JP4796950B2

JP4796950B2 - 光デバイス

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Publication number: JP4796950B2
Application number: JP2006342852A
Authority: JP
Inventors: 晃啓井出; 康範岩崎
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: EP1816500B1; US20070183720A1; DE602007011125D1; EP1816500A1; US7373051B2; JP2007233341A

Description

本発明は、光ファイバに伝達する様々な波長領域の信号光（例えば通信サービス信号や映像信号）から特定の波長領域の光を分岐する波長多重光端末に用いて好適な光デバイスに関する。

近時、ファイバアンプを用いた波長多重通信の発達に伴い、アンプ特性確保のため、各波長の光量をモニタし、光量を調整した上でアンプにて増幅させるという方式が採られるようになってきている。

このモニタには各種方法が知られているが、各ファイバにモニタデバイスを搭載するため、モニタデバイスだけでかなりの大きさを必要としている。

そのため、モニタデバイスの小型化、高密度化が望まれている。また、モニタする際に、信号光の一部を取り出して行うようにしているが、信号光を大きく減衰させることなくモニタリングできるものが望まれている。

従来では、上述の課題を解決する技術として、例えば特許文献１〜６に示すような技術が提案されている。

また、近年、ＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）サービスへの新たな付加価値として、放送サービスの追加の試みが行われている。この試みは、１本の光ファイバに対して、ＩＰ（インターネットプロトコル）サービス用としての上り波長及び下り波長に加えて放送用の下り波長を追加したサービスである。すなわち、１芯３波方式による通信と放送の融合サービスの提案である。

この融合サービスを実現させるためには、例えば宅内の場合、従来のＩＰサービスにて必要であるＢ−ＯＮＵ（ＢｒｏａｄｂａｎｄＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）に加えて、放送サービスを受信するためのＶ−ＯＮＵ（Ｖｉｄｅｏ−ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）が必要となる。すなわち、上りと下りの信号に異なる波長を用いるため、加入者側においてそれを処理する波長多重光端末部品が必要となる。将来は、さらに別の波長の光にて映像信号を伝送（下り）する可能性があり、この場合、３波長の波長多重光端末部品が必要になる。

波長多重光端末部品の主な構成としては、ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）フィルタと、下り信号受信用の受光素子（例えばフォトダイオード）と、上り信号送信用の発光素子（例えばレーザダイオード）である。

なお、ＷＤＭフィルタで波長分岐を行う場合、通常のフィルタでは、遮断領域の減衰量が２５ｄＢ程度であるが、仕様によっては遮断領域の減衰量として４０ｄＢ程度が求められる場合がある。そこで、例えば非特許文献１に示すように、ＷＤＭプリズムと受光素子との間にバンドパスフィルタ（ＲｅｊｅｃｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒ）を挿入することが考えられる。

そして、波長多重光端末部品の従来技術としては、例えば非特許文献２に示すように、レンズを用いたマイクロ・オプティックス方式と、光導波路を用いたＰＬＣ方式が主流である。

しかしながら、両方式とも、ＷＤＭフィルタへの導波に光伝送素子（レンズや光導波路）を用いるため、光部品で最大の課題である光ファイバと光伝送素子とのアライメント固定が必要になる。そのため、製造コストの増大や接続部の信頼性が低下する等の問題を有する。

こうした融合サービスを安価に提供するために、光ファイバに直接スリットを加工する、いわゆるマイクロスリット技術（非特許文献３参照）によるＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）機能と受光機能を集積化したＶ−ＯＮＵ対応の光デバイスの提案が行われている。

マイクロスリット技術を用いたＶ−ＯＮＵデバイスとは、光ファイバに対し、直接形成した斜め狭溝（スリット）に、波長分岐薄膜基板を挿入実装し、この波長分岐薄膜基板で分岐された光を光ファイバの上部に配置した受光素子で受光するという構成を有する。これにより、波長分岐機能と受光機能を集積化させ、安価にＶ−ＯＮＵ対応の光デバイスを提供することができる。

特開２００３−２９４９９０号公報特開２００３−２９４９９２号公報特開２００３−２９５０００号公報国際公開第０３／０９６０９５号パンフレット国際公開第０３／０６０５８４号パンフレット国際公開第０３／０９８２９３号パンフレットＯＰＴＣＯＭ２００４年３月号３８頁オプトロニクス２００４年１月号１７３頁光アライアンス２００５年１１月号「光ファイバーアレイの規格と今後の動向」

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、上述したマイクロスリット技術を用いた光デバイスにおいて、構成部材の屈折率の変動や温度変動があったとしても、分岐光のレベル変動（電気信号に変換した後の信号レベルの変動）を抑えることができ、安定した受信感度を実現することができる光デバイスを提供することを目的とする。

