JP2005196150A - 光通信装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の光通信装置およびその製造方法を提供する。
【解決方法】 光通信装置１０は、２波長の光信号を多重化して伝送する線状の光伝送部１１と、２波長の光信号を多重または分離するＷＤＭ１２とを備えている。光伝送部１１の端部は光伝送部１１の軸線に斜交する斜端面を有し、ＷＤＭ１２は光伝送部１１の斜端面上に設けられる。こうした構成により、光伝送部１１およびＷＤＭ１２の設置スペースを小さくすることができ、光通信装置を小型化することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２波長の光信号を多重化して通信を行う光通信装置およびこれを製造するための製造方法に関するものである。

従来の光通信装置として、光ファイバの一端から離れた位置に光分岐素子を配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、フェルールの斜端面上に波長合分波フィルタを貼り付けた光通信装置がある（例えば、特許文献２参照）。ただし、光ファイバの端面はフェルールの斜端面から後退した位置にあり、この場合も、光ファイバの一端から離れた位置にフィルタを配置している。

この他の先行技術として、３次元フォトニック結晶の製造方法がある（例えば、特許文献３参照）。

特開平６−１３８３４７号公報（段落００１４、図１） 特開２００３−２７９８０８号公報（段落００２８〜００２９、図２） 特開２００４−１４５１４５号公報（段落００２９〜００３４、図２）

以上のように従来の光通信装置では、光ファイバの一端から離れた位置に光分岐素子を配置しているので、設置スペースが大きくなり、光通信装置全体もその分だけ大きい構成となっていた。また、光ファイバの一端から離れた位置に光分岐素子を配置しているので、光ファイバの一端から出射された光は広がって光分岐素子に到達することとなり、これを透過または反射させるために光分岐素子も大きくせざるを得なくなり、この点も光通信装置が大きくなる要因となっていた。

本発明の目的は、小型の光通信装置およびその製造方法を提供することである。

本発明の光通信装置は、２波長の光信号を多重化して伝送する線状の光伝送部と、前記２波長の光信号を多重および／または分離する波長多重分離部とを備えた光通信装置であって、前記光伝送部の端部は前記光伝送部の軸線に斜交する斜端面を有し、前記波長多重分離部は前記斜端面上に設けられたことを特徴とする。

また本発明の製造方法は、２波長の光信号を多重化して伝送する線状の光伝送部材の一端に、前記光伝送部材の軸線に斜交する斜端面を形成する斜端面形成工程と、前記斜端面形成工程によって形成された光伝送部材の斜端面上に、前記２波長の光信号を多重および／または分離する波長多重分離部を形成する波長多重分離部形成工程とを含むことを特徴とする。

本発明の光通信装置によれば、線状の光伝送部の端面を光伝送部の軸線に斜交する斜端面とし、波長多重分離部をこの斜端面上に設けるので、設置スペースを小さくすることができ、光通信装置を小型化することができる。

また本発明の製造方法によれば、線状の光伝送部材の一端に、光伝送部の軸線に斜交する斜端面を形成し、この斜端面上に波長多重分離部を形成するので、簡単な方法で小型の光通信装置を製造できる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光通信装置を示すブロック構成図である。光通信装置１０は、光伝送部１１、波長多重分離部（Wavelength Division Multiplexer；ＷＤＭ）１２、レンズ１３，１４、フォトダイオード（Photo Diode；ＰＤ）２１、レーザダイオード（Laser Diode；ＬＤ）３２、第１反射防止部４１、第２反射防止部４２および第３反射防止部４３を備えている。

光伝送部１１は、２波長λ１，λ２の光信号を多重化して伝送するための線状の光伝送部材、たとえば光ファイバケーブルによって構成されフェルールによって筐体等に保持される。フェルールは、光ファイバケーブルのコア部分を正確に位置合わせしておくための保持部品である。ＷＤＭ１２は、波長選択性を有する波長フィルタによって構成され、２波長λ１，λ２の光信号を多重および／または分離する膜である。この膜は、たとえば、３次元フォトニック結晶膜などであり、特定波長λ１を有する光を反射し、これ以外の波長の光を透過させる波長フィルタである。

