波分分用設備的製作方法

2023-05-22 12:48:21

專利名稱：波分分用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及特別適於與陣列波導光柵(AWG)型波分復用及分用設備配合使用的波分分用設備，此設備用于波分復用通信。
背景技術：
圖28為示出通常的陣列波導光柵型波分復用及分用設備的配置框圖。此波分復用及分用設備可作為波分復用設備和波分分用設備中的任何一個工作。在下面的描述中，波分復用和分用設備稱為MUX/DEMUX並且，除非另外指出，將用作表示波分復用設備或波分分用設備的術語。另外，對這種情況進行了描述，其中主要關注的是MUX/DEMUX具有的復用功能和分用功能中的分用功能，MUX/DEMUX的是用作波分分用設備。應該指出，在MUX/DEMUX執行波分復用功能時光的輸入和輸出方向與MUX/DEMUX執行波分分用功能時光的輸入和輸出方向相反。
參考圖28，示出的MUX/DEMUX 106包含一單個輸入波導101，輸入板(slab)102，多個信道波導103，輸出板104及n個輸出波導105，全部形成於基底100上，並使輸入波導101，輸入板102，信道波導103，輸出板104及輸出波導105可具有與周圍區域100A相比相對高的折射率。
應當指出，在下面的描述中，由具有與周圍區域100A相比相對高的折射率的材料形成的那一部分有時稱為「纖芯」，而由具有相對低的折射率的材料形成的並且包圍纖芯的另外部分有時稱為「包層」。輸入波導1，輸入板2，信道波導3，輸出板4及輸出波導5對應於纖芯，而包圍輸入波導1，輸入板2，信道波導3，輸出板4及輸出波導5的區域100A對應於包層。
在圖28所示的MUX/DEMUX 106中，當波長區中的復用光輸入到MUX/DEMUX 106的輸入波導101時，分裂為不同波長的光從輸出波導105的信道#1至#n輸出。另一方面，當多個不同波長的光輸入到輸出波導105的信道#1至#n時，從輸入波導101輸出其中所有波長的光在波長區聚束並復用的光。
下面通過與普通光譜儀(單色儀)進行比較對MUX/DEMUX 106的配置予以描述。MUX/DEMUX 106的功能例如不僅由示於圖28和29(a)的AWG型裝置，而且也由示於圖35和29(b)的光譜儀型裝置以及其他裝置實現。
圖35為示出普通光譜儀的配置的示例。參考圖35，示出的光譜儀是體衍射光柵型，並且通常難於減小衍射光柵的柵距。與此相對，AWG型光譜儀不需要柵距，只需要設計組成AWG的波導之間的長度差。
同時，圖29(a)為示出AWG型MUX/DEMUX 106的波導的纖芯形狀的示意圖並特別示出MUX/DEMUX 106的纖芯部分。圖29(a)中示出的部件(元件或部分)101至105分別對應於光譜儀的部件。
圖29(c)為示出利用波導及普通光譜儀配置的波分復用及分用設備的部件之間的相應關係的示圖。此相應關係參考圖35予以描述。示於圖35中的光譜儀110，除具有粗糙不平表面的衍射光柵113以外，還包括一個單個的輸入光纖111，輸入準直透鏡112，聚光透鏡114及n根輸出光纖115。
MUX/DEMUX 106(參考圖29(a))的部件輸入波導101，漫射並輸出波分復用雷射(它是波分分用的對象)到下一級的輸入板102。另外，如圖29(c)所示，輸入波導101在功能上與光譜儀110的輸入光纖111在下面一點上對應，即它對漫射光起一個入射狹縫作用。應該指出，圖29(a)為特別示出MUX/DEMUX 106的纖芯元件的示意圖。
與此類似，輸入板102漫射入射到輸入波導101的光並使漫射光耦合到下一級的信道波導103。輸入板102的功能對應於光譜儀110中的輸入準直透鏡112(其功能為將來自輸入光纖111的入射光功率調準並使之照射到下一級中的衍射光柵113上)。
同時，與光譜儀110的衍射光柵113對應的信道波導103使各波長的光偏轉一預定的角度，見下述，並且與聚光透鏡114對應的輸出板104將自信道波導103輸出(出射或射出)的衍射光聚光。與輸出光纖115對應的輸出波導105將發自輸出板104的出射光的光譜切去一部分。
此處，形成的信道波導103的長度不同，即示於圖28和29(a)中的MUX/DEMUX 106的最下邊位置的信道波導的長度最短，而位置較其高的任何其他信道波導的長度逐漸增加。相鄰信道波導的長度差相互相等。信道波導在波分(使光分裂為各個波長)或波分復用中起重要的作用。下面對信道波導103的動作予以描述。
圖30(a)和30(b)為分別示出圖28和29(a)所示的MUX/DEMUX 106的多個信道波導103的三個相鄰信道波導的示圖。示於圖30(a)和30(b)的信道波導131至133中的每一個都具有光波的「峰」的位置(實心點)和「谷」的位置(空心點)。此處，在信道波導131至133中傳播的光波以cos(α)(α代表相位)表示，「峰」代表相位α為2×n×π的位置，而「谷」代表相位α為(2n+1)×π的位置。應該指出，n和π分別是正整數和數π。
因此，在圖31(a)和31(b)的每一個中，兩相鄰「峰」之間的長度等於在信道波導131至133中傳播的光波的波長。具體說來，示於圖30(a)和30(b)中的光的波長分別等於λ0和λ1。
圖30(a)示出當光具有等於用于波分復用傳播的光的波長設備中的中心波長時的光的相位。信道波導103的每一個的長度都設計成為其中可包含一個在波分復用光的波長間的中心波長λ0的精確正整數的光波。更具體說，在圖30(a)的場合，信道波導103的長度設計成為在最短的波導131中包含9個中心波長λ0的波，在中間的波導132中包含10個中心波長λ0的波，而在最長的波導133中包含11個中心波長λ0的波。
例如，從圖31可見，當信道#1至#11是從短波帶起順序設定時，設定於信道#6的光的波長對應於上述的中心波長λ0。
具體說來，從圖30(a)可知，具有要從波導131至133輸出的中心波長的分量的光波在輸出板104和信道波導131至133間的板邊界線142的位置上具有同一相位。換言之，從信道波導103輸出的波長λ0的光波的等相位波面p1垂直於信道波導131至133，並且從三個信道波導131至133輸出的光被衍射向相對信道波導131至133的輸出方位角精確水平方向d1。
然而，從圖30(b)可知，比中心波長分量的波長短Δλ的波長λ1的光波在輸出板104和信道波導131至133間的板邊界線142的位置上不具有同一相位，但在信道波導131至133間偏移一個Δλ單位的另一個位置上具有同一相位。換言之，波長λ1的光波的等相位波面p2不垂直於信道波導131至133，並且從信道波導131至133輸出的光也被衍射向圖30(a)的上側方向d2。
應該指出，根據與上述類似的原理波長比中心波長λ0長Δλ的光波被衍射向圖30(b)中的下側方向。因此，由於各信道波導103的衍射方向(衍射角)取決於的光學波長值，信道波導103可分用波分復用光。
輸出板104可對單個波長的在預定方向上衍射和由信道波導103復用的光聚光，並且將聚光光提供給相應信道的輸出波導105。
與此相對，如果與從信道#1至#n輸出的光(例如，圖31所示的ch#1至ch#11的輸出)對應的特定波導的光(通常是寬度比MUX/DEMUX 106的帶寬小的頻譜的光應用于波分復用通信)輸入到輸出波導105(參考圖28)作為信道#1至#n的輸出，則所有的光被復用並從輸入波導101(參考圖28)輸出。
圖31示出上面參考圖28和29(a)所描述的MUX/DEMUX 106的光譜特性曲線和介入損耗的示例。如果對11個信道(信道(ch)#1至信道#11)波分復用光是輸入到輸入波導101，則輸出波導105輸出具有如圖31的信道#1至信道#11發出的強度的光。
作為本發明涉及的設備的AWG的基本配置和操作在例如，「IEEEJOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS.VOL.2 No.2，pp.236-250(1996)」等文獻中公開。根據本發明的波分復用和分用設備，除了本發明的特徵部分外在配置、功能和操作方面與在上述參考文獻中公開的相類似。
MUX/DEMUX 106的介入損耗是一種在該損耗下使輸出波導105的信道#1至#n中的各信道的傳輸係數表現出最大值的損耗，或換言之，是一種相對輸入光波長損耗最低的波長損耗。例如，從圖31可知，MUX/DEMUX 106的介入損耗在輸出信道(#1至#n)間是有差別的。
上面參考圖31描述的此種介入損耗主要是出現於輸入板102和各信道波導103之間的連接位置(參考示於圖30中的板邊界線122；以下稱其為節點(node))及在輸出板104和各信道波導103間的節點(參考示於圖30(a)和30(b)中的板邊界線142)。
圖32(a)至32(c)每一個都是示出在上述輸入板102和信道波導103間的節點處的介入損耗出現的係數的示圖。特別是，圖32(a)示出MUX/DEMUX 106的基本部分，而圖32(b)示出放大的輸入板102，同時圖32(c)示出進一步放大的輸入板102和信道波導103間的節點。
如注意到輸入板102和信道波導103間的節點如圖32(c)所示那樣位於其上的板邊界線122，從輸入板102向著信道波導103前進的光8中，由信道波導103傳送的光85是有效的，但抵達間隙部123的光受到散射而成為無效光86，並因而成為損耗。
