JP2018205398A - 光学素子、及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の発生を抑制しつつ、組み付け作業の簡易化を図ることのできる光学素子を提供する。【解決手段】並列する複数の光信号の光路に配置して用いられる光学素子１０は、直方体状のプリズムからなる本体部１１を備えている。本体部１１の側面には、遮光膜１７が設けられ、遮光膜１７には、光信号を通過させる第１窓部１７ａ又は第２窓部１７ｂが側面の長手方向に複数、設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子、及び光学素子の製造方法に関する。

近年、ネットワーク上を流れる情報量の増加と通信速度の高速化にともなって、波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光伝送システムが普及している。特許文献１に開示されるように、波長分割多重方式の光伝送システムには、波長の異なる複数の光信号を合波又は分波する光合分波器を備える光通信モジュールが用いられる。

特開２０１４−９５８４３号公報

ところで、光伝送システムにおいては、プリズムを用いて光信号の一部を屈折させてサンプリングし、その結果に基づいて光信号の出力等を調整する制御が行われる場合がある。こうした制御を上記光通信モジュールに採用する場合、光合分波器により分波された光信号の光路のそれぞれにプリズムを配置する必要がある。

ここで、光合分波器により分波された光信号の数に応じた複数のプリズムを個別に上記光通信モジュールに組み付けることが考えられるが、この場合には、高い精度が求められる組み付け作業を複数回、行う必要があり、光通信モジュールの製造に多大な手間がかかる。また、分波された光信号の各光路に跨る大きなプリズムを用いることで、上記光通信モジュールに対する組み付け回数を減らすことも考えられるが、この場合には、プリズムの表面反射による迷光が発生しやすくなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、並列する複数の光信号の光路に配置して用いられる光学素子に関して、迷光の発生を抑制しつつ、組み付け作業の簡易化を図ることにある。

上記の目的を達成するための光学素子は、並列する複数の光信号の光路に配置して用いられる光学素子であって、直方体状のプリズムからなる本体部を備え、前記本体部の側面のうちの少なくとも一面には、遮光膜が設けられ、前記遮光膜には、前記光信号を通過させる窓部が前記側面の長手方向に複数、設けられている。

上記構成によれば、並列する複数の光信号の光路に跨るように光学素子を配置することにより、１つの光学素子で複数の光信号に対する屈折等の所定の処理を行うことができる。さらに、側面に設けた遮光膜により、複数の光信号の光路に跨る大きなプリズムを用いることに起因する迷光の発生を抑制することができる。したがって、迷光の発生を抑制しつつ、組み付け作業の簡易化を図ることができる。

上記光学素子において、前記遮光膜は、光の吸収率が２０％以上であることが好ましい。上記構成によれば、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。
上記光学素子において、前記窓部には、反射防止膜が設けられていることが好ましい。上記構成によれば、本体部の表面反射による光信号の損失を抑制することができる。

上記光学素子において、前記本体部は、一対の三角柱状のプリズムを接合してなり、前記遮光膜は、前記光信号の入射側となる第１側面と、前記第１側面の反対側に位置する第２側面と、その他の側面の一方である第３側面とに設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、光信号の一部を屈折させてサンプリングする場合のように、第１側面から入射された光信号を、第２側面及び第３側面から出射させるために用いる場合において、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。

上記光学素子において、前記第１側面及び前記第２側面に設けられる前記遮光膜は、反射防止膜が設けられた第１窓部を有する遮光膜であり、前記第３側面に設けられる前記遮光膜は、反射防止膜が設けられていない第２窓部を有する遮光膜であることが好ましい。

センサ等の光信号を受光する受光部材には、その受光部分の表面が、本体部を構成するプリズムと屈折率の近い部材によって構成されているものがある。上記構成によれば、こうした受光部材を、その受光部分の表面が、第２窓部から露出する本体部に接触するように取り付けて用いることにより、受光部材に光信号を効率的に伝えることができる。

上記の目的を達成するための光学素子の製造方法は、板厚方向に貫通する取付孔を有する板状の支持部材の前記取付孔に、前記本体部を構成するプリズムを挿入し、前記支持部材の一方の主面側に金属マスクを配置するとともに、磁力により前記金属マスクを前記支持部材に固定した状態として、前記遮光膜を形成する。

上記構成によれば、支持部材に対する金属マスクの取り付け及び取り外しが行いやすく、支持部材に取り付けられた、本体部を構成するプリズムに対する適切な位置に金属マスクを位置させることが容易になる。

