專利名稱：波分分用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別適于與陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型波分復(fù)用及分用設(shè)備配合使用的波分分用設(shè)備，此設(shè)備用于波分復(fù)用通信。
背景技術(shù)：
圖28為示出通常的陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用及分用設(shè)備的配置框圖。此波分復(fù)用及分用設(shè)備可作為波分復(fù)用設(shè)備和波分分用設(shè)備中的任何一個(gè)工作。在下面的描述中，波分復(fù)用和分用設(shè)備稱為MUX/DEMUX并且，除非另外指出，將用作表示波分復(fù)用設(shè)備或波分分用設(shè)備的術(shù)語。另外，對(duì)這種情況進(jìn)行了描述，其中主要關(guān)注的是MUX/DEMUX具有的復(fù)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(shè)備。應(yīng)該指出，在MUX/DEMUX執(zhí)行波分復(fù)用功能時(shí)光的輸入和輸出方向與MUX/DEMUX執(zhí)行波分分用功能時(shí)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(gè)輸入波導(dǎo)101，輸入板(slab)102，多個(gè)信道波導(dǎo)103，輸出板104及n個(gè)輸出波導(dǎo)105，全部形成于基底100上，并使輸入波導(dǎo)101，輸入板102，信道波導(dǎo)103，輸出板104及輸出波導(dǎo)105可具有與周圍區(qū)域100A相比相對(duì)高的折射率。
應(yīng)當(dāng)指出，在下面的描述中，由具有與周圍區(qū)域100A相比相對(duì)高的折射率的材料形成的那一部分有時(shí)稱為“纖芯”，而由具有相對(duì)低的折射率的材料形成的并且包圍纖芯的另外部分有時(shí)稱為“包層”。輸入波導(dǎo)1，輸入板2，信道波導(dǎo)3，輸出板4及輸出波導(dǎo)5對(duì)應(yīng)于纖芯，而包圍輸入波導(dǎo)1，輸入板2，信道波導(dǎo)3，輸出板4及輸出波導(dǎo)5的區(qū)域100A對(duì)應(yīng)于包層。
在圖28所示的MUX/DEMUX 106中，當(dāng)波長區(qū)中的復(fù)用光輸入到MUX/DEMUX 106的輸入波導(dǎo)101時(shí)，分裂為不同波長的光從輸出波導(dǎo)105的信道#1至#n輸出。另一方面，當(dāng)多個(gè)不同波長的光輸入到輸出波導(dǎo)105的信道#1至#n時(shí)，從輸入波導(dǎo)101輸出其中所有波長的光在波長區(qū)聚束并復(fù)用的光。
下面通過與普通光譜儀(單色儀)進(jìn)行比較對(duì)MUX/DEMUX 106的配置予以描述。MUX/DEMUX 106的功能例如不僅由示于圖28和29(a)的AWG型裝置，而且也由示于圖35和29(b)的光譜儀型裝置以及其他裝置實(shí)現(xiàn)。
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，并且通常難于減小衍射光柵的柵距。與此相對(duì)，AWG型光譜儀不需要柵距，只需要設(shè)計(jì)組成AWG的波導(dǎo)之間的長度差。
同時(shí)，圖29(a)為示出AWG型MUX/DEMUX 106的波導(dǎo)的纖芯形狀的示意圖并特別示出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(duì)應(yīng)于光譜儀的部件。
圖29(c)為示出利用波導(dǎo)及普通光譜儀配置的波分復(fù)用及分用設(shè)備的部件之間的相應(yīng)關(guān)系的示圖。此相應(yīng)關(guān)系參考圖35予以描述。示于圖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(gè)單個(gè)的輸入光纖111，輸入準(zhǔn)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(dǎo)101，漫射并輸出波分復(fù)用激光(它是波分分用的對(duì)象)到下一級(jí)的輸入板102。另外，如圖29(c)所示，輸入波導(dǎo)101在功能上與光譜儀110的輸入光纖111在下面一點(diǎn)上對(duì)應(yīng)，即它對(duì)漫射光起一個(gè)入射狹縫作用。應(yīng)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(dǎo)101的光并使漫射光耦合到下一級(jí)的信道波導(dǎo)103。輸入板102的功能對(duì)應(yīng)于光譜儀110中的輸入準(zhǔn)直透鏡112(其功能為將來自輸入光纖111的入射光功率調(diào)準(zhǔn)并使之照射到下一級(jí)中的衍射光柵113上)。
同時(shí)，與光譜儀110的衍射光柵113對(duì)應(yīng)的信道波導(dǎo)103使各波長的光偏轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度，見下述，并且與聚光透鏡114對(duì)應(yīng)的輸出板104將自信道波導(dǎo)103輸出(出射或射出)的衍射光聚光。與輸出光纖115對(duì)應(yīng)的輸出波導(dǎo)105將發(fā)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(dǎo)103的長度不同，即示于圖28和29(a)中的MUX/DEMUX 106的最下邊位置的信道波導(dǎo)的長度最短，而位置較其高的任何其他信道波導(dǎo)的長度逐漸增加。相鄰信道波導(dǎo)的長度差相互相等。信道波導(dǎo)在波分(使光分裂為各個(gè)波長)或波分復(fù)用中起重要的作用。下面對(duì)信道波導(dǎo)103的動(dòng)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(gè)信道波導(dǎo)103的三個(gè)相鄰信道波導(dǎo)的示圖。示于圖30(a)和30(b)的信道波導(dǎo)131至133中的每一個(gè)都具有光波的“峰”的位置(實(shí)心點(diǎn))和“谷”的位置(空心點(diǎn))。此處，在信道波導(dǎo)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(yīng)該指出，n和π分別是正整數(shù)和數(shù)π。
因此，在圖31(a)和31(b)的每一個(gè)中，兩相鄰“峰”之間的長度等于在信道波導(dǎo)131至133中傳播的光波的波長。具體說來，示于圖30(a)和30(b)中的光的波長分別等于λ0和λ1。
圖30(a)示出當(dāng)光具有等于用于波分復(fù)用傳播的光的波長設(shè)備中的中心波長時(shí)的光的相位。信道波導(dǎo)103的每一個(gè)的長度都設(shè)計(jì)成為其中可包含一個(gè)在波分復(fù)用光的波長間的中心波長λ0的精確正整數(shù)的光波。更具體說，在圖30(a)的場合，信道波導(dǎo)103的長度設(shè)計(jì)成為在最短的波導(dǎo)131中包含9個(gè)中心波長λ0的波，在中間的波導(dǎo)132中包含10個(gè)中心波長λ0的波，而在最長的波導(dǎo)133中包含11個(gè)中心波長λ0的波。
例如，從圖31可見，當(dāng)信道#1至#11是從短波帶起順序設(shè)定時(shí)，設(shè)定于信道#6的光的波長對(duì)應(yīng)于上述的中心波長λ0。
具體說來，從圖30(a)可知，具有要從波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)103輸出的波長λ0的光波的等相位波面p1垂直于信道波導(dǎo)131至133，并且從三個(gè)信道波導(dǎo)131至133輸出的光被衍射向相對(duì)信道波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)131至133間偏移一個(gè)Δλ單位的另一個(gè)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不垂直于信道波導(dǎo)131至133，并且從信道波導(dǎo)131至133輸出的光也被衍射向圖30(a)的上側(cè)方向d2。
應(yīng)該指出，根據(jù)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(cè)方向。因此，由于各信道波導(dǎo)103的衍射方向(衍射角)取決于的光學(xué)波長值，信道波導(dǎo)103可分用波分復(fù)用光。
輸出板104可對(duì)單個(gè)波長的在預(yù)定方向上衍射和由信道波導(dǎo)103復(fù)用的光聚光，并且將聚光光提供給相應(yīng)信道的輸出波導(dǎo)105。
與此相對(duì)，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(duì)應(yīng)的特定波導(dǎo)的光(通常是寬度比MUX/DEMUX 106的帶寬小的頻譜的光應(yīng)用于波分復(fù)用通信)輸入到輸出波導(dǎo)105(參考圖28)作為信道#1至#n的輸出，則所有的光被復(fù)用并從輸入波導(dǎo)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(duì)11個(gè)信道(信道(ch)#1至信道#11)波分復(fù)用光是輸入到輸入波導(dǎo)101，則輸出波導(dǎo)105輸出具有如圖31的信道#1至信道#11發(fā)出的強(qiáng)度的光。
作為本發(fā)明涉及的設(shè)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(xiàn)中公開。根據(jù)本發(fā)明的波分復(fù)用和分用設(shè)備，除了本發(fā)明的特征部分外在配置、功能和操作方面與在上述參考文獻(xiàn)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(dǎo)105的信道#1至#n中的各信道的傳輸系數(shù)表現(xiàn)出最大值的損耗，或換言之，是一種相對(duì)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(xiàn)于輸入板102和各信道波導(dǎo)103之間的連接位置(參考示于圖30中的板邊界線122；以下稱其為節(jié)點(diǎn)(node))及在輸出板104和各信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)(參考示于圖30(a)和30(b)中的板邊界線142)。
圖32(a)至32(c)每一個(gè)都是示出在上述輸入板102和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)處的介入損耗出現(xiàn)的系數(shù)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(shí)圖32(c)示出進(jìn)一步放大的輸入板102和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)。
如注意到輸入板102和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)如圖32(c)所示那樣位于其上的板邊界線122，從輸入板102向著信道波導(dǎo)103前進(jìn)的光8中，由信道波導(dǎo)103傳送的光85是有效的，但抵達(dá)間隙部123的光受到散射而成為無效光86，并因而成為損耗。
作為減小上述這種介入損耗的第一種對(duì)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。示于圖33(a)的輸入板102-1具有減小的信道波導(dǎo)距離dc，結(jié)果使信道波導(dǎo)103的連接損耗減小。
