JP4311579B2 - 光モジュール及び光波長合分波装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、光通信分野において、中継局に向けて幹線から信号光を分岐したり、中継局からの信号光を幹線に挿入したりする光波長合分波装置及びそれに利用される光モジュールに関する。
波長分割多重(WDM)を用いた光通信において、特定波長の信号を中継局に分岐したり特定波長の信号を中継局から挿入したりする目的で用いられる装置として、特許文献1に開示されているような光分岐挿入装置が知られている。
この光分岐挿入装置は、図17に示すように、入力用光伝送路1から入力される波長多重光を各波長の光に分波する光分波器3と、一旦分波された各波長の光を合波して出力伝送路2へと送るための光合波器4とを有している。この光分岐挿入装置には、また、光分波器3で分波された各波長の光を中継局8の受信機7へ分岐した上で中継局8の送信機6より送信された信号を新たに挿入するか、あるいは、光分波器3で分波された各波長の光をそのまま光合波器4に透過させるかを選択するための光スイッチ5が、各波長の光路に対応して複数個備えられている。
このような分岐挿入装置において、光分波器3あるいは光合波器4には、波長選択フィルタやレンズ等を光ファイバからの出射光路上に固定し、多波長信号から単波長成分を分離する機能、あるいは、単波長成分を多波長信号に挿入する機能を持たせたフィルタモジュールが使用されることが多い。
このようなフィルタモジュールは、例えば、特許文献2や特許文献3に記載されているように、レンズと光ファイバからなるコリメータを、波長選択フィルタを挟んで、対向させて配置した構成をなしている。
一般には、このようなフィルタモジュールにおいては、波長選択フィルタ、レンズ、及び光ファイバが、光軸調整された状態で共通の筒状の筐体に挿入固定されている。このようなモジュールは、一般に、Add/Drop Multiplexer(ADM)と呼ばれている。
図17の光分岐挿入装置における光分波器3や光合波器4は、複数の波長について同様の合波あるいは分波を行う必要があるため、異なる波長分離特性を有する上記フィルタモジュール単体を複数個用い、これらの信号入出射端の光ファイバを順次融着などの方法で接続することにより構成されている。このようなモジュールは一般に「Mux/DeMux」と呼ばれている。光分波器3あるいは光合波器4に入力される光は、上記フィルタモジュールの複数を順次通過することによって、各波長に分波されるか、あるいは、各波長の光が順次合波されるようになされている(例えば、特許文献4等参照)。なお、順次接続された複数個の上記単体モジュールは、単体のケースに装着されているのが一般的である。
また、これとは別に、ファイバ端面を光軸に対して垂直にしたコリメータの構成としてグレーデッドインデックス(GI)ファイバを利用する構造が知られている(例えば、特許文献5参照)。
特許文献1:特開2000-183816号公報
特許文献2:特表平10-511476号公報
特許文献3:特開平10-311905号公報
特許文献4:特開平11-337765号公報
特許文献5:特開2003-43270号公報
ところで、上述したフィルタモジュールを用いた光分岐挿入装置においては、光通信に使用するチャンネル数が多くなればなるほど、それに対応して単体のフィルタモジュールの使用個数を増やす必要がある。そのため、原材料部品価格が、単体のフィルタモジュール価格の倍数以上となってしまう。また、フィルタモジュールの入出力端の光ファイバを融着する工程を有するため、工程が煩雑でコスト高になると共に、融着接続時の軸ずれに起因する接続損失が生じてしまう。更に、単体のフィルタモジュールは筐体内に固定された構造をなしているため、機能部分以外の無駄な体積を要し、チャンネルの増大に伴って必要な部品体積も同様に拡大する、等の問題があった。
本発明者らは、これらの問題を解消するため、フィルタモジュールの筐体である外装体を無くし、上述したような各構成部品を単一基板上に固定し、部品間を光が空間伝搬する構成とすることにより、無駄な部品を使わず、必要最小限の体積で、光モジュールの低価格化、小型化、低損失化を図ることを試みた。
しかし、実際にモジュール内の要素部品を分離して基板上に配置する場合、各部品からの出射光に光軸ずれが発生し、光結合が容易に行えず、期待した性能を得ることができないということが判明した。
この、光軸ずれの要因としては、
(1)反射損失低減を目的とするため、光ファイバと屈折率分布型レンズ等の端面を斜め端面としていること;
(2)出射光の光軸とレンズの光軸にずれが生じていること;
(3)波長選択フィルタである誘電体多層膜フィルタの基板を光が透過する際に光軸がずれること;
などが考えられる。
(1)について詳細を説明すると、近年の光通信分野では、光源として、分布帰還型レーザが一般的に用いられており、この種のレーザ光源はファイバ内を逆行し光源まで到達する所謂戻り光により、レーザ発振が不安定になり易く、結果として出力パワーの変動が生じ易いという特徴がある。即ち、反射光の増大、言い換えると、反射損失が小さい場合は、戻り光が大きいことを意味し、出力パワーの変動を増大させることになる。
一般的に、ファイバコリメータにおいて、前述したレーザ光源の出力変動を無視できる程度の大きさに抑制するためには、次の(1)式に示す端面反射損失として、50dB以上が要求されている。
端面反射損失=−10×log(IR /IO ) … (1)
但し、IR は反射光量、IO は入射光量を示す。
現状で反射損失を得るための方法として、ファイバ端面を光軸に対し斜めにする方法が用いられており、このタイプの光ファイバ端末は、ファイバをガラスキャピラリに挿入して、キャピラリごと端面に4°〜8°程度の角度を付けて平面研磨することで得られる。これにより、端面における反射光はクラッドモード(clad mode )となって減衰するため、反射損失を大きくとることができ、更に表面のARコーティングと合わせて、反射損失60dB以上を得ることができる。この方法は極めて簡便な方法であるため、これまで主流の方式である。
図18に現在主流の製法、即ち、ファイバピグテイル11と屈折率分布レンズ12との組み合わせで作製されたコリメータを示す。上に述べられている理由により、ピグテイル11及びレンズ12の各端面には約8°の角度が付けられており、これが原因で、出射光は入射光の位置に比して、位置ずれδと角度ずれθが発生する。特に角度ずれθによる光軸ずれ量は、図19に示すように結合距離Lが離れるほど大きくなる。従って、同一直線上にあるV溝等に設置されたコリメータ対は、その間隔が数mm以上離れると、光結合がほとんど0(ゼロ)となってしまう。
上記のような光路ずれをなくすためには、光ファイバ端末及びレンズ端面を全て光軸に対して垂直にすればよい。しかしこの場合、端面反射は全て戻り光として反映されてしまうことになる。ガラス端面と空気の屈折率差で生じる反射損失は14.7dBであり、これに良好なARコーティング(R<0.2%:27dB)を施したとしても、端面での反射損失は約42dB程度であり、50dB以上という上記の要求仕様は達成できないことになる。
この点について、特許文献5に示される構造は、集光機能を有する光ファイバ端部構造であって、ビームウエスト距離とビームウエスト径とをそれぞれ所望の値に設定でき、つまりそれらを互いに独立して可変できる光ファイバ端部構造を提供できると言われているが、同様に一般的に要求される反射減衰量を確保することができないという問題がある。
次に(2)について説明すると、コリメートレンズとして通常の屈折率分布レンズを用いた場合は上記の理由により光軸が曲がるが、このレンズに変えて球面レンズ、非球面レンズ、球面加工を施した屈折率分布レンズ等を用いた場合、一般的に偏芯と呼ばれるレンズの外径中心に対するレンズ部分の曲率中心にずれを持っており、また、ファイバを被うキャピラリの外径とレンズの外径の公差によって、ファイバ光軸とレンズ光軸が一致しない。
以上のような理由により偏芯の存在するレンズを用いた場合では、仮にファイバ端面とレンズ端面が光軸に対して垂直になっていた場合でも、以下の出射角度θが生じてしまう。
tanθ=e/f …(2)
但し、eは偏芯量、fは焦点距離を示す。
同様に仮にファイバ端面とレンズ端面が光軸に対して垂直になっていた場合でも、キャピラリの外径とレンズの外径の差が数ミクロンあった場合、以下の出射角度θが生じる。
tanθ=d/(2・f) …(3)
但し、dは外径の差。
実際には、偏芯と外径の差が同時に存在し、光軸ずれが増加するため、V溝上にこれらのレンズを配置しても十分な光結合を得ることができない。
次に(3)について説明すると、波長選択フィルタ等の干渉フィルタは、図20に示すように、通常有限の厚みを持つガラス基板15上に成膜を施すことで作製されており、発生する膜圧に対する破壊を免れるために約1mm程度の厚みを持っている。屈折率n1の媒質1から厚みhを持つ屈折率n2の媒質2に入射角θで入射した光の平行位置ずれ量δ(=媒質2が無い場合に通るべき光路と実際の光路との差)は、次式(3)で示すことができる。

図21は、様々な厚み(0.5〜1.5mm)を持つ基板を図19のように光が通過するときの、光軸のずれ量δ(μm)と入射角θ(Degree)との関係を示している。この図に示すように、基板の厚みと入射角に依存して光軸ずれが発生するので、干渉フィルタ挿入前に予めコリメータ対の光結合を行った状態にしてあったとしても、フィルタを挿入するだけで、光路がずれ、損失が大幅に増大ないしは結合不可能となってしまう。
以上述べたように、従来の試みのように、同一基板上に形成した部品固定用の各V溝にただ単に各部品を平行に並べて配置しただけでは、現実的には、光軸ずれが大きく十分な光結合が得られないという問題があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、同一基板上にコリメータ及びフィルタ機能を有する光学素子を配置した小型で低挿入損失な光モジュールにおいて、実用上十分な反射減衰量を確保しながら、煩雑なアライメントを減らし、良好な光結合が得られる光モジュール、及び、それを使用した光波長合分波装置を提供することを目的とする。
第1の発明の光モジュールは、中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、前記コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合し、前記光ファイバの光軸上で前記コアレスファイバの他端面側にコリメータレンズを配置して構成した第1、第2の2組のファイバコリメータを、同一軸線上に位置するように1枚の基板上に形成した第1、第2の位置決め溝内に対向配置すると共に、それらのファイバコリメータの対向面間にフィルタ機能を有した光学素子を配置したことを特徴とする。
第2の発明の光モジュールは、第1の発明に記載の光モジュールであって、前記ファイバコリメータが、端面にコアレスファイバを接合した前記光ファイバの端末と、前記コリメータレンズとを、前記位置決め溝内に配置することにより構成されていることを特徴とする。
第3の発明の光モジュールは、第1の発明に記載の光モジュールであって、前記ファイバコリメータが、端面にコアレスファイバを接合した前記光ファイバの端末と、前記コリメータレンズとを、ガラス管内に配置することにより単体の光部品として構成されており、当該単体の光部品として構成されたファイバコリメータの前記ガラス管が、前記位置決め溝内に配置されていることを特徴とする。
第4の発明の光モジュールは、第1〜第3の発明のいずれかに記載の光モジュールであって、前記フィルタ機能を有する光学素子として、前記第1のファイバコリメータから入射される波長多重光のうち特定の波長帯域の光のみを前記第2のファイバコリメータに向けて透過し他波長の光を反射する分波機能と、前記第2のファイバコリメータから片面に入射されて透過する特定波長の透過光と他面から入射されて反射する他波長の反射光を第1のファイバコリメータへ向けて合波する合波機能と、を有する波長選択フィルタが設けられると共に、該波長選択フィルタと前記第2のファイバコリメータとの間に、光路補正板が設けられていることを特徴とする。
第5の発明の光モジュールは、第4の発明に記載の光モジュールであって、前記第1のファイバコリメータから入射され前記波長選択フィルタで反射される反射光の進路に、前記第1、第2のファイバコリメータと同様の構成を持つ第3のファイバコリメータを配置し、該第3のファイバコリメータを、前記基板上の前記第1、第2の位置決め溝と同一平面上に形成した第3の位置決め溝に配置して位置決めしたことを特徴とする。
第6の発明の光モジュールは、第5の発明に記載の光モジュールであって、前記第3の位置決め溝を前記第1、第2の位置決め溝と平行に形成し、その第3の位置決め溝に配置した前記第3のファイバコリメータと前記波長選択フィルタとの間に、前記第1のファイバコリメータと第3のファイバコリメータとの間で前記波長選択フィルタによる反射光を相互に結合させる光路補正手段を配置したことを特徴とする。
第7の発明の光モジュールは、第5または第6の発明に記載の光モジュールであって、前記第1のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる波長多重光を前記波長選択フィルタに対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、前記第2のファイバコリメータを、前記波長選択フィルタに入射され透過した特定波長帯域の光を外部に取り出すための分岐光用コリメータとし、前記第3のファイバコリメータを、前記波長選択フィルタに入射され反射した特定波長帯域以外の光を外部の出力用光伝送路へ送り出すための出力用コリメータとして利用することで、波長多重光を分波する光波長分波装置を構成したことを特徴とする。
第8の発明の光モジュールは、第5または第6の発明に記載の光モジュールであって、前記第3のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる前記特定の波長帯域以外の光を前記波長選択フィルタの表面に対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、前記第2のファイバコリメータを、特定の波長帯域の光を前記波長選択フィルタの裏面に対し挿入光として入射させる挿入光用コリメータとし、前記第1のファイバコリメータを、前記波長選択フィルタにて反射する入力光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路へ伝送する出力光用コリメータとして利用することで、光波長合波装置として構成したことを特徴とする。
第9の発明の光モジュールは、入射光の中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、片面から入射されて透過する特定波長の透過光と他面から入射されて反射する他波長の反射光を合波する合波機能とを有する波長選択フィルタを、前記特定波長を異ならせて複数装備すると共に、前記複数の波長選択フィルタを、光の進行方向の上流側から下流側に向かって順番にフィルタの反射光が入射するように配置し、最上流の波長選択フィルタへの入射光の光路上と、各波長選択フィルタの透過光の光路上と、最下流の波長選択フィルタの反射光の光路上と、にそれぞれコリメータを配置し、それら各コリメータとして、中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、前記コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合し、前記光ファイバの光軸上で前記コアレスファイバの他端面側にコリメータレンズを配置して構成したファイバコリメータを使用し、これらファイバコリメータを、光の合分波順序に従って1枚の基板の一方側と他方側に交互に、且つ前記波長選択フィルタを含む光学素子の配置スペースを挟んで対向配置すると共に、各ファイバコリメータを、前記基板上の同一面内に形成した位置決め溝内に配置して位置決めし、更に、前記基板の一方側と他方側で波長選択フィルタを介して対向する関係にあるファイバコリメータの少なくとも1組を、同一軸線上に形成した位置決め溝に配置すると共に、両ファイバコリメータ間の光路上に光路補正板を配置したことを特徴とする。
第10の発明の光モジュールは、第9の発明に記載の光モジュールであって、前記すべての位置決め溝を互いに平行に形成し、平行に形成することで光路補正の生じた箇所に光路補正手段を介在させたことを特徴とする。
