(57)【要約】本発明は、積層構造に形成された複数の導波路（例えば平面導波路）を含む電磁放射の波長をモニターするためのシステムと、電磁放射源とともにこのシステムをマルチプレクサ（例えば高密度波長分割マルチプレクサ）等に組み込んだアセンブリに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造内に形成され、入射電磁放射の波長の変化に対して第１の反応を示す第１の導波路と、前記入射電磁放射の変化に対して第２の反応を示す第２の導波路と、を含み、
前記第１の反応は前記第２の反応とは異なる複数の導波路と、
前記第１の反応および／または前記第２の反応または前記第２の反応に対して相対的に前記第１の反応を測定するための測定手段と、
を含むことを特徴とする、入射電磁放射の波長をモニターするためのシステム。
【請求項２】
積層構造内に形成され、前記電磁放射の波長の変化に対して第１の反応を示す第１の平面導波路と、前記入射電磁放射の変化に対して第２の反応を示す第２の平面導波路と、
を含み、前記第１の反応は前記第２の反応と異なる複数の平面導波路を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記平面導波路はスラブ導波路である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記測定手段は、前記第２の反応に対して相対的に前記第１の反応を測定する、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の導波路の分散特性と前記第２の導波路の分散特性が大きさにおいて異なる、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の導波路の誘電特性と前記第２の導波路の誘電特性が大きさにおいて異なる、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記測定手段は、第２の反応に対して相対的に前記第１の反応を、干渉パターンにおける縞の動きとして測定する、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記測定手段は、前記第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化および／または前記第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化または前記第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化に対して相対的に前記第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化を測定する、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
測定された前記第１の反応および／または測定された前記第２の反応または前記第２の反応に対して相対的に測定された前記第１の反応に応じた調整信号を発生するための発生手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記入射電磁放射の発生源に前記調整信号を印加し、前記入射電磁放射の波長を元に戻すための印加手段をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記印加手段が、温度コントローラまたは調節可能なフィルタ素子である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記積層構造は、前記第１の導波路の分散特性と前記第２の導波路の分散特性が異なるように、寸法および／または組成が非対称になるように形成されている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１および第２の導波路が組成および／または寸法において異なる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１および第２の導波路が厚さにおいて異なる、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の導波路および前記測定手段が共通の基板上に形成されている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
電磁放射源と、
前記請求項のいずれかに記載のシステムと、
を含み、
前記電磁放射源は、前記積層構造の前記第１および第２の導波路内に入射電磁放射を伝搬させることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１７】
