JP2008242450A - 光合分波器およびそれを用いた光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】狭帯域の光の損失を少なくして、透過波長精度を向上させた光合分波器および光送受信器を提供する。
【解決手段】第１乃至第３の光導波体と、前記第１の光導波体と前記第２の光導波体との間に配置され、前記第１の光導波体より出射される光を透過光と反射光に分波して、該透過光を前記第２の光導波体に入射し、前記反射光を前記第３の光導波体に入射する、あるいは前記第２の光導波体より出射される光を透過し、前記第３の光導波体より出射される光を反射し、前記第１の光導波体に合波光を入射する第１の光フィルタ５と、前記第２の光導波体と第１の光フィルタ５との間に配置され、第１の光フィルタ５よりも狭い波長帯域を有する光を透過する第２の光フィルタ６と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の波長を有する光を分波、もしくは複数の光を合波する機能を有する光合分波器、およびこのような光合分波器を備えてなる光送受信器に関するものである。

近年、光通信部品の分野においては、情報の大容量化が可能な波長多重伝送方式の採用が増大しているため、この波長多重伝送方式に用いられる光デバイスの一つである光合分波器の特性の向上が要求されている。光合分波器は、単一の光ファイバを伝播する複数の異なる波長領域を有する光を複数の光ファイバに出力する、あるいは複数の光ファイバを伝播する光を単一の光ファイバに出力する機能を有するものである。

図７は、従来の光合分波器を示す斜視図である。従来の光合分波器１００は、Ｖ溝１０７が形成された基体１０３と、Ｖ溝１０７に密着して配置され、先端に屈折率分布型レンズ１１１ａ〜１１１ｃが光ファイバ１１０ａ〜１１０ｃに装着されたレンズドファイバ１０２ａ〜１０２ｃと、Ｖ溝１０７を横断するように基体１０３に形成された溝部１０６と、溝部１０６に設置された光フィルタ１０９とから構成されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−１５７３０２号公報

しかしながら、特許文献１に示された光合分波器では、たとえば透過波長帯域の光の入射角度依存性が大きい狭帯域光フィルタで構成する場合、レンズドファイバ１０２ａとレンズドファイバ１０２ｂの結合効率を最大にすると同時に、レンズドファイバ１０２ｃに所望の波長の光を入射するのが困難であった。具体的に、光フィルタの光の入射角度依存性とは、光フィルタ１０９に対する光の入射角度に応じて、光の損失や波長選択性の劣化が生じる現象である。すなわち、従来の光合分波器では、レンズドファイバ１０２ａとレンズドファイバ１０２ｂとの結合効率が最大になるように光フィルタ１０９を配置すると、レンズドファイバ１０２ａから出射された光フィルタ１０９に入射される光の入射角度が大きくなるため、光フィルタ１０９を透過する光の特性が劣化し、レンズドファイバ１０２ｃに所望の光を入射させるのが困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の光合分波器は、第１乃至第３の光導波体と、前記第１の光導波体と前記第２の光導波体との間に配置され、前記第１の光導波体より出射される光を透過光と反射光に分波して、該透過光を前記第２の光導波体に入射し、前記反射光を前記第３の光導波体に入射する、あるいは前記第２の光導波体より出射される光を透過し、前記第３の光導波体より出射される光を反射し、前記第１の光導波体に合波光を入射する第１の光フィルタと、前記第２の光導波体と前記第１の光フィルタとの間に配置され、前記第１の光フィルタよりも狭い波長帯域を有する光を透過する第２の光フィルタと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明において、前記第１の光フィルタは、第１の透光性部材と該第１の透光性部材の一主面に形成されてなり、第１の波長領域の光を通過し、かつ第２の波長領域の光を反射する第１のフィルタ膜とを有していることが好ましい。

また、本発明において、前記第２の光フィルタは、第２の透光性部材と該第２の透光性部材の一主面に形成されてなり、前記第１の波長領域内における第３の波長領域の光を透過する第２のフィルタ膜とを有していることを特徴とする。
また、本発明において、前記第１の透光性部材と前記第２の透光性部材は、同材質により形成されていることが好ましい。

また、本発明において、前記第２の光フィルタは、前記第１の光フィルタと対向する前記第２の透光性部材の他主面において、前記第２の透光性部材の光入出射部を除く部位に、前記第２のフィルタ膜で反射される光を吸収する光吸収層をさらに有することを特徴とする。

また、本発明において、前記第２の光フィルタは、前記第１の光フィルタと対向する前記第２の透光性部材の他主面において、前記第２の透光性部材の光入出射部を除く部位に、前記第２のフィルタ膜で反射される光を反射する光反射層をさらに有し、前記第２の透光性部材の一主面において、前記第２のフィルタ膜の形成部を除く部位に、前記光反射層で反射された光が入射される、前記第２のフィルタ膜と透過する波長領域が異なる狭帯域フィルタ膜をさらに有することが好ましい。

