KR20050028814A

KR20050028814A - 파장 합분파기

Info

Publication number: KR20050028814A
Application number: KR1020040074357A
Authority: KR
Inventors: 미나카와요시아키; 마로츠요시
Original assignee: 히다치 막셀 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-03-23
Also published as: CN1598622A; US7389050B2; US20050063423A1; CN100472243C; KR101061521B1; JP2005091907A

Abstract

본 발명은 3파 이상의 광의 합분파를 하나의 광학부품으로 행할 때의 편광면에 의존하는 특성열화를 개선하는 것이다.

각각의 파장대역의 중심파장을 λ1, λ2, λ3이라 하였을 때, 0.92 ≤ λ2/ λ1 ≤ 1.08 이고, 0.20 ≤ λ3/λ1 ≤ 0.92 또는 1.08 ≤ λ3/λ1 ≤ 5.00의 관계에 있는 3파장 다중광을 동일 패키지 내의 하나 또는 복수의 광학기판에 의하여 지지된 2개의 다른 특성의 광학필터를 일체로 한 파장 합분파기를 사용하여 각각의 대역에 분파 또는/및 합파할 때에, 3파장 다중광은 제 1 필터(A)로 유도되고, 필터(A)는 3파장 다중광을 λ3의 대역과, λ1과 λ2의 2파장 다중광으로 분리하고, 그 2파장 다중광은 제 2 필터(B)로 유도되고, 필터(B)는 2파장 다중광을 λ1의 대역과 λ2 대역의 광으로 분리하는 것으로서, 상기 필터(A)는 광학 에지 필터이고, 상기 필터(B)는 광학 대역통과 필터라 한다.

Description

파장 합분파기{WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXER}

본 발명은, 파장 합분파기에 관한 것이다.

유전체 다층막은 안경렌즈 표면에 반사방지막으로서 피착하여 사용하거나, 유리기판 상에 피착하여 TV의 색분해 필터 등으로서 일반적으로 사용되고 있었다. 한편 최근의 기기의 소형화 등의 관점에서, 예를 들면 액정 프로젝터나 카메라 등에 사용되는 색분해 필터, 또는 DVD(Digital Versatile Disk)장치 등에 사용되는 레이저 검출용 미러로서 프리즘형상의 2개의 유리기판 사이에 유전체 다층막을 끼워 유지하고, 유전체 다층막에 광이 각도를 가지고 입사되는 구성의 것이 필요하게 되어 있다. 또 통신분야에 있어서는 인터넷의 진전에 따르는 통신량의 증대에 대처하기 위하여 파장 다중광 통신기술의 도입이 진행되고 있고, 그 중에서 다른 파장의 광을 분리하기 위하여 유리기판상에 에지 필터나 대역통과 필터가 되는 유전 다층막을 형성한 필터가 필요하게 되고 있다.

광통신에서는 3 단자 모듈을, 카스케이드로 조합시킴으로써, 복수파장의 합분파가 가능하게 되나, 합분파의 수만큼 모듈이 필요하게 되어 장치비용이 오르고, 수용면적도 커져 설치비용도 오르는 것을 생각할 수 있다. 또 특허문헌 1이나, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이 단일 모듈 내에 복수의 대역통과 필터, 에지 필터를 조립하여 복수파장 합분파하는 모듈도 제안되어 있으나, 광의 분리각이 작기 때문에, 발신용 레이저, 수신용 다이오드를 조립하려고 하면 광학패스를 길게 취할 필요가 있어 장치가 대형화되어 설치비용이 오른다는 문제가 생긴다. 또 장치를 소형화하려고 하면, 레이저/다이오드 어레이를 사용할 필요가 있어, 비용상승의 요인이 된다. 장치비용을 올리지 않고 소형화 사용으로 하면, 광의 분리각을 크게 할 필요가 있으나, 이 경우는 출사광의 P 및 S 파의 괴리가 커져 합분파 특성이 열화된다는 문제가 일어난다.

