JP2014191188A - 光送信装置および光受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路変更角を大きくする要求とフィルタ入射角を小さくする要求とを両立する。
【解決手段】光送信装置１０、レーザ光λａを出射する半導体レーザ素子１ａと、レーザ光λｂを出射する半導体レーザ素子１ｂとを備える。レーザ光λａ、λｂを受けて、合波光λ１が波長分離フィルタ３ｂから出射される。合波光λ１と結合する光ファイバ５が設けられる。波長分離フィルタ３ｂは、三角プリズム３０と、波長分離フィルタ膜５０とを備える。前端面３１に平行な面と後端面３３に平行な面とが交わる角度であるプリズム角θｐが鋭角を成すように、前端面３１および後端面３３は非平行である。プリズム角θｐが、前端面３１から三角プリズム３０内に入射したレーザ光λｂを波長分離フィルタ膜５０で前端面３１に反射させて、合波光λ１を光ファイバ５の光軸側に向ける角度である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信装置および光受信装置に関する。

近年の光通信技術では、１本の光ファイバに異なる波長の光信号を乗せることで、複数のチャネルの光信号を１本の光ファイバで伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）が普及している。例えば、特開２０１０−２６７７３４号公報に開示されているように、波長フィルタを利用して、複数の波長のレーザ光を合波あるいは分波する光送信装置および光受信装置が知られている。

波長フィルタは、一般に、プリズムに波長フィルタ膜（上記技術ではダイクロイックコート）を設けたものである。上記公報にかかる技術では、主として、平行平板プリズムではなく三角プリズムを用いて波長フィルタを構成している。この文献の図３には、平行平板型のプリズムを用いた光送信装置も開示されている。

また、光通信にかかるものではないが、特開２０１０−２６７７３４号公報には光ディスクドライブ用の光ピックアップが開示されている。この公報では、斜面を有するプリズムにダイクロイックコートを施し、光路合成プリズムを構成している。

特開２０１０−２６７７３４号公報 特開２０００−２５１３１２号公報 特開平２−０５４２０７号公報 特開昭６１−２０５９０６号公報 特開２００４−１２８０５８号公報 特開２００２−１８５０７５号公報

光通信技術を行うための波長フィルタに対する要求に、光路変更角を大きくする要求と、フィルタ入射角を小さくする要求とがある。

より詳しく説明すると、先ず、光路変更角を大きくする要求とは、次のようなものである。ここで便宜上定義した「光路変更角」とは、光素子、波長フィルタ、および光ファイバ等を配置する際の位置関係に関する角度である。光素子とは、光送信装置であれば半導体レーザであり、光受信装置であればフォトダイオードである。光路変更角とは、具体的には、光送信装置であれば、合波用の波長フィルタに入射するレーザ光の光軸と、波長フィルタから出射する合波レーザ光の光軸とが成す角度である。光受信装置であれば、光路変更角とは、フォトダイオードで受信させるべき波長分離後のレーザ光の光軸と、波長分離前に波長フィルタに入射されるレーザ光の光軸とが成す角度である。

この光路変更角が小さすぎると、波長フィルタに対する入射レーザ光の光軸と出射レーザ光の光軸とが近づきすぎることになる。そうすると、光ファイバ等と光素子とが同一線上に並ぶように近づくことになる。波長分割多重通信を行う装置は、複数の光素子、波長フィルタおよび光ファイバを並べて配置したものである。光路変更角が小さくなると、各構成部品を、互いの干渉を避けつつ省スペースな空間に収めることが難しくなる等の問題がある。

また、フィルタ入射角を小さくする要求とは、次のようなものである。フィルタ入射角とは、波長フィルタに対するレーザ光の入射角である。波長フィルタの透過特性は、フィルタ入射角に大きく依存する。具体的には、波長フィルタの透過特性は、フィルタ入射角が小さいほど角度トレランスおよび波長トレランスが有利となる。特に、ＬＡＮ−ＷＤＭやＤＷＤＭでは、ＣＷＤＭと比較して、隣接する複数のレーザ光について波長の差が小さくなるので、波長フィルタの透過特性に要求される仕様が厳しくなる。そこで、フィルタ入射角をなるべく小さくしたいという要求がある。

特開２０１０−２６７７３４号公報に開示された上記従来の光通信装置では三角プリズムや並行平板プリズムを用いているが、フィルタ入射角が不可避的に大きくならざるを得なかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光路変更角を大きくする要求とフィルタ入射角を小さくする要求とが両立された光送信装置および光受信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、光送信装置であって、
第１レーザ光を出射する第１レーザ出射部と、
前記第１レーザ光と異なる波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ出射部と、
前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を受けて、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合波した合波光を出射する波長フィルタ部と、
前記合波光と結合する光ファイバ又は前記光ファイバを固定するためのファイバ固定部と、
を備え、
前記波長フィルタ部は、
対向した前端面および後端面を備え、前記前端面で前記第２レーザ光を受け、前記後端面で前記第１レーザ光を受けるプリズムと、
前記後端面に設けられ、前記後端面に入射する前記第１レーザ光を透過させ、前記前端面から入射した前記第２レーザ光を反射することで前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合波する波長フィルタ膜と、
を備え、
前記前端面に平行な面と前記後端面に平行な面とが交わる角度であるプリズム角が鋭角を成すように、前記前端面および前記後端面は非平行であり、
前記プリズム角が、前記前端面から前記プリズム内に入射した前記第２レーザ光を前記波長フィルタ膜で前記前端面に反射させて、前記合波光を前記光ファイバの光軸側に向ける角度であることを特徴とする。

