JP2005222022A - 波長多重光カプラ - Google Patents

Abstract

【課題】 ２本の光ファイバとコリメートレンズからなる２芯コリメータと１本の光ファイバとコリメートレンズからなる単芯コリメータの間にバンドパスフィルタを挿入した光カプラにおいて、高いアイソレーションを有し、３波長用以上の多波長の分離に用いることができる波長多重光カプラを提供する。
【解決手段】 第１の光学フィルタ群４１、４２の各光学フィルタによって反射された光が結合する出射光用光ファイバ２４、２５の組のそれぞれの端面とレンズ３１の第１面との間に、所定の波長範囲を透過する第２の光学フィルタ群４３、４４を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は光通信分野における波長多重通信に用いられる波長多重カプラに関し、とくに光学フィルタを用いた波長多重光カプラに関する。

加入者と局の間のいわゆるアクセス系に光通信を導入するＦＴＴｘ（Fiber To The x, ｘ＝Ｈ：Home、Ｐ：Premise、Ｃ：Curb等）用のネットワーク方式のひとつにＰＯＮ（Passive Optical Network）がある。これには加入者から局への上り信号と局から加入者への下り信号に異なる波長の光を用いる。またさらに異なる波長の画像などアナログ信号を多重化して用いる場合もある。例えば、上り信号（Upstream Data）に１３１０ｎｍ帯、下り信号（Downstream Data）に１４９０ｎｍ帯、画像信号に１５５０ｎｍ帯が用いられる。このため、局側と加入者側に設けるＯＬＴ（Optical Line Termination）あるいはＯＮＵ（Optical Network Unit）にはそれぞれの波長の信号を分波・合波するための波長多重光カプラが必要となる。

上記のような目的に用いる波長多重光カプラは、従来、図６に示すような構成により実現されている。３つの波長λ1、λ2、λ3を合分波するため、３つの異なる波長帯を透過波長帯域とする３種類のバンドパスフィルタをそれぞれ備えた３個の光カプラ２０１、２０２、２０３を縦続(Cascade)接続して用いる（例えば、特許文献１参照）。この光カプラは３ポートカプラと呼ばれ、共通ポート（光入射ポート）となる光ファイバ２２３から２波長が多重化された入射光を入射すると、２つの光出射ポートとなる光ファイバ２２４、２２５から２つの波長域の出射光をそれぞれ取り出すことができる。この３ポートカプラを縦続接続することにより、３波長以上を分離することができる。さらに縦続数を増加することにより、４波長帯以上の合分波に機能を拡大できる。なお、最後の光カプラ２０３は省くこともできる。

３ポートカプラの内部構成としては２本の光ファイバとコリメートレンズからなる２芯コリメータと１本の光ファイバとコリメートレンズからなる単芯コリメータの間にバンドパスフィルタを挿入したタイプや、Ｙ字状に分岐する光導波路の分岐部にバンドパスフィルタを挿入したタイプ等が知られている。バンドパスフィルタの代わりに、３つの波長帯の中間に透過波長帯の端部（波長エッジ）をもつ２種類のエッジフィルタ（長波長透過型または短波長透過型がある）を備えた光カプラを用いてもよい。

上記従来の光カプラの各ポートに所定波長帯以外の波長の光が混入する量がどの程度かを示す漏話阻止量（アイソレーション）は、各フィルタの反射光を利用するポートでは、フィルタの波長特性に関係のない反射である残留反射の影響で通常１２ｄＢ程度、透過リップルを適切に調整できてもせいぜい１８ｄＢ程度を得るのが限度である。このためすべてのチャンネルのアイソレーションを高く（２０ｄＢ以上）することは困難である。

また、２個（または３個）のカプラを縦続接続するためには光ファイバの取り回しが必要となるが、その際、光損失が発生しないようにするためには光ファイバの巻き取り半径を一定程度以下に小さくすることはできない。この光ファイバを収納する筐体が必要となるため、通常の３ポートカプラのように小型チューブ形状にはできず、大型化する。

さらに、３ポートカプラの縦続個数分だけ部品点数が増加し、その分、コストも上昇する。

上記問題点を解決する方策として、上記の１枚の光学フィルタの替わりに複数の異なるエッジ波長をもつエッジフィルタを重ねて挿入した光カプラが知られている（例えば、特許文献２参照）。各光学フィルタの角度をそれぞれ変えて、各フィルタからの反射光の方向を変えることにより、異なる波長の光を異なる光ファイバに結合する光カプラである。これによって３ポートカプラを縦続することなく、１つの光カプラで３波長以上の分離が可能となり、上記の大型化、部品点数の増大といった問題点は解決できる。

特開昭５４−１７０４４号公報 米国特許第４４７４４２４号明細書

しかしながら、上記の構成は基本的に各光学フィルタによる反射光を利用するため、残留反射によって通常１２ｄＢ程度のアイソレーションしか得られないという問題は解消できない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高いアイソレーションを有し、かつ小型で安価な、３波長用以上の多波長の分離に用いることができる波長多重光カプラを提供することを目的とする。

本発明の波長多重光カプラは、複数の波長の光信号が多重化された波長多重信号が１本の入射光用光ファイバから入射されたとき、それを波長分離（分波）して、複数の出射光用光ファイバに振り分ける機能を有し、つぎの要素から構成される。
・複数の波長が多重化された光をその端面から出射する入射光用光ファイバ。
・上記光ファイバから出射された光を第１面から入射し、第２面から平行光に変換して出射するレンズ。
・上記平行光の進行方向に沿って透過波長範囲が順に狭くなるように配列された複数の光学フィルタからなる第１の光学フィルタ群。ただし、この光学フィルタ群の各フィルタは、平行光に含まれる所定波長範囲の光をそれぞれ所定の方向に反射するように上記レンズの光軸に対してそれぞれ異なる角度をもってレンズの第２面側に固定されている。
・上記第１の光学フィルタ群の各光学フィルタによって反射された平行光がそれぞれ上記レンズの第２面から入射し、第１面から出射して集光される位置にそれらの端面を配置された出射光用光ファイバの組。