이 높은 괴리각, 즉 고입사각도에서의 P 및 S 편광에 의존하는 특성열화문제, 즉 입사광의 편광방향에 의하여 출사광의 진폭파장 특성이 크게 괴리되는 문제를 개선하기 위하여 특허문헌 2에 있어서는 유전체 다층막 필터의 고굴절율층에 Si를 사용하고 있다. 고굴절율층에 굴절율이 높은 Si, Ge, ZnS, ZnSe 등을 사용하면 진폭특성의 특성차를 개선할 수 있으나, 상기 특허문헌 2에서 개시되어 있는 바와 같이 저굴절율층에 Ti0₂, Si0₂를 사용하면 85℃ 85% RH의 고온 고습하에 장시간 방치하면, TiO₂, SiO₂의 산소가 고굴절율층측으로 확산되어 Si, Ge 층의 굴절율의 저하, 저굴절율층의 굴절율 상승에 의한 파장 시프트, 광학특성의 변동을 야기한다. 또 ZnS, ZnSe에 대해서는 SiO₂, TiO₂와는 밀착성이 약하기 때문에 박리되기 쉽다는 문제도 야기한다.

입사매질이 굴절율 1의 공기이면, 편광방향의 차이에 의한 특성차를 작게 할 수 있으나, 최근의 광학부품에서는 소형화를 위하여 집적도가 올라가 있고, 필터는 다른 광부품, 파이버 캐필러리, 프리즘, 렌즈, 도파로에 직접 접합하여 사용되는 일이 많다. 이 경우, 입사매질을 공기로 하기 위해서는 에어샌드위치구조로 할 필요가 있다. 에어샌드위치구조로 하는 경우는, 접합면 끼리에 다중반사에 의한 진폭변동을 억제하기 위하여 반사 방지막을 형성하게 된다. 이 반사 방지막은 굴절율 1의 공기에 대하여 최적화되어 있기 때문에, 접합시의 수지 등이 광 통과면으로 퍼지면 투과특성이 열화되기 때문에, 수지가 퍼지지 않는 접합구조로 할 필요가 있어 비용상승의 요인이 된다. 또 단지 수지접합하면 수율 열화가 된다.

상기 편광면에 의한 특성차를 해소하기 위하여 입사광의 편광면을 구비한다는 방법도 있으나, 편광자를 사용하여 어느 쪽인가의 편광만을 인출하면 광량의 감소를 초래한다. 또 S파와 P파로 분리 후, S파를 P파로, 또는 P파를 S파로 변환하여 편광상태를 갖추면 편광면 변환부품이 새롭게 필요하게 되어 장치의 대형화, 비용상승을 초래한다.

[특허문헌 1]

일본국 특개평8-82711호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개2000-162413호 공보

[비특허문헌 1]

후지이 요이치 저 「광공학」 아그네쇼후사 1993년(169페이지)

본 발명은 상기와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 3파 이상의 광의 합분파를 하나의 광학부품으로 행할 때의 편광면에 의존하는 특성열화를 개선하고, 나아가 소형으로 합분파 특성이 뛰어나고, 또한 보존특성이 뛰어난 다층막 필터 및 합분파용 광학부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 각각의 파장대역의 중심파장을 λ1, λ2, λ3이라 하였을 때, 0.92≤ λ2/λ1 ≤ 1.08 이고, 0.20 ≤ λ3/λ1 ≤ 0.92 또는 1.08 ≤ λ3/λ1 ≤ 5.00의 관계에 있는 3파장 다중광을 동일 패키지 내의 하나 또는 복수의 광학기판에 의하여 지지된 2개의 다른 특성의 광학필터를 일체로 한 파장 합분파기를 사용하여 각각의 대역으로 분파 또는/및 합파할 때에, 도 8에 나타내는 바와 같이 3파장 다중광은 제 1 필터(A)로 유도되어 필터(A)는 3파장 다중광을 λ3의 대역과, λ1과 λ2의 2파장 다중광으로 분리하고, 이 2파장 다중광은 제 2 필터(B)로 유도되어 필터(B)는 2파장 다중광을 λ1의 대역과 λ2의 대역의 광으로 분리할 때, 필터(A)는 광학 에지 필터이고, 필터(B)는 광학 대역통과 필터로 함으로써, 입사광의 편광면, S파, P파에 의하여 출사광의 진폭파장 특성이 괴리되는 문제를 개선할 수 있음을 발견하였다.

