JP2007101653A - 多芯光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で、小型化を達成することができる分波器などの多芯光モジュールを提供する。
【解決手段】コアレスファイバ40,50,60,70、グレーデッドインデックスファイバ41,51,61,71およびシングルモードファイバ42,52,62,72を一連に接続したファイバコリメート4,5,6,7を、基板2の溝21,22,23,24に固定した多芯光モジュール1において、ファイバコリメート4,5,6,7を、X1,X2方向に間隔を隔てて配置し、コアレスファイバ40,50,60,70の非接続端面40,50,60,70を傾斜面とし、溝21〜24を、Y1,Y2方向に互いにオフセットさせた。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信用機器、光センシングシステム用機器に使用する分波器に関する。

光通信用機器の光回路の小型・集積化に向けて、各種の光通信用部品が使用されている。光通信用部品としては、光分岐・光結合機能を有するものがあり、その一例として、図９に示したものがある（たとえば特許文献１参照）。同図に示した光分岐・結合器９は、直方体プリズム９０に４つのファイバコリメート９１，９２，９３，９４を接続したものである。

直方体プリズム９０は、六角プリズム９５と２つの直角プリズム９６を含んでおり、これらの斜面にハーフミラー９７，９８を形成したものである。ファイバコリメート９１〜９４は、光ファイバ９１Ａ〜９４Ａの端部にロッドレンズ９１Ｂ〜９４Ｂを接続したものである。光ファイバ９１Ａ，９４Ａは光を入力させるものであり、光ファイバ９２Ａ，９３Ａは光を出力させるものである。

この光分岐・結合器９では、光ファイバ９１Ａから入力される光がロッドレンズ９１Ｂで平行光化された後、一部がハーフミラー９７を透過する一方で、一部がハーフミラー９７で反射される。すなわち、ハーフミラー９７では、光ファイバ９１Ａから入力された光が分岐させられる。

ハーフミラー９７を透過した光は、直角プリズム９６を透過してロッドレンズ９２Ｂで集光されてから光ファイバ９２Ａに入力される。これに対して、ハーフミラー９７で反射された光は、ハーフミラー９８で反射した後、ロッドレンズ９３Ｂで集光されてから光ファイバ９３Ａに入力される。

一方、光ファイバ９４Ａから入力される光は、ロッドレンズ９４Ｂで平行光化された後にハーフミラー９８を透過し、ロッドレンズ９３Ｂで集光されてから光ファイバ９３Ａに入力される。すなわち、光ファイバ９３Ａにおいては、光ファイバ９１Ａから入力される光と光ファイバ９４Ａから入力される光が結合される。

特許２６１１８１２号

光分岐・結合器９では、光路を適切に確保し、光ファイバ９１Ａ，９４Ａから入力された光を有効に利用するためには、ロッドレンズ９１Ｂ〜９４Ｂの光軸を精密に位置調整する必要ある。しかしながら、ロッドレンズ９１Ｂ〜９４Ｂを六角プリズム９５や直角プリズム９６に正確に位置決めして接続するのは困難であるために作業性が悪く、ロッドレンズ９１Ｂ〜９４Ｂの位置決めが不正確な場合には、光ファイバ９１Ａ，９４Ａから入力された光の利用効率が著しく低下する。

さらに、光分岐・結合器９では、ロッドレンズ９１Ｂ〜９４Ｂを使用しているが、ロッドレンズ９１Ｂ〜９４Ｂは比較的に焦点距離が大きく、目的とするレンズ機能を発揮させるために必要なレンズ長が比較的に大きい。その上、焦点距離が比較的に大きいために、六角プリズム９５や直角プリズム９６において、光路を比較的に大きく設定する必要があり、直方体プリズム９０のサイズが大きくなる。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、製造が容易で、小型化を達成することができる分波器などの多芯光モジュールを提供することを課題としている。

本発明により提供される多芯光モジュールは、コアレスファイバ、グレーデッドインデックスファイバおよびシングルモードファイバを一連に接続した複数のファイバコリメートと、前記複数のファイバコリメートを位置固定するためのものであり、かつ特定方向に延びる複数の溝を有する基板と、を備えた分波器であって、前記複数のファイバコリメートは、前記特定方向に間隔を隔てて配置され、かつ前記コアレスファイバの非接続端面が傾斜面とされた一対のファイバコリメートを含んでおり、前記複数の溝は、前記特定方向に直交する方向に互いにオフセットしていることを特徴としている。

前記複数のファイバコリメートのうちの少なくとも１つの端面には、たとえば光学素子が接合されている。

前記ファイバコリメートは、少なくとも前記コアレスファイバ、前記グレーデッドインデックスファイバ、および前記シングルモードファイバにおけるコアレスファイバ側の端部を、フェルール内に挿通しておくのが好ましい。

前記複数の溝は、たとえば前記基板の第１領域に設けられた第１の溝と、前記基板における前記第１領域に対して前記特定方向に隣接する第２領域において、前記第１の溝に対してオフセットして設けられた第２の溝と、前記第１領域において、前記第１および第２の溝に対してオフセットして設けられた第３の溝と、を含んでいる。

前記第１および第２の溝に固定するファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度を同一角度であるαとしたとき、前記第３の溝に固定するファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度γは、たとえば下記数式１の条件を満たすものとされる。

