JP3889296B2 - フィルタモジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度波長多重（ＤＷＤＭ）伝送方式等の光通信システムに用いる分波・合波モジュールとして構成されるフィルタモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記光通信システムでは、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバに合波（結合）する合波モジュールや、光ファイバを伝送されてきた波長多重信号を各波長毎に分波（分離）する分波モジュールが用いられる。このような合波・分波モジュールとして構成されるフィルタモジュールには、図２に示すような多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズ１１が用いられている。このロッドレンズ１１の一端面１１ａには、多層膜フィルタ１２が形成されており、該多層膜フィルタ１２の側面はロッドレンズ１１の一端面１１ａと面一になっている。このロッドレンズ１１では、多層膜フィルタ１２がその側面から剥離したりするおそれがある（機械的強度が低い）。また、その側面からの透水による発泡や膜厚変化で多層膜フィルタ１２の特性が悪化するおそれがある（耐候性が悪い）。
【０００３】
図３は、機械的強度と耐候性を向上させた多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズを示している。このロッドレンズ１３の一端面１３ａには、多層膜フィルタ１４がその一端面１３ａから外周面１３ｂに回り込むように形成されている。ロッドレンズ１３の外周面１３ｂに多層膜フィルタ１４が回り込んでできる突出部１４ａは、例えば片側で約５μｍ（直径で約１０μｍ）膨らむ。
【０００４】
また、図４は、図２に示す多層膜フィルタ付きロッドレンズ１１を用いたフィルタモジュールを示している。このフィルタモジュール１５は、同軸に配置される２つの屈折率分布型ロッドレンズ１１，１８と、光ファイバチップ１６，１７とを備える。光ファイバチップ１６は、ロッドレンズ１１に調芯して配置される１本の光ファイバを保持し、ロッドレンズ１１の斜め面に固定されている。また、光ファイバチップ１７は、ロッドレンズ１８に調芯して配置される２本の光ファイバを保持し、ロッドレンズ１８の斜め面に固定されている。また、ロッドレンズ１１，１８はチューブ１９に固定されており、このチューブ１９はアウターチューブ２０に固定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示す上記フィルタモジュール１５において、図２の多層膜フィルタ付きロッドレンズ１１に代えて図３に示す機械的強度と耐候性を向上させた多層膜フィルタ付きロッドレンズ１３を用いた場合、次のような不具合が生じる。この不具合について図５を参照して説明する。
【０００６】
ロッドレンズ１３の外周面１３ｂには、多層膜フィルタ１４が回り込んでできる突出部１４ａがある。このために、図４に示すチューブ１９に代えて、突出部１４ａが挿入できるように、突出部１４ａの分だけ両ロッドレンズ１３，１８の外径より大きい内径を有するチューブ１９Ａを使用する必要がある。このようなチューブ１９Ａを用いた場合、このチューブ１９Ａと両ロッドレンズ１３，１８との間に大きな隙間ができるので、この隙間に樹脂２１を充填してチューブ１９Ａと両ロッドレンズ１３，１８とが固定されることになる。このように構成した場合、その大きな隙間に樹脂２１を充填した体積の大きな樹脂部分が温度変化により大きく膨張・収縮し、これにより両ロッドレンズ１３，１８が調芯位置からずれて、挿入損失が増大してしまう。
【０００７】
例えば、ロッドレンズ１３，１８がチューブ１９Ａの中心軸に対して０．０１度傾いた場合、ほぼ０．１ｄＢだけ挿入損失が増大する。すなわち、両ロッドレンズ１３，１８のレンズ長Ｚを４ｍｍ（一般的なロッドレンズのレンズ長）とすると、ロッドレンズ１３，１８の多層膜フィルタとは反対側の端部が前記中心軸に対して
４ｍｍ×ｓｉｎ０．０１＝０．７μｍ
ずれると、挿入損失が０．１ｄＢ悪くなる。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、機械的強度と耐候性を向上させた多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズを使う場合でも、温度変化による挿入損失の増大を抑制できるフィルタモジュールを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、同軸に配置される２つの屈折率分布型ロッドレンズと、該両ロッドレンズの各々に調芯して配置される光ファイバをそれぞれ保持する２つの光ファイバチップとを備え、合波・分波モジュールとして構成されるフィルタモジュールであって、前記２つの屈折率分布型ロッドレンズは、２つのチューブに個別に固定されており、前記２つのチューブは、該両チューブ間に所定の空間ができるように一つのチューブに固定されていることを要旨とする。