このような構成の波長多重光カプラにおいて、第１の光学フィルタ群の各光学フィルタによって反射された光が結合する出射光用光ファイバの組のそれぞれの端面と上記レンズの第１面との間に、所定の波長範囲を透過する第２の光学フィルタ群を配置する。

波長多重光カプラの基本機能は第１のフィルタ群によって果たされるが、第２の光学フィルタ群を設けることにより、第１のフィルタ群の残留反射成分を除去できるため、波長間のアイソレーションを高めることができる。

上記レンズは第１面に相当する第１の端面と第２面に相当する第２の端面とを有する屈折率分布型ロッドレンズであることが好ましく、また入射光用光ファイバと出射光用光ファイバの組は、光軸が互いに平行になるように保持されていることが望ましい。

このような構成を採用することにより、光カプラの光軸をほぼ直線上に配置することができ、小型で組立が容易な光カプラを提供することができる。
第１の光学フィルタ群のうち、ロッドレンズの第２の端面にもっとも近い側に配置する光学フィルタは、レンズの第２の端面に密着していることが望ましい。

屈折率分布型ロッドレンズは光が入出射する端面を平面とすることができるため、平板状の光学フィルタを密着させることが容易である。またロッドレンズ端面はその光軸に対して傾斜するように加工することが容易であり、光学フィルタをその端面に密着させることにより、その角度が容易に調整できる。また、光学フィルタとレンズが密着したフィルタ付きレンズを用いることにより、部品点数が減少し、光カプラの組立を容易にすることができる。

さらに上記の光学フィルタを誘電体多層膜とし、屈折率分布型ロッドレンズの端面に直接成膜形成することが望ましい。

レンズ端面に光学フィルタを直接成膜して形成することにより、フィルタ付きレンズを大量に生産するのが容易となる。

また、第２の光学フィルタ群の少なくとも一部の光学フィルタを誘電体多層膜とし、レンズの第１の端面の一部分に直接成膜形成するか、または各出射光用光ファイバの端面に直接成膜形成するのが望ましい。

第２の光学フィルタ群もレンズまたは出射光用光ファイバの端面に直接成膜することにより、波長多重光カプラの組立が大幅に容易になる。

入射光用光ファイバと出射光用光ファイバの組は、長手方向に沿って複数の平行な細孔を有する保持部材（キャピラリあるいはフェルール等）によって保持することが望ましい。

このようないわゆる多芯光ファイバピッグテールを構成することにより、光ファイバの取扱いおよび調芯が容易になる。

上記の構成要素に加えて、つぎの要素を加えることが望ましい。
・第１の光学フィルタ群のすべての光学フィルタを透過した光を第３面から入射し、第４面から出射して集光するレンズ。
・上記集光された光が結合する位置にその端面を配置された出射光用光ファイバ。
これにより第１の光学フィルタ群のすべての光学フィルタを透過した光も利用することができる。

この場合のレンズも第３面に相当する第３の端面と第４面に相当する第４の端面とを有する屈折率分布型ロッドレンズとし、第１の光学フィルタ群のうち、このレンズの第３の端面にもっとも近い側に配置される光学フィルタをレンズの第３の端面に密着させることが好ましく、上記同様に誘電体多層膜を直接成膜するのが望ましい。

上記同様に屈折率分布型ロッドレンズの端面はその光軸に対して傾斜するように加工することが容易であるため、その端面に光学フィルタを密着させることにより、光学フィルタの角度設定が容易になる。また部品点数が減少でき、組立を容易にすることができる。

この場合の出射光用光ファイバも、長手方向に沿った細孔を有する保持部材によって保持されていることが望ましい。これによって光ファイバの調芯が容易になる。

入射光用光ファイバと並置された出射光用光ファイバが２本である３波長を合分波する波長多重光カプラは以下のように構成するのが望ましい。
・第１および第２の波長の光を透過し第３の波長の光を反射する第１の光学フィルタが第１の屈折率分布型ロッドレンズの第２の端面に直接成膜によって形成する。
・第１の波長の光を透過し、少なくとも第２の波長の光を反射する第２の光学フィルタの光入射面を、上記第１のレンズの第１のフィルタが密着した第２の端面と、レンズの光軸に対して互いに異なる角度に固定する。
・第１の光学フィルタにより反射された第３の波長の光が第１のレンズを介して集光される位置に第３の出射光用光ファイバの端面を配置する。
・第３の出射光用光ファイバの端面および／または端面に対向する第１のレンズの第１の端面の第３の波長の光が通過する部分に第３の波長の光を透過し第１および第２の波長の光を反射する第３の光学フィルタを直接成膜形成する。
・第２の光学フィルタにより反射された第２の波長の光が第１の光学フィルタおよび第１のレンズを介して集光される位置に第２の出射光用光ファイバの端面を配置する。
・第２の出射光用光ファイバの端面および／または端面に対向する第１のレンズの第１の端面の第２の波長の光が通過する部分に少なくとも第２の波長の光を透過し第１の波長の光を反射する第４の光学フィルタを直接成膜形成する。
・第１および第２の光学フィルタを透過した第１の波長の光が第２のレンズを介して集光される位置に第１の出射光用光ファイバの端面を配置する。
以上の構成により、３波長の多重光に適用できる小型で高アイソレーション特性を有する波長多重光カプラを低コストで提供できる。

第２のレンズの第１のレンズに対向する第３の端面を、その光軸に対して所定の角度とし第２の光学フィルタはこの端面に直接成膜形成することが望ましい。

第２の光学フィルタも第２のレンズ端面に直接成膜すれば、部品点数をさらに減少させることができ、組立も容易にすることができる。

３波長を、それぞれ１２６０〜１３６０ｎｍと１４８０〜１５００ｎｍと１５５０〜１５６０ｎｍの波長範囲を含むものとする。この波長範囲を選択することにより、ＦＴＴｘ用の上り下り信号とアナログ画像信号を、既設の光ファイバ網に適合した波長域で伝送することが可能となる。

