专利名称：光学功能回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学功能回路，更详细地说，涉及采用全息波动传递介质的光学功能回路，该介质通过与二维的折射率分布相应的多路散射将波动传递给全息中。
背景技术：
在光通信领域，已开发了利用光波导结构的集成光部件作为可容易实现光的分路和干涉的光回路。利用光波动性质的集成光部件并通过光波导长度的调整，能够容易地制作出光干涉仪，或者通过适用半导体领域的回路加工技术可容易地进行光部件的集成化。
这种光波导结构是利用折射率的空间性分布对在光波导中传播的光实现空间性的光密封的“光密封结构”。为了构成光回路，使用光布线等以纵向排列的方式连接各构成要素。因此，光波导回路的光路长度必须比在光回路内为产生干涉现象等而所需的光路长度长，从而存在光回路形成得非常大的问题。
例如，举个典型的阵列波导光栅的例子，从输入端口输入的多个波长(λj)的光通过具有平面波导的星形耦合器反复进行分波和合波，被分波的光从输出端口输出。但是，以波长的千分之一程度的分辨率对光进行分波所需的光路长度为在波导中传播的光的波长的数万倍。另外，还需要进行加工以设置波长板等。波长板用来对包括光回路的波导图形在内的依赖于偏振光状态的回路特性进行修正(例如，参照非专利文献1)。
另外，为了光回路的小型化，需要很好地使光密封在波导中。因此，光波导需要具有极大的折射率差。例如，在现有的步长指数型的光波导中，光波导按照具有折射率的空间分布的方式设计，其比折射率差比0.1％大。在利用这样大的折射率对光实施密封时，会受到回路结构的自由度的限制。特别是，即使想通过局部的紫外线照射、热光学效果或电光学效果等实现光波导中的折射率差，能获得的折射率的变化量也至多可达到0.1％程度。
另外，在改变光的传播方向的情况下，在使光波导的光路以小的弯曲率弯曲时，传播的光从光波导漏出，其回路特性变差，如其透射损失变大等。因此，在改变光的传播方向的情况下，不得不将其方向逐渐地沿着光波导的光路变化，这必将使光回路长度变得非常长，其结果，光回路的小型化变得困难。
因此，采用波动传递介质实现高效且小型的光回路。该波动传递介质比采用现有的光波导回路、全息回路的光回路小，且即使具有平缓的折射率分布、即具有小的折射率差也能充分地进行高效率的光信号控制。
但是，波动传递介质通过各个由虚拟的网孔区分的虚拟的像素所具有的折射率使光信号进行多路散射，同时将其从输入端口传播到输出端口。因此，因形成网孔状的像素时的制作误差而导致发生传播光的泄漏。由此，输出到输出端口的传播光和相同波长的泄漏的传播光之间发生干涉，或者即使波长不同而不发生干涉的情况下也会发生交调失真。
另外，因为波动传递介质采用干涉效果使光传播，所以无法使光路具有大的角度，其交调失真也较大。因为干涉效果因入射光的角度不同而不同，所以斜向入射的成分的比例高成为使交调失真恶化的一个原因。特别是，在输入输出端口附近的光束直径小的区域，因为相对光的行进方向斜向入射的成分的比例大，所以使交调失真恶化。这样的交调失真恶化使回路特性变坏，如光回路的透射损失变大等。
而且，波动传递介质中的输入端口附近和输出端口附近的网孔状像素可以作为一种透镜起作用，可以进行聚光。但是，因为网孔状像素的原因，所以存在难以判断聚光位置、且与其它光元件的连接困难的问题。
非专利文献1Y.Hibino，“Passive optical devices for photonicnetworks(光子网络的无源光学器件)”，IEIC Trans.Commun.，Vol.E83-B No.10，(2000)发明内容本发明的第一目的在于，提供一种适用于全息波动传递介质，且具有透射损失少、交调失真小等优点的回路特性良好的光学功能回路。另外，本发明的第二目的在于，提供一种通过容易地连接采用全息波动传递介质的光波导装置使透射损失和交调失真变小的光学功能回路。
为了达到这样的目的，在衬底上形成多个回路部件的光学功能回路具有波动传递介质，该介质对泄漏光的光路进行变换，使不是从回路部件的规定的输出端口射出的泄漏光不能与其它回路部件耦合。该波动传递介质由包括在衬底上形成的包覆层和埋在包覆层的芯的光波导构成，光波导的局部根据多路散射的折射率分布形成。
另外，在包括波动传递介质的光学功能回路中，输入端口的光轴和规定的输出端口的光轴按照相互不一致的方式配置，以使在从波动传递介质划定的输入端口所入射的光信号中，从波动传递介质划定的预定输出端口射出的杂光不与其它输出端口耦合。
而且，在衬底上形成对波动传递介质所划定的输入输出端口进行规定的调芯用标识。通过在具有与所述输入输出端口光学耦合的光学部件的部件上形成的规定了所述光学部件的聚光位置的调芯用标识与规定了所述端口的调芯用标识之间的位置对准，使所述端口和光学部件光学耦合。