上記光学素子の製造方法において、前記支持部材の厚みを、前記本体部を構成するプリズムにおける前記遮光膜が形成される側面を一端とする厚みよりも薄く設定し、前記支持部材の他方の主面側に、前記取付孔を覆う押さえ部材を配置した状態として前記遮光膜を形成することが好ましい。

上記構成によれば、金属マスクを支持部材に固定したとき、本体部を構成するプリズムの一部が支持部材から突出した状態となる。そのため、本体部を構成するプリズムと押さえ部材とを確実に当接させることができ、押さえ部材からの押圧力が本体部を構成するプリズムに伝わりやすくなる。これにより、金属マスクに対して本体部を構成するプリズムを強く密着させた状態で遮光膜を成膜することができ、その結果、膜材料が金属マスクと本体部を構成するプリズムとの間に回り込むことが抑制されて、成膜／非成膜の境界部分をより明確に形成することができる。

本発明によれば、迷光の発生を抑制しつつ、組み付け作業の簡易化を図ることができる光学素子が得られる。

光学素子の斜視図。 図１の２−２線断面図。 光通信モジュールの説明図。 光通信モジュールにおける光信号の光路の説明図。 四角柱プリズムの斜視図。 成膜治具の説明図。 成膜治具に四角柱プリズムを取り付けた状態を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
図１に示すように、光学素子１０は、直方体状のプリズムからなる本体部１１を備えている。本体部１１は、端面が直角三角形状である一対の三角柱プリズム１１ａからなり、これら一対の三角柱プリズム１１ａの斜面同士を接合することにより形成されている。三角柱プリズム１１ａは透光性を有するガラスにより構成されている。三角柱プリズム１１ａの接合態様としては、例えば、接着剤（例えば、紫外線等で硬化する感光性接着剤）による接合、オプティカルコンタクト法による接合が挙げられる。

図２に示すように、本体部１１は、第１側面１２と、第１側面１２の反対側に位置する第２側面１３と、残りの側面の一方側である第３側面１４と、第３側面１４の反対側に位置する第４側面１５とを有している。本体部１１の第４側面１５は、光通信モジュール等に光学素子１０を設置するための設置面として構成される。

本体部１１の第１側面１２及び第２側面１３の表面には、当該表面における光の反射を抑制する反射防止膜１６が設けられている。反射防止膜１６は、第１側面１２及び第２側面１３の表面全体に設けられている。反射防止膜１６としては、誘電体多層膜等の公知の反射防止膜を用いることができる。

本体部１１の第１側面１２及び第２側面１３における反射防止膜１６の上、並びに本体部１１の第３側面１４の表面には、光を吸収する遮光膜１７が設けられている。遮光膜１７の吸光率は、２０％以上であることが好ましく、４０〜５０％であることがより好ましい。遮光膜１７としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化シリコン等の金属窒化膜、ゲルマニウム等の半導体膜、ダイヤモンドライクカーボン膜等を用いることができる。

図１及び図２に示すように、本体部１１の第１側面１２及び第２側面１３の遮光膜１７には、遮光膜１７が部分的に形成されてなく、反射防止膜１６が露出する第１窓部１７ａが設けられている。また、本体部１１の第３側面１４の遮光膜１７には、遮光膜１７が部分的に形成されてなく、本体部１１の表面が露出する第２窓部１７ｂが設けられている。第１窓部１７ａ及び第２窓部１７ｂはそれぞれ、本体部１１の長手方向に沿って複数、設けられている。図面では、第１窓部１７ａ及び第２窓部１７ｂが４個である場合を図示している。

図３に示すように、光学素子１０は、例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光伝送システムに用いられる光通信モジュール２０の構成部品として用いられる。
光通信モジュール２０は、波長多重化された光信号を分波する光合分波器２１と、分波された光信号を受光する複数の受光部材２２とを備えている。光学素子１０は、光合分波器２１と受光部材２２との間における並列する複数の光信号の光路に跨るように配置される。このとき、光学素子１０は、第１窓部１７ａを有する遮光膜１７が設けられている面を光合分波器２１側及び受光部材２２側に向けて配置される。そして、光学素子１０における本体部１１の第４側面１５が光通信モジュール２０のハウジング等（図示略）に固定される。

また、光学素子１０の各第２窓部１７ｂには、第２窓部１７ｂから出射された光信号を監視するモニタＰＤ等のセンサ２３がそれぞれ取り付けられている。光信号を受光するセンサ２３は、その受光部分の表面が、第２窓部１７ｂから露出する本体部１１に接触するように取り付けられる。

