JP6429921B2 - 光分岐モジュール - Google Patents

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Description

本開示は、光分岐モジュールに関する。
光を分岐又は結合するための光カプラが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の光カプラは、光ファイバを溶融延伸して光結合部を形成する。また、光カプラとしては、石英導波路を用いたものがある。
ファイバ及び石英導波路のどちらも、入力光ファイバと出力光ファイバが同一線上のスルー方向に配置される。このため、光カプラの前後に配置されるモジュールと光カプラを直線上に配置する必要があった。
特開２００７−１２１４７８号公報
光モジュールの小型化が進み、パッケージ内への光カプラ及び各種モジュールの効率的な配置が望まれている。そこで、本開示は、光カプラによる配置の制限を緩和することを目的とする。
本開示に係る光分岐モジュールは、
光を透過するガラスブロックと、
前記ガラスブロックの一端に配置され、入力する光に対して４分の１周期の長さの入出力用屈折率分布型レンズと、
前記ガラスブロックの一端に配置され、入力する光に対して４分の１周期の長さの出力用屈折率分布型レンズと、
前記入出力用屈折率分布型レンズの他端と前記ガラスブロックの一端の間に配置され、光を一定割合で透過、反射するビームスプリッタ膜と、
前記ガラスブロックの他端に配置され、光を反射するミラー膜と、
前記入出力用屈折率分布型レンズの一端に接続され、前記入出力用屈折率分布型レンズに入力光を入力する入力用光ファイバと、
前記入出力用屈折率分布型レンズの一端で、前記入力用光ファイバからの入力光が、前記ビームスプリッタ膜で反射された後、収束する位置に接続され、反射された光を第１の出力光として取り出す第１の出力用光ファイバと、
前記出力用屈折率分布型レンズの一端で、前記ビームスプリッタ膜を透過した光が、前記ガラスブロックを透過し、前記ミラー膜で反射され、再び前記ガラスブロックを透過し、前記出力用屈折率分布型レンズの他端から入力した後、収束する位置に接続され、入力した光を第２の出力光として取り出す第２の出力用光ファイバと、
を備える。
本開示によれば、光カプラによる配置の制限を緩和するため、パッケージ内への各種モジュールの効率的な配置を可能にすることができる。
実施形態１に係る光分岐モジュールの構成例である。 第１の出力用光ファイバ上での断面の一例である。 第２の出力用光ファイバ上での断面の一例である。 ３以上の分岐数への適用例である。 実施形態２に係る光分岐モジュールの構成例である。 実施形態３に係る光分岐モジュールの第１の構成例である。 実施形態３に係る光分岐モジュールの第２の構成例である。 実施形態４に係る光分岐モジュールの第１の構成例である。 実施形態４に係る光分岐モジュールの第２の構成例である。 実施形態５に係る光分岐モジュールの構成例である。 実施形態６に係る光分岐モジュールの構成例である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（基本構成）
図１に、光分岐モジュールの構成例を示す。光分岐モジュールは、ガラスブロック１０と、入出力用屈折率分布型レンズとして機能するＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）レンズ２０と、出力用屈折率分布型レンズとして機能するＧＩレンズ３０と、ビームスプリッタ膜４０と、ミラー膜５０と、入力用光ファイバとして機能する光ファイバ６０と、第１の出力用光ファイバとして機能する光ファイバ７１と、第２の出力用光ファイバとして機能する光ファイバ７２と、を備える。
