用于光通信终端站的光学设备及其制造方法

专利名称：用于光通信终端站的光学设备及其制造方法
技术领域：
本发明涉及安装在光学多路通信终端站的光学设备及其制造方法，不同波长分量光信号载波的多路复用实现多路通信，更具体地是，本发明涉及光通信终端站的光学设备及其制造方法，其中包括利用光衍射的计算机产生全息图作为光学元件。
近年来，正在加紧推行所谓的“光纤到户”规划，按照这个规划把光纤延伸到每个家庭，使大容量通话能力的光通讯成为可能。
按照这个规划，例如，波段为1.3μm和1.55μm分量光束的多路复用光传送到各个家庭的终端站。
在终端站，有包括波长多路分配器和光耦合器在内的光学设备，波长多路分配器把多路复用光分成各个波长的光束，光耦合器给一个波长分出一条光路，能使一个波长实现双向通信。
利用这个光学设备，多路复用光被分成不同波段的波长分量，传送到各个终端设备，在这类普通的光学设备中，波长多路分配器和光耦合器称之为基于光纤的光纤元件。由于光纤元件的熔融拼接很麻烦，所以制造上述光学设备是困难的。减小这种光学设备尺寸也不容易。
本发明的目的是提供一种用于光通信终端站的光学设备及其制造方法，它易于制造，且有助于降低制造成本和减小设备尺寸。
为了解决以上问题，本发明的主要特征是，在不同波长分量多路复用光的波分多路传输中，采用光衍射的计算机产生全息图作为终端站的光学元件。
计算机产生全息图具有如光学透镜的准直或会聚光功能以及如棱镜的偏转光功能，可以有很强的归因于衍射作用的波长依赖关系。更重要的是，利用与波长的依赖关系，计算机产生全息图能承担起实现光路分离作用和波长分开作用，把多路复用光分成各个波长分量，引导各个波长分量沿着分开的光路传播。<结构1>
按照本发明，用于光通信终端站的光学设备有第一输入终端，它接收互不相同波长分量光束的多路复用光；第一输出终端，它输出第一波长分量光束，此波长分量光束是从输入终端接收的多路复用光中分出的；以及一对第二输入和第二输出终端，它能实现双向通信，把从多路复用光中分出的第二波长分量光束引向第一输入终端。
此光学设备包括第一计算机产生全息图，把来自第一输入终端的多路复用光转换成平行光束；偏转装置，把已经通过第一计算机产生全息图的多路复用光按照其波长给以偏转；第二计算机产生全息图，把偏转装置分出的第一波长分量光束引向第一输出终端；光路分离装置，用于分出被偏转装置分出的第二波长分量；第三计算机产生全息图，把第二波长分量光束引到第二输出终端，此波长分量光束传播通过被光路分离装置分出的一条光路；以及第四计算机产生全息图，把来自第二输入终端的第二波长分量光束引导到光路分离装置，为的是把第二波长分量光束从第二输入终端经另一条光路，光路分离装置和第一计算机产生全息图到达第一输入终端。<功能1>
入射到第一输入终端上的多路复用光被第一计算机产生全息图转换成平行光束，此平行光束被偏转装置分成第一波长分量和第二波长分量。第一波长分量被引导通过第二计算机产生全息图到达第一输出终端。
偏转装置分出的第二波长分量被光路分离装置引导到一条分支路径。沿着这一条分支路径传播的光束被第三计算机产生全息图引导到第二输出终端。从第二输入终端输入的用作双向通信的第二波长分量光束被第四计算机产生全息图引导到另一条分支路径，通过光路分离装置和第一计算机产生全息图到达第一输入终端。
这些计算机产生全息图是利用衍射作用的光学元件，每个计算机产生全息图能够承担起实现各种功能，诸如准直功能，光会聚功能，偏转功能，光路分离作用和波长分开作用，可以有多重作用或根据需要选取。所以，这些全息图可以做成小型的，避免了使用光纤需要的熔融拼接。因此，本发明不会导致生产成本增加，而更明确地说，能比普通的光纤设备有较低的制造成本。
因为计算机产生全息图能承担起实现分波长功能，具有分波长功能的透射型或反射型计算机产生全息图可以用作偏转装置。
然而，在计算机产生全息图的分波长作用中，得到多路复用光中分出的各个波长分量是透射光或反射光。
另一方面，利用介质滤波器装置，如介质薄膜制成的WDM反射镜用作分波长滤波器，得到一个波长分量是反射光，另一个波长分量是透射光。由于这个原因，能够缩短光路而不会造成分波长效率降低，所以，为了达到减小尺寸的目的，就希望采用如WDM反射镜那样的介质滤波器作为分波长滤波器。
此外，偏转装置可以这样配置，把具有不同波长反射特性的计算机产生全息图平行地组合。
另一种可行的偏转装置实例是由介质滤波器形成的分波长滤波器，例如由介质薄膜制成的半反射镜。
要想减小尺寸，就希望采用如半反射镜的介质滤波器形成分波长滤波器。
可以采用计算机产生全息图或称之为半反射镜的波长滤波器作为光路分离装置，此半反射镜是由多层介质薄膜制成。
第三和第四计算机产生全息图能够承担起实现上述偏转装置的功能，这两种计算机产生全息图还可以添加光路分离装置的功能。<结构2>
用于光通信终端站的光学设备有实现双向通信的共同终端，它接收某一波长分量光束和输出另一波长分量光束，此光束来自各不相同波长分量光束，输出终端，送出某一波长分量光束到光检测器；和输入终端，它接收来自光源另一波长分量光束，此光学设备还包括
偏转装置，把来自共同终端的光路按照光的波长分成第一光路和第二光路；第一计算机产生全息图，把进入共同终端的一个波长分量光束会聚到光检测器；以及第二计算机产生全息图，把来自光源的第二波长分量光束引导到偏转装置，使第二波长分量经过偏转装置到达共同终端。
具有共同终端实现双向通信的光学设备可以采用以下的另一种布置。
可以用计算机产生全息图作为偏转装置。
第一和第二分支路径可以由衍射光路径形成，它至少包括一条计算机产生全息图高级衍射光的光路。
由于计算机产生全息图用作偏转装置，就可以采用透射型计算机产生全息图，也可以采用反射型计算机产生全息图，反射型计算机产生全息图是在透射型计算机产生全息图上添加反射装置。
此计算机产生全息图可以用一对计算机产生全息图部分平行地安排在光路上而构成，这两个计算机产生全息图部分不同之处在于其偏转方向不同。
利用计算机产生全息图的棱镜功能，偏转角与波长有关，可以形成不同波长的第一路径和第二路径。
此外，偏转装置可以用如介质滤波器的分波长滤波器构成，替代上述用计算机产生全息图构成的偏转装置。<功能2>
在本发明布置2所描述的光学设备中，主要的光学元件基本上由计算机产生全息图构成。
输入到共同输入终端的某一波长分量光束通过第一路径，并被第一计算机产生全息图引导到光电检测器。来自光源的另一波长分量光束被第二计算机产生全息图引导，通过第二路径到达第一输出终端。
按照本发明的上述光学设备，具有衍射作用的计算机产生全息图能够承担起实现准直功能，光会聚功能，偏转功能，光路分离作用和分波长作用，可以有多重作用根据需要或选取，因此，这种光学设备可以做成小型化的。而且，由于计算机产生全息图避免了使用光纤需要的熔融拼接，计算机产生全息图就省去熔融拼接操作，降低了制作成本，所以就可能比普通光纤光学设备以较低的成本生产光学设备。<结构3>
按照本发明制造光通信终端站的光学设备，其制造方法涉及的设备包括第一计算机产生全息图，它把来自第一输入终端的多路复用光转换成平行光束；偏转装置，把已经通过第一计算机产生全息图的多路复用光按照其波长给以偏转；第二计算机产生全息图，把偏转装置分出的第一波长分量光束引到第一输出终端；光路分离装置，用于偏转被偏转装置分出的第二波长分量光束；第三计算机产生全息图，把第二波长分量光束从第二输出终端引到光电检测器，此波长分量光束沿着光路分离装置分出的一条光路传播；第四计算机产生全息图，把第二波长分量光束从光源引导到光路分离装置，为的是把第二波长分量光束从第二输入终端经过另一条光路，光路分离装置和第一计算机产生全息图引到第一输入终端。
按照本发明的上述制造方法包括的步骤为在待粘合在一起的多个透明板的选定联结面上，以高密度制成计算机产生全息图，偏转装置和光路分离装置；把各个透明板连在一起形成层状结构，在其厚度方向上分割此层状结构以制成大量光学设备。
按照本发明制造方法包括的步骤为在与第一透明板粘合的第二透明板联结面上，以高密度制成配对的大量第一和第二计算机产生全息图；在第二透明板的另一面上，以高密度制成偏转装置；在面向第二透明板的第三透明板一个面上，以高密度制成偏转装置；在第三透明板的另一面上，以高密度制成配对的第三和第四计算机产生全息把第一透明板与第三透明板连在一起形成层状结构；以及在其厚度方向上分割此层状结构，得到大量单独的光学设备。<功能3>
在按照本发明的制造方法中，包含多个光学设备的多层结构是含大量计算机产生全息图的光学元件高密度集成。这个包含多个光学设备的多层结构被分割成单独的光学设备。
所以，按照本发明就能够以高效率制造光学设备。
在制造计算机产生全息图中，利用CAD得到预定衍射光特性全息图的光相位差函数。这个相位差函数称之为光程差函数ρ(x，y)。光程差函数ρ(x，y)变换成如下的一个多项式。
ρ(x，y)＝∑CNxmyn…(1)这个多项式(CNxmyn)称之为光程差系数。n和m都是正整数，CN称之为相位系数。在N与m，n之间，以下公式成立。
N＝[(m+n)2+m+3n]/2 …(2)把得到的这个相位系数CN作为二维泰勒展开形成的泰勒展开近似表达式多项式系数，将这些系数代入CAD程序中，能够产生光刻掩模图形，此图形用于光刻法制成预定形状。
作为这种CAD程序的一个例子，有美国加州NIPT的CghCAD。
在此CAD程序中，从数据处理容量上考虑，有几个强制的运算条件m与n之和等于或小于10，N等于或小于65。
所以，通过找出满足所需衍射光特性的光程差函数ρ(x，y)，再求出此光程差函数ρ(x，y)各个相位系数CN(C0至C65)，就可以得到展示所需特性的计算机产生全息图掩模条件。
通过制作满足掩模条件的掩模，完成光刻过程，就能够制成展示所需衍射光特性的计算机产生全息图。
图1是按照本发明光学设备的纵向剖面示意图；图2是泰勒展开的表达式；图3是按泰勒展开的光程差系数表达式(第1部分)；图4是按泰勒展开的光程差系数表达式(第2部分)；图5是按泰勒展开的光程差系数表达式(第3部分)；
图6是按泰勒展开的光程差系数表达式(第4部分)；图7是按泰勒展开的光程差系数表达式(第5部分)；图8是按泰勒展开的光程差系数表达式(第6部分)；图9是按泰勒展开的光程差系数表达式(第7部分)；图10是第一CGH元件光学特性的说明图；图11是第一CGH元件的光程差系数表达式(第一部分)；图12是第一CGH元件的光程差系数表达式(第二部分)；图13是第一CGH元件的光程差系数表达式(第三部分)；图14是第一CGH元件的光程差系数表达式(第四部分)；图15是第二CGH元件光学特性的说明图；图16是第二CGH元件的光程差系数表达式(第一部分)；图17是第二CGH元件的光程差系数表达式(第二部分)；图18是第二CGH元件的光程差系数表达式(第三部分)；图19是第二CGH元件的光程差系数表达式(第四部分)；图20是计算机产生全息图的偏转角与波长关系说明图；图21是计算机产生全息图的焦距与波长关系说明图；图22是采用计算机产生全息图作为成像透镜的偏转角和焦距与波长关系说明图；图23是光程分离装置(CGH元件)的光学特性说明图；图24是光程分离装置(CGH元件)的+1级衍射光说明图；图25是光程分离装置(CGH元件)的-1级衍射光说明图；图26是光程分离装置(CGH元件)的光程差系数表达式；图27是第三CGH元件的1级衍射光说明图；图28是CGH元件的点光源与光束会聚点之间成像的说明图；图29是第三CGH元件的光程差系数表达式(第一部分)；图30是第三CGH元件的光程差系数表达式(第二部分)；图31是第三CGH元件的光程差系数表达式(第三部分)；图32是第三CGH元件的光程差系数表达式(第四部分)；图33是第三CGH元件的光程差系数表达式(第五部分)；图34是第三CGH元件的光程差系数表达式(第六部分)；
图35是第四CGH元件的1级衍射光说明图；图36是第四CGH元件的光程差系数表达式(第一部分)；图37是第四CGH元件的光程差系数表达式(第二部分)；图38是第四CGH元件的光程差系数表达式(第三部分)；图39是第四CGH元件的光程差系数表达式(第四部分)；图40是第四CGH元件的光程差系数表达式(第五部分)；图41是第四CGH元件的光程差系数表达式(第六部分)；图42是一个用透视法画出的分解图，表示按照本发明光学设备10的制造方法；图43是按照本发明另一个光学设备110的纵向示意图；图44是一个用透视法画出的制造过程分解图，表示按照本发明另一个光学设备的制造方法；图45是按照本发明另一个光学设备120的纵向示意图；图46是按照本发明另一个光学设备130的纵向示意图；图47是一曲线图，表示CGH元件的衍射效率与刻蚀深度之间关系；图48是按照本发明另一个光学设备140的纵向示意图；图49是按照本发明另一个光学设备150的纵向示意图；图50是按照本发明另一个光学设备160的纵向示意图；图51是按照本发明另一个光学设备210的纵向示意图；图52是按照本发明另一个光学设备220的纵向示意图；图53是按照本发明另一个光学设备230的纵向示意图；图54是按照本发明另一个光学设备240的纵向示意图；图55是按照本发明另一个光学设备310的纵向示意图；图56是按照本发明另一个光学设备320的纵向示意图；图57是按照本发明另一个光学设备330的纵向示意图；图58是按照本发明另一个光学设备340的纵向示意图；图59是按照本发明另一个光学设备410的纵向示意图；图60是按照本发明另一个光学设备420的纵向示意图；图61是按照本发明另一个光学设备430的纵向示意图；图62是按照本发明另一个光学设备440的纵向示意图63是按照本发明另一个光学设备1100的纵向示意图；图64是一曲线图，表示CGH元件的衍射效率与CGH元件的刻蚀深度之间的关系。
