JP2007003782A - Optical demultiplexer and wavelength multiplexing optical transmission module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の波長を波長毎に分離する光学デバイスに関し、特に、光ファイバを用いて送信されてきた波長多重光信号を回折格子により分波する光分波器及び波長多重光伝送モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical device that separates a plurality of wavelengths for each wavelength, and more particularly, to an optical demultiplexer and a wavelength multiplexing optical transmission module that demultiplexes a wavelength multiplexed optical signal transmitted using an optical fiber by a diffraction grating. Is.
下記特許文献1には、内部空間及びこの内部空間と繋がる光入射口及び光出射口を有するケースと、ケースの光入射口に接続された入射用光伝送路と、ケースの光出射口に接続された複数の出射用光伝送路と、ケースの内部空間内に設けられ、入射用光伝送路を介して内部空間内に入射された波長分割多重光を反射させて平行光にする第1の凹面反射面と、ケースに固定され、第1の凹面反射面において平行光にされた波長分割多重光を複数の直線状の回折溝が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面において波長の異なる複数の光に分光するグレーティングと、ケースの内部空間内に設けられ、グレーティングにおいて分光された光を出射用光伝送路に入射させる第2の凹面反射面とを備え、光入射口と光出射口とは、グレーティングにおける回折溝の延びる方向に、グレーティングを挟んで設けられている光分波合波器が開示されている。
In
下記特許文献2には、少なくとも2つの回折作用と集光作用を有する不等周期平面回折格子を有し、第1の回折格子で回折された光が第2の回折格子に導かれ、第2の回折格子により更に回折されるように構成された光通信用分波器が開示されている。
The following
ここで、下記特許文献1に開示された光分波合波器は、回折格子と凹面反射面を用いたレンズ系と光伝送媒体とを一体化した一体型構造を用いている。この凹面反射面は、光ファイバから入射した光ビームを平行化して回折格子に照射し、さらに回折格子から回折した平行な光ビームを光出射部に集光する機能を有するものである。
Here, the optical demultiplexer disclosed in
しかし、このように平行光として回折格子に光ビームを入射する場合、回折格子に入射する光ビームが円形となるため回折格子に照射される光ビームの面積が大きくなる。そのため、光分波合波器も回折格子の大きさに合わせて大きくする必要あり、光分波合波器が大きくなるという問題点があった。 However, when the light beam is incident on the diffraction grating as parallel light in this way, the light beam incident on the diffraction grating becomes circular, so that the area of the light beam irradiated on the diffraction grating increases. For this reason, it is necessary to increase the size of the optical demultiplexing / multiplexing unit according to the size of the diffraction grating.
さらに、光入射部と光出射部が同じ側にあるため直接光ビームを入出射することが難しく、下記特許文献1においては、入射用光伝送路及び出射用光伝送路、具体的な実施例としては光ファイバを用いて光ビームの入出射を行っていた。
Further, since the light incident part and the light emitting part are on the same side, it is difficult to directly enter and exit the light beam. In
また、下記特許文献2では、光導波路中に光ビームを閉じ込め、不等周期平面回折格子、いわゆるチャープ型回折格子を用いて分波を行っている。
Further, in
しかし、光導波路を用いて波長の異なる光信号を分解能良く分離できるのは、シングルモードの光ビームを入射した場合のみであり、マルチモードの光ビームを用いる必要がある場合には、回折格子への入射角度によって回折角度が変わるために分解能が低下し、十分な波長分離特性を得ることができなかった。 However, optical signals with different wavelengths can be separated with high resolution using an optical waveguide only when a single-mode light beam is incident. If a multi-mode light beam needs to be used, a diffraction grating can be used. Since the diffraction angle changes depending on the incident angle, the resolution is lowered, and sufficient wavelength separation characteristics cannot be obtained.
また、チャープ型回折格子を2個用いているため、光の入射部と出射部が異なる方向とすることができるが、回折格子を2個用いると回折格子の回折効率を高くすることは難しく、光損失が大きくなるという問題点があった。 Also, since two chirped diffraction gratings are used, the light incident part and the light emitting part can be in different directions, but it is difficult to increase the diffraction efficiency of the diffraction gratings when two diffraction gratings are used, There was a problem that optical loss increased.
また、特許文献3及び4には、UV光を照射することによってコアを形成した光導波路及び光導波路形成方法が開示されている。
本発明は、小型で、光入射部と光出射部への光部品の接続を容易とし、さらに開口数の大きな光伝送媒体を用いて光を入射しても波長分離特性の良い光分波器、及び、この光分波器を用いた波長多重光伝送デバイスを実現することである。 The present invention is an optical demultiplexer that is small in size, facilitates connection of optical components to a light incident portion and a light emission portion, and has good wavelength separation characteristics even when light is incident using an optical transmission medium having a large numerical aperture. And realizing a wavelength division multiplexing optical transmission device using the optical demultiplexer.
本発明の光分波器は、波長多重された光ビームが入射する光入射部と、該光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、該光路で伝送される前記光ビームを照射して波長毎に光信号を分離する回折格子と、分離された前記光信号を取り出す光出射部と、を有する光分波器において、前記光入射部から入射した前記光ビームの光路を曲げる第一の光路変換部材と、前記回折格子の溝方向の拡がり角度を低減するように一軸方向に光集光性を持つ凹面鏡と、前記凹面鏡で一軸方向の拡がり角を低減された前記光ビームを照射され、前記凹面鏡の集光軸とは異なる一軸方向について光集光性を有した前記回折格子と、前記光出射部に至る前記光ビームの光路を曲げる第二の光路変換部材と、を有し、前記光入射部と前記光出射部とが、その間に前記第一の光路変換部材または前記第二の光路変換部材が来るように配置されていることを特徴とする。 An optical demultiplexer according to the present invention irradiates a light incident portion on which a wavelength-multiplexed light beam is incident, an optical path for transmitting the light beam incident on the light incident portion, and the light beam transmitted on the optical path. In the optical demultiplexer having a diffraction grating for separating an optical signal for each wavelength and a light emitting part for extracting the separated optical signal, a first optical path for bending the light beam incident from the light incident part The optical path conversion member, a concave mirror having a light collecting property in a uniaxial direction so as to reduce a divergence angle in the groove direction of the diffraction grating, and the light beam whose uniaxial divergence angle is reduced by the concave mirror. The diffraction grating having light condensing property in a uniaxial direction different from the condensing axis of the concave mirror, and a second optical path conversion member that bends the optical path of the light beam reaching the light emitting portion, The light incident part and the light emitting part are in front of each other. Characterized in that it is arranged such that the first optical path converting member or the second optical path converting members come.
また、本発明の光分波器は、波長多重された光ビームが入射する光入射部と、該光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、該光路で伝送される前記光ビームを照射して波長毎に光信号を分離する回折格子と、分離された前記光信号を取り出す光出射部と、を有する光分波器において、前記光路中に前記光ビームの光路を曲げる光路変換部材と、前記回折格子の溝方向の拡がり角度を低減するように一軸方向に光集光性を持つ凹面鏡と、を有し、前記凹面鏡により拡がり角度を低減した前記光ビームを前記凹面鏡の集光軸とは異なる一軸方向について光集光性を有する前記回折格子に照射し、前記光路変換部材を用いて、前記光入射部から入射する前記光ビームの進行方向と、前記光出射部から出射する前記光ビームの進行方向とのなす角度が90°以上となるように配置したことを特徴とする。 The optical demultiplexer according to the present invention includes a light incident portion on which a wavelength-multiplexed light beam is incident, an optical path for transmitting the light beam incident on the light incident portion, and the light beam transmitted on the optical path. An optical path conversion member that bends the optical path of the light beam in the optical path in an optical demultiplexer having a diffraction grating that irradiates and separates an optical signal for each wavelength, and a light emitting section that extracts the separated optical signal And a concave mirror having a light condensing property in a uniaxial direction so as to reduce a divergence angle in the groove direction of the diffraction grating, and the light beam whose divergence angle is reduced by the concave mirror is the condensing axis of the concave mirror Irradiating the diffraction grating having light condensing property in a uniaxial direction different from the above, and using the optical path changing member, the traveling direction of the light beam incident from the light incident portion and the light exiting from the light emitting portion With the direction of travel of the light beam Degrees is characterized by being arranged such that the 90 ° or higher.
