JP2010044198A

JP2010044198A - 光合分波器

Info

Publication number: JP2010044198A
Application number: JP2008207843A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mihashi; 祐司三橋; Hisaki Nishizawa; 寿樹西澤; Daiji Tomita; 大司冨田; Yuzo Ishii; 雄三石井; Koichi Hadama; 恒一葉玉
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; NTT Inc
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: WO2010018757A1; US9323002B2; EP2320258B1; US20110129219A1; EP2320258A4; JP5066494B2; EP2320258A1

Abstract

【課題】本発明は、温度変化に伴う回折格子の格子間隔の変位を低減することによって、光の回折角度の変化を低減して光の合波又は分波を適正に行うことを目的とする。
【解決手段】本発明では、回折格子１４の一側面をホルダ１５で固定して保持し、このホルダ１５で保持された回折格子１４が基板１１上に非接触状態となるように、支持部１６でホルダ１５を基板１１上に支持して固定するようにした。これによって回折格子１４はホルダ１５を介して支持部１６に一側面でしか固定されておらず、しかも回折格子１４が基板１１に非接触状態である。従って、基板１１の熱で支持部１６の下部は変位するが、この変位部分と回折格子１４との間にはホルダ１５が介在しているので、支持部１６の変位が回折格子１４に直接影響することが無くなるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、光を反射又は透過させる細長の溝を石英板等に複数平行に形成した回折格子を備える光合分波器に関し、特に温度変化に伴う回折格子の格子間隔の変化を防止可能な光合分波器に関する。

ガラス基板上に平行で垂直な多数の溝を周期的に配列した回折格子に、光を入射すると透過又は反射した光が回折し、互いに干渉しあって特定の波長のみを取り出せることを利用して光の合波、分波を行うものである。なお、回折格子は光を反射するタイプは反射型、光を透過するタイプは透過型である。

従来の光合分波器として例えば特許文献１に記載のものがある。この光合分波器は反射型であり、図１（ａ）に示すように、基板１上に、一端側に入出力アレイポート２を有する光導波路アレイ素子３と、レンズ４と、回折格子５とを固定し、この固定の際に各部材の光軸を所定状態に調整して構成されている。また、図１（ｂ）に示すように、回折格子５は板状であり、その対向する二辺がロッド状の支持部材６、７で支持固定されている。

このような構成の光合分波器において、光導波路アレイ素子３の他端側から出力された光が、レンズ４を介して回折格子５に導かれて回折される。この回折された光がレンズ４を介して光導波路アレイ素子３の他端側に入力されることにより、光の合波又は分波が行われる。
特開平９−７３０２０号公報

ところで、上記特許文献１で説明した従来の光合分波器に用いられている回折格子５は、一般的に石英などのガラス材であることが多く、回折格子５を基板１上に固定するためのロッド状の支持部材６、７にも、回折格子５の材料と熱膨張係数が近いガラス材などが使用されている。しかし、基板１には一般的にコバール材などの金属が用いられるため、この基板１面に直接固定されている支持部材６、７や回折格子５とは熱膨張係数が異なる。

このため、基板１の温度が上昇すると、図１（ｃ）に矢印Ｙ１、Ｙ２で示すように、各支持部材６、７における基板１の上面に当接した部分や近い部位が、遠い部位よりも大きく変位する。このように各支持部材６、７が変位すると、各支持部材６、７に両側面が固定された回折格子５の形状も変位する。即ち、格子間隔もその変位に従ってＸ方向に変位するので光の回折角度が変化し、光の合波又は分波が適正に行えなくなるという課題があった。回折格子５は両側面が支持部材６、７に固定されているため、両側の支持部材６、７が変位すると、この変位に連動して変位することになる。

この温度による回折角度の変化について、図１に示した反射型の回折格子５を、図２（ａ）に示す透過型の回折格子５−１に置き換えた際の光合分波器を参照して更に説明する。但し、光導波路入力ポート８と回折格子５−１間には光束の中心軸のみを直線で示した。

