JP2011191646A - 光学装置の製造方法及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの焦点を任意の位置に調整可能な光学装置を提供する。
【解決手段】光学素子と、互いに非平行な２つの面を有し前記２つの面のうち一方の面で前記光学素子と接する透光性部材と、前記透光性部材の前記２つの面のうち他方の面と接し、前記透光性部材の前記２つの面を介して前記光学素子に光学的に結合されるレンズと、を備えた光学装置の製造方法であって、前記光学素子と前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記透光性部材を前記光学素子と前記レンズの両方に対して移動させることにより前記レンズと前記光学素子との距離を調整する工程を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学装置の製造方法及び光学装置に関する。

図５は、光導波路素子５１０の出力端面Ｍにロッドレンズ５２０を接するようにして設けた光学装置の一構成例（上面図）である。このような構成においては、ロッドレンズ５２０の長さＬに応じて焦点Ｆの位置が変わることによって、出射光が拡散したり（同図（Ａ））、平行光となったり（同図（ｂ））、集光したり（同図（ｃ））する。そのため、例えば出射光を平行光としたい場合には、焦点Ｆが光導波路５３０の出力端に一致するよう適正なレンズ長さを有したロッドレンズ５２０を使用する必要がある。レンズ長さＬが適正値から十数μｍでもずれてしまうと出射光が平行光とならないため、ロッドレンズの製造許容誤差は非常に小さい。また、光導波路の屈折率やコア径によっても所要のレンズ長さが異なるので、光導波路素子の製造ばらつきに対応するためには、レンズ長さの異なる多数のロッドレンズを用意しなければならない。

また、レンズ基板の一方の面に複数のマイクロレンズを形成し、他方の面を一方の面に対して傾斜した傾斜面としたマイクロレンズアレイが知られている（特許文献１）。このようなマイクロレンズアレイによれば、複数のマイクロレンズのうち、最適な基板厚さにもっとも近い箇所のマイクロレンズを選択することで焦点の位置を調整できるので、図５のロッドレンズの場合のような製造上の許容誤差を低減する効果や、光導波路素子の製造ばらつきへの対応が容易であるといった効果が期待できる。

特開２００４−１０１８４８号公報

しかしながら、特許文献１の構成において、マイクロレンズアレイの焦点は、任意の位置に自由に調整できる訳ではなく、複数設けられたマイクロレンズの位置に対応した有限個の位置しかとり得ない。そのため、出射光を平行光にすることができない場合が生じてしまう、という問題がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズの焦点を任意の位置に調整可能な光学装置を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の光学装置の製造方法は、光学素子と、互いに非平行な２つの面を有し前記２つの面のうち一方の面で前記光学素子と接する透光性部材と、前記透光性部材の前記２つの面のうち他方の面と接し、前記透光性部材の前記２つの面を介して前記光学素子に光学的に結合されるレンズと、を備えた光学装置の製造方法であって、前記光学素子と前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記透光性部材を前記光学素子と前記レンズの両方に対して移動させることにより前記レンズと前記光学素子との距離を調整する工程を含むことを特徴とする。

また、本発明は、上記の光学装置の製造方法において、前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記光学素子に対して前記レンズのみを移動させる工程を更に含むことを特徴とする。

また、本発明の光学装置は、光学素子と、互いに非平行な２つの面を有し前記２つの面のうち一方の面で前記光学素子と接する透光性部材と、前記透光性部材の前記２つの面のうち他方の面と接し、前記透光性部材の前記２つの面を介して前記光学素子に光学的に結合されるレンズと、を備え、前記光学素子と前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記透光性部材を前記光学素子と前記レンズの両方に対して移動させることにより前記レンズと前記光学素子との距離が調整可能であることを特徴とする。

また、本発明は、上記の光学装置において、前記透光性部材は前記レンズと等しい屈折率を有することを特徴とする。

本発明によれば、レンズの焦点を任意の位置に調整可能である。

本発明の第１の実施形態による光学装置の構成を示す上面図である。 本発明の第１の実施形態による光学装置において透光性部材の位置と半球レンズから出射される光の関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態による光学装置の変形例の構成を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態による光学装置の構成を示す上面図である。 従来の光学装置の構成を示す上面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による光学装置の構成を示す上面図である。図１において、光学装置１は、光導波路素子１０と、透光性基板２０と、半球レンズ３０とを含んで構成されている。

光導波路素子１０は、基板１０１上に光導波路１０２が形成された光学素子であり、光導波路１０２が基板１０１の端面Ｍ１に対して直角に配置されている。光導波路素子１０の例として、光変調器や半導体レーザなどが適用可能である。
図１には、光導波路素子１０の出力端部付近を示しており、光導波路１０２を図中左方向から伝搬してきた光は、後述する透光性基板２０と半球レンズ３０とを介して、光学装置１から図中右方向へ向けて出射される。

