JPH01309008A - 光素子とその製造方法及びそれを使用した分波合波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、１つの伝播光を２つに分岐する、あるいは２
つの伝播光を１つに合成する機能を有する新規な分波・
合波装置用光素子とその製造方法および該光素子を使用
した新規な分波・合波装置の構成に関する。本発明に係
る光ファイバ並びに分波・合波装置は、光通信等の分野
における波長分割多重伝送に際して必要な分波あるいは
合波処理に有利に使用することができるが用途はこれに
限定されない。

従来の技術 高密度で高速な信号伝送に有効な技術として光通信技術
が注目されている。ここで、近年特に注目され、開発が
進んでいるものに、光波長分割多重伝送技術がある。こ
の技術は、互いに波長の異なる２以上の光信号を重畳し
てひとつの伝送路で伝送する技術であるが、この技術を
実施する上で極めて重要な光素子に、分波・合波装置が
ある。

即ち、分波・合波装置は、２種以上の光信号を重畳する
、あるいは、重畳された２種以上の光信号を再び２つの
独立した信号に分離する機能を有する素子である。

第６図は、従来−船釣に使用されている光分波・合波装
置（゛′ファイバ加工型光回路部品”電子通信学会技術
研究報告１９７９　（ＯＱＥ７９−８５）　ｐ１９等に
記載されている）の構成を示す図である。

第６図に示すように、この装置は、入射ポートである光
ファイバ６１と、１対の出射ポートである光ファイバ６
２並びに６３とから主に構成されている。

光ファイバ６２は、光ファイバ６１の出射側端面に対向
して配置された端面を有し、また、光ファイバ６３は、
光ファイバ６１並びに６２に対して直角に配置されてい
る。ここで、光ファイバ６１の出射側端面は、各光ファ
イバ６１．６２．６３の何れの伝播光軸に対しても等し
い角度を採るように傾斜しており、更に端面上には誘電
体多層膜６４が形成されている。

この誘電体多層膜６４は、所定の波長（第６図に示した
装置ではλ２）の光は反射し、他の所定の波長の光（第
６図に示した装置ではλ１）は透過する機能を有してお
り、光ファイバ６１から出射された伝播光は、波長λ１
の光が光ファイバ６２へ、波長λ２の光が光ファイバ６
３へと互いに分岐される。

尚、誘電体多層膜６４は、−役に約２０層程度の蒸着膜
により形成されており、多層膜６４全体の厚さは１μｍ
以下である。

また、上述の説明は、光分波装置としての機能について
述べたが、入射用および出射用光ファイバの構成を逆に
することによって、この装置は光合波装置としても機能
する。

発明が解決しようとする課題 上述のような従来の光分波・合波装置は、その優れた性
能によって波長分割多重伝送用に用いられていたが、製
造に高度な技術を要するために、光素子としては高価な
素子のひとつである。

即ち、上述のような構造の光分波・合波装置を所望の機
能を発揮するように製造しようとすると、誘電体多層膜
の作製において極めて精密な膜厚制御が必要となり、生
産性並びに歩留りの点で極めて不利であった。従って、
光分波・合波装置の低価化並びに量産化は、上述のよう
な従来の構造のものでは極めて困難であった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し
、低価格化、量産化によく馴染む新規な光素子並びに該
素子を使用した新規な光分波・合波装置を提供すること
にある。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従い、各々の伝播光軸が１点で交叉する
ように、一方の端面が互いに実質的に対向した少なくと
も３本の光導波路と、前記光導波路の伝播光軸の交叉点
上において該伝播光軸を横切るように配置され、屈折率
が互いに異なる第１並びに第２の誘電体層を交互に積層
して形成された誘電体多層膜と、前記導波路の出射並び
に入射端面以外の表面を包囲するクラッド層とを一体に
備えることを特徴とする光素子が提供される。

また、上記本発明に係る光素子を製造する方法として、
本発明に従い、互いに屈折率の異なる第１並びに第２の
誘電体層を交互に積層した所定の線引き方向に延在する
誘電体多層部材と、伝播光の該誘電体多層部材に対する
所定の入射方向および出射方向に延在し且つ該線引き方
向に延在する少なくとも３本の導波路部材と、上記誘電
体多層部材並びに導波路部材と相補的な形状を有し該導
波路部材よりも低い屈折率を有して該線引き方向に延在
するクラッド部材とを一体に備えた母材を、前記線引き
方向に線引きして該線引き方向に直角な任意の断面にお
いて同じ断面構造を有するファイバを得、該ファイバを
所望の長さに分取することによって、上記光素子を得る
ことを特徴とする光素子の製造方法が提供される。

