JP2005181987A - 光双方向モジュール - Google Patents

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幸宏 尾関
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和三 古田
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直樹 三ツ木
Yasushi Horii
康司 堀井
Manami Kuiseko
真奈美 杭迫
Hikari Yokoyama
光 横山
Kojiro Sekine
孝二郎 関根
Hiroaki Ueda
裕昭 上田
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Abstract

【課題】 異なる波長の光ビームについて異なる回折次数での回折効率の最大化を可能とした廉価で高性能な光双方向モジュールを提供する。
【解決手段】 この光双方向モジュール１０は、波長多重方式による双方向光ファイバ通信における異なる波長の光信号を光ファイバ１の端末に関して反対方向に合波・分波する際に、光ファイバの端末に向け光信号を送る発光素子１１と、光ファイバの端末からの光信号を受光する受光素子１２と、階段状のグレーティング１５と、を備え、階段状のグレーティングが各光信号の異なる波長により光ファイバの端末と発光素子との間の第１光路と、光ファイバの端末と受光素子との間の第２光路と、を分離するように構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、波長多重方式による双方向光ファイバ通信の送信・受信端末に用いられる光双方向モジュールに関するものである。
光ファイバ等の光伝送路による光通信システムは、ＷＤＭ（波長分割多重方式）により波長の異なる複数の光信号を同時に光ファイバで伝送し、光信号の送信・受信端末には双方向光伝送用モジュールを用いている。かかる双方向光伝送用モジュールが例えば下記特許文献１により公知である。この双方向光伝送モジュールは、図５に示すように、同一のパッケージ１２０内に発光素子１００と受光素子７００を収納し、パッケージ開口部にあるカバーガラス２２０の上面または下面にホログラフィック回折格子６００を設けている。
送信時に発光素子１００を発した光ビームは回折格子６００を透過し、その０次回折光ビームがレンズ３００によって光ファイバ４００の端面５００上に集光される。受信時に光ファイバ４００の端面５００を発した光ビームがレンズ３００を経て回折格子６００に達し、回折格子６００によって回折されて、その＋１次回折光ビームが受光素子７００の光検出面上に集光されて光ファイバ４００からの伝送信号を受信する。
回折格子６００は、図６のように、カバーガラス２２０（屈折率ｎ）の平面に直線状の格子溝２００が形成された２レベルグレーティングに構成されている。しかし、回折格子６００に２レベルグレーティングを用いると、λ1/{2(n-1)}で与えられる波長λ１の１次回折光の最大条件で一義的にグレーティング構造の溝深さｄ、溝の幅Ｗ、溝のピッチＰの各寸法が決定され、もう一つの波長λ０での０次回折効率の最大化が困難であった。
米国特許明細書第５５５５３３４号
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、異なる波長の光ビームについて異なる回折次数での回折効率の最大化を可能とした廉価で高性能な光双方向モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による光双方向モジュールは、波長多重方式による双方向光ファイバ通信における異なる波長の光信号を合波・分波する光双方向モジュールであって、前記光ファイバの端末に向け光信号を送る発光素子と、前記光ファイバの端末からの光信号を受光する受光素子と、階段状のグレーティングと、を備え、前記階段状のグレーティングが前記各光信号の異なる波長により前記光ファイバの端末と前記発光素子との間の第１光路と、前記光ファイバの端末と前記受光素子との間の第２光路と、を分離するように構成したことを特徴とする。