特別是，如信道波導(dǎo)距離dc可在寬度w、焦距f(從信道波導(dǎo)中心21到信道波導(dǎo)103的進(jìn)入位置的距離)和信道波導(dǎo)數(shù)固定的條件下，如圖33(b)所示，則信道波導(dǎo)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，在示于圖28的MUX/DEMUX 106中，由于在輸入板102和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)的形狀及輸出板104和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)的形狀是互相對(duì)稱的，如輸入板102側(cè)的信道波導(dǎo)103之間的信道波導(dǎo)距離dc(參考圖33(a))減小，則輸出板104側(cè)的信道波導(dǎo)103之間的距離(圖中未示出)也減小。在此種情況下，出現(xiàn)的缺點(diǎn)是在下述的輸出板104的附近在信道波導(dǎo)103中傳播的光結(jié)合到一起并互相干擾。
特別是，一個(gè)光波導(dǎo)具有的一個(gè)特征是，當(dāng)多個(gè)波導(dǎo)互相接近使其間的距離變小，在波導(dǎo)中傳播的光結(jié)合到一起。因此，如使信道波導(dǎo)103之間的距離變小，則在信道波導(dǎo)103中傳播的光在輸出板104的附近結(jié)合到一起并互相干擾。另外，如圖30(b)中所示，MUX/DEMUX 106作為波分復(fù)用及分用設(shè)備工作，因?yàn)樵谛诺啦▽?dǎo)131至133中傳播的光中在信道波導(dǎo)131至133的輸出孔142處產(chǎn)生相位差。
此處，如假設(shè)在輸出板104附近信道波導(dǎo)131至133之間的距離減小，一直到在信道波導(dǎo)131至133中傳播的光結(jié)合到一起，則相位變化并且波分分用功能下降(降低)。因此，示于圖28的MUX/DEMUX 106具有一個(gè)有待解決的課題，即不可能減小輸入板102和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)間距離(示于圖32(c)和33(a)的信道波導(dǎo)距離dc)和輸出板104和信道波導(dǎo)103間的節(jié)點(diǎn)間的距離(圖中未示出)作為減小介入損耗的方式。
(1-2)作為減小示于圖28的輸入板102和輸出板104和信道波導(dǎo)103的連接(散射)損耗的第二種對(duì)策，可以形成例如如圖34(a)所示的這種信道波導(dǎo)103-1。
特別是，從圖34(a)可知，在信道波導(dǎo)103-1連接到輸入板102的輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)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(dǎo)寬度隨錐形連接分支而變小的模式稱為錐形模式或錐形)。
在示于圖34(a)中的對(duì)策中，輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(dǎo)103-1的MUX/DEMUX 106中，下面描述的此種高次模光(higher-order mode light)是在形成于下述輸入板和信道波導(dǎo)間的錐形連接分支162中激發(fā)，并且此受激高次模光輻射到信道波導(dǎo)(纖芯)的外部而造成損耗。
從輸入板102進(jìn)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(shí)強(qiáng)度峰分裂為兩個(gè)(在高次模光激發(fā)的地點(diǎn))并在其后結(jié)合為一個(gè)。在其中峰的數(shù)目改變的過程中，一部分光(對(duì)應(yīng)于高次模光)輻射到信道波導(dǎo)(纖芯)103-1的外部而造成損耗。
因此，將應(yīng)用了示于圖34(a)中的信道波導(dǎo)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(dǎo)103-1的外部的高次模光的強(qiáng)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(dǎo)103中傳播的光在信道波導(dǎo)103的輸出孔處結(jié)合并保持利用其進(jìn)行波分復(fù)用及分用操作的相位差(例如，在圖30(b)的信道波導(dǎo)103中的傳播的光之間的相位差)。為達(dá)到此目的，就要求保持輸出板104側(cè)的信道波導(dǎo)103之間的大距離。
另外，必須使間隙(例如，示于圖32(c)中的間隙部123)很小。為達(dá)到此目的，就要求使輸入板102側(cè)的信道波導(dǎo)103之間的距離(示于圖32(c)和32(a)中的信道波導(dǎo)距離dc)小。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種波分復(fù)用及分用設(shè)備，其類型為其中的輸入板和輸出板的形狀互相對(duì)稱，借此，當(dāng)在輸出板和信道波導(dǎo)之間節(jié)點(diǎn)處的信道波導(dǎo)之間保持很大距離時(shí)，可使輸入板和信道波導(dǎo)之間節(jié)點(diǎn)處的信道波導(dǎo)之間的距離很小并從而減小損耗。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種波分分用設(shè)備，該設(shè)備可抑制高次模光的激發(fā)而減小由此種高次模光引起的損耗。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種波分分用設(shè)備，其構(gòu)成包括一個(gè)基底；一個(gè)位于基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于基底上用來使從第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收經(jīng)第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的波分復(fù)用光并通過對(duì)多個(gè)波長分量中的每一個(gè)進(jìn)行聚光將此接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長；以及一個(gè)位于基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)第二板分用的光于其中傳播；信道波導(dǎo)和第一板在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相光學(xué)耦合，該節(jié)點(diǎn)數(shù)比信道波導(dǎo)和第二板在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相光學(xué)耦合的節(jié)點(diǎn)數(shù)大。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種波分分用設(shè)備，其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于基底上用來使從第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收經(jīng)第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的波分復(fù)用光并通過對(duì)多個(gè)波長分量中的每一個(gè)進(jìn)行聚光將此接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長；以及一個(gè)位于基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)第二板分用的光于其中傳播；各信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)與第一板光學(xué)連接的部分的附近都具有多個(gè)使來自第一板的波分復(fù)用光輸入的通過纖芯的分支或波導(dǎo)；以及一個(gè)與通過纖芯的分支或波導(dǎo)結(jié)合形成整體的合并部，用來使來自通過纖芯的分支或波導(dǎo)的波分復(fù)用光光學(xué)耦合。
在此情況下，最好是通過纖芯的分支或波導(dǎo)中的每一個(gè)都具有一個(gè)寬度該寬度使輸入其中的波分復(fù)用光的高次模光被切掉，高次模光是模(mode)比零次模高的光，并且在合并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(fā)。
還有，最好是通過纖芯的分支或波導(dǎo)中的每一個(gè)以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的合并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(dǎo)的每一個(gè)都可具有一個(gè)其寬度從其相鄰的合并部的部分向著第一板以錐形方式減小的錐形部，并且具有一個(gè)固定寬度小的波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等于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(xué)連接。
在此情況下，第一板與各信道波導(dǎo)的邊界界面可形成為弧形，其中心位于漫射進(jìn)入的并從第一板輸入到邊界界面的漫射光的漫射中心，并且通過纖芯的分支或波導(dǎo)的每一個(gè)都可具有一個(gè)位于漫射中心延長線上的中心軸。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種波分分用設(shè)備，其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于基底上用來使從第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收經(jīng)第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的波分復(fù)用光并通過對(duì)多個(gè)波長分量中的每一個(gè)進(jìn)行聚光將此接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長；以及一個(gè)位于基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)第二板分用的光于其中傳播；各信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)與第一板光學(xué)連接的部分的附近都具有每個(gè)都包含多個(gè)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(fù)用光和一個(gè)用來光學(xué)耦合來自一次分路連接分支的波分復(fù)用光的一次合并部；以及一個(gè)包含多個(gè)二次分路連接分支的二次耦合部用來接收經(jīng)一次耦合部耦合的波分復(fù)用光和一個(gè)用來光學(xué)耦合來自二次分路連接分支的波分復(fù)用光的二次合并部。
在此情況下，最好是通過纖芯的分支或波導(dǎo)中的每一個(gè)都具有一個(gè)寬度，該寬度使輸入其中的波分復(fù)用光的高次模光被切掉，并且在合并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(fù)用光的高次模光可被激發(fā)。
還有，第一板與各信道波導(dǎo)的邊界界面可形成為弧形，其中心位于漫射進(jìn)入的并從第一板輸入到邊界界面的漫射光的漫射中心，并且在信道波導(dǎo)光學(xué)耦合到第一板的部分的附近的信道波導(dǎo)的每一個(gè)都可具有一個(gè)位于漫射中心延長線上的中心軸。同時(shí)，各分路連接分支以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的合并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(gè)都具有一個(gè)其寬度從其相鄰的合并部的部分向著第一板以錐形方式減小的錐形部，并且具有一個(gè)固定寬度小的波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等于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(xué)連接。
