JP2004294905A

JP2004294905A - ファイバコリメータアレイ及びその製造方法

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Publication number: JP2004294905A
Application number: JP2003088963A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Imura; 智和井村; Shohei Abe; 昇平阿部; Nobutake Ezuka; 信武江塚; Makoto Kawaguchi; 誠川口
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4002202B2

Abstract

【課題】ファイバアレイとレンズアレイを、空隙を隔てて高精度で光軸方向の調整並びに光軸合わせが行われた状態で固定できるようにし、ファイバコリメータアレイの小型化、信頼性の向上を図り、且つ安価に製造できるようにする。
【解決手段】複数本の光ファイバ２０を整列し端部で保持ブロック２２によって保持したファイバアレイ１２と、光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイ１４とを、空隙を隔てて配置したファイバコリメータアレイ１０である。レンズアレイはファイバアレイに対して光軸方向の調整及び光軸合わせが行われ、ファイバアレイは保持ブロック底面でコリメータ基板１６に当接し、レンズアレイはコリメータ基板から浮いた状態でレンズ固定ブロック１８側面がレンズアレイに当接すると共にレンズ固定ブロック底面がコリメータ基板に当接し、それら各当接面のみに介在している接着剤で固定されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバコリメータアレイ及びその製造方法、そのファイバコリメータアレイを用いた空間結合型の光デバイスに関するものである。更に詳しく述べると本発明は、複数本の光ファイバを整列したファイバアレイと複数のレンズを配列したレンズアレイを、空隙を隔てて高精度で光軸方向の調整と光軸合わせが行われた状態で共通の基板にレンズ固定ブロックを用いて接着固定したファイバコリメータアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−５３４１号公報
【０００３】
光ファイバを伝送路とする光通信システムなどにおいては、光ファイバからの出射光を概ね平行なビームに拡大したり、逆に、拡大された平行ビームを光ファイバの入射面に集光するために、光ファイバとレンズを組み合わせたファイバコリメータが使用されている。
【０００４】
このようなファイバコリメータによって拡大されたビームが通過する自由空間に、各種の光機能素子を挿入することによって、空間結合型の光デバイスを構成することができる。例えば、前記自由空間に可動ミラー機構等を組み込むことで機械式光スイッチが構成できる。このような機械式光スイッチは、光通信システムにおける伝送路の冗長系への切り替えやＷＤＭ（波長分割多重）システムにおけるアド・ドロップ多重／分波モジュールなどに有用である。また前記自由空間に光合分波フィルタを組み込むことで光合分波器が構成できる。このような光合分波器は、ＷＤＭシステムにおける合波や分波に有用である。
【０００５】
ところで複数の光路を形成する必要がある場合には、このようなファイバコリメータを複数並設した構造のファイバコリメータアレイが用いられる。この種のファイバコリメータアレイとしては、複数の光ファイバを整列したファイバアレイと複数のマイクロレンズを配列したレンズアレイとをスペーサを介して組み合わせる構成がある（特許文献１参照）。各光ファイバと各レンズとは光軸方向距離が適正に調整され且つ各光路の光軸が合致している必要がある。そこで、組み立て作業性を向上するため、スペーサなどの部品を高精度で作製し、無調整で位置決め可能とすることが試みられている。
【０００６】
部品同士の固定は、多くの場合、ファイバとスペーサとの接合面あるいはスペーサとレンズとの接合面に接着剤を塗布したり、ディスペンサで接着剤を注入する手法が採用されている。そのため、光路中に接着剤層が介在したり、多量の接着剤で囲まれた（言い換えれば樹脂でモールドされた）状態になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の光通信システムに対する高性能化・高信頼性の要求に伴い、機械式光スイッチや光合分波器などの各種受動型光デバイスには著しい低損失化が求められており、具体的には０．１ｄＢレベルの損失が問題となっている。低損失化できれば、それだけ伝送距離を伸ばすことができ、システムを安価に構築できるからである。
【０００８】
