CN1362805A - 阵列波导光栅型光学复用器/解复器 - Google Patents

Abstract

一种阵列波导光栅光学复用器/解复器包括通过第一片状波导连接到至少一个第一光波导的阵列波导,通过第二片状波导连接到阵列波导的多个第二光波导。至少一个宽度扩展波导具有第一端部和第二端部,第二端部的第二宽度大于第一端部的第一宽度。每一个第一端部连接到每一个第一光波导上。第二端部连接到第一片状波导上。第一端部的第一宽度大于至少一个第一光波导的第一光波导宽度。第一端部的第一宽度满足单模条件。宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

Description

阵列波导光栅型光学复用器/解复器

技术领域

本申请在35U.S.C.ξ119下以日本专利申请2000-400362为在先申请要求优先权，该申请的申请日为2000年12月28日，名称为“阵列波导光栅光学复用器/解复器和光波导线路”。该申请的内容包括在这里供全面参考。

本发明涉及阵列波导光栅光学复用器/解复器和宽度扩展波导。

背景技术

在近来的光通讯领域，有关光波分复用通讯的研究和开发很活跃，作为成指数增加通讯量的手段，而且结果也正在利用。光波分复用通讯使用例如一种对多个光束进行波分复用以便传输他们的技术，所述多个光束彼此波长不同。在这样的光波分复用通讯系统中，需要光学复用器/解复器，把彼此波长不同的多个光束复用和把经过波分复用进行传输的光解复用以便产生彼此波长不同的多个光束。

图18(a)描述了阵列波导光栅(AWG)型光学复用器/解复器。参考图18(a)，通过在基质11上形成具有波导结构的光波导单元10获得阵列波导光栅型光学复用器/解复器。

波导结构包括至少一个并列设置的光学输入波导12、连接到光学输入波导12的输出端的第一片状波导13、连接到第一片状波导13的输出端的阵列波导14、连接到阵列波导14的输出端的第二片状波导15、以及多个并列设置并连接到第二片状波导15的输出端的光学输出波导16。

阵列波导14传播从第一片状波导13输出的光，由并列设置的多个信道波导(14a)组成。相邻信道波导(14a)的长度彼此相差预定长度差(ΔL)。光学输入波导12和光学输出波导16的尺寸相同。

光学输出波导16的数目根据例如具有不同波长并利用阵列波导光栅型光复用器/解复器把信号光解复用产生的光束数目来确定。阵列波导14通常包括大量(例如100)信道波导(14a)。然而，图18(a)简化了，图18(a)中信道波导(14a)、光学输出波导16、和光学输入波导12的数目并不是精确的反映了它们的实际数目。

图18(b)简要示出图18(a)中用虚线(A)圈出的区域的放大图。如图18(b)所示，现有技术的阵列光栅波导型光学复用器/解复器中，光学输入波导12的连接到轻微弯曲部分(12b)的端部的基本上直的部分(12a)直接连接到第一片状波导13的入口端。类似地，光学输出波导16的连接到轻微弯曲部分的端部的基本上直的部分直接连接到第二片状波导15的出口端。

光学输入波导12之一连接到例如传输端光纤，以便把已经经过波分复用的光引导到光学输入波导12之一。经过光学输入波导12之一传播并被引导到第一片状波导13的光被其中的衍射作用衍射，并进入阵列波导14以便沿着阵列波导14传播。

沿着阵列波导14传播后，光到达第二片状波导15，然后在光学输出波导16会聚以便从此输出。由于阵列波导14的相邻信道波导(14a)之间有预先设定的长度差，沿着阵列波导14传播后的光束彼此之间具有相位差。光束的波前(wavefront)根据这一相位差倾斜，而且每个光束会聚的每个位置由该倾斜角确定。因此，具有不同波长的光束在彼此不同的位置会聚。通过在这些位置形成光学输出波导16，不同波长的光束能够从为各个波长设置的它们各自的光学输出波导16输出。

例如，如图18(a)所示，已经经过波分复用的波长为λ1、λ2、λ3...λn(n为大于等于2的整数)的光被从光学输入波导12之一输入。所述光在第一片状波导13中被衍射，到达阵列波导14，并沿着阵列波导14和第二片状波导15传播。然后，如上所述，光束在由它们的波长确定的不同位置分别会聚，进入不同的光学输出波导16，沿着它们各自的光学输出波导16传播，并从各自的光学输出波导16的输出端输出。具有不同波长的光束通过连接到光学输出波导16的输出端的光纤取出。

在该阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，波长分辨率的提高与阵列波导14的信道波导(14a)之间的长度差(ΔL)成比例。当光学复用器/解复器设计成具有大(ΔL)时，能够复用/解复用光以便利用小波长差实现波分复用传输，这对于任何传统光学复用器/解复器都没有实现。因此光学复用器/解复器能够具有复用/解复用多个信号光束的功能，尤其是解复用或复用多个波长差最大为1nm的光信号的功能。高密度光学波分复用通讯需要这样小的波长差。

阵列波导光栅型光学复用器/解复器例如通过在由硅(Si)制成的基质11上形成具有上述波导结构的波导形成区域10获得，如下所述：

即，下包层(SiO2基质玻璃)和芯层(例如主要含有SiO2的玻璃中添加GeO2)通过火焰水解沉积方法形成在基质11上，上述波导结构例如通过光刻法和活性离子蚀刻方法形成。然后，覆盖芯的波导结构的覆盖包层通过火焰水解沉积方法形成。

平5-313029号未审日本专利公开说明书公开了一种阵列波导光栅型复用器/解复器。该参考文件的内容包括在这里以供全面参考。在该复用器/解复器中，光学输入波导通过楔状波导连接到输入端片状波导。

平8-122557号未审日本专利公开说明书公开了一种阵列波导光栅型复用器/解复器。该参考文件的内容包括在这里以供全面参考。在该复用器/解复器中，光学输入波导通过楔状波导连接到输入端片状波导，所述楔状波导具有沿着所述楔状波导的中心轴的狭缝。

平9-297228号未审日本专利公开说明书公开了一种阵列波导光栅。该参考文件的内容包括在这里以供全面参考。在该阵列波导光栅中，光学输入波导通过抛物线型波导连接到输入端片状波导。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种阵列波导光栅光学复用器/解复器包括至少一个第一光波导、第一片状波导、阵列波导、第二片状波导、多个第二光波导、和至少一个宽度扩展波导。阵列波导通过第一片状波导连接到所述至少一个第一光波导。阵列波导包括多个信道波导，每个信道波导的长度彼此不同。多个第二光波导通过第二片状波导连接到阵列波导。所述至少一个宽度扩展波导具有第一端部和第二端部，所述第二端部的第二宽度大于所述第一端部的第一宽度。所述至少一个宽度扩展波导中每一个的第一端部连接到至少一个第一光波导中的每一个上。第二端部连接到第一片状波导上。第一端部的第一宽度大于至少一个第一光波导的第一光波导宽度。第一端部的第一宽度满足单模条件。至少一个宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

