JP2003504661A - 予め形成された光学部品が受動的に位置合わせされる、光波長分割マルチプレクサー/デマルチプレクサー - Google Patents
予め形成された光学部品が受動的に位置合わせされる、光波長分割マルチプレクサー/デマルチプレクサーInfo
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Abstract
Description
れる、成形された光学部品を備えた装置であって、光ファイバーからの多重波長
平行光を空間的に個々の波長帯域に分ける装置に関する。好適な実施の形態のい
くつかにおいて、本発明の改良されたマルチプレキシング装置は特に、光ファイ
バーデータ通信システムや電気通信システムのための波長分割マルチプレキシン
グシステムに適したものとなっている。
、1本の光ファイバーにおいて、個々の通信チャネルを提供する。コンピュータ
システムや通信システムでは今後、データリンクの帯域幅を拡げる要求がますま
す高まっていく。光ファイバーは、従来の同軸通信よりもはるかに大きい帯域幅
を提供することが、一般に知られている。しかも、ファイバー導波路において1
個の光チャネルが使用する割合は、ファイバーの利用可能な帯域幅の中で、微視
的といえるほど小さい(普通は、数十テラヘルツのうちの数ギガヘルツ)。いろ
いろな光波長の何個かのチャネルを1本のファイバーで伝送することによって(
すなわち、波長分割多重方式(wavelength division multiplexing(WDM)に
よって)、この帯域幅はより効率的に使用することができる。
)らによるUSP4,244,045がある。ノスは、光ビームに対して所定の
傾斜角でジグザグ状をなす光路に配列された一連の波長感知フィルターを用いて
いる。ノスは、基板60の両側にフィルターを位置付けている。ノスの装置の製
造は、高コストでしかも時間のかかることが問題である。この米国特許公報の第
4欄の第33〜52行目で述べられているように、フィルターは基板上にあらた
めて別に積層され、それぞれ10層という多層フィルターになっている。さらに
また、結合器やレンズは、単調で高コストな製造後の処理として、あらためて別
に位置合わせしなければならない。
,786,915に示唆されている、8チャネルのマルチプレキシング装置によ
れば、厚さが連続的に変化する干渉フィルターが、光学ブロックの表面に設けら
れている。この設計構造は本質的に欠点がある。第1に、各フィルターは信号を
その幅方向でまとめなければならず、フィルターの厚さが(そして波長に対する
感度もまた)、フィルターの幅方向で変化するので、精密にフィルタリングする
ことができない。第2に、干渉フィルターの厚さは装置ごとに異なり、このこと
もフィルタリングの性能を低下させる。第3に、図3の部品62のような個々の
結合器を、製造後に改めて位置合わせしなければならない。
密光学ブロックは、不透明で(第4欄の第20〜29行目)、光路を提供するス
ロットやギャップが機械加工もしくは成形されている。どのような機械加工であ
ってもそれが必要な場合は、凹部やギャップ、スロットを製造する分のコストが
加わる。さらに、コリメーター6,24,46やフィルター32を、装置の製造
後にあらためて別に位置合わせしなければならず、全体の製造時間や製造コスト
の増加を招く。
数の光学キャビティを備えた光マルチプレクサーは、製造後にその長さを調整す
ることによって「チューニング」しなければならない。このような「チューニン
グ」は製造コストを大幅に上げるものであるが、本発明では明瞭にチューニング
の必要性を排除している。
チプレクサーでは、複数の誘電性チャンネル導波路が、クラッディング域に埋め
込まれている。このプロセスは、本発明の一体的に成形された部品よりも、はる
かに高コストである。さらに、フィルターを、製造後にあらためて別にチャンネ
ル導波路と位置合わせしなければならない。そしてレモフらの設計上の最も大き
いと思われる欠点は、ミラー36のチャンネル50への固定、およびフィルター
45a〜45dの正確な固定に関する、困難さ、コスト、そして時間にある。チ
