CN1723401A - 光器件和光器件制造方法以及光集成器件 - Google Patents

光器件和光器件制造方法以及光集成器件 Download PDF

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Abstract

在长度方向和宽度方向扩展的片状多模相干波导(MMI)中，设定多模相干波导的长度，使唯一模在长度方向相干，从而在信号光输入输出时减小耦合损耗。该多模相干波导在厚度方向具有最大折射率部，其具有的折射率分布使折射率随着离开该最大折射率部而减小。因此，可在多模相干波导的厚度方向抑制模色散，取得10Gb/s量级的高传输速率。

Description

光器件和光器件制造方法以及光集成器件
发明领域
本发明涉及具有高速多模光传输用的片状传输线的光器件和该光器件制造方法；具体而言，涉及适合分光器、合光器、光多路解编器、光多路复用器、光直片总线、光交叉片总线、星形耦合器、光开关等的使用多模相干自成像原理的光器件和该光器件制造方法。本发明还涉及具有多个上述光器件的光集成器件。
背景技术
对适合光通信系统等的使用光传输线的光器件进行了研究。期望该光器件用于光学电路之间互换数据的光数据总线片、划分信号光束的分光器和组合信号光束的合光器。光传输线中，比单模光传输线价廉的多模光传输线能代替普通的电子电路。
多模光传输线的例子是片状多模光传输线。例如，文件(3)揭示的光总线电路板具有折射率均匀的片状透明媒体、使信号光束入射到透明媒体的入射端面的激光二极管阵以及接收从透明媒体的出射端面出射的信号光束的光电二极管阵。文件(3)中揭示的光总线电路板中，在透明媒体内部厚度方向和宽度方向使从激光二极管阵发射的入射光束重复全反射，作为出射光束从出射端面的整个区域出射后，由光电二极管接收。
又，与文件(3)相同，文件(2)揭示的分光器也具有折射率均匀的片状透明媒体、使信号光束入射到透明媒体的激光二极管以及接收从透明媒体出射的信号光束的多条光纤。文件(2)阐述的分光器中，在入射端面形成光漫射层，使信号光束在透明媒体内部短距离内有效漫射。文件(2)中也在透明媒体内按厚度方向和宽度方向使入射光束重复全反射，从而作为出射光束从出射端面的整个区域出射后，由光电二极管阵接收。
文件(1)揭示的片状光数据总线具有的折射率分布使厚度方向的中心上形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小。文件(1)阐述的光数据总线中，该反射率分布使多模的模色散减小。文件(1)中，入射光束也从出射端面的整个区域作为出射光束出射。
另一方面，有一种技术，其中在入射端单模光传输线与出射端单模光传输线之间配置有在宽度方向以多模方式传送信号光束的光波导。该光波导在长度方向具有由光波导的均匀折射率n、光波导的宽度方向基模宽度W0和所传送信号光束的波长λ决定的预定尺寸L。该光波导根据长度方向的尺寸L，利用长度方向上信号光束的本征模相互干涉产生出射光束(文件(4)至(8)、文件(11))。
近年来，光通信领域中，已研究波分复用(也称为WDM)方法。该方法中，为了增加通信容量，在波长不同的信号光束上叠加多个信号，使其在相同的光传输线上多路复用并传送。WDM方法中，诸如多路解编不同波长的信号光束的光多路解编器和多路复用不同波长的信号光束的光多路复用器起重要作用。
已知的普通技术实例通过使用在入射端单模光传输线与出射端单模光传输线之间配置宽度方向上以多模方式传送信号光束的光波导的技术，实现该光多路解编器和分光器(文件(9)、(12至15))。这些普通光多路解编器和分光器连接入射端单模波导和出射端单模波导，并具有在宽度方向按多模传送信号光束的光波导。文件(9)、(12至15)所述的光器件中，在入射端单模波导中传送2个不同波长的多路复用信号光束，并使其入射到光波导上。设定该光波导宽度方向的尺寸和长度方向的尺寸，以便通过长度方向上信号光束的本征模相互干涉在出射端的不同位置产生出射光束。
又，文件(10)揭示一种光器件制造方法，该光器件具有入射端光束变换器、光波导和出射端光束变换器。文件(10)的光器件制造方法阐述通过玻璃衬底中封入流体材料形成光波导。文件(10)还具体揭示通过相继层叠具有不同折射率的材料，使入射端光束变换器和出射端光束变换器具有一折射率分布(参阅文件(10)的图4和相应的说明)。
在多模光传输线由均匀媒体制成的情况下，传送1个信号光束时，各模之间实际光路长度(相速度)不同。因此，产生出射光束强度分布因光传输线长度而异的现象。
多模光传输线的长度长到超过100mm的程度时，由于光路之间群速度不同，产生所传送光束的信号波形改变的现象。
如上所述，产生模色散时，即产生各模之间相速度或群速度不同的减少时，不能传送信号光束，尽管还对出射端保持入射光束的强度分布。
为了解决上述问题，提出具有折射率分布的光传输线的建议。传播通过具有一折射率分布的信号光束画出基于折射率分布的弯曲(折弯)光束轨迹。通过利用此现象，即使各光路的实际光路长度相互不同，也能利用折射率不同使其光路长度相同。因此，通过适当设定折射率分布，抑制模色散，可获得一多模光传输线。
例如，文件(1)阐述一种光器件，其中具有叠层的片状光传输线，并且在层叠该片状光传输线的方向具有一折射率分布。文件(1)所述的片状光传输线由于通过折射率分布抑制模色散，能以多模方式传送千兆位级的高频信号。
该光器件需要一种结构，用于使信号光束入射到片状光传输线上，并使信号光束从片状光传输线出射。上述文件(1)所述的光器件中，使信号光束平行于信号光束传输方向地从片状光传输线的一端入射，并平行于信号光束传输方向地从片状光传输线的另一端出射(文件(1)的图1和图9)。
还知道一种技术，其中光波导(片状光传输线)具有垂直折弯信号光束的光轴的镜，并将光波导耦合到外部(文件(16)2的图1和图2)。文件(16)所述的光波导中，按偏离信号光束传输方向45度配置的镜使从垂直于传输方向的方向入射的信号光束弯曲，并入射到光波导上。按偏离信号光束传输方向45度配置的镜又使穿透光波导的信号光束弯曲，并以垂直于传送方向的方向出射(见文件(16)的图1和图2)。
文件清单
(1)日本国待公开专利公报2000-111738号(图3)
(2)日本国待公开专利公报2000-329962号(图2)
(3)日本国待公开专利公报2001-147351号(图1)
(4)日本国待公开专利公报2003-050330号(图1)
(5)日本国待公开专利公报2001-183710号(图1)
(6)日本国待公开专利公报平1-156703号(图1)
(7)美国专利号4087159(图1)
(8)美国专利号4950045(图1)
(9)日本国待公开专利公报平8-201648号(第2至第5页，图11)
(10)日本国待公开专利公报2003-043285号(图4)
(11)Luscas B.Soldano和Eric C.M.Pennings，“Optical Multi-ModeInterference Device Based on Self-Imaging：Principles andApplications(自成像光多模相干器件的原理和应用)”，Vol.13，No.4 Journalof Lightwave Technology，April 1995
(12)F.Rottman，A.Neyer，W.Mevenkamp，and E.Voges，“Integrated-Optic Wavelength Multiplexers On Lithium Niobate based onTwo-Mode Interference(2模相干锂铌光集成波长多路复用器)”，Journal ofLightwave Technology，Vol.6，No.6 June，1988
(13)M.R.Paiam，C.F.Janze，R.I.MacDonald and J.N.Broughton，“Compact Planar 980/1550-nm Wavelength Multi/Demultiplexer Basedon Multimode Interference(多模相干小型平面980/1550nm波长多路复用器/多路解编器)”，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.7，No.10，October，1995
(14)K.C.Lin and W.Y.Lee，“Guided-wave 1.3/1.55μm wavelengthdivision multiplexer based on multimode interference(1.3/1.55μm导波多模相干波分多路复用器)”，IEEE Electronic Letters，Vol.32，No.14，July 4，1996
(15)Baojun Li，Guozheng Li，Enke Liu，Zuimin Jiang，Jie Qin and XunWang，“Low-Loss 1×2 Multimode Interference Wavelength Demultiplexerin Silicon-Germanium Alloy(硅锗合金低损耗1×2多模相干波长多路解编器)”，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.11，No.5，May，1999
(16)日本国待公开专利公报昭62-35304号(图1、图2)
发明内容
文件(2)和(3)所述的多模光传输线传送作为信号光束入射的入射光束，同时还在透明媒体内部按厚度方向和宽度方向使该光束全反射。因此，入射而被散射的入射光束的路径之间产生光路长度差，从而造成模色散。所以，文件(2)和(3)所述的多模光传输线中，传输速度受典型入射光束色散限制，不能完成超过10Gbps的高速传输。
文件(1)所述的光数据总线中，由于在厚度方向形成折射率分布，使厚度方向的模色散受到抑制。然而，折射率在宽度方向上均匀，因而产生宽度方向的模色散，使传输速度也受到限制。文件(1)至(3)所述的全部技术中，由于入射光束作为出射光束从出射端面的整个区域产生，出射端上形成的光传输线的耦合损耗很大。
又，文件(4)至(8)和文件(11)所述的光波导中，使厚度方向上单模的信号光束入射时，耦合损耗小，能高速传送信号光束。然而，即使在单模的情况下，将扩散很大且具有大扩散角的入射光束或光束直径大的入射光束(诸如来自多模波导的出射光束)用作信号光束时，由于难以耦合导光波导，信号光束入射和出射时的信号光束损耗大。文件(4)至(8)和(11)所述的光波导中，对光轴偏离光波导中心地入射的入射光束而言，损耗大，因而需要将入射光束和出射光束高精度耦合到入射端和出射端。
此外，当以厚度方向上多模进行入射的信号光束使用文件(4)到(8)和(11)所述的光波导时，改善了很难相对于大部分漫射并具有大散角的入射光束和具有大光束直径的入射光束耦合入射和出射光束的问题。但是，以厚度方向上多模进行入射的信号光束使用文件(4)至(8)和(11)所述的光波导时，在厚度方向产生模色散，不能高速传送信号光束。这时，以光轴偏离厚度方向入射的入射光束在厚度方向激励的多个本征模在长度方向上相干，因而使出射光束在厚度方向的强度分布改变。改变厚度方向的强度分布时，将出射光束耦合到光传输线，则出射端的损耗大。
另一方面，文件(10)所述的光器件制造方法揭示的例子不是光波导具有折射率分布，而是入射端或出射端光束变换器具有折射率分布。因此，使用文件(10)所述的光器件制造方法的光波导制造工艺时，只能制造文件(1)、(2)、(4)至(9)和(11)至(15)所述的具有均匀折射率的普通光传输线。使用文件(10)所述的光器件制造方法的光束转换器制造工艺时，又由于将宽度方向的尺寸和长度方向的尺寸形成提供透镜功能，不能获得形成多模相干的光波导。文件(10)所述的光器件制造方法制造光束转换器的工艺时由于相继层叠折射率不同的材料，用作光波导中形成折射率分布的方法时不能说是生产率高的方法。
因此，本发明的第1目的是提供一种光器件和该光器件的制造方法，该光器件具有信号光束入射和出射时便于耦合、损耗小且能以等于单模光束传输的速度约10Gbs高速传送的片状多模光传输线。本发明的第1目的又是提供具有多个上述光器件的光集成器件和该光集成器件的制造方法。
以下的第1光器件达到上述第1目的。
一种光器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号。
本发明的第1光器件中，由于光传输线在厚度方向具有折射率分布，即使以多模方式传送信号光束的结构的情况下，厚度方向上也抑制模色散，从而能高速传送信号光束。本发明的光器件中，又由于光传输线利用多模相干产生出射光束，入射和出射时的损耗小，连接时不需要高度准确的调整。
最好由光传输线宽度方向上激励的0次模传播常数与1次模传播常数之差的函数表示该光传输线在长度方向具有的尺寸。最好由宽度方向的基模宽度、相对于宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率和多模光传输线中所传送光束的波长的函数表示光传输线在长度方向具有的尺寸。
最好该光传输线具有的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且折射率不随离开中心位置的距离加大。具体而言，该折射率分布大致上按2次函数变化。
最好该光传输线由聚硅烷制成。具体而言，该光传输线由聚硅烷制成，并且由聚硅烷固化时氧浓度分布形成该折射率分布。
最好输入信号是电信号，并设置一入射部将电信号变换成信号光束，而且将该光传输线上入射的信号光束作为入射光束。作为一个例子，入射部具有在光传输线宽度方向上排成阵列的多个发光部。较佳地，输入信号是信号光束，并且设置一入射部将该光传输线上入射的信号光束作为入射光束。
最好输出信号是电信号，并设置一出射部接收信号光束作为从光传输线出射的出射光束，而且将信号光束变换成电信号。作为一个例子，出射部具有在该光传输线宽度方向上排成阵列的多个受光部。最好输出信号是信号光束，并设置输出部将从该光传输线出射的信号光束作为出射光束。
最好该光器件是1×N的分光器，能接收至少1个输入信号，并输出该输入信号，作为N个(N＝1、2、3、……)输出信号；并且
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、
以及使出射光束出射出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
(1/N)·(n0W0 2/λ)
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且在入射面宽度方向的中心入射一入射光束，使出射面上对宽度方向的中心对称地产生数量N的出射光束。
最好该光器件是N×1的合光器，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为至少1个输出信号；
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
(1/N)·(n0W0 2/λ)
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
在入射面上对宽度方向的中心对称地入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面宽度方向的中心产生一入射光束。
最好该光器件是直片状总线，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的N个输出信号；
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
8n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
在入射面上宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面上在宽度方向与入射光束的入射位置相同的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束。
最好该光器件是交叉片状总线，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的N个输出信号；
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的奇数倍的值：
4n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
入射面上在宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束。
最好该光器件是星形耦合器，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的N个输出信号；
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射的出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的值：
(p±1/N)4n0W0 2/λ
(p是使括号内的值为正的整数)
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
入射面上在宽度方向的预定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生N个出射光束。
最好该光器件是星形耦合器，接收NEVEN个(NEVEN＝2、4、6、……)输入信号，并且输出该输入信号，作为与输入信号对应的NEVEN个输出信号；并且
该光传输线使NEVEN个全部具有相同波长λ的入射光束入射在入射面上相对于宽度方向的中心对称的位置。
最好该光器件是星形耦合器，接收NODD个(NODD＝1、3、5、……)输入信号，并且输出该输入信号，作为与输入信号对应的NODD个输出信号；并且
该光传输线使NODD个全部具有相同波长λ的入射光束入射在入射面上相对于宽度方向的中心不对称的位置。
最好该光器件是双向直片状总线，能接收N个(N＝1、2、3、……)输入信号，并输出该输入信号，作为与该第一输入信号一一对应的N个输出信号，而且能接收M(M＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的M个输出信号；
该光传输线包含：
形成在长度方向的一端的第1面、以及
形成在长度方向的另一端的第2面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
8n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
在第1入射面上宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面上在宽度方向与入射光束的入射位置相同的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束，同时
在第2入射面上宽度方向的给定位置入射数量M的全部具有相同波长λ的入射光束，使第一面上在宽度方向与入射光束的入射位置相同的位置产生与M个入射光束一一对应的M个出射光束。
最好该光器件是双向交叉片状总线，能接收N(N＝1、2、3、……)个第一输入信号，并输出该输入信号，作为与该第一输入信号一一对应的N个第一输出信号，而且能接收M(M＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的M个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含
形成在长度方向的一端的第1面，以及
形成在长度方向的另一端的第2面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的奇数倍的值：
4n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
第1面上在宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使第2面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束，
同时第2面上在宽度方向的给定位置入射数量M的全部具有相同波长λ的入射光束，使第1面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生与M个入射光束一一对应的M个出射光束。
最好该光传输线包含形成在长度方向的一端并将以平行于厚度方向入射的入射光束的光路在长度方向弯成大致90度的反射面和/或形成在长度方向的另一端并且将在长度方向传送的出射光束的光路弯成大致90度以便在平行于厚度的方向出射的反射面。
最好该传输线包含形成在长度方向的一端并且在长度方向将长度方向上入射的光束的光路弯曲成在厚度方向倾斜的棱镜和/或形成在长度方向的另一端并且弯曲长度方向上传送的出射光束的光路以便在厚度方向上倾斜的方向进行出射的棱镜。
最好该光传输线在厚度方向具有多个本征模。根据此结构，能提供也在厚度方向使用多模相干的光器件。最好该光传输线具有不小于20μm的厚度。
最好将该光传输线弯曲成厚度方向的中心位置在包含长度方向和厚度方向的2个不同给定截面总形成相同的曲线。最好将该光传输线扭绞成厚度方向的中心位置在包含长度方向和厚度方向的的2个不同给定截面形成不同的曲线。
以下的光集成器件达到上述第1目的。
一种光集成器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，该光集成器件包含一光传输部分，它包含多个光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，而且在厚度方向层叠该光传输线；
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号。
本发明的光集成器件中，由于光传输线在厚度方向具有折射率分布，即使以多模方式传送信号光束的结构的情况下，厚度方向上也抑制模色散，从而能高速传送信号光束。本发明的光器件中，又由于光传输线利用多模相干产生出射光束，入射和出射时的损耗小，连接时不需要高度准确的调整。
以下的第1光器件制造方法达到上述第1目的。
一种光器件制造方法中，该光器件由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，
该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号；
该光器件制造方法包含下列4个步骤：
第1步骤，制备由能传送用于使制造光传输线的树脂固化的能量的材料制成的成形模具，该模具具有深度至少与光传输线厚度相同的下凹部；
第2步骤，用树脂填充该下凹部；
第3步骤，从厚度方向的上下对填充树脂的成形模具施加预定量的能量；
第4步骤，在利用树脂固化形成所需的折射率分布的基础上，至少决定长度方向的尺寸，并形成入射光束与出射光束的连接部，以形成树脂进入该光传输线。
本发明的第1光器件制造方法中，由于提供上述步骤，能以高精度方便地制造包含所希望的折射率分布的片状光传输线。
最好第3步骤中，施加能量是施加预定波长的紫外线；
第1步骤中，制备的成形模具由对该预定波长紫外线透明的材料制成。
最好第3步骤中，能量的施加是加热。
最好该光传输线包含的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且该折射率不随离开中心位置的距离加大。最好折射率分布大致按2次函数变化。
最好该光传输线由聚硅烷制成。又，最好，根据权利要求35的光学装置制造方法，其中该光传输线由聚硅烷制成，并且通过固化该聚硅烷时氧浓度分布形成该折射率分布。
最好第1步骤中，成形模具包含一下凹部，该下凹部具有包含要制造的多条光传输线的尺寸；
第4步骤中，通过切割树脂，同时制造多条光传输线。
最好第1步骤中，成形模具包含一下凹部，该下凹部具有的尺寸大致等于要制造的光传输线宽度方向的尺寸；
第4步骤中，通过切割树脂确定长度方向的尺寸。
最好第1步骤中，成形模具包含一下凹部，该下凹部具有的尺寸大致等于要制造的光传输线尺寸；
第4步骤中，去除处在使入射光束和出射光束对光传输线入射和出射的位置的下凹部的壁。
最好还包含在第4步骤前或后使光传输线脱离成形模具的第5步骤。
本发明的光器件制造方法中，通过包含第5步骤，能重复使用成形模具，因而能减少制造时的成本。
以下的第2光器件能达到上述第2目的。
一种光器件，能接收将2个不同波长相互叠加的多重信号光束，根据波长多路解编多重信号光束，将该多重信号光束作为2个不同信号光束输出；该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
使多重信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向每一波长具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由对相同波长的信号光束在长度方向相互干涉的多个本征模根据波长在宽度方向的不同位置产生2个出射光束；
使该2个出射光束从光传输线出射。
本发明的第2光器件中，由于光传输线在厚度方向具有折射率分布，即使以多模方式传送信号光束的结构的情况下，厚度方向上也抑制模色散，从而能高速传送信号光束。本发明的光器件中，又由于光传输线利用多模相干产生出射光束，入射和出射时的损耗小，连接时不需要高度准确的调整。
最好使该2个出射光束从该2个出射光束之间的光量比率最大的宽度方向上的位置出射。最好使该2个出射光束从该2个出射光束的光量最小的宽度方向上的位置出射。
最好由光传输线宽度方向上激励的0次模传播常数与1次模传播常数之差的函数表示该光传输线在长度方向具有的尺寸。
最好该光传输线具有矩形平行六面体状，并且具有由宽度方向的基模宽度、厚度方向的最大折射率和多模光传输线中所传送光束的波长的函数表示光传输线在长度方向具有的尺寸。
最好该光传输线具有的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且折射率不随离开中心位置的距离加大。具体而言，最好该折射率分布大致上按2次方程变化。
文件(9)和(12)至(15)所述的光器件由于进行分光的光波导仅在宽度方向以多模方式传送信号光束，具有与文件(4)至(8)和(11)相同的问题。即，即使在单模的情况下，将扩散大且大扩散角的多路复用信号光束或光束直径大的多路复用信号光束用作信号光束时，由于难以耦合到光波导，因而信号光束入射和出射时的信号光束损耗大。又由于对光轴偏离光波导中心地入射的入射光束而言，损耗大，需要以高准确度将入射多路复用信号光束和出射信号光束耦合到入射端和出射端。
又，在入射厚度方向为多模的多路复用信号光束使用文件(9)和(12)至(15)所述的光波导时，在厚度方向出射模色散，从而不能高速传送信号光束。这时，光轴在厚度方向偏移地入射的多路复用信号光束在厚度方向激励的多个本征模在长度方向上相干，因而使厚度方向的强度分布改变。改变厚度方向的强度分布时，不能对多路复用信号光束进行多路解编或多路复用。
因此，本发明的第2目的是提供一种具有信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线的光器件，该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度，并且能对多路复用信号光束进行卓越的多路解编和多路复用。
以下的第3光器件能达到上述第2目的。
一种光器件，可接收2个具有不同波长的信号光束，多路复用该信号光束，并输出将2个不同波长信号相互叠加的信号光束，作为多重信号光束，该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
使2个信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向每一波长具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由对相同波长的信号光束在长度方向相互干涉的多个本征模根据波长在宽度方向的相同位置产生作为多重信号光束的出射光束；
使该出射光束从光传输线出射。
本发明的第3光器件中，由于光传输线在厚度方向具有折射率分布，即使以多模方式传送信号光束的结构的情况下，厚度方向上也抑制模色散，从而能高速传送信号光束。本发明的光器件中，又由于光传输线利用多模相干产生出射光束，入射和出射时的损耗小，连接时不需要高度准确的调整。
文件(1)至(8)和(11)所述的光传输线和光波导都不能超越使出射光束相对于入射光束唯一地出射。因此，没有提出用光传输线或光波导进行切换以选择与入射光束对应的出射光束的出射位置的技术办法。
于是，本发明的第3目的是提供一种具有信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线的光器件，该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度，并且能切换要传送的信号光束。
以下的第4光器件能达到上述第3目的。
一种光器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，还包含在垂直于厚度方向的宽度方向相结合的第1局部光传输线和第2局部光传输线，而且
折射率调制手段能根据外部供给的控制信号，改变该第1和第2局部光传输线中的至少一方的的折射率分布，
能根据折射率调制手段的操作，在仅用第1局部光传输线传输入射光束的第1条件与用第1和第2局部光传输线传输入射光束的第2条件之间进行选择；
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在第1光传输线上进行入射；
第1条件下，
在第1光传输线内部，垂直于厚度方向和宽度方向的长度方向上以在宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从第1光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号；
第2条件下，
在第1和第2光传输线内部，在厚度方向上以在宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从第2光传输线出射，并输出与出射光束对应的输出信号。
本发明的第4光器件中，由于光传输线在厚度方向具有折射率分布，即使以多模方式传送信号光束的结构的情况下，厚度方向上也抑制模色散，从而能高速传送信号光束。本发明的光器件中，又由于光传输线利用多模相干产生出射光束，入射和出射时的损耗小，连接时不需要高度准确的调整。
最好折射率调制手段能改变第1多模局部光传输线的折射率分布；
在第2条件下，使第1和第2多模局部光传输线的折射率分布相同，并且
在第1条件下，使第1多模局部光传输线的最大折射率大于第2多模局部光传输线的最大折射率。
最好，根据权利要求49的光学装置，其中折射率调制手段能改变第2多模局部光传输线的折射率分布，
在第2条件下，使第1和第2多模局部光传输线的折射率分布相同，并且
在第1条件下，使第2多模局部光传输线的最大折射率小于第1多模光传输线的最大折射率。
较佳地，折射率调制手段能改变第1和第2多模局部光传输线的折射率分布，
在第2条件下，使第1和第2多模局部光传输线的折射率分布彼此相同，以及
在第1条件下，使第1多模局部光传输线的最大折射率大于第2条件下的第2多模局部光传输线的最大折射率，又使第2多模局部光传输线的最大折射率小于第2条件下的第1局部光传输线的最大折射率。
最好第1和第2多模光传输线中，其折射率分布可由折射率调制手段改变的光传输线由呈现热光效应的聚合物构成；
该折射率调制手段包含能按照控制信号进行发热/吸热的热片，并且
通过该热片改变光传输线的温度，使折射率分布改变。
最好该光传输线中，长度方向的尺寸大致为下列公式的奇数倍的值：
4n0W0 2/λ
其中传输线宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，在第1和第二光传输线中所传输光束的波长为λ。
最好该光传输线在宽度方向具有的尺寸相对于添加光传输线的宽度方向为 倍。根据此结构，在第2条件下，利用多模相干也能产生出射光束。
最好该光传输线具有的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且折射率不随离开中心位置的距离加大。具体而言，最好该折射率分布按2次方程变化。
文件(4)至(8)和(11)所述的光波导中，光波导在输入端和出射端均为单模(核心直径最大为10μm)。因此，使宽度方向上不同的本征模相互干涉(多模相干，下文有时称之为MMI)，并根据自成像原理产生出射光束时，在将1光束分成2光束的情况下，需要出射光束之间在输出端上的间隔对应于输出端的光波导核心直径，仅为约10μm。然而，输入端和输出端的光波导均为多模光波导时，以相同方法计算的核心直径大达约20μm至1000μm。为此，需要出射光束之间在光波导输出端的间隔至少不小于核心直径。
基于多模相干自成像原理的出射光束间隔与光波导宽度大致成正比。这时，光波导长度方向的尺寸与宽度方向的尺寸的平方大致成正比。因此，输入端和输出端的光波导均为多模光波导时，光波导的结构与单模光波导时相比，在宽度方向上大达其2倍至100倍，长度方向上大达其4倍至10000倍。例如，将200μm的多模光纤用作输入和输出波导时，与使用单模光波导的情况相比，宽度方向的尺寸为其20倍，长度方向的尺寸为其200倍(具体而言，宽度为约400μm，长度为约120000μm)。该光波导很大且宽度与长度之间的均衡(比率)很差，因而难以掌握。