入射光用光ファイバと並置された出射光用光ファイバが３本である４波長を合分波する波長多重光カプラは以下のように構成するのが望ましい。
・第１、第２および第３の波長の光を透過し、第４の波長の光を反射する第１の光学フィルタが第１のレンズの第２の端面に密着した第１のフィルタ付きレンズと、第１の波長の光を透過し、少なくとも第２の波長の光を反射する第２の光学フィルタが、第２のレンズの第３の端面に密着した第２のフィルタ付きレンズと、第１および第２の光学フィルタが形成された第１および第２のレンズの端面の間に配置され、第１および第２の波長の光を透過し、少なくとも第３の波長の光を反射する光学フィルタチップとから構成され、各光学フィルタが密着した端面および光学フィルタチップの光入射面は、それぞれ第１のレンズの光軸に対して互いに異なる角度をもたせる。
・第１の光学フィルタにより反射された第４の波長の光が第１のレンズを介して集光される位置に第４の出射光用光ファイバの端面を配置する。
・第４の出射光用光ファイバの端面および／または端面に対向する第１のレンズの第１の端面の第４の波長の光が通過する部分に第４の波長の光を透過し第１、第２および第３の波長の光を反射する第４の光学フィルタを直接成膜形成する。
・第２の光学フィルタにより反射された第２の波長の光が光学フィルタチップおよび第１の光学フィルタを透過し第１のレンズを介して集光される位置に第２の出射光用光ファイバを配置する。
・第２の出射光用光ファイバの端面および／または端面に対向する第１のレンズの第１の端面の第２の波長の光が通過する部分に少なくとも第２の波長の光を透過し第１の波長の光を反射する第６の光学フィルタを直接成膜形成する。
・光学フィルタチップにより反射された第３の波長の光が第１の光学フィルタを透過し第１のレンズを介して集光される位置に第３の出射光用光ファイバを配置する。
・第２の出射光用光ファイバの端面および／または端面に対向する第１のレンズの第１の端面の第３の波長の光が通過する部分に少なくとも第３の波長の光を透過し第１および第２の波長の光を反射する第５の光学フィルタを直接成膜形成する。
・第１、第２および第３の光学フィルタを透過した第１の波長の光が第２のレンズを介して集光される位置に第１の出射光用光ファイバの端面を配置する。
以上の構成により、４波長の多重光に適用できる小型で高アイソレーション特性を有する波長多重光カプラを低コストで提供できる。

上記第１および第２のフィルタ付きレンズの光学フィルタが誘電体多層膜であり、すくなくともそのいずれかはレンズの端面に直接成膜されていることが望ましい。

これにより４波長分離用の波長多重光カプラにおいても、部品点数を削減でき、組立を容易にすることができ、波長多重光カプラを低コストで提供できる。

本発明によれば、高いアイソレーション特性を有する３波長以上の合分波に用いる波長多重カプラを提供できる。また部品点数を低減できるため、組立が容易になり、コストの低減が可能となる。

以下に本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。なお、図中の同一部材には同一符合を付し、説明を省略する場合がある。

［第１の実施形態］
図１に本発明の波長多重光カプラの第１の実施形態の構造を示す。この光カプラは入射光用光ファイバ２３（共通ポート）から３波長、１３１０、１４９０、１５５０ｎｍが多重化された光信号が入射し、１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの信号はそれぞれ出射光用光ファイバ２４、２５（第２、第３ポート）から出射し、１５５０ｎｍの信号は出射光用光ファイバ２６（第１ポート）から出射する。以下、第１の波長λ１を１５５０ｎｍ、第２の波長λ２を１４９０ｎｍ、第３の波長λ３を１３１０ｎｍとして、説明する。

入射光用光ファイバ２３と出射光用光ファイバ２４、２５の３本の光ファイバは円筒状ガラスに貫通細孔を設けたキャピラリ２８によって光軸が互いに平行になるように保持され、３芯光ファイバピッグテール２１を構成している。この３芯光ファイバピッグテール２１の端面に対向して、第１の屈折率分布型ロッドレンズ３１が配置される。

対向する３芯光ファイバピッグテール２１と屈折率分布型ロッドレンズ３１の端面は、そこでの反射光が光ファイバへ戻らないように光軸に対して４〜８°程度傾斜していることが望ましく、また両端面はほぼ平行であることが組立上好ましい。

この屈折率分布型ロッドレンズ３１は光ファイバ２３から出射した光を平行光に変換し、かつ反対側端面から入射する平行光を集光して光ファイバ２４、２５に結合する役割を果たす。すなわち、３芯光ファイバピッグテール２１と屈折率分布型ロッドレンズ３１との組み合わせで、３芯光ファイバコリメータ２０が構成されている。

同様に１本の出射光用光ファイバ２６はキャピラリ２９によって保持され、単芯光ファイバピッグテール２２を構成している。この単芯光ファイバピッグテール２２の端面に対向して、第２の屈折率分布型ロッドレンズ３２が配置される。対向する単芯光ファイバピッグテール２２と屈折率分布型ロッドレンズ３２の端面も、反射光が光ファイバへ戻らないようにするため、光軸に対して傾斜し、またほぼ平行であることが好ましい。

この屈折率分布型ロッドレンズ３２は光ファイバピッグテールに対向する側とは反対側の端面から入射する平行光を集光して光ファイバ２６に結合する役割を果たす。すなわち、単芯光ファイバピッグテール２２と屈折率分布型ロッドレンズ３２との組み合わせで、単芯光ファイバコリメータ１０が構成されている。

３芯光ファイバコリメータ２０と単芯光ファイバコリメータ１０とは平行光が結合できるように屈折率分布型ロッドレンズ（以下、単にレンズという）３１と３２の端面を対向させて配置されている。

