JP2012137597A - 光デバイス、光送受信ユニットおよび光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】異物付着による挿入損失の増加を低コストで回避できる空間結合型の光デバイスを提供する。
【解決手段】基材上に固定された光学素子および温度可変素子を筐体に収容し、光学素子および温度可変素子の間を伝播する光の光路を避けた位置で、光学素子および温度可変素子に物理的に接触する熱伝導媒体を設ける。該熱伝導媒体の表面には、有機物および水分をゲッタリングする薄膜層を形成しておく。動作時に高温に制御される温度可変素子から発せられる熱が熱伝導媒体を介して光学素子に伝達されることで、各素子間の温度差が低減され、また、筐体内で気化した有機物および水分が薄膜層でゲッタリングされる。これにより、光路上に位置する素子の表面に異物が付着、蓄積し難い構造を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子と温度可変素子とが筐体内に収容された光デバイス、並びに、それを用いた光送受信ユニットおよび光通信システムに関する。

近年、インターネットの普及等により通信トラフィックの需要は爆発的に急増している。このニーズに応える技術として、１本の光ファイバに光信号を通して通信を行う光ファイバ伝送技術が、現在の大容量伝送の地盤を固めている。幹線系の長距離・大容量システムの域を越えたフォトニックネットワークシステムとして、より柔軟でより経済的なトランスポート網が構築され、大容量情報化社会に向けたフォトニックネットワークを構成している。上述のような光通信システムは、幹線系、メトロ（市街地網）だけでなく、オフィスや家庭の近くまで引き込まれることが想定され、低コスト化および高信頼度化と共に、さらなる高機能化および多様化が求められる。このようなニーズに応えるためには、各種の補償機能を備えた光デバイスを適用して、伝送品質の高度な管理を行うことが不可欠である。

上記のような光デバイスの構造は、ファイバ型、導波路型および空間結合型（レンズ型）に大別することができる。ファイバ型は、１本乃至数本の光ファイバを加工することで所望の機能を付加した光デバイス（例えば、ファイバグレーティング、ファイバ融着カプラ等）であり、製造性が良く、小型で低コストであるという特長がある。また、導波路型は、光学基板上に光導波路を形成して干渉計や回折格子等を構成することで所望の機能を付加した光デバイスであり、多チャネルやアレイなどの大規模化に好適な構造である。

空間結合型（レンズ型）は、マイクロレンズを用いた空間光学系の中に、光学膜（例えば、誘電体多層膜）や結晶などを配置して光ビームを制御することで所望の機能を付加した光デバイスである。この空間結合型は、空間光学系を構成する複数の素子が所定位置に個別に配置されるようにした組立構造となるので、高機能を容易に実現でき低コストであるという利点を有する。このため、空間結合型光デバイスは、光通信システムの至る領域で適用されており、その具体例を挙げると、可変分散補償器、偏波モード分散補償器、光スイッチ、光サーキュレータ、光アイソレータ、可変光減衰器、光フィルター、光パワーモニタモジュール、光源モジュールなどがある（例えば、特許文献１参照）。上記空間光学系を構成する複数の素子は、一般的に筐体内に収容される（例えば、特許文献２参照）。また、上記空間光学系を構成する複数の素子は、基材に固定される。（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−２７９８９６号公報 特開２００５−１３６３８４号公報 特開２００８−１７７４０１号公報

しかし、上記のような従来の空間結合型光デバイスは、その構造上避けられない課題として、筐体内における素子への異物付着の問題がある。空間光学系を構成する素子に異物が付着して光ビームの進路が妨げられることにより、空間結合型光デバイスの挿入損失が増加する。挿入損失の増加は、光ＳＮ比等の光伝送特性を劣化させる。また、空間光学系
の光路上における異物付着の程度が増大すると、光信号の伝送自体が危うくなってしまう。

上記異物付着について詳しく説明すると、空間結合型光デバイスにおける筐体内の気密性が、たとえ簡易的な封止であったとしてもある程度保たれていれば、外部から何等かの異物が混入する可能性は低い。しかしながら、筐体内の雰囲気中に存在する微量の有機物や水分が、ある程度の時間をかけて筐体内に析出し、該析出物が異物として特定の箇所に蓄積する可能性がある。例えば、筐体内の微量の炭化水素が光化学反応により重合反応を起こし、その生成物（有機物質）が筐体内の素子に付着することが想定できる。筐体内の炭化水素としては、空間結合型光デバイスの製造工程において各素子の清浄のために用いる有機溶剤や、半田付けに用いるフラックス等がある。このような炭化水素は、筐体内に極微量（例えば、ｐｐｍオーダー）残留していても、上記のような異物付着の原因となり得る。また、各素子の固定や簡易的な封止のために一般的に使用される接着材（例えば、エポキシ樹脂等）の成分も、経年的に筐体内の雰囲気中に飛散する可能性があり、上記のような異物付着の原因となり得る。

