(57)【要約】【課題】  マルチモード干渉（ＭＭＩ）光導波路装置を提供する。【解決手段】  少なくとも１つの中空コア入力導波路（３０、３４、３６）に光学的に結合された中空コアマルチモード導波路（３２）を含み、これらの中空コア導波路の内部表面に反射コーティング（９２）を有するマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置（９０）を説明する。コーティングは、金属又は多層の誘電体スタックのような作動波長で屈折率の低い材料とすることができる。このような「ＭＭＩ」装置を使用する共振器（１５０）及び光増幅器（１１０）も説明する。
2005516252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの中空コア入力導波路に光学的に結合された中空コアマルチモード導波路領域、
を含み、
前記中空コア導波路の内部表面は、反射コーティングを有する、
ことを特徴とするマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置。
【請求項２】
前記反射コーティングは、作動波長帯域内で前記導波路コアの屈折率よりも低い屈折率を有する材料の少なくとも１つの層を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記中空コア導波路の内部表面上に担持された前記少なくとも１つの材料の層の少なくとも１つは、金属であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記金属は、金、銀、又は銅のいずれか１つであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記反射コーティングは、１つ又はそれ以上の誘電体材料の層を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
波長が１．４μｍから１．６μｍの間の放射で作動させるための請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの中空コア入力導波路は、基本モード導波路であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中空コア入力導波路は、マルチモード導波路であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記中空コアマルチモード導波路領域の断面は、実質的に矩形であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記中空コアマルチモード導波路領域の寸法は、前記少なくとも１つの中空コア入力導波路によって搬送される光入力フィールドの再結像をもたらすように選択されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記中空コアマルチモード導波路領域の前記矩形内部断面を形成する対向する表面は、実質的に等しい有効屈折率を有し、該矩形内部断面の中空コアマルチモード導波路領域を形成する隣接する表面は、異なる有効屈折率を有することを特徴とする請求項９から請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記中空コアマルチモード導波路領域の断面は、実質的に円形であり、該中空コアマルチモード導波路領域の直径及び長さは、前記少なくとも１つの中空コア入力導波路によって搬送された光入力フィールドの再結像をもたらすように選択されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記「ＭＭＩ」装置の前記中空導波路は、半導体材料内に形成されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記半導体材料は、シリコンを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記中空コア導波路は、半導体マイクロ製造技術を使用して形成されることを特徴とする請求項１３から請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記半導体マイクロ製造技術は、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記中空コア導波路は、プラスチック又はポリマーの層内に形成されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記中空コア導波路は、ガラスで形成されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記中空コア導波路は、気体を含むことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記気体は、空気であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記気体は、光学利得媒体であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記中空コアは、液体を含むことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
１対Ｎ多重ビーム分割器と、
前記１対Ｎ多重ビーム分割器の少なくとも１つの出力に作用する多重素子光増幅器と、
光学直列に接続されたビーム再結合器と、
を含み、
前記１対Ｎ多重ビーム分割器及びビーム再結合器の少なくとも一方は、請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の中空コアマルチモード干渉装置を含む、  
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項２４】
前記１対Ｎ多重ビーム分割器及び前記ビーム再結合器の両方は、請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の中空コアマルチモード干渉装置を含むことを特徴とする請求項２３に記載の光増幅器。
【請求項２５】
前記１対Ｎビーム分割器は、中実コア「ＭＭＩ」分割装置を含むことを特徴とする請求項２３に記載の光増幅器。
【請求項２６】
前記ビーム再結合器におけるビーム再結合の前に増幅ビームの相対位相を調節するための位相オフセット手段を更に含むことを特徴とする請求項２３から請求項２５のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項２７】
