(57)【要約】      （修正有）【課題】挿入損失を最小化しながら光信号を合波する複合合波器を提供する。【解決手段】複数の光信号を合波する複合合波器１１０が、１組の合波器を備える。１組の合波器は少なくとも１つの非偏波合波器１５０に光学的に接続される少なくとも１つの偏波合波器１６０を含む。非偏波合波器１５０は、第１の１組の入力信号内の各入力信号の偏波を維持しながら、第１の１組の入力信号を合波する。偏波合波器１６０は、第２の１組の入力信号内の少なくとも１つの入力信号の偏波を変換しながら、第２の１組の入力信号を合波する。【選択図】図１Ａ
2014215609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光信号を合波する複合合波器であって、
１組の合波器を備え、該１組の合波器は、少なくとも１つの非偏波合波器と、該非偏波合波器に光学的かつ物理的に接続される少なくとも１つの偏波合波器とを含み、前記非偏波合波器は、第１の１組の入力信号内の各入力信号の偏波を維持しながら、前記第１の１組の入力信号を合波し、前記偏波合波器は、第２の１組の入力信号内の少なくとも１つの入力信号の偏波を変換しながら、前記第２の１組の入力信号を合波する、複合合波器。
【請求項２】
前記偏波合波器は、光信号の偏波を変換する偏波変換器と、異なる偏波の複数の光信号を合波する合波器とを含む、請求項１に記載の複合合波器。
【請求項３】
前記１組の合波器は、前記偏波合波器に接続される２つの非偏波合波器を含み、該２つの非偏波合波器の出力信号は、前記偏波合波器に入力される入力信号である、請求項１に記載の複合合波器。
【請求項４】
前記非偏波合波器は、
第１の入力信号と第２の入力信号とを合波して第１の合波信号を生成する第１の非偏波合波器と、
第３の入力信号と第４の入力信号とを合波して第２の合波信号を生成する第２の非偏波合波器とを備え、
前記偏波合波器は、
前記第２の合波信号の偏波を変換する偏波変換器と、
前記第１の入力信号と前記第２の合波信号とを合波して、基本横磁気（ＴＭ）モードの第１の成分と、基本横電気（ＴＥ）モードの第２の成分とを有する出力信号を生成する合波器とを備える、請求項１に記載の複合合波器。
【請求項５】
前記第１の入力信号、前記第２の入力信号、前記第３の入力信号及び前記第４の入力信号は前記基本横電気（ＴＥ）モードにあり、前記第１の非偏波合波器及び前記第２の非偏波合波器は光強度合波器であり、前記第１の合波信号及び前記第２の合波信号のそれぞれは前記基本横電気（ＴＥ）モードの２つの成分を含み、前記偏波変換器は前記基本横磁気（ＴＭ）モードの前記第２の合波信号の前記２つの成分の偏波を変換し、前記合波器は、前記第１の合波信号の前記基本横電気（ＴＥ）モードの２つの成分を前記第２の合波信号の前記基本横磁気（ＴＭ）モードの２つの成分と合波し、前記基本横電気（ＴＥ）モードの２つの成分及び前記基本横磁気（ＴＭ）モードの２つの成分を有する前記出力信号を生成する、請求項４に記載の複合合波器。
【請求項６】
前記第１の入力信号は前記基本横電気（ＴＥ）モードにあり、第１の波長λ１を有し、
前記第２の入力信号は前記基本横電気（ＴＥ）モードにあり、第２の波長λ２を有し、
前記第３の入力信号は前記基本横電気（ＴＥ）モードにあり、第３の波長λ３を有し、
前記第４の入力信号は前記基本横電気（ＴＥ）モードにあり、第４の波長λ４を有し、
前記波長λ１，λ２，λ３，λ４は、λ１＞λ３＞λ２＞λ４の関係を満たし、
前記第１の非偏波合波器及び前記第２の非偏波合波器は波長合波器であり、前記第１の合波信号及び前記第２の合波信号のそれぞれは前記基本横電気（ＴＥ）モードの２つの成分を含み、
前記偏波変換器は、前記基本横磁気（ＴＭ）モードの前記第２の合波信号の前記２つの成分の前記偏波を変換し、
前記合波器は、前記第１の合波信号の前記基本横電気（ＴＥ）モードの２つの成分を前記第２の合波信号の前記基本横磁気（ＴＭ）モードの２つの成分と合波し、前記基本横電気（ＴＥ）モードの２つの成分及び前記基本横磁気（ＴＭ）モードの２つの成分を有する前記出力信号を生成する、請求項４に記載の複合合波器。