前記システムおよび前記電磁発生源に接続された少なくとも１つの光ファイバをさらに含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの光ファイバがファイバ・ピグテールによって前記システムに接続されている、請求項１６または１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの光ファイバが光ファイバネットワークの一部である、請求項１６〜１８のいずれかに記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記光ファイバネットワークが多チャンネルネットワークである、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記光ファイバネットワークが多重化多チャンネルネットワークである、請求項１９または２０に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記多重化多チャンネルネットワークが高密度波長分割多重化多チャンネルネットワークである、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
少なくとも１つの、請求項１６〜２２のいずれかに記載のアセンブリを含む光ファイバネットワーク。
【請求項２４】
光ファイバ通信ネットワークである、請求項２３に記載の光ファイバネットワーク。
【請求項２５】
多チャンネルネットワークである、請求項２３または２４に記載の光ファイバネットワーク。
【請求項２６】
多重化多チャンネルネットワークである、請求項２３〜２５のいずれかに記載の光ファイバネットワーク。
【請求項２７】
高密度波長分割多重化多チャンネルネットワークである、請求項２３〜２６のいずれかに記載の光ファイバネットワーク。
【請求項２８】
（Ａ）請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムを準備する工程と、
（Ｂ）第１の波長の電磁放射を、前記積層構造の前記第１の導波路および前記第２の導波路に伝搬させる工程と、
（Ｃ）前記第１の反応および／または前記第２の反応または前記第２の反応に対して相対的に前記第１の反応を測定する工程と、
（Ｄ）測定された前記第１の反応および／または測定された前記第２の反応または前記第２の反応に対して相対的に測定された前記第１の反応を、前記電磁放射の前記波長の前記第１の波長から第２の波長への変化に関係付ける工程と、
を含むことを特徴とする、電磁放射の波長をモニターするための方法。
【請求項２９】
前記工程（Ｃ）は、第２の反応に対して相対的に第１の反応を測定することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記工程（Ｃ）は、
（Ｃ１）干渉縞のパターンを発生させる工程と、
（Ｃ２）前記干渉縞の動きを測定する工程と、
を含み、
前記工程（Ｄ）は、
前記干渉パターンの動きを電磁放射の波長の前記第１の波長から前記第２の波長への変化に関係付けること、
を含む、請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記工程（Ｃ）は、
（Ｃ３）前記干渉縞の動きから、前記第２の導波路における位相ずれに対して相対的に前記第１の導波路における位相ずれを計算する工程、
をさらに含み、
前記工程（Ｄ）は、
前記相対的位相ずれを電磁放射の波長の前記第１の波長から前記第２の波長への変化に関係付けること、
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記工程（Ｄ）は、
（Ｅ）前記工程Ｃ２で測定された前記干渉パターンの動き（または前記工程Ｃ３で計算された前記相対的位相ずれ）に応じた調整信号を発生する工程と、
（Ｆ）前記調整信号を前記電磁放射源に印加し、前記電磁放射の前記波長を前記第２の波長から前記第１の波長に調整する工程と、を含む、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記工程（Ｆ）は、熱光学的に、あるいは調節可能なブラッグ格子フィルタを使用して行われる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記工程（Ｂ）は、第１の波長のＴＭモードの電磁放射を前記第１および第２の導波路に伝搬させること、および／または第１の波長のＴＥモードの電磁放射を前記第１および第２の導波路に伝搬させることを含む、請求項２８から３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
積層構造内に形成され、入射電磁放射の波長の変化に対して第１の反応を示す第１の導波路と、前記入射電磁放射の変化に対して第２の反応を示す第２の導波路と、を含み、前記第１の反応は前記第２の反応とは異なるものである複数の導波路の、電磁放射の波長の測定のための使用。
【請求項３６】
（Ａ）請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムを準備する工程と、
（Ｂ）第１の出力の電磁放射を、前記積層構造の前記第１の導波路および第２の導波路に伝搬させる工程と、
