JP2007163631A - 光合分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタブロックを通過する際に光が減衰しないようにする。
【解決手段】フィルタブロック１３に角孔（通過孔）１５−０〜１５−４を設ける。角孔１５−１〜１５−４に面してフィルタチップ１２−１〜１２−４を接着固定する。これにより、フィルタチップ１２−１〜１２−４を透過する光が、角孔１５−１〜１５−４を通して、一方の自由空間１０側から他方の自由空間１１側へと抜け、他方の自由空間側１１から一方の自由空間側１０へと抜ける。角孔１５−０〜１５−４は自由空間であるので、フィルタブロック１３を通過する際に光が減衰することはない。また、角孔１５−０〜１５−４を通して光が出入りするので、フィルタブロック１３に透過光性が要求されなくなり、その材質に制約が発生しないものとなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光信号を合分配する光合分配器に関し、複数の波長の光信号を１本の光伝送路から抽出したり、複数の波長の光信号を１本の光伝送路に挿入し多重化する光合分波器として用いて好適な光合分配器に関するものである。

近年の波長多重伝送技術の発展に伴い、複数のポートを持つ機能デバイスに注目が集まっている。特に、１つの共通ポート（コモンポート）と複数の入出力ポート（チャネルポート）を有し、それぞれのチャネルポートから、特定の波長の光信号を抽出または挿入することができる光合分波器は、小型低コスト化、低損失化などの特性を実現するために、多様な方式および構造のものが提案されている。

図１６に従来の光合分波器の一例の要部を示す（例えば、非特許文献１参照）。同図において、１はコモンポート、２−１〜２−４はチャネルポート、３−０〜３−４は凸レンズ（光結合素子）、４−１〜４−４は波長選択素子、５−１〜５−４は導波素子である。

この例において、コモンポート１およびチャネルポート２（２−１〜２−４）は光ファイバ（発受光素子）とされ、そのファイバの端面を発受光点としている。導波素子５（５−１〜５−４）は、全反射ミラーとされ、ブロック６にアレイ状に設けられている。この例では、ブロック６を平板状の樹脂ブロックとし、このブロック６上に４つの導波素子５を一列に等間隔で並べ、導波素子アレイブロック７としている。以下、ブロック６を導波素子ブロックと呼ぶ。

波長選択素子４（４−１〜４−４）は、特定の波長域の光線を透過させそれ以外の波長域の光線を反射させる膜面（誘電体多層膜）４ａを石英製の透明な基板４ｂ上に備えたチップとされ、透過光性を有する平板状のブロック８にアレイ状に設けられている。この例では、ブロック８上に４つの波長選択素子４を一列に等間隔で並べ、膜面４ａが形成された面とは反対側の面を底面としてブロック８に接着固定し、波長選択素子アレイブロック９としている（図１７（ａ），（ｂ）参照）。以下、波長選択素子４をフィルタチップと呼び、ブロック８をフィルタブロックと呼び、波長選択素子アレイブロック９をフィルタアレイブロックと呼ぶ。

なお、この例において、フィルタチップ４はその立体形状が円柱とされており、基板４ｂの厚みｔは０．１ｍｍ以下（基板４ｂがない場合もある）とされている。また、フィルタチップ４−１は特定の波長域λ１の光線を透過させ、フィルタチップ４−２は特定の波長域λ２の光線を透過させ、フィルタチップ４−３は特定の波長域λ３の光線を透過させ、フィルタチップ４−４は特定の波長域λ４の光線を透過させる。

また、この例では、導波素子ブロック６上に４つの導波素子５−１〜５−４を設けて導波素子アレイブロック７としたが、導波素子５−１〜５−４の全体を１枚の平面ミラーとし、この１枚の平面ミラーをブロック６に形成したものとしてもよい。また、光結合素子として凸レンズ３−０〜３−４を用いた構成としたが、３次元的に凹面ミラーを配置して光を集光する構成を採用してもよい。

〔光分波器として利用する場合の動作原理〕
この光合分波器１００において、コモンポート１からの波長多重光は、凸レンズ３−０によって平行光とされ、フィルタブロック８を透過し、導波素子５−１にて全反射して、フィルタチップ４−１に入射される。フィルタチップ４−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１の光線がフィルタチップ４−１を透過し、フィルタブロック８を抜けて、チャネルポート２−１で受光される。

フィルタチップ４−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１を含まない残りの光線は反射され、導波素子５−２にて全反射して、フィルタチップ４−２に入射される。フィルタチップ４−２に入射された光のうち、特定の波長域λ２の光線がフィルタチップ４−２を透過し、フィルタブロック８を抜けて、チャネルポート２−２で受光される。

以下同様にして、フィルタチップ４−３に入射された光のうち特定の波長域λ３の光線がチャネルポート２−３で受光され、フィルタチップ４−４に入射された光のうち特定の波長域λ４の光線がチャネルポート２−４で受光される。このようにして、１本の光伝送路から、特定の波長域の光線が抽出（分波）される。

