CN103765265B - 光合路分路器、双向光传播器以及光发送接收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用同一光器件来实现下行信号的分路和上行信号的合路、使上行信号的合路损耗降低的光合路分路器。本发明的光合路分路器的特征在于，具备：光合路分路单元，对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出；以及双向光传播单元，使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元。

Description

光合路分路器、双向光传播器以及光发送接收系统
技术领域
本发明涉及在光纤用户网中使用的光合路分路器、双向光传播器以及光发送接收系统。
背景技术
在光纤用户网中，广泛采用以IEEE、ITU－T进行标准化的PON（PassiveOptical Network：无源光网络）方式。PON系统具有下述结构，即，分别配置在多个用户装置中的发送接收装置（ONU：Optical Network Unit，光网络单元）经由配置在交换局（accommodation station）内/外的光分路器和一根光纤与配置在交换局的发送接收装置（OLT：Optical Line Terminal，光线路终端）连接。
在PON系统中，上行信号和下行信号用不同的波长在同一光纤上双向传输。下行信号是用时分复用（TDM：Time Division Multiplexing）技术对从OLT输出的信号进行复用的连续信号。配置在用户装置的ONU从在光分路器中进行分路的连续信号导出ONU自身所需的时隙（time slot）的信号。此外，上行信号是从ONU间歇性地发送的突发信号（burst signal），由光分路器合路而成为TDM信号，被送至交换局。
上行信号由于从用户装置到光分路器的距离不同或ONU内的发送器输出的个体差异，其强度发生偏差，因此，对接收器要求很宽的输入动态范围。在PON系统中，能用TDM技术由多个用户共用配置在交换局的OLT和少数根光纤。因此，能经济地提供超过吉比特（Gigabit）的高速的光接入服务。
然而，PON系统虽然是已经实用化了的系统，但是，依然要求扩大其允许传输路径损耗（损耗预算（loss budget））。只要能实现损耗预算的扩大，就能通过“增加分路数来增加一台OLT收容的用户装置的数量”、“延长光纤传输路径来扩大收容区域”，从而提高PON系统的收容效率。
为了实现损耗预算的扩大，广泛探讨着下述方法，即，使用分别放大上下行信号的双向光放大器，补偿进行多分路化的光分路器、延长的光纤传输路径的损耗。但是，在许多情况下，假设的是将双向光放大器配置在光纤传输路径中，作为中继器来使用。如果考虑到确保驱动双向光放大器的电源的容易性，优选将双向光放大器配置在交换局，将放大上下行信号的光放大器分别作为前置光放大器和后置光放大器来使用。
然而，在将前置光放大器配置在交换局进行使用的情况下，当强的突发光信号入射到前置光放大器时，超过输入动态范围的光信号到达交换局的接收器，产生不能正常接收上行信号的问题。
另一方面，在非专利文献1提出了如下的方法，即，通过降低光分路器中的上行信号的合路损耗，从而得到与等价地扩大相应量的损耗预算同样的效果。
图1示出非专利文献1所示的PON系统100的结构。图1示出了配置在用户装置110的ONU111经由光分路器120与交换局内130的OLT136连接的PON系统100。交换局130具备波长合波分波器131、光分路器132、光合路器133以及包括发送器134和接收器135的OLT136。另外，在图1中，虽然OLT136由发送器134和接收器135构成，但是，也可以包括波长合波分波器、光分路器、光合路器。
在图1例示的PON系统100中，除了由配置在交换局130外的分路器120对光信号进行分路之外，在交换局130内也进行光信号的分路（在图1中，示出了4分路的情况）。进而，在图1例示的PON系统100中，使用一台光分路器132、一台光合路器133以及与交换局130内的分路数相等的台数的波长合波分波器131，在交换局130内同时进行下行信号的分路和上行信号的合路。
在PON系统100中，从发送器134送出的下行信号由光分路器132进行分路，送至各波长合波分波器131。虽然光分路器132可以如上所述地与下行信号的分路同时进行上行信号的合路，但是，在PON系统100中只进行下行信号的分路。另一方面，每个所内分路的上行信号在波长合波分波器131中与下行信号进行合波、分波。进而，合波、分波后的上行信号在也被称为模式耦合器的光合路器中进行合路后，在接收器中进行接收。
在图2A和图2B示出光合路器的结构例。图2A示出利用了平面光路（PLC：Planer Lightwave Circuit）的光合路器的结构例，图2B示出利用了熔接单模光纤（SMF：Single Mode Fiber）波导的光合路器的结构例。在图2A示出了具备多模光纤（MMF：Multi Mode Fiber）210和PLC220的以往的光合路器200。在图2B示出了具备MMF210和熔接SMF波导230的以往的光合路器200。MMF210具有包层211和纤芯212，上行信号在纤芯212中传播而被传递。
图2A所示的PLC220包括平板波导221和与平板波导221连接的SM波导222。图2B所示的熔接SMF波导230包括熔接部231和与熔接部231熔接连接的SMF232。图2A和图2B所示的光合路器全都具有束缚在平面上呈放射状排列的多个SM波导222或SMF232的一个端面的结构。光合路器中的光信号的合路在图2A和图2B所示的平板波导221和熔接部231中分别进行。
图2A和图2B所示的光合路器一边保持从多个SM波导222或SMF232的另一个端面入射的光信号的平面垂直方向上的封闭，一边在消除了每个SM波导222或SMF232之间的边界的状态下经一定距离使光信号合路。合路后的光信号的模场直径具有SM波导222或SMF232的模场直径以上的宽度，因此，将MMF210连接在光信号的合路部，可将合路后的光信号无泄漏地封闭在光纤内。由此，能克服理论上合路损耗根据分路数的增加而增加（在N×1分路中为1／N）的光分路器的缺点。
实际上，如非专利文献2所示，根据图2A所示的结构，在8×1的光合路器的情况下，在组合了平板波导这样的以往的Y分路元件的分路电路中，理论损耗是9dB，但是，实现了2dB以内的合路损耗。此外，如非专利文献3所示，在16×1的光合路器的情况下，理论损耗是12dB，但是，实现了最坏合路损耗为5dB以下这样的7dB以上的改善。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：中西健治、吉田诚史、青柳慎一，“降低了上行信号的合路损耗的PDS构成法”、1997年电子信息通信学会综合大会，B-10-112，p.621
非专利文献2：花田忠彦、北村直树、下田毅、北村光弘，“石英波导型8×1光模式合路器”，1996年电子信息通信学会交流大会，C-160，p.160
非专利文献3:笹冈英资、畑山均、油井大、服部哲也，“石英波导型16×1光模式合路器”，1998年电子信息通信学会综合大会，C-3-163，p.329。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在图1、图2A以及图2B所示的以往的系统结构中，关于下行信号的分路和上行信号的合路需要不同的光器件。因此，系统的结构变得复杂，而且要准备的部件个数增加，存在系统的初期投资成本增加、传输装置大型化以及起因于单元个数和烦杂的工序的产生可靠性恶化等课题。
解决课题的方案
为了达成上述目的，本发明的方案1所述的光合路分路器的特征在于，具备：对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出的光合路分路单元；以及使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元的双向光传播单元。
本发明的方案2所述的光合路分路器是本发明的方案1所述的光合路分路器，其特征在于，所述双向光传播单元是双模光纤。
本发明的方案3所述的光合路分路器是本发明的方案2所述的光合路分路器，其特征在于，在所述双模光纤的单模传播中使用的包层的直径从所述双模光纤的一端起呈锥状减少。
本发明的方案4所述的光合路分路器是本发明的方案2或3所述的光合路分路器，其特征在于，还具备对在所述双模光纤中传播的所述上行信号以多模进行分波、对所述下行信号以单模进行合波的合波分波单元。
本发明的方案5所述的光合路分路器是本发明的方案1所述的光合路分路器，其特征在于，所述双向光传播单元由空间透镜系统构成，所述空间透镜系统以如下方式构成，即，透射从所述光合路分路单元输出的所述上行信号，以多模输出，透射所述下行信号，以单模输出到所述光合路分路单元。
本发明的方案6所述的光发送接收系统的特征在于，在方案4或5所述的光合路分路器连接有发送所述下行信号的发送器和接收所述合路后的上行信号的接收器。
本发明的方案7所述的光发送接收系统是本发明的方案6所述的光发送接收系统，其特征在于，在所述发送器连接有用于放大所述下行信号的光放大器。
本发明的方案8所述的光合路分路器是本发明的方案2所述的光合路分路器，其特征在于，所述光合路分路单元具备：形成在平面光路上，与所述双模光纤进行光学连接的平板波导；以及与所述平板波导和多根单模光纤进行光学连接的多根单模波导，所述平板波导具有以关于所述双模光纤的光轴延长线呈轴对称的方式设在所述双模光纤的光轴延长线上的纤芯缺损部。
本发明的方案9所述的光合路分路器是本发明的方案8所述的光合路分路器，其特征在于，所述纤芯缺损部以成为椭圆形的方式构成。
本发明的方案10所述的光合路分路器是本发明的方案9所述的光合路分路器，其特征在于，所述纤芯缺损部具有：设在所述双模光纤的多模部的孔径角范围内的多个第一纤芯缺损部分；以及设在所述双模光纤的单模部的孔径角范围内的第二纤芯缺损部分，所述第二纤芯缺损部分比每个所述第一纤芯缺损部分的曲率大。
本发明的方案11所述的光合路分路器是本发明的方案8至10的任一项所述的光合路分路器，其特征在于，所述平板波导具有以反射所述下行信号和所述上行信号而封闭在所述平板波导中的方式构成的所述反射率强化构造。