根據(jù)本發(fā)明的另外再一個(gè)方面，提供一種波分分用設(shè)備，其構(gòu)成包括一個(gè)基底；一個(gè)位于基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于基底上用來使從第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收經(jīng)第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的波分復(fù)用光并通過對(duì)多個(gè)波長分量中的每一個(gè)進(jìn)行聚光將此接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長；以及一個(gè)位于基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)第二板分用的光于其中傳播；各信道波導(dǎo)都這樣形成，即其對(duì)第一板的一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一寬度為可使分開的光的高次模光被激發(fā)，并且其寬度隨著遠(yuǎn)離第一板而以錐形方式減小，以這種方式對(duì)各信道波導(dǎo)提供一個(gè)反射率小于信道波導(dǎo)反射率的島形形成區(qū)，即將信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)光學(xué)耦合到第一板的其附近處分割為多個(gè)波導(dǎo)部。
在此情況下，由島形區(qū)分割的各信道波導(dǎo)的各波導(dǎo)部都可形成為一個(gè)波導(dǎo)，通過它使得輸入其中的波分復(fù)用光的高次模光被切掉，并且在分割波導(dǎo)部互相耦合處的波導(dǎo)可具有一寬度，該寬度可使輸入到其中的波分復(fù)用光的高次模光被激發(fā)。
還有，在此波分分用設(shè)備中，第一板與各信道波導(dǎo)的邊界界面可形成為弧形，其中心位于漫射進(jìn)入的并從第一板輸入到邊界界面的漫射光的漫射中心，并且在信道波導(dǎo)光學(xué)耦合到第一板的部分的附近的信道波導(dǎo)的每一個(gè)都可具有一個(gè)位于漫射中心延長線上的中心軸。
根據(jù)本發(fā)明的另外又一個(gè)方面，提供一種波分分用設(shè)備，其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于基底上用來使從第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收經(jīng)第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的波分復(fù)用光并通過對(duì)多個(gè)波長分量中的每一個(gè)進(jìn)行聚光將此接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長；以及一個(gè)位于基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)第二板分用的光于其中傳播；各信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)與第一板光學(xué)連接的部分的附近都包含多個(gè)級(jí)聯(lián)成為多個(gè)樹狀配置級(jí)的耦合波導(dǎo)用來使輸入其中的分布光光學(xué)連接和傳播。
結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述的及其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)由下面的描述及后附的權(quán)利要求將很清楚，其中相同的部分或元件以相同的標(biāo)記表示。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備用作波分分用設(shè)備的示意圖。
圖2和圖3為示出圖1的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖4(a)為示出在傳統(tǒng)的波分復(fù)用及分用設(shè)備的信道波導(dǎo)中光的傳播的示意圖，而圖4(b)為示出圖1的波分復(fù)用及分用設(shè)備的工作情況的類似的示意圖。
圖5為示出根據(jù)圖1的波分復(fù)用及分用設(shè)備的修改的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖6為示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備用作波分分用設(shè)備的示意圖。
圖7為示出圖6的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖8(a)為示出在傳統(tǒng)的波分復(fù)用及分用設(shè)備的信道波導(dǎo)中光的傳播的示意圖，而圖8(b)為示出圖6的波分復(fù)用及分用設(shè)備的工作情況的類似的示意圖。
圖9為示出根據(jù)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備用作波分分用設(shè)備的示意圖。
圖10為示出圖9的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖11為示出根據(jù)圖9的波分復(fù)用及分用設(shè)備的修改的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖12為示出根據(jù)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備用作波分分用設(shè)備的示意圖。
圖13和14為示出圖12的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖15(a)為示出圖12的波分復(fù)用及分用設(shè)備的輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)的工作情況的示意圖，而圖15(b)為示出圖1的波分復(fù)用及分用設(shè)備的輸入側(cè)節(jié)點(diǎn)的工作情況的類似的示意圖。
圖16為示出根據(jù)圖12的波分復(fù)用及分用設(shè)備的修改的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖17為示出在傳統(tǒng)的波分復(fù)用及分用設(shè)備的信道波導(dǎo)中光的傳播的示意圖。
圖18為示出圖16的修改的波分復(fù)用及分用設(shè)備的工作情況的示意圖。
圖19為示出根據(jù)本發(fā)明的第5實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備用作波分分用設(shè)備的示意圖。
圖20和21為示出圖19的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖22(a)為示出圖19的波分復(fù)用及分用設(shè)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(fù)用及分用設(shè)備的信道波導(dǎo)中光的傳播的示意圖。
圖23為示出根據(jù)圖19的波分復(fù)用及分用設(shè)備的修改的波分復(fù)用及分用設(shè)備的一部分的示意圖。
圖24至27為示出根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式數(shù)個(gè)波分復(fù)用及分用設(shè)備用作波分分用設(shè)備的示意圖。
圖28為示出傳統(tǒng)的波分復(fù)用及分用設(shè)備的示意圖。
圖29(a)為示出AWG型波分復(fù)用及分用設(shè)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(dǎo)和傳統(tǒng)的光譜儀配置的波分復(fù)用及分用設(shè)備的部件之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的示圖。
圖30(a)和30(b)為示出波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)間的節(jié)點(diǎn)上的介入損耗的出現(xiàn)率的示意圖。
圖33(a)為示出減小介入損耗的第一對(duì)策的示意圖，圖33(b)為示出圖33(a)的第一對(duì)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(duì)策的示意圖，圖34(b)為示出圖34(a)的第二對(duì)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(shí)施例方式
(a)第一實(shí)施方式圖1示出將根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備應(yīng)用于其上的MUX/DEMUX 10的基本部件并特別示出組成MUX/DEMUX 10的光學(xué)波導(dǎo)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(dǎo)3間的連接部的纖芯圖形。
根據(jù)本實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10的構(gòu)成，例如，包括一折射率大約為1.551和厚度大約為20μm的內(nèi)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描述的硅基底100上通過將SiO2利用CVD(化學(xué)氣相淀積)法淀積和光刻工序結(jié)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(qū)為內(nèi)包層或外包層所包圍。結(jié)果，纖芯被折射率相對(duì)低的包層所覆蓋，于是可使光在約束狀態(tài)下沿纖芯傳播。
從圖1可知，MUX/DEMUX 10的纖芯具有一整體形成于其上的圖形，作為輸入波導(dǎo)(第一波導(dǎo))1用來使多個(gè)信道的波分復(fù)用光傳播；一輸入板(第一板)2，用來使從輸入波導(dǎo)1輸入的光漫射；多個(gè)具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)3，用來接收經(jīng)輸入板2漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在波導(dǎo)中傳播；一個(gè)輸出板(第二板)4，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)3相互分開傳播的波分復(fù)用光并通過對(duì)多個(gè)波長分量中的每一個(gè)進(jìn)行聚光將此接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長；以及一個(gè)輸出波導(dǎo)5，用來使經(jīng)輸出板4聚光的光于其中傳播。
下面對(duì)各部件予以詳細(xì)描述。
輸入波導(dǎo)1引導(dǎo)從圖1中的左側(cè)輸入到其中的光并將其送給輸入板2。由于輸入板2的形狀為在平行基底的方向上延伸(例如，在圖28中以標(biāo)號(hào)100表示的元件)，在輸入板2中傳播的光不受約束并在橫向方向上漫射(發(fā)散)。因此，通過輸入波導(dǎo)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)并進(jìn)入信道波導(dǎo)3。在此處，在輸入板2和信道波導(dǎo)3間的板邊界線22(參考圖2)的形狀是一個(gè)弧形，其半徑f的中心位于入射光漫射中心21。因此，從圖1中的入射光漫射中心21漫射的光進(jìn)入多個(gè)信道波導(dǎo)3的相位相同。信道波導(dǎo)3這樣形成，即使得其相鄰波導(dǎo)的長度差在從輸入板2到輸出板4互相都相等。
由于長度差，當(dāng)引入信道波導(dǎo)3的相鄰信道波導(dǎo)的光通過信道波導(dǎo)3并進(jìn)入信道波導(dǎo)3的輸出孔44時(shí)，它們表現(xiàn)出如圖30(b)所示的相位差。在此處，輸出孔44對(duì)應(yīng)于信道波導(dǎo)3和輸出板4間的連接部44。由于信道波導(dǎo)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(dǎo)3的相鄰波導(dǎo)之間的長度差設(shè)計(jì)為等于中心波長λ0的m倍。此處，m是正整數(shù)并稱為信道波導(dǎo)3的“次”或相位陣列的“次”。
