JP5921327B2 - マルチ波長ファイバ合波器 - Google Patents

Description

本発明は画像処理、眼底カメラと内視鏡等光による医療診断と治療、更には光通信及び投射型テレビの三色ＲＧＢ光源など応用装置におけるマルチ波長レーザーでの同光軸照射技術を用いたマルチ波長ファイバ合波器に関する。

従来ファイバで光波長多重通信の場合に多本数のファイバに各々波長の光をまとめて一本のファイバに出力する多波長光のファイバ合波器はある。

また従来、ファイバを直接溶着で二本ファイバに伝送される光を一本ファイバに合波する方法と、ダイクロイックミラーの様な波長による結合フィルタとレンズを設けて二本ファイバから二波長の光を一本ファイバへまとめて転送し合波する二通りの方法で二波長ファイバ合波器を作れる（例えば特許文献１参照）。

波長による結合フィルタ型二波長合波器の場合、一般には４５°入射のダイクロイックミラー（結合フィルタ）を用いる。１本目ファイバから出射する波長λ１の光をコリメートレンズで平行光にし、４５°入射で結合フィルタを透過する。一方２本目ファイバから出射する波長λ２の光もコリメートレンズで平行光にし、上記結合フィルタに４５°入射で４５°反射する。この二波長の光を上記結合フィルタで合波し同光軸になる。合波された同光軸の二波長レーザービームを、更に集光レンズを用いて３本目のファイバに入力する。この様に三個のレンズと一枚の結合フィルタと三本のファイバで結合フィルタ型の二波長合波器を作れる。

また、Ｎ本（Ｎ≧３）ファイバ合波器の場合、二ファイバの合波器Ｎ−１個を予め用意する。先ずＮ＝１番目の二ファイバ合波器で１番目ファイバに伝送されているλ１波長の光と２番目ファイバに伝送されているλ２波長の光は、合波されて一本の出力側ファイバにまとめて出力される。次に、Ｎ＝２番目の二ファイバ合波器を用いて、この合波器入力側の１本目のファイバに１番目の二ファイバ合波器の出力側ファイバで伝送される合波されたλ１とλ２二波長の光を入力し、入力側の２本目のファイバに３番目のファイバで伝送される波長λ３の光を入力する。そしてこのＮ＝２番目の二ファイバ合波器の出力側ファイバに入力側のニファイバからの三波長λｎ（ｎ＝１，２，３）の光は、合波されて出力される。

この様に一つずつの合波器の追加により一つずつ合波される波長の追加で、最後のステップにＮ−１番目までに次々設けられる二ファイバの合波器を用いて、元々Ｎ本ファイバ中に伝送されるＮ波長λｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の光はＮ−１番目の二ファイバ合波器の出力側のファイバに合波して出力されることになり、Ｎ本ファイバの合波器はＮ−１個の二ファイバ合波器から構築される。

その他に、光通信に高密度波長分割多重方式（Dense Wavelength Division Multiplex： DWDM）の場合、合波される各光波間の波長の差は極めて微小なので、このような場合にＮ波長（Ｎ≧３）ファイバの合波器は、アレイ導波路グレーティング（AWG＝Array Wave-Guide Grating： AWG）から作る方法もある（例えば特許文献２参照）。

特開２００７−９４２７９号公報 特開２００５−２３４２４５号公報

上述の様な従来の技術で様々なマルチ波長ファイバ合波器を作れるが、光通信以外の応用、例えばレーザーを用いる医療機器、画像処理と表示装置、及び投射型テレビ等デバイスと装置に、この様な合波器を使用する際にそれぞれの問題点がある。

最近の医療機器、特に内視鏡と眼底カメラなど用途になる医療機器において、マルチ波長のレーザー光源を一つの装置に設けて、治療と診断の多用途に応じて選ばれる複数波長の光を同時に、或いは順序に同光軸で対象物に直接照射させる要求は多い。例えば、治療用の照射ビームの波長と、診断の為（例えば蛍光励起用）の照射ビームの波長は、各々異なるので、診断と治療などそれぞれ医療器具の機能に応じて、それぞれの診療段階に複数波長の照射光源を備える必要がある。

また、これらのマルチ波長の光で照射出来る応用機器に一般レーザーをファイバで伝送される場合は多い。特に内視鏡の様なデバイスでは、試料（医療の場合人体の内部器官等）までに光を届けるのは、一束のファイバだけで行い、又上述の様にマルチ波長のレーザーでの試料照射など多機能とするには、一本、或いは数本ファイバを一束とするバンドルファイバで多波長のレーザー光を同一光軸で照射出来るマルチ波長の合波器が、必要になる。

この様に、多用途に応じてマルチ波長に複数のレーザー光を一つの機器にまとめることが必要になり、それに伴って小型化と低ロスの多波長ファイバ合波器の開発は課題になる。更に、多目的の為に使われるレーザーの波長は、紫外から可視に亘り、更に赤外まで広い波長帯域になる傾向も有り、この様な広い帯域に使われるマルチ波長ファイバ合波器を作る際に、ＤＷＤＭの様な各光の間に波長の差が極めて小さい場合と比べ、製造方法と製造装置に対する要求は多くの違いがあるので、それらの問題に対する解決策も本発明が解決しようとする課題である。

尚、最近話題になっているレーザーテレビとレーザープロジェクタ等レーザーを用いる画像表示機器の場合、赤（Red：Ｒ）と緑（Green：Ｇ）と青（Blue：B）の様な光の三原色ＲＧＢを用いるレーザー光源も、低コストで高い転送効率且コンパクトなＲＧＢ三原色の合波器の製造方法も課題になる。また、レーザーで高画質高輝度に鮮明な映像を作るため、赤緑青の三原色以外に、黄色などのレーザーも導入する場合、四波長或いは五波長以上の光に高い効率の合波器を低コストで製造する等の課題もある。

上述によってそれぞれの目的に合わせてマルチ波長の合波器を製造するに当たって、従来の技術で解決出来ない課題は多い。先ず普通の波長分離フィルタを用いる場合、二ファイバの二波長合波器から多波長合波器を作れるが、二波長合波器の方は三枚のレンズと一枚のフィルタを含むため、合波器自体のサイズが大きくなり、構造的に複数の二ファイバ合波器を並べた多波長合波器の小型化ができない。前述ＡＷＧの方法で小型合波器を作れるが、光通信デバイスの様な相対的に狭い波長帯域ＤＷＤＭしか適用できず、ＲＧＢの様な可視光の広い波長帯域とその他もっとブロードバンドの波長帯域をカバー出来ない。