【００１０】
この構成によれば、２つの屈折率分布型ロッドレンズを個別に固定した２つのチューブが、該両チューブ間に所定の空間ができるように一つのチューブに固定され、これにより２つの屈折率分布型ロッドレンズが同軸に一体化されている。
このため、一方の屈折率分布型ロッドレンズの一端面に、多層膜フィルタをその一端面から同レンズの外周面に回り込むように形成した場合でも、同多層膜フィルタがその外周面に回り込んでできる突出部が前記所定の空間内に収まる。これにより、２つの屈折率分布型ロッドレンズと２つのチューブを薄い樹脂層（樹脂部分の体積が小さい樹脂層）で接着固定が可能になる。このため、温度変化による２つの屈折率分布型ロッドレンズの傾きが抑えられ、温度変化による挿入損失の増大が抑制される。
また、請求項１に係る発明は、前記２つの屈折率分布型ロッドレンズの一方の一端面には、該一端面から同レンズの外周面に回り込むように多層膜フィルタが形成されており、該多層膜フィルタが前記外周面に回り込んでできる突出部が前記所定の空間内に位置していることを要旨とする。この構成によれば、２つの屈折率分布型ロッドレンズの一方の一端面に、該一端面から同レンズの外周面に回り込むように多層膜フィルタが形成されているので、該多層膜フィルタの機械的強度と耐候性が高い。これにより、信頼性の高いフィルタモジュールを実現できる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフィルタモジュールにおいて、前記２つのチューブは、ガラス製、金属製或いはプラスチック製のものであることを要旨とする。
【００１２】
この構成によれば、２つのチューブはガラス製、金属製或いはプラスチック製のものであるので、温度変化による挿入損失の増大がさらに抑制される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したフィルタモジュールの一実施形態を図１（Ａ），（Ｂ）に基づいて説明する。このフィルタモジュールは、波長分割多重（ＷＤＭ）や高密度波長多重（ＤＷＤＭ）伝送方式等の光通信システムに用いる合波・分波モジュールとして使用される。
【００１５】
図１（Ａ）は一実施形態に係るフィルタモジュール３０を示しており、図（Ｂ）は図１（Ａ）の一部を拡大して示している。このフィルタモジュール３０は、同軸に配置される２つの屈折率分布型ロッドレンズ３３，３４と、該両ロッドレンズ３３の各々にそれぞれ調芯して配置される光ファイバ３６および光ファイバ４０，４１とを備える。
【００１６】
光ファイバ３６は単芯キャピラリ３７に保持されており、この単芯キャピラリ３７はキャピラリホルダ３８に保持されている。光ファイバ３６と、単芯キャピラリ３７と、キャピラリホルダ３８とにより単芯光ファイバチップ３９が構成されている。また、光ファイバ４０，４１は２芯キャピラリ４２に保持されており、この２芯キャピラリ４２はキャピラリホルダ４３に保持されている。光ファイバ４０，４１と、２芯キャピラリ４２と、キャピラリホルダ４３とにより２芯光ファイバチップ４４が構成されている。ここにいう「光ファイバチップ」は、単芯光ファイバチップ３９および２芯光ファイバチップ４４のように、光ファイバ先端をキャピラリに付けて固定したものをいう。
【００１７】
両屈折率分布型ロッドレンズ（以下、単に「ロッドレンズ」という。）３３，３４の一端面はその光軸に垂直な平坦面に、その他端面は光軸に対して所定角度（例えば８度）傾斜した斜め面にそれぞれ研磨されている。また、ロッドレンズ３３の一端面３３ａには、多層膜フィルタ３５が形成されている。この多層膜フィルタ３５は、ある波長域の光を透過させるとともに、その波長域とは異なる波長域の光を反射する特性を有する波長選択膜である。この多層膜フィルタ３５は、ロッドレンズ３３の一端面３３ａからその外周面３３ｂに回り込むように形成され、その突出部３５ａが外周面３３ｂにできている。
【００１８】
２つのロッドレンズ３３，３４は、２つのチューブ４５，４６内に個別に接着固定されている。両チューブ４５，４６は、それぞれガラス製、金属製或いはプラスチック製のものであり、ロッドレンズ３３，３４よりも短い。ただし、両チューブ４５，４６をプラスチックで作る場合には、熱膨張係数が小さい（１００×１０^-7℃^-1以下程度）プラスチックである必要がある。また、チューブ４５は、ロッドレンズ３３の外周の、多層膜フィルタ３５が一端面３３ａから外周面３３ｂに回り込んでできる突出部３５ａからずれた位置に固定されている。そして、ロッドレンズ３３，３４がそれぞれ固定されたチューブ４５，４６を、両ロッドレンズが所定間隔で対向するように調芯した上で１つのチューブ４８に挿入して接着固定される。これにより、両ロッドレンズ３３，３４が同軸に一体化される。このとき、両チューブ４５，４６間に空間４７ができ、この空間４７内に多層膜フィルタ３５の突出部３５ａが位置している。
