号入力を
個々の独立信号に分離し、そしてマルチプレキシングサ
ービスにおいては、該デマルチプレキシングサービスに
おいて該伝送性回折格子を出る対応する波長の個々の放
射信号が取った角度コースと実質的に同一空間を占める
角度コースに沿って該放射伝送性平面状導波路を介して
該伝送性回折格子に個々に導入された光源からの多数の
コヒーレントな放射信号を統合するように、予め選ばれ
た間隔を置いて配置されたアレーをなしている多数の放
射反射要素を含んで成り、更に該信号を専用の受容体に
方向づける手段を具備することを特徴とする波長分割シ
ステム。 ２、該周期的回折格子放射反射要素が、該デマルチプレ
キシングサービスにおいて、該回折格子に入射する該放
射が異なった特性の波長の該多数のコヒーレントな放射
信号の中心波長の実質的にブラックの角度にあり、そし
て該マルチプレキシングサービスにおいては、該回折格
子を出る該放射は異なる特性の波長の該多数のコヒーレ
ントな放射信号の該中心波長の該ブラックの角度にある
ように、空間において配向されている特許請求の範囲第
１項記載の波長分割システム。 ３、該平面状放射伝送性導波路、該周期性放射伝送性回
折格子該導波路フォーカシングレンズ及び平行化レンズ
、該専用の受容体及び該光信号源は半導体材料の単一基
体内に又は半導体材料の単一基体上にモノリシックに集
積された構成において製作されている特許請求の範囲第
１項記載の波長分割システム。 ４、該半導体材料が受動（誘導放出を介して光子発生す
ることができない）半導体シリコン、ゲルマニウム、砒
化亜鉛、及びテルル化亜鉛、並びに能動（誘導放出を介
して光子を発生することができる）半導体、砒化ガリウ
ム、砒化ガリウムアルミニウム、砒化ガリウムインジウ
ム、リン化ガリウムインジウム、りん化砒化ガリウム、
及びリン化砒化ガリウムインジウムから成る群の１つで
ある特許請求の範囲第３項記載の波長分割システム。 ５、該デマルチプレキシングサービスにおいて、該専用
の受容体は光検出器、光ファイバから成る群の１つであ
り、そして該マルチプレキシングサービスにおいては、
該専用の受容体は光ファイバである特許請求の範囲第１
項記載の波長分割システム。 ６、該光信号源はレーザ及び発光ダイオードから成る群
の１つである特許請求の範囲第１項記載の波長分割シス
テム。 ７、該平面状放射伝送性導波路がシングルモードである
特許請求の範囲第１項記載の波長分割システム。 ８、導波路は、一光学ガラス、リチウムニオベート、リ
チウムタンタレート、二酸化ケイ素、オキシ窒化ケイ素
、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、ポリメチルメタクリ
レート（ＰＭＭＡ）、フォトレジスト、ポリウレタンエ
ポキシ、重合した有機モノマービニルトリメチルシラン
（ＶＴＭＳ）及びヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ
）から成る群の１つ又はシリコン、砒化ガリウム、砒化
ガリウムアルミニウム、砒化ガリウムインジウム、リン
化ガリウムインジウム、リン化砒化ガリウム及びリン化
砒化ガリウムインジウム、セレン化亜鉛、及びテルル化
亜鉛から成る群の半導体の１つから製造される特許請求
の範囲第１項又は７項記載の波長分割システム。 ９、処理された該光信号は約１ｎｍ乃至約１００ｎｍの
範囲のチャンネル間間隔を有する特許請求の範囲第１項
記載の波長分割システム。 １０、異なった特性の波長の多数のコヒーレントな放射
信号を構成する光信号入力を、放射伝送性平面状導波路
を介して周期的放射伝送性回折格子を通して同時に伝送
して、該信号を個々の独立した信号に分離することと、
しかる後該独立した信号を個々の専用の受容体にルーチ
ングすることを含んで成るデマルチプレキシングするた
めの波長分割方法。 １１、該信号を特許請求の範囲第１０項記載のデマルチ
プレキシングにおいて周期的放射伝送性回折格子から出
る個々の放射信号が取った角度コースと実質的に同じ角
度コースに沿って放射伝送性平面状導波路を介して周期
的放射伝送性回折格子を通して導入することと、しかる
後、該統合された信号を専用の受容体にルーチングする
ことを含んで成る、特許請求の範囲第１０項記載の異な
った特性の波長の多数の個々の光放射信号をマルチプレ
キシングするための波長分割方法。
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