この光双方向モジュールによれば、階段状のグレーティングが各光信号の異なる波長により光ファイバの端末と発光素子との間の光路と、光ファイバの端末と受光素子との間との光路とを分離するように構成されることで、異なる波長の光ビームについて異なる回折次数での回折効率の最大化が可能となり、廉価で高性能な光双方向モジュールを実現できる。
上記光双方向モジュールにおいて前記発光素子の光信号の波長を０次回折光に割り当て、前記受光素子の第２光路に対応する光信号の波長を１次以上の回折光に割り当てることが好ましい。これにより、光双方向モジュールにおいて送信のときに０次回折光を用い、受信のときに例えば１次以上の回折光を用いることができる。
また、前記階段状のグレーティングの各ステップの段差ｈが次式を満足することが好ましい。これにより、１次以上の高次回折光の効率を最大化することができる。
ｈ＝Ｋ・｛（Ｍ−１）／Ｍ｝・｛λ１／（ｎ−１）｝
但し、Ｍ：階段状のグレーティングの段数
λ１：１次以上の高次回折光の波長
ｎ：グレーティングの構成材料の屈折率
Ｋ：整数（Ｋは３以下が望ましい）
また、前記階段状のグレーティング形状の段数Ｍを次式が成立するように選ぶことが好ましい。これにより、１次以上の高次回折光の効率を最大化しながら、０次回折光の効率も最大化できる。
ｈ（ｎ−１）／λ０［≡Ｋ・｛（Ｍ−１）／Ｍ｝・｛λ１／λ０｝］∝Ｊ
但し、λ０：０次回折光の波長
Ｊ：整数
また、前記階段状のグレーティングの平面ピッチが不等間隔に構成されることが好ましい。これにより、例えば受光素子で１次以上の回折光を受光したときの受光面におけるスポット形状を改善でき、受光面における結合効率を等間隔の場合よりも向上できる。
また、前記階段状のグレーティングは平面的に直線不等間隔構造または曲線不等間隔構造とすることができる。前者の場合、グレーティングの加工性が優れる一方、スポット形状の改善性が若干低い。後者の場合、スポット形状の改善性は優れる一方、グレーティングの加工性が若干低い。
また、前記光ファイバの端末と前記発光素子及び前記受光素子との間に結合レンズを配置し、前記グレーティングを前記光ファイバの端末側に面している前記結合レンズ面上に構成することが好ましい。
また、前記グレーティングと前記発光素子及び前記受光素子との間にミラーを配置し、前記第１の光路及び前記第２の光路を少なくとも１回折り曲げるように構成してもよい。これにより、光双方向モジュールの全長を短く構成できる。
本発明によれば、波長多重方式による双方向光ファイバ通信の送信・受信端末に用いられ異なる波長の光ビームについて異なる回折次数での回折角及び回折効率の最大化を可能とした廉価で高性能な光双方向モジュールを提供できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の光双方向モジュールを半割にして内部を示す斜視図である。図２は図１の光双方向モジュールの縦方向の要部断面図（ａ）、図１の結合レンズの面上に形成されたグレーティングを拡大して示す平面図（ｂ）及びそのグレーチング構造をＣ−Ｃ線方向に切断して見た概略的な断面図（ｃ）である。
図１，図２（ａ）に示すように、光双方向モジュール１０は、細長い略円筒状の筐体１９内に、発光素子１１と、受光素子１２と、結合レンズ１３と、を備える。発光素子１１と受光素子１２とは共通の基台１６上に設けられ、基台１６とともに筐体に固定されており、また、基台１６から外部に突き出た複数の接続ピン１７に電気的に接続している。
光ファイバ１を支持したファイバホルダ２が筐体１９内に挿入されて固定されており、光ファイバ１の端面３が筐体１９の内部に形成された空洞１４に露出している。光ファイバ１は波長多重方式による双方向光ファイバ通信のために外部の光ファイバ等の光伝送路に接続される。
結合レンズ１３は、筐体１９の空洞１４内に反対側の発光素子１１及び受光素子１２と対向するようにかつ光ファイバ１の端面３の近傍に配置されている。
結合レンズ１３の端面３側の面には、図２（ｂ）のように、グレーティング１５が縞状に形成されている。グレーティング１５は、図２（ｃ）の断面図に示すように、複数の階段状のグレーティング１８が階段状に形成されている。