第11の発明の光モジュールは、第9または第10の発明に記載の光モジュールであって、分波器として使用するときの光の進行方向の最上流のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる波長多重光を最上流の波長選択フィルタに対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、最下流のファイバコリメータを、最下流の波長選択フィルタで反射した光を外部の出力用光伝送路へ送り出すための出力用コリメータとし、それ以外のファイバコリメータを、各波長選択フィルタで透過した光を外部に取り出すための分岐光用コリメータとして利用することで、波長多重光を多段に分波する光波長分波装置を構成したことを特徴とする。
第12の発明の光モジュールは、第9または第10の発明に記載の光モジュールであって、合波器として使用するときの光の進行方向の最上流のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる光を最上流の波長選択フィルタの表面に対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、最下流のファイバコリメータを、最下流の波長選択フィルタで反射する反射光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路へ伝送する出力光用コリメータとし、それ以外のファイバコリメータを、各波長選択フィルタの裏面に対し各フィルタごとの特定の波長帯域の挿入光を入射させる挿入光用コリメータとして利用することで、光波長合波装置として構成したことを特徴とする。
第13の発明の光モジュールは、第1〜第3の発明のいずれかに記載の光モジュールであって、前記フィルタ機能を有する光学素子として、前記第1のファイバコリメータから入射される波長多重光のうち特定の波長帯域の光のみを前記第2のファイバコリメータに向けて透過し他波長の光を反射する分波用の波長選択フィルタを設ける共に、該波長選択フィルタと前記第2のファイバコリメータとの間に光路補正板を設け、
前記第1のファイバコリメータから入射され前記分波用の波長選択フィルタで反射される反射光の進路に、分波用の波長選択フィルタからの反射光を更に自身の表面で反射すると共に自身の背面から入射されて透過する透過光を前記表面での反射光に合波させる合波用の波長選択フィルタを配置し、前記第1のファイバコリメータから入射され前記分波用の波長選択フィルタで反射され更に前記合波用の波長選択フィルタの表面で反射される反射光の進路に、前記第1、第2のファイバコリメータと同様の構成を持つ第3のファイバコリメータを配置すると共に、前記合波用の波長選択フィルタの背面側に、当該合波用の波長選択フィルタの背面に対して透過可能な波長帯域の光を入射させる、前記第1、第2のファイバコリメータと同様の構成を持つ第4のファイバコリメータを配置し、前記第3、第4のファイバコリメータをそれぞれ、前記基板上の前記第1、第2の位置決め溝と同一平面内に形成した第3、第4の位置決め溝に配置して位置決めしたことを特徴とする。
請求項14の発明の光モジュールは、請求項13に記載の光モジュールであって、前記分波用の波長選択フィルタと合波用の波長選択フィルタとを、同一波長の光のみを透過する同特性の波長選択フィルタとしたことを特徴とする。
第15の発明の光モジュールは、第13または第14の発明に記載の光モジュールであって、前記第3、第4の位置決め溝を同一軸線上に位置するように形成し、それら第3、第4の位置決め溝内に、前記合波用の波長選択フィルタを挟んで対向するよう前記第3、第4のファイバコリメータをそれぞれ配置して位置決めし、更に、前記第4のファイバコリメータと合波用の波長選択フィルタとの間に光路補正板を配置したことを特徴とする。
第16の発明の光モジュールは、第15の発明に記載の光モジュールであって、前記第1、第2の位置決め溝と前記第3、第4の位置決め溝とを互いに平行に形成し、前記第1の位置決め溝と第4の位置決め溝とを前記基板の一方側に配置すると共に、前記第2の位置決め溝と第3の位置決め溝とを前記基板の他方側に配置し、基板の一方側と他方側との間に前記波長選択フィルタの配置スペースを設けたことを特徴とする。
第17の発明の光モジュールは、入射光の中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、裏面から入射されて透過する特定波長の透過光と表面から入射されて反射する他波長の反射光を合波する合波機能とを有する波長選択フィルタを2個を1組とし、且つ、各組ごとに前記特定波長を異ならせて複数組、基板上に装備すると共に、前記波長選択フィルタを、光の進行方向の上流側から下流側に向かって順番に波長選択フィルタの反射光が入射するように、且つ、各組の2個の波長選択フィルタが連続するように配置し、各組の2個の波長選択フィルタのうち上流側の波長選択フィルタは分波用のもの、各組の下流側の波長選択フィルタは合波用のものとし、
(a)最上流の分波用の波長選択フィルタへの入射光の光路上と、
(b)各組の上流側の分波用の波長選択フィルタの透過光の光路上と、
(c)各組の下流側の合波用の波長選択フィルタの背面への入射光の光路上と、
(d)最下流の合波用の波長選択フィルタの反射光の光路上と、
にそれぞれコリメータを配置し、それら各コリメータとして、中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、前記コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合し、前記光ファイバの光軸上で前記コアレスファイバの他端面側にコリメータレンズを配置して構成したファイバコリメータを使用し、これらファイバコリメータのうち、前記(b)各組の上流側の分波用の波長選択フィルタの透過光の光路上に位置するファイバコリメータ及び前記(d)最下流の合波用の波長選択フィルタの反射光の光路上に位置するファイバコリメータと、前記(a)最上流の分波用の波長選択フィルタの入射光の光路上に位置するファイバコリメータ及び前記(c)各組の下流側の合波用の波長選択フィルタの背面への入射光の光路上に位置するファイバコリメータとを、1枚の基板の一方側と他方側に、前記波長選択フィルタを含む光学素子の配置スペースを挟んで対向配置すると共に、各ファイバコリメータを、前記基板上の同一面内に形成した位置決め溝内に配置して位置決めし、更に、前記基板の一方側と他方側で波長選択フィルタを介して対向する関係にあるファイバコリメータの少なくとも1組を、同一軸線上に形成した前記位置決め溝に配置すると共に、両ファイバコリメータ間の光路上に光路補正板を配置したことを特徴とする。
第18の発明の光モジュールは、第17の発明に記載の光モジュールであって、前記各組の分波用の波長選択フィルタと合波用の波長選択フィルタとを、同一波長の光のみを透過する同特性の波長選択フィルタとしたことを特徴とする。
第19の発明の光モジュールは、第17または第18の発明に記載の光モジュールであって、前記すべての位置決め溝を互いに平行に形成し、平行に形成することで光路補正の生じた箇所に光路補正手段を介在させたことを特徴とする。
第20の発明の光モジュールは、第6、第10、第19の発明のいずれかに記載の光モジュールであって、前記光路補正手段として、ミラー、ジンバル機構を有したミラー、全反射プリズム、屈折型プリズムの少なくともいずれかを使用したことを特徴とする。
第21の発明の光モジュールは、第1〜第20の発明のいずれかに記載の光モジュールであって、前記位置決め溝として、V溝、丸溝、矩形溝、楕円溝のうちのいずれかを設けたことを特徴とする。
第22の発明の光モジュールは、第1〜第3の発明のいずれかに記載の光モジュールであって、前記フィルタ機能を有する光学素子として、入射される光の強度が波長に対して均一でない場合に、この強度を平坦化するように光強度を補正する利得等化フィルタを使用したことを特徴とする。
第23の発明の光モジュールは、第1〜第3の発明のいずれかに記載の光モジュールであって、前記フィルタ機能を有する光学素子として、入射される光の光量の一部分のみを取り出すためのフィルタを使用したことを特徴とする。
第24の発明の光波長合分波装置は、第7の発明に記載の光波長分波装置として構成された光モジュールと、第8の発明に記載の光波長合波装置として構成された光モジュールとを、対にして組み合わせたことを特徴とする。
第25の発明の光波長合分波装置は、第11の発明に記載の光波長分波装置として構成された光モジュールと、第12の発明に記載の光波長合波装置として構成された光モジュールとを、対にして組み合わせたことを特徴とする。
第1の発明によれば、先端にコアレスファイバを配することで光軸ずれを少なくし且つ十分な反射減衰量を実現できるようにした光ファイバ端末とコリメータレンズを組み合わせてファイバコリメータを構成し、そのファイバコリメータを、同一軸線上に位置するように1枚の基板上に形成した位置決め溝に配置したので、ファイバコリメータ間で容易に高効率の光結合を得ることができる。しかも、光路にフィルタ機能を有した光学素子を配置したので、入力光に所望のフィルタリングを施した出力光を低損失で得ることができる。また、各構成部品を共通基板上に固定し、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールの低価格化及び小型化を図ることができる。
第2の発明によれば、基板上の位置決め溝内で光ファイバ端末とレンズを位置合わせするので、部品点数が少なく低コスト化が可能である。
第3の発明によれば、予め光ファイバ端末とコリメータレンズをガラス管内に配置することでファイバコリメータを構成し、その上で、それを基板上の位置決め溝に配置するので、容易な組み立てが可能である。
第4の発明によれば、フィルタ機能を有する光学素子として波長選択フィルタを使用したので、入力光のうちの特定波長の光だけを出力側のファイバコリメータから取り出すことができる。
第5の発明によれば、波長選択フィルタで反射される反射光の進路に、第1、第2のファイバコリメータと同一平面上に並ぶ第3のファイバコリメータを配置したので、第1〜第3のファイバコリメータ間で容易に高効率の光結合を得ることができる。また、第1、第3のファイバコリメータを入出力ポートとし、第2のファイバコリメータを分岐挿入ポートとすることで、容易に低損失な1チャンネル型の光分波器または光合波器を得ることができる。特に、この場合、単一のモジュールは、光分波または光合波のどちらか専用として利用することになるから、合波のために波長選択フィルタに向けて挿入する挿入光が、分波された分岐光に僅かながらも反射して混入するといったおそれもない。
第6の発明によれば、第1〜第3の位置決め溝を平行に形成し、各位置決め溝にそれぞれファイバコリメータを配置し、必要な光路調整を光路補正手段(例えばミラーやプリズム)で行えばよいので、加工・組み立てが容易である。
第7の発明によれば、光波長分波装置を構成する場合の1チャンネル型の光分波器として簡単に利用することができる。
第8の発明によれば、光波長分波装置を構成する場合の1チャンネル型の光合波器として簡単に利用することができる。
第9の発明によれば、複数チャンネル型の光分波器または光合波器として利用することができる。しかも、通常は1チャンネル型の合分波器を複数連結することで作製していた複数波長合分波器を、同一基板上にコリメータや波長選択フィルタ等の各構成部品を集積配備し、部品間を光が空間伝搬するものとして構成しているので、無駄な部品を使わずに必要最小限の体積で、容易に小型且つ低損失な光波長合分波器を得ることができる。また、各コリメータとして、先端にコアレスファイバを配することで光軸ずれを少なくし且つ十分な反射減衰量を実現できるようにした光ファイバ端末とコリメータレンズの組み合わせよりなるファイバコリメータを使用するので、組み立てが容易であり、各ファイバコリメータ間で高効率の光結合を得ることができ、低損失な光合分波器を得るのに適した複数チャンネル型の光モジュールを提供することができる。特に、この場合、単一のモジュールは、光分波または光合波のどちらか専用として利用することになるから、合波のために波長選択フィルタに向けて挿入する挿入光が、分波された分岐光に僅かながらも反射して混入するといったおそれもない。
第10の発明によれば、すべての位置決め溝を平行に形成し、各位置決め溝にそれぞれファイバコリメータを配置し、必要な光路調整を光路補正手段(例えばミラーやプリズム)で行えばよいので、加工・組み立てが容易である。
第11の発明によれば、光波長分波装置を構成する場合の複数チャンネル型の光分波器として簡単に利用することができる。
第12の発明によれば、光波長合波装置を構成する場合の複数チャンネル型の光合波器として簡単に利用することができる。
第13の発明によれば、第1のファイバコリメータを入力ポート、第3のファイバコリメータを出力ポート、第2のファイバコリメータを分岐ポート、第4のファイバコリメータを挿入ポートとすることで、低損失な光波長合分波器として利用することができる。また、各構成部品を共通基板上に固定し、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールの低価格化及び小型化を図ることができる。更に、この発明では、単一のモジュールに、光分波用と光合波用の2枚の波長選択フィルタを設けているので、合波のために波長選択フィルタに向けて挿入する挿入光が、分波された分岐光に混入するといったおそれがない。
第14の発明によれば、単一のモジュールに、光分波用と光合波用の同一特性の2枚の波長選択フィルタを設けているので、第1のファイバコリメータを入力ポート、第3のファイバコリメータを出力ポート、第2のファイバコリメータを分岐ポート、第4のファイバコリメータを挿入ポートとすることで、低損失な1チャンネル型の光波長合分波器として利用することができる。
第15の発明によれば、第1と第2、第3と第4の位置決め溝をそれぞれ同一直線上に形成したので、加工・組み立てが容易である。
第16の発明によれば、第1と第2、第3と第4の位置決め溝を更に平行に形成したので、一層の加工の容易化と精度の向上を図ることができる。
第17の発明によれば、最上流のファイバコリメータを入力ポート、最下流のファイバコリメータを出力ポート、その他のファイバコリメータを分岐または挿入ポートとすることで、低損失な複数チャンネル型の光波長合分波器として利用することができる。また、各構成部品を共通基板上に固定し、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールの低価格化及び小型化を図ることができる。更に、この発明では、単一のモジュールに、光分波用と光合波用の2枚の波長選択フィルタを組にして設けているので、合波のために波長選択フィルタに向けて挿入する挿入光が、分波された分岐光に混入するといったおそれがない。
第18の発明によれば、単一のモジュールに、各特定波長ごとの光分波用と光合波用の2枚の波長選択フィルタを設けているので、合波のために波長選択フィルタに向けて挿入する挿入光が、分波された分岐光に混入するといったおそれがない。
第19の発明によれば、すべての位置決め溝を平行に形成し、各位置決め溝にそれぞれファイバコリメータを配置すればよいので、加工・組み立てが容易である。
なお、第20の発明のように、光路補正手段としては、ミラー、ジンバル機構を有したミラー、全反射プリズム、屈折型プリズムの少なくともいずれかを使用することができるし、第21の発明のように、位置決め溝として、通常使用するV溝以外に、丸溝、矩形溝、楕円溝等も使用することができるし、第22、第23の発明のように、フィルタ機能を有する光学素子として、波長選択フィルタの代わりに、入射される光の強度が波長に対して均一でない場合にこの強度を平坦化するように光強度を補正する利得等化フィルタや入射される光の光量の一部分のみを取り出すためのフィルタ等を使用することも可能である。
また、第24の発明のように、第7の発明の光モジュールと第8の光モジュールを組み合わせて1チャンネル型の光波長合分波装置を構成することもできるし、第25の発明のように、第11の発明の光モジュールと第12の光モジュールを組み合わせて複数チャンネル型の光波長合分波装置を構成することもできる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、最も基本的な構成である第1実施形態の光モジュールAについて、図1を参照して説明する。
<光モジュールA(第1実施形態)>
図1に示す光モジュールAは、第1、第2の2組のファイバコリメータ101、102を、1枚の基板50上に同一軸線上に位置するように形成した第1、第2の位置決め溝61、62内に対向配置すると共に、それらのファイバコリメータ101、102の対向面間にフィルタ機能を有した光学素子70と光路補正板80とを配置し、各部品間で光が空間伝播するように構成したものである。