光導波路入力ポート８から出射された光はレンズ４ａを介して回折格子５−１を透過し、この透過時の回折によって所定の波長間隔でＸ方向に分波される。この分波された光は、所定の回折角度でレンズ４ｂに入射され、レンズ４ｂで光導波路出力ポート９の導波路形成端面に直交する角度に光軸が屈折され、光導波路出力ポート９に結像するようになっている。

ここで、回折格子５−１への入射角度をα、回折角度をβとすれば回折格子方程式より回折角度βは次式（１）のようになる。但し、ｄは格子間隔、ｍは回折の次数、λは光の波長である。

ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλより、
β＝ａｒｃｓｉｎ（ｍ・λ／ｄ−ｓｉｎα） …（１）
式（１）より、回折格子５−１の格子間隔が変化すれば、回折角度βが変化することが分かる。

更に、中心波長をλ０、波長間隔をｄλとすれば、図２（ｂ）に示すように、隣接波長はλ０＋ｄλ、λ０−ｄλと表現でき、光導波路出力ポート９の光入射間隔Ｐはレンズ４ｂの焦点距離をｆ、隣接波長の回折角度差をｄβとした場合、次式（２）で求められる。

Ｐ＝ｔａｎ（ｄβ）・ｆ…（２）
式（２）より、回折角度差ｄβが変化すれば、光入射間隔Ｐが変化することが分かる。本来、光入射間隔Ｐは固定のため、回折角度差ｄβが変化すれば、図２（ｃ）に示すように光導波路出力ポート９の端面の導波路入射部９ａに対して、レンズ４ｂからの光の結像位置ＯＰ１がＸ方向にずれ、結合損失が生じる。即ち、回折格子５−１の格子間隔が変化すれば結合損失が生じることになる。従って、温度変化に伴い回折格子５−１の格子間隔が変化することにより結合損失が増加するという問題があった。

前記課題を解決するために、本発明は、温度変化に伴う回折格子の格子間隔の変位を低減することによって、光の回折角度の変化を低減して光の合波又は分波を適正に行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、光導波路アレイ素子から出力された光を、平行に形成された複数の直線状の格子で反射又は透過して回折させる板状の回折格子を有し、この回折格子が基板上に固定された光合分波器において、前記回折格子の側面を保持するホルダと、前記ホルダで保持された回折格子が前記基板上に非接触状態で、当該ホルダを当該基板上に支持して固定する支持部と、を備えることを特徴とする光合分波器を構成した。

この構成によれば、回折格子はホルダを介して支持部に側面で固定されており、しかも回折格子が基板に非接触状態であるため、基板の熱が直接伝導するのは１つの支持部のみである。従って、基板の熱で支持部の下部は変位するが、この変位部分と回折格子との間にはホルダが介在しているので、支持部の変位が回折格子に直接影響することを低減できる。つまり、回折格子は基板の温度上昇による熱で変位することを低減できる。

本発明の光合分波器は、前記ホルダが角柱形状を成し、この角柱形状の一側面に前記回折格子の一側面が固定されていることが望ましい。

この構成によれば、回折格子を単純な形状のホルダで保持する構造としたので、製作コストの削減を図ることができる。

本発明の光合分波器は、前記ホルダが、前記基板上の面と平行な底面及び当該底面に対して垂直な側面が直角に接合された入隅を有するＬ字形状を成し、このＬ字形状の入隅に前記回折格子の角が当接されて当該回折格子が当該ホルダに固定され、この固定面の一方である前記底面を有する部分が、前記支持部による当該ホルダの支持時に前記基板上に非接触状態となることが望ましい。

