JP2006126566A - コリメータアレイ及びその製造方法 - Google Patents

コリメータアレイ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】少なくとも、出射ビーム角のバラツキおよび出射ビーム径のバラツキが極めて少なく、かつ、強度に優れたコリメータアレイ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１と、基板１の一方の面１ａに形成された複数のレンズ２と、基板１の他方の面１ｂの上記レンズ２に対応する部分にそれぞれ形成され、それぞれ光ファイバ３が融着接続された複数の突起部４とをそなえ、突起部４の光ファイバ３との融着面の面積を光ファイバ３の断面積よりも大きく設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光通信システムに適用される光部品の１つであるコリメータアレイ及びその製造方法に関する。
コリメータアレイは、例えば、光スイッチなどの空間光学系型モジュールに適用され、コリメートされた複数の光ビームを平行に空間伝搬させるための光部品である。通常、コリメータアレイは、複数のレンズと、複数の光ファイバとをそなえて構成される。従来のコリメータアレイとしては、レンズアレイとファイバアレイとを組み合わせる構成がある。
この場合、レンズアレイは、例えば、ガラスやシリコン等の基板上にエッチングにより構成したり、型成型などの手段で平板状のレンズアレイを形成したり、基板に設けたＶ溝などにレンズを並べて構成することもできる。また、ファイバアレイについても、Ｖ溝に配列して構成するものや、高精度加工されたファイバ挿入穴を用いて構成する方法がある。
これらの方法は、レンズアレイとファイバアレイとをそれぞれ個別に構成した後、両者を接着剤等により接着することで、一括してアライメントができるという利点がある。しかしながら、この方法では、レンズアレイとファイバアレイのそれぞれの配列精度の限界により、個々のレンズと個々のファイバの中心にどうしてもずれが生じるため、ビームの出射角度にバラツキが発生してしまう。
コリメータアレイにとって必要な条件は、アレイ状に伝搬するビーム間の並行度およびビーム径のバラツキが小さいことである。ここで、ビーム間の並行度は、各ファイバおよび各レンズの配列位置精度で決まる。ビーム出射角θは、ファイバ中心位置とレンズ中心位置との差をx、レンズ焦点距離をfとすると、
θ=arctan(x/f)
と表すことができる。従って、ファイバあるいはレンズの配列精度が悪ければ、ビーム出射角にバラツキが生じることになる。
上述した従来の方法では、レンズの配列を高精度化できるエッチングなどの手法を用いても精度はサブミクロンオーダであり、ファイバ配列精度もＶ溝を用いてもサブミクロンオーダが限界である。さらに、各ファイバのコア位置の偏芯もあるため、ビーム出射角のバラツキは大きく、±0.01°〜±0.1°程度は発生してしまう。
これ以上のビーム出射角の高精度化を実現するためには、レンズアレイあるいはファイバアレイのどちらか一方を個別部品とし、一方の配列バラツキに合わせて光ビームを観測しながらアライメントすることが必要となる。その例を図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す。これらの図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す構成は後記特許文献１により提案されている構成であり、平板状のマイクロレンズアレイ１０（基板１０ａ）の裏面１０ｃに、フェルール１２付きの複数のファイバ１１（ファイバ部品）の位置（中心軸）をレンズ１３の光軸１９と一致するようにアクティブ調整し、接着剤１４でそれぞれ固定していくというものである。
なお、これらの図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）において、１１ａはファイバ１１の出力端面、１２ａはフェルール１２の端面、１６はフェルール１２とレンズアレイ１０の裏面１０ｃとの空間（ギャップ）、１８はレンズ１３の焦点位置、２０はレンズ１３によるコリメート光、ｆはレンズ１３の焦点距離をそれぞれ示し、フェルール１２の端面１２ａに露出しているファイバ１１のコア中心にレンズ１３の焦点位置１８が位置するように接着剤１４により接着される。
この特許文献１の方法（構成）によれば、レンズの中心軸とファイバの中心軸を合わせることができるため、各ビームの相対的な出射角バラツキを抑え、かつ、レンズの焦点距離のバラツキに応じて接着剤の厚み１４を調整してファイバとレンズとの間の距離を調整することで、ビーム径のバラツキも低減することができる。