透光性基板２０は、平面Ｎ１と平面Ｎ１に対して傾斜した平面Ｎ２とを有する基板であり、使用する波長の光に対して十分な透光性を有している。透光性基板２０は、平面Ｎ１が光導波路素子１０の端面Ｍ１と接した状態で、光導波路素子１０に固定されている。

半球レンズ３０は、外周面が半球面と平面Ｍ２とで構成されたレンズである。半球レンズ３０は、平面Ｍ２が透光性基板２０の平面Ｎ２と接した状態で、透光性基板２０に固定されている。

次に、図２を参照し、光学装置１における光導波路素子１０と透光性基板２０と半球レンズ３０の詳細な位置関係を、光学装置１の製造方法とあわせて以下説明する。

まず、光導波路素子１０と透光性基板２０と半球レンズ３０を、この順番に配置する。そして、半球レンズ３０を半球面の中心Ｃが光導波路１０２の延長線上に来るようにした状態で、基板１０１の端面Ｍ１と透光性基板２０の平面Ｎ１、及び、透光性基板２０の平面Ｎ２と半球レンズ３０の平面Ｍ２をそれぞれ接触させる。透光性基板２０の光導波路１０２と直角な方向の位置は、この時点では任意である。また、光導波路素子１０と透光性基板２０と半球レンズ３０の各部材間は、この時点ではまだ固定しない。

次に、光導波路素子１０の光導波路１０２に、図中左方向から光を伝搬させる。このとき、光導波路１０２に対し直角な方向における透光性基板２０の位置に応じて、光導波路１０２の出射端部と半球レンズ３０との距離が変わるため、半球レンズ３０を通過後の光は、図２（Ａ）のように拡散した光であるか、同図（Ｂ）のようにコリメートされた光であるか、同図（Ｃ）のように集光された光であるかのいずれかの状態となっている。

例えば、図２（Ａ）においては、透光性基板２０の薄い部分（厚さＴ１）が光導波路１０２の出射端部と半球レンズ３０との間に位置している。このため、半球レンズ３０の焦点Ｆは、透光性基板２０の平面Ｎ１（光導波路１０２の出射端部）よりも半球レンズ３０から遠い場所（図中左側）に位置し、光導波路１０２の出射端部と半球レンズ３０との距離が、半球レンズ３０の焦点距離よりも短くなっている。よって、半球レンズ３０を通過後の光は図のように拡散されることになる。

また、図２（Ｃ）においては、透光性基板２０の厚い部分（厚さＴ３）が光導波路１０２の出射端部と半球レンズ３０との間に位置している。このため、半球レンズ３０の焦点Ｆは、透光性基板２０の平面Ｎ１（光導波路１０２の出射端部）よりも半球レンズ３０に近い場所（図中右側）に位置し、光導波路１０２の出射端部と半球レンズ３０との距離が、半球レンズ３０の焦点距離よりも長くなっている。よって、半球レンズ３０を通過後の光は図のように集光されることになる。

また、図２（Ｂ）においては、透光性基板２０の中央付近（厚さＴ２）が光導波路１０２の出射端部と半球レンズ３０との間に位置して、丁度、半球レンズ３０の焦点Ｆが透光性基板２０の平面Ｎ１上に位置している（焦点Ｆが光導波路１０２の出射端部と一致している）。よって、半球レンズ３０を通過後の光は図のようにコリメートされることになる。

さて次に、基板１０１の端面Ｍ１と透光性基板２０の平面Ｎ１、及び、透光性基板２０の平面Ｎ２と半球レンズ３０の平面Ｍ２をそれぞれ接触させたまま、透光性基板２０の位置を光導波路１０２と直角な方向に適宜移動させて、半球レンズ３０を通過後の光が、例えば図２（Ｂ）のようにコリメートされた状態となるように調整する。透光性基板２０の位置を必要に応じた細かさで移動させることにより、半球レンズ３０の焦点Ｆの位置が連続的に変化するので、光導波路素子１０や半球レンズ３０の光学特性や製造ばらつきに依存することなく、コリメート光を得ることが可能である。

なお、光学装置１の用途によっては、図２（Ａ）や（Ｃ）のような状態となるよう調整してもよい。また、透光性基板２０を移動させた後、更に半球レンズ３０を移動させて、半球レンズ３０から出射される光の出射方向を調整してもよい。

最後に、上記のように所望の位置へ移動させた透光性基板２０と光導波路素子１０及び半球レンズ３０とを、接着などにより固定する。
こうして、光学装置１を構成している各部材の位置が調整される。