この構成によれば、回折格子の一側面と底面が梁部で固定保持されることになるので、回折格子を強固に固定することができる。

本発明の光合分波器は、前記Ｌ字形状のホルダの入隅に座繰りが形成されていることが望ましい。

この構成によれば、回折格子をホルダに接着剤や半田等で固定する際に、半田や接着剤の収縮による回折格子の入隅への応力が集中しないようにすることができる。

本発明の光合分波器は、前記ホルダが、前記回折格子と同一材料により形成されていることが望ましい。

この構成によれば、ホルダと回折格子とが周囲環境に対して同一の感応状態となるので、微弱な変位などの物理的な悪影響を相手側に及ぼすことを無くすことができる。

本発明の光合分波器は、前記支持部が、前記回折格子の材料と熱膨張係数の近い材料で形成されていることが望ましい。

この構成によれば、支持部の熱膨張係数が回折格子の熱膨張係数により近くなるので、支持部が基板から受けた熱の影響を回折格子に伝えにくくなる。

本発明の光合分波器は、前記回折格子における前記格子と平行な側面が前記ホルダに固定され、この固定側面と対向するホルダの側面が前記支持部に固定され、この固定側面が前記基板上の面に対して垂直となる状態に当該支持部が当該基板上に固定されていることが望ましい。

この構成によれば、回折格子がホルダを介して固定されているので、基板の上面と固定部分間で生じる熱歪（熱による変位）の影響を受けにくくなる。

本発明の光合分波器は、前記回折格子における前記格子と垂直な底面が前記ホルダに固定され、この固定底面と直交するホルダの側面が前記支持部に固定され、この固定底面が前記基板上の面に対して平行となる状態に当該支持部が当該基板上に固定されていることが望ましい。

本発明によれば、温度変化に伴う回折格子の格子間隔の変位を低減することによって、光の回折角度の変化を低減して光の合波又は分波を適正に行うことができ、結合損失変動の少ない光合分波器を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は温度変化による支持部の変位の状態を示す正面図である。

図３に示すように、光合分波器１０は、コバール材などの金属性の基板１１上に、外部から図示せぬ光ファイバで導かれた光を出射する光導波路入力ポート１２と、レンズ１３と、石英等のガラス材に縦縞状に複数の溝が形成された透過型の回折格子１４と、回折格子１４の一側面を固定して保持する角柱状のホルダ１５と、ホルダ１５を基板１１上に支持固定する角柱状の支持部１６と、レンズ１７と、光が入射される光導波路出力ポート１８とを備えて構成され、これら要素１２、１３、１６、１７、１８を基板１１上に固定する際に必要な要素の光軸が所定状態に調整されている。但し、光導波路入力ポート１２と回折格子１４との間及び回折格子１４と光導波路出力ポート１８との間では光束の中心軸のみを直線で示した。

このような構成において、光導波路入力ポート１２から出射された光が、レンズ１３を介して回折格子１４を透過し、この透過時の回折によってＸ方向に所定の波長間隔に分波される。この分波された光は、所定の回折角度でレンズ１７に入射され、レンズ１７で光導波路出力ポート１８の導波路形成端面の導波路入射部に入射されるように光軸が屈折され、光導波路出力ポート１８に結像するようになっている。

本実施形態の特徴は、回折格子１４の一側面をホルダ１５で固定して保持し、このホルダ１５で保持された回折格子１４が基板１１上に非接触状態となるように、支持部１６でホルダ１５を基板１１上に支持して固定した点にある。

ホルダ１５に回折格子１４を固定する場合は、ホルダ１５と回折格子１４との互いの一側面を接着剤や半田等で固定する。この回折格子１４が固定されたホルダ１５を支持部１６で基板１１上に支持して固定する場合は、まず、ホルダ１５の回折格子１４が固定された側面との対向面を接着剤や半田等で固定し、この後に回折格子１４と各レンズ１３、１７との光軸合わせを行う。そして、回折格子１４が基板１１の上面に非接触状態となるように、支持部１６を基板１１の上面に接着剤や半田等で固定する。

これによって、回折格子１４における格子と平行な側面がホルダ１５に固定され、この固定側面と対向するホルダ１５の側面が支持部１６に固定され、この固定側面が基板１１の上面に対して垂直となる状態に支持部１６が基板１１上に固定された構成となる。

