JP6718619B2 - 光合分波器、光トランシーバ - Google Patents

Description

この発明は光合分波器および光トランシーバに関する。具体的には、干渉膜フィルタを用いた光合分波器およびその光合分波器を備えた光トランシーバの小型化技術に関する。

光波長多重（ＷＤＭ）伝送方式による光通信では、複数の異なる波長の光信号を一本の光ファイバで伝送することで高速かつ大容量のデータ伝送が可能となっている。そのため新規の光ファイバケーブルを敷設することなく、既存の光ファイバケーブル網を利用しながら伝送容量を増大させることができる。

光通信網内の各所には、光信号と電気信号を相互変換したり、複数の光信号伝送路に対する合流、中継、分岐などを行ったりする光伝送装置が設置されている。光伝送装置には他の光伝送装置や光伝送路に対して入出力する光信号を送受信するための光トランシーバが組み込まれている。そしてＷＤＭ伝送方式に対応する光トランシーバを構成する主要な光素子が光合分波器であり、光合分波器は、光トランシーバの送信側では波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器として機能し、受信側では１本の光伝送路（光ファイバなど）を伝搬してきた複数の波長の光信号が多重化された信号を各波長の光ごとに分波して複数の光伝送路に送出する光分波器として機能する。

光合分波器における光の合波と分波の方式としては、回折格子を用いた方式やアレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ）を用いた方式などもあるが、誘電体多層膜からなる干渉膜を備えた干渉膜フィルタを用いた方式は、構造が簡素であり他の方式に比べて安価である。そして多重化される光信号の各波長間の間隔が大きく、伝送チャネル数があまり多くない光トランシーバにはこの干渉膜フィルタを用いた光合分波器がよく用いられている。

以下の特許文献１には、干渉膜フィルタを用いた光合分波器が記載されており、この文献にも記載されているように、干渉膜フィルタを用いた一般的な光合分波器は、光ファイバコリメータの開口端など、外部からの光信号の出入り口（以下、光入出力部とも言う）の全てが直線状に配置される。図１に、一般的な光合分波器１の概略を示した。図示した光合分波器１は、光ファイバコリメータ（Ｃ１〜Ｃ５）の開口端を光入出力部としている。この例では、四つの伝送チャンネルに対応する４種類の単一波長の光（以下、単色光とも言う）を個別に入出力する光合分波器１を示した。この光合分波器１は、各波長の単色光の出入り口となる光入出力部として４個の光ファイバコリメータ（以下、分波コリメータＣ１〜Ｃ４とも言う）を備えている。また４種類の単色光を合波した光（以下、多重化光とも言う）の入出力部となる１個の光ファイバコリメータ（以下、合波コリメータＣ５とも言う）を備えている。そして図１では、光合分波器１が光合波器として動作しているときの光路が示されている。

図中に示したように、分波コリメータＣ１〜Ｃ４における単色光Ｌ１〜Ｌ４の入出方向を前後方向とし、光合波器として機能する際は、単色光Ｌ１〜Ｌ４は後方から前方に向かって出射しているものとする。そして後方から前方に向かう方向をｚ軸の正の方向としている。また全ての光ファイバコリメータＣ１〜Ｃ５は平板状の基板１０上に固定された状態で配置されている。そして基板１０の法線方向を上下方向として、下方から上方に向かう方向をｙ軸方向とするとともに、図中に右手系のｘｙｚ座標系を設定することとする。したがって、図１（Ａ）は光合分波器１を上方から見たときのｚｘ平面図となり、図１（Ｂ）は光合分波器１を右後方から見たときの側面図となる。

図１（Ａ）に示したように、各分波コリメータＣ１〜Ｃ４の後端側に接続されている光ファイバＦｂ１、Ｆｂ２、Ｆｂ３、およびＦｂ４を伝搬する単色光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４の波長は、それぞれλ_１、λ_２、λ_３、およびλ_４であり、光合分波器１が光合波器として動作するときは、それらの単色光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４が分波コリメータＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４の開口端から前方に向かって出射する。各分波コリメータＣ１〜Ｃ４の前方にはそれぞれの分波コリメータＣ１〜Ｃ４のそれぞれに対応して波長λ_１〜λ_４の単色光Ｌ１〜Ｌ４を選択的に透過させ、透過波長以外の光を反射させる干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４が配置されている。干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４は、石英ガラスなどからなる平行平板状の透明基板の表面に干渉膜が形成されたものである。各分波コリメータＣ１〜Ｃ４から出射する単色光Ｌ１〜Ｌ４は、各干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４に対して所定の入射角θで入射し、出射角θで出射する。

各干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４からの出射光（Ｌ１１、Ｌ１３、Ｌ１５、Ｌ１７）の光路上には石英ガラスなどからなる透明基板の表面に誘電体多層膜や金属薄膜を形成してなるミラーＭ１〜Ｍ４が配置されている。ミラーＭ１、Ｍ２、およびＭ３は、それぞれ各干渉膜フィルタＦ１、Ｆ２、およびＦ３から前方に向かう光（Ｌ１１、Ｌ１３、Ｌ１５）を反射角θで正反射させて、それぞれ干渉膜フィルタＦ２、Ｆ３、およびＦ４に入射させる。また干渉膜フィルタＦ４から前方に向かう光Ｌ１７はミラーＭ４により正反射され、その正反射された光Ｌ１８の光路上に合波コリメータＣ５の開口端があり、合波コリメータＣ５の光軸方向は、ミラーＭ４にて反射された光Ｌ１８の入射方向に一致している。

そして光合分波器１における干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４およびミラーＭ１〜Ｍ４からなる光学系では、干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４による透過光と、ミラーＭ１〜Ｍ４による反射光と、干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４の前方の面における透過波長以外の反射とによって透過と反射を繰り返し、合波コリメータＣ５の開口端に波長λ_１〜λ_４のそれぞれの単色光が合波された多重化光が入射され、その多重化光が合波コリメータＣ５の後端側に接続されている光ファイバＦｂ５を介してＷＤＭ方式の光通信網に送出される。すなわち光通信網における光伝送路や光通信網内に設置される各種装置における光素子（フォトダイオードなど）に入力される。

なお図１に示した光合分波器１が光分波器として動作する際は、合波コリメータＣ５に接続されている光ファイバＦｂ５を伝搬する多重化光Ｌ５が光合分波器１の光学系に入力され、上述したＬ１１〜Ｌ１８を昇順に辿る光路を降順となるように逆に辿り、干渉膜フィルタＦ４〜Ｆ１に対して前方から後方に向かって入射した光から各干渉膜フィルタＦ４〜Ｆ１のそれぞれが透過する波長の単色光が分波コリメータＣ４〜Ｃ１に入力する。そしてこれらの単色光は、分波コリメータＣ４〜Ｃ１に接続されている光ファイバＦｂ４〜Ｆｂ１を介して光通信網内に設置されている各種装置に入力される。例えば、各単色光に重畳されている光信号が電気信号に変換される。なお本発明に関連して、以下の非特許文献１には、上記光トランシーバの規格や光トランシーバの構成などについて記載されている。

米国特許出願公開第２００３／００９９４３４号明細書

神杉秀昭，石井邦幸，村山哲，田中弘巳，倉島宏実，石橋博人，津村英志、「データセンタ用低消費電力光トランシーバ」、2013年7月・SEIテクニカルレビュー 第183号、 pp.60-64

近年、スマートフォンに代表される携帯型情報端末、あるいはクラウドコンピューティング（SaaS、PaaS、HaaS、ネットワークストレージなど）の普及により、データ通信ネットワークの基幹となる光通信網における通信トラフィックが急激に増大している。そのため光通信網内に設定される各種機器、特にデータセンタ向けの光伝送装置には、高速化、低消費電力化などに対する要求に加え、小型化も求められている。したがって光伝送装置に組み込まれる光トランシーバにも小型化が要求されている。

現状では、ＷＤＭ伝送方式にも対応する４０Ｇｂｐｓあるいは１００Ｇｂｐｓの大容量の光通信網に介在する光トランシーバは、ＣＦＰ（C form-factor pluggable、長さ144.75×幅82×高さ13.6mm）と呼ばれる規格のものが普及している。このＣＦＰ規格の光トランシーバは、小容量の１０Ｇｂｐｓに対応した小型の光トランシーバと比較してサイズが大きい。そのため、データセンタなどにおいて、従前の小容量の光伝送用の光トランシーバを大容量のＣＦＰ規格の光トランシーバに置き換えることが難しい。