第１の本発明に係る光デバイスは、光ファイバが設置された光ファイバ設置部と、前記光ファイバを伝達する信号光の一部を分岐し、その分岐光を光ファイバ外に導く分岐部とを有し、前記光ファイバの表面のうち、前記分岐光が出射する部分がテーパ面とされた光デバイスであって、前記分岐部は、前記光ファイバの光軸を交差するように形成されたスリットと、該スリットに挿入され、前記光ファイバを伝達する前記信号光の一部を分岐する光分岐部材とを有し、前記光ファイバのクラッド層に前記テーパ面を有する段差が形成され、前記段差の低い部分に前記光ファイバ外に導かれた前記分岐光の光路を変更する光路変更部材が配置され、前記テーパ面から段差の高い部分にかけて、前記光路変更部材に対する入出射媒体となる導波部材が配置され、少なくとも前記光ファイバの表面と前記導波部材との間に屈折率整合剤が充填され、前記導波部材のうち、前記光ファイバの表面と対向する面がテーパ面であり、前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、前記導波部材の前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、前記光路変更部材は、前記導波部材と共に、前記光ファイバの表面上に並べられたガイド部材と、前記ガイド部材のうち、前記導波部材と対向する端面に形成された全反射膜とを有することを特徴とする。

第２の本発明に係る光デバイスは、光ファイバが設置された光ファイバ設置部と、前記光ファイバを伝達する信号光の一部を分岐し、その分岐光を光ファイバ外に導く分岐部とを有し、前記光ファイバの表面のうち、前記分岐光が出射する部分がテーパ面とされた光デバイスであって、前記分岐部は、前記光ファイバの光軸を交差するように形成されたスリットと、該スリットに挿入され、前記光ファイバを伝達する前記信号光の一部を分岐する光分岐部材とを有し、前記光ファイバのクラッド層に前記テーパ面を有する段差が形成され、前記段差の低い部分に前記光ファイバ外に導かれた前記分岐光の光路を変更する光路変更部材が配置され、前記テーパ面から段差の高い部分にかけて、前記光路変更部材に対する入出射媒体となる導波部材が配置され、少なくとも前記光ファイバの表面と前記導波部材との間に屈折率整合剤が充填され、前記導波部材のうち、前記光ファイバの表面と対向する面がテーパ面であり、前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、前記導波部材の前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、前記光路変更部材は、前記導波部材のうち、前記分岐光の光路上の端面に形成された全反射膜であることを特徴とする。

光ファイバに前記テーパ面を設けない場合、光ファイバの表面と光ファイバの光軸方向とは平行となっている。ここで、光分岐部にて分岐された光（分岐光）は、光ファイバのクラッド層、光ファイバの表面を通過して、光デバイスの表面上に存在する物質を通過することになる。

このとき、物質の屈折率がクラッド層の屈折率よりも小さい場合、分岐光の光ファイバの表面に向かう入射角が特定の入射角以上になると、分岐光は、光ファイバの表面において全反射しやすくなり、光ファイバの表面を通過する分岐光のレベル（光量）が減少し、例えば受光素子にて受光した際の信号レベル（電圧レベルや電流レベル）が減少したり、分岐光が受光素子まで届かないという問題が生じるおそれがある。物質の屈折率がクラッド層の屈折率よりも小さくなるケースとしては、例えば物質が屈折率整合剤（接着剤）であって、該屈折率整合剤の屈折率が温度変動によって変化し、光ファイバのクラッド層の屈折率よりも低くなる等の場合である。

また、上述した分岐光の入射角が大きいと、前記物質が屈折率整合剤（接着剤）としての機能よりも、境界面を形成する物質として作用し、やはり特定の入射角以上にて分岐光の全反射現象が生じるおそれがある。

一方、本発明は、前記光ファイバの表面のうち、前記分岐光が出射する部分をテーパ面としているため、分岐光の光ファイバの表面に対する入射角が前記テーパ面によって小さくなる。従って、光ファイバの表面上に存在する物質において屈折率の変動があったとしても、分岐光のレベル変動（電気信号に変換した後の信号レベルの変動）を抑えることができ、安定した受信感度を実現することができる。

しかも、本発明においては、レンズや光伝送素子を用いることなく、波長フィルタ部品や波長多重受信及び送受信デバイスを実現させることができる。

そして、本発明において、前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸方向とのなす角が、１°以上であることが好ましい。前記なす角が小さすぎると、加工等のばらつきにより、分岐光の入射角を大きくとるという効果が得られなくなることと、分岐光の回折角（広がり角）を考慮しても、前記なす角として少なくとも１°以上あれば好ましい。