また、前記第１の溝に対する前記第２の溝のオフセット量ｄ１は、たとえば下記数式２を満たすものとされる。

前記第１の溝に対する前記第３の溝のオフセット量Ｄ１は、たとえば下記数式３を満たすものとされる。

前記複数の溝は、前記第２領域において、前記第１ないし第３の溝に対してオフセットして設けられた第４の溝をさらに含んでいてもよい。この場合、前記第４の溝に固定するファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度ωは、たとえば下記数式４の条件を満たすものとされる。

また、前記第２の溝に対する前記第４の溝のオフセット量Ｄ２は、たとえば下記数式５を満たすものとされる。

前記第１および第２の溝に固定されるファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度αは、２〜５°とするのが好ましい。

本発明では、ファイバコリメートを、コアレスファイバ、グレーデッドインデックスファイバおよびシングルモードファイバを一連に接続した構成としている。すなわち、グレーデッドインデックスファイバをレンズとして機能させるとともに、コアレスファイバの端面を傾斜させることでコアレスファイバをプリズムとして機能させている。このようなファイバコリメートは、各ファイバ相互に融着させるなどして容易に形成することができ、また、ファイバコリメートは、単体としてハンドリング容易な構成となっている。その上、ファイバコリメートは、全ての要素が光ファイバであるために一様または略一様な径を有するものとして形成することができる。そのため、ファイバコリメートの径を一様化すれば、ファイバコリメートをフェルールに挿通してモジュール化することも可能である。その場合、ファイバコリメートのハンドリングがさらに容易なものとなる。

その一方で、基板には予め複数の溝が形成されており、各ファイバコリメートは対応する溝に固定される。すなわち、本発明の多芯光モジュールは、基板の溝に対して、ハンドリングが容易なファイバコリメートを固定するといった極めて簡易な作業により分波器を製造することができる。また、基板に対する溝の形成は、公知の加工技術を利用して、極めて容易かつ精度良く行なうことができる。そのため、基板に対してファイバコリメートを固定するだけで、各ファイバコリメートを目的とする位置関係に精度良く固定することが可能となり、本発明の多芯光モジュールを製造するに当たって、複雑かつ煩雑な光軸の調整は必要とはされない。

したがって、本発明では、六角プリズムや直角プリズムにロッドレンズを接続する従来の構成に比べれば、極めて簡易かつ精度良くファイバコリメートが位置固定された多芯光モジュールを製造することができる。

また、本発明では ファイバコリメートを基板に固定するものであるため、小型化を阻害する要因であった六角プリズムを省略することができる。さらに、六角プリズムを省略することにより、互いに対向位置にあるファイバコリメート間の距離を六角プリズムに制約を受けることなく近づけることができる。対向するファイバコリメート間の距離は、ファイバコリメートにおいて使用されているレンズの焦点により制約を受けるが、本発明ではグレーデッドインデックスファイバをレンズとして機能させており、このグレーデッドインデックスファイバはロッドレンズよりも相対的に焦点距離の小さなものである。そのため、ロッドレンズを使用せずに、グレーデッドインデックスファイバをレンズとして使用した場合には、対向するファイバコリメート間の距離をより小さくすることが可能となる。また、グレーデッドインデックスファイバは、目的する集光性を確保するために必要なレンズ長が、ロッドレンズよりも小さくてよい。そのため、グレーデッドインデックスファイバをレンズとして機能させることで、ファイバコリメートの小型化、ひいては分波器の小型が達成可能となる。

本発明ではさらに、複数のファイバコリメートを、基板に形成された複数の溝のうちの対応する溝に固定することとしている。この構成を採用する場合、固定すべきファイバコリメートの数に比して、基板に形成する溝の数を多く設定しても何ら問題は生じない。換言すれば、基板に形成された複数の溝のうち、全部の溝にファイバコリメートを固定してもよいし、一部の溝にファイバコリメートを固定してもよい。たとえば、基板に対して第１から第４の溝を形成する場合には、２つの溝を利用するパターン（１×１）、３つの溝を利用するパターン（２×１）、４つの溝を利用するパターン（２×２）の３つのパターンを選択できる。したがって、本発明では、１種類の基板によって、複数種類の多芯光モジュールを製造することが可能となり、作業性および製造コスト的に有利なものとなる。

また、本発明では、複数のファイバコリメートを互いにオフセットさせて固定しつつも、コアファイバの非接続端を傾斜面とすることにより、傾斜面の角度に応じて、光の入出射角を制御することができる。たとえば、上記数式１，２，５に基づいて傾斜角度を設定すれば、ファイバコリメート間で、目的とする経路において光を適切に進行させることができ、また、非接続端（傾斜面）における端面反射を抑制することもできる。その結果、本発明では、挿入損出や反射減衰を抑制することが可能となる。

さらには、数式１，２，５に従いつつ、数式２，３，６に基づいてファイバコリメートのオフセット量を設定することにより、そのオフセット量を小さい値に設定することが可能となる。その結果、複数のファイバコリメートを互いにオフセットさせることによっても、本発明の多芯光モジュールが不当に大きくなってしまうこともない。

