JP4340210B2 - 光学部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとからなるレンズ付き光ファイバを有する光学部品及びその製造方法に関する。

シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦという）とグレーデッドインデックス光ファイバ（以下、ＧＩＦという）とからなるレンズ付き光ファイバ（光ファイバコリメータ）を用いた光学部品としての光合分波器は、光通信分野のうちの波長多重（ＷＤＭ）通信に用いられている。

従来の光合分波器等の光学部品は、レンズ、光ファイバ及び光学素子等の構成部品を独立して予め所定の形状にそれぞれ形成し、光軸調芯作業（アクティブ調芯）により、これらの構成部品に光を通しながら位置調整が行われる。各構成部品が最適な位置に調整されると、各構成部品がそれぞれの位置で保持されるように、固定作業が行われる。このため、各構成部品を保持する多くの部材、治工具及び設備が必要であり、光学部品の高コスト化の要因となっている。

特許文献１には、光学部品としての偏波無依存型光アイソレータが開示されている。当該偏波無依存型光アイソレータは、レンズ付き光ファイバ配置用のＶ溝と、Ｖ溝に直交し、アイソレータブロックを配設する凹部とが形成された基板を有している。このため、当該偏波無依存型光アイソレータは構成部品を大幅に少なくでき、さらに、光軸調芯作業の簡易化を図ることができる。
特開２００４−１５７３１８号公報

ところが、レンズ付き光ファイバを基板上に実装してしまうと、その後の位置調整が不可能となる。このため、偏波無依存型光アイソレータの高性能化を図るためには、レンズ付き光ファイバの基板上への初期の位置合わせの高精度化が必要になる。また、レンズ付き光ファイバが高精度に形成されていないと、高精度に位置合わせされても、偏波無依存型光アイソレータの高性能化を十分に図ることが困難である。

このように、偏波無依存型光アイソレータ等の光学部品の高性能化を図るためには、高精度に形成されたレンズ付き光ファイバを高精度に位置合わせしてから固定する必要がある。このため、高性能な光学部品を製造することは困難であり、製造歩留まりが低下して、光学部品が高コスト化してしまう問題を有している。

本発明の目的は、レンズ付き光ファイバを高精度に基板実装でき、高性能で安定製造性に優れた光学部品及びその製造方法を提供することにある。

上記目的は、基板と、前記基板上に形成され、光ファイバを配置するための光ファイバ配置用溝と、前記光ファイバ配置用溝に配置され、シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとを光ファイバ接続面で接続したレンズ付き光ファイバと、前記光ファイバ配置用溝を横切って前記基板上に形成され、前記光ファイバ接続面の位置決め用の位置決めマークとを有することを特徴とする光学部品によって達成される。

上記本発明の光学部品であって、複数の前記光ファイバ配置用溝を有し、前記位置決めマークは、前記複数の光ファイバ配置用溝を横切って形成されていることを特徴とする。

上記本発明の光学部品であって、前記位置決めマークは、溝状に形成されていることを特徴とする。

また、上記目的は、基板と、前記基板上に形成され、前記基板面内の第１の仮想直線上に形成された、光ファイバを配置するための第１の光ファイバ配置用溝と、前記基板上に形成され、前記基板面内で前記第１の仮想直線と交差する第２の仮想直線上に形成された第２の光ファイバ配置用溝と、前記第１及び第２の仮想直線の交点から所定の距離で前記基板上に形成され、前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第１の位置決めマークと、前記交点に関して、前記第１の位置決めマークと逆側にほぼ平行に対向して配置されて、前記交点から所定の距離で前記基板上に形成され、前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第２の位置決めマークと、シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとが光ファイバ接続面で接続され、前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面を前記交点側に向けて、前記第１及び第２の前記光ファイバ配置用溝に配置された３本のレンズ付き光ファイバのうちの前記第１の位置決めマークに基づいて位置決めされて前記第１の光ファイバ配置用溝に配置された第１のレンズ付き光ファイバと、前記レンズ付光ファイバのうちの前記第２の位置決めマークに基づいて位置決めされて前記第１の光ファイバ配置用溝に配置された第２のレンズ付き光ファイバと、前記第１の位置決めマークに基づいて位置決めされて前記第２の光ファイバ配置用溝に配置された第３のレンズ付き光ファイバと、前記第１の位置決めマークから所定距離だけ離れた位置で前記交点を含み、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバのそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面がそれぞれの前記光ファイバ接続面から所定位置で露出する露出用溝と、前記露出用溝に載置され、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ中を伝搬して射出した光を合波又は／及び分波する光学素子とを有することを特徴とする光学部品によって達成される。

上記本発明の光学部品であって、前記第１及び第２の位置決めマークは、溝状に形成されていることを特徴とする。

また、上記目的は、光ファイバを配置するための光ファイバ配置用溝を基板上に形成し、前記光ファイバ配置用溝を横切る位置決めマークを前記基板上に形成し、シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとを光ファイバ接続面で接続したレンズ付き光ファイバを前記光ファイバ配置用溝に配置し、前記位置決めマークに基づいて前記光ファイバ接続面を位置決めすることを特徴とする光学部品の製造方法によって達成される。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記光ファイバ接続面を位置決めした後に、前記位置決めマークに基づいて前記光ファイバ接続面から所定位置で前記グレーデッドインデックス光ファイバを切断することを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記位置決めマークを溝状に形成することを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記位置決めマークを前記光ファイバ接続面の境界線を挟む平行２直線に形成することを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記平行２直線の間隙に前記光ファイバ接続面を位置決めすることを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、複数の前記光ファイバ配置用溝を前記基板上に形成し、前記複数の光ファイバ配置用溝を横切る前記位置決めマークを前記基板上に形成し、前記レンズ付き光ファイバを前記複数の光ファイバ配置用溝にそれぞれ配置し、前記位置決めマークに基づいて複数の前記光ファイバ接続面をそれぞれ位置決めすることを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記複数のレンズ付き光ファイバの前記光ファイバ接続面をそれぞれ位置決めした後に、前記位置決めマークに基づいて複数の前記レンズ付き光ファイバのそれぞれの前記光ファイバ接続面から所定位置でそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバを切断することを特徴とする。

