CN115542466A - 波长合分波器 - Google Patents

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CN115542466A CN202210686659.1A CN202210686659A CN115542466A CN 115542466 A CN115542466 A CN 115542466A CN 202210686659 A CN202210686659 A CN 202210686659A CN 115542466 A CN115542466 A CN 115542466A
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wavelength
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substrate
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田中正人
山田英一郎
田泽英久
岛川修
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Abstract

波长合分波器具有第1准直器、M个第2准直器和M个第1波长选择滤波器。M个第1波长选择滤波器具有彼此不同的透过波段。将第1准直器和第1个第2准直器连结的光路经过第1个第1波长选择滤波器。将第m个(m＝1、…、M)第1波长选择滤波器的与多层膜相反侧的面和第(m+1)个第2准直器连结的光路经过第(m+1)个第1波长选择滤波器。第(m+1)个第1波长选择滤波器在与多层膜相反侧的面与第m个第1波长选择滤波器光耦合，在多层膜侧的面与第(m+1)个第2准直器光耦合。各第2准直器的工作距离为负。

Description

波长合分波器
技术领域
本发明涉及波长合分波器。
背景技术
在专利文献1公开了在波分复用系统使用的光学器件。该光学器件包含光纤准直器和多个光纤组件。多个光纤组件通过实质上平行的光束的反射光路，与光纤准直器连续且光学地耦合。光纤准直器包含光纤和与光纤相对的透镜。各光纤组件包含：滤光器，其提供反射光路；光纤，其通过该透过光路而与滤光器光学地耦合；以及透镜，其设置于滤光器与该光纤之间。第i个(i为2以上的整数)光纤组件的透镜具有与第(i－1)个光纤组件的透镜同等以上的焦距。
在专利文献2公开了波分复用装置(Wavelength Division Multiplexer；WDM)。该WDM将薄膜滤波器作为凹面镜而使用。该WDM具有沿规定的光路对光信号进行引导的多个滤波器元件。各滤波器元件相对于规定的波长范围是透明的，包含至少部分补偿光信号的衍射的补偿单元。各滤波器元件在基板上涂覆有薄膜，补偿单元是各薄膜的曲面。
专利文献1：美国专利第6515776号说明书
专利文献2：美国专利第7031610号说明书
非专利文献1：Honda,et al.“Diffraction-compensated free-space WDM add-Drop module with thin-film filters”,IEEE Photonics Technology Letters,Vol.15,No.1,pp.69-71(2003)
例如在波长复用方式的光通信系统等使用波长合分波器。波长合分波器将波长彼此不同的多个光信号进行合波而作为波长复用光信号，或者将包含波长彼此不同的多个光信号在内的波长复用光信号分波为各光信号。通常，波长合分波器具有使对应的光信号透过而使其他光信号进行反射的多个波长选择滤波器。而且，多个波长选择滤波器以排列方向的位置在列之间彼此不同的方式排成2列。例如在将多个光信号进行合波的情况下，各光信号经由光波导及准直器而输入至对应的波长选择滤波器，将该波长选择滤波器透过的各光信号在其他波长选择滤波器一边反射一边与其他光信号合波。或者，在将多个光信号进行分波的情况下，波长复用光信号在多个波长选择滤波器一边反射一边行进，各光信号通过将对应的波长选择滤波器透过而从波长复用光信号进行分波，经由准直器及光波导而输出。
在如上所述的波长合分波器，从准直器射出或向准直器射入的信号光在空间进行传输。另外，通常以在准直器与波长选择滤波器之间以及波长选择滤波器彼此之间形成光束腰的方式将这些部件彼此隔开距离而配置。因此，如上所述的波长合分波器容易大型化，为了光通信系统的小型化而要求波长合分波器的小型化。因此，本发明的目的在于，提供可小型化的波长合分波器。
发明内容
本发明的一个方案所涉及的波长合分波器具有第1准直器、M个第2准直器和M个第1波长选择滤波器。M为2以上的整数。第1准直器具有第1光波导和与第1光波导的一端光学地耦合的第1准直透镜。各第2准直器各自具有第2光波导和与第2光波导的一端光学地耦合的第2准直透镜。各第1波长选择滤波器具有：基板，其具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性；以及多层膜，其设置于基板的第1面上。M个第1波长选择滤波器具有彼此不同的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射。将第1准直器的第1光波导和第1个第2准直器的第2光波导连结的光路经过第1准直透镜、第1个第1波长选择滤波器及第1个第2准直器的第2准直透镜。第1个第1波长选择滤波器在基板的第2面侧经由光路而与第1准直透镜光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第1个第2准直器的第2准直透镜光耦合。将第m个(m＝1、···、M)第1波长选择滤波器的基板的第2面和第(m+1)个第2准直器的第2光波导连结的光路经过第(m+1)个第1波长选择滤波器及第(m+1)个第2准直器的第2准直透镜。第(m+1)个第1波长选择滤波器在基板的第2面侧经由光路而与第m个第1波长选择滤波器光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第(m+1)个第2准直器的第2准直透镜光耦合。在各第2准直器，对第2准直透镜的焦距、以及第2准直透镜与第2光波导的一端之间的距离进行设定，以使得第2准直器的工作距离为负。
发明的效果
根据本发明，能够提供可小型化的波长合分波器。
附图说明
图1是示意地表示一个实施方式所涉及的波长合分波器的结构的图。
图2是表示第1准直器的结构的剖视图。
图3是表示第2准直器的结构的剖视图。
图4是表示第1波长选择滤波器的结构的剖视图。
图5是表示第1波长选择滤波器的多层膜的透过波段的图形。
图6是表示将波长彼此不同的M个光信号进行合波的情况下的波长合分波器的动作的图。
图7是表示将波长彼此不同的M个光信号进行分波的情况下的波长合分波器的动作的图。
图8表示使来自适合于100GHz间隔的DWDM的波长选择滤波器的反射光射入至准直器时的耦合损耗与波长选择滤波器和准直器的距离之间的关系。
图9表示使来自与图8的实测所使用的波长选择滤波器相同的波长选择滤波器的透过光射入至准直器时的耦合损耗与波长选择滤波器和准直器的距离之间的关系。
图10是表示一边使针对适合于100GHz间隔的DWDM的波长选择滤波器的光束的入射位置在沿基板面的一个方向移动，一边对透过光的中心波长的变化进行调查得到的结果的图形。
图11是表示光束将波长选择滤波器透过的情形的示意图。
图12是表示光束透过进一步强调了膜厚分布的多层膜的情形的示意图。
图13是表示在空间结构型的MUX/DEMUX(multiplexer/demultiplexer)模块，某光束射入至波长选择滤波器的第2面而将多层膜透过的情形的示意图。
图14是表示使光纤与准直透镜的距离变化的情况下的准直器的工作距离、光束腰处的光束直径与准直透镜所固有的焦距之间的关系的图形。
图15是表示用于对第2准直器的工作距离及光束直径进行测定的结构例的图。
图16是表示从第2准直器射出的光的传输距离与光束直径之间的关系的图形。
图17是表示用于对第2准直器的工作距离及光束直径进行测定的其他结构例的图。
图18是表示使第2准直器和其他准直器相对时的它们的距离与耦合损耗之间的关系的图形。
图19是表示第1变形例所涉及的波长合分波器的结构的图。
图20是表示第1变形例的第1波长选择滤波器的透过波段的图形。
图21是表示第2变形例所涉及的波长合分波器的结构的图。
图22是表示第2变形例的第1波长选择滤波器的透过波段的图形。
图23是表示第3变形例所涉及的波长合分波器的结构的图。
图24是表示第3准直器的结构的剖视图。
图25是表示第3变形例的第1波长选择滤波器及第2波长选择滤波器的透过波段的图形。
图26是表示第4变形例所涉及的波长合分波器的结构的图。
图27是表示第5变形例所涉及的波长合分波器的结构的图。
图28是示意地表示作为对比例的波长合分波器的结构的图。
具体实施方式
【本发明的实施方式的说明】
首先，列举本发明的实施方式而进行说明。一个实施方式所涉及的波长合分波器具有第1准直器、M个第2准直器和M个第1波长选择滤波器。M为2以上的整数。第1准直器具有第1光波导和与第1光波导的一端光学地耦合的第1准直透镜。各第2准直器各自具有第2光波导和与第2光波导的一端光学地耦合的第2准直透镜。各第1波长选择滤波器具有：基板，其具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性；以及多层膜，其设置于基板的第1面上。M个第1波长选择滤波器具有彼此不同的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射。将第1准直器的第1光波导和第1个第2准直器的第2光波导连结的光路经过第1准直透镜、第1个第1波长选择滤波器及第1个第2准直器的第2准直透镜。第1个第1波长选择滤波器在基板的第2面侧经由光路而与第1准直透镜光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第1个第2准直器的第2准直透镜光耦合。将第m个(m＝1、···、M－1)第1波长选择滤波器的基板的第2面和第(m+1)个第2准直器的第2光波导连结的光路经过第(m+1)个第1波长选择滤波器及第(m+1)个第2准直器的第2准直透镜。第(m+1)个第1波长选择滤波器在基板的第2面侧经过光路而与第m个第1波长选择滤波器光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第(m+1)个第2准直器的第2准直透镜光耦合。在各第2准直器，对第2准直透镜的焦距、以及第2准直透镜与第2光波导的一端之间的距离进行设定，以使得第2准直器的工作距离为负。