また、レンズアレイとファイバアレイの固定方法としては、接着以外に融着による方法がある。例えば、後記特許文献２においては、レンズ形状を楕円ＳＩＬ(solid immersion lens)に限定しているものの、レンズアレイへのファイバ融着に関する記述がある。それを図１６（Ａ），図１６（Ｂ）及び図１６（Ｃ）に示す。なお、これらの図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）はいずれもコリメータアレイの模式的平面図で、それぞれ、特許文献２のＦＩＧ．６Ａ〜６Ｃに対応している。
これらの図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）において、２００はレンズアレイ基板、２０１は基板２００の表面（基板表面）、２７０は基板２００の裏面（基板裏面）、２０２，２０４，２６６はそれぞれファイバ（導波路）２２０，２２２の取り付け位置、２１０，２１２はそれぞれレンズアレイ２１３を構成するレンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）、２１４，２１６はそれぞれレンズ２１０，２１２の焦点位置、２３４，２３６，２６０，２６２はそれぞれ突起部を示している。
また、矢印２２１はその位置でのファイバ２２０の断面、矢印２３８はその位置での突起部２３４の断面、矢印２６４，２６８はそれぞれの位置での突起部２６０の断面を示しており、図１６（Ｂ）では突起部２３４の断面形状とファイバ２２０の断面形状とが一致しており、図１６（Ｃ）では突起部２６８のファイバ取り付け位置２６０の断面形状とファイバ２２０の断面形状とが一致している様子が表されている。
つまり、図１６（Ａ）では、基板２００の一方の面（基板表面）２０１にレンズ２１０，２１２が形成されるとともに、基板２００の他方の面（基板裏面）２７０のレンズ２１０，２１２に対応する位置にファイバ２２０，２２２がそれぞれ融着されている様子が示されている。これは、ファイバ２２０，２２２にフェルール１２が取り付けられていない点を除いて図１６に示す特許文献１の構成とほぼ同様の構成である。
一方、図１６（Ｂ）及び図１６（Ｃ）では、基板裏面２７０のレンズ２１０，２１２が形成された部分に対応する位置に突起部２３４，２３６（２６０，２６２）を形成し、これらの突起部２３４，２３６（２６０，２６２）にそれぞれファイバ２２０，２２２を融着させた様子が示されている。このように突起部２３４，２３６（２６０，２６２）を設けることで、図１６（Ａ）に示すごとく基板裏面２７０に、直接、ファイバ２２０，２２２を融着する場合に比して、アーク放電やＣＯ2レーザ照射等による融着が容易となる。
また、突起部２３４，２３６又は２６０，２６２のファイバ接続面の外形（断面形状）とファイバ外形（断面形状）とを一致させることで、レンズ中心とファイバ中心とのアライメントを容易にできるという利点も得られる。実際、これらの図１６（Ｂ）及び図１６（Ｃ）に示すような突起部２３４，２３６又は２６０，２６２を用いれば、ファイバ融着の際、溶融した接続部に発生する表面張力により両者の外形がそろうように力が作用するため、突起部２３４，２３６又は２６０，２６２とファイバの外形が一致した状態で固定することができる。
なお、ファイバを融着固定する装置に関する技術として、例えば、下記非特許文献１に示される技術がある。
米国特許第６，５８７，６１８号明細書 米国特許第６，６４３，０６８号明細書 田邉明夫、外９名、「コア直視型融着機Ｓ１７５の開発」、古河電工時報、平成１１年７月、第１０４号、ｐ．６９−７４
しかしながら、まず、上述した特許文献１の技術では、ファイバと基板との接続に接着という手段を用いるため、固定強度が弱い。また、接着剤の厚みを変えてレンズ焦点距離方向の調整を行なうため、接着層が厚くなり、信頼性にも欠ける。さらには、接着時の接着剤の硬化収縮により位置がずれてしまうこともある。
これに対し、上述した特許文献２の技術では、融着によりファイバと基板との接続を行なうため、固定強度は特許文献１の技術に比して改善されるが、図１６（Ａ）により上述したごとくファイバを基板に直接融着する方法では、個々の接続箇所にピンポイントでアーク放電やレーザ照射することが困難であり、周囲への熱伝導により本来不要な基板部分をも溶融させてしまうなど、融着作業が非常に困難である。また、レンズ焦点距離方向の調整も不可能である。
一方、図１６（Ｂ）及び図１６（Ｃ）により上述した方法では、融着作業は容易になるが、基板裏面２７０に形成された突起部２３４，２３６又は２６０，２６２のファイバ接続面の外形とファイバ外形とが表面張力によりそろうように固定されてしまう。この現象は、例えば、外形の同じファイバ同士を融着する場合について、上記非特許文献１でも述べられている。これと同様の現象により、基板表面２０１のレンズ中心軸と、基板裏面２７０の突起部２３４，２３６又は２６０，２６２の中心軸とにずれが生じてしまう。また、ファイバコアが偏芯していると、ビーム出射角にもバラツキが発生してしまう。
