JP2000162413A

JP2000162413A - 光分離プリズム

Info

Publication number: JP2000162413A
Application number: JP33458498A
Authority: JP
Inventors: Satoru Monma; 哲門馬; Kazuyuki Nakasendou; 和之中仙道
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】２つの三角柱状のプリズム片を、傾斜角度４
５度の波長分離膜を介して接合することにより立方体に
構成した従来の光分離プリズムにおいて、波長分離膜に
対する入射角度にずれが生じることに起因して発生する
透過率上の問題を解決することができる光分離プリズム
を提供する。【解決手段】２つの直角三角柱状のプリズム片２１、
２２の傾斜面同士を、波長分離膜２３を介して接合一体
化して六面体状に構成した光分離プリズム２０であって
波長分離膜の傾斜角度が４５度に設定されているものに
おいて、上記波長分離膜は、ＴｉＯ₂薄膜とＳｉ薄膜を
交互に複数層積層した構成を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光分離プリズムの改
良に関し、入射光の内の所定周波数成分を１００％透過
する一方で、他の所定周波数成分を全反射することがで
きる波長分離性能に優れた光分離プリズムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学デバイスとしての光分離プリズムの
一例として、図５(a) に示すように２つの三角柱状のガ
ラスプリズム２、３を波長分離膜４を介して接合するこ
とにより立方体に構成したものが周知であり、この光分
離プリズムは例えば同図(b) に示すような光通信システ
ムに用いられる。光分離プリズム１は光源５からの出射
光、或は光ファイバー６からの出力光のうちの所定の波
長成分を透過する一方で、それ以外の波長成分を反射す
る機能を備えている。この例では、光源５から出射され
た光のうちの波長１．３μｍの成分は波長分離膜４を透
過して光ファイバー６に入射され、光ファイバー６から
出射した波長１．５μｍの成分は波長分離膜４にて反射
して受光素子７にて受光される。このタイプの光分離プ
リズム１は、波長分離膜４の水平面に対する傾斜角度θ
が４５度に設定されている。この光分離プリズムの特性
は、例えば波長が１．３μｍの光を１００％透過させる
一方で、波長が１．５μｍの光を全反射するように構成
することが理想的であり、図６の特性図中の曲線アの様
に１．３μｍの波長領域ではＳ、Ｐ両偏光成分について
１００％の透過率を確保する一方で、１．５μｍの波長
領域ではＳ、Ｐ両偏光成分について０％の透過率を確保
するような特性が理想的である。しかし、実際には、波
長分離膜４の傾斜角度を４５度に設定して上記理想の特
性に近づけるためには、波長分離膜を構成する高屈折率
層と低屈折率層の積層数を８０層以上とする必要があ
り、製造工程の増大とコストアップが避けられなかっ
た。なお、従来は、高屈折率層の材料としてはＴｉＯ₂
を用い、低屈折率層の材料としてはＳｉＯ₂を用いてい
た。

【０００３】これを詳述すると、図５(a) に示した光分
離プリズム１において波長分離膜４を構成する層数を２
５層程度に低減すると、Ｓ偏光成分は曲線イのように立
ち下がり部分が緩やかに傾斜し、Ｐ偏光成分は曲線ウの
如く立ち下がり部分が緩やかに傾斜する。このため、Ｓ
偏光成分については１．３μｍ波長の透過率が低下し、
Ｐ偏光成分については１．５μｍ波長の透過率が高まる
という不具合が発生する。また、層数を８０層に増やし
た場合には、Ｓ偏光成分は曲線エの様に、またＰ偏光成
分は曲線オのように急峻な立ち下がりとなるが、Ｓ偏光
成分に関しては透過率１００％から立ち下がり始める境
界領域が１．３μｍの近傍に位置している為、製造誤差
等によって常に１００％の透過率を確保できるとは限ら
れなくなる。また、Ｐ偏光成分についても、透過率が０
％を越えた状態から０％になる境界領域が１．５μｍの
近傍に位置している為、製造誤差等によって常に０％の
透過率を確保できるとは限らなくなる。