根据本发明的另一个方面，一种阵列波导光栅光学复用器/解复器包括至少一个第一光波导、第一片状波导、阵列波导、第二片状波导、多个第二光波导、和多个宽度扩展波导。阵列波导通过第一片状波导连接到所述至少一个第一光波导。阵列波导包括多个信道波导，每个信道波导的长度彼此不同。多个第二光波导通过第二片状波导连接到阵列波导。多个宽度扩展波导中的每一个具有第三端部和第四端部，所述第四端部的第四宽度大于所述第三端部的第三宽度。多个宽度扩展波导中每一个的第三端部连接到多个第二光波导中的每一个上。第四端部连接到第二片状波导上。第三端部的第三宽度大于至少多个第二光波导中每一个的第二光波导宽度。第三端部的第三宽度满足单模条件。宽度扩展波导的宽度从第三端部向第四端部增加。

根据本发明的另一个方面，一种阵列波导光栅光学复用器/解复器包括至少一个第一光波导、第一片状波导、阵列波导、第二片状波导、多个第二光波导、至少一个第一宽度扩展波导和多个第二宽度扩展波导。阵列波导通过第一片状波导连接到所述至少一个第一光波导。阵列波导包括多个信道波导，每个信道波导的长度彼此不同。多个第二光波导通过第二片状波导连接到阵列波导。至少一个第一宽度扩展波导具有第一端部和第二端部，所述第二端部的第二宽度大于所述第一端部的第一宽度。至少一个第一宽度扩展波导的第一端部连接到至少一个第一光波导的每一个上。第二端部连接到第一片状波导上。第一端部的第一宽度大于至少一个第一光波导的第一光波导宽度。第一端部的第一宽度满足单模条件。至少一个第一宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。多个第二宽度扩展波导中的每一个具有第三端部和第四端部。所述第四端部的第四宽度大于所述第三端部的第三宽度。多个第二宽度扩展波导中每一个的第三端部连接到多个第二光波导中的每一个上。第四端部连接到第二片状波导上。第三端部的第三宽度大于多个第二光波导的每一个的第二光波导宽度。第三端部的第三宽度满足单模条件。第二宽度扩展波导的宽度从第三端部向第四端部增加。

根据本发明的另一个方面，一种宽度扩展波导包括第一端部和第二端部，所述第二端部的第二宽度大于所述第一端部的第一宽度。第一端部设计成连接到至少一个第一光波导上。第二端部设计成连接到第一片状波导上。第一端部的第一宽度大于至少一个第一光波导的第一光波导宽度。第一端部的第一宽度满足单模条件。宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

根据本发明的另一个方面，一种光波导线路包括宽度扩展波导。该宽度扩展波导包括具有第一宽度的第一端部，该第一端部设计成连接到单模波导上。第一宽度大于单模波导的波导宽度，并满足单模条件。而且，宽度扩展波导包括具有第二宽度的第二端部，所述第二宽度大于第一端部的第一宽度。宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

因为根据本发明的实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器结构简单，因此容易制造，而且能够以高生产率制造阵列波导光栅型光学复用器/解复器。

附图说明

参考下面的详细描述，特别是当结合附图考虑时，关于本发明的更全面理解和所带来的许多优点将变得更为明显，其中：

图1(a)和1(b)是根据本发明第一实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的结构简图；

图2是示出根据本发明第一实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端细节的说明图；

图3是示出根据本发明第一实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的梯形波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图4是示出根据本发明第一实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器光学传输的波长特性的曲线图；

图5(a)和5(b)是根据本发明第二实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的结构简图；

图6是示出根据本发明第二实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端细节的说明图；

图7是示出根据本发明第二实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的梯形波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图8(a)和8(b)是根据本发明第三实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的结构简图；

图9是示出根据本发明第三实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端细节的说明图；

图10是示出根据本发明第三实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的梯形波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图11(a)和11(b)是根据本发明第四实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的结构简图；

图12是示出根据本发明第四实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端细节的说明图；

图13是示出根据本发明第四实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器的梯形波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图14是示出传统阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图15是示出在梯形波导设置在光学输入波导的输出端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，梯形波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图16是示出在狭缝形波导设置在光学输入波导的输出端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，狭缝形波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图17是示出在抛物线形波导设置在光学输入波导的输出端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，抛物线型波导的输出端光振幅分布的曲线图；

图18(a)和18(b)是传统阵列波导光栅型光学复用器/解复器的结构简图；

图19(a)和19(b)是楔状波导设置在光学输入波导的输出端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器的说明图；

图20是根据图19(a)和19(b)所述阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端结构的说明图；

图21(a)和21(b)是狭缝型波导设置在光学输入波导的输出端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器的说明图；

图22是根据图21(a)和21(b)所述阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端结构的说明图；

图23(a)和23(b)是抛物线型波导设置在光学输入波导的输出端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器的说明图；

图24是根据图23(a)和23(b)所述阵列波导光栅光学复用器/解复器的光学输入波导的输出端结构的说明图；

图25是示出根据本发明一个实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器一部分的结构简图；

图26是示出根据本发明另一个实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器一部分的结构简图；

图27是示出根据本发明又一个实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器一部分的结构简图；

图28是示出根据本发明另一个实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器一部分的结构简图；

图29是示出根据本发明另一个实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器一部分的结构简图；

图30是示出根据本发明另一个实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器一部分的结构简图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中在所有不同附图中类似的参考标号表示对应或相同元件。

例如，需要光学复用器/解复器具有下列如例子所述的特征。即，首先，为了提高信息传输容量，需要在预先设定波长差内复用或解复彼此波长差尽可能小的光信号。例如，需要能够复用和解复用1.55μm波段内彼此波长差为大约0.8nm(100GHz的差)的光信号。

第二，需要在各个复用或解复用波长上的损耗要低。例如，波分复用传输系统要求复用和解复用1.55μm波段内频率间隔为100GHz的光的元件的光损耗(光学传输损耗)最大为4dB。

第三，需要在各个复用或解复用波长的传输波段上要宽。例如，波分复用传输系统要求复用和解复用频率间隔为100GHz的光的元件具有宽度至少为0.2nm(优选至少为0.24nm)的1dB波段。

第四，需要相邻通过频带之间的串扰(后面将称为“相邻串扰”)和所有通过频带而不仅是相邻频带之间的最差串扰(后面将称为“背景串扰”)二者都低，即，总串扰低。波分复用系统需要例如相邻串扰最大为-26dB，背景串扰最大为-30dB。

图1(a)简要示出根据本发明第一实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器的结构和主要部件的操作。图1(b)是图1(a)中虚线(A)所包围部分的放大图。图2进一步示出图1(b)的放大图中的一个光学输入波导12的一端的细节。

参考图1(a)，通过在基质11上形成具有波导结构的光波导单元10获得阵列波导光栅型光学复用器/解复器。

波导结构包括至少一个并列设置的光学输入波导(第一光波导)12、连接到光学输入波导12的输出端的第一片状波导13、连接到第一片状波导13的输出端的阵列波导14、连接到阵列波导14的输出端的第二片状波导15、以及多个并列设置并连接到第二片状波导15的输出端的光学输出波导(第二光波导)16。例如，在本实施例中，光从光学输入波导12之一输入。

阵列波导14传播从第一片状波导13输出的光。阵列波导14包括并列设置的多个信道波导(14a)。相邻信道波导(14a)的长度彼此相差预定长度差(ΔL)。光学输入波导12和光学输出波导16的尺寸相同。

光学输出波导16的数目根据例如具有不同波长并利用阵列波导光栅型光复用器/解复器把信号光解复用产生的光束数目来确定。阵列波导14通常包括大量(例如100)信道波导(14a)。然而，图1(a)简化了，图1(a)中信道波导(14a)、光学输出波导16、和光学输入波导12的数目不是准确的反映了它们的实际数目。