作為減小上述這種介入損耗的第一種對策，可使用圖33(a)所示的這種輸入板102-1作為圖28所示的MUX/DEMUX 106的輸入板。示於圖33(a)的輸入板102-1具有減小的信道波導距離dc，結果使信道波導103的連接損耗減小。
特別是，如信道波導距離dc可在寬度w、焦距f(從信道波導中心21到信道波導103的進入位置的距離)和信道波導數固定的條件下，如圖33(b)所示，則信道波導的連接損耗可減小。
下面，在段落(1-1)至(1-3)描述有待解決的課題。
(1-1)然而，在示於圖28的MUX/DEMUX 106中，由於在輸入板102和信道波導103間的節點的形狀及輸出板104和信道波導103間的節點的形狀是互相對稱的，如輸入板102側的信道波導103之間的信道波導距離dc(參考圖33(a))減小，則輸出板104側的信道波導103之間的距離(圖中未示出)也減小。在此種情況下，出現的缺點是在下述的輸出板104的附近在信道波導103中傳播的光結合到一起並互相干擾。
特別是，一個光波導具有的一個特徵是，當多個波導互相接近使其間的距離變小，在波導中傳播的光結合到一起。因此，如使信道波導103之間的距離變小，則在信道波導103中傳播的光在輸出板104的附近結合到一起並互相干擾。另外，如圖30(b)中所示，MUX/DEMUX 106作為波分復用及分用設備工作，因為在信道波導131至133中傳播的光中在信道波導131至133的輸出孔142處產生相位差。
此處，如假設在輸出板104附近信道波導131至133之間的距離減小，一直到在信道波導131至133中傳播的光結合到一起，則相位變化並且波分分用功能下降(降低)。因此，示於圖28的MUX/DEMUX 106具有一個有待解決的課題，即不可能減小輸入板102和信道波導103間的節點間距離(示於圖32(c)和33(a)的信道波導距離dc)和輸出板104和信道波導103間的節點間的距離(圖中未示出)作為減小介入損耗的方式。
(1-2)作為減小示於圖28的輸入板102和輸出板104和信道波導103的連接(散射)損耗的第二種對策，可以形成例如如圖34(a)所示的這種信道波導103-1。
特別是，從圖34(a)可知，在信道波導103-1連接到輸入板102的輸入側節點107處，形成其寬度隨著與輸入板102的距離的增加而減小的錐形連接分支162(在下面的描述中，此種波導寬度隨錐形連接分支而變小的模式稱為錐形模式或錐形)。
在示於圖34(a)中的對策中，輸入側節點107的散射損耗隨錐形連接分支162連接到輸入板102的寬度增加而減小。
然而，在應用了參考圖34(a)所描述的具有此種錐形連接分支162的信道波導103-1的MUX/DEMUX 106中，下面描述的此種高次模光(higher-order mode light)是在形成於下述輸入板和信道波導間的錐形連接分支162中激發，並且此受激高次模光輻射到信道波導(纖芯)的外部而造成損耗。
從輸入板102進入錐形連接分支162的光在作為纖芯而形成的錐形連接分支162中傳播，同時強度峰分裂為兩個(在高次模光激發的地點)並在其後結合為一個。在其中峰的數目改變的過程中，一部分光(對應於高次模光)輻射到信道波導(纖芯)103-1的外部而造成損耗。
因此，將應用了示於圖34(a)中的信道波導103-1的MUX/DEMUX 106也具有有待解決的課題，即它的困難是存在輻射到信道波導103-1的外部的高次模光的強度-分用光損耗。
(1-3)如在上面段落(1-1)中所述，必須防止在信道波導103中傳播的光在信道波導103的輸出孔處結合併保持利用其進行波分復用及分用操作的相位差(例如，在圖30(b)的信道波導103中的傳播的光之間的相位差)。為達到此目的，就要求保持輸出板104側的信道波導103之間的大距離。
另外，必須使間隙(例如，示於圖32(c)中的間隙部123)很小。為達到此目的，就要求使輸入板102側的信道波導103之間的距離(示於圖32(c)和32(a)中的信道波導距離dc)小。
發明概述本發明的一個目的是提供一種波分復用及分用設備，其類型為其中的輸入板和輸出板的形狀互相對稱，藉此，當在輸出板和信道波導之間節點處的信道波導之間保持很大距離時，可使輸入板和信道波導之間節點處的信道波導之間的距離很小並從而減小損耗。
本發明的另一個目的是提供一種波分分用設備，該設備可抑制高次模光的激發而減小由此種高次模光引起的損耗。
為達到上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種波分分用設備，其構成包括一個基底；一個位於基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於基底上用來使從第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收經第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的波分復用光並通過對多個波長分量中的每一個進行聚光將此接收到的波分復用光分用為多個波長；以及一個位於基底上的第二波導，用來使經第二板分用的光於其中傳播；信道波導和第一板在多個節點處互相光學耦合，該節點數比信道波導和第二板在多個節點處互相光學耦合的節點數大。
根據本發明的另一個方面，提供一種波分分用設備，其包括一個基底；一個位於基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於基底上用來使從第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收經第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的波分復用光並通過對多個波長分量中的每一個進行聚光將此接收到的波分復用光分用為多個波長；以及一個位於基底上的第二波導，用來使經第二板分用的光於其中傳播；各信道波導在信道波導與第一板光學連接的部分的附近都具有多個使來自第一板的波分復用光輸入的通過纖芯的分支或波導；以及一個與通過纖芯的分支或波導結合形成整體的合併部，用來使來自通過纖芯的分支或波導的波分復用光光學耦合。
在此情況下，最好是通過纖芯的分支或波導中的每一個都具有一個寬度該寬度使輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉，高次模光是模(mode)比零次模高的光，並且在合併部以這一寬度形成耦合接觸，該寬度使輸入到其中的分布光的高次模光可被激發。
還有，最好是通過纖芯的分支或波導中的每一個以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的合併部的部分向著第一板以錐形方式減小。
通過纖芯的分支或波導的每一個都可具有一個其寬度從其相鄰的合併部的部分向著第一板以錐形方式減小的錐形部，並且具有一個固定寬度小的波導，該波導具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等於錐形部在其寬度最小處的寬度以使第一板與錐形部互相光學連接。
在此情況下，第一板與各信道波導的邊界界面可形成為弧形，其中心位於漫射進入的並從第一板輸入到邊界界面的漫射光的漫射中心，並且通過纖芯的分支或波導的每一個都可具有一個位於漫射中心延長線上的中心軸。
根據本發明的再一個方面，提供一種波分分用設備，其包括一個基底；一個位於基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於基底上用來使從第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收經第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的波分復用光並通過對多個波長分量中的每一個進行聚光將此接收到的波分復用光分用為多個波長；以及一個位於基底上的第二波導，用來使經第二板分用的光於其中傳播；各信道波導在信道波導與第一板光學連接的部分的附近都具有每個都包含多個一次分路連接分支的多組一次耦合部用來接收來自第一板的波分復用光和一個用來光學耦合來自一次分路連接分支的波分復用光的一次合併部；以及一個包含多個二次分路連接分支的二次耦合部用來接收經一次耦合部耦合的波分復用光和一個用來光學耦合來自二次分路連接分支的波分復用光的二次合併部。
在此情況下，最好是通過纖芯的分支或波導中的每一個都具有一個寬度，該寬度使輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉，並且在合併部以這一寬度形成耦合接觸，該寬度使輸入到其中的波分復用光的高次模光可被激發。
還有，第一板與各信道波導的邊界界面可形成為弧形，其中心位於漫射進入的並從第一板輸入到邊界界面的漫射光的漫射中心，並且在信道波導光學耦合到第一板的部分的附近的信道波導的每一個都可具有一個位於漫射中心延長線上的中心軸。同時，各分路連接分支以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的合併部的部分向著第一板以錐形方式減小。
