JP2004354483A

JP2004354483A - 光部品

Info

Publication number: JP2004354483A
Application number: JP2003149391A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nishiwaki; 賢治西脇; Yoshikiyo Noguchi; 善清野口; Kenichiro Asano; 健一郎浅野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】誘電体多層膜フィルタ素子を用いた小型化した光部品を提供する。
【解決手段】誘電体多層膜フィルタ素子を用いた光部品において、誘電体多層膜フィルタ４を挟持する一対のコリメートレンズ３及び５の中心と、コリメートレンズに接続する光ファイバ１及び７の中心を一致させずに配列する。誘電体多層膜フィルタ素子４は直方体形状をしており、誘電体多層膜４ｂが形成された第１端面４ｃに対向する第２端面４ｄに反射防止コート４ｅを形成する。
本発明の光部品では、誘電体多層膜フィルタ４、コリメートレンズ３、５及び光ファイバ保持部材２，６を直線状に配列する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信において使用される光増幅器や光分波合波器の部品として使用される誘電体多層膜フィルタ素子を用いた誘電体多層膜フィルタ型の光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体多層膜フィルタは、光増幅器や光分波合波器等の光通信用機器における波長選択素子などとして用いられているものであり、所定の厚さを有するガラス等でできたフィルタ基板の一面あるいは両面に、蒸着等の方法により誘電体多層膜を形成したものである。誘電体多層膜フィルタの所定の波長における透過率及び反射率は、誘電体多層膜の材料の屈折率、厚さ、層数を調整することにより所定の値に設計することができる。
【０００３】
ところで、長距離伝送に必要な光増幅器においては、増幅媒体であるエルビウム添加光ファイバ（以下、ＥＤＦと略す）の利得に波長依存性があり、光波長多重通信において利用される１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯においては、増幅後に各信号波長における光出力を等しくするために利得等化器（ＧａｉｎＦｌａｔｔｅｎｉｎｇＦｉｌｔｅｒ、以下、ＧＦＦと略す。）が必要となる。
【０００４】
誘電体多層膜フィルタは、広い波長域に渡って、各波長の透過率を所定の値に設計できるため、ＧＦＦにおける利得等化素子としても用いられている。すなわち、誘電体多層膜フィルタの各波長における透過率を、ＥＤＦの利得曲線と逆特性にすることにより、信号波長毎の光信号強度の変動を相殺し、前記の波長領域全域に渡って平滑化された均一な光信号強度を得ることができる。
【０００５】
図５は、従来使用されているＧＦＦの構造の一例を示すものである。図５（ａ）はＧＦＦの平面図であり、図５（ｂ）は側面図である。図中符号８は、ＧＦＦの筐体である。ＥＤＦにより増幅された光は、光ファイバ保持部材２により固定された光ファイバ１から導入され、コリメートレンズ３で平行光にされ、誘電体多層膜フィルタ素子４を透過し、コリメートレンズ５で、光ファイバ保持部材６により固定された透過光側の光ファイバ７に集光される。上記の光ファイバ保持部材２及び６、コリメートレンズ３及び５、誘電体多層膜フィルタ素子４のＧＦＦの部品は、光軸を調整された後、接着剤で固定され、筐体８に収容される。
【０００６】