至少一个光学输入波导12之一连接到例如传输端光纤，以便把已经经过波分复用的光引导到光学输入波导12之一。经过光学输入波导12之一传播并被引导到第一片状波导13的光被其中的衍射作用衍射，并进入阵列波导14以便沿着阵列波导14传播。

沿着阵列波导14传播后，光到达第二片状波导15，然后在光学输出波导16会聚以便从此输出。由于阵列波导14的相邻信道波导(14a)之间有预先设定的长度差，沿着阵列波导14传播后的光束彼此之间具有相位差。光束的波前根据这一相位差倾斜，而且每个光束会聚的每个位置由该倾斜角确定。因此，具有不同波长的光束在彼此不同的位置会聚。通过在这些位置形成光学输出波导16，不同波长的光束能够从为各个波长设置的它们各自的光学输出波导16输出。

例如，如图1(a)所示，已经经过波分复用的波长为λ1、λ2、λ3...λn(n为大于等于2的整数)的光被从光学输入波导12之一输入。所述光在第一片状波导13中被衍射，到达阵列波导14，并沿着阵列波导14和第二片状波导15传播。然后，如上所述，光束在由它们的波长确定的不同位置分别会聚，进入不同的光学输出波导16，沿着它们各自的光学输出波导16传播，并从各自的光学输出波导16的输出端输出。具有不同波长的光束通过连接到光学输出波导16的输出端的光纤取出。

在该阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，波长分辨率的提高与阵列波导14的信道波导(14a)之间的长度差(ΔL)成比例。当光学复用器/解复器设计成具有大(ΔL)时，能够复用/解复用光以便利用小波长差实现波分复用，任何传统光学复用器/解复器都没有实现这一点。因此光学复用器/解复器能够具有复用/解复用多个信号光束的功能，尤其是解复用或复用多个波长差最大为1nm的光信号的功能。高密度光学波分复用通讯需要这样小的波长差。

阵列波导光栅型光学复用器/解复器例如通过在由硅(Si)制成的基质11上形成具有上述波导结构的波导形成区域10获得。

即，下包层(SiO2基质玻璃)和芯层(例如主要含有SiO2的玻璃中添加GeO2)通过火焰水解沉积方法形成在基质11上，上述波导结构例如通过光刻法和活性离子蚀刻方法形成。然后，覆盖芯的波导结构的覆盖包层通过火焰水解沉积方法形成。

为了证实图18(a)和18(b)所示的根据背景技术的阵列波导光栅型光学复用器/解复器是否具有所要求的光学复用器/解复器特性，本发明人以上述方式根据图18(a)和18(b)制造了具有16信道的阵列波导光栅型光学复用器/解复器样品，能够复用和解复用1.55μm波段内大约每0.8nm的光，并发现特点。

该样品的阵列波导光栅型光学复用器/解复器形成为具有上述波导结构的芯的高度设定为6.5μm，光学输入波导12和光学输出波导16的宽度设定为6.5μm，波导的相对折射率差(Δ)设定为0.8％。

结果，光损耗即第二个被光学复用器/解复器所要求的性能是优良的，为2.0dB，但是1dB波段宽度即第三个所要求的性能为0.1nm，不令人满意。

在上述条件下，进行如下研究以便扩展1dB波段宽度。首先，参考图20，把平5-313029号未审日本专利公开说明书中公开的一种楔状结构的楔状波导2设置在图19(a)和19(b)所示的阵列波导光栅型复用器/解复器的光学输入波导12的输出端。然后，形成具有16信道的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，能够复用和解复用1.55μm波段内波长差为大约0.8nm的光，并获得它的特点。

在阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，图20所示的楔状波导2的位于输出端部分(第一片状波导13的输入端)的楔状波导宽度(W5)设定为25μm，楔角(θ)设定为0.23°。

结果，光损耗即第二个所要求的光学复用器/解复器特性为3.8dB，第三要求特性的1dB波段宽度为0.3nm，二者均优良。然而，在光学复用器/解复器的第四要求性能中，虽然相邻串扰为-27dB，是优良的，但是背景串扰为-28dB，不能令人满意。

在该研究中，相邻串扰设定为关于光学传输中心波长处的损耗(后面将称为“光学传输中心波长”)与在通过频带±(0.8±0.1)nm的相邻波长范围内的最佳损耗之间的差的数值，背景串扰设定为所有通过频带中的最差串扰(通过频带＝通过波长±0.1nm)，而不是光学传输中心波长中的1.5nm。

在上述条件下，参考图22，把平8-122557号未审日本专利公开说明书公开的一种狭缝结构的狭缝形波导50设置在图21(a)和21(b)所示的阵列波导光栅型复用器/解复器的光学输入波导12的输出端。然后，形成具有16信道的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，能够复用和解复用1.55μm波段内波长差为大约0.8nm的光，并获得它的特点。

狭缝形波导50如图22所示，具有楔状波导部分(2A)，该部分的宽度逐渐增大，楔角为(θ)。楔状波导部分(2A)在其中心具有梯形狭缝19，以便两个窄波导部分8彼此分开。窄波导部分8之间的距离朝图22中的右方向(即朝着第一片状波导13)逐渐增大。梯形狭缝19有一个上底宽度(CW)，梯形狭缝19有一个下底宽度(SW)。

在这种情况下，光学输入波导12的波导宽度(W1)设定为6.5μm，楔状波导部分(2A)的楔角(θ)设定为0.4°，梯形狭缝19的上底宽度(CW)即在楔状波导部分(2A)的输出端窄波导部分8之间的宽度设定为3.2μm，梯形狭缝19的下底宽度(SW)即在第一片状波导13的输入端窄波导部分8之间的宽度设定为5.0μm，与第一片状波导13连接部分的宽度(W5)设定为18μm。而且，相应波导的高度设定为6.5μm，波导的相对折射率差设定为0.8％。

结果，作为第三个所要求的光学复用器/解复器特性即波段指标的1dB波段宽度为0.30nm，是优良的，但是光损耗即第二要求特性为5dB，不能令人满意。而且，作为光学复用器/解复器的第四需要性能的相邻串扰为-24dB，背景串扰为-27dB，二者均不能令人满意。

然后，把平9-297228号未审日本专利公开说明书公开的一种如图24所示的抛物线结构的抛物线波导20设置在图23(a)和23(b)所示的阵列波导光栅型复用器/解复器的光学输入波导12的输出端。然后，形成具有16信道的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，能够复用和解复用1.55μm波段内波长差为大约0.8nm的光，并获得它的特点。

在阵列波导光栅型光学复用器/解复器，如图24所示，光学输入波导12的宽度(W1)设定为6.5μm，抛物线楔型长度(L8)设定为420μm，抛物线楔型宽端的宽度(W8)设定为19μm。而且，波导高度设定为6.5μm，波导的相对折射率差设定为0.8％。

结果，光损耗即光学复用器/解复器特性的第二要求特性为3.2dB，是优良的，1dB波段宽度即第三要求特性为0.22nm，是优良的，背景串扰即第四要求特性之一为-33dB，也是优良的，但是相邻串扰为-24dB，不能令人满意。

而且，为了更详细研究具有上述抛物线波导20的结构的特性，根据平9-297228号未审日本专利公开说明书制造了具有相同尺寸的光学复用器/解复器样品，并检测它们的特性。结果示于表1中可以看到尽管设计尺寸相同，但是1dB波段宽度和相邻串扰差别很大。

