JPH0618733A

JPH0618733A - フィルタ付き分岐結合器

Info

Publication number: JPH0618733A
Application number: JP17238392A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakamura; 史朗中村; Takeo Shimizu; 健男清水; Hisaharu Yanagawa; 久治柳川; Izumi Mikawa; 泉三川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【構成】少なくとも１本の光ポート６と、前記光ポー
トから分岐または結合する複数本の光ポート７₁〜７₈
から成る光ポート群と、前記光ポート群の各光ポート７
₁〜７₈と交差して配設された単数または複数の共通の
誘電体多層膜フィルタ８とを備えたフィルタ付き分岐結
合器において、前記誘電体多層膜フィルタ８と前記各光
ポート７₁〜７₈との交差角がいずれも異なっており、
かつ、その交差点における光ポートの入射角をα、光ポ
ートの比屈折率差をΔとしたとき、αは、sin α≧√
（２Δ）を満足する角度であるフィルタ付き分岐結合
器。【効果】各光ポート間におけるフィルタ波長特性が略
一定の波長間隔で並び、１枚の共通フィルタで複数の波
長を分別することができ、各光ポートの損失を独立して
測定することができる。大規模の分岐であっても、各分
岐を伝搬する光はそれぞれの波長で１枚のフィルタを透
過したものであるため、妨害光の影響を受けない。ま
た、反射光が光ポートに結合することは防止される。製
造は容易であり、高生産性の下で製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信や光セ
ンサシステムで使用されるフィルタ付き分岐結合器に関
し、更に詳しくは、構成が簡略化され、高い生産性の下
で製造することができるフィルタ付き分岐結合器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】分岐結合器を組み込んだ光ファイバ通信
システムでは、ＯＴＤＲからの信号光でシステムにおけ
る障害点を探索することは困難である。例えば、図６で
示したシステムの場合を考える。このシステムは、１本
の入力ポート１ａとこれから分岐する４本の出力ポート
１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅとから成る１入力・４出力の分
岐結合器１を介して、その入力ポート１ａには光ファイ
バ２を接続し、各出力ポートにはそれぞれ光ファイバ３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを接続して構成されている。

【０００３】このシステムにおいて、光ファイバ２の方
から固定波長光発信のＯＴＤＲ４ａによって障害点を探
索した場合、分岐結合器１内の障害点とＯＴＤＲ４ａと
の距離を判定することはできるが、しかし、障害が生じ
た光ポートはどの光ポートであるかを特定することがで
きない。しかも、ＯＴＤＲ４ａと障害点との距離が判定
できるとはいえ、それは、この分岐結合器が１入力・２
出力のものや１入力・４出力のもののように、分岐する
光ポートの本数が少ない場合であり、例えば、１入力・
１６出力の分岐結合器のように分岐数が多くなると、障
害点を有しないポートのＯＴＤＲ信号が障害点を有する
ポートのＯＴＤＲ信号への妨害光として作用し、Ｓ／Ｎ
比が劣化してしまい、ＯＴＤＲと障害との距離を判定す
ることは困難になる。

【０００４】このような問題に対しては、図７で示した
ようなシステムが提案されている。すなわち、ＯＴＤＲ
を可変波長光源を有するＯＴＤＲ４ｂに変え、分岐結合
器１の各出力ポートに、それぞれ、異なる透過波長もし
くは反射波長で感応し、一般的には異なる透過率を有す
るフィルタ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを配置したものであ
る。

【０００５】このシステムによれば、ＯＴＤＲ４ｂと障
害点との距離を判定することもできるし、また障害点が
生じた出力ポートも特定することができる。しかしなが
ら、図７で示したシステムにおいては、分岐結合器の分
岐側の各出力ポートの全てに、それぞれ異種類のフィル
タを配置することが必要であるため、その製造は極めて
煩雑であり、生産性の点で効率が悪い。