部分反射器と、
分割／再結合手段と、
多重素子光増幅器と、
反射器と、
を含み、
前記部分反射器、分割／再結合手段、多重素子光増幅器、及び反射器は、該分割／再結合手段が単一のビームを２に等しいか又はそれ以上のＮ個のビームに分割するように配置され、
Ｎ個のビームの各々は、前記多重素子光増幅器によって増幅され、前記反射器によって反射され、該多重素子増幅器を通過して戻るように再方向付けされ、
前記Ｎ個のビームは、次に、前記分割／再結合手段によって再結合されて単一ビームを形成し、この単一ビームの一部分は、前記部分反射器を通って共振器を出射し、
前記分割／再結合手段は、請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の中空コアマルチモード干渉装置である、
ことを特徴とする共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチモード干渉（ＭＭＩ）光導波路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５４１０６２５号は、ビーム分割及び再結合のためのマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置を説明している。この装置は、第１の結合導波路、及び中央マルチモード導波路領域に接続された２つ又はそれ以上の第２の結合導波路を有する。結合導波路は、基本モードでのみ作動し、結合及びマルチモード導波路領域の物理的特性は、中央マルチモード導波路領域内のモード分散が、第１の結合導波路内に入力された光の単一ビームの２つ又はそれ以上の第２の結合導波路内への分割を規定するように選択される。この装置は、ビーム結合器として逆に作動させることもできる。
【０００３】
米国特許第５４１０６２５号の基本的な「ＭＭＩ」装置に対する変更と改良も公知である。米国特許第５３７９３５４号は、入力導波路位置の変化を使用して様々な強度を有する出力ビームへの入力放射の分割をもたらす多重ビーム分割器を得ることができる方法を説明している。また、レーザ空洞を形成するための「ＭＭＩ」装置の使用は、米国特許第５６７５６０３号に明らかにされている。また、「ＭＭＩ」分割器及び再結合器の様々な組合せを使用して光学的ルーティング機能がもたらされており、例えば、米国特許第５４２８６９８号を参照することができる。
【０００４】
中実コア「ＭＭＩ」導波路装置が公知であり、結合及びマルチモード導波路が、基板から直立する砒化ガリウム（ＧａＡｓ）のような半導体材料の中実リッジで形成される。中実コア「ＭＭＩ」導波路装置は、一般的にＧａＡｓ層から作製される。中実コア材料の欠点は、中実コア材料に損傷が発生する前に中実コア材料が伝達することができる全パワー密度が限定されることである。
【０００５】
結合及びマルチモード導波路がアルミナのような中実誘電体材料の基板内の中空空洞（すなわち、空気腔）として形成される「ＭＭＩ」装置もまた公知である。誘電体基板材料は、装置の特定の作動波長での屈折率が空気コアよりも小さくなるように選択される。中空コア誘電体装置は、一般的に精密工学（例えば、フライス削り）工程によって製作され、また、物理的サイズは、一般的に中実コアの対応物よりも大きい。そのような装置の寸法に対する精密な制御は、最適な性能を得るために重要であるが、同じく困難であることを証明することができる。
本発明の目的は、代替の「ＭＭＩ」光導波路装置を提供することである。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，４１０，６２５号
【特許文献２】米国特許第５，３７９，３５４号
【特許文献３】米国特許第５，６７５，６０３号
【特許文献４】米国特許第５，４２８，６９８号
【非特許文献１】Ｅ．Ｄ．Ｐａｒｉｋ著「光学定数のハンドブック」、アカデミックプレス、ロンドン、１９９８年
【非特許文献２】Ｆ．Ｗｉｌｓｏｎ他、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ」、３５巻、第１号、１９９９年１月７日
【発明の開示】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、マルチモード干渉（ＭＭＩ）装置は、少なくとも１つの中空コア入力導波路に光学的に結合された中空コアマルチモード導波路領域を含み、これらの中空コア導波路の内部表面が反射コーティングを有することを特徴とする。
本発明の中空コア「ＭＭＩ」装置は、ビーム結合器、ビーム分割器、多重ビーム強度分割器などとして作動することができる。
【０００８】
本発明の利点は、反射コーティングが配置される中空コア導波路構造（すなわち、中空コア導波路構造を形成する基板）を任意の材料で形成することができることである。これは、光損失を最小にすることを保証するために特定の材料（アルミナのような）で製作される従来技術の中空コア「ＭＭＩ」装置と比較した利点である。すなわち、本発明は、以前には当業者によって可能と考えられなかった様々な材料及び工程を使用して導波路を製作することを可能にする。特に、本発明は、高精度マイクロ製造技術を使用して物理的に小さな中空コア導波路装置を製作する機会を提供し、従って、従来の精密工学技術の使用によって課せられた最小中空コア装置サイズに対する制約が克服された。
また、中空コア導波路を様々な方法で生成することができることにも注意すべきである。導波路は、単体の材料片で形成することができ、それらはまた、２つの別々の材料片（底及び蓋のような）で形成することができ、又は、複数の異なる材料片（例えば、互いに配置されると必要な基本モード及びマルチモード導波路領域を形成する材料の別々の部分）で形成することができる。
【０００９】
本発明の中空コア導波路は、高レベルの光パワーを伴う装置作動を可能にする。これは、中実コアを形成する材料の物理的特性によって最大光パワー密度が制約される従来技術の中実コア導波路に比較した利点である。
有利な態様においては、反射コーティングは、作動波長帯域内で屈折率が導波路コアの屈折率よりも低い材料の層を含む。中空導波路コアよりも屈折率が低い材料の層は、「ＭＭＩ」装置内で光の内部全反射（ＴＩＲ）を生じ、それによって低い付随レベルの光損失を有する中空コア装置をもたらす。
【００１０】
中空コア光導波路構造が生成される時に、中空コアが空気で満たされる可能性が高いことに注意すべきである。本明細書においては、従って、コアの屈折率は、標準状態（すなわち、ｎ≒１）の空気の屈折率であると仮定される。しかし、これを決して本発明の範囲を制限するものとして見てはならない。中空コアは、任意の流体（例えば、窒素のような不活性ガス）を包含するか、又は真空にすることができる。中空コアという用語は、単に、いかなる中実材料も存在しないコアという意味である。また、内部全反射（ＴＩＲ）という用語は、本明細書では減衰内部全反射（ＡＴＩＲ）を含むように解釈するものとする。
