(57)【要約】本発明は、高いスペクトル解像度を有しているとともに特に高速通信と高速測定とのための集積型分光器ならびにその製造方法に関するものである。本発明による分光器は、少なくとも１つの基本分光器を具備しており、各基本分光器は、マイクロガイドアセンブリ（１２）を備えているとともに、劈開された平面状ガイド上に形成された、光学的フェーズアレイと；マイクロガイドアセンブリからの光の伝搬を自由空間内において複数回にわたって行う態様とすることを目的として、マイクロガイドアセンブリからの光を順次的に反射し得る反射手段（２４，３０，３２，３４）と；そのようにして反射された反射光を光検出するための光検出手段（２６）と；この光検出手段上へと光を焦点合わせするための焦点合わせ手段（２８）と；を具備している。
2004523764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの基本分光器を具備してなる分光器であって、
各基本分光器が、
−マイクロガイドアセンブリ（１２，６０，９６，９８）を備えているとともに、劈開された平面状ガイド上に形成された、光学的フェーズアレイと；
−前記マイクロガイドアセンブリからの光の伝搬を自由空間内において複数回にわたって行う態様とすることを目的として、前記マイクロガイドアセンブリからの光を順次的に反射し得る反射手段（２４，３０，３２，３４；６２，６８，７０，７２；１３４，１３８，１４０，１４２）と；
−そのようにして反射された反射光を光検出するための光検出手段（２６，６４，１４４）と；
−この光検出手段上へと光を焦点合わせするための焦点合わせ手段（２８，６６，１３６）と；
を具備していることを特徴とする分光器。
【請求項２】
請求項１記載の分光器において、
前記反射手段が、初期的には前記平面状ガイドへと光を伝搬させ、その後、前記平面状ガイドの上方において前記平面状ガイドと平行な平面内において自由空間にわたって光を伝搬させるといったようにして、光の伝搬を複数回にわたって行う態様とすることを特徴とする分光器。
【請求項３】
請求項１または２記載の分光器において、
前記光学的フェーズアレイが、反射によって機能するものとされ、
前記平面状ガイドが、複数の劈開側面（ｃ１，ｃ２，ｃ３）を有し、
これら劈開側面が、前記マイクロガイドアセンブリからの光に対して、および、前記マイクロガイドアセンブリを透過しようとする光に対して、反射をもたらすことを特徴とする分光器。
【請求項４】
請求項３記載の分光器において、
前記マイクロガイドアセンブリが、前記複数の劈開側面の１つ（ｃ１）に対して当接し、
前記光学的フェーズアレイが、前記複数の劈開側面の少なくとも１つに対して当接した焦点合わせゾーン（Ｆ）を有していることを特徴とする分光器。
【請求項５】
請求項１または２記載の分光器において、
前記光学的フェーズアレイが、反射によって機能するものとされ、
前記平面状ガイドが、
前記マイクロガイドアセンブリからの光に対しておよび前記マイクロガイドアセンブリを透過しようとする光に対して反射をもたらすとともに前記マイクロガイドアセンブリに対して当接している劈開側面（ｃ１）と、
光の反射をもたらし得るよう十分に大きな入射角度でもって到達した光を反射し得る他の劈開側面（ｃ２，ｃ３）と、
を有していることを特徴とする分光器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の分光器において、
前記マイクロガイドアセンブリをなす複数のマイクロガイドが、複数の同心円弧（１２，９６，９８）を形成していることを特徴とする分光器。
【請求項７】
請求項１または２記載の分光器において、
前記光学的フェーズアレイが、透過によって機能するものとされていることを特徴とする分光器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の分光器において、
前記反射手段が、
−前記マイクロガイドアセンブリからの光を、前記光学的フェーズアレイが形成されている前記平面状ガイドと平行な平面へと反射するプリズム（２４，６２，１３４）と、
−前記平面内を伝搬する光を前記光検出手段に向けて反射する少なくとも１つのミラー（３０，３２，３４；６８，７０，７２；１３８，１４０，１４２）と、
を有していることを特徴とする分光器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の分光器において、
さらに、支持体（４２，４８，１３２）を具備し、
この支持体上に、前記光学的フェーズアレイと、前記反射手段と、前記光検出手段と、が配置されていることを特徴とする分光器。
【請求項１０】
請求項９記載の分光器において、
前記支持体（４２，４８，１３２）が、成型によって、あるいは、リソグラフィープロセスと電気鋳造成型プロセスとにより得られたモジュールを使用したプラスチック材料の高温プレスによって、得られていることを特徴とする分光器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分光器において、
さらに、温度変動によって前記光学的フェーズアレイに引き起こされた変化を補償するための補償手段（８４，８６）を具備していることを特徴とする分光器。
【請求項１２】
請求項８記載の分光器において、
さらに、温度変動によって前記光学的フェーズアレイに引き起こされた変化を補償するための補償手段を具備し、
この補償手段が、好ましくは大きな熱膨張係数を有しているバーといったようなバー（８４，８６）を備え、
前記バーと前記ミラーとが、熱膨張によって前記ミラーの向きを変化させ得るようにして、連結されており、これにより、前記光学的フェーズアレイに引き起こされた変化を補償し得るようになっていることを特徴とする分光器。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の分光器において、
前記平面状ガイドが、ガラス上に光学系を集積させる技術によって、あるいは、特にシリコンやインジウムリンといったような半導体上に光学系を集積させる技術によって、得られたものであることを特徴とする分光器。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の分光器において、
規定されたスペクトル範囲をモジュール的にカバーし得るよう、複数の基本分光器（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３；Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ２ｘ，Ｍ２ｙ，Ｍ３ｘ，Ｍ３ｙ）を具備し、
これら基本分光器が、波長分離手段（２，４）を介して、入力光ファイバ（ＦＥ）に対して光学的に接続されていることを特徴とする分光器。
【請求項１５】
請求項１４記載の分光器において、
さらに、前記波長分離手段と前記複数の基本分光器とを接続する偏光分離手段（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を具備していることを特徴とする分光器。
【請求項１６】
請求項１４記載の分光器において、
さらに、前記波長分離手段と前記複数の基本分光器とを接続するために、パワー分離手段（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と偏光手段（Ｐｘ，Ｐｙ）とを具備していることを特徴とする分光器。
【請求項１７】
請求項１に記載された分光器を製造するための方法であって、
前記光学的フェーズアレイを、反射によって機能し得るよう複数回にわたって動作するタイプのものとするとともに、光学系を集積させる方法に従って、複数のヘッドフット対を複数回コピーすることによって製造し、
さらに、劈開される基板と同じ材料を使用して製造することによって、様々な光学的フェーズアレイを製造し、
これら各光学的フェースアレイを使用して、基本分光器を製造することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載された分光器を製造するための方法であって、
各光学的フェーズアレイを、基板を使用して形成し、
その基板上に前記光学的フェーズアレイをなす複数のマイクロガイドを形成するのと同時に、複数の劈開マーク（ｍ）を形成することを特徴とする方法。
【請求項１９】
稠密波分割多重化を利用した高速光通信に関してのスペクトル分析を行うためのデバイスであって、
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載された分光器を具備していることにより、使用者の要求の応じて、モジュール形式でもって、１５２８．７７ｎｍ〜１５６３．８６ｎｍという範囲内における各チャネルの位置をリアルタイムで通知することができることを特徴とするデバイス。
【請求項２０】
ブラッグ格子光学的測定デバイスであって、
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載された分光器を具備していることにより、ブラッグ波長を測定することができることを特徴とするデバイス。
【請求項２１】
請求項２０記載のデバイスにおいて、
前記分光器が、少なくとも１つのブラッグ格子センサ（１６６）からの光学的信号を検出することを意図したものとされていることを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、『スペクトル分光デバイス』と称されるような、あるいは単に『分光器』と称されるような、光学的スペクトル分析装置に関するものである。
【０００２】
この分光器は、例えば高速光通信の分野において、赤外放射に対して特に適用される。本発明の他の応用は、後述するように、特に、光学的測定である。
【背景技術】
【０００３】
光通信は、スペクトル的コード化と時間的コード化とにより、情報速度のかなりの高速化を可能とした。現在、１本の光ファイバにおいて、４０ギガビット／秒という程度の速度が得られている。ＤＷＤＭ（dense wavelength division multiplexing）すなわち高密度波長分割多重化により、情報速度は、１テラビット／秒を超えている。
【０００４】
情報転送プロトコルを確立することが必要である（特に、インターネット上において）ような速度の高速化には、通信帯域のスペクトル幅の増加と、チャネルどうしの間のスペクトル的インターバルの減少と、が同時に要求される。
【０００５】
このプロセスは、波長経路選択容量によって、増幅のために利用可能なパワーによって、および、例えば誘導ラマン効果や誘導ブリルアン効果といったような非線形効果によって、制限される。結局のところ、４つの波の混合は、波長分離に対する制限を構成する。
【０００６】
３つのスペクトルウィンドウを考慮することは、一般的である。
【０００７】
第１のスペクトルウィンドウは、およそ８００ｎｍのところに位置している。このスペクトルウィンドウは、マルチモードファイバを使用したローカルネットワークのために利用される。
【０００８】
第２のスペクトルウィンドウは、およそ１，２８０ｎｍ〜１，３５０ｎｍのところに位置している（シリカにおける分散最小値に対応している）。このスペクトルウィンドウは、現在では、ほとんど使用されない。それは、このウィンドウのために開発されたプラセオジムドーピングファイバ（ＰＤＦＡ）を有した光学的増幅器では、１．５５μｍ帯域においては、エルビウムドーピングファイバ（ＥＤＦＡ）を有した増幅器の性能レベルを達成し得ないからである。
【０００９】
第３のスペクトルウィンドウは、およそ１，５５０ｎｍのところに位置している（シリカにおける減衰最小値に対応している）。このスペクトルウィンドウは、現在では、使用される光学的増幅器に応じて、複数の帯域に分割されている。Ｃ−帯域は、従来のＥＤＦＡ光学的増幅器によって増幅されたスペクトル帯域であり、１，５２８ｎｍ〜１，５６５ｎｍのところに延在している、すなわち、３７ｎｍにわたって延在している。Ｌ−帯域は、１，５６１ｎｍ〜１，６２０ｎｍのところに延在しており、すなわち、５９ｎｍにわたって延在しており、ラマン増幅を使用したＥＤＦＡ光学的増幅器に対応している。
【００１０】
