JP6955193B2 - 光合分波器 - Google Patents

Description

本発明は、光合分波器に関する。

光合分波器は、波長の異なる複数の光信号を合波又は分波するための機器であり、例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光伝送システムに用いられる。光合分波器としては、特許文献１に開示されるように、光透過性のガラス基材と、ガラス基材の一方の端面に設けられ、所定の波長の光を透過し他の波長の光を反射する複数の誘電体多層膜を備えるフィルタ部と、ガラスブロックの他方の端面に設けられた反射部とを有するものが知られている。上記光合分波器は、フィルタ部において所定の波長の光を透過させつつ、フィルタ部の各誘電体多層膜と反射部との間で光信号を反射させる処理を繰り返すことにより、波長の異なる複数の光信号を合波又は分波する。

特開２０１４−９５８４３号公報

ところで、上記光合分波器は、光信号を合波又は分波する際の光損失が少ないものであることが好ましい。この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光損失が抑制された光合分波器を提供することにある。

上記の目的を達成するための光合分波器は、ガラス基材と、前記ガラス基材に固定され、所定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する複数の誘電体多層膜を備えるフィルタ部と、前記フィルタ部に対向するように前記ガラス基材に固定された反射部とを備える光合分波器であって、前記フィルタ部と前記反射部との間の光路の少なくとも一部を、気相を通過する光路としている。

特許文献１に開示される光合分波器の場合、光合分波器に入射された光信号は、ガラス基材の内部を透過しながら、フィルタ部と反射部との間を反射する。すなわち、フィルタ部と反射部との間における光信号の光路の全てがガラス基材からなる固相を通過するように構成されている。

これに対して、上記構成の場合、フィルタ部と反射部との間の光路の少なくとも一部が気相を通過するように構成されている。上記光路における気相を通過する部分においては、ガラス基材を通過する際の内部吸収による光の減衰がないため、ガラス基材の内部吸収に基づく光損失が抑制される。したがって、上記光路の全てがガラス基材からなる固相を通過する構成と比較して、光信号を合波又は分波する際の光損失を低減することができる。

上記光合分波器において、前記ガラス基材は、間隔をあけて配置される第１ガラス基材と第２ガラス基材とを備え、前記フィルタ部と前記反射部との間の光路の少なくとも一部は、前記第１ガラス基材と前記第２ガラス基材との間の隙間を通過することが好ましい。

上記構成によれば、フィルタ部と反射部との間に気相を通過する光路を容易に設けることができる。特に、フィルタ部と反射部との間の光路の全てを、気相を通過する光路とすることが容易である。

上記光合分波器において、前記ガラス基材は、中空形状であり、前記フィルタ部及び前記反射部は、前記ガラス基材の中空部分を挟んで互いに対向する位置に配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、フィルタ部と反射部との間に気相を通過する光路を容易に設けることができる。また、光合分波器の強度を確保することが容易である。
上記光合分波器において、中空形状の前記ガラス基材は、第１端面と前記第１端面の反対側に位置する第２端面とを有するとともに、前記第１端面側及び前記第２端面側に開口する筒状であり、前記フィルタ部は、前記ガラス基材の第１端面側に固定され、前記反射部は、前記ガラス基材の第２端面側に固定されていることが好ましい。

上記構成によれば、フィルタ部と反射部との間の光路の全てを、気相を通過する光路とすることができることから、光損失の抑制効果がより大きなものになる。
上記光合分波器において、中空形状の前記ガラス基材は、複数のガラス分割体を接合してなることが好ましい。この場合、前記ガラス分割体の少なくとも一つは、前記中空部分を構成する凹部を有することが好ましい。また、前記ガラス基材は、接着剤により接合されていることが好ましい。

