JP2002341176A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで信頼性の高い光合分波器を提供す
ること。 【解決手段】 矩形溝回折格子（１２）を形成した回折
格子部材（１０）を備え、該回折格子の格子高さＨを回
折格子に入射する第１波長の光の±１次回折光の回折効
率が極大であり、かつ、第２波長の光の０次透過光の回
折効率が極大となるようにし、第１波長の光と前記第２
波長の光とを回折格子に入射して、第１波長の光の±１
次回折光のうちの一方の回折光と、第２波長の光の０次
透過光とを出力光として個別に取り出し、他方側面から
前記第１波長の光を前記出力光として取り出された第１
波長の光と逆符号を持つ±１次回折光の光路に沿って入
射して、第１波長の光の±１次回折光のうちの一方の光
を出力光として取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光合分波器に係り、
特に２波長の光を双方向の伝送に使用する光通信経路に
介在して、一方側から入力される２波長の混合光を他方
側に分波して個別に出力するとともに、他方側の伝送路
から入力される１波長の光を上記一方側に出力する光合
分波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信システムでは複数波長の
光を伝送光として使用する波長多重伝送（ＷＤＭ）が用
いられていること。そして、このような伝送では上り下
りの双方向で行われるようになっていることがある。こ
のようなシステムにおいては、ホスト装置、交換装置、
端末装置等の送受信部には、複数波長の光を一つに合成
する光合波器、複数波長の光を各波長の光に分離する光
分波器が使用される。

【０００３】このような光ファイバ通信システムとし
て、ホスト装置から２種類の波長の光、例えば光ファイ
バの伝送効率が高い波長１．３１μｍと、波長１．５５
μｍの光を使用する場合がある。このようなシステムで
は、波長１．３１μｍの光で文字データ信号を伝送し、
この文字データの伝送はホストと端末間の双方向でなさ
れ、また、波長１．５５μｍの光で画像信号を伝送し、
この画像信号の伝送は、ホスト装置から端末装置への一
方向でなされる。このようなシステムでは、ホストと端
末装置との間は波長１．３１μｍの光が双方向に、波長
１．５５μｍの光がホスト装置から端末装置への一方向
に伝送される双方向通信用光ファイバが接続される。

【０００４】このようなシステムにおいて、端末の送受
信部には、ホスト側から双方向通信用光ファイバで伝送
される波長１．３１μｍ、波長１．５５μｍの混合光を
分離してそれぞれの光を端末に伝送すると共に、端末か
ら出力された１．３１μｍの光を上記双方向通信用光フ
ァイバに入力するため光合分波器が配置される。

【０００５】従来このような光合分波器として図７に示
すものがある。この光合分波器１００は、誘電多層薄膜
１０１ａが蒸着形成され、波長１．３１μｍの光を透過
させる一方、波長１．５５μｍの光を全反射するダイク
ロイックミラー１０１と、誘電多層薄膜がその表面に形
成され、波長１．３１μｍの光を２つの光束に分割する
ビームスプリッタ１０２とをコリメータレンズ光学系の
光軸上に配置して形成したものである。

【０００６】このような光合分波器１００によれば、双
方向通信用光ファイバ１０３から出力された、２波長の
光のうち波長１．５５μｍの光は、ダイクロイックミラ
ー１０１で全反射され、１．５５μｍ受光用光ファイバ
１０４に入力される一方、波長１．３１μｍの光はビー
ムスプリッタ１０２で２方向に分割され、その一方の光
が１．３１μｍ受信用光ファイバ１０５に入力される。

【０００７】一方、端末装置から出力される波長１．３
１μｍの光は、送信用光ファイバ１０６から出力され、
一部の光が前記ビームスプリッタ１０２を透過し、更に
前記ダイクロイックミラー１０１を透過して前記双方向
通信用光ファイバ１０３に入力される。従って、この光
合分波器１００によれば、ホスト装置側から双方向通信
用光ファイバ１０３で伝送される２波長の光を分離して
それぞれの光を端末に伝送すると共に、端末の送信用光
ファイバ１０６から出力された光を双方向通信用光ファ
イバ１０３に入力しホスト側に送信することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の光
合分波器はダイクロイックミラーやビームスプリッタの
ように誘電体多層薄膜を形成した光学素子が用いられて
いる。しかしながら、誘電体多層薄膜を形成した光学素
子は製造コストが高く、また、膜剥離が発生すると必要
とされる光学性能を発揮できないという問題がある。更
に、コリメータレンズが多数必要となるため、コストが
嵩むことになる。