本发明的方案12所述的光合路分路器是本发明的方案8至11的任一项所述的光合路分路器，其特征在于，每个所述单模波导的波导宽度在与所述平板波导的连接部处互不相同，所述连接部处的所述单模波导的光轴延长线与所述双模光纤的光轴延长线交叉的点按每个所述单模波导互不相同。
本发明的方案13所述的光合路分路器是本发明的方案1所述的光合路分路器，其特征在于，所述光合路分路单元具备：对所述多个上行信号以多模进行合路，对所述下行信号以单模进行分路的平板波导；输入经由所述平板波导输出的所述上行信号并以多模进行传播的多模光纤；以及输入经由所述平板波导输出的所述下行信号并以单模进行传播的多个单模光纤，所述平板波导具备：用于输入所述下行信号的输入端口；以及以反射经由所述输入端口输入的所述下行信号而输出到所述多个单模光纤、透射所述上行信号而输出到所述多模光纤的方式，相对于所述多模光纤的光轴倾斜规定的角度设在所述平板波导中的滤光部。
本发明的方案14所述的光合路分路器是本发明的方案1所述的光合路分路器，其特征在于，所述光合路分路单元具备：对所述下行信号进行分路的分路元件；用于输入输出所述多个上行信号和所述分路后的下行信号的每一个的多个单模光纤；以及分别输入所述分路后的下行信号并输出到所述多个单模光纤的每一个，对经由所述多个单模光纤输入的所述多个上行信号以多模进行合路的多个多模变换/合路元件。
本发明的方案15所述的光合路分路器是本发明的方案14所述的光合路分路器，其特征在于，所述多个多模变换/合路元件由波导宽度不等宽的定向耦合器元件构成，所述上行信号在进行模式变换后输出到所述多模变换/合路元件的交叉端口，所述下行信号不进行模式变换就输出到所述多模变换/合路元件的直通端口。
本发明的方案16所述的光合路分路器是本发明的方案14或15所述的光合路分路器，其特征在于，所述分路元件由以使所述分路后的下行信号的光强度分别相等的方式对所述下行信号进行分路的等分分光元件构成，所述多个多模变换/合路元件经由多模波导以串联方式连接，该串联连接的多个多模变换/合路元件各自的下行信号输入用端口与所述等分分光元件连接。
本发明的方案17所述的光合路分路器是本发明的方案16所述的光合路分路器，其特征在于，所述多个多模变换/合路元件构成N组所述串联连接的多个多模变换/合路元件，所述光合路分路器还具备经由多模波导与所述N组串联连接的多个多模变换/合路元件的各组连接的N输入1输出的多模变换/合路元件，由所述N组串联连接的多模变换/合路元件的各组进行多模变换/合路后的上行信号由所述N输入1输出的多模变换/合路元件进行多模变换/合路。
本发明的方案18所述的光合路分路器是本发明的方案16或17所述的光合路分路器，其特征在于，还包括对所述上行信号和所述下行信号进行波长合波分波的波导宽度等宽的定向耦合器元件，所述等宽的定向耦合器元件经由所述多个多模变换/合路元件和多模波导以串联方式连接，所述等宽的定向耦合器元件的下行信号输入用端口与所述等分分光元件连接。
本发明的方案19所述的光合路分路器是本发明的方案13所述的光合路分路器，其特征在于，所述双向光传播单元具备：用于输入所述下行信号，输出到所述光合路分路单元的所述单模光纤；以及输入从所述光合路分路单元输出的所述上行信号的多模光纤。
本发明的方案20所述的双向光传播器的特征在于，具备：输入上行信号，使其以多模进行传播并输出，使下行信号以单模进行传播并输出的双模光纤；以及对从所述双模光纤输出的所述上行信号进行分波并输出，对所述下行信号进行合波并输出到所述双模光纤的合波分波单元。
本发明的方案21所述的双向光传播器是本发明的方案20所述的双向光传播器，其特征在于，在所述合波分波单元连接有用于传播所述下行信号的单模光纤和用于传播所述上行信号的多模光纤。
本发明的方案22所述的光发送接收系统的特征在于，在方案21所述的双向光传播器中，在所述单模光纤连接有发送所述下行信号的发送部，在所述多模光纤连接有接收所述上行信号的接收部。
本发明的方案23所述的光发送接收系统是本发明的方案22所述的光发送接收系统，其特征在于，用于放大所述下行信号的光放大器经由所述单模光纤与所述发送部连接。
本发明的方案24所述的光发送接收系统是本发明的方案22所述的光发送接收系统，其特征在于，所述发送部具备：与所述单模光纤连接的多波长合波器；与所述多波长合波器连接的多个第二单模光纤；以及分别与所述多个第二单模光纤连接的多个发送器，所述多波长合波器输入从所述多个发送器的每一个经由所述多个第二单模光纤发送的所述下行信号，对该输入的下行信号进行合波，将该合波后的下行信号输出到所述单模光纤。
本发明的方案25所述的光发送接收系统是本发明的方案22或24所述的光发送接收系统，其特征在于，所述接收部具备：与所述多模光纤连接的多波长分波器；与所述多波长分波器连接的多个第二多模光纤；以及分别与所述多个第二多模光纤连接的多个接收器，所述多波长分波器从所述多模光纤输入所述上行信号，对该输入的上行信号进行分波，将该分波后的上行信号经由所述多个第二多模光纤输出到所述多个接收器的每一个。
本发明的方案26所述的光发送接收系统具备：权利要求20所述的双向光传播器；发送所述下行信号的发送器；以及接收所述上行信号的接收器，所述光发送接收系统的特征在于，所述双向光传播器还包括空间透镜系统，从所述双模光纤输出的所述上行信号经由所述合波分波单元和所述空间透镜系统以多模耦合到所述接收器，从所述发送器发送的所述下行信号经由所述合波分波单元和所述空间透镜系统以单模耦合到所述双模光纤。
本发明的方案27所述的光发送接收系统是本发明的方案26所述的光发送接收系统，其特征在于，所述发送器内置有用于放大所述下行信号的光放大器。
发明效果
根据本发明，能用同一光器件来实现下行信号的分路和上行信号的合路，使上行信号的合路损耗降低，得到与等价地扩大相应的量的损耗预算同样的效果。
附图说明
图1是现有技术的组合了多个光器件的PON系统的结构图。
图2A是示出现有技术的光合路器的图。
图2B是示出现有技术的光合路器的图。
图3是本发明的实施例1的光合路分路器的图。
图4A是示出双模光纤（DMF：Dual Mode Fiber）的半径与折射率分布的关系的图。
图4B是示出DMF的半径与折射率分布的关系的图。
图5是示出使用了本发明的实施例2的光合路分路器的系统的图。
图6是示出使用了本发明的实施例2的光合路分路器的系统的另一个方式的图。
图7是示出本发明的实施例3的光发送接收系统的图。
图8是本发明的实施例3的光发送接收系统的光合路分路器中的DMF的放大图。
图9是示出本发明的实施例4的光合路分路器的图。
图10A是示出本发明的实施例5的光合路分路器的图。
图10B是示出本发明的实施例5的光合路分路器的图。
图10C是示出本发明的实施例5的光合路分路器的图。
图11A是示出测量了本发明的实施例5的光合路分路器的分路损耗的结果的图。
图11B是示出测量了本发明的实施例5的光合路分路器的合路损耗的结果的图。
图12A是示出现有技术的16×1光合路器的图。
图12B是示出现有技术的16×1光合路器的图。
图13A是示出本发明的实施例6的光合路分路器的图。
图13B是示出本发明的实施例6的光合路分路器的图。
图13C是示出本发明的实施例6的光合路分路器的图。
图14A是示出测量了本发明的实施例6的光合路分路器的分路损耗的结果的图。
图14B是示出测量了本发明的实施例6的光合路分路器的合路损耗的结果的图。
图15是示出本发明的实施例7的光合路分路器的结构的图。
图16是示出使用了本发明的实施例8的光合路分路器的光发送接收系统的结构的图。
图17A是示出在本发明的实施例8的光合路分路器中使用的由不等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件的一个例子的图。
图17B是示出在本发明的实施例8的光合路分路器中使用的由不等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件的一个例子的图。
图17C是示出在本发明的实施例8的光合路分路器中使用的由不等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件的一个例子的图。
图18是示出石英类波导的波导宽度与0阶、1阶、2阶的模式折射率的关系的曲线图。
图19是示出本发明的实施例9的光合路分路器的结构的图。
图20A是示出在本发明的实施例9的光合路分路器中使用的2输入1输出的多模合路元件的结构的图。
图20B是示出在本发明的实施例9的光合路分路器中使用的2输入1输出的多模合路元件的结构的图。
图21是示出本发明的实施例10的双向光传播器的图。
图22是示出本发明的实施例11的光发送接收系统的图。
图23是示出本发明的实施例11的光发送接收系统的另一个例子的图。
图24是示出本发明的实施例12的光发送接收系统的图。
图25是示出本发明的实施例13的光发送接收系统的图。
图26是示出本发明的实施例13的光发送接收系统的另一个例子的图。
具体实施方式
（实施例1）
图3示出本发明的实施例1的光合路分路器300。在图3示出了具备双模光纤（DMF：Dual Mode Fiber）310和与DMF310连接的PLC320的光合路分路器300。DMF310具备多模（MM：Multi Mode）包层311和MM纤芯312，MM纤芯312具备单模（SM：Single Mode）包层313和SM纤芯314。PLC320具备平板波导321和与平板波导321连接的SM波导322。另外，虽然在图3中例示了使用PLC的情况，但是，也可以使用图2B所示的熔接SMF波导。
DMF310是与SM传输和MM传输这两者对应的光纤。在DMF310中，SM传输用的SM包层313和SM纤芯314成为MM传输用的MM纤芯312，在MM纤芯312的外侧形成有MM传输用的MM包层311。
图4A和图4B示出DMF310的半径与折射率分布的关系。如图4A所示，DMF310的折射率分布以按SM纤芯314、SM包层313、MM包层311的顺序呈阶梯性变高的方式构成。此外，也可以如图4B所示，以使SM包层313的折射率连续变化的方式构成DMF310的折射率分布。通过如图4B所示地使SM包层313的折射率连续变化，从而与图4A所示的DMF310的折射率分布相比，具有能大幅降低MM传输时的模式色散的影响的优点。
