JP2008276183A - 光合分波器および光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学調整を容易にし、高い結合効率を有する光合分波器およびこれを用いた光送受信器の提供を行う。
【解決手段】基体１８の上面に配置された第１乃至第３の光導波体５と、２つの部材とからなる透光性部材８ａ，ｂと、該透光性部材の間に設けられた光フィルタ９とを有する光フィルタ部１１とを備え、第１の導波体は、導波した光を光フィルタに入射し、第２の導波体から出射されて光フィルタを透過した光と第３の導波体から出射されて光フィルタで反射した光とが入射され、第２の導波体は、導波した光を光フィルタに入射し、第１の導波体から出射されて光フィルタを透過した光が入射され、第３の導波体は、導波した光を光フィルタに入射し、第１の導波体から出射されて光フィルタで反射された光が入射される光合分波器であって、透光性部材の外形は、少なくとも一部が１軸を中心とする回転形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光合分波器に関し、特に光通信システム等に適用される光合分波器および光合分波器を用いた光送受信器に関する。

光導波体を使用した光合分波器は、複数の波長の光を合波又は分波するものであり、合波用に設けられた光合分波器によって複数の波長の光を合波し、合波された光を光導波体に伝送することが行なわれている。

また、光導波体を伝送した光を、分波用に設けられた光合分波器によって分波し、分波された光をそれぞれ別の光導波体に伝送することが行なわれている。

図８は、従来の光合分波器１００を示す斜視図である。理解を容易にするため凹部上蓋１１５および光フィルタ１０９は、取り外した状態を示す。従来の光合分波器１００は、Ｖ溝１０５が形成された基体１１８と、Ｖ溝１０５に密着して配置され、先端に屈折率分布型レンズ１０６ａ〜１０６ｃが、それぞれ装着された光導波体１０７ａ〜１０７ｃと、Ｖ溝１０５を横断するように基体１１８に形成された基体凹部（溝部）１０４と、基体凹部上蓋１１５に固定され基体凹部１０４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

基体１１８の基体凹部（溝部）１０４やＶ溝１０５の加工精度等に起因して、各光導波体１０７ａ〜１０７ｃから光フィルタ１０９に入射する光に、軸ぶれおよび角度ぶれ（以下、両方を合わせて「ぶれ」という）が生じる場合がある。

このようなぶれが生じた場合、光フィルタ１０９において、合分波前後の光の損失の良否を示す、結合効率が低下（悪化）するという問題があった。

そこで、本発明は、光学調整を容易にし、高い光結合効率を有する光合分波器およびこの光合分波器を用いた光送受信器の提供することを目的とする。

本発明の光合分波器は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基体と、該基体の上面に配置された第１乃至第３の光導波体と、第１透光性部材と第２透光性部材とを具備する透光性部材、および前記第１透光性部材と前記第２透光性部材の間に設けられた光フィルタとを有する光フィルタ部とを備え、前記第１の導波体は、導波した光を前記第１透光性部材を介して前記光フィルタに入射する、または前記第２の導波体から出射されて前記光フィルタを透過した光と前記第３の導波体から出射されて前記光フィルタで反射した光とが前記第１透光性部材を介して入射され、前記第２の導波体は、導波した光を前記光フィルタに入射する、または前記第１の導波体から出射されて前記光フィルタを透過した光が入射され、前記第３の導波体は、導波した光を前記光フィルタに入射する、または前記第１の導波体から出射されて前記光フィルタで反射された光が入射される光合分波器であって、前記透光性部材の外形は、少なくとも一部が１軸を中心とする回転形状であることを特徴とする。

本発明の光送受信器は、本発明の光合分波器と、該光合分波器に入射する光を発する発光手段と、該発光手段から発せられた光を前記光合分波器を介して受け取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、光フィルタ部が、透光性部材と光フィルタよりなり、回転形状の外形を有している。このため、本発明の光合分波器では、光学調整を容易に行うことが可能になる。すなわち、光フィルタの角度を３次元的に調整でき、各光導波体間の光の結合効率が高い光合分波器を提供できる。また、この光合分波器を用い、信頼性の高い光送受信器を提供できる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。

図１は全体が１０で表される本発明の第１の実施形態にかかる光合分波器を示す上面図である。図２は、図１中の第１の光導波体７ａおよび７ｂを通る断面（図１中のII−II断面）を示す断面図である。なお、理解を容易にするため、図１では、光ファイバ固定版１９ａ、１９ｂの記載は省略した。また図面内の方向を容易に理解できるように、第１の光導波体７a（図８では１０７a）の延在する方向をｘ方向、基板の厚さ方向をｚ方向、ｘ方向とｚ方向とに垂直な方向をｙ方向とし図面内に示した。

光合分波器１０は、基体１８上にＸ字状に設けられた２つのＶ溝５の、一方に第１および第２光導波体７ａ、７ｂが一直線状に配置されており、他方のＶ溝５に、第３の光導波体７ｃが配置されている。光導波体７ａ〜７ｃは図示しない紫外線硬化型接着剤（光硬化型樹脂）を塗布した後、基体１８上（Ｖ溝５）に載置される。基体１８の中央部付近で、
第１の光導波体７ａと第２の光導波体７ｂとの間に基体凹部４が設けられている。基体凹部４には、光フィルタ部１１が紫外線硬化型接着剤１６を介し載置されている。