また、本発明では、前記第２の透光性部材の一主面において、前記狭帯域フィルタ膜が複数の領域にそれぞれ形成されており、複数の前記狭帯域フィルタ膜が、透過する波長領域が互いに異なることが好ましい。
また、本発明において、前記第１乃至第３の光導波体は、前記第１の光フィルタまたは前記第２の光フィルタに臨む先端部がコアレスファイバを有する屈折率分布ファイバで構成されていることが好ましい。
本発明の光送受信器は、光合分波器と、光を前記光合分波器に入射する発光手段と、該発光手段から送信された光を前記光合分波器を介して受信する受光手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の光合分波器によれば、第１の光導波体と第３の光導波体とを光学的に結合する第１の光フィルタとは別に、該第１の光フィルタよりも狭い帯域を有する光を透過する光フィルタ（第２の光フィルタ）を設けているため、第１〜第３の光導波体の配置に依存することなく、所望の光を各光導波体に導くことができる。すなわち、本発明の光合分波器では、第１の光導波体と第３の光導波体との光の結合効率が最大の位置となるように第１の光フィルタを配置しても、第１の光フィルタより透過する光の入射角度が第２の光フィルタの光入射面に対して小さくなるように第２の光フィルタの角度を調整して配置することができるため、狭帯域フィルタである第２の光フィルタの入射角度依存性を小さくすることができる。その結果、本発明の光合分波器では、各光導波体に対して、光の損失を低減するとともに、波長選択性を向上させることができる。

また、本発明では、第１の光フィルタを第１の透光性部材と該第１の透光性部材の一主面に形成された第１のフィルタ膜とで構成し、第２の光フィルタを第２の透光性部材と、該第２の透光性部材の一主面に形成された第２のフィルタ膜とで構成すれば、透光性部材の一主面に蒸着等の薄膜形成方法によりフィルタ膜を形成することができるため、簡易に作製できるという観点から好適である。

また、本発明において、第１の透光性部材と第２の透光性部材とを同じ材質で形成すれば、透光性部材の屈折率を同じにすることができるため、光学設計を行う上で好適である。

さらに、本発明において、第２の光フィルタは、第１の光フィルタと対向する第２の透光性部材の他主面において、第２の透光性部材の光入出射部を除く部位に、第２のフィルタ膜で反射される光を吸収する光吸収層を設ければ、各光導波体に入射させたくない不要な光を吸収することができるため、信頼性を向上させることができる。

また、本発明において、第２の光フィルタは、第１の光フィルタと対向する第２の透光性部材の他主面において、第２の透光性部材の光入出射部を除く部位に、第２のフィルタ膜で反射される光を反射する光反射層をさらに有し、第２の透光性部材の一主面において、前記第２のフィルタ膜の形成部を除く部位に、前記光反射層で反射された光が入射される、第２のフィルタ膜と透過する波長領域が異なる狭帯域フィルタ膜を用いれば、分波もしくは合波する波長帯域を容易に増設することができる。

さらに、本発明において、第２の透光性部材の一主面において、狭帯域フィルタ膜が複数の領域にそれぞれ形成されており、複数の前記狭帯域フィルタ膜は、透過する波長領域が互いに異ならせれば、多チャンネル対応が容易である。

また、本発明においては、第１乃至第３の光導波体を第１の光フィルタまたは第２の光フィルタに臨む先端部にコアレスファイバを有する屈折率分布ファイバとすれば、たとえば屈折率分布ファイバの端面形状を変えることなく、コアレスファイバの先端面を光導波体の光軸に対して傾斜させることができるため、出射される光のスポット形状が最も好ましい略正円状とすることができ、光の挿入損失を小さくしつつ不要な反射戻り光を低減するという観点から好適である。

以下においては、本発明の光合分波器について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の光合分波器の第１の実施形態を示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係る光合分波器Ｘは、光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃの一端にグレーテッドインデックスファイバ３ａ、３ｂ、３ｃ（以下、ＧＩファイバ３ａ、ＧＩファイバ３ｂ、ＧＩファイバ３ｃとする）がそれぞれ接合されてなる第１のレンズドファイバ１ａ（第１の光導波体）と、第２のレンズドファイバ１ｂ（第２の光導波体）と、第３のレンズドファイバ１ｃ（第３の光導波体）と、各レンズドファイバのＧＩファイバ３ａ、３ｂ、３ｃの端部にそれぞれ接合されたコアレスファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、第１の光フィルタ５、第１の光フィルタよりも狭帯域の光を透過する特性を有する狭帯域フィルタ６（第２の光フィルタ）、Ｖ溝基板７、光学接着剤８と、を備えている。

光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃは、屈折率の高いコア部と該コア部の外周を被覆するクラッド部からなり、コア部とクラッド部との屈折率差による光の閉じ込めを利用することによってコア部内で光を伝送させる光導波体である。光ファイバ２ａ〜２ｃには、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径が１２５μｍ、コア部の径が１０μｍ程度のシングルモードファイバが用いられる。なお、本発明の第１の実施形態において、光ファイバ２ａ〜２ｃは、シングルモードファイバである。

