JP5013851B2 - 位相格子、レンズ付位相格子および光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信用機器、光センシングシステム用機器に使用する位相格子、レンズ付位相格子および光モジュールに関する。

光通信用機器における光回路の小型・集積化に向けて、各種の光通信用部品が使用されており（たとえば特許文献１参照）、このような集積化された光通信用部品のうち、３芯のフィルタ光モジュールとして図８に示したものがある。

この図８（ａ）に示したフィルタ光モジュール２００は、放物線状の屈折率分布を有するロッド状の屈折率分布型レンズ（Graded Index型レンズ、以降略してＧＩレンズ）２０ａ〜２０ｃの片端に光ファイバ３０ａ〜３０ｃを装着したものを３つ（ポートＡ、ポートＢ、ポートＣ）備え、周期的な屈折率変動を有する回折格子によりフィルタ機能を備えた位相格子１０からなる光学素子にＧＩレンズ２０ａ〜２０ｃがそれぞれ接着またはＣＯ_２レーザ等により溶着固定されて構成されている。ここでＧＩレンズ２０ａ〜２０ｃは軸対称の屈折率分布をもつロッド状のレンズで、ほぼ２乗の屈折率分布をもつものである。

このようなフィルタ光モジュール２００は、例えば、波長λ２とλ０からなる入射光Ｐ（光の波長成分：λ２＋λ０）をポートＡに入射すると、その入射光Ｐは、ＧＩレンズ２０ａに入射して平行光に変換される。そして、この平行光はその光軸に対しほぼ４５度傾斜したある周期Λの屈折率変動ｎ（ｘ）を有する回折格子を備えた位相格子１０に入射される。

位相格子１０は、図８（ｂ）のグラフで示した回折効率の特性を持ち、波長λ２の光を反射させ、波長λ０の光を透過させる機能を有する。具体的には、波長λ２の光は、位相格子１０内で平行光の光軸に対して９０度方向に回折され、回折光Ｐ２（λ２）としてポートＣのＧＩレンズ２０ｃに入射されるとともに集光されて光ファイバ３０ｃに入射される。一方で、波長λ０の光は位相格子１０を透過し、透過光Ｐ０としてポートＢのＧＩレンズ２０ｂに入射されるとともに集光されて光ファイバ３０ｂに入射される。

このような特性を有する位相格子１０は、間隔Λである周期的な屈折率変動ｎ（ｘ）を有する回折格子を備えており、その間隔Λによって反射する光の波長が選択される。この間隔Λと回折する光の波長との関係は次式で示される。

また、屈折率変動ｎ（ｘ）は次式で示される。

特開２００４−２２０００８号公報

このような位相格子１０の特性は、ブラッグ回折条件下で使用されるため、位相格子１０に入射される光の入射角度に依存性がある。具体的には、光の入射角と位相格子１０の特性に依存する間隔Λには上記した数１のような関係が成り立っている。そのため、入射角Θが僅かでも設定されたブラッグ回折条件からはずれると、回折効率ηが減少していた。したがって、このブラッグ回折条件を満たさない光については、回折格子で回折することなく透過していた。

ここで、特許文献１に示されたフィルタ光モジュール２００では、位相格子１０が単一であるため、たとえばフィルタ光モジュール２００の使用環境下において、温度変化や衝撃等により物理的変化が生じると、光の入射角度が若干変動するため、回折させたい波長の光がブラッグ回折条件を満たさない場合があった。そのため、図８においては、ポートＣに入射させたい波長の光λ２がポートＢに入射される可能性があり、位相格子１０の回折特性が低下する場合があった。

そこで、本発明ではこのような課題を鑑み、その目的は、位相格子に入射される光の入射角度の変動に対しても安定した回折効率を有する位相格子を提供することにある。

本発明の位相格子は、光通信用機器または光センシングシステム用機器に使用される、複数の回折格子が配列された位相格子素子を入射光の入射方向に複数並べて備えてなる位相格子であって、前記複数の位相格子素子における前記回折格子は、それぞれ光軸の垂直方向に対して４０〜５０度の範囲に傾斜しているとともに、前記回折格子の傾斜角度が互いに異なっており、前記複数の位相格子素子によって複数の波長の光が回折され、前記複数の回折される光の波長の範囲において、回折効率特性がその回折効率が９５％以上でほぼ平坦となるように、複数の回折される光の波長に対する回折効率の分布における複数の中心波長がそれぞれ近接していることを特徴とする。

本発明の位相格子において好ましくは、前記複数の回折格子の配列間隔が一定であるとともに前記複数の位相格子素子同士は、互いに前記回折格子の間隔が異なっていることを特徴とする。

本発明の位相格子において好ましくは、前記位相格子素子の光が入射される光入射面が、前記光軸の垂直方向に対して傾斜していることを特徴とする。

本発明の位相格子において好ましくは、前記複数の位相格子素子は互いに融着接続されていることを特徴とする。

本発明の位相格子において好ましくは、前記位相格子素子がファイバ状であることを特徴とする。

本発明のレンズ付位相格子は、上記本発明の位相格子を１個または複数個備え、前記位相格子の光入射面または光出射面にレンズ部材が接合されていることを特徴とする。

本発明のレンズ付位相格子において好ましくは、前記レンズ部材と前記光入射面との接合、または前記レンズ部材と前記光出射面との接合は融着接続であることを特徴とする。

本発明のレンズ付位相格子において好ましくは、前記レンズ部材が屈折率分布型光ファイバであることを特徴とする。

本発明の光モジュールは、上記本発明のレンズ付位相格子と、前記レンズ部材に接続された光ファイバとを具備することを特徴とする。

本発明の光モジュールにおいて好ましくは、前記光ファイバは前記レンズ部材の同一面上に複数個、接続されていることを特徴とする。

本発明の光モジュールにおいて好ましくは、前記光ファイバと前記レンズ部材との接続は融着接続であることを特徴とする。

本発明は、単一の位相格子の場合に特定されるブラッグ回折条件の光の入射角条件を緩和できる。すなわち、位相格子に入射される光の入射角が、一つの位相格子素子のブラッグ回折条件からずれたとしても、別の位相格子素子でブラッグ回折を行なって所定の光を回折することができる。よって、回折する光の入射角に幅を持たせることができ、高い回折効率を得ることができる。