【００１１】
更に別の実施形態では、中空コア導波路の内部表面上に担持された低屈折率材料の層は金属であり、例えば、金、銀、又は銅である。
従って、金、銀、又は銅の特性は、遠隔通信波長帯域における作動に対して（すなわち、約１．５５μｍを中心とした波長での使用に対して）「ＭＭＩ」装置に含ませるのにこれらの金属を特に適するものにする。
金属は、金属の物理的特性によって支配された特定の波長範囲に亘る適切に低い屈折率を示すことになり、Ｅ．Ｄ．Ｐａｒｉｋ著「光学定数のハンドブック」、アカデミックプレス、ロンドン、１９９８年のような標準的テキストブックは、様々な材料の波長依存屈折率に関する正確なデータを提供している。特に、金の屈折率は、約１４００ｎｍから１６００ｎｍの範囲の波長に対して空気の屈折率よりも低い。銅は、５６０ｎｍから２２００ｎｍの範囲波長に亘って１よりも低い屈折率を示し、一方、銀は、３２０ｎｍから２４８０ｎｍの波長範囲に亘って類似の屈折率特性を有する。
【００１２】
金属の層は、当業者に公知の様々な技術を使用して堆積させることができる。これらの技術は、スパッタリング、蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、及び（電気又は化学）メッキを含む。「ＣＶＤ」及びメッキ技術は、いかなる方向依存の厚さ変動もなく金属層を堆積させる。メッキ技術はまた、バッチ処理の実行を可能にする。
当業者は、金属層を堆積させる前に中空コア導波路に接着層及び／又は障壁拡散層を堆積させることができることを認識するであろう。例えば、金の堆積の前に、クロム又はチタンの層を接着層として設けることができる。金の堆積の前に、その接着層にプラチナのような拡散障壁層を堆積させることもできる。代替的に、組み合わせた接着及び拡散障壁層（窒化チタン、又はチタンタングステン合金、又は酸化珪素のような絶縁体など）を使用することもできるであろう。
【００１３】
好都合な態様においては、反射コーティングはまた、１つ又はそれ以上の誘電体材料の層を含むことができる。誘電体材料は、「ＣＶＤ」又はスパッタリングによって堆積させることができる。代替的に、誘電体層は、堆積した金属層との化学反応によって形成することができるであろう。銀の堆積層は、ハロゲン化物と化学的に反応してハロゲン化銀の薄い表層を生成することができる。例えば、ヨウ化銀（ＡｇＩ）コーティングは、銀の表面上に、銀をヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液の形のＩ2に露出することによって形成することができるであろう。
換言すれば、反射コーティングは、全誘電体又は金属誘電体のスタックによって設けることができる。当業者は、誘電体層の光学厚さが必要な干渉効果を与え、従って、コーティングの反射特性を決めることを認めるであろう。コーティングの反射特性はまた、中空コア導波路が形成される材料の特性にある程度まで依存する。
【００１４】
本装置は、０．１μｍから２０．０μｍの波長範囲、より好ましくは、３〜５μｍ又は１０〜１４μｍの赤外線帯域に亘って作動するように有利に構成することができる。有利な態様においては、本装置は、波長が１．４μｍと１．６μｍの間の放射で作動する。
好都合な態様においては、上述の少なくとも１つの中空コア入力導波路は、基本モードの導波路である。代替的に、この少なくとも１つの中空コア入力導波路は、マルチモードの導波路である。より詳細に以下で説明するように、基本モード又はマルチモードの導波路は、中空コアマルチモード導波路領域の中に、又はその領域から放射を結合するために使用することができる。
【００１５】
好ましくは、上述の少なくとも１つの中空コア入力導波路は、中空コア光ファイバを含む。換言すれば、中空コア光ファイバは、マルチモード導波路領域の中に放射を直接結合するように配置することができる。
有利な態様においては、本装置は、中空コアマルチモード導波路領域に直接光学的に結合された光ファイバを更に含む。光ファイバは、中空又は中実コアを含むことができる。そのような中実コア光ファイバは、本発明の少なくとも１つの中空コア入力導波路の代わりに使用することができるということも当業者には明白であろう。
【００１６】
好都合な態様においては、中空コアマルチモード導波路領域の断面は、実質的に矩形である。以下に説明するように、これによって「ＭＭＩ」ビーム分割器又は再結合器を形成することができる。このような中空コアマルチモード導波路領域の寸法（すなわち、幅、長さ、及び奥行き）は、上述の少なくとも１つの中空コア入力導波路によって搬送される光入力フィールドの再結像をもたらすように（すなわち、入力ビームの１つ又はそれ以上の結像を生成するように）選択されるのが好ましい。
【００１７】
好都合な態様においては、中空コアマルチモード導波路領域の矩形内部断面を形成する対向する表面は、実質的に有効屈折率が等しく、矩形内部断面の中空コアマルチモード導波路領域を形成する隣接する表面は、有効屈折率が異なる。このようにして、本装置は、既知の線形偏光の光を誘導する時に光損失が小さくなるように配置することができる。
いくつかの実施形態では、中空コアマルチモード導波路領域は、実質的に円形の断面を有することができ、中空コアマルチモード導波路領域の直径及び長さは、上述の少なくとも１つの中空コア入力導波路によって搬送される光入力フィールドの再結像をもたらすように選択される。そのような円形マルチモード領域ではビーム分割は不可能であり、再結像効果だけが観測されることに注意すべきである。
【００１８】
更に別の実施形態では、中空コア導波路の内部表面上に担持される材料の層は、炭化珪素である。上述のように、低屈折率材料の付加的な層は、必要な任意の周波数で効率的な「ＭＭＩ」作動をもたらすように選択することができる。炭化珪素の屈折率は、１０．６μｍにおいて０．０６であり、そのような波長で作動する「ＭＭＩ」装置に含めるのにこのような材料を特に適するものにする。
好都合な態様においては、中空コア導波路は、半導体材料、例えば、シリコン、又は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、又はＩｎＳｂのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体材料内に形成される。半導体材料は、ウェーハの形態で準備することができる。有利な態様においては、中空コア導波路は、半導体マイクロ製造技術を使用して形成される。そのようなマイクロ製造技術は、好ましくは、断面が３ｍｍよりも小さく、より好ましくは、１ｍｍよりも小さい基本モード導波路をもたらす。
