(57)【要約】導波路格子ルータ（ＷＧＲ）にコヒーレントに接続された３アーム干渉計を含み、固有損失のない、実質的にＮ＝３型の通過帯域がもたらされる低損失矩形通過帯域マルチプレクサ。３アーム干渉計は、チャネル間隔に実質的に等しい自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有し、もっと大きなＦＳＲを有するＭアーム干渉計に接続される。３アーム干渉計は３個の導波路を含み、その各々は線形に増加する経路長を示し、１×３カプラおよび３×３カプラに光学的に接続される。１×３カプラは、一連のＹ分岐カプラから構成することができる。
2009511997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１×３光カプラと、
前記１×３カプラに光学的に接続され、３個のアームが線形に増加する経路長を示す３アーム干渉計と、
方向性カプラまたは多モード干渉（ＭＭＩ）カプラからなる群から選択された１つである、前記干渉計に光学的に接続された３×３カプラとを含むことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記１×３光カプラがＹ分岐カプラの配列を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記３×３カプラが単一段カプラであり、局所固有モード間で実質的に９０度位相シフトを示すことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記３×３カプラが２段カプラであり、実質的に約３５度、約２７０度、および約９０度、またはそれの３６０度を法とする位相シフトを示すことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記３×３カプラに光学的に接続されたＭアーム干渉計をさらに含み、
前記３アーム干渉計は、チャネル間隔に実質的に等しい自由スペクトル領域を示し、前記Ｍアーム干渉計は、前記３アーム干渉計の自由スペクトル領域よりも実質的にはるかに広い（＞＞）自由スペクトル領域を示すことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記Ｍアーム干渉計の（複数の）Ｍアームが線形に増加する経路長を示すことを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記３アーム干渉計の第１のアームが経路長Ｌを示し、前記３アーム干渉計の第２のアームが実質的にΔＬに等しい量だけ前記第１のアームよりも大きい経路長を示し、前記３アーム干渉計の第３のアームが実質的に２ΔＬに等しい量だけ前記第２のアームより大きい経路長を示すことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光通信分野に関し、詳細には、改善された特性を有する無損失の矩形通過帯域マルチプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重化（ＷＤＭ）を用いる通信ネットワークでは、単数又は複数のデ／マルチプレクサ（これ以降は一般的な文言「マルチプレクサ」を使用）が矩形通過帯域およびゼロ色分散を示すことは、このような特性がマルチプレクサの「カスケード可能性」を強化するので、有利なことである。マルチプレクサとしてその有用性を示した１つのデバイスは、既知の導波路格子ルータ（ＷＧＲ）である。（例えば、Ｍ．Ｋ．Ｓｍｉｔの「Ｎｅｗ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｐｌａｎａｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｂａｓｅｄ  Ｏｎ  Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第２４巻、３８５〜３８６頁（１９８８年））、Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ外の「Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｐｌｅｘｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第２６巻、８７〜８８頁（１９９０年））、およびＣ．Ｄｒａｇｏｎｅの「Ａｎ  ＮｘＮ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｐｌａｎａｒ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ｔｗｏ  Ｓｔａｒ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ」（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．、第３巻、８１２〜８１５頁（１９９１年））を参照）。
【特許文献１】米国特許第５４１２７４４号
【特許文献２】米国特許第５４８８６８０号
