JPH1138262A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で信頼性、生産性に優れた光波長多重通
信用の光合分波器を提供する。 【解決手段】 本願発明の光合分波器は、ＧＩファイバ
（１ａ）（屈折率分布型マルチモードファイバ）の小片
が先端に装着されたシングルモード光ファイバ（１ｂ）
を、誘電体多層膜フィルタ（３）の一方の側に２組、他
方の側に１組、それぞれ前記各ＧＩファイバの先端を前
記誘電体多層膜フィルタの方向に向けて配し、光学的に
結合したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本願発明は、光ファイバを
用いる光通信、特に多波長光を利用した光波長多重通信
などに用いられる光合分波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光合分波器は、多波長信号光選別
器や光挿入合波器の部品などとして光波長多重通信シス
テムにおいて利用されている。光合分波器については、
久留宮らによる１９９６年電子情報通信学会通信ソサエ
テイ大会Ｂ−１１２７に記載されている、誘電体多層膜
よりなるバンドパスフィルタや、組レンズ、ミラー、そ
の他の光学素子を組み合わせたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の光合分波器
は、誘電体多層膜から反射又は透過する光線束の内で、
共振条件を満たす所定の角度の方向に進行する所望の波
長帯の光線束を選別しなければならないが、このため
に、組レンズ、光ファイバ、ミラーなどの構成部品の精
密な調心作業を要し、量産化が困難で、高コストとなる
という問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願発明の光合分波器
は、シングルモード光ファイバの先端にＧＩファイバ
（Ｇｒａｄｅｄ ｉｎｄｅｘ ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ
ｆｉｂｅｒ）を装着したＧＩＦコリメータを、誘電体多
層膜フィルタの一方の側に出射光線束及び反射光線束用
に各１組、 他方の側に透過光線束用に１組、それぞれ
前記各ＧＩＦコリメータの先端部を前記誘電体多層膜フ
ィルタの方向に向けて配置することにより光学的に結合
したことを特徴とする。

【０００５】即ち、シングルモード光ファイバの先端に
ＧＩファイバの小片を装着したＧＩＦコリメータを 、
誘電体多層膜フィルタの一方の側に２組、 他方の側に
１組、それぞれ前記各ＧＩＦコリメータの先端部を前記
誘電体多層膜フィルタの方向に向けて配置することによ
り、前記一方の側の出射光線束用の一つのシングルモー
ド光ファイバから出射される多波長の発散光線束を、そ
のＧＩファイバに入射させ、平行光線束に変換して出射
させ、前記誘電体多層膜フィルタを照射し、その誘電体
多層膜フィルタにより反射された前記多波長のうちの一
つの波長帯の光線束を、前記一方の側の反射光線束用の
ＧＩファイバに入射させ、収束光線束に変換し、そのシ
ングルモード光ファイバに入射させるとともに、同時に
前記誘電体多層膜フィルタを透過した光線束を、前記他
方の側の透過光線束用のＧＩファイバに入射させ、収束
光線束に変換し、そのシングルモード光ファイバに入射
させることにより、所望の波長帯の光線束を分波するこ
とができる。また光の進行方向を逆にすれば合波をする
ことができる。

【０００６】このＧＩＦコリメータは、シングルモード
光ファイバの先端にＧＩファイバの小片を装着すること
により構成される。このＧＩファイバは、光軸の径方向
に屈折率分布を有する屈折率分布型の光ファイバのチッ
プ、即ち屈折率分布型マルチモードファイバの小片から
成り、レンズの機能を有する。

【０００７】このＧＩファイバの径方向の屈折率分布、
即ち中心軸上の屈折率と径方向の位置ｒの屈折率との比
屈折率差Δｎは次の（１）式で現わされる。 Δｎ＝Δｎ０（１−（ｒ／Ｄ）^α） （１） 但し、Δｎ０は中心軸上の屈折率と外径Ｄにおける屈折
率との間の比屈折率差、ｒは中心軸からの径方向位置、
Ｄは外径、αは指数で、それぞれ０．２％〜１．５％、
１２５μｍ〜２００μｍ、１．５〜２．５の範囲の値を
有する。