また、本発明において、前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と前記テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっているため、分岐光の光ファイバの表面に対する入射角が前記テーパ面によって小さくなる。

また、本発明において、前記導波部材の上面にフィルタが形成され、前記光ファイバ外に導かれた前記分岐光は、前記導波部材から前記光路変更部材に入射し、該光路変更部材にて光路が変更されて再び前記導波部材に入射し、該導波部材を介して前記フィルタを透過するようにしてもよい。

スリットにＷＤＭフィルタを挿入設置することで波長フィルタ部品を構成することができ、光分岐部から光ファイバ外に導かれた分岐光を受光する受光素子を追加設置することで波長多重受信デバイスを構成することができる。

特に、光ファイバ外に導かれた分岐光は、光路変更部材にてその光路が変更され、さらに、導波部材を通して伝達されることから、導波部材から出射される分岐光の光路上に受光素子を設置することで、受光素子に入射される分岐光は、その入射角度（受光面の法線と入射光とのなす角）を小さくすることができ、受光特性を良好にすることができる。

また、フィルタをバンドパスフィルタとした場合、該フィルタに対しては、できるだけ入射角度が小さい方が良好な特性（遮断領域において所望の減衰量）を得ることができる。この場合、単純にフィルタへの光の入射角度を小さくしようとすると、分岐部と受光素子間に入射角度を低減するための光路変更部材を配置し、さらに光路変更部材と受光素子間に、フィルタを配置することになり、この場合、分岐部から受光素子までの光路長が増大し、損失の増加の原因となる。

しかし、本発明は、フィルタへの入射角度の低減と、分岐部から受光素子までの光路長の距離の増大化防止の両立を実現させることができる。しかも、光路変更部材への出射（反射）並びにフィルタへの入射が同一媒体となるので、光学的に均一な状態となり、特性の向上・安定化を図ることができる。

また、前記導波部材が、前記光路変更部材に対する入出射媒体となるため、光路変更部材への出射（反射）及びバンドパスフィルタへの入射のみならず、加えて光路変更部材への入射も同一媒体を介して行うことができ、より光路の均一化を図ることができ、好ましい。

本発明において、前記光分岐部材を波長分岐フィルタとし、前記フィルタを、前記分岐光のうち、特定の波長領域の光を透過するバンドパスフィルタとしてもよい。これにより、遮断領域の減衰量を例えば４０ｄＢ程度とすることができ、通過領域と減衰領域の分離を高めることができる。

また、光路長の低減及び分岐光路の光学的均一性を高めるために、前記導波部材を前記光ファイバの直上に設置されていてもよい。この場合、少なくとも前記光ファイバの表面と前記導波部材との間に屈折率整合剤が充填されていてもよい。

また、前記導波部材のうち、前記光ファイバの表面と対向する面がテーパ面であるため、分岐光の光ファイバの表面（テーパ面）への入射角と、分岐光の導波部材の表面への入射角を小さくすることができ、光ファイバの構成部材に屈折率変動があったとしても、安定した受信感度を得ることができる。

この場合、前記導波部材の前記テーパ面は、前記光ファイバの表面における前記テーパ面とほぼ平行であってもよいし、前記光ファイバにおける前記テーパ面と前記光ファイバの光軸方向とのなす角をθ１、前記導波部材の前記テーパ面と前記光ファイバの光軸方向とのなす角をθ２としたとき、θ１とθ２が異なるようにしてもよい。

上述した第１の本発明において、前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記ガイド部材の前記光ファイバに対する位置決め部として兼用されていてもよい。

上述した第２の本発明において、前記光路変更部材は、前記導波部材のうち、前記分岐光の光路上の端面に形成された全反射膜であってもよい。この場合、上述したガイド部材の設置を省略することができる。

また、本発明において、前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの表面に形成されたＶ字状の溝の一方の側面にて構成されていてもよい。この場合、前記Ｖ字状の溝の他方の側面は、前記導波部材の前記光ファイバに対する位置決め部として兼用されていてもよい。

以上説明したように、本発明に係る光デバイスによれば、上述したマイクロスリット技術を用いた光デバイスにおいて、構成部材の屈折率の変動や温度変動があったとしても、分岐光のレベル変動（電気信号に変換した後の信号レベルの変動）を抑えることができ、安定した受信感度を実現することができる。

以下、本発明に係る光デバイスの実施の形態例を図１〜図９を参照しながら説明する。

第１の実施の形態に係る光デバイス（以下、第１光デバイス１０Ａと記す）は、図１及び図２に示すように、光ファイバ設置部１２と、光分岐部１４と、導波部材１６と、フィルタ１８と、受光ユニット２０とを有する。

