JP3973944B2 - 光接続モジュール及び赤外光用光学系 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光接続モジュール及び赤外光用光学系に関し、特に、光通信の分野において複数の光ファイバー等の光導波路同士間の光信号を切り替え可能等で接続する光接続モジュールと赤外域で使用可能な光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光ファイバー等の光導波路同士を光接続するのに、特公昭62−39402、特開平5−107485、特開2001−174724等に示されるように、1つのファイバーに対して1組のレンズを使用するものが知られている。
【0003】
一方、複数の光ファイバーに対して一組のレンズを使用するものが、IEEE Photonics Technology Letters,Vol.12,No.7,pp.882-884(2000)において知られており、これは2×2の光スイッチのファイバー2本に対応して1つの望遠光学系らしきものが配置されているものである。
【0004】
ところで、特開2001−174724においては、MEMS(Micro Eletro-Mechanical Sysytems)傾斜ミラー列を用いて、複数の入力用光ファイバーから受光した光学信号を複数の出力ファイバーに選択的に向ける光学クロスコネクトが提案されている。これは、図13に示すように、2次元的にアレイ状に配列されたMEMSミラー列420を備え、このミラー列420は、スプリングに搭載され電極により制御された複数の傾斜ミラー420a〜420dを有し、各傾斜ミラー420a〜420dは、100〜500μmの大きさで四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角でもってX−Y軸の周囲に回転、すなわち、傾斜するものである。図13において、1つのファイバー列410と1つのレンズ列416と1つのMEMSミラー列420が折り重なった状態のクロスコネクト構成で用いられ、1個のファイバー列は、組み合わされた入力/出力列として機能する。入力信号412は光ファイバー414によりレンズ列416に与えられ、MEMSミラー列420a上にイメージを形成する。その後このビームはミラー430に反射され、さらに、MEMSミラー列420bに反射して戻され、レンズ列416を介して出力用ファイバー422に出力する。この構成においては入力ポートと出力ポートとの間の区別は存在しないものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来の1つのファイバーに対して1組のレンズを使用する光接続の場合、各種部品及び組み立て精度が厳しい。すなわち、レンズアレイ同士の間隔精度、各光ファイバーと各レンズアレイの光軸調整(シフト、ティルト)が厳しく、また、MEMSミラー列を用いるスイッチの場合には、光ファイバーとマイクロレンズアレイの光軸がMEMSミラーの中心と高精度で一致させる必要がある。
【0006】
また、複数の光ファイバーに対して一組のレンズを使用するものにおいては、そのレンズの詳細、スイッチングミラー列(MEMSミラー列)と光ファイバーアレイとの関係等が何ら検討されていない。
【0007】
また、上記の何れも広範囲の波長帯に対応できない。光通信では、WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)によって伝送量を増大させる方向にあり、現在使用されている波長帯はいくつかあり、それら全てを合わせると波長1.2〜1.675μm程度に及ぶ。
【0008】
使用する光学系が特定の波長域毎のみの対応しかしていない場合は、使用者の利便性を著しく落とすのみでなく、経済的にも不利である。
【0009】
光接続は、上記の波長帯全てに対応していることが望ましいが、現在使われているマイクロレンズアレイ等では基本的に単レンズが主流であり、それ以外では半導体プロセスにより高精度に造り込めるレリーフDOE等があるが、原理的に回折により光束を集光させているので、波長vs回折効率特性や、色分散が大きく出る等の問題がある。
【0010】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の光ファイバー等同士を接続する光接続モジュールであって、広範囲の波長帯に対応でき、かつ、1つのレンズのみの調整で高精度に接続できる光接続モジュールを提供することである。
【0011】
本発明のもう1つの目的は、光ファイバーアレイの配置に係わらずMEMSミラー列等に効率良く光を入射させて効率良く接続できる光接続モジュールを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光接続モジュールは、波長1.2μmから1.7μmの範囲内の光を用いる光通信用の光接続モジュールであって、
複数の入力用光導波路と、
複数の出力用光導波路と、
前記入力用光導波路の光射出側に配置された1つの両側テレセントリック光学系を備え、
前記両側テレセントリック光学系は、前記入力用光導波路からの少なくとも2本以上の光束が通過する大きさを有し、高分散の硝材と低分散の硝材の組み合わせで構成されており、