光伝送部１１の端部は、光伝送部１１の軸線に斜交する斜端面を有し、ＷＤＭ１２はこの斜端面上に第１反射防止部４１を介して設けられる。これにより、光伝送部１１とＷＤＭ１２との間隔が無くなるので、光通信装置１０を小型化することができる。また、光伝送部１１とＷＤＭ１２との間隔が無くなることによって、光伝送部１１から出射した光ビームが広がることなくＷＤＭ１２に到達するので、ＷＤＭ１２も小型化でき、ひいては光通信装置１０をも小型化できる。さらに、ＷＤＭ１２を光伝送部１１の斜端面上に設けたことによって、光伝送部１１の斜端面がＷＤＭ１２を支持するので、ＷＤＭ１２を支持するための専用の支持構造が不要となり、ひいては光通信装置１０をも小型化できる。

なお、光伝送部１１が光ファイバケーブルである場合、光伝送部１１の軸線は、光ファイバケーブルのコア部分を貫く中心軸線である（線状光学素子における光軸（光学軸線）であっても良い）。

レンズ１３，１４は球形の集光レンズである。ここでは、レンズ１３をＷＤＭ１２とＰＤ２１との間に介在させて設け、レンズ１４をＷＤＭ１２とＬＤ３２との間に介在させて設けている。

ＰＤ２１は、波長λ１付近の波長の光信号を感度良く受光できる受光素子であり、光伝送部１１を介して伝送されてきた波長λ１の入力光信号を受光する。このＰＤ２１は、光伝送部１１の斜端面から光伝送部１１の側方に離れた位置に配置され、光伝送部１１から出射されてＷＤＭ１２で反射されレンズ１３で集光された光ビームの光軸に対して受光面がほぼ垂直になる向きに設置される。また、ＷＤＭ１２で反射した光ビームの光軸は、光伝送部１１の軸線に対して垂直な方向であることが望ましく、こうするためには、光伝送部１１の斜端面は光伝送部１１の軸線に対し４５度をなすことが望ましい。これにより、信号損失を極力減らすことができる。

ＬＤ３２は、波長λ２に中心波長を有する光信号を発光できる発光素子である。このＬＤ３２は、その出射光ビームの光軸が光伝送部１１の軸線に一致し、光伝送部１１の斜端面から離れてこれに対向するように設置される。このように、ＰＤ２１およびＬＤ３２のうち、光軸合せの精度が求められるＬＤ３２を、比較的光軸合せが容易である光伝送部１１の軸線上に配置するので、光通信装置１０を製造する過程における光軸合せが容易となる。また、完成した光通信装置１０についても、ＬＤ３２が発光した光を漏らすことなく光伝送部１１に入射させることができ、出力光信号の損失を低減できる。

第１反射防止部４１は、光伝送部１１の斜端面を直接被覆することによって形成され、波長λ１および波長λ２の光反射を防止するための膜である。なお、第１反射防止部４１は、光伝送部１１の斜端面上に直接設けられるため、光伝送部１１の斜端面とＷＤＭ１２との間に介在することになる。第２反射防止部４２は、光伝送部１１の側面上であり、かつＷＤＭ１２によって反射した光信号が通過する位置を直接被覆することによって形成され、少なくとも波長λ１の光反射を防止するための膜である。なお、第２反射防止部４２は、波長λ１の光反射とともに波長λ２の光反射を防止する膜であっても良い。第３反射防止部４３は、ＷＤＭ１２を直接被覆することによって形成され、少なくとも波長λ２の光反射を防止する膜である。なお、第３反射防止部４３は、波長λ２の光反射とともに波長λ１の光反射を防止する膜であっても良い。このように、ＷＤＭ１２を光伝送部１１の斜端面上に設けたので、ＷＤＭと光伝送部とを互いに離して設置した場合に各対向面上に反射防止膜がそれぞれ必要であったものを、ひとつの第１反射防止部４１に共用化することができる。

