JP2004264446A

JP2004264446A - Diffraction grating, demultiplexer and wavelength multiplexed optical transmission module

Info

Publication number: JP2004264446A
Application number: JP2003053438A
Authority: JP
Inventors: Mitsuki Hirano; 光樹平野; Tomiya Abe; 富也阿部; Yuzo Ito; 雄三伊藤; Tatsuya Sugita; 辰哉杉田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP4238600B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a demultiplexer in which a change in its characteristics follows even a sharp change in temperature and is compensated. <P>SOLUTION: Wavelength multiplexed incident light beams 70 from an optical fiber 10 are made incident on a prism section 22, diffracted and separated into different angles for each wavelength by a chirped type diffraction grating 16, made incident on a light receiving optical waveguide 28 and detected by a photodetector array 36. The chirped type diffraction grating 16 is extended and contracted by a change in ambient temperature and the grating constants are varied. However, a change in the wavelength separation characteristics caused by the thermal extension and contraction is compensated by a change in the refractive index of the prism section 22. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いて送信された波長多重光信号を波長ごとに分離する光学デバイスに関し、特に、波長分離に用いる回折格子、回折格子を用いて波長を分離するデマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、温度上昇により生じる選択中心波長のシフトを相殺するように回折格子に配置された温度補償機構部を用いて回折格子を回転することによって、周囲温度変動によるフィルタ自体の選択中心波長シフトを抑制する光フィルタ及び光フィルタに用いる回折格子が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３３１８５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光フィルタは、例えばアルミニウムの支柱を用いた温度補償機構部により例えばガラス基板製の回折格子を回転しており、回折格子と温度補償機構とは熱容量・熱伝導率等が異なっているために、急激な温度変化に対して回折格子の特性変化の速度と温度補償機構部による特性変化の補償の速度が一致せず、特性変動が起こるという問題点があった。
【０００５】
また、従来の光フィルタのように回折格子を回転することによって周囲温度変動によるフィルタ自体の選択中心波長シフトを抑制する場合には、回折格子外周部において出射用光ファイバとの距離が変動する。そのために回折格子に集光特性を有するチャープ型回折格子を用いる場合には、回折格子により集光されたスポットの位置が移動し、特性変化をもたらすという問題点もあった。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、急激な温度変化に対しても特性変化が追従し補償する回折格子及びこの回折格子を用いたデマルチプレクサを提供することである。
【０００７】
さらに、本発明の別の目的は、チャープ型回折格子を用いた場合でも、温度変化に対しても特性変化が追従し補償する回折格子及びこの回折格子を用いたデマルチプレクサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、光入射側に光学ブロックを有する回折格子において、前記光学ブロックの前記光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記光学ブロックの前記光入射面と前記回折格子とのなす角度が、１７°以上３０°以下であることを特徴とする回折格子を提供する。
【０００９】
また本発明は、光入射側に光学ブロックを有する回折格子において、前記光学ブロックの前記光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記回折格子を挟んで前記光学ブロックと結合された基板を有することを特徴とする回折格子
を提供する。
【００１０】
またさらに、本発明は、光入射側に光学ブロックを有する回折格子において、
前記光学ブロックの前記光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、
前記光学ブロックの屈折率が１．２９以上１．４１４以下であることを特徴とする回折格子を提供する。
【００１１】
前記光学ブロックは、ポリマー材料を用いて形成することが望ましく、回折格子を一体に形成することもできる。
【００１２】
また本発明は、光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の光入射側に、前記回折格子に固定された光学ブロックを有し、前記光学ブロックの光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記光学ブロックの前記斜面を通して前記入射面からの光線を入射するとともに、前記回折格子で回折した光線を出射することを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１３】
光学ブロックに入射する主光線の角度をψ、回折格子で回折し光学ブロックから出射した主光線の角度をξ、プリズムの光入出射面と回折格子のなす角度をγとした場合に、
【数５】

【００１４】
または、
【数６】

【００１５】
とすることが望ましい。また、光学ブロックの光入射面と回折格子とのなす角度は、１７°以上３０°以下とすることが望ましい。また、光学ブロックはポリマー材料を用いて作成することができ、光学ブロックの屈折率は、光学ブロックに入射する光線の角度が光学ブロックから出射する光線の角度よりも大きい場合には、１．４１４よりも大きくすることが望ましく、光学ブロックに入射する光線の角度が光学ブロックから出射する光線の角度よりも小さい場合には、１．４１４よりも小さくすることが望ましい。
【００１６】
またさらに本発明は、光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の光入射側に、前記回折格子に固定された光学ブロックを有し、前記回折格子を基準として角度を定めた場合に、前記回折格子に入射する主光線の角度ｉ、前記回折格子で回折角度をθ、前記光学ブロックの光入出射面と前記回折格子のなす角度をγとし、前記回折格子の線膨張係数をα、前記光学ブロックの屈折率をｎとした場合に、温度Ｔの変化に対して、
【数７】

【００１７】
または、
【数８】

【００１８】
であることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１９】
またさらに本発明は、光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路と光検出器を有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、回折格子と光検出器の間の光路に、前記回折格子及び前記光検出器と分離したプリズムを有するを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００２０】
プリズムは、入射した光線の幅よりも、出射した光線の幅が広くなるように、プリズムを配することが望ましい。プリズムの屈折率変化を用いて回折格子の温度変化による特性変化を補償することができる。
【００２１】
またさらに本発明は、光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子が格子内の位置により格子ピッチを変化させたチャープ型であり、前記回折格子の温度変化に応じて信号分離特性変動を補償するように、前記回折格子を略平行移動することを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００２２】
回折格子が平面であり、温度変化に応じて回折格子の格子面に沿って移動することで温度変化による特性変化を補償することができる。回折格子自身の伸縮を用いて回折格子を移動することもでき、回折格子の中心と、前記回折格子が熱伸縮する中心とを異なる位置に配することが望ましい。
【００２３】
またさらに本発明のデマルチプレクサを用いて、波長多重受信光モジュール、波長多重光伝送モジュールを提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１から図４を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係わる実施例を示す上面図である。波長多重化されて伝送してきた光信号は、光ファイバ１０より出射される。光ファイバ１０より拡がって出射された入射光線７０は、シリンドリカルレンズ１２ａにより紙面に対して垂直方向（チャープ型回折格子１６の刻線方向）について拡がりが低減されてほぼ平行光となり、回折格子ブロック１４のプリズム部２２に入射する。プリズム部２２に入射した光線は、回折格子ブロック１４のチャープ型回折格子１６により波長毎に異なる角度に回折され分離される。チャープ型回折格子１６は集光作用を有するように格子間隔を変化させており、チャープ型回折格子１６で回折された光線は紙面内において波長ごとに異なる位置に集光される。チャープ型回折格子１６により回折し集光された光線は、シリンドリカルレンズ１２ｂにより紙面に垂直方向について受光用光導波路２８に入射するように入射端面に集光される。受光用光導波路２８は、入射部側にスラブ導波路部３０、その後段にテーパ導波路部３２を有している。スラブ導波路部３０に入射した光線は、紙面に垂直な方向はスラブ導波路に閉じ込められて伝搬し、紙面内についてはチャープ型回折格子１６の集光作用により、波長ごとに設けられたテーパ導波路３２の入射端に集光される。分離集光された光線は、それぞれの波長に対応するテーパ導波路部３２に入射し、波長毎に受光部を有する光検出器アレイ３６により検出される。回折格子ブロック１４、シリンドリカルレンズ１２、受光用光導波路２８は、ベース３８上に固定されている。
【００２６】
本実施例では、チャープ型回折格子１６を有する回折格子ブロック１４を、透明ポリマーを用いて大量生産に適した射出成形で作製した。そのため、環境温度の変化に伴って熱伸縮し、チャープ型回折格子１６の格子定数（ピッチ）が変化する。そこで本実施例においては、チャープ型回折格子１６の熱伸縮による波長分離特性変動をプリズム部２２の屈折率変化により補償する構成とした。
【００２７】
図２に回折格子ブロック１４の実施例を示す。プリズム部２２にチャープ型回折格子１６が一体で形成されている。さらに、プリズム部２２の光入出射面には、サブ波長格子２０を用いた反射防止構造が形成されている。本実施例の回折格子ブロック１４は、透明ポリマー材料を用いて射出成型により作成し、射出成形の際にチャープ型回折格子１６、サブ波長格子２０を同時に一体成形した。成形後、チャープ型回折格子１６の格子面には、金、銀、アルミ等の金属膜を蒸着して反射膜１８とした。金属の反射膜１８に替えて誘電体多層膜を用いてもよく、またはチャープ型回折格子１６と金属膜との間に誘電体膜を形成して反射率を向上してもよい。
【００２８】
図３に回折格子ブロック１４に設けたサブ波長格子２０の斜視図を示す。サブ波長格子２０は波長以下の構造を持ち、反射防止の効果を有する。本実施例では、二次元に配置した四角錐２１のピラミッド配列構造をしている。入射する偏光によらず高い反射防止効果を得るには、ピラミッドのピッチｐ、ピラミッドの高さｈについてアスペクト比ｈ／ｐ≧２とすることが望ましい。また、ピッチｐは使用する波長の中で最小波長をλとすると、ｐ＜λ／２となるようにする。
【００２９】
本実施例では微少な構造を用いて反射を防止しているために、回折格子の形成と同時にサブ波長格子２０による反射防止構造も形成することができる。そのため、プリズム形成後に真空プロセスを用いて入出射面に誘電体膜による反射防止膜を付ける必要がなく、回折格子ブロック１４の作成が容易となる。成型用材料としては、透明ポリマー以外にもガラスを用いてもよいが、透明ポリマーを用いたほうがサブ波長格子２０、チャープ型回折格子１６の転写性が良く望ましい。また、サブ波長格子２０は正確に周期的に配置する必要はなくサブ波長の構造とすればよい。またさらに、形状もアスペクト比が所望の値であれば良く、例えば円錐形としてもよい。このように反射防止構造を設けることにより、デマルチプレクサの損失を低減できると共に、反射光によるクロストークを防止できる。
【００３０】
本実施例では、反射防止構造を一体形成したが、別に作成したサブ波長格子２０を有するフィルムを貼り付けてもよい。或いは、サブ波長格子を用いず誘電体膜による反射防止膜を設けてもよい。
【００３１】
図４を用いて回折格子ブロック１４の温度補償機能を説明する。図４に示したように、チャープ型回折格子１６面を基準面として角度を定めることとし、プリズム部２２の入射面の角度をγ、プリズム部２２に入射する光線の角度をψ、チャープ型回折格子１６への入射角度をｉ、回折角度をθとすると、
【数９】

【００３２】
によって、チャープ型回折格子１６子で回折した光線がプリズム部２２から出射する角度ξを求めることができる。なお、ｎ_０は外界の屈折率（本実施例では空気であるためｎ_０＝１）、ｎはプリズム部２２の屈折率である。（１）式より、回折格子ブロック１４が温度変化しても出射角度ξが変化しない条件を求めることができ、
【数１０】

【００３３】
と表される。αはプリズム部２２の線膨張係数である。なおこの式は、プリズム部２２への入出射角度φ、ξには依存していないことが分かる。特に、プリズム部２２の入射面に対して光線の入射角度と出射角度を等しくなるように、
【数１１】

【００３４】
とする、つまり、
【数１２】

【００３５】
の場合には、（２）式は、
【数１３】

【００３６】
と表される。さらに、ζ≒０となるリトロー配置においては、
【数１４】

【００３７】
となるようにすれば良いことが分かる。
【００３８】
一般に、物質の屈折率ｎと密度ρとの間には、
【数１５】

【００３９】
の関係があることが知られている。但し、βは局所場補正係数を示し、物質に依存する。一般には、βは０から１／３の間の値を取る。この式を用いると、屈折率の温度変化と線膨張率αとの間には、
【数１６】

【００４０】
の関係があることが示される。従って、（２）式より、
【数１７】

【００４１】
を満たすように回折格子ブロック１４のｎ、β及びγを選べば、出射角度ξは温度に依存しなくなる。特に分光器等に一般に用いられているリトロー配置においては、（６）式より、
【数１８】

