JP2000284141A - 光分波器及びその調心組立方法 - Google Patents

光分波器及びその調心組立方法

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JP2000284141A JP11088583A JP8858399A JP2000284141A JP 2000284141 A JP2000284141 A JP 2000284141A JP 11088583 A JP11088583 A JP 11088583A JP 8858399 A JP8858399 A JP 8858399A JP 2000284141 A JP2000284141 A JP 2000284141A
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    • G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種光学部材を高精度に且つ短時間の内に容
易にアライメントし得る光分波器を低コストで提供する 【解決手段】 開示される光分波器は、少なくとも、１
本の入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格
子を構成要素とする光分波器であって、前記各構成要素
がそれぞれ取り付けられた相互に独立すると共に軸線方
向に相互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有
する透明状チューブを備えて構成されている。各構成要
素は、それぞれに対応する透明状チューブの、好ましく
は端部に接着固定させる。また光分波器の調心組立方法
としては、各構成要素を対応する透明状チューブにそれ
ぞれ取り付けた後、それら透明状チューブを相互に摺動
させることを含む、パッシブアライメントで可能であ
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、主に波長多重光通
信に用いる光分波器及びその調心組立方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の光分波器の組立に際して
は、先ず、光軸高さを合わせるために各種光学部品をジ
グに接着固定し、次に前記ジグに接着固定された各種光
学部品を平面基板上でアクティブアライメントによって
調心固定し、最後に各種光学部品を保持するジグを固定
している平面基板を、ステンレスやアルミなどの不透明
のケースの内部に収めていた。また、別の方法として、
一本の金属チューブの中に各種光学部品を挿入し、その
不透明である金属チューブ内部で光学部品の位置を、例
えば該金属チューブ端面の開口から内部に観察器具を挿
入するか、或は該端面開口から内部を観察しながら、ア
クティブアライメントにより調心固定していた。ここで
用語「アクティブアライメント」が意味することは、光
を光路（＝ファイバ）中に入れつつ、光結合状態をモニ
タしながら微動して最適位置（光出力が最大になる位
置）を探して調心・調整することである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来の技
術における例えば前者では、各種光学部品の外径寸法の
ばらつきや、光軸高さを合わせるためのジグの機械加工
のばらつき等によって、各種光学部品の光軸合わせが難
しく、また、各種光学部品又は各種光学素子の面の角度
を光軸に対して或は各種光学素子相互に対して所望の角
度に設定することも難しかった。また、平面基板上に各
種光学部品が接着固定された後でも、分波器の光軸に対
して各種光学部品から成る構成が軸対称にならないた
め、温度変化や振動に対して、光学性能が不安定になり
易い問題点があった。
【０００４】また、後者の従来技術においては、各種光
学部品単体をチューブ内部でアライメントする際に各種
光学部品の光軸に対する角度ずれが生じ易く、接着固定
後に設計通りの光学性能が得られ難い問題があった。ま
た、不透明な金属製チューブであるが故に、該チューブ
の外部から該チューブ内部における各種光学部品を直接
観察できないため、調心調整は勿論のこと、単に各種光
学部品を所望の位置に機械的に調整配置することすら難
しかった。
【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目して為されたものである。その目的とするところ
