JP2009217247A - コンパクトな分散システムを備える光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも先行技術の光学デバイスと同じほどコンパクトな光学デバイスであって、少ない挿入損失、少ないクロストーク効果および少ない高さを以て同一の機能の実施を可能とし、且つ、マルチプレクサおよびデマルチプレクサ以外の光学的機能の実施に関して更に融通性が高いという光学デバイスの提供。
【解決手段】コンパクトな分散システム１３０は、入力要素１２２の端面と出力要素１２１の端面との間における波長選択的な信号の対合を確実とし、また、平面ミラー１４０、凹状ミラー６０、平面回折格子５０を備える。入力要素１２２から伝搬するビーム、および、出力要素１２１へと伝搬するビームが、平面ミラー１４０により影響されない様に、平面ミラー１４０のサイズが２本の平行な直線１１１、１１２に対して制限されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、概略的に光ファイバ伝送用途に関し、特に、通信機器内に、ならびに、試験および測定機器内に取入れられ得る光学デバイスに関する。本発明は、かかる光学デバイスを包含するマルチプレクサ、デマルチプレクサ、ルータ、チャネルモニタ、および、調整可能フィルタのような、構成要素、モジュール、機器および器具に関する。

上記光学デバイスは、略リトローで動作する回折格子を備えた分散システムに基づいている。かかるシステムにおいては以下の関係がおおよそ有効である。
Ｇｍλ＝２ｓｉｎ（β） （１）
式中、Ｇは格子の溝密度、ｍは回折の次数（整数）であり、λは波長であり、且つ、βはリトロー角である。

上記分散システムは、通信機器に対する並びに試験および測定機器に対する要件に適合する光学デバイスのサイズを維持するために、コンパクトでなければならない。

コンパクトな分散システムに基づく波長マルチプレクサ、デマルチプレクサおよびルータは入手可能である。これらのデバイスは、特に特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４および特許文献１５において記述されると共に、次第に開発されてきた。第１世代のマルチプレクサ−デマルチプレクサは《ＳＴＩＭＡＸ》という商標名で市販され、引き続き、第２世代は《ＭＩＮＩＬＡＴ》という商標名で追随した。現状技術の簡単な説明のために、非特許文献１の第３章を参照する。

波長マルチプレクサおよびデマルチプレクサは、今日における長距離および地下における光ファイバのネットワークの基本的デバイスである。これらのネットワークの光学層は、Ｏ‐Ｅ−Ｏ（光学−電気−光学）変換の回数を減らすべく、且つ、連続的に変化するトラフィック要求に対して伝送容量を遠隔的に最適化すべく、静的なものから更に動的なものへと発展しつつある。このことは、チャネルの監視および経路選定のために、たとえば調整可能レーザ、調整可能フィルタおよび光チャネル・モニタのようなデバイスを必要とすることを意味する。これらのデバイスはまた、試験および測定機器に取入れられる構成要素およびモジュールにも対応することを銘記されたい。

図１ＡおよびＢは、特許文献１３に係る先行技術の光学デバイス１０を示している。該光学デバイスは、端面２５を備えるファイバ配列２０と、コンパクトな分散システム３０とから構成される。図１Ａは光学デバイス１０の平面図であり、且つ、図１Ｂは同一の光学デバイス１０の側面図である。光学デバイス１０はたとえば、波長マルチプレクサ、デマルチプレクサ、または、ルータであり得る。光学デバイス１０がマルチプレクサであるとき、それはＮ本の入力ファイバ２１と単一本の出力ファイバ２２とを備える。上記光学デバイスがデマルチプレクサであるとき、それは単一本の入力ファイバ２２とＮ本の出力ファイバ２１とを備える。上記光学デバイスがルータであるとき、それはＮ本の入力ファイバ２１およびＭ本の出力ファイバ２２、または、その逆を備える。

図１ＡおよびＢの光学デバイス１０は、デマルチプレクサとして記述される。マルチプレクサおよびデマルチプレクサは基本的に同一のデバイスであり、デマルチプレクサは逆方向に動作されたマルチプレクサである。以下においては、全てのマルチプレクサ−デマルチプレクサはデマルチプレクサとして記述される。マルチプレクサの動作は、デバイスにおけるビームの伝搬を反転することによりデマルチプレクサから得られ、このことは、入力ファイバが出力ファイバになり且つ逆も同様であることを意味する。光学デバイス１０は、単一本の出力ファイバ２２と組み合わせて単一本の入力ファイバ２１を有するときに光学フィルタと称されることを銘記されたい。

コンパクトな分散システム３０は、中央に小寸開孔４１を備える平面ミラー４０と、焦点を有する凹状球面ミラー６０と、分散平面を有する平面回折格子５０とから構成される。システム３０によれば、ファイバ配列２０の入力ファイバ２２の端面と出力ファイバ２１との端面との間の波長選択的な対合が確実とされる。３１ａおよび３１ｂと参照された２つの部分から成る上記システムの光軸は、上記デバイスのコンパクトさのために折畳まれる。光軸３１ａの第１部分は、ファイバ配列２０の端面２５から平面ミラー４０における開孔４１を通り球面ミラー６０の中心まで延在し、それは、ファイバ配列２０の端面２５に対し且つ球面ミラー６０に対して直交し、且つ、それは、平面ミラー４０に関して角度αを成す（図１Ａ）。回折格子５０は平面ミラー４０に関して角度αを成し、且つ、その分散平面は光学デバイス１０の水平面と一致する。光軸の第２部分３１ｂは平面ミラー４０における開孔４１から回折格子５０まで延在し、それは該格子５０の法線３３に関してリトロー角である角度βを成し、それは、角度αおよびβが式α＝（β＋９０°）／２の様に関係付けられる如く、平面ミラー４０の平面において光軸の第１部分３１ａと交差する。

図１ＡおよびＢは、３個の部材、すなわち楔状プリズム４２、平凹レンズ６１および基板５１を用いるコンパクトな分散システム３０の実施例を示している。中心における小寸開孔を備える楔状プリズム４２は、光軸３１ａ、３１ｂに関する平面ミラー４０の位置決めを確実とすべく用いられる。楔状プリズム４２の傾斜面４３は平面ミラー４０に対する支持体の役割を果たす一方、楔状プリズム４２の反対面４４はファイバ配列２０の端面２５と平行である。平凹レンズ６１は、自身の凹状面６２上に存在する球面ミラー６０に対する支持体の役割を果たす。基板５１は、該基板の表面上に形成された平面回折格子５０に対する支持体の役割を果たす。空間３２は、空気、真空もしくは気体で満たされる。

ファイバ配列２０によれば、コンパクトな分散システム３０に関する入力ファイバ２２および出力ファイバ２１の端面の正確な位置決めが可能とされる。各ファイバ端面は、ファイバ配列２０の端面２５と同一の平面であって、分散システム３０の光軸の第１部分３１ａに対して直交するという平面内に配置される。各ファイバ端面は平面ミラー４０における開孔４１に関し、出射および到来ビームが平面ミラー４０の存在により影響されない様に位置決めされる。

ファイバ２１、２２は、Ｖ溝基板とも称されるＶ溝ブロック２３とＶ溝蓋体２４とを備えるファイバ配列２０により支持され、該ブロックと蓋体との間にファイバ２１、２２は取付けられる。

図２Ａは、先行技術の光学デバイスに対するファイバ配列２０ａの第１実施例を示している。図２Ｂは、図２Ａに示されたファイバ配列２０ａのファイバ２１、２２の端面を示している。

ファイバ配列２０ａは、ファイバ２１、２２が載置されるＶ溝ブロック２３ａと、ファイバ２１、２２を覆う蓋体２４ａとを備える。Ｍ本の入力ファイバの端面は２２_ａ１、…、２２_ａｍと参照番号が付され、且つ、Ｎ本の出力ファイバの端面は２１_ａ１、…、２１_ａｎと参照番号が付される。

ファイバ配列２０ａは、ファイバ２１、２２の端面が該ファイバ配列２０ａの端面２５の一部となるように研磨された端面２５を備える。ファイバ２１、２２と、隣接する媒体との間に屈折率差が在る場合、概略的に、端面２５上には反射防止被覆が適用されてフレネル反射が排除される。

図２Ｂに示された如く、ファイバ２１、２２の端面は直線上に位置決めされる。光学デバイス１０において上記直線は、格子５０の分散平面に対して平行に位置決めされる。波長に関して等距離で離間された複数のチャネルを多重分離する場合、出力ファイバの端面２１_ａ１、…、２１_ａｎは距離ｄにて等距離で離間される。入力ファイバの端面２２_ａ１は、典型的には２ｄ〜５ｄの間である最小距離Δだけ出力ファイバの最後の端面２１_ａｎから離間されることで、クロストーク効果を最小限としながら、平面ミラー４０における開孔４１のサイズを制限して維持する。

