JP2009210623A - 光複合モジュールおよび光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】光の損失が少ない光複合モジュールおよびこれを用いた光送受信器を提供する。
【解決手段】光を反射・透過する第１光学素子と、その光入射面の一方に対向する第１コアレスファイバと、光入射面の他方と対向する第２コアレスファイバとから成る第１のコアレスファイバ部と、第３および第４の光入出射射面を有し、光を透過する第２光学素子と、第３の光入射面と対向配置される第３コアレスファイバと、第４の光入射面と対向する第４コアレスファイバとから成る第２のコアレスファイバ部と、第１コアレスファイバの他方の端面と対向する第１の屈折率分布ファイバと、第２コアレスファイバの他方の端面と対向し、かつ第３コアレスファイバの他方の端面と対向する第２の屈折率分布ファイバと、第４コアレスファイバの他方の端面と対向する第３の屈折率分差ファイバとを含み、第２のコアレスファイバ部の光学長さを、第１のコアレスファイバ部の長さより短くした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光波長を用いる光多重伝送方式の光複合モジュール、とりわけ光を反射および透過する光学素子と光を透過する光学素子とを備えた光複合モジュール、およびこれを用いた光送受信器に関する。

光の反射機能と透過機能とを有する第１の光学素子と、光の透過機能を有する第２の機能を有し、この第１の光学素子と第２の光学素子をコアレスファイバおよび屈折率分布ファイバを用いて、結合した光複合モジュールが広く知られている（例えば特許文献１）。

図７は、このような光複合モジュール１００を示す図である。波長λ１、λ２、λ３より成る光が、ポートＰ１より入射し、シングルモードファイバ１０３ａ、屈折率分布ファイバ１０２ａ、コアレスファイバ１０１ａを通り、第１の光学素子（光フィルタ）１０４ａに入射する。第１の光学素子１０４ａに入った光は、第１の光学素子１０４ａ内で透光部材を通りフィルタ膜に達する。そして、波長λ１の光だけが、フィルタ膜で反射され、コアレスファイバ１０１ｅを通り図中のポートＰ３より外部に出てくる。

一方、波長λ２およびλ３の光は、フィルタ膜を透過し、コアレスファイバ１０１ｂ、屈折率分布ファイバ１０２ｂおよびコアレスファイバ１０１ｃを通り、第２の光学素子１０４ｂ（光フィルタ）に達する。そして、第２の光学素子１０４ｂのフィルタ膜を透過できる波長λ２の光のみが、コアレスファイバ１０１ｄおよび屈折率分布ファイバ１０２ｃを通り図中のポートＰ２より外部に出てくる。

即ち、図７に例示した光複合モジュール１００は、波長λ１、λ２、λ３を含む光から、波長λ１と波長λ２を分離するフィルタ機能を有するが、これ以外にも、複合モジュール１００は、第１および第２の光学素子の組み合わせにより合分波機能、分岐結合機能、反射機能、減衰機能、光アイソレータ機能、ファラデー回転機能、および偏光機能を実現できることから、例えば光ファイバ増幅器の光回路用光部品、波長多重伝送の送受信機用光部品等の幅広い用途で用いられている。
特開２００７−２７２０００号公報

しかしながら、従来の光複合モジュール１００では、光学系を司る各光ファイバがほぼ同一のもの（屈折率、長さ等）を用いた状態で、異なる機能を有する２つの光学素子を使用する場合、各光学素子に求められる入射光の最適な発散角を片側一方の特性に合わせて設定することが困難であり、とりわけ、透過機能を有する第２の光学素子１０４ｂを透過する光の損失が大きい場合があるという問題があった。

そこで、本発明は、光を反射および透過する第１の光学素子と光を透過する第２の光学素子とを備えた光複合モジュールであって、光の損失が少ない、とりわけ第２の光学素子での透過光の損失が少ない光複合モジュールおよびこれを用いた光送受信器の提供を目的とする。

本発明の第１態様は、第１および第２の光入出射面を有する、光を反射および透過する第１光学素子と、一方の端面が前記第１の光入出射面と対向して配置される第１コアレスファイバと、一方の端面が前記第２の光入射面と対向して配置される第２コアレスファイバとから成る第１のコアレスファイバ部と、第３および第４の光入出射面を有する光を透過する第２光学素子と、一方の端面が前記第３の光入出射面と対向して配置される第３コアレスファイバと、一方の端面が前記第４の光入出射面と対向して配置される第４コアレスファイバとから成る第２のコアレスファイバ部と、一方の端面が前記第１コアレスファイバの他方の端面と対向して配置される第１の屈折率分布ファイバと、一方の端面が前記第２コアレスファイバの他方の端面と対向し、他方の端面が前記第３コアレスファイバの他方の端面と対向して配置される第２の屈折率分布ファイバと、一方の端面が前記第４コアレスファイバの他方の端面と対向して配置される第３の屈折率分差ファイバと、を含み、前記第２のコアレスファイバ部の光学長さが、前記第１のコアレスファイバ部の長さより短いことを特徴とする光複合モジュールである。