次に本発明による位相格子、レンズ付位相格子および光モジュールの実施形態について図面に基づいて、詳細に説明する。

先ず、本発明の第１の実施形態に係る位相格子１を図１乃至図３に基づいて説明する。図１（ａ）に示す位相格子１は、内部に複数の回折格子９ａ、９ｂ、９ｃを有する位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃが積層されてなる。

位相格子素子１ａ〜１ｃは、入射される光を所定条件（ブラッグ回折条件）で回折するための回折格子９ａ〜９ｃをそれぞれ複数個有している。この回折格子９ａ〜９ｃにおいて、たとえば位相格子素子１ａが有する回折格子９ａは、光軸Ｌに対して同角度Ａ１で傾斜して配され、その回折格子９ａ同士の格子間隔がΛ１で配列されている。同様に、回折格子９ｂにおいては光軸Ｌに対する傾斜角度Ａ２、格子間隔Λ２、回折格子９ｃにおいては光軸Ｌに対する傾斜角度Ａ３、格子間隔Λ３で配列されている。

そして、このような位相格子素子１ａ〜１ｃは、回折格子９ａ〜９ｃの光軸Ｌに対する傾斜角度が異なっているため、位相格子１に対して光が一定の方向から入射されると、各位相格子素子に対する入射角も異なり、位相格子素子１ａは入射角Θ１、位相格子素子１ｂは入射角Θ２、位相格子素子１ｃは入射角Θ３となる。この光の入射角とは、図２（ａ）に示すように、光軸Ｌに対して角度Ａｉで傾斜する回折格子の垂直方向と光の伝播方向（透過方向）との間の角度である。

位相格子素子１ａ〜１ｃの材質としては、たとえばガラス材料やプラスチック材料等の媒体に屈折率を増大させるための光熱反応性材料を添加したＰＴＲ（Photo-Thermo-Refractive）ガラスが用いられる。

ＰＴＲガラスとしては、例えば媒体が石英ガラスの場合、光熱反応性材料としてはＧｅＯ_５、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等が使用される。また、媒体が蛍光性のシリカガラスの場合、Ｇｅ、Ａｇ等が使用される。この蛍光性のシリカガラスにＧｅ、Ａｇを添加したＰＴＲガラスは、回折格子９ａ〜９ｃと基板８との屈折率差を大きくとることができるため、回折効率を向上させる点で優れている。

この位相格子素子１ａ〜１ｃが有する回折格子９ａ〜９ｃの屈折率ｎ（ｘ）値は、０．００１〜０．１の範囲で設定され、一方で、基板８の屈折率ｎ１は、１．４０〜１．８０の範囲で設定すればよい。そして、このような位相格子素子１ａ〜１ｃの接合は、たとえば透光性のＵＶ接着剤により一つの位相格子に接合できる。ここで、この位相格子素子同士の接着界面では、ＵＶ接着剤と位相格子素子の屈折率が異なるため、不要反射が生じる場合がある。このような光の不要反射を防止するには、たとえば真空中で位相格子素子の接合面にアルゴンビーム等でスパッタリングを行い、活性層を露出させ、そのスパッタリングされた面同士を常温界面接合による接合すれば位相格子素子の間に屈折率の異なる物質が介在しない。また、位相格子素子の光の光路に屈折率が異なる物質を介在させないためには、たとえば位相格子素子の外周側で金属薄膜や低融点ガラスにて接合する方法であってもよい。

好ましくは、位相格子素子１ａ〜１ｃが互いに融着接続されているのがよい。これにより、接続工程が非常に容易になるとともに、反射減衰を極めて小さくすることができる。

上記した格子間隔、入射角、および回折する波長に関し、ブラッグ回折条件を満たす関係式は以下のとおりである。

なお、本発明の第１の実施形態では、Ａ１≠Ａ２≠Ａ３、Λ１≠Λ２≠Λ３、およびΘ１≠Θ２≠Θ３の関係を満たしているが、位相格子素子が３つ以上備えてなる位相格子であれば、その少なくとも２つの傾斜角度Ａｉが異なっていればよい。

次に、本発明の第１の実施形態に係る位相格子１の作用について説明する。

位相格子１は、複数の波長領域を有する入射光Ｐ（λ１＋λ２＋λ３＋λ０）が入射されると、各位相格子素子１ａ〜１ｃが光の波長に応じて回折もしくは透過させることによって、各波長の光を分波するものである。

具体的に、位相格子素子１ａは、入射光Ｐがブラッグ回折条件の入射角Θ１で入射され、その後、中心波長λ１の光は反射角Θ１で回折され、光軸Ｌに対して略平行な底面から回折光Ｐ１として出射される。ここで、その他の波長の光（λ２＋λ３＋λ０）は、位相格子素子１ａを透過する。次に、光（λ２＋λ３＋λ０）は位相格子素子１ｂに入射される。位相格子素子１ｂには、光（λ２＋λ３＋λ０）がブラッグ回折条件の入射角Θ２で入射され、その後、中心波長λ２の光が反射角Θ２で回折され、光軸Ｌに対し略平行な底面から回折光Ｐ２として出射される。ここで、その他の波長の光（λ３＋λ０）は、位相格子素子１ｂを透過する。次に、光（λ３＋λ０）は位相格子素子１ｃに入射される。位相格子素子１ｃには、光（＋λ３＋λ０）がブラッグ回折条件の入射角Θ３で入射され、その後、中心波長λ３の光は反射角Θ３で回折され、光軸Ｌに対して略平行な底面から回折光Ｐ３として出射される。

このように、位相格子１では、光の入射角に応じて回折する光を選択することができるため、取り出したい波長の光（回折させたい波長の光）に対して位相格子素子が有する回折格子の傾斜角度を設定し、該傾斜角度と若干異なるような傾斜角度を有した回折格子を備えた他の位相格子素子を積層させることによって、光の入射角が若干ずれても効率良く光を回折させることができる。

また、図３は、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃの回折効率特性をそれぞれ示したグラフである。位相格子１ａは、位相格子１に対する入射角Θ１、中心波長λ１の光に対してブラッグ回折条件で回折をするが、その他の波長の光は透過する。また、位相格子１ｂは、入射角Θ２、中心波長λ２の光はブラッグ回折条件で回折するが、その他の波長の光は透過する。また、位相格子素子１ｃは、入射角Θ３，中心波長λ３の光はブラッグ回折条件での回折をし、その他の波長光は透過する。そして、図３（ａ）〜（ｃ）のグラフでは、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃは、所定のブラッグ回折条件を満たす入射角、中心波長の光では、ほぼ１００％の回折効率を有しているが、入射角が僅かでもずれると回折効率が低下することが示されている。