【０００８】このＧＩＦコリメータは、ＧＩファイバと
シングルモード光ファイバとを融着し、 ＧＩファイバ
をフェルールに挿入固定し、先端部を、所望の集光特性
が得られる所定の長さになるまで研磨することにより製
造される。

【０００９】また、このＧＩＦコリメータは、シングル
モード光ファイバから出射する発散光線束を平行光線束
に変換し、取扱容易な直径約５０μｍの光線束として出
射し、又入射する平行光線束を収束光線束に変換し、装
着しているシングルモード光ファイバの直径約１０μｍ
のコアに入射させる機能を有する。

【００１０】従って、本願発明の光合分波器は、 予め
シングルモード光ファイバの先端にＧＩファイバが装着
されたＧＩＦコリメータを用いるので、組立ての際の、
シングルモード光ファイバと誘電体多層膜フィルタとの
間の光結合のための調整作業が極めて簡単で、組立を容
易とし、コストを低減できる。また、 ＧＩＦコリメー
タは、光ファイバから形成されているので極めて小型に
製造でき、信頼性、生産性及び経済性を著しく高くでき
る利点もある。

【００１１】本願発明に用いる誘電体多層膜フィルタ
は、所定の共振条件を満たす波長帯の光線束を反射、又
は透過させる機能を利用して、入射光線束を合波又は分
波するもので、ファブリペロ板がその代表的なものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本願発明の光合分波器の実施
の形態を、図１乃至図３に基づいて説明する。尚、図面
の説明において同一の要素には同種の符号を付し、重複
する説明を省略する。

【００１３】（実施の形態１） （主要構成）本実施形態１の光合分波器は、図１（ａ）
に示すように、誘電体多層膜フィルタ３の一方の側に、
二組のＧＩＦコリメータ１を、他方の側に、一組のＧＩ
Ｆコリメータ１を、それぞれ各ＧＩファイバ１ａの先端
を誘電体多層膜フィルタ３の方向に向けて配置すること
により構成される。

【００１４】更に、前記ＧＩファイバ１ａの各光軸を平
行に揃え、かつ前記誘電体多層膜フィルタ３の膜面を前
記光軸に対し垂直に配置する。尚、本願では、シングル
モード光ファイバのコアの軸方向、及びＧＩファイバの
中心軸の方向を光軸という。誘電体多層膜フィルタ３を
挟んで対向するＧＩＦコリメータ１の先端の端面間の距
離は約２ｍｍである。

【００１５】（構成部品）ＧＩファイバ１ａのサイズ
は、外径１５０μｍ、長さ９００μｍである。屈折率は
径方向に２乗分布を有しており、前記（１）式のパラメ
ータの内その中心部と周辺部との比屈折率差Δｎ０は１
％、外径Ｄは１５０μｍ、指数αは２．０である。前記
ＧＩＦコリメータ１の先端部は、戻り光を抑制するため
に、図１（ａ）に示すように、その端面の法線Ｎの方向
が光軸Ｏの方向に対し６度の傾斜θを有し、光線束はス
ネルの法則に従い、光軸の方向を挟んで端面の法線から
離間する方向に進む。なお、この傾斜θは、光線束の波
長により異なるが、光通信に利用される波長帯では４度
乃至８度が好適である。

【００１６】誘電体多層膜フィルタ３は、ＳｉＯ2層１
６０ｎｍ、ＴｉＯ２層３０ｎｍ、ガラス層１００ｎｍ、
ＴｉＯ2層３０ｎｍ、ＳｉＯ2層１６０ｎｍを４周期積層
させたものであり、これら各材質とその厚さは共振条件
の一部を構成する。本願発明の光合分波器では、入射す
る多波長の光線束に対し、所望の１波長帯の光線束のみ
が反射されるように共振条件を与えて、これを満たす１
波長帯の光線束を選択的に反射させ、他の波長帯の光線
束は透過させることにより、光分波を行う。また、逆方
向に光線束を進行させることにより、光合波を行うこと
ができる。