本発明の態様２は、前記第１のコアレスファイバ部の屈折率が前記第２のコアレスファイバ部の屈折率と異なることを特徴とする態様１に記載の光複合モジュールである。

本発明の態様３は、前記第１乃至第３の屈折率分布ファイバが、同じ比屈折率差と同じコア半径を有し、第２の屈折率分布ファイバの長さが以下の（４）式で表される長さＺ２の０．９７倍〜１．０３倍の範囲であることを特徴とする態様１または２に記載の光複合モジュールである。

本発明の態様４は、前記第１乃至第３の屈折率分布ファイバ１が同じコア半径を有し、前記第１の屈折率分布ファイバの屈折率差Δ１が前記第３の屈折率分布ファイバの比屈折率差Δ３と異なり、前記第２の屈折率分布ファイバが、前記第２コアレスファイバの他方の端面と対向する、下記（５）式で表される長さＬＡの０．９７倍〜１．０３倍の長さの部分と、前記第３コアレスファイバの他方の端面と対向する、下記（６）式で表される長さＬＢの０．９７倍〜１．０３倍の長さの部分とから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の光複合モジュールである。

本発明の態様５は、態様１〜４のいずれかに記載の光モジュールと、該光モジュールに入射する光を送信する発光手段と、該発光手段から送信された光を、前記光モジュール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光送受信器である。

本発明は、光を反射および透過する第１の光学素子と光を透過する第２の光学素子とを備えた光複合モジュールにおいて、第２の光学素子での透過光の損失を低減できることから、損失の少ない、すなわち効率のよい光複合モジュールを提供できる。また、この光モジュールを用いた光の損失の少ない光送受信器の提供も可能となる。

以下、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、本発明の実施形態にかかる光複合モジュール１０を例示する上面図であり、図２は光複合モジュール１０の側面図である。第２の光学素子４ｂと、その２つの光入出射面（図１では、光学素子４ｂの左右の面）と対向（接続）するコアレスファイバ１ｃおよび１ｄよりなる第２のコアレスファイバ部１１ｂは光学長さＣＬ２を有する。一方、第１の光学素子４ａと、その２つの光入出射面（図１の光学素子４ｂの左右の面）と対向（接続）するコアレスファイバ１ａおよび１ｂよりなる第１のコアレスファイバ部１１ａは光学長さＣＬ１を有する。

光複合モジュール１０では、詳細は後述するが、第２のコアレスファイバ部１１ｂの長さＣＬ２を第１のコアレスファイバ部１１ａの長さＣＬ１より短くすることで、第２の光学素子４ｂを透過する光の損失を低減している。
以下に、光モジュール１０の詳細および低損失を達成できるメカニズムについて説明する。

光復合モジュール１０は、基体５の上にＸ字状に形成された２本の溝（図示せず）の一方に直線状にシングルモードファイバ３ａ、第１の屈折率分布ファイバ（ＧＩファイバ）２ａ、第１のコアレスファイバ部１１ａ（第１コアレスファイバ１ａ、第１の光学素子４ａ、第２コアレスファイバ１ｂ）、第２の屈折率分布ファイバ２ｂ、第２のコアレスファイバ部１１ｂ（第３コアレスファイバ１ｃ、第２の光学素子４ｂ、第４コアレスファイバ１ｄ）、第３の屈折率分布ファイバ２ｃが、光学的に接続され配置されている。

一方の溝に対し角度Θを有する他方の溝（図示せず）には、第５のシングルモードファイバ３e、第４の屈折率分布ファイバ２ｅおよび第５のコアレスファイバ１ｅが第１の光学素子４ａと光学的に接続するように配置されている。

波長領域λ１、λ２、λ３を含む光は、ポートＰ１よりシングルモードファイバ３ａに入射されると、屈折率分布ファイバ２ａのレンズ機能により、動作距離ＷＤ１を有するように屈折し、コアレスファイバ部１１ａに進入する。

ここで、動作距離（または、ワーキングディスタンス）ＷＤ１とは、第１の屈折率分布ファイバ端面からコアレスファイバ内の伝搬光のビームウエストまでの距離である。２ＷＤ１＝ＣＬ１とすることで、屈折率分布ファイバ２ａと２ｂ間のスポット径が一致し、最適な低損失結合条件とすることができる。

コアレスファイバ部１１ａの光学素子４ａで反射される波長λ２の光の屈折率分布ファイバ２ａと２ｅ間の光路長は、同様に２ＷＤ１が最適である。それを確保するために、コアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１を、例えばＣＬ１≧２ａ／ｓｉｎ（Θ／２）の関係のような長さに設定する必要がある。そして、光学長さＣＬ１の半分の値となる作動距離ＷＤ１を得るように、第１の屈折率分布ファイバ２ａの屈折率Δ１、コア半径ａおよび光学長さＺ１が選択される。

第１のコアレスファイバ部１１ａに進入した光は、光学素子４ａのフィルタ膜に到達すると波長λ１の光は反射され、光学素子４ａの第１の光入出射面（図１では左側の入手斜面を）から出て、第５のコアレスファイバ１ｅおよび屈折率分布ファイバ２ｅを通り、ポートＰ３に達する。

