JP5148506B2 - 光デバイスおよびこれを用いた光送受信器 - Google Patents

Description

本発明は、光を入出力する光ファイバなどの光導波体と光学的に結合される光フィルタなどの光学素子を備えてなる光デバイス、およびこのような光デバイスを備えてなる光送受信器に関するものである。

近年、光通信部品の分野においては、情報の大容量化が可能な波長多重伝送方式の採用が増大している。これに伴い、波長多重伝送方式に用いられる光デバイスの一つである光合分波器の特性の向上が要求されている。光合分波器は、単一の光ファイバを伝播する複数の異なる波長領域を有する光を複数の光ファイバに分けて出力する、あるいは複数の光ファイバを伝播する光を合波して単一の光ファイバに出力する機能を有するものである。

従来の光合分波器は、溝部及びＶ溝が形成された基体と、Ｖ溝に密着して配置され、先端に屈折率分布型レンズが装着された３本の光ファイバと、溝部に設置された光フィルタとから構成されている。ここで、溝部は、Ｖ溝を横断するように基体に形成されている。

従来の光合分波器において、各光ファイバは、光ファイバ固定板によって覆われるとともに、接着剤を介して基体と光ファイバ固定板で固定されていた（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−１５７３０２号公報

従来の光合分波器において、各光ファイバは、基体および光ファイバ固定板と当接させて、接着剤で固定されていた。そのため、従来の光合分波器では、各光ファイバに対し、基体と光ファイバ固定板との挟み込みによって強い押圧力が作用していた。それゆえ、従来の光合分波器では、上記押圧力が各光ファイバの屈折率分布型レンズに作用すると、屈折率分布型レンズに応力が生じ、特定の偏波方向における光の損失が大きくなる偏波依存損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ：以下、ＰＤＬとする）が発生していた。このようなＰＤＬの発生は、光合分波器に限られるものではなく、屈折率分布型レンズを基体上に蓋体を用いて固定する構造を有する光デバイス及びその光デバイスを用いて構成される光送受信器に共通する問題である。

以上の目的を達成するために、本発明の光デバイスは、基体と、前記基体上に設けられた複数の光入出射部を有する光学素子と、それぞれ屈折率分布型レンズを有してなり前記光入出射部に光学的に結合された複数の光導波体と、前記屈折率分布型レンズを覆うように前記基体に対向して設けられて前記光導波体を前記基体上に固定する蓋体と、を備え、前記屈折率分布型レンズを含む前記複数の光導波体のそれぞれの外径が一定であって、前記屈折率分布型レンズは、前記屈折率分布型レンズに生じる応力を緩和する空隙を形成するように、前記基体及び前記蓋体のうちの少なくとも一方と離間して設けられてなる。

また、本発明に係る光送受信器は、本発明に係る第１と第２の光デバイスと、該第１の光デバイスに入射する光を送信する発光手段と、該発光手段から送信された光を前記第２の光デバイスを介して受信する受光手段と、を備えてなる。

本発明の光デバイスおよび光送受信器では、屈折率分布型レンズと蓋体および基体の少なくとも一方との間に応力を緩和する間隙が設けられ、蓋体又は基体との間が屈折率分布型レンズに生じる応力が緩和されるように離間している。その結果、本発明の光デバイスおよび光送受信器では、ＰＤＬを低減して光の損失を小さくすることができる。

本発明に係る第１の実施形態の光合分波器の平面図である。 図１ＡのＸ―Ｘ線についての断面図である。 第１の実施形態の一変形例に係る光合分波器の断面図である。 第１の実施形態の他の変形例に係る光合分波器の断面図である。 本発明に係る第２の実施形態の光合分波器の断面図である。 第２の実施形態の一変形例に係る光合分波器の断面図である。 第２の実施形態の他の変形例に係る光合分波器の断面図である。 本発明に係る第３の実施形態の光送受信器の構成を示す模式図である。 本発明に係る第４の実施形態の光アイソレータの構成を示す平面図である。 図５ＡのＹ―Ｙ線についての断面図である。 光合分波器のＰＤＬおよび光の挿入損失の測定方法を説明する模式図である。

符号の説明

１、１’、１’’、２０、２０’、２０’’ 光合分波器、２ａ〜２ｃ 光導波体、３ 基体、４ 光フィルタ（光学素子）、４ａ 透光性部材、４ｂ フィルタ膜、５ 光学接着剤、６ 溝、７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ Ｖ溝、９、９ａ〜９ｂ 蓋体、９ｃ〜９ｄ 蓋体薄肉部、１０ａ〜１０ｃ ＳＭファイバ、１１ａ〜１１ｃ 屈折率分布型レンズ（ＧＩファイバ）、１２ａ〜１２ｃ コアレスファイバ、１３ａ、１３ｂ 基体薄肉部、１４、１４’ 緩衝部材、３０ 光送受信装置、３１、３１ａ、３１ｂ 発光手段、３２ 伝送ファイバ、３３、３３ａ、３３ｂ 受光手段、３４ａ、３４ｂ 信号、４０ 光源、４１ 光スクランブラ、４２ パワーメータ。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
第１の実施形態
図１Ａは、本発明に係る第１の実施形態の光合分波器１（光デバイス）の平面図であり、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ線についての断面図である。

