【事件の表示】
　特許第３３８９２４２号「光学デバイス」の請求項１ないし８に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３３８９２４２号の請求項１ないし８に係る特許を維持する。
【理　由】
１　手続の経緯
　特許第３３８９２４２号の請求項１ないし８に係る発明についての出願は、平成３年１２月２日に出願した特願平４−５０１１９９号（１９９１年１２月２日（パリ条約による優先権主張１９９０年１２月２０日、英国）を国際出願日とする出願）の一部を平成１４年５月３１日に新たな特許出願としたもので、平成１５年１月１７日にその発明について特許の設定登録がなされた後、平成１５年９月２４日にその特許について特許異議申立人日本電信電話株式会社より特許異議の申立てがなされ、同年１１月１８日付で取消理由が通知され、その指定期間内である平成１６年５月２８に訂正請求がなされたものである。
　
２　訂正の適否についての判断
２．１　訂正事項
　平成１６年５月２８日になされた訂正請求は、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の記載事項を訂正することを求めるものであり、その内容には以下の（Ａ）〜（Ｈ）の訂正事項がある。
（Ａ）請求項１を
「【請求項１】　（ａ）多モード導波路と、
（ｂ）前記多モード導波路の横断面の中心において、前記多モード導波路に接続された基本モード動作に適合した第１の結合導波路と、
（ｃ）接続中心が前記多モード導波路の横断面上で互いに離間して配置されるように前記多モード導波路に接続された、各々が基本モード動作に適合した、少なくとも２つの第２の結合導波路と、
（ｄ）少なくとも１つの結合導波路の基本モードだけを励起し、これによって前記多モード導波路の入力開口にわたって一定の位相の前記多モード導波路への入力を提供するように適合した放射源とを備え、
（ｅ）前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
と訂正する。
（Ｂ）請求項２を
「【請求項２】　複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端部と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端部とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ
（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、
（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
と訂正する。
（Ｃ）請求項４を
「【請求項４】  複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ
（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、
（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
と訂正する。
（Ｄ）請求項５を
「【請求項５】  同じ単一の波長を有する２つの放射入力の強度を組み合わせて単一の出力を提供する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ各々が１つまたは複数の波長源から前記多モード導波路に入力放射をリレーするように適合され、
（ｃ）前記多モード導波路は前記入力導波路から出てくる放射の強度を前記出力導波路にリレーするように適合された光学デバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
と訂正する。
（Ｅ）請求項６を
「【請求項６】  同じ単一の波長を有する３つ以上の放射入力の強度を組み合わせて単一の出力を提供する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは３つ以上の入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ各々が１つまたは複数の波長源から前記多モード導波路に入力放射をリレーするように適合され、
（ｃ）前記多モード導波路は前記入力導波路から出てくる放射の強度を前記出力導波路にリレーするように適合されたデバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
（ｋ）
と訂正する。
（Ｆ）請求項７を
「【請求項７】  反射手段によって定められたレーザ空洞と前記空洞内にレーザ放射を導く導波手段とを組み込んだレーザであって、
（ａ）前記導波手段は、第１の結合導波路をレーザ導波路のセットに接続しかつ前記第１の結合導波路から第１の多モード導波路に入力された放射強度を各々のレーザ導波路入力された成分に分割するように適合された第１の多モード導波路を含んでいることと、
（ｂ）前記導波手段はまた前記レーザ導波路のセットを第２の結合導波路に接続しかつ前記リレー導波路から出てくる放射を前記放射が前記第２の結合導波路に入るように再分割するように適合された第２の多モード導波路も含んでいることと、
（ｃ）前記第１の結合導波路および前記レーザ導波路は放射入力を前記第１の多モード導波路および前記第２の結合導波路にそれぞれ提供するように適合されており、そのような放射は各多モード導波路入力開口にわたって一定の位相であることと、
（ｄ）前記第１および第２の多モード導波路は、同じ幅２ｂを有し、かつそれぞれ前記第１の結合導波路と前記レーザ導波路との間および前記レーザ導波路と前記第２の結合導波路との間に光路を提供し、これらの光路長の合計は２ｂ２／λに等しく、式中λは前記多モード導波路内のレーザ放射波長であることと、
（ｅ）前記レーザ導波路はレーザ励起手段を組み込んでいることと、
（ｆ）前記第１および第２の結合導波路ならびに前記レーザ導波路は、それらが前記基本モードだけの伝搬を提供するように構成されるか、または動作中にそれらの入力された励起が放射の基本モードだけをそこに伝搬させるようなものであることから、基本モード動作に適合されていることと、
（ｇ）前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路は、各多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｈ）
（ｉ）
と訂正する。
（Ｇ）請求項８を
「【請求項８】  単一の波長源からの放射を複数の出力導波路間で分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路を前記出力導波路に接続する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、かつ
（ｃ）前記出力導波路は、前記多モード導波路の横断面上に離間して配置された位置で前記多モード導波路に接続された光学デバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
と訂正する。
（Ｈ）段落【００８５】に記載の「（ｃ）厚さ１．０μｍのＧａＡｓ導波路コア層１７９（ｎ＝３．４７９）、」を、「（ｃ）厚さ１．０μｍのＧａＡｓ導波路コア層１７
６
　
２．２　訂正の適否についての判断
　上記（Ａ）の訂正事項は、請求項１に記載された「第１の結合導波路」及び「第２の結合導波路」について、「前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有する」との限定を加えるものであり、また  上記（Ｆ）の訂正事項は、請求項７に記載された「第１の結合導波路」及び「第２の結合導波路」について、「各多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有する」との限定を加えるものであり、さらに上記（Ｂ）〜（Ｅ）及び（Ｇ）の訂正事項は、それぞれ請求項２〜６及び８に記載された「入力導波路」及び「出力導波路」について、「前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有する」との限定を加えるものであり、いずれも特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
　そして、上記（Ａ）〜（Ｇ）の訂正事項は、願書に添付した明細書の段落【００２０】等に記載された事項を根拠に訂正したものであるから、新規事項の追加に該当するものではなく、また実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　また、上記（Ｈ）の訂正事項は、誤記の訂正を目的とするものであり、新規事項の追加に該当するものでも、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　
２．３　むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、特許法第１２０条の４第３項において準用する平成６年法律第１１６号による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書、第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３　特許異議の申立てについての判断
３．１　申立ての理由の概要及び取消理由通知
　特許異議申立人日本電信電話株式会社は、訂正前の本件の請求項１〜８に係る発明につき、次の（ア）〜（オ）の理由により、特許を取り消すべきであると主張している。
（ア）請求項１に係る発明は、甲第１号証（Claude Rolland et al.,“Optimization of Strongly Guiding Semiconductor Rib Waveguide Y-Junctions”,IEEE Photonics Technology Letters,1990-6,Vol.2,No.6,p.404-406）に記載された発明であり、特許法第２９条第１項第３号に該当し、特許を受けることができない。
（イ）請求項２、４、５、８に係る発明は、甲第１号証及び甲第２号証（米国特許第４０８７１５９号明細書）に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により、特許を受けることができない。
（ウ）請求項３に係る発明は、甲第２号証及び甲第３号証（特開昭６２−６３９１７号公報）に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により、特許を受けることができない。
（エ）請求項６に係る発明は、甲第１乃至３号証に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により、特許を受けることができない。
（オ）請求項７に係る発明は、甲第１号証及び甲第４号証（J. Katz et al.,“Diffraction coupled phase-locked semiconductor laser array”,Applied Physics Letters,1983-4-1,Vol.42,No.7,p.554-556）に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により、特許を受けることができない。
　
　そして、当審において、上記異議の申立ての内容を含めて、以下の取消理由を通知した。
「本件の、請求項１〜８に係る特許は、合議の結果、以下の理由によって取り消すべきものと認められます。これについて意見がありましたら、この通知の発送の日から３ヶ月以内に意見書の正本１通及びその副本２通を提出して下さい。 
 　　　　　　　　　　　　　　　　理　由 
刊行物１：C. Rolland, M. D. Adams, D. Yevick, and B. Hermansson，Optimization of Strongly Guiding Semiconductor Rib Waveguide Y-Junctions，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.2，No.6，pp.404〜406 (1990) （甲第１号証）
刊行物２：米国特許第4087159号明細書（甲第２号証）
刊行物３：特開昭62‐63917号公報（甲第３号証）
刊行物４：J. Katz, S. Margalit, and A. Yariv，Diffraction coupled phaselocked semiconductor laser array ，Appl. Phys. Lett.，Vol.42，No.7，pp. 554 - 556 (1983)（甲第４号証）
　刊行物1〜4には、「特許異議申立書」に摘示された事項が記載されており、本件請求項1に係る特許発明は、「特許異議申立書」に説示された理由により、刊行物1に記載された発明であるから、特許法第２９条第1項の要件を満たしていない。 
　また、本件請求項２、４、５、８に係る特許発明は、「特許異議申立書」に説示された理由により、刊行物１、２に記載された発明に基づいて容易に発明することができたものであり、本件請求項３に係る特許発明は、「特許異議申立書」に説示された理由により、刊行物２、３に記載された発明に基づいて容易に発明することができたものであり、本件請求項６に係る特許発明は、「特許異議申立書」に説示された理由により、刊行物１、２、３に記載された発明に基づいて容易に発明することができたものであり、本件請求項７に係る特許発明は、「特許異議申立書」に説示された理由により、刊行物１、４に記載された発明に基づいて容易に発明することができたものであるから、特許法第２９条第２項の要件を満たしていない。」
　
３．２　請求項１ないし８に係る発明
　請求項１ないし８に係る発明は、訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１ないし８に記載された次の事項により特定されるとおりのものである。
「【請求項１】　（ａ）多モード導波路と、
（ｂ）前記多モード導波路の横断面の中心において、前記多モード導波路に接続された基本モード動作に適合した第１の結合導波路と、
（ｃ）接続中心が前記多モード導波路の横断面上で互いに離間して配置されるように前記多モード導波路に接続された、各々が基本モード動作に適合した、少なくとも２つの第２の結合導波路と、
（ｄ）少なくとも１つの結合導波路の基本モードだけを励起し、これによって前記多モード導波路の入力開口にわたって一定の位相の前記多モード導波路への入力を提供するように適合した放射源とを備え、
（ｅ）前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
「【請求項２】　複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端部と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端部とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ
（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、
（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
「【請求項３】  （ａ）前記デバイスはマッハツェンダー光干渉計として適合され、
（ｂ）出力導波路の数Ｋは２個であり、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路を補助多モード導波路に接続し、かつそこから外側の１対の補助導波路の間にある中央補助導波路に接続し、
（ｄ）他の出力導波路の光学位相に関して、１つの出力導波路の光学位相を変化させる手段が設けられ、かつ
（ｅ）前記補助導波路は、前記出力導波路の同位相の放射が、少なくとも実質的には前記中央補助導波路に固定される強度を発生し、かつ前記出力導波路の相対的逆位相の放射が、前記外側の１対の補助導波路内で実質的に等しい強度を発生するように適合された請求項２に記載の光学デバイス。」（以下、「本件発明３」という。）
「【請求項４】  複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ
（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、
（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
「【請求項５】  同じ単一の波長を有する２つの放射入力の強度を組み合わせて単一の出力を提供する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ各々が１つまたは複数の波長源から前記多モード導波路に入力放射をリレーするように適合され、
（ｃ）前記多モード導波路は前記入力導波路から出てくる放射の強度を前記出力導波路にリレーするように適合された光学デバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
「【請求項６】  同じ単一の波長を有する３つ以上の放射入力の強度を組み合わせて単一の出力を提供する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは３つ以上の入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ各々が１つまたは複数の波長源から前記多モード導波路に入力放射をリレーするように適合され、
（ｃ）前記多モード導波路は前記入力導波路から出てくる放射の強度を前記出力導波路にリレーするように適合されたデバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
（ｋ）
「【請求項７】  反射手段によって定められたレーザ空洞と前記空洞内にレーザ放射を導く導波手段とを組み込んだレーザであって、
（ａ）前記導波手段は、第１の結合導波路をレーザ導波路のセットに接続しかつ前記第１の結合導波路から第１の多モード導波路に入力された放射強度を各々のレーザ導波路入力された成分に分割するように適合された第１の多モード導波路を含んでいることと、
（ｂ）前記導波手段はまた前記レーザ導波路のセットを第２の結合導波路に接続しかつ前記リレー導波路から出てくる放射を前記放射が前記第２の結合導波路に入るように再分割するように適合された第２の多モード導波路も含んでいることと、
（ｃ）前記第１の結合導波路および前記レーザ導波路は放射入力を前記第１の多モード導波路および前記第２の結合導波路にそれぞれ提供するように適合されており、そのような放射は各多モード導波路入力開口にわたって一定の位相であることと、
