JP2015161716A - 光学フィルタ、光モジュール、光通信システム、および光結合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加や実装コストの増加、そして実装面積の増加を解決する。
【解決手段】本発明における光学フィルタは、アレイレンズの第一のレンズに入射する光線が通過する光学フィルタ部と、前記アレイレンズの少なくとも他の一つのレンズに入射する光線が通過し、光路長が前記光学フィルタ部に略等しい光路長補償部とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学フィルタ、光モジュール、光通信システム、および光結合方法に関して、光通信に用いる光学フィルタ、光モジュール、光通信システム、および光結合方法に関する。

近年、光通信の大容量化に伴って、位相干渉によって容量を拡大できるデジタルコヒーレント方式の導入が進められている。デジタルコヒーレント方式では、高速な光信号を受光素子で光電変換して高速なデジタル回路で処理することにより、分散の影響等を補償し、長距離・大容量の伝送を実現する技術である。

ここで、デジタルコヒーレント方式を受信するには、信号光の他に局発光を使用する必要があり、受信モジュール内部にてこれらの光を混合してから受光素子で光電変換を行うことになる。

また、本方式においては受信モジュール内の混合器と光導波路型の素子を使うことが主流であるので、光ファイバで導光された信号光と局発光を、レンズを使って光導波路に結合させる必要がある。この際、局発光を所望の偏光にする必要があり、局発光側の光路にのみ偏光子を挿入することが行われる。

光結合を行う光モジュールや光結合方法に関しては、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。

近年、受信モジュールの小型化が求められており、２つの入力ファイバ（信号光と局発光）の間隔を狭くする必要が生じている。このため、信号光と局発光の光学系を全てアレイ化した小型の光学系が求められている。

特開２００３−２７０４７６号公報

ここで、レンズをアレイ化する際には、その製造コストや製造容易性等の観点から同じ曲面を持つレンズ群を形成する必要がある。そのため、アレイ内のレンズは何れも焦点距離が等しくなるため、局発光側の光路にのみ偏光子を挿入すると、信号光と局発光で焦点距離が変わってしまい、おのおのの光導波路との結合損失が増加してしまう問題があった。

この問題に対し、焦点距離の補償のために、信号光側に別部材として光路補償素子を挿入することは技術的には可能である。しかし、部品点数の増加や実装コストの増加、そして実装面積の増加につながるという問題があった。

本発明の光学フィルタは、アレイレンズの第一のレンズに入射する光線が通過する光学フィルタ部と、前記アレイレンズの少なくとも他の一つのレンズに入射する光線が通過し、光路長が前記光学フィルタ部に略等しい光路長補償部とを有する。

本発明の光学フィルタにより、部品点数や実装コスト、実装面積の低減が可能である。

本発明の第一の実施形態における光モジュールの光路に沿った断面図である。 本発明の実施例１における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 本発明の実施例１における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 本発明の実施例１における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 本発明の実施例１における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 本発明の実施例１における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 本発明の実施例２における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 本発明の実施例２における光学フィルタに側面図及び上面図の概念図である。 一般的な光モジュールの光路に沿った断面図である。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

［実施形態１］実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態１の光モジュール１００を上から見た時の光路に沿った断面図である。実施形態１で示される光モジュール１００は図１に示されるように、アレイレンズ１と、光学フィルタ２を有する。

［構成の説明］図１に示されるように、アレイレンズ１は、第一のレンズ１ａと少なくとも他の一つのレンズ（図１においては第二のレンズ１ｂとして示されており、以降同様に説明する）を備える。

光学フィルタ２は、光学フィルタ部２ａと光路長が光学フィルタ部２ａに略等しい光路長補償部２ｂとを有する。光学フィルタ部２ａを、第一のレンズ１ａに入射する光線が通過する。また、光路長補償部２ｂを第二のレンズ１ｂに入射する光線が通過する。光学フィルタ２は、アレイレンズ１の第一のレンズ１ａの光軸上に光学フィルタ部２ａが位置し、かつアレイレンズ１の第二のレンズ１ｂの光軸上に光路長補償部２ｂが位置するよう配置される。

［作用の説明］以下図１を参照し、光学フィルタ２からアレイレンズ１に向かって光が導波し、所定の焦点距離で光が焦点を結ぶ場合の、本実施形態における光モジュール１００の作用を説明する。