【０００９】そのため、上述した光合分波器のように複
数の誘電体多層薄膜光学部品を使用するとコストが嵩
み、信頼性を確保するのが難しいという問題がある。本
発明は、かかる実情に鑑み成されたものであって、低コ
ストで信頼性の高い光合分波器を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において上記課題
を解決するための手段は、使用する光の２波長に対応し
て、格子高さを適切に設定した１つの回折格子を使用し
て、一方側から入力される２波長の混合光を他方側に分
波して個別に出力するとともに、他方側の伝送路から入
力される１波長の光を上記一方側に出力するものとして
光合分波器を構成したことである。

【００１１】本発明に係る光合分波器は、第１波長の光
を一方側及び他方側間の双方向での伝送に使用し、第２
波長の光を一方側から他方側への一方向での伝送に使用
する光通信経路に介在して、一方側から入力される第１
波長の光及び第２波長の光の混合光を他方側に分波して
個別に出力するとともに、他方側から入力される第１波
長の光を上記一方側に出力する光合分波器において、矩
形溝を形成した回折格子を備え、該回折格子の格子高さ
を回折格子に入射する前記第１波長の光の０次透過光の
回折効率が極小で±１次回折光の回折効率が極大であ
り、かつ、前記第２波長の光の０次透過光の回折効率が
極大で±１次回折光の回折効率が極小となるよう設定
し、前記回折格子の一方側面から前記第１波長の光と前
記第２波長の光とを回折格子に対して略直角に入射した
とき、他方側面では第１波長の光の±１次回折光のうち
の一方の回折光と、第２波長の光の０次透過光とを出力
光として個別に取り出し、かつ、前記回折格子の他方側
面から前記第１波長の光を前記出力光として取り出され
た第１波長の光と逆符号を持つ±１次回折光の光路に沿
って入射したとき、第１波長の光の±１次回折光のうち
の一方の光を出力光として取り出すことを特徴とするも
のである。

【００１２】前記本発明によれば、適当な格子高さの回
折格子を使用することにより、一方側の第１波長及び第
２波長の光は他方側で波長ごとの光に分離できる他、反
対側からの第１波長の光は一方側に出力できる。このと
き、回折格子は第２波長の光の０次透過光の回折効率が
極大となるよう選択されているから、第２波長の光は少
ない減衰量で一方側から他方側に出力される。また、第
１波長の光は、他方側に±１次回折光として出力される
が、回折格子は±１次回折光の回折効率が極大となるよ
うに選択されているから、高い効率で第１波長の光を一
方側から他方側に第２波長の光と分離して出力できる。
更に、他方側からの第１波長の光は、一方側に±１次回
折光として出力されるが、回折格子は±１次回折光の回
折効率が極大となるように選択されているから、高い効
率で第１波長の光を他方側から一方側に出力できる。従
って、請求項１に記載の光合分波器によれば、回折格子
を使用するだけで、誘電体薄膜層を用いた光学素子を使
用していないので、製造コストを低減することと、信頼
性を向上させることができる。尚、回折格子は表面レリ
ーフで実現するとコストの低減と高信頼化を図ることが
できる。

【００１３】また、本発明に係る光合分波器は、光合分
波器において、回折格子の一方側面には回折格子に第１
波長の光と第２波長の光を照射するとともに回折格子か
ら取り出された第１波長の光を受光する１本の双方向伝
送用光ファイバが配設され、前記回折格子の他方側面に
は前記回折格子を介して取り出された前記第１波長の光
と前記第２波長の光をそれぞれ別個に受光する第１受光
用光ファイバ及び第２受光用光ファイバと、前記第１波
長の光を前記回折格子に照射する照射用光ファイバとが
配置されたことを特徴とする。