現在、Ｃ−帯域は、ＩＴＵ（International Telecommunications Union）すなわち国際電気通信連合によって、１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）という間隔に沿って、規定されている。ＩＴＵグリッドと称されるもの、言い換えれば、ＩＴＵによって規定された波長セットは、１５２８．７７ｎｍ（１９６．１ＴＨｚ）から始まって、最大で１５６３．８６ｎｍ（１９１．７ＴＨｚ）である。約３６ｎｍにわたって延在する４５個の波長を備えている。伝送容量という意味における要求の増大は、０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）というチャネル間間隔の開発を想定した。しかしながら、非線形効果が、現在のところ、伝送範囲を制限している。
【００１１】
ツリウムによってドーピングされたファイバ（ＴＤＦＡ）を使用した新規な光学的増幅器は、１，４７０ｎｍ〜１，５００ｎｍという範囲で延在するスペクトル範囲をカバーすることを可能とした。現在Ｓ−帯域と称されているようなこの範囲は、したがって、第３ウィンドウを完成させている（１，５１０ｎｍ±１０ｎｍに位置するスペクトル帯域は、複数の観測チャネルを有している）。
【００１２】
スペクトル的伝送容量が増大している点から、誘導ラマン効果による増幅機構を利用した光学的増幅器が、研究されている。このタイプの増幅器においては、増幅は、分散された態様でもたらされ、（ＥＤＦＡ増幅器の場合のように）ポイント的ではない。
【００１３】
ラマン増幅を利用することによって得られた雑音指数は、ＥＤＦＡ増幅器を使用して得られる雑音指数よりも良好であり、そのため、伝送すべき光学的パワーを低減することができて、チャネルどうしの間のスペクトル的インターバルを低減することができる。さらに、Ｃ−帯域増幅しかできないようなＥＤＦＡ増幅器の場合とは違って、誘導ラマン効果増幅器は、複数のポンピングレーザーからなるアダプタアセンブリを使用することにより、ずっと大きなスペクトル帯域を増幅することができる。
【００１４】
理論的には、ラマン増幅器は、１，３００ｎｍ〜１，６６０ｎｍという波長範囲のすべてをカバーすることができる。言い換えれば、ドーピングされたファイバ増幅器によって現在カバーされている帯域よりも、ずっと多くの帯域をカバーすることができる。
【００１５】
よって、実際のＤＷＤＭ伝送スペクトルは、０．８ｎｍというチャネル間のスペクトル分離に関して、１００ｎｍにわたって延在している（Ｃ−帯域、および、Ｌ−帯域）。現在、ＴＤＦＡ増幅器であると、Ｓ−帯域に関しての向上を得ることができ、約１５０ｎｍというスペクトル帯域全体（Ｓ−帯域、Ｃ−帯域、および、Ｌ−帯域）をカバーすることができるものと、信じられている。
【００１６】
よって、ＤＷＤＭ容量の増大化は、現存の光学的グリッドに対して互換的であるとともにスペクトル範囲全体が３５０ｎｍに達するようなラマン増幅器の出現を想定することを、可能としている。よって、現在の１００そこそこに代えて、１本の光ファイバあたりで、全体で約９００チャネルとなる（チャネル間の分離間隔は、０．４ｎｍ）。
【００１７】
通信チャネルどうしの間の分離を効果的に管理するためには、上記すべてのスペクトル範囲をカバーし得るとともに複数のチャネルを正確に認識してそれらチャネルの占有状況を決定し得るような光学的増幅器を、使用する必要がある。
【００１８】
特に、波長属性を検証することができるとともにすべてのチャネルに対して低い誤差率を維持し得るような光学的スペクトル増幅器を提供することが重要である。また、満足のいく信号雑音比でもって光学的信号の強度を測定することが、重要である。
【００１９】
通信操作者にとっては、分光器を、コンパクトでありかつ携帯可能でありかつコスト的に有利に構成することが望ましく、また、分光器が、ＩＴＵグリッドのスペクトル内容を解析し得るとともに、波長の位置（偏差を解析するため）と各チャネルのパワーとを確認することができることが望ましい。
【００２０】
さらに、この分光器の解像度が、３０，０００以上であることが望ましく、観測される波長範囲が将来的な通過帯域（１２０ｎｍ〜１８０ｎｍ）を満たし得ることが望ましい。よって、測定ポイントの総数は、少なくとも、２，４００〜３，６００の程度であり、好ましくは、７，２００近辺である。
【００２１】
このタイプの分光器は、将来的なＤＷＤＭグリッドにおいては重要なものとなり、波長追加−降下デバイスやターミナルや増幅器を備えてなるネットワークの各ノードにおける光学的制御において、広く使用されるであろう。
【００２２】
ＩＴＵによって規定された基準に従って決定されたスペクトルを観測し得るような市販のスペクトル分析デバイスは、単一パスまたは二重パスの回折格子分光器、自由空間内の走査式ファブリ−ペロー型干渉キャビティ、あるいは、マイケルソン干渉計をベースとしたフーリエ変換分光器、である。
【００２３】
これらすべての公知デバイスは、高価なものであって、大きな空間を必要とし、さらに、脆いものである。しかも、それらの動作周波数は、およそ１００Ｈｚ以下であり、４０ｎｍよりも大きなところでは３０，０００以上という解像度を保証することができない。
【００２４】
さらに、ある種の公知のマルチプレクサ／デマルチプレクサは、光学的スペクトル分析器として利用することができる。しかしながら、このようなデバイスは、光学的スペクトルの測定を行うことができず、ＩＴＵ標準の５０ＧＨｚに互換的な多重化機能しか行えない。
【００２５】
同じことは、平面基板上にエッチング形成された回折格子を利用したデバイスにも、当てはまる。
【００２６】
さらに、これら公知のデバイスは、十分な精度でもってブラッグ波長を直接的に決定することができない。
【００２７】
分光器は、以下の各特性を有していることが望ましい。
−チャネル間間隔（０．４ｎｍ）よりも良好に波長を分離し得ること。言い換えれば、少なくとも０．０５ｎｍでもって波長を分離し得ること（３０，０００以上の解像度を有した分光器）。
−光学的スペクトルに対して分析スペクトル帯域が広いこと。ポイント数が、少なくとも２，４００であり、７，２００にまで拡張可能であること。
−組込可能性（例えば、携帯式ハウジング内への組込可能性）。
−低コスト。
−測定ダイナミクスが大きいこと。
−周波数の通過帯域が大きいこと（数ｋＨｚ以上）。
−（屈折率の変動をもたらす可能性があるような）温度および周囲圧力に対して、独立性を有していること。
−光の分極に対して独立性を有していること。
【００２８】
位相器または光学的フェーズアレイと称するような光学的部材が、既に公知である。このような光学的部材は、ＡＷＧ（“arrayed wavelength gratings”） としても公知であり、以下の文献を参照することができる。
［１］フェーズアレイデバイスすなわち位相器およびその製造方法に関し、G.Grand 氏他による欧州特許出願公開第０９１１６６０号明細書。同様に、１９９８年１０月２６日付けで出願された米国特許出願第０９／１７９，１３３号明細書も参照されたい。
【００２９】
他の位相器は、以下の文献によっても、公知である。
［２］M.Zirngibl 氏、C.H.Joyner 氏、および、J.C.Centanni 氏による、“Size reduction of waveguide grating router through folding back the input-output fanouts”と題する Electron. Lett. Vol. 33, No. 4, 1997, pages 295-297。
【特許文献１】
欧州特許出願公開第０９１１６６０号明細書
【非特許文献１】
M.Zirngibl 氏、C.H.Joyner 氏、および、J.C.Centanni 氏による、“Size reduction of waveguide grating router through folding back the input-output fanouts”と題する Electron. Lett. Vol. 33, No. 4, 1997, pages 295-297。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の目的は、上記欠点を克服することであり、上記特性を全体的にまたは部分的に有した分光器を提供することであり、特に、互いに非常に近接した波長どうしを分離し得るような能力を有しているとともに、スペクトル動作帯域が広く、さらに、小さなスペースしか必要とせず、さらに、携帯可能であるよう集積態様で得られるような、分光器を提供することである。
【００３１】
より詳細には、本発明の目的は、少なくとも１つの基本分光器を具備してなる分光器であって、各基本分光器が、
−複数のマイクロガイドからなるアセンブリを備えているとともに、劈開された平面状ガイド上に形成された、光学的フェーズアレイと；
−マイクロガイドアセンブリからの光の伝搬を自由空間内において複数回にわたって行う態様とすることを目的として、マイクロガイドアセンブリからの光を順次的に反射し得る反射手段と；
−そのようにして反射された反射光を光検出するための光検出手段と；
−この光検出手段上へと光を焦点合わせするための焦点合わせ手段と；
を具備していることを特徴とする分光器である。
【００３２】
好ましくは、反射手段は、初期的には平面状ガイドへと光を伝搬させ、その後、平面状ガイドの上方において平面状ガイドと平行な平面内において自由空間にわたって光を伝搬させるといったようにして、光の伝搬を複数回にわたって行う態様とする。
【００３３】
本発明の目的をなす分光器の第１の特別の実施形態においては、光学的フェーズアレイは、反射によって機能するものとされ、平面状ガイドは、複数の劈開側面を有し、これら劈開側面は、マイクロガイドアセンブリからの光に対して、および、マイクロガイドアセンブリを透過しようとする光に対して、反射をもたらす。
【００３４】
この場合、好ましい実施形態においては、マイクロガイドアセンブリは、複数の劈開側面の１つに対して当接し、光学的フェーズアレイは、複数の劈開側面の少なくとも１つに対して当接した焦点合わせゾーンを有している。
【００３５】
第１の特別の実施形態の変形例においては、光学的フェーズアレイは、反射によって機能するものとされ、平面状ガイドは、マイクロガイドアセンブリからの光に対しておよびマイクロガイドアセンブリを透過しようとする光に対して反射をもたらすとともにマイクロガイドアセンブリに対して当接している劈開側面と、光の反射をもたらし得るよう十分に大きな入射角度でもって到達した光を反射し得る他の劈開側面と、を有している。
【００３６】
この変形例の１つの利点は、反射処理を行わなくても、他の劈開側面が、反射光に偏光を誘起しないことである。
【００３７】
光学的フェーズアレイにおいては、複数のマイクロガイドは、例えば、複数の同心円弧を形成している。
【００３８】
第２の特別の実施形態においては、光学的フェーズアレイは、透過によって機能するものとされている。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態においては、反射手段は、
−マイクロガイドアセンブリからの光を、光学的フェーズアレイが形成されている平面状ガイドと平行な平面へと反射するプリズムと、
−平面内を伝搬する光を光検出手段に向けて反射する少なくとも１つのミラーと、
を有している。
【００４０】
本発明の目的をなす分光器は、さらに、支持体を具備することができ、この支持体上に、光学的フェーズアレイと、反射手段と、光検出手段とが、互いの相対位置関係でもって配置されている。
【００４１】
好ましくは、この支持体は、成型によって、あるいは、リソグラフィープロセスと電気鋳造成型プロセスとにより得られたモジュールを使用したプラスチック材料の高温プレスによって、得られている。
【００４２】
好ましくは、本発明の目的をなす分光器は、さらに、温度変動によって光学的フェーズアレイに引き起こされた変化を補償するための補償手段を具備している。
【００４３】
少なくとも１つのミラーを使用した好ましい実施形態の場合には、補償手段は、好ましくは大きな熱膨張係数を有しているバーといったようなバーを備え、
バーとミラーとは、熱膨張によってミラーの向きを変化させ得るようにして、連結されており、これにより、光学的フェーズアレイに引き起こされた変化を補償し得るようになっている。
【００４４】
好ましくは、平面状ガイドは、ガラス上に光学系を集積させる技術によって、あるいは、特にシリコンやインジウムリンといったような半導体上に光学系を集積させる技術によって、得られたものである。
