CN1293398C - 光解多路复用器，光多路复用/解多路复用器和光器件 - Google Patents

光解多路复用器，光多路复用/解多路复用器和光器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低成本但并不降低其性能的光解多路复用器和一种光多路复用器/解多路复用器。一种光解多路复用器(100a)包括：一个多模波导，它所具有的光路长度使得第一和第二波长之间的差相对于零阶和一阶模式之间的相位差都变成为π的整数倍；一个输入波导(105a)，它光学连接着多模波导(102a)的输入边，并使得其光轴与多模波导(102a)的中心线相偏离；以及两个输出波导(103a)和(104a)，它们在多模波导(102a)输出边的不同位置上光学耦合着多模波导(102a)。两个输出波导(103a)和(104a)都以最大化消光比率的方式来设置。

Description

光解多路复用器，光多路复用/解多路复用器和光器件
                        发明领域
本发明涉及在波分多路复用通讯中所用的光解多路复用器和光多路复用器/解多路复用器，并且也涉及使用光解多路复用器或光多路复用器/解多路复用器的光器件。更具体的说，本发明涉及基于多模干涉(MMI)的光解多路复用器和光多路复用器/解多路复用器，还涉及使用这类光解多路复用器或光多路复用器/解多路复用器的光器件。
                        发明背景
在光通讯领域中，为了能提高通讯的容量，现在已提出了一种称之为波分多路复用(WDM)方案的系统，该方案将多个信号复用成一个光信号，使得多个信号都能以光信号的不同波长来传递，并通过一根单光纤来传输光信号。在WDM方案中，光解多路复用器和光多路复用器都起着重要的作用，光解多路复用器将光分解成不同波长的光分量，而光多路复用器组合不同波长的光。
常规的波导WDM光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器包括：具有在硅基片中制成的Y型分支部分的光波导；在Y型分支部分的两端形成的V型槽；以及插入在槽中的介电多层薄膜滤波器(见，例如，日本专利特许公开公告No.63-33707的第1页至第4页以及图3)。
此外，另一种使用排列的波导光栅的常规波导WDM光解多路复用器或光多路复用器/解光多路复用器可以包括：输入/输出端点；两个两维光波导；以及多个具有不同长度的延长的三维光波导(见，例如，日本专利特许公开公告No.2-244105的第1页至第6以及图1)。
此外，还有一种常规的光多路复用器/解多路复用器，它可使用串联连接着的双波长光多路复用器/解多路复用器来分离和组合多个波长的光，其中，双波长光多路复用器/解多路复用器各自包括两个MMI耦合器和两个并联的单模波导(见，例如，日本专利特许公开公告No.2002-286952的第2页至第10以及图16)。
另外，还有一种常规光多路复用器/解多路复用器，其中，一个输入光波导可用于允许两种不同波长的光通过其传输，它与一个多模干涉光耦合器的输入端相耦合，并且可以通过设置多模干涉光耦合器的宽度和长度，使得两种不同波长的光分量能聚焦在多模干涉光耦合器的输出端上(见，例如，日本专利特许公开公告No.8-201648的第2页至第5以及图7；F.Rottmann，A.Neyer，W.Mevenkamp，以及E.Voges等人发表的“在锂酸铌基板上基于双模干涉的集成光波长多路复用器”(“Integrated-Optic Wavelenghth Multhplexers OnLithium Niobate Based on Two-Mode Interference”，Journal of LightwaveTechnology，Vol.6，No.6，June 1988)(下文将此文称之为“文件1”)；M.R.Paiam，C.F.Janz，R.I.MacDonald，J.N.Broughton等人发表的“基于多模干涉的小型平面980/1550-nm波长多路复用器/解多路复用器”(“CompactPlanar 980/1550-nm Wavelength Multi/Demultiplexer Based on MultimodeInterference”，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.7，No.10，October 1995)(下文将此文称之为“文件2”)；K.C.Lin和W.Y.Lee发表的“基于多模干涉的波导的1.3/1.55μm波分多路复用器”(“Guided-wave1.3/1/55μm Wavelength Division Multiplexer based on MultimodeInterference”，IEEE Electronics Letters，Vol.32，No.14，4th July1996)(下文将此文称之为“文件3”)；以及Bao jun Li，Guozheng Li，Enke Liu，Zuimin Jiang，Jie Qin，和Xun Wang等人发表的“采用硅-锗合金的低损耗1×2多模干涉波长解多路复用器”(“Low-loss 1×2Multimode InterferenceWavelength Demultiplexer in Silicon-Germanium Alloy”IEEE PhotonicsTechnology Letteres，Vol.11，No.5，May 1999)(下文将此文称之为“文件4”)。
正如在日本专利特许公开公报No.63-33707所披露的，一种常规的光解多路复用器和多路复用器/解多路复用器，不仅需要光波导，而且还需要其它元件，例如，介电多层薄膜滤波器。此外，用于产生这类光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的处理工艺需要用于在光波导中形成V型槽并且以高的精度将介电多层薄膜滤波器插入到V型槽的子处理工艺。通过允许不同波长的光能够被介电多层薄膜滤波器反射或通过介质薄膜滤波器来传输，一种常规的光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器可以分离或组合光。因此，就必须在常规的光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的两端设置用于接受分离光的元件(例如，光敏二极管)和用于发射复用光的元件(例如，激光二极管)。于是，在以包括电路的模块方式来提供常规的光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的情况下，就必须在有关光路(即，光波导)的光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的相反位置上形成电路，从而导致复杂结构的模块。
此外，正如在日本专利特许公开公告No.2-244105中所披露的，开发了另一种常规的光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器，它可以在八个或更多波长的高密度WDM中使用，因此，它很昂贵，同时也是高精度的。因此，当使用这类适用于大约两个至四个波长的低密度的常规光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器时，与使用在日本专利特许公开公告No.63-33707中所披露的一种常规的光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的情况相比，成本效果就较低。
另外，正如在日本专利特许公开公告No.2002-286952中所披露的，构成了另一种常规光多路复用器/解多路复用器，它采用以串联方式相连接的双波长光多路复用器/解多路复用器电路分离和组合多种波长的光，其中，双波长光多路复用器/解多路复用器电路各自包括两个MMI耦合器和两个并联的单模波导。因此，这类常规光多路复用器/解多路复用器的结构就显得很复杂，并且其光路就需要延长，从而就难以提供小型的光多路复用器/解多路复用器。此外，延长的光路导致明显的光损耗。
还有，正如在文件1中所披露的，在另一种第一类型的常规光多路复用器/解多路复用器中，类Y型的输入波导和类Y型的输出波导分别连接着多模波导的输入和输出边。正如在日本专利特许公开公告No.8-20164和文件2至4所披露的，在还有另一种第二类型的常规光多路复用器/解多路复用器中，输入和输出的波导分别连接着多模波导的输入和输出边，并使之相互平行。这两种类型的常规光多路复用器/解多路复用器在其输入和输出波导的形状上是相互不同的。然而，这两种都相似地采用了多模波导的形状来设计的，使得两种不同波长的光分量都能聚焦在(和输出在)它们各自的输出位置上(即，输出波导的连接位置，将在下文中进一步讨论)，其中对该输出位置确定是采用允许一个波导成为分插状态，同时又允许另一波导称为交叉状态，从而允许各分量的数量最大化的方式来确定的。
因此，在这两种类型的常规光多路复用器/解多路复用器中，尽管在输出位置上各个波长的光功率最大化了，但是，消光比率，即，所要求波长的光功率和另一波长的光功率之间的比率，在输出位置上的并不是始终都是最大的。这是因为在输出端的光功率的分布是由光波的基模的宽度所确定的，并且光功率最大或最小的位置(下文称之为“最大光功率位置”和“最小光功率位置”)会随着波长的变长而在多模波导中向外移动。即，在各个输出位置上，一个需要输出的波长光功率是最大的，而另一要被阻断的波长光功率并不是最小的，并且在上述所讨论的两种类型任何一种的常规光多路复用器/解多路复用器的输出位置上的消光比率并不是最大的。
本文所使用的术语“消光比率”是指在输出位置上输出的所需波长光功率与在相同输出位置上所输出的需被阻断波长光功率的比例。值得注意的是，文件2至4表示了“在光功率之间的比例”(即，“对比度”和“消光比率”)的概念，它表示了在不同输出位置上的相同波长光功率之间的比例。于是，如文件2至4中所表示的概念完全不同于本文上述所讨论的消光比率的概念，本文的消光比率是指在相同输出位置上的不同波长光功率之间的比例。
根据解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的使用场合，来判断其重点是在相同输出位置上的不同波长光功率之间的比例还是在不同输出位置上的相同波长光功率之间的比例。如果解多路复用器或多路复用器/解多路复用器只是用于简单地分离同一方向的两个波长，则其主要的作用可以是在不同输出位置上相同波长光功率之间的比例，正如文件2至4的情况。然而，在大多数的情况中，例如，在双向通讯的情况中，光解多路复用器的输出端实际上都设置了发送器件以及光接受器件。因此，只是采用限制于使用分离单向的两个波长的常规光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器是不现实的。在使用这类常规光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的情况下，不是所希望波长的光也会进入到发送器件，从而引发常规光解多路复用器或多路复用器/解多路复用器的功能紊乱或性能下降。实际上，在双向WDM传输的情况下，当波长不同于被传输波长的光进入传输和光发射部分之后，例如，进入到一激光器，就有可能会出现一些严重的问题。因此，主要的关注应该在相同输出位置上的不同波长光功率之间的比例，而不是在不同输出位置上的相同波长光功率之间的比例。
然而，在多模波导输出端的输出位置上的波长关系会明显地受到多模波导的宽度影响。正如在日本专利特许公开公告No.8-201648以及文件2至4所述的情况，当多模波导的宽度是窄的，例如，5μm至12.6μm，则基模波长的宽度也就很窄。因此，在输出端的各个输出位置上的光功率分布使得所希望要输出的波长的最大光功率位置接近于要阻断波长的最小光功率位置。于是，就能在所需波长的最大光功率位置上获得满意的消光比率。其结果是，就不再需要讨论在消光比率最大的情况下的位置问题，，即，下文所称之为“最大消光比率的位置”。
此外，在日本专利特许公开公告No.8-201648以及文件2至4中，就不再假定波长不同于所传输波长的光会进入到WDM传输/接受模块的传输和光发射部分，即，激光器，且因此消光比率就不再被认为是进一步改进的问题。然而，在多模波导的宽度等于或大于20μm的情况下，会在所希望波长的最大光功率位置和最大消光比率的位置之间出现明显的差，并因此而不能再忽略有关最大消光比率位置的问题。
                        发明内容
因此，本发明的一个目的是提供：一种光解多路复用器，和一种光多路复用器，以及一种光多路复用器/解多路复用器，它可以简单地构成以用于大约2至4个波长的低密度WDM且还具有低成本；以及一种使用这类光解多路复用器和这类光多路复用器，或者使用这类多路复用器/解多路复用器的光器件。
此外，本发明的另一目的是提供：一种解多路复用器，一种光多路复用器，以及一种光多路复用器/解多路复用器，它能够只提取一种所需要的波长而阻断另一个波长；并且还提供了一种使用这类光解多路复用器和这类光多路复用器，或者使用这类多路复用器/解多路复用器的光器件。
本发明具有满足上述所提到的目的的下列性能。
本发明的第一方面是提出了一种用于将输入的波长复用的光分离成第一和第二波长的光解多路复用器。该光解多腔复用器包括：一个多模传输部分，一个输入部分，以及第一和第二输出部分。多模传输部分允许第一和第二波长光的多模传输，并且通过内部模式干涉分离第一和第二波长光功率。输入部分将光从某一输入位置输入到多模传输部分，并且在多模传输部分中产生光功率的分离。第一和第二输出部分通过其输出端面某一位置输出来自多模传输部分的第一和第二波长的光以使得第一和第二波长光功率分离并且最大化表示所需波长光功率与阻断波长光功率大小的消光比率。
当消光比率对应于所需波长光功率除以要阻断波长光功率所得到的商自然对数的十倍时，则在消光比率最大位置上的消光比率等于或大于30dB。较佳的是，多模传输部分的折射率小于或等于2.0。更具体的说，第一输出部分是处于第二波长光功率最小的位置，而第二输出位置是处于第一波长光功率最小的位置。
在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，较佳的是，在多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度能使得在θ1和θ2之间的差在mπ±π/2的范围内，其中，m是自然数。
另外，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度可使得第一和第二波长光功率中至少有一个会在第一和第二波长的各个输出端面上最小化或最大化。除此之外，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度可使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍。除此之外，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度可使得第一和第二波长光功率在第一和第二波长的各个输出端点上变成彼此相反的最小或最大数值。除此之外，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在第一和第二波长的各自输出端面上的消光比率变成为等于或大于30dB。除此之外，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍。
在一个实施例中，由多模波导制成多模传输部分，多模波导的中心线对应于多模传输部分的光轴，并且输入位置是偏离光轴。另外，多模传输部分可采用两个单模波导制成，并且在两个多模波导之间对称的轴对应于多模传输部分的光轴，并且输入部分是两个单模波导中任一一个波导的输入端面。
在一个实施例中，多模传输部分包括：在传输方向上第一光路长度部分具有光路的长度使得在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，在θ1和θ2之间的差在mπ±π/2的范围内，其中，m是自然数；以及在传输方向上第二光路长度部分具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差在mπ±π/2的范围内。在这种情况下，从第一光路长度部分输出第一波长的光，从第二光路长度部分输出第二波长的光，并且第一和第二光路长度部分具有不同的光路长度。较佳的是，第一光路长度部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍，以及第二光路长度部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍。此外，多模传输部分可以由单个多模波导来制成，多模波导的中心线可以对应于多模传输部分的光轴，并且输入位置是偏离光轴。另外，多模传输部分可采用两个单模波导制成，并且在两个多模波导之间所对称的轴对应于多模传输部分的光轴。
在一个实施例中，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，在θ1和θ2之间的差在mπ±π/2的范围内，其中，m是自然数，并且多模传输部分包括：能够通过它发送第一和第二波长中较短波长的一种多模光的第一多模区域；以及能够通过它发送第一和第二波长的多模光的第二多模区域，该第二多模区域在第一多模区域输出光的传输方向处于第一多模区域的下游。在这种情况下，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍。此外，多模传输部分可以由单个多模波导来制成，并且第一和第二多模区域可以从多模波导的输入边切去一长方体形状的部分来制成，使得第一多模区域的局部变得比第二多模区域更窄。另外，输入部分可以偏离第一和第二多模区域的光轴。
此外，第一多模区域可以由用于前级的多模区域的两个前级的单模波导来制成，第二多模区域可以由用于后级的多模区域的两个后级的单模波导来制成，并且在前级的单模波导之间的间隙可以比在后级的单模波导之间的间隙更窄。
另外，第一和第二多模区域的光轴中心线可以相互偏离。