は、従来より高精度な調心或は調整等に必要とされてい
たアクティブアライメントを実質的に省略することで、
アクティブアライメントで必要とされる時間を短縮で
き、各種光学部品が容易に且つ高精度にアライメントさ
れている光分波器を低コストで提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に従った光分波器は、少なくとも、１本の入
力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子を構
成要素とする光分波器であって、前記各構成要素がそれ
ぞれ取り付けられた相互に独立すると共に軸線方向に相
互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有する透
明状チューブを備えて構成されている。特にこれら透明
状チューブとしては中空円筒状であることが好ましい。
【０００７】そして、入力ファイバ、コリメータレン
ズ、並びに、回折格子等の構成要素は、それぞれに対応
する透明状チューブの、好ましくは端部に固定又は接着
させる。特に本発明に従った前記透明状チューブは、透
明材、半透明材、並びに、着色された透明材から成る群
の中から選択された１つで形成されていることを特徴と
している。
【０００８】透明状チューブとしては、チューブ相互が
摺動自在であれば、その各外面がすり面とされているこ
とも可能である。
【０００９】更に透明状チューブは、その線膨張率が５
０×１０-7／℃以下であることが好ましい。また前記回
折格子は反射型回折格子であって、透明状チューブと同
一の材質から形成されていることが好ましい。
【００１０】前記光分波器としては、前記入力ファイバ
からの光の前記コリメータレンズを介して前記回折格子
で分波されてから、再度該コリメータレンズを介して収
束された光を検出する検出器を更に備えて構成される。
好ましくは、検出器は、入力ファイバが透明状チューブ
の端面部に接着されている位置と共役の位置に整合する
ように該端面部に取り付けられている。こうした検出器
としては、前記回折格子によって各波長ごとになるよう
に分波されて前記コリメータレンズでそれぞれ集光され
た集光スポットを検出する受光素子アレイを含むもので
ある。
【００１１】これらの光分波器においては、入力ファイ
バ、コリメータレンズ、並びに、回折格子の各種構成要
素は、それぞれ別々である対応する透明状チューブに取
り付けられて、光分波器を完成するには合計３本の透明
状チューブが必要とされている。しかしながら本発明に
従えば、入力ファイバを１本のチューブの端面に取り付
け、それとは別の１本の透明状チューブの両端面部にコ
リメータレンズ及び回折格子をそれぞれ取り付けて、光
分波器を完成するには合計２本のみの透明状チューブが
必要となるだけで済む。
【００１２】他方、本発明に従えば、少なくとも、１本
の入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子
を構成要素とする光分波器の調心組立方法が提供され、
該調心組立方法としては、前記各構成要素がそれぞれ取
り付けられる相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌
合して摺動できるような内径及び外径を有する複数の透
明状チューブを準備する段階と、前記各構成要素を前記
透明状チューブの内の対応する透明チューブにそれぞれ
取り付ける段階と、前記透明チューブを軸線方向に相互
に摺動自在に嵌合する段階と、前記透明チューブ各々に
対応する前記構成要素と関連させた基準点を設定し、所
定の基準点間を所定値に設定すべく、前記透明チューブ
を相互に摺動して、前記光分波器の調心を為す段階と、
の諸段階を含むことを特徴としている。
【００１３】この調心組立方法に従えば、上述した３本
の透明状チューブを用いた場合の光分波器の調心組立に
際しては、各構成要素がそれぞれ対応する透明状チュー
ブに取り付けられた後、各透明状チューブの基準点間の
例えば距離の調整として、これら３本のチューブを相互
に摺動して実行される少なくとも２箇所の基準点間の距
離調整が必要とされる。また上述した２本の透明状チュ
ーブを用いた場合の光分波器の調心組立に際しては、各
構成要素がそれぞれ対応するチューブに取り付けられた
後、各透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整と
して、これら２本のチューブを相互に摺動して実行され
