CN1416235A - 波分分用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明可提供一种可降低输入板和信道波导之间的连接损耗和抑制高次模光的激发来降低损耗的波分分用设备。本发明的波分分用设备包括，用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导，使从第一波导输入的波分复用光漫射的第一板，多个具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播，第二板，用来接收波分复用光并通过聚光接收到的波分复用光分用为多个波长，以及第二波导，用来使经第二板分用的光于其中传播，所有上述部件均形成在基底上。信道波导和第一板在多个节点处互相光学耦合，该节点数比所述信道波导和所述第二板在多个节点处相互光学耦合的节点数大。

Description

波分分用设备
技术领域
本发明涉及特别适于与阵列波导光栅(AWG)型波分复用及分用设备配合使用的波分分用设备，此设备用于波分复用通信。
背景技术
图28为示出通常的阵列波导光栅型波分复用及分用设备的配置框图。此波分复用及分用设备可作为波分复用设备和波分分用设备中的任何一个工作。在下面的描述中，波分复用和分用设备称为MUX/DEMUX并且，除非另外指出，将用作表示波分复用设备或波分分用设备的术语。另外，对这种情况进行了描述，其中主要关注的是MUX/DEMUX具有的复用功能和分用功能中的分用功能，MUX/DEMUX的是用作波分分用设备。应该指出，在MUX/DEMUX执行波分复用功能时光的输入和输出方向与MUX/DEMUX执行波分分用功能时光的输入和输出方向相反。
参考图28，示出的MUX/DEMUX 106包含一单个输入波导101，输入板(slab)102，多个信道波导103，输出板104及n个输出波导105，全部形成于基底100上，并使输入波导101，输入板102，信道波导103，输出板104及输出波导105可具有与周围区域100A相比相对高的折射率。
应当指出，在下面的描述中，由具有与周围区域100A相比相对高的折射率的材料形成的那一部分有时称为“纤芯”，而由具有相对低的折射率的材料形成的并且包围纤芯的另外部分有时称为“包层”。输入波导1，输入板2，信道波导3，输出板4及输出波导5对应于纤芯，而包围输入波导1，输入板2，信道波导3，输出板4及输出波导5的区域100A对应于包层。
在图28所示的MUX/DEMUX 106中，当波长区中的复用光输入到MUX/DEMUX 106的输入波导101时，分裂为不同波长的光从输出波导105的信道#1至#n输出。另一方面，当多个不同波长的光输入到输出波导105的信道#1至#n时，从输入波导101输出其中所有波长的光在波长区聚束并复用的光。
下面通过与普通光谱仪(单色仪)进行比较对MUX/DEMUX 106的配置予以描述。MUX/DEMUX 106的功能例如不仅由示于图28和29(a)的AWG型装置，而且也由示于图35和29(b)的光谱仪型装置以及其他装置实现。
图35为示出普通光谱仪的配置的示例。参考图35，示出的光谱仪是体衍射光栅型，并且通常难于减小衍射光栅的栅距。与此相对，AWG型光谱仪不需要栅距，只需要设计组成AWG的波导之间的长度差。
同时，图29(a)为示出AWG型MUX/DEMUX 106的波导的纤芯形状的示意图并特别示出MUX/DEMUX 106的纤芯部分。图29(a)中示出的部件(元件或部分)101至105分别对应于光谱仪的部件。
图29(c)为示出利用波导及普通光谱仪配置的波分复用及分用设备的部件之间的相应关系的示图。此相应关系参考图35予以描述。示于图35中的光谱仪110，除具有粗糙不平表面的衍射光栅113以外，还包括一个单个的输入光纤111，输入准直透镜112，聚光透镜114及n根输出光纤115。
MUX/DEMUX 106(参考图29(a))的部件输入波导101，漫射并输出波分复用激光(它是波分分用的对象)到下一级的输入板102。另外，如图29(c)所示，输入波导101在功能上与光谱仪110的输入光纤111在下面一点上对应，即它对漫射光起一个入射狭缝作用。应该指出，图29(a)为特别示出MUX/DEMUX 106的纤芯元件的示意图。
与此类似，输入板102漫射入射到输入波导101的光并使漫射光耦合到下一级的信道波导103。输入板102的功能对应于光谱仪110中的输入准直透镜112(其功能为将来自输入光纤111的入射光功率调准并使之照射到下一级中的衍射光栅113上)。
同时，与光谱仪110的衍射光栅113对应的信道波导103使各波长的光偏转一预定的角度，见下述，并且与聚光透镜114对应的输出板104将自信道波导103输出(出射或射出)的衍射光聚光。与输出光纤115对应的输出波导105将发自输出板104的出射光的光谱切去一部分。
此处，形成的信道波导103的长度不同，即示于图28和29(a)中的MUX/DEMUX 106的最下边位置的信道波导的长度最短，而位置较其高的任何其他信道波导的长度逐渐增加。相邻信道波导的长度差相互相等。信道波导在波分(使光分裂为各个波长)或波分复用中起重要的作用。下面对信道波导103的动作予以描述。
图30(a)和30(b)为分别示出图28和29(a)所示的MUX/DEMUX 106的多个信道波导103的三个相邻信道波导的示图。示于图30(a)和30(b)的信道波导131至133中的每一个都具有光波的“峰”的位置(实心点)和“谷”的位置(空心点)。此处，在信道波导131至133中传播的光波以cos(α)(α代表相位)表示，“峰”代表相位α为2×n×π的位置，而“谷”代表相位α为(2n+1)×π的位置。应该指出，n和π分别是正整数和数π。
因此，在图31(a)和31(b)的每一个中，两相邻“峰”之间的长度等于在信道波导131至133中传播的光波的波长。具体说来，示于图30(a)和30(b)中的光的波长分别等于λ0和λ1。
图30(a)示出当光具有等于用于波分复用传播的光的波长设备中的中心波长时的光的相位。信道波导103的每一个的长度都设计成为其中可包含一个在波分复用光的波长间的中心波长λ0的精确正整数的光波。更具体说，在图30(a)的场合，信道波导103的长度设计成为在最短的波导131中包含9个中心波长λ0的波，在中间的波导132中包含10个中心波长λ0的波，而在最长的波导133中包含11个中心波长λ0的波。
例如，从图31可见，当信道#1至#11是从短波带起顺序设定时，设定于信道#6的光的波长对应于上述的中心波长λ0。
具体说来，从图30(a)可知，具有要从波导131至133输出的中心波长的分量的光波在输出板104和信道波导131至133间的板边界线142的位置上具有同一相位。换言之，从信道波导103输出的波长λ0的光波的等相位波面p1垂直于信道波导131至133，并且从三个信道波导131至133输出的光被衍射向相对信道波导131至133的输出方位角精确水平方向d1。
然而，从图30(b)可知，比中心波长分量的波长短Δλ的波长λ1的光波在输出板104和信道波导131至133间的板边界线142的位置上不具有同一相位，但在信道波导131至133间偏移一个Δλ单位的另一个位置上具有同一相位。换言之，波长λ1的光波的等相位波面p2不垂直于信道波导131至133，并且从信道波导131至133输出的光也被衍射向图30(a)的上侧方向d2。
应该指出，根据与上述类似的原理波长比中心波长λ0长Δλ的光波被衍射向图30(b)中的下侧方向。因此，由于各信道波导103的衍射方向(衍射角)取决于的光学波长值，信道波导103可分用波分复用光。
输出板104可对单个波长的在预定方向上衍射和由信道波导103复用的光聚光，并且将聚光光提供给相应信道的输出波导105。
与此相对，如果与从信道#1至#n输出的光(例如，图31所示的ch#1至ch#11的输出)对应的特定波导的光(通常是宽度比MUX/DEMUX 106的带宽小的频谱的光应用于波分复用通信)输入到输出波导105(参考图28)作为信道#1至#n的输出，则所有的光被复用并从输入波导101(参考图28)输出。
图31示出上面参考图28和29(a)所描述的MUX/DEMUX 106的光谱特性曲线和介入损耗的示例。如果对11个信道(信道(ch)#1至信道#11)波分复用光是输入到输入波导101，则输出波导105输出具有如图31的信道#1至信道#11发出的强度的光。
作为本发明涉及的设备的AWG的基本配置和操作在例如，“IEEEJOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS.VOL.2 No.2，pp.236-250(1996)”等文献中公开。根据本发明的波分复用和分用设备，除了本发明的特征部分外在配置、功能和操作方面与在上述参考文献中公开的相类似。
MUX/DEMUX 106的介入损耗是一种在该损耗下使输出波导105的信道#1至#n中的各信道的传输系数表现出最大值的损耗，或换言之，是一种相对输入光波长损耗最低的波长损耗。例如，从图31可知，MUX/DEMUX 106的介入损耗在输出信道(#1至#n)间是有差别的。
