JP2004325813A - 光合分波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の波長の光信号を１つのモジュールで合分波する光合分波モジュールを提供する
【解決手段】光ファイバ７，８，９，１０を保持した保持具３，５と屈折率分布型レンズ２，４とを有する第１及び第２のコリメータ１４，１５を備え、これら第１及び第２のコリメータ１４，１５の間に光学特性を有するバンドパスフィルタ２０，エッジフィルタ２１を配置する。バンドパスフィルタ２０，エッジフィルタ２１で反射した光信号を反射ポートの光ファイバ８，９に結束させ、全ての光フィルタを透過する光信号を透過ポートの光ファイバ１０に結束させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で使われる光合分波モジュールの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルタモジュールの従来技術として、光フィルタの特性である透過と反射を利用し、屈折率分布型レンズとファイバ保持具とで構成されるコリメータを対向に配置し、その間に光フィルタを配置し、光入射ポートの光信号を、光フィルタの透過ポートと反射ポートに合分波するものがある。
【０００３】
そして、光通信に使用される光分波モジュールは、入射ポート、反射ポート、透過ポートで構成された３ポートタイプであり、図１９に示されるように、使用する光部品は、２本の光ファイバ２０１，２０２を保持する保持具２０３、１本の光ファイバ２０４を保持する保持具２０５、２個の屈折率分布型レンズ２０６，２０７、１枚の光フィルタ２０８であり（例えば特願２００２−１９４８２０）、これらは何れも高価な部品である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１９に示したものは、フィルタモジュール自体が１モジュールで１波長分（１ｃｈ分）の光信号を合分波するように設計されているため、チャンネル数や特性に応じて、必要な数だけモジュールを準備し、各モジュールを組み込む必要があった。例えば、８ｃｈＭＵＸ／ＤＥＭＵＸを製造する場合、従来技術ではモジュール数が８個と多く、高価なモジュール構成部品はｃｈ数に応じて必要となり、それぞれに加工の手間も必要となる為、安価なモジュールの提供が困難であった。したがって、モジュールを収納するＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ収納ケースの大型化の問題やモジュールの組み込み工数、モジュールを製造するための部品価格や使用点数、加工工数等の問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このように課題を解決するものであり、複数の波長の光信号を１つのモジュールで合分波する光合分波モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明では、１つのモジュールから複数の波長（複数のｃｈ）の光信号を取り出すことにより、ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ収納ケースの小型化、モジュール組み込み工数の削減、モジュールの使用部品点数の削減、モジュール加工工数の削減ができ、１波長（ｃｈ）当たりで安価なモジュール、小型で安価なＭＵＸ／ＤＥＭＵＸの提供が可能となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光ファイバを保持した保持具と屈折率分布型レンズとを有する第１及び第２のコリメータを備え、これら第１及び第２のコリメータの間に光学特性を有する複数の光フィルタを配置し、第１のコリメータ側に配置された前記光フィルタが該第１のコリメータの屈折率分布型レンズの端面に平行であるものである。
【０００８】
この請求項１の構成によれば、対向に配置されたコリメータ間に合分波するｃｈ数に応じて光フィルタを２枚以上配置し、おのおのの光フィルタの光学特性に応じて反射する光信号を反射ポートに結束させ、全ての光フィルタを透過する光信号を透過ポートに結束させることにより、複数波長の光信号を分波あるいは合波を行うものであり、光フィルタの枚数が２枚以上であることにより、１つのモジュールから２個以上の光信号を取り出すことが可能となる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記複数の光フィルタの反射面を第１のコリメータ側に配置したものである。
【００１０】
この請求項２の構成によれば、第１のコリメータ側に反射面を向かせるのは、反射面と反射ポートの光ファイバまでの距離（レンズを含む）が近ければ、レンズの影響により光ファイバヘの入射角度が緩くなるので、反射ポートの光ファイバの結合が一層容易となる。
【００１１】
ファイバへの入射角度がきついとファイバコア内に結合しても、ファイバ内で光線がコアからクラッドに抜けてしまうので、挿入損失が大きくなる。したがって、光ファイバへの入射角度が緩くなるように光フィルタの反射面から反射ポートの光ファイバまでの距離が近ければ、すなわちフィルタの反射面が第１のコリメータに向いていれば、反射ポートの光ファイバの挿入損失を小さくすることができる。
【００１２】
また、請求項３の発明は、複数の前記光フィルタは、バンドパスフィルタとエッジフィルタとからものである。
【００１３】
この請求項３の構成によれば、１モジュールを組み合わせる上で使用する光フィルタはバンドパスフィルタ１枚とエッジフィルタとを組み合わせ、バンドパスフィルタとは、特定の予め定めた幅を持った波長だけを透過するフィルタで、エッジフィルタとは、ある波長を境にして反射と透過に分かれるフィルタであり、入射ポート側からの光フィルタの順に、光学特性に対して透過できる波長帯域が狭くなっていき、フィルタを組み合わせ、その反射と透過により、光信号を分波できる。
【００１４】
また、請求項４の発明は、前記第１のコリメータ側の光フィルタは、設定した波長帯域を透過するバンドパスフィルタであり、他の光フィルタはエッジフィルタであるものである。