图65是按照本发明另一个光学设备1200的纵向示意图；图66是按照本发明另一个光学设备1210的纵向示意图；图67是按照本发明另一个光学设备1220的纵向示意图；图68是按照本发明另一个光学设备1230的纵向示意图；图69是按照本发明另一个光学设备1240的纵向示意图；图70是按照本发明另一个光学设备1250的纵向示意图；图71是按照本发明另一个光学设备1260的纵向示意图；图72是按照本发明另一个光学设备1270的纵向示意图；图73是按照本发明另一个光学设备1280的纵向示意图；图74是按照本发明另一个光学设备1290的纵向示意图；图75是按照本发明另一个光学设备1300的纵向示意图；图76是按照本发明另一个光学设备1310的纵向示意图；图77是按照本发明另一个光学设备1320的纵向示意图；图78是按照本发明另一个光学设备1330的纵向示意图；图79是按照本发明另一个光学设备1340的纵向示意图；图80是按照本发明另一个光学设备1350的纵向示意图；图81是按照本发明另一个光学设备1360的纵向示意图；图82是按照本发明另一个光学设备1370的纵向示意图；图83是按照本发明另一个光学设备1380的纵向示意图；图84是按照本发明另一个光学设备1390的纵向示意图；图85是按照本发明另一个光学设备1400的纵向示意图；图86是按照本发明另一个光学设备1410的纵向示意图；图87是按照本发明另一个光学设备1420的纵向示意图；图88是按照本发明另一个光学设备1430的纵向示意图；以及图89是按照本发明另一个光学设备1440的纵向示意图。
参照


各个实施例，对本发明给以详细的描述。<第一个实施例>
图1是按照本发明光学设备的剖面示意图。
按照本发明的光学设备10包括大致呈方块图形式的多层结构16，此结构包括第一玻璃板13，在其一个面上有第一输入终端11和第一输出终端12；第二玻璃板14，它有一个粘合到第一玻璃板13另一面13b的表面14a；和第三玻璃板15，它有一个粘合到第二玻璃板14另一面14b的表面15a。
各个玻璃板13，14和15的厚度分别为T1，T2和T3，其折射率分别为n1，n2和n3。
若把通过多层结构16中心附近且穿过玻璃13，14和15厚度方向的轴作为Z轴，由光纤制成的第一输入终端11和第一输出终端12与Z的距离为S1和S2，分别在沿着X轴的相反方向上。
光输入到用作第一输入终端的光纤11中，此光是一个具有波长为，例如1.3μm和1.55μm光束复合在一起的多路复用光，这两个光束是信号的载波。
一个波长分量被引导到作为第一输出终端的光纤12中。
在玻璃板15的另一面15b上，有一对用于双向通信的第二输入终端17和第二输出终端18，这一表面15b是多层结构16的另一端，多层结构16的一端上有第一输入终端11和第一输出终端12。
第二输入终端17是在玻璃板15另一面15b的一半部分，它接收用作发送机的半导体激光器射出的光。第二输出终端18是在表面15b的另一半部分，它射出另一波长分量光束朝向光电检测器20。可以使用别的光源，如发光二极管，替代半导体激光器19。
光电检测器20安排在与第二输出终端18分开的位置处，沿着X轴方向的距离为T4，与Z轴分开的距离沿着X轴方向为X4。
半导体激光器19安排在与第二输入终端17分开的位置处，沿着Z轴方向的距离为T5，与Z轴分开的距离沿着X轴方向为X2。
第一和第二计算机产生全息图(以下称之为CGH元件)21和22放在第一玻璃板13与第二玻璃板14之间。作为偏转装置的分波长滤波器23和作为光路分离装置的CGH元件24安排在第二玻璃板14与第三玻璃板15之间。第三CGH元件25和第四CGH元件26分别安排在第二输出端18和第二输入端17处。
第一CGH元件21和第二CGH元件22分别形成在玻璃板14表面14a的一半和另一半处，它们互相平行。作为偏转装置的分波长滤波器23形成在玻璃板14另一表面14b的几乎整个面上。
作为光路分离装置的CGH元件24形成在玻璃板15表面15a的中心附近。
已经提到过，第三CGH元件25和第四CGH元件26形成在玻璃板15另一表面15b的一半和另一半处，它们互相平行，这两个一半部分分别用作第二输出终端18和第二输入终端17。
第一CGH元件21具有准直功能，把从第一输入终端11射出的多路复用光发散球面波变成平行光，以及具有偏转功能，把平行光束引向分波长滤波器23。
接收第一CGH元件21引导的多路复用光的分波长滤波器23是一个熟知的介质滤波器，它由图1所示实例中多层介质做成。
由介质滤波器形成的分波长滤波器23，称之为WDM反射镜，其功能是在其表面上，它反射波长为1.55μm的第一波长分量光束，这个波长分量包含在射入到第一输入终端11的多路复用光中且被第一CGH元件21引导。另一方面，分波长滤波器23传送多路复用光中波长为1.3μm的第二波长分量光束。
被分波长滤波器23反射的第一波长分量是波长为1.55μm的平行光束，此平行光束被第二CGH元件22会聚，进入作为第一输出终端的输出光纤12中。从第一输出终端12射出的第一波长分量光束被送入到单向通信的终端设备，如电视广播。
已经通过作为偏转装置的分波长滤波器23的第二波长分量是波长为1.3μm的平行光束，在此平行光束中，约40％的平行光束被作为光路分离装置的CGH元件偏转，成为-1级衍射光，并传向第三CGH元件25。另一方面，在已经通过分波长滤波器23的第二波长分量中，约40％被偏转成+1级衍射光，并传向第四CGH元件26。
沿着第一路径27传播并传向第三CGH元件25的第二波长分量平行光束被CGH元件25的会聚功能作用，会聚到光电检测器20，例如，借助连接到光电检测器20的电话接收电路(未画出)，获得包含在第二波长分量中的信息。
通过第二路径28传向第四CGH元件26的第二波长分量平行光束被第四CGH元件26的会聚功能作用，会聚到半导体激光器19。
所以，当第二波长分量光束从电话发送电路的半导体激光器射到第四CGH元件时，例如，此激光器放在第四CGH元件的焦点处，第二波长分量光束就通过第四CGH元件24，作为偏转装置的分波长滤波器23和第一CGH元件21，并被引导到第一输入终端11。
所以，利用光学设备的第二输入终端17和第二输出终端18，就可以在多路复用光光源(未画出)与用第一输入终端11接收多路复用光的光学设备10之间实现双向通信。
在详细地描述本发明各个CGH元件21至26的光学特性之前，我们先描述一般CGH元件的光程差函数ρ(x，y)中相位系数CN(C0至C65)。
相位系数C0至C65可以从二维光程差函数ρ(x，y)对x轴和y轴的泰勒展开式中直到幂次为10的近似表达式得到。
以上计算的关系式表示在图2的公式(3)中。公式(3)右侧第二项的Δ是泰勒展开式的余项，所以是一个小得足以忽略的值。
图3至图9表示展开公式(3)得到的相位系数C0至C65，重新整理后，表示成光程差系数C0至C65与光程差函数通用表达式ρ(x，y)之间的关系式。
找出表示光学特性的光程差函数ρ(x，y)，求出图3至图9所示的光程差系数，即，根据光程差函数ρ(x，y)求出相位系数C0至C65，然后把这些值输入到上述的CAD程序中，可以得到表示所需衍射光特性的计算机产生全息图掩模条件。
接着，我们描述第一CGH元件21的光程差函数ρ(x，y)，此全息图改变第一输入终端11处点光源射出的发散球面波。
图10是说明第一CGH元件中衍射光学元件特性的示图。
图10所示的衍射光学元件是一个计算机产生全息图，它把位于座标(x，y，z)处点光源射出的发散球面波转换成平行光束，其中通过原点的矢量分量表示成(α，β，γ)。
入射光一侧介质的折射率用n1表示，输出光一侧介质的折射率用n2表示。
为了描述简单化，衍射光学元件(21)放在Z轴上，假设其厚度足够小，可以忽略不计，这些假设并不损害计算相位系数CN的普遍性。
图10所示衍射光学元件(21)的光程差函数ρ(x，y)可以由以下公式给出。
ρ(x，y)＝n1[(X-x)2+(Y-y)2+Z2]1/2-n1L-n2[(αx+βy)/(α2+β2+γ2)1/2]…(5)其中L代表与光源和原点的距离，可以用以下公式表示。
L＝(X2+Y2+Z2)1/2…(6)公式(5)的第一项和第二项代表衍射光学元件(21)中从点光源发出球面波的二维光程差。公式(5)的第三项代表偏转平行光束(α，β，γ)的光程差。
参照图10所示衍射光学元件的一般光学特性，此光学元件把发散的球面波转换成平行光束，还参照表示一般光学特性的普适光程差函数的公式(5)和(6)，由此得到图1所示第一CGH元件21的光程差函数ρ(x，y)时，能够得到如下的光程差函数公式。
ρ(x，y)＝n1[x2+y2+T12]1/2-n1L-n2(S1+S2)x/[(S1+S2)2+4T22]1/2…(7)其中S1和S2是第一输入终端11和第一输出终端12到Z轴的距离。离点光源和第一CGH元件21的距离L可以由以下公式给出L＝T1…(8)公式(7)所示光程差函数ρ(x，y)的泰勒展开式中光程差系数，即相位系数C0至C65，可以把图3至图9中的公式(4-0)至(4-65)代入到公式(7)中而得到。
图11至图14表示每一项CN的运算结果，如公式(9-0)至(9-65)所指出的。
把公式(9-0)至(9-65)中所示光程差系数C0至C65的值输入到CAD程序的公式(1)中光程差系数CN，并执行此程序，就能得到掩模图形的数据，这些数据是制成公式(7)表示的第一CGH元件21所要求的。
因为折射率n是光波长的函数，n1是玻璃板13的折射率，n2是玻璃板14的折射率，它们随光的波长(1.3μm和1.55μm)而改变。
所以，折射率n1和n2都是适用于公式(7)中波长为1.3μm的折射率，但在图1所示的实施例中，折射率n1和n2都适用于1.55μm波长。
现在，我们描述第二CGH元件22的光程差函数ρ(x，y)，此全息图把一束平行光会聚到作为物点的第一输出终端12。
图15是表示第二CGH元件中衍射光元件光学特性的说明图。
图15中的衍射光学元件(22)是一个计算机产生全息图，它把平行光束会聚成球面波并把此球面波会聚到像点(X，Y，Z)，平行光束中通过原点的矢量分量有用(α，β，γ)表示的任意偏转角。
在图15的实例中，光入射到衍射光学元件一侧上的介质折射率用n2表示，光出射一侧的介质折射率用n1表示。
如图10所示，为了简化描述，衍射光学元件(22)放在Z轴上，假设其厚度足够小，可以忽略不计。
图15中衍射光学元件(22)的光程差函数ρ(x，y)可以由以下公式给出。
ρ(x，y)＝n1[(X-x)2+(Y-y)2+Z2]1/2-n1L+n2[(αx+βy)/(α2+β2+γ2)1/2]…(10)其中L表示从原点到像点的距离，它表示为下列公式L＝(X2+Y2+Z2)1/2…(11)参照图10所示衍射光学元件的一般光学特性，此光学元件有会聚功能，把平行光束会聚成像点，还参照表示一般光学特性的普适光程差函数公式(10)和(11)，由此得到图1所示第二CGH元件22的光程差函数ρ(x，y)时，能够得到如下的光程差函数公式。
ρ(x，y)＝n1[x2+y2+T12]1/2-n1L+n2(S1+S2)x/[(S1+S2)2+4T22]1/2…(12)其中S1和S2是从第一输入终端11和第一输出终端12到Z轴的距离。离点光源和第二CGH元件22中心的距离L可以由下列公式给出。
L＝T1…(13)公式(12)所示光程差函数ρ(x，y)的泰勒展开式中光程差系数，即相位系数C0至C65，可以把图3至图9的公式(4-0)至(4-65)代入到公式(12)中而得到。
图16至图19表示每一项CN的运算结果，如公式(14-0)至(14-65)的指出的。
把公式(14-0)至(14-65)表示的光程差系数C0至C65值输入到CAD程序中公式(1)的光程差系数CN，并执行此程序，就能得到掩模图形的数据，这些数据是制成公式(12)表示的第二CGH元件22所要求的。
在图1实施例中，如同在第一CGH元件21情况中一样，对于公式(13)中的折射率，折射率n1和n2适用于波长1.55μm。
第一CGH元件21和第二CGH元件22设定为上述的1.55μm第一波长分量。至于光路分离装置24，第三CGH元件25和第四CGH元件26，其焦距和衍射角需要按照波长的改变而加以修正。
在描述各个CGH元件24和25的光学特性之前，首先讨论CGH元件的偏转角和焦距与波长之间的依赖关系。
参照图20，我们考虑计算机产生全息图，即CGH元件，在衍射时的偏转角与波长之间的依赖关系。
偏转入射平行光束的CGH元件可以看成一个有周期性相位分布的光栅。所以，CGH元件的光学特性可以用熟知的光栅公式给以解释。
