JP2005352364A - 複合光学機能素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 組み立て調整時間を短縮して容易に光導波路間に挿入可能な複合光学機能素子を提供すること。
【解決手段】 屈折力を有する光学素子９に光路を横切る溝１０を形成し、溝１０に光機能素子１１を挿入固定した複合光学機能素子である。その光機能素子１１は、光フィルタ、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子、光アイソレータのいずれかである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ系で使用される複合光学機能素子に関し、特に光ファイバ通信に用いられる能動／受動モジュールを構成するのに重要な部品である複合光学機能素子に関する。

光通信においては、光ファイバなどの光導波路内を伝搬したレーザー光を一旦空間に放出させ、各種の光機能素子に入射させた後、再び光導波路に結合させ伝搬させるという手法が用いられる。このような場合、光導波路から射出したレーザービームを再び光導波路に導く為に、通常、屈折力を有する光学素子が用いられる。一例として、特許文献１で開示されたような光デバイスがある。

図７に、特許文献１で開示されている光デバイスの要部を示す。この光デバイスは、光ファイバ体Ｆ１をフェルール３内に収容してなり、その光ファイバ体Ｆ１はフェルール３に形成した凹部７で２つに分割されたコアレスファイバ５を含む複数の光ファイバを縦列接続してなる。このとき、フェルール３に形成した凹部７内に光学素子４を配設するとともに、光学素子４の底面と凹部７の底面とを固定用接着部材８ａで接着し、かつ光学素子４の光透過部と凹部７との間を、前記の固定用接着部材８ａよりガラス転移温度が低い充填用接着部材８ｂで充填している。また９５は先球である。

特開２００３−２７９７９０号公報

しかしながら上記の従来技術には、以下のような問題点があった。この技術においては、光ファイバ１ａから射出したビームを、光学素子４に入射させた後に、再び光ファイバ１ｂに結合させる為に、フェルール内部に光ファイバとコアレスファイバとを縦列接続しているが、フェルール内部に多数の部品を配設固定することは、部品点数を多くし、また組み立て時間を長くすることとなる。

本発明は従来技術のこのような問題を解決し、組み立て調整時間を短縮して容易に光導波路間に挿入可能な複合光学機能素子を提供するものである。

上記に鑑みて、第一の発明の複合光学機能素子は、屈折力を有する光学素子に光路を横切る溝を形成し、前記溝に光機能素子を挿入し固定してなることを特徴とする。

第二の発明の複合光学機能素子は、第一の発明の複合光学機能素子において、前記屈折力を有する光学素子は、ボールレンズ、ドラムレンズ、屈折率分布型レンズのいずれかであることを特徴とする。

第三の発明の複合光学機能素子は、第一または第二の発明の複合光学機能素子において、前記光機能素子は、光フィルタ、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子、光アイソレータのいずれかであることを特徴とする。

本発明の複合光学機能素子では、屈折力を有する光学素子中に溝を形成し、その溝に光機能素子を設置しているので、通常の光機能素子では２つの光導波路間に挿入されるときに必要とされる位置あわせは予めなされており、２つの光導波路間に容易に挿入可能な複合光学機能素子を提供することが出来る。

また本発明の複合光学機能素子は、溝に挿入固定する光機能素子として、（１）光フィルタを用いることにより、導波路の光に対してフィルタ機能を作用する複合光学機能素子となり、（２）吸収型偏光子あるいは反射型偏光子を用いることにより導波路の光に対して偏光作用を施す複合光学機能素子となり、（３）ファラデー回転子を用いることにより導波路の光に対してファラデー回転を与える複合光学機能素子となり、（４）光アイソレータを用いることにより、導波路の光に対して光アイソレータ機能を作用する複合光学機能素子となることが出来る。

以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明の実施の形態の複合光学機能素子を示す概念図である。図１において、９は屈折力を有する光学素子である。１０は屈折力を有する光学素子中の、光波が伝搬される経路中に形成された溝である。１１は溝１０に設置された光機能素子である。

このような形で、屈折力を有する光学素子９中に溝１０を形成し、溝１０に光機能素子１１を設置すれば、光導波路間の結合に必要な、各光学素子の位置あわせを予め行うことが出来、容易に組み立て可能な光機能素子を提供することが可能となる。なお、光機能素子の位置決めの要求精度が厳しい場合には、溝１０の内部で光機能素子の位置を微調整すればよい。この場合においても、溝１０が、光機能素子１１の概略位置を定める効果がある為、容易に組み立て可能な複合光学機能素子を提供することが可能となるものである。