【０００６】このような問題を解決するために、例え
ば、特願平３−１３１１６５号では次のようなフィルタ
付き分岐結合器が提案されている。この分岐結合器は、
分岐側の各出力ポートの全てを横断して例えば１枚の共
通な誘電体多層膜フィルタを配置したもので、そのとき
の各出力ポートと共通フィルタとの交差角がそれぞれの
出力ポートで異なるようにしたものである。

【０００７】この分岐結合器では、図７で示したような
分岐側の各出力ポートにそれぞれ独立してフィルタを配
置することが不要になり、その製作は図６で示した分岐
結合器に比べはるかに簡単になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した分岐結合器に
組み込む誘電体多層膜フィルタにおいては、光の入射角
がαであるときのフィルタの波長特性は、光の入射角が
０°のときの波長特性をある波長量だけシフトさせたも
のと略等価であるということが知られている。しかしな
がら、光ポートの入射角αがα＋Δαに変化し、それに
応じてフィルタの波長特性における波長がλαからλα
＋Δλへシフトしたとしても、波長のシフト量Δλは必
ずしも入射角αの変化量Δαに比例して変化するわけで
はなく、概ね、ΔλとΔαとは二次曲線的に変化する傾
向を示す。

【０００９】ところで、特願平３−１３１１６５号で提
案されているフィルタ付き分岐結合器においては、光ポ
ート群のｉ番目（ｉは１以上の整数）の光ポートと誘電
体多層膜フィルタとの交差角をθ_iとしたとき、そこに
おける誘電体多層膜フィルタへの入射角α_iは９０°−
θ_iとなるため、ｉ番目の光ポートにおけるフィルタへ
の入射角α_iは上記した交差角θ_iで規定されることに
なる。

【００１０】そして、各光ポートと誘電体多層膜フィル
タとの上記した交差角θ_iは、θ_i＝θ₀＋ｉ・Δθ
（θ₀：最初の光ポートとの交差角）で表されるよう
に、隣あう光ポートの間では等しい微小角Δθの角度差
が生ずるように、共通の誘電体多層膜フィルタと各光ポ
ートとの相互の位置関係が設定されている。なお、この
分岐結合器において、ｉ番目の光ポートにおける共通の
誘電体多層膜フィルタの波長特性をΔλ（θ_i）とし、
またｉ＋１番目の光ポートにおける共通の誘電体多層膜
フィルタの波長特性をΔλ（θ_i+1）で表したとき、ｉ
＋１番目とｉ番目の各光ポート間の誘電体多層膜フィル
タのフィルタ特性の波長間隔はΔλ（θ_i+1）−Δλ
（θ_i）となっている。

【００１１】しかしながら、前記したように、フィルタ
の波長特性における波長のシフト量はΔθの増減に比例
して変化するわけではないので、全ての光ポートにおい
て上記したΔλ（θ_i+1）−Δλ（θ₁）は必ずしも一
定の値を示さず、むしろ、ｉの増加とともに（光ポート
群の光ポートの本数が増加するとともに）上記波長間隔
は増大していく。

【００１２】また、ｉ番目の光ポートにおいて、そこを
横断する誘電体多層膜フィルタの交差角θ_iによって
は、その交差点において入射する光が反射し、その反射
光が再び光ポートに結合することもある。このような事
態が生ずると、Ｓ／Ｎが劣化して分岐側光ポートの障害
点を探索することが事実上不可能になる。本発明は、構
成が簡略であり、高い生産性の下で製造することができ
ることは特願平３−１３１１６５号の分岐結合器と同じ
であるが、各光ポートのフィルタ波長特性における波長
間隔が略一定となるようにし、また同時に、交差点にお
ける反射光の発生を防止することができるフィルタ付き
分岐結合器の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、少なくとも１本の光ポート
と、前記光ポートから分岐または結合する複数本の光ポ
ートから成る光ポート群と、前記光ポート群の各光ポー
トと交差して配設された単数または複数の共通の誘電体
多層膜フィルタとを備えたフィルタ付き分岐結合器にお
いて、前記誘電体多層膜フィルタと前記各光ポートとの
交差角がいずれも異なっており、かつ、その交差点にお
ける光ポートの入射角をα、光ポートの比屈折率差をΔ
としたとき、αは、sin α≧√（２Δ）を満足する角度
であることを特徴とするフィルタ付き分岐結合器が提供
される。