ＧＩファイバ３ａ、３ｂ、３ｃは、その軸対称にほぼ２乗の屈折率分布を備える光ファイバであり、屈折率分布ファイバとも呼ばれるものである。ＧＩファイバは、屈折率分布型レンズとして使用することができるため、光ファイバ２ａ〜２ｃから出射する、もしくは光ファイバ２ａ〜２ｃに入射する光を集光する、あるいはコリメートする機能を有する。ＧＩファイバ３ａ〜３ｃは、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径が１２５μｍ、コア部の径が５０〜１２０μｍ程度であり、コア部に上述の屈折率分布を有する。そして、これらのＧＩファイバ３ａ〜３ｃと光ファイバ２ａ〜２ｃは、たとえば熱による融着によって接合されることにより第１のレンズドファイバ１ａ、第２のレンズドファイバ１ｂ、第３のレンズドファイバ１ｃを構成している。また、ＧＩファイバ３ａ〜３ｃは、上述したようにレンズ機能を有するため、ＧＩファイバ３ａ〜３ｃの開口数ＮＡは、シングルモードファイバで構成されている光ファイバ２ａ〜２ｃに比べて大きく、０．２〜０．５である。なお、光ファイバ２ａ〜２ｃの開口数ＮＡは、０．１４〜０．１７である。開口数ＮＡとは、光ファイバあるいはレンズが受光できる光の最大入射角度（開口角）を２αとすると、開口数ＮＡはｎｓｉｎα（ｎは媒質の屈折率）で表される。すなわち、開口数ＮＡが大きい光ファイバやレンズは、受光できる光の最大入射角度が大きい。ＧＩファイバ３ａ〜３ｃが有するレンズ機能には、光の集光機能、および出射する光を平行光にする変換機能がある。したがって、開口数ＮＡがシングルモードファイバよりも大きいＧＩファイバ３ａ〜３ｃは、シングルモードファイバに比べて光の最大入射角度（開口角）が大きく、かつより広範囲の光を平行光に変換するまたは集光する機能を有する。

コアレスファイバ４ａ、４ｂ、４ｃは、略均一な屈折率分布を備える光ファイバである。換言すれば、コアレスファイバは、屈折率が一様な光ファイバである。コアレスファイバ４ａ〜４ｃは、たとえば石英ガラスで構成され、波長が１３１０ｎｍ程度の場合、屈折率は１．４５程度、光の透過損失は０．２５×１０^−６ｄＢ／ｍｍ以下であることが望ましい。このような石英ガラスは、たとえばプラスチックファイバに使用されるフッ素系の樹脂の透過損失（０．４×１０⁻³ｄＢ／ｍｍ程度）に比べて光の損失が小さく、好適に用いることができる。このコアレスファイバ４ａ〜４ｃは、外径が光ファイバ（シングルモードファイバ）およびＧＩファイバと等しく略１２５μｍであり、ＧＩファイバ３ａ〜３ｃと、たとえば熱による融着によって接合される。このような熱による融着接合は、シングルモードファイバファイバ、ＧＩファイバ、およびコアレスファイバの境界面に屈折率が変化するものを介在させることなく接合できるため、光の損失を低減するという観点から好適である。なお、シングルモードファイバ、ＧＩファイバ、およびコアレスファイバの接合は、融着による接合に限られることなく、たとえば接着剤によって接合してもよい。また、コアレスファイバ４ａ〜４ｃの開口数ＮＡは、０．０８〜０．１５であり、ＧＩファイバ３ａ〜３ｃの開口数ＮＡより小さい。すなわち、コアレスファイバ４ａ〜４ｃは、入射されるべき光（主要光）を受光し、一方で、たとえば第１の光フィルタ５および第２の光フィルタ６の表面や光学接着剤８に含有されている不純物に光が照射された際に生じる微小な散乱光のうち、最大入射角度の範囲外の散乱光の入射を低減することができる。したがって、本発明においては、第１の光フィルタ５および第２の光フィルタ６の端面に臨む各レンズドファイバ１ａ〜１ｃ先端部がＧＩファイバで構成されているもの比べて、散乱光の影響を小さくすることができる。なお、上述した例では、第１〜第３の光導波体を光ファイバで構成した形態により説明したが、本発明では光ファイバに限られることなく、たとえば光導波路のような光導波体を用いてもよい。

第１の光フィルタ５は、たとえば透光性部材５ａの一方の主面にフィルタ膜５ｂが施されて構成されている。フィルタ膜５ｂは異なる複数の波長領域の光を含んでなる光を波長領域ごとに選択的に分離（分波）する機能を有する。具体的に、第１の光フィルタ５は、一方の波長領域の光を反射し、他方の波長領域の光を透過させることによって波長領域ごとに光を分波する機能を有する。そして、本発明の第１の実施形態において、第１の光フィルタ５は、コアレスファイバ４ａから出射された２つの波長領域の光λ１、λ２が入射されると、一方の波長領域λ１の光を透過し、他方の波長領域λ２の光を反射することによって光を分波することができる。