また、上記目的は、光ファイバを配置するための第１の光ファイバ配置用溝を基板上に形成し、前記第１の光ファイバ配置用溝と交差する第２の光ファイバ配置用溝を前記基板上に形成し、前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝の交点から所定の距離に前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第１の位置決めマークを前記基板上に形成し、前記交点に関して、前記第１の位置決めマークと逆側にほぼ平行に対向して配置されて、前記交点から所定の距離に前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第２の位置決めマークを前記基板上に形成し、シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとを光ファイバ接続面で接続した第１乃至第３のレンズ付き光ファイバのそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面を前記交点側に向けて、前記第１及び第２のレンズ付き光ファイバを前記第１の光ファイバ配置用溝にそれぞれ配置し、前記第３のレンズ付き光ファイバを前記第２の光ファイバ配置用溝に配置し、前記第１の位置決めマークに基づいて前記第１のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めし、前記第２の位置決めマークに基づいて前記第２のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めし、前記第１の位置決めマークに基づいて前記第３のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めし、第１の位置決めマークから所定距離だけ離れた位置で前記交点を含み、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバのそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面がそれぞれの前記光ファイバ接続面から所定位置で露出する露出用溝を形成し、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ中を伝搬して射出した光を合波又は／及び分波する光学素子を前記露出用溝に載置することを特徴とする光学部品の製造方法によって達成される。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記グレーデッドインデックス光ファイバが所定の長さになるように、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバの少なくともいずれか１つを前記交点と同時に切断することを特徴とする。

上記本発明の製造方法であって、前記第１及び第２の位置決めマークを溝状に形成することを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記第１及び第２の位置決めマークを前記光ファイバ接続面の境界線を挟む平行２直線に形成することを特徴とする。

上記本発明の光学部品の製造方法であって、前記第１の位置決めマークの前記平行２直線の間隙に前記第１及び第３のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面をそれぞれ位置決めし、前記第２の位置決めマークの前記平行２直線の間隙に前記第２のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めすることを特徴とする。

本発明によれば、レンズ付き光ファイバを高精度に基板実装でき、高性能な光学部品を安定して製造することができる。

〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による光学部品及びその製造方法を図１乃至図５を用いて説明する。まず、本実施の形態による光学部品の概略の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態の光学部品の部分平面を示している。図１（ｂ）は、基板１端部側をレンズ付き光ファイバ７の光軸方向に見たＶ溝３ａ近傍を示している。図１（ｂ）では、位置決めマーク５を併せて示している。

図１（ａ）に示すように、光学部品は、例えばガラス材料で形成された基板１と、基板１上に形成され、光ファイバを配置するための複数（図１（ａ）では３つ）の平行に配置された直線上に延びるＶ溝（光ファイバ配置用溝）３ａ、３ｂ、３ｃとを有している。Ｖ溝３ａには、ＳＭＦ７ａとＧＩＦ７ｂとを接続したレンズ付き光ファイバ７が配置されている。ＧＩＦ７ｂは光ファイバ接続面７ｃでＳＭＦ７ａに、例えば融着接続されている。ＧＩＦ７ｂは光軸の径方向に屈折率分布を有する屈折率分布型の光ファイバである。また、ＧＩＦ７ｂはＳＭＦ７ａから出射する発散光線束を平行光線束又は収束光線束に変換し、レンズ付き光ファイバ７に入射する平行光線束を収束光線束に変換する機能を有している。

図１（ｂ）に示すように、Ｖ溝３ａは基板１表面での溝幅が約２００μｍであり、溝深さが約１７７μｍであり、溝頂部の成す角が約６０°のＶ字状に形成されている。レンズ付き光ファイバ７は、例えばガラス材料で形成された光ファイバ固定板２によりＶ溝３ａに密着固定されている。光ファイバ固定板２は基板１に、例えば紫外線硬化性の樹脂４で固定されている。Ｖ溝３ｂはＶ溝３ａと同様に断面がＶ字状に形成されている。Ｖ溝３ｂには、レンズ付き光ファイバ７と同様にＳＭＦ９ａとＧＩＦ９ｂとを光ファイバ接続面９ｃで接続したレンズ付き光ファイバ９が配置されている。Ｖ溝３ｃもＶ溝３ａと同様に断面がＶ字状に形成されている。Ｖ溝３ｃには、レンズ付き光ファイバ７と同様にＳＭＦ１１ａとＧＩＦ１１ｂとを光ファイバ接続面１１ｃで接続したレンズ付き光ファイバ１１が配置されている。

また、光学部品は光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃの位置決めに用いられる、Ｖ溝３ａ、３ｂ、３ｃに直交して横切る直線状の位置決めマーク５を有している。図２は、レンズ付き光ファイバ７の光ファイバ接続面７ｃ近傍を示している。図２（ａ）は、基板１のＶ溝３ａ形成面の部分平面を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面を示している。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、位置決めマーク５は、位置決めマーク５の延伸方向に直交する断面の形状が凹状の溝状に形成されている。位置決めマーク５の溝幅は約３０μｍに形成され、溝深さは約１５０μｍ（図１（ａ）参照）に形成されている。このように、位置決めマーク５の溝深さは、Ｖ溝３ａの頂部の深さより若干浅く形成されている。位置決めマーク５は凹状の溝状に形成されることにより、Ｖ溝３ａ形成面の法線方向に見て平行２直線に視認される。光ファイバ接続面７ｃは当該平行２直線の間隙に挟まれて位置決めされている。

図１（ａ）に示すように、光ファイバ接続面９ｃ、１１ｃの境界線も同様に、位置決めマーク５の平行２直線の間隙に位置決めされている。光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃを位置決めした後に、位置決めマーク５に基づいて光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃから長さＬｇの位置でＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂを切断しているので、ＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂはほぼ同じ長さＬｇに形成されている。

このように、本実施の形態による光学部品によれば、位置決めマーク５に基づいて、光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃの位置決めができるので、極めて容易に高精度にレンズ付き光ファイバ７、９、１１を基板１上に配置することができる。また、位置決めマーク５に基づいて光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃから長さＬｇの位置でＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂを切断できる。このため、出射光の出射角度が極めて揃った高性能なレンズ付き光ファイバ７、９、１１を有する光学部品を形成できる。

次に、本実施の形態による光学部品の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、本実施の形態による光学部品の製造工程を示している。
まず、図３（ａ）に示すように、光ファイバを配置するための複数（図３（ａ）では３つ）の平行に配置された直線状に延びるＶ溝３ａ、３ｂ、３ｃを基板１上に形成する。Ｖ溝３ａ、３ｂ、３ｃの断面形状は基板１表面での溝幅が約２００μｍであり、溝深さが約１７７μｍであり、溝頂部の成す角が約６０°のＶ字状に形成される。次に、図３（ｂ）に示すように、基板１端部から所定の位置に、Ｖ溝３ａ、３ｂ、３ｃを直交して横切る直線状の位置決めマーク５を形成する。位置決めマーク５の断面形状は溝幅が約３０μｍであり、溝深さが約１５０μｍの凹状に形成される。位置決めマーク５は凹状の溝状に形成されることにより、Ｖ溝３ａ形成面の法線方向に見て平行２直線に視認される。