図３Ａは、先行技術の光学デバイスに対するファイバ配列２０ｂの第２の更に複雑な実施例であって、クロストーク効果、特に、反射減衰量の更なる最小化と、指向性とを可能とする特許文献６に記述された実施例を示している。図３Ｂは、図３Ａに示されたファイバ配列２０ｂのファイバ２１、２２の端面を示している。

ファイバ配列２０ｂは、第１Ｖ溝ブロック２３ｂおよび第２Ｖ溝ブロック２４ｂを備える。第１Ｖ溝ブロック２３ｂは、出力ファイバ２１が載置される基板であり、且つ、それは入力ファイバ２２を覆う蓋体の役割を果たす。第２Ｖ溝ブロック２４ｂは入力ファイバ２２が載置される基板であり、且つ、それは出力ファイバ２１を覆う蓋体の役割を果たす。Ｍ本の入力ファイバの端面は２２_ｂ１、…、２２_ｂｍと参照番号が付され、且つ、Ｎ本の出力ファイバｌの端面は２１_ｂ１、…、２２_ｂｎと参照番号が付されている。ブロック２３ｂの出力ファイバ２１とブロック２４ｂの入力ファイバ２２との間の平行性を確実とするために、２つのＶ溝ブロック２３ｂおよび２４ｂの積層は正確な整列を要することを銘記されたい。

ファイバ配列２０ａにおけるのと同様に、ファイバ配列２０ｂは、ファイバ２１、２２の端面がファイバ配列２０ｂの端面２５の一部となるように研磨された端面２５を備える。ファイバ２１、２２と隣接媒体との間に屈折率差が在る場合、概略的に、端面２５上には反射防止被覆が適用されてフレネル反射が排除される。

ファイバ２１、２２の端面は２本の平行な直線上に位置決めされ、図３Ｂに示されたように、入力ファイバの端面２２_ｂ１、…、２２_ｂｍは一方のライン上であり、且つ、出力ファイバの端面２１_ｂ１、…、２１_ｂｎは他方のライン上である。光学デバイス１０において、上記各直線は格子５０の分散平面に対して平行に位置決めされる。波長に関して等距離で離間された複数のチャネルを多重分離する場合、出力ファイバの端面２１_ｂ１、…、２１_ｂｎは距離ｄにて等距離で離間される。入力ファイバの端面２２_ｂ１は、典型的にはｄ〜２ｄの間である最小距離Ｄだけ出力ファイバの端面２１_ｂ１、…、２１_ｂｎの直線から離間されることで、クロストーク効果を最小限とし乍ら、平面ミラー４０における開孔のサイズを制限して維持する。

図４ＡおよびＢは光学デバイス１０におけるビーム伝搬を示しており、図４Ａはデバイス１０の平面図であり且つ図４Ｂは同一のデバイス１０の側面図である。

光学デバイス１０がデマルチプレクサとして動作する場合、スペクトル的な多重チャネルを含む信号は、入力ファイバ２２を通り進入し、その端面２２_ａ１、２２_ｂ１まで伝搬し、且つ、均一媒体３２におけるビーム伝搬によりその経路を継続し、その場合にビーム７０は光軸３１ａに対して略々平行に伝搬する。ビーム７０は、平面ミラー４０における開孔４１を貫通通過し、且つ、該ビームは、該ビームが凹状球面ミラー６０に衝当するまで発散する。

図５は、自身の端面２２_ａ１、２２_ｂ１までのシングルモード光ファイバ２２の伝搬であって、隣接する均一媒体３２におけるビーム伝搬により追随されるという伝搬を示している。ファイバ２２の内側における伝搬は、ＭＦＤと省略される一定のモード・フィールド径（１／ｅ^２の相対フィールド強度レベル）を有する導波モードに対応する。たとえば、一般的に使用されるコーニング社からのファイバＳＭＦ‐２８において、ＭＦＤは１５５０ｎｍの波長λ_０にて約１０．４μｍである。隣接する均一媒体３２におけるビーム伝搬はファイバ端面２２_ａ１、２２_ｂ１から開始し、其処でビームは上記ＭＦＤに等しいウェストを有する。隣接媒体３２においてビーム７０は、１／ｅ^２の相対フィールド強度レベルに対する角度θを有する円錐に従い発散する。上記ビーム・ウェスト（ＭＦＤ）およびθは以下の如く関係付けられる。
θ＝ａｒｃｔａｎ（（２λ／（πＭＦＤ）） （２）

上記ＳＭＦ−２８ファイバに対し、１５５０ｎｍのλ_０（真空中の波長）として波長λ＝λ_０／ｎであり、且つ、隣接媒体３２は１の屈折率ｎを有し、角度θは５．４°である。上記円錐は、球面ミラー６０の焦点距離ｆに略々等しい伝搬距離にて、該ミラー６０と交差する。ミラー６０上におけるビーム７０の反射領域は、略々次式の直径ｔを有する。
ｔ＝２ｆｔａｎ（θ）＝４ｆλ／（πＭＦＤ） （３）

先行例の各パラメータと組み合わされた６５ｍｍの焦点距離ｆに対し、直径ｔは約１２．３ｍｍである。

凹状球面ミラー６０上におけるビーム７０の反射により、該ビームは平行化され、且つ、その伝搬の方向は光軸３１ａに対して略々平行に反転される。引き続きそれは平面ミラー４０に衝当し、該ミラーはそれを格子５０に向けて反射する。ビーム７０の一部は平面ミラー４０の小寸開孔４１の故に反射されず、従って、デバイス１０の挿入損失およびクロストーク効果が大きくなる。略リトローで格子５０に入射するビーム７０は、平面ミラー４０に向けて後方に回折される。上記回折により、スペクトル的な多重チャネルを含むビーム７０は、波長の関数として複数のビームへと角度的に分離されることから、各チャネルが分離される。図４ＡおよびＢには、第１のおよび最後のチャネルに対応するビーム７１および７２のみが示される。引き続き、それらは平面ミラー４０に衝当し、該ミラーはそれらを凹状球面ミラー６０に向けて反射する。此処でも、各ビーム７１、７２の一部は、平面ミラー４０における小寸開孔４１の故に反射されず、従って、デバイス１０の挿入損失が更に大きくなる。凹状球面ミラー６０上で各ビーム７１、７２が反射すると、伝搬の方向は反転され、且つ、各ビーム７１、７２は、それらの対応する出力ファイバの端面２１_ａ１、…、２１_ａｎ、２１_ｂ１、…、２１_ｂｎ上へと、平面ミラー４０における小寸開孔４１を通る光軸３１ａに対して略々平行に焦点合わせされる。これらの端面において、各ビームのサイズは出力ファイバ２１の導波モードのＭＦＤに略々等しく、且つ、伝搬は、これらのシングルモード・ファイバの導波モードにより、該シングルモード・ファイバの内側で継続する。このことは、入力ファイバ２２において存在する上記信号が各出力ファイバ２１において多重分離されることを意味し、各出力ファイバは、スペクトル的な多重チャネルの内のひとつのチャネル、すなわち、上記入力ファイバを通して進入した信号を含む。

図４Ｂは、平面ミラー４０に衝当する全てのビーム７０、７１および７２の反射領域４５を示し、且つ、図４Ｂはまた、格子５０に衝当するビーム７０の回折領域５２も示している。これらの領域は、入力ファイバ２２のＭＦＤおよび分散システム３０の焦点距離に依存し、種々の部材の必要サイズを表している。光学デバイス１０のサイズは、各チャネル間のスペクトル間隔が減少したときに増大することを銘記されたい、と言うのも、分散システム３０の焦点距離の増大が要求されるからである。通信機器において、光学デバイスの高さは、これらのデバイスが取付けられる各プリント配線基板間の距離により制限され、マルチプレクサおよびデマルチプレクサに対し、パッケージ化された光学デバイスの高さは典型的な１４ｍｍと最大で１６ｍｍとの間であるが、更に複雑な波長経路選定デバイスは５０ｍｍまでの高さを有し得る。

特許文献１３においては、光学デバイス１０においてレーザ・ダイオード配列およびフォトダイオード配列が使用され得ることが示されている、と言うのも、それらは光ファイバの寸法に匹敵する寸法を有するからである。たとえば、デマルチプレクサの出力ファイバ２１を、フォトダイオードの配列で置き換えることにより、光学的チャネルモニタが得られる。その実施は自明ではなく、図２または図３に類似したファイバ配列が組立てられる必要があり、その場合に入力ファイバの端面２２_ａ１、２２_ｂ１と各フォトダイオードとの間の距離ΔもしくはＤは小寸に維持されねばならない。それは、入力ファイバ２２_ａ１、２２_ｂ１がフォトダイオード配列の取付け部材内へと取入れられたときに実現可能であるが、これは製造が更に困難である。