例えば、図１７（Ａ）に模式的に示すように、基板表面２０１上のレンズ２１０（２１２）の中心軸と、当該レンズ２１０（２１２）に対応する位置に形成した基板裏面２７０上の突起部２３４（２３６，２６０，２６２）の中心軸とがずれており、図１７（Ｂ）に模式的に示すように、ファイバコア２４０がファイバクラッド２４１に対して偏芯していたとする。ただし、中心軸及び偏芯に関していずれもレンズ中心２５０に対するずれは０．５〜１μm以下程度であるが、これらの図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）では、説明の便宜のため、誇張して示してある。
また、このような状態でファイバ２２０（２２２）を突起部２３４（２３６，２６０，２６２）に融着すると、突起部２３４，２３６又は２６０，２６２のファイバ接続面の外形とファイバ外形とが表面張力によりそろうように固定される結果、ファイバコア２４０がレンズ中心２５０から大きくずれてしまい、図１８に模式的に示すように、ビーム出射角にバラツキが発生する。また、突起部２３４（２３６，２６０，２６２）の厚みにバラツキがありレンズ焦点距離にもバラツキがあると、ビームのコリメート状態（ビーム径）にもバラツキが生じてしまう結果となる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、少なくとも、出射ビーム角のバラツキおよび出射ビーム径のバラツキが少ないコリメータアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、強度に優れたコリメータアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のコリメータアレイは、基板と、該基板の一方の面に形成された複数のレンズと、該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分にそれぞれ形成され、それぞれ光ファイバが融着接続された複数の突起部とをそなえ、該突起部の該光ファイバとの融着面の面積が該光ファイバの断面積よりも大きく設定されていることを特徴としている（請求項１）。
ここで、該突起部は、該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分周辺に窪み部を形成することにより形成してもよい（請求項２）。
また、該基板の上記他方の面に上記ファイバを保護するためのファイバ保護部材を設けてもよい（請求項３）。
さらに、少なくとも上記のレンズには、減反射コーティングが施されていてもよい（請求項４）。
また、該基板の上記一方の面の上記レンズ以外の部分に、不要光を遮光するための遮光手段を設けてもよい（請求項５）。
さらに、上記の各レンズ及び各光ファイバは、それぞれ、該基板上において一次元に配列されていてもよいし（請求項６）、ニ次元に配列されていてもよく（請求項７）、この場合、千鳥状に配列されていてもよい（請求項８）。
次に、本発明のコリメータアレイの製造方法は、基板の一方の面に複数のレンズを形成するとともに、該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分に、それぞれ、表面の断面積が光ファイバの断面積よりも大きな突起部を形成する工程と、該突起部の上記表面に該光ファイバを融着接続する工程とを有することを特徴としている（請求項９）。
ここで、該光ファイバを融着接続する際に、該突起部のみを予備加熱してから該光ファイバの融着を行なってもよい（請求項１０）。
上記の本発明によれば、基板の他方の面に形成した、ファイバとの融着面の面積がファイバの断面積よりも大きく設定された突起部にファイバを融着固定することで、融着時の表面張力による位置ずれの発生を抑制しつつ、ファイバコアとレンズ中心とを極めて高い精度で位置合わせして固定することができる。したがって、ビーム出射角のバラツキの極めて少ないコリメータアレイを容易に実現することができる。
〔１〕第１実施形態の説明
図１及び図２はそれぞれ本発明の第１実施形態としてのコリメータアレイの外観を示す模式的斜視図、図３はこれらの図１及び図２に示すコリメータアレイを部分的に示す模式的平面図である。
これらの図１〜図３に示すように、本実施形態のコリメータアレイ３０は、例えばガラス材料（石英）で構成された平板状の基板（レンズアレイ基板）１と、このレンズアレイ基板１の一方の面（表面）１ａに１次元（アレイ状）に配列（形成）された複数のマイクロレンズ（以下、単に「レンズ」という）２と、レンズアレイ基板１の他方の面（裏面）１ｂの各レンズ２に対応する位置にそれぞれ設けられた複数の突起部４と、各突起部４の表面（ファイバ接続部）４ａに融着された複数のファイバ３とをそなえて構成されている。