【００１５】
この請求項４の構成によれば、１モジュールを組み合わせる上で使用する光フィルタはバンドパスフィルタ１枚とエッジフィルタとを組み合わせ、バンドパスフィルタ（第１の光フィルタと言う）は第１のコリメータ側に配置し、複数のエッジフィルタ（第２，第３の光フィルタと言う）はそれ以後に配置する。１個のモジュールから複数の波長の光信号を取り出すために、第１の光フィルタ（バンドパスフィルタ）で使用されるものは、透過帯域は予め定めた波長範囲の光信号を全て透過するものであり、第２の光フィルタで使用されるものは、第１の光フィルタの透過帯域内で、反射する波長帯域の光信号を除く波長帯域が透過するものを使用し、第３の光フィルタで使用されるものは、第１と第２の光フィルタを同時に透過する透過帯域内において反射する光信号を除く波長帯域が透過するものを使用し、以後の光フィルタも同様に選択される。すなわち、入射ポート側からの光フィルタの順に、光学特性に対して透過できる波長帯域が狭くなっていき、第１のコリメータ側から光信号が進む順番に配置した場合、最後の光フィルタ（第２のコリメータ側の光フィルタ）を透過したときの透過帯域は１波長分となる。このことにより使用する光フィルタの数だけ光信号を合分波できる。
【００１６】
例えば、光フィルタ２枚を使用した場合、入射した光信号は、まず、第１の光フィルタの反射面で反射し、レンズを通過して保持具内の入射ポートの光ファイバと対向位置にある光ファイバへ結束することができる。一方、透過した光信号は第２の光フィルタの反射面で反射した反射帯域と透過した透過帯域とに分けられ、透過した光信号の透過帯域は、第２のコリメータのレンズを通過し、保持具内の光ファイバへ結束する。一方、第２の光フィルタの反射面で反射した光信号の反射帯域は、第１の光フィルタを透過し、第１のコリメータ内のレンズを通過した後、保持具内の光ファイバへ結束することができる。
【００１７】
したがって、光フィルタを２枚使用した場合、入射ポートの光ファイバの光信号を、第１の光フィルタによる反射帯域と、第１の光フィルタを透過し第２の光フィルタを反射する帯域と、第１及び第２の光フィルタともに透過する帯域に分波することができる。
【００１８】
以上より第１の光フィルタ（バンドパスフィルタ）を第１のコリメータ側に配置し、第２の光フィルタ（エッジフィルタ）以後を第１の光フィルタ以後連続に配置するのは、上記の理由で１個のモジュールから複数の波長の光信号を合分波できるからである。また１個のモジュールを組み合わせる上で使用する光フィルタをバンドパスフィルタ１枚とエッジフィルタにするのは、例えばバンドパスフィルタとバンドパスフィルタの組合せでは、反射ポートである波長帯域で本来遮断されていなければならない光信号の抜けが見られるためである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記第１のコリメータの保持具は入射ポート及び反射ポートの光ファイバを保持し、これら入射ポート及び反射ポートの光ファイバを中心軸に対して同心円上に配置したものである。
【００２０】
この請求項５の構成によれば、第１のコリメータのファイバ保持具の光ファイバ配置場所と、入射ポート及び反射ポートの光ファイバの位置関係を示したものである。第２の光フィルタ以後の反射ポートについては、第１のコリメータで構成されている保持具内の光ファイバへ結束しなければならない。第１のフィルタによる反射ポートの光ファイバの位置は、入射ポートと中心軸に対して１８０度対称の位置になり、その他の光フィルタによる反射ポートは、保持具内の入射ポート以外の任意の光ファイバ位置に各光部品をアライメントすることで結束できるようにする。すなわち保持具内のファイバのうち１本は入射ポート、残りの光ファイバでおのおのの光フィルタの反射光を受け取ることとなる。したがって第１のコリメータの保持具内のファイバ心線本数は、光フィルタ使用枚数によって決定されることになる。例えば、光フィルタ２枚ならファイバは、入射ポート１本＋反射ポート（＝フィルタ枚数）２本＝３本使用になるため３心となる。
【００２１】
以上の発明により、１つのモジュールから複数の波長の光信号を取り出すことができ、１波長当たりの光部品点数の削滅、加工工数の削減が可能となる。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。図１〜図１３は本発明の第１実施形態を示し、図７〜図１３により、参考例として、３ポートタイプのモジュールの基本構成を説明し、図１〜図６により、本発明の光モジュールの第１実施形態を説明する。
【００２３】
まず、本発明では、挿入損失の低減を図るために、屈折率分布型レンズ端面での光束を光ファイバ中心部の径、例えば約９．５μｍより小さくなるような構造、即ち、コリメータを構成する際と光モジュールを構成する際に、レンズ内を通過する光路を、斜め研磨されていることを利用し、できる限り短くなるように構成すること、調軸を容易にするために、保持具中心軸に対して、ファイバの配置が同心円上になるように配置すること、及び屈折率分布型レンズピッチを０．２５より小さくし、光束の径をさらに絞り込む。尚、屈折率分布型レンズとしてＧＲＩＮレンズが例示される。
【００２４】
尚、レンズピッチは、レンズ内の光線の蛇行周期を示し、ピッチ０．２５では、無限遠物の倒立像が出射端面上に結像できるレンズの長さであり、逆に点光源を入射端面の中心に置けば、平行性のよい光ビーム（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｂｅａｍ）を取り出すことができる。また、ピッチ０．５は、入射端面においた物体の倒立像が出射端面上に結像するレンズ長さである。また、ピッチ０．７５は、無限遠物体の正立実像が出射端面上に決像するレンズ長さである。
【００２５】
入射された光が光ファイバから屈折率分布型レンズ内を通り、屈折率分布型レンズ端面のどこに位置するかについて説明する。屈折率分布型レンズは、円柱状のガラス母材の屈折率分布をレンズの中心軸から外周部に向かって放射状に付けることにより、形状は円柱状であるが、通常のレンズと同様の集光ができる。このレンズ内を光信号が通過する様は、数１で示される。即ち、レンズへの入射側のレンズ中心軸に対する位置及び入射角度が決まればレンズ出射側での光信号の位置が決まる。