図１において、光は左から右に向かって、すなわち光学フィルタ２からアレイレンズ１に向かう方向に沿って入射する。光学フィルタ部２ａを通過し、第一のレンズ１ａに向かう第二の光は、通過した光学フィルタ２ａによって所定のフィルタリングを受け、アレイレンズ１に入射し、所定の焦点距離、すなわち第一のレンズ１ａの焦点距離に集光される。

一方、光路長補償部２ｂを通過し、第二のレンズ１ｂに入射する第一の光は、入射した光路長補償部２ｂの光路長が光学フィルタ部２ａに略等しいため、前述の光学フィルタ２ａに入射し通過した光の焦点距離と略等しい焦点距離に集光される。
［効果の説明］このように、光学フィルタ２が光学フィルタ部２ａと光路長補償部２ｂを有することで、何れも焦点距離が等しいアレイレンズ１を利用し、かつ特定の光線にフィルタリングを適用しても、フィルタリングを受けない他の光線との焦点距離のズレを調整できる。かつ光モジュール１００の部品点数や実装コスト、実装面積の低減が可能である。

実施形態１においては、アレイレンズ１と光学フィルタ２とを有する光モジュール１００として説明したが、アレイレンズ１が別部材であっても、光学フィルタ２が上述の構成であれば作用効果を奏する。

以下、実施形態１の構成において取りうるバリエーション例を示す。

アレイレンズ１を基準に捉えると、第一のレンズ１ａの光軸１ａａと第二のレンズ１ｂの光軸１ｂａとが略平行であり、これら二つの光軸が通過する箇所の光学フィルタ２の光路長が略同一であることが好ましい。このことにより、第一の光と第二の光とが略同じ焦点距離に集光される。図１においては素子２の光路長が全体に均一であるが、光軸が通過する箇所のみの光路長が略同一であってもよい。

一方、入射する光を基準に捉えると、光学フィルタ部２ａを通過し、第一のレンズ１ａに入射する第二の光と、光路長補償部２ｂを通過し、第二のレンズ１ｂに入射する第一の光とが互いに平行であり、光学フィルタ２は、少なくとも第一の光と第二の光とが通過し得る箇所の光路長が略同一であることが好ましい。ここで光学フィルタ２の光路長とは、図１に示されるように、前述の第一の光や第二の光の進行方向に沿った、光学フィルタ２の光路長である。この場合も、第一の光と第二の光とが略同じ焦点距離に集光される。

光学フィルタ２ａとして、偏光子、波長選択フィルタ、波長板など、任意のフィルタを用いることができる。他にも、光学フィルタとして光量を減衰させる減衰器を用いることができ、この構成の場合にはアレイレンズ１に入射する複数の光線のうち、特定の光線のみ光量を減衰させることができる。

光路長補償部２ｂは、光学フィルタ部２ａと同等の光路長になるよう補償する、または第二の光を第一の光と略同一の焦点距離とすることができれば、あらゆる部材を採用してよい。また、第二の光が光学フィルタ部２ａを通過し、第一の光が光路長補償部２ｂを通過するよう光学フィルタ２が配置される。

また、光路長補償部２ｂの材質として、ガラス、シリコン、透光性樹脂などを用いることができる。

［実施形態２］次に、第１及び第２の実施形態の実施例について、図２〜図５を参照して詳細に説明する。実施形態２では、第１の実施形態における光学フィルタ２の様々な実施態様の例を示す。実施形態２における光モジュール１００の光学フィルタ２以外の構成については、実施形態１と同様である。

光学的に透明な板（以降透明板１０）に光学フィルタ部２ａと光路長補償部２ｂとが形成された場合のうち、光学フィルタ部２ａが厚み方向全体にわたって形成され、他の部分全体を光路長補償部２ｂとした例を図２に示す。図２の（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。ここで図２の（ｂ）は、光学フィルタ２に入射する光方向から見た図である。また、光学的に透明とは、所望の光を透過する状態を指す。所望の光の例として、光モジュール１００内を導波する予定の波長の光が挙げられる。

また、図３及び図４に、光学フィルタ２が、透明板１０の表面に光学フィルタ部２ａが形成され、透明板１０の他の部分を光路長補償部２ｂとした例を示す。図３は、光学フィルタ部２ａの形成箇所の光学フィルタ２の光路長と光路長補償部２ｂのみの箇所の光路長が略同一な構成の場合が示されている。