前記両側テレセントリック光学系を挟んで、前記入力用光導波路と向かい合う位置に、複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が配置されており、
前記入力用光導波路相互の間隔は、前記傾斜角可変ミラー素子相互の間隔よりも小さく、前記両側テレセントリック光学系の倍率が、1倍よりも大きく30倍以下であることを特徴とするものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の光接続モジュールの第1の形態として、複数の入力用光導波路から射出した波長1.2μmから1.7μmの範囲内の光信号を、複数の出力用光導波路に入射させる光通信用の光接続モジュールであって、
1つの両側テレセントリック光学系により、前記入力用光導波路からの少なくとも2本以上の光束を前記出力用光導波路に光学的に接続することを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第2の形態の光接続モジュールは、第1の形態において、複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が間に配置され、前記入射用光導波路からの光束の反射方向を前記ミラー列の傾斜角可変ミラー素子で変えることにより、前記出力用光導波路への接続が切り換え可能になっていることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第3の形態の光接続モジュールは、第2の形態において、前記複数の傾斜角可変のミラー素子からなるミラー列が平板上に配置されており、前記平板は前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して角度をもって傾斜配置されていることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第4の形態の光接続モジュールは、第1〜3の形態において、前記両側テレセントリック光学系の倍率が、光軸に直交し相互に直交する2方向で異なるアナモルフィック光学系であることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第5の形態の光接続モジュールは、第1〜3の形態において、前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路同士の並べ方が最密充填となっていることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第6の形態の光接続モジュールは、第3の形態において、前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路の端面は光導波路の光軸に対して角度をもって傾斜面にカットされ、その傾斜面が傾いている面と、前記ミラー列が傾斜している面とのなす角が略90°であることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第7の形態の赤外光用光学系は、波長1.2μmから1.7μ mの範囲内で使用する赤外光用光学系において、少なくとも2つの異なる硝材を用いており、硝材の波長1.55μmでのアッベ数相当値νを、
ν=(n1.55−1)/(n1.26−n1.675 ) ・・・(a)
と定義(n1.26は波長1.26μmでの屈折率、n1.675 は波長1.675μmでの屈折率、n1.55は波長1.55μmでの屈折率)するとき、少なくとも2つの異なる硝材の1つの波長1.55μmでのアッベ数相当値ν1 が、
70<ν1 <120 ・・・(1)
を満足し、もう1つの波長1.55μmでのアッベ数相当値ν2 が、
120<ν2 <250 ・・・(2)
を満足することを特徴とする赤外光用光学系として構成し得る。
第8の形態の赤外光用光学系は、第7の形態において、前記赤外光用光学系が両側テレセントリック光学系であることを特徴とする赤外光用光学系として構成し得る。
次に、以下に、本発明の光接続モジュール及び赤外光用光学系の実施例を説明する。
【0021】
図1は、本発明の1実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図であり、入力用光導波路、射出用光導波路共に光ファイバーの例である。
【0022】
光ファイバー111 、・・・117 、・からなる光ファイバー列10の端面に面して倍率が15倍の両側テレセントリック光学系1が配置され、両側テレセントリック光学系1の出射側にMEMSミラー列16が傾斜して配置され、光ファイバー列10の何れかの光ファイバー111 、・・・117 、・の端面から出て、両側テレセントリック光学系1を経てMEMSミラー列16の何れかのMEMSミラー171 、・・・177 、・で反射された光束の集光位置(結像位置)に折り返しミラー(平面ミラー)19が配置されてなる。
【0023】
ここで、両側テレセントリック光学系1は、模式的には、2個の正レンズ11 、12 が共焦点で配置されてなるもので、一点鎖線で示される光軸に平行に入射した主光線は光軸に平行に射出する性質があるものである。実際には、後記の数値例のように、2枚以上のレンズから構成されるものである。
【0024】