一方、波長λ２、λ３の光は、光学素子４ａの第２の光入出射面（図１では、右側の面）を出て、第２コアレスファイバ１ｂ、および第２屈折率分布ファイバ（ＧＩファイバ）２ｂを通り、第３コアレスファイバ１ｃを通り、第２の光学素子４ｂの一方の光入出射面（第３の光入出射面、図１の光学素子４ｂの左側の面）より第２の光学素子４ｂに入る。
そして、波長λ２の光のみが光学素子４ｂを透過できる。従って、波長λ２の光が光学素子４ｂの他方の光入出射面（図１の光学素子４ｂの右側の面）より出て、第４コアレスファイバ１ｄと第３屈折率分布ファイバ２ｃを通りポートＰ２に達する。これにより光複合モジュール１０は、λ１、λ２、λ３の波長の光より、波長λ１の光とλ２の光を分離できるフィルタ機能を有する。

ところで、図７に示す、従来の光複合モジュール１００では、第２のコアレスファイバ部（第３コアレスファイバ１０１ｃと第２光学素子１０４ｂと第４コアレスファイバ１０１ｃとから成る部分）の光学長さは、第１のコアレスファイバ部（第１コアレスファイバ１０１ａと第１光学素子１０４ａと第２コアレスファイバ１０１ｂとから成る部分）の光学長さと同じであった。従って、第３の屈折率分布ファイバ１０２ｃの作動距離は、第１の屈折率分布ファイバ１０２ａの作動距離と同じでよいため、第３の屈折率分布ファイバ１０２ｃと第１の屈折率分布ファイバ１０２ａと同じものを用いていた。

しかし、本願発明者が鋭意検討を行い、第２のコアレスファイバ部の光学距離が長いとλ２の波長を有する光の第２のコアレスファイバ部での損失が大きくなることを見出した。

第２の光学素子４ｂでは反射光を取り出さないことから、反射光の光路確保の必要がない。そこで、本願発明者は、第２のコアレスファイバ部１１ｂの光学長さＣＬ２を、例えばＷＤ１＞ＷＤ２、好ましくは２ＷＤ２＞ＣＬ２＞Ｌ２／ｃｏｓ（Θ／２）のように、第１のコアレスファイバ部の光学長さＣＬ１より短くして、損失を低減できる、光複合モジュール１０を発明するに至った。なお、第１のコアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１とは、図１に示すように、第１の屈折率分布ファイバ２ａの第２の屈折率分布ファイバ２ｂとの間の光学長さを指す。

なお、第２のコアレスファイバ部１１ｂの光学長さを短くできることは、光複合モジュール１０を小型化できるという効果ももたらす。

第２のコアレスファイバ部１１ｂの光学長さＣＬ２を第１のコアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１よりも短く、上述の効果が得られる値に設定する。そして、第３の屈折率分布ファイバ２ｃの作動距離ＷＤ２が、光学長さＣＬ２の半分となるように、第３の屈折率分布ファイバ２ｃの光学長さＺ３、コア半径ａおよび比屈折率差Δ３を選択することが好ましい。また、第２の屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さＺ２についても、第１の屈折率分布ファイバ２ａの光学長さＺ１および第３の屈折率分布ファイバ２ｃの光学長さＺ３に対応した詳細を後述する長さにすることが好ましい。

そこで以下に、第１のコアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１を反射の光路を確保できる適正な値とし、第２のコアレスファイブ１１ｂの光学長さＣＬ２を、光学長さ１より短くし、損失を低減できる適正な値に設定した場合の好ましい光学長さＺ１、Ｚ２、Ｚ３を得る方法を具体的に示す。

図３は、上述した適正な第１のコアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１と、第２のコアレスファイバ部１１ｂの光学長さＣＬ２を設定し、光学長さＣＬ１とＣＬ２に対応する、好ましい第１の屈折率分布ファイバ２ａの長さＺ１、第２の屈折率分布ファイバ２ｂの長さＺ２、第３の屈折率分布ファイバ２ｃの長さＺ３を有する光複合モジュール１０の第１の屈折分布ファイバ２ａから第３の屈折率分布ファイバ２ｃに至るまでの光線追跡を示した図である。図３（ａ）は、使用する屈折率分布ファイバ２ａ、２ｂおよび２ｃのそれぞれの比屈折率差Δ１、Δ２およびΔ３が等しい場合の光線追跡結果を示したものであり、図３（ｂ）は、使用する屈折率分布ファイバ１ａおよび１ｃのそれぞれの比屈折率差Δ１およびΔ３が異なる場合の光線追跡結果を示したものである。

図４は、レーザービームの断面パターンをガウシアン形状で取り扱うガウシアンビーム法の計算により求めた屈折率分布ファイバ（ＧＩファイバ）の比屈折率差Δ、コア半径ａにおける作動距離（ビームウエスト位置）ＷＤと屈折率分布ファイバ（ＧＩファイバ）の長さとの関係を示すグラフである。図４（ａ）は、第１および第２コアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬ＝１．４５の場合、（ｂ）はｎ_ＣＬ＝１．６５の場合の関係を示したものである。