在一个实施例中，在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差在mπ±π/2的范围内，其中，m是自然数，并且多模传输部分的宽度可以沿着光解多路复用器的光轴方向而变化。在这种情况下，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度，使得在θ1和θ2之间的差变成π的整数倍。此外，多模传输部分可以由一个多模波导制成，并且多模波导的中心线对应于多模传输部分的光轴。另外，多模传输部分可以由两个单模波导制成，并且在两个多模波导之间的对称的轴可以对应于多模传输部分的光轴。
在一个实施例中，光解多路复用器可以还包括：在第一输出部分的输出端上提供的第一后级的多模传输部分，该第一后级的多模传输部分具有与多模传输部分相同的特性；在第二输出部分的输出端上提供的第二后级的多模传输部分，该第二后级的多模传输部分具有与多模传输部分相同的特性；第一后级的输出部分用于输出由第一后级的多模传输部分所分离的第一波长的光；以及第二后级的输出部分用于输出由第二后级的多模传输部分所分离的第二波长的光。
例如，光解多路复用器可以还包括：外部电场控制部分，它用于向多模传输部分施加外部电场；并且多模传输部分是由电光材料制成的。在这种情况下，外部电场控制部分可以包括：一对设置在多模传输部分的表面上的电极；以及用于控制在一对电极之间电压的外部电压控制部分。
例如，光解多路复用器可以还包括：外部温度控制部分，它用于控制多模传输部分的温度，并且多模传输部分可以由具有温度关系的热光材料来制成。在这种情况下，外部温度控制部分可以包括：设置在多模传输部分的表面上的热传导元件；以及用于通过加热和/或冷却热传导元件来控制多模传输部分温度的温度控制元件。此外，外部温度控制部分可以包括：一设置在多模传输部分的表面上的珀耳帖效应(Peltier)器件；以及用于通过向珀耳帖效应器件提供电流来控制多模传输部分温度的温度控制元件。
较佳的是，输入部分可以是与多模传输部分的输入边光耦合的波导，以及第一和第二输出部分的各个都可以是与多模传输部分的输出边光耦合的波导。
本发明的第二方面是提出了一种光器件，它适用于发送/接受第一和第二波长的光。该光器件包括：一个多模传输部分，一个输入部分，第一和第二输出部分，一个第一光元件，以及一个第二光元件。该多模传输部分允许第一和第二波长的光的多模传输并且通过内部模式干涉分离第一和第二波长的光功率。输入部分从其一输入位置向多模传输部分输入光，从而在多模传输部分中产生光功率上的分离。第一和第二输出部分通过在输出端面上的某一位置输出来自多模传输部分的第一和第二波长的光，从而产生第一和第二波长的光功率的分离，并且最大化表示所需波长的光功率与被阻断波长的光功率的大小的消光比率。第一光元件接受和/或发射第一波长的光，该第一光元件设置在第一输出部分的输出端。第二光元件接受和/或发射第二波长的光，该第二光元件设置在第二输出部分的输出端。
在一个实施例中，第二光元件包括：一个光发射部分，它用于发射第二波长的光；以及一个光接受部分，它用于接受第二波长的光。
本发明的第三方面提出了一种光解多路复用器，它用于分离n种类型的不同波长的输入波长多路复用的光，其中，n是自然数。光解多路复用器包括：一个多模传输部分，一个输入部分，以及n个输出部分。多模传输部分允许n种类型的不同波长的输入波长多路复用光的多模传输并且可通过内部模式干涉来分离n种类型不同波长的光功率。输入部分向多模传输部分输入来自某一输入位置的光，从而在多模传输部分中产生光功率的分离。n个输出部分通过在输出端面上的一位置输出来自多模传输部分的n种类型不同波长的光，从而产生n种类型不同波长的光功率的分离，以及最大化表示所需波长的光功率与被阻断波长的光功率的大小的消光比率。
在i＝0，1，...，n和k＝1，2，...，n-1的情况下，当在第k波长λk的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk和第k+1波长λk+1的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk+1时，较佳的是，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θk和θk+1之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
在一个实施例中，多模传输部分可以由单个多模波导制成，该多模波导的中心线可以对应于多模传输部分的光轴，并且输入部分可以偏离光轴。
另外，多模传输部分可以由n个单模波导制成，并且在n个单模波导中的最外层的两个单模波导之间的对称轴对应于多模传输部分的光轴。此外，n个单模波导可以是相等间距的。此外，n种类型的不同波长可以是相等间距的。
本发明的第四方面提出了一种光多路复用器/解多路复用器，它用于第一和第二波长或n种类型不同波长的光的组合/分离，其中n是自然数。光多路复用器/解多路复用器可以采用一个本发明的光解电路复用器作为一个光复用器来实现。
本发明的第五方面是提出了一种光器件，它可以用于调整n种类型波长的波长复用的光，其中n是自然数。该光器件包括：一种解多路复用部分，它可分离n种类型的波长；一种多路复用器部分，它可用于组合n种类型的波长；以及n个调整部分，它用于调整由解多路复用器部分所分离的n种类型波长的光并且向多路复用器部分输入n种类型的波长的光。该解多路复用器部分包括：一解多路复用的多模传输部分，它允许n种类型的波长的光的多模传输，并且能通过内部模式干涉来分离n种类型的波长的光功率。多路复用部分包括多路复用器多模传输部分，它允许n种类型的波长的光的多模传输，并且可通过内部模式干涉来组合n种类型的波长的光功率。在i＝0，1，...，n和k＝1，2，...，n-1的情况下，当在第k波长λk的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk和第k+1波长λk+1的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk+1的情况下，解多路复用器和多路复用器的多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度，使得在θk和θk+1之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
较佳的是，n调整部分中的每一个都可以调整各个波长的增益、相位、和偏振状态中的至少一个。
光器件可以还包括外部控制部分，其中，该外部控制部分能够与n个调整部分中的每一个进行通讯，从而可动态调整各个波长的增益、相位、和偏振状态中的至少一个。
另外，光器件可以还包括：外部控制部分；以及监视部分，它用于监视多路复用器的多模传输部分的输出。外部控制部分能够与n个调整部分的每一个和监视部分相互通讯，并且反馈多路复用器多路传输部分的输出状态，从而动态调整各个波长的增益、相位、和偏振状态中的至少一个。
本发明的第六方面是提出了一种光器件，该器件具有从光所复用的两个波长中提取一个和重新组合两个波长的倍增/衰减的功能。该光器件包括：一个用于分离两个波长光的解多路复用器；一个用于组合两个波长光的多路复用器；一个用于将在波长多路复用光中的第一波长的光中继到复用器中的中继波导，中继波导可以连接在解多路复用器的输出边；一个用于将在波长多路复用光中的第二波长的光导引到解多路复用器的输出边的衰减波导，该衰减波导可以连接在解多路复用器的输出边；以及一个用于将第二波长的光导引回到解多路复用器并且将光中继到多路复用器中的倍增波导。解多路复用器包括一个解多路复用器的多模传输部分，它允许第一和第二波长的光的多模传输，并且通过所产生的内部模式干涉来分离第一和第二波长的光功率。多路复用器包括一个多路复用器多模传输部分，它允许第一和第二波长的光的多模传输，并且通过所产生的内部模式干涉组合第一和第二波长的光功率。在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，解多路复用器和多路复用器各自多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差在mπ±π/2的范围内，其中，m是自然数。
本发明的第七方面提供了光解多路复用器，它用于将2n种类型的不同波长λ1，...，λ2n(其中，n是自然数)的输入波长多路复用的光分离成两组波长的光。光解多路复用器包括：一个多模传输部分，它允许在所输入的波长多路复用光中的2n种类型的不同波长的光多模传输，并且通过所产生的内部模式干涉来分离两组波长的光功率；一个输入部分，它用于从某一输入位置向多模传输部分输入光，从而在多模传输部分产生光功率分离；以及，两个输出部分，它用于从某一位置输出两组波长的光，从而产生两组波长的光功率分离。两组波长包括奇数多路复用波长组和偶数多路复用波长组。
在k＝1，2，...，n-1的情况下，当在第2k-1波长λ2k-1的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k-1和第2k波长λ2k的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k的情况下，较佳的是，多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ2k-1和θ2k之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
较佳的是，多模传输部分可以由单个多模波导制成，多模波导的中心线可以对应于多模传输部分的光轴，并且输入部分可以偏离该光轴。
另外，多模传输部分可以由两个不同长度的单模波导来制成，并且在两个单模波导之间对称的轴可以对应于多模传输部分的光轴。
在k＝1，2，...，n-1的情况下，当在第2k-1波长λ2k-1的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k-1和第2k波长λ2k的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k的情况下，多模传输部分包括：第一光路长度部分，它在传输方向上所具有的光路长度使得在θ2k-1和θ2k之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数；以及第二光路长度部分在传输方向上所具有的光路长度，使得在θ2k-1和θ2k之间的差处于mπ±π/2的范围内。奇数多路复用波长组可以从第一光路长度部分输出，偶数多路复用波长组可以从第二光路长度部分输出，并且第一和第二光路长度部分可以具有不同的光路长度。
此外，多模传输部分可以由单个多模波导来制成，多模波导的中心线可以对应于多模传输部分的光轴，并且输入部分可以偏离光轴。
另外，多模传输部分可以由具有不同长度的两个单模波导来制成，并且在两个单模波导之间对称的轴可以对应于多模传输部分的光轴。
较佳的是，2n种类型的波长可以是等间距的。
较佳的是，多模传输部分的折射率可以具有与在至少n种类型的一波长范围中的波长的线性关系。
较佳的是，n是一个满足n＝4的数，其中，k是一个自然数，并且光解多路复用器可以还包括：一个第一后级的多模传输部分，它光学连接着输出部分的输出端，用于导引奇数多路复用的波长组并且具有与多模传输部分的相同特性；一个第二后级的多模传输部分，它光学连接着输出部分的输出端，用于导引偶数多路复用的波长组并且具有与多模传输部分的相同特性；第一后级输出部分用于输出由第一后级多模传输部分所分离的4k-3波长组；第二后级输出部分用于输出由第一后级多模传输部分所分离的4k-1波长组；一个第三后级输出部分，用于输出由第二后级多模传输部分所分离的4k-2波长组；以及一个第四后级输出部分用于输出由第二后级多模传输部分所分离的4k波长组。
本发明的第八方面是提供了光解多路复用器，它用于分离第一和第二波长所输入的波长多路复用的光。该解多路复用器包括：第一多模传输部分，它用于通过所产生的内部模式干涉来分离第三和第四波长的光功率，第三波长偏离第一波长一个规定的波长，第四波长偏离第二波长一个规定的波长，输入部分用于将光从某一输入位置输入到第一多模传输部分，从而在第一多模传输部分中产生光功率的分离，第一输出部分在某一位置设置在第一多模传输部分的输出端面上，以产生第三和第四波长光功率分离，并且最大化表示第四波长光功率与第三波长光功率的大小的消光比率；第二输出部分在某一位置设置在第一多模传输部分的输出端面上，以产生第三和第四波长光功率分离，并且最大化表示第四波长光功率与第三波长光功率的大小的消光比率；第二和第三多模传输部分各自通过所产生的内部模式干涉来分离第五和第六波长的光功率，第五波长以与第三波长偏离方向相反的方向偏离第一波长一个规定的波长，第六波长以与第四波长偏离方向相反的方向偏离第二波长一个规定的波长；第三输出部分在某一位置设置在第二多模传输部分的输出端面上，以产生第五和第六波长的光功率分离，并且最大化表示第六波长光功率与第五波长光功率的大小的消光比率；且第四输出部分在某一位置设置在第三多模传输部分的输出端面上，以产生第五和第六波长的光功率分离，并且最大化表示第六波长的光功率与第五波长的光功率的大小的消光比率。
较佳的是，第三和第五波长可以对称于第一波长，第四和第六波长可以对称于第二波长。
在本发明中，光功率分布是在多模传输部分中由其中所产生的内部模式干涉来改变的，从而分离所要输出的多种波长的光功率。因此，有可能提供低成本的光解多路复用器和光多路复用器/解多路复用器，它们可采用由波导所构成的多模传输部分来简单地构成，而不再使用介质薄膜滤光器等等。此外，从某一位置所输出的第一和第二波长的光可最大化消光比率，因此，就有可能提供能够分离所需要波长的唯一光且同时阻断所不需要波长光的光解多路复用器和光多路复用器/解多路复用器。
此外，通过构成多模传输部分，使之具有折射率为2.0和大于2.0，或者其宽度为15μm，所需波长的光功率最大化的位置与消光比率最大化的位置相分开。因此，就有可能分辩出能够获得满意的消光比率的位置。于是，就能较容易地提供能够分离所需波长的唯一光且同时能阻断所不需要波长的光的光解多路复用器和光多路复用器/解多路复用器。
此外，通过将多模传输部分构造成使其光路长度在mπ±mπ/2的范围内，m为自然数，则就会在该多模传输部分中产生零阶和一级模式之间的模式干涉，从而光功率沿光的行进方向上下交替地移动。在由于模式干涉产生的色散，即由于传播系数对变化光功率的波长相关性，而将一光路长度设置成使两个波长之间的相位差处于mπ±mπ/2的范围内的情况中，光功率的分布成相对于多模传输部分的中心线几乎对称。通过从两种波长的光功率几乎分离的位置处输入该两种波长的光，就可能很方便地分离这两种波长。因而，就可能用由不采用介电薄膜波滤光器或类似物的波导组成的多模传输部分而简单地构成一光解多路复用器或光多路复用器/解多路复用器。
另外，还通过构成多模传输部分，使之具有的光路长度至少在第一和第二波长的各个输出端能够最大化或最小化第一和第二波长的光功率中的一个，这就有可能增加在各个输出端上的消光比率。
此外，还通过构造多模传输部分，使之具有的光路长度能产生在相位差θ1和θ2之间的差成为π的整数倍，光路长度本身也就成为了π的整数倍。其结果是，第一和第二波长的光功率可以在波长的各个输出端完全分离，并因此有可能以更高的精度来进行光的解多路复用的操作。
此外，还通过构造多模传输部分，使之具有的光路长度能产生第一和第二波长的光功率成为相反的极值，所产生的第一波长的光功率能在第一波长的输出端最大化，而所产生的第二波长的光功率能在第一波长的输出端最小化。此外，在第二波长的输出端上，所产生的第一和第二波长的光功率分别成为最小值和最大值。于是，就有可能获得更高的消光比率。
对具有能在第一和第二波长的输出端上产生30dB或大于30dB消光比率的光路长度的光多模传输部分的实际使用不存在任何问题。
在这种情况下，所产生的光路长度成为π的整数倍。其结果是，第一和第二波长的光功率可以在波长的各个输出端完全分离，并因此有可能以更高的精度来进行光的解多路复用的操作。
通过采用单个多模波导来制成多模传输部分，就有可能简单地构成光解多路复用器。
另外，通过采用两个单模波导来制成多模传输部分，就有可能简单地构成光解多路复用器。
此外，通过提供具有不同长度的第一和第二光路长度部分，就有可能采用较短的光路长度来分离光功率，从而就有可能提供紧凑的光解多路复用器。
此外，通过产生在第一多模区域中一较短的波长的模式干涉，就有可能缩短在光功率变化中的最终相位差所需要的光路长度，从而有可能提供紧凑的光解多路复用器。
此外，还通过从多模波导的输入边切去一长方体状的部分，使得较短波长的模式干涉首先发生在一多模波导的狭窄区域中，从而有可能制成更加紧凑的光解多路复用器。
此外，还通过制成第一和第二多模区域，使得其各个光轴的中心相互偏离，这就有可能缩短在光功率变化中的最终相位差所需要的光路长度。
此外，还通过提供两个前级的单模波导作为前级多模区域使用，从而所产生的较短波长的模式干涉首先发生，从而有可能制成更加紧凑的光解多路复用器。
此外，还制成了第一和第二多模区域，使得其各个光轴的中心相互偏离，这就有可能缩短在光功率变化中的最终相位差所需要的光路长度。
此外，在具有这样一种光路长度的多模传输部分中，其中所产生的在θ1和θ2之间的相位差处于mπ±π/2的范围内，并且所具有的宽度沿着光解多路复用器的光轴的方向变化，所产生的较短波长的模式干涉首先发生，从而有可能制成更加紧凑的光解多路复用器。
此外，通过提供两级多模传输部分，就有可能以更高的精度来分离波长，从而有可能改善消光比率。
另外，还通过提供外部电场控制部分，有可能动态变化多模传输部分的折射率，等等，从而有可能提供能够动态控制消光比率的光解多路复用器。
另外，还通过提供外部电场控制部分，从而有可能提供能够动态控制消光比率的简单结构的光解多路复用器。
另外，还通过提供外部温度控制部分，有可能动态变化多模传输部分的折射率，等等，从而有可能提供能够动态控制消光比率的光解多路复用器。
另外，还通过提供外部温度控制部分，从而有可能提供能够动态控制消光比率的简单结构的光解多路复用器。
另外，还可以将波导作为输出和输出部分来使用，从而有可能提供简单结构的光解多路复用器。
另外，还以一个单元的方式集成提供光路和电路，从而有可能提供一个能够进行光解多路复用的操作同时又能进行接受/传输操作的光器件。
另外，还可以通过提供能分离偏离中心波长一个规定波长的波长的两级多模传输部分，从而有可能提供获得更高消光比率的光解多路复用器。