また、図６は図５に示めされるフィルタ素子４の構造の一例を示すものである。この例におけるフィルタ素子４は、直方体の一端面が斜めに切取られた楔型であり、光軸４ｆを通る光が、最初に透過するフィルタ素子４ａの第１端面４ｃに、誘電体多層膜４ｂが形成されている。また、第１端面４ｃに対向し、入射光がフィルタ素子を透過する第２端面４ｄは、第１端面４ｃに対して傾斜しており、その表面に反射防止（ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コ−ト（以下、ＡＲコ−トと略す。）４ｅが施されている。
【０００７】
このように、光増幅器に使用されるＧＦＦにおいて、２つの単芯コリメータレンズ３、５間に誘電体多層膜フィルタ素子（以後、フィルタ素子と略す。）４を挟み込んだ構造が一般的であり、その構造は、特願２００２−２０５６９７号において提案されている。
【０００８】
図６に示した形態のフィルタ素子４では、第１端面４ｃで反射した光が、再度、入射光側のコリメートレンズ３に入射してしまい、反射減衰量を悪化させる。この反射減衰量の悪化を防ぐため、図５（ｂ）に示すようにフィルタ素子４に対して透過光側のコリメートレンズ５を傾ける必要がある。
【０００９】
ところが、フィルタ素子４とコリメートレンズ３、５及びファイバ保持部材２、６といったＧＦＦの部品を傾斜して配置すると、これら部品を収容する筐体８は大きくなってしまう。ＧＦＦは光増幅器に収納されるが、ＧＦＦの寸法が大きいと光増幅器内部の設計の自由度が低くなり、また、光増幅器の寸法が大きくなり、。
【００１０】
また、入射光側のコリメートレンズ３とフィルタ素子４では、反射減衰量を低減するために、一方、透過光側のコリメートレンズ５とフィルタ素子４では、挿入損失を最小にするために、それぞれ光軸調整作業が必要であり、フィルタ素子を使った光部品の製造コストが増加する。
【００１１】
ところで、第１端面４ｃに誘電体多層膜を施した直方体形状のフィルタ素子４では、第１端面４ｃからの入射光は、第２端面４ｄから直接出射する場合と、入射光の一部が第２端面４ｄで反射され、フィルタ素子４の内部で複数回反射した後、第２端面４ｄから出射する場合がある。前者は１次透過光、後者は高次透過光である。高次透過光の次数はフィルタ素子内部での反射回数にしたがって増加する。
前記の１次透過光と多次透過光がコリメータによって集光され、重畳されると、リップル（ｒｉｐｐｌｅ）と呼ばれる干渉縞が発生する。
【００１２】
このリップルによる利得平坦度の劣化は、信号波長の間隔が１０ｎｍ以下であるような波長分割多重伝送（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下ＷＤＭと略す。）においては、各信号波長間で光強度は変動して、信号伝送に悪影響を与える。
【００１３】
このリップルによる影響を低減させるためには、フィルタ素子４の第２端面４ｄの反射率を小さくして、高次透過光の強度を小さくする。第２端面４ｄの反射率を小さくする方法としては、第２端面４ｄにＡＲコートを施す方法が一般的である。
【００１４】
しかし、ＡＲコートの実質的な反射抑制能力は−３０ｄＢ程度であり、リップルの振幅（最大値−最小値）を目標値とされる０．０１ｄＢ以下とするために必要な−６５ｄＢを達成するためには、反射抑制能力が３５ｄＢ不足する。
そのため、従来は図６に示すように、フィルタ素子４の第２端面４ｄを傾斜させた楔型状にフィルタ素子４を加工し、１次透過光と多次透過光の光路をずらして、干渉を小さくしている。
【００１５】
上述のフィルタ素子は、図７に示す工程によって楔形に加工される。
工程１：フィルタ基板２１の一方の面２２に、ＡＲコ−トを蒸着等の手法により形成する。このＡＲコートは、次工程での誘電体多層膜形成の状況をモニターするために必要である。
工程２：フィルタ基板２１の他方の面２３に、所定の特性を有する誘電体多層膜フィルタを蒸着等の手法により形成する。
工程３：前記の処理を行ったフィルタ基板２１を、切断用の水平な台座２４に接着剤などで固定する。
【００１６】
工程４：前記固定したフィルタ基板２１を所定の大きさの角型に切断する。
工程５：前記切断したフィルタ基板２５を切断用の台座から取り外す。