図３（ａ）は光フィルタ部１１の分解斜視図である。光フィルタ部１１は、球状の外形を有する透光性部材８の内部（中央部）に膜状の光フィルタ９を有する。より詳細には、透光性部材８は、半球状の第１透光性部材８ａと、同じく半球状の第２透光性部材８ｂとからなり、第１透光性部材８ａまたは第２透光性部材８ｂのいずれかの主面（主平面）上に光フィルタ９を形成した後、第１および第２透光性部材８ａ、８ｂを貼り合わせて作製される。

このような球形状により、詳細を後述する光学調整の際に光フィルタ部１１は、基体凹部４上にて回転可能であり、光フィルタ９と基体１８表面（ｘｙ平面）との角度を変えることが可能となる。

なお、光フィルタ部１１の外形は、基体凹部４上で回転できる形状、即ち、球形状または１軸を中心とする回転形状（１軸の回りを回転させることで形成される形状）であればよく、好ましくは、図３（ａ）に示すような球体、または図３（ｂ）に示すような外形が楕円体形状である光フィルタ部１１’である。さらに、基体凹部４上での回転方向が１軸の回りに制限されるものの円柱であってもよい。また、回転形状の一部分については、光学調整時に容易に光フィルタ部１１を回転できるよう掴み部を有する等の回転形状以外の形状を有してもよい。

次に、光合分波器１０の動作について示す。

まず、光合分波器１０の分波機能について示す。第１の光導波体７ａに波長領域λ１、λ２を含む光は図１左側より入射すると、第１の光導波体７ａ内を導波し、より平行度を高めて第１の光導波体７ａ右側より出射し、光フィルタ部１１に入る。光フィルタ部１１に入った光は、第１透光性部材８ａを通り、光フィルタ９に達する。

光フィルタ９に達した光のうち波長領域λ１の光については、光フィルタ９および第２透光性部材８ｂを透過し、第２の光導波体７ｂに達する。一方、波長領域λ２の光については光フィルタ９により反射され第１透光性部材８ａを介し第３の光導波体７ｃに達する。これにより入射光の分波を実施できる。

また、光合分波器１０は、合波の機能を有しており、この場合は、第２の光導波体７ｂに波長領域λ１の光を入射し、第３の光導波体７ｃに波長領域λ２の光を入射する。第２の光導波体７ｂより出射した波長領域λ１の光は、第２透光性部材８ｂ、光フィルタ９、第１透光性部材８ａの順に透過し、第１の光導波体７ａに入射する。

一方、第３の光導波体７ｃより出射した光は、第１透光性部材８ａを透過し、光フィルタ９に達し、光フィルタ９で反射されると、再び第１透光性部材８ａを透過し、第１の光導波体７ａに入射する。従って、λ１の波長領域とλ２の波長領域とを有する光が合波され、第１の光導波体７ａより出射する。

上述の分波および合波の際に光フィルタ９に入射する光にぶれがあり、結合効率が低下する場合がある。光のぶれは、例えばＶ溝５を形成する際のダイシング等の加工精度に起因する。光のぶれは、大別すると光軸に垂直でかつ基体１８の表面に平行な方向、すなわち図１、２中のｙ方向のぶれと、光軸に垂直でかつ基体１８の厚さ方向に平行な方向、すなわち図１、２中のｚ方向のぶれに分かれる。

以下に光のぶれに起因する結合効率の低下を解消するために実施する光学調整について
示す。

たとえば第１の光導波体７ａに波長領域λ２の光を入射し、第１の光導波体７ａから出射された光を光フィルタ９で反射して第３の光導波体７ｃに入射させる。この際に第３の光導波体７ｃから、出射される波長領域λ２の光の強度を、たとえば第３の光導波体７ｃの出射端部に取り付けられたパワーメータで結合効率を測定（または連続測定）する。そして高い光の結合効率が得られるように光フィルタ部１１を回転し角度を調整する。

たとえば、光のずれがｚ軸方向のずれの場合、光フィルタ部１１をｙ軸回り回転し、光フィルタ９をｙ軸回りに回転させる。具体的には、図２において、ぶれがｚ軸正方向（図２の上方向）に生じている場合は、光フィルタ部１１を左方向に回転させることにより、光フィルタ９は図４（ａ）に示すように左方向に傾く。この結果、光フィルタ９を透過した波長領域λ２の光はｚ方向に正のぶれが解消され、適正に第３の光導波体７ｃに入射される。これにより高い結合効率が実現できる。一方、ぶれがｚ軸負方向（図２の下方向）に生じている場合は、光フィルタ部１１を図２において右方向に回転させることにより、光フィルタ９は図４（ｂ）に示すように右方向に傾く。これによりに高い結合効率が実現できる。

ｙ軸方向の光のずれについては、光フィルタ部１１をｚ軸回りに同様に回転し、光フィルタをｚ軸回りに回転させることにより解消し、高い結合効率が得られる。

このようにして高い結合効率が得られ光学調整を完了すると、基体凹部４と光フィルタ部１１との間に存在する紫外線硬化型接着剤１６に紫外線を照射し硬化させ、光フィルタ部１１を基体凹部４の上に固定する。