しかしながら、本発明の位相格子１では、異なる特性を有する位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃを積層しているため、この場合、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃのブラッグ回折条件での回折効率特性が積算される。そのため、たとえば本発明の第１の実施形態のように、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃの回折格子の９ａ、９ｂ、９ｃが光軸Ｌに対して互いに異なる角度（Ａ１、Ａ２、Ａ３）で傾斜することによって、入射角が異なる（Θ１、Θ２、Θ３）位相格子素子を３つ備える場合の回折効率は以下の式により導かれる。

まず、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃの回折効率ηｎ（λ、Θ）は、η１（λ、Θ）＝Ｐ１／Ｐ η２（λ、Θ）＝Ｐ２／Ｐ η３（λ、Θ）＝Ｐ３／Ｐ のように表される。

上記した式を一般化すると、位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃは直列接続であるから、各位相格子素子の回折効率は、ηｎ（λ、Θ）＝Ｐｎ／Ｐ−ΣＰｎ−１ ｎ＝１〜 （但し、Ｐ０＝０）で示される。

そして、複数の位相格子素子を備える位相格子において、その位相格子の回折効率η（λ、Θ）は、η（λ、Θ）＝ΣＰｎ／Ｐで表され、これを変換すると、Ｐｎ（λ、Θ）＝ηｎ（λ、Θ）｛Ｐ−ΣＰｎ｝ ｎ＝１〜 （但し、Ｐ０＝０）で表される。したがって、位相格子素子を３つ（１ａ、１ｂ、１ｃ）備える場合は、光の総和がΣＰｎ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３であるため、その回折効率は、η（λ、Θ）＝（η１＋η２＋η３）―η１（η２＋η３）―η２η３（１−η１）となる。

図５は位相格子１の回折効率を模式的に表したグラフである。この図５に示されているように、位相格子１の回折効率特性は、回折効率９５％の部分で、波長帯域がおよび入射角度の幅が約５倍に、半値全幅の部分で（Ｗ／ω）２．３倍に広がっていることがわかる。また、位相格子１では、波長λ１〜λ３の範囲で、回折効率特性がほぼ平坦になっており、波長変動、入射角度依存性に対して安定した特性を有している。

また、位相格子１を構成する各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃの回折格子９ａ、９ｂ、９ｃの光軸Ｌに対する傾斜角度Ａｉは、４０〜５０度の範囲に設定することが好ましい。これにより、透過光と回折光とを離れた位置（位相格子の入射光に垂直な主面とそれに直交する側面）から出射させることができるため、透過光と回折光との分離度が向上する。すなわち、各位相格子１ａ、１ｂ、１ｃから出射される回折光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が互いに干渉することなく位相格子１から出射させることができる。

また、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃ内の回折格子９間の配列間隔が一定であるとともに、各位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃは、互いにその格子間隔Λを異ならせるようにすれば、各格子間隔Λに応じて回折する光の波長を選択できるため、回折させる光の波長の幅を広げることができる。よって、入射される光の波長依存性を緩和することができるため、回折効率がより向上する。

次に本発明の第２の実施形態について、図１（ｂ）、図２（ｂ）を用いて説明する。本発明の第２の実施形態では、位相格子素子１ａの光入射面が、位相格子１への入射光Ｐの光軸Ｌの垂直方向に対し傾斜しているものである。たとえば図２（ｂ）は、位相格子素子１の光入射面を角度αｉ傾斜させた場合で、それにより光の入射面における屈折率差で生じる端面反射によって発生する反射光が入射光Ｐに対して２αｉ方向に反射されるため、入射光Ｐ側に戻る反射戻り光による影響を防止できる。この角度αｉは、３〜８度の範囲で設定されることが好ましい。なお、図２（ｂ）では、略平行四辺形状の位相格子素子が示されているが、本発明ではこれに限ることなく、たとえば矩形状の位相格子素子を用いて端面反射を防止するには、位相格子全体を角度αｉ傾斜させてもよい。その場合、その傾斜角度αでの入射角条件で、積層される各位相格子素子がブラッグ回折条件になるよう設定する。

また、位相格子素子の回折格子の入射光Ｐの光軸Ｌに対する角度Ａｉと角度αｉとの関係は、次式で示される。

次に本発明のレンズ付位相格子およびそれを用いた光モジュールについて図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。本発明のレンズ付位相格子は、図４（ａ）に示すように、位相格子１、レンズとしてのＧＩレンズ２ａ、２ｂ、２ｃから構成されている。

ＧＩレンズ２ａ、２ｂ、２ｃは、放物線状の屈折率分布を有する屈折率分布型レンズであり、接合される位相格子１または光ファイバ３ａ、３ｂ、３ｃに光を集光する機能を有する。

また、本発明の光モジュール１００は、上記レンズ付位相格子に、さらに光ファイバ３ａ、３ｂ、３ｃを接続することにより構成されている。

光ファイバ３ａ、３ｂ、３ｃは、光を伝播するものであり、たとえばシングルモードファイバを用いることができる。

そして、このレンズ付位相格子および光モジュール１００では、ＧＩレンズ２を用いたファイバコリメータ（ポートＡ、ポートＢ、ポートＣ）３個がそれぞれ位相格子１にたとえばエポキシ樹脂等の光学接着剤またはその他の固定剤で接続されている。これにより、ポートＡから入射光Ｐ（λ１＋λ２＋λ３＋λ０）が入射されると、ポートＣから広帯域な回折光Ｐ１（λ１）＋Ｐ２（λ２）＋Ｐ３（λ３）が出射され、ポートＢからは透過光Ｐ０（λ０）の光が出射される。なお、この形態では、ポートＢからは１種の波長しか出射されていないが、位相格子１を構成する位相格子素子の特性を制御することによって、透過光の波長を広帯域としてもよい。

好ましくは、ＧＩレンズ２と位相格子１の光入射面との接合、またはＧＩレンズ２と位相格子１の光出射面との接合は融着接続であるのがよい。これにより、接続工程が非常に容易になるとともに、反射減衰を極めて小さくすることができる。

また、レンズ付位相格子および光モジュール１００においては、図４（ｂ）に示すように、位相格子１は、その光入射面を角度αで傾斜させて実装することが好ましい。この場合、レンズと位相格子１端面における反射光が光源に戻らないため、低反射減衰量の光モジュール７として実現できる。