這樣，通過信道波導(dǎo)3并進(jìn)入信道波導(dǎo)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，如示于圖30(a)或30(b)中的d1或d2所標(biāo)記。
另外，在輸出板4中，信道波導(dǎo)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類似于輸入板2中的半徑。因此，從信道波導(dǎo)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(shè)置位置。嚴(yán)格講，在從信道波導(dǎo)3的輸出孔44輸出的光的波長短于中心波長時(shí)，光聚光于圖2中的比較靠近上方處，而在從信道波導(dǎo)3的輸出孔44輸出的光的波長長于中心波長時(shí)，光聚光于圖1中的比較靠近下方處。
另外，輸出波導(dǎo)5的位置使得其一端位于所要求的波長可聚光的位置，而輸出波導(dǎo)5的另一端用作輸出端子。通常，某個(gè)其他光學(xué)部件的光纖或輸出端子與此輸出波導(dǎo)5的輸出端相連接。
對(duì)輸入波導(dǎo)1，輸入板2，輸出板4和輸出波導(dǎo)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(biāo)號(hào)101，102，104和105)。
如上所述，信道波導(dǎo)3具有一系列的不同的波導(dǎo)長度，信道波導(dǎo)的各相鄰波導(dǎo)之間具有一預(yù)定的波長差，使在各信道波導(dǎo)3中傳播的光偏轉(zhuǎn)(分用)一預(yù)定的特定角度，此角度在波分復(fù)用光的不同的波長中是不同的，并且偏轉(zhuǎn)光輸出到輸出板4。另外，所形成的信道波導(dǎo)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(huì)互相干擾。
應(yīng)該指出，輸入波導(dǎo)1和輸出波導(dǎo)5的寬度(纖芯圖形的寬度)和信道波導(dǎo)3的中間部的波導(dǎo)寬度，除去相對(duì)的端部6和7(纖芯圖形寬度)可設(shè)定為大約7μm。
另外，通過將中心波長λ0設(shè)定為1.552μm，將信道波導(dǎo)次數(shù)m設(shè)定為3至30，將信道波導(dǎo)3的有效反射率設(shè)定為大約1.552，則信道波導(dǎo)的相鄰波導(dǎo)之間的長度差可設(shè)定為大約30μm。
同時(shí)，與輸出板4相鄰的信道波導(dǎo)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(jié)點(diǎn)處信道波導(dǎo)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，并且信道波導(dǎo)3的錐形部的長度是2.5mm。
在第一實(shí)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(jié)點(diǎn)24，板邊界線42和連接部44都位于半徑為6.2mm的弧線上。
此處，與輸入板2相鄰的信道波導(dǎo)3的端部6具有如下所述的配置，此配置是本發(fā)明的特征。
特別是，信道波導(dǎo)3和輸出板4于其處互相光學(xué)連接的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目(即輸入板2和各信道波導(dǎo)3之間的節(jié)點(diǎn)24的數(shù)目)大于各信道波導(dǎo)3和輸入板2于其處互相連接的節(jié)點(diǎn)連接部的數(shù)目。更具體說，從圖3可知各信道波導(dǎo)3到信道波導(dǎo)3與輸入板2光學(xué)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(dǎo)3的端部6，都是由來自輸入板2的波分復(fù)用光輸入到其中的兩個(gè)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(fù)用光進(jìn)行光學(xué)耦合的一個(gè)合并部69形成的。
結(jié)果，信道波導(dǎo)3和輸入板2互相光學(xué)連接處的位置之間的距離(例如，示于圖2中的信道波導(dǎo)距離dc11或dc12)可減小，并且由間隙部(如圖32(c)中以標(biāo)號(hào)123表示的部分)引起的損耗量減小。應(yīng)該指出，在此這種情況下，在輸入板2和信道波導(dǎo)3間的節(jié)點(diǎn)24處的信道波導(dǎo)距離(圖2中的dc1)一般可設(shè)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在合并部69中互相結(jié)合點(diǎn)的波導(dǎo)長度為大約5mm，而在分路連接分支61互相結(jié)合之后的錐形部的波導(dǎo)長度為大約1mm。
示于圖2和3的兩個(gè)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(dǎo)3的端部6的中心軸31通過位于兩個(gè)分路連接分支61間的間隙部G1的中心，并且中心軸31通過入射光漫射中心21。換言之，各信道波導(dǎo)3的端部6的中心軸31與進(jìn)入信道波導(dǎo)3的入射光的光軸重合。
另外，兩個(gè)分路連接分支61中的每一個(gè)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(fù)用光的高次模光被切掉。另外，兩個(gè)分路連接分支61間的合并部69的耦合點(diǎn)這樣形成，即其具有寬度W1，該寬度使輸入到其中的波分復(fù)用光的高次模光可被激發(fā)。
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(duì)本發(fā)明的MUX/DEMUX 10和傳統(tǒng)的MUX/DEMUX的工作情況進(jìn)行比較而描述的。
圖4(a)示出在傳統(tǒng)的MUX/DEMUX的信道波導(dǎo)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(dāng)幾乎全部的光作為第0次模光80a傳播時(shí)，在信道波導(dǎo)3和輸入板2間的節(jié)點(diǎn)24附近部分光作為第二次模光82激發(fā)。然而，由于信道波導(dǎo)162為尖端向著圖4(a)的右側(cè)的錐形，在其在信道波導(dǎo)162中前進(jìn)預(yù)定的距離之后第二次模光82被切掉。結(jié)果，第二次模光82輻射到波導(dǎo)(纖芯)162的外部(參考圖4(a)的標(biāo)記P22)并變成損耗。
與此相對(duì)，在示于圖1至3中的各信道波導(dǎo)3中，各分路連接分支61是由小寬度W2的波導(dǎo)形成的，于是高次模光可在其中切掉。
圖4(b)示出第一實(shí)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，并且，因此，不會(huì)出現(xiàn)損耗。
另外，當(dāng)合并部69的形成寬度為可使高次模光，如第一次模光，激發(fā)的寬度W1時(shí)，由于從分路連接分支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(gè)從分路連接分支61之另外一個(gè)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(huì)出現(xiàn)由高次模光引起的損耗。
應(yīng)該指出，在此場合，分路連接分支61的波導(dǎo)長度可設(shè)定為大約5mm，在分路連接分支61在合并部69中互相結(jié)合之后的錐形部的波導(dǎo)長度為大約1mm，而在合并部69中錐形波導(dǎo)部的最大寬度為大約16μm。
在根據(jù)具有上述配置的第一實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備10中，如果包含多個(gè)波長分量的光(波分復(fù)用光)輸入到輸入波導(dǎo)1，則波分復(fù)用及分用設(shè)備10作為波分分用設(shè)備工作，該設(shè)備在輸出波導(dǎo)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(fù)用及分用設(shè)備10也作為波分分用設(shè)備工作，將輸入到其中的輸出波導(dǎo)5的信道#1至#n的光進(jìn)行波分復(fù)用并通過輸入波導(dǎo)1輸出波分復(fù)用光。
另外，信道波導(dǎo)3以在不同的波長中不同的出射角輸出波分復(fù)用光到輸出板4，與上面參考圖30進(jìn)行的描述的情況類似，從而將波分復(fù)用光分用為不同波長的光。輸出板4對(duì)不同波長的分用光進(jìn)行準(zhǔn)直以使同一波長的光聚光于各輸出波導(dǎo)5的入射點(diǎn)。結(jié)果，輸出波導(dǎo)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(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的波分分用設(shè)備，由于信道波導(dǎo)3和輸入板2互相光學(xué)耦合處的節(jié)點(diǎn)之間的距離dc11和dc12減小，或換言之，由于輸入到與輸入板2相鄰的信道波導(dǎo)3的端部6的波分復(fù)用光的角間距減小，輸入板2和信道波導(dǎo)3間的連接損耗可減小。
另外，利用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的波分分用設(shè)備，不會(huì)出現(xiàn)在傳統(tǒng)的波分分用設(shè)備中由高次模光的輻射引起的這類損耗，并且因此，可減小由波分分用設(shè)備造成的損耗。
應(yīng)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位于如圖5所示的入射光漫射中心21的延長線上。這種配置可進(jìn)一步減小損耗。
在上述第一實(shí)施方式中各信道波導(dǎo)3具有兩個(gè)分路連接分支61和一個(gè)合并部69，但本發(fā)明不限于此種配置，并且波分分用設(shè)備既可包含一個(gè)或多個(gè)具有兩個(gè)分路連接分支61的信道波導(dǎo)和一個(gè)合并部69，也可包含一個(gè)或多個(gè)不具有兩個(gè)分路連接分支61和一個(gè)合并部69這種幾何構(gòu)成的信道波導(dǎo)。還是在剛剛描述的配置中，至少輸入板2和信道波導(dǎo)3間的連接損耗可減小。(b)第二實(shí)施方式圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式用作波分分用設(shè)備的MUX/DEMUX 10-1的主要部件，特別示出組成MUX/DEMUX 10-1的光學(xué)波導(dǎo)裝置的纖芯的圖形。
還是在根據(jù)第二實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-1中，與在上述的第一實(shí)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(qū)為內(nèi)包層或外包層所包圍，于是可使光在約束狀態(tài)下沿纖芯傳播。
雖然根據(jù)第二實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-1在其信道波導(dǎo)3-1的配置上不同于上述第一實(shí)施方式的配置(參考標(biāo)號(hào)10)，其配置的其余部分則與上述第一實(shí)施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成于其上的結(jié)構(gòu)，除了其特性為第二實(shí)施方式所特有的信道波導(dǎo)3-1之外，其作用對(duì)應(yīng)于輸入波導(dǎo)1，輸入板2，輸出板4和輸出波導(dǎo)5，與上述的第一實(shí)施方式的這些部件類似。
在此第二實(shí)施方式中，各信道波導(dǎo)3-1這樣配置，即其與輸入板2光學(xué)耦合的部分的相鄰部分，即與輸入板2相鄰的各信道波導(dǎo)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，并隨著與輸入板2的距離的增加而以錐形方式減小。信道波導(dǎo)3-1與輸入板2的連接部這樣形成，即其寬度Wmax大于輸入到連接部的波分復(fù)用光的高次模光可被激發(fā)的最小寬度。