【００４５】
本発明のさらなる目的は、規定されたスペクトル範囲をモジュール的にカバーすることを意図して、本発明による複数の基本分光器を具備している分光器である。それら基本分光器は、波長分離手段を介して、入力光ファイバに対して光学的に接続されている。
【００４６】
第１の特別の実施形態においては、分光器は、さらに、波長分離手段と複数の基本分光器とを接続する偏光分離手段を具備している。
【００４７】
第２の特別の実施形態においては、分光器は、さらに、波長分離手段と複数の基本分光器とを接続するために、パワー分離手段と偏光手段とを具備している。
【００４８】
本発明は、また、本発明の目的をなす分光器を製造するための方法に関するものであって、光学的フェーズアレイを、反射によって機能し得るよう複数回にわたって動作するタイプのものとするとともに、光学系を集積させる方法に従って、複数のヘッドフット対を複数回コピーすることによって製造し、さらに、劈開される基板と同じ材料を使用して製造することによって、様々な光学的フェーズアレイを製造し、これら各光学的フェースアレイを使用して、基本分光器を製造する。
【００４９】
本発明の目的をなす分光器を製造するためには、各光学的フェーズアレイを、基板から形成することができるとともに、その基板上に光学的フェーズアレイをなす複数のマイクロガイドを形成するのと同時に、複数の劈開マークを形成することができる。
【００５０】
本発明は、さらに、稠密波分割多重化を利用した高速光通信に関してのスペクトル分析を行うためのデバイスに関するものであって、このデバイスは、複数の基本分光器を備えているような本発明による分光器を具備していることにより、使用者の要求の応じて、モジュール形式でもって、１５２８．７７ｎｍ〜１５６３．８６ｎｍという範囲内における各チャネルの位置をリアルタイムで通知することができる。
【００５１】
本発明は、また、ブラッグ格子光学的測定デバイスに関するものであって、このデバイスは、複数の基本分光器を備えているような本発明による分光器を具備していることにより、ブラッグ波長を測定することができる。
【００５２】
この分光器は、例えば、少なくとも１つのブラッグ格子センサからの光学的信号を検出するためのものである。
【００５３】
本発明による他の様々な見地は、以下のようなものである。
−基本分光器を具備した分散デバイスは、光学的フェーズアレイと称されるようなまたは位相器とさえ称されるような集積マイクロ光学系の一素子であって、複数の導波路を備えており、各導波路は、進行波に対して位相変化を導入する。そのような位相器は、（ベクトルを形成している）電気信号の一次元的アセンブリを引き起こす。このアセンブリは、基本分光器の入力光ファイバ内に入射した光のスペクトルを表している。
−本発明による分光器は、マルチステージとして配置されかつ並列に取り付けられた１つまたは複数の基本分光器を具備している。分析対象をなす光スペクトルは、各位相器からのすべての基本スペクトルを連結することによって、得られる。この並列アセンブリは、広いスペクトル範囲にわたって満足のいくスペクトル解像度を得ること（つまり、重い分散）と、分光器が占有するスペースを最小化することと、の間の矛盾を解決することができる。
−加えて、スペースを最小化するためには、各位相器は、透過によって機能する位相器とすることができる、あるいは、複数の位相変化マイクロガイドが存在しているゾーン内に配置されたミラーをなすインターフェースを使用したような、『複数回にわたって伝搬させる』半位相器（反射によって機能する）とすることができる。
−加えて、複数の光検出器バーの範囲に対して、位相器の分散特性を適用することにより、焦点合わせゾーンを『複数回にわたって伝搬させる』ことができ、形成される光学回路のサイズを、大量生産によってコスト面で最適化しつつ製造するための従来技術に対して、適合したままとすることができる。
−処理対象をなす光ビームの『複数回伝搬』を使用したような、温度変動を自動的に補償するための手段を設けることができる。
【００５４】
従来技術による分光器に対しての、本発明の様々な見地の独自性に注意されたい。
−ある構成においては、本発明による分光器は、ミラーをなすインターフェースによって複数のマイクロガイドの高さ位置において『複数回にわたって伝搬するような』半位相器を備えている。よって、焦点合わせゾーンは、入射光および出射光の双方に対して同一である（古典的位相器とは対照的である）。
−焦点合わせゾーンは、また、この焦点合わせゾーンが形成されている基板の上方においておよび自由空間内において、部分的に、『複数回にわたって伝搬する』ものとすることができる。組み立てられるべき光学手段は、好ましくはいわゆるＬＩＧＡプロセスによって得られた支持体といったような支持体上において、組み立てられる。この支持体は、温度自動補償手段を収容することができる。
−平面状基板上に形成される複数の位相器（phasars）または半位相器（demi-phasars）は、並列でかつマルチステージで配置することができ、得られるベクトル−スペクトルの組合せによってカバーされるスペクトル範囲を増大させることができる。
【００５５】
『複数回伝搬を行う』ようなこのタイプのマルチステージ分光器は、ＤＷＤＭ通信分野において課せられていた問題点を解決することができる。
【００５６】
本発明においては、以下の利点を得ることができる。
−３０，０００以上という解像パワー（５０ｐｍという解像度は、重心処理により改良することができる）。
−４０ｎｍ〜３６０ｎｍという、４０ｎｍの倍数による、モジュール化可能なスペクトル範囲。
−（位相格子のおかげで）約−３０ｄＢという測定ダイナミクス（ディアフォニア）。
−（並列的スペクトル分析のおかげで）かなり良好な信号対雑音比。
−かなり広い帯域幅（１ｋＨｚより大）。
−偏光に対しての独立性。
−（機械的自動補償のおかげで、あるいは、熱的安定化のおかげで）温度に対しての独立性。
−小型化（平面状基板によって可能となったとともに、マルチステージ構成によって可能となった）。
−その場での使用に適合可能な分光器。
−最適化された製造コスト（集積光学系の大量生産によって可能となった）、および、ハウジング支持体の連続製造（ＬＩＧＡプレートの使用のおかげ）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
【００５８】
本発明の目的は、コンパクトでありかつコスト的に最適化されているとともに、第３通信ウィンドウ（従来的帯域すなわちＣ−帯域、および、長い帯域すなわちＬ−帯域）に関する有効スペクトルをカバーし得るような、分光器の実現である。現在の通信市場を満足させるためにカバーすべきスペクトル帯域は、１２０ｎｍの程度である。さらに、現在のＩＴＵグリッドは、５０ＧＨｚであり、これは、チャネルどうしの間の約０．４ｎｍという分離に対応する（チャネル数は、３００に等しい）。
【００５９】
本発明による高解像度かつ広帯域分光器という応用における実効領域は、（ＤＷＤＭ法を使用した）非常にスペクトル密度の大きな通信の実効領域である。
【００６０】
本発明においては、複数の位相器が、分散という理由により（本発明による位相器は、大きな分散を有している）、コンパクトさという理由により、ディアフォニア性能という理由により、使用される。しかしながら、寸法計算により、波長範囲全体に対応する単一の位相器を製造することが容易ではないことが判明した。それは、スペクトル解像基準を満たすのに必要なマイクロガイドの数が、２５００以上といったように、非常に多いからである。
【００６１】
さらに、このタイプの素子の寸法は、半導体ウェハのサイズよりもずっと大きな出力焦点距離数となる。このため、本発明においては、複数のマイクロガイドによって回折されるビームを、焦点合わせゾーン内において複数回にわたって『複数回伝搬』させることが好ましく、また、マルチステージ手法（積層）を使用して並列的に複数の位相器を設け、コンピュータを使用して各位相器からの情報を順次的に並置することによって、Ｃ帯域およびＬ帯域のスペクトルの全体をカバーし得ることが好ましい。
【００６２】
次に、本発明において使用し得るとともに４０ｎｍというスペクトル範囲に対して３９次で機能するような位相器の特別の実施形態について、説明する。他の特別の実施形態も可能である。例えば、他の実施形態の１つは、２０ｎｍというスペクトル範囲に対して７８次で動作する。
【００６３】
位相器は、透過に関しては、凹状回折格子として振る舞う。その等式は、次のようなものである。
【００６４】
【数１】
2004523764.tif 000003
【００６５】
この等式において、ｄｇ は、出力焦点合わせゾーンの導入部分における２つのマイクロガイド間の間隔であり、ｎｓ は、平面状ガイドの屈折率であり、ｎｃ は、マイクロガイドの屈折率であり（多くの場合には、平面状ガイドの屈折率に等しい）、角度θｉ は、焦点合わせゾーンの導入部分における回折角度であり、角度θｏ は、焦点合わせゾーンの導出部分における回折角度である。ΔＬは、あるガイドと他のガイドとの間のオフセット長さであり、ｎは、回折次数である。波長λ０ は、位相器の中心周波数であり、以下のように書き表せる。
【００６６】
【数２】
2004523764.tif 000004
【００６７】
半位相器（反射によって複数回にわたって伝搬する）に関しては、等式は、ΔＬを、２×ΔＬへと、置き換えることによって、変形することができる。
【００６８】
【数３】
2004523764.tif 000005
【００６９】
位相器は、入力ガイドから出力ガイドに向かう波長の多重化解除を行うことができる。位相器は、任意の入力ガイドを使用して、この機能を行うことができる。その場合、出力部分において受領されるスペクトルは、対象となっている入力ガイドの位置に比例したオフセットを有している。
【００７０】
この特性を使用することによって、入力光ファイバを、熱膨張により誘起された変位が素子の熱依存性のためにスペクトルオフセットを補償するような機械的支持体上に固定することによって、温度の自動補償を実現することができる。
【００７１】
本発明においては、この特性は、また、半位相器（複数回伝搬）を使用する場合に対しても、適用することができ、これにより、後述するように、同一平面内に設けられた光検出器バーの入力光ファイバをオフセットすることができる。
【００７２】
分光器の応用のための位相格子の寸法は、初期的には、観測されたスペクトル範囲（前後の次数に対してのある次数のオーバーラップを行うことなく）を考慮することによって、可能な最大回折次数を調節する必要がある。その後、マイクロガイドの最少数が、所望解像パワーが確保されるようにして、選択される。最後に、出力焦点距離が、光検出器バーの特性に応じて、計算される。
【００７３】
あいまいさを抑制するために、ある次数（ｉ）の、次の次数（ｉ＋１）または前の次数（ｉ−１）に対してのスペクトルオーバーラップが防止される。これを行うために、ＩＳＬと称される自由スペクトルインターバルは、ＥＳと称される観測スペクトル範囲に対して最良に等しくなるように（あるいは、それよりも大きくなるように）選択される。これは、位相器の回折次数に関する条件を規定する。
【００７４】
【数４】
2004523764.tif 000006
【００７５】
位相器の解像パワーは、λ／Δλ＝ｎ×Ｍ  と記載される。ここで、ｎは、回折次数であり、Ｍは、マイクロガイドの数である。Δλは、“Airy's spot” のスペクトル幅に対応している。ＩＴＵグリッド内のチャネルを識別可能とし得るためには、０．０５ｎｍである必要がある。
【００７６】
各マイクロガイド間のオフセット長さは、半位相器に関しては、次式となる。
【００７７】
【数５】
2004523764.tif 000007
【００７８】
各マイクロガイド間のオフセット長さは、全位相器（whole phasar）に関しては、次式となる。
【００７９】
【数６】
2004523764.tif 000008
【００８０】
例示するならば、マイクロガイドは、円弧によって構成される。
【００８１】
例えば、半位相器の場合には、これら円弧に対しての６０°という角度と、オフセット長さと光線オフセットΔＲとの関係は、次式となる。
【００８２】
【数７】
2004523764.tif 000009
【００８３】
例示するならば、全位相器の場合には（１２０°という角度）、光線オフセットΔＲは、次式となる。