また、二本のファイバを直接溶着する方法で二対一のファイバ合波器を作る方法もあるが、その方法では、二本ファイバの合波器からＮ−１本（Ｎ≧４）ファイバの合波器を構築する際に、シングルモードファイバ等コア径の小さいファイバの場合、二本ファイバから一本ファイバへの合波器に波長毎に−３ｄＢ（損失＝５０％）以上のロスが基本的に存在する。そのため、その様な−３ｄＢ以上ロスを持つ二対一の合波器Ｎ−１個でＮ本ファイバの合波器を作る際に、２のＮ−１の指数倍でロスは急激に増加してしまう。

従って、以上に述べたフィルタ型とファイバ直接溶着型の二対一のファイバ合波器Ｎ−１個でＮ波長の合波器を構築する場合、設けられる複数の二対一のファイバ合波器の単体ロスから蓄積される大きな光学ロスは避けられないし、構造上の問題で小型化にも課題が残る。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、小型な構成により高い光効率の光合波を行い得るマルチ波長ファイバ合波器を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、空間的に独立した複数の光源からの光を一つの点光源からの光と等価な合波した光を出射し得るマルチ波長ファイバ合波器を提供することにある。

上記の目的を達成するため、第１の発明のマルチ波長ファイバ合波器は、Ｎ本（ただし、Ｎ≧４）のシングル横モード偏波保持ファイバのうち、Ｎ−１本が入力側ファイバで、残りの１本が出力側ファイバであり、一つの貫通穴内にＮ−１本の入力側ファイバ及び１本の出力側ファイバを、隣接するファイバの互いの側面を密接させ、かつ、Ｎ−１本の入力側ファイバの出射端面と１本の出力側ファイバの入射端面における偏波方向をそれぞれ揃えて束ねる一つのフェルールと、Ｎ−１本の入力側ファイバの出射端から出射された互いに波長が異なるＮ−１本の光のコリメートと、１本の出力側ファイバの入射端への入射光の集光とを共用して行う１枚のレンズと、レンズによりコリメートされたＮ−１本の光に対して、それぞれ互いに異なる所定波長を反射し他の波長を透過することにより波長分離し、Ｎ−１本の反射光をレンズにより集光させて１本の出力側ファイバの入射端へ入射するＮ−１枚の入射角０°の波長分離フィルタとを有し、Ｎ−１個のシングル横モード光源からの光をＮ−１本の入力側ファイバの各入射端に入射し、１本の出力側ファイバの出射端からＮ−１対１合波した光を出射することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明のマルチ波長ファイバ合波器は、それぞれ直径が約３.５μｍから約６μｍまでの範囲のコアと、コアの外側を覆う直径が１０μｍ程度のクラッドとからなる、可視光波長及び近赤外波長の帯域のシングル横モードに適用するＮ本（ただし、Ｎ≧３）のファイバと、Ｎ本のファイバのうち隣接するファイバの互いの側面を密接させ、かつ、Ｎ本のファイバの出射端面を揃えて束ねる一つのフェルールとを有し、Ｎ個の光源からＮ本のファイバの入射端にそれぞれ入射するＮ本の光ビームをＮ本のファイバの出射端からそれぞれ出射するときに、クラッドの厚みを薄くした構造とＮ本のファイバを密接して束ねた構造とにより、Ｎ本のファイバの出射端を一つの点光源からの光として見なせるＮ対１合波した光を出射することを特徴とする。

第１の発明では、Ｎ本のファイバを束ねるフェルールを設け、フェルールのファイバ端面に対してコリメートと集光の両機能を有するレンズを設け、更にＮ−１枚の波長分離フィルタを設け、この様な構成で広い波長帯域にＮ−１本の入力側ファイバからの光を合波して一本の出力側ファイバからＮ−１対１合波した光を出射するマルチ波長ファイバ合波器を作れる。

尚、第１の発明において、波長分離フィルタの波長分離特性が良ければ、つまり、各々の波長λｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ−１）を分離させる際にλｎに対する反射率Ｒ≧９９％及びその他波長の透過率Ｔ≧９９％の様な特性を有する事で、尚且つ合波される各々波長に対して、レンズの色収差はうまく抑えられれば、合波されるファイバの本数と関係なく全ての波長の合波によるロスは、−３ｄＢ（＝５０％）以下に抑えることができる。波長帯域が広くて非球面レンズの色収差を抑えきれない場合、波長分離フィルタのフラット光学面を球面にすることにより色収差の補正レンズになって、収差が大きい波長に対し光の結合効率は高く維持できる。

第１の発明では、Ｎ本目の出力側ファイバとＮ−１本の入力側ファイバをフェルールでまとめてバンドルされてピグテール状になり、またレンズと波長分離フィルタをフェルールのファイバ端面に一方の方向に並べる形になり、合波器そのものは部品として非常にコンパクト化になる上に、他の二方向以上にファイバを引く一般的なファイバ合波器と比べ、合波器を使用されるシステムに組込む際に必要なスペースも最小限まで圧縮される。第１の発明のマルチ波長ファイバ合波器を図４下の段の写真で示しているが、従来市販品と類が無いコンパクトと使い易い外形になっている。

第２の発明によれば、クラッドの厚みを薄くした構造とフェルールによるＮ本のファイバを密接して束ねた構造とにより、Ｎ本のファイバの出射端を一つの点光源からの光として見なせるＮ対１合波した光を出射することができるため、一つのフリースペースの点光源出力のファイバ合波器を作れる。なお、この点光源の出力は１個のレンズでコリメートされ、フリースペースに一本れ平行光ビーム出力にもなる。

また、第２の発明によれば、波長帯域に制限は無い上に、ファイバの本数（つまり合波される光の数）は増えてもコスト的に増えることはなく、また、Ｎ本のファイバを束ねているから本数は多く増えてもサイズは大きくならなく、光通信にある一本ファイバピグテールの様なコリメーターと同じ程度で非常に小型化の部品になる。第２の発明のマルチ波長ファイバ合波器であれば、量産コストは、非常に低いものなので、内視鏡のような医療機器、大型プロジェクタのような業務用製品と、レーザー投射型テレビのような市場性が大きいコンシューマ製品にも非常に魅力的である。

第２の発明によれば、元々波長の帯域に制限が無く、また、第１の発明では波長分離フィルタの広い帯域化及びレンズの色収差の補正により、第１の発明及び第２の発明のいずれも、紫外光波長域から可視光波長域、そして近赤外光波長域まで非常に広い波長帯域に適用できる。