如图20所示，若相对于CGH元件光轴，光的入射角和输出角分别用v1和v2表示，光栅周期r与波长λ之间的关系表示成以下的公式r＝λ(n2sinθ2-n1sinθ1)…(15)光栅周期r对应于具有透镜功能的CGH元件上同心圆图形的一个周期间隔。
若重新整理公式(15)，得到输出角θ2与波长之间关系，可以有以下公式。
sinθ2＝λ/(rn2)+(n1/n2)·sinθ1…(16)在公式(15)和(16)中，把折射率n1和n2看成是与波长λ无关的常数，不考虑折射率随波长的改变而变化。严格地说，折射率n1和n2是波长的函数。
因此，对于入射光束波长λ和与波长λ稍有差别的波长λ’，它们的公式(15)表示为r＝λ/(n2(λ)sinθ2-n1(λ)sinθ1) …(17)r＝λ’/(n2(λ’)sinθ2-n1(λ’)sinθ1) …(18)其中n1(λ)，n2(λ)，n1(λ’)，n2(λ’)表示在波长为λ和λ’时的折射率n1和n2。
若消去公式(17)和(18)中的光栅周期r，重新整理后导出同一个光栅周期r下的两个公式，即CGH元件的波长依赖关系，可以给出以下公式。
sinθ2’＝{(1/n2(λ’))·(λ’/λ)-(n2(λ)sinθ2-n1(λ)sinθ1))+(n1(λ’)/n2(λ’))·sinθ1…(19)公式(19)表示入射光波长为λ的输出角θ2与入射光波长为λ’的输出角θ2’之间关系，这公式指出，随着入射光波长的改变而使输出角发生变化。
所以，对于设定波长为，例如1.55μm的CGH元件，在光波长为1.3μm时θ2’的偏转角修正可以由以下公式给出。
θ2’＝sin-1[{(1/n2(λ’)·(λ’/λ)·(n2(λ)sinθ2-n1(λ)sinθ1)}+(n1(λ’)/n2(λ’))·sinθ1]…(20)然后，我们描述在计算机产生全息图衍射时焦距与波长的依赖关系，即，参照图21的CGH元件。
如图21所示，沿半径方向制成CGH元件光栅以满足这样的条件，即，从各个光栅半径r到焦点的光程长为焦距f加波长的整数倍，就能得到把平行光束会聚在焦距f处的CGH元件。
所以，焦距f与第j个周期光栅半径rj之间关系由以下公式表示。
rj2+f2＝(f+jλ)2…(21)根据公式(21)，可以导出以下的公式。
rj2＝2jλf+(jλ)2…(22)由于焦距f的单位是mm，波长λ的单位是μm，公式(22)右侧第二项的值很小，与右侧第一项比较可以忽略不计。所以，得到一个以下的公式(22)近似表达式rj2＝2jλf …(23)若j＝1代入公式(23)，可以得到以下的公式。
f＝rj2/2λ …(24)公式(24)是熟知的费涅耳透镜焦距f与波长λ之间的关系式，当波长从λ变化到λ’时，结合公式(24)考虑，焦距f’表示为f’＝f(λ/λ’) …(25)公式(25)指出，作为相当于透镜作用的CGH元件，在波长比原有的CGH元件设计波长长时，其焦距就较短。
在考虑图22所示具有成像功能的CGH元件与波长之间依赖关系时，作为一个例子，根据光学透镜的成像关系式，导出如下的一个公式。
(n1/a)+(n2/b)＝(1/f)…(26)其中a表示与物点的距离，b表示与像点的距离，f表示真空中CGH元件的焦距。
相对于入射光波长为λ和λ’的输出光偏转角θ2和θ2’之间关系在上述公式(20)中表示，根据公式(26)，波长为λ’的像点位置b’由以下公式给出，(n1/a)+(n2/b’)＝(1/f’)＝λ’/(fλ)…(27)所以，可以看出，按照图22所示的CGH元件，若焦点f是对于波长分量为λ的光束而言，则公式(20)指出的θ2’出现在偏转角θ2的变化，像点距离b改变成满足公式(27)的像点距离b’。
为了进一步说明作为图1中光路分离装置的CGH元件24光学特性，在CGH元件24情况中，我们描述衍射光学元件(24)的光程差函数ρ(x，y)，此光学元件把一任选的平行光束偏转成有任选偏转角的平行光束。
图23表示起光路分离装置作用的透射型CGH元件24基本光学特性，图23所示衍射光学元件(24)具有棱镜功能，它把任选的平行光束偏转成有任选偏转角的平行光束。
为了简化描述，如同上述的情况一样，CGH元件穿过原点，放置在包含x轴和y轴的平面内。入射到CGH元件的平行光束是用矢量分量(α1，β1，γ1)表示的平行分量，输出平行光束是用通过原点的矢量分量(α2，β2，γ2)表示的平行分量。
有入射平行光束的入射光一侧介质，其折射率为n2，而有输出平行光束的输出光一侧介质，其折射率为n3。此时，光程差函数ρ(x，y)的一般表达式如下表示。
ρ(x，y)＝n2·(α1x+β1y)/(α12+β12+γ12)1/2-n3·(α2x+β2y)/(α22+β22+γ22)1/2…(28)另一方面，一般说来，若制作计算机产生全息图所需的掩模数目用M表示，则制成的计算机产生全息图的相位级别或相位数目表示为2M。1级衍射光获得的衍射效率随这个相位级别而改变。对于有两个相位级别的计算机产生全息图，其中一个周期的相位用一个掩模形成，众所周知，入射光量的40％各自分配到+1级衍射光和-1级衍射光，余下的20％分配到其他的高级衍射光。
所以，利用这一现象，换句话说，利用两个相位级别的计算机产生全息图，入射光量的40％可以各自分配成+1级衍射光和-1级衍射光。
起光路分离装置作用的CGH元件24利用计算机产生全息图的光路分离功能。图24和图25表示+1级衍射光和-1级衍射光的状态。
参照图24，现在描述1级衍射光的状态。
此CGH元件引导1.3μm的光束，而此CGH元件设定成实现上述1.55μm光束的准直功能。由于这个原因，作为光路分离装置的CGH元件，如已经提到过的，对于1.3μm光束的焦距和偏转角都稍有变化。
波长为1.3μm的光束入射到作为光路分离装置的CGH元件上，此光束考虑成离开距离为D1一点射出的相同发散球面波，其入射角θ1不同于波长为1.55μm光束的入射角θ0。
根据上述公式(20)的关系，可以导出如下的入射角θ0与θ1之间关系式，θ1＝sin-1{(1/n2(λ＝1.3μm))·(1.3/1.5)·(n2(λ＝1.55μm)sinθ0)}…(29)其中θ0表示成θ0＝tan-1{(S1+S2)/(2T1)}…(30)为了把1级衍射光会聚到半导体激光器19上，此激光器安排在离开Z轴的上述距离x2处，就要求输出偏转角θ2满足以下公式。
θ2＝tan-1{(x1+x2)/T3} …(31)若根据公式(28)并考虑到上述条件，得到CGH元件24的光程差函数ρ(x，y)，则可以得到如下的光程差函数ρ(x，y)＝n2(x1-s1)x/{(x1-s1)2+T22}1/2+n3(x1+x2)x/{(x1+x2)2+T32}1/2……(32)对于公式(32)所示光程差函数ρ(x，y)作泰勒展开的各个光程差系数，即相位系数C0至C65，可以把公式(32)代入到图3至图9的公式(4-0)至(4-65)中得到。在图26中，运算结果表示成相位系数，即光程差系数C0至C2。由于公式(32)是x和y的线性函数，C3之后的各个系数都是零。所以，把图26所示公式(33-0)至(33-2)输入到CAD程序中公式(1)的光程差系数CN，并执行此程序，可以得到掩模图形的数据，这些数据是制作第一CGH元件24所要求的。
通过对CGH元件24的设定，图25所示-1级衍射光的偏转角θ3是唯一确定的，执行此光学CAD程序，可以容易知道-1级衍射光中心位置与z轴的偏移x3。
其次，参照图29考虑第三CGH元件25的光学特性。第三CGH元件25有会聚功能，它把作为光路分离装置的CGH元件24引导的-1级衍射光会聚到光电检测器20。
入射到第三CGH元件25上的-1级衍射光已通过第一CGH元件21，CGH元件21设定成准直上述的波长为1.55μm光束。所以，如同作为光路分离装置的CGH元件24一样，对波长为1.3μm光束的焦距和偏转角进行修正是必要的。
为此目的，如图27所示，入射到作为光路分离装置的CGH元件24上的波长为1.3μm光束，此光束考虑成离开距离为D1处一点射出的相同发散球面波，此光束的入射角θ1与波长为1.55μm光束的入射角θ0之间关系与上述公式(29)和(30)所示的相同。
从作为光路分离装置的CGH元件观察到一个虚假的像，为了求出到此像的距离D1，根据公式(27)，可以给出以下公式。
(n1/T1)-(n2/D1)＝(n1/T1)·(1.3/1.55)…(34)重新整理公式(34)，距离D1可以表示为
D1＝(n2T1)/{n1(1-1.3/1.55)} …(35)-1级衍射光传播到第三CGH元件25的距离为D3，入射到第三CGH元件25上的入射角为θ3，以下公式表示的D3与θ3之间关系成立。
D3＝{(x3-x1)2+T32}1/2…(36)θ3＝tan-1{T3/(x1+x2)}…(37)根据以上叙述，把第三CGH元件25考虑成连接物点(X41，Y41，Z41)与像点(X42，Y42，Z42)的CGH元件。
图28表示一个有点光源(X1，Y1，Z1)和光会聚点(X2，Y2，Z2)的衍射光学元件。具有这个会聚透镜作用的衍射光学元件的光程差函数ρ(x，y)可以由以下公式给出ρ(x，y)＝n1·[(x1-x)2+(Y1-y)2+Z12]1/2-n1L1+n2·[(X2-x)2+(Y2-y)2+Z22]1/2-n2L2…………(38)其中L1是原点到点光源之间距离，L2是原点到像点之间距离，L1和L2表示为L1＝(X12+Y12+Z12)1/2…(39)L2＝(X22+Y22+Z22)1/2…(40)根据公式(38)至(40)，连接物点(X41，Y41，Z41)与像点(X42，Y42，Z42)的第四CGH元件，其光程差函数ρ(x，y)可以由以下公式给出。
ρ(x，y)＝n·[(X41-x)2+(Y41-y)2+Z412]1/2-nL41+n4·[(X42-x)2+(Y42-y)2+Z422]1/2-n4L42…(41)作为实际的假设，折射率n2与折射率n3适用相同的折射率n，并假定光电检测器20是在折射率为n4的空间中。
在公式(41)中，X41＝-(D1+D3)sinθ3…(42)Y41＝0 …(43)Z41＝-(D1+D3)cosθ3…(44)以及
X42＝X4-X3…(45)Y42＝0 …(46)Z42＝T4…(47)从原点到物点的距离L41和从原点到像点的距离L42表示如下L41＝(X412+Y412+Z412)1/2＝(D1+D3)…(48)L42＝(X422+Y422+Z422)1/2＝{(x4-x3)2+T42}1/2…(49)考虑到放置光电检测器20的自由度数目，此处第三CGH元件25的中心位置和光电检测器的位置都看成是独立参量。
公式(41)所示光程差函数ρ(x，y)泰勒展开式的各个光程差系数，即相位系数C0至C65，可以把图3至图9的公式(4-0)至(4-65)代入到公式(41)中而得到。
在图29至图34中，给出了相位系数，即光程差系数C0至C65的运算结果。所以，把图29至图34所示公式(50-0)至(50-65)输入到CAD中公式(1)的光程差系数CN，并执行此程序，可以得到掩模图形的数据，这些数据是制作第三CGH元件25所要求的。
参照图35，我们描述最后一个CGH元件的第四CGH元件26。第四CGH元件26有会聚功能，它把作为光路分离装置的CGH元件24引导的1级衍射光会聚到半导体激光器19。在实际中，第四CGH元件26有双向作用，它把来自半导体激光器19的波长为1.3μm发散球面变成平行光，并把此光送向第一输入终端11。
入射到第四CGH元件26上的1级衍射光已通过第一CGH元件21，CGH元件21设定成准直如上所述波长为1.55μm光束。所以，如同在第三CGH元件25中一样，对波长为1.3μm的焦距和偏转角进行修正是必要的。
为此目的，如图28所示，入射到第三CGH元件25上波长为1.3μm光束考虑成离开距离为D1处一点射出的相同发散球面波，此光束的入射角θ1与波长为1.55μm光束的入射角θ0之间关系与上述公式(29)和(31)所示的相同。
从作为光路分离装置的CGH元件观察到一个虚假的像，关于与此像的距离D1，根据公式(27)，其关系与公式(34)和(35)相同。
另一方面，1级衍射光到第四CGH元件26的距离为D2，入射到第四CGH元件26上的入射角为θ2，以下公式表示的二者之间关系成立。
D2＝{(x2-x1)2+T32}1/2…(51)θ2＝tan-1{T3/(x2-x1)}…(52)根据以上叙述，把第四CGH元件26考虑成连接物点(X51，Y51，Z51)与像点(X52，Y52，Z52)的CGH元件。所以，如同在第三CGH元件25与像点(X52，Y52，Z52)中一样，根据上述公式(38)至(40)，作为连接物点(X51，Y51，Z51)与像点(X52，Y52，Z52)的第四CGH元件26的光程差函数ρ(x，y)，得到以下公式。
ρ(x，y)＝n·[(X51-x)2+(Y51-y)2+Z512]1/2-n1L51+n4·[(X52-x)2+(Y52-y)2+Z522]1/2-n4L52…(53)与第三CGH元件25一样，实际的假设是，折射率n2和折射率n1适用相同的折射率n，并假定半导体激光器19是在折射率为n4的空间中。
