JP2008286961A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

【課題】一本の光ファイバで複数の波長を伝送する波長多重伝送や一芯双方向光伝送に用いられる光合分波器の小型化、部品点数削減および実装・作製工程の簡易化を可能にする構造を提供する。
【解決手段】対向するＳｉ基板１１，１２を有し、前記Ｓｉ基板１１，１２の内部には、傾斜面３０１，３０２および空隙部を有している。傾斜面３０２には反射膜３１が設けられ、傾斜面３０１には波長選択フィルタ２１，２２，２３が設けられている。前記反射膜３１と波長選択フィルタ２１，２２，２３は対向し、前記Ｓｉ基板１１，１２の屈折率値と前記空隙部内の屈折率値とは異なる光合分波器。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は光合分波器に関し、特に波長多重光伝送や一芯双方向光伝送に用いられる光合分波器の構造および製造方法に関する。

近年の通信トラフィックの増大に伴い、一本の光ファイバで複数の波長を伝送する波長多重伝送や一芯双方向光伝送の普及が進んでいる。これらの光伝送においては、別個の複数の光ファイバ中を伝送してきた波長の異なる光信号を一本の光ファイバに合波したり、これとは逆に一本の光ファイバ中を伝送してきた波長の異なる光信号をそれぞれ別個の光ファイバに分波したりする光合分波器が必須となる。

図１２は特許文献１に開示された光合分波器の従来構造の断面図である。本光合分波器の動作の一例を以下に示す。それぞれ異なる波長λ１、λ２、・・、を有する光信号が光ファイバコリメータ４０からスペーサプリズム９１を経てプリズム９０に入射される。ここで、プリズム９０はスペーサプリズム９１および９２によって光の入出射面が光ファイバコリメータ４０の光軸と垂直な方向に対して角度φ１を有する様に配置されている。また、プリズム９０およびスペーサプリズム９１、９２は同じ材料で作製されており、それぞれの屈折率は互いに等しくなっている。本構成によれば、光はスペーサプリズム９１からプリズム９０に入射される際も直進して、プリズム９０のペーサプリズム９１と対向する面上に設けられた波長選択フィルタ２１に到達する。ここで、波長選択フィルタ２１の特性を波長λ１の光のみを透過し、他の波長の光を反射する様に設定しておけば、波長λ１の光はスペーサプリズム９２を経て光ファイバコリメータ４１に入射する。また、波長選択フィルタ２１で反射された光はプリズム９０の他面に到達し、そこに設けられた反射膜３１により反射され波長選択フィルタ２１が設けられた面の他の場所に設けられた波長選択フィルタ２２に到達する。ここで、波長選択フィルタ２２の特性を波長λ２の光のみを透過し、他の波長の光を反射する様に設定しておけば、波長λ２の光はスペーサプリズム９２を経て光ファイバコリメータ４２に入射する。本構成によれば、この様にして順次波長λ１、λ２、・・の光を光ファイバコリメータ４１、４２・・へ分波することができる。なお、ここでは、分波の例を取って説明したが、光の進む向きを逆にすれば合波を行うことができる。また、光ファイバコリメータ４１の側から光１をプリズム９０に入射し、同時に光ファイバコリメータ４１、４２・・の少なくとも一つから光１と波長の異なる光をプリズム９０に入射すれば、一芯双方向伝送が可能になる。なお、以後の説明は全て分波を例に取って行うが、本明細書で開示する発明の合分波器は分波機能のみならず合波機能および一芯双方向伝送機能を有することは言うまでもない。また、上記説明では無反射膜については言及しなかったが、光の経路のうち、波長選択フィルタないしは反射膜が形成されていない界面には全て無反射膜が施されており、以下に説明する全ての構造においても同様である。この様に、本従来例の構造によれば合分波器が形成されるが、光ファイバコリメータに対してプリズム９０を斜めに配置する必要があるため、特にプリズム９０と光ファイバコリメータ４１、４２・・で形成されたファイバアレイとの間に距離を置く必要が生じ、小型化が難しくなっている。

図１３は、前記従来例の問題を解決するために考案された、特許文献２に開示された光合分波器の断面図である。本合分波器は、複数のプリズム機能が集積されたプリズムブロック９３と波長選択フィルタアレイ９４と導光ブロック９５を積層した構造となっている。ここで、プリズムブロック９３の上面にはプリズム機能を得るための傾斜面６０３および６０４が形成されている。傾斜面６０３と６０４はお互いの傾斜角度が紙面に垂直な面に対して対称になる様に形成されている。また、プリズムブロック９３の上側は空気とし、プリズムブロック９３、波長選択フィルタアレイ９４および導光ブロック９５の屈折率は全て等しいとする。本光合分波器の動作の一例は以下である。例えば、それぞれ異なる波長λ１、λ２、・・、を有する光信号が光ファイバコリメータ４０からプリズムブロック９３の上面に垂直な角度を有して傾斜面６０４に入射させる。この入射光は傾斜面６０４で屈折した後に導光ブロック９５の下面まで直進し、そこに設けられた反射膜３１によって反射される。ここで、反射角θ2は傾斜面６０４の傾斜角φ１およびプリズムブロック９３および空気の屈折率で決まる。次に反射された光は波長選択フィルタアレイ９４内に設けられた波長選択フィルタ２１に到達する。ここで、波長選択フィルタ２１の特性を波長λ１の光のみを透過し、他の波長の光を反射する様に設定しておけば、波長λ１の光は波長選択フィルタ２１を透過した後、光ファイバコリメータ４１の下に設けられた傾斜面６０３に到達する。この時、傾斜面６０３のプリズムブロック９３の上面に対する傾斜角度の絶対値はφ１であり、傾斜面６０４と等しいため、波長λ１の光はスネルの法則に基づきプリズムブロック９３の上面に対して垂直に出射し、光ファイバコリメータ４１に入射する。また、波長選択フィルタ２１で反射された光は再び反射膜３１に到達した後に反射され波長選択フィルタ２２に到達する。ここで、波長選択フィルタ２２の特性を波長λ２の光のみを透過し、他の波長の光を反射する様に設定しておけば、λ１の光と同様にλ２の光を光ファイバコリメータ４２に入射させることができる。この様に、本構成によれば波長λ１、λ２、・・、を有する光信号を光ファイバコリメータ４１、４２、・・、に分波することができる。更に、本構成ではプリズムブロック９３の上面と光ファイバコリメータの光軸を垂直にできるので、両者の間の距離は短くて済み、光合分波器の小型化を図ることができる。