该波长合分波器在将波长彼此不同的M个光信号进行合波的情况下，以下述方式进行动作。首先，第M个光信号从第M个第2准直器的第2光波导经过第2准直透镜而到达第M个第1波长选择滤波器。第M个光信号将第M个第1波长选择滤波器透过而到达第(M－1)个第1波长选择滤波器，在第(M－1)个第1波长选择滤波器进行反射。同时，第(M－1)个光信号从第(M－1)个第2准直器的第2光波导经过第2准直透镜而到达第(M－1)个第1波长选择滤波器。第(M－1)个光信号将第(M－1)个第1波长选择滤波器透过而与第M个光信号进行合波。该合波光到达第(M－2)个第1波长选择滤波器，在第(M－2)个第1波长选择滤波器进行反射。同时，第(M－2)个光信号从第(M－2)个第2准直器的第2光波导经过第2准直透镜而到达第(M－2)个第1波长选择滤波器。第(M－2)个光信号将第(M－2)个第1波长选择滤波器透过而与第M个光信号及第(M－1)个光信号进行合波。以下，同样地进行而直至第1个光信号为止依次进行合波，生成波长复用光信号。生成的波长复用光信号从第1个第1波长选择滤波器到达第1准直器，从第1准直器的第1光波导向波长合分波器的外部输出。
另外，该波长合分波器在将波长彼此不同的M个光信号进行分波的情况下，以下述方式进行动作。首先，包含M个光信号的波长复用光信号从第1准直器的第1光波导经过第1准直透镜而到达第1个第1波长选择滤波器。第1个光信号将第1个第1波长选择滤波器透过，经过第1个第2准直器的第2准直透镜及第2光波导而向波长合分波器的外部输出。包含剩余的光信号的波长复用光信号在第1个第1波长选择滤波器进行反射，到达第2个第1波长选择滤波器。第2个光信号将第2个第1波长选择滤波器透过，经过第2个第2准直器的第2准直透镜及第2光波导而向波长合分波器的外部输出。包含剩余的光信号的波长复用光信号在第2个第1波长选择滤波器进行反射，到达第3个第1波长选择滤波器。以下，同样地进行而直至第M个光信号为止依次进行分波，向波长合分波器的外部输出。
在上述的波长合分波器，第1波长选择滤波器具有基板和在基板的第1面上设置的多层膜。在制作如上所述的第1波长选择滤波器时，在通过某成膜温度在基板上成膜出多层膜后将基板进行冷却。此时，由于多层膜与基板的热膨胀系数的差异，在基板的第1面及多层膜的表面发生凸状地弯曲的翘曲。通过该翘曲，第1波长选择滤波器针对从基板的第2面侧射入的光而作为反射型的凹透镜起作用。
因此，在上述的波长合分波器，第1个第1波长选择滤波器在基板的第2面侧与第1准直透镜光耦合。另外，第(m+1)个第1波长选择滤波器在基板的第2面侧与第m个第1波长选择滤波器光耦合。因此，即使波长复用光信号所包含的光信号的数量变多，有效地利用上述的凹透镜，也能够抑制在第1波长选择滤波器间传输的光信号的光束直径的扩展。
另外，在上述的波长合分波器，各第1波长选择滤波器在基板的第1面侧，与对应的第2准直器的第2准直透镜光耦合。根据本发明人的见解，由基板与多层膜的热膨胀系数的差异引起的、多层膜的针对透过光的透镜作用的实际的透镜功率(power)大于根据多层膜表面的曲率而导出的理论上的透镜功率。因此，可想到以在第1波长选择滤波器与第2准直透镜之间形成光束腰的方式对第1波长选择滤波器与第2准直透镜之间的距离进行设定。但是，在如上所述的距离设定时，第1波长选择滤波器与第2准直器之间的光路变长，妨碍波长合分波器的小型化。在上述的波长合分波器，在各第2准直器，对第2准直透镜的焦距、以及第2准直透镜与第2光波导的一端之间的距离进行设定，以使得第2准直器的工作距离为负。换言之，各第2准直器具有为了从第2准直透镜射出扩散光(或者第2准直透镜接受收敛光)，并且使第2准直透镜和第2光波导高效地耦合的结构。由此，无需在第1波长选择滤波器与第2准直透镜之间形成光束腰，能够使第1波长选择滤波器与第2准直器之间的光路变短。由此，能够将波长合分波器小型化。
在上述的波长合分波器，M个第2准直器的第2准直透镜的焦距可以比第1准直透镜的焦距短。
在上述的波长合分波器，M个第2准直器的第2准直透镜的焦距可以包含于从规定的焦距起±5％的范围内。根据上述的波长合分波器，能够抑制在第1波长选择滤波器间传输的光信号的光束直径的扩展，因此如上所述能够使第2准直透镜的焦距在M个第2准直器彼此大致相等。由此，作为M个第2准直透镜而能够使用相同的准直透镜，能够削减波长合分波器的部件个数。
在上述的波长合分波器，M个第1波长选择滤波器间的透过波段的中心波长的间隔换算为频率可以为50GHz以上，也可以为100GHz以上。根据上述的波长合分波器，能够提供适合于如上所述波长间隔窄的波长复用光信号的合波或分波的波长合分波器。
在上述的波长合分波器，M个第1波长选择滤波器的透过波段宽度可以彼此相等。或者，在上述的波长合分波器，可以是至少1个第1波长选择滤波器的透过波段宽度与其他第1波长选择滤波器的透过波段宽度不同。根据上述的波长合分波器，能够实现上述那样的各种方式的波长合分波器的小型化。
上述的波长合分波器可以还具有第3波长选择滤波器N个(N为2以上的整数)第3准直器、以及N个第2波长选择滤波器。各第3准直器具有第3光波导和与第3光波导的一端光学地耦合的第3准直透镜。各第2波长选择滤波器具有：基板，其具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性；以及多层膜，其设置于基板的第1面上。N个第2波长选择滤波器具有与M个第1波长选择滤波器的透过波段不同且彼此不同的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射。第3波长选择滤波器具有：基板，其具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性；以及多层膜，其设置于基板的第1面上。第3波长选择滤波器的透过波段包含M个第1波长选择滤波器的全部透过波段，不包含N个第2波长选择滤波器的任何一个透过波段。第3波长选择滤波器使除了透过波段以外的波段的光进行反射。将第1准直器的第1光波导和第1个第3准直器的第3光波导连结的光路还经过第3波长选择滤波器。第3波长选择滤波器在基板的第2面侧经由光路而与第1准直透镜光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第1个第1波长选择滤波器光耦合。将第3波长选择滤波器的基板的第2面和第1个第3准直器的第3光波导连结的光路经过第1个第2波长选择滤波器及第1个第3准直器的第3准直透镜。第1个第2波长选择滤波器在基板的第2面侧经由光路而与第3波长选择滤波器光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第1个第3准直器的第3准直透镜光耦合。将第n个(n＝1、···、N－1)第2波长选择滤波器的基板的第2面和第(n+1)个第3准直器的第3光波导连结的光路经过第(n+1)个第2波长选择滤波器及第(n+1)个第3准直器的第3准直透镜。第(n+1)个第2波长选择滤波器在基板的第2面侧经由光路而与第n个第2波长选择滤波器光耦合，在基板的第1面侧经由光路而与第(n+1)个第3准直器的第3准直透镜光耦合。在各第3准直器，对第3准直透镜的焦距、以及第3准直透镜与第3光波导的一端之间的距离进行设定，以使得第3准直器的工作距离为负。
在该波长合分波器，N个第3准直器及N个第2波长选择滤波器具有与前述的M个第2准直器及M个第1波长选择滤波器相同的配置及特征。因此，在将波长彼此不同的(M+N)个光信号进行合波的情况下，包含通过M个第2准直器及M个第1波长选择滤波器进行合波后的M个光信号在内的波长复用光信号和包含通过N个第3准直器及N个第2波长选择滤波器进行合波后的N个光信号在内的波长复用光信号在第3波长选择滤波器彼此进行合波，从第1准直器向波长合分波器的外部输出。另外，在将波长彼此不同的(M+N)个光信号进行分波的情况下，包含这些光信号的波长复用光信号从第1准直器到达第3波长选择滤波器，在第3波长选择滤波器，分波为包含波长彼此不同的M个光信号在内的波长复用光信号和包含波长彼此不同的N个光信号在内的波长复用光信号。然后，包含M个光信号的波长复用光信号通过M个第2准直器及M个第1波长选择滤波器而分波为各个光信号。另外，包含N个光信号的波长复用光信号通过N个第3准直器及N个第2波长选择滤波器而分波为各个光信号。
另外，在第2波长选择滤波器，也在基板的第1面及多层膜的表面发生弯曲为凸状的翘曲。通过该翘曲，第2波长选择滤波器针对从基板的第2面侧射入的光而作为反射型的凹透镜起作用。因此，在该波长合分波器，第1个第2波长选择滤波器在基板的第2面侧与第3波长选择滤波器光耦合。另外，第(n+1)个第2波长选择滤波器在基板的第2面侧与第n个第2波长选择滤波器光耦合。因此，即使波长复用光信号所包含的光信号的数量变多，有效地利用上述的凹透镜，也能够抑制在第2波长选择滤波器间传输的光信号的光束直径的扩展。
另外，在该波长合分波器，各第2波长选择滤波器在基板的第1面侧，与对应的第3准直器的第3准直透镜光耦合。而且，在各第3准直器，对第3准直透镜的焦距、以及第3准直透镜与第3光波导的一端之间的距离进行设定，以使得第3准直器的工作距离为负。由此，无需在第2波长选择滤波器与第3准直透镜之间形成光束腰，能够使第2波长选择滤波器与第3准直器之间的光路变短。由此，能够将波长合分波器小型化。
上述的波长合分波器可以还具有与第M个第1波长选择滤波器的基板的第2面光学地耦合的第4准直器。在该情况下，能够实现具有升级用端口的波长合分波器的小型化。
在上述的波长合分波器，第2准直透镜可以为C透镜。在该情况下，能够使用通用的准直器而实现工作距离为负的第2准直器。
在上述的波长合分波器，第2准直透镜的与第2光波导的一端相对的面可以相对于与第2光波导的光轴垂直的假想平面而倾斜。在该情况下，能够减少第2准直器的内部的反射返回光。
【本发明的实施方式的详细内容】
以下，参照附图对本发明的波长合分波器的具体例进行说明。此外，本发明不受这些例示所限定，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的内容及其范围内的全部变更。在下面的说明中，在附图的说明对相同的要素标注相同的标号，省略重复的说明。
图1是示意地表示本发明的一个实施方式所涉及的波长合分波器1A的结构的图。该波长合分波器1A是在光通信系统使用的MUX/DEMUX模块，将波长彼此不同的M个光信号进行合波而生成波长复用光信号，或将包含波长彼此不同的M个光信号在内的波长复用光信号分波为各个光信号。如图1所示，波长合分波器1A具有第1准直器10、M个第2准直器20(1)～20(M)和M个第1波长选择滤波器40(1)～40(M)。M为2以上的任意的整数，在图1例示出M＝12的情况。
图2是表示第1准直器10的结构的剖视图。第1准直器10具有光纤11(第1光波导)、第1准直透镜12、插芯13和毛细管14。