ところが０．１ｄＢ程度の損失は、光デバイスを組み立てる際の極く僅かな位置ずれや角度ずれでも簡単に生じる。そのため、たとえ高精度で構成部品を加工しても、無調整で組み立てたのでは要求されているような低損失化の実現は困難である。従って、ファイバアレイとレンズアレイとをスペーサを介して組み合わせる従来の構成では、光軸方向の位置決め精度がスペーサの加工精度に依存し、ビームウエスト位置の微調整は行えない。しかも高精度の部品製作は著しいコストアップを招来する。
【０００９】
また、光路中に接着剤層が介在していると、ハイパワー光の入射によって変質劣化が生じるため、使用に制限が生じる。更に、ディスペンサを用いた作業によって多量の接着剤で囲まれたモールド状態にすると、温度変化や湿度変化に対する接着剤の膨張・収縮が大きくなるために、光路のずれなどによる性能変動が大きくなるし、耐環境性も悪化する。
【００１０】
そこで、非常に低損失の特性が要求される機械式光スイッチや空間結合型の光合分波器では、光ファイバとレンズを個別に調整し固定せざるを得ず、そのため小型化には限界がある。また信頼性の面でも、必ずしも十分とは言えない。
【００１１】
本発明の目的は、ファイバアレイとレンズアレイを、空隙を隔てて高精度で光軸方向の調整並びに光軸合わせが行われた状態で固定でき、小型で信頼性が高く且つ安価なファイバコリメータアレイ及びその製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、小型化でき、極めて低損失であって高信頼性を呈する機械式光スイッチあるいは光合分波器を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数本の光ファイバを整列して端部で保持ブロックによって保持したファイバアレイと、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイを、空隙を隔てて配置したファイバコリメータアレイにおいて、レンズアレイはファイバアレイに対して光軸方向の調整及び光軸合わせが行われており、ファイバアレイは保持ブロックの底面でコリメータ基板に当接し、レンズアレイはコリメータ基板から浮いた状態でレンズ固定ブロックの側面がレンズアレイに当接すると共に該レンズ固定ブロックの底面がコリメータ基板に当接し、それら各当接面のみに介在している接着剤で固定されているファイバコリメータアレイである。
【００１３】
この構造では、コリメータ基板上でファイバアレイを固定し、損失が最小となるようにレンズアレイの位置を調整した後レンズ固定ブロックを用いて接着固定するため、低損失であるばかりでなく、光デバイスに組み込んだ場合に、いずれのポートについても同等の損失となるように最適化できる。なお、レンズアレイとファイバアレイの対向面は、それぞれ対空気の無反射コートを施すのが好ましい。
【００１４】
本発明に係るファイバコリメータアレイとしては、レンズアレイとファイバアレイが同一材質からなり、レンズアレイは平凸レンズを配列した構造であって、その平面側がファイバアレイ端面に対向しており、ファイバアレイの保持ブロックとレンズアレイの対向面同士が互いに平行に且つ基板に垂直な面に対して傾くように斜め研磨されている構造がある。光ファイバ端を斜め研磨することにより反射減衰量を低減できることは周知であるが、本発明ではそれのみならず、斜め研磨により光が光ファイバから垂直に出射しないことによるビームの偏心が斜め研磨されたレンズによって補正される。光は、レンズ出射面に対してほぼ垂直に出射する上、レンズ面と光ファイバ端面が平行であることから、両者は接触する直前まで近づけることができ、レンズ−光ファイバ間の調整範囲を広くとることができ、各ポートについて最小の損失を実現できる。
【００１５】
また本発明では、光ファイバとして単一モード石英光ファイバを用い、それに伴って、保持ブロック、レンズアレイ、コリメータ基板、及びレンズ固定ブロックの全てを石英製とし、紫外線硬化型接着剤を用いて固定する構成が好ましい。温度に対して損失変動が生じる原因は、レンズと光ファイバとの軸ずれである。ファイバコリメータアレイに使用する部品を同一とすることにより、熱膨張係数が一致し、温度による部品の膨張・収縮により生じる軸ずれ損失劣化を大きく低減できる。特に石英は熱膨張係数が極めて小さく、全ての部品を製作できるため好ましい。
【００１６】
本発明においてレンズアレイは、複数の球面レンズ又は非球面レンズを直線上に配列するようにエッチングなどで形成したものとし、各レンズは３００μｍ以上の口径を有するものが好ましい。口径を３００μｍ以上とすることで、ビームウエストを１０ｍｍ程度離れた位置に設定できる。レンズの有効径、開口数、焦点距離を適切に設定することによって、様々な光路長に対応可能である。
【００１７】
このようなファイバコリメータアレイを製造するには、複数本の光ファイバを整列し端部で保持ブロックによって保持したファイバアレイと、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイとを空隙を隔てて調整配置し、ファイバアレイは保持ブロックの底面に塗布した接着剤でコリメータ基板に接着し、レンズアレイはファイバアレイに対して光軸方向の調整及び光軸合わせが行われ基板から浮いた状態で調整され、レンズ固定ブロックの側面に塗布した接着剤によってレンズアレイに接着すると共にレンズ固定ブロックの底面に塗布した接着剤によってコリメータ基板に接着する方法がある。