本発明に係る第１の実施形態の光合分波器１は、図１Ａ、図１Ｂに示されるように、第１乃至第３の光導波体２ａ〜２ｃ、光導波体２ａ〜２ｃが載置される基体３、光学素子の一種である光フィルタ４、光フィルタ４を固定するための光学接着剤５、および蓋体９により構成される。なお、図１Ａでは、光合分波器１における光導波体２ａ〜２ｃおよび光フィルタ４の配置を明瞭に示すべく、蓋体９を省略した。

光合分波器１おいて、光導波体２ａ〜２ｃは、シングルモードファイバ（以下、ＳＭファイバとする）１０ａ〜１０ｃの一端にそれぞれ屈折率分布型レンズの一種である屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃが接合されている。さらに、光導波体２ａ〜２ｃは、屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃの端部にそれぞれコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃが接合されている。光合分波器１おいて、光導波体２ａ〜２ｃは、光ファイバで構成されている。

ＳＭファイバ１０ａ〜１０ｃは、屈折率の高いコア部と該コア部の外周を被覆するクラッド部からなり、コア部とクラッド部との屈折率差による反射を利用することによってコア部内で光を伝送するものである。ＳＭファイバ１０ａ〜１０ｃは、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径が１２５μｍ、コア部の径が１０μｍ程度である。なお、本実施の形態１の例では、ＳＭファイバが用いられているが、本発明ではこのようなＳＭファイバに限定されることはなく、たとえばＳＭファイバよりもコア部の径が大きくかつ、複数のモードの光を伝送可能な
マルチモードファイバを用いてもよい。

屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃは、例えば、グレーティドインデックスファイバ（ＧＩファイバ）により構成される。グレーティドインデックスファイバ（ＧＩファイバ）は、その長手方向の中心軸に対して軸対称に屈折率分布を有し、屈折率分布型レンズとして機能を果たすように所定の長さに設定したものである。なお、この屈折率分布は、中心軸の屈折率が最も大きく、屈折率分布型レンズの外周に向かって漸次屈折率が小さくなるように構成されている。この屈折率分布により、たとえば、ＳＭファイバ１０ａから出射される光は、屈折率分布型レンズ１１ａを通ることにより、平行光で出射される。また、例えば、平行光は屈折率分布型レンズ１１ｂ又は屈折率分布型レンズ１１ｃを介して集光して光導波体２ｂもしくは光導波体２ｃに入射される。この屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃは、たとえば円柱状の石英等からなり、クラッド部の外径が１２５μｍ、コア部の径が５０μｍ程度であり、コア部に上記した屈折率分布を有する。この屈折率分布型レンズ１１ａ〜１２ｃとＳＭファイバ１０ａ〜１０ｃとは、たとえば放電による熱によって融着接合される。

コアレスファイバ１２ａ〜１２ｃは、略均一な屈折率分布を有する光ファイバであり、屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃから出射された光のスポット形状を維持しつつ光を伝搬する機能を有している。また、コアレスファイバ１２ａ〜１２ｃの材質は、たとえば石英ガラスからなり、その屈折率は１．４５程度、透過損失は０．３５×１０^−６ｄＢ／ｍｍ以下であり、透過損失が比較的低いものが好ましい。このコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃは、外径がＳＭファイバおよびＧＩファイバと等しく約１２５μｍであり、屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと、たとえば放電による熱によって融着接合される。

そして、このコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃは、光合分波器１において、屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと光フィルタ４の間に配置され、レンズ機能を持った屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと光フィルタ４との間の距離を調整する機能を担う。このような光学距離の調整により、最適の光結合効率が得られるように、光ファイバ２ａ〜２ｃ同士を配置することが可能になるため、各光ファイバ間で生じる光の挿入損失を小さくすることができる。また、光合分波器１において、光フィルタ４と対向するコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃの端面を光ファイバ２ａ〜２ｃの光軸に対して傾斜させれば、コアレスファイバ１２ａ〜１２ｃの端面と光学接着剤５との境界部で生じる反射光が、光の入射側の光ファイバに戻るのを低減することができる。

なお、本実施の形態では、それぞれ光ファイバで構成された、第１の光導波体２ａ（ＳＭファイバ１０ａ、屈折率分布型レンズ１１ａ、コアレスファイバ１２ａ）、第２の光導波体２ｂ（ＳＭファイバ１０ｂ、屈折率分布型レンズ１０ｂ、コアレスファイバ１０ｂ）、第３の光導波体２ｃ（ＳＭファイバ１０ｃ、屈折率分布型レンズ１０ｃ、コアレスファイバ１０ｃ）を備えているが、このような光ファイバに限定されるものではなく、たとえば樹脂材料で形成されるような光導波体部材を用いてもよい。

