JP2006106156A - 光分合波器 - Google Patents

Abstract

【課題】光分合波器において、従来に比べ小型化、低コスト化を可能とする。
【解決手段】光分合波器１０は、光を入射又は出射する３本の光ファイバ２（２０〜２２）が略一方向へ導出された偏平な器体３と、各光ファイバ２と光結合するように器体３内に収納された光分合波用の光学ブロック４とを備えている。光学ブロック４は、各光ファイバ２と光結合するように器体３内に複数並接したコリメートレンズＣ（Ｃ０〜Ｃ２）と、複数のコリメートレンズＣと空間を隔てて対向する位置に配置され前記いずれかの光ファイバ２からコリメートレンズＣを通して出射される光の進行方向を他のコリメートレンズＣを通して他のコリメートレンズＣに光結合した光ファイバ２に向かうように光路を変える光学ブリスム５と、コリメートレンズＣと光学プリズム５との間に配置され、入射する光を光の波長に応じて透過又は反射する光分合波用のフィルタチップ６と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光分合波器に関し、特にアクセス系の光通信システムに適用される低コスト、小型が要求される光分合波器に関する。

近年、光通信などの分野において、伝送容量を増大させるために波長分割多重方式を採用した光通信システムの普及が進んでいる。波長分割多重方式の光通信システムにおいて、波長毎に光を分波したり、異なる波長の光を合波したりする光分合波器として、光ファイバ、光ファイバに光結合するコリメートレンズ、及び光フィルタを具備した複数の光合分波用ユニットを器体に保持したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−７８５２８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような光合分波器においては、個々の光合分波用ユニットが、コリメートレンズ、レンズ用ホルダ、光フィルタ、光フィルタ用ホルダ、フェルールを備えているので、部品点数が多く、部品コストや組立コストが高くなるという問題がある。また、入出力の光学系を対向させるように器体の対向する２つの側壁それぞれに光合分波ユニットを配しており、光合分波ユニットが左右に突出して小型化が難しいという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、従来に比べ小型化、低コスト化が可能な光分合波器を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、光を入射又は出射する光ファイバが少なくとも３本以上導出された器体と、前記各光ファイバと光結合するように器体内に収納された光分合波用の光学ブロックと、を具備した光分合波器において、前記光学ブロックは、前記各光ファイバと光結合するように前記器体内に複数並接したコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズと空間を隔てて対向する位置に配置され前記いずれかの光ファイバからコリメートレンズを通して出射される光の進行方向を他のコリメートレンズを通して当該コリメートレンズに光結合した光ファイバに向かうように光路を変える光学ブリスムと、前記コリメートレンズと光学プリズムとの間に配置され光入射面を有して当該光入射面に入射する光を光の波長に応じて透過又は反射する光分合波用の光学フィルタチップと、を備え、前記各光ファイバは、前記器体の略一方向へ導出されてなるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光分合波器において、前記各コリメートレンズは、当該コリメートレンズと光ファイバとの位置関係を決める光学ベンチ上に固定されてコリメートブロックを構成しているものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の光分合波器において、前記コリメートブロックは、前記コリメートレンズとして球レンズを用い、単数の前記球レンズを当該球レンズと単数の光ファイバとの位置関係を決める１つの光学ベンチ上に固定して構成した個別コリメートブロックを複数用いて構成されているものである。

請求項４の発明は、請求項２に記載の光分合波器において、前記コリメートブロックは、前記コリメートレンズとして球レンズを用い、複数の前記球レンズを当該球レンズと複数の光ファイバとの位置関係を決める１つの光学ベンチ上に固定して構成されているものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の光分合波器において、前記光学プリズムは、前記コリメートブロックを構成する光学ベンチ上に固定されているものである。

請求項１の発明によれば、各光ファイバが器体の略一方向に導出されるので、器体への光ファイバの接続箇所を一箇所に集約でき、従来に比べ、小型化が可能となる。また、光ファイバ毎に光フィルタとそのフォルダを設ける必要がないので、少ない部品で光分合波器を構成でき、低コスト化が可能である。