【００１９】
マイクロ製造技術は、一般的に、リソグラフィ段階と、基板材料又はその上の層にパターンを形成するためのそれに続くエッチング段階とを伴うことを当業者は認識するであろう。リソグラフィ段階は、フォトリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、又は電子線リソグラフィを含むことができる。エッチング段階は、イオンビームフライス削り、化学エッチング、ドライプラズマエッチング、又はディープドライ（ディープシリコンとも呼ばれる）エッチングを使用して実行することができる。好ましくは、「ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）」技術が使用される。
この種のマイクロ製造技術を使用して形成された導波路は、従来技術の中空誘電体導波路よりも大きさが大幅に小さい中空コア導波路を提供する。この種のマイクロ製造技術はまた、スパッタリング、電気メッキ、「ＣＶＤ」、又は他の反応性化学に基づく技術のような様々な層堆積技術との適合性がある。
【００２０】
更に別の実施形態では、中空コア導波路は、プラスチック又はポリマーで形成される。例えば、中空コア導波路は、「スピン・オン」ポリマーコーティング（例えば、マイクロケム・コーポレーションから入手可能な「ＳＵ８」）上のリソグラフィ処理を使用して形成されるであろう。
プラスチック導波路装置は、熱間エンボス加工又は射出成形を含む技術によって製作することができる。この技術は、マスターを形成する段階を伴う。マスターは、ディープドライエッチングを使用して、シリコンのような半導体材料内に形成することができる。代替的に、マスターは、「ＬＩＧＡ」又は「ＵＶ  ＬＩＧＡ」技術を使用する層の電気堆積によって形成することができる。マスターが形成された状態で、中空コア導波路は、型抜き加工（すなわち、加圧成形）又は熱間型抜き加工を使用してプラスチック基板に形成することができる。このように形成された中空プラスチック導波路は、次に、反射コーティングで被覆することができる。
【００２１】
更に別の実施形態では、中空コア導波路は、石英やシリカなどのようなガラスで形成される。
好都合な態様においては、本装置の中空コアは、液体又は空気のような気体を含む。
また、中空コア導波路内の光の増幅をもたらすために、ガス状の光学利得媒体も有利に使用することができる。特に、そのような中空コアマルチモード領域内のガス状の利得媒体の使用により、高度の増幅が可能になる。例えば、ガス状利得媒体は、ＣＯ2、Ｎ2、及びＨｅの混合で形成された気体放出とすることができるであろう。これは、１０．６μｍの放射に対する増幅をもたらすと考えられる。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、光増幅器は、１対Ｎ多重ビーム分割器、１対Ｎ多重ビーム分割器の出力の少なくとも１つに作用する多重素子光増幅器、及び光学直列に接続されたビーム再結合器を含み、１対Ｎ多重ビーム分割器及びビーム再結合器の少なくとも一方は、本発明の第１の態様による中空コアマルチモード干渉装置を含む。
換言すれば、光増幅器は、本発明の第１の態様による「ＭＭＩ」装置を組み込む。そのような「ＭＭＩ」装置の使用により、増幅器が大量の光パワーをもたらすことが可能になる。これは、最大光パワー密度がコアを形成する材料の物理的特性によって制約される中実コア導波路で製作された従来技術の増幅器よりも有利である。すなわち、高次オーダーの分割−増幅−再結合が可能であり，それによって以前には達成できなかった高強度出力ビームの生成を可能にする。
【００２３】
好都合な態様においては、１対Ｎビーム分割器及びビーム再結合器は、両方とも本発明の第１の態様による中空コアマルチモード干渉装置を含む。代替的に、１対Ｎビーム分割器は、中実コア「ＭＭＩ」分割装置を含む。
更に別の実施形態では、光増幅器は、ビーム再結合器におけるビーム再結合の前に増幅ビームの相対位相を調節するための位相オフセット手段を更に含む。ＧａＡｓ変調器又は変形可能ミラーなどを含むことができる位相オフセット手段は、再結合器に入るビームの相対位相の制御を可能にする。再結合装置に入るビームが適切な位相オフセットを有することを保証することは、再結合処理の効率を上げることになり、再結合領域の長さをより短くすることになる（特に、高次オーダーの分割／再結合装置において）。
【００２４】
本発明の第３の態様によれば、共振器は、部分的反射器、分割／再結合手段、多重素子光増幅器、及び反射器を含み、これらの部分的反射器、分割／再結合手段、多重素子光増幅器、及び反射器は、分割／再結合手段が単一ビームをＮ個のビームに分割するように配置され、ここで、Ｎは、２に等しいか又はそれ以上であり、Ｎ個のビームの各々は、多重素子光増幅器によって増幅され、反射器によって反射され、多重素子増幅器を通過して戻るように再方向付けされ、Ｎ個のビームは、次に、分割／再結合手段によって再結合されて単一のビームを生成し、その単一ビームの一部分は、部分的反射器を通って共振器を出射し、分割／再結合手段は、本発明の第１の態様による中空コアマルチモード干渉装置である。
共振器は、実質的にはそれ自体の上に折り返された増幅器であり、光損失レベルが低く光パワーの高い作動のための機能を与える。
ここで、添付図面を参照し、本発明を単に例示的に以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１（ａ）を参照すると、従来技術の二重中空コア導波路「ＭＭＩ」ビーム分割器２２の斜視図が示されている。「ＭＭＩ」ビーム分割器２２は、基板層２４、導波路層２６、及びカバー層２８を含む。導波路層２６は、入力導波路３０、マルチモード導波路領域３２、及び２つの出力導波路３４及び３６を含む中空コア導波路構造を形成する。
中空コアマルチモード導波路領域３２は、長さｌ及び幅Ｗの矩形である。入力導波路３０は、マルチモード導波路領域３２に関して中心に入れられ、出力導波路３４及び３６は、ポート中心がマルチモード導波路領域３２に亘って間隔が空くように配置される。入力導波路３０と出力導波路３４及び３６は、基本モード伝播だけをサポートするように配置される。
【００２６】
作動時には、入力導波路３０によってサポートされた基本モードは、中央マルチモード導波路領域３２の中に入る。マルチモード導波路領域３２の長さ（ｌ）と幅（ｗ）は、その長さに沿ったマルチモード干渉が、出力導波路３４及び３６の中に結合される入力ビーム強度の等しい分割を生成するように選択される。このようにして、放射の単一入力ビームは、２つの出力ビームに分割することができる。装置を２つのビームを結合するように逆に作動させることも可能である。
