(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の入力／出力セグメント、第２の入力／出力セグメント、第３の入力／出力セグメント、及び第４の入力／出力セグメントを備える分割端を有し、前記第２の入力／出力セグメント、及び前記第３の入力／出力セグメントが、前記第１の入力／出力セグメントと前記第４の入力／出力セグメントとの間に配置され、
前記第１の入力／出力セグメントと前記第２の入力／出力セグメントとを結合する上方の第１段接合部が設けられ、前記第１の入力／出力セグメント、及び前記第２の入力／出力セグメントによって、上方の第１段二等分線が形成され、
前記第３の入力／出力セグメントと前記第４の入力／出力セグメントを結合する下方の第１段接合部が設けられ、前記第３の入力／出力セグメント及び前記第４の入力／出力セグメントによって、下方の第１段二等分線が形成され、
前記上方の第１段接合部につながっている上方の中間セグメントと、前記下方の第１段接合部につながっている下方の中間セグメントと、前記上方の中間セグメント及び前記下方の中間セグメントを結合して、単一入力／出力セグメントを形成する第２段接合部とを備え、前記上方の中間セグメント及び前記下方の中間セグメントによって、第２段二等分線が形成され、
前記上方の第１段二等分線及び前記下方の第１段二等分線の方向が、前記第２段二等分線の方向とずれており、
前記第１の入力／出力セグメント、及び前記第４の入力／出力セグメントがそれぞれ、片側隆起正弦湾曲部を含み、その片側隆起正弦湾曲部が、
方程式：ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／Ｌ）］）））
によって表され、ここで、
ｘ＝前記第２段二等分線から前記入力／出力セグメントまでの距離、
ｚ＝前記第２段二等分線に沿った距離、
ｈ＝前記第２段二等分線から測定される前記入力／出力セグメントの入力における高さ、
Ｌ＝前記入力／出力セグメントの長さであり、
前記第１の入力／出力セグメント及び前記上方の中間セグメント、並びに前記第４の入力／出力セグメント及び前記下方の中間セグメントはそれぞれ、滑らかな曲線を形成し、その曲線は、前記第２段二等分線に向かって曲がった最初の片側隆起正弦湾曲部、片側隆起正弦湾曲部から構成される外側部分を備えたＹ接合部、及び前記第２段二等分線と交差する時に前記第２段二等分線に平行になるように曲がる中間片側隆起正弦湾曲部の３つの部分から構成されることを特徴とする、光学スプリッタ／コンバイナ。
【請求項２】
前記第２の入力／出力セグメントは、上方セグメントと、前記片側隆起正弦湾曲部とを含み、前記第２の入力／出力セグメントの前記上方セグメントは、前記上方の第１段接合部の一部であることを特徴とする、請求項１に記載の光学スプリッタ／コンバイナ。
【請求項３】
前記第３の入力／出力セグメントは、下方セグメントと、前記片側隆起正弦湾曲部とを含み、前記第３の入力／出力セグメントの前記下方セグメントは、前記下方の第１段接合部の一部であることを特徴とする、請求項１に記載の光学スプリッタ／コンバイナ。
【請求項４】
前記第２段二等分線は、前記光学スプリッタ／コンバイナの中心線であることを特徴とする、請求項１に記載の光学スプリッタ／コンバイナ。
【請求項５】
前記Ｙ接合部は、対称性を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学スプリッタ／コンバイナ。
【請求項６】
前記部分は、それぞれ中心線に対してある勾配を有する前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び前記中間片側正弦湾曲部から構成され、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び前記中間片側正弦湾曲部の勾配は、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び前記中間片側正弦湾曲部が交差する位置で整合するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載の光学スプリッタ／コンバイナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路コンバイナ又はスプリッタに関するものであり、とりわけ、複数の異なるｓ字状湾曲部から構成されるコンパクトな光導波路コンバイナ又はスプリッタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明の解決すべき課題】
電気通信業界は、現在、光ファイバを利用して、ユーザ間におけるデータの伝送を行っている。光ファイバを介してデータを送るためのいくつかのアプローチには、光導波路コンバイナ又はスプリッタの利用が含まれる。光導波路は、光のような伝搬する電磁波を閉じ込めて、導く材料媒体である。導波路の例としては、光ファイバ又は平面光波回路（ＰＬＣ）等が含まれる。典型的な光ファイバは、直径１２５ミクロンとすることが可能である。通信産業で利用される場合、光ファイバは、外部誘電体材料によって包囲された内部誘電体材料を含む伝送ラインとして用いられる。外部誘電体材料の例には、内部誘電体材料より屈折率の低い空気、ガラス、プラスチック、又は、任意の誘電体材料が含まれている。電磁波は、内部誘電体材料と外部誘電体材料との屈折率の差によって導かれて、導波路に閉じ込められることになる。電磁波は、導波路の外側表面、又は、導波路内の表面からの屈折又は反射によって閉じ込められる。導波路コンバイナは、一般に、複数導波路又は光ファイバを用いて、組み合わせ、Ｓ字状湾曲部及びＹ接合部を利用して、一般に２段階以上かけて、例えば、単一光ファイバのような出力導波路が形成されるようにする。典型的なスプリッタは、単一導波路を複数導波路に分割することによって、上記プロセスの逆を行う。