另外，在衬底上，从形成有输入端口的端面到形成有输出端口端面形成有用于规定波动传递介质划定的输入输出端口的监控波导。通过对形成在具有与输入输出端口光耦合的光学部件的部件上且对光学部件的聚光位置进行规定的调芯光纤和监控波导进行位置对准，使输入输出端口和光学部件光学方式耦合。
图1A为用于说明波动传递介质的基本结构的图；
图1B为用于说明波动传递介质的基本结构的图；图1C为用于说明波动传递介质的基本结构的图；图2为用于确定波动传递介质的空间性折射率分布的计算顺序的流程图；图3为本发明的一个实施方式的光合波和光分波回路的示意图；图4为光合波/分波回路的透射光谱的示意图；图5为光分支回路的泄漏光的去除方法的示意图；图6为使用根据实施例1的泄漏光去除方法的光分支回路的插入损失的示意图；图7为MZ型波长合波/分波回路的泄漏光的去除方法的示意图；图8A为无杂光导向的MZ型波长合波/分波回路的透射光谱的示意图；图8B为使用根据实施例2的泄漏光去除方法的MZ型波长合波/分波回路的透射光谱的示意图；图9为根据本发明实施例3的杂光去除方法的示意图；图10为根据实施例3的光合波/分波回路的透射光谱的示意图；图11为根据本发明实施例4的杂光去除方法的示意图；图12为根据本发明实施例5的杂光去除方法的示意图；图13为根据本发明实施例6的杂光去除方法的示意图；图14为根据本发明实施例7的杂光去除方法的示意图；图15为根据本发明实施例8的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；图16为根据本发明实施例9的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；图17为根据本发明实施例10的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；图18为根据本发明实施例11的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；图19为根据本发明实施例12的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；
图20为根据本发明实施例13的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；图21为根据本发明实施例14的包含光合波/分波回路的光波导装置的结构示意图；图22为根据本发明实施例15的光线路终端装置的结构示意图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本实施方式的光学功能回路是由多个散射点确定的全息波动传递介质，通过按照二维的折射率分布的多路散射将波动进行全息图像方式的传播。
首先，对本发明所使用的波动传递介质的基本概念进行说明。在此，因为使用在光回路，所以在波动传递介质中传播的“波动”为“光”。另外，波动传递介质的理论是根据典型的波动方程式来表明介质特性，并且即使对于一般的波动其原理也可成立。在波动传递介质中，为了输入相干光的图案后输出所希望的光图案，折射率分布按照下述方式决定，即，使得在波动传递介质中传播的正传播光和反传播光的相位差在波动传递介质中的任一场所中都变小。通过与折射率分布相应的局部水平的全息控制的多重反复进行，能够输出所希望的光的图案。
参照图1A～1C对本实施方式的波动传递介质的基本结构进行说明。如图1A所示，在光回路衬底1中存在由波动传递介质构成的光回路的设计区域1-1。光回路的一侧端面为输入光IN入射的入射面2-1。输入光IN在由波动传递介质构成的具有空间性折射率分布的光回路中进行多路散射的同时进行传播，并从作为另一侧端面的出射面2-2上作为输出光OUT输出。在图1A中坐标z为光的传播方向的坐标(z＝0为入射面，z＝z为出射面)，坐标x为与光的传播方向相关的横方向坐标。另外，在本实施方式中，假定波动传递介质由电介质构成，空间性折射率分布可以通过将构成波动传递介质的电介质的局部折射率根据后述的理论进行设定的方式实现。
形成有输入光IN的“场”(输入域)根据构成光回路的波动传递介质的折射率空间分布被调制，变换为形成输出光OUT的“场”(输出域)。换言之，本发明的波动传递介质是一种按照空间性折射率分布使输入域和输出域相互关联用的(电磁)场变换手段。另外，对于这些输入域和输出域，将与光回路中的传播方向(图中z轴方向)垂直的截面(在图中沿x轴的截面)中的光的域称之为在该位置(x，z)中的(正)传播像(传播域或传播光)(参照图1B)。