次に、光通信装置１０の動作を説明する。

ＬＤ３２で発光した光信号は、レンズ１４によって集光され、第３反射防止部４３を透過してＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号の波長はλ２であり、ＷＤＭ１２が選択する特定波長λ１と異なるため、ＷＤＭ１２を透過する。透過した光信号は、第１反射防止部４１を透過して光伝送部１１に入射し、光伝送部１１を介して外部に出力される。

一方、波長λ１の光信号が、波長λ２の光信号と光伝送部１１内で多重化されて、外部から伝送されてくる。この光信号は、その波長がＷＤＭ１２によって選択された特定波長λ１と同一であるため、第１反射防止部４１を透過した後にＷＤＭ１２で光伝送部１１の側方に反射される。反射された光信号は、第２反射防止部４２を透過してレンズ１３で集光された後、ＰＤ２１で受光される。

このように、光通信装置１０では、入力光信号と出力光信号とを波長を変えて多重化することによって、１芯双方向の光通信を実現できる。

図５は、本発明に係る光通信装置の製造方法を示すフローチャートである。本製造方法は、斜端面形成工程Ｓ１、第１，第２反射防止部形成工程Ｓ２、ＷＤＭ形成工程Ｓ３、第３反射防止部形成工程Ｓ４および組立工程Ｓ５を含む。

まず、斜端面形成工程Ｓ１では、光ファイバケーブルなど、線状の光伝送部材の一端を斜めに研磨することによって、光伝送部材の軸線に対し斜交する斜端面を形成する。または、線状の光伝送部材をねじりつつ両側から引っ張った状態で、超音波振動するダイヤモンドカッタを押し当て、光伝送部材を斜めに切断することによって、光伝送部材の軸線に対し斜交する斜端面を形成する。このように、光伝送部材の一端に斜端面を形成したものが、図１の光伝送部１１に相当する。
続いて、第１，第２反射防止部形成工程Ｓ２では、斜端面形成工程Ｓ１によって形成された光伝送部材の斜端面を、透過する波長λ１の光および波長λ２の光による反射を防止する材料または構造を有した反射防止部材で直接被覆するとともに、光伝送部材の側面上でありＷＤＭによって反射した光信号が通過する位置を、透過する波長λ１の光による反射を防止する材料または構造を有した反射防止部材で直接被覆する。これによって、図１の第１反射防止部４１および第２反射防止部４２が作成される。

続いて、ＷＤＭ形成工程Ｓ３では、第１反射防止部４１の表面上に、２波長の光信号を多重および／または分離する構造を有したＷＤＭを直接形成する。このような構造を有したＷＤＭとして、３次元フォトニック結晶がある。３次元フォトニック結晶は、誘電率の異なる誘電体材料を３次元的に周期的に繰り返し配列させたものであり、特定の入射角で入射する特定波長の光を反射し、それ以外の光を透過するものである。また、誘電体粒子を３次元的に規則正しく配列させ、その隙間に空気を介在させたものも、誘電体粒子とその隙間に介在する空気とによって３次元的に周期的な繰り返し構造が実現しているので、３次元フォトニック結晶である。

３次元フォトニック結晶は、たとえば、特許文献３（特開２００４−１４５１４５号公報）に記載されるとおり、コロイド粒子分散液の分散媒を一定条件下で蒸発除去することによって作成可能である。３次元フォトニック結晶において、誘電体粒子が理想的な最密充填構造を形成できた場合、反射率が最大になるブラッグ波長λｍａｘは、下記の式で表される。

