JP2008090136A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現することができる光合分波器を提供する。
【解決手段】凹面ミラー６−２が光ファイバ２３−２の端面から入出射する光ビームと光線分岐素子５２−１を通る光ビームとを結合させるファイバ結合用曲面６１と、光線の一部を受光素子３２−１に導入する受光素子結合用曲面６２とから構成することにより、受光素子３２−１の出力を検出することで分波または合波される光パワーを計測することができる。したがって、公知のパワーモニタを設ける必要がないので、小型化を実現することができる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、光合分波器に関し、特に、各波長の出力光または入力光のパワーをモニタすることができる光合分波器に関する。

従来の光合分波器の一例を図１６、図１７に示す。この光合分波器は、ミラーアレイブロック１００と、反射面が形成された導波ミラーブロック１１０と、光線分岐素子１２１を有するフィルタブロック１２０と、光ファイバ１３０から構成される。

ミラーアレイブロック１００は、板状基板の表面において、３つの基板端部に形成された側壁部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、側壁部１０１ａが形成された基板端部に当該側壁部１０１ａに沿って形成された傾斜面１０２と、このＶ溝１０２を構成する一方の傾斜面１０２ａにおいてＶ溝１０２の直線軸方向に沿って配列して形成された凹面ミラー１０３と、Ｖ溝１０２の直線軸方向と垂直で、かつ、凹面ミラー１０３と対向してＶ溝１０２に繋がるように形成された複数の直線状のＶ溝１０４とから構成される。側壁部１０１ｂおよび側壁部１０１ｃには、導波ミラーブロック１１０を保持する傾斜面１０５およびフィルタブロック１２０を保持する傾斜面１０６が形成されている。

このような合分波器は、Ｖ溝１０４上に光ファイバ１３０を搭載し、ミラーブロック１１０とフィルタブロック１２０をミラーアレイブロック１００に固定することにより作製される。このとき、光ファイバ１３０の凹面ミラー１０３と対向する端部は、凹面ミラー１０３と所定の距離になるよう配設される。

特開２００５−２７４７０２号公報

波長多重伝送を行う場合、波長多重された各波長の信号品質を確保するために、それぞれの波長の光信号のパワーが適切か否かを常に監視する必要がある。しかしながら、上述した従来の光合分波器は、光信号のパワーを監視する手段を有していないため、波長多重光を分波した各波長の光信号のパワーや合波する前の各波長の光信号のパワーを監視する場合には、合分波器の外部に別途光パワーモニタを設ける必要がある。

上記光パワーモニタは、光入力用の光コネクタと光出力用の光コネクタを有し、入力用光コネクタから入射した光の一部を受光素子にて受光し、残りの光を出力用の光コネクタから出力することにより、光のパワーを計測するものである。このような光パワーモニタは、円筒状の本体に２本の光ファイバコードが接続されており、この光ファイバコードに光コネクタが取り付けられた形態のものが多く、光コネクタを含めた光パワーモニタの体積は、近年市販されている小型光合分波器と同等かそれ以上である。したがって、例えば８ｃｈ光分波器の出力を全てモニタする場合には、上記光パワーモニタを８個取り付ける必要があり、光パワーモニタ１個の体積を４ｃm³と仮定した場合、光パワーモニタだけで３２ｃｍ³以上の体積が必要となる。このため、光合分波器の小型化を進めたところで、光合分波器の外部に大きな体積を要する光パワーモニタが必要となり、装置全体を小型化することができなかった。

そこで、本願発明は、小型化を実現することができる光合分波器を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る光合分波器は、第１の方向から入射した光を第２の方向に反射する反射集光素子と、第１の方向および第２の方向のうち何れか一方の光軸上に配置され、光を波長に応じて透過または反射する光線分岐素子と、反射集光素子に入射された光の一部を第３の方向に反射する反射部材と、この反射部材によって反射された光のパワーを検出する受光素子とを備えることを特徴とする。

上記光合分波器において、反射集光素子は、凹面状のミラーから構成され、反射部材は、ミラーの周縁部に形成され、このミラーと角度が異なる反射面からなるようにしてもよい。

また、上記光合分波器において、反射集光素子は、凹面状のミラーから構成され、反射部材は、ミラーの略中央部に形成され、ミラーと角度が異なる反射面からなるようにしてもよい。