上面参考图31描述的此种介入损耗主要是出现于输入板102和各信道波导103之间的连接位置(参考示于图30中的板边界线122；以下称其为节点(node))及在输出板104和各信道波导103间的节点(参考示于图30(a)和30(b)中的板边界线142)。
图32(a)至32(c)每一个都是示出在上述输入板102和信道波导103间的节点处的介入损耗出现的系数的示图。特别是，图32(a)示出MUX/DEMUX 106的基本部分，而图32(b)示出放大的输入板102，同时图32(c)示出进一步放大的输入板102和信道波导103间的节点。
如注意到输入板102和信道波导103间的节点如图32(c)所示那样位于其上的板边界线122，从输入板102向着信道波导103前进的光8中，由信道波导103传送的光85是有效的，但抵达间隙部123的光受到散射而成为无效光86，并因而成为损耗。
作为减小上述这种介入损耗的第一种对策，可使用图33(a)所示的这种输入板102-1作为图28所示的MUX/DEMUX 106的输入板。示于图33(a)的输入板102-1具有减小的信道波导距离dc，结果使信道波导103的连接损耗减小。
特别是，如信道波导距离dc可在宽度w、焦距f(从信道波导中心21到信道波导103的进入位置的距离)和信道波导数固定的条件下，如图33(b)所示，则信道波导的连接损耗可减小。
下面，在段落(1-1)至(1-3)描述有待解决的课题。
(1-1)然而，在示于图28的MUX/DEMUX 106中，由于在输入板102和信道波导103间的节点的形状及输出板104和信道波导103间的节点的形状是互相对称的，如输入板102侧的信道波导103之间的信道波导距离dc(参考图33(a))减小，则输出板104侧的信道波导103之间的距离(图中未示出)也减小。在此种情况下，出现的缺点是在下述的输出板104的附近在信道波导103中传播的光结合到一起并互相干扰。
特别是，一个光波导具有的一个特征是，当多个波导互相接近使其间的距离变小，在波导中传播的光结合到一起。因此，如使信道波导103之间的距离变小，则在信道波导103中传播的光在输出板104的附近结合到一起并互相干扰。另外，如图30(b)中所示，MUX/DEMUX 106作为波分复用及分用设备工作，因为在信道波导131至133中传播的光中在信道波导131至133的输出孔142处产生相位差。
此处，如假设在输出板104附近信道波导131至133之间的距离减小，一直到在信道波导131至133中传播的光结合到一起，则相位变化并且波分分用功能下降(降低)。因此，示于图28的MUX/DEMUX 106具有一个有待解决的课题，即不可能减小输入板102和信道波导103间的节点间距离(示于图32(c)和33(a)的信道波导距离dc)和输出板104和信道波导103间的节点间的距离(图中未示出)作为减小介入损耗的方式。
(1-2)作为减小示于图28的输入板102和输出板104和信道波导103的连接(散射)损耗的第二种对策，可以形成例如如图34(a)所示的这种信道波导103-1。
特别是，从图34(a)可知，在信道波导103-1连接到输入板102的输入侧节点107处，形成其宽度随着与输入板102的距离的增加而减小的锥形连接分支162(在下面的描述中，此种波导宽度随锥形连接分支而变小的模式称为锥形模式或锥形)。
在示于图34(a)中的对策中，输入侧节点107的散射损耗随锥形连接分支162连接到输入板102的宽度增加而减小。
然而，在应用了参考图34(a)所描述的具有此种锥形连接分支162的信道波导103-1的MUX/DEMUX 106中，下面描述的此种高次模光(higher-order mode light)是在形成于下述输入板和信道波导间的锥形连接分支162中激发，并且此受激高次模光辐射到信道波导(纤芯)的外部而造成损耗。
从输入板102进入锥形连接分支162的光在作为纤芯而形成的锥形连接分支162中传播，同时强度峰分裂为两个(在高次模光激发的地点)并在其后结合为一个。在其中峰的数目改变的过程中，一部分光(对应于高次模光)辐射到信道波导(纤芯)103-1的外部而造成损耗。
因此，将应用了示于图34(a)中的信道波导103-1的MUX/DEMUX 106也具有有待解决的课题，即它的困难是存在辐射到信道波导103-1的外部的高次模光的强度-分用光损耗。
(1-3)如在上面段落(1-1)中所述，必须防止在信道波导103中传播的光在信道波导103的输出孔处结合并保持利用其进行波分复用及分用操作的相位差(例如，在图30(b)的信道波导103中的传播的光之间的相位差)。为达到此目的，就要求保持输出板104侧的信道波导103之间的大距离。
另外，必须使间隙(例如，示于图32(c)中的间隙部123)很小。为达到此目的，就要求使输入板102侧的信道波导103之间的距离(示于图32(c)和32(a)中的信道波导距离dc)小。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种波分复用及分用设备，其类型为其中的输入板和输出板的形状互相对称，借此，当在输出板和信道波导之间节点处的信道波导之间保持很大距离时，可使输入板和信道波导之间节点处的信道波导之间的距离很小并从而减小损耗。
本发明的另一个目的是提供一种波分分用设备，该设备可抑制高次模光的激发而减小由此种高次模光引起的损耗。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种波分分用设备，其构成包括一个基底；一个位于基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；一个位于基底上用来使从第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；多个位于基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收经第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；一个位于基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的波分复用光并通过对多个波长分量中的每一个进行聚光将此接收到的波分复用光分用为多个波长；以及一个位于基底上的第二波导，用来使经第二板分用的光于其中传播；信道波导和第一板在多个节点处互相光学耦合，该节点数比信道波导和第二板在多个节点处互相光学耦合的节点数大。
根据本发明的另一个方面，提供一种波分分用设备，其包括一个基底；一个位于基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；一个位于基底上用来使从第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；多个位于基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收经第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；一个位于基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的波分复用光并通过对多个波长分量中的每一个进行聚光将此接收到的波分复用光分用为多个波长；以及一个位于基底上的第二波导，用来使经第二板分用的光于其中传播；各信道波导在信道波导与第一板光学连接的部分的附近都具有多个使来自第一板的波分复用光输入的通过纤芯的分支或波导；以及一个与通过纤芯的分支或波导结合形成整体的合并部，用来使来自通过纤芯的分支或波导的波分复用光光学耦合。
在此情况下，最好是通过纤芯的分支或波导中的每一个都具有一个宽度该宽度使输入其中的波分复用光的高次模光被切掉，高次模光是模(mode)比零次模高的光，并且在合并部以这一宽度形成耦合接触，该宽度使输入到其中的分布光的高次模光可被激发。
还有，最好是通过纤芯的分支或波导中的每一个以这一宽度形成，该宽度从其相邻的合并部的部分向着第一板以锥形方式减小。
通过纤芯的分支或波导的每一个都可具有一个其宽度从其相邻的合并部的部分向着第一板以锥形方式减小的锥形部，并且具有一个固定宽度小的波导，该波导具有一基本上是固定的宽度，该宽度基本上等于锥形部在其宽度最小处的宽度以使第一板与锥形部互相光学连接。
在此情况下，第一板与各信道波导的边界界面可形成为弧形，其中心位于漫射进入的并从第一板输入到边界界面的漫射光的漫射中心，并且通过纤芯的分支或波导的每一个都可具有一个位于漫射中心延长线上的中心轴。