在公式(53)中，X51＝(D1+D2)sinθ2…(54)Y51＝0 …(55)Z51＝-(D1+D2)cosθ2…(56)以及X52＝0 …(57)Y52＝0 …(58)Z52＝T5…(59)从原点到物点的距离L51和从原点到像点的距离L52表示如下。
L51＝(X512+Y512+Z512)1/2＝(D1+D2) …(60)L52＝(X522+Y522+Z522)1/2＝T5…(61)为了与制作阶段的要求一致，一个先决条件是，半导体激光器19的位置与第四CGH元件26的中心位置重合。
关于第四CGH元件26，公式(53)所示光程差函数ρ(x，y)泰勒展开式中的各个光程差系数，即相位系数C0至C65，可以把图3至图9中公式(4-0)至(4-65)代入到公式(53)中而得到。
在图36至图41中，给出了相位系数，即光程差系数C0至C65的运算结果。所以，把图36至图41所示公式(62-0)至(62-65)输入到CAD程序中公式(1)的光程差系数CN，并执行此程序，可以得到掩模图形的数据，这些数据是制作第四CGH元件26所要求的。
所以，按照本发明光学设备的多层结构16包括步骤为根据CGH元件21至26的上述掩模图形数据制作掩模；利用这些掩模通过照相平版法和刻蚀技术在玻璃14和15上制成CGH元件21至26和分波长滤波器23；以及把已经在其上面制成光学元件21，22，23，24和25的玻璃板14和15与玻璃板13粘合在一起。
由这个多层结构16形成的本发明光学设备10的尺寸不大于几百微米，因此，光学设备10可以做成很小的尺寸。所以，如图42所示，第一CGH元件21和第二CGH元件22以高密度制成，成对地形成在大玻璃板14的大量面积元上，每个面积元上有一对。作为偏转装置的大量分波长滤波器以高密度形成在玻璃板14的另一面上，使这些滤波器与上述的面积元有一一对应关系。
在大玻璃板15的一个表面上，作为光路分离装置的大量CGH元件22以高密度集成，这些CGH元件与上述面积元有一一对应关系。在大玻璃板的另一表面上，第三CGH元件25和第四CGH元件26以高集成密度制成，成对地与面积元有一一对应关系。
在其上面形成光学元件21，22，23，24，25和26的大尺寸玻璃板14和15与大尺寸玻璃板粘合在一起形成多层结构16’，此结构中大量光学设备10以高集成密度制成。
接着，在玻璃板13，14和15的厚度方向分割集成结构16’，能够以高效率制成大量光学设备10。
包括分波长滤波器23的偏转装置可以用与波长有依赖关系的CGH元件形成，这在以下要描述的。
然而，与用介质薄膜制成的分波长滤波器23比较，用CGH元件形成的分波长滤波器不利于减小光学设备10的尺寸。所以，如结合图1已经描述的，就希望用介质薄膜滤波器形成的波长滤波器23作为偏转装置。
可以采用各种类型玻璃材料，如硅或光损耗较小的塑料材料，以替代玻璃板13至15。<第二个实施例>
图43表示按照本发明另一个实施例的光学设备。在图43所示的光学设备110中，与第一实施例中相同的功能部件用相同的参考数字标明。
具有折射率为n4和均匀厚度的第五玻璃板115的一个表面115a粘合到第一个实施例中多层结构16的第三玻璃板15另一表面15b上，使多层结构116包括第一至第五玻璃板13，14，15和116。
半导体激光器19和光电检测器20是在第四玻璃板115的另一面上。光电检测器20与第二输出终端18之间的距离T4与半导体激光器19与第二输入终端17之间的距离T5相等。
在光学设备110中，把第三CGH元件25和第四CGH元件26制成在第四玻璃板115的一个表面115a上，以及把半导体检测器20和半导体激光器19制成在其另一表面115b上，利用照相平版法可以同时制成相互面对面的第三CGH元件25和光电检测器20以及相互面对面的第四CGH元件26和半导体激光器19。
因此，可以预期在对准相应一对光学元件25与20之间以及26与19之间有较高的精度。
在制造光学设备110过程中，如图44所示，把光学元件21，22，23，24，25，26，19和20制成在与第一个实施例中相同的玻璃板13，14，15上以及另一块玻璃板115上，并把已制成光学元件的那些玻璃板粘合在一起，能够以高密度制成有大量光学设备110的多层结构116’。
最后，与第一个实施例中一样，可以把多层结构116’按纵向分割以得到单独的光学设备110。
在以下的实施例中也是一样，与第一个和第二个实施例中相同的功能部件用相同的参考数字标明。<第三个实施例>
图45表示按照本发明第三个实施例的另一个光学设备120。在光学设备120中，在第一玻璃板13一个面13a上只有第一输入终端11。在第二玻璃板14一个面14a只有第一CGH元件21，第一玻璃板13的另一面13b粘合到表面14a。
偏转装置23和反射镜121是在第三玻璃板15的一个面15a上，第二玻璃板14的另一面14b粘合到面15a上。反射镜121可以采用金属膜汽相淀积方法，把铝或金蒸镀到第三玻璃板15上而制成。
光路分离装置24，第二CGH元件22，和第三CGH元件25是在第三玻璃板15的另一面15b上。
第四CGH元件26是在第三玻璃板115的一个面115a上，第一输出终端12，半导体激光器19，和光电检测器20是在其另一个面115b上。
在图45第三个实施例的光学设备120中，偏转装置23是透射型计算机产生全息图，即，具有棱镜功能的透射型CGH元件23。
从第一输入终端11进入的多路复用光被第一CGH元件21转换成平行光束，此平行光束被导向具有棱镜功能的CGH元件23。
接收此平行光束的CGH元件23按照此CGH元件与波长的关系，把多路复用光分成第一波长分量1.55μm平行光束和第二波长分量1.3μm平行光束，第一波长分量平行光束传向第二CGH元件22，而第二波长分量平行光束传向光路分离装置24。
被偏转装置分出的波长1.55μm平行光束被第二CGH元件22会聚到第一输出终端12，此偏转装置是由透射型CGH元件形成。
另一方面，被CGH元件23分出的波长1.3μm平行光束被导向光路分离装置24。
光路分离装置24是由含多层介质膜的分波长滤波器形成，如同第一个实施例中所用多层介质膜一样。分波长滤波器24反射一部分第二波长分量到反射镜121，并把其余部分引向第四CGH元件26。
指向反射镜121的第二波长分量被导向第三CGH元件25，会聚到光电检测器20。
从半导体激光器19射出的光被反射镜121反射，作为一个穿过第四CGH元件26，光路分离装置24，和作为偏转装置的CGH元件23的透射光，被导向第一输入终端11。
与分波长滤波器，如多层介质膜制成的半反射镜，进行对比，CGH元件形成的偏转装置能够基本上消除偏转装置中的光损耗。<第四个实施例>
在图46所示第四个实施例的光学设备130中，第三玻璃板15是由粘合在一起的两个分段构成，光路分离装置24形成在两个分段15a与15b之间。
光路分离装置24是由透射型CGH元件24形成。利用这个CGH元件，光路分离装置24引导来自偏转装置23的1.3μm平行光束，使此光束传向第三CGH元件25和第四CGH元件26。
CGH元件能够通过执行上述CAD程序，穿过掩模图形刻蚀玻璃材料而制成。已经报导过用作衍射光学元件的CGH元件刻蚀深度与衍射效率之间令人感兴趣的关系，如在“二元光学技术关于多阶衍射光学元件衍射效率的理论极限”，一文中Technical Report(技术报告)No.914，1991年麻省理工学院林肯实验室出版。
图47是曲线图，表示衍射效率η与两个刻蚀掩模(即，四个相位级别)的刻蚀深度φ(用波长作单位)之间关系，图中的竖直轴代表衍射效率，水平轴代表刻蚀深度，此曲线图中各条特性曲线的形状随相位级别的数目而改变。
按照图47中的特性曲线，可以知道，例如，使刻蚀深度为与波长相对应的1.3μm，可以得到仅有的1级衍射光，其强度大致为入射光的80％。使刻蚀深度为波长的一半，入射光可以分成约40％的0级光和约40％的1级光。
相同波长下的衍射效率，即高级光分出的强度部分，与刻蚀深度之间对应关系随掩模数目或相位级别数目而改变。
所以，按照所用CGH元件的相位级别数目选取适当的刻蚀深度，相同波长的光束可以按照合适的强度比例进行分配。
所以，如结合第一个实施例已往描述的，选取CGH元件的相位级别，再选取CGH元件的刻蚀深度，相同波长的光束可以按照合适的强度比例进行分配。
与利用半反射镜分波长滤波器用作光路分离装置情况进行对比，由CGH元件形成的光路分离装置能够在相对宽的范围内选取衍射效率。采用大的衍射角，就可以减小第三玻璃板15的厚度T3。<第五个实施例>
在本发明第五个实施例的光学设备140中，第三CGH元件25与第四CGH元件26安排成平行，沿着被偏转装置23分出的1.3μm单个平行光束的光路，此偏转装置23由具有棱镜功能的透射型CGH元件形成。
具有不同偏转方向的元件25和26安排成与没有被光路分离装置分出的单个平行光束平行，所以，第三CGH元件25与光电检测器20相关联，第四CGH元件26与半导体激光器19相关联。
所以，第三CGH元件25和第四CGH元件26基本上实现光路分离功能。这就避免了安装单独的光路分离装置24，可以使光学设备的尺寸减小。<第六个实施例>
在图49所示第六个实施例的光学设备150中，第一输入终端11和第一输出终端12与半导体激光器19和光电检测器20一起都在第一玻璃板13的一个面13a上。
第一CGH元件21，第二CGH元件22，第三CGH元件25和第四CGH元件26是在第二玻璃板14一个面上，第一玻璃板13的另一面13b粘合到那个面上。反射型CGH元件形成的偏转装置是在第二玻璃板14的另一面14b上。
这个反射型CGH元件23可以用透射型全息图CGH元件与一个反射镜组合而成，此透射型CGH元件在第三个实施例中描述成偏转装置23。
从第一输入终端11射入的多路复用光在通过第一CGH元件21之后指向偏转装置23。
如上所述，反射型CGH元件形成的偏转装置把多路复用光按其波长分成第一波长分量和第二波长分量。反射型CGH元件形成的偏转装置23反射第一波长分量1.55μm平行光束到第二CGH元件22，还反射第二波长分量1.3μm平行光束到第三CGH元件25和第四CGH元件26。
利用刻蚀掩模制成反射型CGH元件和透射型CGH元件，二者相位与刻蚀深度之间关系，即刻蚀深度与波长λ之间关系表示在以下的公式中。
T透射＝λ/(2|n1-n2|) …(63)T反射＝λ/(4n1) …(64)公式(63)表示两相位级别透射型CGH元件的刻蚀深度与波长之间关系，另一方面，公式(64)表示两相位级别反射型CGH元件的刻蚀深度与波长之间关系。
在透射型CGH元件的公式(63)中，涉及光通过两种介质的折射率之差(n1-n2)，在反射型CGH元件的公式(64)中，只涉及一种介质的折射率n1。
上述表明，反射型CGH元件的衍射效率相当于比反射型有较浅刻蚀深度时透射型CGH元件的衍射效率。
所以，如图49所示，利用反射型CGH元件的偏转装置比利用透射型CGH元件的偏转装置在相同刻蚀深度下可以获得更大的衍射角。反射型偏转装置23还有其他的优点，其中包括在较浅的刻蚀深度下可以获得较大的衍射角，以及可以减小纵横比。
若采用反射型偏转装置23，多层结构16可以由两片玻璃板制成第一玻璃板13和第二玻璃板14，所以，可进一步简化光学设备的结构。<第七个实施例>
如图50第七个实施例中所示，在第一玻璃板13另一表面13b上有第一CGH元件21，第二CGH元件22，第三CGH元件25和第四CGH元件26，把第一输入终端11，第一输出终端12，半导体激光器19和光电检测器20放在第一玻璃板13一个表面13a上时，能够提高光学元件11，12，19，20，21，22，25的匹配精度。<第八个实施例>
在图51的光学设备210中，多路复用光从第一输入终端11射入并通过第一CGH元件21，此多路复用光被偏转装置23(23a和23b)分成第一波长分量1.55μm平行光束和第二波长分量1.3μm平行光束，此偏转装置23是由两个透射型CGH元件23a和23b组合而成，两个透射型CGH元件23a和23b形成在第三玻璃板15的同一表面15a上。
打算利用有不同偏转角的CGH元件，不同偏转角是由于波长不同造成的，在第一CGH元件21之后一个平行光束的光路上，把具有不同特性的两个CGH元件23a和23b安排成平行形成偏转装置23。
已经通过一个CGH元件23a的第一波长分量被其偏转功能作用指向作为反射装置的反射镜211，此反射装置是在第三玻璃板15的另一面15b上，并且被具有棱镜功能的辅助CGH元件212转换成平行光束，此平行光束被引导到第二CGH元件22。
已经通过另一个CGH元件23b的第二波长分量被CGH元件23b的偏转功能作用引向光路分离装置24，此光路分离装置是由多层介质薄膜制作的半反射镜，即介质滤波器形成的。
与第一个实施例中一样，光路分离装置24把第二波长分量1.3μm平行光束引向第一光路27和第二光路28。沿着第一光路27传播的平行光束通过第三CGH元件25，射到光电检测器20上。第二光路28被反射镜213反射，传向第四CGH元件26。