ここで、レンズアレイ基板１は、本実施形態においても、エッチングや型成型、Ｖ溝などを用いて製作することができる。また、各突起部４も、それぞれ、例えば、エッチング等により基板裏面１ｂに形成される。なお、レンズアレイ基板１においてレンズ２を形成する工程と突起部４を形成する工程とはいずれを先に行なってもよい。
各突起部４は、本実施形態では、図３に示すように、その表面（ファイバ接続部）４ａの径（面積）が、ファイバクラッド３２の径（以下、クラッド径という）（つまり、断面積）よりも大きく、また、レンズアレイ基板１の厚みと合わせた長さが個々のレンズ２の焦点距離に応じた厚みをもつように、つまり、個々のレンズ２の焦点位置がファイバコア３１の中心に位置するよう形成されている。なお、各レンズ２の焦点距離にバラツキがある場合には、突起部４は研磨処理等により個々に厚み調整がなされる。
そして、ファイバ３をレンズアレイ基板１（突起部４）に融着する際、ファイバ先端から光を発光させた状態でアクティブアライメントを行なうことにより、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すごとく、ファイバ偏芯を含めてレンズ中心２１とファイバコア３１の中心とが一致するように位置合わせを行なう。
突起部４は、レンズ２の焦点距離のバラツキを補正してビーム径のバラツキを補正するのみならず、融着時にＣＯ2レーザ等をその表面（ファイバ接続部）４ａに対して照射して事前に突起部４のみを予備加熱することで、融着をやりやすくする機能も併せもっている。そして、突起部４（ファイバ接続部４ａ）の径は、クラッド径よりも大きいため、融着時にファイバ３が溶融した部分の表面張力により位置ずれが発生することもない。なお、突起部４の形状は、ファイバ接続部４ａの径（断面積）がクラッド径よりも大きければ不問であり、例えば図３中に示すように側壁が台形形状を有していてもよいし、他に、階段形状やテーパ形状を有していてもよい。
以上のように、本実施形態のコリメータアレイ３０によれば、レンズアレイ基板１の裏面１ｂに形成した、ファイバ接続部４ａの径がファイバ３のクラッド径よりも大きく設定された突起部４にファイバ３を融着固定する構成を採用することで、融着時の表面張力による位置ずれの発生を抑制しつつ、ファイバコア３１とレンズ中心２１とを極めて高い精度で位置合わせして固定することができる。したがって、ビーム出射角のバラツキの極めて少ないコリメータアレイ３０を容易に実現することができる。
例えば、従来のようにファイバアレイとレンズアレイとを個別に構成して、接着剤により一体に接合する構造のコリメータアレイ３０では、ファイバコア中心とレンズ中心との位置精度限界が１μｍ程度であるため、計算上、ビーム出射角の精度限界は図８に矢印８０で示すごとく、０．０１４°程度となるが、本実施形態のコリメータアレイ３０では、図８に矢印９０で示すごとく、ビーム出射角の精度限界を、後述する空間結合型の光スイッチ（波長選択スイッチ）に要求されるビーム出射角精度（０．００１°程度）にまで大幅に向上させることが可能である。
また、個々のレンズ２の焦点距離に応じて突起部４の厚みを研磨加工等により調整することで、各レンズ２の焦点位置をファイバコア３１の中心に高精度に一致させることができるので、ビーム径のバラツキをも極めて少なくすることができる。
さらに、本例の場合は、余分な部品が一切無いため、小型かつ低コストでコリメータアレイ３０を実現可能である。また、ファイバ３の接続（固定）に融着を採用しているので、接着の場合と異なり、十分な接合強度が確保でき、信頼性にも優れる。加えて、レンズ２とファイバ３とをいずれも同じ材料（石英）で構成することにより、両者の熱膨張係数が同一となるので、温度変動に伴うビームの出射角変動も原理的に発生しない。
なお、必須ではないが、少なくとも各レンズ２には、ＡＲ（Anti-Reflective）コート（減反射コーティング）を施してもよい。このようにすると、ファイバ３とレンズアレイ基板１（突起部４）とがいずれも石英で構成されているため、融着面（つまり、ファイバ接続部４ａ）における屈折率が一致あるいは略一致して融着面での反射は少なく、また、レンズ表面から反射してファイバ３に再結合する光もＡＲコートにより低減することができる。さらに、ＡＲコートにより透過率が向上するため、伝搬するビームの光パワー損失も低減することができる。
〔２〕第２実施形態の説明
図５は本発明の第２実施形態としてのコリメータアレイを部分的に示す模式的平面図で、第１実施形態の図３に対応する図である。なお、全体の外観は図１に示すものと同一もしくは同様であり、この図５において既述の符号と同一符号を付した部分は、特に断らない限り、既述の部分と同一若しくは同様のものである。