但し、回折格子１４が基板１１上に接触しないようにしたのは、基板１１の熱が直接回折格子１４に伝導しないようにするためである。また、各レンズ１３、１７との光軸合わせを行う場合は、先に支持部１６を基板１１上に固定軸等を用いて固定しても良い。支持部１６の固定には、ＹＡＧ溶接を用いてもよい。更に、回折格子１４と基板１１の上面とのギャップは、１ｍｍ以上離れていてもよい。

このような第１の実施形態の光合分波器においては、回折格子１４の一側面をホルダ１５で固定して保持し、このホルダ１５で保持された回折格子１４が基板１１上に非接触状態となるように、支持部１６でホルダ１５を基板１１上に支持して固定するようにした。

従来構成では、基板上に回折格子の両側面が２つの支持部材によって固定されていた。このため、基板の温度が支持部材に伝導して両側の支持部材が変位すると、回折格子には両側から支持部材の変位の力が働くので変位し易くなり、結果的に回折格子は両側の支持部材の変位に連動して変位していた。

しかし、本実施形態では、回折格子１４はホルダ１５を介して支持部１６に一側面でしか固定されておらず、しかも回折格子１４が基板１１に非接触状態であるため、基板１１の熱が直接伝導するのは１つの支持部１６のみである。従って、図３（ｃ）に矢印Ｙ３、Ｙ４で示すように、基板１１の熱で支持部１６の下部は変位するが、この変位部分と回折格子１４との間にはホルダ１５が介在しているので、支持部１６の変位が回折格子１４に直接影響することが無くなる。つまり、回折格子１４は基板１１の温度上昇による熱で変位することを低減できる。

また、回折格子１４における縦縞状の格子と平行な側面をホルダ１５に固定し、この固定側面と対向するホルダ１５の側面を支持部１６に固定し、この固定側面が基板１１の上面に対して垂直となる状態に支持部１６を基板１１上に固定した。つまり、回折格子１４の格子が基板１１の上面に対して垂直状態にホルダ１５を介して固定されているので、基板１１の上面と固定部分間で生じる熱歪（熱による変位）の影響を受けにくくなる。

また、ホルダ１５と基板１１の上面との間をギャップ空間としたので、ホルダ１５が固定された支持部１６と基板１１の上面とのバイメタル効果の影響を受けなくなり、回折格子１４への悪影響も無くなる。

また、ホルダ１５を回折格子１４と同一材料により形成してもよい。この場合、ホルダ１５と回折格子１４とが周囲環境に対して同一の感応状態となるので、微弱な変位などの物理的な悪影響を相手側に及ぼすことを無くすことができる。

更に、支持部１６を回折格子１４の材料と熱膨張係数の近い材料で形成してもよい。例えば、インバー材などの鉄・ニッケル系の材料で形成する。この場合、支持部１６の熱膨張係数が回折格子１４の熱膨張係数により近くなるので、支持部１６が基板１１から受けた熱の影響を回折格子１４に伝えにくくなる。従って、回折格子１４は基板１１の温度上昇による熱で変位することが低減できるので、温度変化に伴う回折格子の格子間隔の変位を低減することによって、光の回折角度の変化を低減して光の合波又は分波を適正に行うことができる。

（第２の実施形態）
図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は温度変化による支持部の変位の状態を示す正面図である。

図４に示すように、光合分波器４０は、コバール材などの金属性の基板１１上に、外部から図示せぬ光ファイバで導かれた光を出射する光導波路入力ポート１２と、レンズ１３と、石英等のガラス材に縦縞状に複数の溝が形成された透過型の回折格子１４と、回折格子１４の底面を固定して保持する角柱状のホルダ１９と、ホルダ１９を基板１１上に支持固定する角柱状の支持部１６と、レンズ１７と、光が入射される光導波路出力ポート１８とを備えて構成され、これら要素１２、１３、１６、１７、１８を基板１１上に固定する際に必要な要素の光軸が所定状態に調整されている。但し、光導波路入力ポート１２と回折格子１４との間及び回折格子１４と光導波路出力ポート１８との間では光束の中心軸のみを直線で示した。