【請求項７】
前記偏波合波器は、空間モード変換器と、偏波変換器とを含む、請求項１に記載の複合合波器。
【請求項８】
前記偏波合波器への入力は基本横電気（ＴＥ０）モードの第１の光信号と、前記基本横電気（ＴＥ０）モードの第２の光信号とを含み、前記空間モード変換器は、前記第２の光信号を変更することなく、前記第１の光信号の前記基本横電気（ＴＥ０）モードを１次横電気（ＴＥ１）モードに変換し、前記偏波変換器は、前記第１の光信号のモードを前記１次横電気（ＴＥ１）モードから基本横磁気（ＴＭ０）モードに変換する、請求項７に記載の複合合波器。
【請求項９】
前記偏波変換器は、出力側よりも入力側が広いテーパーを含む、請求項７に記載の複合合波器。
【請求項１０】
前記偏波変換器は、２段階テーパーを含む、請求項７に記載の複合合波器。
【請求項１１】
前記偏波変換器は、出力側よりも入力側が広いテーパーと、２段階テーパーとを含む、請求項７に記載の複合合波器。
【請求項１２】
前記空間モード変換器は非対称Ｙ字形結合器を含む、請求項７に記載の複合合波器。
【請求項１３】
前記空間モード変換器は非対称方向性結合器を含む、請求項７に記載の複合合波器。
【請求項１４】
前記空間モード変換器は、
傾斜した接合部によって第２の部分に接続される第１の部分を含む、多モード干渉（ＭＭＩ）構造と、
前記多モード干渉（ＭＭＩ）構造の中心から外れて配置される第１のポートと、前記前記多モード干渉（ＭＭＩ）構造の中心に配置される第２のポートとを含む少なくとも２つの入力ポートであって、前記第１のポートを通って伝搬する第１の信号は前記傾斜した接合部において広い分離を有し、前記第２のポートを通って伝搬する第２の信号は、前記傾斜した接合部においてノードを有する、少なくとも２つの入力ポートと、
少なくとも１つの出力ポートと、
を備える、請求項７に記載の複合合波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には光合波器に関し、より詳細には、複数の光信号を合波する複合合波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
４０ｋｍ未満の距離における、４０Ｇビット／秒（以下、ｂ／ｓとする。）又は１００Ｇｂ／ｓのイーサネット（登録商標）等の光通信システムでは、非常に速いデータ速度及び非常に広い帯域幅が必要とされ、送受信機は非常に小型で、かつ、非常に低コストであることが期待される。コストを削減するために、多くの場合に、異なる波長からなる複数の光信号が合波され、単一の光ファイバーに入力される。幾つかの信号を合波することによって、光通信の容量を拡大している。
【０００３】
光合波器には、２つのタイプ、すなわち、光強度合波器と波長合波器とがある。異なる波長からなる複数の光信号を合波するために、光強度合波器として、多モード干渉（ＭＭＩ：Multimode Interference）を利用する結合器（以下、ＭＭＩ結合器とする。）が一般的に用いられている。ＭＭＩ結合器の入力側では、幾つかの導波路ポートを用いて、複数の入力信号を導波する。出力側では、出力信号に対して単一のポートが用いられ、全ての入力信号がこの出力信号に合波される。しかしながら、各入力信号に関して、出力信号内に存在するのは光強度のごく一部だけである。
【０００４】
例えば、４×１ ＭＭＩ結合器は、４つの光信号を合波して１つの出力信号にすることができるが、各光信号はそれぞれ少なくとも６デシベル（ｄＢ）の光強度を損失している。そのようなデバイスの例が、Besse他の非特許文献１に記述されている。
【０００５】
波長合波器の例は、アレイ導波路回折格子、及び、リング共振器を利用するフィルターを含む。波長合波器は通常は狭帯域であり、それにより、信号に歪みが生じる可能性がある。波長合波器によって生じる光強度損失は、理論的には小さいが、実際には、その損失ははるかに大きい。波長合波器の寸法を正確に制御することは難しく、波長合波器の寸法に含まれる小さな誤差が、大きな挿入損失につながる可能性がある。挿入損失は、光ファイバー内に合波器を挿入することから生じる光信号の強度損失であり、通常はｄＢ単位である。そのようなデバイスの例が特許文献１に記述されている。