上述の先行技術の光学デバイスは、それらの挿入損失、それらのクロストーク効果、それらの高さおよびそれらの融通性に関して多くの欠点を有している。

平面ミラー４０において小寸開孔４１が存在すると光学デバイス１０の挿入損失が増大する、と言うのも、ミラー４０に入射するビームの一部分は、２回にわたり、反射される代わりに開孔４１に進入するからである。更に、球面ミラー６０から到来するビームの一部分は、光軸３１ａに略々平行に開孔４１に進入する。故に、それの僅かな部分は、入力ファイバ２２および出力ファイバ２１内へと結合し、クロストーク効果を加える。

平面ミラー４０における開孔４１は挿入損失の増大を制限すべく小さく維持されねばならず、このことは、図２Ｂ、図３Ｂにて、入力ファイバの端面２２_ａ１、…、２２_ａｍ、２２_ｂ１、…、２２_ｂｍおよび出力ファイバの端面２１_ａ１、…、２１_ａｎ、２１_ｂ１、…、２１_ｂｎも小さく維持されるべきことを意味する。ファイバ配列２０ａと比較してファイバ配列２０ｂはクロストーク効果の更なる最小化を可能とするが、入力ファイバの端面２２_ａ１、…、２２_ａｍ、２２_ｂ１、…、２２_ｂｍおよび出力ファイバの端面２１_ａ１、…、２１_ａｎ、２１_ｂ１、…、２１_ｂｎが非常に接近しているという事実の故に、一定のクロストーク効果が残存する。

比較的に長い焦点距離を有する光学デバイス１０に対し、上記球面ミラーにおけるビーム直径は、通信機器において使用される光学デバイスに対して容認可能な高さより大きくなる。特に、マルチプレクサおよびデマルチプレクサは、高さに関して厳しい制限を有する。

フランス特許第２，４７９，９８１号 フランス特許第２，４９６，２６０号 フランス特許第２，５１９，１４８号 フランス特許第２，５４３，７６８号 フランス特許第２，５７９，３３３号 フランス特許第２，７３１，５７３号 フランス特許第２，７４３，４２４号 フランス特許第２，７６１，４８５号 フランス特許第２，７６３，１３９号 フランス特許第２，７６４，３９３号 フランス特許第２，７６５，４２４号 フランス特許第２，７６５，９７２号 フランス特許第２，７７９，５３５号 フランス特許第２，８０３，０４６号 フランス特許第２，８３２，８８２号

"光ファイバにおける波長フィルタ"、ヘルベルト・フェングハウス（編）、シュプリンガー・フェルラーク、ベルリン、２００６年（"Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｆｉｌｔｅｒｓ ｉｎ Ｆｉｂｒｅ Ｏｐｔｉｃｓ"、Ｈｅｒｂｅｒｔ Ｖｅｎｇｈａｕｓ （Ｅｄ．）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、Ｂｅｒｌｉｎ、２００６）

上述したように、複数のチャネルを監視および経路選定するために、たとえば調整可能レーザ、調整可能フィルタおよび光学的チャネルモニタなどのデバイスが必要とされる。これらのデバイスの実施に対しては上記各光学デバイス１０が使用され得るが、それらは製造の観点からはそれほど良好ではない、と言うのも、レーザ・ダイオード配列およびフォトダイオード配列に対する標準的な取付け部材が直接的には使用され得ないからである。その理由の故に、光学デバイス１０はそれほど融通性が高くはない。

本発明の主な目的は、少なくとも先行技術の光学デバイスと同じほどコンパクトな光学デバイスであって、少ない挿入損失、少ないクロストーク効果および少ない高さを以て同一の機能の実施を可能とし、且つ、マルチプレクサおよびデマルチプレクサ以外の光学的機能の実施に関して更に融通性が高いという光学デバイスを提案するに在る。

その為に、本発明は、端面を備えるファイバ配列と、コンパクトな分散システムと、を備える光学デバイスであって、前記ファイバ配列は取付けアセンブリであり、前記取付けアセンブリは、放射ラインと称される第１直線上にビーム放出端面が位置されたＭ個の入力要素と、受容ラインと称される第２直線上にビーム受容端面が位置されたＮ個の前記出力要素とを備え、前記第２直線は、少なくとも前記入力要素が出力要素に影響せず且つ逆も同様であるように前記第１直線に対して平行に且つ前記第１直線から離間され、そしてそこでは、前記入力要素および前記出力要素の端面は、それらが前記ファイバ配列の前記端面と実質的に一致するように配置され、前記コンパクトな分散システムは、ビーム伝搬に基づく前記入力要素の端面と前記出力要素の端面との間における波長選択的な信号の対合を確実とし、且つ、前記分散システムは、平面ミラーと、焦点、焦点面、および、軸心を有する凹状ミラーであって、前記軸心は、２本の平行な前記直線の中間において前記ファイバ配列の前記端面と垂直に交差する、という前記凹状ミラーと、２本の平行な前記直線に関して平行である分散平面を有する平面回折格子であって、一方で、前記回折格子は前記ファイバ配列の前記端面に関して‘９０°−φ’の角度を成し、前記角度φは、前記平面回折格子の位置が前記コンパクトな分散システムにおけるビーム伝搬に影響しない様に選択される、という前記平面回折格子と、を備え、前記ファイバ配列の前記端面は、前記入力要素の前記端面から到来する発散ビームが、前記ミラー上での反射により平行化されて、前記平面ミラーに向けて指向されるように、前記凹状ミラーの焦点面の近傍に配置され、前記平面ミラーは、前記凹状ミラーから到来する平行化ビームを前記平面回折格子へと反射し、逆に、前記平面回折格子から到来する回折された平行化ビームを前記凹状ミラーへと反射し、且つ、前記平面ミラーは、第１には前記ファイバ配列の前記端面と前記凹状ミラーとの間に配置され、第２には前記分散平面に対して垂直に位置し、且つ、第３には、前記平面回折格子が前記凹状ミラーの焦点の近傍に配置されるように、前記凹状ミラーの軸心に関して角度‘α’を成し、前記角度αは前記平面回折格子が略リトローで動作されるように選択され、前記凹状ミラーは、前記平面ミラーから到来する分散された平行化ビームが、前記ファイバ配列の前記受容ライン上に焦点合わせされ、波長に関して直線の全体にわたり略々線形に分布され、且つ、前記出力要素の端面が存在する処で該端面に進入するように前記平行化ビームを反射する、という光学デバイスにおいて、前記入力要素の端面から前記凹状ミラーへと伝搬するビーム、および、前記凹状ミラーから前記出力要素の端面へと伝搬するビームが、前記平面ミラーの存在により影響されない様に、前記平面ミラーのサイズは２本の平行な前記直線に関して制限されることを特徴とする、光学デバイスに関する。

好適には、前記平面ミラーは、上記角度αを調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする回転機構を有する。

好適には、前記回折格子は、上記角度φを調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする回転機構を有する。

好適には、前記ファイバ配列は、平行な前記直線にわたり前記入力要素および前記出力要素の上記端面の位置を同時に調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする並進機構を有する。

好適には、前記凹状ミラーは、平行な前記直線に沿い平行に前記凹状ミラーの位置を調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする並進機構を有する。

好適には、各入力要素はシングルモード・ファイバである。

好適には、各シングルモード・ファイバは光線平行化手段によって終端される。

好適には、各出力要素はシングルモード・ファイバである。

好適には、各シングルモード・ファイバは光線平行化手段によって終端される。

好適には、各入力要素は光線平行化手段によって終端されたマルチモード・ファイバである。

好適には、各出力要素は光線平行化手段によって終端されたマルチモード・ファイバである。

好適には、各出力要素はフォトダイオードである。

好適には、各フォトダイオードは光線平行化手段によって終端される。

好適には、各入力要素は光線平行化手段によって終端されたレーザ・ダイオードである。

好適には、各光線平行化手段はマイクロレンズから成る。

好適には、各光線平行化手段は上記シングルモード・ファイバの端部に対して接続された屈折率分布型レンズから成る。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ることを特徴とするシングルモード波長ルータにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の出力ファイバが在ることを特徴とするシングルモード波長マルチプレクサにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の入力ファイバが在ることを特徴とするシングルモード波長デマルチプレクサにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の入力ファイバおよび一本の出力ファイバが在ることを特徴とするシングルモード波長フィルタにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の入力ファイバが在ることを特徴とするシングルモード光学的チャネルモニタにも関する。

本発明はまた、前記光学デバイスが光線平行化手段によって終端されたシングルモード・ファイバを備えて成るときに、前記各光線平行化手段は前記シングルモード・ファイバの前記端部に対して接続された屈折率分布型レンズから成ることを特徴とする、先行実施例の内のいずれかひとつの実施例に係るシングルモード・ルータ／マルチプレクサ／デマルチプレクサ／フィルタ／チャネルモニタにも関する。