【００１８】
また本発明は、複数本の光ファイバを整列し端部で保持ブロックによって保持したファイバアレイと、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイと、Ｖ型固定ミラーを、それぞれ空間を隔てて調整配置し、そのレンズアレイとＶ型固定ミラーとの間の光路中に可動ミラーを進退自在に設けた機械式光スイッチである。モジュール基板に接着したＶ型固定ミラーに対して、ファイバアレイは光軸方向に調整され、レンズアレイは光軸方向の調整及び光軸合わせが行われる。そして、ファイバアレイは保持ブロックの底面でモジュール基板に当接し、レンズアレイはモジュール基板から浮いた状態でレンズ固定ブロックの側面がレンズアレイに当接し、レンズ固定ブロックの底面がモジュール基板に当接しており、各当接面のみに介在している接着剤で固定されている。Ｖ型固定ミラーをモジュール基板に固定した状態で、レンズアレイとファイバアレイの取付位置を調整することで、小型で低損失の反射型光スイッチが得られ、また形成される光路の安定度が増加し、長期信頼性が向上する。
【００１９】
更に本発明は、モジュール基板上に、光分合波フィルタと、単芯ファイバコリメータと、前記構造の１個若しくは複数個のファイバコリメータアレイとが搭載されており、単芯ファイバコリメータ及びファイバコリメータアレイが光合分波フィルタに対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整されていることを特徴とする光合分波器である。
【００２０】
また本発明は、モジュール基板上に、光分合波フィルタと、単芯ファイバコリメータと、前記構造の１個若しくは複数個のファイバコリメータアレイとが搭載されており、ファイバコリメータアレイは光合分波フィルタに対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整され、該ファイバコリメータアレイはモジュール基板から浮いた状態で両側部でコリメータ固定ブロックに当接し、両コリメータ固定ブロックは底面でモジュール基板に当接しており、それら当接面のみにて接着剤で固定されていることを特徴とする光合分波器である。
【００２１】
部品の実装上、ファイバコリメータの設置角度を大きくした方が、部品配置が容易となり小型化できることもある。そのためには、光合分波フィルタに光路補正プリズムを取り付け、該光路補正プリズムを通すことで光路を曲げるようにしてもよい。光路補正プリズムは、他の部品の熱膨張係数にできるだけ近い熱膨張係数を持つものが望ましい。例えばＢＫ７のような光学ガラスを使用した場合には、入出射角度の２倍程度の頂角を持つプリズムを使えばよい。
【００２２】
光通信に利用される１．３〜１．６μｍ帯の単一モードファイバでは、そのモードフィールド系（ＭＦＤ）が波長に対して変化する。そのため、レンズと光ファイバの距離を固定すると、波長が短い方がビームウエストをレンズから遠い位置に設定することができる。そこで光合分波フィルタでは、ジグザグ光路を光路長が長い順に短い波長が透過するように各フィルタを配置する。これによって、低損失で且つ損失を均一化できる。
【００２３】
機械式光スイッチや光合分波器などの光デバイスは、気密ケースに収容し封止する。これによって、外気温湿度の変動によるストレスに起因する損失増加を避けることができ、広い温度範囲に対して安定した挿入損失特性が得られるだけでなく、長期耐湿度性が向上する。
【００２４】
【実施例】
図１は、本発明に係るファイバコリメータアレイの一実施例を示す説明図であり、Ａは組立状態の斜視図、Ｂは平面図、Ｃは正面図である。ファイバコリメータアレイ１０は、ファイバアレイ１２とレンズアレイ１４とを空隙を隔てた状態で光軸方向（ｚ方向）及びそれに垂直な面内（ｘｙ面内）で光軸合わせを行う。そしてファイバアレイ１２は直接コリメータ基板１６に当接し、レンズアレイ１４はコリメータ基板１６から浮いた状態でレンズ固定ブロック１８の側面がレンズアレイ１４に当接すると共に該レンズ固定ブロック１８の底面がコリメータ基板１６に当接し、それら各当接面のみに介在している接着剤で接着固定されている。図１のＡにおいては、接着剤の塗布面に点々を付して表している。本発明では、この点々を付した部分のみに紫外線硬化型接着剤を薄く塗布しておき、接合後に紫外線を照射して硬化させ固定する。手順としては、まずコリメータ基板１６上にファイバアレイ１２を固定し、レンズアレイ１４の位置を調整した後、接着剤を塗布したレンズ固定ブロック１８を用いてレンズアレイ１４をコリメータ基板１６に接着固定する。
【００２５】