另外，在信道波導(dǎo)3-1具有高次模光可被激發(fā)的寬度的各信道波導(dǎo)3-1的位置附近，提供一個(gè)島形形成區(qū)34(參考圖7)，其周圍為形成信道波導(dǎo)3-1的區(qū)域并且具有小于信道波導(dǎo)3-1的折射率。
例如，如圖7所示，各信道波導(dǎo)3-1的端部7這樣形成，即類似于端部6-1，其寬度設(shè)定成為在其端部與輸入板2的連接部寬度Wmax，并隨著與輸出板4的距離的增加而以錐形方式減小。另外，在信道波導(dǎo)3-1的端部6-1形成這樣一個(gè)島形形成區(qū)34，其周圍為形成信道波導(dǎo)3-1的區(qū)域以便從信道波導(dǎo)3-1具有可使高次模光激發(fā)的大致最小寬度的波導(dǎo)位置C1延伸到板邊界線22上的位置C2。
至于在島形形成區(qū)34的頂點(diǎn)位置A的波導(dǎo)位置C1處的信道波導(dǎo)3-1的寬度W1，信道波導(dǎo)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(fā)，除端部6-1和7之外的其中間部的寬度為大約7μm，并且錐形連接分支62a的長度大約為1.5至5mm。
另外，由島形形成區(qū)34分割的波導(dǎo)61a-1和61a-2形成具有可使輸入的波分復(fù)用光的高次模光(第2次模光)被切掉的寬度的波導(dǎo)。另外，當(dāng)波導(dǎo)61a-1和61a-2在波導(dǎo)位置C1處結(jié)合在一起，在波導(dǎo)61a-1和61a-2結(jié)合處信道波導(dǎo)3-1具有的波導(dǎo)寬度為可使輸入到其中的波分復(fù)用光的高次模光被激發(fā)。
利用第二實(shí)施方式的波分分用設(shè)備，由于信道波導(dǎo)3和輸入板2在該處互相光學(xué)耦合的節(jié)點(diǎn)24之間的距離減小，所以由間隙部(在圖32(c)中以標(biāo)號(hào)123標(biāo)標(biāo)注的部分)引起的損耗量減小。另外，與上述第一實(shí)施方式的情況類似，高次模光由波導(dǎo)61a-1和61a-2切掉。另外，在波導(dǎo)位置C1由來自波導(dǎo)61a-1和61a-2的入射光激發(fā)的高次模(第1次模)光可在波導(dǎo)位置C1處互相抵消，因此不會(huì)發(fā)生由高次模光輻射造成的損耗，結(jié)果可減小損耗。
在圖6和7中示出的信道波導(dǎo)3-1中，由于作為分路連接分支的波導(dǎo)61a-1和61a-2是由一個(gè)寬度減小為W2的波導(dǎo)所形成而可切掉高次模光，所以當(dāng)入射光8引入波導(dǎo)61a-1和61a-2時(shí)，從圖8(b)可知，在波導(dǎo)61a-1和61a-2中不會(huì)出現(xiàn)損耗，因?yàn)槠渲袀鞑サ闹挥械?次模光80a。
應(yīng)該注意，圖8(a)示出在傳統(tǒng)的MUX/DEMUX的信道波導(dǎo)中光的傳播。
還是在具有上述配置的作為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的波分分用設(shè)備而使用的MUX/DEMUX 10-1中，當(dāng)包含多個(gè)波長分量的光(波分復(fù)用光)輸入到輸入波導(dǎo)1時(shí)，從輸出波導(dǎo)5的信道#1至#n輸出各個(gè)信道波分-分用(波長-分裂)的光。
另外，由于入射到與輸入板2相鄰的信道波導(dǎo)3的端部6-1的波分復(fù)用光的角間距(即波分復(fù)用光入射到信道波導(dǎo)3的角度之間的距離)由于島形形成區(qū)34而減小，當(dāng)?shù)玫娇墒共ǚ謴?fù)用光的高次模光被切掉的波長寬度時(shí)，可減小像間隙部(參考圖32(c)的標(biāo)號(hào)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(dǎo)3的端部6-1中的波分復(fù)用光在信道波導(dǎo)3中傳播時(shí)高次模光被切掉。另一方面，由于第1次模光在波導(dǎo)61a-1和61a-2結(jié)合在一起的波導(dǎo)部C1處互相抵消，在信道波導(dǎo)3中傳播的只是第0次模光，而波分復(fù)用光的損耗可減小。
這樣，利用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的波分分用設(shè)備，由于信道波導(dǎo)3和輸入板2在該處互相光學(xué)耦合的節(jié)點(diǎn)24之間的距離減小，或換言之，由于入射到與輸入板2相鄰的信道波導(dǎo)3-1的端部6-1的波分復(fù)用光的角間距減小，所以可使輸入板2和信道波導(dǎo)3-1之間的損耗減小。(c)第三實(shí)施方式圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第3實(shí)施方式用作波分分用設(shè)備的MUX/DEMUX 10-2的主要部件，特別示出組成MUX/DEMUX 10-2的光學(xué)波導(dǎo)裝置的纖芯的圖形。
還是在根據(jù)第三實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-2中，與上述的實(shí)施方式類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區(qū)為內(nèi)包層或外包層所包圍，于是可使光在約束狀態(tài)下沿纖芯傳播。
雖然根據(jù)第三實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-2在其信道波導(dǎo)3-2的配置上不同于上述實(shí)施方式的配置(參考標(biāo)號(hào)10和10-1)，其配置的其余部分則與上述實(shí)施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成于其上的結(jié)構(gòu)，除了其特性為第三實(shí)施方式所特有的信道波導(dǎo)3-2之外，其作用對(duì)應(yīng)于輸入波導(dǎo)1，輸入板2，輸出板4和輸出波導(dǎo)5，與上述的實(shí)施方式的這些部件類似。
特別是，如圖10所示，各信道波導(dǎo)3-2的端部6-2都具有一對(duì)一次耦合部610，其中包含4個(gè)一次分路連接分支611，用來接收來自輸入板2的波分復(fù)用光，和兩個(gè)一次合并部612，用來使來自一次分路連接分支611的波分復(fù)用光光學(xué)耦合，以及一個(gè)二次耦合部620，其中包含兩個(gè)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(fù)用光，和一個(gè)二次合并部622，用來使來自二次分路連接分支621的波分復(fù)用光光學(xué)耦合，兩者互相形成一個(gè)整體。
特別是，在第三實(shí)施方式中的MUX/DEMUX 10-2中，各信道波導(dǎo)3-2在4個(gè)節(jié)點(diǎn)處與輸入板2形成一個(gè)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(dǎo)，用來光學(xué)耦合多個(gè)波分復(fù)用光并傳播所獲得的波分復(fù)用光，并且都是用作耦合波導(dǎo)的一次耦合部610和二次耦合部620級(jí)聯(lián)成為兩個(gè)樹狀級(jí)。
各信道波導(dǎo)3-2的4個(gè)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(dǎo)3-2的端部6上的其中心軸31(參考圖10)通過位于兩個(gè)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(dǎo)3-2的端部6-2的中心軸31與入射光的光軸重合。
應(yīng)該指出，在圖10中，一次分路連接分支611的寬度可設(shè)定為大約71μm，而一次分路連接分支611之間的距離dc11可設(shè)定為16μm。
特別是，在圖9和10中示出的信道波導(dǎo)3-2中，由于用作分路連接分支的一次分路連接分支611和一次合并部612每個(gè)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(dǎo)形成的，因此，例如，如入射光進(jìn)入一次分路連接分支611，則由于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(huì)出現(xiàn)損耗。
與此類似，雖然二次耦合部620的二次分路連接分支621只傳播來自一次耦合部610的波分復(fù)用光，由于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(dǎo)形成的，它只傳播第0次模光。應(yīng)該指出，各一次合并部612和二次合并部622的形成，與上述第一實(shí)施方式中的相應(yīng)的部分(參考圖1至5的標(biāo)號(hào)69)類似，其寬度可使來自上游側(cè)的一次分路連接分支611和二次分路連接分支621的波分復(fù)用光的高次模光可互相抵消。
利用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備，由于在輸入板2和信道波導(dǎo)3間的節(jié)點(diǎn)24之間的距離可進(jìn)一步減小，所以由間隙部(如在圖32(c)中以標(biāo)號(hào)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(dǎo)3-2間的連接部44之間的信道波導(dǎo)距離，與上述實(shí)施方式中的相比較可增加，而在信道波導(dǎo)3-2的端部7處光的干擾可得到進(jìn)一步的抑制。于是，此波分分用設(shè)備可有效防止在波導(dǎo)折射率差比較小而容易出現(xiàn)光的干擾(耦合)時(shí)的光的干擾(耦合)。
另外，雖然在上述的第三實(shí)施方式中各信道波導(dǎo)3-2的端部6-2具有級(jí)聯(lián)成為兩級(jí)樹狀配置的一次耦合部610和二次耦合部620，根據(jù)本發(fā)明，端部6-2不限于這種具體配置，并且端部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(dǎo)另外進(jìn)行配置，此種耦合波導(dǎo)也可是多于兩級(jí)的級(jí)聯(lián)樹狀配置。
另外，在用作根據(jù)上述第三實(shí)施方式的波分分用設(shè)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(yōu)點(diǎn)。(d)第四實(shí)施方式圖12至14示出本發(fā)明的第四實(shí)施方式。更具體說，圖12示意地示出用作根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的波分分用設(shè)備的MUX/DEMUX10-3的主要部件，并特別示出組成MUX/DEMUX 10-3的光學(xué)波導(dǎo)裝置的纖芯的圖形。圖13示意地放大示出輸入波導(dǎo)1，輸入板2和信道波導(dǎo)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(dǎo)3-3中的一個(gè)的端部6-3。
還是在根據(jù)第四實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-3中，與上述的實(shí)施方式類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區(qū)為內(nèi)包層或外包層所包圍，于是可使光在約束狀態(tài)下沿纖芯傳播。
雖然根據(jù)第四實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-3在其信道波導(dǎo)3-3的配置上不同于上述實(shí)施方式的配置(參考標(biāo)號(hào)10)，其配置的其余部分則與上述實(shí)施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成于其上的結(jié)構(gòu)，除了其特性為第四實(shí)施方式所特有的信道波導(dǎo)3-3之外，輸入板2，輸出板4和輸出波導(dǎo)5，與上述實(shí)施方式的這些部件類似其作用對(duì)應(yīng)于輸入波導(dǎo)1。