つまり、空間結合型光デバイスの製作工程を、筐体内に異物付着の原因物質が混入しない条件で行なうことは極めて難しく、仮に、筐体内の雰囲気を原因物質のない状態に保持できたとしても、素子の固定等に用いられる接着材等から経年的に飛散する微量の有機物が、レンズ等の素子の表面上に析出するのを防止することは困難である。また、接着剤を用いて筐体の気密封止を簡易的に行った場合、接着剤は水分を通すことが知られており、外部から接着剤を通して筐体内に浸透する水分が異物付着を助長する可能性もある。レーザ溶接等により筐体の気密封止を完全に行うことで外部からの水分の浸透を防ぐことはできるが、当該光デバイスの高コスト化が問題になる。また、内部に存在する微量の成分が経年的に異物を形成することを回避できる手段ではない。

上記のような空間結合型光デバイスにおける異物付着は、筐体内の複数の素子のうちで高温に制御される素子が存在している場合において顕著である。図１は、当該異物付着が発生するメカニズムの一例を示したものである。ここでは、空間結合型光デバイス１００として、筐体１１１の内部に配置された基材１２０上に３つの素子１２１，１２２，１２３が固定され、入力光ファイバ１１２を通って筐体１１１の内部に導入された光が、各素子１２１〜１２３を順に通過して出力光ファイバ１１３に出力される構成例を想定する。図中の斜線部分Ａは、筐体１１１の内部空間を伝播する光ビームの経路を表している。入力側および出力側の各素子１２１，１２３は、例えばレンズである。また、中央の素子１２２は、空間結合型光デバイス１００の動作中に環境温度よりも高い温度に制御されることで光ビームを制御して所望の機能を実現する各種光デバイスである。

図１（Ａ）に示す空間結合型光デバイス１００の非動作時において、筐体１１１の内部の温度は環境温度Ｔａで略一定となる。一方、図１（Ｂ）に示す動作時においては、素子１２２が高温に制御されることにより筐体１１１の内部に温度勾配が生じ、該素子１２２の付近の温度に対して他の素子（レンズ）１２１，１２３の付近の温度が低くなる（図１（Ｂ）の中段）。このとき、例えば、素子１２１と素子１２２の間に接着剤等の原因物質Ｂが存在していると、筐体１１１の内部の温度上昇によって接着剤等に含まれる有機物が気化して、筐体１１１の内部に飛散するようになる（図１（Ｂ）の上段）。この有機物は、例えば炭化水素などである。この有機物は、素子間を伝播する光ビームにより光化学反応を起こすなどして物質を生成し、当該生成物が、相対的に温度の低い素子１２１，１２３の表面上に異物Ｃとして析出する（図１（Ｂ）の下段）。また、高温の素子１２２付近で気化した水分も、低温の素子１２１，１２３への異物付着を促進するように働く。異物Ｃの付着位置が光路Ａ上にあれば、挿入損失が増加する不具合が生じる。低温の素子１２１，１２３に付着する異物Ｃは、空間結合型光デバイス１００の運用時間の経過と伴に蓄
積して行くので、進行性の不具合を招くことになる。なお、高温側で気化して低温側では水分結露や異物が付着するメカニズムは、物理現象であり飽和水蒸気カーブで説明できる。

上記のような異物付着による不具合を検出するために、これまでは製品出荷前にスクリーニング検査を実施するなどの措置がとられてきた。しかし、このようなスクリーニング検査は、煩雑な検査工程を要すると同時に歩留まりの低下を招くため、製造コストの上昇が問題になる。

また、上記異物付着による挿入損失の増加の他にも、空間光学系光デバイスとして、環境温度の変化により光路ズレを起こしてしまうことがあり、問題となる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、異物付着による挿入損失の増加を低コストで回避することのできる空間結合型の光デバイス、並びに、それを用いた光送受信ユニットおよび光通信システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明による光デバイスの一態様は、基材に固定される光学素子と、温度を変化させることができ、前記光学素子との間で光が伝播するように前記基材に固定される温度可変素子と、前記光学素子および前記温度可変素子を収容する筺体と、前記基材と異なる位置であって、かつ、前記光が伝播する光路を避けた位置に配置され、前記光学素子および前記温度可変素子に物理的に接触する熱伝導媒体と、を備える。

上記のような光デバイスでは、温度可変素子から発せられる熱が熱伝導媒体を介して光学素子に伝達されることで、各素子間の相対的な温度差が低減されようになる。これにより、筐体の内部に収容される空間光学系について、光路上に位置する各素子の表面に異物が付着および蓄積し難い構造が実現されるため、従来のような異物付着による挿入損失の増加を低コストで回避することができる。このような光デバイスを用いて光送受信ユニットや光通信システムを構成することにより、光信号を安定して確実に伝送することが可能になる。