なお、結合効率の測定について、上記に加え第２の光導波体７ｂに波長領域λ１の光を照射し、波長領域λ１についても第１の光導波体７ａより出射する光の強度を測定し、波長領域λ１およびλ２の両方の結合効率が最適になるように光学調整を行ってもよい。

また、必要に応じ、光フィルタ部１１の回転に加え、光導波体７ａ〜７ｃの位置を調整し、結合効率を高めてもよい。この場合は、光導波体７ａ〜７ｃとＶ溝５との間に介在する紫外線硬化型接着剤１６の硬化を、光学調整後に行うこととなる。

また、図２、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、第１の光導波体７ａ、から光フィルタ１１に入射する入射光の一部が戻される光を不要反射光とすると、不要反射光は光フィルタ１１の透光性部材８ａの凸曲面における不要反射光は光軸に対して２倍の角度ズレをもって反射されるため、第１の光導波体７ａにほとんど結合せず、不要反射光の除去により、反射減衰量を向上させることができる。

このように光フィルタ部１１を球状に形成することで、レンズ作用を持たせるとともに不要反射光を除去する作用も成すことができる。
この際、同様に光フィルタ部１１を回転させ、光フィルタ９の角度を変えて光学調整を行うことができる。

図５は、図２に示す実施形態１の変形例である光合分波器１０’を示す断面図である。光合分波器１０’は、基体凹部４’の下部に表面が曲面となった凹曲面部４ｄを有している。図５に示す実施形態では、凹曲面部４ｄの曲率半径は、光フィルタ部１１すなわち透光性部材８の外径（回転形状の径）と同じ大きさになっているが、光フィルタ部１１（透光性部材８）の外径（回転形状の径）よりも大きくてもよい。

光フィルタ部１１の表面は凹曲面部４ｄにおいては、紫外線硬化型接着剤１６を介して、基体凹部４’と面接触している。このため、光学調整時に光フィルタ部１１の安定性が増加し、光フィルタ部１１が図中の左右方向（ｘ方向）および前後方向（ｚ方向）に転がり移動するのを防止でき、さらには回転角度の微小な調整も可能となる。従って、光学調整を容易にし、所要時間を短縮できる。

光合分波器１０’においても光学調整が終了すると光硬化性樹脂を含む紫外線硬化型の光学接着剤１６に紫外線を照射し硬化させることで、光フィルタ部１１すなわち透光性部材８は、凹曲面部４ｄ上に固定されている。

図６は、図２に示す実施形態１の変形例である光合分波器１０’’を示すものであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図６（ａ）中の第１の光導波体７ａおよび７ｂを通る断面（図６（ａ）中のII−II断面）である。

光合分波器１０’’は、第１の光導波体７ａおよび第３の光導波体７ｃと透光性部材８ａとの間、ならびに第２の光導波体７ｂと透光性部材８ｂとの間にゲル状の透光材１２が配置されている。光合分波器１０’’において、光フィルタ部１１は、基体凹部４の底面で光学接着剤１６によって固定されている。透光材１２は、第１乃至第３の光導波体と光フィルタ部１１との間に充填されることにより、第１乃至第３の光導波体と光フィルタ部１１とを低損失で光学的に結合する機能を担う。また、この透光材１２は、ゲル状であるため、低弾性率である。そのため、光合分波器１０’’は、環境温度の変化に伴う光学接着剤１６の熱膨張を透光材１２で吸収して応力を緩和することができることから、光学接着剤１６の熱膨張によって生じる光フィルタ部１１の位置ずれを低減することができる。ここで、ゲル状とは、充填される容器等の形状に沿って変形する物質であり、成形後の形状を維持する性質を有するが、外力によって比較的容易に塑性変形する性質を備えているものを指す。

このような透光材１２としては、光合分波器１０’’の使用環境下においてゲル状であり、かつ使用する波長の光を低損失で伝搬可能な物質であれば特に限定されるものでないが、たとえばゲル状のシリコーン樹脂、ゲル状のエポキシ樹脂等が使用できる。また、上記した材質において、熱に対する特性（耐寒性、耐熱性）の観点から、シリコーン樹脂が好適である。

また、透光材１２を用いた光合分波器では、光学接着剤１６で固定された部位を除く透光性部材８ａおよび８ｂの外周面を覆ってもよい。このような形態によれば、光フィルタ部１１に作用する外力を吸収することができるため、当該外力による光フィルタ部１１の位置ずれ等を簡易な方法で低減することができる。

以下に、光合分波器１０を構成する部材の詳細を示す。

第１、第２および第３の光導波体７ａ、７ｂおよび７ｃ、は、それぞれ、光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃの一端に屈折率分布ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃがそれぞれ接合され、屈折率分布ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃの他方にコアレスファイバ３ａ、３ｂ、３ｃ、がそれぞれ接合されている。

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反射を利用することによってコア部内で光を伝送するものであり、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。

屈折率分布ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃは、その軸対称にほぼ２乗の屈折率分布を備えるファイバであり、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、２ｂ、２ｃから出射する、もしくは光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃに入射する光を集光あるいはコリメートする機能を有する。

屈折率分布ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ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５０μｍから８０μｍ程度であり、コア部に上述の屈折率分布有する。そして、これらの屈折率分布ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃと光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃは、たとえば熱による融着によって接合されている。また、これらの屈折率分布ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃと光ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃは、熱による融着等により固定されることで、例えばレンズ付光ファイバとなる。