なお、コアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬとは、コアレスファイバの材質に依存しており、材質に石英を用いた場合はｎ_ＣＬ＝１．４５である。ガラス系材料を用いた場合は、ｎ_ＣＬ＝１．５〜１．９５程度の高屈折率を実現できる。光学素子とコアレスファイバの屈折率が異なる場合のコアレスファイバの屈折率ｎ_ＣＬは、とりわけ、ｎ_ＣＬ＝（光学素子の屈折率＋屈折率分布ファイバの屈折率）／２ となるようにして用いた方がよい。
なお、コアレスファイバ部と光学素子間での急激な屈折率変化により生じるフレネル損失を避ける為、コアレスファイバと光学素子の透過性部材とは、略同じ屈折率を有する材料を用いることが好ましい。

図４を用いて屈折率分布ファイバ２ａおよび２ｃそれぞれの好ましい長さＺ１およびＺ３を求める方法を以下に示す。
例えば、第１のコアレスファイバ部１１ａは屈折率（ｎ_ＣＬ）が１．４５で長さＣＬ１が２４００μｍであり、一方、第２のコアレスファイバ部１１ｂは、屈折率（ｎ_ＣＬ）が１．４５で長さＣＬ２が１６００μｍに設定し、屈折率分布ファイバ（ＧＩファイバ）２ａおよび２ｃは、コア半径６０μｍ、比屈折率差Δ１＝０．６７％のものを用いるとする。

前述のように作動距離（ＷＤ）は、コアレスファイバ部の長さの半分であることから（図３（ａ）参照）、第１の屈折率分布ファイバ２ａの作動距離ＷＤ１は、ＣＬ１の半分の１２００μｍとなる。同様に第３の屈折率分布ファイバ２ｃの作動距離ＷＤ２は、ＣＬ２の半分の８００μｍとなる。

図４（ａ）のグラフにおいて、Δが０．６７％、コア半径が６０μｍのファイバの特性を示す曲線とＷＤ＝１２００μｍの交点より、ＧＩファイバ（屈折率分布ファイバ）２ａの長さＺ１は、８４０μｍ及び１０００μｍであることがわかる。

一方、図４（ａ）の同じ曲線とＷＤ＝８００μｍの交点より、ＧＩファイバ２ｃの長さＺ３は、８３０μｍ、１１００μｍのいずれでもよいことがわかる。Ｚ３が８３０μｍと１１００μｍとの場合では、図３（ａ）に示す発散角γ１が異なる。図５は、異なる比屈折率差Δおよびコア半径を有するＧＩファイバ（屈折率分布ファイバ）の長さと、ビーム発散角γの関係を示す。

図５（ａ）はコアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬ＝１．４５の場合、図５（ｂ）はコアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬ＝１．６５の場合の関係を示す。屈折率ｎ_ＣＬが大きい屈折率分布ファイバの方が、発散角γが小さい。図５（ａ）より、前述の比屈折率差Δ１＝０．６７％の屈折率分布ファイバ２ｃにおいて、Ｚ３＝８３０μｍの時は、γ＝０．５５°、Ｚ３＝１１００μｍの時は、γ＝６°であることがわかる。

通常、光学素子は、異なる屈折率を有するＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の材料からなる誘電体多層膜を蒸着することにより、ＡＲコート、合分波機能、分岐結合機能等の所望の機能を確保している。誘電体多層膜への光の入射については、全光束が同じ角度の平行光に近いほど、すなわち入射角度が０に近いほど、誘電体多層膜の特性がよくなる。故に、結合系のビーム発散角γは０°に近い方が誘電体多層膜の特性が安定している。従って、γ＝０．５５°となるＺ３＝８３０μｍの屈折率分布ファイバ２ｃを使用することが好ましい。

なお、比屈折率差Δが小さいと、屈折率分布ファイバのコア内での光の閉じこめが弱くなり、クラッド境界面で反射が生じ、伝搬光の散乱により損失が増大する。そこで、通常比屈折率差Δは０．５％以上が望ましい。

また、コアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬが大きいほど、光学長さが延びるため、作動距離（ＷＤ）は大きくなる。従って、例えば第１のコアレスファイバ部１１ａでは屈折率ｎ_ＣＬを大きくすることにより、作動距離を長くして反射光の光路を確保し、一方、第２のコアレスファイバ部１１ｂでは屈折率ｎ_ＣＬを小さくして、透過光の損失を低減する等のように、第１のコアレスファイバ部１１ａと第２のコアレスファイバ部１１ｂとが異なる屈折率ｎ_ＣＬを有してもよい。

さらに、図４（ａ）に記載されているものと異なる比屈折率差Δおよびコア半径ａを有する屈折率分布ファイバであっても図４（ａ）と同様に所望のコアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬについて作動距離ＷＤと屈折率分布ファイバの関係をガウシアンビーム法により得ることで、屈折率分布ファイバ２ａおよび２ｂのそれぞれの好ましい長さＺ１およびＺ３を得ることができる。