其中，所谓“域”一般是指电磁场或电磁场的矢量势场。本实施方式的电磁场的控制相当于改变设置在光回路中的空间性折射率分布，即介电常数的分布。介电常数作为张量给出，但通常因为偏振光状态间的迁移并不很大，所以即使电磁场中只有一个成分作为对象并且进行标量波的近似，也能够达到很好的近似。因此，在本说明书中将电磁场作为复标量波处理。另外，在光的“状态”中存在能量状态(波长)和偏振光状态，所以使用“域”描述光的状态时可以包括光的波长和偏振光状态。
另外，在通常不产生传播光的放大和衰减的光回路中，一旦确定折射率的空间性分布，则除了焦点之外的输入光IN的像(输入域)一对一地决定输出光OUT的像(输出域)。将这样的从出射面2-2侧朝向入射面2-1侧的光域称为反传播像(反传播域或者反传播光)(参照图1C)。这种反传播像可以在每个光回路中的位置进行定义。即，考虑光回路的任意位置中的光域，如果将该位置看成虚拟的“输入光”的射出点，则与上述同样地可以将输出光OUT的像看成在该位置的反传播像。这样，可以对光回路中的各位置定义反传播像。
特别是，在单一的光回路中，在出射域成为入射域的传播域的情况下，在光回路的任意点，传播域和反传播域形成一致。另外，域一般是关于作为对象的整个空间的函数，而在称之为“入射域”或“出射域”的情况下，指入射面或者出射面的域的截面。另外，在称之为“域分布”的情况下，在对某特定截面进行讨论时，也指关于该截面的域的截面。
为了对折射率分布的确定方法进行说明，采用符号的方式会更好理解，所以为了表示各个量采用下述的符号。另外，作为对象的光(域)因为并非限定在单一状态的光，所以为了将多个状态的光被叠加后的光作为对象，对各个状态的光添加指数j，将其以一般的形式表示。
ψi(x)第j个入射域(为多个矢量值函数，在入射面中由设定的强度分布、相位分布以及波长和极化规定)；φj(x)第j个出射域(为多个矢量值函数，在出射面中由设定的强度分布、相位分布以及波长和极化规定)。
另外，在回路中只要不发生强度放大、波长变换、极化变换，ψi(x)和φj(x)的光强度的总和就相同(或者有可以忽略程度的损失)，其波长、极化也相同。
{ψi(x)、φj(x)}输入输出对(输入输出域的组){ψi(x)、φj(x)}由入射面和出射面的强度分布、相位分布以及波长和极化规定。
{nq}折射率分布(光回路设计区域整体的值的组)因为在对给定的入射域和出射域给出一个折射率分布时，光域即被确定，所以有必要考虑通过第q个的反复运算给出的对整个折射率分布的域。因此，可以将(x，z)作为不定变数，将折射率分布整体表示为nq(x，z)，为了与位置(x，z)的折射率值区别开，将其折射率分布整体表示为{nq}。
ncore如光波导的芯部分那样，表示相对于周围的折射率的高折射率的值符号。
nclad如光波导的包覆部分那样，表示相对于ncore的小折射率值的符号。
ψj(z，x，{nq})当将第j个入射域ψj(x)传播至折射率分布{nq}中的z时的位置(x，z)的域值。
φj(z，x，{nq})当将第j个出射域φj(x)反传播至折射率分布{nq}中z时的位置(x，z)的域值。
在本实施方式中，给定{nq}以使折射率分布对所有的j成为ψj(ze，x，{nq})＝φj(x)或者与其近似。
“输入端口”和“输出端口”为集中在入射端面和出射端面的域的“区域”，例如，通过在该部分连接光纤可将光的强度传播到光纤的区域。在此，域的强度分布和相位分布可以以第j个和第k个不同的方式设计，所以可以在入射端面和射出端面设置多个端口。而且，在考虑入射域和出射域的组的情况下，因为由在它们之间的传播所产生的相位因光的频率不同而不同，所以对于频率不同的光(即波长不同的光)可设定为不同的端口，这与包括相位的域形状相同或垂直没有关系。
在此，电磁场为实数矢量值的场，且作为参数具有波长和偏振光状态，其成分值以容易进行一般数学处理的复数表示，并且表示了电磁波的解。另外，在下面的计算中，将域整体的强度规定为1。如图1B和图1C所示，对于第j个入射域ψi(x)和出射域φj(x)，将传播域和反传播域作为各个位置的复数矢量值函数，表示为ψj(z，x，{n})和φj(z，x，{n})。因为这些函数的值根据折射率分布{n}而变化，所以折射率分布{n}成为参数。根据符号的定义，ψi(x)＝ψj(0，x，{n})并且φj(x)＝φj(ze，x，x{n})。这些函数值在给定入射域ψi(x)和出射域φj(x)，以及折射率分布{n}时，能够通过光束传播法等现有方法容易计算出。
下面对用于确定空间折射率分布的通常的算法进行说明。在图2中显示了用于确定波动传递介质的空间折射率分布的计算顺序。该计算可以反复进行，所以将反复次数表示为q，在图中显示有计算到第(q-1)次时的第q次的计算状态。基于通过第(q-1)次的计算所获得的折射率分布{nq-1}，对各第j次的入射域ψi(x)和出射域φj(x)通过数值计算求出传播域和反传播域，其结果表示为ψj(z，x，{nq-1})和φj(z，x，{nq-1})(步骤S220)。