根据本发明的再一个方面，提供一种波分分用设备，其包括一个基底；一个位于基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；一个位于基底上用来使从第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；多个位于基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收经第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；一个位于基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的波分复用光并通过对多个波长分量中的每一个进行聚光将此接收到的波分复用光分用为多个波长；以及一个位于基底上的第二波导，用来使经第二板分用的光于其中传播；各信道波导在信道波导与第一板光学连接的部分的附近都具有每个都包含多个一次分路连接分支的多组一次耦合部用来接收来自第一板的波分复用光和一个用来光学耦合来自一次分路连接分支的波分复用光的一次合并部；以及一个包含多个二次分路连接分支的二次耦合部用来接收经一次耦合部耦合的波分复用光和一个用来光学耦合来自二次分路连接分支的波分复用光的二次合并部。
在此情况下，最好是通过纤芯的分支或波导中的每一个都具有一个宽度，该宽度使输入其中的波分复用光的高次模光被切掉，并且在合并部以这一宽度形成耦合接触，该宽度使输入到其中的波分复用光的高次模光可被激发。
还有，第一板与各信道波导的边界界面可形成为弧形，其中心位于漫射进入的并从第一板输入到边界界面的漫射光的漫射中心，并且在信道波导光学耦合到第一板的部分的附近的信道波导的每一个都可具有一个位于漫射中心延长线上的中心轴。同时，各分路连接分支以这一宽度形成，该宽度从其相邻的合并部的部分向着第一板以锥形方式减小。
最好是，分路连接分支的每一个都具有一个其宽度从其相邻的合并部的部分向着第一板以锥形方式减小的锥形部，并且具有一个固定宽度小的波导，该波导具有一基本上是固定的宽度，该宽度基本上等于锥形部在其宽度最小处的宽度以使第一板与锥形部互相光学连接。
根据本发明的另外再一个方面，提供一种波分分用设备，其构成包括一个基底；一个位于基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；一个位于基底上用来使从第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；多个位于基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收经第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；一个位于基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的波分复用光并通过对多个波长分量中的每一个进行聚光将此接收到的波分复用光分用为多个波长；以及一个位于基底上的第二波导，用来使经第二板分用的光于其中传播；各信道波导都这样形成，即其对第一板的一个节点具有一宽度为可使分开的光的高次模光被激发，并且其宽度随着远离第一板而以锥形方式减小，以这种方式对各信道波导提供一个反射率小于信道波导反射率的岛形形成区，即将信道波导在信道波导光学耦合到第一板的其附近处分割为多个波导部。
在此情况下，由岛形区分割的各信道波导的各波导部都可形成为一个波导，通过它使得输入其中的波分复用光的高次模光被切掉，并且在分割波导部互相耦合处的波导可具有一宽度，该宽度可使输入到其中的波分复用光的高次模光被激发。
还有，在此波分分用设备中，第一板与各信道波导的边界界面可形成为弧形，其中心位于漫射进入的并从第一板输入到边界界面的漫射光的漫射中心，并且在信道波导光学耦合到第一板的部分的附近的信道波导的每一个都可具有一个位于漫射中心延长线上的中心轴。
根据本发明的另外又一个方面，提供一种波分分用设备，其包括一个基底；一个位于基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；一个位于基底上用来使从第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；多个位于基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收经第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；一个位于基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的波分复用光并通过对多个波长分量中的每一个进行聚光将此接收到的波分复用光分用为多个波长；以及一个位于基底上的第二波导，用来使经第二板分用的光于其中传播；各信道波导在信道波导与第一板光学连接的部分的附近都包含多个级联成为多个树状配置级的耦合波导用来使输入其中的分布光光学连接和传播。
结合附图，本发明的上述的及其他目的、特征及优点由下面的描述及后附的权利要求将很清楚，其中相同的部分或元件以相同的标记表示。
附图说明
图1为示出根据本发明的第一实施方式的波分复用及分用设备用作波分分用设备的示意图。
图2和图3为示出图1的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图4(a)为示出在传统的波分复用及分用设备的信道波导中光的传播的示意图，而图4(b)为示出图1的波分复用及分用设备的工作情况的类似的示意图。
图5为示出根据图1的波分复用及分用设备的修改的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图6为示出根据本发明的第二实施方式的波分复用及分用设备用作波分分用设备的示意图。
图7为示出图6的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图8(a)为示出在传统的波分复用及分用设备的信道波导中光的传播的示意图，而图8(b)为示出图6的波分复用及分用设备的工作情况的类似的示意图。
图9为示出根据本发明的第3实施方式的波分复用及分用设备用作波分分用设备的示意图。
图10为示出图9的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图11为示出根据图9的波分复用及分用设备的修改的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图12为示出根据本发明的第4实施方式的波分复用及分用设备用作波分分用设备的示意图。
图13和14为示出图12的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图15(a)为示出图12的波分复用及分用设备的输入侧节点的工作情况的示意图，而图15(b)为示出图1的波分复用及分用设备的输入侧节点的工作情况的类似的示意图。
图16为示出根据图12的波分复用及分用设备的修改的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图17为示出在传统的波分复用及分用设备的信道波导中光的传播的示意图。
图18为示出图16的修改的波分复用及分用设备的工作情况的示意图。
图19为示出根据本发明的第5实施方式的波分复用及分用设备用作波分分用设备的示意图。
图20和21为示出图19的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图22(a)为示出图19的波分复用及分用设备的工作情况的示意图，而图22(b)为示出图12和13的波分复用及分用设备的信道波导中光的传播的示意图。
图23为示出根据图19的波分复用及分用设备的修改的波分复用及分用设备的一部分的示意图。
图24至27为示出根据本发明的不同实施方式数个波分复用及分用设备用作波分分用设备的示意图。
图28为示出传统的波分复用及分用设备的示意图。
图29(a)为示出AWG型波分复用及分用设备的配置的示意图，图29(b)为示出通常的光谱仪配置的示例，而图29(c)为示出利用波导和传统的光谱仪配置的波分复用及分用设备的部件之间的对应关系的示图。
图30(a)和30(b)为示出波导型衍射光栅工作原理的示意图。
图31为示出图30(a)和30(b)中示出的波导型衍射光栅的工作情况的曲线图。
图32(a)至32(c)为示出在输入板和信道波导间的节点上的介入损耗的出现率的示意图。
图33(a)为示出减小介入损耗的第一对策的示意图，图33(b)为示出图33(a)的第一对策的工作情况曲线图。
图34(a)为示出减小介入损耗的第二对策的示意图，图34(b)为示出图34(a)的第二对策的工作情况曲线图。
图35为示出普通光谱仪的配置示例的示意图。
具体实施方式(a)第一实施方式
图1示出将根据本发明的第一实施方式的波分复用及分用设备应用于其上的MUX/DEMUX 10的基本部件并特别示出组成MUX/DEMUX 10的光学波导装置的纤芯的图形。另外，图2特别示出在作为MUX/DEMUX10的部件的输入板2和信道波导3间的连接部的纤芯图形。
根据本实施方式的MUX/DEMUX 10的构成，例如，包括一折射率大约为1.551和厚度大约为20μm的内包层，一折射率大约为1.5588和厚度大约为7μm的纤芯及一折射率大约为1.551和厚度大约为20μm的外包层，所有这些，例如，可都在上面参考图28描述的硅基底100上通过将SiO2利用CVD(化学气相淀积)法淀积和光刻工序结合而形成。
