CN1955766A - 光波导器件及调节其传输损耗的方法 - Google Patents

光波导器件及调节其传输损耗的方法 Download PDF

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Abstract

一种光波导器件，包括：多个光波导，它们传播通过信号波束；以及多个光学子波导，分别与所述多个光波导相连，通过分出信号波束的部分波束，将过度损耗施加于信号波束。通过调节所述多个光学子波导相对于所述多个光波导的宽度，调节过度损耗量的动态范围和容限，以及通过调节所述多个光学子波导的每个相对于所述多个光波导的每个的连接角度，调节施加于信号波束的过度损耗量。

Description

光波导器件及调节其传输损耗的方法
技术领域
本发明涉及在光通信等当中所用的光波导器件，并涉及调节所述光波导器件的传输损耗的方法。更具体地，本发明涉及一种备有如阵列波导光栅、分光器和光星形耦合器的多个光波导的光波导器件，并涉及一种调节所述光波导器件的传输损耗的方法。
背景技术
在波分复用(WDM)传输系统中，通常将阵列波导光栅用作光解复用器或光复用器。应予说明的是，下面将阵列波导光栅简称为“AWG”。在有关技术文献1中，即日本专利申请未审公开No.2000-221350(参见图10)中，描述了AWG的基本结构。图8是示出通用AWG基本机构的平面图。根据该图描述AWG的基本结构。在基板106上形成输入波导101、“n”(符号“n”是等于或大于2的整数)个输出波导102-1至102-n、多个阵列波导103、条形波导104以及另一个条形波导105，按照这种方式来构成AWG 100。条形波导104使输入波导101与阵列波导103相连。条形波导105使阵列波导103与输出波导102-1至102-n相连。
接下来，解释AWG 100的工作过程。AWG 100用作光解复用器。首先，通过输入波导101将波分复用(WDM)信号波束“L0”(具有波长λ1、λ2、λ3、…、λn)输入到AWG 100。相应地，WDM信号波束L0在条形波导104中衍射，以便变宽，然后，将变宽的WDM信号波束L0输出到各个阵列波导103。这些阵列波导103的相邻波导的长度彼此不同。结果，传播通过阵列波导103的各个WDM信号波束在阵列波导103的各个输出端处产生相位差。因此，输出到条形波导105的WDM信号波束可以在所述条形波导105中产生多波束干涉。然后，具有相同波长的信号波束会聚到输出波导102-1至102-n的各个输入端，并且，会聚的信号波束输出到各个输出波导102-1至102-n。结果，分别具有彼此不同的波长λ1、λ2、λ3、…、λn的信号波束L1、L2、L3、…、Ln分别从各个输出波导102-1至102-n输出。
应予说明的是，如果将输出波导102-1至102-n用作输入波导，而将输入波导101用作输出波导，则AWG 100也可以用作光复用器。相应地，具有各种波长的信号波束L1、L2、L3、…、Ln分别被输入到所述输出波导102-1至102-n，以使WDM信号波束“L0”从输入波导101输出。
然而，AWG 100具有波长依赖性。具体地说，从AWG 100输出的信号波束L1(λ1)、L2(λ2)、L3(λ3)、…、Ln(λn)的强度彼此不等。图9是表示通用AWG所具有的各个端口(即各种波长)的传输损耗曲线。应予说明的是，假设传输损耗是当信号波束通过光组件时产生的光功率损耗。有如前面所解释的，对于要输出的每种波长，传输损耗彼此不同。这是因为传播通过条形波导的光具有强度分布，因此存在一种趋势，即越靠近输出波导的中心附近传播的光的强度越强，而越靠近输出波导的边缘部分传播的光强度越弱。结果，就存在这样一种趋势，即越靠近输出波导的中心附近的波长的传输损耗越小，而越靠近输出波导的边缘的波长的传输损耗越大。另一方面，在WDM传输系统中，希望拥有具有各个波长的信号波束的强度彼此相等的条件，以便保持传输质量。于是，为了补偿传输损耗中的波动，必须在AWG的各个端口安装光衰减器等，并且必须使各端口的传输损耗彼此相等。这使得整个模块笨重，并且需要较高的成本。
在这种情况下，在有关技术出版物1(参见图8)中提出了解决上述问题的一些想法。图10是示出应用于在有关技术出版物1中公开的光波导器件的光波导结构的平面图。光波导结构110被设置在AWG 100的输出波导102-1至102-n上。光波导结构110由信号波束“Lm”所通过的输出波导102-m和与输出波导102-m相交的交叉波导112-m构成。应予说明的是，符号“m”表示满足1≤m≤n的任意整数。交叉波导112-m在相交部分113-m处与输出波导102-m相交。结果，交叉波导112-m使信号波束Lm有额外的损耗。光波导结构110通过控制交叉部分113-m的相交角度“a2”，来控制传输损耗。