【００２６】
【数１】

【００２７】
ここで、ｒｌ：入射端面状の光線の位置（ｍｍ）
ｒ・ｌ：入射端面状の光線の角度（ラジアン）
ｒ２：出射端面状の光線の位置（ｍｍ）
ｒ・２：出射端面状の光線の角度（ラジアン）
Ｚ：レンズ長（ｍｍ）
√（Ａ）：屈折率分布定数
ＮＯ：レンズ光軸上屈折率
上記数１により、光ファイバから出射した光信号が屈折率分布型レンズを通過し、ファイバ出射端から結合するファイバまでの反射ポート及び透過ポートでの光束の径を計算した結果を表１に示す。なお、計算の前提として、光ファイバの出射または入射に伴う開口数の条件を０．１３とし、この角度から求められる光線の位置の幅を光の径にみたてた。
【００２８】
また、ファイバ及びレンズの接合端面では斜め研磨処理がなされているので、光束は、楕円状となっている。光モジュールの構成部品の配置を示すため、結合装置を平面においたとき、斜め研磨面の長径方向が、平面より垂直方向になるようにし、その状態で光モジュールを真上からみた場合をトップ、真横から見た場合をサイドと定義する。そして、光結合装置の２つの屈折率分布型レンズ−保持具の接合面がサイドから見て平行、ハの字、逆ハの字となる位置関係があり、それぞれについて評価した。
【００２９】
ここで、光モジュールを図面に基いて説明する。図７は光モジュールの正面図であり、光ファイバ１０６，１０７を保持した保持具１０３と屈折率分布型レンズ１０２及び光ファイバ１０８，１０９を保持した保持具１０５と屈折率分布型レンズ１０４を、それらの接合面１０３Ｍ，１０２Ｍ，１０４Ｍ，１０５Ｍを光の反射を低減させるために斜め８°に研磨し、さらには研磨後のファイバ端面にＡＲコート処理をして接合した２つのコリメータ１１１，１１２を対向の位置に配置し、その屈折率分布型レンズ１０２，１０４と保持具１０３，１０５の接合面１０３Ｍ，１０２Ｍ，１０４Ｍ，１０５Ｍ同士が平行になるように配置したものである。尚、光ファイバ１０６，１０７，１０８，１０９にはシングルモードファイバが用いられている。また保持具１０３，１０５は、図８のように中心に光ファイバが２本保持できる挿通孔１２１を有し、接合面を１０３Ｍ，１０５Ｍを斜め８°に研磨することにより、図９の断面図に示すごとく、接合面１０３Ｍ，１０５Ｍ側のファイバ端面は斜めに研磨されており、かつ光ファイバ１０６，１０７，１０８，１０９は、斜め研磨の長径方向に並ぶように処理されている。そして、光ファイバ１０６が入射ポート、光ファイバ１０７が反射ポート、光ファイバ１０９が透過ポートである。
【００３０】
図１１及び図１２に示すように、前記保持具１０３，１０５に屈折率分布型レンズ１０２，１０４を接合するが、屈折率分布型レンズ１０２，１０４の接合面１０２Ｍ，１０４Ｍも斜め８°に研磨され、保持具１０３，１０５及び屈折率分布型レンズ１０２，１０４がそれら接合面（研磨面）１０３Ｍ，１０２Ｍ，１０４Ｍ，１０５Ｍを合わせて直線上に接合できるようになっている。さらに、これらコリメータ１１１，１１２を対向する位置に配置するが、図１２の正面図の場合は、コリメータ１１１の接合面１０３Ｍ，１０２Ｍとコリメータ１１２の接合面１０５Ｍ，１０４Ｍとの位置関係は、ハの字となり、入射したファイバ１０６からの光路長が屈折率分布型レンズ１０４内で最短光路を取れないため、コリメータ１１２での接合面１０４Ｍ，１０５Ｍにおける光束径が最大限小さくならない。
【００３１】
図７の正面図の場合は、コリメータ１１１の接合面１０３Ｍ，１０２Ｍとコリメータ１１２の接合面１０５Ｍ，１０４Ｍとの位置関係は、平行になり、入射側ファイバ１０６からの光が屈折率分布型レンズ１０２及び屈折率分布型レンズ１０４内の光路を最短となるように通過するため、表１より光束径が２０％以上小さくなる。すなわち、屈折率分布型レンズ１０２は、コモンポートの光ファイバ１０６側の長さが反射ポートの光ファイバ１０７側の長さより短くなるように接合面１０２Ｍを斜めに形成し、屈折率分布型レンズ１０４は、透過ポートの光ファイバ１０９側の長さが光ファイバ１０８側の長さより短くなるように接合面１０４Ｍを斜めに形成している。
【００３２】
図１３は、この光路の説明図であり、入射側ファイバ１０６の光が、斜め研磨されたファイバ１０６の端面から屈折率分布型レンズ１０２と光学素子１０１を通過後、屈折率分布型レンズ１０４を通過し透過側ファイバ１０９にて受け取り、光学素子１０１の裏面で反射した光は、反射側ファイバ１０７にて受け取る様を示している。屈折率分布型レンズ１０２の光路長は、斜め研磨により短くなっており、屈折率分布型レンズ１０４は長い側の光路を取るため、表１のように、反射ポート側の光束は小さくならないが、透過ポート側の光束は小さくなる。
【００３３】
ここで、コリメータ１１１の接合面１０３Ｍ，１０２Ｍとコリメータ１１２の接合面１０５Ｍ，１０４Ｍとの位置関係について検討する。
【００３４】
保持具と屈折率分布型レンズの接合面での光ファイバ配列の定義は、保持具の中心にファイバを２本挿入されている接合面（研磨面）１０３Ｍ，１０２Ｍ，１０５Ｍ，１０４Ｍから保持具を楕円に見て、ファイバが短径方向に横２本並ぶ配列を横配列、ファイバが長径方向に並ぶ配列を縦配列とした。すなわち、図１０は図７の正面図におけるＡ−Ａ線矢視図であり、接合面１０３Ｍは縦方向に長い楕円をなし、光ファイバ１０６，１０７が長径方向に並ぶ縦配列である。
【００３５】