図２は本発明の複合光学機能素子の実施例１を示す図である。

図２において、１２は球状を成したボールレンズであり、材質はＨＯＹＡ株式会社製のＴａＦ３を使用し、曲率半径は４ｍｍである。１３はボールレンズ１２に、ダイシングソー装置によるダイシングにより形成された溝であり、その幅は２００μｍ程度となっている。１４は光機能素子であるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing；波長多重）フィルタであり、基板である石英板上に、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とを積層したものであり、その厚みは基板も含めて１８０μｍである。またＷＤＭフィルタ１４は、波長が１２５０ｎｍから１３９０ｎｍの光を透過し、波長が１５２０ｎｍから１５８０ｎｍの光を反射させる特性を有する。また１５は本実施例１の複合光学機能素子にレーザービームを入射させる為のシングルモードファイバであり、１６はその複合光学機能素子から射出したレーザービームを結合させる為のシングルモードファイバである。

この図２に基づき、本実施例１の複合光学機能素子の作用について説明する。シングルモードファイバ１５から射出したビームは、ボールレンズ１２に入射し、ボールレンズ１２の光学面で収束し、ＷＤＭフィルタ１４へと入射する。ＷＤＭフィルタ１４においては、入射ビームの波長が１２５０ｎｍから１３９０ｎｍの場合はＷＤＭフィルタ１４を透過する。また１５２０ｎｍから１５８０ｎｍの光は反射するが、ここでＷＤＭフィルタ１４が傾斜して設置されている為に、ビームが射出したときシングルモードファイバ１５には戻らずにシングルモードファイバ１５の側方の点１７に射出する。

すなわち本デバイスは、１２５０ｎｍ〜１３９０ｎｍの波長を選択的に取り出すバンドパスフィルタとして機能し、さらに遮蔽波長の特性を考えると、波長１２５０ｎｍから１３９０ｎｍの光と、波長１５２０ｎｍから１５８０ｎｍの光が混在する場合に、波長１２５０ｎｍから１３９０ｎｍの光を選択的に透過させる場合に好適なフィルタとなる。

本実施例１の光フィルタ機能を有する複合光学機能素子を組み立てる場合には、ＷＤＭフィルタ１４とボールレンズ１２が一体化されている為に、両者の間の位置あわせは行う必要が無く、レンズ及びファイバ間の位置あわせのみを行えばよい。

さらに１つのボールレンズで、入力側シングルモードファイバから射出したビームをコリメートビームとする機能と、コリメートビームを出力側シングルモードファイバヘ結合させる為に収束させる機能を有する為、レンズの枚数を削減できる。

さらにＷＤＭフィルタを、コリメートビームが伝搬するボールレンズ内部に配置したことにより、ＷＤＭフィルタヘのビームの入射角を一定にすることが出来、ビーム入射角度に依存するＷＤＭフィルタの特性を、安定して発揮させることが出来る。

また本実施例１においては、レンズはボールレンズを使用しているが、ボールレンズの外径を小さくしたドラムレンズを用いてもよい。また中心厚みが、曲率半径の２倍の関係から外れている形状のレンズを用いても構わない。さらに屈折率分布型レンズを用いても構わない。

さらに光フィルタとしては、ＷＤＭフィルタの他に、波長分散補償フィルタ、ハーフミラー、エッジフィルタなどを組み合わせてもよい。

図３は、本発明の複合光学機能素子の実施例２を示す図である。

図３において、２１は２つのシングルモードファイバを内蔵する２芯フェルールである。２２及び２３は、２芯フェルール２１に内蔵固定されたシングルモードファイバである。２４はロッドレンズであり、曲率半径１ｍｍ、中心厚み４．５ｍｍで、株式会社オハラ製のＳ−ＬＡＨ５３を用いたものである。

２５は、ロッドレンズ２４中に形成された溝である。２６は１芯のシングルモードファイバである。２７はＷＤＭフィルタであり、波長１４８０ｎｍから１５１０ｎｍのビームを反射させ、波長１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのビームを透過させるものである。

この図３に基づき、本発明の実施例２の複合光学機能素子の作用について説明する。本図において、シングルモードファイバ２２から射出した波長１５５０ｎｍのビームは、ロッドレンズ２４の端面で収束され、平行光束となってロッドレンズ内部を伝搬する。ロッドレンズ２４内部を伝搬したビームは、ＷＤＭフィルタ２７に入射する。ＷＤＭフィルタ２７においては、その分光特性により、波長１５５０ｎｍのビームはＷＤＭフィルタ２７を透過し、ロッドレンズ２４の射出側の面に達する。そのロッドレンズ２４の端面にて、レーザービームはその端面が有する屈折力によって収束ビームとなり、１芯のシングルモードファイバ２６に結合する。

