JP3297508B2 - 光学素子もしくは電気光学素子どうしの光学的結合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ、レーザダ
イオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォト
ダイオード（ＰＤ）、そして光集積回路（ＯＥＩＣ）な
どより構成される光学素子もしくは電気光学素子の間
で、ホログラムを介して光信号を送受信する光学素子も
しくは電気光学素子どうしの光学的結合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、発光素子と受光素子との結合
を低損失にするために、発光素子と受光素子との間に集
束レンズやホログラムを介在させ、この集束レンズやホ
ログラムにより、発光素子から出射した光を集光あるい
は光路を変更させて受光素子へと効率的に導く方法が行
われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の集束
レンズやホログラムでは、発光素子と受光素子との結合
位置をある程度予測した上で、あらかじめ最適条件とな
るように集束レンズやホログラムの製作を行って設置す
るために、集束レンズやホログラムとなる部材を設置し
た後、発光素子と受光素子を微妙に動かして最終的な位
置調整を行う必要があるが、その位置調整が１μｍ以下
のオーダを要求するために非常に手間と時間を要すると
いう問題があった。また、複数の発光素子と受光素子と
の光学的結合を行う際は、集束レンズやホログラムとな
る部材を設置した後、各発光素子と受光素子の組合せ１
つ１つ全てに対して微妙な位置調整を行なうか、損失が
平均化されるように一括で行う必要があり、光ファイバ
アレイのような複数の光ファイバが一体となっているよ
うな素子を一度に、また全ての素子を効率良く位置調整
することができないという問題があった。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、光信号の送受信をする複数の光学素子もしく
は電気光学素子間を光学的に結合する方法において、基
板上に多数の半導体を一体化させた半導体レーザアレイ
よりなる発光素子と多数の光ファイバを一体化させた光
ファイバアレイよりなる受光素子を設置し、これら複数
の素子間に感光体を配設し、前記複数の素子もしくは外
部の光学素子からの光の照射により、前記感光体に透過
型ホログラムを形成させることを特徴とする。

【０００５】なお、感光体とは、外部からの光の照射に
より屈折率の変動を形成し、ホログラムを形成するもの
をいう。また、透過型ホログラムとは、外部からの光の
照射によりホログラムを形成し、しかも光を表面から裏
面へ透過できるホログラムをいう。さらに、計算機合成
ホログラム（ＣＧＨ、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａ
ｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）とは、屈折率の変調可能な
液晶のごとき空間変調器に、外部計算機からの条件入力
により、ホログラムを形成するものをいう。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１乃至図４は本発明の４つの実施例を示し、図に
おいて同じ部材は同じ符号で示すこととする。また、光
モジュールとは、発光素子と受光素子とを固定して一体
化したものをいうこととする。図１は本発明の光学素子
もしくは電気光学素子どうしの光学的結合方法の第１の
実施例を示す概略図であり、光モジュール１は、多数の
半導体レーザを一体化させた半導体レーザアレイよりな
る発光素子２、多数の光ファイバを一体化させた光ファ
イバアレイよりなる受光素子３、各発光素子２と受光素
子３間に介在される感光体４、そして発光素子２・受光
素子３・感光体４を設置するための基板５よりなり、感
光体４にはホログラム６が形成されている。

【０００７】上記発光素子２と受光素子３を光学的に結
合し、光モジュール１を製作するには、基板５上に±５
μｍ程度の精度で発光素子２と受光素子３とを設置し、
発光素子２と受光素子３間に感光体４を介在する。そし
て、発光素子２からの光を感光体４に照射して最適な屈
折率の変動を形成させ、低損失な結合となるようにホロ
グラム６を形成すればよい。また、より低損失となるよ
うなホログラム６を形成するために、感光体４に発光素
子２以外から光を照射しても何ら問題はなく、例えば、
受光素子３が光の出射も可能であれば受光素子３からの
光の照射、あるいは外部の光学素子からの光の照射をし
てもよい。