光ファイバ設置部１２は、ガラス基板２２と、該ガラス基板２２に設けられた少なくとも１つの固定用溝２４（Ｖ溝や半円状の溝等：図２参照）とを有し、この固定用溝２４に光ファイバ２６が固定用接着剤２８にて固定されている。

光分岐部１４は、光ファイバ２６のコア３０の光軸を交差するように形成されたスリット３２と、該スリット３２に挿入され、光ファイバ２６を伝達する信号光３４の一部を分岐する光分岐部材３６とを有し、該光分岐部材３６からの分岐光３８を光ファイバ２６の外方に導く。スリット３２内に挿入される光分岐部材３６は、光ファイバ２６を伝達する信号光３４のうち、特定の波長領域の光成分を分岐する波長分岐フィルタ（ＷＤＭフィルタ）であって、石英ガラスの表面に多層膜が形成されて構成されている。

スリット３２は、光ファイバ２６の光軸を交差し、さらに、固定用溝２４の底部よりも下方の位置まで到達するように形成されている。スリット３２の幅は５〜５０μｍであることが好ましい。５μｍ未満の場合、光分岐部材３６が薄くなりすぎるため、実装が困難になってしまうことがある。また、５０μｍより厚くすると、過剰損失が大きくなり実仕様に適さなくなる。スリット３２の深さは１３０μｍ〜２５０μｍとすることが望ましい。１３０μｍ未満の場合、固定用溝２４の加工段階で、固定用溝２４が光ファイバ２６の途中で止まってしまうおそれがあるために、この固定用溝２４を起点として光ファイバ２６にダメージを与えるおそれがある。また、２５０μｍより大きいとガラス基板２２の強度の低下を招くおそれがある。スリット３２内のうち、スリット３２の内壁と光分岐部材３６との間には、屈折率整合剤が充填されている。この実施の形態では、スリット３２の幅を３０μｍ、スリット３２の傾斜角θｄ（光ファイバ２６の光軸と直交する線上とのなす角）を８°とした。以下の説明では、光ファイバ２６の光軸と直交する線を垂直線と記す。

導波部材１６の表面に形成されたフィルタ１８は薄膜にて構成され、光分岐部１４からの分岐光３８のうち、特定の波長領域の光を透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。該ＢＰＦは、光分岐部１４からの分岐光３８のうち、遮断領域の減衰量を例えば４０ｄＢ程度にして、通過領域と遮断領域の分離を高める。

一方、光ファイバ２６の表面上において、導波部材１６と並んで光路変更部材４０が設置されている。この光路変更部材４０は、光ファイバ２６の外方に導かれた分岐光３８の光路を変更するように構成されている。

特に、第１光デバイス１０Ａにおける光路変更部材４０は、例えばガラス製あるいはセラミック製のガイド部材４２と該ガイド部材４２のうち、導波部材１６と対向する端面に形成された全反射膜４４（全反射ミラー）とを有する。ガイド部材４２の前記端面と、導波部材１６のうち、光路変更部材４０と対向する端面とは、ほぼ同じ傾斜角を有する。従って、ガイド部材４２は、導波部材１６を取り付ける上での位置決め部材として機能するほか、導波部材１６を固定するための固定部材としても機能することになる。

受光ユニット２０は、フィルタ１８を透過した分岐光３８の光路上に配置されるユニットであって、ＣＡＮタイプのフォトダイオード４６と、該フォトダイオード４６が収容されるハウジング４８とを有する。

フォトダイオード４６は、基台５０と、該基台５０に実装され、且つ、受光面を有するチップ５２とを有する。基台５０には、複数の外部端子５４と電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が形成され、チップ５２と配線パターンはボンディングワイヤ５６を介して電気的に接続されている。ハウジング４８は、フォトダイオード４６が収容される第１貫通孔５８と、該第１貫通孔５８と連通し、且つ、フィルタ１８を透過した分岐光３８が通過する第２貫通孔６０とを有する。第２貫通孔６０は、フォトダイオード４６の基台５０の横幅よりも小さい開口幅を有する。なお、第２貫通孔６０内における光透過媒体は、光ファイバ２６や導波部材１６の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する接着剤や、その他、空気であってもよい。

通常、基板に受光素子を実装し、光分岐部１４からの分岐光３８の光路上に受光素子の受光面が位置するように配置する場合、光ファイバ設置部１２上にスペーサを介して配置することが考えられる。しかし、光ファイバ２６上には、光路変更部材４０と導波部材１６が存在することから、スペーサを形成する場合、組立や製造に困難性を伴い、製造コストがかかるおそれがある。