【０００６】
したがって、入力信号の光強度の挿入損失を最小化する光合波器が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，１９５，４８２号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Pierre A. Besse et al., 「Optical Bandwidth and Fabrication Tolerance of Multimode Interference Couplers」, IEEE, Journal of Lightwave Technology, June 1994, vol.12, no.6, p.1004-1009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、挿入損失を最小化しながら、光信号を合波するシステムを提供することである。本発明の幾つかの実施形態の更なる目的は、広い帯域幅を有し、容易に製造できる、光合波器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の幾つかの実施形態は、光データ通信の２つの一般的な特性を利用する。第一に、各波長の入力信号は、同じ偏波モード、例えば、基本横電気モード（以下、ＴＥ基本モードとする。（ＴＥ：transverse electric））を有する。第二に、入力信号を合波することから生じる出力信号において、出力信号を形成する各波長間の相対的な偏波は同じである必要はない。
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態は、偏波合波器が、合波された光信号の強度損失を最小限に抑えながら、特定の偏波の光信号を合波することができるという理解に基づく。さらに、非偏波合波器が光信号を合波して、偏波合波器に適した信号を生成することができる。このようにして、少なくとも１つの偏波合波器と、少なくとも１つの非偏波合波器とを含む複合合波器は、合波された信号の光強度を最適化しながら、複数、例えば、４つの光信号を合波することができる。
【００１２】
そのような理解及び認識によれば、偏波合波器を用いて、複合合波器を設計できるようになる。都合のよいことに、偏波合波器は、光強度合波器と比較して、原理損をなくすことができる。さらに、偏波合波器は、波長合波器と比べると、波長特性の要件を緩和し、波長間隔を２倍にする。
【００１３】
したがって、一実施形態は、１組の合波器を備え、複数の光信号を合波する、複合合波器を開示する。１組の合波器は少なくとも１つの非偏波合波器に光学的かつ物理的に接続される少なくとも１つの偏波合波器を含む。非偏波合波器は、第１の１組の入力信号内の各入力信号の偏波を維持しながら、第１の１組の入力信号を合波する。偏波合波器は、第２の１組の入力信号内の少なくとも１つの入力信号の偏波を変換しながら、第２の１組の入力信号を合波する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態による複合合波器の概略図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、図１Ａの複合合波器の変形形態の概略図である。
【図１Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による、図１Ａの複合合波器の変形形態の概略図である。
【図２Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、４つの入力光信号を合波する方法のブロック図である。
【図２Ｂ】幾つかの実施形態による、図２Ａの方法の変形形態を示す図である。
【図２Ｃ】幾つかの実施形態による、図２Ａの方法の変形形態を示す図である。
【図３】一実施形態による偏波合波器の一例を示す図である。