〔光合波器として利用する場合の動作原理〕
この光合分波器１００において、チャネルポート２−１からの光は、凸レンズ３−１によって平行光とされ、フィルタブロック８を透過し、フィルタチップ４−１に入射される。フィルタチップ４−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１の光線がフィルタチップ４−１を透過し、導波素子５−１にて全反射し、フィルタブロック８を透過して、コモンポート１へ送られる。

チャネルポート２−２からの光は、凸レンズ３−２によって平行光とされ、フィルタブロック８を透過し、フィルタチップ４−２に入射される。フィルタチップ４−２に入射された光のうち、特定の波長域λ２の光線がフィルタチップ４−２を透過し、導波素子５−２にて全反射して、フィルタチップ４−１に入射される。フィルタチップ４−１に入射された特定の波長域λ２の光線は全反射して、導波素子５−１へと送られ、コモンポート１への光線に加えられる。

以下同様にして、チャネルポート２−３からの光のうち特定の波長域λ３の光線がフィルタチップ４−３を透過し、チャネルポート２−４からの光のうち特定の波長域λ４の光線がフィルタチップ４−４を透過し、コモンポート１への光線に加えられる。このようにして、１本の光伝送路へ、特定の波長域の光線が挿入（合波）される。

なお、図１６には従来の光合分配器の一例として光合分波器を示したが、フィルタチップ４−１〜４−４の膜面４ａをハーフミラーなどとすれば、特定の波長域の光線を合分波する光合分波器としてではなく、光のパワーを合分配する光合分配器として用いることも可能である。

K.Hadama et.al.,"A MUX/DEMUX Module for CWDM with Concave Micromirrors,"MOC`03,H32,Tokyo,Japan,Oct.2003.（MOC`03 Technical Digest,pp.248-251）

しかしながら、図１６に代表されるような従来の光合分配器によると、フィルタブロック８によって隔てられた一方の自由空間１０側から他方の自由空間１１側へ、また他方の自由空間１１側から一方の自由空間１０側へ、フィルタチップ４を透過して光が抜けるようにするめに、透過光性を有するフィルタブロック８を用いており、このフィルタブロック８を通過する際に光が減衰するという問題があった。また、フィルタブロック８に透過光性が要求され、その材質に制約が発生していた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フィルタブロックを通過する際に光が減衰することがない、またフィルタブロックの材質に制約が発生しない光合分配器を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、入射光線の一部を透過させ残りを反射させる光線分岐素子（フィルタチップ）が設けられたブロック（フィルタブロック）に、フィルタチップを透過する光の一方の自由空間側から他方の自由空間側および他方の自由空間側から一方の自由空間側への通過孔を設けたものである。

本発明では、例えば、フィルタブロックに通過孔として角孔を設け、この角孔に面してフィルタチップを接着固定する。これにより、フィルタチップを透過する光が、フィルタブロックに設けられた角孔を通して、一方の自由空間側から他方の自由空間側へと抜け、他方の自由空間側から一方の自由空間側へと抜ける。この場合、フィルタブロックに設けられた通過孔は自由空間であるので、フィルタブロックを通過する際に光が減衰することはない。また、フィルタブロックに設けられた通過孔を通して光が出入りするので、フィルタブロックに透過光性が要求されなくなり、その材質に制約が発生しないものとなる。

なお、フィルタチップは、入射光線の一部を透過させ残りを反射させる素子であればよく、特定の波長域の光線を透過させる波長選択素子に限られるものではない。本発明では、特定の波長域の光線を透過させる波長選択素子を含む素子の上位概念として、光線分岐素子という用語を使用している。

また、本発明において、フィルタチップは、フィルタブロックの一方の自由空間側の面に設けてもよく、他方の自由空間側の面に設けてもよい。また、フィルタブロックの通過孔内に設けてもよい。また、フィルタチップの膜面を通過孔に面してフィルタブロックに接着固定してもよく、フィルタチップの膜面とは反対側の面を通過孔に面してフィルタブロックに接着固定してもよい。

また、本発明において、フィルタブロックに設ける通過孔は、角孔に限られるものではなく、丸孔であっても構わない。また、フィルタチップの立体形状は角柱としてもよく、フィルタチップの膜面が形成された面とは反対側の面に反射防止膜を形成するようにしてもよい。また、フィルタチップの基板の厚みは、０．４ミリ以上とするとよい。また、フィルタブロックに、一方の自由空間側から他方の自由空間側へ抜けようとする光を反射する反射面を設けるようにしてもよい。また、フィルタブロックは、その材質をガラスとしてもよい。

本発明によれば、フィルタチップを透過する光の一方の自由空間側から他方の自由空間側および他方の自由空間側から一方の自由空間側への通過孔をフィルタブロックに設けたので、フィルタブロックを通過する際に光が減衰することがなくなる。また、フィルタブロックに透過光性が要求されなくなり、その材質に制約が発生しないものとなる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る光合分配器の一実施の形態を示す光合分波器の要部の側断面図である。同図において、図１６と同一符号は図１６を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この光合分波器１０１の従来の光合分波器１００と異なる点はフィルタアレイブロックの構成にある。従来の光合分波器１００のフィルタアレイブロック９と区別するために、本実施の形態のフィルタアレイブロックを符号１４で示す。また、フィルタチップを符号１２（１２−１〜１２−４）で示し、フィルタブロックを符号１３で示す。