従来の空間結合型光デバイスにおいて異物付着が発生するメカニズムの一例を示す図である。 本発明による光デバイスの一実施形態における主要部分の構成を示す斜視図である。 上記実施形態における熱伝導媒体の構成を示す図である。 上記実施形態の作用を説明するための図である。 本発明による光デバイスの他の実施形態における主要部分の構成を示す斜視図である。 上記実施形態における素子（レンズ）の具体的な構成の一例を示す図である。 上記実施形態における素子（波長分散デバイス）の具体的な構成の一例を示す図である。 上記各実施形態の変形例として、筒状の熱伝導媒体を適用した光デバイスの概略構成を示す図である。 筒状の熱伝導媒体の構成を示す図である。 上記各実施形態の変形例として、板状の熱伝導媒体を適用した光デバイスの概略構成を示す図である。 板状の熱伝導媒体の構成を示す図である。 上記各実施形態に関連して、異物付着による挿入損失の増加をモニタするための機能を付加した応用例の構成を示すブロック図である。 図１２の光デバイスを用いた光送受信ユニットの実施例を示すブロック図である。 図１３の光送受信ユニットを用いて構築した光通信システムの実施例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明による光デバイスの一実施形態における主要部分の構成を示す斜視図である。図２において、本実施形態の光デバイス１は、例えば、筐体１１、入力光ファイバ１２、出力光ファイバ１３、基材２０、複数の素子２１，２２，２３および熱伝導媒体３１を備える。

筐体１１は、その内部に配置された基材２０上に、複数の素子２１〜２３が所要の間隔をもって個別に接着剤等を用いて固定され、該各素子２１〜２３により構成される空間光学系を収容する。この筐体１１には、入力光ファイバ１２および出力光ファイバ１３が取り付けられており、入力光ファイバ１２を通って筐体１１の内部に導入された光が、各素子２１〜２３を順に通過して出力光ファイバ１３に出力される。筺体１１に空間光学系を、気密性を保った状態で収容する場合、筐体１１の内部には、窒素ガス（Ｎ_２）等の安定な気体が封入される。基材２０は、各素子２１〜２３が接着剤等により固定されることで、空間光学系の光路ズレを防いでいる。

各素子２１〜２３は、各々に入射する光ビームを制御する機能を持つ。例えば、空間結合型の光デバイス１が可変分散補償器である場合を想定すると、光入力側に位置する素子２１は、入力光ファイバ１２の一端から出射される光を平行光等に変換するレンズとすることができる。また、光入力側の素子２１を通過した光ビームが入射される素子２２は、動作中に環境温度よりも高い温度に制御され、入射ビームに対して可変の波長分散値を与える温度可変素子とすることができる。さらに、光出力側に位置する素子２３は、素子２２を通過した光ビームを集光して出力光ファイバ１３の端面に結合させるレンズとすることができる。

上記のように空間光学系を構成する複数の素子は、各々における光ビームの制御を組み合わせることにより、当該光学系全体で所望の機能を実現するものであり、少なくとも１つの素子の温度が動作中に高温（または低温）に制御されるという運用上の特長を持つ。このような空間光学系により実現可能な機能は、上記可変分散補償器としての機能だけでなく、例えば、偏波モード分散補償器、光スイッチ、光サーキュレータ、光アイソレータ、可変光減衰器、光フィルター、光パワーモニタモジュールまたは光源モジュールなど、様々な光デバイスとしての機能を想定することが可能である。つまり、本実施形態の構成は、空間光学系を構成する複数の素子の個数および個々の機能を適宜に選択して組み合わせることで実現可能な各種機能を持つ空間結合型の光デバイスについて有効である。なお、上述したファイバ型または導波路型の光デバイスであっても、所望の機能を実現するために、その一部に空間結合の構造を有するものがある。このような空間結合を部分的に適用した光デバイスについても本実施形態の構成は有効である。

熱伝導媒体３１は、基材２０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する部材を用いて、上記空間光学系における隣り合う素子２１〜２３の間を物理的に接続する。この熱伝導媒体３１は、例えば、ラセン構造を有し、該ラセンの両端部分が隣り合う素子に当接しており、動作時に高温に制御される素子２２から発せられる熱を低温の素子２１，２３に効率良
く伝達することが可能である。なお、熱伝導媒体３１と各素子２１〜２３との間を接着材で固定するようにしてもよいが、該接着材が異物の原因物質になり得るので、上記のような接触による接続方法を採用するのが好ましい。または、熱伝導媒体３１および各素子２１〜２３を嵌合構造にして各々の間の接続を確実に行うようにしてもよい。