光ビームの通る光路は、全体を透明な光学部材で形成することも、また、空気中を伝播する光路を設けることもできる。光集光性を有する回折格子としては、略平面上に形成されたチャープ型を用いることができる。 The optical path through which the light beam passes can be formed entirely by a transparent optical member, or an optical path that propagates in the air can be provided. As the diffraction grating having light condensing property, a chirp type formed on a substantially flat surface can be used.
また、回折格子の中心におけるブレーズ角度は21°以上34°以下であり、回折格子の格子定数と使用波長との比が0.88以上1.41以下であることが好ましい。 The blaze angle at the center of the diffraction grating is preferably 21 ° or more and 34 ° or less, and the ratio of the grating constant of the diffraction grating to the wavelength used is preferably 0.88 or more and 1.41 or less.
光入射部に接続する光伝送媒体には、マルチモードの光伝送媒体を用いることが好ましい。光出射部には、光導波路を有することが好ましい。 A multimode optical transmission medium is preferably used as the optical transmission medium connected to the light incident portion. The light emitting part preferably has an optical waveguide.
このとき、光ビームとして入射する波長範囲の中で最も波長の長い光ビームが、回折格子で集光される最良像点位置と、凹面鏡で集光される位置とが略等しく、光導波路の入射端面上に来ることが好ましい。また、光導波路が回折格子に入出射する前記光ビームと略平行に配置されていることが好ましい。 At this time, the best image point position where the light beam having the longest wavelength in the wavelength range incident as the light beam is collected by the diffraction grating and the position where the light beam is collected by the concave mirror are substantially equal, and the incident light enters the optical waveguide. It is preferable to come on the end face. Further, it is preferable that the optical waveguide is disposed substantially parallel to the light beam entering and exiting the diffraction grating.
またさらに、光導波路からの光ビームを光検出器で受光し、光検出器からの電気信号を増幅する増幅回路を設ける場合に、増幅回路を、光導波路を形成した基板上、または、前記光導波路と略平行に配置された回路基板上に設けることが好ましい。 Still further, in the case of providing an amplification circuit that receives a light beam from the optical waveguide with an optical detector and amplifies an electric signal from the optical detector, the amplification circuit is provided on the substrate on which the optical waveguide is formed or the optical waveguide. It is preferable to provide it on a circuit board arranged substantially parallel to the waveguide.
本発明の光分波器は、波長多重光受信モジュール又は波長多重光伝送モジュールに適用できるものであり、その場合に、信号伝送用光ファイバと光分波器との接合部との間をマルチモード光伝送媒体で接続し、信号伝送用光ファイバと光合波器との間をシングルモード光伝送媒体で接続することができる。 The optical demultiplexer of the present invention can be applied to a wavelength division multiplexing optical receiver module or a wavelength division multiplexing optical transmission module. In that case, a multipath is provided between the signal transmission optical fiber and the junction of the optical demultiplexer. The mode optical transmission medium can be used for connection, and the signal transmission optical fiber and the optical multiplexer can be connected using a single mode optical transmission medium.
本発明の光分波器は、光路を反射又は屈折により光路を曲げる光路変換部材を用いて光ビームの入射・出射位置を分離したため、光入射部と光出射部への光部品の接続を容易にできる。 In the optical demultiplexer according to the present invention, the incident / exit positions of the light beam are separated by using an optical path conversion member that bends the optical path by reflecting or refracting the optical path, so that the optical component can be easily connected to the light incident part and the light output part. Can be.
さらに、本発明によると、略一軸方法に集光性を持つ凹面鏡を用いて一軸方向の光ビームを平行化し、集光性を有する回折格子に照射したため、光ビームの透過する光路を、光学部材を用いて構成でき、開口数の大きな光伝送媒体を用いて光ビームを入射しても波長分離特性の良い小型な分波器を提供できる。 Furthermore, according to the present invention, the light beam in the uniaxial direction is collimated using a concave mirror having a light collecting property in a substantially uniaxial method and irradiated to the diffraction grating having a light collecting property. A small duplexer with good wavelength separation characteristics can be provided even if a light beam is incident using an optical transmission medium having a large numerical aperture.
本発明の実施の形態を、図1〜図5を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明に係わる光分波器を説明する図であり、図1(a)は光分波器の上面図、図1(b)は側面図である。波長多重化されて伝送してきた光ビームは、光伝送媒体である光ファイバ10の端面から光入射部50を介して光分波器1に入射する。この波長多重光ビームは、波長分離手段であるチャープ型回折格子12に入射して波長毎に異なる角度に回折される。
1A and 1B are diagrams for explaining an optical demultiplexer according to the present invention. FIG. 1A is a top view of the optical demultiplexer, and FIG. 1B is a side view. The light beam that has been wavelength-multiplexed and transmitted enters the
チャープ型回折格子12には、略平面上にy方向に沿って平行な直線格子溝が形成されており、x−z面内において拡がって入射した光ビーム42を回折し集光するように格子間隔を変化させた不等間隔回折格子(チャープ型回折格子)を用いている。ここでは、4波長が多重されて、それを分離する場合について図示しているが、波長多重数を限定するものではない。 The chirped diffraction grating 12 is formed with a linear grating groove parallel to the y direction on a substantially flat surface so as to diffract and collect the incident light beam 42 spreading in the xz plane. A non-uniformly spaced diffraction grating (chirped diffraction grating) with varying intervals is used. Here, a case where four wavelengths are multiplexed and separated is illustrated, but the number of wavelength multiplexing is not limited.
光ファイバ10から入射した光ビームは、まず、第一の光路変換部材としてのプリズム16aで反射して光路を変え、凹面鏡14に入射する。凹面鏡14は、x方向についてはほぼ同一の断面形状を持ったいわゆるシリンドリカル形状をしており、y方向(格子溝の刻線方向)の一軸のみ光ビーム42の拡がり角度を小さくしほぼ平行光として反射するものである。
The light beam incident from the
x方向については、凹面鏡14で反射しても入射前とほぼ同じ拡がり角度を保っている。凹面鏡14で反射した光ビーム42は、光学ブロック18中を伝搬してチャープ型回折格子12に入射し、波長によって異なった角度に回折される。
In the x direction, even when reflected by the
さらに、チャープ型回折格子12のチャープの効果により、回折した光ビーム43はx−z平面内で集光するように回折される。 Further, due to the chirp effect of the chirped diffraction grating 12, the diffracted light beam 43 is diffracted so as to be condensed in the xz plane.
チャープ型回折格子12により回折し集光された光信号は、入射時とは逆の光路を通り、凹面鏡14によって一軸方向が集光され、第二の光路変換部材としてのプリズム16bで反射した後、受光用光導波路28の入射端44に光結合される。
After the optical signal diffracted and collected by the chirped diffraction grating 12 passes through an optical path opposite to that at the time of incidence, the optical signal is collected in one axis by the
受光用光導波路28は、入射部側にスラブ導波路部38、その後段にテーパ導波路部40を有している。光ビーム43は凹面鏡14により入射端44に集光され、スラブ導波路部38に効率良く光結合される。
The light receiving
スラブ導波路部38に入射した光ビーム43は、y方向についてはスラブ導波路38に閉じ込められて伝搬し、スラブ導波路部38面(x−z面)内についてはチャープ型回折格子12の集光作用により、波長帯毎に設けられたテーパ導波路40との接合部46に集光される。
The light beam 43 incident on the
このように分離集光された光信号はテーパ導波路部40に入射し、それぞれの波長帯に対応した受光部を有する光検出器アレイ26により検出される。
The optical signal thus separated and collected enters the tapered
光ファイバ10の光入射部50と受光用光導波路28の入射端面44を凹面鏡14の焦点位置付近に設けることにより、一つの凹面鏡14を用いて入射光の一方向(y軸方向)の平行化と回折光の一軸集光を行うことができる。
By providing the
また、反射面を有する光路変換部材としてのプリズム16を設けることで光入射部と光出射部とを分離し、光入射部と光出射部とをプリズム16を挟んで対向する位置とすることができた。 Further, by providing the prism 16 as an optical path conversion member having a reflecting surface, the light incident portion and the light emitting portion are separated, and the light incident portion and the light emitting portion are positioned to face each other with the prism 16 interposed therebetween. did it.