上述のように、本発明の多芯光モジュールでは、ファイバコリメートがハンドリング容易なものとして構成されているため、ファイバコリメートの端面、すなわちコアレスファイバの非接続端に対して、光学素子を容易に設けることができる。その一方で、対向するファイバコリメート間には、従来のように六角プリズムなどの部材を存在させる必要はない。そのため、ファイバコリメートの端面に光学素子を設けたとしても、その光学素子が、基板にファイバコリメートを固定する際や固定した後に邪魔になることもない。その結果、本発明では、ファイバコリメートの端面に問題なく光学素子を設けることができるとともに、光学素子の種類を選択することで、ファイバコリメートに種々の機能を付加することができる。

図１（ａ）から図１（ｃ）に示した分波器１は、本発明の多芯光モジュールの一例に相当するものあり、入射光を、波長の異なる３つの光に分波させるためのものである。この分波器１は、基板２、カバー３、および４つのファイバコリメート４，５，６，７を備えている。

図２および図３に示したように、基板２は、ファイバコリメート４〜７を支持するためのものであり、たとえばジルコニアなどのセラミック材料、ＳｉＯ_２、およびガラスなどの無機材料の他、ステンレス等の金属材料により形成されている。ただし、基板２を形成するための材料としては、熱膨張係数が小さいものを使用するのが望ましい。この基板２は、凹部２０Ａを挟んで基板２の長手方向Ｘ１，Ｘ２に隣接する第１および第２領域２０Ｂ，２０Ｃを有している。第１領域２０Ｂには、２つの溝２１，２３が設けられており、第２領域２０Ｃには２つの溝２２，２４が設けられている。

４つの溝２１〜２４は、基板２の長手方向Ｘ１，Ｘ２に延びているとともに、基板２の幅方向Ｙ１，Ｙ２において互いに位置ずれして存在（オフセット）している。これらの溝２１〜２４は、ファイバコリメート４〜７の一部を収容することによってファイバコリメート４〜７の位置を規制するためのものである。すなわち、図示した溝２１，２３の中心線間距離Ｄ１は、ファイバコリメート４に対するファイバコリメート６のオフセット量（ファイバ間隔）Ｄ１に対応し、溝２２，２４の中心線間距離Ｄ２はファイバコリメート５に対するファイバコリメート７のオフセット量（ファイバ間隔）Ｄ２に対応しており、溝２１，２２の中心線間距離ｄ１は、ファイバコリメート４に対するファイバコリメート５のオフセット量ｄ１に対応している。

各溝２１〜２４は、ダイシングマシンなどの公知の加工装置によって断面Ｖ字状に形成されており、精度良く平行性および幅方向の間隔（オフセット量Ｄ１，ｄ１、Ｄ２）が規定されている。ただし、各溝２１〜２４の断面形状は、Ｖ字状に限らず、矩形状、Ｕ字状、半円状などの他の形状であってもよい。

カバー３は、ファイバコリメート４〜７を外力などから保護するとともにファイバコリメート４〜７に対して外部からノイズ光が入力するのを防止するためのものであり、ファイバコリメート４〜７の上部側を収容できるように箱状に形成されている。このカバー３は、たとえば金属、樹脂、セラミック材料により形成されており、周縁部３０において、接着材を介して基板２に固定されている（図１（ｂ）および図１（ｃ）参照）。接着材としては、半田、ロウ材、あるいは樹脂接着剤を使用することができる。

図２および図４に示したように、ファイバコリメート４〜７は、コアレスファイバ４０〜７０、グレーデッドインデックスファイバ４１〜７１およびシングルモードファイバ４２〜７２を、一連に接続したものである。ファイバコリメート４は、入力用のものであり、ファイバコリメート５〜７は、出力用のものである。各ファイバコリメート４〜７においては、これを構成するファイバ４０〜４２，５０〜５２，６０〜６２，７０〜７２は、略同一の外径寸法（たとえば１２５μｍ程度）とされており、ファイバコリメート４〜７の状態で、円筒状のフェルール８０，８１，８２，８３に挿通されている。

各ファイバコリメート４〜７は、基板２における対応する溝２１〜２４に対して、接着材を介して位置決め固定されている。接着材としては、たとえば樹脂接着剤や低融点ガラスを使用することができる。基板２の第１領域２０Ｂに固定されたファイバコリメート４，６相互は、コアレスファイバ４０，６０の非接続端４０Ａ，６０Ａの中心が基板２の幅方向Ｙ１，Ｙ２において同一直線Ｚ１上に位置させられており、基板２の第２領域２０Ｃに固定されたファイバコリメート５，７相互は、コアレスファイバ５０，７０の非接続端５０Ａ，７０Ａの中心が基板２の幅方向Ｙ１，Ｙ２において同一直線Ｚ２上に位置させられている。そして、同一の領域２０Ｂ（２０Ｃ）に固定されたファイバコリメート４，６（５，７）における非接続端４０Ａ，６０Ａ（５０Ａ，７０Ａ）の中心を繋ぐラインＺ１（Ｚ２）相互における基板２の長手方向Ｘ１，Ｘ２の距離（ファイバの水平間隔）Ｌは、たとえば８００〜１５００μｍとされている。