この第１の光フィルタ５の一部を構成する透光性部材５ａは、たとえば光学ガラス（硼珪酸ガラスや白板ガラス）や石英ガラスからなり、屈折率は１．４５〜１．５５程度のものが用いられる。また、透光性部材の大きさは光の有効径以上あればよく、たとえば０．５ｍｍ角、厚みは０．３ｍｍである。フィルタ膜５ｂは、たとえば二酸化ケイ素と二酸化チタン等の屈折率の異なる２種類以上の誘電体を交互に積層して構成される多層膜である。この誘電体多層膜は、誘電体膜間の繰り返しの反射干渉により波長選択性を示し、その膜厚は、反射させる光の波長の１／４波長分の倍数になるように設定される。すなわち高・低屈折率のペアで１／２波長となるように多層化することにより、各誘電体膜界面における多重反射において、ある特定の波長の光の位相が一致し、干渉して強めあうことで波長選択性を有するフィルタとすることができる。そして、この第１の光フィルタ５では、フィルタ膜５ｂが透光性部材５ａの表面に形成されているため、たとえば透光性部材５ａの一方の主面に蒸着、スパッタリング等の方法によってフィルタ膜５ｂを容易に作製することができる。また、第１の光フィルタ５は、光の透過および反射波長の領域が１０〜１００ｎｍ範囲を有する広帯域フィルタとして機能するようにフィルタ膜５ｂが施されており、そのフィルタ膜５ｂにおける誘電体多層膜の積層数は５０〜１００層程度である。

第２の光フィルタ６は、第１の光フィルタ５と同様の構成、材料で作製することが出来るが、フィルタ膜６ｂはより狭帯域な透過波長を得るために、フィルタ膜５ｂの誘電体多層膜の積層数は１５０〜２５０層程度としている。フィルタ膜６ｂは、フィルタ膜５ｂと同様に異なる複数の波長領域の光を含んでなる光を波長領域ごとに選択的に分離（分波）する機能を有するが、透過する波長帯域がフィルタ膜５ｂと異なる。すなわち、第２の光フィルタ６は、第１の光フィルタ５を透過した所定の波長帯域を有するλ１の光に対し、さらに狭い帯域の波長λ３を透過し、それ以外の光を反射する機能を有する。そして、第２の光フィルタ６のその光の透過波長領域は、第１の光フィルタ５の透過領域より狭く（狭帯域）、光合分波器Ｘでは５ｎｍ以下の透過波長領域に設定されているため、透過すべき中心波長から±５ｎｍ以内の波長の光を透過する。すなわち、たとえば第１の光フィルタ５では、波長が１４８０〜１５００ｎｍの波長の光を反射し（反射波長領域は２０ｎｍ）、１５５０〜１５６０ｎｍの波長の光を透過（透過波長領域は１０ｎｍ）する。これに対し、第２に光フィルタ６では、波長が１５５７〜１５５９ｎｍの狭帯域の光を透過し（透過波長領域は２ｎｍ）、それ以外の光を反射する。

ここで、図２を用いて第２の光フィルタ６の透過波長帯域と光の入射角度の関係（入射角度依存性）について説明する。

図２（ａ）は第２の光フィルタ６と光の透過との関係を説明するための説明図である。図２（ａ）に示すように、第２の光フィルタは、たとえば波長領域λ１の光を光フィルタ６のフィルタ膜６ｂの光入射面に垂直な方向に対して入射角度θで入射すると、フィルタ膜６ｂで波長領域λ１の光のうち、波長領域λ３のみを透過しその他の波長帯域の光を反射する。なお、ここで波長領域λ３は波長領域λ１に含まれている、換言すれば、波長帯域λ１の中に波長帯域λ３の光が混ざった状態で第２の光フィルタ６に入射されている。なお、以下の説明において、λは、ある幅をもった波長領域を示しており、単に波長λと略することもある。

図２（ｂ）は入射角度θと透過波長帯域λ３の関係を示した説明図である。この説明図における光合分波器Ｘでは、第２の光フィルタ６の透過波長帯域λ３が１５５８±１ｎｍの特性を有するように調整されている。そして、この光合分波器Ｘに対して、第２の光フィルタ６に対する光の入射角度θを０度、２度、４度、６度とした場合の透過波長帯域特性を測定した。その結果、第２の光フィルタ６は、入射角度θが大きくなるに従い、透過波長帯域λは短波長側の波長帯域にシフトするとともに、その波長シフトの割合も大きくなる。このように、狭帯域の光フィルタでは、広帯域の光フィルタに比べ、光の入射角度に応じて透過波長帯域が大きくシフトするため、設計通りの透過波長帯域λ３が得られるように、光フィルタの入射角度を調整する必要がある。上述したような入射角度依存性は、入射する光の角度によってフィルタ膜を通る光の光路長が僅かに変化するため、その光路長が１／４波長分となる波長帯域の光が透過するようになるからである。そのため、透過する波長領域が狭い狭帯域の光フィルタでは、僅かな光路長の変化によって透過波長のシフトが大きく影響する。したがって、狭帯域の光フィルタとして機能する第２の光フィルタ６は、入射角度依存性を低減するという観点から入射角度θが２度以内になるよう配置することが好ましい。また、光フィルタ６は、上記入射角度θが０度の場合に生じやすい反射戻り光による影響を鑑みると、入射角度θを０度より大きく２度以下となるように設定するほうが、入射角度依存性の低減および反射戻り光の防止という観点からより望ましい構造である。

