JP2006084745A

JP2006084745A - 光合分波器

Info

Publication number: JP2006084745A
Application number: JP2004269063A
Authority: JP
Inventors: Moritoshi Kato; 守俊加藤; Tomohiro Yonezawa; 友浩米澤; Yujiro Kato; 雄二郎加藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】小型かつ設置に必要な面積を低減した光合分波器を提供すること。
【解決手段】波長選択用の光学層１３，１４が表裏面に形成された透光性基板１２と、波長選択用の光学層１６，１７が表裏面に形成された透光性基板１５とが光学層１３，１４，１６を透過する光の経路に沿って配置され、透光性基板１２の光学層１３の側に対向して、合波光用のコリメータ７と、分波光用のコリメータ８，９，１０，１１とが配置されている。また合波光用のコリメータ７では波長λ1〜λ4の４波多重信号光が透過し、分波光用のコリメータ８，９，１０，１１ではそれぞれ波長λ1，λ2，λ3，λ4の信号光が透過する。
【選択図】図３

Description

本発明は、波長多重通信システムにおいて光信号の合波または分波に用いられる光合分波器に関する。

従来例としては、たとえば特許文献１にはＧＩファイバ（屈折率分布型マルチモードファイバ）の小片が先端に装着されたシングルモード光ファイバを誘電体多層膜フィルタの一方の側に２組、他方の側に１組、それぞれ各ＧＩファイバの先端を前記誘電体多層膜フィルタの方向に向けて配し、光学的に結合した技術が開示されている。この光合分波器では１つの波長の光と他の波長の光とを合分波することできる。

特開平１１−３８２６２号公報

従来の光合分波器においては、一般に、２波長または２波長帯域を合分波する図５のような構成の基本構造を波長多重数に合わせて備えることが必要であった。そのような従来構造においては、基本構造同士を光学的に接続するための光入出射のポートの数が増大し、かつそれら入出射の光ファイバの余長を収納するための空間が必要になる等、部品点数の増加および全体が大型になる等の問題があった。また２波長の場合においても、入出射ポートが光合分波器の両側に設けられていると、光ファイバの取り回しに広い場所が必要であった。本発明においては、このような問題点を改善するために小型かつ設置に必要な面積を低減した光合分波器を提供することを課題とする。

本発明の光合分波器では、すべての光入出射ポートを一方の側に配置することにより設置スペースの低減を行い、また部品点数の削減により小型化を行った。

すなわち、本発明の光合分波器は、透光性基板の表裏面に光の波長に応じて選択的に光を透過または反射させる光学層が形成された波長選択フィルタを前記光学層の透過光の方向に配置してなる波長選択フィルタ群と、前記波長選択フィルタ群の一方の側に併設された分波光用の光入出射ポートと、前記一方の側に配設された合波光用の光入出射ポートとを備えることを特徴とする。この構成によれば、（１）波長多重数ｎ（ｎ＞２）が偶数のときには、表裏面に異なる波長特性の光学層を形成した波長選択フィルタがｎ／２枚必要となり、（２）多重信号数ｎ（ｎ＞２）が奇数のときには、表裏面に異なる波長特性の光学層を形成した波長選択フィルタが（ｎ−１）／２枚必要であり、さらに、所定の波長を反射する光学層を片面にのみ形成した波長選択フィルタが必要であり、合わせて｛（ｎ−１）／２＋１｝枚の波長選択フィルタが必要となるが、従来よりも波長選択フィルタの数を減らすことができる。また、光入出射ポートについては（ｎ＋１）個が製品の一方の側に設けられるだけである。

また、本発明の光合分波器は、透光性基板の表裏面に光の波長に応じて選択的に光を透過または反射させる光学層が形成された１枚の波長選択フィルタと、前記波長選択フィルタの一方の側に併設された分波光用の２個の光入出射ポートと、前記一方の側に配設された合波光用の１個の光入出射ポートとを備えることを特徴とする。この構成は、波長多重数が２の場合に、３個の光入出射ポートが製品の同一の側に設けられた光合分波器である。

そして、本発明の光合分波器は、前記合波光用の光入出射ポートを透過する光は光路方向変換手段を介して前記波長選択フィルタを透過または反射する光と結合し、前記分波光用の光入出射ポートと前記合波光用の光入出射ポートは互いに平行に配設されたことを特徴とする。こうすることで、すべての光入出射ポートを製品の同一の側にアレイ状に並べることができる。