特别是，上述的MUX/DEMUX 10的纤芯这样形成，即使其上、下和左、右区为内包层或外包层所包围。结果，纤芯被折射率相对低的包层所覆盖，于是可使光在约束状态下沿纤芯传播。
从图1可知，MUX/DEMUX 10的纤芯具有一整体形成于其上的图形，作为输入波导(第一波导)1用来使多个信道的波分复用光传播；一输入板(第一板)2，用来使从输入波导1输入的光漫射；多个具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导3，用来接收经输入板2漫射的波分复用光和使其相互分开在波导中传播；一个输出板(第二板)4，用来接收经多个信道波导3相互分开传播的波分复用光并通过对多个波长分量中的每一个进行聚光将此接收到的波分复用光分用为多个波长；以及一个输出波导5，用来使经输出板4聚光的光于其中传播。
下面对各部件予以详细描述。
输入波导1引导从图1中的左侧输入到其中的光并将其送给输入板2。由于输入板2的形状为在平行基底的方向上延伸(例如，在图28中以标号100表示的元件)，在输入板2中传播的光不受约束并在横向方向上漫射(发散)。因此，通过输入波导1入射到输入板2的光在入射光漫射中心21从中心在径向方向上漫射(diffuse)并进入信道波导3。在此处，在输入板2和信道波导3间的板边界线22(参考图2)的形状是一个弧形，其半径f的中心位于入射光漫射中心21。因此，从图1中的入射光漫射中心21漫射的光进入多个信道波导3的相位相同。信道波导3这样形成，即使得其相邻波导的长度差在从输入板2到输出板4互相都相等。
由于长度差，当引入信道波导3的相邻信道波导的光通过信道波导3并进入信道波导3的输出孔44时，它们表现出如图30(b)所示的相位差。在此处，输出孔44对应于信道波导3和输出板4间的连接部44。由于信道波导3具有生成这种相位差的功能，它们就被称为相位阵列。另外，信道波导3的相邻波导之间的长度差设计为等于中心波长λ0的m倍。此处，m是正整数并称为信道波导3的“次”或相位阵列的“次”。
这样，通过信道波导3并进入信道波导3的输出孔44的光具有一依波长而异的等相波面。此等相波面的情况，例如，如示于图30(a)或30(b)中的d1或d2所标记。
另外，在输出板4中，信道波导3和输出板4间的板边界线42和输出孔44的形状都是曲线，其半径r类似于输入板2中的半径。因此，从信道波导3的输出孔44输出到输出板4的光在半径r的弧线中心处聚光，半径r确定输出板4和输出孔44的设置位置。严格讲，在从信道波导3的输出孔44输出的光的波长短于中心波长时，光聚光于图2中的比较靠近上方处，而在从信道波导3的输出孔44输出的光的波长长于中心波长时，光聚光于图1中的比较靠近下方处。
另外，输出波导5的位置使得其一端位于所要求的波长可聚光的位置，而输出波导5的另一端用作输出端子。通常，某个其他光学部件的光纤或输出端子与此输出波导5的输出端相连接。
对输入波导1，输入板2，输出板4和输出波导5，可使用基本上与上面参考图28所描述的元件类似的元件(参考标号101，102，104和105)。
如上所述，信道波导3具有一系列的不同的波导长度，信道波导的各相邻波导之间具有一预定的波长差，使在各信道波导3中传播的光偏转(分用)一预定的特定角度，此角度在波分复用光的不同的波长中是不同的，并且偏转光输出到输出板4。另外，所形成的信道波导3的中间部互相之间隔着必需的距离，以使其中传播的光不会互相干扰。
应该指出，输入波导1和输出波导5的宽度(纤芯图形的宽度)和信道波导3的中间部的波导宽度，除去相对的端部6和7(纤芯图形宽度)可设定为大约7μm。
另外，通过将中心波长λ0设定为1.552μm，将信道波导次数m设定为3至30，将信道波导3的有效反射率设定为大约1.552，则信道波导的相邻波导之间的长度差可设定为大约30μm。
同时，与输出板4相邻的信道波导3的端部7的形状为其宽度随着与输出板4的距离的增加而以锥形方式减小。特别是，在其节点处信道波导3到输出板4的距离dc2是22μm，而在锥形端部的宽度(图1中的Wmax)是19μm，并且信道波导3的锥形部的长度是2.5mm。
在第一实施方式中MUX/DEMUX 10的输入板2和输出板4的半径f两者都大约为6.2mm，而输入板2和输出板4的宽度大约为1mm。换言之，板边界线22，节点24，板边界线42和连接部44都位于半径为6.2mm的弧线上。
此处，与输入板2相邻的信道波导3的端部6具有如下所述的配置，此配置是本发明的特征。
特别是，信道波导3和输出板4于其处互相光学连接的节点的数目(即输入板2和各信道波导3之间的节点24的数目)大于各信道波导3和输入板2于其处互相连接的节点连接部的数目。更具体说，从图3可知各信道波导3到信道波导3与输入板2光学连接处的部分的相邻端部，即与输入板2相邻的各信道波导3的端部6，都是由来自输入板2的波分复用光输入到其中的两个分路连接分支61和与分路连接分支61形成整体以便将来自分路连接分支61的波分复用光进行光学耦合的一个合并部69形成的。
结果，信道波导3和输入板2互相光学连接处的位置之间的距离(例如，示于图2中的信道波导距离dc11或dc12)可减小，并且由间隙部(如图32(c)中以标号123表示的部分)引起的损耗量减小。应该指出，在此这种情况下，在输入板2和信道波导3间的节点24处的信道波导距离(图2中的dc1)一般可设定为大约22μm，在板边界线22上的分路连接分支61之间的距离(图1和2中的dc11)为大约11μm，从板边界线22到分路连接分支61在合并部69中互相结合点的波导长度为大约5mm，而在分路连接分支61互相结合之后的锥形部的波导长度为大约1mm。
示于图2和3的两个分路连接分支61这样形成使得与输入板2相邻的各信道波导3的端部6的中心轴31通过位于两个分路连接分支61间的间隙部G1的中心，并且中心轴31通过入射光漫射中心21。换言之，各信道波导3的端部6的中心轴31与进入信道波导3的入射光的光轴重合。
另外，两个分路连接分支61中的每一个都这样配置，即它具有宽度W2，该宽度使从输入板2输入其中的波分复用光的高次模光被切掉。另外，两个分路连接分支61间的合并部69的耦合点这样形成，即其具有宽度W1，该宽度使输入到其中的波分复用光的高次模光可被激发。
通过刚才描述的形成方式所提供的效果是通过参考图4(a)和4(b)对本发明的MUX/DEMUX 10和传统的MUX/DEMUX的工作情况进行比较而描述的。
图4(a)示出在传统的MUX/DEMUX的信道波导中光的传播。参考图4(a)，如果入射光8引入各锥形连接分支162，则当几乎全部的光作为第0次模光80a传播时，在信道波导3和输入板2间的节点24附近部分光作为第二次模光82激发。然而，由于信道波导162为尖端向着图4(a)的右侧的锥形，在其在信道波导162中前进预定的距离之后第二次模光82被切掉。结果，第二次模光82辐射到波导(纤芯)162的外部(参考图4(a)的标记P22)并变成损耗。
与此相对，在示于图1至3中的各信道波导3中，各分路连接分支61是由小宽度W2的波导形成的，于是高次模光可在其中切掉。
图4(b)示出第一实施方式的MUX/DEMUX的工作情况。如入射光8引入到各分路连接分支61，如图4(b)所示，则只有第0次模光80a沿分路连接分支61传播，并且，因此，不会出现损耗。
另外，当合并部69的形成宽度为可使高次模光，如第一次模光，激发的宽度W1时，由于从分路连接分支61之一入射的第一次模光(例如，在图4(b)中的分路连接分支61的上部分支)和另外一个从分路连接分支61之另外一个分支入射的第一次模光(例如，在图4(b)中的分路连接分支61的下部分支)互相抵消，不会出现由高次模光引起的损耗。
应该指出，在此场合，分路连接分支61的波导长度可设定为大约5mm，在分路连接分支61在合并部69中互相结合之后的锥形部的波导长度为大约1mm，而在合并部69中锥形波导部的最大宽度为大约16μm。
在根据具有上述配置的第一实施方式的波分复用及分用设备10中，如果包含多个波长分量的光(波分复用光)输入到输入波导1，则波分复用及分用设备10作为波分分用设备工作，该设备在输出波导5的信道#1至#n为各自信道输出波分-分用(波长-分裂)的光。另一方面，波分复用及分用设备10也作为波分分用设备工作，将输入到其中的输出波导5的信道#1至#n的光进行波分复用并通过输入波导1输出波分复用光。
另外，信道波导3以在不同的波长中不同的出射角输出波分复用光到输出板4，与上面参考图30进行的描述的情况类似，从而将波分复用光分用为不同波长的光。输出板4对不同波长的分用光进行准直以使同一波长的光聚光于各输出波导5的入射点。结果，输出波导5可使不同波长的光在互相不同的信道中传播。
这样，利用根据本发明的第一实施方式的波分分用设备，由于信道波导3和输入板2互相光学耦合处的节点之间的距离dc11和dc12减小，或换言之，由于输入到与输入板2相邻的信道波导3的端部6的波分复用光的角间距减小，输入板2和信道波导3间的连接损耗可减小。