各コアレスファイバ４０，５０，６０，７０は、プリズムとして機能するものであり、たとえば石英によりグレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１およびシングルモードファイバ４２，５２，６２，７２により同程度の径に形成されている。これらのコアレスファイバ４０，５０，６０，７０は、非接続端４０Ａ，５０Ａ，６０Ａ，７０Ａが傾斜面とされている。

コアレスファイバ４０，７０の非接続端４０Ａ，７０Ａには、光学素子８４Ａ，８４Ｄが設けられている。これらの光学素子８４Ａ，８４Ｄは、ＡＲコート層として機能するものであり、誘電体多層膜として構成されている。この誘電体多層膜は、たとえばＴｉＯ_２などの高屈折率を有するチタン酸化物の薄膜とＳｉＯ_２などの低屈折材料の薄膜を交互に積層蒸着したものである。

コアレスファイバ５０，６０の非接続端５０Ａ，６０Ａにも、光学素子８４Ｂ，８４Ｃが設けられている。これらの光学素子８４Ｂ，８４Ｃは、波長選択フィルタとして機能するものであり、光学素子８４Ｂは中心波長λ１の光を選択的に透過させる一方で中心波長λ２，λ３の光を反射させるものであり、光学素子８４Ｃは中心波長λ２の光を選択的に透過させる一方で中心波長λ３の光を反射させるものである。

コアレスファイバ４０，５０の非接続端４０Ａ，４０Ｂは、基板２の幅方向Ｙ１，Ｙ２に対する傾斜角度（端面角度）αが同一とされている。この傾斜角度αは、２＜α＜５°の範囲から選択される。このような角度を選択することにより、ファイバコリメート４のコアレスファイバ４０から出射される光を、ファイバコリメート５のコアレスファイバ５０に対して適切に入射させつつも、コアレスファイバ４における端面反射を抑制することがきる。

ここで、コアレスファイバ４０を含むファイバコリメート４に対するコアレスファイバ５０を含むファイバコリメート５のオフセット量ｄ１は、上述のように基板２における溝２１に対する溝２２のオフセット量ｄ１と同じであり、下記数式６を満たすように設定される。

一方、コアレスファイバ６，７の非接続端６０Ａ，７０Ａの傾斜角度（傾斜角度）γ，ωは、下記数式７を満たすように設定される。

ここで数式６および数式７は、次のようにして導くことができる。

図２および図５（ａ）から分かるように、スネルの法則により、コアレスファイバ５０に対する入射光と透過光との間には下記数式８が成り立ち、コアレスファイバ６０に対する入射光と透過光との間には下記数式９が成り立つ。

そして、数式８および数式９から下記数式１０が得られ、この数式１０から上記数式６が得られる。

一方、図２および図５（ｂ）から分かるように、スネルの法則により、コアレスファイバ７０に対する入射光と透過光との間には下記数式１１が成り立つ。

そして、数式１１から下記数式１２が得られ、この数式１２から上記数式７が得られる。

ここで、数式６，７からは、コアレスファイバ５０，６０の屈折率ｎ１が大きければ、出射角β，ωを大きくできることが分かる。コアレスファイバ５０，６０の屈折率を増大させるためには、コアレスファイバ５０，６０にＧｅ等の添加物を入れればよく、その場合には、ｎ１＝１．４５〜１．８程度まで調整することができる。また、図６（ａ）には、ファイバコリメータ４，５の非接続端４０，５０の傾斜角度α（２°〜５°）に対するファイバコリメータ６，７の非接続端６０，７０の傾斜角度γ，ωを示した。同図から、ファイバコリメート６，７のω＞γ＞αの関係にあることが明確にわかる。

上述のように、コアレスファイバ４０を含むファイバコリメート４に対するコアレスファイバ６０を含むファイバコリメート６のオフセット量（ファイバ間隔）Ｄ１は、基板２における溝２１に対する溝２３のオフセット量Ｄ１と同じであり、また、コアレスファイバ５０を含むファイバコリメート５に対するコアレスファイバ７０を含むファイバコリメート７のオフセット量（ファイバ間隔）Ｄ２は、基板２における溝２２に対する溝２４のオフセット量Ｄ２と同じであり、下記数式１３，１４を満たすように設定される。

ここで数式１３および数式１４は、次のようにして導くことができる。

図２および図５（ａ）から分かるように、ファイバコリメート４に対するファイバコリメート６のオフセット量Ｄ１は、ファイバコリメート４に対するファイバコリメート５のオフセット量ｄ１と、ファイバコリメート５に対するファイバコリメート６のオフセット量ｄ２とを足し合わせたものである。その一方で、オフセット量ｄ１については、下記数式１５が成立し、オフセット量ｄ２については、下記数式１６が成立する。

そして、オフセット量Ｄ１については、上記数式１５，１６の右辺どうしを足し合わせることにより、上記数式１３の関係が得られる。

一方、図２および図５（ｂ）から分かるように、ファイバコリメート５に対するファイバコリメート７のオフセット量Ｄ２は、ファイバコリメート５に対するファイバコリメート６のオフセット量ｄ２と、ファイバコリメート６に対するファイバコリメート７のオフセット量ｄ３と、を足し合わせたものである。その一方で、オフセット量ｄ２については、上記数式１６が成立し、オフセット量ｄ３については、下記数式１７が成立する。