本发明的上述和其它目的、性能、方面和优点将从以下结合附图的本发明的详细讨论中变得更加清晰。
                        附图简要说明
图1是说明根据本发明第一实施例的一种光解多路复用器100a的结构的示意图；
图2A说明了采用束传输方法(BPM)所获得的模拟结果，它显示了1.30μm波长的光是如何在图1所示的光解多路复用器100a中分离的；
图2B说明了BPM模拟的结果，显示了1.55μm波长的光是如何在图1所示的光解多路复用器100a中分离的；
图3A说明了BPM模拟的结果，详细显示了通过多模波导102a所传输的一波长的光功率分布；
图3B说明了BPM模拟的结果，详细显示了通过多模波导102a所传输另一波长的光功率分布；
图4是用于说明设置在光功率之间移动从而基本成为π整数倍的相位差的图形；
图5是图形显示在多模波导102a的输出位置上光功率分布；
图6是说明根据本发明第三实施例的光解多路复用器100b结构的示意图；
图7是说明根据本发明第四实施例的光解多路复用器100c结构的示意图；
图8是说明根据本发明第五实施例的光解多路复用器100d结构的示意图；
图9是说明图8所示的光光解多路复用器101d与一模拟单模波导相连接的示意图；
图10是说明根据本发明第六实施例的光解多路复用器100e结构的示意图；
图11是说明根据本发明第七实施例的光解多路复用器100f结构的示意图；
图12是说明包括n个并行单模波导122f-1至122f-n的光解多路复用器101f结构的示意图，而不再是包括根据第七实施例的光解多路复用器100f的多模波导102f；
图13是说明根据本发明第八实施例的光解多路复用器100g结构的示意图；
图14是说明在一示例中的光解多路复用器101a结构的示意图，在该情况下，通过采用电光效应来变化多模传输部分的折射率；
图15是说明在一示例中的光解多路复用器102a结构的示意图，在该情况下，通过采用热光效应来变化多模传输部分的折射率；
图16是说明根据本发明第九实施例的光多路复用器200a结构的示意图；
图17是说明根据本发明第十实施例的光多路复用器200b结构的示意图；
图18是说明根据本发明第十一实施例的光多路复用器200c结构的示意图；
图19是说明根据本发明第十二实施例的光多路复用器200f结构的示意图；
图20是说明光多路复用器201f结构的示意图，它包括了构成n个单模波导223f的高阶多模传输部分213f。
图21是说明在一示例中的光多路复用器210a结构的示意图，在该情况下，通过采用电光效应来变化多模传输部分的折射率；
图22是说明在一示例中的光多路复用器202a结构的示意图，在该情况下，通过采用热光效应来变化多模传输部分的折射率；
图23是说明根据本发明第十三实施例的一WDM增益调整器300a结构的示意图；
图24是说明根据本发明第十四实施例的一WDM倍增/衰减300b结构的示意图；
图25是说明根据本发明第十五实施例的一WDM发送器/接收器模块300c的示意图；
图26是说明根据本发明第十六实施例的一WDM交织器300d的示意图；
图27是说明根据本发明第十七实施例的一WDM交织器300e的示意图；
图28是说明在前级解多路复用部分中的传输/阻断损耗的波长特性的图形；
图29是说明在后级解多路复用部分中的传输/阻断损耗的波长特性的图形；以及，
图30是说明在根据本发明第十八实施例的整个光解多路复用器中传输/阻断损耗的波长特性的图形。
                        较佳实施例的具体描述
下文将参照附图来讨论本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是说明根据本发明第一实施例的光解多路复用器100a结构的示意图。值得注意的是，在图1中，示意说明了通过波导传输光的波导模式(下文中简称之“模式”)，使得传输光的行为能够更加容易理解。
在图1中，以实线来表示1.30μm波长的模式，以虚线来表示1.55μm波长的模式。在该图中，以曲线的形状和标签来清楚地区分模式的阶。值得注意的是，实现和虚线都不是试图用于指定在曲线所说明的波导位置上的准确模式。因此，为了指定在什么波导位置上哪一条曲线表示一个模式，各模式的位置由一些标签来指示。例如，在图1中，标签“1.30μm波长光输入端零阶模式”表示了在多模波导102a输入端的1.30μm波长的零阶模式的光。同样，在与其它实施例相关的图形中，为了能提供类似的表示，则附加了类似的标签，除非另有说明。
在图1中，光解多路复用器100a包括：一个单模输入波导101a；多模波导102a；一个第一单模输出波导103a；一个第二单模输出波导104a，一个衬底106a；以及制成在衬底106a上的V型槽105a、115a和125a。
在1.30μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和1.55μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，多模波导102a所具有的光路长度，使得在θ1和θ2之间的差基本上是π的整数倍。本文所使用的术语“光路长度”是指沿着光的传输方向的光路的长度，例如，在图1中的多模波导102a的纵向长度。正如以上所讨论的多模波导102a具有这种光路长度的理由将在下文中讨论。
单模输入波导101a光连接着多模波导102a的输入边，在该位置上，单模输入波导101a的光轴就变得偏离了表示多模波导102a光轴的中心线112a。
在衬底106a上提供了第一和第二单模输出波导103a和104a，它们分别设置在关于多模波导102a中心线112a两面的位置上，并且光连接着多模波导102a的输出边。第一和第二单模输出波导103a和104a相互分开，使得1.30μm波长的光不会耦合到第二单模输出波导104a，同样也1.55μm波长的光不会耦合到第一单模输出波导103a。
所提供的衬底106a用于固定单模输入波导101a，多模波导102a以及第一和第二单模输出波导103a和104a。
在衬底106a上制成V型槽105a，以便于单模输入波导101的输入端能对准和连接着单模输入光纤7。在衬底106a上制成V型槽115a，以便于第一单模输出波导103a的输出端能对准和连接着第一单模输出光纤8。在衬底106a上制成V型槽125a，以便于第二单模输出波导104a的输出端能对准和连接着第二单模输出光纤9。
在以下的讨论中，术语“波导”和“光纤”分别是指“单模波导”和“单模光纤”，除非如果说明是“多模波导”或“多模光纤”。因此，在下文中，单模输入波导101a、第一单模输出波导103a、第二单模输出波导104a、单模输入光纤7、第一单模输出光纤8、以及第二单模输出光纤9都可分别简单地称之为“输入波导101a”、“第一输出波导103a”、“第二输出波导104a”、“输入光纤7”、“第一输出光纤8”、以及“第二输出光纤9”。
图2A和2B是采用束传输方法(BPM)所获得的模拟结果，显示了1.30μm波长和1.55μm波长的光是如何在光解多路复用器100a中分离的。以下将参照图1、2A和2B来简要讨论光在光解多路复用器100a中的行为。
在图2A和2B的BPM模拟中所使用波导的大小如下：多模波导的长度Lm：大约6550μm；多模波导的宽度Wm：大约19.5μm；输入波导的光轴偏离x：大约5.7μm；输出波导的间隔：大约10μm；波导的覆层折射率：大约1.500；芯的折射率：大约1.505。
在图2A中，显示了1.30μm波长的光的行为。考虑在1.30μm波长的单模光从连接着多模波导102a的输入波导101a输入，在该位置上其光轴偏离中心线112a。在图2A所说明的多模波导102a中，1.30μm波长的光分解具有多模波导102a的零阶和一阶模式特性的光。由于在零阶和一阶模式之间的模式散射，即，在零阶和一阶模式之间的传输系数上的差所引起的模式干涉，1.30μm波长的光根据所规定的传输系数传输通过多模波导102a，这样，1.30μm波长的光功率就交替在图2A右边的上下移动。因此，1.30μm波长的光就输入第一输出波导103a并且传输通过整个波导。
在图2B中，显示了1.55μm波长的光的行为。类似于1.30μm波长的光，在图2B所说明的多模波导102a中，1.55μm波长的光被分解成零阶和一阶模式的光。由于模式散射，1.55μm波长的光传输通过多模波导102a，这样，1.30μm波长的光功率就交替在图2B右边的上下移动。因此，1.55μm波长的光就输入第二输出波导104a并且传输通过整个波导。
适用于光功率移动的传输系数在1.30μm波长和1.55μm波长之间是不同的，这是因为由各个波长的模式散射所引起的色散，即，因为所有模式波长的传输系数的波长特性。因此，在引起1.30μm波长和1.55μm波长的光功率以相反的相位移动的光路长度(即，在数量之间的相位差基本上是π的整数倍)的情况下，1.30μm波长和1.55μm波长的光可以在垂直方向上分离，并且1.30μm波长和1.55μm波长的光功率在多模波导102a的输出端面上最大化。多模波导102a的长度对应于上述所讨论的光路长度，因此，正如图2A和2B所示，1.30μm波长和1.55μm波长的光可以在垂直方向上分离。
因此，在光解多路复用器100a的情况下，确定多模波导102a的光路长度，使导引1.30μm波长的光的第一输出波导103a以及导引1.55μm波长光的第二输出波导104a可设置在相邻的位置上，在该位置上，1.30μm波长和1.55μm波长的光能够分离成1.30μm波长的光和1.55μm波长的光。正如以下即将讨论的，第一和第二波导103a和104a分别在X1和X2的位置上连接着多模波导102a的输出端。通过确定多模波导102a的光路长度，正如以上所讨论的，就有可能允许采用波导简单地构成光解多路复用器，来将1.30μm波长和1.55μm波长的光分离成1.30μm波长的光和1.55μm波长的光。
接着，详细的讨论提供了多模波导102a的光路长度该如何确定。图3A和3B是说明BPM模拟结果的图像，它详细显示了通过多模波导102a传输的1.30μm波长和1.55μm波长的光功率的分布。具体是，在图3A中，显示了1.30μm波长的光功率的分布，而在图3B中，显示了1.55μm波长的光功率的分布。
在图3A和图3B所示的BPM模拟中所使用的波导大小如下：多模波导的长度Lm：大约10000μm；多模波导的宽度Wm：大约19.5μm；输入波导的光轴偏离x：大约5.7μm；第一输出波导的光轴偏离P1：大约4.6μm；第二输出波导的光轴偏离P2：大约5.1μm；波导的覆层折射率：大约1.500；芯的折射率：大约1.505。
图4是用于讨论设置在光功率之间移动中的相位差使之基本成为π的整数倍的图形。值得注意的是，为了能研究最佳的光路长度，图3A和3B所示的模拟结果是在将多模波导102a的长度设置为长于所估计的最佳光路长度的状态下产生的。下文中，参考图1、3A和3B的讨论提供了该如何来确定多模波导102a的光路长度，以及波长分离机理的详细讨论。
正如在图1所示的情况下，当1.30μm波长和1.55μm波长的单模光从多模输入端的输入位置输入时，即，所提供的输入波导101a使得其光轴变得偏离多模波导102a的中心线112a，则各个波长的零阶和一阶模式相互干涉，即，在各个波长的零阶和一阶模式之间发生模式干涉。值得注意的是，在以下所显示的表1中，输入的位置标注为X。正如图3A所示，通过多模波导102a传输的1.30μm波长的光功率是由模式干涉所引起的，从而变化在两条直线上交替出现的光功率的最大和最小值，例如，通过多模波导输出点P1a的-第一1.30μm波长的光功率的变化线平行于中心线112a，和通过与P1a对称于中心线112a的点P1b的-第二1.30μm波长的光功率的变化线平行于中心线112a。此外，光功率在两条直线中变化，使得最大值和最小值成相互反比的关系。因此，1.30μm波长的光功率看起来仿佛它是通过多模波导102a传输的并且是在两条直线上交替移动的。
类似于1.30μm波长的光，正如图3B所示，通过多模波导102a传输的1.55μm波长的光功率是由模式干涉所引起的，从而变化在两条直线上交替出现的光功率的最大和最小值，例如，通过多模波导输出点P2a的第二1.55μm波长的光功率的变化线平行于中心线112a，和通过与P2a对称于中心线112a的点P2b的第一1.55μm波长的光功率的变化线平行于中心线112a。此外，光功率在两条直线中变化，使得最大值和最小值成相互反比的关系。因此，1.55μm波长的光功率看起来仿佛它是通过多模波导102a传输的并且是在两条直线上交替移动的。在这种情况下，P1a≠P2b以及P2a≠P1b。这原因是波长之间在多模波导102a的宽度方向上的散射分布不同所致，并且波长越长则散射越宽。
在1.30μm波长的零阶模式的传输系数为βi0，而1.30μm波长的一阶模式的传输系数为βi1，1.55μm波长的零阶模式的传输系数为βi0，而1.55μm波长的一阶模式的传输系数为βj1的情况下，正如表1所清晰显示的，设置了第一变化线上的模式相加条件和模式对消条件，使得在模式之间的相位差(即，θ1＝(βi0-βi1)×Lim和θ2＝(βj0-βj1)×Ljm)周期性出现且根据在模式((βi0-βi1)和(βj0-βj1))之间的传输系数的差对应于π的整数倍。
                  表1：波长的模式干涉条件(m：整数)
  波长       传输系数   在第一变化线上波长的模式附加条件   在第一变化线上波长的模式删除条件
  零阶模式   一阶模式
  λi   βi0   βi1   (βi0-βi1)Lim＝2mπ   (βi0-βi1)Lim＝(2m+1)π
  λj   βj0   βj1   (βj0-βj1)Lim＝2mπ   (βj0-βj1)Ljm＝(2m+1)π
值得注意的是，λi＝1.30μm，λj＝1.55μm，以及Lim和Ljm表示适用于λi和λj的光路长度。
为了能分离1.30μm和1.55μm波长的光，就一定要基本满足光功率极值相反的条件，使得“极值，例如，1.30μm和1.55μm波长的光功率的极大值在多模波导102a的输出端上是相反的”。
接着，多模波导102a的光路长度可以准确计算。光路长度L，它可以满足“光功率极值相反的条件”，可以从下列联立方程式的体系中的表示式1和表示式2中获得。
(βi0-βi1)L＝2mπ
(βj0-βj1)L＝(2m+1)π
                                        公式1
m = INT [ 1 2 β i 0 - β i 1 β j 0 - β j 1 - ( β i 0 - β i 1 ) + 1 2 ] = INT [ 1 2 β j 0 - β j 1 β j 0 - β j 1 ( β i 0 - β i 1 ) ] 公式2
式中，INT[]的数值是向零舍去小数的整数。
因此，多模波长102a的光路长度L，它满足于“光功率极值相反的条件”，可以由下列表示式3来表示。
L = 2 π β i 0 - β i 1 INT [ 1 2 β j 0 - β j 1 β j 0 - β j 1 - ( β i 0 - β i 1 ) ] 公式3
在图3A和3B所示的实例中，m＝3。根据下列公式4，可以获得光路长度L(例如，图3A和3B所示的L1)，从而实现在1.30μm和1.55μm波长的光功率极值之间的相位差相反，即，相位差成为π的整数倍。
L = 6 π β i 0 - β i 1 = 7 π β j 0 - β j 1 公式4
在这种情况下，在第一1.30μm光功率变化线的点P1a上，使1.30μm波长的光功率最大化，而1.55μm波长的光功率最小化。另一方面，在第二1.30μm光功率变化线的点P2a上，使1.30μm波长的光功率最小化，而1.55μm波长的光功率最大化。
正如以上所讨论的，在光路长度L满足光功率极值相反的条件的情况下，1.30μm和1.55μm波长的光分量分别出现在第一1.30μm光功率的变化线和1.55μm光功率的变化线。因此，在多模波导的光路长度L的情况下，当X1P1a和X2P2a时，就有可能分离出波长1.30μm和1.55μm。
正如以上所讨论的，在第一实施例中，在1.30μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和1.55μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，多模传输部分102a所具有的光路长度应使得在θ1和θ2之间的差基本上成为π的整数倍。此外，输入波导连接着多模波导102a，在连接位置上其光轴变得偏离多模波导102a的中心线112a，并且在关于中心线102a的相对位置上设置了第一和第二输出波导103a和104a。于是，就有可能分离1.30μm和1.55μm波长的光。根据第一实施例的光解多路复用器可简单地采用多模光波导来构成，并因此可以低成本来提供。
此外，根据第一实施例的光解多路复用器可获得类似于传统解多路复用器所能获得的波长分离性能。
此外，在第一实施例中，通过完全满足光功率极值相反的条件就可改善消光比率，并因此能够实现高精度的光分离。
值得注意的是，在各个波长中的模式传输系数β可以由，例如，多模波导的形状和材料的折射率来确定，并因此可通过优化多模波导的形状以及材料的折射率来确定，这就有可能获得能满足光功率极值相反的条件的光波长度L。
例如，可以通过优化沿着光轴的矩形实线的三个边的长度或者优化在沿着所分离光的方向上的相反两面之间的距离来优化多模波导的形状，使之可沿着光轴而变化。
例如，可以使用已经优化折射率的色散的材料或者使用具有优化折射率外形的材料来优化多模波导的材料折射率。
在使用具有较大的材料折射率的色散的材料的情况下，在波长的传输系数之间的差就变大，并因此有可能实现较短的光路长度L。
在第一实施例中，图3A和3B所示的长度L2或L3，并不能满足光功率极值相反的条件，但它可以设置成光路长度，因为长度L2处于长度L1的邻近位置上，这就使得在光的最大数量之间的相位差成为π的整数倍，并且长度L3使得光的最大数量之间的相位差将处于π的整数倍的邻近。正如从图4所看到的那样，长度L2是处于长度L1的邻近范围内，它对应于光功率变成为最大数量的一半的范围(即，最大数量的降低3dB)以及对应于在具有±π/2的光的最大数量之间的相位差的范围内，即，mπ±π/2的范围，其中，m是自然数。长度L3的邻近范围也对应于光功率变成为最大数量的一半的范围(例如从最大数量降低3dB)，即，mπ±π/2的范围。