然而，光波导结构110存在下述问题。即仅通过调节相交角度“a2”难以获得所希望的过度损耗。这是因为存在这样的可能性，即调节过度损耗量的容限非常严格，并且不能够实现具有足够过度损耗量的动态范围。结果，不能够充分地减小输出波导中的传输损耗的差异。有如上面所解释的，前面的建议具有难以以高精度控制多个光波导中传输损耗差异的问题。
发明内容
鉴于有关技术方法和结构的上述和其它典型问题、缺陷及缺点，本发明的典型特点是提供一种光波导器件，用于更为精确地控制传播通过多个光波导的信号波束中发生的传输损耗中的差异，还提供一种调节这种光波导器件传输损耗的方法。
按照本发明的光波导器件包括：多个光波导，其中传播通过信号波束；以及多个光学子波导，分别与所述多个光波导相连，通过分出信号波束的部分波束，以将过度损耗施加于信号波束。通过调节多个光学子波导相对于多个光波导的宽度，调节过度损耗量的动态范围和容限，并通过调节多个光学子波导当中每一个相对于多个光波导当中每一个的连接角度，调节施加于信号波束的过度损耗量。
按照本发明，一种调节光波导中传输损耗的方法包括：(a)通过多个光波导传播信号波束；(b)通过与多个光波导相连的多个光学子波导来分出信号波束的部分波束，以将过度损耗施加于信号波束；(c)调节多个光学子波导相对于多个光波导的宽度，以调节过度损耗量的动态范围和容限；(d)调节多个光学子波导当中每一个相对于多个光波导当中每一个的连接角度，以调节施加于信号波束的过度损耗量；以及(e)控制多个信号波束中的传输损耗差异。
按照本发明的光波导器件和调节这种光波导器件传输损耗的方法，可以通过上述方法，将过度损耗施加于传播通过具有上述结构的多个光波导的各个信号波束。因此，本发明具有可以以过度损耗量实现所需动态范围和所需容限的效果。结果，按照本发明，存在可以以更高精确度控制传播通过多个光波导的信号波束的传输损耗差异的效果。
附图说明
从以下参照附图的详细描述，将使本发明的典型方案、特点和优点愈为显而易见，其中：
图1A是表示本发明第一实施例设有光波导电路的阵列波导光栅(AWG)的平面视图；
图1B是表示图1A中光波导电路的平面视图；
图1C是表示图1B中光波导电路的光波导局部放大示意图；
图2是表示图1C的光波导中的损耗特性仿真结果曲线；
图3A是表示本发明第二实施例光波导的局部放大图；
图3B是表示本发明第三实施例光波导的局部放大图；
图3C是表示本发明第三实施例的修改光波导的局部放大示意图；
图3D是表示本发明第四实施例光波导的局部放大示意图；
图4是表示本发明第五实施例光波导的局部放大示意图；
图5是表示图4光波导中损耗特性的仿真结果曲线；
图6A是表示本发明第六实施例光波导的局部放大示意图；
图6B是表示本发明第七实施例光波导的局部放大示意图；
图7A是表示本发明第八实施例光波导的局部放大示意图；
图7B是表示本发明第九实施例光波导的局部放大示意图；
图8是表示通用AWG的基本结构的平面视图；
图9是表示通用AWG所具有的各个端口的传输损耗曲线；以及
图10是表示应用于与本发明有关的光波导器件的光波导结构平面视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述用于实现本发明的典型方案。下面所述的典型方案仅表示理解本发明的示意性示例，而且，本发明的权利要求并不局限于这些典型方案。应予说明的是，在实施例中，作为光学子波导的具体示例，光学子波导有交叉波导和分支波导表示。光学子波导使传播通过多个光波导的每个的信号波束分支为部分波束，并且将过度损耗施加于信号波束。
现在，详细描述本发明第一实施例的光波导器件和用于调节光波导器件的传输损耗的方法。
图1A表示本发明第一实施例设有光波导电路的阵列波导光栅(AWG)10的平面视图。图1B是表示图1A中光波导电路的平面图。图1C是表示图1B中光波导电路的光波导的局部放大示意图。根据这些附图，下面描述第一实施例。
如图1A所示，AWG 10在基板16上包括：一个输入波导11、“n”(符号“n”是等于或大于2的整数)个输出波导12-1至12-n、多个阵列波导13、条形波导14、另一条形波导15以及光波导电路20。条形波导14使输入波导11与阵列波导13相连。条形波导15使阵列波导13与输出波导12-1至12-n相连。然后，在输出波导12-1至12-n的中间部分上形成光波导电路20。光波导电路20具有能够解决输出波导12-1至12-n中的基本传输损耗差异的功能。应予说明的是，可以作为选择，所述一个输入波导11可以是从先前设置在所要使用的基板16上的多个输入波导11中选出的。