また、MEMSミラー列16は、光ファイバー列10の配列に対応してMEMSミラー171 、・・・177 、・が配列され、各MEMSミラー171 、・・・177 、・は、スプリングに搭載され電極により制御され、各々四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角だけ傾斜するものである。
【0025】
このような構成であるので、光ファイバー列10の例えば光ファイバー111 の端面から出た光束は両側テレセントリック光学系1を経てMEMSミラー列16の対応するMEMSミラー171 に入射し、そのMEMSミラー171 の傾斜角に応じた角度で反射し、その反射光は折り返しミラー19上に結像し、その反射光はMEMSミラー171 の傾斜角に対応するMEMSミラー177 に入射してそのMEMSミラー177 の傾斜角に応じた角度で反射し、両側テレセントリック光学系1を反対に経て光ファイバー列10のMEMSミラー177 の傾斜角に対応する光ファイバー117 の端面に結像して光接続される。したがって、MEMSミラー171 と177 の傾きを制御して光ファイバー111 、・・・117 、・間の任意の組み合わせで光接続することができる。
【0026】
図2は、本発明の別の実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図であり、この場合も、入力用光導波路、射出用光導波路共に光ファイバーの例である。
【0027】
光ファイバー111 、・・・117 、・からなる光ファイバー列10の端面に面して倍率が15倍の両側テレセントリック光学系1Aが配置され、両側テレセントリック光学系1Aの出射側にMEMSミラー列16Aが傾斜して配置され、MEMSミラー列16Aの反射側に平行にMEMSミラー列16Bが配置され、MEMSミラー列16Bの反射側に倍率が1/15倍の両側テレセントリック光学系1Bが配置され、その射出側に面して光ファイバー列20が配置されている。
【0028】
光ファイバー列10と光ファイバー列20は同様の配列からなり、両側テレセントリック光学系1Aと両側テレセントリック光学系1Bは、入射方向を逆にしただけで同一のものからなり、MEMSミラー列16AとMEMSミラー列16Bは同一仕様で同様の配列からなる。
【0029】
そして、図1の場合の折り返しミラー19の中心を中心とした180°回転対称に光ファイバー列10と光ファイバー列20、両側テレセントリック光学系1Aと両側テレセントリック光学系1B、MEMSミラー列16AとMEMSミラー列16Bが配置されている。
【0030】
この配置において、光ファイバー列10の特定の光ファイバーの端面から出た光束は両側テレセントリック光学系1Aを経てMEMSミラー列16Aの対応するMEMSミラーに入射し、そのMEMSミラーの傾斜角に応じた角度で反射し、その反射光は一旦結像し、その結像点を通った光はMEMSミラー列16AのMEMSミラーの傾斜角に対応する位置のMEMSミラー列16BのMEMSミラーに入射してそのMEMSミラーの傾斜角に応じた角度で反射し、両側テレセントリック光学系1Bを経て光ファイバー列20のMEMSミラー列16BのMEMSミラーの傾斜角に対応する光ファイバーの端面に結像して光接続される。したがって、MEMSミラー列16AとMEMSミラー列16BのMEMSミラーの傾きを制御して、光ファイバー列10と光ファイバー列20の間の任意の組み合わせで光接続することができる。
【0031】
図1と図2の比較行うと、図1の場合は、折返しミラー19を用いてテレセントリック光学系1を1つにした点に特徴があり、装置全体をコンパクトにまとめることができる。図2の場合は、折返しミラーを用いずにテレセントリック光学系1A、1Bを2つ使った例であり、光ファイバー列10と光ファイバー列20のアレーの数(行×列)が図1の場合と同じものを用いて、2倍の入出力チャネル数が確保できる特徴がある。したがって、光ファイバー列10、20全体の大きさが小さくてすむので、設計上の利点がある。
【0032】
図1、図2の具体的な仕様例としては、
MEMSミラー列16、16A、16Bの光軸に対する全体の傾き角:22.5°
MEMSミラー素子数:8×8=64枚
MEMSミラー素子間隔:δD=2.0295mm(紙面内方向)
1.8750mm(紙面垂直方向)
光ファイバー列10、20本数:8×8=64本
光ファイバー間隔:δd=125μm(光ファイバークラッド径と同じ:紙面内、垂直方向共)
テレセントリック光学系1、1A倍率:15倍
テレセントリック光学系1B倍率:1/15倍
なお、テレセントリック光学系1、1A、1Bの具体例は後記する。
【0033】
MEMSミラー列を用いる従来例(例えば、特開平5−107485)では、光ファイバー列の光ファイバー相互の間隔とミラー素子相互の間隔が同じでなければならなかった。MEMSミラー列のミラー素子相互の間隔は製作上の問題や光学的な問題から間隔が広くなりがちになる。それに合わせて光ファイバー相互の間隔を広くすると、装置の小型化等が難しくなる。
【0034】
これに対して、上記実施例のような任意の倍率の両側テレセントリック光学系1、1A、1Bを使用することで、MEMSミラー列16、16A、16Bのミラー素子相互の間隔が広くても、光ファイバー列10、20の光ファイバー相互の間隔を小さくすることができる。したがって、両側テレセントリック光学系1、1A、1Bに倍率を持たせることで(ここでは、15倍、1/15倍)、光ファイバーの間隔とMEMSミラー素子の間隔を同じにする必要がなくなり、設計上の自由度を増すことができる。