（Ｃ）前記第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化および／または前記第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化または前記第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化に対して相対的に前記第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化を測定する工程と、
（Ｄ）前記第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化および／または前記第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化または前記第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化に対して相対的な第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化を、前記入射電磁放射の出力の前記第１の出力から第２の出力への変化に関係付ける工程と、
を含むことを特徴とする、入射電磁放射の出力をモニターするための方法。
【請求項３７】
前記工程（Ｄ）は、
（Ｅ）前記工程（Ｃ）で行われた測定に応じた調整信号を発生する工程と、
（Ｆ）前記調整信号を前記入力電磁放射源に印加し、前記入力電磁放射の出力を前記第２の出力から前記第１の出力に調節する工程と、
を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムを準備する工程と、
前記電磁放射を前記積層構造の前記第１の導波路および前記第２の導波路に伝搬させる工程と、
干渉縞のパターンを生成する工程と、
前記干渉縞の間隔から前記電磁放射の波長を計算する工程と、
を含むことを特徴とする、電磁放射の波長を測定するための方法。
【請求項３９】
前記干渉縞の間隔の変化を測定する工程と、
前記電磁放射の波長の変化を計算する工程と、
をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造に形成された複数の導波路（例えば平面導波路）を含む電磁放射の波長をモニターするためのシステムと、電磁放射（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）源とともにこのシステムをマルチプレクサ（例えば高密度波長分割マルチプレクサ）等に組み込んだアセンブリとに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信ネットワークに高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）方式が導入され、使用される波長チャンネルの測定、校正、安定化に対する要求が高まっている。チャンネル間の間隔は狭くなる傾向にある。例えば、Ｃバンドの遠距離通信では、５０ＧＨｚのチャンネル間隔（１５５０ｎｍを中心として約０．４ｎｍの間隔）が検討されている。これらの狭間隔の波長チャンネルを１３００ｎｍのチャンネルなどの間隔の広い波長チャンネルと多重化させることや、将来的には１６２０ｎｍから１４８５ｎｍのＤＷＤＭの使用が期待されている。
【０００３】
このような用途に使用されるレーザーは、安定した周波数を有していなければならない。そのようなレーザーには、周波数が変化したときに調節回路に誤差信号を供給することができるフィードバック・ループが必要となる。従来のシステムでは、レーザーを適切な長さのファブリ・ペロー空洞に隣接して配置していた。すなわち、出力波長が変化すると、フォトダイオードが出力の変化を検出して波長を調節し、元の出力を回復する。このシステムの不利な点は、レーザーの出力が変化し、波長の変化が誤って認識される可能性があることである。
【０００４】
レーザーダイオードの波長を±０．０００３ｎｍ（０．３ｐｍ）の精度でモニターできるアセンブリが市販されている（バーレイ・インストルメンツ（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ））。しかし、このアセンブリは、製造時にレーザーを校正し、光ファイバ回路で波長をモニターするように設計されている。レーザー光源の出力波長の変化を１秒毎に情報を更新しながら追跡する装置もある。しかし、これらの装置の価格は約２５，０００ポンドもするため、遠距離通信ネットワークにおいて広く使用することは不可能である。
【０００５】