本発明の光カプラには配置する位置によって２つの群に分けられる光エッジフィルタ、計４枚を使用する。第１の群の光学フィルタ４１、４２は図１に示すようにレンズ３１とレンズ３２の間に設けられる。第２の群の光学フィルタ４３、４４は第１のレンズ３１と出射光用光ファイバ２４、２５の間に設けられる。本実施形態の場合は、光学フィルタ４１と第２の群の光学フィルタ４３、４４はレンズ３１の両端面に直接成膜し、第１のフィルタ付きレンズ３３として一体化されている。光学フィルタ４３は光ファイバ２４へ、光学フィルタ４４は光ファイバ２５へ結合する光にだけそれぞれ作用し、光ファイバ２３から入射する光には作用しないように設ける必要がある。図２（ａ）に示すキャピラリ２８端面上の光ファイバ２４、２５の端面２４ａ、２５ａに対向する、レンズ３１の端面上の位置２４ｂ、２５ｂ（図示した円形のマークは位置を説明する目的で示したもので、実際には存在しない。）だけを少なくとも覆うように成膜される。本実施形態では図２（ｂ）に示すように光学フィルタ４３、４４はレンズ３１の端面を１／４だけ覆うように成膜した。

光学フィルタ４２もレンズ３２の端面に直接成膜され、第２のフィルタ付きレンズ３４を構成している。

ここで、第１群に属する光学フィルタ４１はλ１、λ２を透過し、λ３を反射する。この光学フィルタ４１は、波長λ１、λ２の透過光が反射光に対して４０ｄＢ以上のアイソレーションをとれるように設計するが、波長λ３の反射光にはλ１、λ２の残留反射成分が存在するため、アイソレーションは１２ｄＢ程度である。

また、光学フィルタ４２はλ１を透過し、少なくともλ２を反射する。λ３に対する特性はとくに規定しない。これはこの光学フィルタ４２は光学フィルタ４１の透過光が入射するように配置されるので、λ３の光は光学フィルタ４１によって反射され、ほとんど光学フィルタ４２には到達しないため、問題にならないことによる。透過光、反射光のアイソレーションは光学フィルタ４１と同様とする。

一方、第２群に属する光学フィルタ４３は、λ１、λ２を反射し、λ３を透過する。この光学フィルタは光学フィルタ４１、４２と重ねて設けられるため、光学フィルタ４１、４２より特性が劣るものでよい。全体で４０ｄＢ以上のアイソレーションを得るために、透過光のアイソレーションは３０ｄＢ未満でよく、安価な光学フィルタを使用することができる。また光学フィルタ４４はλ１を反射し、λ２を透過する。λ３についての特性は上記同様の理由で規定しない。アイソレーション特性は光学フィルタ４３と同様とする。

光学フィルタ用誘電体多層膜を上記のようにレンズの端面の一部分に成膜するには、リフトオフ法を用いた。すなわち誘電体膜を形成しない部分に樹脂等を塗布してマスキングし、その上に誘電体膜を成膜する。次いで下地の樹脂を溶剤で溶解して誘電体膜とともに除去し、端面の一部分にのみ誘電体多層膜光学フィルタが付着するようにした。なお、光学フィルタを成膜する前にレンズ端面には反射防止膜を設けた。この反射防止膜は１２５０ｎｍから１６５０ｎｍの全波長域にわたって反射率が０．５％以下となるような特性を有する。反射防止膜は光ファイバピッグテール側にも設けることが望ましい。

光ファイバ２３から入射した波長λ１、λ２、λ３の各光信号のうち、λ３（１３１０ｎｍ）の信号は長波長透過型光学フィルタ（ＬＷＰＦ）である光学フィルタ４１で反射され、光ファイバ２３と対角線の位置に配置された光ファイバ２４に入射する。この反射光には上記の通り、−１２ｄＢ程度の波長１４９０ｎｍと１５５０ｎｍの残留反射光が含まれるが、第１のレンズ３１の反対面に光ファイバ２４の端面を遮るように選択形成された短波長透過型光学フィルタ（ＳＷＰＦ）である光学フィルタ４３によって双方とも−２８ｄＢ程度のアイソレーションをもって除去されるため、３５ｄＢ以上のアイソレーションが確保できた。

光ファイバ２４を光ファイバ２３に対して対角配置したのは、光ファイバコリメータ内での光路を光軸に対して対称にするためで、こうすることにより、２本の光ファイバ２３，２４とフィルタ付きレンズ３３との調芯が容易になり、また挿入損失を極小に抑えることができる。３芯光ファイバピッグテール２１とフィルタ付きレンズ３３は光路に微小な間隙を残したまま、周囲をエポキシ接着剤６０で固定した。

光学フィルタ４１を透過した光のうち、λ２（１４９０ｎｍ）の光は光学フィルタ４２（ＬＷＰＦ）で反射され、再び光学フィルタ４１を透過後、光学フィルタ４４（ＳＷＰＦ）を透過して光ファイバ２５に結合する。この信号は光学フィルタ４１を２回通過するため、λ３（１３１０ｎｍ）の波長の光に関しては十分大きなアイソレーションを確保できる。またλ１（１５５０ｎｍ）の光の残留反射は、光学フィルタ４４で−２８ｄＢ程度のアイソレーションをもって除去され、λ２に対して３５ｄＢ以上のアイソレーションを確保できた。

光学フィルタ４２の反射光を光ファイバ２５に調芯結合するため、光学フィルタ４２を成膜した第２のレンズ３２（フィルタ付きレンズ３４）の光軸の角度を調整後、同じく光路にわずかな間隙を残したまま、光学フィルタ４１を有するフィルタ付きレンズ３３の外周部を接着剤固定した。なお、第１のレンズ３１に対する第２のレンズ３２の傾きをできるだけ小さく抑えるために、第２のレンズ３２のフィルタ４２を形成する端面の角度を予めレンズの光軸に対して傾けて研磨する処置を施した。

さらに光学フィルタ４１および光学フィルタ４２を透過した光は、１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの波長域の成分をともに４０ｄＢ程度十分に減衰され、３５ｄＢ以上のアイソレーションを有する１５５０ｎｍの波長の信号光となる。この光が最小損失で光ファイバ２６に結合するように、単芯ファイバピッグテールを調芯し、光路にわずかな間隙を残して第２のレンズ３２（フィルタ付きレンズ３４）と単芯光ファイバピッグテール２２をエポキシ接着剤６０により固定した。

