JP3677593B2 - 光分波器及びその調心組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に波長多重光通信に用いる光分波器及びその調心組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光分波器の組立に際しては、先ず、光軸高さを合わせるために各種光学部品をジグに接着固定し、次に前記ジグに接着固定された各種光学部品を平面基板上でアクティブアライメントによって調心固定し、最後に各種光学部品を保持するジグを固定している平面基板を、ステンレスやアルミなどの不透明のケースの内部に収めていた。また、別の方法として、一本の金属チューブの中に各種光学部品を挿入し、その不透明である金属チューブ内部で光学部品の位置を、例えば該金属チューブ端面の開口から内部に観察器具を挿入するか、或は該端面開口から内部を観察しながら、アクティブアライメントにより調心固定していた。ここで用語「アクティブアライメント」が意味することは、光を光路（＝ファイバ）中に入れつつ、光結合状態をモニタしながら微動して最適位置（光出力が最大になる位置）を探して調心・調整することである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来の技術における例えば前者では、各種光学部品の外径寸法のばらつきや、光軸高さを合わせるためのジグの機械加工のばらつき等によって、各種光学部品の光軸合わせが難しく、また、各種光学部品又は各種光学素子の面の角度を光軸に対して或は各種光学素子相互に対して所望の角度に設定することも難しかった。また、平面基板上に各種光学部品が接着固定された後でも、分波器の光軸に対して各種光学部品から成る構成が軸対称にならないため、温度変化や振動に対して、光学性能が不安定になり易い問題点があった。
【０００４】
また、後者の従来技術においては、各種光学部品単体をチューブ内部でアライメントする際に各種光学部品の光軸に対する角度ずれが生じ易く、接着固定後に設計通りの光学性能が得られ難い問題があった。また、不透明な金属製チューブであるが故に、該チューブの外部から該チューブ内部における各種光学部品を直接観察できないため、調心調整は勿論のこと、単に各種光学部品を所望の位置に機械的に調整配置することすら難しかった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目して為されたものである。その目的とするところは、従来より高精度な調心或は調整等に必要とされていたアクティブアライメントを実質的に省略することで、アクティブアライメントで必要とされる時間を短縮でき、各種光学部品が容易に且つ高精度にアライメントされている光分波器を低コストで提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に従った光分波器は、少なくとも、１本の入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子を構成要素とする光分波器であって、前記各構成要素がそれぞれ取り付けられた相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有する透明状チューブを備えて構成されている。特にこれら透明状チューブとしては中空円筒状であることが好ましい。
【０００７】
そして、入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子等の構成要素は、それぞれに対応する透明状チューブの、好ましくは端部に固定又は接着させる。
特に本発明に従った前記透明状チューブは、透明材、半透明材、並びに、着色された透明材から成る群の中から選択された１つで形成されていることを特徴としている。
【０００８】
透明状チューブとしては、チューブ相互が摺動自在であれば、その各外面がすり面とされていることも可能である。
【０００９】
更に透明状チューブは、その線膨張率が５０×１０^-7／℃以下であることが好ましい。また前記回折格子は反射型回折格子であって、透明状チューブと同一の材質から形成されていることが好ましい。
【００１０】
前記光分波器としては、前記入力ファイバからの光の前記コリメータレンズを介して前記回折格子で分波されてから、再度該コリメータレンズを介して収束された光を検出する検出器を更に備えて構成される。好ましくは、検出器は、入力ファイバが透明状チューブの端面部に接着されている位置と共役の位置に整合するように該端面部に取り付けられている。こうした検出器としては、前記回折格子によって各波長ごとになるように分波されて前記コリメータレンズでそれぞれ集光された集光スポットを検出する受光素子アレイを含むものである。
【００１１】
