JPH02153307A - 光機能素子 - 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〕 本発明は光通信の際、光信号の合分波・合分波をおこな
う光機能素子に関する。

〔従来技術〕

光通信においては、光ファイバで伝送される光信号を合
分波したり合分波したりする必要がある。

そこで、光信号の合分波・合分波機能を実現する装置が
種々考えられており、例えば、昭和６３年電子情報通信
学会秋季全国大会で発表された「全ガラス導波路型光合
分波器Ｊ　　（Ｃ−１８５）と題する論文に示されるよ
うな光導波路を利用するものや、昭和６３年電子情報通
信学会春期全国大会で発表された「３波長用単一モード
光合波分波器」（Ｃ−４７４）と題する論文に示される
ような光ファイバの途中にフィルタを挿入したものが知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記の従来の光合分波・合分岐器のうち、先導波
路を利用するものでは光ファイバと先導波路間の光結合
性が悪く、実際の使用する場合には光ファイバとの結合
部において結合損失が大きくなりすぎ、実用性に乏しか
った。

また、−本の光ファイバの途中にフィルタチップを挿入
するタイプのものは、具体的には、光ファイバの一部に
斜めの溝を形成し、この溝にフィルタチップを挿入し、
光ファイバ内を伝送される光信号の所定の波長を有する
ものを光ファイバの光軸に対して斜め方向に反射させ光
信号を取り出している。そして、その光信号取出部分に
先端を斜めにカットした光ファイバを調心結合させ、こ
の光ファイバを介して光信号を取り出している。

そのため、このタイプの光合分波・合分岐器では、光フ
ァイバの先端を正確に端面加工し、光ファイバ同志を調
心しなけらばならず、量産に適していなかった。また、
多心タイプの光ファイバ同士の光信号を一括して合分波
・合分波するためには光ファイバー本ずつを加工しなけ
ればならず、手間が掛かり過ぎてしまい量産には向かな
かった。

史に、光通信網において、光ファイバは光コネクタ等の
接続部品を介して接続されているが、上記のような従来
の光合分波・合分岐器ではいずれも常用の先コネクタ等
に接続することが考慮されておらず、光ファイバと接続
する際、光ファイバを一本づつ光合分波・合分岐器に接
続しなければならなかった。そのため、光通信網に適用
するには適していなかった。

そこで本発明では、量産性が高く、光コネクタ等にも容
易に組み込み可能な光合分波・合分波機能を有する光機
能素子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、本発明の光機能素子では、複
数の光ファイバを互いに平行に保持する保持手段と、前
記光ファイバの光軸に対して所定の角度をもって前記光
ファイバを横断するように前記保持手段内に形成されて
いる溝と、前記溝内に収容され、前記光ファイバに対向
する２つの平面を有し、一方の面には光ファイバからの
光の一部を選択的に透過し、他の一部を反射する光学薄
膜が選択的に形成され、他の一面には光を反射する反射
膜が選択的に形成されている光機能チップとを備えるこ
とを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光機能素子では、上記のように構成し、複数の
光ファイバを互いに平行に保持し、この光ファイバを横
切るように光機能チップを挿入することのより光信号が
伝達される光ファイバ同士の光軸合わせを不用にし、更
に、光機能チップの面を光ファイバの光軸に対して傾斜
させておくことにより、光機能チップの構造を簡単にし
、量産性を高めている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

同一符号を付した要素は同一機能を有するため重複する
説明は省略する。

第１図は本発明に従う光機能素子の一実施例の斜視外観
を示す。

第１図に示す光機能索子１には、光ファイバ１０を紅い
に平行に保持する保持基板１１が設けられている。この
保持基板１１には光ファイバ１０をその中に互いに平行
に保持するＶ溝１１ａが複数形成され、更にこの複数の
Ｖ溝１１ａの両側には、複数のＶｌ清１１ａに平行な一
対のＶ溝１１ｂが形成されている。ここで光ファイバを
平行に保持するＶ溝１１ａは通常の多心光ファイバ用コ
ネクタ内の光ファイバの配列ピッチと同じにし、更にＶ
溝１１ｂの配列ピッチ等も通常の多心光ファイバ用コネ
クタに設けられているガイドピン挿入用Ｖ溝の配列ピッ
チと同じにしである。そしてこの■溝１１ｂは常用の多
心用光ファイバコネクタ（図示せず）と接続する際、位
置決めに用いる。この位置決めには所定の長さを有する
ガイドピンを用い、多心用光ファイバコネクタに設けら
れたＶ溝と光機能素子のＶ溝１１ｂとの間にこのガイド
ビンを挿入連通させることにより簡単に行うことができ
る。この保持基板１１は加工性の点よりＳｉ基板を用い
ることが好ましい。