【０００８】このように、発光素子２と受光素子３を設
置した後、感光体４に最適な条件で光を照射してホログ
ラム６を形成することにより、ホログラム６形成後の発
光素子２と受光素子３の微妙な位置調整をする必要が全
く無い。さらに、複数の光学素子もしくは電気光学素子
より構成されるアレイ状の発光素子２や受光素子３をそ
のまま設置しても、ホログラム６形成時には各結合素子
間の光路調整を同時に、かつ独立して行うことができ、
個々の素子１つ１つの微妙な位置調整を行う必要が無
く、アレイ状のものを一括して効率よく位置調整でき
る。

【０００９】以下、本発明の関連技術を説明する。図２
は、本発明の光学素子もしくは電気光学素子どうしの光
学的結合方法の第１の参考例を示す断面概略図であり、
図２（ａ）に示すように、光モジュール１１は、図２
（ｂ）に示すような光ファイバ固定部１５ａと非球面レ
ンズ１５ｂを有し、光ファイバＡを固定してなる発光素
子１２と受光素子１３、素子固定用孔１６ａとホログラ
ム形成装置用孔１６ｂとホログラム形成装置用孔１６ｂ
部分を密封するための板１６ｃを有するハウジング１６
よりなり、ハウジング１６内部に透過型ホログラム１７
を形成した感光体１４を構成してなる。

【００１０】ここで、発光素子１２は、光ファイバＡか
ら出射する光を非球面レンズ１５ｂに到達するまでは光
を拡がらせた状態で伝送し、非球面レンズ１５ｂにより
直線的に伝送する、また受光素子１３は、伝達してきた
光を非球面レンズ１５ｂにより集光させて光ファイバＡ
へ低損失に伝達させるものである。また、素子固定用孔
１６ａは、ハウジング１６の中央部にほぼ対向する位置
となるように２つ設ける。そして、感光体１４は、透明
基板と感光材料層よりなり、その一部に透明型ホログラ
ム１７を形成したものである。

【００１１】上記発光素子１２と受光素子１３を光学的
に結合し、光モジュール１１を製造するためには、図２
（ｃ）に示すように、発光素子１２、受光素子１３を素
子固定用孔１６ａに設置し、ハウジング１６内部の発光
素子１２と受光素子１３間の光軸線上に偏光子１８、透
明基板１４ａ、透明基板１４ａ上に塗布された感光材料
層１４ｂを設置する。ここで、偏光子１８は、発光素子
１２から出射されるコヒーレント放射を受けて、紙面に
対し垂直となる直線偏光とするために備えられている。
また、感光材料層１４ｂは、内部に干渉縞の強度を屈折
率の変化として記録できるようなものであり、使用する
スペクトル領域内で高効率の回折と適正動作を行うのに
十分な感度・厚さ・解像度を持つものを使用する。そし
て、透明基板１４ａと感光材料層１４ｂに透過型ホログ
ラム１７を形成させるために、ホログラム形成装置用孔
１６ｂよりホログラム形成装置１９を挿入する。このホ
ログラム形成装置１９は、発光素子１２と受光素子１３
間の光軸線上に４５°傾けられたハーフミラー１９ａ、
光軸線上に垂直となるファラデー回転子１９ｂと全反射
ミラー１９ｃ、ファラデー回転子１９ｂと全反射ミラー
１９ｃを包み込む筒状の永久磁石１９ｄにより構成され
る。なお、ファラデー回転子１９ｃは、直線偏光を磁界
の方向に伝搬させると、その偏光面が所定の角度回転す
るものであり、本実施例では回転角を４５°回転するも
のを使用する。