これらの光分波器においては、入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子の各種構成要素は、それぞれ別々である対応する透明状チューブに取り付けられて、光分波器を完成するには合計３本の透明状チューブが必要とされている。しかしながら本発明に従えば、入力ファイバを１本のチューブの端面に取り付け、それとは別の１本の透明状チューブの両端面部にコリメータレンズ及び回折格子をそれぞれ取り付けて、光分波器を完成するには合計２本のみの透明状チューブが必要となるだけで済む。
【００１２】
他方、本発明に従えば、少なくとも、１本の入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子を構成要素とする光分波器の調心組立方法が提供され、該調心組立方法としては、
前記各構成要素がそれぞれ取り付けられる相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有する複数の透明状チューブを準備する段階と、
前記各構成要素を前記透明状チューブの内の対応する透明チューブにそれぞれ取り付ける段階と、
前記透明チューブを軸線方向に相互に摺動自在に嵌合する段階と、
前記透明チューブ各々に対応する前記構成要素と関連させた基準点を設定し、所定の基準点間を所定値に設定すべく、前記透明チューブを相互に摺動して、前記光分波器の調心を為す段階と、
の諸段階を含むことを特徴としている。
【００１３】
この調心組立方法に従えば、上述した３本の透明状チューブを用いた場合の光分波器の調心組立に際しては、各構成要素がそれぞれ対応する透明状チューブに取り付けられた後、各透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整として、これら３本のチューブを相互に摺動して実行される少なくとも２箇所の基準点間の距離調整が必要とされる。また上述した２本の透明状チューブを用いた場合の光分波器の調心組立に際しては、各構成要素がそれぞれ対応するチューブに取り付けられた後、各透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整として、これら２本のチューブを相互に摺動して実行される少なくとも１箇所の基準点間の距離調整が必要となるだけである。
【００１４】
【作用】
このようにして、本発明に従った光分波器においては、各種光学部品を個別に保持すべく透明チューブ又は半透明チューブの端面に対応する光学部品を接着或は固定した上で、これらチューブを相対的に且つ摺動自在に内装或は外装させ、チューブ間の相互的な摺動によって各種光学部品の相互間隔を変更・調整し、各チューブの摺動的な回転により各種光学部品の相互角度を変更・調整しており、しかもそれらの変更・調整がこれらチューブ外部からの観察によるパッシブアライメント（光を光路に入れず、アライメント・マーカや基準面への当て込みや外部からの観察等によって、最適位置に調心・調整すること。）で可能とされている。これによって、従来でのアクティブアライメントによらずアライメント時間を短縮することができ、低コストで光分波器を提供できる。
【００１５】
同時に、各種光学部品が挿入されるチューブは光軸に対して軸対称な例えば中空円筒等のパッケージ形状とすることにより、接着固定後の温度変化や振動に対して、光学性能を安定させることができる。また回折格子の材質は透明チューブと同一の材質とし、線膨張率の差をなくすようにしており、これによって熱的安定性も図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
先ず本発明に従った基本的な光分波器の実施形態について以下に説明する。
本発明に従った光分波器は、１本の入力ファイバと、コリメータレンズと、回折格子とを構成要素として備える共に、前記各構成要素がそれぞれ固定又は接着された、相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有する透明或は半透明のチューブを備えて構成されている。この光分波器では、入力ファイバの開口端が、前記コリメータレンズの焦点面上に配置されている一方で、前記回折格子が、入力ファイバから発せられコリメータレンズから入射する光に対する回折光を前記コリメータレンズに反射し返し、前記コリメータレンズの焦点面に集光するが如く角度に設置されている。こうして、光分波された光が焦点面上で集光した光は、同焦点面上に入力ファイバと共役な位置に接着或は固定された独立封止パッケージに実装された受光素子アレイ、或は、ファイバ・アレイでモニタ或は検出される。
【００１７】