【図４】一実施形態による偏波合波器の一例を示す図である。
【図５】一実施形態による偏波合波器の一例を示す図である。
【図６】幾つかの実施形態による、複合合波器の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、空間モード変換器の一例を示す図である。
【図８】図７の空間モード変換器内の信号伝搬のシミュレーションの図である。
【図９】図７の空間モード変換器を用いる複合合波器のビーム伝搬の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態のいくつかは、挿入損失を最小化し、帯域幅を最大化する多重光信号用合波器を提供する。実施の形態のいくつかは、光学的データ通信に際し、偏波多重化が通常用いられないことを利用する。言い換えると、各光信号が単一の偏波を有することを利用する。同じく、（複数の）光源、例えばレーザが、同じ偏波たとえばＴＥ基本モードで発振することを利用する。さらに、単一モードファイバー内の光信号は任意の偏波となることができるので、光信号間の偏波の相対的な関係に対する要求は何もない。
【００１６】
そのような理解及び認識によれば、偏波合波器及び非偏波合波器の両方を用いた複合光合波器を設計できるようになる。都合のよいことに、偏波合波器は、光強度合波器と比較して、原理損をなくすことができる。さらに、偏波合波器は、波長合波器と比較して、波長特性の要求を緩和し、波長間隔を２倍にする。
【００１７】
図１Ａは、本発明の幾つかの実施形態による、複合合波器１１０を示す。複合合波器は、光信号の強度損失を最小化しながら、光信号を合波するのに用いることができる。
【００１８】
複合合波器１１０の場合、入力信号１３０は複数の光信号を含み、出力信号１４０は、異なる偏波の複数の光成分を有する単一の光信号を含む。入力信号及び／又は出力信号の偏波は基本横磁気モード（以下、ＴＭ基本モードとする（ＴＭ：transverse magnetic））及びＴＥ基本モードを含むことができる。
【００１９】
複合合波器１１０は、少なくとも１つの偏波合波器１６０と、少なくとも１つの非偏波合波器１５０とを含む１組（１２０）の光合波器によって形成される。幾つかの実施形態において、複合合波器１１０は集積光デバイスであり、合波器１５０及び１６０は光学的かつ物理的に互いに接続される。本明細書において用いられているように、非偏波合波器は、複数の入力信号、例えば、第１の１組の入力信号を合波するが、一方、第１の１組の入力信号内の各入力信号の偏波を維持する。偏波合波器は、複数の入力信号、例えば、第２の１組の入力信号を合波し、一方、第２の１組の入力信号内の少なくとも１つの入力信号の偏波を変換する。
【００２０】
非偏波合波器の一例として光強度合波器及び波長合波器が挙げられる。典型的な偏波合波器は、空間モード変換器及び／又は偏波変換器を含むことができる。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態は、偏波合波器が、合波された光信号の強度損失を最小限に抑えながら、特定の偏波の光信号を合波することができるという理解に基づく。このようにして、少なくとも１つの偏波合波器と、少なくとも１つの非偏波合波器とを含む複合光合波器は、合波された信号の光強度を最適化しながら、複数、例えば４つの光信号を合波することができる。
【００２２】
図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態による、複合合波器１１０の変形形態を示す。この実施形態では、光合波器１２０は、合波器１６２に光学的に接続される偏波変換器１５５として実現される。この実施形態では、偏波変換器１５５は少なくとも１つの光信号の偏波を変換し、合波器１６２は、偏波変換器１５５及び非偏波合波器１５０によって出力される異なる偏波からなる複数の光信号を合波する。
【００２３】