そのため、本形態においては、プリズム16aの光入射部から入射する光ビームの進行方向とプリズム16bの光出射部から出射する光ビームの進行方向とを同じ方向とすることができ、受光用光導波路28及び光検出器アレイ26を含む受光部をプリズム16に対して光ファイバ10とは逆側に配置することができた。
Therefore, in this embodiment, the traveling direction of the light beam incident from the light incident portion of the
受光部を光ファイバ10と離して配置できるため分波器の配置が容易となり、余分な光伝送媒体を用いることなく分波器1への光入射及び光検出器での光検出が可能となった。
Since the light receiving section can be arranged away from the
必ずしもプリズム16aの光入射部から入射する光ビームの進行方向と、プリズム16bの光出射部から出射する光ビームの進行方向とを同じ方向とする必要はなく、受光部が配置しやすいようにプリズム16による反射の方向は選ぶことができる。
The traveling direction of the light beam incident from the light incident portion of the
また、入射と出射の両方にプリズム16aと16bを用いる必要もなく、入射と出射のどちらかに用いることで、光入射部と光出射部を分離してもよい。本形態では、光入射方向と光出射方向がほぼ同じ方向としているが、これら方向の間に約180°の角度があることになる。そこで、プリズム16aを省略または他の光学部材を用いて、光出射方向に対しての光入射方向を90°以上180°以下とすると、光ファイバ10を受光部に接続する際に、光ファイバ10が受光部に直接ぶつかることがなく、接続が容易となるため望ましい。すなわち、プリズムは、入射及び出射光ビームの光路を曲げる光路変換部材の機能を持つものであるが、このプリズムによる光の反射のみならず、他の屈折、回折等の光学部材を用いて光路を曲げることもできる。
Further, it is not necessary to use the
本形態では、光学ブロック18を用いることで光入射端50から凹面鏡14、回折格子12、受光用光導波路28までを一体化した。そのため、空気中を伝播させ光ビームの集光にレンズ等を用い場合に生じる界面反射を低減することができ、光ビームの損失が低減できる。
In this embodiment, the
また、界面での反射を防止する反射防止膜等を設ける必要がなく、作成が容易となる。さらに、一体構造としたことにより、部品間の位置ずれがおきにくく、環境変化、長期安定性に優れている。 Moreover, it is not necessary to provide an antireflection film or the like for preventing reflection at the interface, and the production becomes easy. In addition, the integrated structure makes it difficult to shift the position between components, and is excellent in environmental changes and long-term stability.
以下、さらに各部の詳細について説明する。 Hereinafter, further details of each part will be described.
本発明においては、光ファイバ10から出射された拡散光ビーム42の集光を、集光方向によってチャープ型回折格子12と凹面鏡14とに分担して行った。
In the present invention, the diffused light beam 42 emitted from the
つまり、チャープ型回折格子12の刻線方向(y方向)については凹面鏡14を用い、x−z平面内においてはチャープ型回折格子12により集光した。
That is, the
このようにy方向については凹面鏡14により平行化してチャープ型回折格子12に光ビーム42を照射するため、チャープ型回折格子12に当たる光ビーム42のy方向の高さφを小さくすることができ、光学ブロック18、延いては分波器1を薄くすることができた。
Thus, since the y-direction is collimated by the
このように分波器1のy方向の厚さを薄くすることができたため、光学ブロック18にプリズム16を設けたり、光学ブロック18上に受光用光導波路28や光検出器アレイ26を配置したりしても分波器1を薄くでき、小型化できた。
Thus, since the thickness of the
さらに、本発明ではチャープ型回折格子12を用いているために、波長の分離幅がチャープ型回折格子12から集光点までの距離で決まる。
Furthermore, since the chirped
一方、従来の分波器、例えば、特許文献1の光分波器においては、波長の分離幅が凹面鏡の焦点距離に比例するため、回折格子から凹面鏡までの距離が余分に必要となり、分波器が大きくなる。
On the other hand, in the conventional demultiplexer, for example, the optical demultiplexer disclosed in
したがって、本分波器は、従来の分波器に比べて凹面鏡14から集光点までの距離を短くできるため、小型化できる。
Therefore, the present duplexer can be reduced in size because the distance from the
凹面鏡14は、入射光ビームを所望の平行度とするものであり、凹面鏡14の一例として断面形状が放物面をした放物面鏡を用いることができる。
The
光ファイバ10の端面と受光用光導波路28の入射端面44を放物面鏡の焦点位置付近に設ければz方向についてほぼ平行な光ビームを得ることができる。
If the end face of the
光ファイバ10としてマルチモード光ファイバを用いる場合には、入射端が広がりを有しており完全な平行光は得られないため、所望のチャープ型回折格子12の集光性能及び受光用光導波路28との光結合効率が得られるように凹面鏡14の形状を定める必要がある。
When a multi-mode optical fiber is used as the
放物面鏡を用いる場合には、必要な集光性能が得られるように放物面鏡のサイズを定めることが望ましい。凹面鏡14としては所望の平行度が得られるものであればよく、放物面に加えて別の非球面形状を用いてもよい。
When a parabolic mirror is used, it is desirable to determine the size of the parabolic mirror so that the necessary light collecting performance can be obtained. The
ここでは、一つの凹面鏡14を用いて光ファイバ10から入射した光ビーム42の平行化とチャープ型回折格子12で回折した光ビーム43の集光とを兼用した。
Here, the collimation of the light beam 42 incident from the
入射光と出射光の集光をそれぞれ別の凹面鏡を用いて実現してもよく、例えば、プリズム16の反射面を凹面形状としてもよい。この場合には、それぞれの凹面鏡の曲率を変えて焦点距離を異なるようにすることもできる。 The condensing of the incident light and the outgoing light may be realized using separate concave mirrors, for example, the reflecting surface of the prism 16 may be a concave shape. In this case, it is possible to change the focal length by changing the curvature of each concave mirror.
プリズム16、凹面鏡14及び回折格子12の反射面には、所望の反射率が得られるようにコーティングを行う。コーティング材としては、金、アルミニウム、銀等の金属反射膜を用いることができる。
The reflecting surfaces of the prism 16, the
さらに高い反射率を必要とする場合には、誘電体多層膜を用いた反射コーティングを用いればよい。また、プリズム16や凹面鏡14への光入射角度を大きくし、界面において全反射を起こす場合には、特にコーティングせずに用いることもできる。
When a higher reflectance is required, a reflective coating using a dielectric multilayer film may be used. Further, when the light incident angle to the prism 16 or the
次にチャープ型回折格子12について説明する。
Next, the chirped
分波器1の幅を小型化する、つまり光学ブロック18の幅を小さくするためには、光入射位置とチャープ型回折格子12の集光位置とを近くに配置することが望ましい。つまり、チャープ型回折格子12中心において、入射方向に回折するリトロー配置に近いことが望ましい。
In order to reduce the width of the
さらに、チャープ型回折格子12の特性として、使用する波長範囲で回折効率が高いことが望ましく、加えて入射する光ビームが偏光している場合には、回折効率の偏光依存性が小さいことが望ましい。
Further, as a characteristic of the chirped
図2に、リトロー配置において、ブレーズ角度をパラメータとし、TE偏光とTM偏光の回折効率が等しくなる場合の回折効率とそのときの格子定数/波長の関係を示す。 FIG. 2 shows the relationship between the diffraction efficiency and the lattice constant / wavelength at that time when the diffraction efficiency of TE-polarized light and TM-polarized light are equal in the Littrow arrangement with the blaze angle as a parameter.
図2において、ブレーズ角度を大きくすると格子定数を小さくすることができ、チャープ型回折格子の波長分散を大きくできるため、分波器を小さくできるという利点がある。しかし、一方では、回折効率が低下することが分かる。 In FIG. 2, when the blaze angle is increased, the grating constant can be reduced, and the wavelength dispersion of the chirped diffraction grating can be increased. Therefore, there is an advantage that the duplexer can be reduced. However, on the other hand, it turns out that diffraction efficiency falls.