【００４２】
つまり、
【数１９】

【００４３】
を満たすｎ及びβを選べばよい。
通常βは０から１／３の範囲の値をとるため、（１０）式よりリトロー配置においては屈折率ｎを１．４１４から１．７３２の範囲に選ぶことが望ましい。また、ポリマー材料については、βとして１／３に近い値を取ることが多くこの場合は屈折率１．４１４付近の値をとることが望ましいといえる。この値に近い屈折率を持つポリマー材料としては、ポリメタクリル酸トリフルオロエチレン（屈折率１．４２）、シリコーンポリマー（屈折率１．４３）、シクロヘキサン系のフッ素化エポキシ（屈折率１．４０５）、フッ素化エポキシアクリレート（屈折率１．４１３）、フッ素化エポキシアクリレート（屈折率１．４１７）グリコール系のフッ素化エポキシ（屈折率１．３８５）、フッ素化エポキシアクリレート（屈折率１．４１６）、フッ素化エポキシアクリレート（屈折率１．４１８）、トリフルオロエチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４０）等のフッ素化アクリル樹脂があり、これらの材料を用いて回折格子ブロック１４を形成すれば、リトロー配置において波長分波特性の温度依存性を低減することができる。このように、１．３８５〜１．４３の屈折率材料を用いることができる。１．３μｍ帯や１．５５μｍ帯の光通信波長を用いる場合は、赤外波長においてより損失の少ないフッ素系の材料を用いることが望ましい。
（８）式においては、γ、ｉ、θを適当に選ぶことにより、右辺の分母を１より大きく、或いは小さく設定できる。本実施例に示したように、入射角度ψが出射角度ξよりも大きな場合には、この値は１より小さくなるため、１．４１４よりも屈折率の大きな材料を用いても（８）式を満たすことができる。この場合には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、屈折率１．４９）や、ポリカーボネート（ＰＣ、屈折率１．５９）、フッ素化ポリミド（屈折率１．５５）等のフッ素系のプラスチック、重水素化したプラスチック材料なども用いることができ、成形に適した材料を選ぶことができる。
【００４４】
また逆に、入射角度ψが出射角度ξよりも小さい場合には、低屈折率材料を用いることが望ましく、６フッ化プロピレン／４フッ化エチレン／２フッ化ビニリデン共重合体（屈折率１．３６）、テフロンＡＦ（デュポン社製、屈折率１．２９）、サイトップ（旭硝子社製、屈折率１．３４）を用いると赤外光でも損失を少なくすることができる。この場合のように出射角度を大きくすると回折格子の波長分散を大きくできるため、デマルチプレクサを小さくできるという効果がある。したがって、現実的なポリマーの屈性率として１．２９以上１．４１４以下の材料を用いると、デマルチプレクサの小型化の点で望ましいと言える。
【００４５】
以上説明したように、実施例においてはプリズム部２２を用いることにより、チャープ型回折格子１８の熱伸縮による波長分離特性変化をプリズム部２２の屈折率変化による波長分離特性変化によりを補償することができる。したがって、温度変化に伴う波長分離特性変化を抑制することができ、いわゆるアサーマル化を実現することができる。
【００４６】
なお、プリズム部２２のない平行平板を用いた回折格子の場合、つまりβ＝０の場合は、
【数２０】

【００４７】
となり、出射角度ξはプリズム部の屈折率ｎに依存しなくなる。したがって、回折格子の熱伸縮による特性変化を補償する効果はない。つまり、回折格子ブロック２２の入出射面は、チャープ型回折格子１６面に対して角度を成す必要があるものである。回折格子ブロック２２の入出射面に対して大きな角度を持って光線が入出射すると表面反射が大きくなり好ましくない。したがって、回折格子ブロック２２の入出射面の角度γは、回折格子ブロック２２の入出射面への入射角度と出射角度の間にあることが望ましい。つまり、入射角度と出射角度の大小により、
【数２１】

【００４８】
または、
【数２２】

【００４９】
を満たすことが望ましい。
【００５０】
ここまで、ベースの熱膨張率が小さく、回折格子の熱伸縮による特性変動が支配的な場合についての温度補償を説明してきたが、ベースの熱膨張率が大きく温度変化に伴って光学部品間の相対位置が変動する場合には、回折格子に加えてベースの熱伸縮も考慮し、デマルチプレクサ全体として温度依存性をなくすようにパラメータを設定すればよい。本実施例の配置においては、ベースの熱伸縮と回折格子の熱伸縮とは互いに補償する方向に動くため、ベースに熱膨張率の大きな材料を用いることによって、屈折率が１．４１４よりも大きな材料を用いた場合でもプリズム部２２により温度依存性を低減できる。したがって、ベース３８にポリマー材料等の熱膨張率の大きな材料を用いた場合にも温度補償できる。
【００５１】
また、回折格子の熱伸縮に伴う集光位置の変動がある程度許容される場合には、（８）式を十分に満たしていなくてもよく、実用的な温度補償の効果を達成できる範囲内でパラメータを選べばよい。
【００５２】
本実施例では、チャープ型回折格子１６として格子溝の断面形状が直角三角形をしたいわゆるエシュレット型を用いた。回折格子の作成には、まずルーリングエンジンを用いてチャープ型回折格子１６を成形するためのマスターを加工した。このマスターを用いて金型を作成し、金型を用いて回折格子ブロック１４を射出成形した。チャープ型回折格子１６の格子定数は、所望の集光性能を有するように格子の場所の関数としてチャープさせた。回折効率を大きくするためには、ブレーズ角を各格子位置での入射角度に合わせて変化させることが望ましい。そこで本実施例では、回折格子を複数の領域に分割し、領域内では一定のブレーズ角度で加工し、領域ごとにブレーズ角を変えることによって回折効率の向上を図った。ブレーズ角度は、領域ごとにＴＥ偏光（電場方向が格子の刻線方向の偏光）とＴＭ偏光（電場方向が刻線に垂直な偏光）の回折効率の差が小さくなるように定めた。そのために、領域の中心部において、入射光線７０がブレーズ面で正反射する方向と出射光線７２の回折方向とを一致させた正反射条件におけるブレーズ角よりも大きくした。本実施例においては、領域の中心での正反射条件から決まるブレーズ角より２〜１０°ブレーズ角を大きくした。この差は、格子定数が小さい程大きくすることが望ましい。
【００５３】
エシュレット型回折格子では、波長λ、格子定数ｄとしたとき、λ／ｄが０．６から１．０、ブレーズ角度を２５°から３５°の範囲に選ぶと、偏光依存性が小さく回折効率を大きくすることができる。この場合、
【数２３】

【００５４】
とする必要がある。したがって、（４）式に従い、プリズム入射面の角度γは、１７°以上３０°以下が望ましい。
さらに、格子定数が小さくなるとＴＥ偏光とＴＭ偏光との回折効率の差が大きくなるため、この差が小さく、且つ回折効率が高くなるように回折次数を選んだ。本実施例においては、格子定数の大きな領域では−１次の回折光を用い、格子定数の小さな領域では−２次の回折光を用いるように途中より不連続に格子定数を２倍にした。このように、格子定数が小さい場合には高次の回折光を用いることが望ましく、おおよそ入射波長程度以下の格子定数で２次以上の回折光を用いることが望ましい。この次数の切替えは、ブレーズ角度の切替え位置で行うことにより、回折格子の分割数を増やすことなく、格子定数を切り替えることができる。本実施例では、領域の分割数は６分割とした。分割数は多くするほど理想的なブレーズ角度分布に近い角度分布とすることができる。領域分割数と損失の関係を検討し、分割数を４以上とすると損失が低下し、９以上ではほぼ損失は一定となることが分かった。したがって、分割数を大きくしても、ある一定の分割数を超えると損失の低下は顕著ではなくなる。しかも、領域を余り多くすると、ブレーズ角を変更する回数も増え、加工精度が落ちて損失が低下する可能性がある。したがって、分割数は４〜９、特に６〜９が望ましい。本実施例では、回折格子溝を平面上に加工しているため、回折格子溝の加工において領域のつなぎ部での平面方向及び垂直方向の位置ずれが生じにくい。
【００５５】
このようにＴＥ偏光とＴＭ偏光の回折効率をほぼ等しくすることにより、入射光線の偏光状態が変化しても検出光量の変動を小さくできる。光ファイバ１０から特定の偏光が入射する場合には、この偏光の回折効率が最大となるようにブレーズ角を定めればよい。或いは、偏光変換素子を用いて光ファイバからの出射光の偏光方向をそろえてもよい。偏光変換素子は、一般に知られているように偏光ビームスプリッタとλ／２板を組み合わせることに構成することができる。この場合、回折効率の高い偏光方向となるように偏光変換素子の向きを定めればよい。特に、ＴＭ偏光は、格子ピッチがおおよそ波長よりも小さな領域で回折効率を高くできるため、格子定数を波長よりも小さくしＴＭ偏光に変換して入射することが望ましい。この場合、回折効率は格子溝の形状にほとんどよらなくなるために、エシュレット格子に限らず、波型形状や、矩形のバイナリ回折格子を用いても、高い回折効率を実現できる。
【００５６】
格子パターンの加工は、本実施例に用いたルーリングエンジンの他にも、例えば感光体に入射位置と出射位置からレーザビームを照射して干渉パターンを露光し、ホログラムを形成して作成してもよい。ホログラム回折格子を用いることにより、収差が少なく出射位置に十分に絞って集光することができる。或いは、３次元ＮＣ加工機を用いても加工してもよく、またさらに、フォトリソグラフィの手法を用いて、Ｓｉ等の基板に連続的にブレーズ化したチャープ回折格子を作成することもできる。
【００５７】
チャープ型回折格子１６及びサブ波長格子２０の加工については、ホットプレスを用いてもよい。
【００５８】
なお、本実施例のように回折格子の位置により入射角度が変化する場合には、光強度の一番強い主光線について温度補償条件を満たすように設定すればよい。また回折格子については、本実施例に用いた平面状のチャープ型回折格子に限らず、格子定数が一定な等間隔平面回折格子や凹面回折格子についても同様に適用できるものである。凹面型回折格子を用いる場合には、光ファイバ１０の入射点及びスラブ導波路３２の入射点を凹面型の回折格子１５のいわゆるローランド円上に配置することにより、各波長の集光点距離の変化を小さくできる。その場合には、スラブ導波路部３０は必要ない。
【００５９】
また、プリズム部２２を光線が透過することにより収差が発生するが、収差を補正するように、回折格子の格子ピッチを補正すればよい。光線追跡計算を用いた自動設計により格子の配置を設計することができる。或いは、非球面非対称なシリンドリカルレンズを用いて補正してもよい。
本実施例では、シリンドリカルレンズ１２として円柱状のものを用いた。リトロー配置に近く配置する場合には、１個のシリンドリカルレンズで入射と出射の光線の集光を兼用しても良い。
【００６０】
本実施例においては、多重化されて伝送されてきた中心波長１２７５．７、１３００．２、１３２４．７、１３４９．２ｎｍの４波長を分離する構成とした。この中心波長に対して、光源の製造・温度・スペクトル分布による波長ばらつきにより、最大±５．７ｎｍ変動するものとした。したがって、隣り合うチャネル間の波長スペースは、１３．１ｎｍであり、おおよそ伝送波長の１％に設定した。この波長ばらつきは、光源の作成・特性により決まるものであり、特に厳しい光源の選別を必要としない範囲として必要なものである。本実施例では、この使用波長範囲で十分な特性変動の低減を実現できた。
【００６１】
受光用光導波路２８は、上記のようにスラブ導波路部３０とテーパ導波路部３２で構成される。光検出器に信号光が効率よく結合するように光導波路の厚さは６５μｍとした。テーパ導波路部３２は、紙面内において光入射側から出射側にかけてコアの幅が減少するテーパ形状とし、光検出器アレイに光を絞り込む構造としている。効率よく光検出器アレイまでビームを伝搬するためには、スラブ導波路の開口数ＮＡは大きいほうが望ましく、特にＮＡ０．５以上とすることが望ましい。さらに、薄層のクラッドの外側に金属膜を形成すると、仮に光線がクラッドを透過しても金属膜で反射して光検出器に到るため、検出効率を向上できる。本実施例においては、テーパ導波路部３２の幅は、スラブ導波路３０と接合される側で光検出器アレイのピッチと同じくし、光検出器アレイ６０側で光検出器に効率良く結合できる幅となるようにした。このように、波長分離したビームを光検出器に絞り込むことにより、応答速度の速い受光面積の小さな光検出器を用いることができ、高速な光通信に適用することができるようになる。光検出器アレイは、テーパ導波路部３２からのビームが光検出器に効率よく結合するように位置を調整し、テーパ導波路部３２に接着固定した。
【００６２】
本実施例においては、光ファイバ１０として、コア径６２．５μｍ、開口数０．２７５のグレーテッドインデックス（ＧＩ）型マルチモード光ファイバ（６２．５ＭＭＦ）を用いた。但し、光ファイバを限定するものではなく、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）やコア径５０μｍのマルチモード光ファイバ（５０ＭＭＦ）、さらにコア径の大きなマルチモード光ファイバを用いることもできる。
【００６３】
本発明の第２の実施形態を図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係わる回折格子ブロックの実施例を示す上面図である。本実施例の回折格子ブロックの機能は、第一の実施形態に示した回折格子ブロック１４と同じであり、ここでは異なる点について示す。まず、チャープ型回折格子１６を有する回折格子基板２４をポリマー材料を用いて射出成形する。チャープ型回折格子１６上に金属膜を成膜し反射膜１８を形成する。別に、サブ波長格子２０を有するプリズム部２２も成形する。この回折格子基板２４とプリズム部２２とを光学接着材１９を用いて接着し、回折格子ブロック１４を形成する。プリズム部２２と回折格子基板２４に同じ材料または、同じ線膨張係数を持つ材料を用いることにより、チャープ型回折格子１６の線膨張係数をプリズム部２２と等しくすることできる。
【００６４】
或いは、プリズム部２２と回折格子基板２４に線膨張係数の異なる材料を用いることにより、チャープ型回折格子１６の線膨張係数を調整し、（２）式を満たすようにすることもできる。
【００６５】
本実施例では、チャープ型回折格子１６を平板状の回折格子基板２４上に形成するため、射出成形を用いて容易に精度良く成形することできる。射出成形以外にも、いわゆる２Ｐ法を用いて、平板の基板上に紫外線硬化樹脂を塗布し、型を押し付けながら紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させてチャープ型回折格子１６を形成してもよい。透明な回折格子基板２４を用いることにより基板側から紫外線を照射して硬化させることもできる。２Ｐ法を用いた場合も紫外線硬化樹脂の層を薄くすることにより、回折格子の線膨張係数をプリズム部２２と等しくでき、チャープ型回折格子１６の熱伸縮による特性変化をプリズム部２２の屈折率変化で補償することができる。
【００６６】
本実施例の回折格子ブロック１４を、第一の実施形態に示したようにベース３８に固定する場合は、ベース３８もポリマーを用い、プリズム部２２をベース３８と一体で形成してもよく、ベース３８と一体成形したプリズム部２２に回折格子基板２４を張り合わせてもよい。プリズム部２２をベース３８と一体とすることで、デマルチプレクサの組み立てが容易となるとともに、回折格子ブロック１４の位置ずれが起きず信頼性が向上する。
【００６７】
本発明の第３の実施形態を図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係わるデマルチプレクサの実施例を示す上面図である。光ファイバ１０より拡がって出射された波長多重光信号は、回折格子ブロック１４と一体となったシリンドリカルレンズ１３ａにより紙面の垂直方向についてほぼ平行光となり、回折格子ブロック１４に入射する。回折格子ブロック１４に入射した光線は、回折格子ブロック１４に形成されたチャープ型回折格子１６により波長毎に異なる角度に回折され、集光される。チャープ型回折格子１６により回折された光線は、シリンドリカルレンズ１３ｂにより集光されて受光用光導波路２８に入射する。受光用光導波路２８のスラブ導波路部３０に入射した光線は、波長ごとにテーパ導波路部３２の入射端に集光され、波長毎に受光部を有する光検出器アレイ３６により検出される。
【００６８】
本実施例では、回折格子ブロック１４とシリンドリカルレンズ１３ａ、１３ｂを一体とし、透明ポリマーを用いて形成した。光ファイバ１０からの入射光線７０の主光線がシリンドリカルレンズ１３ａに略垂直に、チャープ型回折格子１６で回折した出射光線７２の主光線がシリンドリカルレンズ１３ｂに対して略垂直になるようにしている。したがって、チャープ型回折格子１６の線膨張係数αと回折格子ブロック１４の屈折率の温度変化が（６）式を満たすようにすれば、温度変化に対して波長分離特性が変化しないようにできるものである。したがって、（１０）式よりポリマー材料としては、屈折率１．４１４付近のものを用いることが望ましい。
【００６９】
本実施例のように、プリズム部２２を通してチャープ型回折格子１６に光線を入射することにより、光ファイバからのビーム拡がり角は空気中に比べてプリズム部の屈折率分低減する。つまり、屈折率１．４の材料を用いた場合には、ビーム拡がり角は７１％程度に小さくなる。したがって、プリズム部２２を通してビームを照射することは、チャープ型回折格子１６に入射するビームの拡がり角を低減する効果を有している。そのため、回折格子の幅が小さくなり、デマルチプレクサ全体を小型化できる効果がある。
【００７０】
本発明の第４の実施形態を図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係わるデマルチプレクサの実施例を示す上面図である。波長多重化され光ファイバ１０を伝送してきた光信号は、シングルモードの光ファイバ１０より光閉じ込め方向についてシングルモードのスラブ導波路４０に入射し、凹面型の回折格子１５に入射する。回折格子１５により波長毎に異なる角度に回折され分離され、波長ごとに集光される。分離集光された光線は、テーパ導波路部３２に入射し、光検出器アレイ６０により検出される。
【００７１】
スラブ導波路４０のコアには透明ポリマーを用いており、端部に回折格子１５を形成した。回折格子１６面には金、銀等の金属膜を形成し、反射面とした。
本実施形態では、光線はスラブ導波路４０中を伝搬するため、スラブ導波路４０コアの屈折率の温度変化とクラッドに用いた基板の線膨張係数αが（６）式を満たすようにすることで温度依存性を無くすことができる。したがって、第一の実施形態で示したように、コアに低屈折率材料を用いることが望ましく、また、クラッド部の線膨張係数αがコア材と近いことが望ましい。
【００７２】
本実施例のように凹面型の回折格子１５を用いた場合には、光ファイバ１０の入射点及びスラブ導波路３２の入射点を凹面型の回折格子１５のいわゆるローランド円上に配置することにより、各波長の集光点距離の変化を小さくできる。
【００７３】
本発明の第５の実施形態を図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の係わるデマルチプレクサの上面図である。光ファイバ１０から拡がって出射された波長多重光信号は、レンズ５０ａで略平行光となり、回折格子ブロック１４のプリズム部２２に入射する。回折格子ブロック１４に入射した光線は、平面型の回折格子１５に入射し、波長ごとに異なった回折角度を持って回折される。回折格子１５で回折されたビームは、レンズ５０ｂで集光され、波長ごとにテーパ導波路３５に入射し、光検出器アレイ２４で検出される。
【００７４】
本実施例では、回折格子１５として平行な直線格子溝を持つ等間隔回折格子を用いた。この回折格子１５に略平行な光線が入射するために、回折格子１５の全範囲で（８）式を満たすことができ、回折格子１５全範囲で温度依存性をなくすことができる。また、本実施例においては、集光点が出射光線７２に対してほぼ垂直に並ぶため、受光用光導波路２８にスラブ導波路部は必要ない。レンズ５０には、屈折率分布を持ったロッドレンズを用いてもよい。その場合は、光ファイバ１０をロッドレンズに固定することもできる。また、リトローに近い配置とし、レンズ５０を１個としてもよい。
【００７５】
本発明の第６の実施形態を図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態の係わるデマルチプレクサの実施例を示す上面図である。光ファイバ１０より拡がって出射された波長多重信号は、シリンドリカルレンズ１２ａにより紙面の垂直方向についてほほ平行光となり、固定枠５２に固定されたチャープ型回折格子１６に入射する。チャープ型回折格子１６により回折し集光された光線は、シリンドリカルレンズ１２ｂにより紙面に垂直方向について集光され、受光用光導波路２８に入射する。スラブ導波路部３０に入射した光線は、チャープ型回折格子１６の集光作用により波長ごとに設けられたテーパ導波路の入射端に集光される。波長ごとに分離集光された光線は、それぞれの波長に対応するテーパ導波路部３２に入射し、波長毎に受光部を有する光検出器アレイ３６により検出される。
【００７６】
図１０を用いて固定枠５２及び回折格子基板２４についてさらに詳細に説明する。チャープ型回折格子１６を有する回折格子基板２４には、くさび状の溝部５７ａ、５７ｂが、固定枠５２側には突起部５６ａ、５６ｂが形成されており、突起部５６ａと溝部５７ａ、突起部５６ｂと溝部５７ｂをかみ合わせるようにし、押さえ５４で押さえつけて回折格子基板２４を固定枠５２に固定している。溝部５７ａ、５７ｂと突起部５６ａ、５６ｂにより、チャープ型回折格子１６は固定枠５２に対して正確に位置が定まる。回折格子基板２４を固定した固定枠５２は、ベース３８に設けられた固定溝３９に固定される。突起部５６が固定溝３９の基準点３７上に来るようにすることで、回折格子基板２４は基準点３７を中心として両側に熱伸縮するようにできる。溝部５７の位置を回折格子の中心（光ファイバからの主光線が当たる位置）からずらしておき、温度変化によるスポット移動方向とは逆方向に回折格子基板２４が移動するようにすることによって、回折格子基板２４の熱伸縮による集光位置の変化を回折格子基板２４の中心位置移動を利用して補償することができる。
【００７７】
回折格子基板２４の熱伸縮による移動により、回折格子基板２４の熱伸縮によるｘ方向についての集光スポット移動を補償するためには、ｘ方向の集光スポット移動率について、
【数２４】

