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技術 光部品及び該光部品を用いた光モジュール

出願人 古河電気工業株式会社
発明者 尹大烈松浦寛
出願日 2001年2月20日 (19年9ヶ月経過) 出願番号 2001-043796
公開日 2002年8月28日 (18年2ヶ月経過) 公開番号 2002-243974
状態 拒絶査定
技術分野 レンズ以外の光学要素 光学フィルタ 混合、分岐導波路
主要キーワード 研磨角度θ 各接続端 多重反射面 線状形状 分布屈折率型レンズ 干渉方向 マルチモ 分布屈折率型
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

3つ以上の波長の光を合分波することができ、挿入損失の小さい小型の光部品光モジュールを提供する。

解決手段

互いに間隔を介して、光部品8と、光部品8に入射する光を導波する入射用光導波手段5と、光部品8から出射する光を導波する出射用光導波手段4(4a〜4N)と、第1、第2のレンズ6,7を設ける。光部品8は、第1界面1とその反対側の面である第2界面2とを互いに平行と成し、第1界面1の一端側に隣接する第3界面3と第1界面1との成す角度を90°より大きく180°より小さい角度とする。第3界面3から入射した波長多重光を第1界面1と第2界面2で多重反射しながら第2界面2から出射し、波長によって異なる角度を持った出射光を形成し、それぞれの波長の光をそれぞれの出射用光導波手段4a,4b,・・・4Nで受光して導波する。

概要

背景

近年、光ファイバを用いた光通信において、情報量の増加に伴い、単一波長伝送では要求に応じることが難しい状況にある。そこで、互いに異なる波長の複数の強度変調された光を合波して波長多重光とし、この波長多重光を1本の光ファイバで伝送することにより伝送容量を増加させる波長多重伝送が提案され、実施されるようになった。

このような通信形態においては、複数の波長を持った波長多重信号を高精度で分波できる、あるいは、複数の波長の光を高精度で合波できる光部品が必要である。この種の光部品として、現在、波長選択機能を有する誘電体多層膜石英基板等に導波路構成を形成することによって形成される方向性結合器アレイ導波路型回折格子、光ファイバに周期的な屈折率分布を持たせたファイバグレーティング等が適用されている。

概要

3つ以上の波長の光を合分波することができ、挿入損失の小さい小型の光部品と光モジュールを提供する。

互いに間隔を介して、光部品8と、光部品8に入射する光を導波する入射用光導波手段5と、光部品8から出射する光を導波する出射用光導波手段4(4a〜4N)と、第1、第2のレンズ6,7を設ける。光部品8は、第1界面1とその反対側の面である第2界面2とを互いに平行と成し、第1界面1の一端側に隣接する第3界面3と第1界面1との成す角度を90°より大きく180°より小さい角度とする。第3界面3から入射した波長多重光を第1界面1と第2界面2で多重反射しながら第2界面2から出射し、波長によって異なる角度を持った出射光を形成し、それぞれの波長の光をそれぞれの出射用光導波手段4a,4b,・・・4Nで受光して導波する。

目的

本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、3つ以上の波長の光を精度良く分波または合波することが可能で、光挿入損失が小さく小型の光部品及び該光部品を用いた光モジュールを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1界面とその反対側の面である第2界面とを互いに平行と成し、前記第1界面の一端側に隣接する第3界面と前記第1界面との成す角度を90°より大きく180°より小さい角度とし、前記第3界面に光が入射した場合に該光を前記第1界面と前記第2界面によって多重反射しながら前記第1界面または前記第2界面から出射し、前記第1界面または前記第2界面に光が入射した場合に該光を前記第1界面と前記第2界面によって多重反射して前記第3界面から出射する構成としたことを特徴とする光部品

請求項2

第1界面と第3界面との成す角度を150°以上175°以下の範囲内の値としたことを特徴とする請求項1記載の光部品。

請求項3

第1界面と第2界面には設定波長帯の光に対する反射率が60%以上の反射膜が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の光部品。

請求項4

第3界面には少なくとも光が通過する領域に設定波長帯の光の反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3記載の光部品。

請求項5

請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の光部品と、該光部品と間隔を介して配置されて前記光部品に入射する光を導波する入射用光導波手段と、前記光部品と間隔を介して配置されて前記光部品から出射する光を導波する出射用光導波手段と、前記入射用光導波手段から出射されて前記光部品に入射する光の径路上に設けられる第1のレンズと、前記光部品から出射されて前記出射用光導波手段に入射する光の経路上に設けられる第2のレンズとを有することを特徴とする光モジュール