表1

	光损耗(dB)	1dB波段  宽  度(nm)	相邻串扰(dB)	背景串扰(dB)
					样品1	3.2	0.20	-28	-35
样品2	3.0	0.25	-26	-37
					样品3	3.3	0.18	-30	-39
样品4	3.1	0.28	-24	-33
					样品5	3.2	0.22	-32	-38

通常，根据所要求的光学复用器/解复器的性能，这些通常是由波分复用传输系统所要求，1dB波段宽度至少为0.2nm(优选为至少0.24nm)，相邻串扰最大为-26dB，背景串扰最大为-30dB。

如果这些要求数值是标准数值，表1中的样品1至5中的两个样品不合格，合格率为3/5。而且，在标准数值中只有1dB波段宽度等于或大于0.24nm的情况下，所述0.24nm是优选数值，表1中的样品1至5中的四个样品不合格，合格率为1/5。

如上所述，即使采用了目前所提出的各种结构，也不能以高生产率获得满足上述光学复用器/解复器的所有第一至第四要求特性的阵列波导光栅型光学复用器/解复器。

在上述传统阵列波导光栅型光学复用器/解复器和包括设置在光学输入波导12的输出端的楔状波导2、狭缝形波导50和抛物线波导20之一的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，本发明人利用光束传播方法模拟第一片状波导13的输入端的光振幅分布，并通过上述模拟获得如下结论。

即，在传统阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，光振幅分布呈山形，具有一个陡峭的峰值，如图14所示，山周围的光振幅几乎为0。

相反，在楔状波导2设置在光学输入波导12的输出端的情况下，光振幅分布呈山形，与不设置楔状波导2的情况比较，具有平缓的峰值，如图15所示。而且，山的两脚端形成区域(a1和a2)，每个区域具有平缓的光振幅分布，通过光振幅几乎变为0的部分(图1 5中的位置(A))。区域(a1和a2)把光振幅分布沿着离开山峰中心的方向扩展。

而且，在狭缝形波导50设置在光学输入波导12的输出端的情况下，光振幅分布具有两个峰值，如图16所示，形成平缓的边缘部分(b1和b2)，也形成在两个峰值外侧(离开峰值中心的方向)平缓扩展的分布。

此外，在抛物线波导20设置在光学输入波导12的输出端的情况下，光振幅分布呈山形，与不设置抛物线波导20的情况比较，具有平缓的峰值，如图17所示。而且，山的两端形成皱折边缘分布(c1和c2)，但是光振幅不从分布部分(c1和c2)沿着离开峰值中心的方向扩展。

本发明人对于图14至17所示的各个光振幅分布作如下假设，研究结果可以与所需要的光学复用器/解复器的特性相关。即，如果接近于山顶部分的宽度宽，就能够扩展1dB波段宽度；在光振幅分布从接近于山顶的部分平缓扩展的情况下，相邻串扰变坏；在光振幅分布沿着离开峰值中心的方向扩展的情况下，背景串扰变坏。

根据上述推论，为了改善光损耗以便扩展1dB波段宽度，为了改善相邻串扰和背景串扰，本发明人考虑使从一个光学输入光纤12进入第一片状波导13的光的光振幅分布在进入第一片状波导13时具有如下形状光振幅分布。

即，本发明人假设如果进入上述第一片状波导13的光的光振幅分布呈山形，具有一个峰值，山顶的宽度比进入图18所示的阵列波导光栅型光学复用器/解复器的第一片状波导13的光的光分布宽度(参见图14)宽，而且光振幅分布形成为不产生如图15所示的区域(a1和a2)、如图16所示边缘部分(b1和b2)以及如图17所示的皱折边缘部分(c1和c2)中的任何一个，就能够实现上述效果。

而且，本发明人假设上述研究结果不仅可以用于阵列波导光栅型光学复用器/解复器，也可以用于构成其他光学复用器/解复器和类似部件的各种波导线路。

为了制造这样的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，即满足1dB波段宽度宽、相邻串扰和背景串扰低、以及损耗低，本发明人进行了大量研究并同时把注意力集中在光学输入波导与第一片状波导之间的连接结构上。

然后，本发明人发现如下事实。即，例如阵列波导光栅型光学复用器/解复器的至少一个光学输入波导中每一个的输出端连接到具有如下特性的单模端部宽度波导，以便从光学输入波导一边进入第一片状波导的光的光振幅分布(在第一片状波导输入端部分的光振幅分布)是具有一个峰值的山形，其中山顶的宽度宽，而且去掉边缘部分(即，不具有如图15所示的区域(a1和a2)、如图16所示边缘部分(b1和b2)以及如图17所示的皱折边缘部分(c1和c2)的形状)。

单模端部宽度波导是例如宽度朝着第一片状波导一边增大的梯形波导5，其中的斜线基本上是直的，梯形波导的上底(对着光学输入波导的一边)4比光学输入波导12的宽度宽，而且上底4的宽度满足单模条件。

因此，在根据本发明的本实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，通过连接结构如上所述的梯形波导，从光学输入波导一边进入第一片状波导的光的光振幅分布是一个峰值的山形，接近于山顶部分的宽，如上所述，而且去掉边缘部分。

满足上述单模条件的宽度以如下方式获得。在光纤中传播的光的归一化频率v通常用下面的式1表示： $V=k0a\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}$ ...(式1)

其中(a)是光纤的芯半径，(n1)是芯的折射率，(n0)是包层的折射率，(k0)是归一化波数，由k0＝2π/λ给出。注意，(λ)是光波长。

而且，当使上述式1对应于矩形波时，假设矩形波的宽度(或高度)为(W)，证明使a＝w/2.5所作近似相对好。因此，式1可以用下面的式2近似表示： $V=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·\frac{\mathrm{\ω}}{2.5}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}=\frac{4\mathrm{\π\ω}}{5\mathrm{\λ}}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}$ ...(式2)

而且，为了满足单模条件，必须满足下面的式3，式4是从式2和式3导出的。

v＜2.4                          (式3) $W<\frac{3\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}}$ (式4)

例如，假设光波导线路诸如阵列波导光栅型光学复用器/解复器的相对折射率差(Δ)为0.8％，传播光的波长(λ)为1.55μm，折射率(n1)为1.4560，折射率(n0)为1.4443，那么(w)小于8.03μm。

通常，在目前使用的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，如果光学输入波导的宽度为6.5μm，梯形波导的上底宽度小于8.03μm(例如大约为7.5μm)，满足上述单模条件，而且可以使所述宽度比相应光学输入波导的宽度宽，入射到梯形波导的光在宽度方向上传播。

参考图1(a)、1(b)和图2，阵列波导光栅型光学复用器/解复器包括形状呈梯形的梯形波导(宽度扩展波导)5，具有上底(第一端部)4和下底(第二端部)6。梯形波导5的上底4连接到光学输入波导12，下底6连接到第一片状波导13。下底6的宽度(第二宽度)(W4)大于上底4的宽度(第一宽度)(W3)。而且，第一宽度(W3)满足单模条件。参考图2，作为单模端部宽度波导的梯形波导5连接到作为单模波导的光学输入波导12的输出端。而且，梯形波导5是朝着第一片状波导13一边变宽的宽度波导。