第１光デバイス１０Ａでは、受光ユニット２０のハウジング４８内に設けられた第１貫通孔５８内にフォトダイオード４６を収容し、該第１貫通孔５８と連通し、且つ、フォトダイオード４６の基台５０の横幅よりも小さい開口幅を有する第２貫通孔６０に光分岐部１４からの分岐光３８を通過させるようにしたので、第１貫通孔５８と第２貫通孔６０との段差部分６２がスペーサの役割を果たす。しかも、ガイド部材４２と導波部材１６上にハウジング４８を載置するだけでフォトダイオード４６を設置できるため、組立が容易になり、製造コストの低廉化に有利となる。

そして、この第１光デバイス１０Ａにおいては、光ファイバ２６の表面のうち、分岐光３８が出射する部分がテーパ面７０（以下、第１テーパ面７０と記す）とされている。この第１テーパ面７０は、光ファイバ２６の光軸方向とのなす角θ１が、１°以上であり、光ファイバ２６の光軸と第１テーパ面７０の間の距離ｈが、信号光３４の進行方向に向かって徐々に大きくなるように形成されている。

つまり、光ファイバ２６のクラッド層７２に段差が形成され、段差の低い部分７４に光路変更部材４０のガイド部材４２が配置され、第１テーパ面７０から段差の高い部分７６（光ファイバ２６の規定のクラッド層７２の上面）にかけて導波部材１６が配置されている。図１の例では、導波部材１６のうち、光ファイバ２６に設けられた第１テーパ面７０と対向する面がテーパ面７８（以下、第２テーパ面７８と記す）とされている。

光ファイバ２６の表面と導波部材１６との間、並びに導波部材１６と光路変更部材４０との間には屈折率整合剤（接着剤）８０が充填されている。

次に、第１光デバイス１０Ａの作用を説明する。まず、光ファイバ２６を伝達する信号光３４のうち、特定の波長領域の光成分が光分岐部１４において分岐されて分岐光３８として光ファイバ２６の外方へ導かれる。それ以外の光成分は信号光３４として光ファイバ２６を伝達する。

光ファイバ２６の外方へ導かれた分岐光３８は、光ファイバ２６のクラッド層７２、光ファイバ２６の第１テーパ面７０、屈折率整合剤８０、導波部材１６の第２テーパ面７８を介して導波部材１６に入射する。導波部材１６に入射した分岐光３８はほとんど光路を変更されずに、導波部材１６の端面及び屈折率整合剤８０を経て、光路変更部材４０の全反射膜４４に入射、反射し、その光路が変更される。光路が変更された分岐光３８は、垂直線の方向に沿って導波部材１６内を伝搬し、導波部材１６の表面に形成されたフィルタ１８を通過する。このとき、分岐光３８のうち、遮断領域の減衰量が４０ｄＢ程度とされることから、このフィルタ１８を通過した光は、通過領域と遮断領域の分離が高められた光となる。

ここで、第１光デバイス１０Ａの作用について、図３に示す比較例に係る光デバイス２００と対比して説明する。なお、図３においては受光ユニット２０の図示を省略する。

まず、比較例に係る光デバイス２００は、図３に示すように、光ファイバ２６に第１テーパ面７０（図１参照）を設けない場合、光ファイバ２６の表面と光ファイバ２６の光軸方向とは平行となっている。この場合、光分岐部１４にて分岐された光（分岐光３８）は、光ファイバ２６のクラッド層７２、光ファイバ２６の表面及び屈折率整合剤８０を通過して、導波部材１６に入射することになる。

このとき、屈折率整合剤８０の屈折率がクラッド層７２の屈折率よりも小さい場合、分岐光３８の光ファイバ２６の表面に向かう入射角が特定の入射角以上になると、分岐光３８は、光ファイバ２６の表面において全反射しやすくなり、光ファイバ２６の表面を通過する分岐光３８のレベル（光量）が減少し、例えばフォトダイオード４６（図１参照）にて受光した際の信号レベル（電圧レベルや電流レベル）が減少したり、分岐光３８がフォトダイオード４６のチップ５２まで届かないという問題が生じるおそれがある。屈折率整合剤８０の屈折率がクラッド層７２の屈折率よりも小さくなるケースとしては、屈折率整合剤８０の屈折率が温度変動によって変化し、光ファイバ２６のクラッド層７２の屈折率よりも低くなる等の場合である。

また、上述した分岐光３８の入射角が大きいと、屈折率整合剤８０としての機能よりも、境界面を形成する物質（薄膜）として作用し、やはり特定の入射角以上にて分岐光３８の全反射現象が生じるおそれがある。

これに対して、第１光デバイス１０Ａは、光ファイバ２６の表面のうち、分岐光３８が出射する部分を第１テーパ面７０としているため、分岐光３８の光ファイバ２６の表面に対する入射角が第１テーパ面７０によって小さくなる。従って、光ファイバ２６の表面上に存在する屈折率整合剤８０において屈折率の変動があったとしても、分岐光３８のレベル変動（電気信号に変換した後の信号レベルの変動）を抑えることができ、安定した受信感度を実現することができる。