另外，利用根据本发明的第一实施方式的波分分用设备，不会出现在传统的波分分用设备中由高次模光的辐射引起的这类损耗，并且因此，可减小由波分分用设备造成的损耗。
应该指出，各分路连接分支61也可具有另外的配置，使其中心轴32a位于如图5所示的入射光漫射中心21的延长线上。这种配置可进一步减小损耗。
在上述第一实施方式中各信道波导3具有两个分路连接分支61和一个合并部69，但本发明不限于此种配置，并且波分分用设备既可包含一个或多个具有两个分路连接分支61的信道波导和一个合并部69，也可包含一个或多个不具有两个分路连接分支61和一个合并部69这种几何构成的信道波导。还是在刚刚描述的配置中，至少输入板2和信道波导3间的连接损耗可减小。(b)第二实施方式
图6示出根据本发明的第二实施方式用作波分分用设备的MUX/DEMUX 10-1的主要部件，特别示出组成MUX/DEMUX 10-1的光学波导装置的纤芯的图形。
还是在根据第二实施方式的MUX/DEMUX 10-1中，与在上述的第一实施方式中的MUX/DEMUX 10中类似，纤芯这样形成，即使其上、下和左、右区为内包层或外包层所包围，于是可使光在约束状态下沿纤芯传播。
虽然根据第二实施方式的MUX/DEMUX 10-1在其信道波导3-1的配置上不同于上述第一实施方式的配置(参考标号10)，其配置的其余部分则与上述第一实施方式类似。特别是，纤芯具有整体形成于其上的结构，除了其特性为第二实施方式所特有的信道波导3-1之外，其作用对应于输入波导1，输入板2，输出板4和输出波导5，与上述的第一实施方式的这些部件类似。
在此第二实施方式中，各信道波导3-1这样配置，即其与输入板2光学耦合的部分的相邻部分，即与输入板2相邻的各信道波导3-1的端部6-1，形成为锥形连接分支62(参考图7)，其宽度在端部6-1与输入板2的连接部最大，并随着与输入板2的距离的增加而以锥形方式减小。信道波导3-1与输入板2的连接部这样形成，即其宽度Wmax大于输入到连接部的波分复用光的高次模光可被激发的最小宽度。
另外，在信道波导3-1具有高次模光可被激发的宽度的各信道波导3-1的位置附近，提供一个岛形形成区34(参考图7)，其周围为形成信道波导3-1的区域并且具有小于信道波导3-1的折射率。
例如，如图7所示，各信道波导3-1的端部7这样形成，即类似于端部6-1，其宽度设定成为在其端部与输入板2的连接部宽度Wmax，并随着与输出板4的距离的增加而以锥形方式减小。另外，在信道波导3-1的端部6-1形成这样一个岛形形成区34，其周围为形成信道波导3-1的区域以便从信道波导3-1具有可使高次模光激发的大致最小宽度的波导位置C1延伸到板边界线22上的位置C2。
至于在岛形形成区34的顶点位置A的波导位置C1处的信道波导3-1的宽度W1，信道波导3-1可以以锥形方式大致至少这一宽度(例如，大约为16μm)形成，该宽度可使高次模光激发，除端部6-1和7之外的其中间部的宽度为大约7μm，并且锥形连接分支62a的长度大约为1.5至5mm。
另外，由岛形形成区34分割的波导61a-1和61a-2形成具有可使输入的波分复用光的高次模光(第2次模光)被切掉的宽度的波导。另外，当波导61a-1和61a-2在波导位置C1处结合在一起，在波导61a-1和61a-2结合处信道波导3-1具有的波导宽度为可使输入到其中的波分复用光的高次模光被激发。
利用第二实施方式的波分分用设备，由于信道波导3和输入板2在该处互相光学耦合的节点24之间的距离减小，所以由间隙部(在图32(c)中以标号123标标注的部分)引起的损耗量减小。另外，与上述第一实施方式的情况类似，高次模光由波导61a-1和61a-2切掉。另外，在波导位置C1由来自波导61a-1和61a-2的入射光激发的高次模(第1次模)光可在波导位置C1处互相抵消，因此不会发生由高次模光辐射造成的损耗，结果可减小损耗。
在图6和7中示出的信道波导3-1中，由于作为分路连接分支的波导61a-1和61a-2是由一个宽度减小为W2的波导所形成而可切掉高次模光，所以当入射光8引入波导61a-1和61a-2时，从图8(b)可知，在波导61a-1和61a-2中不会出现损耗，因为其中传播的只有第0次模光80a。
应该注意，图8(a)示出在传统的MUX/DEMUX的信道波导中光的传播。
还是在具有上述配置的作为根据本发明的第二实施方式的波分分用设备而使用的MUX/DEMUX 10-1中，当包含多个波长分量的光(波分复用光)输入到输入波导1时，从输出波导5的信道#1至#n输出各个信道波分-分用(波长-分裂)的光。
另外，由于入射到与输入板2相邻的信道波导3的端部6-1的波分复用光的角间距(即波分复用光入射到信道波导3的角度之间的距离)由于岛形形成区34而减小，当得到可使波分复用光的高次模光被切掉的波长宽度时，可减小像间隙部(参考图32(c)的标号123)这种引起损耗的原因。
特别是，入射到与输入板2相邻的各信道波导3的端部6-1中的波分复用光在信道波导3中传播时高次模光被切掉。另一方面，由于第1次模光在波导61a-1和61a-2结合在一起的波导部C1处互相抵消，在信道波导3中传播的只是第0次模光，而波分复用光的损耗可减小。
这样，利用根据本发明的第二实施方式的波分分用设备，由于信道波导3和输入板2在该处互相光学耦合的节点24之间的距离减小，或换言之，由于入射到与输入板2相邻的信道波导3-1的端部6-1的波分复用光的角间距减小，所以可使输入板2和信道波导3-1之间的损耗减小。(c)第三实施方式
图9示出根据本发明的第3实施方式用作波分分用设备的MUX/DEMUX 10-2的主要部件，特别示出组成MUX/DEMUX 10-2的光学波导装置的纤芯的图形。
还是在根据第三实施方式的MUX/DEMUX 10-2中，与上述的实施方式类似，纤芯这样形成，即使其上、下和左、右区为内包层或外包层所包围，于是可使光在约束状态下沿纤芯传播。
虽然根据第三实施方式的MUX/DEMUX 10-2在其信道波导3-2的配置上不同于上述实施方式的配置(参考标号10和10-1)，其配置的其余部分则与上述实施方式类似。特别是，纤芯具有整体形成于其上的结构，除了其特性为第三实施方式所特有的信道波导3-2之外，其作用对应于输入波导1，输入板2，输出板4和输出波导5，与上述的实施方式的这些部件类似。
特别是，如图10所示，各信道波导3-2的端部6-2都具有一对一次耦合部610，其中包含4个一次分路连接分支611，用来接收来自输入板2的波分复用光，和两个一次合并部612，用来使来自一次分路连接分支611的波分复用光光学耦合，以及一个二次耦合部620，其中包含两个二次分路连接分支621，用来接收由一次耦合部610耦合的波分复用光，和一个二次合并部622，用来使来自二次分路连接分支621的波分复用光光学耦合，两者互相形成一个整体。
特别是，在第三实施方式中的MUX/DEMUX 10-2中，各信道波导3-2在4个节点处与输入板2形成一个整体。换言之，各一次耦合部610和二次耦合部620形成为耦合波导，用来光学耦合多个波分复用光并传播所获得的波分复用光，并且都是用作耦合波导的一次耦合部610和二次耦合部620级联成为两个树状级。
各信道波导3-2的4个一次分路连接分支611这样形成，即在与输入板2相邻的信道波导3-2的端部6上的其中心轴31(参考图10)通过位于两个一次分路连接分支611间的间隙部G2的中心，而中心轴31的延长线通过入射光漫射中心21(参考图9)。换言之，各信道波导3-2的端部6-2的中心轴31与入射光的光轴重合。
应该指出，在图10中，一次分路连接分支611的宽度可设定为大约71μm，而一次分路连接分支611之间的距离dc11可设定为16μm。
特别是，在图9和10中示出的信道波导3-2中，由于用作分路连接分支的一次分路连接分支611和一次合并部612每个都是由固定宽度，例如为大约7μm以使高次模光可被切掉的波导形成的，因此，例如，如入射光进入一次分路连接分支611，则由于在一次分路连接分支611中只允许第0次模光传播，其中不会出现损耗。
与此类似，虽然二次耦合部620的二次分路连接分支621只传播来自一次耦合部610的波分复用光，由于各二次分路连接分支621是由固定宽度，例如为大约27μm的波导形成的，它只传播第0次模光。应该指出，各一次合并部612和二次合并部622的形成，与上述第一实施方式中的相应的部分(参考图1至5的标号69)类似，其宽度可使来自上游侧的一次分路连接分支611和二次分路连接分支621的波分复用光的高次模光可互相抵消。
利用根据本发明的第三实施方式的波分复用及分用设备，由于在输入板2和信道波导3间的节点24之间的距离可进一步减小，所以由间隙部(如在图32(c)中以标号123表示的部分)引起的损耗量可减小。除此之外，在输出板4和信道波导3-2间的连接部44之间的信道波导距离，与上述实施方式中的相比较可增加，而在信道波导3-2的端部7处光的干扰可得到进一步的抑制。于是，此波分分用设备可有效防止在波导折射率差比较小而容易出现光的干扰(耦合)时的光的干扰(耦合)。
