JP2004219523A - 光モニタデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】光モニタデバイスの小型化、低コスト化を図る。
【解決手段】光モニタデバイス１の入出力ファイバ２ａ，３ａを一方の側にアレイ状に配置し、入力ファイバ２ａから出射する入力光および出力ファイバ３ａに入射する出力光の光軸上にそれぞれレンズ５ａ，５ｂをアレイ状に配置する。入力光は、レンズ５ａを介してカプラ膜６に入射し、その透過光は表面入射型ＰＤ素子７で検出される。一方、カプラ膜６で反射した出力光は、入力光が出射されたレンズ５ａと異なるレンズ５ｂに入射され、対応する出力ファイバ３ａに結合される。これにより、複数の入力光を、一面のカプラ膜６によって精度良く反射して出力する反射折り返し構造が実現され、光モニタデバイス１を小型化することができる。さらに、一般に入手可能な構成部材を利用することで低コスト化を図れる。
【選択図】 図１
【解決手段】光モニタデバイス１の入出力ファイバ２ａ，３ａを一方の側にアレイ状に配置し、入力ファイバ２ａから出射する入力光および出力ファイバ３ａに入射する出力光の光軸上にそれぞれレンズ５ａ，５ｂをアレイ状に配置する。入力光は、レンズ５ａを介してカプラ膜６に入射し、その透過光は表面入射型ＰＤ素子７で検出される。一方、カプラ膜６で反射した出力光は、入力光が出射されたレンズ５ａと異なるレンズ５ｂに入射され、対応する出力ファイバ３ａに結合される。これにより、複数の入力光を、一面のカプラ膜６によって精度良く反射して出力する反射折り返し構造が実現され、光モニタデバイス１を小型化することができる。さらに、一般に入手可能な構成部材を利用することで低コスト化を図れる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光モニタデバイスに関し、特に光伝送装置などにあって光の強度や偏波などを検出しその検出結果を他の部品にフィードバックするための光モニタデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットトラフィックの増大に伴い、光通信システムにおいては光通信容量を増大することが強く求められている。これを実現するため、ビットレートの増大や波長多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ，以下「ＷＤＭ」と記す。）方式による光通信容量の増大などが検討されており、それに伴い、これらの方法や方式を取り入れた光通信システムを円滑に運用するための光デバイスの開発が急がれている。例えば、ＷＤＭ伝送装置においては、光の強度や偏波などを検出し、そのＷＤＭ伝送装置を構成する他の個々の部品に、その検出結果をフィードバックする機能を有する光モニタデバイスが必要である。
【０００３】
現在は、個別のフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ，以下「ＰＤ」と記す。）素子を個々の部品の前段あるいは後段に配置し、モニタ機能を実現しているものが多い。しかしながら、上記のようなＷＤＭ伝送装置においては、取り扱う波長の数、すなわちチャネル（以下「ｃｈ」と記す。）数が増大するにつれ、個々の部品についてＰＤ素子を配置する構成では、実装スペースや価格の面で課題が残る。そのため、近年では、その構成部品や構成部材をアレイ型に配置した光モニタデバイスの開発が活発になっており、例えば、以下の図１２から図１４に示すような構成としたものなどが提案されている。
【０００４】
図１２は小型ＰＤモジュールを整列させた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。この図１２に示す光モニタデバイス１００は、ＰＤ素子を内蔵する小型ＰＤモジュール１０１が、パッケージ１０２内に配列された構造を有している。各小型ＰＤモジュール１０１には、一方の側から入力ポート１０３および出力ポート１０４が接続されている。さらに、各小型ＰＤモジュール１０１には、他の個々の部品に電気的に接続される電気端子１０５が形成されており、各電気端子１０５はパッケージ１０２外部にそれぞれ引き出されている。このような構成の光モニタデバイス１００においては、入力ポート１０３からの光の一部が、ハーフミラーとして機能する図示しない反射板などを透過し、小型ＰＤモジュール１０１内のＰＤ素子で光電変換される。得られた電気信号は、電気端子１０５からその小型ＰＤモジュール１０１に接続されている所定の部品にフィードバックされる。入力ポート１０３からの光のうち反射板を透過しなかった残りの光は、ここで反射され、出力ポート１０４から出力される。
【０００５】
ここで示したような小型ＰＤモジュールとしては、入力光を増幅し、増幅された信号光を光分岐してＰＤ素子によってモニタするようにした構成などに関し、従来いくつかの提案がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
また、図１３は導波路を用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。この図１３に示す光モニタデバイス２００は、パッケージ２０１内に導波路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ，以下「ＰＬＣ」と記す。）２０２を有している。そして、このＰＬＣ２０２を挟んで対向する２本のテープファイバをそれぞれ入力ポート２０３、出力ポート２０４としている。ＰＬＣ２０２内にはＰＤ素子２０５が配置されており、また、パッケージ２０１外には電気端子２０６が引き出されている。このような構成の光モニタデバイス２００では、ＰＬＣ２０２内を伝搬する光の一部がＰＤ素子２０５で検出されるようになっている。
【０００７】
図１４はカプラを用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。この図１４に示す光モニタデバイス３００は、パッケージ３０１内でファイバ固定ブロック３０２によってテープファイバがそれぞれ固定された、対向する入力ポート３０３および出力ポート３０４を有している。入力ポート３０３と出力ポート３０４の間には、レンズ３０５ａ，３０５ｂ、カプラ３０６およびＰＤ素子３０７が配置されており、また、パッケージ３０１外には電気端子３０８が引き出されている。このような構成の光モニタデバイス３００では、入力ポート３０３からの光をレンズ３０５ａで集光させ、カプラ３０６による反射を利用して、一部をＰＤ素子３０７で検出し、残りをレンズ３０５ｂで集光させて出力ポート３０４から出力するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−６４０２１号公報
【特許文献２】
特開平７−３０１７６３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のような配置構成とした光モニタデバイスにおいては、まだ以下に示すような課題があるといえる。
【００１０】
まず、個々の小型ＰＤモジュールをアレイ状に配置した光モニタデバイスの場合には、ｃｈごとに１個の小型ＰＤモジュールが配列され、その個数が増加すればコストは高くなり、また、光モニタデバイスの小型化にはなお限界がある。また、ＰＬＣを用いた光モニタデバイスの場合には、ＰＬＣにおける漏れ光により、ｃｈ間のクロストークが確保できない場合がある。さらに、ファイバを対向させて構成する場合には、光モニタデバイスの両端からファイバが延びるため、その実装スペースが問題となる場合がある。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストで作製することができ、かつ、精度良く光を検出することのできる小型の光モニタデバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示する構成によって実現可能な光モニタデバイスが提供される。本発明の光モニタデバイスは、ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜と、前記カプラ膜を透過する光の光軸上に配置された受光素子と、を有することを特徴とする。
【００１３】
図１に例示する光モニタデバイス１によれば、入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａがアレイ状に配置され、入力ファイバ２ａから出射する光の光軸上および出力ファイバ３ａに入射する光の光軸上にそれぞれレンズ５ａ，５ｂが配置される。したがって、レンズ５ａ，５ｂは、各入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａの配置に対応してアレイ状に配置される。入力ファイバ２ａから出射される入力光は、レンズ５ａを介してカプラ膜６に入射し、ここで一部は透過し、残りは出力光として反射される。カプラ膜６の透過光は、その光軸上に配置された例えば表面入射型ＰＤ素子７などの受光素子に入射してその強度が検出される。一方、出力光は、レンズ５ａとは異なる他のレンズ５ｂに入射され、これに対応する出力ファイバ３ａに結合されるようになる。
【００１４】
このように、各入力ファイバ２ａから出射するそれぞれの入力光が、一面のカプラ膜６によって反射され出力されるようにした反射折り返し構造により、小型の光モニタデバイス１が実現される。さらに、このような光モニタデバイス１では、例えば多芯テープファイバなど、一般に入手可能な部材を利用することができ、これにより、低コスト化が図られる。
【００１５】
このようなカプラ膜６への入射、反射の光路は、例えば、入力ファイバ２ａからレンズ５ａに光が入射するときのレンズ５ａ表面における入射位置、および出力ファイバ３ａにレンズ５ｂから光が出射するときのレンズ５ｂ表面における出射位置を変化させることによって、調整することができる。これは、光が入射する位置、出射する位置に応じてレンズ５ａ，５ｂでの光の屈折角度が変化するためである。したがって、アレイ状に配置する入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａと、レンズ５ａ，５ｂとを適当に配置することによっても、光モニタデバイス１の小型化が図られるようになる。
【００１６】
また、このような光モニタデバイスにおいては、例えば、レンズとカプラ膜との間の光の伝搬領域を、透明部材によって構成すれば、この領域を伝搬する光は空気中を伝搬することがなくなり、反射減衰量特性が向上する。さらに、ごみなどによる光路の遮断も抑制されるようになる。また、このような光モニタデバイスにおいては、例えば、カプラ膜から受光素子までの距離を変化させれば、カプラ膜を透過する光のうち受光素子で受光する光を選別することも可能になる。
【００１７】
また、本発明では、ファイバを伝搬する偏波の異なる光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上に配置されたレンズと、前記レンズを介して進入する光を伝搬して常光線と異常光線とに分離する複屈折結晶と、前記複屈折結晶を伝搬する前記常光線の光軸上と前記異常光線の光軸上にそれぞれ配置された受光素子と、を有することを特徴とする光モニタデバイスが提供される。
【００１８】
このような光モニタデバイスでは、偏波の異なる光が入力された場合に、複屈折結晶が、その光を常光線と異常光線に分離し、また、受光素子が、常光線と異常光線のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されている。これにより、この光モニタデバイスは、常光線と異常光線のそれぞれの強度を検出することのできる偏波モニタとして機能する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部斜視図、図２は第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を示す要部側面図である。