如图1B所示，光波导电路20包括分别与输出波导12-1至12-n相交的交叉波导21-1至21-n。分别相对于输出波导12-1至12-n来调节各个交叉波导21-1至21-n的相交角度。
接下来参照图1C来详细描述交叉波导。也就是说，输出波导“12-m”(符号“m”表示1至n中的任意整数)传播通过信号波束“Lm”。交叉波导“21-m”与输出波导12-m相交，以便将过度损耗施加于信号波束Lm。单独地调节交叉波导21-m的相交角度“θ21m”，使之适于输出波导12-m。此外，相对于输出波导12-m的宽度“W12m”，预先确定交叉波导21-m的宽度W21m。应予说明的是，可以以与相交角度类似的方式，以可供选的方式，并且单独地调节交叉波导21-1至21-n的宽度W211至W21n。
接下来描述制作AWG 10的方法。可以通过采用通用的光波导制造方法来制造AWG 10。首先，在由硅等制成的基板上沉积被称为“下包层”的硅基玻璃。在所得的基板上沉积被称为“纤心”且具有高折射率的硅基玻璃。然后，利用光刻技术形成纤心图案。此外，在沉积的纤心图案上沉积硅基玻璃，但这种硅基玻璃具有与下包层基本相等的折射率，并被称为“上包层”。最后，由于嵌入了具有图案的纤心，就制成光波导。应予说明的是，通过执行上述通用的光波导制造方法，可制成光波导电路20中设置的光波导，无需其它处理过程。
接下来描述AWG 10的工作过程。AWG 10用作光解复用器。首先，将波分复用(WDM)信号波束L0(具有λ1、λ2、λ3、…、λn)通过输入波导11输入到AWG 10。然后，该WDM信号波束L0在条形波导14内衍射而变宽，并且，变宽的WDM信号波束L0输出到各个阵列波导13。相邻的阵列波导13分别具有恒定的光程长度差(ΔL)，并且其光程长度差彼此稍有不同。于是，传播通过阵列波导13的各个WDM信号波束在阵列波导13的各个输出端处产生相位差。因此，输出到条形波导15的WDM信号波束在该条形波导15中包括多波束干涉。继而，具有相同信号波长的这种信号波束会聚在输出波导12-1至12-n的各个输入端。然后，具有相同信号波长的信号波束输出到设置于各种波长的聚焦位置处的多个输出波导12-1至12-n。在这种情况下，所述AWG 10在输出波导12-1至12-n的中间部分处具有光波导电路20。如图1B和1C所示，在光波导电路20中，交叉波导21-1至21-n分别与输出波导12-1至12-n相交。于是，作为示例，过度损耗被施加于传播通过输出波导12-m的信号波束Lm。原因如下。即传播通过输出波导12-m的信号波束Lm在交叉部分23-m中衍射，或者信号波束的部分波束耦合入交叉波导21-m。因此，由于控制交叉波导21-m相对于输出波导12-m的相交角度，所以能够控制传输损耗。有如前面所解释的，由设置在各个输出波导12-1至12-n中的各个交叉波导12-1至12-n将预定的过度损耗施加于具有各个波长的信号波束L1至Ln。结果，在调节信号波束L1、L2、L3、…、Ln的传输损耗的同时，使具有各个波长λ1、λ2、λ3、…、λn的信号波束L1、L2、L3、…、Ln从各个输出波导12-1至12-n输出。有如上面所解释的，由所述AWG 10对复用了多个波长的WDM信号波束进行了解复用，从而，以批量方式获得具有各个波长的信号波束L1至Ln。
通过交叉波导21-m当中每一个相对于输出波导12-m的相交角度“θ21m”，可以调节过度损耗量。如果使相交角度θ21m尖锐(即接近0度)，则增加了从输出波导12-m耦合入交叉波导21-m的信号波束的量。结果，增加了过度损耗量。因此，可以通过相交角度θ21m来调节施加于各个输出波导12-1至12-n的过度损耗量。
应予说明的是，按照一种方式设置由光波导电路20施加的过度损耗量，使得给予设置在阵列的中心侧的输出波导12-m的过度损耗量更大，而给予设置在阵列的边缘侧的输出波导12-m的过度损耗量更小。具体而言，设置在输出波导12-1至12-n的中心侧的交叉波导21-1至21-n的相交角度θ211至θ21n成为锐角，而设置在输出波导12-1至12-n的边缘侧的交叉波导21-1至21-n的相交角度θ211至θ21n成为钝角。结果，尽管原则上AWG 10具有位于中心层的通道的传输损耗更小而位于边缘层的通道的传输损耗更大的传输损耗特性，但是可以由光波导电路20来补偿该传输损耗特性。因此，可以均衡通道中的传输损耗量。
此外，AWG 10可用作光复用器。具有各个波长的信号波束L1至Ln通过与之相应的输出波导12-1至12-n，然后，输入到AWG 10。然后，根据与上述操作反向执行的操作，信号波束L1至Ln由AWG 10复用，使得复用的WDM信号波束L0从输入波导11输出。