本実施の形態において、第１テーパ面７０の前記なす角θ１（光ファイバの光軸方向とのなす角）は、１°以上であることが好ましい。なす角θ１が小さすぎると、加工等のばらつきにより、分岐光３８の入射角を大きくとるという効果が得られなくなることと、分岐光３８の回折角（広がり角）を考慮しても、なす角θ１として少なくとも１°以上あれば好ましいからである。

また、光ファイバ２６の光軸と第１テーパ面の間の距離ｈが、信号光３４の進行方向に向かって徐々に大きくするようにしたので、分岐光３８の光ファイバ２６の表面に対する入射角を第１テーパ面７０によって小さくすることができる。

しかも、本実施の形態においては、導波部材１６のうち、光ファイバ２６の第１テーパ面７０と対向する面を第２テーパ面７８としたので、分岐光３８の光ファイバ２６の表面（第１テーパ面７０）への入射角と、分岐光３８の導波部材１６の表面（第２テーパ面７８）への入射角を小さくすることができ、第１光デバイス１０Ａの構成部材に屈折率変動があったとしても、安定した受信感度を得ることができる。

ちなみに、比較例に係る光デバイス２００では、屈折率整合剤８０での薄膜干渉作用により、フォトダイオード４６（図１参照）での受光効率のばらつきが０．８ｄＢ未満であったが、本実施の形態によれば、０．４ｄＢ未満への改善された。また、フォトダイオード４６での受光効率の温度依存性についても、比較例に係る光デバイス２００では、１ｄＢ未満であったのに対し、本実施の形態によれば、０．６ｄＢ未満へと改善された。

さらに、本実施の形態においては、光ファイバ２６の表面に形成された第１テーパ面７０を、光路変更部材４０の光ファイバ２６に対する位置決め部として兼用することができ、組立が容易になる。

また、第１光デバイス１０Ａにおいては、レンズや光伝送素子を用いることなく、波長フィルタ部品や波長多重受信及び送受信デバイスを実現させることができる。

スリット３２に波長分岐フィルタを挿入設置することで波長フィルタ部品を構成することができ、光分岐部１４から光ファイバ２６の外方に導かれた分岐光３８を受光するフォトダイオード４６を設置することで波長多重受信デバイスを構成することができる。

特に、光ファイバ２６の外方に導かれた分岐光３８は、導波部材１６を透過し、光路変更部材４０にてその光路が変更され、さらに、導波部材１６を通して伝達されることから、導波部材１６から出射される分岐光３８の光路上にフォトダイオード４６を設置することで、フォトダイオード４６に入射される分岐光３８は、その入射角度（受光面の法線と入射光とのなす角）を小さくすることができ、受光特性を良好にすることができる。

ところで、フィルタ１８をＢＰＦとした場合、該フィルタ１８に対しては、できるだけ入射角度が小さい方が良好な特性（遮断領域において所望の減衰量）を得ることができる。しかし、単純にフィルタ１８への光の入射角度を小さくしようとすると、光分岐部１４とフォトダイオード４６間に入射角度を低減するための光路変更部材４０を配置し、さらに光路変更部材４０とフォトダイオード４６間に、フィルタ１８を配置することになり、この場合、光分岐部１４からフォトダイオード４６までの光路長が増大し、損失の増加の原因となる。

それに対して、第１光デバイス１０Ａは、光路変更部材４０に対する出射媒体（又は入出射媒体）を導波部材１６とし、且つ、この導波部材１６の表面にフィルタ１８を形成するようにしたので、フィルタ１８への入射角度の低減と、光分岐部１４からフォトダイオード４６までの光路長の距離の増大化防止の両立を実現させることができる。しかも、光路変更部材４０への出射並びにフィルタ１８への入射が同一媒体（導波部材１６）となるので、光学的に均一な状態となり、特性の向上・安定化を図ることができる。

また、上述したように、光分岐部材３６を波長分岐フィルタとし、フィルタ１８をＢＰＦとしたので、遮断領域の減衰量を例えば４０ｄＢ程度とすることができ、通過領域と減衰領域の分離を高めることができる。

また、導波部材１６を光ファイバ２６の直上に設置するようにしたので、分岐光３８の光路長を短くすることができることはもちろん、光ファイバ２６と導波部材１６との間に形成される屈折率整合剤８０の厚みも薄くなり、光学的に不安定な部分（接着層）を低減することで、分岐光路の光学的均一性を高めることができる。