【００８４】
【数８】
2004523764.tif 000010
【００８５】
波長（λ）に対して、マイクロガイドの出力部分における焦点スポットの変位（Δｙ）を関連づける分散関係は、次式となる。
【００８６】
【数９】
2004523764.tif 000011
【００８７】
ここで、ｎｓ は、焦点合わせゾーンの実効屈折率であり、ｆは、焦点合わせゾーンの長さであって、出力焦点距離に相当する。
【００８８】
観測されたすべてのスペクトル長さを考慮するならば、焦点合わせされた長さ（Ｌ）は、バーの有効長さに対応し、この長さ（Ｌ）が、量（(ｎ×ｆ)／(ｄｇ×ｎｓ)）とわずかしか相違しないことがわかる。ＩＳＬ自体は、量（ｆ×λ／(ｄｇ×ｎｓ)）とわずかしか相違せず、よって、焦点距離（ｆ）は、量（(ｎｓ×ｄｇ)×(１／λ)×Ｌ）とわずかしか相違しない。
【００８９】
間隔（インターバル）ｄｇ は、所望ほどは低減させることができない。間隔ｄｇ は、ガイドどうしの間のディアフォニアによって制限される。この値が固定されていることにより、焦点距離は、バーの長さにのみ依存する。他方、ガラス（屈折率１．４６）内における焦点距離は、平面状ガイドの出力のところにおける自動焦点合わせのために、空気（屈折率１）内における焦点距離よりも、大きい。
【００９０】
観測されたスペクトル長さの減少は、焦点距離に対しては、反映されない。それは、比例的に小さな回折次数によって補償されるからである（ＩＳＬは、その結果として調節される）。より良好なスペクトル解像度を得るためには、より大きな幾何学的経路を可能とし得るような本発明による新規な光学的構成が必要である。
【００９１】
限定するものではなく単に例示するならば、各半位相器の特性は、以下のようなものである。
−自由スペクトルインターバル：４０ｎｍ；
−回折次数：３９；
−マイクロガイドの数：８００；
−マイクロガイドどうしの間隔：１９．８μｍ；
−マイクロガイドどうしの間の長さ変化：２０．７μｍ；
−回折スポットの幅：０．０５ｎｍ；
−画素間隔：１３μｍ；
−バーあたりの画素数：１，０２４画素；
−バー長さ（有効長さ）：１３．３ｎｍ；
−スペクトル解像度（バー）：４０ｎｍ／１，０２４画素、言い換えれば、約０．０４ｎｍ／画素；
−出力焦点距離：ガラス（屈折率１．４６）中において２５０ｎｍ。これにより、ガラス内の経路５０ｍｍに加えて、空気内の経路１４０ｍｍ（図６Ａおよび図６Ｂに示すアセンブリに対して適用した例）。空気内の経路は、１７５ｍｍとさえなる（図７Ａおよび図７Ｂに示すアセンブリに対して適用した例）。
【００９２】
この特性は、回折スポットの幅と、光検出器バー（ここでは、約５０ｐｍ／画素）内に示されたスペクトル幅と、の間において必要な適合性を考慮する。ビーム伝搬方法によるマスクの実現は、実現すべき素子の光学的寸法の厳密な決定において使用されている材料の分散を考慮する。
【００９３】
次に、本発明によるマイクロ分光器の動作原理について説明する。
【００９４】
マイクロ分光器が、単一の位相器を有しているかあるいは複数の位相器を有している（それぞれの位相器に対して、互いに異なる波長が割り当てられる）かに応じて、４つの実施形態が区別される。
（１）単一位相器の分光器（偏光に対して独立であるか、あるいは、偏光に対する依存性が修正される）。
（２）位相器が対をなしている分光器（偏光の分離のため）。
（３）複数の基本位相器を備えてなる分光器（偏光に対して独立であるか、あるいは、偏光に対する依存性が修正される）。
（４）複数対をなす基本位相器を備えてなる分光器（偏光の分離のため）。
【００９５】
こうせい（１）または（２）は、構成（３）または（４）の特殊な例である。よって、構成（３）（４）について、より詳細に説明する。
【００９６】
位相器の偏光に対する依存性は、２つの偏光状態（ＥＴと称される電界伝搬、および、ＭＴと称される磁界伝搬）に対応して、位相器の出力部分において２つのスペクトルのオーバーラップによって解釈される。偏光状態が、分析対象をなす光ファイバの接続出力部分において維持されなければ（古典的光通信接続の場合）、観測されるスペクトルは、それら２つの偏光状態のオーバーラップのために、ぼやけてしまう。
【００９７】
この問題点は、以下の３つの手法によって解決することができる。
−偏光に対して独立であるように、分散デバイスを構成するという手法（例えば、ガラス上におけるイオン交換法の使用）。
−偏光の影響が補償されるように、分散デバイスを構成するという手法。例えば、位相オフセットガイドゾーンの中央に、セミウェーブブレードを挿入するという手法。これに関しては、以下の文献を参照することができる。
［３］米国特許第５９３７１１３号明細書
−２つの分散素子によって分散を行う前に、２つの偏光状態を分離するという手法。この場合、各偏光状態は、与えられた偏光状態（ＥＴまたはＭＴ）に関して校正される。
【００９８】
この後者の手法（構成モード（２，４））は、より単純な構成の位相器を使用するという利点を有している（偏光の補償を行う必要がない）。その場合、位相器は、例えば、シリコン上において光学系を集積させるという方法によって形成されるとともに、偏光が制御された分光器を実現することができる。これに対して、２倍以上の基板を製造する必要があるとともに、これら基板の入力部分における偏光状態を制御する必要がある。このことは、この手法の使用をかなり複雑化させるとともに、デバイスの最終的コストを増大させる。
【００９９】
構成モード（１，２）は、構成モード（３，４）とそれぞれ同じではあるものの、波長セパレータが不要である。
【０１００】
この波長セパレータの目的は、各基本マイクロ分光器によって観測された帯域の第１分離をもたらすことである。これは、Jobin-Yvon 社によって製造され STIMAXという商標名で市販されているタイプの多重化解除格子とすることができる、あるいは、例えば市販の位相器といったような集積光学系デバイスとすることさえできる。
【０１０１】
例示として、３つのスペクトル範囲にわたっての測定を行い得るような、本発明によるマイクロ分光器について説明する。
【０１０２】
図１は、ＤＷＤＭ法に対して適用されるそのようなマイクロ分光器の光学的ブロック図を示している。図１には、波長セパレータ（２）と、３つのブロックと、が示されている。３つのブロックとは、３つの基本マイクロ分光器であって、それぞれ符号（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が付されており、上記構成モード（３）によるものである。
【０１０３】
図１の右側部分には、再構成されたスペクトル（Ｓ）が、横軸を波長（λ）とし、かつ、縦軸を光強度（Ｉ）として、示されている。
【０１０４】
図２および図３は、６個のブロックを備えて構成されたマイクロ分光器の光学的ブロック図が示されている。６個のブロックは、６個の基本マイクロ分光器であって、それぞれ符号（Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ２ｘ，Ｍ２ｙ，Ｍ３ｘ，Ｍ３ｙ）が付されており、上記構成モード（４）によるものである。
【０１０５】
この構成モードは、波長セパレータ（４）（例えば、４０ｎｍという通過帯域を有した位相器）と、３つの偏光分離カプラ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）（図２参照）と、によって実施することができる。偏光分離カプラは、好ましくは、ディアフォニア（diaphony）が結果的に小さくなることにより、偏光分離を行うために、複屈折性結晶を使用している。
【０１０６】
他の手段（図３参照）においては、図１の波長セパレータ（２）と、３つのパワー分離カプラ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、ファイバ上に集積された６個の偏光子と、を使用している。６個の偏光子は、３対をなす偏光子（Ｐｘ，Ｐｙ）とされ、偏光子（Ｐｘ）は、方向（ｘ）における偏光を可能とし、偏光子（Ｐｙ）は、方向（ｘ）とは垂直な方向（ｙ）における偏光を可能としている。
【０１０７】
２つの例（図２および図３）においては、偏光分離カプラと基本マイクロ分光器との間を連結している、あるいは、偏光子と基本マイクロ分光器との間を連結している、光ファイバは、偏光を維持するファイバ（６）である。
【０１０８】
各偏光維持ファイバ（６）の第１中立軸は、関連するマイクロ分光器が形成されている基板面（この面は、例えば、方向（ｘ）に対して平行とされる）に対して、平行に配置されている。
【０１０９】
このファイバ（６）の第２中立軸は、その基板面（この面は、したがって、考慮している例においては、ｙ軸に対して平行とされる）に対して、垂直に配置されている。
【０１１０】
図１〜図３に関しては、マイクロ分光器によって解析される前の光信号は、入力光ファイバ（ＦＥ）を通して導入するものとされている。波長セパレータ（２または４）は、光ファイバ（ｆ１，ｆ２，ｆ３）を介して、基本マイクロ分光器（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）に対して（あるいは、カプラ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、あるいは、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に対して）、接続されている。カプラ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の各々は、２つの光ファイバ（ｆｘ，ｆｙ）のそれぞれを介して２つの関連する偏光子（Ｐｘ，Ｐｙ）に対して接続されている。
【０１１１】
本発明において使用可能な位相器を製造するための３つの可能な方法は、以下のようなものである。
−半導体上に光学的に光学系を集積させる方法。
−あるいは、シリコン上に光学系を集積させる方法。
−あるいは、ガラス上に光学系を集積させる方法。
【０１１２】
以下、シリコン基板またはガラス基板を使用した方法についてのみ、説明することとする。
【０１１３】
まず最初に、シリコン上に光学系を集積させる方法によって製造された位相器について説明する。
【０１１４】
ＳｉＯ２／Ｓｉ タイプの技術（ＳｉＯ２ やＳｉＯＮやＳｉ３Ｎ４を、案内層として使用する）が、好ましくは、このタイプの素子の製造に関して適用される。この場合に使用される方法においては、パターン製造のために、気相蒸着（実質的には、化学気相蒸着）や、火炎加水分解や、反応性イオンエッチング、をベースとしている。
【０１１５】
シリカ製ガイドまたはシリコン製ガイドを使用した技術を例示することができる。この主題に関しては、以下の文献を参照することができる。
［４］S.Valette 氏他による“Si-based integrated optics technologies”と題するSolid State Tech., 1989, pages 69-74。
［５］S.Valette 氏他による“Silicon-based integrated optics technology for optical sensor applications”と題する Sensors and Act. A, 1990, pages 1097-1091。
【０１１６】
この例においては、光学的基板は、シリコンからの光を遮断するのに十分な厚さ（０．８μｍという波長に関しては６μｍ、１．３μｍ〜１．５５μｍという程度の波長に関しては１２μｍ）のシリカ層であり、案内層は、リンがドーピングされたシリカからなる層（波長に応じて、２μｍ〜５μｍという厚さ）であり、カバー層または上層は、屈折率という観点において、基板と同等のものであるとともに、６μｍ〜１０μｍという厚さとされる。
【０１１７】
典型的には、説明した素子に関しては、チャネルの寸法は、４μｍ×４μｍという程度のものであり、酸化ゲルマニウムをドーピングすることによって、２×１０−２という程度の屈折率へのジャンプを達成することができる。これにより、モードのかなりの閉込を保証することができるとともに、ガイドどうしの間のディアフォニアを制限することができる。
【０１１８】
この方法を使用した高集積化位相器の製造は、公知である。この主題に関しては、以下の文献を参照することができる。