λｍａｘ＝２ｄ_１１１（ｎ_ｅｆｆ ^２−ｓｉｎ^２θ）^１／２
上記式において、ｎ_ｅｆｆは実効屈折率、ｄ_１１１は（１１１）両面間の結晶面間隔、θは＜１１１＞方向からの角度である。誘電体粒子が理想的な最密充填構造を形成できた場合、ｄ_１１１＝０．８１６×Ｄ（Ｄは粒子径）である。（１１１）面は、図１のＷＤＭ１２では、光伝送部１１の斜端面に平行となる。＜１１１＞方向は、図１のＷＤＭ１２では、光伝送部１１の斜端面の法線方向に一致する。したがって、図１において、波長λ１の光は、ＷＤＭ１２に対しθ＝４５度の入射角をなして入射するため、θ＝４５度の条件下で波長λ１を上記式のλｍａｘに一致させることが望ましい。この場合、波長λ１は、下記の式で表される。

λ１＝２ｄ_１１１（ｎ_ｅｆｆ ^２−１／２）^１／２
たとえば、波長λ１＝１３１０ｎｍの光を使う場合、粒子径６４０ｎｍのポリスチレン粒子を最密充填すれば良い（ｎ_ｅｆｆ＝１．４３９）。誘電体材料としては、ポリスチレン粒子の他に、酸化チタン粒子、シリカ粒子などが使用可能である。

続いて、第３反射防止部形成工程Ｓ４では、ＷＤＭ形成工程Ｓ３によって形成されたＷＤＭ１２の表面を、透過する波長λ１の光による反射を防止する材料または構造を有した反射防止部材で直接被覆する。これによって、図１の第３反射防止部４３が作成される。

続いて、組立工程Ｓ５では、ＷＤＭ１２および第１〜第３反射防止部４１〜４３を設けた光伝送部１１に対し、レンズ１３，１４、ＰＤ２１およびＬＤ３２を、図１で説明したように設置することにより、光通信装置１０を完成することができる。ただし、組み立ては、図１の配置に限るものではない。

なお、ＷＤＭ１２として、特定波長λ１の光を反射しそれ以外の波長の光を透過する波長フィルタを説明したが、３次元フォトニック結晶に所定の欠陥をつくることによって、逆に、特定波長λ２の光を透過しそれ以外の波長の光を反射する波長フィルタも適用可能である。また、ＷＤＭ１２として、３次元フォトニック結晶膜を説明したが、誘電率の異なる誘電体層を積層した誘電体多層膜も適用可能である。誘電体多層膜は、光伝送部材の斜端面上に誘電体を直接蒸着するか、または、光伝送部材とは別個のガラス基板またはポリイミド基板等に誘電体を蒸着したものを透明な接着剤を用いて貼り付けることによって作成される。蒸着法としては、たとえば、熱蒸着、スパッタ、イオンプレーティングなどがある。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る光通信装置を示すブロック構成図である。光通信装置２０は、図１で説明した実施の形態１に係る光通信装置１０において、ＰＤ２１に替えてＬＤ３１を、ＬＤ３２に替えてＰＤ２２を配置したものである。ＬＤ３１は、波長λ１の光信号を発光する発光素子である。ＰＤ２２は、波長λ２の光信号を受光する受光素子である。このように、ＬＤ３１およびＰＤ２２のうち、受光面が小さいことから位置精度が求められるＰＤ２２を、比較的位置合せが容易である光伝送部１１の延長線上に配置するので、光通信装置２０を製造する過程における位置合せが容易となる。また、完成した光通信装置２０についても、光伝送部１１から出射された光を漏らすことなくＰＤ２２で受光することができ、入力光信号の損失を低減できる。

その他の構成として、光伝送部１１、ＷＤＭ１２、レンズ１３，１４、第１反射防止部４１、第２反射防止部４２および第３反射防止部４３については、図１で説明した実施の形態１に係る光通信装置１０と同一であるため説明を省略する。

次に、光通信装置２０の動作を説明する。

ＬＤ３１で発光した光信号は、レンズ１３によって集光され、光伝送部１１側面上の第２反射防止部４２に入射する。入射した光信号は、第２反射防止部４２、光伝送部１１および第１反射防止部４１を順次透過してＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号の波長はλ１であり、ＷＤＭ１２が選択する特定波長λ１と同一であるため、ＷＤＭ１２で反射される。反射された光信号は、再び第１反射防止部４１を透過した後、光伝送部１１を介して外部に出力される。