本実施の形態において、フィルタブロック１３は樹脂製とされており、透過光性は有していない。また、フィルタブロック１３には光の通過孔として角孔１５−０〜１５−４が一列に等間隔で形成されている。フィルタチップ１２−１〜１２−４は、特定の波長域の光線を透過させそれ以外の波長域の光線を反射させる膜面（誘電体多層膜）１２ａを石英製の透明な基板１２ｂ上に備えたチップとされ、角孔１５−１〜１５−４に面してフィルタブロック１３に固定されている。

この例では、フィルタブロック１３の一方の自由空間１０側に面する角孔１５−１〜１５−４の開口の全体を覆うようにフィルタチップ１２−１〜１２−４を一列に等間隔で並べ、膜面１２ａが形成された面とは反対側の面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定し、フィルタアレイブロック１４としている（図２（ａ），（ｂ）参照）。

なお、この例において、フィルタチップ１２はその立体形状が四角柱とされており、基板１２ｂの厚みｔは０．４ｍｍ以上とされている。また、フィルタチップ１２−１は特定の波長域λ１の光線を透過させ、フィルタチップ１２−２は特定の波長域λ２の光線を透過させ、フィルタチップ１２−３は特定の波長域λ３の光線を透過させ、フィルタチップ１２−４は特定の波長域λ４の光線を透過させる。

〔光分波器として利用する場合の動作原理〕
この光合分波器１０１において、コモンポート１からの波長多重光は、凸レンズ３−０によって平行光とされ、フィルタブロック１３の角孔１５−０を通過し、導波素子５−１にて全反射して、フィルタチップ１２−１に入射される。フィルタチップ１２−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１の光線がフィルタチップ１２−１を透過し、フィルタブロック１３の角孔１５−１を抜けて、チャネルポート２−１で受光される。

フィルタチップ１２−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１を含まない残りの光線は反射され、導波素子５−２にて全反射して、フィルタチップ１２−２に入射される。フィルタチップ１２−２に入射された光のうち、特定の波長域λ２の光線がフィルタチップ１２−２を透過し、フィルタブロック１３の角孔１５−２を抜けて、チャネルポート２−２で受光される。

以下同様にして、フィルタチップ１２−３に入射された光のうち特定の波長域λ３の光線がフィルタブロック１３の角孔１５−３を抜けてチャネルポート２−３で受光され、フィルタチップ１２−４に入射された光のうち特定の波長域λ４の光線がフィルタブロック１３の角孔１５−４を抜けてチャネルポート２−４で受光される。このようにして、１本の光伝送路から、特定の波長域の光線が抽出（分波）される。

〔光合波器として利用する場合の動作原理〕
この光合分波器１０１において、チャネルポート２−１からの光は、凸レンズ３−１によって平行光とされ、フィルタブロック１３の角孔１５−１を通過し、フィルタチップ１２−１に入射される。フィルタチップ１２−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１の光線がフィルタチップ１２−１を透過し、導波素子５−１にて全反射し、フィルタブロック１３の角孔１５−０を抜けて、コモンポート１へ送られる。

チャネルポート２−２からの光は、凸レンズ３−２によって平行光とされ、フィルタブロック１３の角孔１５−２を通過し、フィルタチップ１２−２に入射される。フィルタチップ１２−２に入射された光のうち、特定の波長域λ２の光線がフィルタチップ１２−２を透過し、導波素子５−２にて全反射して、フィルタチップ１２−１に入射される。フィルタチップ１２−１に入射された特定の波長域λ２の光線は全反射して、導波素子５−１へと送られ、コモンポート１への光線に加えられる。

以下同様にして、チャネルポート２−３からの光のうち特定の波長域λ３の光線がフィルタチップ１２−３を透過し、チャネルポート２−４からの光のうち特定の波長域λ４の光線がフィルタチップ１２−４を透過し、コモンポート１への光線に加えられる。このようにして、１本の光伝送路へ、特定の波長域の光線が挿入（合波）される。

この光合分波器１０１では、フィルタチップ１２−１〜１２−４を透過する光が、フィルタブロック１３に設けられた角孔１５−１〜１５−４を通して、一方の自由空間１０側から他方の自由空間１１側へと抜け、他方の自由空間１１側から一方の自由空間１０側へと抜ける。また、コモンポート１からの光およびコモンポート１への光が、フィルタブロック１３に設けられた角孔１５−０を通して、一方の自由空間１０側から他方の自由空間１１側へと抜け、他方の自由空間１１側から一方の自由空間１０側へと抜ける。この場合、フィルタブロック１３に設けられた角孔１５−０〜１５−４は自由空間であるので、フィルタブロック１３を通過する際に光が減衰することはない。また、フィルタブロック１３に設けられた角孔１５−０〜１５−４を通して光が出入りするので、フィルタブロック１３に透過光性が要求されなくなり、その材質に制約が発生しないものとなる。