【0035】
両側テレセントリック光学系の倍率は任意にとれるが、光ファイバー相互の間隔をMEMSミラー素子相互の間隔より広くすることにはメリットがないので、入射側の両側テレセントリック光学系1、1Aの倍率は1倍より大にすることが望ましい。装置の小型化の観点を考慮すると、30倍以内とすることが望ましい。
【0036】
図1、図2に示したような光クロスコネクトスイッチの構成においては、光ファイバー列10、20の光ファイバーを縦横等間隔の正方格子状に並べ、対応するMEMSミラー列16、16A、16Bの要素のMEMSミラー17も図3(a)に示すように縦横等間隔の正方格子状に並べる場合、MEMSミラー列16、16A、16Bが光軸方向に対して傾いて取り付けられるため、MEMSミラー列16、16A、16Bを光軸方向から見ると、MEMSミラー17は縦横等間隔にならず、図3(b)に示すように、図1、図2の紙面内方向と紙面垂直方向とで間隔が異なることになる。
【0037】
MEMSミラー列16、16A、16Bの製作上の制限やコストの問題等により、縦横でMEMSミラー17間の間隔を自由に設定できない場合がある。その場合、光ファイバー列10、20の光ファイバー相互の間隔を、図3(b)の見かけの縦横の間隔に対応するように縦横で異ならせる方法もあるが、それとは別の方法として、両側テレセントリック光学系1、1A、1Bを両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系として、例えば図1の紙面内方向と紙面垂直方向の倍率(縦横倍率)を変えるようにすることで対応することが可能となる。
【0038】
図4に、図1の両側テレセントリック光学系1の代わりに両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系1Cを用いる実施例のY−Z面投影図(a)とX−Z面投影光路図(b)とを示す。ここで、Z軸を光軸方向としている。この例の場合は、光ファイバー列10の光ファイバーは縦横等間隔の正方格子状に並べられ、MEMSミラー列16のMEMSミラー17も同様に縦横等間隔で正方格子状に並べられており、光軸に対して傾いて取り付けられたMEMSミラー列16の光軸方向から見た見かけのMEMSミラー17のY軸方向の間隔縮小分、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系1CのY−Z断面方向(図4(a))の倍率がX−Z断面方向の倍率(図4(b))より小さく設定されている。そのため、光ファイバー列10の何れの光ファイバーから出た光束もMEMSミラー列16の対応するMEMSミラー17に入射することができるようになる。なお、その他の動作は図1の場合と同様である。
【0039】
ところで、MEMSミラー列16、16A、16BのMEMSミラー17個々の形状は、ミラーを直交するXY両軸周りに同じ機械的特性で回転させるため、一般的には、図3(a)に示すように円形のものが用いられる。円形のMEMSミラー17の場合、MEMSミラー列16、16A、16Bは光軸方向に対して傾いて取り付けられるため、光軸方向へ射影した形状(光軸方向から見た見かけの形状)は、図3(b)に示すように、X軸方向(図4)に長軸を持った楕円形となる。
【0040】
このような見かけ上楕円形のMEMSミラー17に光ファイバー列10の個々の光ファイバーから出た光束を効率良く入射させて反射させるには、図1の構成の場合、両側テレセントリック光学系1から出る光束もその長軸方向に偏平の断面を持つ光束とすることが望ましい。
【0041】
一方、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系の倍率とそれから出る光束のNA(開口数)は反比例の関係にあるので、X軸方向(図4)に長軸を持った楕円形の光束とするには、図4の実施例とは反対に、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系1CのX−Z断面方向の倍率(図4(b))がY−Z断面方向(図4(a))の倍率より小さものを用いればよい。このように両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系1Cの縦横の倍率を設定することで、MEMSミラー列16の各MEMSミラー17に入射する光束の断面形状を、MEMSミラー17の見かけの形状と同じ楕円形にすることができ、MEMSミラー17のミラー面積を有効に利用することができるようになり、高効率の光接続が可能になる。ただし、この構成の場合は、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系1Cの縦横の倍率の違いと、MEMSミラー列16の見かけ上のMEMSミラー17の縦横の間隔の変化分を考慮して、光ファイバー列10の光ファイバーの縦横の配置間隔と、MEMSミラー列16のMEMSミラー17の縦横の配置間隔とを設定しなければならない。
【0042】
ところで、図6に模式的に示すように、光ファイバー11の端面をその軸に対して斜めに(例えば法線が軸から8°程度の角度をなすように)カットした傾斜面12とすると、光ファイバー11から出射する光束の光軸はその傾斜面12の屈折プリズム効果により傾斜面12に沿う方向に偏向されると共に、光束の広がり角(NA)がその偏向方向により大きくなり、NAが等方的でなく、偏向方向においてより大きくなる。この現象を利用して、上記の見かけ上楕円形のMEMSミラー17に光ファイバー列10の個々の光ファイバーから出た光束を効率良く入射させて反射させるようにすることができる。