【００１９】
また、ロッドレンズ３３の斜め面には、該ロッドレンズ３３と光ファイバ３６とを調芯した上で、単芯キャピラリ３７が保持されたキャピラリホルダ３８の斜め面が接着剤で固定されている。なお、キャピラリホルダ３８の環状の斜め面には、その接着剤が光路内に入り込むのを阻止する樹脂ダム３８ａが設けられている。
【００２０】
同様に、ロッドレンズ３４の斜め面には、該ロッドレンズ３４と光ファイバ４０，４１とを調芯した上で、２芯キャピラリ４２が保持されたキャピラリホルダ４３の斜め面が接着剤で固定されている。なお、キャピラリホルダ４３の環状の斜め面には、その接着剤が光路内に入り込むのを阻止する樹脂ダム４３ａが設けられている。
【００２１】
また、チューブ４８は、アウターチューブ４９内に挿入されてその中央部に接着固定されている。アウターチューブ４９の両側の開口端には、金属製或いはプラスチック製のエンドキャップ５０，５１が取り付けられる。エンドキャップ５０の貫通孔には光ファイバ３６を通した保持部材５２を嵌合させてあり、エンドキャップ５１の貫通孔には光ファイバ４０，４１を通した保持部材５３を嵌合させてある。
【００２２】
次に、フィルタモジュール３０の組立て手順を簡単に説明する。
まず、チューブ４５，４６にそれぞれ接着固定したロッドレンズ３３，３４を１つのチューブ４８内に挿入し、ロッドレンズ３３，３４が所定間隔で対向するように調芯した上でチューブ４５，４６をチューブ４８に接着固定する。
【００２３】
次に、ロッドレンズ３４と２芯光ファイバチップ４４を調芯して固定する。すなわち、両光ファイバ４０，４１の一方から入射させた光が多層膜フィルタ３５で反射し、この反射光が他方の光ファイバに最も良く（最大の強度で）入射するように、ロッドレンズ３４と２芯光ファイバチップ４４の位置を調整して両者を固定する。
【００２４】
次に、ロッドレンズ３３と単芯光ファイバチップ３９を調芯して固定する。すなわち、光ファイバ４０，４１の一方から入射した光が多層膜フィルタ３５を透過し、その透過光がロッドレンズ３３により光ファイバ３６に最も良く（最大の強度で）入射するように、ロッドレンズ３３と単芯光ファイバチップ３９の位置を調整して両者を固定する。
【００２５】
次に、チューブ４８をアウターチューブ４９内に挿入してこのアウターチューブ４９に接着固定する。
最後に、アウターチューブ４９の両側の開口端に、エンドキャップ５０，５１をそれぞれ取り付けて接着固定する。これにより、フィルタモジュール３０が出来上がる。
【００２６】
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（イ）２つのロッドレンズ３３，３４を個別に固定した２つのチューブ４５，４６が、該両チューブ間に所定の空間４７ができるように一つのチューブ４８に固定され、これにより両ロッドレンズ３３，３４が同軸に一体化される。このため、ロッドレンズ３３の一端面３３ａに、多層膜フィルタ３５を一端面３３ａから外周面３３ｂに回り込むように形成した場合でも、同フィルタの突出部３５ａが空間４７内に収まる。これにより、２つのロッドレンズ３３，３４と２つのチューブ４５，４６を薄い樹脂層（樹脂部分の体積が小さい樹脂層）で接着固定が可能になるので、温度変化による両ロッドレンズの傾きが抑えられる。したがって、機械的強度と耐候性を向上させた多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズ３３を使う場合でも、温度変化による挿入損失の増大を抑制することができる。
【００２７】
（ロ）２つのチューブ４５，４６はガラス製、金属製或いはプラスチック製のものであるので、温度変化による挿入損失の増大がさらに抑制される。
なお、上記一実施形態のロッドレンズ３３の一端面３３ａに多層膜フィルタ３５として４層の反射防止膜を形成した場合に、ロッドレンズ３３単体での特性を把握するために実施した耐候性試験（高温高湿試験）の結果は次の通りである。
【００２８】
この耐候性試験は、ロッドレンズ３３の一端面３３ａに４層の反射防止膜を付けたロッドレンズ３３のみに対して、温度９０℃、湿度８０％の条件下で１０００時間行なったものである。反射防止膜の回り込ませ有り（突出部３５ａ有り）の場合には、異常無しであった。一方、回り込ませ無し（突出部３５ａ無し）の場合には、ロッドレンズ３３の周辺部に微小ヤケが発生した。
【００２９】
また、同様にロッドレンズ３３の一端面３３ａに多層膜フィルタ３５として３７層のエッジフィルタを形成した場合に、上記と同じ条件でロッドレンズ３３のみに対して実施した耐候性試験の結果は次の通りである。エッジフィルタの回り込ませ有りの場合には、異常無しであった。一方、同エッジフィルタの回り込ませ無しの場合には、ロッドレンズ３３の周辺部に微小ヤケが発生した。なお、ここにいう「微小ヤケ」は、顕微鏡で観察できるガラスの変質した微笑部分である。