各光学フィルタの特性および各ポートの特性をまとめて表１に示す。

なお、この光ファイバ２６側の第２のレンズ３２と単芯光ファイバピッグテール２２の調芯固定においては、光ファイバ２５の調芯の際にレンズ３２の角度調整が必要なため、予めレンズ３２と単芯光ファイバピッグテール２２が固定して構成した単芯光ファイバコリメータを使用することは得策でない。レンズ３２の角度を動かすと光ファイバ２６への集光スポットもずれてしまうので、同時に角度と位置の２つを最適化しなければならないからである。上記例で述べたように、最初にレンズ３２を固定し、次にファイバピッグテール２２を固定する方が作業としては楽である。したがって本実施形態の場合は、全部品の調芯固定が終了してから、保護用のケースを被せて最終形態とするのが望ましい。 パッケージの外形は小型の管状とすることができ、直径が数ｍｍ、長さが数１０ｍｍである。本実施例では直径が５．５ｍｍ、長さが約４０ｍｍとした。

結果的に全ポートの挿入損失１．０ｄＢ以下、アイソレーション３５ｄＢ以上の４ポート型３波長ＷＤＭカプラを実現できた。

本実施形態では、光学フィルタ４３、４４の選択的成膜を容易にするため、３芯光ファイバピッグテール２１については線対称矩形配置の４穴ガラスキャピラリの内の３穴を使用した。こうすることで光学フィルタ４３，４４の縁を直線状にでき、リフトオフ用のマスキングが容易になる。穴間隔は１５０〜２５０μｍであれば、それぞれのコアに干渉することなく、いずれも良好なフィルタ配置を実現できた。

上記例で、光ファイバ２６への透過波長を１３１０ｎｍあるいは１４９０ｎｍにすることは可能である。また各光学フィルタ４３，４４をバンドパスフィルタを使用して構成することも可能である。もちろん、使用波長は上記の例の３波長には限られない。例えば、１２６０〜１３６０ｎｍ、１４８０〜１５００ｎｍ、１５５０〜１５６０ｎｍの波長範囲内から各波長を選択することができる。

光学フィルタ４３、４４は光ファイバ２４、２５へ結合する光にだけそれぞれ作用し、光ファイバ２３から入射する光には作用しないような形状であればどのような形状でもよく、上記のように端面の１／４を覆う形状には限られない。

また、光学フィルタ４３、４４は、必ずしもレンズ３１の端面に成膜する必要はない。両方またはいずれか一方を３芯光ファイバピッグテール２１の端面、すなわち光ファイバ２４，２５の端面へ成膜してもよい。

［第２の実施形態］
つぎに第２の実施形態について図３により説明する。第１の実施形態における光学フィルタは必ずしもレンズやキャピラリの端面に直接成膜する必要はなく、光学フィルタチップを利用することも可能である。本実施形態では第２のレンズ端面へ光学フィルタを成膜せず、光学フィルタチップを利用する。

この場合、光学フィルタ４１の反射光を光ファイバ２４に結合調芯させるところは同じであるが、その後、光学フィルタチップ５２を真空吸着治具で掴み、その反射光の光ファイバ２５への結合損失が最小になるように調芯した後、光路に微小なエアギャップを残して、その周囲をすでに光学フィルタ４１、４３，４４が成膜されたフィルタ付きレンズ３３にエポキシ接着剤６０によって固定し、３芯光ファイバコリメータ２０を形成する。

この波長多重光カプラを組立実装した形態を図４に示す。組立はつぎのように行った。単芯光ファイバコリメータ１０はレンズ３２と単芯光ファイバピッグテール２２をガラスチューブ７１内で光軸方向の調芯を行った後、接着固定し、これに外周面を金メッキした金属チューブ７３を被せて接着し、単芯光ファイバコリメータ１０とする。

一方、調芯を終わった３芯光ファイバコリメータ２０には、ピッグテール部分にこれより短いガラスチューブ７２を被せ、さらに単芯側同様の金属チューブ７４を被せて接着する。この金属チューブ７４はレンズ３２とピッグテール２２の接着部分はガラスチューブ７２がスペーサの役割を果たして中空状態となる。この単芯および３芯の光ファイバコリメータ１０、２０を、半田固定用の複数の穴が開いた長い金メッキ金属チューブ７５内で結合損失が最小になるように調芯した後、半田６２で固定封止した。その後、金属チューブ７５内にシリコン樹脂７３を充填し、両端にエンドキャップ（図示しない）を被せてチューブ型パッケージを完成した。パッケージの外形は直径が５．５ｍｍ、長さが約４０ｍｍである。

第１の実施形態と同様、全ポートの挿入損失１．０ｄＢ以下、アイソレーション３５ｄＢ以上の４ポート型３波長ＷＤＭカプラを実現できた。

［第３の実施形態］
第３の実施形態として４波長多重光カプラについて図５により説明する。この場合も波長数が４波である点を除けば、第１または第２の実施形態と同様な機能を有し、ほぼ同様の手順で組み立てができる。

この光カプラは入射光用光ファイバ１２３から４波長、１３１０、１４９０、１５５０、１６２５ｎｍによって多重化された光信号が入射し、１３１０、１４９０、１５５０ｎｍの３信号はそれぞれ出射光用光ファイバ１２４、１２５、１２６から出射し、１６２５ｎｍの信号は出射光用光ファイバ１２７から出射する。以下、第１の波長λ１を１６２５ｎｍ、第２の波長λ２を１５５０ｎｍ、第３の波長λ３を１４９０ｎｍ、第４の波長λ４を１３１０ｎｍとして、説明する。

入射光用光ファイバ１２３と出射光用光ファイバ１２４、１２５、１２６の３本の光ファイバはキャピラリ１２８によって光軸が平行になるように保持され、４芯光ファイバピッグテール１２１を構成している。この４芯光ファイバピッグテール１２１の端面に対向して、屈折率分布型ロッドレンズ３１が配置される。

このレンズ３１は光ファイバ１２３から出射した光を平行光に変換し、かつ反対側端面から入射する平行光を集光して光ファイバ１２４、１２５、１２６に結合する役割を果たす。すなわち、４芯光ファイバピッグテール１２１とレンズ３１との組み合わせで、４芯光ファイバコリメータ１２０が構成されている。