入射到PLC320的SM波导322的各上行信号在平板波导321中进行合路，封闭在DMF310的MM纤芯312中进行传输。另一方面，入射到DMF310的SM纤芯314中的下行信号在DMF310与平板波导321的连接点330以一定的角度范围从SM纤芯314出射，被分路为均等的光强度的光信号，无泄漏地被耦合到各SM波导322。
在向图2A例示的光合路器200的MMF210入射下行信号的情况下，会从MMF210出射下行信号，因此，如在图3例示的MM出射范围那样，MMF210与平板波导222的连接点处的下行信号的出射角度的范围大。因此，下行信号不会耦合到各SM波导322，大部分会泄漏，所以，产生非常大的损耗。
然而，通过活用DMF310，从而理论上能使该损耗接近零。即，本发明的实施例1的光合路分路器300在如光信号的发送接收那样以双向方式使用的情况下，对上行信号作为超低损耗的光合路器（模式耦合器）发挥功能，对下行信号则作为具有1／N的理论上的合路损耗的普通光分路器发挥功能。如果将本发明的实施例1的光合路分路器300应用于PON系统结构，就能对光分路器和光合路器进行单一品种化，能实现部件个数的削减和系统的成本的降低。
（实施例2）
图5示出本发明的实施例2的使用了光合路分路器520的系统500。在图5示出了具备用户装置110、光分路器120以及交换局510的系统500，交换局510具备光合路分路器520和具备发送器531和接收器532的OLT530。
图5所示的光合路分路器520具有用DMF523连接了由实施例1的光合路分路器300构成的光合路分路部521和用于对上下行信号进行合波分波的波长合波分波器522的结构。如图5所示，波长合波分波器522与发送器531之间经由SMF540连接，波长合波分波器522与接收器532之间经由MMF550连接。波长合波分波器522例如可以作为对上行信号进行分波、对下行信号进行合波的WDM滤光器。
通过将由实施例1的光合路分路器300构成的光合路分路部521应用于PON系统，从而与图1所示的以往的PON系统相比，能大幅削减所使用的波长合波分波器的台数，能大幅简化交换局内的结构。
另外，在下行信号的传输路径允许损耗低于上行信号的传输路径允许损耗的情况下，也可以通过在发送器531的输出侧配置光放大器（未图示）、用光放大器使从发送器531输出的光信号的发送光强度增加，从而取得两者的平衡。优选发送器531和接收器532作为光发送接收器（光收发器）与SFP（Small FormFactor Pluggable：小型可插拔）或XFP（10Gigabit Small Form Factor Pluggable：10吉比特小型可插拔）等模块进行一体化。如果需要，也能在模块内内置放大下行信号的光放大器。在图5的情况下，因为模块的输入输出路径不同，所以，成为双芯光收发器。此外，虽然在本实施例中使波长合波分波器522为WDM滤光器，但是，使用光环行器也能得到同样的效果。
图6示出使用了本发明的实施例2的光合路分路器520的系统的另一个方式。在图6示出了具备用户装置110、光分路器120以及交换局610的系统600，交换局610具备光合路分路器620和OLT630。
关于图6所示的光合路分路器620，使用由实施例1的光合路分路器300构成的光合路分路部621。OLT630具备：经由DMF622与光合路分路部621连接的波长分波合波器633；经由空间透镜系统631以SM与波长分波合波器633连接的发送器634；以及经由空间透镜系统632以MM与波长分波合波器633连接的接收器635。
如图6所示，也能通过将WDM滤光器或光环行器等波长合波分波器633内置在OLT630侧，分别使用空间透镜系统631和632与发送器134和接收器135连接，从而构成光收发器模块。通过空间透镜系统631的PON的下行信号以SM进行传播，通过空间透镜系统632的PON的上行信号以MM进行传播。
在图6所示的系统600的情况下，因为模块的输入输出路径相同，所以，成为单芯光收发器。像这样，通过对发送器和接收器进行光收发器模块化，从而除了能将光发送接收系统小型化和省空间化之外，还有在故障时能容易地更换模块的优点。
（实施例3）
图7示出本发明的实施例3的光发送接收系统700。在图7示出了具备用户装置110、光分路器120以及交换局710的系统700，交换局710具备光合路分路器720和具备发送器731和接收器732的OLT730。光合路分路器720具备由实施例1的光合路分路器300构成的光合路分路部721和经由DMF722与光合路分路部721连接的波长合波分波器723。
在光合路分路器720中，DMF722以使SM包层的直径从光合路分路部721向波长合波分波器723的方向呈锥状减少的方式构成。图8是本发明的实施例3的光发送接收系统700的光合路分路器720中的DMF722的放大图。在图8示出了具备MM包层801和具备SM包层803和SM纤芯804的MM纤芯802的DMF722。
如图8所示，DMF722以使光合路分路部721侧的波导宽度Win比OLT730侧的波导宽度Wout大、波导宽度从光合路分路部721侧朝向OLT730侧慢慢变窄的方式构成。大致根据MM纤芯802的平均折射率与MM包层801的折射率之差来决定用于无损耗地将高阶模式变换为低阶模式的锥体的倾斜度。
像这样，通过在DMF722的长度方向上平缓地形成锥体的倾斜，从而MM纤芯802的宽度变窄，由此，可允许的高阶的模式减少，所以，高阶模式变换为低阶模式。因此，在MM纤芯802中传播的高阶模式的光信号被无损耗地变换为低阶模式。由此，MM传输中的模式色散的影响降低，能谋求上行信号的传输距离的扩大。
如果将实施例3的光合路分路器700应用于图1的PON系统，还能使光合路分路部的设定位置与发送接收装置的设置位置分开，有助于提高交换局内的装置配置的自由度。在此，虽然示出了将实施例3的光合路分路器700应用于实施例2的情况，但是，即使在应用于实施例1的情况下，也能得到同样的效果。
（实施例4）
图9示出本发明的实施例4的光合路分路器900。在图9示出了具备光合路分路部910和PLC920的光合路分路器900。光合路分路部910具备MMF911、波长合波分波器912、空间透镜系统913以及SMF914。PLC920具备平板波导921和与平板波导921连接的SM波导922。另外，虽然在图9中例示了使用PLC的情况，但是，也可以使用图2B所示的熔接SMF波导。也可以使对上行信号和下行信号进行合波分波的波长合波分波器912为WDM滤光器或光环行器。
本发明的实施例4的光合路分路器900是使用波长合波分波器912和空间透镜系统913取代实施例1的光合路分路器300中的DMF310而构成的。从用户装置入射到SM波导922的上行信号在平板波导921中以MM进行合路，透射空间透镜系统913，由波长合波分波器912进行分波而耦合到MMF911的纤芯。也可以不使用MMF911，而直接将光信号耦合到接收器。
另一方面，入射到SMF914的下行信号由波长合波分波器912进行合波/反射，透射空间透镜系统913，以SM进行传播而入射到平板波导921。因此，SMF914的出射端的光束剖面分布被耦合到平板波导921的入射端。入射到平板波导921的下行信号与使用DMF的情况同样地，在平板波导921中被分路为均等的光强度的光信号而耦合到各SM波导922。也可以不使用SMF914而对发送器输出直接进行透镜耦合。
通过将本发明的实施例4的光合路分路器900应用于PON系统，从而能大幅削减要使用的波长合波分波器的台数、大幅简化交换局内的结构。
另外，虽然未图示，关于与MMF和SMF耦合的接收器和发送器，能使用在实施例3示出的双芯光收发器模块。另一方面，在不使用MMF和SMF而将信号光直接与接收器和发送器进行透镜耦合的情况下，能使由实施例4的光合路分路器900、发送器以及接收器构成的整个光发送接收系统小型化和省空间化。也能将整个本系统一体化为QSFP（Quad Small Form Factor Pluggable：四通道小型可插拔）等模块，期待进一步的小型化、省空间化。
（实施例5）
虽然在上述实施例1～4的光合路分路器中使用了图3所示的平板波导，但是，在使用平板波导的分路电路中，存在中心端口的损耗小、越接近端部的端口损耗越容易增加的问题。因此，想出了下述等办法，即，在平板波导与各输入输出波导的连接点处，按各端口改变波导宽度来抑制端口间的偏差，或者增加平板长度而以平均损耗增加为牺牲来抑制端口间的偏差等。
此外，在所述实施例1～4的光合路分路器中使用了DMF，而DMF的SM传输时的光学特性由SM包层和SM纤芯的形状和折射率决定，MM传输时的光学特性由MM包层和MM纤芯的形状和折射率决定。例如，在设SM包层和SM纤芯的折射率分别为n0,SM和n1,SM时，作为SM纤芯能接受的最大光接收角θmax,SM的孔径角NASM可表示如下。
[数学式1]
NA SM = θ max , SM ≈ n 1 , SM 2 - n 0,5 M 2 式（1）
此外，在设MM包层和MM纤芯的折射率分别为n0,MM和n1,MM时，作为MM纤芯能接受的最大光接收角θmax,MM的孔径角NAMM可表示如下。
[数学式2]
NA MM = θ max , MM ≈ n 1 , MM 2 - n 0 , MM 2 式（2）
然而，在使用DMF来构成光合路分路器的情况下，DMF的由SM包层和SM纤芯构成的SM部和由MM包层和MM纤芯构成的MM部的纤芯直径和孔径角不同，因此，将下行信号的分路损耗偏差、上行信号的合路损耗偏差以及光分路合路器的平均过剩损耗同时设计为低的值是困难的。
此外，为了使光分路合路器作为分路电路进行工作，必须在从DMF的SM部输出的光信号的孔径角NASM的范围内取由加工精度等决定的波导间隙g来排列波导宽度为w的SM波导。因此，需要将输入输出端口数为N的光分路合路器的平板长度L设定得比由下述式（3）决定的值L1长。
[数学式3]
L 1 = N · w + ( N - 1 ) · g 2 · NA SM 式（3）
另一方面，为了使光分路合路器作为无过剩损耗的合路电路进行工作，上行信号在平板波导中传播后的上行信号的光斑大小必须比DMF的MM部的纤芯直径2a小。因此，当设SM波导的孔径角为NASMWG时，需要将平板长度L设定得比由下述式（4）决定的值L2短。