本実施形態の特徴は、回折格子１４の底面をホルダ１９で固定して保持し、このホルダ１９で保持された回折格子１４が基板１１上に非接触状態となるように、支持部１６でホルダ１９を基板１１上に支持して固定した点にある。

ホルダ１９に回折格子１４を固定する場合は、ホルダ１９の上面と回折格子１４の底面とを接着剤や半田等で固定する。この回折格子１４が固定されたホルダ１９を支持部１６で基板１１上に支持して固定する場合は、まず、ホルダ１９の回折格子１４が固定された上面に対する側面を接着剤や半田等で固定し、この後に回折格子１４と各レンズ１３、１７との光軸合わせを行う。そして、回折格子１４が基板１１の上面に非接触状態となるように、支持部１６を基板１１の上面に接着剤や半田等で固定する。

これによって、回折格子１４における格子と垂直な底面がホルダ１９に固定され、この固定底面と垂直なホルダ１９の側面が支持部１６に固定され、この固定側面が基板１１の上面に対して垂直となる状態に支持部１６が基板１１上に固定された構成となる。

このような第２の実施形態の光合分波器においては、回折格子１４の底面をホルダ１９で固定して保持し、このホルダ１９で保持された回折格子１４が基板１１上に非接触状態となるように、支持部１６でホルダ１９を基板１１上に支持して固定するようにした。

しかし、本実施形態では、回折格子１４はホルダ１９を介して支持部１６に底面でしか固定されておらず、しかも回折格子１４が基板１１に非接触状態であるため、基板１１の熱が直接伝導するのは１つの支持部１６のみである。従って、図４（ｃ）に矢印Ｙ７、Ｙ８で示すように、基板１１の熱で支持部１６の下部は変位するが、この変位部分と回折格子１４との間にはホルダ１９が介在しているので、支持部１６の変位が回折格子１４に直接影響することが無くなる。つまり、回折格子１４は基板１１の温度上昇による熱で変位することを低減できる。

また、回折格子１４における縦縞状の格子と垂直な底面をホルダ１９に固定し、この固定底面と垂直なホルダ１９の側面を支持部１６に固定し、この固定側面が基板１１の上面に対して垂直となる状態に支持部１６を基板１１上に固定した。つまり、回折格子１４の格子が基板１１の上面に対して垂直状態にホルダ１９を介して固定されているので、基板１１の上面と固定部分間で生じる熱歪（熱による変位）の影響を受けにくくなる。

また、ホルダ１９と基板１１の上面との間をギャップ空間としたので、ホルダ１９が固定された支持部１６と基板１１の上面とのバイメタル効果の影響を受けなくなり、回折格子１４への悪影響も無くなる。

また、ホルダ１９を回折格子１４と同一材料により形成してもよい。この場合、ホルダ１９と回折格子１４とが周囲環境に対して同一の感応状態となるので、微弱な変位などの物理的な悪影響を相手側に及ぼすことを無くすことができる。

（第３の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す斜視図である。

図５に示す第３の実施形態の光合分波器２０が、第１の実施形態の光合分波器１０と異なる点は、ホルダ１５をＬ字型のホルダ２１としたことにある。

即ち、ホルダ２１は、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、基板１１の上面と平行な底面２１ａ及び底面２１ａに対して垂直な側面２１ｂが直角に接合された入隅を有するＬ字形状を成す。このホルダ２１に回折格子１４を固定する場合は、ホルダ２１の入隅に回折格子１４の角を当接して底面２１ａ及び側面２１ｂに接着剤や半田等で固定する。

この回折格子１４が固定されたホルダ２１を支持部１６で基板１１上に支持して固定する場合は、まず、ホルダ２１の回折格子１４が固定された側面２１ｂとの対向面を接着剤や半田等で固定し、この後に回折格子１４と各レンズ１３、１７との光軸合わせを行う。そして、ホルダ２１の底面２１ａを有する梁部２１ｃが基板１１の上面に非接触状態となるように、支持部１６を基板１１の上面に接着剤や半田等で固定する。