在第四實(shí)施方式中的各信道波導(dǎo)3-3在其與輸入板2光學(xué)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(gè)特征性的纖芯結(jié)構(gòu)。
特別是，第四實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-3的各信道波導(dǎo)3-3的端部6-3(參考圖12或13)都具有，如圖14所示，一對(duì)錐形部65p，每個(gè)的寬度在輸入板2的節(jié)點(diǎn)24處都為一個(gè)小寬度Wp，并且隨著與輸入板2的距離的增加而增加到Wo。此處，如寬度Wo設(shè)定為7μm和寬度Wp設(shè)定為2μm，則輸入板2和信道波導(dǎo)3間的連接損耗，與第一及第二實(shí)施方式相比較可以減小。
于是，各分路連接分支65都具有一個(gè)錐形部65p，其結(jié)構(gòu)為其寬度在與輸入板2的距離減小時(shí)以錐形方式減小。換言之，各信道波導(dǎo)3-3在其端部6-3都具有兩個(gè)分路連接分支65，其中每個(gè)都有一個(gè)錐形部65p和一個(gè)合并部69，信道波導(dǎo)3-3與輸入板2形成一個(gè)整體，并且輸入板2與信道波導(dǎo)3-3互相光學(xué)連接。
應(yīng)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(dǎo)3-3的端部6-3上的其中心軸33b通過位于兩個(gè)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(duì)第四實(shí)施方式的MUX/DEMUX中的輸入板2和信道波導(dǎo)3間的連接損耗減小的原因予以說明。
圖15(a)示出根據(jù)第四實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-3(參考圖12)的輸入側(cè)連接部6-3的工作情況，而圖15(b)示出根據(jù)第一實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10(參考圖1)的輸入側(cè)連接部6的工作情況。
由于圖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(qiáng)度分布81與在分路連接分支61的另一端部D2處的電場強(qiáng)度分布84a相同。在此情況下，在第一實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10的輸入板2和信道波導(dǎo)3間的耦合效率等于在入射到信道波導(dǎo)3中之前的光的電場的強(qiáng)度24和在信道波導(dǎo)3的分路連接分支中傳播的第0次模光的電場強(qiáng)度24的歸一化光場24和81之間的覆蓋面的積分。應(yīng)該指出，這一計(jì)算方法發(fā)表于，例如，“IEEE JOURNAL OFQUANTUM ELECTRONICS，VOL.28 No.12，p.2729(1992)”中。
由于電場強(qiáng)度24是被輸入板2漫射的光的電場的強(qiáng)度分布，其寬度很大。與之相對(duì)，由于電場強(qiáng)度81是寬度為7μm的纖芯中的激發(fā)模，其寬度很小。
這樣，隨著有待耦合的電場強(qiáng)度之間的寬度比的增加，耦合損耗也增加。
與此相對(duì)，由于應(yīng)用于第四實(shí)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(fā)的波導(dǎo)模的寬度很大。結(jié)果，電場強(qiáng)度24和電場強(qiáng)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(shí)施方式中，在波分分用設(shè)備包含每個(gè)都具有錐形部65p的分路連接分支65時(shí)，從輸入波導(dǎo)1發(fā)射并在輸入板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(qiáng)度分布8。另外，在各分路連接分支65的端部D1處激發(fā)的波導(dǎo)模光(waveguidemode light)具有此種電場強(qiáng)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(fā)的波導(dǎo)模光具有如圖15(a)所示的此種電場強(qiáng)度分布84。
應(yīng)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(dǎo)寬度Wo設(shè)定為大約7μm，在端部D1處的波導(dǎo)寬度Wp設(shè)定為大約2μm，而錐形部65p的長度Lp設(shè)定為大約2.5mm。
此處，由于在本實(shí)施方式中的各信道波導(dǎo)是由單模波導(dǎo)形成的，它具有如下的特征，即如果波導(dǎo)寬度小于大約1/2電場分布將擴(kuò)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(qiáng)度分布83寬于在分路連接分支61的相應(yīng)的部分的電場強(qiáng)度分布81(即強(qiáng)度分布的波形變?yōu)槠教?。
應(yīng)該指出，在分路連接分支61的端部D1和D2的電場強(qiáng)度分布81和84a和在分路連接分支65的端部D2的電場強(qiáng)度分布84在寬度和形狀上是一樣的，因?yàn)榘l(fā)生激發(fā)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的光耦合效率等于入射光的電場強(qiáng)度分布8和波導(dǎo)中激發(fā)的波導(dǎo)模光的電場強(qiáng)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(jié)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(jù)此，在分路連接分支65每個(gè)都具有錐形部65p時(shí)，在輸入板2和信道波導(dǎo)3-3之間的連接損耗，與分路連接分支不具有錐形部65p時(shí)相比可減小。
這樣，利用根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的波分分用設(shè)備，由于各信道波導(dǎo)3-3的一個(gè)部分在與輸入板2光學(xué)連接的部分的附近具有整體形成于其上的兩個(gè)分路連接分支65和一個(gè)合并部69用來光學(xué)耦合來自分路連接分支65的波分復(fù)用光，可以得到與上述第一實(shí)施方式類似的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于各分路連接分支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(dǎo)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(yīng)該指出，雖然，在上述第四實(shí)施方式中，各信道波導(dǎo)3-3的端部6-3的中心軸33b與入射光的光軸重合，而根據(jù)本發(fā)明，各分路連接分支65可這樣形成，即其中心軸33b位于漫射中心21的延長線上。
換言之，示于圖16的信道波導(dǎo)3-3的分路連接分支65的配置使得其每個(gè)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(shí)，耦合損耗，與上述實(shí)施方式比較，可進(jìn)一步減小，并且波分復(fù)用光的入射效率可進(jìn)一步提高。
根據(jù)本發(fā)明的MUX/DEMUX 10-3的工作情況和傳統(tǒng)的MUX/DEMUX的工作情況參考圖17進(jìn)行了比較。圖17示出對(duì)應(yīng)于光的傳播方式的纖芯圖形。此處，當(dāng)激光從輸入波導(dǎo)101輸入時(shí)，光傳播進(jìn)入輸入板102和一個(gè)具有與信道波導(dǎo)103-1的特征類似特征的波導(dǎo)(信道波導(dǎo)103-1)中。另外，顏色隨傳播光的強(qiáng)度成比例地變化，如深藍(lán)→黃→深紅(圖中未示出)。
當(dāng)激光輸入到輸入波導(dǎo)101時(shí)，光通過輸入板102傳播進(jìn)入到信道波導(dǎo)103-1。因此，在信道波導(dǎo)103-1的一個(gè)錐形連接分支162寬度減小的部分處輻射出高次模。
于是，當(dāng)激光從示于圖12的輸入波導(dǎo)1輸入時(shí)，光傳播進(jìn)入輸入板2和一個(gè)具有與信道波導(dǎo)3-3的特征類似特征的波導(dǎo)(信道波導(dǎo)3-3)中。因此，顏色隨傳播光的強(qiáng)度成比例地變化，如深藍(lán)→黃→深紅。圖18示出示出對(duì)應(yīng)于光的傳播方式的纖芯圖形。
在示于圖18的配置中，通過輸入板2在信道波導(dǎo)3-3中傳播的光發(fā)出輻射，但與在信道波導(dǎo)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，在示于圖17中的配置中的光損耗大約為-16.4dB，而在示于圖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(jù)模擬，根據(jù)第四實(shí)施方式的波分分用設(shè)備10-3，與傳統(tǒng)的波分分用設(shè)備相比較，顯示出損耗減少1.7dB的效果(參考圖28)。(e)第五實(shí)施方式圖19至21示本發(fā)明的第五實(shí)施方式。更具體說，圖19示意地示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式用作波分分用設(shè)備的MUX/DEMUX 10-4的主要部件，并且特別示出組成波分分用設(shè)備10-4的光學(xué)波導(dǎo)裝置的纖芯的圖形。圖20示意地放大示出輸入波導(dǎo)1，輸入板2和信道波導(dǎo)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(dǎo)3-4中的一個(gè)的端部6-4。
還是在根據(jù)第五實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-4中，與上述的實(shí)施方式類似，纖芯這樣形成，即使其上、下和左、右區(qū)為內(nèi)包層或外包層所包圍，于是可使光在約束狀態(tài)下在纖芯中傳播。
雖然根據(jù)第五實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-4在其信道波導(dǎo)3-4的配置上不同于上述第四實(shí)施方式的配置(參考標(biāo)號(hào)10-3)，其配置的其余部分則與上述實(shí)施方式類似。特別是，纖芯具有整體形成于其上的結(jié)構(gòu)，除了其特性為第五實(shí)施方式所特有的信道波導(dǎo)3-4之外，其作用對(duì)應(yīng)于輸入波導(dǎo)1，輸入板2，輸出板4和輸出波導(dǎo)5，與上述實(shí)施方式的這些部件類似。
在第五實(shí)施方式中的各信道波導(dǎo)3-4都在其與輸入板2光學(xué)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(gè)特征性的纖芯結(jié)構(gòu)。
特別是，根據(jù)第五實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10-4的各信道波導(dǎo)3-4的端部6-4(參考圖19或20)都具有，如圖21所示，一對(duì)錐形部66s，每個(gè)的寬度在輸入板2的節(jié)點(diǎn)24處都為一個(gè)小寬度Wp，并且在距輸入板2的固定距離上是固定的，而一對(duì)錐形部66p每個(gè)都具有一個(gè)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(shè)定為大約7μm，并且寬度Wp設(shè)定為大約2μm，則在輸入板2和信道波導(dǎo)3之間的連接損耗量，與第四實(shí)施方式相比，可以減小。
錐形部66p具有的寬度是隨著從合并部69側(cè)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(dǎo)部66s具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等于錐形部66p在其寬度最小處的寬度，并且使輸入板2與錐形部66p互相光學(xué)連接。
