JP2008145796A - ２次元光学アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる２次元光学アレイを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る２次元光学アレイは、積層された５枚の平行平板１１０、及び、平行平板１１０の間に挟まれた３２本の円柱状の光学導波部材１２０を備える２次元光学アレイ１００であって、平行平板１１０は、隣接する平行平板１１０に面する平面１１１，１１２同士に６４個の光学導波部材搭載用溝１１３が互いに対向するように設けられ、光学導波部材１２０は、光学導波部材搭載用溝１１３のそれぞれの内面に接するように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバやロッドレンズを２次元で精密に配置する２次元光学アレイに関する。

従来から、複数の光ファイバが横方向（一次元）に配置された１次元光ファイバアレイ及び複数のロッドレンズが横方向に配置された１次元レンズアレイが、例えば、１次元光ファイバアレイ又は１次元レンズアレイ等の光学アレイ素子同士の接続に使用されている（例えば、特許文献１を参照。）。図１５に、従来の１次元光ファイバアレイの斜視図を示した。図１５（ａ）に示すように、１次元光ファイバアレイ９０は、基板９２ａ，９２ｂに、それぞれ８個の溝９６ａ，９６ｂが互いに対向するように形成される。２枚の基板９２ａ，９２ｂは、Ｖ溝９６ａ，９６ｂのそれぞれの内面で光ファイバ９８を挟むように接着される。（図１５（ｂ）を参照。）。

近年、複数の光ファイバが縦方向及び横方向（２次元）に配置された２次元光ファイバアレイが使用されている。図１６に、従来の２次元光ファイバアレイの斜視図を示した。２次元光ファイバアレイ９１は、１次元光ファイバアレイ９０ａ，９０ｂ，９０ｃを縦方向に３個重ねたものであり、２４本の光ファイバ９８を備える。ここで、２次元光ファイバアレイ９１同士を接続させたときの挿入損失を少なくするため、２次元光ファイバアレイ９１は、全ての光ファイバ９８が所定の位置に配置されている必要がある。このため、位置決め板等の位置決め手段を用いて光ファイバを所定の位置に配置する技術が開示されている。（例えば、特許文献２を参照。）。

特開平５−２６４８４１ 特開２００２−２５０８３５

しかし、特許文献２で開示された技術では、２次元光ファイバアレイの外部に精密な位置決め手段を設ける必要があり、２次元光ファイバアレイの部品数が増加する。また、位置決め手段は、２次元光ファイバアレイと同程度の精度で製作しなければならない。以上から、特許文献２で開示された技術では、光学導波部材を容易に所定の位置に配置できない問題がある。

本発明は、前記課題を解決するため、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる２次元光学アレイを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る２次元光学アレイは、隣接する平行平板の平面同士に光学導波部材搭載用溝が互いに対向するように設けられていることを特徴とする。

具体的には、本発明に係る２次元光学アレイは、積層された複数の平行平板、及び、前記平行平板の間に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える２次元光学アレイであって、前記平行平板は、隣接する前記平行平板に面する平面同士に複数の光学導波部材搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝のそれぞれの内面に接するように配置されていることを特徴とする。

ここで、前記平行平板とは、対向する平面が平行な平板をいう。

上記の２次元光学アレイは、前記光学導波部材搭載用溝のそれぞれの内面に前記光学導波部材が接するように前記平行平板が積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、前記光学導波部材を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。さらに、上記の２次元光学アレイは、前記平行平板の枚数を少なくすることで小型化及び低コスト化を図ることができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る２次元光学アレイは、隣接する平行平板の一方の平面に光学導波部材搭載用溝が設けられ、隣接する平行平板の平面同士に棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられていることを特徴とする。

具体的には、本発明に係る２次元光学アレイは、積層された複数の平行平板、及び、前記平行平板の間に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える２次元光学アレイであって、前記平行平板は、隣接する前記平行平板に面する平面同士の一方に複数の光学導波部材搭載用溝が隣接する前記平行平板に面する平面同士の他方に対向するように設けられ、隣接する前記平行平板に面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の棒状体が配置され、前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝の内面及び隣接する前記平行平板に面する平面同士の他方に接するように配置されていることを特徴とする。

上記の２次元光学アレイは、前記棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に前記棒状体が接するように前記平行平板が積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、前記光学導波部材を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。さらに、上記の２次元光学アレイは、前記平行平板の数を少なくすることで小型化及び低コスト化を図ることができ、前記光学導波部材搭載用溝を前記平行平板の平面の一方のみに設けることで製造を容易とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る２次元光学アレイは、１次元光学アレイの２枚の平行平板に光学導波部材搭載用溝が互いに対向するように設けられ、隣接する１次元光学アレイに棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられていることを特徴とする。

具体的には、本発明に係る２次元光学アレイは、２枚の平行平板、及び、前記２枚の平行平板に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える１次元光学アレイが複数積層された２次元光学アレイであって、前記１次元光学アレイは、前記２枚の平行平板が面する平面同士に複数の光学導波部材搭載用溝が互いに対向するように設けられ、隣接する前記１次元光学アレイの前記平行平板に面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の棒状体が配置され、前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝のそれぞれの内面に接するように配置されていることを特徴とする。