但し、回折格子１４が固定された梁部２１ｃが基板１１上に接触しないようにしたのは、基板１１の熱が直接梁部２１ｃを介して回折格子１４に伝導しないようにするためである。また、各レンズ１３、１７との光軸合わせを行う場合は、先に支持部１６を基板１１上に固定軸等を用いて固定しても良い。支持部１６の固定には、ＹＡＧ溶接を用いてもよい。また、ホルダ２１の梁部２１ｃと基板１１の上面とのギャップは、１ｍｍ以上離れていてもよい。

このような第３の実施形態の光合分波器においては、第１の実施形態のホルダ１５に代え、Ｌ字形状のホルダ２１を用いて回折格子１４を基板１１の上面にギャップ空間を介して固定保持するようにした。このようにＬ字形状のホルダ２１で回折格子１４を固定保持した場合、回折格子１４の一側面のみならず底面も梁部２１ｃで固定保持されるが、梁部２１ｃは基板１１の上面に当接していないので、結果的に第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、回折格子１４の一側面のみならず底面も梁部２１ｃで固定保持されることになるので、回折格子１４を第１の実施形態よりもより強固に固定することができる。

第３の実施形態においても、基板１１の熱が直接伝導するのは１つの支持部１６のみであり、基板１１の熱で支持部１６の下部は変位するが、この変位部分と回折格子１４との間にはホルダ２１が介在しているので、ホルダ２１がＬ字形状であっても支持部１６の変位が回折格子１４に直接影響することは無い。つまり、回折格子１４は基板１１の温度上昇による熱で変位することを低減できる。

また、回折格子１４の格子が基板１１の上面に対して垂直状態にホルダ２１を介して固定されているので、基板１１の上面と固定部分間で生じる熱歪の影響を受けにくくなる。

また、ホルダ２１の梁部２１ｃと基板１１の上面との間をギャップ空間としたので、ホルダ２１が固定された支持部１６と基板１１の上面とのバイメタル効果の影響を受けなくなり、回折格子１４への悪影響も無くなる。

また、ホルダ２１を回折格子１４と同一材料により形成することにより、ホルダ２１と回折格子１４とが周囲環境に対して同一の感応状態となるので、微弱な変位などの物理的な悪影響を相手側に及ぼすことを無くすことができる。

更に、第３の実施形態においては、回折格子１４をホルダ２１の側面２１ｂのみならず梁部２１ｃでも固定保持するようにしたので、回折格子１４の固定強度を高くすることができ、長期間の使用でも光軸のずれを少なくすることができる。

この他、図６（ａ）に示す正面図及び（ｂ）に示す（ａ）の右側面図に示すように、Ｌ字形状のホルダ２１の底面２１ａ（図５（ｃ）参照）と側面２１ｂとが付き合う角（入隅）に、回折格子１４の縦縞状の格子と直交方向に座繰り２１ｄを形成してもよい。座繰り２１ｄは、ホルダ２１の入隅に沿って底面２１ａと平行に断面三角形状の凹溝状に形成されている。

このように座繰り２１ｄを形成した場合、回折格子１４をホルダ２１に接着剤や半田等で固定する際に、半田や接着剤の収縮による回折格子１４の入隅への応力が集中しないようにすることができる。換言すれば座繰り２１ｄによって入隅への応力を分散させることができる。

次に、基板１１の温度上昇による熱の回避効果について解析結果を示して説明する。
図６（ａ）は基板１１の上面が２５℃の場合、（ｃ）は基板１１の上面が７５℃の場合の支持部１６、ホルダ２１及び回折格子１４の熱歪解析結果の状態を示す。７５℃の場合は、矢印Ｙ５、Ｙ６で示すように、支持部１６の下部が変位している。しかし、回折格子１４への影響は見られなかった。つまり、支持部１６の下部が変位しても回折格子１４は変位しなかった。