波長分離フィルタを用いる複数ファイバから複数波長光の合波器の概念図である。上の段は、構成及び光路図で、下の段は、Ｎ本のファイバがバンドルされたフェルール端面を示す図面である。 フェルール出射端面にコア対コアの密接状態で横並びにバンドルされる複数波長の光を伝送する複数本ファイバ及び一つのコリメートレンズと構成される平行光ビーム出力合波器の概念図である。（Ａ）は、合波器の構成及び光路図で、（Ｂ）は、（Ａ）のフェルール出射端面のファイバの横並び状態を示す図面である。 コア対コアで高度密接際に平行光ビームのレンズ光軸に対する斜め出射角度の定量的な説明図である（Ｎ＝３の場合）。（Ａ）はフェルール端面にバンドルされた３本ファイバの横並び状況を示す図面で、（Ｂ）は、（Ａ）中のフェルールのＯ_１ −Ｏ方向に於ける断面図及び各部品の構成を含む光路図である。 ロングパスフィルタを用いてＲＧＢ三原色ファイバ合波器の説明図である（実施例１）。上の段は、Ｎ＝４本偏波保持ファイバをバンドルされたフェルール端面の写真で、４本ファイバの偏波方向は端面に揃っている；中間の段は、Ｎ−１＝３の三原色波長ＲＧＢ合波器の三次元実装図、下の段は、実装されたＲＧＢ合波器の実物写真である（金属ケース外径Φ１０ｍｍ程度）。 １９本のファイバ入力の平行光ビーム同光軸出力合波器のファイバをフェルールで束ねられた出射端面の写真である（実施例２）。 図５の合波器に出射ビームの同光軸性を示す２メートル先のビームプロファイラデータである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明のマルチ波長ファイバ合波器の第１の実施形態の構成及び光路図及びフェルール端面を示す。図１の上の段の構成及び光路図が示すように、本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器は、Ｎ本（Ｎ≧４）のファイバ１１−１〜１１−Ｎと、一つの貫通穴にファイバ１１−１〜１１−Ｎを互いの側面を密接させ、かつ、図１の下の段に示すようにそれらのファイバの出射側または入射側端面が揃うように束ねて固定する（バンドルする）フェルール１０１と、フェルール１０１のファイバ端面からの出射光のコリメートとファイバ端面への入射光の集光とを共用して行う１枚のレンズ１０２と、予め割り当てられた一波長の光のみ反射し、それ以外の波長の光は透過することにより波長分離し、反射光をレンズ１０２に入射するＮ−１枚の入射角０°の波長分離フィルタ１２−１〜１２−N-1とから構成される。

ファイバ１１−１〜１１−Ｎはシングル横モード偏波保持ファイバ（ＰＭＦ:Polarization Maintain Fiber）である。Ｎ−１本のファイバ１１−１〜１１−N-1が、互いに異なるＮ−１個の波長λn（ただし、ｎ＝1,2,・・・,N-1）の光が入射される入力側ファイバで、残りの１本のファイバ１１−Ｎがレンズ１０２からの反射光が入射されてフェルール１０１の外部へ出射する出力側ファイバである。また、入射角０°の波長分離フィルタ１２−１〜１２−N-1のうち、ｎ番目の波長分離フィルタ１２−ｎは入射角０°で入射する光に対し、波長λnを反射し、それ以外の波長を透過する特性である。本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器によれば、小型な構成により広い波長帯域のＮ−１個の波長λnの光をＮ−１本のファイバ１１−ｎ（ただし、ｎ＝1,2,・・・,N-1）に入射し、合波した光を１本のファイバ１１−Ｎから出力するマルチ波長ファイバ合波器を実現することができる。フェルール１０１は、ファイバ１１−１〜１１−N-1の出射端面と、ファイバ１１−Ｎの入射端面における偏波方向をそれぞれ揃えて、Ｎ本のファイバ１１−１〜１１−Ｎを束ねている。

次に、本実施形態の動作について説明する。
ファイバ１１−１〜１１−N-1を伝送した波長λnの光ビーム（具体的にはレーザー光）は、それぞれファイバ１１−１〜１１−N-1の出射側端面から出射されて、レンズ１０２でそれぞれ平行光ビーム１３−１〜１３−N-1にコリメートされる。このＮ−１本の平行光ビームのうち波長λ1の１番目光ビーム１３−１は、レンズ１０２透過後、１枚目の入射角０°の波長分離フィルタ１２−１で全反射されて逆方向進行の光ビーム１４−１になり、残りのＮ−２本の波長λ2〜λN-1の光ビーム１３−２〜１３−N-1は透過する。

反射された波長λ1の光ビーム１４−１は、再びレンズ１０２に入射し、レンズ１０２により集光点をフェルール１０１の端面におけるファイバ１１−Ｎのコアに合わせてファイバ１１−Ｎに入力される。ファイバ１１−Ｎは、本来レーザー光が伝送されてない唯一のファイバなので、この段階で先ず上記の手順で波長λ1の入射レーザー光がファイバ１１−１からファイバ１１−Ｎに転送されて、ファイバ１１−Ｎから出射されることになる。

一方、１枚目の波長分離フィルタ１２−１から透過されたＮ−２本の光ビーム１３−２〜１３−N-1は、それぞれ上記と同様にして、波長分離フィルタ１２−２〜１２−N-1により別々に全反射されて入射時と逆進行方向の光ビーム１４−２〜１４−N-1になり、レンズ１０２の集光でファイバ１１−Ｎに入力される。これにより、波長λ2〜λN-1の入射レーザー光はファイバ１１−２〜11-N-１からファイバ１１−Ｎに転送されて、１本のファイバ１１−Ｎの出射端面から出力されることになる。

本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器によれば、従来のフィルタ型と溶着型の二対一の合波器Ｎ個から作られたＮ−１（Ｎ≧４）合波器により合波される光に比べてロスが小さくできる。このことについて詳細に説明する。図１に示す本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器では、合波器の主な光学的なロスは、波長分離フィルタ１２−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の波長λｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を分離する際の透過ロス及び反射ロスと、レンズ１０２の色収差による入力側ファイバ出射光をコリメートする際の光学ロス及び、フィルタ反射で戻ってくる平行光の集光による入射用ファイバ１１−Ｎに光結合する際のロスである。