【００７８】
となるように、チャープ型回折格子１６の中心と溝部５７との距離Ｌを定めればよい。本実施例では、回折格子基板２４に線膨張率α＝６×１０^−５／Ｋのポリカーボネートを用い、回折格子基板２４の熱伸縮によるスポット移動率が１μｍ／Ｋであったため、Ｌ＝８．３ｍｍとした。
【００７９】
このように、チャープ型回折格子１６の中心と熱伸縮の中心とをずらすことにより、回折格子の熱伸縮による集光点の位置変化を、チャープ型回折格子１６の熱伸縮に伴う中心位置の移動により補償することができる。この場合、平面型の回折格子は、格子面に略平行に移動して温度変化に伴う特性変化を補償する。回折格子自身の熱伸縮を利用して温度補償を行うため、温度変化への追従性が良く、急激な温度変化に対しても補償することができる。
【００８０】
射出成形を用いて回折格子基板２４を形成することにより、回折格子基板２４成形時に溝部５７も形成することができ、溝部５７の位置を精度良く形成することができる。
【００８１】
本実施例においては、回折格子基板２４の伸縮に伴い、ｚ方向にもスポット位置が移動する。しかし、ｚ方向については、スポット移動に伴う特性変動が小さいためこの移動による特性変化は問題とならなかった。
【００８２】
本実施形態においては、第一の実施形態のようにプリズムを用い、プリズムの屈折率変化による温度補償と組み合わせても良い。
【００８３】
本発明の第７の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の係わるデマルチプレクサの実施例を示す上面図である。光ファイバ１０より拡がって出射された波長多重信号は、シリンドリカルレンズ１２ａにより紙面の垂直方向についてほほ平行光となり、チャープ型回折格子１６に入射する。チャープ型回折格子１６で回折された光線は紙面内において波長ごとに異なる位置に集光される。チャープ型回折格子１６により回折し集光された光線は、シリンドリカルレンズ１２ｂにより紙面に垂直方向について受光用光導波路２８の入射端面に集光され、受光用光導波路２８に入射する。受光用光導波路２８のスラブ導波路部３０に入射した光線は、紙面に垂直な方向はスラブ導波路に閉じ込められて伝搬し、紙面内についてはチャープ型回折格子１６の集光作用により、波長ごとに設けられたテーパ導波路の入射端に集光される。波長ごとに分離集光された光線は、それぞれの波長に対応するテーパ導波路部３２に入射し、波長毎に受光部を有する光検出器アレイ３６により検出される。
【００８４】
本実施例では、固定部６２ａ、６２ｂ、６２ｃに一端が固定された駆動部６０ａ、６０ｂ、６０ｃの熱伸縮を用いて、回折格子基板２４を移動し、回折格子基板２４の熱伸縮による温度特性変動を補償する。本実施例では、駆動部６０ａにより回折格子基板２４を格子面に平行に移動するとともに、駆動部６０ｂ、６０ｃにより回折格子基板２４を格子面に垂直に平行移動することによって、温度補償を行っている。そのために、ｚ方向のスポット移動も補償することができる。本実施例のように回折格子を２次元的に平行に移動することによりより精度良く温度補償することができる。
【００８５】
本発明の第８の実施形態を図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本実施形態の係わるデマルチプレクサの上面図である。光ファイバ１０より拡がって出射された波長多重信号は、シリンドリカルレンズ１２ａにより紙面に対して垂直方向についてほほ平行光となり、チャープ型回折格子１６に入射する。チャープ型回折格子１６で回折された光線は紙面内において波長ごとに異なる位置に集光される。チャープ型回折格子１６により回折し集光された光線は、温度変化補償用のプリズム５８を透過し、シリンドリカルレンズ１２ｂにより紙面に垂直方向について受光用光導波路２８の入射端面に集光され、受光用光導波路２８に入射する。受光用光導波路２８のスラブ導波路部３０に入射した光線は、紙面に垂直な方向はスラブ導波路に閉じ込められて伝搬し、紙面内についてはチャープ型回折格子１６の集光作用により、波長ごとに設けられたテーパ導波路の入射端に集光される。波長ごとに分離集光された光線は、それぞれの波長に対応するテーパ導波路部３２に入射し、波長毎に受光部を有する光検出器アレイ３６により検出される。
【００８６】
図１３を用いてプリズム５８による温度補償について説明する。本実施形態においては、チャープ型回折格子１６の熱伸縮による特性変化をプリズム５８の屈折率変化で補償することを特徴としている。プリズム５８の屈折率をＮとし、チャープ型回折格子１６への入出射角度及びプリズム５８への入出射角度を図１３に示したように表すと、回折格子基板２４の伸縮に伴って光ファイバ１０からの主光線が受ける回折角度の変化を、プリズム５８の屈折率の温度変化で補償するための条件は、
【数２５】

【００８７】
の場合には、
【数２６】

【００８８】
とすればよい。（１３）式は、プリズム５８からの主光線の出射角度ψが、回折格子基板２４の伸縮に対してが変動しない条件を示している。回折格子基板２４の線膨張係数αに対して、（１２）式又は（１３）式を満たすように、プリズム５８の材料及び角度γ、さらに回折格子への入射角度ｉを選ぶことにより、温度依存性をなくすことができる。回折格子基板２４とプリズム５８を同じ材質を用いる場合には、（７）式より、
【数２７】

【００８９】
を満たすように、プリズム５８の角度γ、回折格子への入射角度ｉを決めればよい。
【００９０】
プリズム５８を用いると、光ファイバからの主光線の出射方向と受光の主光線の方向とを略平行とすることもでき、部品の配置が容易となるという効果も得られる。特に、
【数２８】