また、図６に示した実施形態形状と、図２に示した従来形状との熱歪解析結果で得られた格子間隔の長さ（μｍ）は図７の表に示す通りである。なお、実施形態形状という場合は、図６に示した座繰り２１ｄつきのホルダ２１に回折格子１４が保持された構造を指す。また、従来形状は図２に示した回折格子５−１の両側が支持部材６、７で支持された構造を指す。

即ち、図７に示すように、２５℃の時を歪ゼロとし、格子間隔を１μｍとした場合、熱歪解析結果で得られた格子間隔の変位量は、回折格子単体では上部で６ｐｍ、中部で４ｐｍ、下部で６ｐｍである。従来形状では上部で７７ｐｍ、中部で５８ｐｍ、下部で１９９ｐｍである。実施形態形状では上部で１７ｐｍ、中部で１７ｐｍ、下部で１６ｐｍである。

但し、比較のため回折格子単体での熱歪解析をみて差を抽出した（回折格子の格子間隔変位は均一な変位として仮定した）。合わせて回折角度の変位を基板１１の上面が２５℃の時を歪ゼロとし、７０℃にした時の変位を回折の条件の前述の式（１）にて回折角を算出した。

また、焦点距離ｆ＝１００ｍｍのレンズを使用した時の結像位置のずれ（μｍ）を前述の式（２）を用いて求め、これを図８に、光波長（ｎｍ）との関係グラフとして示した。図８において、Ｆ０は２５℃の際に回折格子歪ゼロの場合の結像位置ずれと光波長との関係を示す線分である。Ｆ１は回折格子単体で７０℃の場合での結像位置ずれと光波長との関係を示す線分である。Ｆ２は従来形状上部で７０℃の場合での結像位置ずれと光波長との関係を示す線分である。Ｆ３は従来形状中部で７０℃の場合での結像位置ずれと光波長との関係を示す線分である。Ｆ４は従来形状下部で７０℃の場合での結像位置ずれと光波長との関係を示す線分である。Ｆ５は実施形態形状で７０℃の場合での結像位置ずれと光波長との関係を示す線分である。

但し、焦点距離ｆ＝１００ｍｍと十分に長くしたのは、ポート間クロストークを確保するためである。焦点距離ｆを短縮すると上式（２）より光導波路出力ポート１８の光入射間隔Ｐが縮小し、ポート間クロストーク悪化の原因になるからである。

次に実施形態形状の効果を説明する。図７に示す表から従来形状では格子間隔が基板に近い下部で大きく変化しており、実施形態形状では上部、中部、下部とも殆ど変化していないことが分かる。従って、７０℃での格子間隔の変位が従来形状よりも低減されていることがわかる。

次に、図８に示すグラフよりＦ５で示す実施形態形状が回折格子の熱変位が減少していることがわかる。この効果を更に図９を参照して説明する。図９において、１８ａは光導波路出力ポート１８の光入射端面の導波路入射部であり、ＯＰ１は従来形状の光の結像位置、ＯＰ２は実施形態形状の光の結像位置である。Ｌ１＝３．６μｍは、導波路入射部１８ａの中心と光の結像位置ＯＰ１の中心とのずれの長さ、Ｌ２＝０．３μｍは、導波路入射部１８ａの中心と光の結像位置ＯＰ２の中心とのずれの長さである。

この図９に示すように、導波路入射部１８ａに対して従来形状の光の結像位置ＯＰ１は、Ｌ１＝３．６μｍずれているが、実施形態形状の光の結像位置ＯＰ２は、０．３μｍのずれしかない。この数値から実施形態形状では回折格子の熱変位が減少していることが明確にわかる。

更に、この時の光結合損失を算出すると、従来形状では約１．７７ｄＢに対し、実施形態形状では約０．０１ｄＢと低損失になっている。よって、実施形態形状を用いれば、温度変化に対して高安定、即ち光損失変動が少ない光合分波器を提供することができる。