次に、位相格子素子の製造方法について、図６および図７を用いて説明する。図６に示される位相格子素子の製造方法は、光学干渉法による露光プロセスにより位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃを製作するものである。

この光学干渉法は、位相の揃ったコヒーレントなＵＶ光（波長：３２０〜５００ｎｍ）の平行光を角度Θ０で任意にクロス合波することにより必要な格子間隔Λを得るように対象物を露光するものである。以下に、所望の格子間隔Λを有する位相格子素子を作製する際に用いる条件は以下のとおりである。

位相格子素子の作製手順としては、まず、位相格子用基板８の屈折率ｎ１とほぼ同じ屈折率ｎ０を有するマッチングオイルなどの媒体内に位相格子用基板８の角度をＸ軸に対しγ＝４０〜５０度に傾斜して設置する。次に、上記の式で表されているように、所望の格子間隔Λを有するようにＵＶ光の入射角度および波長を設定し、位相格子用基板８にＵＶ光を照射することにより露光記録された部分が回折格子９となり、所定の回折格子を形成することによって位相格子素子が得られる。

たとえば位相格子１の場合、位相格子素子１ａは、基板８の角度をγ１に設定し、中心波長
λ１、入射角Θ１となる格子間隔Λ１の位相格子素子１ａ製作条件のＵＶ光入射角Θ０１を設
定してＵＶ光を照射して露光する。また、位相格子素子１ｂの場合は、基板８の角度をγ２に設定し、位相格子１が、中心波長λ２、入射角Θ２の格子間隔Λ２の位相格子素子１ｂ製作条件のＵＶ光入射角Θ０２を設定してＵＶ光を照射して露光する。また、位相格子素子１ｃの場合は、基板角度をγ３に設定し、位相格子素子１ｃが中心波長λ３、入射角Θ３となる格子間隔Λ３の位相格子素子１ｃ製作条件のＵＶ光入射角Θ０３を設定してＵＶ光を照射して露光する。このように作製された位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃを、回折効率ηが最も高い所定の厚さで切断し、位相格子素子の１ａ、１ｂ、１ｃ端面を接着剤にて接合することにより、一つの位相格子１が作製される。

なお、基板８に所定の角度γ＝−４０〜５０度に設定し、かつＵＶ光の入射角条件を設定することにより露光記録させると、各位相格子１内の回折格子９をクロス状にして構成することができる。これにより、一つの波長だけでなくそれと異なる波長を回折させる位相格子素子を作製することができる。このようなクロス状の回折格子９を備える位相格子素子であれば、異なる方向に２波長の光を回折させることができる。

次に、本発明の位相格子の他の製造方法について説明する。図７に示される露光記録プロセスは、基板８の隣接する平面に平行なＵＶ光線を各基板８に個別に照射し、ＵＶ光の光源（不図示）を順次移動することにより、異なる傾斜角度を有する回折格子９を露光により得るものである。

まず、基板８の屈折率ｎ１とほぼ等しい屈折率ｎ０の媒体（たとえばマッチングオイル）内に基板８を複数隣接させて設置し、一方側の上面から円形のＵＶ光を照射し、もう一方側から幅Ｄ１（必要な回折効率を得る厚さ）に絞った断面が小判状のＵＶ光を図に示した関係にある入射角Θ０１で照射し、ある一定時間露光記録させることにより、位相格子素子１ａを作製する（ステップ１）。次に、光源を幅Ｄ２の領域に移動させ、角度Θ０２で露光記録させることにより位相格子１ｂを作製する（ステップ２）。次に、光源を幅Ｄ３の領域に移動させ、角度Θ０２で露光記録させることにより位相格子１ｃを作製する（ステップ３）。このような露光プロセスで作製すれば、連続した露光記録プロセスにより、複数の異なる位相格子素子を備える位相格子１を容易に作製することができる。

本発明の位相格子１はファイバ状であってもよい。すなわち、位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれがファイバ状であり、これらを例えば融着接続することにより構成される。また、レンズ部材が屈折率分布型光ファイバ（以下、ＧＩファイバともいう）でもよく、ファイバ状の位相格子１、ＧＩファイバ２ａ、２ｂ、２ｃ、光ファイバ３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ融着接続することによって、きわめて低損失で、かつ接続工程が容易な光モジュールとすることができる。

このようなファイバ状の位相格子の例を以下に示す。図９は、本発明に係わるファイバ状の位相格子１’を示したものである。図９に示したファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’を融着接続（Ｘ）し、１個の位相格子１として構成したものである。それぞれの位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’は入射角Θｉ、伝搬光波長λｉにより設定される格子間隔Λｉ（ｉ＝１〜３）を有するもので、Λ１≠Λ２、Λ１≠Λ３、Λ２≠Λ３、Θ１≠Θ２、Θ１≠Θ３、Θ２≠Θ３で規定されたものである。

位相格子素子１ａ’は、格子間隔Λ１を有し回折格子９ａ’に対しブラッグ回折条件の入射角Θ１で入射、中心波長λ１の光が反射角Θ１で回折偏向され、入射光Ｐの光軸Ｌに対し垂直な片面から角度２Θ１で回折反射する。その他波長の光はそのまま透過する。位相格子素子１ｂ’は、格子間隔Λ２を有し、回折格子９ｂ’に対しブラッグ回折条件の入射角Θ２で入射、中心波長λ２の光が反射角Θ２で回折偏向され、光軸Ｌに対し素直な片面から回折反射する。その他波長の光はそのまま透過する。位相格子素子１ｃ’は、格子間隔Λ３を有し回折格子９ｃ’に対しブラッグ回折条件の入射角Θ３で入射、中心波長λ３の光が反射角Θ３で回折偏向され、光軸Ｌに対し垂直な片面から回折反射する。その他波長の光はそのまま透過する。そうしたファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’を融着接続し、位相格子素子１ａ’の片側端面にＰ（λ１＋λ２＋λ３）の光を入射すると、各位相格子素子から偏向された回折光のＰ１（λ１，Θ１）、Ｐ２（λ２、Θ２）、Ｐ３（λ３、Θ３）が出射される。

また、各ファイバ状の位相格子素子の回折効率ηの理論式は、一般的にη＝｛１＋（１−ζ^２／Φ^２）／ｓｉｎｈ^２（√Φ^２―ζ^２）｝^―１（ζ、Φ：位相格子の材質、厚さ、屈折率、使用波長、ブラッグ角により定まる定数）で示される。