図３は、上段が熱伝導媒体３１を光路Ａの軸方向より見た平面図であり、下段がラセンに沿う方向の拡大断面図である。図３の上段に示すように、熱伝導媒体３１は、上記ラセン構造の内側の空洞部分を光路Ａが通るように配置され、熱伝導媒体３１が各素子２１〜２３を伝播する光ビームを妨げることがないように構成されている。また、この熱伝導媒体３１は、図３の下段に示すように、ラセン状部材３１１の表面に、有機物および水分を吸着するゲッタリング部としての薄膜層３１２を備えるようにするのが好ましい。この薄膜層３１２は、ラセン構造の大きな表面積を利用して、筐体１１の内部の空間に浮遊する有機物および水分を効率的にゲッタリングすることが可能である。

上記ラセン状部材３１１の材料としては、熱伝導率が基材２０よりも高く、かつ、異物の原因となり得ない（有機物ではない）金属が好ましい。具体的には、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ジュラルミンなどの金属材料が使用可能である。該金属材料をラセン状に成形することにより、ラセン状部材３１１が製作される。

上記薄膜層３１２の材料（ゲッター物質）としては、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化燐（Ｐ_２Ｏ_５）、ゼオライト（zeolite）、シリカゲル（silica gel）、アルミナ（alumina）などを含む材料を使用することができる。または、国際純粋応用化学協会（ＩＵＰＡＣ：International Union of Pure and Applied Chemistry）の規定により分類された１族、４族、５族、６
族、８族、９族、１０族、１１族、１３族、１５族、１６族、１７族および１８族の物質のうちの１つを含む材料を使用してもよい。薄膜層３１２は、公知の蒸着方法等により、上記のようなゲッター物質を含んだ薄膜をラセン状部材３１１の表面上に形成して製作される。

次に、上記のような構成の光デバイス１における作用について、図４を参照しながら説明する。
光デバイス１では、図４（Ａ）に示す非動作時において、筐体１１の内部の温度は環境温度Ｔａで略一定となる。これは上述の図１（Ａ）に示した従来の場合と同様である。一方、図４（Ｂ）に示す動作時においては、素子２２が高温に制御されることにより、該素子２２から発せられる熱が、筐体１１よりも高い熱伝導率を有する熱伝導媒体３１を介して、温度制御の行われない素子２１，２３に伝達される。これにより、上述の図１（Ａ）に示した従来の場合と比較して、高温に制御される素子２２と他の素子２１，２３との相対的な温度差が低減され、従来の場合に筐体内で生じていたような温度勾配が平坦化される。

空間結合型光デバイス１の動作時に筐体１１の内部全体の温度が上昇すると、異物付着の原因物質Ｂが気化して筐体１１の内部に飛散するようになる。しかし、該気化した原因物質Ｂは、熱伝導媒体３１の薄膜層３１２によりゲッタリングされる。特に、ラセン状部材３１１の広い表面積を利用して薄膜層３１２が形成されているため、気化した原因物質Ｂの多くを効率的にゲッタリングすることができる。

ゲッタリングされずに残存する原因物質Ｂは、筐体１１の内部を自由に移動することになるが、熱伝導媒体３１により各素子２１〜２３の温度差が低減されているため、温度制御の行われていない各素子２１，２３の付近に到来した原因物質Ｂが、各素子２１，２３の表面に異物として析出するようなことは殆どない。また、上記薄膜層３１２におけるゲ
ッタリングでは、筐体１１の内部で気化した有機物（炭化水素）だけでなく水分も効率的に取り除かれるため、従来のように水分によって異物付着が助長されるようなことも実質的に生じない。

したがって、本実施形態の光デバイス１によれば、筐体１１の内部に収容される空間光学系について、光路Ａ上に位置する各素子２１〜２３の表面に異物が付着および蓄積し難い構造が実現されるため、従来のような異物付着による挿入損失の増加を回避することができる。このような空間結合型の光デバイス１は、異物付着による不具合を防ぐための製品出荷前のスクリーニング検査が基本的に不要となるため、低コスト化が可能である。また、筐体１１の内部の水分が薄膜層３１２によりゲッタリングされることで、各素子２１〜２３の寿命を延長させる効果も期待できる。さらに、空間光学系の組立工程において、熱伝導媒体３１をガイトとして利用して各素子２１〜２３の配置を決めることができるので、組立作業を容易に行うことも可能になる。

次に、本発明による光デバイスの他の実施形態について説明する。
図５は、上記他の実施形態の光デバイスにおける主要部分の構成を示す斜視図である。前述の図２に示した光デバイス１は、入力光ファイバ１２を通って筐体１１の内部の空間に導入された光が、各素子２１〜２３を順に通過して出力光ファイバ１３に出力される透過型の構成であったのに対し、図５に示す光デバイス２は、反射型の構成となっている。

具体的に、光デバイス２は、例えば、前述した光デバイス１の場合と同様の筐体１１の内部に配置された基材２０上に、２つの素子２４，２５が所要の間隔をもって個別に接着剤等を用いて固定されており、入出力光ファイバ１４を通って筐体１１の内部に導入された光が、素子２４を通過した後に素子２５で反射されて素子２４に戻され、該戻り光が入出力光ファイバ１４に出力される。