特開昭６１−１４９９０６ 特開２００６−２８５２８０

しかしながら、上記特許文献２に開示された構成ではプリズムブロック９３の構造が複雑なため、鋳型等により一つづつ個別に作製する必要があり、量産化や低コスト化が難しい。また、入出射用光ファイバコリメータを全てプリズムブロック９３の上面側に配置する必要があり、入力側ファイバコリメータと出力側ファイバコリメータを対向して配置する構成を提供することが難しく、光モジュール全体の構造設計の自由度が低下する。また、上記構成において敢えてファイバコリメータの対向配置を可能にしようとすれば、プリズムブロック等の構成部品点数の増大を招き、量産化や低コスト化だけでなく小型化も困難になってしまう。

そこで、本発明の目的は、一本の光ファイバで複数の波長を伝送する波長多重伝送や一芯双方向光伝送に用いられる光合分波器の小型化、部品点数削減および実装・作製工程の簡易化を可能にする構造を提供することにある。

この課題を解決するために手段の一つは次の通りである。

対向する第１の平面と第２の平面とが平行である部材を有し、
前記部材の内部には、対向する第３の平面と第４の平面とが平行である空隙部を有し、
前記部材の空隙部を含む一の断面において、前記第１の平面に属する第１の線の延長線と前記第３の平面に属する第３の線の延長線とは交差し、その交差角度のうち小さい方の角度はφ１であり、
前記第２の平面に属する第２の線の延長線と前記第４の平面に属する第４の線の延長線とは交差し、その交差角度のうち小さい方の角度はφ１であり、
前記第３の平面の面上の一部には少なくとも１つの反射膜が設けられ、前記第４の平面の面上の一部には少なくとも１つの波長選択フィルタが設けられ、
前記反射膜と第１の波長選択フィルタの少なくとも一部は対向しており、
前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２（ここで、波長λ１≠波長λ２である。）の光は反射するものであり、
前記部材の屈折率値と前記空隙部内の屈折率値とは異なることを特徴とする光合分波器。

なお、本実施例の代表的な構成を挙げれば次の通りである。
（１）対向する第１の平面と第２の平面とが平行である部材を有し、
前記部材の内部には、対向する第３の平面と第４の平面とが平行である空隙部を有し、
前記第１の面と前記第３の面とは平行であり、
前記第１の平面の一部を除去することにより第５の平面が設けられ、前記第１の平面の法線方向と、前記第５の平面の法線方向は角度φ１をもって交わり、
前記第１の平面の他の一部には反射膜が設けられ、前記第３又は第４の平面上の一部には第１の波長選択フィルタが設けられ、
前記反射膜と前記第１の波長選択フィルタの少なくとも一部は、前記部材の一部を間に挟んで、対向しており、
前記第２の平面の一部をそれぞれ除去することにより、第６および第７の平面が離間して設けられ、前記第２の平面の法線方向と、前記第６および第７の平面の法線方向は角度φ１をもって交わり、かつ、前記第５の平面、第６の平面および第７の平面は互いに平行であり、
前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２は反射するものであることを特徴とする光合分波器。
（２）互いに平行な第１の平面および第２の平面を有する部材を有し、
前記第１の平面上には少なくとも１つの反射膜が設けられ、前記第２の平面上には少なくとも一つの波長選択フィルタが設けられ、
前記反射膜と第１の波長選択フィルタの少なくとも一部は対向しており、
前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ１とは異なる波長の波長λ２は反射するものであることを特徴とする光合分波器。

本発明の実施例によれば、一本の光ファイバで複数の波長を伝送する波長多重伝送や一芯双方向光伝送に用いられる光合分波器の小型化、部品点数削減および実装・作製工程の簡易化が可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
< 実施例１>
図1Aに本発明の第一の実施例を示す。図1A(a)に上面図、(b)に(a)中破線A-Bにおける断面図、(ｃ)に(a)中破線C-Dにおける断面図を示す。本構成は加工を施したSi基板１１および１２より構成されている。Si基板１１においては、基板面に対して角度φ１を有する傾斜面３０１が形成されている。更に、傾斜面３０１上には波長選択フィルタ２１、２２および２３が形成されている。また、Si基板１２においては、基板面に対して角度φ１を有する傾斜面３０２が形成されている。更に、傾斜面３０２上には反射膜３１が形成されている。Si基板１１および１２を傾斜面３０１および３０２が互いに平行で対向する様に接合することによって本発明の第一の実施例の光合分波器が作製できる。なお、本実施例では、Si基板１１および１２の周囲は空気とする。なお、傾斜面３０１と傾斜面３０２の間はかならずしも空気である必要は無く、伝搬光に対し透過性を有しかつSiと屈折率の異なる材料であれば良い。