【０００３】
ある特定の誘電体導波路プロセスについては（即ち、クラッディング屈折率、コア屈折率、コア寸法、Ｓ字状湾曲部の機能形状）、損失が許容できなくなる前にできることは、デバイスの水平方向サイズを非常に小さくすることだけである。即ち、湾曲部の半径があまりに小さくなると、コアによって導かれるパワーの一部が、導波路から放射され、失われる。既知のように、湾曲部の半径縮小を可能にするには、コアのサイズを変更することもできるし、或いは、コアとクラッディングの屈折率の差を増すことも可能である。
【０００４】
従って、本発明は、比較的小型にして良好な特性を有する、誘電体導波路により成る光学スプリッタ／コンバイナを提供することをその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
導波路プロセスの幾何学形状を修正して、光学スプリッタ／コンバイナを短縮し、なおかつ、許容可能な低損失を維持することが可能である。コンバイナのＹブランチを修正して、出力が傾斜するようにすることも可能である。従って、完全なＳ字状湾曲部は、その入力セグメントの必要な構成要素ではない。完全なＳ字状湾曲部は、結果として、光学スプリッタ／コンバイナに余分な長さが生じるので、回避するのが望ましい。本発明の光学スプリッタ／コンバイナは、少なくとも第１の入力／出力セグメント、第２の入力／出力セグメント、第３の入力／出力セグメント、及び、第４の入力／出力セグメントを備えた分割端、即ち、入力／出力端を備えている。光学スプリッタ／コンバイナは、第１の入力／出力セグメントと第２の入力／出力セグメントを結合する上方の第１段接合部を備えている。第１の入力／出力セグメントと第２の入力／出力セグメントは、上方の第１段二等分線を形成している。下方の第１段接合部は、第３の入力／出力セグメントと第４の入力／出力セグメントを結合して、下方の第１段二等分線を形成している。第３の入力／出力セグメントと第４の入力／出力セグメントは、下方の第１段二等分線を形成している。上方の中間セグメントは、上方の第１段接合部とつながっている。下方の中間セグメントは、下方の第１段接合部とつながっている。第２段接合部は、上方の中間セグメントと下方の中間セグメントを結合して、単一入力／出力セグメントを形成している。上方の中間セグメントと下方の中間セグメントは、第２段二等分線を形成している。上方の第１段二等分線と下方の第１段二等分線は、角度が第２段二等分線からオフセットしている。角度がオフセットした二等分線を用いる結果、光学スプリッタ／コンバイナの長さが短縮される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる光学スプリッタ／コンバイナ及びその製造方法について詳細に説明する。尚、説明の便宜上、以下では、従来技術の説明も含み、それらとの比較において本発明の好適実施形態について説明する。図１（ａ）を参照すると、本発明に利用可能な典型的な導波路又は光ファイバ１０は、シリカ・ベースのガラス、プラスチック、ニオブ酸リチウム、他の材料、又は、リン化インジウムのような半導体材料から構成することが可能なコア１２から構成されている。コア１２は、一般に、クラッディング１４によって包囲されている。クラッディング１４は、空気、ガラス、プラスチック、又は、内部誘電体材料より屈折率の低い任意の誘電体材料から造ることが可能である。クラッディング１４は、一般に、ポリマ・オーバコート１６によって包囲されている。使用時、光導波路又は光ファイバ１０は、さまざまな用途に合わせて組み合わせるか、又は、分割することが必要になる可能性がある。
【０００７】
次に、図１（ｂ）を参照すると、本発明の実施態様である導波路スプリッタ／コンバイナ又は平面光波回路（ＰＬＣ）１８が示されている。角度は、場合によっては一定の比率で示されていないこともある。ＰＬＣ１８は、ＰＬＣ１８のクラッディング層２０を形成する基板を備えたモノリシック構造である。導波路コア層２２を用いて、導波路２４、２６、２８、及び、３０が形成され、これらを組み合わせて、単一導波路３２が形成される。
【０００８】
次に、図２を参照すると、先行技術による光学スプリッタ／コンバイナ又はＹブランチ１００が示されている。援用によって組込まれ、Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２５，ｐｐ．１７１２−１７１３のＬｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ｙ−Ｂｒａｎｃｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｖｉｄｅｒｓと題するＧ．Ｂｏｇｅｒｔ及びＹ．Ｃｈｅｎによる論文には、光学スプリッタ／コンバイナ１００の一例について記載がある。典型的な光学スプリッタ／コンバイナ１００は、光学スプリッタ／コンバイナ１００のどちらの端部が入力端として利用されるかに従って、コンバイナ又はスプリッタとして利用することが可能になる。光学スプリッタ／コンバイナ１００は、第１の入力／出力セグメント１０４が設けられた分割端１０２を備えている。入力／出力セグメント１０４は、末端部１０６を備えている。分割端部１０２は、更に、第２の入力／出力セグメント１０８を備えている。第２の入力／出力セグメント１０８も末端部１１０を備えている。光学スプリッタ／コンバイナ１００は、高さが２ｈで、長さがＬである。第１の入力／出力セグメント１０４及び第２の入力／出力セグメント１０８は、接合部１１２において互いに結合している。光学スプリッタ／コンバイナ１００は、二等分線１１４を形成している。図２に示すように、セグメント１０４と１０８を結合する接合部１１２の右側に、組み合わせ端部１１６が形成されている。組み合わせ端部１１６は、接合部１１２につながった単一入力／出力セグメント１１８を備えている。