根据这些结果，通过下式求出各位置(z，x)的折射率nq(z，x)(步骤S240)。
nq(z，x)＝nq-1(z，x)-α∑jIm[φj(z，x，{nq-1})*·ψj(z，x，{nq-1})] (1)其中，右侧第2项中的符号“·”表示内积运算，Im[]表示[]内的域内积运算结果的虚数成分。另外，符号“*”为复共轭。系数α为将小于nq(z，x)的数分之一的值进一步以域的组数来进行除算的值，是正的很小的值。∑j表示对指数j求和。
当反复执行步骤S220和S240时，如果传播域的出射面的值ψj(ze，x，{n})和出射域φj(x)之差的绝对值比所希望的误差dj小时(步骤S230是)，则结束计算。
在以上的计算中，可以适当地设定折射率分布的初始值{n0}，但是如果该初始值{n0}接近预想的折射率分布，则其计算就早结束(步骤S200)。另外，在对各j计算φj(z，x，{nq-1)和ψj(z，x，{nq-1})时，在使用可并行计算的计算机的情况下，可以针对每个j(即对每个φj(z，x，{nq-1})和ψj(z，x，{nq-1))进行计算。可以利用群集系统等提高计算的效率(步骤S220)。另外，在计算机的存储能力较小的情况下，在式(1)中的指数j的和的部分中，可以对各q选择适当的j，仅对与其相应的φj(z，x，{nq-1})和ψj(z，x，{nq-1})进行计算，从而反复进行以后的计算(步骤S220)。
在以上的运算中，在φj(z，x，{nq-1})的值和ψj(z，x，{nq-1})的值接近的情况下，式(1)中的Im[φj(z，x，{nq-1})*·ψj(z，x，{nq-1})]变为与相位差对应的值，通过减小该值的方式可获得所希望的输出。
折射率分布的确定也可以用其它的方式表示，例如确定波动传递介质中虚拟的网孔并对每个像素确定由该网孔限定的微小区域(像素)的折射率。这种局部的折射率在原理上可以对每个位置为任意的(所希望的)值。最简单的系统为仅具有低折射率{nL}的像素和高折射率{nH}的像素的系统，由这两种像素的空间性分布确定整体的折射率分布。在这种情况下，可以将在介质中存在低折射率像素的位置认为是高折射率像素的间隙。相反，可以将存在高折射率像素的位置认为是低折射率像素的间隙。即，本发明的波动传递介质可以将具有均匀的折射率的介质中的希望的位置(像素)用与其不同折射率的像素取代的方式表示。
对用于确定上述折射率分布的计算内容简要总结如下。在可将波动传递到全息技术的介质(在光的情况下为电介质)上设置输入端口和输出端口，通过数值计算求出从输入端口入射的传播光的域分布1(正传播光)和当从输入端口入射的光信号从输出端口输出时预期获得的输出域被从输出端口一侧反传播情况下的相位共轭光的域分布2(反传播光)。域分布1和域分布2按照去掉传播光和反传播光的各点(x，z)的相位差的方式求出在介质中的空间折射率分布。另外，当采用最急下降法作为获得这样的折射率分布的方法时，通过将各点的折射率作为变量将折射率在由最急下降法获得的方向上进行变化，并将折射率按照式(1)变化，可以减小两个域之间的差。如果将这种波动传递介质应用于使从输入端口入射的光向所希望的输出端口射出的光学部件，则可以通过因在介质内产生的传播波之间的多路散射发生的干涉现象使有效的光路长度变长，即使是平缓的折射率变化(分布)也能充分地构成光信号控制性能优良的光回路。
图3表示本发明的一个实施方式的光学合波/分波回路。根据上述的算法，反复执行大约200次，可以获得在图3中所示的具有折射率分布的1×2光学合波/分波回路。在此，图中的光回路设计区域1-1内的黑色部分为相当于芯的高折射率部(电介质多路散射部)1-11，黑色部分以外的部分为相当于包覆部的低折射率部1-12，是比波导的折射率低的散射点。包覆部的折射率假定为石英玻璃的折射率，芯的折射率相对于石英玻璃的折射率之比高出1.5％。光回路的尺寸为纵向300μm、横向140μm。求取折射率分布时的计算中所使用的网孔为300×140。图4表示光合波/分波回路的透射光谱。由透射光谱可知，形成了基于波长的光合波/分波器。
实施例1如上所述，全息波动传递介质可以使从输入端口入射的光射出到所希望的输出端口。因此，在与衬底上形成有多个回路部件的光学功能回路中，可以将全息波动传递介质作为对从各回路部件中漏出的光(以下称泄漏光)、即不从回路部件的规定的输出端口射出的光进行去除的光部件使用。
图5表示光分路中的泄漏光的去除方法。1×4光分支回路为在衬底上形成的波导型分支回路，从输入波导102入射的光在三个分叉波导104a～104c中透射后从四个输出波导103a～103d中射出。此时，因与输入/输出波导以光学方式耦合的光纤的轴偏离、模式不匹配，在1×4光分支回路101内产生泄漏光。另外，在分叉波导104a中产生的放射光或者短暂的光形成泄漏光，与分叉波导104b、104c以及输出波导103a～103d再耦合，使分歧光的输出功率的一致性降低。同样，在分叉波导104b、104c中产生的放射光或者短暂的光形成泄漏光，与输出波导103a～103d再耦合使分路光的输出功率的一致性降低。