【００２０】
この図１および図２に示す光モニタデバイス１は、入力ポート２、出力ポート３、ファイバ整列部材４、アレイレンズ５、カプラ膜６、表面入射型ＰＤ素子７およびＰＤサブマウント８を有している。アレイレンズ５からＰＤサブマウントの間は、図１では図示を省略しているが、図２に示すようにケース９によって外部から保護されている。
【００２１】
この光モニタデバイス１における入力ポート２および出力ポート３には、それぞれ多芯テープファイバが用いられている。多芯テープファイバとしては、例えば、１２ｃｈの光の入出力が可能な１２芯の一般的な多芯テープファイバを用いることができる。ここでは、このような１２芯の多芯テープファイバとして、入力ファイバ２ａ間のピッチ、出力ファイバ３ａ間のピッチがそれぞれ約２５０μｍのものを用いている。入力ポート２および出力ポート３は、図１および図２に示すように、互いのテープ面側を対向させ、ファイバ整列部材４に例えばエポキシ系の光学接着剤を用いて上段、下段の２段にそれぞれ固定されている。入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａは、その先端がファイバ整列部材４の端面まで貫通するように、ファイバ整列部材４内に固定配置されている。
【００２２】
ファイバ整列部材４には、入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａの先端側の端面に、光学接着剤を用いた接着などの方法により、アレイレンズ５が密着して配置されている。アレイレンズ５には、入力ポート２から入ってくる光（入力光）が入力ファイバ２ａ先端から出射するときの各光軸上と、出力ファイバ３ａ先端に入射して出力ポートから出て行く光（出力光）の各光軸上とに、それぞれレンズ５ａ，５ｂが形成されている。すなわち、このアレイレンズ５には、各入力ファイバ２ａに対応して上段に一列に並んだ１２個のレンズ５ａと、各出力ファイバ３ａに対応して下段に一列に並んだ１２個のレンズ５ｂとの、計２４個のレンズ５ａ，５ｂがアレイ状に形成されている。
【００２３】
このようにアレイ状に配置されたレンズ５ａ，５ｂは、通常、例えばガラスなどのレンズ母材に対し、イオン交換などの方法により、レンズ形成領域のみを所定の組成に変化させることによってコリメートレンズや集光レンズとして形成される。ここでは、レンズ５ａ，５ｂは、ファイバ整列部材４側を凸面としその反対側を平面とした半球状のコリメートレンズであり、その平面の直径を約２５０μｍとして、各レンズ５ａ，５ｂが互いに隣接して形成されている。この場合、隣接するレンズ５ａ同士、レンズ５ｂ同士の平面の中心間距離はそれぞれ約２５０μｍとなり、隣接するレンズ５ａとレンズ５ｂの平面の中心間距離（以下「入出力レンズ間ギャップ」という。）も約２５０μｍとなる。
【００２４】
このようにアレイレンズ５の入出力レンズ間ギャップを約２５０μｍとした場合には、図１または図２中、ある入力ファイバ２ａとその直下に配置される出力ファイバ３ａとの間の距離（以下「入出力ファイバ間ギャップ」という。）を、例えば約３００μｍというように、入出力レンズ間ギャップよりも大きくする。このとき、入力ファイバ２ａは、レンズ５ａに入射する入力光の光軸が、レンズ５ａの凸面中心から約２５μｍだけ光モニタデバイス１外側方向にずれて配置されるようになる。さらに、出力ファイバ３ａは、これに入射する出力光の光軸が、レンズ５ｂの凸面中心から約２５μｍだけ光モニタデバイス１外側方向にずれて配置されるようになる。
【００２５】
アレイレンズ５から一定距離だけ離れた位置には、図２に示したケース９に支持されるガラスなどの透明基板６ａ上に形成されて、入力光の一部を透過しその残りを出力光として反射するカプラ膜６が配置されている。このようなカプラ膜６としては、一定の反射率となるように形成された誘電体多層膜を用いることができる。このカプラ膜６とアレイレンズ５とは、上段のレンズ５ａを介して入射する入力光の一部をカプラ膜６で反射し、カプラ膜６で反射された出力光がそのレンズ５ａに隣接する下段のレンズ５ｂに入射するよう、カプラ膜６の位置で焦点が結ばれる距離に配置されている。ここでは、カプラ膜６は、アレイレンズ５の端面から約５ｍｍ離れた位置に配置されている。なお、この第１の実施の形態の光モニタデバイス１では、アレイレンズ５とカプラ膜６の間の光の伝搬領域は空気になっている。
【００２６】
また、レンズ５ａを介してカプラ膜６に入射する入力光のうち、カプラ膜６を透過する光（透過光）の各光軸上には、その光が受光部に入射するようにして受光素子が配置されている。ここでは、受光素子として、表面入射型ＰＤ素子７を配置している。この表面入射型ＰＤ素子７は、前述した１２個のレンズ５ａと同様に、ＰＤサブマウント８上にアレイ状に一列に配置されている。したがって、表面入射型ＰＤ素子７の受光部同士の間隔は、約２５０μｍとなる。表面入射型ＰＤ素子７は、あらかじめＰＤサブマウント８上の所定の位置に配列され、検出結果を伝達すべき他の部品に接続される電気端子１０に配線されている。ただし、電気端子１０は、図１ではその図示を省略している。
【００２７】
ここで、光モニタデバイスに用いられるＰＤ素子の電極構造に関し、図３および図４を参照して説明する。図３はＰＤサブマウントの両面を使ってＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。また、図４はＰＤサブマウントの片面にのみＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。ただし、図３および図４においては、その機能が同一の要素については同一の符号を付している。
【００２８】
まず、ＰＤ素子１１は、ＰＤサブマウント１２上の所定の位置に、例えばエポキシ系の光学接着剤などで貼り付けられて配列される。ＰＤサブマウント１２の両面を用いてＰＤ素子１１の電極が形成される場合には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＤ素子１１上面に、受光部１１ａを除いてこれを取り囲むように、第１の電極としてＰ電極１３が形成される。このＰ電極１３は、Ａｕワイヤ１４ａで電気端子１５に引き出される。一方、ＰＤサブマウント１２の背面側には、図３（ｃ）に示すように、各ＰＤ素子１１に対応する位置に受光部１１ａ領域を除いて、第２の電極としてＮ電極１６が形成される。さらに、ＰＤサブマウント１２上のＰＤ素子１１が配列されている側には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、Ａｕワイヤ１４ｂで引き出されたＮ電極ＣＯＭ端子１７が形成される。
【００２９】
また、ＰＤサブマウント１２の片面にのみＰＤ素子１１の電極が形成される場合には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＤ素子１１上面に、受光部１１ａを除いてこれを取り囲むようにＰ電極１３が形成され、さらに、このＰ電極１３を取り囲むようにＮ電極１６が形成される。Ｐ電極１３とＮ電極１６は、それぞれＡｕワイヤ１４ａ，１４ｂで電気端子１５に引き出される。よって、この場合、ＰＤ素子１１が配列されていないＰＤサブマウント１２の背面側には、図４（ｃ）に示すように、電極が形成されない構造となる。
【００３０】
なお、この図３および図４に示すＰＤ素子１１は、表面入射型、裏面入射型のいずれであってもよく、本発明の光モニタデバイスにおいては、その構成に応じて上記電極構造を適当に選択することができる。
【００３１】
以上のような構成を有する光モニタデバイス１において、入力ポート２に入った入力光は、入力ファイバ２ａ先端から出射されると、入出力ファイバ間ギャップが入出力レンズ間ギャップより大きいことで、レンズ５ａの凸面中心より外側の位置に入射する。この位置に入射した入力光は屈折してその進行方向が曲げられ、一定の入射角でカプラ膜６に入射する。この入力光の一部はカプラ膜６を透過し、残りはカプラ膜６で反射されて出力光となる。
【００３２】
入力光の入射角に相当する反射角で反射される出力光は、入力光が出射された上段のレンズ５ａに隣接する下段のレンズ５ｂ平面に対し一定の入射角で入射する。このとき、レンズ５ｂに入射した出力光は、レンズ５ｂの凸面側を、その凸面中心より外側の位置から出射するため、その際にその進行方向が曲げられて出力ファイバ３ａに結合するようになる。
【００３３】
一方、カプラ膜６を透過した透過光は、その光軸上に配置された表面入射型ＰＤ素子７に入射し、ここで光電変換される。得られた電気信号（電流値）は、ＰＤサブマウント８の電気端子１０を介して、他のそれぞれの部品に伝達されるようになる。
【００３４】
このように、光モニタデバイス１では、入力ポート２に入って各入力ファイバ２ａから出射するそれぞれの入力光を、一面のカプラ膜６によって精度良く反射し、それぞれ対応する各出力ファイバ３ａに結合して、入力ポート２と同じ側に配置した出力ポート３へ出力する、反射折り返し構造が実現されている。これを実現するために、入出力レンズ間ギャップ、入出力ファイバ間ギャップ、およびアレイレンズ５とカプラ膜６との距離など、光モニタデバイス１を構成する各構成部材の配置が最適に設定され、光路が調整されている。
【００３５】
以上のように、第１の実施の形態の光モニタデバイス１は、その一方の側に多芯テープファイバを上段、下段に配置し、他方の側に向かってアレイレンズ５や表面入射型ＰＤ素子７といった構成部材をアレイ化して配置した構造としている。その際、表面入射型ＰＤ素子７の手前に一面のカプラ膜６を配置することにより、各入力光をそれぞれ反射して折り返し出力するようにしている。このような反射折り返し構造により、光モニタデバイス１を小型化することができるようになる。また、光モニタデバイス１に用いる多芯テープファイバやアレイレンズ５には、一般に既に市販されているような標準的な部材を用いることが可能である。その結果、この光モニタデバイス１は、ｃｈ当たりの単価が従来の光モニタデバイスに比べて大幅に低減可能となり、光モニタデバイス１を低コストで実現することができる。
【００３６】
なお、上記の例では、入出力レンズ間ギャップを約２５０μｍとし、入出力ファイバ間ギャップを約３００μｍとして光モニタデバイス１を構成した場合について述べたが、入出力レンズ間ギャップの値はこれに限定されるものではない。上記の例と同様の光学系を実現することができれば、入出力レンズ間ギャップや入出力ファイバ間ギャップ、あるいはアレイレンズ５からカプラ膜６までの距離などを適当に変更することができる。
【００３７】
また、上記の例では、２本の１２芯テープファイバを上段、下段の２段に対向配置した構成としたが、２４芯のテープファイバであって上段、下段にそれぞれ１２芯ずつ配置されている一般に入手可能な多芯テープファイバを用いることも可能である。また、２４本の個別のファイバを上記のようにアレイ状に配置して用いることも勿論可能である。
【００３８】
次に、第２の実施の形態について説明する。図５は第２の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図５では、図２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００３９】