請求項6

第1のレンズは光部品内で反射しながら進む光の干渉方向スポット径が該干渉方向に直交する直交方向のスポット径よりも小さい光となるようにするアナモルフィックレンズを有することを特徴とする請求項5記載の光モジュール。

請求項7

第1のレンズと第2のレンズは、ボールレンズ球面レンズ分布屈折率型レンズ非球面レンズシリンドリカルレンズマルチモドグレーテッドファイバレンズアナモルフィックプリズムを1つ以上組み合わせて形成されており、光が入射する面および出射する面に設定波長に対する反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の光モジュール。

請求項8

出射用光導波手段は複数設けられており、光部品は入射された光を波長によって異なる角度を持った出射光とする構成とし、前記角度に対応させて前記複数の出射用光導波手段を互いに間隔を介して並設したことを特徴とする請求項5又は請求項6又は請求項7記載の光モジュール。

請求項9

出射用光導波手段の代わりに、光強度を検出する光検出手段を設けたことを特徴とする請求項5乃至請求項8のいずれか一つに記載の光モジュール。

技術分野

0001

本発明は、光通信システム及び光計測分野等に用いられる光部品および該光部品を用いた光モジュールに関するものである。

背景技術

0002

近年、光ファイバを用いた光通信において、情報量の増加に伴い、単一波長伝送では要求に応じることが難しい状況にある。そこで、互いに異なる波長の複数の強度変調された光を合波して波長多重光とし、この波長多重光を1本の光ファイバで伝送することにより伝送容量を増加させる波長多重伝送が提案され、実施されるようになった。

0003

このような通信形態においては、複数の波長を持った波長多重信号を高精度で分波できる、あるいは、複数の波長の光を高精度で合波できる光部品が必要である。この種の光部品として、現在、波長選択機能を有する誘電体多層膜石英基板等に導波路構成を形成することによって形成される方向性結合器アレイ導波路型回折格子、光ファイバに周期的な屈折率分布を持たせたファイバグレーティング等が適用されている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、誘電体多層膜、方向性結合器、ファイバグレーティングを適用した場合、3つ以上の波長を1度に分波または合波させることが困難である。そのため、これらの光部品を適用して多数の波長の光を分波または合波するためには、これらの光部品を多段に接続する必要が生じ、挿入損失の増大、光部品の大型化を招くといった問題があった。

0005

また、アレイ導波路型回折格子は、導波路を形成する材質屈折率物理的な大きさが温度により変動するので、合分波特性が温度により変化する。そのため、アレイ導波路型回折格子の合分波特性を一定に保つために、その温度を一定に保つ必要が生じ、大掛かりな装置構成を有するといった問題があった。

0006

本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、3つ以上の波長の光を精度良く分波または合波することが可能で、光挿入損失が小さく小型の光部品及び該光部品を用いた光モジュールを提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第1の発明の光部品は、第1界面とその反対側の面である第2界面とを互いに平行と成し、前記第1界面の一端側に隣接する第3界面と前記第1界面との成す角度を90°より大きく180°より小さい角度とし、前記第3界面に光が入射した場合に該光を前記第1界面と前記第2界面によって多重反射しながら前記第1界面または前記第2界面から出射し、前記第1界面または前記第2界面に光が入射した場合に該光を前記第1界面と前記第2界面によって多重反射して前記第3界面から出射する構成をもって課題を解決する手段としている。

0008

また、第2の発明の光部品は、上記第1の発明の構成に加え、前記第1界面と第3界面との成す角度を150°以上175°以下の範囲内の値とした構成をもって課題を解決する手段としている。

0009

さらに、第3の発明の光部品は、上記第1または第2の発明の構成に加え、前記第1界面と第2界面には設定波長帯の光に対する反射率が60%以上の反射膜が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。

0010

さらに、第4の発明の光部品は、上記第1又は第2又は第3の発明の構成に加え、前記第3界面には少なくとも光が通過する領域に設定波長帯の光の反射防止膜が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。

0011

さらに、第5の発明の光モジュールは、上記第1乃至第4のいずれか一つの発明の光部品と、該光部品と間隔を介して配置されて前記光部品に入射する光を導波する入射用光導波手段と、前記光部品と間隔を介して配置されて前記光部品から出射する光を導波する出射用光導波手段と、前記入射用光導波手段から出射されて前記光部品に入射する光の径路上に設けられる第1のレンズと、前記光部品から出射されて前記出射用光導波手段に入射する光の経路上に設けられる第2のレンズとを有する構成をもって課題を解決する手段としている。