本発明によれば、波長多重光通信システムなどで合波または分波に用いられ、設置スペースの低減と小型化がなされた光合分波器を提供することができる。

また、本発明の光合分波器では、波長多重数が多くなるにつれて、部品点数の低減が顕著になり、部品コストの低減が容易になる。

本発明の光合分波器の実施の形態を以下に説明する。本発明において用いられる入出射のポートとしては、ファイバコリメータが例示される。ファイバコリメータとしては、ガラスやジルコニアあるいはプラスチックや金属製のキャピラリーにファイバを挿入／固定し、端面を所定の角度および精度で研磨したピグテールファイバとレンズを組み合わせたものが例示される。ファイバコリメータを構成するファイバコリメータレンズあるいは集光レンズとしては、非球面レンズ、球レンズ、ロッドレンズ、回折レンズ等が例示される。ロッドレンズとしては、端面をＣレンズに加工したロッド、ＧＲＩＮ（Graded Index）レンズ、球レンズをロッド状に加工したドラムレンズ等が例示される。ピグテールファイバとしては、通常の単一モードファイバや分散シフト単一モードファイバ、曲げ半径を小さくできる単一モードファイバ、偏波面保持単一モードファイバ等が例示される。

本発明に用いられる波長選択フィルタの透光性基板としては、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラスの他、各種光学ガラスを用いることができる。通常の光学ガラスの他、ポリイミド等の高分子基板であってもよい。

また、その表裏面に形成される光学層としては既に公知である低屈折率膜と高屈折率膜とを蒸着などにより数十層から百数十層ほど積層することにより製膜される誘電体多層膜でよい。波長特性としてはある波長範囲内のみ反射する特性、すなわちバンドパス機能を有する誘電体多層膜やある波長を境にして反射特性と透過特性を有するエッジフィルタ等、光合分波器に必要な特性に応じて誘電体多層膜の特性を変化させればよい。

本発明の光合分波器において、光軸の調整方法は、できるだけ簡易に行うことが望ましい。多層膜を形成した光学ガラス等の光学素子を配置すべき個所に予めマーキングを施して、そのマーキングに対して各光学素子を配置して受動的な調整方法により調整し、接着剤等で固定する際に能動的な調整方法を行えばよい。固定方法としては、ファイバコリメータの固定には、金属半田、ガラス半田やＹＡＧレーザによる溶接あるいは光学接着剤を利用できる。光学素子の固定には、光学接着剤や金属半田あるいはガラス半田を用いることができる。

以下に、本発明の実施例を挙げてより具体的に説明する。図１は本発明の実施例１の光合分波器の全体構成を示す光学図である。図１において、合波光用の光信号入出射手段として光ファイバおよびレンズからなるコリメータ１が配置されている。光ファイバとレンズの位置は光信号がコリメート光となる位置に配置されている。波長多重数が２波の場合は必要となる光学層を施した透光性基板は１枚となる。透光性基板４に施される光学層５は光ファイバ、レンズからなるコリメータ１側に所定の範囲を有する波長λ1の光を反射する特性を有する。コリメータ１から射出された波長λ1の光は、光学層５において反射し、光ファイバ、レンズからなる分波光用のコリメータ２に結合される。

波長λ1以外の波長λ2の光は光学層５を透過するので光学層６に入射される。光学層６においては波長λ2の光が反射される。反射された波長λ2の光は光学層５を透過し、光ファイバ、レンズからなる分波光用のコリメータ３に結合する。

コリメータ１とコリメータ２は所定の角度で配置されている。コリメータ２とコリメータ３はほぼ平行に並んでいるが、コリメータ１，２，３の光信号入出射角度、透光性基板４の製作精度、各部品の実装精度等により、多少の調整を行う必要があるので完全には平行にはならない可能性があるが、ほぼ平行に配置することができる。

以下、本実施例１において分波する場合の一例について具体的に説明する。図１に示すようにレンズおよびシングルモード光ファイバーからなるコリメータ１に対して透光性基板４をθ1＝１０度傾ける。すなわち、コリメータ１から出射された光がコリメータ１のレンズ表面から垂直に出射し、光軸に沿って進むとすると誘電体多層膜である光学層５に対して１０度で入射することとなる。コリメータ１と光学層５との距離は１０ｍｍとする。

光学層５に入射した光信号の波長λ1の光は図２に示すようにある波長範囲を有している。波長λ1の光は光学層５の法線に対して１０度で反射し、コリメータ２に結合する。光学層５に入射した光のうち波長λ2の光は反射する波長範囲以外の波長であるので透過する。透光性基板４内を透過した所定の範囲を有する波長λ2の光は誘電体多層膜である光学層６に入射する。

透光性基板４の厚みは７ｍｍとする。この際、透光性基板４の屈折率を１．５とした場合、光学層６に対する光信号の入射角は６．６５度となる。光学層５と光学層６は平行とすると光学層６の法線に対して６．６５度で反射し、透光性基板４内を通過し、光学層５に再度入射する。その波長はλ2であるので、光学層５を透過し、空気中に出射される。この際、空気と透光性基板４の屈折率差から光学層５の法線に対して１０度で射出され、波長λ1と波長λ2の光は互いに平行に射出されることとなる。この波長λ2の光はコリメータ３に結合される。但し、以上の数値については製作精度、実装精度によって多少変化するものである。