請求項２の発明によれば、光ファイバとの位置関係が決まる光学ベンチ上にコリメートレンズが固定されているので、光ファイバを容易に位置決めできる。

請求項３の発明によれば、部品の共用化ができる個別コリメートブロックを用いてコリメートブロックを構成するので、部品並びに製品の低コスト化に効果がある。また、各個別コリメートブロックが互いに独立しているので、個別コリメートブロックと光学固定プリズムとの間、及び個別コリメートブロック相互間における位置決め調整が可能であり、これらの調整によって、より優れた光学特性を得ることができる。また、等方性を有しているため軸調整が容易で、かつ製造コスト低減が可能な球レンズをコリメートレンズとして用いているので、光分合波器の低コスト化ができる。

請求項４の発明によれば、コリメートブロックが、１つの光学ベンチ上に一体構成されるので、部品管理や組立作業が容易であり、光分合波器の低コスト化ができる。また、等方性を有しており軸調整が容易で、かつ製造コスト低減が可能な球レンズをコリメートレンズとして用いているので、光分合波器の低コスト化ができる。

請求項５の発明によれば、複数の球レンズ、及び光学プリズムが同一の光学ベンチ上に一体化して構成されるので、その後の組立調整や取扱い、及び製造が容易で低コスト化できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る光分合波器について、図面を参照して説明する。図１乃至図６は、第１の実施形態に係る光分合波器１０と各構成要素を示す。光分合波器１０は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、光を入射又は出射する３本の光ファイバ２０，２１，２２（２で総称）が略一方向へ導出された偏平な器体３と、各光ファイバ２と光結合するように器体３内に収納された光分合波用の光学ブロック４とを備えている。

光学ブロック４は、光分合波用の基本構成要素として、各光ファイバ２と光結合するように器体３内に複数並接したコリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２（Ｃで総称）と、複数のコリメートレンズＣと空間を隔てて対向する位置に配置され前記いずれかの光ファイバ２からコリメートレンズＣを通して出射される光の進行方向を他のコリメートレンズＣを通して他のコリメートレンズＣに光結合した光ファイバ２に向かうように光路を変える光学ブリスム５と、コリメートレンズＣと光学プリズム５との間に配置され光入射面を有してその光入射面に入射する光を光の波長に応じて透過又は反射する光分合波用の光学フィルタチップ６と、を備えている。以下、光分合波用の各基本構成要素及び光ファイバ等について説明する。

コリメートレンズＣは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、球レンズにより構成され、単数の球レンズをその球レンズと単数の光ファイバ２との位置関係を決める１つの光学ベンチ１１上に固定してコリメートブロック１を構成している。光分合波器１０においては、このような各光ファイバ２毎に構成された個別のコリメートブロック１が複数（今の場合３つ）用いられている。

光学ベンチ１１は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、コリメートレンズＣ位置決め用の凹所１１ａと、光ファイバ２位置決め用の溝部１１ｂとを備えている。凹所１１ａに、等方性を有する球レンズからなる所定半径のコリメートレンズＣを載置して接着することにより、光学ベンチ１１上におけるコリメートレンズＣの位置決めを自動的に行ってコリメートレンズＣを固定することができる。

また、溝部１１ｂに、フェルールなどの接続用部品を用いることなく光ファイバ２を直接配置して接着することにより光ファイバ２を位置決めして接着固定することができる。溝部１１ｂの位置は、ここに光ファイバ２を載置したときに、光ファイバ２の光軸が球レンズの中心を通るように構成されている。また、溝部１１ｂの端部に光ファイバ２の端面を配置することにより、コリメートレンズＣと光ファイバ２との距離が最適位置となるように光学ベンチ１１の各部寸法が設定されて光学ベンチ１１が形成されている。なお、光ファイバ２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、溝部１１ｂに配置した後、ガラス基板１２（図４）を光ファイバ２の上部から被せて、隙間に接着剤を注入することにより光学ベンチ１１に接着固定される。

上述の光学ベンチ１１は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微細電子機械システム）技術を用いてシリコン基板に加工を施すことにより、シリコン基板上に多数個が一括して形成される。また、シリコン結晶基板における異方性エッチングを用いて、シリコン基板上に多数個の光学ベンチ１１用の凹所１１ａや溝部１１ｂ（Ｖ溝）を形成できる。光学ベンチ１１が一括して形成されたシリコン基板をダイシングすることにより、シリコン基板から個々の光学ベンチ１１を大量に生産でき、低コストの光学ベンチ１１が得られる。