そして、オフセット量Ｄ２については、上記数式１６，１７の右辺どうしを足し合わせることにより、上記数式１４の関係が得られる。

なお、図６（ｂ）には、ファイバコリメータ４，５の端面角度αを横軸として、オフセット量（ファイバ間隔）Ｄ１，Ｄ２の関係を示した。同図から、端面角度αが大きいほどファイバコリメートのオフセット量（間隔）が大きくなることが分かる。通常、ファイバコリメート４の端面角度αは、２°以上であれば端面反射の影響は除去することができる。そのため、オフセット量Ｄ１，Ｄ２を小さく確保して分波器１の小型化を図りつつ、ファイバコリメート４の非接続端４０での端面反射を有効に抑制するためには、ファイバコリメート４の傾斜角度αを、２〜５°程度に設定すればよいことが分かる。

図４に示したように、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１は、ファイバコリメート４〜７において、レンズとしての役割を果たすものであり、コアレスファイバ４０，５０，６０，７０およびシングルモードファイバ４２，５２，６２，７２の双方に融着などにより接続されている。このグレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１は、軸対称かつ略２乗の屈折率分布をもつ光ファイバであり、それを必要な長さで切断して用いることにより、屈折率分布型レンズとして使用することができる。ファイバコリメート４〜７では、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１としては、コアレスファイバ４０，５０，６０，７０およびシングルモードファイバ４２，５２，６２，７２と同程度の外径を有するものが使用されているが、実用的には、たとえば外径１２５μｍ、コア径１００μｍ程度のグレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１を使用することにより、同程度の外径のシングルモードファイバ４２，５２，６２，７２およびコアレスファイバ４０，５０，６０，７０と融着接続して使用することができる。

ここで、図７として、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１内の光線追跡の例を示した。同図においては、符号２ａはコア径を、符号Ｃｄはクラッド径をそれぞれ示している。グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１では、コア４１Ａ，５１Ａ，６１Ａ，７１Ａ中の光線は、ほぼサインカーブを描くように進行する。ここで、図７の横軸Ｐは、１周期を１としたときのピッチを表し、縦軸はグレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１での光線の位置を、最も光線の広がった位置を１として相対的に表したものである。

図７から分かるように、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１に点状光を入射させた場合、それを平行光に変換するには、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１としてＰ＝０．２５の長さのものを使用すればよく、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１の出射端面に焦点を結ばせるためにはＰ＝０．５の長さのものを使用すればよい。換言すれば、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１をファイバコリメート４〜７のレンズとして機能させるには、０．２５≦Ｐ＜０．５の間の長さのものを使用すればよいことが分かる。

ここで、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１の焦点距離は、屈折率分布、すなわち比屈折率（コアの中心軸上の屈折率とコアの外表面の屈折率との比）に依存するものであり、比屈折率が大きいほど小さくなり、開口数ＮＡが大きくなって焦点でのスポット径をより小さく絞ることができる。そのため、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１をコア径の小さいシングルモードファイバ４２，５２，６２，７２に接続する場合には、それらのファイバ４１，５１，６１，７１，４２，５２，６２，７２での挿入損出を小さくするためにも、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１としては、コアの比屈折率が大きなものを使用するのが好ましい。

また、対向するファイバコリメート４，５（６，７）間の距離Ｌは、ファイバコリメート４〜７において使用されているレンズの焦点距離により制約を受けるが、焦点距離を小さくできれば、対向するグレーデッドインデックスファイバ４１，５１（６１，７１）の間の距離Ｌを小さく出来る。ここで、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１を、ピッチが０．２５〜０．５であるレンズとして機能させた場合、このグレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１はロッドレンズよりも相対的に焦点距離の小さなものとすることができる。そのため、ロッドレンズを使用せずに、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１をレンズとして使用した場合には、対向するファイバコリメート４，５（６，７）間の距離Ｌをより小さくすることが可能となる。また、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１は、目的する集光性を確保するために必要なレンズ長が、ロッドレンズよりも小さすることができる。とくに、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１として、コアの比屈折率の大きなものを使用した場合には、焦点距離およびレンズ長をより小さくすることが可能となる。そのため、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１をレンズとして機能させることで、ファイバコリメート４〜７の小型化、ひいては分波器１の小型化が達成可能となる。

次に、分波器１の作用について説明する。

図２および図５に示したように、ファイバコリメート４には、シングルモードファイバ４２を介して中心波長λ１，λ２，λ３を含む光が導入され、この光がコアレスファイバ４０の非接続端４０Ａから出射される。より具体的には、ファイバコリメート４においては、シングルモードファイバ４２から伝搬してきた伝搬光線は、グレーデッドインデックスファイバ４１によりコリメータ光に変換されてからコアレスファイバ４０に伝搬し、ファイバコリメート４の光軸の垂直方向（基板の幅方向Ｙ１，Ｙ２）に対し角度α傾斜したコアレスファイバ４の非接続端（傾斜面）４０から、非接続端（傾斜面）４０の法線方向に対して角度βの方向に出射される。