而且，根据多模相干自成像原理产生的出射光束的剖面与入射光束大致相同。因此，将2个和多个光束组合成1个光束，或者将1个光束分成2个或多个光束时，即在入射端和出射端进行具有大模场的大量入射光束、出射光束的输入和输出时，必须加大光波导在宽度方向的尺寸。如上文所述，根据多模相干自成像原理产生出射光束的光波导的长度方向尺寸与宽度方向尺寸的平方大致成正比。因此，加大光波导宽度方向尺寸时，则长度方向的尺寸必须大于1光束分成2光束时的该尺寸。
于是，本发明的第4目的是提供一种具有信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线的光器件，该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度，并且片状光传输线在宽度方向和长度方向的尺寸小。本发明的第4目的是提供制造上述光器件的方法。
以下的第5光器件达到上述第4目的。
一种光器件，用于改变排成一直线的N个(N＝1、2、3、……)信号光束之间的距离；
将N条光传输线排在该直线上，这些光传输线形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，
使信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模在与入射光束以宽度方向入射到光传输线上的位置不同的位置产生出射光束；
使该出射光束作为信号光束从光传输线出射。
本发明的第5光器件中，由于形成上述结构，能方便地改变多个信号光束之间的距离。因此，即使将多模光纤等用作入射部和出射部时，也能进行连接，而光传输线的尺寸没有任何加大。
最好该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射的出射面，
其中使入射光束在入射面上宽度方向的给定位置入射，并且在出射面上相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置在宽度方向对称的一些位置产生出射光束。
最好光器件增加与信号光束之间的距离。最好具有片状入射方光传输线，该光传输线是1×N的分光器，将1入射光束分成N个光束，并将入射光束分成的N个出射光束作为信号光束连接到一些光传输线。
以下的第6光器件达到上述第4目的。
一种光器件，用于改变信号光束的位置，该光器件包含
多条光传输线，这些传输线为片状，其具有的折射率分布使最大折射率部分形成在该片的厚度方向，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
其中将多条光传输线连接成多级，以便其中一条光传输线激励的出射光束变成另一条光传输线上要入射的入射光束；
使信号光束作为入射光束在光传输线上入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模在与入射光束以宽度方向入射到光传输线上的位置不同的位置产生出射光束；
使该出射光束作为信号光束从光传输线出射。
本发明的第6光器件中，由于形成上述结构，使信号光束能在宽度方向方便地偏移。因此，即使将多模光纤等用作入射部和出射部，也能进行连接，而光传输线的尺寸没有任何加大。
最好信号光束是排成一直线的N个(N＝2、3、4、……)信号光束；
其中将N条光传输线排在该直线上，以改变N个信号光束之间的距离，该光传输线为片状，其具有的折射率分布使最大折射率部分形成在该片的厚度方向，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，
使信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模在与入射光束以宽度方向入射到光传输线上的位置不同的位置产生出射光束；
使该出射光束作为信号光束从光传输线出射。
以下的第7光器件能达到上述第4目的。
一种光器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间；该光器件包含下列各部分：
片状光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
入射端光传输线，传送相当于输入信号的入射光束，以便该光束入射到片状光传输线上；
入射端光束变换器，连接入射端光传输线和片状光传输线，将入射端光传输线的模场变换成能入射到片状传输线上；
出射端光传输线，传送来自片状光传输线的出射光束，以便该光束作为输出信号出射；
出射端光束变换器，连接出射端光传输线和片状光传输线，将片状光传输线的模场变换成能入射到出射端光传输线；
其中使从入射端变换器出射的信号光束作为入射光束入射到片状光传输线上；
在片状光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从片状光传输线出射，并入射到出射端光束变换器。
本发明的第7光器件中，由于形成上述结构，能方便地改变多个信号光束之间的距离。因此，即使将模场不同的多模光纤等用作入射部和出射部，也能进行连接，而光传输线的尺寸没有任何加大。
最好入射端光束变换器是透镜单元，其具有的折射率分布使中心形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小，而且将该变换器配置成数量与入射到片状光传输线的信号光束相同。
最好入射端光束变换器包含的折射率分布使该中心与周边之间的折射率从入射端光传输线方往片状光传输线方逐渐加大。
最好入射端光束变换器是一波导，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
将该入射端光束变换器配置成与入射到片状光传输线的信号光束数量相同。
最好该板状波导具有的结构使宽度方向的尺寸往连接片状光传输线的部分减小。最好与片状光传输线综合为一体地形成入射端光束变换器。
最好入射端光束变换器是一光传输线，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向和平行于宽度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
配置用于片状光传输线的入射端光束变换器的数量为1个。
最好出射端光束变换器是透镜单元，其具有的折射率分布使中心形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小，而且
将该变换器配置成与从片状光传输线出射的信号光束数量相同。
最好出射端光传输线是光纤，其具有的折射率分布使在中心形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小，而且
出射端光束变换器包含的折射率分布使该中心与周边之间的折射率从出射端光传输线方往片状光传输线方逐渐加大。
最好出射端光束变换器是波导，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
将该入射端光束变换器配置成与从片状光传输线出射的信号光束数量相同。
最好该波导具有的结构使宽度方向的尺寸往连接片状光传输线的部分减小。最好与片状光传输线综合为一体地形成出射端光束变换器。
最好出射端光束变换器是光传输线，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向和平行于宽度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
配置用于片状光传输线的该出射端光束变换器的数量为1个。
以下的第2光器件制造方法达到上述目的。
一种制造光器件的方法中，该光器件由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，该光器件包含下列各部分：
片状光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
入射端光传输线，传送相当于输入信号的入射光束，以便该光束入射到片状光传输线上；
入射端光束变换器，连接入射端光传输线和片状光传输线，将入射端光传输线的模场变换成能入射到片状传输线上；
出射端光传输线，传送来自片状光传输线的出射光束，以便该光束作为输出信号出射；
出射端光束变换器，连接出射端光传输线和片状光传输线，将片状光传输线的模场变换成能入射到出射端光传输线；
其中，该光器件制造方法包含下列4个步骤：
第1步骤，制备成形模具，该模具具有与片状光传输线以及入射端光束变换器和出射端光束变换器中的至少一方对应的下凹部，并且由能传送用于使制造片状光传输线的树脂固化的能量的材料制成；
第2步骤，用树脂填充该下凹部；
第3步骤，从厚度方向的上下对填充树脂的成形模具施加预定量的能量，以利用固化的树脂形成所需的折射率分布；
第4步骤，出现下凹部中未形成入射端光束变换器和出射端光束变换器时，将这些变换器连接到固化树脂，进而连接入射端光传输线和出射端光传输线。
本发明的第2光器件制造方法中，由于提供上述步骤，能用高精度方便地制造具有片状光传输线、包含所需折射率分布的入射端光传输线和出射端光传输线的光器件。
最好施加能量是施加预定波长的紫外线；
成形模具由对该预定波长紫外线透明的材料制成。
最好能量的施加是加热。
最好在第4步骤前包含使固化树脂脱离成形模具的第5步骤。
最好第4步骤中，出现成形模具中未形成入射端光束变换器和出射端光束变换器时，将这些变换器连接到固化树脂，而入射端光传输线与出射端光传输线连接在一起时，将这些光传输线放置在形成确定这些光传输线的位置的定位部的衬底上。
最好第1步骤中，成形模具包含对入射端光传输线和出射端光传输线中的至少一方确定位置的定位部；
第4步骤中，将这些光传输线放置在形成定位部的成形模具上。
最好入射端光传输线是光纤。最好出射端光传输线是光纤。
根据本发明的第1光器件，能提供一种光器件，其中具有在信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线，并且该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度。根据本发明的第1光器件制造方法，能制造上述光器件。
根据本发明的第1光集成器件，能提供一种具有多个上述光器件的光集成器件。根据本发明的第1光集成器件制造方法，能制造上述光集成器件。
根据本发明的第2和第3光器件，能提供一种光器件，其中具有信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线，该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度，并且能对多路复用信号光束进行卓越的多路解编和多路复用。
根据本发明的第4光器件，能提供一种光器件，其中具有信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线，该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度，并且能切换所传送的信号光束。
根据本发明的第5和第6光器件，能提供一种光器件，其中具有信号光束入射和出射时便于耦合且损耗小的片状多模光传输线，该器件能高速传输，速度为约10Gbs，等于单模信号光束传输的速度，并且片状多模光传输线在宽度方向和长度方向的尺寸小。
信号光束的入射方向和出射方向与片状光传输线的光束传输方向如文件(1)所述的技术那样相互一致时，能使入射部和出射部与片状光传输线耦合在一起，没有任何损耗。即，因为便于调整入射到片状光传输线上的信号光束的峰和片状光传输线的折射率分布，能使信号光束入射时的损耗小。
然而，光器件中，需要在入射端配置诸如激光器的光部件，在出射端配置诸如传感器的光部件。因此，将这些光部件与片状光传输线耦合在一起时，需要调整光部件与片状光传输线之间的高度，因而安装光部件时需要进行铺垫。结果，造成光器件不能紧凑。
另一方面，文件(16)的技术涉及无折射率分布的单模片状光传输线。因此，文件(2)所述的光波导中，产生模色散，从而不能以多模方式传送千兆级高频信号。
近年来，提出利用多模相干产生信号光束的光器件。通过采用多模相干，能方便地获得将入射信号光束分成多个信号光束的分光器和将多个入射信号光束组合成1个信号光束的合光器。然而，文件(1)和文件(16)中，都没有关于多模相干的说明。
因此，本发明的第5目的是提供一种能方便地安装光部件并能以多模方式传送千兆级高频信号光束的光器件。
本发明的第6目的是提供一种能方便地安装光部件并能以多模方式传送千兆级高频信号光束又能利用多模相干使信号光束出射的光器件。
具有以下结构的第8光器件能达到上述第5目的。
一种光器件，传送外部入射的信号光束，并使传送的信号光束出射到外部，该光器件包含一光传输线，该光传输线在第1方向具有一种折射率分布，并能在垂直于第1方向的第2方向用多条光路传送信号光束；
其中，入射到光传输线的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴中的至少一方不平行于第2方向，并且
在光传输线上入射时，对信号光束的光轴相互对称地入射到光传输线的多条光路中，2条光路之间的相位差与从个光传输线出射时，2条光路之间的相位差相同。
根据上述结构，由于本发明的第8光器件具有在第1方向包含折射率分布并能在垂直于第1方向的第2方向用多条光路传送信号光束的光传输线，使模色散得到抑制，从而能以多模方式传送千兆级高频信号光束。
又由于入射到光传输线上的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴中的至少1个不平行于第2方向，安装光部件时不必进行铺垫。因此，能使光器件的总体结构紧凑。
又由于在光传输线上入射时，对信号光束的光轴相互对称地入射到光传输线的多条光路中，2条光路之间的相位差与从个光传输线出射时，2条光路之间的相位差相同，能使入射时信号光束的强度分布按信号光束的原样出射。即，由于光传输线没有造成相位差，能使信号光束保持入射光束的强度分布并从光传输线出射，因而能使信号光束从光传输线出射且没有任何损耗。
最好光器件具有以下的结构。
包含使信号光束在光传输线上入射的入射部、以及
使信号光束从光传输线出射的的出射部，
其中，至少将入射部和出射部中的一方耦合到光传输线，使内部传送的信号光束的光轴不平行于第2方向。
根据此结构，不需要在光传输线的传输方向的端面形成入射部或出射部。因此，安装光部件时不必进行铺垫。
最好将入射部和出射部中的至少一方耦合到光传输线，使内部传送的信号光束的光轴与第2方向垂直。
根据此结构，能方便地使外部和光传输线耦合在一起。例如，将诸如发射在光传输线上入射的信号光束的发光元件和接受从光传输线出射的信号光束的受光元件等光部件耦合到光传输线时，能方便地安装这些光部件。
最好上述2条光轴之间的光路长度差等于所传送信号光束的波长的整数倍(下文称之为结构A)。通过形成结构A，能使2条光路之间的相位差为零。
结构A中，最好2条光轴包含造成光路长度差的m个(m＝1、2、3、……)光路长度差产生部，并且m个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和等于信号光束的波长的自然数倍(下文称之为结构1)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为0。
结构1中，最好光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，其包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。根据此结构，传送信号光束的同时，还利用折射率分布抑制模色散。
结构1中，最好上述片状光传输线包含用于在第2方向弯曲从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向弯曲在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，并且，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
根据此结构，能使从不平行于第1方向的方向在光传输线上入射的信号光束方便地在光传输线上入射。又能使在不平行于第1方向的方向从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
结构1中，最好上述片状光传输线上，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j倍(j＝0、1、2、3、……)。根据此结构，入射端与出射端之间，其上的信号光束强度分布相同。
结构A中，最好2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0(下文称之为结构2)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为零。
结构2中，最好光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，其包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。根据此结构，传送信号光束的同时，还利用折射率分布使模色散受到抑制。
结构2中，最好上述片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，并且光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
根据此结构，能使从不平行于第2方向的方向入射到光传输线上的信号光束方便地在光传输线上入射。又能使在不平行于第2方向的方向上从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
结构2中，最好上述片状光传输线上，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。根据此结构，入射端与出射端之间，其上的信号光束强度分布相同。
最好2条光路之间的光路长度差为0(下文称之为结构B)。通过形成结构B，能使2条光路之间的相位差为0。
结构B中，最好2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0(下文称之为结构2)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为0。
结构2中，最好光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，其包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。根据此结构，传送信号光束的同时，还利用折射率分布使模色散受到抑制。
结构2中，最好上述片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，并且，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
根据此结构，能使从不平行于第2方向的方向在光传输线上入射的信号光束分布地在光传输线上入射。又能使在不平行于第2方向的方向上从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
结构2中，最好上述片状光传输线上，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。根据此结构，入射端与出射端之间，其上的信号光束强度分布相同。
结构B中，最好2条光路没有造成光路长度差的部位(下文称之为结构3)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为0。
结构3中，最好光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，并且包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
结构3中，最好片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，中心部上第1反射面与第2反射面之间的实际光路长度差等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j/2倍(j＝0、1、2、3、……)，并且在第1反射面和第2反射面上光传输线的第1方向厚度为一半的中心部，将信号光束汇聚成平行于对第1方向和第2方向都垂直的第3方向的线。
根据此结构，第1反射面和第2反射面在中心部在光学上为共轭关系。因此，第1反射面与第2反射面之间，2条光路没有造成光路长度差的部分，从而能使2条光路之间的相位差为0。
具有下列结构的第9光器件达到上述第6目的。
一种光器件，传送外部入射的信号光束，并利用多模干涉使传送的信号光束从预定位置出射到外部，该光器件具有下列部分：
一片状光传输线，在第1方向具有折射率分布，能在垂直于第1方向的第2方向传送信号光束，并能在第1方向俘获信号光束；
M个(M＝1、2、3、……)入射部，用于使信号光束入射到片状光传输线上；
N个(N＝  1、2、3、……)出射部，用于使信号光束从片状光传输线出射；
其中，M个入射部和N个出射部包含在内部传送的信号光束的光轴不平行于第2方向的方向耦合到片状光传输线的至少1个非平行入射部和出射部；
非平行入射部和出射部与对应的入射部或出射部之间传送信号光束的多条光路中，相对于信号光束的光轴相互对称地入射到片状光传输线的2条光路之间，入射到片状光传输线上时的相位差与从片状光传输线出射时的相位差相同；
将M个入射部和N个出射部都配置在满足多模干涉自成像原理的预定条件的部位。
根据上述结构，由于本发明的第9器件具有在第1方向包含折射率分布并能在垂直于第1方向的第2方向用多条光路传送信号光束的光传输线，使模色散得到抑制，从而能以多模方式传送千兆级高频信号光束。
又由于包含非平行入射和出射部，安装光部件时不必进行铺垫。因此，能使光器件的总体结构紧凑。
又由于在光传输线上入射时，对信号光束的光轴相互对称地入射到光传输线的多条光路中，2条光路之间的相位差与从该光传输线出射时，2条光路之间的相位差相同，能使入射时信号光束的强度分布按信号光束的原样出射。即，由于光传输线没有造成相位差，能使信号光束保持入射光束的强度分布地从光传输线出射，因而能使信号光束从光传输线出射且没有任何损耗。
又将M个入射部和N个出射部都配置在满足多模干涉自成像原理的预定条件的部位，能通过利用多模相干控制信号光束。因此，能获得诸如分光器和合光器的光器件。
最好将非平行入射部耦合到光传输线，使内部传送的信号光束的光轴垂直于第2方向。根据此结构，能方便地使外部和光传输线耦合在一起。例如，将诸如发射在光传输线上入射的信号光束的发光元件和接受从光传输线出射的信号光束的受光元件等光部件耦合到光传输线时，能方便地安装这些光部件。
最好2条光路之间的光路长度差等于所传送信号光束的波长的整数倍(下文称之为结构A)。通过形成结构A，能使2条光路之间的相位差为0。
结构A中，最好2条光路包含造成光路长度差的m个(m＝1、2、3、……)光路长度差产生部，并且m个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和等于信号光束的波长的自然数倍(下文称之为结构1)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为0。
结构1中，最好光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。根据此结构，传送信号光束的同时，还利用折射率分布使模色散受到抑制。
结构1中，上述片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
根据此结构，能使从不平行于第1方向的方向在光传输线上入射的信号光束方便地在光传输线上入射。又能使在不平行于第1方向的方向从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
结构1中，最好上述片状光传输线上，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j倍(j＝0、1、2、3、……)。根据此结构，入射端与出射端之间，其上的信号光束强度分布相同。
结构A中，最好2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0(下文称之为结构2)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为零。
结构2中，最好光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。根据此结构，传送信号光束的同时，还利用折射率分布使模色散受到抑制。
结构2中，最好上述片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，并且光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
根据此结构，能使从不平行于第2方向的方向入射到光传输线上的信号光束方便地在光传输线上入射。又能使在不平行于第1方向的方向上从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
结构2中，最好片状光传输线上，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。根据此结构，入射端与出射端之间，其上的信号光束强度分布相同。
最好2条光路之间的光路长度差为0(下文称之为结构B)。通过形成结构B，能使2条光路之间的相位差为0。
结构B中，最好2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0(下文称之为结构2)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为0。
结构2中，最好光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。根据此结构，传送信号光束的同时，还利用折射率分布使模色散受到抑制。
结构2中，最好上述片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，并且，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
根据此结构，能使从不平行于第2方向的方向在光传输线上入射的信号光束分布地在光传输线上入射。又能使在不平行于第2方向的方向上从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
结构2中，最好上述片状光传输线上，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。根据此结构，入射端与出射端之间，其上的信号光束强度分布相同。
结构B中，最好2条光路没有造成光路长度差的部位(下文称之为结构3)。根据此结构，能使2条光路之间的相位差为0。
结构3中，最好光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
结构3中，最好上述片状光传输线包含用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，中心部上第1反射面与第2反射面之间的实际光路长度差等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j/2倍(j＝0、1、2、3、……)，并且在第1反射面和第2反射面上光传输线的第1方向厚度为一半的中心部，将信号光束汇聚成平行于对第1方向和第2方向都垂直的第3方向的线。
根据此结构，第1反射面和第2反射面在中心部在光学上为共轭关系。因此，第1反射面与第2反射面之间，2条光路没有造成光路长度差的部分，从而能使2条光路之间的相位差为0。
附图说明
图1A是示出本发明实施例1中将1束光分成2束光的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的透视图。
图1B是本发明实施例1中将1束光分成2束光的梯度折射率板状波导光器件的截面图。
图2是示出本发明实施例2中将1光束分成8束光的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的透视图。
图3是示出本发明实施例3中作为光器件的2信号直片总线的总体轮廓的透视图。
图4是示出本发明实施例3的改型中作为光器件的8信号直片总线的总体轮廓的透视图。
图5是示出本发明实施例4中作为光器件的2信号交叉片总线的总体轮廓的透视图。
图6是示出本发明实施例4的改型中作为光器件的8信号交叉片总线的总体轮廓的透视图。
图7是示出本发明实施例5中作为光器件的2信号星形耦合器的总体轮廓的透视图。
图8A是示出本发明实施例6中作为光器件的单端控制型光开关的总体轮廓的透视图。
图8B是示出本发明实施例6中作为光器件的双端控制型光开关的总体轮廓的透视图。
图9是示出本发明实施例7中作为光器件的光开关阵的总体轮廓的透视图。
图10是示出本发明实施例8中作为光器件的一对双向直片总线的总体轮廓的透视图。
图11是示出本发明实施例8中作为光器件的四对双向直片总线的总体轮廓的透视图。
图12是示出本发明实施例9中作为光器件的一对双向交叉片总线的总体轮廓的透视图。
图13是本发明实施例10中作为光器件的一对双向直片总线阵的结构的示意图。
图14是本发明实施例11中作为光集成器件的多层光总线的结构的示意图。
图15A是示出一例梯度折射率板状波导的入射和出射方法的透视图。
图15B是示出另一例梯度折射率板状波导的入射和出射方法的透视图。
图16是示出又一例梯度折射率板状波导的入射和出射方法的透视图。
图17A是示出一例梯度折射率板状波导的配置的透视图。
图17B是示出另一例梯度折射率板状波导的配置的透视图。
图18是1光束分成2光束时的BPM(光束传播法)模拟的结果。
图19是示出本发明中具有3输入输出光束的新型耦合器的梯度折射率板状波导的俯视图。
图20A是示出本发明实施例6的第2改型中作为光器件的单端控制型光开关的总体轮廓的透视图。
图20B是示出本发明实施例6的第3改型中作为光器件的双端控制型光开关的总体轮廓的透视图。
图21A是示出本发明实施例12中进行光束多路复用的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的透视图。
图21B是本发明实施例12中进行光束多路复用的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的截面图。
图22A是1.30μm信号光束穿透梯度折射率板状波导时进行BPM模拟的结果。
图22B是1.55μm信号光束穿透梯度折射率板状波导1201时进行BPM模拟的结果。
图23是本发明实施例13中1×2分光器的光器件的结构的示意图。
图24是示出本发明实施例13的第1改型中增加3个或多个信号光束间的距离用的光器件的相关部分的俯视图。
图25是示出本发明实施例13的第2改型中增加信号光束间的距离用的光器件的相关部分的俯视图。
图26是示出本发明实施例14中具有光束变换器的光器件的结构的总体轮廓的透视图。
图27是示出本发明实施例14的第1改型中光器件结构的总体轮廓的透视图。
图28A是示出本发明实施例14的第2改型中光器件结构的总体轮廓的俯视图。
图28B是示出一例本发明实施例14的第2改型中出射端光束变换器的光器件的截面图。
图29是示出本发明实施例14的第3改型中光器件的结构的总体轮廓的透视图。
图30是示出另一例梯度折射率板状波导制造方法的说明图。
图31是示出另一例梯度折射率板状波导制造方法的说明图。
图32是说明使用聚硅烷的折射率分布机制的说明图。
图33是说明本发明实施例14的第1改型中光器件制造方法的说明图。
图34是说明另一例本发明实施例14的第1改型中光器件制造方法的说明图。
图35是说明另一例本发明实施例14的第1改型中光器件制造方法的说明图。
图36A是本发明实施例15中的多模相干1×2分光器的透视图。
图36B是多模相干1×2分光器的正视图。
图37是本发明实施例15中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图38A是图36A中C-D-G-H面掊切的片状光传输线和入射部的截面图。
图38B是示出片状光传输线的折射率分布的图形。
图39是本发明实施例16中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图40是本发明实施例17中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图41A是本发明实施例18中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图41B是本发明实施例19中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图42A是本发明实施例20中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图42B是本发明实施例21中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图43A是本发明实施例22中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图43B是本发明实施例23中多模相干1×2分光器的信号光束传送部分的截面图。