接下来，详细描述调节光波导30中的传输损耗的方法。图2是表示图1C的光波导中的损耗特性的仿真结果曲线。现在根据图1C和图2来解释所述调节方法。
按照所述的仿真，使用这样一种通用光波导，即输出波导12-m的宽度和高度都是6μm，而且纤心和包层之间的相对折射率差是0.4％。此外，光波长选择为1.55μm。然后，在将交叉波导21-m的相交角度θ21m和宽度W21m用作参数的同时，根据波束传播法(BPM)计算该交叉波导21-m的过度损耗。
应予说明的是，相交角度θ21m的下限值被选为5度。该下限值被选为5度的原因如下。即如果将下限值选为小于5度，则交叉波导21-m过于靠近输出波导12-m，从而存在出现上述问题的风险。也就是说，难以将包层嵌入输出波导12-m和交叉波导21-m之间，并且，由于输出波导12-m和交叉波导21-m可以像定向耦合器一样地动作，所以会发生波长依赖性和极化依赖性。另一方面，相交角度θ21m的上限值被选为45°。该值选择的原因如下。即如果使上限值等于或大于45°，则过度损耗变基本为恒定的。对于宽度W21m，作为在制造方面和特性方面没有问题的范围，将宽度的下限值选为4μm(输出波导宽度的3/4)，并将其上限值选为16μm(输出波导宽度的8/3)。
根据图2的仿真结果，给定能够通过相交角度θ21m和宽度W21m而调节过度损耗的范围(下称“动态范围”)如下。
表1：相交角度θ21m作出的动态范围(宽度W21m为恒定值)
  宽度W21m[μm]   相交角度θ21m[度(°)]   过度损耗的最大值到最小值(动态范围)[dB]
  4恒定6恒定8恒定10恒定12恒定14恒定16恒定   5-455-455-455-455-455-455-45   0.28-0.01(0.27)0.42-0.02(0.41)0.74-0.03(0.71)1.02-0.05(0.97)1.23-0.07(1.16)1.37-0.10(1.28)1.50-0.12(1.38)
从表1可见，尽管将宽度W21m设定为恒定宽度，但相对于各个输出波导的相交角度θ21m从5度调节到45度，从而可以自由地调节过度损耗。此外，由于选定了宽度W21m，所以可以选择构成更主要方面的调节容限和动态范围中的任何一个。具体而言，在需要较大动态范围的情况下，做出选择以使宽度W21m为较大值(如16μm)。结果，可以补偿具有较大波动的传输损耗差异。相反，在调节容限构成更重要方面的情况下做出选择，使宽度W21m为较小值(如4μm)。结果，可以放松相对于角度的容限，因此可以减小制造波动。
接下来的表2中表现出在采用宽度W21m作为参数，而将相交角度θ21m选为恒定时的情况。
表2：宽度W21m作出的动态范围(相交角度θ21m是恒定的)
  宽度W21m[μm]   相交角度θ21m[度(°)]   过度损耗的最大值到最小值(动态范围)[dB]
  4-164-164-164-164-164-164-164-164-16   5恒定10恒定15恒定20恒定25恒定30恒定35恒定40恒定45恒定   0.28-1.50(1.22)0.09-1.05(0.96)0.05-0.63(0.58)0.03-0.42(0.39)0.02-0.30(0.28)0.01-0.22(0.28)0.01-0.18(0.17)0.01-0.14(0.13)0.01-0.10(0.09)
从表2中可见，尽管相交角度θ21m被设定为恒定的，但交叉波导相对于各个输出波导的宽度W21m从4μm调节到16μm，从而可以调节过度损耗。有如上面所解释的那样，不仅调节相交角度，而且调节交叉波导的宽度，因此，过度损耗可以从最小值0.01dB(在W21m＝4μm和θ21m＝45°情况下)调节到最大值1.50dB(在W21m＝16μm和θ21m＝5°情况下)。
结果，第一实施例的光波导器件及其传输损耗调节方法具有以下效果。在第一实施例中，不仅调节交叉波导的相交角度，而且调节交叉波导的宽度。因此，可以实现获得过度损耗量的所需动态范围和所希望容限的效果。因此，根据第一实施例，可以获得可以以更高精确度控制多个信号波束中出现的传输损耗差异的效果。例如，在过度损耗量需要较大动态范围的情况下，可以将交叉波导的宽度设定为宽于输出波导的宽度。相反，在过度损耗量需要更高调节精确度的情况下，可以将交叉波导的宽度设定为等于或窄于输出波导的宽度。有如前面所解释的，在第一实施例中，可以与所希望的传输损耗特性相应地来进行调节。