なお、上述のように求めた好ましい屈折率分布ファイバの長さＺ１およびＺ３は、加工精度の問題から、複合モジュール１０に適応する場合、誤差を生じる場合あるが、この誤差は概ね基準設定長さ±３％以内であれば好ましい特性を維持することが可能である。

次に、上述のように求めた屈折率分布ファイバの長さＺ１およびＺ３を用いて、第２の屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さＺ２の好ましい値を求める方法を以下に示す。なお、第２の屈折率分布ファイバ２ｂは、その比屈折率Δ２が、第１の屈折率分布ファイバ２ａの比屈折率Δ１および第３の屈折率分布ファイバ２ｃの比屈折率Δ３と等しいものを選択するものとする。また同様に、第２の屈折率分布ファイバ２ｂのコア半径は、第１の屈折率分布ファイバ２ａのコア半径および第３の屈折率分布ファイバ２ｃのコア半径と等しいａであるとする。
長さＺ２の好ましい値は、以下の（７）式より求めることができる。

上述したＺ１＝１０００μｍ、Ｚ３＝８３０μｍの場合、上記の（７）式および（８）式を用いて求めたＺ２の値は、１８３０μｍとなる。ただし、このようにして求めたＺ２は、加工精度の問題から、複合モジュール１０に適応する場合、誤差を生じる場合ある。この誤差は概ね基準設定長さ±３％以内であれば好ましい特性を維持することが可能である。すなわち、第２の屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さは、上記（７）式で求めた長さＺ２の０．９７倍から１．０３倍であれば、良好な目的とする特性を得ることができる。

次に、本実施形態の変形例として、屈折率分布ファイバ２ａと、屈折率分布ファイバ２ｃとが、コア半径ａは同じで、それぞれの比屈折率差Δ１とΔ３が異なる場合の、屈折率分布ファイバ２ａの光学長さＺ１、屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さＺ２および屈折率分布ファイバ２ｃの光学長さＺ３の好ましい値の求め方を以下に示す。

まず、上述のΔ１＝Δ３の場合と同様に、ＣＬ１＞ＣＬ２の関係を満たす、すなわち反射光の光路を確保できる、コアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１と、損失を低減できるコアレスファイバ部１１ｂの光学長さＣＬ２を設定する。

そして、Δ１＝Δ３の場合と同様に、図４（ａ）、（ｂ）または同様なグラフ、データベース等を用いる。そして、使用する屈折率分布ファイバ２ａ、２ｃ、のコアレス半径ａおよびそれぞれの比屈折率差Δ１、Δ３に対応した、ファイバの特性曲線（ＷＤとＧＩファイバ長の関係を示す）を用いて、ＷＤ１（０．５×ＣＬ１）とＷＤ２（０．５×ＣＬ２）に対応するＧＩファイバ長（屈折率分布ファイバの光学長さ）Ｚ１とＺ３を求める。

次に、屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さＺ２を求める。
本変形例では、屈折率分布ファイバ２ｂは、コアレスファイバ部１１ａと接続する側が長さＬＡの屈折率分布ファイバ（比屈折率差Δ１、コア半径ａの屈折率分布ファイバ２ａと同じファイバ）で、コアレスファイバ部１１ｂと接続する側が長さＬＢの屈折率分布ファイバ（比屈折率差Δ３、コア半径ａの屈折率分布ファイバ２ｃと同じファイバ）である、２種類の屈折率分布ファイバを融着して形成する。

光学長さＬＡとＬＢは以下の式により求めることができる。融着端面で平行光で接続する為、各ピッチ長Ｐｉ（ｉ＝１，３）から０．２５ピッチを引く。

ただし、このようにして求めたＬＡおよびＬ２は、加工精度の問題から、複合モジュール１０に適応する場合、誤差を生じる場合ある。この誤差は概ね基準設定長さ±３％以内であれば好ましい特性を維持することが可能である。すなわち、本変形例においては、第２の屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さは、上記（９）式で求めた長さＬＡの０．９７倍から１．０３倍の長さの部分と、上記（１０）式で求めた長さＬＢの０．９７倍から１．０３倍の長さの部分とから成ることが好ましい。

次に、本発明の実施形態にかかる光複合モジュール１０を製造する方法について以下に例示する。
基体５は、たとえば石英ガラスからなる平板状部材の一方の面に、ダイシング等の切削加工を施し、２本の溝を互いに中央部で、角度Θで交差するように形成することにより得ることができる。溝はＶ溝、Ｕ溝、矩形等の断面形状を有してよい。基体５として、成型加工による樹脂基板を用いてもよい。

シングルモードファイバ３ａ、第１の屈折率分布ファイバ２ａ（長さＺ１）、長さＣＬ１のコアレスファイバ、第２の屈折率分布ファイバ２ｂ（長さＺ２）、長さＣＬ２のコアレスファイバ、第３の屈折率分布ファイバ２ｃ（長さＺ３）、第３のシングルモードファイバ３ｃを融着して、基体５の溝の一方に直線状に配置する。なお、ファイバは、通常のファイバカッターにより切断し、また通常の放電加熱式の融着接続器により融着接続してよい。