この図５に示す第２の実施の形態の光モニタデバイス２０は、図２に示した透明基板６ａの役割を兼ねた透明なガラスなどのＰＤサブマウント２１の、一方の面側にカプラ膜６が形成され、他方の面側に受光素子として裏面入射型ＰＤ素子２２がアレイ状に配置されている点で、第１の実施の形態の光モニタデバイス１と相違する。この場合、図示しないが、裏面入射型ＰＤ素子２２は、その上面に直接形成されている電極が、あるいはその電極のほかＡｕワイヤを含む全体が、公知のモールド樹脂などを用いて封止される。その他の構成は、第１の実施の形態の光モニタデバイス１と同じである。
【００４０】
光モニタデバイス２０では、上記図２の表面入射型ＰＤ素子７の場合と同様、裏面入射型ＰＤ素子２２が、ＰＤサブマウント２１のカプラ膜６の形成面と反対側の面上であってカプラ膜６を透過する透過光の各光軸上に、アレイ状に一列に配置されている。この場合、裏面入射型ＰＤ素子２２の電極は、上記図４に示したような構造とすればよい。裏面入射型ＰＤ素子２２を用いた光モニタデバイス２０では、カプラ膜６を透過した透過光が、ＰＤサブマウント２１を透過してその光軸上にある裏面入射型ＰＤ素子２２の受光部に入射し、その光の強度が検出される。
【００４１】
このように、ＰＤサブマウント２１上にカプラ膜６と裏面入射型ＰＤ素子２２をそれぞれ配置することにより、光モニタデバイス２０の構成を単純化することができるとともに、表面入射型ＰＤ素子を用いる場合に比べて更なる小型化を図れる。
【００４２】
次に、第３の実施の形態について説明する。図６は第３の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図６では、図２および図５に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００４３】
この図６に示す第３の実施の形態の光モニタデバイス３０は、図５に示したケース９に代えて、アレイレンズ５と、一方の面側にカプラ膜６を形成したＰＤサブマウント２１とを、接着などの方法を用いて、透明部材３１に密着させて固定している点で、第２の実施の形態の光モニタデバイス２０と相違する。透明部材３１としては、例えばアレイレンズ５と同一または類似の物理的性質を有する透明な固体媒質が用いられる。その他の構成および動作原理は、第２の実施の形態の光モニタデバイス２０と同じである。
【００４４】
このような透明部材３１を用いた光モニタデバイス３０では、レンズ５ａを出た光は、カプラ膜６に達するまで、透明部材３１内を伝搬する。そのため、アレイレンズ５とカプラ膜６との間の領域で、光が空気中を伝搬することがなくなり、反射減衰量特性を向上させることができる。さらに、この領域では、ごみなどにより光路が遮断されることがなく、安定な光学系を実現できる。
【００４５】
なお、この第３の実施の形態の光モニタデバイス３０においては、カプラ膜６をＰＤサブマウント２１上に形成した場合について述べたが、このカプラ膜６は、透明部材３１端面側に形成し、カプラ膜６と透明部材３１とを一体に構成してもよい。また、ここでは裏面入射型ＰＤ素子２２を用いた場合について述べたが、表面入射型ＰＤ素子を用いた場合であっても、この第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同様に、透明部材を用いた構成とすることができる。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、ケース９に代えて、アレイレンズ５とカプラ膜６との間に、透明部材を配置する構成とすればよい。これにより、反射減衰量特性の向上や光路遮断防止など、上記の効果と同様の効果が得られるようになる。
【００４６】
次に、第４の実施の形態について説明する。図７は第４の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図７では、図２、図５および図６に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００４７】
この図７に示す第４の実施の形態の光モニタデバイス４０は、アレイレンズ５とカプラ膜６との間、およびカプラ膜６とＰＤサブマウント２１との間が、透明部材３１，４１でそれぞれ構成されている点で、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と相違する。透明部材４１には、例えばアレイレンズ５と同一または類似の物理的性質を有する透明な固体媒質が用いられる。透明部材４１の一方の面側にはカプラ膜６が蒸着により形成され、他方の面側にはＰＤサブマウント２１が接着などの方法を用いて密着して固定されている。透明部材４１は、カプラ膜６の形成面側でもう一方の透明部材３１に接着などの方法を用いて密着して固定されている。その他の構成は、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同じである。
【００４８】
このような構成の光モニタデバイス４０では、入力ファイバ２ａからレンズ５ａを介して出射された入力光は、透明部材３１内を伝搬してカプラ膜６に達すると、ここで一部がカプラ膜６を透過し、残りは出力光として反射される。カプラ膜６の透過光は、更に透明部材４１内を伝搬し、裏面入射型ＰＤ素子２２に入射し、検出される。また、出力光は、透明部材３１内を伝搬し、レンズ５ｂを介して出力ファイバ３ａに結合される。
【００４９】
ここで、出力ポート３に光が入り、その光が出力ファイバ３ａから出射されるという状況を想定する。この場合、出力ファイバ３ａからレンズ５ｂを介して出射された光は、透明部材３１内を伝搬してカプラ膜６で反射されるとともに、カプラ膜６に入射した光の一部はこれを透過して、更に透明部材４１内を伝搬する。しかし、この光モニタデバイス４０では、透明部材４１内を伝搬する光の進行方向の長さをある一定値以上とすれば、出力ファイバ３ａから出射されてカプラ膜６を透過した光の光軸上に裏面入射型ＰＤ素子２２が存在しないようになる。その結果、出力ポート３から入ってきた光の強度が検出されてしまうことがなくなる。このように、２つの透明部材３１，４１の間にカプラ膜６を配置することで、カプラ膜６から裏面入射型ＰＤ素子２２までの距離が大きくなり、カプラ膜６を透過する光のうち、入力ポート２からの光のみを選別して検出することができるようになる。これにより、ディレクティビティー特性の優れた光モニタデバイス４０を実現することができる。
【００５０】
なお、この第４の実施の形態の光モニタデバイス４０においては、透明部材４１にＰＤサブマウント２１を密着させて固定した構成としたが、上記図４に示した方法を例に、透明部材４１に直接裏面入射型ＰＤ素子２２およびそれに付随する電極構造を形成するようにしてもよい。また、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第４の実施の形態の光モニタデバイス４０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、適当なサイズとしたケース９の内部を、２つの透明部材の間にカプラ膜６を設けてその後段に表面入射型ＰＤ素子７を配列したＰＤサブマウント８を配置する構成とすればよい。これにより、上記の効果と同様の効果が得られるようになる。
【００５１】
次に、第５の実施の形態について説明する。図８は第５の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図８では、図２、図５および図６に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５２】
この図８に示す第５の実施の形態の光モニタデバイス５０は、図６に示した透明部材３１に代えて、厚みを増して透明部材３１と同程度の厚みとなるように形成したアレイレンズ５１を備えている。このアレイレンズ５１の端面にカプラ膜６が形成され、カプラ膜６の形成面にＰＤサブマウント２１が接着などの方法を用いて密着して固定されている。第５の実施の形態の光モニタデバイス５０は、これらの点で、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と相違する。この場合、アレイレンズ５１に形成されているレンズ５１ａ，５１ｂの向きは、上記光モニタデバイス１，２０，３０，４０などと逆向きとなるが、アレイレンズ５１の厚みを増すことにより、光モニタデバイス１などのアレイレンズ５と同様の機能を持たせることができる。その他の構成および動作原理は、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同じである。すなわち、アレイレンズ５１に形成されているレンズ５１ａ，５１ｂとカプラ膜６との間では、光は、図６に示した透明部材３１の場合と同様、アレイレンズ５１内を伝搬する。このように、アレイレンズ５１に、図６に示した透明部材３１の役割を果たさせるようにすることで、光モニタデバイス５０の部品点数を減らし、その構成をより簡略化することができる。
【００５３】
なお、第５の実施の形態の光モニタデバイス５０において、ここではアレイレンズ５１にカプラ膜６を形成するようにしたが、ＰＤサブマウント２１の一方の面側にカプラ膜６を形成しておき、これをアレイレンズ５１に密着して配置するように構成してもよい。また、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第５の実施の形態の光モニタデバイス５０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、ケース９内部をカプラ膜６に達する形状のアレイレンズで構成すればよい。
【００５４】
次に、第６の実施の形態について説明する。図９は第６の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図９では、図２、図５および図６に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５５】
この図９に示す第６の実施の形態の光モニタデバイス６０は、アレイレンズ５に、例えばイットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）結晶などの複屈折結晶６１が接着などの方法を用いて密着して配置されている。さらに、この複屈折結晶６１とＰＤサブマウント２１との間に、それぞれに密着した透明部材６２が配置されている。この透明部材６２には、例えばアレイレンズ５と同一または類似の物理的性質を有する透明な固体媒質が用いられる。この光モニタデバイス６０では、ＰＤサブマウント２１に、例えば図５に示したカプラ膜６に相当するものは形成されず、その一方の面側に裏面入射型ＰＤ素子２２が上段、下段の２段で計２４個配置されている。さらに、この光モニタデバイス６０においては、例えば図５に示した出力ポート３および出力ファイバ３ａ、それに対応するレンズ５ｂに相当するものは形成されていない。この第６の実施の形態の光モニタデバイス６０は、これらの点で第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と相違し、その他の構成は、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同じである。
【００５６】
このような構成の光モニタデバイス６０では、入力ファイバ２ａからレンズ５ａを介して複屈折結晶６１内に進入して伝搬する入力光は、これが偏波の異なる光である場合には、それぞれの光軸にずれが生じ、常光線と異常光線に分離されるようになる。この光軸のずれ幅は、複屈折結晶６１の厚さに比例し、例えば上記のＹＶＯ４結晶では、結晶厚さの約１０分の１のずれ幅が生じるようになる。そのため、例えば、ＹＶＯ４結晶からなる複屈折結晶６１の場合、その厚さを５ｍｍにすれば、常光線と異常光線の光軸のずれ幅は５００μｍとなる。このような光軸のずれ幅に合わせて、複屈折結晶６１通過後のそれぞれの光軸上に計２４個の裏面入射型ＰＤ素子２２がアレイ状に配置されている。これにより、偏波の異なる光の強度をそれぞれ検出する偏波モニタとして機能する光モニタデバイス６０を実現することができる。