基板50の中央には、上面を左右両側よりも一段凹ませた光学素子配置面(光学素子配置スペース)51が確保されており、その両側には、光学素子配置面51よりもやや高いままに残されたコリメータ配置面52、53が確保されている。両側のコリメータ配置面52、53は同一面内にあり、光学素子配置面51とコリメータ配置面52、53は、共に平坦な平行な平面として形成されている。そして、各コリメータ配置面52、53上に、位置決め溝61、62としてV溝が通しで加工されている。
なお、以降に述べる各実施形態においても、中央の光学素子配置面51と、その両側のコリメータ配置面52、53との関係は、寸法の違いこそあるものの、機能的には全く同様のものである。従って、特に個別には説明しない。
この光モジュールAは、外部入力用光ファイバ1001から第1のファイバコリメータ101を通して入力された入力光を、フィルタ機能を有する光学素子70でフィルタリングして、第2のファイバコリメータ102を通して外部出力用光ファイバ1002に出力する機能を有したモジュールであり、詳細は以下のように構成されている。
まず、基板50はガラス基板よりなり、2つの位置決め溝61、62は、左右のコリメータ配置面52、53の表面に同一軸線上に位置するように形成されている。この場合、2つの位置決め溝61、62は、同一直線上に位置することから、切り通しで加工されている。従って、容易に高い相互位置精度を確保することができる。
なお、ここで例示する位置決め溝61、62の断面形状は、主にV字型(V溝)であるから、以降においては、「位置決め溝」の代わりに「V溝」ということもある。位置決め溝61、62の断面形状のその他の例としては、半円型、U型、矩形などが挙げられる。また、基板50の材料は、ガラス以外に、シリコン、セラミック、金属、樹脂等であってもよい。これらの点については、以降の各実施形態においても共通であり、特に断らない。
図2、図3は各ファイバコリメータ101、102の構成例を示している。
ファイバコリメータ101、102を構成する光ファイバ端末110は、中心部のコア111a及びその外周部のクラッド111bを有する、125μmの標準外径で、任意長さのシングルモード光ファイバ(SMF)111の端面に、前記コア111aと同一の均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバ(CLF)112の一端面を融着接合し、そのコアレスファイバ112の長さを350μmに設定した上で、コアレスファイバ112の他端面を、光ファイバ111の光軸と垂直な面に対して0°に研削・研磨し、更に、これを光モジュールの実装で一般的に用いられる外径1.249mmの一芯フェルール115に通して接着固定し、反射防止膜を設けたものである。但し、これらの光ファイバ111やフェルール115などの寸法は上記に限られるものではない。
そして、光ファイバ端末110の光軸上でコアレスファイバ112の他端面側にコリメータレンズ120を配置することで、各ファイバコリメータ101、102が構成されている。
コリメータレンズ120は、出光側に用いられた場合(光ファイバ端末の直後に配置される場合)は、光ファイバ端末110から出射される拡散光を平行光に変換する役目を果たし、受光側(入光側)に用いられた場合(光ファイバ端末の直前に配置される場合)は、空間伝播してきた光を光ファイバ端末110に結合する役目を果たすように設計されたレンズである。この場合のコリメータレンズ120は、ボールレンズの外周を円筒形に削ったいわゆるドラム型レンズからなり、光ファイバ端末110と光軸ずれが生じないように、フェルール115との外形差2μm以下、レンズ偏芯1μm以下、焦点距離2.6mm、外径1.249mmとなるよう設計されている。
但し、これらのコリメータレンズ120としては、ドラム型レンズに限らず、球面レンズ、非球面レンズ、ボールレンズ、及び屈折率分布レンズの出射側端面に曲面加工を施したレンズ、少なくとも平行光を出射または入射される片面が光軸と垂直な平面とならないレンズであれば、用いることができる。
前記フィルタ機能を有した光学素子70として、ここでは波長選択フィルタ(以降、断らない限り同じ符号70で示す)が用いられている。波長選択フィルタ70は、入射光中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、片面から入射されて透過する特定波長の光と他面から入射されて反射する他波長の光を合波する合波機能とを有するものである。
波長選択フィルタ70は、ガラスや樹脂等の透光性基板上に光学多層膜(例:誘電体多層膜)を形成し、光学多層膜の材料及び層構造によってフィルタ特性を発揮できるようにしたものである。光学多層膜は、一般的に、屈折率の小さい材料と屈折率の大きい材料を交互に積層した構造をなしている。寸法は、例えば、1.4×1.4×1.2mmのものである。
光路補正板80は、両面に反射防止膜を施した平行平板のガラス基板で、材料・寸法は、前記波長選択フィルタ70の基板と概ね同様としてある。反射防止膜は、0.2%以下の反射率に抑えるよう設計してある。
対向するファイバコリメータ101、102の光路間に平行平板の波長選択フィルタ70を斜め挿入すると、光はガラス基板の厚みに依存して、元の光軸と平行に位置ずれが発生する。このずれは、同様のガラス基板を用いて元の光軸に戻すことが可能で、容易に低損失な結合を維持することができる。そのために、波長選択フィルタ70と対にして光路補正板80を設けている。
<光モジュールAの製造手順>
この光モジュールAは、次のようにして製造することができる。図1、図2を用いて説明する。
ここでは、V溝61、62内に光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を別々に配置して、ファイバコリメータ101、102を作製する場合の例について述べる。
この場合は、まず、V溝(位置決め溝)61、62を形成した基板50を準備する。そして、この基板50の第1のV溝61内に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置し調整して、先に片方の第1のファイバコリメータ101を作製する。
その手順として、まず、第1のV溝61内に配置した光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120のうちの片方をV溝61に先に固定する。次に、予め設定したコリメート状態になるように両者の距離を設定した上で、他方(先に固定していない方)を固定する。
この位置関係の設定は、光ファイバ端末110に光を入力し、コリメータレンズ120を通ったコリメート光を、予め作製されたコリメータで結合し調整する方法を用いる。この際、調整する部材(後から固定する光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120)は、V溝61に沿って1軸方向に位置決めするだけでよいから、調整が簡単にできる。なお、この距離設定は、遠方にディテクタを置いて調整する方法、両者の距離を画像認識する方法、レンズから指定距離に置いたミラーの反射光をサーキュレータを用いてモニターし調整する方法、などを用いて行うこともできる。
次に、対向するもう一方の第2のV溝62に、同じように光ファイバ端末110及びコリメータ120を配置し調整して、第2のファイバコリメータ102を作製する。この場合も、光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120のうちの片方をV溝62に先に固定し、両者の距離をコリメート状態を確認しながら調整した上で、もう一方を後から固定して、第2のファイバコリメータ102を作製する。
その距離の調整の際に、先に作製してある第1のファイバコリメータ101を利用することができる。即ち、第1のファイバコリメータ101を通して光を入力し、第1のファイバコリメータ101から出射される平行光を、第2のV溝62内のコリメータレンズ120を通して光ファイバ端末110に結合させる。そして、コリメータレンズ120を通して光ファイバ端末110が受光した際の受光光量を測定することによって、コリメート状態を確認しながら、第2のV溝62内の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を調整し固定する。この調整も、V溝62に沿って1軸の位置決めをするだけでよいので、簡単に行うことができる。
次に、第1のファイバコリメータ101と第2のファイバコリメータ102の光路上に位置するように波長選択フィルタ70を配置すると共に、波長選択フィルタ70と第2のファイバコリメータ102の間に光路補正板80を配置し、光モジュールAを完成させる。
このように、先端にコアレスファイバ112を配することで光軸ずれを少なくし且つ十分な反射減衰量を実現できるようにした光ファイバ端末110とコリメータレンズ120を組み合わせてファイバコリメータ101、102を構成し、そのファイバコリメータ101、102を、同一軸線上に位置するように1枚の基板50上に形成したV溝(位置決め溝)61、62に配置したので、ファイバコリメータ101、102間で容易に高効率の光結合を得ることができる。
しかも、両ファイバコリメータ101、102間の光路上に、フィルタ機能を有した光学素子70を配置したので、入力光に所望のフィルタリングを施した出力光を低損失で得ることができる。また、各構成部品を共通の基板50上に配置固定し、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な光伝送部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールAの低価格化及び小型化を図ることができる。
なお、上記の例では、ファイバコリメータ101、102を、光ファイバ端末110とコリメータレンズ120をV溝61、62内に直接に配置することで構成した場合を示したが、図3に示すように、光ファイバ端末110とコリメータレンズ120をガラス管116内に配置することで、予めファイバコリメータ101、102を単体の光部品として構成しておき、そのファイバコリメータ101、102のガラス管116をV溝61、62内に配置してもよい。
前者は、部品点数が少なく低コスト化が可能であるというメリットが得られ、後者は、容易な組み立てが可能であるというメリットが得られる。
また、上記の例では、フィルタ機能を有する光学素子70として、波長選択フィルタを使用する場合を示したが、別のフィルタ、例えば、入射される光の強度が波長に対して均一でない場合にこの強度を平坦化するように光強度を補正する利得等化フィルタや、入射される光の光量の一部分のみを取り出すためのフィルタで置き換えることもできる。
<シリーズB及びシリーズCについて>
次に、光波長分波装置または光波長分波装置としての利用を想定した光モジュールのシリーズB及びシリーズCについて説明する。シリーズBは、V溝をすべて基板50上の同一平面内に互いに平行に形成したタイプ、シリーズCは、V溝のいくつかは互いに平行に形成するのもの、残りのいくつかは、平行ではない角度に形成したタイプである。
シリーズBのように基板50上にV溝を平行に形成すると、溝加工の際の精度出しが容易になる利点があるが、光の進行方向を曲げる必要が当然出てくる可能性があるので、光路補正手段(ミラーやプリズム)が必要となる。一方、平行にとらわれずにV溝加工を行う場合は、溝加工時の精度出しに手間がかかる可能性があるが、後段での光路補正の必要性がなくなる利点がある。
<シリーズBの光モジュールについて>
まず、シリーズBについて説明する。
シリーズBでは、V溝をすべて基板50上の同一平面内に平行に形成してあり、単体の光モジュールB(B1、B2、B3)は、光波長分波装置または光波長分波装置のどちらか一方に専用に使用されることを想定して作られている。
ここではシリーズBのタイプとして、1チャンネル(ch)用の光モジュールB1、2チャンネル(ch)用の光モジュールB2、4チャンネル(ch)用の光モジュールB3の各例について順番に説明する。これらの光モジュールは、それぞれ本発明の第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態として挙げる。
<光モジュールB1(第2実施形態)>
まず、図4及び図5を用いて、最も基本的な1ch用の光モジュールB1について説明する。
この光モジュールB1は、第1、第2の2組のファイバコリメータ101、102を、1枚の基板50上に同一軸線上に位置するように形成した第1、第2の位置決め溝(V溝)61、62内に対向配置すると共に、それらのファイバコリメータ101、102の対向面間に波長選択フィルタ70と光路補正板80とを配置し、更に、第1のファイバコリメータ101から入射され波長選択フィルタ70で反射される反射光の進路に、第1、第2のファイバコリメータ101、102と同様の構成を持つ第3のファイバコリメータ103を配置し、その第3のファイバコリメータ103を、基板50上の第1、第2の位置決め溝61、62と同一平面上に形成した第3の位置決め溝(V溝)63に配置して位置決めし、各部品間で光が空間伝播するように構成したことを特徴としている。
第3のV溝63は、第1、第2のV溝61、62と平行に形成されており、第3のV溝63に配置した第3のファイバコリメータ103と波長選択フィルタ70との間には、第1のファイバコリメータ101と第3のファイバコリメータ103との間で波長選択フィルタ70による反射光が相互に結合するように、光路補正手段としてのミラー90が配置されている。
ここで、各ファイバコリメータ101〜103の構成、基板50の構成、波長選択フィルタ70の構成、光路補正板80の構成は、主として基板50の寸法的な違いを除き、図1に示したものとそれぞれ同様のものであるので、それらの説明は省略する。
本実施形態において使用されている光路補正手段としてのミラー90は、光路を変更すると共に、部品の外形精度によって生じる光軸ずれ及び部品通過時の光軸ずれを補正するためのものである。従って、ジンバル(Gimbal)機構を有したミラーか、それに準じた調整機構を持つミラーを用いるのが好ましい。ジンバル機構を有したミラーとは、ミラーの1点(通常中心)を回転中心として、その傾きが調整可能なミラーをいう。
これらのミラー90としては、反射率や耐久性に優れている点から、アルミニウムや金等の金属ミラーを用いるのが好適であり、ここでは、サイズ2×5×1mmのガラス基板にアルミニウム及びフッ化マグネシウムの膜を付加したミラーを用いている。また、この光路補正手段としては、反射ミラーだけでなく、楔型プリズムを用いることもできる。楔形プリズムの場合、屈折あるいは全反射によって光路を曲げることが可能であり、光路補正を行うことができる。
<光モジュールB1の製造手順>
この光モジュールB1は、次のようにして製造することができる。
まず、第1、第2のV溝61、62を同一軸線上に形成し、更に第1のV溝61と平行に第3のV溝63を形成した基板50を準備する。但し、第3のV溝63は、第1のV溝61と同じ側に形成する。次いで、前記光モジュールAの場合と同様に、ファイバ端末110及びコリメータレンズ120をそれぞれ第1、第2のV溝61、62に配置して位置調整することにより、第1、第2のファイバコリメータ101、102を作製する。
次に、第1のファイバコリメータ101と第2のファイバコリメータ102間の光路上に、予め設計した角度で波長選択フィルタ70を配置すると共に、波長選択フィルタ70と第2のファイバコリメータ102との間に光路補正板80を、波長選択フィルタ70と対称となる角度で配置する。
次に、第3のV溝63に光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して、第3のファイバコリメータ103を仮組みする。そして、第3のファイバコリメータ103の前に光路補正手段としてのミラー90を配置し、その状態で、第1のファイバコリメータ101に、波長選択フィルタ70で反射する波長の光を入力し、波長選択フィルタ70で反射されミラー90を介して第3のファイバコリメータ103に結合される光量を見ながら、ミラー90の位置と向き、及び、第3のファイバコリメータ103を構成する光ファイバ端末110とコリメータレンズ120間の距離を決定し固定する。これにより、光モジュールB1が得られる。
この光モジュールB1では、波長選択フィルタ70で反射される反射光の進路に、第1、第2のファイバコリメータ101、102と同一平面上に並ぶ第3のファイバコリメータ103を配置したので、第1〜第3のファイバコリメータ101〜103間で容易に高効率の光結合を得ることができる。また、第1、第3のファイバコリメータ101、103を入出力ポートとし、第2のファイバコリメータ102を分岐挿入ポートとすることで、容易に低損失な1チャンネル型の光分波器または光合波器を構成することができる。
特に、この場合、単一のモジュールB1は、光分波または光合波のどちらか専用として利用することになるから、合波のために波長選択フィルタ70に向けて挿入する挿入光が、分波された分岐光に僅かながらも反射して混入するといったおそれがない。