工程６：台座から取り外した角型フィルタ基板２５の誘電体多層膜が形成されていない側を所定の角度に切断し、切断面を研磨し、楔形状に加工する。この時、フィルタ基板２１の誘電体多層膜が形成されていない側のＡＲコ−トは、切断面の研磨で除去される。
【００１７】
工程７：楔形に加工した面を鏡面研磨し、その上に再度ＡＲコート２６を施す。
工程８：楔形に加工されたフィルタ基板２５を素子とするために、フィルタ基板切断用の台座に接着剤などで固定する。
工程９：角型フィルタ基板２５を所定のフィルタ素子の寸法に切断する。
【００１８】
この一連の工程では、図６に示す楔形状のフィルタ素子４で、フィルタ素子４の加工とフィルタ素子４の第２端面４ｄにＡＲコート再加工が必要となるため、加工工程が増加し製造コストが増加をもたらす。
【００１９】
フィルタ素子及びこれを用いた光部品に関する先行技術文献としては、例えば以下に示すものがある。
【００２０】
【特許文献１】
特開２００２−１９６１７８号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の課題は、フィルタ素子を用いた光部品の寸法を小さくすることにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、外形が直方体状である誘電体多層膜フィルタ素子と、一対のコリメータレンズ及び一対の光ファイバ保持部材を備え、前記一対のコリメータレンズの間に前記誘電体多層膜フィルタ素子が挟持された光部品において、誘電体多層膜フィルタを挟持する一対のコリメータレンズの中心と前記コリメータレンズに接続する光ファイバ中心とを一致させずに配列したことを特徴とする光部品である。
【００２３】
請求項２に記載した発明は、誘電体多層膜フィルタ素子が、誘電体多層膜が形成された第１端面に対向する第２端面に反射防止コートが形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光部品である。
【００２４】
請求項３に記載した発明は、前記誘電体多層膜フィルタ素子の誘電体多層膜の反射防止コートが、−２５〜−５０ｄＢの反射減衰量の性能を有していることを特徴とする請求項１及び２に記載の光部品である。
【００２５】
請求項４に記載した発明は、コリメートレンズに石英ロッドレンズを用いたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の光部品である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の誘電体多層膜フィルタを用いたＧＦＦの構造の一例を示すものである。図１（ａ）はＧＦＦの平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図中符号８は、ＧＦＦの筐体である。光ファイバ保持部材２により固定されている光ファイバ１から導入された光は、コリメートレンズ３で平行光にされ、誘電体多層膜フィルタ素子４を透過し、コリメートレンズ５で、光ファイバ保持部材６により固定された透過光側の光ファイバ７に集光される。上記の光ファイバ保持部材２及び６、コリメートレンズ３及び５、誘電体多層膜フィルタ素子４のＧＦＦの部品は、光軸を調整された後、接着剤で固定され、筐体８に収容される。
【００２７】
図２に、前記のＧＦＦに使用されるフィルタ素子の構造を示す。フィルタ素子４は直方体形状をしており、コリメートレンズ３側の第１端面４ｃには誘電体多層膜フィルタ４ｂが、第１端面に対向する第２端面４ｄにはＡＲコート４ｅが形成されている。
【００２８】
光ファイバ保持部材２とコリメートレンズ３は、それぞれを斜めに研磨しテーパー面を形成し、光ファイバ保持部材２のテーパー面は上向きに、コリメートレンズ３のテーパー面は下向きになるように、互いのテーパー面が接触している。一方、光ファイバ保持部材６とコリメートレンズ５も、前記の光ファイバ保持部材２とコリメートレンズ３と同様にそれぞれを斜めに研磨しテーパー面を形成し、光ファイバ保持部材６のテーパー面は上向きに、コリメートレンズ５のテーパー面は下向きになるように、互いのテーパー面が接触している。