【００５７】
なお、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第６の実施の形態の光モニタデバイス６０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、カプラ膜６を形成することなく、ケース９内部を複屈折結晶および透明部材により構成する。そして、常光線と異常光線の各光軸上に表面入射型ＰＤ素子７をアレイ状に配置した構成とすればよい。
【００５８】
次に、第７の実施の形態について説明する。図１０は第７の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図１０では、図２、図５、図６および図９に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５９】
この図１０に示す第７の実施の形態の光モニタデバイス７０では、ＰＤサブマウント２１の一方の面にカプラ膜６が形成されている。また、第１，第２の出力ポート７１，７２および第１，第２の出力ファイバ７１ａ，７２ａを備え、アレイレンズ５には、第１，第２の出力ファイバ７１ａ，７２ａに対応する位置にそれぞれレンズ５ｂ，５ｃが形成されている。この光モニタデバイス７０は、これらの点で第６の実施の形態の光モニタデバイス６０と相違し、その他の構成は第６の実施の形態の光モニタデバイス６０と同じである。
【００６０】
この光モニタデバイス７０では、入力ファイバ２ａからレンズ５ａを介して複屈折結晶６１内に進入して伝搬する光が、これが偏波の異なる光である場合には、常光線と異常光線に分離される。さらに、複屈折結晶６１によって分離された常光線と異常光線が、カプラ膜６でそれぞれ反射され、常光線の反射光はレンズ５ｂを介して第１の出力ファイバ７１ａに結合され、異常光線の反射光はレンズ５ｃを介して第２の出力ファイバ７２ａに結合されるようになっている。また、カプラ膜６を透過した常光線の一部と異常光線の一部とは、それぞれの光軸上に配置された裏面入射型ＰＤ素子２２に入射し、その強度が検出される。これにより、偏波の異なる光の強度検出機能に加え、偏波分離が可能な光モニタデバイス７０を実現することができる。
【００６１】
なお、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第７の実施の形態の光モニタデバイス７０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、まず、上記第２の出力ポート７２および第２の出力ファイバ７２ａに相当する出力ポートおよび出力ファイバを追加して形成する。そして、ケース９内部を複屈折結晶により構成し、常光線と異常光線の各光軸上に表面入射型ＰＤ素子７をアレイ状に配置した構成とすればよい。
【００６２】
また、以上の第１〜第７の実施の形態の光モニタデバイス１，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、パッケージに収納される。図１１はパッケージ収納時の一例を示す図であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。例えば光モニタデバイス３０を収納する場合、光モニタデバイス３０は、図６に示した裏面入射型ＰＤ素子２２部分を封止された後、そのほぼ全体が、金属材料またはプラスチック材料を用いて形成されたパッケージ８０に収納される。このパッケージ８０に用いられる金属材料には、アルミニウムなど、種々の金属材料を用いることができる。また、プラスチック材料としては、例えばエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などを用いることができる。パッケージ８０からは、図６に示した入出力ポート２，３を適当なプラスチック材料を用いて１本にまとめたテープファイバ８１、および電気端子１０が外部に引き出される。パッケージ８０の寸法は、例えば、長さ約１８ｍｍ、幅約８ｍｍ、高さ約５ｍｍとすることができる。他の光モニタデバイス１，２０，４０，５０，６０，７０も同様の形態で収納される。これらは、最終的にプリント基板などに実装され、光伝送装置などで利用することができる。
【００６３】
（付記１） ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、
前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、
前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜と、
前記カプラ膜を透過する光の光軸上に配置された受光素子と、
を有することを特徴とする光モニタデバイス。
【００６４】
（付記２） 前記ファイバから前記レンズに光が入射するときの前記レンズ表面における入射位置および前記ファイバに前記レンズから光が出射するときの前記レンズ表面における出射位置によって、前記カプラ膜に入射し反射する光の光路が調整されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６５】
（付記３） 前記受光素子は、前記カプラ膜が形成される部材と一定の間隔を設けて配置された表面入射型フォトダイオード素子であることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６６】
（付記４） 前記受光素子は、前記カプラ膜が形成された部材の前記カプラ膜形成面側と反対の側に配置された裏面入射型フォトダイオード素子であることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６７】
（付記５） 樹脂を用いて前記裏面入射型フォトダイオード素子を封止していることを特徴とする付記４記載の光モニタデバイス。
（付記６） 前記レンズと前記カプラ膜との間の光の伝搬領域が透明部材によって構成されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６８】
（付記７） 前記カプラ膜は、前記透明部材に一体に形成されていることを特徴とする付記６記載の光モニタデバイス。
（付記８） 前記カプラ膜から前記受光素子までの距離を変化させて、前記カプラ膜を透過する光のうち前記受光素子で受光する光を選別できるようにしたことを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６９】
（付記９） 前記レンズが一方の面側に形成されているアレイレンズの他方の面側に前記カプラ膜を形成し、光が前記アレイレンズ内を伝搬するようにしたことを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００７０】
（付記１０） ファイバを伝搬する偏波の異なる光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、
前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、
前記レンズを介して進入する光を伝搬して常光線と異常光線とに分離する複屈折結晶と、
前記複屈折結晶を伝搬する前記常光線の光軸上と前記異常光線の光軸上にそれぞれ配置された受光素子と、
を有することを特徴とする光モニタデバイス。
【００７１】
（付記１１） 前記複屈折結晶と前記受光素子との間に配置されて、前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜を有していることを特徴とする付記１０記載の光モニタデバイス。
【００７２】
（付記１２） 前記受光素子はサブマウントの一方の面側に実装され、前記受光素子上に第１の電極が形成され、前記サブマウントの他方の面側に第２の電極が形成されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００７３】
（付記１３） 前記受光素子はサブマウントの一方の面側に実装され、前記受光素子上に第１の電極と第２の電極とが形成されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、複数のファイバおよびレンズをアレイ状に配置し、任意の一のレンズを介して入射する光のうち、カプラ膜を透過する光は受光素子で検出し、カプラ膜を透過しない残りの光は他のレンズへ反射する構成にした。これにより、複数の入力光のモニタが可能であるとともに、これら複数の入力光を一面のカプラ膜によって精度良く反射してそれぞれ出力する反射折り返し構造が実現され、小型の光モニタデバイスが得られる。
【００７５】
さらに、本発明の光モニタデバイスでは、その構成部材に、一般的に入手可能なものを多く利用することが可能であり、光モニタデバイスの低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を示す要部側面図である。
【図３】ＰＤサブマウントの両面を使ってＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。
【図４】ＰＤサブマウントの片面にのみＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。
【図５】第２の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図６】第３の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図７】第４の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図８】第５の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図９】第６の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図１０】第７の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図１１】パッケージ収納時の一例を示す図であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１２】小型ＰＤモジュールを整列させた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１３】導波路を用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１４】カプラを用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０，５０，６０，７０ 光モニタデバイス
２ 入力ポート
２ａ 入力ファイバ
３，７１，７２ 出力ポート
３ａ，７１ａ，７２ａ 出力ファイバ
４ ファイバ整列部材
５，５１ アレイレンズ
５ａ，５ｂ，５ｃ，５１ａ，５１ｂ レンズ
６ カプラ膜
６ａ 透明基板
７ 表面入射型ＰＤ素子
８，１２，２１ ＰＤサブマウント
９ ケース
１０，１５ 電気端子
１１ ＰＤ素子
１１ａ 受光部
１３ Ｐ電極
１４ａ，１４ｂ Ａｕワイヤ
１６ Ｎ電極
１７ Ｎ電極ＣＯＭ端子
２２ 裏面入射型ＰＤ素子
３１，４１，６２ 透明部材
６１ 複屈折結晶
８０ パッケージ