そこで大容量かつ小型の光トランシーバとして、ＣＦＰに代わる新たな規格の光トランシーバの開発が進んでいる。具体的には、上記非特許文献１に記載されているように、ＣＦＰに対して４倍の高密度搭載が可能なＱＳＦＰ＋（Quad Small Form-factor Pluggable Plus、長さ72.4×幅18.35×高さ8.5mm）やＣＦＰ４（長さ92×幅21.5×高さ9.5mm）といった新規格の小型光トランシーバの開発が進んでいる。そしてこれら新規格の光トランシーバは、従来のＣＦＰ規格の光トランシーバに対して長さ、幅、高さの全てが縮小している。特に幅は、長さや高さに対して大きく縮小しており、ＣＦＰ規格の８２ｍｍに対して１／４程度となっている。

ところで小型の新規格の光トランシーバに対応して、その光トランシーバに組み込まれる光合分波器にも小型化が求められる。特に幅方向のサイズを小さくすることが求められる。しかしながら上記特許文献１に記載されている従来の光合分波器では、図１に示したように光ファイバコリメータなどの光入出力部が直線上に配置される。また単色光を入出力する光入出力部（図１、符号Ｃ１〜Ｃ４）における単色光（同図、符号Ｌ１〜Ｌ４）の入出力方向と、多重化光を入出力する光入出力部（図１、符号Ｃ５）における光の入出力方向（同図、符号Ｌ５またはＬ１８）とが所定の角度（同図、符号２θ）で互いに交差する。したがって従来の光合分波器は、光トランシーバにおける幅方向に対応するサイズが大きくなり、新規格の光トランシーバに内蔵させることが難しい。

そこで本発明は、小型の光トランシーバに組み込むことができる小型の光合分波器、およびその光合分波器を備えた光トランシーバを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、ｎを自然数として、波長の異なるｎ種類の単一波長の光を合波あるいは分波する光合分波器であって、
外部に対する光の出入り口を光入出力部として、それぞれが異なる単一波長の光を入出力するための第１〜第ｎの分波光入出力部と、
前記波長の異なるｎ種類の光を合波した光を入出力するための１個の合波光入出力部と、
第２〜第ｎの分波光入出力部のそれぞれに対応する第２〜第ｎの干渉膜フィルタと、
第１〜第ｎ−１の分波光入出力部のそれぞれに対応する第１〜第ｎ−１のミラーと、
を有し、
前記第１〜第ｎの分波光入出力部から出力される光の進行方向を前後方向として、
前記第２〜第ｎの干渉膜フィルタは、それぞれに対応する前記分波光入出力部の前方に配置されて、対応する分波光入出力部に入出力される単一波長の光を選択的に透過させ、他の波長の光を反射し、
前記第１〜第ｎの分波光入出力部は、後方から見て前後方向を法線とした同一の平面に二次元配置され、
第１の分波光入出力部の入出力光の光路上に第１のミラーが配置され、
ｋを２〜ｎ−１の自然数として、第ｋの分波光入出力部の入出力光の光路上に、後方から前方に向かって、第ｋの干渉膜フィルタと第ｋのミラーがこの順に配置され、
第１のミラーは、第１の分波光入出力部から前方に向かって出力された光を第２の干渉膜フィルタの方向へ反射させるように配置され、
第ｋのミラーは、第ｋの分波光入出力部から前方に向かって出力されて第ｋの干渉膜フィルタを透過してきた光を第ｋ＋１の干渉膜フィルタの方向へ反射させるように配置され、
第ｋの干渉膜フィルタは、第ｋ−１のミラーから入射してきた光を前方に向けて反射させるように配置され、
第ｎの分波光入出力部から前方に向かって出力されて、第ｎの干渉膜フィルタを透過した光の光路上に前記合波光入出力部が配置され、
第１の分波光入出力部から出力された光は、第１〜第ｎ−１のミラーと第２〜第ｎの干渉膜フィルタを交互に昇順に辿って前記合波光入出力部に入力し、
ｍを２〜ｎの自然数として、
第ｍの干渉膜フィルタは、前方から後方に向かう光から単一波長の光を透過させて第ｍの分波光入出力部に入力させるとともに、当該単一波長以外の波長の光を第ｍ−１のミラーに向けて反射させるように配置され、
合波光入出力部から出力された光は、第２〜第ｎの干渉膜フィルタと第１〜第ｎ−１のミラーを交互に降順に辿って第ｍの分波光入出力部に入力するとともに、第１のミラーにて反射された光が第１の分波光入出力部に入力し、
第１の分波光入出力部から合波光入出力部に至る光、および合波光入出力部から第１の分波光入出力部に至る光は、それぞれ、第１の分波光入出力部と第２の干渉膜フィルタとの間に形成される光路の途上、および第ｋの干渉膜フィルタと第ｋ＋１の干渉膜フィルタとの間に形成される光路の途上で、一回のみ反射する、
ことを特徴とする光合分波器としている。

第１の光入出力部が入出力する単一波長の光を選択的に透過する第１の干渉膜フィルタが当該第１の分波光入出力部の前方に配置されて、当該第１の干渉膜フィルタの前方に第１のミラーが配置されている光合分波器とすることもできる。

前記第１〜第ｎの光入出力部は、同一の平面上にｎ角形の頂点を形成する位置に配置されているとともに、昇順に前記ｎ角形を一方向に周回する方向に順番に配置されている光合分波器としてもよい。

あるいは、前記第１〜第ｎの分波光入出力部が配置されている面をｘｙ面として、
当該第１〜第ｎの分波光入出力部は、ｘ軸方向を行方向として、ｙ軸方向に平行に複数行を形成するように配置されているとともに、第１行に配置された第１の光入出力部を起点として、昇順に葛折れとなる位置に順番に配置され、
第ｎの分波光入出力部が配置されている最終行には、最終行以外の行に配置されている分波光入出力部の数以下の分波光入出力部が配置されているとともに、当該最終行以外の各行には同数の複数の分波光入出力部が配置されている光合分波器とすることもできる。

さらに前記分波光入出力部は、ｎ≧４の偶数であるとともに、第１行と第２行に配置され、
第１行に第１〜第ｎ／２の分波光入出力部が配置され、
第２行に第ｎ／２＋１〜第ｎの分波光入出力部が配置され、
前記干渉膜フィルタと前記ミラーは、行間に配置された基板の上面と下面に固定されている光合分波器とすることもできる。

前後方向をｚ軸方向として、ｚｘ面に平行な同一の面に配置された第ｍ−１のミラーと第ｍの干渉膜フィルタは、前記基板上に積層された同一の補助基板上に固定され、
前記補助基板は、ｙ軸周りに回動可能に構成されているともに、所定の回転位置で固定されている、
光合分波器としてもよい。
前記基板は、ｙｚ面に平行な面を有する固定板を備え、行を跨いで配置された第ｍ−１のミラーと第ｍの干渉膜フィルタは、ｙｚ面に平行な側面を有し、当該側面が前記固定板に固定されている光合分波器とすることもできる。

前記第１の分波光入出力部は、前記第１のミラーが後方に向かって反射した光の光路上に配置され、前記第ｋの分波光入出力部は、前記第ｋの干渉フィルタを前方から後方に透過する光の光路上に配置され、前記合波光入出力部は、第ｎの干渉膜フィルタを後方から前方に透過する光の光路上に配置されている光合分波器とすることもできる。前記ミラー及び／又は干渉膜フィルタは、光の入射面に対面する裏面側を反射面としている光合分波器としてもよい。

後方から前方を見て、第１〜第ｎの光入出力部が配置されている領域の内方に前記合波光入出力部が配置され、前記第ｎの干渉膜フィルタと前記合波光入出力部との間に屈曲した光路を形成させる光路偏向部を備える光合分波器とすることもできる。さらに前記合波光入出力部は、前端に光の入出力口を有し、前記光路偏向部は、前記第ｎの光入出力部から出力された光を後方に折り返す光合分波器とすることもできる。

また本発明の範囲には、筐体内に二つの光合分波器が収納され、一方の光合分波器を光合波器とし、他方の光合分波器を光分波器とした光トランシーバも含んでおり、当該光トランシーバは、前記二つの光合分波器の内、少なくとも一方が上記いずれかに記載の光合分波器であることを特徴とする光トランシーバとしている。

本発明に係る光合分波器によれば、小型化を達成し、小型の光トランシーバに組み込むことができる。その他の効果については以下の記載で明らかにする。

干渉膜フィルタを用いた一般的な光合分波器の構成を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光合分波器の光学系の概略を示す図である。 第１の実施例に係る光合分波器の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る光合分波器の構成を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る光合分波器の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光合分波器の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光合分波器の第１の変形例を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光合分波器の第２の変形例を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光合分波器の第３の変形例を示す図である。 本発明の第５の実施例に係る光合分波器の変形例を示す図である。 本発明のその他の実施例に係る光合分波器を示す図である。 本発明のその他の実施例に係る光合分波器を示す図である。 本発明の実施例に係る光トランシーバの構成を示す概略図である。

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。ある図面において符号を付した部分について、不要であれば他の図面ではその部分に符号を付さない場合もある。