上記構成によれば、中空形状のガラス基材を容易に形成することができる。

本発明の光合分波器によれば、光損失を抑制できる。

光合分波器の斜視図。 光合分波器の上面図。 ガラス基材の斜視図。 ガラス基材を構成するガラス分割体の斜視図。 光分波器として用いた場合における光信号の光路を示す説明図。 （ａ），（ｂ）は変更例のガラス基材を用いた場合における光信号の光路を示す説明図。 変更例の光合分波器の斜視図。 変更例の光合分波器の斜視図。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
図１及び図２に示すように、光合分波器１０は、フィルタ部１１と、フィルタ部１１に対向するように配置される反射部１２と、フィルタ部１１及び反射部１２を支持するガラス基材１３とを備えている。

フィルタ部１１は、光透過性の板状のガラスブロック１１ａの一方の主面に、複数の誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅが並列に設けられてなる光学フィルタである。誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅは、所定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する。フィルタ部１１の誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅは、透過可能な光の波長がそれぞれ異なっている。また、反射部１２は、一方側の主面に反射膜が設けられたガラス等からなる板状部材により構成されている。

図１及び図３に示すように、ガラス基材１３は、光透過性の中空ブロックであり、互いに反対側に位置する側面である第１端面１３ａ及び第２端面１３ｂ側に開口する四角筒状に形成されている。具体的には、ガラス基材１３は、上下に間隔をあけて配置される長四角板状の上壁１４及び下壁１５と、上壁１４及び下壁１５の対向する二辺同士を接続する一対の側壁１６とを有する。そして、ガラス基材１３の内部には、上壁１４、下壁１５、側壁１６に囲まれるとともに、第１端面１３ａ及び第２端面１３ｂ側に開口する中空部分１３ｃが設けられている。

また、ガラス基材１３の上壁１４には、ガラス基材１３内への不要な光の侵入を抑制するための遮光処理が施されている。遮光処理としては、例えば、上壁１４の上面に遮光膜を設けることや、上壁１４の上面を、ブラスト処理やエッチング処理等により形成される凹凸構造に基づく光拡散面とすることが挙げられる。

図３及び図４に示すように、ガラス基材１３は、二つのガラス分割体２０を接合することにより形成されている。ガラス分割体２０は、長方形状の底壁２１と、底壁２１の対向する両側縁から立設された一対の半側壁２２とを備え、一方側（紙面上方側又は下方側）に開口する凹部２３を有する断面Ｕ字状の部材である。二つのガラス分割体２０を、互いの凹部２３側を向い合せた状態として、半側壁２２の先端面同士を接合することによって、中空部分１３ｃを有する四角筒状のガラス基材１３となる。なお、ガラス分割体２０同士の接合態様としては、例えば、接着剤（例えば、紫外線等で硬化する感光性接着剤）による接合、低融点膜を介在させた接合、オプティカルコンタクト法による接合等が挙げられる。これらの接合形態の中でも、ガラス基材１３を容易に形成できることから、接着剤を用いた接合が好ましい。

図１及び図２に示すように、ガラス基材１３に対して、フィルタ部１１及び反射部１２は、ガラス基材１３の中空部分１３ｃを挟んで互いに対向する位置に配置されている。フィルタ部１１は、誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅが設けられている側の面をガラス基材１３側に向けた状態として、ガラス基材１３の第１端面１３ａ側の開口を塞ぐように第１端面１３ａに固定されている。

反射部１２は、反射膜が設けられている側の面をガラス基材１３側に向けた状態として、ガラス基材１３の第２端面１３ｂ側の開口を塞ぐように第２端面１３ｂに固定されている。なお、ガラス基材１３の第２端面１３ｂにおける誘電体多層膜１１ｂの反対側の部分には、ガラス基材１３内に光を入射させる、又はガラス基材１３内から光を出射させる出入射部１７として、反射部１２により開口が塞がれていない部分が設けられている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図５は、光合分波器１０を、光分波器として用いた場合において、光合分波器１０の内部を伝搬する光信号の光路を概念的に示している。