0012

さらに、第6の発明の光モジュールは、上記第5の発明の構成に加え、前記第1のレンズは光部品内で反射しながら進む光の干渉方向スポット径が該干渉方向に直交する直交方向のスポット径よりも小さい光となるようにするアナモルフィックレンズを有する構成をもって課題を解決する手段としている。

0013

さらに、第7の発明の光モジュールは、上記第5または第6の発明の構成に加え、前記第1のレンズと第2のレンズは、ボールレンズ球面レンズ分布屈折率型レンズ非球面レンズシリンドリカルレンズマルチモドグレーテッドファイバレンズアナモルフィックプリズムを1つ以上組み合わせて形成されており、光が入射する面および出射する面に設定波長に対する反射防止膜が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。

0014

さらに、第8の発明の光モジュールは、上記第5または第6または第7の発明の構成に加え、前記出射用光導波手段は複数設けられており、光部品は入射された光を波長によって異なる角度を持った出射光とする構成とし、前記角度に対応させて前記複数の出射用光導波手段を互いに間隔を介して並設した構成をもって課題を解決する手段としている。

0015

さらに、第9の発明の光モジュールは、上記第5乃至第8のいずれか一つの発明の構成に加え、前記出射用光導波手段の代わりに、光強度を検出する光検出手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。

0016

上記構成の本発明において、例えば図2に示すように、光部品8は、第1界面1とその反対側の面である第2界面2とを互いに平行と成し、前記第1界面1の一端側に隣接する第3界面3と前記第1界面1との成す角度αを90°より大きく180°より小さい角度としている。

0017

そして、この光部品8の第3界面3に光を入射すると、この光は、前記第1界面1と前記第2界面2によって多重反射しながら、図の下方側から上方側にジグザグに進んで行き、光が第1界面と第2界面2で反射する際にその一部が第1界面1または第2界面(図2では第2界面2)から出射される。

0018

そして、この第2界面2で反射する度に出射される出射光が互いに干渉することにより光部品8からの出射光が形成され、波長によって異なる角度を持った出射光になる。すなわち、これら出射光が形成される条件は、波長によって異なるので、それぞれ異なる角度を持って伝搬することになる。このように、上記第2界面2から出射される光の角度は光の波長によって異なる。なお、光が第1界面と第2界面2で反射する際にその一部が第1界面1から出射される場合も同様に、第1界面1から出射される光の角度は光の波長によって異なることになる。

0019

したがって、光部品の第3界面から波長多重光を入射すると、この光は光部品を通って、各波長ごとに分波されることになり、波長多重光を高精度で分波することができる。また、分波される波長数は特に限定されないので、3つ以上の波長の光を分波することができ、光部品を多段に接続するときのような挿入損失増加や大型化の問題を抑制できる。

0020

そして、出射光の角度に対応させて複数の出射用光導波手段を並設すれば、分波した各波長の光を出射用光導波手段により導波することができるし、出射用光導波手段の代わりに光検出手段を設ければ、各波長の光の強度を検出することができる。

0021

なお、本発明の光部品は、上記とは逆に、前記第1界面または前記第2界面に光を入射した場合に、該光を前記第1界面と前記第2界面によって多重反射して前記第3界面から出射するので、第1界面1又は第2界面から互いに異なる波長の光を互いに異なる設定角度で入射すると、これらの光は光部品を通って合波され、第3界面から出射される。

発明を実施するための最良の形態

0022

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1には、本発明に係る光部品を用いた光モジュールが示されており、図2には本発明に係る光部品の一実施形態例が示されている。図1に示すように、本実施形態例の光モジュールは、図2に示す光部品8と、該光部品8と間隔を介して配置された入射用光導波手段5と、複数の出射用光導波手段4(4a〜4N)とを有している。入射用光導波手段5は光部品8に入射する光を導波する手段であり、出射用光導波手段4(4a〜4N)は、それぞれ、光部品8から出射する光を導波する手段である。

0023

また、本実施形態例の光モジュールは、前記入射用光導波手段5から出射されて前記光部品8に入射する光の径路上に設けられる第1のレンズ6と、前記光部品8から出射されて前記出射用光導波手段4に入射する光の経路上に設けられる第2のレンズ7とを有している。