【００１７】シングルモード光ファイバ１ｂは、コア径
１０μｍ、クラッド径１２５μｍで、コア、クラッド構
造を有する。

【００１８】（実施構造）本実施形態１の光合分波器の
断面を図１（ｂ）に示す。まず、 前記シングルモード
光ファイバ１ｂの先端にＧＩファイバ１ａを装着したＧ
ＩＦコリメータ１を２組、平行にそろえてガラス保護管
１０に挿入する。このガラス保護管１０を更にステンレ
ス保護管１１に挿入し、先端部を所定の長さ９００μｍ
になるまで研磨するとともに傾斜θが６度になるように
仕上げ、出反射側ＧＩＦ挿入ユニットとする。同様な方
法で、一組のＧＩＦコリメータ１のＧＩファイバ１ａ
を、ガラス保護管１０ａとステンレス保護管１１ａで保
護し、先端部を研磨して透過側ＧＩＦ挿入ユニットとす
る。

【００１９】一方、フェルール１２は、その内部に、誘
電体多層膜３を光軸に垂直に配置することができる水平
の棚１２１と、前記出反射側ＧＩＦ挿入ユニット及び透
過側ＧＩＦ挿入ユニットを挿入できる空間を有してい
る。まず、前記誘電体多層膜３をフェルール１２の水平
の棚１２１に載置して接着し、固定する。フェルール１
２に前記出反射側ＧＩＦ挿入ユニットと透過側ＧＩＦ挿
入ユニットを挿入し、各ＧＩＦユニットの位置を微調整
して光結合し、固定させることで本実施形態１の光合分
波器が実現する。

【００２０】（分波機能）本実施形態１の光合分波器
は、誘電体多層膜フィルタ３へ入射する多波長光線束の
うち１．５５０μｍを中心波長とする波長帯の光線束が
共振して反射し、他の波長帯の光線束は透過することを
目的として、 誘電体多層膜フィルタ３への入射光線束
の入射角度が６度の条件で、誘電体多層膜フィルタ３の
各層の、材質と厚さを前記のように設定する。

【００２１】本実施形態の光合分波器の、分波機能につ
いて、中心波長が１．４５０μｍ、１．５２０μｍ、
１．５５０μｍ、１．６００μｍでそれぞれピークを有
する各波長帯λ１、λ２、λ３、λ４からなる多波長光
線束を分波する場合を例にとって説明する。

【００２２】即ち、波長帯λ１、λ２、λ３、λ４から
なる多波長光線束を、前記一方の側の出射光線束用のシ
ングルモード光ファイバ１ｂに入射し、他端からから出
射される発散光線束を、その先端に装着された前記ＧＩ
ファイバ１ａに入射させ、平行光線束に変換して出射さ
せ、前記誘電体多層膜フィルタ３を６度の入射角度で照
射する。

【００２３】前記誘電体多層膜フィルタ３により、中心
波長１．５５０μｍの波長帯λ３の光線束が前記共振条
件を満たして反射される。この反射された一つの波長帯
λ３の光線束を、前記一方の側の、反射光線束用のＧＩ
ファイバ１ａに入射させ、収束光線束に変換し、その後
端に装着された前記シングルモード光ファイバ１ｂに入
射させる。

【００２４】これにより中心波長が１．５５０μｍの一
つの波長帯λ３の光線束を、他の波長帯λ１、λ２、λ
４からなる光線束から分波することができる。本実施形
態１の場合、波長帯λ３の反射光線束用のＧＩＦコリメ
ータ１に結合する光線束の損失は０．８ｄＢと極めて小
さく、また透過光線束用のＧＩＦコリメータ１に結合す
る波長帯λ３の光の損失は３９ｄＢと著しく大きく、き
わめて良好な結合効率が得られる。