（ｄ）前記第１および第２の多モード導波路は、同じ幅２ｂを有し、かつそれぞれ前記第１の結合導波路と前記レーザ導波路との間および前記レーザ導波路と前記第２の結合導波路との間に光路を提供し、これらの光路長の合計は２ｂ２／λに等しく、式中λは前記多モード導波路内のレーザ放射波長であることと、
（ｅ）前記レーザ導波路はレーザ励起手段を組み込んでいることと、
（ｆ）前記第１および第２の結合導波路ならびに前記レーザ導波路は、それらが前記基本モードだけの伝搬を提供するように構成されるか、または動作中にそれらの入力された励起が放射の基本モードだけをそこに伝搬させるようなものであることから、基本モード動作に適合されていることと、
（ｇ）前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路は、各多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｈ）
（ｉ）
「【請求項８】  単一の波長源からの放射を複数の出力導波路間で分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路を前記出力導波路に接続する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、かつ
（ｃ）前記出力導波路は、前記多モード導波路の横断面上に離間して配置された位置で前記多モード導波路に接続された光学デバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
　
３．３　甲号証の記載事項
　甲第１号証には、次の（ａ）〜（ｇ）の事項が記載されている。
（ａ）「Abstract− We employ the three-dimensional split-step fast Fourier transform beam propagation method to demonstrate that losses associated with a strongly-guiding semiconductor rib waveguide Y-junction can be substantially reduced by adding an optimized length of an initial straight broad waveguide segment.」（４０４頁左欄１〜５行）
（ｂ）「We find that for an optimized value of z0, the losses are much lower than those of conventional Y-junctions [3].」（４０４頁左欄２７〜２８行）
（ｃ）「Furthermore, the input waveguide is single mode and can be easily coupled to a rib waveguide laser.」（４０４頁左欄３３行〜同頁右欄２行）
（ｄ）「We now apply the beam propagation method to a Y-junction composed of strongly guiding 0.8μm high InGaAsP rib waveguides etched into a 1.0μm thick epilayer with refractive index n1 = 3.295 corresponding to a band gap wavelength of 1.02μm. The InP cladding layer refractive index is set to n2 = 3.21 at our light wavelength of λ = 1.3μm. The profile of the Y-junction, Fig.1, contains three segments [11]. The first of these is a straight single mode waveguide of width w. In the second section, the width is increased to w0 over a transmission length z0. The arms of the subsequent Y-branch are centered along two S-bends centered at ±x(z) with x(z) = w/2 + hz/L - hsin(2πz/L)/2π where h is the net lateral displacement of one of the waveguide branches, L is the junction length, and z is the longitudinal distance measured from the end of the wide waveguide. The width of each waveguide branch is kept constant in the direction normal to the curve x(z) with the outer edge situated at a distance w/2 from x(z) in the direction of the outward normal. The inner edge of the waveguide is similarly displaced at a distance - w/2 from x(z) except near the round vertex, cf. Fig.1, ・・・ Previous two-dimensional beam propagation studies of weakly guiding junctions with similar geometries have established that for laterally symmetric input excitations and refractive index profiles, the overall loss is minimized at values of z0 for which the two lowest-order propagating symmetric modes of the wide section interfere destructively in the vertex region [11].」（４０４頁右欄３１行〜４０５頁左欄２３行）
（ｅ）「The Y-junction geometrical parameters are w = 2.0μm, wo = 4.0μm, L = 100μm, h = 9μm, zi = 15.5μm, and zf = 16.5μm. ・・・ This structure is excited with the fundamental mode of the narrow single-mode rib waveguide. Fig.2 shows a plot of the transmitted fraction of the incident power T remaining in the local normal mode at the output as a function of the transition length z0. The transmission varies approximately sinusoidally with a distance between successive extrema of 21μm, in good agreement with the coupling length π/(β2 - β0) ≒ 22.3μm whereβ0 and β2 are the propagation constants of the two lowest-order symmetric modes.」（４０５頁左欄２９行〜同頁右欄１行）
（ｆ）「We now consider the sensitivity of the loss to small independent variations in both the input excitation and the geometrical parameters of the modified Y-junction for an optimum transition length, z0 = 6μm.」（４０５頁右欄１２〜１６行）
（ｇ）「We have analyzed strongly guiding semiconductor rib waveguide Y-junctions formed from an initial wide straight waveguide segment followed by a Y-branch with a rounded vertex with the split-step fast Fourier transform algorithm. As expected, the transmission is a periodic function of the wide waveguide section length as a result of interference between its two lowest symmetric modes.」（４０９頁左欄１８〜２４行）
　甲第２号証には、次の（ｈ）〜（ｋ）の事項が記載されている。
（ｈ）「The present invention is concerned with an imaging system for the self-imaging of objects, using optical waveguides comprising reflecting boundary surfaces, and satisfying the imaging condition Lλ = 4hNμW2eq, wherein L is the axial distance between the object and the self-image, Weg is a typical transverse dimension of the waveguide having an effective refractive index Nμ, and λis the operational wavelength, and h is an integer for single imaging and not an integer for multiple imaging.」（ABSTRACT）
（ｉ）「The wedge shaped film type waveguide123 shown in FIG.10 is the simplest form of a waveguide with locally variable cross section because it possesses plane walls or boundary surfaces124, 125. For this waveguide equation(35) provides that the mean thickness 
W
W
（ｊ）「By varying the phase shift through 180°it is possible to switch over the output image from one output window to the other.」（３７欄３９〜４１行）
（ｋ）「FIG.34 shows an example of a waveguide of square cross section consisting of a transparent material (e.g. glass) whose index approximates as far as possible the index of the fibre cores. The thickness and the length L of the waveguide are so selected that the imaging parameter according to equation(1) has the value h = 1/8. The end faces of the waveguide are arranged precisely normal to its axis, and the rear end face SP in FIG.34 is rendered reflecting. In consequence of the reflection at this surface, the guide section used in the reflection mode in the star coupler functions like a guide section of double the length when used in the transmission mode, that is to say with the parameter h = 1/4. Corresponding to this the multiplicity q of the imaging is 4 in both y and the z-direction and therefore the non-reflecting end face contains sixteen windows, which serve at the same time for input and output.」（４０欄６４行〜４１欄１２行）
　甲第３号証には、次の（ｌ）の事項が記載されている。
（ｌ）「入射光は交差型カプラ２の片側の入射端より入り、導波路５、４に分岐される。両電極間に基板１を通じて電圧を印加すると、導波路４、５の垂直方向にそれぞれ逆の電界がかかり、生じた屈折率差により２本の導波路の伝搬光に位相差をあたえ、それを公差型カプラ３で合流することにより強度変調がかかる。」（３頁左下欄１〜７行）
　甲第４号証には、次の（ｍ）の事項が記載されている。
（ｍ）「In this configuration, shown in Fig.1, each laser is uncoupled from its neighbors along a part of the total resonator length, but all the lasers share a common section of the resonator in the region near the mirrors. Light from the uncoupled (waveguide) section of the laser propagates in the common resonator section where it diffracts. Upon reflection from the resonator mirror, some of the light is reflected back into the waveguide section, as is the case in any laser. However, fractions of this field are also reflected back into the adjacent lasers, thus constituting the dominant coupling mechanism.」（５５４頁左欄２１〜３１行）
　
３．４　対比・判断
本件発明１について
　本件発明１と甲第１号証に記載された発明とを対比する。
（１）甲第１号証に記載された「straight single mode waveguide」が、本件発明１の「第１の結合導波路」に相当する。また、同甲号証に「Furthermore, the input waveguide is single mode and can be easily coupled to a rib waveguide laser.」（上記（ｃ））と記載されていることからみて、上記「straight single mode waveguide」は、放射源と光結合されるものであるといえ、またシングルモードの導波路であるから、この放射源によって励起されるのは基本モードだけである。
（２）甲第１号証に「the two lowest-order propagating symmetric modes of the wide section interfere destructively in the vertex region [11].」」（上記（ｄ））と記載されていることから、同甲号証のFig.１に示されたY-junctionでは、幅がwoである導波路部分とそれに続くvertex region（Fig.１においてziで示された部位）までの導波路部分とから、０次と２次の対称モードを伝搬する多モード導波路が構成されているとみることができる。また、多モード導波路を伝搬する０次と２次の対称モードは、この多モード導波路の入力導波路となるシングルモードの導波路（straight single mode waveguide）における対称な基本モードが結合して生じたものであるから、上記多モード導波路では、上記シングルモードの導波路での対称基本モードにより対称モードだけが励起される。（このとき対称モードと非対称モードとの間に結合が起こらないことは、当業者にとって明らかである。）
（３）甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionにおける多モード導波路に続く２つの「waveguide branch」が、本件発明１の「第２の結合導波路」に相当する。
（４）甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionは、導波経路全体にわたってコアとクラッドがそれぞれ同じ材料であるから、waveguide branchでのコアとクラッドの屈折率は、straight single mode waveguideでのそれらと同じであり、また両導波路の幅も同じｗであることから、規格化周波数も両者同じになる。このことから、waveguide branchは、straight single mode waveguideと同様に、シングルモードの導波路であり、そこで励起されるのは基本モードだけである。（導波路でのある波長光の伝搬がシングルモードか多モードかは、規格化周波数によって決まり、導波路が伝搬方向に対して傾斜していることやそれが曲がっていることとは、直接関係がない。）