特に上述の構成において、チューブは軸線方向に相互に嵌合或は相互に内装或は外装されて、光軸に対応する軸線方向相互に摺動自在となるような内径及び外径を有する中空円筒部材であり、対応するチューブの端面にそれぞれ接着された各種構成要素の基準点間の例えば距離を透明状のチューブ外部から測定することによって、前記素子間の空間的な間隔を短時間で正確に設定することが可能となっている。また、分波器の光軸に対して、パイプ等のチューブを軸対称とすることによって、温度や振動などの外乱に対して各種構成要素の相対的な位置関係を安定化して、分波器の組立コストの低減と光学性能の外乱に対する安定化を図っている。
【００１８】
次に、本発明の好適実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の好適実施例に係る光分波器１００を示す概略斜視図である。図１に示されるように、この光分波器１００は大きく分けて３つのチューブ、好ましくは中空円筒状チューブ５１，５２，５３を含む。単芯の入力ファイバ１は透明のファイバ実装用のチューブ５１の端面（同図中、紙面に向かって左側の端面）にファイバ固定用ウィンドウ５０及びファイバ連結部１０を介して固定されている。同様に、コリメータレンズ２はチューブ５２の端面（同図中、紙面に向かって右側の端面）に固定されている。更に、回折格子３はチューブ５３の端面（同図中、紙面に向かって右側の端面）に回折格子固定用ウィンドウ５４を介して固定されている。この実施例では、チューブ５２の両側部がチューブ５１，５３でそれぞれ外装されており、チューブ５２の外径とチューブ５１及び５３の内径とは、光軸方向に移動可能で且つ光軸周りに回転可能であるように、各チューブが相互にガタなく摺動できる寸法に加工されている。
【００１９】
外部の入力用の光ファイバ１からチューブ内部に導入されて、該ファイバの開口数に応じて広がった発散光束１０１はコリメータレンズ２に到達し、平行光束１０２に変換されてから回折格子３に到達する。回折格子３の波長分散特性に応じて波長ごとに分離された光束１０３は、コリメータレンズ２によって分波波長ごとに収束光束１０４に変換され、コリメータレンズ２の焦点に一致するウィンドウ５０の端面上で波長ごとに集光して該端面上に一列に並列される。この波長ごとの集光点と複数の受光素子から成る受光素子アレイ４の各受光素子がそれぞれ対応するように該受光素子アレイ４はウィンドウ５０の端面上に固定されている。
【００２０】
このような構成において、従来技術では光ファイバ１に光を入射させて、受光素子アレイ４の出力が最大になるようにＸ軸、Ｙ軸、並びに、Ｚ軸の各軸に沿っての各種光学部品の移動調整、及び／或は、θ_Z軸（光軸又はＺ軸）周りの各種光学部品の回転角度調整が為され、これら４軸に関して各種光学部品をアクティブにアライメントしていた。
【００２１】
しかしながら、本実施例では、外部から光学顕微鏡やＣＣＤカメラで観察してチューブ５２端面（入力ファイバ１に対するコリメータレンズ２のチューブ５２上での調整用基準点）とチューブ５１端面（コリメータレンズ１に対する入力ファイバ１のチューブ５１上での調整用基準点）の距離２０１、及び、チューブ５２端面（回折格子３に対するコリメータレンズ２のチューブ５２上の調整用基準点）とチューブ５３端面（コリメータレンズ２に対する回折格子３のチューブ５３上での調整用基準点）の距離２０２を設計値通りにチューブ相互を摺動することによって、パッシブアライメントで設定できる。
【００２２】
従来のアクティブアライメントとは異なり、実際に光出力が最大となっているか否か測定することなく、アライメントを単なる位置合わせ精度で代用するパッシブアライメントでは、いかに調心し易い仕組みを考え、且つ、調心位置と光出力最大位置との差がないようにするかがポイントとなる。本発明は上述した簡単な構成によってパッシブアライメントを巧妙に取り入れ、その効果を発揮できるものである。
【００２３】
因みに、回折格子３の傾きに関しては、その傾きを同じく光学顕微鏡やＣＣＤカメラの焦点位置で検出してθ_Zを設定した上で固定できるため、受光素子アレイ４をＸ、Ｙの２軸でアクティブにアライメントするだけで光分波器としての所望の光学性能を短時間の内に容易に為すことができる。
【００２４】
尚、チューブ５１，５２，５３は、互いの摺動時の傷や摩耗やスラッジの発生を抑止するため、透明且つ硬質な同一材料で形成することが好ましく、温度変化に対しても無調整で光学特性を維持できることから、例えばパイレックスガラスや石英ガラス等の、膨張係数が５０×１０^-7/℃以下である透明又は半透明材料であることが望ましい。また、チューブ５１，５２，５３に対する外光の影響を避けるため、それらチューブが着色されていたり、加工コストを低減するためにスリ面であってもかまわない。即ち、任意の波長において、外部からチューブ端面が観察できる構成であればよい。また、ヒートショック等による熱応力が発生して、回折格子が変形しないように、回折格子３、回折格子固定用ウィンドウ５４、並びに、チューブ５１，５２，５３の材質は同一であることが望ましい。