図２Aは本発明の第一の実施例の動作を示すための断面図である。ここでは、分波機能を例に取って説明する。まず、Si基板１２の傾斜面３０２が形成されていない方の基板面３０４に垂直に光ファイバコリメータ４０を配置し、基板面３０４から傾斜面３０２に向かいそれぞれ異なる波長λ１、λ２、…、λnを有する合波された信号光を入射する。波長の組み合わせとしては、例えばSiを透過する1,3１μm、1.49μmおよび1.55μｍをそれぞれλ1、λ2およびλ3とする例が考えられる。 この光は傾斜面３０２で屈折された後に、傾斜面３０１上に形成された波長選択フィルタ２１に到達する。ここで、波長選択フィルタ２１を波長λ１およびその近傍の波長の光のみを透過し、他の波長の光を反射する様に作製すれば、波長λ１の光を光ファイバコリメータ４１に向けて出射させることができる。また、波長選択フィルタ２１で反射した光は傾斜面３０２上に形成された反射膜３１により反射され波長選択フィルタ２２に到達する。以後、波長選択フィルタ２２、２３、・・、の特性を変えることにより波長λ２、λ３、・・、の光を光ファイバコリメータ４２、４３、・・、に入射させることができる。ここで、波長選択フィルタ２２、２３、・・、は互いに離間していても接していても良い。この様に、本構成により分波機能が実現される。ここで、傾斜面３０１および３０２が平行であり、かつ、基板面３０３および３０４が平行であり、光ファイバコリメータ４０からの入射光が基板面３０４に対して垂直なことから、光ファイバコリメータ４１、４２、・・、への入射光は基板面３０３に対して垂直になる。したがって、光ファイバコリメータ４１、４２、・・、は基板面３０３と垂直に配置でき、小型化が可能になる。また、本光合分波器のサイズを決定する部品はSi基板１１および１２の２点のみであり、この点でも小型な光合分波器が作製できる。

図３Aに本光合分波器の作製方法を示す。まず、基板面が(111)面に対してφ１の角度を有する様にオフ角度を付けて切り出されたSi基板１１および１２上に、エッチングマスク７１を形成する（図３A(a)）。

次に、KOH水溶液の様なSiの(111)面が出るようなエッチング液を用いてSi基板１１および１２をウェットエッチングして傾斜面３０１および３０２を形成した後、エッチングマスク７１を除去する（図３A(b)）。次に、Si基板１１上の傾斜面３０１に波長選択フィルタ２１−２３を蒸着ないしは接着により形成する（図３A(c)）。また、Si基板１２上の傾斜面３０２に反射膜３１を蒸着ないしは接着により形成する（図３A(d)）。最後に、Si基板１１とSi基板１２を傾斜面３０１および３０２が対向する様に接合すれば本光合分波器は完成する（図３A(e)）。ここで、上記(a)から(d)の工程は通常のウェハプロセスで作製可能なことは言うまでもない。

更に、上記(e)のプロセスもウェハレベルで作製可能である。図４にその様子を示す。まず、図３Aの(a)から(d)の工程により、基板面１１−１上の番地１１０−１、１１０−２、・・、１１０−Nに傾斜面３０１および波長選択フィルタ２１、２２および２３を形成したSi基板１１を作製する（図４(a)）。更に、番地１２０−１、１２０−２、・・、１２０−Nの配置をSi基板１１に合わせたSi基板１２の基板面１２−１上に、図３Aの(a)から(d)の工程により、傾斜面３０２および反射膜３１を形成する（図４(b)）。最後に、番地１１０−１、１１０−２、・・、１１０−Nと番地１２０−１、１２０−２、・・、１２０−Nとが重なる様に、基板面１１−１と１２−１を接合してSi基板１１と１２を貼り合わせた基板を番地の境界に沿ってダイシングすれば、多数の光合分波器１３０−１、１３０−２、・・、１３０−Nが一括して作製される（図４(c)）。

以上の様に、本構造によれば部品点数が少なく小型な光合分波器を簡易かつ量産化容易な工程により実現できる。

なお、ここで使用する光ファイバコリメータは、通常の光ファイバとの置き換えが可能である。この場合は、光ファイバとSi基板１２との間にコリメータレンズを配置すれば良い。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図１B、２Bおよび３Bにそれぞれ、２波長の場合の構造、動作および作製方法を示す。また、２波長の場合も図４に示したウェハレベルプロセスによる作製が可能であることは言うまでもない。
< 実施例２>
図５Aに本発明の第二の実施例の断面図を示す。これは図２Aに示した第一の実施例の構造において、Si基板の基板面３０３および３０４上の光の経路にレンズ５０、５１、５２、５３、５４を集積化した構成を有する。本構成によれば光合分波器がレンズ機能を有するので、光の入出射に価格の高い光ファイバコリメータではなく、通常の光ファイバ８０、８１、８２、８３、８４を用いることができるので、更なる低コスト化が可能となる。ここで、レンズ５０、５１、５２、５３、５４を集積化するためには、例えば基板面３０３および３０４をエッチングすれば良い。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図５Bに２波長の場合の断面図を示す。また、２波長の場合も図４に示したウェハレベルプロセスによる作製が可能であることは言うまでもない。
< 実施例３>
図６Aに本発明の第三の実施例の断面図を示す。これは図５Aに示した第二の実施例に類似の構造を用いて、一芯双方向伝送用光送受信器を作製した例である。本構成では、図５Aの光合分波器が光素子搭載面３１１を有する光素子搭載基板１３に積層されて集積化されている。ここで、光素子搭載基板１３は例えばSi基板をウエットエッチングすることによって作製できる。本光送受信器では、まず光ファイバ８５から波長λ１およびλ２を有し、この２つの波長の光を含む光が合波された光（本発明でいう波長多重された光信号は、通常、このような合波された光をいう。以下、同じ。）が基板面３０４に垂直に入射される。これらの光は基板面３０４に設けられたレンズ５５によりコリメートされ傾斜面３０２で屈折され基板面３０１上に形成された波長選択フィルタ２４に到達する。ここで、波長選択フィルタ２４の特性を波長λ１の光のみを透過し他の波長を反射する様に設定しておけば、波長λ１の光は波長選択フィルタ２４を屈折して透過し基板面３０３に対して垂直な方向に進み、更に基板面３０３上に形成されたレンズ５６によりビーム径を調整された後にフォトディテクタ６１で受信される。一方、前記波長λ２の光は波長選択フィルタ２４で反射された後に傾斜面３０２上に形成された反射膜３２で更に反射され傾斜面３０１上に形成された波長選択フィルタ２５に到達する。ここで、波長選択フィルタ２５の特性を波長λ２の光のみを透過し他の波長を反射する様に設定しておけば、波長λ２の光は波長λ１の光と同様にフォトディテクタ６２で受信される。また、光素子搭載面３１１に搭載されたレーザダイオード６３からは、光合分波器を形成しているSi基板１１の基板面３０３に対して垂直に波長λ３の光が出射される。このλ３の光はレンズ５８でコリメートされた後に傾斜面３０１で屈折された後に、傾斜面３０２上に形成された反射膜３２に到達した後に、反射されて傾斜面３０３上に形成された波長選択フィルタ２５に到達する。ここで、波長選択フィルタ２５は波長λ３の光を反射する様に設計されているから、波長λ３の光は波長選択フィルタ２５および反射膜３２との間で反射を繰り返し、傾斜面３０１上に形成された波長選択フィルタ２４に到達する。波長選択フィルタ２４も波長λ３の光を反射する様に設計されているから、波長λ３の光は反射されて基板面２４に到達し、屈折された後に基板面３０４に対して垂直な方向に進みレンズ５５を通り光ファイバ８５へ送信される。この様に、本光合分波器を用いれば、簡易に作製可能な小型の一芯双方向光伝送用光送受信器が実現できる。なお、光ファイバ８５は金属等で作製されたパッケージ７０１で固定されている。また、以下の説明ではパッケージ７０１は省略する。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図6Bに２波長の場合の断面図を示す。図6Bの構成では上記λ１の光が光ファイバ８５からフォトディテクタ６１へ、上記λ３の光がレーザダイオード６３から光ファイバ８５へ入射される。また、本構成は双方向通信のみに限定されない。搭載する光素子を全てフォトディテクタないしは全てレーザダイオードとすれば、一方向の波長多重通信用光モジュールが構成できる。
< 実施例４>
図７Aに本発明の第四の実施例の断面図を示す。本構成では、Si基板１１２がスペーサ部材７２を介してSi基板１１１に積層された構造を有する。ここで、Si基板１１２とSi基板１１１との間は空気、ガスで満たされているか、又は例えば、充填材等の物質を満たすか、その空隙にその物質を入れることが可能である。要は、その空隙部が、伝搬光に対して透過性を有すれば良い。