光ファイバ６０、７１及び７２の光ファイバ群が、ガラスブロック１０の端面１１側に配置されている。具体的には、ＧＩレンズ２０はガラスブロック１０の一端に位置する端面１１に配置されている。ＧＩレンズ３０は、ガラスブロック１０の一端に位置する端面１１に配置されている。ビームスプリッタ膜４０は、ＧＩレンズ２０の他端に位置する端面２２とガラスブロック１０の一端に位置する端面１１の間に配置されている。ミラー膜５０は、ガラスブロック１０の他端に位置する端面１２に配置されている。光ファイバ６０は、ＧＩレンズ２０の一端に位置する端面２１に接続されている。光ファイバ７１は、ＧＩレンズ２０の一端に位置する端面２１に接続されている。光ファイバ７２は、ＧＩレンズ３０の一端に位置する端面３１に接続されている。
図２及び図３に、それぞれ、光ファイバ７１及び７２上での断面の一例を示す。光ファイバ７１及び７２は、それぞれ、ガラスブロック２５及び３５に保持されている。ガラスブロック２５は、例えば、Ｖ溝板２５Ｂ及びリッド２５Ｌを用いて、光ファイバ７１の端面を焦点Ｐ７１に固定するとともに、光ファイバ７１を保護する。ガラスブロック２５はテラス２６を備え、光ファイバ７１は接着剤２７でテラス２６に固定される。ガラスブロック３５も、ガラスブロック２５と同様の構成を採用することができる。なお、ガラスブロック２５及び３５は、キャピラリであってもよい。端面２１は、ＧＩレンズ２０の中心軸の直角面ＰＬ２０に対し、角度θ２１で傾斜している。これにより、光ファイバ７１の端面反射を防ぐことができる。
ビームスプリッタ膜４０は、光を一定割合で透過、反射する任意の膜であり、例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の多層膜で構成される。金属の薄膜でもよい。ＧＩレンズ２０の端面２１に形成されていても、ガラスブロック１０の端面１１に形成されていてもよい。また、ビームスプリッタ膜４０が形成されたガラス板を、ビームスプリッタ膜４０がＧＩレンズ２０側になるようにＧＩレンズ２０の端面１２又はガラスブロック１０の一端に張り付けてもよい。
ミラー膜５０は、光を反射する任意の膜であり、例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の多層膜で構成される。金属の薄膜でもよい。ガラスブロック１０の他端１２に形成されていても、ミラー膜５０が形成されたガラス板をガラスブロック１０の他端１２に張り付けてもよい。
光ファイバ６０、７１及び７２は、任意の光ファイバである。これらの光ファイバは、偏波保持光ファイバであってもよい。図１の場合、偏波面は、紙面に垂直な方向が好ましい。また、光ファイバ６０及び７１とＧＩレンズ２０との接続面は８度傾斜でもよい。光ファイバ７２とＧＩレンズ３０との接続面は８度傾斜でもよい。
（光路）
図１において、ＧＩレンズ２０、ＧＩレンズ３０の一点鎖線はレンズの中心軸を表す。ＧＩレンズ２０、ＧＩレンズ３０、ガラスブロック１０の破線はビーム、矢印はビーム中心を表す。
光ファイバ６０は、光Ｌ０をＧＩレンズ２０の端面２１に入力する。光Ｌ０がＧＩレンズ２０を周期Ｔ２０で伝搬する場合、ＧＩレンズ２０は、周期Ｔ２０に対して４分の１周期の長さを有する。光ファイバ６０からＧＩレンズ２０に入力された光Ｌ０は、ＧＩレンズ２０の端面２２で平行光となる。ビームスプリッタ膜４０は、光Ｌ０を一定割合で透過、反射する。一定割合は、光分岐モジュールの分岐数に応じて定められる任意の割合である。
ビームスプリッタ膜４０で反射された光Ｌ１は、ＧＩレンズ２０の端面２１に収束される。光ファイバ７１は、光ファイバ６０からの光Ｌ０が、ビームスプリッタ膜４０で反射された後、収束する焦点Ｐ７１の位置に接続されている。光ファイバ７１は光Ｌ１を第１の出力光として取り出す。