本発明はまた、前記光学デバイスが光線平行化手段を備えて成るときに、前記各光線平行化手段はマイクロレンズから成ることを特徴とする、先行実施例の内のいずれかひとつの実施例に係るシングルモード・ルータ／マルチプレクサ／デマルチプレクサ／フィルタ／チャネルモニタにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ることを特徴とするマルチモード波長ルータにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の出力ファイバが在ることを特徴とするマルチモード波長マルチプレクサにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の入力ファイバが在ることを特徴とするマルチモード波長デマルチプレクサにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の入力ファイバおよび一本の出力ファイバが在ることを特徴とするマルチモード波長フィルタにも関する。

本発明はまた、先行実施例に係る光学デバイスを備えて成ると共に、一本の入力ファイバが在ることを特徴とするマルチモード光学的チャネルモニタにも関する。

本発明はまた、前記光学デバイスは光線平行化手段を備えて成り、前記各光線平行化手段はマイクロレンズから成ることを特徴とする、先行実施例の内のいずれかひとつの実施例に係るマルチモードルータ／マルチプレクサ／デマルチプレクサ／フィルタ／チャネルモニタにも関する。

本発明の特徴は、添付図面に関して行われる以下の例示的実施例の説明を読破することで更に明らかに判明しよう。

分散システムの光軸を示す先行技術の光学デバイスを示す図である。 先行技術の光学デバイスに対するファイバ配列の第１実施例を示す図である。 先行技術の光学デバイスに対するファイバ配列の第２実施例を示す図である。 上記分散システムにおけるビーム伝搬を示す先行技術の光学デバイスを示す図である。 シングルモード光ファイバの端面に至る該ファイバにおける伝搬を示す図であり、隣接する均一媒体におけるビーム伝搬が追随している。 本発明に係る光学デバイスを示す図であり、分散システムの光軸を示している。 本発明に係る光学デバイスにおいて使用されるファイバ配列の第１実施例を示す図である。 レンズ装着端部を備えるシングルモード光ファイバの端部に至る該ファイバにおける伝搬を示す図であり、隣接する均一媒体におけるビーム伝搬が追随している。 シングルモード光ファイバの端面に至る該ファイバにおける伝搬を示す図であり、隣接する均一媒体、マイクロレンズおよび別の均一媒体におけるビーム伝搬が追随している。 本発明に係る光学デバイスにおいて使用されるファイバ配列の第２実施例を示す図であり、ファイバ配列はマイクロレンズを備えている。 本発明に係る光学デバイスを示す図であり、分散システムにおけるビーム伝搬を示している。 本発明に係る光学デバイスにおいて使用されるファイバ配列の第３実施例を示す図であり、ファイバ配列はフォトダイオードを備えている。 本発明に係る光学デバイスを示す図であり、３つの波長調節機構を示している。

図６は、たとえば波長ルータ、マルチプレクサ、デマルチプレクサまたはフィルタであり得る本発明に係る光学デバイス１００を示している。該光学デバイスは、端面１２５を備えるファイバ配列１２０と、コンパクトな分散システム１３０とから構成される。図６Ａは光学デバイス１００の平面図であり、且つ、図６Ｂは同一の光学デバイス１００の側面図である。

図７は、本発明に係る光学デバイス１００において使用されるファイバ配列の第１実施例１２０を示している。ファイバ配列１２０は、Ｍ個の入力要素１２２とＮ個の出力要素１２１とを備える取付けアセンブリである。入力要素１２２のビーム放出端面１２２_１、…、１２２_ｍは放射ラインと称される第１直線１１２上に位置されるが、出力要素１２１のビーム受容端面１２１_１、…、１２１_ｎは受容ラインと称される第２直線１１１上に位置される。２本の直線１１１および１１２は平行であると共に、これらの直線は、少なくとも入力要素１２２は出力要素１２１に影響せず且つ逆も同様であるように選択された距離Ｄだけ離間される。入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍおよび出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎは、それらがファイバ配列１２０の端面１２５と実質的に一致するように位置決めされる。

図７に示された上記実施例においてファイバ配列１２０は、両面Ｖ溝ブロック１２３と、出力蓋体１２４_１と、入力蓋体１２４_２と、Ｍ個の入力要素１２２と、Ｎ個の出力要素１２１とを備え、入力および出力要素の両方が光ファイバである。これらのファイバは、図５に示された如きシングルモード、または、図８に示されたように屈折率分布型レンズによって終端するシングルモード、更にはマルチモードのいずれかである。Ｍ本の入力ファイバ１２２はブロック１２３の一側面上にてＶ形状溝内に取付けられ且つ入力蓋体１２４_２により覆われる一方、ブロック１２３の他側面上にてＮ本の出力ファイバ１２１はＶ形状溝内に取付けられ且つ出力蓋体１２４_１により覆われる。両面Ｖ溝ブロックを使用すると、Ｖ溝ブロック同士の積層（図３ＡおよびＢに示されたファイバ配列２０ｂ）と対照的な構成により、入力ファイバ１２２と出力ファイバ１２１との間の平行性が確実とされることを銘記されたい。

ファイバ配列１２０の端面１２５は、入力ファイバ１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍおよび出力ファイバ１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎが該ファイバ配列１２０の該端面１２５の一部となるように研磨される。ファイバ１２１、１２２と隣接媒体３２との間に屈折率差が在る場合、概略的に、端面１２５上には反射防止被覆が適用されてフレネル反射が排除される。

波長に関して等距離で離間された複数のチャネルを多重分離する場合、出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎは、図７Ｂに示すとおり、距離ｄにて等距離で離間される。距離ｄは典型的には、最も一般的な出力要素１２１の外径に関連する４０μｍ〜２５０μｍの範囲内に含まれる。

コンパクトな分散システム１３０によれば、入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍと出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎとの間における波長選択的な対合が確実とされる。それは、平面ミラー１４０と、焦点および焦点面を有する凹状ミラー６０と、分散平面を有する平面回折格子５０とを備える。ファイバ配列１２０の端面１２５、入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍ、および、出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎは、各入力要素１２２の端面から到来する発散ビームが凹状ミラー６０上での反射により平行化される一方で平面ミラー１４０に向けて指向されるように、凹状ミラー６０の焦点面の近傍に配置される。凹状ミラー６０は軸心６３を有し、該軸心は、端面１２１_１、…、１２１_ｎ、１２２_１、…、１２２_ｍの２本の平行な直線１１１および１１２間の中間にてファイバ配列１２０の端面１２５と交差する一方、ファイバ配列１２０の端面１２５と直交している。回折格子５０はファイバ配列１２０の端面１２５に関して約９０°−φの角度を成す一方、その分散平面は、端面１２１_１、…、１２１_ｎ、１２２_１、…、１２２_ｍの２本の平行な直線１１１および１１２に関して平行である。角度φは、格子５０の位置がコンパクトな分散システム１３０におけるビーム伝搬に影響しない様に選択され、たとえばφは０°（図６Ａ）である。平面ミラー１４０は、凹状ミラー６０から到来する平行化ビームを格子５０に向けて反射し、且つ、逆に、格子５０から到来する回折された平行化ビームを凹状ミラー６０に向けて反射する。ファイバ配列１２０の端面１２５と凹状ミラー６０との間に配置された平面ミラー１４０は上記分散平面に対して直交し、それは、回折格子５０が凹状ミラー６０の焦点の近傍に配置されるように凹状ミラー６０の軸心６３に関して角度αを成し、且つ、該角度αは回折格子５０が略リトローで動作されるように選択される。凹状ミラー６０は、平面ミラー１４０から到来する分散された平行化ビームが、波長に関してファイバ配列１２０の受容ライン１１１にわたり略々線形に分布されて該受容ライン上に焦点合わせされ、出力要素１２１の端面が存在する処で該端面に進入するように、上記平行化ビームを反射する。平面ミラー１４０のサイズは、入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍから凹状ミラー６０へと伝搬するビーム、および、凹状ミラー６０から出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎへと伝搬するビームが平面ミラー１４０の存在により影響されない様に、各端面の２本の平行な直線１１１および１１２に関して制限される。

コンパクトな分散システム１３０の光軸は折畳まれることで、光学デバイス１００のコンパクトさが確実とされる。上記光軸は、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅおよび１３１ｆと参照番号が付された６個のセグメントへと分割される。

上記光軸の第１セグメント１３１ａは、入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍに一致する直線１１２から、平面ミラー１４０を通過し乍ら、凹状ミラー６０まで延在し、それはファイバ配列１２０の端面１２５に対して直交し、それは平面ミラー１４０に関して角度αを成し（図６Ａ）、且つ、凹状ミラー６０におけるそれの端点は該ミラー６０の軸心６３から垂直に距離（１／２）Ｄに配置される（図６Ｂ）。