【０００４】また、最近の光通信に使用される光分離プ
リズムに求められるスペックとしては、１．５〜１．６
μｍの波長帯域において確実に光透過率が０％となるこ
とを挙げることができるが、Ｐ偏光成分については曲線
オに示すように１．６μｍの波長域についても透過率が
０％からそれ以上になる境界領域が１．６μｍの波長域
の近傍に位置している。このため、波長分離膜４への入
射角のばらつきによって、１．６μｍの波長域での透過
率が常に０％になるとは限らなくなる。つまり、１．５
〜１．６μｍの波長帯域において透過率が完全に０％と
なるような光分離プリズムを製造することは困難であっ
た。即ち、例えば波長分離膜４に対する入射角度に±１
度程度ばらつきがあると、それに応じて１．３μｍ近傍
におけるＳ偏光成分の立ち下がり部と、１．５μｍ近傍
におけるＰ偏光成分の立ち下がり部、更には１．６μｍ
近傍におけるＰ偏光成分の立上り部に、夫々無視できな
い程度のずれが発生する。つまり、いずれの立ち下がり
部、立上り部についても、入射角度が＋１度ずれると各
曲線全体が周波数が低くなる方向に変位し、入射角度が
−１度ずれると各曲線全体が周波数が高くなる方向に変
位する。このため、１．３μｍの波長域での透過率が１
００％よりも低下し、１．５〜１．６μｍの波長域での
透過率が０％を上回る不具合が発生する。実際に、光分
離プリズムを光通信システムを構成する光学装置にアッ
センブリする場合、取り付け誤差等によって波長分離膜
に対する入射角度が微妙にずれを起こすことがある。

【０００５】このような不具合を解消する為には、例え
ば図７に示す様にビームスプリッタ膜４を底面に対して
４５度よりも大きい角度θにて設定することが有効であ
り、高屈折率層と低屈折率層の積層数を２５層程度に大
幅に減らしつつ理想的な光分離プリズム特性を確保する
ことができる。即ち、層数が２５層程度に減る場合に
は、図６中の曲線イ、ウと同様に立ち下がり部が緩やか
な曲線となるが、波長分離膜４の角度θが４５度を越え
る場合には、仮に層数が２５層程度と少なかったとして
も、図６中の曲線イ、ウが夫々曲線ア側に寄った状態と
なる為、波長が１．３μｍの成分は１００％透過し、波
長が１．５〜１．６μｍの範囲にある成分を透過しない
領域を確保することができる。しかし、このタイプの光
分離プリズムにあっては、図７に示すように波長分離膜
４にて反射した光の出射方向が入射光に対して垂直方向
にならないため、受光素子を配置する位置との関係でア
センブリする際の光軸合わせが問題となり、既存装置の
光分離プリズムだけを交換することによる改良を図るこ
とができないため、実用性が少なかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように波長分離膜
の角度θが４５度を越える場合には光分離プリズムの実
用性が低下するため、あくまでも波長分離膜が４５度の
傾斜角度を有しながらも透過率と反射率に関する上記不
具合が存在しない構成を備えたプリズムに対する需要が
大きい。しかし、波長分離膜が４５度の傾斜角度を備え
た光分離プリズムを光学装置に取り付ける際の取り付け
精度誤差等の原因によって波長分離膜に対する入射角度
がずれを起こすと、所望のスペックを満たすことができ
なくなるという不具合があるため、この点の改善が急務