【００１２】ここで、透過型ホログラム１７の形成過程
を示すが、以下発光素子１２から受光素子１３への方向
を順方向、受光素子１３から発光素子１２への方向を逆
方向とする。まず、発光素子１２から出射したコヒーレ
ント波面は偏光子１８を通過して紙面に対し垂直となる
直線偏光となり、感光材料層１４ｂと透明基板１４ａを
通過した後、ハーフミラー１９ａにより光路を垂直に折
曲げられ、ファラデー回転子１９ｂを通過した際に偏光
面を４５°回転させて反射ミラー１９ｃに至り、さらに
反射ミラー１９ｃで反射された後、再度ファラデー回転
子１９ｂを通り偏光面がさらに４５°回転するために、
順方向の偏光面から９０°回転した状態、すなわち紙面
に対し平行な直線偏光の状態で透明基板１４ａと感光材
料層１４ｂに入射する光が形成されるが、この光を参照
光とする。また、受光素子１３から出る紙面に対し平行
な状態のコヒーレント波がハーフミラー１９ａを通過し
て透明基板１４ａと感光材料層１４ｂに入射する光を物
体光とする。そして、屈折率の変動となる干渉縞は、同
一偏波方向でないと形成されないために、発光素子１２
を出た順方向の光と物体光とでは干渉縞を形成できない
が、参照光と物体光とでは偏波方向が同一であるため
に、干渉縞を形成することができることより、この参照
光と物体光により透過型ホログラム１７を形成すること
ができる。

【００１３】なお、非球面レンズ１５ｂの代わりにファ
イバコリメータを用いてもよく、さらには光が拡がるの
を防止する必要がない程度の距離等の場合には、直接光
ファイバＡを発光素子１２、受光素子１３として用いて
もよい。また、ファラデー回転子１９ｂの代わりに１／
４波長板を用いても何ら問題はない。

【００１４】このように、参照光と物体光により干渉縞
を形成することにより、発光素子１２から出射した光
は、透過型ホログラム１７を通過した後、物体光と同一
の光路をたどり、受光素子１３へ入射するようになるた
めに低損失な結合となる。また、透過型ホログラム１７
を用いることによって、発光素子１２と受光素子１３と
をハウジング１６の中央部にほぼ対向する位置関係上に
設置することができ、光モジュール１１を小型化するこ
とができる。

【００１５】図３は、本発明の本発明の光学素子もしく
は電気光学素子どうしの光学的結合方法の第２の参考例
を示す断面概略図であり、光モジュール２１は、１つの
発光素子２２に対し、２つの受光素子２３ａ、２３ｂを
設置したものである。このように、１つの発光素子に対
する複数の受光素子との結合、あるいは１つの受光素子
に対する複数の発光素子との結合を低損失に行うことが
できる。

【００１６】図３に示すような光モジュール２１に対応
する透過型ホログラム２７を形成するには、まず発光素
子２２と受光素子２３ａを用いて、第２の実施例と同様
にして波長λ１で干渉縞を形成させ、次に発光素子２２
と受光素子２３ｂを用いて、波長λ２で干渉縞を形成さ
せる。このようにして、感光体２４に透過型ホログラム
２７を形成すると、波長λ１の光信号は受光素子２３ａ
との結合、波長λ２の光信号は受光素子２３ｂとの結合
となり、透過型ホログラム２７が波長分波器としての機
能を有することが可能となり、波長多重通信にも利用で
きる。

【００１７】図４は、本発明の光学素子もしくは電気光
学素子どうしの光学的結合方法の第３の参考例を示す概
略図であり、発光素子と受光素子が低損失な結合となる
ようなホログラムを形成させるために、計算機合成ホロ
グラム（ＣＧＨ）を形成させる場合を示す。まず、図４
（ａ）に示すように、半導体レーザよりなる発光素子３
２と光ファイバよりなる受光素子３３とを±５μｍ程度
の精度で位置合わせをして固定し、発光素子３２と受光
素子３３間に、外部計算機３７によりホログラムの形成
ができる光空間変調器３８を介在させ、受光素子３３に
発光素子３２との結合効率を見ることができるモニター
３９を接続し、発光素子３２や外部からの光学素子（不
図示）から光空間変調器３８へ光を照射して、モニター
３９と計算機３７により結合が低損失な光路となるよう
に光空間変調器３８に屈折率の変動を形成するための条
件を入力して計算機合成ホログラム４０を形成させる。
次に、図４（ｂ）に示すように、形成された計算機合成
ホログラム４０に、体積型の位相ホログラムを記録でき
る自己現像型の感光体３４を密着させて、紫外線または
自然光光源４１を計算機合成ホログラム４０側から照射
し、計算機合成ホログラム４０に形成されているホログ
ラム形状を感光体３４へと転写して、感光体３４にホロ
グラム３６を形成させる。そして、図４（ｃ）に示すよ
うに、光空間変調器３８を設置していた場所に上記ホロ
グラム３６を形成している感光体３４を設置することに
より、低損失な結合となる光モジュール３１を得ること
ができる。