0024

前記光部品8は基板9を有する光多重反射板であり、基板9はガラス材料であるBK7により形成されている。光部品8は前記第1のレンズ6側に第1界面1を対向させ、その反対側の面である第2界面2を前記第2のレンズ7側に対向させて配置されている。第1界面1と第2界面2は互いに平行と成しており、また、図2に示す、第1界面1の一端側に隣接する第3界面3と前記第1界面との成す角度αは、150°以上175°以下の範囲内の値である160°としている。

0025

前記第1界面1と第2界面2との距離はdであり、光部品8は、光部品8に入射した光を第1界面1と第2界面2によって(第1界面1と第2界面2の間で)多重反射する構成と成している。言い換えれば、第1界面1と第2界面2は、互いに平行に対向する多重反射面と成している。

0026

光部品8の第1界面1には第1の反射膜(同図には図示せず)が形成されており、この第1の反射膜は設定波長帯の光を99%以上反射する。第2界面2には第2の反射膜(同図には図示せず)が形成されており、この第2の反射膜は前記設定波長帯の光に対する反射率が60%以上である。また、光部品8の第3界面3には、少なくとも光が通過する領域に設定波長の光の反射防止膜(同図には図示せず)が形成されている。

0027

そして、本実施形態例において、前記入射用光導波手段5により導入された光は、第1のレンズ6を介して光部品8の第3界面に入射し、この光は、第1界面1と第2界面2で多重反射しながら第2界面2から出射する。

0028

前記入射用光導波手段5と出射用光導波手段4は、シングルモード光ファイバにより形成されている。入射用光導波手段5の接続端面(第1のレンズ6側に対向する端面)および出射用光導波手段4の接続端面(第2のレンズ7側に対向する端面)は、入射または出射する光の光軸に対して斜めに形成されており、上記各接続端面には、それぞれ設定波長帯に対して反射防止膜が形成されている。

0029

これらの構成により、本実施形態例では、入射用光導波手段5と出射用光導波手段4の接続端面における反射減衰量を、それぞれ35dB以上に保つ構成と成している。

0030

前記第1のレンズ6と第2のレンズ7は、ボールレンズ、球面レンズ、分布屈折率型(GRIN)レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、マルチモードグレーテッドファイバレンズ(MMFL)、アナモルフィックプリズムを適宜1つ以上組み合わせて形成されるものである。本実施形態例において、第1のレンズ6は2種類のレンズから成る複合レンズであり、第2のレンズ7は、球面レンズにより形成されている。第1と第2のレンズ6,7の光が入射する面および出射する面には設定波長に対する反射防止膜が形成されている。

0031

入射用光導波手段5の出射光は発散光であるので、入射用光導波手段5の出射端におけるビームスポットが例えば図5の(a)に示すような大きさ・形状であったとすると、ビームスポット径が徐々に広がり、例えば同図の(b)に示すようなビームスポットとなって、第1のレンズ6に入射する。

0032

前記第1のレンズ6を構成する前記複合レンズは、コリメートレンズとアナモルフィックレンズとを有している。コリメートレンズは、入射用光導波手段5から出射された光(発散光)を平行光にするレンズであり、入射用光導波手段5の出射光を平行光とし、光のビームスポット径を広げずに前記アナモルフィックレンズに入射させる。

0033

アナモルフィックレンズは例えばシリンドリカルレンズにより形成されており、アナモルフィックレンズは、コリメートレンズを通った光の略真円形状のビームスポットを、例えば図5の(c)に示すようなX方向に長い楕円形状や線状形状に変換して、この光のビームウエスト図2の位置A0(光が光部品8の第3界面3から最初に第2界面2に入射する位置)とほぼ一致するように集光する。

0034

言い換えれば、アナモルフィックレンズの構成およびその配置形態をこのように設計することにより、アナモルフィックレンズは、光部品8内で反射しながら進む光の干渉方向(光が反射しながら図2のようにジグザグに進んで行く方向であり、図2図5のY方向)のスポット径が該干渉方向に直交する直交方向(X方向)のスポット径よりも小さい光とするレンズとして機能する。

0035

そして、上記のように、アナモルフィックレンズによって光をX方向に長い楕円形状や線状形状にすると、光が光部品8内で反射しながら進むときの、光の干渉効果を高めることができる。なお、光のビームウエストにおける干渉方向のスポット径は、例えば使用波長と同等でもよく、例えば波長1.3μmの使用波長に対し10μm程度になるようにすればよい。

0036

ところで、本実施形態例において、図3に示す、光部品8の第1界面1と第3界面3との境界部E(第1界面1と第3界面3とにより形成される稜線部)は、膜質が不均一な部分となる。

