JPS6247005A

JPS6247005A - 波長合波分波用回折格子

Info

Publication number: JPS6247005A
Application number: JP18697185A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Murakami; 泰典村上
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1987-02-28

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、波長が異なる複数の光波の結合と分離を行う
光合波分波器として用いられる回折格子に関するもので
ある。

従来の技術１本の光伝送路中に複数の光信号を伝搬させる光多重伝
送は、伝送容量の増大だけでなく、システム構成の自由
度、柔軟性の向上を通じて、光通信の適用領域の拡大を
はかる上で重要な一方式と考えられている。この光多重
伝送の形態として、従来から空間分割、周波数分割りよ
び時分割など種々の方式が用いられてきた。しかしなが
ら、近年、以下に述べる波長分割多重伝送方式が注目さ
れ実施されるようになった。

この波長分割多重（ＷＤＭ）伝送は、１本の光ファイバ
に波長が異なる複数の光波を伝搬させ、物理的に、１本
の光ファイバに論理的に複数の伝送路を形成することを
可能とするものである。従って、ＷＤＭ伝送では広い波
長域にわたる光ファイバの低損失性を有効に利用でき、（１〕１本のファイバによる双方向伝送が可能、（２）
アナログ信号やデジタル信号等の異種信号の同時伝送が
可能、（３）　　システム増が容易かつシステムコストの低減
、（４）長スパン化が可能、（５）伝送容量の増大、など多くの点において有利性が発揮される。特に双方向
ＷＤＭ伝送は、加入者系光伝送から長距離光伝送まで幅
広い応用がある。

ところで、ＷＤＭ伝送では複数の光信号を１本のファイ
バに結合・分離するため、光合波器および光分波器が極
めて重要な構成要素となる。光合波分波器を構成すると
きには、光フィルタのような波長選択性を有する素子を
使用する場合と、回折格子やプリズムのような角度分散
型の素子を使用する場合とがある。

第３図に光フィルタを用いた従来の合波分波器の構成例
を示す。この合波分波器は、光フアイバ３２内を右方向
に伝搬する波長λ１の光波Ｗｌ　と左方向に伝搬する波
長λ２の光波Ｗ２とを分離・結合するものである。ここ
で、光フィルタ３１は、第４図に示すような透過率分布
特性を有しており、波長λ１の光波Ｗ、は光フィルタ３
１を透過するが、波長Ａ２の光波Ｗ２は光フィルタ３１
で反射される。

まず、光源（図示していない）から光ファイバ３３で導
かれた光波Ｗ１はレンズ３５で平行ビームとされ、光フ
ィルタ３１を透過した後、レンズ３６で集光され光ファ
イバ３２に結合する。一方、光ファイバ３２を左方向に
出射した光波Ｗ２は、レンズ３６で平行ビームとなり、
光フィルタ３１に入射する。ここで、光波Ｗ２は反射し
て例えば直角に進路変更し、レンズ３７で集光され光フ
ァイバ３４に結合する。

かくして、伝送方向が逆の２つの光波ＷＩおよびＷ２が
分離結合される。また、２光波へＶｌおよびＷ２が光フ
アイバ３２内を同方向に進行する場合にも、同様にして
２光波の分離あるいは結合が行なわれる。

第３図では、２チヤンネルの構成を示したが、実際には
、伝送容量を増すために、チャンネル数をさろに増加す
る傾向にあり、この場合、透過特性の異なる光フィルタ
およびレンズ等を増設しなければならず、合波分波器が
複数且つ大型になるという欠点がある。また、光フィル
タの透過特性劣化により漏話が増大してしまうという欠
点もあった。

そこで、反射型あるいは透過型の回折格子を用いた合波
分波器が提案されている。

第５図および第６図はそれぞれ反射型回折格子を用いた
従来の合波分波器の構成を示す斜視図および平面図であ
る。この合波分波器は、５本の光ファイバ５１．５２．
５３．５４．５５が互にほぼ平行に並べられ、それらの
一方の端がレンズ５７を介して反射型平面回折格子５６
に対設している。図示の例では合波入力用光ファイバ５
２および５３によってそれぞれ伝１！１１される波長λ
、およびλ４の光波Ｗ３およびＷ４が、レンズ５７を介
して反射型平面回折格子５６に入射して合波されレンズ
５７を介して光ファイバ５１に結合する。また、光フア
イバ５１内を光波Ｗ３およびＷ４の進行方向どは逆に伝
１般してきた波長λ５およびλ６の光波Ｗ、およびＷｒ
、がレンズ５７を介して反射型平面回折格子５けに入射
して分波し、レンズ５７を介してそれぞれ分波出力用光
ファイバ５４および５５に結合する。