最好是，分路連接分支的每一個都具有一個其寬度從其相鄰的合併部的部分向著第一板以錐形方式減小的錐形部，並且具有一個固定寬度小的波導，該波導具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等於錐形部在其寬度最小處的寬度以使第一板與錐形部互相光學連接。
根據本發明的另外再一個方面，提供一種波分分用設備，其構成包括一個基底；一個位於基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於基底上用來使從第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收經第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的波分復用光並通過對多個波長分量中的每一個進行聚光將此接收到的波分復用光分用為多個波長；以及一個位於基底上的第二波導，用來使經第二板分用的光於其中傳播；各信道波導都這樣形成，即其對第一板的一個節點具有一寬度為可使分開的光的高次模光被激發，並且其寬度隨著遠離第一板而以錐形方式減小，以這種方式對各信道波導提供一個反射率小於信道波導反射率的島形形成區，即將信道波導在信道波導光學耦合到第一板的其附近處分割為多個波導部。
在此情況下，由島形區分割的各信道波導的各波導部都可形成為一個波導，通過它使得輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉，並且在分割波導部互相耦合處的波導可具有一寬度，該寬度可使輸入到其中的波分復用光的高次模光被激發。
還有，在此波分分用設備中，第一板與各信道波導的邊界界面可形成為弧形，其中心位於漫射進入的並從第一板輸入到邊界界面的漫射光的漫射中心，並且在信道波導光學耦合到第一板的部分的附近的信道波導的每一個都可具有一個位於漫射中心延長線上的中心軸。
根據本發明的另外又一個方面，提供一種波分分用設備，其包括一個基底；一個位於基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於基底上用來使從第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收經第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的波分復用光並通過對多個波長分量中的每一個進行聚光將此接收到的波分復用光分用為多個波長；以及一個位於基底上的第二波導，用來使經第二板分用的光於其中傳播；各信道波導在信道波導與第一板光學連接的部分的附近都包含多個級聯成為多個樹狀配置級的耦合波導用來使輸入其中的分布光光學連接和傳播。
結合附圖，本發明的上述的及其他目的、特徵及優點由下面的描述及後附的權利要求將很清楚，其中相同的部分或元件以相同的標記表示。


圖1為示出根據本發明的第一實施方式的波分復用及分用設備用作波分分用設備的示意圖。
圖2和圖3為示出圖1的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖4(a)為示出在傳統的波分復用及分用設備的信道波導中光的傳播的示意圖，而圖4(b)為示出圖1的波分復用及分用設備的工作情況的類似的示意圖。
圖5為示出根據圖1的波分復用及分用設備的修改的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖6為示出根據本發明的第二實施方式的波分復用及分用設備用作波分分用設備的示意圖。
圖7為示出圖6的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖8(a)為示出在傳統的波分復用及分用設備的信道波導中光的傳播的示意圖，而圖8(b)為示出圖6的波分復用及分用設備的工作情況的類似的示意圖。
圖9為示出根據本發明的第3實施方式的波分復用及分用設備用作波分分用設備的示意圖。
圖10為示出圖9的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖11為示出根據圖9的波分復用及分用設備的修改的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖12為示出根據本發明的第4實施方式的波分復用及分用設備用作波分分用設備的示意圖。
圖13和14為示出圖12的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖15(a)為示出圖12的波分復用及分用設備的輸入側節點的工作情況的示意圖，而圖15(b)為示出圖1的波分復用及分用設備的輸入側節點的工作情況的類似的示意圖。
圖16為示出根據圖12的波分復用及分用設備的修改的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖17為示出在傳統的波分復用及分用設備的信道波導中光的傳播的示意圖。
圖18為示出圖16的修改的波分復用及分用設備的工作情況的示意圖。
圖19為示出根據本發明的第5實施方式的波分復用及分用設備用作波分分用設備的示意圖。
圖20和21為示出圖19的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖22(a)為示出圖19的波分復用及分用設備的工作情況的示意圖，而圖22(b)為示出圖12和13的波分復用及分用設備的信道波導中光的傳播的示意圖。
圖23為示出根據圖19的波分復用及分用設備的修改的波分復用及分用設備的一部分的示意圖。
圖24至27為示出根據本發明的不同實施方式數個波分復用及分用設備用作波分分用設備的示意圖。
圖28為示出傳統的波分復用及分用設備的示意圖。
圖29(a)為示出AWG型波分復用及分用設備的配置的示意圖，圖29(b)為示出通常的光譜儀配置的示例，而圖29(c)為示出利用波導和傳統的光譜儀配置的波分復用及分用設備的部件之間的對應關係的示圖。
圖30(a)和30(b)為示出波導型衍射光柵工作原理的示意圖。
圖31為示出圖30(a)和30(b)中示出的波導型衍射光柵的工作情況的曲線圖。
圖32(a)至32(c)為示出在輸入板和信道波導間的節點上的介入損耗的出現率的示意圖。
圖33(a)為示出減小介入損耗的第一對策的示意圖，圖33(b)為示出圖33(a)的第一對策的工作情況曲線圖。
圖34(a)為示出減小介入損耗的第二對策的示意圖，圖34(b)為示出圖34(a)的第二對策的工作情況曲線圖。
圖35為示出普通光譜儀的配置示例的示意圖。
具體實施例方式
(a)第一實施方式圖1示出將根據本發明的第一實施方式的波分復用及分用設備應用於其上的MUX/DEMUX 10的基本部件並特別示出組成MUX/DEMUX 10的光學波導裝置的纖芯的圖形。另外，圖2特別示出在作為MUX/DEMUX10的部件的輸入板2和信道波導3間的連接部的纖芯圖形。
根據本實施方式的MUX/DEMUX 10的構成，例如，包括一折射率大約為1.551和厚度大約為20μm的內包層，一折射率大約為1.5588和厚度大約為7μm的纖芯及一折射率大約為1.551和厚度大約為20μm的外包層，所有這些，例如，可都在上面參考圖28描述的矽基底100上通過將SiO2利用CVD(化學氣相澱積)法澱積和光刻工序結合而形成。
特別是，上述的MUX/DEMUX 10的纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區為內包層或外包層所包圍。結果，纖芯被折射率相對低的包層所覆蓋，於是可使光在約束狀態下沿纖芯傳播。
從圖1可知，MUX/DEMUX 10的纖芯具有一整體形成於其上的圖形，作為輸入波導(第一波導)1用來使多個信道的波分復用光傳播；一輸入板(第一板)2，用來使從輸入波導1輸入的光漫射；多個具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導3，用來接收經輸入板2漫射的波分復用光和使其相互分開在波導中傳播；一個輸出板(第二板)4，用來接收經多個信道波導3相互分開傳播的波分復用光並通過對多個波長分量中的每一個進行聚光將此接收到的波分復用光分用為多個波長；以及一個輸出波導5，用來使經輸出板4聚光的光於其中傳播。
下面對各部件予以詳細描述。
輸入波導1引導從圖1中的左側輸入到其中的光並將其送給輸入板2。由於輸入板2的形狀為在平行基底的方向上延伸(例如，在圖28中以標號100表示的元件)，在輸入板2中傳播的光不受約束並在橫向方向上漫射(發散)。因此，通過輸入波導1入射到輸入板2的光在入射光漫射中心21從中心在徑向方向上漫射(diffuse)並進入信道波導3。在此處，在輸入板2和信道波導3間的板邊界線22(參考圖2)的形狀是一個弧形，其半徑f的中心位於入射光漫射中心21。因此，從圖1中的入射光漫射中心21漫射的光進入多個信道波導3的相位相同。信道波導3這樣形成，即使得其相鄰波導的長度差在從輸入板2到輸出板4互相都相等。