本発明によれば、反射集光素子に入射された光の一部を第３の方向に反射する反射部材と、この反射部材によって反射された光のパワーを検出する受光素子とを設けることにより、受光素子の出力を検出することで分波または合波される光パワーを計測することが可能となるので、従来のように外付けのパワーモニタを設ける必要がなくなり、結果として、小型化を実現することができる。また、パワーモニタを設けなくてよいので、煩雑な接続作業が不要となるため、利便性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細説明する。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る光合分波器は、メインブロック１と、このメインブロック１上に搭載されるファイバユニット２と、メインブロック１に固定され受光素子３２が形成された受光素子ブロック３と、メインブロック１に固定され反射素子４２が形成された導波ミラーブロック４と、メインブロック１に固定され光線分岐素子５２を有するフィルタブロック５とから構成される光合分波器である。

＜メインブロック１＞
メインブロック１は、図１〜図４に示すように、板状の基部１１と、この基部１１の端部に形成された３つの側壁部１２ａ，１２ｂ，１２ｃとを備えている。ここで、側壁部１２ｂと側壁部１２ｃとは、対向して形成されている。また、側壁部１２ａのメインブロック内部側面、すなわち基部１１に隣接する側面には、反射集光素子として機能する複数の凹面ミラー６が形成されている。

基部１１上には、側壁部１２ａ側から側壁部１２ａと対向する端部に向かう順番に、側壁部１２ａ側に傾斜した平面からなる平面部１３と、断面略Ｖ字状の形状を有し側壁部と平行な複数の溝１４ａが形成された溝形成部１４と、平面が形成された間隙部１５と、基部１１側に掘り込まれた平面視略矩形の凹部１６ａを有するファイバユニット搭載部１６とが形成されている。

対向する側壁部１２ｂ,１２ｃには、基板１１の主表面に対して所定の角度で傾斜したミラーブロック保持部１７およびフィルタブロック保持部１８が形成されている。ミラーブロック保持部１７は、フィルタブロック保持部１８よりも凹面ミラー６側に形成されている。ミラーブロック保持部１７には、側壁部１２ｂ，１２ｃの両側に２個ずつ導波ミラーブロック４を位置決めするための突起１７ａが形成されている。同様に、ミラーブロック保持部１８には、側壁部１２ｂ，１２ｃの両側に２個ずつミラーブロック５を位置決めするための突起１８ａが形成されている。

また、側壁部１２ａの上部および側壁部１２ｂ，１２ｃの側壁部１２ａ側の端部にかけて、受光素子ブロック保持部１９が形成されている。この受光素子ブロック保持部１９は、側壁部１２ａ〜１２ｃにかけて基部１１と略平行に形成された平面１９ａと、側壁部１２ｂ、１２ｃから平面１９ａの鉛直上方に向かって突出する延在する突起部１９ｂからなる。

＜ファイバユニット２＞
ファイバユニット２は、図５に示すように、上面に互いに平行な複数の溝形成された下部保持基板２１と、下面に互いに平行な複数の溝が形成された上部保持基板２２と、下部保持基板２１および上部保持基板２２により互いに平行に固定された複数の光ファイバ２３とを備える。ここで、下部保持基板２１および上部保持基板２２に形成された溝は、メインブロック１の溝形成部１４に形成された溝１４ａと同じピッチで形成される。

このようなファイバユニット２は、光ファイバ２３の一端を側壁部１２ａ側に対向させた状態で、下部保持基板２１をメインブロック１の凹部１６ａに嵌め込むことにより、メインブロック１上に配設される。上記一端側の光ファイバ２３の一部は、溝１４ａに嵌め込まれる。この溝１４ａに光ファイバ２３が嵌め込まれた溝形成部１４上には、押さえ板７が接着固定される。これにより、ファイバユニット２がメインブロック１上に固定される。

＜受光素子ブロック３＞
受光素子ブロック３は、図６に示すように、平面視略矩形の板の形状を有する受光素子搭載基板３１と、この受光素子搭載基板３１の下面３１ａに受光素子搭載基板３１の長手方向に沿って直線状に並べて設けられ、光電変換素子からなる複数の受光素子３２と、受光素子搭載基板３１の長手方向の一端に設けられた電気コネクタ３３とを有する。受光素子３２は、受光素子搭載基板３１の下面３１ａまたは上面３１ｂに形成された配線パターン（図示せず）により、電気コネクタ３３に接続されている。これにより、受光素子３２からの出力は、電気コネクタ３３を介して外部に取り出される。

このような受光素子ブロック３１は、受光素子搭載基板３１の長手方向の両端部を受光素子ブロック保持部１９の平面１９ａと突起部１９ｂにより挟み込むことにより、メインブロック１に固定される。このとき、受光素子搭載基板３１は、長手方向がメインブロック１の側壁部１２ａの延在方向と一致し、かつ、下面３１ａがメインブロック１の基板１１と対向した状態に配設される。これにより、受光素子３２は、凹面ミラー６と略対向した状態となる。

