装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调回路 【技术领域】
本发明涉及一种在光学通信领域中使用的光学多路复用/多路解调回路，具体地说，涉及一种用于波长分割多路复用的光学多路复用/多路解调回路。
背景技术
随着密集波长分割多路复用(DWDM)系统的最近发展，已经开发了具有对于WDM系统是基本的各种功能的光学器件，如波长多路复用/多路解调器、光学滤波器和光学开关。
作为光学器件的例子，报道了如下器件：一种阵列波导管光栅和晶格式滤波器(例如，见M.Oguma等，“Passband-width broadeningdesign for WDM filter with lattice-form interleave filter andarrayed-waveguide gratings”，IEEE Photonics TechnologyLetters 2002，Vol.14，pp.328-330)；一种非对称Mach-Zehnder干涉仪(例如，见De Merlier等，“All-optical 2R regenerationbased on integrated asymmetric Mach-Zehnder interferometerincorporating MMI-SOA”，Electronics Letters 2002，Vol.38，pp.238-239)；一种对称Mach-Zehnder干涉仪(例如，见Y.Hashizume等，“Integrated polarization beam splitter using waveguidebirefringence dependence on waveguide core width”，Electronics Letters 2001，Vol.37，pp.1517-1518)；一种级联Mach-Zehnder干涉仪(例如，见K.Suzuki等，“PLC-baseddynamic gain equalizer consisting of integrated Mach-Zehnderinterferometer with C- and L-band equalizing range”，Electronics Letters 2002，Vol.38，pp.1030-1031)；及一种横向式滤波器(例如，见T.Mizuno等，“Dispersionless interleavefilter based on transversal form optical filter”，ElectronicsLetters 2002，Vol.38，pp.1121-1122)。
最近，对于特别用在地铁网络的CWDM(粗波长分割多路复用)系统的光学器件的需求显著增加(例如，见R.R.Patel等，“Multi-mode fiber coarse WDM grating router using broadbandadd/drop filters for wavelength re-use”，LEOS’99 12th AnnualMeeting Vol.2，pp.826-827)。
这样一种CWDM系统的波长栅格具有20nm的均匀波长周期。因而，用于CWDM系统的光学器件必须设计成为具有均匀波长周期的通带。
然而，由于诸如Mach-Zehnder干涉仪的常规光学多路复用/多路解调回路的透射光谱具有一个均匀频率周期，所以其波长特性在一根均匀波长轴线上不会是周期性的。因此，它们因为其在插入损失方面的变化、通带宽度及取决于波长栅格的消光比，不适用于CWDM系统。
图1表示作为一个具体例子地一种常规Mach-Zehnder干涉仪。Mach-Zehnder干涉仪包括两个光学耦合器905和906，在两个光学耦合器之间的一个光学延迟线部分907，及连接到光学耦合器905和906上的两个输入/输出光学波导管(例如，见K.Okamoto，“Fundamentals of optical waveguides”Academic Press 2000，pp.159-161)。作为光学耦合器905和906，使用其功率耦合比设置为50％的定向耦合器。
如下面将描述的那样，Mach-Zehnder干涉仪是一种具有均匀频率周期的多路复用/多路解调回路。Mach-Zehnder干涉仪的两个光学输出功率由如下表达式给出：
|A|2＝|A0|2sin2(φ/2) (1)
|B|2＝|A0|2cos2(φ/2) (2)其中A0是输入到输入端口之一的光的强度，而φ是由光学延迟线给出的相位。
使用关系f＝c/λ，φ由如下表达式给出：
其中n是折射率，ΔL是光程长度差，f是频率，c是光速，λ是波长，及m是整数。
考虑到正弦和余弦函数的平方具有周期π，频率周期使用上述表达式(3)由如下表达式给出。
Δf=fm-fm-1=cπ2πnΔL=const.---(4)]]>
因而，频率周期成为常数，这意味着Mach-Zehnder干涉仪构成一个具有均匀频率周期的多路复用/多路解调回路。
图2表明当把Mach-Zehnder干涉仪的中心波长设置为1470nm，并且把穿过光学延迟线部分的光程长度差设置为55.9μm，它给出20nm的频率周期作为靠近中心波长的通过端口与交叉端口之间的多路解调周期时的传输特性。在图2中，水平轴代表波长，其上以均匀周期排列波长栅格；实线代表从交叉端口输出的光信号的传输特性；而虚线代表从通过端口输出的光信号的传输特性。
图3表明为了比较目的当水平轴代表光频时的传输特性。如在图3中表明的那样，Mach-Zehnder干涉仪具有均匀频率周期而不是均匀波长周期的传输特性。尽管通过端口和交叉端口的多路解调周期是在1470nm附近20nm，并且因此与波长栅格相符，但当它们从1470nm向一个较长波长侧移动时波长周期增大，由此清晰地离开波长栅格。因此这些光学器件不适于用在CWDM系统中，因为其插入损失、通带宽度及消光比大大地依赖于波长栅格而变化。
换句话说，由于诸如Mach-Zehnder干涉仪的具有常规配置的干涉仪不具有一个均匀的波长周期，所以它们呈现这样一个问题：当通带离开中心波长时其通带在波长轴上偏离栅格，并且插入损失依赖于波长显著地变化。
作为另一个例子，一种常规光学多路复用/多路解调回路在光学频域中具有一个均匀周期，并且其传输特性的特征在于光频周期和中心光频。然而，常规光学多路复用/多路解调回路只有一个能与光频周期和中心光频相关而自由设置的设计参数，即光学延迟线的光程长度差。因此，不能同时设置光频周期和中心光频。
因此，原理上具有均匀频率周期的光学多路复用/多路解调回路不能同时设置光频周期和中心光频，由此即使当它用在光学频域中时，也出现使传输特性退化的问题。
【发明内容】
本发明者已经达到这样一种想法：通过提供一个与各自波长栅格的偏离量相对应的光程差，以调节波长栅格的通带中心，能解决以上问题。为了实现这点，我们把我们的注意力集中到这样的事实：尽管一个光学延迟线通常实现光程差，但通过利用从一个光学耦合器输出的光信号的相位差也能实现它。例如，如果我们假定，当从某一光学耦合器输出光信号时，有2π的相位差，则它将与一个波长的光程长度差相对应。因此，如果能设计一种其输出相位差具有波长依赖性的光学耦合器，则能把与波长栅格的偏离量相对应的光程长度差提供给光学延迟线。
然而，诸如在常规技术中使用的双向耦合器和多模干涉仪的常规光学耦合器不能提供具有波长依赖性的光程长度差ΔL。这是因为从其输出而输出的光信号的相位差是常数，由此不能使任何相位差依赖于波长。
因此，本发明的一个目的在于，提供一种光学多路复用/多路解调回路，它具有其通带中心与波长轴上的栅格一致的均匀波长周期。本发明通过实现一种其输出相位差具有波长(频率)依赖性的光学耦合器而实现。该光学耦合器具有一种相位产生功能，它提供与光学多路复用/多路解调回路的通带中的波长(频率)相对应的一个相位。
本发明的另一个目的在于，提供一种光学多路复用/多路解调回路，它通过安装一个相位产生器件，能够把光频周期和中心光频设置为任何希望值，以提供一种具有频率依赖相位的光学多路复用/多路解调回路。
为了解决以上问题，根据本发明的一个第一方面，提供一种具有相位产生功能的光学多路复用/多路解调回路，包括：一个光学多路复用/多路解调器件，包括至少一个输入部分和多个输出部分；一个光学延迟线器件，连接到光学多路复用/多路解调器件上；及至少一个相位产生器件，其中相位产生器件产生与光学多路复用/多路解调回路的通带中的光的波长或频率相对应的相位。
相位产生器件可以安装在光学多路复用/多路解调器件中，或安装在光学延迟线器件中。
由相位产生器件产生的相位可能最好由在光学多路复用/多路解调回路的传输波长带中的光的波长(λ)的一个函数，或由在一个传输光频带中的光的角频率(ω)的一个函数给出，其中这些函数是一个包括二次或更高阶函数的多项式。
相位产生器件可能最好包括彼此连接的一个光学耦合器和一个光学延迟线。
相位产生器件中的光学耦合器的振幅耦合比θ和光学延迟线的光程长度差δ1，及提供给光学多路复用/多路解调回路中的光学延迟线器件的光程长度差δL可能最好各自优化，从而相位产生器件产生等于一个正确相位ψ的相位φ，并且起一个具有振幅耦合比Θ的光学耦合器的作用。
相位产生器件可能最好包括(M+1)个光学耦合器，和插入在光学耦合器的相邻两个之间的M个光学延迟线，其中M是等于或大于二的整数。
光学多路复用/多路解调回路可能最好包括一个光学干涉仪，它包括(N+1)个光学多路复用/多路解调器件，和插入在光学多路复用/多路解调器件的相邻两个之间的N个光学延迟线器件，其中N是等于或大于一的整数。
光学多路复用/多路解调回路可能最好包括一个Mach-Zehnder干涉仪，这种干涉仪包括：光学多路复用/多路解调器件中的两个；光学延迟线器件，插入在两个光学多路复用/多路解调器件之间；至少一个输入波导管，连接到光学多路复用/多路解调器件的一个上；及多个输出波导管，连接到光学多路复用/多路解调器件中的另一个上，其中：两个光学多路复用/多路解调器件相对于Mach-Zehnder干涉仪的中线左右对称地布置；两个光学多路复用/多路解调器件是一个起一个相位产生器件作用的相位产生光学耦合器；及相位产生光学耦合器包括四个光学耦合器，和各自插入在光学耦合器的相邻两个之间的三个光学延迟线。
光学多路复用/多路解调回路可能最好包括一个Mach-Zehnder干涉仪，这种干涉仪包括：光学多路复用/多路解调器件中的两个；光学延迟线器件，插入在两个光学多路复用/多路解调器件之间；至少一个输入波导管，连接到光学多路复用/多路解调器件的一个上；及多个输出波导管，连接到光学多路复用/多路解调器件中的另一个上，其中：两个光学多路复用/多路解调器件的一个是一个起一个相位产生器件作用的相位产生光学耦合器；及相位产生光学耦合器包括(M+1)个光学耦合器，和各自插入在光学耦合器的相邻两个之间的M个光学延迟线，其中M是等于或大于二的整数。
光学多路复用/多路解调回路可能最好包括一个晶格式滤波器，这种滤波器包括：第一到第三共三个光学多路复用/多路解调器件；两个光学延迟线器件，各自插入在三个光学多路复用/多路解调器件的相邻两个之间；至少一个输入波导管，连接到第一光学多路复用/多路解调器件上；及至少一个输出波导管，连接到第三光学多路复用/多路解调器件上，其中：第一和第三光学多路复用/多路解调器件是一个起一个相位产生器件作用的相位产生光学耦合器；及相位产生光学耦合器包括(M+1)个光学耦合器，和各自插入在光学耦合器的相邻两个之间的M个光学延迟线，其中M是等于或大于二的整数。
光学多路复用/多路解调回路可以包括一个横向式滤波器。
光学多路复用/多路解调回路可能最好这样配置，从而从光学多路复用/多路解调回路输出的多个输出光波，从一个阵列波导管光栅所包括的第一板式波导管和第二板式波导管中的至少一个射入或发出，该阵列波导管光栅包括多个阵列波导管，使其第一端连接到第一板式波导管上，而其第二端连接到第二板式波导管上，并且第一板式波导管包括至少一个输入波导管，而第二板式波导管包括至少一个输出波导管。
光学多路复用/多路解调回路可能最好包括光学多路复用/多路解调器件中的两个，并且光学延迟线器件可以包括布置在光学多路复用/多路解调器件之间的两个光学延迟线，其中两个光学多路复用/多路解调器件的一个连接到输入波导管的至少一个上，而两个光学多路复用/多路解调器件中的另一个连接到阵列波导管光栅的第一板式波导管上。
根据本发明的第二方面，提供一种光学多路复用/多路解调回路，它包括上述的一个第一光学多路复用/多路解调回路，和上述的至少一个第二光学多路复用/多路解调回路，第二光学多路复用/多路解调回路连接到第一光学多路复用/多路解调回路的输出的至少一个上。
光学延迟线可能最好包括一个光程长度差调节器件，或者经历光程长度调节。
光学延迟线可能最好包括一个双折射调节器件，或者经历双折射调节。
光学多路复用/多路解调回路可以包括硅基玻璃光学波导管。
根据本发明的第三方面，提供一种光学多路复用/多路解调回路模块，它包括安装在一个壳体中的上述一个光学多路复用/多路解调回路，并且使光学纤维由壳体保持，以便对光学多路复用/多路解调回路实现光信号的输入和输出。
使用按照本发明的装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调器，即使在波长轴上也能实现均匀的周期传输特性，由此能够提供适用于具有均匀波长周期的光学通信系统的一种光学器件。
另外，使用按照本发明的相位产生器件，使得有可能对光学多路复用/多路解调回路施加具有光频依赖性的相位的影响，由此能够提供能够把光频周期和中心光频同时设置为任何希望值的光学多路复用/多路解调回路。
由联系附图所作的本发明实施例的如下描述，将使本发明的以上和其它目的、效果、特征及优点变得更明白。
【附图说明】
图1是表示常规Mach-Zehnder干涉仪的一种配置的示意图；
图2是表明常规Mach-Zehnder干涉仪的传输特性的曲线图，其中水平轴代表波长；
图3是表明常规Mach-Zehnder干涉仪的传输特性的曲线图，其中水平轴代表相对光频；
图4是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第一实施例的一种配置的示意图；
图5是表明波长与频率之间关系的曲线图；
图6是表明波长与频率之间关系的曲线图；
图7是表示Mach-Zehnder干涉仪的一种配置的示意图，其中校正波长与频率之间偏差的线性部分；
图8是表明Mach-Zehnder干涉仪的传输特性的波长依赖性的曲线图，其中校正波长与频率之间偏差的线性部分；
图9是表明用来校正波长与频率之间偏差的非线性部分所必要的相位量的波长依赖性的曲线图；
图10是表示具有波长依赖性的相位特性的相位产生光学耦合器的一种配置的示意图；
图11是表示一种状态的示意图，其中相位产生光学耦合器这样配置，从而它相对于一个光学延迟线的中线(图11的虚线)具有左右对称性；
图12A是表明从相位产生光学耦合器的两个输出端口输出的光信号之间的相位差的波长依赖性的曲线图；
图12B是表明从相位产生光学耦合器的输出端口输出的光信号的功率耦合比的波长依赖性的曲线图；
图13是表明按照本发明的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的第一实施例的传输特性的波长依赖性的曲线图；
图14是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第二实施例的配置的示意图；
图15是表示在光学延迟线上形成的具有光程长度差调节器件的相位产生光学耦合器的配置的示意图；
图16是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第二实施例的另一种配置的示意图；
图17是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第二实施例的又一种配置的示意图；
图18是表示包括一个光程长度差调节器件的一种光学多路复用/多路解调回路的剖视图；
图19是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第三实施例的一种配置的示意图；
图20是表明按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第三实施例的传输特性的波长依赖性的曲线图；
图21是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第三实施例的另一种配置的示意图；
图22是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第四实施例的一种配置的示意图；
图23是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第四实施例的另一种配置的示意图；
图24是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第四实施例的又一种配置的示意图；
图25是表明按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第四实施例的传输特性的波长依赖性的曲线图；
图26是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第五实施例的一种配置的示意图；
图27是表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第五实施例的另一种配置的示意图；
图28是表示在本发明第六实施例中的光学多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图29是表示在本发明第六实施例中的光学多路复用/多路解调回路的一个例子的一种Mach-Zehnder干涉仪的配置的示意图；
图30A是表示从相位产生光学耦合器输出的相位差和一个目标相位的相对波长依赖性的示意图；
