JP2003066271A

JP2003066271A - 光波長分波素子

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Publication number: JP2003066271A
Application number: JP2001251605A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakamoto; 健坂本; Shinji Koike; 真司小池; Naoya Kukutsu; 直哉久々津; Yoshimitsu Arai; 芳光新井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】波長多重伝送に不可欠な分波器の小型化が可
能となり、部品点数を削減でき、分波器の組立が容易と
なるような光波長分波素子を提供すること。【解決手段】回折格子１１は、光波長分波素子１０の
面Ａに切削加工により形成され、断面が鋸刃状の溝で形
成されている。光ファイバ１４の端面から出射された光
は、広がり角をもって進む。波長多重光は、回折格子１
１に照射され、それぞれの波長の信号光が異なった角度
に回折されることで分波される。分波されたそれぞれの
波長の信号光ａを集光するために、面Ｃには面Ｂと同様
に凸面加工１３が施されている。この凸面加工１３のレ
ンズ効果によって、光波長分波素子１０によって分波さ
れた光がそれぞれ光ファイバ１５に集光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長分波素子に
関し、より詳細には、複数の波長の光信号を一本の伝送
路に多重して伝送する波長多重光伝送装置を構成する際
に必要な、波長多重光の分波を行う光波長分波素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一本の光伝送路を有効に活用した大容量
伝送を可能にする技術として、波長多重光伝送技術が知
られている。この波長多重光伝送は、送信側でそれぞれ
波長の異なる複数の光信号を発生させ、この光信号を、
光合波器を用いて一本の伝送路に多重して伝送し、受信
側で光分波器により異なる波長の信号を分離し、それぞ
れの波長ごとに準備された受光素子によりその光信号を
受信するものである。

【０００３】波長多重伝送は、一つの波長のみを用いた
伝送に比べ、一本の光ファイバあたりの伝送容量の大容
量化が容易であり、また複数の伝送路を用いた場合に比
較して伝送路コストが削減できるため、通信容量の大容
量化および通信コストの低減に効果的である。

【０００４】波長多重光伝送を行うためには、送信側で
光合波器、受信側で光分波器が必要であり、波長多重光
伝送に用いる送信装置、受信装置の小型化、低コスト化
のためには、光合波器及び光分波器の小型化や低コスト
化が大きな課題となる。

【０００５】光分波の方式の一つとして、回折格子方式
が広く知られている。この回折格子方式は、入射された
光束に位相あるいは強度の周期的な変化を与えること
で、これにより生じる回折現象により異なった波長の光
を分波するものであり、ガラスや金属など光を反射する
素材に数μｍ程度の間隔で一定周期の溝を形成したもの
が用いられる。

【０００６】図１は、回折格子を用いた従来の分光器の
構成図で、この分光器は、入力側光ファイバ１から入力
される波長多重光を平行光線に変換するコリメートレン
ズ２と、平行光線化された波長多重光を波長ごとに異な
る角度に回折させる回折格子３と、回折された各波長ご
との光を受光素子まで導くための出力側光ファイバ４
と、回折された光を出力側光ファイバに集光する集光レ
ンズ５と、これらの部品を搭載する基板などから構成さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の分光器は、数多くの部品が必要になり、コストが高く
なる問題があった。また、個別の部品を搭載する際に、
精密な位置決めが必要となるため、組立に多くの時間と
労力がかかる問題もあった。さらに、それぞれの部品を
組みたてる際の取り扱い性から部品の小型化に限度があ
り、これによって分波器が大型化する問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、従来の個別部品を
組み立てて構成した場合と比較し、波長多重伝送に不可
欠な分波器の小型化が可能となり、部品点数を削減で
き、分波器の組立が容易となるような光波長分波素子を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガラス
あるいは透明樹脂で一体形成したものであって、周期的
な溝を形成された回折格子と、光導波手段からの光を平
行光線に変換する変換手段と、前記回折格子によって必
要な波長帯域に分波された光を集光する集光手段とを部
品の表面に形成してなることを特徴とする。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記変換手段が凸レンズであ
り、前記集光手段が凸レンズであることを特徴とする。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記変換手段が曲面ミラーであ
り、前記集光手段が凸レンズであることを特徴とする。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、光入射部分を凸面加工して、光
コネクタのフェルールとフィジカルコンタクトすること
を可能にしたことを特徴とする。