이때, 필터(A)는 3파장 다중광의 λ3의 대역을 반사하고, λ1과 λ2의 2파장 다중광을 투과하며, 필터(B)는 필터(A)를 투과한 2파장 다중광 중, λ2의 대역을 반사하여 λ1의 대역을 투과하고, 필터(A)의 입사매질의 굴절율을 nA, 필터(A) 에의 3파장 다중광과 필터(A)면의 법선이 이루는 각을 θA라 하고, 마찬가지로 필터(B)의 입사매질의 굴절율을 nB, 필터(B) 에의 2파장 다중광과 필터(B)면의 법선이 이루는 각을 θB라 하였을 때, θA ≥ 15도 또한 nA·SinθA ≤ 0.95 또한 θB ≤ 15도 또한 nB·SinθB ≤ 0.85로 하는 것이 바람직하다.

또, 필터(A)와 필터(B)가 이루는 각을 α라 하였을 때, 60도 ≤ α ≤ 120도이다. θA의 각도는 15도 보다 작으면 3파장 다중광과 1310 nm의 송신광과의 각도차가 작아지기 때문에, 각각의 소자가 접근하여 배치가 어려워지기 때문에, θA는 15도 이상으로 하는 것이 좋다. 한편, θA를 크게 하면 필터(A)에의 입사각이 커지기 때문에 필터(A)에 성막되어 있는 에지 필터의 P 편광의 반사율이 저하된다. 필자들의 검토에 의하여 θA의 상한은 기판 A의 굴절율(nA)과 관계되고, nA·SinθA를 0.95 이하로 하지 않으면 P 편광에 있어서 충분한 반사율이 얻어지지 않는 것이 분명해졌다.

따라서, nA는 낮은 쪽이 θA의 설계의 자유도가 커지고, 또 동일한 θA를 사용하면 nA가 낮을 수록 P 편광의 반사율은 커지기 때문에, nA는 낮은 쪽이 바람직하다. 입사각도(θA)는 바람직하게는 20도 이상이고, nA·SinθA는 바람직하게는 0.8이하로 하는 것이 좋다. 또 필터(A)의 출사매질과 필터(B)의 입사매질을 함께 공기로 한 경우, 입사각(θB)을 얻기 위한 α는 하기의 수학식 1로부터 구할 수 있다.

α=θB + arcsin(nA ·sinθA)

따라서, 기판 A의 굴절율(nA)과 필터(A)에의 입사각(θA)을 설정하여 두면, 원하는 θB를 얻기 위한 필터(A)와 필터(B)가 이루는 각(α)을 계산에 의하여 구할 수 있다. 필자들의 검토에 의하면, 유효한 α의 범위는 60도 ≤ α ≤ 120도이고, 바람직하게는 70도 ≤ α ≤ 100도이다.

본 발명의 고굴절율막의 재료로서는, 산화탄탈, 산화티탄, 산화세슘, 산화하프늄, 산화지르코늄, 산화니오븀, 산화이트륨, 산화크롬 등의 산화물, 질화규소, 질화게르마늄 등의 질화물, 탄화규소 등의 탄화물, ZnS, ZnSe, GaP, InP, GaAs, GaAl, GaN 등의 반도체 및 이들의 혼합재로부터 선택되는 적어도 1종이 저굴절율막의 재료로서는 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화게르마늄 등의 산화물, 불화칼슘, 불화바륨, 불화세슘, 불화마그네슘, 불화나트륨, 불화네오다뮴, Na₅Al₃F₁₄, Na₃AlF₆등의 불화물 및 이들 혼합재로부터 선택되는 적어도 1종이 있다. 또한 각 굴절율막은 동종의 것을 사용하는 것이 바람직하나, 굴절율이 근사한 재료이면 일부를 다른 재료로 이루어지는 굴절율막으로 치환하는 것도 가능하다. 또 고온 고습 환경하에서의 보존특성 향상을 위해서는 산화물, 질화물, 탄화물, 불화물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 유전체 다층박막 필터는, 진공성막법으로 제작된다. 진공성막법에는 진공증착법, 스퍼터법, 화학기상성장법, 레이저 브레이션법 등 각종 성막법을 사용할 수 있다. 진공증착법을 사용하는 경우, 막질을 개선하기 위하여 증기류의 일부를 이온화함과 동시에 기판측에 바이어스를 인가하는 이온 플레이팅법, 클러스터 이온빔법, 다른 이온총을 사용하여 기판에 이온을 조사하는 이온 어시스트증착법을 사용하면 유효하다. 스퍼터법으로서는 DC 반응성 스퍼터법, RF 스퍼터법, 이온빔 스퍼터법 등이 있다. 또 화학적 기상법으로서는 플라즈마 중합법, 광어시스트 기상법, 열분해법, 유기금속화학기상법 등이 있다. 또한 각 굴절율막의 막두께는 막형성시의 증착시간 등을 바꿈으로써 원하는 막두께로 할 수 있다.