图30B是表示当把相位产生光学耦合器用作光学耦合器时，振幅耦合比的相对波长依赖性的示意图；
图31是示意表示在本发明第六实施例中的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的示意图；
图32是表示在本发明第六实施例中的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的传输特性的波长依赖性的示意图；
图33是表示在本发明第六实施例中的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心点的CWDM栅格的轴向偏差量的示意图；
图34是表示在本发明第六实施例中的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，在CWDM栅格上的损失的示意图；
图35是表示在本发明第六实施例中的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，在CWDM栅格上的交扰的示意图；
图36是表示在本发明第七实施例中的光学多路复用/多路解调回路的一个例子的一种晶格式滤波器的配置的示意图；
图37A是表示从相位产生光学耦合器输出的相位差和一个目标相位的相对波长依赖性的示意图；
图37B是表示当把相位产生光学耦合器用作光学耦合器时，振幅耦合比的相对波长依赖性的示意图；
图38是示意表示在本发明第七实施例中的均匀波长周期晶格式滤波器型波长基准器件的示意图；
图39A是表示常规晶格滤波器型波长基准器件的传输特性的波长依赖性的示意图；
图39B是示意表示在本发明第七实施例中的均匀波长周期晶格滤波器型波长基准器件的传输特性的波长依赖性的示意图；
图40是表示在本发明第七实施例中的均匀波长周期晶格滤波器型波长基准器件的传输特性中，与通带中心点的CWDM栅格的轴向偏离量的示意图；
图41是表示在本发明第八实施例中的均匀波长周期晶格滤波器型波长基准器件的传输特性中，在CWDM栅格上的损失的示意图；
图42是示意表示在本发明第八实施例中的均匀波长周期交错滤波器的示意图；
图43A是示意表示在本发明第八实施例中的均匀波长周期交错滤波器中使用的一种六级晶格式滤波器型相位产生光学耦合器的示意图；
图43B是示意表示在本发明第八实施例中的均匀波长周期交错滤波器中使用的一种定向耦合器的示意图；
图43C是示意表示在本发明第八实施例中的均匀波长周期交错滤波器中使用的一种十级晶格式滤波器型相位产生光学耦合器的示意图；
图44A是表示目标相位和由相邻耦合器产生的作用在第一光学延迟线上的相位的相对依赖性的示意图；
图44B是表示当把相位产生光学耦合器用作光学耦合器时，振幅耦合比的相对波长依赖性的示意图；
图45A是表示目标相位和由相邻耦合器产生的作用在第二光学延迟线上的相位的相对依赖性的示意图；
图45B是表示当把相位产生光学耦合器用作光学耦合器时，振幅耦合比的相对波长依赖性的示意图；
图46是表示在本发明第八实施例中的均匀波长周期交错滤波器传输特性的相对波长依赖性的示意图；
图47是示意表示在本发明第八实施例中的一种级联光学多路复用/多路解调回路的示意图；
图48A是表示当设置一个光频周期时，在一种常规Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心位置的光频栅格的轴向偏离量的示意图；
图48B是表示当设置一个中心光频周期时，在常规Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心位置的光频栅格的轴向偏离量的示意图；
图49是表示在本发明第九实施例中，在本发明的Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心位置的光频栅格的轴向偏离量的示意图；
图50A是表示从相位产生光学耦合器输出的相位差和目标相位的相对频率依赖性的示意图；
图50B是表示从相位产生光学耦合器输出的相位差的非线性部分和目标相位的相对频率依赖性的示意图；
图51是表示当把相位产生光学耦合器用作光学耦合器时，振幅耦合角度的相对频率依赖性的示意图；
图52是示意表示在本发明第九实施例中，其中设置光频周期和中心光频的Mach-Zehnder干涉仪的示意图；
图53是示意表示在本发明第九实施例中，其中设置光频周期和中心光频的Mach-Zehnder干涉仪的示意图；
图54是表示在本发明第九实施例中，在本发明的Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心位置的光频栅格的轴向偏离量的示意图；
图55是表示在本发明第九实施例中，在本发明的Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心位置的光频栅格的轴向偏离量的示意图；
图56是表示在本发明第十实施例中的一种相位产生器件的配置的示意图；
图57是表示在本发明第十实施例的第一修改中的一种相位产生器件的配置的示意图；
图58是示意表示在本发明第十实施例的第一修改中的多路复用/多路解调回路的示意图；
图59是表示在本发明第十实施例的第二修改中的一种相位产生器件的配置的示意图；
图60是表示在本发明第十实施例的第二修改中的一种相位产生器件的配置的示意图；
图61是表示在本发明第十一实施例中的一种多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图62是表示在本发明第十一实施例中的一种多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图63是示意表示在本发明第十一实施例中的一种多路复用/多路解调回路的示意图；
图64是示意表示在本发明第十一实施例中的多路复用/多路解调回路的示意图；
图65是示意表示在本发明第十二实施例中的多路复用/多路解调回路的示意图；
图66是表示在本发明第十三实施例中一种多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图67是示意表示在本发明第十三实施例中的多路复用/多路解调回路的示意图；
图68是表示在本发明第十三实施例的一种修改中的一种多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图69是示意表示在本发明第十三实施例的修改中的多路复用/多路解调回路的示意图；
图70是示意表示在本发明第十三实施例的修改中的多路复用/多路解调回路的示意图；
图71A是示意表示在本发明第十四实施例中的一种多路复用/多路解调回路的示意图；
图71B是表示在本发明第十四实施例中的一种相位产生器件的配置的示意图；
图72是示意表示在本发明第十四实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图73是表示在本发明第十四实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的光学特性的示意图；
图74是表示在本发明第十五实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图75是表示在本发明第十六实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的配置的示意图；
图76是示意表示在本发明第十六实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的示意图；
图77是示意表示在本发明第十七实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的示意图；
图78是表示使用按照本发明的装有一个相位产生器件的一种光学多路复用/多路解调回路的一个例子的方块图；
图79是使用按照本发明的装有一个相位产生器件的一种光学多路复用/多路解调回路的一个光学模块的立体图；及
图80是表示使用一个空间光学系统的一种Mach-Zehnder干涉仪的配置的一个例子的示意图。
【具体实施方式】
现在参照附图将详细描述本发明的实施例。在如下描述中，“光学多路复用/多路解调器件”是指由光学耦合器和光学延迟线器件配置的一个回路；“相位产生器件”是指用来产生相位φ的一个器件；及“相位产生光学耦合器’是指起相位产生器件和光学耦合器作用的一个回路。
[第一实施例]
图4表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第一实施例。本实施例包括：两个两输入/两输出相位产生光学耦合器111和112；一个光学延迟线部分107，包括在两个相位产生光学耦合器111和112之间的两个光学波导管；及两个输入/输出光学波导管101和102，及103和104，连接到相位产生光学耦合器111和112上。
光学多路复用/多路解调回路具有一种用来校正波长周期的偏差的功能(相位产生功能)，从而传输特性在波长轴上具有一个近似均匀周期。该功能可以通过以这样一种方式配置相位产生光学耦合器111和112的至少一个实现，从而相位产生光学耦合器的输出相位差在光学多路复用/多路解调回路的通带中具有一种波长依赖性。可选择地，这样一种功能也可通过在光学延迟线部分107的光学波导管上安装一个能够产生具有波长依赖性的相位的相位产生器件实现。
将更详细地描述相位校正。
图5表明波长与频率之间的一般关系。在图5中，与CWDM栅格上的波长相对应的频率由f＝c/λ得到，并且作为“均匀波长周期”画出，其中f是频率，c是光速，及λ是波长。另外，得到在1470nm附近的一个频率周期Δf1(＝2.74THz)，并且参照在1470nm处的频率在Δf1的一个均匀周期中画出频率，这个均匀周期标为“均匀频率周期1”。
尽管两个在1470nm附近彼此一致，但当它们离开1470nm时两个之间的偏差增大。该事实与在图2中表示的常规Mach-Zehnder干涉仪的传输特性的趋势一致。换句话说，尽管在1470nm附近跨过交叉端口的透射较高并且跨过通过端口的交扰较低，但通带的中心离开栅格向较长波长侧偏离，并因此减小在波长栅格上的透射，而且交扰退化。
为了校正在图5的均匀波长周期与均匀频率周期1之间的偏差，把偏差划分成一个线性部分和一个非线性部分。首先，将描述用来校正在均匀波长周期与均匀频率周期1之间的偏差的线性部分的一种方法。
首先，得到一个频率周期Δf2(2.53THz)作为在1470nm附近的频率周期和在1610nm附近的频率周期的平均值。其次，参照在1470nm处的频率在Δf2的一个均匀周期中画出频率，这个均匀周期标为在图6中表明的“均匀频率周期2”。
均匀波长周期和均匀频率周期2在1470nm附近彼此一致，当它们向较长波长侧进行时稍微偏离，而在1610nm附近再次一致。这证明通过线性部分的校正能显著校正在均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差。
图7表示一种Mach-Zehnder干涉仪，其中校正均匀波长同期与均匀频率周期之间的偏差的线性部分。该回路包括两个光学耦合器201和301；一个光学延迟线部分107，在两个光学耦合器201和301之间；及两个输入/输出光学波导管101和102，及103和104，分别连接到光学耦合器201和301上。这里，作为光学耦合器201和301，使用具有50％的功率耦合比的定向耦合器。
与其光学延迟线部分中的光程长度差是ΔL的常规Mach-Zehnder干涉仪相反，把本回路的光程长度差设置为ΔL’＝ΔL+α，其中ΔL＝55.9μm，并且把是波长级的光程长度的α设置为α＝2·λc(λc是中心波长)。例如，当λc＝1.47μm时，把它设置为α＝2.94μm。
图8表明在这种情况下传输特性的波长依赖性。正像在图6中表明的在均匀波长周期与均匀频率周期2之间的偏差的趋势，通带的中心在两端处准确地在栅格上，尽管在波长轴的中部稍微偏离。因而，在波长栅格上的透射在波长区域的两端处较高，由此能够降低交扰和改进特性。
因而，通过提供具有波长级的一个另外光程长度的光学延迟线，能校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差的线性部分。然而，在波长轴上的中心部分仍然具有轻微的偏差。因而，将描述一种通过使用一个相位产生光学耦合器来校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差的非线性部分的方法。
图9表明对于CWDM栅格上的各个波长，通过把图6中表明的均匀波长周期与均匀频率周期2之间的频率偏差除以一个频率周期Δf2得到的值，即用来校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差的非线性部分所必要的相位量的曲线图。换句话说，有可能通过提供具有在图9中表明的适当相位的光学延迟线，校正均匀波长周期与均匀频率周期2之间的偏差的非线性部分。
首先，将描述关于如何按照一个函数表达在图9中的波长依赖相位的一个例子。
第m个波长λm与第m个频率fm＝f0+mΔf之间的关系能按如下表达：
λm=cf0+mΔf---(5)]]>
其中m是整数，而Δf是频率周期。展开以上公式给出如下表达式：
λm=cf0{1-Δff0m+(Δff0)2...}=λ0-Δff0λ0m2+(Δff0)2λ0m2...---(6)]]>
在以上公式(6)中，前面第二项和第三项分别代表波长与频率之间关系的线性部分和非线性部分。因而，使用一个非线性多项式，特别是，一个二次函数或一个更高阶函数，能给出校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差所需要的相位的良好近似。
例如，当使用一个二次多项式实现近似时，作为多元回归分析的结果按如下由相位φ近似图9的曲线：
φ≅8.12×10-6λ2-0.025λ+19.2---(7)]]>
显然，使用的多项式不限于二次函数或更高阶函数，而是任何希望的函数能用于近似。例如，使用Gaussian函数的近似给出如下相位校正量φ：
φ≅0.122-37.94186.50.5πexp[-2(x-1539.54)2186.52]]]>
作为用来提供这样一种波长依赖相位的器件，使用一种相位产生光学耦合器，它使用从两个输出端口输出的相位的差，在干涉仪的通带(在本实施例中为1470-1610nm)中创建具有波长依赖性的一个相位。图10表示其输出相位差在多路复用/多路解调回路的通带中变化的相位产生光学耦合器的一种配置。
相位产生光学耦合器包括四个光学耦合器201-204、和插入在相邻光学耦合器201-204之间的三个光学延迟线部分205-207。有可能通过确定四个光学耦合器201-204的功率耦合比，和通过提供具有适当光程长度差的三个光学延迟线部分205-207，设置相位产生光学耦合器的功率耦合比和输出相位差的波长依赖性。
作为光学耦合器201、202、203和204，分别使用具有功率耦合比r1、r2、r3和r4的定向耦合器。另外，把光学延迟线部分205、206和207的光程长度差设置为δ1、δ2和δ3。作为把相位产生光学耦合器的输出的相位特性拟合到以上公式(7)的近似函数上的结果，得到功率耦合比r1＝82％、r2＝82％、r3＝82％和r4＝82％，及光程长度差δ1＝-1.13λc、δ2＝0.24λc和δ3＝1.13λc。
尽管相位产生光学耦合器包括三个光学延迟线(或四个光学耦合器)，但光学延迟线的数量可以是两个或四个。当光学延迟线的数量增加时，控制相位产生光学耦合器的相位特性的灵活性增加，由此改进拟合精度。然而，当光学延迟线的数量增加时，回路的尺寸也增大。因而，最好使用能实现足够近似程度的最小数量的光学延迟线来配置相位产生光学耦合器。更具体地说，如果光学延迟线的数量超过六(或光学耦合器的数量超过七)，则回路的尺寸变得太大。因此，光学延迟线的数量最好设置成等于或小于六。
当然，光学延迟线的尺寸依据波导管的相对折射率差和光程长度，及光学耦合器的功率耦合比和回路配置而变化。另外，需要的相位校正量依据使用的光学耦合器的波长依赖性、波导管材料的特性、多路解调周期及回路配置而变化。因而，根据制造的回路能确定光学延迟线的数量。一种适用于本实施例的干涉仪包括图11中所示经光学延迟线107互连、并且各自包括三个光学延迟线(205、206和207，及305、306和307)的两个光学多路复用部分111和112。
把具有在图10中表示的配置的相位产生光学耦合器的一对用作具有常规配置的非对称Mach-Zehnder干涉仪的两个光学耦合器。图12A是曲线图，表明从非对称Mach-Zehnder干涉仪的两个光学耦合器(相位产生光学耦合器)的两个输出端口输出的光信号之间的相位差的波长依赖性；而图12B表明功率耦合比的波长依赖性。这里，每2π相位差的光程长度的变化是1·λc，其中λc是中心波长，并且按照波导管的一个(图10的下部波导管)的相对光程长度对于另一个的相对光程长度表示光程长度差。由本实施例的相位产生光学耦合器代替非对称Mach-Zehnder干涉仪的两个常规光学耦合器，使得有可能由图9的量把各自相位产生光学耦合器需要的相位量分半，如在图12A中表明的那样。
显然，在非对称Mach-Zehnder干涉仪两侧的相位产生光学耦合器能用来提供不同的相位量，或者仅在一侧的相位产生光学耦合器能用来执行相位校正。例如，作为在图4中的相位产生光学耦合器111，能使用其输出相位差是常数的一种常规光学耦合器，而作为相位产生光学耦合器112，能使用其输出相位差在多路复用/多路解调器的通带中是波长依赖的一种相位产生光学耦合器(例如，能使用包括六个光学延迟线(或七个光学耦合器)的相位产生光学耦合器)。在这种情况下，相位产生光学耦合器112能单独用来补偿在图12A中表明的相位差，同时按在图12B中表明的那样设置功率耦合比，以提供类似优点。
因而，通过其中干涉仪仅包括其输出相位差具有波长依赖性的一个相位产生光学耦合器的配置，也能实现均匀波长周期回路。