【００２７】
図１（ｂ）を参照すると、ビームを分割するマルチモード干渉の基礎となる基本原理が示されている。図１（ｂ）は、長さＬ、幅Ｗ、及びＬ＝Ｗ2／λである矩形のマルチモード導波路領域に沿って１３個の均等に分割された位置における波長λの電磁放射の横強度プロフィールを表す。入射する放射入力（すなわち、第１の横強度曲線５６によって表される）は、基本モードであると仮定される。
ビーム分割機能を達成するために、長さがＬよりも短い装置を使用することができることが図２（ｂ）から分る。図１（ａ）で説明した種類の二重ビーム分割器の場合、長さがＬ／２（＝ｌ）の装置が必要である。同様に、それらの長さがＬ／３とＬ／４の場合には、三重又は四重分割装置をそれぞれ設けることができる。換言すれば、Ｎ多重の分割は、ＬN＝Ｗ2／Ｎλの装置により得られる。「ＭＭＩ」分割装置の作動及び設計の更に完全な説明は、米国特許第５４１０６２５号に与えられている。
【００２８】
当業者は、これまで特定の作動波長での屈折率が空気よりも低い（すなわち、ｎ＜１）誘電体基板材料を使用して中空コア導波路構造を構成してきた。特に、１０．５μｍの波長の光の屈折率は空気よりも低いので、アルミナ基板が使用されてきた。これによって、中空コアを通って伝播する光が空気と基板の間の界面で「ＴＩＲ」を受けることが保証される。
アルミナ及び他の誘電体材料を使用する欠点は、中空コア「ＭＭＩ」装置を形成するために、精密工学（例えば、フライス削り加工又は鋸引き加工）技術を使用してそのような材料が成形されることである。これらの製造技術は、「ＭＭＩ」装置の作動に必要な公差を維持しながら作ることができる中空コア装置の最小サイズを制限する。例えば、一般的なフライス削り技術は、一般的に幅が１ｍｍよりも小さくない導波路で、５０ミクロンよりも小さくない公差で構造体を形成することを可能にする。
【００２９】
物理的サイズが小さい中空コア装置を作るために使用することができる代替の材料は、空気／基板界面において十分なレベルの反射をもたらさず、中空コアと周囲の材料間の界面において光のフレネル反射に起因する著しい光損失が発生する。より小さいサイズの装置では悪化する「ＭＭＩ」装置のフレネル反射に付随する光損失により、当業者は、小さいサイズの「ＭＭＩ」装置を生成するために中空コア基板の使用することを軽視するようになった。従って、より小さな装置サイズを得るために、中実コア「ＭＭＩ」導波路装置の生成に対する努力が費やされた。
【００３０】
図２を参照すると、四重中実コア「ＭＭＩ」導波路構造６０が示されている。四重中実コア「ＭＭＩ」導波路構造６０は、半絶縁性ＧａＡｓ基板層６２、下部クラッド層６４、ＧａＡｓコア層６６、及び上部クラッド／キャップ層６８から成る。
入力導波路７０は、幅Ｗ及び長さｌ’のマルチモード導波路領域８０上の中心に入れられ、４つの出力導波路（７２、７４、７６、及び７８）もまた設けられる。入力及び出力導波路は、基本モードの伝播だけをサポートするように配置される。マルチモード導波路領域８０の長さ（ｌ’）は、四重分割をもたらすためにＬ／４（ここで、Ｌ＝Ｗ2／λ）である。
【００３１】
ＧａＡｓコアの屈折率は約３．５であり、周囲空気の屈折率は約１である。このようにして、ＧａＡｓ材料と周囲空気の間の界面における内部全反射（ＴＩＲ）が得られる。ＧａＡｓと周囲空気の間の界面において発生する「ＴＩＲ」は、中空コア装置内で見出される表面反射率よりも実質的に大きい表面反射率をもたらす。この種の中実コア装置の全体的な光学効率は、従って、中空コア同等物よりも遥かに高い。
中実コア「ＭＭＩ」分割装置の欠点は、コアを形成する材料に損傷を与える前に、光パワーの制限された量のみが中実コア内で伝播することができることである。中実コア「ＭＭＩ」装置のパワー処理能力は、従って制限され、これによって光学増幅器のような高パワー用途におけるそのような装置の使用が制限される。
【００３２】
図３を参照すると、本発明による二重中空コア導波路「ＭＭＩ」ビーム分割器９０の斜視図が示されており、以前の図に説明した要素と同じものには、同じ参照番号が付されている。
「ＭＭＩ」ビーム分割器９０は、基板８８及び基板蓋８６を含む。基板８８及び基板蓋８６は、入力導波路３０、マルチモード導波路領域３２、及び２つの出力導波路３４及び３６を含む中空コア導波路構造を形成する。金の層９２（図３のハッチングで示す）は、中空コア導波路構造を形成する基板８８及び基板蓋８６の内面上に設けられる。金の層９２は、「ＡＴＩＲ」の発生を保証するために十分に厚くなければならない。当業者は、金の層９２と基板の間に接着促進層及び／又は拡散障壁層（図示しない）を設けることもできることを認識するであろう。
【００３３】
金の層を追加したことによる空洞の長さ及び幅に対する全ての変更を別にして、金の層９２は、「ＭＭＩ」装置の設計に影響を与えない。入力導波路３０、マルチモード導波路領域３２、及び２つの出力導波路３４及び３６は、図１に関連して説明した種類の従来技術の中空コア「ＭＭＩ」装置に対して使用されたものと同じ判断基準を使用して設計される。
金の層９２の存在により、遠隔通信波長帯域（すなわち、波長が約１．５５μｍ）内の波長の光の中空コア装置内の「ＡＴＩＲ」がもたらされる。これらの遠隔通信波長において、金は、ｎ＜１の必要な屈折率特性及び低い吸収レベルを有する。
【００３４】
金の層９２を上述したが、当業者は、導波路が作動する波長において空気（又は、空洞内に包含されたいかなるもの）よりも屈折率が小さい任意の材料を、中空コア導波路を形成する表面上に堆積させることができることを認識するであろう。様々な材料の屈折率は、Ｅ．Ｄ．Ｐａｒｉｋ著「光学定数のハンドブック」、アカデミックプレス、ロンドン、１９９８年のような様々な出版物に見出すことができる。金属の屈折率は、一般的に、所定の波長範囲に亘って空気の屈折率よりも低く、特定の波長範囲は、金属の物理特性に依存する。特定波長での金属の低屈折率には、一般的に、類似の波長範囲に亘る吸収極大が伴っている。従って、空気よりも低い屈折率を有し、装置が作動する１つ又は複数の波長での吸収も低い材料が、好ましくは選択されるべきである。
当業者は、単一の低屈折率層を使用する代わりに、多層反射器を設けることができることを認識するであろう。例えば、多層誘電体スタック又は金属誘電体スタックを基板８８及び／又は基板蓋８６に被覆することができる。
【００３５】