Si基板１１２のスペーサ部材７２と接している基板面４０１上には波長選択フィルタ２１、２２、２３が、他方の基板面４０２上には反射膜３１が形成されている。また、Si基板１１２の基板面４０１には傾斜角φ１を有する傾斜面４０４が形成されている。また、Si基板１１１のスペーサ部材７２と接していない方の基板面には傾斜角φ１を有する傾斜面４０３が２つ以上形成されている。Si基板１１１とSi基板１１２とは、傾斜面４０３と傾斜面４０４が平行になる様に配置されている。また、傾斜面４０４の上には光ファイバコリメータ４０を光軸が基板面４０２に対して垂直になる様に配置されている。また、それぞれの傾斜面４０３の下には、光ファイバコリメータが一本づつ配置してある。ここで、本構成を光分波器として使用する場合には、光ファイバコリメータ４０から、それぞれ異なる波長λ１、λ２、・・、を有する信号光を傾斜面４０４に向かい基板面４０２に垂直な方向に入射すれば良い。光は傾斜面４０４で屈折した後にSi基板１１２内を進み、波長選択フィルタ２１に到達する。ここで、波長選択フィルタ２１の特性を波長λ１の光のみを透過し他の波長の光を透過する様に設定しておけば、波長λ１の光は波長選択フィルタ２１を透過し、空気層およびSi基板１１１を通過し傾斜面４０３を通り光ファイバコリメータ４１に向かい出射される。ここで、Si基板１１２および１１１の基板面を平行に配置しておけば、傾斜面４０３と４０４が平行に配置されているので、スネルの法則に基づき光ファイバコリメータ４１に向かい出射される光はSi基板１１１の基板面に垂直になる。従って、光ファイバコリメータ４１はSi基板１１１に対して垂直に配置すれば良い。また、波長選択フィルタ２１で反射された光はSi基板１１２の基板面４０２上に設けられた反射膜３１に到達した後に反射してSi基板１１２の基板面４０１上に形成された波長選択フィルタ２２に到達する。ここで、波長選択フィルタ２２、２３の特性を調整することによって、波長λ１の光と同様に、波長λ２、λ３、λ４の光をそれぞれ光ファイバコリメータ４２、４３、４４に入射させることができる。ここで、いずれの光ファイバコリメータに向かう出射光も波長λ１の光と同様にSi基板１１１の基板面に垂直となる。従って、いずれの光ファイバコリメータもSi基板１１１の基板面に垂直に配置できるので、本光合分波器は小型に構成できる。また、本実施例の構成も実施例１と同様に、図３Aおよび図４で示した簡易かつ量産化に適したウェハプロセスによって作製可能である。