【００１４】前記本発明によれば、一方側に設けられた
双方向伝送用光ファイバから回折格子に出力された第１
波長及び第２波長の光のうち第２波長の光はその０次透
過光がそのまま第２受光用光ファイバに入力される。ま
た、第１波長の光の±１次回折光のうちいずれかの光が
第１受光用光ファイバに入力される。このとき第１波長
光の０次透過光はその回折効率が極小であるし、第２波
長の±１次回折光はその回折効率が極小であるから、第
１波長及び第２波長の各光は目標とする以外の他の受光
用光ファイバに漏れて入力されることはない。また、照
射用光ファイバからの第１波長の光は、回折格子に照射
されその±１次回折光のうちの一方が双方向伝送用光フ
ァイバに入力される。

【００１５】さらに、本発明に係る光合分波器は、光合
分波器において、回折格子と前記双方向伝送用光ファイ
バとの間には第1凸レンズが回折格子と双方向伝送用光
ファイバの端面とを該第１凸レンズの両側の焦点位置に
なるように配置し、前記回折格子と第１受光用光ファイ
バ、第２受光用光ファイバ及び照射用光ファイバとの間
には第２凸レンズが回折格子と前記各光ファイバの端面
とを該第２凸レンズの両側の焦点位置になるように配置
したことを特徴とする。

【００１６】前記本発明に係る光合分波器によれば、第
１凸レンズ及び第２凸レンズは光ファイバ及び回折格子
に対して共焦点系をなしているから、光ファイバからの
光及び回折格子で回折された第１及び第２の波長の光
は、効率よく回折格子及び光ファイバに入射される。

【００１７】さらにまた、本発明に係る光合分波器は、
光合分波器において、前記第１波長は略１．３１μｍで
あり、前記第２波長は略１．５５μｍであることを特徴
とする。前記本発明に係る光合分波器によれば、対象と
する光の第１波長及び第２波長を１．３１μｍ及び１．
５５μｍとしたから、光ファイバの透過効率を最良とす
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明に係る
光合分波器を実施する形態の一例を示している。

【００１９】本例に係る光合分波器は、従来例で説明し
たものと同様の光ファイバ通信システムで使用されるも
のであり、一方側であるホスト側から双方向通信用光フ
ァイバで伝送される第１波長である波長１．３１μｍ、
第２波長である波長１．５５μｍの混合光を分離して、
各波長の光を他方側である端末側に伝送すると共に、端
末側から出力された波長１．３１μｍの光を上記双方向
通信用光ファイバに入力するものである。

【００２０】本例の光合分波器１は、ケース２内に光学
樹脂板材１１のホスト側表面に断面矩形の回折格子１２
を形成した回折格子部材１０と、この回折格子部材１０
のホスト側に配置された第１の凸レンズである第１のコ
リメータレンズ２０と、上記回折格子部材１０の端末側
に配置された第２の凸レンズである第２のコリメータレ
ンズ２１と、両コリメータレンズ２０，２１の外側に配
置され光ファイバを保持するフェルール４４,６０とを
光軸Ｏ上に配置して構成されている。

【００２１】本例では、回折格子部材１０は光学樹脂板
材１１の表面に回折格子１２を型成形して作成されたも
のであり、以下の条件で作成されている。即ち、回折格
子１２に垂直に入射する波長１．３１μｍの光の０次透
過光の回折効率が極小で±１次回折光の回折効率が極大
であり、かつ、波長１．５５μｍの光の０次透過光の回
折効率が極大で±１次回折光の回折効率が極小となるよ
うその屈折率及び格子高さＨの寸法を設定している。

【００２２】また、本例では、フェルール４４には双方
向通信用光ファイバ４１が保持され、フェルール６０に
は３本の光ファイバ、即ち波長１．３１μｍの光を受け
る第１受光用光ファイバ５１、波長１．３１μｍの光を
射出する照射用光ファイバ５２及び波長１．５５μｍの
光を受ける第２受光用光ファイバ５３が保持されてい
る。これらの光ファイバ４１、５１，５２，５３は、そ
のファイバ芯線４２、５４、５６、５８を被覆材４３、
５５、５７、５９で覆って形成され前記ファイバ芯線４
２、５４、５６、５８の端面が各コリメータレンズ２
０，２１に対向するように配置されている。