＝＝＝実施例＝＝＝
上述したように、干渉膜フィルタを用いた一般的な光合分波器では、幅が狭い新規格の光トランシーバ内に組み込むことが難しい。そこで本発明の実施例に係る光合分波器では、光入出力部の配置に特徴を有して、光入出力部の並び方向である幅方向のサイズを小さくすることができる。それによって新規格の光トランシーバ内にも容易に組み込むことができるようになっている。以下に本発明の実施例に係る光合分波器について説明する。

＝＝＝第１の実施例＝＝＝
図２は、本発明の第１の実施例に係る光合分波器１ａの光学系を示す斜視図である。図２では当該光合分波器１ａが光合波器として動作しているときの光路も示した。第１の実施例に係る光合分波器１ａでは、４種類の波長λ_１、λ_２、λ_３、およびλ_４のそれぞれの単色光についての光入出力部となる４個の分波コリメータＣ１〜Ｃ４と、１個の合波コリメータＣ５を備え、光学系を構成する光学部品として３個のミラーＭ１〜Ｍ３、および分波コリメータＣ１〜Ｃ４のそれぞれに対応して波長λ_１、λ_２、λ_３、およびλ_４の単色光を選択的に透過させる４個の干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４を備えている。ここで各分波コリメータＣ１〜Ｃ４に入出力する単色光Ｌ１〜Ｌ４の進行方向を前後方向とし、４個の分波コリメータＣ１〜Ｃ４は前端に開口端を有することとして前後の各方向を規定することとする。そして後方から前方に向かう方向をｚ軸の正の方向として右手系のｘｙｚ座標系を規定することとする。

４個の分波コリメータＣ１〜Ｃ４の開口端は、同一のｘｙ面に２次元配置されており、この例では、この同一面内に形成される矩形ＳＱの各頂点に配置されている。ここでさらに、上記矩形ＳＱを後方から前方に向かって見たときに、分波コリメータＣ１とＣ２、および分波コリメータＣ４とＣ３が並ぶ方向をｘ軸方向とし、分波コリメータＣ１とＣ４、および分波コリメータＣ２とＣ３が並ぶ方向をｙ軸方向とする。そしてｘ軸方向を左右方向とし、ｙ軸方向を上下方向とする。左右上下の各方向については、図中に示したように、右方から左方に向かう方向をｘ軸の正の方向とし、下方から上方に向かう方向をｙ軸の正の方向としている。なお第１の実施例を含め、以下に説明する各実施例においても、上述した座標系や前後上下左右の各方向を採用することとする。また座標系の原点については特に規定せず、ｘｙ面、ｙｚ面、およびｚｘ面に平行な面は、全てｘｙ面、ｙｚ面、ｚｘ面と称することとする。さらに分波コリメータＣ１〜Ｃ４、および合波コリメータＣ５はｚ軸方向に光軸を有するものとする。

図２に示したように、各分波コリメータＣ１〜Ｃ４の前方には、それぞれ波長λ_１〜λ_４を選択的に透過する干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４が配置され、分波コリメータＣ１〜Ｃ３に対応する干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ３の前方には、さらにミラーＭ１〜Ｍ３が配置されている。また干渉膜フィルタＦ４の前方には合波コリメータＣ５が配置されている。

ここで分波コリメータＣ１〜Ｃ４と合波コリメータＣ５、および光学系を構成する各光学部品の配置を図中に示した光路に基づいて説明すると、ミラーＭ１は、分波コリメータＣ１から前方に向かって出射されて干渉膜フィルタＦ１を透過してきた光Ｌ１１を干渉膜フィルタＦ２の方向へ反射させるように配置されている。なお分波コリメータＣ１が入出力する単色光Ｌ１が、単一波長λ_１において極めて急峻な波長特性を有しているのであれば、干渉膜フィルタＦ１は必須の構成ではない。

干渉膜フィルタＦ２は、ミラーＭ１から入射してきた光Ｌ１２をｚ軸に沿って前方に向かって反射する。そしてその反射光Ｌ１３がミラーＭ２に入射する。それによって分波コリメータＣ１からの波長λ_１の単色光Ｌ１は同一のｚｘ面内の光路（Ｌ１１〜Ｌ１３）を辿って、ミラーＭ１、干渉膜フィルタＦ２で順次反射されてミラーＭ２に至る。また分波コリメータＣ２からの波長λ_２の単色光Ｌ２は、干渉膜フィルタＦ２を透過する際に、ミラーＭ１から当該干渉膜フィルタＦ２に入射する光Ｌ１２と合波して波長λ_１とλ_２のそれぞれの単色光が合波された光としてミラーＭ２方向に向かう。

ミラーＭ２は、ｚ軸に沿って前方に向かって入射してきた光を、ｙｚ面内下方に向けて反射するように配置され、ミラーＭ２による反射光Ｌ１４がコリメータＣ２の下方に配置されたコリメータＣ３の前方に配置された干渉膜フィルタＦ３に入射する。干渉膜フィルタＦ３は、ミラーＭ２から入射した光Ｌ１４をｚ軸に沿って前方に向かって反射させるとともに、分波コリメータＣ３からの波長λ_３の単色光Ｌ３を透過させる。それによって、干渉膜フィルタＦ３における後方からの透過光と前方からの入射光Ｌ１４が合波されて、波長λ_１〜λ_３の各単色光を含む光Ｌ１５がミラーＭ３に向かう。

ミラーＭ３は、干渉膜フィルタＦ３から前方に向かって入射してきた光Ｌ１５を干渉膜フィルタＦ４の方向へ反射させるように配置されている。干渉膜フィルタＦ４は、ミラーＭ３から入射してきた波長λ_１〜λ_３の光の多重化光Ｌ１６をｚ軸に沿って前方に向かって反射させるとともに、分波コリメータＣ４からの波長λ_４の単色光Ｌ４を透過させる。それによって波長λ_４の単色光Ｌ４と波長λ_１〜λ_３を含む光Ｌ１６とが合波されて波長λ_１〜λ_４を含む多重化光Ｌ１７がｚ軸に沿って前方に向かう。この干渉膜フィルタＦ４からの光Ｌ１７は合波コリメータＣ５に入力され、この光Ｌ１７がこの光合分波器１ａの出力光として合波コリメータＣ５の前端に接続されている光ファイバＦｂ５を介して光通信網に送出される。そして以上の光学系を備えた光合分波器１ａでは、分波コリメータＣ１から前方に向かって出射した単色光Ｌ１が、後方から見たときに、分波コリメータＣ１〜Ｃ４まで上述した矩形領域ＳＱの輪郭を時計回りに縁取るコの字形の光路を辿りながら他の波長の単色光Ｌ２〜Ｌ４と合波されていく。なお光合分波器１ａが光分波器として動作するときは、全ての波長λ_１〜λ_４が合波された多重化光Ｌ５が、コリメータＣ５から後方に向かって出射したのち、光路Ｌ１１〜Ｌ１７を降順に逆方向に辿る。干渉膜フィルタＦ４、Ｆ３、Ｆ２、およびＦ１には、その逆方向に辿る光路の途上で、それぞれ光Ｌ１７、Ｌ１５、Ｌ１３、およびＬ１１に対応してｚ軸に沿って前方から後方に向かう光が入射する。そして干渉膜フィルタＦ４、Ｆ３、Ｆ２、およびＦ１は、それぞれ波長λ_４、λ_３、λ_２、およびλ_１の単色光を透過させ、その透過光をコリメータＣ４、Ｃ３、Ｃ２、およびＣ１に入力させる。

次に第１の実施例に係る光合分波器１ａのより具体的な構成について説明する。図３は第１の実施例に係る光合分波器１ａの構成を示す図であり、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、その光合分波器１ａを後方から見たときの背面図、上方から見たときの平面図、右方から見たときの側面図、および下方から見たときの平面図を示している。ここでも光合分波器１ａが光合波器として動作しているときの光路を示した。

第１の実施例に係る光合分波器１ａの光学系を構成する干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４とミラーＭ１〜Ｍ３は、ｘｚ面を有する平板状の基板１０の上下両面（１１、１２）に配置されている。上面１１側には干渉膜フィルタＦ１、Ｆ２、およびミラーＭ１、Ｍ２が固定された状態で配置されている。また分波コリメータＣ１、Ｃ２も基板１０の上面側に図示しない適宜な保持構造によって固定された状態で配置されている。下面１２側には分波コリメータＣ３、Ｃ４、合波コリメータＣ５、干渉膜フィルタＦ３、Ｆ４、およびミラーＭ３が固定された状態で配置されている。分波コリメータＣ１〜Ｃ４は前端を開口端とし、合波コリメータＣ５は後端を開口端としている。そして、これらの開口端が当該光合分波器１ａにおける光入出力部となる。なお基板１０の右端側には、ミラーＭ２と干渉膜フィルタＦ３との間に形成されるｙｚ面内の光路を通すために上下両面（１１−１２）を連絡する矩形状の切欠部１３が形成されている。