コアレスファイバ３ａ、３ｂ、３ｃは、断面内で略均一な屈折率分布を備えるファイバであり、その材質はたとえば石英ガラスからなり、屈折率は１．４５程度、透過損失は０．２５×１０−６ｄＢ／ｍｍ以下であり、このように透過損失が比較的低いものが好ましい。このコアレスファイバ３ａ、３ｂ、３ｃは、外径が光ファイバ（シングルモードファイバ）および屈折率分布ファイバと等しく略１２５μｍである。

光フィルタ部１１は、たとえば第１透光性部材８ａまたは第２透光性部材８ｂの一方の主面（平坦な面）に光フィルタ９を固定した後、第１および第２透光性部材８ａ、８ｂの主面同士を貼り合わせて構成する。光フィルタ９は異なる複数の波長領域の光を含む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。すなわち光フィルタ９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。従って、本発明の第１の実施形態において、光フィルタ部１１は、第１の光導波体７ａから出射された２つの波長領域の光λ１、λ２が入射すると、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。

この光フィルタ部１１に含まれる第１および第２透光性部材８ａ、８ｂは、たとえば光
学ガラス（株式会社オハラ製のＳ−ＬＡＨ５３（例：透過する光の波長λが１５５０ｎｍの場合、屈折率が１．７７５））や石英ガラスからなり、そのサイズは光の有効径以上あればよく、透光性部材８が球体であれば、たとえば直径が０．５〜３．０ｍｍである。また、この光フィルタ部１１に含まれる光フィルタ９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波長分に設定される。

このように、誘電体膜の膜厚を１／４波長分とすることにより、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、干渉して強め合うことで波長選択性のフィルタが実現する。光フィルタ部１１では、光フィルタ９が第１透光性部材８ａまたは第２透光性部材８ｂの表面に形成（固定）されるように、たとえば透光性部材８ａの一方の主面に蒸着、スパッタリング等の方法によって光フィルタ９を容易に作製することができる。

Ｖ溝５は、第１の光導波体７ａ、第２の光導波体７ｂ、第３の光導波体７ｃを、接着剤（図示せず）を介して保持する。また表面の略中央部に形成された基体凹部４は光フィルタ部１１を接着剤１６を介し支持する機能を有する。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）で構成される基体１８に切削加工等を実施することでＶ溝５は形成される。

たとえば、基体１８が石英ガラスで構成されている場合、平板の石英ガラスに切削加工によりＶ溝５と凹部４を加工し作製される。Ｖ溝５の配置は、図１のように、Ｖ溝５同士が交差するように形成してもよく、また、例えばＶ溝同士が平行になるように形成する等、多様な配置が可能である。

なお、実施形態１では、基体１８の表面に形成されたＶ溝５により光導波体７ａ〜７ｃを保持しているが、たとえば樹脂で形成された矩形部で固定してもよい。

接着剤１６は、各第１、２、３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃと光フィルタ部１１との間にも用いられ、各第１、２、３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃと光フィルタ１１を接合する機能を有する。具体的に、接着剤１６は、第１および第２透光性部材８a、８ｂと各第１
、２、３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃ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く、たとえば各第１、２、３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃが石英ガラス、第１および第２透光性部材８a、８ｂが光学ガラス（株式会社オ
ハラ製のＳ−ＬＡＨ５３（例：透過する光の波長λが１５５０ｎｍの場合、屈折率が１．７７５））で構成されている場合、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料（透過する光の波長λが１５５０ｎｍの場合、屈折率が１．４５〜１．５５）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硬化（光硬化）または熱硬化するものであり、これらの併用硬化を利用してもよい。このように、接着剤１６と各第１、２、３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃおよび透光性部材８a、８ｂとの屈折率が整合されていれば、光学接着剤１６と各第１、２、３の光導波体７
ａ、７ｂ、７ｃおよび透光性部材８a、８ｂとの界面で生じる光の反射を抑制することが
できる。

また、図１に示すように、第１乃至第３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃの光フィルタ１１に臨む端面または光フィルタ１１の該第１乃至第３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃに臨む表面が該第１乃至第３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃの光軸方向に対して傾斜していれば、該
第１乃至第３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃの端面（接着剤１６との境界面）において、各第１乃至第３の光導波体７ａ、７ｂ、７ｃ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。

図１に示すように、光フィルタ部１１を第１の光導波体７ａ及び第３の光導波体７ｃと、第２の光導波体７ｂとの間に配置することで、第１の光導波体７ａと第２の光導波体７ｂとが、一直線上に配置されるとともに光フィルタ部１１の光フィルタ９を、前記一直線上に対して直交する方向よりも該第３の光導波体７ｃ側に傾斜させることから、光フィルタ９で反射されたλ２の光が該第３の光導波体７ｃに結合されるのが容易になる。