另外，虽然在上述的第三实施方式中各信道波导3-2的端部6-2具有级联成为两级树状配置的一次耦合部610和二次耦合部620，根据本发明，端部6-2不限于这种具体配置，并且端部6-2可利用与上述一次耦合部610和二次耦合部620的配置类似的配置作为耦合波导另外进行配置，此种耦合波导也可是多于两级的级联树状配置。
另外，在用作根据上述第三实施方式的波分分用设备的MUX/DEMUX 10-2中，例如，各一次分路连接分支611可形成为其中心轴32c与来自入射光漫射中心21的入射光的光轴重合，如图11所示。上面刚刚描述的配置可提供与参考图11所描述的配置类似的优点。(d)第四实施方式
图12至14示出本发明的第四实施方式。更具体说，图12示意地示出用作根据本发明的第四实施方式的波分分用设备的MUX/DEMUX10-3的主要部件，并特别示出组成MUX/DEMUX 10-3的光学波导装置的纤芯的图形。图13示意地放大示出输入波导1，输入板2和信道波导3的一部分，而图14示意地示出与输入板2相邻的信道波导3-3中的一个的端部6-3。
还是在根据第四实施方式的MUX/DEMUX 10-3中，与上述的实施方式类似，纤芯这样形成，即使其上、下和左、右区为内包层或外包层所包围，于是可使光在约束状态下沿纤芯传播。
虽然根据第四实施方式的MUX/DEMUX 10-3在其信道波导3-3的配置上不同于上述实施方式的配置(参考标号10)，其配置的其余部分则与上述实施方式类似。特别是，纤芯具有整体形成于其上的结构，除了其特性为第四实施方式所特有的信道波导3-3之外，输入板2，输出板4和输出波导5，与上述实施方式的这些部件类似其作用对应于输入波导1。
在第四实施方式中的各信道波导3-3在其与输入板2光学连接的部分的附近的部分即其与输入板2相邻的端部6-3都具有一个特征性的纤芯结构。
特别是，第四实施方式的MUX/DEMUX 10-3的各信道波导3-3的端部6-3(参考图12或13)都具有，如图14所示，一对锥形部65p，每个的宽度在输入板2的节点24处都为一个小宽度Wp，并且随着与输入板2的距离的增加而增加到Wo。此处，如宽度Wo设定为7μm和宽度Wp设定为2μm，则输入板2和信道波导3间的连接损耗，与第一及第二实施方式相比较可以减小。
于是，各分路连接分支65都具有一个锥形部65p，其结构为其宽度在与输入板2的距离减小时以锥形方式减小。换言之，各信道波导3-3在其端部6-3都具有两个分路连接分支65，其中每个都有一个锥形部65p和一个合并部69，信道波导3-3与输入板2形成一个整体，并且输入板2与信道波导3-3互相光学连接。
应该指出，分路连接分支65这样形成，如图14所示，在各信道波导3-3的端部6-3上的其中心轴33b通过位于两个分路连接分支65间的间隙部G1的中心，而中心轴33b的延长线通过入射光漫射中心21。
下面通过比较图15(a)和15(b)对第四实施方式的MUX/DEMUX中的输入板2和信道波导3间的连接损耗减小的原因予以说明。
图15(a)示出根据第四实施方式的MUX/DEMUX 10-3(参考图12)的输入侧连接部6-3的工作情况，而图15(b)示出根据第一实施方式的MUX/DEMUX 10(参考图1)的输入侧连接部6的工作情况。
由于图15(b)中的分路连接分支61的纤芯宽度为7μm不变，在分路连接分支61的端部D1处的电场强度分布81与在分路连接分支61的另一端部D2处的电场强度分布84a相同。在此情况下，在第一实施方式的MUX/DEMUX 10的输入板2和信道波导3间的耦合效率等于在入射到信道波导3中之前的光的电场的强度24和在信道波导3的分路连接分支中传播的第0次模光的电场强度24的归一化光场24和81之间的覆盖面的积分。应该指出，这一计算方法发表于，例如，“IEEE JOURNAL OFQUANTUM ELECTRONICS，VOL.28 No.12，p.2729(1992)”中。
由于电场强度24是被输入板2漫射的光的电场的强度分布，其宽度很大。与之相对，由于电场强度81是宽度为7μm的纤芯中的激发模，其宽度很小。
这样，随着有待耦合的电场强度之间的宽度比的增加，耦合损耗也增加。
与此相对，由于应用于第四实施方式的MUX/DEMUX 10-3中的各分路连接分支61的端部的宽度很小，在端部激发的波导模的宽度很大。结果，电场强度24和电场强度分布82之间的宽度比变小，而耦合损耗减小。
另一方面，如在第四实施方式中，在波分分用设备包含每个都具有锥形部65p的分路连接分支65时，从输入波导1发射并在输入板2中传播的入射光在入射到板边界线22之前显示出如图15(a)所示的电场强度分布8。另外，在各分路连接分支65的端部D1处激发的波导模光(waveguidemode light)具有此种电场强度分布83，而在锥形部65p中止的各分路连接分支65的部分D2处激发的波导模光具有如图15(a)所示的此种电场强度分布84。
应该指出，虽然，在图15(b)中，各分路连接分支65这样形成，即其宽度随着与端部D1沿着锥形部65p的距离的增加而增加，在宽度沿着锥形部65p的增加停止的部分D2处的波导宽度Wo设定为大约7μm，在端部D1处的波导宽度Wp设定为大约2μm，而锥形部65p的长度Lp设定为大约2.5mm。
此处，由于在本实施方式中的各信道波导是由单模波导形成的，它具有如下的特征，即如果波导宽度小于大约1/2电场分布将扩展。特别是，从图15(a)和15(b)可知，在分路连接分支65的端部D1处的电场强度分布83宽于在分路连接分支61的相应的部分的电场强度分布81(即强度分布的波形变为平坦)。
应该指出，在分路连接分支61的端部D1和D2的电场强度分布81和84a和在分路连接分支65的端部D2的电场强度分布84在宽度和形状上是一样的，因为发生激发的部分的纤芯宽度互相相等。
此处，在板边界线22上的分路连接分支61和65的光耦合效率等于入射光的电场强度分布8和波导中激发的波导模光的电场强度分布81和83的叠加积分值[参考，例如，Kenji Kono，“Fundations and Applicationsof Optical Coupling Systems for Optical Devices”Gendai Kogaku-Sha，p31，expression(3.1-7)]。通过叠加积分，可取得如下结果，分路连接分支65的配置显示出比分路连接分支61的配置更高的耦合效率。
据此，在分路连接分支65每个都具有锥形部65p时，在输入板2和信道波导3-3之间的连接损耗，与分路连接分支不具有锥形部65p时相比可减小。
这样，利用根据本发明的第四实施方式的波分分用设备，由于各信道波导3-3的一个部分在与输入板2光学连接的部分的附近具有整体形成于其上的两个分路连接分支65和一个合并部69用来光学耦合来自分路连接分支65的波分复用光，可以得到与上述第一实施方式类似的优点。另外，由于各分路连接分支65这样形成使在其锥形部65p上具有的宽度是随着与输入板2的距离的减小而以锥形方式减小，所以在输入板2和各信道波导3之间的连接损耗，与分路连接分支65不具有锥形部65p的情况相比较，可以减小。
应该指出，虽然，在上述第四实施方式中，各信道波导3-3的端部6-3的中心轴33b与入射光的光轴重合，而根据本发明，各分路连接分支65可这样形成，即其中心轴33b位于漫射中心21的延长线上。
换言之，示于图16的信道波导3-3的分路连接分支65的配置使得其每个的中心轴33a与板边界线22的弧线的切向线垂直相交。在分路连接分支65这样形成时，耦合损耗，与上述实施方式比较，可进一步减小，并且波分复用光的入射效率可进一步提高。
根据本发明的MUX/DEMUX 10-3的工作情况和传统的MUX/DEMUX的工作情况参考图17进行了比较。图17示出对应于光的传播方式的纤芯图形。此处，当激光从输入波导101输入时，光传播进入输入板102和一个具有与信道波导103-1的特征类似特征的波导(信道波导103-1)中。另外，颜色随传播光的强度成比例地变化，如深蓝→黄→深红(图中未示出)。
当激光输入到输入波导101时，光通过输入板102传播进入到信道波导103-1。因此，在信道波导103-1的一个锥形连接分支162宽度减小的部分处辐射出高次模。
于是，当激光从示于图12的输入波导1输入时，光传播进入输入板2和一个具有与信道波导3-3的特征类似特征的波导(信道波导3-3)中。因此，颜色随传播光的强度成比例地变化，如深蓝→黄→深红。图18示出示出对应于光的传播方式的纤芯图形。
在示于图18的配置中，通过输入板2在信道波导3-3中传播的光发出辐射，但与在信道波导103-1中传播的光相比较，从分路连接分支65辐射到纤芯外部光量小很多，而光损耗可显著减小。在此情况下，在示于图17中的配置中的光损耗大约为-16.4dB，而在示于图18中的配置中的光损耗大约为-14.7dB，可以得到损耗减少大约1.7dB的效果。
根据模拟，根据第四实施方式的波分分用设备10-3，与传统的波分分用设备相比较，显示出损耗减少1.7dB的效果(参考图28)。(e)第五实施方式