Ｖ溝基板７は、表面に形成されたＶ溝において、第１のレンズドファイバ１ａ、第２のレンズドファイバ１ｂ、第３のレンズドファイバ１ｃを接着剤を介して保持する。さらに、Ｖ溝基板７は、表面の略中央部に形成された凹部７ａにおいて、第１の光フィルタ５、第２の光フィルタ６を支持する機能を有する。このＶ溝基板７は、たとえば石英ガラス、低膨張ガラス、シリコン、または低膨張樹脂（たとえばエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂）で構成される。そして、Ｖ溝基板７が石英ガラスで構成されているのであれば、平板の石英ガラスに切削加工によりＶ溝と凹部を加工し作製される。このＶ溝基板７に形成されるＶ溝は、第１のレンズドファイバ１ａ、第２のレンズドファイバ１ｂ、第３のレンズドファイバ１ｃを配する位置に自由に形成され、図１に示したように、Ｖ溝同士が交差するように形成してもよく、また、Ｖ溝同士が平行になるように形成してもよい。

光学接着剤８は、コアレスファイバ４ａ〜４ｃと第１の光フィルタ５および第２の光フィルタ６との間、ならびに第１の光フィルタ５と第２の光フィルタ６との間に配されて、コアレスファイバ４ａ〜４ｃと第１の光フィルタ５および第２の光フィルタ６とを接合する機能を有する。具体的に、この光学接着剤８は、透光性部材５ａ、６ａとコアレスファイバ４ａ〜４ｃと略同等の屈折率あるいは両部材の中間の屈折率を有するような材質を用いることが好ましい。コアレスファイバ４ａ〜４ｃが石英ガラス、透光性部材５ａ、６ａが光学ガラス（硼珪酸ガラスや白板ガラス）で構成されている場合は、たとえば透光性のあるエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、またはシリコン系樹脂のような材質を使用することができる。なお、エポキシ樹脂、シリコン樹脂およびアクリル系樹脂は、その添加物によって紫外線または熱によって硬化するものであり、これらの紫外線硬化と熱硬化の併用硬化を利用してもよい。このように、光学接着剤８とコアレスファイバ４ａ〜４ｃおよび透光性部材５ａ、６ａとの屈折率が整合されていれば、光学接着剤８とコアレスファイバ４ａ〜４ｃおよび透光性部材５ａ、６ａとの界面で生じる光の反射を小さくすることができる。

また、図１に示すように、本発明の第１の実施形態では、コアレスファイバ４ａ〜４ｃの第１の光フィルタ５および第２の光フィルタ６に臨む端面を第１〜第３のレンズドファイバ１ａ〜１ｃの光軸方向に対して傾斜した傾斜面とするのが好ましい。このような形態によれば、コアレスファイバ４ａ〜４ｃの端面と光学接着剤８との境界面において、各レンズドファイバ１ａ〜１ｃに戻ってくる不要な反射光を低減できるため、反射減衰量を向上させることができる。さらに、このような形態によれば、ＧＩファイバ３ａ〜３ｃの長さが変化しないため、出射される光を光軸に沿って直進するコリメート光とすることができる。

また、図１に示すように、第１のレンズドファイバ１ａと第２のレンズドファイバ１ｂとを一直線上に配置し、第１の光フィルタ５のフィルタ膜５ｂを前記一直線上に対して直交する方向よりも第３のレンズドファイバ１ｃ側に傾斜させれば、単一のフィルタ膜９で波長領域λ２の光を第３のレンズドファイバ１ｃに結合することができ、部品点数の削減という観点から好適である。また、第２の光フィルタ６のフィルタ膜６ｂを前記一直線上に対して直交する方向よりも第２のレンズドファイバ１ｂ側に傾斜させれば、上述したように、第２の光フィルタ６のフィルタ膜６ｂに入射される光の入射角度を小さくすることができるため、第２の光フィルタ６の入射角度依存性を低減させることができる。

さらに、光合分波器Ｘでは、図３に示すように、第２の光フィルタ６の透光性部材６ａの光入出射部を除く部位に、フィルタ膜６ｂで反射される光を吸収する光吸収層９を設けることが好ましい。この光吸収層９を設ければ、図２（ａ）で示したように、第２の光フィルタで反射した光が他のレンズドファイバに入射されるのを抑制することができるため、光合分波器の信頼性を向上させることができる。この光吸収層９は、たとえばカーボン粒子や顔料系、染料系の材料を含有した樹脂シートを貼り付けたもの、またはアルミなどの無機材料の表面を凸凹処理した蒸着膜などを用いることができる。

次に本発明の第１の実施形態に係る光合分波器の動作について説明する。

まず、レンズドファイバ１ａに入射された波長領域λ１、λ２の光は、コアレスファイバ４ａから出射され、光学接着剤８を介して第１の光フィルタ５に入射される。光フィルタ５に入射された光は、フィルタ膜５ｂにおいて波長領域λ１の光を透過し、波長領域λ２の光を反射する。そして、光フィルタ５を透過した波長領域λ１の光は、光学接着剤８を介して、第２の光フィルタ６に入射する。ここで光フィルタ６は、波長領域λ１において、より狭帯域な波長領域λ３のみを透過する機能を有しており、光学接着剤８を介してコアレスファイバ４ｂに入射され、レンズドファイバ１ｂに光学的に結合される。

