JP2007121787A - 光波長フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、作製が容易であるとともに大型化することなく反射膜間距離を制御でき、従来のエタロン素子を用いた場合と同等の性能を有する光波長フィルタ装置を提供することである。
【解決手段】本発明の光波長フィルタ装置は、フェルールに光ファイバが挿通された一対の光ファイバプラグと、柱状の光導波路部材と、位置決め部材とを備えてなる光波長フィルタ装置であって、前記位置決め部材によって前記一対の光ファイバプラグが対向して前記光導波路部材に当接するように配設されてなり、前記一対の光ファイバプラグの先端部にそれぞれ反射膜が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定の波長を有する光のみを透過する光波長フィルタ装置に関するものである。

光干渉素子およびそれを用いた光波長フィルタは、波長多重光通信（ＷＤＭ）における合分波デバイスや各種の光学測定機に広く使用されている。これらの素子またはフィルタとしては、一般に、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）素子（例えば、特許文献１参照。）や誘電体多層膜フィルタ（例えば、特許文献２参照。）等の他、ファブリ・ペロ・エタロン素子（例えば、特許文献３参照。）が周知である。

ファブリ・ペロ・エタロン素子（以下、エタロン素子と称す）は、反射膜を有する二つの平行平面間の光多重反射を利用したものであり、前記のＦＢＧ素子や誘電体多層膜フィルタに比べて、透過する光の波長帯域を非常に狭くできるという特徴がある。

エタロン素子の透過する光の波長λは下記（１）式で表される。

λ＝２ｄｎ／ｍ ・・・（１）
ここで、ｄはエタロン素子を構成する反射膜の間隔、ｎは屈折率、ｍは任意の自然数である。つまり、（１）式は、２ｄｎが波長λの整数倍となる光のみがエタロン素子を透過できることを示している。透過波長スペクトルのピークの鋭さは、反射膜の反射率に依存し、反射率が高いほどピークは鋭くなる。

エタロン素子では、入射光は平行光束である必要があり、そのためにはコリメータを介して入射させる必要がある。そのため光学系全体の小型化が困難であり、さらに、微妙な光学系の調整を要するという問題がある。これらの問題を解決するため、光ファイバを中心軸に含む柱状のエタロン素子を割りスリーブ内に挿入した構成の光波長フィルタが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。この構成では、光ファイバによって導かれた光信号が、割りスリーブ内で光干渉素子と精密に対向させた光コネクタフェルールを介して直接光干渉素子に入射される。この場合、光の多重反射は光ファイバのコア部に限定されるため、コリメータを使用せずとも実質的に平行光束を入射した場合と等しい効果が得られ、エタロンに必要な光干渉条件が確保できる利点がある。さらに、通常の光コネクタに類似した構成により容易に光学的結合が実現されるため、微妙な光学系の調整を必要とせず、小型化に適しているという利点を兼ね備えている。

また、図５に示すような光波長フィルタ装置３０も提案されている（例えば、特許文献５、６参照。）。この光波長フィルタ装置３０は、光ファイバ３１と光ファイバ３１が挿通されるフェルール３２とからなる光ファイバプラグ３３と、スリーブ３４とを備え、一対の光ファイバプラグ３３の先端部には反射膜３５が形成され、スリーブ３４内で対向し、反射膜３５、３５の間は空洞となるように配設されている。
特開２００１−３０５３５６号公報 特開平１１−２１８６１７号公報 特開平３−４５９０４号公報 特許２６８５６２０号公報 特開平５−７２０３５号公報 特開２００５−５５４１５号公報

ところで、特許文献４に記載されているような光波長フィルタ装置の場合、エタロン素子は非常に小さな部品（具体的にはΦ１．２４９×長さ(１〜３ｍｍ程度)）であるため、反射膜を付与する端面を高精度に研磨する点やエタロン素子を作製するために平行平面の両面に反射膜を形成する際に、成膜用ホルダーにセットしたり裏面に成膜するために裏返したりする点において作業性が悪く、また裏返す際などに反射膜に傷がつきやすいという問題を有しており、容易に作製しにくい。

また、特許文献５、６に記載の光波長フィルタ装置は、反射膜３５、３５間が空洞であるため反射膜３５、３５間距離を精密に制御することは難しく、波長選択的に透過できる波長フィルタとして使用しにくいとともに、反射膜３５、３５間距離を固定するためにはいくつかの部品を用いて固定する機構が必要であるため、その部品によって小型化しにくいという問題を有していた。