コアレスファイバ４から出射された光は、光学素子８４Ａ（ＡＲコート層）を出射角βで通過した後、ファイバコリメータ５の光学素子８４Ｂに入射角βで入射する。光学素子８４Ｂでは、中心波長λ１の光が透過し、中心波長λ２，λ３の光が反射角βで反射する。光学素子８４Ｂを透過した中心波長λ１の光は、ファイバコリメート５の内部に導入され、コアレスファイバ５０を透過してからグレーデッドインデックスファイバ５１において集光された後にシングルモードファイバ５２から出力される。

その一方、光学素子８４Ｂにおいて反射した中心波長λ２，λ３の光は、ファイバコリメータ６の光学素子８４Ｃに入射角（α＋β＋γ）で入射する。光学素子８４Ｃでは、中心波長λ２の光が透過し、中心波長λ３の光が反射角（α＋β＋γ）で反射する。光学素子８４Ｃを透過した中心波長λ２の光は、ファイバコリメート６の内部に導入され、コアレスファイバ６０を透過してからグレーデッドインデックスファイバ６１において集光された後にシングルモードファイバ６２から出力される。

これに対して、光学素子８４Ｃにおいて反射した中心波長λ３の光は、ファイバコリメータ７の光学素子８４Ｄに入射角（α＋β＋２γ＋ω）で入射する。光学素子８４Ｄでは、中心波長λ３の光が透過し、ファイバコリメート７の内部に導入される。ファイバコリメート７では、中心波長λ３の光は、コアレスファイバ７０を透過してからグレーデッドインデックスファイバ７１において集光された後にシングルモードファイバ７２から出力される。

このように、分波器１は、ファイバコリメート４に導入される中心波長λ１，λ２，λ３を含んだ光が、それぞれの中心波長λ１，λ２，λ３ごとに分波され、対応するファイバコリメート５，６，７において集光されてから出力される。

次に本発明の多芯光モジュールの製作方法を説明する。

先ず、ファイバコリメータ４，５の端面角度αを、２°以上、好ましくは２°から５°の範囲に設定する。次いで、ファイバコリメータ６，７の端面角度γ、ωを設定する一方で、オフセット量Ｄ１，Ｄ２がフェルールの外径ｄよりも大きくなるように、オフセット量（ファイバコリメートコリメータ間隔Ｄ１，Ｄ２）、およびフェルールの外径ｄを設定し、さらに、オフセット量ｄ１，ｄ２を設定する。

そして、コアレスファイバ４０，５０，６０，７０、グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１およびシングルモードファイバ４２，５２，６２，７２を融着などの手段により一連に接続し、ファイバコリメート４〜７を作成し、これをフェルール８０〜８３に挿通する。次いで、各ファイバコリメート４〜７の端面を先に決定した角度に加工する。次に、端面角度α，ωのファイバコリメータ４，７に対して、非接続端４０，７０に誘電体多層膜としてＡＲコート層（光学素子８４Ａ，８４Ｄ）を形成する。一方、端面角度β，γのファイバコリメータ５，６に対して、非接続端５０，６０に誘電体多層膜としてフィルタ膜（光学素子８４Ｂ，８４Ｃ）を蒸着する。

このとき、ファイバコリメート４〜７は、単体としてハンドリング容易な構成となっているばかりか、フェルール８０〜８３に挿通されているために、よりハンドリングの容易なものとされている。そのため、ファイバコリメート４〜７の端面の加工や誘電体多層膜（光学素子８４Ａ〜８４Ｄ）の形成は容易に行なうことができる。

その一方で、オフセット量Ｄ１，Ｄ２，ｄ１，ｄ２が先に決定した値となるように、母材に対して第１ないし第４の溝２１〜２４を形成すると同時に、凹部２０Ａを形成することによって基板２を作成する。基板２における溝２１〜２４の形成は、をダイシングマシンなどの公知の手段を用いて、極めて容易かつ精度良く行なうことができる。

そして、基板２の第１〜第４の溝２１〜２４に対して、目的とする姿勢および位置で対応するファイバコリメート４〜７を実装固定する。このとき、ファイバコリメート４とファイバコリメート６の非接続端４０，６０の位置を基板２の幅方向Ｙ１，Ｙ２に揃えるとともに、ファイバコリメート５とファイバコリメート７との非接続端５０，７０の位置を基板２の幅方向Ｙ１，Ｙ２に揃える。その一方で、ファイバコリメート４，７の非接続端４０，７０中心に対するファイバコリメート５，６の非接続端５０，６０の中心の位置を、基板２の長手方向Ｘ１，Ｘ２の距離がＬとなるように位置合わせする。このとき、各ファイバコリメータ４〜７に光を通し、出力をモニターしながら各ファイバコリメート４〜７の位置合わせをするのが確実である。最後に、ファイバコリメート４〜７を覆うように基板２に対してカバー３を固定し、先に説明した分波器１が作成される。

このように、基板２の溝２１〜２４に対するファイバコリメート４〜７の固定は、ファイバコリメート４〜７がハンドリング容易なものとされていることから、極めて簡易な作業として行なうことができる。そして、基板２には溝２１〜２４が精度良く形成されていることから、基板２に対する各ファイバコリメート４〜７の位置関係を、容易かつ精度良く規定することが可能となり、分波器１を製造するに当たって、複雑かつ煩雑な光軸の調整は必要とはされない。