このように、本発明の第１の実施形態に係る光合分波器では、第１のレンズドファイバ１ａを伝播する異なる波長領域λ１、λ２を有する光を第２のレンズドファイバ１ｃに対して波長領域λ１の光を入射し、一方で、第３のレンズドファイバ１ｂに対して波長領域より狭帯域な波長領域λ３の光を入射することで光を分波することができる。以上のような作用によって、光合分波器Ｘは、複数の波長の光を分波して、所望の光導波体に出力することができる。また、光合分波器Ｘでは、上述した光を逆方向に進行させれば、合波器として機能する。具体的には、レンズドファイバ１ｂに波長λ３の光を入射し、レンズドファイバ１ｃに波長λ２の光を入射すれば、レンズドファイバ１ａで波長λ２と波長λ３の合波光を得ることができる。

次に本発明の光合分波器の製造方法について説明する。

＜光学部品の製造方法＞
まず、光ファイバ２ａ（第１の光導波体）の一端面とＧＩファイバ３ａ（第１のグレーデッドインデックスファイバ）の一端面とを接合し、第１のレンズドファイバ１ａを作製する。次に、光ファイバ２ｂ（第２の光導波体）の一端面とＧＩファイバ３ｂ（第２のグレーデッドインデックスファイバ）の一端面とを接合し、第２のレンズドファイバ１ｂを作製する。最後に、第１のレンズドファイバ１ａの他端面と第２のレンズドファイバ１ｂの他端面との間に第１のコアレスファイバを接合して一直線に融着接合された光学部品を作製する。

＜第３のレンズドファイバの製造方法＞
光ファイバ２ｃ（第３の光導波体）の一端面とＧＩファイバ３ｃ（第３のグレーデッドインデックスファイバ）の一端面とを接合し、ＧＩファイバ３ｃの他端面にコアレスファイバ４ｃ（第２のコアレスファイバ）を接合することにより、第３のレンズドファイバ１ｃを作製する。

＜光合分波器の組立方法＞
Ｖ溝基板７の一方のＶ溝（第１の溝部）上に光学部品を接着剤で固定する。次に、Ｖ溝基板７の一方のＶ溝に交差するように形成された他方のＶ溝（第２の溝部）上に第３のレンズドファイバ１ｃを接着剤で固定する。これらの固定は、たとえばＶ溝に紫外線硬化型樹脂（接着剤）を塗布した後に光ファイバをＶ溝上に載置し、ガラス板からなる透明な平板により光ファイバを上方から押さえて接着剤に紫外線を照射、あるいは接着剤を加熱すればよい。

次いで、第１のレンズドファイバ１ａ、第１のコアレスファイバ４’（コアレスファイバ４ａ、コアレスファイバ４ｂ）、第２のレンズドファイバ１ｂが接合されてなる光学部品が固定されたＶ溝基板７の略中央部にダイシング等の加工により凹部７ａ（第３の溝部）を形成する。このダイシング加工では、コアレスファイバ４’をコアレスファイバ４ａ、４ｂに分断し、かつ後に配置される第１の光フィルタ５と第２の光フィルタ６とを合わせた厚み幅に対し、若干大きな幅となるように凹部７ａを形成する。このように、コアレスファイバ部を分断すれば、ＧＩファイバ部を加工する必要がないため、ＧＩファイバの長さで調整されたレンズ機能を維持することが容易となる。

次いで、光学接着剤８を第１の光フィルタ５とコアレスファイバ４ａ、４ｃと接する面に充填し凹部７ａに第１の光フィルタ５を配置する。そして、この光学接着剤８を硬化させる際にレンズドファイバ１ａから出射したλ２の光が最大効率でレンズドファイバ１ｃと結合するように、第１の光フィルタ５の光学調整を行う。具体的には、たとえば波長領域λ２の光を反射する第１の光フィルタ５であれば、第１のレンズドファイバ１ａに波長領域λ２の光を入射し、コアレスファイバ４ａから出射された光が第１の光フィルタ５のフィルタ膜５ｂを反射してレンズドファイバ１ｃに高い光の結合効率が得られるように第１の光フィルタ５の角度を調整し、光の結合効率が最大となる位置にて光学接着剤８を硬化させて第１の光フィルタ５を固定する。

次いで、第２の光フィルタ６を第１の光フィルタ５とコアレスファイバ４ｂの間に挿入し、光学接着剤８を第１の光フィルタ５と第２の光フィルタ６との間、および第２の光フィルタ６とコアレスファイバ４ｂとの間に充填し凹部７ａに第２の光フィルタ６を配置する。そして、この光学接着剤８を硬化させる際に、第２の光フィルタ６を透過する光が、波長領域λ３の光となるように、第２の光フィルタ６の光学調整を行う。具体的には、光フィルタ６のフィルタ膜６ｂを透過してレンズドファイバ１ｂに結合した光の波長を光スペクトラムアナライザで受光し、その透過波長がλ３となるように第２の光フィルタ６の角度を調整し、その位置にて光学接着剤８を硬化させて第２の光フィルタ６を固定する。

