JP2004093991A

JP2004093991A - 光機能部品

Info

Publication number: JP2004093991A
Application number: JP2002256161A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Asano; 浅野　健一郎; Hitohiro Momotsu; 百津　仁博; Kenji Nishiwaki; 西脇　賢治
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP4118636B2

Abstract

【課題】光ファイバの調心を容易にし、光ファイバの端面とレンズの端面との間隔を狭くし、性能の安定性を向上させることができる光機能部品を提供する。
【解決手段】一方の端面２ａが斜め研磨された第１の屈折率分布型レンズ２と、前記斜め研磨端面２ａに接続された第１および第２のポート５、６と、前記第１の屈折率分布型レンズ２の他方の端面２ｂに接続された光機能素子３と、一方の端面４ａが斜め研磨され、他方の端面４ｂが前記光機能素子３を介在させて、前記第１の屈折率分布型レンズ２の端面２ｂに対して対向するように配置された第２の屈折率分布型レンズ４と、前記斜め研磨端面４ａに接続された第３のポート７とを備え、第１のポート５から光機能素子３に反射されて第２のポート６に至るまでのレンズ内の光路長が、第１のポート５から光機能素子３を透過して第３のポート７に至るまでのレンズ内の光路長に等しくされている光機能部品。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２個の屈折率分布型レンズの間に誘電体多層膜などからなる光機能素子を配置してなる光機能部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体多層膜などからなる光機能素子を有する光機能部品の一種として、光合分波フィルタや光分岐フィルタなどの光機能素子を、２個のコリメートレンズの一方の端面の間に挿入するとともに、各コリメートレンズの他方の端面側に、光ファイバからなる入出力ポートを配置したものがある。
【０００３】
図４に、米国特許６３４７１７０号公報に開示された従来の光機能部品の一例を示す。同図に示す光機能部品１は、ＷＤＭ（波長分散多重）型の光合分波器であり、光機能素子として、ＷＤＭ用の光合分波フィルタ３を有している。この光合分波フィルタ３の両側には、コリメートレンズとして、第１および第２の屈折率分布型レンズ２、４が配置されている。屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズとも呼ばれている）とは、概略円柱状であって、屈折率が、該レンズの光軸から外周に向かって小さくなる径方向の屈折率分布を有するレンズである。
【０００４】
第１の屈折率分布型レンズ２の、光合分波フィルタ３に対して反対側の端面２ａには、入出力用に、光ファイバからなる第１のポート５および第２のポート６が接続されている。これと同様に、第２の屈折率分布型レンズ４の、光合分波フィルタ３に対して反対側の端面には、光ファイバからなる第３のポート７が接続されている。
各ポート５、６、７の端面、ならびに、各屈折率分布型レンズ２、４の各ポート５、６、７に対向する端面２ａ、４ａは、該端面上で反射した光が光路に混入するのを防ぐため、光軸に対して所定の角度（一般に６〜８°の範囲内とされる）をもって傾斜するように研磨されており、これにより、反射光が光軸の外に発散されるようになっている。
【０００５】
この光合分波器１は、以下のように機能する。まず、第１のポート５から波長多重化された信号光が入射すると、この光は、第１の屈折率分布型レンズ２により収束されて光合分波フィルタ３に入射する。光合分波フィルタ３は、波長多重化された信号光のうち、ある波長の光のみを通過し、他の波長の光を反射するものであるので、光合分波フィルタ３を通過できる光は、光合分波フィルタ３を通過したのち、第２の屈折率分布型レンズ４を介して第３のポート７に出射される。また、光合分波フィルタ３に反射される光は、光合分波フィルタ３に反射されたのち、第１の屈折率分布型レンズ２を介して第２のポート６に出射される。