である。このような不具合を解消する為に波長分離膜を
構成する高屈折率膜と低屈折率膜の積層枚数を更に増や
すことも考えられるが、工数の増大によるコストアップ
を招くデメリットがある割りには特性を満足することが
できないのが現実である。本発明が解決しようとする課
題は、２つの三角柱状のプリズム片を、傾斜角度４５度
の波長分離膜を介して接合することにより立方体に構成
した従来の光分離プリズムにおいて、波長分離膜に対す
る入射角度にずれが生じることに起因して発生する透過
率上の問題を解決することができる光分離プリズムを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
請求項１の発明は、２つの直角三角柱状のプリズム片の
傾斜面同士を、波長分離膜を介して接合一体化して六面
体状に構成した光分離プリズムであって波長分離膜の傾
斜角度が４５度に設定されているものにおいて、上記波
長分離膜は、ＴｉＯ₂ 薄膜とＳｉ薄膜を交互に複数層積
層した構成を備えていることを特徴とする。請求項２の
発明は、２つの直角三角柱状のプリズム片の傾斜面同士
を、波長分離膜を介して接合一体化して六面体状に構成
した光分離プリズムであって波長分離膜の傾斜角度が４
５度に設定されているものにおいて、上記波長分離膜
は、ＳｉＯ₂ 薄膜とＳｉ薄膜を交互に複数層積層した構
成を備えていることを特徴とする。請求項３の発明は、
上記光分離プリズムは、立方体であることを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例により詳細に説明する。図１は本発明の一形態例の光
分離プリズムの外観斜視図であり、この光分離プリズム
２０はガラス材料からなる直角三角柱状のプリズム片２
１、２２を、波長分離膜２３を介して、傾斜面同志で接
合一体化した構成が特徴的である。この光分離プリズム
２０は立方体であり、波長分離膜２３の角度θは４５度
である。この光分離プリズム２０は、波長分離膜２３の
積層材料として従来と異なる材質を選定した点が特徴的
であり、具体的には高屈折率材料としてＳｉを、低屈折
率材料としてＴｉＯ₂ を夫々用い、両材料から成る薄膜
を３７層程度交互に積層することにより波長分離膜２３
を形成した。図２はこのような構成の波長分離膜２３を
備えた光分離プリズム２０の反射率を光の波長に対応さ
せて示した図であり、この図から明らかなようにＳ偏光
成分、Ｐ偏光成分ともに波長１．３μｍの成分について
は１００％の透過率を確保することができ、波長１．５
μｍの帯域以上では１．６μｍの帯域を含めて透過率が
０％となる全反射する帯域が大幅に広がった。しかも、
波長分離膜２３の傾斜角度θが４５度に対して±２度程
度ずれを起こしていたとしてもこれらのずれに起因した
反射率のずれを十分に補うことができる程度に、Ｓ偏光
成分とＰ偏光成分との間の間隔が互いにせばまる方向に
変位しているので、プリズムの取り付け姿勢の誤差等に
起因した入射角度のずれを十分に吸収してスペックを満
たす特性を維持することができる。しかも、高屈折率材
料Ｔｉから成る薄膜と、低屈折率材料ＴｉＯ₂ から成る
薄膜の積層総数を３７層（従来は８０層以上）と大幅に
減少させたため、製造工数の削減による生産性の向上、
コストダウンを図ることができる。