上記の２次元光学アレイは、前記光学導波部材搭載用溝のそれぞれの内面に接するように前記２枚の平行平板が前記光学導波部材を挟み、かつ、前記棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に前記棒状体が接するように前記１次元光学アレイが積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、前記光学導波部材を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る２次元光学アレイは、１次元光学アレイの２枚の平行平板の一方に光学導波部材搭載用溝が設けられ、１次元光学アレイの２枚の平行平板に第１の棒状体搭載用溝が対向するように設けられ、隣接する１次元光学アレイに第２の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられていることを特徴とする。

具体的には、本発明に係る２次元光学アレイは、２枚の平行平板、及び、前記２枚の平行平板に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える１次元光学アレイが複数積層された２次元光学アレイであって、前記１次元光学アレイは、前記２枚の平行平板のうちの一方の平行平板の平面に光学導波部材搭載用溝が前記２枚の平行平板のうちの他方の平行平板の平面に対向するように設けられ、前記２枚の平行平板が面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の第１の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記第１の棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の第１の棒状体が配置され、隣接する前記１次元光学アレイの前記平行平板に面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の第２の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記第２の棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の第２の棒状体が配置され、前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝の内面及び前記２枚の平行平板のうちの他方の平行平板の平面に接するように配置されていることを特徴とする。

上記の２次元光学アレイは、前記第１の棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に前記第１の棒状体が接するように前記２枚の平行平板が前記光学導波部材を挟み、かつ、前記第２の棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に前記第２の棒状体が接するように前記１次元光学アレイが積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、前記光学導波部材を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。さらに、上記の２次元光学アレイは、前記光学導波部材搭載用溝を前記平行平板の平面の一方のみに設けることで製造を容易とする。

本発明に係る２次元光学アレイでは、隣接する前記平行平板に面する平面同士に、少なくとも１以上の光ファイバ搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記光ファイバ搭載用溝のそれぞれの内面に接するように光ファイバが配置されていることが好ましい。

上記の２次元光学アレイは、前記光ファイバを用いて光を伝搬させ、入射光又は出射光を用いた位置合わせが可能となる。

本発明に係る２次元光学アレイでは、前記棒状体は、少なくとも一部が光ファイバ又はロッドレンズであることが好ましい。

上記の２次元光学アレイは、前記棒状体を用いて光を伝搬させ、入射光又は出射光を用いた位置合わせが可能となる。

本発明に係る２次元光学アレイでは、前記光学導波部材は、少なくとも一部が屈折率分布型ロッドレンズであり、前記屈折率分布型ロッドレンズは、長軸方向の長さが前記屈折率分布型ロッドレンズを通過する光に対してｎ＋４分の１ピッチ以上ｎ＋２分の１ピッチ以下であることが好ましい（但し、ｎは０又は正整数）。

上記の２次元光学アレイは、前記屈折率分布型ロッドレンズから出射した光の径が、一定の距離を隔ててから最大となるので、挿入損失が増加しにくい。

本発明に係る２次元光学アレイでは、対向して接続される側の端面が、前記光学導波部材の光軸に対して垂直な面から所定の角度だけ傾斜していることが好ましい。

上記の２次元光学アレイは、反射減衰量を抑制することができる。

本発明は、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材を精密、かつ、容易に配置することができる２次元光学アレイを提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。

（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係る２次元光学アレイの斜視図を示した。２次元光学アレイ１００は、例えば、５枚の平行平板１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ及び３２本の光学導波部材１２０を備える。平行平板１１０としては、例えば、石英ガラス基板、シリコン基板又はパイレックス（登録商標）基板がある。光学導波部材１２０は、マルチモードグレーデットインデックス型光ファイバであることが好ましい。また、光学導波部材１２０は、シングルモード型光ファイバ又は一方の端面に光ファイバが接続されたロッドレンズであっても良い。なお、平行平板１１０の枚数及び光学導波部材１２０の本数は、上記に制限されない。

図２に、第１実施形態に係る２次元光学アレイの正面図を示した。第１実施形態に係る２次元光学アレイは、積層された５枚の平行平板１１０、及び、平行平板１１０の間に挟まれた３２本の円柱状の光学導波部材１２０を備える２次元光学アレイ１００であって、平行平板１１０は、隣接する平行平板１１０に面する平面１１１，１１２同士に６４個の光学導波部材搭載用溝１１３が互いに対向するように設けられ、光学導波部材１２０は、光学導波部材搭載用溝１１３のそれぞれの内面に接するように配置されている。図２では、光学導波部材１２０として、コア径１８５μｍ及びクラッド径２３０μｍのマルチモードグレーデットインデックス型光ファイバを用いている。なお、図２では、一部の符号を省略した。

平行平板１１０ａ，１１０ｂの平面１１２ａ，１１１ｂに、それぞれ８個の光学導波部材搭載用溝１１３ａ，１１３ｂが、互いに対向するように形成される。また、平行平板１１０ｂ，１１０ｃの平面１１２ｂ，１１１ｃに、それぞれ８個の光学導波部材搭載用溝１１３ｂ，１１３ｃが、互いに対向するように形成される。なお、平行平板１１０ａの平面１１９の側には光学導波部材１２０が配置されないため、平行平板１１０ａの平面１１９に光学導波部材搭載用溝１１３を形成しなくとも良い。