光の各波長を空間的に分解する集積型光アセンブリについては、従来から広く知られている。これらのアセンブリは、通常は光学基板上にパターン形成された回折格子構造を使用する。これらのアセンブリは、入力ビームのスペクトルを解析するために使用することができる（ＵＳ−Ａ−６０１６１９７；ＵＳ−Ａ−４７６１０４８；ＵＳ−Ａ−５０６６１２６；ＤＥ−Ａ−４４２００７４；ＤＥ−Ａ−４２０９６７２；Ｔａｋａｄａ，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，１１，８６３，（１９９９）；Ｔｃｈｅｒｅｍｉｓｋｉｎ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔ．，３３，１９５２，（１９９７）；Ｍａｓｄｅｎ  ｅｔ  ａｌ，ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔ．  Ｅｌｅｃｔｒ．，４，９２５，（１９９８）；Ｖａｌｅｔｔｅ  ｅｔ  ａｌ，ＩＥＥＥ  Ｐｒｏｃ．１３１，３２５，（１９８４）を参照）。光ファイバを使用して光源安定化装置を構成することは公知である（ＵＳ−Ａ−５３８１２３０）。また、Ｋｕｎｚらは、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０，２３００，（１９９５）で集積型光波長解析チップについて述べている。
【０００６】
Ｐａｎｄｒｕａｄら（Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ．，１７，２３３６（１９９９））は、デュアル・モードの集積型光アセンブリの２つのモード間でゼロ分散差を実現することを設計において可能とする正規化された式について述べており、波長計測器との関連における分散の最適化に関する報告書に寄稿している（Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１６３，２７８（１９９９））。後者は、光の伝搬距離がコアとクラッドとの屈折率差に依存する螺旋状の導波路について言及している。この効果はよく知られており、曲げ損失の点から説明されている。波長変化の測定に関する記述では、高分散導波路を設計することによって、あらゆる波長の変化を、導波路から分散された光を用いて測定した伝搬距離の変化として測定することが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電磁放射源（例えばレーザー）の波長の変化の方向と大きさに対して優れた感度を有する導波路構造（例えば平面導波路構造）を開発することによって、波長モニターを改良するものである。より詳細には、本発明は、電磁放射の出力変化に感応せず、非常に簡単なパッケージングによって低コストで構成することができる、入射電磁放射の波長をモニター（連続的に測定または制御）するためのシステムに関する。本発明は、半導体レーザーダイオードとのモノリシック集積化に特に適している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、入射電磁放射の波長をモニターするためのシステムであって、
積層構造内に形成され、入射電磁放射の波長の変化に対して第１の反応（ｍｅａｓｕｒａｂｌｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を示す第１の導波路と、入射電磁放射の変化に対して第２の反応を示す第２の導波路と、を含み、第１の反応は第２の反応と異なる複数の導波路と、
第１の反応および／または第２の反応または第２の反応に対して相対的に第１の反応を測定するための測定手段と、
を含むことを特徴とするシステムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
導波路は、チャンネル導波路または平面導波路であってもよい。平面導波路は、入射電磁放射が平面内のあらゆる方向に伝搬することができる導波路を意味する。好ましくは、平面導波路はスラブ（ｓｌａｂ）導波路である。
【００１０】
好ましくは、測定手段は、第２の反応に対して相対的に第１の反応を測定する。相対的な測定は、測定手段（ダイオードアレイ等）が配置される精度が限られていることから、絶対的な測定に比べてより低い不確定（ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）値を有するという利点がある。
【００１１】
好ましくは、測定手段は、第１の反応および／または第２の反応または第２の反応に対して相対的な第１の反応を干渉パターンとして測定する。干渉パターンは、第１および第２の平面導波路から出力された電磁放射が自由空間で結合されるときに、遠距離電磁界（ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）において発生させることができる。
【００１２】
好ましい実施形態においては、第１の導波路のモードの分散特性（波長に対する伝搬モードの実効屈折率の変化）は、第２の導波路のモードの分散特性と大きさが異なる。第１と第２の導波路のモードの分散特性の大きさが異なると、測定される入射電磁放射の波長の変化に対する反応に差が生じる。
【００１３】
本実施形態における本発明のシステムは、第１および第２の導波路の分散特性の差を利用して、波長の小さな変化に優れた感度を有する２つの伝搬モード間の干渉条件を与えることができる。第２の導波路の波長の変化に対する反応に対して相対的な第１の導波路の波長の変化に対する反応は、干渉パターンの縞の動きとして現れる。したがって測定手段は、第２の反応に相対的な第１の反応を干渉パターンにおける縞の動きとして現れる。したがって、測定手段は、第２の反応に対して相対的に第１の反応を干渉パターンの縞の動きとして測定することが好ましい。