まず、互いに異なる四つの波長λ１〜λ４を有する複数の光信号を含む波長多重化された光信号が光合分波器１０の出入射部１７に入射される。出入射部１７に入射された光信号は、フィルタ部１１の誘電体多層膜１１ｂにて波長λ１の光信号が透過され、残りの波長λ２〜λ４の光信号を含む波長多重化された光信号が反射される。

続いて、波長λ２〜λ４の光信号を含む波長多重化された光信号は、反射部１２にてフィルタ部１１の誘電体多層膜１１ｃへ反射される。そして、誘電体多層膜１１ｃにて波長λ２の光信号が透過され、残りの波長λ３〜λ４の光信号を含む波長多重化された光信号が反射される。こうしたフィルタ部１１における選択的な光信号の透過及び反射と、反射部１２における光信号の反射を繰り返すことにより、波長λ１〜λ４の光信号を含む波長多重化された光信号は、それぞれの波長の光信号に分波される。

ここで、本実施形態の光合分波器１０の場合、フィルタ部１１と反射部１２との間における光信号の光路は、その全てが、ガラス基材１３の中空部分１３ｃに基づく気相（空気相）を通過する光路となっており、ガラス基材１３のガラス部分を通過しない。なお、図５では、ガラス基材１３内におけるガラス部分をドットで示している。

光信号がガラス部分等の固相を通過する際には、内部吸収による光の減衰が生じるが、上記構成によれば、光信号が固相を通過しないため、固相の内部吸収による光の減衰を零にする、又は大きく低減することができる。その結果、光信号を分波する前後における光損失が抑制される。また、光信号がフィルタ部１１から中空部分１３ｃへ入射（或いは出射）する際、固相（ガラス相）と気相（空気相）の界面で屈折現象が生じる。この屈折効果により、複数の誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅの配列寸法が同程度であって、内部に気相空間を有しない従来の合分波器に比べて、フィルタ部１１から反射部１２までの距離を短く構成することができる。すなわち、本発明の光合分波器１０は従来の合分波器に比べてコンパクトに構成できる。

なお、光合分波器１０を光合波器として用いた場合にも同様の作用及び効果が得られる。光合分波器１０を光合波器として用いた場合、光信号の光路は上述した光分波器使用の場合と逆の光路となる。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）光合分波器１０は、ガラス基材１３と、ガラス基材１３に固定され、所定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する複数の誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅを備えるフィルタ部１１と、フィルタ部１１に対向するようにガラス基材１３に固定された反射部１２とを備える。フィルタ部１１と反射部１２との間の光路は、気相を通過する光路である。

上記構成によれば、光信号を合波又は分波する際の光損失を抑制できる。また、従来の合分波器に比べてコンパクトに構成できる。
（２）フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路の全てが気相を通過する光路である。

上記構成によれば、光信号を合波又は分波する際の光損失を効果的に抑制できる。また、ガラス基材１３を選択する際に、光透過性を考慮する必要がないため、選択の自由度が大きくなる。例えば、光を透過しないガラス基材や、接着剤を用いた接合部分のように光の透過に影響を与える部分を有するガラス基材を用いることも可能になる。

（３）ガラス基材１３は、中空形状であり、フィルタ部１１及び反射部１２は、ガラス基材１３の中空部分を挟んで互いに対向する位置に配置されている。
上記構成によれば、フィルタ部１１と反射部１２との間に気相を通過する光信号の光路を容易に設けることができる。また、光合分波器の強度が確保されやすい。

（４）ガラス基材１３は、第１端面１３ａと第１端面１３ａの反対側に位置する第２端面１３ｂとを有するとともに、第１端面１３ａ側及び第２端面１３ｂ側に開口する筒状である。フィルタ部１１は、ガラス基材１３の第１端面１３ａ側に固定され、反射部１２は、ガラス基材１３の第２端面１３ｂ側に固定されている。

上記構成によれば、フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路の全てを、気相を通過する光路とすることが容易である。
（５）ガラス基材１３は、複数のガラス分割体２０を接合してなる部材である。