更に、上記本発明に係る光素子を使用することによって
、本発明に従い、上記光素子と、前記光導波路の少なく
とも１本に対して伝播光を注入するあるいは該光導波路
から該伝播光を注入されるように光学的に結合された光
導波手段と、残余の光導波路から伝播光を注入されるあ
るいは該光導波路に対して該伝播光を注入するように光
学的に結合された１対の光導波手段と、を具備すること
を特徴とする光分波・合波装置が提供される。

作用 本発明に係る光素子は、光ファイバの製造技術を応用し
た独自の製造方法と、該方法によって得られた、光導波
路と誘電体多層膜とを一体に具備したその構成を主要な
特徴としており、更に、本発明に係る光素子を使用する
ことによって容易に光分波・合波装置を構成することが
可能となる。

即ち、従来技術によれば、光分波・合波機能を有する誘
電体多層膜を光ファイバの端面に蒸着技術によって形成
し、更にこれを他の光ファイバと組み合わせて光合波・
分波器として構成していた。

しかしながら、蒸着技術による誘電体多層膜の作製は精
密な制御を必要とし、量産化並びに低価格化に馴染まな
かった。これに対して、本発明に係る光素子、は、互い
に屈折率の異なる複数のガラス部品を扱い易い寸法で一
体化したものを母材とし、この母材を所定の径まで線引
きすることによって細密な光素子を容易に実現している
。

この方法によれば、線引きして得られたファイバ中に連
続して誘電体多層膜が形成されるので、これを所望の長
さに切断することによって均質な誘電体多層膜を大量且
つ容易に作製することができる。従って、この誘電体多
層膜に対して入射光あるいは出射光を導く光導波路を設
けることにより、例えばλ、およびλ２の２種の波長の
光を合波あるいは分波する機能を具備した光素子を得る
ことができる。尚、この出射光並びに入射光のための導
波路は、具体的に後述するように、前述の誘電体多層膜
の作製と同じ方法を利用することによって、誘電体多層
膜と同時に容易且つ大量に作製することができる。

更に、具体的に後述するように、この光素子を通常の光
ファイバと組み合わせることにより、分波・合波装置を
容易に構成することが可能である。

以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが
、以下に開示するものは本発明の一実施例に過ぎず、本
発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例 第１図（ａ）は、本発明に係る光素子の構成を慨略的に
示す断面図であり、第１図ら）は、第１図（ａ）の部分
拡大図である。

この光素子は図面の奥行方向に所定の長さを有するファ
イバ状の形態を有し、第１図（ａ）にその断面を示すよ
うに、クラッド５と共に一体に構成された入射あるいは
出射ポートたる３本の光導波路ｌ、２．３と、誘電体多
層膜４とを備えている。

ここで、光導波路ｌと光導波路３とは互いに対向して配
置され、光導波路２はこの両者に対して直角に配置され
ている。また、誘電体多層膜４は、光導波路１から入射
した伝播光を反射した場合に反射光が光導波路２に注入
されるように配置されている。

誘電体多層膜４は、第１図（ｂ）に示すように、互いに
屈折率の異なる２種の誘電体層４１．４２を交互に積層
して構成されており、特定の波長（波長λ１）の光は略
完全に透過し、他の特定の波長（波長λ２）の光は略完
全に反射するように構成されている。

尚、クラッド５は、光導波路１．２．３よりも屈折率の
低い材料で作製されており、各光導波路の伝播光の拡散
を防出している。

第２図は、上述のような本発明に係る光素子を作製する
際に使用する母材の構成を概念的に示す図である。

この母材は、第１図に示した断面構造が、線引き方向の
任意の断面において常に得られるように構成されており
、第１図に示した各構成要素は以下の第１表に示すよう
に対応している。

第１表 ここで、母材を構成する各部材は、具体的に後述するよ
うに、クラッド部材２５ａ〜２５ｅの屈折率が光導波路
部材２１．２２．２３の屈折率よりも低くなるように、
また、誘電体部材２４は、互いに屈折率の異なる２種の
誘電体の板材２４ａ　、　２４ｂから構成されている。