值得注意的是，即使当光功率极值相反的条件不能完全满足时，满意的消光比率也能够获得，只要多模波导具有的光路长度能使得至少一种波长的光功率在各个输出端上最大化或最小化。
为了能更加清晰，尽管第一实施例已经就最大阶模式是一阶模式的情况进行了讨论，但是实际上存在着更高阶的模式，例如，二阶模式和三阶模式。因此，模式的实际变化是复杂的。原则上，色散是与各个波长的模式散射(modaldispersion)一起发生的，且因此通过确定多模波导的形状，例如，由各个波长的模式散射所引起的光功率之间移动的相位差基本上成为π的整数倍，这就有可能在它们各自输出位置上最大化所需波长光功率。
(第二实施例)
一种根据本发明第二实施例的光解多路复用器，它具有类似于根据第一实施例的光解多路复用器的结构，并因此可参照图1进行讨论。第一实施例已经讨论了有关多模波导102a的光路长度是如何确定的。第二实施例在多模波导102a具有以第一实施例中所讨论方式确定的光路长度的情况下，提出了一种能够阻断所不需要波长并能获得唯一所希望的波长的光解多路复用器。因此，第二实施例将讨论有关多模波导102a输出端面的位置，在该位置上，第一和第二输出波导103a和104a连接着多模波导102a。
图5是显示光在多模波导102a的输出位置上的数量分布的图形。在图5中，对应于图3A和3B所表示输出位置的输出位置采用相同的字符来标注。在图5中所表示的输出位置在多模波导102a的输出端面上。正如从图5中可以看到的，与1.30μm较短波长的极值相比，1.55μm较长波长的极值处于离垂直轴更远的位置。在只考虑传输损耗的情况下，正如以上所讨论的，可以适当地将第一和第二输出波导103a和104a分别在点P1a和P2a连接着多模波导102a。然而，要阻断的波长在各个点P1a和P2a并不是最小化的，并因此就会输出不是所希望波长的波长。在这种情况下，消光比率就会变得小于或等于30dB，因此就难以满足。
于是，在根据第二实施例的光解度复用器中，第一输出波长在点Q2a连接，在该点上，1.55μm波长光功率最小化；而第二输出波长在点Q2a连接，在该点上，1.30μm波长光功率最小化。与1.30μm波长光功率的减小率相比，这就允许1.55μm波长光功率的减小率在第一输出波导的连接端变大。因此，就有可能获得等于或大于30dB的最佳消光比率相比，同时使得传输损耗小于或等于1dB。同样，与1.55μm波长光功率的减小率，这就允许1.30μm波长光功率的减小率在第二输出波导的连接端变大。因此，就有可能获得等于或大于30dB的最佳消光比率，同时使得传输损耗小于或等于1dB。根据下列的公式5，可以获得消光比率，且该数值对应于通过要输出的希望波长的光功率除以要阻断的波长的光功率所获得的商的自然对数的十倍。在根据下列公式5确定了消光比率的情况下，消光比率在多模波导102a的输出端面的位置上就等于或大于30dB，在该位置上能够获得最大可能的消光比率。
消光比率＝10log(所需波长的光功率/要阻断波长的光功率)    公式5
于是，第二实施例提供了一种光解多路复用器，它通过将要输出所需波长的输出波导在最小化要阻断波长的位置(即，在消光比率最大化的位置)上连接着输出波导，就可以对要输出的所需波长的光进行解多路复用。
例如，正如以下表2中(1)所示，当要阻断波长最小化的位置上提供要输出所需波长的光的输出波导时，消光比率就等于或大于50dB。另一方面，当要输出的所需波长的光最大化的位置上提供输出波导时，则消光比率就变得大约为25dB。于是，当要阻断波长最小化的位置上提供要输出所需波长的光的输出波导时，就明显增加了消光比率，并因此有可能提供只对要输出的所需波长的光进行解多路复用。
     表2：在消光比率输入/输出波导的和连接位置(X、X1和X2)之间的关系
输入/输出波导的设置(μm) 输出          损耗(dB)下划线：传输损耗无划线：阻断损耗 消光比率(dB)
  1.30μm波长   1.55μm波长
(1)最小化设置：x＝5.7，x1＝4.6(X1＝Q1a)x2＝5.1(X2＝Q2a) X1 0.80 58.30 57.50
X2 55.54 0.65 54.89
(2)最大化设置：x＝5.7，x1＝5.1(X1＝P1a)x2＝4.6(X2＝P2a) X1 0.68 28.09 27.41
X2 25.75 0.56 25.19
(3)输出镜像对称设置x＝x3＝x4＝5.7   X1   1.04   13.67   12.63
  X2   14.26   0.75   13.51
(4)输出镜像对称设置x＝x3＝x4＝Wm/4＝4.875   X1   0.60   22.10   21.49
X2 29.33 0.40 28.93
(5)输出镜像对称设置x＝x3＝x4＝W/3＝6.5   X1   1.87   9.10   7.23
  X2   10.09   1.55   8.54
(6)输出镜像对称设置x＝x3＝x4＝W/6＝3.25   X1   3.03   4.36   1.33
  X2   4.96   2.92   2.04
注意：多模波导的形状：Wm＝19.5μm；Lm＝6550μm；X：输入波导连接位置；X1：第一输出波导连接位置；X2：第二输出波导连接位置；P1a：1.30μm的最大点；Q1a：1.30μm的最小点；P2a：1.55μm的最大点；Q2a：1.55μm的最小点。
在表2中，小写的字符“x”表示在输入波导和多模波导的中心轴之间的偏离的距离；“x1”表示在第一输出波导和多模波导的中心轴之间的偏离的距离；以及“x2”表示在第二输出波导和多模波导的中心轴之间的偏离的距离。在表2中，术语“传输损耗”是指要输出的所需波长的损耗，以及术语“阻断损耗”是指被阻断波长的损耗。
值得注意的是，除了在要阻断波长的数量被最大化或最小化的输出端上的最大化和最小化的点的位置上将输出波导与多模波导相连接之外，通过提供输出波导镜像对称于多模波导的中心线，使得在中心轴和输入和输出波导之间所偏离的距离也是均衡的。然而，在提供输出波导镜像对称的情况下，正如从表2的(3)至(6)中所理解的那样，就不能获得满意的消光比率，除非考虑了在输出端上的各个波长的光功率的分布来选择各个波长的最大化或最小化点。
正如从表2中所能看到的那样，传输损耗的变化是很小的，于是，可以理解到：第二实施例提供一种优化的结构，在该结构中，输出波导在要阻断波长的最小化位置上连接着多模波导，在这些点，与消光比率有关的波长的阻断损耗就最大化了。
正如以上所讨论的，实际上，当多模波导所具有的折射率等于或小于2.0，或者其宽度等于或大于15μm，就能够有效地提供在消光比率最大的位置上的输出波导。当使用折射率大于2.0的半导体衬底来制成多模波导时，整个解多路复用器的自身就需要变得更加紧凑，并且因此多模波导的宽度就需要变得大约5μm至12.6μm。于是，各个波长的基模的宽度就变得更小。因此，在折射率大于2.0时的光功率的分布情况下，在各个输出位置上，要输出所需波长的光功率最大化的点(下文将这类点称之为“最大光功率点”)接近于要阻断波长的光功率最小化的点(下文将这类点称之为“最小光功率点”)，因此，在所需波长的最大化光功率的点上就能获得满意的消光比率。另一方面，在使用折射率等于或小于2.0的半导体衬底制成的多模波导的情况下，整个解多路复用器自身就需要变得相对较大，并因此多模波导的宽度就变成为大约等于或大于15μm。其结果是，所需波长的最大化光功率的点与要阻断波长的最小化光功率的点相分离。在这种情况下，通过选择要阻断波长的最小化光功率的点，就有可能在获得满意消光比率的位置上输出光。
(第三实施例)
图6是说明根据本发明第三实施例的一种光解多路复用器100b结构的示意图。在图6中，具有根据第一实施例的光解多路复用器100a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。
在图6中，光解多路复用器100b包括：一个输入波导101a；一个多模波导102b(它包括了具有不同长度的光路)；一个第一输出波导103a；一个第二输出波导104a；一个用于固定上述波导的衬底106a；以及V型槽105a、115a和125a。
多模波导102b包括一个具有矩形固体形状的第一光路长度部分112b，和一个具有长方体形状的第二光路长度部分122b。第一光路长度部分112b的光路长度长于第二光路长度部分122b的光路长度。
在1.30μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和1.55μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，第一光路长度部分112b所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差基本上是π的整数倍。第一光路长度部分112b从其输出端输出1.30μm波长的光。
类似于第一光路长度部分112b，第二光路长度部分122b所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差基本上是π的整数倍。第二光路长度部分122b从其输出端输出1.55μm波长的光。
类似于第一实施例，在该位置上所提供的输入波导101a，其光轴变得偏离多模波导102b的中心线132b。从输入波导101a输入的1.30μm和1.55μm波长的光通过多模波导102b传输，而1.30μm和1.55μm波长的光功率可以根据不同的传输系数变化。
在根据第一实施例的光解多路复用器100a中，输出1.30μm波长光的输出端和输出1.55μm波长光的输出端都设置在多模波导102a的同一输出端面上，产生等于或大于5000μm长的光路长度。
另一方面，在根据第三实施例的光解多路复用器100b中，输出1.30μm波长光的输出端和输出1.55μm波长光的输出端并不是设置在多模波导102b的同一输出端面上。所提供的多模波导102b可具有两个不同的光路长度，使得1.30μm和1.55μm波长的光功率可以相反的相位移动。特别是，输出1.30μm波长的光的输出端的位置设在这样一个位置，以使其具有的光路长度在多模波导102b的上半部分(即，第一光路长度部分112b)能最大化1.30μm波长的光功率；而输出1.55μm波长的光的输出端的位置设在这样一个位置，以使其具有的另一光路长度在多模波导102b的下半部分(即，第二光路长度部分122b)能最大化1.55μm波长的光功率。
与第一实施例所不同的是，各个波长的光不一定要从同一输出端面输出，并因此就有可能提供具有光路长度等于或小于5000μm的多模波导102b，从而有可能提供紧凑的光解多路复用器。
在第三实施例中，所提供的多模波导102b，使得1.30μm波长的光功率在多模波导102b的上半部分所提供的第一光路长度部分112b中最大化，以及1.55μm波长的光功率在多模波导102b的下半部分所提供的第二光路长度部分122b中最大化。然而，即使第一和第二光路长度部分112b和122b的位置颠倒，也能够获得相同的效果。
此外，在第三实施例中，正如在第二实施例的情况下，在要阻断波长的最大化的位置，即，消光比率最大化的位置上提供输出波导。
(第四实施例)
图7是说明根据本发明第四实施例的一种光解多路复用器100c结构的示意图。在图7中，具有图1所示的光解多路复用器100a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。
在图7中，光解多路复用器100c包括：一个输入波导101a；一个多模波导102c(它包括了多个级)；一个第一输出波导103a；一个第二输出波导104a；一个用于固定上述波导的衬底106a；以及V型槽105a、115a和125a。
多模波导102c包括第一多模区域112c和第二多模区域122c。第一多模区域112c的中心线132c偏离第二多模区域122c的中心线142c。
在第一多模区域112c中，零阶和一阶模式都是1.30μm波长光的标准模式，而零阶模式是1.55μm波长光的标准模式。在第二多模区域122c中，1.30μm和1.55μm波长的光可以零阶和一阶模式正常地存在着。
多模波导102c的整个长度的确定是与在零阶和一阶模式之间的模式散射所引起光功率的横向移动有关，在1.30μm和1.55μm波长之间的相位差基本上是π的整数倍。
用于产生较高模式所需的波导宽度随着波导的长度增加/减小，因此，1.30μm光的传输所通过的第一多模区域112c比1.55μm光的传输所通过的第二多模区域122c要窄。在基于模式干涉来分离波长的情况下，在多模波导的输出端上就需要各个波长的多模光。为了能在不同的位置上产生多个波长的多模光，在光的传输方向上加宽多模波导102c的宽度的有效的。
接着，讨论在根据第四实施例的一种光解多路复用器中的光行为。考虑1.30μm波长的单模光从连接着多模波导102c的输入波导101a在某一位置输入的情况，在该位置上，其光轴变得偏离较窄的第一多模区域112c的中心线132c。在第一多模区域112c中，1.30μm波长的光被分成根据第一多模区域112c的零阶和一阶特性的光。1.30μm波长的光传输通过第一多模区域112c，并伴随着在零阶和一阶模式之间的模式散射所引起的光功率的横向移动。
另一方面，在第一多模区域112c中，1.55μm波长的光只在零阶模式下存在，因此，不会产生模式散射。随之，1.55μm波长的光传输通过第一多模区域112c，而不再伴随着光功率的横向移动。其结果是，在第一多模区域112c的输出端上，就会在1.30μm和1.55μm波长的光功率之间的移动中产生相位差φ。
接着，考虑1.30μm波长的光在零阶和一阶模式的条件下从连接着多模波导102c的输入波导101a在某一位置输入的情况，在该位置上，其光轴变得偏离较宽的第二多模区域122c的中心线142c。在第二多模区域122c中，在零阶和一阶模式的条件下的1.30μm波长的光被分成根据第二多模区域122c的零阶和一阶模式特性的光。根据不同于第一多模区域112c传输系数的传输系数，1.30μm波长的光传输通过第二多模区域122c，并伴随着在零阶和一阶模式之间的模式散射所引起的光功率的横向移动。
接着，考虑1.55μm波长的光在零阶模式的条件下从连接着多模波导102c的输入波导101a在某一位置输入的情况，在该位置上，其光轴变得偏离较宽的第二多模区域122c的中心线142c。在第二多模区域122c中，在零阶模式的条件下的1.55μm波长的光被分成根据第二多模区域122c的零阶模式和一阶特性的光。1.55μm波长的光传输通过第二多模区域122c，并伴随着在零阶和一阶模式之间的模式散射所引起的光功率的横向移动。在第一多模区域112c中，就会在1.30μm和1.55μm波长的光功率之间的移动中产生相位差φ，并因此，在第二多模区域122c中，1.30μm和1.55μm波长的光之间只需要相 位差π-φ。
采用这样的方式，在1.30μm和1.55μm波长的光功率之间的移动中的相位差φ只能由在第一多模区域112c中的1.30μm波长的模式散射来确定，以及由在1.30μm和1.55μm波长之间的模式散射(即，在模式散射之间的差)所引起的色散来确定。因此，在第一多模区域112c中的光功率之间移动中的相位差大于在第二多模区域122c中的光功率之间移动中的相位差。在根据第四实施例的光解多路复用器100c中，在第一多模区域112c中可获得大的相位差，因此就有可能缩短多模波导102c的整个长度。其结果是，与根据第一实施例的光解多路复用器100a相比，就有可能提供紧凑的光解多路复用器。
此外，通过使第一多模区域112c比第二多模区域122c窄，就能在第二多模区域122c中获得较大的相位差。
值得注意的是，除了变化在第一和第二多模区域112c和122c的各自宽度，也可以通过改变多模波导102c的自身宽度使之以从输入边往输出边的方向逐渐变宽，从而改变多模波导102c的传输特性，在较短的波长变化中产生更大的相位差。
在第四实施例中，类似于第二实施例，可以在要阻断波长的损耗最大化，即，消光比率最大化的位置上提供输出波导。
(第五实施例)
图8是说明根据本发明第五实施例的一种光解多路复用器100d结构的示意图。在图8中，具有图1所示的光解多路复用器100a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。
光解多路复用器100d包括：一个多模传输部分，它是单模的波导，并且可获得类似于根据第一实施例的光解多路复用器100a所能获得的效果。特别是，光解多路复用器100d包括：一个输入波导101a；一个多模传输部分102d；一个第一输出波导103a；一个第二输出波导104a；一个用于固定上述波导的衬底106d；以及V型槽105a、115a和125a。
多模传输部分102d包括第一单模波导112d和第二单模波导122d。
第一和第二单模波导112d和122d平行于多模传输部分102d的中心线132d设置，使得在第一和第二单模波导112d和122d之间的空间等于或少于20μm。采用这样的设计，1.30μm和1.55μm波长的光就可以零阶和一阶模式存在于多模传输部分102d中。在1.30μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差是θ1和1.55μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差θ2的情况下，多模传输部分102d所具有的光路长度，使得在θ1和θ2之间的差基本上是π的整数倍。
第一单模波导112d的输入端光耦合着输入波导101a的输出端。第一单模波导112d的输出端光耦合着第一输出波导103a的输入端。第二单模波导122d的输入端是开路端。第二单模波导122d的输出端光耦合着第二输出波导104a的输入端。
采用这样的方式，在第五实施例中，通过相互并行并以模式耦合的距离来设置两个单模波导，从而提供多模传输部分102d。通过设置这两个并行的单模波导，在多模传输部分102d中产生了模式干涉，从而引起模式散射。其结果是，1.30μm和1.55μm波长的光通过多模传输部分102d传输，使得光功率在第一和第二单模波导112d和122d中交替移动。考虑光功率的移动所引起的色散，所提供的多模传输部分102具有的光路长度可使得1.30μm和1.55μm波长的光的最大光功率位置分别存在于第一和第二单模波导112d和122d。在这种情况下，当采用第一和第二输出波导103a和104a将1.30μm和1.55μm波长的光导引至不会发生模式耦合的距离时，就能分离1.30μm和1.55μm波长的光。