（５）甲第１号証には、「the two lowest-order propagating symmetric modes of the wide section interfere destructively in the vertex region [11].」」（上記（ｄ））と記載されており、また同甲号証のFig.１に示されたY-junctionでは、多モード導波路を伝搬してきた光が、シングルモードの導波路である二つのwaveguide branchに分岐されて出力されることからみて、このY-junctionも、本件発明１と同様に、「多モード導波路内の放射経路に沿ったモード分散によって、前記第２の結合導波路（waveguide branch）の各々の基本モードをだけ励起するようになっている」といえる。
　上記（１）〜（５）を踏まえると、両者は、「（ａ）多モード導波路と、（ｂ）前記多モード導波路の横断面の中心において、前記多モード導波路に接続された基本モード動作に適合した第１の結合導波路と、（ｃ）接続中心が前記多モード導波路の横断面上で互いに離間して配置されるように前記多モード導波路に接続された、各々が基本モード動作に適合した、少なくとも２つの第２の結合導波路と、（ｄ）少なくとも１つの結合導波路の基本モードだけを励起し、これによって前記多モード導波路の入力開口にわたって一定の位相の前記多モード導波路への入力を提供するように適合した放射源とを備え、（ｆ）前記結合導波路および前記多モード導波路の相対寸法および相対位置決めが、前記第１の結合導波路の同位相の対称基本モードとして伝搬する放射源からの放射が前記多モード導波路の対称モードだけを励起し、かつ前記多モード導波路内でそのように励起されたモードが、前記多モード導波路内の放射経路に沿ったモード分散によって、前記第２の結合導波路の各々の基本モードのみを励起するようになっていることとを特徴とする光学デバイス。」である点で一致し、次の点で相違する。
相違点：
　本件発明１では、前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路が、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有するのに対して、甲第１号証では、第１の結合導波路が多モード導波路と合体するポートで多モード導波路の軸と一致する軸を有することがFig.１から看取されるものの、第２の結合導波路はS字湾曲（S-bend）している点
　上記相違点を検討する。
　甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionは、同甲号証のFig.２に示された従来のY-junctionを改良したものであって、あくまでもS字湾曲の第２の結合導波路を前提にしたものであるから、該Y-junctionにおいて第２の結合導波路を多モード導波路の軸と一致するまたは平行な軸を有するものとすることは、その根幹となる構造を改変するものである。
　したがって、上記相違点は単なる構成上の微差ではないから、本件発明１が甲第１号証に記載された発明であるとはいえない。
　
本件発明２について
　本件発明２と甲第１号証に記載された発明とを対比する。
（６）甲第１号証に記載された「straight single mode waveguide」が、本件発明２の「入力導波路」に相当する。また、同甲号証に「Furthermore, the input waveguide is single mode and can be easily coupled to a rib waveguide laser.」（上記（ｃ））と記載されていることからみて、上記「straight single mode waveguide」は、単一の放射源（「a rib waveguide laser」とあるように、放射源となる「rib waveguide laser」の冠詞が「a」なので、単一の放射源であることが読み取れる。）と光結合されるものであるといえ、またシングルモードの導波路であるから、この放射源によって励起されるのは基本モードだけである。
（７）甲第１号証に「the two lowest-order propagating symmetric modes of the wide section interfere destructively in the vertex region [11].」」（上記（ｄ））と記載されていることから、同甲号証のFig.１に示されたY-junctionでは、幅がwoである導波路部分とそれに続くvertex region（Fig.１においてziで示された部位）までの導波路部分とから、０次と２次の対称モードを伝搬する多モード導波路が構成されているとみることができる。また、多モード導波路を伝搬する０次と２次の対称モードは、この多モード導波路の入力導波路となるシングルモードの導波路（straight single mode waveguide）における対称な基本モードが結合して生じたものであるから、上記多モード導波路では、上記シングルモードの導波路での対称基本モードにより対称モードだけが励起される。（このとき対称モードと非対称モードとの間に結合が起こらないことは、当業者にとって明らかである。）
（８）甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionにおける多モード導波路に続く２つの「waveguide branch」が、本件発明２の「出力導波路」に相当する。
（９）甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionは、導波経路全体にわたってコアとクラッドがそれぞれ同じ材料であるから、waveguide branchでのコアとクラッドの屈折率は、straight single mode waveguideでのそれらと同じであり、また両導波路の幅も同じｗであることから、規格化周波数も両者同じになる。このことから、waveguide branchは、straight single mode waveguideと同様に、シングルモードの導波路であり、そこで励起されるのは基本モードだけである。（導波路でのある波長光の伝搬がシングルモードか多モードかは、規格化周波数によって決まり、導波路が伝搬方向に対して傾斜していることやそれが曲がっていることとは、直接関係がない。）
（１０）甲第１号証には、「the two lowest-order propagating symmetric modes of the wide section interfere destructively in the vertex region [11].」」（上記（ｄ））と記載されており、また同甲号証のFig.１に示されたY-junctionでは、多モード導波路を伝搬してきた光が、シングルモードの導波路である二つのwaveguide branchに分岐されて出力されることからみて、このY-junctionも、本件発明２と同様に、「多モード導波路内の放射経路に沿ったモード分散によって、各々の出力導波路（waveguide branch）の基本モードだけを励起するようになっている」といえる。
（１１）甲第１号証には、「The transmission varies approximately sinusoidally with a distance between successive extrema of 21μm, in good agreement with the coupling length π/(β2 - β0) ≒ 22.3μm whereβ0 and β2 are the propagation constants of the two lowest-order symmetric modes.」（上記（ｅ））とあるように、出力導波路（waveguide branch）への出力が、多モード導波路の長さに対してπ／（β２−β０）毎に極値となるように周期的に変化することが記載されている。そして、ここでいう２次と０次の位相定数β２とβ０は、多モード導波路の幅と高さをそれぞれ２ｂ及び２ａとすると、それぞれβ２＝２π／λ・［１−１／２・｛（λ／４ａ）２−（３λ／４ｂ）２｝］及びβ０＝２π／λ・［１−１／２・｛（λ／４ａ）２−（λ／４ｂ）２｝］とあらわされるから（Katherine D. Laakmann and William H. Steier，“Waveguides: characteristic modes of hollow rectangular dielectric waveguides”,Applied Optics,1976-5,Vol.15,No.5,p.1334-1340を参照）、これらをπ／（β２−β０）に代入すると、π／（β２−β０）＝２ｂ２／λとなる。つまり、甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionは、出力導波路（waveguide branch）への出力が、多モード導波路の長さに対して２ｂ２／λ毎に極値となるように周期的に変化するものである。
　また、甲第１号証に記載された具体的な数値から、２ｂ２／λを求めると、ｂ ＝ ｗ0 = ４．０ ÷ ２μm、（コアの屈折率が３．２９５、通信波長が１．３μmなので）λ = １．３ ÷ ３．２９５μmであるから、約２０μmとなる。これは同甲号証のFig.１に示されたY-junctionの多モード導波路の長さであるｚ０ ＋ ｚｉ ＝ ６μm ＋ １５．５μm ＝ ２１．５μmとほぼ一致する。
　以上のことから、甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionは、多モード導波路の長さが２ｂ２／λとなるものであり、またこのY-junctionでは、出力導波路（waveguide branch）の数Ｋ ＝ ２であり、多モード導波路の幅がほぼ一定でありＭ ＝ １とみることができるから、多モード導波路の長さが４Ｍｂ２／λＫを満足するものである。
　上記（６）〜（１１）を踏まえると、両者は、「複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端部と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端部とを有する多モード導波路を組み込み、（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、（ｆ）前記入力導波路および前記出力導波路は、それらが前記基本モードの伝搬だけを提供するように構成されるか、または動作中はそれぞれ前記波長源からのおよび前記多モード導波路からのそれらの入力励起が、前記放射の基本モードだけをそのなかに伝搬させるようなものであることから、基本動作モードに適合されていることと、（ｇ）前記入力導波路は、前記多モード導波路の入力開口にわたって一定の位相の放射入力を放射源から前記多モード導波路に提供するように適合されていることと、（ｈ）前記多モード導波路は前記入力導波路と前記出力導波路との間に、４Ｍｂ２／λＫに等しい光路長であり、式中λは前記多モード導波路内の波長源の放射波長でありかつＫは出力導波路の数を示す光路長を提供することと、（ｉ）前記入力導波路、多モード導波路および出力導波路の相対寸法および相対位置決めは、前記入力導波路の同位相の対称基本モードとして伝搬する放射源からの放射が前記多モード導波路の対称モードだけを励起し、かつ前記多モード導波路内でそのように励起されたモードが、前記多モード導波路内の放射経路に沿ったモード分散によって、各々の出力導波路の基本モードだけを励起するようになっていることとを特徴とする複数の出力導波路間の単一の波長源からの放射を分割する光学デバイス。」である点で一致し、次の点で相違する。
相違点：
　本件発明２では、前記入力導波路および前記出力導波路が、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有するのに対して、甲第１号証では、入力導波路が多モード導波路と合体するポートで多モード導波路の軸と一致する軸を有することがFig.１から看取されるものの、出力導波路はS字湾曲（S-bend）している点
　上記相違点を検討する。
　甲第１号証のFig.１に示されたY-junctionは、同甲号証のFig.２に示された従来のY-junctionを改良したものであって、あくまでもS字湾曲の出力導波路を前提にしたものであるから、該Y-junctionには、出力導波路を多モード導波路の軸と一致するまたは平行な軸を有するものとする動機がない。また、このY-junctionにおいて、出力導波路を多モード導波路の軸と一致するまたは平行な軸を有するものにしようとすると、２つの出力導波路が互いに接して並設されることになり、分岐光を個々に出力するY-junctionとは異なるものとなる。
　したがって、甲第１号証に記載の発明に基づいて本件発明２の技術的事項を想到することが、当業者にとって容易であるとはいえない。
　
本件発明３について
　本件発明３は、本件発明２の技術的事項をすべて引用してさらに本件請求項３の（ａ）〜（ｅ）の事項を限定するものであるところ、甲第２、３号証は、本件発明３が前提とする本件発明２の技術的事項を充足するものではないから、甲第２と３号証に記載の発明を組み合わせて、本件発明３の技術的事項とすることが、当業者が容易に想到し得たこととはいえない。
　
本件発明４について
　本件発明４は、本件発明２に対して、主に出力導波路が行列で配列されているような二次元アレイであること、及び多モード導波路が２つの相互に直交した横断方向に多モードであることが、構成事項として付加されたものである。そして、すでに検討したように、本件発明２は進歩性を有するものであるから、本件発明２をさらに限定した本件発明４は、その他のことを検討するまでもなく、進歩性を有するといえる。
　
本件発明５について
　本件発明５は、光を分岐する光デバイスである本件発明２に対して、光を結合する光デバイスである点で、主に相違するものの、両者は実質的に導波路の構造が同じであり、すでに検討したように、本件発明２は進歩性を有するから、本件発明２と導波路の構造が実質的に同じである本件発明５は、その他のことを検討するまでもなく、進歩性を有するといえる。
　
本件発明６について
　本件発明６は、光を分岐する光デバイスであって位相シフト手段を有していない本件発明２に対して、光を結合する光デバイスであって相互に入力導波路内の放射成分の位相をシフトする位相シフト手段を含んでいる点で、主に相違するものの、両者は実質的に導波路の構造が同じであり、すでに検討したように、本件発明２は進歩性を有するから、本件発明２と導波路の構造が実質的に同じである本件発明６は、その他のことを検討するまでもなく、進歩性を有するといえる。
　
本件発明７について
　本件発明７は、「（ｇ）前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路は、各多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有すること」を技術的事項として備えるものである。そして、この技術的事項は、本件発明２の「（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有すること」と同様の理由により、当業者が容易に想到にし得ないから、その他のことを検討するまでもなく、本件発明７は進歩性を有するといえる。
　
本件発明８について
　本件発明８は、「（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有すること」を技術的事項として備えるものである。そして、この技術的事項は、既に検討したように、当業者が容易に想到にし得ないから、その他のことを検討するまでもなく、本件発明８は進歩性を有するといえる。
　
４　むすび
　以上のとおりであるから、特許異議の申立ての理由及び証拠によっては本件の請求項１ないし８に係る発明の特許を取り消すことはできない。また、他に該請求項に係る発明の特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
光学デバイス
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　（ａ）多モード導波路と、
（ｂ）前記多モード導波路の横断面の中心において、前記多モード導波路に接続された基本モード動作に適合した第１の結合導波路と、
（ｃ）接続中心が前記多モード導波路の横断面上で互いに離間して配置されるように前記多モード導波路に接続された、各々が基本モード動作に適合した、少なくとも２つの第２の結合導波路と、
（ｄ）少なくとも１つの結合導波路の基本モードだけを励起し、これによって前記多モード導波路の入力開口にわたって一定の位相の前記多モード導波路への入力を提供するように適合した放射源とを備え、
（ｅ）前記第１の結合導波路および前記第２の結合導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
　【請求項２】　複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端部と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端部とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ
（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、
（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
　【請求項３】　（ａ）前記デバイスはマッハツェンダー光干渉計として適合され、
（ｂ）出力導波路の数Ｋは２個であり、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路を補助多モード導波路に接続し、かつそこから外側の１対の補助導波路の間にある中央補助導波路に接続し、
（ｄ）他の出力導波路の光学位相に関して、１つの出力導波路の光学位相を変化させる手段が設けられ、かつ
（ｅ）前記補助導波路は、前記出力導波路の同位相の放射が、少なくとも実質的には前記中央補助導波路に固定される強度を発生し、かつ前記出力導波路の相対的逆位相の放射が、前記外側の１対の補助導波路内で実質的に等しい強度を発生するように適合された請求項２に記載の光学デバイス。
　【請求項４】　複数の出力導波路間で単一の波長源からの放射を分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と前記出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、
（ｃ）前記出力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ
（ｄ）前記多モード導波路は前記出力導波路間で前記入力導波路から出てくる放射の強度を分割するように適合された光学デバイスにおいて、
（ｅ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