接下来，按照本发明第二实施例至第四实施例，描述避免光波导中信号波束的返回及其传输损耗的调节方法。图3A是表示本发明第二实施例光波导40的局部放大图。图3B是表示本发明第三实施例光波导50的局部放大图。图3C是表示本发明第三实施例的改型光波导55的局部放大示意图。图3D是表示本发明第四实施例光波导60的局部放大示意图。继而，根据这些附图说明各光波导。应予说明的是，由于采用与图1C中所示相同的参考数字表示这些图中所示相同结构的单元，所以省略对它们的解释。
把第二实施例至第四实施例的光波导40、50、55和60用在图1B所示的光波导电路20中，代替图1C所示的光波导30。
如图3A所示，在第二实施例的交叉波导41-m中，在其边缘表面上设置终端结构42-m和43-m，用以避免信号波束被反射而返回。所述终端结构42-m和43-m具有相对于与交叉波导41-m的光轴垂直的面为倾斜的边缘表面。结果，由终端结构42-m和43-m的边缘表面沿相对于光轴的斜方向反射从输出波导12-m输入交叉波导41-m的信号波束Lm的部分光束。因此，这种反射波束不能够在交叉波导41-m中传播，而入射到包层。结果，就可以避免信号波束在交叉波长41-m边缘表面上反射，同时，被反射的波束沿相反方向传输通过交叉波导41-m。此外，可以避免反射波束在交叉波导41-m的边缘表面上产生多次波束反射，而这对信号波束是有不利影响的。
与图3A的光波导40相同，图3B所示第三实施例的交叉波导51-m也备有终端结构52-m和53-m，能够避免信号波束在该交叉波导51-m的尖端部分受到反射而返回。所述终端结构52-m和53-m与上述终端结构42-m和43-m不同，而具有下面的结构。这些终端结构52-m和53-m的尖端部分以锥形方式变窄，从而使信号波束入射到包层。应予说明的是，所述终端结构并不局限于有如上面所述的交叉波导的尖端部分以线性方式变窄的结构。例如，所述终端结构可以选择性地形成为交叉波导的尖端部分而以弯曲形式变窄的形状。作为示例，如图3C所示，按照第三实施例的改型交叉波导56-m，它具有终端结构57-m和58-m。与图3B的终端结构52-m和53-m不同，这种终端结构57-m和58-m具有尖端部分而以弯曲形式变窄的结构，以使信号波束入射到包层。
如图3D所示，在第四实施例的光波导60中，相交角度根据与输出波导12-m相交的方向而改变。具体而言，交叉波导61-m被分为前侧交叉波导62-m和后侧交叉波导63-m，而将它与输出波导12-m相交的一部分设定为中心。然后，假设前侧交叉波导62-m与输出波导12-m之间的相交角度为“θ62m”，而前侧交叉波导62-m沿信号波束Lm传播的方向延伸。此外，假设后侧交叉波导63-m与输出波导12-m之间的相交角度为“θ63m”，而后侧交叉波导63-m沿与信号波束Lm传播方向相反的方向延伸。将所述前侧交叉波导62-m的相交角度θ62m设定成大于所述后侧交叉波导63-m的相交角度θ63m。总而言之，关于从交叉波导61-m的尖端部分反射的光强度，沿信号波束的传播方向延伸的前侧交叉波导62-m的光强度大于后侧交叉波导63-m的光强度。此外，相交角度越小，反射的光强度越强。因此，使前侧交叉波导62-m的相交角度θ62m大于后侧交叉波导63-m的相交角度θ63m，从而可以减少从交叉波导61-m的尖端部分反射的光。
应予说明的是，由于通过只是改变纤心的图案而实现这些终端结构，所以并不会增加制造步骤。
在第二实施例至第四实施例中，除了第一实施例的效果之外，还可以实现以下效果，也就是在把过度损耗给予通过各个多个输出波导而传播的信号波束时，可以避免回光的出现。如前面所解释的，由于在第二实施例至第四实施例中可以避免在交叉波导中出现回光，所以具有能够改善传输质量的效果。此外，该第二实施例至第四实施例可以具有能够避免交叉波导内的多次波束反射的效果。结果，这些实施例具有能够改善传输质量的效果。此外，即使在实现该第二实施例至第四实施例时，图样也有不会新增加制造步骤的效果。
接下来，详细描述本发明的第五实施例的光波导器件及其传输损耗的调节方法。
图4是表示本发明第五实施例光波导70的局部放大示意图。现在，根据该图来解释光波导70。应予说明的是，由于采用与图1C所示相同的参考数字来表示该图所示的相同结构的单元，所以省略对它们的解释。
将第五实施例的光波导70用于代替图1C所示的光波导30。光波导70包括通过信号波束Lm的输出波导12-m以及从输出波导12-m分支出的分支波导71-m。如图1C所示，在第一实施例中，交叉波导21-m延伸到两侧，而输出波导12-m位于中心处。与之相反地，在第五实施例中，如图4所示，分支波导71-m仅延伸到输出波导12-m的一侧。如上面所解释的那样，与延伸到两侧的交叉波导21-m相比，仅延伸到输出波导12-m的一侧的分支波导71-m占据较小的空间。结果，就可以使光波导70的结构更加紧凑，并因此而可以提高设计的自由度。