應(yīng)該指出，各信道波導(dǎo)3-4的端部6-4的中心軸31通過位于兩個(gè)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(dǎo)3-4的端部6-4的中心軸33b與進(jìn)入信道波導(dǎo)3的入射光的光軸重合。
另外，在根據(jù)第五實(shí)施方式的波分復(fù)用及分用設(shè)備10-4中，由于各分路連接分支66具有一錐形部66p和一窄固定寬度波導(dǎo)部66s，在輸入板2和信道波導(dǎo)3-4之間的連接損耗，與在第四實(shí)施方式中的包含分路連接分支65的波分復(fù)用及分用設(shè)備10-3相比較，可進(jìn)一步減小。
下面通過對(duì)圖22(a)和22(b)的比較對(duì)第五實(shí)施方式的MUX/DEMUX10-4中的輸入板2和信道波導(dǎo)3間的連接損耗減小的原因予以說明。
圖22(a)示出根據(jù)第五實(shí)施方式的MUX/DEMUX的輸入側(cè)連接部6-3的工作情況，而圖22(b)示出根據(jù)第四實(shí)施方式的MUX/DEMUX的輸入側(cè)連接部6的工作情況。
從輸入波導(dǎo)1發(fā)射并在輸入板2中傳播一直到碰到板邊界線22的入射光顯示出電場強(qiáng)度分布8，而在窄固定寬度波導(dǎo)部66s的端部D1處激發(fā)的波導(dǎo)模光具有電場強(qiáng)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(fā)的波導(dǎo)模光具有電場強(qiáng)度分布84。
此處，在第一實(shí)施方式的MUX/DEMUX 10中應(yīng)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(duì)應(yīng)于纖芯寬度為2μm的電場強(qiáng)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。由于示于圖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和短于所要求的長度，所以在輸入板2的附近激發(fā)的模的電場強(qiáng)度分布的寬度小于在具有纖芯寬度為2μm的纖芯中激發(fā)的電場強(qiáng)度分布的寬度。
結(jié)果，耦合損耗變得大于在分路連接分支65的寬度為2μm時(shí)預(yù)期的耦合損耗。
與此相對(duì)，在與第五實(shí)施方式中的輸入側(cè)連接部6-4相對(duì)應(yīng)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(shè)定為在大于光的波長的10倍長度上固定為2μm。據(jù)此，在分路連接分支65的寬度為2μm時(shí)，耦合損耗可減小到預(yù)期值。
另一方面，在波分分用設(shè)備包含的分路連接分支66每個(gè)都具有錐形部66p和窄固定寬度波導(dǎo)部66s，如在第五實(shí)施方式中，從輸入波導(dǎo)1發(fā)射并在輸入板2中傳播一直到碰到板邊界線22的入射光顯示出電場強(qiáng)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(fā)的波導(dǎo)模光具有電場強(qiáng)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(fā)的波導(dǎo)模光具有電場強(qiáng)度分布84，見圖22(a)。
應(yīng)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(dǎo)寬度Wo設(shè)定為大約7μm，在端部D1處的波導(dǎo)寬度Wp設(shè)定為大約2μm，錐形部66p的長度Lp設(shè)定為大約800μm，而窄固定寬度波導(dǎo)部66s的長度Ls設(shè)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(dǎo)中的電場分布根據(jù)波導(dǎo)的纖芯寬度的變化而連續(xù)地改變。因此，如提供的窄固定寬度波導(dǎo)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(fā)的電場模光(波導(dǎo)模光)的強(qiáng)度大于分路連接分支65的情況。
應(yīng)該指出，雖然，在上述第五實(shí)施方式中，各信道波導(dǎo)3-4的端部6-4的中心軸33b與入射光的光軸重合，而根據(jù)本發(fā)明，各分路連接分支66a可這樣形成，即其中心軸33b位于漫射中心21的延長線上。
換言之，示于圖23的信道波導(dǎo)3-4a的分路連接分支66a的配置使得其每個(gè)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(shí)，耦合損耗與上述實(shí)施方式比較可進(jìn)一步減小，并且波分復(fù)用光的入射效率可進(jìn)一步提高。(f)其他在用作根據(jù)上述第三實(shí)施方式的MUX/DEMUX的MUX/DEMUX10-2中，各信道波導(dǎo)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并固定寬度的中心軸32b。然而，根據(jù)本發(fā)明，各信道波導(dǎo)3-2的端部6-2不限于這種具體配置。例如，可采用圖24至27所示的各信道波導(dǎo)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(dǎo)3-21的端部6-21都可具有一次分路連接分支651，其中每個(gè)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(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。
另外，例如，如圖25所示，各信道波導(dǎo)3-22的端部6-22的每個(gè)一次分路連接分支651都可配置成為具有與第四實(shí)施方式中的類似的錐形部65p(參考圖12至14)，并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(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。另外，與在圖11的情況類似，在輸入板2和信道波導(dǎo)3-2之間的耦合損耗可進(jìn)一步減小。
另一方面，例如，從圖26可知，各信道波導(dǎo)3-23的端部6-23的每個(gè)一次分路連接分支661都可配置成為具有與第五實(shí)施方式中的類似的錐形部66p和一個(gè)窄固定寬度波導(dǎo)部66s(參考圖19至21)，在采用這種配置時(shí)，可得到與上述第五實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。
另外，例如，從圖27可知，各信道波導(dǎo)3-24的端部6-24的每個(gè)一次分路連接分支661都可配置成為具有與第五實(shí)施方式中的類似的錐形部66p和一個(gè)窄固定寬度波導(dǎo)部66s(參考圖19至21)，并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(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。另外，與在圖11的情況類似，在輸入板2和信道波導(dǎo)3-2之間的耦合損耗可進(jìn)一步減小。
另外，在上述第二實(shí)施方式中描述的島形形成區(qū)34自然可以應(yīng)用于第二實(shí)施方式之外的其他實(shí)施方式中的信道波導(dǎo)中。
本發(fā)明不限于上面具體描述的實(shí)施方式，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種波分分用設(shè)備，其特征在于其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于所述基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于所述基底上用來使從所述第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于所述基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收和分裂經(jīng)所述第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于所述基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的分裂光并對(duì)接收到的波分復(fù)用光進(jìn)行聚光；以及一個(gè)位于所述基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)所述第二板聚光的光于其中傳播；所述信道波導(dǎo)和所述第一板在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相光學(xué)耦合，該節(jié)點(diǎn)數(shù)比所述信道波導(dǎo)和所述第二板在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相光學(xué)耦合的節(jié)點(diǎn)數(shù)大。
2.一種波分分用設(shè)備，其特征在于其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于所述基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于所述基底上用來使從所述第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于所述基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收和分裂經(jīng)所述第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于所述基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的分裂光并對(duì)接收到的波分復(fù)用光進(jìn)行聚光；一個(gè)位于所述基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)所述第二板聚光的光于其中傳播；所述各信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)與所述第一板光學(xué)連接的部分的附近都具有多個(gè)使來自所述第一板的波分復(fù)用光輸入的通過纖芯的分支或波導(dǎo)，以及一個(gè)與所述通過纖芯的分支或波導(dǎo)結(jié)合形成整體的合并部，用來使來自通過纖芯的分支或波導(dǎo)的波分復(fù)用光光學(xué)耦合。
3.如權(quán)利要求2中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述通過纖芯的分支或波導(dǎo)中的每一個(gè)都具有一個(gè)寬度為使得輸入其中的波分復(fù)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，并且在所述合并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(fā)。
4.如權(quán)利要求2或3中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述通過纖芯的分支或波導(dǎo)中的每一個(gè)以這一寬度形成，該寬度從其相鄰的所述合并部的部分向著所述第一板以錐形方式減小。
5.如權(quán)利要求2或3中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述通過纖芯的分支或波導(dǎo)的每一個(gè)都可具有一個(gè)其寬度從其相鄰的所述合并部的部分向著所述第一板以錐形方式減小的錐形部，并且具有一個(gè)固定寬度小的波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等于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(xué)連接。