コリメータ１１１の接合面１０３Ｍ，１０２Ｍとコリメータ１１２の接合面１０５Ｍ，１０４Ｍとの位置関係は、２つのコリメータ１１１，１１２を対向位置に配置してモジュールとして屈折率分布型レンズと保持具の接合面２つが研磨角度で見える位置、すなわち正面図において接合面１０３Ｍ，１０２Ｍ，１０５Ｍ，１０４Ｍが垂直方向と傾斜する位置（以下、サイドと言う）より見て、逆ハの字、ハの字、平行となるように配置でき、それぞれを定義する。図面を参照して説明すると、図７は平行、図１２はハの字である。また、装置を真上から見た状態をトップと定義する。図１０において、リフレクトポートの接合面１０３Ｍに入射する光束径のトップ側から見た寸法φｔと、サイド側から見た寸法φｓを測定して表１に示す。すなわちφｔは光束径の横寸法、φｓは光束径の縦寸法である。尚、上述したように光ファイバ１０６，１０７，１０８，１０９のコアの直径約９．５μｍである。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１に示す結果では、光ファイバ１０６，１０７，１０８，１０９を接合面１０３Ｍ，１０５Ｍに対して長径方向に２本並べて縦配列し、２つのコリメータ１１１，１１２の接合面が平行になるように配置（図７）した場合に、光ファイバ（透過ポート側）１０９の接合面１０５Ｍでの光束径が最も絞り込まれる。これは、入射した光が、屈折率分布型レンズ１０２，１０４内を斜め研磨した分だけ最短光路を通過するように配置したからである。
【００３８】
なお、屈折率分布型レンズのピッチとしては、０．２５０を使用しているが、市販のピッチ０．２３０を反射ポート側の屈折率分布型レンズ１０２に使用した場合には、さらに光束径は小さくなる。
【００３９】
しかし、この場合、光束が小さくなる位置が屈折率分布型レンズと保持具の接合面に対してやや距離を置く必要があり、組み立ての際に軸に対する角度調整の要素も考慮しなければならない。入手可能な屈折率分布型レンズのピッチとしては、０．２４８が適切であり、この場合の端面における光束径を表２に示す。
【００４０】
【表２】

【００４１】
この場合は、透過ポート側だけでなく、反射ポート側でも光束径が小さくなるため、効果がより顕著になる。
【００４２】
以下、本発明のモジュールの実施形態について説明する。４（２ｎ：ｎ＝２）本のファイバを保持するファイバ保持具を使用した光モジュールを例にして図１〜図６に基づいて説明する。同図は、本発明の４本のファイバによるファイバ保持具の光モジュールの実施形態例であり、同径の３本の光ファイバ７，８，９を保持した保持具３と屈折率分布型レンズ２及び同径の１本の光ファイバ１０を保持した保持具５と屈折率分布型レンズ４を備え、それらの接合面２Ｍ，３Ｍ，４Ｍ，５Ｍを光の反射を低減させるために図７と同様に斜め８°に研磨し、さらには研磨後のファイバにＡＲコート処理をして接合した２つのコリメータ１４，１５を対向位置に配置し、そのレンズ２と保持具３の接合面２Ｍ，３Ｍとレンズ４と保持具５の接合面４Ｍ，５Ｍとが平行になるように配置したものである。光フィルタ１は、対向するコリメータ１４，１５間にレンズ２，４の端面２Ｔ，４Ｔと平行になるように配置され、また、光フィルタ１の反射面たる蒸着面１Ｊを第１のコリメータ１４側になるように配置する。この場合、保持具３内において、入射ポートの光ファイバ６，８が反射ポートの光ファイバ７，９より長くなるように保持具３の接合面３Ｍを斜めに形成している。
【００４３】
次に、図１に示す各光部品について説明する。尚、ファイバ保持具とレンズとの接合面が斜めに見える位置から見た状態をサイドと定義し、モジュールを真上からみた状態をトップと定義する。図１はモジュールをサイドから見た図であり、入力ポート側には、３本の光ファイバを保持する保持具３と屈折率分布型レンズ２とを接合してなる第１のコリメータ１４を配置し、反射ポート側には、１本の光ファイバを保持する保持具５と、屈折率分布型レンズ４とを接合してなる第２のコリメータ１５を配置する。図２及び図３は、図１で使用されるファイバ保持具３のＡ−Ａ矢視図及びファイバ保持具５のＢ−Ｂ矢視図である。ここでのファイバ保持具３は光ファイバ７，８，９が３本挿通され、ファイバ保持具５は光ファイバ１０が１本挿通されている。入射ポート側のファイバ保持具３は、中心軸Ｃを通る２本の直交線Ｓ，Ｓにそれぞれ外接する位置に３本の光ファイバ７，８，９を配置し、透過ポート側のファイバ保持具５は、中心軸Ｃから光ファイバのほぼ半径分シフトした位置に光ファイバ１０を１本配置できるような構造を持っており、この光ファイバ１０は中心軸Ｃを通る２本の直交線Ｓ，Ｓにそれぞれ外接する位置にある。尚、図２及び図３において、縦方向の直交線Ｓは、図１の側面図における垂直方向であり、横方向の直交線Ｓは図１の側面図における水平方向である。これらはファイバ保持具の光ファイバの組合せのほんの１例であり、限定するものでない。前記保持具３，５に屈折率分布型レンズ２，４を接合する場合、レンズ２，４の接合面２Ｍ，４Ｍも斜め８°に研磨され、さらにＡＲコート処理され、保持具３，５及び屈折率分布型レンズ２，４がそれら接合面（研磨面）３Ｍ，２Ｍ，４Ｍ，５Ｍを合わせて直線上に接合できるようになっている。前記屈折率分布型レンズ２の先端には、反射面たる蒸着面２０Ｊ，２１Ｊを第１のコリメータ１４側に向けて固定した第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０と第２の光フィルタたるエッジフィルタ２１を配置し、それらフィルタ２０，２１を挟んで、コリメータ１４，１５を対向する位置に配置する。
【００４４】
モジュールの組立では、エッジフィルタ２１からの反射光をファイバ保持具３のファイバ８に結合させるため、アライメントを行う。光フィルタの光学特性は、第１のコリメータ１４側に使用するバンドパスフィルタ２０の光学特性（透過特性）として図５（Ａ）の符号３０で示すものを、また、第２のコリメータ１５側に使用するエッジフィルタ２１の光学特性（透過特性）として図５（Ａ）の符号３１で示すものを用いた。また、第２の光フィルタたるエッジフィルタ２１は、そのバンドパスフィルタ２０を透過した光信号が、蒸着面２１Ｊで反射し、バンドパスフィルタ２０を透過して入射ポートの横配列で隣りの光ファイバに入光するようにサイド側から見て蒸着面２１Ｊが傾斜し、すなわち縦断面方向に対して蒸着面２１Ｊが傾斜している。そして、保持具３，５、レンズ２，４及びバンドパスフィルタ２０の中心軸が一直線上に並び、この直線に対してエッジフィルタ２１の中心軸が傾斜している。
【００４５】