基板８８及び基板蓋８６に適切な材料はシリコンであり、シリコンは、当業者に公知の種類のマイクロ製造技術を使用して非常に高い精度でエッチングすることができる。必要な物理的形状に形成することができる任意の材料を「ＭＭＩ」装置を生成するのに使用することができるであろう。しかし、マイクロ製造された半導体の使用は、精密工学の代替方法よりも相当に小さいサイズの装置を作ることができるので特に有利であり、マイクロ製造工程は、１μｍ以下の精度を提供することができる。マイクロ製造はまた、基板上に平行に多重構造を形成することを可能にし、これは、切削工具を基板の表面に亘って移動させることにより導波路構造が直列に形成される精密工学技術とは異なる。
【００３６】
理想的には、基板８８及び基板蓋８６は、低屈折率材料の層で被覆するのに適する材料から作製されるべきである。当業者は、スパッタリング、蒸着、「ＣＶＤ」、又はメッキのような金属堆積技術を使用してシリコン上への金の層の堆積を達成することができる方法を理解するであろう。当業者はまた、金／シリコン共晶接合又は中間層のような技術で蓋を基板に結合することができることも理解すると考えられる。
【００３７】
図４を参照すると、本発明の二重「ＭＭＩ」装置の伝達特性を明らかにする実験データが示されている。
２５０μｍ（Ｗ）のマルチモード領域幅と５０μｍの基本モード導波路幅とを有する二重中空コア導波路「ＭＭＩ」ビーム分割器が構成された。装置は、様々な長さ（ｌ）のマルチモード領域を使用し、ニッケル接着層を使用して中空コア導波路構造の内部表面に付加された銅金属のコーティングがあるものとないものとで製作された。
【００３８】
第１の曲線１００は、二重中空コア「ＭＭＩ」分割器を通る光の全伝達を示し、第２の曲線１０２は、内部表面に銅金属のコーティングが付加された二重中空コア「ＭＭＩ」分割器を通る光の伝達を示す。中空ビーム分割器の内部表面に銅金属の層を付加することは、装置の伝達効率をほぼ倍にすることになることが実験データから明らかである。これは、この装置を実際的に中実コア装置の代替装置にする。
【００３９】
図５を参照すると、本発明による中空コア二重分割／結合「ＭＭＩ」装置を使用することができるいくつかの用途が概略で示されている。
図５（ａ）は増幅器１１０を示す。増幅器１１０は、分割装置段階１１２、ダイオードアレイ増幅器１１４、及び結合器段階１１６を含む。
分割装置段階１１２は、第１の二重「ＭＭＩ」分割器１１８と、２つの二次的な二重「ＭＭＩ」分割器１２０及び１２２とを含む。二重「ＭＭＩ」分割器１１８、１２０、及び１２２の各々は、単一の入力導波路１２４、２つの出力導波路１２６、及び中央マルチモード領域１２８を含む。二次的な二重「ＭＭＩ」分割器の入力は、第１の二重「ＭＭＩ」分割器１１８の出力に接続される。
【００４０】
ダイオードアレイ増幅器１１４は、分割器段階１１２の４つの出力と結合器段階１１６の４つの入力との間に光学的に接続された４つの別々の増幅素子（１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を含む。この種のレーザダイオードアレイは、当業者に公知である。
結合器段階１１６は、一対の二重「ＭＭＩ」結合器１３２及び１３４と、第２の「ＭＭＩ」結合器１３６とを含む。二重「ＭＭＩ」結合器１３２、１３４、及び１３６の各々は、一対の入力導波路１３８、単一の出力導波路１４０、及び中央マルチモード領域１２８を含む。一対の二重「ＭＭＩ」結合器１３２及び１３４の出力は、第２の「ＭＭＩ」結合器１３６の入力に接続される。
作動時に、分割器段階１１２は、入射光ビーム１４２をそれぞれが同じ強度の４つのビームに分割する。四素子ダイオードアレイ増幅器１１４は、次に、４つのビームの各々が結合器段階１１６で再結合される前にそれらを増幅する。得られる増幅された出力ビーム１４４は、このようにもたらされる。
【００４１】
図５ｂを参照すると、共振器構造１５０が示されている。共振器１５０は、それ自体の上に折り返された、実質的に図５ａに関連して説明した種類の増幅器である。
共振器１５０は、第１の二重「ＭＭＩ」分割器／結合器１５４と２つの二次的な二重「ＭＭＩ」分割器／結合器１５６及び１５８とを有する単一の「ＭＭＩ」段階１５２を含む。各「ＭＭＩ」分割器／結合器１５４、１５６、及び１５８は、第１の導波路１６０、２つの第２の導波路１６２、及びマルチモード領域１２８を有する。第１の二重「ＭＭＩ」分割器／結合器１５４の２つの第２の導波路は、２つの二次的な二重「ＭＭＩ」分割器／結合器１５６及び１５８の第１の導波路に光学的に接続される。共振器はまた、完全反射ミラー１６４、部分反射ミラー１６６、及び四素子ダイオードアレイ増幅器１１４を含む。
作動時には、「ＭＭＩ」段階１５２は、分割及び結合機能の両方を実行し、共振器は、光の増幅をもたらす。部分反射ミラー１６６は、特定の比率の光を出力ビーム１６８として抽出することを可能にする。
【００４２】
図５に関連して説明した増幅器及び共振器は、公知の「ＭＭＩ」分割器／結合器を使用して製作することができるが、図３及び４に関連して説明した種類の「ＭＭＩ」装置を使用するのが好ましい。低屈折率コーティングのない中空コア導波路を使用すると、システム内の各「ＭＭＩ」分割器／再結合器に付随する累積損失が増大すると考えられ、それによってダイオードアレイ増幅器１１４の光増幅を減少させる。また、従来技術の中実コア（例えば、ＧａＡｓ）「ＭＭＩ」分割器／結合器が使用されたならば、再結合段階に付随するパワー密度は、中実コア材料の著しい劣化を引き起こす可能性があるであろう。本発明は、従って、高パワーの処理能力を有する光増幅器及び共振器を提供する。
【００４３】
図６を参照すると、本発明による中空コア「ＭＭＩ」装置を有利に使用することができる方法の更に別の例が説明されている。
図６ａは、１対４対１多重増幅器を示す。この増幅器は、第１の導波路１８２と、マルチモード領域１８４と、４つの第２の導波路１８６とを有する第１の四重「ＭＭＩ」分割器１８０を含む。第２の四重「ＭＭＩ」再結合器１９０と共に、四素子ダイオードアレイ増幅器１１４も設けられる。
【００４４】
作動時に、入射光１９２は、第１の四重「ＭＭＩ」分割器１８０の第１の導波路１８２の中に結合される。第１の四重「ＭＭＩ」分割器１８０は、その４つの第２の導波路１８６間で光を均等に分割し、四素子ダイオードアレイ増幅器１１４まで光を通す。
第１の「ＭＭＩ」分割器１８０の４つの第２の導波路の各々から入る光は、第２の四重「ＭＭＩ」再結合器１９０の第２の導波路に入る前に、四素子ダイオードアレイ増幅器１１４の各素子によって増幅される。第２の四重「ＭＭＩ」再結合器１９０は、次に、４つの増幅された光ビームを再結合し、増幅された単一の出力ビーム１９４を形成する。
【００４５】