【００２３】上記３本の光ファイバ５１，５２、５３の
うち第２受光用光ファイバ５３は上記光軸Ｏ上に配置さ
れ、第１受光用光ファイバ５１及び照射用光ファイバ５
２は上記第２受光用光ファイバ５３を挟んで上記回折格
子１２の並設される方向に沿って隣接して設けられてい
る。ここで、第１受光用光ファイバ５１及び照射用光フ
ァイバ５２は、上記回折格子部材１０に双方向通信用光
ファイバ４１から光軸Ｏ上に波長１．３１μｍの光を照
射したときの±１次回折光が上記第２コリメータレンズ
２１で照射される位置に光ファイバのコアが配置される
ものとしている。

【００２４】更に、本例では、各コリメータレンズ２
０、２１は、回折格子部材１０及び各光ファイバ４１、
５１、５２、５３に対して共焦点系をなす。即ち、各コ
リメータレンズの焦点距離をｆとしたとき、回折格子部
材１０の回折格子１２と第１コリメータレンズ２０の回
折格子側主点との距離、第１コリメータレンズ２０の双
方向通信用光ファイバ側主点と双方向通信用光ファイバ
４１の端面の距離、第２コリメータレンズ２１の光ファ
イバ側主点と３本の光ファイバ５１、５２，５３の端面
との距離をfに設定し、回折格子部材１０の回折格子１
２と第２コリメータレンズ２１の回折格子側主点との距
離がf＋ｅとなるように配置している。ここで、ｅは回
折格子部材１０を構成する光学樹脂板材１１（厚さｔ、
屈折率ｎ）での光路長を考慮して付加した補正値で、ｅ
≒ｔ（１−１／ｎ）で与えられる値である。

【００２５】次に、上記した実施の形態にかかる光合分
波器の格子高さＨの設定の詳細について説明する。以
下、第１波長としてλ＝１．３１μｍ、第２波長として
λ＝１．５５μｍの光を使用し、回折格子部材１０を構
成する光学樹脂板材１１の屈折率（ｎ）を１．５３、格
子ピッチ（Ｐ）を３０μとし、格子高さＨ（図４参照）
を決定する場合について説明する。

【００２６】まず、λ＝１．３１μｍ、及びλ＝１．５
５μｍの光について、上記条件の回折格子の格子高さＨ
を変化させたとき、各次の回折光の回折効率がどのよう
になるかを計算で求める。

【００２７】図４（λ＝１．３１μｍ）、図５（λ＝
１．５５μｍ）に示すように、回折格子の格子高さＨを
変化させると、λ＝１．３１μｍ、及びλ＝１．５５μ
ｍの光の透過光（０Ｔ）及び各次の回折光（±１、２、
３）の回折効率は、所定の周期をもって変化する。

【００２８】そして、この例では、格子高さＨ＝８．７
μｍ付近において、波長１．３１μｍの光についてみる
と０次透過光が極小、かつ±１次回折光が極大となって
おり（図４）、また、波長１．５５μｍの光についてみ
ると０次透過光が極大、かつ±１次回折光が極小となっ
ている。

【００２９】従って、上記の条件の回折格子では、格子
高さＨを８．７μｍとすれば、上述した条件を満たすこ
とができることが分かる。

【００３０】図６は、屈折率１．５３、回折格子高さ
８.７μｍ、格子ピッチ３０μｍの回折格子について、
波長に対する透過光（０Ｔ）及び各次の回折光（±１、
２、３）の回折効率を計算した結果を示すものである。

【００３１】図６によれば、波長１．３１μｍの光につ
いてみると０次透過光が極小、かつ±１次回折光が極大
となっており（図４）、一方波長１．５５μｍの光につ
いてみると０次透過光が極大、かつ±１次回折光が極小
となっており上記の条件の回折格子では、格子高さＨを
８．７μｍとすれば、上述した条件を満たすことができ
ることが分かる。