更にこの保持基板１１の上面には、上面プレート１２が
載置されている。この上面プレート１２は光ファイバ１
０の長手方向に対して４５度傾斜した傾斜溝１２ａによ
り２つに分割されている。

この傾斜溝１２ａは保持基板１１の上面にも形成され、
そこに保持された光ファイバ１０をその長手方向に対し
て４５度の傾斜をもって切断している。そして光機能チ
ップ１３は保持基板１１に形成された傾斜溝１２ａ内に
収容され位置決め固定されている。

次にこの傾斜溝１２ａに挿入固定される光機能チップ１
３の外観構造を第２図に示す。この第２図に示すように
、光機能チップ１３は略直方体の形状をしており、その
材質は、例えばガラス等であり、使用する光の波長や、
光ファイバの屈折率等に応じて屈折率（ｎ値）を設計し
用途に応じて、ガラス以外の例えばＳｔや他の光学材料
、光透過性の材料を使用してもよい。この光機能チップ
の相対向する側面の一方には反射膜１３ａと光透過窓１
３ｂが交互に形成され、他方の側面には光学機能膜１３
ｃと光透過窓１３ｄが交互に設けられている。ここで反
射膜１３ａは入射した光を使用波長に関係なく反射する
機能を有し、光学機能膜１３ｃは所定に角度以下の入射
角を以て入射した光を選択的に反射する機能、例えば、
入射した光の一部分を反射するタイプのものや、入射し
た光の内特定の波長の光のみを反射又は透過するタイプ
ものを使用する。本実施例では、入射した光を２０：１
に比率で選択的に反射するものを用いているが、入射し
た光の波長に応じて透過反射するような光学機能膜を使
用してもよい。そして、このように反射膜、光学機能膜
を形成した後に、この一方及び／又は他方の側面に反射
防止膜（以下ＡＲコートという）をコーティングしてお
くことも、必要に応じて実施する。このようなコーティ
ングを両面に施すことによりこの光機能チップを薄膜の
ように薄くしてもソリの発生を防止することが可能にな
る。

このような光機能チップ１３が、保持基板１１及び上面
プレート１２に形成された傾斜溝１２ａに挿入され、そ
の光機能チップ１３に形成された反射膜１３ａ１光学機
能膜１３ｃ及び透過窓１３ｂ、１３ｄのそれぞれが保持
基板１１に固定された光ファイバ１０に対向するように
固定されている。

次に、上記実施例の光合分岐・合分岐原理について第３
図を用いて説明する。

第３図において、光ファイバ１０ａｓ　１０ｂ。

１０ｃは互いに平行に配置され、それぞれ光ファイバ１
５　ａｓ　１６　ａｓ　１７　ａとその軸心が一致して
おり、光ファイバ１５ｂ、１６ｂ、１７ｂは光ファイバ
１５　ａ　ｓ　１６　ｂ　ｓ　１６　ａに平行であり、
これらの光ファイバの中間部に位置している。そして光
機能チップ１３はこれらの光ファイバの軸心方向に対し
て４５度の角度をなして配置されている。

この状態で光ファイバ１０ａより入射した光は、光機能
チップ１３の光透過窓１３ｂより光機能チップ１３内に
入射する。入射した光は、光学機能膜１３ｃで２０：１
に分岐され一方は光学機能膜１３ｃを透過して光ファイ
バ１５ａに入射する。