【００１３】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
乃至４いずれかに記載の発明において、前記分波された
光の進路を変更させる変更手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１４】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載の発明において、前記変更手段が平面ミラーであ
ることを特徴とする。

【００１５】つまり、本発明は、波長多重光を分波する
回折格子と、入射された波長多重光を平行光線にするレ
ンズと、分波された光を集光するレンズの複数の役割を
一つの部品に集約した「光波長分波素子」を提供するも
のである。

【００１６】このように本発明によれば、一つの透明部
品の表面形状を加工するだけで、光を分波する回折格子
と、入射された波長多重光を平行光線にするレンズと、
分波された光を集光するレンズの複数の役割を果たす
「光波長分波素子」を構成することができ、この分波素
子とそれを搭載する基板と分波素子に光を入出力する光
導波手段があれば分波器を構成できるため、分波器の部
品点数の削減と低コスト化が可能となる。

【００１７】また、個別部品を位置あわせする工程が不
要となり、分波器の組立が容易になるため、製造コスト
の削減に繋がる。さらに、従来複数に分かれていた個別
部品を一体部品とすることで、個別部品同士の位置合わ
せの取り扱い性を考慮しなくてよくなり、小型化が可能
となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。図２（ａ），（ｂ）は、本発明
の光波長分波素子の一実施例を説明するための図で、図
２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は上面図である。図中符
号１１は回折格子で、この回折格子１１は、光波長分波
素子１０の面Ａに切削加工により形成されている。ま
た、回折格子１１は、図２（ｂ）の回折格子部拡大図に
示されているように、断面が鋸刃状の溝を１ｍｍあたり
１００本以上刻むことで形成されている。また、光波長
分波素子１０の面Ｂおよび面Ｃには凸面加工がなされて
いる。なお、符号１２は凸面レンズ、１３は凸面加工し
た出射光集光レンズを示している。

【００１９】この光波長分波素子１０の材質は、強度と
透明度の点から光学ガラスが望ましいが、ポリイミドな
どの透明樹脂を利用することも可能である。光学ガラス
は、その硬度ともろさのために加工が困難であるのに対
し、透明樹脂を利用した場合には射出成形などの手法に
より、光波長分波素子１０の形状を短時間で作製するこ
とができ、また樹脂は、光学ガラスと比較して材料費も
低廉なため、低コスト化が可能という利点もある。

【００２０】図３は、図２に示した光波長分波素子の使
用形態を説明するための図で、光ファイバ１４の端面か
ら出射された光は、広がり角をもって進む。回折格子１
１は、広がり角が０である平行光線を照射した場合に理
想的な分波特性を示すため、面Ｂに凸面レンズ１２を形
成することで、光ファイバ１４から入射された波長多重
光を平行光線に近い状態で面Ａの回折格子１１に当たる
ようにし、分波特性を向上させている。なお、図中符号
１５は出力側光ファイバを示している。

【００２１】波長多重光は、回折格子１１に照射され、
それぞれの波長の信号光が異なった角度に回折されるこ
とで分波される。分波されたそれぞれの波長の信号光ａ
を集光するために、面Ｃには面Ｂと同様に凸面加工が施
されている。この凸面加工により形成された出射光集光
レンズ１３のレンズ効果によって、光波長分波素子１０
によって分波された光がそれぞれ光ファイバ１５に集光
される。図２及び図３に示した例では、４波多重されて
いる波長多重光を分波する光波長分波素子の例を示して
あり、出射光を集光するための出射光集光レンズ１３が
４個成形されている。