＜導波ミラーブロック４＞
導波ミラーブロック４は、図７に示すように、平面視略凹字状の板の形状を有する支持部４１と、この支持部４１の一方の面（以下、ミラー面という）４１ａにアレイ状に形成された複数の反射素子４２とを有する。また、支持部４１のミラー面４１ａと反対側の面（以下、接着面という）４１ｂには、組立の際に導波ミラーブロック４を保持するための突起４３が形成されている。

このような導波ミラーブロック４は、接着面をメインブロック１のミラーブロック保持部１８に当接させて、突起１８ａにより位置決めする。この後、導波ミラーブロック４は、接着剤によりメインブロック１に固定される。なお、導波ミラーブロック４の突起１８ａに対向する位置に、突起１８ａの形状に対応した凹部を形成しておくようにしてもよい。これにより、導波ミラーブロック４を所定の位置に位置決めすることができる。

＜フィルタブロック５＞
フィルタブロック５は、図８に示すように、平面視略矩形の板の形状を有する支持部５１と、この支持部５１の一方の面にアレイ状に形成された複数の光線分岐素子５２とを備える。この光線分岐素子５２は、支持部５１の光線が通過する部分にアレイ状に形成された複数の孔５３を塞ぐように配設される。光線分岐素子５２は、ガラス基板上に誘電多層膜を蒸着することにより形成される。

このようなフィルタブロック５は、光線分岐素子５２が設けられたのと反対側の面を、フィルタブロック保持部１７に形成された突起１７ａに当接させることにより位置決めする。このとき、フィルタブロック５の突起１７ａと対向する位置に、突起１７ａの形状に対応した凹部を形成しておくことにより、フィルタブロック５を正確に位置決めすることができる。このように位置決めした後、フィルタブロック５は、接着剤によりメインブロック１に固定される。

＜凹面ミラー６＞
凹面ミラー６は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、一直線上に設けられた複数の凹面ミラー６のうちの一端（本実施の形態では側壁部１２ｃ側）に形成され単一の曲面からなる凹面ミラー６−１と、ファイバ結合用曲面６１と受光素子結合用曲面６２の２つの曲面を有する凹面ミラー６−２〜６−ｎとから構成される。

ファイバ結合用曲面６１は、光ファイバ２３の端面から入出射する光ビームと光線分岐素子５２を通る光ビームとを結合させるよう曲率や角度が設定されている。

反射部材として機能する受光素子結合用曲面６２は、光ファイバ２３の端面から入出射した光ビームまたは光線分岐素子５２を透過した光ビームの一部を受光素子３２に入射させるように曲率や角度が設定されている。このような受光素子結合用曲面６２は、ファイバ結合用曲面６１のメインブロック１の基部１１に近接した側の縁部や周縁部に設けられる。

［光合分波器の動作］
次に、このような光合分波器の分波器としての動作原理について、図９〜図１１を参照して説明する。なお、図９〜図１１は、説明を容易にするため、図１〜図８に示した光合分波器を模式的に示している。また、図１０では、便宜上、受光素子３２および受光素子３２への光軸は図示していない。

光合分波器の外部から入力された波長多重光線は、光ファイバ２３−１を伝播し、光合分波器内部に導かれ、凹面ミラー６−１に対してやや拡散した波長多重光線として出射される。凹面ミラー６−１は、この出射された波長多重光線をコリメート光線またはほぼコリメート化された光線として反射し、反射素子４２−１に伝播させる。伝播した反射多重光線は、反射素子４２−１において再び反射され、光線分岐素子５２−１に入射する。

光線分岐素子５２−１に入射した波長多重光線は、光線分岐素子５２−１において特定の波長域を含む光線が透過されて単色光線となり、凹面ミラー６−２に入射する。この凹面ミラーは、図１１に示すように光ファイバ結合用曲面６１と、この光ファイバ結合用曲面６１の基部１１側の縁部に形成された受光素子結合用曲面６２との２つの凹面の組み合わせからなっている。光ファイバ結合用曲面６１は、入射する光線の大部分（約９５％以上）を受光するように形成されている。これにより、入射した光のほとんど（約９５％以上）は、ファイバ結合用曲面６１によって光ファイバ２３−２の方向に反射されるとともに集光され、光ファイバ２３−２を通って、光合分波器外部へ出力される。一方、光ファイバ結合用曲面６１の縁部に形成された受光素子結合用曲面６２は、光ファイバ結合用曲面６１と曲率および角度が異なるように形成されており、入射した光を受光素子３２−１の方向へ反射させる。したがって、凹面ミラー６−２に入射した光線のうち、光ファイバ結合用曲面６１に入射した以外の残りの光は、受光素子結合用曲面６２によって受光素子３２−１の方向に反射されるとともに集光され、受光素子３２−１へ入射する。