８１ テープファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は光モニタデバイスに関し、特に光伝送装置などにあって光の強度や偏波などを検出しその検出結果を他の部品にフィードバックするための光モニタデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットトラフィックの増大に伴い、光通信システムにおいては光通信容量を増大することが強く求められている。これを実現するため、ビットレートの増大や波長多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ，以下「ＷＤＭ」と記す。）方式による光通信容量の増大などが検討されており、それに伴い、これらの方法や方式を取り入れた光通信システムを円滑に運用するための光デバイスの開発が急がれている。例えば、ＷＤＭ伝送装置においては、光の強度や偏波などを検出し、そのＷＤＭ伝送装置を構成する他の個々の部品に、その検出結果をフィードバックする機能を有する光モニタデバイスが必要である。
【０００３】
現在は、個別のフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ，以下「ＰＤ」と記す。）素子を個々の部品の前段あるいは後段に配置し、モニタ機能を実現しているものが多い。しかしながら、上記のようなＷＤＭ伝送装置においては、取り扱う波長の数、すなわちチャネル（以下「ｃｈ」と記す。）数が増大するにつれ、個々の部品についてＰＤ素子を配置する構成では、実装スペースや価格の面で課題が残る。そのため、近年では、その構成部品や構成部材をアレイ型に配置した光モニタデバイスの開発が活発になっており、例えば、以下の図１２から図１４に示すような構成としたものなどが提案されている。
【０００４】
図１２は小型ＰＤモジュールを整列させた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。この図１２に示す光モニタデバイス１００は、ＰＤ素子を内蔵する小型ＰＤモジュール１０１が、パッケージ１０２内に配列された構造を有している。各小型ＰＤモジュール１０１には、一方の側から入力ポート１０３および出力ポート１０４が接続されている。さらに、各小型ＰＤモジュール１０１には、他の個々の部品に電気的に接続される電気端子１０５が形成されており、各電気端子１０５はパッケージ１０２外部にそれぞれ引き出されている。このような構成の光モニタデバイス１００においては、入力ポート１０３からの光の一部が、ハーフミラーとして機能する図示しない反射板などを透過し、小型ＰＤモジュール１０１内のＰＤ素子で光電変換される。得られた電気信号は、電気端子１０５からその小型ＰＤモジュール１０１に接続されている所定の部品にフィードバックされる。入力ポート１０３からの光のうち反射板を透過しなかった残りの光は、ここで反射され、出力ポート１０４から出力される。
【０００５】
ここで示したような小型ＰＤモジュールとしては、入力光を増幅し、増幅された信号光を光分岐してＰＤ素子によってモニタするようにした構成などに関し、従来いくつかの提案がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
また、図１３は導波路を用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。この図１３に示す光モニタデバイス２００は、パッケージ２０１内に導波路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ，以下「ＰＬＣ」と記す。）２０２を有している。そして、このＰＬＣ２０２を挟んで対向する２本のテープファイバをそれぞれ入力ポート２０３、出力ポート２０４としている。ＰＬＣ２０２内にはＰＤ素子２０５が配置されており、また、パッケージ２０１外には電気端子２０６が引き出されている。このような構成の光モニタデバイス２００では、ＰＬＣ２０２内を伝搬する光の一部がＰＤ素子２０５で検出されるようになっている。
【０００７】
図１４はカプラを用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。この図１４に示す光モニタデバイス３００は、パッケージ３０１内でファイバ固定ブロック３０２によってテープファイバがそれぞれ固定された、対向する入力ポート３０３および出力ポート３０４を有している。入力ポート３０３と出力ポート３０４の間には、レンズ３０５ａ，３０５ｂ、カプラ３０６およびＰＤ素子３０７が配置されており、また、パッケージ３０１外には電気端子３０８が引き出されている。このような構成の光モニタデバイス３００では、入力ポート３０３からの光をレンズ３０５ａで集光させ、カプラ３０６による反射を利用して、一部をＰＤ素子３０７で検出し、残りをレンズ３０５ｂで集光させて出力ポート３０４から出力するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−６４０２１号公報
【特許文献２】
特開平７−３０１７６３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のような配置構成とした光モニタデバイスにおいては、まだ以下に示すような課題があるといえる。
【００１０】
まず、個々の小型ＰＤモジュールをアレイ状に配置した光モニタデバイスの場合には、ｃｈごとに１個の小型ＰＤモジュールが配列され、その個数が増加すればコストは高くなり、また、光モニタデバイスの小型化にはなお限界がある。また、ＰＬＣを用いた光モニタデバイスの場合には、ＰＬＣにおける漏れ光により、ｃｈ間のクロストークが確保できない場合がある。さらに、ファイバを対向させて構成する場合には、光モニタデバイスの両端からファイバが延びるため、その実装スペースが問題となる場合がある。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストで作製することができ、かつ、精度良く光を検出することのできる小型の光モニタデバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示する構成によって実現可能な光モニタデバイスが提供される。本発明の光モニタデバイスは、ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜と、前記カプラ膜を透過する光の光軸上に配置された受光素子と、を有することを特徴とする。
【００１３】
図１に例示する光モニタデバイス１によれば、入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａがアレイ状に配置され、入力ファイバ２ａから出射する光の光軸上および出力ファイバ３ａに入射する光の光軸上にそれぞれレンズ５ａ，５ｂが配置される。したがって、レンズ５ａ，５ｂは、各入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａの配置に対応してアレイ状に配置される。入力ファイバ２ａから出射される入力光は、レンズ５ａを介してカプラ膜６に入射し、ここで一部は透過し、残りは出力光として反射される。カプラ膜６の透過光は、その光軸上に配置された例えば表面入射型ＰＤ素子７などの受光素子に入射してその強度が検出される。一方、出力光は、レンズ５ａとは異なる他のレンズ５ｂに入射され、これに対応する出力ファイバ３ａに結合されるようになる。
【００１４】
このように、各入力ファイバ２ａから出射するそれぞれの入力光が、一面のカプラ膜６によって反射され出力されるようにした反射折り返し構造により、小型の光モニタデバイス１が実現される。さらに、このような光モニタデバイス１では、例えば多芯テープファイバなど、一般に入手可能な部材を利用することができ、これにより、低コスト化が図られる。
【００１５】
このようなカプラ膜６への入射、反射の光路は、例えば、入力ファイバ２ａからレンズ５ａに光が入射するときのレンズ５ａ表面における入射位置、および出力ファイバ３ａにレンズ５ｂから光が出射するときのレンズ５ｂ表面における出射位置を変化させることによって、調整することができる。これは、光が入射する位置、出射する位置に応じてレンズ５ａ，５ｂでの光の屈折角度が変化するためである。したがって、アレイ状に配置する入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａと、レンズ５ａ，５ｂとを適当に配置することによっても、光モニタデバイス１の小型化が図られるようになる。
【００１６】
また、このような光モニタデバイスにおいては、例えば、レンズとカプラ膜との間の光の伝搬領域を、透明部材によって構成すれば、この領域を伝搬する光は空気中を伝搬することがなくなり、反射減衰量特性が向上する。さらに、ごみなどによる光路の遮断も抑制されるようになる。また、このような光モニタデバイスにおいては、例えば、カプラ膜から受光素子までの距離を変化させれば、カプラ膜を透過する光のうち受光素子で受光する光を選別することも可能になる。
【００１７】
また、本発明では、ファイバを伝搬する偏波の異なる光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上に配置されたレンズと、前記レンズを介して進入する光を伝搬して常光線と異常光線とに分離する複屈折結晶と、前記複屈折結晶を伝搬する前記常光線の光軸上と前記異常光線の光軸上にそれぞれ配置された受光素子と、を有することを特徴とする光モニタデバイスが提供される。
【００１８】
このような光モニタデバイスでは、偏波の異なる光が入力された場合に、複屈折結晶が、その光を常光線と異常光線に分離し、また、受光素子が、常光線と異常光線のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されている。これにより、この光モニタデバイスは、常光線と異常光線のそれぞれの強度を検出することのできる偏波モニタとして機能する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部斜視図、図２は第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を示す要部側面図である。
【００２０】
この図１および図２に示す光モニタデバイス１は、入力ポート２、出力ポート３、ファイバ整列部材４、アレイレンズ５、カプラ膜６、表面入射型ＰＤ素子７およびＰＤサブマウント８を有している。アレイレンズ５からＰＤサブマウントの間は、図１では図示を省略しているが、図２に示すようにケース９によって外部から保護されている。
【００２１】
この光モニタデバイス１における入力ポート２および出力ポート３には、それぞれ多芯テープファイバが用いられている。多芯テープファイバとしては、例えば、１２ｃｈの光の入出力が可能な１２芯の一般的な多芯テープファイバを用いることができる。ここでは、このような１２芯の多芯テープファイバとして、入力ファイバ２ａ間のピッチ、出力ファイバ３ａ間のピッチがそれぞれ約２５０μｍのものを用いている。入力ポート２および出力ポート３は、図１および図２に示すように、互いのテープ面側を対向させ、ファイバ整列部材４に例えばエポキシ系の光学接着剤を用いて上段、下段の２段にそれぞれ固定されている。入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａは、その先端がファイバ整列部材４の端面まで貫通するように、ファイバ整列部材４内に固定配置されている。
【００２２】