【００９１】
となるように、γを選ぶと光ファイバからの出射方向と受光の方向とを略平行にすることができ、望ましい。本実施例においては、Ｎ＝１．４９、ｉ＝３５°、θ＝１８°としたため、γ＝２８．７°とした。
【００９２】
またさらに、本実施例のように出射ビームの幅が入射側よりの広がるようにプリズム５８の入射面を主光線に対して斜めにすることにより、プリズム５８は各波長の受光スポット間の距離を広げる効果もある。そのため、プリズムを用いない場合よりも波長分散の小さい回折格子を用いて波長分離ができ、例えばチャープ型回折格子１６に格子ピッチの広い回折格子を用いても十分に波長を分離することができるようになる。したがって、回折格子の作製が容易となり、また回折効率を高くすることもできる。
【００９３】
またさらに、本実施例のようにプリズム５８を用いた場合には、受光部の波長ピッチをプリズム５８を回転して微調整することもできる。
【００９４】
ここまで、本発明の波長多重分離光デバイスを波長分離する場合について説明したが、本発明の波長多重分離光デバイスは光検出器を配している側に光源アレイを設ければ光合波デバイスとしても用いることができる。マルチプレクサに用いる場合は、温度補償しているため、光源には温度安定性に優れたものが望ましく、ＤＦＢレーザを用いることが望ましい。また、光ファイバ１０の前に光を絞り込むように形成されたテーパを設けることが望ましい。
【００９５】
また本発明は、波長間隔の狭いいわゆるＤＷＤＭにおけるデマルチプレクサにも用いることができる。温度依存性を小さくしたことにより、デマルチプレクサの温度をコントロールしなくても特性が安定しており、信頼性の高い波長分離が出来る。ＤＷＤＭにおいては波長間隔が狭く特に温度に対する高い特性安定性が求められるため、ガラス基板のように熱膨張係数がポリマーよりも小さな材料を用いた回折格子についても、本発明の効果は大きいものである。
【００９６】
本発明の第９の実施形態を図１４を用いて説明する。
【００９７】
図１４は、本実施形態に係わる波長多重伝送モジュールの実施例を示す構成図である。伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂは、コネクタ９６により光伝送モジュール８０に接続され、それぞれ光ファイバ１０、シングルモード光ファイバ１１と突き合わせられる。受信用の伝送用光ファイバ７４ａを伝送してきた波長多重信号は、伝送用光ファイバ７４ａに突合せられたマルチモードの光ファイバ１０に入射し、本発明のデマルチプレクサ８２で波長ごとに分離されて光検出器アレイ３６で検出される。検出された信号は、受信回路８６により増幅され、波形整形される。さらに、パラレルーシリアル変換回路９０により、波長多重化されて伝送されてきた信号をシリアル信号に変換して出力する。送信する場合には、入力された信号をシリアルーパラレル変換回路９２で信号を分離し、送信回路８８で信号ごとにレーザダイオードアレイ９４の各光源を駆動し、波長の異なる光信号とする。各光信号は、シングルモードの光カプラにより構成される波長合波デバイス８４で多重化し、シングルモード光ファイバ１１に出力する。シングルモード光ファイバ１１を通して、送信用の伝送用光ファイバ７４ｂに結合され、送信される。シングルモード光ファイバ１１及びマルチモードの光ファイバ１０を用いて伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂと結合しているため、伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂにはマルチモードファイバ、シングルモードファイバのどちらでも用いることができる。本実施例では、光ファイバ１０にコア径６２．５μｍのＧＩ型マルチモードファイバを用いているため、伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂとして、シングルモード光ファイバ、コア５０μｍ及び６２．５μｍのマルチモード光ファイバ等、光ファイバ１０と等しいか、又は小さなコア径及び開口数を持つ光ファイバを用いることができる。
【００９８】
光ファイバ１０は伝送用のファイバとしてもよく、その場合には光ファイバ１０が着脱できるようにし、着脱によっても光ファイバ１０が所定の位置に突き合わされるようにしてもよい。
【００９９】
本実施例では、第一の実施形態に示したデマルチプレクサ８２を用いた場合についてしめしたが、本発明のデマルチプレクサを用いることにより、温度変化による特性変動を低減した光伝送モジュールを実現することができるものである。
【０１００】
本実施例では、送信と受信の両方の機能を有する波長多重伝送モジュールについて示したが、受信部のみを有する波長多重受信光モジュールとしても本発明の効果を得られるものである。
【０１０１】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明のデマルチプレクサにより、回折格子を有する回折格子ブロック又は、光学部材の温度変化に伴う屈折率変化を用いて回折格子の熱伸縮による特性変動を補償することができるようになり、温度追従性の優れたデマルチプレクサすることができるようになった。
【０１０２】
また、本発明のデマルチプレクサにより、回折格子を平行移動することで回折格子の熱伸縮による特性変動を補償することができるようになり、チャープ型回折格子を用いた場合でも温度変化に追従して補償するデマルチプレクサをできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる回折格子ブロックの側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる回折格子ブロックに設けたサブ波長格子の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係わる回折格子ブロックの温度補償機能を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係わる回折格子ブロックの上面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係わる固定枠及び回折格子基板の斜視図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態に係わる温度補償を説明する図である。
【図１４】本発明の第９の実施形態に係わる波長多重伝送モジュールの構成図である。
【符号の説明】
１０光ファイバ
１１シングルモード光ファイバ
１２ａ、１２ｂシリンドリカルレンズ
１４回折格子ブロック
１５回折格子
１６チャープ型回折格子
１８反射膜
１９光学接着剤
２０サブ波長格子
２１四角錐
２２プリズム部
２４回折格子基板
２６光学ブロック
２８受光用光導波路
３０スラブ導波路部
３２テーパ導波路部
３６光検出器アレイ
３７基準点
３８ベース
３９固定溝
４０スラブ導波路
４２下部基板
４４上部基板
４６コア
４８クラッド
５０ａ、５０ｂレンズ
５２固定枠
５４押さえ
５６ａ、５６ｂ突起部
５７ａ、５７ｂ溝部
５８プリズム
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ駆動部
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ固定部
７０入射光線
７２出射光線
７４ａ、７４ｂ伝送用光ファイバ
８０光伝送装置
８２波長多重分離デバイス
８４波長合波デバイス
８６受信回路
８８送信回路
９０パラレルーシリアル変換回路
９２シリアルーパラレル変換回路
９４レーザダイオードアレイ
９６光コネクタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical device that separates a wavelength-division multiplexed optical signal transmitted using an optical fiber for each wavelength, and in particular, a diffraction grating used for wavelength separation, a demultiplexer that separates wavelengths using a diffraction grating, and a wavelength-division multiplexed light. Related to a transmission module.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 discloses a method of rotating a diffraction grating using a temperature compensating mechanism disposed on a diffraction grating so as to cancel a shift of a selection center wavelength caused by a rise in temperature. An optical filter for suppressing wavelength shift and a diffraction grating used for the optical filter are disclosed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-331850
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional optical filter, for example, a diffraction grating made of a glass substrate is rotated by a temperature compensation mechanism using, for example, an aluminum pillar, and the diffraction grating and the temperature compensation mechanism have different heat capacities and thermal conductivity. Therefore, there is a problem that the speed of the characteristic change of the diffraction grating and the speed of the compensation of the characteristic change by the temperature compensating mechanism do not coincide with each other due to the rapid temperature change, and the characteristic is changed.
[0005]
In addition, when rotating the diffraction grating as in a conventional optical filter to suppress the shift of the selection center wavelength of the filter itself due to fluctuations in ambient temperature, the distance from the optical fiber for emission at the outer periphery of the diffraction grating varies. Therefore, when a chirped diffraction grating having a light-gathering property is used for the diffraction grating, there is also a problem that the position of the spot condensed by the diffraction grating shifts, causing a change in characteristics.
[0006]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a diffraction grating in which a characteristic change follows and compensates for a sudden temperature change, and a demultiplexer using the diffraction grating. To provide.
[0007]
Still another object of the present invention is to provide a diffraction grating in which a characteristic change follows and compensates for a temperature change even when a chirped diffraction grating is used, and a demultiplexer using the diffraction grating. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a diffraction grating having an optical block on a light incident side, wherein the light incident surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and An angle between the light incident surface and the diffraction grating is 17 ° or more and 30 ° or less, and a diffraction grating is provided.
[0009]
Further, according to the present invention, in a diffraction grating having an optical block on a light incident side, the light incident surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and is coupled to the optical block with the diffraction grating interposed therebetween. Grating having a broken substrate
I will provide a.
[0010]
Still further, the present invention provides a diffraction grating having an optical block on a light incident side,
The light incident surface of the optical block forms an inclined surface with respect to the diffraction grating,
Provided is a diffraction grating, wherein the refractive index of the optical block is 1.29 to 1.414.
[0011]
The optical block is desirably formed using a polymer material, and a diffraction grating can be integrally formed.
[0012]
Further, the present invention has a light incident portion, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light incident portion to the diffraction grating, and separates an optical signal by irradiating the diffraction grating with the light beam. In the demultiplexer, an optical block fixed to the diffraction grating is provided on the light incidence side of the diffraction grating, and a light incidence surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and the optical block has A demultiplexer is provided, in which a light beam from the incident surface enters through the slope and a light beam diffracted by the diffraction grating is emitted.
[0013]
When the angle of the principal ray incident on the optical block is ψ, the angle of the principal ray diffracted by the diffraction grating and emitted from the optical block is ξ, and the angle between the light entrance / exit surface of the prism and the diffraction grating is γ,
(Equation 5)

[0014]
Or
(Equation 6)

[0015]
It is desirable that Further, it is desirable that the angle between the light incident surface of the optical block and the diffraction grating is 17 ° or more and 30 ° or less. Further, the optical block can be made of a polymer material, and the refractive index of the optical block is 1.414 when the angle of a light ray incident on the optical block is larger than the angle of a light ray emitted from the optical block. If the angle of the light beam entering the optical block is smaller than the angle of the light beam exiting the optical block, it is preferable that the angle be smaller than 1.414.
[0016]
Still further, the present invention has a light incident part, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light incident part to the diffraction grating, and separates an optical signal by irradiating the diffraction grating with the light beam. In the demultiplexer, an optical block fixed to the diffraction grating is provided on the light incident side of the diffraction grating, and when an angle is determined with reference to the diffraction grating, an angle of a principal ray incident on the diffraction grating i, the diffraction angle of the diffraction grating is θ, the angle between the light entrance / exit surface of the optical block and the diffraction grating is γ, the linear expansion coefficient of the diffraction grating is α, and the refractive index of the optical block is n. In this case, for a change in the temperature T,
(Equation 7)

[0017]
Or
(Equation 8)