基体３は、一方の面にＶ溝７ａ〜７ｄが一直線上に形成され、基体３の略中心部でＶ溝７ａ〜７ｄと交差する様に、Ｖ溝８ａ〜８ｄが一直線上に形成されている。また、基体３の略中心部には、光フィルタ４を設置するための溝６が設けられている。そして、図１Ｂに示されているように、基体３は、屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃの直下において、他の部位に比べて厚みが小さくなっている基体薄肉部１３ａ、１３ｂが設けられており、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃが基体３に接しないように離間している。このように、第１の実施形態では、屈折率分布型レンズを基体３と空隙を介して離間させることにより、上述した屈折率分布型レンズに生じる応力の発生をより低減できるため、光の損失を小さくすることができる。
また、基体薄肉部１３ａ、１３ｂの厚みは、屈折率分布型レンズが基体３と接触しないようにするため、Ｖ溝が形成されている部位の基体３の厚みよりも、小さくすればよい。具体的に、基体３の各部位の寸法としては、たとえば基体３の厚みが１〜２ｍｍ、Ｖ溝の最大深さ（基体の表面からＶ溝の頂点部までの深さ）が１４５〜１９０μｍである場合、基体薄肉部の厚みが５００〜８００μｍである。すなわち、光合分波器１では、基体３において、Ｖ溝７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄよりも基体薄肉部１３ａ、１３ｂの深さが大きいため、屈折率分布型レンズがＶ溝の側面に接さない。なお、基体薄肉部１３ａは、図１Ａに示すように、互いに隣接する一対のＶ溝７ａ、７ｂと一対のＶ溝８ａ、８ｂとを同時に切り欠くように形成してもよいが、この形態に限定されることなく、たとえば屈折率分布型レンズが配されるＶ溝の直下の部分のみ、基体の深さを大きくし、基体薄肉部１３ａを形成してもよい。

第１の実施形態では、屈折率分布型レンズを基体３と空隙を介して離間させたが、本発明において、屈折率分布型レンズを蓋体および基体の少なくとも一方と空隙を介して離間させれば、上述した屈折率分布型レンズに生じる応力の発生を低減できる。なお、第１の実施形態では、溝６と基体薄肉部１３ａ、１３ｂは別に形成されているが、溝６および基体薄肉部１３ａ、１３ｂの底面が同一平面になるように連続して形成されていてもよい。このようにすると、溝６と基体薄肉部１３ａ、１３ｂを同一の加工工程で形成することが可能となるため、製造工程の簡略化という観点から好適である。このような構成は、蓋体において、少なくとも屈折率分布型レンズの直上を含む部位をＳＭファイバおよびコアレスファイバと接触している部位に比し、厚みを小さくすることによっても容易に実現することが可能である。

この基体３の材質は、たとえば石英ガラス、低熱膨張ガラス、シリコーン、または低熱膨張樹脂（たとえばエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂）で構成される。たとえば基体３を石英ガラスで構成する場合には、平板の石英ガラスに切削加工によりＶ溝７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄや基体薄肉部１３ａ〜１３ｂ、及び溝６を加工することにより作製される。なお、Ｖ溝７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄの開口角度は、特に限定されるものではないが、Ｖ溝を過度に深くすることなく、光導波体を保持できるという点で、６０°〜９０°が好ましい。

光フィルタ４は、たとえば透光性部材４ａとフィルタ膜４ｂにより構成されたものである。ここで、透光性部材４ａは、たとえば光学ガラス（硼珪酸ガラスや白板ガラス）や石英ガラスからなり、屈折率は１．４５〜１．５５程度のものを用いることが好ましい。また、光フィルタ４の大きさは、光の有効径以上あればよく、たとえば、ハンドリング等を考慮し、０．５ｍｍ〜１ｍｍの平板とすることが好ましい。また、フィルタ膜４ｂの厚みは、たとえば２０μｍ〜３０μｍで構成される。光フィルタ４の光入出射部とは、光が入射もしくは出射する光フィルタ２の表面である。

フィルタ膜４ｂは、異なる複数の波長領域の光を含む光を波長領域ごとに選択的に分離（分波）する機能を有する膜である。具体的に、たとえばフィルタ膜４ｂは、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射する機能を担う。このように、フィルタ膜４ｂは、所定の波長（波長領域）の光を透過し、その他の波長（波長領域）の光を反射することによって波長領域によって光を分波する機能を有するものである。

このフィルタ膜４ｂは、たとえば二酸化ケイ素と二酸化チタン等の屈折率の異なる２種類以上の誘電体を交互に積層して構成される多層膜により構成される。この誘電体多層膜は、誘電体膜間の繰り返しの反射干渉により波長選択性を示す。各膜の膜厚は、反射させる光の波長の１／４波長分に設定される。このように、誘電体膜の膜厚を１／４波長分とすることにより、各誘電体膜界面における多重反射において、ある特定の波長の光の位相が一致し、干渉して強めあうことで波長選択性を備えるようになる。このようなフィルタ膜４ｂは、たとえば透光性部材４ａの主面に蒸着、スパッタリング等の方法によって容易に作製することができる。