［６］Y.Hibino 氏他による“Fabrication of silica-on-Si waveguide with higher index difference and its application to 256 channel arrayed waveguide multi/de-multiplexer”と題する Optical Fiber Communications (OFC) 2000, Baltimore, WH-2-1, page 127。
【０１１９】
３×１０−２という程度のより大きな屈折率ジャンプは、ＳｉＯＮを成膜することによって、達成することができる。
【０１２０】
シリコン上に集積させた光学系の重要な利点は、単一モード光ファイバを配置するためのＶ字形グルーブまたはＵ字形グルーブを同時にエッチング形成できることである。
【０１２１】
Ｕ字形グルーブに関しては、以下の文献を参照することができる。
［７］G.Grand 氏他による“New method for low-cost and efficient optical connection between single-mode fibers and silica guides”と題する Electron.Lett., Vol. 27, No. 1, 1991, pages 16-17。
【０１２２】
この技術の他の利点は、エッチングの側面の傾斜を制御できることである（これにより、ガイドの端部における寄生反射を制限することができる。そのような寄生反射は、ディアフォニアを生成する）。
【０１２３】
次に、ガラス上に光学系を集積させる方法を使用して製造された位相器について説明する。
【０１２４】
この技術は、図４に示すような素子を実現するに際して、好適に適用される。使用する方法は、例えばＮａ＋やＫ＋やＣｓ＋ 等といったようなイオンの熱交換という方法である。場合によっては、電界による支援が使用される。この周知技術においては、ガラス内に既に存在しているアルカリイオン（例えば、Ｎａ＋ イオン）を、ガラスの屈折率を局所的に増加させる効果を有しているような例えばＡｇ＋やＴｌ＋といったような他のイオンによって、交換する。
【０１２５】
ファイバとガイドとの間の連結に基づく光学的損失、および、ガイド内における減衰は、ガイドを埋め込むという技術によって、かなり低減される。この技術においては、基板内に第１ドーピングを拡散させる（電界下において）、あるいは、ナトリウムイオンの第２熱拡散さえ行う。これにより、ドーピングからなる準円形部分からなる領域によって特徴づけられるガイドを得る。そのような領域は、被覆態様が最適化されている単一モード光ファイバのモードに応じたモードを有しているとともに、表面拡散がほとんど発生していないことの結果として、典型的には０．１ｄＢ／ｃｍ以下といったような、かなり小さな線形減衰を有している。
【０１２６】
この技術の他の利点は、偏光に対しての依存性が非常に小さいガイドを形成できることである。よって、コストの低い構成とすることができる。例えばセミウェーブ（semi-wave）ブレードをマイクロガイドゾーンの中央に挿入するといったような手法によって複屈折の影響を補償するという必要性が、もはや不要である。
【０１２７】
次に、本発明において使用し得る位相器マスクスキームについて説明する。
【０１２８】
位相器に関しての少なくとも２つのマスクスキームを、分類することができる。
【０１２９】
第１マスクスキームは、複数回にわたって光を伝搬させる半位相器（反射として機能する）に対応している。この場合、光ファイバによって導入された入射ビームは、ガイド層内のゾーンに焦点合わせされる（図４および図５参照）。
【０１３０】
第２マスクスキームは、透過として機能する位相器に対応している（よって、複数回にわたって光を伝搬させない）。この場合、集積された光学系による焦点合わせゾーンは存在しない。この焦点合わせは、自由空間内において起こる。
【０１３１】
図６Ａおよび図６Ｂ（あるいは、図７Ａおよび図７Ｂ）に示されているハウジングは、第１マスクスキーム（あるいは、第２マスクスキーム）に対応している。
【０１３２】
例えば、図４は、第１マスクスキームによる、複数回にわたって光を伝搬させる半位相器を示している。使用されている基板は、ガラスウェハ（８）であって、直径が６０ｍｍであるとともに、厚さが１．５ｍｍである。点線の円（１０）によって規定されている有効ゾーンは、直径が５０ｍｍというディスクとされている。複数のマイクロガイド（１２）と、平面状ガイド（１４）とは、ガイド層の埋設によって得られている。
【０１３３】
直径が約１５ｃｍ（６インチ）というウェハを使用したシリカオンシリコン技術を使用することによって、図４に図示したタイプの少なくとも４つの半位相器を、１つのプレートあたりに形成することができる。直径が約２０ｃｍ（８インチ）というウェハの場合には、単一の基板上において、図４に示すタイプの８個の半位相器を、形成することができるようになる。これにより、製造コストを、さらに低減することができる。
【０１３４】
例示を続けるならば、この半位相器は、劈開されかつ研磨された５個の側面（ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５）を備えている。側面（ｃ２，ｃ３）は、互いに９０°という角度を形成しており；側面（ｃ１，ｃ２）は、互いに対して４５°＋６０°＝１０５°という角度を形成しており；側面（ｃ４，ｃ３）は、互いに対して４５°＋９０°＝１３５°という角度を形成しており；側面（ｃ５）は、側面（ｃ４）に対して垂直である。
【０１３５】
例えば、上記の詳細においては、４０ｎｍというスペクトル範囲に対してレベル（３９）において動作する位相器の場合、１９．８μｍという離間距離によって互いに離間されている８００個のマイクロガイド（１２）が、６０°という円弧を形成する。最小の曲率半径は、４ｍｍであり、最大の曲率半径は、１９．８ｍｍである。
【０１３６】
平面状ガイド（１４）上に形成されるとともに側面（ｃ４，ｃ３，ｃ２）によって規定されている焦点合わせゾーン（Ｆ）（図５）により、補助的焦点合わせ光学系を使用することなく、光ファイバ（１６）（図５）から入射したすべての光を、すべてのマイクロガイド上にわたって、延在させることができる。
【０１３７】
光通信において従来より使用されている単一モード光ファイバの開口数は、空気中において、０．１５〜０．１７の程度である。この場合、発散の半角は、空気中においておよそ９°〜１０°であり、ガラス中においておよそ６°〜７°である。よって、光ファイバの端面は、複数のマイクロガイドに対しての境界から、約５５ｍｍのところに位置している。
【０１３８】
光ファイバ（１６）のこの端面が、マイクロ位置決めおよび接着（ピッグテール技術）によって、平面状ガイドに対して光学的に接続されることに、言及しておく。
【０１３９】
劈開および研磨の後に、側面（ｃ１，ｃ２，ｃ３）は、反射材を備えなければならない。これを行うために、複数のマイクロガイド（１２）の各端部が直角に当接している側面（ｃ１）は、複数の同心円弧を形成し、付加的に、側面（ｃ２，ｃ３）は、反射性成膜体（Ｒ）を受領する。反射性成膜体（Ｒ）は、金属化することができる、あるいは、好ましくは、解析される波長範囲に反射スペクトルの中心が位置するような誘電性多層とすることができる。
【０１４０】
たとえ側面（ｃ２，ｃ３）が反射性成膜体を受領していない場合であっても、入射光線、および、入射光線のうちの、位相器から出現する類似物は、これら側面（ｃ２，ｃ３）が構成しているジオプトリー上において反射を起こし得るに十分な角度でもって、これら側面（ｃ２，ｃ３）に到達する。
【０１４１】
側面（ｃ５）は、（ガラスから空気へと向かう経路に沿った有効スペクトル帯域において）非反射性の多層成膜体（Ａ））を受領することができる。
【０１４２】
複数のマイクロガイドからの出力は、複数の画像ポイントが分散することとなるローランド円の直径に対応して２５０ｍｍという半径を有した円に沿って、分布する。よって、半位相器（図６Ａおよび図６Ｂ参照）と一緒に使用している光検出器のフラットバー上においては、（１２５ｍｍという半径を有した円に対して適用された）画像の歪みが小さく、視野のエッジにおいて、画素の半分を超えることがない。このことは、スペクトル測定において平面性の修正を可能とする。
【０１４３】
側面（ｃ２，ｃ３，ｃ４）により、入射光ファイバ（１６）（図５）に由来する入射光ビーム（１８）を、反射することができる。このビーム（１８）は、その後、複数のマイクロガイドのすべての入射箇所上にわたって、自然的に広がる。光ファイバ（１６）は、出力視野に対して校正される。
【０１４４】
例示するならば、光ファイバ（１６）は、１２５μｍの単一モード光ファイバとされ、０．１６という開口数を有している。この光ファイバは、ウェハの軸に近接して配置することができるとともに、ウェハの軸に対して約１３°という向きに配向させることができる。その場合、入射波の前面は、複数のマイクロガイドの前面に対して校正され、上記において定義された波長（λ０ ）は、スペクトルの最小波長に対応し、（ファイバが中央に配置されている場合のように）中心波長に対応するということは、ない。
【０１４５】
図４および図５において、符号（２０）は、例えばクロムまたはコバルト（１．５５μｍにおける吸収）による拡散をもたらすセパレータゾーンを示している。
【０１４６】
第２マスクスキーム（図示せず）においては、位相器は、図４および図５を参照して上述したものと同様ではあるものの、囲まれておらず、そのため、透過型で動作する。例示するならば、そのような位相器は、正確に劈開されかつ互いに平行とされた２つずつの合計で４つの側面と、相補的劈開側面と、を備えている。複数のマイクロガイドに対する入射面に対応する第１劈開側面は、複数のマイクロガイドからの出射面に対応する第２劈開側面に対して、１２０°という角度を形成しており、第３および第４劈開側面は、それぞれ、第１および第２劈開側面に対して平行である。
【０１４７】
相補的劈開側面は、第１劈開側面と第４劈開側面とを連結しており、この補助的側面の劈開により、図７Ａに示すように、この位相器を使用したマイクロ分光器の支持体内において、円筒状レンズに適合することができる。
【０１４８】
例示した実施形態においては、本発明による分光器は、上述したような複数の基本マイクロ分光器からなるいくつかのブロックから構成されたアセンブリである。各基本マイクロ分光器は、４０ｎｍというスペクトル範囲をカバーすることができる。複数のブロックの中のいくつかをオーバーラップさせることにより、より大きなスペクトル範囲をカバーすることができ、用途によってはモジュール化することができる。
【０１４９】
分光器からの出力ビームの焦点合わせは、様々な方法で行うことができる。反射プリズムをなすようにして互いに４５°で研磨され接続されている平面状基板を重ね合わせることによって、あるいは、複数の単一モード光ファイバを結束することによって、複数のガイド層を位置合わせすることができる。
【０１５０】
有利には、上記組立時には、（位相器を備えている）平面状基板と反射プリズムとレンズと検出器のバーとを、リソグラフィー、および、ＬＩＧＡ（ドイツ語で“Lithographie
Galvanoformung Abformung”）プロセスと称される電気鋳造成型プロセスを使用して製造された成型基板または支持体内に、配置する。
【０１５１】
この方法に関しては、以下の文献を参照することができる。
［８］J.Mohr 氏による“LIGA - A technology for fabricating microstructures and microsystems”と題する sensors and materials, Vol. 10, No. 6, 1998, pages 363-373。
［９］J.Mohr 氏他による“Micro-optical devices based on free space optics with LIGA micro-optical benches - examples and perspectives”と題する SPIE 2783, 1996, pages 48-54。
［１０］H.Nakajima 氏他による“Micro-optical sensors fabricated by the LIGA process”と題する SPIE 3513, 1998, pages 106-112。
【０１５２】