【００３０】
[ 変形例]
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・本発明は、上記構成を有する一実施形態のフィルタモジュール３０に限定されない。すなわち、本発明は、同軸に配置される屈折率分布型ロッドレンズと、該両ロッドレンズの各々に調芯して配置される光ファイバをそれぞれ保持する２つの光ファイバチップとを備え、合波・分波モジュールとして構成されるフィルタモジュールに広く適用可能である。例えば、単芯光ファイバチップ３９および２芯光ファイバチップ４４を、ロッドレンズ３３および３４にそれぞれ固定する代わりにチューブ４８の両端部に接着固定するようにしてもよい。
【００３１】
・上記一実施形態では、ロッドレンズ３３の一端面３３ａに多層膜フィルタ３５を形成してあるが、その一端面３３ａに対向するロッドレンズ３４の一端面に多層膜フィルタ３５を形成した場合にも本発明は適用される。
【００３２】
以下、上記一実施形態から把握できる技術思想について説明する。
（１）上記請求項１に記載のフィルタモジュールにおいて、
前記一つのチューブ４８をアウターチューブ４９内に挿入して固定し、該アウターチューブ４９の両側開口端を密封することで、前記２つの屈折率分布型ロッドレンズ３３，３４および前記２つの光ファイバチップ３９，４４が密閉空間内に配置されていることを特徴とするフィルタモジュール。
【００３３】
この構成により、２つの屈折率分布型ロッドレンズ３３，３４および２つの光ファイバチップ３９，４４がアウターチューブ４９により外力や水分等から保護されるので、長期にわたり信頼性の高いフィルターモジュールを実現できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、一方の屈折率分布型ロッドレンズの一端面に、多層膜フィルタをその一端面から同レンズの外周面に回り込むように形成した場合でも、同多層膜フィルタがその外周面に回り込んでできる突出部が空間内に収まる。これにより、２つのロッドレンズと２つのチューブを薄い樹脂層（樹脂部分の体積が小さい樹脂層）で接着固定が可能になるので、温度変化による両ロッドレンズの傾きが抑えられる。したがって、機械的強度と耐候性を向上させた多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズを使う場合でも、温度変化による挿入損失の増大を抑制することができる。その結果、信頼性の高いフィルタモジュールを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は一実施形態に係るフィルタモジュールの概略構成を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図。
【図２】 多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズの側面図。
【図３】 別の多層膜フィルタ付き屈折率分布型ロッドレンズの側面図。
【図４】 図２のロッドレンズを用いたフィルタモジュールを示す縦断面図。
【図５】 図４のフィルタモジュールに図３のロッドレンズを用いた場合におけるフィルタモジュールの部分拡大図。
【符号の説明】
３０…フィルタモジュール、３３，３４…屈折率分布型ロッドレンズ、３５…多層膜フィルタ、３５ａ…突出部、３６，４０，４１…光ファイバ、３９…単芯光ファイバチップ、４４…２芯光ファイバチップ、４５，４６…チューブ、４７…空間、４８…チューブ、４９…アウターチューブ。

Claims (2)

1. 同軸に配置される２つの屈折率分布型ロッドレンズと、
   該両ロッドレンズの各々に調芯して配置される光ファイバをそれぞれ保持する２つの光ファイバチップとを備え、合波・分波モジュールとして構成されるフィルタモジュールであって、
   前記２つの屈折率分布型ロッドレンズは、２つのチューブに個別に固定されており、前記２つのチューブは、該両チューブ間に所定の空間ができるように一つのチューブに固定され、前記２つの屈折率分布型ロッドレンズの一方の一端面には、該一端面から同レンズの外周面に回り込むように多層膜フィルタが形成されており、該多層膜フィルタが前記外周面に回り込んでできる突出部が前記所定の空間内に位置していることを特徴とするフィルタモジュール。
2. 前記２つのチューブは、ガラス製、金属製或いはプラスチック製のものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタモジュール。

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