[数学式4]
L 2 = 2 · a 2 · NA SMwg 式（4）
如上所示，平板长度L需要满足L1≤L≤L2。如式（3）和式（4）所示，L1和L2是依赖于所使用的波导的参数的值。
然而，在使用能减小与光纤的连接损耗的石英类埋入波导的情况下，当设输入输出端口数N为8以上时，L1变得比L2大。因此，光分路合路器作为分路电路进行工作，而且，不能作为无过剩损耗的合路电路进行工作。即，在由用于信号光的入射的光纤或光波导的孔径角和平板波导的平板长度来决定在平板波导中传播的信号光的出射光斑的构造的光分路合路器中，存在当端口数增多时不能减小器件的合路损耗的课题。
如以上说明的那样，尽管作为系统设法降低了合路损耗，但是，存在不能减小光分路合路器自身具有的合路损耗和损耗偏差的问题。
图10A至图10C示出本发明的实施例5的光合路分路器1000。图10A示出本发明的实施例5的光合路分路器1000的结构。在图10A示出了具备DMF1010和光波导1020的光合路分路器1000。DMF1010具备MM包层10311和MM纤芯1012，MM纤芯1012具备SM包层1013和SM纤芯1014。光波导1020具备与DMF1010连接的平板波导10321和与平板波导1021连接的SM波导1022。如图10A所示，平板波导1021具有：设在DMF1010的光轴的延长线上的椭圆形的纤芯缺损部1023；以及设在平板波导1021的边界中的不与DMF1010或SM波导1022相接的边界的强化反射率的反射率强化构造1024。
作为DMF1010，使用了MM部的相对折射率差为0.6%、纤芯直径为直径50μm、SM部的相对折射率差附加量为0.3%、纤芯直径为10μm的光纤。关于由平板波导1021和SM波导1022构成的光波导1020，使用了通过反应性离子蚀刻对在硅基板上用火焰沉积法制作的石英类玻璃膜进行波导加工的平面光路。
本发明的实施例5的光合路分路器1000的合路分路数是16个端口，使光波导1020的相对折射率差是0.3%、SM波导1022的波导宽度为7μm、平板波导1021的全长为1150μm。纤芯缺损部1023以具有如下的椭圆形的形状的方式构成，关于该椭圆形，长径在整个宽度为50μm，短径在整个宽度为10μm，关于DMF1010的光轴的延长线呈轴对称。设在平板波导1022的边界的反射率强化构造1024具有将间隙宽度为5.2μm、线宽为5.2μm的线状的纤芯区域配置2列的构造，由此，能反射向平板波导1021外放射的上行信号光分量而封闭在平板波导1021中。
图10B是表示使用实施例5的光合路分路器1000做成的芯片的全景的布局图，芯片尺寸为4mm×17mm。此外，以如下方式设计了芯片，即，以使与芯片连接的SMF和DMF不正对的方式将SM波导配置为S字状，使SMF和DMF的各自的光轴最小也会附加750μm以上的偏移量。这是为了防止信号光入射到芯片时产生的少量的漏光在光波导的包层层中传播而再次进入出射光纤。这是因为，当不受控制的漏光进入到出射光纤时，由于干涉信号光的出射强度会变动，通过实施这种漏光对策，能抑制损耗偏差。
图10C是在本发明的实施例5的光合路分路器1000中对平板波导1021上的纤芯缺损部1023周边以及DMF1010与平板波导1021的连接部附近进行放大的图。在实施例5的光合路分路器1000中，设从DMF10310的端面到椭圆形的纤芯缺损部1023的右端的距离为25μm，以使2列反射率强化构造1024在与DMF1010的连接部附近消失的方式设计。进而，因为分路损耗的偏差强烈依赖于波导宽度的设定，所以，将波导宽度从端部起设定为7.7μm、7.5μm、8.7μm、11.1μm、7.1μm、6.7μm、6.25μm、6.25μm、6.7μm、7.1μm、11.1μm、8.7μm、7.5μm、7.7μm，使得分路损耗的偏差变小。
另外，在实施例5中，未对平板波导1021与SM波导1022的连接部1040处的波导的方向实施调整。即，各SM波导1022的光轴全都朝向平板波导1021与DMF1010的连接点1030的方向。
图11A及图11B示出像这样设计/制作的16分路的光合路分路器1000的测量数据1102，为了比较，还并记了从光合路分路器1000中只除去了椭圆形的纤芯缺损部1023的16分路光合路分路器的测量数据1101。
图11A是对下行信号为波长1.49μm时的上述两种16分路合路分路器的分路损耗进行评价的结果。如图11A所示，得到下述结果，即，在无纤芯缺损部1023的样品的测量数据1101中，在各端口间偏差大至8.3dB至25.3dB，而在有椭圆形的纤芯缺损部的样品的测量数据1102中，在各端口间偏差小至13.1dB至13.4dB。因为16分路的光合路分路器的理论损耗是12dB，所以，本发明的实施例5的光合路分路器1000的分路工作时的过剩损耗为1.1dB至1.4dB，得到了良好的结果。
图11B是对上行信号为波长1.31μm时的上述两种16分路的光合路分路器的合路损耗进行评价的结果。如图11B所示，上行信号的合路损耗因纤芯缺损部1023的有无而引起的差小。另外，本发明的实施例5的光合路分路器的合路损耗的最差值是3.8dB，最好值是1.9dB，损耗的平均值是2.8dB，损耗偏差是1.9dB。
使用图12A和图12B，将引用文献3中记载的光合路器作为与本发明的光合路分路器的比较对象来进行说明。图12A示出引用文献3中记载的以往的光合路器1200的结构。图12A示出了具备MMF1210和光波导1220的以往的光合路器1200。MMF1210具备MM包层1211和MM纤芯1212，光波导1220具备平板波导1221和SM波导1222。使MMF1210为直径为50μm的GI型的光纤。
图12B示出对输入到以往的光合路器1200的下行信号的合路损耗的端口依赖性的测量结果。在图12B中，线1201示出对输入到以往的光合路器1200的下行信号的合路损耗的端口依赖性的仿真结果，线1202示出对输入到以往的光合路器1200的下行信号的合路损耗的端口依赖性的测量结果。
如图12B的线1202所示，从各端口输出的上行信号的合路损耗的最差值是4.8dB，最好值是1.8dB，损耗的平均值是3.3dB，损耗偏差是3.0dB。如图11A和图11B、图12A和图12B所示，虽然有出射侧的光纤的折射率分布不同、在图12A所示的光合路器中未考虑光分路功能等差别，但是，通过本发明的实施例5的光合路分路器1000，与图12A所示的以往的光合路器1200相比，可谋求最差损耗是1dB、平均值是0.5dB、偏差幅度是1.1dB的合路损耗的改善。
像这样，通过像实施例5的光合路分路器1000那样在平板波导1021上设有纤芯缺损部1023，从而能使输入输出到DMF1010的光信号的传播方向弯曲，因此，能降低损耗和损耗偏差。特别是，如果以使纤芯缺损部1023中的接近光轴延长线的部分成为扩散透镜的方式进行设计，就能增大由DMF1010的SM部造成的视在的数值孔径。即，在输入输出端口数多的情况下，也能减小用上述式（3）表示的值L1，能使平板波导长度L接近用上述式（4）表示的值L2。其结果是，能降低合路损耗。
此外，能通过设有反射率强化构造1024，从而将向平板波导1021外放射的上行信号光分量封闭在平板波导1021中，增加上行信号导向DMF1010的MM部的比例，由此，进一步降低合路损耗。
（实施例6）
图13A至图13C示出本发明的实施例6的光合路分路器1300。图13A示出本发明的实施例6的光合路分路器1300的结构。在图13A示出了具备DMF1310和光波导1320的光合路分路器1300。DMF1310具备MM包层1311和MM纤芯1312，MM纤芯1312具备SM包层1313和SM纤芯1314。光波导1320具备与DMF1310连接的平板波导1321、与平板波导1321连接的SM波导1322以及虚设波导1326。在平板波导1321中，设有曲率小而且宽度宽的菲涅耳透镜状的第一纤芯缺损部1323、曲率大而且宽度窄的第二纤芯缺损部1324以及强化反射率的反射率强化构造1325。
在此，强化反射率的反射率强化构造1325和宽度宽的菲涅耳透镜状的第一纤芯缺损部1323主要是为了改善上行光的合路损耗而设置。从光波导1320入射的上行光在平板波导1321中欲在与传播方向垂直的方向上扩展。因此，当平板波导长度比所述式（4）记载的L2长时，难以将入射的上行光全部耦合到DMF1310的MM纤芯部1312。在由于端口数多等理由而不得不使平板波导长度比L2长时，通过在平板波导边界设有反射率强化构造1325，使更多的光分量反射，将入射光集中在DMF1310的MM纤芯部1312附近，从而能改善上行光的合路损耗。
但是，为了进一步改善上行信号的合路损耗，还必须考虑集中的光的传播方向。每当在平板波导边界反射时，从光波导1320入射的上行光的传播方向都会变更，在反射阶数多的情况下会变得比MM纤芯部1312的孔径角度大，不能耦合到MM纤芯部1312。因此，具有再次修正为能进行耦合的传播角度的作用的就是第一纤芯缺损部1323。通过在MM纤芯部1312附近设有横断整个平板的宽度宽的透镜部，从而能使集中在平板波导端的上行光中的由于传播方向而不能耦合到MM纤芯部1312的上行光分量耦合到MM纤芯部1312，因此，能进一步改善合路损耗。
关于DMF1310，使用了与在实施例5中使用的DMF1010相同规格的光纤。光波导1320也与实施例5同样第使用了相对折射率差为0.3%的石英类平面光路。平板波导1321的全长为1075μm。反射率强化构造1325设在平板波导1321的边界中的不与DMF1310或SM波导13622相接的边界，具有将间隙宽度为2.5μm、线宽为2.5μm的线状的纤芯区域配置1列的结构。
图13C示出实施例6的光合路分路器1300中的纤芯缺损部周边的放大图。在图13C示出了宽度宽的菲涅耳透镜状的多个第一纤芯缺损部1323。多个第一纤芯缺损部1323的每一个全都在右侧具有凸的平凸透镜构造，以横断平板波导1321的方式在DMF1310的MM部的孔径角范围内分别以20μm间隔以串联方式进行排列，以关于DMF1310的光轴的延长线呈轴对称的方式设在DMF1310的光轴的延长线上。另外，纤芯缺损部1323中的最接近DMF的纤芯缺损部的平凸透镜构造的平面以离DMF为590μm的方式配置。多个第一纤芯缺损部623的每一个的曲率半径从DMF侧起设为57.6μm、58.8μm、60μm、61.2μm。