次に、図４（ａ）に示すように、レンズ付き光ファイバ７、９、１１をＶ溝３ａ、３ｂ、３ｃにそれぞれ配置する。ＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂは、所望の長さＬｇ＋１００μｍ程度に形成されている。このため、レンズ付き光ファイバ７、９、１１をＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂ端面を揃えて配置すると、ＧＩＦ７ｂが短めのレンズ付き光ファイバ７はその光ファイバ接続面７ｃが位置決めマーク５より基板１端面側に位置する。ＧＩＦ９ｂが長めのレンズ付き光ファイバ９はその光ファイバ接続面９ｃが位置決めマーク５より基板１端面に対して遠くに位置する。ＧＩＦ１１ｂが調度であればレンズ付き光ファイバ１１の光ファイバ接続面１１ｃは位置決めマーク５の平行２直線の間隙に位置する。

次に、図４（ｂ）に示すように、光ファイバ接続面７ｃの境界線が位置決めマーク５の平行２直線の間隙に位置決めされるように、レンズ付き光ファイバ７を図中左側にずらす。次いで、光ファイバ接続面９ｃの境界線が位置決めマーク５の平行２直線の間隙に位置決めされるように、レンズ付き光ファイバ７を図中右側にずらす。その際、光ファイバ接続面９ｃの境界線が光ファイバ接続面７ｃの境界線の同一直線上にほぼ一致するように位置合わせする。

次いで、位置決めマーク５とＶ溝３ｃとの交差部を拡大表示する。光ファイバ接続面１１ｃの境界線は位置決めマーク５の平行２直線の間隙に配置されているので、光ファイバ接続面１１ｃの境界線が光ファイバ接続面７ｃ、９ｃの境界線の同一直線上にほぼ一致するように位置決めする。このように、位置決めマーク５に基づいて、レンズ付き光ファイバ７、９、１１の相対的な位置関係を極めて容易に精度よく合わせることができる。位置決めマーク５とＶ溝３ａ、３ｂ、３ｃとの交差部を顕微鏡等でそれぞれ拡大表示して、光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃを位置決めしてもよい。

位置決めマーク５に基づいて、光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃが位置決めされたら、次に、紫外線硬化性の樹脂４（図４では不図示）を基板１上に塗布して光ファイバ固定板２（図４では不図示）を基板１上に載置する。次に、樹脂４に紫外線を照射して硬化させ、レンズ付き光ファイバ７、９、１１をＶ溝３ａ、３ｂ、３ｃに固定する。

次に、図４（ｂ）に示すように、位置決めマーク５に基づいて光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃから長さＬｇの位置でＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂを基板１と同時にダイシングソー又は、外周スライサーで切断する。なお、その他の加工方法として、カップ型砥石などを用いた横型研削機による機上位置合わせ加工や、切断加工後に仕上げ研磨加工を実施してもよい。但し、仕上げ研磨加工を実施する場合には、切断位置は研磨加工量を残した長さＬｇ+αとなる。こうして、図１（ａ）に示すように、ＧＩＦ７ｂ、９ｂ、１１ｂの長さＬｇが極めて揃ったレンズ付き光ファイバ７、９、１１を有する光学部品が完成する。

以上説明したように、本実施の形態による光学部品の製造方法によれば、Ｖ溝３ａ、３ｂ、３ｃを横切る位置決めマーク５を基板１上に形成し、位置決めマーク５に基づいて、光ファイバ接続面７ｃ、９ｃ、１１ｃをそれぞれ位置決めすることができる。これにより、基板１上でのレンズ付き光ファイバ７、９、１１の相互位置関係を正確に精度よく合わせることが可能になる。また、位置決めマーク５は、基板１やＶ溝３ａ、３ｂ、３ｃを形成する機械加工機を用いて同様の方法で形成できるので、位置決めマーク５形成用の装置を増設することなく、本実施形態の光学部品を製造できる。このため、設備投資を抑えることができる。さらに、光学特性の揃った高性能なレンズ付き光ファイバ７、９、１１を安定して同時に複数製造できるので、製造歩留まりが向上し、光学部品の低コスト化を図ることができる。

（実施例）
本実施の形態による光学部品の実施例について図５を用いて説明する。図５は、偏波無依存型の光アイソレータ１０の概略構成を示している。図５（ａ）は、基板１３、１４平面の法線方向に見た光アイソレータ１０を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面を示している。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、光アイソレータ１０は、第１の複屈折板３３、ファラデー回転子３５、１／２波長板３７及び第２の複屈折板３９からなる光学素子３０を有している。第１及び第２の複屈折板３３、３９の光学軸は、ほぼ平行に配置されている。ファラデー回転子３５に磁界を印加する磁石３１は光学素子３０を挟んで配置されている。

第１の複屈折板３３側には基板１３が配置されている。基板１３には、平行に配置された直線状に延びる８本のＶ溝２１と、Ｖ溝２１に直交して交差する直線状の位置決めマーク１７が形成されている。位置決めマーク１７に基づいて位置決めされたレンズ付き光ファイバ１９がＶ溝２１にそれぞれ配置されている。レンズ付き光ファイバ１９は被覆２７の一端部が取り除かれて、ＳＭＦ１９ａとＧＩＦ１９ｂとが露出している。ＧＩＦ１９ｂはＳＭＦ１９ａに、例えば融着接続されている。ＧＩＦ１９ｂ端面は第１の複屈折板３３に対向する基板１３端面に露出している。レンズ付き光ファイバ１９から射出される光がほぼ平行光になるように、８本のＧＩＦ１９ｂの長さは所定の長さに形成されている。レンズ付き光ファイバ１９は光ファイバ固定板１５により、Ｖ溝２１に固定されている。光ファイバ固定板１５は基板１３上に固着されている。

第２の複屈折板３９側には基板１４が配置されている。基板１４には、平行に配置された直線状に延びる８本のＶ溝２５と、Ｖ溝２５に直交して交差する直線状の位置決めマーク１８が形成されている。位置決めマーク１８に基づいて位置決めされたレンズ付き光ファイバ２３がＶ溝２５にそれぞれ配置されている。レンズ付き光ファイバ２３は被覆２９の一端部が取り除かれて、ＳＭＦ２３ａとＧＩＦ２３ｂとが露出している。ＧＩＦ２３ｂはＳＭＦ２３ａに融着接続されている。ＧＩＦ２３ｂ端面は第２の複屈折板３９に対向する基板１４端面に露出している。レンズ付き光ファイバ２３から射出される光が平行光になるように、８本のＧＩＦ２３ｂの長さは所定の長さに形成されている。レンズ付き光ファイバ２３は光ファイバ固定板１６により、Ｖ溝２５に固定されている。光ファイバ固定板１６は基板１４上に固着されている。

第１及び第２の複屈折板３３、３９の複屈折により、第２の複屈折板３９の光射出端は、レンズ付き光ファイバ１９の光射出端から図２（ｂ）において下方にずれる。このため、レンズ付き光ファイバ２３の光入射端はレンズ付き光ファイバ１９の光射出端に対して所定量ずらして配置されている。また、レンズ付き光ファイバ１９の出射光が平行光になるように、位置決めマーク１７に基づいてＧＩＦ１９ｂの長さは高精度に形成されている。これにより、光アイソレータ１０はレンズ付き光ファイバ１９から出射した光をレンズ付き光ファイバ２３に良好に結合させることができる。