発光素子１１が発光する光ビームｂ０は、結合レンズ１３及びグレーティング１５を通過して０次回折光として光ファイバ１の端面３に入射し、光ファイバ１を通して外部の光伝送路に送ることができる。
一方、外部から伝送されてきた光ファイバ１の端面３からの光ビームは、グレーティング１５及び結合レンズ１３を通過してグレーティング１５により回折されて１次以上の回折光ｂ１になって受光素子１２に入射する。
上述のように、光双方向モジュール１０では、図１，図２（ａ）、図４のように、光ファイバ１の端面３では光ビームｂ０と１次以上の回折光ｂ１とは合波状態であるが、結合レンズ１３上に形成されたグレーティング１５により分波し、波長λ０の光ビームｂ０が一点鎖線のような第１光路を進み、波長λ１の１次以上の回折光ｂ１が破線のような第１光路とは反対方向に第２光路を進み、発光素子１１及び受光素子１２側において互いの光路が分離する。
なお、送信する光ビーム（０次回折光）ｂ０の波長λ０は、例えば１．３μｍであり、一方、受信する１次以上の回折光ｂ１の波長λ１は、例えば１．５μｍであり、波長λ０とλ１は異なる。
次に、上記グレーティング１５において１次以上の回折光の効率を最大化しかつ０次回折光の効率を最大化する構成について図３，図４を参照して説明する。
図３は、図２（ｃ）の階段状のグレーティング１８の段数Ｍ及び各ステップの段差ｈを説明するための図である。図４は、グレーティング１５において互いに反対方向に向いている波長λ０の０次回折光と波長λ１の１次以上の回折光とを模式的に示す図である。
図３のように、結合レンズ１３上に形成されたグレーティング１５の階段状のグレーティング１８は、図４のようにグレーティング１５で回折された波長λ１の１次以上の回折光ｂ１に関し、その各ステップの段差ｈが式(1)を満足するように形成されている。
ｈ＝Ｋ・｛（Ｍ−１）／Ｍ｝・｛λ１／（ｎ−１）｝ (1)
但し、Ｍは階段状の階段状のグレーティング１８の段数であり、図３ではＭ＝４である。ｎは結合レンズ１３の屈折率である。Ｋは整数であり、３以下が望ましい。
図７は、波長λ０が１．３０μｍの光及び波長λ１が１．４９μｍの光の上記グレーティング１５による回折光（１次、２次、３次）について回折角と回折効率との関係を示すグラフである。図７（ａ）のように、Ｋ＝１の場合、１次回折光の回折効率が最大になっている。また、図７（ｂ）のように、Ｋ＝２の場合、２次回折光の回折効率が最大になっている。更に、図７（ｃ）のように、Ｋ＝３の場合、３次回折光の回折効率が最大になっている。しかし、４次以上になると、他の次数の回折光の回折効率が高くなってしまい、好ましくない。このため、上記式(1)における整数Ｋは３以下が望ましい。
上述のように、階段状のグレーティング１８の各ステップの段差ｈを決めることで、波長λ１の１次以上の回折光ｂ１の効率を最大化できる。
また、図３のような階段状の階段状のグレーティング１８の段数Ｍは、図４のようにグレーティング１５を透過する波長λ０の０次回折光ｂ０及びグレーティング１５で回折された波長λ１の１次以上の回折光ｂ１に関し、式(2)が成立するように選ぶ。
ｈ（ｎ−１）／λ０＝Ｊ (2)
但し、Ｊは整数である。
上述のように、階段状の階段状のグレーティング１８の段数Ｍを決めることで、波長λ１の１次以上の回折光ｂ１の回折効率を最大化しながら、波長λ０の０次回折光ｂ０の回折効率も最大化できる。
以上のような構成の光双方向モジュール１０によれば、従来は図６のような２レベルグレーティングでは１次以上の回折光の効率を最大化すると、その最大条件で一義的にグレーティング構造の各寸法が決定されてしまい、別波長の０次回折光の効率の最大化が困難であったのに対し、多値の階段型グレーティングにより異なる２波長について異なる回折次数での回折効率の最大化が可能となるので、波長λ１の１次以上の回折光ｂ１の回折効率を最大化しながら、波長λ０の０次回折光ｂ０の回折効率も最大化でき、光双方向モジュールの高性能化を実現できる。
本実施の形態の光双方向モジュール１０をＷＤＭ（波長分割多重方式）により波長の異なる複数の光信号を同時に光ファイバで伝送可能な光通信システムの送信・受信端末に用いることで、上り及び下りの双方向において効率的な光信号の送信及び受信が可能となる。