この図５に示すコリメータアレイ３０は、第１実施形態のようにレンズアレイ基板１の裏面１ｃに図２及び図３に示すような突起部４を形成する代わりに、基板裏面１ｂの突起部４に相当する部分（レンズ２に対応する部分）の周囲に窪み部５を形成することにより、相対的に突起部６を形成した構造になっている。
この突起部６も、ファイバ融着時の表面張力による位置ずれを防止すべく、その表面（ファイバ接続部）６ａの径（面積）がファイバクラッド３２の径よりも大きく設定されている。また、各突起部６の厚みを研磨加工等により個々に調整することで、個々のレンズ２の焦点距離調節も独立して行なうことが可能である。
このように、窪み部５を設けて突起部６を形成することで、ファイバ融着時の周囲への熱抵抗を増すことができ、突起部６に対する予備加熱を容易にするとともに、個々のレンズ２毎の焦点距離調節が可能となる。
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果ないし利点が得られる。即ち、融着時の表面張力による位置ずれの発生を抑制しつつ、ファイバコア３１とレンズ中心２１とを極めて高い精度で位置合わせして固定することができ、また、個々のレンズ２の焦点距離に応じて突起部６の厚みを調整することで、各レンズ２の焦点位置をファイバコア３１に高精度に一致させることができるので、ビーム出射角のバラツキ及びビーム径のバラツキの極めて少ないコリメータアレイ３０を容易に実現することが可能となる。
また、本実施形態においても、余分な部品が一切無いため、小型かつ低コストでコリメータアレイ３０を実現可能である。さらには、ファイバ３の接続に融着を採用するので、接着の場合と異なり、十分な接合強度が確保でき、信頼性にも優れる。加えて、レンズ２とファイバ３とをいずれも同じ材料（石英）で構成することにより、両者の熱膨張係数が同一となるので、温度変動に伴うビームの出射角変動も原理的に発生しない。
なお、本実施形態においても、必須ではないが、各レンズ２に、ＡＲコートを施せば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
〔３〕変形例の説明
図６は上述したコリメータアレイの変形例を示す模式的平面図、図７は図６に示すコリメータアレイの一部を拡大して示す模式的平面図で、これらの図６及び図７に示すコリメータアレイ３０は、レンズアレイ基板１の裏面１ｂにファイバ保護部材７を接着することにより、細径である各ファイバ３を保護する構造になっている。なお、これらの図６及び図７では、第１実施形態の図１〜図３に示すコリメータアレイ３０を前提としているが、勿論、第２実施形態の図５に示すコリメータアレイ３０を前提としても同様である。
具体的に、このファイバ保護部材７は、各ファイバ３をそれぞれ被覆しているファイバ被覆部材８よりも大きな径を有し各ファイバ３をファイバ被覆部材８込みで貫通することのできる貫通穴部７１が、各ファイバ３の配列に応じてアレイ状に配列されており、前述したごとく各ファイバ３を融着した後、このファイバ保護部材７の各貫通穴部７１に各ファイバ３（ファイバ被覆部材８）を通してファイバ保護部材７をレンズアレイ基板１の裏面１ｂに接着剤により接着するとともに、貫通穴部７１内とファイバ被覆部材８とを接着する。
これにより、融着部分の強度を十分に確保しつつ、ファイバ被覆部８以外の細径部であるファイバ３自体の折り曲げによる損傷や切断等を効果的に防止して保護することができる。なお、このファイバ保護部材７も、レンズアレイ基板１やファイバ３と同じ材料（石英）で構成すれば、これらの熱膨張係数が同一になるため、熱応力が発生せず、安定に各ファイバ３を保護することができる。
〔４〕空間結合型の光スイッチ（波長選択スイッチ）への適用
図９は上述したコリメータアレイ３０が適用される空間結合型の光スイッチ（波長選択スイッチ）の構成を示す模式的斜視図で、この図９に示す波長選択スイッチは、上述した構成（少なくともレンズアレイ基板１，レンズ２，突起部４又は６及びファイバ３）を有するコリメータアレイ３０と、分光器４０と、集光レンズ５０と、マイクロミラーアレイユニット６０とを基板７０上に有して構成されている。
ここで、コリメータアレイ３０は、図９では入力ポートに対応する１本の入力ファイバ３−１（以下、入力ポート３−１と表記することもある）と出力ポートに対応する３本の出力ファイバ３−１，３−２，３−３（以下、出力ポート３−１，３−２，３−３と表記することもある）の計４本のファイバ（ポート）３−１〜３−４が前述したごとく突起部４又は６に融着固定されており、１入力３出力のコリメータアレイとして構成されている。なお、各ファイバ（ポート）３−１〜３−４を区別しない場合には、単にファイバ（ポート）３と表記する。