図１Ｃは、複合合波器１１０の別の変形形態を示しており、複合偏波変換器／合波器１６１は、複合的であり、偏波変換器と合波器とを組み合わせた機能を有する。図１Ｂ及び図１Ｃの実施形態の変形形態において、１組の光合波器１２０は、複合偏波変換器／合波器１６１に接続される当該２つの非偏波合波器１５０を含み、当該２つの非偏波合波器１５０の出力信号は、偏波合波器に対する入力信号となる。
【００２４】
図２Ａは、本発明の一実施形態による複合合波器１１０を用いて、第１の信号２１０、第２の信号２１２、第３の信号２１４及び第４の信号２１６を含む、４つの入力光信号を合波するブロック図を示す。光信号は複合合波器１１０への入力であり、複合合波器１１０は、２つの非偏波合波器、すなわち、第１の非偏波合波器２４０及び第２の非偏波合波器２４１を含む。複合変換器は、偏波変換器２５５及び合波器２５０も含む。それに加えて、又はその代わりに、偏波変換器２５５及び合波器２５０は複合偏波合波器２５３として実現することができる。
【００２５】
非偏波合波器２４０及び２４１は、光信号の成分の偏波を維持しながら、複数の信号を合波し、複数の合波された光信号を出力する。具体的には、第１の非偏波合波器２４０は、第１の信号及び第２の信号を合波して、第１の合波信号２４５を形成し、第２の非偏波合波器２４１は、第３の信号及び第４の信号を合波して、第２の合波信号２４７を形成する。偏波変換器２５５は、第２の合波信号２４７の偏波を変換する。合波器２５０は、第１の合波信号と偏波変換器２５５で偏波が変換された第２の合波信号とを合波し、単一の光信号１４０を出力信号として生成する。光信号１４０は、ＴＭ基本モードの第１の成分２７０及びＴＥ基本モードの第２の成分２６０を含むことができる。
【００２６】
図２Ｂは、一実施形態による、図２Ａの複合合波器の変形形態を示す。４つの入力信号、すなわち、入力信号ＴＥ１  ２３１、ＴＥ２  ２３２、ＴＥ３  ２３３及びＴＥ４  ２３４はＴＥモードの入力信号である。非偏波合波器は、２つの光強度合波器２８０及び２８５によって形成される。光強度合波器２８０は、信号ＴＥ１  ２３１及びＴＥ２  ２３２を合波して、ＴＥモードの２つの成分を含む信号２８３を形成する。同様に、光強度合波器２８５は、信号ＴＥ３  ２３３及びＴＥ４  ２３４を合波して、ＴＥモードの２つの成分を含む信号２８７を形成する。偏波変換器２８８は、合波されたＴＥ信号２８７の偏波、例えば、ＴＥモードの２つの成分の偏波ＴＥ３＋ＴＥ４を、ＴＭ信号２８９、例えば、ＴＭモードの２つの成分ＴＭ３＋ＴＭ４に変換する。偏波合波器２９０は、信号２８３の偏波が維持されるように信号を合波し、出力信号１４０のＴＥモード成分、例えば、ＴＥモードの２つの成分ＴＥ１＋ＴＥ２を形成する。一方、ＴＭ信号２８９の偏波は変更されず、出力信号１４０のＴＭモード成分、例えば、ＴＭモードの２つの成分ＴＭ３＋ＴＭ４を形成する。なお、これらの合波器の他の変形形態も可能である。
【００２７】
図２Ｃは、別の実施形態による、図２Ａの複合合波器の変形形態を示す。４つの入力信号、すなわち、信号ＴＥ１  ２３１、ＴＥ２  ２３２、ＴＥ３  ２３３及びＴＥ４  ２３４はＴＥモードの入力信号である。ここでは、第１の入力信号は、ＴＥモードにあり、第１の波長λ１を有し、第２の入力信号は、ＴＥモードにあり、第２の波長λ２を有し、第３の入力信号は、ＴＥモードにあり、第３の波長λ３を有し、第４の入力信号は、ＴＥモードにあり、第４の波長λ４を有し、ただし、λ１＞λ３＞λ２＞λ４である。非偏波合波器は２つの波長合波器２８１及び２８２によって形成される。
【００２８】
波長合波器２８１は、信号２３１及び２３２を合波して、２つのＴＥモード成分を含む信号２８３を形成する。同様に、波長合波器２８２は、信号２３３及び２３４を合波して、２つのＴＥモード成分を含む信号２８７を形成する。λ１とλ２との間の波長間隔は、通常、λ１とλ３との間の波長間隔より２倍大きいので、波長合波器２８１に対する要件は緩和され、更なる小型化、及び／又は、更なる製造公差の緩和に応じられる。偏波変換器２８８は、合波されたＴＥ信号２８７の偏波をＴＭ信号２８９に変換する。偏波合波器２９０は、出力信号１４０のＴＥモード成分を得るために、信号２８３の偏波が維持されるようにそれらの信号を合波する。ＴＭ信号２８７の偏波は変更されず、出力信号１４０のＴＭモード成分が形成される。なお、合波器の他の変形形態も可能である。