또, 기판에는 석영유리, 붕규산유리 등의 광학유리, 결정화 유리 이외에도 Si웨이퍼, GaAs 웨이퍼, GaIn 웨이퍼, SiC 웨이퍼 등의 반도체기판, LiNbO₃, LiTaO₃, TiO₂, SrTiO₃, Al₂O₃, MgO 등의 산화물 단결정, 다결정 기판, CaF₂, MgF₂, BaF₂, LiF 등의 불화물 단결정 기판, 다결정 기판, NaCl, KBr, KCl 등의 염화물, 브롬화물 단결정, 다른 결정 기판, 아크릴, 아몰퍼스폴리올레핀, 폴리카보네이트 등의 플라스틱 등사용대역에서 투명한 기판이면 어느 것이어도 적용할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 조금도 한정되는 것이 아니다. 실시예에서 설명하는 필터에 사용하는 재료에는 굴절율이 1.46인 산화규소, 2.21인 산화니오븀, 기판에는 석영유리(굴절율1.44)를 사용하였다. 공기의 굴절율은 1.00로 하였다.

또, 본 실시예에 의한 파장 합분파기가 처리하는 대역은, 표 1에 의한 것으로 한다.

항목	파장범위(nm)	중심파장(nm)	신호방향
λ1	1540 ~ 1560	1550	수신
λ2	1480 ~ 1500	1490	수신
λ3	1260 ~ 1360	1310	송신

즉 λ1의 대역은 1540∼1560 nm의 범위의 광을 수신용으로 사용하고, 그 중심파장은 1550 nm 이다. 마찬가지로 λ2의 대역은 1480∼1500 nm의 범위의 광을 수신용에 사용하고, 그 중심파장은 1490 nm 이다. 또한 λ3의 대역은 1260∼1360 nm의 범위의 광을 송신용으로 사용하고, 그 중심파장은 1310 nm 이다. 그리고 사용하는 대역의 각각의 중심파장의 사이에는 λ2/λ1 = 0.96, λ3/λ1 = 0.85의 관계가 있다.

(실시예 1)

표 1과 같은 관계에 있는 3개의 대역을 처리하는 파장 합분파기에 있어서는, 접근한 λ1과 λ2의 대역과, 그것보다 떨어진 λ3의 대역을 각각 잘 처리하는 구성을 취할 필요가 있다. 일반적으로 0.92 ≤ λ2/λ1 ≤ 1.08의 범위에 있는 접근한 2개의 대역을 분리하는 경우, 광학 에지 필터보다 광학 대역통과 필터를 사용한 쪽이 투과/반사의 천이폭을 급격하게 할 수 있어 바람직하다.

그러나, 이와 같은 광학 대역통과 필터에 λ1·λ2의 대역으로부터 떨어진 λ3의 대역을 투입하면, 큰 투과율이나 반사율이 얻어지기 어렵고, 특성이 안정되지 않음을 알 수 있었다.