また、図４には、図３に対して光学フィルタ部２ａの形成箇所の光学フィルタ２の光路長と光路長補償部２ｂのみの箇所の光路長が異なる構成の場合が示されている。図４の場合、光路長補償部２ｂの光路長が光学フィルタ部２ａより十分長い場合には、第一のレンズ１ａに入射する第一の光と第二のレンズ１ｂに入射する第二の光とが略同じ焦点距離で集光する。

図５には、光学フィルタ２が、光学フィルタ部２ａと光路長補償部２ｂとが接合されてなる例が示されている。接合方法としては、接着剤による接着、拡散接合、融着など、様々な方法が適用できる。

図６には、光学フィルタ２が、透明板１０の一面に光学フィルタ部２ａと光路長補償部とが形成されてなる例が示されている。

これらのどの実施態様においても、光学フィルタ２が光学フィルタ部２ａと光路長補償部２ｂを有することで、何れも焦点距離が等しいアレイレンズ１を利用しながらも特定の光線にフィルタリングを適用できる。かつ光学フィルタ２及び光モジュール１００の部品点数や実装コスト、実装面積の低減が可能である。

［実施形態３］次に、実施形態１の光モジュール１００を２つの光学素子である第一の光学素子３と第二の光学素子４とに結合する例を図７〜図８を参照して詳細に説明する。ここでは、アレイレンズ１の３つのレンズをすべて光路として使用する例を示す。

図７はアレイレンズ１と光学フィルタ２によって、第一の光学素子３と第二の光学素子４とを光学的に結合する場合を示す。

第一の光学素子３や第二の光学素子４として、ファイバアレイ、光導波路を有する素子などが適用されうる。例として、図８に、第一の光学素子３としてファイバアレイ３ａ、第二の光学素子４として光導波路４ａを有する素子、光学フィルタ部２ａに偏光子２ａａ、光路長補償部２ｂに透明ガラス２ｂａを用いた場合の上面図を示す。

図８に示されるように、ファイバアレイ３ａは光ファイバ３ａａ〜３ａｃの３本で構成されており、光学フィルタ２、アレイレンズ１、光導波路４ａもこれに対応して３つの光路を有している。

光ファイバ３ａｃから光導波路４ｃに向けて出射された光線は、偏光子２ａａを通り、第一のレンズ１ａで集光されて、光導波路４ｃに結合する。同様に、光ファイバ３ａａ、３ａｂから出射された光線は、透明ガラス２ｂａを通り、それぞれ第三のレンズ１ｃ、第二のレンズ１ｂで集光されて光導波路４ａ、４ｂに結合する。

ここで、光学フィルタ２の中で偏光子２ａａ以外の部分は、偏光子２ａａと光路長が等しい透明ガラス２ｂａになっている。そのため、光ファイバ３ａｃから出射された光線のみ偏光子２ａａを通り、特定の偏波のみ透過することになる。一方、光ファイバ３ａａ、３ａｂから出射された光線は、偏光子２ａａと同じ光路長の透明ガラス２ｂａを透過する。これにより、偏光子２ａａを通った光線が１本だけあるが、ファイバアレイ３ａからアレイレンズ１の光路長は光ファイバ３ａａ〜３ａｃから出射される３本の光線すべてで等しくなる。このため、第一のレンズ１ａ、第二のレンズ１ｂ、第三のレンズ１ｃのいずれにおいても焦点距離に差がなくなり、いずれの光線も光導波路４ａ〜４ｃと最適な結合をすることができる。

なお図９は、図８の比較として一般的に用いられる光学系を示している。図９の光モジュール２００の構成には、光モジュール１００と比べて光路長補償部２ｂが無く、光学フィルタ部２ａ（図９では、図８との比較のため偏光子２ａａとして示されている）のみが存在する。このため、３本の光線のうち偏光子２ａａを通る光線のみ光路長が変わり、光導波路４ａ〜４ｃとの結合損失が増加してしまう。

上述のように、様々な光学フィルタ２のバリエーションを示したが、光学フィルタ２は第一の実施形態に記載した事項に加え、光学フィルタ部２ａと光路長補償部２ｂとが一体形成されてなる構成であればよい。

偏光子２ａａの形成方法としては、蒸着、成膜、イオンドープ、アニール、酸化、還元、などが使用できる。さらに、必要に応じてフィルム状の偏光子２ａａを貼り付けて形成することができる。