また、階段状のグレーティング１５は結合レンズ１３上に形成するだけでよいので、低コストで高性能な光双方向モジュールとすることができる。
また、グレーティング１５は結合レンズ１３の光ファイバ１の端面３側の面に形成されているが、この面が結合レンズ１３の凸面であっても平面であってもよい。なお、平凸レンズの凸側にグレーティングを設けた場合、平側にグレーティングを設けた場合と比べて、片面（平側）が空くためこの面を例えば収差補正や回折等の他の機能に利用でき、より高機能、高性能化を図ることができる。
次に、上述の階段状のグレーティングの平面ピッチを不等間隔にした例について図９〜図１４を参照して説明する。
図９は図２（ｃ）の階段状のグレーティング１８の段数Ｍ、各ステップの段差ｈ、各ステップの幅Ｗ及びピッチｄを説明するための図である。図１０は図２の階段状のグレーティング１８のピッチ間隔を強調して模式的に示すグレーティングの平面図であって、図９のピッチｄが直線等間隔の場合（ａ）、直線不等間隔の場合（ｂ）、２次曲線不等間隔の場合（ｃ）及び自由曲線不等間隔の場合（ｃ）である。
図１１は、図１０（ａ）の場合（直線等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。図１２は、図１０（ｂ）の場合（直線不等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。図１３は、図１０（ｃ）の場合（２次曲線不等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。図１４は、図１０（ｄ）の場合（自由曲線不等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。
図１，図２（ａ）において、光ファイバ１からの光ビームがグレーティング１５により回折されてレンズ１３で集光されて受光素子１２に向い、光ビームはレンズに対して軸外光となるので収差を生じるが、図１０（ａ）のように、階段状のグレーティング１８のピッチｄが等間隔直線構造であると、図２（ａ）の受光素子１２の受光面におけるスポット形状は図１１のようになる。なお、図１１においてレンズの向きを変えても収差の形状は基本的には同じである。
また、図１０（ｂ）のように、階段状のグレーティング１８のピッチｄを不等間隔直線構造とすると、受光素子１２の受光面におけるスポット形状は図１２のようにスポット形状が改善され、図１１の等間隔直線構造の場合よりも受光面における結合効率が向上する。
また、図１０（ｃ）のように、階段状のグレーティング１８のピッチｄを不等間隔２次曲線構造とすると、受光素子１２の受光面におけるスポット形状は図１３のようにスポット形状がより改善され、図１２の場合よりも受光面における結合効率が向上する。
更に、図１０（ｄ）のように、階段状のグレーティング１８のピッチｄを不等間隔自由曲線（例えば、多項式形状）構造とすると、受光素子１２の受光面におけるスポット形状は図１４のようにスポット形状がより一層改善され、図１３の場合よりも受光面における結合効率が向上する。
上述のように、図１１におけるコマ収差は主に上下方向に広がっているので、階段状のグレーティング１８のピッチｄをレンズの入射高さに合わせて調整し、図１０（ｂ）のような不等間隔直線構造とすることでスポット形状を改善でき、変曲点をもたない曲線（例えば図１０（ｃ）のような２次曲線）とすることでより改善でき、更に、図１０（ｄ）のような例えば多項式形状の自由曲線とすることでより一層改善できる。
また、図１０（ａ）、（ｂ）のような直線構造であると、フライカット加工が可能となり、加工性が良好であるのに対し、フライカットによる加工はツールの回転半径が限られ、加工ツールが回折格子の底面を加工するためには半径と回折格子の深さで決まる逃げが必要であり、レンズ１３の直径が小さくなると、実質的に逃げがなくなり、図１０（ｃ）の場合は直線構造よりも加工性が低下し、図１０（ｄ）の場合は更に加工性が低下する。
以上のように、光双方向モジュール１０において波長分離グレーティングのピッチを不等間隔にすることで、受光素子１２の受光面における光のスポットサイズを改善でき、受光面における結合効率を向上できる。