なお、本構成において波長選択フィルタ２１、２２、２３、・・、の一部ないし全部は、スペーサ部材７２を介してSi基板１１２の基板面４０１に対向しているSi基板１１１の基板面４０１−２上に設けられていても良い。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図7Bに２波長の場合の断面図を示す。また、２波長の場合も図４に示したウェハレベルプロセスによる作製が可能であることは言うまでもない。
< 実施例５>
図８Aに本発明の第五の実施例の断面図を示す。これは、図７Aに示した第四の実施例の構造に類似したものを用いて一芯双方向伝送用光送受信器を作製した例である。本構成では、図７Aの光合分波器が、光素子搭載面３１１を有する光素子搭載基板１３に積層されて集積化されている。ここで、光合分波器と光素子搭載基板１３との間にはSi基板を加工して作製したレンズアレイ基板１１４が介されている。ここで、光素子搭載基板１３は例えばSi基板をウエットエッチングすることによって作製できる。本光送受信器では、実施例４と同様の原理により、実施例３の光送受信器と同様の一芯双方向伝送用光送受信器動作が得られる。なお、本例ではSi基板１１２上にレンズを形成していないので、光ファイバ８５と傾斜面４０４との間にレンズ９６を配置した。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図8Bに２波長の場合の断面図を示す。図8Bの構成では上記λ１の光が光ファイバ８５からフォトディテクタ６１へ、上記λ３の光がレーザダイオード６３から光ファイバ８５へ入射される。また、本構成は双方向通信のみに限定されない。搭載する光素子を全てフォトディテクタないしは全てレーザダイオードとすれば、一方向の波長多重通信用光モジュールが構成できる。
< 実施例６>
図９Aに本発明の第六の実施例の断面図を示す。これは、図７Aに示した第四の実施例の構造を、光の入出射が全て同じ面から行うように変形したものである。本構成では、Si基板１１２がスペーサ部材７２を介してSi基板１１１に積層された構造を有する。ここで、Si基板１１２とSi基板１１１との間は空気とする。Si基板１１２のスペーサ部材７２と接している基板面４０１上には波長選択フィルタ２１、２２、２３が、他方の基板面４０２上には傾斜角φ１を有する傾斜面４０４が一つ形成されている。更に、基板面４０２上には傾斜面４０４と紙面に垂直な平面に対して対称な関係にある傾斜面４０５が複数個形成されている。また、Si基板１１１のスペーサ部材７２と接していない方の基板面には反射膜３１が形成されている。ここで、本構成を光分波器として使用する場合には、光ファイバコリメータ４０から、それぞれ異なる波長λ１、λ２、・・、を有する信号光を傾斜面４０４に向かい基板面４０２に垂直な方向に入射すれば良い。光は傾斜面４０４で屈折した後にSi基板１１２内、空気層およびSi基板１１１内を進み反射膜３１に到達した後、再びSi基板１１１内および空気層を進み、波長選択フィルタ２１に到達する。

ここで、波長選択フィルタ２１の特性を波長λ１の光のみを透過し他の波長の光を透過する様に設定しておけば、波長λ１の光は波長選択フィルタ２１を透過し、Si基板１１２を通過し傾斜面４０５を通り光ファイバコリメータ４１に向かい出射される。ここで、Si基板１１２および１１１の基板面を平行に配置しておけば、傾斜面４０３と４０４の傾斜角の絶対値が等しいのでスネルの法則に基づき光ファイバコリメータ４１に向かい出射される光はSi基板１１１の基板面に垂直になる。従って、光ファイバコリメータ４１はSi基板１１２に対して垂直に配置すれば良い。
また、波長選択フィルタ２１で反射された光は空気層およびSi基板１１１内を通り反射膜３１に到達した後に反射して、再びSi基板１１１内および空気層を進み、Si基板１１２の基板面４０１上に形成された波長選択フィルタ２２に到達する。ここで、波長選択フィルタ２２、２３の特性を調整することによって、波長λ１の光と同様に、波長λ２、λ３の光をそれぞれ光ファイバコリメータ４２、４３に入射させることができる。ここで、いずれの光ファイバコリメータに向かう出射光も波長λ１の光と同様にSi基板１１２の基板面４０２に垂直となる。従って、いずれの光ファイバコリメータもSi基板１１２の基板面４０２に垂直に配置できるので、本光合分波器は小型に構成できる。また、本実施例の構成も実施例１と同様に、図３Aおよび図４で示した簡易かつ量産化に適したウェハプロセスによって作製可能である。ここで、傾斜面４０４および４０５の角度をウェットエッチで作製することが難しい場合は、ドライエッチで作製すれば良い。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図９Bに２波長の場合の断面図を示す。また、２波長の場合も図４に示したウェハレベルプロセスによる作製が可能であることは言うまでもない。
< 実施例7>
図１0Aに本発明の第七の実施例の断面図を示す。本構成は加工を施したSi基板２０１より構成されている。本構成では、Si基板２０１の一方の基板面５０３に傾斜角φ１を有した傾斜面５０１が形成されており、かつ、他方の基板面５０４にも同じ傾斜角φ１を有した傾斜面５０２が前記傾斜面５０１と平行になる様に形成されている。この時、図に示す様に傾斜面５０１と５０２との間にはSiとなっている。また、本構成では、傾斜面５０１上に波長選択フィルタ２１、２２を、傾斜面５０２上に反射膜３１を形成している。ここで、本構成を光分波器として使用する場合には、光ファイバコリメータ４０から、それぞれ異なる波長λ１、λ２、・・、を有する信号光を傾斜面５０２に向かい基板面５０４に垂直な方向に入射すれば良い。光は傾斜面５０２で屈折した後にSi基板２０１内を進み、波長選択フィルタ２１に到達する。ここで、波長選択フィルタ２１の特性を波長λ１の光のみを透過し他の波長の光を透過する様に設定しておけば、波長λ１の光は波長選択フィルタ２１で屈折されて透過し、基板面５０３に垂直な方向に進み、光ファイバコリメータ４１に向かう。また、波長選択フィルタ２１で反射された光はSi基板２０１内を通り反射膜３１に到達した後に反射して、再びSi基板２０１内を進み、Si基板２０１の基板面５０１上に形成された波長選択フィルタ２２に到達する。ここで、波長選択フィルタ２２、２３の特性を調整することによって、波長λ１の光と同様に、波長λ２、λ３の光をそれぞれ光ファイバコリメータ４２、４３に入射させることができる。

ここで、いずれの光ファイバコリメータに向かう出射光も波長λ１の光と同様にSi基板２０１の基板面５０３に垂直となる。従って、いずれの光ファイバコリメータもSi基板２０１の基板面５０３に垂直に配置できるので、本光合分波器は小型に構成できる。