由於長度差，當引入信道波導3的相鄰信道波導的光通過信道波導3並進入信道波導3的輸出孔44時，它們表現出如圖30(b)所示的相位差。在此處，輸出孔44對應於信道波導3和輸出板4間的連接部44。由於信道波導3具有生成這種相位差的功能，它們就被稱為相位陣列。另外，信道波導3的相鄰波導之間的長度差設計為等於中心波長λ0的m倍。此處，m是正整數並稱為信道波導3的「次」或相位陣列的「次」。
這樣，通過信道波導3並進入信道波導3的輸出孔44的光具有一依波長而異的等相波面。此等相波面的情況，例如，如示於圖30(a)或30(b)中的d1或d2所標記。
另外，在輸出板4中，信道波導3和輸出板4間的板邊界線42和輸出孔44的形狀都是曲線，其半徑r類似於輸入板2中的半徑。因此，從信道波導3的輸出孔44輸出到輸出板4的光在半徑r的弧線中心處聚光，半徑r確定輸出板4和輸出孔44的設置位置。嚴格講，在從信道波導3的輸出孔44輸出的光的波長短於中心波長時，光聚光於圖2中的比較靠近上方處，而在從信道波導3的輸出孔44輸出的光的波長長於中心波長時，光聚光於圖1中的比較靠近下方處。
另外，輸出波導5的位置使得其一端位於所要求的波長可聚光的位置，而輸出波導5的另一端用作輸出端子。通常，某個其他光學部件的光纖或輸出端子與此輸出波導5的輸出端相連接。
對輸入波導1，輸入板2，輸出板4和輸出波導5，可使用基本上與上面參考圖28所描述的元件類似的元件(參考標號101，102，104和105)。
如上所述，信道波導3具有一系列的不同的波導長度，信道波導的各相鄰波導之間具有一預定的波長差，使在各信道波導3中傳播的光偏轉(分用)一預定的特定角度，此角度在波分復用光的不同的波長中是不同的，並且偏轉光輸出到輸出板4。另外，所形成的信道波導3的中間部互相之間隔著必需的距離，以使其中傳播的光不會互相干擾。
應該指出，輸入波導1和輸出波導5的寬度(纖芯圖形的寬度)和信道波導3的中間部的波導寬度，除去相對的端部6和7(纖芯圖形寬度)可設定為大約7μm。
另外，通過將中心波長λ0設定為1.552μm，將信道波導次數m設定為3至30，將信道波導3的有效反射率設定為大約1.552，則信道波導的相鄰波導之間的長度差可設定為大約30μm。
同時，與輸出板4相鄰的信道波導3的端部7的形狀為其寬度隨著與輸出板4的距離的增加而以錐形方式減小。特別是，在其節點處信道波導3到輸出板4的距離dc2是22μm，而在錐形端部的寬度(圖1中的Wmax)是19μm，並且信道波導3的錐形部的長度是2.5mm。
在第一實施方式中MUX/DEMUX 10的輸入板2和輸出板4的半徑f兩者都大約為6.2mm，而輸入板2和輸出板4的寬度大約為1mm。換言之，板邊界線22，節點24，板邊界線42和連接部44都位於半徑為6.2mm的弧線上。
此處，與輸入板2相鄰的信道波導3的端部6具有如下所述的配置，此配置是本發明的特徵。
特別是，信道波導3和輸出板4於其處互相光學連接的節點的數目(即輸入板2和各信道波導3之間的節點24的數目)大於各信道波導3和輸入板2於其處互相連接的節點連接部的數目。更具體說，從圖3可知各信道波導3到信道波導3與輸入板2光學連接處的部分的相鄰端部，即與輸入板2相鄰的各信道波導3的端部6，都是由來自輸入板2的波分復用光輸入到其中的兩個分路連接分支61和與分路連接分支61形成整體以便將來自分路連接分支61的波分復用光進行光學耦合的一個合併部69形成的。
結果，信道波導3和輸入板2互相光學連接處的位置之間的距離(例如，示於圖2中的信道波導距離dc11或dc12)可減小，並且由間隙部(如圖32(c)中以標號123表示的部分)引起的損耗量減小。應該指出，在此這種情況下，在輸入板2和信道波導3間的節點24處的信道波導距離(圖2中的dc1)一般可設定為大約22μm，在板邊界線22上的分路連接分支61之間的距離(圖1和2中的dc11)為大約11μm，從板邊界線22到分路連接分支61在合併部69中互相結合點的波導長度為大約5mm，而在分路連接分支61互相結合之後的錐形部的波導長度為大約1mm。
示於圖2和3的兩個分路連接分支61這樣形成使得與輸入板2相鄰的各信道波導3的端部6的中心軸31通過位於兩個分路連接分支61間的間隙部G1的中心，並且中心軸31通過入射光漫射中心21。換言之，各信道波導3的端部6的中心軸31與進入信道波導3的入射光的光軸重合。
另外，兩個分路連接分支61中的每一個都這樣配置，即它具有寬度W2，該寬度使從輸入板2輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉。另外，兩個分路連接分支61間的合併部69的耦合點這樣形成，即其具有寬度W1，該寬度使輸入到其中的波分復用光的高次模光可被激發。
通過剛才描述的形成方式所提供的效果是通過參考圖4(a)和4(b)對本發明的MUX/DEMUX 10和傳統的MUX/DEMUX的工作情況進行比較而描述的。
圖4(a)示出在傳統的MUX/DEMUX的信道波導中光的傳播。參考圖4(a)，如果入射光8引入各錐形連接分支162，則當幾乎全部的光作為第0次模光80a傳播時，在信道波導3和輸入板2間的節點24附近部分光作為第二次模光82激發。然而，由於信道波導162為尖端向著圖4(a)的右側的錐形，在其在信道波導162中前進預定的距離之後第二次模光82被切掉。結果，第二次模光82輻射到波導(纖芯)162的外部(參考圖4(a)的標記P22)並變成損耗。
與此相對，在示於圖1至3中的各信道波導3中，各分路連接分支61是由小寬度W2的波導形成的，於是高次模光可在其中切掉。
圖4(b)示出第一實施方式的MUX/DEMUX的工作情況。如入射光8引入到各分路連接分支61，如圖4(b)所示，則只有第0次模光80a沿分路連接分支61傳播，並且，因此，不會出現損耗。
另外，當合併部69的形成寬度為可使高次模光，如第一次模光，激發的寬度W1時，由於從分路連接分支61之一入射的第一次模光(例如，在圖4(b)中的分路連接分支61的上部分支)和另外一個從分路連接分支61之另外一個分支入射的第一次模光(例如，在圖4(b)中的分路連接分支61的下部分支)互相抵消，不會出現由高次模光引起的損耗。
應該指出，在此場合，分路連接分支61的波導長度可設定為大約5mm，在分路連接分支61在合併部69中互相結合之後的錐形部的波導長度為大約1mm，而在合併部69中錐形波導部的最大寬度為大約16μm。
在根據具有上述配置的第一實施方式的波分復用及分用設備10中，如果包含多個波長分量的光(波分復用光)輸入到輸入波導1，則波分復用及分用設備10作為波分分用設備工作，該設備在輸出波導5的信道#1至#n為各自信道輸出波分-分用(波長-分裂)的光。另一方面，波分復用及分用設備10也作為波分分用設備工作，將輸入到其中的輸出波導5的信道#1至#n的光進行波分復用並通過輸入波導1輸出波分復用光。
另外，信道波導3以在不同的波長中不同的出射角輸出波分復用光到輸出板4，與上面參考圖30進行的描述的情況類似，從而將波分復用光分用為不同波長的光。輸出板4對不同波長的分用光進行準直以使同一波長的光聚光於各輸出波導5的入射點。結果，輸出波導5可使不同波長的光在互相不同的信道中傳播。
這樣，利用根據本發明的第一實施方式的波分分用設備，由於信道波導3和輸入板2互相光學耦合處的節點之間的距離dc11和dc12減小，或換言之，由於輸入到與輸入板2相鄰的信道波導3的端部6的波分復用光的角間距減小，輸入板2和信道波導3間的連接損耗可減小。
另外，利用根據本發明的第一實施方式的波分分用設備，不會出現在傳統的波分分用設備中由高次模光的輻射引起的這類損耗，並且因此，可減小由波分分用設備造成的損耗。
應該指出，各分路連接分支61也可具有另外的配置，使其中心軸32a位於如圖5所示的入射光漫射中心21的延長線上。這種配置可進一步減小損耗。
在上述第一實施方式中各信道波導3具有兩個分路連接分支61和一個合併部69，但本發明不限於此種配置，並且波分分用設備既可包含一個或多個具有兩個分路連接分支61的信道波導和一個合併部69，也可包含一個或多個不具有兩個分路連接分支61和一個合併部69這種幾何構成的信道波導。還是在剛剛描述的配置中，至少輸入板2和信道波導3間的連接損耗可減小。(b)第二實施方式圖6示出根據本發明的第二實施方式用作波分分用設備的MUX/DEMUX 10-1的主要部件，特別示出組成MUX/DEMUX 10-1的光學波導裝置的纖芯的圖形。
還是在根據第二實施方式的MUX/DEMUX 10-1中，與在上述的第一實施方式中的MUX/DEMUX 10中類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區為內包層或外包層所包圍，於是可使光在約束狀態下沿纖芯傳播。
雖然根據第二實施方式的MUX/DEMUX 10-1在其信道波導3-1的配置上不同於上述第一實施方式的配置(參考標號10)，其配置的其餘部分則與上述第一實施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成於其上的結構，除了其特性為第二實施方式所特有的信道波導3-1之外，其作用對應於輸入波導1，輸入板2，輸出板4和輸出波導5，與上述的第一實施方式的這些部件類似。