次に、光アイソレータ１０の動作について説明する。図５（ｂ）に示すように、レンズ付き光ファイバ１９から射出した光のうち、第１の複屈折板３３の光学軸に直交する直線偏光の光α１は常光として第１の複屈折板３３を透過する。光α１の偏光面はファラデー回転子３５及び１／２波長板３７でそれぞれ＋４５°回転する。１／２波長板３７から射出した光α１の偏光面は第２の複屈折板３９の光学軸に平行であるため、光α１は異常光として第２の複屈折板３９を透過する。レンズ付き光ファイバ２３の光入射端はレンズ付き光ファイバ１９の光射出端に対して所定量ずらして配置されているので、第２の複屈折板３９を透過した光α１はレンズ付き光ファイバ２３に入射する。

レンズ付き光ファイバ１９から射出した光のうち、第１の複屈折板３３の光学軸に平行な直線偏光の光α２は異常光として第１の複屈折板３３を透過する。光α２の偏光面はファラデー回転子３５及び１／２波長板３７でそれぞれ＋４５°回転する。１／２波長板３７から射出した光α２の偏光面は第２の複屈折板３９の光学軸に直交しているため、光α２は常光として第２の複屈折板３９を透過する。レンズ付き光ファイバ２３の光入射端はレンズ付き光ファイバ１９の光射出端に対して所定量ずらして配置されているので、第２の複屈折板３９を透過した光α２はレンズ付き光ファイバ２３に入射する。

一方、レンズ付き光ファイバ２３から射出した光のうち、第２の複屈折板３９の光学軸に直交する直線偏光の光β１は常光として第２の複屈折板３９を透過する。光β１の偏光面は１／２波長板３７で−４５°回転し、ファラデー回転子３５で＋４５°回転する。ファラデー回転子３５から射出した光β１の偏光面は第１の複屈折板３３の光学軸に直交するため、光β１は常光として第１の複屈折板３３を透過する。このため、光β１はレンズ付き光ファイバ１９に殆ど入射しない。

また、レンズ付き光ファイバ２３から射出した光のうち、第２の複屈折板３９の光学軸に平行な直線偏光の光β２は異常光として第２の複屈折板３９を透過する。光β２の偏光面は１／２波長板３７で−４５°回転し、ファラデー回転子３５で＋４５°回転する。ファラデー回転子３５から射出した光β２の偏光面は第１の複屈折板３３の光学軸に平行であるため、光β２は異常光として第１の複屈折板３３を透過する。このため、光β２はレンズ付き光ファイバ１９に殆ど入射しない。

以上説明したように、光アイソレータ１０は位置決めマーク１７、１８に基づいて位置決めされたレンズ付き光ファイバ１９、２３を有している。また、レンズ付き光ファイバ１９、２３のＧＩＦ１９ｂ、２３ｂの長さは、位置決めマーク１７、１８に基づいてそれぞれ平行光を射出するように所望の長さに高精度に形成されている。これにより、光アイソレータ１０はレンズ付き光ファイバ１９から出射した光をレンズ付き光ファイバ２３に良好に入射することができる。

さらに、位置決めマークに基づいて相互位置関係が正確に精度よく調整されたレンズ付き光ファイバを同一基板から同時に複数形成することができる。このため、素子厚が均一な光学素子３０を複数形成し、当該レンズ付き光ファイバと組み合わせることにより、光学特性がほぼ均一な光アイソレータ１０を複数形成することができる。

また、レンズ付光ファイバ１９、２３の特性はほぼ同一と看做すことができるので、光アイソレータ１０のようにレンズ付き光ファイバ１９、２３が精密形成された位置決め溝（本実施例ではＶ溝２１、２５）に高精度に複数配置形成されている場合に、両端部に配置されたレンズ付き光ファイバ１９、２３を用いて光軸調芯するだけで、残りのレンズ付き光ファイバ１９、２３も光軸調芯が成される。レンズ付き光ファイバ１９、２３の光軸調芯には、一般的な平面光導波路（ＰＬＣ）と光ファイバアレイとの光軸調芯と同様の方法を用いることができる。

まず、第１ポート（図５（ａ）において最上部）と、第８ポート（図５（ａ）において最下部）の対向するレンズ付き光ファイバ１９、２３の一方に光源を接続し、もう一方に光パワーメータを接続して光量が最大となるように、各ポートの光軸調芯を行う。それぞれの最適光軸位置座標（Ｘ、Ｙ）を読みとり、各最適座標から、第１乃至第８ポートの光路の光軸中心を直線で結ぶ仮想直線をレンズ付き光ファイバ１９、２３についてそれぞれ導く。次いで、当該仮想直線と、レンズ付き光ファイバ１９、２３の光軸中心を結んだ仮想直線との角度がそれぞれ一致するように調整を行う。この作業を繰り返し実施することで、第１ポートと第８ポートのそれぞれの光軸を合わせることが出来る。このように、光アイソレータ１０はレンズ付き光ファイバ１９、２３の第１ポート及び第８ポートについて光軸を調芯するだけでよく、その他のポートについては光軸を調芯する必要がないので、調芯作業の短縮化を図ることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態による光学部品及びその製造方法を図６乃至図２４を用いて説明する。まず、本実施の形態による光学部品の概略の構成について図６及び図７を用いて説明する。図６は、本実施形態の光学部品としての光合分波器４０の概略構成を示している。図６（ａ）は、基板４１面内を法線方向に見た光合分波器４０の概略構成を示している。図６（ｂ）は、基板４１面内に直交し露出用溝６３を横切る平面の法線方向に見た光合分波器４０の概略構成を示している。図６では、第１及び第２のＶ溝４７、４９に配置され、本来視認できない第２及び第３のレンズ付き光ファイバ５３、５５の一部を併せて示している。図７は、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ端面が露出する露出用溝６３近傍を示している。

図６及び図７に示すように、光合分波器４０は、例えばテンパックスガラスで形成された基板４１を有している。基板４１上には、基板４１面内の第１の仮想直線４７’上に形成された、光ファイバを配置するための第１のＶ溝（第１の光ファイバ配置用溝）４７と、基板４１面内で第１の仮想直線４７’と所定の角度で交差する第２の仮想直線４９’上に形成された第２のＶ溝（第２の光ファイバ配置用溝）４９とが形成されている。第１及び第２のＶ溝４７、４９は、上記第１の実施の形態のＶ溝３ａ、３ｂ、３ｃと同様に、断面形状がＶ字状に形成されている。