各素子２４，２５は、各々に入射する光ビームを制御する機能を持つ。例えば、前述した空間結合型光デバイス１と同様に、空間結合型光デバイス２が可変分散補償器である場合を想定すると、素子２４は、出力光ファイバ１４の一端から出射される光を平行光等に変換すると共に、素子２５で反射された光を集光して出力光ファイバ１４の端面に結合させるレンズとすることができる。また、素子２５は、動作中に環境温度よりも高い温度に制御され、入射ビームを反射する際に可変の波長分散値を与える温度可変素子とすることができる。

図６は、上記素子２４の具体的な構成の一例を示した図である。この構成例において、素子２４は、キャピラリチューブ２４１およびＧレンズ２４２を含む。キャピラリチューブ２４１には、筐体１１に取り付けられる入出力光ファイバ１４の先端部分が固定されている。Ｇレンズ２４２は、キャピラリチューブ２４１の斜めカットされた端面の近傍に配置され、入出力光ファイバ１４に対して入出力される光ビームを制御する。

図７は、上記素子２５の具体的な構成の一例を示した図である。この構成例において、素子２５は、波長分散デバイス２５１、基材２５２、ヒーター２５３およびサーミスタ２５４を含む。波長分散デバイス２５１は、エタロン等を使用することができ、素子２４を通過した光が入射され、デバイスの温度に応じた波長分散を付与した反射光を素子２４に戻す。基材２５２は、Ｓｉ等の材料を用いて作製され、波長分散デバイス２５１およびサーミスタ２５４が載置される。ヒーター２５３は、基材２５２を介して波長分散デバイス２５１の温度を変化させる。このヒーター２５３の動作は、サーミスタ２５４で測定される波長分散デバイス２５１の温度および波長分散値の設定に応じて、図示を省略した温度制御回路により制御される。

各素子２４，２５の間は、前述した光デバイス１の場合と同様の熱伝導媒体３１（図３参照）により物理的に接続されており、動作時に高温に制御される素子２５から発せられる熱が熱伝導媒体３１を介して低温の素子２４に効率良く伝達される。また、熱伝導媒体３１の薄膜層３１２により、筐体１１の内部で気化した有機物および水分がゲッタリングされる。

上記のような反射型の構成を適用した光デバイス２によっても、前述した透過型の構成を適用した光デバイス１の場合と同様な作用および効果を得ることが可能である。

なお、上記光デバイス２の構成に関しては、例えば、図７に示した波長分散デバイス２５１に代えて半導体レーザ等の発光素子を適用し、該発光素子から出射される光を素子２４で集光して光ファイバ１４の端面に結合させるようにしてもよい。つまり、図５に示したような空間光学系の構成は、光源モジュールにも応用することが可能である。

また、上述した各実施形態の光デバイス１，２においては、ラセン構造を有する熱伝導媒体３１を用いて隣り合う素子の間を物理的に接続するようにしたが、熱伝導媒体の形状はラセンに限定されない。以下、熱伝導媒体の変形例を挙げておく。

図８および図９は、熱伝導媒体を筒状とした変形例を示す図である。図８の上段は、上述の図２に示した透過型の構成について、筒状の熱伝導媒体３２を適用した光デバイス１’の概略構成を示している。また、図８の下段は、上述の図５に示した反射型の構成について、筒状の熱伝導媒体３２を適用した光デバイス２’の概略構成を示している。

上記熱伝導媒体３２は、図９に示すように、熱伝導率が基材２０よりも高い筒状部材３２１の内面に、有機物および水分をゲッタリングするための薄膜層３２２が形成されている。なお、薄膜層３２２は、筒状部材３２１の内面だけでなく外面に形成してもよい。熱伝導媒体３２は、その両端部分が隣り合う素子２１〜２５に当接し（図８参照）、筒内側の空洞部分を光路Ａが通る（図９下段参照）ように配置される。

上記のような筒状の熱伝導媒体３２を用いた光デバイス１’，２’では、ラセン構造の熱伝導媒体３１を用いた場合と比べて、高温に制御される素子２２，２５から発せられる熱が他の素子２１，２３，２４に伝わり易くなるため、素子２２，２５を所要の温度に制御するのに必要となるヒーター等の消費電力は増加するものの、同じ筐体内に収容される各素子の温度差はより小さくなる。また、熱伝導媒体３２に形成される薄膜層３２２も十分な面積が確保されるので、筐体１１の内部で気化した有機物および水分が効率的にゲッタリングされる。よって、消費電力の増加が許容される状況下では、異物付着による挿入損失の増加をより確実に回避することが可能である。

図１０および図１１は、熱伝導媒体を板状とした変形例を示す図である。図１０の上段は、上述の図２に示した透過型の構成について、板状の熱伝導媒体３３を適用した光デバイス１”の概略構成を示している。また、図１０の下段は、上述の図５に示した反射型の構成について、板状の熱伝導媒体３３を適用した光デバイス２’の概略構成を示している。