值得注意的是，虚拟的单模波导可以在输入波导101a和虚拟单模波导之间不会产生模式耦合的距离连接着多模传输部分102d。图9是说明连接着虚拟单模波导111d的光解多路复用器101d结构的示意图。正如图9所示，虚拟单模波导111d距离输入波导101a较远的距离，使得在虚拟单模波导111d和输入波导101a之间不会产生模式耦合。
在第五实施例中，类似于第二实施例，设置输出波导的位置，使得被阻断波长的损耗最大化，即，消光比率最大化。
(第六实施例)
图10是说明根据本发明第六实施例的一种光解多路复用器100e结构的示意图。在图10中，具有图1所示的光解多路复用器100a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。
在图10中，光解多路复用器100e包括：一个输入波导101a；一个具有多个级的多模传输部分102e；一个第一输出波导103a；一个第二输出波导104a；一个用于固定上述波导的衬底106a；以及V型槽105a、115a和125a。多模传输部分102e包括了第一多模区域152e和第二多模区域162e。第一多模区域152e包括第一单模区域112e和第二单模波导122e。第二多模区域162e包括第三单模区域132e和第四单模波导142e。
第一和第二单模波导112e和122e包括在第一多模区域152e中，它们以相互并行的方式设置在多模传输部分102e的输入边，并且相互分开的距离小于20μm。在严格的意义上，第二单模波导122e并不是与第一单模波导112e完全相并行的，因为其输出边的部分是弯曲的，使之能够连接着第四单模波导142e。
第三和第四单模波导132e和142e包括在第二多模区域162e中，它们以相互并行的方式设置，并且相互分开的距离小于或等于20μm，以及比在第一和第二单模波导112e和122e之间的距离长。在严格的意义上，第四单模波导142e并不是与第三单模波导132e完全相并行的，因为其输入边的部分是弯曲的，使之能够连接着第二单模波导122e。
第一和第三单模波导112e和132e在其一端相互光学和线性耦合。第二和第四单模波导122e和142e在其一端相互光学和流畅地耦合。第二单模波导122e的另一端是开路端。
第一单模波导112e的输入端光学和线性耦合输入波导101a的输出端。第三单模波导132e的输出端光学耦合第一输出波导103a的输入端。第四单模波导142e的输出端光学耦合第二输出波导104a的输入端。
多模传输部分102e的光路长度设置与由零阶和一阶模式的模式散射所引起的光功率的横向移动有关，将其设置成在1.30μm和1.55μm波长之间的相位差基本上是π的整数倍。
在具有由两个并行单模波导所构成多个级的多模传输部分102e中，各个波长的模式散射是由在并行单模波导之间的距离来确定的。在第六实施例中，在第一多模区域152e中可以获得1.30μm波长的光功率之间大的相位差，并因此有可能缩短第二多模波导162e的整个光路长度。其结果是，有可能缩短多模传输部分102e的整个长度，从而有可能提供紧凑的光解多路复用器。
在第六实施例中，类似于第二实施例，所提供的输出波导的位置是要阻断波长的损耗最大化的位置，即，消光比率最大化的位置。
(第七实施例)
图11是说明根据本发明第七实施例的一种光解多路复用器100f结构的示意图。在图11中，具有图1所示的光解多路复用器100a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。
在图11中，光解多路复用器100f包括：一个输入波导101a；一个多模传输部分102f；第一至第n输出波导103f-1至103f-n；一个用于固定上述波导的衬底106f；以及制成在衬底106f上的V型槽105a和105f-1至105f-n。在图11中，为了能简化说明，并没有全部显示第一至第n输出波导103f-1至103f-n和V型槽105a和105f-1至105f-n。
在多模波导102f中，n种类型的多种(零至第n-1阶模式，其中，n是整数)模式的光以波长λ1至λn通过该波导传输。在k＝1，2，...，n-1，的情况下，当第k波长λk在第i阶(i＝0，1，...，k-2)和第i+1阶模式之间相位差为θk和第k+1波长λk+1在第i阶和第i+1阶模式之间相位差为θk+1时，多模波导102f所具有的光路长度使得在θk和θk+1之间的差基本上是π的整数倍。
输入波导101a光学耦合着多模波导102f的输入边，所处的位置使输入波导101a的光轴变得偏离了多模波导102f的中心线112f。输出波导103f-1至103f-n在不同的位置上光学耦合着多模波导102f的输出边。
接着，讨论在光解多路复用器100f中光的行为。考虑在第k波长λk的单模光从输入波导101a输入的情况。在多模波导102f中，第k波长λk的光被分成为在多模波导102f的零阶至n-1阶模式特性下的光。由于在零阶至n-1阶模式之间的模式散射，第k波长λk的光通过多模波导102f传输，使得光功率基本上是在根据一定传输系数的n条平行直线上移动。值得注意的是，n条平行直线通过第k输出波导103f-k的连接位置直到多模波导102f。
在多模波导102f中，类似于第k波长λk的光，第k+1波长λk+1的光被分成根据多模波导102f的零阶至n-1阶模式特性下的光。由于在零阶至n-1’阶模式之间的模式散射，第k+1波长λk+1的光通过多模波导102f传输，使得光功率连续地在根据一定传输系数的n条平行直线上移动。值得注意的是，n条平行直线通过第k+1输出波导103f-k+1的连接位置直到多模波导102f。
适用于光功率移动的传输系数在第k和第k+1波长的λk和λk+1之间是不同的，这是因为各个波长的模式散射引起的色散，即，因为波长的所有模式的传输系数的波长特性。因此，在光路长度引起第k和第k+1波长的λk和λk +1的光功率在相反的相位上移动(即，在数量之间的相位差是π的整数倍)的情况下，则第k和第k+1波长的λk和λk+1的光功率分别在n条平行直线中的不同线上移动。
于是，在第七实施例中，多模波导102f具有确定的光路长度，使得在分离第k  第k+1波长的λk和λk+1的光的邻近位置上提供了导引第k波长λk光的输出波导103f-k以及导引第k+1波长λk+1光的第k+1输出波导103f-k+1，从而有可能允许采用这些波导来简单地构成光解多路复用器100f，使之分离n种类型的波长λ1，...λn的光。
类似于第五实施例，在使用两个并行的单模波导112d和122d，而不是使用根据第一实施例的光解多路复用器100a的多模波导102a的情况下，多模波导102f可以采用n个并行的单模波导来实现。图12是说明包括n个并行单模波导122f-1至122f-n的一种光解多路复用器101f结构的示意图，在该结构中，没有使用根据第七实施例的光解多路复用器100f的多模波导102f。在图12中，光解多路复用器101f包括单模波导122f-1至122f-n，它构成了高阶多模传输部分112f，而光解多路复用器101f的其它元件类似于图11所示的光解多路复用器110f的元件。
在第七实施例中，类似于第二实施例，所提供的输出波导的位置是使要阻断波长的损耗最大化的位置，即，消光比率最大化的位置。
(第八实施例)
图13是说明根据本发明第八实施例的一种光解多路复用器100g结构的示意图。在图13中，具有图1所示的光解多路复用器100a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。
在图13中，光解多路复用器100g包括：一个输入波导101a；一个第一多模波导102g；一个第一中继波导103g；一个第二中继波导104g；一个第二多模波导105g；一个第三多模波导107g；一个第一输出波导108g；一个第二输出波导109g；一个用于固定上述波导的衬底106a；以及V型槽105a、115a和125a。
第一多模波导102g，第二多模波导105g，以及第三多模波导107g都具有类似于根据第一实施例的多模波导102a的功能和光路长度。
第一中继波导103g运行在第一多模波导102g和第二多模波导105g之间。第一中继波导103g的输入端在某一位置光学耦合着第一多模波导102g的1.30μm波长输出端。该输出端所处的位置类似于多模波导102a的输出端的位置，从该位置可输出1.30μm波长的光，正如第一实施例所讨论的。另一方面，第一中继波导103g的输出端光学耦合着第二多模波长105g，在该位置上，第一中继波导103g的光轴变得偏离第二多模波导105g的中心线115g。
第二中继波导104g运行在第一多模波导102g和第三多模波导107g之间。第二中继波导104g的输入端在某一位置光学耦合着第一多模波导102g的1.55μm波长输出端。该输出端所处的位置类似于多模波导102a的输出端的位置，从该位置可输出1.55μm波长的光，正如第一实施例所讨论的。另一方面，第二中继波导104g的输出端光学耦合着第三多模波长107g，在该位置上，第二中继波导104g的光轴变得偏离第三多模波导107g的中心线117g。
第一输出波导108g起到将第二多模波导105g的1.30μm波长光中继到第一输出光纤8的作用。第一输出波导108g的输入端光学耦合着第二多模波长105g的1.30μm波长输出端。该输出端所处的位置类似于多模波导102a的输出端的位置，从该位置可输出1.30μm波长的光，正如第一实施例所讨论的。
第二输出波导109g起到将第三多模波导107g的1.55μm波长光中继到第二输出光纤9的作用。第二输出波导109g的输入端光学耦合着第三多模波导107g的1.55μm波长输出端。该输出端所处的位置类似于多模波导102a的输出端的位置，从该位置可输出1.55μm波长的光，正如第一实施例所讨论的。
正如以上所讨论的，在根据第八实施例的多级解多路复用器中，从第一多模波导102g的输出被输入到第二多模波导105g，并还被输入到第三多模波导107g。因此，在第二和第三多模波导105g和107g中进一步改善了在1.30μm和1.55μm波长之间的消光比率。于是，与根据第一实施例的光解多路复用器100a相比，就有可能提供能够改善消光比率的光解多路复用器。
值得注意的是，尽管三级多模波导能够获得比两级多模波导更高的消光比率，但也加长了整个光路，从而增加光的损耗。于是，多模波导的级数应该根据是减小光的损耗重要还是改善消光比率重要来确定。
并不需要从第二多模波导105g中输出1.55μm波长的光，以及也不需要从第三多模波导107g中输出1.30μm波长的光。因此，从图13中可以清晰地看到，在光解多路复用器100g中并没有提供输出这类光的波导。
在改善消光比率的情况下，第一中继波长103g可以通过滤光器光学耦合着第一输出光纤8，该滤光器只允许在1.30μm波长邻近的光通过传输，而不再是第二多模波导105g，以及第二中继波导104g可以通过滤光器光学耦合着第而输出光纤9，该滤光器只允许在1.55μm波长邻近的光通过传输，而不再是第三多模波导107g。
值得注意的是，在第一至第八实施例所讨论的光解多路复用器中，在多模传输部分中的模式散射和色散都是固定的。也就是说，多模传输部分的折射率是保持着恒定的。然而，也可以使用具有可变折射率的多模传输部分。
图14是说明光解多路复用器101a结构的示意图，在该实例中，多模传输部分的折射率可通过施加电光效应来改变。在图14所示的光解多路复用器101a中，使用了具有电光效应的材料作为多模波导112a的芯体材料，并且还在多模波导112a的上半部分的前面和后面设置了两个电极111(在图14中，只显示了在前面所提供的一个电极111)。通过在光解多路复用器101a的外部所提供的电压控制部分112来控制施加在电极111上的电压。因此，多模波导112a的折射率可以在实时的基础上任意变化，并因此1.30μm和1.55μm波长的消光比率可以动态控制。值得注意的是，通过改变设置在多模波导112a上的电极111的形状和位置就可以改变多模波导112a折射率的分布。电极111的位置并不限制于如图14所示的在多模波导112a的上半部分的前面和后面。电极111可以设置在多模波导112a的下半部分的前面和后面，或者可以设置在多模波导112a的上半部分和下半部分的前面。也就是说，电极111可以设置在多模波导112a的任意位置上，只要能够改变多模波导112a的折射率即可。
图15是说明光解多路复用器102a结构的示意图，在该实例中，多模传输部分的折射率可通过施加热光效应来改变。在图15所示的光解多路复用器102a中，使用了具有热光效应的材料作为多模波导122a的芯体材料，并且还在多模波导122a的上半部分的前面设置了热传导部分121。温度控制部分122设置在光解多路复用器102a的外部，以向热传导部分提供热量，从而控制从热传导部分121传递到多模波导122a的热的温度。因此，多模波导122a的折射率可以在实时的基础上任意变化，并因此1.30μm和1.55μm波长的消光比率可以动态控制。另一种热控制的方式在多模波导122a上设置了Peltier器件，并且向Peltier器件施加电流，从而控制多模波导122a的温度。值得注意的是，通过改变设置在多模波导112a上的热传导部分121和Peltier器件的形状和位置就可以改变多模波导122a折射率的分布。热传导部分121和Peltier器件的位置并不限于如图15所示的在多模波导122a的上半部分的前面。热传导部分121和Peltier器件可以设置在多模波导122a的上半部分的后面或者可以设置在多模波导112a的下半部分的前面或后面或者整个前面或后面。也就是说，热传导部分121和Peltier器件可以设置在多模波导122a的任意位置上，只要能够改变多模波导122a的折射率即可。
同样，在使用多个并行的单模波导而不是使用多模波导的情况下，通过使用具有电光或热光效应的材料作为单模波导的芯体材料，就能够获得类似于上述结合图14和图15讨论的效果。
在第八实施例中，类似于第二实施例，所提供的输出波导的位置是在要阻断波长的损耗最大化的位置，即，消光比率最大化的位置。
此外，有可能提供紧凑的光解多路复用器，它通过应用在第三至第六实施例以及第八实施例中所讨论的光解多路复用器的原理，来分离n种类型的波长。
下文将讨论本发明的光多路复用器的实施例。值得注意的是，所构成的光多路复用器具有上述讨论的解多路复用器的相反方式的功能，并且因为光的可逆性，在光多路复用器中的光的行为就简单地变成了与在上述实施例中所讨论的光的行为相反。因此，在以下第九至第十二实施例中，只是参照说明光多路复用器的结构的示意图简要地讨论地光多路复用器的元件，而没有进行详细讨论。
(第九实施例)
图16是说明根据本发明第九实施例的一种光多路复用器200a结构的示意图。光多路复用器200a的结构使之能以与根据第一实施例的光解多路复用器100a相反的方式工作。
在图16中，光多路复用器200a包括：一个第一输入波导201a；一个第二输入波导202a；一个多模波导203a；一个输出波导204a；一个用于固定上述波导的衬底206a；用于固定第一输入光纤28的V型槽205a；用于固定第二输入光纤29的V型槽215a；以及用于固定输出光纤27的V型槽225a。
在1.30μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和1.55μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，类似于光解多路复用器100a的多模波导102a，多模波导203a所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差基本上是π的整数倍。
第一和第二输入波导201a和202a都是设置在衬底206a上且在关于多模波导203a的中心线213a的相反位置。输出波导204a所处的位置使其光轴变得偏离了多模波导203a的中心线213a，光多路复用器200a采用光解多路复用器100a的相反方式来构成，光多路复用器200a包括在输入边有两个波导以及在输出边有一个波导，而光解多路复用器100a包括在输入边有一个波导以及在输出边有两个波导。于是，光多路复用器200a能以与光解多路复用器100a的相反方式工作。
在多模波导203a中，1.30μm波长的光通过第一输出光纤28输入到第一输入波导201a，并且将其分成为零阶和一阶模式的光。同样，在多模波导203a中，1.55μm波长的光通过第二输出光纤29输入到第二输入波导202a，并且将其分成为零阶和一阶模式的光。由于在多模波导203a中所产生的模式干涉，所以1.30μm和1.55μm波长的光功率都可以在多模波导203a的输出端(即，在输出波导204a的输入端)最大化。
正如以上所讨论的，在第九实施例中，在1.30μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和1.55μm波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，则光多路复用器200a采用多模波导203a，它所具有的光路长度，使得在θ1和θ2之间的差基本上是π的整数倍。此外，输出波导204a连接着多模波导203a，在其连接的位置上，其光轴将变得偏离多模波导203a的中心线213a，并且第一和第二输入波导201a和202a设置在有关中心线213a的相对位置上。于是，就有可能组合1.30μm和1.55μm波长的光。根据第九实施例的光多路复用器可采用多模波导简单地构成，因此就能够以低成本提供。
从上述讨论中可以清晰的看到，应该理解到：在第一实施例中所讨论的光解多路复用器可作为光多路复用器工作。因此，根据本发明的光多路复用器可以用作能够分离和组合多个波长的多路复用器/解多路复用器。
在多路复用器的情况下，多路复用器的性能是由其光的传输损耗来确定的，因为它并不一定要考虑消光比率。因此，最佳的方法是将两个输入波导连接着多模波导，在连接的位置上，对应的波长最大，使之可以完全满足光功率极值相反的条件。
(第十实施例)
图17是说明根据本发明第十实施例的一种光多路复用器200b结构的示意图。在图17中，具有根据第九实施多路复用器200a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。光多路复用器200b的结构使之能以与根据第三实施例的光解多路复用器100b相反的方式工作。