コリメータ２に結合する波長λ1が１５４３〜１５５７ｎｍの光に対して、挿入損失０．７ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上、コリメータ３に結合する波長λ2が１５６３〜１５７７ｎｍの光に対して、挿入損失１．０ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上の値が得られ、良好な結果となった。

次に、本発明の実施例２の波長多重数が４の場合について説明する。図３は本実施例２の光合分波器の全体構成を示す光学図である。同図に示すように合波光用の光信号入出射手段として光ファイバおよびレンズからなるコリメータ７が配置されている。光ファイバとレンズの位置は光信号がコリメート光となる位置に配置されている。コリメータ７に対して透光性基板１２をθ2度傾け、透光性基板１５はθ3度傾ける。コリメータ７より光信号が射出されるが、ここでは光信号は所定の範囲を有する波長λ1、λ2、λ3、λ4とする。光学層１３に入射した光信号のうち、波長λ1の光は光学層１３で反射し、コリメータ８に結合される。

波長λ2、λ3、λ4の光については光学層１３を透過し、透光性基板１２内を通過し、光学層１４に入射する。光学層１４は波長λ2の光を反射し、少なくとも波長λ3、λ4の光を透過する特性を有している。波長λ2の光は光学層１４において反射し、透光性基板１２内を通過し、再度、光学層１３に入射する。光学層１３では波長λ2の光は透過し、空気中に射出される。空気中に射出された波長λ2の光はコリメータ９に結合する。

光学層１４を通過した波長λ3、λ4の光は空気中に射出され、その後、光学層１６に入射する。光学層１６は少なくとも波長λ3の光を反射する特性を有している。この波長λ3の光は光学層１６において反射され光学層１４に入射し、透光性基板１２を通過し、光学層１３を透過し、空気中に射出され、コリメータ１０に結合する。

他方、光学層１６を通過した波長λ4の光は透光性基板１５内を通過し、光学層１７に入射する。光学層１７は少なくとも波長λ4の光を反射する特性を有している。この波長λ4の光は光学層１７において反射し、透光性基板１５を通過し、光学層１６を透過し、空気中に射出される。その後、波長λ4の光は光学層１４に入射し、透光性基板１２を通過し、光学層１３に入射し、空気中に射出され、コリメータ１１に結合する。ただし、波長λ3、λ4の光は透光性基板１２の形状によっては、透光性基板１２内を通過することなく、側方を通過して、コリメータ１０，１１に結合する。

コリメータ８に結合する波長λ1が１５４３〜１５５７ｎｍの光に対して、挿入損失０．５ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上、コリメータ９に結合する波長λ2が１５６３〜１５７７ｎｍの光に対して、挿入損失０．８ｄＢ以下、コリメータ１０に結合する波長λ3が１５８３〜１５９７ｎｍの光に対して、挿入損失１．１ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上、コリメータ１１に結合する波長λ4が１６０３〜１６１７ｎｍの光に対して、挿入損失１．５ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上の値が得られ、良好な結果となった。

次に、本発明の実施例３において各コリメータをほぼ平行に配置する場合の一例について具体的に説明する。図４は本実施例３の光合分波器の全体構成を示す光学図である。同図に示すように合波用の光信号入出射手段として光ファイバおよびレンズからなるコリメータ１８が配置されている。光ファイバとレンズの位置は光信号がコリメート光となる位置に配置されている。コリメータ１８に対して透光性基板２１をθ6＝１０度傾ける。すなわち、コリメータ１８から出射された光信号がコリメータ１８のレンズ表面に垂直に出射し、光軸に沿って進むとすると光学層２２に対して１０度で入射することとなる。コリメータ１８と光学層２２との距離は１０ｍｍとする。光学層２２は所定の範囲の波長λ1の光を反射し、所定の範囲の波長λ2の光を透過する特性を有している。光学層２２に入射した光信号の波長λ1の光は光学層２２の法線に対して１０度で反射し、透光性基板２６にθ7＝２０度で入射する。透光性基板２１と透光性基板２６との距離は５ｍｍとする。透光性基板２６の面２４には異なる屈折率差を緩和し、物質表面での反射を防止する反射防止膜を成膜する。この透光性基板２６の面２４に入射した波長λ1の光は空気層と透光性基板の屈折率差により１３．２度に屈折される。波長λ1の光は透光性基板２６内を透過する。透光性基板２６は頂角α＝３６．６度の三角プリズムである。よって透光性基板２６の面２５に対して波長λ1の光は２３．４度で入射される。波長λ1の光が透光性基板２６の面２５より出射するときの面法線との角度は３６．６度となり、コリメータ１８より出射された光信号とほぼ平行となる。ここで透光性基板２６の面２５においても異なる屈折率差を緩和し、物質表面での反射を防止する反射防止膜を成膜している。その透光性基板２６の面２５より射出された波長λ1の光はコリメータ１９に結合される。