先ず、波長分離フィルタ１２−１〜１２−N-1にロングパスフィルタを使う場合のロスについて説明する。ｎ番目の波長分離フィルタ１２−ｎは、誘電体多層膜でコーティングされて、角０°で入射される光に対し、
波長λｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ−２）の反射率 Ｒ≧９９％
波長λｍ（ｍ＝ｎ＋１，・・・，Ｎ−１）の透過率 Ｔ≧９９％
になる。但し、Ｎ−１枚目の波長分離フィルタ１２−N-1だけは、波長λ _Ｎ−１ の最後の残り進行ビームに対し反射率Ｒ≧９９％の反射ミラーを使う。この様にλｎ≦λｎ＋１≦λｎ＋２・・・であって、入射角０°のロングパスフィルタを使う場合であれば、フィルタによる光学ロスは少なくなる。最近の光学コーティング技術で多層膜誘電体コートの場合、上述のコートの仕様はそれほど難しく無い。

次に、本実施形態におけるレンズ１０２でコリメートと集光する際に発生する光学ロスの対策について説明する。この光学ロスの主な要因はレンズ１０２の色収差である。つまり、λｎの各波長に対し、色収差によりレンズ１０２の焦点距離が異なるので、レンズ１０２を調芯して位置決めする際に合せられた中心波長によって、この種合波器に関わる各々波長の光に対し、ファイバから出射する光のコリメートの状況と、波長分離フィルタの反射で戻ってくる際のファイバ１１−Ｎへの集光状況は、各々異なる。それにより、レンズ１０２の焦点距離に合わせられた中心波長からの波長のズレ具合によって、合波器の各波長の光の結合効率の差は大きくなる。合波器に関わる各波長の帯域はそれほど広くなければ、色収差が少ない非球面レンズで、各波長の結合際の光学ロスを克服できる。しかし、波長の帯域が非常に広い場合に一枚の非球面レンズで関わる全ての波長の光の色収差をバランス良く補正し切れない。この様な場合、合わせられた中心波長から遠く離れた一部の波長λｎの光に対し、それらの波長分離フィルタを本来の両面研磨平−平ガラス基板から、それぞれ適当な曲率を持つ平−凸か平−凹面鏡の様なレンズにし、各々波長に対し、既に設けられた非球面レンズとの組合せにより、複合レンズの効果で収差（特に色収差）を補正出来る。

更に、本実施形態によれば、レーザー応用機器の小型化と低コスト化の要求に伴って合波器の小型化と低コスト化の課題を解決できる。従来型の多波長ファイバ合波器と比べ、図１に示した本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器の構造は、極めてコンパクトになっている事は明白である。この様に構造的に簡単化と伴う光学部品の点数を減ることと、組立ての簡素化により製造時のコストダウンが出来る。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は、本発明のマルチ波長ファイバ合波器の第２の実施形態の構成及び光路図及びフェルール端面を示す。図２（Ａ）の構成及び光路図と同図（Ｂ）のフェルールの出射端面の図が示すように、本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器は、それぞれ直径が約３.５μｍから約６μｍまでの範囲のコアと、コアの外側を覆う直径が１０μｍ程度のクラッドとからなる、可視光波長及び近赤外波長の帯域のシングル横モードに適用するＮ本（ただし、Ｎ≧３）のファイバ２１−１〜２１−Ｎと、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎのうち隣接するファイバの互いの側面を密接させ、かつ、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎの出射端面を揃えて束ねる一つのフェルール２０１を有する。

次に、本実施形態の動作について説明する。
図２において、Ｎ本の波長λｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のレーザー光は、Ｎ本のファイバ２１−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を設けて伝送される。フェルール２０１は、図２（Ｂ）に示すように、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎのうち隣接するファイバの互いの側面を密接させ、かつ、Ｎ本のファイバの出射端面を揃えて束ねる。フェルール２０１の端面に焦点を合わせてコリメートレンズ２０２を設けると、Ｎ本のファイバ２１−ｎから出射されるＮ本のレーザービーム２２−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、全て平行光になる。このＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎはフェルール２０１の端面に横並びにしてレンズ２０２の焦点所在の平面に置いているので、コリメートされたＮ本の平行光ビーム２２−ｎ各々の光軸は、レンズ２０２の光軸ｏｏ’に対し若干ずれて、それぞれ斜め角度αｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）になっている。但し、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎはバンドルされる際に密接な状態になるほど、つまり、レンズ２０２の焦点所在の平面にファイバ２１−１〜２１−Ｎのコアとコア間に横並びの間隔が短くなるほど、コリメートされるＮ本の平行光レーザービームの持っている各々の光軸は、レンズ光軸ｏｏ’に対しずれ角αnが小さくなる。つまり、フェルール２０１出射端面にこのＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎの横並びは極端な密接状態になるほど、コリメートされた各々ファイバから出射される平行光ビームの光軸は揃ってくる傾向がある。

一般に、ファイバ２１−１〜２１−Ｎのフェルール２０１の端面におけるお互いの間隔が極端に縮まると、レンズ２０２でコリメートされるＮ本の平行光ビーム２２−１〜２２−Ｎは、レンズ光軸ｏｏ’に対し各々持つずれ角αnは、無視できるほどまでに極端に小さくなる。つまり、すべてのずれ角αn（ｎ＝1,2,・・・,N）は、レーザービーム本体の固有の拡がり角より小さいか、あるいは等しくなる。このＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎから出射されるＮ本のコリメートされた平行光ビーム２２−１〜２２−Ｎは、レンズ２０２と同一光軸ｏｏ’出力の一つの平行光ビームと見られる。この様な方法でＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎで伝送されるＮ本の波長が異なるレーザー光は、同じ光軸ｏｏ’に沿って伝搬される一つのフリースペース平行光ビームになっている。

すなわち、フェルール２０１を用いてバンドルされるＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎは、例えば可視光波長帯域にシングル横モードのものであれば、コア径は数μｍのサイズになり、フェルール２０１の端面に“ファイバは極端な密接状態に並び”と言う意味について、ファイバはコア対コアで密接して並び、隣接される二本のファイバの間隔、つまり二者のコアとコア円心間の距離は、一つのシングル横モードファイバコア径の様な数μｍの距離まで縮まる。この場合には、レンズ２０２でコリメートされた後のＮ本の平行光ビームビーム２２−１〜２２−Ｎのお互いの同軸性は極めて高いと予想出来る。これにより、本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器は、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎの出射端を一つの発光点に縮めた一つの点光源からの光として見なせるＮ対１合波した光を出射する。