ただし、ブレーズ角度21°〜34°の間で特異的に回折効率が向上している。したがって、チャープ型回折格子12の中心においてブレーズ角度を21°以上34°以下とすると、低偏光依存性・高回折効率と、光分波器の小型化を両立でき、望ましい。
However, the diffraction efficiency is improved specifically between the blaze angles of 21 ° to 34 °. Therefore, if the blaze angle is 21 ° or more and 34 ° or less at the center of the chirped
このとき、チャープ型回折格子12の中心での格子定数と波長の比は、0.88以上1.41以下となる。この場合の波長としては、チャープ型回折格子12の設計波長、または分波器を使用する波長範囲に含まれる波長とすればよい。
At this time, the ratio between the grating constant and the wavelength at the center of the chirped
チャープ型回折格子12の焦点距離は、波長によって変化し、波長が長いほど焦点距離は短くなる特性がある。
The focal length of the chirped
受光用光導波路28において、波長間のクロストークを小さく波長を分離するためには、使用波長領範囲内でチャープ型回折格子12による集光位置が受光用光導波路28の中に来るようにする必要がある。
In the light receiving
一方で、効率良く受光用光導波路28に光入射するために、受光用光導波路28の入射端面44が、凹面鏡14の焦点位置にくるよう配置する必要がある。したがって、使用する波長範囲の中で最も長い波長に対するチャープ型回折格子12の集光位置が、凹面鏡14の焦点位置と同じか、またはより遠くにある必要がある。
On the other hand, in order to make light incident on the light receiving
つまり、チャープ型回折格子12での集光位置がプリズム16bの出射端面上、或いは出射端面上よりも外側に焦点を結ぶように格子定数を変化させる必要がある。
That is, it is necessary to change the grating constant so that the condensing position on the chirped
一般的には、受光用光導波路28において生じる単位長さ当たりの光損失のほうが、光学ブロック18で生じる光損失よりも大きいため、光損失を低減するためには、受光用光導波路28を短くすることが望ましい。
In general, the light loss per unit length generated in the light receiving
そのためには、使用する波長範囲の中で最も長い波長について、チャープ型回折格子12で集光される位置が、凹面鏡14の焦点位置とほぼ等しくなるようにし、この位置に受光用光導波路28の入射端面44がくるように配置することが望ましい。
For this purpose, the position where light is collected by the chirped
チャープ型回折格子12の収差のために、近軸焦点位置とスポット径が最小となる最良像点位置が異なる場合には、チャープ型回折格子12の最良像点位置と凹面鏡14の焦点位置とがほぼ等しくなるようにすればよい。
When the paraxial focal position and the best image point position at which the spot diameter is minimum are different due to the aberration of the chirped
チャープ型回折格子12の格子定数は、所望の集光性能を有するように、回折格子の場所の関数として変化させた。個々の格子溝の位置は、光ビームの入射位置及び集光位置から定めることができる。
The grating constant of the chirped
一般的には、ある特定の波長(設計波長)について、最良の集光性能が得られるように格子定数を定めている。 In general, the lattice constant is determined so that the best light collection performance can be obtained for a specific wavelength (design wavelength).
チャープ型回折格子12の溝形状としては、高い回折効率が得られるように、格子溝の断面形状が直角三角形をしたいわゆるエシュレット型を用いることが望ましい。
As the groove shape of the chirped
回折効率を大きくするためには、各格子位置での入出射角度に合わせてブレーズ角を変化させることが望ましい。 In order to increase the diffraction efficiency, it is desirable to change the blaze angle in accordance with the incident / exit angle at each grating position.
光ビーム42,23は、光学ブロック18中を伝播することにより空気中を伝搬させる場合に比べて拡がり角が小さくなる。そのため、x−z面内においてチャープ型回折格子12に当たる光ビーム42,43の照射幅wが狭くなる。
The light beams 42 and 23 propagate through the
その結果、チャープ型回折格子が小さくて済み、回折格子の加工が容易になるとともに、チャープ型回折格子12の回折効率を高くすることができる。
As a result, the chirped diffraction grating can be made small, the diffraction grating can be easily processed, and the diffraction efficiency of the chirped
さらに、チャープ型回折格子12への照射範囲が小さくなったことによって、入射波長がチャープ型回折格子12の設計波長から変化した場合に生じる収差が小さくなる。
Further, since the irradiation range to the chirped
そのため、入射波長が設計波長から変化してもスポット径の変化が小さくなり、波長間のクロストークの発生が抑制され、波長の透過帯域幅を広くすることができる。 Therefore, even if the incident wavelength changes from the design wavelength, the change in spot diameter is reduced, the occurrence of crosstalk between wavelengths is suppressed, and the wavelength transmission bandwidth can be widened.
チャープ型回折格子12は、別途作成したものを光学ブロック18に貼り付けてもよく、光学ブロック18と一体成型してもよい。
The chirped
回折格子としては、一軸方向に集光性を有する回折格子を用いればよく、本形態に示した平面状のチャープ型回折格子に限らず円筒面に形成した凹面回折格子を用いることもできる。 As the diffraction grating, a diffraction grating having a light condensing property in a uniaxial direction may be used, and not only the planar chirped diffraction grating shown in this embodiment but also a concave diffraction grating formed on a cylindrical surface can be used.
凹面回折格子を用いる場合には、受光用光導波路28にスラブ導波路部38を設けなくてもよく、テーパ導波路部40のみとすることができる。或いは、受光用光導波路28を設けず、直接プリズム16bの出射面に光検出器アレイ26や出射用の光ファイバアレイを設けることもできる。
When a concave diffraction grating is used, the
光学ブロック18は、使用する波長領域で透明な材料を用いて構成すればよく、ガラスやポリマー材料を用いることができる。
The
受光効率を大きくするためには、使用波長で光吸収の少ない材料を用いることが望ましく、ポリマー材料としては、PMMA、ポリカーボネート、非晶質脂環式ポリオレフィン、ポリスチレン等を用いることができる。 In order to increase the light receiving efficiency, it is desirable to use a material that absorbs less light at the wavelength used, and as the polymer material, PMMA, polycarbonate, amorphous alicyclic polyolefin, polystyrene, or the like can be used.
光学ブロック18は、各部を別に加工し部品を組合せて作成してもよく、一体形成してもよい。例えば、ポリマー材料を用いる場合には、射出成型により、プリズム16、凹面鏡14を含めて一体に形成することもでき、さらには、チャープ型回折格子12も同時に成型することもできる。
The
ここでは、凹面鏡14による集光特性が入射と出射の光ビームでほぼ等しくなるように、図1(a)に示すように、プリズム16aの入射面に対して光ファイバ10を傾けて接続することで凹面鏡14に対して光ビームが略対称に入出射するようにしている。
Here, as shown in FIG. 1A, the
なお、入射と出射の光ビームが凹面鏡14に入射する角度の差が小さい場合には、光ファイバ10をプリズム16aの入射面に対して略垂直となるようにすることもできる。この場合、分波器1を光モジュール内に実装する際に配置が容易となる。
If the difference between the angles at which the incident and outgoing light beams are incident on the
或いは、光ビームがプリズム16aの入射面に対して略垂直となるように、プリズム16aの入射面を傾けてもよい。
Alternatively, the incident surface of the
本形態のように、光学ブロック18にチャープ型回折格子12を固定すると、温度変化等の環境変化に伴い、屈折率の変化、伸縮等が起き、特性変動に影響することが考えられる。
When the chirped
そこで、光学ブロック18の屈折率をnとチャープ型回折格子12の格子定数をdとすると、この積ndの変動を小さければ回折格子の特性変動は小さくなる。一般的には、温度が上昇すると回折格子は熱膨張し格子定数dは大きくなるが、光学材料の屈折率nは減少する。
Therefore, assuming that the refractive index of the
したがって、光学ブロック18にチャープ型回折格子12を固定することにより、温度変化に伴う特性変化を抑制することができる。
Therefore, by fixing the chirped
次に、受光用光導波路28について説明する。
Next, the light receiving
図3に、受光用光導波路28の上面図を示す。受光用光導波路28は、スラブ導波路部38、テーパ導波路部40で構成される。
FIG. 3 shows a top view of the light receiving
本形態では、チャープ型回折格子12を用いているため、光信号の波長によって集光点が横方向(x方向)に移動するとともに焦点距離の変化(z方向への移動)も起こる。
In this embodiment, since the chirped
そこで、スラブ導波路部38により波長変動に伴う焦点距離変化(z方向)に対応し、テーパ導波路部40により回折角度変化による横方向(x方向)の集光位置移動に対応する構成としている。
In view of this, the