同様に１本の出射光用光ファイバ１２７はキャピラリ２９によって保持され、単芯光ファイバピッグテール２２を構成している。この単芯光ファイバピッグテール２２の端面に対向して、屈折率分布型ロッドレンズ３２が配置される。

本発明の光カプラには配置する位置によって２つの群に分けられる光エッジフィルタまたはバンドパスフィルタ計６枚を使用する。第１の群の光学フィルタ１４１、１４２、１５２は図５に示すように第１のレンズ３１と第２のレンズ３２の間に設けられる。第２の群の光学フィルタ１４３、１４４、１４５は第１のレンズ３１と出射光用光ファイバ１２４、１２５、１２６の間に設けられる。本実施形態の場合は、光学フィルタ１４１と光学フィルタ１４３、１４４、１４５は第１のレンズ３１の両端面に直接成膜し、フィルタ付きレンズとして一体化されている。ただし光学フィルタ１４３、１４４、１４５は図５に示すように光ファイバ１２４、１２５、１２６へそれぞれ結合する光にだけ作用するように第１のレンズ３１の端面の一部（例えば１／４の部分）だけを覆うように成膜される。光学フィルタ１４２も第２のレンズ３２の端面に直接成膜され、フィルタ付きレンズを構成している。光学フィルタ１５２は光学フィルタチップである。

ここで、第１群に属する光学フィルタ１４１はλ１、λ２、λ３を透過し、λ４を反射する。この光学フィルタ１４１は、波長λ１、λ２、λ３の透過光が反射光に対して４０ｄＢ以上のアイソレーションをとれるように設計するが、波長λ４の反射光にはλ１、λ２、λ３の残留反射成分が存在するため、アイソレーションは１２ｄＢ程度である。

また、光学フィルタ１４２はλ１を透過し、少なくともλ２を反射する。λ３、λ４に対する特性はとくに規定しない。これはこの光学フィルタ１４２は光学フィルタ１４１、１５２の透過光が入射するように配置されるので、λ３、λ４の光は光学フィルタ１４１、１５２によって反射され、ほとんど光学フィルタ１４２には到達しないため、問題にならないことによる。透過光、反射光のアイソレーションは光学フィルタ１４１と同様とする。

また、光学フィルタチップ１５２はλ１、λ２を透過し、少なくともλ３を反射する。λ４に対する特性はとくに規定しない。これはこの光学フィルタチップ１５２は光学フィルタ１４１の透過光が入射するように配置されるので、λ４の光は光学フィルタ１４１によって反射され、ほとんど光学フィルタチップ１５２には到達しないため、問題にならないことによる。透過光、反射光のアイソレーションは光学フィルタ１４１と同様とする。

一方、第２群に属する光学フィルタ１４３は、λ１、λ２、λ３を反射し、λ４を透過する。この光学フィルタは光学フィルタ１４１、１４２より特性が劣るものでよく、透過光のアイソレーションは３０ｄＢ未満とした。また光学フィルタ１４４は少なくともλ１、λ２を反射し、λ３を透過する。λ４についての特性は上記同様の理由で規定しない。アイソレーション特性は光学フィルタ１４３と同様とする。光学フィルタ１４５は少なくともλ１を反射し、λ２を透過する。λ３、λ４についての特性は上記同様の理由で規定しない。アイソレーション特性は光学フィルタ１４３と同様とする。

光ファイバ１２３から入射した波長λ１〜λ４の各光信号のうち、λ４（１３１０ｎｍ）の信号は長波長透過型光学フィルタ（ＬＷＰＦ）である光学フィルタ１４１で反射され、光ファイバ１２３と対角線の位置に配置された光ファイバ１２４に入射する。この反射光には−１２ｄＢ程度の波長λ１〜λ３の残留反射光が含まれるが、第１のレンズ３１の反対面に光ファイバ１２４の端面を遮るように選択形成されたバンドパス光学フィルタ（ＢＰＦ）である光学フィルタ１４３によって−２８ｄＢ程度のアイソレーションをもって除去されるため、３５ｄＢ以上のアイソレーションが確保できた。

４芯光ファイバピッグテールとフィルタ付きレンズは光路に微小な間隙を残したまま、周囲をエポキシ接着剤で固定した。

光学フィルタ１４１を透過した光のうち、波長λ３（１４９０ｎｍ）の光は光学フィルタチップ１５２（ＬＷＰＦ）で反射され、再び光学フィルタ１４１を透過後、光学フィルタ１４４（ＢＰＦ）を透過して光ファイバ１２５に結合する。この信号は光学フィルタ１４１を２回通過するため、波長λ４（１３１０ｎｍ）の光に関しては十分大きなアイソレーションを確保できる。また波長λ２（１５５０ｎｍ）とλ１（１６２５ｎｍ）の光の残留反射は、光学フィルタ１４４で除去され３５ｄＢ以上のアイソレーションを確保できた。

光学フィルタチップ１４２を透過した光のうち、波長λ２（１５５０ｎｍ）の光は光学フィルタ１４２（ＬＷＰＦ）で反射され、再び光学フィルタ１５２、１４１を透過後、光学フィルタ１４５（ＢＰＦ）を透過して光ファイバ１２６に結合する。この信号は光学フィルタ１４１、１４２を２回通過するため、λ４（１３１０ｎｍ）とλ３（１４９０ｎｍ）の波長の光に関しては十分大きなアイソレーションを確保できる。また波長λ１（１６２５ｎｍ）の光の残留反射は、光学フィルタ１４５で除去され３５ｄＢ以上のアイソレーションを確保できた。

光学フィルタチップ１５２の反射光を光ファイバ１２５に調芯結合するため、光学フィルタチップを真空吸着治具で掴み、その反射光の光ファイバ１２５への結合損失が最小になるように調芯した後、光路に微小なエアギャップを残して、その周囲をすでに光学フィルタ１４１が成膜されたレンズ３１（フィルタ付きレンズ）にエポキシ接着剤６０によって固定する。