次に、この光モジュールB1を、1ch用の光波長分波装置または光波長合波装置として使用する場合について図5を用いて説明する。
<光モジュールB1を光波長分波装置として使用する場合>
この光モジュールB1を光波長分波装置として使用する場合は、図5(a)に示すように、第1のファイバコリメータ101の光ファイバ端末110を、外部の入力用光伝送路1001から伝送されてくる波長多重光(λ1を含む光)を波長選択フィルタ70に対し入力光として入射させる入力用端末(In)とし、第2のファイバコリメータ102の光ファイバ端末110を、波長選択フィルタ70に入射され透過した特定波長λ1の透過光を外部の分岐用光伝送路1002に取り出すための分岐用端末(Drop)とし、第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110を、波長選択フィルタ70に入射され反射した特定波長λ1以外の光を外部の出力用光伝送路1003へ送り出すための出力用端末(Out)として利用する。こうすることで、波長多重光を分波する機能(ここでは特定波長λ1の光を取り出す機能)を発揮する。
<光モジュールB1を光波長合波装置として使用する場合>
一方、この光モジュールB1を、光波長合波装置として使用する場合は、図5(b)に示すように、第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110を、外部の入力用光伝送路1003から伝送されてくる特定波長λ1以外の光を波長選択フィルタ70の表面に対し入力光として入射させる入力用端末(In)とし、第2のファイバコリメータ102の光ファイバ端末110を、外部の挿入用光伝送路1002から送られてくる特定波長λ1の挿入光を波長選択フィルタ70の裏面に対し挿入光として入射させる挿入用端末(Add)とし、第1のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110を、波長選択フィルタ70にて反射する入力光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路1001へ伝送するための出力用端末(Out)として利用する。こうすることで、異なる波長の光を合波する機能(ここでは特定波長λ1を挿入し合波する機能)を発揮する。
以上のように、本実施形態の光モジュールB1は、単体部品で、光分波装置または光合波装置の一方の専用器として使用することもできる。
<光モジュールB2(第3実施形態)、光モジュールB3(第4実施形態)>
次に、図6〜図9を用いて、2ch以上用(2ch用と4ch用)の光モジュールB2、B3について説明する。図6及び図7は2ch用の光モジュールB2を示し、図8及び図9は4ch用の光モジュールB3を示している。2ch以上用の光モジュールB2、B3は、基本的に次に述べるように構成されている。なお、2ch用の光モジュールB2は、4ch用の光モジュールB3に基本的な構成が含まれているので、ここでは、4ch用の光モジュールB3について先に述べる。
まず、図8に示す4ch用の光モジュールB3は、入射光の中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、片面から入射されて透過する特定波長の透過光と他面から入射されて反射する他波長の反射光を合波する合波機能とを有する波長選択フィルタ71〜74を、特定波長を異ならせて4個装備しており、これら4個の波長選択フィルタ71〜74を、光の進行方向の上流側から下流側に向かって順番に波長選択フィルタ71〜74の反射光が入射するように配置している。
そして、ここでは分波の場合の光の進行方向について述べるが、最上流の波長選択フィルタ71への入射光の光路上と、各波長選択フィルタ71〜74の透過光の光路上と、最下流の波長選択フィルタ74の反射光の光路上と、にそれぞれコリメータを配置している。
各コリメータとしては、図1〜図4にて説明したものと全く同様のファイバコリメータ101〜106を使用している。これらファイバコリメータ101〜106は、光の合分波順序に従って、1枚の共通の基板50の一方側と他方側に交互に、且つ、波長選択フィルタ71〜74を含む光学素子の配置スペース(光学素子配置面51)を挟んで対向配置している。
そして、各ファイバコリメータ101〜106を、基板50のコリメータ配置面52、53上の同一面内に形成したV溝61〜66内にそれぞれ配置して位置決めし、更に基板50の一方側と他方側で波長選択フィルタ71〜74を介して対向する関係にあるファイバコリメータのいくつかの組(本例では、第1、第2のファイバコリメータ101と102、103と106)を、同一軸線上に形成したV溝61、62及びV溝63、66に配置している。この場合、すべてのV溝61〜66は互いに平行に形成してある。また、V溝61〜66を平行に形成することで光路補正の生じた箇所には、光路補正用のミラー91、92を配置している。また、波長選択フィルタ71〜74の配置により各ファイバコリメータ101〜106への光路補正の生じた箇所、本図示例の場合、波長選択フィルタ71、73を配置した光路上には、波長選択フィルタ71、73と対称な角度で光路補正板81,82を配置している。
なお、各ファイバコリメータ101〜106の構成、基板50の構成、波長選択フィルタ70の構成、光路補正板80の構成は、主として基板50の寸法的な違いを除き、図1に示したものとそれぞれ同様のものであるので、ここでは説明を省略する。
また、2ch用の光モジュールB2は、上述した4ch用の光モジュールB3の構成から、第5、第6のV溝65、66、第5、第6のファイバコリメータ105、106、波長選択フィルタ73、74、光路補正板82、ミラー92を取り除いた構成をなしている。
<光モジュールB3(B2含む)の製造手順>
前記4ch用の光モジュールB3は、次のようにして製造することができる。
まず、第1、第2のV溝61、62及び第3、第6のV溝63、66をそれぞれ同一軸線上に且つ互いに平行に形成し、更に、第3のV溝63と平行に第5のV溝65を形成し、第2、第6のV溝62、66との間にそれらと平行に第4のV溝64を形成した基板50を準備する。基板50の中央部には、左右のコリメータ配置面52、53より一段凹んだ光学素子配置面51を形成してある。
この場合の基板50の寸法は40×14×3mmであり、左右幅9mmのコリメータ配置面52、53上に間隔的に3本ずつ、計6本のV溝61〜66をそれぞれ平行且つ同じ深さに切ってある。また、中央の光学素子配置面51は、幅21mmに平面研削してある。ここでは、対向するV溝61、62及びV溝63、66は切り通しで加工することが可能であるため、容易に高精度な加工が可能である。
基板50を準備したら、次に、前記光モジュールA(図1参照)の場合と同様に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120をそれぞれ第1、第2のV溝61、62に配置して位置調整することにより、第1、第2のファイバコリメータ101、102を作製する。次いで、第1のファイバコリメータ101と第2のファイバコリメータ102間の光路上に、予め設計した角度で第1の波長選択フィルタ71を配置すると共に、第1の波長選択フィルタ71と第2のファイバコリメータ102との間に、第1の波長選択フィルタ71による光路ずれを補正する光路補正板81を、第1の波長選択フィルタ71と対称な角度で配置する。
次に、第1のV溝61に隣接する第3のV溝63に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第3のファイバコリメータ103を仮組みすると共に、第4のV溝64にファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第4のファイバコリメータ104を仮組みする。また、第1の波長選択フィルタ71で反射された反射光の光軸と第4のV溝64の軸線の延長線とが交差する点に、第2の波長選択フィルタ72を配置し、第4のファイバコリメータ104に、第1の波長選択フィルタ71、第2の波長選択フィルタ72を次々に反射した光が入射するようにする。
次に、第1のファイバコリメータ101に、第1、第2の波長選択フィルタ71、72で共に反射する波長の光を入力し、波長選択フィルタ71、72を経由して第4のファイバコリメータ104の光ファイバ端末110に結合する光量を見ながら、第2の波長選択フィルタ72の位置と向き、第4のファイバコリメータ104を構成する光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定する。
次に、第3のファイバコリメータ103の前にミラー91を配置し、その状態で第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71で反射し且つ第2の波長選択フィルタ72を透過する波長の光を入力し、第1の波長選択フィルタ71で反射され、第2の波長選択フィルタ72を透過し、ミラー91を介して第3のファイバコリメータ103に結合される光量を見ながら、ミラー91の位置と向き、及び、第3のファイバコリメータ103を構成するファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定する。
ここまでの工程で図6の2ch用の光モジュールB2はできあがるので、2ch用の光モジュールB2を作る場合は、ここまでの工程で終了する。4ch用の光モジュールB3を作る場合は、更に以降の工程を続ける。
4ch用の光モジュールB3を作る場合は、前記の工程に続けて、第2の波長選択フィルタ72で反射して第4のファイバコリメータ104に入射する光路上に、予め設計した角度で第3の波長選択フィルタ73を配置し、第3の波長選択フィルタ73と第4のファイバコリメータ104との間に、第3の波長選択フィルタ73による光路ずれを補正する光路補正板82を、第3の波長選択フィルタ73と対称な角度で配置する。
次に、第5のV溝65にファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第5のファイバコリメータ105を仮組みすると共に、第6のV溝66にファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第6のファイバコリメータ106を仮組みする。また、第3の波長選択フィルタ73で反射された反射光の光軸と第6のV溝66の軸線の延長線とが交差する点に、第4の波長選択フィルタ74を配置し、第6のファイバコリメータ106に、第1の波長選択フィルタ71、第2の波長選択フィルタ72、第3の波長選択フィルタ73、第4の波長選択フィルタ74を次々に反射した光が入射するようにする。
次に、第1のファイバコリメータ101に、第1、第2、第3、第4の波長選択フィルタ71、72、73、74で共に反射する波長の光を入力し、波長選択フィルタ71、72、73、74を順次反射して第6のファイバコリメータ106の光ファイバ端末110に結合する光量を見ながら、第4の波長選択フィルタ74の位置と向き、第6のファイバコリメータ106を構成する光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定する。
次に、第5のファイバコリメータ105の前にミラー92を配置し、その状態で第1のファイバコリメータ101に、第1、第2、第3の波長選択フィルタ71、72、73で共に反射し、第4の波長選択フィルタ74を透過する波長の光を入力し、第1、第2、第3の波長選択フィルタ71、72、73で次々に反射され、第4の波長選択フィルタ74を透過し、ミラー92を介して第5のファイバコリメータ105に結合される光量を見ながら、ミラー92の位置と向き、及び、第5のファイバコリメータ105を構成する光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定する。これにより、光モジュールB3が完成する。
以上においては、2ch、4ch用の光モジュールB2、B3を製造する場合について述べたが、4chを超えるch数を持つ光モジュールについても、同様の手順を繰り返すことにより、容易に製造することができる。
なお、上記において使用する波長選択フィルタ71〜74の例としては、例えば、寸法1.4×1.4×1.2mmで、それぞれ波長1511、1531、1551、1571nmの光を透過し、それ以外の波長を反射するように設計された波長選択フィルタ(WDMフィルタ)を挙げることができる。
また、光路補正板81、82の例としては、両面に反射防止膜を施した平行平板のガラス基板で、材料、寸法を、その直前に配置した波長選択フィルタの基板と概ね同じくし、1450〜1650nmの波長の光を0.2%以下の反射率に抑えるように設計されたものを挙げることができる。
また、光路補正用のミラー91、92の例としては、反射率や耐久性に優れている点から、アルミニウムや金等の金属ミラーを用いるのが好適であり、サイズ2×5×1mmでガラス基板にアルミニウム及びフッ化マグネシウムの膜を付加したミラーを挙げることができる。
これらの2ch用以上の光モジュールB2、B3は、複数チャンネル型の光分波器または光合波器として利用することができる。しかも、通常は1チャンネル型の合分波器を複数連結することで作製していた複数波長合分波器を、同一基板上にコリメータや波長選択フィルタ等の各構成部品を集積配備し、部品間を光が空間伝搬するものとして構成しているので、無駄な部品を使わずに、必要最小限の体積で、容易に小型且つ低損失な光波長合分波器を得ることができる。
また、各コリメータとして、先端にコアレスファイバを配することで光軸ずれを少なくし且つ十分な反射減衰量を実現できるようにした光ファイバ端末とコリメータレンズの組み合わせよりなるファイバコリメータ101〜106を使用しているので、組み立てが容易であり、各ファイバコリメータ101〜106間で高効率の光結合を得ることができ、低損失な光合分波器を得るのに適した複数チャンネル型の光モジュールを提供することができる。
特に、この場合、単一の光モジュールB2、B3は、光分波または光合波のどちらか専用として利用することになるから、合波のために波長選択フィルタに向けて挿入する挿入光が、波長選択フィルタで僅かながら反射した結果、分波された分岐光に混入するといったおそれもない。
次に、これらの光モジュールB2・B3を、2ch・4ch用の光波長分波装置として使用する場合について図7(a)、図9(a)を用いて説明する。
<光モジュールB2を光波長分波装置として使用する場合>
まず、2ch用の光モジュールB2を光波長分波装置として使用する場合について説明する。
この場合は、図7(a)に示すように、光の進行方向の最上流の第1のファイバコリメータ101を、外部の入力用光伝送路1001から伝送されてくる波長多重光(波長λ1、λ2を含む)を最上流の波長選択フィルタ71に対し入力光として入射させる入力光用コリメータ(In)とし、最下流の第4のファイバコリメータ104を、最下流の波長選択フィルタ72で反射した光を外部の出力用光伝送路1004へ送り出すための出力用コリメータ(Out)とし、それ以外の第2、第3のファイバコリメータ102、103を、各波長選択フィルタ71、72で透過した光(それぞれ波長λ1、λ2の光)を外部の伝送路1002、1003へ取り出すための分岐光用コリメータ(Drop)として利用する。こうすることで、波長多重光を順次分波(波長λ1、λ2の光信号を分波)する機能を発揮することができる。
<光モジュールB3を光波長分波装置として使用する場合>
次に、4ch用の光モジュールB3を光波長分波装置として使用する場合について説明する。
この場合は、図9(a)に示すように、光の進行方向の最上流の第1のファイバコリメータ101を、外部の入力用光伝送路1001から伝送されてくる波長多重光(波長λ1〜λ4を含む)を最上流の波長選択フィルタ71に対し入力光として入射させる入力光用コリメータ(In)とし、最下流の第6のファイバコリメータ106を、最下流の波長選択フィルタ74で反射した光を外部の出力用光伝送路1006へ送り出すための出力用コリメータ(Out)とし、それ以外の第2〜第5のファイバコリメータ102〜105を、各波長選択フィルタ71〜74で透過した光(それぞれ波長λ1〜λ4の光)を外部の伝送路1002〜1005に取り出すための分岐光用コリメータ(Drop)として利用する。こうすることで、波長多重光を順次分波(波長λ1〜λ4の光信号を分波)する機能を発揮することができる。
例を述べると、波長λ1=1511、λ2=1531、λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmを含む波長多重信号が入出力用の第1のファイバコリメータ101の光ファイバ端末110に入力された場合、λ1=1511nmの波長の光のみが第1の波長選択フィルタ71を透過して、分岐用の第2のファイバコリメータ102の光ファイバ端末110に結合される。また、その他の波長λ2=1531、λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmの光は、第2の波長選択フィルタ72に向けて反射される。