次に本発明の光合分波器の製造方法について説明する。

まず、第１の光導波体７ａ（光ファイバ２ａ、屈折率分布ファイバ６ａ、コアレスファイバ３ａ）、第２の光導波体７ｂ（コアレスファイバ３ｂ、屈折率分布ファイバ６ｂ、光ファイバ２ｂ）が一直線に融着接合された光学部品を作製し、Ｖ溝５の上に接着剤で固定する。次に第３の光導波体７ｃ（光ファイバ２ｃ、屈折率分布ファイバファイバ６ｃ、コアレスファイバ３ｃ）を作製し、他方のＶ溝５の上に接着剤で固定する。これらの固定は、たとえばＶ溝５に紫外線硬化性樹脂（接着剤）を塗布した後に光導波体７ａ〜７ｃをＶ溝５の上に載置し、ガラス体からなる透明な平板により光導波体７ａ〜７ｃ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の光導波体７ａ、第２の光導波体７ｂが接合されてなる光学部品が固定された基体１８の上面のＶ溝５の略中央部にダイシング等の加工により凹部４を形成する。このダイシング加工により、上述の一直線に融着接合された光学部品は第１の光導波体７ａと第２の光導波体７ｂとに分断される。基体凹部４は、上述のように透光性部材８の回転形状の径と同じかそれ以上の曲率半径を有する凹曲面部４ｄを有するように形成してもよい。

このように、上述の光合分波器の製造方法では、第１の光導波体７ａと第２の光導波体７ｂは、一直線で形成された１つの光学部品を分断することにより作製されているため、第１の光導波体７ａと第２の光導波体７ｂの光学調整を省略することができ場合があり、この場合、第１の光導波体７ａと第３の光導波体７ｃとの光結合を考慮すればよく、光フィルタ部１１の角度調整が容易になり、製造工程が簡便になる。

この後、上述の光学調整を行うことで高い結合効率を得ることができる。

図７は本発明の第２の実施形態にかかる光合分波器２０を示す上面図である。

光合分波器２は、３つの波長領域λ１、λ２、λ３の入射光を、３つの波長それぞれに分波する分波機能と、３つ波長領域λ１、λ２、λ３をそれぞれ入射し、この３つ波長領域λ１、λ２、λ３の光に合波する合波機能とを有する光合分波器である。

基体１８ａに設けられたＶ溝５、５ａ、５ｂの上には４つの光導波体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが存在する。このうち、第１の光導波体７ａと第２の光導波体７ｂは、光フィルタ部１１、コアレスファイバ３ｅおよび光フィルタ部１１ａを介し、Ｖ溝５の上に一直線上に配置されている。一方、Ｖ溝５ａ、５ｂには、それぞれ第３の光導波体７ｃ、第４の光導波体７ｄが配置されている。光フィルタ部１１および１１ａを保持するようにそれぞれ基体凹部４、４ａが設けられている。

これらのうち、第１の実施形態の図１および図２と同じ番号を有する部材は、第１の実施形態で上述した同じ番号の部材と同様の構成を有し、同様の材料および同様の製造方法により製造される。

また、第１の実施形態に示されない、基板１８ａ、Ｖ溝５ｂ、第４の光導波体７ｄ、コアレスファイバ３ｅ、光フィルタ部１１ａ、透光性部材８’、第２透光性部材８ｃ、第１透光性部材８ｄは、特に説明のない限り、それぞれ第１の実施形態に示された基板１８、Ｖ溝５ａ、第１の光導波体７ａ、コアレスファイバ３ａ、光フィルタ部１１、透光性部材８、第１透光性部材８ａ、第２透光性部材８ｂと同じ構成を有し、同様の材料および同様の製造方法により製造される。

以下に、光合分波器２０の光分波動作および光学調整について説明する。なお、光の入出力方向について図７中に実線矢印で示した。

第１の光導波体７ａに入射され、内部を伝播した波長領域λ１、λ２、λ３の光は、光フィルタ部１１に入射される。光フィルタ１１に入射した波長領域のうち、光フィルタ９により波長領域λ２の光が反射され、他の波長領域λ１、λ３の光は透過する。そして、光フィルタ部１１の光フィルタ９で反射された波長領域λ２の光は、第３の光導波体７ｃを介して出射される。

この際に光フィルタ９に入射する光にぶれがあり、第３の光導波体７ｃまたはコアレスファイバ３ｅに適切に光が入射せず、結合効率が低下する場合がある。

そこで光のぶれによる結合効率の低下を解消するために、球状の光フィルタ部１１をｙ軸またはｚ軸回りに回転させ、光学調整を行う。これにより高い結合効率を得ることができる。

なお、図７に示すように光フィルタ部１１は、基体凹部４との間に紫外線硬化型（光硬化性）接着剤１６を有している。光学調整が終わると、紫外線硬化型接着剤１６は硬化され、光フィルタ部１１は基体凹部４の上に固定される。

そして、光フィルタ１１を透過した波長領域λ１、λ３の光は、光学接着剤１６を介してコアレスファイバ３ｅに入射され、光フィルタ１１ａに入射される。光フィルタ１１ａに入射した光のうち、波長領域λ３の光は、光フィルタ１１ａの光フィルタ９ａで反射され、波長領域λ１の光は光フィルタ１１ａを透過する。

波長領域λ３の光は、第４の光導波体７ｄを介して出射し、波長領域λ１の光は第２の光導波体７ｂを介して出射する。

この際、同様に光フィルタ９ａに入射する光のぶれがあり、結合効率が低下する場合がある。

この場合、第１透光性部材８ｃ、第２透光性部材８ｄおよびフィルタ９ａにより形成された球状の光フィルタ部１１ａをｙ軸またはｚ軸回りに回転させ、光学調整を行う。これにより高い結合効率を得ることができる。