因此，为了防止在分叉波导104a～104c中产生的泄漏光与波导再耦合，设置杂光导向件105a～105c。杂光导向件105a～105c作为上述波动传递介质，设置在衬底101内的包覆部的有限区域中。在分叉波导104a～104c中产生的泄漏光通过杂光导向件105a～105c向衬底101的没有形成输入/输出波导的侧面射出。
图6表示1×4光分支回路的插入损失，表示在入射波长为1.55μm的光时输入波导和各输出波导之间的插入损失。在具有杂光导向件105a～105c的情况下的插入损失的变化为0.1dB，而没有杂光导向件的情况下的插入损失的变化为1dB。可知，通过使用波导传递介质的杂光导向件可以去除泄漏光。
实施例2图7表示MZ型波长合波/分波回路的泄漏光的去除方法。MZ型波长合波/分波回路包括与输入波导112a、112b耦合的光耦合器114a、与输出波导113a、113b耦合的光耦合器114b、与光耦合器114a和光耦合器114b耦合的臂波导116a、116b。与实施例1相同，因与输入/输出波导以光学方式耦合的光纤的轴偏离、模式不匹配，在MZ型波长的合波/分波回路内产生泄漏光。另外，在光耦合器114a、114b中产生的放射光或者短暂的光形成泄漏光，与臂波导116a、116b以及输出波导113a、113b再耦合，从而使交调失真恶化。
因此，为了防止在光耦合器114a、114b中产生的泄漏光与光波导再耦合，设置杂光导向件115a、115b。杂光导向件115a、115b作为上述波动传递介质，设置在衬底111内的包覆部的有限的区域中。在光耦合器114a、114b中产生的泄漏光通过杂光导向件115a、115b向衬底111的没有形成输入/输出波导的侧面射出。
图8A、8B表示MZ型波长合波/分波回路的透射光谱。其中，图8A为没有杂光导向件的MZ型波长合波/分波回路的透射光谱，交调失真为25dB。图8B为适用实施例2的泄漏光去除方法的MZ型波长合波/分波回路的透射光谱，交调失真为40dB。可知，通过使用作为波导传递介质的杂光导向件115a、115b，可去除泄漏光。
在实施例1、2中，通过将全息波动传递介质作为去除泄漏光的光部件使用，不让在现有光回路中的多个输出端口之间发生干涉，可实现透射损失和交调失真小等回路特性良好的光学功能回路。
实施例3参见图4所示光合波/分波回路的透射光谱。从中可知，应从输出端口b射出的传播光的一部分从输出端口a中射出。其原因是，在制作网孔状波动传递介质时，因制作误差使在波动传递介质中透射的光的一部分不从规定的输出端口输出，而是从其它输出端口射出，或者从输出端口以外的部分泄漏。因此，在下文中将在从输入端口入射的光信号中不从预定的输出端口射出的光、即对在设计中预想的回路动作不起作用或者阻碍回路动作的传播光叫做“杂光”。从图4中可知，应向输出端口b射出的传播光作为杂光向输出端口a射出。
下面，对该杂光的去除方法以图3所示的光合波/分波回路作为例子进行详细说明。图9表示本发明的实施例3的杂光的去除方法。其中，相对于光合波/分波回路的输入端口3-1的光轴3-11，输出端口3-2的光轴3-12a、3-12b在坐标轴x方向上横向偏移。参照图9，具体地讲，将从输入端口3-1入射的光信号的光束扩散角度的半值设为θ。可以将输出端口3-2设置在从输入端口3-1出发与输入端口3-1的光轴3-11成θ角的两根线与出射面2-2相交点的外侧。
即，对设计中预想的回路动作不起作用的传播光成分通过折射率不同的像素进行散射，但是因为其整体基本是直线前进，所以只要将输出端口3-2的光轴3-12a、3-12b相对于输入端口3-1的光轴偏离设定，就具有一定的去除杂光的效果。
图10表示实施例3的光合波/分波回路的透射光谱。与图4所示的光谱相比较，可以知道从输出端口a射出的杂光受到抑制。由此，可以通过使用全息波动传递介质实现小型化，而且在多个输出端口之间不产生干涉，可实现透射损失和交调失真小等的回路特性良好的光学功能回路。
实施例4图11表示本发明的实施例4的杂光的去除方法。与实施例3相同，输出端口3-2的光轴3-12a、3-12b相对于输入端口3-1的光轴3-11偏离。在实施例4中，将输出端口3-2设定为x＝xe上的出射面2-3，光轴3-11与光轴3-12a、3-12b成直角。
此时，求出折射率分布的计算可以沿着连接输入端口3-1和输出端口3-2的直线进行计算，在该情况下，倾斜地给出输入域和输出域。
实施例5图12表示本发明的实施例5的杂光去除方法。在实施例4的结构中，设置杂光导向件4。在实施例4中，可以认为杂光沿着输入端口的光轴3-11向出射面2-2的方向射出。因此，设置杂光导向件4，以将光轴3-11周边的杂光汇集后向出射面2-2的左端部汇集输出。