【非特許文献１】Ｍ．Ｋ．Ｓｍｉｔ、「Ｎｅｗ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｐｌａｎａｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｂａｓｅｄ  Ｏｎ  Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第２４巻、３８５〜３８６頁（１９８８年）
【非特許文献２】Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ、ｅｔ  ａｌ．、「Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｐｌｅｘｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第２６巻、８７〜８８頁（１９９０年）
【非特許文献３】Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、「Ａｎ  ＮｘＮ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｐｌａｎａｒ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ｔｗｏ  Ｓｔａｒ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．、第３巻、８１２〜８１５頁（１９９１年）
【非特許文献４】Ｍ．Ｒ．Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ、ｅｔ  ａｌ．、「Ｐａｓｓｂａｎｄ  Ｂｒｏａｄｅｎｔｉｎｇ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第３２巻、４４９〜４５１頁（１９９６年）
【非特許文献５】Ｋ．Ｏｋａｍａｔｏ  ａｎｄ  Ａ．Ｓｕｇｉｔａ、「Ｆｌａｔ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｐａｒａｂｏｌｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｈｏｒｎｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．、第３２巻、１６６１〜１６６２頁（１９９６年）
【非特許文献６】Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  Ｆｏｒ  Ｗｉｄｅｎｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｐａｓｓｂａｎｄ  Ｏｆ  Ａ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｒｏｕｔｅｒ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｉ、第１６巻、１８９５〜１９０６頁（１９９８年１０月）
【非特許文献７】Ａ．Ｒｉｇｎｙ、ｅｔ  ａｌ．、「Ｍｕｌｔｉｇｒａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第３３巻、１７０１〜１７０２頁（１９９７年）
【非特許文献８】Ｇ．Ｈ．Ｂ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ、ｅｔ  ａｌ．、「Ａｎ  Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ａｎｄ  Ｐａｓｓ−Ｂａｎｄ  Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  ＳｉＯ２  ｏｎ  Ｓｉ  Ｐｌａｎａｒ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｇｅｓｔ、７７頁（１９９８年）
【非特許文献９】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ、ｅｔ  ａｌ．、「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ａｎｄ  Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｂｏｘ−Ｌｉｋｅ  Ｐａｓｓｂａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．、第１５巻、９１８〜９２０頁（２００３年７月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