上記光軸の第２セグメント１３１ｂは、該光軸の第１セグメント１３１ａの上記端点から凹状ミラー６０にて開始し、且つ、平面ミラー１４０まで延在する。上記光軸の第１セグメント１３１ａおよび第２セグメント１３１ｂは、ｙｚ平面において略々次式の角度γを成す。
γ≒ａｒｃｔａｎ（Ｄ／（２ｆ）） （４）
式中、ｆは凹状ミラー６０の焦点距離である。

上記光軸の第３セグメント１３１ｃは、該光軸の第２セグメント１３１ｂの端点から平面ミラー１４０にて開始し、且つ、回折格子５０まで延在し、其処でそれは３３と参照番号が付された格子５０の法線と交差する。ｘｚ平面における第３セグメント１３１ｃの射影は法線３３と角度βを成し、その場合にβは、角度αおよびβが以下のように関係付けられる格子５０のリトロー角である。φ＝０°（図６Ａ）のとき、α＝（β＋９０°）／２。

残る３個のセグメント１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆは、ミラー６０の軸心６３を含むｘｚ平面に関して鏡面対称により最初の３個１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃと関係付けられる。上記光軸の第４セグメント１３１ｄは第３セグメント１３１ｃに関して対称的であり、双方間の角度は約２γである。上記光軸の第５セグメント１３１ｅは第２セグメント１３１ｂに関して対称的である。上記光軸の第６セグメント１３１ｆは出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎまで延在し、且つ、第１セグメント１３１ａと対称的であり、両セグメントは距離Ｄだけ離間される。

図６ＡおよびＢは、３個の部材、すなわち楔状プリズム１４２、平凹レンズ６１および基板５１を使用するコンパクトな分散システム１３０の実施例を示している。楔状プリズム１４２は、ファイバ配列１２０の端面１２５と、光軸１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆとに関する平面ミラー１４０の位置決めを確実とすべく用いられる。楔状プリズム１４２は平面ミラー１４０に対する支持体の役割を果たす傾斜面１４３を備える一方、反対面１４４はファイバ配列１２０の端面１２５と平行である。図６ＡおよびＢの実施例において上記平行性は、反対面１４４と上記ファイバ配列の端面１２５とが一致するように楔状プリズム１４０をファイバ配列１２０の端面１２５上に取付けることにより確実とされる。平凹レンズ６１は、その凹状面６２上に存在するミラー６０に対する支持体の役割を果たす。凹状ミラー６０は異なる凹状形状を有し得、最も一般的な形状は球状および放物線状であることを銘記されたい。基板５１は、該基板の表面上に形成された平面回折格子５０に対する支持体の役割を果たす。空間３２は、空気、真空もしくは気体により満たされる。

コンパクトな分散システム１３０におけるビーム伝搬は、入力ビームの発散角θが平面ミラー１４０の存在と凹状ミラー６０上の限られた反射領域とに適合することを必要とする。この反射領域の制限は、通信機器において使用される光学デバイス、特にマルチプレクサおよびデマルチプレクサに対する高さ制限に起因することを銘記されたい。

シングルモード光ファイバから到来するビーム発散は、先行技術の光学デバイス１０の記述において説明されている（図５参照）。前述の如く、一般的に使用されるコーニング社からのＳＭＦ−２８ファイバに対し、１５５０ｎｍのλ_０にて波長λ＝λ_０／ｎであり、隣接媒体３２は１の屈折率ｎを有し、且つ、発散角θは５．４°である。コンパクトな分散システム１３０におけるビーム伝搬に対しては、更に小さな発散角が好適であるか、殆どの場合には必須である。約２５μｍまでのＭＦＤを備えた特殊なシングルモード光ファイバが存在し、このことは、ＳＭＦ−２８ファイバと比較して約２．３°まで低い発散角θを意味する。特殊なシングルモード・ファイバの使用は一定の用途に対する解決策であるが、殆どの用途に対しては、ＳＭＦ−２８または同等の入力および出力ファイバの使用が必要とされる。

光ファイバを光線の平行化手段によって終端させると、出射ビームの発散角θが相当に減少され得る。このことは、本発明に係る光学デバイス１００においては、分散システム１３０の要件に対して平行化手段により発散角θを調節し乍ら、ＳＭＦ−２８または等価的な入力および出力ファイバが使用され得ることを意味する。故に、入力要素１２２および出力要素１２１に光線の平行化手段を取入れることは、好適であり、且つ、多くの場合においては必須でさえある。以下においては、光線の平行化手段を備える入力要素１２２および出力要素１２１の異なる実施例が記述される。

図８は、光線の平行化手段によって終端されたシングルモード光ファイバの第１実施例を示している。この実施例において入力要素１２２は、入力ファイバ１２６、屈折率分布型レンズ１２８およびコア無しスタブ１２９を備え、コア無しスタブ１２９の端面は入力要素１２２の端面１２２_１である。長さＬ_ｇの屈折率分布型レンズ１２８はシングルモード・ファイバ１２６へと接続され、且つ、長さＬ_ｓの各コア無しスタブ１２９は屈折率分布型レンズ１２８に対して接続される。コア無しスタブ１２９は、屈折率分布型レンズ１２８の長さＬ_ｇを変更せずにファイバ配列１２０の端面１２５の研磨を可能とすべく付加されることを銘記されたい。

図８は、光線の平行化手段によって終端されるシングルモード光ファイバ１２２におけるコア無しスタブ１２９の端面１２２_１までの伝搬を示し、隣接する均一媒体３２におけるビーム伝搬により追随されている。シングルモード光ファイバ１２６に対して接続された屈折率分布型レンズ１２８における伝搬により、上記ファイバのモード・フィールド径ＭＦＤ_ｆを、モード・フィールド径ＭＦＤ_ｇまで増大される。長さＬ_ｇは好適には屈折率分布変化特性の１／ｎピッチであり、これにより、ＭＦＤ_ｇは屈折率分布型レンズ１２８とコア無しスタブ１２９との間の境界領域と一致する。この境界領域から、ビームは、均一媒体と見做されるべきコア無しスタブ１２９における長さＬ_ｓにわたり発散し、引き続き、隣接する均一媒体３２における端面１２２_１の後で入力ビーム１７０は発散し続ける。ＭＦＤがＭＦＤ_ｆからＭＦＤ_ｇに増大するということは、入力要素１２２の端面１２２_１から到来するビームの角度θが減少することを意味する（関係（２）を参照）。

ＭＦＤを７５μｍのＭＦＤ_ｇへと増大させる屈折率分布変化特性を有する屈折率分布型レンズ１２８によって終端するＳＭＦ−２８入力ファイバ１２６に対し、１５５０ｎｍのλ_０（真空中の波長）として波長λ＝λ_０／ｎ、且つ、隣接媒体３２は１の屈折率ｎを有し、ビームの角度θは０．７５°である。分散システム１３０において、この円錐は、球面ミラー６０の焦点距離に略々等しい伝搬距離にて該ミラー６０と交差する。そのとき、６５ｍｍの焦点距離に対し、ミラー６０上のビーム１７０の反射領域は約１．７ｍｍの直径を有する（関係（３）を参照）。

図９は、光線の平行化手段によって終端するシングルモード光ファイバの第２実施例を示している。この実施例において入力要素１２２は、端面１２６_１を有する入力ファイバ１２６と、均一媒体で満たされた小寸間隙２２７と、マイクロレンズ２２８とを備え、マイクロレンズ２２８の端面は入力要素１２２の端面１２２_１である。マイクロレンズ２２８は、入力ファイバ１２６の端面１２６_１に関して厳密に整列され且つ取付けられる。上記マイクロレンズが入力ファイバ１２６の端面１２６_１に対してエポキシにより取付けられる場合、間隙２２７は、光ファイバ１２６およびマイクロレンズ２２８において使用される材料の屈折率に近い屈折率を有する均一媒体であるエポキシにより満たされる。概略的に、マイクロレンズ２２８の端面には反射防止被覆が適用されてフレネル反射が排除される。

図９は、光線の平行化手段によって終端されるシングルモード光ファイバ１２２におけるマイクロレンズ２２８の端面１２２_１までの伝搬を示し、隣接する均一媒体３２におけるビーム伝搬により追随されている。入力ファイバ１２６の端面１２６_１からマイクロレンズ２２８の端面１２２_１までの伝搬は２つの均一媒体の縦列における発散ビームに対応し、引き続き、マイクロレンズ２２８の湾曲表面（端面）１２２_１を通る伝搬によりビームの発散角は減少され、結果的なビーム１７０は端面１２２_１の後で、隣接する均一媒体３２において発散し続け、且つ、発散角θを有する。結果的なビーム１７０は、入力ファイバ１２６の端面１２６_１の近傍に配置された仮想的ビーム・ウェストＭＦＤ_ｍａを有する。故に、平行化手段としてマイクロレンズ２２８を使用すると、ＭＦＤはＭＦＤ_ｆからＭＦＤ_ｍａへと増大される。