図３及び図４に示すように、光通信モジュール２０に入射された、波長λ１〜λ４の光信号を含む波長多重化された光信号は、光合分波器２１において、それぞれの波長の光信号に分波される。分波された各光信号は、光学素子１０における光合分波器２１側の側面に設けられた、それぞれ異なる第１窓部１７ａに入射されて、光学素子１０を通過する。具体的には、分波された各光信号の一部は光学素子１０内において屈折して第２窓部１７ｂからセンサ２３へ出射されるとともに、残部は、光学素子１０内を直進して、反対側の面に設けられた第１窓部１７ａから受光部材２２へ出射される。なお、分波された各光信号は、それぞれ異なる第２窓部１７ｂからセンサ２３へ出射されるとともに、それぞれ異なる第１窓部１７ａから受光部材２２へ出射される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
上記のとおり、本実施形態の光学素子１０は、本体部１１の第１側面１２及び第２側面１３に対して、複数の第１窓部１７ａを有する遮光膜１７が設けられるとともに、本体部１１の第３側面１４に対して、複数の第２窓部１７ｂを有する遮光膜１７が設けられている。そして、並列する複数の光信号の光路に跨るように配置して用いることにより、複数の光信号を、遮光膜１７におけるそれぞれ異なる第１窓部１７ａから入射させるとともに、それぞれ異なる第１窓部１７ａ又は第２窓部１７ｂから出射させることができる。

したがって、並列する複数の光信号に対する屈折等の所定の処理を、１つの光学素子１０にて行うことができる。さらに、本体部１１の第１側面１２、第２側面１３、及び第３側面１４に設けた遮光膜１７によって、複数の光信号の光路に跨るような大きなプリズムを用いることに起因する迷光の発生が抑制される。特に、受光部材２２やセンサ２３に対して、本来、入射される光信号以外の光信号が誤って入射されてしまうという問題が生じ難くなる。

次に、光学素子１０の製造方法の一例について説明する。
図５に示すように、端面が直角三角形状であり、光学素子１０複数個分の長さを有する長尺の三角柱プリズム２４を用意し、２つの三角柱プリズム２４の斜面同士を接合して四角柱プリズム２５を得る。そして、四角柱プリズム２５の所定の側面に反射防止膜１６を成膜する。

次いで、図６及び図７に示す成膜治具３０を用いて、四角柱プリズム２５の所定の側面に遮光膜１７を成膜する。成膜治具３０は、支持部材３１と、金属マスク３２と、押さえ部材３３と、磁石３４とを備えている。

支持部材３１は、第１主面３１ａ、及び第１主面３１ａの反対側に位置する第２主面３１ｂを有する板状部材である。支持部材３１には、四角柱プリズム２５が取り付けられる複数の取付孔３１ｃが板厚方向に貫通して設けられている。

金属マスク３２は、磁石に吸着可能な金属材料から構成される薄板部材であり、支持部材３１の第１主面３１ａに取り付けて用いられる。金属マスク３２において、支持部材３１の第１主面３１ａに取り付けた際に、支持部材３１の取付孔３１ｃに重なる部分には、遮光膜１７の形状に応じたパターンが繰り返し形成されている。なお、金属マスク３２として、第１窓部１７ａを有する遮光膜１７の形状に応じたパターンを有するものと、第２窓部１７ｂを有する遮光膜１７の形状に応じたパターンを有するものとを用意する。そして、成膜すべき遮光膜１７に応じて適当な金属マスク３２を選択する。

図７に示すように、成膜治具３０を用いた成膜処理の際には、支持部材３１の第１主面３１ａに金属マスク３２を重ねるとともに、支持部材３１の取付孔３１ｃ内に四角柱プリズム２５を挿入する。このとき、四角柱プリズム２５は、当該成膜処理により遮光膜１７を設ける側面が金属マスク３２側に位置するように配置される。図面では、四角柱プリズム２５における反射防止膜１６を設けた側面に対して遮光膜１７を設ける場合について図示している。

その後、支持部材３１の第２主面３１ｂ側に、取付孔３１ｃを含む第２主面３１ｂ全体を覆うシート状の押さえ部材３３を配置するとともに、その押さえ部材３３の上に磁石３４を配置する。これにより、金属マスク３２は、磁石３４の磁力により支持部材３１側へ引き寄せられて支持部材３１に固定される。