在用于求出杂光导向件4的折射率分布的计算中，先适当地确定杂光导向件的输入端面，求出在输入端面的杂光域。接着，沿着以输入端面作为基准的轴，根据上述算法进行计算。
实施例6图13表示本发明的实施例6的杂光的去除方法。在实施例3的结构中，配置输入波导5-1和输出波导5-2a、5-2b。如图9所示，在光回路中，形成在光回路设计区域1-1内的波动传递介质的输入端口3-1和输出端口3-2从结构上不具有界限，所以难以与光纤连接。
因此，在光回路设计区域1-1周边的衬底1-2上形成与输入端口连接的波导5-1和输出端口连接的波导5-2a、5-2b。光波导5-1、5-2为包括芯部和其周围的包覆部的直线波导，在结构上具有界限，所以容易与光纤6-1、6-2连接。
另外，在实施例6中，虽然表示的是直线波导，但是光波导在设计上具有自由度，可以为曲线波导。因此，可以提高光回路设计区域1-1的输入端口、输出端口，和光纤的位置关系的自由度。
实施例7图14表示本发明的实施例7的杂光去除方法。实施例7为在衬底1-2上形成有按照图2所示的设计顺序设计的波动传递介质的具有多个光回路设计区域的复合光回路的一个例子。光纤6-1与连接在光回路设计区域1-1a的输入端口的输入波导5-1光耦合。光回路设计区域1-1a例如为光合波/分波器，具有两个输出端口。输出端口通过各个连接波导5-3a、5-3b与光回路设计区域1-1b的输入端口连接。光回路设计区域1-1b例如为滤波器回路，具有两个输出端口。输出端口通过各个输出波导5-2a、5-2b以光学方式与光纤6-2a、6-2b耦合。
如实施例3所示，在光回路设计区域1-1a中，输出端口的光轴在坐标x上相对于输入端口的光轴横向偏离。在输入波导5-1的周围，与实施例5相同地设置有杂光导向件4-2，以防止在光纤和输入波导的连接部产生的杂光输入到光回路设计区域1-1a中。
另外，在波导5-3a、5-3b的周围设置杂光导向件4-3，以防止在输出端口和波导的连接部产生的杂光输入到光回路设计区域1-1b中。在输出波导5-2a、5-2b的周围也设置杂光导向件4-4a、4-4b，以防止在输出端口和波导的连接部产生的杂光与光纤耦合。
这样，可以通过不让在连接部发生的杂光和在波动传递介质发生的杂光输入到下一级的光回路，来构成各个回路特性良好的光回路。另外，可以通过使用全息波动传递介质实现光回路的小型化。
在实施例3～7中，通过使用全息波动传递介质实现光回路的小型化，而且通过使输入端口的光轴和输出端口的光轴以相互不一致的方式配置，由此避免在多个输出端口之间产生干涉，可实现透射损失和交调失真小的回路特性良好的光学功能回路。
实施例8如上所述，通过以光学方式与输入/输出波导耦合的光纤的轴的错位以及模式不匹配不会产生泄漏光，或发生杂光。因此，通过使得利用全息波动传递介质的光波导装置的连接更为容易来实现透射损失和交调失真小的光学功能回路。
图15表示包括本发明的实施例8的光合波/分波回路的光波导装置的结构。通过在图3所示的光合波/分波回路上连接光纤、并且用图中未示出的密封装置密封的方式构成波导装置。在衬底10上形成的波动传递介质11的入射端面中的输入端口和出射端面中的输出端口上耦合光纤13a～13c的端面。光纤13a～13c固定在用于固定的玻璃块12a～12c上，并且衬底10和玻璃块12a～12c进行位置对准，同时与输入/输出端口耦合。
波动传递介质11为网孔状的像素，所以不具有结构上的边界，因此难以用肉眼判断输入输出端口的聚光位置。因此，在衬底10上以在进行计算时确定的输入输出端口的坐标为基准形成调芯用标识15a～15c。调芯用标识15a～15c可以在衬底10上形成波导芯，也可以在衬底10表面上形成金属等。在位置相对的玻璃块12a～12c上也可以形成与光纤23a～23c的聚光位置对应的标识，由此可容易地实现位置对准。
实施例9图16表示包括本发明的实施例9的光合波/分波回路的光波导装置的结构。在输入输出端口附近的光束直径小的区域，需要通过降低相对于光的行进方向斜向入射的分量的比例来抑制交调失真。因此，在图3所示的作为光合波/分波回路的波动传递介质21的输入端口连接波导25a，在其输出端口连接光波导25b、25c。而且，在衬底20中形成用于模式域变换的波动传递介质24a～24c，由此提高光波导25a～25c和光纤23a～23c之间的耦合功率。
模式域变换用的波动传递介质24a～24c与光纤23a～23c之间的连接也使用调芯用标识26a～26c。即，在衬底上以在进行计算时确定的输入输出端口的坐标为基准形成调芯用标识26a～26c，在相互面对的玻璃块22a、22b上也可以形成与光纤23a～23c的聚光位置对应的标识，由此可容易地实现位置对准。