한편, 광학 에지 필터는 떨어진 2파의 대역의 광을 분리하기 위해서는 적합하고, 투과대역을 매우 넓게 취할 수 있으나, 접근한 2파를 분리하려고 한 경우에는 층수가 많아져 제조가 어려워져 사용에 적합하지 않다. 따라서 본 발명자들은 표 1과 같이 접근한 2파(λ1·λ2)와 떨어진 1파(λ3)를 분리하는 경우에는, 제일먼저 광학 에지 필터로 λ3을 분리하고, 나머지 λ1과 λ2를 광학 대역통과 필터로 유도하고, 그곳에서 양자를 분리하면 낮은 비용으로 성능이 뛰어난 파장 합분파기를 실현할 수 있다고 생각하였다.

도 1은 상기한 생각을 실현하기 위하여 고안된 본 발명에 의한 파장 합분파기의 일례이다. 파장합 분파기(1)는 2개의 광학기판, 기판 A와 기판 B를 이루는 각(α)으로 접착 등의 방법으로 V 자형상으로 고정함으로써 구성된다. 기판 A에는 V 자형상의 안쪽 면에 필터(A)를 배치하고, 또 한쪽의 기판 B에는 V 자형상의 안쪽 면에 필터(B)를 배치하여, 기판 A와 기판 B가 고정됨으로써 일체로 되어 있다. 입출사광인 3파장 다중광은, 먼저 필터(A)로 λ3의 대역을 분리하고, 분리된 나머지 λ1과 λ2의 대역인 2파장 다중광은 필터(B)로 유도되고, 필터(B)는 λ1과 λ2 대역의 광으로 분리된다.

여기서 필터(A)로서 장파장 투과형의 광학 에지 필터를 배치하고, 필터(B)로서 광학 대역통과 필터를 배치한다. 도 1에서는 기판 A와 기판 B의 접합면에 필터(B)가배치되어 있으나, 이 접합면에는 필터(B)는 배치되어 있지 않아도 된다. 필터(A) 및 필터(B)는 앞서 설명한 진공성막법으로 기판상에 형성하였다.

기판 A에는 3파장 다중광을 입사하기 쉽게 하기 위하여 절삭면 A를 설치하고 있으나, 이것은 설치하지 않아도 된다. 절삭면 A를 설치하는 경우, 절삭면 A의 각도는 3파장 다중광에 수직 또는 그것보다도 1∼10도 경사진 각도로 할 수 있다. 절삭면 A에는 파장 합분파기(1)에 접속하는 송수신광인 3파장 다중광을 입사·출사시킨다. 이것에는 광파이버 등에 의하여 유도된 3파장 다중광을 콜리메이터 렌즈 등을 사용하여 평행광을 필터(A)로 유도하는 방법이나, 광파이버의 펠룰루를 절삭면 A에 접착 또는 융착 등의 방법으로 고정하여 광파이버의 NA에 의하여 정해지는 확산각을 가지는 확산광을 필터(A)로 유도하는 방법 등을 취할 수 있다.

입출력 신호광인 3파장 다중광은, 필터(A)의 법선에 대하여 θA의 각도로 입사하도록 설정한다. 그때 3파장 다중광 중의 1550 nm과 1490 nm 대역의 광은, 필터(A)를 투과하여 필터(B)로 유도된다. 만약 1310 nm 대역의 광이 3파장 다중광에 혼입하여 온 경우에는, 각도 θA에서 반사되어 기판 A로부터 출사된다. 송신에 사용하는 1310 nm 대의 광은 광학기판 A를 투과하여, 각도 θA에서 필터(A)에 입사되고, 각도θA에서 반사후에 3파장 다중광을 보내어 온 광파이버에 입사하도록 각도를 정하게 된다.

θA의 각도는, 15도 보다 작으면 3파장 다중광과 1310 nm의 송신광의 각도차가 작아지기 때문에, 각각의 소자가 접근하여 배치가 어려워지기 때문에, θA는 15도 이상으로 하는 것이 좋다. 한편 θA를 크게 하면 필터(A)에의 입사각이 커지기 때문에 필터(A)에 성막되어 있는 에지 필터의 P 편광의 반사율이 저하된다.