〔フィルタチップの基板の厚みを０．４ｍｍ以上としたことによる効果〕
この光合分波器１０１では、フィルタチップ１２の基板１２ｂの厚みを０．４ｍｍ以上としている。すなわち、従来の光合分波器１００ではフィルタチップ４の基板４ｂの厚みが０．１ｍｍ以下あるいは基板４ｂがない場合もあったのに対し、基板の厚みを厚くし、０．４ｍｍ以上としている。これにより、従来の光合分波器１００と比較して、次のような効果を奏する。

従来の光合分波器１００では、誘電体多層膜の内部応力によりフィルタチップ４に反りが発生するが、反りを補正する基板４ｂがない、あるいは基板４ｂがあっても厚みが薄く強度が十分でないため、フィルタブロック８にフィルタチップ４を貼り付けたときに反りが残留しやすく、フィルタチップ４の膜面４ａがフィルタブロック８の表面に対して傾斜し易くなる。フィルタチップ４の膜面４ａがフィルタブロック８の表面に対して傾斜すると、その膜面４ａで反射された光線が隣接するフィルタチップ４に入射する際の入射角度が設計値からずれてしまい、所望の特性が得られない。

これに対して、本実施の形態の光合分波器１０１では、フィルタチップ１２の基板１２ｂの厚みを０．４ｍｍ以上とし、誘電体多層膜の内部応力により発生する反りを補正するために十分な厚みと強度を持たせているので、フィルタブロック１３にフィルタチップ１２を貼り付けたときに、フィルタブロック１３の表面に対してフィルタチップ１２の膜面１２ａの平行度を確保することができる。

また、誘電体多層膜の設計透過帯域や設計中心波長によっては、誘電体多層膜の厚みにばらつきが発生する。それぞれのフィルタチップ１２の厚みがばらばらだと、あるフィルタチップ１２の膜面１２ａで反射された光線が隣接するフィルタチップ１２に入射する際の入射位置がずれてしまい、所望の特性が得られない。これに対し、本実施の形態の光合分波器１０１では、基板１２ｂに十分な厚みがあるため、その厚みによってばらつきを吸収することにより、フィルタブロック１３の表面から各フィルタチップ１２の膜面１２ａまでの距離にばらつきが発生しないようにすることができる。

このように、本実施の形態の光合分波器１０１では、フィルタチップ１２の基板１２ｂの厚みを０．４ｍｍ以上としていることから、フィルタチップ１２の膜面１２ａとフィルタブロック１３の表面を互いに平行にし、各フィルタチップ１２の膜面１２ａを同一平面に配置することが容易となり、確実に所望の特性を得ることができるようになる。

〔フィルタチップの立体形状を四角柱としたことによる効果〕
この光合分波器１０１では、フィルタチップ１２の立体形状を四角柱としている。すなわち、従来の光合分波器１００ではフィルタチップ４の立体形状を円柱としていたのに対し、本実施の形態の光合分波器１０１ではフィルタチップ１２の立体形状を四角柱としている。これにより、従来の光合分波器１００と比較して、次のような効果を奏する。

従来の光合分波器１００では、フィルタチップ４の立体形状を円柱としていたために、フィルタチップの収量が低下し、フィルタチップの製造コストが増大する。すなわち、フィルタチップは、誘電体多層膜を成膜したウエハ基板から切り出して得られる。この際、１つのウエハ基板からできるだけ多くのフィルタチップを切り出すのが望ましい。フィルタチップの立体形状が円柱である場合、その平面形状が円形となって、切りしろ面積が多く必要となり、収量が低下する。

これに対し、本実施の形態の光合分波器１０１では、フィルタチップ１２の立体形状を四角柱としているので、フィルタチップの収量がアップし、フィルタチップの製造コストが低減される。すなわち、フィルタチップの立体形状を四角柱とすると、その平面形状が正方形や長方形となる。この場合、切りしろ面積は、ダイシングソーの刃の厚みだけ確保すればよいので、切りしろ面積は最小限に抑えることが可能となる。これにより、１つのウエハ基板からできるだけ多くのフィルタチップを切り出すことができるようになり、フィルタチップの収量がアップし、フィルタチップの製造コストが低減される。なお、フィルタチップ１２の立体形状は四角柱に限られるものではなく、切りしろ面積は増えるが、５角柱、６角柱などとしてもよい。

〔フィルタチップに反射防止膜を設けることによる効果〕
フィルタチップ１２を切り出す前に、フィルタチップ１２の膜面１２ａが形成された面とは反対側の面に反射防止膜を形成しておき、この反射防止膜が形成されたフィルタチップ１２をフィルタブロック１３に接着固定するようにしてもよい。このようにすると、自由空間からフィルタチップ１２に光が出入りする際のフレネル損失を抑制することができる。

