JPH1123999A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH1123999A
JPH1123999A JP10048867A JP4886798A JPH1123999A JP H1123999 A JPH1123999 A JP H1123999A JP 10048867 A JP10048867 A JP 10048867A JP 4886798 A JP4886798 A JP 4886798A JP H1123999 A JPH1123999 A JP H1123999A
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JP
Japan
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grin lens
optical
lens
optical device
end surface
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JP10048867A
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English (en)
Inventor
Gary S Duck
ゲイリー・エス・ダック
Yihao Cheng
イーハオ・チェン
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JDS Fitel Inc
Original Assignee
JDS Fitel Inc
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/29361—Interference filters, e.g. multilayer coatings, thin film filters, dichroic splitters or mirrors based on multilayers, WDM filters
    • G02B6/2937—In line lens-filtering-lens devices, i.e. elements arranged along a line and mountable in a cylindrical package for compactness, e.g. 3- port device with GRIN lenses sandwiching a single filter operating at normal incidence in a tubular package

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光信号を濾光するための小型の光学装置を提
供する。 【解決手段】 本発明による光学装置は、屈折率分布型
レンズ１４の光軸から、例えば等距離だけ離されて配置
された入力端１０と出力端１２とを備えている。少なく
とも部分的な反射機能を有する反射面１６が前記レンズ
１４の端面１４ｂに対し間隔を置いて近接して配置され
ている。入力または出力端から前記レンズ１４の第一の
端面１４ａまでの光学距離は、同レンズ１４の端面１４
ｂから前記反射面１６までの光学距離に等しい。前記レ
ンズ１４は入力端１０から前記反射面１６に向けて送り
出された光を視準することができる長さを有する。入・
出力端を互いに近づくように、または互いから遠ざかる
ように移動させると、前記レンズ１４の端面１４ｂから
飛び出す光の角度が変化し、その結果、前記反射面１６
への光の入射角が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光を光学素子に指向
させるための屈折率分布型レンズ（すなわちＧＲＩＮレ
ンズ）を使用する光学装置、特にその好ましい実施形態
において、多ポート（multi-port) を備えた光学フィル
タ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】分光学、光ネットワーク、光リンク、そ
して特に光通信システムなどの分野において利用するた
めの、小型、高精度で、所定波長を中心とする小さいハ
ンチ幅の光学フィルタを開発するために多くの試みがな
されてきた。光学フィルタは、大抵の光通信システムに
おいて見受けられる受動光学素子の中でも、最もよく見
受けられるもののうちに入る。光学フィルタの一つの使
い途は、所定波長を有する信号のみが通されるべき光通
信の分野にある。