ところで、第１の実施形態のマルチ波長ファイバ合波器によれば、出射用ファイバ１１−Ｎが、入射されたＮ−１個の波長λnのレーザ光の波長帯域が広くても、その波長帯域を伝送できる許容帯域内であれば、紫外光波長域から可視光波長域、更には近赤外光波長域まで、ブロードバンドの波長帯域に対応できる。なお、波長分離フィルタ１２−１〜１２−N-1は広い波長帯域に対応できる。すなわち、波長分離フィルタ１２−１〜１２−N-1は波長λn（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の帯域は広くなっても、ロングパスフィルタの場合にλ1＜λ2＜・・・＜λN-2＜λN-1、ショートパスフィルタの場合にλ1＞λ2＞・・・＞λN-2＞λN-1の順にして、誘電体多層膜コーティングであれば、各々波長の光に対し要求される高い透過率或いは高い反射率を得られる。この二種類フィルタを波長分離フィルタに用いることで効率良く（つまりロスが少ない）、紫外光波長域から近赤外光波長域までの幅広い波長帯域に数多い本数のファイバから数多い波長相違の光を分離出来る。

しかしながら、シングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）と偏波保持ファイバ（Polarization Maintained Fiber：ＰＭＦ）の場合、伝送される単一横モードの光波のモードフィールドサイズは、波長と関連されるので、ファイバにて伝送される波長の帯域幅は、一般に２００ｎｍ程度しかない。つまり、第１の実施形態のマルチ波長ファイバ合成器では、１本の入射用ファイバ１１−Ｎに入射するＮ−１本の出射用ファイバ１１−１〜１１−N-1からの波長λｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の光の全体にわたる波長の帯域幅に対し物理的に制限があるため、結果的に合波器の許容される最も広い波長範囲は、入射用ファイバ１１−Ｎで伝送可能な光の波長帯域幅である。

前述の様にそれぞれのレーザー応用機器に同光軸での合波が要求されるマルチレーザーは、紫外光波長域から近赤外光波長域まで波長の帯域が広くて、ＳＭＦやＰＭＦで伝送が許容出来る波長帯域幅２００ｎｓを遥かに超える（例えば紫色光波長の４０５ｎｍから赤色光波長６９０ｎｍまでの可視光波長帯域は３００ｎｍ近くなる）。つまり、波長の帯域幅に制限があるＳＭＦやＰＭＦを用いて合波する第１の実施形態のマルチ波長ファイバ合波器では、対応し切れない波長域の光がある。

これに対し、図２に示す第２の実施形態のマルチ波長ファイバ合波器は、上記の問題を解決することができる。すなわち、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎにより伝送される波長が異なるＮ本の光は、ファイバから出射後にレンズ２０２でコリメートされてフリースペースに平行光で同光軸に出力する様に合波されるので、ファイバとフィルタなどの様な波長帯域に対し制限があるものは光路中に入ってないからである。つまり、第２の実施形態のマルチ波長ファイバ合波器では、合波しようとする波長の本数と波長の帯域に制限される要因は殆どない。

但し、本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器では合波器となる条件がある。すなわち、本実施形態では、１つのフェルール２０３によりＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎを、互いの側面を密接し、かつ、出射端面を揃えて束ねると説明したが、具体的にこの構成とするためには、いくつかの問題をクリアする必要がある。

先ず、どの程度の密接状態で並ばせると各々ファイバから出射される光が１枚のレンズ２０２でコリメートされる際に各波長のビームは、多波長の成分を含みながら同一な光軸の一つ平行光ビームと見られるかという問題がある。つまり、コリメートされたファイバ２１−１〜２１−ＮからのＮ本ビームの間にお互いに光軸のズレが無く、Ｎ個の波長を含む一つの平行光ビームと見なせる条件を明らかにする必要がある。

次に、実際に組立て時にバンドルされたＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎのフェルール端面において各々ファイバとファイバの間にどの程度まで密接出来るか、つまり隣接のファイバを極限までに密接される定量的な根拠を明らかにする必要がある。

更に、フェルール２０１の端面にマルチファイバを横並ばせる際に、隣接されるファイバの間に距離を極限までに近づけてバンドルされる方法を見つけなければならない。

そこで、これら一連課題の解決に関し、以下にＮ＝３、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）とＢ（青）、所謂ＲＧＢ三原色合波器を例にして詳細に説明する。

先ず、青色光波長４４０ｎｍ、緑色光波長５３２ｎｍ及び赤色光波長６４０ｎｍのＲＧＢ三波長の帯域に使える製品番号４６０ＨＰのＮｕｆｅｒｎ社シングルモードファイバＳＭＦを試算してみる。ファイバのコア径Φは約３.５μｍである。

ここに先ずこの種のＳＭＦをコア径対コア径まで図３の様に“完全密接”させられると仮定すると、図３（Ａ）に示すＲ用、Ｇ用、及びＢ用の計三本のファイバ３１１、３１２及び３１３のフェルール端面における各コア径間の距離Ｄｉｊ（ｉ＝１，２，３； ｊ＝２，３，１）はファイバのコア径ΦＦと等しくなり、次式が成立する。
Ｄ１２＝Ｄ２３＝Ｄ３１＝ΦＦ
三本のファイバから出射されるＲＧＢ三色のレーザービームは、コリメートレンズ（図３（Ｂ）の３０２）でコリメートされた時、各二平行光ビーム間を挟む角度β＝β１２＝β２３＝β３１になる。また、次式
β＝ａｒｃ ｔａｎ（ΦＦ／Ｆ）
が成立するので、コリメートレンズ３０２の焦点距離Ｆ＝１０ｍｍ、ファイバコア径ΦＦ＝３.５μｍの場合、β＝０.３５ｍｒａｄになる。

一方、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す様にフェルール端面にコリメートレンズ３０２の焦点ＯとバンドルされたＲＧＢ三本のファイバの質量中心（図３中に同じＯと表記）とを合わせることを前提とすると、三本のファイバ各自のコア径中心Ｏｉ（ｉ＝１，２，３）からレンズ焦点Ｏまでの直線距離Ｄｉ（ｉ＝１，２，３）は皆等しくなり、つまりＤ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄになっている。これにより、ＲＧＢ三本のファイバからそれぞれ出射された光軸Ｏ _１ｉ （ｉ＝１，２，３）を有するビーム３２ｉ−１（ｉ＝１，２，３）は、焦点距離Ｆのコリメートレンズ３０２を通過しコリメートされて、各々光軸Ｏ’ _１ｉ （ｉ＝１，２，３）を有する平行光ビーム３２ｉ−２（ｉ＝１，２，３）になる。なお、図３（Ｂ）では図示の便宜上、一本のファイバ３１１から出射された光軸Ｏ _１１ のビーム３２１−１と、それをコリメートレンズ３０２でコリメートして得た光軸Ｏ’ _１１ の平行光ビーム３２１−２のみを示している。