ファイバ状の位相格子１に使用する各位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’は、それぞれのブラッグ条件における波長、入射角においてほぼ１００％近い回折効率が実現できるものであることが条件である。従って位相格子があまり厚くない状態で回折効率１００％を実現するには、形成する回折格子９’の屈折率差を大きくとる必要性がある。

使用する光ファイバ材料としては、例えば、Ａｇ及びＣｅを添加したフッ化物系のシリカガラス材料から成る、外径ＤのＰＴＲガラスを使用することができるが、それ以外の材料でもよい。

図９に示したファイバ状の位相格子１’は、入射光Ｐの光軸Ｌの垂直方向に対して異なる角度Θｉ（ｉ＝１〜３）で傾斜している複数の回折格子９ａ’〜９ｃ’が配列された位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’を備えてなるファイバ状の位相格子１’であり、位相格子素子１ａ’〜１ｃ’は、それぞれのファイバ状に製作されたものである。各間隔Λｉ（ｉ＝１〜３）は、数１に規定されたものであり、異なっている。ファイバ状の位相格子１を構成する各位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’内の回折格子９ａ’、９ｂ’、９ｃ’の光軸Ｌの垂直方向に対する傾斜角度Θｉは、大方、Θｉ ＜ ｔａｎ^―１（Ｄ／２ΣＬｉ） （ｉ＝１〜ｎ、Ｄ：位相格子素子の直径、Ｌｉ：位相格子素子１ａ’〜１ｃ’の長さ）で規定される。反射回折光Ｐ１〜Ｐ２は、各ファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’の端面から出射しなければならない為である。

又、各位相格子素子１ａ’〜１ｃ’内の回折格子９ａ’〜９ｃ’間の配列間隔が一定であると共に、それを構成する異なる複数の位相格子素子１ａ’〜１ｃ’同士は、互いに格子間隔Λｉが異なっている。

以上のようなファイバ状の位相格子１’を実際に使用する本発明の光モジュールの実装形態として以下に示す二つの光学系がある。

図１０は、ファイバ状の位相格子１’を用いた光モジュールの実施例であり、ファイバ状の位相格子１’は、一つの位相格子素子内において異なる格子間隔Λを有する回折格子９’が互いに交差するように形成したものを使用し、その片側端面（同一面）に複数のＧＩファイバ２’を接続構成した場合の実施例である。その場合、ＧＩファイバ２’を所定の角度Θｘで融着接続しておく。

異なる格子間隔Λを有する回折格子９’を交差状に構成したファイバ状の位相格子１ａとそれと僅かに格子間隔が異なる位相格子１ｂを融着することにより、波長変動及び、回折光の角度依存性を緩和したものである。この場合、各位相格子素子１ａ’、１ｂ’を構成する回折格子９ａ’、９ｂ’の光軸Ｌとなす角度は、ほぼ９０°±Θｘ／２である。光軸Ｌ上の光ファイバ３’から入射した波長λ１、λ２の光は、ファイバ状の位相格子素子１ａ’に入射し、光軸Ｌに対し９０°±Θｘ／２で、ほぼ交差した状態の回折格子９ａ’により光軸Ｌに対し±Θｘで回折反射し、各出射用ファイバ３’から出射される。

僅かに格子角度Θおよび間隔Λが異なる２種類のファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’を有することにより、入射光Ｐの波長変動が生じても、あるいは接続したＧＩファイバ２’付ファイバ３’の取り付け角度Θｘに誤差が生じても、急激な回折光強度の減衰変動が生じず、安定した分波出力を得ることができる。

図１１は、本発明によるファイバ状の位相格子１を用いた光モジュールの他の実施例で、この場合構成するファイバ状の位相格子１’の左端に１本の所定長さのＧＩファイバ２’を融着接続し、そのＧＩファイバ２’の左端に３本の入出射用の光ファイバ３ａ’〜３ｃ’を光軸Ｌに平行に融着接続したものである。波長λｉ（ｉ＝１〜２）の光が中心の光ファイバ３ａ’から入射、ＧＩファイバ２’で平行光に変換され、ファイバ状の位相格子素子１ａ’に入射、その構成している回折格子により全反射条件で、角度βで回折反射し、それぞれの波長の光λ１，λ２が両側の光ファイバ３ｂ’、３ｃ’から出射される。この場合、構成する回折格子９ａ’の傾斜角度Θ１は、下記式で示すことができる。

図１２は、本発明によるファイバ状の位相格子１’を構成する位相格子素子１ａ’の製作方法の実施例を示したもので、外径ＤのＰＴＲガラス材料等からなるコアのない光ファイバ８’を準備し、波長（３２０〜５００ｎｍ）の平行なＵＶ光を両側から角度Θ０で一定時間照射、露光、その後、熱処理などの安定化処理をすることで屈折率変動を有するファイバ状の位相格子素子１ａ’として形成することができる。尚、形成される回折格子９ａ’の間隔Λは、数式１で示した関係式により設定、得ることができる。

図１３は、本発明で用いられるファイバ状の位相格子１’の回折効率ηの中心波長λ１，λ２に対する特性を示したものである。ブラッグ反射による位相格子は、回折効率ηが高いものの波長依存性、入射角度依存性があり、必要な回折効率ηを得る為には、その条件を厳密に設置しなければならない。図１２に示した位相格子の場合、中心波長λ１±２ｎｍ，λ２±２ｎｍに対して９８％程度の回折効率ηを有している。

図１４は、フェイズドマスク法による露光プロセスにより本発明のファイバ状の位相格子素子１’（１ａ’、１ｂ’、１ｃ’）を製作する場合の実施例である。

この方法によれば、位相の揃ったコヒーレントなＵＶ光（波長：３２０〜５００ｎｍ）の平行光を間隔Λｍを有する位相シフトマスク１４を通すことにより必要な格子間隔Λｉを得ることができる。

この場合、位相格子用ファイバ８’の角度をＸ軸に対しβに傾斜して設置、露光記録することにより得られる。ここで、必要な格子間隔Λｉは、マスク間隔Λｍの位相シフトマスク１４を必要数準備しておく。また、回折格子９’への入射角度Θｉは、位相格子用ファイバ８’を設置する治具角度βを調整することにより得られる。