【０００９】
更に図２を参照すると、第１の入力／出力セグメント１０４と第２の入力／出力セグメント１０８の間の特定の垂直間隔が２ｈの場合、光学スプリッタ／コンバイナ１００が、特定の導波路実施例に関する最短長Ｌを超えなければならないか、或いは、セグメント１０４及び１０８の曲率が極端すぎるため、導波路からのパワー損失量が許容できなくなる。結果として、許容される導波路損失を生じるように構成された光学スプリッタ／コンバイナ１００の一例は、隆起正弦湾曲部の形状を呈する曲率を有する、第１の入力／出力セグメント１０４と、第２の入力／出力セグメント１０８を備えている。隆起正弦湾曲部の配向は、下記の方程式によって表すことが可能である：
ｘ＝（ｈｚ／Ｌ）−（（ｈ／２π）ｓｉｎ（２πｚ／Ｌ））
ここで、
ｘ＝中心線又は二等分線１１４から曲線までの距離、
ｚ＝中心線又は二等分線１１４に沿った距離、
ｈ＝中心線又は二等分線１１４から測定された、分割端１０２の入力／出力における高さ、
Ｌ＝分割端１０２から組み合わせ端１１６までの水平距離（Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．７ｔｈ  Ｄｅｃ．１９８９，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２５の「Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ｙ−Ｂｒａｎｃｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｖｉｄｅｒｓ」を参照されたい）。
【００１０】
第１の入力／出力セグメント１０４及び第２の入力／出力セグメント１０８のＳ字状湾曲部に関する曲率の一例が、３．２４ｍｍであるが、これは、コアの屈折率がクラッディング材料より０．７５％高い場合、方形導波路に関して許容できる損失を示す。
【００１１】
次に図３を参照すると、図２に関して既述の構造を繰り返すことによって、４入力光導波路又は光学スプリッタ／コンバイナ２００を開発することが可能である。ここでは、「４入力」という用語が用いられているが、光学スプリッタ／コンバイナ２００は、４出力光導波路としても利用可能であると理解すべきである。４入力光学スプリッタ／コンバイナ２００は、４つの入力／出力セグメント２０４、２０６、２０８、及び、２１０を備えた分割端２０２を備えており、ここで、４つの入力／出力セグメントは、第１の入力／出力セグメント２０４、第２の入力／出力セグメント２０６、第３の入力／出力セグメント２０８、及び、第４の入力／出力セグメント２１０から構成されている。第１の入力／出力セグメント２０４及び第２の入力／出力セグメント２０６は、上方の第１段接合部２１２において結合している。第１の入力／出力セグメント２０４及び第２の入力／出力セグメント２０６は、上方の第１段二等分線２１４を形成している。第４の入力／出力セグメント２１０及び第３の入力／出力セグメント２０８は、下方の第１段接合部２１６において結合している。第３の入力／出力セグメント２０８及び第４の入力／出力セグメント２１０は、下方の第１段二等分線２１８を形成している。上方の中間セグメント２２０は、上方の第１段接合部２１２につながっている。下方の中間セグメント２２２は、下方の第１段接合部２１６につながっている。上方の中間セグメント２２０及び下方の中間セグメント２２２は、第２段接合部２２４において結合している。上方の中間セグメント２２０及び下方の中間セグメント２２２は、第２段二等分線又は中心線２２６を形成している。組み合わせ端２２８は、第２段接合部２２４につながる単一入力／出力セグメント２３０を備えている。留意すべきは、図３に示す光学スプリッタ／コンバイナ２００のような先行技術の場合、上方の第１段二等分線２１４及び下方の第１段二等分線２１８は、互いに、及び、第２段二等分線又は中心線２２６に対して平行であるという点である。アーム２２０、２２２間の垂直距離が増したので、長さＬ２が、第２段接合部において必然的に増すことにも留意されたい。
【００１２】
次に、図４を参照すると、入力光導波路又は光学スプリッタ／コンバイナ３００が示されている。ここでは、「４入力」という用語が用いられているが、光学スプリッタ／コンバイナ３００は、４出力光導波路としても利用可能であると理解すべきである。４入力光学スプリッタ／コンバイナ３００は、４つの入力／出力セグメント３０４、３０６、３０８、及び、３１０を備えた分割端３０２を備えており、ここで、４つの入力／出力セグメントは、第１の入力／出力セグメント３０４、第２の入力／出力セグメント３０６、第３の入力／出力セグメント３０８、及び、第４の入力／出力セグメント３１０から構成されている。第１の入力／出力セグメント３０４及び第２の入力／出力セグメント３０６は、上方の第１段接合部３１２において結合している。第１の入力／出力セグメント３０４及び第２の入力／出力セグメント３０６は、図４に示すように、上方の第１段接合部３１２の直前の領域において水平である。第１の入力／出力セグメント３０４及び第２の入力／出力セグメント３０６は、上方の第１段接合部３１２の直前の領域において、セグメント３０４及び３０６に対して平行な上方の第１段二等分線（不図示）を形成している。