【００３２】又、本例では、温度波長変動を受けがちな
端末装置のレーザダイオードから出力される波長１．３
１μｍの波長変動による影響を低減するため、波長１．
３１μｍの光の±１次の回折角をなるべく小さくして
（例えば２．５０°）、第１受光用光ファイバ５１及び
照射用光ファイバ５２は上記第２受光用光ファイバ５３
との間隔を光ファイバの直径（１３０μｍ）程度にでき
るように回折格子の周期（Ｐ）及び、コリメータレンズ
の焦点距離を設定している。なお、このような光合分波
器においては、端末装置のレーザダイオードの温度波長
変動による回折角の変化と、回折格子の温度収縮による
回折角の変化は部分的に相殺される。

【００３３】また、本例の光合分波器では、第２波長
（λ＝１．５５μｍ）の光を受ける第２受光用光ファイ
バには、第１波長（λ＝１．３１μｍ）の０次透過光が
そのまま入力することになるが、その入力量は回折格子
に入力される第１波長光の波長の変動により異なってく
る。これは図６に見られるとおりである。これに対し
て、第１波長（λ＝１．３１）の回折光を受ける第１受
光用光ファイバへの第２波長（λ＝１．５５μｍ）の１
次回折光は第１受光用光ファイバの中心から数十μｍ程
度ずれるためクロストークになることはない。

【００３４】以上の説明では、回折格子部材１０を屈折
率が１．５３の光学樹脂を使用した場合を説明したが、
使用する素材の屈折率により、回折格子高さを計算する
必要がある。例えば、屈折率１．５１の光学ガラスに回
折格子を形成する場合には、上述したのと同様の方法で
回折格子の格子高さＨは９μｍとなる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光合
分波器によれば、使用する光の２波長に対応して、格子
高さを適切に設定した１つの回折格子を使用して、一方
側から入力される２波長の混合光を他方側に分波して個
別に出力するとともに、他方側の伝送路から入力される
１波長の光を上記一方側に出力するように構成したか
ら、低コストで信頼性の高い光合分波器を提供するとい
う優れた効果を奏し得る。

【００３６】本発明に係る光合分波器によれば，適当な
格子高さの回折格子を使用することにより、一方側の第
１波長及び第２波長の光は他方側で波長ごとの光に分離
できる他、反対側からの第１波長の光は一方側に出力で
きる。このとき、回折格子は第２波長の光の０次透過光
の回折効率が極大となるよう選択されているから、第２
波長の光は少ない減衰量で一方側から他方側に出力され
る。また、第１波長の光は、他方側に±１次回折光とし
て出力されるが、回折格子は±１次回折光の回折効率が
極大となるように選択されているから、高い効率で第１
波長の光を一方側から他方側に第２波長の光と分離して
出力できる。更に、他方側からの第１波長の光は、一方
側に±１次回折光として出力されるが、回折格子は±１
次回折光の回折効率が極大となるように選択されている
から、高い効率で第１波長の光を他方側から一方側に出
力できる。従って、請求項１に記載の光合分波器によれ
ば、誘電体薄膜層を用いた光学素子を使用することなく
回折格子を使用するだけであるので、製造コストを低減
でき、また、信頼性を向上させることができる。

【００３７】また、本発明に係る光合分波器によれば、
一方側に設けられた双方向伝送用光ファイバから回折格
子に出力された第１波長及び第２波長の光のうち第２波
長の光はその０次透過光がそのまま第２受光用光ファイ
バに入力される。また、第１波長の光の±１次回折光の
うちいずれかの光が第１受光用光ファイバに入力され
る。このとき第１波長の光の０次透過光はその回折効率
が極小であるし、第２波長の±１次回折光はその回折効
率が極小であるから、第１波長及び第２波長の各光は目
標とする以外の他の受光用光ファイバに漏れて入力され
ることはない。また、照射用光ファイバからの第１波長
の光は、回折格子に照射されその±１次回折光が双方向
伝送用光ファイバに入力される。

【００３８】さらに、本発明に係る光合分波器によれ
ば、第１凸レンズ及び第２凸レンズは光ファイバ及び回
折格子に対して共焦点系をなしているから、光ファイバ
からの光及び回折格子で回折された第１及び第２波長の
光は、効率よく回折格子及び光ファイバに入射される。