当該分野では知られているように、ＷＧＲで矩形通過帯域を達成するためには、多くの方法がある。第１の方法は、入力導波路上のＹ分岐多モード干渉（ＭＭＩ）カプラまたは短ホーンを使用する、または格子アームの長さおよび損失を変更する、等のイメージ不適合（ｉｍａｇｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈｉｎｇ）の使用を含む。（例えば、Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅの「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｖｉｎｇ  Ａ  Ｗｉｄｅ  Ａｎｄ  Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  Ｆｌａｔ  Ｐａｓｓｂａｎｄ」、米国特許第５４１２７４４号（１９９５年）、Ｍ．Ｒ．Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ外の「Ｐａｓｓｂａｎｄ  Ｂｒｏａｄｅｎｔｉｎｇ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第３２巻、４４９〜４５１頁（１９９６年））、Ｋ．Ｏｋａｍａｔｏ及びＡ．Ｓｕｇｉｔａの「Ｆｌａｔ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｐａｒａｂｏｌｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｈｏｒｎｓ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．、第３２巻、１６６１〜１６６２頁（１９９６年））、Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅの「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  Ｆｏｒ  Ｗｉｄｅｎｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｐａｓｓｂａｎｄ  Ｏｆ  Ａ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｒｏｕｔｅｒ」（Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｉ、第１６巻、１８９５〜１９０６頁（１９９８年１０月））、およびＡ．Ｒｉｇｎｙ外の「Ｍｕｌｔｉｇｒａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」（Ｅｌeｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、第３３巻、１７０１〜１７０２頁（１９９７年））を参照）。しかしながら、残念なことに、イメージ不適合は固有の損失を示し、通過帯域の角部が鋭いほど、損失がより高くなる。理解できるように、矩形通過帯域はＮ個の並列一次ガウス型通過帯域と見なすことができる。その結果、イメージ不適合によって生成される矩形通過帯域の透過率は＜＝１／Ｎとなるはずである。
【０００４】
ＷＲＧで矩形通過帯域を達成するための第２の方法は、同じ空間分散だが非常に異なる自由スペクトル領域を有する、２つのコヒーレントに接続された干渉計を有する同期格子を用いることである。（例えば、Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅの「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｗｉｄｅ  Ａｎｄ  Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  Ｆｌａｔ  Ｐａｓｓｂａｎｄ」、米国特許第５４８８６８０号（１９９６年）、Ｇ．Ｈ．Ｂ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ外の「Ａｎ  Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ａｎｄ  Ｐａｓｓ−Ｂａｎｄ  Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  ＳｉＯ２  ｏｎ  Ｓｉ  Ｐｌａｎａｒ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｇｅｓｔ、７７頁（１９９８年））、及びＣ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ外の「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ａｎｄ  Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｂｏｘ−Ｌｉｋｅ  Ｐａｓｓｂａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．、第１５巻、９１８〜９２０頁（２００３年７月））を参照）。
【０００５】
さらに最近では、マルチプレクサは、ＷＧＲにコヒーレントに接続された２アーム干渉計から構成することができ、固有損失が少ししかないまたはまったくない、Ｎ＝２型の通過帯域をもたらすことが示された。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、導波路格子ルータ（ＷＧＲ）にコヒーレントに接続された３アーム干渉計を含む低損失矩形通過帯域マルチプレクサを開発し、固有損失のない、実質的にＮ＝３型の通過帯域をもたらした。
【０００７】
この革新的な構成は、とりわけ小型で、容易に構成されるデマルチプレクサをもたらす。
【０００８】
本発明のさらに完全な理解は、添付の図面を参照することによって実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