次に、図１０（ａ）〜（ｄ）のようにグレーティングの平面ピッチ構造を変えた実施例により本発明を更に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
図９のようなＭ段において０次、１次回折のみに着目し設計値を次のようにした。
ピッチｄ：中央値で２６μｍ
ステップＭ：位相曲線を等間隔に分割するＭで、２以上の次式を満たす自然数
各ステップの幅Ｗ：Ｗ＝ｄ／Ｍ
ここで、ｄ＝λ／ｓｉｎθ（θは所定の１次回折角）
段数Ｍ及びステップの段差ｈは全て同じ法則に従う。即ち、透過光の波長をλ０、１次回折光の波長をλ１とすると、次式(3)、(4)を満足する整数Ｊ、Ｋが存在するようなｈとＭが存在することが必要である。ここで、ｎはグレーティングの屈折率である。
ｈ＝Ｊλ０／（ｎ−１） (3)
Ｊλ０＝λ１Ｋ（Ｍ−１）／Ｍ (4)
Ｊ，Ｋ，ｈは、上記の式(3),(4)を満足しかつ整数Ｊ，Ｋ及び自然数Ｍが存在するように決定する。例えば、λ０＝１．３１μｍ、λ１＝１．５μｍとして、Ｋ＝１、Ｊ＝１、ｈ＝２．６２μｍ、Ｍ＝８で、上記式(3),(4)を満足する。
次に、図１５のようにＤＯＥ(diffractive optical element)面の回折格子で波長λの光が回折像を結ぶ場合、図１６のように光源１と光源２からの２光束を干渉させてＤＯＥ面での位相差の等高線で与えられる位相関数を算出する。位相関数値が３６０度の整数倍になる等高線曲線状にグレーティングは描画され、当該等高線をＭ分割した等高線が各ステップの境界となるように階段状のグレーティングを構成する。
位相関数（陰関数）は次式のようになる。
θ=f(x,y)
=(C1x+C2y+C3x２+C4xy+C5y２
+C6x３+C7x２y+C8xy２+C9y３
+C10x４+C11x３y+C12x２y２+C13xy３+C14y４
+C15x５+・・・
+・・・
+C55x１０+・・・+C65y１０)/λ（×360） =360ｎ
ここで、ｎ:整数, x, y [ｍｍ]
上記位相関数により次の実施例（１）乃至（４）について計算を行った。
（１）上記の位相関数において、λ＝１．５６×１０−３として、図１０（ｄ）のような自由曲線の場合、位相関数の全てのオーダーで係数計算をする。各係数の例を次に示す。
C1：C2：0.0399573996016
C3：-0.0000249469148046
C5：-0.0000249468855604
C10：-0.000351010616246
C12：-0.000702115022462
C14：-0.000351011962062
（２）図１０（ｃ）のような２次曲線の場合は、c2以外は上記の位相関数でｘ，ｙの２次の項のみの係数計算を行う。各係数の例を次に示す。
C2:-5.9155E-02
C3:1.2534E-03
C5:1.6547E-03
C12:-1.9093E-03
（３）図１０（ｂ）のような直線不等間隔の場合は、上記の位相関数でxを含まないオーダーで計算を行う。各係数の例を次に示す。
C2:-5.9155E-02
C5:1.6121E-03
C9:6.8986E-04
（４）図１０（ａ）のように、直線等間隔（一定間隔）の場合は、例えば、C2:-5.8247E-02として計算を行う。
なお、各ｎに対して、等位相線は、yｎ=y0ｎ+y1ｎ・x２+y2ｎ・x４+y3ｎ・x６+y4ｎ・x８・・・
で表されるとして陽関数化できる。
上述の（１）〜（４）の場合についてグレーティングの平面形状を描いた図面を図１７（自由曲線不等間隔），図１８（２次曲線不等間隔），図１９（直線不等間隔），図２０（直線等間隔）にそれぞれ示す。
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、光双方向モジュールをグレーティングと発光素子及び受光素子との間にミラーを配置して構成してもよい。