【００２９】
図３は図１に示したＧＦＦにおけるフィルタ素子への入射光及び出射光の経路を示し、図１（ａ）と同一方向から見たときの概略図である。図３（ａ）はフィルタ素子４への入射光の経路を示し、図３（ｂ）はフィルタ素子４からの出射光の経路を示す。
【００３０】
図３（ａ）で示すように、光ファイバ１とコリメートレンズ３は、互いにその中心軸をずらした状態で接続され、オフセット接続されており、光ファイバ１の出射光１１は、ＧＦＦの光軸１５に対して、角度θ_１でコリメートレンズ３からフィルタ素子４に出射される。この時、フィルタ素子４の誘電体多層膜フィルタ４ｂでは、入射光１１に対し角度２θ_１で反射光１２が反射する。
【００３１】
ここで、フィルタ素子４への入射側の光ファイバ１とコリメートレンズ３のオフセット量は１０〜８５０μｍ、フィルタ素子４からの出射側のコリメートレンズ５と光ファイバ７のオフセット量は１０〜９００μｍである。
【００３２】
フィルタ素子４を透過する光１３は、誘電体多層膜フィルタ４ｂで屈折して、ＧＦＦの光軸１６に対して角度θ_２で、フィルタ素子４の中を通過する。この時、角度θ_２は角度θ_１より小さい。
【００３３】
図３（ｂ）で示すように、誘電体多層膜フィルタ４ｂとフィルタ素子４のＡＲコート４ｅを透過した１次透過光１４は、光軸１６に対し角度θ_１をなし、コリメートレンズ５で光ファイバ７に集光する。ここで、コリメートレンズ５と光ファイバ７は、中心をずらしたオフセット接続をしている。
【００３４】
図３（ｂ）で、フィルタ素子を通った１次透過光１４と２次透過光１５は平行である。２次透過光１５の強度はフィルタ素子４のＡＲコート４ｅで、−３０ｄＢ程度に減衰している。さらに、２次透過光１５は、１次透過光１４と十分に離れた位置にあるため、光ファイバ７には入射しない。このため、１次透過光と２次透過光の干渉によって発生するリップルは、無視できるほど小さくなる。
【００３５】
次に、本発明の誘電体多層膜フィルタ型光部品に使用される直方体形状をしたフィルタ素子４の製造方法について説明する。直方体形状の誘電体多層膜フィルタは、楔形状の誘電体多層膜フィルタに比べ、製造工程が簡易であり、安価に製造できる。
【００３６】
図４は直方体形状をしたフィルタ素子の製造工程を示したものである。
工程１：フィルタ基板２１の一方の面２２に、ＡＲコートを蒸着等の手法により形成する。フィルタ基板２１の寸法は、例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍである。
工程２：フィルタ基板２１の他方の面２３に、所定の特性を有する誘電体多層膜フィルタを蒸着等の手法により形成する。
工程３：前記の処理を行ったフィルタ基板２１を、切断用の水平な台座２４に接着剤などで固定する。
工程４：前記固定したフィルタ基板２５を所定の大きさの角型、例えば、１．３ｍｍ角に切断し、切断して得たフィルタ基板２５を切断用の台座から取り外す。
【００３７】
上記の製造方法により、第１端面に誘電体多層膜フィルタ２６を形成し、第１端面に対向する第２端面にＡＲコート２７を形成した、直方体形状のフィルタ素子を得る。この一連の工程は、楔形状のフィルタ素子の製造工程に比べ、フィルタ素子を楔形に切断し、切断面を研磨する工程、及び誘電体多層膜フィルタを形成する面と対向する面にＡＲコートを形成する工程が不要であり、フィルタ素子の製造工程を大幅に簡略化できるものである。
【００３８】
このような光部品においては、光ファイバ１の中心とコリメートレンズ３の中心をずらして接続することで、コリメートレンズ３からフィルタ素子４への入射光は、ある程度の角度をもっているため、フィルタ素子４の表面の反射光が、コリメートレンズ３に入射することはなく、反射減衰量の悪化を防ぐことができる。したがって、フィルタ素子４の位置に対して、フィルタ素子４への入射側のコリメートレンズ３を傾けて配置しなくとも良い。