なお、光学調整が終わると、同様に光フィルタ部１１ａは、紫外線硬化型接着剤１６が硬化され、基体凹部４ａの上に固定される。

以上のように、本発明の実施形態２に係る光合分波器２０では、第１の光導波体７ａを伝播する異なる波長領域λ１、λ２、λ３の光は、波長領域λ１の光、波長領域λ２の光、および波長領域λ３の光に分波され、高い結合効率で、それぞれ第２の光導波体７ｂ、第３の光導波体７ｃ、第４の光導波体７ｄを介して取り出される。

さらに、本発明の実施形態２に係る光合分波器２０は、以下に示すように光合波機能を有する。本実施形態２の光合分波器２０の光合波動作および光学調整について説明する。光合波の際の光の進路については、図７中に点線矢印で示した。

第２の光導波体７ｂを介して光フィルタ部１１ａに入射された波長領域λ１の光は、光フィルタ９を透過し、コアレスファイバ３ｅに入射する。同時に、第４の光導波体７ｄを介して光フィルタ部１１ａに入射した波長領域λ３の光は光フィルタ９ａで反射され、コアレスファイバ３ｅに入射する。従って、コアレスファイバ３ｅ内にて、波長領域λ１とλ３の光が合波される。

次にコアレスファイバ３ｅを介して光フィルタ部１１に入射した波長領域λ１、λ３の光は、光フィルタ９を透過し、第１の光導波体７ａに入射する。同時に、第３の光導波体７ｃを介して光フィルタ部１１に入射した波長領域λ２の光は光フィルタ９で反射され、第１の光導波体７ａに入射する。従って、第１の光導波体７ａより、波長領域λ１、λ２およびλ３が合波された光が出射される。

同様に、光フィルタ９、または光フィルタ９ａに入射する光にぶれがあり、結合効率が低下する場合があり、それぞれ光フィルタ部１１または光フィルタ部１１ａをｙ軸またはｚ軸回りに回転させ、光学調整を行う。

以上説明したように、本発明にかかる光合分波器２０では、分波および合波の何れの場合でも光のずれを光学調整することができ、高い結合効率を得ることができる。

以下に、光合分波器２０を構成する部材の詳細を説明する。

光合分波器２０では、光フィルタ１１と光フィルタ１１ａとの間を、コアレスファイバ３ｅを介して接続することにより、光フィルタ部間の低損失な接続を可能にしている。コアレスファイバ３ｅは、光フィルタ間の作動距離を調整する機能も担う。そのため、この調整によって、光フィルタを介した光ファイバ同士を最適の光結合効率が得られるように設定することが可能になり、光結合時に生じる損失を抑制することができる。なお、コアレスファイバ３ｅは、上述したコアレスファイバ３ａ〜３ｃと同等のものを利用できる。

光フィルタ９、９ａは、第１の光導波体７ａ、第２の光導波体７ｂおよびコアレスファイバ３ｅの光軸方向に対してそれぞれが同一方向に傾斜するように配置することによって、第３の光導波体７ｃと第４の光導波体７ｄを同一方向に配することが可能となるため、光ファイバの配置が簡易になる。

基体１８ａにおいて、Ｖ溝５に第１の光導波体７ａ、第２の光導波体７ｂ、Ｖ溝５ａに第３の光導波体７ｃ、Ｖ溝５ｂに第４の光導波体７ｄがそれぞれ配置され、たとえばエポキシ樹脂からなる接着剤で固定される。また、光フィルタ１１、光フィルタ１１ａとの間にコアレスファイバ３ｅがＶ溝５に配置され、接着剤で固定される。

光ファイバの融着接続部が基体１８ａのＶ溝内に配置されることにより、融着接続部に外部応力が加わらないように、または曲げが発生しないように保護されるので、保護用のスリーブを用いる必要がなく、小型化が可能になる。

また、光フィルタ部１１、１１ａと、光導波体７ａ〜７ｄまたはコアレスファイバ３ｅの間は、紫外線硬化型（光硬化性）接着剤１６、１６ａにより接続される。

光導波体７ａ〜７ｄを伝送してきた光は、シングルモードファイバである光ファイバ２ａ〜２ｄから出射された後、それぞれ屈折率分布型ファイバ６ａ〜６ｄによって平行光にして光フィルタ部１１または１１ａに入射され、また、光フィルタ１１または１１ａを反射又は透過した光は、屈折率分布型ファイバ６ａ〜６ｄによって集光されてそれぞれシングルモードファイバ２ａ〜２ｄに入射される。このような構成により、光導波体と光フィルタ間の光の損失を低減できる。

次に、本発明の実施形態２の光合分波器２０の製造方法について説明する。

まず、光ファイバ２ａ、屈折率分布ファイバ６ａ、コアレスファイバ３ａ、コアレスファイバ３ｅ、コアレスファイバ３ｂ、屈折率分布型ファイバ６ｂ、光ファイバ２ｂがこの順番に一直線に融着接合された第１乃至第２の光導波体７ａ、７ｂとコアレスファイバ３ｅを作製する。