【０００３】この発明は、特に狭い帯域の光学フィルタ
に関して有用であるが、光の、所定波長を中心とする非
常に狭い帯域（たとえば、±０．２ナノメートルあるい
はそれ以下）のみを通過させるフィルタに限定されるも
のではない。しかしながら、こうしたフィルタは製造す
ることが極めて難しく、従って、製造に比較的費用がか
かるので、狭い帯域に対する本発明の有用性は明らかで
ある。選択的な、かつ狭い帯域の光学フィルタを提供す
るための一つの知られた手段は、その波長特性が光の入
射角に依存する、波長選択的な干渉フィルタ素子を使用
するものである。そのものにおいては、干渉フィルタへ
の光の入射角を変化させることによって、そのフィルタ
によって通過させられる光の波長は変化する。このよう
なフィルタ素子は、ヒューレットパッカード社(Hewlett
-Packard Company) に譲渡された、１９９４年７月１９
日に発行された米国特許第５，３３１，６５１号に記述
されている。このタイプにおける他のフィルタは、カナ
ダＪＤＳファイテル社(JDSFitel Inc. of Canada)に譲
渡された、シ（Si）名義の、特許査定された米国特許出
願第０８／４４２，３６５号に記述されている。
【０００４】従来の光学的干渉フィルタは一般に一対
の、視準する屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）を
有するが、同レンズの視準端面（collimating end face
s)間には干渉コーティングまたは干渉フィルタがサンド
ウイッチ状に挟まれている。こうしたシステムには、２
つのＧＲＩＮレンズと、入・出力光ファイバをレンズに
接着するための、屈折率マッチングエポキシの使用とが
通常、必要とされる。さらに、屈折率マッチングエポキ
シは同レンズの視準端面を光学フィルタに接着するため
に使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明による構造によ
れば、ＧＲＩＮレンズとそれに隣接する光学素子、例え
ばフィルタとの間の間隙を利用しているので、ＧＲＩＮ
レンズと、光ファイバ或は光学素子との間で接着剤を使
用することを回避することができる。都合のよいこと
に、この間隙を設けることは、ＧＲＩＮレンズと、例え
ばフィルターとの間に他の光学素子を一つ以上配置でき
るスペースをつくり出すことになる。ここに示されてい
ない、本発明の一実施形態においては、光の、効率の良
い光結合を損うことなく、ＧＲＩＮレンズとフィルター
との間に減衰素子（attenuating element)を配置するこ
とができる。光ファイバと、これに近接したＧＲＩＮレ
ンズとの間に設けられた、この間隙は又、追加したいフ
ィルターその他の光学素子を挿入するためのスペースを
創出するのである。このことは、信号を他の信号から分
離すること（signal isolation) が更に要求されるよう
な場合には非常に都合のよいことである。
【０００６】そこで本発明の目的は、光信号を濾光する
（filtering)ために、すなわち選択的に通過させるため
に単一のＧＲＩＮレンズを使用する、小型の光学装置を
提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、少なくとも３つのポ
ートを備えた周波数調整可能な光学フィルタを提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明により、第１の端
面および第２の端面を有するＧＲＩＮレンズと、前記第
１の端面に対し近接した第１の位置に配置された入力ポ
ートと、前記第１の端面に対し近接した第２の位置に配
置された出力ポートと、前記ＧＲＩＮレンズの前記第２
の端面に対し近接した第３の位置に配置された少なくと
も部分的な反射機能を有する面（an at least partiall
y reflective surface) とを備え、前記入力ポートと前
記ＧＲＩＮレンズの前記第１の端面との間の光学距離
が、前記ＧＲＩＮレンズの前記第２の端面と前記少なく
とも部分的な反射機能を有する面との間の光学距離に等
しい光学装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】図１は本発明による光学系を示した図であ
る。この光学系において、ＧＲＩＮレンズ１４が、入力
ポート１０および出力ポート１２と反射面１６との間に
配置されている。入力ポート１０および出力ポート１２
は、ＧＲＩＮレンズ１４の光軸から延びた（点線で示さ