在此第二實施方式中，各信道波導3-1這樣配置，即其與輸入板2光學耦合的部分的相鄰部分，即與輸入板2相鄰的各信道波導3-1的端部6-1，形成為錐形連接分支62(參考圖7)，其寬度在端部6-1與輸入板2的連接部最大，並隨著與輸入板2的距離的增加而以錐形方式減小。信道波導3-1與輸入板2的連接部這樣形成，即其寬度Wmax大於輸入到連接部的波分復用光的高次模光可被激發的最小寬度。
另外，在信道波導3-1具有高次模光可被激發的寬度的各信道波導3-1的位置附近，提供一個島形形成區34(參考圖7)，其周圍為形成信道波導3-1的區域並且具有小於信道波導3-1的折射率。
例如，如圖7所示，各信道波導3-1的端部7這樣形成，即類似於端部6-1，其寬度設定成為在其端部與輸入板2的連接部寬度Wmax，並隨著與輸出板4的距離的增加而以錐形方式減小。另外，在信道波導3-1的端部6-1形成這樣一個島形形成區34，其周圍為形成信道波導3-1的區域以便從信道波導3-1具有可使高次模光激發的大致最小寬度的波導位置C1延伸到板邊界線22上的位置C2。
至於在島形形成區34的頂點位置A的波導位置C1處的信道波導3-1的寬度W1，信道波導3-1可以以錐形方式大致至少這一寬度(例如，大約為16μm)形成，該寬度可使高次模光激發，除端部6-1和7之外的其中間部的寬度為大約7μm，並且錐形連接分支62a的長度大約為1.5至5mm。
另外，由島形形成區34分割的波導61a-1和61a-2形成具有可使輸入的波分復用光的高次模光(第2次模光)被切掉的寬度的波導。另外，當波導61a-1和61a-2在波導位置C1處結合在一起，在波導61a-1和61a-2結合處信道波導3-1具有的波導寬度為可使輸入到其中的波分復用光的高次模光被激發。
利用第二實施方式的波分分用設備，由於信道波導3和輸入板2在該處互相光學耦合的節點24之間的距離減小，所以由間隙部(在圖32(c)中以標號123標標註的部分)引起的損耗量減小。另外，與上述第一實施方式的情況類似，高次模光由波導61a-1和61a-2切掉。另外，在波導位置C1由來自波導61a-1和61a-2的入射光激發的高次模(第1次模)光可在波導位置C1處互相抵消，因此不會發生由高次模光輻射造成的損耗，結果可減小損耗。
在圖6和7中示出的信道波導3-1中，由於作為分路連接分支的波導61a-1和61a-2是由一個寬度減小為W2的波導所形成而可切掉高次模光，所以當入射光8引入波導61a-1和61a-2時，從圖8(b)可知，在波導61a-1和61a-2中不會出現損耗，因為其中傳播的只有第0次模光80a。
應該注意，圖8(a)示出在傳統的MUX/DEMUX的信道波導中光的傳播。
還是在具有上述配置的作為根據本發明的第二實施方式的波分分用設備而使用的MUX/DEMUX 10-1中，當包含多個波長分量的光(波分復用光)輸入到輸入波導1時，從輸出波導5的信道#1至#n輸出各個信道波分-分用(波長-分裂)的光。
另外，由於入射到與輸入板2相鄰的信道波導3的端部6-1的波分復用光的角間距(即波分復用光入射到信道波導3的角度之間的距離)由於島形形成區34而減小，當得到可使波分復用光的高次模光被切掉的波長寬度時，可減小像間隙部(參考圖32(c)的標號123)這種引起損耗的原因。
特別是，入射到與輸入板2相鄰的各信道波導3的端部6-1中的波分復用光在信道波導3中傳播時高次模光被切掉。另一方面，由於第1次模光在波導61a-1和61a-2結合在一起的波導部C1處互相抵消，在信道波導3中傳播的只是第0次模光，而波分復用光的損耗可減小。
這樣，利用根據本發明的第二實施方式的波分分用設備，由於信道波導3和輸入板2在該處互相光學耦合的節點24之間的距離減小，或換言之，由於入射到與輸入板2相鄰的信道波導3-1的端部6-1的波分復用光的角間距減小，所以可使輸入板2和信道波導3-1之間的損耗減小。(c)第三實施方式圖9示出根據本發明的第3實施方式用作波分分用設備的MUX/DEMUX 10-2的主要部件，特別示出組成MUX/DEMUX 10-2的光學波導裝置的纖芯的圖形。
還是在根據第三實施方式的MUX/DEMUX 10-2中，與上述的實施方式類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區為內包層或外包層所包圍，於是可使光在約束狀態下沿纖芯傳播。
雖然根據第三實施方式的MUX/DEMUX 10-2在其信道波導3-2的配置上不同於上述實施方式的配置(參考標號10和10-1)，其配置的其餘部分則與上述實施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成於其上的結構，除了其特性為第三實施方式所特有的信道波導3-2之外，其作用對應於輸入波導1，輸入板2，輸出板4和輸出波導5，與上述的實施方式的這些部件類似。
特別是，如圖10所示，各信道波導3-2的端部6-2都具有一對一次耦合部610，其中包含4個一次分路連接分支611，用來接收來自輸入板2的波分復用光，和兩個一次合併部612，用來使來自一次分路連接分支611的波分復用光光學耦合，以及一個二次耦合部620，其中包含兩個二次分路連接分支621，用來接收由一次耦合部610耦合的波分復用光，和一個二次合併部622，用來使來自二次分路連接分支621的波分復用光光學耦合，兩者互相形成一個整體。
特別是，在第三實施方式中的MUX/DEMUX 10-2中，各信道波導3-2在4個節點處與輸入板2形成一個整體。換言之，各一次耦合部610和二次耦合部620形成為耦合波導，用來光學耦合多個波分復用光並傳播所獲得的波分復用光，並且都是用作耦合波導的一次耦合部610和二次耦合部620級聯成為兩個樹狀級。
各信道波導3-2的4個一次分路連接分支611這樣形成，即在與輸入板2相鄰的信道波導3-2的端部6上的其中心軸31(參考圖10)通過位於兩個一次分路連接分支611間的間隙部G2的中心，而中心軸31的延長線通過入射光漫射中心21(參考圖9)。換言之，各信道波導3-2的端部6-2的中心軸31與入射光的光軸重合。
應該指出，在圖10中，一次分路連接分支611的寬度可設定為大約71μm，而一次分路連接分支611之間的距離dc11可設定為16μm。
特別是，在圖9和10中示出的信道波導3-2中，由於用作分路連接分支的一次分路連接分支611和一次合併部612每個都是由固定寬度，例如為大約7μm以使高次模光可被切掉的波導形成的，因此，例如，如入射光進入一次分路連接分支611，則由於在一次分路連接分支611中只允許第0次模光傳播，其中不會出現損耗。
與此類似，雖然二次耦合部620的二次分路連接分支621隻傳播來自一次耦合部610的波分復用光，由於各二次分路連接分支621是由固定寬度，例如為大約27μm的波導形成的，它只傳播第0次模光。應該指出，各一次合併部612和二次合併部622的形成，與上述第一實施方式中的相應的部分(參考圖1至5的標號69)類似，其寬度可使來自上遊側的一次分路連接分支611和二次分路連接分支621的波分復用光的高次模光可互相抵消。
利用根據本發明的第三實施方式的波分復用及分用設備，由於在輸入板2和信道波導3間的節點24之間的距離可進一步減小，所以由間隙部(如在圖32(c)中以標號123表示的部分)引起的損耗量可減小。除此之外，在輸出板4和信道波導3-2間的連接部44之間的信道波導距離，與上述實施方式中的相比較可增加，而在信道波導3-2的端部7處光的幹擾可得到進一步的抑制。於是，此波分分用設備可有效防止在波導折射率差比較小而容易出現光的幹擾(耦合)時的光的幹擾(耦合)。
另外，雖然在上述的第三實施方式中各信道波導3-2的端部6-2具有級聯成為兩級樹狀配置的一次耦合部610和二次耦合部620，根據本發明，端部6-2不限於這種具體配置，並且端部6-2可利用與上述一次耦合部610和二次耦合部620的配置類似的配置作為耦合波導另外進行配置，此種耦合波導也可是多於兩級的級聯樹狀配置。
另外，在用作根據上述第三實施方式的波分分用設備的MUX/DEMUX 10-2中，例如，各一次分路連接分支611可形成為其中心軸32c與來自入射光漫射中心21的入射光的光軸重合，如圖11所示。上面剛剛描述的配置可提供與參考圖11所描述的配置類似的優點。(d)第四實施方式圖12至14示出本發明的第四實施方式。更具體說，圖12示意地示出用作根據本發明的第四實施方式的波分分用設備的MUX/DEMUX10-3的主要部件，並特別示出組成MUX/DEMUX 10-3的光學波導裝置的纖芯的圖形。圖13示意地放大示出輸入波導1，輸入板2和信道波導3的一部分，而圖14示意地示出與輸入板2相鄰的信道波導3-3中的一個的端部6-3。
還是在根據第四實施方式的MUX/DEMUX 10-3中，與上述的實施方式類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區為內包層或外包層所包圍，於是可使光在約束狀態下沿纖芯傳播。