根据在图12A中表明的相位差的波长依赖性，看到从具有在图10中表明的配置的相位产生光学耦合器的两个输出端口输出的光信号之间的相位差，具有由一个二次或更高阶多项式给出的波长依赖性，并且相位产生光学耦合器的相位差与在均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差的非线性部分的校正所必要的相位量一致。另外，由于相位产生光学耦合器的功率耦合比的波长依赖性较小，所以期望对于使用相位产生光学耦合器的多路复用/多路解调回路的传输特性，波长依赖性较小。
图13表明其中把图10中表明的相位产生光学耦合器用作构成图4的多路复用/多路解调回路的两个相位产生光学耦合器111和112的情况下，传输特性的波长依赖性。光学延迟线部分107的光程长度差由ΔL’＝ΔL+α给出，并且把值设置为ΔL＝55.9μm和α＝3.5·λc，其中λc是中心波长，并且因此在λc＝1.47μm下，α＝5.145μm。
相对于图11中表明的光学延迟线107的中线(图11的虚线)，把两个相位产生光学耦合器左右对称地放置，从而添加由两个相位产生光学耦合器给出的相位差。
经过光学延迟线，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差的线性部分。相反，通过其输出相位差具有波长依赖性的相位产生光学耦合器，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差的非线性部分。因而，贯穿整个波长范围把通带的中心放置在CWDM栅格上。由于传输特性的波长依赖性较小，所以贯穿整个波长范围实现低交扰。
通过使用火焰水解沉积、光刻蚀和活性离子刻蚀，把硅基光学波导管形成在一个硅基片上，制造光学多路复用/多路解调回路。波导管的相对折射率差是0.75％，波导管的芯厚度是7μm，及芯部宽度是7μm。切割所制造的晶片，并且把光学纤维连接到回路上以组装一个模块。由于在本实施例中使用的波导管材料的折射率的波长依赖性在波长带中较小，所以假定折射率是常数。
然而，当折射率的波长依赖性较大时，图6中均匀波长周期与均匀频率周期之间的关系变化。然而，在这样一种情况下，通过考虑折射率的波长依赖性导出图12A中表明的需要相位量，和通过例如使用多元回归分析适当地确定相位产生光学耦合器的相位特性，有可能像在其中折射率是常数的情况下那样，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差以及折射率的波长依赖性。
尽管通过例子用实现光学器件的最小配置描述了以上光学多路复用/多路解调回路，但也有可能采取一种减小光学多路复用/多路解调回路的偏振依赖性或温度依赖性的配置。
因而按照本发明的光学多路复用/多路解调回路能够实现具有均匀波长周期的光学器件。
[第二实施例]
图14表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第二实施例。本实施例包括：两个相位产生光学耦合器111和112，其输出相位差在通带中具有波长依赖性；一个光学延迟线部分107，在两个相位产生光学耦合器111和112之间；及两个输入/输出光学波导管101和102，及103和104，分别连接到相位产生光学耦合器111和112上。
两个相位产生光学耦合器111和112各自如图15中所示配置。它们包括四个光学耦合器201-204，和在相邻光学耦合器201-204之间的三个光学延迟线部分205-207。
光学多路复用/多路解调回路具有在波长轴上的近似均匀周期的传输特性。另外，为了实现这样一种传输特性，由光学延迟线和其输出之间的相位差在多路复用/多路解调回路的通带内变化的相位产生光学耦合器，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差。
光学干涉仪的特性一般取决于光学延迟线部分的光程长度。因而，如果光程长度因为制造误差偏离设计值，则不能实现希望的特性。鉴于这点，光学多路复用/多路解调回路的本实施例包括在光学延迟线上形成的一个光程长度差调节器件，以改进光学延迟线部分的光程长度的准确性。
如图14中所示，具有均匀波长周期的Mach-Zehnder干涉仪在光学延迟线部分107中包括一个光程长度差调节器件401，从而它通过光程长度调节能改变光程长度差ΔL’＝ΔL+α。
另外，构成在图15中表示的Mach-Zehnder干涉仪的相位产生光学耦合器的光学延迟线部分205-207包括光程长度差调节器件401，从而它们能通过光程长度调节改变光程长度差δ1、δ2和δ3。
使用最小平方近似来优化补偿均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差所需要的相位φ：
φ≅8.12×10-6λ2-0.025λ+19.2]]>
作为构成提供这样的相位特性的相位产生光学耦合器111和112的光学耦合器201、202、203和204，使用其功率耦合比是r1＝82％、r2＝82％、r3＝82％和r4＝82％的定向耦合器，并且通过使用光程长度差调节器件控制光程长度，把光学延迟线205、206和207的光程长度差调节到δ1＝-1.13λc、δ2＝0.24λc和δ3＝1.13λc。
另外，通过用光程长度差调节器件控制光程长度，把Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线部分107的光程长度差调节到ΔL’＝ΔL+α(ΔL＝55.9μm和α＝3.5·λc)。
结果，如在图13中表明的那样，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差，由此能够贯穿整个波长范围把传输特性近似地匹配到CWDM栅格上。另外，由于传输特性的波长依赖性较小，所以交扰在贯穿整个波长范围内较低。
由于本实施例在光学延迟线中包括光程长度差调节器件，所以它们能用来自由地改变光程长度。
因而，能初始把构成相位产生耦合器的光学延迟线的光程长度差设置为0，并且在制造回路之后，使用光程长度差调节器件能把它们设置为某些值。
对于在图16表明的光学延迟线中的波导管对中的一个，或对于在图17中表明的它们两个，能执行光程长度调节。
另外，就光程长度差调节器件而论，能把它们提供到图16的光学延迟线107中表示的相同波导管的多个地方。此外，能自由地设置光程长度差调节器件的几何形状和位置。
显然，通过如图15中所示预先提供光程长度差，和然后通过使用光程长度差调节器件调节光程长度，能把光程长度设置为某些值。
如图18中所示，通过使用火焰水解沉积、光刻蚀和活性离子刻蚀，把包括一个底层503、芯502及上层501的硅基光学波导管形成在一个硅基片504上，制造光学多路复用/多路解调回路。另外，在形成光学波导管之后，在光学波导管上形成薄膜加热器，以把它们用作光程长度差调节器件401。
光学多路复用/多路解调回路以这样一种方式制造，从而波导管的相对折射率差是0.75％，波导管的芯厚度是7μm，及芯宽度是7μm。切割所制造的晶片，并且把光学纤维连接到回路上以组装一个模块。通过借助于包括薄膜加热器的局部热处理改变波导管的折射率，调节光学延迟线的光程长度差。
尽管例如通过借助于薄膜加热器使用热光效应描述了光程长度差调节器件401，但能使用其它方法。例如，也有可能使用借助于一个激光器的光照明、电光效应、磁光效应或能执行光程长度调节的任何其它装置。
由于在本实施例中使用的波导管材料的折射率的波长依赖性在波长带中较小，所以假定折射率是常数。然而，当折射率的波长依赖性较大时，在图6中均匀波长周期与均匀频率周期之间的关系变化。然而，在这样一种情况下，通过考虑折射率的波长依赖性导出需要的相位量，和通过例如使用最小平方近似适当地确定相位产生光学耦合器的相位特性，有可能像其中折射率是常数的情况那样，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差以及折射率的波长依赖性。
尽管例如通过具有实现光学器件的最小配置描述了以上光学多路复用/多路解调回路，但也有可能采取一种用来减小光学多路复用/多路解调回路的偏振依赖性或温度依赖性的配置。
如上所述，本实施例采用诸如薄膜加热器的光程长度差调节器件，并且使用它们通过改变波导管的折射率来调节光学延迟线的光程长度差，由此减小制造误差的影响。因而，通过操作光程长度差调节器件，能把构成多路复用/多路解调回路的光学延迟线的光程长度差精确地设置为设计值。结果，本实施例能实现具有均匀波长周期的光学多路复用/多路解调回路。
[第三实施例]
图19表示按照本发明的多路复用/多路解调回路的第三实施例。该回路包括：三个相位产生光学耦合器111、112和113；两个光学延迟线部分107和108，在三个相位产生光学耦合器之间；两个输入/输出光学波导管101和102，连接到相位产生光学耦合器111上；及两个输入/输出光学波导管103和104，连接到相位产生光学耦合器113上。
把光学延迟线部分107的光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL1+α1，而把光学延迟线部分108的光程长度差设置为ΔL2’＝ΔL2+α2，其中α1和α2是在第一实施例中描述的波长级的光程长度。
另外，三个多路复用/多路解调器件的至少一个包括一个相位产生光学耦合器，并且输出之间的相位差与在干涉仪的通带中的波长相对应地变化，由此装有相位产生功能。
尽管第一和第二实施例是带有基于常规Mach-Zehnder干涉仪的相位产生功能的光学多路复用/多路解调器，但本实施例基于一种常规晶格式滤波器，其中光学延迟线107和108的光程长度差是ΔL1＝ΔL和ΔL2＝2·ΔL+π，并且相位产生光学耦合器111、112和113的功率耦合比近似是50％、70％和10％(例如，见M.Oguma等，“Flat-passbandinterleave filter with 200 GHz channel spacing based on planarlightwave circuit-type lattice structure”，Electronicsletters 2000，Vol.36，pp.1299-1300)。
就这样一种光学多路复用/多路解调回路而论，在第一实施例中描述的方法能由具有均匀频率周期的光学多路复用/多路解调回路实现具有均匀波长周期的光学多路复用/多路解调回路。
图20表明光学多路复用/多路解调回路的本实施例的传输特性的波长依赖性。光学多路复用/多路解调回路通过使用其输出相位差与光学多路复用/多路解调回路的通带中的波长相对应地变化的相位产生光学耦合器，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差，由此实现在波长轴上具有均匀周期的光学多路复用/多路解调回路。
作为构成光学多路复用/多路解调回路的本实施例的相位产生光学耦合器的一个，能使用这样一种相位产生光学耦合器，它包括M+1个光学耦合器，和在相邻光学耦合器之间的M个光学延迟线部分，其中M是等于或大于二的整数。例如，图21的光学多路复用/多路解调回路采用在图10中表明的相位产生光学耦合器，作为相位产生光学耦合器111和113，和一种Mach-Zehnder型光学耦合器，作为相位产生光学耦合器112。
光学多路复用/多路解调回路的本实施例的光学延迟线能包括一个光程长度差调节器件。另外，初始把构成相位产生光学耦合器的光学延迟线的光程长度差设置为零，并且在制造回路之后，使用光程长度差调节器件能把它们设置为某些值。
显然，通过如图15中所示预先提供光程长度差，和然后通过使用光程长度差调节器件，能把光程长度设置为某些值。
另外，有可能通过调节光学延迟线的光程长度差，使相位产生光学耦合器112起一个具有可变功率耦合比的Mach-Zehnder型光学耦合器的作用。
如以前联系图18描述的那样，通过使用火焰水解沉积、光刻蚀和活性离子刻蚀，把包括一个底层503、芯502及上层501的硅基光学波导管形成在一个硅基片504上，制造光学多路复用/多路解调回路。另外，在形成光学波导管之后，在光学波导管上形成薄膜加热器，以把它们用作光程长度差调节器件401。波导管的相对折射率差是0.75％，波导管的芯厚度是7μm，及芯宽度是7μm。切割所制造的晶片，并且把光学纤维连接到回路上以组装一个模块。通过借助于包括薄膜加热器的局部热处理改变波导管的折射率，调节光学延迟线的光程长度差。
尽管例如通过借助于薄膜加热器使用热光效应描述了光程长度差调节器件401，但能使用其它方法。例如，也有可能使用借助于一个激光器的光照明、电光效应、磁光效应或能执行光程长度调节的任何其它装置。
由于在本实施例中使用的波导管材料的折射率的波长依赖性在波长带中较小，所以假定折射率是常数。然而，当折射率的波长依赖性较大时，在图6中均匀波长周期与均匀频率周期之间的关系变化。然而，在这样一种情况下，通过考虑折射率的波长依赖性导出需要的相位量，和通过例如使用非线性多项式近似适当地确定相位产生光学耦合器的相位特性，有可能像其中折射率是常数的情况那样，校正均匀波长周期与均匀频率周期之间的偏差以及折射率的波长依赖性。
尽管例如用实现光学器件的最小配置描述了以上光学多路复用/多路解调回路，但也有可能采取一种用来减小光学多路复用/多路解调回路的偏振依赖性或温度依赖性的配置。
本实施例把本发明应用于一种晶格式滤波器，以证明本发明适用于除Mach-Zehnder干涉仪之外的任何常规干涉仪。本发明也适用于除晶格式滤波器之外的其它器件，如级联Mach-Zehnder干涉仪、横向式滤波器，和其它干涉仪。另外，它不仅适用于具有一输入/两输出的干涉仪，而且也适用于具有希望数量的输入/输出的干涉仪。
因而，本实施例通过使用本实施例的多路复用/多路解调回路能实现具有均匀波长周期的光学多路复用/多路解调回路。
[第四实施例]
图22表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第四实施例。该回路包括一个干涉仪和一个阵列波导管光栅。干涉仪包括：两个相位产生光学耦合器111和112；一个光学延迟线部分107，在两个相位产生光学耦合器之间；及输入波导管101和102，连接到相位产生光学耦合器111上。阵列波导管光栅包括：阵列波导管603；一个第一板式波导管602和一个第二板式波导管604，布置在阵列波导管的两侧；及八个输出波导管605，连接到第二板式波导管上。干涉仪的相位产生光学耦合器112的两个输出射入阵列波导管光栅的第一板式波导管。
就干涉仪的两个输出波导管与第一板式波导管602的连接而论，触点的几何形状能采取任何形式。例如，能把其几何形状变化的光学波导管，如锥形波导管，连接到板式波导管上。
光学多路复用/多路解调器件的至少一个包括一个相位产生器件，该相位产生器件产生与在光学多路复用/多路解调回路的通带中的一个波长相对应的一个输出相位差，并且同时起一个光学耦合器的作用，就是说，起一个相位产生光学耦合器的作用。
光学多路复用/多路解调回路的本实施例基于这样一种配置，其中常规Mach-Zehnder干涉仪的两个输出射入一个阵列波导管光栅的一个第一板式波导管(见图6的日本专利申请公开No.11-109147/1999)。常规配置不适于用在具有均匀波长周期的光学通信系统中，因为前置级的干涉仪具有均匀频率周期。然而，本实施例通过使用在前置级中具有均匀波长周期的多路复用/多路解调回路，和通过把后置级阵列波导管光栅的输出波长周期与前置级的相匹配，以其整体实现具有均匀波长周期的一个光学回路。
可选择地，图23的一种配置也是可能的，其中构成Mach-Zehnder干涉仪的相位产生光学耦合器112联接到阵列波导管光栅的第一板式波导管上(见图6和图7的美国专利No.5488680)。这里，术语“其中相位产生光学耦合器联接到板式波导管上的配置”是指其中例如把在图10中表示的相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器112，和把光学耦合器204直接附加到板式波导管上的情形。
另外，相位产生光学耦合器111可以这样配置，从而它包括六个光学耦合器和在相邻光学耦合器之间的五个光学延迟线，或者相位产生光学耦合器112可以是一种普通光学耦合器。可选择地，光学耦合器可以是定向耦合器、多模干涉仪或可调谐耦合器。
此外，如图24中所示，前置级Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线的波导管的至少一个可以包括一个光程长度差调节器件。
使用光程长度差调节器件使得有可能把前置级Mach-Zehnder干涉仪的通带中心与后置级阵列波导管光栅的相匹配(见C.R.Doerr等，“Compact and low-loss integrated flat-top passband demux”27th European Conference on Optical Communication ECOC’01Vol.6，pp.24-25)。
通过使用火焰水解沉积、光刻蚀和活性离子刻蚀，把硅基光学波导管形成在一个硅基片上，制造光学多路复用/多路解调回路。它能以这样一种方式制造，从而波导管的相对折射率差是0.75％，波导管的芯厚度是7μm，及芯宽度是7μm。切割所制造的晶片，并且把光学纤维连接到回路上以组装一个模块。
图24表示一个光学多路复用/多路解调回路，它包括安装在前置级Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线中的光程长度差调解器件401，及图25表明其传输特性。
前置级干涉仪具有均匀波长周期，并且通过把后置级阵列波导管光栅的输出波长周期与前置级的相匹配，能作为一个完整回路实现具有均匀波长周期的特性。另外，由于具有该配置的回路具有一个平通带，所以它适于与光学通信系统一起使用。