他方の光は、光学機能膜１３ｃで反射され反射膜１３ａ
に向かう。そして反射膜１３ａに向かった光は、反射膜
１３ａで光ファイバ１５ｂの光軸方向に反射され、透過
窓１３ｄを透過して光ファイバ１５ｂに入射する。この
ようにして光ファイバ１０ａより入射した光は光機能チ
ップ１３により光ファイバ１５ａ、１５ｂに分岐され伝
達される。

ここでは光学機能膜１３ｃを入射した光を２０：１に分
岐する場合について説明してきたが、入射した光の波長
に応じて透過・反射するような光学機能膜を用いた場合
には光を分波することができる。この原理については分
岐の場合とほぼ同じであるため、詳細な説明は省略する
。

光ファイバ１０　ｂ　ｓ　１０　ｃの場合においても同
様にそれぞれ光ファイバ１６ａ、１６ｂ及び光ファイバ
１７ａ、１７ｂに光を分岐することができる。上記実施
例では３組の光ファイバを一括して合分波・合分波する
場合について説明しているが、更に多くの組み数の光フ
ァイバ、例えば１２心、１８心の光ファイバ群の一括合
分波・合分波を行うことも簡単である。このように多心
光ファイバの合分波・合分波を極めて簡単に実現するこ
とが可能になる。更に、この光機能チップ１３に形成す
る光学機能膜１３ｃの種類の組み合わせを選択すること
により一つの光機能素子で合分波、合分波等の複数の組
み合わせを行う二とができる。更に、上記実施例では一
本の光ファイバからの光を二つの光ファイバに合分波・
合分波する例について示しているが、−本の光ファイバ
からの光を３本以上の光ファイバに合分波・合分波する
ことも可能である。この場合の構成を第４図に示す。こ
の第４図に示す光機能チップ２０ではその側面に形成さ
れる光学機能膜２０ａ、２０ｂはそれぞれ異なる波長選
択性を有している。したがって、光ファイバ２１ａより
入射した光は光学機能膜２０ａでその一部、例えば、波
長２１未満の波長を透過し、波長２１以上の光が反射す
る。したがって波長２１未満の光は光ファイバ２３ａに
入射する。そしてこの光学機能膜２０ａで反射された波
長λ」以上の光は反射膜２２ａで反射され光学機能膜２
０ｂに入射する。この光学機能膜２０ｂは例えばλ２　
（λ２〉λｌ）未満の波長の光を透過し、それ以上の波
長の光を反射するように構成しておく。したがって、波
長２２未満で波長２１以上の光は光ファイバ２３ｂに入
射することになる。一方この光学機能膜２０ｂで反射し
た波長２２以上の光は反射膜２３ｂで反射され、透過窓
２０ｃを透過して光ファイバ２３ｃに入射する。

このようにして、−本の光ファイバ２１ａから入射した
光は３本の光ファイバ２３　ａ　％　２３　ｂ　５２３
ｃにそれぞれ分波されて伝達される。またこの様な光フ
ァイバの組を第４図に示すように更に組み合わせること
により多心光ファイバからの光を分波することができる
。ここで光学機能膜２０ａ、２０ｂ１を所定の比率で選
択反射できる光学機能膜とすれば分岐も可能となる。

また上記実施例では分波・分岐の場合について説明して
いるが、光逆進の原理により合波・合成をも同時に行わ
せることができる。

尚、先に説明した合分波・合分波原理においては、光機
能チップを挿入する傾斜溝の光ファイバに対する傾斜角
を４５度としているが、光学機能膜の特性による制限を
受けるが、この角度の限定されるものではない。すなわ
ち、傾斜角を別の角度としても、入射した光の進行方向
に対して平行に出射され、先に説明したと同じ原理で光
の合分波・合分波を行うことができる。

次に、上記実施例の製造について説明する。

上記実施例の光機能素子はさきに説明したように大きく
分けて上面プレート１２が固定された保持基体１と光機
能チップ１３とより構成されている。そして上記保持基
体１と光機能チップ１３とをそれぞれ個々に製造し、そ
の後組み合わせて製造する。まず上面プレート付き保持
基体１１の製造方法について説明する。