本実施形態では、蓋体９は、図１Ｂに示すように、第１の光導波体２ａおよび第２の光導波体２ｂを覆う蓋体９ａと、第３の光ファイバ２ｃを覆う蓋体９ｂとからなる。この蓋体９は、光導波体２ａ〜２ｃの上部に配置され、各光導波体２ａ〜２ｃの屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃを除く部位で接着剤（図示なし）により基体３と接合される。これにより、光導波体２ａ〜２ｃが基体３上に固定される。このように、蓋体９は、各光導波体２ａ〜２ｃを保護するとともに、基体３のＶ溝７ａ〜７ｄおよびＶ溝８ａ〜８ｄに沿うように光導波体２ａ〜２ｃを位置決めする機能を有する。蓋体９の材質は、たとえば石英ガラス、低熱膨張ガラス、シリコーン、または低熱膨張樹脂（たとえばエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂）で構成され、例えば、蓋体９を石英ガラスで構成する場合には、平板の石英ガラスに切削加工を施すことで作製できる。

光学接着剤５は、光フィルタ４を基体３に固定するために用いられる。この光学接着剤５は、光フィルタ４を構成する透光性部材４ａとコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃと略同等の屈折率あるいは両部材の中間の屈折率を有するような材質を用いることが好ましい。このように、光学接着剤５とコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃおよび光フィルタ４を構成する透光性部材４ａとの屈折率が整合されていれば、それらの界面で生じる光の反射を低減することができ、光の挿入損失を小さくできる。

また、コアレスファイバ１２ａ〜１２ｃがたとえば石英ガラス、透光性部材４ａが光学ガラス（硼珪酸ガラスや白板ガラス）で構成されている場合、光学接着剤５は、たとえば透光性のあるエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、またはシリコーン系樹脂のような材質を使用することができる。なお、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂およびアクリル系樹脂は、その添加物によって紫外線硬化または熱硬化するものであり、これらの併用硬化を利用してもよい。

次に、光合分波器１の動作について説明する。

光合分波器１において、光導波体２ａに波長λ１、波長λ２の光が入射されると、屈折率分布型レンズ１１ａを介して集光もしくはコリメータ光となり、その集光位置付近又はコリメータ光の中心付近に配置した光フィルタ４に入射される。光フィルタ４は、λ１の光を透過し、それ以外の波長の光、たとえばλ２の光を反射するように構成されている。光フィルタ４を通過した波長λ１の光は、屈折率分布型レンズ１１ｃを介してＳＭファイバ１０ｃから出力される。一方、光フィルタ４で反射された波長λ２の光は、屈折率分布型レンズ１１ｂを介してＳＭファイバ１０ｂから出力される。

このように、光合分波器１は、光導波体２ａを介して入射された波長λ１、λ２の光を含む光は、波長ごとに分波されて、それぞれ光導波体２ｂ、光導波体２ｃから出射されるという光の分波機能を備えている。光合分波器１はまた、たとえば光導波体２ｂに波長λ１の光を、光導波体２ｃに波長λ２の光を入射した場合には、光フィルタ４で波長λ１および波長λ２の光が合波されて光導波体２ａから出射されるという光の合波機能を備えている。

このように、本実施形態にかかる光合分波器１では、屈折率分布型レンズが基体の表面と間隙を介して離間している。このため、屈折率分布型レンズは、蓋体および基体の両方と同時に接触することはない。これにより、光合分波器１では、蓋体と基体との間に配された接着剤が収縮したとしても、屈折率分布型レンズが、蓋体と基体とから同時に、かつ直接的に押圧されるのを抑制でき、屈折率分布型レンズに生じる応力を低減させることができる。その結果、本実施形態にかかる光合分波器１では、屈折率分布型レンズに生じる応力を低減させることができ、ＰＤＬによる光の損失を小さくすることができる。

屈折率分布レンズに生じる応力を緩和する間隙（緩衝手段）とは、例えば、上方（蓋体）から光導波体を押圧する力が働いたときに、その光導波体に生じる応力を抑えるように下方へ押圧力を逃がす作用を有する。したがって、この間隙は、空隙であっても良いし、緩衝部材が満たされた間隙であってもよい。

次に本発明の第１の実施形態にかかる光合分波器１の製造方法の一例について説明する。

＜基体の作製＞
石英ガラスからなる平板状部材の一方の面に、ダイシング等の切削加工を施し、Ｖ溝７ａ〜７ｄを一直線上に形成する。次に、平板状部材の中心部にＶ溝７ａ〜７ｄと交差するＶ溝８ａ〜８ｄを形成する。最後に、屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃの直下に相当する部位を、少なくとも屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃを搭載したときに、基体３と当接しない程度の深さ及び幅になるように切削加工を施すことによって、基体薄肉部１３ａ〜１３ｂを形成し、基体３を作製する。ここで、基体薄肉部１３ａ〜１３ｂの厚みは、たとえば基体３を平面から見てＶ溝７ａ〜７ｄもしくはＶ溝８ａ〜８ｄが目視で確認できなくなる程度の深さであれば良い。すなわち、Ｖ溝７ａ〜７ｄ及びＶ溝８ａ〜８ｄが文字通り断面がＶ形状の溝である場合には、基体薄肉部１３ａ〜１３ｂをＶ溝７ａ〜７ｄもしくはＶ溝８ａ〜８ｄが目視で確認できなくなる程度の厚さにすることにより、屈折率分布型レンズを基体から離間させることができ、これにより、接着剤が収縮したとしても、屈折率分布型レンズに生じる応力を低減させることができる。