各々光軸Ｏ’_１ｉ（ｉ＝１，２，３）を有する平行光ビーム３２ｉ−２は、コリメートレンズ３０２の光軸ＯＯ’と角度αｉ（ｉ＝１，２，３）を持って斜めに出射する。コリメートレンズ３０２の光軸に対する各平行光ビーム３２ｉ−２のずれ角αｉは次式で示すように互いに等しい。
α＝α１＝α２＝α３＝ａｒｃ ｔａｎ（Ｄ／Ｆ）
ファイバ３１１、３１２、３１３の各コア径ΦＦ＝３.５μｍと、又図３（Ａ）、（Ｂ）に示す配置と上述Ｄの定義から、
Ｄ＝２÷３×cos（３０°）×ΦＦ＝２（μｍ）
となる。更に上述と同じ試算でコリメートレンズ３０２の焦点距離Ｆ＝１０ｍｍならば、コリメートレンズ３０２の光軸に対する各平行光ビーム３２ｉ−２のずれ角αｉ（＝α）は
α＝ａｒｃ ｔａｎ（Ｄ／Ｆ）＝０.２（ｍｒａｄ）
となる。

尚、三本のファイバ３１１、３１２及び３１３がシングル横モードファイバの場合、ＲＧＢ三原色の中間波長５３２ｎｍでコア径Φ３.５μｍとＮＡ＝０.１２とから、大よそビーム質（エムスクエア）Ｍ^２＝１.２４になり、コリメートメンズ３０２が焦点距離Ｆ＝１０ｍｍで、収差が少ないレンズの場合、コリメートされるビーム径Φは２.４ｍｍで、それによりこのビームの固有拡がり角θは０.３５ｍｒａｄになる。

以上の分析により、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す構成でＲＧＢ三波長ファイバをフェルール端面に“完全密接”状態になる条件で、出力されたＲＧＢ三波長の平行光ビームは、
各ビームのレンズ光軸に対するずれ角 α＝０.２（ｍｒａｄ）
各ビーム間の挟む角度 β＝０.３５（ｍｒａｄ）
各ビームの物理的な固有拡がり角 θ＝０.３５（ｍｒａｄ）
になっており、各ファイバのフェルール出射端面におけるレンズ焦点Ｏからの位置ズレによる出力ビームのズレ角αとβは、物理的にシングル横モードビームの固有拡がり角θとほぼ同じ数値になり、無視できるほど最小限界に達するものになっている。
以上の諸角度に関して、例として、１番目とＮ番目の両ビームの挟む角度β _1-N （＝α1＋αN）を図２（Ａ）に示す。また、レンズ３０２から出射の１番目の平行光ビーム３２１−２の拡がり各θ ₁ を図３（Ｂ）に示す。

つまり、図３の様な構成と配置関係で構築されるファイバ光学系で、出力されるＲＧＢ三波長のレーザービームは、コリメートレンズの光軸に沿って同光軸で伝播する一つの平行光（但しＲＧＢ三波長のレーザー光成分が含まれている）になっているので、この光学系は、三本ファイバからのＲＧＢレーザービームの合波器になる。この様に、バンドルされる三本のファイバに対し上述の様な一定的な条件を満たすことであれば、マルチ波長ファイバ合波器であることを原理的に論証された。但し、最後に残った課題は、いかに図３の様にフェルールの端面にＮ本のファイバをコア径と同等なサイズまでに距離を接近させて、“密接”の状態でバンドル出来るかである。この課題解決方法について以下説明する。

先ず、シングルモードファイバは、単一横モード（一般ガウシャンモードでＴＥＭ_００モードと呼ぶ）の電磁波を伝送出来る構造になっている。また、市販の標準品のシングルモードファイバは、円柱状のクラッド層の中心軸に同軸の円柱状のコアが存在する構造になっている。製造上の都合で一般、開口数ＮＡが約０.１程度のファイバに対しコア径は、ＴＥＭ_００モードフィールドサイズに見合う様に数μｍであり、クラッド層の径Φは１２５μｍである。クラッド層を剥離しなければ、フェルール端面に各々ファイバをコア対コアで密接させることは出来ない。

ここでクラッド層を部分剥離し、クラッド径を細くする考えもある。つまり、ファイバのクラッド径を細くするほど、バンドルされるファイバの間の距離は縮まる。クラッド径を細くする方法の一つは、化学薬品で腐蝕することである。この方法では、ファイバ先端部のクラッド径を最小１０μｍ程度まで細くできる。しかし、クラッド径Φが１０μｍほど細く腐蝕されたファイバ先端部の強度は非常に弱くて、数本を束ねてフェルール端面に密接してバンドルする事はかなり難しくなり、出来ないことも有り得る。

一方、数μｍの直径のファイバをたくさん密接的に並んで束ねて作るイメージングファイバアレイの技術が、近年開発されている（例えば、特開２００８−２３３５４０号公報参照）。このイメージングファイバは、数μｍ径のファイバを画像素子の様に出射と入射面に規則正しく並ばせて、二次元面分布のアレイ状である。現時点でイメージングファイバアレイは、主に医用と工業用内視鏡等に応用されている。このイメージングファイバアレイは、数千本或いは数万本のファイバがバンドルされて作られて、目視不能の場所から鮮明な映像を光で転送出来る。この様な数千本から数万本の細いファイバから構成されるイメージングファイバアレイは、出射、或いは入射の端面で見ると、面分布最小限界のハニカム形状にコア対コアの状態で非常に密接的に並び、一本一本のファイバエリメントの径は約数μｍと極めて細い。この技術で、数μｍから数十μｍ径の細いファイバの数本から数十本まで出射端面に密接の状態で並んで束ねるバンドルファイバを作れる。そこで、第２の実施形態のマルチ波長ファイバ合波器では、この技術を用いて出射端面にファイバの間に数μｍまでの接近距離で密接な状態に横並ぶバンドルファイバを用いて、数本から数十本までの平行光出力ファイバ合波器を作る。