【0043】
その実施例を図5に示す。この実施例は、光ファイバー列10の端面の形状、配置位置を除いて図1の実施例と同じである。図5(a)はそのY−Z面投影図、図5(b)はそのX−Z面投影光路図である。座標の取り方は図4と同様である。この例の場合は、光ファイバー列10全体を束ねた後に斜めにカットし、その傾斜面12がX−Z断面内で傾き、Y−Z断面内では傾かないように、光ファイバー列10をX−Z断面内で傾けて配置しており、上記の原理により、光ファイバー列10の各光ファイバーから出て回転対称な両側テレセントリック光学系1を通ってMEMSミラー列16の各MEMSミラー17に入射する光束の断面形状は、MEMSミラー17の見かけの形状と略同じ楕円形であり、MEMSミラー17のミラー面積を有効に利用することができるようになり、高効率の光接続が可能になる。
【0044】
図5の場合は、1本1本の光ファイバーの端面を斜めにカットした後に束ねるようにしてもよいが、光ファイバー列10全体を束ねた後に斜めにカットして各光ファイバーの端面を斜めにカットした方が光ファイバーの端面の向きを一度に揃えられるという利点がある。
【0045】
なお、この実施例においては、各光ファイバーの端面をその軸に対して斜めにカットしているので、光ファイバー端面での光反射が入力側に戻ってノイズになるのを防止できるメリットもある。
【0046】
上記の両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系を使用してMEMSミラー17の見かけの形状に合致するように入射する光束の断面形状を楕円形にする実施例、及び、各光ファイバーの傾斜面にしてMEMSミラー17の見かけの形状に合致するように入射する光束の断面形状を楕円形にする実施例何れにおいても、MEMSミラー17に入射する光束の楕円形の長軸とMEMSミラー17の見かけの楕円形の長軸とは一致していた方が、MEMSミラー17の面積を有効に使用することができる。したがって、両者の長軸のなす角の大きさについては、15°以内、より望ましくは10°以内、最も望ましくは5°以内が好ましい。
【0047】
さて、前記したように、本発明においては、以上の実施例のように、任意の倍率の両側テレセントリック光学系1、1A、1B、1Cを使用することにより、光ファイバー列10、20の光ファイバー間の間隔とMEMSミラー列16、16A、16BのMEMSミラー間の間隔を同じにする必要がない。したがって、光ファイバー列10の光ファイバー11間の間隔を、図7に示すように、光ファイバー11のクラッド径と同じ(125μm)にし、光ファイバー11をそのまま1列ずつ敷き詰めた状態で相互に位置決め固定をすることができる。光ファイバー11のクラッド径は非常に精度良く管理されているので、光ファイバー11相互の正確な間隔を実現することができる。光ファイバー11の上記のような並べ方として、図7(a)に示すように正方格子状に並べること、図7(b)に示すように最密充填タイプに並べることの何れも可能である。その場合、MEMSミラー列16、16A、16BのMEMSミラー17の並べ方も、光ファイバー列10の光ファイバー11の並べ方に合わせる必要がある。図7(b)の最密充填タイプの並べ方は、光ファイバー11を2次元にまとめたときに自然にまとまる形であり、また、断面が最も小さな面積になるため、光ファイバーを並べるときの容易さと共に小型化に対して有利である。
【0048】
ところで、後記の具体例に示すように、両側テレセントリック光学系1、1A、1B、1Cを波長1.2μmから1.7μmの範囲内の広い波長域帯に対応させるため、使用する両側テレセントリック光学系1、1A、1B、1Cには複数の硝材を使用し、色分散を良好に補正する必要がある。
【0049】
そのためには、高分散の硝材と低分散の硝材を組み合わせることで良好に色収差を補正できる。後記の具体例である数値例1では、ガラス1とガラス2の2種類を用いており、数値例2では、ガラス1とガラス3の2種類を用いている。それらの屈折率は次の通りである。
波長(nm) 1675.00 1550.00 1460.00 1260.00
ガラス1 1.758271 1.760827 1.762720 1.767294
ガラス2 1.429464 1.430200 1.430722 1.431886
ガラス3 1.485046 1.485973 1.486631 1.488103
ここで、波長1.55μmでのアッベ数相当値をνとし、
ν=(n1.55−1)/(n1.26−n1.675 ) ・・・(a)
と定義する。ここで、n1.26は波長1.26μmでの屈折率、n1.675 は波長1.675μmでの屈折率、n1.55は波長1.55μmでの屈折率である。
【0050】
本発明の波長1.2μmから1.7μmの範囲内の赤外光で使用する光学系においては、少なくとも2つの異なる硝材を用いており、その1つの波長1.55μmでのアッベ数相当値ν1 は、
70<ν1 <120 ・・・(1)
を満足し、もう1つの波長1.55μmでのアッベ数相当値ν2 は、
120<ν2 <250 ・・・(2)