ャンネル50とフィルターの固定表面は、高価なエキシマーレーザーやミクロト
ームで切削しなければならず、またでき上がった表面は、比較的粗い。粗い表面
の場合、接着や位置合わせに問題を生じやすい。たとえばフィルターは、角度に
関して敏感であり、図3に示されているように、フィルター同士は、厳密に垂直
および平行に固定されていなければならない。加えて、導波路が非常に広いので
、この導波路は角度範囲が大きく、その結果、フィルターの反応が、「ロールオ
フ」すなわち変動するようになる。本発明では、レモフらの場合のフィルターの
反応の変動のみならず、接着や位置合わせの問題をも排除している。本発明では
、予め形成したおよび/または予め成形した極めて平坦な表面で、反射ミラーの
表面やフィルターを担持するようになっている。その結果、ミラーやフィルター
の接着や位置合わせが適切に行われる。また本発明では、ビームの発散度合いが
非常に小さいので、フィルターが適切に位置合わせされることもあって、n個の
波長ビームはフィルターによってさらにはっきりと分離される。
たり分離したりするものである。光マルチプレキシング装置は高密度波長分割多
重方式(DWDM)および低密度波長分割多重方式(CWDM)の両方、そして
光ファイバーデータ通信や電気通信のマルチモードにもシグナルモードにも適用
可能である。複数の波長光源を組み合わせて単一の光路にして伝送するか、単一
の光路内を進む多重波長光を複数の幅狭のスペクトルバンドに分離して、個々の
光ファイバー搬送波や検出器に集束させる。
気通信システムで動作するようになっており、このシステムでは、長距離(10
0km以上)での性能が重要であり、コストやサイズは副次的なものである。ネ
ットワーク産業(ローカルエリアネットワーク(LAN)およびワイドエリアネ
ットワーク(WAN))における帯域幅に対する要求は増加しており、光ファイ
バーの帯域幅を十分に活用するため、コンパクトで安価な波長分割多重方式シス
テムが必要となってきている。本明細書で述べるWDM装置は、プラスチック射
出成形と安価な誘電性フィルターとを用いて、複数の光波長をマルチプレキシン
グもしくはデマルチプレキシングすることができるコンパクトな装置を創出する
ものである。
よびマルチモードの両方の光ファイバー通信システム用の、コンパクトでコスト
効果が高い、予め形成されたおよび予め成形された光学部品が受動的に位置合わ
せされた、光マルチプレクサーおよびデマルチプレクサーを提供することである
。
を有し、フィルターがこれらの予め形成された2つの部品に挟まれている、光マ
ルチプレクサー/デマルチプレクサーを提供することである。
用光学部品との間の、光ビームの発散による光学ロスを最小化することである。
せ、光ファイバーを結合用光学部品に受動的に位置合わせさせることである。
検出器列に直接的に結合され、その際、光ファイバーの介在は不要となることで
ある。
被覆を有する1個の精密光学ブロック、態様によっては個別の多重波長ファブリ
・ペロ伝送フィルター列、そしてこれらの部品を合わせて結合するための屈折率
の適合した光学接着剤を有する。
レンズ列と、フィルターの機械的な位置合わせ機構と、方向転換用ミラーと、結
合レンズと、光ファイバーコネクタと、光学部品を光源、検出器列あるいは光フ
ァイバー列に受動的に位置合わせするための物理的機構とを、一体化することに
よって形成されている。これらはすべて1個の部品内にある。
正確な厚さとなるように成形または研磨された、透明の光学材料であればいずれ
からも形成することができる。反射表面をこの光学ブロックに配するための手法
としては、誘電性干渉被覆、金属被覆などを含めて数多くある。
マルチプレクサー10を示している。図5乃至図7は、組み立て前のマルチプレ
クサー10の主要な要素を示している。本発明では、個々の光信号を組み合わせ
て光ファイバーに向かって方向付けが可能な1個の光路とすること、および/ま
たは、このような信号を個々のチャネルにデマルチプレキシングすることが、で
きるようになっている。当業者であれば、デマルチプレキシングの機能の説明が
あれば、これとの相関性を有するマルチプレキシングの機能を容易に理解できる