まず矩形状のＳｉ基板３０の表面に、第５図（ａ）に示
すように、光ファイバが挿入固定されるＶ　’／ａ　３
１を互いに平行にかつ所定のピッチ間隔ｐで、更に、ガ
イドビン用のＶ溝３２を所定のピッチ間隔ｑで形成する
。この溝形成では、Ｓｉ基板３０を所定の移動台に固定
し、所定のＶ形状をした研削砥石で連続して行う。この
場合、移動台を移動させて研削してもよいし、また研削
砥石を移動させて研削してもよい。このピッチ間隔ｐは
テープ状光ファイバのピッチ間隔、例えば０．２５ｍｍ
にしておくことが好ましい。これは、この光機能素子を
通常の多心光ファイバ用コネクタに組み込むとき、−括
軸心合わせを行うことが可能になるからである。更に、
ガイドビン用のＶ溝３２のピッチ間隔ｑも通常の多心光
ファイバ用コネクタのガイドビン用溝ピッチと同じにし
ておくことが好ましい。このようにしておくことにより
上記実施例の光学機能素子を常用の多心光ファイバ用コ
ネクタに組み込むこと際、軸心位置合せ等が不用になる
。

次にこのように形成したＶ？Ｍ３１内に光ファイバ３３
を挿入し、接着剤等によりＶ溝３１内に固定する。

更に、この光ファイバ３３が挿入固定されたＳｉ基板３
０の上面側、すなわち光ファイバが挿入固定されている
側に、プレート３４を第５図（ｂ）に示すように載置し
、接着剤等で固定する。

次に、ガイドピン用の■溝３２の部分のプレート３４を
切削により取り除き、更に、■溝３１の軸心に対して４
５度の角度をもった断面が矩形状の傾斜溝３５を、第５
図（ｃ）に示すように形成する。この断面が矩形状の傾
斜溝３５の深さは、プレート３４を切断し、更にＳｉ基
板３０上に固定された光ファイバ３３をも切断するよう
な深さにしておく必要がある。このように形成されたＳ
ｉ基板３０を第５図（ｃ）に示す点線でダイシング分割
し、上面プレート付き保持基板１１を作成する。このダ
イシング切断の際、ダイシング条件を選ぶことにより光
ファイバの端面を研磨する必要かない程度の良好な端面
を得ることも可能である。

このように端面の研磨工程を不用とすることのより高い
量産性を得ることができる。このようにして形成された
上面プレート付き保持基板の斜視図を第５図（ｄ）に示
す。ここで保持基板１１の材料を８１基板としているの
は、加工の点より好ましいからであるが、これに限定さ
れるものでなく他の材料例えばガラス等を使用してもよ
い。また光ファイバをＳｉ基板内のＶ溝内に固定する際
接着剤等を使用している。しかし、これに限定されず、
例えば、特開昭６３−１１３５０５号公報に示されるよ
うな電界ボンディング効果を使用する方法でもよい。ま
た更に、上記製造方法では、光ファイバをＳｉ基板内の
Ｖ溝に挿入固定した後、プレートを被せ固定しているが
、Ｓｉ基板上にプレートを被せ固定した後、光ファイバ
をＶ溝に挿入固定するようにしてもよい。このように保
持基体を製造することにより、−度に多量でかつ均一な
品質を有する保持基体を製造することことが可能になる
。

次に光機能チップ１３の製造について説明する。

まず先に形成した傾斜溝の幅よりほんのわずか小さい厚
さ（その上に形成する反射膜、光学機能膜の厚さの和の
分だけ小さい）を有するガラス平板４０の一方の面４０
ａ全面に反射膜４１を形成し、第６図に示すように、所
定の間隔を有するストライブ状の反射膜部を形成する。