【００２２】この光波長分波素子の利用例としては、図
４に示すように、光波長分波素子によって分光された光
が、１次元アレイ状に配列された受光素子に入射する構
成でもよい。図４に示した例では、受光素子として裏面
入射形受光素子アレイ１８を用いており、光波長分波素
子１０から出射された光は、受光素子基板１７を透過
し、受光素子アレイ１８の受光部分１９に照射されるよ
うになっている。

【００２３】また、この裏面入射形受光素子アレイ１８
と光波長分波素子１０の位置決めをしやすくするため、
光波長分波素子１０に位置決め用突起１６を設ければ、
受光素子アレイ１８を位置決め用突起１６に突き当てる
だけで両者間の距離が一意に決められるため、位置決め
の工程数を減らすことが可能となる。

【００２４】また、図５に示すように、出射光集光レン
ズ１３を形成する面Ｃを凸面多角形形状にすることで、
分波された複数の出射光をそれぞれ平行に取り出すこと
ができ、複数のファイバを平行に束ねたファイバリボン
２０と効率良く結合させることも可能となる。

【００２５】このように、光波長分波素子と、それに光
を入出力する光ファイバなどの導波手段または受光素
子、それらを固定する基板のみで分波器が構成でき、本
発明の光波長分波素子を用いれば、従来の個別部品を組
み立てる場合に比べ容易に分波器が構成できる。

【００２６】図６（ａ），（ｂ）は、本発明における光
波長分波素子の他の実施例を説明するための図で、図６
（ａ）は側面図、図６（ｂ）は上面図である。図中符号
３１は回折格子で、この回折格子３１は、光波長分波素
子３０の面Ａに切削加工により形成されている。光波長
分波素子３０は、利用する波長域で透明な部材で作られ
た一体成形部材である。

【００２７】また、面Ａと向かい合う位置に、入射光を
平行光線として回折格子３１に照射するための曲面ミラ
ー３３と、回折格子３１によって分波された光を反射し
てその進行方向を変化させるための平面ミラー３４とを
有する。また、光入射面３２とほぼ対向する位置に、光
波長分波素子３０の外部の光ファイバ、あるいは受光素
子に分波された光を集光するための出射光集光レンズ３
５を有する。

【００２８】この実施例では、４波多重されている波長
多重光を分波する光波長分波素子の例を示してあり、出
射光集光レンズ３５が、４個成形されている。分波され
た４本の光が光波長分波素子３０から平行に出射するよ
う、４個の出射光集光レンズ３５は、単一の平面でな
く、それぞれ異なった角度の面上に形成されている。ｎ
波を分波する光波長分波素子では、この出射光集光レン
ズ３５の個数はｎ個となる。

【００２９】この光波長分波素子３０に、光ファイバ端
面あるいは光導波路端面から出射された波長多重光が入
射される。光入射面３２は、入射側ファイバに光が戻っ
てしまう「反射戻り光」の影響を除去するため、入射側
光ファイバと垂直な面に対し５度から１０度程度の角度
を有するように設計されている。

【００３０】光波長分波素子３０に入射された光は、広
がり角をもって光波長分波素子の内部を進むが、曲面ミ
ラー３３により平行光線に変換され、回折格子３１へ照
射される。回折格子３１により波長多重光は、それぞれ
の波長の光に分波され、平面ミラー３４の方向へ進む。
分波された光は、平面ミラー３４によって方向が変えら
れ、出射光集光レンズ３５により外部の光ファイバ、光
導波路、あるいは受光素子に集光される。

【００３１】光波長分波素子３０をこのような構成にす
ることにより、図２〜図５に示した光波長分波素子と比
較して、（１）直線の一方から入力、他方から出力とい
うインライン形モジュールが得られる、（２）入射面に
レンズを形成しなくても良いため、斜め入射による反射
戻り光の低減が可能である、（３）入射側ファイバを光
波長分波素子からレンズの焦点距離だけ離して配置する
必要がなくなる、（４）平面ミラーにより出射側の光軸
を折り返しており、光波長分波素子の幅を小さくできる
などの利点がある。