雖然根據第四實施方式的MUX/DEMUX 10-3在其信道波導3-3的配置上不同於上述實施方式的配置(參考標號10)，其配置的其餘部分則與上述實施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成於其上的結構，除了其特性為第四實施方式所特有的信道波導3-3之外，輸入板2，輸出板4和輸出波導5，與上述實施方式的這些部件類似其作用對應於輸入波導1。
在第四實施方式中的各信道波導3-3在其與輸入板2光學連接的部分的附近的部分即其與輸入板2相鄰的端部6-3都具有一個特徵性的纖芯結構。
特別是，第四實施方式的MUX/DEMUX 10-3的各信道波導3-3的端部6-3(參考圖12或13)都具有，如圖14所示，一對錐形部65p，每個的寬度在輸入板2的節點24處都為一個小寬度Wp，並且隨著與輸入板2的距離的增加而增加到Wo。此處，如寬度Wo設定為7μm和寬度Wp設定為2μm，則輸入板2和信道波導3間的連接損耗，與第一及第二實施方式相比較可以減小。
於是，各分路連接分支65都具有一個錐形部65p，其結構為其寬度在與輸入板2的距離減小時以錐形方式減小。換言之，各信道波導3-3在其端部6-3都具有兩個分路連接分支65，其中每個都有一個錐形部65p和一個合併部69，信道波導3-3與輸入板2形成一個整體，並且輸入板2與信道波導3-3互相光學連接。
應該指出，分路連接分支65這樣形成，如圖14所示，在各信道波導3-3的端部6-3上的其中心軸33b通過位於兩個分路連接分支65間的間隙部G1的中心，而中心軸33b的延長線通過入射光漫射中心21。
下面通過比較圖15(a)和15(b)對第四實施方式的MUX/DEMUX中的輸入板2和信道波導3間的連接損耗減小的原因予以說明。
圖15(a)示出根據第四實施方式的MUX/DEMUX 10-3(參考圖12)的輸入側連接部6-3的工作情況，而圖15(b)示出根據第一實施方式的MUX/DEMUX 10(參考圖1)的輸入側連接部6的工作情況。
由於圖15(b)中的分路連接分支61的纖芯寬度為7μm不變，在分路連接分支61的端部D1處的電場強度分布81與在分路連接分支61的另一端部D2處的電場強度分布84a相同。在此情況下，在第一實施方式的MUX/DEMUX 10的輸入板2和信道波導3間的耦合效率等於在入射到信道波導3中之前的光的電場的強度24和在信道波導3的分路連接分支中傳播的第0次模光的電場強度24的歸一化光場24和81之間的覆蓋面的積分。應該指出，這一計算方法發表於，例如，「IEEE JOURNAL OFQUANTUM ELECTRONICS，VOL.28 No.12，p.2729(1992)」中。
由於電場強度24是被輸入板2漫射的光的電場的強度分布，其寬度很大。與之相對，由於電場強度81是寬度為7μm的纖芯中的激發模，其寬度很小。
這樣，隨著有待耦合的電場強度之間的寬度比的增加，耦合損耗也增加。
與此相對，由於應用於第四實施方式的MUX/DEMUX 10-3中的各分路連接分支61的端部的寬度很小，在端部激發的波導模的寬度很大。結果，電場強度24和電場強度分布82之間的寬度比變小，而耦合損耗減小。
另一方面，如在第四實施方式中，在波分分用設備包含每個都具有錐形部65p的分路連接分支65時，從輸入波導1發射並在輸入板2中傳播的入射光在入射到板邊界線22之前顯示出如圖15(a)所示的電場強度分布8。另外，在各分路連接分支65的端部D1處激發的波導模光(waveguidemode light)具有此種電場強度分布83，而在錐形部65p中止的各分路連接分支65的部分D2處激發的波導模光具有如圖15(a)所示的此種電場強度分布84。
應該指出，雖然，在圖15(b)中，各分路連接分支65這樣形成，即其寬度隨著與端部D1沿著錐形部65p的距離的增加而增加，在寬度沿著錐形部65p的增加停止的部分D2處的波導寬度Wo設定為大約7μm，在端部D1處的波導寬度Wp設定為大約2μm，而錐形部65p的長度Lp設定為大約2.5mm。
此處，由於在本實施方式中的各信道波導是由單模波導形成的，它具有如下的特徵，即如果波導寬度小於大約1/2電場分布將擴展。特別是，從圖15(a)和15(b)可知，在分路連接分支65的端部D1處的電場強度分布83寬於在分路連接分支61的相應的部分的電場強度分布81(即強度分布的波形變為平坦)。
應該指出，在分路連接分支61的端部D1和D2的電場強度分布81和84a和在分路連接分支65的端部D2的電場強度分布84在寬度和形狀上是一樣的，因為發生激發的部分的纖芯寬度互相相等。
此處，在板邊界線22上的分路連接分支61和65的光耦合效率等於入射光的電場強度分布8和波導中激發的波導模光的電場強度分布81和83的疊加積分值[參考，例如，Kenji Kono，「Fundations and Applicationsof Optical Coupling Systems for Optical Devices」Gendai Kogaku-Sha，p31，expression(3.1-7)]。通過疊加積分，可取得如下結果，分路連接分支65的配置顯示出比分路連接分支61的配置更高的耦合效率。
據此，在分路連接分支65每個都具有錐形部65p時，在輸入板2和信道波導3-3之間的連接損耗，與分路連接分支不具有錐形部65p時相比可減小。
這樣，利用根據本發明的第四實施方式的波分分用設備，由於各信道波導3-3的一個部分在與輸入板2光學連接的部分的附近具有整體形成於其上的兩個分路連接分支65和一個合併部69用來光學耦合來自分路連接分支65的波分復用光，可以得到與上述第一實施方式類似的優點。另外，由於各分路連接分支65這樣形成使在其錐形部65p上具有的寬度是隨著與輸入板2的距離的減小而以錐形方式減小，所以在輸入板2和各信道波導3之間的連接損耗，與分路連接分支65不具有錐形部65p的情況相比較，可以減小。
應該指出，雖然，在上述第四實施方式中，各信道波導3-3的端部6-3的中心軸33b與入射光的光軸重合，而根據本發明，各分路連接分支65可這樣形成，即其中心軸33b位於漫射中心21的延長線上。
換言之，示於圖16的信道波導3-3的分路連接分支65的配置使得其每個的中心軸33a與板邊界線22的弧線的切向線垂直相交。在分路連接分支65這樣形成時，耦合損耗，與上述實施方式比較，可進一步減小，並且波分復用光的入射效率可進一步提高。
根據本發明的MUX/DEMUX 10-3的工作情況和傳統的MUX/DEMUX的工作情況參考圖17進行了比較。圖17示出對應於光的傳播方式的纖芯圖形。此處，當雷射從輸入波導101輸入時，光傳播進入輸入板102和一個具有與信道波導103-1的特徵類似特徵的波導(信道波導103-1)中。另外，顏色隨傳播光的強度成比例地變化，如深藍→黃→深紅(圖中未示出)。
當雷射輸入到輸入波導101時，光通過輸入板102傳播進入到信道波導103-1。因此，在信道波導103-1的一個錐形連接分支162寬度減小的部分處輻射出高次模。
於是，當雷射從示於圖12的輸入波導1輸入時，光傳播進入輸入板2和一個具有與信道波導3-3的特徵類似特徵的波導(信道波導3-3)中。因此，顏色隨傳播光的強度成比例地變化，如深藍→黃→深紅。圖18示出示出對應於光的傳播方式的纖芯圖形。
在示於圖18的配置中，通過輸入板2在信道波導3-3中傳播的光發出輻射，但與在信道波導103-1中傳播的光相比較，從分路連接分支65輻射到纖芯外部光量小很多，而光損耗可顯著減小。在此情況下，在示於圖17中的配置中的光損耗大約為-16.4dB，而在示於圖18中的配置中的光損耗大約為-14.7dB，可以得到損耗減少大約1.7dB的效果。
根據模擬，根據第四實施方式的波分分用設備10-3，與傳統的波分分用設備相比較，顯示出損耗減少1.7dB的效果(參考圖28)。(e)第五實施方式圖19至21示本發明的第五實施方式。更具體說，圖19示意地示出根據本發明的第四實施方式用作波分分用設備的MUX/DEMUX 10-4的主要部件，並且特別示出組成波分分用設備10-4的光學波導裝置的纖芯的圖形。圖20示意地放大示出輸入波導1，輸入板2和信道波導3-4的一部分，而圖21示意地示出與輸入板2相鄰的信道波導3-4中的一個的端部6-4。
還是在根據第五實施方式的MUX/DEMUX 10-4中，與上述的實施方式類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區為內包層或外包層所包圍，於是可使光在約束狀態下在纖芯中傳播。
雖然根據第五實施方式的MUX/DEMUX 10-4在其信道波導3-4的配置上不同於上述第四實施方式的配置(參考標號10-3)，其配置的其餘部分則與上述實施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成於其上的結構，除了其特性為第五實施方式所特有的信道波導3-4之外，其作用對應於輸入波導1，輸入板2，輸出板4和輸出波導5，與上述實施方式的這些部件類似。
在第五實施方式中的各信道波導3-4都在其與輸入板2光學連接的部分的附近的部分，即其與輸入板2相鄰的端部6-4具有一個特徵性的纖芯結構。
特別是，根據第五實施方式的MUX/DEMUX 10-4的各信道波導3-4的端部6-4(參考圖19或20)都具有，如圖21所示，一對錐形部66s，每個的寬度在輸入板2的節點24處都為一個小寬度Wp，並且在距輸入板2的固定距離上是固定的，而一對錐形部66p每個都具有一個隨著與輸入板2的距離的增加而增加到Wo的寬度。