る少なくとも１箇所の基準点間の距離調整が必要となる
だけである。
【００１４】
【作用】このようにして、本発明に従った光分波器にお
いては、各種光学部品を個別に保持すべく透明チューブ
又は半透明チューブの端面に対応する光学部品を接着或
は固定した上で、これらチューブを相対的に且つ摺動自
在に内装或は外装させ、チューブ間の相互的な摺動によ
って各種光学部品の相互間隔を変更・調整し、各チュー
ブの摺動的な回転により各種光学部品の相互角度を変更
・調整しており、しかもそれらの変更・調整がこれらチ
ューブ外部からの観察によるパッシブアライメント（光
を光路に入れず、アライメント・マーカや基準面への当
て込みや外部からの観察等によって、最適位置に調心・
調整すること。）で可能とされている。これによって、
従来でのアクティブアライメントによらずアライメント
時間を短縮することができ、低コストで光分波器を提供
できる。
【００１５】同時に、各種光学部品が挿入されるチュー
ブは光軸に対して軸対称な例えば中空円筒等のパッケー
ジ形状とすることにより、接着固定後の温度変化や振動
に対して、光学性能を安定させることができる。また回
折格子の材質は透明チューブと同一の材質とし、線膨張
率の差をなくすようにしており、これによって熱的安定
性も図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】先ず本発明に従った基本的な光分
波器の実施形態について以下に説明する。本発明に従っ
た光分波器は、１本の入力ファイバと、コリメータレン
ズと、回折格子とを構成要素として備える共に、前記各
構成要素がそれぞれ固定又は接着された、相互に独立す
ると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内
径及び外径を有する透明或は半透明のチューブを備えて
構成されている。この光分波器では、入力ファイバの開
口端が、前記コリメータレンズの焦点面上に配置されて
いる一方で、前記回折格子が、入力ファイバから発せら
れコリメータレンズから入射する光に対する回折光を前
記コリメータレンズに反射し返し、前記コリメータレン
ズの焦点面に集光するが如く角度に設置されている。こ
うして、光分波された光が焦点面上で集光した光は、同
焦点面上に入力ファイバと共役な位置に接着或は固定さ
れた独立封止パッケージに実装された受光素子アレイ、
或は、ファイバ・アレイでモニタ或は検出される。
【００１７】特に上述の構成において、チューブは軸線
方向に相互に嵌合或は相互に内装或は外装されて、光軸
に対応する軸線方向相互に摺動自在となるような内径及
び外径を有する中空円筒部材であり、対応するチューブ
の端面にそれぞれ接着された各種構成要素の基準点間の
例えば距離を透明状のチューブ外部から測定することに
よって、前記素子間の空間的な間隔を短時間で正確に設
定することが可能となっている。また、分波器の光軸に
対して、パイプ等のチューブを軸対称とすることによっ
て、温度や振動などの外乱に対して各種構成要素の相対
的な位置関係を安定化して、分波器の組立コストの低減
と光学性能の外乱に対する安定化を図っている。
【００１８】次に、本発明の好適実施例を添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の好適実
施例に係る光分波器１００を示す概略斜視図である。図
１に示されるように、この光分波器１００は大きく分け
て３つのチューブ、好ましくは中空円筒状チューブ５
１，５２，５３を含む。単芯の入力ファイバ１は透明の
ファイバ実装用のチューブ５１の端面（同図中、紙面に
向かって左側の端面）にファイバ固定用ウィンドウ５０
及びファイバ連結部１０を介して固定されている。同様
に、コリメータレンズ２はチューブ５２の端面（同図
中、紙面に向かって右側の端面）に固定されている。更
に、回折格子３はチューブ５３の端面（同図中、紙面に
向かって右側の端面）に回折格子固定用ウィンドウ５４
を介して固定されている。この実施例では、チューブ５
２の両側部がチューブ５１，５３でそれぞれ外装されて
おり、チューブ５２の外径とチューブ５１及び５３の内
径とは、光軸方向に移動可能で且つ光軸周りに回転可能
であるように、各チューブが相互にガタなく摺動できる
寸法に加工されている。
【００１９】外部の入力用の光ファイバ１からチューブ
内部に導入されて、該ファイバの開口数に応じて広がっ
た発散光束１０１はコリメータレンズ２に到達し、平行