第２の発明は、光受信装置であって、
第１レーザ光および前記第１レーザ光と異なる波長の第２レーザ光が合波した合波光を受けて、前記合波光を前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とに分波する波長フィルタ部と、
前記第１レーザ光を受けるための第１レーザ受光部と、
前記第２レーザ光を受けるための第２レーザ受光部と、
前記合波光を前記波長フィルタ部に伝達する光ファイバ又は前記光ファイバを固定するためのファイバ固定部と、
を備え、
前記波長フィルタ部は、
対向した前端面および後端面を備え、前記前端面で前記合波光を受けるとともに、前記前端面から前記第２レーザ光を出射し、前記後端面から前記第１レーザ光を出射するプリズムと、
前記後端面に設けられ、前記後端面で前記第１レーザ光を透過させ、前記前端面から入射した前記第２レーザ光を反射することで前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを分波する波長フィルタ膜と、
を備え、
前記前端面に平行な面と前記後端面に平行な面とが鋭角のプリズム角を成して交わるように、前記前端面および前記後端面は非平行であり、
前記プリズム角が、前記前端面から前記プリズム内に入射した前記合波光のうち前記第２レーザ光を前記波長フィルタ膜で前記前端面に反射させて、反射させた前記第２レーザ光を前記第２レーザ受光部の光軸側に向ける角度であることを特徴とする。

本発明によれば、光路変更角を大きくする要求とフィルタ入射角を小さくする要求とを両立することができる。

本発明の実施の形態１にかかる光送信装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタの構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信装置の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる光送信装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタの構成を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる光送信装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタの構成を示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる光送信装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタの構成を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる光送信装置の全体構成を示す図である。 実施の形態１に対する比較例として示す光送信装置の構成を示す図である。 実施の形態１に対する比較例として示す光送信装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる光受信装置を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる変形例としての、光受信装置を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる変形例としての、光受信装置を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる変形例としての、光受信装置を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる変形例としての、光受信装置を示す図である。

実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光送信装置１０の全体構成を示す図である。光送信装置１０は、半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄを備えている。図１に示すように、半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄは、それぞれ、波長λａ、λｂ、λｃ、およびλｄのレーザ光を出射する。以下、便宜上、波長λａ、λｂ、λｃ、およびλｄのレーザ光それぞれについて、レーザ光λａ、λｂ、λｃ、およびλｄと符号を付して説明することがある。半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄは、それぞれ、リッジストライプ部１ａｓ、１ｂｓ、１ｃｓ、および１ｄｓを備えている。

半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄがそれぞれ出射したレーザ光は、コリメートレンズであるレンズ２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄを通って平行ビームに変換された後、波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄに入射する。波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは、レーザ光合波用の公知の各種波長分離フィルタを適用できる。

合波光λ１は、レーザ光λａ、λｂが合波されたものであり、合波光λ２は、レーザ光λａ、λｂ、λｃが合波されたものである。波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄにそれぞれ入射したレーザ光が、最終的に合波されて、合波光λ３となる。レンズ４の焦点位置に光ファイバ５が備えられているので、この合波光λ３がレンズ４を通って集光ビームに変換され、光ファイバ５に入射する。光ファイバ５は、ファイバ固定部５ａによって固定されている。

半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄは、それぞれ、レーザ駆動回路６ａ、６ｂ、６ｃ、および６ｄと電気的に接続している。レーザ駆動回路６ａ、６ｂ、６ｃ、および６ｄからのレーザ駆動信号Ｉａ、Ｉｂ，Ｉｃ、およびＩｄに従って、半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄがレーザ発振し、駆動する。これにより、光送信装置１０は、１本の光ファイバ５に異なる波長λａ、λｂ、λｃ、およびλｄの光信号を乗せることで、複数のチャネルの光信号を１本の光ファイバ５で伝送することができる。すなわち、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）を行うことができる。

（波長分離フィルタの構成）
図２は、本発明の実施の形態１にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタ３ｂの構成を示す側面図である。波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは、波長分離フィルタ膜をそれぞれ備えている。

波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは、それぞれの波長分離フィルタ膜はその特性が異なるものである点を除き、波長分離フィルタ膜をはさんで２つの三角プリズムを張り合わせた構成である点で共通している。従って、ここでは波長分離フィルタ３ｂの構成を代表例として説明し、波長分離フィルタ３ａ、３ｃおよび３ｄについてはこれと同様の構成を備えるものとして説明を省略する。

図２に示すように、波長分離フィルタ３ｂは、波長分離フィルタ膜５０を挟んで、同じ屈折率を有する直角三角柱状の三角プリズム３０、４０を張り合わせたものである。直角三角形の斜辺に当る部位である三角プリズム３０の後端面３３又は三角プリズム４０の表面４３のいずれかに対して、フィルタの材料が蒸着されている。

三角プリズム３０は、前端面３１と、この前端面３１と直角に交わる底面３２をさらに備えている。三角プリズム４０は、背面４１と、この背面４１と直角に交わる底面４２をさらに備えている。このように、波長分離フィルタ３ｂは、前端面３１およびこれと対向する背面４１を備えており、前端面３１と背面４１は平行である。