＜蓋体の作製＞
蓋体９ａ，９ｂは、基体３に接合される時には分離されていない一体的に形成された大型の蓋体（一体物）であり。この大型の蓋体は、基体に接合した後、溝６が形成される際に蓋体９ａと蓋体９ｂに分離される。この蓋体９ａと蓋体９ｂへの分離及び溝６の形成には、例えば、ダイシング等の切削加工が用いられる。この大型の蓋体は、たとえば石英ガラス板をダイシング等により、基体３の外形と同寸法になるように加工することによって作製される。また、この石英ガラス板の表面に板の厚みが薄くなる部位を形成する場合には、同様に、ダイシング等の加工を施してもよい。

＜光導波体の作製＞
光導波体２ａと光導波体２ｃは、部品組み立て時は一直線上に繋がったものを使用する。そのため、光導波体２ａと光導波体２ｃは、基体３に実装した後、ダイシング等の切削加工によって基体３に溝６を形成すると同時に光導波体２ａと光導波体２ｃに分離される。したがって、本製造方法では、まず、光導波体２ａと光導波体２ｃとが一体的に形成された光導波体２ｄを作製する。

具体的には、まず、ＳＭファイバ１０ａ、屈折率分布型レンズ１１ａ、コアレスファイバ１２ａ、コアレスファイバ１２ｃ、屈折率分布型レンズ１１ｃ、ＳＭファイバ１０ｃを、一直線上になるように放電による融着等の接合手段を利用して１本の光導波体２ｄを作製する。一方で、ＳＭファイバ１０ｂ、屈折率分布型レンズ１１ｂ、コアレスファイバ１２ｂを、一直線上になるように放電による融着等の接合手段を利用して１本の光導波体２ｂを作製する。以上のような工程によって、光導波体が作製される。

＜光合分波器の組立＞
まず、基体３のＶ溝の交点に光ファイバ２ｄのコアレスファイバの中心が来るように位置決めするとともに、屈折率分布型レンズ１１ａ、１１ｃが基体３の基体薄肉部１３ａ、１３ｂの直上になるように光導波体２ｄを基体３のＶ溝に配置する。次に、光導波体２ｄの屈折率分布型レンズ１１ａと同位置、すなわち、基体３の基体薄肉部１３ａの直上に屈折率分布型レンズ１１ｂが位置するように、光導波体２ｂを基体３のＶ溝に位置決めする。その後、たとえば感光性エポキシ樹脂からなる紫外線硬化型樹脂（接着剤）等を各Ｖ溝に塗布し、大型の蓋体９を載置した後、上方から各光導波体を押さえて接着剤に紫外線を照射することによって固定する。

次いで、Ｖ溝交点の中心を結ぶ線を中心として、ダイシング等の加工により溝６を形成し、光フィルタ４を配置する空間を確保すると同時に、コアレスファイバをコアレスファイバ１２ａ、１２ｃに、また蓋体９をそれぞれ蓋体９ａ、９ｂに分離する。なお、溝６の幅は、光フィルタ４の幅より若干大きくなるようにする。

次いで、光学接着剤５を溝６に充填した後に、溝６の所定の位置に光フィルタ４を配置する。そして、この光学接着剤５を硬化させる前に光フィルタ４の光学調整を行う。具体的には、まず、光導波体２ａから光を入力し、光導波体２ｂから出力する光が最も多くなる角度と位置に光フィルタ４を配置する。この状態で、光学接着剤５を紫外線照射することによって硬化して位置決め固定する。なお、光フィルタ４と各コアレスファイバ１２ａ〜１２ｃの間には、光学接着剤５が十分充填されるようにする。

本実施の形態では、このようにコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃを屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃ端に接続し、光フィルタ４の表面近くまで配置することにより、物理的に位置決めがしやすくなり、かつ光フィルタ４とコアレスファイバ１２ａ〜１２ｃを接合する光学接着剤５の量を低減することができる。これにより、光学接着剤５の光吸収や、光学接着剤５の熱膨張によるズレや応力の影響を抑制でき、挿入損失を低減することができる。また、本実施形態では、光導波体と光フィルタを固定する光学接着剤を同じ材質のものを用いているが、異なる材質のものを用いてもよい。