例えば、図８（ａ）のように、筐体２４内に、図２（ｂ）、（ｃ）と同様の複数の階段状のグレーティング２８が階段状に形成されたグレーティング素子２５とプリズム型ミラー２６とを対向するように配置し、発光素子１１と受光素子１２とをプリズム型ミラー２６を挟んで対向するように配置する。発光素子１１からの光ビームがプリズム型ミラー２６のミラー面２９で略直角に反射してグレーティング素子２５に入射し透過して０次光として光ファイバ端末に入射して外部に出力される。また、光ファイバ端末からの光ビームが入射し、グレーティング素子２５で回折された１次以上の回折光がプリズム型ミラー２６の別のミラー面３０で反射して受光素子１２に入射する。このように、図８（ａ）では、プリズム型ミラー２６により光ファイバの端末と発光素子１１との間の第１光路が１回折り曲がり、光ファイバの端末と受光素子１２との間の第２光路が第１光路と略反対方向に１回折り曲がるようにすることで、光双方向モジュールの全長を短く構成できる。
また、図８（ｂ）のように、筐体３４内に、複数の階段状のグレーティング２８が階段状に形成されたグレーティング素子２５とミラー３１とを略対向するように配置し、発光素子と受光素子とが収容された光学素子３２とミラー３１とを略対向するように配置する。光学素子３２の発光素子からの光ビームがミラー３１で反射してグレーティング素子２５に入射し透過して０次光として光ファイバ端末に入射して外部に出力される。また、光ファイバ端末からの光ビームが入射し、グレーティング素子２５で回折された１次以上の回折光がミラー３１で反射して光学素子３２の受光素子に入射する。このように、図８（ｂ）では、光ファイバの端末と発光素子との間の第１光路及び光ファイバの端末と受光素子との間の第２光路が同じミラー３１で１回折り曲がるようにすることで、光双方向モジュールの全長を短く構成できる。
また、図８（ｃ）のように、図８（ｂ）にミラーを追加し、筐体３５内に、グレーティング素子２５と発光素子と受光素子とが収容された光学素子３２との間にミラー３２，３３を配置する。図８（ｃ）では、光ファイバの端末と発光素子との間の第１光路及び光ファイバの端末と受光素子との間の第２光路が同じミラー３１、３２で２回折り曲がるようにすることで、光双方向モジュールの全長を図８（ｂ）の場合よりも短く構成できる。
本実施の形態の光双方向モジュールを半割にして内部を示す斜視図である。 図１の光双方向モジュールの縦方向の要部断面図（ａ）、図１の結合レンズの面上に形成されたグレーティングを拡大して示す平面図（ｂ）及びそのグレーチング構造をＣ−Ｃ線方向に切断して見た概略的な断面図（ｃ）である。 図２（ｃ）の階段状のグレーティング１８の段数Ｍ及び各ステップの段差ｈを説明するための図である。 図２、図３のグレーティング１５において互いに反対方向に向いている波長λ０の０次回折光と波長λ１の１次以上の回折光とを模式的に示す図である。 従来の光双方向モジュールの例を示す要部断面図である。 図５の従来の光双方向モジュールに用いられる２レベルグレーティングの斜視図である。 本実施の形態において波長λ０が１．３０μｍの光及び波長λ１が１．４９μｍの光のグレーティング１５による１次回折光（ａ）、２次回折光（ｂ）、及び３次回折光（ａ）について回折角と回折効率との関係を示すグラフである。 本実施の形態の光双方向モジュールにミラーを配置した変形例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す図である。 図２（ｃ）の階段状のグレーティング１８の段数Ｍ、各ステップの段差ｈ、各ステップの幅Ｗ及びピッチｄを説明するための図である。 図２の階段状のグレーティング１８のピッチ間隔を強調して模式的に示すグレーティングの平面図であって、図９のピッチｄが直線等間隔の場合（ａ）、直線不等間隔の場合（ｂ）、２次曲線不等間隔の場合（ｃ）、及び自由曲線不等間隔の場合（ｃ）である。 図１０（ａ）の場合（直線等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。 図１０（ｂ）の場合（直線不等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。 図１０（ｃ）の場合（２次曲線不等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。 図１０（ｄ）の場合（自由曲線不等間隔）に図２の受光素子１２の受光面に集光したスポットの様子を拡大して示す図である。 本実施例においてＤＯＥ(diffractive optical element)面の回折格子で波長λの光が回折像を結ぶ場合を模式的に説明するための図である。 本実施例において光源１と光源２からの２光束を干渉させてＤＯＥ面での位相関数を算出する場合を模式的に説明するための図である。 実施例（１）の場合（自由曲線不等間隔）についてグレーティングの平面形状を描いた図である。 実施例（２）の場合（２次曲線不等間隔）についてグレーティングの平面形状を描いた図である。 実施例（３）の場合（直線不等間隔）についてグレーティングの平面形状を描いた図である。 実施例（４）の場合（直線等間隔）についてグレーティングの平面形状を描いた図である。