このようにして、第１のポート５から入射された入射光を、第２および第３のポート６、７から出射される２つの出力に分波することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の光機能部品では、屈折率分布型レンズ２、４としては、製造コストを低減するため、長さが等しく、仕様が同様なものが用いられている。しかも、その端面２ａ、４ａが斜め研磨されているので、第１のポート５から光合分波フィルタ３に反射されて第２のポート６に至るまでのレンズ内における光路長（図４中、ＡＤ＋ＤＢの光路長）が、第１のポート５から光合分波フィルタ３を透過して第３のポート７に至るまでのレンズ内における光路長（図４中、ＡＤ＋ＥＣの光路長）に等しくならない。なお、図４において、点Ａ〜Ｅは、各信号光が屈折率分布型レンズ２、４の端面上で入射または出射する位置を示している。
【０００７】
このため、点Ｂから第２のポート６への出射光と、点Ｃから第３のポート７への出射光との両方を、同じ焦点距離とすることができないので、ポート６、７への結合効率が低下し、損失増加の要因になっている。特に近年、通信容量の増大に対応して導入が進められている高密度波長多重通信システム用光合分波器において問題となっていた。
従来、この問題を解決するため、屈折率分布型レンズ２、４の長さを、該レンズの焦点距離（０．２５ピッチ）より短くし、各ポート５、６、７の端面と、対向する各屈折率分布型レンズ２、４の端面とを離間させ、これらの位置関係を、損失ができるだけ低くなるように調心（位置合わせ）した上で接着剤などを用いて固定するようにしている。
しかし、この方法では、レンズ光軸方向の調心が必要なため、各ポート５、６、７の調心が難しく、手間が掛かるとともに、各ポート５、６、７と各屈折率分布型レンズ２、４との端面間の間隔が大きくなると、当該端面間に接着剤を充填する構造の場合、光機能部品の性能が前記接着剤の機械的強度や温度変化による体積変化の影響を受けやすくなり、光学特性の安定性が悪くなるという問題が残っている。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、各ポートの調心を容易にするとともに、端面間に接着剤を充填する構造の場合、各ポートと各屈折率分布型レンズとの端面間間隔を狭くすることができ、当該端面間に充填された接着剤の厚みを低減して、性能の安定性が向上した光機能部品を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、一方の端面が斜め研磨された第１の屈折率分布型レンズと、
この第１の屈折率分布型レンズの斜め研磨端面に接続された第１および第２のポートと、
前記第１の屈折率分布型レンズの他方の端面に接続された光機能素子と、
一方の端面が斜め研磨され、他方の端面が前記光機能素子を介在させて、前記第１の屈折率分布型レンズの他方の端面に対して対向するように配置された第２の屈折率分布型レンズと、
この第２の屈折率分布型レンズの斜め研磨端面に接続された第３のポートとを備え、
第１のポートから光機能素子に反射されて第２のポートに至るまでのレンズ内における光路長が、第１のポートから光機能素子を透過して第３のポートに至るまでのレンズ内における光路長に等しくされていることを特徴とする光機能部品を提供する。
【００１０】
この光機能部品においては、前記第１および第２の屈折率分布型レンズは、長さと、斜め研磨端面の傾斜角とのいずれにおいても互いに等しくするとともに、両屈折率分布型レンズの最も短い側辺同士、ならびに最も長い側辺同士の位置を合わせたものとすることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本実施の形態の光合分波器を示す図である。同図において、この光合分波器１は、第１の屈折率分布型レンズ２と、光機能素子として、ＷＤＭ用の光合分波フィルタ３と、第２の屈折率分布型レンズ４とが、この順序で配列されている。
【００１２】
第１の屈折率分布型レンズ２の、光合分波フィルタ３に対して反対側の端面には、光ファイバからなる第１のポート５および第２のポート６がそれぞれ接続されている。また、第２の屈折率分布型レンズ４の、光合分波フィルタ３に対して反対側の端面には、光ファイバからなる第３のポート７が接続されている。