本実施形態によれば、Ｎ個の光源からＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎの入射端にそれぞれ入射するＮ本の光ビームをＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎの出射端からそれぞれ出射するときに、クラッドの厚みを薄くした構造とＮ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎを密接して束ねた構造とにより、Ｎ本のファイバ２１−１〜２１−Ｎの出射端を一つの点光源からの光として見なせるＮ対１合波した光を出射することができる。これにより、本実施形態によれば、波長帯域に制限は無い上に、ファイバの本数（つまり合波される光の数）は増えてもコスト的に増えることはなく、また、Ｎ本のファイバを束ねているから本数は多く増えてもサイズは大きくならなく、光通信にある一本ファイバピグテールの様なコリメーターと同じ程度で非常に小型化の部品になる。更に、本実施形態のマルチ波長ファイバ合波器によれば、簡単な構造であるので光学部品の点数が減ることと、組み立ての簡素化により量産コストを大幅に低減できるので、内視鏡のような医療機器、大型プロジェクタのような業務用製品と、レーザー投射型テレビのような市場性が大きいコンシューマ製品にも非常に魅力的である。

次に、実施例について説明する。実施例１は、請求項１に記載の第１の発明のマルチ波長ファイバ合波器を用いた実施例で、赤色光波長６３８ｎｍ、緑色光波長５３２ｎｍ、及び青色光波長４６０ｎｍのＲＧＢ三色合波器の例である。

使われているファイバは、規格ＨＢ４５０型クラッド径Φ１２５μｍの偏波保持型ファイバ（ＰＭＦ）で、図４上の段に示す写真１によると、フェルールの研磨面に、４本のファイバを２５０μｍの正方形穴に対称で並んで、偏波方向もそろっている。すなわち、図４の上の段の写真は４本のＰＭＦが、互いの側面が密接するようにフェルールに束ねられて端面が揃えられていることを示している。

図４の中間の段の三次元実装図が示すフィルタはゼル度入射ロングパス型に使われている。各波長に対し
１枚目（図中４２-１） 反射率Ｒ≧９９％： 波長帯域λ１＝４４０ｎｍ〜４６５ｎｍ
透過率Ｔ≧９８％： 波長帯域λ２＆λ３≧５３０ｎｍ
２枚目（図中４２-２） 反射率Ｒ≧９９％： 波長帯域λ２＝５１０ｎｍ〜５３５ｎｍ
透過率Ｔ≧９７％： 波長帯域λ３≧６３２ｎｍ
３枚目（図中４２-３）：反射率Ｒ≧９９％： 波長帯域λ３＝６２０ｎｍ〜６８０ｎｍ
その上、レンズ４０２は、Ｆ＝２ｍｍ、ＮＡ＝０．６の非球面のものが使われている。
実装に、ガラス部品レンズ４０２、フィルタ及びフェルール４０１と図示しない各自の金属マウントの間に接着剤を使って固定しているが、光路を調芯して上記の諸光学部品とメインの金属マウント４０３間の固定は、レーザースポット溶接である。レンズ４０２の色収差が存在する事を判明したが、実装際にレンズ４０２の焦点位置を緑色に合わせている。この様に作られた合波器は、４本目の出力ファイバに、赤６４０ｎｍ波長に約５１％、緑５３２ｎｍ波長に約６９％、及び青４６０ｎｍ波長に約５４％の転送効率になっている。赤波長に対しＨＢ４５０の損失が若干大きいのは、転送効率低下の一つ要因と見られる。結果的に第１の実施形態の方法でＲＧＢ三色偏波保持ファイバ合波器の場合、各波長に対し光学転送ロスは３ｄＢ以下に、尚出力各波長の消光比は−１３ｄＢ以下（つまり直線偏波性を維持され）になっている。

図４中間の段に示されているのは、部品実装の三次元図面である。本製作品の外形について、図中の金属マウント４０３のサイズは、Φ６径に長さ１２ｍｍになり、非常にコンパクトのものになる。本ＲＧＢ合波器試作品の実物写真は図４下の段に示されている。

実施例２は、請求項２に記載の第２の発明のマルチ波長ファイバ合波器を用いた実施例で、イメージングファイバ技術を用い、Ｎ本のファイバからＮ波長のレーザービームを一つの平行光ビーム（Ｎ波長の光成分が含まれている）に出力させる合波器の試作例である。

先ず図５に示すものは、研磨されたフェルールにより束ねられている開口数ＮＡ〜０.３、コア径Φ〜６μｍのファイバ１９本の出射端面の写真である。これにベースしてＦ＝２０ｍｍ焦点距離のコリメートレンズを付けてＮ＝１９本ファイバの合波器を試作した。この合波器は、可視光波長から近赤外波長までの波長が異なる光を１９本まで伝送出来る１９本ファイバを有するが、とりあえずそのうち４本のファイバに、青色光波長（Ｂ波長）４４５ｎｍ、緑色光波長（Ｇ波長）５３２ｎｍと赤色光波長（Ｒ波長）６３８ｎｍの可視光波長帯域、更に近赤外波長８０８ｎｍの四波長レーザー光を入れて合波してみた。この合波器から出た４本の平行光ビームの互いの光軸のずれは、約０.５ｍｒａｄ以下になりほぼ同光軸で出射されている。出力されたその４本の平行光ビームの光軸同一性を示す根拠は、図６のビームプロファイルのデータである。図６に示すように合波器出射口から２メートル先にビーム中に含まれるＲ、Ｇ、ＢとＩＲの４波長成分の各自ビーム中心位置の分布は、半径が０.５ｍｍの円内に入っており、このことから４本の平行光ビームの光軸がほぼ同光軸であることがわかる。

この様に試作された本数１９までのファイバから伝送されるビームをレンズで全て平行光にコリメートしてほぼ同光軸に出力する本実施例の合波器は、これから開発と技術の進展次第で低コストで非常に高い性能を持つ製品として、期待出来る。コリメートレンズを除いて、ファイバをバンドルしたフェルール部分の合波器の外形サイズは、Φ５ｍｍの径に長さ１０ｍｍのもので、非常に小型化されている。

第１の発明の三波長ファイバ合波器（図４）は、ＲＧＢ三原色の波長をメイン光源とする投射型テレビ等へ応用できる。従来技術の製品と比べ、−３ｄＢ以下の非常に低い光学ロス、又低コスト且つコンパクトなサイズ、更に構造上に使い便利性など極めて優れた特性を持っているので、コンシューマ市場に投入出来るレーザープロジェクタの様な製品のキー部品として期待出来る。尚、直線偏波を維持できる偏波保持ファイバでＲＧＢ三原色の光を伝送出来るので、これから最新技術の立体感持つ３Ｄ映像を映せる投射型テレビへの応用も期待される。