光学ブロック４は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、十分な平坦性と剛性を有する、例えばガラス板からなる光学基台４０に、上述のコリメートブロック１と、光学プリズム５及びフィルタチップ６からなるプリズムブロックとを、互いに所定の光入出射関係となるように位置調整して、光学基台４０に位置決め固定して構成される。光学プリズム５は、例えば、直角三角プリズムからなり、その斜辺面に、フィルタチップ６が接着固定されてプリズムブロックが構成される。

上述の、光学ブロック４における各要素の位置関係を説明する。コリメートレンズＣ１及びコリメートレンズＣ０を通る光軸が互いに平行となるように、また、コリメートレンズＣ２の光軸が前記光軸と所定の角度を有するように、各コリメートブロック１が光学基台４０上に配置される。コリメートレンズＣ０とコリメートレンズＣ２の光軸は、フィルタチップ６上で交差する。また、各コリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２、フィルタチップ６、及び光学プリズム５を通る光軸は、同一平面に含まれる。

光学基台４０は、平板状の単純な形状であるので、光学基台の材料の入手、及び光学基台の製造が容易であり、別途に位置決め用の治具を設けても、従来例よりもコスト、製造面、及び取扱面などにおいて優れたものとなっている。光学基台４０として、上述のガラス板の他、金属板、セラミックス板、プラスチック板などを用いることができる。透明な光学基台の場合、ＵＶ光硬化型接着剤が好適に用いられるが、各光学基台４０の材料に適した接着剤を用いることができる。

ここで、光学ブロック４（従って光分合波器１０）の動作を説明する。光分合波器１０は、光分波器の機能と光合波器の機能を合わせ持っている。ここでは、３種類の波長（λ１，λ２，λ３）の光の組合せを考え、例えば、（λ１，λ２，λ３）＝（１５５５ｎｍ，１４９０ｎｍ，１３１０ｎｍ）とする。図５（ａ）に示すように、光ファイバ２０から光学ブロック４に入射してコリメートレンズＣ０を通過する光が、２種類の波長（λ１，λ２）の光が重畳された重畳光であるとし、光ファイバ２１から光学ブロック４に入射してコリメートレンズＣ１を通過する光が、波長λ３の光であるとする。また、フィルタチップ６のフィルタ特性として特定の波長λ＝１５５５ｎｍの光を所定方向（今の場合、コリメートレンズＣ２の方向）に反射し、他の波長の光は透過するように設計すると、波長λ１の光はフィルタチップ６により反射される。また、波長λ２の光は、フィルタチップ６を透過して光学プリズム５に入射する。

波長λ２の透過光は、光学プリズム５によって光の反射と屈折の法則に従って進行方向を変えられ、コリメートレンズＣ１に入射して集光され、光ファイバ２１を介して光分合波器１０の外部に接続された次段の光学機器へと送られる。また、波長λ１の反射光は、フィルタチップ６の設計値に従い、所定の角度の方向に光軸を有するコリメートレンズＣ２に入射して集光され、光ファイバ２２を介して次段の光学機器へと送られる。つまり、光学ブロック４（光分合波器１０）の光分波器としての機能により、波長（λ１，λ２）の重畳光が、波長λ２の光と、波長λ１の単一波長光に分波されたことになる。

一方、波長λ３の光は、光学プリズム５に入射し、光学プリズム５によって光の反射と屈折の法則に従って進行方向を変えられてコリメートレンズＣ０に入射して集光され、光ファイバ２０を介して光分合波器１０の外部に接続された次段の光学機器へと送られる。このように、波長λ３の光は、波長λ１，λ２の光とは独立かつ逆向きに上述した光路を進んで行く。また、光分合波器１０は、上述の各波長の光の進行方向を逆転した状態の動作を行うことができる。つまり、光ファイバ２１から波長λ２の光を入射し、光ファイバ２２から波長λ１＝１５５５ｎｍの光を入射させると、波長λ２の光はフィルタチップ６を透過し、波長λ１＝１５５５ｎｍの光はフィルタチップ６により反射して、それぞれコリメートレンズＣ０を経て集光され、波長（λ１，λ２）の重畳光が光ファイバ２０を介して光分合波器１０から外部に取り出される。