同様に、第2の波長選択フィルタ72では、λ2=1531nmの波長の光のみが透過して、分岐用の第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110に結合され、その他の波長λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmの光は、第3の波長選択フィルタ74に向けて反射される。
第3の波長選択フィルタ73では、λ3=1551nmの波長の光のみが透過して、分岐用の第4のファイバコリメータ104の光ファイバ端末110に結合され、その他の波長λ4=1571,λ5=1591nmの光は、第4の波長選択フィルタ74に向けて反射される。
第4の波長選択フィルタ74では、λ4=1571nmの波長の光のみが透過して、分岐用の第5のファイバコリメータ105の光ファイバ端末110に結合され、その他の波長λ5=1591nmの光は出力用の第6のファイバコリメータ106に向けて反射される。これにより、各波長の光が順次分波される。
実際に、光源として波長可変レーザを用いて第1のファイバコリメータ101の光ファイバ端末110に波長1511、1531、1551、1571、1591nmの波長多重光を入力し、分波されて各ファイバコリメータ102〜106の光ファイバ端末110に出射されるそれぞれの波長の光強度を測定することで挿入損失を求めたところ、全てのチャンネルで0.6dB以下の挿入損失となった。
また、一般的に用いられる内蔵光源からの出射端をターミネーションした場合の戻り光と、測定物をファイバ端につないだ時の戻り光を比較する方式の反射減衰量測定機を用いて、波長1550nmの光で各ファイバ端末の反射減衰量を測定したところ、全てのファイバ端末で一般的に光モジュールで要求される50dB以上であった。
以上のように、本発明の実施形態により、40x14mmと小型な基板を使用し、容易な位置決めによる組み立てを行うだけで、十分な反射減衰量を満たしながら低挿入損失を実現し得る光分波装置を得ることができる。
次に、光モジュールB2・B3を、2ch・4ch用の光波長合波装置として使用する場合について、図7(b)、図9(b)を用いて説明する。
<光モジュールB2を光波長合波装置として使用する場合>
まず、2ch用の光モジュールB2を光波長合波装置として使用する場合について説明する。
この場合は、図7(b)に示すように、合波するときの光の進行方向の最上流の第4のファイバコリメータ104を、外部の入力用光伝送路1004から伝送されてくる光を最上流の第2の波長選択フィルタ72の表面に対し入力光として入射させる入力光用コリメータ(In)とし、最下流の第1のファイバコリメータ101を、最下流の第1の波長選択フィルタ71で反射する反射光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路1001へ伝送する出力光用コリメータ(Out)とし、それ以外の第3、第2のファイバコリメータ103、102を、外部の挿入光用伝送路1003、1002から各波長選択フィルタ72、71の裏面に対し各フィルタ71、72ごとの特定の波長帯域λ2、λ1の挿入光を入射させる挿入光用コリメータ(Add)として利用する。こうすることで、異なる波長の光(波長λ1、λ2の光)を順次合波する機能を発揮することができる。
<光モジュールB3を光波長合波装置として使用する場合>
次に、4ch用の光モジュールB3を光波長合波装置として使用する場合について説明する。
この場合は、図9(b)に示すように、合波するときの光の進行方向の最上流の第6のファイバコリメータ106を、外部の入力用光伝送路1006から伝送されてくる光を最上流の第4の波長選択フィルタ74の表面に対し入力光として入射させる入力光用コリメータ(In)とし、最下流の第1のファイバコリメータ101を、最下流の第1の波長選択フィルタ71で反射する反射光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路1001へ伝送する出力光用コリメータ(Out)とし、それ以外の第5、4、3、2のファイバコリメータ105、104、103、102を、外部の挿入光用伝送路1005、1004、1003、1002から各波長選択フィルタ74、73、72、71の裏面に対し各フィルタ74、73、72、71ごとの特定の波長帯域λ4、λ3、λ2、λ1の挿入光を入射させる挿入光用コリメータ(Add)として利用する。こうすることで、異なる波長の光(波長λ1〜λ4の光)を順次合波する機能を発揮することができる。
例を挙げると、今、波長λ1=1511、λ2=1531、λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmの光が入力用及び順次挿入用のファイバコリメータ106〜102に入力された場合、第4の波長選択フィルタ74において波長λ4=1571、λ5=1591nmの光が合波され、第3の波長選択フィルタ73において波長λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmの光が合波され、第2の波長選択フィルタ72において波長λ2=1531、λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmの光が合波され、第1の波長選択フィルタ71において波長λ1=1511、λ2=1531、λ3=1551、λ4=1571、λ5=1591nmの光が合波される。そして、第1の波長選択フィルタ71から出た波長多重光(λ1〜λ5)が、入出力用のファイバコリメータ101の光ファイバ端末110に結合されて、外部の出力用光伝送路1001に伝送される。
以上のように、本発明の実施形態の光モジュールB2、B3は、光分波装置として使用することもできるし、光合波装置として使用することもできる。この場合の挿入損失や反射減衰量も当然前記光分波装置として用いた場合と同様である。
また、これらの光モジュールB2、B3では、基板50上に各部品を配置して部品間を光が空間伝播するように構成しているので、従来のように複数のフィルタモジュールを用い、フィルタモジュール間を光ファイバで接続するタイプの光分波装置あるいは光合波装置と比較して、低損失で小型及び低価格の光分波装置あるいは光合波装置を得ることができる。特にチャンネル数が多くなればなるほど、本実施形態の光モジュールは有利さを発揮できる。上記の例では、2ch、4chまでのモジュールについて示したが、より多チャンネルのモジュールを構成する場合も、以上の繰り返しとして発展させることができる。
<シリーズCの光モジュールについて>
次に、シリーズCの光モジュールについて説明する。
図10〜図12に示すシリーズCの光モジュールC1〜C3では、第1のV溝61と同じ側にある第3のV溝63と第5のV溝65だけを、第1のV溝61と平行ではない所定の角度で形成してある。その他の構成は、Bシリーズの光モジュールB1〜B3とそれぞれ対応しているので、細かな説明は省略する。
<光モジュールC1(第5実施形態)について>
図10の1ch用の光モジュールC1の特徴点は、第1のファイバコリメータ101から入射され波長選択フィルタ70で反射された反射光の進行方向の直線上に第3のファイバコリメータ103が位置するような角度で、第3のV溝63を形成していることである。こうすることにより、光路を曲げる必要がなくなるので、光路補正手段であるミラー(図4参照)を省略できる。
<光モジュールC2(第6実施形態)について>
図11の2ch用の光モジュールC2の特徴点は、第1のファイバコリメータ101から入射され第1の波長選択フィルタ71で反射された反射光の進行方向の直線上に第3のファイバコリメータ103が位置するような角度で、第3のV溝63を形成していること、及び、第1の波長選択フィルタ71と第3のファイバコリメータ103の間の光路上に第2の波長選択フィルタ72を配置している関係から、第3のファイバコリメータ103と第2の波長選択フィルタ72との間に、ミラーではなく、第2の波長選択フィルタ72による光路ずれを補正する光路補正板82を配置していることである。
<光モジュールC3(第7実施形態)について>
図12の4ch用の光モジュールC3の特徴点は、第1のファイバコリメータ101から入射され第1の波長選択フィルタ71で反射された反射光の進行方向の直線上に第3のファイバコリメータ103が位置するような角度で、第3のV溝63を形成していること、また、第1のファイバコリメータ101から入射され第1の波長選択フィルタ71、第2の波長選択フィルタ72、第3の波長選択フィルタ73で順次反射された反射光の進行方向の直線上に第5のファイバコリメータ105が位置するような角度で、第5のV溝65を形成していること(この場合、第3、第5のV溝63、65は互いに平行に形成されている)、また、第3のファイバコリメータ103と第2の波長選択フィルタ72との間、及び、第5のファイバコリメータ105と第4の波長選択フィルタ74との間に、ミラーではなく、第2、第4の波長選択フィルタ72、74それぞれによる光路ずれを補正する光路補正板82、84を配置していることである。
これらCシリーズの光モジュールC1〜C3は、Bシリーズの光モジュールB1〜B3と全く同じ使い方をすることができる。従って、使い方についての説明は省略する。
次に、Cシリーズの光モジュールC1〜C3の製造方法について説明する。なお、1ch用の光モジュールC1及び2ch用の光モジュールC2は、4ch用の光モジュールC3の製造方法の途中までの工程でできるので、代表して4ch用の光モジュールC3の製造方法についてだけ説明する。
<光モジュールC3の製造方法>
図12に示す光モジュールC3は、次のようにして製造することができる。
まず、第1〜第6の6本のV溝61〜66を形成した基板50を準備する。ここで、奇数番で呼ぶ第1、第3、第5のV溝61、63、65は、基板50の一方側のコリメータ配置面52に形成し、偶数番で呼ぶ第2、第4、第6のV溝62、64、66は、基板50の他方側のコリメータ配置面53に形成する。これらV溝61〜66は、同一平面上に並ぶよう形成してある。
第1のV溝61、第2のV溝62、第4のV溝64、第6のV溝66は、互いに平行で、特に第1のV溝61と第2のV溝62は、同軸上に配置してある。第3のV溝63は、第1のV溝61に対して指定の角度と場所で交差するように形成してある。また、第5のV溝65は、第3のV溝63と平行で、第4のV溝64と指定の角度と場所で交差するように形成してある。
基板50の中央の光学素子配置面51は、両側のV溝61〜66に配置したファイバコリメータ101〜106の光軸と、光学素子配置面51に配置する光学素子の中心が合うような高さに形成してある。この場合の基板50の寸法は、35x17x3mmで、両端に9mm幅のコリメータ配置面52、53を形成してある。そして、左右のコリメータ配置面52、53に3本ずつの同じ深さのV溝61〜66を形成し、平行なV溝62、64、66の間隔は3mmとしてある。また、中央部の幅17mmの光学素子配置面51は、平面研削により形成してある。このような基板50の形状は、前記Bシリーズの場合と比べて、斜めにV溝63、65を加工する分だけ、加工費用が若干上がるが、基板50を小型化できるメリットがある。
上記の基板50を用意したら、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を第1、第2のV溝61、62に配置して、第1、第2のファイバコリメータ101、102を作製する。この作り方は、先に光モジュールAについて説明したものと全く同様であるので、ここでは説明しない。
次に、第3のV溝63に光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置し、基板50上の第3のV溝63と第1、第2のV溝61、62の軸線の延長線の交差する点に、波長選択フィルタ71を配置して、第3のV溝63上の光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120の一方を固定する。
その状態で、第1のファイバコリメータ101から第1の波長選択フィルタ71で反射する波長の光を入力し、第1の波長選択フィルタ71で反射し、第3のV溝61上の光ファイバ端末110に入射する光量を見ながら、第1の波長選択フィルタ71の位置と向きを調整する。同時に、第3のV溝63上の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定して固定し、第3のファイバコリメータ103を作製する。
この時、第1の波長選択フィルタ71は、各第1、第3のファイバコリメータ101、103の光軸の精度が十分に高く維持されているので、容易に光結合が得られる位置に配置することができる。加えて、第1及び第3のV溝61、63が同一平面内にあり、これらV溝61、63上のファイバコリメータ101、103の光軸が全てこの平面から出ないため、1個の波長選択フィルタ71による2次元の光軸調整により、低損失な光結合を得ることができる。
次に、第1の波長選択フィルタ71と第2のファイバコリメータ102の間に、第1の波長選択フィルタ71と同特性の光路補正板81を、第1の波長選択フィルタ71と対称となる角度で配置する。この時、第1のファイバコリメータ101には、第1の波長選択フィルタ71で透過する波長の光を入力し、第2のファイバコリメータ102から出力される光量を測定することによって、光路補正板81を微調整し、固定する。
次に、第4のV溝64に光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置すると共に、基板50上の第3のV溝63と第4のV溝64の軸線の延長線の交差する点に、第2の波長選択フィルタ72を配置し、第4のV溝64上の光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120の片方を固定する。
次にその状態で、第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71、第2の波長選択フィルタ72で共に反射する波長の光を入力し、これら波長選択フィルタ71、72で順次反射し第4のV溝64上の光ファイバ端末110に入射する光量を見ながら、第2の波長選択フィルタ72の位置と向き、第4のV溝64上の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定して、第4のファイバコリメータ104を作製する。
次に、第2の波長選択フィルタ72と第3のファイバコリメータ103の間に、第2の波長選択フィルタ72と同特性の光路補正板82を、第2の波長選択フィルタ72と対称となる角度で挿入・配置する。このとき、第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71で反射し且つ第2の波長選択フィルタ72を透過する波長の光を入力し、第3のV溝63上の光ファイバ端末110に入射される光量を測定することによって、光路補正板82を微調整し、固定する。
次に、第5のV溝65に光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置すると共に、基板50上の第5のV溝65と第4のV溝64の軸線の延長線の交差する点に、第3の波長選択フィルタ73を配置して、第5のV溝65上の光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120の片方を固定する。
その状態で、第1のファイバコリメータ101から第1、第2、第3の波長選択フィルタ71、72、73で共に反射する波長の光を入力し、第1、第2、第3の波長選択フィルタ71、72、73で順次で反射し、第5のV溝65上の光ファイバ端末110に入射する光量を見ながら、第3の波長選択フィルタ73の位置と向きを調整する。同時に、第5のV溝65上の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定して固定し、第5のファイバコリメータ105を作製する。
次に、第3の波長選択フィルタ73と第4のファイバコリメータ104の間に、第3の波長選択フィルタ71による光路ずれを補正する光路補正板83を、第3の波長選択フィルタ73と対称となる角度で配置する。この時、第1のファイバコリメータ101には、第1、第2の波長選択フィルタ71、72で反射し、第3の波長選択フィルタ73を透過する波長の光を入力し、第4のファイバコリメータ104の光ファイバ端末110に入射される光量を測定することによって、光路補正板83を微調整し、固定する。