光ファイバ５１ないし５５の各コア径および反射型平面
回折格子５６の格子定数とレンズ５７の焦点距離は、光
波Ｗ３ないしＷ６のそれぞれの波長λ、ないしλ６に応
じて選択される。

詳述するならば、光波Ｗ３が光ファイバ５２に導かれ、
レンズ５７に向けて光ファイバ５２を出射すると、レン
ズ５７で平行ビームになり、回折格子５Ｇに入射する。

その回折格子５６で反射する際回折をうけ、波長λ３の
光波Ｗコは特定の角度に反射してレンズ５７で再び集光
され光ファイバ５１に結合する。

また、光ファイバ５３に導かれた光波Ｗ４　も同様に回
折格子５６で反射・回折する。しかし、その光波Ｗ４は
、光波Ｗ３の反射角と異なる反射角度で反射して、光フ
ァイバ５１に結合する。更に、逆に光ファイバ５１を出
射したＷ５およびＷ６は回折格子５６で回折しそれぞれ
異なる角度で反射し、その結果、各々光ファイバ５４．
５５に結合する。従って、光ファイバ５２もしくは５３
から出射した光波Ｗ３およびＷ４は、合波して光ファイ
バ５１に結合し、逆に光ファイバ５１を出射したＷ５お
よびＷ６は各々光ファイバ５４．５５に分波される。

このような回折格子を用いた合波分波器では、Ｋｕ数の
光ファイバおよびレンズ等の配置に精度を要するものの
、１つの回折格子で多チャンネルの合波分波を行なうこ
とが可能であるので、装置が小型になるという利点があ
る。

発明が解決しようとする問題点ところで、光通信の光源として、一般に短距離伝送ある
いは高速伝送に波長０，７〜０．９μｍ程度のＧａＡｓ
系半導体発光累子が、また長距離伝送に波長１．１５〜
１．６μｍ程度のＩｎＰ系半導体発光素子がそれぞれ使
用されている。

近年、それら双方の波長域の光を同時に１本のファイバ
で伝送してさらに伝送容量を増大化し、幅広い応用を実
現する波長多重通信の開発が望まれ、実用化されつつあ
る。

しかしながら、上記のような反射型あるいは透過型の回
折格子では、波長間隔の狭い２光波は角度分散すること
によって合波分波することができるが、波長が離れた２
光波の合波分波は困難である。例えば、回折格子をブレ
ーズ格子とした場合、回折格子のブレーズ角は、格子の
ピッチによって決定される。従って、上記の２つの波長
域（０，７〜０．９μｍ帯と１．１５〜１．６μｍ帯）
のうち一方の光波をブレーズ波長とする回折格子を構成
すると、他方の波長域の光波はこの回折格子のブレーズ
波長となり得ず、その結果、前者の光波に対する回折効
率は高いが、後者の光波に対する回折効率は低く、後者
の光波を効率よく合波分波することができなかった。

かくして、本発明の目的は、幅広い波長域の光波を合波
分波することができる回折格子を提供することにある。

問題点を解決するための手段本発明者は幅広い波長域の光波を合波分波することがき
る回折格子を開発すべく種々検討した結果、回折格子表
面上に光フィルタを設けることにより、入射光の波長に
応じて選択的に反射型あるいは透過型の回折格子を構成
することが有効であることを見出し、本発明を完成した
。

すなわち、本発明の波長合波分波用回折格子は、光学透
明体の表面に形成された回折格子と、該回折格子の表面
上に形成された波長選択性の膜とを有している。また、
第２の発明に係る波長合波分波用回折格子はさらに光学
透明体の裏面上に第２の波長選択性の膜が形成されてい
る。

なお、これら本発明の好ましい態様においては、。

上記した膜が誘電体多層膜からなり、回折格子がブレー
ズ形状をなしている。

詐朋以上のような構成とすることによって、ＧａＡｓ系半導
体素子による波長０．７〜０．９μｍの光とＩｎＰ系半
導体発光素子による波長１．１５〜１．６μｍの光のう
ち一方を反射回折光を利用して、他方を透過回折光を利
用して合波分波することができる。