次に、本発明の第１の実施形態の変形例について図２を参照しつつ説明する。

図２Ａは、本発明の第１の実施形態の一変形例の光合分波器１’を示すものである。光合分波器１’は、蓋体９ａ、９ｂの屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃの直上において、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと蓋体９ａ、９ｂとが離間する。すなわち、蓋体９ａ、９ｂは、他の部位に比べて厚みが小さくなっている蓋体薄肉部９ｃ、９ｄを有する。光合分波器１’は、基体３に基体薄肉部１３ａ、１３ｂを設けていない点で第１の実施形態の光合分波器１と異なっている。このように、光合分波器１’では、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃが蓋体９および基体３の両方と同時に接触しない構造であるため、蓋体９と基体３との間に配された接着剤（図示なし）が収縮したとしても、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃが、蓋体９と基体３とから同時に、かつ直接的に押圧されるのを低減でき、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃに生じる応力を低減させることができる。また、蓋体薄肉部９ｃ、９ｄの厚みは、Ｖ溝に配された屈折率分布型レンズが基体３の表面から突出している部分と接触しないように形成すればよい。具体的に、蓋体の各厚みの寸法としては、たとえば蓋体の厚みが０．３〜１ｍｍの場合、基体薄肉部１３ａ、１３ｂの厚みは、３０〜５０μｍである。
このように、光合分波器１と光合分波器１’は、屈折率分布型レンズに対応する、基体および蓋体のいずれか一方の厚みを部分的に小さくしている。従来の図７Ｂに示すように、屈折率分布型レンズをＶ溝に配して蓋体を設ける場合、屈折率分布型レンズは、Ｖ溝の側面と２箇所、蓋体と１箇所で接触し、合計３箇所で接触する。そのため、本実施形態では、屈折率分布型レンズと蓋体もしくは基体と接触部をより少なくし、屈折率分布型レンズに生じる応力をより低減するという観点から、基体３側に間隙を設けた光合分波器１のほうが、光合分波器１’よりもより優れている。

また、図２Ｂは、本発明の第１の実施形態の他の変形例の光合分波器１’’を示すものである。光合分波器１’’は、蓋体薄肉部９ｃ、９ｄと基体薄肉部１３ａ、１３ｂとを両方とも設けている点で本発明の第１の実施形態の光合分波器１と異なっている。このように、光合分波器１’’は、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃの直上および直下において、蓋体９および基体３と空隙をあけて離間させているため、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと蓋体９および基体３の接触を効率よく防ぎやすくできる。

第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照しつつ説明する。

図３Ａは、本発明に係る光デバイスの１つである第２の実施形態の光合分波器２０を示すものであり、図３Ｂ、図３Ｃは、本発明の第２の実施形態の変形例の光合分波器２０’、２０’’を示すものである。

光合分波器２０は、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと基体薄肉部１３ａ、１３ｂとの間の空隙に、緩衝部材１４を設けた点で光合分波器１と異なっている。緩衝部材１４は、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃが基体３に接触しないようにするための緩衝材として作用するものである。これにより、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃが蓋体９および基体３の両方と同時に接触しないようにできる。このように、屈折率分布型レンズと基体とを緩衝部材１４を介して離間させると、屈折率分布型レンズと基体との接触をより効率よく防ぎやすくなる。この緩衝部材１４は、蓋体９と基体３とを接着固定する接着剤よりも弾性率が高く、熱膨張係数が小さい材料であることが好ましい。具体的には、上記接着剤がエポキシ系樹脂であれば、たとえばゴム系やアクリル系、もしくはウレタン系やシリコーン系等の樹脂を用いることができる。このように、光合分波器２０では、緩衝部材１４を設けることにより、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと基体３との接触を防ぐことができるとともに、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１を押圧する方向に生じる力を緩和することができる。

また、光合分波器２０’は、図３Ｂに示すように、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと蓋体薄肉部９ａ、９ｂとの間の空隙に、緩衝部材１４を設けた点で光合分波器１’と異なっている。このような光合分波器２０’であっても、上述した光合分波器２０と同様の効果を奏することができる。このように、本発明において、屈折率分布型レンズと蓋体とを緩衝部材１４を介して離間させても、屈折率分布型レンズと蓋体との接触をより効率よく防ぐことができるため、屈折率分布型レンズに生じる応力を低減できる。

また、光合分波器２０’’は、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと蓋体薄肉部９ａ、９ｂおよび基体薄肉部１３ａ、１３ｂとの間の空隙に、緩衝部材１４および緩衝部材１４’を設けた点で光合分波器１’’と異なっている。光合分波器２０’’では、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃの直上および直下において、蓋体９および基体３と緩衝部材１４、１４’を介して離間させているため、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃと蓋体９および基体３の接触をさらに効率よく防止することができる。さらに、光合分波器２０’’において、この緩衝部材１４、１４’は、異なる材質で構成してもよいが、同材質で構成すれば、緩衝部材１４および緩衝部材１４’の特性、たとえば熱膨張係数、弾性率等を合わせることができる。それゆえ、光合分波器２０’’では、各屈折率分布型レンズ１１ａ〜１１ｃに接触する緩衝部材の緩衝作用の均一化を図り、緩衝部材の特性の相違により生じる影響を小さくすることができる。このように、本実施形態において、屈折率分布型レンズを、緩衝部材１４を介して蓋体と離間されるとともに、緩衝部材１４’を介して基体と離間させるようにすれば、蓋体および基体と屈折率分布型レンズとが接触しないようにでき、接着剤の収縮が生じても、緩衝部材１４および緩衝部材１４’の緩衝作用により、屈折率分布型レンズを押圧する方向に生じる力を緩和することができる。とりわけ、緩衝部材１４および緩衝部材１４’を同材質で構成すれば、緩衝部材１４および緩衝部材１４’の特性、たとえば熱膨張係数、弾性率等を合わせることが可能となる。それゆえ、このような形態では、屈折率分布型レンズに接触する緩衝部材の緩衝作用の均一化を図り、緩衝部材の特性の相違により生じる影響を小さくすることができる。