であろうから、説明を分かりやすくするために、デマルチプレキシングの機能の
方を詳細に説明する。
り、これらの光路では、1つの入力信号が8個の異なる波長(一般的にはn個の
波長)を含み、さらにこれらの波長光は8個の別々のチャネルに分離されて、光
検出器(図示せず)によって読み取られるようになっている。光学ブロック20
は、ガラスから形成されたものでも、プラスチックを成形したものでもよく、複
数のフィルター40が下面22に担持されている。そしてこの光学ブロック20
の平坦な上面21は、反射材料85で被覆されている。
な下面22に接着剤を介して接続されている。
、光ファイバーケーブル用の一体的に成形されたレセプタクル80が含まれ、光
ファイバーケーブル(図示せず)を、この端部がレセプタクル受座81と係合す
るように受けるようになっている。
光ファイバーケーブル(図示せず)の端部から出て、91で示されているように
発散し始める。一体的に成形されたコリメーティングレンズ65が、発散してい
た光ビーム91を平行光にして、平行光ビーム92とする。平行光ビーム92は
、成形された結合モジュール60と一体的に成形された反射表面66で反射され
て、光学ブロック20の平坦な上面21に設けられた反射被覆85に向かって上
方に方向付けられる。光ビームが、光路のセクション93を通って進むと、反射
被覆85に、この技術分野で既知の所定の入射角度で突き当たる。反射ビーム9
4は、光学ブロック20内で、複数(n個)のフィルター40と反射表面85と
の間で反射され、ジグザグ状になる。これは、この技術分野で知られているとお
りである。反射ビームがn個のフィルターにそれぞれ入ると、n個の異なる波長
の光のうちの1個が各フィルターを通過する。フィルターを通って分離された波
長光は、光路95a〜95hのそれぞれに沿って、成形された結合モジュール6
0の下面62に形成された複数の成形された非球面表面70に向かう。n個の成
形された非球面表面の各面は、非球面表面を通って分離された波長帯域すなわち
チャネル96a〜96hを、別に設けられた光検出器(図示せず)に集束させる
。これは、この技術分野で知られているとおりである。
の入力ビームが分離されて別々の読み取り可能な波長帯域になるところについて
も省略している。図2に示されているように、光学ブロック20は一般的に直方
体形状で、平坦な上面21、平坦な下面22、近位側の平坦な端壁23および遠
位側の平坦な端壁24を有する。本発明の好適な実施の形態における光学ブロッ
クは、高品質の光学ガラスから形成されている。あるいはまた、光学ブロック2
0は、高品質の光学プラスチックを用いて射出成形されていてもよい。反射被覆
85はブロック20の上面21に塗布されている。この反射被覆は、この技術分
野で従来からよく用いられる材料、たとえば誘電性干渉被覆や金属被覆を用いて
形成される。
図5に最もよく示されている)を有していると好ましい。この上面61が可能な
限り平坦となっていて、光学ブロック20の平坦な下面22に適合するようにな
っていることが重要である。位置合わせ用チャンネル63が、成形された結合モ
ジュール60の上面61の凹部として形成されている。この位置合わせ用チャン
ネル63の目的は、複数(n個)のフィルターを受け入れることである。位置合
わせ用チャンネル63は、成形された結合モジュール60の上面61の中心に沿
って長手方向に延びる細長のチャンネルである。
は、複数のフィルター40が配される受座を形成しており、フィルターの位置決
め表面として機能する。
形された結合モジュール60の上面61に成形されており、これらの切り込み6
4は、位置合わせ用チャンネル63から成形された結合モジュール60の外面ま
で横方向に延びている。レリーフ状の切り込み64の目的の1つは、光学ブロッ
ク20を、成形された結合モジュール60に接着剤を介して固定するときに、位
置合わせ用チャンネル63と協働することである。すなわち、光学ブロック20
と成形された結合モジュール60との2つの部品が共に押圧されるため、上面6
1に接着剤が塗布され、かつ上面が光学ブロック20と複数(n個)のフィルタ