此處，如果寬度Wo設定為大約7μm，並且寬度Wp設定為大約2μm，則在輸入板2和信道波導3之間的連接損耗量，與第四實施方式相比，可以減小。
錐形部66p具有的寬度是隨著從合併部69側與輸入板2的距離的減小而以錐形方式減小。窄固定寬度波導部66s具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等於錐形部66p在其寬度最小處的寬度，並且使輸入板2與錐形部66p互相光學連接。
應該指出，各信道波導3-4的端部6-4的中心軸31通過位於兩個分路連接分支66間的間隙部G1的中心，而中心軸33b的延長線通過入射光漫射中心21。換言之，各信道波導3-4的端部6-4的中心軸33b與進入信道波導3的入射光的光軸重合。
另外，在根據第五實施方式的波分復用及分用設備10-4中，由於各分路連接分支66具有一錐形部66p和一窄固定寬度波導部66s，在輸入板2和信道波導3-4之間的連接損耗，與在第四實施方式中的包含分路連接分支65的波分復用及分用設備10-3相比較，可進一步減小。
下面通過對圖22(a)和22(b)的比較對第五實施方式的MUX/DEMUX10-4中的輸入板2和信道波導3間的連接損耗減小的原因予以說明。
圖22(a)示出根據第五實施方式的MUX/DEMUX的輸入側連接部6-3的工作情況，而圖22(b)示出根據第四實施方式的MUX/DEMUX的輸入側連接部6的工作情況。
從輸入波導1發射並在輸入板2中傳播一直到碰到板邊界線22的入射光顯示出電場強度分布8，而在窄固定寬度波導部66s的端部D1處激發的波導模光具有電場強度分布83。另外，在分路連接分支65的錐形部65p終止處的部分D2處激發的波導模光具有電場強度分布84。
此處，在第一實施方式的MUX/DEMUX 10中應用的分路連接分支65的情況下，從圖22(b)可知，它只正好在其板邊界線22上的部分處顯示出其最小寬度。為了使在分路連接分支65中傳播的光具有對應於纖芯寬度為2μm的電場強度分布，必須使光在纖芯中傳播至少比其波長長的距離。此處，基本上需要使光在纖芯中傳播比其波長大10倍的長度。
然而。由於示於圖22(b)中的分路連接分支65的寬度為2μm的部分的長度是無限接近0和短於所要求的長度，所以在輸入板2的附近激發的模的電場強度分布的寬度小於在具有纖芯寬度為2μm的纖芯中激發的電場強度分布的寬度。
結果，耦合損耗變得大於在分路連接分支65的寬度為2μm時預期的耦合損耗。
與此相對，在與第五實施方式中的輸入側連接部6-4相對應的圖22(a)的情況下，分路連接分支65的端部的纖芯寬度可設定為在大於光的波長的10倍長度上固定為2μm。據此，在分路連接分支65的寬度為2μm時，耦合損耗可減小到預期值。
另一方面，在波分分用設備包含的分路連接分支66每個都具有錐形部66p和窄固定寬度波導部66s，如在第五實施方式中，從輸入波導1發射並在輸入板2中傳播一直到碰到板邊界線22的入射光顯示出電場強度分布8，見圖22(a)。另外，在各分路連接分支66的的端部D1處激發的波導模光具有電場強度分布83a，而在分路連接分支66的錐形部65p終止處的部分D2處激發的波導模光具有電場強度分布84，見圖22(a)。
應該指出，雖然，在圖22(a)中，在寬度沿著錐形部66p的增加終止的部分D2處的波導寬度Wo設定為大約7μm，在端部D1處的波導寬度Wp設定為大約2μm，錐形部66p的長度Lp設定為大約800μm，而窄固定寬度波導部66s的長度Ls設定為200μm。
在分路連接分支65的錐形部65p中和分路連接分支66的錐形部66p中，在波導中的電場分布根據波導的纖芯寬度的變化而連續地改變。因此，如提供的窄固定寬度波導部66s使錐形部66p形成的長度比錐形部65p的小，則在端部D1激發的電場模光(波導模光)的強度大於分路連接分支65的情況。
應該指出，雖然，在上述第五實施方式中，各信道波導3-4的端部6-4的中心軸33b與入射光的光軸重合，而根據本發明，各分路連接分支66a可這樣形成，即其中心軸33b位於漫射中心21的延長線上。
換言之，示於圖23的信道波導3-4a的分路連接分支66a的配置使得其每個的中心軸33a與板邊界線22的弧線的切向線垂直相交。在分路連接分支66a這樣形成時，耦合損耗與上述實施方式比較可進一步減小，並且波分復用光的入射效率可進一步提高。(f)其他在用作根據上述第三實施方式的MUX/DEMUX的MUX/DEMUX10-2中，各信道波導3-2的端部6-2的一次分路連接分支611這樣形成，使得它們具有互相平行延伸並固定寬度的中心軸32b。然而，根據本發明，各信道波導3-2的端部6-2不限於這種具體配置。例如，可採用圖24至27所示的各信道波導3-21至3-24的端部6-21至6-24那樣的配置。
特別是，從圖24可知，各信道波導3-21的端部6-21都可具有一次分路連接分支651，其中每個都具有與上面參考圖12至14所描述的類似的錐形部65p。這種配置可提供與上述第四實施方式的優點類似的優點。
另外，例如，如圖25所示，各信道波導3-22的端部6-22的每個一次分路連接分支651都可配置成為具有與第四實施方式中的類似的錐形部65p(參考圖12至14)，並且具有與入射光光軸重合的中心軸32c。這種配置可提供與第四實施方式的優點類似的優點。另外，與在圖11的情況類似，在輸入板2和信道波導3-2之間的耦合損耗可進一步減小。
另一方面，例如，從圖26可知，各信道波導3-23的端部6-23的每個一次分路連接分支661都可配置成為具有與第五實施方式中的類似的錐形部66p和一個窄固定寬度波導部66s(參考圖19至21)，在採用這種配置時，可得到與上述第五實施方式中的優點類似的優點。
另外，例如，從圖27可知，各信道波導3-24的端部6-24的每個一次分路連接分支661都可配置成為具有與第五實施方式中的類似的錐形部66p和一個窄固定寬度波導部66s(參考圖19至21)，並且具有與入射光光軸重合的中心軸32。這種配置可提供與第五實施方式的優點類似的優點。另外，與在圖11的情況類似，在輸入板2和信道波導3-2之間的耦合損耗可進一步減小。
另外，在上述第二實施方式中描述的島形形成區34自然可以應用於第二實施方式之外的其他實施方式中的信道波導中。
本發明不限於上面具體描述的實施方式，並且在不脫離本發明的範圍的情況下可以進行變化和修改。
權利要求
1.一種波分分用設備，其特徵在於其包括一個基底；一個位於所述基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於所述基底上用來使從所述第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於所述基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收和分裂經所述第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於所述基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的分裂光並對接收到的波分復用光進行聚光；以及一個位於所述基底上的第二波導，用來使經所述第二板聚光的光於其中傳播；所述信道波導和所述第一板在多個節點處互相光學耦合，該節點數比所述信道波導和所述第二板在多個節點處互相光學耦合的節點數大。
2.一種波分分用設備，其特徵在於其包括一個基底；一個位於所述基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於所述基底上用來使從所述第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於所述基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收和分裂經所述第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於所述基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的分裂光並對接收到的波分復用光進行聚光；一個位於所述基底上的第二波導，用來使經所述第二板聚光的光於其中傳播；所述各信道波導在信道波導與所述第一板光學連接的部分的附近都具有多個使來自所述第一板的波分復用光輸入的通過纖芯的分支或波導，以及一個與所述通過纖芯的分支或波導結合形成整體的合併部，用來使來自通過纖芯的分支或波導的波分復用光光學耦合。
3.如權利要求2中所述的波分分用設備，其特徵在於所述通過纖芯的分支或波導中的每一個都具有一個寬度為使得輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉的寬度，高次模光是模比零次模高的光，並且在所述合併部以這一寬度形成耦合接觸，該寬度使輸入到其中的分布光的高次模光可被激發。
4.如權利要求2或3中所述的波分分用設備，其特徵在於所述通過纖芯的分支或波導中的每一個以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的所述合併部的部分向著所述第一板以錐形方式減小。