【００３９】
一方、フィルタ素子４の透過光は、１次透過光だけがフィルタ素子４の出射側のコリメートレンズ５に入射し、高次透過光は除外される。
こうして、フィルタ素子４の両側のコリメートレンズ３、５及び光ファイバ保持部材２、６を直線上に配置できる。
【００４０】
ここで、ＧＦＦに使用するフィルタ素子４の厚さと、フィルタ素子４への光の入射角の関係について説明する。
図８は、フィルタ素子４への入射角θ_１と２次透過光のコリメートレンズ５への結合効率の関係を示したグラフである。コリメートレンズ３及び５にはＧＲＩＮレンズを用い、フィルタ素子４への入射光のビーム径（平行光束の直径）は４００μｍ、フィルタ素子４のＡＲコートの反射減衰量は−３０ｄＢである。図７のグラフで、曲線ａはフィルタ素子４の厚さが１ｍｍ、曲線ｂはフィルタ素子の厚さが２ｍｍの場合の結合効率の計算結果である。
【００４１】
図８より、結合効率を−３５ｄＢ以下にするためには、フィルタ素子４の厚さが２ｍｍの場合は入射角θ_１は８°以上、また、フィルタ素子４の厚さが１ｍｍの場合は入射角度θ_１は１６°以上である必要がある。
ただし、フィルタ素子４への入射角度θ_１を大きくすると、偏波依存性損失の値が大きくなるので、入射角θ_１を大きくするよりもフィルタ素子を厚くする方が良い。
【００４２】
図９は、入射光のビーム径が１４０μｍの場合でのフィルタ素子４への入射角度θ_１と２次透過光のコリメートレンズ５への結合効率の関係を示したグラフである。コリメートレンズ３及び５には、石英ロッドレンズを用いた。フィルタ素子４のＡＲコートの反射減衰量は−３０ｄＢである。
この例で、結合効率を−３５ｄＢ以下にするには、フィルタ素子４の厚さが２ｍｍの場合は、入射角θ_１は４．２°以上、また、フィルタ素子４の厚さが１ｍｍの場合は入射角θ_１は８．２°以上である必要がある。
【００４３】
フィルタ素子４への光の入射角が小さいことは、入射側の光ファイバ１とコリメートレンズ３及び出射側のコリメートレンズ５と光ファイバ７のオフセット量が小さいということを意味する。図３に示すように、光ファイバ保持部材２及び６に保持される光ファイバ１及び７の位置は、入射角θ_１が小さいと光軸１６に近い位置になり、光ファイバ保持部材２及び６の径を小さくできる。
【００４４】
一例として、ビーム径が４００μｍのコリメートレンズを用いたときのＧＦＦの大きさは、外径が５．５ｍｍ、長さが４０ｍｍである。一方、ビーム径が１４０μｍのコリメートレンズを用いたときのＧＦＦの大きさは、外径は２．５ｍｍ、長さは２５ｍｍと、体積で約１／８に縮小される。
【００４５】
図１０に、アイソレータ素子を組み合わせた複合型光部品の他の例の構造の側面図を示す。アイソレータ素子９を、フィルタ素子４とコリメートレンズ５の間に配置しており、上記のＧＦＦと同様に、光部品の大きさを縮小できる。
【００４６】
本発明の光部品は、入射及び出射が１つずつの２ポート光部品だけでなく、図１１及び図１２に示すような、１つの入射光に対して２つの出射光を持つ３ポート型の光部品にも適用可能である。
【００４７】
図１１に、ＷＤＭに使用される３ポートＷＤＭ光部品の一例の構造の平面図を示す。
波長が１．４８μｍと１．５５μｍの２種類の光１８が、光ファイバ１を通りフィルタ素子４に入射する。この時、フィルタ素子４の誘電体多層膜は、波長１．５５μｍの光のみを透過し、光ファイバ７から波長１．５５μｍ光２０を出射する。一方、フィルタ素子４の誘電体多層膜は、波長１．４８μｍの光を反射する。反射光はコリメートレンズ３を通り、光ファイバ１７から波長１．４８μｍ光１９を出射する。こうして波長の異なる２種類の光が分離される。
【００４８】