一方、波長λ２の光信号が、波長λ１の光信号と光伝送部１１内で多重化されて、外部から伝送されてくる。この光信号は、第１反射防止部４１を透過してＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号は、その波長がＷＤＭ１２によって選択された特定波長λ１と異なるため、ＷＤＭ１２を透過する。透過した光信号は、第３反射防止部４３を透過してレンズ１４で集光された後、ＰＤ２２で受光される。

このように、本実施の形態に係る光通信装置２０と実施の形態１に係る光通信装置１０とは、入力光信号の光路と出力光信号の光路とを入れ替えた関係にある。このため、光通信装置２０においても、光通信装置１０と同様に、入力光信号と出力光信号とを波長を変えて多重化することによって、１芯双方向の光通信を実現できる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る光通信装置を示すブロック構成図である。光通信装置３０は、図１で説明した実施の形態１に係る光通信装置１０において、ＰＤ２１に替えてＬＤ３１を配置したものである。ＬＤ３１は、波長λ１の光信号を発光する発光素子である。その他の構成として、光伝送部１１、ＷＤＭ１２、レンズ１３，１４、ＬＤ３２、第１反射防止部４１、第２反射防止部４２および第３反射防止部４３については、図１で説明した実施の形態１に係る光通信装置１０と同一であるため説明を省略する。

次に、光通信装置３０の動作を説明する。

ＬＤ３１で発光した光信号は、レンズ１３によって集光され、光伝送部１１側面上の第２反射防止部４２に入射する。入射した光信号は、第２反射防止部４２、光伝送部１１および第１反射防止部４１を順次透過してＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号の波長はλ１であり、ＷＤＭ１２が選択する特定波長λ１と同一であるため、ＷＤＭ１２で反射される。反射された光信号は、再び第１反射防止部４１を透過した後、光伝送部１１を介して外部に出力される。

一方、ＬＤ３２で発光した光信号は、レンズ１４によって集光され、第３反射防止部４３を透過した後、ＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号の波長はλ２であり、ＷＤＭ１２が選択する特定波長λ１と異なるため、ＷＤＭ１２を透過する。透過した光信号は、第１反射防止部４１を透過した後、光伝送部１１に入射し、光伝送部１１内で波長λ１の光信号と多重化され、光伝送部１１を介して外部に出力される。

このように、本実施の形態に係る光通信装置３０は、実施の形態１に係る光通信装置１０における光信号出力系統と、実施の形態２に係る光通信装置２０における光信号出力系統とを組み合わせたものである。このため、光通信装置３０では、２つの出力光信号を波長を変えて多重化することによって、１芯単方向の波長多重送信を実現できる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る光通信装置を示すブロック構成図である。光通信装置４０は、図１で説明した実施の形態１に係る光通信装置１０において、ＬＤ３２に替えてＰＤ２２を配置したものである。ＰＤ２２は、波長λ２の光信号を受光する受光素子である。その他の構成として、光伝送部１１、ＷＤＭ１２、レンズ１３，１４、ＰＤ２１、第１反射防止部４１、第２反射防止部４２および第３反射防止部４３については、図１で説明した実施の形態１に係る光通信装置１０と同一であるため説明を省略する。

次に、光通信装置４０の動作を説明する。

波長λ１の光信号が、光伝送部１１を介して外部から伝送されてきて、第１反射防止部４１を透過した後、ＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号は、その波長がＷＤＭ１２によって選択される特定波長λ１と同一であるため、ＷＤＭ１２で反射される。反射された光信号は、第１反射防止部４１、光伝送部１１および第２反射防止部４２を順次透過して出射される。出射された光信号は、レンズ１３で集光された後、ＰＤ２１で受光される。

一方、波長λ２の光信号が、波長λ１の光信号と光伝送部１１内で多重化されて、外部から伝送されてくる。伝送されてきた波長λ２の光信号は、第１反射防止部４１を透過してＷＤＭ１２に入射する。入射した光信号は、その波長がＷＤＭ１２によって選択される特定波長λ１と異なるため、ＷＤＭ１２を透過する。透過した光信号は、更に第３反射防止部４３を透過してレンズ１４で集光された後、ＰＤ２２で受光される。