を満足するようにすることが、回折光学素子を用いずに、屈折レンズの組み合わせにより波長1.2μmから1.7μmの範囲において色収差を良好に補正するために望ましい。
【0051】
さらに好ましくは、
75<ν1 <115 ・・・(1−1)
120<ν2 <250 ・・・(2−1)
を満足することが望ましい。
【0052】
さらに好ましくは、
80<ν1 <115 ・・・(1−2)
125<ν2 <200 ・・・(2−2)
を満足することが望ましい。
【0053】
なお、前記ガラス1のνは84.3、ガラス2のνは177.6、ガラス3のνは159.0である。
【0054】
さらに、波長1.55μmでのアッベ数相当値ν1 を持つ硝材の波長1.55μmでの屈折率をn1 とするとき、
n1 >1.7 ・・・(3)
を満足することで、ペッツバール和等がより良く補正された光学系とすることができる。
【0055】
ところで、本発明による任意の倍率の両側テレセントリック光学系1、1A、1B、1Cは、図1、図2、図4、図5等の光学クロスコネクトだけでなく、光導波路同士、例えば、光ファイバー列と導波プレートを光接続するのに用いることができる。図8に、光ファイバー列10と導波プレート30の対応する光ファイバー111 、・・・117 、・と光導波路311 、・・・317 、・を1対1で高効率で光接続する場合の構成を示す。
【0056】
このように複数の光ファイバーと光導波路とを同時に1つの両側テレセントリック光学系1で光接続することができ、相互のアライメントは両側テレセントリック光学系1だけを調整すればよく、容易にアライメントできる。なお、モードフィールド径が異なる光導波路同士の接続も、両側テレセントリック光学系1の倍率を変えることで対応可能となる。
【0057】
次に、図1、図2の構成のテレセントリック光学系1、1A、1Bの具体例として、数値例1と数値例2を示す。
【0058】
図9は数値例1のテレセントリック光学系1の光路図であり、物体側から順に、r0 で示された光ファイバー列10の端面と、両凸レンズ2枚と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、両凹レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズとの9枚からなり、その後にr19で示されたMEMSミラー列16と、r20で示された像面である折り返しミラー19とが配置されており、MEMSミラー列16はその基板の法線が光軸に対して22.5°傾いて配置されている。
【0059】
図10は数値例2のテレセントリック光学系1の光路図であり、物体側から順に、r0 で示された光ファイバー列10の端面と、両凸レンズ2枚と、両凹レンズと、両凸レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズとの9枚からなり、その後にr19で示されたMEMSミラー列16と、r20で示された像面である折り返しミラー19とが配置されており、MEMSミラー列16はその基板の法線が光軸に対して22.5°傾いて配置されている。
【0060】
以下に、上記各数値例の数値データを示すが、記号は、NAO は物体側開口数βは倍率、r0 は物体面、r1 、r2 …は各レンズ面の曲率半径、r20は像面、d0 は物体面と第1レンズ面との間の間隔、d1 、d2 …は各レンズ面間の間隔、d19はMEMSミラー列16と折り返しミラー19との間の間隔である。また、“MEMS”はMEMSミラー列16を示す。なお、ガラス1〜3の屈折率は前記した通りであり、基準波長は1.550μmである。
【0061】
(数値例1)
NAO =0.18750
β=×15.0000
r0 = ∞(物体) d0 = 9.999660
r1 = 13.37556 d1 = 3.000000 ガラス2
r2 = -8.60009 d2 = 1.200000
r3 = 6.47030 d3 = 3.000000 ガラス2
r4 = -9.62240 d4 = 1.200000
r5 = -5.21155 d5 = 3.000000 ガラス1
r6 = -40.46389 d6 = 1.200000
r7 = 5.45445 d7 = 3.000000 ガラス2
r8 = -6.31941 d8 = 2.121958
r9 = -3.18422 d9 = 3.000000 ガラス1
r10= 32.43681 d10= 1.200000
r11= 4.58169 d11= 5.000000 ガラス2
r12= 3.67509 d12= 15.678483
r13= -9.85987 d13= 4.678525 ガラス1
r14= -15.78896 d14= 11.762677
r15= -48.51610 d15= 4.958357 ガラス2
r16= -22.77635 d16= 1.200000
r17= 105.03661 d17= 5.000000 ガラス2
r18= -42.25490 d18= 46.999986
r19= ∞(MEMS) d19= 52.073197
r20= ∞(像面) 。
【0062】
(数値例2)
NAO =0.18750
β=×15.0000
r0 = ∞(物体) d0 = 9.999882
r1 = 14.78347 d1 = 3.000000 ガラス3
r2 = -9.54881 d2 = 1.200000