本実施形態では、ファイバアレイ３ａと光導波路４ａ〜４ｃの結合を例として挙げたが、この組み合わせに拘ることなく、ファイバアレイ同士の結合系でも良いし、光導波路同士の結合系でも良い。さらに、導波路ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ、フォトダイオード）アレイやレーザアレイ素子などのアレイ光学素子に対しても、本発明の適用が可能である。また、ファイバアレイ３ａの光ファイバが３本の例を示したが、２本の場合、４本以上の場合でも同様である。

本実施形態では、アレイレンズのうち３つのレンズを光路として使用する例を示したが、２つのレンズを用いる場合、４つ以上のレンズを用いる場合でも同様である。

本発明の光モジュール１００は、光通信システムに用いることができる。また、デジタルコヒーレント方式の通信に、本発明の素子２や光モジュール１００、光通信システムを用いることができる。デジタルコヒーレント方式の通信に用いる場合、前述の第一の光を信号光、第二の光を局発光とすることができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

［付記１］
アレイレンズの第一のレンズに入射する光線が通過する光学フィルタ部と、
前記アレイレンズの少なくとも他の一つのレンズに入射する光線が通過し、光路長が前記光学フィルタ部に略等しい光路長補償部とを有する、光学フィルタ。

［付記２］
前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが一体形成されてなる、付記１に記載の光学フィルタ。

［付記３］
光学的に透明な板に前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが形成された、付記１または２に記載の光学フィルタ。

［付記４］
光学的に透明な板の表面に前記光学フィルタ部が形成され、他の部分を前記光路長補償部とする、付記１または２のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記５］
光学的に透明な板の一面に前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが形成された、付記１または２に記載の光学フィルタ。

［付記６］
前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが接合されてなる、付記１または２のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記７］
前記光学フィルタ部が偏光子である、付記１から６のいずれかに記載の光学フィルタ子。

［付記８］
前記光学フィルタ部が波長選択フィルタである、付記１から６のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記９］
前記光学フィルタ部が波長板である、付記１から６のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記１０］
前記光学フィルタ部が光量を減衰させる減衰器である、付記１から６のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記１１］
前記光路長補償部の材質がガラスである、付記１から１０のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記１２］
前記光路長補償部の材質がシリコンである、付記１から１０のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記１３］
前記光路長補償部の材質が透光性樹脂である、付記１から１０のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記１４］
前記第一のレンズに入射する光線が局発光であり、前記少なくとも他の一つのレンズに入射する光線が信号光である、付記１から１３のいずれかに記載の光学フィルタ。

［付記１５］
アレイレンズと、付記１から１４のいずれかに記載の光学フィルタとを有し、
前記アレイレンズの第一のレンズの光軸上に前記光学フィルタ部が位置し、かつ前記アレイレンズの少なくとも他の一つのレンズの光軸上に前記光路長補償部が位置するよう前記光学フィルタが配置される、光モジュール。

［付記１６］
前記アレイレンズと前記光学フィルタによって、接続予定の２つの光学素子を光学的に結合しうる、付記１から１４のいずれかに記載の光モジュール。

［付記１７］
前記２つの光学素子のうち、少なくとも一つがファイバアレイである、付記１６に記載の光モジュール。

［付記１８］
前記２つの光学素子のうち、少なくとも一つが光導波路を有する素子である、付記１６または１７に記載の光モジュール。

［付記１９］
前記アレイレンズのうち、３個以内のレンズを光路長として使用する、付記１４から１７のいずれかに記載の光モジュール。

［付記２０］
前記第一のレンズの光軸と前記他の一つのレンズの光軸とが略平行であり、
前記二つの光軸が通過する箇所の前記光学フィルタの光路長が略同一である、付記１５から１９のいずれかに記載の光モジュール。

［付記２１］
前記光路長補償部を通過し、前記他の一つのレンズに入射する第一の光と、
前記光学フィルタ部を通過し、前記第一のレンズに入射する第二の光が互いに平行であり、
前記光学フィルタは、少なくとも前記第一の光と前記第二の光とが通過し得る箇所の光路長が略同一である、付記１５から２０のいずれかに記載の光モジュール。

［付記２２］
少なくとも２つの光線が入射しうるアレイレンズと、光学フィルタ部と前記光学フィルタ部と同等の光路長になるよう補償する光路長補償部とを有する光学フィルタとを有し、
前記２つの光線は前記光学フィルタを通過し、
前記２つの光線のうち、第二の光が前記光学フィルタ部を通過し、第一の光が前記光路長補償部を通過するよう前記光学フィルタが配置された、光モジュール。