れた）仮想線から互いに反対側に“ｄ”だけ離れた場所
に配置されている。入力ポート１０からＧＲＩＮレンズ
１４の入力端面１４ａまでの光学距離はＧＲＩＮレンズ
１４の出力端面１４ｂから反射面１６までの光学距離と
同一である。さらに、ＧＲＩＮレンズは、入力ポート１
０へと送り込まれ、前記レンズ１４を通って指向させら
れた光がＧＲＩＮレンズの端面から或る間隔を置いた反
射面１６において実質的に視準されることを保証する
（０．２５ピッチ以下の）長さを有する。すなわち、こ
のことは、点線によって示された経路に沿って後ろ向き
に反射する光が出力ポート１２に実質的に収束すること
を保証する。
【００１１】作用に関して説明すると、入力ポート１０
へと送り出された光は視準された光線として、反射面１
６で終わる図示された実線によって指し示された経路を
進む。該入力ポートがレンズ１４の光軸から外れている
ために、反射面１６に到達する光は角度αで該反射面に
入射する。同様に、該反射面から反射する光は同じ角度
で反射する。入・出力ポートの位置が矢印１８ａ、１８
ｂの方向に変化するに従って、反射面１６への入射角度
は、より急なものとなる。こうして、このやり方で入力
ポートの位置を変化させると、反射面１６への光線の入
射角が変化する。しかしながら、入射角が変化するの
で、反射面に入射する光線は基本的には同一位置に留ま
り、ＧＲＩＮレンズ１４の端面の大きさと比較して小さ
な領域に閉じ込められる。反射面１６が、入射角に依存
する波長特性を備えた波長選択的干渉フィルタであると
きには、干渉フィルタへの光の入射角を変化させること
によって、干渉フィルタによって濾光される（または反
射される）光の波長が変化させられる。
【００１２】図２は、３ポートの波長分割多重化（ＷＤ
Ｍ (wavelength division multiplex)）フィルタ２８を
示した図である。波長λ１からλ４までの光が複合光線
として入力ポート１０へと送り出される。光線がフィル
タに角度α１で入射するとき、λ２からλ４までの波長
の光は反射され、λ１の波長の光は通される。入力ポー
トが、光軸から離れる方に更に移動させられると透過帯
（transmission band)が移動させられ、λ２の波長の光
が通される。このようにして該フィルタは周波数調整が
可能（tunable)である。入・出力ポートを光軸に向かっ
て、または光軸から離れるように、同一方向に同時に移
動させることができる手段を使って、この周波数調整で
きる性質を動的な意味で使用するようにしてもよい。あ
るいはまた、特定の応答を実現するように、より静的な
意味で該フィルタを製造の際に周波数調整して、その後
に入・出力ポートの位置を接着剤で固定してもよい。
【００１３】図３は、反射面１６の正面に広帯域フィル
タ３７が置かれた、別の実施形態を示す。
【００１４】図４は、３ポートのＷＤＭシステムを示し
た図である。この３ポートのＷＤＭシステムには、一対
のＧＲＩＮレンズ４３ａおよび４３ｂが、それらの間に
それぞれのレンズから光学距離“ｓ”だけ離れて狭帯域
ＷＤＭフィルタ素子４８が配置されているように、備え
られている。また入・出力ポートのそれぞれは、隣接す
るレンズ表面から同一の光学距離“ｓ”だけ離れたとこ
ろに、同様に配置されている。ＧＲＩＮレンズ４３ａお
よび４３ｂは、入力ポートまたは出力ポートにおいてそ
れらのレンズへと送り出された光をフィルタ素子４８に
おいて視準することができるように選ばれる。光ファイ
バ４２、４４、および４６は入力ポートおよび出力ポー
トをそれぞれ与える。便利なことに、狭帯域ＷＤＭフィ
ルタ素子４８はＧＲＩＮレンズの端面の大きさよりも、
かなり小さくできる。一対のＧＲＩＮレンズの間でこれ
らに直接的に接着されるタイプの更に大きなＷＤＭフィ
ルタは、もっとコストがかかり、その大きさゆえに製造
することが難しいので、このことは特に有利である。
【００１５】図５にはＷＤＭフィルタが示されており、
２つのＧＲＩＮレンズが横並びに示されている。いくつ
かの場合において、この配置は図２または図４に図示さ
れた配置よりも好まれる。その理由は、過密にすること
なく入・出力ポートを配置させることを容易にするから
である。たとえば、図２または図４において入・出力ポ
ートが光軸に非常に近い場合、２つの光ファイバを互い
に接近して配置することは困難であろう。図５は、これ
らに代る配列を提供するものである。
【００１６】図６は６ポートのフィルタを示す。２つの
入力ポートＩＰ１とＩＰ２、および２つの出力ポートＯ
Ｐ１とＯＰ２がＧＲＩＮレンズ４３ａの入力端面に近接
して配置されている。他の出力ポートＯＰ１とＯＰ２が