しかし、上述の二重分割器と異なり、「ＭＭＩ」再結合器１９０に入る４つの光ビームの位相を考慮する必要がある。そのような位相の考慮は、「ＭＭＩ」装置が可能な限り最短のマルチモード領域長さを使用して、３つ又はそれ以上のビーム（すなわち、Ｎ≧３の時）を分割して再結合するように設計される時にのみ必要である。
図２に関連して上述したように、「ＭＭＩ」装置が幅Ｗ及び長さＬN＝Ｗ2／Ｎλのマルチモード領域を有する時、最短マルチモード領域長さでＮ多重分割を得ることができる。波長λは、マルチモード領域内の光の波長（すなわち、コア材料の屈折率が乗じられた光の自由空間波長）であることにも注意すべきである。
【００４６】
アレイ素子の軸線のピッチ（ｐ）を用いて、Ｎ多重分割に対するマルチモード導波路長さ（ｌ）は、次のように書き表すことができる。
【数１】
2005516252.tif 000003
【００４７】
ここで、ｐは、第２の導波路のピッチ（例えば、「ＭＭＩ」分割器１８０の４つの導波路１８６のピッチ）であり、ｐ＝Ｗ／Ｎである。式（１）から、マルチモード導波路領域の長さ（ｌ）は、固定ピッチに対する分割（すなわち、Ｎ）のオーダーで線形にスケーリングされることが分る。
上述の幾何学的設計規則に従うマルチモード導波路における対称分割処理の結果は、振幅が等しいＮ個の基本モードのフィールドが生成されることである。しかし、得られるフィールドの位相は等しくなく、次の関係に従う。
【数２】
2005516252.tif 000004
【００４８】
従って、四重分割器（すなわち、Ｎ＝４）の場合、４つの出力フィールドの相対位相は、それぞれ、３π／８、−π／８、−π／８、及び３π／８である。
四重再結合器を使用して４つのビームを効率的に再結合するために、マルチモード導波路領域に入るフィールドの位相は、分割処理によって生成された値の正確な位相共役である値を取るべきである。換言すれば、「ＭＭＩ」再結合器１９０のマルチモード領域に対する４つの入力フィールドの位相は、効率的な再結合のためには、それぞれ、−３π／８、π／８、π／８、及び、−３π／８であるべきである。
【００４９】
更に、これらの位相条件を満足させる「ＭＭＩ」分割器１８０と「ＭＭＩ」再結合器１９０との間の位相オフセットを導入することが有利である。一般論として、１対Ｎ多重分割器とＮ対１多重再結合器との間に必要な位相オフセットは、次式によって与えられる。
【数３】
2005516252.tif 000005
【００５０】
図６（ａ）の１対４対１多重増幅器で必要な位相オフセットを確立するために、「ＭＭＩ」再結合器１９０の４つの第２の導波路１８６の各々に位相オフセット手段１９６が設けられる。位相オフセット手段１９６は、「ＭＭＩ」再結合器１９０に供給する導波路の物理的長さに対する変更を含む。
必要な位相オフセットを生成するための多くの代替技術はまた当業者に公知である。例えば、ダイオードアレイ増幅器１１４の各素子の電流は、変更することができる。代替的に、必要な位相シフトをもたらすために、ダイオードアレイ増幅器１１４内の光路の長さを変更するか、又は、導波路又はダイオードアレイ増幅器１１４の一部分の有効屈折率を修正することができるであろう。
【００５１】
図６ｂは、単一の四重「ＭＭＩ」分割器／再結合器２００及び四素子ダイオードアレイ増幅器１１４から成る共振器を示す。四重「ＭＭＩ」分割器／再結合器２００は、マルチモード領域１８４、第１の導波路１８２、及び４つの第２の導波路１８６を含む。位相オフセット手段２０４は、４つの第２導波路１８６の各々に設けられる。共振器はまた、完全反射ミラー１６４及び部分反射ミラー１６６を含む。
【００５２】
共振器は、実質的にはそれ自体の上に折り返された増幅器であり、その結果、四重「ＭＭＩ」分割器／再結合器２００を通る二重通過が光の増幅をもたらす。装置を通る各二重通過の間に、光は位相オフセット手段２０４を２度通過するので、位相オフセット手段２０４によって与えられる位相オフセットは、増幅器装置に対して上式（３）で与えられるものの半分である。部分反射ミラー１６６は、特定の比率の光を出力ビーム２０２として抽出することを可能にする。
ここでもまた、図３及び４に関連して説明した種類の中空コア「ＭＭＩ」分割器／再結合器は、減衰レベルが低く高い光パワーを処理する能力をもたらすので有利である。
【００５３】
図７を参照すると、図６（ａ）に関連して説明した増幅器の代替実施形態が設けられている。この増幅器は、７多重「ＭＭＩ」分割器２１０、七素子ダイオードアレイチップ２１２、及び７多重「ＭＭＩ」再結合器２１４を含む。７多重「ＭＭＩ」分割器２１０は、入力導波路２１６及びマルチモード領域２１８を含む。７多重「ＭＭＩ」結合器２１４は、出力導波路２２０及びマルチモード領域２１８を含む。
【００５４】
「ＭＭＩ」分割器２１０及び「ＭＭＩ」結合器２１４の両方のマルチモード領域２１８は、７多重ダイオードアレイチップ２１２のいずれかの側面に直接光学的に結合される。「ＭＭＩ」分割器２１０のマルチモード領域２１８の寸法は、入力導波路２１６からその領域に入る入射基本モードが、ダイオードアレイチップ２１２との界面２２２において同じ強度の７つのビームに分割されるような寸法である。７つのビームは、次に、それらが再結合されて出力導波路２２０を通って装置を出射する単一ビームを形成する時に「ＭＭＩ」再結合器２１４に入るその前に、ダイオードアレイチップ２１２によって増幅される。この装置では、任意の必要な位相オフセットが、ダイオードアレイチップ領域にもたらされる。
図６に関連して説明した増幅器及び共振装置と同様に、有利な態様においては、図７の一体型増幅装置は、図３及び図４に関連して説明した種類の「ＭＭＩ」分割器２１０及び／又は「ＭＭＩ」再結合器２１４を含む。
【００５５】
図８を参照すると、ハイブリッド増幅器が示されている。ハイブリッド増幅器は、中実コア「ＭＭＩ」分割器２３０、６つの位相シフト手段２３２、テーパーダイオード増幅器アレイ２３４、及び中空コア「ＭＭＩ」結合器２３６を含む。
中実コア「ＭＭＩ」分割器２３０は、ＧａＡｓで作られ、単一入力導波路２３８、マルチモード領域２４０、及び６つの出力導波路２４２を含む。マルチモード領域２４０の幅（ｗ1）と長さ（ｌ1）は、入力導波路２３８の中に結合された入力ビーム２４１が、６つの出力導波路２４２の中に分割されるように選択される。
【００５６】
６つの出力導波路２４２の各々は、位相シフト手段２３２まで扇状に広がる。位相シフト手段２３２は、適切な電圧が印可されると光ビームに位相シフトを課す、同じくＧａＡｓで作られた電気光学変調器を含む。効率的な再結合を保証するために各ビームに対して付加される位相シフトは、上式（３）によって支配される。位相シフト手段２３２はまた、扇状に広がる処理自体によって生じる位相誤差を補正する。切断誤差や導波路特性の不一致のような製作工程の間に生じる位相誤差もまた、位相シフト手段２３２によって補正することができる。