なお、透光性基板２０と半球レンズ３０の界面（平面Ｍ２，Ｎ２）で光が屈折しないように、透光性基板２０と半球レンズ３０は屈折率が同じであることが望ましい。
また、上記説明では本発明を光学装置１の出力側に適用した場合について記載したが、本発明は入力側にも同様に適用可能である。
また、半球レンズ３０に代えて、外周面が非球面の一部と平面とで構成されたレンズを用いてもよい。

また、図３（Ａ）に示すように、光導波路素子１０を基板１０１の端面Ｍ１が光導波路１０２に対して傾斜した形状とし、透光性基板２０の半球レンズ３０と接する平面Ｎ２を光導波路１０２と直角な平面としてもよい。更に、図３（Ｂ）に示すように、透光性基板２０の半球レンズ３０と接する平面Ｎ２も光導波路１０２に対して傾斜した平面としてもよい。いずれの構成においても、例えば半球レンズ３０の位置を調整する（透光性基板２０と接触させたまま半球レンズ３０をずらす）ことにより、半球レンズ３０を通過後の光の光軸を光導波路１０２の光軸と平行にすることができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による光学装置の構成を示す上面図である。この光学装置４１は、偏波合成された変調光を出力する偏波合成型変調器であって、入力光を変調する変調器本体４１０と、変調器本体４１０から出射された光の偏波を回転させる１／２波長板４３０ａ，４３０ｂと、１／２波長板４３０ａ，４３０ｂから出射された光をコリメートするとともに光軸が互いに平行となるよう光路を変換する円筒レンズ４２０と、円筒レンズ４２０から出射された偏波の異なる光をその光路が一致するよう合成する偏波合成素子４４０とを有している。

変調器本体４１０は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮと称す）基板上に光導波路及び変調電極が形成されてなる光導波路素子（ＬＮ光変調器）である。
この変調器本体４１０の光導波路は、マッハツェンダー導波路ＭＡの両アームにマッハツェンダー導波路ＭＢ，ＭＣが設けられ、マッハツェンダー導波路ＭＢの両アームにマッハツェンダー導波路４１０１，４１０２が、マッハツェンダー導波路ＭＣの両アームにマッハツェンダー導波路４１０３，４１０４が、それぞれ設けられた入れ子構造を有する。即ち、変調器本体４１０への入力光は、マッハツェンダー導波路ＭＡの入力導波路４１０６へ導入され、アーム上のマッハツェンダー導波路ＭＢとＭＣへ分岐される。また、マッハツェンダー導波路ＭＢへ入力された光は、マッハツェンダー導波路４１０１と４１０２へ分岐され、マッハツェンダー導波路ＭＣへ入力された光は、マッハツェンダー導波路４１０３と４１０４へ分岐される。そして、マッハツェンダー導波路４１０１と４１０２からの出力光は、マッハツェンダー導波路ＭＢにより合波されてマッハツェンダー導波路ＭＡのアーム４１０８へ導入され、マッハツェンダー導波路４１０３と４１０４からの出力光は、マッハツェンダー導波路ＭＣにより合波されてマッハツェンダー導波路ＭＡのアーム４１０９へ導入される。

マッハツェンダー導波路４１０１〜４１０４は、それぞれに設けられた不図示の変調電極とともにＬＮ光変調器を形成している。各ＬＮ光変調器４１０１〜４１０４の変調電極には、不図示の駆動回路から例えば１０Ｇｂ／ｓの駆動信号が与えられ、各ＬＮ光変調器４１０１〜４１０４は、１０Ｇｂ／ｓで変調された変調光を出力する。マッハツェンダー導波路ＭＢのＬＮ光変調器４１０１と４１０２の変調方式は、ここではＤＱＰＳＫ（差動四相位相偏移変調）を用いる。マッハツェンダー導波路ＭＣのＬＮ光変調器４１０３と４１０４の変調方式も同様である。ＤＱＰＳＫにより、マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム４１０８，４１０９へ導入される光は、２０Ｇｂ／ｓの変調光となる。

マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム４１０８は、ＬＮ基板（変調器本体４１０）の一端面Ｍの近傍部分（出力導波路１０８１）が、端面Ｍの法線に対して角度θ_１をなすように設けられている。また、同様に、マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム４１０９は、端面Ｍの近傍部分（出力導波路１０９１）が、端面Ｍの法線に対して角度θ_２をなすように設けられている。このように、出力導波路１０８１，１０９１が端面Ｍに対して斜めに設けられていることにより、端面Ｍから出力導波路１０８１，１０９１への戻り光を低減することができる。

