JP2008090138A - 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に入射する光線の一部は、凹面ミラー６−２を透過して受光素子３２−１に入射するので、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。
【選択図】 図９

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、反射集光素子に設けられ、入射された光線の一部を透過させる透過部と、反射集光素子を挟んで反射集光素子と反対側に設けられ、透過部を透過した光のパワーを検出する受光素子とを有す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、光透過性を有する基部と、この基部の表面に形成された金属膜とから構成され、受光素子は、基部の裏面側に配設されるようにしてもよい。

上記光合分波器において、受光素子を支持する支持部材と、この支持部材を保持し、基部の裏面側に配設する保持部材とをさらに備えるようにしてもよい。

上記光合分波器において、第１の軸上の基部の裏面に形成された集光素子をさらに備えるようにしてもよい。

本発明によれば、透過部により反射集光素子に設けられ入射された光線の一部を透過させ、受光素子により透過部を透過した光のパワーを検出することにより、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には、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の長手方向に沿い、かつ、側壁部１２ａの上面から基部１１側に切り込まれたスリット１９ａと、このスリット１９ａを構成する側壁部１２ａの凹面ミラー６が設けられた面と反対側の面に、凹面ミラー６側に掘り込まれた凹部からなる逃げ部１９ｂとから構成される。

このようなメインブロック１は、少なくとも側壁部１２ａの凹面ミラー６が形成される部分が光学的に透明な性質を有する材料から構成される。この材料としては、例えば、アクリルやシクロオレフィンポリマー等の樹脂、低融点ガラス等のガラス材などを用いることができる。

＜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、図２，図３に示すように、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た複数の受光素子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。

このような受光素子ブロック３１は、受光素子搭載基板３１の長手方向をメインブロック１の側壁部１２ａ側の延在方向と一致させ、かつ、受光素子基板３１の下面３１ａを凹面ミラー６側に向けた状態で、スリット１９ａに挟み込むことにより、メインブロック１に保持される。このとき、受光素子３２は、逃げ部１９ｂによって、受光素子基板３１とメインブロック１の側壁部１２との間に形成される空間に収容される。

＜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４１ｂ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。このとき、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ことにより、導波ミラーブロック４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、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。

＜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１〜図４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、入射光のうち一部を反射し残りを透過する凹面ミラー６−２〜６−ｎとから構成される。この凹面ミラー６−２〜６−ｎは、メインブロック１の側壁部１２ａ側に曲面状の凹部を形成し、この凹部にスパッタまたはメッキなどの方法によって金属薄膜を所定の厚さに成膜することにより、形成される。ここで、金属薄膜の厚さを制御することにより、入射光の一部を反射し、この残りを透過させるようにすることができる。金属薄膜の材料としては、反射率が高く、耐腐食性にも優れる金が望ましいが、アルミを用いるようにしてもよい。このアルミを用いる場合には、耐腐食性を向上させるために、金属薄膜の上面を透明樹脂によりコーティングするようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、凹面ミラー６−２〜６−ｎに成膜する金属薄膜の厚さを制御することにより凹面ミラー全体の反射率を下げて凹面ミラー全体から入射光を透過させるようにしたが、凹面ミラーの一部から入射光を透過させるようにしてもよい。この場合、例えば、凹面ミラー６−２〜６−ｎを形成する側壁部１２ａの凹部の一部にレジストや金属マスクなどでマスクを形成し、スパッタまたはメッキなどの方法によって金属薄膜を形成した後、そのマスクを取り除くことにより、金属薄膜が形成されていない領域を形成すればよい。これにより、凹面ミラー６−２〜６−ｎに入射した光のうち上記領域に入射した成分は、凹面ミラ６−２〜６−ｎを透過することとなる。この場合は、金属薄膜の厚さを厳密に制御せずに凹面ミラーを作成することができる。

また、凹面ミラー６−１は、金属薄膜を入射光が反射しない程度に厚く形成することにより、凹面ミラー６−２〜６−ｎと同等の方法で製造することができる。

［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１０を参照して説明する。なお、図９，図１０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。

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。

このとき、凹面ミラー６−２に入射した光の一部は、凹面ミラー６−２で反射されると共に集光され、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、凹面ミラー６−２に入射した光の残りは、凹面ミラー６−２で反射せずに、凹面ミラー６−２を透過する。凹面ミラー６−２の後方の反射素子４２−１，光線分岐素子５２−１および凹面ミラー６−２を結ぶ光軸上には、受光素子３２−２が配設されている。また、凹面ミラー６が形成されたメインブロック１は、光透過性を有する材料で構成される。したがって、凹面ミラー６−２を透過した光は、メインブロック１を透過して、受光素子３２−２に入射する。例えば、凹面ミラ６−２に形成された金属薄膜の厚さを約２５ｎｍに形成したとき、入射光の約５％の成分が凹面ミラ６−２を透過して受光素子３２−２に入射した。