一方、２芯フェルール２１に固定されたもう一方のシングルモードファイバ２３から、波長１４８０ｎｍのビームが射出された場合を考える。シングルモードファイバ２３から射出したビームは、ロッドレンズ２４に入射するが、端面の屈折力によりコリメートビームとなってロッドレンズ２４内部を伝搬する。そのロッドレンズ２４内部を伝搬したビームは、ＷＤＭフィルタ２７に入射する。ＷＤＭフィルタ２７においては、その分光特性により、波長１４８０ｎｍのビームはＷＤＭフィルタ２７にて反射し、ロッドレンズ２４内部を逆行する。逆行したビームは、ロッドレンズ２４の端面の屈折力により収束ビームとなり、シングルモードファイバ２２に結合する。

このように本実施例２の複合光学機能素子は、光ファイバアンプにて信号光に励起光を重畳させるのに使用することが出来る。

また本実施例２においては、ロッドレンズ２４の代わりに屈折率分布型レンズを用いてもよい。

図４、図５及び図６は本発明の複合光学機能素子の実施例３を示す図である。

図４において、３１はボールレンズであり、曲率半径２ｍｍ、中心厚４ｍｍ、硝子材はショット社製のＬＡＳＦＮ３１で出来ている。３２はボールレンズ３１に形成された溝である。３３は第一の偏光子であり、ルチル結晶を４度ウェッジ状に加工したものであり、ウェッジの方位は図４に示したとおりである。３４はビスマス置換磁性ガーネット厚膜であり、磁場を印加することにより、入射した光ビームの偏光方向を４５度回転させるファラデー効果を有する。３５は第二の偏光子であり、第一の偏光子３３と同様に、ルチル結晶を４度ウェッジ状に加工したものであり、ウェッジの方位は図４に示したとおりである。３６は光ビームをボールレンズ３１に導入する為のシングルモードファイバであり、３７はボールレンズ３１から射出した光ビームを結合する為のシングルモードファイバである。また４０はビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４に磁場を印加する為の、サマリウム及びコバルトを主成分とする永久磁石である。

図５は、第一の偏光子３３を、シングルモードファイバ３６の側から見て光学軸の方位を示す側面図である。３８は第一の偏光子３３の光学軸の方位を示す矢印である。第一の偏光子３３の光学軸は、図５にて紙面に平行な面内で、図５に示すごとく水平方向から反時計回りに２２．５度の方位にある。

図６は、第二の偏光子３５を、シングルモードファイバ３６の側から見て光学軸の方位を示す側面図である。３９は第二の偏光子３５の光学軸の方位を示す矢印である。第二の偏光子３５の光学軸は、図６にて紙面に平行な面内で、図６に示すごとく水平方向から時計回りに２２．５度の方位にある。

次に図４、図５、図６に基づき、本実施例３の作用について説明する。

図４において、シングルモードファイバ３６から射出した光ビームは、ボールレンズ３１に入射する際に、ボールレンズ３１の面の屈折力により収束され、ボールレンズ３１内部をコリメートビームとして伝搬する。ボールレンズ３１の内部を伝搬したコリメートビームは、第一の偏光子３３に入射する。第一の偏光子３３をビームが射出する際、ビームはその偏光方向によって、２つに分離される。すなわち、第一の偏光子３３の光学軸の方向と平行な偏光成分は異常光成分となり、異常光に対する屈折率が適用される形で屈折する。一方、第一の偏光子３３の光学軸の方位と直交する方位の偏光成分は、常光成分となり、常光に対する屈折率が適用される形で屈折する。

第一の偏光子３３を射出した光束は、ビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４に入射する。ここで入射ビームは、その偏光方向を４５度回転させられる。ビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４を射出したビームは、第二の偏光子３５に入射する。入射時にビームは、第一の偏光子３３を射出した際と同様に、偏光方向に応じた屈折率の適用を受けて屈折する。すなわち、第二の偏光子３５の光学軸の方位と平行な偏光成分は異常光として異常光に対する屈折率が適用されて屈折し、また光学軸の方位と直交する偏光成分は、常光として常光に対する屈折率が適用されて屈折する。

この場合、第一の偏光子３３の光学軸の方位に対する、第二の偏光子３５の光学軸の方位は、入射側から見て時計回りに４５度回転した方位であるが、この方位は、ビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４によるファラデー回転の方位及び回転量に等しい。従って、第一の偏光子３３を常光として透過したビームは、第二の偏光子３５においても常光として透過する。また第一の偏光子３３を異常光として透過したビームは、第二の偏光子３５においても異常光として透過する。従って、第一の偏光子３３によってビームに与えられる偏角と、第二の偏光子３５によってビームに与えられる偏角は、大きさが等しく、向きが逆となる為に、第二の偏光子３５を射出したビームの伝搬方向は、第一の偏光子３３に入射する前と等しい方向になる。