但し、回折格子固定用ウィンドウ５４については、それが連結されている回折格子３及びチューブ５３との間に膨張係数に関して差があるとしても軸対称に引っ張り応力や圧縮応力がかかる構造であり、そのウィンドウ面の傾きが変化する（それ故の回折格子の傾きが変化）などの影響を受けにくい構造になっているため、必ずしも回折格子３及びチューブ５３と同一材質とすることはない。因みに、入力ファイバ固定用ウィンドウ５０を石英ガラスで製作し、他のウィンドウ５４及び／或はチューブ５１，５２，５３をパイレックスで製作することが可能であり、それによって、入力ファイバ１の屈折率とウィンドウ５０の屈折率とを同等とすることができ、またそれらの間に介在することになる接着樹脂として、その屈折率が入力ファイバ１及びウィンドウ５０の屈折率と同等なものを用いれば、入力ファイバ１へのバックリフレクションを小さくできる長所がある。更には、本実施例ではコリメータレンズ２が取り付けられたチューブ５２の両端部分に、入力ファイバ１が取り付けられたチューブ５２と回折格子３が取り付けられたチューブ５３とがそれぞれ外装され、チューブ５１，５３の内径とチューブ５２の外径とが相互に摺動できる構成としたが、逆の構成でも問題はなく、外側から観察できる構造であればよい。
【００２５】
次に図２は、本発明の第２実施例に係る光分波器２００を示す概略斜視図である。この図２に示された第２実施例に係る光分波器２００の主な特徴は、図１に示された第１実施例に係る光分波器１００における受光素子アレイ４の代わりに、ファイバ実装用チューブ５６の端面におけるファイバ固定用ウィンドウ５５上に固定されたファイバ・アレイ基板５７の入力光ファイバ１が固定された面とは対向する面にテープ・ファイバ４０を配列固定したことである。（ここで、テープ・ファイバとは、光ファイバ素線を４本、８本、或は、１２本程度一列に密着して並べ、全体を樹脂被覆して１本の中に複数のファイバ素線が一列に配列されたものを云う。）更に、コリメータレンズ２及び回折格子３を、チューブ５６内に内装される単一チューブであるチューブ５８の両端面にそれぞれ固定したことである（但し、回折格子３に関してはチューブ５８の端面におけるウィンドウ５９上に固定されている）。
【００２６】
この第２実施例では、光学系の構成は図１の第１実施例と同一であるが、回折格子３及びコリメータレンズ２を単一チューブ５８の両端面に固定することによって、回折格子３とコリメータレンズ２の間隔が単一チューブ５８の長さで固定され調整できないものの、アライメント固定するチューブを３個から２個にできるため、アライメントがより簡単に行えるようになっている。即ち、上述した第１実施例での３本の透明状チューブを用いた場合の調心組立に際しては、各構成要素がそれぞれ対応する透明状チューブに取り付けられた後、各透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整として、それら３本のチューブを相互に摺動して実行される少なくとも２箇所の基準点間（２０１，２０２）の距離調整が必要とされる。他方、この第２実施例での２本の透明状チューブを用いた場合の調心組立に際しては、各構成要素がそれぞれ対応するチューブに取り付けられた後、各透明状チューブの基準点間の例えば距離の調整として、これら２本のチューブを相互に摺動して実行される少なくとも１箇所の基準点間（２０３）の距離調整が必要となるだけである。
【００２７】
尚、図１及び図２における各回折格子３部分は対応するチューブ５３或は５８内部にあるために破線で描くべきであるが、図示の明瞭化のみの目的のために実線で描いてある。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、各光学部品の各々をそれぞれ保持する透明或は半透明のチューブの端面に固定或は接着し、各構成要のそれぞれ対応するチューブ上での基準点を利用して、光学部品の任意対の間の、光軸に沿っての距離及び光軸周りにわたる角度を、各チューブ相互の（回転を含む）摺動を用いて、それぞれ外部からの観察によるパッシブアライメントで可能とすることによって、従来のアクティブアライメントで必要とされていたアライメント時間を短縮し、光分波器を低コストで提供することできる。同時に光軸に対して軸対称な中空円筒等のパッケージ形状とすることにより、接着固定後の温度変化や振動に対して光学性能を安定させると共に、回折格子と対応するチューブの材質を選択することによって熱的安定性を保持することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る光分波器を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施例に係る光分波器を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 単芯光ファイバ