チャープ型回折格子12により回折された光信号は、凹面鏡14によりスラブ導波路部38の入射端44に集光され、受光用光導波路28に入射する。そのため、受光用光導波路28の厚さは、凹面鏡14による光結合と光検出器アレイ26との光結合の両方を考慮して定める必要がある。
The optical signal diffracted by the chirped
スラブ導波路部38の形状は、チャープ型回折格子12で集光された光ビームが、スラブ導波路部38とテーパ導波路部40との接合部46に焦点を結ぶように定めた。
The shape of the
すなわち、波長が短いほどチャープ型回折格子12の焦点距離が長くなるため、短波長側ほど入射端44から接合部46までの距離を長くした。
That is, since the focal length of the chirped
テーパ導波路部40は、接合部46側から光の進行方向に沿ってコア幅が減少するテーパ形状をしており、波長変動によって接合部46上を集光位置が変動しても所定の光検出器アレイ26に結合することができるようにしている。
The tapered
スラブ導波路部38、テーパ導波路部40は、同一の光導波路基板34上に一括して形成し、コアの厚さは一定とすることができる。
The
本形態においては、テーパ導波路部40を用いているために受光径の小さな光検出器アレイ26にも効率良く光ビームを結合できるとともに、受光径を小さくすることで、光検出器アレイ26の光検出器間を離すことができるので、電気的なクロストークを低減でき高速変調された光信号を受光することができる。
In the present embodiment, since the tapered
テーパ導波路部40内においては、テーパ部で反射する毎に光の入射角度が大きくなるために光損失が生じ易くなる。この光損失を抑えるためには、受光用光導波路28の開口数、特にテーパ導波路部40側面の開口数は大きいほうが望ましい。そのため、テーパ側面にはクラッド層を設けず、空気と直接接するようにすることが望ましい。
In the
また、図1(b)に示すように、光導波路基板34とは逆側のコア30の下側にも、クラッドを形成せずに用いることができる。このように、テーパ側面にはクラッドを形成せずに、コア30上のみにクラッドを形成できる場合には、コア30上にもクラッド32を形成することが望ましい。
Further, as shown in FIG. 1B, it can be used without forming a clad on the lower side of the core 30 opposite to the
図4は、図1,3に示す受光用光導波路28の断面図であって、図4(a)は、図3の光導波路出射端面45側から見た断面図、図4(b)は、図3の光導波路入射面44付近の側面断面図である。
4 is a cross-sectional view of the light-receiving
受光用光導波路28は、導波路基板34上に導波路クラッド32を設け、その上に導波路コア30を形成している。この場合の導波路コア30上面(導波路基板34とは反対側)にはクラッドを設けていない。そのため、受光用光導波路28の導波路コア30上へのゴミ等の付着を抑えることが望ましい。
In the light receiving
そこで、受光用光導波路28は、光学ブロック18上に設けた空洞部48を有する台20に、導波路コア30を空洞部48側にして設置している。
Therefore, the light receiving
このように、空洞部48を有する台20を設けて導波路コア30を覆って保護することでゴミ等の付着を抑制し、クラッドを設けなくても光導波路の長期的な安定性を確保できる。
In this way, by providing the base 20 having the
また、台20を基準面にして台20とクラッド32が接するようにすることで、光導波路コアの高さ方向(y方向)の位置決めをすることができる。 In addition, the optical waveguide core can be positioned in the height direction (y direction) by using the table 20 as a reference plane so that the table 20 and the clad 32 are in contact with each other.
プリズム16bと光導波路入射端44面との間は、反射による光損失を低減するために、光学接着剤36あるいは屈折率マッチング剤を用いて反射を小さくすることが望ましい。
In order to reduce light loss due to reflection, it is desirable to reduce reflection between the
上部クラッド層を設けない場合においても、コアの屈折率よりも十分に小さな屈折率のものを用いて屈折率マッチングを取ることにより、スラブ導波路部38の導波路コア30上に光学接着剤36あるいは屈折率マッチング剤がはみ出してもコアより光が漏れることがなく、上部クラッドを設けなくても光損失を生じることなく受光用光導波路28を接続できる。
Even when the upper cladding layer is not provided, the
光検出器アレイ26は、受光用光導波路部28からのビームが光検出器に効率よく結合するように位置を調整し、受光用光導波路部28の出射端45に接着固定することが望ましい。この光検出器の信頼性を向上するために、光検出器アレイ26がパッケージングされている場合には、光ビームが直接光検出器アレイ26に入射するようにすればよい。
It is desirable that the
本形態の受光用光導波路28としては、例えば、特許文献3、4に開示されているように、光露光により作成したポリマー光導波路を用いることができる。あるいは、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチング等のエッチングにより形成することもでき、導波路材料も、ガラス等の無機材料を用いても作製できる。
As the light receiving
ここでは、図1に示すように、プリズム16bの出射面に対して受光用光導波路28が傾いている場合を示している。この場合、受光用光導波路28の入射端面と出射端面が略平行となるようにすると、受光用光導波路28が作成しやすくなり、望ましい。
Here, as shown in FIG. 1, the case where the light receiving
図5に、光検出器アレイ26から出力される電流信号を電圧信号に変換し、増幅する増幅回路としてプリアンプ22を設けた分波器の実施形態を示す。
FIG. 5 shows an embodiment of a duplexer provided with a
図5(a)は、分波器の側面図、図5(b)は分波器の上面図である。高速な光信号を受信する場合には、プリアンプ22をなるべく光検出器アレイ26近くに配置することが、ノイズの混入を抑制する上で望ましい。
FIG. 5A is a side view of the duplexer, and FIG. 5B is a top view of the duplexer. When receiving a high-speed optical signal, it is desirable to arrange the
ここでは、プリアンプ22用の回路基板24を分波器1上に配置することで、プリアンプ22を光検出器アレイ26に近接して配置した。そのため、高速な光信号を受信する場合でもノイズの混入によるS/N比の劣化を抑制した。なお、光導波路基板34と回路基板24を別の基板とした場合について示しているが、光導波路基板34と回路基板24とを兼用することもできる。
Here, the
そこで、回路基板24上に光導波路を形成する場合には、回路基板24の凹凸を平坦化する平坦化層を設けることによりその上に光導波路を形成することが可能である。
Therefore, when an optical waveguide is formed on the
したがって、例えば、回路基板24の片側にプリント配線を形成して電気部品を実装し、逆の面には平坦化層を形成した上に受光用光導波路28を形成することもできる。この平坦化層を受光用光導波路28のクラッド層としてもよく、あるいは平坦化層の上にさらにクラッド層を設けてもよい。
Therefore, for example, a printed wiring is formed on one side of the
本形態においては、光分波器を薄型化できたことと、分波した光の出射方向と光の入射方向とを揃え、プリズムを挟んで対向する位置に配置したため、分波器1上に受光用光導波路28に加えて、回路基板24を配置することが可能となった。なお、回路基板24は、プリズム16bを用いて支持することが可能である。
In this embodiment, since the optical demultiplexer can be thinned, and the emission direction of the demultiplexed light and the incident direction of the light are aligned and arranged at positions facing each other across the prism, In addition to the light receiving
また、本形態において、入射用の光ファイバ10は、特に限定するものではないが、光ファイバのコア径・開口数が大きくなるほど所望の特性が得られるように、凹面鏡14の形状、回折格子12の仕様、受光用光導波路28のコア厚・コア形状を吟味して定める必要がある。したがって、マルチモード光ファイバを用いる場合に、特にこれら条件が厳しくなる。
In this embodiment, the incident
一般的に、高速な光通信に用いられている光ファイバの中で、コア径・開口数の大きなものとして、コア径62.5μm、開口数0.275のGI型マルチモード光ファイバが挙げられる。この光ファイバに対応できるようにすれば、コア径・開口数のより小さな光ファイバについては、特性を劣化させることなく受光することが可能となる。 In general, among optical fibers used for high-speed optical communication, a GI type multimode optical fiber having a core diameter of 62.5 μm and a numerical aperture of 0.275 is given as one having a large core diameter and numerical aperture. . If this optical fiber can be accommodated, it is possible to receive light without degrading characteristics of an optical fiber having a smaller core diameter and numerical aperture.
マルチモード光ファイバのように開口数の大きな光ファイバ10を用いる場合、チャープ型回折格子12への光照射幅が大きくなり、チャープ型回折格子12よって生じる収差が大きくなるという課題がある。
When the
本形態のように光学部材18中を伝搬させた場合、光学部材18の屈折率により光ビームの拡がり角度が低減し、チャープ型回折格子12への光照射幅wが小さくなる。
When propagating through the
チャープ型回折格子により生じる3次のコマ収差は、おおよそ、この光照射幅wの3乗に比例するため、光学部材中を伝搬させてチャープ型回折格子に照射することは、チャープ型回折格子により生じる収差の低減に大きな効果がある。 The third-order coma generated by the chirped diffraction grating is approximately proportional to the cube of the light irradiation width w. Therefore, it is propagated through the optical member and irradiated to the chirped diffraction grating by the chirped diffraction grating. There is a great effect in reducing the generated aberration.