次に、第6のV溝66に光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置すると共に、基板50上の第5のV溝65と第6のV溝66の軸線の延長線の交差する点に、第4の波長選択フィルタ74を配置し、第6のV溝66上の光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120の片方を固定する。
次にその状態で、第1のファイバコリメータ101に、第1、第2、第3、第4の波長選択フィルタ71、72、73、74で共に反射する波長の光を入力し、これら波長選択フィルタ71、72、73、74で順次反射し第6のV溝66上の光ファイバ端末110に入射する光量を見ながら、第4の波長選択フィルタ74の位置と向き、第6のV溝66上の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定して、第6のファイバコリメータ104を作製する。
次に、第4の波長選択フィルタ74と第5のファイバコリメータ105の間に、第4の波長選択フィルタ74と同特性の光路補正板84を、第4の波長選択フィルタ74と対称となる角度で挿入・配置する。このとき、第1のファイバコリメータ101に、第1、第2、第3の波長選択フィルタ71、72、73で反射し且つ第4の波長選択フィルタ74を透過する波長の光を入力し、第5のV溝65上の光ファイバ端末110に入射される光量を測定することによって、光路補正板84を微調整し、固定する。
以上のようにして、全ての部材の位置を決定・固定し、小型低損失で容易に組み立てが可能な光合分波機能を有する光モジュールC3を作製することができる。
なお、上記の製造工程においては、各部材の位置決めに際して、第1のファイバコリメータ101に光を入力し、各ファイバコリメータ102〜106の光ファイバ端末110からの出力光の光量を測定することにより調整を行ったが、第1のファイバコリメータ101以外の既に位置決めが完了しているファイバコリメータから試験光を入力し、下流側の部品の位置調整を行うこともできる。また、これら全ての部材の配置は、画像処理や外形を基準とした機械的な操作によって行うことも可能である。
<複数の光モジュールの組み合わせについて>
以上においては、単体の各光モジュールについてそれぞれ説明してきたが、次に、上述した光モジュールを組み合わせて光波長合分波装置として使用する場合について説明する。ここでは、例として、Bシリーズの中の1ch用の光モジュールB1を一対(2つ)使用して構成した1ch用光波長合分波装置について、また、4ch用の光モジュールB3を一対(2つ)使用して構成した4ch用光波長合分波装置について説明する。
<1ch用光波長合分波装置について>
図13は、1ch用の光モジュールB1を2つ用いて構成した1ch用光波長合分波装置の構成を示している。図の左側の光モジュールB1aは光波長分波器として使用し、右側の光モジュールB1bは光波長合波器として使用している。左右の光モジュールB1a、B1bは、図では左右対称に描いてあるが、同一の光モジュールB1を、図のものと同様に機能するように接続して構成することもできる。
1chの信号処理を行う場合は、分波器側の光モジュールB1aの第1のファイバコリメータ101を入力ポート(In)、第2のファイバコリメータ102を分岐ポート(Drop)、第3のファイバコリメータ103を出力ポート(Out)とする。
また、合波器側の光モジュールB1bの第1のファイバコリメータ101を出力ポート(Out)、第2のファイバコリメータ102を挿入ポート(Add)、第3のファイバコリメータ103を入力ポート(In)とする。
そして、分波器側の光モジュールB1aの入力ポート(第1のファイバコリメータ101)の光伝送路1001を外部伝送路に接続し、分岐ポート(第2のファイバコリメータ102)の光伝送路1002を光スイッチ2000に接続し、出力ポート(第3のファイバコリメータ103)の光伝送路1003を、分合波器側の光モジュールB1bの入力ポート(第3のファイバコリメータ103)の光伝送路1003に接続する。
また、分合波器側の光モジュールB1bについては、挿入ポート(第2のファイバコリメータ102)の光伝送路1002を光スイッチ2000に接続し、出力ポート(第1のファイバコリメータ101)の光伝送路1001を外部伝送路に接続する。これにより、光波長合分波装置ができあがる。
この光波長合分波装置においては、外部の伝送路から分波器側の光モジュールB1aの入力ポート(第1のファイバコリメータ101)に入力される波長多重信号のうち、波長選択フィルタ70によって合分波される特定波長以外の光信号は、波長選択フィルタ70で反射し、出力ポート(第3のファイバコリメータ103)から合波器側の光モジュールB1bの入力ポート(第3のファイバコリメータ103)に入力して、波長選択フィルタ70で反射し、出力ポート(第1のファイバコリメータ101)から出力され外部伝送路に戻る。
一方、波長選択フィルタ70により合分波される特定波長の光信号は、分波器側の光モジュールB1aの分岐ポート(第2のファイバコリメータ102)から取り出された後、光スイッチ2000に入力される。光スイッチ2000では、信号の取り出しや入れ替えが必要でない場合は、そのまま信号を通過させて、合波器側の光モジュールB1bの挿入ポート(第2のファイバコリメータ102)に入力させる。この挿入ポート(第2のファイバコリメータ102)から導入された特定波長の光信号は、波長選択フィルタ70を透過するので、波長選択フィルタ70の表面で反射する他波長の信号と合波されて、出力ポート(第1のファイバコリメータ101)から元の伝送路に戻る。
特定波長の信号の取り出しや入れ替えが必要な場合は、光スイッチ2000によって、信号をDropポートから外部に取り出し、必要な信号処理を加えた後、Addポートから合波器側の光モジュールB1bの挿入ポートを経て元の伝送路に戻す。
<4ch用光波長合分波装置について>
図14は、4ch用の光モジュールB3を2つ用いて構成した4ch用光波長合分波装置の構成を示している。図の左側の光モジュールB3aは光波長分波器として使用し、右側の光モジュールB3bは光波長合波器として使用している。左右の光モジュールB3a、B3bは、図では左右対称に描いてあるが、同一の光モジュールB3を、図のものと同様に機能するように接続して構成することもできる。
4chの信号処理を行う場合は、分波器側の光モジュールB3aの第1のファイバコリメータ101を入力ポート(In)、第2〜第5のファイバコリメータ102〜105を分岐ポート(Drop)、第6のファイバコリメータ106を出力ポート(Out)とする。
また、合波器側の光モジュールB3bの第1のファイバコリメータ101を出力ポート(Out)、第2〜第5のファイバコリメータ102〜105を挿入ポート(Add)、第6のファイバコリメータ103を入力ポート(In)とする。
そして、分波器側の光モジュールB3aの入力ポート(第1のファイバコリメータ101)の光伝送路1001を外部伝送路に接続し、分岐ポート(第2〜第5のファイバコリメータ102〜105)の光伝送路1002〜1005を光スイッチ2000に接続し、出力ポート(第6のファイバコリメータ106)の光伝送路1006を、分合波器側の光モジュールB3bの入力ポート(第6のファイバコリメータ106)の光伝送路1006に接続する。
また、分合波器側の光モジュールB3bについては、挿入ポート(第2〜第5のファイバコリメータ102〜105)の光伝送路1002〜1005を光スイッチ2000に接続し、出力ポート(第1のファイバコリメータ101)の光伝送路1001を外部伝送路に接続する。これにより、システムとしての光波長合分波装置ができあがる。
この光波長合分波装置においては、外部伝送路からの波長多重信号を、分波器側の光モジュールB3aの入力ポートに入力した場合、全部の波長選択フィルタ71〜74で合分波される特定波長以外の信号は、波長選択フィルタ71〜74で反射し、合波器側の光モジュールB3bの出力ポートから出力されて外部伝送路に戻る。
一方、波長選択フィルタ71〜74によって合分波される各特定波長の光信号は、分波器側の光モジュールB3aの各波長選択フィルタ71〜74で分波されて波長ごとに取り出された後、波長ごとに光スイッチ2000に入力される。光スイッチ2000では、信号の取り出しや入れ替えが必要でない場合は、そのまま信号を通過させ、合分波器側の光モジュールB3bで再び合波させて出力ポートから外部伝送路に戻す。また、信号の取り出しや入れ替えが必要な場合には、光スイッチ2000によって、信号をDropポートから外部に取り出し、必要な信号処理を加えた後、Addポートから合波器側の光モジュールB3bの挿入ポートを経て元の伝送路に戻す。
以上のように、2つの同じタイプの光モジュールB1、B3を、一方は分波専用器、他方は合波専用器と機能分けしながら組み合わせることで光波長合分波装置を構成しているので、1個の波長選択フィルタを分波と合波で兼用する場合と違って、挿入光と分岐光が混じり合うおそれが全くなく、信号劣化を防ぐことができる。
<シリーズDの光モジュールD1、D2(実施形態8、9)について>
次に、分波と合波を同一モジュール内で行えるようにしたシリーズDの光モジュールD1、D2について説明する。ここでは、1ch用の光モジュールD1を実施形態8として、また、2ch用の光モジュールD2を実施形態9として説明する。
一般的な通信システムでは、合波及び分波を、同一もしくは非常に近接した場所で行うことが多い。例えば、従来2チャンネルの波長分岐挿入を行う場合は、2チャンネルの分波器と2チャンネルの合波器を別々に用意し、図17に示すように、光ファイバを介して相互接続してシステムを構成する必要があった。そのような場面において、本実施形態の光モジュールD1、D2が効果を発揮する。即ち、本実施形態の光モジュールD1、D2では、分波及び合波の機能を同一基板上で行えるようにしており、それにより、中間部のファイバ接続部分及びファイバ接続のためのコリメータや筐体等を省略して、より安価で小型低損失な光波長合分波装置を作り出しているのである。
以下、シリーズDにおける1ch用の光モジュールD1と2ch用の光モジュールD2とについて個別に説明する。
<光モジュールD1(実施形態8)について>
図15は、1ch用の光波長合分波装置として利用される光モジュールD1の構成を示している。
この光モジュールD1は、基本的な要素として、先に説明した光モジュールAの構成を含んでいる。その光モジュールAに相当する部分の構成として、基板50の両側のコリメータ配置面52、53に、それぞれ第1のファイバコリメータ101、第2のファイバコリメータ102を配置している。これらの第1、第2のファイバコリメータ101、102は、同一軸線上に形成した第1のV溝61と第2のV溝62内にそれぞれ配置している。そして、第1、第2のファイバコリメータ101、102間の光路上に、特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波用の波長選択フィルタ70(A)を配置し、また、同波長選択フィルタ70(A)と第2のファイバコリメータ102との間に、波長選択フィルタ70(A)による光路ずれを補正する光路補正板80を、波長選択フィルタ70(A)と対称な角度で配置している。
また、光モジュールAに相当する部分の構成の他に、基板50の一方のコリメータ配置面52には、第1のV溝61と平行に第4のV溝64を形成し、他方のコリメータ配置面53には、第2のV溝61と平行に第3のV溝63を形成している。第3、第4のV溝63、64は同一軸線上に形成してあり、各V溝63、64にはそれぞれ第3、第4のファイバコリメータ103、104を配置している。
また、第1のファイバコリメータ101から入射され分波用の波長選択フィルタ70(A)で反射される反射光の進路と、第3、第4のV溝63、64の軸線の延長線との交点に、分波用の波長選択フィルタ70(A)からの反射光を更に自身の表面で反射すると共に、自身の背面から入射されて透過する透過光を表面での反射光に合波させる合波用の波長選択フィルタ70(B)を配置している。なお、波長選択フィルタ70(A、B)、光路補正板80は、基板50の中央に確保された光学素子配置面51上に固定してある。
この合波用の波長選択フィルタ70(B)は、第1のファイバコリメータ101から入射され、分波用の波長選択フィルタ70(A)で反射され、更に合波用の波長選択フィルタ70(B)の表面で反射された反射光が、第3のV溝63上の第3のファイバコリメータ103に入射するように、角度調整した上で固定してある。この合波用の波長選択フィルタ70(B)を配置することにより、その合波用の波長選択フィルタ70(B)の背面側に、前記合波用の波長選択フィルタ70(B)の背面に対して透過可能な波長帯域の光を入射させる第4のファイバコリメータ104が位置している。また、第4のファイバコリメータ104と合波用の波長選択フィルタ70(B)との間に、波長選択フィルタ70(B)による光路ずれを補正する光路補正板80が、波長選択フィルタ70(B)と対称な角度で配置してある。
なお、基板50の構成、各ファイバコリメータ101〜104の構成、波長選択フィルタ70及び光路補正板80の構成などについては、先に説明した実施形態の光モジュールのところで説明したものと、寸法的な要素を除いてはほぼ同様であるので、ここでは説明を省略する。
この光モジュールD1を光波長合分波装置として使用する場合は、第1のファイバコリメータ101を外部の入力用光伝送路1001からの波長多重光を受光する入力ポート(In)、最下流の第3のファイバコリメータ103を外部の出力用光伝送路1003に波長多重光を出光する出力ポート(Out)、第2のファイバコリメータ102を分岐用光伝送路1002へ分波光を取り出す分岐ポート(Drop)、第4のファイバコリメータ104を挿入用伝送路1004、1006からの挿入光を合波のために入射する挿入ポート(Add)として使用する。
こうすることで、入力ポート(第1のファイバコリメータ101)から入射される波長多重信号のうち、特定波長λ1の光信号は、分波用の波長選択フィルタ70(A)を透過して、分岐ポート(第2のファイバコリメータ102)より外部に取り出される。また、特定波長以外の波長光は、分波用の波長選択フィルタ70(A)及び合波用の波長選択フィルタ70(B)で順次反射されて、出力ポート(第3のファイバコリメータ103)より外部に取り出される。このとき、挿入ポート(第4のファイバコリメータ104)から特定波長λ1の信号光を挿入すると、その信号光は、合波用の波長選択フィルタ70(B)の裏面側から表面側に透過して、表面で反射される特定波長以外の波長光と合波されて、出力ポート(第3のファイバコリメータ103)より外部に取り出される。
ここで、分岐ポートより取り出す信号と挿入ポートより挿入する信号が、同一波長の信号では、分波用の波長選択フィルタ70(A)と合波用の波長選択フィルタ70(B)は同特性の波長選択フィルタを用いることにより1ch用の光波長合分波装置となる。また、分岐ポートより取り出す信号と挿入ポートより挿入する信号が、異なる波長の信号では、分波用の波長選択フィルタ70(A)は分岐ポートより取り出す信号の波長を透過する波長選択フィルタを用い、合波用の波長選択フィルタ70(B)は挿入ポートより挿入する信号の波長を透過する波長選択フィルタを用い、異なる特性の波長選択フィルタを用いれば良い。
従って、波長分波機能を発揮しながら、波長合波機能を発揮することができる。また、コリメータとしてコアレスファイバ付きのファイバコリメータ101〜104を採用したことにより、低損失な1ch型の光波長合分波器を提供することができる。また、各構成部品を共通の基板50上に固定し、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールの低価格化及び小型化を図ることができる。また、すべてのV溝61〜64を平行に形成し、更に対向するV溝61、62及びV溝63、64をそれぞれ同一軸線上に形成しているので、加工・組み立てが容易である。
<光モジュールD2(実施形態9)について>
次に、2ch以上用の合分波装置を説明する。ここでは、図16に示す2ch用の光モジュールD2を例にとりながら、一般的な2ch以上用の光モジュールについて、その構成を説明する。
Dシリーズの2ch用の光モジュールD2は、入射光の中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、裏面から入射されて透過する特定波長の透過光と表面から入射されて反射する他波長の反射光を合波する合波機能とを有する波長選択フィルタ71、72を、基板50上に装備している。ここで、波長選択フィルタは、2chの場合は波長選択フィルタ71、72を同特性のもの2個を1組として2組、それより多chの場合はch数分の組とすればよい。また、それら波長選択フィルタ71、72を、光の進行方向の上流側から下流側に向かって順番に波長選択フィルタ71、72の反射光が入射するように、且つ、各組の2個の波長選択フィルタ71、72が連続するように配置している。