ファイバ状の位相格子素子１ａ’の場合は、マッチングオイル内で位相格子用ファイバ８’を露光記録すると、ファイバ８‘の角度β１をΘ１に設定し、中心波長λ１、入射角Θ１となる格子間隔Λ１のファイバ状の位相格子素子１ａ’製作条件の位相シフトマスクを準備する。ファイバ状の位相格子素子１ｂ’の場合は、位相格子用ファイバ８’の角度β２をΘ２に設定し、中心波長λ２、入射角Θ２の格子間隔Λ２のファイバ状の位相格子素子１ｂ’製作用の位相シフトマスク１４を準備する。ファイバ状の位相格子素子１ｃ’の場合は、位相格子用ファイバ８’の角度β３をΘ３に設定し、位相格子素子１ｃ’が中心波長λ３、入射角Θ３となる格子間隔Λ３のファイバ状の位相格子素子１ｃ’製作用の位相シフトマスク１４を準備する。各製作条件の位相シフトマスク１４により個別に製作すればよい。

そうしたプロセスにより製作したファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’を、回折効率ηが最も高い所定の長さで切断して、各ファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’の端面を融着接続器にて接続し、一つのファイバ状の位相格子１’を製作する。例えば、図１５に示すように、ＧＩファイバ２’に位相格子素子１ａ’を融着接続（Ｘ）し、所望の長さで位相格子素子１ａ’を切断（Ｙ）する。次に、位相格子素子１ｂ’を位相格子素子１ａ’に融着接続して切断する。同様に位相格子素子１ｃ’を位相格子素子１ｂ’に融着接続して切断する。

また、更に所定の治具角度−β度に傾斜、ＵＶ光入射角条件を設定することにより露光記録させ、各ファイバ状の位相格子１’内の回折格子９’をクロス状にして構成することができる。それにより、一つの波長だけでなくそれと異なる波長のファイバ状の位相格子１’を形成、異なる方向に２波長の光を偏向、合分波することができる。

図１６は、図９で示した各ファイバ状位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’の回折効率ηの波長特性を示したグラフである。位相格子素子１ａ’は、回折格子９ａ’への入射角Θ１，中心波長λ１の光に対してブラッグ条件での回折、反射をするが、その他の波長の光は透過する特性である。位相格子素子１ｂ’は、入射角Θ２，中心波長λ２の光はブラッグ条件で回折、反射するが、その他の波長の光は透過するものである。位相格子素子１ｃ’は、入射角Θ３，中心波長λ３の光はブラッグ条件での回折、反射をし、その他の波長光は透過する特性のものである。図１６（ａ）のグラフが示しているように、各位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’は、所定のブラッグ条件での入射角、中心波長の光では、１００％近い回折効率を有しており、そこからずれると急激に回折効率が落ちていることがわかる。そこで、図１６（ｂ）は、ファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’の中心波長を近接させることにより、各ファイバ状の位相格子素子１ａ’〜１ｃ’の有する回折特性を組み合わせ、広帯域化することができる。

例えば、図９のファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’、１ｃ’の各回折格子の回折効率ηｎ（λ、Θ）は、η１（λ、Θ）＝Ｐ１／Ｐ、η２（λ、Θ）＝Ｐ２／Ｐ、η３（λ、Θ）＝Ｐ３／Ｐで示される。

一般化すると、各位相格子素子の回折効率は、直列接続であるからηｎ（λ、Θ）＝Ｐｎ／Ｐ−ΣＰｎ−１ ｎ＝１〜 （但し、Ｐ０＝０）で示される。

ファイバ状の位相格子１’からの回折光は、その総和ΣＰｎ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３である。従ってその場合のファイバ状の位相格子１’の回折η（λ、Θ）は、η（λ、Θ）＝ΣＰｎ／Ｐ、Ｐｎ（λ、Θ）＝ηｎ（λ、Θ）｛Ｐ−ΣＰｎ｝ ｎ＝１〜 （但し、Ｐ０＝０）である。即ち図９に示したように３層のファイバ状の位相格子１’の回折効率ηは、η（λ、Θ）＝（η１＋η２＋η３）―η１（η２＋η３）―η２η３（１−η１）となる。

その特性を示したものが、図１６（ｂ）に示したグラフで、一つのファイバ状の位相格子素子を用いた場合に比較して、波長λ１〜λ３の範囲で、回折効率特性が波長範囲Ｗで広帯域化、ほぼ平坦になっており、波長変動に対して安定した特性を示している。又、各回折格子角度Θｉも同様に僅かに変えることで、その角度依存性に対して安定した特性のファイバ状位相格子１としても構成することができる。

次に本発明による位相格子１の具体的な実施例を示す。位相格子素子の製作は、図６に示した光学干渉法を用いて行った。まず、ＰＴＲガラス製の厚さＤ＝１ｍｍ、屈折率ｎ＝１．４８７の３ｃｍ角の基板８を複数枚用意し、その内の１枚を傾斜固定可能な治具上に並置固定し、基板８とほぼ同様な屈折率ｎ０＝１．４９を有する深さ３０ｍｍ程度のマッチングオイルの中に浸け、水平面に対し角度γ＝４５°傾斜して設置固定した。露光要光源は、波長３２５ｎｍのコヒーレント長３０ｃｍ、出力５０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。露光光学系は、レーザ出射光をピンホール付き集光レンズにより、コリメータレンズの出力強度１／ｅ２で径２０ｍｍの平行光に拡大し、光源からの各光路長をほぼ同じにした分離平行光学系を設置した。

本実施例で位相格子１に入射される光は、波長１５５５±２．５ｎｍの光である。そのため、今回、位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃは、その回折格子９ａ、９ｂ、９ｃが光の光軸に対して角度４４．５°、４５°、４５．５°で設定するとともに回折する波長が１５５２．５ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５５７．５ｎｍになるように回折格子９ａ、９ｂ、９ｃの格子間隔Λ１、Λ２、Λ３を設定する。この際、回折格子の格子間隔Λは、λｍ＝λ０／ｎから、Λ１＝（１５５２．５／１．４８７）／（２×ｓｉｎ４４．５°）＝７４５（ｎｍ）、Λ２＝（１５５５／１．４８７）／（２×ｓｉｎ４５°）＝７４０（ｎｍ）、Λ３＝（１５５７．５／１．４８７）／（２×ｓｉｎ４５．５°）＝７３４（ｎｍ）となる。即ち、位相格子素子１ａは格子間隔Λ１＝０．７４５（μｍ）、入射角が４４．５°、位相格子素子１ｂはΛ２＝０．７４（μｍ）、入射角が４５度、位相格子１ｃはΛ３＝０．７３４（μｍ）、入射角４５．５°で構成される。