在图17中，光多路复用器200b包括：一个第一输入波导201a；一个第二输入波导202a；一个多模波导203b(它包括具有不同长度的光路)；一个输出波导204a；一个用于固定上述波导的衬底206b；以及V型槽205a、215a和225a。
多模波长203b包括第一光路长度部分213b和第二光路长度部分223b。第一光路长度部分213b具有类似于根据第三实施例的光解多路复用器100b的第一光路长度部分112b的特性。第一光路长度部分213b对通过第一输入波导201a输入的1.30μm波长的光产生模式干涉，使得这类光功率能在多模波导203b的输出端(即，偏离中心线233b的位置)上最大化。
第二光路长度部分223b具有类似于根据第三实施例的光解多路复用器100b的第一光路长度部分122b的特性。第二光路长度部分223b对通过第二输入波导202a输入的1.55μm波长的光产生模式干涉，使得这类光功率能在多模波导203b的输出端(即，偏离中心线233b的位置)上最大化。
正如以上所讨论的，第十实施例使用具有一光路长度的多模波导203b，它的光路可以短于或等于5000μm，正如在第三实施例中所讨论的，从而有可能提供紧凑的光多路复用器。
正如在第三实施例中的情况，在第十实施例中，多模波导203b可以由两个相互并行设置的单模波导来构成(见图8和9)。
(第十一实施例)
图18是说明根据本发明第十一实施例的一种光多路复用器200c结构的示意图。在图18中，具有根据第九实施多路复用器200a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。光多路复用器200c的结构使之能以与根据第四实施例的光解多路复用器100c相反的方式工作。
在图18中，光多路复用器200c包括：一个第一输入波导201a；一个第二输入波导202a；一个多模波导203c(它包括多级)；一个输出波导204a；一个用于固定上述波导的衬底206b；以及V型槽205a、215a和225a。
多模波长203c包括第一多模区域213c和第二多模区域223c。第一多模区域213c具有类似于根据第四实施例的光解多路复用器100c所包括的第二多模波导102c的第二多模区域122c的特性。也就是说，第一多模区域213c对通过第二输入波导202a输入的1.55μm波长的光产生模式干涉，使得这类光功率能在多模区域223c的界面上最大化。
第二多模区域223c具有类似于根据第四实施例的光解多路复用器100c所包括的多模波导102c的第一多模区域102c的特性。也就是说，第二多模区域223c只对1.30μm波长的光产生模式干涉，使得这类光功率能在输出端面(即，输出波导204a的输入端)上最大化。
正如以上所讨论的，第十一实施例使用具有多级的多模波导203c，因此如同第四实施例的情况，有可能提供紧凑的光多路复用器。
此外，正如在第四实施例中的情况，在第十一实施例中，多模波导203c可以由两个相互并行设置的单模波导来构成(见图10)。
(第十二实施例)
图19是说明根据本发明第十二实施例的一种光多路复用器200f结构的示意图。在图19中，具有根据第九实施多路复用器200a的类似功能的元件采用相同的标号来标注，并且省略有关的讨论。光多路复用器200f的结构使之能以与根据第七实施例的光解多路复用器100f相反的方式工作。
在图19中，光多路复用器200f包括：n个输入波导201f；一个高阶多模波导203f；一个输出波导204a；一个用于固定上述波导的衬底206b；以及n个V型槽205f，和一个V型槽225a。在图19中，为了能简化说明，并没有整体显示输入波导201f和V型槽205f。
高阶多模波导203f具有类似于根据第七实施例光解多路复用器100f的多模波导102f的特性。
于是，根据第十二实施例，就有可能提供能组合从第一至第n输入光纤所输入的n种类型波长λ1，...，λn的光的多路复用器100f。
值得注意的是，高阶多模传输部分可以用作包括单模波导的耦合器。图20是说明包括由n个单模波导223f所构成的高阶多模传输部分213f的一光多路复用器201f的结构的示意图。光多路复用器201f是以与图12所说明的光解多路复用器101f相反的方式来工作，并因此，通过以与光解多路复用器101f中的光行为的相反方式来考虑光多路复用器201f中的光行为，就能迅速地理解光多路复用器201f的工作原理。
如同多路复用器的情况，图16至18，以及图19和20所示的光多路复用器的原理可以应用于n-波长光复用器。在这种情况下，很显然， 多模波导可以 用作包括单模波导的耦合器。
很显然，上述所提及的n-波长光复用器能够构成如同光多路复用器/解多路复用器的功能。
此外，图13所示的光解多路复用器可以应用于光多路复用器/解多路复用器。在这种情况下，多模波导的两个输入端中的一个提供了第一多模波导，而另一个提供了第二多模波导。
值得注意的是，如同图21所说明的光多路复用器210a的情况，多模波导213a可以由具有电光效应的材料来制成，使得多模波导213a的折射率可以由电压控制部分112和电极111来变化，从而动态控制在多路复用波长光中的波长之间的比例。电压控制部分112和电极111与结合图14所讨论的相同。
另外，可以通过提供适用于对多模波导施加外部电场的外部电场控制部分，而不是在提供电压控制部分，来改变折射率。
此外，如同在图22所说明的光多路复用器220a的情况，多模波导223a可以采用具有热光效应的材料来制成，使得多模波导223a的折射率可以由温度控制部分122和热传导部分121来改变，从而可动态控制在多路复用光中的波长之间的比例。温度控制部分122和热传导部分121与结合图15所讨论的内容相同。
下文将讨论包括上述实施例所讨论的光解多路复用器和光多路复用器的光器件的实施例。
(第十三实施例)
图23是说明根据本发明第十三实施例的一种WDM增益调整器300a结构的示意图。在图23中，WDM增益调整器300a包括：一个解多路复用部分301a，它包括如同图11所说明的光解多路复用器100f的相同元件；一个多路复用部分302a，它包括如同图19所说明的光多路复用器200f的相同元件；n个增益调整部分303a；一个用于固定上述元件的衬底306a；以及V型槽105a和206f。在图23中，显示了在WDM增益调整器300a主要部分中的给定波长光功率，以及采用相同标号来标注具有类似于光解多路复用器100f和光多路复用器200f的功能的元件。
解多路复用部分301a包括：一个输入波导101a，一个多模波导102f，以及n个输入中继波导311a。多路复用部分302a包括：n个输出中继波导312a，一个多模波导203a，以及一个输出波导204a。
每一个增益调整部分303a进行增益调整，使得从解多路复用部分301a的输入中继波导311a所输入各个波长上的光功率保持恒定，并随后将该光提供给输出中继波导312a。
特别是，在光信号中的n种类型的WDM波长可以全部相互分离，并在对各个波长进行增益调整之后重新组合成WDM传输的状态。以这样的方式，在n种类型波长中的增益即使在传输过程中变得不均匀了，也得到了调整，从而校正了光信号并使之变得稳定。
另外，通过提供适用于控制增益调整器的外部控制部分，就可以进行动态的增益调整。
尽管在波长之间的增益不均匀性是取决于传输光信号的条件而变化的，则就有可能通过允许解多路复用部分301a来监视各个波长的增益并动态控制各个增益调整部分303a进而获得各个波长的所需增益，来进行校正并始终获得稳定的光信号。
另外，可以在多路复用部分306a中监视各个波长的增益。在这种情况下，校正的数值反馈到增益调整部分303a，直至多路复用部分306a的输出达到所需的增益幅度。在这种情况下，外部控制部分和监视部分都可以设置在多路复用部分306a的外部，以便于控制各个增益调整部分303a。
值得注意的是，可以提供一种调整的手段，而不只是增益调整器，来用于调整各个波长的增益、相位和偏振状态中的至少一个。
此外，解多路复用部分301a的多模波导102f和多路复用部分306a的多模波导203f都可可以采用n个并行的单模波导来制成。
(第十四实施例)
图24是说明根据本发明第十四实施例的一种WDM倍增/衰减300b结构的示意图。在图24中，具有类似于图1所说明的光解多路复用器100a和图15所说明的光多路复用器200a的功能的元件将采用相同的标号来标注。
在图24中，WDM倍增/衰减300b包括：一个第一输入波导101a；一个解多路复用器的多模波导301b；一个中继波导302b；一个多路复用器的多模波导303b；一个衰减波导304b；一个倍增波导305b；一个输出波导204a；一个用于固定上述元件的衬底306b；V型槽105a和225a；一个用于固定一个衰减光纤37的V型槽307b；以及一个用于固定一个倍增光纤38的V型槽308b。
解多路复用器的多模波导301b具有类似于根据第一实施例光解多路复用器100a的多模波导102a的特性。多路复用器的多模波导303b具有类似于根据第八实施例光多路复用器200a的多模波导203a的特性。另外，在第二实施例中所讨论的一种光解多路复用器可以用于分离所需的波长并尽可能地阻断其它波长，从而避免在输出目的地引起可能的负面效应。
中继波导302的操作可使得由解多路复用器的多模波导301b所输出的1.30μm波长的光能中继到多路复用器的多模波导303b中。衰减波导304b的操作可使得由解多路复用器的多模波导301b所输出的1.55μm波长的光能输入到衰减光纤37。衰减光纤37将1.55μm波长的光导引到WDM倍增/衰减300b的外边。倍增光纤38将来自外部的光导引到WDM倍增/衰减300b。倍增波导305b的操作可使得从倍增光纤38输出的1.55μm波长的光中继到多路复用器的多模波导303b。
在WDM倍增/衰减300b中，在1.30μm和1.55μm的WDM波长中间，唯有1.55μm波长的光通过衰减波导304b导引到WDM倍增/衰减300b的外部。在WDM倍增/衰减300b的外部进行调制之后，1.55μm波长的光导引通过倍增波导305b和多路复用器的多模波导303b，从而可与1.30μm波长的光相组合。这就允许任意元件能接受到所需的信号。
在上述的讨论中，尽管是1.55μm波长被衰减了，但是1.30μm波长也可以衰减。
此外，可以将输入和输出光纤7和27构成相互连接成环路。
另外，各个解多路复用器的多模波导301b和多路复用器的多模波导303b可以由两个并行的单模波导制成。
(第十五实施例)
图25是说明根据本发明第十五实施例的一种WDM发送器/接收器组件300c的结构示意图。在图25中，具有类似于根据第一实施例的光解多路复用器100a的功能的元件将采用相同的标号来标注。
在图25中，WDM发送器/接收器300c包括：一个第一波导301c；一个具有类似于图1所说明的光解多路复用器100a的多模波导102a的特性的多模波导302c；一个第二波导303c；一个第三波导304c；一个连接着第二波导303c的输出端的1.30μm波长光敏二极管305c；一个连接着第三波导304c的输出端的1.55μm波长的激光二极管307c；一个1.55μm波长的光敏二极管308c；一个用于固定上述元件的衬底306c；以及一个用于固定输入/输出光纤47的V型槽105a。
在1.30μm波长专门用于接受器的应用和1.55μm波长用于接受器/发送器的应用的情况中，当1.30μm和1.55μm波长的光从输入/输出光纤47输入时，1.30μm和1.55μm波长的光被分离成1.30μm波长的光和1.55μm波长的光。1.30μm波长的光是通过第而波导303c由1.30μm波长的光敏二极管305c来接受。1.55μm波长的光时通过第三波导304c由1.55μm波长的光敏二极管308c来接受。另一方面，当1.55μm波长的光从1.55μm波长的激光二极管308c输入到第三波导304c，多模波导302c用作为一多路复用器，或者一偏转器，将第三波导304c输出的光偏转至第一波导301c，使得1.55μm波长的光能输入到输入/输出光纤47。
采用这样的方式，在第十五实施例中，就有可能提供能接受1.30μm和1.55μm波长的光但只能发送1.55μm波长的光的光器件。
如在第二实施例中所讨论的一种光解多路复用器可以用于分离所需的波长，使之尽可能多的阻断其它波长，从而避免对器件在输出的目的地产生负面的效应。在这种情况下，多模波导302c阻断了1.30μm波长的光，而将1.55μm波长的光输入到第三波导304c，并因此1.30μm波长的光不会输入到1.55μm波长的激光二极管307c。于是，就有可能避免1.55μm波长激光二极管307c的功能紊乱。
在将1.30μm波长用于接收器/发送器的应用情况下，可以将一个1.30μm波长激光二极管与第二波导303c相耦合。
在本发明中，电气部分(例如，1.30μm波长的光敏二极管305c，1.55μm波长的激光二极管307c和1.55μm波长的光敏二极管308c)都是与任何光学部分(例如多模波导302c和光纤)完全相分离的。于是，WDM发送器/接受器模块可以构成一个集成的单元，该单元包括：电路部分(它可以将电信号处理电路集成为一个电气部分单元)和一个光路部分(它可以是光学部分的集成单元制成的)。
(第十六实施例)
图26是说明根据本发明第十六实施例的一种WDM交织器300d的结构示意图。在图26中，具有类似于根据第一实施例的光解多路复用器100a的功能的元件将采用相同的标号来标注。
在图26中，WDM交织器300d包括：一个输入波导101a；一个多模波导301d，一个第一输出波导103a，一个第二输出波导104a；一个用于固定上述元件的衬底106c；以及V型槽105a、115a和125a。
在多模波导301d能够发送2n(n＝1，2，...)类型的等间距波长λ1...，λ2n，的多模光的情况下，当第2k-1波长λ2k-1的零阶和一阶之间的相位差(k＝1，2，...；下文中称之为“奇数多路复用波长光”)为θ2k-1和第2k波长λ2k的零阶和一阶之间的相位差(下文中称之为“偶数多路复用波长光”)为θ2k时，多模波导301d所具有的光路长度可使得在θ2k-1和θ2k之间的差基本上是π的整数倍。多模波导301d是采用折射率与使用范围内的波长成线性关系的材料制成的。
输入波导101a，以及第一和第二输出波导103a和104a都在第一实施例中所讨论的位置上连接着多模波导301d。
接着，将讨论在WDM交织器300d中的光行为。考虑在n种类型的奇数波长λ1...，λ2n的单模光从连接着多模波导301d的输入波导101a输入的情况下，在该输入位置上，光轴变得偏离了中心线112a。在多模波导301d中，奇数波长光被分成具有多模波导301d的零阶和一阶模式特性的光。由于模式的散射，奇数波长的光就能以特殊的传输系数传输通过多模波导301d，从而奇数波长的光功率可在两条平行直线上交替地移动。
同样，偶数波长的单模光从连接着多模波导301d的输入波导101a输入。在多模波导301d中，偶数波长被分成具有多模波导301d的零阶和一阶模式特性的光。由于模式的散射，偶数波长的光就能以特殊的传输系数传输通过多模波导，从而偶数波长的光功率可在两条平行直线上交替地移动。
用于光功率移动的传输系数在奇数波长光和偶数波长光之间是不同的，因为各个波长的模式散射会引起波长的散射。因此，在光路的长度能够使得奇数波长光和偶数波长光功率以相反的相位移动(即，在数量之间的相位差基本上是π的整数倍)的情况下，奇数波长光和偶数波长光功率都是在两条平行直线上相分离的。
采用这样的方式，多模波导301d所具有的光路长度可使得奇数波长光和偶数波长光功率都是在两条平行直线上相分离的，并且第一和第二输出波导103a和104a设置在邻近分离奇数波长光和偶数波长光的位置上。这就允许即使WDM交织器采用波导来简单构成，也能方便地分离奇数波长光和偶数波长光。
值得注意的是，如同光解多路复用器100d的情况(图8)，多模波导301d可以采用两个并行的单模波导来制成。
如同第三和第四实施例的情况，为了能缩短多模波导301d的长度，构造多模波导301d，使得从输入端到输出奇数波长和偶数波长光的输出端的距离之间形成差异。在这种情况下，不同光路长度允许在奇数波长光和偶数波长光功率之间移动的相位差成为基本上是π的整数倍。另外，多模波导301d可以由具有不同宽度的第一和第二多模区域来制成。
(第十七实施例)
图27是说明根据本发明第十七实施例的一种WDM交织器300e的结构示意图。在图27中，具有类似于根据第一实施例的光解多路复用器100a的功能的元件将采用相同的标号来标注。
在图27中，WDM交织器300e包括：一个输入波导101a；一个前级的多模波导301e，一个第一中继波导302e，一个第二中继波导303e；一个第一后级的多模波导304e；一个第二后级的多模波导307e；一个第一输出波导308e；一个第二输出波导309e；一个第三输出波导310e；一个第四输出波导311e；一个用于固定上述波导的衬底306e；一个v型槽105a；一个用于固定第一输出光纤56的V型槽305e；一个用于固定第二输出光纤57的V型槽315e；一个用于固定第三输出光纤58的V型槽325e以及一个用于固定第四输出光纤59的V型槽335e。
前级的多模波导301e是第一交织器，它具有图26所说明的光解多路复用器300d的多模波导301d的相同特性，而且所具有的光路长度可使得第2k-1波长λ2k-1(k＝1，2，...)(即，奇数多路复用波长光)的光功率和第2k波长λ2k(即，偶数多路复用波长光)的光功率之间移动的相位差基本上是π的整数倍。
第一后级的多模波导304e是第二交织器，它具有的光路长度或使得第4k-3波长λ4k-3(下文中称之为第4k-3的多路复用波长光)的光功率和第4k-1波长λ4k-1(下文中称之为第4k-1的多路复用波长光)的光功率之间移动的相位差基本上是π的整数倍。
第二后级的多模波导307e是第三交织器，它具有的光路长度可使得第4k-2波长λ4k-2(下文中称之为第4k-2的多路复用波长光)的光功率和第4k波长λ4k(下文中称之为第4k的多路复用波长光)的光功率之间移动的相位差基本上是π的整数倍。
值得注意的是，在第一至第三交织器中所分别包括的多模波导301e、304e和307e的折射系数是与使用波长范围中的波长成线性关系。
可操作第一中继波导302e，使之能将来自前级的多模波导301e的奇数多路复用波长的光中继到第一后级的多模波导304e。第二中继波导303e的操作可使之能将来自前级的多模波导301e的偶数多路复用波长的光中继到第二后级的多模波导307e。