最初に図１を参照すると、本発明の低損失矩形マルチプレクサ１００の概略図が示される。さらに詳細には、マルチプレクサは、チャネル間隔に実質的に等しい自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有し、はるかにもっと広いＦＳＲを持つＭアーム干渉計１２０に接続された３アーム干渉計１１０を含む。好ましい実施形態では、Ｍアーム干渉計１２０はＭ個の導波路１２０［１］・・・１２０［Ｍ］を有し、その各々は線形に増加する経路長を持ち、２つのスター・カプラ１３０、１４０に接続される。
【００１０】
当業者は、既知のＭアーム干渉計１２０を、光周波数のマルチプレクサおよびデマルチプレクサとして作動する「周波数ルーティング・デバイス」として、ただちに認識するであろう。このような周波数ルーティング・デバイスは当該分野ではよく知られており、１９９６年１月３０日にＤｒａｇｏｎｅに発行された米国特許第５４８８６８０号でさらに詳細に述べられており、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【００１１】
知られているように、（単数又は複数の）スター・カプラ１３０、１４０は各々、自由空間領域を介して複数の出力ポートに接続された複数の入力ポートを含む。複数（Ｍ個）の出力ポート（カプラ１３０に対する）はＭ個の導波路に接続され、これらは、スター・カプラ１４０の対応する複数（Ｍ個）の入力ポートに所定量の経路長差を提供する。これらのデバイスは導波路から形成されることが好ましい。
【００１２】
３アーム干渉計１１０は３個の導波路１１０［１］、１１０［２］、１１０［３］を含み、各々は線形に増加する経路長を示す。３個の導波路１１０［１］、１１０［２］、１１０［３］は、導波路の各端部に１個ずつ、２個のカプラ１１７、１１９に接続される。
【００１３】
本発明の目的のためには、これらの２個のカプラ１１７、１１９は、Ｍアーム干渉計１２０に接続されるスター・カプラ（１３０、１４０）などのカプラでないことが好ましい。これは部分的には、ポートの数が少ないとき、および全ブリュアン（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ）・ゾーンが特定の用途によって使用されなければならないとき、スター・カプラが高い過剰損失を示すという事実のためである。
【００１４】
例えば、３×３スター・カプラは典型的には、外側の入力ポートから外側の出力ポートに進むと、約１．８ｄＢの過剰損失を示す。さらに、もし３アーム干渉計１１０に結合された第２のカプラがスター・カプラならば、それは、より高次の回折までの望まれない光をＷＧＲ内に放出し、クロストークを引き起こすことになる。結果として、本発明の構造の好ましい実施形態は、第１のカプラ１１７を構成するＹ分岐カプラ１１６のパターン、および第２のカプラ１１９を構成する３×３方向性カプラ（または同等に３×３多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ）を用いる。
【００１５】
次に図２（ａ）を参照すると、先述の３アーム干渉計２１０およびカプラ２１７、２１９の概略図が示される。詳細には、３アーム干渉計２１０を構成する３個のアーム２１０［１］、２１０［２］、２１０［３］は線形に増加する長さを示す。すなわち、アーム２１０［２］はアーム２１０［１］よりも量ΔＬだけ長く、アーム２１０［３］はアーム２１０［２］よりも量２ΔＬだけ長い。
【００１６】
干渉計２１０の両端部には、図２（ｂ）および図２（ｃ）／（ｄ）でそれぞれさらに詳細に個別に示されるカプラ２１７および２１９がある。図２（ｂ）を最初に参照すると、Ｙ分岐カプラ２１６のパターンを含むカプラ２１７が示される。そしてこれはカプラ２１７に対する好ましい実施形態ではあるが、任意の低損失１×３カプラが機能するであろうことに留意されたい。
【００１７】
もう１つの態様から見ると、カプラ２１７は、一連の１×２スプリッタ、この例では４個の１×２スプリッタと考えることができる。さらに、もしカプラ２１７を構成する１×２スプリッタが選択的に分割されるならば、非常に低い損失に加えて望ましい分割比を実現することができる。十分理解できるように、この１×３カプラ設計の大きな利点は、分割比が波長、偏波、および製作の変化に対して強固なことである。
【００１８】
さらに詳細には、もしカプラ２１７を構成する１×２スプリッタが各々５０／５０スプリッタであるならば、３個のアーム（２１０［１］、２１０［２］、および２１０［３］）内に導かれる正味の分割比は２５／５０／２５であろう。このような分割比は、本明細書で述べられる矩形通過帯域にとって非常に望ましいであろう。一方、もし６６．７／３３．３の分割比を有する２個の１×２スプリッタが２個の最外部スプリッタで使用され、５０／５０の分割比を有する２個の１×２スプリッタが他の２個で使用されると、その結果生じる正味の分割は、３個のアーム２１０［１］、２１０［２］、および２１０［３］内に均等に配分されて、３３．３／３３．３／３３．３であろう。
【００１９】
次にこの３アーム干渉計２１０の他の端部、具体的にはカプラ２１９に注目すると、このカプラ２１９は、単純な３×３方向性カプラとして示されたことに再度留意する。当業者には理解できるように、もし図２（ｃ）で示すようなこのような単純な３×３方向性カプラが使用されるならば、中央ポート２２０［２］からは比較的小さな出力となり、それによって全デバイス損失および通過帯域形状に悪影響を与えるだろう。