ファイバ整列部材４には、入力ファイバ２ａおよび出力ファイバ３ａの先端側の端面に、光学接着剤を用いた接着などの方法により、アレイレンズ５が密着して配置されている。アレイレンズ５には、入力ポート２から入ってくる光（入力光）が入力ファイバ２ａ先端から出射するときの各光軸上と、出力ファイバ３ａ先端に入射して出力ポートから出て行く光（出力光）の各光軸上とに、それぞれレンズ５ａ，５ｂが形成されている。すなわち、このアレイレンズ５には、各入力ファイバ２ａに対応して上段に一列に並んだ１２個のレンズ５ａと、各出力ファイバ３ａに対応して下段に一列に並んだ１２個のレンズ５ｂとの、計２４個のレンズ５ａ，５ｂがアレイ状に形成されている。
【００２３】
このようにアレイ状に配置されたレンズ５ａ，５ｂは、通常、例えばガラスなどのレンズ母材に対し、イオン交換などの方法により、レンズ形成領域のみを所定の組成に変化させることによってコリメートレンズや集光レンズとして形成される。ここでは、レンズ５ａ，５ｂは、ファイバ整列部材４側を凸面としその反対側を平面とした半球状のコリメートレンズであり、その平面の直径を約２５０μｍとして、各レンズ５ａ，５ｂが互いに隣接して形成されている。この場合、隣接するレンズ５ａ同士、レンズ５ｂ同士の平面の中心間距離はそれぞれ約２５０μｍとなり、隣接するレンズ５ａとレンズ５ｂの平面の中心間距離（以下「入出力レンズ間ギャップ」という。）も約２５０μｍとなる。
【００２４】
このようにアレイレンズ５の入出力レンズ間ギャップを約２５０μｍとした場合には、図１または図２中、ある入力ファイバ２ａとその直下に配置される出力ファイバ３ａとの間の距離（以下「入出力ファイバ間ギャップ」という。）を、例えば約３００μｍというように、入出力レンズ間ギャップよりも大きくする。このとき、入力ファイバ２ａは、レンズ５ａに入射する入力光の光軸が、レンズ５ａの凸面中心から約２５μｍだけ光モニタデバイス１外側方向にずれて配置されるようになる。さらに、出力ファイバ３ａは、これに入射する出力光の光軸が、レンズ５ｂの凸面中心から約２５μｍだけ光モニタデバイス１外側方向にずれて配置されるようになる。
【００２５】
アレイレンズ５から一定距離だけ離れた位置には、図２に示したケース９に支持されるガラスなどの透明基板６ａ上に形成されて、入力光の一部を透過しその残りを出力光として反射するカプラ膜６が配置されている。このようなカプラ膜６としては、一定の反射率となるように形成された誘電体多層膜を用いることができる。このカプラ膜６とアレイレンズ５とは、上段のレンズ５ａを介して入射する入力光の一部をカプラ膜６で反射し、カプラ膜６で反射された出力光がそのレンズ５ａに隣接する下段のレンズ５ｂに入射するよう、カプラ膜６の位置で焦点が結ばれる距離に配置されている。ここでは、カプラ膜６は、アレイレンズ５の端面から約５ｍｍ離れた位置に配置されている。なお、この第１の実施の形態の光モニタデバイス１では、アレイレンズ５とカプラ膜６の間の光の伝搬領域は空気になっている。
【００２６】
また、レンズ５ａを介してカプラ膜６に入射する入力光のうち、カプラ膜６を透過する光（透過光）の各光軸上には、その光が受光部に入射するようにして受光素子が配置されている。ここでは、受光素子として、表面入射型ＰＤ素子７を配置している。この表面入射型ＰＤ素子７は、前述した１２個のレンズ５ａと同様に、ＰＤサブマウント８上にアレイ状に一列に配置されている。したがって、表面入射型ＰＤ素子７の受光部同士の間隔は、約２５０μｍとなる。表面入射型ＰＤ素子７は、あらかじめＰＤサブマウント８上の所定の位置に配列され、検出結果を伝達すべき他の部品に接続される電気端子１０に配線されている。ただし、電気端子１０は、図１ではその図示を省略している。
【００２７】
ここで、光モニタデバイスに用いられるＰＤ素子の電極構造に関し、図３および図４を参照して説明する。図３はＰＤサブマウントの両面を使ってＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。また、図４はＰＤサブマウントの片面にのみＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。ただし、図３および図４においては、その機能が同一の要素については同一の符号を付している。
【００２８】
まず、ＰＤ素子１１は、ＰＤサブマウント１２上の所定の位置に、例えばエポキシ系の光学接着剤などで貼り付けられて配列される。ＰＤサブマウント１２の両面を用いてＰＤ素子１１の電極が形成される場合には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＤ素子１１上面に、受光部１１ａを除いてこれを取り囲むように、第１の電極としてＰ電極１３が形成される。このＰ電極１３は、Ａｕワイヤ１４ａで電気端子１５に引き出される。一方、ＰＤサブマウント１２の背面側には、図３（ｃ）に示すように、各ＰＤ素子１１に対応する位置に受光部１１ａ領域を除いて、第２の電極としてＮ電極１６が形成される。さらに、ＰＤサブマウント１２上のＰＤ素子１１が配列されている側には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、Ａｕワイヤ１４ｂで引き出されたＮ電極ＣＯＭ端子１７が形成される。
【００２９】
また、ＰＤサブマウント１２の片面にのみＰＤ素子１１の電極が形成される場合には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＤ素子１１上面に、受光部１１ａを除いてこれを取り囲むようにＰ電極１３が形成され、さらに、このＰ電極１３を取り囲むようにＮ電極１６が形成される。Ｐ電極１３とＮ電極１６は、それぞれＡｕワイヤ１４ａ，１４ｂで電気端子１５に引き出される。よって、この場合、ＰＤ素子１１が配列されていないＰＤサブマウント１２の背面側には、図４（ｃ）に示すように、電極が形成されない構造となる。
【００３０】
なお、この図３および図４に示すＰＤ素子１１は、表面入射型、裏面入射型のいずれであってもよく、本発明の光モニタデバイスにおいては、その構成に応じて上記電極構造を適当に選択することができる。
【００３１】
以上のような構成を有する光モニタデバイス１において、入力ポート２に入った入力光は、入力ファイバ２ａ先端から出射されると、入出力ファイバ間ギャップが入出力レンズ間ギャップより大きいことで、レンズ５ａの凸面中心より外側の位置に入射する。この位置に入射した入力光は屈折してその進行方向が曲げられ、一定の入射角でカプラ膜６に入射する。この入力光の一部はカプラ膜６を透過し、残りはカプラ膜６で反射されて出力光となる。
【００３２】
入力光の入射角に相当する反射角で反射される出力光は、入力光が出射された上段のレンズ５ａに隣接する下段のレンズ５ｂ平面に対し一定の入射角で入射する。このとき、レンズ５ｂに入射した出力光は、レンズ５ｂの凸面側を、その凸面中心より外側の位置から出射するため、その際にその進行方向が曲げられて出力ファイバ３ａに結合するようになる。
【００３３】
一方、カプラ膜６を透過した透過光は、その光軸上に配置された表面入射型ＰＤ素子７に入射し、ここで光電変換される。得られた電気信号（電流値）は、ＰＤサブマウント８の電気端子１０を介して、他のそれぞれの部品に伝達されるようになる。
【００３４】
このように、光モニタデバイス１では、入力ポート２に入って各入力ファイバ２ａから出射するそれぞれの入力光を、一面のカプラ膜６によって精度良く反射し、それぞれ対応する各出力ファイバ３ａに結合して、入力ポート２と同じ側に配置した出力ポート３へ出力する、反射折り返し構造が実現されている。これを実現するために、入出力レンズ間ギャップ、入出力ファイバ間ギャップ、およびアレイレンズ５とカプラ膜６との距離など、光モニタデバイス１を構成する各構成部材の配置が最適に設定され、光路が調整されている。
【００３５】
以上のように、第１の実施の形態の光モニタデバイス１は、その一方の側に多芯テープファイバを上段、下段に配置し、他方の側に向かってアレイレンズ５や表面入射型ＰＤ素子７といった構成部材をアレイ化して配置した構造としている。その際、表面入射型ＰＤ素子７の手前に一面のカプラ膜６を配置することにより、各入力光をそれぞれ反射して折り返し出力するようにしている。このような反射折り返し構造により、光モニタデバイス１を小型化することができるようになる。また、光モニタデバイス１に用いる多芯テープファイバやアレイレンズ５には、一般に既に市販されているような標準的な部材を用いることが可能である。その結果、この光モニタデバイス１は、ｃｈ当たりの単価が従来の光モニタデバイスに比べて大幅に低減可能となり、光モニタデバイス１を低コストで実現することができる。
【００３６】
なお、上記の例では、入出力レンズ間ギャップを約２５０μｍとし、入出力ファイバ間ギャップを約３００μｍとして光モニタデバイス１を構成した場合について述べたが、入出力レンズ間ギャップの値はこれに限定されるものではない。上記の例と同様の光学系を実現することができれば、入出力レンズ間ギャップや入出力ファイバ間ギャップ、あるいはアレイレンズ５からカプラ膜６までの距離などを適当に変更することができる。
【００３７】
また、上記の例では、２本の１２芯テープファイバを上段、下段の２段に対向配置した構成としたが、２４芯のテープファイバであって上段、下段にそれぞれ１２芯ずつ配置されている一般に入手可能な多芯テープファイバを用いることも可能である。また、２４本の個別のファイバを上記のようにアレイ状に配置して用いることも勿論可能である。
【００３８】
次に、第２の実施の形態について説明する。図５は第２の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図５では、図２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００３９】
この図５に示す第２の実施の形態の光モニタデバイス２０は、図２に示した透明基板６ａの役割を兼ねた透明なガラスなどのＰＤサブマウント２１の、一方の面側にカプラ膜６が形成され、他方の面側に受光素子として裏面入射型ＰＤ素子２２がアレイ状に配置されている点で、第１の実施の形態の光モニタデバイス１と相違する。この場合、図示しないが、裏面入射型ＰＤ素子２２は、その上面に直接形成されている電極が、あるいはその電極のほかＡｕワイヤを含む全体が、公知のモールド樹脂などを用いて封止される。その他の構成は、第１の実施の形態の光モニタデバイス１と同じである。
【００４０】
光モニタデバイス２０では、上記図２の表面入射型ＰＤ素子７の場合と同様、裏面入射型ＰＤ素子２２が、ＰＤサブマウント２１のカプラ膜６の形成面と反対側の面上であってカプラ膜６を透過する透過光の各光軸上に、アレイ状に一列に配置されている。この場合、裏面入射型ＰＤ素子２２の電極は、上記図４に示したような構造とすればよい。裏面入射型ＰＤ素子２２を用いた光モニタデバイス２０では、カプラ膜６を透過した透過光が、ＰＤサブマウント２１を透過してその光軸上にある裏面入射型ＰＤ素子２２の受光部に入射し、その光の強度が検出される。
【００４１】
このように、ＰＤサブマウント２１上にカプラ膜６と裏面入射型ＰＤ素子２２をそれぞれ配置することにより、光モニタデバイス２０の構成を単純化することができるとともに、表面入射型ＰＤ素子を用いる場合に比べて更なる小型化を図れる。
【００４２】
次に、第３の実施の形態について説明する。図６は第３の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図６では、図２および図５に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００４３】
この図６に示す第３の実施の形態の光モニタデバイス３０は、図５に示したケース９に代えて、アレイレンズ５と、一方の面側にカプラ膜６を形成したＰＤサブマウント２１とを、接着などの方法を用いて、透明部材３１に密着させて固定している点で、第２の実施の形態の光モニタデバイス２０と相違する。透明部材３１としては、例えばアレイレンズ５と同一または類似の物理的性質を有する透明な固体媒質が用いられる。その他の構成および動作原理は、第２の実施の形態の光モニタデバイス２０と同じである。