图19至21示本发明的第五实施方式。更具体说，图19示意地示出根据本发明的第四实施方式用作波分分用设备的MUX/DEMUX 10-4的主要部件，并且特别示出组成波分分用设备10-4的光学波导装置的纤芯的图形。图20示意地放大示出输入波导1，输入板2和信道波导3-4的一部分，而图21示意地示出与输入板2相邻的信道波导3-4中的一个的端部6-4。
还是在根据第五实施方式的MUX/DEMUX 10-4中，与上述的实施方式类似，纤芯这样形成，即使其上、下和左、右区为内包层或外包层所包围，于是可使光在约束状态下在纤芯中传播。
虽然根据第五实施方式的MUX/DEMUX 10-4在其信道波导3-4的配置上不同于上述第四实施方式的配置(参考标号10-3)，其配置的其余部分则与上述实施方式类似。特别是，纤芯具有整体形成于其上的结构，除了其特性为第五实施方式所特有的信道波导3-4之外，其作用对应于输入波导1，输入板2，输出板4和输出波导5，与上述实施方式的这些部件类似。
在第五实施方式中的各信道波导3-4都在其与输入板2光学连接的部分的附近的部分，即其与输入板2相邻的端部6-4具有一个特征性的纤芯结构。
特别是，根据第五实施方式的MUX/DEMUX 10-4的各信道波导3-4的端部6-4(参考图19或20)都具有，如图21所示，一对锥形部66s，每个的宽度在输入板2的节点24处都为一个小宽度Wp，并且在距输入板2的固定距离上是固定的，而一对锥形部66p每个都具有一个随着与输入板2的距离的增加而增加到Wo的宽度。
此处，如果宽度Wo设定为大约7μm，并且宽度Wp设定为大约2μm，则在输入板2和信道波导3之间的连接损耗量，与第四实施方式相比，可以减小。
锥形部66p具有的宽度是随着从合并部69侧与输入板2的距离的减小而以锥形方式减小。窄固定宽度波导部66s具有一基本上是固定的宽度，该宽度基本上等于锥形部66p在其宽度最小处的宽度，并且使输入板2与锥形部66p互相光学连接。
应该指出，各信道波导3-4的端部6-4的中心轴31通过位于两个分路连接分支66间的间隙部G1的中心，而中心轴33b的延长线通过入射光漫射中心21。换言之，各信道波导3-4的端部6-4的中心轴33b与进入信道波导3的入射光的光轴重合。
另外，在根据第五实施方式的波分复用及分用设备10-4中，由于各分路连接分支66具有一锥形部66p和一窄固定宽度波导部66s，在输入板2和信道波导3-4之间的连接损耗，与在第四实施方式中的包含分路连接分支65的波分复用及分用设备10-3相比较，可进一步减小。
下面通过对图22(a)和22(b)的比较对第五实施方式的MUX/DEMUX10-4中的输入板2和信道波导3间的连接损耗减小的原因予以说明。
图22(a)示出根据第五实施方式的MUX/DEMUX的输入侧连接部6-3的工作情况，而图22(b)示出根据第四实施方式的MUX/DEMUX的输入侧连接部6的工作情况。
从输入波导1发射并在输入板2中传播一直到碰到板边界线22的入射光显示出电场强度分布8，而在窄固定宽度波导部66s的端部D1处激发的波导模光具有电场强度分布83。另外，在分路连接分支65的锥形部65p终止处的部分D2处激发的波导模光具有电场强度分布84。
此处，在第一实施方式的MUX/DEMUX 10中应用的分路连接分支65的情况下，从图22(b)可知，它只正好在其板边界线22上的部分处显示出其最小宽度。为了使在分路连接分支65中传播的光具有对应于纤芯宽度为2μm的电场强度分布，必须使光在纤芯中传播至少比其波长长的距离。此处，基本上需要使光在纤芯中传播比其波长大10倍的长度。
然而。由于示于图22(b)中的分路连接分支65的宽度为2μm的部分的长度是无限接近0和短于所要求的长度，所以在输入板2的附近激发的模的电场强度分布的宽度小于在具有纤芯宽度为2μm的纤芯中激发的电场强度分布的宽度。
结果，耦合损耗变得大于在分路连接分支65的宽度为2μm时预期的耦合损耗。
与此相对，在与第五实施方式中的输入侧连接部6-4相对应的图22(a)的情况下，分路连接分支65的端部的纤芯宽度可设定为在大于光的波长的10倍长度上固定为2μm。据此，在分路连接分支65的宽度为2μm时，耦合损耗可减小到预期值。
另一方面，在波分分用设备包含的分路连接分支66每个都具有锥形部66p和窄固定宽度波导部66s，如在第五实施方式中，从输入波导1发射并在输入板2中传播一直到碰到板边界线22的入射光显示出电场强度分布8，见图22(a)。另外，在各分路连接分支66的的端部D1处激发的波导模光具有电场强度分布83a，而在分路连接分支66的锥形部65p终止处的部分D2处激发的波导模光具有电场强度分布84，见图22(a)。
应该指出，虽然，在图22(a)中，在宽度沿着锥形部66p的增加终止的部分D2处的波导宽度Wo设定为大约7μm，在端部D1处的波导宽度Wp设定为大约2μm，锥形部66p的长度Lp设定为大约800μm，而窄固定宽度波导部66s的长度Ls设定为200μm。
在分路连接分支65的锥形部65p中和分路连接分支66的锥形部66p中，在波导中的电场分布根据波导的纤芯宽度的变化而连续地改变。因此，如提供的窄固定宽度波导部66s使锥形部66p形成的长度比锥形部65p的小，则在端部D1激发的电场模光(波导模光)的强度大于分路连接分支65的情况。
应该指出，虽然，在上述第五实施方式中，各信道波导3-4的端部6-4的中心轴33b与入射光的光轴重合，而根据本发明，各分路连接分支66a可这样形成，即其中心轴33b位于漫射中心21的延长线上。
换言之，示于图23的信道波导3-4a的分路连接分支66a的配置使得其每个的中心轴33a与板边界线22的弧线的切向线垂直相交。在分路连接分支66a这样形成时，耦合损耗与上述实施方式比较可进一步减小，并且波分复用光的入射效率可进一步提高。(f)其他
在用作根据上述第三实施方式的MUX/DEMUX的MUX/DEMUX10-2中，各信道波导3-2的端部6-2的一次分路连接分支611这样形成，使得它们具有互相平行延伸并固定宽度的中心轴32b。然而，根据本发明，各信道波导3-2的端部6-2不限于这种具体配置。例如，可采用图24至27所示的各信道波导3-21至3-24的端部6-21至6-24那样的配置。
特别是，从图24可知，各信道波导3-21的端部6-21都可具有一次分路连接分支651，其中每个都具有与上面参考图12至14所描述的类似的锥形部65p。这种配置可提供与上述第四实施方式的优点类似的优点。
另外，例如，如图25所示，各信道波导3-22的端部6-22的每个一次分路连接分支651都可配置成为具有与第四实施方式中的类似的锥形部65p(参考图12至14)，并且具有与入射光光轴重合的中心轴32c。这种配置可提供与第四实施方式的优点类似的优点。另外，与在图11的情况类似，在输入板2和信道波导3-2之间的耦合损耗可进一步减小。
另一方面，例如，从图26可知，各信道波导3-23的端部6-23的每个一次分路连接分支661都可配置成为具有与第五实施方式中的类似的锥形部66p和一个窄固定宽度波导部66s(参考图19至21)，在采用这种配置时，可得到与上述第五实施方式中的优点类似的优点。
另外，例如，从图27可知，各信道波导3-24的端部6-24的每个一次分路连接分支661都可配置成为具有与第五实施方式中的类似的锥形部66p和一个窄固定宽度波导部66s(参考图19至21)，并且具有与入射光光轴重合的中心轴32。这种配置可提供与第五实施方式的优点类似的优点。另外，与在图11的情况类似，在输入板2和信道波导3-2之间的耦合损耗可进一步减小。
另外，在上述第二实施方式中描述的岛形形成区34自然可以应用于第二实施方式之外的其他实施方式中的信道波导中。
本发明不限于上面具体描述的实施方式，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行变化和修改。

Claims (24)

1.一种波分分用设备，其特征在于其包括：
一个基底；
一个位于所述基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；
一个位于所述基底上用来使从所述第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；
多个位于所述基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收和分裂经所述第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；
一个位于所述基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的分裂光并对接收到的波分复用光进行聚光；以及
一个位于所述基底上的第二波导，用来使经所述第二板聚光的光于其中传播；
所述信道波导和所述第一板在多个节点处互相光学耦合，该节点数比所述信道波导和所述第二板在多个节点处互相光学耦合的节点数大。
2.一种波分分用设备，其特征在于其包括：
一个基底；
一个位于所述基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；
一个位于所述基底上用来使从所述第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；