効率的な再結合のために、適切な位相オフセットを達成する必要があるばかりでなく、ビームもまた同じ振幅を有する必要があることに注意すべきである。均等振幅補正は、当業者に公知の様々な方法によって達成することができる。例えば、マッハ‐ツェンダー可変減衰器（図示しない）を位相シフト手段２３２の前の各出力導波路２４２上に配置することができるであろう。
【００５７】
位相シフト手段２３２を出射する位相シフトされたビームは、６つのビームの各々を個々に増幅するテーパーダイオード増幅器アレイ２３４の中に結合される。この作業に適するテーパー増幅器は、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ」、１９９９年１月７日、３５巻、第１号掲載のＦ．Ｗｉｌｓｏｎ他の論文に説明されている。
増幅された状態で、６つの光ビームは、中空コア「ＭＭＩ」再結合器２３６のマルチモード領域２４４の中に直接結合される。テーパーダイオード増幅器アレイ２３４の中実素子と中空コアマルチモード領域２４４との間の界面で反射が最小であることを保証するために、反射防止コーティング２４６が設けられる。
【００５８】
マルチモード領域２４４の幅（ｗ2）と長さ（ｌ2）は、その領域に入る６つの増幅されたビームが再結合され、増幅された出力ビーム２４７が出力導波路２４８を通って装置を出射するように選択される。ＧａＡｓと空気の屈折率の違い（それぞれ、約３．５と１．０）のために、中実コア「ＭＭＩ」分割器２３０及び中空コア「ＭＭＩ」再結合器２３６の寸法が異なることに注意すべきであり、このために、中実コア「ＭＭＩ」分割器２３０の大きさは、中空コア「ＭＭＩ」再結合器２３６よりも物理的に小さくなる。
１対６対１増幅器を上述したが、当業者は、より高度な分割及び再結合が可能であることを認識するであろう。光結合に必要なパワーの量が増加するので、再結合器のパワー処理能力も相応に増加すべきである。
【００５９】
図８に説明した種類のハイブリッド増幅器では、中実コア「ＭＭＩ」装置は、一般的にその中空コア同等物よりも小型であり、低パワー入射ビームの効率的なビーム分割をもたらすことになるので、入射放射ビームを分割するのに使用される。しかし、増幅された信号を再結合する場合、中実コア装置は、中実コア材料の損傷を生じることなく増加した光パワーを処理することはできないであろう。図３及び図４に関連して説明した種類の「ＭＭＩ」再結合器を使用すると、再結合器に対するコア損傷の可能性を生じることなく高強度ビームの効率的再結合が可能になる。
【００６０】
上述の「ＭＭＩ」装置は、一次元（例えば、水平方向）分割をもたらす。しかし、米国特許第５，４１０，６２５号の図１７及び図１８に関連して説明されるような第２の方向（例えば、垂直方向）の分割をもたらすことも可能である。このようにして、単一入力ビームをＭ×Ｎビームに分割することができる。二次元分割は、第１の次元（例えば、水平方向）のＮ多重分割、及び第２の次元（例えば、垂直方向）のＭ多重分割として考えることができる。
【００６１】
二次元のマルチモード伝播をサポートする矩形導波路の中に供給される対称フィールドの場合に関しては、Ｍ多重及びＮ多重分割を次式によって与えることができる。
【数４】
2005516252.tif 000006
【００６２】
ここで、Ｗ1は導波路幅、Ｗ2は導波路深さ、ｐ及びｑは整数、λは、伝播する光の波長である。従って、
【数５】
2005516252.tif 000007
になるようにｐＷ1とｑＷ2を選択すると、Ｍ×Ｎフィールドを与えることになる。
【００６３】
二次元のマルチモード伝播をサポートする矩形導波路の中に供給される非対称フィールドの場合に関しては、Ｍ多重及びＮ多重分割を以下のように与えることができる。
【数６】
2005516252.tif 000008
【００６４】
ここで、Ｗ1は導波路幅、Ｗ2は導波路深さ、ｐ及びｑは整数、λは、伝播する光の波長である。ここでもまた、
【数７】
2005516252.tif 000009
になるようにｐＷ1とｑＷ2を選択すると、Ｍ×Ｎフィールドを与えることになる。更に、非対称基本モードをマルチモード導波路領域の中に供給することは、マルチモードフィールドを入力することと類似である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（ａ）、図１（ｂ）は、従来技術の中空コア「ＭＭＩ」分割装置、及びこのような装置の横電場プロフィールを示す図である。
【図２】従来技術の中実コア「ＭＭＩ」分割装置を示す図である。
【図３】本発明による「ＭＭＩ」導波路装置を示す図である。
【図４】本発明の「ＭＭＩ」分割装置、及び被覆なしの中空コア「ＭＭＩ」装置から記録した実験データの比較を示す図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、本発明による二重「ＭＭＩ」分割／再結合装置を組み込んだ増幅器及び共振器光学回路を示す図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）は、本発明による四重「ＭＭＩ」分割／再結合装置を組み込んだ増幅器及び共振器光学回路を示す図である。
【図７】本発明による「ＭＭＩ」分割／再結合装置を組み込んだ増幅器に対する代替構成を示す図である。
【図８】本発明による中実コア「ＭＭＩ」分割装置及び「ＭＭＩ」再結合器を組み込んだハイブリッド光増幅器回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
３０、３４、３６  中空コア入力導波路
３２  中空コアマルチモード導波路
９０  マルチモード干渉（ＭＭＩ）装置
９２  反射コーティング
【図１（ａ）】
2005516252.tif 000010
【図１（ｂ）】
2005516252.tif 000011
【図２】
2005516252.tif 000012
【図３】
2005516252.tif 000013
【図４】
2005516252.tif 000014
【図５（ａ）】
2005516252.tif 000015
【図５（ｂ）】
2005516252.tif 000016
【図６（ａ）】
2005516252.tif 000017
【図６（ｂ）】
2005516252.tif 000018
【図７】
2005516252.tif 000019
【図８】
2005516252.tif 000020
【国際調査報告】
2005516252.tif 000021
2005516252.tif 000022
2005516252.tif 000023