つぎに光学フィルタ１４２を成膜した第２のレンズ３２（フィルタ付きレンズ）の光軸の角度を調整後、同じく光路にわずかな間隙を残したまま、光学フィルタチップ１５２を接着済みのフィルタ付きレンズの外周部とをエポキシ接着剤６０によって固定した。なお、第１のレンズ３１に対する第２のレンズ３２の傾きをできるだけ小さく抑えるために、第２のレンズ３２の光学フィルタ１４２を形成する端面の角度を予めレンズの光軸に対して２度傾けて研磨する処置を施した。

さらに光学フィルタ１４１、１５２及び１４２を透過した光は、λ２〜λ４の波長域の成分を十分に減衰され、３５ｄＢ以上のアイソレーションを有する波長λ１（１６２５ｎｍ）の信号光となる。この光が最小損失で光ファイバ１２７に結合するように、単芯ファイバピッグテール２２を調芯し、光路にわずかな間隙を残して第２のレンズ３２（フィルタ付きレンズ）と単芯光ファイバピッグテール２２をエポキシ接着剤によって固定した。

すべての部品を固定後、金属チューブ内に収め、シリコン樹脂を充填した。光ファイバを保護するエンドキャップにより金属チューブ両端を封じてチューブ型パッケージに実装した波長多重光カプラを完成した（図４参照）。

なお、本実施形態の場合、図５に破線で示した部分の単芯光ファイバコリメータを省いた構成で、３波長用の波長多重光カプラとすることもできる。ただし、光学フィルタ１４２は成膜するレンズがなくなるので、光学フィルタチップを用いて別途調芯する必要がある。

上記例で、光ファイバ１２７への透過波長を１５５０ｎｍ以外の波長にすることも可能である。また各光学フィルタをバンドパスフィルタを使用して構成することも可能である。もちろん、使用波長は上記の例の４波長には限られない。例えば、１２６０〜１３６０ｎｍ、１４６０〜１５３０ｎｍ、１５３０〜１６２５ｎｍの波長範囲内から各波長を選択することができる。

また、光学フィルタ１４３、１４４、１４５は、必ずしもレンズ３１の端面に成膜する必要はない。両方またはいずれか一方を３芯光ファイバピッグテール１２１の端面、すなわち光ファイバ１２４，１２５，１２６の端面へ成膜してもよい。

上記の波長多重光カプラの実施形態はいずれも波長多重光を分波する光分波器の機能について説明したが、まったく同じ構成の光カプラは３ないし４波長の光信号を多重化して１本の光ファイバに結合する光合波器としても利用ができる。この場合は、上記説明における入射光用光ファイバが出射光用光ファイバとなり、各出射光用光ファイバが入射光用光ファイバとなる。

また、上記実施形態の波長多重光カプラは、３ないし４波長が異なるポートに出力される機能を有している。しかし光学フィルタの特性を選択することにより、例えば、１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの波長の信号をともに第１ポートに、１５５０ｎｍの信号を第２ポートに出力するような光カプラや、３波長の信号が入力されても、１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの２波長の信号だけをそれぞれ別のポートに出力するような光カプラなども同様に実現することができる。

さらに、本発明の波長多重光カプラは、ＯＬＴ、ＯＮＵに組み込むことができるだけでなく、他の光／電子（Ｏ／Ｅ）、あるいは電子／光（Ｅ／Ｏ）デバイスへ多様に適用できる。

本発明の３波長用波長多重光カプラの一実施形態を示す断面模式図である。 第２群の光学フィルタの形態例を示す模式図である。 本発明の３波長または２波長用波長多重光カプラの一実施形態を示す断面模式図である。 本発明の３波長または２波長用波長多重光カプラの実装形態の一例を示す断面模式図である。 本発明の４波長用波長多重光カプラの一実施形態を示す断面模式図である。 従来の波長多重光カプラを示す模式図である。

符号の説明

１０ 単芯光ファイバコリメータ
２０ ３芯光ファイバコリメータ
２１ ３芯光ファイバピッグテール
２２ 単芯光ファイバピッグテール
２３、２４、２５、２６、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、２２３、２２４、２２５ 光ファイバ
２８、２９、１２８ キャピラリ
３１、３２ 屈折率分布型ロッドレンズ
３３、３４ フィルタ付きレンズ
４１、４２、４３、４４、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５ 光学フィルタ
５２、１５２ 光学フィルタチップ
６０ 接着剤
１２０ ４芯光ファイバコリメータ
１２１ ４芯光ファイバピッグテール

Claims (16)