5.如權利要求2或3中所述的波分分用設備，其特徵在於所述通過纖芯的分支或波導的每一個都可具有一個其寬度從其相鄰的所述合併部的部分向著所述第一板以錐形方式減小的錐形部，並且具有一個固定寬度小的波導，該波導具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等於所述錐形部在其寬度最小處的寬度以使所述第一板與所述錐形部互相光學連接。
6.一種波分分用設備，其特徵在於其包括一個基底；一個位於所述基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於所述基底上用來使從所述第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於所述基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收和分裂經所述第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於所述基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的分裂光並對接收到的波分復用光進行聚光；以及一個位於所述基底上的第二波導，用來使經所述第二板聚光的光於其中傳播；所述各信道波導在信道波導與所述第一板光學連接的部分的附近都具有每個都包含多個一次分路連接分支的多組一次耦合部用來接收來自所述第一板的波分復用光和一個用來光學耦合來自所述一次分路連接分支的波分復用光的一次合併部；以及一個包含多個二次分路連接分支的二次耦合部用來接收經所述一次耦合部耦合的波分復用光和一個用來光學耦合來自所述二次分路連接分支的波分復用光的二次合併部。
7.如權利要求6中所述的波分分用設備，其特徵在於所述分路連接分支中的每一個都具有一個寬度為使得輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉的寬度，並且在所述合併部以這一寬度形成耦合接觸，該寬度使輸入到其中的波分復用光的高次模光可被激發。
8.如權利要求6或7中所述的波分分用設備，其特徵在於所述各分路連接分支以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的所述合併部的部分向著所述第一板以錐形方式減小。
9.如權利要求6或7中所述的波分分用設備，其特徵在於所述分路連接分支的每一個都具有一個其寬度從其相鄰的所述合併部的部分向著所述第一板以錐形方式減小的錐形部，並且具有一個固定寬度小的波導，該波導具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等於所述錐形部在其寬度最小處的寬度以使所述第一板與所述錐形部互相光學連接。
10.一種波分分用設備，其特徵在於其包括一個基底；一個位於所述基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於所述基底上用來使從所述第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於所述基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收和分裂經所述第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於所述基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的分裂光並對接收到的波分復用光進行聚光；以及一個位於所述基底上的第二波導，用來使經所述第二板聚光的光於其中傳播；所述各信道波導都這樣形成，即其對所述第一板的一個節點具有一寬度，該寬度為可使分開的光的高次模光被激發，並且該寬度隨著遠離所述第一板而以錐形方式減小；以這種方式對所述各信道波導提供一個反射率小於信道波導反射率的島形形成區，即將所述信道波導在信道波導光學耦合到所述第一板的其附近處分割為多個波導部。
11.如權利要求10中所述的波分分用設備，其特徵在於由所述島形區分割的所述各信道波導的各波導部都可形成為一個波導，通過它使得輸入其中的波分復用光的高次模光被切掉，並且在分割波導部互相耦合處的波導可具有一寬度，該寬度可使輸入到其中的波分復用光的高次模光被激發。
12.如權利要求1至11任何一項中所述的波分分用設備，其特徵在於所述第一板與所述各信道波導的邊界界面可形成為弧形，其中心位於漫射進入的並從所述第一板輸入到所述邊界界面的漫射光的漫射中心。
13.如權利要求12中所述的波分分用設備，其特徵在於在信道波導光學耦合到所述第一板的部分的附近的所述信道波導的每一個都具有一個位於漫射中心延長線上的中心軸。
14.如權利要求2至5任何一項中所述的波分分用設備，其特徵在於所述第一板與所述各信道波導的邊界界面可形成為弧形，其中心位於漫射進入的並從所述第一板輸入到所述邊界界面的漫射光的漫射中心，並且所述通過纖芯的分支或波導的每一個都可具有一個位於漫射中心延長線上的中心軸。
15.如權利要求7中所述的波分分用設備，其特徵在於所述第一板與所述各信道波導的邊界界面可形成為弧形，其中心位於漫射進入的並從所述第一板輸入到所述邊界界面的漫射光的漫射中心，並且所述一次分路連接分支的每一個都可具有一個位於漫射中心延長線上的中心軸。
16.一種波分分用設備，其特徵在於其包括一個基底；一個位於所述基底上用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導；一個位於所述基底上用來使從所述第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板；多個位於所述基底上並具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收和分裂經所述第一板漫射的波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播；一個位於所述基底上的第二板，用來接收經多個信道波導相互分開傳播的分裂光並對接收到的波分復用光進行聚光；以及一個位於所述基底上的第二波導，用來使經所述第二板聚光的光於其中傳播；所述各信道波導在信道波導與所述第一板光學連接的部分的附近都包含多個級聯成為多個樹狀配置級的耦合波導用來使輸入其中的分布光光學連接和傳播。
17.一種波分分用設備，其特徵在於其包括一個用來引導和輸出具有不同波長的光分量的波分復用光的輸入波導；一個用來漫射從所述輸入波導輸出的波分復用光的輸入板；多個信道波導，用來使經過所述輸入板根據波長進行漫射的波分復用光分裂而得到的分裂光傳播，所述信道波導這樣形成，即使得所述信道波導的相鄰波導之間的光路長度差互相相等；以及一個用來對從所述信道波導輸出的分裂光進行聚光的輸出板。
18.如權利要求17中所述的波分分用設備，其特徵在於所述信道波導的部分沿著該邊界線定位於所述輸入板附近的第一板邊界線的形狀為具有預定半徑的弧形，並且其中心位於所述輸入板上的漫射中心。
19.如權利要求18中所述的波分分用設備，其特徵在於所述輸入板形成使得具有相同相位波分復用光從漫射中心漫射和輸出。
20.如權利要求17中所述的波分分用設備，其特徵在於所述信道波導這樣形成，使得分裂光分量顯示出根據光程差產生的相位差。
21.如權利要求17中所述的波分分用設備，其特徵在於所述信道波導這樣形成，即將其光程差設定為次數，該次數等於在波分復用光中包含的中心波長倍數。
22.如權利要求17中所述的波分分用設備，其特徵在於所述信道波導的部分沿著該邊界線定位於所述輸入板附近的第二板邊界線的形狀為具有預定半徑的弧形。
23.如權利要求22中所述的波分分用設備，其特徵在於所述輸出板根據從第二板邊界線輸出的光的波長和包含在波分復用光中的中心波長對分裂光分量進行聚光。
24.如權利要求17至23任何一項中所述的波分分用設備，其特徵在於其還包括每一個都具有至少兩個終端的多個輸出波導，其中一個終端位於光被所述輸出板聚光之處，而另一個終端被提供用來使光輸入到另外一個光學模塊。
全文摘要
本發明可提供一種可降低輸入板和信道波導之間的連接損耗和抑制高次模光的激發來降低損耗的波分分用設備。本發明的波分分用設備包括，用來傳播具有多個波長分量的波分復用光的第一波導，使從第一波導輸入的波分復用光漫射的第一板，多個具有一系列以預定的差值增加的不同波導長度的信道波導，用來接收波分復用光和使其相互分開在信道波導中傳播，第二板，用來接收波分復用光並通過聚光接收到的波分復用光分用為多個波長，以及第二波導，用來使經第二板分用的光於其中傳播，所有上述部件均形成在基底上。信道波導和第一板在多個節點處互相光學耦合，該節點數比所述信道波導和所述第二板在多個節點處相互光學耦合的節點數大。
文檔編號G02B6/12GK1416235SQ0211886
公開日2003年5月7日 申請日期2002年4月29日 優先權日2001年10月29日
發明者田淵晴彥, 成瀨晃和 申請人:富士通株式會社