ファイバアレイ１２は、複数本（ここでは４本）の光ファイバ２０を整列し端部で保持ブロック２２によって保持した構造である。保持ブロック２２は、４本のＶ溝を正確に形成したＶ溝基板２２ａと、押さえ基板２２ｂとからなる。Ｖ溝基板２２ａの各Ｖ溝に光ファイバ芯線部を収め、接着剤を介して押さえ基板２２ｂを被せて接着固定することによってファイバアレイ１２を作製する。レンズアレイ１４は、光ファイバの整列間隔に合致した間隔でレンズ１４ａを配列した構造であり、各レンズ１４ａは例えばエッチングによりブロックの表面を球面あるいは非球面に形成したものである。
【００２６】
レンズ固定ブロック１８は単なる直方体状（但し、底面と側面の接着面は精密に互いに直角になるように加工されている）でよく、このようなレンズ固定ブロック１８を用いてレンズアレイ１４を浮かせて固定しているのは、各レンズ１４ａと光ファイバ２０との位置関係を適切な位置に微動調整した後に固定できるようにするためである。このようにレンズ１４ａの位置を調整できるだけでなく、調整した位置で固定できるようにレンズ固定ブロック１８を用いている点に本発明の特徴がある。
【００２７】
ここでは光ファイバとして単一モード石英ファイバを用い、その他で使用している部品も全て石英製としている。石英は、熱膨張係数が非常に小さい上に、全ての部品を形成できるために最適である。しかし、他のガラス材料であっても、熱膨張係数差が５×１０^−６／℃程度であれば、特に問題なく使用できる。
【００２８】
通常、空間結合型の光デバイスにおいては、レンズと光ファイバとの距離は、ビームウエスト位置が入射側と出射側で一致するように設定するのが最適であり最大の結合効率が得られる。しかし、光路長が異なる光デバイスに組み込んむ場合には、そのような設定は必ずしも最適ではない。本発明によって、ビームウエスト位置を入射側と出射側とで意図的にずらし（オフセットし）、光路長差による損失差を相殺するようにレンズと光ファイバ間の距離を調節固定することが可能となる。また光軸方向に対して斜めにすれば、レンズの配列方向の位置を殆ど変えることなくレンズと光ファイバの距離を変えて固定できるため、光路長が異なる光デバイスに対応できる。例えば複数のフィルタを有し、ジグザグ光路が形成される光合分波器では、各ポートの光路長が異なるため、この構成は最適となる。実際にはフィルタの反射率にばらつきが生じるため、それらの反射率も補償したレンズ−光ファイバ間の調節固定ができる。
【００２９】
更に本発明では部品の固定を、レンズ固定ブロックを用いて各当接面（光路以外の）のみに介在している接着剤で接着している。従来技術のように接着剤を盛り付ける（言い換えればモールドする）構造では、固定後の温度や湿度の変化による取付位置変動が大きい。これは接着剤の体積変化が大きいためである。しかし本発明で接着剤は、必要とする接合面のみの極く薄い層として存在しているだけであるため、接着剤量が最小限に制限され、同じ接着剤を用いていても温度や湿度による軸ずれ、それに基づく損失増大は桁違いに小さくなる。また接着剤がレンズ−光ファイバ間に入り込む可能性もない。従って、接着剤流れ混みによる歩留まり低下を防げるだけでなく、耐ハイパワー特性も向上する。
【００３０】
図２は本発明に係るファイバコリメータアレイの他の実施例を示す正面図である。基本的な構成は、図１に示すものと同様であるので、説明を簡略化するために、対応する部材には同一符号を付す。ここでは、レンズアレイ１４とファイバアレイ１２は同一材質（同一屈折率を示す材料）とする。レンズアレイ１４は平凸レンズを配列した構造であり、その平面側がファイバアレイ端面に対向している。そして、ファイバアレイ１２の保持ブロック２２先端面とそれに対向するレンズアレイ１４側面が互いに平行に且つコリメータ基板１６に垂直な面に対して傾くように斜め研磨されている構造である。
【００３１】
光ファイバ端を斜め研磨することにより反射減衰量を低減できることは周知の事項である。本発明では、それのみならず、斜め研磨により光が光ファイバから垂直に出射しないことによるビームの偏心が、同様に斜め研磨されたレンズアレイによって補正される。この構成では、光はレンズ出射面に対してほぼ垂直に出射する上、レンズアレイ面と光ファイバ端面が平行であることから、両者は接触する直前まで近づけることができ、レンズ−光ファイバ間の調整範囲を広くとることができ、各ポートについて最小の損失が実現できる。
【００３２】
図３は本発明に係るファイバコリメータアレイを応用した２×２型機械式光スイッチの一例を示す説明図であり、Ａは平面図、Ｂは正面図である。この機械式光スイッチは、４本の光ファイバ３０を整列して端部で保持ブロック３２によって保持したファイバアレイ３４と、その光ファイバの整列間隔に合致した間隔でレンズを配列したレンズアレイ３６と、Ｖ型固定ミラー３８を、それぞれ空間を隔てて配置し、レンズアレイ３６とＶ型固定ミラー３８との間の光路中に可動ミラー４０が進退自在となっている可動ミラー機構を具備している。
【００３３】