0037

なお、図3は、本実施形態例における光部品8による光の分離原理を模式的に示した図であり、光が光部品8の第3界面3に入射して光部品8内で多重反射しながら、その光の一部が第2界面2から出射する経路を、図の太線により模式的に示している。同図に示す光の経路は光進行方向の中心軸の通る経路である。

0038

そして、前記境界部Eの膜質不均一部分に前記第1のレンズ6の出射光が入射すると、損失が発生する。また、光部品8の第3界面3から入射して第2界面2の位置A0に入射した光は、その一部が位置A0から出射し、残りの光は第2界面2で第1界面1側に反射する。ここで、この反射光が前記境界部Bの膜質不均一部分に入射すると、損失が発生する。

0039

したがって、この境界部Bの膜質不均一部分は小さいことが望ましく、本実施形態例では、第3界面3を斜面にして、第1界面1と第3界面3との角度αを適切に形成することにより前記膜質不均一部分を最小化している。

0040

また、図10に示すように、第1界面1と第3界面3の稜線部である境界部Eが、位置A0を通る第2界面と垂直な線上に位置するような場合、例えば光部品8の厚みdを500μmとし、角度αを150°、入射光の第2界面2への入射角φを5°とすると、第3界面3への入射光の入射位置B0から境界部Eまでの第3界面3に沿った距離lは約48μmとなる。

0041

それに対し、図11に示すように、第3界面3と第1界面が同一面上にあると、その他の条件を図10の場合と同様にした場合に上記距離lは約44μmとなるので、上記のように、第1界面1と第3界面3とが180°よりも小さい適切な角度(この場合150°)にすると、入射光が第3界面3を通過する際の膜質不均一部分の影響を受け難くなるといった利点がある。

0042

図6には、光部品8の作製方法の一例が示されており、本実施形態例では、同図に示す作製方法を適用して光部品8を作製することにより、前記膜質不均一部分を最小化している。

0043

まず、図6の(a)に示すように、基板9の第1界面1に前記第1の反射膜11を形成し、この反射膜11上に、同図の(b)に示すように、レジスト16を形成する。この状態で、同図の(c)に示すように、基板9の一端側を設定角度(第1界面1と第3界面3との成す角度α)となるように加工する。

0044

この加工は、一般に研磨によって行われるものであり、例えば第1の反射膜11の厚みを2μmとした場合、研磨角度θ(θ=180−α)を5°以上にすることにより、膜質不均一部分を30μm以下にすることができる。

0045

次に、同図の(d)に示すように、基板9の第3界面3に反射防止膜13を蒸着等により形成し、最後に、同図の(e)に示すように、レジスト16を除去する。このようにすると、第1界面1と第3界面3との境界部Bにおいて、第1界面1と第3界面3との切れ目はっきりとした精密な光部品8を形成できる。その後、基板9の第2界面2には前記第2の反射膜12を形成する。

0046

また、図7に示す作製方法を適用してもよい。すなわち、同図の(a)に示すように、基板9の第1界面1に第1の反射膜11を形成し、この反射膜11上に、同図の(b)に示すように、ダミー基板17を形成する。この状態で、同図の(c)に示すように、基板9の一端側を設定角度となるように加工し、同図の(d)に示すように、基板9の第3界面3に反射防止膜13を蒸着等により形成し、最後に、同図の(e)に示すように、ダミー基板17を除去する。なお、この場合にも、基板9の第2界面2には前記第2の反射膜12を形成する。

0047

このような方法で光部品8を作製することにより、接着剤等の有機材料を用いることなく光部品8を作製できるので、接着剤の劣化等に起因する特性の劣化を防ぐことができ、また、高出力の入射光にも対応することができる。

0048

次に、図3に基づき、光の光部品8内での反射および光部品8からの出射形態について詳細に説明する。同図において、光部品8の第3界面3に入射する光の入射角度をψinで示しており、第2界面2への入射角度φを一定にした場合、研磨角度θが大きくなるにつれて第3界面3への入射角度ψinが大きくなる。そして、角度φを10°以下にした場合、本実施形態例のように、波長1310nmにおける屈折率が1.5のガラス材料を光部品8として用いた場合には、第3界面3への入射角度ψinは研磨角度θと同程度の値となる。

0049

そして、上記入射角度ψinが大きくなることにより、基板9の内部に入射される入射光強度偏光特性が表れ、第3界面3への反射防止膜の形成が困難になる。通常、前記ガラス材料を用いた場合、入射角度ψinが30°程度であれば、反射防止膜は作製可能であるので、基板9の研磨角度θも30°以下であることが望ましい。