本発明の一構成例を第１図に示す。本図では分波の場合
のみ示しているが合波の場合は光路を逆にたどれば同じ
ことである。

この構成例に係る波長合波分波用回折格子は、表面に回
折格子が形成されている板状の光学透明体１と、この光
学透明体１の回折格子の上に形成された誘電体多層膜フ
ィルタ２と、光学透明体１の裏面に設けられた第２の誘
電体多層膜フィルタ３から構成されている。

入射用ファイバ４から出た多重波長光はレンズ５により
平行ビームＬ１となり波長分波用の誘電体多層膜フィル
タ２に入射する。そこでその誘電体多層膜フィルタ２に
より反射される波長成分は０次回折光として光波Ｌ２が
、−１次回折光として光波Ｌ５がそれぞれ反射される。

又、その誘電体層膜フィルタ２により透過される波長成
分は０次回折光として光波Ｌ３が、−１次回折光とじて
光波Ｌ６がそれぞれ透過される。これらの光波Ｌ３およ
びＬ６は、光学透明体１の影響で屈折を受け、それぞれ
出射光Ｌ４、Ｌ７となる。

ここで、例えば波長域０．７〜０．９μｍの光を透過し
、波長域１．１５〜１．６μｍの光を反射するようにフ
ィルタ２の波長特性を設定しておくと、波長域０．７〜
０．９μｍの光はその波長に応じて回折角が異なるもの
の反射回折光Ｌ５としてレンズ５に入射する。従って、
レンズ５の後方に光フアイバ群６を配置すれば、波長域
０．７〜０．９μｍの中でさらに分波された光波がその
波長に応じた光ファイバに結合する。同様にして、波長
域１．１５〜１．６μｍの光は透過回折光Ｌ７としてレ
ンズ７に入射し、この波長域の中でさらに分波された光
波がその波長に応じた光ファイバ群８中のファイバに結
合する。

なお、誘電体多層膜フィルタ３の透過特性を、波長域１
．１５〜１．６μｍに対して透過率が最大となるように
設定すれば、透過回折光Ｌ７のエネルギー損失を最小と
することができる。

また、回折効率を上げるためには、光学透明体１に形成
される回折格子をブレーズ格子とし、かつ、入射光Ｌ１
０人射角が、反射回折光Ｌ５の波長付近の波長でのブレ
ーズ角近くに設定し、かつ、光Ｌ３の屈折角が透過回折
光Ｌ６の波長近くの波長においてブレーズ角に近くなる
ように、回折格子の形状、及び光学透明体１の屈折率を
設計すればよい。

実施例以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第２図は本発明の一実施例に係る波長合波分波用回折格
子の断面図である。本実施例の回折格子は、表面にブレ
ーズ回折格子を形状した屈折率１゜５７のガラスからな
る光学透明体１１と、ブレーズ回折格子の多溝の面上に
形成された誘電体多層膜フィルタ１２と、光学透明体１
１の裏面に形成された誘電体多層膜フィルタ１３とから
構成されている。さらに、ブレーズ回折格子のブレーズ
波長を１．１μｍとし、ブレーズ角を４５°とする。又
、誘電体多層膜フィルタ１２は１．１μｍ〜１．３μｍ
の光が全反射し、０．７〜０．９μｍの光がすべて透過
するような特性とする。又、光学透明体１１の屈折率を
１．５７として、０次回折光の０．７μｍの光に対する
上記回折格子のブレーズ角がそのＯ次回折光の屈折角と
等しくなるようにしである。また、フィルタ１３は波長
０．７〜０．９μｍの光が透過するような特性となって
いる。

ここで、分波すべき光の波長を１．２μｍ、１．２５μ
ｒｎ、　　１．３μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．
９μｍの６波とする。

入射光Ｌ１はθ１＝４５°の角で入射し、波長１．３μ
ｍの光がＬＩＯのようにθ、ｏ＝７５°、波長１．２５
　μｍの光がＬ９のように０９−６４°、波長１．２μ
ｍの光がＬ８のようにθ、＝５７°、波長０．７μｍの
光がＬ１３のようにθ１３＝２７″、波長０．８μｍの
光がＬ１２のようにθ、、＝３５°、波長０．９　ｐ　
ｍの光がＬｌｌのようにθ、、＝４５°で出射される。