图44是示出本发明实施例15中多模相干1×2分光器的结构的透视图。
图45是实施例15中的片状光传输线的局部截面图。
图46A至46D是分别示出一例光器件输入输出结构的示意图。
图47A是示出本发明实施例24中将1光束分为2光束的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的透视图。
图47B是示出本发明实施例24中将1光束分为2光束的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的透视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。本发明不限于下面说明的实施例。本发明还包含下文所述实施例的组合。实施例的梯度折射率板状波导中，将平行于z轴的方向定义为长度方向，又分别将平行于y轴和平行于x轴的方向定义为厚度方向和宽度方向。具体将往正端的方向定义为传送方向。实施例的梯度折射率板状波导中，平行于x轴的方向上的尺寸是板宽度(W)，平行于y轴方向上的尺寸是板厚度(D)，平行于z轴方向上的尺寸是板长度L。除非指出，各图中由图上加的阴影示意折射率分布，该阴影越深，折射率越大。
实施例1
图1A是示出本发明实施例1中将1光束分成2光束的光器件的梯度折射率板状波导101的总体轮廓的透视图。图1B是本发明实施例1中将1光束分成2光束的光器件的梯度折射率板状波导101的截面图。图18是1光束分成2光束时的BPM(光束传播法)模拟的结果。
作为主元件，实施例1的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导101。如图1所示，梯度折射率板状波导101是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导101在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导101在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。梯度折射率板状波导101包含入射面102和出射面103。入射面102与使入射光束107在宽度方向的中心位置上入射的入射部(未示出)相对。出射面103与接受从相对于宽度方向的中心对称的位置出射的2个光束108的出射部(未示出)相对。入射部使相当于信号光束的入射光束107在入射面102的宽度方向中心位置上入射。在梯度折射率板状波导101内部传送入射光束107。入射光束107按照后面说明的多模相干自成像原理，在梯度折射率板状波导101内部分成2个光束，并作为2个出射光束108从出射面103的宽度方向上相互分开的位置出射，以到达出射部。
梯度折射率板状波导101的板长度L为大致n0×W0 2/(2λ)，2个出射光束108的出射处之间在宽度方向的距离D1为大致W0/2。这里，W0是梯度折射率板状波导101在宽度方向的基模宽度，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。有效折射率n0是由厚度方向最大折射率nmax和梯度折射率板状波导101的结构决定的常数。然而，在板长度L符合n0×W0 2/(2λ)的位置之后，按自成像原理每一n0×W0 2/(2λ)长度重复相同的输出。因此，通过使板长度L为n0×W0 2/(2λ)的奇数倍，可将该长度L调节成所需的长度。
例如，考虑一种情况，即图1A所示的梯度折射率板状波导101中，相对于宽度方向激励的0次模光束的有效折射率n0为约1.5，所传送的光束的波长λ为1.30μm，梯度折射率板状波导101的板宽度W为400μm，梯度折射率板状波导101的板厚度D为50μm。梯度折射率板状波导101的宽度方向基模宽度W0取决于梯度折射率板状波导101周围的折射率n1。梯度折射率板状波导101的周围为空气(n1＝1)时，由于W0的值是400.16μm，梯度折射率板状波导101的最短板长度L的值为约92400μm。这时，出射光束108的出射位置之间的距离D1的值为约200.08μm。图18示出上述条件下进行BPM模拟的结果。图18中，见到一种样式，即在长度方向进行多模相干时，入射面102的宽度方向中心位置上入射的入射光束107分成5束、4束，又分成3束，最后入射光束107按设计在出射面分成2束。
梯度折射率板状波导101的厚度方向折射率分布，如式1所示那样，例如由处在宽度中心的厚度方向中心位置的最大折射率nmax、离开厚度方向中心位置的距离r和折射率分布常数A1/2近似地表示。
n＝nmax(1-Ar2/2)               (式1)
由于制造工序控制困难，实际折射率分布难以完全符合式1。第1实施例的梯度折射率板状波导101具有的结构中，在中心附近形成最大折射率部分，并且折射率根据离开该最大折射率部分的距离，按式1规定的抛物线减小。
实际上，穿透梯度折射率板状波导101的信号光束中，在宽度方向激励多个模，并且各模之间有效折射率不同。下文将阐述，MMI中，由于长度方向的尺寸是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率的函数，用宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率n0替换最大折射率nmax较方便。因此，以下的讨论中，将宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率n0用作折射率。有效折射率n0由最大折射率nmax和片状光传输线的结构决定。
根据梯度折射率板状波导101的膜厚和入射光束107的截面优化折射率分布常数，使梯度折射率板状波导101中传送的光束不扩散到膜厚外。例如，入射光束107的扩散角大于梯度折射率板状波导101的膜厚时，使折射率分布常数加大。反之，入射光束107的扩散角小时，使折射率分布常数减小。可通过根据入射光束107的光束直径调整梯度折射率板状波导101的膜厚，减小耦合损耗。如式1所示，折射率分布未必连续变化，也可随离开中心的距离分段变化。
接着，说明一种机制，该机制相对于厚度方向中心线对称地入射的入射光束在梯度折射率板状波导101的入射面102上入射时，在出射面103端将该入射光束相对于宽度方向中心线对称地分成2个光束。分别说明在厚度方向中心面内传送的光束(在图1B中标为A的光路上传送的信号光束)的情况(I)和不在厚度方向中心面内传送的光束的情况(II)。由于(II)的光束不在厚度方向中心面内传送，存在以下2种情况的信号光束：以光轴角度在中心面偏移的方式入射的光束(图1B中标为B的光路上传送的信号光束)和在从中心面移位(光轴偏移)的位置上入射的入射光束(图1B中标为C的光路上传送的信号光束)。在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束不受厚度方向折射率分布的影响。反之，不在厚度中心面内传送的情况(II)的光束受厚度方向折射率分布影响。
梯度折射率板状波导101中，在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束由于实质上仅受有效折射率n0影响，其性能等效于均匀折射率为文件(11)所述板状波导中相对于厚度方向激励的0次模的有效折射率n0的情况。因此，相对于梯度折射率板状波导101的厚度方向中心面内传送的入射光束的出射光束，其状况根据板长度L按折射率为n0且均匀的板状波导在厚度方向激励的多模模色散变化。这里，出射光束状况变化含义为与入射光束相同的图像的数量和出射位置变化。实施例1的梯度折射率板状波导101在结构上做成通过使板长度L大致符合n0×W0 2/(λ/2)，并使一入射光束107在入射面102的厚度方向中心位置入射，将与入射光束107相同的图像按大致为W0/2的间隔形成在出射面103上，以便相对于宽度方向中心对称。梯度折射率板状波导101输出在出射面103上形成的2个图像，作为2个出射光束108。2个出射光束108是与入射光束107相同的图像的输出，因而具有相同的截面。
通过使用此多模相干(MMI)自成像原理，可按照厚度方向的入射位置形成具有下面(1)和(2)所示的功能的器件。
(1)非对称入射
具有均匀折射率n0的板状波导中，相对于从宽度方向中心偏移x的入射光束，截面与入射光束相同的出射光束从出射面出射，并且其位置和数量按照下面式2至式8所示板长度L变化。式中，p和N是整数。整数p是p±1/N为正时的整数。
(1-1)
L = p ( 8 n 0 W 0 2 ) / λ (式2)
通过使板长度满足式2，能使出射光束在出射面的宽度方向从与入射光束对应的位置出射，即，在与入射光束时相同的方向从宽度方向中心偏移x的位置上出射。
(1-2)
L = ( 2 p + 1 ) 4 n 0 W 0 2 / λ (式3)
通过使板长度L满足式3，能使出射光束从相对于宽度方向中心与入射光束对称的位置出射，即，在与入射光束时相反的方向从宽度方向中心偏移x的位置上出射。
(1-3)
L = ( p ± 1 / N ) 4 n 0 W 0 2 / λ (式4)
通过使板长度L满足式4，能使N个出射光束从在出射面宽度方向与入射光束对应的位置(即在与入射光束式相同的方向从宽度方向中心偏移x的位置)与相对于出射面的宽度方向中心同入射光束对称的位置(即在与入射光束时相反的方向从宽度方向中心偏移x的位置)之间的N个位置出射。
入射光束数为2，并且其入射位置均从中心偏移约±W0/6时，板长度L如下所示，是(1-1)至(1-3)所述板长度L的1/3。
(1-1)’
L = p ( 8 n 0 W 0 2 ) / 3 λ (式5)
(1-2)’
L = ( 2 p + 1 ) 4 n 0 W 0 2 / 3 λ (式6)
(1-3)’
L = ( p ± 1 / N ) 4 n 0 W 0 2 / 3 λ (式7)
(2)对称中心入射
具有均匀折射率n0的板状波导中，相对于对宽度方向中心对称地入射的入射光束，截面与入射光束相同的出射光束从出射面出射，并且其位置和数量按照下面式8所示板长度L变化。式中，p和N是整数。整数p是p+1/N为正时的整数。
L = ( p ± 1 / N ) n 0 W 0 2 / λ (式8)
通过使板长度L满足式8，N个出射光束按间隔W0/N出射，以对出射面的宽度中心对称地输出。
有多个入射光束时，每一入射光束分别取得出射光束，并将相应的出射光束相互叠加。
实施例1的梯度折射率板状波导101的厚度方向中心面内传送的光束相对于式8中折射率为n0且N＝2的情况。因此，入射光束在出射端分成2束。
反之，不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束由于受厚度方向折射率分布的影响，沿中心面传播，同时在厚度方向折弯，如图1B所示。即，因为在离开中心面的方向移动的光束总是从折射率较大的部分移动到折射率较小的部分，当光束移动时，移动方向与厚度方向之间的角度逐渐加大，并且在离开中心轴最远的位置变成90度。又因为在往中心面的方向移动的光束总是从折射率较小的部分移动到折射率较大的部分，当光束移动时，移动方向与厚度方向之间的角度逐渐减小，并且在横贯中心面的位置变成最小。由于影响不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的折射率总是小于中心处的折射率，尽管使光束折弯，(II)时的光束的速度高于在厚度方向中心轴上传送的情况(I)的光束的速度。
折射率分布为式1的2次方程的折射率分布时，不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的平行于中心面的传输速度分量等于在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束的传输速度。这意味着在厚度方向没有模色散。因此，与在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束相同，入射光束的不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的平行于中心面的分量(折弯光束在垂直于厚度方向的方向的分量)对出射面宽度方向中心对称地分成2束光。
由于入射光束的不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的垂直于中心面的分量(折弯光束的厚度方向分量)按照折弯光束的传播位置变化，不能决定出射光束的状况。然而，由于在厚度方向未产生模色散，折弯光束在厚度方向的分量不受模色散造成的信号波形扰动影响。因此，该分量起的作用等效于宽度方向也无模色散影响时的分量。于是，2个出射光束各自具有与入射光束相同的图像。根据以上的结果，不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束(折弯光束)按照与情况(I)相同的板状波导配置，对宽度方向中心对称地分成图像与入射光束一样的2个光束。
如上所述，由于一入射光束对梯度折射率板状波导101在厚度方向的全部本征模等分成2束，能取得一种光器件，如果入射光束在入射面的宽度方向中心位置入射，即使入射光束从厚度方向中心移位或扩散角大时，该器件也作为1×2分光器起作用。由于入射光束从宽度方向中心移位造成出射光束之间分光率不均衡，要取得相等的出射光束时，最好使移位最小。然而，通过积极利用移位，可调整分光率。
如上所述，实施例1的1×2分光器使梯度折射率板状波导具有的板长度L为下面的公式表示的值的奇数倍，因而能相对于梯度折射率板状波导的入射面在宽度方向的中心入射的入射光束，对出射率在宽度方向的中心对称地产生并输出2个出射光束。
n0W0 2/2λ
通过使入射面和出射面互换，可将实施例1的1×2分光器用作2×1合光器。这时，使2个入射光束对入射面在宽度方向的中心对称入射，从而使1个出射光束从出射面在宽度方向的中心出射。2×1合光器的板长度L等于1×2分光器的板长度L。
实施例2
图2是示出本发明实施例2的将1束光分成8束光的梯度折射率板状波导光器件的总体轮廓的透视图。作为主元件，实施例2的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导201。如图2所示，梯度折射率板状波导201是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导201在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导201在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。梯度折射率板状波导201包含入射面202和出射面203。入射面202与使入射光束207在宽度方向的中心位置上入射的入射部(未示出)相对。出射面203与接受从相对于宽度方向的中心对称的位置出射的8个光束208的受光部220相对。实施例2的光器件200还具有O/E变换器阵221和输出电线(总线)222。O/E变换器阵221包含8个受光部220。O/E变换器阵221连接输出电线222。
实施例2中，板长度L为大致n0×W0 2/(8λ)，2个出射光束208的出射处之间在宽度方向的距离D1为大致W0/8。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。通过将板长度L和出射处距离设定为中心值，按大致为W0/8的间隔在出射面形成与入射光束相同的8个图像，以便对宽度方向的中心对称。实施例2的梯度折射率板状波导201输出在出射面203上形成的8个图像，作为8个出射光束208。8个出射光束208是与截面相同的入射光束207一样的图像输出。根据自成像原理，由于下面所示公式的每一长度值出现相同的现象，可通过改变整数p，可根据使用来调节板长度L。1束光分成8束光的详细机制和即使高速传输厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的机制与实施例1的相同。
(p±1/8)nW0 2/λ
(p是使括号内的值为正数的整数)
利用上述结构，入射光束207作为信号光束在入射面202的宽度方向中心入射后，在梯度折射率板状波导201的内部传送。根据MMI自成像原理，该信号光束在梯度折射率板状波导201内部分成8束光，并且从出射率203的宽度方向相互分开的位置作为8个出射光束208出射，以到达8个受光部220。O/E变换器阵221将受光部220接受的信号光束变化成电信号，从输出电线(总线)222输出到外部。
实施例2的光器件中，在O/E变换器阵221形成接受从出射面出射的出射光束208的受光部220，并使O/E变换器阵221连接输出电线222。利用此结构，以节省空间的方式将从梯度折射率板状波导201输出的出射光束变换成电信号，因而不需要将出射光束耦合到光纤等的耦合器。所以，实施例2的光器件能在结构上做成调整方便且紧凑。
如上所述，由于实施例2的1×8分光器具有由下面的公式表示的板长度L的值，能相对于在梯度折射率板状波导的入射面宽度方向中心入射的1个入射光束，对出射面宽度方向中心对称地产生并输出8个出射光束。
(p±1/8)nW0 2/λ(p是使括号内的值为正数的整数)
通过使入射面和出射面互换，可将实施例2的1×8分光器用作8×1合光器。这时，使8个入射光束对入射面在宽度方向的中心对称入射，从而使1个出射光束从出射面在宽度方向的中心出射。8×1合光器的板长度L等于1×8分光器的板长度L。
尽管实施例1示出1×2分光器的例子，实施例2示出1×8分光器的例子，一般能同样设计1×N(N＝1、2、3、……)分光器。这时，通过使一入射光束在板长度L满足下面的公式的梯度折射率板状波导的入射面宽度方向中心位置入射，能获得N个出射光束，相对于出射面宽度方向中心对称。
(p±1/N)nW0 2/λ
(p是使括号内的值为正数的整数)
N×1合光器的情况下，通过使N个入射光束对板长度相同的梯度折射率板状波导的入射面宽度方向中心对称入射，能在出射面中心获得1个出射光束。
实施例3
图3是示出本发明实施例3作为光器件的2信号直片总线的总体轮廓的透视图。实施例3的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导301，作为主元件。如图3所示，梯度折射率板状波导301是平行于x-x面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导301在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导301在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。实施例3的光器件还具有E/O变换器阵332、输入电线(总线)333、O/E变换器阵336和输出电线(总线)337。
E/O变换器阵332包含第1发光部330和第2发光部331。第1发光部332使第1光束338(波长为λ)在梯度折射率板状波导301的入射面302在宽度方向的给定位置入射。第2发光部331使波长与第1光束相同的第2光束在梯度折射率板状波导301的入射面宽度方向的给定位置入射。将E/O变换器阵332连接到输入电线(总线)333。E/O变换器阵332将从输入电线333输入的外部电信号变换成从第1发光部330和第2发光部331发射的信号光束。
O/E变换器阵336包含第1受光部334和第2受光部335，将第1受光部334配置在宽度方向上的位置与梯度折射率板状波导301的出射面303上的第1发光部330的该位置相同的位置。第2受光部335则配置在宽度方向上的位置与梯度折射率板状波导301的出射面303上的第2发光部331的该位置相同的位置。O/E变换器阵336连接输出电线(总线)337。O/E变换器阵336将第1受光部334和第2受光部335接受的信号光束变换成电信号，并将该电信号输出到输出电线337。
梯度折射率板状波导301的板长度L大致符合8×n0×W0 2/λ。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。梯度折射率板状波导301的板长度L相当于实施例1所述(1)非对称入射的式2中相互叠加多个入射光束的情况。通过设定这样的板长度L，从第1发光部330入射的第1光束332形成截面与在相邻的第1受光部334入射光束时相同的图像。同样，从第2发光部331入射的第2光束339形成截面与在相邻第2受光部335入射该光束时相同的图像。根据自成像原理，由于每一长度8×n0×W0 2/λ出现相同现象，通过将板长度L设定成8×n0×W0 2/λ的整数倍，能按照使用调节梯度折射率板状波导301的长度。进行分光的详细机构以及即使高速传输在厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的详细机构与实施例1的相同。
利用上述结构，从输入电线333将外部电信号输入到E/O变换器阵332时，E/O变换器阵332将外部电信号变换成从第1发光部330发射的第1光束338和从第2发光部331发射的第2光束339。从第1发光部330发射的第1光束338通过要传送的入射面302在梯度折射率板状波导301上入射。根据自成像原理，第1光束338形成截面与在相邻的第1受光部334入射光束时相同的图像。这样，从出射面303输出第1光束338到第1受光部334。另一方面，从第2发光部331出射的第2光束339通过要传送的入射面302在梯度折射率板状波导301上入射。根据自成像原理，第2光束339形成截面与在相邻的第2受光部335入射光束时相同的图像。这样，从出射面303将第2光束339传输到第2受光部335。第1受光部334输出与接受的第1光束338对应的电信号。第2受光部335输出与接受的第2光束339对应的电信号。将该输出的电信号从输出电线337输出到外部。如上所述，通过使用MMI，不需要提供分开的光波导，用于直传送2个信号光束，可用1个梯度折射率板状波导301独立传送2个信号光束。
图4是示出本发明实施例3的改型的作为光器件的8信号直片总线的总体轮廓的透视图。此改型的光器件的示意结构与上述2信号直片总线的相同。该改型光器件具有梯度折射率板状波导401、E/O变换器阵432、输入电线(总线)333、O/E变换器阵436和输出电线(总线)337。E/O变换器阵432一般具有与2信号直片总线的E/O变换器阵332相同的结构；然而，不同点在于形成包含8个发光部的发光部组446，以代替第1发光部330和第2发光部331。O/E变换器阵436一般具有与2信号直片总线的O/E变换器阵336相同的结构；然而，不同点在于形成包含8个受光部的受光部组447，以代替第1受光部334和第2受光部335。发光部组446中包含的发光部在宽度方向的位置全部对应于受光部组447中包含的受光部的各位置。
发光部组446根据从输入电线333输入的外部电信号使全部具有相同波长的第1光束438至第8光束445这8个信号光束通过入射面402在梯度折射率板状波导401上独立入射。梯度折射率板状波导401传送第1光束438至第8光束445。第1光束438至第8光束445从出射面403出射，并且与梯度折射率板状波导301时相同，由受光部组447的厚度方向位置相同的受光部接受这些光束。8个入射光束独立出现在出射端宽度方向的并行位置的原理等同于实施例1所述的(1)非对称入射的式2中将多个入射光束相互叠加的情况。如上所述，通过使用MMI，不需要提供分开的光波导，用于直传送8个信号光束，能用1个梯度折射率板状波导401独立传送8个信号光束。
尽管实施例3中示出2信号直片总线和8信号直片总线的例子，一般能同样设计N信号直片总线(N＝1、2、3、……)。这时，通过使N个入射光束在板长度L为以下公式的大致整数倍的梯度折射率板状波导的入射面给定位置上入射，从出射面的宽度方向位置相同的位置能获得N个出射光束。
8n0W0 2/λ
实施例4
图5是本发明实施例4作为光器件的2信号交叉片总线的总体轮廓的透视图。实施例4的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导501，作为主元件。如图5所示，梯度折射率板状波导501是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导501在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导501在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。实施例5的光器件具有E/O变换器阵532、输入电线(总线)333、O/E变换器阵536和输出电线(总线)337。
E/O变换器阵532包含第1发光部530和第2发光部531。第1发光部530使第1光束538(波长为λ)在梯度折射率板状波导501的入射面的宽度方向的给定位置入射。第2发光部531使波长与第1光束相同的第2光束539在梯度折射率板状波导501的入射面宽度方向的给定位置入射。将E/O变换器阵532连接到输入电线(总线)333。E/O变换器阵532将从输入电线533输入的外部电信号变换成从第1发光部530和第2发光部531发射的信号光束。
O/E变换器阵536包含第1受光部534和第2受光部535，将第1受光部534配置在相对于梯度折射率板状波导501的出射面上宽度方向的中心对第2发光部531对称的位置。第2受光部535则配置在相对于梯度折射率板状波导501的出射面上宽度方向的中心与第1发光部530对称的位置。O/E变换器阵536连接输出电线(总线)337。O/E变换器阵536将第1受光部534和第2受光部535接受的信号光束变换成电信号，并将该电信号输出到输出电线337。
梯度折射率板状波导501的板长度L大致符合4×n0×W0 2/λ。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。梯度折射率板状波导501的板长度L相当于实施例1所述(1)非对称入射的式3中相互叠加多个入射光束的情况。通过这样设定板长度L，从第1发光部530发射并通过入射面502入射的第1光束538形成截面与在相邻的第1受光部534入射光束时相同的图像。同样，从第2发光部531发射并通过入射面502入射的第2光束539形成截面与在相邻的第2受光部535入射光束时相同的图像。根据自成像原理，由于8×n0×W0 2/λ的每一长度出现相同现象，通过将板长度L设定成4×n0×W0 2/λ的奇数倍，能按照使用调节梯度折射率板状波导501的长度。进行分光的详细机制和即使高速传输在厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的详细机制与实施例1的相同。
利用上述结构，从输入电线533将外部电信号输入到E/O变换器阵532时，E/O变换器阵532将外部电信号变换成从第1发光部530发射的第1光束538和从第2发光部531发射的第2光束539。从第1发光部530发射的第1光束538通过要传送的入射面502在梯度折射率板状波导501上入射。根据自成像原理，第1光束538形成截面与在相邻的第1受光部534入射光束时相同的图像。这样，从出射面503输出第1光束538，并由第1受光部534接受。另一方面，从第2发光部531出射的第2光束539通过要传送的入射面502在梯度折射率板状波导501上入射。根据自成像原理，第2光束539形成截面与在相邻的第2受光部535入射光束时相同的图像。这样，从出射面503出射第2光束539，并由第2受光部535接受。第1受光部534输出与接受的第1光束538对应的电信号。第2受光部535输出与接受的第2光束539对应的电信号。将该输出的电信号从输出电线537输出到外部。如上所述，通过使用MMI，不需要提供分开的光波导用于直传送2个信号光束以致彼此交叉，可用1个梯度折射率板状波导501独立传送2个信号光束。
图6是示出本发明实施例4的改型的作为光器件的8信号交叉片总线的总体轮廓的透视图。此改型的光器件的示意结构与上述2信号直片总线的相同。该改型光器件具有梯度折射率板状波导601、E/O变换器阵632、输入电线(总线)633、O/E变换器阵636和输出电线(总线)637。E/O变换器阵632一般具有与2信号直片总线的E/O变换器阵532相同的结构；然而，不同点在于形成包含8个发光部的发光部组646，以代替第1发光部530和第2发光部531。O/E变换器阵636一般具有与2信号直片总线的O/E变换器阵536相同的结构；然而，不同点在于形成包含8个受光部的受光部组647，以代替第1受光部534和第2受光部535。发光部组640中包含的发光部全部配置在相对于给定中心与受光部组647中包含受光部对称的各位置。
发光部组646根据从输入电线633输入的外部电信号使全部具有相同波长的第1光束638至第8光束645这8个信号光束通过入射面602在梯度折射率板状波导601上独立入射。梯度折射率板状波导601传送第1光束638至第8光束645。第1光束638至第8光束445从出射面603出射，并且与梯度折射率板状波导501时相同，从受光部组647中对宽度方向中心对称的各受光部输出。8个入射光束独立出现在出射端宽度方向的并行位置的原理等同于实施例1所述的(1)非对称入射的式3中将多个入射光束相互叠加的情况。如上所述，通过使用MMI，不需要提供分开的光波导用于传送8个信号光束以致彼此交叉，能用1个梯度折射率板状波导601独立传送8个信号光束。
尽管实施例3中示出2信号交叉片总线和8信号交叉片总线的例子，一般能同样设计N信号交叉片总线(N＝1、2、3、……)。这时，通过使N个入射光束在板长度L为以下公式的大致奇数倍的梯度折射率板状波导的入射面给定位置上入射，从与出射面的对宽度方向中心对称的位置相同的位置能获得N个出射光束。
4n0W0 2/λ
实施例5
图7是本发明实施例5作为光器件的2信号星形耦合器的总体轮廓的透视图。实施例5的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导701，作为主元件。如图7所示，梯度折射率板状波导701是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导701在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导701在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。实施例5的光器件具有E/O变换器阵732、输入电线(总线)333、O/E变换器阵736和输出电线(总线)337。
E/O变换器阵732包含第1发光部730和第2发光部731。第1发光部730使第1光束738(波长为λ)在梯度折射率板状波导701的入射面上离开宽度方向中心预定距离的位置入射。第2发光部731使波长与第1光束相同的第2光束739在梯度折射率板状波导701的入射面上相对于宽度方向中心与第1发光部703对称的位置入射。将E/O变换器阵732连接到输入电线(总线)333。E/O变换器阵732将从输入电线333输入的外部电信号变换成从第1发光部730和第2发光部731发射的信号光束。
O/E变换器阵736包含第1受光部734和第2受光部735，将第1受光部734配置在宽度方向的位置与梯度折射率板状波导701的出射面上第1发光部730的位置相同的位置。第2受光部735则配置在宽度方向的位置与梯度折射率板状波导701的出射面上第2发光部731的位置相同的位置。O/E变换器阵736连接输出电线(总线)337。O/E变换器阵736将第1受光部734和第2受光部735接受的信号光束变换成电信号，并将该电信号输出到输出电线337。
梯度折射率板状波导701的板长度L大致符合2×n0×W0 2/λ。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。梯度折射率板状波导701的板长度L相当于实施例1所述(1)非对称入射的式4中p＝0且N＝2时相互叠加多个入射光束的情况。通过这样设定板长度L，从第1发光部730发射并通过入射面702入射的第1光束738形成截面与在相邻的第1受光部734入射光束时相同的图像。同样，从第2发光部731发射并通过入射面702入射的第2光束739形成截面与在相邻的第2受光部735入射光束时相同的图像。根据自成像原理，由于下面所示公式的每一长度值出现相同现象，通过改变板长度L的光束10的值，能按照使用调节梯度折射率板状波导701的长度。进行分光的详细机制以及即使高速传输在厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的详细机制与实施例1的相同。
(p±1/2)4nW0 2/λ
(p是使括号内的值为正数的整数)
进行分光的详细机制和即使高速传输在厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的详细机制与实施例1的相同。