第３の実施形態
次に、本発明に係る光合分波器を用いた第３の実施形態の光送受信装置について説明する。図４は、第３の実施形態の光送受信装置の構成を示す模式図である。

第３の実施形態の光送受信装置３０は、２つの光合分波器１と、一方の光合分波器１（以下、第１光合分波器１とする）に光を入射する（送信する）発光手段３１ａ、３１ｂと、第１光合分波器１で合波された光を伝送する伝送ファイバ３２と、該伝送ファイバ３２を伝送する光が入射される他方の光合分波器１（以下、第２光合分波器１とする）と、第２光合分波器１で分波された光をそれぞれ受光する受光手段３３ａ、３３ｂと、を備えている。本発明の光送受信装置では、本発明に係る光合分波器１を備えることにより、光合分波器１内の屈折率分布型レンズに発生する応力を緩和でき、光の損失を低減することが可能となるとともに、信頼性を向上させることができる。

次に、光送受信装置３０の機能について説明する。まず、発光手段３１ａ、３１ｂは、例えば、光変調器付レーザダイオードからなる。発光手段３１ａは、外部から入力される送信信号３４ａに基づいて変調された第１の光を出射して第１光合分波器１に入力する。また、発光手段３１ｂは、外部から入力される送信信号３４ｂに基づいて変調された第２の光を出射して第１光合分波器１に入力する。ここで、第１の光と第２の光は異なる波長を有している。第１光合分波器１は、それぞれ光変調された後に入力された第１の光と第２の光を合波して出射する。次に、合波された波長多重信号光は、伝送ファイバ３２内を受信手段側に向かって伝送される。伝送ファイバ３２によって伝送された波長多重信号光（合波光）は、第２光合分波器１に入力され、その分波機能によって分離されて、分離された光がそれぞれ受光手段３３ａ、３３ｂに入力される。受光手段３３ａ、３３ｂは、入力された第１の光と第２の光に基づいて、もとの信号３４ａ、３４ｂに変換して出力する。

この光送受信装置３０では、１本の伝送ファイバ３２を用い、さらに２つの光合分波器１を用いることによって大容量の情報を簡単な構成で安価に伝送できる利点がある。また、本発明の光送受信装置３０においては波長多重システムに関して実施例を示したが、本発明における光デバイスを用いた光送受信装置３０であればこれに限定されるものではなく、各種用途に応じた光デバイス１を組み込んだ光送受信装置２０を構成することができる。なお、上述した実施の形態では、光合分波器にかかる形態を説明したが、本発明は光合分波器に限られるものではなく、光学素子を光アイソレータ、光スイッチ素子、ビームスプリッタ素子、波長板、反射ミラー、回折素子、またはプリズム等に置き換えて、光合分波器とは全く異なる機能を有する光デバイスに適用できる。

第４の実施形態
図５Ａは、本発明に係る第４の実施形態の光アイソレータの構成を示す平面図であり、本発明に係る光デバイスの光合分波器以外の例である。図５Ｂは、図５ＡのＹ−Ｙ線についての断面図である。

第４の実施形態の光アイソレータ３０は、第１および第２の光導波体２ａ、２ｂ、光導波体２ａ、２ｂが載置される基体３、光学素子の一種である光アイソレータ素子１６、光フィルタ４を固定するための光学接着剤５、および蓋体９により構成される。なお、図５Ａでは、光アイソレータ３０における光導波体２ａ、２ｂおよび光アイソレータ素子１６の配置を明瞭に示すべく、蓋体９を省略している。また、光導波体、基体、光学接着剤、および蓋体は、光合分波器１と同様のものを用いることができるので、図１Ａ等と同様の符号を付して示している。

光アイソレータ素子１６は、たとえば第１の複屈折板１６ａ、ファラデー回転子１６ｂ、１／２波長板１６ｃ、第２の複屈折板１６ｄ、磁石１６ｅで構成される。なお、本実施形態において、光アイソレータ素子１６は偏波無依存型であるとして示す。しかしながら、本発明は、これに限定されることなく、２つの偏光子とファラデー回転子とを備えてなる偏波依存型であってもよい。

次に、光アイソレータ３０の動作について説明する。光アイソレータ３０は、第１の光導波体２ａの一端に入射された光（同図中、矢印Ａ側から入射された光）を第２の光導波体２ｂの一端より出射する（同図中、矢印Ｂ側に出射する）が、第２の光導波体２ｂの一端から入射された光（Ｂ側から入射された光）は、第１の光導波体２ａの一端からは出射されない（Ａ側からは出射されない）。これにより、屈折率の相違によって生じる反射光が入射側に戻るのを低減することが可能になる。