図７において、第１及び第２の仮想直線４７’、４９’の交点から所定の距離で、第１及び第２のＶ溝４７、４９を所定の角度で横切る直線状に延びる第１の位置決めマーク４３が基板４１上に形成されている。また、当該交点に関して、第１の位置決めマーク４３と逆側にほぼ平行に対向して配置されて、第１及び第２のＶ溝４７、４９を所定の角度で横切る直線状に延びる第２の位置決めマーク４５が、当該交点から所定の距離で基板４１上に形成されている。

第１及び第２の位置決めマーク４３、４５は、上記第１の実施の形態の位置決めマーク５と同様に、断面形状が凹状の溝状に形成されている。第１及び第２の位置決めマーク４３、４５の深さは、例えば第１及び第２のＶ溝４７、４９の頂部の深さより若干浅く形成されている。第１及び第２の位置決めマーク４３、４５は凹状の溝状に形成されることにより、第１のＶ溝４７形成面の法線方向に見て平行２直線に視認されるように形成されている。

ＳＭＦ５１ａとＧＩＦ５１ｂとを接続した第１のレンズ付き光ファイバ５１は第１のＶ溝４７に配置されている。ＧＩＦ５１ｂは光ファイバ接続面５１ｃでＳＭＦ５１ａに、例えば融着接続されている。第１のレンズ付き光ファイバ５１はＧＩＦ５１ｂ端面を交点側に向けて、第１の位置決めマーク４３に基づいて位置決めされている。光ファイバ接続面５１ｃは第１の位置決めマーク４３の平行２直線の間隙に挟まれて位置決めされている。

ＳＭＦ５３ａとＧＩＦ５３ｂとを接続した第２のレンズ付き光ファイバ５３は第１のＶ溝４７に配置されている。ＧＩＦ５３ｂは光ファイバ接続面５３ｃでＳＭＦ５３ａに、例えば融着接続されている。第２のレンズ付き光ファイバ５３はＧＩＦ５３ｂ端面を交点側に向けて、第２の位置決めマーク４５に基づいて位置決めされている。光ファイバ接続面５３ｃは第２の位置決めマーク４５の平行２直線の間隙に挟まれて位置決めされている。

ＳＭＦ５５ａとＧＩＦ５５ｂとを接続した第３のレンズ付き光ファイバ５５は第２のＶ溝４９に配置されている。ＧＩＦ５５ｂは光ファイバ接続面５５ｃでＳＭＦ５５ａに、例えば融着接続されている。第３のレンズ付き光ファイバ５５はＧＩＦ５５ｂ端面を交点側に向けて、第１の位置決めマーク４３に基づいて位置決めされている。光ファイバ接続面５５ｃは第１の位置決めマーク４３の平行２直線の間隙に位置決めされている。

基板４１の両端部には、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５の一部を覆う被覆５２、５４、５６を配置するための段差が形成されている。被覆５２、５４、５６の外径は第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５の外径より大きく形成されている。第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５が第１及び第２のＶ溝４７、４９にそれぞれ曲げられて配置されないように、基板４１端部側には、被覆５２、５４、５６配置用の段差が設けられている。

第１及び第３のレンズ付き光ファイバ５１、５５は基板４１上に固着された光ファイバ固定板５９により第１及び第２のＶ溝４７、４９にそれぞれ密着固定されている。第２のレンズ付き光ファイバ５３は基板４１上に固着された光ファイバ固定板６１により第１のＶ溝４７に密着固定されている。光ファイバ固定板５９、６１は、例えばテンパックスガラスで形成されている。

第１の位置決めマーク４３から所定距離だけ離れた位置で第１及び第２の仮想直線の交点を含み、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ端面が光ファイバ接続面５１ｃ、５３ｃ、５５ｃから所定位置で露出する露出用溝６３が基板４１に形成されている。ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ端面が露出する露出用溝６３の側面から所定距離だけ離れた位置に、光フィルタ（光学素子）６７を載置する載置用溝６５が形成されている。載置用溝６５は光フィルタ６７の厚さより若干長い幅に形成されている。載置用溝６５は露出用溝６３と同方向に延伸して形成されている。

光フィルタ６７は第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５中を伝搬して射出した光を合波又は／及び分波するために載置用溝６５に配置されている。光フィルタ６７は光学素子基板６７ａと、誘電体多層膜からなる薄膜６７ｂとを有している。光学素子基板６７ａは、例えばホウケイ酸ガラス（ＢＫ７）で形成されている。光学素子基板６７ａはＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ端面が露出する露出用溝６３の側面に対面して配置されている。薄膜６７ｂは当該側面に対面する光学素子基板６７ａ表面と反対側の表面に形成されている。

光フィルタ６７は所定の屈折率を有する樹脂７１により、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ端面が露出する露出用溝６３の側面及び載置用溝６５に接着されている。さらに、光フィルタ６７は露出用溝６３を跨いで配置された光フィルタ固定板５７により、露出用溝６３に固定されている。光フィルタ固定板５７は光ファイバ固定板５９、６１に、例えば紫外線硬化性の樹脂（不図示）で固着されている。また、光フィルタ６７を載置用溝６５に載置すると光フィルタ６７の一部は光ファイバ固定板５９、６１から突出する。このため、光フィルタ固定板５７の光フィルタ６７載置領域は光フィルタ６７の突出した分だけ凹状の溝状に形成されている。露出用溝６３及び載置用溝６５には、所定の屈折率を有する紫外線硬化性の樹脂（不図示）が充填されている。

光合分波器４０は、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５に基づいて高精度に位置決めされた第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５を有している。また、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５に基づいて光ファイバ接続面５１ｃ、５３ｃ、５５ｃから所定距離の位置でＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂを切断できるので、出射光の出射角度が極めて揃った高性能な第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５を有する光合分波器４０を形成することができる。

さらに、位置決めマーク４３に基づいて所定の距離だけ離れた位置に所定幅の露出用溝６３や載置用溝６５を形成できる。光フィルタ６７の厚さや屈折率、樹脂７１の屈折率及び露出用溝６３や載置用溝６５に充填する樹脂の屈折率の最適化を図ることにより、高性能な光合分波器４０を形成できる。例えば、第１のレンズ付き光ファイバ５１から射出した所定の波長の光は光フィルタ６７で透過又は反射して、透過光は第２のレンズ付き光ファイバ５３に結合し、反射光は第３のレンズ付き光ファイバ５５に結合することができる。また、第２のレンズ付き光ファイバ５３から射出した所定の波長の光は光フィルタ６７で透過して、第１のレンズ付き光ファイバ５１に結合することができる。