このように、上述した光合分波器の製造方法では、第１のレンズドファイバ１ａと第３のレンズドファイバ１ｃとの光の結合効率を最大にしつつ、第２のレンズドファイバ１ｂに入射される光の波長帯域を最適化することができる。すなわち、本発明では、広帯域と狭帯域の２種類の光フィルタを設けることにより、入射角度のずれを補正するように狭帯域フィルタの位置あわせを再度行うことができるため、所望の波長帯域の光を伝送することができる。また、狭帯域光フィルタへの光の入射角度を小さくすることができるため、フィルタ膜のアイソレーション特性を向上させるとともに、光の挿入損失特性を向上させることができる。

図４は、本発明の光合分波器の第２の実施形態を示す平面図である。図４において、図１又は図３の光合分波器Ｘと同一の部材については同一の番号を付してある。本発明の第２の実施形態に係る光合分波器Ｘ’は、第２の光フィルタの構造、および第１〜第３の光導波体以外の第４〜第６の光導波体が設けられている点で光合分波器Ｘと相違する。

光合分波器Ｘ’は、Ｖ溝基板７上に、光ファイバ２ｄ、２ｅ、２ｆの一端にグレーテッドインデックスファイバ３ｄ、３ｅ、３ｆ（以下、ＧＩファイバ３ｄ、ＧＩファイバ３ｅ、ＧＩファイバ３ｆとする）がそれぞれ接合されてなる第４のレンズドファイバ１ｄ（第４の光導波体）と、第５のレンズドファイバ１ｅ（第５の光導波体）と、第６のレンズドファイバ１ｆ（第６の光導波体）と、を備えている。また、各レンズドファイバのＧＩファイバ３ｄ、３ｅ、３ｆの端部には、それぞれコアレスファイバ４ｄ、４ｅ、４ｆが接合されている。さらに、光合分波器Ｘ’は、第２の透光性部材６ａの一主面に形成された複数の狭帯域フィルタ１０と、第２の透光性部材６ａの他主面に形成された光反射層１１と、を備えている。なお、この光反射層１１は、第２の透光性部材６ａの光入出射部を除く部位に形成されている。

光ファイバ２ｄ、２ｅ、２ｆ、ＧＩファイバ３ｄ、ＧＩファイバ３ｅ、ＧＩファイバ３ｆ、コアレスファイバ４ｄ、４ｅ、４ｆは、互いに融着等によって接続されている。

狭帯域フィルタ１０は、第２の光フィルタ６と透過する波長領域は異なるが、ほぼ同等の波長帯域の光を透過する機能を有する。たとえば、狭帯域フィルタ１０は、複数の狭帯域フィルタ膜１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えており、それぞれ異なる複数の波長領域λ４、λ５、λ６の光を波長領域ごとに選択的に分離（分波）する機能を有する。

光反射層１１は、金属膜や、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２とを積層してなる誘電体多層膜を蒸着することによって形成することができる。

ここで、図５を用いて光合分波器Ｘ’の分波機構について説明する。図５は第２の光フィルタ６および狭帯域フィルタ１０を透過する光の関係を説明するための説明図である。

第１の光フィルタ５を透過してきた、ある広い波長領域λ１の光のうち、第２の光フィルタ６のフィルタ膜６ｂは、選択的に波長領域λ１よりも狭い波長領域λ３の光を透過し、波長領域λ３以外の光（λ４、λ５、λ６）を反射する。そして、波長領域λ３の光は、第３のレンズドファイバ１ｂに入射される。次いで、反射されたλ４〜λ６の光は、光反射層１１で反射される。そして、この反射光は、狭帯域フィルタ膜１０ａに入射される。狭帯域フィルタ膜１０ａは、波長領域λ４の光を透過し、波長領域λ４以外の光（λ５、λ６）を反射する。そして、波長領域λ４の光は、第４のレンズドファイバ１ｄに入射される。次いで、反射されたλ５、λ６の光は、光反射層１１で反射され、狭帯域フィルタ膜１０ｂに入射される。狭帯域フィルタ膜１０ｂは、波長領域λ５の光を透過し、波長領域λ５以外の光（λ６）を反射する。そして、波長領域λ５の光は、第５のレンズドファイバ１ｅに入射される。次いで、そして、反射されたλ６の光は、光反射層１１で反射され、波長領域λ６の光を透過する狭帯域フィルタ膜１０ｃに入射された後、第６のレンズドファイバ１ｆに入射される。このような機構により、光合分波器Ｘ’は、光を効率良く分波することができる。なお、光合分波器Ｘ’において、上述した光の方向と逆方向に光を進行させれば、複数の波長領域の光を合波することができる。また、上述した波長領域λの一例としては、λ１が１５５０〜１５６０ｎｍ、λ３が１５５７〜１５５９ｎｍ、λ４が１５５５〜１５５７ｎｍ、λ５が１５５３〜１５５５ｎｍ、λ６が１５５１〜１５５３ｎｍである。

このように、光合分波器Ｘ’では、透過する波長領域が互いに異なる複数のは狭帯域フィルタ膜を設けているため、多チャンネルの光合分波器を容易に作製することができるとともに、光フィルタを小型化することができる。