上記構成によれば、中空形状のガラス基材１３を容易に形成することができる。特に、ガラス基材１３の中空部分１３ｃの形状を制御することが容易である。
（６）ガラス分割体２０は、中空部分１３ｃを構成する凹部２３を有している。

上記構成によれば、中空形状のガラス基材１３の形成に必要となるガラス分割体２０の数を少なくすることができる。これにより、ガラス基材１３におけるガラス分割体２０同士の接合部分が少なくなり、ガラス基材１３の強度が向上する。

（７）ガラス基材１３の上壁１４には、遮光処理が施されている。
上記構成によれば、上方からのガラス基材１３内への不要な光の侵入を抑制することができる。これにより、光の合波及び分波の精度が向上する。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ガラス基材１３における上壁１４以外の壁に対して、遮光処理を施してもよい。なお、少なくとも上壁１４に対して遮光処理を施すことが効果的である。また、ガラス基材１３は、遮光処理が施されていないものであってもよい。

・ガラス基材１３として、光を透過しないガラス基材を用いてもよい。この場合には、ガラス基材１３に遮光処理が施されていなくても、ガラス基材１３内への不要な光の侵入を抑制することができる。

・ガラス基材１３の中空形状は、第１端面１３ａ及び第２端面１３ｂ側に開口する四角筒状に限定されるものではなく、フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路となる部分に中空部分１３ｃを有する形状であればよい。例えば、図６（ｂ）に示すように、開口のない閉じた中空部分１３ｃを有する中空形状であってもよい。

・フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路について、気相を通過する部分と、ガラス相を通過する部分とを有する光路となるように構成してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、フィルタ部１１の誘電体多層膜１１ｂ〜１１ｅのうちの特定の誘電体多層膜と反射部１２との間の光路のみを、部分的に気相（中空部分１３ｃ）を通過する光路としてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、反射部１２とフィルタ部１１との間の各光路における中間部分のみを、部分的に気相（中空部分１３ｃ）を通過する光路としてもよい。これらの場合にも、固相（ガラス相）と気相（空気相）の界面で生じる屈折効果により、従来の合分波器に比べてコンパクトに構成できる。

なお、フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路について、気相及びガラス相を通過するように構成した場合には、ガラス基材１３における当該光路が通過するガラス相部分については光透過性のものとする。また、当該光路上に位置する気相とガラス相との境界部分（ガラス基材１３の表面）に対して、光信号の反射を抑制する反射防止膜を設けることが好ましい。

・中空形状のガラス基材１３を形成するためのガラス分割体２０の形状は特に限定されるものではなく、ガラス基材１３の中空形状に応じて、適宜、変更することができる。例えば、凹部を有するガラス分割体２０と、凹部を有さない平板状のガラス分割体２０とを接合してなるガラス基材１３であってもよい。具体的には、図４に示す二つのガラス分割体２０のうち、一方のガラス分割体２０の半側壁２２を延長し、他方のガラス分割体２０の半側壁２２を省略した構成としてもよい。

すなわち、一方のガラス分割体２０にのみ側壁１６を構成する部位を予め形成しておき、他方の分割体２０は底壁２１のみからなる板状部材としてもよい。この場合にも、上記（６）の効果が得られる。また、３以上のガラス分割体２０を接合してなるガラス基材１３であってもよい。さらに、ガラス基材１３は、複数のガラス分割体２０を接合してなる構成に限定されるものではなく、例えば、ブロー成形品のような接合部分のない構成であってもよい。

・フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路が通過する気相は、中空形状のガラス基材１３の中空部分１３ｃに基づく気相に限定されるものではない。すなわち、ガラス基材１３は、中空形状に限定されるものではなく、非中空形状のガラス基材１３であってもよい。