なお、図１６に示した従来の光合分波器１００において、同様の効果を得る反射防止膜を形成しようとすると、フィルタブロック８のフィルタチップ４が設けられた側とは反対側の面に反射防止膜を形成しなければならない。一般的に、フィルタブロック８はフィルタチップ４より表面積が広い。したがって、一度の蒸着で成膜できる収量を比較すると、フィルタチップへの成膜よりフィルタブロックへの成膜の方が収量が低下してしまう。さらに、フィルタブロックへの成膜は、実際には光線が通過しない領域にも反射防止膜を形成してしまうため、成膜効率が低下し成膜コストが増加する。
これに対して、本実施形態の光合分波器１０１では、フィルタチップだけに反射防止膜を成膜すればよいので、一度の蒸着で成膜できる収量を低下させず、必要な領域に効率的に成膜できるので、反射防止膜の成膜コストを必要最小限に抑制できる。

〔フィルタブロックをガラス製とすることによる効果〕
上述した光合分波器１０１では、フィルタブロック１３を樹脂製としたが、ガラス製としてもよい。これにより、フィルタブロック１３を樹脂製とする場合と比較して、次のような効果を奏する。

射出成型技術を用いて、穴の開いた樹脂製フィルタブロックを製造する場合、フィルタブロックの強度・剛性を確保するため、ある程度の体積が必要になるが、体積が増大するとヒケが発生し易い。このため、フィルタブロック１３を樹脂製とし、射出成型技術を用いて製造すると、フィルタブロック１３の表面を広い範囲にわたって平坦にすることが困難となる。また、切削で角孔１５−０〜１５−４を加工すると、バリが発生し易いので、フィルタチップ１２を貼り付ける際にバリを挟み込む可能性が高く、フィルタチップ１２の貼り付け平行度が低下する。また、石英製のフィルタチップ１２と樹脂製のフィルタブロック１３を接着すると、熱膨張率の差が大きいため、環境温度の変動にともない接着部に応力が発生し、フィルタチップ１２の剥離が発生する可能性が高い。このように、フィルタブロック１３を樹脂製とすると、フィルタチップ１２の膜面１２ａとフィルタブロック１３の表面を互いに平行に配置することが困難となったり、フィルタチップ１２の接着信頼性が低下する虞れがある。

これに対して、フィルタブロック１３をガラス製とすると、研磨により表面および裏面を広い範囲にわたって平坦にすることが容易となる。また、切削で角孔１５−０〜１５−４を加工してもバリが発生しにくいので、フィルタチップ１２の貼り付け平行度も低下しにくい。また、石英製のフィルタチップ１２を貼り付けても、熱膨張率の差がないため、接着部の応力も発生せず、フィルタチップ１２の剥離が発生し難くなる。このように、フィルタブロック１３をガラス製とすると、フィルタチップ１２の膜面１２ａとフィルタブロック１３の表面を互いに平行に配置することが容易となり、フィルタチップ１２の接着信頼性も確保することができるようになる。

〔フィルタチップの固定位置〕
上述した光合分波器１０１では、フィルタチップ１２−１〜１２−４を角孔１５−１〜１５−４に面してフィルタブロック１３の表面に接着固定するようにしたが、図３に示すようにフィルタブロック１３の角孔１５−１〜１５−４内に接着固定するようにしてもよい。

フィルタブロック１３の角孔１５内にフィルタチップ１２を接着固定する場合、角孔１５の内側側面とフィルタチップ１２の側面との間に接着剤を流し込んで固定することになる。この場合、接着剤が多すぎると、フィルタチップ１２の表面や裏面に接着剤が流れ込み、接着剤が光路を塞いでしまう。逆に、接着剤の量が少な過ぎると、フィルタチップ１２の固定強度が低下し、接着の信頼性が低下してしまう。また、フィルタチップ１２のサイズとフィルタブロック１３の角孔１５の大きさにばらつきがあると、フィルタチップ１２が嵌らなかったり、角孔１５とフィルタチップ１２の隙間が大き過ぎたりする。

フィルタチップ１２を角孔１５に面してフィルタブロック１３の表面に接着固定する場合、フィルタチップ１２の底面とフィルタブロック１３の表面との間に接着剤を流し込んで固定することになる。この場合、接着剤の量が多少多くても、フィルタブロック１３の角孔１５とフィルタチップ１２が接着する部分の周縁部にフィレットが形成されるので、接着剤が光路を塞ぐことはない。また、フィルタチップ１２のサイズに多少のばらつきがあっても、そのばらつきを吸収するように接着剤の貼りしろを確保しておけば、問題なくフィルタチップ１２を固定することができる。

このように、フィルタブロック１３の角孔１５内にフィルタチップ１２を接着固定する方法では、接着剤の量を厳密に制御する必要があり、フィルタチップ１２のサイズのばらつきの許容度が小さいので製造コストが増大する虞れがあるという難点がある。これに対して、フィルタチップ１２を角孔１５に面してフィルタブロック１３の表面に接着固定する方法では、接着剤の量を厳密に制御する必要がなく、フィルタチップ１２のサイズのばらつきの許容度が大きいので、製造コストが増大しないという点で有利であり、この方法によってフィルタチップ１２を接着固定した方がよい。