【００２０】
しかしながら、図２（ｄ）で示すような２段３×３方向性カプラを使用することによって、３×３スター・カプラを効果的に模倣することができる。さらに詳細には、その図２（ｄ）を参照すると、（複数の）干渉計アーム２１０［１］および２１０［３］は、一連の連続した「屈曲」を示し、局所固有モード間に一連の位相シフトをもたらすことに気づくことができる。具体的には、約３５度の第１の位相シフト、続いて実質的に約２７０（即ち、−９０）度の位相シフト、続いて実質的に約９０度のもう１つの位相シフトであり、ここで、このような位相は３６０度を法とすることができる。このようにして、そのように構成された２段３×３カプラの出力は、３個の出力２２０［１］、２２０［２］、および２２０［３］にわたって透過率が実質的に等しくなるであろう。各方向性カプラは、本発明の範囲から逸脱することなく等価なＭＭＩカプラによって置き換えることができるであろうことに留意されたい。
【００２１】
１段および２段の３×３カプラの動作を理解するためのもう１つの方法については図６を参照する。図６は、３×３カプラが単一セクション［図６（ａ）］および２セクション［図６（ｂ）］であるときの、図２（ａ）で示す干渉計のポート２２０［１］（実線）、２２０［２］（点線）、および２２０［３］（破線）からの計算された逆多重化スペクトルを示す。単一セクション・カプラの場合における出力２２０［１］・・・２２０［３］間の相対位相は＋／−９０度であるので、図６（ａ）における３個の通過帯域が全て自由スペクトル領域において均等に配分されることはない。これは、図１のデバイスで使用されると、より狭い通過帯域をもたらすことになる。２段カプラは、出力２２０間で＋／−１２０度の相対位相を有するように設計される。したがって、図６（ｂ）における３個の通過帯域は全て、３×３カプラを真のスター・カプラで置き換えた場合と同じように、自由スペクトル領域において均等に配分される。これは、図１のデバイスにおける通過帯域を拡張する。
【００２２】
この時点で、３×３方向性カプラの動作を解析することは有用である。よく知られているように、単純な３×３方向性カプラの入力／出力マトリックスは次式である。
【数１】
2009511997.tif 000003
ここで、Θはカプラの長さに比例する。通過帯域内でゼロ色分散を有するためには、Θ＝π／２である。これは、カプラの外側ポートの１つへの入力がカプラの他方側に対称的な出力を生成し、それによって通過帯域内の全波長がデバイス全体にわたって同じ平均経路長を有するようになることを保証する。
【００２３】
Θ＝π／２を持つ３×３カプラの出力におけるパワー配分は、外側導波路内へ入射するとき、それぞれ１／４、１／２、１／４である。先述の３アーム干渉計の入力において使用される４個のＹ分岐カプラのパターンは同じパワー配分を生成し、同時に波長、偏波、および製作（ＷＰＦ）の変化に対して鈍感である。このパワー配分はまた、２セクション３×３カプラの場合でも良好に機能する。
【００２４】
このようなモード適合が通過帯域端部に対して約１００％の透過率を保証することは有利なことである。一方、もしより望ましいＹ分岐カプラの代わりに３個の結合した導波路を使用して１×３カプラ（方向性またはＭＭＩカプラ）を作ると、カプラ内の小さなＷＰＦ変化による干渉計アームでの望ましいパワー配分からのずれは、高い通過帯域リップルをもたらすであろう。
【００２５】
理解できるように、スター・カプラとは際立って対照的に、方向性（およびＭＭＩ）カプラは「境界のある」ものであり、その結果、このようなカプラの出力間の位相差は必ずしも単調ではない。しかしながら、Ｐ×Ｐ方向性（またはＭＭＩ）カプラの場合、位相は、単一入力内へ入射するとき、Ｐ＜４の場合にのみ出力から出力へと単調に変化することを示すことができる。その結果、ＷＧＲに接続される干渉計内で有することができるアームの最大数は、もしその経路長差が単調に増加することを望むならば、３、である。
【００２６】
もし例えば、４×４方向性カプラを使用して、４アーム干渉計を含むように本設計を拡張しようとすれば、このアーム数の制限の影響をすぐに理解することができる。このようなデバイスを構成するためには、４アーム干渉計におけるアーム長の配分は０：２：１：３の比とすべきであり、これは、当業者には容易に理解できるように、簡潔には実現することができない。
【００２７】
境界のある（単数又は複数の）カプラのさらにもう１つの結論は、図１の干渉計１１７からの逆多重化されたイメージ出現が、スター・カプラを使用した場合と同じような鋸歯状のパターンの代わりに、波長とともにいわゆる空間的に前後に跳ね返ることである。これは、Ｎ＝Ｐ通過帯域ほど高い性能指数（２０ｄＢ通過帯域幅で割った１ｄＢ通過帯域幅）を有さない通過帯域をもたらすことになる。境界のあるカプラのこれらの制限にもかかわらず、本明細書で用いられる多段３×３方向性カプラは、望ましい鋸歯状のパターンを達成することができる。
【００２８】