第４の入力／出力セグメント３１０及び第３の入力／出力セグメント３０８は、下方の第１段接合部３１６において結合している。第３の入力／出力セグメント３０８及び第４の入力／出力セグメント３１０は、下方の第１段接合部３１６において結合している。第３の入力／出力セグメント３０８及び第４の入力／出力セグメント３１０は、下方の第１段接合部３１６の直前の領域において、セグメント３０８及び３１０に対して平行な下方の第１段二等分線（不図示）を形成している。上方の中間セグメント３２０は、上方の第１段接合部３１２につながっている。下方の中間セグメント３２２は、下方の第１段接合部３１６につながっている。上方の中間セグメント３２０及び下方の中間セグメント３２２は、第２段接合部３２４において結合している。上方の中間セグメント３２０及び下方の中間セグメント３２２は、第２段二等分線又は中心線３２６を形成している。組み合わせ端３２８は、第２段接合部３２４につながる単一入力／出力セグメント３３０を備えている。留意すべきは、図４に示す光学スプリッタ／コンバイナ３００のような先行技術の場合、上方の第１段二等分線（不図示）及び下方の第１段二等分線（不図示）は、互いに、及び、第２段二等分線又は中心線３２６に対して平行であるという点である。
【００１３】
第１の入力／出力セグメント３０４、第２の入力／出力セグメント３０６、第３の入力／出力セグメント３０８、第４の入力／出力セグメント３１０は、水平方向に、即ち、上方の第１段二等分線及び下方の第１段二等分線と、第２段二等分線３２６に対して平行に始まって、終わる、Ｓ字状湾曲部である。光学スプリッタ／コンバイナ３００の長さは、湾曲部における最大曲率によって制限される。
【００１４】
図５には、本発明の光学スプリッタ／コンバイナ４００の望ましい実施態様が示されている。光学スプリッタ／コンバイナ４００の分割端４０２は、４つの入力／出力セグメント４０４、４０６、４０９、４１２を備えている。セグメント４０４、４０６、４０９、及び、４１２における光学コアのサイズの一例は、４．８ミクロンである。この各光導波路の中心間の最短間隔は、一般に、１２５ミクロン、又は、分割端に結合された光ファイバの直径であるが、他の寸法も可能である。例えば、リボン・ケーブル・システムに関する工業規格では、間隔が２５０ミクロンである。入力／出力セグメントは、第１の入力／出力セグメント４０４、上方セグメント４０８及び片側隆起正弦湾曲部４０７を備えた第２の入力／出力セグメント４０６、下方セグメント４１１及び片側隆起正弦湾曲部又は下方セグメント４１０を備えた第３の入力／出力セグメント４０９、及び、第４の入力／出力セグメント４１２である。第１の入力／出力セグメント４０４及び第２の入力／出力セグメント４０６の下方セグメント４０７は、上方の第１段接合部４１３において結合している。下方セグメント４０７は、上方の第１段接合部４１３の下方の片側である。第１の入力／出力セグメント４０４及び第２の入力／出力セグメント４０６は、上方の第１段二等分線４１４を形成している。
【００１５】
上記では、「４入力／出力」光導波路又は光学スプリッタ／コンバイナが示されているが、光学スプリッタ／コンバイナ３００の上方片側と下方片側から、「２入力／出力」光導波路又は光学スプリッタ／コンバイナを形成することも可能である。更に、図４に示す４入力の１つを除去することによって、「３入力」を形成することも可能である。最後に、光学スプリッタ／コンバイナ３００又はその任意の部分は、より大規模な光学スプリッタ／コンバイナ・システムの一部として利用することが可能である。
【００１６】
第４の入力／出力セグメント４１２及び第３の入力／出力セグメント４０９の下方セグメント４１０は、下方の第１段接合部４１６において結合する。第３の入力／出力セグメント４０９及び第４の入力／出力セグメント４１２は、下方の第１段二等分線４１８を形成している。上方の中間セクション４２０は、上方の第１段接合部４１３につながっている。下方の中間セグメント４２２は、下方の第１段接合部４１６につながっている。下方セグメント４１１は、下方の第１段接合部４１６の上方片側である。上方の中間セグメント４２０及び下方の中間セグメント４２２は、第２段接合部４２４で結合している。上方の中間セグメント４２０及び下方の中間セグメント４２２は、第２段二等分線４２６を形成している。
【００１７】
光学スプリッタ／コンバイナ４００は、単一入力／出力セグメント４３０が設けられた組み合わせ端４２８を備えている。入力／出力セグメント４３０は、第２段接合部４２４につながっている。上方の第１段二等分線４１４及び下方の第１段二等分線４１８は、第２段二等分線又は中心線４２６から角度がオフセットしている。光学スプリッタ／コンバイナ３００の上方又は下方の片側から形成される２入力／出力光導波路の場合、中心線４２６は、基準線と呼ばれる。前記第１段二等分線と前記中心線との望ましいオフセット角は、少なくとも５゜である。同様に、前記第２段二等分線と前記中心線の望ましいオフセット角は、少なくとも５゜である。
【００１８】
第１の入力／出力セグメント４０４及び上方の中間セグメント４２０が、滑らかな曲線を形成している。同様に、第４の入力／出力セグメント４１２及び下方の中間セグメント４２２も、滑らかな曲線を形成している。典型的な曲線は、最小曲率半径が３．２４ｍｍである。この曲線は、一般に、それぞれ、下記方程式によって表される形を備えた片側隆起正弦湾曲部である、いくつかのセグメントから構成されている：
ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／Ｌ）］）））
ここで、例えば：
ｘ＝中心線又は第２段二等分線４２６からの曲線４２０の距離、
ｚ＝中心線又は第２段二等分線４２６に沿った距離、