利用上述结构，从输入电线333将外部电信号输入到E/O变换器阵732时，E/O变换器阵732将外部电信号变换成从第1发光部730发射的第1光束738和从第2发光部731发射的第2光束739。从第1发光部730发射的第1光束738通过要传送的入射面702在梯度折射率板状波导701上入射。根据自成像原理，第1光束738形成截面与在相邻的第1受光部734和第2受光部735入射光束时相同的2个图像。这样，第1光束738从出射面703出射，并输出到第1受光部734和第2受光部735。另一方面，从第2发光部731发射的第2光束739通过要传送的入射面702在梯度折射率板状波导701上入射。根据自成像原理，第2光束739形成截面与在相邻的第1受光部734和第2受光部735入射光束时相同的2个图像。这样，第2光束739从出射面703出射，并输出到第1受光部734和第2受光部735。第1受光部734输出与接受的第1光束738对应的电信号。第2受光部735输出与接受的第2光束739对应的电信号。将该输出的电信号从输出电线337输出到外部。如上所述，通过使用MMI，能用1个梯度折射率板状波导701实现2信号星形耦合器。
尽管上面的2信号星形耦合器这种光器件使2个信号光束在宽度方向对称的位置上入射，并使2个信号的光束从宽度方向对称的位置出射，也可输入并输出不少于2个信号光束。在使N个(N是偶数)信号光束在宽度方向对称的位置入射，并使N个信号光束从宽度方向对称的位置出射的情况下，梯度折射率板状波导的板长度L满足下列公式。
(p±1/NEVEN)4nW0 2/λ
(p是使括号内的值为正数的整数，NEVEN＝2、4、6、……)
由于上述公式中p是整数，可通过改变p，将梯度折射率板状波导的板长度L调整成希望的长度。具体而言，不需要调整长度时，通过使p＝0，能获得长度最小的梯度折射率板状波导。
另一方面，在星形耦合器使N个(N为奇数)信号光束入射，并使N个信号光束出射时，梯度折射率板状波导的板长度L满足下列公式的值。
(p±1/Nodd)4nW0 2/λ
(p是使括号内的值为正数的整数，NODD＝3、5、7、……)
上述公式在形式上与多个信号光束时的公式相同。然而，N是奇数时，入射和出射的信号光束的位置在宽度方向上不对称。图19是示出本发明的3输入输出光束的星形耦合器的梯度折射率板状波导的俯视图。图19中，全部具有相同波长λ的第1光束1902、第2光束1903和第3光束1904在梯度折射率板状波导1901的入射面上入射。第1光束1902在离开梯度折射率板状波导1901的平行于长度方向的1个面X距离的位置入射。第2光束1903在相对于离开梯度折射率板状波导1901的平行于长度方向的1个面2W/3(W是板宽度)距离的位置对该1个面进一步离开X距离的位置入射。第3光束1904在相对于离开梯度折射率板状波导1901的平行于长度方向的1个面2W/3(W是板宽度)距离的位置对另1个面进一步离开X距离的位置入射。
具有上述入射位置的3个信号光束通过入射面入射后，在板状长度L满足上述公式12的梯度折射率板状波导内传送时，第1光束1902、第2光束1903和第3光束1904形成截面与光束在下列的3个位置入射时的截面相同的3个图像：离开梯度折射率板状波导1901的平行于长度方向的另1个面X距离的位置、相对于离开梯度折射率板状波导1901的平行于长度方向的另1个面W/3(W是板宽度)距离的位置、以及进一步对1个面离开X距离的位置。因此，可通过在信号图像的位置形成受光部，输出出射光束。
尽管上面的例子是N＝3的情况，在N为不小于3的奇数时，星形耦合器也能在结构上做成利用满足公式12的梯度折射率板状波导，根据相对于宽度方向不对称的信号光束的输入，取得相对于宽度方向中心不对称的输出。如上所述，N是奇数时，也能用MMI自成像原理实现星形耦合器。由于p在上述公式12中是整数，通过改变p，能将梯度折射率板状波导的板长度L调整到希望的长度。具体而言，在不需要调整时，可通过p＝0，获得长度最小的梯度折射率板状波导。
实施例6
图8A是示出本发明实施例6的作为光器件的单端控制型光开关的总体轮廓的透视图。实施例6的光器件包含传送光束的第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b。第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b都是平行于x-z平面延伸的片状多模光传输线，如图8A所示。第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b在宽度方向具有相同尺寸。将第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b配置成在宽度方向连续地连接。第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b由呈现预定热光效应的聚合物做成。
第1梯度折射率板状局部波导801a具有使入射光束804在入射面801入射的入射位置和使出射光束809在出射面802出射的出射位置。把第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b当作1个板状波导并且它们在宽度方向的位置相同时，使入射位置和出射位置处在离开宽度方向中心的位置。第2梯度折射率板状局部波导801b具有使出射光束808在出射面802出射的出射位置。把第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b当作1个板状波导时，使第2梯度折射率板状局部波导801b出射位置处在相对于宽度方向的中心与第1梯度折射率板状局部波导801a的出射位置对称的位置。第2梯度折射率板状局部波导801b在上表面具有热片805。该热片805通过连接线806连接温度控制器807。
温度控制器807根据外部供给的控制信号控制热片805的温度。由于通过控制热片805的温度改变第2梯度折射率板状局部波导801b的温度，使折射率的绝对值根据热光效应改变。实施例6的光器件在结构上做成温度控制器807阻断时，第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的折射率分布相互一致。这时，第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b具有的分布都使厚度方向中心上形成最大折射率nmax并使折射率不随离开该中心的距离加大。这时，第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b在宽度方向具有均匀折射率，无折射率分布。实施例6的光器件在结构上做成温度控制器807导通时，第1梯度折射率板状局部波导801a的最大折射率大于第2梯度折射率板状局部波导801b的最大折射率的绝对值，并且它们的总折射率分布相互不同。
第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的板长度L大致符合4×n0×W0 2/λ。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的板长度L相当于实施例1所述(1)非对称入射的式3中多个入射光束相互叠加的情况。根据自成像原理，由于8×n0×W0 2/λ的每一长度出现相同现象，通过将板长度L设定成4×n0×W0 2/λ的奇数倍，能按照使用调节第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的长度。
接着，说明利用上述结构改变光路方向的光开关机构。温度控制器807阻断时，由于第1梯度折射率板状局部波导801a和2梯度折射率板状局部波导801b具有相同的折射率分布，入射在第1梯度折射率板状局部波导801a的入射位置上的入射光束804以第1梯度折射率板状局部波导801a第2梯度折射率板状局部波导801b作为1个板状波导的方式加以传送。因此，根据实施例1所述的(1)非对称入射的式4，在出射面803宽度方向的位置相对于中心与入射位置对称的出射位置形成截面与入射光束相同的图像。此图像作为出射光束808出射。
另一方面，温度控制器807导通时，由于第1梯度折射率板状局部波导801a的最大折射率大于第2梯度折射率板状局部波导801b的最大折射率，通过满足预定的折射率差，第2梯度折射率板状局部波导801b作为第1梯度折射率板状局部波导801a的包层起作用。因此，利用第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b之间的接口上的全反射，第1梯度折射率板状局部波导801a将在第1梯度折射率板状局部波导801a的入射位置上入射的入射光束804捕获到出射面803。结果，使出射光束808从出射面803出射。
如上所述，通过对温度控制器807进行通断切换控制，能实现可改变入射光束804的传播方向的光开关。尽管实施例6的光器件是结构上做成温度控制器807阻断时，第1梯度折射率板状局部波导801a与第2梯度折射率板状局部波导801b的折射率分布相互一致的例子，结构上也可做成温度控制器807导通时，其折射率分布相互一致。这时，温度控制器807阻断，则第1梯度折射率板状局部波导801a的最大折射率小于第2梯度折射率板状局部波导801b的最大折射率，并且它们的折射率分布相互不同。采取这种结构的情况下，温度控制器807导通时，出射光束808从第2梯度折射率板状局部波导801b出射，而在温度控制器807阻断时，出射光束809从第1梯度折射率板状局部波导801a出射。
图8B是示出本发明实施例6的第1改型的双端控制型光开关的光器件总体轮廓透视图。由于实施例6的第1改型的示意结构与上述光器件相同，仅说明不同的部分。相同的参考号表示相同的组成部分。
实施例6的第1改型中，第2梯度折射率板状局部波导801b具有热片805，并通过连接线806连接到温度控制器807。实施例6的第1改型的光器件在结构上做成温度控制器807阻断时，第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的折射率分布相互一致，并且该器件还做成温度控制器807导通时，以相反状态控制第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的温度，使第1梯度折射率板状局部波导801a的最大折射率加大，第2梯度折射率板状局部波导801b的最大折射率减小，从而它们的折射率分布相互不同。通过这样构成光器件，能以高于单端控制型时的速度进行切换。实施例6的第1改型中，光器件可在结构上做成温度控制器807导通时，第1梯度折射率板状局部波导801a与第2梯度折射率板状局部波导801b的折射率分布相互一致。这种情况下，光器件在结构上做成温度控制器807阻断时，以相反状态控制第1梯度折射率板状局部波导801a和第2梯度折射率板状局部波导801b的温度，使第1梯度折射率板状局部波导801a的最大折射率增加，第2梯度折射率板状局部波导801b的最大折射率减小，从而它们的折射率分布不同。
图20A是示出本发明实施例6的第2改型的单端控制型光开关的光器件的总体轮廓透视图。由于实施例6的第2改型的示意结构与上述光器件相同，仅说明不同的部分。相同的参考号表示相同的组成部分。
实施例6的第2改型中，第1梯度折射率板状局部波导2001a的宽度方向尺寸为将第1梯度折射率板状局部波导2001a和第2梯度折射率板状局部波导2001b当作1个光波导时的该尺寸的
Figure A20048000170500721
倍。实施例6的第2改型中，光器件在结构上做成温度控制器807导通时，第1梯度折射率板状局部波导801a的最大折射率对应第2梯度折射率板状局部波导801b的最大折射率并且它们的总折射率分布相互不同。通过这样构成光器件，温度控制器807导通时，实施例6的第2改型的第1梯度折射率板状局部波导2001a作为宽度方向尺寸是W的折射率梯度板状波导起作用，并且其基模宽度也是 W0。第1梯度折射率板状局部波导2001a的板长度L大致符合4×n0×W0 2/λ，此条件得到满足，以便出射光束809在宽度方向的位置与出射面2003上入射位置相同的出射位置上形成截面与入射光束804相同的图像。因此，实施例6的第2改型的光器件即使在温度控制器807导通时，也可根据多模相干自成像原理产生截面与入射光束相同的出射光束。
尽管实施例6的第2改型的光器件是结构上做成温度控制器807阻断时，第1梯度折射率板状局部波导2001a和第2梯度折射率板状局部波导2001b的折射率分布相互一致的例子，还应注意到该光器件结构上也可做成温度控制器807导通时折射率分布相互一致。采取这种结构的情况下，温度控制器807导通时，出射光束808从第2梯度折射率板状局部波导2001b出射，而在温度控制器807阻断时，出射光束809从第1梯度折射率板状局部波导2001a出射。
图20B是示出本发明实施例6的第3改型的双端控制型光开关这种光器件的总体轮廓的透视图。实施例的第2改型是包含上述实施例6第1改型和第2改型的组合的光器件。相同的参考号表示相同的组成部分。
实施例6的第3改型的光器件中，第1梯度折射率板状局部波导2001a的宽度方向尺寸为将第1梯度折射率板状局部波导2001a和第2梯度折射率板状局部波导2001b当作1个光波导时的该尺寸的1/√2倍，并且第2梯度折射率板状局部波导2001b也通过连接线806连接温度控制器807。利用此结构，能高速进行基于来自温度控制器807的信号的通断切换，并且导通状态和阻断状态下都能获得多模相干自成像原理产生的出射光束。
尽管实施例6的全部说明中示出通过使用具有热光效应高的聚合物完成折射率控制的例子，也可用独立改变第1和第2梯度折射率板状局部波导的折射率的任何方法(诸如光电效应)。
实施例7
图9是示出本发明实施例7的光开关阵这种光器件的总体轮廓的透视图。实施例7的光开关阵具有在梯度折射率板状波导802的厚度方向层叠实施例6的第1改型中所述的8个光开关(图8B)的叠层光开关组901。叠层光开关组901所包含的每一光开关中，在附图下端配置与第1梯度折射率板状局部波导801a对应的部件。实施例7的光集成器件包含第1O/E变换器阵905、第2O/E变换器阵906、第1输出电线(总线)907和第2输出电线(总线)908。
第1O/E变换器阵905包含形成与光开关的第1梯度折射率板状局部波导801a对应的出射部对置的8个受光部。还将第1O/E变换器阵905连接到第1输出信号线908。第2O/E变换器阵906包含形成与光开关的第2梯度折射率板状局部波导801b对应的出射部对置的第2受光部组904。还将第2O/E变换器阵906连接到第2输出信号线908。本例中，光器件在结构上做成温度控制器导通时，出射光束从第1梯度折射率板状局部波导方出射，而在温度控制器导通时，出射光束从第1梯度折射率板状局部波导方出射。
上面的结构中，使入射光束阵902在与叠层光开关901所包含光开关的第1梯度折射率板状局部波导对应的部分(附图的下端)上入射，并且在长度方向受到传送。光开关根据实施例6所述的温度控制器的控制独立进行切换。在温度控制器导通时，来自光开关的出射光束入射到第1O/E变换器阵905的第1受光部组903所包含的受光部上。在温度控制器阻断时，来自光开关的出射光束入射到第2O/E变换器阵906的2受光部组904所包含的受光部上。
第1O/E变换器阵905和第2O/E变换器阵906在使出射光束出射到受光部时赋予信号1，在不使出射光束出射端受光部时赋予信号0。赋予第1O/E变换器阵905的信号通过第1输出电线907，作为输出信号输出到外部。赋予第2O/E变换器阵906的信号通过21输出电线908，作为输出信号输出到外部。如上所述，通过赋予信号，能并行传送8数字的数字信号及其反相信号。
作为入射光束阵902，可直接使从分光器阵发射的光束入射，或可通过配置在光纤等的入射端的光传输线，使外部光源发来的光束入射。还可利用例如将1光束分成8光束的光器件产生入射光束阵。又可在集成光开关的开关之间提供防热材料或绝缘材料(诸如空气)。
实施例8
图10是示出本发明实施例8的单对双向直片总线这种光器件的总体轮廓的透视图。实施例8的光器件中，将实施例3所述2信号直片总线的1个信号光束传送方向翻转成能进行双向通信。作为主部件，实施例8的光器件包含梯度折射率板状波导1001。如图10所示，梯度折射率板状波导1001是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导1001在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导1001在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。实施例8的光器件具有第1E/O变换器1006、第2E/O变换器1009、第1O/E变换器1007、第2O/E变换器1008、第1输入电线(总线)1010、第2输入电线(总线)1011、第1输出电线(总线)1012和第2输出电线(总线)1013。
第1E/O变换器1006包含第1发光部1014，第2E/O变换器1009包含第2发光部1015。第1发光部1014使第2光束1019(波长为λ)在梯度折射率板状波导1001的第1面1002上宽度方向的给定位置入射。第2发光部1015使波长与第2光束1019相同的第1光束1018在梯度折射率板状波导1001的第2面1003上宽度方向的给定位置入射。将第1E/O变换器1006连接到第1输入电线(总线)1010。第1E/O变换器1006将从第1输入电线(总线)1010输入的外部电信号变换成从第1发光部1014发射的信号光束。将第2E/O变换器1009连接到第2输入电线(总线)1011。第2E/O变换器1009将从第2输入电线(总线)1011输入的外部电信号变换成从第2发光部1015发射的信号光束。
第1O/E变换器1007包含第1受光部1016。第2O/E变换器1008包含第2受光部1017。将第1受光部1016配置在宽度方向的位置与梯度折射率板状波导1001的第1面1002上第2发光部1015的位置相同的位置，以接受第2光束(波长为λ)。第2受光部1017在宽度方向的位置与梯度折射率板状波导1001的第2面1003上第1发光部1014的位置相同的位置接受波长与第2光束1019相同的第1光束1018。第1O/E变换器1007连接第1输出电线(总线)1012。第1O/E变换器1007将接受的信号光束变换成由第1输出电线(总线)1010输出到外部的电信号。第2O/E变换器1008连接第2输出电线(总线)1013。第2O/E变换器1008将接受的信号光束变换成由第2输出电线(总线)1013输出到外部的电信号。
梯度折射率板状波导1001的板长度L大致符合8×n0×W0 2/λ。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。梯度折射率板状波导1001的板长度L相当于实施例1所述(1)非对称入射的式2中相互叠加多个入射光束的情况。通过这样设定板长度L，从第1发光部1004发射的第1光束1018形成截面与在相邻的第2受光部1017入射光束时相同的图像。同样，从第2发光部1015发射的第2光束1019形成截面与在相邻的第1受光部1016入射光束时相同的图像。根据自成像原理，由于每一长度8×n0×W0 2/λ出现相同现象，通过将板长度L设定成8×n0×W0 2/λ的整数倍，能按照使用调节梯度折射率板状波导1001的长度。进行分光的详细机制以及即使高速传输在厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的详细机制与实施例1的相同。
利用上述结构，从第1输入电线1010将外部电信号输入到第1E/O变换器1006时，第1E/O变换器1006将外部电信号变换成从第1发光部1014发射的第1光束1018。从第2输入电线1011将外部电信号输入到第2E/O变换器1009时，第2E/O变换器1009将外部电信号变换成从第2发光部1015发射的第2光束1019。
从第1发光部1014发射的第1光束1018通过要传送的入射面1002在梯度折射率板状波导1001上入射。根据自成像原理，第1光束1018形成截面与在相邻的第2受光部1017入射光束时相同的图像。这样，从第2面1003输出第1光束1004到第2受光部1017。第2受光部1017输出与所接受第1光束1018对应的电信号。将该输出电信号从第2输出电线1013输出到外部。另一方面，从第2发光部1015出射的第2光束1019通过要传送的第2面1003在梯度折射率板状波导1001上入射。根据自成像原理，第2光束1019形成截面与在相邻的第1受光部1016入射光束时相同的图像。这样，从第1面1002将第2光束1019传输到第1受光部1016。第1受光部1016输出与接受的第2光束1019对应的电信号。第一光接收部分1016输出与接收到的第二光束1019相对应的电信号。将该输出的电信号从第1输出电线1012输出到外部。如上所述，由于MMI可翻转，不拘传输方向，双向均可用MMI。因此，不需要提供分开的光波导，用于在双向直传送2个信号光束，可用1个梯度折射率板状波导1001在双向独立传送。
图11是示出本发明实施例8的改型的作为光器件的4对双向直片总线的总体轮廓的透视图。此改型的光器件的示意结构与上述单对双向直片总线的相同。该改型光器件具有梯度折射率板状波导1101、第1E/O变换器阵1106、第2E/O变换器阵1109、第1O/E变换器阵1107、第2O/E变换器阵1108、第1输入电线(总线)1010、第2输入电线(总线)1011、第1输出电线(总线)1012和第2输出电线(总线)1013。
尽管第1E/O变换器阵1106具有与单对双向直片总线的第1E/O变换器1006大致相同的结构，不同点却在于形成包4个发光部的第1发光部组1114，以代替第1发光部1014。尽管第2E/O变换器阵1109具有与单对双向直片总线的第2E/O变换器1009相同的结构，不同点却在于形成包4个发光部的第2发光部组1115，以代替第2发光部1015。尽管第1O/E变换器阵1107具有与单对双向直片总线的第1O/E变换器1007大致相同的结构，不同点却在于形成包含4个受光部的第1受光部组1116，以代替第1受光部1016。尽管第2O/E变换器阵1108具有与单对双向直片总线的第2O/E变换器1008大致相同的结构，不同点却在于形成包含4个受光部的第2受光部组1117，以代替第2受光部1017。第1发光部组1114中包含的发光部在宽度方向的位置全部对应于第2受光部组1117中包含的受光部的各位置。第2发光部组1115中包含的发光部在宽度方向的位置全部对应于第1受光部组1116中包含的受光部的各位置。
第1发光部组1114根据从第1输入电线1010输入的外部电信号使全部具有相同波长的第1光束1121至第4光束1124这4个信号光束通过第1面1102在梯度折射率板状波导1121上独立入射。梯度折射率板状波导401传送第1光束1121至第4光束1124。梯度折射率板状波导1101传送第1光束1121至第4光束1124。第1光束1121至第4光束1124从第2面1103出射，并且与梯度折射率板状波导1001时相同，由第2受光部组1117的厚度方向位置相同的受光部接受这些光束。通过第2输出电线1013将接受的信号输出到外部。
第2发光部组1115根据从第2输入电线1011输入的外部电信号使全部具有相同波长的第5光束1125至第8光束1128这4个信号光束通过第2面1103在梯度折射率板状波导1101上独立入射。梯度折射率板状波导401传送第5光束1125至第8光束1128。梯度折射率板状波导1101传送第5光束1125至第8光束1128。第5光束1125至第8光束1128从第1面1102出射，并且与梯度折射率板状波导1001时相同，由第1受光部组1116的厚度方向位置相同的受光部接受这些光束。通过第1输出电线1011将接受的信号输出到外部。
4个入射光束独立出现在出射端宽度方向的并行位置的原理等同于实施例1所述的(1)非对称入射的式2中将多个入射光束相互叠加的情况。如上所述，通过使用MMI，不需要提供分开的光波导，用于双向直传送4对信号光束，能用1个梯度折射率板状波导1101独立传送1对信号光束。
尽管实施例8中示出单对双向直片总线和4对双向直片总线的例子，一般能以同样方法设计N×M信号直片总线(N、M＝1、2、3、……)。这时，通过使N个入射光束和M个入射光束分别在板长度L为以下公式的大致整数倍的梯度折射率板状波导的第1面给定位置和第2面给定位置上入射，从第2面的宽度方向位置相同的位置能获得N个出射光束，从第1面的宽度方向位置相同的位置能获得M个光束。
8n0W0 2/λ
实施例9
图12是示出本发明实施例9的单对双向交叉片总线这种光器件的总体轮廓的透视图。实施例9的光器件中，将实施例4所述2信号交叉片总线的1个信号光束传送方向翻转成能进行双向通信。作为主部件，实施例9的光器件包含梯度折射率板状波导120。如图12所示，梯度折射率板状波导1201是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导1201在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导1201在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。实施例9的光器件具有第1E/O变换器1206、第2E/O变换器1209、第1O/E变换器1207、第2O/E变换器1208、第1输入电线(总线)1010、第2输入电线(总线)1011、第1输出电线(总线)1012和第2输出电线(总线)1013。
第1E/O变换器1206包含第1发光部1214。第2E/O变换器1209包含第2发光部1215。第1发光部1214使第1光束1218(波长为λ)在梯度折射率板状波导1201的第1面1202上宽度方向的给定位置入射。第2发光部1215使波长与第1光束1218相同的第2光束1219在梯度折射率板状波导1201的第2面1203上宽度方向的给定位置入射。将第1E/O变换器1206连接到第1输入电线(总线)1010。第1E/O变换器1206将从第1输入电线(总线)1010输入的外部电信号变换成从第1发光部1214发射的信号光束。将第2E/O变换器1209连接到第2输入电线(总线)1013。第2E/O变换器1209将从第2输入电线(总线)1013输入的外部电信号变换成从第2发光部1215发射的信号光束。
第1O/E变换器1207包含第1受光部1216。第2O/E变换器1208包含第2受光部1217。将第1受光部1216配置在宽度方向的位置相对于梯度折射率板状波导1201的第1面1202的中心与第2发光部1015对称的位置，以接受第2光束1219(波长为λ)。第2受光部1217在宽度方向的位置相对于梯度折射率板状波导1201的第2面1203的中心与第1发光部1214对称的位接受波长与第2光束1219相同的第1光束1218。第1O/E变换器1207连接第1输出电线(总线)1012。第1O/E变换器1207将接受的信号光束变换成由第1输出电线(总线)1012输出到外部的电信号。第2O/E变换器1208连接第2输出电线(总线)1011。第2O/E变换器1208将接受的信号光束变换成由第2输出电线(总线)1011输出到外部的电信号。
梯度折射率板状波导1201的板长度L大致符合4×n0×W0 2/λ。这里，n0是宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率。梯度折射率板状波导1201的板长度L相当于实施例1所述(1)非对称入射的式3中相互叠加多个入射光束的情况。通过这样设定板长度L，从第1发光部1214发射的第1光束1218形成截面与在相邻的第2受光部1217入射光束时相同的图像。同样，从第2发光部1215发射的第2光束1219形成截面与在相邻的第1受光部1216入射光束时相同的图像。根据自成像原理，由于每一长度8×n0×W0 2/λ出现相同现象，通过将板长度L设定成4×n0×W0 2/λ的整数倍，能按照使用调节梯度折射率板状波导1201的长度。进行分光的详细机制以及即使高速传输在厚度方向和宽度方向也没有信号光束波形扰动的详细机制与实施例1的相同。
利用上述结构，从第1输入电线1010将外部电信号输入到第1E/O变换器1206时，第1E/O变换器1206将外部电信号变换成从第1发光部1214发射的第1光束1218。从第2输入电线1013将外部电信号输入到第2E/O变换器1209时，第2E/O变换器1209将外部电信号变换成从第2发光部1215发射的第2光束1219。
从第1发光部1214发射的第1光束1218通过要传送的第1面1202在梯度折射率板状波导1201上入射。根据自成像原理，第1光束1218形成截面与在相邻的第2受光部1217入射光束时相同的图像，并从第2输出电线1011输出到外部。另一方面，从第2发光部1215发射的第2光束1219通过要传送的第2面1203在梯度折射率板状波导1201上入射。根据自成像原理，第2光束1219形成截面与在相邻的第1受光部1216入射光束时相同的图像。这样，从第1面1202输出第2光束1219到第1受光部1216。第1受光部1216输出与所接受第2光束1219对应的电信号。第一光接收部分1216输出与接收到的第二光束1219相对应的电信号。将该输出电信号从第1输出电线1012输出到外部。如上所述，由于MMI可翻转，不拘传输方向，双向均可用MMI。因此，不需要提供分开的光波导，用于在双向直传送2个信号光束以致彼此交叉，可用1个梯度折射率板状波导1201在双向独立传送。
尽管实施例9中示出单对双向直片总线的例子，一般能以同样方法设计N×M信号直片总线(N、M＝1、2、3、……)。这时，通过使N个入射光束和M个入射光束分别在板长度L为以下公式的大致奇数倍的梯度折射率板状波导的第1面给定位置和第2面给定位置上入射，从对第2面的宽度方向中心对称的位置能获得N个出射光束，从对第1面的宽度方向中心对称的位置能获得M个光束。
4n0W0 2/λ
实施例10
图13是本发明实施例10中作为光集成器件的单对双向直片总线阵的结构的示意图。作为主部件，实施例10的光集成器件包含在厚度方向层叠实施例8的8个单对双向直片总线的叠层双向直片总线1301，如图13所示。实施例10的光集成器件包含叠层双向直片总线1301、第1E/O变换器阵1302、第1O/E变换器阵1303、第2E/O变换器阵1305、第2O/E变换器阵1304、第1输入电线(总线)1306、第2输入电线(总线)1308、第1输出电线(总线)1307和第2输出电线(总线)1309。
第1E/O变换器阵1302中，将配置在双向直片总线的1个端面(附图的左侧)的8个发光部构成1个阵。第1O/E变换器阵1303中，将配置在双向直片总线的1个端面(附图的左侧)的8个受光部构成1个阵。将第1E/O变换器阵1302和第1O/E变换器阵1303配置成相互连接。第2E/O变换器阵1305中，将配置在双向直片总线的另1个端面(附图的右侧)的8个发光部构成1个阵。第2O/E变换器阵1304中，将配置在双向直片总线的另1个端面的8个受光部构成1个阵。将第2E/O变换器阵1305和第2O/E变换器阵1304配置成相互连接。将第1E/O变换器阵1302的发光部和第2O/E变换器阵1304的受光部配置成相互对置且双向直片总线夹在其间。将第2E/O变换器阵1305的发光部和第2O/E变换器阵1303的受光部配置成相互对置且双向直片总线夹在其间。第1E/O变换器阵1302连接第1输入电线1306。第2E/O变换器阵1305连接第2输入电线1308。第1O/E变换器阵1303连接第1输出电线1307。第2O/E变换器阵1304连接第2输出电线1309。
上述结构中，第1E/O变换器阵1302将从第1输入电线1306输入的电信号变换成信号光束。将该变换所得的信号光束从发光部发射，并作为入射光束入射到双向直片总线上。另一方面，第2E/O变换器阵1305将从第2输入电线1308输入的电信号变换成信号光束。将该变换所得的信号光束从发光部发射，并作为入射光束入射到双向直片总线上。传送这些信号光束，并根据自成像原理，在邻近的受光部形成截面与入射光束相同的图像。使该图像出射到双向直片总线的受光部。通过受光部接受出射光束的第1O/E变换器阵1303将该出射光束变换成电信号，并将其输出到第1输出电线1307。通过受光部接受出射光束的第2O/E变换器阵1304将该出射光束变换成电信号，并将其输出到第2输出电线1309。这样，以简单的结构实现双向直片总线。
尽管实施例10揭示所包含的直片总线均为单对双向直片总线的叠层双向直片总线，本发明并不限于此。例如，也可层叠实施例9的单对双向交叉片总线。实施例10的光集成器件还可以是层叠实施例8的2种单对直片总线和实施例9的单对双向交叉片总线的双向光总线阵，或者可以是层叠从实施例8和实施例9的双向片总线以及实施例3和实施例4的片状光总线中选择的多种光总线的复合光总线阵。
实施例11
图14是本发明实施例11中作为光集成器件的多层光总线的结构的示意图。实施例11的光集成器件中，在厚度方向层叠长度方向尺寸不同的梯度折射率板状波导。作为梯度折射率板状波导，可用任何单层梯度折射率板状波导，诸如实施例1至5、8和9的波导。根据多模相干自成像原理，由于每一预定周期产生相同的效应，即使在同类型光器件的情况下，也可用长度不同的梯度折射率板状波导。例如，图14所说明的光集成器件中，层叠使用梯度折射率板状波导的直片总线。光集成器件中，将入射面对齐，并使第1梯度折射率板状波导1401、第2梯度折射率板状波导1402和第3梯度折射率板状波导1403的宽度方向长度分别为L1＝8×n0W0 2/λ、L1＝16×n0W0 2/λ和L1＝32×n0W0 2/λ。通过这样构成光集成器件，能使长度方向尺寸不同的梯度折射率板状波导的出射光束的截面相同。