また、分岐ポートより取り出す信号と挿入ポートより挿入する信号が異なる波長の信号では、分波用の波長選択フィルタ71は分岐ポートより取り出す信号の波長を透過する波長選択フィルタを用い、合波用の波長選択フィルタ72は挿入ポートより挿入する信号の波長を透過する波長選択フィルタを用い、異なる特性の波長選択フィルタを用いれば良い。
各組の2個の波長選択フィルタ71、72のうち、上流側の波長選択フィルタ71(A)、72(A)は分波用のもの、各組の下流側の波長選択フィルタ71(B)、72(B)は合波用のものとしてある。そして、
(a)最上流の分波用の波長選択フィルタ71(A)への入射光の光路上と、
(b)各組の上流側の分波用の波長選択フィルタ71(A)、72(A)の透過光の光路上と、
(c)各組の下流側の合波用の波長選択フィルタ71(B)、72(B)の背面への入射光の光路上と、
(d)最下流の合波用の波長選択フィルタ72(B)の反射光の光路上と、
にそれぞれファイバコリメータ101〜106を配置している。各ファイバコリメータ101〜106の構成は、先述したものと全く同様であるので、ここでは説明を省略する。
これらファイバコリメータ101〜106のうち、前記(b)各組の上流側の分波用の波長選択フィルタ71(A)、72(A)の透過光の光路上に位置する第2、第3のファイバコリメータ102、103及び前記(d)最下流の合波用の波長選択フィルタ72(B)の反射光の光路上に位置する第5のファイバコリメータ105と、前記(a)最上流の分波用の波長選択フィルタ71(A)の入射光の光路上に位置する第1のファイバコリメータ101及び前記(c)各組の下流側の合波用の波長選択フィルタ71(B)、72(B)の背面への入射光の光路上に位置する第4、第5のファイバコリメータ104、106とは、1枚の基板50の一方側と他方側に設けたコリメータ配置面53、52上に、波長選択フィルタ81、82を含む光学素子の配置スペース(光学素子配置面51)を挟んで対向配置されている。また、各ファイバコリメータ101〜106は、基板50の各コリメータ配置面52、53上に形成した第1〜第6のV溝61〜66内に配置して位置決めしてある。
これらのV溝61〜66は互いに平行に形成してあり、これらのうち、第1のV溝61と第2のV溝62は同一軸線上に位置し、第3のV溝63と第4のV溝64は同一軸線上に位置し、第5のV溝65と第6のV溝66は同一軸線上に位置している。そして、同一軸線上に位置するV溝にそれぞれ配置することで互いに対向するファイバコリメータ間の光路上に、光路補正板81、82が配置されている。
各光路補正板81、82は、波長選択フィルタ71、72を挿入したことによる光路ずれを補正するためのものであり、各組の上流側の分波用の波長選択フィルタ71(A)、72(A)の透過光の光路上と、各組の下流側の合波用の波長選択フィルタ71(B)、72(B)の背面への入射光の光路上と、に配置されている。
次に、このように構成されたDシリーズの光モジュールを使用する場合について、2ch用の光モジュールD2を例にとって説明する。
この光モジュールD2を2ch用の波長光合分波装置として使用する場合は、最上流のファイバコリメータ101を外部の入力用光伝送路1001からの波長多重光を受光する入力ポート(In)、最下流のファイバコリメータ105を外部の出力用光伝送路1005に波長多重光を出光する出力ポート(Out)、その他のファイバコリメータのうち、第2のファイバコリメータ102及び第3のファイバコリメータ103を分岐用光伝送路1002、1003へ分波光を取り出す分岐ポート(Drop)、第4のファイバコリメータ104及び第6のファイバコリメータ106を挿入用伝送路1004、1006からの挿入光を入射する挿入ポート(Add)として使用する。
こうすることで、入力ポート(第1のファイバコリメータ101)から入射される波長多重信号を、分岐ポート(第2、第3のファイバコリメータ102、103)に向けて順次分岐する波長分波機能を発揮しながら、挿入ポート(第4、第6のファイバコリメータ104、106)からの入力信号を順次合波する波長合波機能を発揮することができる。つまり、各分岐ポート(第2、第3のファイバコリメータ102、103)から、各波長選択フィルタ71(A)、71(B)で選択されるλ1、λ2の波長の光を順次取り出しながら、挿入ポート(第4、第6のファイバコリメータ104、106)から新たに波長λ1、λ2の信号を挿入・合波させて、最終的な信号を出力ポート(第5のファイバコリメータ105)より取り出すことができる。
従って、コリメータとしてコアレスファイバ付きのファイバコリメータ101〜106を採用したことにより、低損失な複数ch型の光波長合分波器を提供することができる。また、各構成部品を共通の基板50上に固定し、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールの低価格化及び小型化を図ることができる。また、すべてのV溝61〜66を平行に形成し、更に、対向するV溝61・62、63・64、65・66をそれぞれ同一軸線上に形成しているので、加工・組み立てが容易である。このため、容易な位置決めによる組立てだけで、十分な反射減衰量を満たしながら低挿入損失の光分波機能を得ることができる。
次に、Dシリーズの光モジュールD1、D2の製造方法について説明する。なお、1ch用の光モジュールD1は、2ch用の光モジュールD2の製造方法の途中までの工程でできるので、代表して2ch用の光モジュールD2の製造方法についてだけ説明する。
<光モジュールD2の製造方法>
図16に示す光モジュールD2は、次のようにして製造することができる。
まず、第1〜第6の6本のV溝61〜66を形成した基板50を準備する。ここで、第1、第4、第6のV溝61、64、66は、基板50の一方側のコリメータ配置面52にこの順に形成し、第2、第3、第5のV溝62、63、65は、基板50の他方側のコリメータ配置面53にこの順に形成する。これらV溝61〜66は、同一平面上に互いに平行に並ぶよう形成してある。ここで、第1のV溝61と第2のV溝62、第4のV溝64と第3のV溝63、第6のV溝66と第5のV溝65は、それぞれ同一軸線上に配置してある。また、同じ側に並んだV溝は等ピッチで配置してある。
基板50を準備したら、次に、前記光モジュールA(図1参照)の場合と同様に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120をそれぞれ第1、第2のV溝61、62に配置して位置調整することにより、第1、第2のファイバコリメータ101、102を作製する。次いで、第1のファイバコリメータ101と第2のファイバコリメータ102間の光路上に、予め設計した角度で分波用の第1の波長選択フィルタ71(A)を配置する。
次に、第2のV溝62に隣接する第3のV溝63に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第3のファイバコリメータ103を仮組みする。また、分波用の第1の波長選択フィルタ71(A)で反射された反射光の光軸と第3、第4のV溝63、64の軸線の延長線とが交差する点に、合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)を配置し、第3のファイバコリメータ103に、第1のファイバコリメータ101から入力されて分波用の第1の波長選択フィルタ71(A)、合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)を次々に反射する光が入射するようにする。
次に、第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71(A)、71(B)で反射する波長の光を入力し、波長選択フィルタ71(A)、71(B)を経由して第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110に結合する光量を見ながら、合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)の位置と向き、第3のファイバコリメータ103を構成する光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定する。
次に、合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)と第3のファイバコリメータ103との間に、分波用の第2の波長選択フィルタ72(A)を予め設計した角度で配置する。また、第3のV溝63に隣接する第5のV溝65に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第5のファイバコリメータ105を仮組みする。また、分波用の第2の波長選択フィルタ72(A)で反射された反射光の光軸と第5、第6のV溝65、66の軸線の延長線とが交差する点に、合波用の第2の波長選択フィルタ72(B)を配置し、第5のファイバコリメータ105に、第1のファイバコリメータ101から入力されて分波用の第1の波長選択フィルタ71(A)、合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)、分波用の第2の波長選択フィルタ72(A)、合波用の第2の波長選択フィルタ72(B)を次々に反射する光が入射するようにする。
次に、第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71(A)、71(B)及び第2の波長選択フィルタ72(A)、72(B)で共に反射する波長の光を入力し、波長選択フィルタ71(A)、71(B)、72(A)、72(B)で順次反射されて第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110に結合する光量を見ながら、合波用の第2の波長選択フィルタ72(B)の位置と向き、第5のファイバコリメータ105を構成する光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離を決定し固定する。
次に、分波用の第1の波長選択フィルタ71(A)と第2のファイバコリメータ102の間に、第1の波長選択フィルタ71による光路ずれを補正する光路補正板81を、分波用の第1の波長選択フィルタ71(A)と対称な角度で配置する。この時、第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71を透過する波長の光を入力し、第2のファイバコリメータ102の光ファイバ端末110から出力される光量によって、光路補正板81の取付角度を微調整して固定する。
次に、分波用の第2の波長選択フィルタ72(A)と第3のファイバコリメータ103の間に、第2の波長選択フィルタ72による光路ずれを補正する光路補正板82を、分波用の第2の波長選択フィルタ72(A)と対称な角度で配置する。この時、第1のファイバコリメータ101に、第1の波長選択フィルタ71で反射し、且つ、第2の波長選択フィルタ72を透過する波長の光を入力し、第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110から出力される光量によって、光路補正板82の取付角度を微調整して固定する。
次に、第1のV溝61に隣接する第4のV溝64に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第4のファイバコリメータ104を仮組みする。また、第4のファイバコリメータ104と合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)との間に、合波用の第1の波長選択フィルタ71(B)と対称な角度で、第1の波長選択フィルタ71による光路ずれを補正する光路補正板81を配置し、光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120の片方を第4のV溝64に固定する。
次に、第4のファイバコリメータ104の光ファイバ端末110に、第1の波長選択フィルタ71を透過する波長の光を入力し、第3のファイバコリメータ103の光ファイバ端末110に結合する光量を見ながら、第4のファイバコリメータ104の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離及び光路補正板81の角度を微調整し、これらを固定する。
次に、第4のV溝64に隣接する第6のV溝66に、光ファイバ端末110及びコリメータレンズ120を配置して第6のファイバコリメータ106を仮組みする。また、第6のファイバコリメータ106と合波用の第2の波長選択フィルタ72(B)との間に、合波用の第2の波長選択フィルタ72(B)と対称な角度で、第2の波長選択フィルタ72と同特性の光路補正板82を配置し、光ファイバ端末110またはコリメータレンズ120の片方を第6のV溝66に固定する。
次に、第6のファイバコリメータ106の光ファイバ端末110に、第2の波長選択フィルタ72を透過する波長の光を入力し、第5のファイバコリメータ105の光ファイバ端末110に結合する光量を見ながら、第6のファイバコリメータ106の光ファイバ端末110とコリメータレンズ120の距離及び光路補正板82の角度を微調整し、これらを固定する。
以上のようにして、全ての部材の位置を決定・固定し、小型低損失で容易に組み立てが可能な光合分波機能を有する光モジュールD2ができあがる。この場合、光学素子である波長選択フィルタ71、72、光路補正板81、82の位置や角度の調整については、全てのV溝61〜66が同一平面内にあってV溝61〜66上のコリメート光の光軸が全てこの平面から出ないため、2次元の光軸調整だけで、容易に低損失な光結合を得ることができる。
なお、上記においては、2ch用の光モジュールD2を製造する場合について述べたが、より多チャンネル化する場合には、単に以上の工程を繰り返せばよい。
また、上記実施形態の全ての部材寸法、仕様は上記に限るものではなく、組立て方法も上記に限るものではない。
また、前述で波長選択フィルタを他の機能を果たすフィルタで置き換えることを示したが、上記実施形態全てにおいて、1つの波長選択フィルタを用いる形態では、その前後のどちらか一方あるいは両方に、また複数の波長選択フィルタを用いる形態では、最上流の波長選択フィルタの前あるいは最下流の波長選択フィルタの後ろのどちらか一方あるいは両方に、利得等価フィルタや、入射される光の光量の一部分のみを取り出すためのフィルタを配置しそれぞれの機能を付与しても良い。
以上説明したように、本発明によれば、直進性の非常に高いファイバコリメータを共通基板のガイド(位置決め溝)に従って固定することで、これまで光パッシブモジュールの価格の大きな部分を占めていた、光学アライメントを大幅に削減し、低価格化を実現することができる。また、部品間を光が空間伝搬する構成としているので、無駄な部品を使わずに済み、必要最小限の体積で、光モジュールの小型化、低損失化を図ることができる。
本発明の第1実施形態の光モジュールAの構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 光モジュールAに使用するファイバコリメータの構成を示す拡大図である。 別のファイバコリメータの構成例を示す拡大図である。 本発明の第2実施形態の光モジュールB1の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 同光モジュールB1の使用例を示し、(a)は光波長分波装置として使用した場合、(b)は光波長合波装置として使用した場合を示す図である。 本発明の第3実施形態の光モジュールB2の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 同光モジュールB2の使用例を示し、(a)は光波長分波装置として使用した場合、(b)は光波長合波装置として使用した場合を示す図である。 本発明の第4実施形態の光モジュールB3の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 同光モジュールB3の使用例を示し、(a)は光波長分波装置として使用した場合、(b)は光波長合波装置として使用した場合を示す図である。 本発明の第5実施形態の光モジュールC1の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 本発明の第6実施形態の光モジュールC2の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 本発明の第7実施形態の光モジュールC3の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 本発明の第2実施形態の光モジュールB1を対にして組み合わせることで、1ch用の光波長合分波装置を構成した場合の構成図である。 本発明の第4実施形態の光モジュールB3を対にして組み合わせることで、4ch用の光波長合分波装置を構成した場合の構成図である。 本発明の第8実施形態の光モジュールD1の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 本発明の第8実施形態の光モジュールD2の構成図で、(a)は平面図、(b)は側面図である。 従来の光分岐挿入装置の概略構成図である。 コリメータの光軸ずれの説明図である。 コリメータの光軸ずれの特性を示す図である。 波長選択フィルタの光軸ずれの説明図である。 波長選択フィルタの光軸ずれの特性を示す図である。