ｈ＝中心線又は第２段二等分線４２６から測定された分割端４０２の入力／出力における高さ、
Ｌ＝ｚの最大値、即ち、ｚ＝０及びｚ＝Ｌがセグメントの両端である。
【００１９】
次に、図６を参照すると、入力／出力セグメント４０４及び４１２の末端から第２段二等分線４２６までの経路を構成する曲線が、３つの部分から構成されている。３つの部分には、中心線又は第２段二等分線４２６に向かって進む導波路を開始する最初の片側隆起正弦湾曲部Ａ１又は上方の片側隆起正弦湾曲部が含まれている。第２の部分は、Ａ２で表示の遷移セグメントから構成される小さい対称性Ｙ接合部４１３である。小さい対称性Ｙ接合部４１３は、第１の入力／出力セグメント４０４に結合する滑らかな曲線と、上方セグメント４０７から成る２つの片側隆起正弦湾曲部Ａ２、Ａ２’から構成されている。更に、上方の中間セグメント４２０は、中心線４２６に向かって延び、中心線４２６にほぼ達すると同時に曲がって、水平即ち中心線４２６に対して平行になる片側正弦湾曲部Ａ３から構成されている。更に、Ａ１、Ａ２、及び、Ａ３の勾配は、３つの曲線が交わる位置で整合している。
【００２０】
片側隆起正弦湾曲部Ａ１は、２つの未知数ｈ及びＬを持つ上述の方程式によって定義される。未知数の１つは、この場合、Ｃｍａｘ＝πｈ／Ｌ２によって表される最大曲率（Ｃｍａｘ）から計算することが可能である。対称性Ｙ接合部Ａ２、Ａ２’は、二等分線の角度が未知数であるが、Ａ１に関するパラメータが指定されると、求めることが可能になる方程式によって定義される。一例として、上述の方程式は、Ｃｍａｘが与えられ、ｈが適切に小さい値であれば、解決することが可能である、即ち、Ｃｍａｘが与えられ、ｈが妥当な値になるように選択することができれば、全ての係数が得られる。Ａ２の傾斜が求められると、Ａ３の開始角が分かり、これによって、Ａ３のサイズ及び形状を計算することが可能になる。上述の例の場合、光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高は、０．３７５ｍｍである。
【００２１】
更に図６を参照すると、上述の、図５に示す光学スプリッタ／コンバイナ４００を構成する方法には、片側隆起正弦湾曲部Ａ１の高さ（ｈ）を推定するステップが含まれている。従って、初期推量値ｈが得られると、上方部分の高さが計算される。その結果が３．７５を超えると、ｈが短縮され、計算が繰り返される。必要があれば、即ち、光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高が、指定の設計制約を超えると、光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高と設計制約との所望の差、例えば、０．３７５ｍｍに達するまで、片側隆起正弦湾曲部Ａ１の高さを再推定すべきである。上述の推定及び計算ステップの結果は、所望の最大二次微分係数を備え、それらが交わる位置でその勾配が整合する、一連の３つの片側隆起正弦湾曲部Ａ１、Ａ２、及び、Ａ３が望ましい。
【００２２】
次に図７を参照すると、必要があれば、セグメントＡ１とセグメントＡ２の間に、直線のセグメントＡ５を挿入することが可能である。即ち、導波路間の所定の間隔が得られると、直線の間隔セグメントが必要になる可能性がある。次に、上述の推定ステップ、並びに、計算ステップ及び判定ステップを反復して、Ａ１、Ａ２、及び、Ａ３に関するパラメータを求めるべきである。片側隆起正弦湾曲部Ａ４のパラメータを計算して、上方セグメント４０７（Ａ２）の末端が、中心線４２６から所望の高さ又は距離にくるようにするのが望ましい。この時点において、Ａ４の半径が必要とされる最小値未満でないことを検証すべきである。次に、水平セグメントＡＨをＡ４の末端に付加することが可能である。セグメントＡＨを延長して、セグメントＡ１の末端の直下に終端がくるようにするのが望ましい。所望の設計基準が満たされると、上記構造が、中心線４２６のまわりに再現され、上述の構造に付加すると、図５に示す、２段のＹブランチから４：１ディバイダ／コンバイナを構成する、導波路セグメントの集合体を形成することが可能になる。
【００２３】
本明細書には、本発明の特定の実施態様が示されているが、当業者には明らかなように、本発明は、そうした制限を受けるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更が可能である。
【００２４】
上述の好適実施形態から理解されるように、本発明は、少なくとも第１段及び第２段を含む複数段のそれぞれで一対に分枝されて第１段よりも多くの光導波路枝を第２段で形成して成る光導波路を備える光学スプリッタ／コンバイナであって、前記第１段で分枝される導波路枝の二等分線と、前記第２段で分枝される導波路枝の二等分線とは、方向が相違するように設定されることを特徴とする光学スプリッタ／コンバイナを提供する。
【００２５】
換言すれば、本発明は、組み合わせ端から分割端までの間に設けられる複数段のそれぞれにおいて一つの枝が一対に分岐されて構成される光導波路を含む光学スプリッタ／コンバイナであって、該複数段のうちの一つの段で分岐される導波路枝の二等分線の方向は、他の一つの段で分岐される導波路枝の二等分線の方向と相違するよう設定されることを特徴とする光学スプリッタ／コンバイナを提供するものである。
【００２６】
即ち、組合わせ端では直線的に延びる単一の導波路であるものを、最初の段で２つに分岐し、更にその後の段でも更なる分岐を行う。この際に、後段の分岐における分岐された導波路の二等分線は、最初の段における分岐の二等分線に対して傾斜した方向を向くものとされる。
【００２７】