分光器４０は、入力ファイバ３を通じてコリメータアレイ３０から出射されたコリメート光を波長によって異なる方向（角度）へ出射するとともに、マイクロミラーアレイユニット６０で反射しラインフォーカスレンズ５０を通じて入射する光をコリメータアレイ３０の出力ファイバ３に対応するレンズ２に結合させるもので、例えば、回折格子を用いて構成することができる。回折格子は、ガラス基板上に、平行な多数の溝を周期的に刻んだ光学素子であり、光の回折現象を利用して、一定の角度で入射される複数の波長成分に対して、波長毎に異なる出射角度を与える。本作用により、波長の分離が可能となる。
マイクロミラーアレイユニット６０は、入力ファイバ３からの入射光を出力ファイバ３のいずれかへ反射させてポート切り替えを行なうスイッチング素子として機能するもので、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に代表されるマイクロミラー６１〔図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）参照〕がアレイ状に配置されて構成される。具体的には、分光器４０により分離された１波長に対して１つのマイクロミラー６１が配置される。マイクロミラー６１は、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すごとく傾斜角度が可変な構成となっており、傾斜角度に応じて各波長成分の出力ポート３−２，３−３，３−４が定まる（切り替えられる）ようになっている。
集光レンズ５０は、分光器４０により分離された１波長の光を所定のマイクロミラー６１に集光する一方、いずれかのマイクロミラー６１で反射されてくる光を集光して分光器４０経由でコリメータアレイ３０へ出力するものである。
このような波長選択スイッチにおいては、分光器４０の波長分散能力に応じて集光レンズ５０の焦点距離を決める必要がある。Ｄ−ＷＤＭ（Dense-Wavelength Division Multiplex）で現在最も一般的に用いられている波長は１．５５μｍ帯で約０．８ｎｍ間隔であり、この波長帯で利用可能な回折格子の分解能力は０．１ｄｅｇ／ｎｍ程度である。各波長に対応するマイクロミラー６１の間隔を１００μｍ〜２００μｍにすると集光レンズ５０の焦点距離は１００mｍ程度必要となる。したがって、光路長という観点からみると、コリメータ３０からマイクロミラーアレイユニット６０までは２００ｍｍ以上必要となる。これだけの長距離を空間伝搬したのちミラー面積が１００μｍ程度の大きさのマイクロミラー６１で光を反射させるためには、図８により前述したごとくコリメータアレイ３０についてビーム出射角の精度限界を０．００１°程度にする必要があり、また、ビーム径のバラツキも極めて少なくする必要があるのである。
さて、このような波長選択スイッチに、コリメータアレイ３０を適用する場合、上述したごとく出力ポート切り替え（つまり、チャンネル切り替え）のためにマイクロミラー６１の傾斜角度を可変すると、その反射光がコリメータアレイ３０（レンズアレイ基板１）の表面１ａ上レンズ２以外の部分も移動することになる。この場合、レンズアレイ基板１は石英製であり表面１ａのレンズ２以外の部分にマイクロミラーアレイユニット６０による反射光が入射していてもその一部の光がレンズアレイ基板１内を伝搬（迷光）してファイバ３に入射するため、チャンネル間クロストークが発生することになる。
そこで、本実施形態では、例えば図１１及び図１２に示すように、反射光の入射面であるレンズアレイ基板１の表面１ａのレンズ２以外の部分を被覆する遮光手段９を設ける。
この遮光手段９は、ガラス基板上の遮光した部分に光を反射あるいは吸収する膜をガラス基板上に形成すればよい。光を反射するには、金属の薄膜を蒸着するか、誘電体多層膜で反射膜を形成する。光を吸収するには樹脂材料などを塗布する方法がある。ただし、誘電体反射膜は光の入射角度依存性が大きく、また、光吸収材料は十分な減衰量を確保するには或る程度の厚みを必要とするから、迷光対策としては、金属膜で減衰させるのが最も現実的と考えられる。
なお、図１１の例では、遮光手段９として、各レンズ２に対応する部分にレンズ２の大きさ（径）に応じた穴（開口部）９１を有する石英ガラス基板に金属膜を蒸着したものを用い、これをレンズアレイ基板１の表面１ａに接着固定している。これに対し、図１２の例では、レンズアレイ基板１の表面１ａに、クロムの金属薄膜を真空蒸着法により蒸着して遮光膜を遮光手段９として形成している。
このように、レンズアレイ基板１の表面１ｃに遮光手段９を設けることで、チャンネル切り替えに伴って発生し得るチャンネル間クロストークを効果的に防止することが可能となる。
〔５〕レンズ２及びファイバ３の配列