可操作第一输出波导308e，使之将4k-3的多路复用波长光提供给第一输出光纤56。可操作第二输出波导309e，使之将4k-1的多路复用波长光提供给第二输出光纤57。可操作第三输出波导310e，使之将4k-2的多路复用波长光提供给第三输出光纤58。可操作第四输出波导311e，使之将4k的多路复用波长光提供给第四输出光纤59。
正如在第十六实施例中所讨论的，在前级多模波导301e中，4n(n＝1，2，...)种类型的等间距波长λ1，...，λ4n被分离成奇数多路复用波长光和偶数多路复用波长光。奇数多路复用波长的光和偶数多路复用波长的光被分别输入到第一和第二后级的多模波导304e和307e。
输入到第一后级的多模波导304e的奇数多路复用波长的光分离成第4k-3的多路复用波长光和第4k-1的多路复用波长光。输入到第二后级的多模波导307e的偶数多路复用波长的光分离成第4k-2的多路复用波长光和第4k的多路复用波长光。
采用这种方式，WDM交织器300e最终将4n种类型的等间距波长λ1，...，λ4n分离成四组等间距的波长。
因为多模波导301e、304e和307e的折射系数是与使用波长范围中的波长成线性关系，所以多模波导304e和305e可以具有相等的光路长度。
值得注意的是，各个多模波导301e、304e和307e可以采用两个并行的单模波导制成。
尽管在第十六和第十七实施例中所讨论的交织器中，所有波长的模式散射和色散都是固定的，即，所有波长的折射系数都保持为常数，在奇数和偶数波长的光功率之间的比例都是固定的。在这种情况下，可以通过结合图14和图15所说明的光解多路复用器所讨论的元件来进行该比例的控制。需要具有电光效应或热光效应的材料，使折射系数能保持在与使用波长范围中的波长成线性关系，即使折射系数被改变。
值得注意的是，很显然，当需要更紧凑的波导时，如同在第三、第四和第六实施例中所使用的多模波导102b和102c以及多模传输部分102e都可以在第十三至第十七实施例中使用。
(第十八实施例)
根据本发明第十八实施例的一种光解多路复用器具有类似于根据第八实施例的光解多路复用器的结构，因此可以参照图13进行讨论。根据第十八实施例的光解多路复用器包括：一个输入波导101a；一个第一多模波导102g；一个第一中继波导103g；一个第二中继波导104g；一个第二多模波导105g；一个第三多模波导107g；一个第一输出波导108g；一个第二输出波导109g；一个用于固定上述波导的衬底106g；以及V型槽105a、115a和125a。
在根据第十八实施例的光解多路复用器中，要分离的第一和第二中心波长分别是1.30μm和1.55μm，并因此可以在各个中心波长的100nm的宽波长段中实现等于或大于25dB的消光比率。下文中，第一多模波导102g称之为“前级的解多路复用部分”，而第二和第三多模波导105g和107g则被合称之为“后级的解多路复用部分”。以下将讨论在如此宽波长段中实现消光比率的机理。
图28图形显示了在前级的解多路复用部分中传输/阻断损耗的波长特性。在图28中，垂直轴具有的损耗值向上减小、向下增大，实线说明了在前级的解多路复用部分的第一输出端(从该输出端输出1.30μm波长并且在该输出端上要阻断的波长输出最小化而不是所需要波长的输出最大化)上的传输/阻断损耗的波长特性，而虚线说明了在前级的解多路复用部分的第二输出端(从该输出端输出1.55μm波长并且在该输出端上要阻断的波长输出最小化而不是所需要波长的输出最大化)上的传输/阻断损耗的波长特性。
正如在图28中所显示的，在第一输出端上，在稍微偏离1.55μm中心波长负的一边的1.51μm波长的邻近位置上的损耗最大至约为58dB(即，在1.51μm波长的邻近位置上的阻断损耗是最小的)。此外，在第一输出端上，在偏离1.30μm中心波长的邻近位置上的损耗令人满意地低至约0.7dB(即，在偏离1.30μm中心波长的邻近位置上的传输损耗变得足够的低)。因此，在第一输出端上，就可以满意地传输中心波长，并且稍微偏离1.55μm中心波长的1.51μm波长大多数被阻断。值得注意地是，在传输和阻断损耗之间的差对应于消光比率。
另一方面，在第二输出端上，在稍微偏离1.30μm中心波长负的一边的1.26μm波长的邻近位置上的损耗最大至约为56dB(即，在1.26μm波长的邻近位置上的阻断损耗被最小化)。此外，在第一输出端上，在偏离1.55μm中心波长的邻近位置上的损耗令人满意地低至约0.3dB(即，在偏离1.55μm中心波长的邻近位置上的传输损耗变得足够的低)。因此，在第二输出端上，就可以满意地传输中心波长，并且稍微偏离1.30μm中心波长的1.26μm波长大多数被阻断。
图29图形显示了在后级的解多路复用部分中的传输/阻断损耗的波长特性。在图29中，垂直轴具有的损耗值向上减小、向下增大，实线说明了在后级的解多路复用部分的第一输出端上的传输/阻断损耗的波长特性(从该部分输出1.30μm波长并且在该部分中要阻断的波长输出最小化而不是所需要波长的输出最大化)，而虚线说明了在后级的解多路复用部分的第二输出端上的传输/阻断损耗的波长特性(从该部分输出1.55μm波长并且在该部分中要阻断的波长输出最小化而不是所需要波长的输出最大化)。尽管后级解多路复用部分是由多模波导105g和107g所构成的，但是各个多模波导都可具有与图29所说明的相同波长特性。
正如图29所示，在第一输出端上，在稍微偏离1.55μm中心波长正的一边的1.59μm波长的邻近位置上的损耗最大化至约为58dB(即，在1.5μm波长的邻近位置上的阻断损耗被最小化)。此外，在第一输出端上，在偏离1.30μm中心波长的邻近位置上的损耗令人满意地上低至约0.7dB(即，在偏离1.30μm中心波长的邻近位置上的传输损耗变得足够的低)。因此，在第一输出端上，就可以满意地传输中心波长，并且稍微偏离1.55μm中心波长的1.59μm波长大多数被阻断。
另一方面，在第二输出端上，在稍微偏离1.30μm中心波长正的一边的1.34μm波长的邻近位置上的损耗最大化至约为56dB(即，在1.34μm波长的邻近位置上的阻断损耗被最大化)。此外，在第一输出端上，在1.55μm中心波长的邻近位置上的损耗令人满意地低至约0.3dB(即，在偏离1.55μm中心波长的邻近位置上的传输损耗变得足够的低)。因此，在第二输出端上，就可以满意地传输中心波长，并且稍微偏离1.30μm中心波长的1.34μm波长大多数被阻断。
图30显示了在根据第十八实施例的整个光解多路复用器中的传输/阻断损耗的波长特性。在图30中，垂直轴具有的损耗值向上减小、向下增大，实线说明了第一输出波导108g输出端的传输/阻断损耗的波长特性，而虚线说明了第二输出波导109g输出端的传输/阻断损耗的波长特性。
正如图30所示，在第一输出波导108g输出端上，在关于1.50μm和1.60μm的波长之间的1.55μm波长中心的范围内，损耗就变得显著的高。也就是说，在1.50μm和1.60μm的波长之间的范围内阻断损耗就变得令人满意的高。此外，在第一输出波导108g的输出端上，在关于1.25μm和1.35μm的波长之间的1.30μm波长中心的范围内，损耗就变得显著的低。也就是说，在1.25μm和1.35μm的波长之间的范围内传输损耗就变得令人满意的低。
另一方面，在第二输出波导109g输出端上，在关于1.25μm和1.35μm的波长之间的1.30μm波长中心的范围内，损耗就变得显著的高。也就是说，在1.25μm和1.35μm的波长之间的范围内阻断损耗就变得令人满意的高。此外，在第二输出波导109g的输出端上，在关于1.50μm和1.60μm的波长之间的1.55μm波长中心的范围内，损耗就变得显著高。也就是说，在1.50μm和1.60μm的波长之间的范围内传输损耗就变得令人满意的低。
正如以上所讨论的，通过采用多级的方式来连接多模波导就能够在宽的波长段中获得等于或大于25dB的消光比率的情况下，使得所设置的中心波长对称于要分离的波长。在只使用一个单级的解多路复用器的情况下，可相对中心波长获得等于或大于50dB的高的消光比率。然而，也可以只在20nm窄的范围内获得高的消光比率。因此，在拓宽消光比率高的范围方面，本实施例是有效的。
值得注意的是，可以在较宽的波长段内获得高的消光比率，只要所设置的适用于不同中心波长的多模波导的级数从两级增加到三级。然而，在这种情况下，整个光路的长度加长了，从而增加了传输损耗。因此，应该根据是增加传输损耗重要还是改善消光比率重要的原则来确定多模波导的级数。例如，在改善消光比率重要的情况下，通过将一个附加的解多路复用部分(该解多路复用部分可以包括适用于设置在1.30μm和1.55μm中心波长的多模波导)连接着第二和第三多模波导105g和107g，使得消光比率相对于要分离的1.30μm和1.55μm的第一和第二波长最大化，在这两个波长之间，两级多模波导并没有能够最大化消光比率。
在根据上述第八实施例的光解多路复用器的情况下，该解多路复用器构成了多级光解多路复用器，在该光多路解多路复用器中，第一多模波导102g的输出进一步输入到第二和第三多模波导105g和107g，不同于第十七实施例，前级和后级解多路复用部分都具有相同的传输和阻断损耗。因此，根据第八实施例的光解多路复用器，可以有效地增加在以1.30μm和1.55μm的第一和第二波长为中心的窄波长段中波长之间的消光比率。
类似于第八实施例，在第十八实施例中，就不再需要1.55μm波长的光从第二多模波导105g输出，也不再需要1.30μm波长的光从第三多模波导107g输出。因此，正如从图13中所清晰的看到那样，在光解多路复用器100g中没有设置适用于输出这类光的波长。
在根据第十八实施例的光解多路复用器中，在多模传输部分中的模式散射和色散都是固定的。也就是说，多模传输部分的折射率保持着常数。但是，也可以使用具有可变折射率的多模传输部分。
正如从上述讨论中所清晰的看到那样，本发明获得了采用具有与常规的解多路复用器/多路复用器的相同性能的波导而不需要介电多层薄膜滤光器来简单构成解多路复用器/多路复用器的效果。
值得注意的是，在上述所讨论的各个实施例中，尽管所使用的单模光纤可用于输入/输出光的目的，多模光纤也可以用于这个目的。
在详细讨论本发明的过程中，上述所进行的讨论只是各个方面的说明，而并不是限制。应该理解到：可以在没有脱离本发明范围的条件下，引出多种其它改进和变化。

Claims (58)

1.一种适用于分离第一和第二波长的输入波长的多路复用光的光解多路复用器，它包括：
一个多模传输部分(102a)，它允许第一和第二波长光的多模传输，并且通过所产生内部模式干涉来分离第一和第二波长的光功率；
一个输入部分(101a)，它允许从这样一个输入位置上将光输入到多模传输部分，从而可在多模传输部分中产生光功率的分离；和，
第一和第二输出部分(103a和104a)，它用于通过在一输出端面上这样一个输出位置从多模传输部分输出第一和第二波长的光，从而可分离第一和第二波长的光功率并最大化表示所需波长的光功率与要被阻断波长的光功率的大小的消光比率，
其中在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1以及第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度(L2或L3)可使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
2.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，当消光比率的数值对应于将所需波长的光功率除以要被阻断波长的光功率所得的商的自然对数的十倍时，则在消光比率最大化位置上的消光比率等于或大于30dB。
3.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分的折射率小于或等于2.0。
4.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分的宽度等于或大于15μm。
5.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述第一输出部分处于第二波长的光功率最小化的位置(Q2a)上，以及
并且所述第二输出部分处于第一波长的光功率最小化的位置(Q1a)上。
6.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度可使得第一和第二波长的光功率中至少一个在第一和第二波长的各个输出端上最小化或最大化。
7.如权利要求6所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度(L1)可使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍。
8.如权利要求7所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度(L1)可使得第一和第二波长的光功率能在第一和第二波长的各个输出端上成为相互相反的最小化或最大化。
9.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度可使得在第一和第二波长的各个输出端上的消光比率变得等于或大于30dB。
10.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度可使得在θ1和θ2之间的差成为π整数倍。
11.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由一个多模波导所制成的，
其中，所述多模波导的中心线对应于多模传输部分的光轴，并且
其中，所述输入部分偏离该光轴。
12.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由两个单模波导所制成的，
其特征在于，在两个单模波导之间对称的轴对应于多模传输部分的光轴，以及，
其特征在于，所述输入部分是两个单模波导中的任意一个的输入端。
13.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分(102b)包括：
一个第一光路长度部分(112b)，在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数；以及，
一个第二光路长度部分(122b)，它在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，
其中，所述第一波长的光是从第一光路长度部分输出的，
其中，所述第二波长的光是从第二光路长度部分输出的，以及，
其中，所述第一和第二光路长度部分具有不同的光路长度。
14.如权利要求13所述光解多路复用器，
其特征在于，所述第一光路长度部分在传输方向上所具有的光路长度可使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍，以及，
其特征在于，所述第二光路长度部分在传输方向上所具有的光路长度可使得在θ1和θ2之间的差成为π的整数倍。
15.如权利要求13所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由一个多模波导所制成的，
其特征在于，所述多模波导的中心线(132b)对应于多模传输部分的光轴，以及，
其特征在于，所述输入位置是偏离光轴的。
16.如权利要求13所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分(102d)是由两个具有不同长度的单模波导(112d)所制成的，以及，
其特征在于，在两个单模波导之间对称的轴线对应于所述多模传输部分的光轴。
17.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分(102c)包括：
一个第一多模区域(112c)，它只能传输第一和第二波长中较短波长的多模光通过它；以及，
一个第二多模区域(122c)，它能传输第一和第二波长的多模光通过它，第二多模区域设置在第一多模区域沿光行进方向的下游。
18.如权利要求17所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差为π的整数倍。
19.如权利要求17所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分(102c)是由一个多模波导所制成的，以及
其特征在于，所述第一和第二多模区域是由从所述多模波导的输入边切除一具有长方体状的部分制成，且使得第一多模区域局部变得比第二多模区域窄。
20.如权利要求19所述光解多路复用器，
其特征在于，所述输入的位置偏离所述第一和第二多模区域的光轴。
21.如权利要求17所述光解多路复用器，
其特征在于，所述第一多模区域是由两个作为前级多模区域使用的前级单模波导(112e和122e)所制成的，
其特征在于，所述第二多模区域是由两个作为后级多模区域使用的后级单模波导(132e和142e)所制成的，以及
其特征在于，在前级单模波导之间的间隔是比在后级单模波导之间的间隔窄。
22.如权利要求17所述光解多路复用器，
其特征在于，所述第一和第二多模区域的轴的中心是相互偏离的。
23.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分的宽度沿着光解多路复用器的光轴的方向而变化。
24.如权利要求23所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θ1和θ2之间的差为π的整数倍。
25.如权利要求23所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由一个多模波导制成的，以及，
其特征在于，所述多模波导的中心线对应于所述多模传输部分的光轴。
26.如权利要求23所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由两个单模波导制成的，以及，
其特征在于，在两个单模波导之间的对称轴对应于所述多模传输部分的光轴。
27.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，还包括：
一个第一后级多模传输部分(105g)，它设置在所述第一输出部分(103g)的输出端上，所述第一后级多模传输部分具有与所述多模传输部分(102g)相同的特性；