次に、シングルモードファイバ３ｅ、第４の屈折率分布ファイバ２ｅ、第５のコアレスファイバ１ｅを融着し、他方の溝に配置する。入射光の通る屈折率分布ファイバ２ａと、反射光が通る屈折率分布ファイバ３ｅとは、透過ポート側（Ｐ１−Ｐ２）と反射ポート側（Ｐ３）の結合位置が異なり最適な結合特性が得られなくなることを防止するため、位置を正確に合わせておく。

なお、屈折率分布ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅは、屈折率分布型のコアを有する光ファイバで、クラッド径が１２５μｍの場合、コア径は、１００〜１２０μｍ程度のものを用いるのが好ましい。また、屈折率分布ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅは、応力により偏波依存性が変化する場合があり、屈折率分布ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅの下の部分だけ、基体５の溝を深くする等により、屈折率分布ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅの部分を浮かせた構造にしてもよい。

そして、シングルモードファイバ（ＳＭファイバ）は、クラッド径１２５μｍと同程度のものを用いると融着接続器により、容易に接続することができる。また、クラッド径が２５０μｍ等の異なる外径を有する屈折率分布ファイバを用いてもよい。コアレスファイバは、シングルモードファイバと同じ石英系材料、又はガラス系材料からなる光ファイバで、コアの無い光ファイバである。通常、屈折率分布ファイバと同じ外径のものを用いる。

次に、図２に示す、長さ（幅）Ｔ１の第１の光学素子４ａを配置するための幅Ｌ１の凹部１５ａを、長さＣＬ１のコアレスファイバの中間部分の下（基体に設けた２本の溝が交わる部分を中心に）に設ける。同様に、長さ（幅）Ｔ２の第２の光学素子４ｂを配置するための幅Ｌ１の凹部１５ｂを、長さＣＬ２のコアレスファイバの中間部分の下に設ける。加工はダイシング加工等により行ってもよく、併せて長さＣＬ１のコアレスファイバおよび長さＣＬ２のコアレスファイバを切断するよう、予め光ファイバを溝に接着剤等により固定してから行う方が効率的である。

長さＣＬ１のコアレスファイバは、中間部を切断除去され、残った一方が第１コアレスファイバ１ａ、他方が第２コアレスファイバ１ｂとなり、除去された部分に光学素子４ａが配置され、これによりコアレスファイバ部１１ａを形成する。

長さＣＬ２のコアレスファイバは、中間部を切断除去され、残った一方が第３コアレスファイバ１ｃ、他方が第４コアレスファイバ１ｄとなり、除去された部分に光学素子４ｂが配置され、これによりコアレスファイバ部１１ｂを形成する。

なお、Ｔ１、Ｔ２、Ｌ１およびＬ２は、以下の関係を満足する必要がある。

即ち、光学素子の長さＴ１、Ｔ２は、それぞれ加工する凹部１５ａ、１５ｂの幅Ｌ１、Ｌ２よりも小さくなくてはならず、また、Ｌ１およびＬ２は、それぞれのコアレスファイバ部１１ａの長さＣＬ１および１１ｂの長さＣＬ２の範囲内でなければならない。

必要に応じ、光学素子４ａ、４ｂをそれぞれ凹部１５ａ、１５ｂに接着剤等で固定する。また、コアレスファイバ１ａ、１ｂ、１ｅと光学素子４ａとの間、およびコアレスファイバ１ｃ、１ｄと光学素子４ｂとの間を接続するように適宜接着剤を用いてもよい。
以上により光複合モジュール１０を得ることができる。

次に、本発明にかかる光複合モジュールを用いた光送受信機を以下に示す。
図６は、本発明の光複合モジュール１０ａ、１０ｂを用いた光ファイバ増幅器５０の概略図である。前方励起用の複合モジュール１０ａに励起光源用のポンプモジュール５８を接続してある。分岐用の複合モジュール１０ｂにモニター用のＰＤモジュール５１を接続してある。光複合モジュール１０ａ、１０ｂのそれぞれのＰ１ポートに希土類添加ファイバ５９を接続して構成したものである。光複合モジュール１０ａの反射型の第１の光学素子４ａとしては、励起光源の光波長を反射、信号光波長を透過するフィルタ素子、透過型の第２の光学素子４ｂとしてはインライン型光アイソレータ素子（ガーネット材料等のファラデー回転子の両側を複屈折結晶板で挟んだ構造の素子）を用いている。

信号光が、前方励起用の複合モジュール１０ａのＰ２ポートから光アイソレータ機能を有する第２の光学素子３に入射、入射光はそのまま透過、ＡＳＥ光等の反射戻り光を遮断する。その後、入射信号光は、特定の波長光を合波する機能を有する第１の光学素子４ａに入射、ポンプモジュール５８からの励起光と合波する。

そして、第１の光学素子４ａで合波された入射信号光と励起光が、Ｐ１ポートから出射され、一方の端末がＰ１ポートに融着接続された希土類添加ファイバ５９に入射、励起光により希土類元素が高いエネルギー準位に励起され、低いエネルギー準位に遷移する際、入射した信号光が誘導放出により増幅される。