【００２９】
複合合波器は、基板と、コア層と、クラッディング層とを有するエピタキシャル成長構造として実現することができる。例えば、一実施形態では、複合変換器はインジウムリン（ＩｎＰ）／インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）構造であり、その構造は、ＩｎＰ基板と、例えば、ＩｎＰに６０％格子整合したＡｓ組成物を有するＩｎＧａＡｓＰコア層と、ＩｎＰクラッディング層とを含む。別の実施形態では、複合変換器はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）／アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）である。他の変形形態も可能であり、本発明の実施形態の範囲内にある。
【００３０】
複合偏波変換器／合波器
本発明の幾つかの実施形態は、偏波合波器、例えば、偏波変換器／合波器１６１を使用し、その合波器は、偏波変換器と合波器とを組み合わせた機能を有する。幾つかの実施形態では、偏波合波器は、空間モード変換器と、その後の偏波変換器とを用いて実現される。
【００３１】
空間モード変換器は、光信号の成分の、少なくともモードの次数を変換する。例えば、空間モード変換器は、１次モードの光信号を２次モードに変換することができる。空間モード変換器は、限定はしないが、非対称Ｙ字形結合器と、非対称方向性結合器と、多モード干渉（ＭＭＩ）を利用する空間モード変換器とを含むことができる。
【００３２】
幾つかの実施形態では、空間モード変換器は第１の信号をＴＥ基本モードに保持し、一方、１次ＴＥモードの第２の信号を２次ＴＥモードに変換し、その２つの信号を合波して、同じ出力ポートに出力する。それらの実施形態では、空間モード変換器は、合波器でもある。
【００３３】
幾つかの実施形態では、偏波変換器は、２次ＴＥモードが１次ＴＭモードに変換され、その一方で１次ＴＥモードはそのモードを保持するタイプの偏波変換器である。
【００３４】
図３は、偏波合波器３００の一例を示す。この実施形態では、上側Ｙ分岐３１１を通って伝搬する第１の光信号３１３及び下側Ｙ分岐３１２を通って伝搬する第２の光信号３１４は両方とも基本ＴＥ０モードである。空間モード変換器３１０、例えばＹ結合器は、第２の信号を変更することなく、第１の信号のＴＥ０モードをＴＥ１モードに変換する。偏波変換器３２０は、第２の信号を変更することなく、第１の信号のＴＥ１モードをＴＭ０モードに変換する。したがって、合波器３００の出力において、第１の信号のＴＥ基本モードはＴＭ基本モードに変換され、第２の成分のＴＥ基本モードの偏波は保持される。さらに、基本モードＴＥ及びＴＭは合波され、同時に伝搬する。
【００３５】
合波器３００において、２次モードＴＥ１は、ライン３２５のデバイスの出力ポートにおいて、ＴＭ０モードに完全には変換されない場合もある。変換効率を更に高めるために、他の変換器、例えば、２段階テーパーを導入することができる。
【００３６】
図４は、２段階テーパー３３０を含む複合偏波合波器の別の例を示す。この実施形態では、上側Ｙ分岐における第１の信号及び下側Ｙ分岐における第２の信号は両方ともＴＥ基本モードを有する。空間モード変換器３１０、例えばＹ結合器が、第２の信号を変更することなく、第１の信号のＴＥ０モードをＴＥ１モードに変換する。偏波変換器３２０が、第２の信号を変更することなく、第１の信号のＴＥ１モードをＴＭ０モードに変換する。
【００３７】
この実施形態では、偏波変換器は、２つの部品、すなわち、幅テーパー３２０と２段階テーパー３３０との組み合わせである。デバイス４００の出力において、第１の信号のＴＥ基本モードは、ＴＭ基本モードに変換され、第２の信号のＴＥ基本モードの偏波は保持される。基本モードＴＥ及びＴＭは合波され、一緒に伝搬する。
【００３８】