光纤11例如为玻璃制的单模光纤。光纤11具有在光波导方向延伸的纤芯和将纤芯的周围覆盖的包层。插芯13为圆柱状的部件，具有与中心轴线交叉的第1端面131及第2端面132和将第1端面131及第2端面132连接的圆柱面即外周面133。插芯13安装于光纤11的前端。在插芯13沿其中心轴线而形成有贯通孔。光纤11插入贯穿于插芯13的贯通孔。插芯13的中心轴线与光纤11的光轴AX一致。光纤11的端面在第1端面131露出，与第1端面131一起研磨而与第1端面131共面。光纤11的端面及第1端面131相对于与光纤11的光轴AX垂直的假想平面H而倾斜。第1端面131相对于该假想平面H的倾斜角为6°以上10°以下，例如为8°。在第2端面132设置有用于将光纤11固定于插芯13的树脂制的粘接剂135。插芯13例如能够由如石英等的玻璃、氧化锆等的陶瓷这样的材料构成。
第1准直透镜12为圆柱状的透镜部件。第1准直透镜12例如能够由如石英、光部件调整用的光学玻璃这样的材料构成。第1准直透镜12具有与中心轴线交叉的第1端面121及第2端面122和将第1端面121及第2端面122连接的外周面123。第1端面121为球面，作为凸透镜起作用。第1准直透镜12的焦距例如为1.6mm以上3.2mm以下，在一个例子为2.7mm。第2端面122与光纤11的一端面相对，与该一端面光学地耦合。如上所述的第1准直透镜12被称为C透镜。第1准直透镜12的第2端面122相对于假想平面H而倾斜。第2端面122相对于假想平面H的倾斜角为6°以上10°以下，例如为8°。在一个例子，第2端面122与插芯13的第1端面131平行。
毛细管14是对第1准直透镜12及插芯13进行收容的圆筒状的部件。毛细管14例如能够由如石英等的玻璃、SUS等的金属这样的材料构成。从毛细管14的第1开口141将第1准直透镜12插入。从毛细管14的第2开口142将插芯13插入。第1准直透镜12的外周面123及插芯13的外周面133与毛细管14的内周面143相接。光纤11的端面和第1准直透镜12的第2端面122在毛细管14的内部空间彼此相对。毛细管14以光纤11的光轴AX和第1准直透镜12的中心轴线彼此一致的方式对第1准直透镜12及插芯13进行保持。
图3是表示第2准直器20(1)～20(M)的结构的剖视图。第2准直器20(1)～20(M)具有与上述的第1准直器10相同的结构。第2准直器20(1)～20(M)具有光纤21(第2光波导)、第2准直透镜22、插芯23和毛细管24。
光纤21具有与前述的光纤11相同的结构。插芯23为圆柱状的部件，具有与中心轴线交叉的平坦的第1端面231及第2端面232和将第1端面231及第2端面232连接的圆柱面即外周面233。插芯23安装于光纤21的前端。在插芯23沿其中心轴线而形成有贯通孔。光纤21插入贯穿于插芯23的贯通孔。插芯23的中心轴线与光纤21的光轴AX一致。光纤21的端面在第1端面231露出，与第1端面231一起研磨而与第1端面231共面。光纤21的端面及第1端面231相对于与光纤21的光轴AX垂直的假想平面H而倾斜。第1端面231相对于该假想平面H的倾斜角为6°以上10°以下，例如为8°。在第2端面232设置有用于将光纤21固定于插芯23的树脂制的粘接剂235。插芯23例如能够由如石英等的玻璃、氧化锆等的陶瓷这样的材料构成。
第2准直透镜22为圆柱状的透镜部件。第2准直透镜22例如能够由如石英、光部件调整用的光学玻璃这样的材料构成。第2准直透镜22具有与中心轴线交叉的第1端面221及第2端面222和将第1端面221及第2端面222连接的圆柱面即外周面223。第1端面221为球面，作为凸透镜起作用。第2准直透镜22的焦距例如为1.6mm以上3.2mm以下，在一个例子为2.4。如上所述，第2准直透镜22的焦距比第1准直透镜12的焦距短。第2端面222是平坦的，与光纤21的一端面隔开距离G而相对，与该一端面光学地耦合。如上所述的第2准直透镜22被称为C透镜。第2准直透镜22的第2端面222相对于假想平面H而倾斜。第2端面222相对于假想平面H的倾斜角为6°以上10°以下，例如为8°。在一个例子，第2端面222与插芯23的第1端面231平行。
毛细管24是对第2准直透镜22及插芯23进行收容的圆筒状的部件。毛细管24例如能够由如石英等的玻璃、SUS等的金属这样的材料构成。从毛细管24的第1开口241将第2准直透镜22插入。从毛细管24的第2开口242将插芯23插入。第2准直透镜22的外周面223及插芯23的外周面233与毛细管24的内周面243相接。光纤21的端面和第2准直透镜22的第2端面222在毛细管24的内部空间彼此相对。毛细管24以光纤21的光轴AX和第2准直透镜22的中心轴线彼此一致的方式对第2准直透镜22及插芯23进行保持。
图4是表示第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的结构的剖视图。第1波长选择滤波器40(1)～40(M)具有基板41和多层膜42。基板41由具有光透过性的材料构成，在一个例子为玻璃制。在这里，具有光透过性是指，在包含波长复用光信号所包含的全部波长的波段具有光透过性。另外，具有光透过性是指，使设为对象的波长的光透过95％以上。基板41的折射率例如为1.5。基板41具有彼此朝向相反的第1面411及第2面412。
多层膜42为薄膜滤波器(Thin Film Filter；TFF)。多层膜42设置于基板41的第1面411上，与第1面411相接。多层膜42例如是如SiO2及Ta2O5这样的折射率不同的2种电介质交替地层叠而成的。多层膜42是使特定的透过波段的光透过，使除了透过波段以外的波段的光进行反射的带通滤波器。图5是表示第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的多层膜42的透过波段的图形。在图5，横轴表示波长，纵轴表示光透过率。在图中，示出了与第1波长选择滤波器40(1)～40(M)分别对应的透过波段F(1)～F(M)。此外，在图5将光信号的信号波长λ1～λM一并示出。如图5所示，多层膜42具有针对第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的每一者而不同的透过波段F(1)～F(M)。在本说明书，透过波段不同是指，主要是透过波段的中心波长不同，在透过波段的短波长端附近及长波长端附近允许与相邻的透过波段重叠。在本实施方式，透过波段F(1)～F(M)的宽度彼此相等。透过波段F(1)～F(M)分别包含信号波长λ1～λM。在一个例子，信号波长λ1～λM为透过波段F(1)～F(M)各自的中心波长。
在第1波长选择滤波器40(1)～40(M)，为了将由温度变化引起的透过波段的变动抑制得小，使用热膨胀系数大的基板41。在制作第1波长选择滤波器40(1)～40(M)时，在通过某成膜温度在基板41上成膜出多层膜42后将基板41进行冷却。此时，由于多层膜42与基板41的热膨胀系数的差异，存在在基板41的第1面411及多层膜42的表面发生弯曲为凸状的翘曲的倾向。特别地，适合于波长间隔窄的DWDM(Dense－WDM)信号的多层膜42，为了得到急剧的透过特性而层叠了100层以上，多层膜42的表面的曲率半径例如成为1.4m这样小的值。通过该翘曲，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)针对从基板41的第2面412侧射入的光而作为反射型的凹透镜起作用。
再次参照图1。第1波长选择滤波器40(1)～40(M)排列为第1列和第2列这两列，且以排列方向的位置在第1列和第2列交替的方式进行配置。具体地说，第奇数个第1波长选择滤波器40(1)、40(3)、40(5)、···、40(M－1)依次排成一列，构成第1列。第偶数个第1波长选择滤波器40(2)、40(4)、40(6)、···、40(M)依次排成一列，构成第2列。这些列的排列方向彼此一致。在这些列的排列方向，第1波长选择滤波器40(2)位于第1波长选择滤波器40(1)与第1波长选择滤波器40(3)之间。以下的第1波长选择滤波器40(3)～40(M－1)也是同样的。即，在这些列的排列方向，第m个(m＝2、···、M－1)第1波长选择滤波器40(m)位于第1波长选择滤波器40(m－1)与第1波长选择滤波器40(m+1)之间。第1列的第1波长选择滤波器40(1)、40(3)、40(5)、···、40(M－1)的基板41的第2面412朝向第2列。第2列的第1波长选择滤波器40(2)、40(4)、40(6)、···、40(M)的基板41的第2面412朝向第1列。第1列的第1波长选择滤波器40(1)、40(3)、40(5)、···、40(M－1)和第2列的第1波长选择滤波器40(2)、40(4)、40(6)、···、40(M)的间隔L1例如为32mm。
第1准直器10、第2准直器20(1)～20(M)及第1波长选择滤波器40(1)～40(M)以下述方式进行配置。第1准直器10经由第1个第1波长选择滤波器40(1)而与第1个第2准直器20(1)直线性地且空间性地光耦合。即，将第1准直器10的光纤11(参照图2)和第2准直器20(1)的光纤21(参照图3)连结的光路经过第1准直透镜12、第1波长选择滤波器40(1)及第2准直器20(1)的第2准直透镜22。第1波长选择滤波器40(1)在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第1准直透镜12光耦合。第1波长选择滤波器40(1)在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第2准直器20(1)的第2准直透镜22光耦合。
并且，第1波长选择滤波器40(1)的基板41的第2面412经由第2个第1波长选择滤波器40(2)而与第2个第2准直器20(2)直线性地且空间性地光耦合。即，将第1波长选择滤波器40(1)的基板41的第2面412和第2准直器20(2)的光纤21连结的光路经过第1波长选择滤波器40(2)及第2准直器20(2)的第2准直透镜22。第1波长选择滤波器40(2)在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第1波长选择滤波器40(1)光耦合。第1波长选择滤波器40(2)在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第2准直器20(2)的第2准直透镜22光耦合。关于第3个以后的第2准直器20(3)～20(M)及第1波长选择滤波器40(3)～40(M)也与上述同样地配置。