ＬＩＧＡプロセスにより、連続的に、したがって最適化されたコストでもって、複数の基本検出ブロックを、言い換えれば複数の基本マイクロ分光器を、製造することができる。
【０１５３】
このプロセスにおいては、高解像度（１μｍという程度）のリソグラフィーの後に、電気鋳造（つまり、モールドの電解成長）によって、金属製モールドが形成される。
【０１５４】
ＬＩＧＡプロセスの特殊なクラスをなすＬＩＧＡ  Ｘプロセスにおいては、例えばＰＭＭＡといったようなフォトレジストを、Ｘ線を吸収する金層を有したマスクメンブランを介して、隔離する。隔離された部分を溶解させた後に、ＰＭＭＡパターンが被覆されるまで、金属層を成膜し、これにより、高温プラスチックの成型またはホットプレスによって最終部材を形成するために使用されることとなるモールドを形成する。このような方法は、大量生産に適用される。
【０１５５】
しかしながら、プラスチックの成型が金属基板上において行われる場合には、第２電解成長により、金属製最終製品を得ることができる。さらに、プラスチックのホットプレスは、セラミック基板上において行うことができ、最終製品の熱膨張を低減することができる。
【０１５６】
本発明による第１アセンブリに対応した基本分光器（図６Ａおよび図６Ｂ）は、第１マスクスキームを使用する（図４および図５参照）。半位相器を有した平面状基板（２２）は、直下に接着剤層を有して配置されるとともに、平面状基板（２２）上に組み込まれた入射焦点合わせ部分（入射光ファイバ（１６）、および、平面状ガイド（１４））を備えている。
【０１５７】
複数のマイクロガイド（１２）からの出力箇所における境界ミラー（反射性コーティング付きの側面（ｃ１）、図４を参照されたい）によって反射された後に、これらマイクロガイド（１２）によって回折（あるいは、分散）された光ビームは、反射プリズム（２４）により、平面状ガイド（１４）の出力部分のところに収集され、その後、円筒状レンズ（２８）により、光検出器のバー（２６）上に焦点合わせされる。円筒状レンズ（２８）の焦点距離は、約６ｍｍである。３つのミラー（３０，３２，３４）により、自由空間内において１４０ｍｍという距離にわたって、バー（２６）に向けて光ビームを反射することができる。
【０１５８】
より詳細には、プリズムからの回折ビームは、ミラー（３０）によって反射され、その後、そのミラー（３０）に対して垂直に配置されているミラー（３２）によって反射され、さらにその後、そのミラー（３２）に対して垂直に配置されているミラー（３４）によって反射される。ミラー（３４）は、光ビームを、バー（２６）に向けて反射する。
【０１５９】
平面状ガイドの出力箇所におけるモードと、バー上の画像と、の間の共役関係を考慮することにより、基板のエッジは、６ｍｍという焦点距離のために、レンズの中心から６．２７ｍｍという距離のところに、配置される。光検出器上における画像ビームの高さは、約１２０μｍである。
【０１６０】
図６Ａおよび図６Ｂの例においては、劈開側面（ｃ１，ｃ４，ｃ５）と、ＬＩＧＡプロセスによって成型された支持体（４２）と、の間において、平面状基板（２２）の各劈開側面（ｃ１，ｃ４，ｃ５）のそれぞれ上に配置された校正済みスペーサ（３６，３８，４０）により、この平面状基板（２２）を所定高さ位置に位置決めすることができ、平面状基板（２２）が検出バー（２６）に対して平行となることを保証する。３つのミラー（３０，３２，３４）とバー（２６）とは、例えば支持体（４２）に形成されたノッチ（４４）といったようなノッチ内に配置されている。ガラス上におけるイオン交換法の場合には、平面状ガイド（１４）は、平面状基板（２２）の上面から、既知距離のところに埋設される。平面状基板（２２）の上面は、反射面として機能する。
【０１６１】
本発明による第２アセンブリに対応した基本分光器（図７Ａおよび図７Ｂ）においては、上述したような第２マスクスキームを使用する。この第２アセンブリの平面状基板も、また、直下に接着剤層を有して配置される。
【０１６２】
第１アセンブリとは違って、単一モード光ファイバ（１６）から入射する光の焦点合わせは、集積された光学系によって行われるのではなく、自由空間内において行われる。これを行うために、光ファイバ（１６）は、グルーブ（４６）内において受動的に位置合わせされる。平面状基板（５０）を受領するための支持体（４８）は、ＬＩＧＡプロセスを使用して形成されている。支持体（４８）には、このグルーブ（４６）と、すべての必要なノッチと、が形成されている。
【０１６３】
例示するならば、単一モードファイバ（１６）の出力箇所において、発散性光ビーム（５２）（この発散の半角は、８°である）は、円形カバー（５４）によってフィルタリングされ、その後、円筒状レンズ（５６）によって焦点合わせされる。この円筒状レンズ（５６）の焦点距離は、２２ｍｍであって、平面状ガイドからも、入射光ファイバからも、等距離（２２ｍｍ）のところに位置している。光ビームは、３５°という角度で配置されたミラー（５８）によって複数のマイクロガイド（６０）に向けて、反射される。光ファイバ（１６）は、１０°という角度で傾斜している。複数の焦点合わせパラメータは、２．２μｍというくびれを有した案内モードにおいては、ガウシアン光学的共役関係によって、規定される。
【０１６４】
複数のマイクロガイド（６０）によって回折（あるいは、拡散）された透過ビームは、反射プリズム（６２）により、平面状ガイドの出力部分のところに回収され、その後、円筒状レンズ（６６）により、光検出器のバー（６４）上に焦点合わせされる。円筒状レンズ（６６）の焦点距離は、約６ｍｍである。このレンズ（６６）は、平凸レンズとすることも、また、フレネルレンズとすることも、できる。
【０１６５】
平面状ガイドの出力モードと、バー上の画像と、の間の共役関係を考慮することにより、平面状基板（５０）のエッジは、８ｍｍという焦点距離のために、レンズ（６６）の中心から８．５ｍｍという距離のところに、配置される。画像ビームの高さは、光検出器上において約１００μｍである。
【０１６６】
３つのミラー（６８，７０，７２）により、開放空間内において１７５ｍｍという距離にわたって、バーに向けて光ビームを反射することができる。より詳細には、プリズム（６２）からの回折ビームは、ミラー（６８）によって反射され、その後、ミラー（７０）によって反射され、さらにその後、ミラー（７２）によって反射される。最後のミラー（７２）は、光ビームを、バー（６４）に向けて反射する。
【０１６７】
例示するならば、鉛直方向（平面状基板の境界面）を参照方向とした場合、第１ミラー（６８）は、１５°という角度を形成し、第２ミラー（７０）は、７５°という角度を形成し、第３ミラー（７２）は、４８．７５°という角度を形成している（直交方向は、鉛直方向に対して４１．２５°を向いている）。
【０１６８】
図７Ａおよび図７Ｂの場合には、第１アセンブリの場合と同様に、図７Ａに示すように、劈開側面と成型支持体（４８）との間において、平面状基板（５０）の劈開側面のそれぞれ上に配置された校正済みノッチ（７４，７６，７８）により、この平面状基板（５０）を所定高さ位置に位置決めすることができ、平面状基板（５０）が、検出バー（６４）に対してだけでなく、光ファイバのうちの、グルーブ（４６）内に位置した部分に対しても、さらに、円筒状レンズ（６６）の軸に対しても、平行となることを保証する。
【０１６９】
第１アセンブリ（図６Ａおよび図６Ｂ）による基本マイクロ分光器は、６０×６０×９ｍｍ３ という容積を占有することができる。
【０１７０】
第２アセンブリ（図７Ａおよび図７Ｂ）においては、基本マイクロ分光器は、６０×６０×１２ｍｍ３ という容積を占有することができる。
【０１７１】
４つの積層された基本ブロックを備えてなるマイクロ分光器により、以下の表に示すような重なり具合によって、１５０ｎｍよりも大きなスペクトル範囲をカバーすることができる（１．５５μｍという波長において）。
【０１７２】
【表１】
2004523764.tif 000012
【０１７３】
次に、本発明による分光器の温度安定性について説明する。
【０１７４】
位相器は、使用されている製造技術にかかわらず、温度に対して敏感である。温度依存性は、温度の関数として、位相器の中心波長（λ０ ）の変化によって、示される。この変化により、位相器をなす材料が熱膨張し、温度の関数として屈折率が変化することとなる（熱的光学的効果）。中心波長は、温度につれて増大する。
【０１７５】
４０ｎｍというスペクトル範囲に対してレベル３９において動作するとともにシリコン上にまたはガラス上に集積形成された光学系を使用して製造された上記位相器の場合には、中心波長の温度依存性は、１０ｐｍ／℃という程度である。この結果は、光検出器バーにおいては、３μｍ／℃という程度のスペクトルオフセットである。つまり、４分の１画素／℃という程度である。
【０１７６】
２つの提案されたアセンブリ（図６Ａおよび図６Ｂ、および、図７Ａおよび図７Ｂ）の各々は、加熱抵抗器によって温度制御することができ、これにより、時間的な意味でスペクトル測定の安定性を保証することができる。アセンブリの堅固さを予測することができ、これにより、このアセンブリの、湿度に対しての耐性を保証することができるとともに、一定空気圧力を保証することができる。
【０１７７】
他の解決手段は、この角度オフセットに対しての、機械的補償部材を設けることである。
【０１７８】
図６Ａおよび図６Ｂ、および、図７Ａおよび図７Ｂにおける分光器の場合には、補償部材は、出力ビームに対しての複数の『反射』ミラーのうちの１つのミラーに対して作用する。有利には、第１ミラー（３０）（図６Ａ）に対して作用する。しかしながら、この原理は、各ミラーに対して適用することができる。このミラー（３０または６８）は、このミラーの一端が、位置決めグルーブ（８０）（図８）または（８２）（図９）内に、係合している。位置決めグルーブ（８０，８２）は、回転中心として機能し、ミラー（３０，６８）は、ミラーの他端に対して固定されているレバーアーム（８４）（図８）または（８６）（図９）によって、駆動することができる。
【０１７９】
例示するならば、このレバーアームは、アルミニウム製バーとされるとともに、グルーブ（８８，９０）内に係合している。このレバーアームの熱膨張係数は、約２３×１０−６／℃である。このバーの熱膨張による延伸は、ミラーを傾斜させ、これにより、平面状基板の温度変化によって誘起された角度オフセットを補償する。例えば、第１および第２アセンブリの各々に対応する図８および図９において回転中心から２０ｍｍのところに配置された２０ｍｍ長さのバーの場合には、約２．５×１０−５ｒａｄ／℃という傾斜が、必要とされ、形成される。
【０１８０】
測定感度に関しては、分光器内において光が移動する合計距離は、１０ｃｍという程度であり、この場合、伝搬損失は、（０．１ｄＢ／ｃｍという減衰を考慮すれば）１ｄＢである。連結技術に基づく損失と境界における損失とを、追加しなければならない。よって、分光器に関し、６ｄＢという合計光学的損失を想定している。
【０１８１】
光学的測定においてブラッグ格子の波長を測定するに際して本発明による分光器を使用する場合には、使用される連続発光光源の大部分は、典型的には、数十ｎｍというスペクトル幅を放出する。これは、１００μＷ／１０ｎｍという程度の、すなわち１μＷ／オングストロームという程度の、スペクトル的励起密度に相当する。
【０１８２】
トランスデューサブラッグ格子の典型的なスペクトル幅が、１オングストローム（１００ｐｍ）という程度であることが既知であることにより、外部光ファイバによって送出されるパワーは、約−３０ｄＢｍ（１μＷ）に等しい。よって、光検出器のバーのところにおいて解析されるパワーは、（光学的損失、および、スポットと画素とのオーバーラップ、を考慮すれば）−４２ｄＢｍと評価される。
【０１８３】
外部光ファイバは、平面状ガイド（１４）（図５）に対して接続される。そうでない場合には、この外部光ファイバは、１つまたは複数の敏感な光ファイバを備えた光学的回路に対して、溶接されるあるいは接続される。よって、この外部ファイバは、（最終使用者によってアクセス可能であるような）外部環境に対しての光学的インターフェースを構成する。
【０１８４】
有利には、この外部光ファイバは、使用波長において（典型的には、１３００ｎｍや、１５５０ｎｍ、あるいは８２０ｎｍのことさえある）、単一モードのものとされる。
【０１８５】
光ファイバとガイドとの接続は、Ｖ字形グルーブ技術によって確保することができる。