その際、希土類添加ファイバ５９の内部の両方向に発生する広帯域なＡＳＥ光成分などの光は、前記光アイソレータ機能を有する第２の光学素子４ｂで遮断される。希土類添加ファイバ５９の他方の端末は、分岐用の光複合モジュール１０ｂのＰ１ポートに融着接続され、増幅信号光とＡＳＥ光が出射される。

また、Ｐ２ポートへ分岐光を出射、分岐機能を有する第１の光学素子２で信号光の一部を分岐、モニター用のＰＤモジュール５１に入射する。増幅された信号光は分岐用複合モジュール７ｂの第１の光学素子４ａを透過し、さらに光アイソレータ機能をもつ第２の光学素子４ｂに入射し、透過する。このように本発明による光複合モジュール７ａ、７ｂを用いる構成にすることにより、希土類添加光ファイバ５９、励起光源用ポンプモジュール５８、モニター用ＰＤモジュール１１を融着接続することで、容易に光ファイバ増幅器を構成することができる。

本発明の光複合モジュール１０は、光ファイバ増幅器用の光複合モジュールのように、第１の光学素子として、合分波素子、分岐結合型の反射・透過型の光学素子、第２の光学素子として光アイソレータ素子に留まらず、バンドパスフィルタ等の透過型の機能素子を用いることができ、光回路の構成上、必要に応じて選択できる。

本発明の光複合モジュールは、これまで述べた分岐・透過機能を有する第１の光学素子４ａ透過機能を有する第２の光学素子４ｂを一つずつ基板５の上に設置するに留まらず、このような光学素子を複数箇所一つの基板５上に設置する事も可能であり、複数の機能を要する光回路部の小型・集積化構造にも適用可能なものである。

次に本発明の図１に示す構造を有するに光複合モジュールを製作し、その特性を評価した。光合分波器で、反射ポートＰ３から、広帯域波長の信号光を合分波、透過ポートＰ２から、狭帯域波長の信号光を取り出すものである。

基板４は、石英製の厚さ１ｍｍ、長さ２０ｍｍ、幅２．５ｍｍのものを用いた。基板上に角度Θ＝１２°でＶ溝を交差して構成した。Ｐ１−Ｐ２ポート間の一通の光ファイバは、図３（ａ）の構成のものを使用した。使用する屈折率分布ファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅは、クラッド径１２５μｍ、コア半径ａ＝６０μｍ、比屈折率差Δ＝０．６７％のものを使用した。

コアレスファイバ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、外径１２５μｍの石英製ファイバを用いた。シングルモードファイバ３ａ、３ｃ、３ｅはコア径７μｍのものを用いた。コアレスファイバ部１１ａの光学長さＣＬ１を２４００μｍ、コアレスファイバ部１１ｂの光学長さＣＬ２を１２００μｍと設定し求めた、屈折率分布ファイバ２ａの光学長さＺ１は９８０μｍ、屈折率分布ファイバ２ｂの光学長さＺ２は１８３０μｍ、屈折率分布ファイバ２ｃの光学長さＺ３は８５０μｍであった。このとき発散角γ１は３°であった。また、屈折率分布ファイバ２ｃの光学長さは、Ｚ１と同じ９８０ミクロンであった。

所定の長さを有する光ファイバを順次融着接続器により融着接続した後、基板５の溝上にＵＶ接着剤を用いて固定した。ＧＩファイバ１ｂ及び１ｃが結合する光学素子２は、誘電体多層膜をより多層化した狭帯域型フィルタで、通常、その透過特性を得るには発散角γ２＝０．６°以下のコリメータ光でないと、適切なスペクトラム特性が得られない為、それが実現できるファイバ長が設定されている。

透過、反射機能を有する第１の光学素子４ａには、長さ（幅）０．６５ｍｍ、高さ、奥行き０．８ｍｍの大きさを有し、波長１５５０ｎｍ±５ｎｍの光を透過、波長１３１０±５０ｎｍ帯及び１４９０±１０ｎｍの光を反射する石英基板製のフィルタ素子を用いた。

透過機能を有する第２の光学素子４ｂには、長さ（幅）０．８ｍｍ、高さ、奥行き０．９ｍｍの大きさを有し、１５５８．９８±０．３ｎｍの光を透過する狭帯域フィルタを用いた。

凹部１５ａの長さＬ１は１．２ｍｍであり、凹部１５ｂの長さＬ２は１ｍｍであり、凹部１５ａ、１５ｂの深さ０．６ｍｍであった。ダイシング加工により形成した。

次に反射・透過機能を有する第１の光学素子４ａである広帯域フィルタを、幅Ｌ１＝１．２ｍｍの溝壁に反射ポートＰ３側の光ファイバ出力をモニターしながら調芯により最適な位置に、ＵＶ接着剤により固定、更に隙間には屈折率１．５程度のＵＶ硬化型の透光性のゲルを充填した。