このように、光学部材中を伝搬させることは、開口数の大きな光ファイバを用いたときに収差低減の効果が大きく、そのためマルチモード光ファイバを用いる場合に有効である。 Propagating through the optical member in this way has a great effect of reducing aberrations when using an optical fiber having a large numerical aperture, and is therefore effective when using a multimode optical fiber.
本発明の別の実施の形態を、図6を用いて説明する。 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図6は、本発明に係わる光分波器を説明する図であり、図6(a)は光分波器の上面図、図6(b)は光分波器のA−A’断面図である。 6A and 6B are diagrams for explaining an optical demultiplexer according to the present invention. FIG. 6A is a top view of the optical demultiplexer, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the optical demultiplexer. It is.
本形態では、凹面鏡14からチャープ型回折格子12の間に空隙部52を設け、光ビーム42,43が空気中を通るようにした。他の構成は図1と同様であり、同じ符号を用いている。
In this embodiment, a
空隙部52を設けたことにより、ある程度光吸収のある光学材料を用いて光学ブロック18を形成することができる。赤外波長領域では、一般的に、ポリマー材料の光吸収が大きくなり、光学ブロック18により光伝搬損失が生じるようになる。しかし、空隙部52を設けたことにより、ポリマー材料を用いて光学ブロック18を形成しても、特に赤外波長の光信号を受信する場合に光損失を低減することができる。
By providing the
このように、ポリマー材料を用いると、射出整形により光学ブロック18を作成することが容易となり、プリズム16、凹面鏡14を一体として光学ブロック18を作成することができる。
As described above, when the polymer material is used, the
さらに、チャープ型回折格子12も同時に成型することもできる。光ビームが空気中を伝搬するため、光学ブロック18の屈折率変化による特性変動は小さくなる。
Furthermore, the chirped
以上、分波器に用いる場合について説明したが、光検出器側から光を入射させることで光合波器として用いることもできる。また、光入射用の光伝送媒体として光ファイバを用いている場合を示しているが、当然光導波路に置き換えることもできる。 As described above, the case where the optical fiber is used in the duplexer has been described. However, it can also be used as an optical multiplexer by making light incident from the photodetector side. Moreover, although the case where the optical fiber is used as the optical transmission medium for light incidence is shown, naturally it can replace with an optical waveguide.
以下、本発明の実施例について、説明する。 Examples of the present invention will be described below.
光分波器の実施形態として、図1に示した形態を用いた。本実施例においては、10GBASE−LX4規格に対応した波長多重信号を分波するようにした。 The embodiment shown in FIG. 1 was used as an embodiment of the optical demultiplexer. In this embodiment, a wavelength multiplexed signal corresponding to the 10GBASE-LX4 standard is demultiplexed.
つまり、中心波長1275.7、1300.2、1324.7、1349.2nmの24.5nm間隔の4波長を分離するものとし、入射信号は各中心波長に対して±6.7nmの波長ずれが許容される。この仕様に合わせて分波器を作成した。 In other words, four wavelengths at intervals of 24.5 nm of center wavelengths 1275.7, 1300.2, 1324.7, and 1349.2 nm are separated, and the incident signal has a wavelength shift of ± 6.7 nm with respect to each center wavelength. Permissible. A duplexer was created to meet this specification.
光入射部50からチャープ型回折格子12の中心までの距離を12mm、入射角度を30°とした。このとき使用波長範囲での回折角度は、20.7〜24.3°となり、各中心波長はx方向について約250μm離れた位置に集光される。
The distance from the
また、分波器の小型化と高回折効率・低偏波依存性とを両立できるように、チャープ型回折格子12中心でのブレーズ角度は32°とした。
In addition, the blaze angle at the center of the chirped
チャープ型回折格子12の設計波長は、使用する波長範囲の中心波長である1312nmを用い、チャープ型回折格子12中心での格子定数と設計波長との比は1.18とした。
The design wavelength of the chirped
光学ブロック18は、ガラスを用いて作成した。本実施例においては、凹面鏡14、プリズム16、チャープ型回折格子12を張り合わせることで一体構造の分波器とした。
The
光ファイバ10として、コア径62.5μmの屈折率分布(GI)型マルチモード光ファイバ(開口数0.275)に対応できるようにした。
The
この光ファイバ10から出射される光ビームの空気中での拡がり角は±16°であるが、光学ブロック18中では光学ブロック18の屈折率(1.51)により、±10.5°に低減される。
The divergence angle in the air of the light beam emitted from the
そのため、チャープ型回折格子12への光照射幅wは、光学ブロック18を用いることにより、空気中を伝搬させた場合の8.2mmから5.2mmに低減された。
Therefore, the light irradiation width w to the chirped
チャープ型回折格子12よって生じる収差は、概ねこの照射幅wの3乗に比例するため、特に開口数の大きな光ファイバを用いた場合に収差の影響を強く受ける。つまり、照射幅wを小さくできることは、特に開口数が大きなマルチモード光ファイバを用いる場合に収差を低減する上で有効である。
Since the aberration caused by the chirped
さらに、収差は設計波長から波長の変動が大きい場合に大きくなるため、本実施例のように波長幅が広いCDWM(Coarse Wavelength Division Multiplexing)に適用する場合に有効である。 Further, since the aberration increases when the wavelength variation from the design wavelength is large, it is effective when applied to CDWM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) having a wide wavelength width as in this embodiment.
本実施例では、使用する波長範囲の中で最も長い波長、つまり、波長1355.9nmの光ビームが、チャープ型回折格子12で集光される位置を、凹面鏡14の焦点位置と等しくなるようにし、この位置に受光用光導波路28の入射端面44がくるように配置した。この集光位置は、チャープ型回折格子12で生じる収差を考慮し、スポット径が最小となる最良像点位置とした。
In the present embodiment, the position where the longest wavelength in the wavelength range to be used, that is, the light beam having a wavelength of 1355.9 nm is collected by the chirped
この分波器光学系は約1倍の横倍率となるため、受光用光導波路28に、効率よく光結合するためには、受光用光導波路28のコア厚を光ファイバ10のコア径と同程度あるいはコア径よりも厚くすることが望ましい。
Since this duplexer optical system has a lateral magnification of about 1 time, the core thickness of the light receiving
一方、高速変調された光信号を検出するためには、光検出器の受光径は小さいことが望ましく、光検出器の受光径に合わせて、受光用光導波路28のコア厚を小さくすることが望ましい。本実施例では、光ファイバのコア径にほぼ合わせてコア厚を65μmとした。
On the other hand, in order to detect a high-speed modulated optical signal, it is desirable that the light receiving diameter of the photodetector is small, and the core thickness of the light receiving
図7に、光ファイバ10としてコア径62.5μmのGI型マルチモード光ファイバを用い、受光用光導波路28のコア厚を65μmとした場合の凹面鏡14の曲率半径Rと光結合損失及びビーム高さφの関係を示す。ここで、曲率半径をRとしたとき、放物面形状はz=y2/2Rと表される。この曲率半径Rは、放物面中心での曲率半径を示している。
In FIG. 7, when a GI type multimode optical fiber having a core diameter of 62.5 μm is used as the
図7より、凹面鏡14の曲率半径Rを大きくするにしたがって、結合損失が減少する。曲率半径Rを3mm以上とすればほぼ損失0とできる。曲率半径Rを2mm以上とすれば実用的には十分小さな損失となる。しかし、曲率半径Rを大きくするとビーム高さφが大きくなり、光学ブロック18を厚くする必要がある。そのため、光分波器が大きくなるため、曲率半径Rは小さいことが望ましい。したがって、本実施例では4mmとした。
From FIG. 7, the coupling loss decreases as the radius of curvature R of the
本実施例のチャープ型回折格子12は、回折格子を領域に区切り、領域内では一定のブレーズ角度とし、領域毎にブレーズ角度を最適化することにより回折効率が高くなるようにした。このような回折格子は、ルーリングエンジンを用いて領域毎に一定のブレーズ角度で格子定数を変化させながら加工した。光分波器1にはこの回折格子をマスターとして作成したレプリカを用いた。
In the chirped
本実施例では、光ファイバ10に光信号伝送用の光ファイバをそのまま用い、光ファイバ10を分波器1に固定せず挿抜するようにした。その場合には、挿入ガイド等を用いることにより、光コネクタに固定された光ファイバ10が挿抜されても所定の位置に突き合わされるようにすればよい。また、入射面には反射防止膜を設け、反射による光損失を低減した。
In the present embodiment, an optical fiber for optical signal transmission is used as it is for the