次に、モジュール光路について説明する。図４より、入射ポートの光ファイバ７からの光信号を第１の光フィルタ２０により、あらかじめ定めた波長帯の光信号のみを透過させ、他の波長の光は入射ポートの光ファイバ７の位置が、保持具３の中心軸Ｃに対して１８０度対称の位置にある反射ポートの光ファイバ８に反射することで取り除く。第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０を透過した透過光は、さらにエッジフィルタ２１を通過する際、使用したエッジフィルタ２１の光学特性が図５（Ａ）の３１の光学特性であれば、透過ポートの光ファイバ１０に結合される光信号は図５（Ｂ）の符号３２（λ１）で示される波長域に合分波される。第２の光フィルタであるエッジフィルタ２１で反射された光信号は、反射ポートの光ファイバ９に結合され、図５（Ｂ）の符号３３（λ２）で示される波長域に合分波することが可能となる。上述したように、光ファイバ７，８を中心軸Ｃに対して１８０度対称の位置に設け、図４のように蒸着面２０Ｊをレンズ２の端面に平行とし、前記中心軸Ｃと直交するように配置すれば、入射ポートの光ファイバ７からの光信号は、蒸着面２０Ｊで反射して、その光ファイバ７と中心軸Ｃに対して１８０度対称位置の光ファイバ８に入射するが、サイド側から見ると、第１のフィルタたるバンドパスフィルタ２０を通過した光信号の向きと直交するように蒸着面２１Ｊを向けることにより、この蒸着面２１Ｊに反射した光信号は、反射ポートの光ファイバ８の真上で入射ポートの光ファイバ７の真横に位置する光ファイバ９に結合される。
【００４６】
次に、図１〜図３の２波長合分波モジュール構成において、反射ポートの光ファイバ８，９と透過ポートの光ファイバ１０に結合したときの光束径を計算で求めた。このときのファイバコア径を９．５μｍとした。ファイバ保持具とレンズとの接合面が斜めに見える位置から見た状態をサイドと定義し、モジュールを真上からみた状態をトップと定義する。ファイバ開口数０．１３のときの反射ポートと透過ポートの接合面に入射する光束径とその軸ズレ量の、トップ側から見た場合とサイド側から見た場合を表３に示した。
【００４７】
【表３】

【００４８】
この表３は、光束径の寸法φｔ，φｓと光束の軸ズレを示し、この軸ズレについて図６に基いて説明すると、保持具３の接合面３Ｍを示し、反射ポートの光ファイバ８端面を拡大表示し、ファイバ８のコア８Ｋの縦方向中心Ｘｃに対して、光束の中心が上方にずれた場合をプラス、下方にずれた場合をマイナスとしている。また、コア８Ｋの横方向中心Ｙｃに対して一側にずれた場合をプラス、他側にずれた場合をマイナスとし、透過ポートも同様にして保持具５の接合面５Ｍに対して位置ズレを表示した。
【００４９】
ここで反射ポートの光ファイバ８は、第１の光フィルタであるバンドパスフィルタ２０による反射であり、反射ポートの光ファイバ９は、第２の光フィルタであるエッジフィルタ２１による反射を受け取ったときのものである。コアの中心からの光束端部の位置は、コアの中心から一番離れた光束端部の位置であり、軸ズレ量に光束径×１／２の値を加えれば得られる。コアの半径は４．７５μｍであるからそれ以下であれば、光束がすべてコア内に入る位置となる。コアの半径以上、すなわち光束の一部がコアから外れるとロスが生じるが、この計算結果からではすべてコア内に入る位置なのでロスは生じない。
【００５０】
計算結果より、反射ポート、透過ポートヘの光束はファイバのコアの径以内に収まっており、その光束径が約３μｍと小さくできる。
【００５１】
次に反射ポートと透過ポートの接合面に入射するモジュールの中心軸Ｃに対する入射角度を計算して求め、表４に示した。
【００５２】
【表４】

【００５３】
モジュールの中心軸Ｃに対する入射角度に対しては、ファイバ開口数０．１３としているので、コアへの入射角度は限られている。その入射角度以外では、入射位置がコア径以内であってもファイバ内でクラッド側へ抜けてしまうので、損失が大きくなる。表４の反射ポートのファイブ９のトップ側の入射角度が、０．８５１ｄｅｇの違いだけでほぼファイバ開口数０．１３内に一部入っているので、損失に対する影響は問題にならないほど小さい。
【００５４】
試作した２波長合分波モジュールは２波の挿入損失が０．５ｄＢと低損失で、アイソレーションが１８ｄＢと実使用レベルのアイソレーション１５ｄＢを満たすものであった。
【００５５】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、光ファイバ７，８，９，１０を保持した保持具３，５と屈折率分布型レンズ２，４とを有する第１及び第２のコリメータ１４，１５を備え、これら第１及び第２のコリメータ１４，１５の間に光学特性を有する複数の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０，エッジフィルタ２１を配置し、第１のコリメータ１４側に配置されたバンドパスフィルタ２０が該第１のコリメータ１４の屈折率分布型レンズ２の端面２Ｔに平行であるから、対向に配置されたコリメータ１４，１５間に合分波するｃｈ数に応じて光フィルタを２枚以上配置し、おのおのの光フィルタの光学特性に応じて反射する光信号を反射ポートの光ファイバ８，９に結束させ、全ての光フィルタを透過する光信号を透過ポートの光ファイバ１０に結束させることにより、複数波長の光信号を分波あるいは合波を行うものであり、光フィルタの枚数が２枚以上であることにより、１つのモジュールから２個以上の光信号を取り出すことが可能となる。
【００５６】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、光フィルタたるバンドパスフィルタ２０の反射面たる蒸着面２０Ｊ、バンドパスフィルタ２１の反射面たる蒸着面２１Ｊ及びバンドパスフィルタ２２の反射面たる蒸着面２２Ｊを第１のコリメータ１４側に配置したから、第１のコリメータ１４側に反射面を向かせるのは、反射面と反射ポートの光ファイバ９までの距離（レンズを含む）が近ければ、レンズ２の影響により光ファイバ９ヘの入射角度が緩くなるので、反射ポートの光ファイバ９の結合が一層容易となる。そして、ファイバへの入射角度がきついとファイバコア内に結合しても、ファイバ内で光線がコアからクラッドに抜けてしまうので、挿入損失が大きくなる。したがって、光ファイバへの入射角度が緩くなるようにすれば、反射ポートの光ファイバの挿入損失を小さくすることができる。