ＧＲＩＮレンズ４３ｂの出力端面に近接して配置されて
いる。この光学装置については６ポートが図示されてい
るが、（図示されていない）入・出力光ファイバを配置
する十分な空間がポートの箇所にある場合には、更に別
のポートが備えられるようにしてもよい。
【００１７】図７には、図２に示されたものに類似する
実施形態が示されている。しかしながら、図７において
は、少なくとも部分的には反射機能を有する面１６は、
小さい角度で傾斜している。この傾斜に応じて、入・出
力ポートはＧＲＩＮレンズ１４の光軸から異った距離に
配置される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＲＩＮレンズへと投射され、反射面に向かっ
て指向させられた光線の側面図である。
【図２】単一のＧＲＩＮレンズを備えたＷＤＭフィルタ
の側面図である。
【図３】反射面の正面に一つのフィルタ素子が配置され
たＷＤＭフィルタの、別の実施形態を示す側面図であ
る。
【図４】本発明による３ポートＷＤＭ狭帯域フィルタの
一実施形態を示す図である。
【図５】横並びに配置された一対のＧＲＩＮレンズを使
用した、３ポートＷＤＭ狭帯域フィルタの、別の実施形
態を示す図である。
【図６】図４に示されたものと類似する６ポートＷＤＭ
の、別の実施形態を示す図である。
【図７】図２に示されたものにおける反射面がＧＲＩＮ
レンズの端面に対して傾斜した、別の実施形態を示す図
である。
【符号の説明】
１０、４２ 入力ポート １２、４４、４６ 出力ポート １４、４３ａ、４３ｂ ＧＲＩＮレンズ １６ 反射面 ２８ フィルタ ３７ 広帯域フィルタ ４８ フィルタ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597175606 570 Ｗｅｓｔ Ｈｕｎｔ Ｃｌｕｂ Ｒ ｏａｄ，Ｎｅｐｅａｎ，Ｏｎｔａｒｉｏ, Ｃａｎａｄａ Ｋ２Ｇ５Ｗ８ (72)発明者 イーハオ・チェン カナダ国、ケイ２エム ２エル６ オンタ リオ、カナータ、メドウブリーズ・ドライ ヴ 36

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の端面および第２の端面を有するＧ
    ＲＩＮレンズと、 前記第１の端面に対し間隔を置いて近接した第１の位置
    に配置された入力ポートと、 前記第１の端面に対し間隔を置いて近接した第２の位置
    に配置された出力ポートと、 前記ＧＲＩＮレンズの前記第２の端面に対し間隔を置い
    て近接した第３の位置に配置された少なくとも部分的な
    反射機能を有する面とを備え、 前記入力ポートと前記ＧＲＩＮレンズの前記第１の端面
    との間の光学距離が、前記ＧＲＩＮレンズの前記第２の
    端面と前記少なくとも部分的な反射機能を有する面との
    間の光学距離に実質的に等しいことを特徴とする光学装
    置。
  2. 【請求項２】 前記出力ポートと前記ＧＲＩＮレンズの
    前記第１の端面との間の光学距離が、前記ＧＲＩＮレン
    ズの前記第２の端面と前記少なくとも部分的な反射機能
    を有する面との間の光学距離に実質的に等しいことを特
    徴とする請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 前記ＧＲＩＮレンズが、前記入力ポート
    へと送り出された入射光線を前記少なくとも部分的な反
    射機能を有する面において実質的に視準することができ
    る長さを有することを特徴とする請求項１に記載の光学
    装置。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも部分的な反射機能を有す
    る面が全反射ミラーであることを特徴とする請求項３に
    記載の光学装置。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも部分的な反射機能を有す
    る面が、入射光の角度に応じて変化する出力特性を有す
    る波長分割多重化干渉フィルタであることを特徴とする
    請求項３に記載の光学装置。
  6. 【請求項６】 第１の端面、第２の端面、および自身の
    中心を通って延びる光軸を有するＧＲＩＮレンズと、 前記ＧＲＩＮレンズの前記光軸から延びる経路の左右の
    側それぞれに互から間隔を置いて配置され、そのいずれ
    もが前記ＧＲＩＮレンズの前記第１の端面から等距離の
    間隔を置いて配置された入力ポートおよび出力ポート