本発明の目的は、作製が容易であるとともに大型化することなく反射膜間距離を制御でき、従来のエタロン素子を用いた場合と同等の性能を有する光波長フィルタ装置を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行なった結果、非常に小さな部品の両面に反射膜を形成したエタロン素子を作製するのではなく、光ファイバプラグの当接面（先端部）に反射膜を形成し、その光ファイバプラグの一対を対向させて適切な長さを有する光導波路部材と当接させることで、上記目的を達成できることを見いだし本発明として提案するものである。

すなわち、本発明の光波長フィルタ装置は、フェルールに光ファイバが挿通された一対の光ファイバプラグと、柱状の光導波路部材と、位置決め部材とを備えてなる光波長フィルタ装置であって、前記位置決め部材によって前記一対の光ファイバプラグが対向して前記光導波路部材に当接するように配設されてなり、前記一対の光ファイバプラグの先端部にそれぞれ反射膜が形成されていることを特徴とする。

本発明の光波長フィルタ装置は、作業する上で問題のない大きさの部品である光ファイバプラグの先端部にのみ反射膜を形成することから反射膜の膜付けが容易となるとともに従来のように片面に反射膜を形成した後、それを裏返してもう一方の面に反射膜を形成する必要もないため、反射膜に傷がついたりしにくく容易に作製できる。

また、光導波路部材に反射膜が成膜された従来のエタロン素子を用いた場合と同じ順番（光ファイバ、反射膜、光導波路部材、反射膜、光ファイバ）で配置されているため、同等の性能を得ることができる。

また、光導波路部材の長さによって反射膜の間隔を制御でき、透過する光の波長を変更したい場合、成膜されていない光導波路部材を、所定の長さのものに交換するだけで行なうことができる。このため、反射膜の間隔を精度よく制御でき、装置が大型化しない。

また、光波長フィルタ装置の特性は、基本的に反射膜の反射率と反射膜の間隔によって決定されるが、これらを変更するためには、従来、小さな部品であるエタロン素子を多品種用意する必要があったが、本発明では、異なる反射膜が形成された光ファイバプラグと、長さの異なる光導波路部材を組み合わせることで対応できるため、部品の種類を少なくすることができる。

本発明の光波長フィルタ装置は、光ファイバとフェルールとからなる一対の光ファイバプラグと、光導波路部材と、位置決め部材とを備え、光ファイバプラグの先端部が導波路部材に当接し、位置決め部材によって固定された構造を有している。フェルールの内孔には光ファイバが挿通されて光ファイバプラグが形成されており、光ファイバプラグの先端部には反射膜が形成されている。

光ファイバプラグと光導波路部材との当接面は、通常、ＰＣ研磨（フィジカルコンタクト研磨）されている。しかし、光ファイバプラグと光導波路部材との隙間にシリコーンオイル、エポキシ樹脂、アクリルート樹脂等の屈折率整合剤が充填されていると、特に光導波路部材の端面を高精度に研磨しなくても、高精度に研磨した場合と同程度の接続損失とすることができる。

フェルールとしては、結晶化ガラス、ガラスまたはセラミックスからなるフェルールなどが使用可能である。

結晶化ガラスとしては、β−ユークリプタイト固溶体やβ−スポジュメン固溶体を主結晶とするものが使用可能であるが、特に、β−スポジュメン固溶体が主結晶として析出した結晶化ガラスは、熱膨張係数が４０×１０^-7／℃よりも小さくなるため光ファイバとの熱膨張係数差が小さくなり、熱的な影響を受けにくいとともに、機械的強度の点においても優れるため好ましい。

ガラスとしては、ホウ珪酸ガラスやソーダライムガラスが使用可能である。

セラミックス製のフェルールとしては、強度や硬度の点で優れるジルコニアセラミックスが一般に使用される。

反射膜は、高屈折率膜と低屈折率膜のいずれかもしくはそれぞれを交互の誘電体多層膜、具体的には高屈折率膜として、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂等の膜と、低屈折率膜としてＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等の膜との交互の誘電体多層膜が使用可能である。誘電体多層膜は、高屈折率膜と低屈折率膜のいずれかもしくはそれぞれを交互に２〜３０層積層してなることが、反射率の確保と経済的な理由から好ましい。３０層より多いと反射率が有意に向上しにくく経済的に好ましくない。