ビームスプリッタ膜４０を透過した平行光Ｌ２１は、ガラスブロック１０を透過し、ミラー膜５０で反射される。反射された平行光Ｌ２２は再びガラスブロック１０を透過し、ＧＩレンズ３０の端面３２に入力される。光Ｌ２３がＧＩレンズ３０を周期Ｔ３０で伝搬する場合、ＧＩレンズ３０は、周期Ｔ３０に対して４分の１周期の長さを有する。ガラスブロック１０からＧＩレンズ３０に入力された光Ｌ２３は、ＧＩレンズ３０の端面３１に収束される。光ファイバ７２は、ガラスブロック１０からＧＩレンズ３０に入力された光Ｌ２３が収束する焦点Ｐ７２の位置に接続されている。光ファイバ７２は、光Ｌ２３を第２の出力光として取り出す。
このように、本開示は、光ファイバ６０から光Ｌ０を入力し、光ファイバ７１から光Ｌ１を取り出すと共に、光ファイバ７２から光Ｌ２３を取り出す。これにより、本開示は、光ファイバ６０、７１及び７２の光ファイバ群と接続されるモジュールを、ガラスブロック１０の端面１１側に配置することができる。したがって、本開示は、光カプラによる配置の制限を緩和し、パッケージ内への各種モジュールの効率的な配置を可能にすることができる。
なお、図１では２分岐の例を示したが、本開示は、３以上の分岐にも適用することができる。例えば、図４に示すように、２つのＧＩレンズ３０Ａ及び３０Ｂ、２本の光ファイバ７２Ａ及び７２Ｂを備え、ＧＩレンズ３０Ａの端面３２Ａに、光を一定割合で透過、反射するビームスプリッタ膜４１を設ける。このように、ビームスプリッタ膜４１を設けることで、任意の分岐数に適用することができる。
ビームスプリッタ膜４０による分岐は、結合長を設定することによる分岐に比べ、波長依存性が低く、さらに分岐比率の制御が容易である。本開示は、光分岐をビームスプリッタ膜４０により行うため、分岐比率の制御が容易であり、また、ビームスプリッタ膜４０の機能に依存して波長の広帯域化が可能である。また、光ファイバ６０、７１及び７２が同一方向に配置されているために、システムへの組込みにおいて、少スペース化を実現できる。
また、ファイバ溶融型のカプラにおいて偏波保持型カプラを製造しようとすると、光ファイバの応力体を溶融するために応力付与の制御が困難であり、高い偏波消光比の保持が困難である。これに対し、本開示は、ガラスブロック１０内で平行光Ｌ２１及びＬ２２を反射させるため、偏波方向を維持することができる。このため、光ファイバ６０、７１及び７２に偏波保持ファイバを用いるだけで、偏波保持ファイバからの光を、偏波方向を維持したまま分岐することができる。
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る光分岐モジュールの構成例である。ガラスブロック１０の端面１１が平坦であり、ビームスプリッタ膜４０の面、ミラー膜５０の面、及び、ＧＩレンズ３０の端面３２、が平行である。
光Ｌ２１のガラスブロック１０への入射角θ２１と光Ｌ２２のガラスブロック１０からの出射角θ２２とは等しい。また、ＧＩレンズ２０及び３０の口径及び長さは等しい。このため、ＧＩレンズ３０の端面３２の中心から光Ｌ２３を入射させることで、端面３２の焦点Ｐ７２に、光Ｌ２３を集光させることができる。
本実施形態は、光Ｌ０と光Ｌ２３との光路設計を対称にすることで、ＧＩレンズ２０及び３０に共通の光部材を用いることができる。また、光ファイバ６０、７１及び７２が共通の面ＰＬ１から平行に配置されるため、光ファイバの取り扱いが容易である。
（実施形態２）
図５は、本実施形態に係る光分岐モジュールの構成例である。本実施形態は、実施形態１において、ＧＩレンズ３０の口径がＧＩレンズ２０の口径よりも大きい。ガラスブロック１０内での伝搬中に、ビーム径が太くなる場合がある。そのような場合であっても、光ファイバ７２に効率よく集光することができる。
ＧＩレンズ３０の屈折率分布は、ＧＩレンズ２０と同一であってもよいが、異なっていてもよい。この場合、ＧＩレンズ３０は、端面３２から入射した光Ｌ２３を端面３１の焦点Ｐ７２で集光させる長さを有することが好ましい。例えば、ＧＩレンズ３０は、ＧＩレンズ２０よりも長いことが好ましい。
（実施形態３）
図６は、本実施形態に係る光分岐モジュールの構成例である。ガラスブロック１０の端面１１に傾斜面１３を設け、傾斜面１３にＧＩレンズ３０が接続されている。