实施例10图17表示包括本发明的实施例10的光合波/分波回路的光波导装置的结构。与实施例9不同的是，模式域变换用的波动传递介质24a～24c的结构不同。
实施例9的波动传递介质24a～24c通过由虚拟的网孔确定的虚拟像素的每个像素具有的折射率(在此为二元的折射率)确定波动传递介质的整体折射率分布。在实施例10中，如图17所示，使用上述的空间性折射率分布确定用通常的算法对光波导的芯宽度向光轴方向进行调制，由此确定折射率分布。
对波动传递介质24a的芯宽度的构成方法进行简单说明。如果给出使从光纤23a输入的信号光的域，和对从波动传递介质21输出的所希望的信号光域的相位进行反转的域之间的相位差变为最小的折射率分布，则可将输入的信号光变换为所希望的输出信号光。具体地，对光轴方向的各位置的相位差进行计算，在其相位差为正值时，扩大光波导的芯的宽度，在相位差为负值时，减小光波导的芯的宽度，由此使相位差变为最小。根据其构成方法通过计算分别求出使相位差变为最小的光波导的芯的宽度，由此可将输入的信号光变换为所希望的输出信号光。
实施例11图18表示包括本发明的实施例11的光合波/分波回路的光波导装置的结构。其中，将形成有图3所示的作为光合波/分波回路的波动传递介质21的衬底20与其上放置有发光元件41和受光元件42的衬底40连接，通过在图中未示出的密封装置中进行密封来构成光波导装置。在波动传递介质21的输出端口上连接光波导25b、25c，并形成作为聚光透镜的波动传递介质27a～27b，提高与发光元件41和受光元件42的耦合效率。
在作为聚光透镜的波动传递介质27a～27b与发光元件41、受光元件42的连接中，也使用调芯用标识26b、26c。这样，通过将聚光透镜作为波动传递介质形成在衬底上，由此可以实现光波导装置的小型化。在现有技术中，在制作光波导装置时，在发光元件和受光元件、聚光透镜、光合波/分波器之间需要对准光轴，但是根据本实施方式，因为只需进行通过调芯用标识的位置对准，所以可以缩短光波导装置的制作工序。
实施例12图19表示包括本发明的实施例12的光合波/分波回路的光波导装置的结构。其中，对形成有图3所示的作为光合波/分波回路的波动传递介质21的衬底20，与例如形成有光开关51和光滤波器52的衬底50进行连接，通过在图中未示出的密封装置中进行密封来构成光波导装置。通过模式域变换用波动传递介质24b、24c来连接衬底20的光波导25b、25c和衬底50的光波导。
在为了连接而进行的位置对准中，与图16的光纤的情况相同地使用调芯用标识26b、26c。这样，通过调芯用标识，现有技术中的PLC回路和波动传递介质的连接也容易进行，根据实施例8、9和本实施例，可以容易组装各种结构的光波导装置。
实施例13图20表示包括本发明的实施例13的光合波/分波回路的光波导装置的结构。其中，在衬底30上的波动传递介质31的输入端口连接有波导35a，在输出端口连接有光波导35b、35c。与实施例9同样地还形成有模式域变换用波动传递介质34a～34c，由此提高光波导35a～35c和输入/输出用光纤33a、33b之间的耦合效率。
在用于模式域变换的波动传递介质34a～34c和用于输入/输出的光纤33a、33b之间的连接中使用监控波导36a、36b。即，在衬底30上以在进行计算时确定的输入输出端口的坐标为基准形成用于监控的波导36a、36b的端口，在相互面对的玻璃块32a、32b中也保持放置与光纤聚光位置对应的调芯光纤33a、33b。通过调芯光纤33a、33b和监控波导36a、36b连接光源和光功率测量计，在测量光强度的同时确定连接位置，由此，能够容易地进行模式域变换用波动传递介质34a～34c和输出入用光纤33a、33b之间的位置对准。
实施例14图21表示包括本发明的实施例14的光合波/分波回路的光波导装置的结构。与实施例13不同的是，模式域变换用波动传递介质34a～34c与实施例10相同地形成为对波导宽度进行调制的波动传递介质。
在实施例8～14中，可以通过在衬底上形成的调芯用标识或者监控波导容易实现使用全息波动传递介质的光波导装置的连接。
实施例15图22为本发明的实施例15的光回路终端装置(ONU)的结构。ONU为设置在光纤入网的入网者家中机器，与局方的光回路终端装置(OLT)进行光信号的发送和接收。OLT-ONU的下传信号使用的波长为1.55μm，ONU-OLT的上传信号使用的波长为1.55μm。
ONU包括在PLC衬底201上接收下传信号的PD202、对上传信号进行发送的LD203、对LD203的输出光的功率进行监控的监视器PD204、对上传信号和下传信号进行合波/分波的WDM滤波器205。另外，在WDM滤波器205中被波长复用的信号通过固定在玻璃块206上的光纤207与OLT连接。在ONU中PD202和波导、LD203和波导、WDM滤波器205和波导、光纤207和光波导之间的连接部位发生光的泄漏。