このような各部材を、融着等により一体として母材を作
製した後、この母材を光ファイバの製造等において利用
される線引き技術を利用して細径化することによって、
第１図に示したような構成を有する光素子を、長尺のフ
ァイバとして得ることができる。

第３図は、上述のようにして得られた本発明に係る光素
子を、光分波・合波器として使用する際の構成を概略的
に示す図である。

第３図に示すように、この光分波・合波装置は第１図に
示した光素子１０と、この光素子ＩＯの各光導波路１．
２および３にそれぞれ伝播光を注入あるいは抽出する光
ファイバ３１．３２および３３とから構成されている。

本実施例の装置は、光分波装置として構成されており、
光ファイバ３１のコア３１ａから波長λ１およびλ２の
２つの波長の光が光素子の光導波路１に注入されるよう
に構成されている。光導波路１に導入された伝播光は、
光素子１０の誘電体多層膜４に誘導され、ここで、波長
λ１の光は誘電体多層膜４を透過して光導波路３へ、ま
た、波長λ２の光は誘電体多層膜４に反射されて光導波
路２へと導入される。各導波路２および３に導入された
各波長の光は、それぞれ光ファイバ３２および３３の各
コア３２ａおよび３３ａへ注入される。かくして、光フ
ァイバ３２および３３には、それぞれ波長λ２、λｌの
光がそれぞれ出力される。

尚、本発明に係る光素子は、前述のように長尺のファイ
バとして得られるが、上述のような光分波器の構成およ
び機能に鑑みて、上述のような装置に組み込む際には、
各光ファイバのコア径と等しいあるいはコア径よりも僅
かに大きい程度の長さを使用すればよい。従って、長尺
ファイバとして作製した光素子からは極めて大量の光素
子ユニットを得ることができる。

以下に、上述のような光素子の作製並びにそれを利用し
た光分波器の特性評価について示す。

作製例 第２図に示したような構成を有する母材を、以下の第２
表に示すような部材を使用して、母材全体が直径４Ｑｍ
ｍの円筒状になるように作製した。

第２表 ※：石英ガラス 尚、誘電体部材２４は、誘電体板２４ａ　、２４ｂをそ
れぞれ８枚、９枚使用して交互に積層して構成した。

以上のような各部材を、表面のみをバーナで熱溶融して
接着して母材とし、この母材を線引炉で線引温度２０５
０℃に加熱し、張力５０ｇ・線速１０ｍ／分で線引した
。ファイバ外径は、１２５μｍに仕上げた。

第４図は、上述のように作製した本発明に係る光素子の
特性を測定する場合の測定方法を説明する図である。

第４図に示すように、本発明に係る光素子の分波特性を
測定するために、作製したファイバ状の光素子から適当
な長さのファイバ１０を切り取り、光導波路のひとつに
は他端を光注入用分光器に接続した光ファイバ３１を、
他の光導波路には他端をパワーメータＰＭＩ、ＰＭ２に
それぞれ接続した光ファイバ３２．３３をそれぞれ光学
的に結合した。

尚、使用した光ファイバは単一モード光ファイバであり
、光素子１０と各光ファイバ３１．３２．３３との間に
はマツチングオイルを充填した。

以上のように構成した装置において、分光器により波長
１．０〜１．８μｍまでの光を光素子の側面に入射し、
２基のパワーメークＰＭＩ、ＰＭ２の出力を記録したと
ころ、第５図のグラフに示すような結果が得られた。

即ち、第５図は、上述のようにして測定した本実施例に
係る光分岐・合波装置の特性を示すグラフであり、各損
失値は、光素子を装入しなかった場合のパワーメーク側
出力パワーＰ。（λ−１，３μｍ）と測定したパワーＰ
、（λ、）、Ｐ２（λ２）とのそれぞれの差で表してい
る。尚、第５図中では、破線がＰＭＩ側の出力に、実線
がＰ　Ｍ　２側の出力にそれぞれ対応している。

第５図からも判るように、本発明に係る光素子は、波長
１．３μｍと１．５５μｍにおいて損失がそれぞれ最小
／最大を示しており、光が波長によって分波されている
ことが確認された。尚、合波については分波と全く逆の
作用であり、この分波特性から合波も本発明の光素子に
より実現可能であると考えられる。