例えば、図７に示す例では、一枚の板状のガラス基材１３の上面に対して、フィルタ部１１及び反射部１２を互いに対向するように配置して固定している。すなわち、上記実施形態におけるガラス基材１３の上壁１４及び一対の側壁１６を省略したような構成となっている。この場合にも、フィルタ部１１と反射部１２との間の光路は、気相を通過する光路となるため、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、ガラス基材１３を中空形状とするための加工が不要であることから、中空形状のガラス基材１３を用いる場合と比較して、フィルタ部１１と反射部１２との間に気相を通過する光路を容易に設けることができる。

また、図８に示す例では、所定の間隔をあけて上下に配置される板状の第１ガラス基材１３ｄ及び第２ガラス基材１３ｅによりガラス基材１３が構成されている。そして、第１ガラス基材１３ｄ及び第２ガラス基材１３ｅの一方側の各端縁に対してフィルタ部１１が固定されるとともに、同端縁の反対側に位置する他方側の各端縁に対して反射部１２が固定されている。すなわち、上記実施形態におけるガラス基材１３の一対の側壁１６を省略したような構成となっている。

この場合、フィルタ部１１と反射部１２との間の光信号の光路は、第１ガラス基材１３ｄと第２ガラス基材１３ｅとの間の隙間に基づく気相を通過する光路となる。そのため、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、ガラス基材１３を中空形状とするための加工が不要であることから、中空形状のガラス基材１３を用いる場合と比較して、フィルタ部１１と反射部１２との間に気相を通過する光信号の光路を容易に設けることができる。なお、この場合には、上側に位置する第１ガラス基材１３ｄを有しているため、第１ガラス基材１３ｄに遮光処理を施すことや、光を透過しない又は光透過性の低い第１ガラス基材１３ｄを用いることにより、不要な光の侵入を抑制することも可能である。

・上記実施形態では、光信号の光路が通過する気相を構成する気体の種類や圧力は特に限定されるものではなく、光合分波器１０が設置される環境に応じた気相でよい。
・フィルタ部１１及び反射部１２の構成は特に限定されるものではなく、公知の光合分波器に用いられる構成を適用することができる。例えば、第２端面１３ｂに開口を有さないガラス基材１３（例えば、図６（ｂ）に示すガラス基材１３）を用いた場合には、ガラス基材１３の第２端面１３ｂに対して直接、反射膜を設け、これを反射部１２としてもよい。

１０…光合分波器、１１…フィルタ部、１１ａ…ガラスブロック、１１ｂ〜１１ｅ…誘電体多層膜、１２…反射部、１３…ガラス基材、１３ａ…第１端面、１３ｂ…第２端面、１３ｃ…中空部分、１３ｄ…第１ガラス基材、１３ｅ…第２ガラス基材、２０…ガラス分割体、２３…凹部。

Claims (5)

1. ガラス基材と、前記ガラス基材に固定され、所定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する複数の誘電体多層膜を備えるフィルタ部と、前記フィルタ部に対向するように前記ガラス基材に固定された反射部とを備える光合分波器であって、
   前記フィルタ部と前記反射部との間の光路の少なくとも一部を、気相を通過する光路とし、
   前記ガラス基材は、中空形状であり、
   前記フィルタ部及び前記反射部は、前記ガラス基材の中空部分を挟んで互いに対向する位置に配置されていることを特徴とする光合分波器。
2. 前記ガラス基材は、第１端面と前記第１端面の反対側に位置する第２端面とを有するとともに、前記第１端面側及び前記第２端面側に開口する筒状であり、
   前記フィルタ部は、前記ガラス基材の第１端面側に固定され、
   前記反射部は、前記ガラス基材の第２端面側に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
3. 前記ガラス基材は、複数のガラス分割体を接合してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光合分波器。
4. 前記ガラス分割体の少なくとも一つは、前記中空部分を構成する凹部を有することを特徴とする請求項３に記載の光合分波器。
5. 前記ガラス基材は、接着剤により接合されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光合分波器。

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