図２に示すように、光学導波部材搭載用溝１１３は、例えば、断面の形状がＶ字形状である。また、光学導波部材搭載用溝１１３は、断面の形状がＵ字形状、逆台形の形状又は矩形の形状であっても良く、以後も同様である（不図示）。光学導波部材搭載用溝１１３は、例えば、平行平板１１０が石英ガラス基板又はパイレックス（登録商標）基板であれば研削して形成し、或いは、平行平板１１０がシリコン基板であればエッチングして形成する。通常、光学導波部材搭載用溝１１３は、溝の深さ及び溝の形状が等しく、同一の平面１１１，１１２に位置する光学導波部材搭載用溝１１３同士の間隔が略一定となるように形成される。このようにして、光学導波部材搭載用溝１１３に配置される光学導波部材１２０が、縦方向及び横方向に整列される。

一方、光学導波部材１２０が所定の位置に配置されていないと、２次元光学アレイ１００と２次元光ファイバアレイ等の光学アレイ素子とを接続したとき、或いは、２次元光学アレイ１００同士を接続したとき、挿入損失が増大する原因となる。さらに、光学導波部材１２０が、これを挟んでいる平行平板１１０から強い応力を受ける場合がある。このとき、光学導波部材１２０の屈折率が変化して又は光学導波部材１２０が破損して、２次元光学アレイ１００の光学特性が悪化することがある。また、２次元光学アレイ１００の全ての光学導波部材１２０は、光学アレイ素子に接続される側の端面が同一面上（不図示）に位置することが好ましい。光学導波部材１２０の光学アレイ素子に接続される側の端面が上記の同一面上に位置していないと、光学導波部材１２０の挿入損失が増加する原因となる。

ここで、光学導波部材１２０が所定の位置に配置されるとは、仕様又は規格で定められた位置に光学導波部材１２０が配置されることであり、例えば、光学導波部材１２０同士の光軸の間隔が１２７μｍや２５０μｍとなるように配置されることである。

平行平板１１０は、例えば、紫外線を照射することで硬化する紫外線接着剤（ＵＶ接着剤）又はシリコン樹脂接着剤等の接着剤を用いて接着される。以上のようにして、第１実施形態に係る２次元光学アレイを得ることができる。

図２に示すように、光学導波部材搭載用溝１１３は、光学導波部材１２０を所定の位置に配置し、かつ、隣接する平行平板１１０同士のずれを防止する役割を有する。従って、２次元光学アレイ１００は、光学導波部材搭載用溝１１３のそれぞれの内面に光学導波部材１２０が接するように平行平板１１０が積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材１２０を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。さらに、２次元光学アレイ１００は、平行平板１１０の両平面１１１，１１２の側に光学導波部材１２０を配置することで光学導波部材１２０の本数に対する平行平板１１０の枚数を少なくでき、小型化及び低コスト化を図ることができる。

図３に、光ファイバ搭載用溝及び光ファイバを備える第１実施形態に係る２次元光学アレイの正面図を示した。なお、図３では、一部の符号を省略している。第１実施形態に係る２次元光学アレイでは、隣接する平行平板１１０に面する平面１１１，１１２同士に、８個の光ファイバ搭載用溝１１４が互いに対向するように設けられ、光ファイバ搭載用溝１１４のそれぞれの内面に接するように光ファイバ１３０が配置されていることが好ましい。図３では、光ファイバ１３０として、コア径９μｍ及びクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを用いている。また、光ファイバ１３０は、シングルモード型光ファイバであることが好ましい（不図示）。

平行平板１１０ａ，１１０ｂの平面１１２ａ，１１１ｂに、それぞれの２個の光ファイバ搭載用溝１１４ａ、１１４ｂが、互いに対向するように設けられる。また、平行平板１１０ｄ，１１０ｅの平面１１２ｄ，１１１ｅに、それぞれ２個の光ファイバ搭載用溝１１４ｄ、１１４ｅが、互いに対向するように設けられる。このように、光ファイバ搭載用溝１１４が２次元光学アレイ１００の４隅に設けられ、それぞれに光ファイバ１３０が配置されることがより好ましい。図３に示すように、光ファイバ搭載用溝１１４は、例えば、断面の形状がＶ字形状である。また、光ファイバ搭載用溝１１４は、断面の形状がＵ字形状、逆台形の形状又は矩形の形状であっても良く、以後も同様である（不図示）。光ファイバ１３０は、例えば、光軸を合せて位置合わせを行うためのものである。光ファイバ１３０の本数が多いほど、位置合わせの精度が高くなるためである。なお、光ファイバ１３０の配置は、図３に制限されない。例えば、２次元光学アレイ１００は、１対の光ファイバ搭載用溝１１４が隣接する平行平板１１０に面する平面１１１，１１２のいずれかに設けられ、１本の光ファイバ１３０が配置されても良い（不図示）。また、２次元光学アレイ１００を正面視した際に２対の光ファイバ搭載用溝１１４が対角線上に位置するように設けられ、２本の光ファイバ１３０が配置されることが好ましい（不図示）。２次元光学アレイ１００の光ファイバ１３０とこれに対向する光学アレイ素子の光ファイバ（不図示）との間の挿入損失が最小となるように２次元光学アレイ１００と当該光学アレイ素子とを接続すれば、位置合わせが容易にできる。