【００５７】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、複数の光フィルタは、バンドパスフィルタ２０とエッジフィルタ２１とからなるから、１モジュールを組み合わせる上で使用する光フィルタはバンドパスフィルタ２０とエッジフィルタ２１とを組み合わせ、バンドパスフィルタ２０とは、特定の予め定めた幅を持った波長だけを透過するフィルタで、エッジフィルタ２１とは、ある波長を境にして反射と透過に分かれるフィルタであり、入射ポート側からの光フィルタの順に、光学特性に対して透過できる波長帯域が狭くなっていき、フィルタを組み合わせ、その反射と透過により、光信号を分波できる。
【００５８】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、第１のコリメータ１４側の光フィルタは、設定した波長帯域を透過するバンドパスフィルタ２０であり、他の光フィルタはエッジフィルタ２１であるから、１モジュールを組み合わせる上で使用する光フィルタはバンドパスフィルタ２０とエッジフィルタ２１とを組み合わせ、バンドパスフィルタ（第１の光フィルタ）２０は第１のコリメータ１４側に配置し、エッジフィルタ（第２の光フィルタ）２１はそれ以後に配置する。１個のモジュールから複数の波長の光信号を取り出すために、第１の光フィルタ（バンドパスフィルタ２０）で使用されるものは、透過帯域は予め定めた波長範囲の光信号を全て透過するものであり、第２の光フィルタ（エッジフィルタ２１）で使用されるものは、第１の光フィルタ２０の透過帯域内で、反射する波長帯域の光信号を除く波長帯域が透過するものを使用し、第２の光フィルタであるエッジフィルタ２１で使用されるものは、第１の光フィルタであるバンドパスフィルタ２０を透過する透過帯域内において反射する光信号を除く波長帯域が透過するものを使用する。すなわち、入射ポート側からの光フィルタの順に、光学特性に対して透過できる波長帯域が狭くなっていき、第１のコリメータ１４側から光信号が進む順番に配置した場合、最後の光フィルタであるエッジフィルタ２１（第２のコリメータ１５側の光フィルタ）を透過したときの透過帯域は１波長分となる。このことにより使用する光フィルタの数だけ光信号を合分波できる。
【００５９】
例えば、光フィルタ２枚を使用した場合、入射した光信号は、まず、第１の光フィルタの反射面たる蒸着面２０Ｊで反射し、レンズ２を通過して保持具３内の入射ポートの光ファイバ７と対向位置にある反射ポートの光ファイバ８へ結束することができる。一方、透過した光信号は第２の光フィルタの蒸着面２１Ｊで反射した反射帯域と透過した透過帯域とに分けられ、透過した光信号の透過帯域は、第２のコリメータ１５のレンズ４を通過し、保持具５内の透過ポートの光ファイバ１０へ結束する。一方、第２の光フィルタの反射面たる蒸着面２１Ｊで反射した光信号の反射帯域は、第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０を透過し、第１のコリメータ１４内のレンズ２を通過した後、保持具３内の別の反射ポートの光ファイバ９へ結束することができる。
【００６０】
したがって、光フィルタを２枚使用した場合、入射ポートの光ファイバ７の光信号を、第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０による反射帯域と、バンドパスフィルタ２０は透過し第２の光フィルタたるエッジフィルタ２１は反射する帯域と、バンドパスフィルタ２０及びエッジフィルタ２１ともに透過する帯域に分波することができる。
【００６１】
以上より第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０を第１のコリメータ１４側に配置し、第２の光フィルタたるエッジフィルタ２０以後（エッジフィルタ２０より第２のコリメータ１５側）を第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０以後連続に配置するのは、上記の理由で１個のモジュールから複数の波長の光信号を合分波できるからである。また１個のモジュールを組み合わせる上で使用する光フィルタをバンドパスフィルタ２０の１枚とエッジフィルタ２１にするのは、例えばバンドパスフィルタ２０とバンドパスフィルタ２１の組合せでは、反射ポートである波長帯域で本来遮断されていなければならない光信号の抜けが見られるためである。
【００６２】
また、このように本実施形態では、請求項５に対応して、第１のコリメータ１４の保持具３は入射ポート及び反射ポートの光ファイバ７，８，９を保持し、これら入射ポート及び反射ポートの光ファイバ７，８，９を中心軸Ｃに対して同心円上に配置した。これにより、第１のコリメータ１４のファイバ保持具３の光ファイバ配置場所と、入射ポート及び反射ポートの光ファイバの位置関係を示し、第２の光フィルタ以後の反射ポートについては、第１のコリメータ１４で構成されている保持具３内の光ファイバへ結束するように構成する。第１のフィルタによる反射ポートの光ファイバ８の位置は、入射ポートの光ファイバ７と中心軸Ｃに対して１８０度対称の位置になり、その他の光フィルタによる反射ポート９は、保持具３内の入射ポート以外の任意の光ファイバ位置にアライメントすることで結束できるようにする。すなわち保持具３内のファイバのうち１本は入射ポート、残りの光ファイバでおのおのの光フィルタの反射光を受け取ることとなる。したがって第１のコリメータ１４の保持具３内のファイバ心線本数は、光フィルタ使用枚数によって決定されることになる。例えば、光フィルタ２枚ならファイバは、入射ポート１本＋反射ポート（＝フィルタ枚数）２本＝３本使用になるため３心となる。
【００６３】
以上の発明により、１つのモジュールから複数の波長の光信号を取り出すことができ、１波長当たりの光部品点数の削滅、加工工数の削減が可能となる。
【００６４】