上記した反射膜は、蒸着法、スパッタ法等の方法によって成膜されると、膜が剥離しにくく、成膜時に膜厚を制御しやすいため好ましい。

本発明の光波長フィルタ装置は、光導波路部材が保持部材と、その内孔に挿通された光導波路材料からなり、光導波路材料が光ファイバやホーリーファイバであると、接続損失が小さくなるとともに光導波路部材を作製しやすいため好ましい。保持部材はガラス、結晶化ガラス、セラミックス、プラスティックスなどからなり、光導波路材料を固定でき、所定の形状に加工できるものであれば問題なく使用できる。

光導波路材料は、保持部材が光導波路材料に融着固定されていると、光ファイバに均一な応力が付与されるため、接着剤で固定した場合に比べて、接着剤の劣化や接着剤の硬化収縮時に光ファイバに不均一に応力が加わることによって接続損失の増大やピークの分裂による半値幅のバラツキが生じるという問題が発生するおそれがなく好ましい。具体的には円筒状に成形したガラスまたは結晶化ガラス製の予備成形体の内孔に光ファイバを挿通し、円筒状の予備成形体を加熱延伸しながら光導波路材料の表面にガラスまたは結晶化ガラスが融着した光導波路部材が作製できる。また、収縮の大きな材料を保持部材に用いて、保持部材の内孔に挿通された光導波路材料を熱収縮によって圧着固定して、光導波路部材を作製してもよい。

位置決め部材は、対向する一対の光ファイバプラグが光導波路部材を介して必要な光信号を透過できるように、光ファイバプラグおよび光導波路部材を適切な位置に配設するために用いられる。

位置決め部材としては、円筒スリーブ、割りスリーブ、Ｖ溝基板などが使用可能であり、ガラス、結晶化ガラス、セラミックスまたはプラスティックスで作製される。特に円筒スリーブは、スリットが入っておらず、円筒スリーブに対し、横荷重が加わっても、円筒スリーブが変形しにくいため、光ファイバプラグ間での光軸ずれが発生しにくく、接続損失が大きくなりにくいため好ましい。

フェルールと位置決め部材は同一の材料からなるまたは熱膨張係数の差がほとんどない材料からなると、温度が変化した際に損失変動が小さく好ましい。

上記構成において、位置決め部材にエタロンを挿入した光波長フィルタ装置は、ＬＣ、ＭＵ等のアダプタに組み込まれ、フェルールは、ＬＣ、ＭＵ等のプラグに組み込まれ、適度な押圧によるＰＣ接続することで光接続ができ、接続損失を小さくできる。

なお、光波長フィルタ装置を透過した透過スペクトル波長は、アダプタに内蔵されたバネによる押圧の大きさや温度により変動するが、温度を一定に保持できる構造にすることで透過スペクトル波長の温度依存性を解消可能となる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は実施例１の光波長フィルタ装置の断面図を示し、図２は光透過スペクトルの測定方法の説明図を示す。また、図３、４は実施例１、２の光波長フィルタ装置の透過スペクトルをそれぞれ示す。

［実施例１］
図１に示すように、本発明の光波長フィルタ装置１０は第一の光ファイバ１１とフェルール１２とからなる一対の光ファイバプラグ１３、１３と、光導波路部材１４と、円筒スリーブ１５とを備え、光ファイバプラグ１３の先端部１３ａが光導波路部材１４に当接し、円筒スリーブ１５によって一対の光ファイバプラグ１３、１３と光導波路部材１４が固定された構造を有している。

また、光導波路部材１４は第２の光ファイバ１４ａがβ−スポジュメン固溶体を主結晶とする結晶化ガラス製の保持部材１４ｂに挿通された構造を有している。

光ファイバプラグ１３の先端部１３ａはＰＣ研磨されていて、誘電体多層膜からなる反射膜１６がスパッタ法によって形成され、誘電体多層膜は、高屈折率層のＮｂ₂Ｏ₅と低屈折率層のＳｉＯ₂が交互に８層積層されたものである。