モジュール基板４２にＶ型固定ミラー３８とガイド部材４４を位置決めして接着する。ファイバアレイ３４はガイド部材４４に沿って光軸方向に微動しＶ型固定ミラー３８に対して位置調整され、他方、レンズアレイ３６は光軸方向及びそれに垂直な面内方向で調整される。そして、ファイバアレイ３４は保持ブロック３２の底面でモジュール基板４２に当接し、レンズアレイ３６はモジュール基板４２から浮いた状態でレンズ固定ブロック４６の側面がレンズアレイ３６に当接し、レンズ固定ブロック４６の底面がモジュール基板４２に当接しており、各当接面のみに塗布した接着剤で接着固定されている。このように、Ｖ型固定ミラー３８をモジュール基板４２に固定した状態で、レンズアレイ３６とファイバアレイ３４の位置を調整し、調整した状態でレンズ固定ブロック４６によって接着固定することで、小型で低損失の反射型光スイッチが得られる。この機械式光スイッチでは、形成される光路の安定度が増加し、長期信頼性が向上する。
【００３４】
Ｖ型固定ミラー３８の手前に出入可能に取り付けられる三角柱状の可動ミラー４０は、例えば支持レバー４８の先端に吊り下げられて上下動する。可動ミラーを駆動する方法は任意であってよい。図示するのを省略するが、電磁リレーのような駆動機構でもよいし、モータを用いた回転機構、アクチュエータなど微動素子による移動機構、リニアモータによる移動機構などでもよい。シーソー型の磁気回路で中央に永久磁石を内蔵させ、電流が遮断された後でもその状態を保持する自己保持機能を与えることもでき、そのようにすると消費電力を大きく下げることができる。
【００３５】
Ｖ型固定ミラー３８として、この実施例ではミラー面を持つ矩形部材を２個９０度の角度で配置する構造を示したが、Ｖ型凹部の内面にミラーを形成した一体構造でもよい。ミラーの材質は金をはじめとする金属膜でもよいし、誘電多層膜でもよい。４５度で入射する光は、金属面では僅かに反射率に偏光依存性が生じるため、反射率の偏光依存性を抑えるように設計、製作された誘電体多層膜が望ましい。
【００３６】
この機械式光スイッチの動作を図４に示す。Ａは可動ミラーが光路に無い状態を示し、Ｂは可動ミラー４０を光路に挿入した状態を示している。可動ミラーが光路に無いＡの状態では、第１ポートＰ１からの光は第４ポートＰ４から、第３ポートＰ３からの光は第２ポートＰ２から出射する。可動ミラー４０を光路に挿入したＢの状態では、第１ポートＰ１からの光は第２ポートＰ２から、第３ポートＰ３からの光は第４ポートＰ４から出射する。このように、可動ミラー４０の出入によって光路が切り替わるが、そのとき光路長も変化する。従って、Ａの状態において結合損失が最小となるようにビームウエスト位置を設定すると、Ｂの状態においては結合損失はかなり大きくなる。逆に、Ｂの状態において結合損失が最小となるようにビームウエスト位置を設定すると、Ａの状態においては結合損失はかなり大きくなる。
【００３７】
そこで本発明では、Ａの状態の最適位置及びＢの状態の最適位置からビームウエスト位置を敢えて僅かにずらす（オフセットする）。即ち、第１ポートＰ１のビームウエスト位置をＢＷ１に、第２ポートＰ２のビームウエスト位置をＢＷ２に、第３ポートＰ３のビームウエスト位置をＢＷ３に、第４ポートＰ４のビームウエスト位置をＢＷ４に、それぞれ設定する。本発明では、いずれのポートからのビームウエスト位置もＡの状態の最適位置あるいはＢの状態の最適位置から同じ距離だけずらす（オフセットする）ことにより、損失の最小和が得られる。
【００３８】
ファイバコリメータアレイ製作の実作業においては、４つの光路で損失を確認しながら、レンズアレイ３６とファイバアレイ３４の距離を調節し、それによってビームウエスト位置を制御する。損失が一定の時には、ビームウエストはそれぞれ可動ミラー４０が挿入されたときの４つの面上にある（図４のＢ参照）。このようにすると、光路の切り替えを行っても挿入損失は一定で、それらの和は最小になる。どのポート間もビームウエストは一致せず、互いにポート間隔と同じ距離だけビームウエストは離れている。このような状態の時に最適な結合効率が得られる。この状態を実現するため、レンズアレイ３６とファイバアレイ３２の距離を調整でき且つ固定できるレンズ固定ブロック４４を用いることが有用になる。
【００３９】
個々のレンズと光ファイバを固定しようとすると、それぞれにレンズ固定ブロックや調整機構が必要になり作業が煩瑣となり且つ大型化するのに対して、本発明では、ファイバアレイ及びレンズアレイを用い、レンズアレイをレンズ固定ブロックで固定することによって、小型化でき、部品製作誤差に起因する損失劣化も最適化が可能になるのである。
【００４０】
図５は本発明に係るファイバコリメータアレイを使用した４チャンネル光合分波器の一例を示す説明図である。この光合分波器は、光分合波フィルタ５０と、単芯ファイバコリメータ５２と、ファイバコリメータアレイ１０とを具備している。ファイバコリメータアレイ１０は、図１で説明したものと同様、４本の光ファイバ２０を整列して端部で保持ブロック２２によって保持したファイバアレイ１２と、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイ１４とを、空隙を隔てて配置した構成である。