ー40とに接着されるのに伴って、レリーフ状の切り込み64と位置合わせ用チ
ャンネル63とにエポキシ接着剤が充てんされる。
60を形成するために使用される材料の屈折率と可能な限り近いものとなってい
る。
、シングルモードまたはマルチモードのいずれの光ファイバーケーブルも受け入
れることができるようになっている。レセプタクル80の寸法は、光ケーブルの
端部が確実に嵌まるように、そして光ファイバーケーブルの十分な長さを支持す
ることができるように設計され、光ファイバーケーブルから出た光ビーム91が
、コリメーティングレンズ65と光学的に位置合わせされるようになっている。
図1乃至図4に示されている実施の形態では、光ファイバーケーブルのレセプタ
クル80は、成形された結合モジュール60と一体的に成形されているが、金属
、セラミック、プラスチック、ガラスあるいは他の適切な材料から、あらためて
別に形成または成形されたものでもよい。ただし、図1乃至図4に示されている
好適な実施の形態においては、光ファイバーケーブルのレセプタクル80は、成
形された結合モジュール60と一体的に成形されている。
表面66もまた、成形された結合モジュール60と一体的に成形されている。ま
たこの反射表面66は請求の範囲において「ビーム反射手段」と称しており、光
学ブロック20の上面21に対して、平行光ビーム92が、反射表面85と複数
のフィルター41〜48との間をジグザグ状あるいは階段状に反射するような所
定の角度で形成されている。これらのことはすべて、この技術分野において知ら
れている。
された、複数(n個)の非球面成形表面は、別々の8個の非球面レンズ表面71
〜78を構成している。一般的には、n個の非球面表面が、n個のフィルターと
相互に作用する。非球面表面は、位置合わせ用チャンネル63および複数(n個
)のフィルター40のすぐ下に形成されている。非球面レンズ表面71〜78の
各面は、この技術分野で既知の表面設計がなされており、図1に示されているよ
うに、分離された波長帯域を、光検出器の要素の表面上の点もしくは表面付近に
集束させるようになっている。これは、この技術分野で知られているとおりであ
る。
・ペロフィルターを構成し、図6に最もよく示されているようにフィルターは、
光学ブロック20の平坦な底面22に、相互に隣接し合って固定されている。個
別のフィルター41〜48は、光学ブロック20の底面22に接着剤を介して接
続されて、それぞれが相互に抗しあって嵌まっていることが重要である。このよ
うにして、従来からの平坦な表面に個別のファブリ・ペロフィルターを相互に隣
接し合って設置させることによって、既存の従来型の波長分割マルチプレクサー
における、接着や位置合わせの問題の多くを排除した。加えて、フィルター41
の近位側の端部41aが、受座68に、すなわち成形された結合モジュール60
の位置合わせ用チャンネル63の近位側表面に、接触するようになっていること
によって、この装置を組み立てると、フィルター組立部品の非球面レンズ列との
位置合わせを適切に行うことができる。
形された結合モジュール60へ接着剤を介して接着することによって、この装置
の重要な光学要素の光学的な位置合わせが受動的にできるようになる。上述した
ようにして組み立てると、光ファイバーケーブルの出力ビーム91は、波長分割
マルチプレクサー/デマルチプレクサー10に直接的に結合される。さらに、複
数のフィルター40と複数の非球面表面70と共に、コリメーティングレンズ6
5、ビーム反射手段、光学ブロック20の上面の反射被覆85を含む、装置内部
の光学部品と、光ファイバーケーブルの出力ビーム91は、自動的にそして受動
的に位置合わせされる。従って本発明では、従来技術と対照的に、これらの光学
要素について、製造後に位置合わせやチューニング、調整を行う必要がない。
えば、個別の誘電性ファブリ・ペロフィルターを用いる場合の変形例として、こ
の技術分野で知られているとおり、フィルターを光学ブロック20の下面に配し
てもよい。図面に示されている好適な実施の形態では、光ファイバーケーブル用
のレセプタクル80、コリメーティングレンズ65およびビーム反射手段66が