如图2所示，在该实施例中，各个光学输入波导12的宽度为(W1)，梯形波导5与阵列波导14相对的端部宽度(上底4)为(W3)。梯形波导5以楔角θ变宽，梯形波导5的斜边3基本上是直的。梯形波导5的上底4的宽度(W3)大于相应光学输入波导12的宽度。下底6轻微弯曲并有一个宽度(W4)。

在本实施例中，上述参数以如下方式设置，即：每个光学输入波导12的宽度(W1)等于6.5μm，梯形波导5上底4的宽度(W3)等于7.5μm，楔角(θ)等于0.2°，梯形波导5的下底6的宽度(W4)等于19.0μm。根据第一实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器可以复用和解复用1.55μm波段内彼此波长差至少为大约0.08nm(换句话说，频率差至少大约为100GHz)的光信号。

在该实施例中，至少一个光学输入波导12之一例如连接到传输侧光纤，以便已经经过波分复用的光被引导到光学输入波导12之一。经过光学输入波导12之一传播的光进入梯形波导5。

进入梯形波导5的光沿着波导宽度扩展。然后光在改变它的光振幅分布的同时沿着梯形波导5传播。梯形波导5的宽度朝着第一片状波导13增加，当光传播时，光振幅分布中顶部宽度加宽，光振幅分布的基部被除去。

图3示出当通过光束传播方法模拟光振幅分布时在第一片状波导13的输入端的光振幅分布。如图3所示，光振幅分布具有顶部，顶部附近的宽度宽，边缘部分的上升(光振幅分布曲线的两侧)优良，即曲线没有如图15所示的区域(a1和a2)、如图16所示边缘部分(b1和b2)以及如图17所示的皱折边缘部分(c1和c2)。

根据本实施例，每个光学输入波导12通过每个梯形波导5连接到第一片状波导13。因此，光学振幅分布发生如上所述变化。因此在梯形波导5的输出端的光振幅分布(换句话说，第一片状波导13的入口处)具有如图3所示形状。这样使得能够提供这样的阵列波导光栅型复用器/解复器，即1dB波段宽度宽，光损耗低，相邻串扰和背景串扰低。

另外，根据该实施例，每个梯形波导5的宽度朝着第一片状波导13增加，斜线3基本上是直的。而且，每个光学输入波导12通过每个梯形波导5连接到第一片状波导13。因此，能够获得结构简单的阵列波导光栅型复用器/解复器。而且，容易以高生产率制造阵列波导光栅型复用器/解复器。

根据上述设计值制造了多个根据本发明的阵列波导光栅型复用器/解复器，并研究这些复用器/解复器的性能。

结果，损耗为2.9dB，1dB波段宽度为0.26nm，相邻串扰为-34dB，背景串扰为-37dB。所有特性都优良。图4示出根据本实施例的样品的光学传输波长特性的代表谱段。

而且，如表2所示，可以认识到损耗低，1dB波段宽度宽，相邻串扰和背景串扰低，而且阵列波导光栅型复用器/解复器的生产率也高。

表2

	光损耗(dB)	1dB波段  宽  度(nm)	相邻串扰(dB)	背景串扰(dB)
					样品1	2.8	0.26	-33	-39
样品2	2.9	0.30	-31	-42
					样品3	2.7	0.27	-35	-38
样品4	2.8	0.25	-34	-43
					样品5	2.8	0.24	-32	-38

然后，将描述根据本发明第二实施例的阵列波导光栅型复用器/解复器。在第二实施例的描述中，将省去上述第一实施例的重复描述。图5(a)是简要示出根据本发明第二实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器主要结构及其它的操作的透视图，图5(b)示出图5(a)中的虚线(A)包围的部分的放大平面图。此外图6示出放大图中的一个光学输入波导12的输出端细节例子。

在第二实施例中，直波导(窄宽度直波导)1位于光学输入波导12与梯形波导15之间。直波导的宽度比相应光学输入波导12的宽度窄。

各个直波导1的宽度方向中心位于相应梯形波导5的宽度方向输入端中心。各个直波导1形成光功率中心位置调整装置，把通过光学输入波导12传播的光功率中心移到直波导1的宽度方向中心，并使得光功率中心入射到梯形波导5在宽度方向上的输入端中心。直波导1的宽度为(W2)，它的长度为(L1)。

在第二实施例中，例如，直波导1的宽度(W2)设定为3.0μm，直波导1的长度(L1)设定为500μm，其他参数(W1，W3，θ，W4)与上述第一实施例的参数数值相同。而且，根据第二实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器能够复用和解复用1.55μm波段内彼此波长差至少为大约0.8nm的光信号。

第二实施例的结构如上所述，而且在第二实施例中，使得引导到光学输入波导12的波长复用光入射到直波导1，而且利用直波导1把光功率中心移到直波导1的中心，并使得光功率中心入射到梯形波导5在宽度方向上的中心。

然后，入射到梯形波导5的光在波导宽度方向上扩展，如同上述第一实施例中一样，然后光振幅分布在梯形波导5中变化的同时前进。然后，假设光前进时，如同上述第一实施例中一样，接近于山顶部的光振幅分布宽度扩展，而光振幅分布的边缘部分被去掉。

图7示出当通过光束传播方法模拟光振幅分布时在第一片状波导13的输入端的光振幅分布。如图7所示，光振幅分布具有顶部，接近顶部的宽度宽，边缘部分的上升(两侧)优良，如同在上面第一实施例中所解释的一样。

第二实施例具有与上面第一实施例中一样的效果。

而且，在第二实施例，因为直波导1位于光学输入波导12与梯形波导15之间，可以通过直波导1使得光强度中心入射到梯形波导5在宽度方向上的中心。

因此，在第二实施例，即使沿着光学输入波导12传播的光强度中心位置偏离光学输入波导12在宽度方向上的中心位置，也使得光强度中心入射到梯形波导5在宽度方向上的中心，更能够确保使得光振幅分布为上述形状，因而能够提供这样的阵列波导光栅型复用器/解复器，即损耗特性、1dB波段宽度、相邻串扰和背景串扰均优良。

下面，将描述根据本发明第二实施例的样品。根据上述设计值制造了多个根据第二实施例的阵列波导光栅型复用器/解复器样品，并研究这些复用器/解复器的性能。

结果，损耗为2.7dB，1dB波段宽度为0.26nm，相邻串扰为-31dB，背景串扰为-37dB。所有特性都优良。而且，研究具有上述第二实施例相同设计的阵列波导光栅型复用器/解复器样品的光损耗、1dB波段宽度、相邻串扰和背景串扰变化的结果，证实这些样品中变化是很小的。

然后，将描述根据本发明第三实施例的阵列波导光栅型复用器/解复器。在第三实施例的描述中，将省去上述第一和第二实施例的重复描述。图8(a)是简要示出根据本发明第三实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器主要结构及其它的操作的透视图，图8(b)示出图8(a)中的虚线(A)包围的部分的放大平面图。此外，图9示出放大图中的一个光学输入波导12的输出端细节例子。

在第三实施例中，光学输入波导12通过等宽度波导9连接到梯形波导5。等宽度波导9的宽度与梯形波导5的窄端宽度相同。

在第三实施例中，作为宽度波导的梯形波导5朝着阵列波导一侧变宽，设置在作为单模波导的等宽度波导9的输出端。

在第三实施例中，例如，等宽度波导9的宽度(W3)(梯形波导5的上底4的宽度)设定为7.5μm，等宽度波导9的长度(L2)设定为250μm，其他参数(W1，θ，W4)与上述第一实施例的参数数值相同。而且，根据第三实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器能够复用和解复用1.55μm波段内彼此波长差至少为大约0.8nm的光信号。