　【請求項５】　同じ単一の波長を有する２つの放射入力の強度を組み合わせて単一の出力を提供する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ各々が１つまたは複数の波長源から前記多モード導波路に入力放射をリレーするように適合され、
（ｃ）前記多モード導波路は前記入力導波路から出てくる放射の強度を前記出力導波路にリレーするように適合された光学デバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
　【請求項６】　同じ単一の波長を有する３つ以上の放射入力の強度を組み合わせて単一の出力を提供する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは３つ以上の入力導波路に接続された幅２ｂの入力端と出力導波路に接続された幅２Ｍｂの出力端とを有する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路に前記多モード導波路の横断面上で離間した位置で接続され、かつ各々が１つまたは複数の波長源から前記多モード導波路に入力放射をリレーするように適合され、
（ｃ）前記多モード導波路は前記入力導波路から出てくる放射の強度を前記出力導波路にリレーするように適合されたデバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
（ｊ）
（ｋ）
　【請求項７】　反射手段によって定められたレーザ空洞と前記空洞内にレーザ放射を導く導波手段とを組み込んだレーザであって、
（ａ）前記導波手段は、第１の結合導波路をレーザ導波路のセットに接続しかつ前記第１の結合導波路から第１の多モード導波路に入力された放射強度を各々のレーザ導波路入力された成分に分割するように適合された第１の多モード導波路を含んでいることと、
（ｂ）前記導波手段はまた前記レーザ導波路のセットを第２の結合導波路に接続しかつ前記リレー導波路から出てくる放射を前記放射が前記第２の結合導波路に入るように再分割するように適合された第２の多モード導波路も含んでいることと、
（ｃ）前記第１の結合導波路および前記レーザ導波路は放射入力を前記第１の多モード導波路および前記第２の結合導波路にそれぞれ提供するように適合されており、そのような放射は各多モード導波路入力開口にわたって一定の位相であることと、
（ｄ）前記第１および第２の多モード導波路は、同じ幅２ｂを有し、かつそれぞれ前記第１の結合導波路と前記レーザ導波路との間および前記レーザ導波路と前記第２の結合導波路との間に光路を提供し、これらの光路長の合計は２ｂ２／λに等しく、式中λは前記多モード導波路内のレーザ放射波長であることと、
（ｅ）前記レーザ導波路はレーザ励起手段を組み込んでいることと、
（ｆ）前記第１および第２の結合導波路ならびに前記レーザ導波路は、それらが前記基本モードだけの伝搬を提供するように構成されるか、または動作中にそれらの入力された励起が放射の基本モードだけをそこに伝搬させるようなものであることから、基本モード動作に適合されていることと、
（ｇ）前記第１の結合導波路および前記第２の導波路は、各多モード導波路と合体するポートで、多モード導波路軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｈ）
（ｉ）
　【請求項８】　単一の波長源からの放射を複数の出力導波路間で分割する光学デバイスであって、
（ａ）前記デバイスは入力導波路を前記出力導波路に接続する多モード導波路を組み込み、
（ｂ）前記入力導波路は前記多モード導波路の横断面の中心に接続され、かつ前記波長源からの放射を前記多モード導波路にリレーするように適合され、かつ
（ｃ）前記出力導波路は、前記多モード導波路の横断面上に離間して配置された位置で前記多モード導波路に接続された光学デバイスにおいて、
（ｄ）前記入力導波路および前記出力導波路は、前記多モード導波路と合体するポートで、該多モード導波路の軸と一致する、または平行な軸をそれぞれ有することと、
（ｅ）
（ｆ）
（ｇ）
（ｈ）
（ｉ）
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は光学デバイスに係わる。更に特に、本発明は、ビーム分割機能及び／又はビーム再結合機能を果たすためのデバイスに係わり、更に、そうした機能を使用するデバイスに係わる。
　【０００２】
　【従来の技術】
　集積光学系の新たに出現しつつある分野が、電子回路で使用される構成部品と類似した幾つかの構成部品をもたらしている。しかし、光信号分割機能及び光信号再結合機能は、効率的で安価で且つコンパクトな形態で実現されることが困難である。特許協力条約出願Ｎｏ　ＰＣＴ／ＧＢ　８８／００１２４（１９８８年９月２２日付でＷＯ８８／０７１７９として公開）は、光散乱測定用のデバイスに係わる。これは、ヘテロダイン光うなりシステムにおける光ビーム分割（ビームスプリッティング）と光ビーム再結合とのための、光ファイバ方向性結合器の使用を開示する。その構成は多重同時測定では複雑になる可能性があり、この多重同時測定は光ファイバ結合器のカスケード構成を必要とする。この構成は、安価でもなく、光の強さの伝送に関して効率的でもない。
　【０００３】
　１９８９年６月１日付でＷＯ８９／０４９８８として公開された特許協力条約出願Ｎｏ　ＰＣＴ／ＧＢ　８８／００９２８に開示される種類の電気光学ビーム誘導デバイス（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ　ｂｅａｍｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）において、多方向ビーム分割の必要性が特に生じる。このデバイスは、積層半導体構造物内に形成された電気光学材料の並列導波路アレイから成る。これらの導波路は、印加電気バイアスによって制御される光路長を有する。そのアレイは、適切な印加バイアス条件によって誘導可能な１つの共通出力ビームを与える。この種のデバイスは、単一の光源からの光が、各々の導波路への入力のために複数の（例えば１０つの）等しい強さのビームに分割されることを要求する。このことは、積層半導体構造物に適合可能な多方向ビーム分割器の使用を必然的に含む。そうしたビーム分割器は、現時点では入手不可能である。
　【０００４】
　米国特許第３，８３２，０２９号において、及び、“Ｉｍａｇｅ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓｅｌｆ−ｉｍａｇｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ（自己結像技術を使用する画像形成）”，Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ，ｖｏｌ６３，Ｎｏ４，Ａｐｒｉｌ１９７３，ｐａｇｅ４１６−４１９において、Ｏ　Ｂｒｙｎｇｄａｈｌは、対称なオブジェクトの自己画像（ｓｅｌｆ−ｉｍａｇｅ）を生じさせるための、正方形横断面の光トンネル（ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｕｎｎｅｌ）の使用を説明する。ｎが整数であり、ｄがこのトンネルの幅であり、且つλがこのトンネル内の光の波長である場合に、このトンネルは長さＬ＝ｎ（２ｄ２／λ）である。両方の引例では、上記の長さ以外の長さにおいて多重自己画像が得られることが可能であるということが示唆される。Ｖとｖが共通因子を持たない整数である場合に、これらの長さはＬ＝（ｎ＋Ｖ／ｖ）２ｄ２／λである。しかし、上記の引例は両方とも、必要とされる数の自己画像を得るためには、どんな長さのトンネルが必要であるかを開示していない。
　【０００５】
　しかし、ビーム分割機能とビーム再結合機能と干渉計機能とを与えるために、その自己結像作用において長方形導波路を使用することが知られている。これは、Ａ　ＳｉｍｏｎとＲ　Ｕｌｒｉｃｈによって、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ３１，Ｎｏ２，Ｊｕｌｙ１５，１９７７，ｐｐ７７−７９において開示される。このデバイスは、長方形の横断面を持つ導波路壁として配置される４つの光学研磨ガラスブロックを有する。その導波路のアスペクト比（幅：高さ）Ｗｙ／Ｗｘは√２である。その導波路は、全反射（鏡）側壁を有し、空心になっている。その導波路は、（コア屈折率が１である場合に）長さＬ＝４Ｗｘ２／λである。その導波路は、その一方の端部において、照明された試験物体からの光を偏心位置に受け、その後の出力のために、その導波路の他方の端部に２つの偏心画像を生じさせる。この偏心した入力は、出力画像の重なり合いを防止する。これはビーム分割器機能である。ビーム結合器機能は、その導波路の一方の端部における２つの偏心画像が、その他方の端部における２つの偏心出力画像に変換されることから成る。その２つの入力画像が同位相であるならば、その２つの出力画像の一方は暗い。その２つの入力画像が互いに位相が異なっているならば、その出力画像の両方が非ゼロの光の強さを有するだろう。ビーム結合器は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを有するビーム分割器に相当する。その干渉計機能は、２つの導波路、即ち、ビーム分割器とビーム結合器とを直列に並べることによって生じさせられる。上記のデバイスは、英国特許第１　５２５　４９２号においてＲ　Ｕｌｒｉｃｈによっても説明されており、この特許文献は、他の幾つかのデバイスも説明している。これらのデバイスは、拡大又は縮小を得るための様々な横断面の多モード導波路を使用するデバイスを含む。
　【０００６】
　容認可能な性能を得るために、Ｒ　Ｕｌｒｉｃｈによって説明されるデバイスで使用される導波路は、約５０つのモードをサポートすることが必要とされる。このことは、その導波路が、高次数モードの閉じ込めを生じさせるために、高いコア屈折率を有することを必要とする。液体充填された導波路が使用されてもよい。しかし、こうした液体充填導波路は物理的に取扱い難い構造である。これらの液体充填導波路は、半導体リソグラフィーのような積層技術に対して特に適合可能なコンパクトな構造を生じさせるという問題を解決しない。
　【０００７】
　光ビームを分割し再結合することに関する問題点は、ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｇｏｔｈｅｎｂｅｒｇ，Ｓｗｅｄｅｎ１９８９においてＡ　Ｆｉｅｌｄｉｎｇ他によって提出されている。これらの著者は、ツリー型光結合器（ｔｒｅｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒ）とスター型光結合器（ｓｔａｒ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒ）とが光通信において重要な構成要素であるということを指摘する。１つ以上の入力光ファイバからの光出力を受けるために、及び、幾つかの出力光ファイバの間に光を分割するために、環状導波路が使用された。入力ファイバと出力ファイバは、この環状導波路の環状空間の周囲に配置された。入力ファイバと出力ファイバとは、各入力ファイバが、各出力ファイバ開口を中心とした光点パターンを発生させるように配置された。このことは、入力光の強さを出力ファイバ間に分配することを可能にした。しかし、そうした環状導波路システムは、そのアラインメントが時間を要する調整を必要とするが故に、製造が困難である。この場合にも同様に、その構造は、半導体加工で使用されるような積層技術に適合できない。
　【０００８】
　“Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｐａｔｈｓ　ｆｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ネットワークのための受動経路）”Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｗｏｒｌｄ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９９１，ｐｐ５０−５４において、Ｔ　ＩｋｅｇａｍｉとＭ　Ｋａｗａｃｈｉは、受動的なビーム分割及び再結合デバイスの現在の技術水準について論評している。彼らは、ビーム分割器とプリズムのような大型デバイスについて簡潔に論じる。彼らは、溶融ファイバ結合器（ｆｕｓｅｄ　ｆｉｂｒｅ　ｃｏｕｐｌｅｒ）のようなファイバデバイスに移る。しかし、彼らは、そうした大型デバイスとファイバデバイスとは、低い生産性と、安定性の欠如と、光学回路の集積化への適合性の低さという欠点を有すると述べている。更に、彼らは、様々な形状のプレーナ形導波路デバイスを論じる。これらのプレーナ形導波路デバイスは、１組のＹ接合点（Ｙ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）から成るビーム分割デバイスを含むが、しかし、同様に、これも低効率という欠点を有する。彼らは、８つの入力導波路と、１２つのダミー入力導波路と、１つの平板導波路と、８つの出力導波路と、１２つのダミー出力導波路から成る、８×８スター型結合器も説明する。このスター型結合器は、８つの入力を受け入れ、これらの入力を混合し、これらの入力を８つの出力導波路に均等に配分する。更に、スター型結合器は、１つの入力を受け入れて、その入力を８つの出力導波路の間に均等に配分することも可能である。ダミー導波路が、入力導波路と出力導波路との両側に配置される。ダミー導波路は、中心に位置した入力導波路及び出力導波路と同一の条件を周辺の入力導波路及び出力導波路に与えるために、必要である。このデバイスは、５ｍｍ×２６ｍｍのＳｉ基板上に作られる。このデバイスは、８ｄＢの固有結合損失に加えて、１．４２ｄＢの平均過剰損失を示す。０．４９ｄＢの標準偏差を示す結合の均一性は、適切であると主張されている。
　【０００９】
　レーザのような能動光学デバイスにおいて、複合的な光ビーム再結合／分割構造を使用することも知られている。英国特許第１　５２５　４９２号でＲ　Ｕｌｒｉｃｈは、幾つかの類似したレーザ共振器デバイスを説明している。そうしたデバイスの１つは、その両端に平面鏡を有する長さＬ＝４Ｗｘ２／λの導波路から成る。その空洞のモード制御は、互いを映し出すように配置された複数の小型の平面鏡を使用することによって改善されることが可能である。これらの鏡の大きさは、スプリアス光を反射せずに、被形成画像を反射するのに十分な大きさである。説明された別の代替案は、その一方の端部に１つの平面鏡を有し、且つその他方の端部に２つの小型の開口付き平面鏡を有する、長さＬ／２の導波路を含む。これらの開口付き鏡は、互いを映し出すように配置される。これらのデバイスは、前述のＵｌｒｉｃｈのデバイスと同じ欠点を有する。
　【００１０】
　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５５（１９），６ｔｈ　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ１９８９，ｐｐ１９４９−５１において、Ｍ　Ｊａｎｓｅｎ他は、周期的アレイの形のモノリシック集積レーザダイオード（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ）と自己結像Ｔａｌｂｏｔ空洞とを組み込んだレーザデバイスを説明する。このデバイスは、横断方向に配置され且つ周期的に間隔が置かれた光源アレイが、量ｚｔ（ｚｔはＴａｌｂｏｔ長さである）の倍数である距離において周期的に再結像する、Ｔａｌｂｏｔ効果を使用する。これは、アレイの周期性の平方に比例する。アレイ光源の出力が同位相であるということ、又は、隣り合う出力が互いに逆相であるということが、必要条件である。Ｊａｎｓｅｎ他は、Ｚｔ／２の長さのＴａｌｂｏｔ空洞に光学結合され且つ劈開端面を有する、リニア並列ダイオードアレイを開示する。この端面における反射は、Ｔａｌｂｏｔ空洞の二重通過と光学長さＺｔとを生じさせる。このことは、ダイオード出力が、Ｔａｌｂｏｔ空洞内での混合後のフィードバックによって、そのダイオード出力自体の上に再結像されることを可能にする。更に、Ｔａｌｂｏｔ空洞は、動作基本モードに最も近い高次数モードを濾波して排除する。空洞フィードバックは、そのアレイ要素を強力に結合させ、単一縦モード動作を生じさせる。このフィードバックが、Ｔａｌｂｏｔ効果が必要とするアレイ要素間の位相関係をも与えると考えられる。しかし、この構造は、フィードバックデバイスであるが故に、単経路多方向ビーム分割（ｓｉｎｇｌｅ　ｐａｓｓ　ｍｕｌｔｉｗａｙ　ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）には不適切である。更に、レーザ導波路に加えてＴａｌｂｏｔ空洞内においても電流が必要とされる。この電流は、空洞の透過性のために必要とされる。従って、このデバイスは受動デバイスではなく、受動的なビーム分割及び結合の用途には不適切である。
　【００１１】
　【発明が解決しようとする課題】
　ビーム分割機能及び／又はビーム再結合機能のための別の形態の光学デバイスを提供することが、本発明の目的である。
　【００１２】
　【課題を解決するための手段】
　本発明は、多モード導波路を含む光学デバイスを提供し、この光学デバイスは、
　（ａ）基本モード動作に適合した第１の結合導波路が、前記多モード導波路の横断面の中心において、前記多モード導波路に接続（ｐｏｒｔ）され、
　（ｂ）各々に基本モード動作に適合した少なくとも２つの第２の結合導波路が、接続中心（ｐｏｒｔ　ｃｅｎｔｒｅｓ）が前記多モード導波路の横断面上に互いに間隔を置いて前記多モード導波路に接続され、
　（ｃ）前記結合導波路及び前記多モード導波路の相対寸法と相対位置決めとが、前記第１の結合導波路の同位相の対称基本モードとして伝搬する放射が前記多モード導波路の対称モードだけを励起するような相対寸法と相対位置決めとであり、前記多モード導波路内でそのように励起されたモードが、前記多モード導波路内の放射経路に沿ったモード分散によって、前記第２の結合導波路各々の基本モードを励起する。
　【００１３】
　本発明は、第１の結合導波路から第２の結合導波路の各々に光信号が伝送可能であるという利点を有する。適切な整相（ｐｈａｓｉｎｇ）によって、第２の結合導波路内の光が、第１の結合導波路内で再結合されることが可能である。従って、本発明は、ビーム分割機能とビーム再結合機能が可能である。更に、第１の結合導波路と第２の結合導波路の基本モード動作と、これらの導波路の間のモードのマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）とによって、そのデバイスを通しての光伝送は、類似の従来技術のデバイスよりも効率的である。試験は、１−対−２方向ビーム分離器において７５％以上の効率が得られることが可能であるということを示す。Ｆｉｅｌｄｉｎｇ他は１４．３ｄＢの挿入損失を示し、この挿入損失は４％未満の効率に相当する。更に、多モード導波路における対称モード励起に対する制限によって、この導波路は、例えばＵｌｒｉｃｈの従来技術の導波路よりもはるかにコンパクトである。（同じ導波路媒質を有するデバイスに比較して）係数４の長さ縮小が得られることか可能である。更に、本発明は、それが積層構造技術の形で実現可能であるという別の利点を有する。これらの構造は、ＣＯ２レーザ放射のための中空アルミナ導波路と、近赤外放射のための半導体材料で形成されたリッジ形導波路（ｒｉｄｇｅ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を含む。