1. 複数の波長が多重化された光をその端面から出射する入射光用光ファイバと、
   該光ファイバから出射された光を第１面から入射し、第２面から平行光に変換して出射するレンズと、
   該平行光の進行方向に沿って透過波長範囲が順に狭くなるように配列され、前記平行光に含まれる所定波長範囲の光をそれぞれ所定の方向に反射するように前記レンズの光軸に対してそれぞれ異なる角度をもって前記レンズの第２面側に固定された複数の光学フィルタからなる第１の光学フィルタ群と、
   前記第１の光学フィルタ群の各光学フィルタによって反射された平行光がそれぞれ前記レンズの第２面から入射し、第１面から出射して集光される位置にそれらの端面を配置された出射光用光ファイバの組と、
   からなる波長多重光カプラにおいて、
   前記第１の光学フィルタ群の各光学フィルタによって反射された光が結合する前記出射光用光ファイバの組のそれぞれの端面と前記レンズの第１面との間に、所定の波長範囲を透過する第２の光学フィルタ群を配置したことを特徴とする波長多重光カプラ。
2. 前記レンズが第１面に相当する第１の端面と第２面に相当する第２の端面とを有する屈折率分布型ロッドレンズであり、前記入射光用光ファイバと出射光用光ファイバの組は、光軸が互いに平行になるように保持されていることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光カプラ。
3. 前記第１の光学フィルタ群のうち、前記レンズの第２の端面にもっとも近い側に配置される光学フィルタは、該レンズの第２の端面に密着していることを特徴とする請求項２に記載の波長多重光カプラ。
4. 前記レンズの第２の端面に密着した光学フィルタは誘電体多層膜であり、該端面に直接成膜形成されていることを特徴とする請求項２に記載の波長多重光カプラ。
5. 前記第２の光学フィルタ群に属する少なくとも一部の光学フィルタは誘電体多層膜であり、前記レンズの第１の端面の一部分に直接成膜形成されていることを特徴とする請求項２に記載の波長多重光カプラ。
6. 前記第２の光学フィルタ群の少なくとも一部の光学フィルタは誘電体多層膜であり、前記各出射光用光ファイバの端面に直接成膜形成されていることを特徴とする請求項２に記載の波長多重光カプラ。
7. 前記入射光用光ファイバと出射光用光ファイバの組は、長手方向に沿って複数の平行な貫通細孔を有する保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項２に記載の波長多重光カプラ。
8. 前記第１の光学フィルタ群のすべての光学フィルタを透過した光を第３面から入射し、第４面から出射して集光するレンズと、前記集光された光が結合する位置にその端面を配置された出射光用光ファイバとを備えることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光カプラ。
9. 前記レンズが第３面に相当する第３の端面と第４面に相当する第４の端面とを有する屈折率分布型ロッドレンズであり、前記第１の光学フィルタ群のうち、前記レンズの第３の端面にもっとも近い側に配置される光学フィルタは、該レンズの第３の端面に密着していることを特徴とする請求項８に記載の波長多重光カプラ。
10. 前記レンズの第３の端面に密着した光学フィルタは誘電体多層膜であり、該端面に直接成膜形成されていることを特徴とする請求項９に記載の波長多重光カプラ。
11. 前記出射光用光ファイバは、長手方向に沿った貫通細孔を有する保持部材によって保持されていることを特徴とする請求項９に記載の波長多重光カプラ。
12. 前記入射光用光ファイバと並置された出射光用光ファイバが２本であり、
    第１および第２の波長の光を透過し第３の波長の光を反射する第１の光学フィルタが第１の屈折率分布型ロッドレンズの第２の端面に直接成膜形成され、
    第１の波長の光を透過し、少なくとも第２の波長の光を反射する第２の光学フィルタの光入射面は、前記第１のレンズの第１のフィルタが密着した第２の端面と、該レンズの光軸に対して互いに異なる角度を有して固定され、
    前記第１の光学フィルタにより反射された第３の波長の光が第１のレンズを介して集光される位置に第３の出射光用光ファイバの端面が配置され、
    該第３の出射光用光ファイバの端面および／または該端面に対向する第１のレンズの第１の端面の前記第３の波長の光が通過する部分に前記第３の波長の光を透過し第１および第２の波長の光を反射する第３の光学フィルタが直接成膜形成され、
    前記第２の光学フィルタにより反射された第２の波長の光が第１の光学フィルタおよび第１のレンズを介して集光される位置に第２の出射光用光ファイバの端面が配置され、
    該第２の出射光用光ファイバの端面および／または該端面に対向する第１のレンズの第１の端面の前記第２の波長の光が通過する部分には、少なくとも前記第２の波長の光を透過し第１の波長の光を反射する第４の光学フィルタが直接成膜形成され、
    前記第１および第２の光学フィルタを透過した第１の波長の光が第２のレンズを介して集光される位置に第１の出射光用光ファイバの端面が配置されており、
    ３波長を合分波することを特徴とする請求項８に記載の波長多重光カプラ。
13. 前記第２のレンズの前記第１のレンズに対向する第３の端面はその光軸に対して所定の角度を有し、前記第２の光学フィルタは該端面に直接成膜形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の波長多重光カプラ。
14. 前記３波長は、それぞれ１２６０〜１３６０ｎｍと１４８０〜１５００ｎｍと１５５０〜１５６０ｎｍの波長範囲を含むことを特徴とする請求項１２に記載の波長多重光カプラ。
15. 前記入射光用光ファイバと並置された出射光用光ファイバが３本であり、
    第１、第２および第３の波長の光を透過し、第４の波長の光を反射する第１の光学フィルタが前記第１のレンズの第２の端面に密着した第１のフィルタ付きレンズと、
    第１の波長の光を透過し、少なくとも第２の波長の光を反射する第２の光学フィルタが前記第２のレンズの第３の端面に密着した第２のフィルタ付きレンズと、
    前記第１および第２の光学フィルタが形成された第１および第２のレンズの端面の間に配置された第１および第２の波長の光を透過し、少なくとも第３の波長の光を反射する光学フィルタチップとから構成され、
    各々の光学フィルタの光入射面は、それぞれ第１のレンズの光軸に対して互いに異なる角度を有しており、
    前記第１の光学フィルタにより反射された第４の波長の光が第１のレンズを介して集光される位置に第４の出射光用光ファイバの端面が配置され、
    該第４の出射光用光ファイバの端面および／または該端面に対向する第１のレンズの第１の端面の前記第４の波長の光が通過する部分には前記第４の波長の光を透過し第１、第２および第３の波長の光を反射する第４の光学フィルタが直接成膜形成され、
    前記第２の光学フィルタにより反射された第２の波長の光が光学フィルタチップおよび第１の光学フィルタを透過し第１のレンズを介して集光される位置に第２の出射光用光ファイバが配置され、
    該第２の出射光用光ファイバの端面および／または該端面に対向する第１のレンズの第１の端面の前記第２の波長の光が通過する部分には少なくとも前記第２の波長の光を透過し第１の波長の光を反射する第６の光学フィルタが直接成膜形成され、
    前記光学フィルタチップにより反射された第３の波長の光が第１の光学フィルタを透過し第１のレンズを介して集光される位置に第３の出射光用光ファイバが配置され、
    該第３の出射光用光ファイバの端面および／または該端面に対向する第１のレンズの第１の端面の前記第２の波長の光が通過する部分には少なくとも前記第３の波長の光を透過し第１および第２の波長の光を反射する第５の光学フィルタが直接成膜形成され、
    前記第１、第２および第３の光学フィルタを透過した第１の波長の光が第２のレンズを介して集光される位置に第１の出射光用光ファイバの端面が配置されており、
    ４波長を合分波することを特徴とする請求項８に記載の波長多重光カプラ。
16. 前記第１および第２のフィルタ付きレンズの光学フィルタは誘電体多層膜であり、少なくともそのいずれかはレンズの端面に直接成膜されていることを特徴とする請求項１５に記載の波長多重光カプラ。

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