[0018]
And a demultiplexer characterized in that:
[0019]
Still further, the present invention includes a light incident portion, a diffraction grating, an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light incident portion to the diffraction grating, and a photodetector, and irradiates the diffraction grating with the light beam to emit light. In a demultiplexer for separating signals, a demultiplexer having a prism separated from the diffraction grating and the photodetector is provided in an optical path between the diffraction grating and the photodetector.
[0020]
It is desirable to arrange the prism such that the width of the emitted light beam is wider than the width of the incident light beam. Using the change in the refractive index of the prism, a change in the characteristics of the diffraction grating due to a change in temperature can be compensated.
[0021]
Still further, the present invention has a light incident part, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light incident part to the diffraction grating, and separates an optical signal by irradiating the diffraction grating with the light beam. In the demultiplexer, the diffraction grating is a chirp type in which a grating pitch is changed according to a position in the grating, and the diffraction grating is substantially parallel so as to compensate for a change in signal separation characteristic according to a temperature change of the diffraction grating. A demultiplexer characterized by moving is provided.
[0022]
Since the diffraction grating is a flat surface and moves along the grating surface of the diffraction grating in accordance with the temperature change, it is possible to compensate for a characteristic change due to the temperature change. The diffraction grating can be moved by using expansion and contraction of the diffraction grating itself, and it is desirable that the center of the diffraction grating and the center where the diffraction grating thermally expands and contracts be located at different positions.
[0023]
Further, a wavelength division multiplexing reception optical module and a wavelength division multiplexing optical transmission module are provided by using the demultiplexer of the present invention.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0025]
FIG. 1 is a top view showing an example according to the present embodiment. The optical signal transmitted after being wavelength-multiplexed is emitted from the optical fiber 10. The incident light beam 70 spread out from the optical fiber 10 is reduced in spread in the direction perpendicular to the plane of the drawing by the cylindrical lens 12a (the direction along which the chirped diffraction grating 16 is cut), and becomes substantially parallel light. Incident on the prism portion 22 of FIG. The light beam incident on the prism section 22 is diffracted by the chirped diffraction grating 16 of the diffraction grating block 14 at different angles for each wavelength and separated. The chirped diffraction grating 16 changes the grating interval so as to have a light condensing function, and the light beam diffracted by the chirped diffraction grating 16 is condensed at different positions in the paper for each wavelength. The light beam diffracted and condensed by the chirped diffraction grating 16 is condensed on the incident end face by the cylindrical lens 12b so as to be incident on the light receiving optical waveguide 28 in a direction perpendicular to the paper surface. The light receiving optical waveguide 28 has a slab waveguide section 30 on the incident side and a tapered waveguide section 32 on the subsequent stage. The light beam incident on the slab waveguide portion 30 is confined in the slab waveguide in the direction perpendicular to the plane of the drawing and propagates. The light is focused on the incident end of the wave path 32. The separated and condensed light beams enter the tapered waveguide portions 32 corresponding to the respective wavelengths, and are detected by the photodetector array 36 having a light receiving portion for each wavelength. The diffraction grating block 14, the cylindrical lens 12, and the light receiving optical waveguide 28 are fixed on a base 38.
[0026]
In the present example, the diffraction grating block 14 having the chirped diffraction grating 16 was manufactured by injection molding suitable for mass production using a transparent polymer. Therefore, thermal expansion and contraction occur with a change in environmental temperature, and the lattice constant (pitch) of the chirped diffraction grating 16 changes. Therefore, in the present embodiment, a configuration is adopted in which a change in wavelength separation characteristics due to thermal expansion and contraction of the chirped diffraction grating 16 is compensated for by a change in the refractive index of the prism section 22.
[0027]
FIG. 2 shows an embodiment of the diffraction grating block 14. The chirped diffraction grating 16 is formed integrally with the prism portion 22. Further, an antireflection structure using the sub-wavelength grating 20 is formed on the light entrance / exit surface of the prism section 22. The diffraction grating block 14 of the present example was formed by injection molding using a transparent polymer material, and the chirped diffraction grating 16 and the sub-wavelength grating 20 were integrally molded at the time of injection molding. After the molding, a metal film such as gold, silver, or aluminum was deposited on the grating surface of the chirped diffraction grating 16 to form a reflection film 18. A dielectric multilayer film may be used instead of the metal reflective film 18, or a dielectric film may be formed between the chirped diffraction grating 16 and the metal film to improve the reflectance.
[0028]
FIG. 3 shows a perspective view of the sub-wavelength grating 20 provided in the diffraction grating block 14. The sub-wavelength grating 20 has a structure with a wavelength equal to or less than the wavelength, and has an effect of preventing reflection. In the present embodiment, a pyramid arrangement structure of quadrangular pyramids 21 arranged two-dimensionally is used. In order to obtain a high antireflection effect irrespective of the incident polarized light, it is desirable that the pyramid pitch p and the pyramid height h have an aspect ratio h / p ≧ 2. The pitch p is set to satisfy p <λ / 2, where λ is the minimum wavelength among the wavelengths to be used.
[0029]
In this embodiment, since reflection is prevented by using a minute structure, an antireflection structure using the sub-wavelength grating 20 can be formed simultaneously with the formation of the diffraction grating. Therefore, there is no need to apply an antireflection film made of a dielectric film to the entrance / exit surface using a vacuum process after the prism is formed, and the diffraction grating block 14 can be easily formed. As a molding material, glass may be used in addition to the transparent polymer. However, it is desirable to use a transparent polymer because the transferability of the sub-wavelength grating 20 and the chirped diffraction grating 16 is good. The sub-wavelength grating 20 does not need to be arranged accurately and periodically, but may have a sub-wavelength structure. Further, the shape may be any shape as long as the aspect ratio is a desired value, and may be, for example, a conical shape. By providing the antireflection structure in this way, it is possible to reduce the loss of the demultiplexer and to prevent crosstalk due to reflected light.
[0030]
In the present embodiment, the anti-reflection structure is integrally formed, but a film having the sub-wavelength grating 20 separately formed may be attached. Alternatively, an antireflection film made of a dielectric film may be provided without using the sub-wavelength grating.
[0031]
The temperature compensation function of the diffraction grating block 14 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the angle is determined by using the 16 planes of the chirped diffraction grating as a reference plane, the angle of the incident surface of the prism unit 22 is γ, the angle of the light beam incident on the prism unit 22 is ψ, and the chirped diffraction When the incident angle on the grating 16 is i and the diffraction angle is θ,
(Equation 9)

[0032]
Thus, the angle する at which the light beam diffracted by the chirped diffraction grating 16 exits from the prism section 22 can be obtained. Note that n ₀ Is the refractive index of the outside world (n is n in this embodiment because it is air) ₀ = 1), n is the refractive index of the prism section 22. From the equation (1), it is possible to obtain a condition that the emission angle ξ does not change even if the temperature of the diffraction grating block 14 changes.
(Equation 10)

[0033]
It is expressed as α is the linear expansion coefficient of the prism section 22. Note that this equation does not depend on the incident / emitted angles φ and φ to the prism section 22. In particular, the incident angle and the outgoing angle of the light beam with respect to the incident surface of the prism portion 22 are made equal.
[Equation 11]

[0034]
That is,
(Equation 12)

[0035]
In the case of the expression (2),
(Equation 13)

[0036]
It is expressed as Furthermore, in the Littrow arrangement where ζ ≒ 0,
[Equation 14]

[0037]
It can be seen that it is better to make
[0038]
Generally, between the refractive index n and the density ρ of a substance,
(Equation 15)

[0039]
It is known that there is a relationship. Here, β indicates a local field correction coefficient and depends on the substance. Generally, β takes a value between 0 and 1/3. Using this equation, between the temperature change of the refractive index and the linear expansion coefficient α,
(Equation 16)

[0040]
It is shown that there is a relationship. Therefore, from equation (2),
[Equation 17]

[0041]
If n, β, and γ of the diffraction grating block 14 are selected so as to satisfy the condition, the emission angle ξ does not depend on the temperature. In particular, in a Littrow arrangement generally used for a spectroscope or the like, from equation (6),
(Equation 18)

[0042]
That is,
[Equation 19]

[0043]
What is necessary is just to choose n and (beta) which satisfy | fill.
Since β usually takes a value in the range of 0 to 1/3, it is desirable to select the refractive index n in the range of 1.414 to 1.732 in the Littrow arrangement according to equation (10). In addition, for the polymer material, β often takes a value close to 1/3, and in this case, it can be said that it is desirable to take a value near the refractive index of 1.414. Polymer materials having a refractive index close to this value include polytrifluoroethylene methacrylate (refractive index 1.42), silicone polymer (refractive index 1.43), and cyclohexane-based fluorinated epoxy (refractive index 1.405). Fluorinated epoxy acrylate (refractive index 1.413), fluorinated epoxy acrylate (refractive index 1.417), glycol-based fluorinated epoxy (refractive index 1.385), fluorinated epoxy acrylate (refractive index 1.416), There are fluorinated acrylic resins such as fluorinated epoxy acrylate (refractive index 1.418) and trifluoroethyl methacrylate resin (refractive index 1.40). If these materials are used to form the diffraction grating block 14, the Littrow arrangement In this case, the temperature dependence of the wavelength demultiplexing characteristics can be reduced. Thus, a refractive index material of 1.385 to 1.43 can be used. When an optical communication wavelength in the 1.3 μm band or 1.55 μm band is used, it is desirable to use a fluorine-based material having less loss at infrared wavelengths.
In the equation (8), the denominator on the right side can be set to be larger or smaller than 1 by appropriately selecting γ, i, and θ. As shown in the present embodiment, when the incident angle ψ is larger than the outgoing angle ξ, this value becomes smaller than 1, so that even if a material having a refractive index larger than 1.414 is used, the expression (8) is used. Can be satisfied. In this case, fluorine-based plastics such as polymethyl methacrylate (PMMA, refractive index 1.49), polycarbonate (PC, refractive index 1.59), fluorinated polyamide (refractive index 1.55), deuterated A plastic material or the like can also be used, and a material suitable for molding can be selected.
[0044]
Conversely, when the incident angle ψ is smaller than the outgoing angle ξ, it is desirable to use a low refractive index material, and a propylene hexafluoride / ethylene tetrafluoride / vinylidene difluoride copolymer (refractive index 1. 36), Teflon AF (manufactured by DuPont, refractive index 1.29), and CYTOP (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., refractive index 1.34) can reduce loss even in infrared light. When the emission angle is increased as in this case, the wavelength dispersion of the diffraction grating can be increased, so that there is an effect that the demultiplexer can be reduced. Therefore, it is preferable to use a material having a refractive index of 1.29 or more and 1.414 or less as a realistic refractive index of the polymer in terms of miniaturization of the demultiplexer.
[0045]
As described above, in the embodiment, the use of the prism portion 22 makes it possible to compensate for the change in the wavelength separation characteristic due to the thermal expansion and contraction of the chirped diffraction grating 18 by the change in the wavelength separation characteristic due to the change in the refractive index of the prism portion 22. it can. Therefore, it is possible to suppress a change in wavelength separation characteristics due to a change in temperature, and to realize so-called athermalization.
[0046]
In the case of a diffraction grating using a parallel plate without the prism portion 22, that is, in the case of β = 0,
(Equation 20)

[0047]
And the emission angle ξ does not depend on the refractive index n of the prism portion. Therefore, there is no effect of compensating for a characteristic change due to thermal expansion and contraction of the diffraction grating. That is, the input / output surface of the diffraction grating block 22 needs to form an angle with respect to the chirped diffraction grating 16 surface. If a light beam enters and exits at a large angle with respect to the entrance / exit surface of the diffraction grating block 22, the surface reflection increases, which is not preferable. Therefore, the angle γ of the entrance / exit surface of the diffraction grating block 22 is desirably between the incident angle on the entrance / exit surface of the diffraction grating block 22 and the exit angle. In other words, depending on the magnitude of the incident angle and the exit angle,
(Equation 21)

[0048]
Or
(Equation 22)

[0049]
It is desirable to satisfy
[0050]
So far, the temperature compensation in the case where the thermal expansion coefficient of the base is small and the characteristic fluctuation due to thermal expansion and contraction of the diffraction grating is dominant has been described. When the relative position fluctuates, the parameters may be set so as to eliminate the temperature dependence of the demultiplexer as a whole in consideration of thermal expansion and contraction of the base in addition to the diffraction grating. In the arrangement of the present embodiment, the thermal expansion and contraction of the base and the thermal expansion and contraction of the diffraction grating move in directions that compensate each other. Therefore, by using a material having a large thermal expansion coefficient for the base, the refractive index is larger than 1.414. Even when a material is used, the temperature dependence can be reduced by the prism portion 22. Therefore, even when a material having a large coefficient of thermal expansion such as a polymer material is used for the base 38, the temperature can be compensated.
[0051]
In addition, when the fluctuation of the light condensing position due to the thermal expansion and contraction of the diffraction grating is allowed to some extent, the expression (8) does not need to be sufficiently satisfied, so that a practical temperature compensation effect can be achieved. Just select the parameters.
[0052]
In this embodiment, a so-called echelette type in which the cross-sectional shape of a grating groove is a right triangle is used as the chirped diffraction grating 16. To prepare the diffraction grating, first, a master for forming the chirped diffraction grating 16 was processed using a ruling engine. A mold was prepared using this master, and the diffraction grating block 14 was injection-molded using the mold. The lattice constant of the chirped diffraction grating 16 was chirped as a function of the location of the grating to have the desired light collection performance. In order to increase the diffraction efficiency, it is desirable to change the blaze angle according to the incident angle at each grating position. Therefore, in the present embodiment, the diffraction efficiency is improved by dividing the diffraction grating into a plurality of regions, processing the region at a constant blaze angle, and changing the blaze angle for each region. The blaze angle was determined so that the difference in diffraction efficiency between TE polarized light (polarized light in the direction of the electric field in the direction of the grating) and TM polarized light (polarized light in the direction of the electric field perpendicular to the direction of the marking) in each region was small. Therefore, in the center of the region, the blaze angle is made larger than the blaze angle under the specular reflection condition in which the direction in which the incident light beam 70 is regularly reflected on the blazed surface coincides with the diffraction direction of the outgoing light beam 72. In this embodiment, the blaze angle is set to be 2 to 10 ° larger than the blaze angle determined by the regular reflection condition at the center of the region. This difference is desirably increased as the lattice constant decreases.
[0053]
In the echelette type diffraction grating, when λ / d is selected from the range of 0.6 to 1.0 and the blaze angle is selected from the range of 25 ° to 35 ° when the wavelength λ and the lattice constant d are selected, the polarization dependence is small and the diffraction efficiency is reduced. Can be larger. in this case,
[Equation 23]