【００４１】
レンズアレイ１４はファイバアレイ１２に対して光軸方向の調整及び光軸合わせが行われ、該ファイバアレイ１２は保持ブロック２２の底面でコリメータ基板１６に当接し、レンズアレイ１４はコリメータ基板１６から浮いた状態であり、レンズ固定ブロック１８の側面がレンズアレイ１４に当接すると共に該レンズ固定ブロック１８の底面がコリメータ基板１６に当接しており、それら各当接面のみに介在している接着剤で接着固定されている。このようなファイバコリメータアレイ１０は、光合分波フィルタ５０に対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整されている。４波長光合分波フィルタ５０は、ガラスブロック５４の一方の面（ファイバコリメータアレイとの対向面）に異なる透過帯をもつ第１〜第４フィルタ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが貼り付けられ、その反対の面にはいずれの波長の光も反射するミラー５８（またはフィルタ）が貼り付けられた構造である。
【００４２】
例えば光分波器として機能させる場合、単芯ファイバコリメータ５２（合波ポート）から出射された４チャンネルの光はミラー５８の横を通り、１チャンネル目の第１フィルタ５６ａを透過して第１分波ポートＰ１に結合する。第１フィルタ５６ａで反射された２チャンネル目以降の光はミラー５８で反射され２チャンネル目の第２フィルタ５６ｂに入射する。第２フィルタ５６ｂでは２チャンネル目の光のみ透過して２チャンネル目の第２分波ポートＰ２に結合する。以降、順々に次の分波ポートに次のチャンネルの光が出射することを繰り返して４チャンネルの分波ができる。光合波器として機能させる場合には、逆に、第１分波ポートＰ１から第４分波ポートＰ４のそれぞれに各チャンネルの波長の光を入射すれば、合波されて合波ポートから出射する。このようにジグザグ光路を描きながら順次波長を分波（又は合波）する光合分波器として機能することになる。
【００４３】
本発明においては、レンズの位置を調整後その位置で固定できるレンズ固定ブロックを用いている。従って、レンズアレイとファイバアレイとの位置調整は、光路長差に対応したレンズ−ファイバ間にするだけでなく、フィルタを複数回反射することによる反射損失差をも調整できる。例えば、フィールドモード径が１０μｍのシングルモードファイバと焦点距離１ｍｍのレンズアレイの組み合わせでは、レンズとファイバの距離をレンズ配列方向に約１０μｍ傾ければ、フィルタで複数回反射して０．１ｄＢの損失差があっても、損失偏差を０にできる。つまり調整によってジグザグ光路において、生じる損失差を低減することができる。完全に（１００％）反射するフィルタでは合波ポートとできるだけビームウエストの位置を一致させることで低損失、低損失偏差を実現させるのであるが、１００％反射はあり得ないため、このような損失補償するビームウエスト位置のオフセットが有効になるのである。
【００４４】
また損失の要因としては、高精度なフィルタの表面加工、あるいはフィルタを固定するブロックの高精度な平面、平行度加工を行わないため、フィルタで生じる損失は反射率が１００％でないことに起因する要素と、フィルタの各面が平行でないため、ビームに角度ずれ・位置ずれが生じることに起因する要素がある。これも合波ポートから遠い方が損失が増大する傾向があることから、相殺する必要がある。本発明のファイバコリメータアレイは、これらの調整を行って損失偏差を最小の位置で固定しうるものである。
【００４５】
ここで光合分波フィルタは、ジグザグ光路を光路長が長い順に短い波長が透過するようにフィルタを配置するのが好ましい。例えば波長１．４７μｍと１．５５μｍとで比較した場合、シングルモードファイバでは０．４μｍ程度ＭＦＤが異なる。レンズの焦点距離が同一の場合、０．４μｍ程度のＭＦＤ差があると、波長１．４７μｍの方が遠方にビームウエストを作ることができる。即ち、光路長が長いときに低損失が得られる。従って、波長が短いチャンネルを光路長が長くなるように設定することによって、より均一性の高い光合分波器を製作することができる。特にＣｏａｒｓｅＷＤＭのように波長帯域が広い場合に有用になる。
【００４６】
実際にモジュールとして組み上げるには、モジュール基板上に光分合波フィルタと、単芯ファイバコリメータと、ファイバコリメータアレイとを設置してもよいし、ファイバコリメータのコリメータ基板をモジュール基板として使用し、光分合波フィルタなどを搭載する構成も可能である。
【００４７】