本発明の分波器１では、ファイバコリメート４〜７を基板２に固定するものであるため、従来において小型化を阻害する要因であった六角プリズムを省略することができる。さらに、六角プリズムを省略することにより、互いに対向位置にあるファイバコリメート４，５（６，７）間の距離Ｌを、六角プリズムに制約を受けることなく近づけることができる。

本発明ではさらに、複数のファイバコリメート４〜７を、基板に形成された複数の溝２１〜２４のうちの対応する溝２１〜２４に固定することとしている。この構成を採用する場合、固定すべきファイバコリメートの数に比して、基板に形成する溝の数を多く設定しても何ら問題は生じない。換言すれば、基板に形成された複数の溝のうち、全部の溝にファイバコリメートを固定してもよいし、一部の溝にファイバコリメートを固定してもよい。たとえば、図８に示したように、基板２の第１から第３の溝２１〜２３を利用して、３つのファイバコリメート４〜６を固定してもよいし、図示していないが、その他のレイアウトで３つのファイバコリメートを基板に固定してもよいし、２つのファイバコリメートを基板に固定してもよい。すなわち、基板に４つの溝を形成した場合には、２つの溝を利用するパターン（１×１）、３つの溝を利用するパターン（２×１）、４つの溝（全部）を利用するパターン（２×２）の３つのパターンを選択できる。したがって、本発明では、１種類の基板によって、複数種類の多芯光モジュールを製造することが可能となり、作業性および製造コスト的に有利なものとなる。

本発明の上述した実施の形態には限定されず種々に変更可能である。たとえばファイバコリメート４〜７の非接続端４０Ａ〜７０Ａに設ける光学素子は、目的に応じて、選択すればよく、たとえば偏光膜、アイソレータ、あるいはファラデー回転子であってよい。

［実施例］

本実施例では、先に説明した２×２の多芯光モジュール（分波器）を試作し、評価を行った。

グレーデッドインデックスファイバ４〜７として、外径１２５μｍ、コア径１０５μｍ比屈折率Δ＝０．００２７のものを用いた。各グレーデッドインデックスファイバ４１，５１，６１，７１は、シングルモードファイバ４２，５２，６２，７２と融着接続した後に焦点距離が７００μｍとなるように切断した上で、外径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４６のコアレスファイバ２と融着接続した。次いで、コアレスファイバ長０．２ｍｍの所で切断したファイバを４本用意し、それぞれのファイバを、ジルコニアセラミックからなる外径ｄ＝２８０μｍ、長さ７ｍｍのフェルール４内に装着した上で接着固定した。

用意した４本のファイバのうち、２本については端面傾斜角α＝５°に、１本については端面傾斜角γ＝２４．７°に、残りの１本については端面傾斜角ω＝４２．５°に端面を加工した。さらに、ファイバコリメータ４，７の傾斜端面に波長１２９０〜１５８０ｎｍ帯のＡＲコート層を誘電体多層膜を蒸着により形成し、ファイバコリメータ５の傾斜端面には波長１３３０ｎｍ以下の光を透過する一方で１４７０ｎｍ以上の光を反射するフィルタ膜を蒸着により形成し、ファイバコリメータ６の傾斜端面には波長１５１０ｎｍ以下の光を透過する一方で１５３０ｎｍ以上の光を反射するフィルタ膜を蒸着により形成した。

次に、長さ１８ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのジルコニア製セラミック基板を準備、角度４５°、深さ２００μｍのＶ字状の溝２１〜２４を、間隔Ｄ１＝３１０μｍ、Ｄ２＝２４８８μｍ ｄ１＝４８μｍ ｄ２＝２６２μｍになるよう形成した。ここで事前にＤ１，Ｄ２＞ｄの関係にあることを確認した。

そして、基板２の溝２１に対してファイバコリメータ４を設置し、さらに間隔Ｌ＝１２００μｍとなるように溝２２にファイバコリメータ５を設置し熱硬化型接着剤にて固定した。その際、波長１３１０ｎｍ、出力１ｍＷの光をファイバコリメータ４に入射させつつ、ファイバコリメータ５で出力をモニターしながら位置調整を行った。ここで、位置調整は、間隔Ｌとコリメータ５を光軸周りに回転させることで行なった。同様に、ファイバコリメート６，７を順次、対応する溝２３，２４に固定した。なお、ファイバコリメータ６の調整は、ファイバコリメータ６に１４９０ｎｍの光を入射、コリメータ７の調整は、コリメータ７に１５５０ｎｍの光を入射させることにより行った。

以上のようにして実装固定したコリメータアセンブリを、長さ２２ｍｍ、幅４．５ｍｍ、高さ３ｍｍの金属製ケース内に実装固定し、ファイバコリメータ４に中心波長１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ、１５３０ｎｍを入射伝搬させることにより、ファイバコリメータ５より１３１０ｎｍ光を分波器出力、ファイバコリメータ６より１４９０ｎｍ光を分波器出力、ファイバコリメータ７より１５５０ｎｍ光を出力する分波器１を得た。