次に、上述の光学ブロック４を器体３に組み込んで光分合波器１０を組立てることについて説明する。器体３は、図６に示すように、本体部分である器体ボディ３１、及び封止するための器体カバー３２からなる。器体ボディ３１は、例えば、成形部材からなり、略矩形の上方に開口した箱形状をしている。その一方の側壁には、光ファイバ導出溝３ａが設けられ、また、光ファイバ導出溝３ａに位置決めされた光ファイバ２を固定封止する接着封止用樹脂を溜めるための接着剤溜３ｂが設けられている。このため、光ファイバ２が導出される側壁は、他の側壁と比べて厚めの側壁になっている。

また、光ファイバ導出溝３ａが設けられた側壁内部側、及びその反対側の側壁内部側に、光学基台４０の４隅を位置決めする位置決め部３ｃが設けられている。この位置決め部３ｃに囲まれた領域の中央部に接着剤を滴下して前述の光学ブロック４を載置して、光学ブロック４を接着剤により器体ボディ３１に固着する。その後、器体カバー３２を上方から被せるとともに、器体３の内部を接着剤により封止して、光分合波器１０の組立が完了する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る光分合波器について、図面を参照して説明する。図７乃至図１２は、第２の実施形態に係る光分合波器１０と各構成要素を示す。この光分合波器１０は、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図８（ａ）（ｂ）に示すように、上述の第１の実施形態におけるコリメートブロック１と異なり、球レンズからなる複数のコリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２を、これらのコリメートレンズＣと複数の光ファイバ２０，２１，２２との位置関係を決める１つの光学ベンチ１１上に固定して構成した１つのコリメートブロック１を備えている。この点以外は、両実施形態において同様な構成となっている。以下、第１の実施形態と異なる点について説明し、重複する説明は省略する。

光学ベンチ１１は、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、コリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２位置決め用の３つの凹所１１ａと、光ファイバ２位置決め用の３つの溝部１１ｂとを備えている。各凹所１１ａに、等方性を有する球レンズからなる所定半径のコリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２を載置して接着することにより、光学ベンチ１１上におけるコリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２の位置決めを自動的に行ってコリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２を固定することができる。

また、各溝部１１ｂに、光ファイバ２０，２１，２２を位置決めして接着固定することができる。溝部１１ｂの位置は、ここに光ファイバ２０，２１，２２を載置したときに、光ファイバ２０，２１，２２の光軸が球レンズの中心を通るように構成され、溝部１１ｂの端部に光ファイバ２０，２１，２２の端面を配置することにより、各コリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２と光ファイバ２０，２１，２２との距離が最適位置となるように光学ベンチ１１の各部寸法が設定されている。各光ファイバ２０，２１，２２は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、各溝部１１ｂに配置した後、ガラス基板１２（図１０）を光ファイバ２の上部から被せて、隙間に接着剤を注入することにより、３本の光ファイバ２０，２１，２２が、一括して光学ベンチ１１に接着固定される。

上述の光学ベンチ１１は、上述同様にＭＥＭＳ技術などを用いて、シリコン基板上に複数の凹所１１ａや複数の溝部１１ｂ（Ｖ溝）を形成して、一括製造される。

光学ブロック４は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、光学基台４０に、上述のコリメートブロック１と、光学プリズム５及びフィルタチップ６からなるプリズムブロックとを、互いに所定の光入出射関係となるように位置調整して、構成される。光学ブロック４における各要素の位置関係は、上述の第１の実施形態におけるのと同様である。

また、光学ブロック４（従って光分合波器１０）の光分波器又は光合波器としての動作、さらに、光学ブロック４を、図１２に示す器体３に組み込んで光分合波器１０を組立てる手順についても、上述の第１の実施形態におけるのと同様であり、説明を省略する。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る光分合波器について、図面を参照して説明する。図１３乃至図１７は、第３の実施形態に係る光分合波器１０と各構成要素を示す。この光分合波器１０は、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上述の第２の実施形態におけるコリメートブロック１と同様に、球レンズからなる複数のコリメートレンズＣ０，Ｃ１，Ｃ２を、これらのコリメートレンズＣと複数の光ファイバ２０，２１，２２との位置関係を決める１つの光学ベンチ１１上に固定して構成した１つのコリメートブロック１を備えている。