次に露光するレーザ光波（ＵＶ光）の波長は、３２５ｎｍを用いるため、基板８のＰＴＲガラス内での波長λｍ’ は、λｍ’＝３２５／１．４８７＝２１９．８（ｎｍ）で示され、基板８内におけるＵＶ光入射角度Θ０１は、スネルの法則から、Θ０１＝ｓｉｎ^―１｛２２０／（２×７４５）｝＝８．４９°で示される。また、マッチングオイル内における屈折角度Θ０をΘ０＝８．４９°で基板８に入射させる場合には、空気中での傾斜角度Θ１’は、Θ１’＝ｓｉｎ^―１｛１．４８７×ｓｉｎ（８．４９°）｝＝１２．５°になる。そのため、基板８を傾斜固定治具に角度４４．５°で固定するとともに、空気中におけるＵＶ光の入射角を約１２．５°でマッチングオイルに入射させる。

このような露光光学系を用いてマッチングオイル内で基板８を１０〜２０分間露光する。その後、傾斜固定治具から露光された基板８を取り出し、電気炉で４５０〜５００℃で３時間程度加熱することで、周期的な正弦波状の屈折率変動を有する回折格子９ａを備えた位相格子素子１ａを作製した。同様な手順によって、位相格子素子１ｂ、１ｃを作製した。

得られた位相格子素子１ａ、１ｂ、１ｃを透光性のＵＶ硬化型接着剤により接着した後にダイシングマシンにより１．５ｍｍ角程度の矩形状の素子に加工し、光の入出射面を研磨加工するとともに入出射面に誘電体多層膜からなるＡＲコートを施すことにより、位相格子１を作製した。

また、本発明の比較例として、本発明の位相格子素子１ｂを単体で用いた位相格子を作製した。

このようにして得られた位相格子を用いて、図４（ａ）に示す光モジュールを作製した。光モジュールは、位相格子の端面に石英ガラスからなるシングルモードファイバが融着接続されたＧＩレンズを３方向の側面に対してＵＶ硬化型のエポキシ系樹脂で接着固定した。

上記で得られた光モジュールのポートＡから波長１５５５±２．５ｎｍの光を入射して、回折効率を測定し、所定の回折効率における光の入射角度依存性と波長帯域の幅を比較した。結果は表１に示すとおりである。

表１に示すように、本発明の位相格子１では、回折する光の入射角に幅をもたせることができるため、比較的高い回折効率を有する入射角度の幅が大きくなった。さらに、光の波長の帯域を広くすることができるため、比較的高い回折効率を有する光の波長領域が広がった。

次に本発明によるファイバ状の位相格子１’の具体的な実施例を示す。

先ず、ファイバ状の位相格子１’の製作は、図１４に示したフェイズマスク法を用いて行った。ＰＴＲガラスの位相格子用ファイバ８’として外径Ｄ＝５００μｍ、長さ１ｍ、屈折率ｎ＝１．４８の位相格子用ファイバ８’を複数本用意、その内の１本を傾斜固定可能なファイバ固定治具上に並置固定し、Ｘ軸に対し治具角度β＝５°傾斜して設置、マッチングオイル内に固定した。露光用ＵＶ光源は、波長３２５ｎｍのコヒーレント長３０ｃｍ、出力５０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。露光光学系は、レーザ出射光をピンホール付き集光レンズを用い、コリメータレンズで出力強度１／ｅ２で径２０ｍｍの平行光に拡大し、光源からの各光路長をほぼ同じにした分離平行光学系を設置した。

実際に使用する光は、波長１５５０±２０ｎｍの光である。その光を光軸に対し角度５．６°で反射するファイバ状の位相格子素子１ａ’を製作した。必要な回折格子の間隔Λ１は、数１から各ファイバ状の位相格子素子の格子間隔Λｉは、Λ１＝（１５４０／１．４８７）／（２×ｃｏｓ２．８°）＝５２２（ｎｍ）、Λ２＝（１５５５／１．４８７）／（２×ｃｏｓ２．８°）＝５２４（ｎｍ）となる。

即ち、製作条件としては、ファイバ状の位相格子素子１ａ’は回折格子間隔Λｍ１＝０．５２２（μｍ）の位相シフトマスクを準備、位相格子用ファイバ８’を角度β１＝２．８°で設置、ファイバ状の位相格子素子１ｂ’は回折格子間隔Λｍ２＝０．５２４（μｍ）の位相シフトマスクを準備、位相格子用ファイバ８’を同様に角度β１＝２．８°で設置、以上の条件で製作すればよいことになる。

上記の露光光学系を用いて位相格子用ファイバ８’を１０〜２０分間露光する。その後、傾斜固定治具から露光された位相格子用ファイバ８’を取り出し電気炉で４５０〜５００℃で３時間程度加熱することで、周期的な正弦波状の屈折率変動を有するファイバ状の位相格子素子１ａ’となる。同様な手順で位相格子素子１ｂ’の計２種類のファイバ状の位相格子素子１’を製作した。

ファイバ状の位相格子素子１ａ’の長さＬ１は、ブラッグ回折効率に影響するが、長さＬ１＝１ｍｍ程度あれば、ほぼ１００％近い回折効率を得ることができる。他の位相格子素子１ｂ’も同様である。製作した長さ約１ｍｍのファイバ状の位相格子素子１ａ’、１ｂ’を順番に融着接続してカットする。

このようにして製作したファイバ状の位相格子１’の１次回折光のスペクトラム特性は、λ１＝１５４０ｎｍ、Θ＝５．６°、λ２＝１５５５ｎｍ、Θ＝５．６°図１６（ａ）のλ１、λ２に示したイメージのものである。

上記のようにして製作したファイバ状の位相格子１’を光モジュール化するには、ＧＩファイバ２’に融着接続すればよい。

図１１に示した構成の場合、ファイバコリメータとしてＧＩファイバ２’として外径０．５ｍｍ、ピッチ長Ｐ＝０．２５、長さＺ＝１．５７ｍｍ、収束定数√Ａ＝１（１／ｍｍ）、光軸上屈折率ｎ０＝１．４９を用いたＧＩファイバ２’を１個準備し、ファイバ状の位相格子１’の片側に光軸を合わせて融着接続、入出射用の接続用光ファイバ３ｂ’、３ｃ’は光軸Ｌからｒ１＝０．１３（ｍｍ）の所で、ＧＩファイバ２’にそれぞれ融着接続する。それを、ファイバサポート部を含めた固定実装用ケース長さ１０ｍｍ、外径２ｍｍのケース内に実装固定、反射型の光モジュールとして構成することができた。この場合、波長１．５３５〜１．５６μｍ、回折光側の出射ポートで、挿入損失 ０．５ｄＢ以下、アイソレーション ４０ｄＢ以上、ＰＤＬ ０．１ｄＢ以下、反射減衰量−５０ｄＢ以下の光モジュールとして実現、小型低損失な反射型光モジュールができることを示した。以下表２に図８に示した従来例との比較を示す。