6.一種波分分用設(shè)備，其特征在于其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于所述基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于所述基底上用來使從所述第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于所述基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收和分裂經(jīng)所述第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于所述基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的分裂光并對(duì)接收到的波分復(fù)用光進(jìn)行聚光；以及一個(gè)位于所述基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)所述第二板聚光的光于其中傳播；所述各信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)與所述第一板光學(xué)連接的部分的附近都具有每個(gè)都包含多個(gè)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(fù)用光和一個(gè)用來光學(xué)耦合來自所述一次分路連接分支的波分復(fù)用光的一次合并部；以及一個(gè)包含多個(gè)二次分路連接分支的二次耦合部用來接收經(jīng)所述一次耦合部耦合的波分復(fù)用光和一個(gè)用來光學(xué)耦合來自所述二次分路連接分支的波分復(fù)用光的二次合并部。
7.如權(quán)利要求6中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述分路連接分支中的每一個(gè)都具有一個(gè)寬度為使得輸入其中的波分復(fù)用光的高次模光被切掉的寬度，并且在所述合并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(fù)用光的高次模光可被激發(fā)。
8.如權(quán)利要求6或7中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于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并部的部分向著所述第一板以錐形方式減小。
9.如權(quán)利要求6或7中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述分路連接分支的每一個(gè)都具有一個(gè)其寬度從其相鄰的所述合并部的部分向著所述第一板以錐形方式減小的錐形部，并且具有一個(gè)固定寬度小的波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有一基本上是固定的寬度，該寬度基本上等于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(xué)連接。
10.一種波分分用設(shè)備，其特征在于其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于所述基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于所述基底上用來使從所述第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于所述基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收和分裂經(jīng)所述第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于所述基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的分裂光并對(duì)接收到的波分復(fù)用光進(jìn)行聚光；以及一個(gè)位于所述基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)所述第二板聚光的光于其中傳播；所述各信道波導(dǎo)都這樣形成，即其對(duì)所述第一板的一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一寬度，該寬度為可使分開的光的高次模光被激發(fā)，并且該寬度隨著遠(yuǎn)離所述第一板而以錐形方式減??；以這種方式對(duì)所述各信道波導(dǎo)提供一個(gè)反射率小于信道波導(dǎo)反射率的島形形成區(qū)，即將所述信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)光學(xué)耦合到所述第一板的其附近處分割為多個(gè)波導(dǎo)部。
11.如權(quán)利要求10中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于由所述島形區(qū)分割的所述各信道波導(dǎo)的各波導(dǎo)部都可形成為一個(gè)波導(dǎo)，通過它使得輸入其中的波分復(fù)用光的高次模光被切掉，并且在分割波導(dǎo)部互相耦合處的波導(dǎo)可具有一寬度，該寬度可使輸入到其中的波分復(fù)用光的高次模光被激發(fā)。
12.如權(quán)利要求1至11任何一項(xiàng)中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述第一板與所述各信道波導(dǎo)的邊界界面可形成為弧形，其中心位于漫射進(jìn)入的并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(quán)利要求12中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于在信道波導(dǎo)光學(xué)耦合到所述第一板的部分的附近的所述信道波導(dǎo)的每一個(gè)都具有一個(gè)位于漫射中心延長線上的中心軸。
14.如權(quán)利要求2至5任何一項(xiàng)中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述第一板與所述各信道波導(dǎo)的邊界界面可形成為弧形，其中心位于漫射進(jìn)入的并從所述第一板輸入到所述邊界界面的漫射光的漫射中心，并且所述通過纖芯的分支或波導(dǎo)的每一個(gè)都可具有一個(gè)位于漫射中心延長線上的中心軸。
15.如權(quán)利要求7中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述第一板與所述各信道波導(dǎo)的邊界界面可形成為弧形，其中心位于漫射進(jìn)入的并從所述第一板輸入到所述邊界界面的漫射光的漫射中心，并且所述一次分路連接分支的每一個(gè)都可具有一個(gè)位于漫射中心延長線上的中心軸。
16.一種波分分用設(shè)備，其特征在于其包括一個(gè)基底；一個(gè)位于所述基底上用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)；一個(gè)位于所述基底上用來使從所述第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板；多個(gè)位于所述基底上并具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收和分裂經(jīng)所述第一板漫射的波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播；一個(gè)位于所述基底上的第二板，用來接收經(jīng)多個(gè)信道波導(dǎo)相互分開傳播的分裂光并對(duì)接收到的波分復(fù)用光進(jìn)行聚光；以及一個(gè)位于所述基底上的第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)所述第二板聚光的光于其中傳播；所述各信道波導(dǎo)在信道波導(dǎo)與所述第一板光學(xué)連接的部分的附近都包含多個(gè)級(jí)聯(lián)成為多個(gè)樹狀配置級(jí)的耦合波導(dǎo)用來使輸入其中的分布光光學(xué)連接和傳播。
17.一種波分分用設(shè)備，其特征在于其包括一個(gè)用來引導(dǎo)和輸出具有不同波長的光分量的波分復(fù)用光的輸入波導(dǎo)；一個(gè)用來漫射從所述輸入波導(dǎo)輸出的波分復(fù)用光的輸入板；多個(gè)信道波導(dǎo)，用來使經(jīng)過所述輸入板根據(jù)波長進(jìn)行漫射的波分復(fù)用光分裂而得到的分裂光傳播，所述信道波導(dǎo)這樣形成，即使得所述信道波導(dǎo)的相鄰波導(dǎo)之間的光路長度差互相相等；以及一個(gè)用來對(duì)從所述信道波導(dǎo)輸出的分裂光進(jìn)行聚光的輸出板。
18.如權(quán)利要求17中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述信道波導(dǎo)的部分沿著該邊界線定位于所述輸入板附近的第一板邊界線的形狀為具有預(yù)定半徑的弧形，并且其中心位于所述輸入板上的漫射中心。
19.如權(quán)利要求18中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述輸入板形成使得具有相同相位波分復(fù)用光從漫射中心漫射和輸出。
20.如權(quán)利要求17中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述信道波導(dǎo)這樣形成，使得分裂光分量顯示出根據(jù)光程差產(chǎn)生的相位差。
21.如權(quán)利要求17中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述信道波導(dǎo)這樣形成，即將其光程差設(shè)定為次數(shù)，該次數(shù)等于在波分復(fù)用光中包含的中心波長倍數(shù)。
22.如權(quán)利要求17中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述信道波導(dǎo)的部分沿著該邊界線定位于所述輸入板附近的第二板邊界線的形狀為具有預(yù)定半徑的弧形。
23.如權(quán)利要求22中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于所述輸出板根據(jù)從第二板邊界線輸出的光的波長和包含在波分復(fù)用光中的中心波長對(duì)分裂光分量進(jìn)行聚光。
24.如權(quán)利要求17至23任何一項(xiàng)中所述的波分分用設(shè)備，其特征在于其還包括每一個(gè)都具有至少兩個(gè)終端的多個(gè)輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)終端位于光被所述輸出板聚光之處，而另一個(gè)終端被提供用來使光輸入到另外一個(gè)光學(xué)模塊。
全文摘要
本發(fā)明可提供一種可降低輸入板和信道波導(dǎo)之間的連接損耗和抑制高次模光的激發(fā)來降低損耗的波分分用設(shè)備。本發(fā)明的波分分用設(shè)備包括，用來傳播具有多個(gè)波長分量的波分復(fù)用光的第一波導(dǎo)，使從第一波導(dǎo)輸入的波分復(fù)用光漫射的第一板，多個(gè)具有一系列以預(yù)定的差值增加的不同波導(dǎo)長度的信道波導(dǎo)，用來接收波分復(fù)用光和使其相互分開在信道波導(dǎo)中傳播，第二板，用來接收波分復(fù)用光并通過聚光接收到的波分復(fù)用光分用為多個(gè)波長，以及第二波導(dǎo)，用來使經(jīng)第二板分用的光于其中傳播，所有上述部件均形成在基底上。信道波導(dǎo)和第一板在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相光學(xué)耦合，該節(jié)點(diǎn)數(shù)比所述信道波導(dǎo)和所述第二板在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處相互光學(xué)耦合的節(jié)點(diǎn)數(shù)大。
文檔編號(hào)G02B6/12GK1416235SQ0211886
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月29日
發(fā)明者田淵晴彥, 成瀨晃和 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社