尽管本实施例采用在前置级具有均匀波长的Mach-Zehnder干涉仪，但能使用具有均匀波长周期的任何类型的光学多路复用/多路解调回路，如在第三实施例中表明的晶格式滤波器型、级联Mach-Zehnder型、横向式滤波器型，和其它干涉仪。
可选择地，这样一种配置也是可能的，其中其前置级包括一种光学多路复用/多路解调器，它装有一种包括下面将描述的多个级联光学多路复用/多路解调回路的相位产生器件(第五实施例)，并且光学多路复用/多路解调器的至少两个输出射入阵列波导管光栅的板式波导管。
[第五实施例]
图26表示按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第五实施例。该回路包括：一个前置级光学多路复用/多路解调器801，装有相位产生器件；和后置级光学多路复用/多路解调器802和803，也装有分别连接到光学多路复用/多路解调器801的两个输出上的相位产生器件。前置级光学多路复用/多路解调回路包括具有20nm波长周期的一个均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪，并且后置级光学多路复用/多路解调回路各自包括具有40nm波长周期的一个均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪。另外，其光程长度差这样调节，从而前置级和后置级干涉仪把输入光分裂成四个输出光波。
因而，通过包括装有相位产生器件的多个级联光学多路复用/多路解调回路的配置，实现装有相位产生器件的一输入/四输出光学多路复用/多路解调回路。显然，装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调回路的本实施例像在第二实施例中描述的那样，能在光学延迟线部分中包括光程长度差调节器件。光程长度差调节部分能用来调节光程长度，或把π的相位变化提供给装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调器802的光学延迟线，以互换输出λ1和λ3光波的端口。
在图26中表明的把前置级干涉仪的输出波导管连接到后置级干涉仪的输入波导管上的方案只是一个例子，并且能使用任何其它配置。如果改变前置级和后置级干涉仪的输出和输入波导管的连接，则可以改变规定波长的输出端口。
此外，尽管光学多路复用/多路解调回路的本实施例级联多个均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪，但能采取其它配置。例如，有可能把在第一实施例中描述的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪(波长周期20nm)用作前置级，而把在第三实施例中描述的均匀波长周期晶格式滤波器(波长周期40nm)用作后置级。
因而级联多个均匀波长周期多路复用/多路解调回路能实现一个装有相位产生器件的一输入/N输出光学多路复用/多路解调回路。
可选择地，如图27中所示，能把装有一个相位产生器件的光学多路复用/多路解调器801的两个输出连接到阵列波导管光栅804和805上。因而，装有一个相位产生器件的前置级光学多路复用/多路解调器801把波长多路复用/多路解调成奇数和偶数通道，并且后置级阵列波导管光栅804和805把它们多路复用/多路解调成各个波长。因此，能实现一个装有一个相位产生器件的一输入/N输出光学多路复用/多路解调回路。
显然，对于光学延迟线部分的任一个能执行光程长度调节。
[第六实施例]
图28表示代表本发明第六实施例的一种光学多路复用/多路解调回路。这个回路是由如下构成的一个N级晶格式滤波器：N+1(N：等于或大于1的整数)个相位产生光学耦合器111至115；N个光学延迟线部分107至109，各自插入在相位产生光学耦合器的相邻对之一之间；两个输入波导管101和102，连接到第一相位产生光学耦合器111上；及两个输出波导管103和104，连接到第(N+1)个相位产生光学耦合器115上。
N个光学延迟线部分107、108和109的各自由两个光学延迟元件形成。把光学延迟线部分107、108和109的光程长度差设置为ΔL1+δL1、ΔL2+δL2、…、ΔLN+δLN。作为相位产生光学耦合器111至115的各自，使用其中其输出相位差相对于一个通带具有波长依赖性的相位产生光学耦合器。把这些相位产生光学耦合器用作一个相位产生器件，以把各自具有波长依赖性的相位ψ(λ)、ψ2(λ)、…、ψN(λ)应用于光学延迟线部分107、108和109。通过适当地设置这些相位ψ1(λ)、ψ2(λ)、…、ψN(λ)，有可能自由地设置为图28中表示的光学多路复用/多路解调回路的光学特性。
作为在本实施例中使用的一种方法，将描述借助于其能把具有一个均匀频率周期的一种常规光学多路复用/多路解调回路的透射光谱变换成具有均匀波长周期的光学多路复用/多路解调回路的一种设计方法。不用说，通过使用在第一实施例中描述的方法等，能把在理论上相对于频率为均匀周期性的一种干涉仪变成相对于波长为均匀周期性的干涉仪。然而，在本实施例中，使用一种不同的设计方法。
一般地，一个光学多路复用/多路解调回路，例如包括光学延迟线和光学耦合器的一个N阶(N为等于或大于1的整数)光学多路复用/多路解调回路(光学延迟线回路)的传输特性，能作为光学多路复用/多路解调回路的脉冲响应的傅立叶变换表达，由如下公式表示：
X(ω)=Σq=0Nxqezp(-jqΔLωc)---(8)]]>
其中ω是相对光学角频率，ΔL是光学延迟线的包括折射率的波长依赖性的光程长度差，及c是光速。由公式(8)能理解，常规光学多路复用/多路解调回路对于相对光学角频率是均匀周期性的。如果能把一个波长依赖相位ψ(λ)应用于光学延迟线，则公式(8)能变换成代表本发明的光学多路复用/多路解调回路的传输特性的一个公式：
X(λ)=Σq=0Nxqexp{-j2πq[ΔL′λ-ψ(λ)]}---(9)]]>
其中c＝ωλ/2π，λ是波长及ΔL’是光学延迟线的光程长度差。由这个公式(9)，能理解通过适当地设置波长依赖相位ψ(λ)，能自由地改变光学多路复用/多路解调回路的传输特性。
由于在这个实施例中，通过例子进行传输光谱的变换，从而传输光谱相对于波长成为均匀周期性的，所以可以产生由如下公式表示的一个非线性相位ψ(λ)：
ψ(λ)=(ΔL+δL)λ+λΔλ-(m+λcΔλ)---(10)]]>
其中δL(＝ΔL’-ΔL)是显微光程长度差，Δλ是波长周期，m是整数，及λc是中心波长。通过展开公式(10)，相位能由一个二次或更高阶的多项式函数近似：
ψ(λ)=ΔL+δLλc-m+[-(Δλ+δλ)λc2+1Δλ](λ-λc)+Σq=2(-1)q(ΔL+δL)(λ-λc)qλcq+1---(11)]]>
由公式(11)表示的相位应用于光学延迟线，因而实现具有中心波长λc和波长周期Δλ的一种均匀波长周期光学多路复用/多路解调回路。
在这个实施例中，把一个相位产生光学耦合器用作一个相位产生器件。能够产生一个波长依赖相位的这样一种波长依赖光学多路复用/多路解调器件将称作“相位产生光学耦合器”。
作为一个相位产生光学耦合器，可以使用由一个光学耦合器和一个光学延迟线构成的一个干涉仪型相位产生光学耦合器。更具体地说，把由M+1(M：等于或大于1的整数)个光学耦合器和各自插入在光学耦合器的相邻对之间的M个光学延迟线构成的一个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器，用作在这个实施例中的各自相位产生光学耦合器。
把这种构造的一个相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器的优点在于，晶格式滤波器理论上没有损失，并且有可能通过适当地设置光学耦合器的M+1个功率耦合比(振幅耦合比)和光学延迟线的M个光程长度差，使这种构造的一个光学耦合器起一个相位产生光学耦合器的作用。而且，由彼此靠近放置的两个光学波导管形成的一个定向耦合器能用作各自光学耦合器。
本发明的第n个两输入两输出晶格式滤波器型相位产生光学耦合器的转移矩阵能写作：
Sn=Hn(z)-Fn*(z)Fn(z)Hn*(z)=Sn,Mn+1Sn,Mn···Sn,2Sn,1---(12)]]>
其中Hn(z)和Fn(z)分别是第n个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器的通过端口和交叉端口转移函数，Mn是第n个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器的光学延迟线的数量，z是代替exp(j2πδ1/λ)的一个复变量，及Hn*(z)是由下式定义的Hn(z)的一个对Hermitian共轭：
Hn*(z)≅Hn*(1z*)---(13)]]>
用上标*指示通常的共轭复数。在公式(12)中，Sn，p(p＝1至Mn)是由第p个光学耦合器和第p个光学延迟线形成的基本回路元件的转移矩阵：
Sn,p=cosθn,pexp(-jπδln,pλ)-jsinθn,pexp(-jπδln,pλ)-jsinθn,pexp(jπδln,pλ)cosθn,pexp(jπδln,pλ)---(14)]]>
并且Sn，p(p＝Mn+1)是由第(Mn+1)个光学耦合器的转移矩阵：
Sn,Mn+1=cosθn,Mn+1-jsinθn,Mn+1-jsinθn,Mn+1cosθn,Mn+1---(15)]]>
在这些公式中，δ1n，p是在第n个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器中的第p个光学延迟线的光程长度差，及θn，p是在第n个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器中的第p个光学耦合器的振幅耦合比，更具体地说，是波长依赖振幅耦合比的角表示。
把上述原理应用于一个Mach-Zehnder干涉仪，它是光学多路复用/多路解调回路的一个例子。如图29中所示，按照本发明的一种均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪由如下构成：N+1＝2个相位产生光学耦合器111和112；N＝1个光学延迟线107，插入在相位产生光学耦合器111和112的相邻对之间；两个输入波导管101和102，连接到第一相位产生光学耦合器111上；及两个输出波导管103和104，连接到第二相位产生光学耦合器112上。光学延迟线部分107由两个光学延迟元件形成。把光学延迟线107的光程长度差设置为/ΔL1+δL1。相位产生光学耦合器111和112是分别具有转移矩阵S1和S2的M1级和M2级晶格式滤波器型相位产生光学耦合器。
应用于具有由相位产生光学耦合器产生的相位差的Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线107的相位由通过使用公式(12)形成的如下公式表示：
Φ[φ1(λ),φ2(λ)]={arg[-F1*(z)]+arg[F2(z)]-arg[H1*(z)]-arg[H2*(z)]}2π---(16)]]>
在Mach-Zehnder干涉仪中，两个光学耦合器的一个可以形成为一个相位产生光学耦合器，或者两个光学耦合器两者可以形成为一个相位产生光学耦合器。在这个实施例中，使用彼此相同的两个相位产生光学耦合器，并且放置成关于Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线107的中点是线对称的，如在以上第一实施例的描述中描述的那样。在这种情况下，由于满足关系H1*(z)＝H2*(z)＝H*(z)和-F1*(z)＝F2*(z)＝-F*(z)，所以公式(16)能简化成：
Φ[φ1(λ),φ2(λ)]={arg[-F*(z)]-arg[H*(z)]}π---(17)]]>
因此，通过设置相位产生光学耦合器，能实现本发明的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪，从而通过由公式(17)表示的相位产生光学耦合器产生的相位与公式(11)相同，并且从而相位产生光学耦合器起具有0.5的振幅耦合比的3-dB光学耦合器的作用。
进行数值分析以导出用于相位产生光学耦合器的设计参数。如果参数的数量较少，则相位产生光学耦合器变得较容易制造。因而，把θ1(λ)＝θ2(λ)＝θ3(λ)＝θ4(λ)＝θ(λ)和δ11＝-δ13设置为优化的限制条件。不用说，这些限制条件对于导出相位产生光学耦合器的设计的参数不是必要的。如果增大由晶格式滤波器型相位产生光学耦合器形成的级数，则能增大对希望特性的近似程度。近似程度也通过使用不施加限制条件的任意设计参数而增大。然而，即使当施加上述限制条件时，通过优化也得到具有足够高近似程度的设计参数。而且，如果把一个变量引入到用于近似的相位函数中，则能灵活地设置用于相位产生光学耦合器的设计的参数以便于近似。
为此，把一个变量δL引入到用于近似的相位函数中，如在公式(11)中所示。然而，该变量对于相位产生光学耦合器的设计并不是不可缺少的，并且可以使用除此之外的变量。使用δL的原因在于，简单地通过把光学多路复用/多路解调回路的光学延迟线的光程长度差设置为ΔL’(＝ΔL+δL)，该变量能容易地反映到光学多路复用/多路解调回路中。
构成相位产生光学耦合器的光学耦合器的振幅耦合比、构成光学耦合器的光学延迟线的光程长度差及变量δL通过非线性多项式近似优化，从而公式(17)与公式(11)相同，并且振幅耦合比是0.5。作为优化的结果，得到具有图30A表示的相位差和图30B表示的振幅耦合比的一个相位产生光学耦合器。在相位产生光学耦合器的输出之间的相位差，即产生的相位Φ(λ)，与目标相位ψ(λ)符合：
ψ(λ)≅0.55-0.84(λ-λc)+17(λ-λc)2-11(λ-λc)3---(18)]]>
能理解相位产生光学耦合器起具有近似0.5的振幅耦合比的3-dB光学耦合器的作用。
图31是示意表示按照本发明的一种制造的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪的示意图。把构成相位产生光学耦合器111和112的光学耦合器201至204和301至304的振幅耦合比设置为θ(λc)＝0.33；把相位产生光学耦合器111和112的各自光学延迟线205和305的光程长度差设置为δ11＝-1.8λc；把相位产生光学耦合器111和112的光学延迟线206和306各自的光程长度差设置为δ12＝0.2λc；及把相位产生光学耦合器111和112的光学延迟线207和307各自的光程长度差设置为δ13＝-1.8λc。把由两个光学延迟元件形成的光学延迟线107的光程长度差设置为ΔL1’(＝ΔL1+δL1)。ΔL1是常规Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线的光程长度差。添加到光学延迟线的光程长度差设置为δ11＝2.0λc。
通过借助于火焰水解沉积、光刻蚀和活性离子刻蚀把硅基波导管形成在一个硅基片504上，制造上述光学多路复用/多路解调回路。在光学波导管的形成之后，形成具有40μm宽度和4mm加热器长度的薄膜加热器，作为在光学波导管上的一个光程长度差调节器件401，并且通过使用薄膜加热器改变波导管的折射率，以校正光学延迟线的光程长度差的制造误差。
使波导管具有1.5％的相对折射率差、4.5μm的芯厚度及4.5μm的芯宽度。通过切成方块切割其上制造这种Mach-Zehnder干涉仪的芯片，并且通过把单模纤维连接到输入和输出波导管上组装一个光学模块。
图32表示本发明制造的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪光学模块的光学特性。把与经输入波导管102输入和经输出波导管103输出的光有关的特性指示为“CROSS(交叉)”，而把与经输入波导管102输入和经输出波导管104输出的光有关的特性指示为“THROUGH(通过)”。通过使用本发明的原理实现具有40nm均匀波长周期的光学多路复用/多路解调回路。
图33表示关于相对波长Mach-Zehnder干涉仪的通带中心点与CWDM栅格的未对准。能理解较大轴向未对准出现在常规Mach-Zehnder干涉仪中，因为常规Mach-Zehnder干涉仪关于频率是均匀周期性的，而关于波长不是均匀周期性的。相反，没有轴向未对准出现在本发明的均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪中，因为本发明的Mach-Zehnder干涉仪具有40nm的均匀波长周期。因此，本发明的Mach-Zehnder干涉仪适于用作在波长区域中使用栅格周期的CWDM系统的光学多路复用/多路解调回路。
图34表示关于相对波长的损失，而图35表示关于相对波长的交扰。在常规Mach-Zehnder干涉仪中，损失在CWDM栅格上增大，并且交扰特性也退化，因为通带的中心点与波长栅格偏离。在本发明的Mach-Zehnder干涉仪中，在损失和交扰方面的特性良好，因为通带的中心点刚好与波长栅格符合。
因而，在这个实施例中，以这样一种方式实现一种均匀波长周期光学多路复用/多路解调回路，从而在由具有至少一个输入和至少两个输出的一个相位产生光学耦合器和联接到相位产生光学耦合器上的一个光学延迟线构成的一种干涉仪型光学回路中，由一个相位产生器件把设计成得到均匀波长周期特性的相位应用于光学延迟线。
说得更明确些，把一个其特征在于输出相位差关于通带变化的相位产生光学耦合器用作相位产生器件。更具体地说，把一个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器，并且优化用来设计相位产生光学耦合器的参数，从而光学耦合器具有希望的相位和振幅耦合比，因而在使相位产生光学耦合器能够按希望起作用方面获得成功。通过使用联系这个实施例描述的系列设计技术，把常规Mach-Zehnder干涉仪变换成一个均匀波长周期Mach-Zehnder干涉仪，作为一个光学多路复用/多路解调回路的一个例子。这意味着能把关于频率均匀周期性的普通光学延迟线回路变换成关于波长均匀周期性的。