２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂ同士を接続する場合を例として、第１実施形態に係る２次元光学アレイの接続方法について説明する。図４に、２個の２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂの斜視図を示した。図４の２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂは、同一の形状である。なお、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂは、それぞれ光ファイバ１３０を４本備える。２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂ同士を接続した際、２次元光学アレイ１００ａの光学導波部材１２０の光軸と２次元光学アレイ１００ｂの光学導波部材１２０の光軸とが一致するように、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂの光学導波部材１２０が配置されている。また、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂ同士を接続した際、２次元光学アレイ１００ａの光ファイバ１３０の光軸と２次元光学アレイ１００ｂの光ファイバ１３０の光軸とが一致するように、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂの光ファイバ１３０が配置されている。

図５に、２個の２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂの位置を調整している際の斜視図を示した。なお、図５では、横方向を符号Ｘ、縦方向を符号Ｙ及び回転方向を符号Ｒで示した。２次元光学アレイ１００ａの光学導波部材１２０の光軸と２次元光学アレイ１００ｂの光学導波部材１２０の光軸とが一致するように、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂを横方向Ｘ、縦方向Ｙ又は回転方向Ｒに動かす。このようにして、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂの位置を調整し、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂ同士を接続する。

第１実施形態に係る２次元光学アレイでは、対向して接続される側の端面が、光学導波部材１２０の光軸に対して垂直な面から所定の角度だけ傾斜していることが好ましい（不図示）。２個の２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂは、平行平板及び光学導波部材１２０の接続する側の端面が、例えば、光学導波部材１２０の光軸に対して垂直な面から８度傾斜する。これによって、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂは、反射減衰量を抑制することができる。なお、以後の各実施形態において、第１実施形態と同様に斜め研磨しても良く、棒状体を備える場合は棒状体も斜め研磨して良い。

図６に、２個の２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂ同士が接続された際の斜視図を示した。２次元光学アレイ１００ａの光学導波部材１２０の光軸と２次元光学アレイ１００ｂの光学導波部材１２０の光軸とが一致するように、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂ同士が接続されている。また、光ファイバ１３０ａと光ファイバ１３０ｅとの光軸が一致、光ファイバ１３０ｂと光ファイバ１３０ｆとの光軸が一致、及び、光ファイバ１３０ｄと光ファイバ１３０ｈとの光軸が一致している。例えば、光ファイバ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄの側に光源を接続し、光ファイバ１３０ｅ，１３０ｆ，１３０ｇ，１３０ｈの側に光測定器を接続する。光ファイバ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄの側から入射する光の強度と光ファイバ１３０ｅ，１３０ｆ，１３０ｇ，１３０ｈの側から出射する光の強度との差から挿入損失が求められる。ここで、挿入損失が大きい場合は軸ずれ量が大きい可能性が高く、２次元光学アレイ１００ａ，１００ｂの位置を再調整することが好ましい。なお、２次元光学アレイ１００の接続方法は、上記に限定されない。

図７に、第１実施形態に係る２次元光学アレイ同士を接続した際の挿入損失と軸ずれ量との関係をグラフに示した。図７では、光学導波部材としてマルチモードグレーデットインデックス型光ファイバを使用し、光学導波部材に屈折率分布型ロッドレンズと同様の機能を持たせている。図７に示すように、＋−５μｍ以内の軸ずれ量であれば、挿入損失を小さく抑えることができる。

図８に、第１実施形態に係る２次元光学アレイ同士を接続した際の挿入損失と空気伝搬距離との関係をグラフに示した。図８では、光学導波部材としてマルチモードグレーデットインデックス型光ファイバを使用し、光学導波部材に屈折率分布型ロッドレンズと同様の機能を持たせている。図８から、空気伝搬距離が６００〜１２００μｍの間で挿入損失が小さくなることがわかる。

図９に、第１実施形態に係る２次元光学アレイのニアフィールドパターンをグラフに示した。図９には、光の横の座標を実線で、光の縦の座標を破線で示した。図９から、光学導波部材の光軸（座標が０μｍ）で出力が最も高く、光学導波部材の光軸から離れるほど出力が低下することがわかる。

図１０に、図２のＡ−Ａ’の縦断面概念図を示した。第１実施形態に係る２次元光学アレイでは、光学導波部材１２０は、少なくとも一部が屈折率分布型ロッドレンズであり、前記屈折率分布型ロッドレンズは、長軸方向の長さが屈折率分布型ロッドレンズ１２１を通過する光に対してｎ＋４分の１ピッチ以上ｎ＋２分の１ピッチ以下であることが好ましい（但し、ｎは０又は正整数）。例えば、ｎ＝１とすると、屈折率分布型ロッドレンズ１２１の長軸方向の長さは、１＋４分の１ピッチ以上１＋２分の１ピッチ以下となる。図１０では、例えば、屈折率分布型ロッドレンズ１２１の長軸方向の長さが屈折率分布型ロッドレンズ１２１を通過する光に対して４分の１ピッチとなる距離を符号Ｌ及び屈折率分布型ロッドレンズ１２１を通過する光を一点鎖線で示した。屈折率分布型ロッドレンズ１２１は、例えば、平行平板１１０ａ，１１０ｂで挟まれ、一方の端面が光ファイバ１２２と接続される。図１０に示すように、屈折率分布型ロッドレンズ１２１を通過する光は、屈折率分布型ロッドレンズ１２１が有する屈折率分布により蛇行し、その径が距離Ｌで最大となる。これによって、２次元光学アレイに対向する光学アレイ素子が備える光ファイバに集光することが容易になり、光学導波部材１２０が所定の位置から多少ずれて配置されてしまった場合であっても、挿入損失が増加しにくい。