【０１８６】
ガイドに対してのファイバの接続は、接着によって（例えば、紫外放射によって重合可能な接着剤を使用することによって）、あるいは、レーザー溶接によって、行うことができる。
【０１８７】
有利には、検出ユニットは、複数のフォトダイオードからなるアセンブリ、あるいは、複数のフォトダイオードからなるバー、とされる。フォトダイオードは、エピタキシャル成長によって形成されたＩｎＧａＡｓから形成される。例えば、Thomson 社によって市販されているバーを、このようなバーとして使用することができる。検出の有効ゾーンは、約５μｍとされ、有効ゾーンは、２つの８μｍの保護ゾーンによって、隔離されている。よって、一区画は、１３μｍである。
【０１８８】
複数のフォトダイオードを光半導体体制内で動作させることにより、および、これらフォトダイオードを、例えば透過タイプといったような電子装置内に挿入することにより、強力な周波数通過帯域（１００ｋＨｚ）を、得ることができる。
【０１８９】
代替可能な例においては、シリコン上に集積させた光学系を使用する技術の場合に、複数の光検出器を、直接的に回路内に組み込むことができる。
【０１９０】
また、複数の直線的バーに代えて、２次元画像を形成し得るような光検出器アレイを使用することもできる。
【０１９１】
校正に関しては、画素と波長との間の修正多項式が、通常は、バー上において観測された視野歪みに基づいて、使用される。
【０１９２】
さらに、本発明による第３アセンブリを提案する。この第３アセンブリは、図１０に概略的に示すような集積光学系構成要素を備えている。この構成要素は、表面が、さらに低減されており、製造コストをさらに最適化することができる。これは、反射式の半位相器である。
【０１９３】
反射型として機能する理想的な２つの半位相器（９１）は、６０ｍｍという直径の同一ディスク（９２）上に製造することができる（点線で示す円（９４）が、ディスク（９２）の有効ゾーンを規定している）。
【０１９４】
図４の場合と同様に、６０°という円弧を形成する８００個のマイクロガイドからなるアセンブリ（９６または９８）が、各劈開側面（１００または１０２）上に形成される。劈開に基づく各側面上には、反射性成膜体（１０４または１０６）が設けられ、反対側の側面上には、平面状ガイド層（１１２または１１４）に向けてのインターフェース（１０８または１１０）が設けられる。他の劈開側面（１１６または１１８）により、光ビームの反射が可能とされている。
【０１９５】
第１アセンブリとは異なり、反射性成膜体は、劈開側面（１１６または１１８）上には不要である。それは、図１０の例においては、入射角度が十分に大きいため、入射ビームと屈折ビームとに関しての合計反射が大きいからである。
【０１９６】
２つの半位相器は、初期的には、他のすべての操作の前に、劈開面（１２４）によって隔離される。
【０１９７】
この劈開を容易とし得るよう、劈開軸を表すマークを形成するという操作を、例えば劈開軸の両端のところにマーク（ｍ）を形成するという操作を、有利には、ガイドの拡散のためのマスキングと同時に、光エッチングによって形成することができる。
【０１９８】
さらに、図１０に示すように、上部劈開面（１２６）と底部劈開面（１２８）とが、機械的理由により、形成される。
【０１９９】
第１アセンブリの場合と同様に（図６Ａおよび図６Ｂ）、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて概略的に示されている第３アセンブリは、図１０を参照して説明した光学素子（９１）と、この光学素子（９１）に対して従来技術を使用して連結された光ファイバ（１３０）と、ＬＩＧＡプロセスによって成型されたものであるとともにすべての光学的部材（反射プリズム（１３４）、円筒状レンズ（１３６）、フラットな反射ミラー（１３８，１４０，１４２）、光検出器バー（１４４））を支持している機械的支持体（１３２）と、を備えている。
【０２００】
この第３アセンブリにおいては、光学素子（９１）からの光は、反射プリズム（１３４）によって反射され、その後、複数のフラットな反射ミラー（１３８，１４０，１４２）によって反射された後に、円筒状レンズ（１３６）によって、光検出器バー（１４４）上へと焦点合わせされる。
【０２０１】
この第３アセンブリの光学的原理は、第１アセンブリの場合（図６Ａおよび図６Ｂ）と同じである。しかしながら、円筒状レンズ（１３６）は、反射プリズム（１３４）と、平面状光学素子（９１）と、の間に配置されている。それでも、レンズと光学素子との間の距離は、第１アセンブリの場合と同じである。
【０２０２】
光学素子は、３つのスペーサ（１４６，１４８，１５０）上に配置されている。
【０２０３】
図６Ａおよび図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂ、および、図１１Ａおよび図１１Ｂにおける各分光器においては、分析対象をなす光が、経路の一部において、複数のマイクロガイド（１２または６０または９６）を備えた平面状ガイド内へと案内されること、および、その光の経路の残部が、プリズム（２４または６２または１３４）による経路の折曲後には、自由空間内にあること、に注意されたい。この折曲により、光は、平面状ガイドと平行な平面内に実質的に位置することができる。その後、自由空間内の経路は、複数のミラー（３０，３２，３４；または；６８，７０，７２；または；１３８，１４０，１４２）によってこの平面内において複数回にわたって反射され、その後、光検出器に到達する。よって、経路全体を、非常に小さい容積内に閉じ込めることができ、ごくわずかなスペースしか必要としないような分光器を得ることができる。
【０２０４】
しかしながら、本発明の範囲内においては、反射回数を低減させることもできる。これを行うには、ミラーの数を減少させる。また、本発明の範囲内においては、プリズムを省略することもできる。それらの場合においても、従来技術の場合よりも小さなスペースしか必要としないような分光器を得ることができる。図６Ａおよび図６Ｂ、および、図７Ａおよび図７Ｂの場合、プリズムを省略したことにより、当然のことながら、平面状ガイドからの光を焦点合わせし得るよう、平面状ガイドに対向するレンズを配置する必要がある。
【０２０５】
図１１Ａおよび図１１Ｂに話を戻すと、光ファイバ（１３０）は、有利には、ゲルマノシリケートから形成される。この光ファイバのコアは、非常に小さな直径（約２μｍ）を有しているとともに、非常に大きな屈折率ジャンプ（０．０５以上）を有している。この光ファイバは、接着によって、光学素子（９１）の平面状基板（１５２）上に、組み込まれる。このタイプの光ファイバは、非線形光学系のために使用される、あるいは、光学的増幅のために使用される。それら用途においては、非常に大きな光強度が想定される。
【０２０６】
この光ファイバ（１３０）は、１．５５μｍという波長帯域の通信において使用されるようなタイプの他の光ファイバ（１５４）に対して、溶接される。このようなタイプの光ファイバのコアは、９μｍという程度の直径を有しているとともに、約５×１０−３という屈折率ジャンプを有している。
【０２０７】
光ファイバ（１３０）のモードと、光ファイバ（１５４）のモードと、の適合は、最小の損失でもってこれら光ファイバ（１３０，１５４）を溶接するために、行われる。これを行うために、光ファイバ（１３０）を局所的に加熱することによって、ドーパント（考慮している例においては、ゲルマニウム）を外部へと拡散させ、これにより、コア直径の漸次的な変化を引き起こし、最終的には、光ファイバ（１３０）のコアを、光ファイバ（１５４）のコアに対して適合させる。この技術は、熱拡散によるコアの拡張として、ＴＥＣという名称によって公知である。
【０２０８】
よって、光ファイバ（１３０）は、一端において、拡散されたコア（１５６）を有したファイバ部分を備えており、このファイバ部分に対して、従来技術によって、光ファイバ（１５４）が溶接される。
【０２０９】
次に、本発明の４つの応用例について説明する。
【０２１０】
１）ＩＴＵグリッドに適合した高速ＤＷＤＭ光スペクトルの分析
この範疇においては、本発明による分光器は、使用者に対して、ＤＷＤＭチャネルの光学的位置の視覚表示をもたらすことができる。レーザーダイオード制御モジュールに対してカウンターリアクション信号を供給することによって、発光器の波長のズレを修正し得ることが、想定可能である。この制御手段は、画素ごとのアドレッシングに対応する。動的に再構成可能なマルチチャネル受信器を製造することが可能とされる。
【０２１１】
このタイプの分光器は、将来的なＤＷＤＭ仕様に対して適合している。このような仕様は、省スペース要求や、（大量生産に基づく）最適化されたコストや、典型的には数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚにわたるような大きな通過帯域、によって特徴づけられる。そのような通過帯域は、偏光状態の分析を行うかどうかは別として、光検出器のみに依存する。
【０２１２】
（多段構成に起因する）モジュール化思想は、長距離通信において使用される光スペクトルに対しての、全体的なまたは部分的な、アドレッシングを可能とする。このようなスペクトルは、１３００ｎｍ〜１７００ｎｍに延在する。
【０２１３】
２）ＤＷＤＭ通信ネットワーク内における光チャネル信号対雑音比の測定
これは、各チャネルのパワーの測定と、とりわけアンプによって増幅された自然放出（amplified spontaneous emmision，ＡＳＥ）により誘起された雰囲気雑音の測定と、に関連する。本発明によるマイクロ分光器のセパレータパワーのために、各チャネルの光学的ベース雑音の包絡線を決定することができ、各チャネル波長に対しての雑音値を補間して、各チャネルに関しての信号雑音比を決定することができる。この手法は、以下の文献に記載されている。
［１１］国際公開第９８／５４８６２号（CIENA 社）。
【０２１４】
３）偏光モードの分散のスペクトル測定
使用される単一モードファイバは、シリカの複屈折に起因する２つの偏光モードを支持している。これら２つのモードは、わずかに相違する２つの実効的屈折率によって特徴づけられる。受光された光パルスは、２つの偏光状態に基づく２つのパルスから形成されている。２つの偏光状態に基づく２つのパルスは、特に光ファイバ内の歪みのために、時間的な遅れが発生している。光ファイバ内の歪みは、例えば、温度変動に起因する。
【０２１５】
従来より、色分散が、時間的多重化を制限していた。現在では、偏光モード分散（ＰＭＤ，polarized mode dispersion） が、多重化容量の観点において、新たな制限を構成している。
【０２１６】
統計的振舞い状態は、ＰＭＤに対して認識される。ある状態においては、ＰＭＤは、光ファイバの長さ（Ｌ）に比例し、一方、他の状態においては、ＰＭＤは、Ｌ１／２ に比例する。実用的には、１０Ｇｂｉｔｓという通信容量を有した１００ｋｍラインは、１ｐｓ．ｋｍ１／２ というＰＭＤ係数を必要とするとともに、その場でこのパラメータを特徴づけることが重要となる。よって、ＰＭＤにおいて有効な値は、数百ｋｍという光ファイバ長さにわたって、数十ｐｓである。
【０２１７】
ＰＭＤを測定するためにすべての公知方法の中で、２つの直交方向において代替的に偏光された広いスペクトル帯域源を使用する方法が存在する。この方法においては、分光器によって、透過光ビームの対応スペクトルが収集されるとともに、２つのスペクトルの比率曲線の０ｄＢによって、通過数がカウントされる。この主題に関しては、以下の文献を参照することができる。
［１２］C.D.Poole 氏他による“Polarization-mode dispersion measurement based on transmission spectra through a polarizer”と題する J. of Lightwave technol.,Vol. 12, No. 6, 1994, pages 917-929。
【０２１８】
この方法においては、（測定範囲に応じて）大きなＰＭＤ値を、使用されている分光器のスペクトル解像度によって、決定する。一方、小さなＰＭＤ値は、観測されたスペクトルのスペクトル範囲によって、決定される。
【０２１９】
４）ブラッグ格子測定のためのブラッグ格子スペクトルの分析