　【００１４】
　各々の結合導波路は、その導波路がより高次数のモードをサポートしないことによって、基本モード動作に適合させられることが可能である。或いは、各々の結合導波路は、より高次数のモードを維持することも可能である。この場合には、各々の導波路は、その導波路の基本モードだけを励起する形で入力放射を受け取ることによって、基本モード動作に適合させられる。
　【００１５】
　本発明は透過デバイスであってもよく、その多モード導波路は縦方向の光路を有する。この場合には、第１と第２の結合導波路が、多モード導波路の互いに反対側の縦方向端部領域の各々に接続される。或いは、本発明は反射デバイスであってもよく、この場合には、第１と第２の結合導波路のどちらか一方に放射が入力され、多モード導波路内の反射手段によってその他方に反射される。この反射手段は逆反射であってもよく、この場合には、第１と第２の結合導波路が、多モード導波路の共通の縦方向端部領域に接続される。
　【００１６】
　好ましい実施例では、本発明は長方形横断面の多モード導波路を使用する。この横断面は一定不変であってよく、又は、その代わりに、縦方向のテーパを有してもよい。その多モード導波路は、１つの横断方向における基本モード動作と、対角線方向の横寸法における多モード動作とに適合させられることが可能である。この場合には、多モード導波路と結合導波路は、概ね共面で平行な中心軸線を有する。しかし、本発明は、平行性と共面性からの僅かな逸脱によって大きく悪影響を受けることはない。本発明は、１−対−Ｎ方向ビーム分割器（Ｎ＝１，２，３，…）として構成されることが可能である。この場合、多モード導波路は長さ４Ｍｂ２／Ｎλであり、この２ｂはそ多モード寸法における多モード導波路幅であり、Ｍは「その第２の端部領域の幅」：「その第１の端部領域の幅」の比率であり、λは多モード導波路内の光学動作波長である。多モード導波路の第２の端部領域は、第２の結合導波路の各々に共軸接続されたＮつの対等な横断方向区画に概念的に分割される。
　【００１７】
　さて、以下では、本発明がより詳細に理解され得るように、本発明の実施例が、次の添付図面を参照して非限定的な例として説明されるだろう。
　【００１８】
　【発明の実施の形態】
　図１を参照すると、この図には、全体的に参照符号１０で示されるビーム分割器の形の本発明の光学デバイスの斜視図が示されている。ビーム分割器１０は、連続して配置された３つの層即ちｓｔｒａｔａ（水平層）を含み、これらの層の中の基板１２と導波路層１４が実線で示されている。被覆層の位置は点線１６で示される。
　【００１９】
　導波路層１４は、次のような中空導波路を画定するように（描影法によって示される）その全厚さに亙って溝を付けられている：入力導波路１８、中央導波路２０、左出力導波路２２、右出力導波路２４。この中央導波路２０は、２５のような反射側壁を有する、一定不変の長方形断面の導波路である。この中央導波路２０の高さは２ａであり、幅は２ｂであり、長さＬであり、これらの寸法の各々は、参照符号２８で示されるｘ、ｙ、ｚデカルト座標の各々に平行である。これらの中で、ｘは垂直であり、ｙとｚは水平である。パラメタａ、ｂ、Ｌは、一般性を維持するように使用され、その具体的な値は後述される。しかし、この例では、ｂ＞２ａである。
　【００２０】
　入力導波路１８と出力導波路２２、２４とは、辺２ａの正方形の断面を有する。入力導波路１８と中央導波路２０とは、ｚ方向に延在する共通の中心縦軸線３０を共有する。出力導波路１８、２２は各々に、軸線３０に対して平行であり且つｙｚ平面内において軸線３０の両側にずれている軸３２、３４を有する。入力及び中央及び出力導波路１８〜２４の各々は、２つの水平壁と２つの垂直壁とを有する。
　【００２１】
　さて、上記の諸部分が同じ参照符号で示されている図２及び図３も参照すると、これらの図には、各々に矢印３６と矢印３８との方向で見た場合の、線ＩＩ−ＩＩと線ＩＩＩ−ＩＩＩとに沿った断面図が示されている。両方の場合とも、その断面はｚ軸に対して垂直である。図２は、入力導波路１８がそこで中央導波路２０の中に合体する入力導波路１８の出口開口４０を示す。開口４０は、中央導波路２０への入力ポートとして働く。図２の点線領域４２は、導波路層１４内に形成された中央導波路２０の垂直な入力端壁を示す。中央導波路２０の側壁は参照符号２５で示される。開口４０は、端壁４２内に対称に配置され、その中心は、側壁２５から距離ｂを置いて軸線３０上にある。
　【００２２】
　図３は、出力導波路２２、２４の各々の入口開口５０、５２を示す。開口５０、５２は、中央導波路２０の出力ポートとして働く。これらの開口は、中央導波路２０の出力端壁５４内に位置する。開口５０、５２は各々に軸線３２、３４上に中心を置き、軸線３２、３４は各々に、各側壁４４と中央導波路軸線３０とから距離ｂ／２だけ離れて位置させられる。従って、軸線３２、３４は、互いに距離ｂだけ離れている。このことは、出力導波路の開口又はポート５０、５２（及び、軸線３２、３４上のこれらの開口の中心）を、中央導波路２０の断面の各半分部分の中に対称的に配置する。これらの半分部分は、中央軸線３０を通る垂直平面によって画定される。従って、軸線３２、３４上のポートの中心は、中央導波路２０の横断面の（空間的意味で）ｙ寸法に沿って周期的に配置される。
　【００２３】
　さて次に、ビーム分割器１０の動作が一般的に説明されるが、より詳細な理論的分析は後で示される。入力手段（図示されていない）によって与えられる光ビームが、入力導波路１８の中に結合される。そのビームは、２ｂ２／Ｌに等しい波長λを有する。このビームは、導波路軸線３０に平行に方向付けられ、入力導波路の横断面の全体に亙って定位相である。このビームは、両方の横断寸法に、即ち、横断水平寸法と横断垂直寸法において、半波正弦状の強さ分布を有する。従って、このビームは、入力導波路１８の基本ＥＨＳ１１モードだけを励起する。当然のことながら、入力導波路１８は、異なった入力励起によって、より高次数のモードＥＨＳｍｎ（ｍ及び／又はｎは１より大きい）を維持することも可能である。従って、導波路１８は、基本モードだけを励起する放射源と共に使用されることによって、基本モード動作に適合させられる。更に、代替案として、基本モードだけを維持する単一モード入力導波路を使用することも可能である。
　【００２４】
　入力導波路１８内での基本モード伝搬は、正弦関数の半周期（０〜π）の形の、この導波路に亙っての電界分布を生じさせる。導波路出力開口４０では、この電界分布は軸線３０を中心としている。この電界分布は、水平横断ｙ方向において多モードデバイスである中央導波路２０の対称モードＥＨＳＳ１ｎ（ｎが奇数）を励起する。垂直方向、即ちｘ方向では、中央導波路２０は基本モードだけで動作する。入力が（ａ）共軸であり、（ｂ）基本モードであり、且つ（ｃ）入力導波路開口４０の全体に亙って定位相であるが故に、多モード導波路２０の非対称モード（ｎが偶数）は励起されない。軸線３０上に中心を置いた開口４０における電界分布は、これらのモードの線形和に分解される。これらのモードは、中央導波路２０内において軸線３０に沿ったｚ方向に様々な伝搬定数を有する。従って、ｘｙ平面に対して平行な平面内の電界分布は、Ｚ方向において変動する。この変動の故に、開口４０の平面内の電界分布は、中央導波路２０の長さに沿って、出力導波路２２、２４の各々の入口開口５０、５２における２つの同一の電界分布に、変換されるようになる。これらの分布は、各々の出力導波路軸線３２、３４を中心とする。出力開口５０、５２の間と、側壁４４と出力開口５０、５２との間の、端壁５４の領域内においては、電界は概ねゼロである。
　【００２５】
　開口５０、５２における電界分布の各々は、その関連した各々の出力導波路２２又は２４の基本ＥＨＳ１１モードを励起する。従って、中央導波路２０内の放射は出力導波路２２、２４の中に効率的に結合され、出力導波路２２、２４は単一モード（基本モード）デバイスとして動作する。入力導波路１８に向かっての端壁５４からの放射の著しい反射はない。従って、中央導波路内でのモード相互作用を変化させる逆方向伝搬なしに、放射が、入力導波路１８から中央導波路１８を通って出力導波路２２、２４の中に単一方向に伝搬する。従って、ビーム分割器１０は、入力導波路１８に加えられる入力放射ビームを、出力導波路２２、２４から出て行く２つの出力ビームに分割する。中央導波路２０のモード構造が、一方の端部４２における単一の基本モードの電界分布を、他方の端部５４における２つの別々の類似した分布に変換するが故に、このビーム分割が起こる。これは、より一般的な現象の具体例であり、中央導波路の軸線上の平面波の励起と、次式で与えられる、中央導波路長さＬと波長λとの間の上記の関係との故に、これが生じ、
　　Ｌ＝２ｂ２／λ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
前式中のｂは中央導波路の１／２幅である。
　【００２６】
　後述されるように、中央導波路長さＬの変化と、中央導波路に対する入力の位置と形状の変化とが、放射分割効果を変化させる。
　【００２７】
　さて、長方形導波路の理論的な伝搬特性が分析されるだろう。その導波路が高さ２ａと幅２ｂを有し、複素誘電定数εを有する均一な誘電材料に境を接しているということが仮定される。更に、（導波路壁を与える）この誘電材料が高い反射性を有し、必要とされる伝搬モードに対して減衰をさほどもたらさないということも仮定される。その導波路は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対して各々に平行である高さ寸法と幅寸法と長さ寸法を有する。この導波路は、種類ＥＨｍｎの直線偏光モードを既に正規化した。点（ｘ，ｙ，ｚ）におけるｍｎ次のモードＥＨｍｎの電界寄与Ｅｍｎ（ｘ，ｙ，ｚ）が、次式のように、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５，ｐｐ１３３４−１３４０，Ｍａｙ１９７６においてＬａａｋｍａｎｎ他によって計算された。
　【００２８】
　【数１】
前式中で、ｍは、ｘ軸に沿った電界依存性に関するモード数であり、
　ｎは、ｙ軸に沿った電界依存性に関するモード数であり、
　ｚは、ｚ軸に沿った距離であり、
　Ｙｍｎ＝（βｍｎ＋ｉαｍｎ）は、ｍｎ次モードの伝搬定数であり、βｍｎとαｍｎはｍｎ次モードの位相係数と減衰係数であり、
　「ｓｉｎ」の上の「ｃｏｓ」は、「ｃｏｓ」が偶数モード数（場合に応じてｍ又はｎ）に対して適用され、「ｓｉｎ」が奇数モード数に対して適用されることを示している。
　【００２９】
　位相係数βｍｎは次式で与えられる。
　【数２】
　【００３０】
　方程式（３．１）の括弧内の負項が、実際に満たされる１（近軸放射近似値）に比べて小さいならば、二項定理が方程式（３．１）を次式のように書き直すために使用されることが可能であり、
　【００３１】
　【数３】
前式中でａ、ｂ、ｃ、ｍ、ｎは上記で定義された通りであり、λはその導波路内を伝搬する放射の自由空間波長である。
　【００３２】
　方程式（２）は、長方形導波路の全ての直線偏光モードから得ることが可能な電界寄与を提示する。各モードの電界寄与（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｆｉｅｌｄ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）が、その導波路の側壁において、即ち、軸線３０上でｙ＝０である場合にｙ＝＋ｂ及び−ｂにおいて、ゼロであるということに基づいて、この方程式が計算される。このことは、中央導波路が反射性の側壁２５を有する場合に満たされる。必ずしも全ての中央導波路モードが所与の入力によって励起される必要はない。図１〜３のビーム分割器１０の場合には、入力導波路１８と中央導波路２０の高さは一致させられ、２ａに等しい。入力導波路１８は、その基本モード即ち最低次数のモードＥＨＳ１１の形の励起を与える。この励起は長方形導波路２０の様々なＥＨｍｎモードに結合される。従って、入力ＥＨＳ１１モードは、ＥＨｍｎモードと各々の複素乗法係数Ａｍｎとの線形結合に分解されるようになる。これは次式で表され、
　【数４】
　【００３３】
　実質的に、振幅結合係数Ａｍｎは、入力導波路開口４０における電界を表すフーリエ級数の係数である。ＥＨｍｎモードは相互に直交し、従って、係数Ａｍｎは、次の形の重複積分から計算されることが可能である。
　【数５】
　【００３４】
　方程式（２）〜（５）から、励起長方形導波路モードの振幅係数が、中央導波路幅と入力導波路幅の比率ｂ／ａに応じてどのように変化するかを計算することが可能である。図４は、ｂ／ａに応じたＡｍｎの変化、即ち、中央導波路の「幅：高さ」の比率を変化させる効果を示す。図５は、出力結合を示す、｜Ａｍｎ｜２の場合の同等物を示す。図４は、ｍ＝１且つｎが奇数の時を除いてＡｍｎ＝０であることを示す。これは、その励起条件の対称性に起因する。従って、励起されるモードは、対称モードＥＨ１１、ＥＨ１３、ＥＨ１５等だけである。
　【００３５】
　図６には、より低次数のＥＨｍｎ導波路モードの幾つかの形状が電界振幅分布として示されている。これらの分布は計算によって得られ、擬３次元的な形でグラフＡ〜Ｆとして示されている。便宜上、Ｇに示される座標軸は、図１の軸線３０に関して回転させられている。軸ｘ、ｙ、ｚは、前述のように、多モード導波路２０における横断垂直方向と横断水平方向と縦方向とに相当する。グラフＡ〜Ｆは、次のモードに相当する。
これらの中で、Ａ、Ｃ、Ｅは対称モードであり、Ｂ、Ｄ、Ｆは反対称モードである。これを明確にするために、Ｅ（ｘ）とＥ（−ｘ）の各々が、図１のｘ軸の正部分と負部分に各々に関連付けられた電界振幅分布であり、Ｅ（ｘ＝０）がｚ軸３０上にあるとする。Ｅ（ｙ）とＥ（−ｙ）が、ｙ軸に関するその同等物であるとする。
対称モードの場合には、
　　Ｅ（ｘ）＝Ｅ（−ｘ）　且つ　Ｅ（ｙ）＝Ｅ（−ｙ）　　　　　（６．１）
反対称モードの場合には、次の（６．２）又は（６．３）のどちらか一方が当てはまる。
　　Ｅ（ｘ）＝−Ｅ（−ｘ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６．２）
　　Ｅ（ｙ）＝−Ｅ（−ｙ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６．３）
　【００３６】
　ビーム分割器１０内では、本発明によって、基本（対称）モード入力が、多モード導波路の対称モードだけが励起されることを可能にする。
　【００３７】
　入力開口４０から距離ｚにあるｘｙ平面内の横断方向電界分布は、次式で与えられるＥｚであり、
　　Ｅｚ＝ΣＡｍｎ・ＥＨｍｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
　入力開口４０から距離ｚにあるｘｙ平面内の電界の強さの分布は、方程式（７）の絶対値又は量の平方である｜Ｅｚ｜２である。｜Ｅｚ｜２は、ｂ／ａの２つの値に関して、中央導波路２０に沿った距離ｚに応じて計算された。両方の場合とも、中央導波路幅（２ｂ）は３ｍｍであり、その高さ（２ａ）は一方の場合には１ｍｍであり、他方の場合には０．５ｍｍである。これは、ｂ／ａ＝３とｂ／ａ＝６とに相当し、その計算結果が図７と図８の各々にグラフで示されている。図７と図８は、中央導波路２０に沿った一連のｚの値の各々に関して、中央導波路に沿った位置ｙに応じた電界の強さＩ＝｜Ｅｚ｜２を示す。両方の場合とも、その計算は、１０．５９ミクロンの放射波長（ＣＯ２レーザ）と、方程式（１）で与えられる４２５ｍｍの中央導波路長さＬとに基づいている。
　【００３８】
　図５に示されるように、ｂ／ａ＝３である時には、モードＥＨ１１、ＥＨ１３、ＥＨ１５、ＥＨ１７だけが励起され、これらは各々に近似相対出力０．５２、０．３３、０．１３、０．０２を有する。ｂ／ａ＝６である時には、モードＥＨ１１〜ＥＨ１．１３が励起され、これらは各々に相対出力０．２７〜０．０２を有する。
　【００３９】
　図７では、最初の中心極大６０が、図１と図２の入力導波路開口４０における電界の強さの分布Ｉを示す。この点（ｚ＝０）において、モードＥＨ１１〜ＥＨ１７は、互いに同位相であり且つ極大６０を生じさせるために積極的に干渉する電界を生じさせる。中央導波路２０の長さを下るにつれて、即ち、ｚが増大するにつれて、モードＥＨ１１〜ＥＨ１７は互いに同位相ではなくなる。これは、位相係数βｍｎと従って伝搬定数Ｙｍｎとがモード数ｍとｎに依存している、方程式（２）、（３）の結果である。
　【００４０】
　従って、これらのモード電界寄与の変化の空間比率（ｓｐａｔｉａｌ　ｒａｔｅ）は、ｚ軸３０に沿って、即ち、中央導波路２０の軸方向に異なる。これは、モード電界寄与の間の干渉の形を変化させ、横断方向に延びる様々な電界の強さの分布を生じさせる。これらの分布は、ｚの各々の値におけるｘｙ平面内の６１、６２のような曲線によって示される。導波路２０に沿った約２／３の距離においては、その電界の強さの分布は、３つの類似した極大を有する曲線６３によって表される。導波路２０の端部では、その強さの分布は、２つの明確に分かれた極大６４ａ、６４ｂを有する曲線６４によって示される。極大６４ａ、６４ｂは、出力導波路２２、２４の入口開口５０、５２の中心に位置している。これらの極大は互いに同位相であり、各々が、それに関連した出力導波路２２、２４各々の基本モードを励起する。
　【００４１】
　計算は、曲線６０によって示されるように入力導波路１８から中央導波路２０への、及び、曲線６４によって示されるように中央導波路２０から出力導波路２２への、効率的な放射結合があるということを示す。導波路端壁５４の位置に相当する区画６４ｃ、６４ｄ、６４ｅにおいて、曲線６４はゼロになる。従って、端壁５４においては、反射に利用できる強さはない。更に、極大６４ａ、６４ｂが、各々の出力導波路２２、２４の基本モードを励起するが故に、入力導波路１８に向けて反射される波を発生させる不整合がない。従って、導波路１８〜２４に沿った減衰が僅かであり、即ち、ｍ＝１且つｎ＝１、３、５、７の場合のαｍｎが非常に小さいと仮定するならば、入力導波路１８内の放射は、出力導波路２２、２４の両方に効率的に均等に結合される。従って、ビーム分割器１０は、ｂ／ａが３である時に良好なビーム分割特性を有する。
　【００４２】