实际上，装在衬底上的装置、衬底或芯片之间的距离不同。因此，涉及需要与不同长度对应的片状光总线。通过如实施例11那样层叠不同长度的片状光总线，能以不同距离进行从一块衬底到多块衬底的光传输。这时，将包含多层光总线的对齐端面的端面140连接到衬底，从而对端面对齐方进行输入和输出时，可用例如实施例1的1×N分光器(N×1合光器)。
实施例12
图21A是示出本发明实施例12中进行光束多路解编的梯度折射率板状波导2101这种光器件的总体轮廓的透视图。图21B是本发明实施例12中进行光束多路解编的梯度折射率板状波导2101这种光器件的截面图。图22A是使1.30μm的信号光束穿透梯度折射率板状波导2101时进行的BPM(光束传播法)模拟的结果。图22B是使1.55μm的信号光束穿透梯度折射率板状波导2101时进行的BPM模拟的结果。
实施例12的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导2101，作为主元件。如图21A所示，梯度折射率板状波导2101是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导2101在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导2101在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。梯度折射率板状波导2101包含入射面2102和出射面2103。
入射面202与使包含两种不同波长(1.30μm波长和1.55μm波长)的多路复用光束的多重入射光束2107在离开宽度方向中心预定距离的位置上入射的入射部(未示出)相对。出射面2103与接受从分别相对于宽度方向的中心对称的位置出射的2个不同波长的光束2108和2109的受光部220(未示出)相对。入射部使多重入射光束2107在离开入射面2102宽度方向中心预定距离的位置入射。在梯度折射率板状波导101的内部传送多重入射光束2107。根据后面说明的多模相干自成像原理，在梯度折射率板状波导2101的内部，按照波长将多重入射光束2107分成2束光，作为具有不同波长(1.30μm波长和1.55μm)的2个出射光束从出射面2103的宽度方向上相互离开的位置出射，并到达出射部。梯度折射率板状波导2101的板长度L是波长1.30μm的光量移动与1.55μm的光量移动之间的相位差为反相(即π的整数倍)的光路长度。
例如由处在厚度方向中心的最大折射率点nmax、厚度方向离开该最大点的距离r和折射率分布常数A1/2表示梯度折射率板状波导2101的厚度方向折射率分布，如上文说明的式1所示。
根据梯度折射率板状波导的膜厚和多重入射光束2107的截面优化折射率分布常数，使梯度折射率板状波导2106中传送的光束不扩散到厚度外面。例如，多重入射光束2107的扩散角大于梯度折射率板状波导2101的膜厚时，加大折射率分布常数。反之，多重入射光束2107的扩散角小时，减小折射率分布常数。通过按照多重入射光束2107的光束直径调整梯度折射率板状波导2101的膜厚，能减小耦合损耗。如式1所示，折射率分布未必连续变化，也可按离开中心距离的函数以步进方式变化。
接着，说明一种机构，该机构当离开厚度方向中心预定距离的位置上入射的入射光束2107在梯度折射率板状波导2101的入射面2102上入射时，在出射面2103端将该入射光束相对于宽度方向中心线对称地多路解编成2个光束。分别说明在厚度方向中心面内传送的光束(在图21B中标为A的光路上传送的信号光束)的情况(I)和不在厚度方向中心面内传送的光束的情况(II)。由于(II)的光束不在厚度方向中心面内传送，存在以下2种信号光束：以光轴角度在中心面偏移的方式入射的光束(图21B中标为B的光路上传送的信号光束)和在从中心面移位(光轴偏移)的位置上入射的入射光束(图21B中标为C的光路上传送的信号光束)。在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束不受厚度方向折射率分布的影响。反之，不在厚度中心面内传送的情况(II)的光束受厚度方向折射率分布影响。
梯度折射率板状波导2101中，在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束由于实质上仅受有效折射率n0影响，其性能等效于均匀折射率为文件(11)所述板状波导中相对于厚度方向激励的0次模的有效折射率n0的情况。因此，相对于梯度折射率板状波导2101的厚度方向中心面内传送的入射光束的出射光束，其状况根据板长度L按折射率为n0且均匀的板状波导在厚度方向激励的多模模色散变化。这里，出射光束状况变化含义为与入射光束相同的图像的数量和出射位置变化。在实施例12的梯度折射率板状波导2101的情况下，通过使梯度折射率板状波导2101的板长度L等于波长1.30μm的光量移动与1.55μm的光量移动之间的相位差为反相(即π的整数倍)的光路长度，在出射面2103将与波长不同的多重入射光束2107相同的2个图像形成得相对于厚度方向中心对称。
图22A的BPM模拟示出多重入射光束中波长为1.30μm的光束的特性，将与波长1.30μm对应的信号光束分量设计成梯度折射率板状波导2101固有的0次模(基模)和1次模。0次模与1次模之间模色散不同。换句话说，0次模的传播常数与1次模的传播常数不同。因此，0次模与1次模之间出现模相干。如图22A所示，此模相干使与波长1.30μm对应的信号光束分量在梯度折射率板状波导2101内长度方向的一个方向(附图中从左到右的方向)传送，同时还在宽度方向交替移动。
另一方面，图22B的BPM模拟示出多重入射光束中波长为1.55μm的光束的特性，也将与波长1.55μm对应的信号光束分量设计成梯度折射率板状波导2101固有的0次模(基模)和1次模。因此，与波长1.30μm时相同，0次模与1次模之间出现模相干。如图22B所示，此模相干使与波长1.55μm对应的信号光束分量在梯度折射率板状波导2101内长度方向的一个方向(附图中从左到右的方向)传送，同时还在宽度方向交替移动。
波长1.30μm的信号光束分量与波长1.55μm的信号光束分量不同，从而波长色散。即，由于波长1.30μm的信号光束分量与波长1.55μm的信号光束分量之间，各模的传播常数不同，这些光束穿透梯度折射率板状波导2101时呈现不同的特性。实施例12的光器件中，利用此特征，将梯度折射率板状波导2101的板长度L成波长1.30μm的光量移动与1.55μm的光量移动之间的相位差为反相(即π的整数倍)处的值。通过这样构成光器件，根据多模相干自成像原理，能在不同位置形成截面与波长1.30μm的入射光束信号分量相同的图像和截面与波长1.55μm的入射光束信号分量的图像。然后，使形成在不同位置的这2个图像分别作为出射光束2108和出射光束2109进行出射，从而达到光束多路解编。
反之，不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束由于受厚度方向折射率分布的影响，沿中心面传播，同时在厚度方向折弯，如图21B所示。即，因为在离开中心面的方向移动的光束总是从折射率较大的部分移动到折射率较小的部分，当光束移动时，移动方向与厚度方向之间的角度逐渐加大，并且在离开中心轴最远的位置变成90度。又因为在往中心面的方向移动的光束总是从折射率较小的部分移动到折射率较大的部分，当光束移动时，移动方向与厚度方向之间的角度逐渐减小，并且在横贯中心面的位置变成最小。由于影响不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的折射率总是小于中心处的折射率，尽管使光束折弯，(II)时的光束的速度高于在厚度方向中心轴上传送的情况(I)的光束的速度。
折射率分布为式1的2次方程的折射率分布时，不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的平行于中心面的传输速度分量等于在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束的传输速度。这意味着在厚度方向没有模色散。因此，与在厚度方向中心面内传送的情况(I)的光束相同，入射光束的不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的平行于中心面的分量(折弯光束在垂直于厚度方向的方向的分量)对出射面宽度方向中心对称地多路解编成2个光束。
由于入射光束的不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束的垂直于中心面的分量(折弯光束的厚度方向分量)按照折弯光束的传播位置变化，不能决定出射光束的状况。然而，由于在厚度方向未产生模色散，折弯光束在厚度方向的分量不受模色散造成的信号波形扰动影响。因此，该分量起的作用等效于宽度方向也无模色散影响时的分量。于是，2个出射光束具有与对应于多重入射光束波长的信号光束分量相同的图像。根据以上的结果，不在厚度方向中心面内传送的情况(II)的光束(折弯光束)按照与情况(I)相同的板状波导配置，对宽度方向中心对称地多路解编成图像与入射光束一样的2个光束。
如上所述，由于该入射光束对梯度折射率板状波导2101在厚度方向的全部本征模同等多路解编成2个光束，能取得一种光器件，如果多重入射光束在入射面的宽度方向中心位置入射，即使入射光束从厚度方向中心移位或扩散角大时，该器件也作为将入射光束多路解编成2个光束的器件起作用。由于入射光束从宽度方向中心移位造成出射光束之间光束多路解编率不均衡，要取得相等的出射光束时，最好使移位最小。然而，通过积极利用移位，可调整信号光束之间的强度比率。
决定2个波长之间产生反相的位置时，可取下列2种方法中的任一种：根据宽度方向上2个出射光束的光量比率最大处决定该位置；根据宽度方向上2个出射光束的光量最小处决定该位置。采取前一方法时，可减小出射光束损耗，能提高所传送信号光束的使用效率。采取后一方法，则可减少出射光束中包含的差错分量，因而能减少传输差错。
尽管实施例1首先示出对端面进行垂直入射和出射作为对梯度折射率板状波导进行输入和输出的方法，本发明不限于此。图15A是示出一例梯度折射率板状波导入射出射法的透视图。图15B是示出另一例梯度折射率板状波导入射出射法的透视图。图16是示出又一例梯度折射率板状波导入射出射法的透视图。例如，可采取反射法(图15A)，其中通过使梯度折射率板状波导的入射面和出射面倾斜45度，形成反射面1502和反射面1503，而反射面1502和反射面1503反射从垂直于厚度方向的方向入射的入射光束和出射光束，从而将光路折弯90度。还可采取耦合器法(图16)，其中将棱镜1602配置在梯度折射率板状波导入射面和出射面的近旁，以在厚度方向靠近表面，从而将对棱镜1602的入射光束和出射光束耦合到光总线。还可用诸如衍射光栅的衍射光部件代替棱镜1602。所用的衬底是通过将梯度折射率板状波导夹在电衬底1503之间而形成的光电混合衬底(如图15B所示)时，采用使入射端面和出射端面倾斜45度而形成反射面的梯度折射率板状波导，并且在电衬底的因倾斜45度而成为反射面的部分形成贯穿垂直入射光束的通孔1504。
尽管实施例1至12中，使片状梯度折射率板状波导在一个平面上，但本发明不限于此。图17A是示出一例梯度折射率板状波导的结构的透视图，图17B是示出另一例梯度折射率板状波导的结构的透视图。如图17A所示，可将梯度折射率板状波导1701弯成厚度方向中心位置总在包含厚度方向和长度方向的2个给定不同截面上引出相同的曲线。还可将梯度折射率板状波导1702(图17B)扭绞成厚度方向的中心位置总在包含长度方向和厚度方向的2个给定不同截面上引出不同截面。这是因为虽然折射率在厚度方向均匀的典型板状波导中，不能避免弯曲或扭绞使光束在接口处反射时入射角变化造成色散和损耗的影响，但具有厚度方向中心处值最大的折射率的板状波导的情况下，光束不到达该波导的接口，并且进行传播，不拘该接口的状况。
尽管上面的说明中，输入光束和出射光束限于多模光束，耦合损耗没有问题时，使用单模光束也可。
实施例13
图23是本发明实施例13的1×2分光器这种光器件的结构的透视图。如图23所示，作为主部件，实施例13的光器件包含第1梯度折射率板状波导2301、第1梯度折射率板状波导2302和第3梯度折射率板状波导2303。
第1至第3梯度折射率板状波导2301至2303是平行于x-x面延伸的片状多模光传输线。第1至第3梯度折射率板状波导2301至2303在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。第1至第3梯度折射率板状波导2301至2303在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。
第1梯度折射率板状波导2301与实施例1分成2个光束时所述的梯度折射率板状波导相同。即，第1梯度折射率板状波导2301的板长度L1是厚度方向基模宽度W0、厚度方向激励的0次模光束的有效折射率n0和入射光束的波长λ的函数，并且近似于n0×W0 2/(2λ)。
第2梯度折射率板状波导2302和第3梯度折射率板状波导2303与实施例4的交叉片总线相同。即，第2梯度折射率板状波导2301和第3梯度折射率板状波导2303的板长度L2是厚度方向基模宽度W0、厚度方向激励的0次模光束的有效折射率n0和入射光束的波长λ的函数，并且近似于4n0×W0 2/λ。
实施例13的光器件使入射光束从未示出的入射部入射到第1梯度折射率板状波导2301的入射面厚度方向中心位置。第1梯度折射率板状波导2301传送入射面厚度方向中心上入射的入射光束，并且根据自成像原理，产生相对于出射面厚度方向中心对称的2个出射光束。
第1梯度折射率板状波导2301出射的出射光束中，1个出射光束入射到离开第2梯度折射率板状波导2302的入射面厚度方向中心预定距离的位置上。第2梯度折射率板状波导2302传送该入射的入射光束，并根据自成像原理在相对于厚度方向中心与入射光束对称的出射面的位置上产生出射光束。
第1梯度折射率板状波导2301出射的出射光束中，其他出射光束在离开第3梯度折射率板状波导2303的入射面厚度方向中心预定距离的位置上入射。第3梯度折射率板状波导2303传送该入射的入射光束，并根据自成像原理在相对于厚度方向中心与入射光束对称的出射面的位置上产生出射光束。
这里，第1梯度折射率板状波导2301的基模宽度为W0，第2梯度折射率板状波导2302的入射面上对入射光束的入射位置离开厚度方向中心的预定距离为x1，第3梯度折射率板状波导2303的入射面上对入射光束的入射位置离开厚度方向中心的距离为x2。这时，根据自成像原理第1梯度折射率板状波导2301的出射面上的间隔宽度为d1＝W0/2。然而，从第2梯度折射率板状波导2302出射的出射光束与第3梯度折射率板状波导2303出射的出射光束之间的间隔宽度为d2＝W0/2＋2×x1＋2×x2，大为增加。
如上所述，实施例13的光器件中，可加大间隔宽度，而不改变基模宽度W0。例如，仅用第1梯度折射率板状波导2301构成2光束分光时，分成2光束后的间隔宽度为W0/2，并且在连接直径125μm的光纤时需要基模宽度W0不小于250μm。这时，第1梯度折射率板状波导2301的长度不小于L＝35000μm，不能避免规模加大。而且，连接直径为200至1,000μm的塑料光纤时，L＞100,000μm(L与W0的平方成正比)。
另一方面，使用第2梯度折射率板状波导2302和第3梯度折射率板状波导2303时，2个出射光束的移动量为2×x1＋2×x2。能使x1和x2的值增加到第2梯度折射率板状波导2302和第3梯度折射率板状波导2303的宽度的一半。因此，能使板长度L小于想通过仅用第1梯度折射率板状波导2301达到间隔厚度相等时的该长度。如上所述，即使第1梯度折射率板状波导2301是间隔宽度小的分光器时，通过连接第2和第3梯度折射率板状波导就能方便地加大间隔宽度。
图24是示出本发明实施例13的第1改型的用于增加3个或多个信号光束间的距离的光器件的相关部分的俯视图。如图24所示，实施例13的第1改型的光器件包含配置在宽度方向的多个梯度折射率板状波导。各梯度折射率板状波导与实施例4的交叉片总线时所述的梯度折射率板状波导相同。
作为主部件，实施例13的第1改型的光器件包含宽度方向上从附图上端开始的第k-1个梯度折射率板状波导的第k-1梯度折射率板状波导2401、宽度方向上从附图上端开始的第k个梯度折射率板状波导的第k梯度折射率板状波导2402和宽度方向上从附图上端开始的第k+1个梯度折射率板状波导的第k+1梯度折射率板状波导2403。
实施例13的第1改型的光器件中，为了增加2个或多个信号光束间的距离，通过适当组合下列2种模式进行传输：
(1)在相反方向建立入射位置与宽度方向中心之间的关系的方法，如同第k和第k+1梯度折射率板状波导结合。这时，能使信号光束之间的距离大为增加。
(2)在相同方向建立入射位置与宽度中心之间的关系的方法。该方法使入射位置靠近整个光器件的第k梯度折射率板状波导的入射位置与宽度方向中心之间的距离小于第k-1梯度折射率板状波导的入射位置与宽度方向中心之间的距离，如同连接第k和第k-1梯度折射率板状波导。
通过适当组合(1)和(2)中所述的方法，能加大3个或多个信号光束之间的距离。
图25是示出本发明实施例13的第2改型的用于增加信号光束间距离的光器件相关部分的俯视图。如图24所示，实施例13的第2改型的光器件具有多个配置成入射位置在长度方向相互偏移的多个梯度折射率板状波导。这些梯度折射率板状波导与实施例4的交叉片总线时所述的梯度折射率板状波导相同。
实施例13的第2改型的光器件中，在长度方向上将梯度折射率板状波导连接成多级。即，将来自第1级梯度折射率板状波导2501的出射光束连接为第2级梯度折射率板状波导2502的入射光束，接着将来自第2级梯度折射率板状波导2502的出射光束连接为第n级梯度折射率板状波导2503的入射光束。这时，安排实施例13的第2改型的光器件，使梯度折射率板状波导的出射位置总在相同方向从宽度中心偏移。通过这样安排能使出射光束在宽度方向移动。
尽管全部上述光器件中，连接相互独立的方形梯度折射率板状波导，以增加间隔宽度，但本发明不限于此。例如，可将梯度折射率板状波导制造成具有连接多个片状多模波导的状态。
实施例14
图26是示出本发明实施例14的具有光束变换器的光器件的结构总体轮廓的透视图。实施例14的光器件具有梯度折射率板状波导2601、入射端光纤2620、第1出射端光纤2630、第2出射端光纤2635、入射端光束变换器2640、第1出射端光束变换器2650和第2出射光束变换器2655。
梯度折射率板状波导2610具有与构成实施例1的光器件的梯度折射率板状波导101相同的结构，并具有进行2光束分光的预定板长度L。入射端光纤2620、第1出射端光纤2630和第2出射端光纤2635均为GI(梯度折射率)多模光纤。入射端光纤2620、第1出射端光纤2630和第2出射端光纤2635均具有一种折射率分布，使中心形成最大折射率，并使折射率大致按2次方程往外周减小。
将入射端光束变换器2640配置在梯度折射率板状波导2610的入射面2612与入射端光纤2620的出射方端面2622之间。入射端光束变换器2640为大致圆筒型，并且其具有的折射率分布使折射率在圆筒的中心轴最大，并使其为外周减小。入射端光束变换器2640的折射率分布使折射率在中心最大，并使其大致按2次方程往外周变化。
入射端光束变换器2640具有的折射率分布使折射率从入射端光纤2620方往梯度折射率板状波导2610方逐渐加大。图26的曲线示出折射率标为A的入射端光束变换器2640的入射端光纤2620方端面2641的折射率分布与折射率分布标为B的入射端光束变换器2640的梯度折射率板状波导2610方端面2642的折射率分布。从该曲线可知，折射率分布A比折射率分布B变化频繁。
将第1出射端光束变换器2650配置在梯度折射率板状波导2610的出射面2613与第1出射端光纤2630的出射方端面之间。将第2出射端光束变换器2655配置在梯度折射率板状波导2610的出射面2613与第2出射端光纤2635的入射光端面之间。第1出射端光束变换器2650和第2出射端光束变换器2655均为大致圆筒型，并且其具有的折射率分布使折射率在圆筒的中心轴最大，并且往外周减小。第1出射端光束变换器2650和第2出射端光束变换器2655的折射率分布使折射率在中心最大，并且大致按2次方程往外周变化。
第1出射端光束变换器2650具有的折射率分布使变化从第1出射端光纤2630方往梯度折射率板状波导2610方逐渐加大。第2出射端光束变换器2655具有的折射率分布使变化从第2出射端光纤2631方往梯度折射率板状波导2610方逐渐加大。此变化方式与上述入射端光束变换器2640的折射率分布相反。
利用上述结构，从入射端光纤2620激励的多模信号光束入射到入射端光束变换器2640上，并在长度方向传送。入射端光束变换器2640根据长度方向的折射率分布变化，将入射端光纤2620的模场(光斑直径)变换成小的模场(光斑直径)。变换成小模场的信号光束作为入射光束入射到梯度折射率板状波导2610的入射面宽度方向中心位置。如实施例1所述，梯度折射率板状波导2610在长度方向传送入射光束，并根据自成像原理在出射面近旁形成2个图像，作为出射光束发射这些图像。
发射的2个信号光束分别入射到第1出射端光束变换器2650和第2光束变换器2655上，并且在长度方向传送。第1出射端光束变换器2650根据长度方向的折射率分布变化，将梯度折射率板状波导2610的模场(光斑直径)变换成大的模场(光斑直径)。第2出射端光束变换器2655根据长度方向的折射率分布变化，将梯度折射率板状波导2610的模场(光斑直径)变换成大的模场(光斑直径)。变换成大模场的信号光束分布入射到第1出射端光纤2630和第2出射端光纤2635上，然后加以传送。
如上所述，由于实施例14的光器件具有变换对梯度折射率板状波导入射和出射的信号光束的模场光束变换器，能使模场小的入射光束入射在梯度折射率板状波导2610上。因此，根据自成像原理，能使出射光束的模场小。
根据自成像原理，连接纤芯直径(模场、光斑直径)对梯度折射率板状波导宽度的比率大的光纤(如POF)时，通常在出射面输出基模与入射光束相同的、光斑直径大的光束，因而难以加大出射光束直径的距离。因此，不能增加信号光束分光的数量。反之，实施例14的光器件中，由于能减小出射光束的模场，能分布地增加分光的数量。
入射的模场减小时，分光所形成的多个出射光束间的距离也减小。这样，通过对齐输出端光束变换器，使输出位置能平行移动，或通过平缓弯曲使其为S状，能将纤芯大的光纤连接到输出端。虽然上述例子中，梯度折射率板状波导用于实施例1的将1光束分为2光束的光器件，但应注意到也能用于其它实施例所述的直片总线、交叉片总线、星形耦合器、光开关等。这时，根据入射和出射的信号光束的数量调整入射端和出射端的光纤以及入射端和出射端的光束变换器的数量。
图27是示出本发明实施例14的第1改型的光器件的结构轮廓的透视图。由于实施例14的第1改型的光器件具有与实施例14的光器件大致相同的结构，仅说明不同的部分。相同的参考号表示相同的组成部分。
实施例14的第1改型的光器件具有实施例2所述将1个光束分成N个光束的光器件中N＝5的梯度折射率板状波导2710。实施例14的第1改型的光器件具有包含梯度折射率板状波导的入射端光束变换器2740，该梯度折射率板状波导具有的折射率分布使厚度方向的中心形成最大折射率，并使折射率仅在厚度方向大致按2次方程减小。实施例14的第1改型的光器件具有变化5个梯度折射率板状波导的出射端光束变换器2750，该梯度折射率板状波导各自具有的折射率分布使厚度方向的中心形成最大折射率，并使折射率仅在厚度方向大致按2次方程变化。
入射端光束变换器2720的梯度折射率板状波导具有的结构使宽度方向的尺寸从入射光纤2626方往梯度折射率板状波导2710方减小。出射端光束变换器2730具有的结构使宽度方向的尺寸从出射端光纤2630方往梯度折射率板状波导2710方减小。如上所述，即使将宽度方向尺寸变化的梯度折射率波导用作入射端和出射端的光束变换器，也能变化模场。
图28A是示出本发明实施例14的第2改型的光器件的结构总体轮廓的俯视图。图28B是示出一例本发明实施例14的第2改型的出射端光束变换器2850这种光器件的截面图。图28C是示出另一例本发明实施例14的第2改型的出射端光束变换器2850这种光器件的截面图。由于实施例14的第2改型的光器件具有与实施例14的光器件大致相同的结构，仅说明不同的部分。相同的参考号表示相同的组成部分。
实施例14的第2改型的光器件具有实施例2中所述将1个光束分成N个光束的光器件中N＝4的梯度折射率板状波导。实施例14的第2改型的光器件具有第1改型中所述的入射端光束变换器2740。实施例14的第2改型的光器件具有覆盖全部输出端光纤2830的分立的出射端光束变换器2850。该出射端光束变换器2850是一种光传输线，该传输线具有的折射率分布是梯度折射率板状波导2810的宽度方向中心所对应的中心形成最大折射率，并使折射率往与长度方向垂直的平面内的周边减小。出射端光束变换器2850截面为圆形或矩形。图28B示出截面为圆形的出射端光束变换器2850，图28C示出截面为矩形的出射端光束变换器2850。各截面图中，都将出射端光纤2830配置在交叉部。如上所述，即使将具有折射率分布的光传输线用作光束变换器。也能变换模场。
不需要如第2改型那样使入射端和出射端之间光束变换器具有相同的结构，但可适当组合各结构。例如，可进行将第2改型所述的结构用于入射端光束变换器，将第1改型所述的结构用于出射端光束变换器。
图29是示出本发明实施例14的第3改型的光器件总体轮廓的透视图。由于实施例14的第2改型的光器件具有与实施例14的第1改型的光器件大致相同的结构，仅说明不同的部分。相同的参考表示相同的组成部分。
本发明实施例14的第3改型的光器件中，在连接光纤处切除各出射端光纤2930的部分包层。如上所述，通过切除部分包层，能减小出射端光束变换器2750在宽度方向的畸变。
制造方法的实施例
下面说明各实施例中阐述的片状梯度折射率板状波导的制造方法。梯度折射率板状波导制造方法的例子包括以下2种。
第1制造方法中，通过按照厚度方向的折射率变化层叠折射率不同的超薄膜，制造梯度折射率板状波导。第1制造方法的具体实例包括采用环氧树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸脂或聚酰亚胺树脂。由于通过调整对这些树脂的氟、重氢、硫等的添加量，使折射率改变，可制造具有各种折射率的超薄膜。
第2制造方法中，改变光传输线厚度方向的组成，以适合厚度方向的折射率分布。第2制造方法的具体实例包括以下3种方法。
(1)将离子注入片状玻璃材料，并在玻璃内部控制注入的离子的分布，从而形成折射率分布。
(2)片状聚硅烷固化时，控制氧浓度，并在聚硅烷内部对氧浓度形成分布，从而形成折射率分布。
(3)固化片状全氟化树脂时，在该树脂内部控制高折射率的低分子和低折射率单体，从而形成折射率分布。在全氟化树脂内部形成折射率分布的方法(3)可用于其他树脂。
下面详细说明用聚硅烷形成梯度折射率板状波导的第2制造方法(2)。通过紫外线曝光或热处理，使聚硅烷固化。这时，将部分聚硅烷结构氧化成固化时折射率小的聚硅氧烷。因此，通过改变虽固化却保持聚硅烷结构不氧化的部分与固化时氧化成聚硅氧烷的结构部分之间的比率，能控制固化的聚硅烷的折射率。例如，在大气中包含氧的环境下利用紫外线辐射进行固化时，以氧浓度从受到紫外线辐射的表面往中心减小的方式使聚硅烷固化，从而形成的折射率分布结构从氧浓度低的内部往氧浓度高的表面减小。如上所述，通过用紫外线从上下对片状聚硅烷进行均等辐射，能取得厚度方向上中心对称的折射率分布。
下面说明制造梯度折射率板状波导这种光器件制造方法。图30是示出一例梯度折射率板状波导制造方法的说明图。图30中，首先制备透明的成形模具3002，该模具具有深度与实施例1所述梯度折射率板状波导3010的板厚度D相同并且尺寸相当于多个梯度折射率板状波导3010的尺寸的下凹部3001(步骤1)。透明成形模具3002用对紫外线透明的材料制成。然后，将聚硅烷3003注入透明成形模具3002的下凹部3001，使其大致不溢出下凹部3001(步骤2)。图30A中示出此步骤。
然后，用紫外线3004对聚积在下凹部3001中的聚硅烷3003从厚度方向上下进行照射，同时还进行加热。图30B中示出此步骤。然后，使聚硅烷3003固化(步骤3)。图30B中示出此步骤。
聚硅烷固化后，进行所需形状梯度折射率板状波导3010的切割(步骤4)。用这种方法，能制造多个梯度折射率板状波导。透明成形模具3002在切割后可原样用作梯度折射率板状波导3010的衬底3005。当然，可去除该衬底3005。
最后切割的下凹部3002的侧壁未必垂直，也可有斜度。可对梯度折射率板状波导3010的截面进行光学方式的抛光，还可在构成具有预定厚度的片状聚硅烷时不总是需要该侧壁。
图31是示出另一例梯度折射率板状波导制造方法的说明图。图31中，首先制备透明的成形模具3102，该模具具有深度与实施例1所述梯度折射率板状波导3110的板厚度D相同并且尺寸相当于多个梯度折射率板状波导3110的尺寸的下凹部3101(步骤1)。透明成形模具3102用对紫外线透明的材料制成。然后，将聚硅烷3103注入透明成形模具3102的下凹部3101，使其大致不溢出下凹部3101(步骤2)。图31A中示出此步骤。
然后，用紫外线3004对聚积在下凹部3101中的聚硅烷3103从厚度方向上下进行照射，同时还进行加热。图31B中示出此步骤。然后，使聚硅烷3103固化(步骤3)。图31B中示出此步骤。
聚硅烷3103固化后，与入射端面和出射端面对应的部分切割成梯度折射率板状波导3110的形状(步骤4)。用这种方法，能制造梯度折射率板状波导。透明成形模具3102在切割后可原样用作梯度折射率板状波导3110的衬底3105。当然，可去除该衬底3005。
虽然最后切除的下凹部的入射端面和出射端面未必垂直，也可有斜度，但最好厚度方向的端面3106是倾斜不大于10度的垂直面。虽然除可对下凹部的入射面和出射面进行切除或光学方式抛光外，还可仅在入射位置和出射位置近旁形成这些面，但在光束入射面和出射面的方向上透明成形模具3102的厚度不大于10μm时，可就透明成形模具3102本身切割和抛光成入射面和出射面。
如上文所述，通过聚积将树脂注入透明成形模具中形成的下凹部，即使在黏度低的树脂的情况下，也能任意制作膜厚。因此，能掌握可在入射面和出射面使用纤芯直径大的光纤的光传输线。
图32是说明使用聚硅烷的折射率分布机构的说明图。如上文所述，紫外线曝光或热处理导致产生通过氧化使聚硅烷变成折射率小的聚硅氧烷结构(图32(e))，同时还进行固化。因此，通过控制未氧化的聚硅烷结构部分(图32(d))与因氧化而产生的聚硅氧烷结构部分之间的比率，能形成折射率分布。从附图可知，在氧氛围中配置聚硅烷(图32A)，并进行紫外线曝光或热处理(图32B)，从而获得一种模式，其中在氧浓度低的中心部聚硅烷结构的比率大，在氧浓度高的表面部分则聚硅氧烷结构的比率大(图32C)。
聚硅烷的膜厚不大于50μm时，由于大气中的氧，导致氧浓度从表面往聚硅烷内部减小。因此，自然形成一种折射率分布，使折射率从氧浓度低的内部往氧浓度高的表面减小。聚硅烷膜厚不小于50μm时，通过除大气中的氧外，还预先按预定的分布在聚硅烷固化前将氧或氧化物扩散到聚硅烷内，可任意控制氧化时的折射率分布。
又，通过从2个面对称地减小氧化，能形成相对于厚度方向的中心对称的折射率分布。然而，用紫外线曝光进行固化的情况下，从衬底方施加紫外线时，使用对紫外线透明的材料，例如石英或玻璃(诸如耐热性玻璃)，并且从衬底方施加紫外线时，除玻璃外，还可用对紫外线不透明的材料，诸如硅或树脂。
图33是说明制造本发明实施例14的第1改型的光器件的方法的说明图。作为一个例子，下面结合本发明实施例14的第1改型说明一种光器件制造方法。
透明成形模具3301中，预先形成与梯度折射率多模波导对应的下凹部3302、与入射端光束变换器对应的下凹部3303和与输出端光束变换器对应的下凹部3304。进而，在透明成形模具3301形成对入射端光纤3310相继定位用的V形槽3305和对出射端光纤3310进行定位用的V形槽3311。将聚硅烷3320注入透明成形模具3301的各下凹部。注入后，用紫外线从上下照射各下凹部聚积的聚硅烷3320，同时还加热，从而使聚硅烷3301固化。最后，将光纤放在V形槽3305和V形槽3306中，以制造光器件。
然而，最好加大下凹部3302的宽度方向的侧壁3330倾斜不大于10度的垂直面。如上文所述，通过聚积注入透明成形模具中形成下凹部内的树脂，即使在黏度低的树脂的情况下，也能使膜厚为任意厚度。因此，在入射端和出射端将纤芯直径大的光纤用于光传输线时，也能得到处理。
尽管上述例子中将透明成形模具作为梯度折射率板状波导的衬底用作光器件的部件，却可使固化的聚硅烷脱离该成形模具。通过使聚硅烷脱离成形模具，能重复使用该透明成形模具，从而能降低透明成形模具的制造成本。
图34和图35是说明另一例本发明实施例14的第1改型的光器件的制造方法的说明图。图34中，预先在透明成形模具3401形成以梯度折射率多模波导对应的下凹部3402与入射端光束变换器对应的下凹部3403和与出射端光束变换器对应的下凹部3404。利用此透明成形模具3401，借助上述方法(诸如紫外线曝光)形成将入射端和出射端的光束变换器集成为一体的梯度折射率板状波导3410。使该梯度折射率板状波导3410在固化后脱离透明成形模具3401。
然后，在图35中，制备组装模具3501，该模具中预先形成与梯度折射率板状波导3401对应的下凹部3502、对入射端光纤3502进行定位用的V形槽3503和对输出端光纤3530进行定位用的V形槽3504。通过将梯度折射率板状波导3401、入射端光纤3520和出射端光纤3530放在组装模具3501中，能制造该光器件。