【００３２】なお、図２，図４，図５に示した光の入射
側に凸面レンズ１２を有する光波長分波素子において
も、回折格子により分波された光の進路を変更する平面
ミラーを配置し、変更された光の進路に対応する位置に
出射光集光レンズ１３を配置するような構成とすること
により、上記（４）の利点を得ることができる。

【００３３】図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図６に示
した光波長分波素子を用いた分波器の一例を示す図で、
図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）
は左側面図である。

【００３４】シリコン製の基板４２の上には、光波長分
波素子４０と入射側光ファイバ４３と、出射側光ファイ
バ４６が搭載されている。基板４２は、シリコン製以外
に、セラミックや金属などでも作製可能である。基板４
２の両端は、プラットホーム状に一段高くなっており、
このプラットホーム上に異方性エッチングあるいはダイ
シングによってＶ溝４４を形成する。光ファイバ４３，
４６は、このＶ溝４４によって位置決めされる。

【００３５】基板４２のプラットホームには挟まれた領
域に、入射側の光ファイバ４３から波長多重光が入射で
き、かつ分波した各波長の出力光を出射側光ファイバ４
６で受けられるように位置決めされて、光波長分波素子
４０が搭載される。

【００３６】Ｖ溝４４で光ファイバ４３，４６を固定す
ることにより、一本一本の光ファイバをそれぞれ個別に
位置合わせすることなく、短時間で分波器が組み立て可
能となる。また、光ファイバ入出力部分に複雑な光学系
が不要であるため、入出力部分を含めてもきわめて小型
の分波器を実現できる。なお、符号４１は回折格子、４
５はベースを示している。

【００３７】図８（ａ），（ｂ）は、本発明の光波長分
波素子を利用した分波器の他の例を示す図で、図８
（ａ）は上面図、図８（ｂ）は側面図である。光波長分
波素子５０の基本構成は、図６に示した構成とほぼ同様
であるが、入射側が直接光コネクタフェルール５４と結
合できるように入射部５２が加工されており、また出射
側の出射光集光レンズも単一平面上に搭載されている点
が異なる。なお、符号５１は回折格子、５５はベースを
示している。

【００３８】光コネクタフェルール５４は、分波器を構
成する部品ではなく、外部からの波長多重光を光波長分
波素子５０に導くために外部から挿入されている光コネ
クタフェルール５４である。

【００３９】この実施例の分波器は、外部からの波長多
重光を入力するために光コネクタフェルール５４を挿し
こむようになっており、分波器に光コネクタフェルール
５４を挿しこむと、分波器と一定の位置関係になるよう
に固定された割りスリーブ５３によって、光波長分波素
子５０の入射部５２と光コネクタフェルール５４が位置
合わせされ接合するようになっている。

【００４０】光波長分波素子５０の入射部５２は、光コ
ネクタフェルール５４とＰＣ（フィジカルコンタクト）
接合可能なように、一般に光コネクタフェルール５４の
端面に行われるのと同様な球面加工が施されている。反
射損失特性の向上のために８度研磨されたＡＰＣ（アン
グルドフィジカルコンタクト）フェルールと接合する場
合は、光波長分波素子５０の入射部５２に光軸と垂直な
方向に８度の角度をもった球面加工を施す。

【００４１】このように、光波長分波素子５０と入射側
の光コネクタフェルール５４が直接接合できる構成とす
ることで、光コネクタフェルール５４と光波長分波素子
５０の間を繋ぐ光ファイバを不要とし、光ファイバの位
置合わせの手間が省け、さらに部品数の削減が可能とな
る。