図１４〜図１８は本発明の第２実施形態を示し、上記第１実施形態と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例は３波長合分波モジュールタイプであり、入射ポート側には４本の光ファイバ７，８，９，１１を保持する保持具３と屈折率分布型レンズ２を接合した第１コリメータ１４と、透過ポート側には１本の光ファイバ１０を保持する保持具５と屈折率分布型レンズ４を接合した第２のコリメータ１５と、その間に光フィルタ３枚が挿入され、これら光フィルタは、第１のコリメータ１４側から第２のコリメータ１５側に向ってバンドパスフィルタ２０，エッジフィルタ２１，エッジフィルタ２２の順で並んでいる。図１５は、図１４で使用されるファイバ保持３，５のＡ−Ａ矢視図とＢ−Ｂ矢視図である。ファイバ保持具３は、中心軸Ｃに対して対称的に光ファイバ７，８，９，１１が４本配置され、すなわち中心軸Ｃを通る２本の直交線Ｓ，Ｓにそれぞれ外接する位置に配置され、ファイバ保持具５は、中心軸Ｃから光ファイバ１０のほぼ半径分シフトした位置に光ファイバ１０を１本配置できるような構造を持っており、この光ファイバ１０は中心軸Ｃを通る２本の直交線Ｓ，Ｓにそれぞれ外接する位置にある。尚、保持具３は、円柱状で中心軸Ｃに対して同心円上に４本の光ファイバーを配置できる挿入孔５０を持ち、この挿入孔５０は取付部であって、４本の光ファイバに対応して略正方形形状に形成されており、各光ファイバはその挿入孔５０の角部により位置決めされる。第１のコリメータ１４側から第２のコリメータ１５側に並んだ第１、第２、第３の光フィルタは、あらかじめ定められた所要の光学特性を持ち、その特性を図１８（Ａ）に示した。第１のコリメータ１４側から順に、第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０の光学特性（透過特性）は図１８（Ａ）の符号３０に示すものであり、第２の光フィルタたるエッジフィルタ２１の透過特性は図１８（Ａ）の符号３１に示すものであり、第３の光フィルタであるエッジフィルタ２２の透過特性は図１８（Ａ）の符号３４に示すものである。
【００６５】
このように本実施形態では、第１実施形態で示したモジュールの構成に加えて、第３の光フィルタとして、第２の光フィルタと第２のコリメータ１５との間にエッジフィルタ２２を配置し、このエッジフィルタ２２で反射した光信号を受ける反射ポートの光ファイバ１１を保持具３に配置したものである。また、第３の光フィルタたるエッジフィルタ２２は、バンドパスフィルタ２０及びエッジフィルタ２１を透過した光信号が、蒸着面２２Ｊで反射し、それらフィルタ２１，２０を透過して入射ポートの縦配列で隣りの光ファイバに入光するようにトップ側から見て蒸着面２２Ｊが傾斜し、すなわち平面方向に対して蒸着面２２Ｊが傾斜している。すなわち、バンドパスフィルタ２０とエッジフィルタ２１とを通過した光信号の向きと直交するように蒸着面２２Ｊを向けることにより、蒸着面２２Ｊに反射した光信号は、反射ポートの光ファイバ８の真横で入射ポートの光ファイバ７の真下に位置する光ファイバ１１に結合される。
【００６６】
次に、モジュール光路について説明する。図１７より第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０は、入射ポート７からの光信号を、合分波するあらかじめ定めた波長範囲の光信号をすべて透過するもので、この例では３波長分である。それ以外の波長の光信号は、第１の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０の蒸着面２０Ｊで反射させ、第１のコリメータ１４の保持具３内の反射ポートの光ファイバ８（第１の反射ポート）に結合する。透過した３波長分の光信号は、第２の光フィルタたるエッジフィルタ２１により透過する２波長と、蒸着面２１Ｊで反射する１波長で分けられる。この蒸着面２１Ｊで反射する１波長分４７（λ２）は光ファイバ９（第２の反射ポート）に結合される。エッジフィルタ２１を透過した２波長分の光信号は、第３の光フィルタたるエッジフィルタ２２により透過帯と反射帯で１波長ずつ分けられる。この場合、４６（λ３）が蒸着面２２Ｊに反射して光ファイバ１１（第３の反射ポート）に結合、４５（λ１）が透過し第２のコリメータ１５の保持具５内の透過ポートの光ファイバ１０に結合される。
【００６７】
同様に図６の３波長合分波モジュール構成において、反射ポートと透過ポートのファイバに結合したときの光束径を計算で求めた。表５に反射ポートと透過ポートの接合面に入射する光束径とその軸ズレ量の、トップ側から見た場合とサイド側から見た場合を示した。
【００６８】
【表５】

【００６９】
ここで反射ポートの光ファイバ８は、第１の光フィルタであるバンドパスフィルタ２０による反射であり、反射ポートの光ファイバ９は、第２の光フィルタであるエッジフィルタ２１による反射であり、反射ポートの光ファイバ１１は、第３の光フィルタであるエッジフィルタ２２による反射を受け取ったときのものである。計算結果より、反射ポート、透過ポートの光束はファイバのコア径以内に収まっており、その光束径が約３μｍと小さくできる。
【００７０】
同様に反射ポートと透過ポートの接合面に入射するモジュールの中心軸に対する入射角度を計算して求め、表６に示した。
【００７１】
【表６】

【００７２】
表６の反射ポートの光ファイバ９のトップ側の入射角度と反射ポートの光ファイバ１１のサイド側の入射角度が、ファイバ開口数０．１３内に入っていないが、前記同様に損失に対する影響は小さいので問題にしなくてよい。
【００７３】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、光ファイバ７，８，９，１１，１０を保持した保持具３，５と屈折率分布型レンズ２，４とを有する第１及び第２のコリメータ１４，１５を備え、これら第１及び第２のコリメータ１４，１５の間に光学特性を有する複数の光フィルタたるバンドパスフィルタ２０，エッジフィルタ２１，２２を配置し、第１のコリメータ１４側に配置されたバンドパスフィルタ２０が該第１のコリメータ１４の屈折率分布型レンズ２の端面２Ｔに平行であり、バンドパスフィルタ２０の反射面たる蒸着面２０Ｊ、バンドパスフィルタ２１の反射面たる蒸着面２１Ｊ及びバンドパスフィルタ２２の反射面たる蒸着面２２Ｊを第１のコリメータ１４側に配置し、第１のコリメータ１４の保持具３は入射ポート及び反射ポートの光ファイバ７，８，９，１１を保持し、これら入射ポート及び反射ポートの光ファイバ７，８，９，１１を中心軸Ｃに対して同心円上に配置したから、上記第１実施形態と同様な作用・効果を奏する。