光束１０２に変換されてから回折格子３に到達する。回
折格子３の波長分散特性に応じて波長ごとに分離された
光束１０３は、コリメータレンズ２によって分波波長ご
とに収束光束１０４に変換され、コリメータレンズ２の
焦点に一致するウィンドウ５０の端面上で波長ごとに集
光して該端面上に一列に並列される。この波長ごとの集
光点と複数の受光素子から成る受光素子アレイ４の各受
光素子がそれぞれ対応するように該受光素子アレイ４は
ウィンドウ５０の端面上に固定されている。
【００２０】このような構成において、従来技術では光
ファイバ１に光を入射させて、受光素子アレイ４の出力
が最大になるようにＸ軸、Ｙ軸、並びに、Ｚ軸の各軸に
沿っての各種光学部品の移動調整、及び／或は、θZ軸
（光軸又はＺ軸）周りの各種光学部品の回転角度調整が
為され、これら４軸に関して各種光学部品をアクティブ
にアライメントしていた。
【００２１】しかしながら、本実施例では、外部から光
学顕微鏡やＣＣＤカメラで観察してチューブ５２端面
（入力ファイバ１に対するコリメータレンズ２のチュー
ブ５２上での調整用基準点）とチューブ５１端面（コリ
メータレンズ１に対する入力ファイバ１のチューブ５１
上での調整用基準点）の距離２０１、及び、チューブ５
２端面（回折格子３に対するコリメータレンズ２のチュ
ーブ５２上の調整用基準点）とチューブ５３端面（コリ
メータレンズ２に対する回折格子３のチューブ５３上で
の調整用基準点）の距離２０２を設計値通りにチューブ
相互を摺動することによって、パッシブアライメントで
設定できる。
【００２２】従来のアクティブアライメントとは異な
り、実際に光出力が最大となっているか否か測定するこ
となく、アライメントを単なる位置合わせ精度で代用す
るパッシブアライメントでは、いかに調心し易い仕組み
を考え、且つ、調心位置と光出力最大位置との差がない
ようにするかがポイントとなる。本発明は上述した簡単
な構成によってパッシブアライメントを巧妙に取り入
れ、その効果を発揮できるものである。
【００２３】因みに、回折格子３の傾きに関しては、そ
の傾きを同じく光学顕微鏡やＣＣＤカメラの焦点位置で
検出してθZを設定した上で固定できるため、受光素子
アレイ４をＸ、Ｙの２軸でアクティブにアライメントす
るだけで光分波器としての所望の光学性能を短時間の内
に容易に為すことができる。
【００２４】尚、チューブ５１，５２，５３は、互いの
摺動時の傷や摩耗やスラッジの発生を抑止するため、透
明且つ硬質な同一材料で形成することが好ましく、温度
変化に対しても無調整で光学特性を維持できることか
ら、例えばパイレックスガラスや石英ガラス等の、膨張
係数が５０×１０-7/℃以下である透明又は半透明材料
であることが望ましい。また、チューブ５１，５２，５
３に対する外光の影響を避けるため、それらチューブが
着色されていたり、加工コストを低減するためにスリ面
であってもかまわない。即ち、任意の波長において、外
部からチューブ端面が観察できる構成であればよい。ま
た、ヒートショック等による熱応力が発生して、回折格
子が変形しないように、回折格子３、回折格子固定用ウ
ィンドウ５４、並びに、チューブ５１，５２，５３の材
質は同一であることが望ましい。但し、回折格子固定用
ウィンドウ５４については、それが連結されている回折
格子３及びチューブ５３との間に膨張係数に関して差が
あるとしても軸対称に引っ張り応力や圧縮応力がかかる
構造であり、そのウィンドウ面の傾きが変化する（それ
故の回折格子の傾きが変化）などの影響を受けにくい構
造になっているため、必ずしも回折格子３及びチューブ
５３と同一材質とすることはない。因みに、入力ファイ
バ固定用ウィンドウ５０を石英ガラスで製作し、他のウ
ィンドウ５４及び／或はチューブ５１，５２，５３をパ
イレックスで製作することが可能であり、それによっ
て、入力ファイバ１の屈折率とウィンドウ５０の屈折率
とを同等とすることができ、またそれらの間に介在する
ことになる接着樹脂として、その屈折率が入力ファイバ
１及びウィンドウ５０の屈折率と同等なものを用いれ
ば、入力ファイバ１へのバックリフレクションを小さく
できる長所がある。更には、本実施例ではコリメータレ
ンズ２が取り付けられたチューブ５２の両端部分に、入
力ファイバ１が取り付けられたチューブ５２と回折格子
３が取り付けられたチューブ５３とがそれぞれ外装さ
れ、チューブ５１，５３の内径とチューブ５２の外径と
が相互に摺動できる構成としたが、逆の構成でも問題は