    と、 入射光の角度に応じて変化する出力特性を有し、前記Ｇ
    ＲＩＮレンズの前記第２の端面から間隔を置かれた干渉
    フィルタとを備え、 前記入力ポートへと送り出された光が前記ＧＲＩＮレン
    ズによって前記干渉フィルタの箇所で視準されるととも
    に、 前記干渉フィルタから前記ＧＲＩＮレンズの前記第２の
    端面までの距離が、前記ＧＲＩＮレンズの前記第１の端
    面から前記入・出力ポートのいずれか一つまでの距離に
    実質的に等しいことを特徴とする光学装置。
  7. 【請求項７】 前記ＧＲＩＮレンズが１／４ピッチ未満
    のレンズであることを特徴とする請求項６に記載の光学
    装置。
  8. 【請求項８】 第１の端面および第２の端面を有する第
    １のＧＲＩＮレンズと、 前記第１の端面に対し間隔を置いて近接した第１の位置
    に配置された入力ポートと、 前記第１のＧＲＩＮレンズの前記第２の端面に対し間隔
    を置いて近接した第３の位置に配置された少なくとも部
    分的な反射機能を有する面と、 前記入力ポートに対し間隔を置いて近接した第２の位置
    に配置された出力ポートであって、前記少なくとも部分
    的な反射機能を有する面から前記第１のＧＲＩＮレンズ
    を通って伝搬した、前記入力ポートへと送り出された光
    を受けるための出力ポートとを備え、 前記入力ポートと前記第１のＧＲＩＮレンズの前記第１
    の端面との間の光学距離が、前記第１のＧＲＩＮレンズ
    の前記第２の端面と前記少なくとも部分的な反射機能を
    有する面との間の光学距離に実質的に等しいことを特徴
    とする光学装置。
  9. 【請求項９】 前記出力ポートと前記少なくとも部分的
    な反射機能を有する面との間に配置され、該少なくとも
    部分的な反射機能を有する面からの光を前記出力ポート
    において収束させるための第２のＧＲＩＮレンズを更に
    備えたことを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
  10. 【請求項１０】 前記少なくとも部分的な反射機能を有
    する面に対し間隔を置いて近接して配置され、該少なく
    とも部分的な反射機能を有する面を透過して伝搬した光
    を第２の出力ポートに向けて指向させるための第３のＧ
    ＲＩＮレンズを備えたことを特徴とする請求項９に記載
    の光学装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２のＧＲＩＮレンズの一端面か
    ら前記少なくとも部分的な反射機能を有する面までの光
    学距離が前記第３のＧＲＩＮレンズの一端面から前記少
    なくとも部分的な反射機能を有する面までの光学距離に
    ほぼ等しいことを特徴とする請求項１０に記載の光学装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記第２のＧＲＩＮレンズの一端面か
    ら前記少なくとも部分的な反射機能を有する面までの光
    学距離が前記第１のＧＲＩＮレンズの一端面から前記少
    なくとも部分的な反射機能を有する面までの光学距離に
    ほぼ等しいことを特徴とする請求項１１に記載の光学装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記第１のＧＲＩＮレンズが、１／４
    ピッチ以外の、または１／４ピッチの倍数分以外の長さ
    のものであることを特徴とする請求項８に記載の光学装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記ＧＲＩＮレンズが、１／４ピッチ
    以外の、または１／４ピッチの倍数分以外の長さのもの
    であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
JP10048867A 1997-02-14 1998-02-13 光学装置 Pending JPH1123999A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US08/800,061 1997-02-14
US08/800,061 US5799121A (en) 1997-02-14 1997-02-14 Multi-port optical device

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