【００１４】
干渉パターンの縞の動きは、電磁放射の強度の変化を測定する単一の検出器、または縞の数または干渉パターン全体の変化をモニターする複数の検出器を使用して、従来の方法で測定することができる（例えばＷＯ−Ａ−９８／２２８０７を参照）。少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つの光検出器を含んでいてもよい。２つ以上の光検出器が使用されるときは、二次元のフォトダイオードアレイ等のようにアレイ状に配列してもよい。
【００１５】
好ましい実施形態においては、第１の導波路の誘電特性（例えば実効屈折率）は、第２の導波路の誘電特性と大きさが異なる。第１および第２の導波路の誘電特性の大きさが異なると、測定される入射電磁放射の波長の変化に対する反応の差（すなわち、入射電磁放射の伝導における差）が生じる。
【００１６】
測定手段は、第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化および／または第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化または第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化に対して相対的に第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化を測定してもよい。
【００１７】
本発明のシステムの一実施形態では、干渉パターンの縞の動きから、第２の導波路における入射電磁放射の位相ずれに対して相対的に第１の導波路中の入射電磁放射の位相ずれ（「相対的位相ずれ」）を計算するための計算手段をさらに含む。位相ずれは、実効屈折率の変化（および実効屈折率の変化の差としての相対的位相ずれ）として表すことができる。
【００１８】
入射電磁放射の波長の変化は、相対的位相ずれから計算することができる。
【００１９】
好ましい実施形態においては、本発明のシステムは、測定された第１の反応および／または測定された第２の反応または測定された第２の反応に対して相対的な第１の反応（またはこれらから計算された位相ずれまたは相対的位相ずれ）に応じた調整信号を発生させるための発生手段をさらに含む。特に好ましくは、本発明のシステムは、調整信号を入射電磁放射の発生源に印加し、入射電磁放射の波長を元に戻すための印加手段をさらに含む。発生手段および印加手段とともに積層構造をフィードバック回路に組み込むことによって、本発明は、１ＧＨｚ以下の範囲内の周波数の安定化を電磁放射源にもたらすことができる。
【００２０】
発生手段は、例えば、測定された第１の反応および／または測定された第２の反応または測定された第２の反応に対して相対的に第１の反応の大きさおよび／または方向（またはこれらから計算された位相ずれまたは相対的位相ずれ）に応じた調整信号を発生するための比較器であってもよい。
【００２１】
印加手段は、熱光学調節デバイスなどの温度コントローラであってもよい。
【００２２】
積層構造は、通常は、ＷＯ−Ａ−９８／２２８０７に開示されている多層型積層構造であってもよい。検出（ｓｅｎｓｉｎｇ）導波路は、キャップ層によって周囲から隔離されていてもよい。複数の導波路を積層構造に組み込むことによって、本発明のシステムは、簡単に製造できるとともに、製造誤差の許容範囲が大きくなる。好ましい実施形態では、積層構造の複数の導波路のそれぞれは、ＰＥＣＶＤまたはＬＰＣＶＤなどの公知のプロセスによって基板（シリコン基板等）上に形成される。このようなプロセスは、再現性が高く、高精度の製造につながる。透明な中間層（二酸化ケイ素等）を、必要に応じて追加してもよい。好ましくは、各導波路は、積層構造内の導波モードの同時励起によって等量の電磁放射が伝搬するように形成される。積層構造は、通常は０．２〜１０ミクロンの厚さを有する。
【００２３】
第１の導波路の分散特性を第２の導波路と異ならせるために、積層構造は寸法および／または組成が非対称になるように形成してもよい。積層構造に組み込まれる導波路の寸法および／または組成を正確に調整することによって、積層構造が波長の変化に対して優れた感度を有するとともに、（それ以外の点では高い組成の対称性のために）温度の変化に対しては感応しないようにすることができ、パッケージングを有利に単純化することができる。
【００２４】
したがって、本発明のシステムの一実施形態では、第１および第２の導波路は、組成および／または寸法（例えば厚さ）において異なる。寸法および／または組成の非対称は、ＣＶＤ（例えばＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ）等の公知の製造方法に従って容易に得ることができる。このようにして、酸窒化ケイ素の平面導波路（均一の厚さ）の固有屈折率を、１．４５７〜２．００８の範囲で選択することができる。
【００２５】
好ましくは、第１と第２の導波路は寸法（例えば厚さ）において異なる。
【００２６】