次に第二の偏光子３５を射出した光束は、ボールレンズ３１の内部を伝搬して射出するが、射出の際、ボールレンズ３１の光学面の屈折力により、収束ビームとなって射出する。

ボールレンズ３１を射出した光束は、シングルモードファイバ３７に結合する。

次に、シングルモードファイバ３７からビームが射出した場合を考える。ビームがボールレンズ３１に入射し、第二の偏光子３５を透過する迄は、シングルモードファイバ３６からビームが射出した場合と同様である。第二の偏光子３５を透過したビームは、ビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４に入射する。ここで入射したビームは、その偏光方向を、シングルモードファイバ３７の側から見て反時計回りに４５度回転させられる。

ビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４を射出したビームは、第一の偏光子３３に入射する。ここで、第二の偏光子３５の光学軸の方位に対する、第一の偏光子３３の光学軸の方位は、シングルモードファイバ３７の側から見て時計回りに４５度の方位であるが、ビスマス置換磁性ガーネット厚膜３４による偏光方向回転は、シングルモードファイバ３７の側から見て反時計回りである。従って、第二の偏光子３５を常光として透過したビームは、第一の偏光子３３を異常光として透過することになり、また第二の偏光子３５を異常光として透過したビームは、第一の偏光子３３を常光として透過することとなる。

第一の偏光子３３及び第二の偏光子３５をビームが透過する場合、常光として透過するか異常光として透過するかによって、各偏光子で与えられる偏角が異なる。かつ、常光として透過する場合に適用される屈折率と、異常光として透過する場合に適用される屈折率を比較すると、異常光として透過する場合に適用される屈折率のほうが大きいことから、第一の偏光子３３及び第二の偏光子３５を透過する場合において、異常光として透過する場合のほうが、常光として透過する場合に比べてより大きな偏角を与えられることになる。従って、第一の偏光子３３を射出したビームは、伝搬するに従って上方に離間していくビームと、伝搬するに従って下方に離間していくビームのいずれかになり、第二の偏光子３５に入射する前と同じ方位に伝搬するビームは存在しなくなる。

第一の偏光子３３を射出した２本のビームは、ボールレンズ３１中を伝搬して射出するが、射出の際、ボールレンズ３１の光学面の屈折力によって収束ビームとなる。射出した２本の収束ビームは、シングルモードファイバ３６の側に伝搬するが、ボールレンズ３１の光学面への入射時、入射方向がずれている為にシングルモードファイバ３６の上側あるいは下側に達し、シングルモードファイバ３６には結合しない。

このようにして、本実施例３の複合光学素子は２つのシングルモードファイバ間に容易に挿入できる光アイソレータとして使用することが出来る。

上記の実施例では、溝に挿入固定する光機能素子として、光フィルタ及び光アイソレータを用いた例を説明したが、他に、吸収型偏光子、反射型偏光子、あるいはファラデー回転子を用いても、２つの光導波路間に容易に挿入して所望の光機能を得る複合光学機能素子となる。

本発明の実施の形態の複合光学機能素子を示す概念図。 本発明の複合光学機能素子の実施例１を示す図。 本発明の複合光学機能素子の実施例２を示す図。 本発明の複合光学機能素子の実施例３を示す図。 実施例３での第一の偏光子の光学軸の方位を示す図。 実施例３での第二の偏光子の光学軸の方位を示す図。 従来例の光デバイスの構成を示す図。

符号の説明

９ 屈折力を有する光学素子
１０，１３，２５，３２ 溝
１１ 光機能素子
１２，３１ ボールレンズ
１４，２７ ＷＤＭフィルタ
１５，１６ シングルモードファイバ
１７ 側方の点
２１ ２芯フェルール
２２，２３ シングルモードファイバ
２４ ロッドレンズ
２６ １芯のシングルモードファイバ
３３ 第一の偏光子
３４ ビスマス置換磁性ガーネット厚膜
３５ 第二の偏光子
３６ シングルモードファイバ
３７ シングルモードファイバ
３８，３９ 矢印
４０ 永久磁石

Claims (3)

1. 屈折力を有する光学素子に光路を横切る溝を形成し、前記溝に光機能素子を挿入し固定してなることを特徴とする複合光学機能素子。
2. 請求項１記載の複合光学機能素子において、前記屈折力を有する光学素子は、ボールレンズ、ドラムレンズ、屈折率分布型レンズのいずれかであることを特徴とする複合光学機能素子。
3. 請求項１または請求項２記載の複合光学機能素子において、前記光機能素子は、光フィルタ、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子、光アイソレータのいずれかであることを特徴とする複合光学機能素子。

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