図３（Ｂ）に示したように、干渉膜フィルタＦ１は、ｘｙ面に光の入出射面を有し、ミラーＭ１における反射面は、上方から下方を見てｘｙ面をｙ軸周りに反時計回りに角度θで回転させた状態で傾いている。すなわちミラーＭ１には、光Ｌ１１が入射角θで入射される。干渉膜フィルタＦ２における光の入出射面は、上方から下方を見て、ミラーＭ１と対面するようにｘｙ面をｙ軸周りに反時計回りの方向に角度θで傾けた方向を向いている。

すなわち干渉膜フィルタＦ２における光の入出射面は、分波コリメータＣ２の光軸に対してｙ軸周りに反時計回りの方向に角度θで傾いている。それによって干渉膜フィルタＦ２にはミラーＭ１からの光Ｌ１２が入射角θで入射する。なお角度θは基板上面１１におけるミラーＭ２と干渉膜フィルタＦ２との前後方向の距離Ｄおよび、基板上面１１の分波コリメータＣ１とＣ２の左右方向の距離Ｐに基づいて設定されている。

図３（Ｃ）に示したように、ミラーＭ２の反射面は、右方から左方を見て、法線方向が下方後方に向くようにｘｙ面をｘ軸周りに反時計回りの方向に角度φで傾けた方向に向いている。それによってミラーＭ２に入射した光Ｌ１３は、基板１０に形成された切欠部１３を介して基板１０の下面１２に配置されている干渉膜フィルタＦ３方向に向かう。なお角度φは基板上面１１におけるミラーＭ２と干渉膜フィルタＦ２との前後方向の距離Ｄおよび、基板上面１１の分波コリメータＣ２と基板下面１２の分波コリメータＣ３の上下方向の距離Ｐｈに基づいて設定されている。そして干渉膜フィルタＦ３における光の入出射面は、右方から左方を見て、基板１０の上面１１に配置されているミラーＭ２と対面するようにｘｙ面をｘ軸周りに反時計回りに角度φで傾けた方向を向いている。したがって基板上面１１から切欠部１３を介して基板下面１２に向かう光Ｌ１４と分波コリメータＣ３の光軸とのなす角が図中に示したように２φとなる。

図３（Ｄ）に示したように、基板下面１２に配置されているミラーＭ３における反射面は、下方から上方を見て、ｘｙ面をｙ軸周りに反時計回りに角度θで傾けた方向に向いている。すなわちミラーＭ３には、干渉膜フィルタＦ３からの光Ｌ１５が入射角θで入射される。そして干渉膜フィルタＦ４の光の入出射面は、下方から上方を見て、ミラーＭ３と対面するようにｘｙ面をｙ軸周りに反時計回りに角度θで傾けた方向を向いている。すなわち干渉膜フィルタＦ４にはミラーＭ３からの光Ｌ１６が入射角θで入射する。そのため干渉膜フィルタＦ４に入射した光Ｌ１６はｚ軸方向に沿って前方に反射する。そしてその反射光Ｌ１７の光路上に合波コリメータＣ５が配置されている。第１の実施例に係る光合分波器１ａでは、分波コリメータＣ１〜Ｃ４、干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４、ミラーＭ１〜Ｍ３、および合波コリメータＣ５が、以上のように配置されていることで、図３（Ａ）に示したように、当該光合分波器１ａを後方から見たときの光路Ｌが分波コリメータＣ１〜Ｃ４の位置をこの順にコの字形に辿るように形成される。

なお上記構成の光合分波器１ａでは、干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４はそれぞれに対応する分波コリメータＣ２〜Ｃ４の光軸に対して傾いて配置されているが、一般的に、干渉膜フィルタは、膜面が光の透過方向に対して大きく傾いていると、光が透過する過程で互いに直交する方向に振動するＰ波とＳ波の光強度に差が生じる、すなわち挿入損失に偏光依存性が生じる。またＰ波とＳ波の伝搬速度に差が生じる偏波モード分散が生じる。ミラーについては、反射膜が誘電体膜であれば、反射率に波長依存性と角度依存性がある。そして本実施例では、上記の各種依存性などを考慮して、θ≦１５゜、φ≦１５゜に設定している。

次に第１の実施例に係る光合分波器１ａによって分波および合波される光の波長や、光合分波器１ａにおける各部の具体的なサイズや角度などについて説明する。まず、分波コリメータＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４が入出力する単色光の波長は、それぞれλ_１＝１２７１ｎｍ、λ_２＝１２９１ｎｍ、λ_３＝１３１１ｎｍ、およびλ_４＝１３３１ｎｍである。左右方向における分波コリメータ間（Ｃ１−Ｃ２、Ｃ３−Ｃ４）の距離ＰはＰ＝４ｍｍである。

干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４における干渉膜面、およびミラーＭ１〜Ｍ３の反射面は、ｗ１．４ｍｍ×ｈ１．４ｍｍの矩形状で、それぞれ屈折率ｎ＝１．５で厚さｔ＝１ｍｍの透明基板の表面に干渉膜面や反射面が形成されたものである。なお干渉膜面や反射面は透明基板の厚さｔに対して無視できるほど薄い。そして干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４が配置されている位置と、ミラーＭ１〜Ｍ３が配置されている位置の前後方向の中心間距離Ｄは約８．５ｍｍとなっている。それによって上記角度θは、上記距離Ｐと中心間距離Ｄからθ＝１３．５゜に設定されている。もちろんθを設定した上で、上記Ｐ、Ｄを設定することとしてもよい。なお分波コリメータの上下方向の距離Ｐｈについては、Ｐ＝Ｐｈとなるように角度φ＝θ＝１３．５゜に設定してあり、Ｐｈ＝Ｐ＝４ｍｍとなっている。このように第１の実施例に係る光合分波器１ａでは、上述したＱＳＦＰ＋やＣＦＰ４規格の光トランシーバ内に十分に組み込めるサイズとなっている。また光分波器と光合波器のそれぞれに対応して二つの光合分波器１ａを光トランシーバ内に左右に並列に組み込むことも可能となっている。

＝＝＝第２の実施例＝＝＝
干渉膜フィルタは透明基板の表面に干渉膜を形成した構造を有し、干渉膜フィルタの干渉膜面に斜めに入射する光は透明基板の屈折率によって入射した光と出射した光のｘｙ面での位置がずれる。すなわち干渉膜フィルタを透過する光の光路がその透過の前後でシフトする。そこで第２の実施例に係る光合分波器では、その光路のシフトを考慮した位置に分波コリメータや合波コリメータを配置することとしている。

図４に本発明の第２の実施例に係る光合分波器１ｂにおける各光学部品の配置を示した。図４（Ａ）は第２の実施例に係る光合分波器１ｂを上方から見たときの平面図であり、図４（Ｂ）は光合分波器１ｂを右方から見たときの側面図である。また図４（Ｃ）は当該光合分波器１ｂを下方から見たときの平面図である。なお図４（Ａ）に示したように、第２の実施例に係る光合分波器１ｂでは分波コリメータＣ１に対応する干渉膜フィルタＦ１を省略しているが、それ以外の基本的な構造や、光学系を構成する光学部品は、図３に示した第１の実施例と同様である。また図４に示した光合分波器１ｂは、光合波器として動作している。

以下に、第２の実施例に係る光合分波器１ｂにおける分波コリメータＣ１〜Ｃ４、および合波コリメータ５の配置について説明する。まず図４（Ａ）に示したように、基板１０の上面１１に配置されている分波コリメータＣ１とＣ２は、距離Ｐで配置されている。それぞれの分波コリメータＣ１、Ｃ２からは波長λ_１とλ_２の単色光Ｌ１とＬ２が入射されるが、干渉膜フィルタＦ２に入射する単色光Ｌ２は、透明基板内で屈折し、干渉膜フィルタＦ２を透過する前後で透明基板の屈折率と厚さｔに応じた距離ΔＰだけシフトする。そのため、ミラーＭ１と干渉膜フィルタＦ２は、干渉膜フィルタＦ２における単色光Ｌ２の出射位置にミラーＭ１から干渉膜フィルタＦ２に向かう光Ｌ１２を入射させるように配置されている。そして分波コリメータＣ１からミラーＭ１に向かう光Ｌ１１と干渉膜フィルタＦ２からミラーＭ２に向かう光Ｌ１３との左右方向の距離がＰ−ΔＰとなる。