次に、本実施の形態による光合分波器４０の製造方法について図８乃至図２４を用いて説明する。まず、レンズ付き光ファイバ５１、５３、５５の設計について、図８乃至図１４を用いて説明する。図８及び図９は、ＳＭＦを伝搬した光がレンズ効果を有するＧＩＦに入射し、ＧＩＦを通過して出射した光のビーム形状のパラメータとＧＩＦ長との関係を示している。ここで使用されたＧＩＦのパラメータは、コア径が１０４．３μｍであり、クラッド径が１２５．７μｍであり、比屈折率差Δが０．８４％である。当該ＧＩＦに接続されるＳＭＦと、ＳＭＦ及びＧＩＦを伝搬する光の波長λは、それぞれ２種類ある。一方のＳＭＦのモードフィールド径（ＭＦＤ）は９．２μｍであり、このＳＭＦを伝搬する光の波長λは１３１０ｎｍである。他方のＳＭＦのＭＦＤは１０．４μｍであり、このＳＭＦを伝搬する光の波長λは１５５０ｎｍである。

図８は、ＧＩＦ射出端面からのビームウェスト（ＢＷ）までの距離とＧＩＦ長との関係を示している。図８の横軸は、ＧＩＦ長（μｍ）を表し、縦軸は、ＧＩＦ射出端面からのＢＷまでの距離ｄ（μｍ）を表している。図８において、曲線Ａは、光の波長λ＝１３１０ｎｍにおけるＧＩＦ射出端面からのＢＷまでの距離ｄとＧＩＦ長との関係を示し、曲線Ｂは、光の波長λ＝１５５０ｎｍにおけるＧＩＦ射出端面からのＢＷまでの距離ｄとＧＩＦ長との関係を示している。図９は、ＧＩＦ射出端面から射出した光のスポットサイズωとＧＩＦ長との関係を示している。図９の横軸は、ＧＩＦ長（μｍ）を表し、縦軸は、スポットサイズω（μｍ）を表している。図９において、曲線Ａは、光の波長λ＝１３１０ｎｍにおけるスポットサイズωとＧＩＦ長との関係を示し、曲線Ｂは、光の波長λ＝１５５０ｎｍにおけるスポットサイズωとＧＩＦ長との関係を示している。図８及び図９は、ＧＩＦから大気中（屈折率ｎ＝１）に出射された場合の特性を示している。

図８のＧＩＦ長６５０μｍ〜１０００μｍは、レンズ蛇行ピッチのおよそ０．２５〜０．４に相当しており、ＢＷまでの距離ｄが最大になる箇所が７００〜７２０μｍ程度であり、０．２５（ＧＩＦ長６５０μｍ）より若干ずれている。また、ＧＩＦ長が蛇行ピッチ０．５（ＧＩＦ長１３００μｍ）に近づくにつれ、ＢＷまでの距離ｄは減少する。

図９の曲線Ａ及び曲線Ｂに示すように、スポットサイズωは波長λによらず、蛇行ピッチ０．２５（ＧＩＦ長６５０μｍ）で最大となり、０．５（ＧＩＦ長１３００μｍ）で最小となる。ＧＩＦ長６５０〜１０００μｍの範囲内において、スポットサイズωは波長λ＝１５５０ｎｍの方が波長λ＝１３１０ｎｍより大きい。

実際の光学部品に用いるレンズ付き光ファイバは、光路中に挿入される光学素子を適切な位置に配置できるように、ワーキングディスタンス（レンズ付き光ファイバ光射出端面と光学素子との距離）を充分長くする必要がある。また、ＧＩＦの光射出端面の位置ズレ、角度ズレに対する光結合損失の許容量はスポットサイズωにより変化するので、これらを考慮して適切でバランスのよい光線を得る必要がある。

次に、ＧＩＦ長毎の焦点距離ズレ、位置ズレ及び角度ズレの許容量について図１０乃至図１２を用いて説明する。図１０乃至図１２に示す各特性は光が出射される空間の屈折率に依存するため、実際の光学系に近くなるように、以下の条件で計算されている。光出射用のレンズ付き光ファイバの光出射端面と光入射用のレンズ付き光ファイバの光入射端面との間の空間屈折率ｎは１．４５であり、光の波長は１５５０ｎｍであり、ＧＩＦに接続されるＳＭＦのモードフィールド径は１０．４μｍである。

図１０は、光入射用レンズ付き光ファイバの光入射端面に対する光出射用レンズ付き光ファイバの光出射端面の光軸方向焦点ズレ量と、入射光の結合損失との関係を示している。図１０の横軸は、光軸方向焦点ズレ量Ｚ（μｍ）を表し、縦軸は結合損失ＩＬ（ｄＢ）を表している。図１０において、光軸方向焦点ズレ量Ｚ（μｍ）と結合損失ＩＬ（ｄＢ）との関係を、曲線Ａは、ＧＩＦ長＝７００μｍについて示し、曲線Ｂは、ＧＩＦ長＝７５０μｍについて示し、曲線Ｃは、ＧＩＦ長＝８００μｍについて示し、曲線Ｄは、ＧＩＦ長＝８５０μｍについて示し、曲線Ｅは、ＧＩＦ長＝９００μｍについて示している。また、光軸方向焦点ズレ量Ｚは、光射出用レンズ付き光ファイバから射出した光の焦点距離を基準とし、当該焦点距離からのズレ量で表されている。

図１０に示すように、結合損失ＩＬは光軸方向焦点ズレ量Ｚが大きいほど大きくなる。また、結合損失ＩＬはＧＩＦ長が長いほど大きくなる。

図１１は、光入射用レンズ付き光ファイバの光入射端面に対する光射出用レンズ付き光ファイバの光出射端面の位置ズレ量と、入射光の結合損失との関係をＧＩＦ長をパラメータとして示している。図１１の横軸は、位置ズレ量Ｘ（μｍ）を表し、縦軸は結合損失ＩＬ（ｄＢ）を表している。図１１において、位置ズレ量Ｘ（μｍ）と結合損失ＩＬ（ｄＢ）との関係を、曲線Ａは、ＧＩＦ長＝７００μｍについて示し、曲線Ｂは、ＧＩＦ長＝７５０μｍについて示し、曲線Ｃは、ＧＩＦ長＝８００μｍについて示し、曲線Ｄは、ＧＩＦ長＝８５０μｍについて示し、曲線Ｅは、ＧＩＦ長＝９００μｍについて示している。

図１１に示すように、結合損失ＩＬは位置ズレ量Ｘが大きいほど大きくなる。また、結合損失ＩＬはＧＩＦ長が長いほど大きくなる。

図１２は、光入射用レンズ付き光ファイバの光入射端面に対する光射出用レンズ付き光ファイバの光出射端面の角度ズレ量と、入射光の結合損失との関係をＧＩＦ長をパラメータとして示している。図１２の横軸は、角度ズレ量θ（°）を表し、縦軸は結合損失ＩＬ（ｄＢ）を表している。図１２において、角度ズレ量θ（°）と結合損失ＩＬ（ｄＢ）との関係を、曲線Ａは、ＧＩＦ長＝７００μｍについて示し、曲線Ｂは、ＧＩＦ長＝７５０μｍについて示し、曲線Ｃは、ＧＩＦ長＝８００μｍについて示し、曲線Ｄは、ＧＩＦ長＝８５０μｍについて示し、曲線Ｅは、ＧＩＦ長＝９００μｍについて示している。