、成形された結合モジュール60と一体的に成形されているが、これらの光学要
素は、別に設けられた第3の要素内で、あるいは光学ブロック20の一部として
成形されていてもよい。ただし、好適な実施の形態では、光学ブロック20はガ
ラスでできており、光ファイバーケーブル用のレセプタクル、コリメーティング
レンズ、そしてビーム反射手段はプラスチックでできているのが好ましい。
Claims (14)
- 【請求項1】 シングルモードまたはマルチモードの光ファイバー通信システム用の光波長分
割マルチプレクサーおよびデマルチプレクサーであって、n個のチャネルがn個
の異なる波長を有して単一の光ファイバーケーブルを通って伝送され、装置の光
学的結合、レンズおよび位置合わせが、予め製造された部品を成形および組み合
わせることによって達成され、そうでない場合に必要となっていた製造後の光路
の位置合わせおよび調整を不要とした、光波長分割マルチプレクサーおよびデマ
ルチプレクサーにおいて、 平坦な上面と平坦な下面とを有する光学ブロックと、 前記光学ブロックの前記平坦な上面によって担持された反射被覆と、 前記光学ブロックの前記平坦な下面に担持された複数(n個)のフィルターで
あって、前記n個の異なる波長を別々に分けるようになっている、複数(n個)
のフィルターと、 前記光学ブロックの前記平坦な下面が固定される、平坦な上面を有する、成形
された結合モジュールであって、複数(n個)の非球面レンズ表面を担持する下
面を有し、ここで前記n個の非球面レンズ表面がそれぞれ、前記n個のフィルタ
ーのそれぞれと光学的に位置合わせされている、成形された結合モジュールと、 前記シングルモードまたはマルチモードの光ファイバーケーブルの端部を受け
入れるための光ファイバーケーブル用のレセプタクルと、 前記光ファイバーケーブル用のレセプタクルと光学的に位置合わせされたコリ
メーティングレンズと、 前記コリメーティングレンズと前記平坦な上面との間で、前記コリメーティン
グレンズを前記複数(n個)のフィルターと光学的に位置合わせさせるビーム反
射手段とを備え、 前記光ファイバーケーブルを通って入ってきた前記n個の光チャネルが、前記
光学ブロックの上面の前記反射被覆と前記n個の一連のフィルターとの間で反射
され、さらに、これらn個の光チャネルのそれぞれが、前記n個のフィルターの
うちの1個と、前記n個の非球面レンズ表面のうちの1個とを通過することを特
徴とする、光波長分割マルチプレクサーおよびデマルチプレクサー。 - 【請求項2】 前記成形された結合モジュールが、その下面に一体的に成形された前記n個の
非球面レンズ表面を有する、請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 前記光ファイバーケーブル用のレセプタクルが、前記成形された結合モジュー
ル内に一体的に成形されている、請求項1記載の装置。 - 【請求項4】 前記コリメーティングレンズが、前記成形された結合モジュール内に一体的に
成形されている、請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 前記複数(n個)のフィルターが、n個の個別のファブリ・ペロフィルターを
構成する、請求項1記載の装置。 - 【請求項6】 前記成形された結合モジュールが、その上面に位置合わせ用チャンネルをさら
に有し、この位置合わせ用チャンネルに、前記n個の個別のファブリ・ペロフィ
ルターが接着剤を介して固定されている、請求項5記載の装置。 - 【請求項7】 前記成形された結合モジュールが、前記位置合わせ用チャンネルに対して垂直
に延びるフィルター位置決め表面をさらに有し、このフィルター位置決め表面が
、前記複数のフィルターが抗して配される受座を形成する、請求項6記載の装置
。 - 【請求項8】 前記成形された結合モジュールが、その上面に形成された複数のレリーフ状の
切り込みをさらに有し、これらのレリーフ状の切り込みが前記位置合わせ用チャ
ンネルに対して横方向に延び、さらに前記レリーフ状の切り込みが接着剤を受け