即ち、本発明を上述の実施形態に即して説明すると、本発明は、光学スプリッタ／コンバイナ４００であって、少なくとも第１の入力／出力セグメント４０４、第２の入力／出力セグメント４０６、第３の入力／出力セグメント４０９、及び、第４の入力／出力セグメント４１２を備える分割端４０２と、前記第１の入力／出力セグメント４０４と前記第２の入力／出力セグメント４０６を結合する上方の第１段接合部４１３が含まれており、前記第１の入力／出力セグメント４０４及び前記第２の入力／出力セグメント４０６によって、上方の第１段二等分線４１４が形成されることと、前記第３の入力／出力セグメント４０９と前記第４の入力／出力セグメント４１２を結合する下方の第１段接合部４１６が含まれており、前記第３の入力／出力セグメント４０９及び前記第４の入力／出力セグメント４１２によって、下方の第１段二等分線４１８が形成されることと、前記上方の第１段接合部４１３につながっている上方の中間セグメント４２０と、前記下方の第１段接合部４１６につながっている下方の中間セグメント４２２と、前記上方の中間セグメント４２０及び前記下方の中間セグメント４２２を結合して、単一入力／出力セグメント４３０を形成する第２段接合部４２４が含まれており、前記上方の中間セグメント４２０及び前記下方の中間セグメント４２２によって、第２段二等分線４２６が形成されることと、前記上方の第１段二等分線４１４及び前記下方の第１段二等分線４１８の角度が、前記第２段二等分線４２６からオフセットしていることを特徴とする、光学スプリッタ／コンバイナを提供する。
【００２８】
好ましくは、前記第２の入力／出力セグメント４０６に、上部セグメント４０７と、片側隆起正弦湾曲部が含まれる。
【００２９】
好ましくは、前記第２の入力／出力セグメント４０６の前記上部セグメント４０７は、前記上方の第１段接合部４１３の一部である。
【００３０】
好ましくは、前記第３の入力／出力セグメント４０９に、下方セグメント４１０と、片側隆起正弦湾曲部が含まれる。
【００３１】
好ましくは、前記第３の入力／出力セグメント４０９の前記下方セグメント４１０は、前記下方の第１段接合部４１６の一部である。
【００３２】
好ましくは、前記第２段二等分線４２６は、前記光学スプリッタ／コンバイナ４００の中心線である。
【００３３】
好ましくは、前記第１の入力／出力セグメント４０４及び前記上方中間セグメント４２０は、滑らかな曲線を形成する。
【００３４】
好ましくは、前記第１の入力／出力セグメント４０４及び前記第４の入力／出力セグメント４１２が、隆起正弦湾曲部であることと、前記隆起正弦湾曲部が、方程式：ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／Ｌ）］）））
によって表され、ここで、
ｘ＝前記第２段二等分線４２６から前記第１及び第４のセグメントの一方までの距離、
ｚ＝前記第２段二等分線４２６に沿った距離、
ｈ＝前記第２段二等分線４２６から測定した前記第１と第４のセグメントの一方の入力における高さ、
Ｌ＝前記第１の入力／出力セグメント４０４及び前記第４の入力／出力セグメント４１２の長さである。
【００３５】
好ましくは、前記第２段二等分線４２６が中心線である。
【００３６】
好ましくは、前記曲線が、前記第２段二等分線４２６に向かって曲がった最初の片側隆起正弦湾曲部、片側隆起正弦湾曲部から構成される外側部分を備えたＹ接合部、及び、前記第２段二等分線４２６と交差する時、ほぼ水平になるように曲がる、中間片側隆起正弦湾曲部からなる、３つの部分から構成されている。
【００３７】
好ましくは、前記Ｙ接合部が対称性である。
【００３８】
好ましくは、前記部分が、それぞれ、中心線に対してある勾配を有する、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間片側正弦湾曲部から構成されることと、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間片側正弦湾曲部の勾配が、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間片側正弦湾曲部が交差する位置で整合している。
【００３９】
好ましくは、前記最初の片側隆起正弦湾曲部が、２つの未知数を有する方程式によって定義される。
【００４０】
好ましくは、前記Ｙ接合部が、角度が未知数であるが、前記最初の片側隆起正弦湾曲部に関するパラメータが指定されると、求めることが可能になる方程式によって定義される。
【００４１】
好ましくは、前記Ｙ接合部の前記外側部分の傾斜が求められると、前記中間片側隆起正弦湾曲部の開始角度が分かるので、前記中間片側隆起正弦湾曲部のサイズ及び形状を計算することが可能になる。
【００４２】
好ましくは、前記オフセット角が少なくとも５゜である。
【００４３】
前記光学スプリッタ／コンバイナがモノリシック構造を成す。
【００４４】
更に本発明は、光学スプリッタ／コンバイナ４０を構成する方法であって、最初の片側隆起正弦湾曲部の高さを推定するステップと、前記光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高を計算するステップと、前記光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高が、選択されたパラメータ未満か否かを判定するステップと、前記光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高と前記選択されたパラメータの所望の差に達するまで、前記最初の片側隆起正弦湾曲部の前記高さを再推定し、前記全高を再計算するステップが含まれており、前記推定及び計算ステップの結果、一連のつながった３つの片側隆起正弦湾曲部が得られるが、前記湾曲部は、所望の最大二次微分係数を備え、また、それらが交わることになる位置で勾配が整合していることを特徴とする方法を提供する。