0050

また、前記の如く、光部品8の第1界面1と第3界面3との境界部Eを少なくする観点から、研磨角度θの範囲として5°以上が望ましいことから、角度θは、5°以上30°以下が好ましく、本実施形態例では、第1界面1と第3界面3との成す角度αを150°以上175°以下の値である160°とした。

0051

また、入射光が第3界面3に対し角度ψinで入射される場合、入射光は第3界面3に対し、ψout≒sin−1(sin(ψin)/n)の角度を持ち、光部品8の内部に入射されることになる。ここでnは、光の波長における基板9の屈折率であり、本実施形態例において約1.5である。そして、この光線は、角度φ=θ−ψoutで第2界面2に入射されることになる。

0052

また、第2界面2から出射される光はφout≒n・φの角度を持ち出射されることになる。第1界面1と第2界面2は互いに平行であるので、基板9内で、光が第2界面2で反射するたびに入射光の一部が角度φoutで出射されることになる。

0053

また、本実施形態例では、前記の如く、アナモルフィックレンズによって集光される光のビームウエストが、光部品8の第3界面3から最初に第2界面2に入射する位置A0とほぼ一致するように設計しているので、位置A0から発する光は、光軸近傍の干渉方向ではほぼ発散球面波近似することができる。

0054

そして、第2界面2からの出射光は、それぞれ共通の基点A0をもち、第2界面2の位置A0、A1、・・・からそれぞれ出射した球面波を用いて近似することができる。すなわち、光部品8からの出射光は、これらの出射光が互いに干渉して形成されるので、それぞれ共通の基点A0をもち、第2界面2の位置A0、A1、・・・から発した発散球面波の重ね合わせによって求まる。

0055

ここで、光軸方向の中心軸に沿って伝搬する光について考える。光部品8の第2界面2の位置A0から直接光部品8の外に出射した光線と、位置A0で反射して第1界面1において1回反射した後に、位置A1から光部品8外に出射する光線の光路差をΔL(0)とすると、ΔL(0)は以下の式(1)により表わされる。

0056

ΔL(0)=2n・d・cosφ・・・・・(1)

0057

位置A0から直接出射する光線と位置A1から出射する出射する光線が互いに強め合うためには、ΔL(0)が波長の整数倍である必要がある。隣り合う全ての光線の光路長差も同様に、ΔL(0)であるため、φoutの角度を持ち、光部品8から出射される光は、波長をλとすると、以下の式(2)で示される干渉条件を満たす必要がある。なお、mは整数である。

0058

2n・d・cosφ=m・λ・・・・・(2)

0059

次に、図4実線に示すように、光軸方向の中心軸から角度がΔφだけ傾いて伝搬する光線について考える。この場合の光路長差は、上記と同様に考えると、位置A0から直接出射する光線と位置A1’から出射する出射する光線の光路長ΔL(Δφ)は式(3)により示される。また、各位置A0、A1’、・・・での出射角度は、光軸方向の中心軸に沿って(同図の破線で示す経路で)伝搬する光の出射角度φoutとΔφoutの角度差でもって出射する。この角度差は、式(4)により示される。

0060

ΔL(Δφ)=2n・d・cos(φ+Δφ)・・・・・(3)

0061

Δφout≒n・Δφ・・・・・(4)

0062

なお、式(4)は、φ、Δφ、φout、Δφoutが小さく、sin(φ+Δφ)およびsin(φout+Δφout)がφ+Δφおよびφout+Δφoutに近似できる場合に成立するものであり、本実施形態例では、この条件を満たしている。

0063

そして、光部品8の第2界面2からの出射角度は、波長に応じて式(数1)により表わされる変化量だけ変化する。

0064

0065

本実施形態例において、入射角度ψin=24°、d=500μmに設定しており、例えば入射光の波長帯を1310nm近傍とし、角度φoutの出射光が1310nmの波長で前記干渉条件を満たす場合、波長の変化に伴う出射角の変化量Δφoutは、φout≒6.41°付近で約0.88(°/nm)となる。

0066

本実施形態例は以上のように構成されており、入射用光導波手段5により導波した光を第1のレンズ6を介して光部品8に入射すると、光は光部品8の第1界面1と第2界面2とで多重反射しながら進んでいき、光が第2界面2で反射する際に第2界面2から一部の光が出射される。そして、この第2界面2で反射する度に出射される各出射光が互いに干渉することにより光部品8からの出射光が形成される。