以上説明した全ての実施形態では回折格子１４が透過型の光合分波器であったが、図１０に示す光合分波器３０のように、回折格子３４が反射型であっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、光合分波器３０は、基板３１上に光導波路入出力ポート３２と、レンズ３３と、石英等のガラス材に縦縞状に複数の溝が形成された透過型の回折格子３４と、回折格子３４の一側面及び底面を固定して保持するＬ字形状のホルダ２１と、ホルダ２１を基板３１上に支持固定する角柱状の支持部１６とを備えて構成されている。

本発明の光合分波器は、インターネットにおける情報通信量の増大に対応するための波長分割多重フォトニックネットワークなどの光通信ネットワークに適用することができる。

（ａ）は従来の反射型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は温度変化による支持部の変位の状態を示す正面図である。（ａ）は従来の透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は回折格子から光導波路出力ポートへの光軸を示す図、（ｃ）は光導波路出力ポートの端面の導波路入射部と光の結像位置とのずれを示す図である。（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は温度変化による支持部の変位の状態を示す正面図である。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は温度変化による支持部の変位の状態を示す正面図である。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る透過型の光合分波器の構成を示す平面図、（ｂ）は光合分波器における基板上の回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す正面図、（ｃ）は回折格子、ホルダ及び支持部の構成を示す斜視図である。（ａ）は第３の実施形態の光合分波器において座繰りを有するＬ字形状の回折格子の構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は温度変化による支持部の変位の状態を示す正面図である。回折格子単位、従来形状及び実施形態形状の各々において熱歪解析結果で得られた格子間隔の長さの表を示す図である。従来形状と実施形態形状における熱解析による結像位置ずれと光波長との関係図である。光導波路出力ポートの端面の導波路入射部に対する実施形態及び従来例の光の結像位置のずれを示す図である。第３の実施形態によるＬ字形状ホルダに反射型の回折格子を固定した光合分波器の構成を示す図である。

符号の説明

１、１１、３１：基板
２：入出力アレイポート
３：光導波路アレイ素子
４、４ａ、４ｂ、１３、１７、３３：レンズ
５、５−１、１４、３４：回折格子
６、７、１６：支持部材
８、１２：光導波路入力ポート
９、１８：光導波路出力ポート
９ａ、１８ａ：導波路入射部
１０、２０、３０、４０：光合分波器
１５、１９、２１：ホルダ
２１ａ：底面
２１ｂ：側面
２１ｃ：梁部
２１ｄ：座繰り
３２：光導波路入出力ポート

Claims

光導波路アレイ素子から出力された光を、平行に形成された複数の直線状の格子で反射又は透過して回折させる板状の回折格子を有し、この回折格子が基板上に固定された光合分波器において、
前記回折格子の側面を保持するホルダと、
前記ホルダで保持された回折格子が前記基板上に非接触状態で、当該ホルダを当該基板上に支持して固定する支持部と、
を備えることを特徴とする光合分波器。
前記ホルダが角柱形状を成し、この角柱形状の一側面に前記回折格子の一側面が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
前記ホルダが、前記基板上の面と平行な底面及び当該底面に対して垂直な側面が直角に接合された入隅を有するＬ字形状を成し、このＬ字形状の入隅に前記回折格子の角が当接されて当該回折格子が当該ホルダに固定され、この固定面の一方である前記底面を有する部分が、前記支持部による当該ホルダの支持時に前記基板上に非接触状態となることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
前記Ｌ字形状のホルダの入隅に座繰りが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。
前記ホルダが、前記回折格子と同一材料により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光合分波器。
前記支持部が、前記回折格子の材料と熱膨張係数の近い材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光合分波器。
前記回折格子における前記格子と平行な側面が前記ホルダに固定され、この固定側面と対向するホルダの側面が前記支持部に固定され、この固定側面が前記基板上の面に対して垂直となる状態に当該支持部が当該基板上に固定されていることを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの光合分波器。
前記回折格子における前記格子と垂直な底面が前記ホルダに固定され、この固定底面と直交するホルダの側面が前記支持部に固定され、この固定底面が前記基板上の面に対して平行となる状態に当該支持部が当該基板上に固定されていることを特徴とする請求項１から７に記載のいずれかの光合分波器。