借助图51第八个实施例中光学设备210，选取入射到CGH元件23a和CGH元件23b的入射光强度分布，这两个CGH元件是偏转装置23的组成部分，再选取这两个CGH元件的面积比，能够按照所要求的强度比例分出第一波长分量和第二波长分量。<第九个实施例>
在图52所示第九个实施例中，被偏转装置23分出的第二波长分量平行光束被透射型CGH元件形成的光路分离装置24分成两个光通量，一个光通量沿着第一路径27传播到第三CGH元件25，另一个光通量沿着第二路径28传播到第四CGH元件25，其中偏转装置23是由第八个实施例所示透射型CGH元件23a和23b组成。
按照包含透射型CGH元件形成的光路分离装置24的光学设备220，如结合第四个实施例所描述的，通过选取制作CGH元件的刻蚀相位数目，或刻蚀深度，可以把第二波长分量按所要求的分配比进行分解，所以，恰当地设定来自半导体激光器19的光强度与射入到光电检测器的光强度之间关系就变得很容易。<第十个实施例>
在图53所示的第十个实施例中，在第一CGH元件21之后，沿着平行光束光路平行放置的偏转装置是第九个实施例所示的CGH元件23a以及第三CGH元件25和第四CGH元件26，后两个CGH元件用作CGH元件23b。
在按照第十个实施例的光学设备230中，沿着来自第一CGH元件21平行光束光路形成的第三CGH元件25和第四CGH元件26，由于其对波长的偏转特性，把第二波长分量直接引到光电检测器20和半导体激光器19。
所以，在第十个实施例中，第三CGH元件25和第四CGH元件26二者都实现偏转装置23的分离功能，因此，没有必要安装单独的偏转光学元件，该光学设备可以有简单形式的结构。<第十一个实施例>
在图54所示第十一个实施例的光学设备240中，第一输入终端11，第一输出终端12，半导体激光器19和光电检测器20是在第一玻璃板13同一个表面13a上。
在光学设备240中，反射型CGH元件23a和23b是在第一玻璃板13的另一面上，替代第八个和第九个实施例中所示由透射型CGH元件23a和23b组成的偏转装置23。
在这个偏转装置中，考虑到光学元件的三维布置，所以，入射光与来自反射型CGH元件23a和23b的输出光束并不相交。
被反射型CGH元件23a偏转的第一波长分量通过第二CGH元件22，被引向第一输出终端12。
另一方面，被反射型CGH元件23b偏转的第二波长分量被反射镜213反射到辅助CGH元件214，此辅助CGH元件是由具有棱镜功能的反射型CGH元件形成。辅助CGH元件214引导第二波长分量平行光束到第三CGH元件25以实现偏转装置23的功能，也引导第二波长分量到第四CGH元件26。
包含反射型CGH元件23a和23b的偏转装置23实现相同于透射型CGH元件的衍射功能，但反射型CGH元件有较浅的刻蚀深度，所以，采用反射型偏转装置的光学设备较容易制造。若刻蚀深度相同，反射型偏转装置比透射型偏转装置可以有较大的偏转角。由于这个原因，反射型偏转装置更适宜光学设备240厚度的减小。<第十二个实施例>
在图55所示按照第十二个实施例的光学设备310中，作为把已经通过第一CGH元件21的多路复用光分成第一和第二波长分量平行光束的偏转装置23，采用第三个实施例中所示透射型CGH元件形成的偏转装置23。
被偏转装置23分出的1.55μm平行光束被作为反射装置的反射镜311反射，从而被引向具有棱镜功能的辅助CGH元件312，此辅助CGH元件把平行光束再引到第二CGH元件22。
另一方面，被透射型CGH元件23分出的1.3μm平行光束被引到光路分离装置24，此光路分离装置是由多层介质膜半反射镜，即分波长滤波器形成的。
与第一个实施例中一样，光路分离装置24把第二平行光束分到第一光路27和第二光路28。第一光路27上的平行光束通过第三CGH元件25，到达电检测器20。第二光路上来自反射镜313的平行光束到达第四CGH元件26。<第十三实施例>
在图56所示第十三个实施例(光学设备)中，作为分解第二波长分量平行光束的光路分离装置24，可以采用与第一个实施例中相同的透射型CGH元件24，其中第二波长分量平行光束是被第十二个实施例中透射型CGH元件23a和23b分出的。
偏转装置和光路分离装置24二者都可以用CGH元件形成，含有这种装置的光学设备230适宜于减小尺寸。<第十四个实施例>
在图57的第十四个实施例(光学设备330)中，第三CGH元件25和第四CGH元件26安排在第二波长分量平行光束的光路上，第二波长分量是由第十三个实施例中所示透射型CGH元件形成的偏转装置23所分出的，第三CGH元件25和第四CGH元件26也用于实现光路分离装置的光路分离功能。由于这种安排，该设备结构可以如同第五个实施例中一样被简化。<第十五个实施例>
在图58的第十五个实施例(光学设备340)中，作为偏转装置23，可以采用反射型CGH元件形成的偏转装置23，此偏转装置如同第六个实施例中的那个一样。
被反射型CGH元件分出的第二波长分量被作为反射装置的反射镜313反射，并被引向具有棱镜功能的反射型CGH元件形成的辅助CGH元件314，此元件如同第十一个实施例中的那个一样。辅助CGH元件314把第二波长分量平行光束引向共同实现偏转装置23功能的第三CGH元件25和第四CGH元件26。<第十六个实施例>
在图59的第十六个实施例(光学设备410)中，已经通过第一CGH元件21的多路复用光被多层介质膜制成的分波长滤波器23分成第一波长分量和第二波长分量，此分波长滤波器如同第一个实施例中那个一样。
第一波长分量平行光束被引向第二CGH元件22，此CGM元件再把光束引到第一输出终端12。
另一方面，第二波长分量平行光束被半反射镜形成的光路分离装置24分成传到第一路径的光束和传到第二路径的光束，其中半反射镜是用多层介质膜制成，如同上述的那个一样。
如结合第十二实施例所描述的，沿着第一路径传播的平行光束通过第三CGH元件25到达光电检测器20。沿着第二路径传播的平行光束被作为反射装置的反射镜411反射，通过第四CGH元件26之后到达半导体激光器19。<第十七个实施例>
在图60的第十七个实施例(光学设备420)中，可以采用与第一个实施例相同的具有棱镜功能的CGH元件24，替代第十六个实施例中半反射镜形成的光路分离装置24。
在第十七个实施例中，被CGH元件24分出并沿着第一路径27传播的平行光束通过第三CGH元件25之后到达光电检测器20。被CGH元件24分出并沿着第二路径28传播的平行光束通过第四CGH元件之后到达半导体激光器19。<第十八个实施例>
在图61的第十八个实施例(光学设备430)中，在已经通过反射型CGH元件的第二波长分量平行光束光路上，此反射型CGH元件如同第十六个实施例中那个一样，第三CGH元件25和第四CGH元件26共同实现光路分离装置24的功能。按照这种布置，如同第十五个和第十六个实施例一样可以简化光学设备的结构。<第十九个实施例>
在图62的第十九个实施例(光学设备440)中，第一输入终端11，第一输出终端12和半导体激光器19和20是在第一玻璃板13的同一面上。
第一CGH元件21，第二CGH元件22，第三CGH元件25和第四CGH元件26是在第一玻璃板13的另一面13b上。如同第十八个实施中那个一样，分波长滤波器形成的偏转装置23是在第二玻璃板14的表面14b上，此表面是与粘合到第一玻璃板13上表面14a相对的一个面。
已经通过偏转装置23的第二波长分量平行光束被反射镜412反射到第三CGH元件25和第四CGH元件26上，此反射镜是在与第三玻璃板15表面15a相对的一个表面15b上，表面15a粘合到第二玻璃板14上。
在下面的实施例中，我们描述用于光通信终端站的光学设备，此光学设备包括共同终端，用于接收一个波长分量光束，输出另一个波长分量光束，这两个波长分量出自双向通信中两个相反方向的波长分量；输出终端，用于送出一个波长分量光束到光电检测器；和输入终端，用于接收来自光源另一个波长分量光束。<第二十个实施例>
图63表示按照本发明另一个实施例的光学设备1100。图63中的光学设备包括第一玻璃板1111，它用与第一个实施例中相同的材料制成；第二玻璃板1112，它有一个粘合到第一玻璃板另一表面1111b上的表面1112a；第三玻璃板1113，它有一个粘合到第二玻璃板1112另一表面1112b上的表面1113a；和第四玻璃板1114，它有一个粘合到第三玻璃板1113另一表面1113b上的表面1114a。
玻璃板1111，1112，1113和1114的厚度分别为T1，T2，T3和T4，其折射率分别为n1，n2，n3和n4。在用折射率n5标明的空间中，光源1116和光检测器1117是在离第四玻璃板1114另一表面1114b的距离为T5位置处。
面向光检测器1117的第四玻璃板1114另一表面1114b的一部分是一个射到光检测器的光输出终端，这个输出终端有一个在其上面形成的第一CGH元件1118。采用光电转换元件，如上述的光电检测器，作为光检测器1117。
面向光源1116的玻璃板1114另一表面1114b的一部分用作来自光源的光输入终端，这个输入终端有一个在其上面形成的第二CGH元件1119。采用发光元件，如上述的半导体激光器，作为光源1116。
例如，波长为1.5μm的光束入射到第一玻璃板1111上的共同终端1110。另外，共同终端1110射出波长为，例如1.3μm光束，此光束来自光源1116，以下还要描述。
在共同终端1110与第一CGH元件1118和第二CGH元件1119之间，第二十个实施例中有作为偏转装置的第三CGH元件1120，第四CGH元件1121，和一对第五CGH元件1122(1122a和1122b)。
第四CGH元件1121是在第二玻璃板1112表面1112a上，它具有准直功能，把从共同终端进入的发散球面波转换成平行光束，并把此平行光束引向偏转装置1120。
在图64的例子中，作为偏转装置的第三CGH元件1120是在第三玻璃板1113表面1113a上。从第四CGH元件1121接收平行光束的偏转装置1120起到一个线性光栅的作用，把来自入射光路的光分到第一路径1123a和第二路径1123b。例如，第一路径1123a可以是由+1级衍射光路形成的，第二路径1123b可以是由-1级衍射光路形成的。
在第一路径1123a上安排第五CGH元件1122a，在第二路径1123b上安排另一个第五CGH元件1122b。一对第五CGH元件1122a和1122b都具有棱镜功能，它们是在第三玻璃板1113另一表面1113b上。
一个第五CGH元件1122a把第一路径1123a上传播的1.5μm波长分量光束引到第一CGH元件1118，此第一路径是由偏转装置1120引导的。所以，从共同终端1110进入的一个波长分量光束被第一CGH元件引导，被CGH元件1118的会聚功能作用引向光检测器1117。
来自光源1116的发散球面波光束，更具体地说，例如，另一波长分量1.3μm光束被第二CGH元件1119引到第五CGH元件1122b，第二CGH元件具有会聚功能，起到一个准直透镜的作用，此光束再被CGH元件1122b的棱镜功能作用，引到偏转装置1120的第二路径1123b上。
所以，来自光源的另一波长分量光束通过第五CGH元件1122b，偏转装置1120和第四CGH元件1121，然后从共同终端1110射出。
各个CGH元件1118，1119，1121，1120和1122(1122a和1122b)可以用与第一个实施例中相同的方法制成。在设计这些CGH元件时，例如，把CGH元件考虑成适用于一个波长分量，然后，与另一波长分量相关的CGH元件可以按照波长差进行修改。
此处，CGH元件考虑成，例如按照1.3μm波长分量相关的特性，然后，对于波长分量为1.5μm的CGH元件进行由于波长差引起的修正。
第四CGH元件1121具有准直功能。所以，如同第一个实施例中第一CGH元件一样，根据公式(5)和(6)得到把发散球面波转换成平行光束的光程差函数ρ(x，y)，在此基础上可以制造所要求的刻蚀掩模。利用此刻蚀掩模对透镜材料进行刻蚀，能够制成第四CGH元件1121。
作为偏转装置的第三CGH元件1120以及第五CGH元件1122a和1122b都具有透射型棱镜功能。所以，如同第一个实施例中CGH元件24一样，根据公式(28)得到把一个平行光束转换成另一个平行光束的光程差函数ρ(x，y)，在此基础上可以制造刻蚀掩模。利用此刻蚀掩模进行刻蚀，能够制成这些CGH元件1120，1122a和1122b。
作为偏转装置的第三CGH元件1120起到线性光栅的作用，对于这个CGH元件，与第一个实施例中光路分离装置一样，可以采用两个相位级别的CGH元件。
图64表示一个刻蚀掩模，即有两个相位级别的衍射效率η与刻蚀深度(以波长为单位)之间关系，其中竖直轴表示衍射效率，水平轴表示刻蚀深度。
在此曲线图中，各条特性曲线的形状随相位级别的数目而改变。
根据图64的特性曲线可以知道，例如，若设定的刻蚀深度相当于波长的1.3μm，能够得到的+1级衍射光强度和-1级衍射光强度大致各为入射光的40％。若设定的刻蚀深度为波长的60％左右，入射光可以分成约30％的0级光，即直线透射光，以及约30％的+1级衍射光和约30％的-1级衍射光。