ここで、特に本実施形態に係る光アイソレータ３０では、第１の光導波体２ａおよび第２の光導波体２ｂの一部を構成する屈折率分布レンズが、屈折率分布レンズに生じる応力を緩和する間隙が形成されるように、基体３と離間して構成されているため、屈折率分布レンズで生じるＰＤＬの影響を小さくすることができる。なお、本実施形態において、屈折率分布型レンズに生じる応力を緩和する間隙は基体３側に設けているが、蓋体９側に設けてもよく、また、よりＰＤＬの影響を小さくすべく、基体３および蓋体９の両方に設けてもよい。

光デバイスの一種である光合分波器について以下に示す方法で実験を行った。

本発明の実施例として図１に示す光合分波器１と、比較例として、従来の光合分波器をそれぞれ１０個ずつ作製し、各製品に＋２５℃と−４０℃の温度をかけた時のＰＤＬと光の挿入損失を測定した。

まず、使用した各部材の材質や、その製作方法について説明する。

基体の材質は、１．０ｍｍの厚みを有する石英を使用し、外形形状、Ｖ溝、および基体の薄肉部は、ダイシングにより形成した。以下に基体の各寸法を示す。外形形状は、長辺が約１６ｍｍ、短辺が約２ｍｍの略長方形状である。Ｖ溝の深さは、約１４６μｍである。基体薄肉部の厚みは、約０．７５ｍｍである。また、蓋体やフィルタ固定板、さらに光ファイバ固定板は、０．３ｍｍ厚の石英を使用し、ダイシングにより所定の外形形状になるように加工した。さらに光フィルタは、透光性部材として０．５ｍｍ角の石英を用い、その表面に二酸化ケイ素と二酸化チタン等の屈折率の異なる２種類以上の誘電体を交互に蒸着することで、１３１０ｎｍの光を透過し、１５５０ｎｍの光を反射するフィルタ膜を形成した。また、光導波体については、融着によりＳＭファイバや屈折率分布型レンズを接続したものを使用した。なお、Ｖ溝に塗布し、各光導波体や蓋体等を固定する接着剤は、ＵＶ硬化型のエポキシ系接着剤を使用した。また、フィルタを固定する接着剤は、ＵＶ硬化型のアクリル系接着剤を使用した。

次に、ＰＤＬおよび光の挿入損失の測定方法について説明する。

図６は光合分波器のＰＤＬおよび光の挿入損失の測定方法を説明する模式図である。図６に示すように、光源４０からの光を光スクランブラ４１を介して光導波体の一端から入射する。これにより、不特定の偏波方向の光が光合分波器に入射される。透過側及び反射側の光導波体には、パワーメータ４２を接続して透過及び反射されてきた光の量を測定する。以上の構成により、入力した光と透過及び反射してきた光の量の比によって光の損失を計測する。この測定による光の損失の最大値と最小値との差をＰＤＬとし、その平均値を挿入損失とした。以上のサンプルでの評価結果を、表１に示す。

表１

表１に示すように、本発明の光合分波器１では、低温時（−４０°）および高温時（２５°）においても、従来品に比べ、ＰＤＬおよび光の挿入損失を低減することができた。

Claims (7)

1. 基体と、前記基体上に設けられた複数の光入出射部を有する光学素子と、それぞれ屈折率分布型レンズを有してなり、前記光入出射部に光学的に結合された複数の光導波体と、前記屈折率分布型レンズを覆うように前記基体に対向して設けられ、前記光導波体を前記基体上に固定する蓋体と、を備え、
   前記屈折率分布型レンズを含む前記複数の光導波体のそれぞれの外径が一定であって、
   前記屈折率分布型レンズは、前記屈折率分布型レンズに生じる応力を緩和する空隙を形成するように、前記基体及び前記蓋体のうちの少なくとも一方と離間して設けられた、光デバイス。
2. 前記屈折率分布型レンズと前記基体との間及び前記屈折率分布型レンズと前記蓋体との間にそれぞれ前記空隙が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記蓋体において、前記屈折率分布型レンズを覆う部位が、前記光導波体と接触している部位に比し、厚みが小さくなっている請求項１に記載の光デバイス。
4. 前記基体は、前記屈折率分布型レンズの直下の部位が、前記光導波体が載置されている部位に比し、厚みが小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
5. 前記光導波体は、前記屈折率分布レンズの一端に、端面が前記光学素子の光入出射部と対向するコアレスファイバを有する請求項１に記載の光デバイス。
6. 少なくとも３つ以上の前記光導波体を有し、前記光学素子が、複数の前記光導波体から出射される光を合波して他の前記光導波体に入射する、あるいは前記光導波体から出射される光を分波して他の複数の前記光導波体に入射する光フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
7. 請求項１に記載の第１と第２の光デバイスと、該第１の光デバイスに入射する光を送信する発光手段と、該発光手段から送信された光を前記第２の光デバイスを介して受信する受光手段と、を備えた光送受信器。

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