上述した実施形態では、レンズ２及びファイバ３がレンズアレイ基板１上において一列（一次元）に配置されているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１３に模式的に示すように２列（二次元）に配置してもよいし、図１４に模式的に示すように、千鳥状（互い違い）に配置してもよい。このように千鳥状の配置にすると、レンズ２及びファイバ３の配列密度を向上することができる。また、レンズアレイ基板１の裏面１ｂの突起部４（又は６）に対する予備加熱も行ないやすくなる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔６〕付記
（付記１）
基板と、
該基板の一方の面に形成された複数のレンズと、
該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分にそれぞれ形成され、それぞれ光ファイバが融着接続された複数の突起部とをそなえ、
該突起部の該光ファイバとの融着面の面積が該光ファイバの断面積よりも大きく設定されていることを特徴とする、コリメータアレイ。
（付記２）
該突起部が、
該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分周辺に窪み部を形成することにより形成されていることを特徴とする、付記１記載のコリメータアレイ。
（付記３）
該突起部の該光ファイバとの融着面が対応する上記レンズの焦点位置に位置するよう該突起部の厚みが設定されていることを特徴とする、付記１又は２に記載のコリメータアレイ。
（付記４）
該基板の上記他方の面に上記ファイバを保護するためのファイバ保護部材が設けられていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
（付記５）
上記の基板，レンズ及び突起部がそれぞれ石英で構成されたことを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。コリメータアレイ。
（付記６）
該ファイバ保護部材が、石英で構成されたことを特徴とする、付記４記載のコリメータアレイ。
（付記７）
少なくとも上記のレンズに、減反射コーティングが施されていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
（付記８）
該基板の上記一方の面の上記レンズ以外の部分に、不要光を遮光するための遮光手段が設けられていることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
（付記９）
上記の各レンズ及び各光ファイバが、それぞれ、該基板上において一次元に配列されていることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
（付記１０）
上記の各レンズ及び各光ファイバが、それぞれ、該基板上においてニ次元に配列されていることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
（付記１１）
上記の各レンズ及び各光ファイバが、それぞれ、該基板上において千鳥状に配列されていることを特徴とする、付記１０記載のコリメータアレイ。
（付記１２）
基板の一方の面に複数のレンズを形成するとともに、該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分に、それぞれ、表面の断面積が光ファイバの断面積よりも大きな突起部を形成する工程と、
該突起部の上記表面に該光ファイバを融着接続する工程とを有することを特徴とする、コリメータアレイの製造方法。
（付記１３）
該光ファイバを融着接続する際に、該突起部のみを予備加熱してから該光ファイバの融着を行なうことを特徴とする、付記１２記載のコリメータアレイの製造方法。
（付記１４）
該光ファイバを融着接続する前に、該突起部の該光ファイバとの融着面が対応する上記レンズの焦点位置に位置するよう該突起部を研磨加工してその厚みを調整することを特徴とする、付記１２又は１３に記載のコリメータアレイの製造方法。
以上詳述したように、本発明によれば、出射ビーム角のバラツキおよびビーム径のバラツキが極めて少なく、また、温度変動が少なく、小型で、反射戻り光が少なく、かつ、強度に優れたコリメータアレイを構成することが可能なので、光通信分野において極めて有用と考えられる。