不用说，上述为了实现希望特性而导出相位的过程，和通过数值分析使设计相位产生光学耦合器的参数优化的过程的系列设计算法，是用来实施本发明的一种可能方法，并且通过不同的方法也能实现一种均匀波长周期光学多路复用/多路解调回路，例如，诸如在第一实施例中描述的其中从透射光谱直接导出目标相位的方法，以得到希望光学特性。
目标相位函数不限于在这个实施例中描述的一种，并且其它相位函数能用来得到希望的特性。况且，本发明不限于把透射特性转换成均匀波长周期。例如，可以这样设计相位，从而波长周期在不同的波长区域处不同。把常规光学多路复用/多路解调回路的透射光谱变换成等波长间隔只是相位设计的一个例子，相位设计是本发明的特征。而且，其中表示相位的方式不是唯一确定的。为了实现相同特性，多种表达方式是可能的。例如，由于在这个实施例中使用的光学多路复用/多路解调回路是一个两输出晶格式滤波器，并且由于从输出波导管的任一个能取得光信号，所以能把m设置为m’/2(m’：整数)。可以使用任何其它函数。
这个实施例只是为了修改常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性，一个相位产生器件的一种可能使用的一个例子。
[第七实施例]
图36表示在本发明第七实施例中的光学多路复用/多路解调回路。这个回路是一个由如下构成的两级晶格式滤波器：N+1(N＝2)个相位产生光学耦合器111至113；N(N＝2)个光学延迟线107和108，各自插入在相位产生光学耦合器的相邻对之间；两个输入波导管101和102，连接到第一相位产生光学耦合器111上；及两个输出波导管103和104，连接到第(N+1＝3)个(第三)相位产生光学耦合器113上。
两个光学延迟线107和108的各自由两个光学延迟元件形成。把光学延迟线107和108的光程长度差分别设置为ΔL1+δL1和ΔL2+δL2。作为相位产生光学耦合器111至113的各自，使用其中其输出相位差具有关于通带的波长依赖性的一个相位产生光学耦合器。这些相位产生光学耦合器用作一个相位产生器件，以把各自具有波长依赖性的相位ψ1(λ)和ψ2(λ)应用于光学延迟线107和108。通过适当地设置这些相位ψ1(λ)和ψ2(λ)，有可能自由地设置为图36中表示的光学多路复用/多路解调回路的光学特性。
通过例子将描述根据本实施例的一种波长基准器件，其中其透射光谱从均匀频率周期变换成均匀波长周期。如果把在第六实施例的描述中描述的相位应用于光学延迟线，则能实现具有中心波长λc和波长周期Δλ的一个波长基准器件。在这个实施例中，把相位产生光学耦合器用作实现希望光学特性的一个相位产生器件。
在这个实施例中，使用一种晶格式滤波器型的相位产生光学耦合器，相位ψ1(λ)由相位产生光学耦合器111和112应用于光学延迟线107，而相位ψ2(λ)由相位产生光学耦合器112和113应用于光学延迟线108。把第一光学延迟线107的光程长度差设置为ΔL1＝ΔL，其中ΔL是一个基本光程长度差，而把第二光学延迟线108的光程长度差设置为ΔL2＝ΔL。基本光程长度差ΔL等于晶格式滤波器型的常规波长基准器件的光程长度差。
相位产生光学耦合器112由彼此靠近放置的两个光学波导管形成的一个定向耦合器形成，并且相位产生光学耦合器111和113由分别具有转移矩阵S1和S3的M1级和M3级晶格式滤波器型相位产生光学耦合器形成。整个回路设计成关于相位产生光学耦合器112是线对称的。减小回路参数的数量以便于回路的制造。不用说，上述配置只是回路配置的一个例子，并且可以使用任何其它回路配置，例如其中相位产生光学耦合器111和113的特性彼此不同的一种配置。
相位产生光学耦合器111至113的转移矩阵分别表示为：
S1=H1(z)-F1*(z)F1(z)H1*(z)=S1,M1+1S1,M1···S1,2S1,1---(19)]]>
S2=cosθ2,1-jsinθ2,1-jsinθ2,1cosθ2,1---(20)]]>
S3=H3(z)-F3*(z)F3(z)H3*(z)=S3,M1+1S3,M1···S3,2S3,1---(21)]]>
优化相位产生光学耦合器的设计参数，从而应用于光学延迟线和107和108的相位Φ1(λ)和Φ2(λ)与目标相位ψ1(λ)和ψ2(λ)分别彼此符合，并且从而相位产生光学耦合器起具有0.3的振幅耦合比的光学耦合器的作用，如以上在第六实施例的描述中描述的那样。
在这个实施例中，使整个回路关于相位产生光学耦合器112线对称，并且光学延迟线107和108的设计彼此相同。因此，只有用于光学延迟线107的优化是必要的。作为优化的结果，把对应相位产生光学耦合器形成为一个六级晶格式滤波器。如果参数的数量较少，则相位产生光学耦合器变得较容易制造。因而，把θ1，1(λ)＝θ1，2(λ)＝θ1，3(λ)＝θ1，4(λ)＝θ1，5(λ)＝θ1，6(λ)＝θ(λ)及δ11，1＝-δ11，5＝-δ11，6和δ11，3＝δ11，4设置为用于优化的限制条件。
不用说，这些限制条件对于用于相位产生光学耦合器的设计的参数的导出不是必要的，并且可以设置其它限制条件。如果增大晶格式滤波器型相位产生光学耦合器中的级数，则能增大对希望特性的近似程度。近似程度也通过使用不施加限制条件的任意设计参数增大。
然而，即使当施加上述限制条件时，通过优化也导出具有足够高近似程度的设计参数。而且，如果把一个变量引入到目标相位函数中，则它便于近似，因为在相位产生光学耦合器的设计参数方面有较大灵活性。
为此，把一个变量δL1引入到用于近似的相位函数中。不用说，该变量对于相位产生光学耦合器的设计不是不可缺少的，并且可以使用除此之外的变量。用来并入δL的原因在于简单地通过把光学多路复用/多路解调回路的光学延迟线的光程长度差设置为ΔL1’(＝ΔL1+δL1)，该变量能容易地反映到光学多路复用/多路解调回路中。
构成相位产生光学耦合器的光学耦合器的振幅耦合比、构成相位产生光学耦合器的光学延迟线的光程长度差及变量δL1通过共轭梯度法优化，从而产生的相位差Φ1(λ)和目标相位ψ1(λ)彼此符合，并且振幅耦合比是0.3。作为优化的结果，如能从图37A理解的那样，在图37A中表示的相位差Φ1(λ)由相位产生光学耦合器111和112产生，并且适当地近似相位ψ1(λ)。实现具有在图37B中表示的这种相位差和振幅耦合比的一个相位产生光学耦合器(相位产生光学耦合器111)。
图38是示意表示按照本发明的一种制造的均匀波长周期晶格式滤波器型波长基准器件的示意图。把构成相位产生光学耦合器111和113的光学耦合器211至217和311至317的各自的振幅耦合比设置为θ(λc)＝0.56；把相位产生光学耦合器111和113的各自光学延迟线231和331的光程长度差设置为δ11＝1.2λc；把各自光学延迟线232和332的光程长度差设置为δ12＝0.12λc；把各自光学延迟线233和333的光程长度差设置为δ13＝-0.2λc；把各自光学延迟线234和334的光程长度差设置为δ14＝-0.2λc；把各自光学延迟线235和335的光程长度差设置为δ15＝-1.2λc；把各自光学延迟线236和336的光程长度差设置为δ16＝-1.2λc。
把各自由两个光学延迟元件形成的Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线107和108的光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL2’＝ΔL’(＝ΔL+δL)。ΔL是常规晶格式滤波器的光学延迟线的光程长度差。添加到光学延迟线上的光程长度差设置为δ11＝-1.8λc。而且，把一个定向耦合器310的振幅耦合器比设置为0.4。
通过借助于火焰水解沉积、光刻蚀或活性离子刻蚀把硅基光学波导管形成在一个硅基片504上，制造上述光学多路复用/多路解调回路。在光学波导管的形成之后，形成具有70μm宽度和8mm加热器长度的薄膜加热器，作为在光学波导管上的一个光程长度差调节器件401，并且通过使用薄膜加热器改变波导管的折射率，以校正光学延迟线的光程长度差的制造误差。
使波导管具有1.5％的相对折射率差、4.5μm的芯厚度及4.5μm的芯宽度。通过切成方块切割其上制造这种Mach-Zehnder干涉仪的芯片，并且通过把分散移位纤维连接到输入和输出波导管上组装一个光学模块。
图39A表示常规波长基准器件的传输特性，而图39B表示本发明的波长基准器件的传输特性。当光经输入波导管102输入和经输出波导管103输出时，测量这些光学特性。不能使常规晶格式滤波器在波长轴上是均匀周期性的，因为它关于频率是均匀周期性的。另一方面，通过使用本发明的原理，实现具有40nm的均匀波长周期的波长基准器件。
图40表示关于相对波长的晶格式滤波器的通带中心点与CWDM栅格的偏差。能理解较大轴向偏差出现在常规晶格式滤波器中，因为常规晶格式滤波器关于频率是均匀周期性的，而关于波长不是均匀周期性的。相反，没有轴向偏差出现在本发明的均匀波长周期晶格式滤波器中，因为本发明的晶格式滤波器具有40nm的均匀波长周期。因此，本发明的晶格式滤波器适于用于在波长区域中使用栅格周期的CWDM系统的波长基准器件。
图41表示关于相对波长的损失。在常规晶格式滤波器中，损失在CWDM栅格上增大，并且交扰特性也退化，因为通带的中心点偏离波长栅格。在本发明的晶格式滤波器中，没有归因于轴向偏差的损失出现，因为通带的中心点刚好与波长栅格符合。
因而，在这个实施例中，以这样一种方式实现一种均匀波长周期光学多路复用/多路解调回路，从而在由具有至少一个输入和至少两个输出的一个相位产生光学耦合器和联接到相位产生光学耦合器上的一个光学延迟线构成的一种干涉仪-型光学回路中，由一个相位产生器件把设计成得到均匀波长周期特性的相位应用于光学延迟线。
说得更明确些，把一个其特征在于输出相位差关于通带变化的相位产生光学耦合器用作相位产生器件。更具体地说，把一个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器，并且优化用来设计相位产生光学耦合器的参数，从而光学耦合器具有希望的相位和振幅耦合比，因而在使相位产生光学耦合器能够按希望起作用方面获得成功。把常规晶格式滤波器型波长基准器件变换成作为一个光学多路复用/多路解调回路的一个例子的均匀波长周期晶格式滤波器型波长基准器件。
根据要得到的传输特性可以按希望设置一个适当的相位函数。本发明不限于均匀波长周期波长基准器件。例如，可以这样设计相位，从而波长周期在不同的波长区域不同。因此，通过适当地设置相位，能实现具有设置为一个任意位置的透射率峰值，即波长基准点的一种波长基准器件。
这个实施例只是为了修改常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性，一个相位产生器件的一种可能使用的一个例子。
[第八实施例]
图42表示在本发明第八实施例中的光学多路复用/多路解调回路。这个回路是一个由如下构成的两级晶格式滤波器：N+1(N＝2)个相位产生光学耦合器111至113；N(N＝2)个光学延迟线107和108，各自插入在相位产生光学耦合器的相邻对的一个之间；两个输入波导管101和102，连接到第一相位产生光学耦合器111上；及两个输出波导管103和104，连接到第(N+1＝3)个(第三)相位产生光学耦合器113上。
两个光学延迟线107和108的各自由两个光学延迟元件形成。把光学延迟线107和108的光程长度差分别设置为ΔL1+δL1和ΔL2+δL2。作为相位产生光学耦合器111至113的各自，使用其中其输出相位差具有关于通带的波长依赖性的一个相位产生光学耦合器。这些相位产生光学耦合器用作一个相位产生器件，以把各自具有波长依赖性的相位ψ1(λ)和ψ2(λ)应用于光学延迟线107和108。通过适当地设置这些相位ψ1(λ)和ψ2(λ)，有可能自由地设置为图42中表示的光学多路复用/多路解调回路的光学特性。
通过例子将描述根据本实施例的一种交错滤波器，其中其透射光谱从均匀频率周期变换成均匀波长周期。如果把在第六实施例的描述中描述的相位应用于光学延迟线，则能实现具有中心波长λc和波长周期Δλ的一个交错滤波器。在这个实施例中，把相位产生光学耦合器用作实现希望光学特性的一个相位产生器件。
在这个实施例中，使用一种晶格式滤波器型的相位产生光学耦合器，相位ψ1(λ)由相位产生光学耦合器111和112应用于光学延迟线107，而相位ψ2(λ)由相位产生光学耦合器112和113应用于光学延迟线108。把第一光学延迟线107的光程长度差设置为ΔL1＝ΔL，其中ΔL是一个基本光程长度差，而把第二光学延迟线108的光程长度差设置为ΔL2＝-2ΔL。基本光程长度差ΔL等于晶格式滤波器型的常规交错滤波器的光程长度差。
如图43B中所示，相位产生光学耦合器112由彼此靠近放置的两个光学波导管形成，并且具有0.38振幅耦合比的一个定向耦合器310形成。相位产生光学耦合器111和113由分别具有转移矩阵S1和S3的M1级和M3级晶格式滤波器型相位产生光学耦合器形成。
优化相位产生光学耦合器的设计参数，从而应用于光学延迟线和107和108的相位Φ1(λ)和Φ2(λ)与目标相位ψ1(λ)和ψ2(λ)彼此符合，并且从而相位产生光学耦合器111和113起分别具有0.5和0.15振幅耦合比的光学耦合器的作用，如以上在第六实施例的描述中描述的那样。作为优化的结果，把相位产生光学耦合器111和113分别形成为一个六级晶格式滤波器和一个十级晶格式滤波器，如图43A和43C中所示。
如果参数的数量较少，则相位产生光学耦合器变得较容易制造。因而，巴θ1，1(λ)＝θ1，2(λ)＝θ1，3(λ)＝θ1，4(λ)＝θ1，5(λ)＝θ1，6(λ)＝θ1(λ)和θ3，1(λ)＝θ3，2(λ)＝θ3，3(λ)＝θ3，4(λ)＝θ3，5(λ)＝θ3，6(λ)＝θ3，7(λ)＝θ3，8(λ)＝θ3，9(λ)＝θ3，10(λ)＝θ3(λ)设置为用于优化的限制条件。
不用说，这些限制条件对于相位产生光学耦合器的设计的参数的导出不是必要的，并且可以设置其它限制条件。如果增大在各自晶格式滤波器型相位产生光学耦合器中的级数，则能增大对希望特性的近似程度。近似程度也通过使用不施加限制条件的任意设计参数增大。然而，即使当施加上述限制条件时，通过优化也导出具有足够高近似程度的设计参数。
而且，如果把一个变量引入到目标相位函数中，则它便于近似，因为在相位产生光学耦合器的设计参数方面将有较大灵活性。为此，把变量δL1和δL2引入到用于近似的相位函数ψ1(λ)和ψ2(λ)中。不用说，这些变量对于相位产生光学耦合器的设计不是不可缺少的，并且可以使用其它变量。用来并入δL1和δL2的原因在于，简单地通过把光学多路复用/多路解调回路的光学延迟线107和108的光程长度差分别设置为ΔL1’(＝ΔL1+δL1)和ΔL2’(＝ΔL2+δL2)，该变量能容易地反映到光学多路复用/多路解调回路中。
首先，构成相位产生光学耦合器的光学耦合器的振幅耦合比、构成相位产生光学耦合器的光学延迟线的光程长度差及变量δL1通过共轭梯度法优化，从而产生的相位差Φ1(λ)和目标相位ψ1(λ)彼此符合，并且振幅耦合比是0.5。作为优化的结果，如能从图44A理解的那样，在图44A中表示的相位差Φ1(λ)由相位产生光学耦合器111和112产生，并且适当地近似相位ψ1(λ)。实现具有这种相位差和在图44B中表示的振幅耦合比的一个相位产生光学耦合器(相位产生光学耦合器111)。
其次，构成相位产生光学耦合器的光学耦合器的振幅耦合比、构成相位产生光学耦合器的光学延迟线的光程长度差及变量δL2通过共轭梯度法优化，从而产生的相位差Φ2(λ)和目标相位ψ2(λ)彼此符合，并且振幅耦合比是0.15。
作为优化的结果，如能从图45A理解的那样，在图45A中表示的相位差Φ2(λ)由相位产生光学耦合器112和113产生，并且适当地近似相位ψ2(λ)。实现具有这种相位差和在图45B中表示的振幅耦合比的相位产生光学耦合器(相位产生光学耦合器113)。
把构成相位产生光学耦合器111和113的光学耦合器211至217和311至317的振幅耦合比分别设置为θ1(λc)＝0.64和θ3(λc)＝0.55。把相位产生光学耦合器111的光学延迟线231、232、233、234、235和236的光程长度差设置为δ11，1＝1.3λc、δ11，2＝0.0、δ11，3＝-0.4λc、δ11，4＝0.6λc、δ11，5＝-0.1λc和δ11，6＝-1.5λc。而且，把相位产生光学耦合器113的延迟线331、332、333、334、335、336、337、338、339和340的光程长度差设置为δ13，1＝0.13λc、δ13，2＝0.05λc、δ13，3＝-0.3λc、δ13，4＝0.2λc、δ13，5＝0.1λc、δ13，6＝0.2λc、δ13，7＝-0.23λc、δ13，8＝-0.3λc、δ13，9＝0.33λc和δ13，10＝-0.5λc。
把由两个光学延迟元件形成的Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线107和108的光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL+δL1、ΔL2’＝-2ΔL+δL2。ΔL是常规晶格式滤波器的光学延迟线的光程长度差。添加到光学延迟线上的光程长度差设置为δ11＝-1.6λc和δ12＝-3.3λc。把一个定向耦合器310的振幅耦合器比设置为0.38。
通过借助于火焰水解沉积、光刻蚀或活性离子刻蚀把硅基光学波导管形成在一个硅基片504上，制造上述光学多路复用/多路解调回路。在光学波导管的形成之后，形成具有40μm宽度和5mm加热器长度的薄膜加热器，作为在光学波导管上的一个光程长度差调节器件401，并且通过使用薄膜加热器改变波导管的折射率，以校正光学延迟线的光程长度差的制造误差。
使波导管具有1.5％的相对折射率差、4.5μm的芯厚度及4.5μm的芯宽度。通过切成方块切割其上制造这种Mach-Zehnder干涉仪的芯片，并且通过把单模纤维连接到输入和输出波导管上组装一个光学模块。