进而，如图13C所示，在DMF1310的光轴上，左边具有凸的非球面平凸透镜构造而且全宽为20μm以下、全长为52μm的曲率大的第二纤芯缺损部1324以使在不超过SM部的孔径角范围的范围内关于DMF1310的光轴的延长线呈轴对称的方式设在DMF1310的光轴的延长线上。
另外，以使非球面平凸透镜构造的平面离DMF为640μm的方式进行配置，使得纤芯缺损部1324的平凸透镜构造的平面侧（右端）与纤芯缺损构造1323的平凸透镜构造的平面侧（左端）重叠。这是因为，虽然平凸透镜的平面侧汇聚（扩散）光的能力弱，但是，为了降低整个器件的过剩损耗，减少光轴上的折射率边界面的总数很有效。
上述第一纤芯缺损部1323以横断平板波导1321的方式配置，宽度窄的第二纤芯缺损部1324只配置在平板波导1321的中央部。另外，当纤芯缺损部的区域大时，不能将光封闭在纤芯部，使器件的损耗增加，因此，通过将第一纤芯缺损部1323做成为菲涅耳透镜状而且多级重叠，从而设法使得透镜的焦点距离缩短。
因为上述两个纤芯缺损部和DMF1310接近，所以，从DMF1310的SM部1314入射的下行光的全部光功率通过第一纤芯缺损部1323，进而光功率中的绝大部分（90%以上）通过第二纤芯缺损部1324。即，下行光的光功率中的绝大部分（90%以上）受第一纤芯缺损部1323和第二纤芯缺损部1324这两者的影响。
另一方面，因为从光波导端到纤芯缺损部的距离长，所以从与平板波导1321的相反侧连接的光波导1320入射的上行光在光斑扩大后，进而一部分在平板波导边界反射后到达纤芯缺损部。因此，在纤芯缺损部近旁，上行光扩散到平板波导1321的纵向的整个宽度上。在纤芯缺损部附近离开平板波导中央的部分中传播的上行光不受宽度窄的第二纤芯缺损部1324的影响，只受以横断平板波导1321的方式配置的第一纤芯缺损部1323的影响。但是，在平板波导中央传播的上行光除了第一纤芯缺损部1323的影响之外，虽说很弱，但还受第二纤芯缺损部1324的影响。为了在传播的区域中缓解纤芯缺损部的影响的差异，虽然菲涅耳透镜状的第一纤芯缺损部1323在平板波导1321的中心轴上做成为3级重叠的构造，但是，在离开平板中心轴的周边部做成为4级重叠的构造。
再重复一遍，在上述的两个纤芯缺损部附近，下行光的光功率集中在平板波导1321的中央部，上行光的光功率分散在平板波导1321的整个区域。因此，下行光强烈地受到只配置在中央部的宽度窄的第二纤芯缺损部1324的影响，相反，上行光强烈地受到以横断平板波导1321的方式配置的菲涅耳透镜状的第一纤芯缺损部的影响。虽然这些事件不是完全独立的关系，但是，与所述实施例5中记载的只有椭圆形的纤芯缺损部的光合路分路器相比，设计自由度增加了一个。即，在本发明的本实施例6中记载的光合路分路器中，能为下行光的分路损耗和上行光的合路损耗分别进行最佳的透镜设计。
虽然通过增加透镜设计的自由度，仅凭透镜设计就能改善分路损耗、合路损耗的偏差，但是，想要使到每个波导的分路损耗和来自每个波导的合路损耗分别完全一致，仅凭透镜设计是不够的。因此，在平板波导1321和SM波导1322的连接部1340处进行了以下的思考而抑制了分路损耗偏差和合路损耗偏差。
首先，在平板波导1321和SM波导1322的连接部1340处，在SM波导1322的两侧各配置有1根虚设波导1326，进而，因为分路损耗的偏差强烈依赖于波导宽度的设定，所以，将SM波导1322的波导宽度从端部起设为7.5μm、11.1μm、6.7μm、6.7μm、7.1μm、7.1μm、7.7μm、7.7μm、7.0μm、7.0μm、7.7μm、7.7μm、7.1μm、7.1μm、6.7μm、6.7μm、11.1μm、7.5μm，使得分路损耗的偏差进一步减小。
此外，因为合路损耗的偏差主要强烈地依赖于波导的方向的设定，所以，一边用光束传播法进行特性分析一边调整各SM波导622的方向，使得合路损耗的偏差也进一步减小。其结果是，连接部640处的各SM波导622的光轴延长线和DMF610与平板波导621的连接部630处的DMF610的光轴延长线的交点相对于连接部630的中心分布在±200μm的范围。像这样，如果同时调整波导宽度和波导的方向这两者，就能使分路损耗的偏差和合路损耗的偏差这两者变为更小的值。
图13B是示出使用实施例6的光合路分路器1300做成的芯片的全景的布局图。如图13B所示，以使SMF和DMF不正对的方式附加的偏移量的最小值与实施例5的光合路分路器1000同样为750μm，最终的芯片尺寸也同样为4mm×17mm。
图14A和图14B是使用本发明的实施例6的光合路分路器1300做成的芯片测量数据。图14A示出对输入到16分路的光合路分路器1300的波长为1.57μm的下行信号的光分路损耗的端口依赖性进行评价的结果。如图14A的线1401所示，在实施例6的光合路分路器1300中，分路损耗在13.5db附近推移，相对于16分路的光合路分路器的理论损耗12dB的过剩损耗是1.5dB至1.6dB。此外，分路损耗偏差是0.1dB，得到了良好的结果。
图14B示出对波长为1.27μm的上行信号的合路损耗的端口依赖性进行评价的结果。如图14B的线1402所示，在实施例6的光合路分路器1300中，从各端口输出的上行信号的合路损耗的最差值是2.9dB，最好值是2.5dB，损耗的平均值是2.7dB，损耗偏差是0.4dB。与实施例1的光合路分路器300相比，进一步谋求了合路损耗的改善，最坏损耗改善了0.9dB，平均值改善了0.1dB，偏差幅度改善了1.5dB。
像这样，如果使用实施例6的光合路分路器1300，就能通过用配置在平板中央的第二纤芯缺损部1324使下行光弯曲，从而增大DMF1310的SM部的视在的数值孔径而降低合路损耗，进而，用反射率强化构造1325和以横断平板波导1321的方式配置的菲涅耳透镜状的第一纤芯缺损部1323也能改善合路损耗。进而，在平板波导1321与SM波导1322的连接部1340处，通过调整SM波导1322的宽度，从而能减小分路损耗的偏差，此外，通过调整SM波导1322的方向，从而能减小合路损耗的偏差。
像在所述实施例5和6中说明的那样，如果使用实施例5和6的光合路分路器，就能在上行光信号合路时和下行光信号分路时这两种情况下将光合路分路器自身具有的合路损耗和分路损耗偏差抑制得很小。其结果是，在由于系统上的设计而使损耗预算扩大的光纤用户用PON系统中，能减小起因于光分路合路器的损耗偏差的系统富余量（margin），其结果是，能得到与等价地扩大相应量的损耗预算同样的效果。
（实施例7）
以下说明的实施例7～9的光合路分路器是单一品种的光器件，其特征在于，兼有光纤用户网的下行信号的分路功能和上行信号的合路功能以及对下行信号和上行信号进行合波分波的波长合波分波功能。因此，在实施例7～9的光合路分路器中，无需以往的系统结构中所需的波长合波分波器，由此具有下述优点，即，能提供降低初期投资成本、将传输装置小型化进而故障率低的实用的系统。
图15示出本发明的实施例7的光合路分路器1500的结构。在图15示出了具备MMF1510、与MMF1510连接的PLC1520、与PLC1520连接的SMF1530的光合路分路器1500。PLC1520具备：与MMF1510连接的平板波导1521；与平板波导1521连接的SM波导1522；插入到平板波导1521的薄膜滤光器（TFF：Thin Film Filter）1523；设在平板波导1521上的输入信号用平板波导追加部1524；以及与输入信号用平板波导追加部1524和SMF1530连接的下行信号用输入端口1525。
TFF1523以如下方式进行设计，即，相对于MMF1510的光轴倾斜规定的角度而插入到平板波导321，反射输入到下行信号用输入端口325的波长为1.49μm至1.57μm的下行信号光，透射波长为1.27μm至1.31μm的上行信号光。
从SMF1530经由下行信号用输入端口1525输入到PLC1520的下行信号光通过输入信号用平板波导追加部1524而由TFF1523反射，通过平板波导1521而被分路，向与图1所示的各用户装置110连接的SM波导1522输出。另一方面，从各用户装置110经由各SM波导1522输入到PLC1520的上行信号光通过平板波导1521和TFF1523而被合路/出射到MMF1510。
在实施例7的光合路分路器1500中，如果在SMF1530的下行信号的输入端连接发送器134，在MMF1510的上行信号的输出端连接接收器135，就能使用实施例7的光合路分路器1500来实现能由图1所示的交换局130内的多个光器件实现的功能。
像以上说明的那样，如果使用实施例7的光合路分路器1500，与以往的光发送接收系统相比，能大幅削减部件个数，而且光器件的连接关系也能做成为简便的结构。其结果是，能抑制起因于结构复杂和部件个数多的系统的初期投资成本高和可靠性降低以及由于必须将许多光器件容纳在装置内而产生的装置的大型化。
然而，TFF1523的反射率具有信号光的反射角度依赖性和偏振波依赖性，进而，在输入信号用平板波导追加部1524和平板波导15321中传播的输入信号光的光束分布未必平坦。因此，到达平板波导1521与SM波导1522的边界时的输入信号光的光密度会在各SM波导1522间存在偏差。
作为为了修正该偏差而有效的方法，有改变SM波导1522的波导宽度的方法，但是，在SM波导1522的根数超过4根左右而且在64根左右以下的情况下，用改变波导宽度的方法也难以理想地进行修正。即，在与SM波导1522连接的输入输出端口数多的情况下，与现有的连结Y分路波导的分路结构相比，过剩损耗、输入输出端口间的透射损耗的偏差将显著变大。其结果是，容易产生在损耗大的输入输出端口中不能接收信号的障碍。为了避免该障碍，留有需要在系统设计时将损耗预算设定得稍小的课题。此外，通过插入/固定TFF1523，从而工序数变多，存在有制造成本上升的问题。
（实施例8）