上記熱伝導媒体３３は、図１１に示すように、熱伝導率が基材２０よりも高い板状部材３３１の表裏面に、有機物および水分をゲッタリングするための薄膜層３３２が形成されている。板状部材３３１の断面は、ここでは各素子２１〜２５の素子の形状に合わせて湾曲した形状となっている。熱伝導媒体３３は、長手方向の両端部分が隣り合う素子２１〜２５に固定され、光路Ａと重ならない位置に配置される（図１０参照）。

上記のような板状の熱伝導媒体３３を用いた光デバイス１”，２”では、前述した筒状の熱伝導媒体３２を用いた場合と比べて、高温に制御される素子２２，２５から発せられる熱が他の素子２１，２３，２４に伝わり難くなるものの、同じ筐体内に収容される各素子の温度差は、ラセン構造の熱伝導媒体３１を用いた場合と同程度に低減される。熱伝導媒体３３に形成される薄膜層３３２は、その面積が減少し、配置も光路Ａ周辺の一部に限られるため、前述した熱伝導媒体３１，３２を用いた場合と比べて、有機物および水分をゲッタリングする効率が低下することになる。しかし、熱伝導媒体を設けていない従来の構成と比べると、熱伝導媒体３３による各素子の温度差の低減効果は大きく、異物付着による挿入損失の増加を十分に回避することが可能である。

なお、板状の熱伝導媒体３３を用いて隣り合う素子の間を物理的に接続した場合、該各素子の中間付近に位置する空間の温度が、各素子付近の温度に比べて相対的に低くなり得るので、該中間付近の空間において有機物や水分が析出する可能性がある。しかし、当該析出物は、上記各素子の間を伝播する光ビームの光路Ａ上とは異なる場所（例えば、基材２０の上面や筐体１１の内面）に付着、蓄積することになるので、挿入損失の増加を招くことはない。

次に、上述した光デバイス１に関連する応用例について説明する。
図１２は、異物付着をモニタするために反射減衰量をモニタするための機能を付加した応用例の構成を示すブロック図である。反射減衰量とは、入射光のパワーに対する反射光の割合である。
上述したように光デバイス１は、異物付着による挿入損失の増加を回避することが可能である。ただし、異物付着は筐体内で経年的に発生して蓄積する現象であり、光デバイス１の信頼性という観点からすると、異物付着による反射減衰量の劣化を検出するために、反射光をモニタする機能を光デバイス１に付加して、もし許容値を超えるような反射光がモニタされた場合には、外部にアラームを発出する機構を設けておくことが望まれる。

そこで、図１２に示す応用例は、空間結合型光デバイス１の光入力ポートにおける反射光パワーをモニタし、該モニタ値の変化を基に光軸上における異物付着を判断してアラームの発出を行うようにしている。具体的には、光デバイス１の入力光ファイバ１２上に光分岐カプラ４１が配置される。この光分岐カプラ４１は、一般的な空間結合型の光デバイスによく装備される入力光モニタを利用することが可能である。該入力光モニタは、光デバイス１に入力される光の一部を光分岐カプラ４１で分岐し、該分岐光をフォトダイオード（ＰＤ）４２で受光して電気信号に変換し、該電気信号を用いて入力モニタ回路４３が光デバイス１への光入力レベルを検出する。

上記光分岐カプラ４１について、通常は未使用とされる分岐ポートに、光デバイス１の光入力ポートにおける反射光のパワーをモニタするためのアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）４４および反射光モニタ回路４５が接続される。ＡＰＤ４４は、自己増幅作用を持つフォトダイオードであり、微弱な反射光を受光することが可能である。なお、ここではＡＰＤを用いて反射光を受光する一例を示したが、ＡＰＤに代えて暗電流の小さい受光素子を使用することも可能である。反射光モニタ回路４５は、ＡＰＤ４４から出力される電気信号のレベルに応じて、光デバイス１からの反射光のパワーを定期的にモニタし、該モニタ値の変動量を算出することで光軸上における異物付着の蓄積を検出する。

上記反射光モニタ回路４５での処理に関して、光デバイス１の筐体１１の内部で光路Ａ上に位置する素子の表面に異物が付着すると、該異物により光ビームの一部若しくは全部が反射されるようになり、当該異物付着に対して光デバイス１の光入力ポートにおける反射光のパワーが敏感に反応する。この異物付着に対する反射光パワーの感度は、光デバイス１の入力光パワーおよび出力光パワーをそれぞれモニタして求められる挿入損失の感度
よりも高くなる。このため、反射光モニタ回路４５において、反射光パワーの変動量を求めることにより、経年変化による微少な異物付着であっても、該異物付着を高い精度で検出することができる。