図１０は本発明に係る光学デバイス１００において使用されるファイバ配列の第２実施例２２０を示しており、その場合にファイバ配列２２０はマイクロレンズを備える。ファイバ配列の実施例２２０は、シングルモードの入力および出力ファイバ（図７Ａ、図７Ｂ、および、対応記述を参照）を有するファイバ配列１２０と、ファイバ配列１２０の上記放射ライン１１２および上記受容ライン１１１とに関して厳密に整列されて取付けられた２つのマイクロレンズ配列２１５、２１６とで構成される。この様にして、各シングルモード光ファイバはマイクロレンズによって終端される（図９参照）。たとえば、ＮＳＧ（日本板硝子社）により販売されている埋設式の屈折率分布型マイクロレンズ配列、または、ＳＵＳＳマイクロ・オプティクス社（ＳＵＳＳ ＭｉｃｒｏＯｐｔｉｃｓ）により販売されている平凸屈折マイクロレンズ配列などの、種々のマイクロレンズ配列が市場で入手可能である。

マイクロレンズはまた、マルチモード光ファイバに対する平行化手段としても適することを銘記されたい。故に、本発明に係る光学デバイス１００は、シングルモード・ファイバの代わりにマルチモード・ファイバから成り得る。

図１１ＡおよびＢは分散システム１３０におけるビーム伝搬を示す本発明に係る光学デバイス１００を表しており、図１１Ａはデバイス１００の平面図であり且つ図１１Ｂは同一のデバイス１００の側面図である。

光学デバイス１００がデマルチプレクサとして動作する場合、スペクトル的な多重チャネルを含む信号は入力要素１２２を通り進入し、端面１２２_１まで伝搬し、その経路を均一媒体３２におけるビーム伝搬により継続し、その場合にビーム１７０は光軸の第１セグメント１３１ａに対して略々平行に伝搬する。ビーム１７０は凹状ミラー６０に衝当するまで発散し、その途中で、平面ミラー１４０の存在により影響されることなくそれを通り過ぎる。

凹状ミラー６０上でのビーム１７０の反射によれば、それは平行化され且つ平面ミラー１４０に向けて指向される。引き続きそれは、それを全体的に格子５０に向けて反射する平面ミラー１４０に衝当する。略リトローで格子５０に入射するビーム１７０は、平面ミラー１４０に向けて後方に回折される。上記回折格子は、スペクトル的な多重チャネルを含むビーム１７０を、波長の関数として角度的に分離することから、各チャネルを分離する。図１１ＡおよびＢにおいては、最初および最後のチャネルに対応するチャネル１７１および１７２のみが示される。引き続きそれらは、それらを全体的に凹状ミラー６０に向けて反射する平面ミラー１４０に衝当する。凹状ミラー６０上における各ビーム１７１、１７２の反射によれば、それらは光軸の第６セグメント１３１ｆに対して略々平行に指向され、且つ、該各ビーム１７１、１７２は対応する出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎ上へと焦点合わせされ、その途中で、各ビームは平面ミラー１４０の存在により影響されることなくそれを通り過ぎる。端面１２１_１、…、１２１_ｎにおいて各ビームのサイズは出力要素１２１のＭＦＤと略々等しく、且つ、伝搬はこれらの要素の内側で継続する（図５、図８および図９における逆方向）。このことは、入力要素１２２において存在する上記信号が各出力要素１２１において多重分離されることを意味する。各出力要素は、スペクトル的な多重チャネルの内のひとつのチャネル、すなわち、上記入力ファイバを通して進入した信号を含む。

本発明の光学デバイス１００の動作は先行技術の光学デバイス１０の動作に類似しており、主たる相違は、上記平面ミラーに関する入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍおよび出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎの位置に在る。故に上記平面ミラーにおける開孔を実現する必要はなく、これにより、先行技術と比較して挿入損失は減少される。更に、入力要素１２２の端面１２２_１、…、１２２_ｍおよび出力要素１２１の端面１２１_１、…、１２１_ｎは相当に離間していることから、クロストーク効果が減少される。回折格子５０が凹状ミラー６０の焦点の近傍に配置される一方で、それの焦点面の近傍にはファイバ配列１２０の端面１２５が配置されたとき、挿入損失の均一性は最適化される。

図１１Ｂは平面ミラー１４０に衝当する全てのビーム１７０、１７１および１７２の反射領域１４５を示し、且つ、図１１Ｂはまた、格子５０に衝当するビーム１７０の回折領域１５２も示している。これらの領域は、入力ファイバ１２２のＭＦＤおよび分散システム１３０の焦点距離に依存し、種々の部材の必要サイズを表している。本発明の光学デバイス１００ならびに先行技術の光学デバイス１０（図４Ａおよび図４Ｂ）のサイズは、各チャネル間のスペクトル間隔が減少したときに増大する、と言うのも、その場合には本発明の分散システム１３０ならびに先行技術の分散システム３０の焦点距離の増大が必要とされるからである。相違点は、本発明の光学デバイス１００の高さは、入力要素１２２および出力要素１２１を適切な平行化手段を以て終端させることにより制限して維持され得ることである。

本発明に係る光学デバイス１００を備えるシングルモード・デマルチプレクサが実施された。光学デバイス１００は、１５２５ｎｍ〜１５７５ｎｍのスペクトル範囲にわたる一次の回折に使用されるべく最適化された９００本／ｍｍ（ｇｒ／ｍｍ）の溝密度を有する回折格子５０と、１３０ｍｍの半径を有する凹状球面ミラー６０と、１本のシングルモード入力ファイバおよび２４本のシングルモード出力ファイバを備えるファイバ配列１２０であって、全てのファイバはファイバ端部に対して接続された屈折率分布型レンズによって終端されることでＭＦＤが約７８μｍに適合される（図８）というファイバ配列１２０とを有している。ファイバ配列１２０において、終端された出力ファイバの端面１２１_１、…、１２１_ｎは１３０μｍの距離ｄにて等距離に離間され、且つ、放射ライン１１２と受容ライン１１１との間の距離Ｄは６．５ｍｍである（図７Ｂ）。結果的なデマルチプレクサは、１．６ｎｍにて等距離に離間された２４個の出力チャネルを有している。各出力チャネルのフィルタ機能は、約０．８ｎｍの半値全幅を有する正規的な形状を有する。

上述したように、本発明に係る上記光学デバイスは、ファイバ配列を交換することにより必要な光学的機能に適合される。ファイバ配列の最初の２つの実施例１２０、２２０は光ファイバを含むが、光電気的構成要素（レーザ・ダイオード、フォトダイオード）を含まない。上記ファイバ配列の放射ライン１１２および受容ライン１１１は良好に分離されることから、光電気的構成要素の標準的な取付け部材を直接的に使用しながら、一方のライン上の光電気的構成要素を他方のライン上の光ファイバに対して結合することが可能とされる。上記光電気的構成要素は、たとえばマイクロレンズなどの光線の平行化手段によって終端され得ることを銘記されたい。

図１２は、光学的チャネルモニタに含まれる本発明に係る光学デバイスにおいて使用されるファイバ配列の第３実施例３２０を示している。ファイバ配列３２０は、端面１２５と、両面Ｖ溝ブロック１２３と、入力蓋体１２４_２と、光ファイバである単一入力要素１２２と、Ｎ個の出力要素３２２（フォトダイオード）を備えるフォトダイオード配列３２１とを備えている。上記光ファイバは、図５に示されたシングルモード、または、図８に示された屈折率分布型レンズによって終端するシングルモードのいずれかである。入力ファイバ１２２はブロック１２３の一側面上にてＶ形状溝内に取付けられて入力蓋体１２４_２により覆われるが、フォトダイオード配列３２１はブロック１２３の他側面上に取付けられる。入力要素１２２の端面１２２_１および出力要素３２２の各端面は、それらがファイバ配列３２０の端面１２５と実質的に一致するように位置決めされる。

ファイバ配列３２０から成る上記光学デバイスの動作は、ファイバ配列１２０をファイバ配列３２０により置き換えることで、図１１ＡおよびＢから理解される。デマルチプレクサにおけるのと同様に、スペクトル的な多重チャネルを含む信号は、入力ファイバ１２２を通り進入し、その端面１２２_１まで伝搬し、且つ、その経路を上記分散システムにおけるビーム伝搬により継続することによりビーム１７０はビーム１７１、１７２へと分離され、このことは、先に記述された如くファイバ配列３２０の出力要素３２２にて各チャネルが分離されることを意味する。ファイバ配列１２０、２２０によるのと同様に出力ファイバへと結合する代わりに、ビーム１７１、１７２はフォトダイオード３２２へと結合される。そのときに各フォトダイオードは、その対応チャネルのパワー・レベルを電気的に検出する。