これらのポート５、６、７は、図１に示す実施の形態においては、ガラスキャピラリ（毛細管）１０、１１に固定されて支持されている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、ポート５、６、７を支持するため、Ｖ溝基板などを用いてもよいし、光ファイバとレンズ２、４が直接融着接続されていてもよい。
【００１３】
第１のポート５と第２のポート６との位置関係は、第１のポート５から入射した光が、光合分波フィルタ３に反射されたとき、第２のポート６から出射されるように決定される。また、第１のポート５と第３のポート７との位置関係は、第１のポート５から入射した光が、光合分波フィルタ３を透過したとき、第３のポート７から出射されるように決定される。
【００１４】
第１および第２の屈折率分布型レンズ２、４は、径方向に屈折率分布を有する円柱状のレンズであり、ＧＲＩＮレンズまたはロッドレンズとも呼ばれる種類のレンズである。これらの屈折率分布型レンズ２、４としては、Ｓｅｌｆｏｃ（日本板硝子社の商標）など多成分ガラスからなるものの他、本出願人が出願し、特願２００１−１０４９２９号に記載の石英系ガラスからなる屈折率分布型レンズなどを、特に制限なく用いることができる。
【００１５】
第１および第２の屈折率分布型レンズ２、４は、図２に示すように、一方の端面が、光軸Ｚに対して所定の角度傾斜するように斜め研磨されている。他方の端面は、光軸Ｚに対して垂直に研磨されている。
本発明において、屈折率分布型レンズの長さは、光軸上における長さＬとレンズのピッチ長との比であり、屈折率分布型レンズの斜め研磨された端面の傾斜角は、該端面の法線Ｎと光軸Ｚとのなす角θとして定義する。
本実施の形態の光合分波器においては、第１および第２の屈折率分布型レンズ２、４の長さおよび傾斜角θが互いに等しく、レンズ長は０．２３〜０．２５ピッチであり、傾斜角θは、６〜８°である。
【００１６】
光合分波フィルタ３は、誘電体多層膜からなり、所定の波長帯の光を反射し、他の所定の波長帯の光を透過する性質を有するフィルタ素子である。一般に、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５などの誘電体から、高屈折率成分と低屈折率成分とを適宜選択して用い、所定の膜厚にて、交互に数〜数百層積層したものが用いられる。
【００１７】
さらに本実施の形態の光合分波器１においては、図１に示すように、第１および第２の屈折率分布型レンズ２、４の最も短い側辺同士（図１中の上辺）および最も長い側辺同士（図１中の下辺）の位置が合っている。
このため、光合分波フィルタ３から第２のポート６までのレンズ内の光路長（図１中、ＤＢ間の光路長）と、光合分波フィルタ３から第３のポート７までのレンズ内の光路長（図１中、ＥＣ間の光路長）とが等しくなる。従って、第１のポート５から光合分波フィルタ３に反射されて第２のポート６に至るまでのレンズ内における光路長（図１中、ＡＤ＋ＤＢの光路長）が、第１のポート５から光合分波フィルタ３を透過して第３のポート７に至るまでのレンズ内における光路長（図４中、ＡＤ＋ＥＣの光路長）に等しくなり、点Ｂから第２のポート６への出射光と、点Ｃから第３のポート７への出射光との両方のレンズ端面からの焦点距離を同一とすることができる。
【００１８】
これにより、各ポート５、６、７の端面と、それぞれに対向する各屈折率分布型レンズ２、４の端面２ａ、４ａの間隔を極めて小さくすることが可能になり、調心固定時にレンズ光軸方向の調心を省略可能であるため、短時間に位置決めできるとともに、端面間に接着剤を充填する構造の場合、接着剤の膜厚を小さくすることができるので、接着部の機械的強度が増すとともに、接着剤の熱膨張や収縮が小さくなる。このため、光合分波器１の性能が、環境温度の変化に対して変化しにくくなり、安定性が向上する。
【００１９】
次に、上述の光合分波器１の製造方法を説明する。なお、以下に示す手順は一例に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。
まず、第１の屈折率分布型レンズ２と、光合分波フィルタ３と、第２の屈折率分布型レンズ４とを、この順序でエポキシ系などの接着剤を用いて固定する。この際、屈折率分布型レンズ２や第２の屈折率分布型レンズ４の端面２ａ、４ａの傾斜面の向きをＣＣＤカメラにより観察しながら、第１および第２の屈折率分布型レンズ２、４の最も短い側辺同士および最も長い側辺同士の位置が合うように、該レンズ２、４を光軸を中心にして回転させて、向きを調節する。