【００４５】
好ましくは、前記つながった３つの片側隆起正弦湾曲部に、前記第２段二等分線４２６に向かって曲がった最初の片側隆起正弦湾曲部、片側隆起正弦湾曲部から構成される外側部分を備えたＹ接合部、及び、前記第２段二等分線４２６と交差する位置で、前記第２段二等分線４２６に対して平行になる中間片側隆起正弦湾曲部からなる。
【００４６】
好ましくは、更に、前記最初の片側隆起正弦湾曲部と前記Ｙ接合部の間に直線セグメントを追加するステップと、前記推定ステップ、前記計算ステップ、及び、前記判定ステップを繰り返して、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部、及び、前記中間片側正弦湾曲部に関するパラメータを求めるステップが含まれる。
【００４７】
好ましくは、更に、前記Ｙ接合部の内側セグメントの末端部につながり、第２段接合部４２４から所望の距離に終端がくる追加片側隆起正弦湾曲部のパラメータを計算するステップが含まれる。
【００４８】
好ましくは、更に、前記追加片側隆起正弦湾曲部の半径が必要な最小値未満でないか検証するステップと、前記追加片側隆起正弦湾曲部の端部に水平セグメントを追加するステップと、水平セグメントを延長して、前記最初の片側隆起正弦湾曲部の端部のすぐ下方に終端がくるようにするステップが含まれる。
【００４９】
更に、本発明は、光学スプリッタ／コンバイナ４００を構成する方法であって、中心線のまわりに示されたもとの構造をコピーするステップと、前記もとの構造にコピーした構造を追加して、２段のＹブランチから４：１コンバイナを構成するように、まとめられた、導波路セグメントの集合体を形成するステップが含まれている方法を提供する。
【００５０】
更に、本発明は、光学スプリッタ／コンバイナ４００を利用した光学系であって、前記スプリッタ／コンバイナ４００に、少なくとも第１の入力／出力セグメント４０４及び第２の入力／出力セグメント４０６を備えた分割端４０２と、前記第１の入力／出力セグメント４０４とつながった上方の最初の片側隆起正弦湾曲部と、前記第２の入力／出力セグメント４０６とつながった下方の最初の片側隆起正弦湾曲部と、前記上方の最初の片側隆起正弦湾曲部とつながった上方遷移片側隆起正弦湾曲部と、前記下方の最初の片側隆起正弦湾曲部とつながった下方遷移片側隆起正弦湾曲部と、前記上方遷移片側隆起正弦湾曲部とつながった上方の中間片側隆起正弦湾曲部と、前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部とつながった下方の中間片側隆起正弦湾曲部と、前記下方の中間片側隆起正弦湾曲部と前記上方の中間片側隆起正弦湾曲部の組み合わせ端部を結合して、単一入力／出力セグメントを形成する接合部が含まれていることを特徴とする光学系を提供する。
【００５１】
好ましくは、前記下方の最初の片側隆起正弦湾曲部と前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部の間に配置された直線セグメントが含まれる。
【００５２】
好ましくは、前記上方の最初の片側隆起正弦湾曲部と前記上方遷移片側隆起正弦湾曲部の間に配置された直線セグメントが含まれる。
【００５３】
好ましくは、前記上方遷移片側隆起正弦湾曲部に、上方Ｙ接合部の上方の片側が含まれる。
【００５４】
好ましくは、前記上方Ｙ接合部が対称性である。
【００５５】
好ましくは、前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部に、下方Ｙ接合部の下方の片側が含まれる。
【００５６】
好ましくは、前記下方Ｙ接合部が対称性である。
【００５７】
好ましくは、前記上方の最初の片側隆起正弦湾曲部、前記上方遷移片側隆起正弦湾曲部、前記上方の中間片側隆起正弦湾曲部、前記下方の最初の片側隆起正弦湾曲部、前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部、前記下方の中間片側隆起正弦湾曲部が、方程式：
ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／Ｌ）］）））
によって表され、ここで、
ｘ＝中心線から前記曲線の一方までの距離、
ｚ＝前記中心線に沿った距離、
ｈ＝前記中心線から測定される入力における高さ、
Ｌ＝前記入力から前記接合部までの長さ である。
【００５８】
好ましくは、前記上方の最初の片側隆起正弦湾曲部及び前記下方の最初の片側隆起正弦湾曲部の少なくとも一方が、２つの未知数を備える方程式によって定義される。
【００５９】
好ましくは、前記上方Ｙ接合部が、角度が未知数であるが、前記上方の最初の片側隆起正弦湾曲部に関するパラメータが指定されると、求めることが可能になる方程式によって定義される。
【００６０】
好ましくは、前記下方Ｙ接合部が、角度が未知数であるが、前記最初の片側隆起正弦湾曲部に関するパラメータが指定されると、求めることが可能になる方程式によって定義される。
【００６１】
好ましくは、前記上方Ｙ接合部の前記上方片側部分の傾斜が求められると、前記上方の中間片側隆起正弦湾曲部の開始角度が分かるので、前記上方の中間片側隆起正弦湾曲部のサイズ及び形状を計算することが可能になる。
【００６２】
好ましくは、前記下方Ｙ接合部の前記下方片側部分の傾斜が求められると、前記下方の中間片側隆起正弦湾曲部の開始角度が分かるので、前記下方の中間片側隆起正弦湾曲部のサイズ及び形状を計算することが可能になる。
【００６３】