衍射效率，换句话说，分成的强度比例与刻蚀深度之间对应关系随掩模数目或相位级别数目而改变。所以，按照所用CGH元件的相位级别数目选取适当的刻蚀深度，相同波长的光束可以按适合的强度比进行分配。
所以，如结合第一个实施例所描述的，在选取CGH元件相位级别以外再选取CGH元件刻蚀深度，可以把光路按适合的强度比进行分配。例如，光路可以分成第一路径1123a和第二路径1123b。
与采用WDM反射镜作为光路分离装置情况进行对照，CGH元件形成的光路分离装置利用高级衍射光能够在相对宽的范围内选择衍射方向。利用大的衍射角，就可以减小第三玻璃板1113的厚度T3。
第一CGH元件1118和第二CGH元件1119可以看成把沿着第一路径1123a和第二路径1123b传播的平行光束等同地会聚到像点的CGH元件。
所以，与第一个实施例中CGH元件22一样，在按照上述公式(10)和(11)的光程差函数ρ(x，y)基础上，可以得到第一CGH元件1118和第二CGH元件1119。
另一方面，如已经描述过的，CGH元件的焦距和衍射角与光的波长有关。所以，若CGH元件1121，1120，1122a和1118是按照波长1.3μm设计的，对于波长分量为1.5μm通信的CGH元件，必须进行波长差的修正。
第四CGH元件1121对于1.3μm波长分量具有合适的会聚功能，但不能把从共同终端进入的1.5μm波长分量转换成平行光束，而是把1.5μm波长分量会聚到距离D2处的像点上。偏转装置1120对于波长1.5μm和1.3μm的作用也不同。
对于第四CGH元件1120，根据从公式(27)导出的下列公式，可以得到1.5μm波长分量的像点距离D2。
D2＝5.2(n2T1/n1) …(65)在1.5μm波长分量下的第四CGH元件1121偏转角可以根据公式(20)进行修正。利用市场上出售的光学CAD程序中光线跟踪方法，可以完成这个偏转角修正。
为了把这个会聚光转换成平行光束，可以修正第五CGH元件1122a。根据从公式(65)导出的以下公式，可以得到第五CGH元件1122a到相当的点光源距离D4。
(D4/n4)＝(D2/n2)-{(T1/n1)+(T2/n2)+(T3/n3)}…(66)根据这个关系式，可以得到第五CGH元件1122a在1.5μm光束时的准直功能。修正第一CGH元件1118，以便使1.5μm平行光束会聚。
可以使第一CGH元件1118实现如图28和公式(38)所示成像作用而无需提供有准直功能的第五CGH元件1122a。CGH元件1118这一成像作用能够增补第五CGH元件1122a的准直功能。此时，根据以下公式可以导出第一CGH元件1118到物点的距离D6。
(D6/n5)＝(D2/n2)-{(T1/n1)+(T2/n2)+(T3/n3)+(T4/n4)}…(67)根据考虑到公式(67)修正的光程差函数公式(38)，可以得到具有成像作用的第一CGH1118。
对于上述波长差的修正，如同第一个实施例中一样，首先对1.5μm波长设计CGH元件，然后可以引入另一波长1.3μm下的修正。
在按照本发明第二十个实施例的光学设备1100中，从共同终端1110进入的一个波长分量1.5μm光束被第四CGH元件1121转换成平行光束，被引导到偏转装置1120，通过此偏转装置确定的第一路径传输之后进入第五CGH元件1122a。
通过第一路径的一个波长分量光束被第五CGH元件1122a偏转到第一CGH元件1118，第一CGH元件把此光束会聚到光检测器1117。
来自光源1116的另一个波长分量1.3μm光束被第二CGH元件1119的准直功能转换成平行光束，此平行光束被第五CGH元件1122b的棱镜功能引导，通过第二路径1123b到偏转装置。
来自偏转装置1120的另一波长分量光束被第四CGH元件1121的会聚功能会聚到共同终端1110。
所以，按照采用上述CGH元件的光学设备1100，此光学设备可以做成尺寸小的结构以及批量制造，所以能够提供低成本的光学设备。<第二十一个实施例>
图65表示按照本发明第二十一个实施例的光学设备1200。
按照图65所示光学设备1200，可以免除第二十个实施例中所用的第五CGH元件1122(1122a和1122b)。在此实施例中，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119都具有上述的准直功能和成像功能，还具有棱镜功能。
按照此光学设备1200，结合免除第五CGH元件1122(1122a和1122b)的可能性，就可能去掉第四玻璃板1114，可以进一步减小设备尺寸和降低制作成本。<第二十二个实施例>
图66表示按照本发明第二十二个实施例的光学设备1210。
在图66所示第二十二个实施例中，可以免除第二十个和第二十一个实施例中所示具有准直功能的第四CGH元件1121。
由于去掉了第四CGH元件1121，从偏转装置分别延伸到CGH元件1118和CGH元件1119的第一路径1123a和第二路径1123b都是发散光路径。所以，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119都具有成像功能。
按照此光学设备1210，可以免除第四CGH元件1121和第三玻璃板1113。所以，此实施例适宜于进一步减小设备尺寸和降低制作成本。
在第二十个至第二十二个实施例中，采用透射型CGH元件作为偏转装置1120，但在以下所示第二十三个至第二十六个实施例中，可以采用反射型CGH元件。
把透射型CGH元件与反射装置组合能够得到反射型CGH元件，此反射装置是用金属，如铝或金，汽相淀积方法做成。<第二十三个实施例>
在图67所示光学设备1220中，共同终端1111，光源1116和光检测器1117是在第一玻璃板1111的一个面上。第四CGH元件1121，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119是在第二玻璃板1112的一个面1112a上形成，此面粘合到第一玻璃板1111另一面1111b上。
偏转装置1120是在第二玻璃板1112另一面1112b上形成，可以采用反射型CGH元件，作为偏转装置的第三CGH元件1120。
因此，来自第四CGH元件1121的平行光束被反射型第三CGH元件1120反射到第一CGH元件1118和第二CGH元件1119。沿着第一路径1123a和第二路径1123b传播的平行光束被第一CGH元件1118和第二CGH元件1119反射到光检测器1117和光源1116。
利用刻蚀掩模形成反射型CGH元件和透射型CGH元件的相位刻蚀深度，即刻蚀深度与波长λ之间关系表示在上述的公式(63)和(64)中。
如上所述，这表示反射性CGH元件在较浅的刻蚀深度下给出与透射型CGH元件相同的衍射效果。
所以，如图67所示，采用反射型CGH元件的偏转装置1120在与采用透射型CGH元件的偏转装置相同刻蚀深度下给出较大的偏转角。而且，采用反射型CGH元件的偏转装置在较浅的刻蚀深度下给出相同的衍射角，在众多优点之中可以有减小纵横比的优点。
当采用反射型偏转装置1120时，可以只用两块玻璃板，第一玻璃板1111和第二玻璃板1112，形成多层结构1115，所以能简化此设备的结构。<第二十四个实施例>
在图68所示按照第二十四个实施例的光学设备1230中，反射型第五CGH元件1122b用在第二路径1123b上。若利用反射型CGH元件的反射作用，光源1116能够安排在第二玻璃板1112另一面1122b上，光源是在有光检测器(第一玻璃板1111一个面1111a)相对的一侧。<第二十五个实施例>
如图69所示，在第二十五个实施例中也采用反射型第三CGH元件1120，可以免除具有准直功能的第四CGH元件1121。在第二十五个实施例的光学设备1240中，如同在第二十二个实施例中一样，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119都是如同第二十二个实施例中一样，在棱镜功能以外添加成像功能。<第二十六个实施例>
如图70所示，反射型CGH元件除了用作第三CGH元件1120以外，还可以用作第一CGH元件1118和第二CGH元件1119。
在第二十六个实施例的光学设备1250中，反射镜1124a和1124b用在第一路径1123a和第二路径1123b上。按照此光学设备1250，各个光学元件可以安装在单块玻璃板1111上，无需使用多块玻璃板。
作为CGH元件形成的偏转装置1120确定的第一路径1123a和第二路径1123b，可以采用0级衍射光路或1级衍射光路的组合，或1级衍射光路与2级衍射光路的组合，如在第二十七个至第二十九个实施例中所示。<第二十七个实施例>
在图71所示光学设备中，接收来自第四CGH元件1121平行光束的CGH元件形成的偏转装置1120有第一路径1123a和第二路径1123b，这两条路径分别由1级衍射光路和0级衍射光路所规定，0级衍射光路是一条直线传播路径。
所以，在按照第二十七个实施例的光学设备中，从共同路径进入并被第四CGH元件1121引向偏转装置1120的一个波长分量光束通过第一路径1123a和第一CGH元件1118传播到光检测器1117。
从光源1116射出并被第二CGH元件1119引向第二路径1123b的另一波长分量光束通过偏转装置1120和第四CGH元件1121传播，输出到共同终端1110。
在上述CGH元件形成的偏转装置1120中，在利用刻蚀掩模制作CGH元件的刻蚀透镜材料过程中，通过改变刻蚀深度，可以改变0级衍射光路与1级衍射光路的强度比，从而通过调整刻蚀深度可以得到合适的强度比。
因为0级衍射光路是把衍射光路与入射光路成直线对准而形成的，所以，第三CGH元件1120和第二CGH元件1119能够同轴地制成。由于这个原因，关于制造工艺问题，与CGH元件1119用在相对于入射光路有某一角度的高级衍射光路情况比较，CGH元件1119的透镜数值孔径可以增大得多些，所以可提高此CGH元件与光源的耦合效率。<第二十九个实施例>
如图73的第二十九个实施例所示，第三CGH元件1120可以采用二十七个实施例中，反射型CGH元件。在第二十九个实施例的光学设备1280中，CGH元件1121，1119和1118能够在第一玻璃板1111另一面1111b上形成。
与图27的第二十九个实施例的布置形成对照，CGH元件1121，1119和1118可以在第二玻璃板1112一个面1112a上形成。
然而，CGH元件1121，1119和1118形成在第一玻璃板1111另一面1111b上，此面与表面1111a相对，在面1111a上形成共同终端1110，光源1116和光接收器1117。
这种布置可以使相对的两个面1111a和1111b上在制造过程中相对地容易对准相应的光学元件。
在第二十九个实施例的光学设备1280中，第三CGH元件1120的2级衍射光路用作第一路径，第三CGH元件1120的1级衍射光路用作第二路径1123b。
在第三CGH元件1120中，利用八个相位的CGH元件以及设定刻蚀深度为波长的1.5倍，可以得到分出光束强度都是入射光强度的40％左右。
另外，在第二十九个实施例中，第三CGH元件1120的0级衍射光路用作到CGH元件1120的入射光路。然而，例如，高级衍射光路可以用作入射光路，0级衍射光路可以用作一条光路(第一路径1123a或第二路径1123b)。
以下要描述的第三十个至第三十八个实施例是利用光路中平行地形成两个CGH元件部分的情况，这两个CGH元件部分有偏转在互不相同方向的光通量。<第三十个实施例>
在图74所示光学设备中，从第一输入终端1110输入并被第四CGH元件1121转换成平行光束的一个波长分量输入光被偏转装置1120(1120a和1120b)分到第一路径1123a和第二路径1123b上，此偏转装置1120包括第三玻璃板1113一个面1113b上形成的两个透射型CGH元件1120a和1120b。
偏转装置1120有其CGH元件部分(1120a和1120b)，这两个部分平行地如此形成在从第四CGH元件1121延伸的平行光束路径上，使两个CGH元件部分1120a和1120b由于其棱镜功能以不同的偏转角偏转光。
一个CGH元件1120a确定第一路径1123a，另一个CGH元件1120b确定第二路径1123b。
所以，被第一路径1123a引导的一个波长分量光束通过第五CGH元件1122a到第一CGH元件1118，并被CGH元件1118的会聚功能引导到光检测器1117。
从光源1116射出的另一个波长分量光束被第二CGH元件1119准直以便到达第五CGH元件1122b，此CGH元件1122b引导平行光束通过第二路径1123b到1120b，此CGH元件1120b再引导光束通过第四CGH元件1121到共同终端1110。<第三十一个实施例>
如图75的第三十一个实施例所示，可以免除第三十个实施例中第五CGH元件1122(1122a和1122b)。在第三十一个实施例的光学设备1300中，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119在上述准直功能和成像功能以外都添加棱镜功能。