なお、光導波路部材１４は外部部材となる円筒状予備成形体（結晶化ガラス製）の内孔に外径が１２５μｍのシリカガラス製光ファイバを挿入し、予備成形体を加熱延伸しながら光ファイバをその内孔に融着固定してから切断し、端面をＰＣ研磨して外径が１．２４９ｍｍの長さが２．５ｍｍの円柱状に形成されている。

フェルール１２は、βースポジュメン固溶体を主結晶とする結晶化ガラス（日本電気硝子製）からなり、それぞれの内孔１２ａに光ファイバ１１が、接着剤（エポテック３５３ＮＤ）を用いて固定されている。

円筒スリーブ１５は、フェルール１２と同一の結晶化ガラスからなり内孔は直径１．２５ｍｍに形成されている。

［実施例２］
実施例２の光波長フィルタ装置は、実施例１の光導波路部材１４の替わりに、円筒形のガラス管の内孔に光ファイバが接着剤（エポテック３５３ＮＤ）で固定された光導波路部材を用いた以外は実施例１と同様に構成されている。

［実施例３］
実施例３の光波長フィルタ装置は、光導波路部材１４の両端をＰＣ研磨せず、光ファイバプラグと光導波路部材の間に屈折率整合剤としてシリコーンオイルを充填した以外は実施例１と同様に構成されている。

［比較例］
比較例の光波長フィルタ装置は、実施例１で用いた光導波路部材１４の両端面に反射膜１６を形成し、光ファイバプラグ１３に反射膜１６を形成しなかった以外は実施例１と同様に構成されている。

光透過スペクトルは、図２に示すように、光波長フィルタ装置２０をそれぞれ一方の光ファイバ２０ａの端部を波長１５５０ｎｍ帯の赤外光を発する光源２１に、もう一方の光ファイバ２０ｂの端部を光スペクトラムアナライザ２２に接続することによって測定した。

実施例１（図３）と比較例（図示せず）の光透過スペクトルは、ほぼ同じプロファイルを有するスペクトルであったため、実施例１は、従来の光波長フィルタ装置と同等の性能を有している。

実施例１（図３）と実施例２（図４）から分かるように、光導波路部材１４において光ファイバ１４ａを接着剤で固定するよりも融着固定した実施例１の方が透過スペクトルはシャープであり、実施例２はピークの分裂が現れ、実施例１よりも半値幅が大きかった。

また、実施例１（図３）と実施例３（図示せず）の光透過スペクトルは、ほぼ同じプロファイルを有するスペクトルであるため光導波路部材の両端をＰＣ研磨しなくても、屈折率整合剤を充填することで同等の性能を得ることができる。

実施例１の光波長フィルタ装置の断面図である。 光透過スペクトルおよび接続損失の測定方法の説明図である。 実施例１の光波長フィルタ装置の透過スペクトルである。 実施例２の光波長フィルタ装置の透過スペクトルである。 従来の光波長フィルタ装置の断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０ 光波長フィルタ装置
１１ 第１の光ファイバ
１２、３２ フェルール
１２ａ 内孔
１３、３３ 光ファイバプラグ
１３ａ 先端部
１４ 光導波路部材
１４ａ 第２の光ファイバ
１４ｂ 保持部材
１５ 円筒スリーブ
１６、３５ 反射膜
２０ａ、２０ｂ、３１ 光ファイバ
２１ 光源
２２ 光スペクロラムアナライザ
３４ スリーブ

Claims (4)

1. フェルールに光ファイバが挿通された一対の光ファイバプラグと、柱状の光導波路部材と、位置決め部材とを備えてなる光波長フィルタ装置であって、前記位置決め部材によって前記一対の光ファイバプラグが対向して前記光導波路部材に当接するように配設されてなり、前記一対の光ファイバプラグの先端部にそれぞれ反射膜が形成されていることを特徴とする光波長フィルタ装置。
2. 前記光導波路部材が保持部材と前記保持部材の内孔に挿通された光導波路材料とからなり、前記光導波路材料が光ファイバまたはホーリーファイバからなることを特徴とする請求項１に記載の光波長フィルタ装置。
3. 前記保持部材がガラスまたは結晶化ガラスからなり、前記光導波路材料に融着固定してなることを特徴とする請求項２に記載の光波長フィルタ装置。
4. 前記位置決め部材が円筒スリーブ、割りスリーブまたはＶ溝基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光波長フィルタ装置。