次に、本発明の光送受信器について図面を参照しつつ説明する。図６は本発明の一実施形態である光送受信器Ｙを説明する模式図である。

光送受信器Ｙは、本発明の第１の実施形態に係る光合分波器Ｘを２つ備えている。さらに、光送受信器Ｙは、一方の光合分波器（以下、第１光合分波器・BR>ニする）に入射する光を送信する発光手段２１ａ、２１ｂと、第１光合分波器で合波された光を伝送する伝送ファイバ２２と、該伝送ファイバ２２を伝送する光が入射される他方の光合分波器（以下、第２光合分波器とする）で分波された光を受光する受光手段２３ａ、２３ｂと、を備えている。

次に、光送受信器Ｙの機能について説明する。まず、外部から入力される２つの送信信号２４ａ、２４ｂは発光手段２１ａ、２１ｂによって互いに波長の異なる光信号に変換された後、第１光合分波器の合波機能により１つに合波される。次に、合波された光は、伝送ファイバ２２内を受信手段側に向かって伝送される。次いで、伝送ファイバ２２によって伝送された波長多重信号光（合波光）は、第２光合分波器Ｘの分波機能によって分離され、分離された光が受光手段２３ａ、２３ｂによりもとの信号２４ａ、２４ｂに変換される。したがって、この光送受信器Ｙでは、１本の伝送ファイバ２２を用い、さらに２つの光合分波器を用いることによって大容量の情報を簡単な構成で伝送できる利点がある。

本発明の光合分波器の一実施形態を示す平面図である。 光フィルタと光の透過波長との関係を示す説明図である。 本発明の光合分波器の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の光合分波器の他の実施形態を示す平面図である。 光フィルタと光の透過波長との関係を示す説明図である。 本発明の光送受信器の一実施形態を示す模式図である。 従来の光合分波器の構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ｘ、Ｘ’：光合分波器
Ｙ：光送受信器
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ：レンズドファイバ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ：光ファイバ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ：ＧＩファイバ
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４’：コアレスファイバ
５：第１の光フィルタ
６：第２の光フィルタ
５ａ、６ａ：透光性部材
５ｂ、６ｂ、：フィルタ膜
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：狭帯域フィルタ膜
７：Ｖ溝基板
７ａ：凹部
８：光学接着剤
９：光吸収層
１１：光反射層
２１、２１ａ、２１ｂ：発光手段
２２：伝送ファイバ
２３、２３ａ、２３ｂ：受光手段
２４ａ、２４ｂ：信号

Claims (9)

1. 第１乃至第３の光導波体と、
   前記第１の光導波体と前記第２の光導波体との間に配置され、前記第１の光導波体より出射される光を透過光と反射光に分波して、該透過光を前記第２の光導波体に入射し、前記反射光を前記第３の光導波体に入射する、あるいは前記第２の光導波体より出射される光を透過し、前記第３の光導波体より出射される光を反射し、前記第１の光導波体に合波光を入射する第１の光フィルタと、
   前記第２の光導波体と前記第１の光フィルタとの間に配置され、前記第１の光フィルタよりも狭い波長帯域を有する光を透過する第２の光フィルタと、を備えた光合分波器。
2. 前記第１の光フィルタは、第１の透光性部材と該第１の透光性部材の一主面に形成されてなり、第１の波長領域の光を通過し、かつ第２の波長領域の光を反射する第１のフィルタ膜とを有していることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
3. 前記第２の光フィルタは、第２の透光性部材と該第２の透光性部材の一主面に形成されてなり、前記第１の波長領域内における第３の波長領域の光を透過する第２のフィルタ膜とを有していることを特徴とする請求項２に記載の光合分波器。
4. 前記第１の透光性部材と前記第２の透光性部材は、同材質により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光合分波器。
5. 前記第２の光フィルタは、前記第１の光フィルタと対向する前記第２の透光性部材の他主面において、前記第２の透光性部材の光入出射部を除く部位に、前記第２のフィルタ膜で反射される光を吸収する光吸収層をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の光合分波器。
6. 前記第２の光フィルタは、前記第１の光フィルタと対向する前記第２の透光性部材の他主面において、前記第２の透光性部材の光入出射部を除く部位に、前記第２のフィルタ膜で反射される光を反射する光反射層をさらに有し、
   前記第２の透光性部材の一主面において、前記第２のフィルタ膜の形成部を除く部位に、前記光反射層で反射された光が入射される、前記第２のフィルタ膜と透過する波長領域が異なる狭帯域フィルタ膜をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の光合分波器。
7. 前記第２の透光性部材の一主面において、前記狭帯域フィルタ膜が複数の領域にそれぞれ形成されており、複数の前記狭帯域フィルタ膜は、透過する波長領域が互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の光合分波器。
8. 前記第１乃至第３の光導波体は、前記第１の光フィルタまたは前記第２の光フィルタに臨む先端部がコアレスファイバを有する屈折率分布ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光合分波器。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の光合分波器と、
   光を前記光合分波器に入射する発光手段と、
   該発光手段から送信された光を前記光合分波器を介して受信する受光手段と、を備えた光送受信器。

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