屈折率分布型ロッドレンズ１２１の長軸方向の長さを距離Ｌ以上とすると、屈折率分布型ロッドレンズ１２１から出射した光は、収束することになる。この状態で、対向する２次元光学アレイ同士の間に光フィルター等の光学素子を配置しても、２次元光学アレイ同士の挿入損失を小さくすることができる。実際には、屈折率分布型ロッドレンズ１２１の長軸方向の長さが屈折率分布型ロッドレンズ１２１を通過する光に対してｎ＋４分の１ピッチ以上ｎ＋２分の１ピッチ以下であれば、２次元光学アレイ同士の挿入損失を小さくできることが判明した。

図１１に、第１実施形態に係る２次元光学アレイ同士を接続した際の挿入損失と空気伝搬距離との関係を屈折率分布型ロッドレンズの長軸方向の長さをパラメータとして示す。図１１では、対向する屈折率分布型ロッドレンズの長軸方向の長さは同じである。図１１より、挿入損失を最小にするために、屈折率分布型ロッドレンズ同士をどのくらいの距離で対向させればよいのかわかる。長軸方向の長さが７４０μｍの屈折率分布型ロッドレンズ同士を対向させる場合、空気伝搬距離が短くなるほど挿入損失が低下することがわかる。すなわち、対向する屈折率分布型ロッドレンズ同士の間に光学素子を配置すると、挿入損失が増加してしまう。一方、長軸方向の長さが８００μｍの屈折率分布型ロッドレンズ同士を対向させる場合、空気伝搬距離が１５００μｍで挿入損失が最小となるため、屈折率分布型ロッドレンズ同士の間が１５００μｍ程度で挿入損失が増加しないことがわかる。また、長軸方向の長さが８４０μｍの屈折率分布型ロッドレンズ同士を対向させる場合、挿入損失が最小となる１８００μｍにおいて、他の屈折率分布型ロッドレンズと比較して挿入損失が最小であることがわかる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る２次元光学アレイについて、第１実施形態に係る２次元光学アレイと異なる点を中心に説明する。図１２に、第２実施形態に係る２次元光学アレイの正面図を示した。第２実施形態に係る２次元光学アレイは、積層された５枚の平行平板２１０、及び、平行平板２１０の間に挟まれた３２本の円柱状の光学導波部材２２０を備える２次元光学アレイ２００であって、平行平板２１０は、隣接する平行平板２１０に面する平面２１１，２１２同士の一方２１１に３２個の光学導波部材搭載用溝２１３が隣接する平行平板２１０に面する平面２１１，２１２同士の他方２１２に対向するように設けられ、隣接する平行平板２１０に面する平面２１１，２１２同士に８個の棒状体搭載用溝２１４が互いに対向するように設けられ、棒状体搭載用溝２１４のそれぞれの内面に接するように円柱状の棒状体２４０が配置され、光学導波部材２２０は、光学導波部材搭載用溝２１３の内面及び隣接する平行平板２１０に面する平面２１１，２１２同士の他方２１２に接するように配置されている。なお、図１２では、一部の符号を省略している。

平行平板２１０ｂの平面２１１ｂに、８個の光学導波部材搭載用溝２１３ｂが、平行平板２１０ａの平面２１１ｂに対向するように形成される。平行平板２１０ａ，２１０ｂに面する平面２１２ａ，２１１ｂに、それぞれ２個の棒状体搭載用溝２１４ａ、２１４ｂが、互いに対向するように形成される。また、平行平板２１０ｃの平面２１１ｃに、８個の光学導波部材搭載用溝２１３ｃが、平行平板２１０ｂの平面２１２ｂに対向するように形成される。隣接する平行平板２１０ｂ，２１０ｃに面する平面２１１ｃ，２１２ｂに、それぞれ２個の棒状体搭載用溝２１４ｂ、２１４ｃが、互いに対向するように形成される。図１２に示すように、棒状体搭載用溝２１４は、例えば、断面の形状がＶ字形状である。また、棒状体搭載用溝２１４は、断面の形状がＵ字形状、逆台形の形状又は矩形の形状であっても良く、以後も同様である（不図示）。なお、平行平板２１０ａの平面２１９の側には光学導波部材２２０が配置されないので、平行平板２１０ａの平面２１２ａ，２１９に光学導波部材搭載用溝２１３を形成しなくとも良い。

第２実施形態に係る２次元光学アレイでは、棒状体２４０は、少なくとも一部が光ファイバ又はロッドレンズであることが好ましい。図１２では、棒状体２４０として、コア径１８５μｍ及びクラッド径２３０μｍのマルチモードグレーデットインデックス型光ファイバを用いている。２次元光学アレイ２００は、棒状体２４０を用いて光を伝搬させ、入射光又は出射光を用いた位置合わせが可能となる。また、棒状体２４０として、円柱状の棒を用いても良い。このとき、棒状体２４０は、平行平板２１０との熱膨張率の差が少ない材料を用いることが好ましく、平行平板２１０と略同じ熱膨張率を有する材料、例えば、石英ガラス、シリコン又はパイレックス（登録商標）を用いることがより好ましい。平行平板２１０と棒状体２４０との熱膨張率の差が大きいと、気温の上昇に伴って平行平板２１０及び棒状体２４０に応力が強く加わり、平行平板２１０及び棒状体２４０が破損する可能性が高くなる。