[0054]
It is necessary to Therefore, according to the equation (4), the angle γ of the prism entrance surface is desirably 17 ° or more and 30 ° or less.
Further, when the lattice constant decreases, the difference in diffraction efficiency between TE-polarized light and TM-polarized light increases. Therefore, the diffraction order was selected so that the difference was small and the diffraction efficiency was high. In the present embodiment, the lattice constant is discontinuously doubled from the middle so that the -1st-order diffracted light is used in the region where the lattice constant is large and the -2nd-order diffracted light is used in the region where the lattice constant is small. As described above, when the lattice constant is small, it is desirable to use high-order diffracted light, and it is desirable to use second- or higher-order diffracted light with a lattice constant approximately equal to or less than the incident wavelength. By switching this order at the switching position of the blaze angle, the grating constant can be switched without increasing the number of divisions of the diffraction grating. In this embodiment, the number of divisions of the area is set to six. As the number of divisions increases, an angle distribution closer to an ideal blaze angle distribution can be obtained. The relationship between the number of area divisions and the loss was examined, and it was found that when the number of divisions was 4 or more, the loss was reduced, and when the number was 9 or more, the loss was almost constant. Therefore, even if the number of divisions is increased, the loss does not decrease significantly beyond a certain number of divisions. In addition, if the area is too large, the number of times the blaze angle is changed increases, and the processing accuracy may be reduced and the loss may be reduced. Therefore, the number of divisions is desirably 4 to 9, particularly 6 to 9. In the present embodiment, since the diffraction grating grooves are processed on a plane, displacement of the diffraction grating grooves in the plane direction and the vertical direction at the connecting portion of the regions hardly occurs.
[0055]
By making the diffraction efficiencies of the TE-polarized light and the TM-polarized light substantially equal in this manner, the fluctuation of the detected light amount can be reduced even if the polarization state of the incident light beam changes. When specific polarized light is incident from the optical fiber 10, the blaze angle may be determined so that the diffraction efficiency of the polarized light is maximized. Alternatively, the polarization directions of the light emitted from the optical fiber may be aligned using a polarization conversion element. The polarization conversion element can be configured by combining a polarization beam splitter and a λ / 2 plate as generally known. In this case, the direction of the polarization conversion element may be determined so that the polarization direction has a high diffraction efficiency. In particular, since the TM polarization can increase the diffraction efficiency in a region where the grating pitch is smaller than the wavelength, it is desirable to make the grating constant smaller than the wavelength and convert the light into TM polarized light before entering. In this case, since the diffraction efficiency hardly depends on the shape of the grating groove, high diffraction efficiency can be realized not only by using an echelette but also by using a wave-shaped or rectangular binary diffraction grating.
[0056]
The processing of the lattice pattern is not limited to the ruling engine used in the present embodiment. For example, even if the photosensitive member is irradiated with a laser beam from an incident position and an emission position to expose an interference pattern, and a hologram is formed. Good. By using a hologram diffraction grating, it is possible to condense light with a small amount of aberration and sufficiently at an emission position. Alternatively, a three-dimensional NC processing machine may be used or processing may be performed, and further, a chirped diffraction grating continuously blazed on a substrate such as Si may be formed using a photolithography technique.
[0057]
For the processing of the chirped diffraction grating 16 and the sub-wavelength grating 20, a hot press may be used.
[0058]
When the incident angle changes depending on the position of the diffraction grating as in the present embodiment, it is sufficient to set the principal ray having the highest light intensity so as to satisfy the temperature compensation condition. The diffraction grating is not limited to the planar chirped diffraction grating used in the present embodiment, but can be similarly applied to an evenly spaced planar diffraction grating or a concave diffraction grating having a constant grating constant. When a concave diffraction grating is used, the incident point of the optical fiber 10 and the incident point of the slab waveguide 32 are arranged on a so-called Rowland circle of the concave diffraction grating 15 so that the focal point distance of each wavelength is reduced. Changes can be reduced. In that case, the slab waveguide section 30 is not required.
[0059]
In addition, although the aberration is caused by the transmission of the light beam through the prism section 22, the grating pitch of the diffraction grating may be corrected so as to correct the aberration. The layout of the grating can be designed by automatic design using ray tracing calculations. Alternatively, the correction may be performed using an aspherical asymmetric cylindrical lens.
In this embodiment, a cylindrical lens is used as the cylindrical lens 12. In the case where the lens is arranged close to the Littrow arrangement, one cylindrical lens may be used to collect both incident light and outgoing light.
[0060]
In this embodiment, a configuration is adopted in which four wavelengths of the center wavelengths 1275.7, 1300.2, 1324.7, and 1349.2 nm, which have been multiplexed and transmitted, are separated. It is assumed that the center wavelength fluctuates up to ± 5.7 nm with respect to the center wavelength due to wavelength variation due to manufacturing, temperature, and spectral distribution of the light source. Therefore, the wavelength space between adjacent channels is 13.1 nm, which is set to approximately 1% of the transmission wavelength. This wavelength variation is determined by the production and characteristics of the light source, and is particularly necessary as a range that does not require strict selection of the light source. In the present embodiment, it was possible to realize a sufficient reduction in the characteristic fluctuation in this operating wavelength range.
[0061]
The light receiving optical waveguide 28 includes the slab waveguide section 30 and the tapered waveguide section 32 as described above. The thickness of the optical waveguide was set to 65 μm so that the signal light was efficiently coupled to the photodetector. The tapered waveguide section 32 has a tapered shape in which the width of the core decreases from the light incident side to the output side in the plane of the paper, and has a structure in which light is narrowed down to the photodetector array. In order to efficiently propagate the beam to the photodetector array, it is desirable that the numerical aperture NA of the slab waveguide is large, and it is particularly desirable that the numerical aperture NA is 0.5 or more. Furthermore, if a metal film is formed outside the thin clad, even if a light beam passes through the clad, it is reflected by the metal film and reaches the photodetector, so that the detection efficiency can be improved. In the present embodiment, the width of the tapered waveguide section 32 is the same as the pitch of the photodetector array on the side joined to the slab waveguide 30 and can be efficiently coupled to the photodetector on the photodetector array 60 side. Width. In this way, by narrowing the wavelength-separated beam to the photodetector, a photodetector with a fast response speed and a small light-receiving area can be used, which can be applied to high-speed optical communication. The position of the photodetector array was adjusted so that the beam from the tapered waveguide portion 32 was efficiently coupled to the photodetector, and the photodetector array was bonded and fixed to the tapered waveguide portion 32.
[0062]
In this embodiment, a graded index (GI) multimode optical fiber (62.5 MMF) having a core diameter of 62.5 μm and a numerical aperture of 0.275 is used as the optical fiber 10. However, the optical fiber is not limited, and a single mode optical fiber (SMF), a multimode optical fiber having a core diameter of 50 μm (50MMF), or a multimode optical fiber having a larger core diameter can be used.
[0063]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a top view showing an example of the diffraction grating block according to the present embodiment. The function of the diffraction grating block of the present example is the same as that of the diffraction grating block 14 shown in the first embodiment, and different points will be described here. First, a diffraction grating substrate 24 having a chirped diffraction grating 16 is injection-molded using a polymer material. A metal film is formed on the chirped diffraction grating 16 to form a reflection film 18. Separately, a prism portion 22 having a sub-wavelength grating 20 is also formed. The diffraction grating substrate 24 and the prism section 22 are bonded together using the optical adhesive 19 to form the diffraction grating block 14. By using the same material or a material having the same linear expansion coefficient for the prism section 22 and the diffraction grating substrate 24, the linear expansion coefficient of the chirped diffraction grating 16 can be made equal to that of the prism section 22.
[0064]
Alternatively, by using materials having different linear expansion coefficients for the prism portion 22 and the diffraction grating substrate 24, the linear expansion coefficient of the chirped diffraction grating 16 can be adjusted to satisfy the expression (2).
[0065]
In this embodiment, since the chirped diffraction grating 16 is formed on the flat diffraction grating substrate 24, the chirped diffraction grating 16 can be easily and accurately formed by injection molding. In addition to injection molding, a so-called 2P method is used to apply an ultraviolet-curable resin to a flat substrate, irradiate ultraviolet rays while pressing a mold, and cure the ultraviolet-curable resin to form a chirped diffraction grating 16. Is also good. By using the transparent diffraction grating substrate 24, the substrate can be cured by irradiating ultraviolet rays from the substrate side. Even when the 2P method is used, the linear expansion coefficient of the diffraction grating can be made equal to that of the prism portion 22 by making the layer of the ultraviolet curing resin thinner, and the characteristic change due to the thermal expansion and contraction of the chirped diffraction grating 16 can be reduced. It can compensate for the change.
[0066]
When the diffraction grating block 14 of this example is fixed to the base 38 as shown in the first embodiment, the base 38 may also be formed of a polymer, and the prism portion 22 may be formed integrally with the base 38. The diffraction grating substrate 24 may be bonded to the prism part 22 integrally formed with the base 38. By integrating the prism portion 22 with the base 38, assembling of the demultiplexer is facilitated, and the displacement of the diffraction grating block 14 does not occur, thereby improving reliability.
[0067]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a top view illustrating an example of the demultiplexer according to the present embodiment. The wavelength-division multiplexed optical signal emitted from the optical fiber 10 is converted into substantially parallel light in a direction perpendicular to the paper by the cylindrical lens 13a integrated with the diffraction grating block 14, and is incident on the diffraction grating block 14. The light beam incident on the diffraction grating block 14 is diffracted by a chirped diffraction grating 16 formed on the diffraction grating block 14 at a different angle for each wavelength and collected. The light beam diffracted by the chirped diffraction grating 16 is condensed by the cylindrical lens 13b and enters the light receiving optical waveguide 28. The light beam incident on the slab waveguide portion 30 of the light receiving optical waveguide 28 is condensed at the incident end of the tapered waveguide portion 32 for each wavelength and detected by the photodetector array 36 having a light receiving portion for each wavelength.
[0068]
In this embodiment, the diffraction grating block 14 and the

cylindrical lenses

13a and 13b are integrally formed using a transparent polymer. The principal ray of the incident light beam 70 from the optical fiber 10 is made substantially perpendicular to the cylindrical lens 13a, and the principal ray of the outgoing light ray 72 diffracted by the chirped diffraction grating 16 is made substantially perpendicular to the cylindrical lens 13b. Therefore, if the temperature change between the linear expansion coefficient α of the chirped diffraction grating 16 and the refractive index of the diffraction grating block 14 satisfies the expression (6), the wavelength separation characteristics can be prevented from changing with the temperature change. It is. Therefore, it is desirable to use a polymer material having a refractive index of around 1.414 from the formula (10).
[0069]
As in the present embodiment, when a light beam enters the chirped diffraction grating 16 through the prism section 22, the beam divergence angle from the optical fiber is reduced by the refractive index of the prism section as compared with air. That is, when a material having a refractive index of 1.4 is used, the beam divergence angle is reduced to about 71%. Therefore, irradiating the beam through the prism portion 22 has an effect of reducing the divergence angle of the beam incident on the chirped diffraction grating 16. Therefore, the width of the diffraction grating is reduced, and there is an effect that the entire demultiplexer can be reduced in size.
[0070]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a top view showing an example of the demultiplexer according to the present embodiment. The optical signal that has been wavelength-multiplexed and transmitted through the optical fiber 10 enters the single-mode slab waveguide 40 in the light confinement direction from the single-mode optical fiber 10 and enters the concave diffraction grating 15. The diffraction grating 15 diffracts and separates the light at different angles for each wavelength, and condenses the light for each wavelength. The separated and condensed light rays enter the tapered waveguide section 32 and are detected by the photodetector array 60.
[0071]
A transparent polymer was used for the core of the slab waveguide 40, and the diffraction grating 15 was formed at the end. A metal film of gold, silver or the like was formed on the surface of the diffraction grating 16 to serve as a reflection surface.
In this embodiment, since the light beam propagates through the slab waveguide 40, the temperature change of the refractive index of the core of the slab waveguide 40 and the coefficient of linear expansion α of the substrate used for the cladding satisfy the equation (6). Temperature dependency can be eliminated. Therefore, as shown in the first embodiment, it is desirable to use a low refractive index material for the core, and it is desirable that the linear expansion coefficient α of the clad portion is close to that of the core material.
[0072]
When the concave diffraction grating 15 is used as in this embodiment, the incident point of the optical fiber 10 and the incident point of the slab waveguide 32 are arranged on a so-called Rowland circle of the concave diffraction grating 15. In addition, a change in the focal point distance of each wavelength can be reduced.
[0073]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a top view of the demultiplexer according to the present embodiment. The wavelength-division multiplexed optical signal emitted from the optical fiber 10 is converted into substantially parallel light by the lens 50 a and enters the prism unit 22 of the diffraction grating block 14. The light beam incident on the diffraction grating block 14 is incident on the planar diffraction grating 15 and is diffracted with different diffraction angles for each wavelength. The beam diffracted by the diffraction grating 15 is condensed by the lens 50b, enters the tapered waveguide 35 for each wavelength, and is detected by the photodetector array 24.
[0074]
In this embodiment, an evenly spaced diffraction grating having parallel linear grating grooves is used as the diffraction grating 15. Since a substantially parallel light beam enters the diffraction grating 15, the expression (8) can be satisfied in the entire range of the diffraction grating 15, and the temperature dependence can be eliminated in the entire range of the diffraction grating 15. Further, in this embodiment, since the converging points are arranged substantially perpendicular to the outgoing light beam 72, the light receiving optical waveguide 28 does not require a slab waveguide portion. A rod lens having a refractive index distribution may be used as the lens 50. In that case, the optical fiber 10 can be fixed to the rod lens. Further, the lens 50 may be arranged close to Littrow, and the number of lenses 50 may be one.
[0075]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a top view illustrating an example of the demultiplexer according to the present embodiment. The wavelength-division multiplexed signal emitted from the optical fiber 10 is converted by the cylindrical lens 12a into substantially parallel light in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and is incident on the chirped diffraction grating 16 fixed to the fixed frame 52. The light rays diffracted and condensed by the chirped diffraction grating 16 are condensed by the cylindrical lens 12b in a direction perpendicular to the plane of the paper, and enter the light receiving optical waveguide 28. The light beam incident on the slab waveguide section 30 is condensed on the incident end of the tapered waveguide provided for each wavelength by the condensing action of the chirped diffraction grating 16. The light beams separated and condensed for each wavelength enter the tapered waveguide portions 32 corresponding to the respective wavelengths, and are detected by a photodetector array 36 having a light receiving portion for each wavelength.
[0076]
The fixing frame 52 and the diffraction grating substrate 24 will be described in more detail with reference to FIG. The wedge-shaped

grooves

57a and 57b are formed on the diffraction grating substrate 24 having the chirped diffraction grating 16, and the

protrusions

56a and 56b are formed on the fixed frame 52 side. The protrusion 56a, the groove 57a, and the protrusion 56b are formed. The diffraction grating substrate 24 is fixed to the fixing frame 52 by pressing the groove 54 with the groove 57 b and pressing with the press 54. The position of the chirped diffraction grating 16 with respect to the fixed frame 52 is accurately determined by the

grooves

57a and 57b and the

protrusions

56a and 56b. The fixed frame 52 to which the diffraction grating substrate 24 is fixed is fixed to a fixing groove 39 provided in the base 38. By setting the protrusion 56 on the reference point 37 of the fixing groove 39, the diffraction grating substrate 24 can be thermally expanded and contracted on both sides around the reference point 37. The position of the groove 57 is shifted from the center of the diffraction grating (the position where the chief ray from the optical fiber hits), and the diffraction grating substrate 24 is moved in the direction opposite to the spot movement direction due to the temperature change. A change in the light condensing position due to thermal expansion and contraction of the grating substrate 24 can be compensated for by utilizing the movement of the center position of the diffraction grating substrate 24.
[0077]
In order to compensate the movement of the focused spot in the x direction due to the thermal expansion and contraction of the diffraction grating substrate 24 by the movement due to the thermal expansion and contraction of the diffraction grating substrate 24,
(Equation 24)