0067

この出射光は、前記の如く、波長に応じて式(数1)により表わされる変化量だけ変化するものであり、出射光の出射角度が波長により異なるので、本実施形態例において、これらの出射光を第2のレンズ7を介してそれぞれ出射用光導波手段4(4a〜4N)により導波することにより、波長多重光を互いに異なる単一波長光に分波してそれぞれのから出射用光導波手段4(4a〜4N)から出射することができる。

0068

また、本実施形態例において、上記とは逆に、それぞれのから出射用光導波手段4(4a〜4N)から互いに異なる単一波長光を入射させ、第2のレンズ7を介して光部品8の第2界面2に入射した場合には、該光を光部品8が前記第1界面と前記第2界面によって多重反射し、これらの光は光部品8を通って合波され、第3界面3から出射される。

0069

以上のように、本実施形態例の光部品によれば、たとえ分波または合波する波長数を3つ以上とした場合でも、的確に光の分波と合波を行なうことができるし、光部品8は複数の部品を多段に接続したものではないので、光挿入損失が小さく、小型の光部品とすることができる。

0070

また、本実施形態例の光モジュールは、上記光部品8と第1、第2のレンズ6,7および、光ファイバから成る入射用光導波手段5、出射用光導波手段4を設けて形成されているので、非常に簡単な構成であり、小型で挿入損失が小さい光モジュールとすることができる。

0071

なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記実施形態例では、光部品8はガラス基板9を有する光多重反射板としたが、光部品8は必ずしも光多重反射板とするとは限らず、板状以外の光部品8としてもよい。

0072

また、光部品8を光多重反射板とする場合、その基板は必ずしもガラス基板9を有するとは限らず、光の使用波長に対して透明な(光を透過する)、例えば石英等の結晶を基板9とする光多重反射板とすることができる。なお、ガラス基板は最も作り易い利点がある。

0073

さらに、上記実施形態例の光モジュールは、複数の出射用光導波手段4を設けて形成したが、これらの出射用光導波手段4の代わりに、図8に示すように、光検出手段21を設けることもでき、この場合、各光検出手段21により、対応する各波長の光の強度を検出できる光モジュールとすることができる。なお、同図においては、複数の光検出手段21を有するフォトダイオードアレイ50を設けている。

0074

さらに、上記実施形態例では、入射用光導波手段5により導波された光を光部品8の第3界面3に入射して第2界面2から出射したり、出射用光導波手段4側から光部品8の前記第2界面2に入射した光を前記第3界面3から出射する構成としたが、例えば図9に示すように、入射用光導波手段5により導波された光を光部品8の第3界面3に入射して第1界面1から出射してもよい。また、その逆に、出射用光導波手段4側から光部品8の第1界面1に光を入射して前記第3界面3から出射する構成としてもよい。

0075

これらの場合、例えば光部品8の第2界面2に設定波長帯の光に対する反射率99%以上の反射膜を形成し、第1界面1には設定波長帯の光に対する反射率60%以上の反射膜を形成するとよい。

0076

また、図9に示すように構成すると、光モジュールの一端側に光入力部と光出力部を形成することができるために、光モジュールを他の光機器に接続する際の接続作業性を良好にすることができる。

0077

さらに、上記各実施形態例では、光部品8の第1界面1と第3界面3との成す角度αを150°以上175°以下の範囲内の値である160°としたが、角度αは160°とは限らず、この範囲内の値であればよい。また、角度αは150°以上175°以下の範囲内の値であることが好ましいが、角度αは90°より大きく180°より小さい範囲内の値としてもよい。

0078

さらに、上記実施形態例では、入射用光導波手段5、出射用光導波手段4はシングルモード光ファイバとしたが、入射用光導波手段5、出射用光導波手段4は、マルチモード光ファイバグレーテッドインデックス光ファイバ分散シフト光ファイバ偏波保持光ファイバ平面導波路のいずれか一つにより形成されていればよい。

発明の効果

0079

本発明の光部品は、光部品の第3界面に光を入射すると、この光が光部品の第1界面と第2界面によって多重反射しながら進んで行く際に、その一部が第1界面または第2界面から出射され、この反射する度に出射される出射光の互いの干渉により光部品からの出射光が形成されて、波長によって異なる角度を持った出射光になるようにするものであるから、波長多重光を互いに波長が異なる単一波長光に分波することができる。