図１２に示すように、光学導波部材搭載用溝２１３は、光学導波部材２２０を所定の位置に配置する役割を有する。また、棒状体搭載用溝２１４は、隣接する平行平板２１０同士のずれを防止する役割を有する。従って、２次元光学アレイ２００は、棒状体搭載用溝２１４のそれぞれの内面に棒状体２４０が接するように平行平板２１０が積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材２２０を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。さらに、２次元光学アレイ２００は、平行平板２１０の両平面２１１，２１２の側に光学導波部材２２０を配置することで光学導波部材２２０の本数に対する平行平板２１０の枚数を少なくし、小型化及び低コスト化を図ることができる。また、光学導波部材搭載用溝２１３を平行平板２１０の平面２１１，２１２の一方のみに設けることで製造を容易とする。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る２次元光学アレイについて、第１実施形態に係る２次元光学アレイと異なる点を中心に説明する。図１３に、第３実施形態に係る２次元光学アレイの正面図を示した。第３実施形態に係る２次元光学アレイは、２枚の平行平板３１０、及び、２枚の平行平板３１０に挟まれた８本の円柱状の光学導波部材３２０を備える１次元光学アレイ３０１が４枚積層された２次元光学アレイ３００であって、１次元光学アレイ３０１は、２枚の平行平板３１０が面する平面３１１，３１２同士に６４個の光学導波部材搭載用溝３１３が互いに対向するように設けられ、隣接する１次元光学アレイ３０１の平行平板３１０に面する平面３１１，３１２同士に１２個の棒状体搭載用溝３１４が互いに対向するように設けられ、棒状体搭載用溝３１４のそれぞれの内面に接するように円柱状の棒状体３４０が配置され、光学導波部材３２０は、光学導波部材搭載用溝３１３のそれぞれの内面に接するように配置されていることを特徴とする。なお、図１３では、一部の符号を省略している。

平行平板３１０ａ，３１０ｂが面する平面３１２ａ，３１１ｂに、それぞれ８個の光学導波部材搭載用溝３１３ａ，３１３ｂが、互いに対向するように設けられる。１次元光学アレイ３０１ａ，３０１ｃの平行平板３１０ｂ，３１０ｃに面する平面３１２ｂ，３１１ｃに、それぞれ２個の棒状体搭載用溝３１４ｂ、３１４ｃが、互いに対向するように設けられる。また、平行平板３１０ｃ，３１０ｄが面する平面３１２ｃ，３１１ｄに、それぞれ８個の光学導波部材搭載用溝３１３ｃ，３１３ｄが、互いに対向するように設けられる。なお、平行平板３１０ａの平面３１９の側には１次元光学アレイ３０１が配置されないので、平行平板３１０ａの平面３１９に棒状体搭載用溝３１４を形成しなくとも良い。

第３実施形態に係る２次元光学アレイでは、棒状体３４０は、少なくとも一部が光ファイバ又はロッドレンズであることが好ましい。図１３では、棒状体３４０として、コア径９μｍ及びクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを用いている。２次元光学アレイ３００は、棒状体３４０を用いて光を伝搬させ、入射光又は出射光を用いた位置合わせが可能となる。また、棒状体３４０として、第２実施形態における円柱状の棒と同様のものを用いても良い。

図１３に示すように、光学導波部材搭載用溝３１３は、光学導波部材３２０を所定の位置に配置し、かつ、１次元光学アレイ３０１の２枚の平行平板３１０のずれを防止する役割を有する。また、棒状体搭載用溝３１４は、１次元光学アレイ３０１同士のずれを防止する役割を有する。従って、２次元光学アレイ３００は、光学導波部材搭載用溝３１３のそれぞれの内面に接するように２枚の平行平板３１０が光学導波部材３２０を挟み、かつ、棒状体搭載用溝３１４のそれぞれの内面に棒状体３４０が接するように１次元光学アレイ３０１が積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材３２０を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る２次元光学アレイについて、第１実施形態に係る２次元光学アレイと異なる点を中心に説明する。図１４に、第４実施形態に係る２次元光学アレイの正面図を示した。第４実施形態に係る２次元光学アレイは、２枚の平行平板４１０、及び、２枚の平行平板４１０に挟まれた８本の円柱状の光学導波部材４２０を備える１次元光学アレイ４０１が４枚積層された２次元光学アレイ４００であって、１次元光学アレイ４０１は、２枚の平行平板４１０のうちの一方の平行平板４１０の平面４１１に光学導波部材搭載用溝４１３が２枚の平行平板４１０のうちの他方の平行平板４１０の平面４１２に対向するように設けられ、２枚の平行平板４１０が面する平面４１１，４１２同士に１６個の第１の棒状体搭載用溝４１４が互いに対向するように設けられ、第１の棒状体搭載用溝４１４のそれぞれの内面に接するように円柱状の第１の棒状体４４０が配置され、隣接する１次元光学アレイ４０１の平行平板４１０に面する平面４１１，４１２同士に１２個の第２の棒状体搭載用溝４１５が互いに対向するように設けられ、第２の棒状体搭載用溝４１５のそれぞれの内面に接するように円柱状の第２の棒状体４５０が配置され、光学導波部材４２０は、光学導波部材搭載用溝４１３の内面及び２枚の平行平板４１０のうち他方の平行平板４１０の平面４１２に接するように配置されていることを特徴とする。