图16是使用了本发明的实施例8的光合路分路器1620的光发送接收系统1600的结构。在图16示出了具备OLT1610、与OLT1610连接的光合路分路器1620以及与光合路分路器1620连接的SMF1630的光发送接收系统1600。OLT1610具备经由SMF1613与光合路分路器1620连接的发送器1611和经由MMF1614于光合路分路器1620连接的接收器1612。光合路分路器1620具备分别与SMF1630连接的4个多模变换/合路元件16211～16214和与各多模变换/合路元件16211～16214连接而且经由SMF1613于发送器1611连接的分路元件1622。
在实施例8的光合路分路器1620中，使用了4个多模变换/合路元件16211～416214。各多模变换/合路元件16211～16214例如能使用不等宽的定向耦合器元件。各多模变换/合路元件16211～16214彼此用与MM波导1624相连的端口以串联方式经由MM波导1623连接，多模变换/合路元件16214经由MMF1614与接收器1612连接。
此外，在多模变换/合路元件16211～16214中与SM波导1623相连的一个端口经由SMF1630分别与用户装置110连接。与SM波导1623相连的另一个端口与分路元件1622连接，最终经由SMF1613与发送器1611连接。
从发送器1611输出的下行信号经由SMF1613输出到分路元件1622。分路元件1622以使各自的光强度相等的方式对输入的下行信号进行分路而输出到多模变换/合路元件16211～16214。多模变换/合路元件16211～16214用下行信号输入端口来输入下行信号，将输入的下行信号经由上下行信号输入输出端口分别输出到各SMF16430。
经由各SMF1630输入到多模变换/合路元件16211～16214的上下行信号输入输出端口的上行信号经以下说明的工作分别进行合路，经由MMF1614输出到接收器1612。
举出图17A至图17C所示的由不等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件的一个例子来说明多模变换/合路元件的工作特性。首先，使用图17A、图17B以及图18来说明对波长为1.27μm的上行信号光进行模式变换、合路的样子。在图17A至图17C示出了具备具有输入端口1710in和输出端口1710out的宽度细的波导1710和具有输入端口1720in和输出端口1720out的宽度粗的波导1720的不等宽的定向耦合器元件1700。此外，在图17B例示了作用长度1、间隙宽度g以及波导w。
图17A示出0阶模式光被变换为2阶模式光而输出到交叉端口的样子。输入端口1710in和输出端口1710out分别与图16所示的SM波导1623连接，输入端口1720in和输出端口1720out与图16所示的MM波导1624连接。
如图17A所示，当向与SM波导1623相连的输入端口1710in输入波长为1.27μm的0阶模式光时，由不等宽的定向耦合器元件1710和1720进行模式变换，向作为交叉端口的与MM波导1624相连的输出端口1720out输出。至于进行模式变换后的光信号的阶数（order）为几，由宽度细的波导1710和宽度粗的波导1720的波导宽度w的组合唯一决定。
图18是示出石英类波导的波导宽度与0阶、1阶、2阶的模式折射率的关系的曲线图。在图18中，线1810～1830分别示出波长为1.27μm的光信号中的0阶、1阶、2阶的模式折射率与波导宽度的关系，线18640～1860示出波长为1.57μm的光信号中的0阶、1阶、2阶的模式折射率与波导宽度的关系。
在将宽度细的波导1710的波导宽度w设定为3.5μm、将宽度粗的波导1720的波导宽度w设定为9.2μm的情况下，在宽度细的波导1710中传播的波长为1.27μm的0阶模式光（线1810）的模式折射率与在宽度粗的波导1720中传播的波长为1.27μm的1阶模式光（线1820）的模式折射率一致，成为取得了相位匹配的状态。因此，如果适当设计不等宽定向耦合器元件的作用长度1和间隙宽度g，当向与宽度细的波导1710相连的输入端口1710in输入波长为1.27μm的0阶模式光时，1阶模式光输出到作为交叉端口的与宽度粗的波导1720相连的1720out。
同样地，在将宽度细的波导1710的波导宽度w设定为3.5μm、将宽度粗的波导1720的波导宽度w设定为14.9μm的情况下，在宽度细的波导1710中传播的波长为1.27μm的0阶模式光（线1810）的模式折射率与在宽度粗的波导1720中传播的波长为1.27μm的2阶模式光（线1830）的模式折射率一致，成为取得了相位匹配的状态。因此，如果适当设计不等宽的定向耦合器元件的作用长度1和间隙宽度g，当在向与宽度细的波导1710相连的输入端口1710in输入波长为1.27μm的0阶模式光的情况下，2阶模式光输出到作为交叉端口的与宽度粗的波导1720相连的输出端口1720out。
另一方面，图17B示出所输入的0阶模式光和1阶模式光不进行变换而输出到直通端口的样子。如图17B所示，输入到输入端口1720in的波长为1.27μm的0阶模式光和1阶模式光不进行模式变换而通过不等宽的定向耦合器元件1700，输出到作为直通端口的输出端口1720out。如果以使在输出端口1720out输出的0阶模式光和1阶模式光的阶数不重复的方式设计波导宽度w的组合，则能由图17A和图17B所示的元件结构来实现低损耗的多模变换/合路元件。
接着，使用图17C和图18，对入射波长为1.57μm的下行信号光的情况进行说明。图17C示出输入的0阶模式光不进行变换而被输出到直通端口的样子。如图17C所示，考虑向输入端口1710in输入波长为1.57μm的0阶模式光的情况。
在将宽度细的波导1710的波导宽度w设定为3.5μm、将宽度粗的波导1720的波导宽度w设定为9.2μm的情况下，虽然达不到波长为1.27μm的情况下的程度，但是，也成为取得了相位匹配的状态。进而，波长为1.57μm的信号光比波长为1.27μm的信号光的波长长，向波导内部的封闭弱，因此，在相邻的波导中并行的模式间相互的光分布的范围重合，与波长为1.27μm的信号光相比，强烈地耦合。
像这样，虽然相位匹配不完全，但是耦合强，所以，在大致一半的作用长度上产生8成以上的模式变换和信号光的波导间转移。进而，因为能用相邻的波导间的间隙的宽度来调整光分布的范围的重合，所以，能将波长为1.57μm的信号光的作用长度设计为1.27μm的信号光的作用长度的恰好一半。
如上所示，如果将波导间隙和作用长度设计得最佳，就能得到在1.27μm的信号光耦合一次的期间使1.57μm的信号光耦合两次的不等宽的定向耦合器元件。此时，对波长为1.57μm的0阶模式光进行两次模式变换。即，由于会还原，所以看起来并未进行模式变换而直接输出到直通端口。
另外，模式变换的波长依赖性和信号光的波导间转移的波长依赖性对作用长度1成线性，对间隙宽度g与高斯函数的重叠积分成正比。因此，对波长为1.27μm的上行信号光进行图17A和图17B所示的工作，对波长为1.57μm的下行信号光进行图17C所示的工作。由此，能实现使图17A至图17C所示的工作并存的多模变换/合路元件。
因而，在图16所示的系统中，当输入波长为1.57μm的下行信号光时，多模变换/合路元件16211～16214通过如图17C所示地将下行信号光输出到直通端口，从而分别将下行信号光输出到SMF1623。
此外，当输入波长为1.27μm的上行信号光时，多模变换/合路元件16211通过如图17A所示地将上行信号光输出到交叉端口，从而将上行信号光输出到多模变换/合路元件16212。当输入上行信号光时，多模变换/合路元件16212～16214通过如图17B所示地将上行信号光输出到直通端口，从而将上行信号光最终输出到接收器1612。
在将0阶模式光变换为1阶模式光的多模变换/合路元件的情况下，能将宽度细的波导1710的波导宽度设为3.5μm，将宽度粗的波导1720的波导宽度设为9.2μm，作用长度设为800μm，间隙宽度设为2.3μm。在将0阶模式光变换为2阶模式光的多模变换/合路元件的情况下，能将宽度细的波导1710的波导宽度设为3.5μm，将宽度粗的波导1720的波导宽度设为14.9μm，作用长度设为1100μm，间隙宽度设为2.3μm。在将0阶模式光变换为3阶模式光的多模变换/合路元件的情况下，能将宽度细的波导1710的波导宽度设为3.5μm，将宽度粗的波导1720的波导宽度设为21.0μm，作用长度设为1400μm，间隙宽度设为2.3μm。在将0阶模式光变换为4阶模式光的多模变换/合路元件的情况下，能将宽度细的波导1710的波导宽度设为3.5μm，将宽度粗的波导1720的波导宽度设为27.0μm，作用长度设为1800μm，间隙宽度设为2.6μm。在像上述那样设计多模变换/合路元件的情况下，能实现兼有图17A至图17C所示的波长合波分波功能的多模变换/合路元件。
以如下方式设计了光合路分路器1620，即，如图16所示，以串联方式连接上述那样的将0阶模式光变换为1阶模式光的多模变换/合路元件、将0阶模式光变换为2阶模式光的多模变换/合路元件、将0阶模式光变换为3阶模式光的多模变换/合路元件以及将0阶模式光变换为4阶模式光的多模变换/合路元件，将各多模变换/合路元件的剩余两个端口中的一个与分路元件1622连接，将另一个端口连接到与各用户装置110相连的SMF1630。为了制作上述那样的光合路分路器1620，使用了利用火焰沉积法的制膜装置和反应性离子蚀刻加工装置。
像以上那样制作的实施例8的光合路分路器1620与实施例7的光合路分路元件1500相比，可省略插入/固定TFF1523的工序，因此，能大幅削减关于制造时的人工费的部分。进而，能将起因于向TFF1523斜入射的偏振波依赖性抑制得很小。此外，可确认，即使在端口数为4以上时，与现有的连结Y分路波导的分路结构相比，也能得到同程度的过剩损耗和输入输出端口间的透射损耗的偏差，在系统设计时无需将损耗预算设定得稍小。
然而，当想在实施例8的光发送接收系统1600中设计用户装置侧的端口数超过8的光合路分路器时，存在下述课题，即，起因于MM波导的允许弯曲半径增大，器件长度变长，成本提高。此外，在实施例8的光发送接收系统1600中，为了得到任意的波长合波分波比率，在同一器件中需要各自具有大不相同的间隙宽度的多模变换/合路元件。其结果是，当考虑器件尺寸或要求的加工精度的高度时，即使在理论上可能，从成本方面也不是适合商用的光分路合路器。