このように、本実施の形態に係る光通信装置４０は、実施の形態１に係る光通信装置１０における光信号入力系統と、実施の形態２に係る光通信装置２０における光信号入力系統とを組み合わせたものである。このため、光通信装置４０では、２つの入力光信号を波長を変えて多重化することによって、１芯単方向の波長多重受信を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る光通信装置を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態２に係る光通信装置を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態３に係る光通信装置を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態４に係る光通信装置を示すブロック構成図である。 本発明に係る光通信装置の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０，２０，３０，４０ 光通信装置
１１ 光伝送部
１２ ＷＤＭ
１３，１４ レンズ
２１ ＰＤ（波長λ１）
２２ ＰＤ（波長λ２）
３１ ＬＤ（波長λ１）
３２ ＬＤ（波長λ２）
４１ 第１反射防止部（波長λ１、λ２）
４２ 第２反射防止部（波長λ１）
４３ 第３反射防止部（波長λ２）

Claims (10)

1. ２波長の光信号を多重化して伝送する線状の光伝送部と、前記２波長の光信号を多重および／または分離する波長多重分離部とを備えた光通信装置であって、
   前記光伝送部の端部は前記光伝送部の軸線に斜交する斜端面を有し、前記波長多重分離部は前記斜端面上に設けられたことを特徴とする光通信装置。
2. 前記光伝送部は、光ファイバによって構成されることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
3. 前記波長多重分離部は、特定波長の光信号を選択的に反射しこれと異なる波長の光信号を透過するか、または、特定波長の光信号を選択的に透過しこれと異なる波長の光信号を反射する波長フィルタによって構成されることを特徴とする請求項１または２記載の光通信装置。
4. 前記波長フィルタは、３次元フォトニック結晶または誘電体多層膜によって構成されることを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
5. 前記光伝送部の斜端面と前記波長多重分離部との間に介在して設けられた第１反射防止部と、
   前記光伝送部の側面上であり、前記波長多重分離部によって反射した光信号が通過する位置に設けられた第２反射防止部と、
   前記波長多重分離部上に設けられた第３反射防止部とを備えたことを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
6. 前記光伝送部から出射し前記波長多重分離部で反射した前記特定波長の光信号を受光する受光素子と、前記特定波長と異なる波長の光信号を発光する発光素子とを備え、
   前記発光素子からの光信号は、前記波長多重分離部を透過して前記光伝送部に入射することを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
7. 前記特定波長の光信号を発光する発光素子と、前記光伝送部から出射し前記波長多重分離部を透過した前記特定波長と異なる波長の光信号を受光する受光素子とを備え、
   前記発光素子からの光信号は、前記波長多重分離部で反射して前記光伝送部に入射することを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
8. 前記特定波長の光信号を発光する第１発光素子と、前記特定波長と異なる波長の光信号を発光する第２発光素子とを備え、
   前記第１発光素子からの光信号は、前記波長多重分離部で反射して前記光伝送部に入射し、前記第２発光素子からの光信号は、前記波長多重分離部を透過して前記光伝送部に入射することを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
9. 前記光伝送部から出射し前記波長多重分離部で反射した前記特定波長の光信号を受光する第１受光素子と、前記光伝送部から出射し前記波長多重分離部を透過した前記特定波長と異なる波長の光信号を受光する第２受光素子とを備えたことを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
10. ２波長の光信号を多重化して伝送する線状の光伝送部材の一端に、前記光伝送部材の軸線に斜交する斜端面を形成する斜端面形成工程と、
    前記斜端面形成工程によって形成された光伝送部材の斜端面上に、前記２波長の光信号を多重および／または分離する波長多重分離部を形成する波長多重分離部形成工程とを含むことを特徴とする光通信装置の製造方法。
    
    
    

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