图10示出当通过光束传播方法模拟光振幅分布时在第一片状波导13的输入端的光振幅分布。图中所示的光振幅分布具有顶部。接近顶部的宽度宽，边缘部分的上升(两侧)优良，如同在上面第一实施例中所解释的一样。

因此，通过相同机构第三实施例也可以获得与上面第一实施例一样的效果。

下面，将描述根据本发明第三实施例的样品。根据上述设计值制造了多个根据第三实施例的阵列波导光栅型复用器/解复器样品，并研究这些复用器/解复器的性能。

结果，损耗为2.8dB，1dB波段宽度为0.26nm，相邻串扰为-31dB，背景串扰为-32dB。而且，研究具有上述第三实施例相同设计的阵列波导光栅型复用器/解复器样品的光损耗、1dB波段宽度、相邻串扰和背景串扰变化的结果，证实这些样品中变化是很小的。

然后，将描述根据本发明第四实施例的阵列波导光栅型复用器/解复器。在第四实施例的描述中，将省去上述各个实施例的重复描述。图11(a)是简要示出根据本发明第四实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器主要结构及其它的操作的透视图，图11(b)示出图8(a)中的虚线(A)包围的部分的放大平面图。此外，图12示出放大图中的一个光学输入波导12的输出端细节例子。

在第四实施例中，光学输入波导12通过直波导(窄宽度直波导)1和等宽度波导9连接到梯形波导5。直波导1的宽度比光学输入波导12的宽度窄。

各个直波导1的宽度方向中心位于相应等宽度波导9的宽度方向输入端中心。各个直波导1把通过光学输入波导12传播的光功率中心移到直波导1的宽度方向中心，并使得光功率中心入射到等宽度波导9在宽度方向上的输入端中心。直波导1的宽度为(W2)，它的长度为(L1)。

在第四实施例中，例如，直波导1的宽度(W2)设定为3.0μm，直波导1的长度(L1)设定为500μm，其他参数(W1，W3，θ，W4)设置成与上述第三实施例的参数数值相同。而且，根据第三实施例的阵列波导光栅光学复用器/解复器能够复用和解复用1.55μm波段内彼此波长差至少为大约0.8nm的光信号。

第四实施例的结构如上所述，而且在第四实施例中，使得引导到光学输入波导12的波长复用光入射到直波导1，而且利用直波导1把光功率中心移到直波导1的中心，并使得光功率中心入射到等宽度波导9在宽度方向上的中心。

然后，入射到等宽度波导9的光在波导宽度方向上扩展，如同上述第二实施例中所解释的一样，然后光振幅分布在梯形波导5中变化的同时前进，产生如同上述第三实施例中一样的效果。

图13示出当通过光束传播方法模拟光振幅分布时在第一片状波导13的入射端的光振幅分布。如图13所示，光振幅分布具有顶部，接近顶部的宽度宽，边缘部分的上升(两侧)优良，如同在上面各个实施例中所解释的一样。

而且，在第四实施例，因为直波导1位于光学输入波导12与等宽度波导9之间，可以通过直波导1使得光强度中心入射到等宽度波导9在宽度方向上的中心。

因此，在第四实施例，即使沿着光学输入波导12传播的光强度中心位置偏离光学输入波导12在宽度方向上的中心位置，也使得光强度中心位置入射到等宽度波导9在宽度方向上的中心，更能够确保使得光振幅分布为如图13所示形状。因而，能够获得这样的阵列波导光栅型复用器/解复器，即损耗特性、1dB波段宽度、相邻串扰和背景串扰均优良。

下面，将描述根据本发明第四实施例的样品。根据上述设计值制造了多个根据第四实施例的阵列波导光栅型复用器/解复器样品，并研究这些复用器/解复器的性能。

结果，损耗为2.8dB，1dB波段宽度为0.26nm，相邻串扰为-30dB，背景串扰为-35dB。而且，研究具有上述第四实施例相同设计的阵列波导光栅型复用器/解复器样品的损耗、1dB波段宽度、相邻串扰和背景串扰变化的结果，证实这些样品中变化是很小的。

因此，根据上述本发明的实施例，可以获得具有上述优良效果的优异阵列波导光栅型复用器/解复器。

本发明并不限于上述实施例，而是可以进行各种改进和变形。例如，参考图25，所有光学输出波导16中的每一个可以通过每个梯形波导5连接到第二片状波导15。参考图26，每个梯形波导5可以通过每个直波导1连接到所有光学输出波导16中的每一个。而且，参考图27，每个梯形波导5可以通过每个等宽度波导9连接到所有光学输出波导16中的每一个。而且，参考图28，每个梯形波导5可以通过每个直波导1和每个等宽度波导9连接到所有光学输出波导16中的每一个。另外，参考图29，每个光学输入波导12可以通过每个梯形波导5连接到第一片状波导13，所有光学输出波导16中的每一个也可以通过每个梯形波导5连接到第二片状波导15。在图29中，每个梯形波导5可以通过每个直波导和/或每个等宽度波导连接到每个光学输入波导12。另外，在图29中，每个梯形波导5可以通过每个直波导和/或每个等宽度波导连接到每个光学输出波导16。另外，参考图30，所有光学输入波导12中有些可以通过每个梯形波导5连接到第一片状波导13，其他光学输入波导12可以直接连接到第一片状波导13，而不插入梯形波导5。

在上述实施例中，梯形波导5的宽度朝着阵列波导14一侧增大，而且，梯形波导5的与阵列波导14相反一侧的端部宽度比相应光学输入波导12或光学输出波导16的宽度宽，并满足单模条件。因此，能够获得上述效果。

当每个梯形波导5设置在多个光学输出波导16的每个输出端时，可以把如同在第二实施例中所述的直波导1插入在每个光学输出波导16和每个梯形波导5之间。也可以在每个光学输出波导16和每个梯形波导5之间形成等宽度波导9和/或直波导(窄的直波导)1，如同第三和第四实施例所述。

如果每个梯形波导5设置在光学输出波导16的每个输出端，梯形波导5的上底4的宽度必须比光学输出波导16宽，而且上底4的宽度满足单模条件。另一方面，如果每个直波导1插入在每个光学输出波导16和每个梯形波导5之间，直波导1必须比光学输出波导16窄。而且，例如梯形波导5的斜线可以基本上是直的。

根据本发明的实施例对梯形波导的宽度、长度和楔角、直波导的宽度和长度以及等宽度波导的长度没有特别限制，这些参数是适当设置的。例如，如果根据阵列波导光栅型光学复用器/解复器的指标和如图3、7、10和13所示的光振幅分布模拟结果设置这些参数，阵列波导光栅型光学复用器/解复器可以具有上述实施例所述的优良效果。

用于根据本发明实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器的宽度扩展波导不必包括梯形波导。只要单模端部宽度波导满足下列条件就足够了，即比相应光学输入波导和光学输出波导的宽度宽，而且具有足够宽的端部宽度满足单模条件，以及在至少部分波导上波导宽度朝着阵列波导增大。

例如在图2、6、9和12所示的根据本发明实施例的扩展波导宽度的结构用做上述实施例中阵列波导光栅型光学复用器/解复器的线路结构的一部分。然而，根据本发明实施例的宽度扩展波导可以用于阵列波导光栅型光学复用器/解复器以外的线路结构的光波导线路。