图46表示本发明的晶格型交错滤波器的传输特性。把与经输入波导管102输入和经输出波导管103输出的光有关的特性指示为“CROSS(交叉)”，而把与经输入波导管102输入和经输出波导管104输出的光有关的特性指示为“THROUGH(通过)”。通过使用本发明的原理，实现具有40nm均匀波长周期，即20nm通道周期的均匀波长间隔交错滤波器。
在本发明的均匀波长周期交错滤波器中，没有归因于轴向偏差的损失和交扰出现，因为没有与CWDM栅格的轴向偏差。因此，本发明的交错滤波器最适于用作CWDM系统的光学多路复用/多路解调回路。
因而，在这个实施例中，以这样一种方式实现一种均匀波长周期光学多路复用/多路解调回路，从而在由具有至少一个输入和至少两个输出的一个相位产生光学耦合器和联接到相位产生光学耦合器上的一个光学延迟线构成的一种干涉仪型光学回路中，由一个相位产生器件把设计成得到均匀波长周期特性的相位应用于光学延迟线。
说得更明确些，把一个其特征在于输出相位差关于通带变化的相位产生光学耦合器用作相位产生器件。更具体地说，把一个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器，并且优化用来设计相位产生光学耦合器的参数，从而光学耦合器具有希望的相位和振幅耦合比，因而在使相位产生光学耦合器能够按希望起作用方面获得成功。把常规晶格式滤波器型交错滤波器变换成一个均匀波长周期晶格式滤波器型交错滤波器，作为一个光学多路复用/多路解调回路的一个例子。
可用在单状态下的本发明的光学多路复用/多路解调回路可以用在连接到诸如阵列波导管光栅的另一个光学回路上的状态下，或用在与诸如在一个芯片上的阵列波导管光栅的另一个光学回路集成，以形成一个光学多路复用/多路解调模块的状态下，如以上在本发明的第四实施例的描述中描述的那样。以这种方式可以把本发明的均匀波长周期光学多路复用/多路解调回路与一个常规光学回路相结合。
由一个光学多路复用/多路解调器件(板式波导管)和一个光学延迟线(阵列波导管)构成的一个阵列波导管光栅，即一个干涉仪，是一个基于一种原理操作的光学回路，该原理与在本发明各自实施例中使用的光学延迟线回路操作所基于的原理不同。因此，阵列波导管光栅的光学特性与本发明的光学延迟线回路的特性不同。通常，阵列波导管的光学特性关于波长周期是均匀周期性的。已知通过使用与本发明中的方法不同的方法，能使阵列波导管光栅关于频率是均匀周期性的。
为了减小在常规晶格式交错滤波器中的交扰和波长分散，已经报道了一种级联回路的方法(见M.Oguma等，OFC 2002 TuK3)。如图47中所示，通过级联按照本发明的均匀波长周期多路复用/多路解调回路，能得到相同的效果。回路这样布置，从而当一个光信号经一个输入波导管103输入时，它经一个输出波导管122和124输出。而且，这样设计回路，从而在一个前级中的一个光学多路复用/多路解调回路801的中心波长和在后级中的光学多路复用/多路解调回路802和803的中心波长相差半波长值。不用说，可以使用其它输入和输出端口，并且有用于级联的多种方法。在任何配置中可以级联按照本发明的光学多路复用/多路解调回路。
如果使在前级中的光学多路复用/多路解调回路801的波长周期和在后级中的光学多路复用/多路解调回路802和803的波长周期不同，则能实现一个关于波长是均匀周期性的1×4交错滤波器，如以上在第五实施例的描述中描述的那样。不用说，可以形成任何P输入Q输出多路复用/多路解调回路。
这个实施例只是为了修改常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性，一个相位产生器件的一种可能使用的一个例子。
[第九实施例]
关于主要用在波长区域中的光学多路复用/多路解调回路已经描述了本发明。然而，本发明的原理不仅能应用于波长区域中，而且也能应用于光频区域中。关于这样一种应用的一个例子将描述这个实施例。
如以上在第六实施例的描述中描述的那样，由光学耦合器和光学延迟线构成的一个光学延迟线回路的传输特性能由如下公式表示：
X(f)=Σq=0Nxqexp(-j2πqnΔLcf)---(22)]]>
其中n是具有光频依赖性的折射率，ΔL是光程长度差，c是光速，及f是光频。一个常规光学延迟线回路在光频区域中是均匀周期性的，并且其传输特性的特征在于光频周期Δf和中心光频fc。然而，在常规光学延迟线回路中只能自由地设置光程长度差ΔL。因此，不能同时设置光频周期Δf和中心光频fc；只能设置它们的一个。
更具体地说，光程长度差ΔL与光频周期Δf和中心光频fc有关，如由如下两个公式表示的那样：
ΔL=cNg·Δf---(23)]]>
ΔL=c·mn·fc---(24)]]>
其中m是整数，并且Ng是一个组折射率。把公式(23)和(24)代入到公式(22)中，得到用于传输特性的如下公式：
X(f)=Σq=0Nxqexp(-j2πqnNgcΔff)---(25)]]>
X(f)=Σq=0Nxqexp(-j2πqnmnc·fcf)---(26)]]>
其中nc是在中心光频的折射率，Ngc是在中心光频的组折射率。根据公式(25)，能把光频周期设置为一个任意值，并且能形成关于频率是均匀周期性的和具有光频周期Δf的一种光学多路复用/多路解调回路。然而不能设置中心光频。另一方面，根据公式(26)，能把中心光频设置为一个任意值，并且能形成关于频率是均匀周期性的和具有中心光频fc的一种光学多路复用/多路解调回路。然而不能设置光频周期。
图48A和48B表示在具有800GHz光频周期的一种常规Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，离开通带中心点的光频栅格的偏差的一个具体例子。这里，假定光频栅格具有191THz的中心光频和800GHz的光频周期。
图48A表示在使用公式(25)设计的情况下的轴向偏差量，而图48B表示在使用公式(26)设计的情况下的轴向偏差量。参照图48A，轴向偏差量关于光频是常数，因为把光频周期设置为800GHz，但与开光频栅格的轴向偏差量较大，因为不能设置中心光频。参照图48B，在频率区域的中心处离开光频栅格的偏差量是零，因为把中心光频设置为191THz，但离开光频栅格的轴向偏差量在频率区域两端较大。
因而，常规光学延迟线回路通常能够设置光频周期Δf或中心光频fc，但不能够同时把它们两个设置为任意值。不用说，在其中满足fc＝msNgcΔf/nc(ms：整数)的特殊情况下，能同时设置光频周期Δf和中心光频fc。然而，光频周期Δf和中心光频fc只能在这样一种特殊情况下设置。
在这个实施例中，应用一种具有光学依赖性的相位产生器件，以使得能够同时把光频周期Δf和中心光频fc两个设置为任意值，如下面描述的那样。本发明的光学延迟线回路的传输特性能表示为：
X(f)=Σq=0Nxqexp{-j2πq[nΔL′cf-ψ(f)]}---(27)]]>
其中c是光速，ΔL’是光学延迟线的光程长度差，及ψ(f)是由相位产生器件产生的相位。由这个公式，能理解通过适当地设置具有光频依赖性的相位ψ(f)，能自由地改变光学多路复用/多路解调回路的传输特性。在这个实施例中，例如，得到具有光频周期Δf和中心光频fc的传输光谱的一种均匀频率周期光学延迟线回路。因此，可以巴由如下公式表示的非线性相位ψ(f)应用于光学线回路的光学延迟线：
ψ(f)=[n(ΔL+δL)c-1Δf]f-(mc-fcΔf)---(28)]]>
其中δL(＝ΔL’-ΔL)是显微光程长度差，ΔL是常规Mach-Zehnder干涉仪的光程长度差，及mc是整数。
把上述原理应用于是光学延迟线回路的一个例子的常规Mach-Zehnder干涉仪，以实现具有任意光频周期和中心频率的均匀频率周期光学延迟线回路，如下面描述的那样。在这个实施例中，把一个相位产生光学耦合器用作一个相位产生器件，以产生光频依赖相位，由此实现希望的光学特性。
图49表示当把由公式(28)表示的相位应用于Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线时，在具有800GHz光频周期的Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心点的光频栅格的偏差的一个具体例子。能理解由于把中心光频设置为191THz，并且把光频周期设置为800GHz，所以中心点刚好与光频栅格符合，从而消除与光频栅格的轴向偏差。
使用由光学耦合器和光学延迟线构成的一种干涉仪型相位产生光学耦合器。更具体地说，在这个实施例中，一个晶格式滤波器型光学多路复用/多路解调器件由M+1(M：等于或大于1的整数)个光学耦合器和各自插入在光学耦合器的相邻对之间的M个光学延迟线构成。
把这种构造的一个光学多路复用/多路解调器件用作相位产生器件的优点在于，晶格式滤波器理论上没有损失，并且有可能通过适当地设置M+1个光学耦合器的功率耦合比(振幅耦合比)和M个光学延迟线的光程长度差，使光学多路复用/多路解调器件起一个相位产生光学耦合器的作用。而且，把由彼此靠近放置的两个光学波导管形成的一个定向耦合器用作各自光学耦合器。
按照本发明的光学多路复用/多路解调回路的第n个两输入两输出晶格式滤波器型相位产生光学耦合器的转移矩阵能写作以上在第六实施例的描述中表示的公式(12)。在该公式中，z是代替exp(jωδ1/c)的一个复变量。
在公式(12)中，Sn，p(p＝1至Mn)是由第p个光学耦合器和第p个光学延迟线形成的基本回路元件的转移矩阵：
Sn,p=cosθn,pexp(-jπfδln,pc)-jsinθn,pexp(-jπfδln,pc)-jsinθn,pexp(jπfδln,pc)cosθn,pexp(jπfδln,pc)---(29)]]>
其中θn，p是在第n个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器中的第p个光学耦合器的振幅耦合比，更具体地说，是光频依赖振幅耦合比的角表示。
应用于具有由相位产生光学耦合器产生的相位差的Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线的相位表示成：
Φ[φ1(f),φ2(f)]={arg[-F1*(z)]+arg[F2(z)]-arg[H1*(z)]-arg[H2*(z)]}2π---(30)]]>
在具有一个任意光频周期和中心光频的本发明的Mach-Zehnder干涉仪中，两个光学耦合器的一个可以形成为一个相位产生光学耦合器，或者两个光学耦合器两者可以形成为一个相位产生光学耦合器。在这个实施例中，使用彼此相同的两个相位产生光学耦合器，并且放置成关于Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线的中点是线对称的，如以上在第一实施例的描述中描述的那样。
在这种情况下，由于满足关系H1*(z)＝H2*(z)＝H*(z)和-F1*(z)＝F2*(z)＝-F*(z)，所以公式(39)能简化成：
Φ[φ1(f),φ2(f)]={arg[-F*(z)]-arg[H*(z)]}π---(31)]]>
因此，通过设置相位产生光学耦合器，能实现能够把光频周期Δf和中心光频fc同时设置为任意值的Mach-Zehnder干涉仪，从而由公式(31)表示的相位产生光学耦合器产生的相位与公式(28)相同，并且从而相位产生光学耦合器起具有0.5振幅耦合比的3-dB光学耦合器的作用。
在这个实施例中，把相位产生光学耦合器放置成关于Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线的中心是线对称的。作为优化的结果，把各自相位产生光学耦合器形成为一个三级晶格式滤波器。如果参数的数量较少，则相位产生光学耦合器变得较容易制造。因而，巴θ1，1(λ)＝θ1，2(λ)＝θ1，3(λ)＝θ2，1(λ)＝θ2，2(λ)＝θ2，3(λ)＝θ(λ)设置为用于优化的限制条件。
不用说，这些限制条件对于相位产生光学耦合器的设计的参数的导出不是必要的，并且可以设置其它限制条件。而且，可以彼此不同地设计Mach-Zehnder干涉仪的两个相位产生光学耦合器，并且可以设计成它们只有一个起一个相位产生器件的作用。尽管在这个实施例中把一个三级晶格式滤波器用作具有相位产生功能的一个相位产生光学耦合器，但可以选择性地使用一个两级晶格式滤波器，一个具有四级或更多级的晶格式滤波器，或一级晶格式滤波器，即Mach-Zehnder干涉仪。不用说，可以使任何其它光学多路复用/多路解调回路起相位产生光学耦合器的作用。
此外，可以把一个变量引入到目标相位函数中以便于近似，因为在相位产生光学耦合器的设计参数方面将有较大灵活性。因此，把一个变量δL1引入到用于近似的相位函数中。不用说，该变量对于设计相位产生光学耦合器不是不可缺少的，并且可以使用除此之外的变量。用来并入δL1的原因在于，简单地通过把光学多路复用/多路解调回路的光学延迟线的光程长度差设置为ΔL1’(＝ΔL1+δL1)，该变量能容易地反映到光学多路复用/多路解调回路中。
构成相位产生光学耦合器的光学耦合器的振幅耦合比、构成相位产生光学耦合器的光学延迟线的光程长度差及变量δL1通过共轭梯度法优化，从而产生的相位差Φ1(λ)和目标相位ψ1(λ)彼此符合，并且振幅耦合比是0.5。
作为优化的结果，在图50A中表示的相位差Φ1(λ)由相位产生光学耦合器111和112产生，并且适当地近似相位ψ1(λ)。图50B表示从图50A抽取的相位的非线性项。能认识到在目标相位与由相位产生光学耦合器产生的相位之间的良好对应。
而且，相位产生光学耦合器能够起具有0.5振幅耦合比的一个光学耦合器的作用，如图51中所示。
图52是示意表示按照本发明的制造Mach-Zehnder干涉仪的示意图。把构成相位产生光学耦合器111和112的各自光学耦合器201至204和301至304的振幅耦合比设置为θ(λc)＝0.3；把相位产生光学耦合器111和112的各自光学延迟线205和305的光程长度差设置为δ11＝-0.2λc；把各自光学延迟线206和306的光程长度差设置为δ12＝0.3λc；及把各自光学延迟线207和307的光程长度差设置为δ13＝0.6λc。
把由两个光学延迟元件形成的Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线107的光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL1+δL1。ΔL1是常规Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线的光程长度差。把添加到光学延迟线上的光程长度差设置为δL1＝-1.λc。
通过借助于火焰水解沉积、光刻蚀和活性离子刻蚀把硅基光学波导管形成在一个硅基片504上，制造上述光学多路复用/多路解调回路。在光学波导管的形成之后，形成具有70μm宽度和2mm加热器长度的薄膜加热器，作为在光学波导管上的一个光程长度差调节器件401，并且通过使用薄膜加热器改变波导管的折射率，以校正光学延迟线的光程长度差的制造误差。使波导管具有0.75％的相对折射率差、7μm的芯厚度及7μm的芯宽度。通过切成方块切割其上制造这种Mach-Zehnder干涉仪的芯片，并且通过把单模纤维连接到输入和输出波导管上组装一个光学模块。
图53表示本发明的制造Mach-Zehnder干涉仪模块的光学特性。把与经输入波导管102输入和经输出波导管103输出的光有关的特性指示为“CROSS(交叉)”，而把与经输入波导管102输入和经输出波导管104输出的光有关的特性指示为“THROUGH(通过)”。通过使用本发明的原理实现具有800GHz光频周期和191THz中心光频的光学多路复用/多路解调回路。不用说，为了适应ITU栅格，可以分别把光频周期和中心光频设置为100GHz和191THz。
图54表示关于光频的Mach-Zehnder干涉仪的通带中心点与光频栅格(具有800GHz光频周期和191THz中心光频)的偏差。没有轴向偏差出现在本发明的Mach-Zehnder干涉仪中，并且实现在图49中表示的特性，如理论上期望的那样。
因而，在这个实施例中，以这样一种方式实现一种能够同时把光频周期和中心光频设置为任意值的光学多路复用/多路解调回路，从而在由具有至少一个输入和至少两个输出的一个相位产生光学耦合器和联接到相位产生光学耦合器上的一个光学延迟线构成的一种干涉仪型光学回路中，由一个相位产生器件把一个光学频率依赖相位应用于光学延迟线。
说得更明确些，把一个其特征在于输出相位差关于通带变化的相位产生光学耦合器(具有光频依赖性)用作相位产生器件。更具体地说，把一个晶格式滤波器型相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器，并且优化用来设计相位产生光学耦合器的参数，从而光学耦合器具有希望的相位和振幅耦合比，因而在使相位产生光学耦合器能够按希望起作用方面获得成功。本发明不仅在波长区域中而且在光频区域中是有用的。
不用说，为了实现希望特性而导出相位的过程，和通过数值分析优化用来设计相位产生光学耦合器的参数的过程的上述系列设计算法，是用来实施本发明的一种可能方法，并且可以使用任何其它方法，例如，诸如在第一实施例中描述的那些方法，其中从透射光谱直接导出目标相位。
目标相位函数不限于在这个实施例中描述的一种，并且其它相位函数能用来得到希望的特性。况且，本发明不限于能够同时把光频周期和中心光频设置为任意值的光学多路复用/多路解调回路。例如，可以这样设计相位，从而频率周期在不同的频率区域不同。
而且，其中表示相位的方式不是唯一确定的。为了实现相同特性，多种表达方式是可能的。例如，相位能表示为：
ψ(f)=[n(ΔL+δL)c-1Δf]f-mc2---(32)]]>
这时fc＝m’sΔf/2。