如果将上述的结构换言之，则如下述所示。第m个(m＝1、···、M－1)第1波长选择滤波器40(m)的基板41的第2面412经由第(m+1)个第1波长选择滤波器40(m+1)而与第(m+1)个第2准直器20(m+1)直线性地且空间性地光耦合。即，将第1波长选择滤波器40(m)的基板41的第2面412和第2准直器20(m+1)的光纤21连结的光路经过第1波长选择滤波器40(m+1)及第2准直器20(m+1)的第2准直透镜22。第1波长选择滤波器40(m+1)在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第1波长选择滤波器40(m)光耦合。第1波长选择滤波器40(m+1)在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第2准直器20(m+1)的第2准直透镜22光耦合。
第1准直器10的第1准直透镜12与第1波长选择滤波器40(1)之间的距离设定为在它们之间形成光束腰BW的长度。因此，在第1准直器10，对第1准直透镜12的焦距、以及第1准直透镜12与光纤11的一端之间的距离进行设定，以使得第1准直器10的工作距离为正。第1准直透镜12与第1波长选择滤波器40(1)之间的距离例如为42mm。而且，第1波长选择滤波器40(m)与第1波长选择滤波器40(m+1)之间的距离也被设定为在它们之间形成光束腰BW的长度。但是，第2准直器20(m)的第2准直透镜22与第1波长选择滤波器40(m)之间的距离被设定为在它们之间不形成光束腰BW的长度。因此，在第2准直器20(1)～20(M)各自，对第2准直透镜22的焦距、以及第2准直透镜22与光纤21的一端之间的距离G进行设定，以使得该第2准直器20(m)的工作距离为负。在这里，工作距离(Working Distance)是通过将准直器的光束出射方向设为正方向而以准直器出射端为原点时的位置表示的光束腰的位置。此外，在“工作距离为负”的情况下，工作距离表示基于光束直径的上述位置依赖性外推而得到的至有效的光束腰为止的位置。
图6是表示将波长彼此不同的M个光信号Sλ1～SλM进行合波的情况下的本实施方式的波长合分波器1A的动作的图。在该情况下，首先，第M个光信号SλM从第M个第2准直器20(M)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第M个第1波长选择滤波器40(M)。光信号SλM将第1波长选择滤波器40(M)透过而到达第(M－1)个第1波长选择滤波器40(M－1)，在第1波长选择滤波器40(M－1)进行反射。同时，第(M－1)个光信号SλM－1从第(M－1)个第2准直器20(M－1)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(M－1)。光信号SλM－1将第1波长选择滤波器40(M－1)透过，与光信号SλM进行合波。该合波光到达第(M－2)个第1波长选择滤波器40(M－2)，在第1波长选择滤波器40(M－2)进行反射。同时，第(M－2)个光信号SλM－2从第(M－2)个第2准直器20(M－2)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(M－2)。光信号SλM－2将第1波长选择滤波器40(M－2)透过，与光信号SλM及SλM－1进行合波。以下，同样地进行而直至第1个光信号Sλ1为止依次进行合波，生成波长复用光信号。生成的波长复用光信号从第1波长选择滤波器40(1)到达第1准直器10，从第1准直器10的光纤11向波长合分波器1A的外部输出。
图7是表示将波长彼此不同的M个光信号Sλ1～SλM进行分波的情况下的本实施方式的波长合分波器1A的动作的图。在该情况下，首先，包含光信号Sλ1～SλM的波长复用光信号从第1准直器10的光纤11经过第1准直透镜12而到达第1波长选择滤波器40(1)。第1个光信号Sλ1将第1波长选择滤波器40(1)透过，经过第2准直器20(1)的第2准直透镜22及光纤21而向波长合分波器1A的外部输出。剩余的光信号Sλ2～SλM在第1波长选择滤波器40(1)进行反射，到达第1波长选择滤波器40(2)。第2个光信号Sλ2将第1波长选择滤波器40(2)透过，经过第2准直器20(2)的第2准直透镜22及光纤21而向波长合分波器1A的外部输出。剩余的光信号Sλ3～SλM在第1波长选择滤波器40(2)进行反射，到达第3个第1波长选择滤波器40(3)。以下，同样地进行而直至光信号SλM为止依次进行分波，各光信号向波长合分波器1A的外部输出。
关于通过以上说明的本实施方式的波长合分波器1A得到的效果，与现有的波长合分波器所具有的课题一起进行说明。近年，在光通信领域要求进一步加快通信速度，希望减少构成光通信系统的各部件的损耗。在此基础上，部件个数的削减所带来的低成本化也是重要的课题。图28是作为对比例，示意地表示波长合分波器100的结构的图。波长合分波器100具有与光信号Sλ1～SλM相同数量的M个1×2模块101。各1×2模块101具有双芯准直器102、单芯准直器103和波长选择滤波器104。双芯准直器102包含未图示的准直透镜和与准直透镜的一侧光耦合的2个输入输出端口。第1个双芯准直器102的一个输入输出端口经由光纤105而与波长合分波器100的外部进行耦合。第1个双芯准直器102的另一个输入输出端口经由光纤106而与第2个双芯准直器102的一个输入输出端口进行耦合。以下，第m个双芯准直器102的另一个输入输出端口经由光纤106而与第(m+1)个双芯准直器102的一个输入输出端口进行耦合。
各单芯准直器103包含光纤107和与光纤107的一端光学地耦合的未图示的准直透镜。各单芯准直器103与对应的双芯准直器102相对而配置。各单芯准直器103的准直透镜与各双芯准直器102的准直透镜光耦合。各波长选择滤波器104配置于各单芯准直器103与各双芯准直器102之间。各波长选择滤波器104具有基板和形成于基板上的作为薄膜滤波器的多层膜。M个波长选择滤波器104具有彼此不同的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射。M个波长选择滤波器104的透过波段分别包含光信号Sλ1～SλM的波长。
在该波长合分波器100，将波长彼此不同的光信号Sλ1～SλM分别从M根光纤107输入。在第(M－1)个波长选择滤波器104将光信号SλM和光信号SλM－1进行合波，在第(M－2)个波长选择滤波器104将光信号SλM及SλM－1和光信号SλM－2进行合波，以下，通过波长选择滤波器104而直至光信号Sλ1为止依次进行合波。而且，将包含光信号Sλ1～SλM在内的波长复用光信号从光纤105输出。
另外，在该波长合分波器100，将包含波长彼此不同的光信号Sλ1～SλM在内的波长复用光信号从光纤105输入。在第1个波长选择滤波器104从波长复用光信号将光信号Sλ1进行分波，在第2个波长选择滤波器104将光信号Sλ2进一步分波，以下，通过波长选择滤波器104而直至光信号SλM为止依次分波。分波后的光信号Sλ1～SλM分别从对应的光纤107输出。
在该波长合分波器100，例如光信号SλM为了进行合波或分波而需要经过M个双芯准直器102，光信号SλM－1需要经过(M－1)个双芯准直器102。如上所述，根据光信号的波长，经过双芯准直器102的次数变多，与该次数相应地发生光纤端处的耦合损耗。因此，在该波长合分波器100存在下述问题，即，在光信号Sλ1～SλM之中的至少一个光信号难以抑制损耗。
在本实施方式的波长合分波器1A，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)隔着空间而耦合，因此各光信号Sλm(m＝1、···、M)仅经过第1准直器10和各自所对应的第2准直器20(m)。即，对于全部光信号Sλ1～SλM，经过准直器的次数仅为2次。因此，根据本实施方式的波长合分波器1A，能够在全部光信号Sλ1～SλM抑制损耗。
但是，在如本实施方式那样第1波长选择滤波器40(1)～40(M)隔着空间而耦合的情况下，为了充分利用薄膜滤波器的频带特性，需要减小光信号相对于多层膜42的入射角，且还需要在相同列确保相邻的第1波长选择滤波器彼此的间隔。因此，在第1列排列的第1波长选择滤波器40(1)、40(3)、40(5)、···、40(M－1)和在第2列排列的第1波长选择滤波器40(2)、40(4)、40(6)、···、40(M)的间隔L1容易变大。因此，导致至少一个光信号的传输长度变得极长。
一般来说，光信号的传输长度变长会引起光信号的光束直径的增大。在专利文献1所记载的光学器件，为了改善针对大径化的光束的耦合效率，将准直器透镜的焦距设为越靠后级则越大。但是在该情况下，需要准备焦距不同的多个类型的准直器透镜，因此妨碍由部件个数的削减带来的低成本化。光信号Sλ1～SλM的个数M越多则该问题变得越显著。
针对该问题，在本实施方式的波长合分波器1A，第1波长选择滤波器40(1)在基板41的第2面412侧，与第1准直透镜12光耦合。另外，第1波长选择滤波器40(m+1)(m＝1、···、M－1)在基板41的第2面412侧，与第1波长选择滤波器40(m)光耦合。如前所述，在制作第1波长选择滤波器40(1)～40(M)时，由于多层膜42和基板41的热膨胀系数的差异，在基板41的第1面411及多层膜42的表面发生弯曲为凸状的翘曲。通过该翘曲，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)针对从基板41的第2面412侧射入的光而作为反射型的凹透镜起作用。有效地利用该凹透镜，能够抑制在第1波长选择滤波器40(1)～40(M)间传输的光信号的光束直径的扩展。因此，根据本实施方式的波长合分波器1A，能够进一步增多进行分波或合波的光信号Sλ1～SλM的个数M。此外，在如上所述的结构，希望在将第1波长选择滤波器40(m)和第1波长选择滤波器40(m+1)连结的光路的中点形成光束腰BW。
在这里，关于第1波长选择滤波器40(1)～40(M)所具有的透镜作用详细地进行叙述。图8是表示使来自具有适合于100GHz间隔的DWDM的透过波段宽度的波长选择滤波器的反射光射入至准直器时的耦合损耗与该波长选择滤波器和准直器的距离之间的关系的图形。在图8，横轴表示波长选择滤波器和准直器的距离(单位：mm)，纵轴表示耦合损耗(单位：dB)。在图中，标绘点P1为实测值，虚线B1为理论曲线。在实测时，将从透过波段大幅偏离的波长1550nm的光从准直器射入至波长选择滤波器的背面(相当于基板41的第2面412)，由相同的准直器接受其反射光。准直器的工作距离为23mm，光束腰处的光束直径为502μm。此外，在实测时，取代波长选择滤波器而是以金属制的反射镜所涉及的反射率为基准，因此在一部分的标绘点P1处耦合损耗为负。理论曲线表示假定该波长选择滤波器的多层膜的表面为曲率半径1400mm的曲面，将该波长选择滤波器视作焦距467mm的凹面镜的情况下的计算结果。此外，在理论曲线将波长选择滤波器的内部损耗设为0dB。参照图8，可知标绘点P1与理论曲线非常一致。