　さて、図８に目をやれば、この図は、前述のようにその導波路の横断面アスペクト比ｂ／ａが６である時の、中央導波路２０の長さに沿った横断方向の電界分布を示す。図５に示されるように、ｂ／ａを（図７の場合のような）３から（図８の場合のような）６に増大させる効果は、中央導波路モードＥＨ１１、ＥＨ１３に結合される出力を減少させ、且つ、モードＥＨ１５、ＥＨ１．１３に結合される出力を増大させることである。より高次数のモードがより多くの出力を受けるが故に、図８における構造と定義の度合いは、図７のそれらより増大させられる。図８では、開口４０の平面内の電界分布は、単一の極大７０ａを有する曲線７０によって示される。前述されたように、異なるβｍｎ値を有するモードＥＨ１１〜ＥＨ１．１３の故に、横断方向の電界の強さの分布は、中央導波路２０に沿った距離ｚに応じて変化する。曲線７１〜７５は、概ね等しい形状と大きさの複数の極大へ電界の強さが分割される位置を示している。曲線７１、７２、７３、７４、７５は各々に、６つの、４つの、３つの、５つの、２つの極大を有する。特に、曲線７３は、明確に画定された３つの極大７３ａ、７３ｂ、７３ｃを有する。曲線７１〜７５は各々に、前述のようにＬが中央導波路の長さである場合に、入力導波路開口４０からの距離Ｌ／３、Ｌ／２、２Ｌ／３、４Ｌ／５、Ｌに位置している。これらの長さは、２Ｌ／６、２Ｌ／４、２Ｌ／３、４Ｌ／５、２Ｌ／２と表されることが可能である。従って、極大の数と距離との間には逆関係がある。
　【００４３】
　中央導波路２０は、曲線７５の極大７５ａ、７５ｂからの放射を受けるように配置された出力導波路２２、２４を有する。代替案のデバイスは、より短い中央導波路を使用し、曲線７１〜７４のいずれか１つの曲線の各々の極大に位置させられた１組の出力導波路を有することが可能である。このことは、Ｎ＝６、４、３、又は５である場合に、１−対−Ｎ方向ビーム分割を可能にするだろう。Ｍ−対−Ｎ方向の放射ビーム分割のための複数の入力導波路と出力導波路を有することも可能である。例えば、３つの入力導波路が、曲線７３上の極大の位置に中心を置いて配置され、且つ５つの出力導波路が、曲線７４上の極大の位置に中心を置いて配置されることが可能である。しかし、後述されるように、入力導波路によって寄与される電界の位相が異なることが必要とされるだろう。極大７０ａ、７４ａ、７４ｂは、同位相の電界に相当するが、一方、曲線７１のような曲線における極大は、一般的に、同位相ではない。
　【００４４】
　多方向放射ビーム分割が必要とされる場合には、出力導波路の間の端壁における寄生反射を防止するために、十分に大きな値のｂ／ａを有することが必要である。ｂ／ａの十分に高い値が、ゼロ強さを介在させながら十分に画定された極大を生じさせるのに十分な対称ＥＨｍｎモード（ｍ＝１、ｎ＝１、３、５…）が励起させられることを確実なものにする。これは、個々の用途に応じた設計の問題である。しかし、比較的少数のモードが励起されることだけしか本発明が必要としないということは、１つの利点である。例えば、ｂ／ａ＝３の場合の図７に示される電界パターンは、４つの最低次数の奇数ＥＨｍｎモードによって、即ち、ＥＨ１１、ＥＨ１３、ＥＨ１５、ＥＨ１７によって概ね完全に記述される。同様に、ｂ／ａ＝６の場合の図８に示される電界パターンは、７つの最低次数の奇数ＥＨｍｎモードによって概ね完全に記述される。従来技術の自己結像導波路は、５０つ以上を必要とし、従って、高いモード数における全内部反射を維持するためには高屈折率のコア媒質を必要とする。
　【００４５】
　図９は、図８がそれから得られる中央導波路寸法の場合における、結果的に生じる電界の位相φの、ｙ軸に沿った変動を示す。各々に曲線７０〜７５に相当する８０〜８５のような曲線がが示される。８１のような位相曲線の各々が、ｚの各々の値に関する中央導波路２０に沿っての電界の位相変動を示し、図８の各々の電界の強さの分布に相当する。位相表示φの垂直スケールが参照符号８６で示され、この場合には２πの間隔が示されている。曲線７０と７５における電界分布は、直線８０、８５で示されるように定位相である。しかし、例えば、曲線８３は、その外側領域８３ａ、８３ｃとは位相において異なっている中央領域８３ａを有する。領域８３ａ〜８３ｃは、図８における関連の極大７３ａ〜７３ｃの位相を与える。従って、中央の極大７３ａは外側の極大７３ｂ、７３ｃとは位相が異なっており、極大７３ｂ、７３ｃは互いに同位相である。このことは、「３−対−４」ビーム結合器／分割器が、２つの同位相の極大７５ａ、７５ｂを生じさせるために、外側の極大７３ｂ、７３ｃに対して位相がずれている中央の極大７３ａを必要とするだろうということを示す。
　【００４６】
　曲線８０、８５が同位相であるが故に、これらの曲線は可逆的な特性を生じさせ、即ち、特に２つの同位相の入力７５ａ、７５ｂが１つの入力７０を生じさせるだろう。これを拡張すれば、重ねられた出力導波路開口５０、５２と端と端をつないで配置された２つの中央導波路２０は、極大７０を極大７５ａ／７５ｂに変換し、その後で再び極大７０に戻すだろう。このことは、重複された極大７５ａ／７５ｂに連続した図８の２つの変形物（ｖｅｒｓｉｏｎ）を考察することによって、視覚化されることが可能である。このようにして作　られる中央導波路の２倍の長さは２Ｌであり、これは、方程式（１）から次のように与えられる。
　　２Ｌ＝４ｂ２／λ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
　【００４７】
　方程式（７）は対称モード反復距離（２Ｌ）を与え、これは、最初の電界分布がそれに亙って再現される長方形導波路長さである。これは、その導波路に沿った放射伝搬の過程において適切な対称ＥＨｍｎ導波路モードの重大な減衰がないことを仮定する。
　【００４８】
　図９における同等物と背中合わせに組み合わされた図８の２つの変形物の視覚化は、光学位相の効果を示す。例えば、単一の極大７０とその対応する同位相の曲線８０は、距離Ｌ／２において、位相変動を伴った４つの極大７２に変換する。これらの極大７２は、距離Ｌ／２において、２つの同位相の極大７５ａ／７５ｂに変換し、更に、距離３Ｌ／２において、単一の極大に変換する。
　【００４９】
　図７と図８と図９は、ｂ／ａの特定の値に係わる。更に一般的には、図１〜３のビーム分割器１０の場合に、入力導波路１８からの励起のＥＨ１１対称性の故に、モードＥＨ１ｎだけが励起される。入力導波路開口４０においては、位相は一定不変である。任意のｂ／ａ値を含む場合には、方程式（３）を使用して、モードＥＨ１ｐの位相係数β１ｐが次式で与えられ、
　【数６】
モードＥＨ１ｑの位相係数β１ｑが次式で与えらる。
　【数７】
　【００５０】
　方程式（８）からの方程式（９）の引き算と、再配列とによって、導波路距離ｚにおけるモードＥＨ１ｐとモードＥＨ１ｑの間の位相差は、次式によって与えられるχｚである。
　【数８】
　【００５１】
　これらのモード間に２πの位相差が存在するという条件が課せられる場合には、方程式（１０）は次式になり、
　【数９】
　【００５２】
　モードＥＨ１ｐとモードＥＨ１ｑの間に２πの位相差を生じさせる、長方形導波路内の方程式（１１）における伝搬距離ｚ（即ち、ｚ２π）は、次式によって与えられる。
　【数１０】
　【００５３】
　ＥＨ１１モードとＥＨ１ｎモード（即ち、基本モードと、ｎ次の最高次の奇数モード）の場合には、ｚ２πが次式で与えられる。
　【数１１】
　【００５４】
　方程式（１２）と方程式（１３）を組み合わせることによって次式が得られる。
　【数１２】
　【００５５】
　ｎ＝３、５、７、９、１１、…の場合には、１６Ｌ／ｎ２−１）ｚ２πは２Ｌ、２Ｌ／３、Ｌ／３、Ｌ／５、２Ｌ／１５、…である。同位相に戻されるＥＨ１１モードとＥＨ１３モードとに結果する長方形導波路内の伝搬距離２Ｌの分数として、その相対長さ比率は１、１／３、１／６、１／１０、１／１５等である。これは、長方形導波路のＥＨ１ｎモードの間には調和関係があるということを示している。方程式（４）は、基本ＥＨ１１モードとその次の最高次数のＥＨ１３モードとの間に２πの位相ずれを生じさせる伝搬距離ｚ２πが、基本モードとその他の全てのＥＨ１ｎモード（ｎは奇数）との間にも２πの位相ずれを生じさせるということを示している。このことは、奇数ＥＨ１ｎモードの励起だけがあるならば、距離ｚ２πの後の、あらゆる対称入力電界の再現に結果する。更に、長方形導波路の十分な長さがあれば、「ｔ」が整数である時に、対称入力電界は、距離ｔｚ２πにおいて周期的に生じさせられる。
　【００５６】
　方程式（１１）〜（１４）は、πのモード間位相変化がそれによってもたらされる長方形導波路内の伝搬距離ｚ２πを決定するように、書き直されてもよい。これらの方程式の精査によって、
　【数１３】
であると考えられる。
　【００５７】
　Ｌと２Ｌは、ｚπとｚ２πがそれによってもたらされる導波路長さであり、Ｌ＝２ｂ２／λは方程式（１）から得られる。従って、ｚπとｚ２πは、両方ともｂ２に比例しており、導波路幅の適切な選択によって、長方形導波路に沿った予め決められた距離で生じるように決められることが可能である。
　【００５８】
　上記の分析は、次のように実験によって正しいことが実証された。寸法１．５ｍｍ（幅２ｂ）×０．６ｍｍ（高さ２ａ）×２１２ｍｍ（長さ２Ｌ）の中空の長方形アルミナ導波路が使用された。この長さは、１０．５９ミクロンのＣＯ２レーザ波長の場合に４ｂ２／λである。この導波路は、図１の中央導波路２０を与える。この導波路への入力は、縦方向の導波路軸線（図１の軸線３０）上の０．４２ｍｍのウェスト（ｗａｉｓｔ）にＣＯ２レーザビームを集束させることによって供給され、このビームは、この軸線に沿って方向付けられた。そうした入力は、入力導波路１８からの励起に類似した励起を与えた。これは、辺０．６ｍｍの正方形断面と共軸位置とを有する導波路からの基本モード入力の適切な近似だった。パイロ電気ビジコンカメラが、長方形導波路からの出力を検出するために使用された。このカメラは、その導波路からの放射出力が、その導波路長さ２１２ｍｍによって変換された放射入力と、強さ分布の上で同等であり、即ち、その入力が、２Ｌ又は４ｂ２／λに等しい軸方向移動を伴って再現されていることを確認した。強さの全伝送は、その入力の８２％だった。この１８％の損失が僅かであり、且つ、この損失が、入力導波路と出力導波路が使用されないことによる結合の非効率性に少なくとも部分的に起因するが故に、このことはその導波路による高い伝送効率を示した。ｂが多モード効果の原因となる導波路幅寸法である場合に、入力電界分布が、伝搬距離４ｂ２／λにおいて長方形導波路によって再現されるということが正しいことを、測定が実証した。
　【００５９】
　上記の構造は、ビーム分割効果を試験するためにも使用された。これを行うために、２つの中空コア光ファイバ（内径０．５３ｍｍ）が長方形導波路の中に挿入され、このファイバは、その導波路の長さ中央の横断平面内に配置された入力端部を有した。従って、ファイバ入力端部は、入力ＣＯ２レーザビームのウェストから距離Ｌ＝２ｂ２／λ＝１０６ｍｍにあった。これらの入力におけるファイバ中心が、導波路中心軸線と導波路側壁各々との間の中間に位置させられた。従って、ファイバは、レーザビームウェストによって与えられる入力電界分布に長さＬの長方形導波路を介して接続される正方形導波路２２、２４を模擬した。
　【００６０】
　パイロ電気ビジコンカメラが、ファイバからの出力を検出するために使用された。このカメラは、それらのファイバ出力が振幅と強さ分布において相等しく、この強さ分布は両方の場合とも回転対称であるということを示した。このことは、入力放射の等振幅の基本モードの分離が長さＬ＝２ｂ２／λの長方形導波路の中で起こったということを証明した。更に、ファイバ出力間の重なり合いを生じさせるために、ファイバが互いに並列に配置された。このことは、十分に画定された干渉フリンジを生じさせた。導波路とファイバ、ビーム分割のプロセスは効率７５％であることが計算された。２５％の損失は、ファイバのミスアラインメントと、不正確な寸法合わせと、不完全な入力電界分布とに起因した。これにも係わらず、導波路長さ２Ｌにおける入力再構成のより早期の生起に加えて、ビーム分割効果が導波路長さＬにおいて示された。
　【００６１】
　ビーム分割デバイス１０は、アルミナ以外の材料、例えばＢｅＯ、Ｓｉ、Ｍａｃｏｒ又は金属で作られてよい。
　【００６２】
　図１〜９に関する上記の説明は、長方形導波路の幅寸法においてビーム分割が得られることが可能であることを示す。例えば、図８では、極大７５ａ、７５ｂが導波路幅に亙ってｙ軸に沿って互いに間隔を置かれている。中央導波路が２ａより十分に大きい高さを持つように作られれば、前述の多モード構造に加えて、ｘ寸法に多モード構造を有するだろう。特に、高さと幅が２ｂ＝４ａであり長さがＬである中央の正方形横断面の導波路が、その一方の端部において軸線上に位置する入力導波路基本ＥＨ１１モードを、他方の端部における４つの同位相の基本モード出力に変換するだろう。これらの出力は、（ｂ／２，ｂ／２）、（ｂ／２，−ｂ／２）、（−ｂ／２，−ｂ／２）、（−ｂ／２，ｂ／２）によって与えられる、ｚ＝Ｌにおけるｘ，ｙ平面内の点に集中させられる。ここでは、ｘ＝ｙ＝０は、（図１〜３の軸線３０と同等である）その導波路の縦方向の対称軸上にある。この例では、２次元導波路モードＥＨｍｎ（ｍ，ｎ＝１，３，５，…）が、図１〜９の１次元だけの同等物（ｍ＝１，ｎ＝１，３，５，…）の代わりに励起される。互いに直角をなす図８の２つの変形物の考察が、適切な入力と出力の位置と、図９の場合のような位相管理とによって可能であるということを示す。
　【００６３】
　正方形導波路に関する上記の説明は、長方形導波路に拡張可能である。前述のように、幅２ｂの導波路幅寸法におけるＫつの強さ極大へのビーム分割が、次式によって与えられる距離ＬＫにおいて生じる。
　【数１４】
　　ＬＫ＝４ｂ２／λＫ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
　【００６４】
　導波路が、Ｊつの強さ極大への分割が必要とされる幅２ａの直交幅寸法を有するならば、これは、次式で与えられる長さＬＪにおいて生じるだろう。
　【数１５】
　　ＬＪ＝４ａ２／λＪ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１８）
　【００６５】
　ＪつとＫつの強さ極大への同時分割が、その導波路の同じ長さにおいて求められるならば、その導波路の横断面寸法ｂ／ａは、ＬＪとＬＫとを等しくすることと、次のような平方根をとることによって与えられるだろう。
　【数１６】
　　ｂ／ａ＝√（Ｋ／Ｊ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９）
　【００６６】
　従って、９×４配列の強さ極大への分割は、距離ａ２／λにおいて、３ａ／２に等しいｂを有する長方形導波路内で起こるだろう。
　【００６７】
　本発明の実施例では、その多モード導波路（例えば２０）が正方形か長方形のどちらかであるということが好ましい。ｘ軸とｙ軸は、この導波路の中心を通る（ｘ＝ｙ＝０）ように、且つ、図１と図２に示されるような導波路壁２５、４２の各々に対して平行であるように、画定される。その多モード導波路内の対称モード電界は、２つの鏡平面ｘ＝０、ｙ＝０内に反射対称性を持たなければならず、即ち、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｅ（−ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｅ（ｘ，−ｙ，ｚ）でなければならない。入力電界と出力電界は同一タイプの対称性を持たなければならず、従って、次のタイプの入力導波路、即ち、（１）ｘ軸とｙ軸に対して平行な辺を有する正方形又は長方形の導波路と、（２）円形導波路又は光ファイバとが使用される。これらは重要なタイプの導波路であるが、ｘ軸とｙ軸に対して４５°をなす辺を有する正方形導波路、又はｘ軸とｙ軸に対して平行な長軸と短軸を有する楕円形導波路も使用可能である。菱形又は八角形の導波路も使用可能であり、又は、対称性条件を満たす他のあらゆるタイプの導波路も使用可能である。
　【００６８】
　出力導波路は、入力導波路がその入力表面において有する形状と方向と同一の形状と方向を、多モード導波路の出力表面において持たなければならない。このことは、多モード導波路の出力端部における入力モードの画像が適正に出力導波路に整合させられることを確実なものにする。出力電界は、入力電界と同一のタイプの対称性を有するだろう。従って、一方の出力導波路がｘ＝ｘ０且つｙ＝ｙ０であるならば、他方の出力導波路が（−ｘ０，ｙ０）と（ｘ０，−ｙ０）と（−ｘ０，−ｙ０）とになければならない。１つ以上のそうした導波路がない場合には、寄生放射を除去するために吸収手段が使用されてもよい。
　【００６９】
　後述されることになっている半導体材料導波路の場合のように、本発明のデバイス内の導波路の全てが１つの方向（例えばｙ方向）において単一モード化される場合には、その方向におけるモード形状が全ての導波路に関して同一であることが重要である。しかし、このモード形状は、この方向に正弦状である必要はない。従って、半導体材料層で形成される本発明のデバイスでは、その導波路は、望ましい単一モード方向に対して平行な厚さ寸法を有するＧａＡｓとＡｌＡＧａＡｓの様々なエピタキシャル層から成ってよい。
　【００７０】
　しかし、これらの基準は、正確な工作処理からの僅かな逸脱に対して本発明があまり大きな感度を持たないということを条件とする。
　【００７１】
　図１と図２と図３を再度参照すると、ビーム分割器１０は、入力導波路１８と出力導波路２２／２４を互いに反対側の縦方向端部に有する透過デバイスである。多モード導波路２０の同等物の中にリフレクタを組み込むことによって、関連した折返し光路デバイスが作られることか可能である。その反射光路は、非反射光路に対して任意の角度にあってよい。多モード導波路の一方の縦方向端部において入力された光がその端部に戻されるように、逆反射が得られてもよい。その場合には、（導波路１８、２２、２４と同等の）入力導波路と出力導波路が、その多モード導波路の同一の縦方向端部に位置させられる。この場合には、光が前進方向と帰還方向の両方に多モード導波路の中を通過するが故に、その多モード導波路の必要長さはＬ／２である。
　【００７２】
　さて図１０を参照すると、この図には、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１００の形の本発明の更に別の実施例が示されている。干渉計１００は、補足的な特徴の追加を有する、背中合わせに直列に連結された２つの図１のデバイスと同等である。鎖線１０２は、互いの鏡像に接近した半分部分への干渉計１００の概念的な分割を示す。これらの半分部分は、ビーム分岐器１０４とビーム結合器１０６を含む。このビーム分岐器１０４は、寸法２ａ×２ｂ×Ｌの第１の長方形導波路１１０に共軸に接続された、正方形横断面の入力導波路１０８を含む。この場合には、前述のようにＬは２ｂ２／λである。長方形導波路１１０は、干渉計軸線１１４の両側にｂ／２ずらされ且つ軸線１１４に対して軸方向に平行な２つの干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂに接続される。干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂは、入力導波路１０８の寸法と同じ寸法を有する。