次に、第１光デバイス１０Ａの変形例について図４〜図７を参照しながら説明する。

まず、第１の変形例に係る光デバイス１０Ａａは、図４に示すように、ハウジング４８の第１貫通孔５８にレンズ付きのＣＡＮタイプのフォトダイオード８２を収容した点で異なる。

レンズ付きのＣＡＮタイプのフォトダイオード８２は、ＣＡＮタイプのフォトダイオード８４に例えば径が１．５ｍｍ等のボールレンズ８６が装着されたものであり、このボールレンズ８６がフィルタ１８に対向するようにして収容される。この場合、設計の簡略化が可能となる。

次に、第２の変形例に係る光デバイス１０Ａｂは、図５に示すように、第１の変形例に係る光デバイス１０Ａａの構成において、ハウジング４８の第１貫通孔５８内に、光路変更部材４０のガイド部材４２と上面にフィルタ１８が形成された導波部材１６とを収容した点で異なる。

この場合、フィルタ１８（薄膜）の形成面積を小さくすることができ、フィルタ１８を構成する薄膜を効率的に使用することができる。また、ガイド部材４２の上部と導波部材１６の上部との間に０．０３〜０．１５ｍｍ程度の段差８８を設けた方が好ましい。段差８８を設けることで、これらガイド部材４２及び導波部材１６の実装時において、フィルタ１８の表面に屈折率整合剤８０がはみ出るということを回避することができる。

次に、第３の変形例に係る光デバイス１０Ａｃは、図６に示すように、光ファイバ２６における第１テーパ面７０と光ファイバ２６の光軸方向とのなす角θ１と、導波部材１６の第２テーパ面７８と光ファイバ２６の光軸方向とのなす角θ２とが異なり、θ２＞θ１の関係を有する。これにより、光ファイバ２６と導波部材１６間に充填された屈折率整合剤８０が薄膜として作用することをさらに防止することができる。

次に、第４の変形例に係る光デバイス１０Ａｄは、図７に示すように、導波部材のうち、光ファイバの第１テーパ面と対向する面をテーパ面とせずに、平坦面とした点で異なる。この場合、導波部材の作製が容易になるため、コストの低廉化において有利になる。

次に、第２の実施の形態に係る光デバイス（以下、第２光デバイス１０Ｂと記す）について図８及び図９を参照しながら説明する。

この第２光デバイス１０Ｂは、図８に示すように、上述した第１光デバイス１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、光路変更部材４０が、導波部材１６のうち、分岐光３８の光路上の端面に形成された全反射膜９０であることと、ガイド部材４２（図１参照）が存在しない点で異なる。全反射膜９０としては、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属薄膜を用いることができる。

これにより、光ファイバ２６上にガイド部材４２を設置することなく、導波部材１６に分岐光３８の光路を変更させる機能を持たせることが可能となる。これは、部品点数の削減、製造工程の簡略化、誤差の低減につながり、生産効率の向上を図ることができる。

また、図９に示す変形例に係る光デバイス１０Ｂａのように、光ファイバ２６の表面に、軸方向を光ファイバ２６の光軸と直交する方向とするＶ字状溝９２を形成するようにしてもよい。この場合、Ｖ字状溝９２の一方の側面９２ａを、光ファイバ２６の第１テーパ面７０（導波部材１６の第２テーパ面７８と対向するテーパ面）とすることができる。また、Ｖ字状溝９２の他方の側面９２ｂを、導波部材１６の光ファイバ２６に対する位置決め部として兼用させることができ、導波部材１６の位置決めが容易になり、組立時間の短縮化、組立工程の簡略化を図ることができる。

第２光デバイス１０Ｂ及びその変形例に係る光デバイス１０Ｂａにおいて、光ファイバ２６の第１テーパ面７０と光ファイバ２６の光軸方向とのなす角θ１と、導波部材１６の第２テーパ面７８と光ファイバ２６の光軸方向とのなす角θ２とを、同じにしてもよいし、異ならせてもよい。

なお、本発明に係る光デバイスは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１光デバイスの要部の構成を示す断面図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ線上の断面図である。比較例に係る光デバイスの要部の構成を一部省略して示す断面図である。第１光デバイスの第１の変形例の要部の構成を一部省略して示す断面図である。第１光デバイスの第２の変形例の要部の構成を一部省略して示す断面図である。第１光デバイスの第３の変形例の要部の構成を一部省略して示す断面図である。第１光デバイスの第４の変形例の要部の構成を一部省略して示す断面図である。第２光デバイスの要部の構成を示す断面図である。第２光デバイスの変形例の要部の構成を一部省略して示す断面図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ａａ〜１０Ａｄ、１０Ｂ、１０Ｂａ…光デバイス
１２…光ファイバ設置部１４…光分岐部
１６…導波部材１８…フィルタ
２０…受光ユニット２６…光ファイバ
３２…スリット３４…信号光
３６…光分岐部材３８…分岐光
４０…光路変更部材４２…ガイド部材
４４…全反射膜７０…第１テーパ面
７８…第２テーパ面８０…屈折率整合剤
９０…全反射膜９２…Ｖ字状溝