另外，虽然至此将上行信号的波长设为1.27μm、将下行信号的波长设为1.57μm进行了说明，但是，图17A至图17C所示的多模变换/合路元件的波长依赖性在波长幅度为100nm左右的区域内较弱。因此，即使将实施例8的光合路分路器1620例如用于上行信号为波长1.31μm、下行信号为1.49μm的PON系统，也可得到同样的效果。
（实施例9）
图19是本发明的实施例9的光合路分路器1900的结构。在图19示出了具备OLT1910和PLC1920的光合路分路器1900。PLC1920具备：经由SMF1913与OLT1910的发送器1911连接的分路元件1921；经由SM波导1924分别与第一分路元件1921连接的第二分路元件1922和第三分路元件1923；经由SM波导1924与第二分路元件1922和SMF1960连接的第一电路部1930；经由SM波导1924与第三分路元件1923和SMF1960连接的第二电路部1940；以及经由MM波导1925与第一电路部1930和第二电路部1940连接，而且经由MMF1914与OLT1910的接收器1912连接的2输入1输出多模合路元件1950。
SMF1960与用户装置110连接。第一电路部1930具有由波导宽度等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件1931和由波导宽度不等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件19321～19323分别以串联方式连接的结构。第二电路部1940具有将由波导宽度不等宽的定向耦合器元件构成的多模变换/合路元件19411～19414分别以串联方式连接的结构。
第一电路部1930设计为经由MM波导1925输出模式阶数为0、2、4、6的偶数阶的信号光。第二电路部1940设计为经由MM波导1925输出模式阶数为1、3、5、7的奇数阶的信号光。
从发送器1911输出的下行信号经由SMF1913输出到第一分路元件1921。第一分路元件1921以使每一个的光强度相等的方式对输入的下行信号进行分路而输出到第二分路元件1922和第三分路元件1923。第二分路元件1922以使每一个的光强度相等的方式对输入的下行信号进行分路而输出到第一电路部1930的多模变换/合路元件1931、19321～19323。第二分路元件1923以使每一个的光强度相等的方式对输入的下行信号进行分路而输出到第二电路部1940的多模变换/合路元件19411～19414。多模变换/合路元件1931、19321～19323、19411～19414用下行信号输入端口来输入下行信号，将输入的下行信号经由上下行信号输入输出端口分别输出到各SMF1960。
经由各SMF1960分别输入到第一电路部19730的多模变换/合路元件1931、19321～19323的上下行信号输入输出端口的上行信号在第一电路部1930中分别进行合路，经由MM波导1925输出到2输入1输出多模合路元件1950的一个输入端口。经由各SMF1960分别输入到第二电路部1940的多模变换/合路元件19411～19414的上下行信号输入输出端口的上行信号在第二电路部1940中分别进行合路，经由MM波导1925输出到2输入1输出多模合路元件1950的另一个输入端口。对分别输入到2输入1输出多模合路元件1950的上行信号进而进行多模变换/合路而经由MMF1914输出到接收器712。
多模变换/合路元件1931由波导宽度等宽的定向耦合器元件构成。一般来说，N端口输入输出的多模变换/合路元件由于阶数变换有限制，所以，容易产生高阶的模式。模式阶数越大光波导的波导宽度就越需要加粗，因此，在高阶的模式的情况下，为了增大输出波导的允许传播阶数，需要将波导宽度加粗。此外，当波导宽度变粗时，为了从该波导将光信号全部导向接收器，光接收器的光接收直径也需要增大，当光接收器的光接收直径变大时，寄生电容也会增大，不能高速响应，所以响应速度恶化。此外，即使当优先响应速度而减小接收器的大小时，来自波导的信号光不全部进入光接收器儿造成浪费，所以与该浪费的量相应地接收灵敏度也会恶化。因此，在使用N端口输入输出的多模变换/合路元件而产生了高阶的模式的情况下，存在会限制接收器的响应速度或接收灵敏度的问题。
通过由波导宽度等宽的定向耦合器元件构成多模变换/合路元件1931，从而不对通过多模变换/合路元件1931的信号光进行模式变换，所以，信号光的模式阶数不增加。因此，与以串联方式只连接了多模变换/合路元件的情况相比，能降低输出的阶数，其结果是，能缓解限制接收器的响应速度或接收灵敏度的因素。本结构在使用多级N输入1输出的多模变换/合路元件的情况下特别有利。
图20A是在光合路分路器1900中使用的2输入1输出多模合路元件1950的结构的一个例子。如图20A所示，2输入1输出多模合路元件1950具有在自成像长度的一半的多模干涉波导（MMI：Multi－Mode Interferometer）连接由2输入2输出的多模波导端口的结构。
该2输入1输出多模合路元件2000不进行模式变换，当输入偶数阶的模式的信号光时向交叉端口输出信号光，当输入奇数阶的模式的信号光时向直通端口输出信号光。即，当2输入1输出多模合路元件2000在一个输入端口输入从第一电路1930输出的模式阶数为0、2、4、6的偶数阶的信号光时，从该一个输入端口的交叉端口输出模式阶数为0、2、4、6的信号光。
此外，当2输入1输出多模合路元件2000在另一个输入端口输入从第二电路1940输出的模式阶数为1、3、5、7的奇数阶的信号光时，从该另一个输入端口的直通端口输出模式阶数为1、3、5、7的信号光。在各光信号合路后的输出波导中，光信号的模式阶数没有重复，因此，能在没有理论上的损耗的情况下进行光信号的模式变换/合路。
像以上说明的那样，在图19所示的光合路分路器1900中，如果适当设计/选择从第一电路部1930和第二电路部1940分别输出的信号光的模式阶数，就能实现整体上没有理论损耗、用户侧的输入输出端口数为8的光合路分路器。此外，在本发明的实施例9的光合路分路器1900中，无需以串联方式配置8个多模变换/合路元件，与在实施例8的光合路分路器1600中使用8个多模变换/合路元件的情况相比，能将器件长度缩短到大约一半。其结果是，即使不使用昂贵的大型基板也能制作器件，具有能削减器件的制作成本的优点。
进而，即使使用图20B所示的2输入1输出多模变换/合路元件来取代图20A所示的2输入1输出多模合路元件，也能实现具有与图20A所示的情况同样的优点的光合路分路器。图20B所示的2输入1输出多模变换/合路元件2010具有在自成像长度的一半的MMI部分连接有两种输入端口和1个输出端口的结构。第一种输入端口1951经Y分路波导与MMI的输入端面的两端连接，第二种输入端口1952与MMI的输入端面的中央连接。此外，输出端口1953与MMI的输出端面的中央连接。
第一种输入端口1951以使从用Y分路波导将信号光进行二分路后直至到达MMI的输入端面的分路后的一个波导和另一个波导的光程差为信号光波长的一半（λ／2）的方式构成。在图20B所示的2输入1输出多模变换/合路元件2010中，在输入到第一种输入端口1951的信号光的模式阶数N为偶数的情况下，信号光被变换为模式阶数2N＋1而输出。此外，在输入到第二种输入端口1952的信号光的模式阶数M为奇数的情况下，信号光不进行模式变换而仍以模式阶数M输出到输出端口，与经由第一种输入端口1951输出的进行模式变换后的信号光进行合路。如果将从第一电路部1930和第二电路部1940分别输出的信号光的模式阶数分别设计为0、2、4、6和3、7、11、15，图20B所示的2输入1输出多模变换/合路元件2010的输出波导中的合路后的模式阶数分别为1、5、9、13和3、7、11、15。
其结果是，没有模式阶数的重复，所以能在没有理论上的损耗的情况下进行模式变换/合路。器件长度也能与使用了图20A所示的2输入1输出多模合路元件的情况同样地进行缩短，其结果是，显然具有能削减器件的制作成本的优点。
虽然在实施例9中，使用两组电路部（第一电路部1930以及第二电路部1940）和输入为两个的2输入1输出多模变换/合路元件1950进行了说明，但是，也可以以具备具有N组以上的电路部、具有两个以上的输入的N输入1输出多模变换/合路元件（N为2以上的整数）的方式构成本发明的实施例9的光合路分路器。
像在所述实施例7～9中说明的那样，实施例7～9的光合路分路器是单一品种的光器件，兼有光纤用户网的下行信号的分路功能、上行信号的合路功能以及对下行信号和上行信号进行合波分波的波长合波分波功能。此外，也能削减损耗的端口间偏差，削减制作成本，将器件尺寸小型化等。因此，通过使用本发明的实施例7～9的光合路分路器，从而具有下述优点，即，在光纤用户系统中，能提供降低初期投资成本、将传输装置小型化而且故障率低的实用的系统。
（实施例10）
图21示出本发明的实施例10的双向光传播器2100。在图21示出了具备MMF2110、波长合波分波器2120、DMF2130以及SMF2140的双向光传播器2100。波长合波分波器2120能具有3个输入输出端口，能在该3个输入输出端口分别连接有MMF2110、DMF2130以及SMF2140。作为波长合波分波器2120，能使用WDM滤光器或光环行器。
在本发明的实施例10的双向光传播器2100中，从用户装置入射到DMF2130的上行信号在DMF2130中以MM进行传播，由波长合波分波器2120进行分波而耦合到MMF2110的纤芯。另一方面，入射到SMF2140的下行信号由波长合波分波器2120进行合波，在DMF2130中以SM传播。
（实施例11）
图22示出本发明的实施例11的光发送接收器2200。如图22所示，通过在图21所示的光合路分路器2100的MMF2110连接有接收器2210、在SMF2140连接有发送器2220，从而能构成光发送接收器2200。此外，如图23所示，通过经由图22所示的光合路分路器2200的SMF2140将光放大器2310连接到发送器2220也能构成光发送接收器2300。
（实施例12）
图24示出本发明的实施例12的光发送接收器2400。在图24示出了在图21所示的光合路分路器2100的MMF2110连接有接收部2410、在SMF2140连接有发送部2420的光发送接收器2400。