根据此制造方法，由于通过使模件脱离模具能重复使用形成梯度折射率板状波导3401用的透明成形模具，能降低成本。又由于入射端和出射端的光束变换器不必进行定位调整，能提高制造时的生产率。又由于组装模具3501不需要在制造工序中作紫外线曝光，材料限制小，能选择廉价的模具材料。又由于组装模具3501的使用便于入射端和出射端的光纤作位置调整，也能提高制造时的生产率。
虽然图34和图35的输出端光束变换器中，输出端光纤方的光轴与GI多模板状波导方的光轴相互一致，但本发明不限于此。如实施例14的第1改型中所述，通过将出射端光束变换器之间的距离设定成从梯度折射率板状波导往出射端光纤逐渐减小，能减小梯度折射率板状波导的结构。
应注意，上述制造方法不仅能用于将1个光束分成N个光束的光器件，而且能用于其他光器件，诸如各实施例中所述的直片总线、交叉片总线、光开关和星形耦合器。
实施例15
图36A是本发明实施例15的多模相干1×2分光器5100的透视图。图36B是该多模相干1×2分光器5100的正视图。图36A中，如附图所示那样规定坐标系统，将图中往下的方向规定为y方向，图中往右的方向规定为z的方向，并且对y方向和z方向垂直的方向规定为x方向。
多模相干1×2分光器5100具有片状光传输线5101、入射部5104、出射部5105、出射部5106、电用途衬底5107和电用途衬底5108。片状光传输线5101具有3层结构，其中在正y方向依次重叠电用途衬底5107、片状光传输线5101和电用途衬底5108。
片状光传输线5101是2维光传输线，其y方向(厚度方向)的厚度为d，并且与z-x面平行。片状光传输线5101俘获外部在y方向入射的信号，并能在z方向(传输方向)传送该信号。片状光传输线5101在y方向的2个端面具有反射面5102和反射面5103。
在z方向的1端形成反射面5102。反射面5102对z-x面倾斜45度，以便在正z方向折弯正y方向上入射的信号光束。
在与入射端相对的z方向的另一端形成反射面5103。反射面5103对z-x面倾斜45度，以便在负y方向折弯正z方向上传送的信号光束。
片状光传输线5101在y方向具有折射率分布。片状光传输线5101中，在平行于zx方向且处在y方向厚度的一半(d/2)的位置的面(下文称之为中心部5101a)上形成最大折射率nmax。片状光传输线5101具有的折射率分布使中心部5101a作为对称面，折射率从中心部5101a往电用途衬底5107和电用途衬底5108连续减小。
片状光传输线5101中，与z-x面平行的面内的折射率总相同。即，片状光传输线5101仅在y方向具有折射率分布，其他方向无折射率分布。
电用途衬底5107和电用途衬底5108都是平坦的。电用途衬底5107包含发光件5110、受光件5111和受光件5112。
发光件5110是产生信号光束用的垂直空腔表面发射激光器。将该激光器配置成在正y方向振荡出用作信号光束的激光。
受光件5111和受光件5112是接受信号光束的光电二极管。将这些光电二极管配置成接受负y方向上传送的信号光束。在电用途衬底5107和电用途衬底5108上安装驱动光器件所需的其他电部件和光部件(未示出)。
电用途衬底5107在与发光件5110对应的位置上具有圆筒状通孔。在该通孔内部形成圆筒状入射部5104。电用途衬底5108在与发光件5111对应的位置上具有圆筒状通孔。
在该通孔内部形成圆筒状出射部5105。同样，电用途衬底5107在与发光件5112对应的位置上具有圆筒状通孔。在该通孔内部形成圆筒状出射部5106。
入射部5104用与片状光传输线5101的材料相同的材料制成。入射部5104具有对圆筒中心轴形成轴对称的折射率分布，其具有的折射率分布使圆筒的中心轴处形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开中心轴相对于中心轴对称地往外周的距离连续加大。决定入射部5104的y方向长度，以便信号光束作为平行光束在片状光传输线5101上入射。
入射部5104、出射部5105和出射部5106具有相同的结构。将入射部5104、出射部5105和出射部5106都压接到片状光传输线5101。根据多模相干自成像原理的条件，在预定的位置形成入射部5104、出射部5105和出射部5106。后面说明多模相干自成像原理的条件。
上述结构中，从发光件5110的垂直空腔表面发射激光器的发光点振荡出信号光束入射到入射部5104上，并且在正y方向传播。然后，反射面5102在正z方向使从入射部5104入射到片状光传输线5101上的信号光束折弯，并且在片状光传输线5101中传播。使该信号光束在x方向扩散，并且在片状光传输线5101中以正z方向多模传送。然后，反射面5103在负y方向使信号光束折弯。
由于根据后面说明的多模相干自成像原理的条件在预定位置形成入射部5104、出射部5105和出射部5106，在出射部5105和出射部5106的各位置将信号光束分成能量相等的2个光束，并使该2个光束分别在出射部5105和出射部5106上入射。
在出射部5105上入射的信号光束从出射部5101出射，并且在受光件5111的光电二极管的受光面被检测出。同样，在出射部5106使入射的信号光束从出射部5106出射，并且在受光件5112的光电二极管的受光面被检测出。
如上文所述，出射部5106具有与出射部5106相同的结构，并且根据多模自成像原理的条件配置在预定的位置。因此，出射部5106与出射部5106等效，并具有相同的光特性。所以，下面给出的说明仅依据出射部5105，出射部5106的说明与出射部5105的相同，因而省略。
入射部5104、出射部5105和出射部5106传送信号光束的内部的光轴都平行于y方向，并与片状光传输线5101的信号光束传送方向的z方向垂直。因此，入射部5104、出射部5105和出射部5106都是非平行入射部。
图37是本发明实施例15的多模相干1×2分光器正传送信号光束的部分的截面图。图2的截面图中，在图36A的C-D-G-H面上剖切的片状光传输线5101和入射部5104的截面的D-H端和在图36A的E-F-I-J面上剖切的片状光传输线5101和出射部5105的截面的E-I端连接在一起。
这里，包含C-D-G-H面的平面是与Y-Z面平行的面，并且包含入射部5104的中心轴。包含E-F-I-J面的平面是与Y-Z面平行的面，并且包含出射部5106的中心轴。
图37中，对与图36的部件相同的部件标注相同的参考号。图37中，发光件5110的发光点是发光点5110a，受光件5111的受光面上的受光点是受光点5111a。
实施例15的多模相干1×2分光器5100中仅在片状光传输线5101的正y方向传送信号光束。因此，讨论信号光束传送方向上的相位条件时，不需要考虑x方向的光束扩散。其原因在于，多模相干导致的信号光束强度的改变所造成的x方向的信号光束扩散不包含能量传播，并且总与信号光束的x方向同相位。
因此，图37中，讨论传输方向的相位条件时，可忽略图36中与x-y面平行的D-E-H-I面，并且将C-D-G-H面的D-H端和图37的E-F-I-J面的E-I端连接在一起的媒体中描述的光路与信号光束的光路等效。如上文所述，假设使用术语光路或光路长度时，下面阐述的实施例中忽略x方向的扩散。
图37中，从发光点5110a振荡出的信号光束是包含沿不同光路传播的光束的发散光束。从发光点5110a振荡出的信号光束中，具体研究离开信号光束的光轴最远的位置上入射的2板光路A和B。光路A相对于在入射部5104上入射的信号光束的光轴与光路B对称。图37中用实线表示光路A，用虚线表示光路B。
图37中，在正y轴方向从发光部5110a振荡出的信号光束作为发散光束在入射部5104上入射。如上文所述，入射部5104具有的折射率分布使折射率不从中心轴相对于中心轴对称地往外周连续加大。因此，在入射部5104上入射的信号光束中，以非90度角在入射部5104上入射的光束不是直线传送，而是折弯传播。
即，将沿光路A传输的光束从折射率大的区域传送到折射率小的区域，并且与y方向平行地逐渐弯曲。沿光路B传输的光束也从折射率大的区域传送到折射率小的区域，并且与y方向平行地逐渐弯曲。
决定入射部5104在y方向的长度，使信号光束在片状光传输线5101上入射时，变成平行光束(准直光束)。即，决定入射部5104在y方向的实际长度，使光路A与光路B平行。因此，信号光束作为平行光束入射到片状光传输线5101上。
光路A垂直横越片状光传输线5101，到达反射面5102，并且反射面5102使其在正z方向折弯。另一方面，光路B立即到达反射面5102，并且反射面5102使其在正z方向折弯。通过反射面5102折弯的光路A，使全部信号光束按片状光传输线5101的正z方向传送。然后，光路A和光路B根据折射率分布在折弯的同时进行传播。
光路A到达反射面5103，并且反射面5103使其在负y方向折弯。另一方面，按正y方向平行入射的光路B随后到达反射面5103，并且反射面5103使其在负y方向折弯。
这时，决定片状光传输线5101在z方向的结构，使信号光束从出射面5105出射时变成平行光束。即，决定片状光传输线5105的实际长度，使光路A与光路B平行。因此，信号光束作为平行光束入射到出射部5105上。这里，穿透出射部5105的信号光束的光轴平行于y方向并且与片状光传输线5101的信号光束传输方向的z方向垂直。下文详细说明片状光传输线5101的结构。
如上文所述，出射部5105具有的折射率分布使折射率不从中心轴相对于中心轴对称地往外周连续加大。因此，在出射部5105上入射的信号光束中，入射在离开中心轴的部分的光束不是直线传送，而是折弯传播。
使光路A从折射率大的区域传送到折射率小的区域，并且在逼近对称光轴的方向逐渐弯曲。使光路B也从折射率大的区域传送到折射率小的区域，并且在逼近对称光轴的方向逐渐弯曲。
出射部5101在y方向的折射率分布实际长度与入射部5101的相同。因此，信号光束作为会聚光束从出射部5105出射，并且在受光点5111a成像。
将与光路B到达反射面5102处对应的位置至光路A到达反射面5102的位置的光路A上的实际光路长度定义为LA1。将光路B到达反射面5102的位置至与光路A到达反射面5102处对应的位置的光路B上的实际长度定义为LB1。
又，将光路A到达反射面5103的位置至与光路B到达反射面5103处对应的位置的光路A上的实际长度定义为L2A。将与光路A达反射面5103处对应的位置至光路B到达反射面5103的位置的光路B上的实际光路长度定义为L2B。
将光路A到达反射面5102至光路A到达反射面5102的位置的实际距离定义为传输长度L。传输长度L相当于以正z方向传送信号光束的区域的实际长度。
由于反射面5102和反射面5103都作为使光路折弯90度的镜起作用，它们在y和z方向的几何形状相同。因此，实际光路长度L1A等于实际光路长度L1B。同样，实际光路长度L2A也等于实际光路长度L2B。
然而，与实际光路长度L1A对应的光路长度和与实际光路长度L1B对应的光路长度并不一致。其原因在于，在反射面5102处反射后，光路长度不同，所以沿光路A传播的光束的相位与沿光路B传播的光束的作为不一致。即，光路A与光路B之间产生相位差。如上文所述，在包含折射率分布的片状光传输线中提供与传输方向不垂直的反射面时，各反射面作为光路长度差产生部起作用。
由于光路A与光路B之间存在相位差，使片状光传输线5101内部传送的信号光束的强度峰值位置偏移。沿与L1A对应的光路传送光路A时影响信号光束的折射率大于沿与L1B对应的光路传送光路B时影响信号光束的折射率。
结果，使光路A在相位上迟后于光路B。因此，从图37可知，光路相互交叉的位置与片状光传输线5101的中心部5101a不一致，朝正y方向偏移。
折射率分布不干扰片状光传输线5101中在z方向传送的光束的相位。因此，将反射面5102造成的光路A与光路B之间的相位差按原样传送到反射面5103。在反射面5103，由该机构在光路A与光路B之间造成相位差。
将反射面5102造成的相位差量化。图38A是在包含图36的C-D-G-H面的平面上剖切的片状光传输线5101和入射部5104的截面。图38B是示出片状光传输线5101的折射率分布的曲线。图38B中，垂直轴与y方向一致，y坐标的原点是中心部5101a。
令折射率分布常数为g，中心部5101a处的折射率为nmax，则下列式2所示的2次方程定义y方向上的折射率分布。
n(y)＝nmax(1-g2y2/2)           (式9)
图38B中，水平轴代表折射率n(y)，垂直轴代表片状光传输线5101在y方向的位置坐标。位置的原点是片状光传输线5101的中心部5101a。从图38B可知，式9是上凸的2次方程，折射率分布使折射率在中心部5101a为最大折射率nmax，并使折射率在正y方向和负y方向都中心对称地随离开中心部5101a的距离连续减小。
为了将实际光路长度变换成光路长度，对位置积分折射率分布方程。为了简化，设反射面5102反射沿光路A和光路B传送的信号光束的位置是片状光传输线5101的直径最大处。
实际上，在片状光传输线5101传送的信号光束中，厚度方向上激励许多模，并且这些模之间折射率不同。MMI中，由于长度方向的尺寸是宽度方向激励的0次模光束的有效折射率的函数，用宽度方向激励的0次模光束的有效折射率n0替换最大折射率nmax较方便。因此，下面的讨论中，将宽度方向激励的0次模光束的有效折射率n0用作折射率。由最大折射率nmax、信号光束波长和片状光传输线的结构决定有效折射率n0。
与光路A的实际光路长度L1A对应的光路长度等于对位置坐标y从-d/2至d/2积分式9这一折射率方程。即，与光路A的实际光路长度L1A对应的光路长度等于图38B中由y轴和代表折射率分布的式9的曲线定义的区域α的面积。
同样，与光路B的实际光路长度L1B对应的光路长度等于对位置坐标y从-d/2至d/2积分图38B中位置d/2上的折射率n(d/2)的值。即，与光路B的实际光路长度L1B对应的光路长度等于图38B中矩形区β的面积。
因此，由下面的式10表示反射面5102造成的光路A与光路B之间的光路差ΔL。由下面的式11表示这时光路A与光路B之间形成的相位差Δ。这里，就有效折射率n0用作折射率。
ΔL = ∫ - d 2 d 2 { n ( y ) - n ( d 2 ) } dy = 2 ∫ 0 d 2 { n ( y ) - n ( d 2 ) } dy = n 0 g 2 d 3 12 (式10)
Δ = 2 π λ ΔL = n 0 g 2 d 3 6 λ π (式11)
表1示出上述相位差Δ的具体数值计算结果。计算中，将折射率分布系数g设定为在d/2处从中心值减小约1％。又将与中心部5101a处的折射率对应的有效折射率设定为n0＝1.5。
                                    表1
    片状光传输线在折射率分布方向的直径[μm]
    50     100     200     1000
折射率分布常数g[mm-1]     5.6     2.8     1.414     0.28
相位差Δ[弧度]     1.18π     2.35π     4.71π     23.5π
从表1可知，反射面5102造成的光路A与光路B之间的相位差不小于π弧度。不能使信号光束以强度不变的方式入射，除非光路A与光路B之间的相位差为零。
因此，说明一种补偿相位差的方法。首先，沿光路A传送的信号光束到达反射面5102的位置至沿光路A传送的信号光束到达反射面5103的位置的实际长度(下文称之为传输长度)L必须满足一个条件。
从入射部5104入射到片状光传输线5101的信号光束和从片状光传输线5101出射到出射部5105的信号光束均为平行光束。又，提供折射率分布系数g时，片状光传输线5101中传送的光束根据折射率分布，以2π/g的周期折弯。
因此，为了使片状光传输线5101上作为平行光束入射的信号光束按平行光束出射，将传输长度L设定成周期2π/g的整数倍。即，传输长度L必须满足下面的式12。
L＝(2π/g)j(j＝0、1、2、3、……)            (式12)
另一方面，因为折射率分布，与光路A的实际传输长度L对应的光路长度等于与光路B的实际传输长度对应的光路长度。可认为仅在反射面5102和反射面5103引起片状光传输线5101的光路A与光路B之间的总光路长度差。如上所述，反射面5102和反射面5103是光路长度差产生源。
片状光传输线5101的总光路长度差ΔL总等于下面的式13的值，该值是式10对反射面5102计算的值的2倍。
ΔL总＝2ΔL＝n0g2d3/6                       (式13)
上面的式13意味着光路A的光路长度比光路B的长度长ΔL总的值。因此，通过使式13的值等于信号光束波长的整数倍，能使光路A的相位与光路B的相位之差为0。即，使光路A与光路B之间的相位差为0的条件是下面式14表示的条件。
ΔL总＝n0g2d3/6＝kλ  (k＝1、2、3、……)    (式14)
如上文所述，通过构建片状光传输线5101使整个片状光传输线5101中引起的光路A与光路B之间的光路差满足式14，光路A与光路B之间的相位差为信号光束波长λ的自然数倍。因此，不产生光路A与光路B之间的相位差。
设计片状光传输线5101如下。首先，由式12决定传输长度L。由此，决定折射率分布系数g。然后，通过使用所决定的折射率分布系数g和预先提供的信号光束波长λ，调整式14。
调整的参数为中心部5101a上的折射率nmax和y方向上的厚度d。通过改变中心部5101a上的折射率nmax和y方向上的厚度d，能改变宽度方向激励的0次模光束的有效折射率n0。不能进行该调整时，改变折射率分布常数g，并再次用式12决定传输长度L。通过重复进行此优化设计，能获得期望的片状光传输线5101。
如上文所述，实施例15的光器件中，光路A与光路B之间的光路长度差是信号光束波长λ的自然数倍。因此，在入射到光传输线前与从光传输线出射后之间，光路A与光路B的相位差相同。结果，实施例15的光器件中，能使对光路入射时的波形和从光路出射时的波形相互一致，从而能使信号光束从光传输线出射而没有任何损耗。
实施例15的光器件中，又由于入射到光传输线的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴都垂直于z方向，能方便地将光传输线与外部耦合在一起。具体而言，将诸如发射在光传输线上入射的信号光束的发光件和接受从光传输线出射的信号光束的受光件等光部件耦合到光传输线，能方便地安装该光部件。
实施例15的光器件中，光路A和光路B包含引起光路长度差的2个光路长度差产生部，并且该2个光路长度差产生部引起的光路长度差的总和等于信号光束波长的自然数倍。此结构能使2条光路之间的相位差为0。
实施例15的光器件包含能在y方向俘获信号光束的片状光传输线，并且该片状光传输线具有的折射率分布使y方向厚度之半的中心部上折射率最大，并使折射率不随离开第1方向中心的距离加大。此结构可通过折射率分布抑制模色散，并能传送信号光束。
实施例15的光器件中，片状光传输线包含在z方向折弯从不平行于z方向的方向入射的信号光束的光轴的反射面5102和在不平行于z方向的方向折弯z方向传送的信号光束的光轴的反射面5103。这时，反射面5102和反射面5103是光路长度差产生部。
此结构能使从不平行于z方向的方向入射到光传输线的信号光束方便地在光传输线上入射。又能使在不平行于z方向的方向从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
实施例15的光器件中，片状光传输线上，反射面5102使全部信号光束在z方向折弯的位置至紧接在信号光束全部入射到反射面5103前的位置的实际光路长度等于传送信号光束同时根据折射率分布将其折弯的光路的折弯周期的j倍(j＝0、1、2、3、……)。利用此结构，使信号光束强度分布在入射端与出射端之间相同。
实施例16
下面说明本发明实施例16。实施例16中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例16的多模相干1×2分光器5200具有与图36所示多模相干1×2分光器5100大致相同的结构，仅在片状光传输线5201的结构上不同。
图39是本发明实施例16的多模相干1×2分光器中传送信号光束的部分的截面图。图39是在与图36和图37所示实施例15的多模相干1×2分光器5100时相同的部位上获取的多模相干1×2分光器5200的截面图。图39中，入射部5104、出射部5105、反射面5102和反射面5103都具有与实施例15的多模相干1×2分光器中对应部分相同的结构。
片状光传输线5201在y方向具有折射率分布。片状光传输线5201在中心部5101a具有最大折射率nmax。片状光传输线5201以中心部5101a为对称面，具有满足式9的折射率分布。片状光传输线5201还仅在y方向具有折射率分布，其他方向无折射率分布。片状光传输线5201的传输长度L满足下面的式15。
L＝2π/g(j+0.5)  (j＝0、1、2、……)    (式15)
式15意味着传输线长度L为光束穿透片状光传输线5201时的折弯周期的(整数+0.5)倍。传输长度L满足式15时，与入射时相比，光路A和光路B的折弯周期偏移半个周期。
光路A在反射面5102的离开入射部5104最远的一端受到反射，以在正z方向折弯并传送，然后在反射面5103的最靠近出射部5105的一端受到反射。同样，光路B在反射面5102的最靠近入射部5104的一端受到反射，以在正z方向折弯并传送，然后在反射面5103的离开出射部5105最远的一端受到反射。
这里，与实施例15时同样地定义实际光路长度L1A、L2A、L1B和L2B。也与实施例15时同样地定义传输长度定义L。实施例16的情况下，与光路A的实际光路长度L1A对应的光路长度等于与光路B的实际光路长度L1B对应的光路长度。与光路A的实际光路长度L2A对应的光路长度也等于与光路B的实际光路长度L2B对应的光路长度。
另一方面，由于折射率分布，与光路A的实际传输长度L对应的光路长度等于与光路B的实际传输长度对应的光路长度。因此，片状光传输线5201的光路A与光路B之间的总光路差为0。与实施例15时相同，光路差为ΔL总时，下面的式16成立。
ΔL总＝0                                (式16)
即，光路A的光路长度与光路B的光路长度之间的差为0。由于光路差为0，光路A与光路B之间无相位差。如上文所述，将片状光传输线5201的传输长度L设定成满足式15时，光路A与光路B之间的相位差为0。
如上所述，实施例16的光器件中，光路A与光路B之间的光路长度差为0。因此，在入射到光传输线前与从光传输线出射后之间，光路A与光路B的相位差相同。结果，实施例16的光器件中，能使对光路入射时的波形和从光路出射时的波形相互一致，从而能使信号光束从光传输线出射而没有任何损耗。
实施例16的光器件中，又由于入射到光传输线的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴都垂直于z方向，能方便地将光传输线与外部耦合在一起。具体而言，将诸如发射在光传输线上入射的信号光束的发光件和接受从光传输线出射的信号光束的受光件等光部件耦合到光传输线，能方便地安装该光部件。
实施例16的光器件中，光路A和光路B包含引起光路长度差的2个光路长度差产生部，并且该2个光路长度差产生部引起的光路长度差的总和等于0。此结构能使2条光路之间的相位差为0。
实施例16的光器件包含能在y方向俘获信号光束的片状光传输线，并且该片状光传输线具有的折射率分布使y方向厚度之半的中心部上折射率最大，并使折射率不随离开第1方向中心的距离加大。此结构可通过折射率分布抑制模色散，并能传送信号光束。
实施例16的光器件中，片状光传输线包含在z方向折弯从不平行于z方向的方向入射的信号光束的光轴的反射面5102和在不平行于z方向的方向折弯z方向传送的信号光束的光轴的反射面5103。而且，反射面5102和反射面5103是光路长度差产生部。
此结构能使从不平行于z方向的方向入射到光传输线的信号光束方便地在光传输线上入射。又能使在不平行于z方向的方向从光传输线出射的信号光束方便地从光传输线出射。
实施例16的光器件中，片状光传输线上，反射面5102使全部信号光束在z方向折弯的位置至紧接在信号光束全部入射到反射面5103前的位置的实际光路长度等于传送信号光束同时根据折射率分布将其折弯的光路的折弯周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。利用此结构，使信号光束强度分布在入射端与出射端之间相同。
实施例17
下面说明本发明实施例17。实施例17中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例17的多模相干1×2分光器5300具有与图36所示多模相干1×2分光器5100大致相同的结构，仅在入射部5304、出射部5305和片状光传输线5301的结构上不同。
图40是本发明实施例17的多模相干1×2分光器5300中传送信号光束的部分的截面图。图40是在与图36和图37所示实施例15的多模相干1×2分光器5100时相同的部位上获取的多模相干1×2分光器5300的截面图。
片状光传输线5301在y方向具有折射率分布。片状光传输线5301在中心部5101a具有最大折射率nmax。片状光传输线5301以中心部5101a为对称面，具有满足式1的折射率分布。片状光传输线5301还仅在y方向具有折射率分布，其他方向无折射率分布。
片状光传输线5301中，将通过入射部5304入射的信号光束汇聚成反射面5102上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。即，通过适当设定入射部5304的y方向长度，能将信号光束汇聚成反射面5102上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。
片状光传输线5301中，从出射部5303出射的信号光束从出射部5105出射后，汇聚成反射面5103上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。即，通过适当设定出射部5305的y方向长度，能将信号光束汇集成反射面5103上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。
这时，片状光传输线5301中，中心部5101a上离开片状光传输线5301的反射面5102和反射面5103的实际光路长度LR-R满足下面式17中的关系。
LR-R＝(2π/g)·j/2    (j＝1、2、3、……)  (式17)
式17意味着实际光路长度LR-R为片状光传输线5301中折弯的信号光束的光路折弯周期的整数倍之半。将实际光路长度设定成满足式17时，汇聚成在反射面5102上平行于x方向的线的信号光束又被汇聚成在反射面5130上与x方向平行的线。
因此，与y-z面平行的面内，反射面5101与反射面5102之间保持光学上共轭的关系。这时，由于影响光路A的折射率与影响光路B的折射率完全一致，光路A与光路B之间无相位差。如上文所述，将片状光传输线5301的实际光路长度LR-R设定成满足式17时，光路A与光路B之间的相位差为0。
如上所述，实施例17的光器件中，对穿透片状光传输线5301的多条光路而言，光路A与光路B之间的光路长度差为0。在入射到光传输线前与从光传输线出射后之间，光路A与光路B的相位差相同。因此，实施例17的光器件中，能使对光路入射时的波形和从光路出射时的波形相互一致，从而能使信号光束从光传输线出射而没有任何损耗。
实施例17的光器件中，光路A和光路B没有引起光路长度差的部分。此结构能使光路A与光路B之间的相位差为0。
实施例17的光器件中，上述片状光传输线包含反射面5102和反射面5103，并且反射面102与反射面103之间在中心部101a的光路长度等于传送信号光束同时根据折射率分布将其折弯的光路的折弯周期的j/2倍(j＝0、1、2、3、……)。又，实施例17的光器件中，在光传输线的第1方向厚度之半的中心部汇聚成平行于对y方向和z方向都垂直的x方向的线。
此结构使2个反射面在中心部为光学上共轭的关系。因此，2条光路在反射面之间造成光路长度差的部分，从而能使2条光路之间的相位差为0。
实施例18
下面说明本发明实施例18。实施例18中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例18的多模相干1×2分光器5400具有与图36所示多模相干1×2分光器5100大致相同的结构，仅在入射部5404、出射部5405和片状光传输线5401的结构上不同。
图41A是本发明实施例18的多模相干1×2分光器中传送信号光束的部分的截面图。图41A是在与图36和图37所示实施例15的多模相干1×2分光器5100时相同的部位上获取的多模相干1×2分光器5400的截面图，并省略折射率分布。
片状光传输线5401在y轴方向俘获外部入射的信号光束，并在z方向(传输方向)传送该光束。片状光传输线5401在z方向的2个端面具有反射面5402和反射面5403。
入射部5404在结构上做成片状光传输线5401上入射的信号光束的光轴不平行于z方向，但处在对该方向为预定的锐角的状态。出射部5405也在结构上做成从片状光传输线5401出射的信号光束的光轴不平行于z方向，但处在对该方向为预定的锐角的状态。
配置反射面5402，以便在z方向折弯穿透入射部5405并从对z方向为预定锐角的方向入射到片状光传输线5401的信号光束的光轴。配置反射面5403，以便在使信号光束穿透片状光传输线5401的方向，也即在对z方向为预定的锐角的方向，折弯信号光束。
片状光传输线5401中，将通过入射部5404入射的信号光束汇聚成反射面5402上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。即，通过适当设定入射部5404的结构，能将信号光束汇聚成反射面5402上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。
片状光传输线5401中，从出射部5405出射的信号光束从出射部5405出射后，汇聚成反射面5403上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。即，通过适当设定出射部5405的结构，能将信号光束汇集成反射面5403上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。
如上所述，实施例18的多模相干1×2分光器5400中，在光传输线上入射的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴都不平行于z方向，但处在对该方向为预定锐角的状态。因此，能提高发光件5111和受光件5112的布局自由度。
实施例18中，可进行计算片状光传输线5401中光路A和光路B之间的相位差，并如实施例15和实施例16所述那样，使相位差为信号光束波长的自然数倍或零。这样，也能使光路A与光路B的相位差为零。
实施例19
下面说明本发明实施例19。实施例19中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例19的多模相干1×2分光器5500具有与图36所示多模相干1×2分光器5100大致相同的结构，仅在入射部5504、出射部5505和片状光传输线5501的结构上不同。
图41B是本发明实施例19的多模相干1×2分光器中传送信号光束的部分的截面图。图41B是在与图1和图2所示实施例15的多模相干1×2分光器5100时相同的部位上获取的多模相干1×2分光器5500的截面图，并省略折射率分布。
片状光传输线5501在y轴方向俘获外部入射的信号光束，并可在z方向(传输方向)传送该光束。片状光传输线5501在z方向的2个端面具有反射面5502和反射面5503。
入射部5504在结构上做成片状光传输线5401上入射的信号光束的光轴不平行于z方向，但处在对该方向为预定的锐角的状态。出射部5505也在结构上做成从片状光传输线5501出射的信号光束的光轴不平行于z方向，但处在对该方向为预定的锐角的状态。
配置反射面5502，以便在z方向折弯穿透入射部5504并从对z方向为预定锐角的方向入射到片状光传输线5501的信号光束的光轴。配置反射面5403，以便在使信号光束穿透片状光传输线5501的方向，也即在对z方向为预定的锐角的方向，折弯信号光束。
片状光传输线5501中，将通过入射部5504入射的信号光束汇聚成反射面5502上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。即，通过适当设定入射部5504的结构，能将信号光束汇聚成反射面5502上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。
片状光传输线5501中，从出射部5505出射的信号光束从出射部5505出射后，汇聚成反射面5503上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。即，通过适当设定出射部5505的结构，能将信号光束汇集成反射面5503上在片状光传输线的中心部5101a与x方向平行的线。
这时，片状光传输线5501满足实施例17中所述的式17。因此，与y-z面平行的面内，反射面5520与反射面5530之间保持光学上共轭的关系。这时，由于影响光路A的折射率与影响光路B的折射率完全一致，光路A与光路B之间无相位差。
如上所述，实施例19的多模相干1×2分光器5500中，在光传输线上入射的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴都不平行于z方向，但处在对该方向为预定锐角的状态。因此，能提高发光件5111和受光件5112的布局自由度。