符号の説明
A,B1,B2,B3,C1,C2,C3,D1,D2 光モジュール
50 基板
51 光学素子配置面(光学素子配置スペース)
52 コリメータ配置面(コリメータ配置スペース)
61〜66 V溝(位置決め溝)
70,71〜74 波長選択フィルタ(光学素子)
80,81,82 光路補正板
90,91,92 ミラー(光路補正手段)
101〜106 ファイバコリメータ
110 光ファイバ端末
111 光ファイバ
111a コア
111b クラッド
120 コリメータレンズ

Claims (24)

  1. 中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、前記コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合し、フェルール内に挿入して接着固定した光ファイバ端末の光軸上で前記コアレスファイバの他端面側に、前記コアレスファイバから離間して、レンズ偏芯を1μm以下としたコリメータレンズを、前記コリメータレンズとフェルールとの外径差が2μm以下となるように配置して構成した第1、第2の組のファイバコリメータを、同一軸線上に位置するように1枚の基板上に形成した第1、第2の位置決め溝内に対向配置すると共に、それらのファイバコリメータの対向面間にフィルタ機能を有した光学素子を配置したことを特徴とする光モジュール。
  2. 請求項1に記載の光モジュールであって、
    前記ファイバコリメータが、端面にコアレスファイバを接合した前記光ファイバの端末と、前記コリメータレンズとを、ガラス管内に配置することにより単体の光部品として構成されており、当該単体の光部品として構成されたファイバコリメータの前記ガラス管が、前記位置決め溝内に配置されていることを特徴とする光モジュール。
  3. 請求項1〜のいずれかに記載の光モジュールであって、
    前記フィルタ機能を有する光学素子として、
    前記第1のファイバコリメータから入射される波長多重光のうち特定の波長帯域の光のみを前記第2のファイバコリメータに向けて透過し他波長の光を反射する分波機能と、前記第2のファイバコリメータから片面に入射されて透過する特定波長の透過光と他面から入射されて反射する他波長の反射光を第1のファイバコリメータへ向けて合波する合波機能と、を有する波長選択フィルタが設けられると共に、
    該波長選択フィルタと前記第2のファイバコリメータとの間に、光路補正板が設けられていることを特徴とする光モジュール。
  4. 請求項に記載の光モジュールであって、
    前記第1のファイバコリメータから入射され前記波長選択フィルタで反射される反射光の進路に、前記第1、第2のファイバコリメータと同様の構成を持つ第3のファイバコリメータを配置し、該第3のファイバコリメータを、前記基板上の前記第1、第2の位置決め溝と同一平面上に形成した第3の位置決め溝に配置して位置決めしたことを特徴とする光モジュール。
  5. 請求項に記載の光モジュールであって、
    前記第3の位置決め溝を前記第1、第2の位置決め溝と平行に形成し、その第3の位置決め溝に配置した前記第3のファイバコリメータと前記波長選択フィルタとの間に、前記第1のファイバコリメータと第3のファイバコリメータとの間で前記波長選択フィルタによる反射光を相互に結合させる光路補正手段を配置したことを特徴とする光モジュール。
  6. 請求項4または5に記載の光モジュールであって、
    前記第1のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる波長多重光を前記波長選択フィルタに対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、前記第2のファイバコリメータを、前記波長選択フィルタに入射され透過した特定波長帯域の光を外部に取り出すための分岐光用コリメータとし、前記第3のファイバコリメータを、前記波長選択フィルタに入射され反射した特定波長帯域以外の光を外部の出力用光伝送路へ送り出すための出力光用コリメータとして利用することで、波長多重光を分波する光波長分波装置を構成したことを特徴とする光モジュール。
  7. 請求項4または5に記載の光モジュールであって、
    前記第3のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる前記特定の波長帯域以外の光を前記波長選択フィルタの表面に対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、前記第2のファイバコリメータを、特定の波長帯域の光を前記波長選択フィルタの裏面に対し挿入光として入射させる挿入光用コリメータとし、前記第1のファイバコリメータを、前記波長選択フィルタにて反射する入力光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路へ伝送する出力光用コリメータとして利用することで、光波長合波装置として構成したことを特徴とする光モジュール。
  8. 入射光の中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、片面から入射されて透過する特定波長の透過光と他面から入射されて反射する他波長の反射光を合波する合波機能とを有する波長選択フィルタを、前記特定波長を異ならせて複数装備すると共に、
    前記複数の波長選択フィルタを、光の進行方向の上流側から下流側に向かって順番にフィルタの反射光が入射するように配置し、
    最上流の波長選択フィルタへの入射光の光路上と、
    各波長選択フィルタの透過光の光路上と、
    最下流の波長選択フィルタの反射光の光路上と、にそれぞれコリメータを配置し、
    それら各コリメータとして、中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、前記コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合し、フェルール内に挿入して接着固定した光ファイバ端末の光軸上で前記コアレスファイバの他端面側に、前記コアレスファイバから離間してレンズ偏芯を1μm以下としたコリメータレンズを、前記コリメータレンズとフェルールとの外径差が2μm以下となるように配置して構成したファイバコリメータを使用し、
    これらファイバコリメータを、光の合分波順序に従って1枚の基板の一方側と他方側に交互に、且つ前記波長選択フィルタを含む光学素子の配置スペースを挟んで対向配置すると共に、各ファイバコリメータを、前記基板上の同一面内に形成した位置決め溝内に配置して位置決めし、
    更に、前記基板の一方側と他方側で波長選択フィルタを介して対向する関係にあるファイバコリメータの少なくとも1組を、同一軸線上に形成した位置決め溝に配置すると共に、両ファイバコリメータ間の光路上に光路補正板を配置したことを特徴とする光モジュール。
  9. 請求項に記載の光モジュールであって、
    前記すべての位置決め溝を互いに平行に形成し、平行に形成することで光路補正の生じた箇所に光路補正手段を介在させたことを特徴とする光モジュール。
  10. 請求項8または9に記載の光モジュールであって、
    分波器として使用するときの光の進行方向の最上流のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる波長多重光を最上流の波長選択フィルタに対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、最下流のファイバコリメータを、最下流の波長選択フィルタで反射した光を外部の出力用光伝送路へ送り出すための出力用コリメータとし、それ以外のファイバコリメータを、各波長選択フィルタで透過した光を外部に取り出すための分岐光用コリメータとして利用することで、波長多重光を多段に分波する光波長分波装置を構成したことを特徴とする光モジュール。
  11. 請求項8または9に記載の光モジュールであって、
    合波器として使用するときの光の進行方向の最上流のファイバコリメータを、外部の入力用光伝送路から伝送されてくる光を最上流の波長選択フィルタの表面に対し入力光として入射させる入力光用コリメータとし、最下流のファイバコリメータを、最下流の波長選択フィルタで反射する反射光と透過する挿入光との合波光を外部の出力用光伝送路へ伝送する出力光用コリメータとし、それ以外のファイバコリメータを、各波長選択フィルタの裏面に対し各フィルタごとの特定の波長帯域の挿入光を入射させる挿入光用コリメータとして利用することで、光波長合波装置として構成したことを特徴とする光モジュール。
  12. 請求項1〜のいずれかに記載の光モジュールであって、
    前記フィルタ機能を有する光学素子として、前記第1のファイバコリメータから入射される波長多重光のうち特定の波長帯域の光のみを前記第2のファイバコリメータに向けて透過し他波長の光を反射する分波用の波長選択フィルタを設ける共に、該波長選択フィルタと前記第2のファイバコリメータとの間に光路補正板を設け、
    前記第1のファイバコリメータから入射され前記分波用の波長選択フィルタで反射される反射光の進路に、分波用の波長選択フィルタからの反射光を更に自身の表面で反射すると共に自身の背面から入射されて透過する透過光を前記表面での反射光に合波させる合波用の波長選択フィルタを配置し、
    前記第1のファイバコリメータから入射され前記分波用の波長選択フィルタで反射され更に前記合波用の波長選択フィルタの表面で反射される反射光の進路に、前記第1、第2のファイバコリメータと同様の構成を持つ第3のファイバコリメータを配置すると共に、
    前記合波用の波長選択フィルタの背面側に、当該合波用の波長選択フィルタの背面に対して透過可能な波長帯域の光を入射させる、前記第1、第2のファイバコリメータと同様の構成を持つ第4のファイバコリメータを配置し、
    前記第3、第4のファイバコリメータをそれぞれ、前記基板上の前記第1、第2の位置決め溝と同一平面内に形成した第3、第4の位置決め溝に配置して位置決めしたことを特徴とする光モジュール。
  13. 請求項12に記載の光モジュールであって、
    前記分波用の波長選択フィルタと合波用の波長選択フィルタとを、同一波長の光のみを透過する同特性の波長選択フィルタとしたことを特徴とする光モジュール。
  14. 請求項12または13に記載の光モジュールであって、
    前記第3、第4の位置決め溝を同一軸線上に位置するように形成し、それら第3、第4の位置決め溝内に、前記合波用の波長選択フィルタを挟んで対向するよう前記第3、第4のファイバコリメータをそれぞれ配置して位置決めし、更に、前記第4のファイバコリメータと合波用の波長選択フィルタとの間に光路補正板を配置したことを特徴とする光モジュール。
  15. 請求項14に記載の光モジュールであって、
    前記第1、第2の位置決め溝と前記第3、第4の位置決め溝とを互いに平行に形成し、前記第1の位置決め溝と第4の位置決め溝とを前記基板の一方側に配置すると共に、前記第2の位置決め溝と第3の位置決め溝とを前記基板の他方側に配置し、基板の一方側と他方側との間に前記波長選択フィルタの配置スペースを設けたことを特徴とする光モジュール。
  16. 入射光の中の特定波長の光のみを透過し他波長の光を反射する分波機能と、裏面から入射されて透過する特定波長の透過光と表面から入射されて反射する他波長の反射光を合波する合波機能とを有する波長選択フィルタを2個を1組とし、且つ、各組ごとに前記特定波長を異ならせて複数組、基板上に装備すると共に、
    前記波長選択フィルタを、光の進行方向の上流側から下流側に向かって順番に波長選択フィルタの反射光が入射するように、且つ、各組の2個の波長選択フィルタが連続するように配置し、
    各組の2個の波長選択フィルタのうち上流側の波長選択フィルタは分波用のもの、各組の下流側の波長選択フィルタは合波用のものとし、
    (a)最上流の分波用の波長選択フィルタへの入射光の光路上と、
    (b)各組の上流側の分波用の波長選択フィルタの透過光の光路上と、
    (c)各組の下流側の合波用の波長選択フィルタの背面への入射光の光路上と、
    (d)最下流の合波用の波長選択フィルタの反射光の光路上と、
    にそれぞれコリメータを配置し、
    それら各コリメータとして、中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、前記コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合し、フェルール内に挿入して接着固定した光ファイバ端末の光軸上で前記コアレスファイバの他端面側に、前記コアレスファイバから離間してレンズ偏芯を1μm以下としたコリメータレンズを、前記コリメータレンズとフェルールとの外径差が2μm以下となるように配置して構成したファイバコリメータを使用し、
    これらファイバコリメータのうち、前記(b)各組の上流側の分波用の波長選択フィルタの透過光の光路上に位置するファイバコリメータ及び前記(d)最下流の合波用の波長選択フィルタの反射光の光路上に位置するファイバコリメータと、前記(a)最上流の分波用の波長選択フィルタの入射光の光路上に位置するファイバコリメータ及び前記(c)各組の下流側の合波用の波長選択フィルタの背面への入射光の光路上に位置するファイバコリメータとを、1枚の基板の一方側と他方側に、前記波長選択フィルタを含む光学素子の配置スペースを挟んで対向配置すると共に、各ファイバコリメータを、前記基板上の同一面内に形成した位置決め溝内に配置して位置決めし、
    更に、前記基板の一方側と他方側で波長選択フィルタを介して対向する関係にあるファイバコリメータの少なくとも1組を、同一軸線上に形成した前記位置決め溝に配置すると共に、両ファイバコリメータ間の光路上に光路補正板を配置したことを特徴とする光モジュール。
  17. 請求項16に記載の光モジュールであって、
    前記各組の分波用の波長選択フィルタと合波用の波長選択フィルタとを、同一波長の光のみを透過する同特性の波長選択フィルタとしたことを特徴とする光モジュール。
  18. 請求項16または17に記載の光モジュールであって、
    前記すべての位置決め溝を互いに平行に形成し、平行に形成することで光路補正の生じた箇所に光路補正手段を介在させたことを特徴とする光モジュール。
  19. 請求項5、9、18のいずれかに記載の光モジュールであって、
    前記光路補正手段として、ミラー、ジンバル機構を有したミラー、全反射プリズム、屈折型プリズムの少なくともいずれかを使用したことを特徴とする光モジュール。
  20. 請求項1〜19のいずれかに記載の光モジュールであって、
    前記位置決め溝として、V溝、丸溝、矩形溝、楕円溝のうちのいずれかを設けたことを特徴とする光モジュール。
  21. 請求項1〜のいずれかに記載の光モジュールであって、
    前記フィルタ機能を有する光学素子として、
    入射される光の強度が波長に対して均一でない場合に、この強度を平坦化するように光強度を補正する利得等化フィルタを使用したことを特徴とする光モジュール。
  22. 請求項1〜のいずれかに記載の光モジュールであって、
    前記フィルタ機能を有する光学素子として、
    入射される光の光量の一部分のみを取り出すためのフィルタを使用したことを特徴とする光モジュール。
  23. 請求項に記載の光波長分波装置として構成された光モジュールと、請求項に記載の光波長合波装置として構成された光モジュールとを、対にして組み合わせたことを特徴とする光波長合分波装置。
  24. 請求項10に記載の光波長分波装置として構成された光モジュールと、請求項11に記載の光波長合波装置として構成された光モジュールとを、対にして組み合わせたことを特徴とする光波長合分波装置。
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