［付記２３］
前記第二の光が局発光であり、前記第一の光が信号光である、付記１５から２２のいずれかに記載の光モジュール。

［付記２４］
デジタルコヒーレント方式の通信に使用される、付記１から１４のいずれかに記載の光フィルタ。

［付記２５］
付記１５から２３のいずれかに記載の光モジュールを備える、光通信システム。

［付記２６］
デジタルコヒーレント方式の通信に使用される、付記１５から２３のいずれかに記載の光モジュール。

［付記２７］
デジタルコヒーレント方式の通信に使用される、付記２５に記載の光通信システム。

［付記２８］
アレイレンズに入射しうる第一の素子から入射される少なくとも２つの光線が、光学フィルタ部と光路長が前記光学フィルタ部に略等しい光路長補償部を有する光学フィルタを通過し、
前記２つの光線のうち、第一の光が前記光学フィルタ部を通過し、
前記２つの光線のうち、光路長が前記光学フィルタ部に略等しい前記光路長補償部を第二の光が通過し、
前記第一の光と前記第二の光とが、第二の素子に結合する、光結合方法。

１ アレイレンズ
１ａ 第一のレンズ
１ａａ 第一のレンズ１ａの光軸
１ｂ 第二のレンズ
１ｂａ 第二のレンズ１ｂの光軸
１ｃ 第三のレンズ
２ 光学フィルタ
２ａ、２ａ’ 光学フィルタ部
２ａａ 偏光子
２ｂ、２ｂ’ 光路長補償部
２ｂａ 透明ガラス
３ 第一の光学素子
３ａ ファイバアレイ
３ａａ〜３ａｃ 光ファイバ
４ 第二の光学素子
４ａ〜４ｃ 光導波路
１０ 透明板
１００ 光モジュール
２００ 光モジュール
２ａ 光学フィルタ部
２ａａ 偏光子
２ｂ 光路長補償部
２ｂａ 透明ガラス
３ 第一の光学素子
３ａ ファイバアレイ
３ａａ〜３ａｃ 光ファイバ
４ 第二の光学素子
４ａ〜４ｃ 光導波路
１０ 透明板
１００ 光モジュール
２００ 光モジュール

Claims (10)

1. 前記アレイレンズの第一のレンズに入射する光線が通過する光学フィルタ部と、
   前記アレイレンズの少なくとも他の一つのレンズに入射する光線が通過し、光路長が前記光学フィルタ部に略等しい光路長補償部とを有する、光学フィルタ。
2. 前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが一体形成されてなる、請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 光学的に透明な板に前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが形成された、請求項１または２に記載の光学フィルタ。
4. 光学的に透明な板の表面に前記光学フィルタ部が形成され、他の部分を前記光路長補償部とする、請求項１または２のいずれかに記載の光学フィルタ。
5. 光学的に透明な板の一面に前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが形成された、請求項１または２に記載の光学フィルタ。
6. 前記光学フィルタ部と前記光路長補償部とが接合されてなる、請求項１または２のいずれかに記載の光学フィルタ。
7. 前記光学フィルタ部が偏光子である、請求項１から６のいずれかに記載の光学フィルタ。
8. 前記第一のレンズに入射する光線が局発光であり、前記少なくとも他の一つのレンズに入射する光線が信号光である、請求項１〜７のいずれかに記載の光学フィルタ。
9. アレイレンズと、請求項１から８のいずれかに記載の光学フィルタとを有し、
   前記アレイレンズの第一のレンズの光軸上に前記光学フィルタ部が位置し、かつ前記アレイレンズの少なくとも他の一つのレンズの光軸上に前記光路長補償部が位置するよう前記光学フィルタが配置される、光モジュール。
10. アレイレンズに入射しうる第一の素子から入射される少なくとも２つの光線が、光学フィルタ部と光路長が前記光学フィルタ部に略等しい光路長補償部を有する光学フィルタを通過し、
    前記２つの光線のうち、第一の光が前記光学フィルタ部を通過し、
    前記２つの光線のうち、光路長が前記光学フィルタ部に略等しい前記光路長補償部を第二の光が通過し、
    前記第一の光と前記第二の光とが、第二の素子に結合する、光結合方法。

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