如图24所示，接收部2410具备与MMF2110连接的多波长分波器2411，与多波长分波器2411连接的多个MMF2412以及分别与多个MMF2412连接的多个接收器2413，发送部2420具备与SMF2140连接的多波长合波器2421、与多波长合波器2421连接的多个SMF2422以及分别与多个SMF2422连接的多个发送器2423。
多波长分波器2411从MMF2110输入上行信号，对输入的上行信号进行分波，将分波后的上行信号经由多个MMF2412分别输出到多个接收器2413。多波长合波器2421从多个发送器2423的每一个经由多个SMF输入下行信号，对输入的下行信号进行合波，将合波后的下行信号输出到SMF2140。
另外，虽然在图24中示出了在MMF2110连接有接收部2410、在SMF2140连接有发送部2420的光发送接收器2400，但是，也可以以在MMF2110和SMF2140的任一方连接有接收部2410或发送部2420、在另一方连接有图22所示的接收器2210或发送器2220的方式构成光发送接收器。通过做成为这样的结构，从而能实现使光信号的接收和／或发送进行WDM对应化的光发送接收器2400。
（实施例13）
图25示出本发明的实施例13的光发送接收器2500。在图25示出了具备接收器2510、波长合波分波器2521和空间透镜系统2522、DMF2530以及发送器2540的光发送接收器2500。空间透镜系统2522设置在波长合波分波器2521与DMF2530之间，以使上行信号耦合到接收器2510、使下行信号耦合到DMF2530的SM纤芯的方式构成。
在本发明的实施例13的光合路分路器2500中，从用户装置入射到DMF2530的上行信号在DMF2530中以MM进行传播而透射空间透镜系统2522，由波长合波分波器2521进行分波而被接收器2510接收。另一方面，从发送器2540发送的下行信号由波长合波分波器2521进行合波/反射，透射空间透镜系统2522并以SM被传播而耦合到DMF2530的SM纤芯。
此外，如图26所示，也可以使用在图25所示的光合路分路器2500的发送器2540中内置了光放大器的光放大器集成光发送器2610来构成光发送接收器2600。
另外，虽然在图9、图25、图26中示出了使用一块透镜、在DMF与波长合波分波器之间配置了透镜的情况下的空间透镜系统913和2522，但是不限于此，在空间透镜系统913和2522中使用的透镜的块数和配置位置等能适当变更。
以上，虽然基于几个实施例具体地说明了本发明，但是，鉴于能应用本发明的原理的许多可实施的方式，在此记载的实施例只不过是例示，并非限定本发明的范围。在此例示的实施例能在不脱离本发明的主旨的情况下变更其结构和细节。进而，在不脱离本发明的主旨的情况下，也可以对用于进行说明的构成要素进行变更、补充或改变其顺序。
产业上的可利用性
本发明能作为在光纤用户网中使用的光合路分路器、双向光传播器以及光发送接收系统进行利用。

Claims (17)

1.一种光合路分路器，其特征在于，具备：
光合路分路单元，对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出；以及
双向光传播单元，使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元，
所述双向光传播单元由空间透镜系统构成，所述空间透镜系统以如下的方式构成，即，透射从所述光合路分路单元输出的所述上行信号并以多模进行输出，透射所述下行信号并以单模输出到所述光合路分路单元。
2.一种光发送接收系统，其特征在于，
该光发送接收系统具备光合路分路器，
所述光合路分路器具备：
光合路分路单元，对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出；以及
双向光传播单元，使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元，
所述双向光传播单元是双模光纤，
所述光合路分路器还具备：
合波分波单元，对在所述双模光纤中传播的所述上行信号以多模进行分波，对所述下行信号以单模进行合波，
所述光合路分路器连接有发送所述下行信号的发送器和接收所述合路后的上行信号的接收器。
3.根据权利要求2所述的光发送接收系统，其特征在于，
在所述发送器连接有用于放大所述下行信号的光放大器。
4.一种光合路分路器，其特征在于，具备：
光合路分路单元，对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出；以及
双向光传播单元，使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元，
所述双向光传播单元是双模光纤，
所述光合路分路单元具备：
平板波导，形成在平面光路上，与所述双模光纤进行光学连接；以及
多根单模波导，与所述平板波导和多根单模光纤进行光学连接，
所述平板波导具有纤芯缺损部，该纤芯缺损部以关于所述双模光纤的光轴延长线呈轴对称的方式设在所述双模光纤的光轴延长线上。
5.根据权利要求4所述的光合路分路器，其特征在于，
所述纤芯缺损部以成为椭圆形的方式构成。
6.根据权利要求4所述的光合路分路器，其特征在于，
所述纤芯缺损部具有：
多个第一纤芯缺损部分，设在所述双模光纤的多模部的孔径角范围内；以及
第二纤芯缺损部分，设在所述双模光纤的单模部的孔径角范围内，
所述第二纤芯缺损部分比每个所述第一纤芯缺损部分的曲率大。
7.根据权利要求4所述的光合路分路器，其特征在于，
所述平板波导具有以反射所述下行信号和所述上行信号而封闭在所述平板波导中的方式构成的所述反射率强化结构。
8.根据权利要求4所述的光合路分路器，其特征在于，
每个所述单模波导的波导宽度在与所述平板波导的连接部处互不相同，
所述连接部处的所述单模波导的光轴延长线与所述双模光纤的光轴延长线交叉的点按每一个所述单模波导而互不相同。
9.一种光合路分路器，其特征在于，具备：
光合路分路单元，对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出；以及
双向光传播单元，使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元，
所述光合路分路单元具备：
平板波导，对所述多个上行信号以多模进行合路，对所述下行信号以单模进行分路；
多模光纤，输入经由所述平板波导输出的所述上行信号，以多模进行传播；以及
多个单模光纤，输入经由所述平板波导输出的所述下行信号，以单模进行传播，
所述平板波导具备：
输入端口，用于输入所述下行信号；以及
滤光部，以反射经由所述输入端口输入的所述下行信号而输出到所述多个单模光纤、透射所述上行信号而输出到所述多模光纤的方式，相对于所述多模光纤的光轴倾斜规定的角度设在所述平板波导中。
10.一种光合路分路器，其特征在于，具备：
光合路分路单元，对多个上行信号以多模进行合路并输出，对下行信号以单模进行分路并输出；以及
双向光传播单元，使从所述光合路分路单元输出的所述上行信号以多模进行传播并输出，使所述下行信号以单模进行传播并输出到所述光合路分路单元，
所述光合路分路单元具备：
分路元件，对所述下行信号进行分路；
多个单模光纤，用于输入输出所述多个上行信号和所述分路后的下行信号的每一个；以及
多个多模变换/合路元件，分别输入所述分路后的下行信号，输出到所述多个单模光纤的每一个，对经由所述多个单模光纤输入的所述多个上行信号以多模进行合路。
11.根据权利要求10所述的光合路分路器，其特征在于，
所述多个多模变换/合路元件由波导宽度不等宽的定向耦合器元件构成，
所述上行信号在进行模式变换之后输出到所述多模变换/合路元件的交叉端口，所述下行信号不进行模式变换就输出到所述多模变换/合路元件的直通端口。
12.根据权利要求10所述的光合路分路器，其特征在于，
所述分路元件由以使所述分路后的下行信号的光强度分别相等的方式对所述下行信号进行分路的等分分光元件构成，所述多个多模变换/合路元件经由多模波导以串联方式连接，该串联连接的多个多模变换/合路元件各自的下行信号输入用端口与所述等分分光元件连接。
13.根据权利要求12所述的光合路分路器，其特征在于，
所述多个多模变换/合路元件构成N组所述串联连接的多个多模变换/合路元件，
所述光合路分路器还具备N输入1输出的多模变换/合路元件，该N输入1输出的多模变换/合路元件经由多模波导与所述N组串联连接的多个多模变换/合路元件的各组连接，
由所述N组串联连接的多模变换/合路元件的各组进行了多模变换/合路的上行信号由所述N输入1输出的多模变换/合路元件进行多模变换/合路。
14.根据权利要求12所述的光合路分路器，其特征在于，
还具备对所述上行信号和所述下行信号进行波长合波分波的波导宽度等宽的定向耦合器元件，所述等宽的定向耦合器元件经由多模波导与所述多个多模变换/合路元件以串联方式连接，所述等宽的定向耦合器元件的下行信号输入用端口与所述等分分光元件连接。
15.根据权利要求9所述的光合路分路器，其特征在于，
所述双向光传播单元具备：
所述单模光纤，用于输入所述下行信号，输出到所述光合路分路单元；以及
多模光纤，输入从所述光合路分路单元输出的所述上行信号。
16.一种光发送接收系统，具备：双向光传播器；发送器，发送下行信号；以及接收器，接收上行信号，所述光发送接收系统的特征在于，
所述双向光传播器具备：
双模光纤，输入上行信号，使其以多模传播而输出，使下行信号以单模进行传播而输出；以及
合波分波单元，对从所述双模光纤输出的所述上行信号进行分波而输出，对所述下行信号进行合波而输出到所述双模光纤，
所述双向光传播器还包括空间透镜系统，
从所述双模光纤输出的所述上行信号经由所述合波分波单元和所述空间透镜系统以多模耦合到所述接收器，从所述发送器发送的所述下行信号经由所述合波分波单元和所述空间透镜系统以单模耦合到所述双模光纤。
17.根据权利要求16所述的光发送接收系统，其特征在于，
所述发送器内置有用于放大所述下行信号的光放大器。
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