そして、反射光モニタ回路４５は、挿入損失の増加の検出結果が予め設定した許容値を超えた場合に、アラームの発出を指示する信号をアラーム発出回路４６に出力する。これにより、光デバイス１での不具合の発生を知らせるアラームが、アラーム発出回路４６から外部に発出される。したがって、上記のような応用例の適用により信頼性の高い空間結合型の光デバイス１を実現することが可能になる。

次に、上記のような光デバイス１を用いた光送受信ユニットの実施例について説明する。
図１３は、上記光送受信ユニットの実施例の構成を示すブロック図である。
図１３において、光送受信ユニット５０は、例えば、光伝送路Ｌ１から入力される光信号を光アンプ５１で所要のレベルまで増幅した後に、可変分散補償器（ＴＤＣ）としての機能を持つ光デバイス１に与えて波長分散を補償し、該補償後の光信号を送受信機５３で受信する。また、光送受信ユニット５０は、送受信機５３で生成した光信号を光アンプ５４で所要のレベルまで増幅して光伝送路Ｌ２に出力する。

受信側の光アンプ５１と光デバイス１の間には、前述の図１２に示した光分岐カプラ４１が配置されており、該光分岐カプラ４１の一方の分岐ポートには、ＰＤ４２および入力モニタ回路４３が接続され、他方の分岐ポートには、ＡＰＤ４４、反射モニタ回路４５およびアラーム発出回路４６が接続されている。ここでは、入力モニタ回路４３でのモニタ結果を示す信号が光アンプ５１の制御回路５２に送られ、該制御回路５２により、光デバイス１への入力光パワー（光アンプ５１からの出力光パワー）が所要のレベルとなるように、光アンプ５１の増幅動作が制御される。また、光デバイス１には、送受信機５３での光信号の受信特性に関する情報が与えられ、光デバイス１での波長分散補償量が最適になるように素子（波長分散デバイス）の温度制御が行われる（受信機の受信特性を元にして波長分散補償器の特性がフィードバック制御される）。

送信側の光アンプ５４の後段には、光アンプ５４の出力光パワーをモニタするための光分岐カプラ５５、ＰＤ５６および出力モニタ回路５７が設けられている。出力モニタ回路５７でのモニタ結果を信号が光アンプ５４の制御回路５８に送られ、該制御回路５８により、光伝送路Ｌ２に送信される光信号のパワーが所要のレベルとなるように、光アンプ５４の増幅動作が制御される。

上記のような光送受信ユニット５０では、光デバイス１を長期間に亘って動作させても、異物付着による挿入損失の増加を招くことがないので、送受信機５３において光信号を安定して確実に受信することが可能である。

なお、ここでは光送受信ユニットに適用される光デバイスがＴＤＣとしての機能を持つ一例を示したが、ＴＤＣ以外の各種機能を持つ光デバイスを適所に配置して光送受信ユニットを構成することも勿論可能である。

次に、上記のような光送受信ユニット５０を用いて構築した光通信システムの実施例について説明する。
図１４は、上記光通信システムの実施例の構成を示すブロック図である。
図１４において、光通信システム６０は、例えば、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重光を、２つの端局６１の間で双方向に伝送する。各端局６１間を接続する一対の光伝送路Ｌ上には、複数の光中継局６２および光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）６３が所要の
間隔で配置されている。

各端局６１は、送受信する光信号の波長が互いに異なる複数の光送受信ユニット５０と、該各光送受信ユニット５０に対して入出力される光信号を合分波するＷＤＭカプラ６１１とを備える。各光中継局６２は、一対の光伝送路Ｌを双方向に伝播する各波長多重光をそれぞれ所要のレベルまで増幅して中継伝送する。ＯＡＤＭ６３は、光伝送路Ｌ上を中継伝送される波長多重光に対して所定波長の光信号を分岐または挿入する。

上記のような光通信システム６０によれば、端局６１の各波長に対応した光送受信ユニット５０が、前述したように高い信頼性を有する光デバイス１を用いて構成されているので、波長多重光を安定して確実に双方向伝送することが可能である。

なお、上記光通信システム６０では、端局６１の各光送受信ユニット５０が光デバイス１を用いて構成される場合を説明したが、光通信システムの他の構成要素について本発明による光デバイスを適用して各種機能を実現するようにしてもよい。また、ここでは端局６１、光中継局６２およびＯＡＤＭ６３を構成要素とする光通信システムの一例を示したが、本発明による光デバイスを用いて構築される光通信システムの構成が上記の例に限定されることを意味するものではない。