图55表示当把按上述设置的相位应用于Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线时，在具有800GHz光频周期的Mach-Zehnder干涉仪的传输特性中，与通带中心点的光频栅格的偏差。把光频栅格的中心光频和光频周期分别设置为190.8THz和800GHz。
能使用公式(32)，因为满足fc＝m’sΔf/2。能理解通带的中心点刚好与光频栅格符合，并且与光频栅格的轴向偏差是零。
这个实施例只是修改常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性的一个相位产生器件的一种可能使用的一个例子。
[第十实施例]
在本发明的上述实施例中，主要把由M+1(M：等于或大于1的整数)个光学耦合器和各自插入在光学耦合器的相邻对之间的M个光学延迟线构成的一个晶格式滤波器型光学多路复用/多路解调器件用作相位产生器件。这是因为晶格式滤波器理论上没有损失，并且因为有可能通过适当地设置M+1个光学耦合器的功率耦合比(振幅耦合比)和M个光学延迟线的光程长度差，使晶格式滤波器型光学多路复用/多路解调器件起一个相位产生光学耦合器的作用。而且，把由彼此靠近放置的两个光学波导管形成的一个定向耦合器用作光学耦合器，因为简单地通过调节定向耦合器的耦合长度能改变定向耦合器的振幅耦合比。
然而，可以把通过级联晶格式滤波器形成的光学多路复用/多路解调器件，或由一个光学耦合器和一个光学延迟线构成的任何其它干涉仪型光学多路复用/多路解调器件用作一个相位产生器件。对于相位产生器件的其它例子的配置描述这个实施例。能应用本发明的原理，而与相位产生器件的配置无关，并且可用相位产生器件不限于在本发明实施例中的描述配置。
图56表示在本发明第十实施例中的一种相位产生器件。这个相位产生器件由如下构成：M+1(M：等于或大于1的整数)个光学耦合器201至204；M个光学延迟线205至207，各自插入在光学耦合器201至204的相邻对之间；一个输入端口，连接到第一光学耦合器201上；及一个输出端口，连接到第M+1个光学耦合器204上。把由彼此靠近放置的两个光学波导管形成的一个定向耦合器用作光学耦合器201至204。不用说，可以使用任何其它种类的耦合器，例如，一种多模干扰耦合器、一种可变耦合器、一种X分支耦合器及一种Y分支耦合器。也可以使用干涉仪型光学耦合器。在这个实施例中，使用对于制造变化能够得到具有稳定性的振幅耦合比的一种稳定光学耦合器(见M.Oguma等，OFC 2002 TuK3)，如图56中所示。
稳定光学耦合器是由四个光学耦合器(定向耦合器)211至214和三个光学延迟线231至233形成的一个晶格式回路，并且稳定光学耦合器的回路作为一个整体起一个耦合元件的作用。把各自光学耦合器(定向耦合器)211至214的振幅耦合比设置为0.5，并且把光学延迟线231、232和233的光程差分别设置为λc/4、λ和-λc/4处(λc：中心波长)。通过调节λ的值能设置稳定耦合器的振幅耦合比。如果把这样一种光学耦合器用作构成相位产生光学耦合器111的各自光学耦合器201至204，则增大对于制造误差的容限。
通过优化构成光学多路复用/多路解调器件111的光学耦合器，即稳定耦合器201至204的振幅耦合比，和构成光学多路复用/多路解调器件111的光学延迟线205至207的光程长度差，实现一个相位产生光学耦合器。
[第十实施例的第一修改]
图57表示在本发明第十实施例的第一修改中的一种相位产生器件。在图57中表示的一个光学多路复用/多路解调器件114由多个光学多路复用/多路解调器件111、112和113构成。更具体地说，把光学多路复用/多路解调器件112和113以级联方式连接到光学多路复用/多路解调器件111的两个输出端口上。光学多路复用/多路解调器件114是一个相位产生光学耦合器。而且，光学多路复用/多路解调器件111、112和113各自是一个相位产生光学耦合器。因而，各自起一个相位产生光学耦合器作用的多个光学多路复用/多路解调器件可以用来形成任何P输入Q输出(P、Q：自然数)相位产生光学耦合器。
在图57中表示的布置是一个四输入四输出相位产生光学耦合器。然而，任何端口可以用作一个输入端口或一个输出端口。在本发明的实施例中，光经相位产生光学耦合器的一个输入端口输入，并且从两个输出端口输出的光的振幅耦合比和相位差用于相位产生光学耦合器的函数。然而，如在这个实施例中那样自由地选择输入和输出端口的数量。例如，在其中提供四个输出端口的情况下，能定义从输出端口输出的光的振幅耦合比和相对相位差。
图58表示使用在图57中表示的光学多路复用/多路解调器件114的一种光学多路复用/多路解调回路。这个回路是一个由如下构成的Mach-Zehnder干涉仪：N+1(N＝1)个相位产生光学耦合器114和115；N(N＝1)个光学延迟线107，插入在相位产生光学耦合器的相邻对之间；四个输入波导管101至104，连接到第一相位产生光学耦合器114上；及两个输出波导管105和106，连接到第(N+1＝2)(第二)个相位产生光学耦合器115上。
光学延迟线107由两个光学延迟元件形成，并且把其光程长度差设置为ΔL1+δL1。任何相位产生光学耦合器能用作第(N+1＝2)(第二)个相位产生光学耦合器115。在这个实施例中，使用作为一个光学耦合器提供的一个定向耦合器。把其输出相位差关于通带是波长依赖的或光频依赖的一个相位产生光学耦合器用作第一相位产生光学耦合器114。把这个相位产生光学耦合器用作一个相位产生器件，以把一个波长依赖或光频依赖相位ψ1应用于光学延迟线107。通过适当地设置这个相位ψ1，按希望设置图58中表示的光学多路复用/多路解调回路的光学特性。
[第十实施例的第一修改]
图59表示在本发明第十实施例的第二修改中的一种相位产生器件。在图59中表示的一个相位产生光学耦合器111由光学耦合器201至204和光学延迟元件251至255构成。相位产生光学耦合器111的配置可以广义地叫做一个横向式滤波器型光学多路复用/多路解调回路。
这个光学多路复用/多路解调回路由如下构成：光学耦合器201；一个输入端口，连接到光学耦合器201上；光学延迟元件251，连接到光学耦合器201的两个输出端口的一个上；光学延迟元件254，连接到光学耦合器201的另一个输出端口上；光学耦合器202，连接到光学延迟元件254上；光学延迟元件252和253，连接到光学耦合器202上；光学耦合器203，连接到光学延迟元件252和253上；光学耦合器204，连接到光学耦合器203和光学延迟元件251上；及一个输出端口，连接到光学耦合器204上。
适当地设置构成相位产生光学耦合器111的光学耦合器的振幅耦合比和光学延迟线的光程长度差，以使相位产生光学耦合器111能够按希望起作用。不用说，有用来形成横向式滤波器型光学多路复用/多路解调回路的多种方法。这种构造是这些方法中的一种。
诸如在图60中表示的一种的配置可以广义地叫做一个横向式滤波器型光学多路复用/多路解调回路。这个光学多路复用/多路解调回路由如下构成：一个光学耦合器201；一个输入端口，连接到光学耦合器201上；一个光学延迟元件251，连接到光学耦合器201的两个输出端口的一个上；一个光学延迟元件254，连接到光学耦合器201的另一个输出端口上；一个光学耦合器202，连接到光学延迟元件254上；光学延迟元件252和253，连接到光学耦合器202上；一个光学耦合器203，连接到光学延迟元件252和253上，并且连接到光学延迟元件251上；及三个输出端口，连接到光学耦合器203上。光学耦合器203可以由一个三输入三输出多模干涉仪等形成，或者可以由多个光学耦合器形成。适当地设置构成相位产生光学耦合器111的光学耦合器的振幅耦合比和光学延迟线的光程长度差，以使相位产生光学耦合器111能够按希望起作用。
[第十一实施例]
图61表示在本发明第十一实施例中的一种多路复用/多路解调回路。这个回路是由如下构成的一个N级晶格式滤波器：N+1(N：等于或大于1的整数)个光学耦合器211至215；N个光学延迟线107至109，各自插入在光学耦合器的相邻对之间；两个输入波导管101和102，连接到第一光学耦合器211上；及两个输出波导管103和104，连接到第(N+1)个光学耦合器215上。
N个光学延迟线107、108和109各自由两个光学延迟元件形成，并且把其光程长度差设置为ΔL1+δL1、ΔL2+δL2、…、ΔLN+δLN。把关于通带各自具有波长依赖性或光频依赖性的相位ψ1、ψ2、…、ψN应用于光学延迟线107、108和109。通过适当地设置以上表示的上述相位，能按希望设置图61中表示的光学多路复用/多路解调回路的光学特性。作为应用各自具有波长依赖性或光频依赖性的相位ψ1、ψ2、…、ψN的一种手段，在光学延迟线中提供相位产生器件。
图62表示一种状态，其中在形成光学延迟线107至109的光学延迟元件对中提供相位产生光学耦合器111至116。作为各自相位产生光学耦合器，能使用通过使用光学耦合器和光学延迟线形成的一个相位产生光学耦合器。
图63是示意表示一种Mach-Zehnder干涉仪的示意图，作为在这个实施例中的光学多路复用/多路解调回路的一个简单例子。这个回路由如下构成：N+1＝2个光学耦合器211和216；N＝1个光学延迟线107，插入在光学耦合器的相邻对之间；两个输入波导管101和102，连接到第一光学耦合器211上；两个输出波导管104和105，连接到第(N+1)个光学耦合器216上；一个相位产生光学耦合器111，插入在光学延迟线107的光学延迟元件的一个中；一个输入波导管103，连接到相位产生光学耦合器111上；及一个输出波导管106，连接到相位产生光学耦合器111上。为了消除制造误差而作为光程长度差调节器件401提供的薄膜加热器形成在光学延迟线107中。光学延迟线107的光程长度差由两个光学延迟元件和光程长度差调节器件401调节到ΔL1+δL1。
作为相位产生光学耦合器111，使用由光学耦合器212至215和各自插入在光学耦合器的相邻对之间的光学延迟线231至233构成的一个晶格式相位产生器件。优化构成相位产生光学耦合器111的光学耦合器的振幅耦合比和光学延迟线的光程长度差，以产生用于近似到目标相位ψ1的相位Φ1。
把相位产生光学耦合器111的未使用输入/输出端口能用作一个监视器端口。在图63表示的布置中，使用相位产生光学耦合器111的通过端口。然而，也可以使用交叉端口。不用说，可以使用任何P输入Q输出相位产生器件。
在图63中表示的配置中，一个相位产生器件提供在光学延迟元件的一个中。可选择地，多个相位产生器件可以提供在一个光学延迟元件中，或者一个相位产生器件可以提供在光学延迟线的两个光学延迟元件的各自中。而且，在Mach-Zehnder干涉仪中的光学耦合器211和216各自可以形成为具有相位产生功能的相位产生光学耦合器，如图64中所示。
已经描述了在光学多路复用/多路解调回路中的光学延迟线中提供一个相位产生器件的方法，并且通过例子已经表明Mach-Zehnder干涉仪的一种简单配置。
[第十二实施例]
图65表示在本发明第十二实施例中的光学多路复用/多路解调回路。尽管通常把诸如晶格式滤波器和横向式滤波器的滤波器布置用作能够实现希望特性的光学延迟线回路，但在这个实施例中所描述的一个级联Mach-Zehnder干涉仪也是能够实现希望特性的滤波器布置之一。
在这个回路中，级联Mach-Zehnder干涉仪，其中一个由两个相位产生光学耦合器111和112及插入在相位产生光学耦合器的相邻对之间的一个光学延迟线107构成。两个输入波导管103和104连接到在第一级Mach-Zehnder干涉仪中的相位产生光学耦合器111上，一个输出波导管124连接到相位产生光学耦合器112的两个输出的一个上，并且第二级Mach-Zehnder干涉仪连接到相位产生光学耦合器112的另一个输出上。一个输入波导管102连接到第二级Mach-Zehnder干涉仪的一个相位产生光学耦合器113上，一个输出波导管123连接到第二级Mach-Zehnder干涉仪的一个相位产生光学耦合器114的两个输出的一个上，及第三级Mach-Zehnder干涉仪连接到相位产生光学耦合器114的另一个输出上。一个输入波导管101连接到第三级Mach-Zehnder干涉仪的一个相位产生光学耦合器115上，并且两个输出波导管121和122连接到第三级Mach-Zehnder干涉仪的一个相位产生光学耦合器116上。
把光学延迟线107、108和109的光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL+δL1、ΔL2’＝2·ΔL+δL2、ΔL3’＝3·ΔL+δL3。ΔL是一个对应常规Mach-Zehnder干涉仪的基本光程长度差。
相位产生光学耦合器111和112的一个或两个形成为一个相位产生光学耦合器，以把一个相位应用于光学延迟线，由此校正第一级Mach-Zehnder干涉仪的光学特性，例如使它关于波长是均匀周期性的。相位产生光学耦合器113和114的一个或两个形成为一个相位产生光学耦合器，以把一个相位应用于光学延迟线，由此校正第二级Mach-Zehnder干涉仪的光学特性，例如使它关于波长是均匀周期性的。
而且，相位产生光学耦合器115和116的一个或两个形成为一个相位产生光学耦合器，以把一个相位应用于光学延迟线，由此校正第三级Mach-Zehnder干涉仪的光学特性，例如使它关于波长是均匀周期性的。如果使级联Mach-Zehnder干涉仪的每各自关于波长是均匀周期性的，则使光学多路复用/多路解调回路作为整体关于波长是均匀周期性的。
这个实施例只是为了修改常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性，一个相位产生器件的一种可能使用的一个例子。
[第十三实施例]
图66表示在本发明第十三实施例中的一种多路复用/多路解调回路。这个回路是由各自具有一个或多个输入和两个或多个输出的相位产生光学耦合器111和112，及耦合到这些相位产生光学耦合器上的光学延迟元件251至253形成的一个光学延迟线构成的一个干涉仪。这个回路在广义上是一个横向式光学多路复用/多路解调回路。
更具体地说，这个回路由如下构成：相位产生光学耦合器111；一个或多个输入波导管101和102，连接到相位产生光学耦合器111上；一个光学延迟线，由三个或多个光学延迟元件251至253形成；相位产生光学耦合器112，连接到光学延迟元件251至253上；及一个或多个输出波导管103和104，连接到相位产生光学耦合器112上。
相位产生光学耦合器111和112的一个在单状态下可以起一个相位产生器件的作用，或者组合的多个相位产生光学耦合器可以起相位产生器件的作用。这些相位产生光学耦合器能用作一个相位产生器件，以把一个波长依赖或光频依赖相位ψ应用于光学延迟线。通过适当地设置这个相位ψ，能按希望设置图66中表示的光学多路复用/多路解调回路的光学特性。
例如，如果把一个相位产生器件并入在横向式光学多路复用/多路解调回路中，则能产生如在本发明的实施例的描述中所描述的一个非线性多项式所近似的相位，以修改在波长区域或频率区域中使用的干涉仪的光学特性。而且，在这个实施例中，构成干涉仪的相位产生光学耦合器的至少一个具有产生波长依赖或光频依赖相位的功能。
通过使用相位产生器件，对于光学多路复用/多路解调回路的一个具体例子，把关于频率是均匀周期性的一个常规横向式交错滤波器(见T.Mizuno等，Electron.Lett.，Vol.38，pp1121-1122(2002))变换成一个关于波长是均匀周期性的横向式交错滤波器。如图67中所示，把使用各自由一个光学耦合器和一个光学延迟线构成的相位产生光学耦合器113和114及115和116的组合，并且具有一种相位产生功能的相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器111和112。
相位产生光学耦合器111由如下构成：相位产生光学耦合器113，具有一种相位产生功能；两个输入端口，连接到相位产生光学耦合器113上；一个输出端口，连接到相位产生光学耦合器113上；相位产生光学耦合器114，连接到相位产生光学耦合器113上，并且具有一种相位产生功能；一个输入端口，连接到相位产生光学耦合器114上；及两个输出端口，连接到相位产生光学耦合器114上。
相位产生光学耦合器112由如下构成：相位产生光学耦合器115，具有一种相位产生功能；两个输入端口，连接到相位产生光学耦合器115上；一个输出端口，连接到相位产生光学耦合器115上；相位产生光学耦合器116，连接到相位产生光学耦合器115上，并且具有一种相位产生功能；一个输入端口，连接到相位产生光学耦合器116上；及两个输出端口，连接到相位产生光学耦合器116上。
把光学延迟元件251的相对光程长度差设置为0·ΔL+0.5λc，把光学延迟元件252的相对光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL1+δL1＝ΔL+δL1，及把光学延迟元件253的相对光程长度差设置为ΔL2’＝ΔL2+δL2＝3·ΔL+δL2。把相位产生光学耦合器113的振幅耦合比设置为0.55，把相位产生光学耦合器114的振幅耦合比设置为0.22，把相位产生光学耦合器115的振幅耦合比设置为0.22，及把相位产生光学耦合器116的振幅耦合比设置为0.5。把相位产生光学耦合器113、114、115和116用作相位产生光学耦合器，以把相位Φ1(λ)应用于光学延迟元件252，及把相位Φ2(λ)应用于光学延迟元件253。
这个实施例只是为了修改常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性，一个相位产生器件的一种可能使用的一个例子。
[第十三实施例的修改]
图68表示作为第十三实施例修改的一个例子的一种光学多路复用/多路解调回路。这个回路是由各自具有一个或多个输入和两个或多个输出的相位产生光学耦合器111、112、113和114，及由耦合到这些相位产生光学耦合器上的光学延迟元件251至255形成的一个光学延迟线构成的一个干涉仪。这个回路在广义上是一个横向式光学多路复用/多路解调回路。