また、本発明の光素子が備える光導波路１．２．３は、
この光素子を光を外部の光導波手段（本実施例では光フ
ァイバ３１．３２．３３〉の間に挿入する際の損失を低
下させることを目的としており、後述するように、実質
的に必須の要素と考えられる。

即ち、比較のため、光素子断面に導波路構造を持たない
光素子の損失値（１，３μｍ１パワメ一タＰＭ２）を第
５図に併せて示すが（曲線Ａ）、実施例の光素子値より
も損失が明らかに大きく、導波路構造が挿入損失を低下
させるのに有効であることが確認された。

発明の効果 以上詳述の如く、本発明により、互いに波長の異なる光
を合成あるいは分離する機能を具備した新規な光素子が
提供される。この光素子は廉価且つ大量に安定した品質
で製造することが可能である。

即ち、本発明に係る光素子は、精密な膜厚の制御が必要
な蒸着技術等を利用せずに作製することができるので、
製造が容易でありながら有効な性能を安定して発揮し、
廉価な製品の安定供給に大きく寄与するものと期待され
る。また同時に、この光素子を、光ファイバ等の所望の
光導波回路と組み合わせることによって、廉価で性能の
安定した光分波・合波装置が提供される。

このように、本発明は、波長分割多重伝送等の光伝送技
術に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る光素子の構成を概略的に
示す断面図であり、第１図ら）は、第１図（ａ）の部分
拡大図であり、 第２図は、第１図に示すような光素子を作製する際に使
用する母材の構成を概念的に示す図であり、 第３図は、第１図に示すような光素子を、光分波・合波
器として使用する際の構成を概略的に示す図であり、 第４図は、実施例における光素子の特性を測定する場合
の測定方法を説明する図であり、第５図は、第４図に示
した方法で測定した実施例に係る光分岐・合波装置の特
性を示すグラフであり、 第６図は、従来の光分波・合波装置の構成を概略的に示
す図である。 〔主な参照番号〕 １、　２．　３・・光導波路、 ４．６４・・・・誘電体多層膜、 ５・・・クラッド、　１０・・・光素子、２１．２２．
２３　−−光導波路部材（ＧｅＯ２）、２４・・・・・
・誘電体多層膜多層部材、２４ａ・・・・・誘電体板（
Ｓｉ０２）、２４ｂ　　・・・・・誘電体板（Ｔ１０２
＞、２５ａ〜２５ｅ・・・クラッド部材（Ｓ１０２）、
３１、３２．３３．６１．６２．６３　　・・光ファイ
バ、３１ａ、　　３１ｂ、　３１ｃ　　ｌ　・・・：］
ア、４１、４２・・・・誘電体層、 ６１、６２．６３・・光ファイバ、 ６４・・・・・・誘電体多層膜 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々の伝播光軸が１点で交叉するように、一方の
   端面が互いに実質的に対向した少なくとも３本の光導波
   路と、 前記光導波路の伝播光軸の交叉点上において該伝播光軸
   を横切るように配置され、屈折率が互いに異なる第１並
   びに第２の誘電体層を交互に積層して形成された誘電体
   多層膜と、 前記導波路の出射並びに入射端面以外の表面を包囲する
   クラッド層と を一体に備えることを特徴とする光素子。
2. （２）互いに屈折率の異なる第１並びに第２の誘電体層
   を交互に積層した所定の線引き方向に延在する誘電体多
   層部材と、伝播光の該誘電体多層部材に対する所定の入
   射方向および出射方向に延在し且つ該線引き方向に延在
   する少なくとも３本の導波路部材と、上記誘電体多層部
   材並びに導波路部材と相補的な形状を有し該導波路部材
   よりも低い屈折率を有して該線引き方向に延在するクラ
   ッド部材とを一体に備えた母材を、前記線引き方向に線
   引きして該線引き方向に直角な任意の断面において同じ
   断面構造を有するファイバを得、該ファイバを所望の長
   さに分取して第１請求項に記載の光素子を得ることを特
   徴とする光素子の製造方法。
3. （３）第１請求項に記載の光素子と、前記光導波路の少
   なくとも１本に対して伝播光を注入するあるいは該光導
   波路から該伝播光を注入されるように光学的に結合され
   た光導波手段と、残余の光導波路から伝播光を注入され
   るあるいは該光導波路に対して該伝播光を注入するよう
   に光学的に結合された１対の光導波手段とを具備するこ
   とを特徴とする光分波・合波装置。