また、上述した光合分波器１０１では、フィルタチップ１２−１〜１２−４を膜面１２ａが形成された面とは反対側の面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定するようにしたが、図４に示すように膜面１２ａが形成された面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定するようにしてもよい。基本的には、フィルタチップ１２を膜面１２ａが形成された面とは反対側の面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定するようにすることが望ましい。すなわち、導波素子５側に膜面１２ａを向け、凸レンズ３側に膜面１２ａが形成された面とは反対側の面を向けると、フィルタチップ１２での反射光はガラス内面反射（基板１２ｂ内の反射）ではなく、ガラス表面反射になるので、伝播損やフレネル損がなく、低損失化することができる。

また、上述した光合分波器１０１では、フィルタチップ１２−１〜１２−４をフィルタブロック１３の一方の自由空間１０側に設けるようにしたが、図５に示すようにフィルタブロック１３の他方の自由空間１１側に設けるようにしてもよい。この例では、フィルタブロック１３の他方の自由空間１１側に面する角孔１５−１〜１５−４の開口の全体を覆うようにフィルタチップ１２−１〜１２−４を一列に等間隔で並べ、膜面１２ａが形成された面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定しているが、膜面１２ａが形成された面とは反対側の面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定するようにしてもよい（図６参照）。

〔フィルタブロックに形成する通過孔の形状〕
上述した光合分波器１０１では、フィルタブロック１３に光の通過孔として角孔１５−０〜１５−４を形成するようにしたが、フィルタブロック１３に形成する光の通過孔は必ずしも角孔でなくてもよく、丸孔であっても構わない。

フィルタブロック１３に角孔１５を形成する場合、放電加工や切削加工が考えられるが、放電加工が可能なのは金属製のフィルタブロックに限られ、加工コストも高い。ガラス製のフィルタブロックに角孔を形成するには一般的に切削加工が用いられるが、まず、目的の孔径よりも細いドリルを用いて貫通孔を形成し、その後、許容されるコーナーＲより細いドリルを用いてコーナー加工をする必要があるため、小さな角孔を加工するのが困難であり、加工コストが高くなってしまう。
例えば、角孔のサイズが１ｍｍ角でコーナーＲを０．２ｍｍ以下にするためには、直径０．４ｍｍ以下のドリルが必要になる。このような細径ドリルは一般的に高価であり、また加工中に折損しやすいため加工コストが増大してしまう。

これに対し、フィルタブロック１３に形成する光の通過孔を丸孔とすると（図７参照）、切削で加工する場合、ドリルで穴を開けるだけでよいので加工時間が短くなる。また、穴サイズはドリルサイズとほゞ一致しているため、小さな穴も加工することができる。また、フィルタチップ１２を大きくしなくても、フィルタブロック１３に接着することができるので、フィルタチップ１２の収量が増加し、フィルタチップ１２の製造コストを低減することができる。

なお、フィルタブロック１３に光の通過孔として形成する丸孔１５−１’〜１５−４’の径は、０．５〜０．８ｍｍであることが望ましい。なぜなら、現在一般的に流通している光通信用の誘電体多層膜フィルタチップのサイズが１〜１．６ｍｍ角程度なので、フィルタチップをフィルタホルダの表面に接着固定するためには、チップサイズよりも孔径を小さくする必要があるからである。また、孔径が小さすぎると高価なドリルが必要になるので、加工コストが上昇してしまうからである。

〔チャネルポートのピッチの拡大〕
上述した光合分波器１０１では、フィルタブロック１３に形成した角孔１５−１〜１５−４に対してそれぞれフィルタチップ１２を設けたが、その一部にミラーチップを設けるようにしてもよい。例えば、図８に示した構成では、角孔１５−１および１５−３に対して、その膜面を全反射ミラーとしたミラーチップ１６−１および１６−２を設けている。このようにすると、フィルタ入射角を変化させずに、チャネルポート間のピッチを広げることが可能となる。

なお、図９に示すように、フィルタブロック１３に角孔１５−１および１５−３を形成せずに、角孔１５−１および１５−３があった一方の自由空間側の開口位置に全反射ミラー１７−１および１７−２が形成されるように、フィルタブロック１３の表面に反射膜を成膜してもよい。このようにすると、ミラーチップ１６−１および１６−２を用いなくてよいので部材数を削減できる。また、チップの貼り付け工数、フィルタブロック１３に対する孔加工の工数も削減できるので、安価な構成とすることが可能となる。なお、図８に示した構成において、ミラーチップ１６−１および１６−２は、その膜面をハーフミラーとしてもよい。