本発明の第１実施形態としてのコリメータアレイの外観を示す模式的斜視図である。 本発明の第１実施形態としてのコリメータアレイの外観を示す模式的斜視図である。 図１及び図２に示すコリメータアレイを部分的に示す模式的平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はいずれも図１〜図３に示すコリメータアレイの製造する際の位置合わせ工程を説明するための図である。 本発明の第２実施形態としてのコリメータアレイを部分的に示す模式的平面図である。 図１〜３に示すコリメータアレイの変形例を示す模式的平面図である。 図６に示すコリメータアレイの一部を拡大して示す模式的平面図である。 各実施形態のコリメータアレイのビーム出射角の精度限界を従来と比較して説明するための図である。 各実施形態のコリメータアレイが適用される空間結合型の光スイッチ（波長選択スイッチ）の構成を示す模式的斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は図９に示す波長選択スイッチの動作（チャンネル切り替え）を説明するための図である。 図１に示すコリメータアレイに遮光手段を設けた場合の外観を示す模式的斜視図である。 図１１に示すコリメータアレイの模式的平面図である。 図１，図２，図３，図５，図１１又は図１２に示すコリメータアレイのレンズ及びファイバの配列の変形例（二次元配列）を示す模式的平面図である。 図１，図２，図３，図５，図１１又は図１２に示すコリメータアレイのレンズ及びファイバの配列の変形例（千鳥状配置）を示す模式的平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来のコリメータアレイの構造を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）はいずれも従来のコリメータアレイの構造を示す模式的平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はいずれも従来のコリメータアレイの課題（位置ずれ）を説明するための図である。 従来のコリメータアレイの課題（ビーム出射角のバラツキ）を説明するための模式的平面図である。
符号の説明
１ 基板（レンズアレイ基板）
１ａ 基板の一方の面（表面）
１ｂ 基板の他方の面（裏面）
２ マイクロレンズ
３ ファイバ
３−１ 入力ファイバ
３−２，３−３，３−４ 出力ファイバ
４，６ 突起部
４ａ，６ａ 表面
５ 窪み部
７ ファイバ保護部材
８ ファイバ被覆部材
９ 遮光手段
９１ 穴（開口部）
３０ コリメータアレイ
３１ ファイバコア
３２ ファイバクラッド
４０ 分光器（回折格子）
５０ 集光レンズ
６０ マイクロミラーアレイユニット
６１ マイクロミラー
７０ 基板
７１ 貫通穴部

Claims (10)

  1. 基板と、
    該基板の一方の面に形成された複数のレンズと、
    該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分にそれぞれ形成され、それぞれ光ファイバが融着接続された複数の突起部とをそなえ、
    該突起部の該光ファイバとの融着面の面積が該光ファイバの断面積よりも大きく設定されていることを特徴とする、コリメータアレイ。
  2. 該突起部が、
    該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分周辺に窪み部を形成することにより形成されていることを特徴とする、請求項１記載のコリメータアレイ。
  3. 該基板の上記他方の面に上記ファイバを保護するためのファイバ保護部材が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコリメータアレイ。
  4. 少なくとも上記のレンズに、減反射コーティングが施されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
  5. 該基板の上記一方の面の上記レンズ以外の部分に、不要光を遮光するための遮光手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
  6. 上記の各レンズ及び各光ファイバが、それぞれ、該基板上において一次元に配列されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
  7. 上記の各レンズ及び各光ファイバが、それぞれ、該基板上においてニ次元に配列されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコリメータアレイ。
  8. 上記の各レンズ及び各光ファイバが、それぞれ、該基板上において千鳥状に配列されていることを特徴とする、請求項７記載のコリメータアレイ。
  9. 基板の一方の面に複数のレンズを形成するとともに、該基板の他方の面の上記レンズに対応する部分に、それぞれ、表面の断面積が光ファイバの断面積よりも大きな突起部を形成する工程と、
    該突起部の上記表面に該光ファイバを融着接続する工程とを有することを特徴とする、コリメータアレイの製造方法。
  10. 該光ファイバを融着接続する際に、該突起部のみを予備加熱してから該光ファイバの融着を行なうことを特徴とする、請求項９記載のコリメータアレイの製造方法。
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