ここで、出力導波路１０８１，１０９１と端面Ｍの法線とのなす角度θ_１，θ_２は、例えば２°〜４°の範囲とすることが好ましい。θ_１＝θ_２＝２°とした場合、出力導波路１０８１，１０９１の端面Ｍにおける反射損失（リターンロス）は３０ｄＢとなり、θ_１＝θ_２＝３．５°とした場合、反射損失は５５ｄＢとなる。これに対して、出力導波路１０８１，１０９１が端面Ｍに垂直、即ちθ_１＝θ_２＝０°の場合の反射損失は１３ｄＢであるので、この場合と比べて本実施形態では端面Ｍから出力導波路１０８１，１０９１への戻り光を大幅に低減することができている。

１／２波長板４３０ａは、出力導波路１０８１から出射された光の偏波面を４５°回転させる。また、１／２波長板４３０ｂは、出力導波路１０９１から出射された光の偏波面を、出力導波路１０８１から出射された光とは反対方向に４５°回転させる。これにより、１／２波長板４３０ａを出射した光と１／２波長板４３０ｂを出射した光は、互いに偏波面が９０°傾いた状態になる。
なお、１／２波長板４３０ａによる偏波面の回転角度が９０°となるようにし、１／２波長板４３０ｂによる偏波面が回転角度を０°となるようにしてもよい。また、１／２波長板４３０ａと１／２波長板４３０ｂは、円筒レンズ４２０と偏波合成素子４４０の間に設けるようにしてもよい。

円筒レンズ４２０は、１／２波長板４３０ａ，４３０ｂから出射された光がコリメートされ且つ円筒レンズ４２０を通過後に光軸が互いに平行となるようにするためのレンズであり、第１の実施形態として説明した透光性基板２０と半球レンズ３０とにより構成されている。円筒レンズ４２０へ入射される光が円筒レンズ４２０の光軸に対して斜め方向を向く配置となっているため、第１の実施形態と同様に透光性基板２０の位置を調整することにより、円筒レンズ４２０からの出射光を互いに平行にすることが可能である。

偏波合成素子４４０は、互いの偏波面が９０°傾いた状態で異なる入射位置に入射された円筒レンズ４２０からの２つの光を、同一の光路上に出射する。これにより、偏波面が９０°傾いた２０Ｇｂ／ｓの変調光が合成されてなる４０Ｇｂ／ｓの変調光が得られる。偏波合成素子４４０としては、例えば、ルチルや方解石から作られたものを用いることができるが、特に、ルチル等の同一厚の２枚の板（偏光分離板４４０ａ，４４０ｂ）をその光学軸が直交するように貼り合わせて構成されるサバール板を用いるのが好適である。サバール板を用いることにより、アーム４１０８からの光とアーム４１０９からの光の光路長が等しくなるので、２つの光を光路差ゼロで偏波合成することができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

１…光学装置 １０…光導波路素子 ２０…透光性基板 ３０…半球レンズ １０１…基板 １０２…光導波路 ４１…光学装置 ４１０…変調器本体 ＭＡ，ＭＢ，ＭＣ，４１０１〜４１０４…マッハツェンダー導波路 ４１０６…入力導波路 ４１０８，４１０９…マッハツェンダー導波路のアーム １０８１，１０９１…出力導波路 ４２０…円筒レンズ ４３０ａ，４３０ｂ…１／２波長板 ４４０…偏波合成素子 ４４０ａ，４４０ｂ…偏光分離板

Claims (4)

1. 光学素子と、互いに非平行な２つの面を有し前記２つの面のうち一方の面で前記光学素子と接する透光性部材と、前記透光性部材の前記２つの面のうち他方の面と接し、前記透光性部材の前記２つの面を介して前記光学素子に光学的に結合されるレンズと、を備えた光学装置の製造方法であって、
   前記光学素子と前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記透光性部材を前記光学素子と前記レンズの両方に対して移動させることにより前記レンズと前記光学素子との距離を調整する工程を含むことを特徴とする光学装置の製造方法。
2. 前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記光学素子に対して前記レンズのみを移動させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光学装置の製造方法。
3. 光学素子と、
   互いに非平行な２つの面を有し前記２つの面のうち一方の面で前記光学素子と接する透光性部材と、
   前記透光性部材の前記２つの面のうち他方の面と接し、前記透光性部材の前記２つの面を介して前記光学素子に光学的に結合されるレンズと、
   を備え、
   前記光学素子と前記透光性部材と前記レンズとを互いに接触させた状態で前記透光性部材を前記光学素子と前記レンズの両方に対して移動させることにより前記レンズと前記光学素子との距離が調整可能であることを特徴とする光学装置。
4. 前記透光性部材は前記レンズと等しい屈折率を有することを特徴とする請求項３に記載の光学装置。

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