この際、凹面ミラー６−２で反射されて光ファイバ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、この凹面ミラー６−３により殆どは光ファイバ２３−３へ反射され、残りは凹面ミラー６−３を透過して受光素子３２−２に入射する。

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が入射する光線の一部を透過させ受光素子３２に入射させることにより、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、利便性が高い。

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。

なお、より具体的には、本実施の形態の光合分波器を合波器として利用する場合には、光ファイバ２３−２〜２３−５により凹面ミラー６に入射する光線の延長線上に受光素子３２を配置するのが望ましい。一方、本実施の形態の光合分波器を分波器として利用する場合には、光線分岐素子５２−１〜５２−４より凹面ミラー６に入射する光線の延長線上に受光素子３２を配置するのが望ましい。ただし、光ファイバ２３−２〜２３−５により凹面ミラー６に入射する光線と、光線分岐素子５２−１〜５２−４により凹面ミラー６に入射する光線との２本の光線が形成する角度が小さい場合には、受光素子３２−１〜３２−４を凹面ミラー６を透過した光線の幅より十分大きくし、かつ、各光線の中間点に受光素子３２−１〜３２−４を配置することによって、分波および合波の何れの動作に対しても光パワーの測定が可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施実施の形態を、図１１〜図１３を参照して説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と受光素子ブロック３の保持構造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。

図１１，図１２に示すように、メインブロック１の側壁部１２ａの外側の面，すなわち凹面ミラー６が形成されている面と反対側の面には、受光素子ブロック３を位置決めする位置決め突起１９ｃが形成されている。

図１３に示すように、受光素子ブロック３の受光素子搭載基板３１には、上記位置決め突起１９ｃに対応する位置に貫通孔からなる位置決め突起受け３４が形成されている。

本実施の形態において、受光素子ブロック３は、メインブロック１の位置決め突起１９ｃに、位置決め突起受け３４を嵌め込むことにより配設される。このとき、受光素子３２は、逃げ部１９ｂによって、受光素子基板３１とメインブロック１の側壁部１２との間に形成される空間に収容される。このようにしても、受光素子ブロック３をメインブロック１の所定の箇所に配設することができる。

なお、逃げ部１９ｂには、図１２に示すように、対応する受光素子に光を集光するための凸レンズ１９ｄを形成するようにしてもよい。これにより、凹面ミラー６を透過してきた光を凸レンズ１９ｄによって受光素子３２の受光面に集光するので、受光素子３２の受光面以外の領域まで光が広がることによる光損失を防ぐことができる。

また、図１１〜図１３では、位置決め突起１９ｃが円柱形のピン状の突起からなる位置決め突起１９ｄと、貫通孔からなる位置決め突起受け３４により受光素子ブロック３を所定の位置に配設するようにしたが、図１４〜図１６に示すように、位置決め突起１９ｃをツメ状の突起１９ｅ、位置決め突起受け３４をツメを受ける切り欠き３５とする構造にしてもよい。

この構成により、突起１９ｅと切り欠き３５に嵌め合わせるだけで、受光素子ブロック３をメインブロック１に対して正確に位置決めして配設することができる。したがって、光合分波器に光を入射してその出力を確認しながら受光素子ブロック３の位置合わせをするという煩雑な工程を行わずに、凹面ミラー６を透過した光線を正しく受光できる位置に受光素子３２を配設することができる。

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。 本発明の光合分波器の構成を示す平面図である。 メインブロックの構成を示す斜視図である。 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。 本発明の光合分波器の変形例を示す斜視図である。 メインブロックの変形例を示す斜視図である。 受光素子ブロックの変形例を示す平面図である。 本発明の光合分波器の変形例を示す斜視図である。 メインブロックの変形例を示す斜視図である。 受光素子ブロックの変形例を示す平面図である。 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…スリット、１９ｂ…逃げ部、１９ｃ…位置決め突起、１９ｄ…凸レンズ、１９ｅ…突起、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、３４…位置決め突起受け、３５…切り欠き、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。

Claims (4)

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設けられ、入射された光線の一部を透過させる透過部と、
   前記反射集光素子を挟んで前記反射集光素子と反対側に設けられ、前記透過部を透過した光のパワーを検出する受光素子と
   を有することを特徴とする光合分波器。
2. 前記反射集光素子は、光透過性を有する基部と、この基部の表面に形成された金属膜とから構成され、
   前記受光素子は、前記基部の裏面側に配設される
   ことを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
3. 前記受光素子を支持する支持部材と、
   この支持部材を保持し、前記基部の裏面側に配設する保持部材と
   をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の光合分波器。
4. 前記第１の軸上の前記基部の裏面に形成された集光素子
   をさらに備えることを特徴とする請求項２または３記載の光合分波器。
   

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