図１２に示すように、結合損失ＩＬは角度ズレ量θが大きいほど大きくなる。また、結合損失ＩＬはＧＩＦ長が短いほど大きくなる。

図１０に示すように、ＧＩＦ長＝７００〜９００μｍ（曲線Ａ〜曲線Ｅ）において、例えば、結合損失ＩＬが０．３ｄＢ以下になる光軸方向焦点ズレ量Ｚの許容量は±１２０μｍ程度である。これに対し、図１１に示すように、ＧＩＦ長＝７００〜９００μｍ（曲線Ａ〜曲線Ｅ）において、結合損失ＩＬが０．３ｄＢ以下になる位置ズレ量Ｘの許容量は±２．２μｍ程度である。このように、位置ズレ量Ｘは焦点ズレ量Ｚより許容量が小さいので、結合損失ＩＬに対する影響が大きい。

また、図１２に示すように、ＧＩＦ長＝７００〜９００μｍ（曲線Ａ〜曲線Ｅ）において、結合損失ＩＬが０．３ｄＢ以下になる角度ズレ量θの許容量は±０．２５°程度である。±０．２５°の角度ズレを測定したり調整したりすることが困難であることを考慮すると、角度ズレ量θは位置ズレ量Ｘより結合損失ＩＬに対する影響が大きい。従って、結合損失ＩＬに対する影響は、角度ズレ、位置ズレ、焦点ズレの順に大きくなる。そこで、位置ズレ量Ｘと角度ズレ量θに着目し、特に角度ズレ量θに対する許容損失を考慮して、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの長さを８００μｍと仮定する。

ところで、屈折率分布型レンズとなるＧＩＦの蛇行ピッチＬｐはおよそ２５２８μｍである。ＧＩＦ長８００μｍは８００μｍ／２５２８μｍ＝０．３２ピッチに相当する。レンズ長（ピッチ長）＝８００μｍ（０．３２ピッチ）は、一般的に用いられる屈折率分布型レンズコリメータが、およそ０．２５〜０．２８ピッチであることと比べて長めに設定されている。

本実施の形態のピッチ長を一般的なピッチ長より長く設定している理由は、光合分波器４０の光学系の結合損失の変化が位置ズレと角度ズレのいずれに対して顕著であるかを考慮したためである。つまり、図８及び図９に示すように、レンズピッチが０．２５（ＧＩＦ長＝７００μｍ）に近いと、ビームウエストまでの距離ｄやスポットサイズωは大きく、焦点距離も長くなり、図１０及び図１１に示すように、焦点ズレや位置ズレに対して許容量が大きくなる。ところが、図１２に示すように、角度ズレに対する損失変化量は大きくなる。

一方、図８及び図９に示すように、レンズピッチを０．５（ＧＩＦ長＝９００μｍ）に近づけていくと、ビームウエストまでの距離ｄやスポットサイズωは小さく、焦点距離も短くなり、図１０及び図１１に示すように、焦点ズレや位置ズレに対する損失変化量は大きくなる。しかし、図１２に示すように、角度ズレに対する許容量は大きくなる。このような位置ズレや角度ズレに対する結合損失の特性や、製造工程の能力、設計及び光軸補正機能等を考慮して、ＧＩＦのピッチ長は従来のピッチ長より長めの８００μｍに仮設定されている。

さらに、レンズ付き光ファイバ５１、５３、５５は、ＳＭＦ５１ａ、５３ａ、５５ａとＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂとをそれぞれ融着接続して形成されているため、融着により、ＳＭＦ５１ａ、５３ａ、５５ａの各光軸とＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの各光軸に１μｍ程度の偏心が起こる場合がある。また、ＧＩＦの屈折率分布の軸中心が、光ファイバコア及びクラッドに対して偏心している場合がある。ＳＭＦとＧＩＦとの光軸偏心は、レンズ付きファイバ端面からの出射光の位置ズレや角度ズレを生じさせる原因となる。図１３及び図１４は、光軸偏心によるレンズ付きファイバ端面からの出射光の角度ズレ及び位置ズレを示している。

図１３は、ＧＩＦ長と端面出射角度との関係を示している。図１３の横軸は、ＧＩＦ長（μｍ）を表し、縦軸は端面出射角度（°）を表している。図１３において、ＧＩＦ長（μｍ）と端面出射角度（°）との関係を、曲線Ａは、光軸偏心量＝０．５μｍについて示し、曲線Ｂは、光軸偏心量＝１．０μｍについて示し、曲線Ｃは、光軸偏心量＝２．０μｍについて示している。図１３に示すように、端面出射角度はＧＩＦ長が０〜６００μｍの範囲で単調に増加し、ＧＩＦ長が６００〜６５０μｍ程度で最大となり、６５０〜１２００μｍの範囲で単調に減少する。また、光軸偏心量が大きいほど、端面出射角度は大きくなる。

図１４は、ＧＩＦ長と端面出射位置ズレ量との関係を示している。図１４の横軸は、ＧＩＦ長（μｍ）を表し、縦軸は端面出射位置ズレ量（μｍ）を表している。図１４において、ＧＩＦ長（μｍ）と端面出射位置ズレ量（μｍ）との関係を、曲線Ａは、光軸偏心量＝０．５μｍについて示し、曲線Ｂは、光軸偏心量＝１．０μｍについて示し、曲線Ｃは、光軸偏心量＝２．０μｍについて示している。図１４に示すように、端面出射位置ズレ量の絶対値は、ＧＩＦ長＝６４０μｍ程度で０になり、ＧＩＦ長＜６４０μｍ又はＧＩＦ長＞６４０μｍのいずれの場合も大きくなる。

ここで、光軸偏心量が１μｍ程度生じても、大きな結合損失ＩＬが生じないＧＩＦ長を選択する必要がある。上述したように、結合損失ＩＬにはＧＩＦ射出端面の角度ズレが最も影響する。このため、光軸偏心量に対するパラメータとして、端面出射角度を端面出射位置ズレ量より重要視して検討する必要がある。図１３に示すように、ＧＩＦ長＝８００μｍのＧＩＦにおいて、光軸偏心量が１．０μｍ生じると、端面出射角度は約−０．２°となる。光軸偏心による端面出射角度の変化は、光出射側の光ファイバ及び光入射側の光ファイバのいずれについても考慮しなければならないので、ＧＩＦ長＝８００μｍのＧＩＦにおいて、光軸偏心が１．０μｍ生じると、約−０．４°の角度ズレが生じると看做せる。図１２に示すように、角度ズレ量θが０．４°の場合、結合損失ＩＬは０．３ｄＢであり、比較的小さく抑えることができる。