次に、干渉膜フィルタＦ２からミラーＭ２に向かう光Ｌ１３は、ミラーＭ２に反射されて干渉膜フィルタＦ３に入射する。図４（Ｂ）に示したように、干渉膜フィルタＦ３における光の入出射面は、対応する分波コリメータＣ３の光軸に対してｘ軸周りに回転しているが、ｙ軸周りには回転していない。したがって分波コリメータＣ３から干渉膜フィルタＦ３に入射した単色光Ｌ３は、干渉膜フィルタＦ３の透過前後でｘ軸方向にシフトしない。しかし、干渉膜フィルタＦ３の光の入出射面がｘ軸周りに回転した状態で傾いているため、分波コリメータＣ３から出射した単色光Ｌ３は干渉膜フィルタＦ３を透過する前後でｙ軸方向に上方にシフトする。そして基板上面１１のミラーＭ２が分波コリメータＣ２の光軸に対してｘ軸周りに角度θで傾いているとすると、基板下面１２の分波コリメータＣ３の光軸に対して干渉膜フィルタＦ３も角度θで傾いていることになる。したがって、分波コリメータＣ３から入力された単色光Ｌ３は干渉膜フィルタＦ３を透過する前後でΔＰだけ上方にシフトすることになる。またミラーＭ３の反射面は、ｘ軸周りには傾いていないため、その後に干渉膜フィルタＦ４を経由して合波コリメータＣ５に至る光Ｌ１６、Ｌ１７は上下方向にシフトしない。したがって、基板１０の上面１１と下面１２にある分波コリメータＣ１とＣ４の距離はＰ−ΔＰに設定され、分波コリメータＣ２とＣ３の距離はＰに設定されている。

図４（Ｃ）に示したように、下方から上方を見て、ミラーＭ３の反射面は、ｘｙ面をｙ軸周りに反時計回りに角度θで回転させた方向に傾いている。また干渉膜フィルタＦ４における光の入出射面は、下方から上方を見て、ｘｙ面をｙ軸周りに反時計回りに角度θで回転させた方向に傾いている。そして干渉膜フィルタＦ４から合波コリメータＣ５に向かう光Ｌ１７は分波コリメータＣ４の光軸に平行となる。したがって、基板上面１１における干渉膜フィルタＦ２を単色光Ｌ２が透過するときと同様に、分波コリメータＣ４から出射する単色光Ｌ４は右方に距離ΔＰだけシフトする。すなわち基板下面１２において左右方向に距離Ｐで離間している分波コリメータＣ３およびＣ４は、それぞれ、基板上面１１の分波コリメータＣ１およびＣ２に対して左方にΔＰだけずれた位置に配置されている。

また分波コリメータＣ３と合波コリメータＣ５の左右方向の距離はＰ―ΔＰに設定されている。なお干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４における上記ΔＰの数値を具体的に挙げると、分波コリメータＣ１とＣ２の距離Ｐ＝４ｍｍ、各干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ３の透明基板の厚さｔ＝１ｍｍ、当該透明基板の屈折率ｎ＝１．５とした場合、ΔＰは約０．１ｍｍとなる。

このように本発明の第２の実施例に係る光合分波器１ｂにおける光学系では、干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４を透過する光のシフトを考慮して各光ファイバコリメータＣ１〜Ｃ５が最適な位置に配置されて、各光ファイバコリメータＣ１〜Ｃ５に入力される光の結合損失を低減させることができる。もちろん後方から前方を見て、分波コリメータＣ１ 〜Ｃ４を一辺がＰの正方形の頂点に配置し、合波コリメータＣ５を分波コリメータＣ４と同じ位置に配置する場合には、各ミラーＭ１〜Ｍ３の反射面および干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４の光の入出射面の傾き角度をそれぞれ個別に設定すればよい。いずれにしても干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４における光路のシフトを考慮した位置に分波コリメータＣ１〜Ｃ４および合波コリメータＣ５を配置することで光損失を低減させることができる。

＝＝＝第３の実施例＝＝＝
上記第１、第２の実施例に係る光合分波器では、後方から見て分波コリメータが同一面内で２行２列に配置されて、左右方向の幅を小さくすることができた。第３の実施例に係る光合分波器は、さらに前後方向のサイズも小さくすることができる構成を備えている。

図５に第３の実施例に係る光合分波器を示した。図５（Ａ）は先に示した第１の実施例に係る光合分波器１ａを上方から見たときの平面図であり、図５（Ｂ）は第３の実施例に係る光合分波器１ｃを上方から見たときの平面図である。図５（Ａ）に示した第１の実施例に係る光合分波器１ａではミラーＭ１、Ｍ２、および図示しないミラーＭ３は、所定の厚さを有する透明基板において光が入射される側の面に形成された表面反射型のミラーであった。また干渉膜フィルタＦ１、Ｆ２、および図示しない干渉膜フィルタＦ３、Ｆ４も表面反射型であった。すなわち透明基板において干渉膜が形成される面を反射面Ｒとして、当該反射面Ｒは、ミラーＭ１〜Ｍ３からの反射光が入射される側の面であった。

一方、図５（Ｂ）に示した第３の実施例に係る光合分波器１ｃでは、ミラーＭ１、Ｍ２、および図示しないミラーＭ３、さらには干渉膜フィルタＦ１、Ｆ２、および図示しない干渉膜フィルタＦ３、Ｆ４の反射面Ｒが光の入射面に対面する裏面側に形成された裏面反射型となっている。それによってミラーＭ１〜Ｍ３および干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４に入射した光は透明基板の内部を透過し裏面側の反射面Ｒで反射される。結果として、第３の実施例に係る光合分波器１ｃでは第１の実施例に係る光合分波器１ａに対して前後方向のサイズを短くすることができる。上述したように、第１の実施例に係る光合分波器１ａでは、上記中心間距離Ｄが約８．５ｍｍであったが、第３の実施例に係る光合分波器１ｃにおける中心間距離ｄは７．２ｍｍとなり、約１．３ｍｍも短くすることができた。もちろん、ミラーと干渉膜フィルタの双方を裏面反射型とせず、ミラーと干渉膜フィルタの一方の光学部品を裏面反射型にしてもよい。

なお裏面反射型のミラーや干渉膜フィルタでは、透明基板の裏面で反射した光が透明基板の内部で多重反射し、光損失が発生する可能性がある。そこで光損失が懸念される場合には、透明基板の表裏両面を互いに平行にせず、微少な角度（例えば０．１゜）だけ平行状態からずらせばよい。なお透明基板の表裏両面を平行状態からずらすと、第２の実施例と同様の原理で透明基板に入射した光が屈折し、光路がシフトする。しかし平行状態からのずれが微小な角度であれば光路のシフトは実質的に無視できる。もちろん第２の実施例と同様に光路のシフトを考慮して各分波コリメータを配置してもよい。

＝＝＝第４の実施例＝＝＝
上記各実施例に係る光合分波器は、合波コリメータＣ５が、分波コリメータＣ１〜Ｃ４の位置、ミラーＭ１〜Ｍ３、および干渉膜フィルタＦ２〜Ｆ４の配置に応じて決まった位置に配置されていた。また合波コリメータＣ５は後方に開口端を有していた。そこで本発明の第４の実施例に係る光合分波器では、合波コリメータＣ５の配置を自由に設定できる構成を備えている。

図６に第４の実施例に係る光合分波器の概略構成を示した。図６（Ａ）と図６（Ｂ）は、光合分波器（１ｄ、１ｅ）を下方から見たときの平面図である。そして図６（Ａ）と図６（Ｂ）に示した光合分波器（１ｄ、１ｅ）は、干渉膜フィルタＦ４から合波コリメータＣ５の間に形成される光路の途上にその光路を屈曲させる光路偏向部（２０ａ、２０ｂ）を備えている。

図６（Ａ）に示した光合分波器１ｄは、分波コリメータＣ４と合波コリメータＣ５との間の光路に菱形プリズムからなる光路偏向部２０ａが介在している。そして、干渉膜フィルタＦ４から合波コリメータＣ５に向かう光Ｌ１７が右方に屈曲した後、前方に向かって再度屈曲し、干渉膜フィルタＦ４と合波コリメータＣ５との間にクランク状の光路が形成される。そして分波コリメータＣ３とＣ４のそれぞれの光軸の中間位置から前方に向かう光が合波コリメータＣ５に入力する。したがって合波コリメータＣ５は、後方から見ると、分波コリメータＣ３とＣ４との中間位置に配置されることになる。

図６（Ｂ）に示した光合分波器１ｅにおける光路偏向部２０ｂは、直角プリズム、あるいは直角プリズムの頂点を平坦にした等脚台形プリズムなどによって構成され、干渉膜フィルタＦ４から合波コリメータＣ５に向かう光Ｌ１７を分波コリメータＣ３とＣ４の中間位置の方向に後方へ折り返している。それによって、後方から見ると、合波コリメータＣ５が分波コリメータＣ３とＣ４の間に配置されるとともに、前方に開口端を有して、全ての分波コリメータＣ１〜Ｃ４と同一の平面内に配置されている。