端面１１に対する傾斜面１３の角度θ１３は、傾斜面１３と平行光Ｌ２２のビーム中心に対する直角面とが略一致する角度である。平行光Ｌ２２のビーム中心に対する傾斜面１３の角度θ２２は略９０度であり、ＧＩレンズ３０の中心軸に対する端面３２の角度θ３２は略９０度である。これにより、ＧＩレンズ３０の中心軸が平行光Ｌ２２のビーム中心と同一直線上に配置され、光ファイバ７２がＧＩレンズ３０の中心に接続されている。
本実施形態は、ＧＩレンズ３０の中心付近を光Ｌ２３の光路として使用するため、光Ｌ２３が精度よく集光できる。これにより、本開示は光ファイバ７２への結合効率を高めることができる。
なお、端面反射を防ぐため、角度θ２２及び角度θ３２は９０度を除く９０°±８以内であることが好ましい。また、本実施形態に係る光分岐モジュールは、図７に示すように、ＧＩレンズ３０の口径がＧＩレンズ２０の口径よりも大きくてもよい。
（実施形態４）
図８は、本実施形態に係る光分岐モジュールの構成例である。ＧＩレンズ３０の端面３１及び端面３２は、ＧＩレンズ３０の中心軸の直角面に対して傾斜している。
ＧＩレンズ３０の中心軸に対する端面３１の角度θ２３は、平行光Ｌ２３のビーム中心に対する端面１１の角度θ２２に等しく、ＧＩレンズ３０の中心軸に対する端面３２の角度θ３２は、平行光Ｌ２２のビーム中心に対する端面１１の角度θ２２に等しい。これにより、ＧＩレンズ３０の中心軸が平行光Ｌ２２のビーム中心と同一直線上に配置され、光ファイバ７２がＧＩレンズ３０の中心に接続されている。
本実施形態は、ＧＩレンズ３０の中心付近を光Ｌ２３の光路として使用するため、光Ｌ２３が精度よく集光できる。これにより、本開示は光ファイバ７２への結合効率を高めることができる。
なお、端面反射を防ぐため、角度θ２２及び角度θ３２は９０度を除く９０°±８以内であることが好ましい。また、本実施形態に係る光分岐モジュールは、図９に示すように、ＧＩレンズ３０の口径がＧＩレンズ２０の口径よりも大きくてもよい。
（実施形態５）
図１０は、本実施形態に係る光分岐モジュールの構成例である。ガラスブロック１０の端面１１に角度θ１３の傾斜面１３を設け、傾斜面１３にＧＩレンズ３０が接続されている。ＧＩレンズ３０の中心軸に対する端面３２の角度θ３２は傾斜している。
ＧＩレンズ３０の中心軸が平行光Ｌ２２のビーム中心と同一直線上に配置されていない。このため、光ファイバ７２は、ＧＩレンズ３０の中心から外れた位置に接続されている。
ビームスプリッタ膜４０の面とミラー膜５０の面が平行である。角度θ１３と角度θ３２の和は９０°である。このため、ＧＩレンズ２０及び３０の中心軸を平行に配置することができる。光ファイバ６０、７１及び７２の３本の光ファイバが平行に配置できるため、省スペースが可能となる。
端面反射を防ぐため、角度θ３２は、９０度を除く９０°±８以内であることが好ましい。また、ＧＩレンズ３０の中心軸に対する端面３１の角度θ３１は角度θ３２と等しい、すなわち端面３１、端面３２及び傾斜面１３は平行であることが好ましい。ＧＩレンズ３０の入出力端での端面反射を防ぐことができる。
（実施形態６）
図１１は、本実施形態に係る光分岐モジュールの構成例である。図中において、光Ｌ２２及び光ファイバ６０，７１，７２に付された「＜＜＜」はこれらが平行であることを示し、端面１１及び角度θ１２の補助線に付された「＜＜」はこれらが平行であることを示す。ガラスブロック１０の端面１２に、平行光Ｌ２２を光ファイバ６０及び７１と平行にする傾斜が設けられている。光ファイバ７２は、ＧＩレンズ３０の中心に接続されている。
ＧＩレンズ２０の中心軸とＧＩレンズ３０の中心軸が平行である。ミラー膜５０の面がビームスプリッタ膜４０の面に対して角度θ１２で傾斜している。
角度θ１２は、平行光Ｌ２２を端面Ｌ１１と直角にする方向である。これにより、ＧＩレンズ３０の中心軸が平行光Ｌ２２のビーム中心と同一直線上に配置され、光ファイバ７２がＧＩレンズ３０の中心に接続されている。また、ＧＩレンズ２０及び３０の中心軸が平行に配置されている。