更に本発明は、光学スプリッタ／コンバイナであって、少なくとも第１の入力／出力セグメント４０４及び第２の入力／出力セグメント４０６を備えた分割端部４０２と、前記第１の入力／出力セグメント４０４と前記第２の入力／出力セグメント４０６を結合する上方の第１段接合部４１３が含まれており、前記第１の入力／出力セグメント４０４及び前記第２の入力／出力セグメント４０６によって、上方の第１段二等分線４１４が形成されることと、第１の端部が前記上方の第１段接合部４１３につながっており、第２の端部が入力／出力セグメントにつながっている上方の中間セグメント４２０が含まれており、前記上方の中間セグメント４２０の前記第２の端部における前記入力／出力セグメントが、前記入力／出力セグメントと前記第２の中間セグメントの交差点においてある配向をなすことと、前記上方の第１段二等分線４１４の角度が、前記上方の中間セグメント４２０の前記第２の端部において前記入力／出力セグメントの配向からオフセットしている。
【００６４】
好ましくは、前記第２の入力／出力セグメント４０６に、上方セグメント４０７と片側隆起正弦湾曲部が含まれる。
【００６５】
好ましくは、前記第２の入力／出力セグメント４０６の前記上方セグメント４０７が、前記上方の第１段接合部４１３の一部である。
【００６６】
好ましくは、前記第１の入力／出力セグメント４０４及び上方の中間セグメント４２０が、滑らかな曲線を形成する。
【００６７】
好ましくは、前記第１の入力／出力セグメント４０４が、隆起正弦湾曲部であることと、前記隆起正弦湾曲部が、方程式：
ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／Ｌ）］）））
によって表され、ここで、
ｘ＝基準線から前記第１のセグメントまでの距離であり、前記上方の中間セグメント４２０の前記第２の端部において、前記基準線と前記入力／出力セグメントの前記配向とのアライメントがとれる、
ｚ＝前記第２段二等分線４２６に沿った距離、
ｈ＝前記基準線から測定される前記第１のセグメントの入力における高さ、
Ｌ＝前記第１の入力／出力セグメント４０４の長さである。
【００６８】
好ましくは、前記曲線が、前記第２段二等分線４２６に向かって曲がった最初の片側隆起正弦湾曲部、片側隆起正弦湾曲部から構成される外側部分を備えたＹ接合部、及び、前記第２段二等分線４２６と交差する時、ほぼ水平になるように曲がる、中間片側隆起正弦湾曲部からなる、３つの部分から構成されている。
【００６９】
好ましくは、前記Ｙ接合部が対称性である。
【００７０】
好ましくは、前記部分が、それぞれ、中心線に対してある勾配を有する、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間片側正弦湾曲部から構成されることと、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間片側正弦湾曲部の勾配が、前記最初の片側隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間片側正弦湾曲部が交差する位置で整合している。
【００７１】
好ましくは、前記最初の片側隆起正弦湾曲部が、２つの未知数を有する方程式によって定義される。
【００７２】
好ましくは、前記Ｙ接合部が、角度が未知数であるが、前記最初の片側隆起正弦湾曲部に関するパラメータが指定されると、求めることが可能になる方程式によって定義される。
【００７３】
好ましくは、前記Ｙ接合部の前記外側部分の傾斜が求められると、前記中間片側隆起正弦湾曲部の開始角度が分かるので、前記中間片側隆起正弦湾曲部のサイズ及び形状を計算することが可能になる。
【００７４】
好ましくは、前記オフセット角が少なくとも５゜である。
【００７５】
好ましくは、前記光学スプリッタ／コンバイナ４００がモノリシック構造をなす。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、典型的な光導波路又は光ファイバの部分切り取り透視図、（ｂ）は、点線で導波路を示す、典型的な光導波路コンバイナ又は平面光波回路の透視図である。
【図２】先行技術による光学スプリッタ／コンバイナの図である。
【図３】先行技術による４入力導波路の図である。
【図４】先行技術による他の１つの型の４入力導波路の図である。
【図５】本発明の光学スプリッタ／コンバイナの実施態様の１つに関する図である。
【図６】図５の光学スプリッタ／コンバイナの構造に用いることが可能な片側隆起正弦湾曲部を示す図である。
【図７】図５の光学スプリッタ／コンバイナの構造に用いることが可能な片側隆起正弦湾曲部のもう１つの構成を示す図である。
【符号の説明】
４００  光学スプリッタ／コンバイナ
４０４  第１の入力／出力セグメント
４０６  第２の入力／出力セグメント
４０９  第３の入力／出力セグメント
４１０  下方セグメント
４１２  第４の入力／出力セグメント
４１３  上方の第１段接合部
４１４  上方の第１段二等分線
４１６  下方の第１段接合部
４１８  下方の第１段二等分線
４２０  上方の中間セグメント
４２２  下方の中間セグメント
４２４  第２段接合部
４２６  第２段二等分線
４３０  単一入力／出力セグメント
【図１】
0003941003.tif 000002
【図２】
0003941003.tif 000003
【図３】
0003941003.tif 000004
【図４】
0003941003.tif 000005
【図５】
0003941003.tif 000006
【図６】
0003941003.tif 000007
【図７】
0003941003.tif 000008