0080

また、本発明の光部品は、上記とは逆に、前記第1界面または前記第2界面に互いに異なる波長の光を互いに異なる設定角度で入射すると、これらの光は光部品を通って合波され、第3界面から出射されるので、複数の波長の光を合波することができる。

0081

そして、本発明の光部品において、上記のように分波または合波する波長数は特に限定されるものではないので、例えば複数の部品を多段に組み合わせなくても、分波または合波する波長数を適宜の波長数とすることができ、小型で挿入損失の小さい光部品とすることができる。

0082

また、本発明の光部品において、第1界面と第3界面との成す角度を150°以上175°以下の範囲内の値とした構成によれば、上記効果を奏する光部品を非常に容易に作製することができる。

0083

さらに、本発明の光部品において、第1界面と第2界面には設定波長帯の光に対する反射率が60%以上の反射膜が形成されている構成によれば、光を効率良く光部品内に入射させ、第1界面と第2界面とで多重反射して出力することができる。

0084

さらに、本発明の光部品において、第3界面には少なくとも光が通過する領域に設定波長帯の光の反射防止膜が形成されている構成によれば、第3界面に光を入射するときに、その光が光の入射側に戻ることを抑制することができる。

0085

さらに、本発明の光モジュールによれば、上記光部品を設けることにより、適宜の波長の光を合分波することができるし、また、光モジュールは、上記光部品と、入射用光導波手段と、出射用光導波手段と、第1と第2のレンズを設けて構成されるものであり、非常に簡単な構成であるため、作製も容易であり、小型で低挿入損失、低コストの光モジュールとすることができる。

0086

さらに、本発明の光モジュールにおいて、第1のレンズは光部品内で反射しながら進む光の干渉方向のスポット径が該干渉方向に直交する直交方向のスポット径よりも小さい光となるようにするアナモルフィックレンズを有する構成によれば、光部品内で反射しながら進む光を効率良く干渉させることができ、効率良く波長分散を発生させることができる。

0087

さらに、本発明の光モジュールにおいて、第1のレンズと第2のレンズは、ボールレンズ、球面レンズ、分布屈折率型レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、マルチモードグレーテッドファイバレンズ、アナモルフィックプリズムを1つ以上組み合わせて形成されており、光が入射する面および出射する面に設定波長に対する反射防止膜が形成されている構成によれば、第1のレンズと第2のレンズにより、効率良く光の集光等の機能を果たすことができる。

0088

さらに、本発明の光モジュールにおいて、出射用光導波手段は複数設けられており、光部品は入射された光を波長によって異なる角度を持った出射光とする構成とし、前記角度に対応させて前記複数の出射用光導波手段を互いに間隔を介して並設した構成によれば、本発明の光部品を用いて分波した光をそれぞれの出射用光導波手段により効率良く導波することができる。

0089

さらに、本発明の光モジュールにおいて、出射用光導波手段の代わりに、光強度を検出する光検出手段を設けた構成によれば、本発明の光部品を用いて分波したそれぞれの光の強度を検出することができる。

図面の簡単な説明

0090

図1本発明に係る光モジュールの一実施形態例を示す要部構成図である。
図2本発明に係る光部品の一実施形態例を示す説明図である。
図3上記各実施形態例において光部品の第3界面に入射した光の光軸方向中心軸に沿った伝搬状態を示す説明図である。
図4上記各実施形態例において光部品の第3界面に入射した光の光軸方向中心軸からΔφの角度をもって伝搬する光線の伝搬状態を示す説明図である。
図5(a)は上記実施形態例における入射用光導波手段からの出射光、(b)は第1のレンズのコリメートレンズからの出射光、(c)は第1のレンズのアナモルフィックレンズにより集光した光のそれぞれのスポット形状を示す説明図である。
図6上記実施形態例に適用した光部品の作製方法を示す説明図である。
図7光部品の作製方法の別の例を示す説明図である。
図8本発明に係る光モジュールの他の実施形態例を示す説明図である。
図9本発明に係る光モジュールのさらに他の実施形態例を示す説明図である。
図10光部品の第1界面と第3界面の角度が適切に形成された場合の、入射光の入射位置から境界部Eまでの第3界面に沿った距離の説明図である。
図11光部品の第1界面と第3界面が同一面上にある場合の、入射光の入射位置から境界部Eまでの第3界面に沿った距離の説明図である。

--

0091

1 第1界面
2 第2界面
3 第3界面
4出射用光導波手段
5入射用光導波手段
6 第1のレンズ
7 第2のレンズ
8 光部品

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