【００４２】光波長分波素子５０は、プラットフォーム
５６を持ったベース５５上に搭載され、このプラットフ
ォーム５６上に分波された光を受け取る光導波路５７が
搭載されている。光波長分波素子５０から出射される分
波された４本の光は、互いに離れて行く方向に進んでい
くが、光導波路５７によって４本の光は平行に進むよう
に曲げられる。

【００４３】このため、光波長分波素子５０の出射部で
４本の光線を平行にする必要が無くなり、出射部は単一
の平面にレンズを並べた簡易な構成で良くなり、図６に
示した光波長分波素子のように複雑な角度をもった出射
部は不要となり、光波長分波素子の製造が容易になる利
点がある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ラスあるいは透明樹脂で一体形成したものであって、周
期的な溝を形成された回折格子と、光導波手段からの光
を平行光線に変換する変換手段と、回折格子によって必
要な波長帯域に分波された光を集光する集光手段とを部
品の表面に形成したので、従来の個別部品を組み立てて
構成した場合と比較し、波長多重伝送に不可欠な分波器
の小型化が可能となり、部品点数を削減でき、分波器の
組立が容易になり、分波器の低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折格子を用いた従来の分光器の例を示す図で
ある。

【図２】本発明の光波長分波素子の一実施例を説明する
ための図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。

【図３】図２に示した光波長分波素子の使用形態を説明
するための図である。

【図４】本発明の光波長分波素子を用いて直接受光素子
と結合した場合の実施例を示す図である。

【図５】本発明の光波長分波素子の分波された各波長の
光を互いに平行なファイバで取り出せるようにした実施
例を示す図である。

【図６】本発明における光波長分波素子の他の実施例を
説明するための図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図
である。

【図７】図６に示した光波長分波素子を用いた分波器の
一例を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は左側面図である。

【図８】本発明の光波長分波素子を利用した分波器の他
の例を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図であ
る。

【符号の説明】

１入力側光ファイバ２コリメートレンズ３回折格子４出力側光ファイバ５集光レンズ１０光波長分波素子１１回折格子１２凸面レンズ１３出射光集光レンズ１４入力側光ファイバ１５出力側光ファイバ１６位置決め用突起１７受光素子基板１８裏面入射形受光素子アレイ１９受光部分２０ファイバリボン３０光波長分波素子３１回折格子３２光入射面３３曲面ミラー３４平面ミラー３５出射光集光レンズ４０光波長分波素子４１回折格子４２基板４３入射側光ファイバ４４Ｖ溝４５ベース４６出射側光ファイバ５０光波長分波素子５１回折格子５２入射部５３割りスリーブ５４直接光コネクタフェルール５５ベース５６プラットフォーム５７光導波路

フロントページの続き (72)発明者久々津直哉東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者新井芳光東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA12 BA14 BA32 CA08 CA10 CA13 CA19 CA33 CA38 DA03 DA04 DA05 DA06 DA12 DA13 2H049 AA07 AA13 AA32 AA43 AA45 AA59 AA64

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスあるいは透明樹脂で一体形成した
ものであって、周期的な溝を形成された回折格子と、光
導波手段からの光を平行光線に変換する変換手段と、前
記回折格子によって必要な波長帯域に分波された光を集
光する集光手段とを部品の表面に形成してなることを特
徴とする光波長分波素子。
【請求項２】前記変換手段が凸レンズであり、前記集
光手段が凸レンズであることを特徴とする請求項１に記
載の光波長分波素子。
【請求項３】前記変換手段が曲面ミラーであり、前記
集光手段が凸レンズであることを特徴とする請求項１に
記載の光波長分波素子。
【請求項４】光入射部分を凸面加工して、光コネクタ
のフェルールとフィジカルコンタクトすることを可能に
したことを特徴とする請求項１に記載の光波長分波素
子。
【請求項５】前記分波された光の進路を変更させる変
更手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれ
かに記載の光波長分波素子。
【請求項６】前記変更手段が平面ミラーであることを
特徴とする請求項５に記載の光波長分波素子。