另外，根据本发明实施例的宽度扩展波导并不总是限于具有梯形波导的结构，而是可以如下方式设计，即单模端部宽度波导的端部宽度比相应光学输入波导或光学输出波导的宽度宽并满足单模条件，而且朝着阵列波导一侧变宽的宽度波导设置在单模端部宽度波导的至少一部分上。

如上所述，在根据本发明实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，端部宽度比相应光学输入波导的宽度宽并满足单模条件的单模端部宽度波导连接到例如光学输入波导的输出端，朝着阵列波导一侧变宽的宽度波导设置在单模端部宽度波导的至少一部分上。单模端部宽度波导的与阵列波导一侧相反的端部(光学输入波导一侧的端部)的宽度比相应光学输入波导的宽度宽并满足单模条件。

在这样设计的根据本发明实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，损耗低，即1dB波段宽度宽，相邻串扰和背景串扰低。

上述单模端部宽度波导可以由例如朝着阵列波导一侧变宽的梯形波导形成。而且，单模端部宽度波导可以设计成以梯形波导作为宽度波导。在这种情况下，光在梯形波导的宽度方向变宽，然后光振幅分布可以形成为山形，其中接近于顶部的宽度宽，边缘部分的上升优良，从而能够产生上述效果。

而且，根据本发明实施例的结构简单，因此能够以高生产率制造阵列波导光栅型光学复用器/解复器，制造容易。

而且，因为阵列波导光栅型光学复用器/解复器具有光学线路的互反性，在根据本发明实施例阵列波导光栅型光学复用器/解复器中，即使在这样的情况下，即端部宽度比相应光学输出波导的宽度宽并满足单模条件的单模端部宽度波导连接到光学输出波导的每个入口端，朝着阵列波导一侧变宽的宽度波导设置在单模端部宽度波导的至少一部分上，也能够获得相同的效果。

类似地，在这种情况下，上述单模端部宽度波导可以由例如朝着阵列波导一侧变宽的梯形波导形成。而且，单模端部宽度波导可以设计成以梯形波导作为宽度波导。

对于与梯形波导的窄端一样窄的等宽度波导形成在梯形波导的窄端的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，也可以获得上述相同的效果。

根据本发明实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器能够使得从宽度波导诸如梯形波导输出的光的整体强度分布形状不变形。这是通过在每个光学输入波导与诸如每个梯形波导之间设置比光学输入波导窄的直波导实现的。或者通过在形成有等宽度波导的结构中在等宽度波导与它的相关光学输入波导之间设置窄的直波导实现的。因为有窄的直波导，即使每个光学输入波导具有弯曲部分，而且在光通过该弯曲部分传播后，光强度分布的中心位置偏离光学输入波导的宽度中心，当光沿着直波导传播时能够把光强度分布的中心位置移到直波导的中心。因此能够把光强度中心输入到诸如梯形波导的宽度波导的宽度方向中心上。

阵列波导光栅型光学复用器/解复器利用光学线路的互反性。因此对于这样的根据本发明实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，即把比光学输出波导窄的直波导插入在每个诸如梯形波导的宽度波导和每个光学输出波导之间，也能够获得上述相同的效果。而且，把窄的直波导插入在每个等宽度波导和每个光学输出波导之间的根据本发明实施例的阵列波导光栅型光学复用器/解复器，也能够获得相同的效果。

而且，在根据本发明实施例的光学波导线路中，端部宽度比单模波导的宽度宽并满足单模条件的单模端部宽度波导连接到单模波导，朝着阵列波导一侧变宽的宽度波导设置在单模端部宽度波导的至少一部分上。通过这一结构，光学振幅分布可以形成为山形，接近于顶部的宽度宽，而且边缘部分上升优良。

因此，上述结构用于不同线路结构，诸如阵列波导光栅型光学复用器/解复器，能够改善例如复用和解复用光的平坦性，能够产生减小相邻串扰和背景串扰的效果。

在根据本发明实施例的光学波导线路中，单模端部宽度波导是诸如梯形波导，因此利用非常简单的结构就能够有效地实现上述效果。

本发明的实施例把宽度朝着阵列波导增加的单模端部宽度波导诸如上述梯形波导放置在例如每个光学输入波导的输出端。这样使得能够把从单模端部宽度波导输出进入第一片状波导13的光的光振幅分布形成为山形，其中接近于山顶的宽度宽，而且去掉边缘部分。因此本发明的实施例能够提供1dB波段宽度宽、损耗低、及相邻串扰和背景串扰都低的阵列波导光栅型光学复用器/解复器。

单模端部宽度波导可以制成例如如上所述的梯形波导本身，或者可以制成梯形波导作为宽宽度波导。

具体地，本发明的实施例能够使得从梯形波导输出的光的整体强度分布形状不变形。这是通过例如在光学输入波导与梯形波导之间设置比光学输入波导窄的直波导实现的。因为这一直波导，即使光学输入波导具有弯曲部分，而且在光通过该弯曲部分传播后，光强度分布的中心位置偏离光学输入波导的宽度中心，在光沿着直波导传播期间能够把光强度分布的中心位置移到直波导的中心。因此能够把光强度中心输入到梯形波导的宽度中心上。

因为阵列波导光栅型光学复用器/解复器利用光学线路的互反性形成，类似地在下列情况下，即各个光学输出波导的每个输入端连接到端部宽度比相应光学输出波导的宽度宽并满足单模条件的每个单模端部宽度波导上的，把朝着阵列波导一侧增加的宽度波导设置在单模端部宽度波导的至少一部分上(在它的纵向)，也能够提供1dB波段宽度宽、损耗低、及相邻串扰和背景串扰都低的阵列波导光栅型光学复用器/解复器。

在上述情况下，单模端部宽度波导在光学输出波导一侧的宽度比相应光学输出波导的宽度宽并满足单模条件。

显然，根据上述教导可以对本发明进行各种改进和变形。因此应该理解在所附权利要求书的范围内，可以这里的具体描述以外的方式实施本发明。

Claims (32)

1、一种阵列波导光栅光学复用器/解复器，包括：

至少一个第一光波导；

第一片状波导；

阵列波导，通过所述第一片状波导连接到所述至少一个第一光波导，所述阵列波导包括多个信道波导，每个信道波导的长度彼此不同；

第二片状波导；

多个第二光波导，通过所述第二片状波导连接到所述阵列波导；和

至少一个宽度扩展波导，具有第一端部和第二端部，所述第二端部的第二宽度大于所述第一端部的第一宽度，所述至少一个宽度扩展波导中每一个的第一端部连接到所述至少一个第一光波导中的每一个上，第二端部连接到所述第一片状波导上，第一端部的第一宽度大于所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度，所述第一端部的第一宽度满足单模条件，所述至少一个宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

2、根据权利要求1所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个直波导，设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述至少一个宽度扩展波导之间，所述至少一个直波导的宽度比所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度窄。

3、根据权利要求1所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个等宽度波导，设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述至少一个宽度扩展波导之间，所述至少一个等宽度波导具有基本上恒定的宽度，该宽度基本上等于所述至少一个宽度扩展波导的第一端部的第一宽度。

4、根据权利要求3所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个直波导，设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述至少一个等宽度波导之间，所述至少一个直波导的宽度比所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度窄。