平行平板４１０ｂの平面４１１ｂに、８個の光学導波部材搭載用溝４１３ｂが、平行平板４１０ａの平面４１２ｂに対向するように設けられる。平行平板４１０ａ，４１０ｂが面する平面４１２ａ，４１１ｂに、それぞれ２個の第１の棒状体搭載用溝４１４ａ，４１４ｂが、互いに対向するように設けられる。１次元光学アレイ４０１ａ，４０１ｃの平行平板４１０ｂ，４１０ｃに面する平面４１１ｃ，４１２ｂに、それぞれ２個の第２の棒状体搭載用溝４１５ｂ、４１５ｃが、互いに対向するように設けられる。また、平行平板４１０ｄの平面４１１ｄに、８個の光学導波部材搭載用溝４１３ｄが、平行平板４１０ｃの平面４１２ｃに対向するように設けられる。平行平板４１０ｃ，４１０ｄが面する平面４１２ｃ，４１１ｄに、それぞれ２個の第１の棒状体搭載用溝４１４ｃ，４１４ｄが、互いに対向するように設けられる。図１４に示すように、第１の棒状体４４０及び第２の棒状体４５０は、例えば、断面の形状がＶ字形状である。また、第１の棒状体４４０及び第２の棒状体４５０は、断面の形状がＵ字形状、逆台形の形状又は矩形の形状であっても良く、以後も同様である（不図示）。なお、平行平板４１０ａの平面４１９の側には１次元光学アレイ４０１が配置されないので、平行平板４１０ａの平面４１９に第２の棒状体搭載用溝４１５を形成しなくとも良い。

第４実施形態に係る２次元光学アレイでは、第１の棒状体４４０及び第２の棒状体４５０は、少なくとも一部が光ファイバ又はロッドレンズであることが好ましい。図１４では、第１の棒状体４４０として、コア径１８５μｍ及びクラッド径２３０μｍのマルチモードグレーデットインデックス型光ファイバを用いている。ここで、第１の棒状体４４０は、少なくとも１本をシングルモード型光ファイバとすることがより好ましい（不図示）。また、第２の棒状体４５０として、コア径９μｍ及びクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを用いている。２次元光学アレイ４００は、第１の棒状体４４０及び第２の棒状体４５０を用いて光を伝搬させ、入射光又は出射光を用いた位置合わせが可能となる。また、第１の棒状体４４０及び第２の棒状体４５０として、第２実施形態における円柱状の棒と同様のものを用いても良い。

図１４に示すように、光学導波部材搭載用溝４１３は、光学導波部材４２０を所定の位置に配置する役割を有する。また、第１の棒状体搭載用溝４１４は、１次元光学アレイ４０１の２枚の平行平板４１０のずれを防止する役割を有する。さらに、第２の棒状体搭載用溝４１５は、１次元光学アレイ４０１同士のずれを防止する役割を有する。よって、２次元光学アレイ４００は、第１の棒状体搭載用溝４１４のそれぞれの内面に第１の棒状体４４０が接するように２枚の平行平板４１０が光学導波部材４２０を挟み、かつ、第２の棒状体搭載用溝４１５のそれぞれの内面に第２の棒状体４５０が接するように１次元光学アレイ４１０が積層されることで、外部に精密な位置決め手段を設けることなく、光学導波部材４２０を精密、かつ、容易に所定の位置に配置することができる。さらに、２次元光学アレイ４００は、光学導波部材搭載用溝４１３を平行平板４１０の平面４１１，４１２の一方のみに設けることで製造を容易とする。

本発明に係る２次元光学アレイは、導波路型スプリッタ、ＡＷＧ、光スイッチ、レンズアレイ、光ファイバアレイ及びコリメータアレイとして利用することができる。

第１実施形態に係る２次元光学アレイの斜視図である。 第１実施形態に係る２次元光学アレイの正面図である。 光ファイバ搭載用溝及び光ファイバを備える第１実施形態に係る２次元光学アレイの正面図である。 ２個の２次元光学アレイの斜視図である。 ２個の２次元光学アレイの位置を調整している際の斜視図である。 ２個の２次元光学アレイが接続された際の斜視図である。 第１実施形態に係る２次元光学アレイ同士を接続した際の挿入損失と軸ずれ量との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る２次元光学アレイ同士を接続した際の挿入損失と空気伝搬距離との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る２次元光学アレイのニアフィールドパターンを示すグラフである。 図２のＡ−Ａ’の縦断面概念図を示した。 第１実施形態に係る２次元光学アレイ同士を接続した際の挿入損失と空気伝搬距離との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る２次元光学アレイの正面図である。 第３実施形態に係る２次元光学アレイの正面図である。 第４実施形態に係る２次元光学アレイの正面図である。 従来の１次元光ファイバアレイの斜視図であり、（ａ）は基板を接着する前であり、（ｂ）は基板を接着した後である。 従来の２次元光ファイバアレイの斜視図である。