そして、光学ベンチ１１が、第２の実施形態における光学ベンチとは異なって、光学プリズム５を配置する領域まで広がる広い面積を有している。このような光学ベンチ１１上に光学プリズム５とフィルタチップ６とからなるプリズムブロックとを配置して、図１６（ａ）（ｂ）に示す光学ブロック４が得られる。従って、第１及び第２の実施形態において用いていた光学基台４０が不要となる。また、光学基台４０が不要となることから、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、光分合波器１０全体の厚みが薄くなる。これらの点以外は、上述の第１又は第２の実施形態について述べた内容と同様であり、図１７の器体３の説明も含めて、説明は省略する。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光分合波器の器体部分を破断し内部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図、（ｃ）は同光分合波器の光ファイバ導入部側面図。 （ａ）は同上光分合波器に用いられる個別コリメートブロックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図。 （ａ）は同上光分合波器に用いられる光学ベンチの上面平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ４−Ｘ４線断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ５矢視側面図。 同上光分合波器に用いられるガラス基板の斜視図。 （ａ）は同上光分合波器の光学ブロックの上面平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ６−Ｘ６線断面図。 同上光分合波器に用いられる器体の断面図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光分合波器の器体部分を破断し内部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ１−Ｙ１線断面図、（ｃ）は同光分合波器の光ファイバ導入部側面図。 （ａ）は同上光分合波器に用いられるコリメートブロックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図。 （ａ）は同上光分合波器に用いられる光学ベンチの上面平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ４−Ｙ４線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ５矢視側面図。 同上光分合波器に用いられるガラス基板の斜視図。 （ａ）は同上光分合波器の光学ブロックの上面平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図。 同上光分合波器に用いられる器体の断面図。 （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る光分合波器の器体部分を破断し内部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図、（ｃ）は同光分合波器の光ファイバ導入部側面図。 （ａ）は同上光分合波器に用いられる光学ベンチの上面平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ４−Ｚ４線断面図、（ｃ）は（ａ）のＺ５矢視側面図。 同上光分合波器に用いられるガラス基板の斜視図。 （ａ）は同上光分合波器の光学ブロックの上面平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ６−Ｚ６線断面図。 同上光分合波器に用いられる器体の断面図。

符号の説明

１ コリメートブロック
２，２０，２１，２２ 光ファイバ
３ 器体
４ 光学ブロック
５ 光学プリズム
６ フィルタチップ
Ｃ，Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２ コリメートレンズ
１１ 光学ベンチ

Claims (5)

1. 光を入射又は出射する光ファイバが少なくとも３本以上導出された器体と、前記各光ファイバと光結合するように器体内に収納された光分合波用の光学ブロックと、を具備した光分合波器において、
   前記光学ブロックは、
   前記各光ファイバと光結合するように前記器体内に複数並接したコリメートレンズと、
   前記複数のコリメートレンズと空間を隔てて対向する位置に配置され前記いずれかの光ファイバからコリメートレンズを通して出射される光の進行方向を他のコリメートレンズを通して当該コリメートレンズに光結合した光ファイバに向かうように光路を変える光学ブリスムと、
   前記コリメートレンズと光学プリズムとの間に配置され光入射面を有して当該光入射面に入射する光を光の波長に応じて透過又は反射する光分合波用の光学フィルタチップと、を備え、
   前記各光ファイバは、前記器体の略一方向へ導出されてなることを特徴とする光分合波器。
2. 前記各コリメートレンズは、当該コリメートレンズと光ファイバとの位置関係を決める光学ベンチ上に固定されてコリメートブロックを構成していることを特徴とする請求項１に記載の光分合波器。
3. 前記コリメートブロックは、前記コリメートレンズとして球レンズを用い、単数の前記球レンズを当該球レンズと単数の光ファイバとの位置関係を決める１つの光学ベンチ上に固定して構成した個別コリメートブロックを複数用いて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光分合波器。
4. 前記コリメートブロックは、前記コリメートレンズとして球レンズを用い、複数の前記球レンズを当該球レンズと複数の光ファイバとの位置関係を決める１つの光学ベンチ上に固定して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光分合波器。
5. 前記光学プリズムは、前記コリメートブロックを構成する光学ベンチ上に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光分合波器。

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