一个第二后级多模传输部分(107g)，它设置在所述第二输出部分(104g)的输出端上，所述第二后级多模传输部分具有与所述多模传输部分相同的特性；
一个第一后级输出部分(108g)，它用于输出由所述第一后级多模传输部分所分离的第一波长的光；以及，
一个第二后级输出部分(109g)，它用于输出由所述第二后级多模传输部分所分离的第二波长的光。
28.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，还包括：
一个外部电场控制部分，它用于对所述多模传输部分施加一个外部电场，其特征在于，所述多模传输部分是由电光材料制成的。
29.如权利要求28所述光解多路复用器，其特征在于，所述外部电场控制部分包括：
一对电极，它们设置在所述多模传输部分的表面上；以及，
一个外部电压控制部分(111或112)，它用于控制在一对电极之间的电压。
30.如权利要求1所述光解多路复用器，其特征在于，还包括：
一个外部温度控制部分(121或122)，它用于控制所述多模传输部分的温度，其特征在于，所述多模传输部分是由与温度相关的热光材料制成的。
31.如权利要求30所述光解多路复用器，其特征在于，所述外部温度控制部分包括：
一个热传导元件(121)，它设置在所述多模传输部分的表面上；以及，
一个温度控制元件(122)，它通过加热和/或冷却所述热传导部分来控制多模传输部分的温度。
32.如权利要求30所述光解多路复用器，其特征在于，所述外部温度控制部分包括：
一个Peltier器件(121)，它设置在所述多模传输部分的表面上；以及，
一个温度控制元件(122)，它通过施加一电流于Peltier器件来控制多模传输部分的温度。
33.如权利要求1所述光解多路复用器，
其特征在于，所述输入部分是一个与所述多模传输部分的输入边光学耦合的波导，以及，
其特征在于，第一和第二输出部分各自都是一个与所述多模传输部分的输出边光学耦合的波导。
34.一种适用于发送/接受第一和第二波长的光的光器件(300c)，该光器件包括：
一个多模传输部分(302c)，它允许所述第一和第二波长的光多模传输，并且通过引进内部模式干涉来分离第一和第二波长的光功率；
一个输入部分(301c)，它用于从某一输入的位置向所述多模传输部分输入光，从而在多模传输部分中产生光功率的分离；
第一和第二输出部分(303c和304c)，它用于通过在输出端面上的一些位置输出来自多模传输部分的第一和第二波长的光，从而产生第一和第二波长光功率的分离，并且最大化表示所需波长的光功率与要阻断波长光功率的大小的消光比率；
一个第一光元件(305c)，它用于接受和/或发射所述第一波长的光，所述第一光元件设置在所述第一输出部分的输出端上；以及，
一个第二光元件，它用于接受和/或发射所述第二波长的光，所述第二光元件设置在所述第二输出部分的输出端上，
其中在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1以及第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度(L2或L3)可使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
35.如权利要求34所述光器件，其特征在于，第二光元件包括：
一个光发射部分(307c)，它用于发射所述第二波长的光；以及，
一个光接收部分(308c)，它用于接收所述第二波长的光。
36.一种适用于分离n种类型不同波长的输入波长复用的光的光解多路复用器，其中n是自然数，该光解多路复用器包括：
一个多模传输部分(102f)，它允许n种类型不同波长的输入波长复用的光的多模传输，并且通过引起内部模式干涉分离n种类型不同波长的光功率；
一个输入部分(101a)，它用于从某一输入位置将光输入至多模传输部分，从而在多模传输部分中产生光功率的分离；以及，
n个输出部分(103f)，它通过在输出端面上的某一位置输出来自所述多模传输部分的n种类型不同波长的光，从而产生n种类型不同波长的光功率的分离，并且最大化表示所需波长的光功率与要阻断波长的光功率的大小的消光比率，
其中，在i＝0，1，…，n和k＝1，2，…，n-1的情况下，当在第k波长λk的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk以及第k+1波长λk+1的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk+1时，所述多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θk和θk+1之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
37.如权利要求36所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由一个多模波导(102f)所制成的，
其特征在于，所述多模波导的中心线对应于所述多模传输部分的光轴，以及，
其特征在于，所述输入位置偏离所述光轴。
38.如权利要求36所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由n个单模波导(122f)所制成的，
其特征在于，在n个单模波导中的最外层的两个单模波导之间对称的轴对应于该多模传输部分的光轴。
39.如权利要求38所述光解多路复用器，其特征在于，所述n个单模波导是等间距的。
40.如权利要求36所述光解多路复用器，其特征在于，所述n种类型的不同波长是等间距的。
41.一种适用于组合/分离第一和第二波长的光的光多路/解多路复用器，该光多路/解多路复用器包括：
一个多模传输部分，它允许第一和第二波长的光的多模传输，并且通过产生内部模式干涉来分离第一和第二波长的光功率；
一个输入部分，它用于从某一输入位置向多模传输部分输入光，从而在多模传输部分中产生光功率的分离；以及，
第一和第二输出部分，它用于通过在输出端面上的某一位置输出来自多模传输部分的第一和第二波长的光，从而产生第一和第二波长光功率分离，并且最大化表示所需波长的光功率与要阻断波长的光功率的大小的消光比率，
其中在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1以及第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度(L2或L3)可使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
42.一种适用于组合/分离n种类型不同波长的光的光多路/解多路复用器，其中n是自然数，该光多路/解多路复用器包括：
一个多模传输部分，它允许n种类型不同波长的光的多模传输，并且通过产生内部模式干涉来分离n种类型不同波长的光功率；
一个输入部分，它用于从某一输入位置向多模传输部分输入光，从而在多模传输部分中产生光功率的分离；以及，
n个输出部分，它用于通过在输出端面上的某一位置输出来自多模传输部分的n种类型不同波长的光，从而产生n种类型不同波长光功率的分离，并且最大化表示所需波长的光功率与要阻断波长的光功率的大小的消光比率，
其中，在i＝0，1，…，n和k＝1，2，…，n-1的情况下，当在第k波长λk的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk以及第k+1波长λk+1的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk+1时，所述多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θk和θk+1之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
43.一种适用于调整n种类型波长的波长多路复用的光的光器件(300a)，其中n是自然数，该光器件包括：
一个解多路复用部分(301a)，它用于分离n种类型波长的光；
一个多路复用部分(302a)，它用于组合n种类型波长的光；以及，
n个调整部分(303a)，它用于调整由解多路复用部分所分离的n种类型波长的光，并且将n种类型波长的光输入到多路复用部分；
其特征在于，所述解多路复用部分包括一个解多路复用器的多模传输部分，它允许n种类型波长光的多模传输，并且通过产生内部模式干涉来分离n种类型波长的光功率；
其特征在于，所述多路复用部分包括一个多路复用器的多模传输部分，它允许n种类型波长光的多模传输，并且通过产生内部模式干涉来组合n种类型波长的光功率；
其特征在于，在i＝0，1，…，n和k＝1，2，…，n-1的情况下，当在第k波长λk的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk和第k+1波长λk+1的第i和第i+1阶模式之间的相位差为θk+1时，所述每个解多路复用器和多路复用器多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度使得在θk和θk+1之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
44.如权利要求43所述光器件，其特征在于，所述n个调整部分中每一个都能调整各个波长的增益、相位和偏振状态中的至少一个参数。
45.如权利要求43所述光器件，还包括一个外部控制部分，其特征在于，所述外部控制部分能与n个调整部分中每一个进行通讯，从而可以动态调整各个波长的增益、相位和偏振状态中的至少一个参数。
46.如权利要求43所述光器件，还包括：
一个外部控制部分；以及，
一个监测部分，它用于监测多路复用器的多模传输部分的输出，
其特征在于，所述外部控制部分能够与n个调整部分中的每一个以及所述监测部分进行通讯，并且反馈多路复用器的多模传输部分的输出状态，从而可以动态调整每一个波长的增益、相位和偏振状态中的至少一个参数。
47.一种具有从光中所复用的两种波长中提取一种并且重新组合两种波长的倍增/衰减功能的光器件(300b)，该光器件包括：
一个解多路复用器，它用于分离两种波长的光；
一个多路复用器，它用于组合两种波长的光；
一个中继波导(302b)，它用于将在波长多路复用光中的第一波长的光中继至多路复用器。所述中继波导连接着解多路复用器的输出边；
一个衰减波导(304b)，它用于将在波长多路复用光中的第二波长的光导引至解多路复用器的外边，所述衰减波导连接着解多路复用器的输出边；以及，
一个倍增波导(305b)，它用于将第二波长的光导引至解多路复用器并且中继至多路复用器，
其特征在于，所述解多路复用器包括解多路复用器的多模传输部分(301b)，它允许所述第一和第二波长光的多模传输，并且通过产生内部模式干涉来分离所述第一和第二波长的光功率；
其特征在于，所述多路复用器包括一个多路复用器的多模传输部分(303b)，它允许所述第一和第二波长光的多模传输，并且通过产生内部模式干涉来组合所述第一和第二波长的光功率；
其特征在于，在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1和第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，所述解多路复用器和多路复用器的各自多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度可使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
48.一种适用于将2n种类型的不同波长λ1，…，λ2n的输入波长多路复用的光分离成两组波长的光的光解多路复用器(300d)，其中，n是自然数，该光解多路复用器包括：
一个多模传输部分(301d)，它允许在所输入的波长多路复用光中的2n种类型的不同波长的光多模传输，并且通过所产生的内部模式干涉分离两组波长的光功率；
一个输入部分(101a)，它用于从某一输入位置向多模传输部分输入光，从而在多模传输部分产生光功率分离；以及，
两个输出部分(103a和104a)，它用于从某一位置输出两组波长的光，从而产生两组波长的光功率分离；
其特征在于，所述两组波长包括奇数多路复用波长组和偶数多路复用波长组，
其中，在k＝1，2，…，n-1的情况下，当第2k-1波长λ2k-1的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k-1以及第2k波长λ2k的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k的情况下，所述多模传输部分在传输方向上所具有的光路长度可使得在θ2k-1和θ2k之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
49.如权利要求48所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由一个多模波导所制成的，
其特征在于，所述多模波导的中心线对应于所述多模传输部分的光轴，以及，
其特征在于，所述输入位置偏离所述光轴。
50.如权利要求48所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由两个具有不同长度的单模波导所制成的，以及，
其特征在于，在两个单模波导之间对称的轴对应于多模传输部分的光轴。
51.如权利要求48所述光解多路复用器，
其特征在于，在k＝1，2，…，n-1的情况下，当在第2k-1波长λ2k-1的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k-1和第2k波长λ2k的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2k的情况下，多模传输部分包括：
一个第一光路长度部分，它在传输方向上所具有的光路长度使得在θ2k-1和θ2k之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数；以及，
一个第二光路长度部分，它在传输方向上所具有的光路长度使得在θ2k-1和θ2k之间的差处于mπ±π/2的范围内；
其特征在于，奇数多路复用波长组可以从第一光路长度部分输出；
其特征在于，偶数多路复用波长组可以从第二光路长度部分输出；以及，
其特征在于，第一和第二光路长度部分可以具有不同的光路长度。
52.如权利要求51所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由一个多模波导所制成的，
其特征在于，所述多模波导的中心线对应于所述多模传输部分的光轴，以及，
其特征在于，所述输入位置偏离所述光轴。
53.如权利要求51所述光解多路复用器，
其特征在于，所述多模传输部分是由两个具有不同长度的单模波导所制成的，以及，
其特征在于，在两个单模波导之间对称的轴对应于多模传输部分的光轴。
54.如权利要求48所述光解多路复用器，其特征在于，所述2n种类型波长都是等间距的。
55.如权利要求48所述光解多路复用器，其特征在于，多模传输部分的折射率与在至少n种类型波长的范围内的波长保持着线性关系。
56.如权利要求48所述光解多路复用器，
其特征在于，n是一个满足n＝4k的数值，其中，k是自然数，以及，
其特征在于，所述光解多路复用器还包括：
一个第一后级多模传输部分(304e)，它光学连接着输出部分的输出端，用于导引奇数多路复用的波长组，并且具有与多模传输部分相同的特性；
一个第二后级多模传输部分(307e)，它光学连接着输出部分的输出端，用于导引偶数多路复用的波长组，并且具有与多模传输部分相同的特性；
一个第一后级输出部分(308e)，它用于输出由第一后级的多模传输部分所分离的第4k-3波长的组；
一个第二后级的输出部分(309e)，它用于输出由第一后级的多模传输部分所分离的第4k-1波长的组；
一个第三后级输出部分(310e)，它用于输出由第二后级的多模传输部分所分离的第4k-2波长的组；以及，
一个第四后级的输出部分(311e)，它用于输出由第二后级的多模传输部分所分离的第4k波长的组。
57.一种适用于分离第一和第二波长的输入波长多路复用光的光解多路复用器，该解多路复用器包括：
一个第一多模传输部分(102g)，它用于通过所产生的内部模式干涉来分离第三和第四波长的光功率，第三波长偏离第一波长一个规定的波长，第四波长偏离第二波长一个规定的波长；
一个输入部分(101a)，它用于将光从某一输入位置输入到第一多模传输部分，从而在第一多模传输部分中产生光功率的分离；
一个第一输出部分(103g)，它在某一位置处设置在第一多模传输部分的输出端面上，以产生第三和第四波长光功率分离，并且最大化表示第四波长光功率与第三波长光功率的大小的消光比率；
一个第二输出部分(104g)，它在某一位置处设置在第一多模传输部分的输出端面上，以产生第三和第四波长光功率分离，并且最大化表示第四波长光功率与第三波长光功率的大小的消光比率；
第二和第三多模传输部分(105g和107g)，它们各自通过所产生的内部模式干涉来分离第五和第六波长的光功率，第五波长以与第三波长偏离方向相反的方向偏离第一波长一个规定的波长，第六波长以与第四波长偏离方向相反的方向偏离第二波长一个规定的波长；
一个第三输出部分(108g)，它在某一位置处设置在第二多模传输部分的输出端面上，以产生第五和第六波长的光功率分离，并且最大化表示第六波长光功率与第五波长光功率的大小的消光比率；以及
一个第四输出部分(109g)，它在某一位置处设置在第三多模传输部分的输出端面上，以产生第五和第六波长的光功率分离，并且最大化表示第六波长的光功率与第五波长的光功率的大小的消光比率，
其中在第一波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ1以及第二波长的零阶和一阶模式之间的相位差为θ2的情况下，所述多模传输部分在传输方向上具有的光路长度(L2或L3)可使得在θ1和θ2之间的差处于mπ±π/2的范围内，其中m是自然数。
58.如权利要求57所述光解多路复用器，
其特征在于，第三和第五波长对称于第一波长；以及，
其特征在于，第四和第六波长对称于第二波长。
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