实施例19中，可进行计算片状光传输线5501中光路A和光路B之间的相位差，并如实施例15和实施例16所述那样，使相位差为信号光束波长的自然数倍或零。这样，也能使光路A与光路B的相位差为零。
实施例20
图42A是本发明实施例20的多模相干1×2分光器中传送信号光束的部分的截面图。实施例20中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例20的多模相干1×2分光器5600具有与图36所示多模相干1×2分光器100大致相同的结构，仅在没有与出射部对应的结构方面不同。图中省略折射率分布。
图42A中，本发明实施例20的多模相干1×2分光器5600具有入射部5104和片状光传输线5601。配置成片状光传输线5601的入射端的结构与实施例1的片状光传输线5101的相同。另一方面，关于出射端，信号光束则从出射端由片状光传输线5601的1个端面在z方向出射。
片状光传输线5601中，光路长度差出射部仅为反射面5102。因此，通过使反射面5102上引起的光路A和光路B之间的相位差为信号光束波长的整数倍，能使相位差为0。
实施例21
图42B是本发明实施例21的多模相干1×2分光器中传送信号光束的部分的截面图。实施例21中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例21的多模相干1×2分光器5700具有与图1所示多模相干1×2分光器5100大致相同的结构，仅在没有与入射部对应的结构方面不同。图中省略折射率分布。
图42B中，本发明实施例21的多模相干1×2分光器5700具有入射部5104和片状光传输线5701。片状光传输线5701的出射端的结构与实施例15的片状光传输线5101的相同。另一方面，关于入射端，信号光束则从入射端通过片状光传输线5701的1个端面在z方向入射。
片状光传输线5701中，光路长度差出射部仅为反射面5103。因此，通过使反射面5103上引起的光路A和光路B之间的相位差为信号光束波长的整数倍，能使相位差为0。
实施例22
下面参照图43A说明本发明实施例22。实施例22中，与实施例15相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例22的多模相干1×2分光器5800具有与图36所示多模相干1×2分光器5100大致相同的结构，仅在没有与出射部对应的结构并且由中间入射出射部方面不同。图中省略折射率分布。
实施例22的多模相干1×2分光器5800具有入射部5104、片状光传输线5801和中间入射出射部5820。片状光传输线5801的入射端结构与实施例1的片状光传输线5101的相同。另一方面，关于出射端，信号光束则从出射端由片状光传输线5801的1个端面在z方向出射。
中间入射出射部5802包含反射面5813、中间出射部5814、处理器5816、中间入射部5817和反射面5819。
将反射面5813配置成对z-x面为545度，以便在正z方向、负y方向折弯所传送的信号光束。
中间出射部5814是具有在x方向延伸的三角杆状均匀材料棱镜。中间出射部5814具有的反射面5815在正z方向折弯负y方向上折弯的信号光束的光轴。
处理器5816用光滤波器处理入射的信号光束。例如，处理器5816是偏振滤光器、半波长片、四分之一波长片或ND滤光器。也可配置液晶元件。这时，处理器5816作为光开关起作用。
中间入射部5817是具有在x方向延伸的三角杆状均匀材料棱镜。中间入射部5817具有的反射面5818在正y方向折弯z方向上传送的信号光束。
反射面5819配置成对z-x面为45度，以便在正z方向折弯正y方向上入射的信号光束。
上述结构中，与实施例15同样地将从发光点5110a振荡出的信号光束传送到反射面5813。反射面5813在负y方向折弯信号光束的光轴。而且，在中间出射部5814的反射面5815使信号光束反射，以在正z方向折弯。在正z方向折弯的信号光束的光轴在处理器5810上经受预定的处理，并且在中间入射部5817的反射面被反射，以在正y方向折弯。反射面5819在正z方向折弯正y方向上弯曲的信号光束的光轴。信号光束最后从片状光传输线的一端出射。
片状光传输线5801中，光路长度差产生部是下列3个面：反射面5102、反射面5813和反射面5819。因此，通过使该3个反射面上引起的光路A和光路B之间的光路长度差的总和为信号光束波长的整数倍，能使光路A和光路B之间的总相位差为0。
又通过使该3个反射面上引起的光路A和光路B之间的光路长度差的总和为0，也能使光路A和光路B之间的总相位差为0。
实施例23
下面参照图43B说明本发明实施例23。实施例23中，与实施例15和实施例22相同的部分的说明省略，仅说明不同的部分。实施例23的多模相干1×2分光器5900具有与图43A所示多模相干1×2分光器5800大致相同的结构，不同点为出射部5105与实施例15的相同。图中省略折射率分布。
片状光传输线5901中，光路长度差产生部是下列4个面：反射面5102、反射面5813、反射面5819和反射面5103。因此，通过使该4个反射面引起的光路A与光路B之间的光路长度差的总和信号光束波长的整数倍，能使光路A和光路B之间的总相位差为0。
又通过使该4个反射面上引起的光路A和光路B之间的光路长度差的总和为0，也能使光路A和光路B之间的总相位差为0。
其它实施例
实施例15至实施例23不限于上述各例，可作适当修改。例如，虽然各实施例中引起相位差的部分是反射面，只要能取得光路长度差，也可以是别的结构。
虽然各实施例中发光件5110是垂直空腔表面发射激光器，但也可以是别的部件，诸如边缘发射型激光器。还可将传送从外部光源振荡出的信号光束的不同光传输线的出射部配置在发光件5110的发光点5110a。
虽然各实施例中受光件5111和受光件5112是光电二极管，但它们也可以是别的元件，诸如光电晶体管。还可将传送信号光束用的不同光传输线配置在受光件5111的受光点5112a以及受光件的受光点5112a。
虽然折射率分布使中心折射率为最大(最大折射率nmax)，并且折射率随离开中心的距离以中心对称的方式往周边连续减少，但本发明不限于此。例如，折射率分布可以使折射率如分段函数那样分段减小。
尽管实施例中在片状光传输线y方向以外的方向上折射率均匀，以产生多模相干，但在光数据总线片等情况下可在x方向形成期望的折射率分布，以俘获信号光束。而且，引起光路长度差的光路长度差产生部可为任意数量。
例如，可采取一种结构，使其包含m个(m＝1、2、3、……)引起光路长度差的光路长度差产生部，并且m个长度差产生部产生的光路长度差的总和等于信号波长的自然数倍。
又可采取一种结构，使其包含n个(n＝2、3、4、……)引起光路长度差的光路长度差产生部，并且n个长度差产生部产生的光路长度差的总和等于0。
虽然实施例1和2中平行光束通过入射部入射到片状光总线，但发散光束或汇集光束也可入射，仅需要提供片状光传输线中心部对称的信号光束。
如上文所述，各实施例的光器件具有下列结构。
(1)提供的光传输线在第1方向(上述y方向)包含折射率分布，并且能在对第1方向垂直的第2方向(上述z方向)沿多条光路传送信号光束。
(2)在光传输线上入射的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴中的至少1个不平行于第2方向。
(3)相对于信号光束的光轴在光传输线上相互对称入射的多条光路中的2条光路之间在光传输线上入射时的相位差与该2条光路从光传输线出射时的相位差相同。
由于实施例的光器件具有结构(1)，光传输线具有的折射率分布使通过光传输线传送的信号光束中，模色散得到抑制。因此，不产生传送波形破坏，能以单模方式传送千兆级高频信号光束。
由于实施例的光器件具有结构(2)，入射部和出射部作为作为非平行入射部起作用。因此，安装诸如激光器和传感器之类的光部件时，便于调整该部件与光传输线之间的高度，从而便于安装这些光部件。又由于能直接在电用途衬底上安装光部件，能使光器件紧凑。
由于实施例的光器件具有结构(3)，沿2条光路传送的光束耦合在一起，从光传输线出射时无任何损耗。
具体而言，如实施例光器件那样，在光传输线上入射的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴中的至少1个垂直于第2方向时，能使外部与光传输线方便第耦合。例如，将发射在光传输线入射的信号光束的发光件和接受从光传输线出射的信号光束的受光件耦合到光传输线时，能方便地安装光部件。
多模相干自成像原理
下面根据多模相干自成像原理说明实施例中所述光路长度差补偿结构与光束分光所需片状光传输线长度之间的关系。此说明中为了简化，将实施例15的光器件中利用自成像原理使1光束分为2光束的情况作为例子进行说明。
图44是示出本发明实施例15的多模相干1×2分光器5100的结构的透视图。图45是实施例15的片状光传输线5101的截面图。图45示出图44中所示的C-D-G-H面。图44和图45中，省略实施例15已说明的详细结构，仅说明新需要的部分。
图44和图45中，基于自成像原理的z方向实际光路长度为L1。中心部5101a上配置成片状光传输线5101的反射面5102至反射面5103的实际光路长度为L2。
图45中，在片状光传输线5101上，折射率在与z-x面平行的面内均匀。因此，信号光束的光路中，在中心部5101a入射的光路O直线移动，不受折射率分布影响。光路O直线移动时影响该光路的折射率是均匀的。反之，对光路A则光束在传输方向传播时不间断地变化。因此，多模相干的说明中分开阐述这2条光路。
在有效折射率n0均匀的面内传送中心部5101a上入射的沿光路O传输的信号光束。因此，可利用自成像原理计算L1。根据自成像原理，已知周期性传送的信号光束的结构以下面的式18所示的Lπ为单位返回与入射信号光束相同的结构。
Lπ＝π/(β0-β1)                             (式18)
对入射信号光束的特性，可根据信号光束在光传输线入射的x方向的位置进行基于自成像原理的计算。例如，已知如实施例15那样，x方向上在中心位置入射的信号光束，以3/4Lπ为周期取得相同的波形。
π/(β0-β1)＝4n0W2/3λ                       (式19)
式中，n0是与中心处最大折射率nmax对应的宽度方向上激励的0次模光束的有效折射率，W是片状光传输线在x方向的尺寸，λ是所传送信号光束的波长。
如上所述，自成像原理的特征在于，片状光传输线的传输线长度是基模与1次模之差的函数。自成像原理的特征又在于，基模与1次模之差近似由信号光束波长λ、有效折射率n0和宽度方向尺寸W决定。
根据自成像原理，在x方向中心位置入射的信号光束穿透x方向中心后汇聚，以便相对于y-z面的平行面对称分成N个光束的位置从输出波形变成相同的位置偏移(1/N)3/4Lπ。
这样，为了在x方向中心位置入射的信号光束穿透x方向中心后汇聚，以便相对于y-z面的平行面对称分成N个光束，需要实际光路长度L1满足下面的式20。
L1＝p*4/3Lπ±1/N*4/3Lπ＝(p±1/N)4/3Lπ＝(p±1/N)n0W2/3λ
                                                  (式20)
式中，由于p(p≥0)和N(N≥1)都是整数，并且L1是正数，满足(p±1/N)为正数的关系。
为了计算分光数为2(N＝2)时的L1，修改式20，以获得下面的式21。
L1＝(p±1/2)n0W2/λ＝(2p±1)n0W2/2λ
(p＝0、1、2、……)                                (式21)
从式21可知，在实施例15的情况下，通过在对应于n0W2/(2λ)的奇数倍(以n0W2/(2λ)为单位)的周期的位置上形成出射部，能对光束分光。
另一方面，在离开中心的位置上入射的光路A受到传送，同时因受到折射率分布的影响在片状光传输线5101中折弯。因此，影响沿光路A传送的信号光束的折射率不均匀。
对光路A而言，在离开中心部5101a的方向移动时，由于总是从折射率高处往折射率低处移动，信号光束在角度从y方向逐渐增大的方向上传播。即，在离开中心部5101a的方向传播时，光路A随着离开中心部的距离逼近成与z方向平行。
反之，对光路A而言，在逼近中心部5101a的方向上移动时，由于总是从低处往折射率的低处移动，信号光束在角度从y方向逐渐减小的方向传播。即，在逼近中心部5101a的方向移动时，光路A随着逼近中心部5101a，逼近成垂直于z方向。通过重复此动作，光路A进行移动，同时进行折弯。
如上文所述，光路A上的信号光束总是以对y方向为有限角度进行传播。因此，在信号光束离开中心部5101a的方向传播时，沿光路A传送的信号光束的速度加大。反之，在信号光束逼近中心部5101a的方向传播时，沿光路A传送的信号光束的速度减小。
由满足上述式9的二次函数表示片状光传输线5101的折射率分布。通过适当设定折射率分布，使光路A的z方向上的速度分量与光路O的z方向的速度分量相同。
Z方向上光束的速度分量为常数，这意味着z方向无相位干扰。因此，片状光传输线5101结构上做成满足式21时，沿光路A传送的信号光束的作用类似于沿光路O传送的信号光束。
如上文所述，根据自成像原理，只要实际光路长度L1满足式21，就使沿光路A传送的信号光束汇聚，以便在x方向分成2个光束。因此，通过在根据式21计算的汇聚位置形成出射部，能使信号光束出射成分为2个光束。
然而，为了入射信号光束和出射信号光束完全相符，需要上述在反射率5102和反射率5103上造成的相位差为0。
由式12取得相位差为0的片状光传输线5101的实际光路长度。为了式12的条件取得L2，获取对式12添加d的式22如下。
L2＝(2π/g)j+d    (j＝0、1、2、3、……)  (式22)
表2示出根据多模相干自成像原理能将信号光束分成2个光束的最短实际光路长度L1和补偿片状光传输线5101中反射面上造成的相位差用的最短实际光路长度L2之间的关系的具体计算结果。表中，折射率n0＝1.5，波长λ＝0.85μm，折射率分布常数g设定成偏离中心d/2处为减小约1％。L1的栏目中，1×和2×表示片状光传输线x方向隔开的宽度W为出射部上片状光传输线5101在y方向的厚度d的1倍和2倍。
                                             表2
    片状光传输线y方向上的厚度d[μm]
    50     100   200   1000
折射率分布长度g[mm-1]     5.6     2.8   1.414   0.28
补偿反射面造成的相位差的最短实际光路长度L2[mm]     1.17     2.34   4.69   23.2
多模相干使信号光束能分成2束的最短实际光路长度L1[mm]  1x     8.8     35.3   141   352
 2x     35.2     141   565   14118
从表2可知，为了同时满足光路长度L2和光路长度L1，片状光传输线5101中采纳L2的整数倍和L1奇数倍的值。
然而，难以使其完全一致。因此，需要通过使用传送方向的长度可容许的宽度大于L2的L1进行微调。从表2可知，由于L2取远小于L1的值，为了它们相符，调整L2，并采用与L1大致相符的实际光路长度。例如，通过L2大致乘以8，取得在x方向仅将宽度d分成2个光束所需的L1。
如上文所述，各实施例的光器件中，补偿从垂直于折射率分布的方向入射的信号光束的相位差用的实际光路长度与多模相干自成像条件下根据自成像原理能使信号光束分光的实际光路长度相互一致。因此，利用多模相干使入射信号光束出射成分为2个光束时，能将出射部和入射部与片状光传输线耦合在一起，而无任何损耗。
如上文所述，各实施例的光器件中，补偿反射面造成的相位差用的实际光路长度与根据多模相干自成像原理的条件的实际光路长度相互一致。因此，利用多模相干使入射信号光束出射成分为2个光束时，能将出射部和入射部与片状光传输线耦合在一起，而无任何损耗。
虽然上述例子示出一例片状光传输线5101的x方向对称位置上将信号光束分成2束的情况，本发明不限于该实施例。
图46A至图46D是示出光器件的输入输出结构实例的示意图。图46A至图46D都是从光器件的平行于z-x面的面看的图。
图46A是使用多模相干的另一实施例的光器件的示意图。图46A所示的光器件是利用多模相干将通过1个入射部输入端1入射的信号光束分光并从2个出射部输出端1和输出端2出射的分光器。将入射部输入端1配置在光器件的离开z方向中心处的位置。输出部输出端1配置在穿透入射部输入端1且平行于z轴的线上。出射部输出端2配置在x方向离开出射部输出端1的位置。
图46B是使用多模相干的另一实施例的光器件的示意图。图46B所示的光器件是利用多模相干将通过2个入射部输入端1和输入端2入射的信号光束组合在一起并从1个出射部输出端1出射的合光器。将2个入射部输入端1和输入端2配置成相对于穿透x方向的中心且与z轴平行的线对称。将出射部输出端1配置在穿透x方向中心且平行于z轴的线上。
图46C是使用多模相干的另一实施例的光器件的示意图。图46C所示的光器件是利用多模相干将通过2个入射部输入端1和输入端2入射的信号光束组合在一起并从1个出射部输出端1出射的合光器。将2个入射部输入端1和输入端2配置成相对于穿透x方向的中心且与z轴平行的线对称。将出射部输出端1配置在穿透入射部输入端1且平行于z轴的线上。
图46D是使用多模相干的另一实施例的光器件的示意图。图46D所示的光器件是利用多模相干将通过2个入射部输入端1和输入端2入射的信号光束组合在一起并从出射部输出端1和出射部输出端2出射的合光器。将2个入射部输入端1和输入端2配置成相对于穿透x方向的中心且与z轴平行的线对称。将2个出射部输出端1和输出端2配置成相对于穿透x方向中心且平行于z轴的线对称。
图46A至图46D所示的光器件之间，多模相干自成像原理的条件不同。因此，改变多模相干自成像原理的条件，并调整实际光路长度。这样，图46A至图46D所示的光器件中，补偿反射面造成的相位差用的实际光路长度与基于多模相干自成像原理的条件的实际光路长度相互一致。因此，利用多模相干使入射信号光束分光并出射时，能将入射部和出射部耦合在一起而无任何损耗。
本发明也不限于上述光器件的入射和出射结构，可用于具有使信号光束在片状光传输线上入射的M个(M＝1、2、3、……)入射部和使信号光束从片状光传输线出射的N个(N＝1、2、3、……)出射部，并且利用多模相干使入射部和出射部耦合。
(1)片状光传输线在第1方向包含折射率分布，能在与第1方向垂直的第2方向传送信号光束，能在第1方向俘获信号光束。
(2)光传输线上入射信号光束用的M个(M＝1、2、3、……)入射部。
(3)从光传输线出射信号光束用的N个(N＝1、2、3、……)出射部。
(4)M个入射部和N个出射部包含内部传送的信号光束的光轴不平行于第2方向的方向上耦合到片状光传输线的至少1个非平行入射部和出射部。
(5)在非平行入射部和出射部与对应的入射部和出射部之间传送的多条光路中，相对于信号光束的光轴相互对称入射到片状光传输线的2条光路之间，入射到片状光传输线时的相位差与从片状光传输线出射时的相位差相同。
(6)将M个入射部和N个出射部都配置在满足多模相干自成像原理的条件的位置。
由于实施例的多模相干1×2分光器具有(1)的结构，穿透光传输线的信号光束中，抑制模色散。因此，所传送信号光束的波形不破坏，能以多模方式传送千兆级高频信号光束。
由于实施例的多模相干1×2分光器具有(4)的结构，安装诸如激光器和传感器的光部件时，便于调整光部件和光传输线之间的高度。因此，能方便地安装这些光部件。又由于能直接在电用途衬底上安装光部件，能使光部件紧凑。
由于实施例的多模相干1×2分光器具有(5)的结构，从光传输线出射时，将沿2条光路传送的光束耦合在一起，而无任何损耗。
由于实施例的多模相干1×2分光器具有(2)、(3)和(6)的结构，利用多模相干使信号光束通过入射部入射，并从出射部出射。
实施例24
图47A是示出本发明实施例24的将1个光束分成2个光束的光器件的梯度折射率板状波导总体轮廓的透视图。作为主部件，实施例24的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导4701(如图47A所示)。如图47A所示，梯度折射率板状波导4701是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导4701在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导4701在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。梯度折射率板状波导4701包含入射出射面4702和反射面4703。
入射出射面4702与使入射光束4704在宽度方向的中心位置上入射的入射部(未示出)、接受从相对于宽度方向的中心对称的位置出射的出射光束4705的受光部(未示出)和接受出射光束4706的受光部(未示出)都相对。反射面4703是通过端面上蒸镀铝等金属而构成的全反射面。反射面4703使全部入射信号光束反射。
实施例24中，梯度折射率板状波导4701内，板长度L/2大致符合n0W2/(4λ)，出射光束4705与出射光束4706之间的距离D1大致符合W0/2。这里，n0是宽度方向激励的0次模光束的有效折射率。
梯度折射率板状波导4701具有实施例1所述光器件中说明的将中心位置上入射的1个光束分成2个光束的梯度折射率板状波导101的长度之半的长度。因此，经入射部在梯度折射率板状波导4701上入射的信号光束通过在正z方向传播后，在反射面4703反射，并按负z方向传播，其传播的长度等于实施例1所述的光路。因此，根据多模相干自成像原理，信号光束在出射光束4705和出射光束4706的各位置形成截面与入射光束相同的图像。将形成的图像作为出射光束输出。
如上文所述，根据实施例24的光器件，能用板长度为实施例1的梯度折射率板状波导的该长度之半的梯度折射率板状波导实现将宽度方向中心位置上入射的1个入射光束以相对于宽度方向中心对称的方式分成2个光束的分光器。实施例24的光器件还能使宽度中心位置上入射的该入射光束作为该入射光束相对于宽度方向中心对称分光的2个出射光束，从该入射光束入射的同一个面出射。
图47B是示出本发明实施例24的改型的将1个光束分成2个光束的光器件的梯度折射率板状波导总体轮廓的透视图。作为主部件，实施例24的改型的光器件包含传送光束的梯度折射率板状波导4801(如图48A所示)。如图48A所示，梯度折射率板状波导4801是平行于x-z面延伸的片状多模光传输线。梯度折射率板状波导4801在厚度方向具有一种折射率分布，使厚度方向的中心部形成最大折射率nmax，并使折射率不随离开该中心的距离加大。梯度折射率板状波导4801在宽度方向具有均匀的折射率，无折射率分布。梯度折射率板状波导4801具有入射面4802、反射面4803和出射面4807。
入射面4802与使入射光束4804在宽度方向的中心位置上入射的入射部(未示出)、接受从相对于宽度方向的中心对称的位置出射的出射光束4805的受光部(未示出)和接受出射光束4806的受光部(未示出)都相对。出射面4807与接受从相对于宽度方向的中心对称的位置出射的出射光束4808的受光部(未示出)和接受出射光束4809的受光部(未示出)都相对。反射面4803是通过端面上蒸镀铝等金属而构成的半透明反射镜。反射面4803使入射信号光束的一半透射，其余的信号光束则反射。
实施例24的改型中，梯度折射率板状波导4701内，板长度L2大致符合n W0 2/(2λ)，出射光束4805与出射光束4806之间的距离D1大致符合W0/2。在板长度L正好为一半的位置形成反射面4803。这里，n0是宽度方向激励的0次模光束的影响折射率。
利用上述结构，经入射部在梯度折射率板状波导4801上入射的信号光束在正z方向传播，并且其一部分在反射面4803反射，剩余的部分透射。如实施例24所述那样，根据多模相干自成像原理，反射的信号光束作为出射光束4805和出射光束4806，从入射面4802出射。另一方面，与实施例1完全相同，根据多模相干自成像原理，透射的信号光束作为出射光束4808和出射光束4809出射。
如上所述，根据实施例24的改型的光器件，能用板长度为实施例1的梯度折射率板状波导的该长度相同的梯度折射率板状波导实现将宽度方向中心位置上入射的1个入射光束以相对于宽度方向中心对称的方式分成4个光束的分光器。实施例24的改型的光器件还能使宽度中心位置上入射的该入射光束在2个不同方向作为该入射光束相对于宽度方向中心对称分光的2个出射光束出射。
生产事业上的可用性
本发明适合用于高速多模光通信的光器件，诸如分光器，合光器、光多路解编器、光多路复用器、星形耦合器和光开关。本发明还适合用于高速多模光布线，诸如光直片总线、光交叉片总线等。

Claims (123)

1、一种光器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，其特征在于，
该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，其中
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号。
2、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，由光传输线宽度方向上激励的0次模传播常数与1次模传播常数之差的函数表示该光传输线在长度方向具有的尺寸。
3、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，由宽度方向的基模宽度、厚度方向的最大折射率和多模光传输线中传输光束波长的函数表示光传输线在长度方向具有的尺寸。
4、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，该光传输线具有的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且折射率不随离开中心位置的距离加大。
5、如权利要求4中所述的光器件，其特征在于，该折射率分布大致上按2次方程变化。
6、如权利要求4中所述的光器件，其特征在于，该光传输线由聚硅烷制成。
7、如权利要求6中所述的光器件，其特征在于，该光传输线由聚硅烷制成，并且由聚硅烷固化时氧浓度分布形成该折射率分布。
8、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，输入信号是电信号，并设置一入射部将电信号变换成信号光束，而且将该光传输线上入射的信号光束作为入射光束。
9、如权利要求8中所述的光器件，其特征在于，入射部具有在光传输线宽度方向上排成阵列的多个发光部。
10、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，输入信号是信号光束，并设置一入射部将该光传输线上入射的信号光束作为入射光束。
11、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，输出信号是电信号，并且使出射部形成接收信号光束作为从光传输线出射的出射光束，并将信号光束变换成电信号。
12、如权利要求11中所述的光器件，其特征在于，出射部具有在该光传输线宽度方向上排成阵列的多个受光部。
13、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，输出信号是信号光束，并使输出部形成将从该光传输线出射的信号光束作为出射光束。
14、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是1×N的分光器，能接收至少1个输入信号，并输出该输入信号，作为N个(N＝1、2、3、……)输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
(1/N)·(n0W0 2/λ)
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
在入射面宽度方向的中心入射一入射光束，使出射面上对宽度方向的中心对称地产生数量N的出射光束。
15、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是N×1的合光器，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为至少1个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射的出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
(1/N)·(n0W0 2/λ)
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，
并且在入射面上对宽度方向的中心对称地入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面宽度方向的中心产生一入射光束。
16、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是直片状总线，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的N个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射的出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
8n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
在入射面上宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面上在宽度方向与入射光束的入射位置相同的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束。
17、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是交叉片状总线，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的N个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的奇数倍的值：
4n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
入射面上在宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使出射面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束。
18、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是星形耦合器，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的N个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射的出射面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的值：
(p±1/N)4n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，
以及在入射面上在宽度方向的预定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，并且使出射面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置上的任一入射束产生N个出射光束。
19、如权利要求18中所述的光器件，其特征在于，该光器件是星形耦合器，接收NEVEN个(NEVEN＝2、4、6、……)输入信号，并且输出该输入信号，作为与输入信号对应的NEVEN个输出信号；
该光传输线使NEVEN个全部具有相同波长λ的入射光束入射在入射面上相对于宽度方向的中心对称的位置。
20、如权利要求18中所述的光器件，其特征在于，该光器件是星形耦合器，接收NODD个(NODD＝1、3、5、……)输入信号，并且输出该输入信号，作为与输入信号对应的NODD个输出信号；
该光传输线使NODD个全部具有相同波长λ的入射光束入射在入射面上相对于宽度方向的中心不对称的位置。
21、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是双向直片状总线，能接收N(N＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该第一输入信号一一对应的N个输出信号，而且能接收M(M＝1、2、3、……)个输入信号，并输出该输入信号，作为与该输入信号一一对应的M个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
形成在长度方向的一端的第1面、以及
形成在长度方向的另一端的第2面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的整数倍的值：
8n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
在第1面上宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使第2面上在宽度方向与入射光束的入射位置相同的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束，同时