２ コリメータレンズ
３ 回折格子
４ 受光素子アレイ
４０ テープファイバ
５０ ファイバ固定用ウィンドウ
５１，５６ ファイバ実装用チューブ
５２ コリメータレンズ実装用チューブ
５３ 回折格子実装用チューブ
５８ 回折格子及びコリメータレンズ実装用チューブ

Claims (14)

1. 少なくとも、１本の入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子を構成要素とする光分波器であって、前記各構成要素がそれぞれ取り付けられた相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有する透明状チューブを備えることを特徴とする光分波器。
2. 前記透明状チューブが中空円筒状であることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
3. 前記構成要素が、それぞれ、対応する前記透明状チューブの端面部に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
4. 前記透明状チューブが、透明材、半透明材、並びに、着色された透明材から成る群の中から選択された１つで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
5. 前記透明状チューブが、その各外面をすり面としていることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
6. 前記透明状チューブが、線膨張率が５０×１０^-7／℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
7. 前記回折格子が、前記透明状チューブと同一の材質から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
8. 前記入力ファイバからの光の前記コリメータレンズを介して前記回折格子で分波されてから、再度該コリメータレンズを介して収束された光を検出する検出器を更に備え、前記入力ファイバが前記透明状チューブの端面部に固定されている位置と共役の位置に整合するように前記検出器が取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載の光分波器。
9. 前記検出器が、前記回折格子によって分波されてから前記コリメータレンズでそれぞれ集光された集光スポットを検出する受光素子アレイを含むことを特徴とする、請求項８に記載の光分波器。
10. 前記入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子の各種構成要素が、それぞれ別々である対応する透明状チューブに取り付けられて、合計３本の透明状チューブが必要とされていることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
11. 前記コリメータレンズが取り付けられた前記チューブの両端部に、前記入力ファイバが取り付けられた前記チューブと前記回折格子が取り付けられた前記チューブとがそれぞれ外装されていることを特徴とする、請求項１０に記載の光分波器。
12. 前記入力ファイバが前記チューブの内の１本のチューブの端面に取り付けられ、前記コリメータレンズ及び前記回折格子が前記チューブの内の別の一本のチューブの両端面部にそれぞれ取り付けられて、合計２本の透明状チューブが必要とされていることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
13. 前記コリメータレンズ及び前記回折格子が取り付けられた前記チューブに、前記入力ファイバが取り付けられた前記チューブが外装されていることを特徴とする、請求項１２に記載の光分波器。
14. 少なくとも、１本の入力ファイバ、コリメータレンズ、並びに、回折格子を構成要素とする光分波器の調心組立方法であって、
    前記各構成要素がそれぞれ取り付けられる相互に独立すると共に軸線方向に相互に嵌合して摺動できるような内径及び外径を有する複数の透明状チューブを準備する段階と、
    前記各構成要素を前記透明状チューブの内の対応する透明チューブにそれぞれ取り付ける段階と、
    前記透明チューブを軸線方向に相互に摺動自在に嵌合する段階と、
    前記透明チューブ各々に対応する前記構成要素と関連させた基準点を設定し、所定の基準点間を所定値に設定すべく、前記透明チューブを相互に摺動して、前記光分波器の調心を為す段階と、
    の諸段階を含むことを特徴とする光分波器の調心組立方法。

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