　【００７３】
　干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂは、第１の長方形導波路１１０と共軸に配置され且つその導波路１１０と同じ寸法にされた第２（又は補助）の長方形導波路１１６に接続される。この補助導波路１１６は、中央導波路１１８と、２つのずれた出力導波路１２０ａ、１２０ｂとに接続される。中央導波路１１８は、干渉計軸線１１４と共軸である。ずれた出力導波路１２０ａ、１２０ｂは、軸線１１４から軸方向にｂ／２だけ間隔を置かれており、各々に干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂと共軸である。中央出力導波路１１８と各々のずれた出力導波路１２０ａ、１２０ｂとの間に有限の壁厚さがあるように、その形状はｂが４ａより大きくなければならないことを必要とする。入力導波路１０８と、干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂと、出力導波路１１８、１２０は、全て同じ長さＬである。しかし、これらの導波路が基本モードでのみ動作するが故に、それらの長さは重要ではない。
　【００７４】
　干渉計１００は次のように働く。ビーム分岐器１０４はビーム分割器１０と同様に機能する。ビーム分岐器１０４は、導波路１０８から入力された基本モード放射を、干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂ内における、強さが等しく且つ同位相である２つの基本モードビームに分岐させる。
　【００７５】
　図に示されているように、干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂは同一である。従って、これらの導波路１１２ａ、１１２ｂは、補助長方形導波路１１６に同位相の入力を与える。補助長方形導波路１１６は、第１のそうした導波路１１０に比べて反対に働き、これらの同位相の入力を、中央出力導波路１１８に入力される基本モードの単一ビームの形に再結合する。この機能は、逆の形で図８と同等である。このことは、本発明のデバイスの可逆性を示している。大きな放射の強さは、ずらされた出力導波路１２０ａ、１２０ｂには到達しない。
　【００７６】
　しかし、干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂの一方の導波路における放射伝搬に、その他方の導波路における放射伝搬に比べて、位相変化がもたらされるならば、中央出力導波路１１８における強さが低減させられる。
　【００７７】
　既に説明されたように、干渉計１００は、背中合わせにされた２つの本発明のデバイス１０４、１０６と同等である。これらの中で、ビーム分岐器１０４は前述のデバイス１０のように働き、一方、ビーム再結合器１０６は逆に働き、追加の導波路１１２ａ、１１２ｂを含む。従って、ビーム再結合器１０６は、本発明のデバイスが逆に動作させられることが可能であり、様々な位相特性の入力から生じる放射を受け入れるための追加の出力導波路を含むことが可能であるということを示す。
　【００７８】
　図１１と図１２は、補助長方形導波路１１６に関する電界の強さの分布のグループである。これらの図は各々に、参照符号１２４における１対の電界振幅極大１１６によって示される同位相入力の場合と、参照符号１２６における逆位相入力量の極大と極小によって示される逆位相入力の場合の、補助導波路１１６内の状態を示す。
　【００７９】
　図１１は、逆にされた図８と同じである。同位相入力強さの極大１２７は、補助導波路１１６内において対称モード又は奇数モードだけを励起し、単一の中央の出力極大１２８を生じさせる。しかし、図１２は、第２の導波路１１６に対する入力１２９の間のπの位相差が、１対の出力放射強さの極大１３１ａ、１３１ｂに結果するということを示している。極大１３１ａ、１３１ｂは各々に、ずらされ　た出力導波路１２０ａ、１２０ｂの上に中心を置かれ、中央出力導波路１１８における放射の強さ１３１ｃはゼロである。
　【００８０】
　一般的に、補助長方形導波路１１６への入力の間の（πだけではない）任意の位相差が、偶数モードと奇数モードの励起をもたらし、中央出力導波路１１８内での強さの大きさを変化させるだろう。位相差の変調は、この強さを変調する。この変調　は、電気光学的変調器又は放電セルを干渉計アーム導波路１１２ａ、１１２ｂのどちらか一方の中に組み込むことによって実現されることが可能である。この代わりに、液体又は気体の屈折率の僅かな変化を検出することを可能にするために、流体セルが干渉計アーム導波路のどちらか一方の中に組み込まれることも可能である。どちらの場合にも、その他方のアーム導波路は、測定されるべき位相変化がない時に補助長方形導波路１１６への等位相入力を生じさせるために、光路の補償増大を有する。
　【００８１】
　さて、図１３を参照すると、この図には、本発明の更に別の実施例の斜視図が示されている。この実施例は、参照符号１４０によって全体的に示されるビーム分割器の形である。ビーム分割器１４０は、固体導波路を使用するという点で、既述の諸実施例とは異なっている。このビーム分割器１４０は、中央縦軸線１４４を有する多モード中央導波路１４２を含む。単一の入力導波路１４６が多モード導波路１４２の一方の端壁１４２ａに接続され、多モード導波路１４２と共軸である。４つの出力導波路１４８ａ〜１４８ｄが多モード導波路１４２の他方の端壁１４２ｂから延び、これらの出力導波路は各々に中心軸線１５０ａ〜１５０ｄを有する。多モード導波路１４２は、中心軸線１４４と、この中心軸線１４４に平行であり且つその両側に位置する更に別の２つの軸線１５４ａ、１５４ｂとを通過する垂直平面によって、１／４部分１５２ａ〜１５２ｄに縦方向に分割されたものと、見なされることも可能である。出力導波路は、それらの軸線１５０ａ〜１５０ｄが各々の多モード導波路１／４部分１５２ａ〜１５２ｄに対して中心にあるように配置される。更に一般的には、Ｎつの出力導波路を有するビーム分割器の場合に、出力導波路軸線の各々が、それに関連した多モード導波路各々の縦方向の均等の再分割部分がＮつある時に、その関連した再分割部分の各々の中心にあるだろう。従って、これらの軸線は、多モード導波路の横断面に亙って周期的に配置される。
　【００８２】
　多モード導波路１４２は長さ４６８μｍで幅２４μｍであり、従って、その１／４部分１５２ａ〜１５２ｄは幅６μｍである。その横断面は一定不変である。入力導波路１４６と出力導波路１４８ａ〜１４８ｄは幅２μｍである。出力導波路１４８ａ〜１４８ｄは、隣り合う各対の軸線１５０ａ／１５０ｂ等の間に６μｍの間隔を有し、最も外側の軸線１５０ａ、１５０ｄと多モード導波路側壁１４２ｃ、１４２ｄの各々との間に３μｍの間隔を有する。
　【００８３】
　入力導波路１４６は、矢印１５６で示されるような入力光を受け取る。出力導波路１４８ａ〜１４８ｄは、矢印１６２のような矢印によって示される通りに光がそこから出て行く端面１６０ａ〜１６０ｄを有する。鎖線１６４は、端壁１４２ｂにおいて光学測定を可能にするためにビーム分割器１４２がそこで切断されることが可能な位置を示す。
　【００８４】
　ビーム分割器１４０は、図１４に拡大スケールで示される層構造を有し、この図には出力導波路端面１６０が示されている。ビーム分割器は、エピタキシャル成長デバイスで通常使用される種類の半絶縁ＧａＡｓの基板ウェーハ１７０を含む。この基板ウェーハ１７０は、次の上向きに連続した層を有する。
　【００８５】
　（ａ）厚さ０．１μｍのＧａＡｓバッファ層１７２、
　（ｂ）厚さ２．５μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ下部クラッディング層１７４（屈折率ｎ＝３．４２０）、
　（ｃ）厚さ１．０μｍのＧａＡｓ導波路コア層１７
６
　（ｄ）厚さ１．０μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ上部クラッディング層１７８（ｎ＝３．４２０）、
　（ｅ）厚さ０．１μｍのＧａＡｓキャッピング層１８０。
　【００８６】
　垂直方向に、即ち、層１７２〜１８０の厚さ寸法に沿って、入力導波路１４６と出力導波路１４８ａ〜１４８ｄと多モード導波路１４２は単一モードである。入力導波路１４６と出力導波路１４８ａ〜１４８ｄの幅はＮｄ−ＹＡＧレーザ放射の場合には２μｍに過ぎないが故に、これらの導波路は、層厚さに対して直交した幅寸法においても単一モードである。しかし、多モード導波路１４２は、その２４μｍの幅によって、この第２の横断方向において複数のモードを維持する。
　【００８７】
　光は、クラッディング層１７４、１７８によってコア層１７６に閉じ込められる。Ｎｄ−ＹＡＧレーザ放射の場合には、この領域は、垂直方向の伝搬の基本モードだけを維持する。導波路層１７４／１７６／１７８の組み合わせの有効屈折率ｎｅは、コア屈折率とクラッディング屈折率の中間であり、３．４５５である。従って、ビーム分割器１４０内でのＮｄ−ＹＡＧレーザ波長は、３．４５５（ｎｅ）によって割られた１．０６４μｍ（λ０）の自由空間値である。
　【００８８】
　その多モード導波路長さは４６８μｍである。これはＬ／２に等しく、このＬは等式（１）によって２ｂ２／λとして与えられる。ここでは、２ｂは、多モード導波路幅２４μｍであり、λは、導波路１４２、１４６、１４８ａ〜１４８ｄ内におけるＮｄ−ＹＡＧレーザ波長である。Ｌ／２は、図８における曲線７２に相当し、図８では、曲線７０によって表される基本モード入力は、適切に配置された出力導波路１４８ａ〜１４８ｄのために、４つの基本モード励起に変換される。Ｌ／２の数的表現は次式を与え、
　【数１７】
これは図１２の通りである。
　【００８９】
　ビーム分割器１４０を製作する方法は次の通りである。層１７２〜１８０が、ドーピングのための特別な用意なしに、公知のエピタキシャル技術によって基板１７０上に連続的に付着させられる。これは、領域１０１４／ｃｍ３〜１０１６／ｃｍ３内にバックグラウンドドーピング（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｄｏｐｉｎｇ）を残す。
　【００９０】
　層の付着の後に、ホトレジスト層がキャッピング層１８０の上に回転塗布される。ビーム分割器１４０の輪郭を画定するマスクがホトレジスト上に置かれ、そのマスクを通してホトレジストに光を当てるために紫外光が使用される。その後で、ホトレジストが現像され、更に、除去のための半導体材料を露出させるために、ＵＶ露光領域が化学的に除去される。その後で、基板ウェーハが反応性イオンエッチング機械の中に入れられ、１時間に亙ってエッチングされる。これは、２．５μｍのエッチング深さを生じさせ、従って、このエッチング深さはキャッピング層と上部クラッディング層とコア層１７８〜１７６を完全に貫通し、下部クラッディング層１７４の中に０．４μｍ入り込む。これは、導波路１４２、１４６、１４８ａ〜１４８ｄのような直立又はリッジ形導波路を画定する。
　【００９１】
　上記の手順は三元半導体材料系ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓに係わるが、他の三元又は四元半導体材料系を使用することも可能である。例えば、ＩｎＧａＡｓＰが使用されてよい。
　【００９２】
　図１３と図１４に示される実施例は作られなかった。その代わりに、様々なビーム分割器パターンをくり抜くぬくホトリソグラフィーマスクが作られた。そのマスクは、試験用の多数の様々な形状のビーム分割器を含むウェーハを与えた。これらの中には、先細の多モード導波路を含むデバイスがあった。そうしたデバイスの１つが図１５に示され、照合符号１９０によって全体的に表されている。
　【００９３】
　この先細ビーム分割器１９０は、ビーム分割器１４０に関して前述された通りの層構造を有する。即ち、垂直方向又は厚さ方向におけるそれらの構造は相等しい。先細ビーム分割器１９０は、幅２μｍの入力導波路１９２と、端部１９４ａと端部１９４ｂの間で幅２０μｍから１０μｍに直線的に先細になる、長さ３２６μｍの多モード導波路１９４とを含む。２つの出力導波路１９６ａ、１９６ｂが、幅１μｍの狭い方の端部１９４ｂから延びる。
　【００９４】
　多モード導波路１９４を先細にすることの効果が、乗法因子Ｍによって、特定の分割を得るために必要とされる長さを変化させることであることが示される。Ｍは、「出力端部１９４ｂの幅」：「入力端部１９４ａの幅」の比率であり、この実施例では０．５である。特に、１−対−２方向の分離を生じさせるために必要とされる方程式（１）の長さＬは次式で表され、
　　Ｌ＝２Ｍｂ２／λ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
前式中でｂは多モード導波路入力端部の１／２幅である。ビーム分割器１９０の場合には、
　　Ｌ＝２×０．５×１００×３．４５５／１．０６４＝３２５μｍ　（１８）
　【００９５】
　方程式（１７）、（１８）は、多モード導波路を先細にすることが、特定の度合いのビーム分割を得るために必要とされる長さを変化させるということを示している。パラメタＭは１より大きくてもよく、このことは、入力から出力へとその幅が増大する多モード導波路に相当する。しかし、これは、特定の度合いのビーム分割を得るために必要な長さを増大させる。そのテーパは図１５に示されるように線形であってもよく、又は、非線形であってもよい。後者の場合には、方程式（１７）は当てはまらない。テーパの度合いは、多モード導波路内の放射が臨界角度よりも大きい角度で多モード導波路壁に入射することを可能にするような度合いでなければならない。このことは、低モード数の場合には、任意の直線状の又は縦方向に拡幅する導波路によって、又は、その長さに沿って比較的緩やかに狭まる導波路１９４によって、実現される。空気と境を接したＧａＡｓ導波路の場合には、導波路壁と中心軸線との間で測定される低減テーパ角度は、５°未満でなければならない。厳密に言えば、先細多モード導波路の出力端部は湾曲していなければならないが、しかし、５°より小さな小テーパ角度の場合には、このことは必ずしも必須ではない。
　【００９６】
　方程式（１７）は単一のテーパに当てはまるが、連続した複数のテーパを有する多モード導波路を設計することも可能である。これらのテーパは、同一方向、即ち、減少であっても、反対方向、即ち、増加であってもよい。
　【００９７】
　さて、図１６を参照すると、この図には、図１３〜１５を参照して説明されたように作られた様々なタイプのビーム分割器を試験することによって得られた結果が示されている。これらの結果は、１−対−２方向、１−対−５方向、１−対−１０方向のビーム分割の各々のために作られた３つの非先細のデバイスと、図１５で示された通りの寸法を有する１つの先細デバイスとから得られた。１−対−２方向デバイスは、長さ９３６μｍで幅２４μｍの多モード中央導波路９３６と、幅２μｍの入力導波路と出力導波路とを有する。１−対−５方向デバイスと１−対−１０方向デバイスに関するその同等物は、各々に３０μｍ×５８６μｍと４０μｍ×５２１μｍである。
　【００９８】
　各々の試験用ビーム分割器の有効性が次のように測定された。これらのビーム分割器はその多モード導波路の各出力端部において切断され、これらの出力端部は図１３の線１６４と同等の位置にあった。このことは、多モード導波路の端部における強さ分布、即ち、出力導波路の入口開口に相当する位置における強さ分布が測定されることを可能にした。
　【００９９】
　各々の入力導波路がＮｄ−ＹＡＧレーザからの光で照明された。レーザ出力が、顕微鏡対物レンズを使用して直径１μｍの回折制限スポット（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ　ｓｐｏｔ）に集束させられ、一方、このスポットは各々の入力導波路端面に当てられた。各々の切断面に現れる強さパターンが、赤外カメラで測定された。
　【０１００】
　図１６は、試験用ビーム分割器の各々に関する結果を２つの形で示している。従って、各々に全体として２００、２０２、２０４、２０６で示される４つの結果のグループがある。各グループの上部の線２００ａ〜２０６ａは、個々の場合の赤外カメラ画像を表す。下部のグラフ２００ｂ〜２０６ｂは、個々の場合における、各々の多モード導波路出力面に沿った距離に応じた強さ変化を表す。線２００ａ等は、光スポットを示す２００ｃ〜２０６ｃのような点を有する。２００ｃのようなスポット間に与えられる間隔によって示されるように、水平方向のスケールはグループ毎に異なっている。グラフ２００ｂ等は、関連した真上の光スポットによる強さ変化を示す、２００ｄのような極大を有する。
　【０１０１】
　結果グループ２００は、１−対−２方向の非先細のビーム分割器に係わる。スポット２００ｃは、１２μｍ離れた中心を有する。その関連の極大２００ｄは、１．８μｍの半値幅エネルギー（ＦＷＨＭ）を有し、このＦＷＨＭは、スポット２００ｃがその上に中心を置かれる関連の出力導波路の幅（２μｍ）よりも僅かに小さい。極大２００ｄは概ね同一であり、高品質で且つ強さが等しいビーム分割を示す。更に、グラフ２００ｂは、これらの極大の間でゼロになり、このことは理想的なビーム分割特性を示す。
　【０１０２】
　グループ２０２、２０４は、１−対−５方向デバイスと１−対−１０方向デバイスに関する同様の結果を示す。これらは、各々に±１５％と±２０％の強さの拡がり（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｓｐｒｅａｄ）を有する極大２０２ｄ、２０４ｄを示す。しかし、各々の場合に、求められる規則正しい間隔と、出力導波路幅と基本モードとに対する適切な整合と共に、適正な数の出力ビームへの分割が得られた。１−対−１０方向デバイスは、２０４ｅのような僅かな寄生光スポットを示す。これは、隣り合う極大の間の領域の光の強さが完全にゼロではないということを示す。
　【０１０３】
　極大２０２ｄ、２０４ｄにおける強さの拡がりと、２０４ｅのような寄生光との効果は、
　（ａ）「ＧａＡｓ：空気」界面が生じる、１６４と同等の切断面における反射と、
　（ｂ）試験結果を得るために使用されるカメラの制限された解像力と視野とに起因する。
　【０１０４】
　先細のビーム分離器に関する結果グループ２０６は、必要な５μｍの間隔を有する適正な数（２つ）の極大２０６ｄを示す。
　【０１０５】
　集積光学回路の形の半導体ビーム分割器の応用例では、上記の制限（ａ）、（ｂ）は当てはまらないだろう。
　【０１０６】
　図１〜１６に関する上記の説明は、入力導波路と多モード導波路と出力導波路を含む事例に関して詳細に論じられてきたが、これらの事例では、
　（ａ）入力導波路が直線状であり且つ多モード導波路と共軸であり、