以上のように、マルチモード光ファイバに合わせて所望の特性が得られるようにしたため、光ファイバ10として所定のマルチモード光ファイバよりも開口数またはコア径の小さな光ファイバを接続した場合にも、所定のマルチモード光ファイバを接続した場合と同等以上の特性が得られる。そのため、接続する光ファイバ10は、所定のマルチモード光ファイバに限定するものではなく、開口数またはコア径の小さな光ファイバを接続してもよい。
As described above, since desired characteristics can be obtained according to the multimode optical fiber, even when an optical fiber having a numerical aperture or a core diameter smaller than that of the predetermined multimode optical fiber is connected as the
本実施例においては、62.5μmのGI型マルチモード光ファイバに換えてシングルモード光ファイバや、例えば、コア径50μmのマルチモード光ファイバ等を接続することもできる。光ファイバ10はプリズム16aに接着してもよい。
In this embodiment, a single mode optical fiber, for example, a multimode optical fiber having a core diameter of 50 μm, or the like can be connected instead of the 62.5 μm GI multimode optical fiber. The
光ファイバ10を固定した場合は、伝送用光ファイバを光ファイバ10のもう一端側に突き合わせて分波器に光を入射すればよい。その場合にも、伝送用光ファイバの開口数及び径は、光ファイバ10と等しいか光ファイバ10よりも小さければよい。
When the
したがって、光ファイバ10には、光ファイバ10と同じGI型マルチモード光ファイバを接続してもよく、ファイバ径・開口数の小さなシングルモード光ファイバ(SMF)やコア径50μmのマルチモード光ファイバを接続することもできる。
Therefore, the same GI type multimode optical fiber as the
また、コア径62.5μmのGI型マルチモード光ファイバに変えて、他のGI型マルチモード光ファイバに対応するように仕様を定めることもできる。GI型マルチモード光ファイバのコア径及び開口数は、それぞれ50μm以上、0.2以上が一般的に用いられているため、望ましい。 Further, the specification can be determined so as to correspond to another GI type multimode optical fiber instead of the GI type multimode optical fiber having a core diameter of 62.5 μm. Since the core diameter and numerical aperture of GI type multimode optical fiber are generally 50 μm or more and 0.2 or more, respectively, it is desirable.
62.5μmのマルチモード光ファイバ以外では、50μmのマルチモード光ファイバや、GI型に限らずステップインデックス(SI)型でもよく、またさらにコア径の大きなプラスチック光ファイバ等を用いることもできる。 Other than the 62.5 μm multimode optical fiber, a 50 μm multimode optical fiber, a step index (SI) type as well as a GI type, and a plastic optical fiber having a larger core diameter may be used.
波長多重信号の多重数、波長間隔についても、所定の仕様に合わせて所望の特性が得られるようにすればよく、波長間隔20nmのITU−T694.2に準拠させることも可能であり、また、本実施例のようにCWDMに限定するものではなく、DWDMへの適用も可能である。 As for the number of multiplexed wavelength signals and the wavelength interval, it is only necessary to obtain desired characteristics according to predetermined specifications, and it is possible to comply with ITU-T694.2 with a wavelength interval of 20 nm. The present invention is not limited to CWDM as in this embodiment, and application to DWDM is also possible.
本発明に係る光分波器の実施例として、図6に示した形態を用いた。 The embodiment shown in FIG. 6 was used as an example of the optical demultiplexer according to the present invention.
本実施例では、光学ブロック18としてポリカーボネートを用いて射出成型した。同時に、チャープ型回折格子12も射出成型した。
In this embodiment, the
チャープ型回折格子12は、支持部54を介して光学ブロック18と一体化している。光ビーム42,43は、光学ブロック18と屈折率の違う空隙部52を通るため、チャープ型回折格子12の格子定数を変調し、所望の集光性能が得られるようにした。
The chirped
図8は、本発明に係る波長多重光伝送モジュールの実施例を示す構成図である。伝送用光ファイバ74a、74bは、コネクタ96により光伝送モジュール80に接続される。
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the wavelength division multiplexing optical transmission module according to the present invention. The transmission
光ファイバ74bはさらにシングルモード光ファイバ11と突き合わせられる。受信用の伝送用光ファイバ74aを通して伝送されてきた波長多重信号は、直接分波器1に入射し、波長毎に分離されて光検出器アレイ26で検出される。この検出信号は、プリンアンプ22で増幅され、さらに、受信回路86により増幅され、波形整形される。そして、パラレル/シリアル変換回路90により、分離されたパラレル信号をシリアル信号に変換して出力する。
The
送信する場合には、入力された信号をシリアル/パラレル変換回路92で信号を分離し、送信回路88で信号毎にレーザダイオードアレイ94の各光源を駆動し、波長の異なる光信号とする。
In the case of transmission, the input signal is separated by the serial /
各光信号は、シングルモードの光カプラにより構成される合波器84で多重化し、シングルモード光ファイバ11に出力する。シングルモード光ファイバ11を通して送信用の伝送用光ファイバ74bに結合され、送信される。
Each optical signal is multiplexed by a
シングルモード光ファイバ11を用いて伝送用光ファイバ74bと結合しているため、伝送用光ファイバ74a、74bにはマルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバのどちらでも用いることができる。
Since the single mode
本実施例では、光ファイバ10に、コア径62.5μmのGI型マルチモードファイバを用いているため、伝送用光ファイバ74a、74bとして、シングルモード光ファイバ、コア径50μm及び62.5μmのマルチモード光ファイバ等を用いることができる。
In this embodiment, since a GI type multimode fiber having a core diameter of 62.5 μm is used for the
本実施例においては、10GBASE−LX4規格に対応して多重化されて伝送されてきた中心波長1275.7、1300.2、1324.7、1349.2nmの24.5nm間隔の4波長を分離する構成とした。 In the present embodiment, four wavelengths at intervals of 24.5 nm of the center wavelengths 1275.7, 1300.2, 1324.7, and 1349.2 nm that have been multiplexed and transmitted in accordance with the 10GBASE-LX4 standard are separated. The configuration.
本実施例では、合波器84と伝送用光ファイバ74bとの間をシングルモード光ファイバ11で結合したが、伝送用光ファイバ74bにマルチモード光ファイバのみを用いる場合には、シングルモード光ファイバ11にかえてマルチモード光ファイバを用いればよく、その場合は、合波器84にもマルチモードの光導波路を用いればよい。
In this embodiment, the
マルチモード光導波路を用いることにより、合波器84とレーザダイオードアレイ94との調整が容易になる。また、シングルモード光ファイバ11を用いずに合波器84から伝送用光ファイバ74bに直接光信号を入力してもよい。
By using the multi-mode optical waveguide, the
本実施例では、送信と受信の両方の機能を有する波長多重伝送モジュールについて示したが、受信部のみを有する波長多重光受信モジュールとしても本発明の効果を得られるものである。 In the present embodiment, the wavelength multiplexing transmission module having both transmission and reception functions is shown, but the effect of the present invention can also be obtained as a wavelength multiplexing optical reception module having only a receiving section.
本実施例は、マルチモード光ファイバにより送信された光信号を受信するのに適しており、上記のようにCWDMに適したものである。ただし、DWDM(Dense WDM)への適用を制限するものではない。また、波長多重数4の場合について説明したが、多重数を限定するものではなく、用いるシステムに合わせて適宜選定すればよい。
This embodiment is suitable for receiving an optical signal transmitted by a multimode optical fiber, and is suitable for CWDM as described above. However, application to DWDM (Dense WDM) is not limited. Further, although the case of the
以上、本発明に用いた光分波器に入力する光信号は、必ずしも変調されていなくてもよく、また同時に複数の波長を含まなくてもよいため、単に波長を分離して光強度を検出または光信号を分離して取り出す分光器にも適用できる。 As described above, since the optical signal input to the optical demultiplexer used in the present invention does not necessarily have to be modulated and does not need to include a plurality of wavelengths at the same time, the light intensity is simply detected by separating the wavelengths. Alternatively, the present invention can be applied to a spectrometer that separates and extracts an optical signal.