波長分離フィルタ３ｂは、波長分離フィルタ膜５０で反射すべきレーザ光λｂを前端面３１で受け、波長分離フィルタ膜５０で透過すべきレーザ光λａを後端面３３および背面４１で受ける。波長分離フィルタ膜５０は、波長λａを透過させる特性を備えており、背面４１に入射しかつ後端面３３に入射すべきレーザ光λａを透過させる透過特性を備えている。これにより、波長分離フィルタ３ｂは、後端面３３で透過したレーザ光λａに対して、その透過位置と同一の位置で、前端面３１から入射したレーザ光λｂを反射させることで、レーザ光λａおよびλｂを合波することができる。これにより、合波光λ１が出射される。

［実施の形態１の装置の作用効果］
以下、図１、２を用いて、実施の形態１にかかる光送信装置１０の作用効果を説明する。先ず、図２において各符号の指し示す対象を説明する。

レーザ光λａとは、半導体レーザ素子１ａが出射した波長λａを有するレーザ光である。ただし、図１にあるように、レーザ光λａは、波長分離フィルタ３ａによって反射されてその光路が変更された後に、波長分離フィルタ３ｂの背面４１にほぼ垂直に入射している。

レーザ光λｂとは、半導体レーザ素子１ｂが出射した、波長λｂを有するレーザ光である。

合波光λ１とは、波長分離フィルタ膜５０によってレーザ光λａとレーザ光λｂとが合波された結果生成されたレーザ光である。

プリズム角θｐとは、図２に示すとおり前端面３１と後端面３３とが成す角度である。

光路変更角θ１とは、レーザ光λｂと合波光λ１とが成す角度である。図１を参照すると、レーザ光λａ、λｂ、λｃおよびλｄと合波光λ１、λ２、およびλ３とがそれぞれ成す角度はほぼ同一であり、光送信装置１０において光路変更角θ１はほぼ一定である。

プリズム入射角θ´１とは、前端面３１に対するレーザ光λｂの入射角である。

フィルタ入射角θ２とは、後端面３３に対する、屈折後のレーザ光λｂの入射角であり、波長分離フィルタ膜５０に対する入射角である。

上記の説明のうち、プリズム角θｐ、光路変更角θ１、プリズム入射角θ´１、およびフィルタ入射角θ２については、波長分離フィルタ３ａ、３ｃ、および３ｄについても同様の考え方で用いることができる。レーザ光λａ、レーザ光λｂ、合波光λ１の役割については、波長分離フィルタ３ａ、３ｃ、および３ｄのそれぞれについて、次の考え方が当てはまる。

すなわち、光送信装置１０は、半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄなどのレーザ出射用の構成部品（つまりレーザ出射部）と、波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄとの組が、複数個、光ファイバ５の光軸に沿って直列に並べて設けられたものである。直列に並べられた複数個の波長分離フィルタ３ａ〜３ｄのうちの一つから出射した合波光が、次段の波長分離フィルタの後端面に入射する。

つまり、図２の代表例にあっては前段が波長分離フィルタ３ｂなので次段は波長分離フィルタ３ｃとなり、波長分離フィルタ３ｂからの合波光λ１が次段の波長分離フィルタ３ｃの後端面（波長分離フィルタ３ｃにおける、図２の後端面３３相当位置）に入射することになる。この関係は、波長分離フィルタ３ｃを前段とし、波長分離フィルタ３ｄを次段とした場合にも同様にあてはまる。

プリズム角θｐは鋭角を成すように、前端面３１および後端面３３は非平行である。プリズム角θｐは、前端面３１から三角プリズム３０内に屈折入射したレーザ光λｂを波長分離フィルタ膜５０で前端面３１に反射させて、合波光λ１を光ファイバ５の光軸側に向ける角度である。実施の形態１では、合波光λ１の光軸に対して前端面３１が垂直である。

前端面３１と後端面３３とが非平行である本実施の形態では、プリズム角θｐを変更することで、プリズム入射角θ´１とフィルタ入射角θ２を、独立に設計することが可能となる。

また、実施の形態１では、屈折後のレーザ光λｂを波長分離フィルタ膜５０で前端面３１に反射させる角度範囲内でプリズム角θｐを定めることとし、合波光λ１を光ファイバ５の光軸側に向けることを確保している。これにより、特開２０１０−２６７７３４号公報に開示された三角プリズムの用い方とは異なり、レーザ光の反射方向について制限を与えてフィルタ入射角θ２を確実に低減している。

光路変更角θ１がある値に指定（固定）された場合、波長分離フィルタ膜に対する屈折光の入射角であるフィルタ入射角（θ２）は、プリズム入射角θ´１、プリズムの屈折率ｎ、およびプリズム角θｐによって決められる。本発明によれば、三角プリズム３０の前端面３１と後端面３３とを非平行なものとしており、それらの面の間の角度（プリズム角θｐ）の設計により、光路変更角θ１を指定角度で維持したままで、これとは独立にプリズム入射角θ´１を設計することができる。その結果、フィルタ入射角θ２を小さくするための適切な範囲内で且つ適切な方向に、前端面を傾斜させるプリズム角θｐを決定することができる。これにより、光路変更角θ１を大きくする要求と、フィルタ入射角θ２を小さくする要求とを、両立することができる。