この際、光ファイバ２３−２から出力された光パワーと、受光素子３２−１から出力される電流量の関係を予め測定しておいた上で、分波動作時の受光素子３２−１からの出力電流を測定することにより、この測定値と上記関係とから光ファイバ２３−２から出力される光パワーを推定することができる。

光線分岐素子５２−１に入射した波長多重光線のうち特定の波長域以外の光線は、光線分岐素子５２−１により反射されて反射素子４２−２に伝播し、この反射素子４２−２で反射されて光線分岐素子５２−２に入射する。この光線分岐素子５２−２を透過した単色光線は、凹面ミラー６−３に入射し、殆どはファイバ結合用曲面６１によって光ファイバ２３−３へ、残りは受光素子結合用曲面６２によって受光素子３２−２へ反射される。

上述したような過程を光ファイバ２３−１〜２３−５，凹面ミラー６−１〜６−５，反射素子４２−１〜４２−４および光線分岐素子５２−１〜５２−３の間で繰り返すことにより、光ファイバ２３−１から入射された波長多重光線を、分波された複数の単色光線として光ファイバ２３−２〜２３−５から取り出すとともに、受光素子３２−１〜３２−４からの出力電流を観測することによって、光ファイバ２３−２〜２３−５から出力される光パワーを推定することができる。

このように、本実施の形態によれば、凹面ミラー６が光ファイバ２３の端面から入出射する光ビームと光線分岐素子５２を通る光ビームとを結合させるファイバ結合用曲面６１と、光線の一部を受光素子３２に導入する受光素子結合用曲面６２とから構成することにより、受光素子３２の出力を検出することで分波または合波される光パワーを計測することができる。したがって、公知のパワーモニタを設ける必要がないので、小型化を実現することができる。

また、従来のように光パワーモニタを設けた場合には、チャネル毎に光コネクタで接続する必要があるため、接続作業が煩雑であり不便であった。しかしながら、本実施の形態によれば、パワーモニタを設けなくてよいので、煩雑な接続作業が不要となるため、利便性を向上させることができる。

なお、本実施形態に係る光合分波器を合波器として用いる場合には、上述した分波動作における波長多重光線および単色光線の進行方向を逆向きにすることにより実現することができる。すなわち、光合分波器の外部から、光ファイバ２３−２〜２３−５にそれぞれ単色光線を入力することで、その複数の単色光線を合波された波長多重光線として、光ファイバ２３−１から取り出すこととなる。このとき、受光素子３２−１〜３２−４からの出力電流を観測することにより、光ファイバ２３−２〜２３−５から入力された光パワーを推定することができる。

上述したように、本実施の形態に係る光合分波器を分波器として利用する場合は、図１１に示すように、光線分岐素子５２−１〜５２−４から受光素子結合用曲面６２−２〜６２−５に入射する平行光線（またはわずかに拡散した光線）が受光素子３２に集光されるように、受光素子結合用曲面６２−２〜６２−５の角度と曲率を設定する。一方、本実施の形態に係る光合分波器を合波器として利用する場合は、図１２に示すように、光ファイバ２３−２〜２３−５から出射した拡散光線の一部が受光素子３２に集光されるように、受光素子結合用曲面６２−２〜６２−５の角度と曲率を設定する。したがって、受光素子結合用曲面６２−２〜６２−５以外の構成要素は、合波器および分波器の何れに利用する場合でも、形状や配置等を変更することなく共通して用いることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と凹面ミラー６の構成が異なるものであり、その他の構成要素については同等である。したがって、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

＜凹面ミラー６＞
凹面ミラー６は、一直線上に設けられた複数の凹面ミラー６のうちの一端（本実施の形態では側壁部１２ｃ側）に形成され単一の曲面からなる凹面ミラー６−１と、図１３，図１４に示すように、ファイバ結合用曲面６１と受光素子結合用面６３の２つの曲面を有する凹面ミラー６−２〜６−ｎとから構成される。