Ｈａｍａｍａｔｓｕ社によりＧ８９０９−０１という番号で参照されるフォトダイオード配列３２１を以て、本発明に係る光学デバイスを備えるシングルモードの光学的チャネルモニタが実施された。このフォトダイオード配列はセラミック取付け部材上の４０個のＰＩＮフォトダイオードを備え、その場合に各フォトダイオードは２５０μｍのピッチｄを以て直線上に等しく離間される。上記光学デバイスは、１５２５μｍ〜１５７５μｍのスペクトル範囲にわたる二次の回折において使用されるべく最適化された６００本／ｍｍの溝密度を有する回折格子５０と、１９０ｍｍの半径を備える凹状球面ミラー６０と、Ｈａｍａｍａｔｓｕ社のフォトダイオード配列３２１を備えたファイバ配列３２０と、ＭＦＤを約６７μｍへと適合させるべくファイバ端部に接続された屈折率分布型レンズにより終端されたシングルモード入力ファイバ１２２（図８）とを有する。入力ファイバ１２２の端面１２２_１はｙ方向において６．５ｍｍの距離Ｄだけ各フォトダイオード３２２の直線から離間される一方、ｘ方向においてそれは、フォトダイオード配列３２１の中心に関して位置決めされる。結果的なチャネルモニタは、０．８ｎｍにて等しく離間された４０個のチャネルのパワー・レベルを観測する。

本発明に係る光学デバイスを備えるマルチモード光学的チャネルモニタも同様に、シングルモード入力ファイバの代わりに、平行化手段を以て終端するマルチモード入力ファイバを用いることで実施され得る。

ファイバ配列３２０と同様に、出力要素としての１本の光ファイバと組み合わせて入力要素として一個以上のレーザ・ダイオードを備えるファイバ配列が作成され得る。レーザ・ダイオードが発するビームは概略的に楕円形状であり且つ強く発散するという事実の故に、それらは光線の平行化手段によって終端する必要があることを銘記されたい。

此処までは、本発明に係る静的な光学デバイスが記述されてきた（移動部分のないデバイス）。本発明に係る動的な光学デバイスは、波長調節を提供する（移動部分を有するデバイス）。かかる動的デバイスは、長距離および地下における光ファイバのネットワーク、ならびに、試験および測定機器において、ますます必要とされる。

図１３は、波長調節を行う本発明に係る光学デバイス５００の平面図を示している。デバイスの図示実施例５００は、たとえば波長調節可能フィルタに含まれる。図１３は、３つの異なる調節機構を示している。
１）平面ミラー５４０は角度αを調節する回転機構を有し、
２）回折格子５０は角度φを調節する回転機構を有し、
３）ファイバ配列５２０は、平行な上記直線１１１および１１２にわたり入力要素１２２および出力要素１２１の端面の位置ｘを同時に調節する並進機構を有する。
光学デバイス５００は、波長に関して調節可能であるべく、これらの３つの内のひとつの機構のみを必要とすることを銘記されたい。

参照番号５３１ａ、５３１ｂ、５３１ｃ、５３１ｄ、５３１ｅおよび５３１ｆは、光学デバイス５００の光軸の異なるセグメントを表している。各セグメント５３１ａ、５３１ｂ、５３１ｃ、５３１ｄ、５３１ｅ、５３１ｆは夫々、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆと参照番号が付されて図６Ａおよび図６Ｂに関して前述されたセグメントに対応する。

上記の２つの角度調節機構は、角度α、βおよびφは、βが所定の波長λにおけるリトロー角であるとして、α＝（β＋φ＋９０°）／２と関係付けられるという事実から理解される。角度αおよびφの少なくとも一方が調節され得るとき、角度βは波長の関数、すなわち、β（λ）である。

上記角度調節機構は、たとえば機械的な回転ステージにより提供される。その場合に角度φの調節は、必要な運動を厳密に確実とする回転ステージ上に回折格子５０の基板５１を取付けることで実現される一方、等価的に、角度αの調節は、回転ステージ上に平面ミラー５４０の基板５４２を取付けることで実現される。αに対する角度調節機構はまた、静電的機構により回転される平面ミラー５４０を含む超小型機械的システムであるＭＥＭＳミラーによっても提供され得る。

上記位置調節機構は、放射ライン１１２上の入力要素１２２および受容ライン１１１上の出力要素１２１の端面の位置ｘは、略々、Δλ／Δｘのように関係付けられるという事実から理解される。放射ライン１１２上における入力要素１２２の端面のΔｘの並進は、約Δλの波長の変化に対応する一方、受容ライン１１１上における出力要素１２１の端面のΔｘの並進は、約Δλの波長の変化に対応する。このことは、平行な直線１１１および１１２上での入力要素１２２および出力要素１２１の端面の同時的なΔｘの並進は約２Δλの波長の変化に対応することを意味する。

平行な上記直線１１１および１１２上でのファイバ配列５２０の入力要素１２２および出力要素１２１の端面の同時的な位置調節は、必要な運動を厳密に確実とする並進ステージ上にファイバ配列５２０を取付けることにより実現される。逆に、分散システム５３０が、等価的な運動を厳密に確実とする並進ステージ上に取付けられ得るが、これは概略的に、分散システム５３０のサイズの故に実用性が低い。

凹状ミラー６０のｘ方向に関する並進もまた波長の調節を提供することを銘記されたく、凹状ミラー６０の並進は、上述のファイバ配列５２０の並進に類似している。この目的の為に凹状ミラー６０は、上記平行な各直線に沿い平行に該凹状ミラー６０の位置を調節する並進機構を有する。

本発明に係る光学デバイス５００を備えるシングルモードの波長調節可能フィルタが実施された。光学デバイス５００は、１５２５ｎｍ〜１５７５ｎｍのスペクトル範囲にわたる二次の回折に使用されるべく最適化された６００本／ｍｍの溝密度を有する回折格子５０と、２００ｍｍの半径を有する凹状球面ミラー６０と、１本のシングルモード入力ファイバ１２２および１本のシングルモード出力ファイバ１２１を備えるファイバ配列５２０であって、両方のファイバはファイバ端部に対して接続された屈折率分布型レンズにより終端されることでＭＦＤが約６７μｍに適合される（図８）というファイバ配列５２０とを有している。入力ファイバ１２２の端面は、ｘ方向においては出力ファイバ１２２と同一の位置を有する一方、ｙ方向においては６．５ｍｍの距離Ｄだけ離間されている。上記フィルタは、１５２５ｎｍから１５７５ｎｍへと５０ｎｍにわたり調節される。それは、調節範囲にわたる約０．１７ｎｍの半値全幅を備えた正規的な形状を有する。

表１は、角度φを調節することにより光学デバイス５００の波長を調節するためのλ、β、α、φおよびｘを示し、その場合にｘ＝０ｍｍであり、且つ、αは、調節範囲の中心波長にてφ＝０°であるように選択された。この例においては、調節可能フィルタの波長範囲全体がΔφ＝４．７０°の角度調節範囲によりカバーされる。

表２は、φ＝０°およびｘ＝０ｍｍに対して角度αを調節することにより光学デバイス５００の波長を調節するためのλ、β、α、φおよびｘを示している。この例において、調節可能フィルタの波長範囲全体はΔα＝２．３５°の角度調節範囲によりカバーされる。

表３は、調節範囲の中心波長にてｘ＝０ｍｍとなるように選択されたαと組み合わせてφ＝０°に対して位置ｘを調節することにより光学デバイス５００の波長を調節するためのλ、β、α、φおよびｘを示している。この例において、調節可能フィルタの波長範囲全体はΔｘ＝８．１６ｍｍの位置調節範囲によりカバーされる。

等価的に、光学デバイス５００の入力シングルモード・ファイバ１２２および出力シングルモード・ファイバ１２１を、たとえばマイクロレンズである平行化手段を以て終端されたマルチモード・ファイバ（図９）により置き換えることにより、マルチモード波長フィルタが実施され得る。実際、前述の全てのデバイス、すなわち、ルータ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、ならびに、光学的チャネルモニタは、前述の調節機構の内のひとつにより波長調節可能とされ得る。更に、本発明の上記光学デバイスは、調節可能な外部キャビティ・レーザにおいて、且つ、光学的スペクトル分析器においても使用され得ることを銘記されたい。

本発明は代表的実施例に関して記述されたが、当業者であれば、その代替例および改変例は疑いなく明らかとなることを予期し得よう。故に各請求項は、本発明の真の精神および有効範囲内に収まる、かかる代替例および改変例の全てを包含することが意図される。

Claims (29)