また、本実施例の構成も実施例１と同様に、図３Aおよび図４で示した簡易かつ量産化に適したウェハプロセスによって作製可能である。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図１０Bに２波長の場合の断面図を示す。また、２波長の場合も図４に示したウェハレベルプロセスによる作製が可能であることは言うまでもない。
< 実施例８>
図１１Aに本発明の第八の実施例の断面図を示す。本構成は加工を施したSi基板２１１および２１２より構成されている。本構成では、Si基板２１１の一方の基板面５０３に傾斜角φ１を有した傾斜面５０１が形成されており、かつ、Si基板２１２の一方の基板面５０４にも同じ傾斜角φ１を有した傾斜面５０２が形成されている。そして、Si基板２１１の斜面５０１が形成されていない方の基板面５０５と、Si基板２１２の傾斜面５０２が形成されていない方の基板面５０５とが、Si基板２１１の傾斜面５０１とSi基板２１２の傾斜面５０２とが平行になる様に貼付けられている。更に、傾斜面５０１上に波長選択フィルタ２１、２２が、傾斜面５０２上に反射膜３１が形成されている。ここで、本構成を光分波器として使用する場合には、光ファイバコリメータ４０から、それぞれ異なる波長λ１、λ２、・・、を有する信号光を傾斜面５０２に向かい基板面５０４に垂直な方向に入射すれば良い。光は傾斜面５０２で屈折した後にSi基板２１２および２１１内を進み、波長選択フィルタ２１に到達する。ここで、波長選択フィルタ２１の特性を波長λ１の光のみを透過し他の波長の光を透過する様に設定しておけば、波長λ１の光は波長選択フィルタ２１で屈折されて透過し、基板面５０３に垂直な方向に進み、光ファイバコリメータ４１に向かう。また、波長選択フィルタ２１で反射された光はSi基板２１１および２１２内を通り反射膜３１に到達した後に反射して、再びSi基板２１２および２１１内を進み、Si基板２１１の傾斜面５０１上に形成された波長選択フィルタ２２に到達する。ここで、波長選択フィルタ２２、２３の特性を調整することによって、波長λ１の光と同様に、波長λ２、λ３の光をそれぞれ光ファイバコリメータ４２、４３に入射させることができる。ここで、いずれの光ファイバコリメータに向かう出射光も波長λ１の光と同様にSi基板２０１の基板面５０３に垂直となる。従って、いずれの光ファイバコリメータもSi基板２０１の基板面５０３に垂直に配置できるので、本光合分波器は小型に構成できる。また、本実施例の構成も実施例１と同様に、図３Aおよび図４で示した簡易かつ量産化に適したウェハプロセスによって作製可能である。

本構成は用いる光信号が２波長の場合でも当然有効である。図１１Bに２波長の場合の断面図を示す。また、２波長の場合も図４に示したウェハレベルプロセスによる作製が可能であることは言うまでもない。

以上の説明では、光合分波器の材料をSiを例に取って説明したが、本発明は材料にかかわらず有効である。また、機能についても、主に分波器を例に取って説明したが、本発明の合分波器が合波機能および合分波機能を有することは言うまでもない。

なお、開示発明に関連する技術的事項は次の通りである。
１．対向する第１の平面と第２の平面とが互いに平行である部材を有し、
前記部材の内部には、対向する第３の平面と第４の平面とが平行である空隙部を有し、
前記第１の面と前記第３の面とは平行であり、
前記第１の平面の一部を除去することにより第５の平面が設けられ、前記第１の平面の法線方向と、前記第５の平面の法線方向は角度φ１をもって交わり、
前記第１の平面の他の一部をそれぞれ除去することにより第６および第７の平面が設けられ、前記第１の平面の法線方向と前記第６の平面の法線方向は角度−φ１をもって交わり、前記第１の平面の法線方向と前記第７の平面の法線方向は角度−φ１をもって交わり、かつ、前記第６の平面および第７の平面は互いに平行であり、
前記第２の平面上には反射膜が設けられ、前記第３または前記第４の平面上の一部には少なくとも１つの波長選択フィルタが設けられ、
第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２を反射するものであり、
前記λ１およびλ２の関係は、λ１≠λ２であることを特徴とする光合分波器。
２．前記部材は第１の部材および第２の部材を有し、前記第１、第３、第５乃至第７の平面は前記第１の部材に属し、前記第２および第４の平面は前記第２の部材に属することを特徴とする上記１．記載の光合分波器。
３．前記第１の部材と前記第２の部材との間には、スペーサが設けられていることを特徴とする上記２．記載の光合分波器。
４．前記第１の平面の法線方向から前記第５の平面上へ入射した前記波長λ１および波長λ２の成分を有する波長多重光は、前記部材を通過して前記反射膜で反射した後、前記第１の波長選択フィルタに至り、
前記波長多重光は前記第１の波長選択フィルタを介して前記波長λ１を通過し、その通過した波長λ１の光成分を有する光は第３の平面でスネルの法則に従って屈折した後、前記部材を通過して前記第６の平面を通過して前記部材外へ至り、
前記波長多重光の前記波長λ１が除外され、かつ、前記波長λ２を有する光は前記第１の波長選択フィルタ及び前記反射膜でそれぞれ反射して前記部材外へ至ることを特徴とする上記１．記載の光合分波器。
５．前記波長λ１の光成分および波長λ２の光成分を有する波長多重光は第１の光ファイバまたは第１の光ファイバコリメータを介して前記第５の平面に入射し、
前記波長λ１の光成分は、第２の光ファイバまたは第２の光ファイバコリメータを介して前記第６の平面から外部へ出射し、
前記波長λ２の光成分は、第３の光ファイバまたは第３の光ファイバコリメータを介して前記第７の平面から外部へ出射するものであり、
前記第１乃至第３の光ファイバを用いる場合には、前記第５の平面と第１の光ファイバとの間、前記第６の平面と前記第２の光ファイバとの間および前記第７の平面と前記第３の光ファイバとの間にそれぞれレンズが設けられていることを特徴とする上記１．記載の光合分波器。
６．前記空隙部内は減圧雰囲気下であるか、又は前記空隙部内には空気又はガスが存在するか、又は前記空隙部内は前記波長λ１および波長λ２を有する波長多重光を通過することが可能な物質で満たされていることを特徴とする上記１．記載の光合分波器。
７．前記第５乃至第７の平面はそれぞれ前記第１の部材の結晶方位面の一つであることを特徴とする上記１．記載の光合分波器。