【００２５】同時に前記誘電体多層膜フィルタ３を透過
した他の波長帯λ１、λ２、λ４の光線束を、前記他方
の側の、透過光線束用のＧＩファイバ１ａに入射させ、
収束光線束に変換し、その後端に装着された前記シング
ルモード光ファイバ１ｂに入射させることができる。こ
の場合、透過光線束用のＧＩＦコリメータ１に結合す
る、前記他の波長帯λ１、λ２、λ４の光線束の損失は
０．６ｄＢと極めて小さく、優れた透過特性が得られ
る。

【００２６】（実施形態２） （主要構成及び構成部品）本実施形態２の光合分波器の
主要構成を図２（ａ）に示す。本実施形態２の光合分波
器は、実施形態１の光合分波器と比較して機能の点では
ほぼ同じである。

【００２７】但し、主に誘電体多層膜３を光軸に垂直の
方向に対し傾斜して配置し、また反射光線束用のＧＩＦ
コリメータ１のの屈折率分布を調整することにより、比
較的大きな入射角度で入射する光線束をＧＩファイバ１
ａ内でその光軸方向に導き、結合効率を高く維持する導
波機能を有する点に特色がある。

【００２８】具体的には、各ＧＩＦコリメータ１の先端
部の端面が光軸に垂直であり、誘電体多層膜フィルタ３
の平面を光軸に垂直の方向に対し６度の傾斜αを与えて
配置する。このため、出射光線束用のＧＩＦコリメータ
１から光軸に平行に光線束が出射し、誘電体多層膜フィ
ルタ３により反射され、反射光線束用のＧＩＦコリメー
タ１のＧＩファイバ１ａの先端に傾斜αの２倍の比較的
大きな入射角１２度で入射する。従って、反射光線束用
のＧＩＦコリメータ１の光結合効率を確保するために、
図３（ｂ）に示すように、 ＧＩファイバ１ａの先端部
に径方向屈折率分布のピーク位置が光軸方向に沿って変
位し、入射光線束を入射方向から光軸方向にガイドする
導波路を形成している。

【００２９】なお、出射光線束用及び透過光線束用の各
ＧＩＦコリメータ１について、その先端部の屈折率分布
は、図３（ａ）に示すように光軸を中心に２乗分布であ
り、先端部の端面の方向が光軸に垂直の方向から傾斜し
ていない点以外は、実施形態１で用いたＧＩＦコリメー
タ１と同じである。

【００３０】（実施構造）実施形態１の光合分波器とほ
ぼ同様な方法で、出反射側ＧＩＦ挿入ユニットと透過光
側ＧＩＦ挿入ユニットを形成する。但し、先端部の端面
の方向は光軸に垂直である。

【００３１】フェルール１２ａも、ほぼ同様な構造を有
しているが、その内部の空間に、誘電体多層膜フィルタ
３を傾斜して載置するために、光軸に垂直の方向から６
度だけ傾いた棚１２１ａを有している点で異なる。尚、
この傾斜は、実施形態１の場合の傾斜θと同様に、光線
束の波長により異なるが、光通信に利用される波長帯で
は４度乃至８度が好適である。

【００３２】まず、誘電体多層膜フィルタ３をフェルー
ル１２ａの前記傾斜した棚１２１ａに載置し、接着、固
定する。出反射側ＧＩＦ挿入ユニットと透過光側ＧＩＦ
挿入ユニットを挿入し、各ユニットの位置を微調整して
光学的に結合、固定することで、本実施形態２の光合分
波器が完成する。

【００３３】（分波機能）本実施形態２の場合は、出射
光線束用の ＧＩＦコリメータ１から光線束が光軸方向
に出射する。

【００３４】従って、光軸に垂直方向に対し傾斜して配
置した誘電体多層膜フィルタ３に対しては、その傾斜α
である６度と同じ角度だけその法線方向から傾斜した角
度で入射する。誘電体多層膜フィルタ３からの反射光
は、傾斜αの２倍の、実施形態１の場合よりも大きな１
２度の入射角度で、反射光線束用のＧＩＦコリメータ１
に入射する。