接下来，描述第五实施例的光波导70的工作情况。所述第五实施例的分支波导71-m可以以与第一实施例的交叉波导21-m类似的方式工作。也就是说，通过输出波导12-m传播的信号波束Lm在分支部分73-m中衍射，或者信号波束Lm的部分信号波束耦合入分支波导71-m。结果，可以将过度损耗施加于信号波束Lm。
可以由相对于每个分支波导71-m的输出波导12-m的分支角度“θ71m”调节过度损耗量。如果使分支角度θ71m尖锐(即接近0度)，则增强了从输出波导12-m耦合入分支波导71-m的信号波束的量。由此，增大了过度损耗量。因而，可以由交叉角度θ71m调节施加于各个输出波导12-1至12-n的过度损耗量。于是，可将光波导70应用于AWG 10，代替在第一实施例中采用的光波导30，使得可以补偿通道中的传输损耗差异。
在这种情况下，如图4所示，分支角度“θ71m”被定义为：信号波束Lm传播方向的输出波导12-m与分支出信号波束Lm方向的分支波导71-m之间所构成的角度。如前面所解释的，在交叉波导的情况下，对于从该交叉波导的尖端部分反射的光，前侧交叉波导的光大于后侧交叉波导的光。因此，如图4所示，所述分支角度θ71m被优选地选择为钝角。结果，由于可以使分支波导71-m具有与后侧交叉波导相同的结构，所以可以实现减少从分支波导71-m的尖端部分反射的光的效果。
图5是表示图4光波导损耗特性的仿真结果曲线。下面根据图4和图5来解释仿真结果。
在所述的仿真中，使用通用光波导。也就是说，输出波导的宽度和高度都是6μm，纤心和包层之间的相对折射率差是0.4％。此外，将光波长选为1.55μm。然后，在采用分支波导71-m的分支角度θ71m和宽度W71m作为参数的同时，根据波束传播方法(BPM)计算该分支波导71-m的过度损耗。应予说明的是，使分支角度“180-θ71m”的下限值和上限值以及宽度W71m的下限值和上限值都与图2中的相等。
根据图5的仿真结果，能够由分支角度“180-θ71m”和宽度W71m调节的过度损耗范围(下称“动态范围”)给定如下。
表3：分支角度180-θ71m作出的动态范围(宽度W71m是恒定的)
  宽度W71m[μm]   分支角度180-θ71m[度(°)]   过度损耗的最小值到最大值(动态范围)[dB]
  4恒定6恒定8恒定10恒定12恒定14恒定16恒定   5-455-455-455-455-455-455-45   0.00-0.24(0.24)0.01-0.51(0.51)0.02-0.81(0.79)0.03-1.07(1.04)0.04-1.28(1.24)0.05-1.46(1.41)0.05-1.60(1.55)
从表3中可见，尽管将宽度W71m设定为恒定的，相对于各个输出波导的分支角度180-θ71m从5°度调节为45°，从而可以自由地调节过度损耗。此外，由于选定了宽度W71m，所以可以选择作为更重要方面的调节容限和动态范围当中的任何一个。具体而言，在需要较大动态范围的情况下，做出选择，使所述宽度W71m为较大值(如16μm)。结果，可以补偿具有较大波动的传输损耗差异。相反，在调节容限成为更重要方面的情况下，做出选择，使宽度W71m为较小值(如4μm)。结果，可以放松相对于角度的容限，由此可以减小制造波动。
接下来，在表4中示出在采用宽度W71m作为参数而分支角度180-θ71m被选为恒定时的情况。
表4：由宽度W71m作出的动态范围(分支角度180-θ71m为恒定值)
  宽度W71m[μm]   分支角度180-θ71m[度(°)]   过度损耗的最小值到最大值(动态范围)[dB]
  4-164-164-164-164-164-164-164-164-16   5恒定10恒定15恒定20恒定25恒定30恒定35恒定40恒定45恒定   0.24-1.60(1.36)0.06-0.58(0.52)0.03-0.30(0.27)0.02-0.18(0.16)0.01-0.12(0.16)0.01-0.09(0.08)0.01-0.07(0.06)0.01-0.06(0.05)0.00-0.05(0.05)
从表4中可见，尽管分支角度180-θ71m被设定为恒定的，但分支波导相对于各输出波导的宽度W71m可从4μm调节到16μm，从而可以调节过度损耗。有如上面所解释的，不仅调节相交角度，而且调节分支波导的宽度，因此过度损耗可以从0.00dB(在W71m＝4μm，并且180-θ71m＝45°情况下)调节到1.60dB(在W71m＝16μm，并且180-θ71m＝5°情况下)。