好ましくは、積層構造はシリコン基板上に形成され、第２の平面導波路上に位置し、二酸化ケイ素の中間層によって第２の平面導波路から分離された第１の平面導波路からなる。特に好ましくは、積層構造は、第１の平面導波路を周囲から隔離するためのキャップ層をさらに含む。
【００２７】
本発明のシステムの一実施形態において、第１および／または第２の平面導波路は、酸窒化ケイ素または窒化ケイ素から形成される。
【００２８】
本発明のシステムの一実施形態において、第１および／または第２の平面導波路は、化合物半導体材料から形成される。
【００２９】
好ましい実施形態において、複数の導波路および測定手段は、共通の基板（通常はシリコン基板またはリン化インジウム基板）上に形成される。
【００３０】
本発明の別の態様は、
電磁放射源と、
上記のシステムと
を含み、
電磁放射源が、積層構造の第１および第２の導波路に入射電磁放射を伝搬させることを特徴とするアセンブリを提供する。
【００３１】
レーザー等の電磁放射源から発生した電磁放射は、種々の方法によって積層構造内に伝搬させることができる。好ましい実施形態では、電磁放射源は入射電磁放射を積層構造の端面から積層構造内に伝搬させる（「エンドファイア（ｅｎｄ  ｆｉｒｉｎｇ）法」と呼ばれる）。
【００３２】
好ましくは、電磁放射源（例えばレーザー）は、共通基板（通常はシリコン基板またはリン化インジウム基板）上に積層構造とともに集積される。
【００３３】
本発明のアセンブリは、第１および第２の導波路に入射電磁放射を実質的に同時に伝搬させるための伝搬手段をさらに含んでもよい。例えば、少なくとも１つの結合格子またはミラーを使用することができる。入射電磁放射を導波路間に伝導させるために、結合格子またはミラーではなくテーパ型結合器を使用することができる。特に好ましくは、第１の導波路内および第２の導波路内に伝搬される電磁放射の量は実質的に同じである。
【００３４】
本発明のアセンブリの一実施形態は、システムおよび電磁放射源に結合された少なくとも１つの光ファイバをさらに含む。少なくとも１つの光ファイバは、従来の方法（ファイバ・ピグテール等）によってシステムに接続することができる。少なくとも１つの光ファイバは、多チャンネルネットワーク等の光ファイバネットワーク、例えば、（光ファイバ通信ネットワークの）高密度波長分割多重化多チャンネルネットワーク等の多重化多チャンネルネットワーク等の一部であってもよい。
【００３５】
本発明のアセンブリは、入射電磁放射を方向付けする（例えば平面偏光させる）ための偏光手段をさらに含んでもよい。本発明のアセンブリは、入射電磁放射の焦点を合わせるためのレンズまたは類似のマイクロ集束手段をさらに含んでいてもよい。
【００３６】
ＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）およびＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）励起モードを、積層構造を励起するために連続的に使用してもよい。この意味において、本発明のアセンブリは、第１および第２の導波路にＴＭモードの電磁放射を伝搬するための第１の電磁放射源と、第１および第２の導波路にＴＥモードの電磁放射を伝搬させるための第２の電磁放射源とをさらに含む。
【００３７】
本発明のさらに別の態様は、少なくとも１つの上記のアセンブリを含む光ファイバネットワークを提供する。好ましくは、光ファイバネットワークは、光ファイバ通信ネットワークである。好ましくは、光ファイバネットワークは、多チャンネルネットワーク、例えば、高密度波長分割多重化多チャンネルネットワーク等の多重化多チャンネルネットワークの一部であってもよい。
【００３８】
本発明のシステムまたはアセンブリの構成要素を既存のネットワークに組み込むことは、当業者にとっては容易なことである。例えば、遠距離通信業界では、レーザーはリン化インジウム基板上に集積されることが多く、本発明のシステムの構成要素をリン化インジウム基板上に集積することは容易なことである。例えば、積層構造の平面導波路は、ＭＯＣＶＤ法などの公知の技術を使用してその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で形成することができる。
【００３９】
本発明のさらに別の態様は、
（Ａ）上記のシステムを準備する工程と、
（Ｂ）第１の波長の電磁放射を、積層構造の第１の導波路および第２の導波路に伝搬させる工程と、
（Ｃ）第１の反応および／または第２の反応または第２の反応に対して相対的に第１の反応を測定する工程と、
（Ｄ）測定された第１の反応および／または測定された第２の反応または測定された第２の反応に対して相対的に第１の反応を、第１の波長から第２の波長への電磁放射の波長の変化に関連付ける工程と、
を含むことを特徴とする、電磁放射の波長をモニターするための方法を提供する。
【００４０】
好ましい実施形態では、工程（Ｃ）は、第２の反応に対して相対的に第１の反応を測定することを含む。相対的な測定は、測定手段（ダイオードアレイ等）が配置される際の精度が限られているため、絶対相対的な測定に比べて低い不確定値が得られる利点がある。
【００４１】
好ましい実施形態において、工程（Ｃ）は、