본 검토에 의하면 θA의 상한은 기판 A의 굴절율(nA)과 관계되어 nA·SinθA를 0.95 이하로 하지 않으면 P 편광에 있어서 충분한 반사율이 얻어지지 않는 것이 분명해졌다. 따라서 nA는 낮은 쪽이 θA의 설계의 자유도가 커지고, 또 동일한 θA를 사용하면 nA가 낮을 수록 P 편광의 반사율은 커지기 때문에, nA는 낮은 쪽이 바람직하다. 입사각도(θA)는 바람직하게는 20도 이상이고, nA·SinθA는 바람직하게는 0.8 이하로 하는 것이 좋다.

본 실시예에서는 광학기판을 석영으로 하고, θA를 30도로 설정하였다. 따라서 nA·sinθA = 0.72로 하고 있다. 또한 1310 nm 대의 송신광은 기판에 대하여 P편광을 입사하면 기판 표면의 반사를 저감할 수 있기 때문에, 송신 손실을 저감할 수 있으므로 바람직하다.

또, 1310 nm 대의 송신광은 기판 A의 표면에서 굴절하여 필터(B)에 입사되기 때문에, 그 각도를 예상하여 송신광의 기판 표면에의 입사각을 정하지 않으면 안된다. 따라서 기판 A의 굴절율(nA)의 불균일은 작은 쪽이 바람직하다. 만약 nA의 불균일을 어느 정도 예상하지 않으면 안되는 경우는, 필터(A)의 이면을 송신광의 입사광에 대하여 수직이 되도록 각도를 정함으로써 기판 A의 굴절율의 불균일에 의한 송신광의 입사각의 변동을 억제할 수 있다.

한편, 필터(A)를 투과하여 1550 nm과 1490 nm의 2파장 다중광이 된 광은, 필터(B)면의 법선과 이루는 각(θB)으로 필터(B)에 입사된다. 필터(B)는 1550 nm과 1490 nm대역 중 어느 한 쪽을 투과하고, 또 한 쪽을 반사하는 광학 대역통과 필터로 함으로써 2파장 투과광을 분리할 수 있다. 본 실시예에서는 1550 nm 대역의 광을 투과하여1490 nm의 대역을 반사하도록 대역통과 필터를 설계하였다.

θB의 각도는 15도보다 작으면 λ2의 대역광과 필터(B)의 각도 차가 작아지고, 또 3파장 다중광과 λ2의 각도 차가 작아져 소자의 배치가 어려워지므로 θB는 15도 이상으로 하는 것이 좋다. 한편, θB를 크게 하면 필터(B)에의 입사각이 커지기 때문에 필터(B)에 성막되어 있는 대역통과 필터의 특성이 악화된다. 필자들의 검토에 의하면, θB의 상한은 필터(B)의 입사매질의 굴절율(nB)과도 관계가 있어, nB·SinθA를 0.85 이하로 하지 않으면 대역통과 필터의 투과대역의 특성을 평탄하게 하는 것이 어렵고, 또 P 편광도 반사율도 충분한 값이 얻어지지 않는 것이 분명해졌다. 여기서도 필터(B)의 입사매질의 굴절율(nB)은 작을 수록 θB의 설계의 자유도는 커지고, 또한 필터(B)의 투과대역의 평탄함이나 반사대역의 P 편광의 반사율을 올리기 위하여 작은 쪽이 좋다. 입사각(θB)은 바람직하게는 20도 이상이고, nB·SinθB는 바람직하게는 0.7 이하로 하는 것이 좋다. 본 실시예에서는 필터(B)의 입사매질은 공기로 하였기 때문에 nB = 1 이고, θB를 30도라고 하면, nB·SinθB는 0.5 이다.

본 실시예와 같이 필터(A)의 출사매질과 필터(B)의 입사매질을 모두 공기로 한 경우, 입사각(θB)을 얻기 위한 α는 수학식 1로부터 구할 수 있다.

따라서 기판 A의 굴절율(nA)과 필터(A)에의 입사각(θA)을 설정하여 두면, 원하는 θB를 얻기 위한 필터(A)와 필터(B)가 이루는 각(α)을 계산에 의하여 구할 수 있다. 필자들의 검토에 의하면 유효한 α의 범위는 60도 ≤ α ≤ 120도이고, 바람직하게는, 70도 ≤ α ≤ 100도 이다.