多个位于所述基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收和分裂经所述第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；
一个位于所述基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的分裂光并对接收到的波分复用光进行聚光；
一个位于所述基底上的第二波导，用来使经所述第二板聚光的光于其中传播；
所述各信道波导在信道波导与所述第一板光学连接的部分的附近都具有多个使来自所述第一板的波分复用光输入的通过纤芯的分支或波导，以及一个与所述通过纤芯的分支或波导结合形成整体的合并部，用来使来自通过纤芯的分支或波导的波分复用光光学耦合。
3.如权利要求2中所述的波分分用设备，其特征在于所述通过纤芯的分支或波导中的每一个都具有一个宽度为使得输入其中的波分复用光的高次模光被切掉的宽度，高次模光是模比零次模高的光，并且在所述合并部以这一宽度形成耦合接触，该宽度使输入到其中的分布光的高次模光可被激发。
4.如权利要求2或3中所述的波分分用设备，其特征在于所述通过纤芯的分支或波导中的每一个以这一宽度形成，该宽度从其相邻的所述合并部的部分向着所述第一板以锥形方式减小。
5.如权利要求2或3中所述的波分分用设备，其特征在于所述通过纤芯的分支或波导的每一个都可具有一个其宽度从其相邻的所述合并部的部分向着所述第一板以锥形方式减小的锥形部，并且具有一个固定宽度小的波导，该波导具有一基本上是固定的宽度，该宽度基本上等于所述锥形部在其宽度最小处的宽度以使所述第一板与所述锥形部互相光学连接。
6.一种波分分用设备，其特征在于其包括：
一个基底；
一个位于所述基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；
一个位于所述基底上用来使从所述第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；
多个位于所述基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收和分裂经所述第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；
一个位于所述基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的分裂光并对接收到的波分复用光进行聚光；以及
一个位于所述基底上的第二波导，用来使经所述第二板聚光的光于其中传播；
所述各信道波导在信道波导与所述第一板光学连接的部分的附近都具有每个都包含多个一次分路连接分支的多组一次耦合部用来接收来自所述第一板的波分复用光和一个用来光学耦合来自所述一次分路连接分支的波分复用光的一次合并部；以及一个包含多个二次分路连接分支的二次耦合部用来接收经所述一次耦合部耦合的波分复用光和一个用来光学耦合来自所述二次分路连接分支的波分复用光的二次合并部。
7.如权利要求6中所述的波分分用设备，其特征在于所述分路连接分支中的每一个都具有一个宽度为使得输入其中的波分复用光的高次模光被切掉的宽度，并且在所述合并部以这一宽度形成耦合接触，该宽度使输入到其中的波分复用光的高次模光可被激发。
8.如权利要求6或7中所述的波分分用设备，其特征在于所述各分路连接分支以这一宽度形成，该宽度从其相邻的所述合并部的部分向着所述第一板以锥形方式减小。
9.如权利要求6或7中所述的波分分用设备，其特征在于所述分路连接分支的每一个都具有一个其宽度从其相邻的所述合并部的部分向着所述第一板以锥形方式减小的锥形部，并且具有一个固定宽度小的波导，该波导具有一基本上是固定的宽度，该宽度基本上等于所述锥形部在其宽度最小处的宽度以使所述第一板与所述锥形部互相光学连接。
10.一种波分分用设备，其特征在于其包括：
一个基底；
一个位于所述基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；
一个位于所述基底上用来使从所述第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；
多个位于所述基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收和分裂经所述第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；
一个位于所述基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的分裂光并对接收到的波分复用光进行聚光；以及
一个位于所述基底上的第二波导，用来使经所述第二板聚光的光于其中传播；
所述各信道波导都这样形成，即其对所述第一板的一个节点具有一宽度，该宽度为可使分开的光的高次模光被激发，并且该宽度随着远离所述第一板而以锥形方式减小；
以这种方式对所述各信道波导提供一个反射率小于信道波导反射率的岛形形成区，即将所述信道波导在信道波导光学耦合到所述第一板的其附近处分割为多个波导部。
11.如权利要求10中所述的波分分用设备，其特征在于由所述岛形区分割的所述各信道波导的各波导部都可形成为一个波导，通过它使得输入其中的波分复用光的高次模光被切掉，并且在分割波导部互相耦合处的波导可具有一宽度，该宽度可使输入到其中的波分复用光的高次模光被激发。
12.如权利要求1至11任何一项中所述的波分分用设备，其特征在于所述第一板与所述各信道波导的边界界面可形成为弧形，其中心位于漫射进入的并从所述第一板输入到所述边界界面的漫射光的漫射中心。
13.如权利要求12中所述的波分分用设备，其特征在于在信道波导光学耦合到所述第一板的部分的附近的所述信道波导的每一个都具有一个位于漫射中心延长线上的中心轴。
14.如权利要求2至5任何一项中所述的波分分用设备，其特征在于所述第一板与所述各信道波导的边界界面可形成为弧形，其中心位于漫射进入的并从所述第一板输入到所述边界界面的漫射光的漫射中心，并且所述通过纤芯的分支或波导的每一个都可具有一个位于漫射中心延长线上的中心轴。
15.如权利要求7中所述的波分分用设备，其特征在于所述第一板与所述各信道波导的边界界面可形成为弧形，其中心位于漫射进入的并从所述第一板输入到所述边界界面的漫射光的漫射中心，并且所述一次分路连接分支的每一个都可具有一个位于漫射中心延长线上的中心轴。
16.一种波分分用设备，其特征在于其包括：
一个基底；
一个位于所述基底上用来传播具有多个波长分量的波分复用光的第一波导；
一个位于所述基底上用来使从所述第一波导输入的波分复用光漫射的第一板；
多个位于所述基底上并具有一系列以预定的差值增加的不同波导长度的信道波导，用来接收和分裂经所述第一板漫射的波分复用光和使其相互分开在信道波导中传播；
一个位于所述基底上的第二板，用来接收经多个信道波导相互分开传播的分裂光并对接收到的波分复用光进行聚光；以及
一个位于所述基底上的第二波导，用来使经所述第二板聚光的光于其中传播；
所述各信道波导在信道波导与所述第一板光学连接的部分的附近都包含多个级联成为多个树状配置级的耦合波导用来使输入其中的分布光光学连接和传播。
17.一种波分分用设备，其特征在于其包括：
一个用来引导和输出具有不同波长的光分量的波分复用光的输入波导；
一个用来漫射从所述输入波导输出的波分复用光的输入板；
多个信道波导，用来使经过所述输入板根据波长进行漫射的波分复用光分裂而得到的分裂光传播，所述信道波导这样形成，即使得所述信道波导的相邻波导之间的光路长度差互相相等；以及
一个用来对从所述信道波导输出的分裂光进行聚光的输出板。
18.如权利要求17中所述的波分分用设备，其特征在于所述信道波导的部分沿着该边界线定位于所述输入板附近的第一板边界线的形状为具有预定半径的弧形，并且其中心位于所述输入板上的漫射中心。
19.如权利要求18中所述的波分分用设备，其特征在于所述输入板形成使得具有相同相位波分复用光从漫射中心漫射和输出。
20.如权利要求17中所述的波分分用设备，其特征在于所述信道波导这样形成，使得分裂光分量显示出根据光程差产生的相位差。
21.如权利要求17中所述的波分分用设备，其特征在于所述信道波导这样形成，即将其光程差设定为次数，该次数等于在波分复用光中包含的中心波长倍数。
22.如权利要求17中所述的波分分用设备，其特征在于所述信道波导的部分沿着该边界线定位于所述输入板附近的第二板边界线的形状为具有预定半径的弧形。
23.如权利要求22中所述的波分分用设备，其特征在于所述输出板根据从第二板边界线输出的光的波长和包含在波分复用光中的中心波长对分裂光分量进行聚光。
24.如权利要求17至23任何一项中所述的波分分用设备，其特征在于其还包括每一个都具有至少两个终端的多个输出波导，其中一个终端位于光被所述输出板聚光之处，而另一个终端被提供用来使光输入到另外一个光学模块。
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