（Ｃ１）干渉縞のパターンを発生させる工程と、
（Ｃ２）干渉縞の動きを測定する工程と、
を含み、工程（Ｄ）は、
干渉パターンの動きを、電磁放射の波長の第１の波長から第２の波長への変化に関係付けること、
を含む。
【００４２】
特に好ましい実施形態において、工程（Ｃ）は、
（Ｃ３）干渉縞の動きから、第２の導波路における位相ずれに対して相対的に第１の導波路における位相ずれ（「相対的位相ずれ」）を計算する工程、
をさらに含み、工程（Ｄ）は、
相対的位相ずれを、電磁放射の波長の第１の波長から第２の波長への変化に関係付けること、
を含む。
【００４３】
特に好ましい実施形態では、工程（Ｄ）は、
（Ｅ）工程Ｃ２で測定された干渉パターンの動き（または工程Ｃ３で計算された相対的位相ずれ）に応じた調整信号を発生させる工程と、
（Ｆ）調整信号を電磁放射源に印加し、電磁放射の波長を第２の波長から第１の波長に調節する工程と、
を含む。
【００４４】
工程（Ｅ）は、干渉パターンの動き（好ましくは相対的位相ずれ）の大きさおよび／または方向に応じた調整信号を発生する比較器によって行うことができる。
【００４５】
工程（Ｆ）は熱光学的に行うことができる。例えば、従来の温度コントローラを使用して電磁放射源を熱光学的に調節することができる。工程（Ｆ）は、調節可能なフィルタ（例えばブラッグ格子フィルタ）等の調節素子を使って電磁放射源の電流を調節することによって行うことができる。
【００４６】
本発明の一実施形態において、工程（Ｄ）は、測定された第１の反応および／または測定された第２の反応または測定された第２の反応に対して相対的な第１の反応から波長の変化を導出することを含む。
【００４７】
好ましい実施形態において、工程（Ｂ）は、第１の波長のＴＭモードの電磁放射を第１および第２の導波路に伝搬させること、および／または第１の波長のＴＥモードの電磁放射を第１および第２の導波路に伝搬させることを含む。
【００４８】
さらに別の態様において、本発明は、積層構造に形成され、入射電磁放射の波長の変化に対して第１の反応を示す第１の導波路と、入射電磁放射の変化に対して第２の反応を示す第２の導波路と、を含み、第１の反応は第２の反応と異なるものである、複数の導波路（例えば平面導波路）の電磁放射の波長をモニターするための使用を提供する。
【００４９】
本発明のシステムは、入射電磁放射の出力の変化をモニターし、必要に応じて出力を元のレベルに戻すために使用することもできる。
【００５０】
本発明のさらに別の態様は、
（Ａ）上記のシステムを準備する工程と、
（Ｂ）第１の出力の電磁放射を積層構造の第１の導波路および第２の導波路に伝搬させる工程と、
（Ｃ）第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化および／または第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化または第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化に対して相対的に第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化を測定する工程と、
（Ｄ）第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化および／または第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化または第２の導波路の出力電磁放射の出力の変化に対して相対的に第１の導波路の出力電磁放射の出力の変化を、入射電磁放射の出力の第１の出力から第２の出力への変化に関係付ける工程と、
を含むことを特徴とする、入射電磁放射の出力をモニターするための方法を提供する。
【００５１】
好ましい実施形態において、工程（Ｄ）は、
（Ｅ）工程（Ｃ）で行われた測定に応じた調整信号を発生する工程と、
（Ｆ）調整信号を入力電磁放射源に印加し、入力電磁放射の出力を第２の出力から第１の出力に調節する工程と、
を含む。
【００５２】
工程（Ｅ）は、出力電磁放射の出力の変化（好ましくは、出力電磁放射の出力の相対変化）の大きさおよび／または方向に応じた調整信号を発生する比較器（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）によって行うことができる。
【００５３】
工程（Ｆ）では、入射電磁放射の出力は、レーザーダイオードの電流を変化させることによって調整することができる。
【００５４】
本発明のさらに別の態様は、
上記のシステムを準備する工程と
電磁放射を積層構造の第１の導波路および第２の導波路に伝搬させる工程と、
干渉縞のパターンを発生させる工程と、
干渉縞の間隔から電磁放射の波長を計算する工程と、
を含むことを特徴とする、電磁放射の波長を測定するための方法を提供する。
【００５５】
本発明の方法は、干渉縞の間隔の変化を測定し、電磁放射の波長の変化を計算する工程をさらに含んでもよい。
【００５６】
一般に、干渉縞の間隔は、伝搬する電磁放射の自由空間における波長、２つの発生源の間隔を決定する幾何学的な関係、測定面までの距離によって決まる。例えば、イメージの中心近傍では、間隔ａは次式によって近似的に与えられる。