図５の様なイメ−ジングファイバの技術から作られる第２の発明に基づく合波器は、波長帯域の制限が殆ど無く今まで類が無い可視光波長から近赤外波長までの広い波長帯域の光に全て適用可能であり、眼底カメラと内視鏡等にレーザーを用いる診断から治療用の医療機器等に、これから多い応用製品への展開に大変期待出来る。また、第１及び第２の発明は、ビームスキャン方式での応用機器、例えば、レーザーでの表示と標識機器、測定器と医療機にも応用出来る。

図１に関する符号：
１０１ 複数ファイバをバンドルされるフェルール
１０２ ファイバ出射ビームコリメート用、且つ
ファイバ入射ビーム集光用レンズ（焦点距離＝Ｆ）
１１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ−１）入力側の複数のファイバ
１１−Ｎ 出力側のファイバ
１２−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ−１）第ｎ枚目波長分離用ゼロ度入射フィルタ
波長λｎの光に対し全反射（Ｒ≧９９％）
波長λｍ（ｍ＞ｎ）の光に対し透過（Ｔ≧９９％）
１３−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ−１）複数Ｎ−１本ファイバからの出射平行光ビーム
１４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ−１）第ｎ枚目フィルタから反射で逆方向に戻る波長λｎの平行光ビーム、レンズ１０１の集光で１１−Ｎ番目入力ファイバへ向かって入力される
Ｏ→Ｏ’ レンズ１０１の光軸、図中にレンズの焦点Ｏは、複数Ｎ本ファイバの出射端面における質量中心点に合わせられていると仮想
図２に関する符号：
２０１ 複数Ｎ本ファイバをバンドルされるフェルール
２０２ 焦点距離Ｆのコリメートレンズ
２１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ） 複数Ｎ本ファイバ（ｎ番目波長λｎビームの入力側）
２２−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ） レンズ２０２でコリメートされた複数Ｎ本ファイバからの出射平行光ビーム
Ｏ→Ｏ’ レンズ２０１の光軸、図中にレンズの焦点Ｏは、複数Ｎ本ファイバの出射端面における質量中心点に合わせられていると仮想
αｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ） レンズ光軸Ｏ→Ｏ’に対して、ｎ本目ファイバから波長λｎの平行光ビーム２２−ｎの斜め出射角度
図３に関する符号：
３０１ ３本入射ファイバをバンドルされるフェルール
３０２ 焦点距離Ｆのコリメートレンズ
３１ｎ（ｎ＝１，２，３） 出射端面におけるｎ本目ファイバ（見えているのは、ファイバのコア部分のみ）
３２１−１ １本目ファイバから出射されるビーム
３２１−２ レンズ３０２でコリメートされた１本目平行光ビーム
Φ３１ｎ（ｎ＝１，２，３） ｎ本目ファイバコア径（ΦF＝Φ311＝Φ312＝Φ313）
Ｄij（ｉ＝１，２，３；ｊ＝２，３，１） ｉとｊ本目ファイバのコア中心間の距離三者は、お互い等間隔Ｄ１２＝Ｄ２３＝Ｄ３１＝Ｄ
Ｏ−Ｏ’ レンズ３０１の光軸
Ｏ レンズ３０１の焦点位置で、３本のファイバの端面における質量中心
Ｏ_１ｉ −Ｏ_１ｉ’（ｉ＝１，２，３） レンズコリメート後ｉ番目平行光ビームの光軸
α１ レンズ光軸Ｏ→Ｏ’に対して、１本目ファイバ出射波長λ１の平行光ビーム３２１−２の斜め出射角度
図４に関する符号：
４０１ Ｎ＝４本ファイバをバンドルされるフェルール
４０２ 入力側ファイバからビームのコリメート且つ出力側ファイバへ結合際に集光の両用レンズ（焦点距離＝Ｆ）
４０３ 合波器諸光学部品を固定するメインの金属マウント
４１−ｎ（ｎ＝１，２，３） 入力側ＲＧＢ三波長光を別々に伝送されるファイバ
４１−４ 出力側ＲＧＢ三波長光をまとめて伝送されるファイバ
４２−ｎ（ｎ＝１，２） ｎ枚目ゼロ度入射波長分離用フィルタ、波長λｎに全反射（Ｒ≧99%）、λｍ（ｍ＞ｎ）に透過（Ｔ≧99%）
４２−３ ３枚目ゼロ度入射波長λ３の光を全反射するミラー

Claims (2)

1. Ｎ本（ただし、Ｎ≧４）のシングル横モード偏波保持ファイバのうち、Ｎ−１本が入力側ファイバで、残りの１本が出力側ファイバであり、
   一つの貫通穴内に前記Ｎ−１本の入力側ファイバ及び前記１本の出力側ファイバを、隣接するファイバの互いの側面を密接させ、かつ、前記Ｎ−１本の入力側ファイバの出射端面と前記１本の出力側ファイバの入射端面における偏波方向をそれぞれ揃えて束ねる一つのフェルールと、
   前記Ｎ−１本の入力側ファイバの出射端から出射された互いに波長が異なるＮ−１本の光のコリメートと、前記１本の出力側ファイバの入射端への入射光の集光とを共用して行う１枚のレンズと、
   前記レンズによりコリメートされた前記Ｎ−１本の光に対して、それぞれ互いに異なる所定波長を反射し他の波長を透過することにより波長分離し、Ｎ−１本の反射光を前記レンズにより集光させて前記１本の出力側ファイバの入射端へ入射するＮ−１枚の入射角０°の波長分離フィルタとを有し、
   Ｎ−１個のシングル横モード光源からの光を前記Ｎ−１本の入力側ファイバの各入射端に入射し、前記１本の出力側ファイバの出射端からＮ−１対１合波した光を出射することを特徴とするマルチ波長ファイバ合波器。
2. それぞれ直径が約３.５μｍから約６μｍまでの範囲のコアと、前記コアの外側を覆う直径が１０μｍ程度のクラッドとからなる、可視光波長及び近赤外波長の帯域のシングル横モードに適用するＮ本（ただし、Ｎ≧３）のファイバと、
   前記Ｎ本のファイバのうち隣接するファイバの互いの側面を密接させ、かつ、前記Ｎ本のファイバの出射端面を揃えて束ねる一つのフェルールとを有し、
   Ｎ個の光源から前記Ｎ本のファイバの入射端にそれぞれ入射するＮ本の光ビームを前記Ｎ本のファイバの出射端からそれぞれ出射するときに、前記クラッドの厚みを薄くした構造と前記Ｎ本のファイバを密接して束ねた構造とにより、前記Ｎ本のファイバの出射端を一つの点光源からの光として見なせるＮ対１合波した光を出射することを特徴とするマルチ波長ファイバ合波器。