１，１’，１”，２，２’，２”…光デバイス
１１…筐体
１２…入力光ファイバ
１３…出力光ファイバ
１４…入出力光ファイバ
２０…基材
２１〜２５…素子
２４１…キャピラリチューブ
２４２…Ｇレンズ
２５１…波長分散デバイス
２５２…基材
２５３…ヒーター
２５４…サーミスタ
３１〜３３…熱伝導媒体
３１１…ラセン状部材
３２１…筒状部材
３３１…板状部材
３１２，３２２，３３２…薄膜層
４１，５５…光分岐カプラ
４２，５６…フォトダイオード（ＰＤ）
４３…入力モニタ回路
４４…アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）
４５…反射光モニタ回路
４６…アラーム発出回路
５０…光送受信ユニット
５１，５４…光アンプ
５２，５８…制御回路
５３…送受信機
５７…出力モニタ回路
６０…光通信システム
６１…端局
６２…光中継局
６３…光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）
Ａ…光路
Ｂ…原因物質
Ｃ…異物
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…光伝送路

Claims (18)

1. 基材に固定される光学素子と、
   温度を変化させることができ、前記光学素子との間で光が伝播するように前記基材に固定される温度可変素子と、
   前記光学素子および前記温度可変素子を収容する筺体と、
   前記基材と異なる位置であって、かつ、前記光が伝播する光路を避けた位置に配置され、前記光学素子および前記温度可変素子に物理的に接触する熱伝導媒体と、
   を備えることを特徴とする光デバイス。
2. 請求項１に記載の光デバイスであって、
   前記筺体は、気密性を保った状態で前記光学素子および前記温度可変素子を収容することを特徴とする光デバイス。
3. 請求項１または２に記載の光デバイスであって、
   前記熱伝導媒体は、前記基材の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有することを特徴とする光デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の光デバイスであって、
   前記温度可変素子を前記基材に固定する接着剤を含むことを特徴とする光デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光デバイスであって、
   前記熱伝導媒体は、有機物および水分を吸着するゲッタリング部を有することを特徴とする光デバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光デバイスであって、
   前記熱伝導媒体は、ラセン構造を有することを特徴とする光デバイス。
7. 請求項６に記載の光デバイスであって、
   前記熱伝導媒体は、ラセン状部材と、該ラセン状部材の表面上に形成され、有機物および水分をゲッタリングする薄膜層と、を具備することを特徴とする光デバイス。
8. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光デバイスであって、
   前記熱伝導媒体は、筒状の構造を有することを特徴とする光デバイス。
9. 請求項８に記載の光デバイスであって、
   前記熱伝導媒体は、筒状部材と、該筒状部材の少なくとも内面に形成され、有機物および水分をゲッタリングする薄膜層と、を具備することを特徴とする光デバイス。
10. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光デバイスであって、
    前記熱伝導媒体は、板状の構造を有することを特徴とする光デバイス。
11. 請求項１０に記載の光デバイスであって、
    前記熱伝導媒体は、板状部材と、該板状部材の表裏面に形成され、有機物および水分をゲッタリングする薄膜層と、を具備することを特徴とする光デバイス。
12. 基材に固定される光学素子と、
    温度を変化させることができ、前記光学素子との間で光が伝播するように前記基材に固定される温度可変素子と、
    前記光学素子および前記温度可変素子を収容する筺体と、
    前記基材と異なる位置であって、かつ、前記光が伝播する光路を避けた位置に配置され、前記光学素子および前記温度可変素子に物理的に接触する熱伝導媒体と、
    を有する光デバイスを備えたことを特徴とする光送受信ユニット。
13. 請求項１２に記載の光送受信ユニットであって、
    前記光デバイスに入射する光の反射光を検出するモニタ部を備えたことを特徴とする光送受信ユニット。
14. 請求項１３に記載の光送受信ユニットであって、
    前記モニタ部は、前記光デバイスの光入射端に戻ってくる前記反射光のパワーを定期的にモニタして変動量を算出し、該算出した反射光パワーの変動量に基づいて、前記光学素子および前記温度可変素子における挿入損失の増加を検出することを特徴とする光送受信ユニット。
15. 請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の光送受信ユニットであって、
    前記モニタ部の検出結果が予め設定した許容値を超えたときにアラームを発出するアラーム発出回路を備えたことを特徴とする光送受信ユニット。
16. 請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の光送受信ユニットであって、
    前記光デバイスは、受信した光信号の波長分散補償を行う可変分散補償器としての機能を備えたことを特徴とする光送受信ユニット。
17. 基材に固定される光学素子と、
    温度を変化させることができ、前記光学素子との間で光が伝播するように前記基材に固定される温度可変素子と、
    前記光学素子および前記温度可変素子を収容する筺体と、
    前記基材と異なる位置であって、かつ、前記光が伝播する光路を避けた位置に配置され、前記光学素子および前記温度可変素子に物理的に接触する熱伝導媒体と、
    を有する光デバイスを含む光送受信ユニットを備えたことを特徴とする光通信システム。
18. 請求項１７に記載の光通信システムであって、
    前記光送受信ユニットは、光伝送路を介して波長多重光を送受信する複数の端局にそれぞれ具備されることを特徴とする光通信システム。