図面中の符号の説明は以下の通りである。

１１−１２…Si基板、
１１−１―１２−１…基板面、
１３…光素子搭載基板、
２１−２３…波長選択フィルタ、
３１…反射膜、
４０―４４…光ファイバコリメータ、
５０−５４…レンズ、
５５−５８…レンズ、
６１−６２…フォトディテクタ、
７１…エッチングマスク、
７２…スペーサ部材、
８０―８４…光ファイバ、
８５…光ファイバ、
９０…プリズム、
９１−９２…スペーサプリズム、
９３…プリズムブロック、
９４…波長選択フィルタアレイ、
９５…導光ブロック、
９６…レンズ、
１１０−１、１１０−２、・・、１１０−N…Si基板上の番地、
１１１−１１２…Si基板、
１２０−１、１２０−２、・・、１２０−N…Si基板上の番地、
１３０−１、１３０−２、・・、１３０−N…Si基板上の番地、
２０１…Si基板、
２１１―２１２…Si基板、
３０１−３０２…傾斜面、
３０３−３０４…基板面、
３１１…光素子搭載面、
４０１−４０２…基板面、
４０３−４０４…傾斜面、
５０３−５０４…基板面、
５０１−５０２…傾斜面、
５０５−５０６…基板面、
６０３−６０４…傾斜面、
７０１…パッケージ。

本発明の第一の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第一の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明の第一の実施例の第一の形態の動作を示す図である。 本発明の第一の実施例の第二の形態の動作を示す図である。 本発明の第一の実施例の第一の形態の作製方法を示す図である。 本発明の第一の実施例の第二の形態の作製方法を示す図である。 本発明の第一の実施例の作製方法を示す図である。 本発明の第二の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第二の実施例の第二の形態の構造を示す図である。

本発明の第三の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第三の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明の第四の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第四の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明の第五の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第五の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明の第六の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第六の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明の第七の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第七の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明の第八の実施例の第一の形態の構造を示す図である。 本発明の第八の実施例の第二の形態の構造を示す図である。 本発明に関する第一の従来例の構造を示す図である。 本発明に関する第二の従来例の構造を示す図である。

Claims (20)