【００１４】

【作用】本発明の分岐結合器においては、誘電体多層膜
フィルタへの光の入射角の変化量は必ずしもフィルタの
波長特性の波長シフト量に比例しないことを勘案し、組
み込む誘電体多層膜フィルタのフィルタ波長特性に対応
させて、ｉ番目とｉ＋１番目の各光ポートとこれらを共
通して交差する誘電体多層膜フィルタとの交差角θ_i，
θ_i+1の差：Δθ_i-(i+1)が全ての光ポートについて異
なるようにする。

【００１５】そして、このΔθ_i-(i+1)はｉ＋１番目の
光ポートとｉ番目の光ポートとの間における波長特性の
波長間隔が略一定の値になるように設定する。すなわ
ち、光ポート群の各光ポート間における波長間隔は全て
の光ポートで略一定値となる。また、光ポートと誘電体
多層膜フィルタとの交差点では、その入射角αは、sin
α≧√（２Δ）の関係を満足するような角度になってい
るので、この交差点における反射光が光ポートに再び結
合するという問題は解消されるようになる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１で示した分岐結合器は、シリコン基板上
に火炎堆積法によって石英微粒子を層状に堆積したのち
それをガラス化し、更にここにドライエッチングを施し
て、１本の石英系導波路６とそれから順次分岐して最後
は８本の石英系導波路７₁，７₂，７₃，７₄，７₅，
７₆，７₇，７₈から成る光ポート群が形成されている
１入力・８出力ツリースプリッタである。

【００１７】これらの各石英系導波路の断面寸法および
比屈折率差Δは、標準単一モードファイバと整合するよ
うに、それぞれ８μｍ□および0.３％に選定されてい
る。そして、上記した８本の光ポート群には、全ての石
英系導波路７₁〜７₈を共通に横断して１枚の誘電体多
層膜フィルタ８が配設されている。このとき、光ポート
７₁，光ポート７₂，光ポート７₃，光ポート７₄，光
ポート７₅，光ポート７₆，光ポート７₇，光ポート７
₈と誘電体多層膜フィルタ８との交差角θ₁〜θ₈は、
それぞれ後述するようにして決められたθ₁，θ₂，θ
₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇，θ₈になっていて、いず
れも異なった値になっている。

【００１８】この誘電体多層膜フィルタ８は、例えば厚
み２０μｍのガラス基板の上にＴｉＯ₂とＳｉＯ₂を交
互に積層して成る短波長域通過型のものであり、入射角
０°の光に対しては、図２で示したような透過率波長特
性を有している。この誘電体多層膜フィルタ８を光ポー
ト群７₁〜７₈を横断して配設する場合には、光ポート
群に配設すべき箇所に斜めに食刻したスリットを設け、
このスリット内に誘電体多層膜フィルタ８を収納し、こ
のフィルタ８と各石英系導波路の間を光接着剤などで接
続すればよい。

【００１９】誘電体多層膜フィルタ８の光ポート群７₁
〜７₈への配設は以下のような態様で行われる。まず、
例えば、用いた誘電体多層膜フィルタ８の透過率が５０
％となる波長（λ₅₀）に関し、その波長特性における入
射角依存性を測定する。上記した誘電体多層膜フィルタ
８の場合は、図３で示したように、λ₅₀は入射角αに対
して略放物線を描いて変化する。

【００２０】この波長特性図において、λ₅₀を、例えば
１３７０ｎｍから１３３５ｎｍまで５ｎｍの間隔で並ぶ
ように選択し、上記特性曲線上において各波長に対応し
ている点Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄，Ａ₅，Ａ₆，Ａ₇，
Ａ₈を読み取り、これら各点における入射角α₁（6.０
°），α₂（8.０°），α₃（9.５°），α₄（１0.７
°），α₅（１1.８°），α₆（１2.７°），α₇（１
3.７°），α₈（１4.６°）をそれぞれ読み取る。