另外，图9表示使来自与图8的实测所使用的波长选择滤波器相同的波长选择滤波器的透过光射入至准直器时的耦合损耗与波长选择滤波器和准直器的距离之间的关系。在图9，横轴表示波长选择滤波器和准直器的距离(单位：mm)，纵轴表示耦合损耗(单位：dB)。在图中，标绘点P2为实测值，虚线B2为理论曲线。在实测时，将透过波段所包含的波长1539.6nm的光从第1准直器射入至波长选择滤波器的背面(相当于基板41的第2面412)，由第2准直器接受其透过光。第1准直器的工作距离为23mm，光束腰处的光束直径为502μm。第2准直器的工作距离为23mm，光束腰处的光束直径为494μm。将第1准直器和波长选择滤波器的距离固定为80mm，并且使第2准直器和波长选择滤波器的距离发生了变化。理论曲线表示假定该波长选择滤波器的多层膜的表面为曲率半径1400mm的曲面，将该波长选择滤波器视作焦距2800mm的透镜的情况下的计算结果。此外，在理论曲线将波长选择滤波器的内部损耗设为0.4dB。
根据理论曲线，第2准直器和波长选择滤波器的距离变得越大则耦合损耗应该单调地越增加。但是，在实测值，在第2准直器和波长选择滤波器的距离为60mm～70mm的附近耦合损耗变得最小，得到与理论曲线大幅不同的倾向。图9的虚线B3表示将波长选择滤波器视作焦距220mm的透镜的情况下的理论曲线。可知标绘点P2与该理论曲线非常一致。从如上所述的结果可知针对透过光的波长选择滤波器的透镜功率与根据多层膜表面的曲率半径而计算的理论值相比较，大1个数量级左右。
推测针对透过光的波长选择滤波器的透镜作用比理论上的作用更显著的理由。如前所述，可想到在波长选择滤波器，由于多层膜和基板的热膨胀系数的差异而多层膜表面及基板面弯曲为凸状，但由于热膨胀时的应力的分布，在多层膜的膜厚也存在分布。图10是表示一边使针对具有适合于100GHz间隔的DWDM的透过波段宽度的波长选择滤波器的光束的入射位置在沿基板面的一个方向移动，一边对透过光的中心波长的变化进行调查得到的结果的图形。在图10，横轴表示光束入射位置(单位：mm)，纵轴表示中心波长的变化量(单位：nm)。标绘点P3表示实测值，曲线B4表示标绘点P3的近似曲线。参照图10，可知随着光束的入射位置从波长选择滤波器的中心(0mm)远离，透过光的中心波长向短波长侧移动。由此，推测为多层膜的膜厚随着从波长选择滤波器的中心远离而逐渐变薄。
图11是表示光束A将波长选择滤波器透过的情形的示意图。如图11所示，由于多层膜42和基板41的热膨胀系数的差异而多层膜42的表面及基板41的第1面411弯曲为凸状，并且，多层膜42的膜厚随着从第1面411的中心远离而逐渐变薄。透过波段所包含的波长的光束A一边在大量存在于多层膜42的内部的反射镜层反复进行多次的反射，一边将多层膜42透过，但层厚越厚的部分则光束A的传输长度变得越长。因此，如果将光束A的传输长度置换为膜厚，则如图12所示，多层膜42的膜厚分布变得更显著。从光束A观察到的多层膜42的表面的曲率与具有如上所述的膜厚分布的多层膜42的表面的曲率等价，与在多层膜42不进行内部反射而将多层膜42透过的情况相比较变得格外大。针对透过光的波长选择滤波器的透镜作用的程度由多层膜42的表面的曲率决定，因此波长选择滤波器的透镜作用与仅通过多层膜42的实际的表面的曲率而计算的透镜作用的程度相比较，显著地变大。
在这里，图13示意地表示在本实施方式的波长合分波器1A那样的空间结构型的MUX/DEMUX模块，某光束A射入至第1波长选择滤波器40(m)的第2面412而将多层膜42透过的情形。虚线表示根据仅通过多层膜42的表面的曲率而计算的透镜作用得到的出射侧的光束A的轮廓。另外，表1表示波长选择滤波器的第1列和第2列的间隔L1、入射侧的光束腰BW1处的光束直径D1(入射光束直径)、出射侧的光束腰BW2的位置(出射光束腰位置)及出射侧的光束腰BW2处的光束直径D2(出射光束直径)。此外，出射光束腰位置将多层膜42的表面设为0mm，将光束A的传输方向表示为正方向。另外，在表1示出了根据仅通过多层膜42的表面的曲率而计算的透镜作用得到的出射光束腰位置及出射光束直径和根据多层膜42所具有的实际的透镜作用得到的出射光束腰位置及出射光束直径。
[表1]
Figure BDA0003698200840000221
如表1所示，在仅考虑多层膜42的表面的曲率的情况下，出射光束腰位置成为负值。即，预想光束A的光束腰BW2的位置是相对于多层膜42的表面而位于入射侧(参照图13的虚线)。但是，实际上，出射光束腰位置为正值，且从多层膜42的表面至光束腰BW2为止的距离大于间隔L1。另外，出射光束直径D2在仅考虑多层膜42的表面的曲率的情况下是与入射光束直径D1相同程度，与此相对，实际上小于入射光束直径D1。因此，如果仅考虑多层膜42的表面的曲率而设计并配置第2准直器20(1)～20(M)，则在各第1波长选择滤波器40(m)(m＝1、···、M)和各第2准直器20(m)之间发生光束特性的不匹配，发生大的耦合损耗。
在本实施方式的波长合分波器1A，各第1波长选择滤波器40(m)在基板41的第1面411侧，与对应的第2准直器20(m)的第2准直透镜22光耦合。如上所述，由基板41和多层膜42的热膨胀系数的差异引起的、多层膜42的针对透过光的透镜作用的实际的透镜功率大于仅根据多层膜42的表面的曲率而导出的透镜功率。因此，考虑以在第1波长选择滤波器40(m)和第2准直器20(m)的第2准直透镜22的中间形成光束腰BW2的方式，对第1波长选择滤波器40(m)和第2准直器20(m)的距离进行设定。但是在如上所述的距离设定时，第1波长选择滤波器40(m)与第2准直器20(m)之间的光路变长，妨碍波长合分波器1A的小型化。
在本实施方式的波长合分波器1A，在各第2准直器20(m)，对第2准直透镜22的焦距、以及第2准直透镜22与光纤21的一端之间的距离进行设定，以使得第2准直器20的工作距离成为负。换言之，在第2准直器20(m)与第1波长选择滤波器40(m)之间传输的光信号Sλm的有效的光束腰BW2在从第2准直透镜22的出射端观察时处于第1波长选择滤波器40(m)的相反侧，第2准直透镜22的出射端位于该光束腰与第1波长选择滤波器40(m)之间。而且，各第2准直器20(m)具有为了从第2准直透镜22射出扩散光(或者第2准直透镜22接受收敛光)，并且使第2准直透镜22和光纤21高效地耦合的结构。由此，即使不在第1波长选择滤波器40(m)与第2准直器20(m)之间形成光束腰BW2，也能够抑制光束特性的不匹配，因此能够使第1波长选择滤波器40(m)与第2准直器20(m)之间的光路变短。由此，能够将波长合分波器1A小型化。
此外，在如本实施方式的波长合分波器1A那样的空间结构型的MUX/DEMUX模块，构成光信号Sλm的光束的传输长度例如与图28所示的波长合分波器100相比较而较长。由此，如果由于由温度变化引起的构成材料的膨胀或收缩而使各部件彼此的相对的位置及朝向微小地变化，则在空间进行传输的光束的位置及朝向大幅地变化。在该情况下，各准直器的耦合损耗有可能变大。根据本实施方式，通过将第2准直器20(1)～20(M)的工作距离设为负，从而能够使第1波长选择滤波器40(m)与第2准直器20(m)之间的光路变短，因此能够针对由温度变化引起的各部件彼此的相对的位置及朝向的变化而减小耦合损耗的增大程度。
对能够实现上述这样的工作距离为负的准直器的理由进行说明。一般来说，构成准直器的准直透镜的光轴方向的长度，比对该准直透镜的焦距乘以该准直透镜的折射率而得到的值短。在上述的准直器，对准直透镜的端面(相当于图3所示的第2端面222)与光纤的端面之间的距离G进行调整，由此能够任意地设定准直器的工作距离及光束腰处的光束直径。图14是表示使距离G变化的情况下的准直器的工作距离(Working Distance；WD)、光束腰处的光束直径和准直透镜所固有的焦距之间的关系的图形。在图14，横轴表示光束直径(单位：μm)，纵轴表示工作距离(单位：mm)。另外，曲线C1～C6表示准直透镜的焦距分别为1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm、2.8mm及3.2mm的情况。此外，距离G变得越大，则准直器的工作距离及光束腰处的光束直径越向箭头E的方向移动。
参照图14，可知在准直器的工作距离为负的区域，也能够对准直器的工作距离及光束腰处的光束直径进行调整。即，首先选定具有能够得到期望的工作距离及光束直径的焦距的准直透镜，一边对工作距离及光束直径进行测定、一边对距离G进行调整，由此能够实现具有期望的大小的负的工作距离的准直器。作为一个例子，在图1所示的间隔L1为32mm的波长合分波器1A，在将第1波长选择滤波器40(m)和第2准直器20(m)的距离设为10mm的情况下，工作距离为10－46＝－36mm，光束直径为457mm的第2准直器20(m)是适合的，但通过使用焦距例如为2.56mm的第2准直透镜22对距离G适当地进行调整，从而能够实现上述的第2准直器20(m)。
在这里，对用于测定第2准直器20(m)的工作距离及光束直径的几个方法进行说明。作为一个方法，如图15所示，使区域传感器91与第2准直器20(m)相对，在从第2准直器20(m)朝向区域传感器91射出试验光的状态下，一边改变从第2准直器20(m)至区域传感器91为止的距离L、一边在区域传感器91对光束直径进行测定。而且，将其测定结果与图16所示的高斯光束的相对于距离L的光束直径的理论曲线C11或C12拟合。此外，理论曲线C11表示工作距离为正的情况，理论曲线C12表示工作距离为负的情况。由此，能够对第2准直器20(m)的工作距离及光束直径进行测定。此外，在工作距离为负的情况下，有时拟合误差变大，因此在该情况下可以使用以下叙述的方法进行测定。
作为另一个方法，如图17所示，使其他准直器92与第2准直器20(m)相对，将功率传感器93与准直器92进行连接。而且，在从第2准直器20(m)朝向准直器92射出试验光的状态下，一边改变从第2准直器20(m)至准直器92为止的距离L、一边在功率传感器93对光强度进行测定。而且，将根据其测定结果而计算的耦合损耗的值与图18所示的针对距离L的耦合损耗的理论曲线C21、C22或C23拟合。此外，理论曲线C21表示第2准直器20(m)及准直器92的工作距离都为正的情况，理论曲线C22表示第2准直器20(m)及准直器92的工作距离都为负的情况。另外，理论曲线C23表示第2准直器20(m)的工作距离为负，准直器92的工作距离为正，准直器92的工作距离的绝对值大于第2准直器20(m)的工作距离的绝对值的情况。
在第2准直器20(m)及准直器92的工作距离都为负的情况下，如理论曲线C22所示，耦合损耗成为极小值时的距离L的值处于测定范围外，因此有时拟合误差变大。在如上所述的情况下，将准直器92的工作距离设为正，使准直器92的工作距离的绝对值大于第2准直器20(m)的工作距离的绝对值即可。由此，如理论曲线C23所示，能够使耦合损耗成为极小值时的距离L的值处于测定范围内，因此能够减小拟合误差而对第2准直器20(m)的工作距离及光束直径进行测定。