【０００９】次に、本発明の第２の形態例では、上記波
長分離膜２３を構成する高屈折率材料としてＴｉを用い
る一方で、高屈折率材料としてＳｉＯ₂を用い、これら
の各材料を１９層程度積層した構成を特徴とする。この
ような構成を備えたプリズムは例えば図３に示した如き
限られた条件下での使用が可能である。即ち、例えば、
送信機からＰ偏光波（例えば波長１．３μｍ）のみをプ
リズム２０に向けて出射し、光ファイバ６からのランダ
ム光（ＳとＰ成分の混合光）から成る出射光（例えば波
長１．５μｍ〜１．６μｍ）を全反射するという使用条
件下において用いることにより、そのような要求を満た
す機能を発揮できる。上記限られた使用条件下に適用す
る場合には、僅か１９層から成る構成の波長分離膜２３
を用いることにより、４５度入射のプリズムを実現で
き、入射角度のずれによる特性上の誤差も小さくなる。

【００１０】図４はこの第２の形態例によるプリズムの
特性を示す図であり、図２の場合に比して、Ｓ偏光成分
の透過率を示す曲線ＴｓがＰ偏光成分の透過率を示す曲
線Ｔｐから離間する方向へ（周波数の低い帯域へ）変位
しているため、Ｓ偏光成分は波長が１．３μｍ以上とな
る帯域では全く透過せず、波長が１．３μｍの帯域にお
いてはＰ偏光成分のみを入射する。また、波長が１．５
〜１．６μｍの帯域においてはＳ、Ｐ両偏光成分を１０
０％反射することができる。この際、波長分離膜の角度
４５度が±１度の範囲内でずれを起こしていたとして
も、このプリズムに求められるスペックを逸脱する程度
の特性誤差は発生しないことが明らかである。つまり、
この形態例の波長分離膜２３は、例えば、送信機からの
出射光が波長１．３μｍのＰ偏光成分のみであり、かつ
光ファイバ６からのランダム光としての出射光が波長
１．５〜１．６μｍである場合に、送信機からの出射光
を１００％透過する一方で、光ファイバ６からの出射光
を１００％反射する、といった使用状況下において使用
することができる。この場合、４５度の角度を有した波
長分離膜２３を構成する薄膜の層数が僅か１９層でよい
ため、プリズムの生産性を高め、コストダウンを図るこ
とができる。更に、波長分離膜に対する入射角度が±２
度程度ずれていたとしても、透過率のずれが許容範囲に
とどまる為、実用性が高いものとなる。なお、上記各形
態例では波長分離膜を構成する薄膜の層数を３７層、１
９層等としたが、これは透過させたり反射させる周波数
帯域が変わることにより変動する数であるため、一例で
あり、周波数帯域の変更に応じて必要層数を変えて使用
することとなる。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、２つの三角柱状のプリ
ズム片を波長分離膜を介して接合することにより立方体
に構成した従来の光分離プリズムであって波長分離膜の
傾斜角度を４５度に設定したものにおいて、ＴｉＯ₂と
ＳｉＯ₂ の薄膜を８０層以上積層することにより波長分
離膜を形成した場合に、波長分離膜に対する入射角度が
ずれを起こすと、透過率の点において所望のスペックを
満たすことができなくなるという不具合を解消すること
ができる。また、従来は、薄膜の積層数が多い為、製造
工数が複雑化し、生産性の低下、コストアップという不
具合が発生していたが本発明ではこのような不具合も解
消することができる。即ち、請求項１の発明は、２つの
直角三角柱状のプリズム片の傾斜面同士を、傾斜角度が
４５度の波長分離膜を介して接合一体化して六面体状に
構成した光分離プリズムにおいて、上記波長分離膜は、
ＴｉＯ₂ 薄膜とＳｉ薄膜を交互に複数層積層した構成を
備えている。この為、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分共に１．
３μｍ帯域では１００％の透過率を確保することができ
る一方で、１．５〜１．６μｍの帯域では０％の透過率
を確保することができる。しかも、入射角度が±２度程
度ずれていたとしても反射率を許容の範囲内に押えるこ
とができる。この構成例においては、波長分離膜を構成
する薄膜の積層数は３７層程度でも十分に光通信に使用
する光学デバイスとしてのスペックを満たすことができ
たので、生産性を高めることが可能となった。

【００１２】請求項２の発明は、２つの直角三角柱状の
プリズム片の傾斜面同士を、傾斜角度が４５度の波長分
離膜を介して接合一体化して六面体状に構成した光分離
プリズムにおいて、上記波長分離膜は、ＳｉＯ₂ 薄膜と
Ｓｉ薄膜を交互に複数層積層した構成を備えている。こ
の為、１．３μｍ帯域のＰ偏光成分についてのみ透過
し、１．５〜１．６μｍ帯域の混合光については全反射
するといった使用条件に適した光分離プリズムを提供す
ることができる。このプリズムに用いる波長分離膜の積
層数は１９層程度である為、生産性の高いプリズムを提
供できることが明らかである。請求項３の発明は、上記
光分離プリズムは、立方体であり、光通信に使用する装
置に対して組込みが容易である。また、本発明は立方体
以外のプリズムであって波長分離膜の傾斜角度が４５度
のものに対しても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態例の光分離プリズムの構成説明
図。

【図２】本発明の第１の形態例の光分離プリズムの特性
を説明する図。

【図３】第２の形態例の光分離プリズムの使用条件を説
明する図。

【図４】本発明の第１の形態例の光分離プリズムの特性
を説明する図。

【図５】(a) は従来の光分離プリズムの構成を示す斜視
図、(b) はその使用例を示す図。

【図６】従来の光分離プリズムの特性を説明する為の
図。

【図７】他の従来例の説明図。

【符号の説明】

２０光分離プリズム、２１、２２プリズム片、２３
波長分離膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの直角三角柱状のプリズム片の傾斜
面同士を、波長分離膜を介して接合一体化して六面体状
に構成した光分離プリズムであって波長分離膜の傾斜角
度が４５度に設定されているものにおいて、上記波長分離膜は、ＴｉＯ₂薄膜とＳｉ薄膜を交互に複
数層積層した構成を備えていることを特徴とする光分離
プリズム。
【請求項２】２つの直角三角柱状のプリズム片の傾斜
面同士を、波長分離膜を介して接合一体化して六面体状
に構成した光分離プリズムであって波長分離膜の傾斜角
度が４５度に設定されているものにおいて、上記波長分離膜は、ＳｉＯ₂薄膜とＳｉ薄膜を交互に複
数層積層した構成を備えていることを特徴とする光分離
プリズム。
【請求項３】上記光分離プリズムは、立方体であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の光分離プリズム。