より具体的に説明すると、図２の場合、光路変更角θ１＝６０°とすると、プリズム角θｐは１７．６°である。
このときプリズム入射角θ´１＝６０°である。屈折率ｎが１．７５である場合、スネルの法則から下記の式（１）が成り立つ。
ｓｉｎθ´１＝ ｎ×ｓｉｎθ２ ・・・（１）
その結果、フィルタ入射角θ２＝１４．８５°となる。

次に、比較例と比較して説明する。図１１および図１２は、実施の形態１に対する比較例として示す光送信装置５１０の構成を示す図である。図１１が図１と同様に全体構成を示し、図１２は図２と同様に一つの波長分離フィルタを抜き出して拡大した側面図である。比較例としての光送信装置５１０は、波長分離フィルタ５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ、および５０３ｄに置換された点を除き、光送信装置１０と同様の構成を備えている。

波長分離フィルタ５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ、および５０３ｄは、図１２に代表例として示す波長分離フィルタ５０３ｂからわかるように、平行平板プリズム５３０の後端面に波長分離フィルタ膜５５０を蒸着したものである。光路偏向角θ１、プリズム入射角θ´１、フィルタ入射角θ２の考え方は、実施の形態１のときと同様である。また、図１２のθ３は、波長分離フィルタ５０３ｂの後端面へのレーザ光λａの入射角である。

図１２に示す比較例の構成において、フィルタ入射角θ２＝１４．８５°にしようと試みた場合、プリズム入射角θ´１は、スネルの法則（上記式（１））の関係から、θ´１＝２６．５７°となる。この場合、光路変更角θ１を、５３．１４°まで狭くしなければならない。つまり、フィルタ入射角θ２を同じ小ささ（θ２＝１４．８５°）で設計しようとした場合、図１２の比較例の構成にあってはθ１を５３．１４°まで狭くしなければならないのに対し、実施の形態１にかかる図２の構成ではθ１を６０°に保つことができる。

また、プリズム入射角θ´１が大きくなると、特にｓ偏光の透過率が低下するが、本実施の形態によればこの点は問題ない。つまり、図１に示すように、光源に半導体レーザダイオード素子（半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄ）を適用し、かつ、各半導体レーザダイオード素子の活性層が図１の紙面平行方向に広がりを有する配置としている。この配置は、言い換えると、各半導体レーザダイオード素子の半導体層積層方向が図１の紙面貫通方向に一致する配置である。

一般に半導体レーザダイオード素子は偏光特性を有しており、本実施の形態にかかる配置関係では光送信装置１０内における出射レーザ光が三角プリズム３０に対してｐ偏光となる。また、波長分離フィルタの作成もｓ偏光を基準とするよりｐ偏光を基準としたほうが容易であるという実情がある。このため、本実施の形態によれば、光通信モジュールの設計が容易化する。また、本実施の形態によれば、図１の紙面と平行な方向にスポットサイズが広がるので、通常は紙面垂直方向に広がる傾向を持つ半導体レーザダイオードのスポット形状を補正する効果も発揮される。

尚、上述した実施の形態１においては、半導体レーザ素子１ａ、レンズ２ａおよび波長分離フィルタ３ａが、上記第１の発明にかかる「第１レーザ出射部」に相当し、レーザ光λａが上記第１の発明にかかる「第１レーザ光」に相当している。また、上述した実施の形態１においては、半導体レーザ素子１ｂおよびレンズ２ｂが、上記第１の発明にかかる「第２レーザ出射部」に相当し、レーザ光λｂが上記第１の発明にかかる「第２レーザ光」に相当している。

また、上述した実施の形態１においては、波長分離フィルタ３ｂが、上記第１の発明にかかる「波長フィルタ部」に相当し、光ファイバ５が「光ファイバ」に相当し、ファイバ固定部５ａが「ファイバ固定部」にそれぞれ相当している。また、上述した実施の形態１では、三角プリズム３０が、上記第１の発明にかかる「プリズム」に相当し、波長分離フィルタ膜５０が、「波長フィルタ膜」に相当している。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、合波光の光軸に対して前端面３１が垂直に配置されたが、本発明はこれに限られるものではない。図３は、本発明の実施の形態１にかかる光送信装置１０の変形例を示す図である。図３に示す変形例では、プリズム入射角θ´１が光路変更角θ１を超える大きさとなるように、合波光λ１の光軸に対して、前端面３１が傾いている。いわば、図３に示すように波長分離フィルタ３ａが前のめりに傾いている。

傾きの角度θａは、本変形例では１０°としている。本変形例では、全ての波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄに対して、このような図３に示すθａの傾きを与えるものとする。こうすることで、フィルタ入射角θ２をさらに小さくすることが出来る。

具体的には、θａ＝１０°とした場合、フィルタ入射角θ２＝１３．４９°となり、フィルタ入射角をより小さくすることができる。また、透過光であるレーザ光λａに対しても波長分離フィルタ３ａをθａだけ傾斜させることになり、エタロン効果を抑制することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる光送信装置１１０の全体構成を示す図である。図５は、本発明の実施の形態２にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタ１０３ｂの構成を示す図である。実施の形態２にかかる光送信装置１１０は、波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄに代えて波長分離フィルタ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、および１０３ｄを用いている点を除き、実施の形態１にかかる光送信装置１０と同様の構成を備えている。