本発明による実施例としては、上記実施例に留まることなく、例えば、図１０に示したようなファイバ状の位相格子１’は、構成する僅かに異なる格子間隔、角度を有する回折格子素子１ａ’、１ｂ’をクロス状に多重にして構成、別の波長帯域のものを反対面に回折偏向することにより、より広帯域化することも可能であり、さまざまな形態の多ポートの反射型光フィルタモジュールとして構成することができる。

なお、本発明において、「複数の位相格子素子は回折格子の傾斜角度が互いに異なっている」というのは、複数の位相格子素子のうち少なくとも２つの位相格子素子同士において回折格子の傾斜角度が互いに異なる関係にあるものを含めばよく、同じ傾斜角度の位相格子素子が存在してもよい。

同様に、「複数の位相格子素子同士は、互いに回折格子の間隔が異なっている」というのは、複数の位相格子素子のうち少なくとも２つの位相格子素子同士において回折格子の間隔が互いに異なる関係にあるものを含めばよく、同じ間隔の回折格子を有する位相格子が存在してもよい。

本発明の位相格子を示し、（ａ）は入射光軸に対し垂直な面を有する位相格子の側面図であり、（ｂ）は入射光軸に対し傾斜角αを有する位相格子の側面図である。 本発明の位相格子に用いる位相格子素子を示し、（ａ）は入射光軸に対し垂直な面を有する位相格子素子の側面図であり、（ｂ）は入射光軸に対し傾斜角αを有する位相格子素子の側面図である。 本発明の位相格子に用いる各位相格子素子の回折効率特性を示し、（ａ）は、波長λ１、入射角Θ１のブラッグ回折条件を有する位相格子素子、（ｂ）は波長λ２、入射角Θ２のブラッグ回折条件を有する位相格子素子、（ｃ）は波長λ３、入射角Θ３のブラッグ条件を有する位相格子素子をそれぞれ示すグラフである。 本発明の光モジュールを示し、（ａ）は矩形の位相格子を用いた光モジュールの側面図であり、（ｂ）は、矩形の位相格子を傾斜させた状態で実装した光モジュールの側面図である。 本発明の位相格子の回折効率を示したグラフである。 本発明の位相格子素子の製造方法を説明する模式図である。 本発明の位相格子素子の他の製造方法を説明する模式図である。 従来の位相格子を用いて構成したフィルタ光モジュールを示し、（ａ）は、フィルタ光モジュールの側面図であり、（ｂ）は位相格子の回折効率の特性を示したグラフである。 本発明のファイバ状の位相格子を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）は要部拡大断面図である。 本発明のファイバ状の位相格子を用いた光モジュールの断面図である。 本発明のファイバ状の位相格子を用いた光モジュールの他の実施形態を示す断面図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は要部拡大断面図である。 本発明のファイバ状の位相格子の製作方法を説明する模式図である。 本発明のファイバ状の位相格子の波長−回折効率特性を示したグラフである。 本発明のファイバ状の位相格子素子の他の製造方法を説明する模式図である。 本発明のファイバ状の位相格子を製作するプロセスを示した図である。 （ａ），（ｂ）は本発明のファイバ状の位相格子の回折効率−波長の関係を示したグラフである。

符号の説明

１：位相格子
１ａ、１ｂ、１ｃ：位相格子素子
２ａ、２ｂ、２ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、：ＧＩレンズ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、：光ファイバ
８：基板
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：回折格子
Ｐ：入射光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３：回折光
Ｐ０：透過光
１００、２００：光モジュール
１’：ファイバ状の位相格子
１ａ’、１ｂ’、１ｃ’：ファイバ状の位相格子素子
２’、２ａ’、２ｂ’、２ｃ’：ＧＩファイバレンズ
３’、３ａ’、３ｂ’、３ｃ’：光ファイバ
８’．位相格子用ファイバ
９’、９ａ’、９ｂ’、９ｃ’：入射光

Claims (11)

1. 光通信用機器または光センシングシステム用機器に使用される、複数の回折格子が配列された位相格子素子を入射光の入射方向に複数並べて備えてなる位相格子であって、前記複数の位相格子素子における前記回折格子は、それぞれ光軸の垂直方向に対して４０〜５０度の範囲に傾斜しているとともに、前記回折格子の傾斜角度が互いに異なっており、前記複数の位相格子素子によって複数の波長の光が回折され、前記複数の回折される光の波長の範囲において、回折効率特性がその回折効率が９５％以上でほぼ平坦となるように、複数の回折される光の波長に対する回折効率の分布における複数の中心波長がそれぞれ近接していることを特徴とする位相格子。
2. 前記複数の回折格子の配列間隔が一定であるとともに前記複数の位相格子素子同士は、互いに前記回折格子の間隔が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の位相格子。
3. 前記位相格子素子の光が入射される光入射面が、前記光軸の垂直方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位相格子。
4. 前記複数の位相格子素子は互いに融着接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位相格子。
5. 前記位相格子素子はファイバ状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位相格子。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の位相格子を１個または複数個備え、前記位相格子の光入射面または光出射面にレンズ部材が接合されていることを特徴とするレンズ付位相格子。
7. 前記レンズ部材と前記光入射面との接合、または前記レンズ部材と前記光出射面との接合は融着接続であることを特徴とする請求項６に記載のレンズ付位相格子。
8. 前記レンズ部材が屈折率分布型光ファイバであることを特徴とする請求項６または７に記載のレンズ付位相格子。
9. 請求項６〜８のいずれかに記載のレンズ付位相格子と、前記レンズ部材に接続された光ファイバとを具備することを特徴とする光モジュール。
10. 前記光ファイバは前記レンズ部材の同一面上に複数個、接続されていることを特徴とする請求項９に記載の光モジュール。
11. 前記光ファイバと前記レンズ部材との接続は融着接続であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光モジュール。

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