マルチプレクサの１６チャネル版が設計され、続いて構成された。それは、０．８０％のコア対クラッド屈折率比および６．０μｍのコア高さを持つシリカ・オン・シリコン導波路を使用して製作された。デバイスは以下の特性を示した。即ち、１００ＧＨｚのチャネル間隔、導波路格子ルータ（ＷＧＲ）を構成する８２アーム、８３のＷＧＲにおける動作格子次数、４．１ｍｍの曲げ半径、１１．５μｍの出力導波路ポート幅、および両方のスター・カプラにおける０．１３ｒａｄの（複数の）格子対アーム捕獲角度である。
【００２９】
用いられた３×３方向性カプラ（この設計は単一セクション設計を使用した）は３個の導波路を含み、外側の２個は、１０ｍｍの半径で、８．２μｍの中心から中心までの間隔に屈曲させた。さらに、導波路は最初４．３μｍ幅であり、３個全てが平行になるとすぐに４．８μｍまで拡張する。導波路の直線部分は８２０μｍ長である。
【００３０】
続いて、制作されたウエハからチップが切り出され、ファイバ・リボン・アセンブリがチップの左側面に固定され、続いて、アセンブリが保護パッケージ内に置かれた。
【００３１】
動作時には、示された偏波依存波長シフトは２６ｐｍである。３アーム干渉計をＷＧＲに対して波長調整するためには、最長アームが４９０ｍＷで駆動され、中間アームが４７０ｍＷで駆動されるように、アーム内で熱光学位相シフターを駆動する必要があった。
【００３２】
図３は、１６チャネル（全てのチャネルに対して同じ位相シフターの設定）に対して測定された透過率を示すグラフである。最悪の場合の挿入損失は、１個のコネクタを含んで、５．８ｄＢであり、通過帯域内の最悪の場合のピークからピークのリップルは１．０ｄＢである。最悪の場合のクロストーク（チャネルの中心から±３０ＧＨｚ）は２３．４ｄＢである。通過帯域性能指数は０．５６ｎｍ／０．９６ｎｍ＝０．５８である。図４は、チャネル９に対して測定された透過率および群遅延を示すグラフである。損失はファイバからファイバであり、１個のコネクタおよび単一で任意の偏波を含む。
【００３３】
これらの性能特性の理解を助けるために、固有モード解析およびシンク・ビーム伝搬法を使用してシミュレーションを行った。実際に製作されたデバイスの設計パラメータを使用し、３×３カプラでの結合を期待されるよりもはるかに弱くすると（最適値の約５０％）、図５の実曲線が得られた。容易に理解できるように、シミュレーションと実験との間の非常に近い一致は、３×３方向性カプラでの結合が、これらの予備的デバイスにとってはおそらく弱すぎることを意味する。これはおそらく、中央の導波路を外側のものよりも狭くする、パターン依存のエッチングのためであり、３個の導波路間で伝搬定数の不一致をもたらすことになる。
【００３４】
正しいカプラ強度を用いてシミュレーションを再度実行し、格子アーム数を８８に、両スター・カプラでの格子入口充てん角度を０．１５５ｒａｄに、かつ出力導波路幅を１４．５μｍに変えることによって設計を微調整すると、図５の破曲線が得られた。理解できるように、損失は約２ｄＢだけ減少し、リップルおよび色分散は消滅し、クロストークは＞７ｄＢだけ改善された。この改善された通過帯域は０．５９の性能指数を有する。これは、０．４５の性能指数を有した、ＷＧＲに同期される２アーム干渉計からなる代替マルチプレクサと有利に比較することができる。もし３×３カプラを図２（ｄ）の２セクション設計に変えると、通過帯域性能指数はなおさらに増加する。
【００３５】
理解できるように、本発明によって構成されたデバイスの特徴である、増加した性能指数は、高スペクトル効率システムおよび波長アドドロップなどの高縦列デバイスにとって極めて有用であることの証明となるはずである。
【００３６】
この時点で、いくつかの特定の例を使用して本発明を論じ、述べてきたが、本教示はそれに限定されないことが当業者にはわかるであろう。したがって、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による、低損失、矩形通過帯域マルチプレクサの概略図である。
【図２】図１のマルチプレクサで使用されることが好ましいような、３アーム干渉計および関連するカプラの概略図である。
【図３】本発明により構成された、パッケージ化されたマルチプレクサの１６出力からの測定された透過率を示すグラフである。
【図４】本発明により構成された、パッケージ化されたマルチプレクサのチャネル９に対して、図４（ａ）は測定された透過率を示すグラフであり、図４（ｂ）は群遅延を示すグラフである。
【図５】本発明により構成されたパッケージ化されたマルチプレクサ（実線）および改善された設計のシミュレーション（破線）の両方に対して、図５（ａ）は測定された透過率を示すグラフであり、図４（ｂ）は群遅延を示すグラフである。
【図６】３×３カプラが単一セクション図６（ａ）および２セクション図６（ｂ）のときの、図２（ａ）の干渉計によって放出される、計算された逆多重化スペクトルを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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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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【国際調査報告】
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