図４に示すように、波長分離フィルタ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、および１０３ｄは、台座１１１の上に並べて設けられている。ここでは波長分離フィルタ１０３ｂの構成を代表例として説明し、波長分離フィルタ１０３ａ、１０３ｃおよび１０３ｄについてはこれと同様の構成を備えるものとして説明を省略する。

図５に示すように、波長分離フィルタ１０３ａは、平行四辺形の断面形状を有する四角柱プリズム体である。このような構成であっても、図３を用いて説明したのと同様に、光路変更角θ１を大きめに保ちつつ、フィルタ入射角θ２を小さな角度に設計することができる。

波長分離フィルタ１０３ａは、図３に示した実施の形態１にかかる変形例としての波長分離フィルタと同様の機能を実現するために、図５（ａ）に示す破線位置において、波長分離フィルタ３ａの上端と下端をそれぞれカットしたものである。そうすることで、図５（ｂ）に示すように、平行四辺形の断面形状が実現される。二つの三角プリズム３０、４０を重ねて作成した波長分離フィルタ３ａでは、波長分離フィルタ膜５０を挟み込む三角プリズム３０、４０が位置ずれを起こし、三角プリズムの先端部分が突出するなどの問題がある。

この点、図５（ａ）に示すように波長分離フィルタ３ａの上下端部をそれぞれカットすることで、底面１３２および１４２が現れるので、その後の加工がしやすく、取り扱いが容易になる。また、複数の波長分離フィルタ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄを用いる場合に、台座１１１の上にそれぞれの上記波長分離フィルタの底面１３２を当ててそれぞれの波長分離フィルタの角度を揃えることができ、レーザ光λａやレーザ光λ１の光軸に対する光学系の位置合わせが容易になり、組立も容易にすることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる光送信装置２１０の全体構成を示す図である。図７は、本発明の実施の形態３にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタ２０３ｂの構成を示す図である。

実施の形態３にかかる光送信装置２１０は、波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄに代えて波長分離フィルタ２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、および２０３ｄを用いている点を除き、実施の形態１にかかる光送信装置１０と同様の構成を備えている。ここでは波長分離フィルタ２０３ｂの構成を代表例として説明し、波長分離フィルタ２０３ａ、２０３ｃおよび２０３ｄについてはこれと同様の構成を備えるものとして説明を省略する。

図７に示すように、波長分離フィルタ２０３ｂは、波長分離フィルタ３ｂから三角プリズム４０を取り払ったものであり、全体として三角柱の形状となっている。このような構成であっても図２を用いて説明したのと同様に、光路変更角θ１を大きめに保ちつつ、フィルタ入射角θ２を小さな角度に設計することができる。

但し、図２の場合と異なるのは、図７において角度θ３を付したように、波長分離フィルタ２０３ｂの後端面（つまり三角プリズム３０の後端面３３）に対する入射角θ３が必要である。これは、図２では、波長分離フィルタ３ｂに対してレーザ光λａが垂直に入射していたのとは異なる。

従って、図６に示すように、合波光λ１、λ２、およびλ３を光結合させていくように、複数の波長分離フィルタ２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、および２０３ｄを屈曲して配置する必要がある。これは図１に示す光送信装置１０では複数の波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄを光ファイバ５の光軸に沿って直線的に並べたのとは異なっている。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４にかかる光送信装置３１０の全体構成を示す図である。図９は、本発明の実施の形態４にかかる波長分離フィルタの構成を示す図であり、その代表例としての波長分離フィルタ３０３ｃの構成を示す図である。

実施の形態４にかかる光送信装置３１０は、波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄに代えて波長分離フィルタ３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、および３０３ｄを用いている点、および各波長分離フィルタを接触させつつ配置している点を除き、実施の形態１にかかる光送信装置１０と同様の構成を備えている。図９では波長分離フィルタ３０３ｃの構成を代表例として説明し、波長分離フィルタ３０３ａ、３０３ｂおよび３０３ｄについてはこれと同様又は対称の構成を備えるものとして説明を省略する。

図９に示すように、実施の形態４では、波長分離フィルタ３０３ｃが、台形プリズム３３０および波長分離フィルタ膜３５０によって構成されている。台形プリズム３３０は、上底面３４２、下底面３３２、および、上底面３４２と下底面３３２とを結ぶ２つの斜面とを備えた等脚台形プリズムである。一方の斜面はすなわち前端面３３１であり、他方の斜面はすなわち後端面３３３である。

隣り合う２つの波長分離フィルタ３０３ｂ、３０３ｃは、前端面３３１と波長分離フィルタ膜３５０とを接触させて配置されている。さらに、隣り合う２つの等脚台形プリズムが、その上底面３４２と下底面３３２とを段違いにして配置されることで、それぞれの前端面３３１の一部に、露出部３３５が設けられている。それぞれのレーザ光λａ、λｂ、λｃ、およびλｄは、それぞれの露出部３３５に入射する。