【００４４】
このような透明部材３１を用いた光モニタデバイス３０では、レンズ５ａを出た光は、カプラ膜６に達するまで、透明部材３１内を伝搬する。そのため、アレイレンズ５とカプラ膜６との間の領域で、光が空気中を伝搬することがなくなり、反射減衰量特性を向上させることができる。さらに、この領域では、ごみなどにより光路が遮断されることがなく、安定な光学系を実現できる。
【００４５】
なお、この第３の実施の形態の光モニタデバイス３０においては、カプラ膜６をＰＤサブマウント２１上に形成した場合について述べたが、このカプラ膜６は、透明部材３１端面側に形成し、カプラ膜６と透明部材３１とを一体に構成してもよい。また、ここでは裏面入射型ＰＤ素子２２を用いた場合について述べたが、表面入射型ＰＤ素子を用いた場合であっても、この第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同様に、透明部材を用いた構成とすることができる。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、ケース９に代えて、アレイレンズ５とカプラ膜６との間に、透明部材を配置する構成とすればよい。これにより、反射減衰量特性の向上や光路遮断防止など、上記の効果と同様の効果が得られるようになる。
【００４６】
次に、第４の実施の形態について説明する。図７は第４の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図７では、図２、図５および図６に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００４７】
この図７に示す第４の実施の形態の光モニタデバイス４０は、アレイレンズ５とカプラ膜６との間、およびカプラ膜６とＰＤサブマウント２１との間が、透明部材３１，４１でそれぞれ構成されている点で、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と相違する。透明部材４１には、例えばアレイレンズ５と同一または類似の物理的性質を有する透明な固体媒質が用いられる。透明部材４１の一方の面側にはカプラ膜６が蒸着により形成され、他方の面側にはＰＤサブマウント２１が接着などの方法を用いて密着して固定されている。透明部材４１は、カプラ膜６の形成面側でもう一方の透明部材３１に接着などの方法を用いて密着して固定されている。その他の構成は、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同じである。
【００４８】
このような構成の光モニタデバイス４０では、入力ファイバ２ａからレンズ５ａを介して出射された入力光は、透明部材３１内を伝搬してカプラ膜６に達すると、ここで一部がカプラ膜６を透過し、残りは出力光として反射される。カプラ膜６の透過光は、更に透明部材４１内を伝搬し、裏面入射型ＰＤ素子２２に入射し、検出される。また、出力光は、透明部材３１内を伝搬し、レンズ５ｂを介して出力ファイバ３ａに結合される。
【００４９】
ここで、出力ポート３に光が入り、その光が出力ファイバ３ａから出射されるという状況を想定する。この場合、出力ファイバ３ａからレンズ５ｂを介して出射された光は、透明部材３１内を伝搬してカプラ膜６で反射されるとともに、カプラ膜６に入射した光の一部はこれを透過して、更に透明部材４１内を伝搬する。しかし、この光モニタデバイス４０では、透明部材４１内を伝搬する光の進行方向の長さをある一定値以上とすれば、出力ファイバ３ａから出射されてカプラ膜６を透過した光の光軸上に裏面入射型ＰＤ素子２２が存在しないようになる。その結果、出力ポート３から入ってきた光の強度が検出されてしまうことがなくなる。このように、２つの透明部材３１，４１の間にカプラ膜６を配置することで、カプラ膜６から裏面入射型ＰＤ素子２２までの距離が大きくなり、カプラ膜６を透過する光のうち、入力ポート２からの光のみを選別して検出することができるようになる。これにより、ディレクティビティー特性の優れた光モニタデバイス４０を実現することができる。
【００５０】
なお、この第４の実施の形態の光モニタデバイス４０においては、透明部材４１にＰＤサブマウント２１を密着させて固定した構成としたが、上記図４に示した方法を例に、透明部材４１に直接裏面入射型ＰＤ素子２２およびそれに付随する電極構造を形成するようにしてもよい。また、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第４の実施の形態の光モニタデバイス４０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、適当なサイズとしたケース９の内部を、２つの透明部材の間にカプラ膜６を設けてその後段に表面入射型ＰＤ素子７を配列したＰＤサブマウント８を配置する構成とすればよい。これにより、上記の効果と同様の効果が得られるようになる。
【００５１】
次に、第５の実施の形態について説明する。図８は第５の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図８では、図２、図５および図６に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５２】
この図８に示す第５の実施の形態の光モニタデバイス５０は、図６に示した透明部材３１に代えて、厚みを増して透明部材３１と同程度の厚みとなるように形成したアレイレンズ５１を備えている。このアレイレンズ５１の端面にカプラ膜６が形成され、カプラ膜６の形成面にＰＤサブマウント２１が接着などの方法を用いて密着して固定されている。第５の実施の形態の光モニタデバイス５０は、これらの点で、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と相違する。この場合、アレイレンズ５１に形成されているレンズ５１ａ，５１ｂの向きは、上記光モニタデバイス１，２０，３０，４０などと逆向きとなるが、アレイレンズ５１の厚みを増すことにより、光モニタデバイス１などのアレイレンズ５と同様の機能を持たせることができる。その他の構成および動作原理は、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同じである。すなわち、アレイレンズ５１に形成されているレンズ５１ａ，５１ｂとカプラ膜６との間では、光は、図６に示した透明部材３１の場合と同様、アレイレンズ５１内を伝搬する。このように、アレイレンズ５１に、図６に示した透明部材３１の役割を果たさせるようにすることで、光モニタデバイス５０の部品点数を減らし、その構成をより簡略化することができる。
【００５３】
なお、第５の実施の形態の光モニタデバイス５０において、ここではアレイレンズ５１にカプラ膜６を形成するようにしたが、ＰＤサブマウント２１の一方の面側にカプラ膜６を形成しておき、これをアレイレンズ５１に密着して配置するように構成してもよい。また、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第５の実施の形態の光モニタデバイス５０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、ケース９内部をカプラ膜６に達する形状のアレイレンズで構成すればよい。
【００５４】
次に、第６の実施の形態について説明する。図９は第６の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図９では、図２、図５および図６に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５５】
この図９に示す第６の実施の形態の光モニタデバイス６０は、アレイレンズ５に、例えばイットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）結晶などの複屈折結晶６１が接着などの方法を用いて密着して配置されている。さらに、この複屈折結晶６１とＰＤサブマウント２１との間に、それぞれに密着した透明部材６２が配置されている。この透明部材６２には、例えばアレイレンズ５と同一または類似の物理的性質を有する透明な固体媒質が用いられる。この光モニタデバイス６０では、ＰＤサブマウント２１に、例えば図５に示したカプラ膜６に相当するものは形成されず、その一方の面側に裏面入射型ＰＤ素子２２が上段、下段の２段で計２４個配置されている。さらに、この光モニタデバイス６０においては、例えば図５に示した出力ポート３および出力ファイバ３ａ、それに対応するレンズ５ｂに相当するものは形成されていない。この第６の実施の形態の光モニタデバイス６０は、これらの点で第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と相違し、その他の構成は、第３の実施の形態の光モニタデバイス３０と同じである。
【００５６】
このような構成の光モニタデバイス６０では、入力ファイバ２ａからレンズ５ａを介して複屈折結晶６１内に進入して伝搬する入力光は、これが偏波の異なる光である場合には、それぞれの光軸にずれが生じ、常光線と異常光線に分離されるようになる。この光軸のずれ幅は、複屈折結晶６１の厚さに比例し、例えば上記のＹＶＯ４結晶では、結晶厚さの約１０分の１のずれ幅が生じるようになる。そのため、例えば、ＹＶＯ４結晶からなる複屈折結晶６１の場合、その厚さを５ｍｍにすれば、常光線と異常光線の光軸のずれ幅は５００μｍとなる。このような光軸のずれ幅に合わせて、複屈折結晶６１通過後のそれぞれの光軸上に計２４個の裏面入射型ＰＤ素子２２がアレイ状に配置されている。これにより、偏波の異なる光の強度をそれぞれ検出する偏波モニタとして機能する光モニタデバイス６０を実現することができる。
【００５７】
なお、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第６の実施の形態の光モニタデバイス６０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、カプラ膜６を形成することなく、ケース９内部を複屈折結晶および透明部材により構成する。そして、常光線と異常光線の各光軸上に表面入射型ＰＤ素子７をアレイ状に配置した構成とすればよい。
【００５８】
次に、第７の実施の形態について説明する。図１０は第７の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。ただし、図１０では、図２、図５、図６および図９に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５９】
この図１０に示す第７の実施の形態の光モニタデバイス７０では、ＰＤサブマウント２１の一方の面にカプラ膜６が形成されている。また、第１，第２の出力ポート７１，７２および第１，第２の出力ファイバ７１ａ，７２ａを備え、アレイレンズ５には、第１，第２の出力ファイバ７１ａ，７２ａに対応する位置にそれぞれレンズ５ｂ，５ｃが形成されている。この光モニタデバイス７０は、これらの点で第６の実施の形態の光モニタデバイス６０と相違し、その他の構成は第６の実施の形態の光モニタデバイス６０と同じである。
【００６０】