[0078]
The distance L between the center of the chirped diffraction grating 16 and the groove 57 may be determined so that In the present embodiment, the linear expansion coefficient α = 6 × 10 ^-5 / K of polycarbonate was used, and the spot movement rate due to thermal expansion and contraction of the diffraction grating substrate 24 was 1 μm / K, so L was set to 8.3 mm.
[0079]
In this manner, by shifting the center of the chirped diffraction grating 16 and the center of thermal expansion and contraction, the change in the position of the condensing point due to the thermal expansion and contraction of the diffraction grating can be changed by shifting the center position due to the thermal expansion and contraction of the chirped diffraction grating 16. Can be compensated for. In this case, the planar diffraction grating moves substantially parallel to the grating surface to compensate for a change in characteristics due to a change in temperature. Since the temperature compensation is performed by utilizing the thermal expansion and contraction of the diffraction grating itself, the ability to follow a temperature change is good, and it is possible to compensate for a rapid temperature change.
[0080]
By forming the diffraction grating substrate 24 using injection molding, the groove 57 can also be formed at the time of forming the diffraction grating substrate 24, and the position of the groove 57 can be formed accurately.
[0081]
In this embodiment, the spot position also moves in the z direction as the diffraction grating substrate 24 expands and contracts. However, in the z direction, the characteristic change due to the spot movement is small, so that the characteristic change due to this movement was not a problem.
[0082]
In this embodiment, a prism may be used as in the first embodiment, and may be combined with temperature compensation by a change in the refractive index of the prism.
[0083]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a top view illustrating an example of the demultiplexer according to the present embodiment. The wavelength-division multiplexed signal emitted from the optical fiber 10 is converted into substantially parallel light in a direction perpendicular to the paper by the cylindrical lens 12a, and is incident on the chirped diffraction grating 16. Light rays diffracted by the chirped diffraction grating 16 are condensed at different positions in the plane of the paper for each wavelength. The light beam diffracted and condensed by the chirped diffraction grating 16 is condensed on the incident end face of the light receiving optical waveguide 28 in the direction perpendicular to the paper by the cylindrical lens 12b, and enters the light receiving optical waveguide 28. The light beam incident on the slab waveguide portion 30 of the light receiving optical waveguide 28 is confined in the slab waveguide in the direction perpendicular to the plane of the drawing and propagates. Is focused on the incident end of the tapered waveguide provided at the end. The light beams separated and condensed for each wavelength enter the tapered waveguide portions 32 corresponding to the respective wavelengths, and are detected by a photodetector array 36 having a light receiving portion for each wavelength.
[0084]
In this embodiment, the diffraction grating substrate 24 is moved by using the thermal expansion and contraction of the driving

units

60a, 60b and 60c having one ends fixed to the fixing

units

62a, 62b and 62c, and the temperature characteristic due to the thermal expansion and contraction of the diffraction grating substrate 24 is obtained. Compensate for fluctuations. In this embodiment, the temperature compensation is performed by moving the diffraction grating substrate 24 parallel to the grating plane by the driving unit 60a and by moving the diffraction grating substrate 24 parallel to the grating plane by the driving

units

60b and 60c. I have. Therefore, the spot movement in the z direction can be compensated. By moving the diffraction grating two-dimensionally in parallel as in the present embodiment, temperature compensation can be performed more accurately.
[0085]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a top view of the demultiplexer according to the present embodiment. The wavelength-division multiplexed signal emitted from the optical fiber 10 is converted into almost parallel light in a direction perpendicular to the paper by the cylindrical lens 12a, and is incident on the chirped diffraction grating 16. Light rays diffracted by the chirped diffraction grating 16 are condensed at different positions in the plane of the paper for each wavelength. The light beam diffracted and condensed by the chirped diffraction grating 16 passes through the prism 58 for temperature change compensation, and is condensed by the cylindrical lens 12b on the incident end face of the light receiving optical waveguide 28 in the direction perpendicular to the paper surface. The light enters the optical waveguide 28. The light beam incident on the slab waveguide portion 30 of the light receiving optical waveguide 28 is confined in the slab waveguide in the direction perpendicular to the plane of the drawing and propagates. Is focused on the incident end of the tapered waveguide provided at the end. The light beams separated and condensed for each wavelength enter the tapered waveguide portions 32 corresponding to the respective wavelengths, and are detected by a photodetector array 36 having a light receiving portion for each wavelength.
[0086]
The temperature compensation by the prism 58 will be described with reference to FIG. The present embodiment is characterized in that a change in characteristics due to thermal expansion and contraction of the chirped diffraction grating 16 is compensated for by a change in the refractive index of the prism 58. Assuming that the refractive index of the prism 58 is N and the incident and exit angles to the chirped diffraction grating 16 and the entrance and exit angles to the prism 58 are as shown in FIG. The condition for compensating the change of the diffraction angle received by the principal ray from the temperature change of the refractive index of the prism 58 is as follows.
(Equation 25)

[0087]
In Case of,
(Equation 26)

[0088]
And it is sufficient. Equation (13) shows the condition that the emission angle の of the principal ray from the prism 58 does not change with respect to the expansion and contraction of the diffraction grating substrate 24. By selecting the material and angle γ of the prism 58 and the incident angle i to the diffraction grating so as to satisfy the expression (12) or the expression (13) with respect to the linear expansion coefficient α of the diffraction grating substrate 24, the temperature dependence is obtained. Sex can be eliminated. When the same material is used for the diffraction grating substrate 24 and the prism 58, from equation (7),
[Equation 27]

[0089]
The angle γ of the prism 58 and the angle of incidence i on the diffraction grating may be determined so as to satisfy the following.
[0090]
When the prism 58 is used, the emission direction of the principal ray from the optical fiber and the direction of the received principal ray can be made substantially parallel, and the effect that the arrangement of components becomes easy can be obtained. In particular,
[Equation 28]

[0091]
If γ is selected so that the direction of emission from the optical fiber and the direction of light reception can be made substantially parallel, it is desirable. In this embodiment, since N = 1.49, i = 35 °, and θ = 18 °, γ = 28.7 °.
[0092]
Furthermore, by making the incident surface of the prism 58 oblique with respect to the principal ray so that the width of the outgoing beam widens from the incident side as in the present embodiment, the prism 58 reduces the distance between the light receiving spots of each wavelength. It also has the effect of spreading. Therefore, wavelength separation can be performed using a diffraction grating having smaller wavelength dispersion than when a prism is not used. For example, even if a diffraction grating having a large grating pitch is used for the chirped diffraction grating 16, wavelengths can be sufficiently separated. become. Therefore, the diffraction grating can be easily manufactured, and the diffraction efficiency can be increased.
[0093]
Further, when the prism 58 is used as in the present embodiment, the wavelength pitch of the light receiving unit can be finely adjusted by rotating the prism 58.
[0094]
So far, the case where the wavelength division multiplexing / demultiplexing optical device of the present invention is used for wavelength separation has been described. However, the wavelength multiplexing / demultiplexing optical device of the present invention can be used as an optical multiplexing device by providing a light source array on the side where a photodetector is provided. Can also be used. When used in a multiplexer, temperature compensation is performed, so that a light source having excellent temperature stability is desirable, and a DFB laser is desirably used. In addition, it is desirable to provide a taper formed so as to narrow the light before the optical fiber 10.
[0095]
The present invention can also be used for a demultiplexer in a so-called DWDM having a narrow wavelength interval. By reducing the temperature dependency, the characteristics are stable without controlling the temperature of the demultiplexer, and highly reliable wavelength separation can be performed. In DWDM, since the wavelength interval is narrow and high characteristic stability especially with respect to temperature is required, the effect of the present invention is great even for a diffraction grating using a material having a smaller coefficient of thermal expansion than a polymer such as a glass substrate. .
[0096]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0097]
FIG. 14 is a configuration diagram illustrating an example of the wavelength division multiplexing transmission module according to the present embodiment. The transmission

optical fibers

74a and 74b are connected to the optical transmission module 80 by a connector 96, and butt against the optical fiber 10 and the single mode optical fiber 11, respectively. The wavelength-division multiplexed signal transmitted through the receiving transmission optical fiber 74a enters the multimode optical fiber 10 abutted on the transmission optical fiber 74a, and is separated for each wavelength by the demultiplexer 82 of the present invention. Detected by the detector array 36. The detected signal is amplified by the receiving circuit 86 and shaped. Further, the parallel-serial conversion circuit 90 converts the wavelength-multiplexed and transmitted signal into a serial signal and outputs it. When transmitting, the input signal is separated by a serial-parallel conversion circuit 92, and the transmission circuit 88 drives each light source of the laser diode array 94 for each signal to generate optical signals having different wavelengths. Each optical signal is multiplexed by a wavelength multiplexing device 84 composed of a single mode optical coupler and output to the single mode optical fiber 11. The signal is coupled to the transmission optical fiber 74b for transmission through the single mode optical fiber 11 and transmitted. Since the single mode optical fiber 11 and the multimode optical fiber 10 are used to couple to the transmission

optical fibers

74a and 74b, the transmission

optical fibers

74a and 74b may be either multimode fibers or single mode fibers. Can be. In this embodiment, since a GI multimode fiber having a core diameter of 62.5 μm is used for the optical fiber 10, single-mode optical fibers, multi-mode optical cores of 50 μm and 62.5 μm are used as the transmission

optical fibers

74 a and 74 b. An optical fiber such as a fiber having a core diameter and a numerical aperture equal to or smaller than the optical fiber 10 can be used.
[0098]
The optical fiber 10 may be a transmission fiber. In this case, the optical fiber 10 may be detachable, and the optical fiber 10 may be brought into a predetermined position by attaching or detaching.
[0099]
In this embodiment, the case where the demultiplexer 82 shown in the first embodiment is used has been described. However, by using the demultiplexer of the present invention, it is possible to realize an optical transmission module with reduced characteristic fluctuation due to temperature change. Can be done.
[0100]
In this embodiment, the wavelength multiplexing transmission module having both the transmitting and receiving functions has been described. However, the effects of the present invention can also be obtained as a wavelength multiplexing receiving optical module having only a receiving unit.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, the demultiplexer of the present invention makes it possible to compensate for a characteristic change due to thermal expansion and contraction of a diffraction grating using a diffraction grating block having a diffraction grating or a refractive index change accompanying a temperature change of an optical member. Thus, a demultiplexer having excellent temperature tracking ability can be obtained.
[0102]
In addition, the demultiplexer of the present invention makes it possible to compensate for characteristic fluctuation due to thermal expansion and contraction of the diffraction grating by moving the diffraction grating in parallel, and to follow a temperature change even when a chirped diffraction grating is used. Compensating demultiplexers are now available.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view of a demultiplexer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the diffraction grating block according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a sub-wavelength grating provided in the diffraction grating block according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a temperature compensation function of the diffraction grating block according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a top view of a diffraction grating block according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top view of a demultiplexer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view of a demultiplexer according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a top view of a demultiplexer according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a top view of a demultiplexer according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view of a fixed frame and a diffraction grating substrate according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a top view of a demultiplexer according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a top view of a demultiplexer according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating temperature compensation according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a wavelength division multiplexing transmission module according to a ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Optical fiber
11 Single mode optical fiber
12a, 12b cylindrical lens
14 Diffraction grating block
15 Diffraction grating
16 Chirp type diffraction grating
18 Reflective film
19 Optical adhesive
20 Subwavelength grating
21 Square Pyramid
22 Prism section
24 Diffraction grating substrate
26 Optical Block
28 Optical waveguide for light reception
30 Slab waveguide
32 tapered waveguide
36 Photodetector array
37 Reference point
38 Base
39 Fixing groove
40 Slab waveguide
42 Lower substrate
44 Upper substrate
46 core
48 cladding
50a, 50b lens
52 fixed frame
54 Hold
56a, 56b protrusion
57a, 57b groove
58 Prism
60a, 60b, 60c drive unit
62a, 62b, 62c Fixed part
70 incident light
72 Outgoing light
74a, 74b Optical fiber for transmission
80 Optical transmission equipment
82 WDM device
84 wavelength multiplexing device
86 receiving circuit
88 Transmission circuit
90 parallel-serial converter
92 Serial-parallel converter
94 laser diode array
96 Optical Connector

Claims

光入射側に光学ブロックを有する回折格子において、前記光学ブロックの前記光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記光学ブロックの前記光入射面と前記回折格子とのなす角度が、１７°以上３０°以下であることを特徴とする回折格子。In a diffraction grating having an optical block on the light incident side, the light incident surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and an angle formed between the light incident surface of the optical block and the diffraction grating is , 17 ° or more and 30 ° or less.

