JP2018205398A - 光学素子、及び光学素子の製造方法 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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、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。
(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。
・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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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