入れるようになっている、請求項7記載の装置。 - 【請求項9】 前記成形された結合モジュールに適合した屈折率を有する接着剤をさらに有し
、この接着剤が前記成形された結合モジュールの上面の全体と、前記光学ブロッ
クの下面の全体と、前記フィルターの下面とを覆い、さらに前記位置合わせ用チ
ャンネルと前記レリーフ状の切り込みとに完全に充てんされる、請求項8記載の
装置。 - 【請求項10】 シングルモードまたはマルチモードの光ファイバー通信システム用の光波長分
割マルチプレクサーおよびデマルチプレクサーであって、n個のチャネルがn個
の異なる波長を有して単一の光ファイバーケーブルを通って伝送され、装置の光
学的結合、レンズおよび位置合わせが、予め製造された2個の部品を組み合わせ
ることによって達成され、そうでない場合に必要となっていた製造後の光路の位
置合わせおよび調整を不要とした、光波長分割マルチプレクサーおよびデマルチ
プレクサーにおいて、 平坦な上面と平坦な下面とを有する光学ブロックと、 前記光学ブロックの前記平坦な上面によって担持された反射表面と、 前記光学ブロックの前記平坦な下面に担持された複数(n個)の個別のファブ
リ・ペロフィルターであって、前記n個の異なる波長を別々に分けるようになっ
ている、複数(n個)の個別のファブリ・ペロフィルターと、 前記光学ブロックの前記平坦な下面が固定される、平坦な上面を有する、成形
された一体式の結合モジュールとを備え、 前記成形された結合モジュールは、前記シングルモードまたはマルチモードの
光ファイバーケーブルの端部を受け入れるための、成形された光ファイバーケー
ブル用のレセプタクルを有し、 前記成形された結合モジュールはさらに、前記光ファイバーケーブル用のレセ
プタクルと光学的に位置合わせされた、一体的に成形されたコリメーティングレ
ンズを有し、 前記成形された結合モジュールはさらに、複数(n個)の非球面レンズ表面が
一体的に成形された下面であって、前記n個の非球面レンズのそれぞれが、前記
n個のファブリ・ペロフィルターのそれぞれと光学的に位置合わせされた下面を
有し、 前記成形された結合モジュールはさらに、前記コリメーティングレンズと前記
光学ブロックの前記平坦な上面との間で、前記コリメーティングレンズを前記複
数(n個)のファブリ・ペロフィルターと光学的に位置合わせさせる、一体的に
形成されたビーム反射手段を有し、 前記光ファイバーケーブルを通って入ってきた前記n個の光チャネルが、前記
成形された結合モジュールの上面の前記反射被覆と前記n個の一連の個別のファ
ブリ・ペロフィルターとの間で反射され、さらにこれらn個の光チャネルのそれ
ぞれが、前記n個のフィルターのうちの1個と、前記n個の成形された非球面レ
ンズ表面のうちの1個とを通過することを特徴とする、光波長分割マルチプレク
サーおよびデマルチプレクサー。 - 【請求項11】 前記成形された結合モジュールが、その上面に位置合わせ用チャンネルをさら
に有し、この位置合わせ用チャンネルに、前記n個の個別のファブリ・ペロフィ
ルターが接着剤を介して固定されている、請求項10記載の装置。 - 【請求項12】 前記成形された結合モジュールが、前記位置合わせ用チャンネルに対して垂直
に延びるフィルター位置決め表面をさらに有し、このフィルター位置決め表面が
、前記複数のフィルターが抗して配される受座を形成する、請求項11記載の装
置。 - 【請求項13】 前記成形された結合モジュールが、その上面に形成された複数のレリーフ状の
切り込みをさらに有し、これらのレリーフ状の切り込みが前記位置合わせ用チャ
ンネルに対して横方向に延び、さらに前記レリーフ状の切り込みが接着剤を受け
入れるようになっている、請求項10記載の装置。 - 【請求項14】 前記成形された結合モジュールに適合した屈折率を有する接着剤をさらに有し
、この接着剤が前記成形された結合モジュールの上面の全体と、前記光学ブロッ
クの下面の全体と、前記フィルターの下面とを覆い、さらに前記位置合わせ用チ
ャンネルと前記レリーフ状の切り込みとに完全に充てんされる、請求項13記載
の装置。
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