符号の説明
１ 光ファイバ
３ 端面
１０ 光双方向モジュール
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ 結合レンズ
１４ 空洞
１５ グレーティング
１８ 階段状のグレーティング
１９ 筐体
２５ グレーティング素子
２８ 階段状のグレーティング
２６ プリズム型ミラー
３１，３２，３３ ミラー
λ０ 波長
λ１ 波長
Ｍ 段数
ｂ０ ０次回折光
ｂ１ １次以上の回折光
ｈ 各ステップの段差
ｄ ピッチ
Ｗ ステップの幅

Claims (9)

  1. 波長多重方式による双方向光ファイバ通信における異なる波長の光信号を合波・分波する光双方向モジュールであって、
    前記光ファイバの端末に向け光信号を送る発光素子と、前記光ファイバの端末からの光信号を受光する受光素子と、階段状のグレーティングと、を備え、
    前記階段状のグレーティングが前記各光信号の異なる波長により前記光ファイバの端末と前記発光素子との間の第１光路と、前記光ファイバの端末と前記受光素子との間の第２光路と、を分離するように構成したことを特徴とする光双方向モジュール。
  2. 前記発光素子の光信号の波長を０次回折光に割り当て、前記受光素子の第２光路に対応する光信号の波長を１次以上の回折光に割り当てたことを特徴とする請求項１に記載の光双方向モジュール。
  3. 前記階段状のグレーティングの各ステップの段差ｈが次式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光双方向モジュール。
    ｈ＝Ｋ・｛（Ｍ−１）／Ｍ｝・｛λ１／（ｎ−１）｝
    但し、Ｍ：階段状のグレーティングの段数
    λ１：１次以上の高次回折光の波長
    ｎ：グレーティングの構成材料の屈折率
    Ｋ：整数
  4. 前記階段状のグレーティング形状の段数Ｍを次式が成立するように選ぶことを特徴とする請求項３に記載の光双方向モジュール。
    ｈ（ｎ−１）／λ０［≡Ｋ・｛（Ｍ−１）／Ｍ｝・｛λ１／λ０｝］∝Ｊ
    但し、λ０：０次回折光の波長
    Ｊ：整数
  5. 前記階段状のグレーティングの平面ピッチが不等間隔に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光双方向モジュール。
  6. 前記階段状のグレーティングは平面的に直線不等間隔構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光双方向モジュール。
  7. 前記階段状のグレーティングは平面的に曲線不等間隔構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光双方向モジュール。
  8. 前記光ファイバの端末と前記発光素子及び前記受光素子との間に結合レンズを配置し、
    前記グレーティングを前記光ファイバの端末側に面している前記結合レンズ面上に構成したことを特徴とするする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光双方向モジュール。
  9. 前記グレーティングと前記発光素子及び前記受光素子との間にミラーを配置し、前記第１の光路及び前記第２の光路を少なくとも１回折り曲げるように構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光双方向モジュール。

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