さらに透過機能を有する第２の光学素子４ｂである狭帯域フィルタを幅Ｌ２＝１ｍｍの溝壁に固定、隙間に同様に透光性のゲルを充填した。そうして製作した光学素子実装基板を外径３．５ｍｍ、長さ３５ｍｍのステンレス製ケース内に固定、両側をシリコン系のゴム状の封止材により固定した。全部で１０個製作した。

得られた光複合モジュール１０により、（Ｐ１―Ｐ２）透過ポート挿入損失平均：０．４８ｄＢ、（Ｐ１−Ｐ３）反射ポート挿入損失平均：０．３ｄＢ、ＰＤＬ：０．２ｄＢ以下、アイソレーション：２５ｄＢ以上、反射減衰量：４０ｄＢ以上の光複合機能モジュールを実現することができた。

本発明にかかる光複合モジュール１０の上面図である。 本発明にかかる光複合モジュール１０の側面図である。 本発明にかかる光複合モジュール１０の光路追跡結果であり（ａ）は、使用する屈折率分布ファイバ１ａおよび１ｃのそれぞれの比屈折率差Δ１およびΔ３が等しい場合の光線追跡結果を示したものであり、（ｂ）は、使用する屈折率分布ファイバ１ａおよび１ｃのそれぞれの比屈折率差Δ１およびΔ３が異なる場合の光線追跡結果を示す。 屈折率分布ファイバの比屈折率差Δ、コア半径ａにおける作動距離ＷＤと屈折率分布ファイバの長さとの関係を示すグラフでああり、（ａ）は、コアレスファイバ部の屈折率ｎＣＬ＝１．４５の場合、（ｂ）はコアレスファイバ部の屈折率ｎＣＬ＝１．６５の場合を示す。 異なる比屈折率差Δおよびコア半径を有する屈折率分布ファイバの長さと、ビーム発散角γとの関係を示し、（ａ）はコアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬが１．４５の場合、（ｂ）はコアレスファイバ部の屈折率ｎ_ＣＬ＝１．６５の場合の関係を示す。 本発明の光複合モジュールを用いた光ファイバ増幅器の概略図である。 従来の光複合モジュールの上面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ,１ｄ,１ｅ コアレスファイバ、２ａ，２ｂ，２ｃ,２ｅ 屈折率分布ファイバ、３ａ，３ｃ，３ｅ シングルモードファイバ、４ａ,４ｂ 光学素子、５ 基体、１０ 光複合モジュール、１１ａ，１１ｂ コアレスファイバ部、１２ Ｖ溝、１５ａ、１５ｂ 凹部、５０ 送受信器、 ５１ ＰＤモジュール、５８ ポンプモジュール、５９ 希土類添加ファイバ

Claims (5)

1. 第１および第２の光入出射面を有する、光を反射および透過する第１光学素子と、一方の端面が前記第１の光入出射面と対向して配置される第１コアレスファイバと、一方の端面が前記第２の光入出射面と対向して配置される第２コアレスファイバとから成る第１のコアレスファイバ部と、
   第３および第４の光入出射面を有する、光を透過する第２光学素子と、一方の端面が前記第３の光入出射面と対向して配置される第３コアレスファイバと、一方の端面が前記第４の光入出射面と対向して配置される第４コアレスファイバとから成る第２のコアレスファイバ部と、
   一方の端面が前記第１コアレスファイバの他方の端面と対向して配置される第１の屈折率分布ファイバと、
   一方の端面が前記第２コアレスファイバの他方の端面と対向し、他方の端面が前記第３コアレスファイバの他方の端面と対向して配置される第２の屈折率分布ファイバと、
   一方の端面が前記第４コアレスファイバの他方の端面と対向して配置される第３の屈折率分差ファイバと、
   を含み、
   前記第２のコアレスファイバ部の光学長さが、前記第１のコアレスファイバ部の光学長さより短いことを特徴とする光複合モジュール。
2. 前記第１のコアレスファイバ部の屈折率が前記第２のコアレスファイバ部の屈折率と異なることを特徴とする請求項１に記載の光複合モジュール。
3. 前記第１乃至第３の屈折率分布ファイバが、同じ比屈折率差と同じコア半径を有し、前記第２の屈折率分布ファイバの長さが以下の式で表される長さＺ２の０．９７倍〜１．０３倍の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の光複合モジュール。
   

   
4. 前記第１乃至第３の屈折率分布ファイバ１が同じコア半径を有し、前記第１の屈折率分布ファイバの屈折率差Δ１が前記第３の屈折率分布ファイバの比屈折率差Δ３と異なり、
   前記第２の屈折率分布ファイバが、前記第２コアレスファイバの他方の端面と対向する、下記（２）式で表される長さＬＡの０．９７倍〜１．０３倍の長さの部分と、前記第３コアレスファイバの他方の端面と対向する、下記（３）式で表される長さＬＢの０．９７倍〜１．０３倍の長さの部分とから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の光複合モジュール。
   

   
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュールと、該光モジュールに入射する光を送信する発光手段と、該発光手段から送信された光を、前記光モジュール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光送受信器。

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