このような分析のためには、広い帯域の光源が使用され、測定ラインに沿って複数の波長において多重化された様々なブラッグ格子によって反射された複数の波長が、分析される。測定と多重化解除とは、最適化されたコストの光検出器バー上において強い周波数通過帯域を使用して、すべての重要なパラメータに対してアドレッシングを行うことによって、同時に行われる。これにより、産業的環境下において、このタイプの測定を使用することができる。
【０２２０】
標準的なゲルマノシリケートファイバに内接しているブラッグ格子に対してのスペクトル的振舞いに関する等式は、以下のように記述される。
【０２２１】
【数１０】
2004523764.tif 000013
【０２２２】
この等式においては、εは、変形に対応しており、ΔＴは、温度差に対応しており、ΔＰは、圧力差に対応している。
【０２２３】
最大波長の半分が約４８ｎｍであるような励起源に関しては、これは、測定ライン上における８個のブラッグトランスデューサの多重化に対応する。
【０２２４】
よって、変形や温度を測定するための光学的マイクロシステムを、図１２に概略的に示されているように、光学的に内接された複数のブラッグ格子トランスデューサを備えたものとして、構成することができる。ある１つのそのようなマイクロシステムは、付加的に、図１２において符号（１５８）によって示すような、４重化経路平衡カプラ（２つの出力経路上における透過が５０％）を有することができる。
【０２２５】
エルビウムがドーピングされたファイバを通しての蛍光源とすることができるあるいはスーパールミネッセンスダイオードとさえすることができるような広スペクトル帯域光源（１６０）が、カプラ（１５８）の入力アームに対して接続される。また、本発明によるマイクロ分光器（１６２）が、そのカプラ（１５８）の他方の入力アームに対して接続される。このカプラの２つの出力アームの一方は、複数のブラッグ格子トランスデューサ（１６６）が光学的に内接されている重要な光ファイバ（１６４）の一端部に対して接続される。その光ファイバ（１６４）の他方の端部は、付勢された劈開面（１６８）を有している。
【０２２６】
スーパールミネッセンスダイオードの光スペクトルが、ガウシアン形状を有していること、および、典型的なスペクトル幅が、３０ｎｍ〜５０ｎｍの程度であること、を思い起こされたい。
【０２２７】
また、図１２には、光源（１６０）の供給手段（１７０）と、マイクロ分光器に関連した光検出器バー（１７２）と、光検出器バーから供給された信号を検出するために電子手段（１７４）と、が示されている。
【０２２８】
よって、本発明によるデバイスは、大きな通過帯域（１ｋＨｚ）でもって、例えば複合材料から形成されているといったような構造内に組み込まれた重要な光ファイバに対して印加された複数の歪みや圧力のリアルタイム観測に対して適用される。
【０２２９】
本発明によるデバイスは、また、分散された温度のリアルタイム測定を行うに際して、使用することができる。
【０２３０】
加えて、本発明によるデバイスは、通信分野において、複数のチャネルの多重化解除を行うに際して、また、波長上において符号化された情報を測定するに際して、使用することができる。
【０２３１】
本発明によるデバイスは、また、例えば波長に関しての多重化通信分野において、複数の波長の多重化解除および測定を行うに際して、適用される。
【０２３２】
最後に、第１多重化実施形態においては、このデバイスの製造に関してのかなり大きなフレキシブルさ（融通性）が、光検出器バーを介してアドレッシングを行いつつ、光学的に内接された複数のブラッグ格子のブラッグ波長の調節を容易とすることにより、複数部分の計測が、特に魅力的なものとされる。
【０２３３】
次に、図１３を参照することにより、本発明において使用し得る複数の位相器の大量生産方法について説明する。
【０２３４】
このタイプの位相器は、シリカオンシリコン集積光学技術と約１０ｃｍ（４インチ）直径ウェハとを使用することにより、製造することができる。この技術を使用することにより、約２０ｃｍ（８インチ）直径ウェハを取り扱うこともできる。そのような１つの支持体（１７５）（図１３）上において、図１０に示すタイプの１６個の二重位相器（double-phasars）（１７６）を、したがって、３２個の位相器を、同時に形成することができる（大量生産手法）。
【０２３５】
（文献［４］［５］に記載された方法によって）複数のパターンを形成した後に、複数のアセンブリ（１７６）を、数値式自動制御プロセスを使用した（金属スラブまたはダイヤモンドスラブによる）ソーイングによって、分離させる。ソーマークの幅は、およそ２００μｍ〜３００μｍである。ソーマークは、図１３には図示されていない。
【０２３６】
ソーイング操作は、例えば破線（１８０）に沿ってといったようにして、複数の二重位相器（１７６）からなる複数のバンド（１７８）を分離させることにより、開始することができる。その後、そのようにして分離させた複数のバンドを再カットすることにより、二重位相器（１７６）がなす各パターンを分離させることができる。位相器は、中央ライン（図示せず）に沿ってカットすることができる。
【０２３７】
このような複数化された位相器の経済的利点は、通信における従来スキームと比較して、素子の表面を半分に分割することを目的としている。よって、カットによって製造される位相器素子の数が、少なくとも２倍といったように複数倍化され、個々の位相器のコストが、半分以下となる。
【０２３８】
さらに、ソーイング操作の次に行う研磨操作を、かなり多数の基板に関して同時に行うことができる。これにより、コストをさらに低減することができる。このことは、図４，５に関して上述した反射性成膜体の形成操作に関しても、当てはまる。
【０２３９】
この場合にも、上述と同様であるような複数の劈開マーク（ｍ）を、形成することができ、これにより、特に複数の劈開マーク（１８０）といったような、必要とされる様々な劈開マークを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２４０】
【図１】本発明によるＤＷＤＭ分光器を示すブロック図である。
【図２】本発明による他のＤＷＤＭ分光器を示すブロック図であって、複数の偏光セパレータを使用している。
【図３】本発明による他のＤＷＤＭ分光器を示すブロック図であって、複数の光ファイバ偏光子を使用している。
【図４】本発明において使用可能であるような、ガラス上における集積光学系の半位相器によるマスクスキームの一例を示す図である。
【図５】図４に示す半位相器に対応した光学的な図である。
【図６Ａ】本発明による基本マイクロ分光器からなるアセンブリを概略的に示す図であって、いわゆるＬＩＧＡ（“Lithographie Galvanoformung Abformung”） プロセスを使用している。
【図６Ｂ】図６ＡにおけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図７Ａ】本発明による他の基本マイクロ分光器からなるアセンブリを概略的に示す図であって、この場合にもＬＩＧＡプロセスを使用している。
【図７Ｂ】図７ＡにおけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図８】本発明において使用可能であるような位相格子の熱依存性に対しての受動的自動補償機構を概略的に示す図である。
【図９】本発明において使用可能であるような位相格子の熱依存性に対しての他の受動的自動補償機構を概略的に示す図である。
【図１０】本発明において使用可能であるような、ガラス上における集積光学系上の２つの半位相器によるマスクスキームの一例を示す図である。
【図１１Ａ】本発明による他の基本マイクロ分光器からなるアセンブリを概略的に示す図であって、ＬＩＧＡプロセスを使用している。
【図１１Ｂ】図１１ＡにおけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１２】トランスデューサをなすブラッグ格子を使用した変形と圧力と温度との測定に対しての、本発明によるデバイスの適用を概略的に示す図である。
【図１３】シリコン上にシリカ集積光学系を備えた約２０ｃｍ（８インチ）ウェハを概略的に示すとともに、図１０において説明した基本マスクによる位相器素子によるマスクスキームの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０２４１】
２    波長セパレータ（波長分離手段）
４    波長セパレータ（波長分離手段）
１２    マイクロガイド（マイクロガイドアセンブリ、光学的フェーズアレイ）
１４    平面状ガイド
２４    プリズム（反射手段）
２６    光検出器バー（光検出手段）
２８    円筒状レンズ（焦点合わせ手段）
３０    ミラー（反射手段）
３２    ミラー（反射手段）
３４    ミラー（反射手段）
４２    支持体
４８    支持体
６０    マイクロガイド（マイクロガイドアセンブリ、光学的フェーズアレイ）
６２    プリズム（反射手段）
６４    光検出器バー（光検出手段）
６６    円筒状レンズ（焦点合わせ手段）
６８    ミラー（反射手段）
７０    ミラー（反射手段）
７２    ミラー（反射手段）
８４    レバーアーム（バー、補償手段）
８６    レバーアーム（バー、補償手段）
９６    マイクロガイドアセンブリ（光学的フェーズアレイ）
９８    マイクロガイドアセンブリ（光学的フェーズアレイ）
１１２    平面状ガイド
１１４    平面状ガイド
１３２    支持体
１３４    プリズム（反射手段）
１３６    円筒状レンズ（焦点合わせ手段）
１３８    ミラー（反射手段）
１４０    ミラー（反射手段）
１４２    ミラー（反射手段）
１４４    光検出器バー（光検出手段）
１６６    ブラッグ格子トランスデューサ（ブラッグ格子センサ）
ｃ１    劈開側面
ｃ２    劈開側面
ｃ３    劈開側面
Ｃ１    偏光分離カプラ（偏光分離手段）
Ｃ２    偏光分離カプラ（偏光分離手段）
Ｃ３    偏光分離カプラ（偏光分離手段）
Ｆ      焦点合わせゾーン
ＦＥ    入力光ファイバ
ｍ      劈開マーク
Ｍ１    基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ１ｘ  基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ１ｙ  基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ２    基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ２ｘ  基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ２ｙ  基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ３    基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ３ｘ  基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｍ３ｙ  基本マイクロ分光器（基本分光器）
Ｐ１    パワー分離カプラ（パワー分離手段）
Ｐ２    パワー分離カプラ（パワー分離手段）
Ｐ３    パワー分離カプラ（パワー分離手段）
Ｐｘ    偏光子（偏光手段）
Ｐｙ    偏光子（偏光手段）
【国際公開パンフレット】
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2004523764.tif 000083
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004523764.tif 000084
2004523764.tif 000085
【国際調査報告】
2004523764.tif 000086
2004523764.tif 000087
2004523764.tif 000088
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2004523764.tif 000090
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