본 실시예에서는 θA = 30도, nA = 1.44 이므로, θB를 30도로 하기 위하여 α = 76.1도로 하였다. 여기서, nB·sinθB = 0.5 이다.

또한 본 실시예에서는 필터(A)의 출사매질과 필터(B)의 입사매질은 모두 공기로 하였으나, 필터(B)의 출사면에 다른 광학기판 등의 광학소재를 배치하는 등의 구성으로 함으로써 필터(A)의 출사매질과 필터(B)의 입사매질을 다르게 하여도 되고, 그 경우 그것에 배치하는 광학소재의 굴절율·형상에 의하여 θB의 각도를 바꾸는 것이 가능하다.

또 필터(B)를 투과한 λ1의 대역의 광은, 이면 B에서 반사율수 %의 비율로 반사후 필터(B)를 투과하여 λ2의 방향에 도달하는 일이 있고, 이 λ1 대역의 광이 λ2의 수광소자에 혼합된 경우, 크로스 토오크가 발생하는 일이 있다. 이 크로스 토오크가 문제가 되는 경우에는 이면 B에 AR 코트를 실시하거나, 이면 B를 반사한 광이 산란되도록 기판 B를 절삭면 B의 형상으로 거친면으로 절삭하여 두는 방법이 있다. 대책으로서는 어느 쪽도 유효하며, 비용이 저렴한 방법을 선택할 수 있다.

또한 기판 B의 굴절율은 1550 nm 대역의 광인 λ1의 출사각에 영향을 미친다. 기판 B의 굴절율의 불균일이 큰 경우, λ1의 출사각이 불균일하기 때문에 기판 B에 사용하는 재료는 굴절율의 불균일이 작은 재료를 사용하는 것이 좋다. 기판 B의 굴절율의 값에 대해서는 필터(A) 및 필터(B)의 특성에는 영향을 미치지 않기 때문에 특별히 문제로는 되지 않는다. 단, 이면 B에 AR 코트를 실시하지 않은 경우에는 이면 B에서의 반사를 억제하기 위하여 기판 B의 굴절율은 낮은 쪽이 좋다.

도 4는 본 실시예의 필터(A)에서 사용하는 장파장 투과형의 광학 에지 필터의 특성이다. 입사매질은 석영(굴절율 1.44), 입사각도(θA) = 30도, 출사매질은 공기 이다. 사용한 저굴절율재는 굴절율이 1.46의 산화규소, 고굴절율재는 굴절율이 2.21인 산화니오븀이다.

도 5는 본 실시예의 필터(B)에 사용하는 광학 대역통과 필터의 특성이다. 입사매질은 공기, 입사각도(θA) = 30도, 출사매질은 석영, 고굴절율재는 산화니오븀, 저굴절율재는 산화규소이다. 사용한 재료의 굴절율은 고굴절율막이 2.21, 저굴절율막이 1.46, 석영이 1.44 이다.

도 6은 본 실시예의 파장 합분파기에 있어서, 1310 nm 대역의 송신신호의 특성이다. 사용하는 대역인 1260∼1360 nm의 범위에 있어서, P 편광· S 편광 모두 투과손실이 낮고, 양호한 합파특성으로 되어 있다. 또한 S 편광의 투과손실은 거의 0 dB로 추이하고 있다.

도 7은 본 실시예의 파장 합분파기에 있어서, 1490 nm과 1550 nm 대역의 수신신호의 특성이다. 1490 nm의 수신광에 있어서는 1480∼1300 nm의 범위에서 1550 nm의 수신광에 있어서는 1540∼1500 nm의 범위에 있어서, 양쪽의 대역에 있어서 P 편광·S 편광 모두 투과손실이 낮고, 양호한 분파 특성으로 되어 있다.

(실시예 2)

도 2는 본 발명을 실시하는 다른 예이다. V 자의 조립방법이 다르나, 광학적으로는 모두 도 1과 동일하다. 따라서 본 실시예에서는 실시예 1과 동일한 광학특성을 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도 3은 본 발명을 실시하는 다른 예이다.