在光学设备1300中，连同去除第五CGH元件(1122a和1122b)的可能性，还能去除第四玻璃板1114。所以，该设备的尺寸和生产成本可进一步下降。<第三十二个实施例>
如图76的第三十二个实施例所示，可以免除第三十一个实施例中所示第四CGH元件1121。在已经去掉第四CGH元件1121的光学设备中，第三CGH元件部分1120a和第三CGH元件部分1120b都添加准直功能。被第三CGH元件部分1120a和1120b准直的光束被第一CGH元件1118和第二CGH元件1119等同地会聚到光源1116和光检测器1117。
在光学设备1310中，除了第四CGH元件1121以外，还可以免除第三玻璃板1113，所以，此实施例适宜于进一步减小设备尺寸和降低生产成本。<第三十三个实施例>
在第三十二个实施例中，第三CGH元件部分1120a和第三CGH元件1120b都添加准直功能。与此对比，如图77的第三十三个实施例所示，CGH元件部分1120a和1120b可以做成线性光栅。
在第三十三个实施例的光学设备1320中，制成线性光栅的第三CGH元件部分1120a和1120b不能准直光。为了补偿准直功能的欠缺，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119都具有成像功能。<第三十四个实施例>
在图78的第三十四个实施例中，与已经安装在有准直能力的第四CGH元件1121中光路相结合，能够分别会聚光到光检测器1117和光源1116的第一CGH元件1118和第二CGH元件1119成平行布置。
第一CGH元件1118安排成会聚来自第四CGH元件1121的一个波长分量平行光束到光检测器1117。第二CGH元件1119安排成把来自光源1116的另一个波长分量光束转换成平行光束，此平行光束被引导到第四CGH元件1121。
所以，在按照第三十四个实施例的光学设备1330中，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119承担起实现第三十个至第三十三个实施例中所示偏转装置的CGH元件部分1120a和1120b功能。
在第三十四个实施例中，第二CGH元件1119可以与第四CGH元件1121做成同轴的。所以，如结合第二十七个实施例所描述，的在制造工艺阶段，CGH元件1119的透镜数值孔径数可以做得比第三十三个实施例中第二CGH元件1119大。
到光源1116和光检测器1117的光强分布是按照CGH元件1118与1119的面积比决定的。所以，尽管光源1116的强度一般很难调整，但通过设定光强分布，就可以调整光源1116相对于光检测器1117的相对耦合效率，光检测器的灵敏度一般是可以调整的。此方法适宜于提高光源1116的相对耦合效率。<第三十五个实施例>
如图79的第三十五个实施例所示，来自共同终端1110的发散光可以被引导到第一CGH元件1118和第二CGH元件1119，这两个CGH元件附加地承担起实现偏转装置的CGH元件1120a和1120b功能，如结合第三十四个实施例已描述过的。
按照第三十五个实施例的光学设备1340，在单块玻璃板上安装第一CGH元件1118和第二CGH元件1119，能够实现用于双向通信的光学设备1340，其中第一CGH元件1118承担起实现引导一个波长分量的偏转装置功能，第二CGH元件1119承担起实现引导另一波长分量的偏转装置功能。由于这个原因，此设备的结构可以简化。
此外，CGH元件1118和1119可以在相同的条件下设计，为的是使二者都能适用于一个波长分量和另一波长分量。
因而，没有必要去做这样的修正，以适用一个波长分量或另一波长分量，由于这个原因，可以简化设计工作。
在以下要描述的第三十六个至第三十八个实施例中，实例中用作偏转装置的两个反射型CGH元件部分平行地安排在光路上，这两个反射型CGH元件部分具有互不相同的偏转方向。<第三十六个实施例>
在按照图80所示第三十六个实施例的光学设备1350中，共同终端1110，光源1116和光检测器1117是在第一玻璃板1111一个面1111a上。第四CGH元件1121，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119形成在第二玻璃板1112一个面1112a上，第一玻璃板的另一面1111b粘合到面1112a上。
反射型CGH元件部分1120a和1120b是偏转装置1120的组成部分，它们平行地形成在第二玻璃板1112另一面1112b上。
在光学设备1350中，来自第四CGH元件1121的平行光束被反射型第三CGH元件部分1120a和1120b反射，反射后分别指向第一CGH元件1118和第二CGH元件1119，两个分开的光束传播通过第一路径1123a和第二路径1123b，被第一CGH元件1118和第二CGH元件1119会聚到光检测器1117和光源1116。<第三十七个实施例>
如图80所示，具有准直功能的第四CGH元件1121是不需要的，可以从第三十六个实施例中去掉，在该实施例中采用反射型第三CGH元件1120(1120a和1120b)。
在第三十七个实施例的光学设备1360中，其中去掉了CGH元件1121，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119在棱镜功能以外都增加了成像功能。<第三十八个实施例>
如图82的第三十八个实施例所示，反射型CGH元件可以用作第三十五个实施例所示第一CGH元件1118和第二CGH元件1119，更具体地说，可以用作承担起实现CGH元件部分1120a和1120b功能的第一CGH元件1118和第二CGH元件1119，这两个CGH元件部分是偏转装置1120的组成部分。
按照第三十八个实施例的光学设备1370，在单块玻璃板上安装第一CGH元件1118和第二CGH元件1119，可以实现类似于用在双向通信中光学设备1340的光学设备，第一CGH元件1118承担起引导一个波长分量的偏转装置功能，第二CGH元件1119承担起引导另一波长分量的偏转装置功能，由于这个原因，此设备的结构可以简化。
此外，CGH元件1118和1119可以在相同的条件下设计，为的是使二者都能适用于一个波长分量和另一波长分量。因而，没有必要去做这样的修正，以适用一个波长分量或另一个波长分量，由于这个原因，可以简化设计工作。
在第三十九至第四十一个实施例中，我们描述这种情况，采用CGH元件与波长有关的偏转装置1120。<第三十九个实施例>
在图83所示的光学设备中，接收来自第四CGH元件1121平行光束的偏转装置1120是由带棱镜功能的透射型CGH元件形成。
这个透射型CGH元件1120是线性光栅，此线性光栅有光的偏转角，较长波长光的偏转角大于较短波长光的偏转角。
按照偏转角之差，偏转装置1120对于1.5μm波长分量光束确定有较大偏转角的第一路径1123a，对于1.3μm波长分量光束确定有较小偏转角的第二路径1123b。
所以，当一个波长分量光束从共同终端1110进入时，此光束被第四CGH元件1121转换成平行光束并被引导到偏转装置1120，此偏转装置偏转平行光束，经第一路径1123a到第一CGH元件1118，具有成像功能或光会聚功能的第一CGH元件会聚此光束到光检测器1117。
来自光源1116的另一波长分量光束被第二CGH元件119的准直功能或会聚功能引导，经第二路径1123b到偏转装置1120，此偏转装置准直该光束，通过第四CGH元件1121到共同终端1110。
CGH元件1120由于它与波长的依赖关系，即分波长特性，确定两条光路1123a和1123b，所以，这个偏转装置1120不会像WDM反射镜在分波长时遭受光量损失。<第四十个实施例>
如图84的光学设备1390所示，可以免除第三十九个实施例中光学设备1380所用的带准直功能的第四CGH元件。
由于去掉了第四CGH元件1121，从偏转装置1120延伸并被分别引到CGH元件1118和1119的第一路径1123a和第二路径1123b变成发散光路。所以，如结合第二十二个实施例所描述的，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119都具有成像功能。
与光学设备1380进行比较，光学设备1390能够免除第四CGH元件1121和第三玻璃板1113，所以适宜于减小设备尺寸和降低生产成本。<第四十一个实施例>
在按照图85所示第四十一个实施例的光学设备1400中，反射型CGH元件用作分波长型偏转装置1120。共同终端1110，光源1116和光检测器1117是在第一玻璃板1111一个面1111a上。第四CGH元件1121，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119是在第二玻璃板1112一个面上，此面粘合到第一玻璃板的另一面上。
分波长型偏转装置1120是在第二玻璃板1112另一面1112b上，反射型CGH元件用于作为偏转装置的第三CGH元件1120。
因此，来自第四CGH元件1121的一个波长分量平行光束被反射型第三CGH元件1120反射，反射之后指向第一CGH元件1118，此光束经第一路径1123a被引导到光检测器1117。来自光源1116的另一波长分量被引导通过第二CGH元件1119，传播通过第二光路1123b。由于偏转装置1120的反射，另一波长分量被引导到第四CGH元件1121，经CGH元件1121转换后到达共同终端1110。
光学设备1400的CGH元件1118，1119和1121可以形成在第二玻璃板1112一个面上。然而，如同第二十九个实施例中一样，在图85的第四十一个实施例中，CGH元件1118，1119和1121形成在第一玻璃板1111表面1111b上，此表面与有共同终端1110，光源1116和光检测器1117的表面1111a相对。
在这第四十一个实施例中，在第一玻璃板1111相对的两个面1111a和1111b上对准相应的光学元件是相对容易的，这在制造过程中是有利的。
在第四十二个至第四十五个实施例中，我们描述分波长滤波器用作偏转装置1120的情况。<第四十二个实施例>
在按照第四十二个实施例的光学设备1410中，共同终端1110和光检测器1117是在第一玻璃板1111一个面1111a上。第一CGH元件1118和第四CGH元件1121是在第二玻璃板1112一个面1112a上，此面1112a粘合到第一玻璃板1111另一面1111b上。分波长滤波器1120，如用多层介质膜制成的WDM反射镜，安装在第二玻璃板1112与第三玻璃板1113之间。
在光学设备1410中，来自共同终端1110的入射光在通过并被第四CGH元件1121偏转后进入分波长滤波器1120。所以，这个分波长滤波器1120反射一个波长分量的入射平行光束到第一CGH元件1118。被偏转装置1120反射的一个波长分量光束沿着第一路径1123a传播，被引导到第一CGH元件1118，被第一CGH元件1118会聚到光检测器1117。
分波长滤波器1120透过另一波长分量光束。透射光路确定第二路径1123b。第二CGH元件件1119是在第三玻璃板1113一个面1113b上，第二路径1123b延伸到此面1113b。
所以，来自光源1116的另一波长分量光束被第二CGH元件1119引导到第二路径1123b，分波长滤波器透过另一波长分量光束到第四CGH元件1121，此CGH元件1121把光束会聚到共同终端1110。<第四十三个实施例>
在按照图87所示第四十三个实施例的光学设备1420中，在由分波长滤波器1120反射所确定的第一路径1123a上，反射装置1410，如反射镜，是在第一玻璃板1111与第二玻璃板1112之间。
借助这个反射装置1410，第一路径1123a可以转向第三玻璃板1113的表面1113b，在此表面上有第二CGH元件1119。
由于反射装置1401的反射作用，与第一CGH元件1118相匹配的第一CGH元件1118可以在第三玻璃板的表面1113b上，此表面上有第二CGH元件1119，换句话说，这两个CGH元件在多层结构1115同一表面上。<第四十四个实施例>
如图88的第四十四个实施例所示，不断从分波长滤波器1120反射第二路径1123b的反射镜1402是在第三玻璃板1113另一面1113b上，此玻璃板的一个面1113a粘合到第二玻璃板1112。
按照第四十四个实施例的光学设备1430，第二路径1123b可以借助反射镜1402指向与第一路径1123a相同的方向。所以，第二CGH元件可以在第一玻璃板另一面1111b上，在此面1111b上安装了第一CGH元件1118。
所以，把共同终端1110，光源1116和光检测器1117安排在同一面上是可行的，换句话说，安排在多层结构1115的同一侧。<第四十五实施例>
为了把第一路径1123a与第二路径1123b明显地分开，来自共同终端1110的入射光被第四CGH元件1121的偏转功能倾斜地引导到分波长滤波器1120。然而，如图89的第四十五个实施例所示，把共同终端1110安排成与玻璃板1111有一夹角的位置处，来自共同终端1110的入射光能够倾斜地被引导到分波长滤波器1120，而无需使用第四十二个实施例中所示第四CGH元件1121。