図４に示される実施形態では、ライン３３５におけるデバイスの出力ポートにおいて２次モードＴＥ１成分が依然として存在する可能性がある。例えば、信号の２次ＴＥ１モードがＴＥ０モード及びＴＭ０モードの両方と一緒に伝搬する場合には、結果として、消光率が低くなり、偏波合波器が満足できない性能になる可能性がある。性能を高めるために、信号が出力される前に、より高次のモードは除去される必要がある。そのために、本発明の幾つかの実施形態は、モードを除去する高次モードフィルターを含み、２つの基本ＴＥ０モード及びＴＭ０モードのみが通される。
【００３９】
図５は、複合偏波合波器５００の別の例を示す。この実施形態では、上側Ｙ分岐における第１の信号及び下側Ｙ分岐における第２の信号は両方とも基本ＴＥ偏波を有する。空間モード変換器３１０、例えば、Ｙ結合器が、第２の信号を変更することなく、第１の信号のＴＥ０モードをＴＥ１モードに変換する。偏波変換器３２０が、第２の信号を変更することなく、第１の信号のＴＥ１モードをＴＭ０モードに変換する。この実施形態では、偏波変換器は、２つの部品、すなわち、幅テーパー３２０と２段階テーパー３３０との組み合わせである。さらに、高次モードフィルター３４０が高次モードを、詳細には、ＴＥ１モードを除去する。モードフィルター３４０では、１００μｍの長さにわたって、導波路幅が、例えば、２μｍから１．２μｍに線形に細くされる。デバイス５００の出力において、第１の成分のＴＥ基本モードはＴＭ基本モードに変換され、第２の成分のＴＥ基本モードの偏波は維持される。基本モードＴＥ及びＴＭが合波され、同時に伝搬する。
【００４０】
図６は、４つの入力ポート６１０と、２つの光強度合波器６２０と、複合偏波変換器／合波器６３０とを備える、複合合波器の一例を示す。
【００４１】
図７は、本発明の一実施形態による空間モード変換器７００を示す。空間モード変換器７００は、偏波変換器、例えば、変換器３２０と組み合わせて、複合偏波合波器を形成することができる。変換器７００は多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスであり、第１の部分７１０と第２の部分７１５との間に傾斜した接合部７４０を有する。ＭＭＩを利用する変換器７００は、１つの出力ポート７５０及び２つの入力ポートを含む。第１の入力ポート７２０は中心から外れており、第２の入力ポート７３０は部分７１０の１つの面の中心にあり、すなわち、第２の入力ポートの軸７３１は、第１の部分７１０の軸７１１と位置合わせされる。ＴＥ０モードの第１の信号が第１のポート７２０に入力される。ＴＥ０モードの第２の信号が第２のポート７３０に入力される。変換器７００は、第２の信号のＴＥ０モードを維持しながら、第１の信号をＴＥ０からＴＥ１に変換する。
【００４２】
図８（ａ）及び（ｂ）は、空間モード変換器７００における信号伝搬のシミュレーションを示す。図８（ａ）は、上側（中心から外れた）ポート７２０に入る第１の信号を示す。図８（ｂ）は、下側中心ポートに入る第２の信号を示す。傾斜した接合部７４０は、上側ポートへの入力信号が広い分離７４２を有し、一方、下側（中心）ポートへの入力信号がノード（節点）７４１を有する場所である。このようにして、上側ポートへの入力信号は適切な位相シフトを有し、２次ＴＥモード７５１に変換され、第２の入力信号の出力信号７５２のモードは維持される。
【００４３】
図９（ａ）及び（ｂ）は、空間モード変換器７００を用いる複合偏波変換器／合波器のシミュレートされたビーム伝搬を示す。図９（ａ）は、上側（中心から外れた）ポート７２０を通って伝搬するＴＥモードの第１の入力信号９１０の変換を示す。図９（ｂ）は、下側（中心）ポート７３０を通って伝搬するＴＥモードの第２の入力信号９２０の変換を示す。第１の信号は出力信号のＴＭモード成分９３０に変換され、第２の信号は出力信号のＴＥモード成分を形成する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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