ここで、支持部材３１の厚みＬは、四角柱プリズム２５における遮光膜１７を形成する側面を一端とする厚みよりも薄くなるように設定されている。そのため、金属マスク３２を支持部材３１に固定したとき、四角柱プリズム２５は、その一側面が金属マスク３２に当接し、当該側面の反対側の部分が支持部材３１の第２主面３１ｂから突出した状態となる。これにより、四角柱プリズム２５と押さえ部材３３とを確実に当接させることができ、押さえ部材３３からの押圧力が四角柱プリズム２５に伝わりやすくなる。その結果、四角柱プリズム２５が金属マスク３２に強く押しつけられて、金属マスク３２に対して四角柱プリズム２５が強固に密着する。

そして、成膜治具３０に取り付けられた四角柱プリズム２５の一側面に対して、金属マスク３２を通じて成膜を行う。成膜方法としては、スパッタ法や蒸着法等の公知の成膜方法を採用することができる。なお、上記成膜処理は、四角柱プリズム２５における遮光膜１７を形成すべき側面に対して、それぞれ実施する。その際には、遮光膜１７の形状に応じて金属マスク３２を取り換える。そして、四角柱プリズム２５の側面に遮光膜１７を形成した後、四角柱プリズム２５を、その長さ方向と直交する方向に切断することにより光学素子１０が得られる。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）並列する複数の光信号の光路に配置して用いられる光学素子１０は、直方体状のプリズムからなる本体部１１を備えている。本体部１１の側面には、遮光膜１７が設けられ、遮光膜１７には、光信号を通過させる第１窓部１７ａ又は第２窓部１７ｂが側面の長手方向に複数、設けられている。

上記構成によれば、並列する複数の光信号の光路に跨るように光学素子１０を配置することにより、１つの光学素子１０で複数の光信号に対する屈折等の所定の処理を行うことができる。さらに、側面に設けた遮光膜１７により、複数の光信号の光路に跨る大きなプリズムを用いることに起因する迷光の発生を抑制することができる。したがって、迷光の発生を抑制しつつ、組み付け作業の簡易化を図ることができる。

（２）遮光膜１７は、光の吸収率が２０％以上である。
上記構成によれば、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。
（３）遮光膜１７の第１窓部１７ａには、反射防止膜１６が設けられている。

上記構成によれば、本体部１１の表面反射による光信号の損失を抑制することができる。
（４）本体部１１は、一対の三角柱プリズム１１ａを接合してなり、遮光膜１７は、光信号の入射側となる第１側面１２と、第１側面１２の反対側に位置する第２側面１３と、その他の側面の一方である第３側面１４とに設けられている。

上記構成によれば、光信号の一部を屈折させてサンプリングする場合のように、第１側面１２から入射された光信号を、第２側面１３及び第３側面１４から出射させるために用いる場合において、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。

（５）第１側面１２及び第２側面１３に設けられる遮光膜１７は、反射防止膜１６が設けられた第１窓部１７ａを有する遮光膜であり、第３側面１４に設けられる遮光膜１７は、反射防止膜１６が設けられていない第２窓部１７ｂを有する遮光膜である。

センサ２３等の光信号を受光する受光部材には、その受光部分の表面が、本体部１１を構成するプリズムと屈折率の近い部材（例えば、ガラス）によって構成されているものがある。上記構成によれば、こうした受光部材を、その受光部分の表面が、第２窓部１７ｂから露出する本体部１１に接触するように取り付けて用いることにより、受光部材に光信号を効率的に伝えることができる。

（６）光学素子１０の製造方法は、板厚方向に貫通する取付孔３１ｃを有する板状の支持部材３１の取付孔３１ｃに、四角柱プリズム２５を挿入する。そして、支持部材３１の第１主面３１ａ側に金属マスク３２を配置するとともに、磁力により金属マスク３２を支持部材３１に固定した状態として、遮光膜１７を形成する。

上記構成によれば、支持部材３１に対する金属マスク３２の取り付け及び取り外しが行いやすく、支持部材３１に取り付けられた四角柱プリズム２５に対する適切な位置に金属マスク３２を位置させることが容易になる。

（７）支持部材３１の厚みＬを、四角柱プリズム２５における遮光膜１７が形成される側面を一端とする厚みよりも薄く設定する。支持部材３１の第２主面３１ｂ側に、取付孔３１ｃを覆う押さえ部材３３を配置した状態として遮光膜１７を形成する。

上記構成によれば、金属マスク３２に対して四角柱プリズム２５を強く密着させた状態で遮光膜１７を成膜することができる。これにより、膜材料が金属マスク３２と四角柱プリズム２５との間に回り込むことが抑制されて、成膜／非成膜の境界部分をより明確に形成することができる。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・遮光膜１７に形成される窓部（第１窓部１７ａ又は第２窓部１７ｂ）の形状、大きさ、形成位置は、特に限定されるものではなく、光信号の光路に応じて適宜、設定することができる。