ここで、便宜上、半導体レーザ素子と波長分離フィルタとを１組の部品群として考え、隣接する２組の部品群の関係を説明する。例えば、第１の組として、半導体レーザ素子１ａおよび波長分離フィルタ３０３ａを指定した場合には、第２の組は、これに隣接する半導体レーザ素子１ｂおよび波長分離フィルタ３０３ｂである。また、第１の組として、半導体レーザ素子１ｂおよび波長分離フィルタ３０３ｂを指定した場合には、第２の組は、これに隣接する半導体レーザ素子１ｃおよび波長分離フィルタ３０３ｃである。

第１の組に属する波長分離フィルタ３０３ｂと、これに隣接する第２の組に属する波長分離フィルタ３０３ｃとが、光ファイバ５の光軸に対して対称な形状、すなわち図８の紙面上下で逆さまの形状を備えている。さらに、第１の組に属する半導体レーザ素子１ｂと、第２の組に属する半導体レーザ素子１ｃとが、光ファイバ５の光軸をはさんで逆の方向から、それぞれの波長分離フィルタ３０３ｂ、３０３ｃに対してレーザ光λｂ、λｃを出射している。さらに言い換えると、実施の形態４にかかる光送信装置３１０では、第１の組と、この第１の組の隣に位置する第２の組とが、光ファイバ５の光軸まわりに回転させて、ずらして配置されている。

このように、実施の形態４では、台形形状のプリズムを組み合わせて、合波光の光軸方向（言い換えると光ファイバ５の光軸方向）に対して垂直な方向の側から交互に、レーザ光を入射させる。この構成にすることで、実施の形態１において波長分離フィルタ３ｂ等が有していた後側プリズム（三角プリズム４０）を省略することができるため、低コスト化が実現できる。

なお、図８に示す実施の形態４にかかる光送信装置３１０は、第１の組（半導体レーザ素子１ａおよび波長分離フィルタ３０３ａ）と第２の組（半導体レーザ素子１ｂおよび波長分離フィルタ３０３ｂ）とが、光ファイバ５の光軸に対して、対称の形状および対称の位置関係で配置されている。つまり、次段の組が、前段の組に対して、光ファイバ５の光軸に対して、対称の形状および対称の位置関係で配置されている。

これと同様に、実施の形態１にかかる光送信装置１０、実施の形態２にかかる光送信装置１１０、および実施の形態３にかかる光送信装置２１０でも、隣り合う「半導体レーザ素子と波長分離フィルタの組」を、光ファイバ５の光軸に対して対称に配置してもよい。

実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５にかかる光送信装置４１０の全体構成を示す図である。光送信装置４１０は、ファラデー回転子５０６と、偏光ビームスプリッタ５０７とを備えている。光送信装置４１０は、波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄ等の構成部品はそれぞれ同じ構成を備えるものの、その配置が光送信装置１０と異なっている。

偏光ビームスプリッタ５０７は、第１の面７ａと、これに垂直に交わる第２の面７ｂとを備えている。偏光ビームスプリッタ５０７は、波長分離フィルタ３ｂと光ファイバ５との間に設けられており、第１の面７ａに合波光λ４１を受ける。偏光ビームスプリッタ５０７の第２の面７ｂには、合波光λ４２が入射する。

合波光λ４１は、波長分離フィルタ３ｂを用いてレーザ光λａとレーザ光λｂとが合波された光である。これは、実施の形態１の光送信装置１０における合波光λ１と同じである。一方、合波光λ４２は、波長分離フィルタ３ｃを用いてレーザ光λｃとレーザ光λｄとが合波された光である。

すなわち、光送信装置４１０では、半導体レーザ素子１ａ、１ｂおよび波長分離フィルタ３ａ、３ｂなどの第１構成部品群と、半導体レーザ素子１ｃ、１ｄおよび波長分離フィルタ３ｃ、３ｄなどの第２構成部品群とが、互いに直行する合波光λ４１、λ４２を１つの偏光ビームスプリッタ５０７に入射させている。

その結果、光送信装置４１０では偏光ビームスプリッタ５０７を用いて偏波合成を行うことができる。これにより、各波長分離フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄが急峻な波長分離特性を有さなくとも良くなり、波長分離フィルタの特性に余裕を持たせることができる。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６にかかる光受信装置１０１０を示す図である。光受信装置１０１０は、実施の形態１にかかる光送信装置１０との関係で、半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄを、フォトダイオード１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ、および１００１ｄに置換したものである。さらに、レーザ駆動回路６ａ、６ｂ、６ｃ、および６ｄに代えて、アンプ等を含む受光回路１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃ、および１００６ｄを設けている。これにより、光送信装置１０のときと同様に、光路変更角θ１を保持しつつ、フィルタ入射角θ２を低減することができるようになる。

尚、上述した実施の形態６においては、フォトダイオード１００１ａおよびレンズ２ａが、上記第２の発明にかかる「第１レーザ受光部」に相当し、レーザ光λａが上記第２の発明にかかる「第１レーザ光」に相当している。また、上述した実施の形態６においては、フォトダイオード１００１ｂおよびレンズ２ｂが、上記第２の発明にかかる「第２レーザ受光部」に相当し、レーザ光λｂが上記第２の発明にかかる「第２レーザ光」に相当している。

また、上述した実施の形態６においては、波長分離フィルタ３ｂが、上記第２の発明にかかる「波長フィルタ部」に相当し、光ファイバ５が「光ファイバ」に相当し、ファイバ固定部５ａが「ファイバ固定部」にそれぞれ相当している。また、上述した実施の形態６では、三角プリズム３０が、上記第２の発明にかかる「プリズム」に相当し、波長分離フィルタ膜５０が、「波長フィルタ膜」に相当している。