在第2面上宽度方向的给定位置入射数量M的全部具有相同波长λ的入射光束，使第1面上在宽度方向与入射光束的入射位置相同的位置产生与M个入射光束一一对应的M个出射光束。
22、如权利要求1中所述的光器件，该光器件是双向交叉片状总线，能接收N个(N＝1、2、3、……)第一输入信号，并输出该输入信号，作为与该第一输入信号一一对应的N个第一输出信号，而且能接收M个(M＝1、2、3、……)第二输入信号，并输出该第二输入信号，作为与该输入信号一一对应的M个输出信号，其特征在于，
该光传输线包含：
形成在长度方向的一端的第1面，以及
形成在长度方向的另一端的第2面；
其长度方向的尺寸大致为下列公式的奇数倍的值：
4n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ，并且
第1面上在宽度方向的给定位置入射数量N的全部具有相同波长λ的入射光束，使第2面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生与N个入射光束一一对应的N个出射光束，同时
第2面上在宽度方向的给定位置入射数量M的全部具有相同波长λ的入射光束，使第1面上在宽度方向相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置对称的位置产生与M个入射光束一一对应的M个出射光束。
23、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，该光传输线包含形成在长度方向的一端并将以平行于厚度方向入射的入射光束的光路在长度方向弯成大致90度的反射面和/或形成在长度方向的另一端并且将在长度方向传送的出射光束的光路弯成大致90度以便在平行于厚度的方向出射的反射面。
24、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，该传输线包含形成在长度方向的一端并且在长度方向将长度方向上入射的光束的光路弯曲成在厚度方向倾斜的棱镜和/或形成在长度方向的另一端并且弯曲长度方向上传送的出射光束的光路以便在厚度方向上倾斜的方向进行出射的棱镜。
25、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，该光传输线在厚度方向具有多个本征模。
26、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，该光传输线具有不小于20μm的厚度。
27、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，将该光传输线弯曲成厚度方向的中心位置在包含长度方向和厚度方向的的2个不同给定截面总是形成相同的曲线。
28、如权利要求1中所述的光器件，其特征在于，将该光传输线扭绞成厚度方向的中心位置在包含长度方向和厚度方向的的2个不同给定截面形成不同的曲线。
29、一种光集成器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，其特征在于，该光集成器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，而且在厚度方向层叠该光传输线，其中
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号。
30、一种光器件制造方法，该光器件由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，其特征在于，
该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，其中
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号；
该光器件制造方法包含下列4个步骤：
第1步骤，制备由能传送用于使制造光传输线的树脂固化的能量的材料制成的成形模具，该模具具有深度至少与光传输线厚度相同的下凹部；
第2步骤，用树脂填充该下凹部；
第3步骤，从厚度方向的上下对填充树脂的成形模具施加预定量的能量；
第4步骤，在利用树脂固化形成所需的折射率分布的基础上，至少决定长度方向的尺寸，并形成入射光束与出射光束的连接部，以形成树脂进入该光传输线。
31、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，
第3步骤中，施加能量是施加预定波长的紫外线；
第1步骤中，制备的成形模具由对该预定波长紫外线透明的材料制成。
32、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，
第3步骤中，能量的施加是加热。
33、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，该光传输线包含的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且该折射率不随离开中心位置的距离加大。
34、如权利要求33中所述的光器件制造方法，其特征在于，折射率分布大致按2次方程变化。
35、如权利要求33中所述的光器件制造方法，其特征在于，该光传输线由聚硅烷制成。
36、如权利要求35中所述的光器件制造方法，其特征在于，该光传输线由聚硅烷制成，并且通过固化该聚硅烷时的氧浓度分布形成该折射率分布。
37、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，
第1步骤中，成形模具包含一下凹部，具有包含要制造的多条光传输线的尺寸；
第4步骤中，通过切割树脂，同时制造多条光传输线。
38、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，
第1步骤中，成形模具包含一下凹部，该下凹部具有的尺寸大致等于要制造的光传输线宽度方向的尺寸；
第4步骤中，通过切割树脂确定长度方向的尺寸。
39、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，
第1步骤中，成形模具包含一下凹部，该下凹部具有的尺寸大致等于要制造的光传输线尺寸；
第4步骤中，去除处在使入射光束和出射光束对光传输线入射和出射的位置的下凹部的壁。
40、如权利要求30中所述的光器件制造方法，其特征在于，还包含在第4步骤前或后使光传输线脱离成形模具的第5步骤。
41、一种光器件，能接收将2个不同波长相互叠加的多重信号光束，根据波长多路解编该多重信号光束，将该多重信号光束作为2个不同信号光束输出，其特征在于，
该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，其中
使多重信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向每一波长具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由对相同波长的信号光束在长度方向相互干涉的多个本征模根据波长在宽度方向的不同位置产生2个出射光束；
使该2个出射光束从光传输线出射。
42、如权利要求41中所述的光器件，其特征在于，使该2个出射光束从该2个出射光束之间的光量比率最大的宽度方向上的位置出射。
43、如权利要求41中所述的光器件，其特征在于，使该2个出射光束从该2个出射光束的光量最小的宽度方向上的位置出射。
44、如权利要求41中所述的光器件，其特征在于，由光传输线宽度方向上激励的0次模传播常数与1次模传播常数之差的函数表示该光传输线在长度方向具有的尺寸。
45、如权利要求41中所述的光器件，其特征在于，该光传输线具有矩形平行六面体状，并且具有由宽度方向的基模宽度、厚度方向的最大折射率和多模光传输线中所传送光束的波长的函数表示的长度方向的尺寸。
46、如权利要求41中所述的光器件，其特征在于，该光传输线具有的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且折射率不随离开中心位置的距离加大。
47、如权利要求46中所述的光器件，其特征在于，该折射率分布大致上按2次方程变化。
48、一种光器件，可接收2个具有不同波长的信号光束，多路复用该信号光束，并输出将2个不同波长信号相互叠加的信号光束，作为多重信号光束，其特征在于，
该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，其中
使2个信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向每一波长具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由对相同波长的信号光束在长度方向相互干涉的多个本征模根据波长在宽度方向的相同位置产生作为多重信号光束的出射光束；
使该出射光束从光传输线出射。
49、一种光器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，其特征在于，
该光器件包含一光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，还包含在垂直于厚度方向的宽度方向相结合的第1局部光传输线和第2局部光传输线，而且
折射率调制手段能根据外部供给的控制信号，改变该第1和第2局部光传输线中的至少一方的的折射率分布，其中
能根据折射率调制手段的操作，在仅用第1局部光传输线传输入射光束的第1条件与用第1和第2局部光传输线传输入射光束的第2条件之间进行选择；
使相当于输入信号的信号光束作为入射光束在第1局部光传输线上进行入射；
第1条件下，
在第1局部光传输线内部，在厚度方向上以在宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从第1局部光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号；
第2条件下，
在第1和第2局部光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从第2局部光传输线出射，从而输出与出射光束对应的输出信号。
50、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，折射率调制手段能改变第1多模局部光传输线的折射率分布，
在第2条件下，使第1和第2多模局部光传输线的折射率分布相同，并且
在第1条件下，使第1多模局部光传输线的最大折射率大于第2多模局部光传输线的最大折射率。
51、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，折射率调制手段能改变第2多模局部光传输线的折射率分布，
在第2条件下，使第1和第2多模局部光传输线的折射率分布相同，并且
在第1条件下，使第2多模局部光传输线的最大折射率小于第1多模局部光传输线的最大折射率。
52、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，折射率调制手段能改变第1和第2多模局部光传输线的折射率分布，
在第2条件下，使第1和第2多模局部光传输线的折射率分布相同，并且
在第1条件下，使第1多模局部光传输线的最大折射率大于第2条件下的第2多模局部光传输线的最大折射率，又使第2多模局部光传输线的最大折射率小于第2条件下的第1局部光传输线的最大折射率。
53、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，在第1和第2局多模传输线中，由呈现热光效应的聚合物构成折射率调制手段能改变其折射率分布光传输线；
该折射率调制手段包含能按照控制信号进行发热/吸热的热片，并且
通过该热片改变光传输线的温度，使折射率分布改变。
54、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，该光传输线中，长度方向的尺寸大致为下列公式的奇数倍的值：
4n0W0 2/λ
其中宽度方向的基模宽度为w0，宽度方向激励的0次模光束的有效折射率为n0，多模光传输线中所传输光束的波长为λ。
55、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，该光传输线在宽度方向具有的尺寸相对于添加光传输线的宽度方向为
Figure A2004800017050012C1
倍。
56、如权利要求49中所述的光器件，其特征在于，该光传输线具有的折射率分布使厚度方向的中心位置具有最大折射率，并且折射率不随离开中心位置的距离加大。
57、如权利要求56中所述的光器件，其特征在于，该折射率分布大致上按2次方程变化。
58、一种光器件，用于改变排成一直线的N个(N＝1、2、3、……)信号光束之间的距离，其特征在于，
将N条光传输线排在一直线上，该光传输线形成片状，并且具有的折射率分布使该片的厚度方向上形成最大折射率部分，而折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，
使信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模在与入射光束以宽度方向入射到光传输线上的位置不同的位置产生出射光束；
使该出射光束作为信号光束从光传输线出射。
59、如权利要求58中所述的光器件，其特征在于，该光传输线包含：
使入射光束入射的入射面、以及
使出射光束出射的出射面，
其中使入射光束在入射面上宽度方向的给定位置入射，并且在出射面上相对于宽度方向的中心与入射光束的入射位置在宽度方向对称的一些位置产生出射光束。
60、如权利要求58中所述的光器件，其特征在于，该光器件增加了信号光束之间的距离。
61、如权利要求58中所述的光器件，其特征在于，还包含片状入射方光传输线，该光传输线是1×N的分光器，将1入射光束分成N个光束，并将入射光束分成的N个出射光束作为信号光束连接到一些光传输线。
62、一种光器件，用于改变信号光束的位置，其特征在于，该光器件包含
多条光传输线，这些传输线为片状，其具有的折射率分布使最大折射率部分形成在该片的厚度方向，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
其中将多条光传输线连接成多级，以便其中一条光传输线激励的出射光束变成另一条光传输线上要入射的入射光束；
使信号光束作为入射光束在光传输线上入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模在与入射光束以宽度方向入射到光传输线上的位置不同的位置产生出射光束；
使该出射光束作为信号光束从光传输线出射。
63、如权利要求62中所述的光器件，其特征在于，信号光束是排成一直线的N个(N＝2、3、4、……)信号光束；
其中将N条光传输线排在一直线上，以改变N个信号光束之间的距离，该光传输线为片状，其具有的折射率分布使最大折射率部分形成在该片的厚度方向，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大，
使信号光束作为入射光束在该光传输线上进行入射；
在光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模在与入射光束以宽度方向入射到光传输线上的位置不同的位置产生出射光束；
使该出射光束作为信号光束从光传输线出射。
64、一种光器件，由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，其特征在于，该光器件包含下列各部分：
片状光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
入射端光传输线，传送相当于输入信号的入射光束，以便该光束入射到片状光传输线上；
入射端光束变换器，连接入射端光传输线和片状光传输线，将入射端光传输线的模场变换成能入射到片状传输线上；
出射端光传输线，传送来自片状光传输线的出射光束，以便该光束作为输出信号出射；
出射端光束变换器，连接出射端光传输线和片状光传输线，将片状光传输线的模场变换成能入射到出射端光传输线；
其中使从入射端变换器出射的信号光束作为入射光束入射到片状光传输线上；
在片状光传输线内部，垂直于厚度方向的长度方向上以在垂直于长度方向和厚度方向的宽度方向具有多个本征模的多模方式传送入射光束，并且由在长度方向相互干涉的多个本征模产生出射光束；
使该出射光束从片状光传输线出射，并入射到出射端光束变换器。
65、如权利要求64中所述的光器件，其特征在于，入射端光束变换器是透镜单元，其具有的折射率分布使中心形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小，而且将该变换器配置成数量与入射到片状光传输线的信号光束相同。
66、如权利要求65中所述的光器件，其特征在于，入射端光束变换器包含的折射率分布使该中心与周边之间的折射率从入射端光传输线方往片状光传输线方逐渐加大。
67、如权利要求64中所述的光器件，其特征在于，入射端光束变换器是板状波导，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
将该入射端光束变换器配置成与入射到片状光传输线的信号光束数量相同。
68、如权利要求67中所述的光器件，其特征在于，该板状波导具有的结构使宽度方向的尺寸往连接片状光传输线的部分减小。
69、如权利要求67中所述的光器件，其特征在于，与片状光传输线综合为一体地形成入射端光束变换器。
70、如权利要求64中所述的光器件，其特征在于，入射端光束变换器是光传输线，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向和平行于宽度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且配置用于片状光传输线的入射端光束变换器的数量为1个。
71、如权利要求64中所述的光器件，其特征在于，出射端光束变换器是一透镜单元，其具有的折射率分布使中心形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小，而且将该变换器配置成与从片状光传输线出射的信号光束数量相同。
72、如权利要求65中所述的光器件，其特征在于，出射端光传输线是一光纤，其具有的折射率分布使在中心形成最大折射率，并使折射率随离开该中心的距离减小，而且
出射端光束变换器包含的折射率分布使该中心与周边之间的折射率从出射端光传输线方往片状光传输线方逐渐加大。
73、如权利要求64中所述的光器件，其特征在于，出射端光束变换器是一板状波导，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
将该出射端光束变换器配置成与从片状光传输线出射的信号光束数量相同。
74、如权利要求73中所述的光器件，其特征在于，该板状波导具有的结构使宽度方向的尺寸往连接片状光传输线的部分减小。
75、如权利要求73中所述的光器件，其特征在于，与片状光传输线综合为一体地形成出射端光束变换器。
76、如权利要求64中所述的光器件，其特征在于，出射端光束变换器是一光传输线，其具有的折射率分布在平行于厚度方向的方向和平行于宽度方向的方向使片状光传输线的中心部分形成最大折射率，并使折射率随离开该中心部分的距离减小，而且
配置用于片状光传输线的该出射端光束变换器的数量为1个。
77、一种制造光器件的方法，该光器件由信号光束连接在外部输入的输入信号与要输出的输出信号之间，其特征在于，该光器件包含下列各部分：
片状光传输线，形成片状，其具有的折射率分布使该片的厚度方向形成最大折射率部分，并使折射率在厚度方向不随离开最大折射率部分的距离加大；
入射端光传输线，传送相当于输入信号的入射光束，以便该光束入射到片状光传输线上；
入射端光束变换器，连接入射端光传输线和片状光传输线，将入射端光传输线的模场变换成能入射到片状传输线上；
出射端光传输线，传送来自片状光传输线的出射光束，以便该光束作为输出信号出射；
出射端光束变换器，连接出射端光传输线和片状光传输线，将片状光传输线的模场变换成能入射到出射端光传输线；
其中，光器件制造方法包含下列4个步骤：
第1步骤，制备成形模具，该模具具有与片状光传输线以及入射端光束变换器和出射端光束变换器中的至少一方对应的下凹部，并且由能传送用于使制造片状光传输线的树脂固化的能量的材料制成；
第2步骤，用树脂填充该下凹部；
第3步骤，从厚度方向的上下对填充树脂的成形模具施加预定量的能量，以利用固化的树脂形成所需的折射率分布；
第4步骤，出现下凹部中未形成入射端光束变换器和出射端光束变换器时，将这些变换器连接到固化树脂，进而连接入射端光传输线和出射端光传输线。
78、如权利要求77中所述的光器件制造方法，其特征在于，施加能量是施加预定波长的紫外线；
成形模具由对该预定波长紫外线透明的材料制成。
79、如权利要求77中所述的光器件制造方法，其特征在于，能量的施加是加热。
80、如权利要求77中所述的光器件制造方法，其特征在于，包含在第4步骤前使固化树脂脱离成形模具的第5步骤。
81、如权利要求80中所述的光器件制造方法，其特征在于，第4步骤中，出现成形模具中未形成入射端光束变换器和出射端光束变换器时，将这些变换器连接到固化树脂，而入射端光传输线与出射端光传输线连接在一起时，将这些光传输线放置在形成确定这些光传输线的位置的定位部的衬底上。
82、如权利要求77中所述的光器件制造方法，其特征在于，第1步骤中，成形模具包含对入射端光传输线和出射端光传输线中的至少一方确定位置的定位部；
第4步骤中，将这些光传输线放置在形成定位部的成形模具上。
83、如权利要求77中所述的光器件制造方法，其特征在于，入射端光传输线是光纤。
84、如权利要求77中所述的光器件制造方法，其特征在于，出射端光传输线是光纤。
85、一种光器件，传送外部入射的信号光束，并使传送的信号光束出射到外部，其特征在于，
该光器件包含一光传输线，该光传输线在第1方向具有一种折射率分布，并能在垂直于第1方向的第2方向用多条光路传送信号光束；
其中，入射到光传输线的信号光束的光轴和从光传输线出射的信号光束的光轴中的至少一方不平行于第2方向，并且
在光传输线上入射时，对信号光束的光轴相互对称地入射到光传输线的多条光路中，2条光路之间的相位差与从该光传输线出射时，2条光路之间的相位差相同。
86、如权利要求85中所述的光器件，其特征在于，包含使信号光束在光传输线上入射的入射部、以及
使信号光束从光传输线出射的的出射部，
其中，将入射部和出射部中的至少一方耦合到光传输线，使内部传送的信号光束的光轴处在不平行于第2方向的方向。
87、如权利要求86中所述的光器件，其特征在于，将入射部和出射部中的至少一方耦合到光传输线，使内部传送的信号光束的光轴与第2方向垂直。
88、如权利要求86中所述的光器件，其特征在于，2条光轴之间的光路长度差等于所传送信号光束的波长的整数倍。
89、如权利要求88中所述的光器件，其特征在于，2条光轴包含造成光路长度差的m个(m＝1、2、3、……)光路长度差产生部，并且
m个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和等于信号光束的波长的自然数倍。
90、如权利要求89中所述的光器件，其特征在于，光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，其包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
91、如权利要求90中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含：
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
92、如权利要求90中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线中，从第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位到紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j倍(j＝0、1、2、3、……)。
93、如权利要求88中所述的光器件，其特征在于，2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且
n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0。
94、如权利要求93中所述的光器件，其特征在于，光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，其包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
95、如权利要求94中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含：
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
96、如权利要求94中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线中，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。
97、如权利要求86中所述的光器件，其特征在于，2条光路之间的光路长度差为0。
98、如权利要求97中所述的光器件，其特征在于，2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且
n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0。
99、如权利要求98中所述的光器件，其特征在于，光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，其包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
100、如权利要求99中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
101、如权利要求99中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线中，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位到紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。
102、如权利要求97中所述的光器件，其特征在于，2条光路没有造成光路长度差的部位。
103、如权利要求102中所述的光器件，其特征在于，光传输线是能在第1方向俘获信号光束的片状光传输线，并且包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
104、如权利要求103中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含：
用于在第2方向弯曲从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向弯曲在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，中心部上第1反射面与第2反射面之间的实际光路长度差等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j/2倍(j＝0、1、2、3、……)，并且
在第1反射面和第2反射面上光传输线的第1方向厚度为一半的中心部，将信号光束汇聚成平行于对第1方向和第2方向都垂直的第3方向的线。
105、一种光器件，传送外部入射的信号光束，并利用多模干涉使传送的信号光束从预定位置出射到外部，其特征在于，该光器件包含下列部分：
一片状光传输线，在第1方向具有折射率分布，能在垂直于第1方向的第2方向传送信号光束，并能在第1方向俘获信号光束；
M个(M＝1、2、3、……)入射部，用于使信号光束入射到片状光传输线上；
N个(N＝1、2、3、……)出射部，用于使信号光束从片状光传输线出射；
其中，M个入射部和N个出射部包含在内部传送的信号光束的光轴不平行于第2方向的方向耦合到片状光传输线的至少1个非平行的入射部和出射部；
非平行入射部和出射部与对应的入射部或出射部之间传送信号光束的多条光路中相对于信号光束的光轴相互对称地入射到片状光传输线的2条光路之间，入射到片状光传输线上时的相位差与从片状光传输线出射时的相位差相同；
将M个入射部和N个出射部都配置在满足多模干涉自成像原理的预定条件的部位。
106、如权利要求105中所述的光器件，其特征在于，将非平行入射部和出射部耦合到光传输线，使内部传送的信号光束的光轴垂直于第2方向。
107、如权利要求105中所述的光器件，其特征在于，2条光路之间的光路长度差等于所传送信号光束的波长的整数倍。
108、如权利要求107中所述的光器件，其特征在于，2条光路包含造成光路长度差的m个(m＝1、2、3、……)光路长度差产生部，并且
m个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和等于信号光束的波长的自然数倍。
109、如权利要求108中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
110、如权利要求109中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
111、如权利要求109中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线中，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j倍(j＝0、1、2、3、……)。
112、如权利要求107中所述的光器件，其特征在于，2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且
n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0。
113、如权利要求112中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
114、如权利要求113中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含：
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
115、如权利要求113中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线中，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。
116、如权利要求105中所述的光器件，其特征在于，2条光路之间的光路长度差为0。
117、如权利要求116中所述的光器件，其特征在于，2条光路包含造成光路长度差的n个(n＝2、3、4、……)光路差产生部，并且
n个光路长度差产生部中造成的光路长度差之和为0。
118、如权利要求117中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
119、如权利要求118中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，光路长度差产生部是第1和第2反射面反射的2条光路的折射率履历相互不同的部位。
120、如权利要求118中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线中，第1反射面在第2方向折弯全部信号光束的部位至紧接在全部信号光束入射到第2反射面前的部位的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j+0.5倍(j＝0、1、2、3、……)。
121、如权利要求116中所述的光器件，其特征在于，2条光路没有造成光路长度差的部位。
122、如权利要求121中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含的折射率分布使折射率在第1方向上厚度为一半的中心部等于最大，并使第1方向上折射率不随离开该中心部的距离而加大。
123、如权利要求122中所述的光器件，其特征在于，片状光传输线包含
用于在第2方向折弯从不平行于第2方向的方向入射的信号光束的光轴的第1反射面、以及
用于在不平行于第2方向的方向折弯在第2方向传送的信号光束的光轴的第2反射面，
其中，中心部上第1反射面与第2反射面之间的实际光路长度等于根据折射率分布进行折弯时折弯传送光路的周期的j/2倍(j＝0、1、2、3、……)，并且
在第1反射面和第2反射面上光传输线的第1方向厚度为一半的中心部，将信号光束汇聚成平行于对第1方向和第2方向都垂直的第3方向的线。
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