なお図６の（Ａ）と（Ｂ）に示した光合分波器（１ｄ、１ｅ）における光路偏向部（２０ａ、２０ｂ）の配置を変えることで、後方から見て、合波コリメータＣ５を分波コリメータＣ１〜Ｃ４によって形成される矩形領域の中心に配置することもできる。図７に第４の実施例の第１の変形例として、合波コリメータＣ５が分波コリメータＣ１〜Ｃ４によって形成される矩形領域の中心に配置された光合分波器１ｆを示した。なおここでも光合分波器１ｆが光合波器として動作しているときの状態を示した。図７（Ａ）は光合分波器１ｆを前方から見たときの正面図であり、図７（Ｂ）は光合分波器１ｆを右方から見たときの側面図である。ここに示した光合分波器１ｆでは、前端側を開口端とした合波コリメータＣ５が基板１０の後方に配置されている。また合波コリメータＣ５の開口端は、分波コリメータＣ１〜Ｃ４の開口端と同一面で、しかも分波コリメータＣ１〜Ｃ４の配置領域の中心に配置されている。そして光合分波器１ｆにおける光路偏向部２０ｃは、先に図６（Ｂ）に示した光合分波器１ｅと同様に、直角プリズムあるいは等脚台形プリズムから構成されている。しかし図７（Ａ）に示したように、光路偏向部２０ｃにおいて、三角形や等脚台形となるプリズムの側面１２０がｚｘ面に対してｚ軸周りに４５゜傾いている。そして前後方向から見ると、光路偏向部２０ｃにおける光の入出射面が、分波コリメータＣ４の開口端と基板１０の前端面における左右中央位置とに跨がって配置されている。

光路偏向部２０ｃの動作としては、干渉膜フィルタＦ４から合波コリメータＣ５に向かう光Ｌ１７が後面に入射されると、その光が右上方に向かって屈曲するとともに後方へ折り返される。したがって光路偏向部２０ｃを入出射する光Ｌ１８の光路は、前後方向から見て分波コリメータＣ４から基板１０の左右中央位置に向かう。すなわちＬ１８の左右方向の出射位置は、４つの分波コリメータＣ１〜Ｃ４の配置領域の中心となる。

なお光路偏向部２０ｃが出射する光Ｌ１８の光路上には基板１０が介在することから、図７（Ｂ）に示したように、この例では基板１０は前後方向に貫通する孔１４が形成されている。もちろん基板１０を左右に分割した構造にしてもよい。いずれにしても基板１０を前後方向に連絡して光を通す通路１４が設けられている。それによって光路偏向部２０ｃが出射した光Ｌ１８は、この通路１４を通る光Ｌ１９によって基板１０の後端側に向かう。そして図示した例では、合波コリメータＣ５の開口端が分波コリメータＣ１〜Ｃ４の開口端と同一平面に配置されるように、基板１０の後方に切欠部１５が形成されている。以上の構成により、光合分波器１ｆでは、合波コリメータＣ５が後端側に配置されているとともに、前後方向から見て分波コリメータＣ１〜Ｃ４の配置領域の中心に配置されている。このように第４の実施例に係る光合分波器（１ｄ〜１ｆ）では光路偏向部（２０ａ〜２０ｃ）を備えることで、合波コリメータＣ５の位置を自由に設定することが可能となっている。

なお第４の実施例の変形例としては、図８に示した第２の変形例に係る光合分波器１ｇもある。図８は、当該光合分波器１ｇが光合波器として動作しているときの状態を示す図であり、図８（Ａ）は光合分波器１ｇを前方から見たときの正面図であり、図８（Ｂ）は光合分波器１ｇを右方から見たときの側面図である。この第４の実施例における第２の変形例の光合分波器１ｇでは、図７に示した光合分波器１ｆにおける光路偏向部２０ｃを菱形プリズムを用いた光路偏向部２０ｄに変更している。そして前後方向から見て分波コリメータＣ１〜Ｃ４の配置領域の中心に合波コリメータＣ５が配置され、当該合波コリメータＣ５が前端側に配置されている。

また図６の（Ａ）と（Ｂ）に示した光合分波器（１ｄ、１ｅ）における光路偏向部（２０ａ、２０ｂ）の構成を組み合わせることでも、図７や図８に示した光合分波器（１ｆ、１ｇ）と同様の動作をする光合分波器を構成することができる。図９に第４の実施例の第３の変形例を示した。ここでは図７に示した光合分波器１ｆと同じ動作を行う光合分波器１ｈを示した。図９は、当該光合分波器１ｈが光合波器として動作しているときの状態を示す図であり、図９（Ａ）は光合分波器１ｈを右方から見たときの側面図であり、図９（Ｂ）は光合分波器１ｈを下方から見たときの平面図である。光合分波器１ｈでは、前端側を開口端とした合波コリメータＣ５が基板１０の後方に配置されている。また合波コリメータＣ５の開口端は、分波コリメータＣ１〜Ｃ４の開口端と同一面で、しかも分波コリメータＣ１〜Ｃ４の配置領域の中心に配置されている。そして光合分波器１ｈにおける光路偏向部２０ｅは、直角プリズムあるいは等脚台形プリズムからなる第１の光路偏向部２１と菱形プリズムによって構成される第２の光路偏向部２２とから構成されている。

光路偏向部２０ｅの動作としては、まず、第１の光路偏向部２１が、干渉膜フィルタＦ４から合波コリメータＣ５に向かう光Ｌ１７を、上方に向かって屈曲させるとともに後方へ折り返す。したがって第１の光路偏向部２１を入出射する光Ｌ１８の光路は、左右方向から見てコの字型に屈曲している。また当該光Ｌ１８の出射位置は、分波コリメータＣ２とＣ３の中間位置になっている。第１の光路偏向部２１によって後方に折り返された光Ｌ１８が第２の光路偏向部２２に入射すると、第２の光路偏向部２２は、その入射光Ｌ１８を右方にシフトさせて後方に向かって出射する。そして第２の光路偏向部２２を入出射する光Ｌ１９の光路は、上下方向から見てクランク状に屈曲している。また光Ｌ１９の左右方向の出射位置は、分波コリメータＣ３とＣ４の中間位置になっている。したがって第２の光路偏向部２２から光Ｌ１９が出射する位置は、前後方向から見ると、４つの分波コリメータＣ１〜Ｃ４の配置領域の中心となる。そしてこの光合分波器１ｈにおいても、図８（Ａ）に示したように、基板１０を前後方向に連絡して光を通す通路１４が設けられている。なお、この第３の変形例において、例えば、第２の光路偏向部２２を直角プリズムあるいは等脚台形プリズムとすれば、第１の光路偏向部２１が後方に折り返した光Ｌ１８を再度前方へ折り返すことができ、図８に示した光合分波器１ｇと同様の動作をする光合分波器を構成することができる。

このように第４の実施例に係る光合分波器（１ｄ〜１ｈ）では光路偏向部（２０ａ〜２０ｅ）を備えることで、合波コリメータＣ５の位置を自由に設定することが可能となっている。なお図６〜図９に示した光合分波器（１ｄ〜１ｈ）における光路偏向部（２０ａ〜２０ｅ）では、プリズムを用いて屈曲した光路を形成していたが、プリズムにおいて光路が屈曲される面をミラーで構成してもよい。

＝＝＝第５の実施例＝＝＝
干渉膜フィルタを用いた光合分波器では、入力された光を分波コリメータや合波コリメータの開口端の位置に精度良く導いて光損失を可能な限り小さくする必要がある。すなわち高い調芯精度が求められる。そして調芯精度を高めるためには、干渉膜フィルタやミラーを高精度に位置合わせした状態で固定する必要がある。特に第２の実施例に係る光合分波器１ｂは、干渉膜フィルタＦ１〜Ｆ４における光路のシフトを考慮した構成を有しており、より高い調芯精度が求められる。そこで本発明の第５の実施例に係る光合分波器では、調芯精度を向上させるとともに、調芯作業を容易にする構成や構造を備えている。

図１０に第５の実施例に係る光合分波器１ｉを示した。図１０（Ａ）は当該光合分波器１ｉを左上後方から見たときの斜視図を示しており、図１０（Ｂ）は光合分波器１ｉを左下後方から見たときの斜視図を示している。なお光合分波器１ｉの光学系は、図４に示した第２の実施例に係る光合分波器１ｂと同様である。