同様に、光ファイバ２ｃ、屈折率分布型ファイバ６ｃ、コアレスファイバ３ｃをこの順番に融着接合して第３の光学部品を作製し、シングルモードファイバ２ｄ、屈折率分布型ファイバファイバ６ｄ、コアレスファイバ３をこの順番に融着接合して第３の光導波体７ｃを作製し、光ファイバ２ｄ、屈折率分布型ファイバ６ｄ、コアレスファイバ３ｄをこの順番に融着接合して第４の光導波体７ｄを作製する。

次に、例えば、石英ガラスからなる基体１８ａの平板の一方の面に、切削加工により、Ｖ溝５、５ａ、５ｂ、Ｖ溝５となる該Ｖ溝５を直線状に形成し、Ｖ溝５に対して交差するＶ溝５ａ、Ｖ溝５ｂとを互いに平行に形成する。

そして、Ｖ溝５に第１および第２の光導波体７ａ、７ｂを配置し、Ｖ溝５ａに第３の光導波体７ｃを配置し、Ｖ溝５ｂに第４の光導波体７ｄを配置して固定する。

このとき、第１の光導波体７ａは、Ｖ溝５とＶ溝５ｂの交差部に、それぞれコアレスファイバ３ａ、３ｃ，３ｅが位置するようにＶ溝５に配置される。

また、第２の光導波体７ｂ、第３の光導波体７ｃ及び第４の光導波体７ｄ、それぞれの先端部にあるコアレスファイバ３ｂ，３ｃ，３ｄがそれぞれ、Ｖ溝５とＶ溝５ｂの交差部、Ｖ溝５とＶ溝５ａの交差部、Ｖ溝５とＶ溝５ｂの交差部において、第１の光導波体７ａのコアレスファイバ３ａに当接するように配置される。尚、これらの光学部品の固定は、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５、５ａ、５ｂに載置し、ガラス板からなる透明な平板により光導波体７ａ〜７ｄ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、前記光学部品が固定された基体１８ａの２箇所に、ダイシング等の加工により基体凹部４、４ａを形成する。基体凹部４、４ａは、第１の光導波体７ａのコアレスファイバ３ａがそれぞれ２つに分断されるように、かつ配置される光フィルタ部１１、１１ａの直径より若干大きい幅となるように形成する。

そして光学接着剤１６、１６ａを、基体凹部４，４ａの底面に塗布する。さらに各コアレスファイバ３ａ、３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの端面と光フィルタ部１１、１１ａの間充填されるように紫外線硬化型接着剤を１６、１６ａを挿入する。

この紫外線硬化型接着剤１６、１６ａを硬化させる前に各第１乃至第４の光導波体７ａ〜７ｄと光フィルタ部１１、１１ａとの間および各第１乃至第４の光導波体７ａ、７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅと光フィルタ間の光学調整を行う。具体的には、例えば波長領域λ２の光を反射する光フィルタ部１１であれば、第１の光導波体７ａに波長領域λ２の光を入射し、光フィルタ部１１の光フィルタ９で反射した光λ２が第３の光導波体７ｃに高い結合効率で入射されるように光フィルタ部１１を回転し光フィルタ９の角度を調整し、光の結合効率が最大となる位置にて紫外線硬化型接着剤１６を硬化させる。

同様の手順で、コアレスファイバ３ｅから出射され、光フィルタ部１１ａの光フィルタ９ａで反射した波長領域λ３の光が第４の光導波体７ｄに高い結合効率で入射されるように光フィルタ１１ａ部を回転し光フィルタ９ａの角度を調整し、光の結合効率が最大となる位置にて紫外線硬化型１６ａを硬化させる。

以上のようにして製造される実施形態２の光合分波器２０は、予め融着により作製した第１の光導波体７ａをＶ溝５に直線的に配置した後に、基体凹部４、４ａを形成することにより第１の光導波体７ａを分断して、光フィルタ部１１、１１ａを配置しているので、光フィルタ９、９ａの角度調整により、光の結合効率を最大にすることは比較的容易である。

また、光フィルタを配置した後に、光ファイバで繋ぐ従来の方法では、接続作業に必要な長さの光ファイバを用いる必要があり、接合後に余った光ファイバを装置内に収容する余長処理のスペースが必要になる。しかしながら、実施形態２では、予め融着接続した光学部品を溝に配置しているので、手間のかかる余長処理の作業とスペースは必要ない。

さらに、余長処理によりファイバ巻き径が小さくなると、ファイバの曲げによる損失が大きくなるという問題があるが、余長処理の必要がない本実施形態ではこのような不都合もない。

また、基体１８ａに、高い位置精度で各溝を形成して、第１乃至第４の光導波体を配置した後、凹部４、４ａを形成し、最終段階で光フィルタ１１、１１ａの角度を調整するだけで、高い結合効率が得られるので、製造工程が簡便になり、かつ挿入損失の小さい光合分波器２０を製造することができる。