r3 = 6.45567 d3 = 3.000000 ガラス3
r4 = -10.56397 d4 = 1.200000
r5 = -5.52042 d5 = 3.000000 ガラス1
r6 = 21.43280 d6 = 1.200000
r7 = 4.35030 d7 = 3.460151 ガラス3
r8 = -5.23286 d8 = 1.200000
r9 = -2.75628 d9 = 3.000000 ガラス1
r10= -282.04741 d10= 1.200000
r11= 4.55744 d11= 5.000000 ガラス3
r12= 3.43153 d12= 17.302785
r13= -9.99130 d13= 4.414133 ガラス1
r14= -17.07494 d14= 11.646068
r15= -45.14269 d15= 3.976863 ガラス3
r16= -22.07351 d16= 1.200000
r17= 187.25014 d17= 5.000000 ガラス3
r18= -41.28883 d18= 46.999986
r19= ∞(MEMS) d19= 52.007290
r20= ∞(像面) 。
【0063】
上記数値例1、2の像面での収差図を図11、図12に示す。
【0064】
以上の本発明の光接続モジュール及び赤外光用光学系は例えば次のように構成することができる。
【0065】
〔1〕 複数の入力用光導波路から射出した波長1.2μmから1.7μmの範囲内の光信号を、複数の出力用光導波路に入射させる光通信用の光接続モジュールであって、
1つの両側テレセントリック光学系により、前記入力用光導波路からの少なくとも2本以上の光束を前記出力用光導波路に光学的に接続することを特徴とする光接続モジュール。
【0066】
〔2〕 複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が間に配置され、前記入射用光導波路からの光束の反射方向を前記ミラー列の傾斜角可変ミラー素子で変えることにより、前記出力用光導波路への接続が切り換え可能になっていることを特徴とする上記1記載の光接続モジュール。
【0067】
〔3〕 前記複数の傾斜角可変のミラー素子からなるミラー列が平板上に配置されており、前記平板は前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して角度をもって傾斜配置されていることを特徴とする上記2記載の光接続モジュール。
【0068】
〔4〕 前記両側テレセントリック光学系の倍率が1倍より大きく30倍以内であることを特徴とする上記1から3の何れか1項記載の光接続モジュール。
【0069】
〔5〕 前記両側テレセントリック光学系の倍率が、光軸に直交し相互に直交する2方向で異なるアナモルフィック光学系であることを特徴とする上記1から4の何れか1項記載の光接続モジュール。
【0070】
〔6〕 前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路同士の並べ方が最密充填となっていることを特徴とする上記1から3の何れか1項記載の光接続モジュール。
【0071】
〔7〕 前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路の端面は光導波路の光軸に対して角度をもって傾斜面にカットされ、その傾斜面が傾いている面と、前記ミラー列が傾斜している面とのなす角が略90°であることを特徴とする上記3記載の光接続モジュール。
【0072】
〔8〕 前記なす角が90°±15°以内であることを特徴とする上記7記載の光接続モジュール。
【0073】
〔9〕 波長1.2μmから1.7μmの範囲内で使用する赤外光用光学系において、少なくとも2つの異なる硝材を用いており、硝材の波長1.55μmでのアッベ数相当値νを、
ν=(n1.55−1)/(n1.26−n1.675 ) ・・・(a)
と定義(n1.26は波長1.26μmでの屈折率、n1.675 は波長1.675μmでの屈折率、n1.55は波長1.55μmでの屈折率)するとき、少なくとも2つの異なる硝材の1つの波長1.55μmでのアッベ数相当値ν1 が、
70<ν1 <120 ・・・(1)
を満足し、もう1つの波長1.55μmでのアッベ数相当値ν2 が、
120<ν2 <250 ・・・(2)
を満足することを特徴とする赤外光用光学系。
【0074】
〔10〕 次の関係を満足することを特徴とする上記9記載の赤外光用光学系。
【0075】
75<ν1 <115 ・・・(1−1)
120<ν2 <250 ・・・(2−1)
〔11〕 次の関係を満足することを特徴とする上記9記載の赤外光用光学系。
【0076】
80<ν1 <115 ・・・(1−2)
125<ν2 <200 ・・・(2−2)
〔12〕 波長1.55μmでのアッベ数相当値ν1 を持つ硝材の波長1.55μmでの屈折率をn1 とするとき、
n1 >1.7 ・・・(3)
を満足することを特徴とする上記9から11の何れか1項記載の赤外光用光学系。
【0077】
〔13〕 前記赤外光用光学系が両側テレセントリック光学系であることを特徴とする上記9から12の何れか1項記載の赤外光用光学系。