【００３５】一般に、ＧＩファイバ１ａの開口数よりも
大きな入射角度で入射する光は光ファイバに結合しない
ので、本実施形態２では、図３（ｂ）に示すように、反
射光線束用のＧＩＦコリメータ１のＧＩファイバ１ａの
先端部の径方向の屈折率分布の調整により、この大きな
入射角で入射する光線束を光軸の方向にガイドする導波
路を形成することにより、高い光結合効率を確保する。

【００３６】なお、誘電体多層膜フィルタ３からの透過
光は透過光線束用のＧＩＦコリメータ１の光軸方向に入
射するので、上記のような光軸方向にガイドする導波路
のの必要性はない。実施形態１と同様にして、光合分波
機能を測定したところ、ほぼ同様な光分波特性が得られ
た。

【００３７】尚、以上の実施形態では、多波長光線束を
光分波する場合について説明したが、光の進行方向を逆
にすれば、光合波器として使用することができる。

【００３８】又、前記実施形態では、多波長光線束の入
射光から一つの波長帯λ３の光線束を光分波する場合に
ついて説明したが、その透過光について、更に同様な方
法により光分波していけば、他の各波長帯λ１、λ２、
λ４の光線束も光分波をすることができる。勿論この逆
の光合波をすることも可能である。

【００３９】

【発明の効果】本願発明の光合分波器は、予めシングル
モード光ファイバの先端にレンズ機能を有する屈折率分
布型マルチモードファイバチップを装着したＧＩＦコリ
メータと、誘電体多層膜フィルタを主要構成とするの
で、組立て時の光学調整が極めて容易となる。

【００４０】また本願発明の光合分波器は、主要光学素
子であるＧＩＦコリメータが光ファイバにより構成され
るので、小型で量産性に優れ、かつ低コストで供給可能
である。従って、通信の高速大容量化を目的とする光波
長多重通信システムにおいて構成部品として利用すれ
ば、技術的、経済的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】光合分波器の断面図 本願発明の光合分波器の主要構成及び実施形態を示す図
である。

【図２】光合分波器の断面図 本願発明の他の光合分波器の主要構成及び実施形態を示
す図である。

【図３】屈折率分布図 本願発明の主要構成であるＧＩＦコリメータ中の屈折率
分布を示す図である。

【符号の説明】

１： ＧＩＦコリメータ １ａ：ＧＩファイバ （屈折率分布型マルチモードファ
イバチップレンズ） １ｂ：シングルモード光ファイバ ３：誘電体多層膜フィルタ １０、１０ａ：ガラス保護管 １１、１１ａ：ステンレス保護管 １２、１２ａ：組立フェルール １２１、１２１ａ：誘電体多層膜フィルタ位置決用の棚

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シングルモード光ファイバの先端にＧ
   Ｉファイバを装着したＧＩＦコリメータを、誘電体多層
   膜フィルタの一方の側に出射光線束及び反射光線束用に
   各１組、 他方の側に透過光線束用に１組、それぞれ前
   記各ＧＩＦコリメータの先端部を前記誘電体多層膜フィ
   ルタの方向に向けて配置し、光学的に結合したことを特
   徴とする光合分波器。
2. 【請求項２】 前記各ＧＩファイバの先端部の端面は、
   その法線の方向が光軸の方向から４度乃至８度傾斜し、
   かつ前記各ＧＩファイバの光軸を平行に揃え、前記誘電
   体多層膜フィルタの表面を前記光軸に対し垂直に配置し
   たことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
3. 【請求項３】 前記一方の側に配置した各１組のＧＩＦ
   コリメータの内の反射光線束用のＧＩＦコリメータは、
   そのＧＩファイバの径方向の屈折率分布のピーク位置が
   光軸方向に沿って変位し、反射光線束を前記ＧＩＦコリ
   メータへの入射方向から光軸方向にガイドする導波路の
   機能を有し、かつ前記各ＧＩファイバの光軸を平行に揃
   え、前記誘電体多層膜フィルタの表面を前記光軸に垂直
   の方向に対し４度乃至８度、その反射光が前記反射光線
   束用のＧＩＦコリメータの方向に進むように傾斜させた
   ことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。