なく、外側から観察できる構造であればよい。
【００２５】次に図２は、本発明の第２実施例に係る光
分波器２００を示す概略斜視図である。この図２に示さ
れた第２実施例に係る光分波器２００の主な特徴は、図
１に示された第１実施例に係る光分波器１００における
受光素子アレイ４の代わりに、ファイバ実装用チューブ
５６の端面におけるファイバ固定用ウィンドウ５５上に
固定されたファイバ・アレイ基板５７の入力光ファイバ
１が固定された面とは対向する面にテープ・ファイバ４
０を配列固定したことである。（ここで、テープ・ファ
イバとは、光ファイバ素線を４本、８本、或は、１２本
程度一列に密着して並べ、全体を樹脂被覆して１本の中
に複数のファイバ素線が一列に配列されたものを云
う。）更に、コリメータレンズ２及び回折格子３を、チ
ューブ５６内に内装される単一チューブであるチューブ
５８の両端面にそれぞれ固定したことである（但し、回
折格子３に関してはチューブ５８の端面におけるウィン
ドウ５９上に固定されている）。
【００２６】この第２実施例では、光学系の構成は図１
の第１実施例と同一であるが、回折格子３及びコリメー
タレンズ２を単一チューブ５８の両端面に固定すること
によって、回折格子３とコリメータレンズ２の間隔が単
一チューブ５８の長さで固定され調整できないものの、
アライメント固定するチューブを３個から２個にできる
ため、アライメントがより簡単に行えるようになってい
る。即ち、上述した第１実施例での３本の透明状チュー
ブを用いた場合の調心組立に際しては、各構成要素がそ
れぞれ対応する透明状チューブに取り付けられた後、各
透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整として、
それら３本のチューブを相互に摺動して実行される少な
くとも２箇所の基準点間（２０１，２０２）の距離調整
が必要とされる。他方、この第２実施例での２本の透明
状チューブを用いた場合の調心組立に際しては、各構成
要素がそれぞれ対応するチューブに取り付けられた後、
各透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整とし
て、これら２本のチューブを相互に摺動して実行される
少なくとも１箇所の基準点間（２０３）の距離調整が必
要となるだけである。
【００２７】尚、図１及び図２における各回折格子３部
分は対応するチューブ５３或は５８内部にあるために破
線で描くべきであるが、図示の明瞭化のみの目的のため
に実線で描いてある。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、各光学部
品の各々をそれぞれ保持する透明或は半透明のチューブ
の端面に固定或は接着し、各構成要のそれぞれ対応する
チューブ上での基準点を利用して、光学部品の任意対の
間の、光軸に沿っての距離及び光軸周りにわたる角度
を、各チューブ相互の（回転を含む）摺動を用いて、そ
れぞれ外部からの観察によるパッシブアライメントで可
能とすることによって、従来のアクティブアライメント
で必要とされていたアライメント時間を短縮し、光分波
器を低コストで提供することできる。同時に光軸に対し
て軸対称な中空円筒等のパッケージ形状とすることによ
り、接着固定後の温度変化や振動に対して光学性能を安
定させると共に、回折格子と対応するチューブの材質を
選択することによって熱的安定性を保持することが可能
となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る光分波器を
示す概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施例に係る光分波器を
示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 単芯光ファイバ ２ コリメータレンズ ３ 回折格子 ４ 受光素子アレイ ４０ テープファイバ ５０ ファイバ固定用ウィンドウ ５１，５６ ファイバ実装用チューブ ５２ コリメータレンズ実装用チューブ ５３ 回折格子実装用チューブ ５８ 回折格子及びコリメータレンズ実装用チュ
ーブ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも、１本の入力ファイバ、コリ
    メータレンズ、並びに、回折格子を構成要素とする光分
    波器であって、前記各構成要素がそれぞれ取り付けられ