更具体地说，这个回路是一个横向式光学多路复用/多路解调回路，其中相位产生光学耦合器和连接到相位产生光学耦合器上的光学延迟元件互连。而且，在相位产生光学耦合器或光学延迟线的至少一个中提供具有波长依赖性或光频依赖性的一个相位产生器件。
在图68中表示的例子中，如果相位产生器件提供在相位产生光学耦合器中，则相位产生光学耦合器111或114可以形成为一个其特征在于关于通带具有变化的输出相位差的相位产生光学耦合器。如果相位产生器件提供在光学延迟线中，则相位产生光学耦合器112或113可以形成为一个相位产生光学耦合器。
例如，相位产生光学耦合器112连接到形成光学延迟线的光学延迟元件251和254中的光学延迟元件254上。因此，如果相位产生光学耦合器112形成为一个相位产生光学耦合器，则相位产生器件能提供在由光学延迟元件251和254形成的光学延迟线中。
在光学多路复用/多路解调回路的一个具体例子中，把关于频率是均匀周期性的一个常规横向式交错滤波器的传输特性变换成关于波长是均匀周期性的一个横向式交错滤波器。
图69是示意表示在这个实施例的第一修改中的一种多路复用/多路解调回路的示意图。这个回路由如下构成：一个相位产生光学耦合器111；两个输入波导管102和103，连接到相位产生光学耦合器111上；两个光学延迟元件251和254，连接到相位产生光学耦合器111上；一个相位产生光学耦合器112，连接到光学延迟元件254上；一个输入波导管101，连接到相位产生光学耦合器112上；两个光学延迟元件252和253，连接到相位产生光学耦合器112上；一个相位产生光学耦合器113，连接到光学延迟元件252和253上；一个输出波导管104，连接到相位产生光学耦合器113上；一个光学延迟元件255，连接到相位产生光学耦合器113上；一个相位产生光学耦合器114，连接到光学延迟元件255和光学延迟元件251上；及两个输出波导管105和106，连接到相位产生光学耦合器114上。
光程长度差调节器件401提供在光学延迟元件251、252和253上，并且用来校正在光学延迟元件的光程长度差中的制造误差。
在这种布置中，一个相位产生器件提供在相位产生光学耦合器和光学延迟线的各自中。更具体地说，相位产生光学耦合器111、114、112和113布置成起相位产生光学耦合器的作用，因而在相位产生光学耦合器和由光学延迟元件形成的光学延迟线中提供相位产生器件。
把光学延迟元件251的相对光程长度差设置为0·ΔL+0.5λc，把光学延迟元件252的相对光程长度差设置为0·ΔL，把光学延迟元件254的相对光程长度差设置为ΔL1’＝ΔL1+δL1＝ΔL/2+δL1，把光学延迟元件253的相对光程长度差设置为ΔL2’＝ΔL2+δL2＝2·ΔL+δL2，及把光学延迟元件255的相对光程长度差设置为ΔL3’＝ΔL3+δL3＝ΔL/2+δL3。把相位产生光学耦合器111的振幅耦合比设置为0.55，把相位产生光学耦合器112的振幅耦合比设置为0.22，把相位产生光学耦合器113的振幅耦合比设置为0.22，及把相位产生光学耦合器114的振幅耦合比设置为0.5。把相位产生光学耦合器111到114用作相位产生光学耦合器，以把相位Φ1(λ)应用于光学延迟元件254，把相位Φ2(λ)应用于光学延迟元件253，及把相位Φ3(λ)应用于光学延迟元件255。
不用说，在图69中表示的布置是本发明的实施例的一个。例如，一个光学多路复用/多路解调回路可以如在图70中表示的那样形成。这个回路是由各自具有一个或多个输入和两个或多个输出的相位产生光学耦合器111和112，一个光学耦合器201，及由耦合到这些相位产生光学耦合器或光学耦合器上的光学延迟元件251至254形成的一个光学延迟线构成的一个干涉仪。这个回路在广义上是一个横向式光学多路复用/多路解调回路。
更具体地说，这个回路由如下构成：相位产生光学耦合器111；两个输入波导管102和103，连接到相位产生光学耦合器111上；两个光学延迟元件251和254，连接到相位产生光学耦合器111上；相位产生光学耦合器112，连接到光学延迟元件254上；一个输入波导管101，连接到相位产生光学耦合器112上；两个光学延迟元件252和253，连接到相位产生光学耦合器112上；光学耦合器201，连接到光学延迟线251上；及三个输出波导管104、105和106，连接到光学耦合器201上。光程长度差调节器件401提供在光学延迟元件251、252和253上，并且用来校正在光学延迟元件的光程长度差中的制造误差。
尽管把一个三输出三输出多模干涉仪耦合器用作光学耦合器201，但可以使用任何其它光学耦合器，并且可以组合多个光学耦合器以便起一个光学耦合器的作用。
把相位产生光学耦合器111和112用作相位产生光学耦合器，以把相位施加在光学延迟元件251至254上，由此校正常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性。
[第十四实施例]
图71A表示在本发明第十四实施例中的一种多路复用/多路解调回路。设计如本发明实施例描述的光学多路复用/多路解调回路的各自，而不考虑偏振，因为制造的回路的偏振依赖性较小。然而，如果偏振依赖性较大，则可以通过考虑偏振而设计和制造回路，以减小偏振依赖性。相反，可以产生适当的偏振依赖性，以实现具有偏振依赖性的一种光学多路复用/多路解调回路，例如一种偏振交错滤波器或一种偏振光束分离器。
在图71A中表示的Mach-Zehnder干涉仪具有双折射调节器件411和412。在光学延迟线中可以引起适当的双折射，以在光程长度差中产生偏振依赖性，由此使光学多路复用/多路解调回路的光学特性是非偏振依赖的或偏振依赖的。
用来形成双折射的双折射调节器件或装置例如可以是波片的插入、用掺杂物掺杂波导管、一个应力施加薄膜、波导管配置的控制、激光辐射或薄膜加热器。可以使用提供双折射的其它装置。
不用说，双折射控制不仅可以在图71A中表示的区域上，而且可以在整个光学多路复用/多路解调回路上进行。而且，如图71B中所示，双折射调节器件可以提供在用作一个相位产生器件的一个光学多路复用/多路解调部分中的光学延迟线中，以控制相位产生光学耦合器111的偏振特性。相位产生器件的偏振特性包括偏振依赖相位差和振幅耦合比。而且，可以以这样一种方式设计相位产生光学耦合器111的偏振特性，从而构成相位产生光学耦合器111的光学耦合器201至204形成为偏振依赖光学耦合器，以结合振幅耦合比的偏振依赖性。通过控制相位产生光学耦合器111的偏振特性，例如能分别设置TE偏振和TM偏振的相位差ΦTE(λ)和ΦTM(λ)，及TE偏振和TM偏振的振幅耦合比θTE(λ)和θTM(λ)。
而且，一个回路可以这样形成，从而如图72中所示，光信号从一个阵列波导管的第二板进入这个实施例的光学多路复用/多路解调回路。
图73表示Mach-Zehnder干涉仪型偏振交错滤波器的传输特性的一个例子。通过把TE偏振和TM偏振的波长周期设置为40nm，并且把关于TE偏振和TM偏振不同的相位ψTE(λ)和ψTM(λ)应用于光学延迟线，实现关于波长是均匀周期性的一个偏振交错滤波器，从而TE偏振和TM偏振的中心波长彼此相对移位波长周期的1/2(20nm)。
[第十五实施例]
有限脉冲响应(FIR)滤波器主要用作在本发明实施例中的光学延迟线。例如，Mach-Zehnder干涉仪、晶格式滤波器及横向式滤波器是FIR滤波器的典型例子，并且广泛地使用，因为能自由地设计其传输特性。然而，有除FIR滤波器之外的滤波器，就是说，无限脉冲响应(IIR)滤波器。通过使用本发明的原理，能修改IIR滤波器的光学特性。把使用一个环形谐振器的一种光学延迟线回路称作IIR滤波器。
图74表示在本发明第十五实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路。这个回路是IIR滤波器的最简单配置的一种。在这个回路中，一个光学多路复用/多路解调器件114提供在一个Mach-Zehnder干涉仪中的一个光学延迟线107中，Mach-Zehnder干涉仪由两个相位产生光学耦合器111和112、插入在相位产生光学耦合器111和112之间的光学延迟线107，及分别连接到相位产生光学耦合器111和112上的输入波导管101和102及输出波导管103和104构成，并且由一个环形谐振器(光学延迟元件)形成的一个光学延迟线108由光学多路复用/多路解调器件114连接到Mach-Zehnder干涉仪上。
在这个光学多路复用/多路解调回路中，具有波长依赖性或光频依赖性的一个相位产生器件用来修改传输特性。一个相位产生光学耦合器可以用作一个相位产生器件。一个相位产生光学耦合器可以提供在光学多路复用/多路解调器件和光学延迟线的至少一个中。例如，能使相位产生光学耦合器111或112起一个相位产生器件的作用，以修改这个回路的光学特性，或者一个相位可以由在光学延迟线中提供的光学多路复用/多路解调器件114供给，以修改这个回路的光学特性。不用说，在环形谐振器上可以形成一个光学多路复用/多路解调器件113，以起一个相位产生器件的作用。
这个实施例只是为了修改常规IIR滤波器的光学特性，一个相位产生器件的可能使用的一个例子。本发明的方法能应用于任何IIR滤波器。
[第十六实施例]
图75表示在本发明第十六实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路。这个回路是由具有一个或多个输入和两个或多个输出的相位产生光学耦合器111，及连接到相位产生光学耦合器111上的一个光学延迟线107构成的一个干涉仪。使相位产生光学耦合器111起一个具有输出相位差的相位产生光学耦合器的作用，该输出相位差具有波长依赖性或光频依赖性。
作为用来反射光的一个器件提供的一个反射板811形成在光学延迟线107中。经光学延迟线传播的光由反射器件反射。两个输入/输出波导管101和102连接到光学多路复用/多路解调器件111上。输入/输出波导管101和102的各自能用作一个输入波导管或一个输出波导管。
图76表示这个回路的一个具体例子。把一个晶格式相位产生光学耦合器用作相位产生光学耦合器111。把薄膜加热器形成为光程差调节器件401，并且用来调节光学延迟线的光程长度差。
[第十七实施例]
图77表示在第十七实施例中的一种光学多路复用/多路解调回路的配置。这个回路是使用一种相位产生功能的一个Mach-Zehnder干涉仪。一个槽形成在这个回路的光学延迟线107的中心处，并且一层薄膜812插入在槽中。
如果把一个半波板用作薄膜812，则能减小偏振依赖性。因而，与形成光学多路复用/多路解调回路的波导管的材料不同的一种材料能放置在本发明的光学多路复用/多路解调回路的波导管中的光路中。
能插入除薄膜之外的材料。例如，能把硅树脂引入到光学延迟线中，以抵消这个回路的折射率的温度依赖性。以这种方式，能使光学多路复用/多路解调回路是非温度依赖的。而且，任何其它材料可以不仅插入在Mach-Zehnder干涉仪的光学延迟线中，而且可以插入在任何其它部分中，例如一个光学多路复用/多路解调器件中。
[其它实施例]
尽管在本发明的实施例的描述中已经描述了制造过程，其中通过使用形成在一个硅基片上的硅基波导管，制造具有一个相位产生功能的光学多路复用/多路解调器件(为了参考制造的例子，见Kawachi，M.：“Silica Waveguides on Silicon and TheirApplication to Integrated-Optic Components”.Opt.QauntumElectron.，1990，22，pp.391-416)，但本发明的光学多路复用/多路解调回路的配置独立于光学波导管的种类、形状及材料。
例如，波导管材料可以是聚酰亚胺、硅、半导体、LiNbO3等。基片材料可以是硅基材料等。本发明能应用于通过旋转涂敷、溶胶凝胶处理、溅射、化学气相淀积、离子扩散、离子束直写等制造的器件。
例如在图78中表示的一种光学通信系统中，可以使用以上在本发明实施例之一中关于使用所描述的具有相位产生功能的光学多路复用/多路解调器件。当把一个光信号输入到按照本发明的装有相位产生器件的一个光学多路复用/多路解调回路801时，它被波长分割多路复用。多路复用的信号经一根光学纤维807传播，并且在按照本发明的装有相位产生器件的一个光学多路复用/多路解调回路802中多路解调，以便与波长相一致地接收。
按下面描述的那样组装一个光学模块，它包括在本发明实施例之一中关于使用所描述的装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调回路。如图79中所示，用于光学模块的一个珀耳帖支撑板702由固定螺钉703固定到具有较高热传导率的模块支架701的一个内侧部分上。一个珀耳帖元件和一个温度传感器(热电偶)彼此靠近地放置在通过加工而在珀耳帖支撑板702中形成的凹进(未表示)中。珀耳帖元件和温度传感器放置在这样的位置(未表示)中，从而装有相位产生器件的一个光学多路复用/多路解调回路(PLC芯片)704放置在珀耳帖元件和温度传感器的正上方。
玻璃板705由一种粘合剂粘合到PLC芯片704的端部上，从而光耦合到其上保持纤维706的纤维块707上。纤维706由一种隔热弹性粘合剂708粘合到在模块支架701的边缘中形成的凹部上，并且具有纤维索709的纤维套管710通过配合在模块支架701中而保持。PLC芯片704由隔热粘合剂708粘合到珀耳帖支撑板上。最后，放置一个盖件以便覆盖芯片等，并且用螺钉固定，因而组装本发明的光学模块。盖件和螺钉固定部分在图中未表示。
在不同的芯片上可以制造按照本发明的光学多路复用/多路解调回路。这些芯片可以直接连接以形成一个整体芯片，或者可以光学耦合多个芯片以完成光学模块。而且，在不同的芯片上可以制造分离的光学模块，并且由纤维彼此连接，以得到与一个整体模块的特性相同的特性。
通过把诸如上述那些的两个或多个芯片保持在一个模块支架中的珀耳帖支撑板上而形成的一个光学模块(未表示)也具有相同的特性。而且，光学波导管例如可以通过使用叠置波导管、光学纤维等形成，并且可以通过组合不同种类的光学波导管，例如平面光学波导管和光学纤维而形成。
一个光栅可以形成在光学波导管中。一个光学波导管可以在中间位置分割或切割，并且它能是一个分段波导管。
不用说，本发明的光学多路复用/多路解调回路不限于波导管。按照本发明的一个干涉仪可以形成在空间光学系统中，其中光穿过空气传播。例如，这样一种空间光学系统可以由一个全反射镜或一个多层膜构成。
图80表示使用一种空间光学系统的一种Mach-Zehnder干涉仪的配置的一个例子。如图80中所示，通过使用一个空间光学系统也能实现一个光学多路复用/多路解调器件，它与具有一个波导管构成的回路的器件类似。在上述实施例各自中的光学多路复用/多路解调回路是按照本发明的配置的例子之一，并且本发明不限于上述配置。
由在上述实施例中使用的光学延迟线和光学耦合器构成的相位产生光学耦合器仅是其相位特性是波长依赖或光频依赖的相位产生器件的一个例子。也可以使用关于通带具有变化的输出相位差的一个不同相位产生器件。
作为构成上述相位产生器件的光学耦合器，可以使用除定向耦合器之外的各种类型的耦合器的任一种，例如多模干涉耦合器、可变耦合器、X分支耦合器及Y分支耦合器。
对于上述相位产生光学耦合器设置的振幅耦合比的值和光学延迟线的光程长度差的值也是一个例子。例如，把构成在图10中表示的相位产生光学耦合器的光学耦合器的振幅耦合比r1、r2、r3和r4设置成彼此相等。然而，这些值彼此不同。
尽管在本发明的实施例各自中使用方形波导管，但在实施例中使用的波导管可以具有任何其它形状，例如矩形、多边形或圆形。
例如，可以改变光学波导管的一部分的芯密度，以把该部分的折射率设置成与其它部分的折射率不同。
而且，如果这样选择波导管的结构和材料、在波导管中的应力等，从而改变波导管的折射率的波长依赖性，则光学波导管本身能用作一个相位产生器件。
在由一个光学延迟线和一个光学耦合器构成的常规光学多路复用/多路解调回路中，例如Mach-Zehnder干涉仪、晶格式滤波器、横向式滤波器及环形谐振器，传输波长之间的间隔不是均匀的，并且在离中心波长较远的位置处与波长栅格的偏差增大，就是说，关于频率有均匀周期性。本发明提供一种装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调回路，以把透射光谱从关于频率的周期性变换成关于波长的周期性。
根据该设计原理，形成这样一种回路：它把在操作波长区域的上和下部分中与均匀波长周期的上述偏差分离成一个线性部分和一个非线性部分，计算关于线性部分的偏差的平均量，并且通过相位调节校正偏差。另一方面，级联多个Mach-Zehnder元件，以把非线性部分拟合到二阶或更高阶多项式。组合这些校正方法以校正偏差。
而且，设计为了近似到一个目标相位ψ而由相位产生器件产生的Φ，以能够实现常规光学多路复用/多路解调回路的光学特性的校正。
如果把相位产生器件设计成起振幅耦合比θ的一个光学耦合器的作用，则能使它起一个相位产生光学耦合器的作用。
根据本发明，如以上详细描述的那样，能实现一个可用在均匀波长周期CWDM系统中的装有相位产生器件的光学多路复用/多路解调回路。借助于一个光学耦合器部分，提供一个在Mach-Zehnder干涉仪中关于栅格改变光程长度差ΔL的器件，由此对栅格调节通带。这种器件保证在本发明的光学多路复用/多路解调回路中，通带在栅格上，并因此在不同波长下插入损失、通带宽度及消光比是常数。因而波长依赖性较小。
而且，常规光学多路复用/多路解调回路具有仅能同时设置光频周期或中心光频之一的问题，所以即使在它用在一个光频区域中的情况下，传输特性也变坏。然而，通过使用本发明的相位产生器件，能实现能够设置光频周期和中心光频两者的光学多路复用/多路解调回路。
关于优选实施例已经详细描述了本发明，并且由上文对于熟悉本专业的技术人员来说，显然可以进行变更和修改，而不在其宽广方面脱离本发明，因此，打算在附属权利要求书中覆盖属于本发明的真实精神范围内的所有这样的变更和修改。