符号の説明

９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ １次元光ファイバアレイ
９１ ２次元光ファイバアレイ
９２ａ，９２ｂ 基板
９６ａ，９６ｂ Ｖ溝
９８ 光ファイバ
１００、１００ａ、１００ｂ ２次元光学アレイ
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ 平行平板
１１１、１１１ｂ、１１１ｃ、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１９ 平面
１１３、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ 光学導波部材搭載用溝
１１４、１１４ａ、１１４ｂ，１１４ｄ，１１４ｅ 光ファイバ搭載用溝
１２０ 光学導波部材
１２１ 屈折分布型ロッドレンズ
１２２ 光ファイバ
１３０、１３０ａ，１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｇ、１３０ｈ 光ファイバ
２００ ２次元光学アレイ
２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 平行平板
２１１、２１１ｂ、２１１ｃ、２１２、２１２ａ、２１２ｂ、２１９ 平面
２１３、２１３ｂ、２１３ｃ 光学導波部材搭載用溝
２１４、２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ 棒状体搭載用溝
２２０ 光学導波部材
２４０ 棒状体
３００ ２次元光学アレイ
３０１、３０１ａ、３０１ｃ １次元光学アレイ
３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ 平行平板
３１１、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１２、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１９ 平面
３１３、３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、３１３ｄ 光学導波部材搭載用溝
３１４、３１４ｂ、３１４ｃ 棒状体搭載用溝
３２０ 光学導波部材
３４０ 棒状体
４００ ２次元光学アレイ
４０１、４０１ａ、４０１ｃ １次元光学アレイ
４１０、４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ 平行平板
４１１、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄ、４１２、４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１９ 平面
４１３、４１３ｂ、４１３ｄ 光学導波部材搭載用溝
４１４、４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄ 第１の棒状体搭載用溝
４１５、４１５ｂ、４１５ｃ 第２の棒状体搭載用溝
４２０ 光学導波部材
４４０ 第１の棒状体
４５０ 第２の棒状体
Ｌ 距離
Ｘ 横方向
Ｙ 縦方向
Ｒ 回転方向

Claims (8)

1. 積層された複数の平行平板、及び、前記平行平板の間に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える２次元光学アレイであって、
   前記平行平板は、隣接する前記平行平板に面する平面同士に複数の光学導波部材搭載用溝が互いに対向するように設けられ、
   前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝のそれぞれの内面に接するように配置されていることを特徴とする２次元光学アレイ。
2. 積層された複数の平行平板、及び、前記平行平板の間に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える２次元光学アレイであって、
   前記平行平板は、隣接する前記平行平板に面する平面同士の一方に複数の光学導波部材搭載用溝が隣接する前記平行平板に面する平面同士の他方に対向するように設けられ、隣接する前記平行平板に面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の棒状体が配置され、
   前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝の内面及び隣接する前記平行平板に面する平面同士の他方に接するように配置されていることを特徴とする２次元光学アレイ。
3. ２枚の平行平板、及び、前記２枚の平行平板に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える１次元光学アレイが複数積層された２次元光学アレイであって、
   前記１次元光学アレイは、前記２枚の平行平板が面する平面同士に複数の光学導波部材搭載用溝が互いに対向するように設けられ、隣接する前記１次元光学アレイの前記平行平板に面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の棒状体が配置され、
   前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝のそれぞれの内面に接するように配置されていることを特徴とする２次元光学アレイ。
4. ２枚の平行平板、及び、前記２枚の平行平板に挟まれた複数の円柱状の光学導波部材を備える１次元光学アレイが複数積層された２次元光学アレイであって、
   前記１次元光学アレイは、前記２枚の平行平板のうちの一方の平行平板の平面に光学導波部材搭載用溝が前記２枚の平行平板のうちの他方の平行平板の平面に対向するように設けられ、前記２枚の平行平板が面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の第１の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記第１の棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の第１の棒状体が配置され、隣接する前記１次元光学アレイの前記平行平板に面する平面同士にそれぞれ少なくとも１以上の第２の棒状体搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記第２の棒状体搭載用溝のそれぞれの内面に接するように円柱状の第２の棒状体が配置され、
   前記光学導波部材は、前記光学導波部材搭載用溝の内面及び前記２枚の平行平板のうちの他方の平行平板の平面に接するように配置されていることを特徴とする２次元光学アレイ。
5. 隣接する前記平行平板に面する平面同士に、少なくとも１以上の光ファイバ搭載用溝が互いに対向するように設けられ、前記光ファイバ搭載用溝のそれぞれの内面に接するように光ファイバが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の２次元光学アレイ。
6. 前記棒状体は、少なくとも一部が光ファイバ又はロッドレンズであることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の２次元光学アレイ。
7. 前記光学導波部材は、少なくとも一部が屈折率分布型ロッドレンズであり、
   前記屈折率分布型ロッドレンズは、長軸方向の長さが前記屈折率分布型ロッドレンズを通過する光に対してｎ＋４分の１ピッチ以上ｎ＋２分の１ピッチ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の２次元光学アレイ（但し、ｎは０又は正整数）。
8. 対向して接続される側の端面が、前記光学導波部材の光軸に対して垂直な面から所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の２次元光学アレイ。

Images