    た相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動
    できるような内径及び外径を有する透明状チューブを備
    えることを特徴とする光分波器。
  2. 【請求項２】 前記透明状チューブが中空円筒状である
    ことを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
  3. 【請求項３】 前記構成要素が、それぞれ、対応する前
    記透明状チューブの端面部に固定されていることを特徴
    とする、請求項１に記載の光分波器。
  4. 【請求項４】 前記透明状チューブが、透明材、半透明
    材、並びに、着色された透明材から成る群の中から選択
    された１つで形成されていることを特徴とする、請求項
    １に記載の光分波器。
  5. 【請求項５】 前記透明状チューブが、その各外面をす
    り面としていることを特徴とする、請求項１に記載の光
    分波器。
  6. 【請求項６】 前記透明状チューブが、線膨張率が５０
    ×１０-7／℃以下であることを特徴とする、請求項１に
    記載の光分波器。
  7. 【請求項７】 前記回折格子が、前記透明状チューブと
    同一の材質から形成されていることを特徴とする、請求
    項１に記載の光分波器。
  8. 【請求項８】 前記入力ファイバからの光の前記コリメ
    ータレンズを介して前記回折格子で分波されてから、再
    度該コリメータレンズを介して収束された光を検出する
    検出器を更に備え、前記入力ファイバが前記透明状チュ
    ーブの端面部に固定されている位置と共役の位置に整合
    するように前記検出器が取り付けられていることを特徴
    とする、請求項３に記載の光分波器。
  9. 【請求項９】 前記検出器が、前記回折格子によって分
    波されてから前記コリメータレンズでそれぞれ集光され
    た集光スポットを検出する受光素子アレイを含むことを
    特徴とする、請求項８に記載の光分波器。
  10. 【請求項１０】 前記入力ファイバ、コリメータレン
    ズ、並びに、回折格子の各種構成要素が、それぞれ別々
    である対応する透明状チューブに取り付けられて、合計
    ３本の透明状チューブが必要とされていることを特徴と
    する、請求項１に記載の光分波器。
  11. 【請求項１１】 前記コリメータレンズが取り付けられ
    た前記チューブの両端部に、前記入力ファイバが取り付
    けられた前記チューブと前記回折格子が取り付けられた
    前記チューブとがそれぞれ外装されていることを特徴と
    する、請求項１０に記載の光分波器。
  12. 【請求項１２】 前記入力ファイバが前記チューブの内
    の１本のチューブの端面に取り付けられ、前記コリメー
    タレンズ及び前記回折格子が前記チューブの内の別の一
    本のチューブの両端面部にそれぞれ取り付けられて、合
    計２本の透明状チューブが必要とされていることを特徴
    とする、請求項１に記載の光分波器。
  13. 【請求項１３】 前記コリメータレンズ及び前記回折格
    子が取り付けられた前記チューブに、前記入力ファイバ
    が取り付けられた前記チューブが外装されていることを
    特徴とする、請求項１２に記載の光分波器。
  14. 【請求項１４】 少なくとも、１本の入力ファイバ、コ
    リメータレンズ、並びに、回折格子を構成要素とする光
    分波器の調心組立方法であって、 前記各構成要素がそれぞれ取り付けられる相互に独立す
    ると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内
    径及び外径を有する複数の透明状チューブを準備する段
    階と、 前記各構成要素を前記透明状チューブの内の対応する透
    明チューブにそれぞれ取り付ける段階と、 前記透明チューブを軸線方向に相互に摺動自在に嵌合す
    る段階と、前記透明チューブ各々に対応する前記構成要
    素と関連させた基準点を設定し、所定の基準点間を所定
    値に設定すべく、前記透明チューブを相互に摺動して、
    前記光分波器の調心を為す段階と、の諸段階を含むこと
    を特徴とする光分波器の調心組立方法。
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