【００２１】そして、読み取った入射角αを基にして、
θ＝９０−αを計算する。そして、この計算値から各入
射角α_i（ｉは１〜８の整数）に対応するθ_i（ｉは１
〜８の整数）を決定する。上記特性図においては、θ₁
＝８4.０°，θ₂＝８2.０°，θ₃＝８0.５°，θ₄＝
７9.３°，θ₅＝７8.２°，θ₆＝７7.３°，θ₇＝７
6.３°，θ₈＝７5.４°となる。

【００２２】この得られたθ_iは、光ポート群の各光ポ
ート７₁〜７₈のうちのｉ番目の光ポート７_iと誘電体
多層膜フィルタ８とが形成する交差角となる。すなわ
ち、誘電体多層膜フィルタ８と光ポート７₁，光ポート
７₂，光ポート７₃，光ポート７₄，光ポート７₅，光
ポート７₆，光ポート７₇，光ポート７₈との交差角
は、それぞれ、８4.０°，８2.０°，８0.５°，７9.３
°，７8.２°，７7.３°，７6.３°，７5.４°となるよ
うにする。

【００２３】具体的には、誘電体多層膜フィルタ８を配
設する個所の各光ポートを形成するときに、各光ポート
を、誘電体多層膜フィルタ８との交差角θ_i（ｉは１〜
８の整数）が上記した値となるように、適宜に曲線化し
て形成すればよい。実施例の分岐結合器においては、１
枚の誘電体多層膜フィルタ８と各光ポート７₁〜７₈と
の入射角は上記したようなα₁〜α₈となっているの
で、各光ポートと交差している誘電体多層膜フィルタ８
におけるλ₅₀の波長特性は、図２で示したように、波長
１３７０ｎｍから１３３５ｎｍまで５ｎｍの等間隔で並
ぶようになる。

【００２４】このとき、√（２Δ）は√（２×0.００
３）≒0.０７７５であるから、これに相当するsin αの
αは約4.４４°になる。すなわち、全ての交差点におけ
る入射角は、反射光が光ポートに再結合する最大の角
度：4.４４°より大きい角度になっているので、この実
施例においては、全ての交差点において反射光は光ポー
トに結合することはない。

【００２５】図１で示した分岐結合器を図７のシステム
に組み込み、１３５０μｍ帯の可変波長レーザダイオー
ド（波長可変範囲：1.３〜1.４μｍ）を備えたＯＴＤＲ
で波長1.３２μｍと波長1.３９μｍの光を用いて石英系
導波路６と石英系導波路７₁〜７₈に接続した各光ファ
イバの損失を測定した。各光ファイバの損失をそれぞれ
独立して評価することができた。

【００２６】なお、光ポートに誘電体多層膜フィルタを
配設するときに、光のフィルタへの入射角広がりのた
め、フィルタの干渉作用が鈍感になることがある。その
ような問題の発生を抑制してフィルタの立ち上がりをシ
ャープにするために、例えば、図４で示したように、フ
ィルタ８を配設する個所の近辺の前後で、その光ポート
７を縮径してモードフィールド径を大きくすることが有
効である。

【００２７】以上の説明は１入力・８出力ツリースプリ
ッタに関するものであるが、例えば、分岐側の光ポート
がＮ本の石英系導波路である１×Ｎツリースプリッタに
おいても、１枚の誘電体多層膜フィルタを配置する個所
におけるＮ本の各光ポートを、前記誘電体多層膜フィル
タとの各交差角と入射角が、上記したような関係を満足
するように形成すれば、１枚のフィルタで各光ポートの
障害点を判定することができる。