【００２０】
次いで、第１の屈折率分布型レンズ２の端面２ａ上の所定の位置に、第１のポート５を接着して固定する。さらに、第２のポート６の位置を決めて接着するが、この際、第１のポート５から光を入射させながら、第２のポート６を第１の屈折率分布型レンズ２の一方の端面２ａに近づけ、第２のポート６から出射される光の強度が最大となるように調心して、その位置に第２のポート６を接着する。同様に、第１のポート５から光を入射させながら、第３のポート７を第２の屈折率分布型レンズ４の一方の端面４ａを、端面２ａと第２のポート６との端面間距離と同じ距離に近づけ、第３のポート７から出射される光の強度が最大となるように調心して、その位置に第３のポート７を接着する。
このような手順を用いることにより、各ポート５、６、７を、挿入損失が最も小さくなるように調心することができ、挿入損失が極めて小さい光合分波器１を製造することができる。
【００２１】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、光機能素子として、波長依存特性を有する光合分波フィルタ３の代わりに、波長依存特性を有しない光分岐結合フィルタを用いることにより、光分岐結合器に適用することができる。
【００２２】
また、図３に示すように、第１の屈折率分布型レンズ２の最も長い側辺と第２の屈折率分布型レンズ４の最も短い側辺の位置を合わせて対向させ、第１の屈折率分布型レンズ２の長さより第２の屈折率分布型レンズ４の長さを短くして、ＡＤ＋ＤＢの光路長と、ＡＤ＋ＥＣの光路長とが等しくなるようにした構成も可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光機能部品によれば、第１の屈折率分布型レンズ側の一方のポートから光機能素子を経由して他方のポートまでの光路長が、第１の屈折率分布型レンズ側の一方のポートから光機能素子を経由して第２の屈折率分布型レンズ側のポートまでの光路長に等しくされているので、レンズ光軸方向の調心を省略でき、短時間で調心作業を行うことができるので、低コスト化が図れる。また、接着剤を端面間に充填する構造の場合は、光ファイバの端面と屈折率分布型レンズの端面との間隔を小さくし、接着剤の膜厚が薄くすることができるようになり、光機能部品の接着部の機械的強度が増し、温度変化に対する安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光機能部品の一例を示す概略構成図である。
【図２】屈折率分布型レンズの長さおよび傾斜角を説明する斜視図である。
【図３】本発明の光機能部品の他の例を示す概略構成図である。
【図４】従来の光機能部品の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…光機能部品（光合分波器）、２…第１の屈折率分布型レンズ、３…光機能素子（光合分波フィルタ）、４…第２の屈折率分布型レンズ、５…第１のポート、６…第２のポート、７…第３のポート。

Claims

一方の端面が斜め研磨された第１の屈折率分布型レンズと、この第１の屈折率分布型レンズの斜め研磨端面に接続された第１および第２のポートと、
前記第１の屈折率分布型レンズの他方の端面に接続された光機能素子と、
一方の端面が斜め研磨され、他方の端面が前記光機能素子を介在させて、前記第１の屈折率分布型レンズの他方の端面に対して対向するように配置された第２の屈折率分布型レンズと、
この第２の屈折率分布型レンズの斜め研磨端面に接続された第３のポートとを備え、
第１のポートから光機能素子に反射されて第２のポートに至るまでのレンズ内における光路長が、第１のポートから光機能素子を透過して第３のポートに至るまでのレンズ内における光路長に等しくされていることを特徴とする光機能部品。
前記第１および第２の屈折率分布型レンズは、長さと、斜め研磨端面の傾斜角とのいずれにおいても互いに等しくされているとともに、両屈折率分布型レンズの最も短い側辺同士、ならびに最も長い側辺同士の位置が合わせられていることを特徴とする請求項１に記載の光機能部品。