【００７４】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、光ファイバを保持した保持具と屈折率分布型レンズとを有する第１及び第２のコリメータを備え、これら第１及び第２のコリメータの間に光学特性を有する複数の光フィルタを配置し、第１のコリメータ側に配置された前記光フィルタが該第１のコリメータの屈折率分布型レンズの端面に平行であるものであり、複数の波長の光信号を１つのモジュールで合分波する光合分波モジュールを提供できる。
【００７６】
また、請求項２の発明は、前記複数の光フィルタの反射面を第１のコリメータ側に配置したことを特徴とする請求項１記載の光合分波モジュール。
【００７７】
また、請求項３の発明は、複数の前記光フィルタは、バンドパスフィルタとエッジフィルタとからなるものであり、複数の波長の光信号を１つのモジュールで合分波する光合分波モジュールを提供できる。
【００７８】
また、請求項４の発明は、前記第１のコリメータ側の光フィルタは、設定した波長帯域を透過するバンドパスフィルタであり、他の光フィルタはエッジフィルタであるものであり、複数の波長の光信号を１つのモジュールで合分波する光合分波モジュールを提供できる。
【００７９】
また、請求項５の発明は、前記第１のコリメータの保持具は入射ポート及び反射ポートの光ファイバを保持し、これら入射ポート及び反射ポートの光ファイバを中心軸に対して同心円上に配置したものであり、複数の波長の光信号を１つのモジュールで合分波する光合分波モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す合分波モジュールの正面図である。
【図２】同上、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同上、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】同上、光路説明図であり、図４（Ａ）はトップ側から見たものであり、図４（Ｂ）はサイド側から見たものである。
【図５】同上、光学特性を示すグラフ図であり、図５（Ａ）は光フィルタの光学特性、図５（Ｂ）は合分波された光信号の波長域を示す。
【図６】同上、接合面の正面図であり、一部を拡大表示している。
【図７】参考例に係わる光モジュールの実施形態例の正面図であり、両側のコリメータの接合面が平行をなす。
【図８】同上、光モジュールの保持具の斜視図である。
【図９】同上、光モジュールの保持具とファイバ配置を示す断面図である。
【図１０】同上、図７のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１１】同上、光モジュールの保持具とファイバと屈折率分布型レンズで構成されるコリメータの正面図である。
【図１２】同上、他の光モジュールの正面図であり、両側のコリメータの接合面がハの字の配置をなす。
【図１３】同上、光モジュールの光路説明図である。
【図１４】本発明の第２実施形態を示す合分波モジュールの正面図である。
【図１５】同上、図１４のＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】同上、図１４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】同上、光路説明図であり、図１７（Ａ）はトップ側から見たものであり、図１７（Ｂ）はサイド側から見たものである。
【図１８】同上、光学特性を示すグラフ図であり、図１８（Ａ）は光フィルタの光学特性、図１８（Ｂ）は合分波された光信号の波長域を示す。
【図１９】従来例の光モジュールの正面図である。
【符号の説明】
２ 屈折率分布型レンズ
３ 保持具
４ 屈折率分布型レンズ
５ 保持具
２Ｍ，３Ｍ，４Ｍ，５Ｍ 接合面
７ 入射ポートの光ファイバ
８ 反射ポートの光ファイバ（第１の反射ポート）
９ 反射ポートの光ファイバ（第２の反射ポート）
１０ 透過ポートの光ファイバ
１４ コリメータ
１５ コリメータ
２０ バンドパスフィルタ（第１の光フィルタ）
２０Ｊ 蒸着面（反射面）
２１ エッジフィルタ（第２の光フィルタ）
２１Ｊ 蒸着面（反射面）
１１ 反射ポートの光ファイバ（第３の反射ポート）
２２ エッジフィルタ（第３の光フィルタ）
２２Ｊ 蒸着面（反射面）

Claims (5)

1. 光ファイバを保持した保持具と屈折率分布型レンズとを有する第１及び第２のコリメータを備え、これら第１及び第２のコリメータの間に光学特性を有する複数の光フィルタを配置し、第１のコリメータ側に配置された前記光フィルタが該第１のコリメータの屈折率分布型レンズの端面に平行であることを特徴とする光合分波モジュール。
2. 前記複数の光フィルタの反射面を第１のコリメータ側に配置したことを特徴とする請求項１記載の光合分波モジュール。
3. 複数の前記光フィルタは、バンドパスフィルタとエッジフィルタとからなることを特徴とする請求項１又は２記載の光合分波モジュール。
4. 前記第１のコリメータ側の光フィルタは、設定した波長帯域を透過するバンドパスフィルタであり、他の光フィルタはエッジフィルタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光合分波モジュール。
5. 前記第１のコリメータの保持具は入射ポート及び反射ポートの光ファイバを保持し、これら入射ポート及び反射ポートの光ファイバを中心軸に対して同心円上に配置したことを特徴とする請求項１記載の光合分波モジュール。

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