分波器１は、ファイバコリメータ４に中心波長１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ、１５３０ｎｍを入射伝搬させて評価した。その結果、中心波長が１３１０ｎｍ光のファイバコリメータ４→５への挿入損失は０．３ｄＢ、中心波長１４９０ｎｍ光のファイバコリメータ５→６への挿入損失は０．５ｄＢ、中心波長１５５０ｎｍ光のファイバコリメータ６→７への挿入損失は０．７ｄＢ、偏光依存性は０．３ｄＢ以内、反射減衰量−５５ｄＢ以下であった。

一方、比較として、従来と同等な光分岐・結合器を試作して評価したが、そのサイズは長さ５０ｍｍ、幅及び高さ５ｍｍ程度あり、挿入損失１ｄＢ程度、反射減衰量が４５ｄＢ程度であった。すなわち、本発明の多芯光モジュール（分波器）は、長さで１／２以下、体積で１／４以下となり、従来に比較して小型・集積化が図られ、光学特性も優れていることが示された。

（ａ）は本発明に係る多芯モジュールの一例に相当する分波器の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は（ａ）のＩａ−Ｉａ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１に示した分波器からカバーと取り除いた状態の平面図、（ｂ）はその側面図である。 図１に示した分波器における基板の平面図である。 図１に示した分波器におけるファイバコリメートの断面図である。 ファイバコリメートにおける傾斜角度を導出するために参考とした模式図である。 （ａ）コリメータ４，５の端面角度αに対するコリメータ６の端面角度γ、コリメータ７の端面角度ωの値を示すグラフであり、（ｂ）はコリメータ４，５の端面角度αに対するコリメータ間隔Ｄ１，Ｄ２の値を示すグラフである。 グレーデッドインデックスファイバ内における光線追跡例を示す模式図である。 本発明に係る分波器の他の例を示す図２（ａ）に相当する平面図である。 従来の多芯光モジュールの一例である光分岐・結合器を示す正面図である。

符号の説明

１ 分波器
２ 基板
２０Ｂ （基板の）第１領域
２０Ｃ （基板の）第２領域
２１，２２，２３，２４ （基板の）溝
４，５，６，７ ファイバコリメート
４０，５０，６０，７０ コアレスファイバコリメート
４０Ａ，５０Ａ，６０Ａ，７０Ａ （コアレスファイバコリメートの）非接続端
４１，５１，６１，７１ グレーデッドインデックスファイバ
４２，５２，６２，７２ シングルモードファイバ
８０，８１，８２，８３ フェルール
Ｘ１，Ｘ２ （基板の）長手方向（特定方向）
Ｙ１，Ｙ２ （基板の）幅方向（特定方向に直交する方向）

Claims (11)

1. コアレスファイバ、グレーデッドインデックスファイバおよびシングルモードファイバを一連に接続した複数のファイバコリメートと、前記複数のファイバコリメートを位置固定するためのものであり、かつ特定方向に延びる複数の溝を有する基板と、を備えた多芯光モジュールであって、
   前記複数のファイバコリメートは、前記特定方向に間隔を隔てて配置され、かつ前記コアレスファイバの非接続端面が傾斜面とされた一対のファイバコリメートを含んでおり、
   前記複数の溝は、前記特定方向に直交する方向に互いにオフセットしていることを特徴とする、多芯光モジュール。
2. 前記複数のファイバコリメートのうちの少なくとも１つの端面には、光学素子が接合されている、請求項１に記載の多芯光モジュール。
3. 前記ファイバコリメートは、少なくとも前記コアレスファイバ、前記グレーデッドインデックスファイバ、および前記シングルモードファイバにおけるコアレスファイバ側の端部が、フェルール内に挿通されている、請求項１または２に記載の多芯光モジュール。
4. 前記複数の溝は、前記基板の第１領域に設けられた第１の溝と、前記基板における前記第１領域に対して前記特定方向に隣接する第２領域において、前記第１の溝に対してオフセットして設けられた第２の溝と、前記第１領域において、前記第１および第２の溝に対してオフセットして設けられた第３の溝と、を含んでいる、請求項１ないし３のいずれかに記載の多芯光モジュール。
5. 前記第１および第２の溝に固定するファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度を同一角度であるαとしたとき、
   前記第３の溝に固定するファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度γは、下記数式１の条件を満たしている、請求項４に記載の多芯光モジュール。
   

   
6. 前記第１の溝に対する前記第２の溝のオフセット量ｄ１は、下記数式２を満たしている、請求項５に記載の多芯光モジュール。
   

   
7. 前記第１の溝に対する前記第３の溝のオフセット量Ｄ１は、下記数式３を満たしている、請求項５または６に記載の多芯光モジュール。
   

   
8. 前記複数の溝は、前記第２領域において、前記第１ないし第３の溝に対してオフセットして設けられた第４の溝をさらに含んでいる、請求項５ないし７のいずれかに記載の多芯光モジュール。
9. 前記第４の溝に固定するファイバコリメートにおける非接続端の傾斜角度ωは、下記数式４の条件を満たしている、請求項８に記載の多芯光モジュール。
   

   
10. 前記第２の溝に対する前記第４の溝のオフセット量Ｄ２は、下記数式５を満たしている、請求項９に記載の多芯光モジュール。
    

    
11. 前記第１および第２の溝に固定されるファイバコリメートの非接続端の傾斜角度αは、２〜５°である、請求項５ないし１０のいずれかに記載の多芯光モジュール。
    

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