光ファイバ６０、７１及び７２の３本の光ファイバが同方向に配置できるため、省スペースが可能となる。さらに、ＧＩレンズ３０の中心付近を光路として使用するため、精度よく集光でき、結合効率が向上する。
本開示は、光通信及び光計測の分野において、光を分岐する機能が必要な光ファイバ製品に適用することができる。
１０、２５、３５：ガラスブロック
１１、１２、２１、２２、３１、３１Ａ、３１Ｂ、３２：端面
１３：傾斜面
２０、３０、３０Ａ、３０Ｂ：ＧＩレンズ
２５Ｂ、３５Ｂ：Ｖ溝板
２５Ｌ、３５Ｌ：リッド
２６、３６：テラス
２７：接着剤
４０：ビームスプリッタ膜
５０：ミラー膜
６０、７１、７２、７２Ａ、７２Ｂ：光ファイバ

Claims (6)

  1. 光を透過するガラスブロックと、
    前記ガラスブロックの一端に配置され、入力する光に対して４分の１周期の長さの入出力用屈折率分布型レンズと、
    前記ガラスブロックの一端に配置され、入力する光に対して４分の１周期の長さの出力用屈折率分布型レンズと、
    前記入出力用屈折率分布型レンズの他端と前記ガラスブロックの一端の間に配置され、光を一定割合で透過、反射するビームスプリッタ膜と、
    前記ガラスブロックの他端に配置され、光を反射するミラー膜と、
    前記入出力用屈折率分布型レンズの一端に接続され、前記入出力用屈折率分布型レンズに入力光を入力する入力用光ファイバと、
    前記入出力用屈折率分布型レンズの一端で、前記入力用光ファイバからの入力光が、前記ビームスプリッタ膜で反射された後、収束する位置に接続され、反射された光を第１の出力光として取り出す第１の出力用光ファイバと、
    前記出力用屈折率分布型レンズの一端で、前記ビームスプリッタ膜を透過した光が、前記ガラスブロックを透過し、前記ミラー膜で反射され、再び前記ガラスブロックを透過し、前記出力用屈折率分布型レンズの他端から入力した後、収束する位置に接続され、入力した光を第２の出力光として取り出す第２の出力用光ファイバと、
    を備える光分岐モジュール。
  2. 前記出力用屈折率分布型レンズの口径が前記入出力用屈折率分布型レンズの口径よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光分岐モジュール。
  3. 前記出力用屈折率分布型レンズの中心軸が前記ガラスブロックからの光のビーム中心と同一直線上にある、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光分岐モジュール。
  4. 前記出力用屈折率分布型レンズの一端の面及び前記出力用屈折率分布型レンズの他端の面が前記出力用屈折率分布型レンズの中心軸の直角面に対して傾斜している、
    ことを特徴とする請求項３に記載の光分岐モジュール。
  5. 前記ビームスプリッタ膜の面と前記ミラー膜の面が平行で、
    前記出力用屈折率分布型レンズの一端の面、前記出力用屈折率分布型レンズの他端の面及び前記ガラスブロックの前記出力用屈折率分布型レンズの他端との接続面がそれぞれ平行で、
    前記出力用屈折率分布型レンズの一端の面及び前記出力用屈折率分布型レンズの他端の面が前記出力用屈折率分布型レンズの中心軸の直角面に対して傾斜している、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光分岐モジュール。
  6. 前記入出力用屈折率分布型レンズの中心軸と前記出力用屈折率分布型レンズの中心軸が平行で、
    前記ミラー膜の面が前記ビームスプリッタ膜の面に対して傾斜している、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光分岐モジュール。
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