于是，第五实施例的光波导器件及其传输损耗的调节方法具有以下效果。与第一实施例类似，在第五实施例中，不仅调节分支波导的分支角度，而且调节分支波导的宽度。结果，可以实现获得过度损耗量的所希望的动态范围和所希望的容限效果。因此，在第五实施例中，可以获得能够以更高精确度控制多个信号波束中出现的传输损耗差异的效果。由此，在第五实施例中，可以与所希望的传输损耗特性相应地进行调节。此外，在第五实施例中，仅延伸到输出波导的一侧的分支波导占据比延伸到两侧的交叉波导更小的空间。结果，可以使光波导的结构更加紧凑，并因此可以提高设计的自由度。此外，由于分支波导相对于输出波导的分支角度被调节为钝角，因而，与交叉波导相比，还存在另一效果，即所述分支波导可以减少由反射引起的不利影响。
应予说明的是，即使在第五实施例中，也可以以选择的方式将设置在第二实施例至第四实施例中的终端结构应用于分支波导的尖端部分。结果，还存在另一个优点，即可以减少来自分支波导的回光。
图6A是表示本发明第六实施例光波导的局部放大示意图。图6B是表示本发明第七实施例光波导的局部放大示意图。下面参照附图进行描述。应予说明的是，由于采用与图1C所示相同的参考数字表示这些附图中相同结构的单元，所以省略对它们的解释。
将第六和第七实施例的光波导80和90用于图1B所示的光波导电路20中，代替图1C所示的光波导30。
在图6A所示的光波导80中，输出波导12-m备有两个分支波导81-m和82-m。结果，增大了过度损耗。由于分支波导81-m和82-m与上述前侧交叉波导相对应，所以，从其尖端部分反射的光量较小。结果，实现了避免回光的良好效果。
在图6B所示的光波导90中，输出波导12-m备有两个分支波导91-m和92-m。结果，增大了过度损耗。另外，在第七实施例中，采用仅延伸到一侧的分支波导91-m和92-m，而输出波导12-m位于中心处。结果，与第五实施例类似，可以提高关于设计的自由度。
图7A是表示本发明第八实施例光波导的局部放大示意图。图7B是表示本发明第九实施例光波导的局部放大示意图。下面参照附图来进行描述。应予说明的是，由于采用与图1C所示相同的参考数字表示这些附图的相同结构的单元，所以省略对它们的解释。
将第七和第八实施例的光波导95和98用于图1B所示的光波导电路20中，代替图1C所示的光波导30。
在图7A所示的光波导95中，以串联形式给输出波导12-m设置多个交叉波导96-m1、96-m2、…。有如上面所解释的，可以给一个输出波导提供多个交叉波导。随着交叉波导的数目增加，过度损耗变大。结果，可以调节过度损耗量。
按照类似的方式，在图7B所示的光波导98中，以串联形式给输出波导12-m提供多个分支波导99-m1、99-m2、…。如上面所解释的，可以为一个输出波导提供多个分支波导。随着分支波导的数目增加，过度损耗会更大些。于是，可以调节过度损耗量。
尽管已经描述了本发明的多种实施例，但各个结构组件的形状和布置都不局限于由各附图所示的上述布置，并且可以在不脱离本发明特征的范围内适当地进行修改。作为可供选择的方式，可以按组合的方式使用多个上述实施例。譬如，可以选的方式将第二实施例至第四实施例的终端结构设置在第五实施例至第七实施例的分支波导的边缘表面上。有如上面所解释的那样，可以选择的方式将任意实施例彼此结合。
应予说明的是，可以根据交叉波导或分支波导的宽度之一、交叉波导或分支波导的角度之一，或者交叉波导或分支波导的总数之一，来实现过度损耗量。所述宽度越窄，过度损耗越小，而宽度越宽，过度损耗就越大。所述角度越小，则过度损耗越大，而角度越大，则过度损耗就越小。所述总量越大，则过度损耗越大，而所述总量越小，则过度损耗越小。由于以组合的方式采用这些项，所以，能够进一步大大地改变过度损耗量。
尽管结合特定的典型实施例对本发明加以描述，但应能理解，本发明所包含的主题并不局限于这些特定实施例。相反，本发明的主题意欲包含可以被包含在所附权利要求的精神和范围内的所有改型、修改，以及等效物。
此外，发明人意欲保留所要求的本发明的所有等效物，即使以后在诉讼期间修改了权利要求。

Claims (28)

1.一种光波导器件，包括：
多个光波导，它们传播通过信号波束；以及
多个光学子波导，它们分别与所述多个光波导相连，通过分出信号波束的部分波束，将过度损耗施加于信号波束，其中：
通过调节所述多个光学子波导相对于所述多个光波导的宽度，以调节过度损耗量的动态范围和容限；以及
通过调节所述多个光学子波导的每个相对于所述多个光波导的每个的连接角度，以调节施加于信号波束的过度损耗量。
2.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，还包括终端结构，以避免反射分别由所述多个子波导分出的信号波束的部分波束，而且避免反射的部分波束分别返回到所述多个光波导。