図６は本発明に係る光合分波器の他の実施例を示している。ガラス製のモジュール基板６０上に、光分合波フィルタ５０と、単芯ファイバコリメータ５２と、ファイバコリメータアレイ１０とが搭載されており、該ファイバコリメータアレイ１０は光合分波フィルタ５０に対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整されている。この光合分波器モジュールを気密ケース６２に収容し封止する。これによって、外気温湿度の変動によるストレスに起因する損失増加を避けることができ、広い温度範囲に対して安定した挿入損失特性が得られるだけでなく、長期耐湿度性が向上する。勿論、前述した機械式光スイッチのような光デバイスにおいても、このような気密ケースに収容し密封する構造は有効である。
【００４８】
図７は本発明に係る光合分波器の更に他の実施例を示している。これは８チャンネル光合分波器である。この光合分波器は、モジュール基板７０上に、光分合波フィルタ７２と、単芯ファイバコリメータ５２と、２個のファイバコリメータアレイ１０とを搭載したものである。両ファイバコリメータアレイ１０は光合分波フィルタ７２の両側に位置し、該光合分波フィルタ７２に対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整されている。調整・固定を容易に且つ正確に行えるようにするため、コリメータ固定ブロック７４で両側から固定する。つまり、両方のファイバコリメータアレイ１０は、共にモジュール基板７０から浮いた状態で位置及び向きを調整し、調整した状態でコリメータ固定ブロック７４を用いて接着固定している。単芯ファイバコリメータ５２も同様の調整・固定構造になっており、コリメータ固定ブロック７５で固定されている。このようにコリメータ固定ブロック７４，７５は対として両側で挟むように設けるのが好ましいが、場合によっては１個のみで固定することもできる。光合分波フィルタ７２は、ガラスブロックの一方の面（一方のファイバコリメータアレイとの対向面）に異なる透過帯をもつ４個のフィルタが貼り付けられ、その反対の面（一方のファイバコリメータアレイとの対向面）にも異なる透過帯をもつ４個のフィルタが貼り付けられた構造である。
【００４９】
例えば光分波器として機能させる場合、単芯ファイバコリメータ５２（合波ポート）から出射した８チャンネルの光は、１チャンネル目の第１フィルタ７６ａに入射し、１チャンネル目の光のみが透過して第１分波ポートＰ１に結合する。第１フィルタ７６ａで反射された２チャンネル目以降の光は２チャンネル目の第２フィルタ７６ｂに入射し、２チャンネル目の光のみ透過して第２分波ポートＰ２に結合する。以降、順々に次の分波ポートに次のチャンネルの光が出射することを繰り返して８チャンネルの分波ができる。光合波器として機能させる場合には、逆に、第１分波ポートＰ１から第８分波ポートＰ８のそれぞれに各チャンネルの波長の光を入射すれば、合波されて合波ポートから出射する。このようにジグザグ光路を描きながら順次波長を分波（又は合波）する光合分波器として機能することになる。
【００５０】
図８は本発明に係る光合分波器の更に他の実施例を示している。これも８チャンネルの光合分波器である。この光合分波器も、モジュール基板７０上に、光分合波フィルタ７２と、単芯ファイバコリメータ５２と、２個のファイバコリメータアレイ１０とを搭載し、両ファイバコリメータアレイ１０は光合分波フィルタ７２に対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整されている。ここでは光合分波フィルタ７２に光路補正プリズム７３を貼り付け、単芯ファイバコリメータ５２（合波ポート）からの光が、該光路補正プリズム７３を透過することで光路が曲げられて光合分波フィルタ７２に入射するように構成している。これによって単芯ファイバコリメータ５２に角度を付けて設置できるようにしている。
【００５１】
基本的な光の合波・分波の動作は、前記図７と同様である。このように単芯ファイバコリメータ５２の設置角度を大きくできると、固定部品の配置の自由度が増し、モジュールを小型化することが可能となる。
【００５２】
ファイバコリメータアレイを光合分波フィルタやモジュール基板と非平行で調整固定するには、このように１個以上のコリメータ固定ブロックを用いることが望ましく、これによって軸ずれの少ない長期信頼性のある光合分波器が実現できる。特に、低価格化のため、高価で高精度の部品を使用せずに済ますためには、レンズアレイがそれぞれ調芯固定でき、ファイバコリメータアレイも角度・位置の調整をした上で固定できる本実施例の構成が好ましい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は上記のように、ファイバアレイとレンズアレイの光軸方向の位置及び光軸合わせを行い、調整後その位置でレンズ固定ブロックを用いて接着固定する構造であるので、ファイバアレイとレンズアレイを、空隙を隔てて高精度で光軸方向の調整並びに光軸合わせが行われた状態で固定でき、小型で信頼性が高く且つ安価なファイバコリメータアレイが得られる。
【００５４】