Claims

光ファイバが設置された光ファイバ設置部と、
前記光ファイバを伝達する信号光の一部を分岐し、その分岐光を光ファイバ外に導く分岐部とを有し、
前記光ファイバの表面のうち、前記分岐光が出射する部分がテーパ面とされた光デバイスであって、
前記分岐部は、前記光ファイバの光軸を交差するように形成されたスリットと、該スリットに挿入され、前記光ファイバを伝達する前記信号光の一部を分岐する光分岐部材とを有し、
前記光ファイバのクラッド層に前記テーパ面を有する段差が形成され、
前記段差の低い部分に前記光ファイバ外に導かれた前記分岐光の光路を変更する光路変更部材が配置され、
前記テーパ面から段差の高い部分にかけて、前記光路変更部材に対する入出射媒体となる導波部材が配置され、
少なくとも前記光ファイバの表面と前記導波部材との間に屈折率整合剤が充填され、
前記導波部材のうち、前記光ファイバの表面と対向する面がテーパ面であり、
前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、
前記導波部材の前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、
前記光路変更部材は、前記導波部材と共に、前記光ファイバの表面上に並べられたガイド部材と、前記ガイド部材のうち、前記導波部材と対向する端面に形成された全反射膜とを有することを特徴とする光デバイス。
光ファイバが設置された光ファイバ設置部と、
前記光ファイバを伝達する信号光の一部を分岐し、その分岐光を光ファイバ外に導く分岐部とを有し、
前記光ファイバの表面のうち、前記分岐光が出射する部分がテーパ面とされた光デバイスであって、
前記分岐部は、前記光ファイバの光軸を交差するように形成されたスリットと、該スリットに挿入され、前記光ファイバを伝達する前記信号光の一部を分岐する光分岐部材とを有し、
前記光ファイバのクラッド層に前記テーパ面を有する段差が形成され、
前記段差の低い部分に前記光ファイバ外に導かれた前記分岐光の光路を変更する光路変更部材が配置され、
前記テーパ面から段差の高い部分にかけて、前記光路変更部材に対する入出射媒体となる導波部材が配置され、
少なくとも前記光ファイバの表面と前記導波部材との間に屈折率整合剤が充填され、
前記導波部材のうち、前記光ファイバの表面と対向する面がテーパ面であり、
前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、
前記導波部材の前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸と該テーパ面の間の距離が、前記信号光の進行方向に向かって徐々に大きくなっており、
前記光路変更部材は、前記導波部材のうち、前記分岐光の光路上の端面に形成された全反射膜であることを特徴とする光デバイス。
請求項１又は２記載の光デバイスにおいて、
前記導波部材の上面にフィルタが形成され、
前記光ファイバ外に導かれた前記分岐光は、前記導波部材から前記光路変更部材に入射し、該光路変更部材にて光路が変更されて再び前記導波部材に入射し、該導波部材を介して前記フィルタを透過することを特徴とする光デバイス。
請求項３記載の光デバイスにおいて、
前記導波部材の上面に形成された前記フィルタを透過した前記分岐光の光路上に受光素子が配されていることを特徴とする光デバイス。
請求項３記載の光デバイスにおいて、
前記光分岐部材は、波長分岐フィルタであり、
前記導波部材の上面に形成された前記フィルタは、前記分岐光のうち、特定の波長領域の光を透過するバンドパスフィルタであることを特徴とする光デバイス。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの光軸方向とのなす角が、１°以上であることを特徴とする光デバイス。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記導波部材が前記光ファイバの直上に設置されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記導波部材の前記テーパ面は、前記光ファイバの表面における前記テーパ面とほぼ平行であることを特徴とする光デバイス。
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記光ファイバの表面における前記テーパ面と前記光ファイバの光軸方向とのなす角をθ１、前記導波部材の前記テーパ面と前記光ファイバの光軸方向とのなす角をθ２としたとき、θ１とθ２が異なることを特徴とする光デバイス。
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記ガイド部材の前記光ファイバに対する位置決め部として兼用されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記光ファイバの表面における前記テーパ面は、前記光ファイバの表面に形成されたＶ字状の溝の一方の側面にて構成されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１１記載の光デバイスにおいて、
前記Ｖ字状の溝の他方の側面は、前記導波部材の前記光ファイバに対する位置決め部として兼用されていることを特徴とする光デバイス。