従って、各光路Ｌ８〜Ｌ１３に合わせてそれぞれ光ファ
イバを配置すれば、各波長の光を取出すことができる。

なお、光学透明体１１はガラスに限るものではなく、５
１０２、プラスチック等、他の材オ］てもよいっまた、
この光学透明体１１にブレーズ格子を形成する方法とし
ては、機械的に刻線を設ける方法、そのレプリカを利用
する方法、およびシリコン単結晶の異方性エツチングを
利用する方法などがある。

さらに、誘電体層膜フィルタ１２および１３は、２ｒ○
２、ＴｉＯ７等の高屈折率物質と！Ｊｇ　Ｆ’２．５１
０２等の低屈折率物質との組み合わせ及びこれらの各膜
厚を選択することによって、所望の波長特性を得ること
ができる。また、このフィルタの形成方法として蒸着法
等がある。

また、本実施例では、長波長域の光を反射回折させ、短
波長域の光を透過回折させたが、逆に、短波長域を反射
し、長波長域を透過するようにしても何ら問題はない。

ただし、この場合には、光学透明体裏面に設けた光フィ
ルタは長波長域の光に対して大きな透過率を有するよう
に波長分布特性を設定しなければならない。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、多重波長入射光を長
波長域と短波長域に二分して、一方を反射回折し、他方
を透過回折することにより、非常に幅広い波長域にわた
る光波を分波あるいは合波することができる。従って、
例えばＧａＡｓ系発光素子による波長０．７〜０．９μ
ｍの光波とＩｎＰ系発光発光素子る波長１．１５〜１．
６μｍの光波とを同時に合波分波することができる。

このように、本発明は今後まずます伝送容量の増大化お
よび幅広い応用化などが要求されるＷ　Ｄ　Ｍ伝送にお
いて極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一構成例に係る波長合波分波用回折格
子の断面図、第２図は本発明の一実施例に係る波長合波分波用回折格
子の断面図、第３図は光フィルタを用いた従来の合波分波器の構成図
、第４図は第３図に示す光フィルタの透過率分布特性図、第５図および第６図はそれぞれ回折格子を用いた従来の
合波分波器の構成を示す斜視図および平面図である。（主な参照番号）１．１１・・光学透明体、２．３．１２．１３・・誘電体多層膜フィルタ、４．３
２〜３４．５１〜５５・・光ファイバ、５．７．３５〜
３７．５７・・レンズ、６．８・・光フアイバ群、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学透明体の表面に形成された回折格子と、該回
折格子の表面上に形成された波長選択性膜とを有し、入
射光の波長に応じて選択的に反射型あるいは透過型の回
折格子を構成することを特徴とする波長合波分波用回折
格子。
（２）前記膜が誘電体多層膜からなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の波長合波分波用回折格子
。
（３）前記回折格子がブレーズ形状をなしていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載
の波長合波分波用回折格子。
（４）前記膜が、前記回折格子のブレーズ波長以上の波
長域の光波を全反射する波長特性を有していることを特
徴とする特許請求の範囲第３項に記載の波長合波分波用
回折格子。
（５）前記膜が前記回折格子のブレーズ波長以下の波長
域の光波を全反射する波長特性を有していることを特徴
とする特許請求の範囲第３項に記載の波長合波分波用回
折格子。
（６）光学透明体の表面に形成された回折格子と、該回
折格子の表面上および前記光学透明体の裏面上にそれぞ
れ形成された波長選択性の第１および第２の膜とを有し
、入射光の波長に応じて選択的に反射型あるいは透過型
の回折格子を構成することを特徴とする波長合波分波用
回折格子。
（７）前記第１および第２の膜が誘電体多層膜からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の波長合
波分波用回折格子。
（８）前記回折格子がブレーズ形状をなしていることを
特徴とする特許請求の範囲第６項あるいは第７項に記載
の波長合波分波用回折格子。
（９）前記第１の膜が、前記回折格子のブレーズ波長以
上の波長域の光波を全反射する波長特性を有しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の波長合波
分波用回折格子。
（１０）前記第１の膜が、前記回折格子のブレーズ波長
以下の波長域の光波を全反射する波長特性を有している
ことを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の波長合
波分波用回折格子。
（１１）前記第２の膜が、前記第１の膜および前記回折
格子による透過回折光の波長域を透過する波長特性を有
していることを特徴とする特許請求の範囲第６項あるい
は第７項に記載の波長合波分波用回折格子。