・窓部（第１窓部１７ａ又は第２窓部１７ｂ）を有する遮光膜１７に加えて、窓部を有さない遮光膜１７を備える構成としてもよい。例えば、本体部１１の第３側面１４に設けられた遮光膜１７を、窓部を有さない遮光膜としてもよい。

・遮光膜１７は、本体部１１の側面のうちの少なくとも一面に設けられていればよい。例えば、本体部１１の全ての側面に遮光膜１７が設けられた構成としてもよいし、本体部１１の第１側面１２及び第２側面１３のみ、又は第１側面１２及び第３側面１４のみに遮光膜１７が設けられた構成としてもよい。また、本体部１１の側面に加えて、本体部１１の端面に遮光膜１７を設けてもよい。

・第１窓部１７ａを有する遮光膜１７が設けられる本体部１１の側面について、反射防止膜１６は、少なくとも第１窓部１７ａとなる位置に設けられていればよい。例えば、当該側面における第１窓部１７ａに重なる位置のみに反射防止膜１６を設ける構成としてもよい。

・本体部１１の側面のうち、反射防止膜１６が設けられた第１窓部１７ａを有する遮光膜１７、及び反射防止膜１６が設けられていない第２窓部１７ｂを有する遮光膜１７が設けられる側面は特に限定されるものではなく、光学素子１０の用途に応じて適宜、設定することができる。例えば、本体部１１の複数の側面に設けられた遮光膜１７の全てを、第１窓部１７ａを有する遮光膜１７としてもよいし、第２窓部１７ｂを有する遮光膜１７としてもよい。

・成膜治具３０について、支持部材３１の厚みＬを、四角柱プリズム２５における遮光膜１７が形成される側面を一端とする厚み以上としてもよい。この場合には、例えば、押さえ部材３３における四角柱プリズム２５の上となる位置に磁石３４を置く等して、押さえ部材３３からの押圧力が四角柱プリズム２５に伝わりやすくすることが好ましい。また、磁石３４が押さえ部材３３を兼ねる構成であってもよい。

・成膜治具３０について、磁力により金属マスク３２を支持部材３１に固定可能な構成であれば、磁石の配置を変更してもよい。例えば、支持部材３１の内部に磁石３４を配置してもよい。

１０…光学素子、１１…本体部、１２〜１５…第１〜第４側面、１６…反射防止膜、１７…遮光膜、１７ａ…第１窓部、１７ｂ…第２窓部、２０…光通信モジュール、２１…光合分波器、２２…受光部、２３…受光部材、２４…三角柱プリズム、２５…四角柱プリズム、３０…成膜治具、３１…支持部材、３１ａ…第１主面、３１ｂ…第２主面、３１ｃ…取付孔、３２…金属マスク、３３…押さえ部材、３４…磁石。

Claims (7)

1. 並列する複数の光信号の光路に配置して用いられる光学素子であって、
   直方体状のプリズムからなる本体部を備え、
   前記本体部の側面のうちの少なくとも一面には、遮光膜が設けられ、
   前記遮光膜には、前記光信号を通過させる窓部が前記側面の長手方向に複数、設けられていることを特徴とする光学素子。
2. 前記遮光膜は、光の吸収率が２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記窓部には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
4. 前記本体部は、一対の三角柱状のプリズムを接合してなり、
   前記遮光膜は、前記光信号の入射側となる第１側面と、前記第１側面の反対側に位置する第２側面と、その他の側面の一方である第３側面とに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記第１側面及び前記第２側面に設けられる前記遮光膜は、反射防止膜が設けられた第１窓部を有する遮光膜であり、
   前記第３側面に設けられる前記遮光膜は、反射防止膜が設けられていない第２窓部を有する遮光膜であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
6. 請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、
   板厚方向に貫通する取付孔を有する板状の支持部材の前記取付孔に、前記本体部を構成するプリズムを挿入し、
   前記支持部材の一方の主面側に金属マスクを配置するとともに、磁力により前記金属マスクを前記支持部材に固定した状態として、前記遮光膜を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
7. 前記支持部材の厚みを、前記本体部を構成するプリズムにおける前記遮光膜が形成される側面を一端とする厚みよりも薄く設定し、
   前記支持部材の他方の主面側に、前記取付孔を覆う押さえ部材を配置した状態として前記遮光膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。