【００３９】さらにまた、本発明にかかる光合分波器に
よれば、対象とする光の第１及び第２波長を１．３１μ
ｍ及び１．５５μｍとしたから、光ファイバの透過効率
を最良とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光合分波器の概略構成を示す側面
図である。

【図２】図１に示した光合分波器に使用する回折格子を
示す図であり、（１）は正面図、（２）は側面図であ
る。

【図３】図に示した回折格子の格子形状を示す拡大側面
図である。

【図４】波長１．３１μｍの光についての格子高さと各
次の回折光の回折効率との関係を示すグラフである。

【図５】波長１．５５μｍの光についての格子高さと各
次の回折光の回折効率との関係を示すグラフである。

【図６】一定の格子高さの回折格子の回折される光の波
長と回折効率の関係を示すグラフである。

【図７】従来の光合分波器を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 光合分波器 ２ ケース １０ 回折格子部材 １１ 光学樹脂板材 １２ 回折格子 ２０ コリメータレンズ ２１ コリメータレンズ ４１ 双方向通信用光ファイバ ４２ ファイバ芯線 ４３ 被覆材 ４４ フェルール ５１ 受光用光ファイバ ５２ 照射用光ファイバ ５３ 受光用光ファイバ ５４ ファイバ芯線 ５５ 被覆材 ５６ ファイバ芯線 ５７ 被覆材 ５８ ファイバ芯線 ５９ 被覆材 ６０ フェルール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１波長の光を一方側及び他方側相互間
   の双方向の伝送に使用し、第２波長の光を一方側から他
   方側への一方向での伝送に使用する光通信経路に介在し
   て、一方側から入力される第１波長の光及び第２波長の
   光の混合光を他方側に分波して個別に出力するととも
   に、他方側から入力される第１波長の光を上記一方側に
   出力する光合分波器において、 矩形溝を形成した回折格子を備え、該回折格子の格子高
   さを回折格子に入射する前記第１波長の光の０次透過光
   の回折効率が極小で±１次回折光の回折効率が極大であ
   り、かつ、前記第２波長の光の０次透過光の回折効率が
   極大で±１次回折光の回折効率が極小となるよう設定
   し、 前記回折格子の一方側面から前記第１波長の光と前記第
   ２波長の光とを回折格子に対して略直角に入射したと
   き、他方側面では第１波長の光の±１次回折光のうちの
   一方の回折光と、第２波長の光の０次透過光とを出力光
   として個別に取り出し、かつ、 前記回折格子の他方側面から前記第１波長の光を前記出
   力光として取り出された第１波長の光と逆符号を持つ±
   １次回折光の光路に沿って入射したとき、第１波長の光
   の±１次回折光のうちの一方の光を出力光として取り出
   すことを特徴とする光合分波器。
2. 【請求項２】 前記回折格子の一方側面には回折格子に
   第１波長の光と第２波長の光を照射するとともに回折格
   子から取り出された第１波長の光を受光する１本の双方
   向伝送用光ファイバが配設され、前記回折格子の他方側
   面には前記回折格子を介して取り出された前記第１波長
   の光と前記第２波長の光をそれぞれ別個に受光する第１
   受光用光ファイバ及び第２受光用光ファイバと、前記第
   １波長の光を前記回折格子に照射する照射用光ファイバ
   とが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光合
   分波器。
3. 【請求項３】 前記回折格子と前記双方向伝送用光ファ
   イバとの間には第1凸レンズが回折格子と双方向伝送用
   光ファイバの端面とを該第１凸レンズの両側の焦点位置
   になるように配置し、前記回折格子と第１受光用光ファ
   イバ、第２受光用光ファイバ及び照射用光ファイバとの
   間には第２凸レンズが回折格子と前記各光ファイバの端
   面とを該第２凸レンズの両側の焦点位置になるように配
   置したことを特徴とする請求項２に記載の光合分波器。
4. 【請求項４】 前記第１波長は略１．３１μｍであり、
   前記第２波長は略１．５５μｍであることを特徴とする
   請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光合分波器。