1. 対向する第１の平面と第２の平面とが平行である部材を有し、
   前記部材の内部には、対向する第３の平面と第４の平面とが平行である空隙部を有し、
   前記部材の空隙部を含む一の断面において、前記第１の平面に属する第１の線の延長線と前記第３の平面に属する第３の線の延長線とは交差し、その交差角度のうち小さい方の角度はφ１であり、
   前記第２の平面に属する第２の線の延長線と前記第４の平面に属する第４の線の延長線とは交差し、その交差角度のうち小さい方の角度はφ１であり、
   前記第３の平面の面上の一部には少なくとも１つの反射膜が設けられ、前記第４の平面の面上の一部には少なくとも１つの波長選択フィルタが設けられ、
   前記反射膜と第１の波長選択フィルタの少なくとも一部は対向しており、
   前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２（ここで、波長λ１≠波長λ２である。）の光は反射するものであり、
   前記部材の屈折率値と前記空隙部内の屈折率値とは異なることを特徴とする光合分波器。
2. 前記第４の平面の面上の一部には第２の波長選択フィルタが設けられ、
   前記反射膜と前記第２の波長選択フィルタの少なくとも一部は対向しており、
   前記第１の波長選択フィルタに入射する入射光の波長はλ１、λ２およびλ３（ここで、λ１≠λ２≠λ３である。）を有し、
   前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２およびλ３の光は反射するものであり、
   前記第２の波長選択フィルタは波長λ２の光を透過し、かつ、波長λ３の光は反射するものであることを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
3. 前記部材は第１の部材および第２の部材を有するか又は第１の部材および第２の部材から構成され、前記第１および第２の部材はシリコンから構成されていることを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
4. 前記第１の平面の法線方向から入射した前記波長λ１および波長λ２の成分を有する波長多重光は、前記部材を通過して前記第３の平面に達し、その第３の平面の法線方向に対して角度θ２だけ屈折し、前記空隙部を通過して前記第４の平面上の前記波長選択フィルタのある平面の法線方向に対して角度θ２だけ傾斜した角度で前記第１の波長選択フィルタに入射し、
   前記第１の波長選択フィルタに入射した前記波長多重光は前記波長λ１の光成分を透過して前記第２の平面に至って、その平面を通過し、
   前記波長多重光の前記波長λ１が除外され、かつ、前記波長λ２を有する光は前記第１の波長選択フィルタおよび前記反射膜で反射し、前記空隙部および前記部材を通過して前記第２の平面に至り、その面の外へ導出されるものであり、
   前記φ１と前記θ２とは、n1×sinφ1 = n2×sinθ2 （スネルの法則）を満足し、n1は前記部材の屈折率の値であり、n2は前記空隙部の減圧雰囲気下における屈折率の値であるか又は、前記空隙部内のガス、空気又は充填材の屈折率の値であることを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
5. 前記波長λ１および波長λ２を有する波長多重光は第１の光ファイバまたは第１の光ファイバコリメータを介して前記第１の平面に入射し、
   前記波長λ１の光成分は、第２の光ファイバまたは第２の光ファイバコリメータを介して前記第２の平面から外部へ出射し、
   前記波長λ２の光成分は、第３の光ファイバまたは第３の光ファイバコリメータを介して前記第２の平面から外部へ出射することを特徴とする請求項４記載の光合分波器。
6. 前記空隙部内は減圧雰囲気下であるか、又は前記空隙部内には空気又はガスが存在するか、又は前記空隙部内は前記波長λ１および波長λ２を有する波長多重光を通過することが可能な物質で満たされていることを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
7. 前記第１の部材の前記第１の平面が第１の基板面であり、前記第１の部材の前記第３の平面は前記第１の平面の裏側の平面であり、かつ、その面は結晶方位面の一つであり、
   前記第２の部材の前記第２の平面が第２の基板面であり、前記第２の部材の前記第４の平面は前記第２の平面の裏側の平面であり、かつ、その平面は結晶方位面の一つであることを特徴とする請求項３記載の光合分波器。
8. 対向する第１の平面と第２の平面とが平行である部材を有し、
   前記部材の内部には、対向する第３の平面と第４の平面とが平行である空隙部を有し、
   前記第１の面と前記第３の面とは平行であり、
   前記第１の平面の一部を除去することにより第５の平面が設けられ、前記第１の平面の法線方向と、前記第５の平面の法線方向は角度φ１をもって交わり、
   前記第１の平面の他の一部には反射膜が設けられ、前記第３又は第４の平面上の一部には少なくとも一つの波長選択フィルタが設けられ、
   前記反射膜と第１の波長選択フィルタの少なくとも一部は、前記部材の一部を間に挟んで、対向しており、
   前記第２の平面の一部をそれぞれ除去することにより、第６および第７の平面が離間して設けられ、前記第２の平面の法線方向と、前記第６および第７の平面の法線方向は角度φ１をもって交わり、かつ、前記第５の平面、第６の平面および第７の平面は互いに平行であり、
   前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２は反射するものであることを特徴とする光合分波器。
9. 前記第３又は第４の平面の面上の一部には第２の波長選択フィルタが設けられ、
   前記反射膜と前記第２の波長選択フィルタの少なくとも一部は対向しており、
   前記第１の波長選択フィルタに入射する入射光の波長はλ１、λ２およびλ３（ここで、λ１≠λ２≠λ３である。）を有し、
   前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ２およびλ３の光は反射するものであり、
   前記第２の波長選択フィルタは波長λ２の光を透過し、かつ、波長λ３の光は反射するものであることを特徴とする請求項８記載の光合分波器。
10. 前記部材は第１および第２の部材を有し、前記第１、第３および第５の平面は前記第１の部材に属し、前記第２、第４、第６および第７の平面は前記第２の部材に属することを特徴とする請求項８記載の光合分波器。
11. 前記第１の部材と前記第２の部材との間には、スペーサが設けられていることを特徴とする請求項８記載の光合分波器。
12. 前記第１の平面の法線方向から前記第５の平面上に入射した前記波長λ１および波長λ２の成分を有する波長多重光は、前記部材を通過して前記第３の平面上の第１の波長選択フィルタに入射し、
    前記第１の波長選択フィルタに入射した前記波長多重光は前記波長λ１の光成分を透過し、前記透過した前記波長λ１の光成分を有する光は前記第３の平面でスネルの法則に従って屈折した後、空隙部を通過して前記部材を通過して前記第６の平面を通過して前記部材外へ至り、
    前記波長多重光の前記波長λ１が除外され、かつ、前記波長λ２を有する光は前記第３の平面で反射し、前記部材を通過して前記反射膜で反射して、前記第３の平面でスネルの法則に従って屈折した後、空隙部を通過して前記部材を通過して前記第７の平面に至り、前記部材外へ至ることを特徴とする請求項８記載の光合分波器。
13. 前記波長λ１の光成分および波長λ２の光成分を有する波長多重光は第１の光ファイバまたは第１の光ファイバコリメータを介して前記第１の平面に入射し、
    前記波長λ１の光成分は、第２の光ファイバまたは第２の光ファイバコリメータを介して前記第６の平面から外部へ出射し、
    前記波長λ２の光成分は、第３の光ファイバまたは第３の光ファイバコリメータを介して前記第７の平面から外部へ出射することを特徴とする請求項１２記載の光合分波器。
14. 前記空隙部内は減圧雰囲気下であるか、又は前記空隙部内には空気又はガスが存在するか、又は前記空隙部内は前記波長λ１および波長λ２を有する波長多重光を通過することが可能な物質で満たされていることを特徴とする請求項８記載の光合分波器。
15. 前記第５の平面は前記第１の部材の結晶方位面の一つであり、前記第６および第７の平面は前記第２の部材の結晶方位面の一つであることを特徴とする請求項１０記載の光合分波器。
16. 互いに平行な第１の平面および第２の平面を有する部材を有し、
    前記第１の平面上には少なくとも１つの反射膜が設けられ、前記第２の平面上には少なくとも一つの波長選択フィルタが設けられ、
    前記反射膜と第１の波長選択フィルタの少なくとも一部は対向しており、
    前記第１の波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、かつ、波長λ１とは異なる波長の波長λ２は反射するものであることを特徴とする光合分波器。
17. 前記部材は第１の部材および第２の部材を有するか又は第１の部材および第２の部材から構成され、前記第１および第２の部材はシリコンから構成されていることを特徴とする請求項１６記載の光合分波器。
18. 前記部材は基準平面に対して、前記部材の断面において、角度φ１だけ傾斜しており、
    前記第1の平面上の前記基準面の法線方向から前記第1の平面上へ入射した前記波長λ１および波長λ２の成分を有する波長多重光は、前記部材を通過して前記第2の平面に達し、
    前記第1の波長選択フィルタにより透過した波長λ１の光成分を有する光は前記部材外へ出射し、前記第1の波長選択フィルタにより波長λ１が除外され、かつ、前記波長λ２を有する光は前記反射膜で反射して前記部材を通過した後、前記部材外へ出射することを特徴とする請求項１６記載の光合分波器。
19. 前記第1部材は、互いに平行な第3の平面と第4の平面とを有し、前記第1の平面は前記第3の平面を部分的に除去することにより設けたものであり、
    前記第１の平面の延在方向と前記前記第3の平面の延在方向は角度φ１をもって交差するものであり、
    前記第２部材は、互いに平行な第５の平面と第６の平面とを有し、前記第２の平面は前記第６の平面を部分的に除去することにより設けたものであり、
    前記第２の平面の延在方向と前記前記第６の平面の延在方向は角度φ１をもって交差するものであり、
    前記第4の平面と第5の平面とは接していることを特徴とする請求項１６記載の光合分波器。
20. 前記波長多重光は第１の光ファイバまたは第１の光ファイバコリメータを介して前記第１の平面に入射し、
    前記波長λ１の光成分は、第２の光ファイバまたは第２の光ファイバコリメータを介して前記第２の平面から外部へ出射し、
    前記波長λ２の光成分は、第３の光ファイバまたは第３の光ファイバコリメータを介して前記第２の平面から外部へ出射することを特徴とする請求項１８記載の光合分波器。

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