光入射側に光学ブロックを有する回折格子において、前記光学ブロックの前記光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記回折格子を挟んで前記光学ブロックと結合された基板を有することを特徴とする回折格子。In a diffraction grating having an optical block on a light incident side, the light incident surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and has a substrate coupled to the optical block with the diffraction grating interposed therebetween. A diffraction grating.

光入射側に光学ブロックを有する回折格子において、前記光学ブロックの前記光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記光学ブロックの屈折率が１．２９以上１．４１４以下であることを特徴とする回折格子。In a diffraction grating having an optical block on a light incident side, the light incident surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and the refractive index of the optical block is 1.29 or more and 1.414 or less. A diffraction grating, characterized in that:

請求項１から３記載の回折格子において、前記光学ブロックがポリマー材料を用いて形成されていることを特徴とする回折格子。4. The diffraction grating according to claim 1, wherein the optical block is formed using a polymer material.

請求項１から３記載の回折格子において、前記回折格子が前記光学ブロックに一体で形成されていることを特徴とする回折格子。4. The diffraction grating according to claim 1, wherein the diffraction grating is formed integrally with the optical block.

光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の光入射側に、前記回折格子に固定された光学ブロックを有し、前記光学ブロックの光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成し、前記光学ブロックの前記斜面を通して前記入射面からの光線を入射するとともに、前記回折格子で回折した光線を出射することを特徴とするデマルチプレクサ。A demultiplexer that has a light entrance, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light entrance to the diffraction grating, and irradiates the diffraction grating with the light beam to separate an optical signal; On the light incident side of the diffraction grating, an optical block fixed to the diffraction grating is provided, and a light incident surface of the optical block forms a slope with respect to the diffraction grating, and the light enters through the slope of the optical block. A demultiplexer which receives a light beam from a surface and emits a light beam diffracted by the diffraction grating.

請求項６記載のデマルチプレクサにおいて、前記回折格子を基準として角度を定めた場合に、前記光学ブロックに前記光入射部から入射する主光線の角度をψ、前記回折格子で回折し前記光学ブロックから出射した主光線の角度をξ、前記プリズムの光入出射面と前記回折格子のなす角度をγとした場合に、

または、

であることを特徴とするデマルチプレクサ。7. The demultiplexer according to claim 6, wherein when an angle is determined with reference to the diffraction grating, an angle of a chief ray incident on the optical block from the light incident portion is ψ, and diffracted by the diffraction grating from the optical block. When the angle of the emitted principal ray is ξ, and the angle between the light entrance / exit surface of the prism and the diffraction grating is γ,

Or

A demultiplexer, characterized in that:

請求項６記載のデマルチプレクサにおいて、前記光学ブロックの前記光入射面と前記回折格子とのなす角度が、１７°以上３０°以下であることを特徴とするデマルチプレクサ。7. The demultiplexer according to claim 6, wherein an angle between the light incident surface of the optical block and the diffraction grating is 17 ° or more and 30 ° or less.

請求項６記載のデマルチプレクサにおいて、前記光学ブロックに入射する光線の角度が前記回折格子で回折し前記光学ブロックから出射した光線の角度よりも大きく、光学ブロックの屈折率が１．４１４よりも大きいことを特徴とするデマルチプレクサ。7. The demultiplexer according to claim 6, wherein an angle of a light beam incident on the optical block is larger than an angle of a light beam diffracted by the diffraction grating and emitted from the optical block, and the refractive index of the optical block is larger than 1.414. A demultiplexer characterized in that:

請求項６記載のデマルチプレクサにおいて、前記光学ブロックに入射する光線の角度が前記回折格子で回折し前記光学ブロックから出射した光線の角度よりも小さく、光学ブロックの屈折率が１．４１４よりも小さなことを特徴とするデマルチプレクサ。7. The demultiplexer according to claim 6, wherein an angle of a light beam incident on the optical block is smaller than an angle of a light beam diffracted by the diffraction grating and emitted from the optical block, and a refractive index of the optical block is smaller than 1.414. A demultiplexer characterized in that:

請求項６から１０記載のデマルチプレクサにおいて、前記光学ブロックがポリマー材料を用いて形成されていることを特徴とするデマルチプレクサ。The demultiplexer according to claim 6, wherein the optical block is formed using a polymer material.

請求項６から１１記載のデマルチプレクサにおいて前記回折格子が格子内で格子ピッチを変化させたチャープ型であることを特徴とするデマルチプレクサ。12. The demultiplexer according to claim 6, wherein the diffraction grating is a chirp type in which a grating pitch is changed in the grating.

請求項１２記載のデマルチプレクサにおいて前記光学ブロックの前記光入射面に入射波長以下の微細構造による反射防止構造を有することを特徴とするデマルチプレクサ。13. The demultiplexer according to claim 12, wherein the light incident surface of the optical block has an antireflection structure using a fine structure with a wavelength equal to or smaller than an incident wavelength.

光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の光入射側に、前記回折格子に固定された光学ブロックを有し、前記回折格子を基準として角度を定めた場合に、前記回折格子に入射する主光線の角度ｉ、前記回折格子で回折角度をθ、前記光学ブロックの光入出射面と前記回折格子のなす角度をγとし、前記回折格子の線膨張係数をα、前記光学ブロックの屈折率をｎとした場合に、温度Ｔの変化に対して、

であることを特徴とするデマルチプレクサ。A demultiplexer that has a light entrance, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light entrance to the diffraction grating, and irradiates the diffraction grating with the light beam to separate an optical signal; An optical block fixed to the diffraction grating is provided on the light incident side of the diffraction grating, and when an angle is determined with reference to the diffraction grating, an angle i of a principal ray incident on the diffraction grating, When the diffraction angle is θ, the angle between the light entrance / exit surface of the optical block and the diffraction grating is γ, the linear expansion coefficient of the diffraction grating is α, and the refractive index of the optical block is n, the temperature T For change,

A demultiplexer, characterized in that:

光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の光入射側に、前記回折格子に固定された光学部材を有し、前記回折格子の線膨張係数をα、前記光学部材の屈折率をｎとした場合に、温度Ｔの変化に対して、

であることを特徴とするデマルチプレクサ。A demultiplexer that has a light entrance, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light entrance to the diffraction grating, and irradiates the diffraction grating with the light beam to separate an optical signal; On the light incident side of the diffraction grating, an optical member fixed to the diffraction grating is provided. When the linear expansion coefficient of the diffraction grating is α and the refractive index of the optical member is n, a change in temperature T hand,

A demultiplexer, characterized in that:

請求項１５記載のデマルチプレクサにおいて、前記光学部材が光導波路であることを特徴とするデマルチプレクサ。The demultiplexer according to claim 15, wherein the optical member is an optical waveguide.

光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路と光検出器を有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、回折格子と光検出器の間の光路に、前記回折格子及び前記光検出器と分離したプリズムを有することを特徴とするデマルチプレクサ。A demultiplexer having a light incident portion, a diffraction grating, an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light incident portion to the diffraction grating, and a photodetector, and irradiating the diffraction grating with the light beam and separating an optical signal. 3. The demultiplexer according to claim 1, further comprising a prism separated from the diffraction grating and the photodetector in an optical path between the diffraction grating and the photodetector.

請求項１７記載のデマルチプレクサにおいて前記プリズムに入射した光線の幅よりも、前記プリズムより出射した光線の幅が広くなるように、前記プリズムにより光線を屈折することを特徴とするデマルチプレクサ。18. The demultiplexer according to claim 17, wherein the light beam is refracted by the prism such that the light beam emitted from the prism is wider than the light beam incident on the prism.

請求項１７記載のデマルチプレクサにおいて前記回折格子の温度変化による特性変化を前記プリズムの屈折率変化によって補償することを特徴とするデマルチプレクサ。18. The demultiplexer according to claim 17, wherein a change in characteristics of the diffraction grating due to a change in temperature is compensated for by a change in a refractive index of the prism.

光入射部と回折格子と光入射部から回折格子へ波長多重された光ビームを伝送する光路とを有し、前記回折格子に前記光ビームを照射して光信号を分離するデマルチプレクサにおいて、前記回折格子が格子内の位置により格子ピッチを変化させたチャープ型であり、前記回折格子の温度変化に応じて信号分離特性変動を補償するように、前記回折格子を略平行移動することを特徴とするデマルチプレクサ。A demultiplexer that has a light entrance, a diffraction grating, and an optical path for transmitting a wavelength-multiplexed light beam from the light entrance to the diffraction grating, and irradiates the diffraction grating with the light beam to separate an optical signal; The diffraction grating is a chirp type in which a grating pitch is changed according to a position in the grating, and the diffraction grating is moved substantially in parallel so as to compensate for a signal separation characteristic variation according to a temperature change of the diffraction grating. Demultiplexer.

請求項２０記載のデマルチプレクサにおいて、前記回折格子が平面であり、前記回折格子の温度変化に応じて、前記回折格子の格子面に沿って移動することを特徴とするデマルチプレクサ。21. The demultiplexer according to claim 20, wherein the diffraction grating is a flat surface, and moves along a grating surface of the diffraction grating according to a temperature change of the diffraction grating.

請求項２１記載のデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の温度変化による伸縮を用いて前記回折格子を移動することを特徴とするデマルチプレクサ。22. The demultiplexer according to claim 21, wherein the diffraction grating is moved by using expansion and contraction of the diffraction grating due to a temperature change.

請求項２１記載のデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の中心と、前記回折格子が熱伸縮する中心とを異なる位置に配したことを特徴とするデマルチプレクサ。22. The demultiplexer according to claim 21, wherein a center of the diffraction grating and a center where the diffraction grating thermally expands and contracts are arranged at different positions.

請求項２０から２３記載のデマルチプレクサにおいて、前記回折格子の光入射側に、前記回折格子に固定された光学ブロックを有し、前記光学ブロックの光入射面が、前記回折格子に対して斜面を成していること、を特徴とするデマルチプレクサ。24. The demultiplexer according to claim 20, further comprising an optical block fixed to the diffraction grating on a light incident side of the diffraction grating, wherein a light incident surface of the optical block has a slope with respect to the diffraction grating. A demultiplexer.

信号伝送用光ファイバとの接合部と、波長多重された光信号を分離するデマルチプレクサと、光検出器アレイと、前記光検出器アレイからの信号を増幅し、波形整形する受信回路とを有する波長多重受信光モジュールにおいて、前記デマルチプレクサが請求項６から２２記載のデマルチプレクサであり、前記接合部と前記デマルチプレクサとをマルチモード光ファイバで接続することを特徴とする波長多重受信光モジュール。It has a junction with a signal transmission optical fiber, a demultiplexer that separates wavelength-multiplexed optical signals, a photodetector array, and a receiving circuit that amplifies signals from the photodetector array and shapes the waveform. 23. The wavelength division multiplex receiving optical module according to claim 6, wherein the demultiplexer is the demultiplexer according to any one of claims 6 to 22, wherein the junction and the demultiplexer are connected by a multimode optical fiber.

信号伝送用光ファイバとの接合部と、波長多重された光信号を分離するデマルチプレクサと、光検出器アレイと、前記光検出器アレイからの信号を増幅し、波形整形する受信回路と光源アレイと前記光源アレイを駆動する送信回路と前記光源アレイからの光信号を合波する波長合波デバイスとを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、前記デマルチプレクサが請求項６から２２記載のデマルチプレクサであり、前記接合部と前記デマルチプレクサとをマルチモード光ファイバで接続し、前記接合部と前記波長合波デバイスとをシングルモード光ファイバで接続することを特徴とする波長多重光伝送モジュール。A junction with a signal transmission optical fiber, a demultiplexer for separating wavelength-multiplexed optical signals, a photodetector array, a receiving circuit for amplifying a signal from the photodetector array and shaping a waveform, and a light source array 23. A wavelength division multiplexing optical transmission module comprising: a transmission circuit that drives the light source array; and a wavelength multiplexing device that multiplexes an optical signal from the light source array, wherein the demultiplexer is the demultiplexer according to claim 6 to 22. A wavelength division multiplexing optical transmission module, wherein the junction and the demultiplexer are connected by a multimode optical fiber, and the junction and the wavelength multiplexing device are connected by a single mode optical fiber.