図１２に、アイソレータ素子を組み合わせた３ポート複合型光部品の構造の一例の平面図を示す。アイソレータ素子９を、フィルタ素子４とコリメートレンズ５の間に配置しており、波長の異なる２種類の光を分離する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光部品によれば、コリメートレンズの中心とコリメートレンズに接続する光ファイバの中心を一致させずに配列したことにより、フィルタ素子、コリメートレンズ、光ファイバ保持部材等の部品を直線状に配列したＧＦＦや光アイソレーターなどの光部品が得られる。
このため、光部品の寸法を小さくすることができ、この種の光部品を使用した製品の寸法も小さくでき、また、製品の設計の自由度を高めることができる。
【００５０】
また、フィルタ素子を通過した２次透過光は、フィルタ素子に形成されたＡＲコートで十分に減衰され、１次透過光とは異なる位置に出射されるため、１次透過光と２次透過光により生じるリップルは無視できるほど小さい。このため、信号波長の間隔が狭い波長多重通信での、各信号波長間の光強度の変動は生じない。
【００５１】
また、光部品に使われるフィルタ素子の面に対して、ある角度で光を入射することで、フィルタ素子面での反射光は元の入射側の光ファイバには戻らないため、反射減衰量は悪化しない。
このため、本発明の光部品は、楔形状のフィルタ素子を使用した光部品と同等の光学特性を持つものである。
【００５２】
また、直方体形状のフィルタ素子が使われるため、楔形状のフィルタ素子と比べ、フィルタ素子の製造工程において、楔形に切断する工程と再度のＡＲコートの工程が不要である。このため、フィルタ素子の製造工程で大幅に工数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光部品の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示したフィルタ素子の構造の概略を示す図である。
【図３】ＧＦＦでの光の経路の概略を示す図である。
【図４】直方体形状のフィルタ素子の製造工程の例を示す図である。
【図５】従来のＧＦＦの構造の概略を示す図である。
【図６】楔形状のフィルタ素子の構造の概略を示す図である。
【図７】楔形状のフィルタ素子の製造工程の例を示す図である。
【図８】ＧＦＦでのフィルタ素子への入射光の角度とコリメートレンズへの結合効率の関係を示すグラフである。
【図９】ＧＦＦでのフィルタ素子への入射光の角度とコリメートレンズへの結合効率の関係を示すグラフである。
【図１０】複合型光部品の一例を示す概略図である。
【図１１】３ポート光部品の一例を示す概略図である。
【図１２】３ポート複合型光部品の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・・光ファイバ、２・・・・光ファイバ保持部材、３・・・・コリメートレンズ、４・・・・フィルタ素子、４ｂ・・・・誘電体多層膜、４ｃ・・・・第１端面、４ｄ・・・・第２端面、４ｅ・・・・ＡＲコート、５・・・・コリメートレンズ、６・・・・光ファイバ保持部材、７・・・・光ファイバ、８・・・・筐体

Claims

外形が直方体状である誘電体多層膜フィルタ素子と、一対のコリメートレンズ及び一対の光ファイバ保持部材を備え、前記一対のコリメートレンズの間に前記誘電体多層膜フィルタ素子が挟持された光部品において、
誘電体多層膜フィルタを挟持する一対のコリメートレンズの中心と前記コリメートレンズに接続する光ファイバ中心を一致させずに配列したことを特徴とする光部品。
誘電体多層膜フィルタ素子が、誘電体多層膜が形成された第１端面に対向する第２端面に反射防止コートが形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
前記誘電体多層膜フィルタ素子の誘電体多層膜の反射防止コートが、−２５〜−５０ｄＢの反射減衰量の性能を有していることを特徴とする請求項１及び２に記載の光部品。
コリメートレンズに石英ロッドレンズを用いたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の光部品。