3.根据权利要求2所述的光波导器件，其中，所述终端结构具有相对于与光学子波导的光轴垂直的面倾斜的边缘表面。
4.根据权利要求3所述的光波导器件，其中，所述终端结构具有单锥形。
5.根据权利要求3所述的光波导器件，其中，所述斜边缘表面以关于与光学子波导的光轴垂直的面相等或大几度的角度倾斜。
6.根据权利要求2所述的光波导器件，其中，所述终端界结构具有双锥形。
7.根据权利要求6所述的光波导器件，其中，所述双锥形是线性变窄的。
8.根据权利要求6所述的光波导器件，其中，双锥形是弯曲变窄的。
9.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述光学子波导的左侧和右侧的连接角度关于所述光波导彼此不同。
10.根据权利要求9所述的光波导器件，其中，在信号波束传播一侧上形成的连接角度比在与信号波束传播一侧相对一侧上形成的连接角度更钝。
11.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述光学子波导的连接角度包括大于等于5°和小于等于45°的角度。
12.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述光学子波导的宽度包括大于等于4μm和小于等于16μm的宽度。
13.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述光学子波导的宽度包括等于或大于光波导的2/3宽度且等于或小于光波导的3/8宽度的宽度。
14.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述光学子波导与光波导相交。
15.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述光学子波导从光波导分叉。
16.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，给每个光波导设置多个光学子波导。
17.根据权利要求16所述的光波导器件，其中，所述多个光学子波导连接在光波导的基本相同的位置，并且设置在光波导的两侧。
18.根据权利要求16所述的光波导器件，其中，所述多个光学子波导连接在光波导的基本相同的位置，并且设置在光波导的一侧。
19.根据权利要求16所述的光波导器件，其中，所述多个光学子波导连接在光波导的不同位置处。
20.根据权利要求1所述的光波导器件，其中：
所述多个光波导与条形波导相连，并且所述多个光学子波导分别与所述多个光波导相连；以及
调节施加于传播通过所述多个光波导的信号波束的过度损耗量。
21.根据权利要求20所述的光波导器件，其中，所述光波导器件包括从由阵列波导光栅、分光器和光星形耦合器组成的组中选出的一个。
22.一种调节光波导中的传输损耗的方法，包括如下步骤：
通过多个光波导来传播信号波束；
通过与多个光波导相连的多个光学子波导分出信号波束的部分波束，将过度损耗施加于信号波束；
调节多个光学子波导相对于多个光波导的宽度，调节过度损耗量的动态范围和容限；
调节多个光学子波导当中每一个相对于多个光波导当中每一个的连接角度，以调节施加于信号波束的过度损耗量；以及
控制多个信号波束中的传输损耗的差异。
23.根据权利要求22所述的调节传输损耗的方法，其中，还包括：
避免分别由所述多个子波导当中每一个分出的信号波束的部分波束再次返回到所述多个光波导当中的每一个的步骤。
24.根据权利要求22所述的调节传输损耗的方法，其中，还包括：
通过控制传输损耗量，减少并行排列的多个光波导中的传输损耗量的不均匀性的步骤。
25.根据权利要求22所述的调节传输损耗的方法，其中，还包括：
在与阵列波导光栅中光解复用侧的输出波导相对应的多个输出波导中，减少传输损耗量的不均匀性的步骤。
26.根据权利要求25所述的调节传输损耗的方法，其中，还包括：
将过度损耗应用于输出波导的通道，过度损耗的量从具有中心波长的通道逐渐减小到具有边缘波长的通道的步骤。
27.根据权利要求22所述的调节传输损耗的方法，其中，还包括：
在与分光器中输出波导相对应的多个输出波导中，减少传输损耗量的不均匀性的步骤。
28.根据权利要求22所述的调节传输损耗的方法，其中，还包括：
在与光星形耦合器中的输出波导相对应的多个输出波导中，减少传输损耗量的不均匀性的步骤。
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