　（ｂ）多モード導波路が、導波路厚さに直交した１つの横断方向寸法において多モードであり、その厚さ寸法において単一モードであり、
　（ｃ）出力導波路の軸線が、多モード導波路と入力導波路の軸線に対して平行で且つ共軸である。
　【０１０７】
　上記の条件（ａ）〜（ｂ）は必ずしも不可欠ではない。入力導波路内の光が多モード導波路の対称モードだけを励起するならば、この入力導波路軸線は湾曲していてもよい。多モード導波路は、両方の横断方向寸法において多モードであってよい。例えば、既述のように、正方形入力導波路が正方形多モード導波路に共軸に接続されてよい。このことは、両方の横断方向寸法において２方向分割を生じさせるだろう。これは、光ファイバ多方向コネクタのための基礎を形成するだろう。１種の多モード導波路であるこのコネクタは、入力ファイバを受ける一方の端部に入口ポートを有し、各々の受ファイバのための複数の出力ポートを有するだろう。
　【０１０８】
　導波路軸線は必ずしも平行である必要はない。出力導波路が維持する基本放射モードが導波路壁において全内部反射を受けるならば、出力導波路は湾曲していてもよい。しかし、入力導波路がそこで多モード導波路の中に併合する開口又は入力ポート全体に亙って、放射振幅分布が定位相であることが必要である。ビーム分割器１０の入力ポートは、図２の開口４０である。基本モードだけで働き、且つその入力導波路が多モード導波路とそこで併合する入力ポートにおいて、多モード導波路に対して軸方向に平行である入力導波路によって、上記の基準が満たされる。
　【０１０９】
　さて、図１７を参照すると、この図には、参照符号２２０によって全体的に示される本発明のビーム分割器の更に別の形態の略斜視図が示される。ビーム分割器２２０は、辺２ａを有する正方形の内側横断面の、基本モード中空入力導波路２２２を含む。ビーム分割器２２０は、内側では正方形横断面であるが外側では辺２ｂを有する、長さＬの多モード導波路２２４を有する。入力導波路２２２と多モード導波路２２４は共軸である。ビーム分割器２２０は、４つの基本モード中空出力導波路２２６ａ〜２２６ｄも含み、これらの出力導波路は入力導波路２２２と多モード導波路２２４とに対して軸方向に平行である。これらの出力導波路は、入力導波路２２２と同一の内側横断面を有し、即ち、辺２ａを有する。
　【０１１０】
　図１８は、矢印２２７の方向で見た場合の、図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面である。この図は、入力導波路と多モード導波路の中心軸線２３０に比較した出力導波路軸線２２８ａ〜２２８ｄの各々の配置を示す。この図は、縦方向軸線２２８ａ〜２２８ｄ、２３０に対して垂直な横断面である。２２８ａのような出力導波路軸線の各々は、多モード導波路軸線２３０からｂ／２ずれている。こうしたずれは、対角線方向に上と下に向かって且つ左と右に向かってのずれである。これは、多モード導波路２２４の横断面の１／４部分の各々の中心に、出力導波路軸線を位置させる。
　【０１１１】
　ビーム分割器２２０は、図１のビーム分割器１０の２次元的変形物に相当する。これは、中央導波路２２４が両方の横断寸法において多モードであるが故である。従って、入力導波路の基本モードは、両方の横断寸法において、多モード導波路の対称モード、即ち、ｍとｎが両方とも奇数であり且つ１よりも大きい値をとることが可能な場合のモードＥＨｍｎを励起する。ビーム分割器１０では、多モード導波路２０が垂直寸法において単一モード動作に限定されたが故に、ｍ＝１の制限が適用された。
　【０１１２】
　多モード導波路２２４の横断方向の２次元性の故に、入力導波路内を伝搬する放射（基本モード）は、出力導波路軸線２２８ａ〜２２８ｄ上に中心を置かれた４つの半周期の正弦状の強さ極大を生じさせる。図１８の平面内の強さ分布は、互いに重なり合う形で並べられた図８の曲線７５の２つの変形物に相当する。従って、ビーム分割器２２０は、互いに同位相の４つの出力ビームを伴う１−対−４方向ビーム分割を与える。入力導波路と出力導波路が光ファイバであった場合には、このビーム分割器は光ファイバ多方向結合器を与えることが可能だった。
　【０１１３】
　ビーム分割器１０、２２０は、レーザデバイスとしての使用に適合させられてもよい。この場合には、ビーム分割器は、レーザ利得媒質（ｌａｓｅｒ　ｇａｉｎ　ｍｅｄｉｕｍ）が充填され且つその媒質の励起に適合させられた出力導波路２２／２４又は２２６ａ等と共に、動作させられるだろう。例えば、導波路２２、２４は、ＣＯ２ガスを充填され、高周波励起電極とその関連の回路構成部品を有することが可能である。レーザ鏡が、多モード導波路２０から遠位の入力導波路１８の端部と出力導波路２２／２４の端部に配置されるだろう。入力導波路と組み合わされる方の鏡は、部分透過性の出力結合器鏡であってよい。他方の鏡は可能な限り完全に反射するだろう。出力導波路内でのレーザ作用は、入力導波路内のビームに結合されるビームを生じさせるだろう。部分反射鏡は、その結合されたビームの一部分を自由空間に出力し、一方、フィードバックをもたらすためにその結合ビームの残り部分を戻すだろう。このフィードバックは、出力導波路、即ち、レーザ利得導波路の間に、均等に分岐させられるだろう。入力導波路における同位相基本モード極大（例えば７０ａ）が、出力導波路において同位相の極大（例えば７５ａ、７５ｂ）を生じさせるが故に、この構造が実現可能である。従って、出力導波路から入力導波路への通過とその帰還の各々において、放射の同位相の再結合と分岐が行われる。
　【０１１４】
　さて、図１９と図２０を参照すると、これらの図は各々に、参照符号２４０によって全体的に示される、レーザとして構成された本発明の更に別の略平面図と側面立面図を示す。レーザ２４０はアルミナ導波路本体部分２４２を含む。アルミナ導波路本体部分２４２は５つの区画２４４〜２５２から成り、これらは、単一の単一モード出力導波路２５４と、長さＬ／２の第１の多モード導波路２５６と、４つの単一モードのレーザ導波路２５８と、長さＬ／２の第２の多モード導波路２６０と、２つの単一モードのフィードバック導波路２６２を各々に与える。フィードバック導波路２６２は、第２の多モード導波路２６０の半分部分の各々の中心に接続され、レーザ導波路２５８は両方の多モード導波路２５６、２６０の１／４部分の各々の中心に接続される。レーザ導波路２５８は、従来の種類の高周波（ＲＦ）励起電極２６４を有する。
　【０１１５】
　レーザ２４０は、出力導波路２５４の付近の部分反射鏡（出力結合器）２６６と、フィードバック導波路２６２の付近の全反射鏡２６８を有する。導波路２５４〜２６２は、レーザ媒質としてのＣＯ２ガスを充填され、ＲＦ励起によってレーザ導波路２５８内にレーザ利得がもたらされる。
　【０１１６】
　レーザ２４０は、２つの半分部分に分割された中央導波路２０と、これらの２つの半分部分を接続するために挿入された４つの並列の単一モードレーザ導波路２５８とを有する、ビーム分割器１０に相当する。出力結合器鏡２６６から反射されたレーザ放射は、出力導波路２５４に沿って進み、第１の多モード導波路２５６によって（不均等な整相を伴って）４つに分割される。このことは図８に曲線７０、７２によって示され、この図では、１−対−４方向の分割が多モード導波路の長さＬ／２において起こる。放射は、レーザ導波路２５８内で増幅される。この放射は第２の多モード導波路２６０に進み、この第２の多モード導波路２６０は、フィードバック導波路２６２内において、その放射を２つの（同位相の）ビームの形に再結合する。この変換は、図８の曲線７２と曲線７５と間の変換である。その放射は、全反射鏡２６８で反射される。その放射は、出力結合路鏡２６６における部分反射と部分透過のために、出力導波路２５４へとその経路を帰還する。透過は、矢印２７０で示される出力ビームを与える。
　【０１１７】
　利得を増大させるために追加のレーザ導波路が必要とされる場合には、そうした追加のレーザ導波路が備えられてよい。しかし、１−対−Ｎ方向の分割とそれに続く同位相条件の再成立とを可能にするために、多モード導波路２５６、２６０の長さは変更を必要とする。例えば、６つのレーザ導波路は、長さＬ／３の第１の多モード導波路と、長さ２Ｌ／３の第２の多モード導波路とによって、使用可能にされることが可能だった。このことは、（図８の曲線７０、７１の間のような）１−対−６方向の非同位相の分離と、それに続く（曲線７０、７１の間のような）６−対−２方向の同位相の結合とをもたらすだろう。従って、図１９と図２０の構成は、レーザ導波路アレイを位相同期（ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋ）させるための手段を提供する。図１９と図２０の構成は、任意の必要な位相調整が行われるならば、光路に関する本発明のデバイスの可逆性をも示す。
　【０１１８】
　上記の説明は、約１μｍと約１０μｍの赤外波長での使用のための中空導波路と固体導波路を説明した。可視波長とマイクロ波波長において本発明を応用するために導波路システムを設計することも可能である。
　【０１１９】
　さて図２１を参照すると、この図には、本発明のビーム分割基の更に別の実施例の水平断面平面図が示される。このビーム分割器は全体として参照符号２８０で示される。ビーム分割器２８０は、「複合」多モード導波路と呼ばれることが可能な導波路２８２を含む。この複合導波路２８２は、共通の軸線２８４を有する第１と第２の区画２８２ａ、２８２ｂを有する。第１と第２の区画２８２ａ、２８２ｂは同じ高さ２ａであるが、その各々の幅は、ｂ２が（ｂ１＋ａ）より大きい時に、２ｂ１と２ｂ２である。これらの区画２８２ａ、２８２ｂは各々に次式で与えられる長さを有する。
　　Ｌ１＝２ｂ２１／λ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９．１）
　　Ｌ２＝２ｂ２２／λ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９．２）
　【０１２０】
　幅と高さが２ａである単一の入力導波路２８６が、第１の導波路区画２８２ａの外側端部２８８に共軸に接続される。４つの出力導波路２９０ａ〜２９０ｄが、第２の導波路区画２８２ｂの外側端部２９２に接続される。ｙ方向とｚ方向のデカルト軸（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ　ａｘｅｓ）が参照符号２９４で示される。ｚ軸は、デバイス縦軸２８４であると見なされる。ｙ方向における出力導波路２９０ａｃ〜２９０ｄｃの位置は次式で与えられる。
　【０１２１】
　本発明の前述の実施例の詳細な分析において、ビーム分割器２８０の動作モードが概略的に説明されるだろう。入力導波路２８６からの基本モード励起が、２つに分割するビームを生じさせる。このことは、導波路区画２８２ａ、２８２ｂがそこで合体する平面２９４内において、ｙ＝±ｂ１／２で起こる。これらの２つのビームへの分岐（図示されていない）は、図８の極大７５ａ、７５ｂに相当し、同位相である。これらの２つのビームは連携して第２の導波路区画２８２ｂの対称モードを励起する。この区画２８２ｂにおけるモード分散が、出力導波路中心２９０ａｃ〜２９０ｂｃを中心とした、同じ強さの４つのビーム分割部分を生じさせるということが、前述の分析に類似した分析によって示されることが可能である。従って、ビーム分割器２８０は、（ｂ２＝２ｂ１の時を除いて）周期的に間隔を置かれていない各々の中心において、距離（Ｌ１＋Ｌ２）内に、１−対−４方向のビーム分岐を与える。共にカスケード接続された２つ以上の区画を有する複合多モード導波路が、図２１に示される線の上で使用されてもよい。
　【０１２２】
　上記の諸実施例に加えて、本発明の更に別のデバイスがＡｌＧａＡｓで作られ、これらのデバイスの性能が試験された。図２２は、本発明の３つの異なった１−対−２０方向ビーム分割器から得られた結果を示している。これら３つのビーム分割器は、製造時の不正確さに対する本発明の許容差を調べるために、僅か　に相違した長さであるように設計された。グラフ３００は、高さ２ａ＝２．６μｍと幅２ｂ＝１２０μｍと長さＬ＝２３１０μｍという寸法を有するように設計された多モード導波路を有するこれら３つのビーム分割器の第１のものから得られた結果を示している。グラフ３０２、３０４は、これらのビーム分割器の第２と第３のものからの結果を示し、これらの第２と第３のビーム分割器では、多モード導波路の高さと幅は同じ寸法であるように設計され、その多モード導波路の長さは各々に２３３０μｍと２３５０μｍであるように設計されている。
　【０１２３】
　グラフ３００、３０２から明瞭に見てとれるように、第１と第２のビーム分割器は、単一の入力ビームを、概ね同じ強さである２０つの出力ビームに分割した。第３のビーム分割器に関するグラフ３０４は、実際には、概ね同じ強さである１９つのビームへの分割を示す。これは、最右側にビームを搬送すべきだった出力導波路の損傷に起因する。グラフ３００によって示される平均出力ビーム強さは、グラフ３０２、３０４によって示される平均出力ビーム強さよりも著しく低い。これは、第２と第３のビーム分割器に比較して、第１のビーム分割器の入力基本モード導波路の中への注入の効率がより一層低いということに起因するかも知れない。或いは、第１のビーム分割器の実効寸法が「適正な」寸法から最もかけ離れているということに起因しているかも知れない。第２と第３のビーム分割器の性能は極めて類似している。
　【０１２４】
　実際上、自己結像導波路に基づく従来技術のデバイスの場合に比べて、本発明のデバイスが、必要であると計算される寸法からの僅かな逸脱に対して、はるかに低い感度を有するということが発見されている。実際には、より大きな寸法許容差がデバイス製造中に許容されることが可能であり、従って、故障率と製造コストを低減させるが故に、これは従来技術に比べて大きな利点である。それは、本発明のデバイスが、温度によって引き起こされる長さと幅の変化に対して、感度がより一層低いだろうということも示している。製造技術の結果としての寸法誤差と、温度によって引き起こされる寸法変化と、導波路壁の粗さとに対する、デバイス動作の第一近似の感度は、多モード導波路長さを基準として評価されるだろう。自己結像導波路に基づく従来技術のデバイスは、本発明のデバイスよりも４倍長く、製造誤差と温度変化に対して４倍高い感度を有するだろう。
　【０１２５】
　さて図２３を参照すると、この図には、本発明のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計から得られた結果がグラフの形で示されている。そのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計は、概ね、図１０に関して説明された形状であり、２ａ＝２．６μｍ、２ｂ＝３２μｍ、多モード導波路長さ＝１７２５μｍ、電極幅１．０μｍ、電極長さ６ｍｍの寸法を有する。グラフ３１０〜３２２の各々は、移相器に加えられる様々な電圧に応じた干渉計からの出力の強さ分布を示し、これらの電圧は各々に、０Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、２５Ｖ、３０Ｖである。図２３は、前述のように動作するＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を示す。
　【０１２６】
　本発明のデバイスの効率が次のように調査された。基本モードの正方形断面の入力導波路と出力導波路とに接続された多モード導波路から各々が成る本発明の５つの１−対−１方向デバイスが、作られた。多モード導波路の寸法は、２ａ＝２．６μｍ、２ｂ＝１２μｍ、長さ５１６μｍだった。入力導波路と出力導波路は、約２．６×２．６×５００μｍだった。５つのそうしたデバイスが、１つの線を形成するように互いに接続された。この線を通しての伝送効率が、２．６μｍ正方形断面と同じ全長とを有する比較用の基本モード正方形導波路の伝送効率と比較された。そのデバイスの線の出力において検出された光の強さは、比較用の基本モード導波路の出力で検出された強さの１３５％だった。１．３５の５乗根が約１．０６であるが故に、本発明の各デバイスは、同じ長さの比較用基本モード導波路によって伝送される光よりも約６％多い光を伝送した。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　ビーム分割器の形の本発明の光学デバイスの斜視図である。
　【図２】
　図１における線ＩＩ−ＩＩと線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
　【図３】
　図１における線ＩＩ−ＩＩと線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
　【図４】
　図１における、多モード中心導波路のアスペクト比に応じた相対モード振幅及び強さを示す。
　【図５】
　図１における、多モード中心導波路のアスペクト比に応じた相対モード振幅及び強さを示す。
　【図６】
　図６は、より低次数の様々な導波路モードに関するモード振幅分布を示す。
　【図７】
　様々な断面の多モード導波路に沿った位置に応じた電界の強さの変化を示す。
　【図８】
　様々な断面の多モード導波路に沿った位置に応じた電界の強さの変化を示す。
　【図９】
　図８の電界の強さの分布の各々に沿った位相変化を示す。
　【図１０】
　Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計の形状にされた本発明の光学デバイスの平面図である。
　【図１１】
　様々な入力位相条件に関する図１０の干渉計の一部分における電界の強さの分布を示す。
　【図１２】
　様々な入力位相条件に関する図１０の干渉計の一部分における電界の強さの分布を示す。
　【図１３】
　リッジ形導波路の形に形成された本発明の光ビーム分割器を斜視図の形で示す。
　【図１４】
　リッジ形導波路の形に形成された本発明の光ビーム分割器を斜視図の形で示す。
　【図１５】
　先細の多モード導波路を含む本発明のビーム分割器を示す。
　【図１６】
　図１３〜１５のビーム分割器に類似したビーム分割器を使用して得られた結果を示す。
　【図１７】
　２次元のビーム分割を与える本発明の別の形状のビーム分割器を概略的に示す。
　【図１８】
　図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図である。
　【図１９】
　レーザの形に作られた本発明の光学デバイスの略断面図と略側面図である。
　【図２０】
　レーザの形に作られた本発明の光学デバイスの略断面図と略側面図である。
　【図２１】
　複合多モード導波路を含む本発明の更に別の実施例の略断面平面図である。
　【図２２】
　本発明の３つの１−対−２０方向ビーム分割器から得られた結果を示す。
　【図２３】
　本発明のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計から得られた結果を示す。