5、根据权利要求1所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述第一端部的第一宽度(w)满足下列式子： $W<\frac{3\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}}...$ (式4)

其中(n1)是芯的折射率，(n0)是包层的折射率，(λ)是光波长。

6、根据权利要求1所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述至少一个宽度扩展波导的形状是梯形，其中第一端部是上底，第二端部是下底。

7、根据权利要求1所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所有所述至少一个第一光学输入波导分别连接到所有所述多个宽度扩展波导上。

8、根据权利要求1所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述至少一个第一光学波导包括多个第一光学波导，其中至少一个连接到所示第一片状波导上，而不插入所述至少一个宽度扩展波导。

9、一种阵列波导光栅光学复用器/解复器，包括：

至少一个第一光波导；

第一片状波导；

阵列波导，通过所述第一片状波导连接到所述至少一个第一光波导，所述阵列波导包括多个信道波导，每个信道波导的长度彼此不同；

第二片状波导；

多个第二光波导，通过所述第二片状波导连接到所述阵列波导；和

多个宽度扩展波导，其中每一个具有第三端部和第四端部，第四端部的第四宽度大于第三端部的第三宽度，所述多个宽度扩展波导中每一个的第三端部连接到多个第二光波导中的每一个上，第四端部连接到所述第二片状波导上，第三端部的第三宽度大于所述多个第二光波导中每一个的第二光波导宽度，第三端部的第三宽度满足单模条件，宽度扩展波导的宽度从第三端部向第四端部增加。

10、根据权利要求9所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个直波导，其中每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个宽度扩展波导之间，所述多个直波导中每一个的宽度比所述多个第二光波导的第二光波导宽度窄。

11、根据权利要求9所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个等宽度波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个宽度扩展波导之间，所述多个等宽度波导中的每一个具有基本上恒定的宽度，该宽度基本上等于所述第三端部的第三宽度。

12、根据权利要求11所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个直波导，每一个设置在每一个所述多个二光波导和每一个所述多个等宽度波导之间，所述多个直波导中每一个的宽度比所述多个第二光波导的第二光波导宽度窄。

13、根据权利要求9所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述第三端部的第三宽度(w)满足下列式子： $W<\frac{3\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}}...$ (式4)

其中(n1)是芯的折射率，(n0)是包层的折射率，(λ)是光波长。

14、根据权利要求9所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述多个宽度扩展波导中每一个的形状是梯形，其中第三端部是上底，第四端部是下底。

15、一种阵列波导光栅光学复用器/解复器，包括：

至少一个第一光波导；

第一片状波导；

阵列波导，通过所述第一片状波导连接到所述至少一个第一光波导，所述阵列波导包括多个信道波导，每个信道波导的长度彼此不同；

第二片状波导；

多个第二光波导，通过所述第二片状波导连接到所述阵列波导；和

至少一个第一宽度扩展波导，具有第一端部和第二端部，第二端部的第二宽度大于第一端部的第一宽度，所述至少一个第一宽度扩展波导中每一个的第一端部连接到所述至少一个第一光波导的每一个上，第二端部连接到所述第一片状波导上，第一端部的第一宽度大于所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度，所述第一端部的第一宽度满足单模条件，所述至少一个第一宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加，以及

多个第二宽度扩展波导，其中的每一个具有第三端部和第四端部，第四端部的第四宽度大于第三端部的第三宽度，所述多个第二宽度扩展波导中每一个的第三端部连接到所述多个第二光波导中的每一个上，第四端部连接到所述第二片状波导上，第三端部的第三宽度大于所述多个第二光波导的每一个的第二光波导宽度，所述第三端部的第三宽度满足单模条件，所述第二宽度扩展波导的宽度从第三端部向第四端部增加。

16、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个第一直波导，每一个设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述至少一个第一宽度扩展波导之间，至少一个第一直波导的宽度比所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度窄。

17、根据权利要求16所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个第二直波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个第二宽度扩展波导之间，每一个第二直波导的宽度比每一个所述多个第二光波导的第二光波导宽度窄。

18、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个第二直波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个第二宽度扩展波导之间，每一个第二直波导的宽度比每一个所述多个第二光波导的第二光波导宽度窄。

19、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个第一等宽度波导，每一个设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述至少一个第一宽度扩展波导之间，第一等宽度波导具有基本上恒定的宽度，该宽度基本上等于所述至少一个第一宽度扩展波导的第一端部的第一宽度。

20、根据权利要求19所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个第一直波导，每一个设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述第一等宽度波导之间，第一直波导的宽度比所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度窄。

21、根据权利要求19所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个第二等宽度波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个宽度扩展波导之间，第二等宽度波导中的每一个具有基本上恒定的宽度，该宽度基本上等于第三端部的第三宽度。

22、根据权利要求21所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个第一直波导，每一个设置在每一个所述至少一个第一光波导和每一个所述至少一个第一等宽度宽度波导之间，至少一个第一直波导的宽度比所述至少一个第一光波导的第一光波导宽度窄。

23、根据权利要求22所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个第二直波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个第二等宽度波导之间，每一个第二直波导的宽度比每一个所述多个第二光波导的第二光波导宽度窄。

24、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个第二等宽度波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个第二宽度扩展波导之间，第二等宽度波导中的每一个具有基本上恒定的宽度，该宽度基本上等于第三端部的第三宽度。

25、根据权利要求24所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

多个第二直波导，每一个设置在每一个所述多个第二光波导和每一个所述多个第二等宽度波导之间，每一个第二直波导的宽度比每一个所述多个第二光波导的第二光波导宽度窄。

26、根据权利要求25所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，进一步包括：

至少一个第一等宽度波导，每一个设置在所述至少一个第一光波导和所述至少一个第一宽度扩展波导之间，至少一个第一等宽度波导具有基本上恒定的宽度，该宽度基本上等于所述至少一个第一宽度扩展波导的第一端部的第一宽度。

27、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述第一端部的第一宽度(w)满足下列式子： $W<\frac{3\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}}$ (式4)

其中(n1)是芯的折射率，(n0)是包层的折射率，(λ)是光波长。

28、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述第三端部的第三宽度(w)满足下列式子： $W<\frac{3\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}}...$ (式4)

其中(n1)是芯的折射率，(n0)是包层的折射率，(λ)是光波长。

29、根据权利要求15所述的阵列波导光栅光学复用器/解复器，其中所述至少一个第一宽度扩展波导的形状是梯形，其中第一端部是上底，第二端部是下底，其中每一个所述多个第二宽度扩展波导的形状是梯形，其中第三端部是上底，第四端部是下底。

30、一种宽度扩展波导，包括：

第一端部；和

第二端部，第二端部的第二宽度大于第一端部的第一宽度，第一端部设计成连接到第一光波导上，第二端部设计成连接到第一片状波导上，第一端部的第一宽度大于第一光波导的第一光波导宽度，第一端部的第一宽度满足单模条件，宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

31、一种光波导线路，包括：

宽度扩展波导，包括：

具有第一宽度的第一端部，设计成连接到单模波导上，第一宽度大于单模波导的波导宽度，并满足单模条件；以及具有第二宽度的第二端部，所述第二宽度大于第一端部的第一宽度，宽度扩展波导的宽度从第一端部向第二端部增加。

32、根据权利要求31所述的光波导线路，其中所述宽度扩展波导的形状是梯形，其中第一端部是上底，第二端部是下底。

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