以下に、本発明の光デバイスの一種である光合分波器を用いた光送受信装置について、図９を用いて説明する。

図９は、本発明の光送受信装置７０を示す構成図である。光送受信装置７０は、２つの光合分波器１０と、一方の光合分波器１０（以下、第１光合分波器１０とする）に入射する光を送信する発光手段７１ａ、７１ｂと、第１光合分波器１０で合波された光を伝送する伝送ファイバ７２と、該伝送ファイバ７２を伝送する光が入射される他方の光合分波器１０（以下、第２光合分波器１０とする）と、第２光合分波器１０で分波された光を受光する受光手段７３ａ、７３ｂと、を備えている。本発明の光送受信装置では、光合分波器１０を備えることにより、光の損失を低減することが可能となるため、信頼性を向上させることができる。

次に、光送受信装置７０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７４ａ、７４ｂは発光手段７１ａ、７１ｂ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１０の合波機能により１つに合波される。そして合波された光は、伝送ファイバ７２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７２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１０の分波機能によって分離され、分離された光が受光手段７３ａ、７３ｂによりもとの信号７４ａ、７４ｂに変換される。

光送受信装置７０では、１本の伝送ファイバ７２を用い、さらに２つの光合分波器１０を用いることによって大容量の情報を簡単な構成で安価に伝送できる利点がある。また、図９は、本発明の光合分波器を用いた光送受信装置の例示であって、本発明における光合分波器を用いた光送受信装置であればこれに限定されるものではない。

本発明にかかる光合分波器の弟１の実施形態を示す上面図である。 図２に示す光合分波器の断面図である。 （ａ）は図１および図２に示す光フィルタ部の分解斜視図であり、（ｂ）は光フィルタ部の別の例を示す分解斜視図である。 図２に示す光合分波器の（ａ）光学調整の一例、および（ｂ）別の例を示す断面図である。 本発明にかかる光合分波器の弟１の実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明にかかる光合分波器の弟１の実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明にかかる光合分波器の弟２の実施形態を示す上面図である。 従来の光合分波器を示す斜視図である。 本発明にかかる光送受信器を示す構成図である。

符号の説明

１０，１０’，２０，１００：光合分波器
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ：光ファイバ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ：コアレスファイバ
４，４’：基体凹部
４ｄ：凹曲面部
５，５ａ，５ｂ，１０５：Ｖ溝
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ：屈折率分布ファイバ
７ａ：第１の光導波体
７ｂ：第２の光導波体
７ｃ：第３の光導波体
７ｄ：第４の光導波体
８：透光性部材
８ａ，８ｃ：第１透光性部材
８ｂ，８ｄ：第２透光性部材
９，９ａ，１０９：光フィルタ
１１，１１’，１１ａ：光フィルタ部
１２：透光材
１６，１６ａ：光学接着剤
１８，１８ａ，１１８：基体
１９ａ，１９ｂ：光ファイバ固定板
１１５：基体凹部上蓋
７０：光送受信装置
７１ａ，７１ｂ：発光手段
７２：伝送ファイバ
７３ａ，７３ｂ：受光手段
７４ａ、７４ｂ：信号

Claims (11)

1. 基体と、
   該基体の上面に配置された第１乃至第３の光導波体と、
   第１透光性部材と第２透光性部材とを具備する透光性部材、および前記第１透光性部材と前記第２透光性部材の間に設けられた光フィルタを有する光フィルタ部とを備え、
   前記第１の光導波体は、導波した光を前記第１透光性部材を介して前記光フィルタに入射する、または前記第２の導波体から出射されて前記光フィルタを透過した光と前記第３の光導波体から出射されて前記光フィルタで反射した光とが前記第１透光性部材を介して入射され、
   前記第２の光導波体は、導波した光を前記光フィルタに入射する、または前記第１の導波体から出射されて前記光フィルタを透過した光が入射され、
   前記第３の光導波体は、導波した光を前記光フィルタに入射する、または前記第１の導波体から出射されて前記光フィルタで反射された光が入射される光合分波器であって、
   前記透光性部材の外形は少なくとも一部が１軸を中心とする回転形状であることを特徴とする光合分波器。
2. 前記透光性部材の外形は、球状、回転楕円状および円柱状からなる群より選択される形状であることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
3. 前記光フィルタ部は、前記基体の上面でかつ前記第１の光導波体と前記第２の光導波体との間に設けられた基体凹部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光合分波器。
4. 前記基体凹部は、前記透光性部材の回転形状の径と同じかそれ以上の曲率半径を有する凹曲面部を備え、前記透光性部材が前記凹曲面部に配置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. 前記透光性部材は、光硬化性樹脂を含んでなる接着剤で前記基体凹部の底面もしくは前記凹曲面部に固定されていることを特徴とする請求項３または４に記載の光合分波器。
6. 前記透光性部材と前記第１乃至第３の光導波体との間に、ゲル状の透光材が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光合分波器。
7. 前記透光材は、シリコーン樹脂で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光合分波器。
8. 前記透光材は、前記接着剤で固定された部位を除く前記透光性部材の外周面を覆うことを特徴とする請求項６または７に記載の光合分波器。
9. 前記第１乃至第３の光導波体の少なくとも１つは、その出射端部にコアレスファイバを含み、かつ該コアレスファイバに屈折率分布ファイバを接続してなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光合分波器。
10. 前記透光性部材の形状の一部分が回転形状以外の形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光合分波器。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の光合分波器と、該光合分波器に入射する光を発する発光手段と、該発光手段から発せられた光を前記光合分波器を介して受け取る受光手段と、を備えた光送受信器。

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