ファイバ結合用曲面６１は、光ファイバ２３の端面から入出射する光ビームと光線分岐素子５２を通る光ビームとを結合させるよう曲率や角度が設定されている。

受光素子用反射部として機能する受光素子結合用面６３は、ファイバ結合用曲面６１の略中央部に形成された曲面から構成される。このような受光素子結合用面６３は、光線分岐素子５２を透過し、凹面ミラー６に入射する光ビームの一部を受光素子３２の方向に反射させるよう、曲面の曲率や角度が設定されている。なお、本実施の形態では、受光素子結合用面６３をファイバ結合用曲面６２から突出させた状態としている。これにより、受光素子結合用面６３の面の傾斜角度を大きくすることができるので、受光素子３２を設ける位置の自由度を高くすることができる。

光線分岐素子５２を透過して凹面ミラー６に入射する光線はガウシアンビームであり、光軸の中心の光の強度が最も強く、光軸中心から周囲に行くにしたがって光の強度が弱くなる。本実施の形態では、強度が強い光軸の中心付近に受光素子結合用面６３を設けることにより、第１の実施の形態のように光軸から離れた部分に受光素子結合用曲面６２を設けた場合と比較して、同じ強度の光を反射させるための反射面の面積が小さくすむ。このため、本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、図１５に示すように、受光素子結合用面６３から受光素子３２に向かう光線を細くすることができる。これにより、より面積の小さい受光素子３２を用いることが可能となり、小型化を実現することができる。また、第１の実施の形態と同じ面積の受光素子３２を用いた場合には、受光素子３２を搭載する際の位置決め精度が低くてもよいので、光合分波器の組立を容易に行うことができる。

なお、本実施の形態では、受光素子結合用面６３が曲面から構成されるようにしたが、平面から構成されるようにしてもよい。

本発明は、光合分波器等の光モジュールに適用することができる。

本発明の光合分波器の構成を示す分解図である。 本発明の光合分波器の構成を示す斜視図である。 図２のI-I線断面図である。 （ａ）はメインブロックの構成を示す斜視図、（ｂ）は要部断面図である。 ファイバユニットの構成を示す斜視図である。 （ａ）は受光素子ブロックの構成を示す平面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）は導波ミラーブロックの構成を示す平面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）はフィルタブロックの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の反対側の面の平面図、（ｃ）は側面図である。 光合分波器の動作を模式的に説明する斜視図である。 光合分波器の動作を模式的に説明する平面図である。 光合分波器が分波器として機能する場合の動作を模式的に説明する図である。 光合分波器が合波器として機能する場合の動作を模式的に説明する図である。 メインブロックの変形例を示す斜視図である。 凹面ミラーの変形例を説明するための斜視画像である。 光合分波器が合波器として機能する場合の動作を模式的に説明する図である。 従来の光合分波器の構成を示す分解図である。 従来の光合分波器の構成を示す平面図である。

符号の説明

１…メインブロック、２…ファイバユニット、３…受光素子ブロック、４…導波ミラーブロック、５…フィルタブロック、６…凹面ミラー、７…押さえ板、１１…基部、１２ａ，１２ｂ、１２ｃ…側壁、１３…平面部、１４…溝形成部、１４ａ…溝、１５…間隙部、１６…ファイバユニット搭載部、１６ａ…凹部、１７…ミラーブロック保持部、１７ａ…突起、１８…フィルタブロック保持部、１８ａ…突起、１９…受光素子ブロック保持部、１９ａ…平面、１９ｂ…突起部、２１…下部保持基板、２２…上部保持基板、２３…光ファイバ、３１…受光素子搭載基板、３１ａ…下面、３１ｂ…上面、３２…受光素子、３３…電気コネクタ、４１…支持部、４１ａ…ミラー面、４１ｂ…接着面、４２…反射素子、４３…突起、５１…支持部、５２…光線分岐素子、５３…孔、６１…ファイバ結合用曲面、６２…受光素子結合用曲面、６３…受光素子結合用面。

Claims (3)

1. 第１の方向から入射した光を第２の方向に反射する反射集光素子と、
   前記第１の方向および前記第２の方向のうち何れか一方の光軸上に配置され、光を波長に応じて透過または反射する光線分岐素子と、
   前記反射集光素子に入射された光の一部を第３の方向に反射する反射部材と、
   この反射部材によって反射された光のパワーを検出する受光素子と
   を備えることを特徴とする光合分波器。
2. 前記反射集光素子は、凹面状のミラーから構成され、
   前記反射部材は、前記ミラーの周縁部に形成され、このミラーと角度が異なる反射面からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
3. 前記反射集光素子は、凹面状のミラーから構成され、
   前記反射部材は、前記ミラーの略中央部に形成され、前記ミラーと角度が異なる反射面からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の光合分波器。