【００１８】なお、光空間変調器３８と感光体３４との
厚みの違いや光ファイバの位相遅れ等は、計算機３７に
計算機合成ホログラム４０を形成する際の条件として考
慮しておくことにより、低損失な結合となるホログラム
３６を形成できる。また、感光体３４へ転写させずに、
光空間変調器３８をそのまま設置してもよい。この場
合、計算機合成ホログラム４０にレンズ効果を持たせて
光を集束させたり、偏向機能を付加させて、多数の発光
素子３２と受光素子３３の組み合わせができるようにな
る。

【００１９】

【００２０】

【効果】以上説明したように、本発明の光学素子もしく
は電気光学素子どうしの光学的結合方法によれば、光学
素子もしくは電気光学素子間に感光体を配設し、前記素
子もしくは外部の光学素子からの光の照射により、感光
体にホログラム、あるいは透過型ホログラムを形成させ
る、または前記素子間に光空間変調器を配設し、光空間
変調器に計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）を形成させる
ことにより、光学素子もしくは電気光学素子を設置し
て、ホログラムを形成した後、光学素子もしくは電気光
学素子の微妙な位置調整をする必要が全く無くなる。ま
た、複数の光学素子もしくは電気光学素子より構成され
るアレイ状のものも、容易に全ての光学素子もしくは電
気光学素子１つ１つに対し低損失な光学的結合となるよ
うにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子もしくは電気光学素子どうし
の光学的結合方法の第１の実施例を示す概略図である。

【図２】本発明の光学素子もしくは電気光学素子どうし
の光学的結合方法の第１の参考例を示す断面概略図であ
る。

【図３】本発明の光学素子もしくは電気光学素子どうし
の光学的結合方法の第２の参考例を示す断面概略図であ
る。

【図４】本発明の光学素子もしくは電気光学素子どうし
の光学的結合方法の第３の参考例を示す概略図である。

【符号の説明】

１、１１、２１、３１：光モジュール ２、１２、２２、３２：発光素子 ３、１３、２３ａ、２３ｂ、３３：受光素子 ４、１４、２４、３４：感光体 ５ ：基板 ６、３６：ホログラム １４ａ：透明基板 １４ｂ：感光材料層 １５ａ：光ファイバ固定部 １５ｂ：非球面レンズ １６：ハウジング １６ａ：素子固定用孔 １６ｂ：ホログラム形成装置用孔 １６ｃ：板 １７、２７：透過型ホログラム １８：偏光子 １９：ホログラム形成装置 １９ａ：ハーフミラー １９ｂ：ファラデー回転子 １９ｃ：全反射ミラー １９ｄ：永久磁石 ３７：計算機 ３８：光空間変調器 ３９：モニター ４０：計算機合成ホログラム ４１：紫外線または自然光光源 Ａ ：光ファイバ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光信号の送受信をする複数の光学素子もし
   くは電気光学素子間を光学的に結合する方法において、
   基板上に多数の半導体レーザを一体化させた半導体レー
   ザアレイよりなる発光素子と多数の光ファイバを一体化
   させた光ファイバアレイよりなる受光素子を設置し、こ
   れら複数の素子間に感光体を配設し、前記複数の素子も
   しくは外部の光学素子からの光の照射により、前記感光
   体に透過型ホログラムを形成させることを特徴とする光
   学素子もしくは電気光学素子どうしの光学的結合方法。