そして反射膜を形成していない部分では光が透過するこ
とになり透過窓として機能を果たす。次にその裏面４０
ｂ側に光学機能膜４２を形成し、第６図（ａ）に示すよ
うにストライブ状の光学機能膜部を形成する。そして光
学機能膜を形成していない部分では光が透過することに
なり透過窓として機能を果たす。そして、このように形
成された反射膜４１と光学機能膜４２を有するガラス平
板の両面または一面に反射防止膜（ＡＲコート）を形成
しておいてもよい。これは特に光ファイバの屈折率と光
機能チップの材料の屈折率が大きく異なる場合に有効で
あり、また切替え長さ（光機能チップないての光路長）
が長いときは、屈折率の高い材料を選択することが好ま
しい。つぎにガラス平板４０を所定の間隔、例えば、先
に形成した保持基体に傾斜溝の深さと同じ長さとなるよ
うに分割して（第６図（ａ）において点線で示す分割線
に沿って）光機能チップを製造する。この反射膜及び光
学機能膜の形成は従来より知られた例えば、マスク蒸着
、ＣＶＤ、ＰＶＤ法等で行うことができる。

また所定の領域にのみ反射膜、光学機能膜を残す方法に
ついても、従来のエツチング等のフォトリソグラフィ法
、トリミング処理等を使用して行うことができる。また
、上記製造方法ではストライブ状に反射膜、光学機能膜
を形成する例について説明したが、これに限定されず、
例えば第６図（ｂ）に示すように窓穴型に反射膜、光学
機能膜等を形成してもよい。

このように−枚のガラス平板から品質が均一な光機能チ
ップを一度に多量に製造することができる。

最後に、先に製造した保持基体に形成した傾斜溝にこの
光機能チップを挿入し、その位置を調整した後、接着剤
等で固定する。

次に、上記実施例の光学機能素子を多心光ファイバ用光
コネクタに組み込む例について説明する。

上記実施例の光学機能素子は、約５ｍｍ平方程度の大き
さに製造することができるため、多心光ファイバ用光コ
ネクタに組み込むことが可能である。そして、先に説明
したように上記実施例の光学機能素子では光ファイバを
保持するＶ溝１１ａ１ガイドビン用のＶ溝１１ｂの間隔
等をそれぞれ多心光ファイバ用コネクタの光ファイバ保
持ピッチ、ガイドピン用Ｖ溝ピッチに一致させであるた
め、第７図に示すように、Ｇ−クランパ４０で保持固定
することにより、独立したコネクタ部品４１にして、第
８図に示すように、従来の多心光ファイバ用光コネクタ
４２ａ、４２ｂにガイドビン４３を介して装着すること
ができる。

また、このように独立したコネクタ部品とせずに、第９
図に示すように多心光ファイバ用コネクタ４４に直接組
み込み、他の光コネクタ４５にガイドビン４３を介して
接続してそこの装着されている光ファイバからの信号を
合分波・合分波するようにしてもよい。また、光コネク
タ内ではなく、光ファイバ心線、コード類の中間に形成
してもよい。

上記実施例にしたがって、光ファイバ４心を一括して合
分波することができる独立したコネクタ部品を試作した
ところ、長さ５ｍｍ、高さ５ｍｍ。

幅７ｍｍの大きさにすることができた。そしてこのコネ
クタ部品には８心のテープ状光ファイバ用コネクタを接
続することができる。ここで、光機能チップの幅ｔは約
０．０９ｍｍであり、その材料としてはｎ−１，４６の
石英ガラスを使用した。

また光学機能膜としては波長λ−１，３μｍの光に対し
て２０：１の合分波を実現できるものを採用した。−刀
先機能素子に組み込んだ光ファイバとしては溝加工の中
央部のコア径のスポットサイズを局所熱拡散により拡大
させた単一モード光ファイバを使用した。

このような光学機能素子では、光貫通方向においては、
損失が１．５ｄＢ以下であり、反射方向側では８ｄＢ以
下とすることができた。また、この光学機能素子の両側
に通常の多心光ファイバ用コネクタを接続すると、この
光ファイバ用コネクタの損失が平均０．２ｄＢであり、
両側で０．２Ｘ２−０．４ｄＢとなり、組み合わせたも
のでは光貫通方向では２ｄＢ以下とすることができた。

なお、上記試作例は一例に過ぎず、光機能チップの厚さ
を更に薄くすることにより、原理的には、光貫通方向に
おいて組み合わせ損失を１ｄＢ以下とすることも可能で
ある。また、更にスポットサイズを局所的に拡大すると
よい。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形例が考えら
れ得る。