기판 A는 석영, 필터(A)에의 입사각 30도이고, 기판 B는 석영, 필터(B)에의 입사각은 30도로서 필터(A)와 필터(B)가 이루는 각(α)은 60도이다. 본 실시예에 있어서도 상기 실시예 1 및 2와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 3개의 다른 파장을 합파 및/또는 분파하는 파장 합분파기에 적용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 저비용으로 특성이 뛰어난 3파장 다중광을 3개 대역의 신호광으로 분파·합파하는 파장 합분파기를 제공할 수 있다.

도 1은 파장 합분파기를 나타낸 도,

도 2는 파장 합분파기를 나타낸 도,

도 3은 파장 합분파기를 나타낸 도,

도 4는 광학 에지 필터의 특성을 나타낸 도,

도 5는 광학 대역통과 필터의 특성을 나타낸 도.

도 6은 파장 합분파기의 송신신호의 특성을 나타낸 도,

도 7은 파장 합분파기의 수신신호의 특성을 나타낸 도,

도 8은 파장 합분파기를 나타낸 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 파장 합분파기 10 : 기판 A

11 : 필터(A)

12 : 필터(A)면의 법선과 3파장 다중광이 이루는 각(θA)을 나타냄

13 : 절삭면 A 20 : 기판 B

21 : 필터(B)

22 : 필터(B)면의 법선과 2파장 다중광이 이루는 각(θB)을 나타냄

23 : 필터(A)와 필터(B)가 이루는 각(α)을 나타냄

24 : 이면 B 25 : 절삭면 B

30 : 3파장 다중광

31 : λ1의 대역광으로서, 1550 nm대의 수신신호광을 나타냄

32 : λ2의 대역광으로서, 1490 nm대의 수신신호광을 나타냄

33 : λ3의 대역광으로서, 1310 nm대의 송신신호광을 나타냄

34 : 2파장 다중광

Claims

3개의 파장대역으로 이루어지는 3파장 다중광을 각각의 대역으로 분파 또는/및 합파하는 기능을 가지고, 각각의 파장대역의 중심파장을 λ1, λ2, λ3이라 하였을 때, 0.92 ≤ λ2/λ1 ≤ 1.08 이고, 0.20 ≤ λ3/λ1 ≤ 0.92 또는 1.08 ≤ λ3/λ1 ≤ 5.00의 관계에 있으며, 하나 또는 복수의 광학기판에 의하여 지지된 2개의 다른 특성의 광학필터를 일체로 한 파장 합분파기에 있어서,

3파장 다중광은 제 1 필터(A)로 유도되어 상기 필터(A)는 3파장 다중광을 λ3의 대역과, λ1과 λ2의 2파장 다중광으로 분리되고, 2파장 다중광은 제 2 필터(B)로 유도되어 상기 필터(B)는 2파장 다중광을 λ1의 대역과 λ2 대역의 광으로 분리할 때, 상기 필터(A)는 광학 에지 필터이고, 상기 필터(B)는 광학 대역통과 필터인 것을 특징으로 하는 파장 합분파기.
제 1항에 있어서,

상기 필터(A)는 3파장 다중광의 λ3의 대역을 반사하여 λ1과 λ2의 2파장 다중광을 투과하고, 상기 필터(B)는 상기 필터(A)를 투과한 2파장 다중광 중, λ2의 대역을 반사하여 λ1의 대역을 투과하고, 상기 필터(A)의 입사매질의 굴절율을 nA, 상기 필터(A)에의 3파장 다중광과 필터(A)면의 법선이 이루는 각을 θA라 하고, 마찬가지로 상기 필터(B)의 입사매질의 굴절율을 nB, 상기 필터(B)에의 2파장 다중광과 필터(B) 면의 법선이 이루는 각을 θB라 하였을 때, θA ≥ 15도, nA·SinθA ≤ 0.95, θB ≤ 15도, nB·SinθB ≤ 0.85 인 것을 특징으로 한 파장 합분파기.
제 2항에 있어서,

상기 필터(A)와 상기 필터(B)가 이루는 각을 α라 하였을 때, 60도 ≤ α ≤ 120도인 것을 특징으로 한 파장 합분파기.