【００２８】また、実施例で示したような１入力・多出
力の導波路型分岐結合器に代えて、２入力・多出力の導
波路型分岐結合器の出力側（分岐側）にも同様の態様を
適用することができる。例えば、図５で示したように、
２入力・８出力の導波路型分岐結合器において、８本の
出力側光ポートに共通して、図１の場合と同じように各
光ポートとの交差角が異なるように誘電体多層膜フィル
タ８を配置し、かつ、一方の光ポート６ａを通信光用の
光ファイバに接続し、他方の光ポート６ｂを監視光用の
光ファイバに接続して、光ポート６ａに通信光を、光ポ
ート６ｂに可変波長ＯＴＤＲによる監視光を導入すれ
ば、図１のツリースプリッタの場合と同様に出力光ポー
トの識別機能を発揮させることができる。この分岐結合
器の場合は、入力光ポートを通信時と監視時で切り換え
ることなく光線路の監視を行うことができるので好適で
ある。

【００２９】更に、多入力・多出力で同様の操作を行っ
てもよい。また、図１の実施例で示したように、１個の
誘電体多層膜フィルタ８を８本の光ポート７₁〜７₈の
全てに共通して配置するのではなく、例えば、光ポート
を２群に分け、そのうちの光ポート７₁〜７₄の群には
共通する１個の誘電体多層膜フィルタ（フィルタａ）を
配設し、光ポート７₅〜７₈の群には別の共通する誘電
体多層膜フィルタ（フィルタｂ）を配設することもでき
る。このような態様の場合、例えば光ポート７₁とフィ
ルタａの交差角，光ポート７₅とフィルタｂの交差角が
等しいときでも、光ポート７₁〜７₄，光ポート７₅〜
７₈の各群においては、それぞれの光ポートの障害点を
判定することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
フィルタ付き分岐結合器は、光ポート群の各光ポートに
共通して配設された誘電体多層膜フィルタが１枚であっ
た場合、この１枚の共通する誘電体多層膜フィルタで複
数の波長を分別することができるため、フィルタ付き分
岐結合器としての構成は従来に比べて簡略化される。そ
のため、製造は容易になる。そして、交差点において、
反射光は光ポートに結合することがないので、確実に光
ポートの障害点を探索することができる。

【００３１】また、１枚のフィルタだけでそれぞれの波
長の光を透過させることができるので、分岐数が大規模
であったとしても妨害光の影響を受けることなく、それ
ぞれの光ポートの損失を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略平面図である。

【図２】実施例の分岐結合器に用いた誘電体多層膜フィ
ルタの透過率波長特性を示すグラフである。

【図３】用いた誘電体多層膜フィルタにおける波長とそ
の入射角との相関関係を示すグラフである。

【図４】光ポートへの誘電体多層膜フィルタの配設状態
の１例を示す概略平面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す概略平面図である。

【図６】分岐結合器を含む光ファイバ通信システム例を
示す概略図である。

【図７】分岐結合器を含む他の光ファイバ通信システム
例を示す概略図である。

【符号の説明】

１分岐結合器１ａ光ポート（入力ポート）１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ光ポート（出力ポート）２光ファイバ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ光ファイバ４ａ，４ｂＯＴＤＲ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄフィルタ６光ポート（石英系導波路）７，７₁，７₂，７₃，７₄，７₅，７₆，７₇，７₈
光ポート（石英系導波路）８誘電体多層膜フィルタ θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇，θ₈ 誘
電体多層膜フィルタ８と光ポート７₁〜７₈の交差角 α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆，α₇，α₈ 光
の入射角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳川久治東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者三川泉東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１本の光ポートと、前記光ポ
ートから分岐または結合する複数本の光ポートから成る
光ポート群と、前記光ポート群の各光ポートと交差して
配設された単数または複数の共通の誘電体多層膜フィル
タとを備えたフィルタ付き分岐結合器において、前記誘電体多層膜フィルタと前記各光ポートとの交差角
がいずれも異なっており、かつ、その交差点における光
ポートの入射角をα、光ポートの比屈折率差をΔとした
とき、αは、sin α≧√（２Δ）を満足する角度である
ことを特徴とするフィルタ付き分岐結合器。