具体的には、上記実施例の光学機能素子では、ガイドビ
ン用のＶ溝を形成しであるがこの様なＶ溝を形成しなく
てもよい。また、光ファイバの固定位置決め溝をＶ溝と
しているが、これに限定されず位置決めができるもので
あれば、矩形状の溝でも丸溝でもよい。

また、上記実施例では、傾斜溝が光ファイバの軸心方向
に対して４５度の角度を成して形成されているが、この
角度に限定されな（でもよい。この角度は、光学機能膜
の選択性能、反射性能に依存するものであり、どのよう
な傾斜角度にしても、光信号は入射方向に対して平行に
出射する。ただしｎ　１１］ｉによっては、オフセット
して出射するので、あらかじめこれを考慮して、例えば
、ファイバを一部曲げてセットをするとよい。

また更に、上記実施例では通常の光ファイバを用いてい
るが、間隙損失を低減するには、光機能チップ内での光
路長を短くする必要があり、そのためには外径の両サイ
ドをフラットにした裸の光ファイバや、小径の光ファイ
バを使用したり、また光接続部での損失を小さくするた
めには、光ファイバの光機能チップ当接部近傍及び接続
する光ファイバとの当接部近傍においてそのコア部のス
ポットサイズを部分的にテーパ状または段階状に拡大し
た光ファイバを使用することが好ましい。

［発明の効果〕 本発明に従う光学機能素子は、先に説明したように、接
続すべき光ファイバ等との軸心合わせ等が不要でかつ量
産性にすぐれている。

また更に、本発明に従う光学機能素子は、通常の光コネ
クタに組込み易く、光システム構築の際、特に有用であ
る。

【図面の簡単な説明】 第１２図は、本発明に従う光機能素子の斜視外観図、第
２図は、第１図に示す光機能素子に組み込まれる光機能
チップの斜視外観図、第３図は、本発明に従う光機能素
子の合分波原理を説明する図、ｍ４図は、本発明に従う
光機能素子の別の実施例の合分波原理を説明する図、第
５図は、本発明に従う光機能素子の保持基体の製造状態
を示す図、第６図は、本発明に従う光機能素子の光機能
チップの製造状態を示す図、第７図は、本発明に従う光
機能チップを独立したコネクタ部品に組み込んだ状態を
示す図、第８図は、第７図に示す独立したコネクタ部品
を常用の多心光ファイバ用コネクタに接続する状態を示
す図、及び第９図は、光機能素子を常用の多心光ファイ
バ用コネクタに組み込み、別の光コネクタに接続する状
態を示す図である。 １０・・・光ファイバ、１１・・・保持基体、１１ａ１
１１ｂ・・・ガイドピン用Ｖ溝、１１ａ・・・光ファイ
バ用Ｖ溝、１２・・・上面プレート、１２ａ・・・傾斜
溝、１３・・・光機能チップ、１３ａ・・・反射膜、１
３ｂ１１３ｄ・・・透過窓、１３ｃ・・・光学機能膜。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　嶋　　　史　　　朗夾震刺 ＃Ｓ不奮旭ナッフ。 第２図 第１図 原 夫亘 第 図 稈」寸基板 （４／４．） 第 図 （４〕 光コ序２り択込送℃ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の光ファイバを互いに平行に保持する保持手段
   と、 前記光ファイバの光軸に対して所定の角度をもって前記
   光ファイバを横断するように前記保持手段内に形成され
   ている溝と、 前記溝内に収容され、前記光ファイバに対向する２つの
   平面を有し、一方の面には光ファイバからの光の一部を
   選択的に透過し、他の一部を反射する光学薄膜が選択的
   に形成され、他の一面には光を反射する反射膜が選択的
   に形成されている光機能チップとを備え、前記光ファイ
   バに導波される光の光合分波／合分岐をおこなう光機能
   素子。 ２、前記保持手段が更に前記光ファイバに平行なガイド
   溝を有し、前記ガイド溝を介して、光コネクタに位置決
   め接続可能な請求項１記載の光機能素子。 ３、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持手段がシ
   リコンの基体上に形成された溝である請求項１記載の光
   機能素子。