在本实施方式，第2准直器20(1)～20(M)的第2准直透镜22的焦距可以比第1准直器10的第1准直透镜12的焦距短。在该情况下，对与焦距短的一方而言，针对距离G的变化的光束直径及工作距离的变化量小，因此能够减小准直器的光束性能的波动。
在本实施方式，第2准直器20(1)～20(M)的第2准直透镜22的焦距可以包含于从规定的焦距起±5％的范围内，更适合包含于±1％的范围内。根据本实施方式的波长合分波器1A，能够抑制在第1波长选择滤波器40(1)～40(M)之间传输的光信号的光束直径的扩展，因此如上所述能够使第2准直透镜22的焦距在第2准直器20(1)～20(M)彼此大致相等。由此，作为M个第2准直透镜22而能够使用相同的准直透镜，能够削减波长合分波器1A的部件个数。
在本实施方式，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段的中心波长的间隔换算为频率可以为50GHz以上，也可以为100GHz以上。透过波段的中心波长的间隔越窄，则需要越急剧的波长透过特性，多层膜42的层叠数变得越多。由此，多层膜42变厚，由多层膜42和基板41的热膨胀系数的差异引起的多层膜42的表面的翘曲变得显著。根据本实施方式的波长合分波器1A，能够提供如上所述适合于波长间隔窄的波长复用光信号的合波或分波的波长合分波器。
如图14所示，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段F(1)～F(M)的宽度可以彼此相等。根据本实施方式的波长合分波器1A，能够实现如上述方式的波长合分波器1A的小型化。
如本实施方式那样，第2准直透镜22可以为C透镜。在该情况下，能够使用通用的准直器而低价地实现工作距离为负的第2准直器20(1)～20(M)。
如本实施方式那样，第2准直透镜22的第2端面222可以相对于与光纤21的光轴AX垂直的假想平面H而倾斜。在该情况下，能够减少第2准直器20(1)～20(M)的内部的反射返回光。
(第1变形例)
图19是表示第1变形例所涉及的波长合分波器1B的结构的图。该波长合分波器1B关于第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段与上述实施方式的波长合分波器1A不同，在其他方面与上述实施方式的波长合分波器1A一致。此外，在图19例示出M＝7的情况。
图20是表示本变形例的第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段的图形。在图20，横轴表示波长，纵轴表示光透过率。图中的虚线分别表示第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段F(1)～F(M)。在图20将光信号Sλ1～SλM+MA的信号波长λ1～λM+MA一并示出。MA为大于或等于1的任意的整数。在图20例示出MA＝5的情况。
如图20所示，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)具有彼此不同的透过波段F(1)～F(M)。在本变形例，透过波段F(2)～F(M)的宽度彼此相等，但透过波段F(1)的宽度比透过波段F(2)～F(M)的宽度宽。透过波段F(1)包含信号波长λ1～λMA+1。透过波段F(2)～F(M)分别包含信号波长λMA+2～λM+MA。在一个例子，透过波段F(1)的中心波长是信号波长λ1和信号波长λMA+1的中间的波长，透过波段F(2)～F(M)的中心波长分别为信号波长λMA+2～λM+MA。
再次参照图19。在将光信号Sλ1～SλM+MA进行分波的情况下，首先，包含光信号Sλ1～SλM+MA在内的波长复用光信号从第1准直器10的光纤11经过第1准直透镜12而到达第1波长选择滤波器40(1)。光信号Sλ1～SλMA+1将第1波长选择滤波器40(1)透过，经过第2准直器20(1)的第2准直透镜22及光纤21而向波长合分波器1B的外部输出。剩余的光信号SλMA+2～SλM+MA在第1波长选择滤波器40(1)进行反射，到达第1波长选择滤波器40(2)。以下，与上述实施方式同样地进行，直至光信号SλM+MA为止针对每一个波长进行分波，向波长合分波器1B的外部输出。
另外，在将光信号Sλ1～SλM+MA进行合波的情况下，首先，光信号SλMA+2～SλM+MA与上述实施方式同样地进行，针对每一个波长依次进行合波。进行合波后的光信号SλMA+2～SλM+MA到达第1波长选择滤波器40(1)。同时，光信号Sλ1～SλMA+1从第2准直器20(1)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(1)。光信号Sλ1～SλMA+1将第1波长选择滤波器40(1)透过而与光信号SλMA+2～SλM+MA进行合波。由此，生成波长复用光信号。生成的波长复用光信号从第1波长选择滤波器40(1)到达第1准直器10，从第1准直器10的光纤11向波长合分波器1B的外部输出。
如本变形例的波长合分波器1B那样，可以是至少1个第1波长选择滤波器的透过波段的宽度与其他第1波长选择滤波器的透过波段的宽度不同。即使在如上所述的情况下，在第2准直器20(1)～20(M)，对第2准直透镜22的焦距、以及第2准直透镜22与光纤21的一端之间的距离G进行设定，以使得第2准直器20的工作距离为负，由此也能够使第1波长选择滤波器40(1)～40(M)与第2准直器20(1)～20(M)之间的光路变短。由此，能够将波长合分波器1B小型化。
(第2变形例)
图21是表示第2变形例所涉及的波长合分波器1C的结构的图。该波长合分波器1C关于第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段与上述实施方式的波长合分波器1A不同，在其他方面与上述实施方式的波长合分波器1A一致。此外，在图21例示出M＝6的情况。
图22是表示本变形例的第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段的图形。在图22，横轴表示波长，纵轴表示光透过率。图中的虚线分别表示第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段F(1)～F(M)。在图22将光信号Sλ1～Sλ2M的信号波长λ1～λ2M一并示出。
如图22所示，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)具有彼此不同的透过波段F(1)～F(M)。在本变形例，透过波段F(1)～F(M)的宽度彼此相等。透过波段F(1)包含信号波长λ1、λ2。透过波段F(2)包含信号波长λ3、λ4。以下同样地，透过波段F(m)包含信号波长λ2m－1、λ2m。如上所述，透过波段F(1)～F(M)分别包含2个信号波长。在一个例子，各透过波段F(m)的中心波长是信号波长λ2m－1和信号波长λ2m的中间的波长。此外，透过波段F(1)～F(M)也可以分别包含3个以上的信号波长。
再次参照图21。在将光信号Sλ1～Sλ2M进行分波的情况下，首先，包含光信号Sλ1～Sλ2M在内的波长复用光信号从第1准直器10的光纤11经过第1准直透镜12而到达第1波长选择滤波器40(1)。光信号Sλ1、Sλ2将第1波长选择滤波器40(1)透过，经过第2准直器20(1)的第2准直透镜22及光纤21而向波长合分波器1C的外部输出。剩余的光信号Sλ3～Sλ2M在第1波长选择滤波器40(1)进行反射，到达第1波长选择滤波器40(2)。以下，直至光信号Sλ2M为止针对每2个波长进行分波，向波长合分波器1C的外部输出。
另外，在将光信号Sλ1～Sλ2M进行合波的情况下，首先，光信号Sλ2M－1、Sλ2M从第2准直器20(M)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(M)。光信号Sλ2M－1、Sλ2M将第1波长选择滤波器40(M)透过而到达第1波长选择滤波器40(M－1)，在第1波长选择滤波器40(M－1)进行反射。同时，光信号Sλ2M－3、Sλ2M－2从第2准直器20(M－1)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(M－1)。光信号Sλ2M－3、Sλ2M－2将第1波长选择滤波器40(M－1)透过，与光信号Sλ2M－1、Sλ2M进行合波。以下，同样地进行而直至光信号Sλ1、Sλ2为止依次进行合波，生成波长复用光信号。生成的波长复用光信号从第1波长选择滤波器40(1)到达第1准直器10，从第1准直器10的光纤11向波长合分波器1C的外部输出。
如本变形例的波长合分波器1C那样，第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的透过波段F(1)～F(M)分别包含多个信号波长。即使在如上所述的情况下，在第2准直器20(1)～20(M)，对第2准直透镜22的焦距、以及第2准直透镜22与光纤21的一端之间的距离进行设定，以使得第2准直器20的工作距离为负，由此也能够使第1波长选择滤波器40(1)～40(M)与第2准直器20(1)～20(M)之间的光路变短。由此，能够将波长合分波器1C小型化。
(第3变形例)
图23是表示第3变形例所涉及的波长合分波器1D的结构的图。该波长合分波器1D在上述实施方式的波长合分波器1A的结构的基础上，还具有N个第3准直器30(1)～30(N)、N个第2波长选择滤波器44(1)～44(N)、以及第3波长选择滤波器45。N为2以上的任意的整数。N可以与第2准直器20(1)～20(M)及第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的个数M相等，也可以不同。在图23例示出M＝6、N＝6的情况。
图24是表示第3准直器30(1)～30(N)的结构的剖视图。第3准直器30(1)～30(N)具有与上述的第1准直器10及第2准直器20(1)～20(M)相同的结构。第3准直器30(1)～30(N)具有光纤31(第3光波导)、第3准直透镜32、插芯33和毛细管34。
光纤31具有与第1准直器10的光纤11相同的结构。插芯33为圆柱状的部件，具有与中心轴线交叉的平坦的第1端面331及第2端面332和将第1端面331及第2端面332连接的外周面333。插芯33安装于光纤31的前端。在插芯33沿其中心轴线而形成有贯通孔。光纤31插入贯穿于插芯33的贯通孔。插芯33的中心轴线与光纤31的光轴AX一致。光纤31的端面在第1端面331露出，与第1端面331一起研磨而与第1端面331共面。光纤31的端面及第1端面331相对于与光纤31的光轴AX垂直的假想平面H而倾斜。在一个例子，第1端面331相对于该假想平面H的倾斜角与第2准直器20(1)～20(M)的第1端面231的倾斜角相等。在第2端面332设置有用于将光纤31固定于插芯33的树脂制的粘接剂335。插芯33能够由与第2准直器20(1)～20(M)的插芯23相同的材料构成。