なお、実施の形態１の実施の形態６との間で、半導体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄをフォトダイオード１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ、および１００１ｄに置換し、レーザ駆動回路６ａ、６ｂ、６ｃ、および６ｄを受光回路１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃ、および１００６ｄに置換したが、これと同様の変形を、実施の形態２乃至５においても行うことができる。

具体的には、図１４は、本発明の実施の形態６にかかる光受信装置の変形例としての光受信装置１１１０を示す図である。これは、実施の形態２にかかる光送信装置１１０において、上記のように、半導体レーザ素子およびレーザ駆動回路を、フォトダイオードおよび受光回路に置換したものである。

図１５は、本発明の実施の形態６にかかる光受信装置の変形例としての光受信装置１２１０を示す図である。これは、実施の形態３にかかる光送信装置２１０において、上記のように、半導体レーザ素子およびレーザ駆動回路を、フォトダイオードおよび受光回路に置換したものである。

図１６は、本発明の実施の形態６にかかる光受信装置の変形例としての光受信装置１３１０を示す図である。これは、実施の形態４にかかる光送信装置３１０において、上記のように、半導体レーザ素子およびレーザ駆動回路を、フォトダイオードおよび受光回路に置換したものである。

図１７は、本発明の実施の形態６にかかる光受信装置の変形例としての光受信装置１４１０を示す図である。これは、実施の形態５にかかる光送信装置４１０において、上記のように、半導体レーザ素子およびレーザ駆動回路を、フォトダイオードおよび受光回路に置換したものである。

このようにすることで、実施の形態２乃至５のそれぞれの光送信装置１１０〜４１０を、光受信装置１１１０〜１４１０に変形して用いることができる。それにより、光路変更角とフィルタ入射角の両立等、実施の形態１乃至５で説明した各種効果を応用的に享受することができる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 半導体レーザ素子、１ａｓ、１ｂｓ、１ｃｓ、１ｄｓ リッジストライプ部、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、４ レンズ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 波長分離フィルタ、５ 光ファイバ、５ａ ファイバ固定部、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ レーザ駆動回路、１０ 光送信装置、３０、４０ 三角プリズム、３１ 前端面、３２ 底面、３３ 後端面、４１ 背面、４２ 底面、４３ 表面、５０ 波長分離フィルタ膜、５０６ ファラデー回転子、５０７ 偏光ビームスプリッタ

Claims (16)