〔チャネルポート数の増大〕
上述した光合分波器１０１では、導波素子アレイブロック７を使用した構成としたが、図１０に示すような導波素子アレイブロック７を使用しない構成としてもよい。この例では、第１のフィルタアレイブロック１４−１と第２のフィルタアレイブロック１４−２とを設け、第１のフィルタブロック１４−１の前面に、凸レンズ３−０，３−２，３−４，３−６，３−８を介して、コモンポート１およびチャネルポート２−２，２−４，２−６，２−８を設けている。また、第２のフィルタアレイブロック１４−２の背面に、凸レンズ３−１，３−３，３−５，３−７を介して、チャネルポート２−１，２−３，２−５，２−７を設けている。

第１のフィルタアレイブロック１４−１においては、第１のフィルタブロック１３−１に角孔１５−０，１５−２，１５−４，１５−６，１５−８を形成し、角孔１５−２，１５−４，１５−６，１５−８に面してフィルタチップ１２−２，１２−４，１２−６，１２−８を設けている。第２のフィルタアレイブロック１４−２においては、第２のフィルタブロック１３−２に角孔１５−１，１５−３，１５−５，１５−７を形成し、角孔１５−１，１５−３，１５−５，１５−７に面してフィルタチップ１２−１，１２−３，１２−５，１２−７を設けている。

この光合分波器１０２において、コモンポート１からの波長多重光は、凸レンズ３−０によって平行光とされ、フィルタブロック１３−１の角孔１５−０、フィルタブロック１３−２の角孔１５−１を通過し、フィルタチップ１２−１に入射される。フィルタチップ１２−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１の光線がフィルタチップ１２−１を透過し、チャネルポート２−１で受光される。

フィルタチップ１２−１に入射された光のうち、特定の波長域λ１を含まない残りの光線は反射され、フィルタブロック１３−２の角孔１５−１、フィルタブロック１３−２の角孔１５−２を通過し、フィルタチップ１２−２に入射される。フィルタチップ１２−２に入射された光のうち、特定の波長域λ２の光線がフィルタチップ１２−２を透過し、チャネルポート２−２で受光される。

以下同様にして、フィルタチップ１２−３に入射された光のうち特定の波長域λ３の光線がチャネルポート２−３で受光され、フィルタチップ１２−４に入射された光のうち特定の波長域λ４の光線がチャネルポート２−４で受光されるというようにして、１本の光伝送路から特定の波長域の光線が抽出（分波）される。これとは逆の動作として光伝送路への特定の波長域の光線の挿入（合波）が行われる。

このような構成とすることによって、導波素子アレイブロック７を使用する光合分波器１０１とほゞ同サイズで、チャネルポート数を増やすことができる。

〔フィルタアレイブロックの保持〕
図１１に、図１に示した構成を基本として、導波素子アレイブロック７にフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造を設けた例を示す。この例では、導波素子アレイブロック７にフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造として嵌合部７ａを設け、この嵌合部７ａにフィルタアレイブロック１４を嵌め込んでいる。これにより、フィルタアレイブロック１４の周縁部が導波素子アレイブロック７の嵌合部７ａと線または点によって接触、位置決め、固定される。

この場合、射出成型技術などを利用して、導波素子５−１〜５−４とフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造を一体化した導波素子アレイブロック７を製造すれば、フィルタチップ１２−１〜１２−４と導波素子５−１〜５−４との相対的な位置関係を簡易に決定することができる。また、導波素子アレイブロック７は光学透明である必要はないので、射出成型技術で複雑なブロック構造も高精度かつ低コストに量産することができる。

図１２に、光結合素子アレイブロック１８にフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造として嵌合部１８ａを設け、この嵌合部１８ａにフィルタアレイブロック１４を嵌め込んだ例を示す。なお、凸レンズ３−０〜３−４は、３次元的に凹面ミラーを配置した構成としてもよい。この例においても、フィルタアレイブロック１４の周縁部が光結合素子アレイブロック１８の嵌合部１８ａと線または点によって接触、位置決め、固定される。

この場合、射出成型技術などを利用して、凸レンズ３−０〜３−４とフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造を一体化した光結合素子アレイブロック１８を製造することにより、フィルタチップ１２−１〜１２−４と光結合素子との相対的な位置関係を簡易に決定することができる。また、光結合素子アレイブロック１８は光学透明である必要はないので、射出成型技術で複雑なブロック構造も高精度かつ低コストに量産することができる。

なお、受発光素子なども含めた全体の実装構造や要求組立精度によって、導波素子アレイブロック７にフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造を形成する方が適している場合と、光結合素子アレイブロック１８にフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造を形成する方が適している場合とに分かれる。

また、光結合素子アレイブロック１８にフィルタアレイブロック１４を保持する保持構造を形成する場合には、図１２に示したようにフィルタチップ１２−１〜１２−４をフィルタブロック１３の他方の自由空間１１側に設け、膜面１２ａが形成された面を底面としてフィルタブロック１３の表面に接着固定するようにすることが望ましい。このようにすると、フィルタブロック１３の両面の平行度が多少悪くても、フィルタチップ１２−１〜１２−４の貼り付け面側の平面度さえ高ければ、フィルタチップ１２−１〜１２−４の膜面１２ａの設計値からの位置および角度誤差を小さくすることができる。