第3准直透镜32为圆柱状的透镜部件。第3准直透镜32能够由与第2准直器20(1)～20(M)的第2准直透镜22相同的材料构成。第3准直透镜32具有与中心轴线交叉的第1端面321及第2端面322和将第1端面321及第2端面322连接的外周面323。第1端面321为球面，作为凸透镜起作用。在一个例子，第3准直透镜32的焦距与第2准直器20(1)～20(M)的第2准直透镜22的焦距相等。第3准直透镜32的焦距比第1准直透镜12的焦距短。第2端面322是平坦的，与光纤31的一端面隔开距离G而相对，与该一端面光学地耦合。如上所述的第3准直透镜32被称为C透镜。第3准直透镜32的第2端面322相对于假想平面H而倾斜。在一个例子中，第2端面322相对于假想平面H的倾斜角与第2准直器20(1)～20(M)的第2端面222的倾斜角相等。
毛细管34是对第3准直透镜32及插芯33进行收容的圆筒状的部件。毛细管34能够由与第2准直器20(1)～20(M)的毛细管24相同的材料构成。从毛细管34的第1开口341将第3准直透镜32插入。从毛细管34的第2开口342将插芯33插入。第3准直透镜32的外周面323及插芯33的外周面333与毛细管34的内周面343相接。光纤31的端面和第3准直透镜32的第2端面322在毛细管34的内部空间彼此相对。毛细管34以光纤31的光轴AX和第3准直透镜32的中心轴线彼此一致的方式对第3准直透镜32及插芯33进行保持。
再次参照图23。第2波长选择滤波器44(1)～44(N)具有与第1波长选择滤波器40(1)～40(M)相同的结构。第2波长选择滤波器44(1)～44(N)具有图4所示的基板41和多层膜42。图25是表示第1波长选择滤波器40(1)～40(M)及第2波长选择滤波器44(1)～44(N)的透过波段的图形。在图25，横轴表示波长，纵轴表示光透过率。图中的虚线表示透过波段F(1)～F(M+N)。此外，在图25将光信号Sλ1～SλM+N的信号波长λ1～λM+N一并示出。
第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的多层膜42具有透过波段F(1)～F(M)。第2波长选择滤波器44(1)～44(N)的多层膜42具有透过波段F(M+1)～F(M+N)。透过波段F(1)～F(M)彼此不同。透过波段F(M+1)～F(M+N)与透过波段F(1)～F(M)不同，且彼此不同。在一个例子，透过波段F(1)～F(M+N)的宽度均一。透过波段F(1)～F(M+N)分别包含信号波长λ1～λM+N。在一个例子，信号波长λ1～λM+N为透过波段F(1)～F(M+N)各自的中心波长。
如图23所示，第2波长选择滤波器44(1)～44(N)排列为第3列和第4列这两列，且以排列方向的位置在第3列和第4列交替的方式进行配置。具体地说，第奇数个第2波长选择滤波器44(1)、44(3)、44(5)、···、44(N－1)依次排成一列，构成第3列。第偶数个第2波长选择滤波器44(2)、44(4)、44(6)、···、44(N)依次排成一列，构成第4列。这些列的排列方向彼此一致。在这些列的排列方向，第2波长选择滤波器44(2)位于第2波长选择滤波器44(1)与第2波长选择滤波器44(3)之间。以下的第2波长选择滤波器44(3)～44(N－1)也是同样的。即，在这些列的排列方向，第n个(n＝2、···、N－1)第2波长选择滤波器44(n)位于第2波长选择滤波器44(n－1)与第2波长选择滤波器44(n+1)之间。第3列的第2波长选择滤波器44(1)、44(3)、44(5)、···、44(N－1)的基板41的第2面412朝向第4列。第4列的第2波长选择滤波器44(2)、44(4)、44(6)、···、44(N)的基板41的第2面412朝向第3列。在一个例子，第3列的第2波长选择滤波器44(1)、44(3)、44(5)、···、44(N－1)和第4列的第2波长选择滤波器44(2)、44(4)、44(6)、···、44(N)的间隔L2与间隔L1相等。
第3波长选择滤波器45具有与第1波长选择滤波器40(1)～40(M)及第2波长选择滤波器44(1)～44(N)相同的结构。第3波长选择滤波器45具有图4所示的基板41和多层膜42。第3波长选择滤波器45的多层膜42具有图25所示的透过波段FA。透过波段FA包含第1波长选择滤波器40(1)～40(M)的全部透过波段F(1)～F(M)，不包含第2波长选择滤波器44(1)～44(N)的任何一个透过波段F(M+1)～F(M+N)。
在本变形例，第1准直器10经由第3波长选择滤波器45及第1波长选择滤波器40(1)而与第2准直器20(1)直线性地且空间性地光耦合。即，将第1准直器10的光纤11(参照图2)和第2准直器20(1)的光纤21(参照图3)连结的光路经过第1准直透镜12、第3波长选择滤波器45、第1波长选择滤波器40(1)及第2准直器20(1)的第2准直透镜22。第3波长选择滤波器45在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第1准直透镜12光耦合。第3波长选择滤波器45在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第1波长选择滤波器40(1)光耦合。此外，在第3波长选择滤波器45与第1波长选择滤波器40(1)之间的光路上，可以还设置用于抑制光束的扩展的透镜46。
第3波长选择滤波器45的基板41的第2面412经由第1个第2波长选择滤波器44(1)而与第1个第3准直器30(1)直线性地且空间性地光耦合。即，将第3波长选择滤波器45的基板41的第2面412和第3准直器30(1)的光纤31连结的光路经过第2波长选择滤波器44(1)及第3准直器30(1)的第3准直透镜32。第2波长选择滤波器44(1)在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第3波长选择滤波器45光耦合。第2波长选择滤波器44(1)在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第3准直器30(1)的第3准直透镜32光耦合。
第2波长选择滤波器44(1)的基板41的第2面412经由第2个第2波长选择滤波器44(2)，与第2个第3准直器30(2)直线性地且空间性地光耦合。即，将第2波长选择滤波器44(1)的基板41的第2面412和第3准直器30(2)的光纤31连结的光路经过第2波长选择滤波器44(2)及第3准直器30(2)的第3准直透镜32。第2波长选择滤波器44(2)在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第2波长选择滤波器44(1)光耦合。第2波长选择滤波器44(2)在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第3准直器30(2)的第3准直透镜32光耦合。关于第3个以后的第3准直器30(3)～30(N)及第2波长选择滤波器44(3)～44(N)也与上述同样地配置。
如果将上述的结构换言之，则如下述所示。第n个(n＝1、···、N－1)第2波长选择滤波器44(n)的基板41的第2面412经由第(n+1)个第2波长选择滤波器44(n+1)而与第(n+1)个第3准直器30(n+1)直线性地且空间性地光耦合。即，将第2波长选择滤波器44(n)的基板41的第2面412和第3准直器30(n+1)的光纤31连结的光路经过第2波长选择滤波器44(n+1)及第3准直器30(n+1)的第3准直透镜32。第2波长选择滤波器44(n+1)在基板41的第2面412侧，经由该光路而与第2波长选择滤波器44(n)光耦合。第2波长选择滤波器44(n+1)在基板41的第1面411侧，经由该光路而与第3准直器30(n+1)的第3准直透镜32光耦合。
第2波长选择滤波器44(n)(n＝1、···、N－1)与第2波长选择滤波器44(n+1)的距离设定为在它们之间形成光束腰的长度。但是，第3准直器30(n)(n＝1、···、N)与第2波长选择滤波器44(n)的距离设定为在它们之间不形成光束腰的长度。因此，在第3准直器30(1)～30(N)各自，对第3准直透镜32的焦距、及第3准直透镜32与光纤31的一端之间的距离G进行设定，以使得该第3准直器30(n)的工作距离为负。在一个例子，第3准直器30(1)～(N)的工作距离与第2准直器20(1)～(M)的工作距离相等。
在将光信号Sλ1～SλM+N进行分波的情况下，首先，包含光信号Sλ1～SλM+N在内的波长复用光信号从第1准直器10的光纤11经过第1准直透镜12而到达第3波长选择滤波器45。光信号Sλ1～SλM将第3波长选择滤波器45透过，到达第1波长选择滤波器40(1)。以下的光信号Sλ1～SλM的分波的方式与上述实施方式相同。光信号SλM+1～SλM+N在第3波长选择滤波器45进行反射，到达第2波长选择滤波器44(1)。光信号SλM+1将第2波长选择滤波器44(1)透过，经过第3准直器30(1)的第3准直透镜32及光纤31而向波长合分波器1D的外部输出。剩余的光信号SλM+2～SλM+N在第2波长选择滤波器44(1)进行反射，到达第2波长选择滤波器44(2)。以下，直至光信号SλM+N为止针对每1个波长进行分波，向波长合分波器1D的外部输出。
另外，在将光信号Sλ1～SλM+N进行合波的情况下，其中的光信号Sλ1～SλM通过与上述实施方式相同的方式进行合波。进行合波后的光信号Sλ1～SλM将第3波长选择滤波器45透过。另外，光信号SλM+N从第3准直器30(N)的光纤31经过第3准直透镜32而到达第2波长选择滤波器44(N)。光信号SλM+N将第2波长选择滤波器44(N)透过，到达第2波长选择滤波器44(N－1)，在第2波长选择滤波器44(N－1)进行反射。同时，光信号SλM+N－1从第3准直器30(N－1)的光纤31经过第3准直透镜32而到达第2波长选择滤波器44(N－1)。光信号SλM+N－1将第2波长选择滤波器44(N－1)透过，与光信号SλM+N进行合波。以下，同样地进行而直至光信号SλM+1为止依次进行合波。进行合波后的光信号SλM+1～SλM+N在第3波长选择滤波器45进行反射，与光信号Sλ1～SλM进行合波。由此，生成包含光信号Sλ1～SλM+N在内的波长复用光信号。生成的波长复用光信号从第1准直器10的光纤11向波长合分波器1D的外部输出。