1. 第１レーザ光を出射する第１レーザ出射部と、
   前記第１レーザ光と異なる波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ出射部と、
   前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を受けて、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合波した合波光を出射する波長フィルタ部と、
   前記合波光と結合する光ファイバ又は前記光ファイバを固定するためのファイバ固定部と、
   を備え、
   前記波長フィルタ部は、
   対向した前端面および後端面を備え、前記前端面で前記第２レーザ光を受け、前記後端面で前記第１レーザ光を受けるプリズムと、
   前記後端面に設けられ、前記後端面に入射する前記第１レーザ光を透過させ、前記前端面から入射した前記第２レーザ光を反射することで前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合波する波長フィルタ膜と、
   を備え、
   前記前端面に平行な面と前記後端面に平行な面とが交わる角度であるプリズム角が鋭角を成すように、前記前端面および前記後端面は非平行であり、
   前記プリズム角が、前記前端面から前記プリズム内に入射した前記第２レーザ光を前記波長フィルタ膜で前記前端面に反射させて、前記合波光を前記光ファイバの光軸側に向ける角度であることを特徴とする光送信装置。
2. 前記合波光の光軸と前記第２レーザ光の光軸とが成す角度を光路変更角とし、
   前記前端面に対する前記第２レーザ光の入射角をプリズム入射角とし、
   前記プリズム入射角が前記光路変更角を超える大きさとなるように前記合波光の光軸に対して前記前端面が傾いていることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記第２レーザ出射部と前記波長フィルタ部の組が、複数個、前記光ファイバの光軸に沿って直列に並べて設けられ、
   複数個の前記波長フィルタ部のうちの一つの前記波長フィルタ部から出射した前記合波光が、次段の前記波長フィルタ部の前記後端面に前記第１レーザ光として入射することを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。
4. 複数個並べられた前記第２レーザ出射部と前記波長フィルタ部の組は、第１の組と、前記第１の組の隣に位置する第２の組とを含み、
   前記第１の組に属する前記波長フィルタ部と、前記第２の組に属する前記波長フィルタ部とが、前記光ファイバの光軸に対して対称な形状を備え、
   前記第１の組に属する前記第２レーザ出射部と、前記第２の組に属する前記第２レーザ出射部とが、前記光ファイバの光軸をはさんで逆の方向から、それぞれの前記波長フィルタ部に対してレーザ光を出射することを特徴とする請求項３に記載の光送信装置。
5. 前記プリズムそれぞれが、上底面、下底面および前記上底面と前記下底面とを結ぶ２つの斜面とを備えた等脚台形プリズムであり、前記２つの斜面の一方が前記前端面であり、前記２つの斜面の他方が前記後端面であり、
   隣り合う２つの前記波長フィルタ部は前記前端面と前記波長フィルタ膜とを接触させて配置され、かつ、隣り合う２つの前記等脚台形プリズムが上底面と下底面とを段違いにして配置されることでそれぞれの前記前端面の一部に露出部が設けられ、
   それぞれの前記第２レーザ出射部は、それぞれの前記露出部に前記第２レーザ光を入射させることを特徴とする請求項４に記載の光送信装置。
6. 前記波長フィルタが、
   前記プリズムと同じ屈折率を有し、前記プリズムとともに前記波長フィルタ膜を挟み、前記波長フィルタ膜と接する面と反対側に前記第１レーザ光が入射する面を備えた後側プリズムをさらに備え、
   前記プリズムの前記前端面と、前記後側プリズムの前記面とが、平行であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光送信装置。
7. 前記プリズムが、前記プリズム角側に、底面を備えることを特徴とする請求項６に記載の光送信装置。
8. 前記波長フィルタと前記光ファイバとの間に設けられ、第１の面に前記合波光を受ける偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタの前記第１の面と直角な第２の面にレーザ光を入射させる第３レーザ出射部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光送信装置。
9. 第１レーザ光および前記第１レーザ光と異なる波長の第２レーザ光が合波した合波光を受けて、前記合波光を前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とに分波する波長フィルタ部と、
   前記第１レーザ光を受けるための第１レーザ受光部と、
   前記第２レーザ光を受けるための第２レーザ受光部と、
   前記合波光を前記波長フィルタ部に伝達する光ファイバ又は前記光ファイバを固定するためのファイバ固定部と、
   を備え、
   前記波長フィルタ部は、
   対向した前端面および後端面を備え、前記前端面で前記合波光を受けるとともに、前記前端面から前記第２レーザ光を出射し、前記後端面から前記第１レーザ光を出射するプリズムと、
   前記後端面に設けられ、前記後端面で前記第１レーザ光を透過させ、前記前端面から入射した前記第２レーザ光を反射することで前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを分波する波長フィルタ膜と、
   を備え、
   前記前端面に平行な面と前記後端面に平行な面とが鋭角のプリズム角を成して交わるように、前記前端面および前記後端面は非平行であり、
   前記プリズム角が、前記前端面から前記プリズム内に入射した前記合波光のうち前記第２レーザ光を前記波長フィルタ膜で前記前端面に反射させて、反射させた前記第２レーザ光を前記第２レーザ受光部の光軸側に向ける角度であることを特徴とする光受信装置。
10. 前記合波光の光軸と前記第２レーザ光の光軸とが成す角度を光路変更角とし、
    前記前端面に対する前記第２レーザ光の入射角をプリズム入射角とし、
    前記プリズム入射角が前記光路変更角を超える大きさとなるように前記合波光の光軸に対して前記前端面が傾いていることを特徴とする請求項９に記載の光受信装置。
11. 前記第２レーザ受光部と前記波長フィルタ部の組が、複数個、前記光ファイバの光軸に沿って直列に並べて設けられ、
    複数個の前記波長フィルタ部のうちの一つの前記波長フィルタ部に入射した合波光が、次段の前記波長フィルタ部の前記前端面に合波光として入射することを特徴とする請求項９または１０に記載の光受信装置。
12. 複数個並べられた前記第２レーザ受光部と前記波長フィルタ部の組は、第１の組と、前記第１の組の隣に位置する第２の組とを含み、
    前記第１の組に属する前記波長フィルタ部と、前記第２の組に属する前記波長フィルタ部とが、前記光ファイバの光軸に対して対称な形状を備え、
    前記第１の組に属する前記第２レーザ受光部と、前記第２の組に属する前記第２レーザ受光部とが、前記光ファイバの光軸をはさんで逆の方向から、それぞれの前記波長フィルタ部からのレーザ光を受光することを特徴とする請求項１１に記載の光受信装置。
13. 前記プリズムそれぞれが、上底面、下底面および前記上底面と前記下底面とを結ぶ２つの斜面とを備えた等脚台形プリズムであり、前記２つの斜面の一方が前記前端面であり、前記２つの斜面の他方が前記後端面であり、
    隣り合う２つの前記波長フィルタ部は前記前端面と前記波長フィルタ膜とを接触させて配置され、かつ、隣り合う２つの前記等脚台形プリズムが上底面と下底面とを段違いにして配置されることでそれぞれの前記前端面の一部に露出部が設けられ、
    それぞれの前記第２レーザ受光部は、それぞれの前記露出部から出射した前記第２レーザ光の光軸上に配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の光受信装置。
14. 前記波長フィルタが、
    前記プリズムと同じ屈折率を有し、前記プリズムとともに前記波長フィルタ膜を挟み、前記波長フィルタ膜と接する面と反対側に前記第１レーザ光が入射する面を備えた後側プリズムをさらに備え、
    前記プリズムの前記前端面と、前記後側プリズムの前記面とが、平行であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の光受信装置。
15. 前記プリズムが、前記プリズム角側に、底面を備えることを特徴とする請求項１４に記載の光受信装置。
16. 前記波長フィルタと前記光ファイバとの間に設けられ、第１の面に前記光ファイバからの前記合波光を受ける偏光ビームスプリッタと、
    前記偏光ビームスプリッタの前記第１の面と直角な第２の面から出射するレーザ光の光軸上に配置された第３レーザ受光部と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の光受信装置。

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