また本発明はそのようなファイバコリメータアレイを利用した機械式光スイッチあるいは光合分波器であるので、デバイスを小型化でき、低損失であって高信頼性が得られる。特に機械式光スイッチでは、ハイパワー光に耐えうるし、光路切り替えによる光路長の変化でも損失の変動が少ない特性が得られる。また光合分波器では、低損失・低損失偏差であるために、伝送距離を伸ばすことができ、システム構築をより一層容易に、安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るファイバコリメータアレイの一実施例を示す説明図。
【図２】本発明に係るファイバコリメータアレイの他の実施例を示す正面図。
【図３】本発明に係る機械式光スイッチの一実施例を示す説明図。
【図４】その光路切り替えの説明図。
【図５】本発明に係る光合分波器の一実施例を示す説明図。
【図６】その実装例を示す説明図。
【図７】本発明に係る光合分波器の他の一実施例を示す説明図。
【図８】本発明に係る光合分波器の更に他の一実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１０ファイバコリメータアレイ
１２ファイバコリメータ
１４レンズアレイ
１６コリメータ基板
１８レンズ固定ブロック
２０光ファイバ
２２保持ブロック

Claims

複数本の光ファイバを整列し端部で保持ブロックによって保持したファイバアレイと、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイとを、空隙を隔てて配置したファイバコリメータアレイにおいて、
レンズアレイはファイバアレイに対して光軸方向の調整及び光軸合わせが行われており、ファイバアレイは保持ブロックの底面でコリメータ基板に当接し、レンズアレイはコリメータ基板から浮いた状態でレンズ固定ブロックの側面がレンズアレイに当接すると共に該レンズ固定ブロックの底面がコリメータ基板に当接し、それら各当接面のみに介在している接着剤で固定されていることを特徴とするファイバコリメータアレイ。
レンズアレイとファイバアレイは同一材質からなり、レンズアレイは平凸レンズを配列した構造であって、その平面側がファイバアレイ端面に対向しており、ファイバアレイの保持ブロックとレンズアレイの対向面同士が互いに平行に且つ光軸に対して斜め研磨されている請求項１記載のファイバコリメータアレイ。
光ファイバとして単一モード石英光ファイバを用い、それに伴って、保持ブロック、レンズアレイ、コリメータ基板、及びレンズ固定ブロックの全ての部品が石英製であり、紫外線硬化型接着剤で接着されている請求項１又は２記載のファイバコリメータアレイ。
請求項１乃至３のいずれかのファイバコリメータアレイを製造する方法であって、複数本の光ファイバを整列し端部で保持ブロックによって保持したファイバアレイと、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイを空隙を隔てて配置し、ファイバアレイは保持ブロックの底面に塗布した接着剤でコリメータ基板に接着し、レンズアレイはファイバアレイに対して光軸方向及びそれに垂直な方向に基板から浮いた状態で微動調整され、レンズ固定ブロックの側面に塗布した接着剤によってレンズアレイに接着すると共にレンズ固定ブロックの底面に塗布した接着剤によってコリメータ基板に接着するファイバコリメータアレイの製造方法。
複数本の光ファイバを整列し端部で保持ブロックによって保持したファイバアレイと、その光ファイバの整列間隔に合致したレンズ配列のレンズアレイと、Ｖ型固定ミラーを、それぞれ空間を隔てて配置し、レンズアレイとＶ型固定ミラーとの間の光路中に可動ミラーが進退自在に設けられている機械式光スイッチであって、
モジュール基板に接着したＶ型固定ミラーに対して、ファイバアレイは光軸方向で調整され、レンズアレイは光軸方向の調整及び光軸合わせが行われており、ファイバアレイは保持ブロックの底面でモジュール基板に当接し、レンズアレイはモジュール基板から浮いた状態でレンズ固定ブロックの側面がレンズアレイに当接し、該レンズ固定ブロックの底面がモジュール基板に当接しており、各当接面のみに介在している接着剤で固定されていることを特徴とする機械式光スイッチ。
モジュール基板上に、光分合波フィルタと、単芯ファイバコリメータと、請求項１記載の１個若しくは複数個のファイバコリメータアレイとが搭載されており、単芯ファイバコリメータ及びファイバコリメータアレイが光合分波フィルタに対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整されていることを特徴とする光合分波器。
モジュール基板上に、光分合波フィルタと、単芯ファイバコリメータと、請求項１記載の１個若しくは複数個のファイバコリメータアレイとが搭載されており、ファイバコリメータアレイは光合分波フィルタに対して光軸方向及びそれに垂直な方向に調整され、該ファイバコリメータアレイはモジュール基板から浮いた状態で両側部でコリメータ固定ブロックに当接し、両コリメータ固定ブロックは底面でモジュール基板に当接しており、それら当接面のみにて接着剤で固定されていることを特徴とする光合分波器。