この光モニタデバイス７０では、入力ファイバ２ａからレンズ５ａを介して複屈折結晶６１内に進入して伝搬する光が、これが偏波の異なる光である場合には、常光線と異常光線に分離される。さらに、複屈折結晶６１によって分離された常光線と異常光線が、カプラ膜６でそれぞれ反射され、常光線の反射光はレンズ５ｂを介して第１の出力ファイバ７１ａに結合され、異常光線の反射光はレンズ５ｃを介して第２の出力ファイバ７２ａに結合されるようになっている。また、カプラ膜６を透過した常光線の一部と異常光線の一部とは、それぞれの光軸上に配置された裏面入射型ＰＤ素子２２に入射し、その強度が検出される。これにより、偏波の異なる光の強度検出機能に加え、偏波分離が可能な光モニタデバイス７０を実現することができる。
【００６１】
なお、表面入射型ＰＤ素子を用いた光モニタデバイスでも、この第７の実施の形態の光モニタデバイス７０と同様の構成とすることが可能である。この場合は、例えば図２に示した光モニタデバイス１の構成において、まず、上記第２の出力ポート７２および第２の出力ファイバ７２ａに相当する出力ポートおよび出力ファイバを追加して形成する。そして、ケース９内部を複屈折結晶により構成し、常光線と異常光線の各光軸上に表面入射型ＰＤ素子７をアレイ状に配置した構成とすればよい。
【００６２】
また、以上の第１〜第７の実施の形態の光モニタデバイス１，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、パッケージに収納される。図１１はパッケージ収納時の一例を示す図であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。例えば光モニタデバイス３０を収納する場合、光モニタデバイス３０は、図６に示した裏面入射型ＰＤ素子２２部分を封止された後、そのほぼ全体が、金属材料またはプラスチック材料を用いて形成されたパッケージ８０に収納される。このパッケージ８０に用いられる金属材料には、アルミニウムなど、種々の金属材料を用いることができる。また、プラスチック材料としては、例えばエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などを用いることができる。パッケージ８０からは、図６に示した入出力ポート２，３を適当なプラスチック材料を用いて１本にまとめたテープファイバ８１、および電気端子１０が外部に引き出される。パッケージ８０の寸法は、例えば、長さ約１８ｍｍ、幅約８ｍｍ、高さ約５ｍｍとすることができる。他の光モニタデバイス１，２０，４０，５０，６０，７０も同様の形態で収納される。これらは、最終的にプリント基板などに実装され、光伝送装置などで利用することができる。
【００６３】
（付記１） ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、
前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、
前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜と、
前記カプラ膜を透過する光の光軸上に配置された受光素子と、
を有することを特徴とする光モニタデバイス。
【００６４】
（付記２） 前記ファイバから前記レンズに光が入射するときの前記レンズ表面における入射位置および前記ファイバに前記レンズから光が出射するときの前記レンズ表面における出射位置によって、前記カプラ膜に入射し反射する光の光路が調整されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６５】
（付記３） 前記受光素子は、前記カプラ膜が形成される部材と一定の間隔を設けて配置された表面入射型フォトダイオード素子であることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６６】
（付記４） 前記受光素子は、前記カプラ膜が形成された部材の前記カプラ膜形成面側と反対の側に配置された裏面入射型フォトダイオード素子であることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６７】
（付記５） 樹脂を用いて前記裏面入射型フォトダイオード素子を封止していることを特徴とする付記４記載の光モニタデバイス。
（付記６） 前記レンズと前記カプラ膜との間の光の伝搬領域が透明部材によって構成されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６８】
（付記７） 前記カプラ膜は、前記透明部材に一体に形成されていることを特徴とする付記６記載の光モニタデバイス。
（付記８） 前記カプラ膜から前記受光素子までの距離を変化させて、前記カプラ膜を透過する光のうち前記受光素子で受光する光を選別できるようにしたことを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００６９】
（付記９） 前記レンズが一方の面側に形成されているアレイレンズの他方の面側に前記カプラ膜を形成し、光が前記アレイレンズ内を伝搬するようにしたことを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００７０】
（付記１０） ファイバを伝搬する偏波の異なる光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、
前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、
前記レンズを介して進入する光を伝搬して常光線と異常光線とに分離する複屈折結晶と、
前記複屈折結晶を伝搬する前記常光線の光軸上と前記異常光線の光軸上にそれぞれ配置された受光素子と、
を有することを特徴とする光モニタデバイス。
【００７１】
（付記１１） 前記複屈折結晶と前記受光素子との間に配置されて、前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜を有していることを特徴とする付記１０記載の光モニタデバイス。
【００７２】
（付記１２） 前記受光素子はサブマウントの一方の面側に実装され、前記受光素子上に第１の電極が形成され、前記サブマウントの他方の面側に第２の電極が形成されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００７３】
（付記１３） 前記受光素子はサブマウントの一方の面側に実装され、前記受光素子上に第１の電極と第２の電極とが形成されていることを特徴とする付記１記載の光モニタデバイス。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、複数のファイバおよびレンズをアレイ状に配置し、任意の一のレンズを介して入射する光のうち、カプラ膜を透過する光は受光素子で検出し、カプラ膜を透過しない残りの光は他のレンズへ反射する構成にした。これにより、複数の入力光のモニタが可能であるとともに、これら複数の入力光を一面のカプラ膜によって精度良く反射してそれぞれ出力する反射折り返し構造が実現され、小型の光モニタデバイスが得られる。
【００７５】
さらに、本発明の光モニタデバイスでは、その構成部材に、一般的に入手可能なものを多く利用することが可能であり、光モニタデバイスの低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を示す要部側面図である。
【図３】ＰＤサブマウントの両面を使ってＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。
【図４】ＰＤサブマウントの片面にのみＰＤ素子の電極を形成した場合の説明図であって、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部平面図、（ｃ）は要部背面図である。
【図５】第２の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図６】第３の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図７】第４の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図８】第５の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図９】第６の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図１０】第７の実施の形態の光モニタデバイスの構成例を説明する要部側面図である。
【図１１】パッケージ収納時の一例を示す図であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１２】小型ＰＤモジュールを整列させた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１３】導波路を用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１４】カプラを用いた光モニタデバイスの一構成例であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０，５０，６０，７０ 光モニタデバイス
２ 入力ポート
２ａ 入力ファイバ
３，７１，７２ 出力ポート
３ａ，７１ａ，７２ａ 出力ファイバ
４ ファイバ整列部材
５，５１ アレイレンズ
５ａ，５ｂ，５ｃ，５１ａ，５１ｂ レンズ
６ カプラ膜
６ａ 透明基板
７ 表面入射型ＰＤ素子
８，１２，２１ ＰＤサブマウント
９ ケース
１０，１５ 電気端子
１１ ＰＤ素子
１１ａ 受光部
１３ Ｐ電極
１４ａ，１４ｂ Ａｕワイヤ
１６ Ｎ電極
１７ Ｎ電極ＣＯＭ端子
２２ 裏面入射型ＰＤ素子
３１，４１，６２ 透明部材
６１ 複屈折結晶
８０ パッケージ
８１ テープファイバ
Claims (5)
- ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、
前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、
前記レンズのうち任意の一のレンズを介して入射する光の一部を透過し残りを他のレンズへ反射するカプラ膜と、
前記カプラ膜を透過する光の光軸上に配置された受光素子と、
を有することを特徴とする光モニタデバイス。 - 前記ファイバから前記レンズに光が入射するときの前記レンズ表面における入射位置および前記ファイバに前記レンズから光が出射するときの前記レンズ表面における出射位置によって、前記カプラ膜に入射し反射する光の光路が調整されていることを特徴とする請求項１記載の光モニタデバイス。
- 前記レンズと前記カプラ膜との間の光の伝搬領域が透明部材によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の光モニタデバイス。
- 前記カプラ膜から前記受光素子までの距離を変化させて、前記カプラ膜を透過する光のうち前記受光素子で受光する光を選別できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の光モニタデバイス。
- ファイバを伝搬する偏波の異なる光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
光が伝搬するアレイ状に配置された複数のファイバと、
前記複数のファイバを伝搬する光のそれぞれの光軸上にアレイ状に配置されたレンズと、
前記レンズを介して進入する光を伝搬して常光線と異常光線とに分離する複屈折結晶と、
前記複屈折結晶を伝搬する前記常光線の光軸上と前記異常光線の光軸上にそれぞれ配置された受光素子と、
を有することを特徴とする光モニタデバイス。
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