図１０（Ａ）、（Ｂ）に示したように、基板１０は、前後両端にｘｙ面に平行な前後面を備えた平板状の部位が一体的に形成されて、左右方向から見るとＨ字状の形状を有している。そのＨ字状の基板１０における、前後の板状の部位は分波コリメータＣ１〜Ｃ４、および合波コリメータＣ５を保持するためのコリメータ保持部（１６、および１７）であり、後方のコリメータ保持部１６には前後方向に貫通する孔１８が左右と上下の各方向に等間隔となるように４カ所に形成され、各孔１８には分波コリメータＣ１〜Ｃ４のそれぞれの前端部分が挿通されている。また図１０（Ｂ）に示したように、前方のコリメータ保持部１７には、前後方向に貫通する孔１９が１カ所に形成され、その孔１９に合波コリメータＣ５の後端部分が挿通される。そして分波コリメータＣ１〜Ｃ４と合波コリメータＣ５は、溶接や接着などによってコリメータ保持部（１６、１７）に固定されている。

図１０（Ａ）に示したように、光合分波器１ｉの光学系において、ミラーＭ１と干渉膜フィルタＦ２は互いに対面してｚ軸方向に対してｙ軸周りに回転しており、このミラーＭ１と干渉膜フィルタＦ２は互いに対面する関係を維持したまま基板１０とは別の補助基板３０の上面に固定されている。そして、その補助基板３０が基板１０の上面１１に積層されている。補助基板３０には上下方向に貫通する孔３１が形成されており、基板１０の上面１１には、この孔３１に係合する扁平な円柱状の突起３２が形成されている。突起３２の中心軸３３はｙ軸に平行であり、調芯作業を行う際には、補助基板３０をその中心軸３３周りに回転させる。そして調芯作業を終えたならば、補助基板３０を溶接や接着などの方法によって基板１０に固定する。それによってミラーＭ１の反射面と干渉膜フィルタＦ２の光の入出射面は、互いに対面しつつ、ｘｙ面をｙ軸周りに所定の角度で回転させた状態で固定される。

また図１０（Ｂ）に示したように、基板１０の下面１２にも、互いに対面しつつ、ｘｙ面をｙ軸周りに所定角度だけ傾かせたミラーＭ３と干渉膜フィルタＦ４が配置されている。このミラーＭ３と干渉膜フィルタＦ４は、基板１０の下面１２に積層された補助基板４０の下面に固定されている。またこの補助基板４０にも上下方向に貫通する孔４１が形成され、基板１０の下面１２にはこの孔４１に係合する扁平円柱状の突起４２が形成されている。基板１０の上面１１側の補助基板３０と同様に、調芯作業時には補助基板４０が突起４２の軸４３周りに基板１０に対して回動可能になっている。調芯作業後では所定の回転位置に調整された状態で補助基板４０が基板１０に固定されている。

なお光合分波器１ｉでは、ｙｚ面を有する固定板５０が基板１０の上面１１前方と下面１２後方のそれぞれに配置されており、ミラーＭ２や干渉膜フィルタＦ３の右端面が固定板５０の左面に接着されている。それによってミラーＭ２と干渉膜フィルタＦ３がｘ軸周りに所定の角度で傾いた状態で固定されている。またこの例では、固定板５０は、切欠部１３を介して上端側と下端側が接続された一体的な平板で構成されており、上端側と下端側とを接続する領域が切欠部１３の右端側に嵌め込まれている。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記実施例では、４種類の異なる単色光の合波と分波を行う光合分波器を例示したが、上記各実施例をより多くの波長の光を入出力する光合分波器に適用することもできる。例えば、図１１に示した光合分波器１ｊのように、後方から前方を見て、複数の分波コリメータＣ１１〜Ｃ１８を多角形の頂点の位置に配置してもよい。図示した例では８個の分波コリメータＣ１１〜Ｃ１８が正八角形の頂点を形成するように同一のｘｙ面に配置されている。また各分波コリメータＣ１１〜Ｃ１８のうち少なくとも分波コリメータＣ１１以外の前端側には図示しない干渉膜フィルタが配置され、分波コリメータＣ１１と各干渉膜フィルタの前方には図示しないミラーが配置されている。そして、光路の起点となる分波コリメータＣ１から前方に向かう入力光が、各分波コリメータＣ１１〜Ｃ１８の光軸上に配置されているミラーと、干渉膜フィルタとを順次反射し、後方から前方を見ると、これらの反射を繰り返す光の光路Ｌが多角形を一方向に周回するように形成される。

あるいは、図１２に示した光合分波器１ｋのように、後方から前方を見たときに、複数の分波コリメータＣ２１〜Ｃ２９が３行以上に行列配置されていてもよい。そして、分波コリメータＣ２１を起点としてミラーと干渉膜フィルタとの間で順次反射して合波コリメータに至る光路Ｌが、後方から見たときに葛籠折れ状となるように形成されるようにしてもよい。なお分波コリメータの数によっては、全ての行に同じ数の分波コリメータを配置することができない場合がある。その場合は、最下行以外の行に同じ数の分波コリメータを配置すればよい。

上記各実施例における光合分波器では、光ファイバコリメータの開口端を外部からの光の出入り口である光入出力部としていたが、光入出力部の形態はどのようなものであってもよい。例えば、空間を伝搬するレーザー光が直接光学系に対して入出力する形態であってもよい。もちろん分波コリメータＣ１〜Ｃ４や合波コリメータＣ５に接続されている光ファイバが光コネクタなどを介してさらに他の光ファイバに接続されていてもよい。

本発明の実施例に係る光合分波器は、コリメータが配置される領域の面積を小さくすることができ、ＱＳＦＰ＋やＣＦＰ４などの新規格の光トランシーバにも適用することが可能となる。そして、本発明の実施例には、光合分波器を二つ備えて、一方の光合分波器が光合波器として動作し、他方の光合分波器が光分波器として動作する光トランシーバも含まれ、その光トランシーバは、二つの光合分波器のうち、少なくとも一方が本発明の実施例に係る光合分波器となっている。

図１３に本発明の実施例に係る光トランシーバ１００の構成を示した。本発明の実施例に係る光トランシーバ１００の構成は、上記非特許文献１に記載されているＱＳＦＰ＋規格の光トランシーバと同様であり、図１３はその構成の概略を示している。光トランシーバ１００は、多数のサーバ装置を備えたデータセンタなどに設置され、サーバ装置からのデータを光通信網Ｎに向かって出力するデータ送信装置と、光通信網Ｎから送信されてくる光信号を受信してサーバ装置に向けて出力するデータ受信装置の機能を備えたものである。

ここに示した光トランシーバ１００は、上述した４種類の単色光の合波と分波を行う本発明の実施例に係る光合分波器１０１を二つ備え、一方が光合波器として動作する光合分波器（以下、光合波器１０１ａとも言う）であり、他方が光分波器として動作する光合分波器（以下、光分波器１０１ｂとも言う）である。また光トランシーバ１００の筐体１０２内には、光合波器１０１ａと光分波器１０１ｂに加え、４個の発光手段１２１〜１２４と４個の受光手段１５１〜１５４が収納されている。各発光手段１２１〜１２４はレーザーダイオード（ＬＤ）やＬＤの駆動回路などを含んで構成されている。各受光手段１５１〜１５４は、フォトダイオード（ＰＤ）やＰＤによって光電変換された信号の増幅回路などを含んで構成されている。また、光トランシーバ１００には、電気信号によるデータを入力する４系統の送信用のデータ伝送路１１１〜１１４、電気信号によるデータを出力する４系統の受信用のデータ伝送路１６１〜１６４が接続されている。さらに、光ファイバで構成されて、ＷＤＭ方式によって多重化された光信号を光通信網Ｎへ向けて出力する送信用の光伝送路１３０、および光通信網Ｎからの多重化された光信号を光トランシーバ１００内の光分波器１０１ｂに入力させる受信用の光伝送路１４０も接続されている。

次に、光通信網側を上流側とするとともに、信号の送信方向を上り方向、受信方向を下り方向として、光トランシーバ１００における送信動作と受信動作について説明する。送信動作としては、まず、下流側に設置されているサーバ装置などから４系統の送信データのそれぞれに対応する電気信号が４系統の送信用のデータ伝送路１１１〜１１４を介して４個の発光手段１２１〜１２４に入力される。各発光手段１２１〜１２４は入力した電気信号を光信号に変換して出射する。また４個の発光手段１２１〜１２４は、互いに異なる波長λ_１〜λ_４の単色光を出射する。なお、この例では、分波コリメータＣ１〜Ｃ４及び、合波コリメータＣ５は光ファイバコリメータであり、各発光手段１２１〜１２４のそれぞれからの出射光は光ファイバを介して光合波器１０１ａの４つの分波コリメータＣ１〜Ｃ４に入力される。それによって異なる４種類の波長λ_１〜λ_４の単色光からなる光信号が光合波器１０１ａに入力される。光合波器１０１ａは、入力した４種類の波長λ_１〜λ_４の光を合波し、その合波した多重化光からなる光信号を合波コリメータＣ５から出力する。そして４種類の波長λ_１〜λ_４の光を含む多重化光からなる光信号が光伝送路１３０を介して光通信網Ｎに送出される。