【0078】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の接続モジュールによると、1つの両側テレセントリック光学系を用いて入力用光導波路からの少なくとも2本以上の光束を出力用光導波路に光学的に接続するので、両側テレセントリック光学系のみの調節で複数の光導波路を同時に容易にアライメントすることができる。また、複数の硝種を組み合わせることで、1.2μmから1.7μmの広い波長帯域に対応する赤外光用光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図である。
【図2】本発明の別の実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図である。
【図3】縦横等間隔に並べられたMEMSミラー列の正面図とその光軸方向から見た見かけの縦横の間隔を示す図である。
【図4】図1の両側テレセントリック光学系の代わりに両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系を用いる実施例をの構成を示す図である。
【図5】光ファイバーの端面を斜めにカットしてNAを非等方的にした光クロスコネクトスイッチの実施例の構成を示す図である。
【図6】光ファイバーの端面を斜めにカットした場合の出射光束の様子を示す図である。
【図7】光ファイバーを相互に接触させて密に配置する光ファイバー列の並べ方を示す図である。
【図8】両側テレセントリック光学系を用いて光ファイバー列と導波プレートを光接続する実施例の構成を示す図である。
【図9】数値例1のテレセントリック光学系の光路図である。
【図10】数値例2のテレセントリック光学系の光路図である。
【図11】数値例1の像面での収差図である。
【図12】数値例2の像面での収差図である。
【図13】従来公知の光学クロスコネクトを説明するための図である。
【符号の説明】
1、1A、1B…両側テレセントリック光学系
1C…両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系
11 、12 …正レンズ
10、20…光ファイバー列
11、111 、・・・117 …光ファイバー
12…傾斜面
16、16A、16B…MEMSミラー列
17、171 、・・・177 …MEMSミラー
19…折り返しミラー(平面ミラー)
30…導波プレート
311 、・・・317 …光導波路
Claims (5)
- 波長1.2μmから1.7μmの範囲内の光を用いる光通信用の光接続モジュールであって、
複数の入力用光導波路と、
複数の出力用光導波路と、
前記入力用光導波路の光射出側に配置された1つの両側テレセントリック光学系を備え、
前記両側テレセントリック光学系は、前記入力用光導波路からの少なくとも2本以上の光束が通過する大きさを有し、高分散の硝材と低分散の硝材の組み合わせで構成されており、
前記両側テレセントリック光学系を挟んで、前記入力用光導波路と向かい合う位置に、複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が配置されており、
前記入力用光導波路相互の間隔は、前記傾斜角可変ミラー素子相互の間隔よりも小さく、前記両側テレセントリック光学系の倍率が、1倍よりも大きく30倍以下であることを特徴とする光接続モジュール。 - 前記両側テレセントリック光学系は、前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して直交する2方向において、前記両側テレセントリック光学系の倍率が互いに異なるアナモルフィック光学系であることを特徴とする請求項1記載の光接続モジュール。
- 前記ミラー列は、前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して傾斜して配置され、前記直交する2方向のうち一方を前記傾斜方向とするとき、前記傾斜方向における倍率が、残りの方向における倍率よりも小さいことを特徴とする請求項2記載の光接続モジュール。
- 前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して直交する2方向のうち、一方の方向において、前記ミラー列は前記光軸に対して傾斜して配置され、前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路の端面は、前記光導波路の光軸に対して角度をもって傾斜してカットされ、前記2方向のうち、他方の方向において、前記端面が前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の光接続モジュール。
- 硝材の波長1.55μmでのアッベ数相当値νを、
ν=(n1.55−1)/(n1.26−n1.675 ) ・・・(a)
と定義(n1.26は波長1.26μmでの屈折率、n1.675 は波長1.675μmでの屈折率、n1.55は波長1.55μmでの屈折率)するとき、前記高分散の硝材の波長1.55μmでのアッベ数相当値ν1 が、
70<ν1 <120 ・・・(1)
を満足し、前記低分散の硝材の波長1.55μmでのアッベ数相当値ν2 が、
120<ν2 <250 ・・・(2)
を満足することを特徴とする1から4の何れか1項記載の光接続モジュール。
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