【００５７】
ａ＝λｓ／ｄ
（式中、λは自由空間波長であり、ｓは２つの発生源の中間点と測定面との間の距離であり、ｄは発生源の横間隔である）。このアセンブリにおける発生源の距離は、積層構造の設計パラメ−タによって決定され、厳密に制御できる。発生源の中間点から測定面までの距離も正確に固定することができる。
【００５８】
本発明は、光、ＵＶ、ＩＲ、Ｘ線、マイクロ波を含むあらゆる種類の電磁放射に利用できる。
【００５９】
以下、本発明を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６０】
図１は、本発明のシステムの一実施形態に係る積層構造に組み立てられた第１および第２の導波路の断面図を示す。
【００６１】
図２は、本発明のアセンブリの一実施形態を模式的に示す。図２は、本発明のアセンブリの一実施形態を模式的に示す。
【００６２】
図１に示す積層構造の層１〜５の特性は以下のとおりである。
【００６３】
【表１】
2004526975.tif 000002
【００６４】
積層構造は、熱酸化物、ＬＰＣＶＤ窒化ケイ素、ＰＥＣＶＤ二酸化ケイ素の組合せからなる。層２および層４は窒化ケイ素からなり、透明な二酸化ケイ素層３によって分離された第１および第２の平面導波路として機能する。層２および層４は、厚さが異なることによって所要の寸法における非対称性を有する。層５は、層４を周囲から隔離するためのキャップ層である。層１〜５はシリコン基板６上に形成されている。
【００６５】
入射電磁放射の波長を中心波長１．５５mｍを中心として０．８ｎｍのスパンにわたってスキャンし、図１に示す積層構造について計算を行った。これは、将来のＤＷＤＭデバイスにおける０．４ｎｍのチャンネル間隔（従来のシステムは０．８ｎｍの間隔）をシミュレートすることを意図したものである。ゼロ次モードまたは１次モードにおいて見られる実効屈折率の変化の差を、ＴＥおよびＴＭ偏波（polarisation)のそれぞれについて計算した。
【００６６】
【数１】
2004526975.tif 000003
【００６７】
【数２】
2004526975.tif 000004
【００６８】
長さ５ｍｍのシステムにおいては、これはＴＥについては約２２８ｍｒａｄ／ｎｍ、ＴＭについては、約２６２ｍｒａｄ／ｎｍの波長反応に相当する。したがって、このシステムは、調節可能な発光源を、非常に簡単に正常な動作状態に保つことができるであろう。５ｍｒａｄ／ｎｍの変化を検出する場合には、２２ｐｍの波長変化を分析することができる。さらなる最適化によって、１ピコメーターのレベルまで下げることができる。
【００６９】
図２は、本発明のアセンブリ１の一実施形態を概略的に示す。図２において、積層構造２がフォトダイオードアレイ４とともにシリコン基板３上に形成され、ユニット７を構成している。積層構造は、図１を参照して説明した種類の積層構造である。光ファイバネットワークの一部である光ファイバが、ファイバ・ピグテール５によってユニット７に接続されている。ユニット７は、以下に説明するように、電磁放射源を制御するためのフィードバック・ループ内で使用される電気出力６を提供する。
【００７０】
図３は、本発明のアセンブリ１の一実施形態を概略的に示す。図３において、図２を参照して説明したユニット７には同じ参照数字を付している。アセンブリ１は、電磁放射１５の裏面放射を行うレーザー１１をさらに含む。ユニット７からの電気出力６は、第１および第２の平面導波路間の相対的な位相変化を計算し、この情報を比較器１３に供給する計算手段１２に入力される。比較器１３は、この相対的な位相変化を設定値と比較し、相対的な位相変化の大きさと方向に応じて温度コントローラ１４に調整信号を送る。コントローラ１４は、元の位相位置に戻るまで相対的な位相変化が減少するようにレーザー放射の波長を調節する。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、電磁放射源（例えばレーザー）の波長の変化の方向と大きさに対して優れた感度を有する導波路構造（例えば平面導波路構造）を開発することによって、波長モニターを改良するものである。より詳細には、本発明は、電磁放射の出力変化に感応せず、非常に簡単なパッケージングによって低コストで構成することができる、入射電磁放射の波長をモニター（連続的に測定または制御）するためのシステムに関する。本発明は、半導体レーザーダイオードとのモノリシック集積化に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明のシステムの一実施形態に係る積層構造に組み立てられた第１および第２の導波路の断面図である。
【図２】本発明のアセンブリの一実施形態を模式的に示す図である。
【図３】本発明のアセンブリの一実施形態を模式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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