1. 端面（１２５）を備えるファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）と、
   コンパクトな分散システム（１３０、５３０）と、を備える光学デバイス（１００、５００）であって、
   前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）は取付けアセンブリであり、
   前記取付けアセンブリは、放射ラインと称される第１直線（１１２）上にビーム放出端面が位置するＭ個の入力要素（１２２）と、受容ラインと称される第２直線（１１１）上にビーム受容端面が位置するＮ個の出力要素（１２１）とを備え、前記第２直線（１１１）は、少なくとも前記入力要素（１２２）が前記出力要素（１２１）に影響せず且つ逆も同様であるように、前記第１直線（１１２）に対して平行に且つ前記第１直線（１１２）から離間され、そして、前記入力要素（１２２）の端面および前記出力要素（１２１）の端面は、それらが前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）の前記端面（１２５）と実質的に一致するように配置され、
   前記コンパクトな分散システム（１３０、５３０）は、ビーム伝搬に基づく前記入力要素（１２２）の端面と前記出力要素（１２１）の端面との間における波長選択的な信号の対合を確実とし、且つ、前記分散システム（１３０、５３０）は、
   平面ミラー（１４０、５４０）と、
   焦点、焦点面、および、軸心（６３）を有する凹状ミラー（６０）であって、前記軸心（６３）は、２本の平行な前記直線（１１１、１１２）の中間において前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）の前記端面（１２５）と垂直に交差する、という凹状ミラー（６０）と、
   ２本の平行な前記直線（１１１、１１２）に対して平行である分散平面を有する平面回折格子（５０）であって、その一方で、当該平面回折格子（５０）は前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）の前記端面（１２５）に関して‘９０°−φ’の角度を成し、前記角度φは、前記平面回折格子（５０）の位置が前記コンパクトな分散システム（１３０、５３０）におけるビーム伝搬に影響しない様に選択される、という平面回折格子（５０）と、を備え、
   前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）の前記端面（１２５）は、前記入力要素（１２２）の端面から到来する発散ビームが、前記凹状ミラー（６０）上での反射により平行化されて、前記平面ミラー（１４０、５４０）に向けて指向されるように、前記凹状ミラー（６０）の焦点面の近傍に配置され、
   前記平面ミラー（１４０、５４０）は、前記凹状ミラー（６０）から到来する平行化ビームを前記平面回折格子（５０）へと反射し、逆に、前記平面回折格子（５０）から到来する回折された平行化ビームを前記凹状ミラー（６０）へと反射し、且つ、前記平面ミラー（１４０、５４０）は、第１には、前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）の前記端面（１２５）と前記凹状ミラー（６０）との間に配置され、第２には、前記分散平面に対して垂直に位置し、第３には、前記平面回折格子（５０）が前記凹状ミラー（６０）の焦点の近傍に配置されるように、前記凹状ミラー（６０）の軸心（６３）に関して角度‘α’を成し、前記角度αは前記平面回折格子（５０）が略リトローで動作されるように選択され、
   前記凹状ミラー（６０）は、前記平面ミラー（１４０、５４０）から到来する分散された平行化ビームが、前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）の前記受容ライン（１１１）上に焦点合わせされて、波長に関して前記ラインにわたり線形に分布し、且つ、前記出力要素（１２１）の端面に進入するように前記平行化ビームを反射する、
   という光学デバイス（１００、５００）において、
   前記入力要素（１２２）の端面から前記凹状ミラー（６０）へと伝搬するビーム、および、前記凹状ミラー（６０）から前記出力要素（１２１）の端面へと伝搬するビームが、前記平面ミラー（１４０、５４０）の存在により影響されない様に、前記平面ミラー（１４０、５４０）のサイズが２本の平行な前記直線（１１１、１１２）に対して制限されていることを特徴とする光学デバイス（１００、５００）。
2. 前記平面ミラー（１４０、５４０）は、前記角度αを調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする回転機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス（１００、５００）。
3. 前記回折格子（５０）は、前記角度φを調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする回転機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス（１００、５００）。
4. 前記ファイバ配列（１２０、２２０、３２０、５２０）は、平行な前記直線（１１１、１１２）にわたり前記入力要素（１２２）の端面および前記出力要素（１２１）の端面の位置を同時に調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする並進機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス（１００、５００）。
5. 前記凹状ミラー（６０）は、平行な前記直線（１１１、１１２）に沿い平行に前記凹状ミラー（６０）の位置を調節して当該光学デバイスの波長調節を可能とする並進機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス（１００、５００）。
6. 前記各入力要素（１２２）はシングルモード・ファイバであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
7. 前記各シングルモード・ファイバ（１２２）は、光線の平行化手段によって終端されることを特徴とする、請求項６に記載の光学デバイス（１００、５００）。
8. 前記各出力要素（１２１）はシングルモード・ファイバであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
9. 前記各シングルモード・ファイバ（１２１）は、光線の平行化手段によって終端されることを特徴とする、請求項８に記載の光学デバイス（１００、５００）。
10. 前記各入力要素（１２２）は、光線の平行化手段によって終端されたマルチモード・ファイバであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
11. 前記各出力要素（１２１）は、光線の平行化手段によって終端されたマルチモード・ファイバであることを特徴とする、請求項１乃至５または１０のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
12. 前記各出力要素（１２１）はフォトダイオードであることを特徴とする、請求項１乃至７または１０のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
13. 前記各フォトダイオード（１２１）は、光線の平行化手段によって終端されることを特徴とする、請求項１２に記載の光学デバイス（１００、５００）。
14. 前記各入力要素（１２２）は、光線の平行化手段によって終端されたレーザ・ダイオードであることを特徴とする、請求項８または請求項９または請求項１１が請求項１乃至５に従属する場合において、請求項１乃至５または８または９または１１のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
15. 前記各光線平行化手段はマイクロレンズ（２２８）により成ることを特徴とする、請求項７、９乃至１１、１３または１４のいずれか一項に記載の光学デバイス（１００、５００）。
16. 前記各光線の平行化手段は前記シングルモード・ファイバ（１２１、１２２）の端部に対して接続された屈折率分布型レンズ（１２８）により成ることを特徴とする、請求項７または９に記載の光学デバイス（１００、５００）。
17. 請求項６に従属する場合における請求項８に記載の、または、請求項８が請求項７に従属する場合における請求項９に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ることを特徴とする、シングルモード波長ルータ。
18. 請求項６に従属する場合における請求項８に記載の、または、請求項８が請求項７に従属する場合における請求項９に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の出力ファイバ（１２１）が在ることを特徴とする、シングルモード波長マルチプレクサ。
19. 請求項６に従属する場合における請求項８に記載の、または、請求項８が請求項７に従属する場合における請求項９に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の入力ファイバ（１２２）が在ることを特徴とする、シングルモード波長デマルチプレクサ。
20. 請求項６に従属する場合における請求項８に記載の、または、請求項８が請求項７に従属する場合における請求項９に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の入力ファイバ（１２２）および一本の出力ファイバ（１２１）が在ることを特徴とする、シングルモード波長フィルタ。
21. 請求項１２が請求項６または７に従属する場合における請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の入力ファイバ（１２２）が在ることを特徴とする、シングルモード光学的チャネルモニタ。
22. 前記光学デバイス（１００、５００）が光線の平行化手段によって終端されたシングルモード・ファイバ（１２１、１２２）を備えるときに、前記各光線の平行化手段は前記シングルモード・ファイバ（１２１、１２２）の端部に対して接続された屈折率分布型レンズ（１２８）により成ることを特徴とする、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載のシングルモード・ルータ／マルチプレクサ／デマルチプレクサ／フィルタ／チャネルモニタ。
23. 前記光学デバイス（１００、５００）が光線の平行化手段を備えるときに、前記各光線の平行化手段はマイクロレンズ（２２８）により成ることを特徴とする、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載のシングルモード・ルータ／マルチプレクサ／デマルチプレクサ／フィルタ／チャネルモニタ。
24. 請求項１０に従属する場合における請求項１１に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ることを特徴とする、マルチモード波長ルータ。
25. 請求項１０に従属する場合における請求項１１に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の出力ファイバ（１２１）が在ることを特徴とする、マルチモード波長マルチプレクサ。
26. 請求項１０に従属する場合における請求項１１に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の入力ファイバ（１２２）が在ることを特徴とする、マルチモード波長デマルチプレクサ。
27. 請求項１０に従属する場合における請求項１１に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の入力ファイバ（１２２）および一本の出力ファイバ（１２１）が在ることを特徴とする、マルチモード波長フィルタ。
28. 請求項１２が請求項１０に従属する場合における請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイス（１００、５００）を備えて成ると共に、一本の入力ファイバ（１２２）が在ることを特徴とする、マルチモード光学的チャネルモニタ。
29. 前記光学デバイス（１００、５００）は光線の平行化手段を備えて成り、前記各光線の平行化手段はマイクロレンズ（２２８）により成ることを特徴とする、請求項２４乃至２８のいずれか一項に記載のマルチモードルータ／マルチプレクサ／デマルチプレクサ／フィルタ／チャネルモニタ。

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