参考として、図１３に、フィルタアレイブロック１４を図８に示した構成とし、このフィルタアレイブロック１４を光結合素子アレイブロック１８の嵌合部１８ａに嵌め込んだ例を示す。図１４に、フィルタアレイブロック１４を図９に示した構成とし、このフィルタアレイブロック１４を光結合素子アレイブロック１８の嵌合部１８ａに嵌め込んだ例を示す。図１５に、図１０に示した構成において、フィルタアレイブロック１４−１を第１の光結合素子アレイブロック１８−１の嵌合部１８−１ａに嵌め込み、フィルタアレイブロック１４−２を第２の光結合素子アレイブロック１８−２の嵌合部１８−２ａに嵌め込んだ例を示す。

また、上述した実施の形態では、フィルタチップ１２を特定の波長域の光線を透過させる波長選択素子としたが、入射光線の一部を透過させ残りを反射させる素子であればよく、例えば膜面１２ａをハーフミラーとしたような素子を用いてもよい。フィルタチップ１２として、膜面１２ａをハーフミラーとしたような素子を用いると、光のパワーを合分配する光合分配器とすることが可能である。

本発明に係る光合分配器の一実施の形態を示す光合分波器の要部の側断面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロック（波長選択素子アレイブロック）の側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第１の変形例を示す側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第２の変形例を示す側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第３の変形例を示す側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第４の変形例を示す側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第５の変形例を示す側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第６の変形例を示す側断面図および正面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロックの第７の変形例を示す側断面図および正面図である。 導波素子アレイブロックを使用しないタイプの光合分波器の要部の側断面図である。 導波素子アレイブロックにフィルタアレイブロックを保持させるようにした例を示す側断面図である。 光結合素子アレイブロックにフィルタアレイブロックを保持させるようにした例を示す側断面図である。 光結合素子アレイブロックにフィルタアレイブロックを保持させるようにした他の例を示す側断面図である。 光結合素子アレイブロックにフィルタアレイブロックを保持させるようにした他の例を示す側断面図である。 導波素子アレイブロックを使用しないタイプにおいて光結合素子アレイブロックにフィルタアレイブロックを保持させるようにした例を示す側断面図である。 従来の光合分波器の一例の要部を示す側断面図である。 この光合分波器におけるフィルタアレイブロック（波長選択素子アレイブロック）の側断面図および正面図である。

符号の説明

１…コモンポート、２（２−１〜２−４）…チャネルポート、３（３−０〜３−４）…凸レンズ、５（５−１〜５−４）…導波素子、６…導波素子ブロック、７…導波素子アレイブロック、１０…一方の自由空間、１１…他方の自由空間、１２（１２−１〜１２−８）…フィルタチップ（波長選択素子）、１２ａ…膜面（誘電体多層膜）、１２ｂ…基板、１３…フィルタブロック、１４…フィルタアレイブロック（波長選択素子アレイブロック）、１５（１５−１〜１５−８）…角孔、１５−１’〜１５−４’…丸孔、１６−１，１６−２…ミラーチップ、１７−１，１７−２…ミラー、１８（１８−１，１８−２）…光結合素子アレイブロック、１８ａ（１８−１ａ，１８−２ａ）…嵌合部、１０１，１０２…光合分波器。

Claims (9)

1. 入射光線の一部を透過させ残りを反射させる光線分岐素子と、この光線分岐素子が設けられたブロックとを備え、前記ブロックによって隔てられた一方の自由空間から前記光線分岐素子を透過して他方の自由空間へ抜ける光を光伝送路から抽出し、前記ブロックによって隔てられた他方の自由空間から前記光線分岐素子を透過して一方の自由空間へ抜ける光を前記光伝送路に挿入する光合分配器において、
   前記ブロックは、前記光線分岐素子を透過する光の前記一方の自由空間側から前記他方の自由空間側および前記他方の自由空間側から前記一方の自由空間側への通過孔を有していることを特徴とする光合分配器。
2. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記ブロックは、その材質がガラスであることを特徴とする光合分配器。
3. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記光線分岐素子は、前記通過孔に面して前記ブロックに接着固定されていることを特徴とする光合分配器。
4. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記通過孔は、丸孔であることを特徴とする光合分配器。
5. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記光線分岐素子は、入射光線の一部を透過させ残りを反射させる膜面を基板上に備え、前記膜面を前記通過孔に面して前記ブロックに接着固定されていることを特徴とする光合分配器。
6. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記ブロックは、前記一方の自由空間側から前記他方の自由空間側へ抜けようとする光を反射する反射面を有することを特徴とする光合分配器。
7. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記光線分岐素子は、その基板の厚みが０．４ｍｍ以上とされていることを特徴とする光合分配器。
8. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記光線分岐素子は、その立体形状が角柱とされていることを特徴とする光合分配器。
9. 請求項１に記載された光合分配器において、
   前記光線分岐素子は、入射光線の一部を透過させ残りを反射させる膜面を基板上に備え、前記膜面が形成された面とは反対側の面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする光合分配器。

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