因此，在此采用上述实施例所记载的泄漏光的去除方法。如实施例11所示，波动传递介质211、212具有聚光透镜的功能，分别提高PD202和光波导、LD203和光波导的耦合效率。在WDM滤波器和光波导的交叉部位，如图1、2所示那样设置由波动传递介质构成的杂光导向件213a、213b，防止泄漏光再次与光波导耦合。而且，PLC衬底201和玻璃块206之间的连接与实施例8同样地使用标识215a、215b，在光纤207和光波导之间的耦合中，与实施例9同样地使用模式域变换用波动传递介质214。
这样，通过在提高各个连接部位的光耦合的耦合效率的同时，抑制交调失真，由此可避免作为光信号接收器的S/N的恶化。另外，因为容易进行安装工序的连接，所以可减少安装用工序数，并可以提高生产性。
权利要求
1.一种光学功能回路，其在衬底上形成有多个回路部件，其特征在于，包括对泄漏光的光路进行变换的波动传递介质，使不是从所述回路部件的预定输出端口出射的所述泄漏光不与其它回路部件耦合，所述波动传递介质由光波导构成，所述光波导包括在衬底上形成的包覆层和埋在所述包覆层中的芯，所述光波导的一部分根据多路散射的折射率分布而形成。
2.根据权利要求1所述的光学功能回路，其特征在于，所述波动传递介质通过由虚拟的网孔限定的每个虚拟的像素所具有的折射率来确定所述波动传递介质的折射率分布。
3.根据权利要求1所述的光学功能回路，其特征在于，所述波动传递介质通过对所述光波导的宽度沿着光轴方向进行调制来确定所述波动传递介质的折射率分布。
4.一种光学功能回路，包括波动传递介质，所述波动传递介质由光波导构成，所述光波导包括在衬底上形成的包覆层和埋在所述包覆层中的芯部，所述光波导的一部分根据多路散射的折射率分布而形成，其特征在于，所述输入端口的光轴和所述预定的输出端口的光轴按照相互不一致的方式配置，使得从所述波动传递介质所限定的输入端口入射的光信号中的不属于从所述波动传递介质的预定输出端口射出的杂光不与其它输出端口耦合。
5.根据权利要求4所述的光学功能回路，其特征在于，设从所述输入端口入射的光信号的光束扩散角的半值为θ，所述预定的输出端口设置在从所述输入端口起始并与所述输入端口的光轴成θ夹角的两条线所确定区域的外侧。
6.一种光学功能回路，包括波动传递介质，所述波动传递介质由光波导构成，所述光波导包括在衬底上形成的包覆层和埋在所述包覆层中的芯部，所述光波导的一部分根据多路散射的折射率分布而形成，其特征在于，在衬底上形成有调芯用标识，所述调芯用标识限定所述波动传递介质所限定的输入端口和输出端口，通过在具有与所述输入输出端口光学耦合的光学部件的部件上形成的规定了所述光学部件的聚光位置的调芯用标识与限定了所述端口的调芯用标识之间的位置对准，使所述端口和光学部件光耦合。
7.一种光学功能回路，包括波动传递介质，所述波动传递介质由光波导构成，所述光波导包括在衬底上形成的包覆层和埋在所述包覆层中的芯部，所述光波导的一部分根据多路散射的折射率分布而形成，其特征在于，从所述衬底上的形成有输入端口的端面到形成有输出端口的端面形成有监控波导，以限定所述波动传递介质所限定的输入和输出端口，通过在具有与输入输出端口光学耦合的光学部件的部件上形成的限定了所述光学部件的聚光位置的调芯光纤与所述监控波导之间的位置对准，使所述输入输出端口和所述光学部件光学耦合。
8.根据权利要求6或7所述的光学功能回路，其特征在于，与所述输入输出端口的至少一个端口耦合的所述光学部件为光纤，所述部件是将所述光纤固定的玻璃块。
9.根据权利要求6或7所述的光学功能回路，其特征在于，与所述输入输出端口的至少一个端口耦合的所述光学部件为发光元件或受光元件，所述波动传递介质为作为聚光透镜的波动传递介质。
10.根据权利要求6或7所述的光学功能回路，其特征在于，与所述输入输出端口的至少一个端口耦合的所述光学部件为光波导，所述波动传递介质为用于模式域变换的波动传递介质。
全文摘要
本发明提供一种采用全息波动传递介质且透射损失和交调失真小等回路特性良好的光学功能回路，包括对泄漏光的光路进行变换的波动传递介质，以使不从所述回路部件的预定输出端口射出的泄漏光不会耦合到其它回路部件上。该波动传递介质由光波导构成，该光波导包括在衬底上形成的包覆层和埋在该包覆层的芯，光波导的一部分形成为具有多路散射的折射率分布。
文档编号G02B6/26GK1906514SQ20058000183
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月1日 优先权日2004年7月2日
发明者鬼头勤, 坂卷阳平, 桥本俊和, 才田隆志, 高桥浩, 柳泽雅弘, 小川育生, 柴田知寻, 铃木扇太 申请人:日本电信电话株式会社