さらにコリメータ１８から出射された光信号のうち、波長λ2の光については光学層２２に入射後透過し、透光性基板２１内を透過した波長λ2の光は光学層２３に入射する。透光性基板２１の厚みは７ｍｍとする。光学層２３は少なくとも所定の範囲の波長λ2の光を反射する特性を有している。この際、透光性基板２１の屈折率を１．５とした場合、光学層２３に対する光信号の入射角は６．６５度となる。光学層２２と光学層２３は平行とすると光学層２３の法線に対して６．６５度で反射し、透光性基板２１内を通過し、光学層２２に再度入射する。この波長λ2の光は、光学層２２を透過し、空気中に出射される。この際、空気と透光性基板の屈折率差から光学層２２の法線に対して１０度で射出され、波長λ1と波長λ2の光はほぼ平行に射出されることとなる。波長λ1の光と同様、波長λ2の光についても透光性基板２６にθ7＝２０度で入射する。透光性基板２６の面２４に入射した波長λ2の光は空気層と透光性基板２６の屈折率差により１３．２度に屈折される。その波長λ2の光は透光性基板２６内を透過する。この透光性基板２６は頂角α＝３６．６度の三角プリズムである。よって透光性基板２６の面２５に対して波長λ2の光は２３．４度で入射される。この波長λ2の光が透光性基板２６の面２５より出射するときの面法線との角度は３６．６度となり、コリメータ１８より出射された光信号およびコリメータ１９に入射する光信号と平行となる。すなわち、面２４，２５を有する透光性基板２６は光路方向変換手段となっている。そして透光性基板２６の面２５より出射された波長λ2の光はコリメータ２０に結合される。但し、以上の数値については製作精度、実装精度によって多少変化するものである。

コリメータ１９に結合する波長λ1が１５４３〜１５５７ｎｍの光に対して、挿入損失０．８ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上であり、コリメータ２０に結合する波長λ2が１５６３〜１５７７ｎｍの光に対して、挿入損失１．１ｄＢ以下、アイソレーション３０ｄＢ以上の値が得られ、良好な結果となった。

以上の実施例１〜３では、波長多重数は２または４の場合であったが、本発明の適用できる範囲は、５波以上の、たとえば、８波多重以上の光合分波器にも及ぶ。また、波長間隔の非常に狭い高密度波長多重の光合分波器にも適用可能である。５波以上の多重については、単純に光学層の数を増やすこと、あるいは２波、４波多重の構成を単位として複数組み合わせることで対応可能である。

ここで波長多重数が奇数の場合について補足する。たとえば、波長多重数が３の場合を例にとると、第１の波長選択フィルタでは表裏の両面に波長選択用の光学層を形成するが、第２の波長選択フィルタについては、片面にのみ波長選択用の光学層を選択すればよい。

以上、本発明の合分波器の動作について、分波器としてだけの動作を説明したが、本発明の光合分波器は非相反素子を使用していないので、合波器として動作することは明らかである。すなわち、合波の場合には、分波の場合に対して光の進行方向が逆になるだけである。

実施例１の光合分波器の全体構成を示す光学図。実施例１の誘電体多層膜の波長特性を示す図。実施例２の光合分波器の全体構成を示す光学図。実施例３の光合分波器の全体構成を示す光学図。従来例の光合分波器の基本構造を示す光学図。

符号の説明

１，２，３，７，８，９，１０，１１，１８，１９，２０，２８，２９，３０コリメータ
４，１２，１５，２１，２６透光性基板
５，６，１３，１４，１６，１７，２２，２３光学層
２４，２５面
２７誘体多層膜フィルタ

Claims

透光性基板の表裏面の少なくとも一方に光の波長に応じて選択的に光を透過または反射させる光学層が形成された波長選択フィルタを前記光学層の透過光の方向に配置してなる波長選択フィルタ群と、前記波長選択フィルタ群の一方の側に併設された分波光用の光入出射ポートと、前記一方の側に配設された合波光用の光入出射ポートとを備えることを特徴とする光合分波器。
透光性基板の表裏面に光の波長に応じて選択的に光を透過または反射させる光学層が形成された１枚の波長選択フィルタと、前記波長選択フィルタの一方の側に併設された分波光用の２個の光入出射ポートと、前記一方の側に配設された合波光用の１個の光入出射ポートとを備えることを特徴とする光合分波器。
前記合波光用の光入出射ポートを透過する光は光路方向変換手段を介して前記波長選択フィルタを透過または反射する光と結合し、前記分波光用の光入出射ポートと前記合波光用の光入出射ポートは互いに平行に配設されたことを特徴とする１または２記載の光合分波器。