一方、受信動作については、光通信網Ｎから４種類の波長λ_１〜λ_４の光を含む多重化光からなる光信号が光伝送路１４０を介して光分波器１０１ｂの合波コリメータＣ５に入力される。光分波器１０１ｂは、入力した多重化光を４種類の波長λ_１〜λ_４の単色光に分波する。それによってそれぞれが異なる波長λ_１〜λ_４の単色光からなる光信号が分波コリメータＣ１〜Ｃ４から出射される。各分波コリメータＣ１〜Ｃ４から出射された光信号は、４個の受光手段１５１〜１５４に個別に入力される。各受光手段１５１〜１５４は、受光した光信号を電気信号に変換して出力する。各受光手段１５１〜１５４が出力する電気信号は４系統の受信用のデータ伝送路１６１〜１６４を介して下流側のサーバ装置などに入力されてデータ処理に供される。

上記実施例は、発明の範囲を限定するものではない。上記の実施例の構成は、適宜組み合わせて実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１ａ〜１ｋ １０１、１０１ａ、１０１ｂ 光合分波器、１０ 基板、
１１ 基板の上面、１２ 基板の下面、１３ 切欠部、２０ａ〜２０ｅ 光路偏向部、
３０，４０ 補助基板、５０ 固定板、１００ 光トランシーバ、１０２ 光トランシーバの筐体、１１１〜１１４,１６１〜１６４ データ伝送路、
１２１〜１２４ 発光手段、１３０,１４０ 光伝送路、１５１〜１５４ 受光手段、
Ｃ１〜Ｃ４ 光ファイバコリメータ（分波コリメータ）、
Ｃ５ 光ファイバコリメータ（合波コリメータ）、Ｆ１〜Ｆ４ 干渉膜フィルタ、
Ｌ１〜Ｌ４ 単一波長の光（単色光）、Ｌ５ 合波された光（多重化光）、
Ｍ１〜Ｍ３ ミラー、Ｎ 光通信網

Claims (12)

1. ｎを自然数として、波長の異なるｎ種類の単一波長の光を合波あるいは分波する光合分波器であって、
   外部に対する光の出入り口を光入出力部として、それぞれが異なる単一波長の光を入出力するための第１〜第ｎの分波光入出力部と、
   前記波長の異なるｎ種類の光を合波した光を入出力するための１個の合波光入出力部と、
   第２〜第ｎの分波光入出力部のそれぞれに対応する第２〜第ｎの干渉膜フィルタと、
   第１〜第ｎ−１の分波光入出力部のそれぞれに対応する第１〜第ｎ−１のミラーと、
   を有し、
   前記第１〜第ｎの分波光入出力部から出力される光の進行方向を前後方向として、
   前記第２〜第ｎの干渉膜フィルタは、それぞれに対応する前記分波光入出力部の前方に配置されて、対応する分波光入出力部に入出力される単一波長の光を選択的に透過させ、他の波長の光を反射し、
   前記第１〜第ｎの分波光入出力部は、後方から見て前後方向を法線とした同一の平面に二次元配置され、
   第１の分波光入出力部の入出力光の光路上に第１のミラーが配置され、
   ｋを２〜ｎ−１の自然数として、第ｋの分波光入出力部の入出力光の光路上に、後方から前方に向かって、第ｋの干渉膜フィルタと第ｋのミラーがこの順に配置され、
   第１のミラーは、第１の分波光入出力部から前方に向かって出力された光を第２の干渉膜フィルタの方向へ反射させるように配置され、
   第ｋのミラーは、第ｋの分波光入出力部から前方に向かって出力されて第ｋの干渉膜フィルタを透過してきた光を第ｋ＋１の干渉膜フィルタの方向へ反射させるように配置され、
   第ｋの干渉膜フィルタは、第ｋ−１のミラーから入射してきた光を前方に向けて反射させるように配置され、
   第ｎの分波光入出力部から前方に向かって出力されて、第ｎの干渉膜フィルタを透過した光の光路上に前記合波光入出力部が配置され、
   第１の分波光入出力部から出力された光は、第１〜第ｎ−１のミラーと第２〜第ｎの干渉膜フィルタを交互に昇順に辿って前記合波光入出力部に入力し、
   ｍを２〜ｎの自然数として、
   第ｍの干渉膜フィルタは、前方から後方に向かう光から単一波長の光を透過させて第ｍの分波光入出力部に入力させるとともに、当該単一波長以外の波長の光を第ｍ−１のミラーに向けて反射させるように配置され、
   合波光入出力部から出力された光は、第２〜第ｎの干渉膜フィルタと第１〜第ｎ−１のミラーを交互に降順に辿って第ｍの分波光入出力部に入力するとともに、第１のミラーにて反射された光が第１の分波光入出力部に入力し、
   第１の分波光入出力部から合波光入出力部に至る光、および合波光入出力部から第１の分波光入出力部に至る光は、それぞれ、第１の分波光入出力部と第２の干渉膜フィルタとの間に形成される光路の途上、および第ｋの干渉膜フィルタと第ｋ＋１の干渉膜フィルタとの間に形成される光路の途上で、一回のみ反射する、
   ことを特徴とする光合分波器。
2. 請求項１において、第１の光入出力部が入出力する単一波長の光を選択的に透過する第１の干渉膜フィルタが当該第１の分波光入出力部の前方に配置されて、当該第１の干渉膜フィルタの前方に第１のミラーが配置されていることを特徴とする光合分波器。
3. 請求項１または２において、前記第１〜第ｎの光入出力部は、同一の平面上にｎ角形の頂点を形成する位置に配置されているとともに、昇順に前記ｎ角形を一方向に周回する方向に順番に配置されていることを特徴とする光合分波器。
4. 請求項１または２において、
   前記第１〜第ｎの分波光入出力部が配置されている面をｘｙ面として、
   当該第１〜第ｎの分波光入出力部は、ｘ軸方向を行方向として、ｙ軸方向に平行に複数行を形成するように配置されているとともに、第１行に配置された第１の光入出力部を起点として、昇順に葛折れとなる位置に順番に配置され、
   第ｎの分波光入出力部が配置されている最終行には、最終行以外の行に配置されている分波光入出力部の数以下の分波光入出力部が配置されているとともに、当該最終行以外の各行には同数の複数の分波光入出力部が配置されている、
   ことを特徴とする光合分波器。
5. 請求項４において、
   前記分波光入出力部は、ｎ≧４の偶数であるとともに、第１行と第２行に配置され、
   第１行に第１〜第ｎ／２の分波光入出力部が配置され、
   第２行に第ｎ／２＋１〜第ｎの分波光入出力部が配置され、
   前記干渉膜フィルタと前記ミラーは、行間に配置された基板の上面と下面に固定されている、
   ことを特徴とする光合分波器。
6. 請求項５において、
   前後方向をｚ軸方向として、ｚｘ面に平行な同一の面に配置された第ｍ−１のミラーと第ｍの干渉膜フィルタは、前記基板上に積層された同一の補助基板上に固定され、
   前記補助基板は、ｙ軸周りに回動可能に構成されているともに、所定の回転位置で固定されている、
   ことを特徴とする光合分波器。
7. 請求項４〜６のいずれかにおいて、前記基板は、ｙｚ面に平行な面を有する固定板を備え、行を跨いで配置された第ｍ−１のミラーと第ｍの干渉膜フィルタは、ｙｚ面に平行な側面を有し、当該側面が前記固定板に固定されていることを特徴とする光合分波器。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記第１の分波光入出力部は、前記第１のミラーが後方に向かって反射した光の光路上に配置され、
   前記第ｋの分波光入出力部は、前記第ｋの干渉フィルタを前方から後方に透過する光の光路上に配置され、
   前記合波光入出力部は、第ｎの干渉膜フィルタを後方から前方に透過する光の光路上に配置されている、
   ことを特徴とする光合分波器。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、前記ミラー及び／又は前記干渉膜フィルタは、光の入射面に対面する裏面側を反射面としていることを特徴とする光合分波器。
10. 請求項１〜９のいずれかにおいて、
    後方から前方を見て、第１〜第ｎの光入出力部が配置されている領域の内方に前記合波光入出力部が配置され、
    前記第ｎの干渉膜フィルタと前記合波光入出力部との間に屈曲した光路を形成させる光路偏向部を備える、
    ことを特徴とする光合分波器。
11. 請求項１０において、前記合波光入出力部は、前端に光の入出力口を有し、前記光路偏向部は、前記第ｎの光入出力部から出力された光を後方に折り返すことを特徴とする光合分波器。
12. 筐体内に二つの光合分波器が収納され、一方の光合分波器を光合波器とし、他方の光合分波器を光分波器とした光トランシーバであって、前記二つの光合分波器の内、少なくとも一方が請求項１〜１０のいずれかに記載の光合分波器であることを特徴とする光トランシーバ。

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