在本变形例的第2波长选择滤波器44(1)～44(N)，也在基板41的第1面411及多层膜42的表面发生弯曲为凸状的翘曲。通过该翘曲，第2波长选择滤波器44(1)～44(N)针对从基板41的第2面412侧射入的光而作为反射型的凹透镜起作用。因此，与第1波长选择滤波器40(1)同样地，第2波长选择滤波器44(1)在基板41的第2面412侧与第3波长选择滤波器45光耦合。另外，第2波长选择滤波器44(n+1)在基板41的第2面412侧与第2波长选择滤波器44(n)光耦合。因此，即使波长复用光信号所包含的光信号的数量变多，有效地利用上述的凹透镜，也能够抑制在第2波长选择滤波器44(1)～44(N)间传输的光信号的光束直径的扩展。
另外，在该波长合分波器1D也与上述实施方式同样地，对第3准直器30(1)～30(N)的第3准直透镜32的焦距、及第3准直透镜32与光纤31的一端面之间的距离G进行设定，以使得第3准直器30(1)～30(N)的工作距离为负。由此，无需在第2波长选择滤波器44(1)～44(N)与第3准直透镜32之间形成光束腰，能够使第2波长选择滤波器44(1)～44(N)与第3准直器30(1)～30(N)之间的光路变短。由此，能够将波长合分波器1D小型化。
(第4变形例)
图26是表示第4变形例所涉及的波长合分波器1E的结构的图。该波长合分波器1E在上述实施方式的波长合分波器1A的结构的基础上，还具有第4准直器80。第4准直器80能够用作升级用端口。第4准直器80的结构与第1准直器10相同。第4准直器80与第1波长选择滤波器40(M)的基板41的第2面412相对而配置，与第1波长选择滤波器40(M)的基板41的第2面412隔着空间而光学地耦合。根据本变形例，能够实现具有升级用端口的波长合分波器1E的小型化。
(第5变形例)
图27是表示第5变形例所涉及的波长合分波器1F的结构的图。在该波长合分波器1F，M个(在图中例示出M＝6的情况)第2准直器20(1)～20(M)排成一列，与第2准直器20(1)～20(M)分别对应的第1波长选择滤波器40(1)～40(M)也排成另一列。而且，波长合分波器1F具有平坦的反射镜94。反射镜94隔着第1波长选择滤波器40(1)～40(M)而与第2准直器20(1)～20(M)相对。另外，反射镜94与第1准直器10相对。
在将光信号Sλ1～SλM进行分波的情况下，首先，包含光信号Sλ1～SλM在内的波长复用光信号从第1准直器10的光纤11经过第1准直透镜12而到达反射镜94。波长复用光信号在反射镜94进行反射，到达第1波长选择滤波器40(1)。光信号Sλ1将第1波长选择滤波器40(1)透过，经过第2准直器20(1)的第2准直透镜22及光纤21而向波长合分波器1F的外部输出。剩余的光信号Sλ2～SλM在第1波长选择滤波器40(1)进行反射，在反射镜94再次进行反射后，到达第1波长选择滤波器40(2)。以下，同样地进行而直至光信号SλM为止针对每1个波长进行分波，向波长合分波器1F的外部输出。
另外，在将光信号Sλ1～SλM进行合波的情况下，首先，光信号SλM从第2准直器20(M)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(M)。光信号SλM将第1波长选择滤波器40(M)透过而到达反射镜94。光信号SλM在反射镜94进行反射后到达第1波长选择滤波器40(M－1)，在第1波长选择滤波器40(M－1)再次进行反射。同时，光信号SλM－1从第2准直器20(M－1)的光纤21经过第2准直透镜22而到达第1波长选择滤波器40(M－1)。光信号SλM－1将第1波长选择滤波器40(M－1)透过而与光信号SλM进行合波。以下，同样地进行而直至光信号Sλ1为止依次进行合波，生成波长复用光信号。生成的波长复用光信号从第1波长选择滤波器40(1)到达反射镜94，在反射镜94进行反射后到达第1准直器10。波长复用光信号从第1准直器10的光纤11向波长合分波器1F的外部输出。
本发明所涉及的波长合分波器并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式例示出波长选择滤波器为DWDM滤波器的情况，但波长选择滤波器例如也可以为低密度波分复用(CWDM：Coarse Wavelength Division Multiplexing)滤波器等具有任意的波长间隔的滤波器。

Claims (11)

1.一种波长合分波器，其具有：
第1准直器，其具有第1光波导及与所述第1光波导的一端光学地耦合的第1准直透镜；
M个第2准直器，其各自具有第2光波导及与所述第2光波导的一端光学地耦合的第2准直透镜，其中，M为2以上的整数；以及
M个第1波长选择滤波器，其各自具有基板以及多层膜，该基板具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性，该多层膜设置在所述基板的所述第1面上，该M个第1波长选择滤波器具有彼此不同的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射，
将所述第1准直器的所述第1光波导和第1个所述第2准直器的所述第2光波导连结的光路经过所述第1准直透镜、第1个所述第1波长选择滤波器及第1个所述第2准直器的所述第2准直透镜，
第1个所述第1波长选择滤波器在所述基板的所述第2面侧经由所述光路而与所述第1准直透镜光耦合，在所述基板的所述第1面侧经由所述光路而与第1个所述第2准直器的所述第2准直透镜光耦合，
将第m个所述第1波长选择滤波器的所述基板的所述第2面和第(m+1)个所述第2准直器的所述第2光波导连结的光路经过第(m+1)个所述第1波长选择滤波器及第(m+1)个所述第2准直器的所述第2准直透镜，其中，m＝1、···、M－1，
第(m+1)个所述第1波长选择滤波器在所述基板的所述第2面侧经由所述光路而与第m个所述第1波长选择滤波器光耦合，在所述基板的所述第1面侧经由所述光路而与第(m+1)个所述第2准直器的所述第2准直透镜光耦合，
在各第2准直器，对所述第2准直透镜的焦距、以及所述第2准直透镜与所述第2光波导的一端之间的距离进行设定，以使得所述第2准直器的工作距离为负。
2.根据权利要求1所述的波长合分波器，其中，
所述M个第2准直器的所述第2准直透镜的焦距比所述第1准直透镜的焦距短。
3.根据权利要求1或2所述的波长合分波器，其中，
所述M个第2准直器的所述第2准直透镜的焦距包含于从规定的焦距起±5％的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的波长合分波器，其中，
所述M个第1波长选择滤波器间的透过波段的中心波长的间隔换算为频率为50GHz以上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的波长合分波器，其中，
所述M个第1波长选择滤波器间的透过波段的中心波长的间隔换算为频率为100GHz以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的波长合分波器，其中，
所述M个第1波长选择滤波器的透过波段宽度彼此相等。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的波长合分波器，其中，
至少1个所述第1波长选择滤波器的透过波段宽度与其他所述第1波长选择滤波器的透过波段宽度不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的波长合分波器，其中，
还具有：
N个第3准直器，其各自具有第3光波导及与所述第3光波导的一端光学地耦合的第3准直透镜，其中，N为2以上的整数；
N个第2波长选择滤波器，其各自具有基板以及多层膜，该基板具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性，该多层膜设置在所述基板的所述第1面上，该N个第2波长选择滤波器具有与所述M个第1波长选择滤波器的透过波段不同且彼此不同的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射；以及
第3波长选择滤波器，其具有基板以及多层膜，该基板具有彼此朝向相反的第1面及第2面，具有光透过性，该多层膜设置在所述基板的所述第1面上，该第3波长选择滤波器具有包含所述M个第1波长选择滤波器的全部透过波段、不包含所述N个第2波长选择滤波器的任何一个透过波段的透过波段，使除了透过波段以外的波段的光进行反射，
将所述第1准直器的所述第1光波导和第1个所述第3准直器的所述第3光波导连结的光路还经过所述第3波长选择滤波器，
所述第3波长选择滤波器在所述基板的所述第2面侧经由所述光路而与所述第1准直透镜光耦合，在所述基板的所述第1面侧经由所述光路而与第1个所述第1波长选择滤波器光耦合，
将所述第3波长选择滤波器的所述基板的所述第2面和第1个所述第3准直器的所述第3光波导连结的光路经过第1个所述第2波长选择滤波器及第1个所述第3准直器的所述第3准直透镜，
第1个所述第2波长选择滤波器在所述基板的所述第2面侧经由所述光路而与所述第3波长选择滤波器光耦合，在所述基板的所述第1面侧经由所述光路而与第1个所述第3准直器的所述第3准直透镜光耦合，
将第n个所述第2波长选择滤波器的所述基板的所述第2面和第(n+1)个所述第3准直器的所述第3光波导连结的光路经过第(n+1)个所述第2波长选择滤波器及第(n+1)个所述第3准直器的所述第3准直透镜，其中，n＝1、···、N－1，
第(n+1)个所述第2波长选择滤波器在所述基板的所述第2面侧经由所述光路而与第n个所述第2波长选择滤波器光耦合，在所述基板的所述第1面侧经由所述光路而与第(n+1)个所述第3准直器的所述第3准直透镜光耦合，
在各第3准直器，对所述第3准直透镜的焦距、以及所述第3准直透镜与所述第3光波导的一端之间的距离进行设定，以使得所述第3准直器的工作距离为负。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的波长合分波器，其中，
还具有第4准直器，该第4准直器与第M个所述第1波长选择滤波器的所述基板的所述第2面光学地耦合。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的波长合分波器，其中，
所述第2准直透镜为C透镜。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的波长合分波器，其中，
所述第2准直透镜的与所述第2光波导的一端相对的面相对于与所述第2光波导的光轴垂直的假想平面而倾斜。
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