1…分波器、10…光ファイバ、11…シングルモード光ファイバ、12…チャープ型回折格子、14…凹面鏡、16…プリズム(光路変換部材)、16a,16b…第1、第2プリズム(第一、第二の光路変換部材)、18…光学ブロック、20…台、22…プリアンプ、24…回路基板、26…光検出器アレイ、28…受光用光導波路、30…導波路コア、32…導波路クラッド、34…導波路基板、36…接着剤、38…スラブ導波路部、40…テーパ導波路部、42,43…光ビーム、44…光導波路入射端面、45…光導波路出射端面、46…接合部、48…空洞部、50…光入射部、52…空隙部、54…支持部、74a、74b…伝送用光ファイバ、80…光伝送装置、84…合波器、86…受信回路、88…送信回路、90…パラレル/シリアル変換回路、92…シリアル/パラレル変換回路、94…レーザダイオードアレイ、96…光コネクタ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記光入射部から入射した光ビームの光路を曲げる第一の光路変換部材と、
前記第一の光路変換部材からの光ビームを、回折格子の溝方向の拡がり角度を低減するように一軸方向に光集光する凹面鏡と、
前記回折格子は、凹面鏡で一軸方向の拡がり角が低減された光ビームを、凹面鏡の集光軸とは異なる一軸方向に光集光し、
前記回折格子で波長毎に分離された光信号の光路を曲げる第二の光路変換部材とを有し、
前記光入射部と光出射部との間に、前記第一の光路変換部材と第二の光路変換部材とが配置されていることを特徴とする光分波器 A light incident part on which a wavelength-multiplexed light beam is incident, an optical path for transmitting the light beam incident on the light incident part, and a diffraction that irradiates the light beam transmitted on the optical path and separates an optical signal for each wavelength. In an optical demultiplexer having a grating and a light emitting part for extracting an optical signal separated by the diffraction grating,
A first optical path conversion member that bends the optical path of the light beam incident from the light incident portion;
A concave mirror that condenses the light beam from the first optical path changing member in a uniaxial direction so as to reduce the divergence angle in the groove direction of the diffraction grating;
The diffraction grating condenses the light beam whose uniaxial divergence angle is reduced by a concave mirror in a uniaxial direction different from the condensing axis of the concave mirror,
A second optical path conversion member that bends the optical path of the optical signal separated for each wavelength by the diffraction grating;
The optical demultiplexer, wherein the first optical path changing member and the second optical path changing member are arranged between the light incident part and the light emitting part.
前記光路において光ビームの光路を曲げる光路変換部材と、
前記回折格子の溝方向の拡がり角度を低減するように一軸方向に光集光する凹面鏡と、
前記回折格子は、凹面鏡で一軸方向の拡がり角度が低減された光ビームを、凹面鏡の集光軸とは異なる一軸方向に光集光し、
前記光路変換部材は、前記光出射部から出射する光ビームの進行方向に対しての前記光入射部から入射する光ビームの進行方向の角度が、90°以上180°以下となるように形成されていることを特徴とする光分波器 A light incident part on which a wavelength-multiplexed light beam is incident, an optical path for transmitting the light beam incident on the light incident part, and a diffraction that irradiates the light beam transmitted on the optical path and separates an optical signal for each wavelength. In an optical demultiplexer having a grating and a light emitting part for extracting an optical signal separated by the diffraction grating,
An optical path conversion member that bends the optical path of the light beam in the optical path;
A concave mirror for condensing light in a uniaxial direction so as to reduce a spreading angle in the groove direction of the diffraction grating;
The diffraction grating condenses light in a uniaxial direction different from the condensing axis of the concave mirror, the light beam whose uniaxial divergence angle is reduced by the concave mirror,
The optical path changing member is formed such that an angle of a traveling direction of the light beam incident from the light incident portion with respect to a traveling direction of the light beam emitted from the light emitting portion is 90 ° or more and 180 ° or less. An optical demultiplexer characterized by
前記光路が、透明な光学部材で形成されており、
前記光ビームは、光入射部から光出射部まで光学部材中を伝播することを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 1 or 2,
The optical path is formed of a transparent optical member;
An optical demultiplexer characterized in that the light beam propagates in an optical member from a light incident part to a light emission part
前記光路の一部が、透明な光学部材で形成されており、
前記光ビームは、光入射部から光出射部までに空気中を伝播することを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 1 or 2,
A part of the optical path is formed of a transparent optical member,
An optical demultiplexer characterized in that the light beam propagates in air from a light incident part to a light emission part
前記回折格子が、略平面上に形成されたチャープ型であることを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 1 or 2,
The optical demultiplexer characterized in that the diffraction grating is a chirp type formed on a substantially plane.
前記光入射部に、マルチモードの光伝送媒体を接続して光ビームを入射することを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 1 or 2,
An optical demultiplexer characterized in that a multi-mode optical transmission medium is connected to the light incident portion and a light beam is incident thereon.
前記回折格子の中心におけるブレーズ角度が、21°以上34°以下であり、回折格子の格子定数と使用波長との比が、0.88以上1.41以下であることを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 1 or 2,
The blaze angle at the center of the diffraction grating is 21 ° or more and 34 ° or less, and the ratio between the grating constant of the diffraction grating and the wavelength used is 0.88 or more and 1.41 or less. vessel
前記光出射部に接続された光導波路を有することを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 1 or 2,
An optical demultiplexer having an optical waveguide connected to the light emitting portion
前記光ビームとして入射する波長範囲の中で最も波長の長い光ビームが、回折格子で集光される最良像点位置と、凹面鏡で集光される焦点位置とが略等しく、光導波路の入射端面上にくることを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 8, wherein
The best image point position where the light beam having the longest wavelength in the wavelength range incident as the light beam is collected by the diffraction grating and the focal position where the light beam is collected by the concave mirror are substantially equal, and the incident end face of the optical waveguide. Optical demultiplexer characterized by coming up
前記光導波路が、回折格子に入出射する光ビームと略平行に配置されていることを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 8, wherein
An optical demultiplexer characterized in that the optical waveguide is disposed substantially parallel to a light beam entering and exiting the diffraction grating
前記光導波路からの光ビームを受光する光検出器と、
前記光検出器からの電気信号を増幅する増幅回路とを有し、
前記増幅回路が、光導波路を形成した基板上、又は、光導波路と略平行に配置された回路基板上に設けられていることを特徴とする光分波器 The optical demultiplexer according to claim 8, wherein
A photodetector for receiving a light beam from the optical waveguide;
An amplification circuit for amplifying an electric signal from the photodetector,
An optical demultiplexer characterized in that the amplifier circuit is provided on a substrate on which an optical waveguide is formed or on a circuit substrate disposed substantially parallel to the optical waveguide.
前記光分波器として、請求項1から11に記載のいずれか一つの光分波器を用い、接合部と光分波器とをマルチモード光伝送媒体で接続したことを特徴とする波長多重光受信モジュール In a wavelength multiplexing optical receiver module having a junction with an optical fiber for signal transmission, an optical demultiplexer, a photodetector array, and a receiving circuit that amplifies a signal from the photodetector array and shapes the waveform,
12. The wavelength division multiplexing characterized in that any one of the optical demultiplexers according to claim 1 is used as the optical demultiplexer, and the junction and the optical demultiplexer are connected by a multimode optical transmission medium. Optical receiver module
前記光分波器として、請求項1から11に記載のいずれか一つの光分波器を用い、接合部と光分波器とをマルチモード光伝送媒体で接続し、接合部と光合波器とをシングルモード光伝送媒体で接続したことを特徴とする波長多重光伝送モジュール
Driving the optical fiber for signal transmission, the optical demultiplexer, the photodetector array, the receiving circuit for amplifying the signal from the photodetector array and shaping the waveform, the light source array, and the light source array In a wavelength division multiplexing optical transmission module having a transmission circuit and an optical multiplexer for multiplexing optical signals from a light source array,
The optical demultiplexer according to any one of claims 1 to 11, wherein the junction and the optical demultiplexer are connected by a multimode optical transmission medium, and the junction and the optical multiplexer are used. Wavelength-multiplexed optical transmission module, characterized by being connected with a single-mode optical transmission medium
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