在第四十五个实施例的光学设备1440中，由于去掉了第四CGH元件1121，从偏转装置1120到CGH元件1118和1119的第一路径1123a和第二路径1123b都是发散光路。
所以，如第二十二个实施例中所述，第一CGH元件1118和第二CGH元件1119都具有成像功能。
在按照本发明的光学设备中，除了各个实施例中所示偏转装置与光路分离装置的组合以外，按照光路的各种变化和改动，那些装置可用在适当的组合中。
此外，多层结构的光路可以按照需要进行变化。
按照本发明的上述光学设备，衍射作用的计算机产生全息图能够承担准直功能，光会聚功能，偏转功能，光路分离作用和分波长作用，可以是多重功能或根据需要选取，由于这个原因，光学设备可以做成小型化的。而且，由于计算机产生全息图免去了光纤需要的熔融拼接，计算机产生全息图省去熔融拼接操作和降低生产成本，所以，就可能比普通光纤设备以较低的成本制作光学设备。
按照本发明的上述制造方法，制作含多组光学设备的多层结构，此光学设备集成了含许多计算机产生全息图的光学元件，再把多层结构分成单独的光学设备，就能够以很高的效率制造按照本发明的光学设备。
权利要求
1.一个用于光通信终端站的光学设备，此光学设备有第一输入终端，接收含互不相同波长分量光束的多路复用光；第一输出终端，输出从在所述输入终端处接收的所述多路复用光中分出的第一波长分量光束；以及一对第二输入和第二输出终端，能实现双向通信，把从所述复用光中分出的第二波长分量光束引到所述第一输入终端；所述光学设备包括第一计算机产生全息图，把来自所述第一输入终端的所述多路复用光转换成平行光束；偏转装置，把已经通过所述第一计算机产生全息图的所述多路复用光按照其波长给以偏转；第二计算机产生全息图，把所述偏转装置分出的第一波长分量光束引到第一输出终端；光路分离装置，分离所述偏转装置分出的第二波长分量；第三计算机产生全息图，把通过所述光路分离装置分出的一条光路传播的第二波长分量光束引到所述第二输出终端；以及第四计算机产生全息图，把来自所述第二输入终端的第二波长分量光束引导到所述光路分离装置，为的是把来自第二输入终端的第二波长分量光束经另一条光路，光路分离装置和第一计算机产生全息图引到所述第一输入终端。
2.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第一计算机产生全息图有产生平行光束的准直功能和偏转所述平行光束的偏转功能，把来自所述第一输入终端的光束引到所述偏转装置。
3.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第二计算机产生全息图有光会聚功能和偏转功能，把所述偏转装置分出的第一波长分量光束引到所述第一输出终端。
4.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述偏转装置是由分波长滤波器形成，以反射第一波长分量光束和传输第二波长分量光束。
5.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述分波长滤波器是由介质滤波器形成。
6.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述光路分离装置是由具有棱镜功能的透射型计算机产生全息图形成，以分出第二波长分量光束。
7.按照权利要求6的用于光通信终端站的光学设备，其中所述透射型计算机产生全息图具有棱镜功能，把第二波长分量光束分成+1级衍射光和-1级衍射光。
8.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图具有偏转功能和会聚功能，把第二波长分量光束引到所述第二输出终端。
9.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第四计算机产生全息图具有准直功能，把来自所述第二输入终端的第二波长分量光束引到所述偏转装置。
10.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，还包括依次迭合在一起透明的第一板，第二板和第三板，其中所述第一和第二计算机产生全息图平行地安装在一个面上，此面粘合到与有所述第一输入终端和所述第一输出终端的所述第一板一个面相对的另一面上，其中所述偏转装置是在所述第二板的另一面上，其中所述光路分离装置是在粘合到所述第二板的所述第三板一个面上，其中所述第三和第四计算机产生全息图平行地安排在所述第三板的另一面上。
11.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，还包括依次迭合在一起透明的第一板，第二板，第三板和第四板，其中所述第一和第二计算机产生全息图平行地安装在一个面上，此面粘合到与有所述第一输入终端和所述第一输出终端的所述第一板一个面相对的另一面上，其中所述偏转装置是在所述第二板的另一面上，其中所述光路分离装置是在粘合到所述第二板的所述第三板一个面上，其中所述第三和第四计算机产生全息图平行地安排在粘合到所述第三板另一面的所述第四板一个面上，其中所述第二输入和第二输出终端是在第四板的另一面上。
12.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述偏转装置是由具有棱镜功能的透射型计算机产生全息图形成。
13.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述偏转装置包括两个互不相同偏转特性的计算机产生全息图，这两个计算机产生全息图平行地安排在从所述第一计算机产生全息图延伸的光路上。
14.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述偏转装置是由反射型计算机产生全息图形成。
15.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述光路分离装置是由多层介质膜制成的分波长滤波器形成。
16.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三和第四计算机产生全息图平行地安排在从所述偏转装置延伸的光路上，这两个计算机产生全息图分别实现光路分离装置的功能。
17.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三和第四计算机产生全息图平行地安排在从第一计算机产生全息图延伸的光路上，这两个计算机产生全息图实现所述偏转装置和所述光路分离装置的功能。
18.按照权利要求1的用于光通信终端站的光学设备，其中所述一对第二输入和第二输出终端对应光源和光检测器。
19.一个用于光通信终端站的光学设备，此光学设备有用于双向通信的共同终端，接收一个波长分量光束和输出另一波长分量光束，另一波长分量光束出自互不相同波长分量光束；输出终端，送出一个波长分量光束给光检测器；和输入终端，接收来自光源另一波长分量光束；此光学设备包括偏转装置，把来自所述共同终端的光路按照光波长分成第一光路和第二光路；第一计算机产生全息图，把进入共同终端的一个波长分量光束会聚到光检测器；和第二计算机产生全息图，把来自光源的第二波长分量引导到所述偏转装置，使第二波长分量光束经所述偏转装置传到共同终端。
20.按照权利要求19的用于光通信终端站的光学设备，其中所述偏转装置是由第三计算机产生全息图形成。
21.按照权利要求20的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图的高级衍射光路用作至少一条分出的光路。
22.按照权利要求21的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图是透射型计算机产生全息图。
23.按照权利要求21的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图是反射型计算机产生全息图。
24.按照权利要求21的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图的+1级衍射光和-1级衍射光的两条光路用作所述第一光路和第二光路。
25.按照权利要求21的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图的0级衍射光或2级衍射光和1级衍射光的两条光路用作所述第一光路和第二光路。
26.按照权利要求20的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图是由互不相同衍射方向平行地安排在光路上的一对计算机产生全息图部分形成。
27.按照权利要求21的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第三计算机产生全息图形成的所述第一光路和第二光路是利用其衍射角与波长有关的棱镜功能。
28.按照权利要求18的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第一计算机产生全息图具有光会聚功能，把来自所述偏转装置的光束引到所述光检测器，所述第二计算机产生全息图具有准直功能或成像功能，把来自光源的光束引到所述偏转装置。
29.按照权利要求19的用于光通信终端站的光学设备，其中在所述共同终端与所述偏转装置之间有第四计算机产生全息图，此计算机产生全息图具有得到平行光束的准直功能，把来自所述共同终端的光束引到所述偏转装置。
30.按照权利要求19的用于光通信终端站的光学设备，其中所述第一和第二计算机产生全息图平行地安排在所述共同终端，所述光原和所述光检测器之间，实现所述偏转装置的功能。
31.按照权利要求19的用于光通信终端站的光学设备，其中所述偏转装置是由分波长滤波器形成，反射第一波长分量光束，透过第二波长分量光束。
32.按照权利要求31的用于光通信终端站的光学设备，其中所述分波长滤波器是由介质滤波器形成。
33.一个制造用于光通信终端站的光学设备的方法，它包括第一计算机产生全息图，把来自第一输入终端的多路复用光转换成平行光束；偏转装置，把已经通过所述第一计算机产生全息图的多路复用光按照其波长给以偏转；第二计算机产生全息图，把所述偏转装置分出的第一波长分量光束引到第一输出终端；光路分离装置，把所述偏转装置分出的第二波长分量光束给以偏转；第三计算机产生全息图，把沿着一条被所述光路分离装置分出的光路传播的第二波长分量光束从第二输出终端引到光检测器；第四计算机产生全息图，把来自光源的第二波长分量光束引导到所述光路分离装置，为的是把来自第二输入终端经另一条路径，所述光路分离装置和所述第一计算机产生全息图的第二波长分量光束引到所述第一输入终端；所述制造方法包括的步骤为在多个待粘合在一起的透明板的选取联结面上以高密度制成所述计算机产生全息图，偏转装置和光路分离装置；把所述多个板连接在一起形成层状结构；和在厚度方向上分割所述层状结构以制成大量所述光学设备。
34.一个制造用于光通信终端站的光学设备的方法，它包括第一计算机产生全息图，把来自第一输入终端的多路复用光转换成平行光束；偏转装置，把已经通过所述第一计算机产生全息图的多路复用光按照其波长给以偏转；第二计算机产生全息图，把所述偏转装置分出的第一波长分量光束引到第一输出终端；光路分离装置，把所述偏转装置分出的第二波长分量光束给以偏转；第三计算机产生全息图，把沿着一条被所述光路分离装置分出的光路传播的第二波长分量光束从第二输出终端引到光检测器；第四计算机产生全息图，把来自光源的第二波长分量光束引导到所述光路分离装置，为的是把来自第二输入终端经另一条路径，所述光路分离装置和所述第一计算机产生全息图的第二波长分量光束引到所述第一输入终端；所述制造方法包括的步骤为在第二透明板的一个联结面上以高密度成对地制成大量的第一和第二计算机产生全息图，此联结面要粘合到第一透明板上；在所述第二板的另一面上以高密度制成所述偏转装置；在面向所述第二板的第三透明板一个面上以高密度制成所述偏转装置，在所述第三板另一面上以高密度制成配对的所述第三和第四计算机产生全息图；把所述第一板与第三板连接在一起形成层状结构；以及在厚度方向上分割所述层状结构以获得大量单独的光学设备。
全文摘要
一个用于光通信终端站的光学设备,具有生产效率高,制造成本低和尺寸缩小的性能,它包括:第一CGH元件21;分波长滤波器23;第二CGH元件22;光路分离装置22;第三CGH元件24,把已经通过一条光路27的第二波长分量光束引到第二输出终端18;以及第四CGH元件26,把来自第二输入终端17的第二波长分量光束引导到光路分离装置24,为的是把第二波长分量光束经另一条光路28传输到第一输入终端11。
文档编号G02B6/24GK1199964SQ9810886
公开日1998年11月25日 申请日期1998年5月20日 优先权日1997年5月21日
发明者佐佐木浩纪, 上条健 申请人:冲电气工业株式会社