一方、図１４に示すように、ＧＩＦ長＝８００μｍのＧＩＦにおいて、光軸偏心量が１．０μｍ生じると、出射端位置ズレ量は−０．４μｍとなる。ここで、光の入射出用の両光ファイバを考慮すると、当該条件では、−０．８μｍの位置ズレが生じると看做せる。また、上述したように、光軸偏心によりＧＩＦ端面出射角度ズレが生じるので、出射角度ズレが生じた状態で出射した光が、対向するレンズ付き光ファイバの光入射面に結合するまでの距離分のズレも考慮しなければならない。８００μｍのＧＩＦにおいて、光軸偏心が１．０μｍ生じると、０．４°の角度ズレが生じる。このため、端面出射角度変化を考慮した位置ズレ量は、光軸方向Ｚ軸の焦点ズレ量及び、光路内での光軸ズレが無い場合は、−０．８μｍ＋光出射端面と光入射端面との距離×ｔａｎ０．４°＝−０．８μｍとなり、当該角度ズレを考慮しない場合の位置ズレ量に等しくなる。図１１に示すように、位置ズレ量Ｘが０．８μｍの場合、結合損失ＩＬは０．０５ｄＢであり、極めて小さく抑えることができる。

以上の結果より、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの長さは、ＳＭＦ５１ａ、５３ａ、５５ａの各光軸とＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの各光軸との間に１μｍ程度の偏心が生じていても大きな結合損失とならない８００μｍとした。

次に、基板４１上に形成される第１及び第２の位置決めマーク４３、４５、第１及び第２のＶ溝４７、４９及び露出用溝６３の設定方法について説明する。図１５は、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５等の各設定パラメータを示している。図１５（ａ）は、露出用溝６３近傍の基板４１平面を示している。図１５（ａ）では、基板４１上に載置される光フィルタ６７を併せて示している。図１５（ｂ）は、露出用溝６３に入射した光の光路を模式的に示している。図１５（ｂ）のＬ５とＬ６の長さは、理解を容易にするため、図１５（ａ）の縮尺と異ならせて示している。

光合分波器４０には、１３１０〜１５００ｎｍの波長の光を透過して、１５５０ｎｍの波長の光を反射する波長特性を有する光フィルタ６７が用いられる。図７に示した第１のレンズ付き光ファイバ５１は、波長が１４９０ｎｍ又は１５５０ｎｍの光を出射する。波長１４９０ｎｍの光は光フィルタ６７に入射して透過し、第２のレンズ付き光ファイバ５３に入射結合する。波長１５５０ｎｍの光は光フィルタ６７で反射して第３のレンズ付き光ファイバ５５に入射結合する。また、第２のレンズ付き光ファイバ５３は、波長１３１０ｎｍの光を出射して、当該光は光フィルタ６７を透過して第１のレンズ付き光ファイバ５１に入射結合する。光合分波器４０がこのような動作をするように、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５、第１及び第２のＶ溝４７、４９及び露出用溝６３の相対位置関係が設計される。

図１５（ａ）に示すように、図中左右方向に延びる一点鎖線で示す中心線αと第１のＶ溝４７の溝頂部との成す角をθとする。第１及び第２のＶ溝４７、４９の相対角度を２θとする。第１のＶ溝４７と中心線αとの成す角θは５．８°に設定されている。また、第１及び第２のＶ溝４７、４９の相対角度２θは、中心線αを対称軸として、１１．６°に設定されている。第１及び第２のＶ溝４７、４９は中心線αを対称軸としているので、第２のＶ溝４９の溝頂部と中心線αとの成す角は５．８°となる。

第１の位置決めマーク４３は、中心線αに直交し、図中上下方向に延びる一点鎖線で示す中心線βから図中左方向に距離Ｌ１だけ離れ、中心線βにほぼ平行に配置される。また、第２の位置決めマーク４５は中心線βから図中右方向に距離Ｌ２だけ離れ、中心線βにほぼ平行に配置される。

第１の位置決めマーク４３側の露出用溝６３側面（左側面）は中心線βから距離Ｌ３だけ離れ、中心線βとほぼ平行に配置される。第２の位置決めマーク４５側の露出量溝６３側面（右側面）は中心線βから距離Ｌ４だけ離れ、中心線βとほぼ平行に配置される。露出用溝６３左側面と光フィルタ６７の光入射面との間隙の長さを距離Ｌ５とする。光フィルタ６７の光学素子基板６７ａの厚さを素子基板厚Ｌ６とし、薄膜６７ｂの厚さを膜厚Ｌ７とする。中心線αと中心線βとの交点は、第１及び第２のＶ溝４９、４７の溝頂部の交点と同じ場所に位置しており、さらに、図７における第１及び第２の仮想直線４７’、４９’の交点と同じ場所に位置している。

次に、第１の位置決めマーク４３の距離Ｌ１と、露出用溝６３左側面の距離Ｌ３の算出方法について説明する。まず、反射系経路（第１のレンズ付き光ファイバ５１から出射した光が光フィルタ６７で反射して第３のレンズ付き光ファイバ５５に結合する経路）を設定する。光フィルタ６７で反射する光の波長λｒは１５５０ｎｍである。波長λｒ＝１５５０ｎｍの光がＢＫ７で形成された光学素子基板６７ａを透過したと仮定すると、屈折率ｎ_１５５０は１．５０１である。

ここで、ＧＩＦ長が８００μｍのＧＩＦ５１ｂから出射した光の光射出端面からビームウエストまでの距離Ｓの算出方法について図１６を用いて説明する。ＧＩＦ５１ｂ光射出端面からＢＷまでの距離Ｓを算出するために、まず、レンズの特性パラメータを求め、次いで、レンズに入力される光の像と、レンズにより変換された出力像を求める。当該出力像がＢＷの大きさ及び距離となる。

図１６に示す屈折率分布型レンズの光線行列（Ｍ）の成分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、屈折率分布型レンズの長さｄ、レンズ軸上屈折率ｎ_０、入射側屈折率ｎ_１、出射側屈折率ｎ_２及び集束パレメータＡ_０を用いて以下のように表すことができる。成分Ａは、光線行列（Ｍ）の１行１列成分を示し、成分Ｂは１行２列成分を示し、成分Ｃは２行１列成分を示し、成分Ｄは２行２列成分を示している。

次に、屈折率分布型レンズをＧＲＩＮレンズと仮定すると、焦点距離ｆ、入力側端面から主面までの距離ｈ_１及び出力側端面から主面までの距離ｈ_２は、それぞれ以下のように表すことができる。

レンズ付き光ファイバのレンズ系は、ＧＲＩＮレンズ端面にＳＭＦが配置されているので、入射光はＳＭＦのモードフィールド径ω１のスポットサイズで入射側ＧＲＩＮレンズ端面に位置していることとなる。従って、ＧＲＩＮレンズに対して、入射側光は入力側端面から主面までの距離ｈ_１の位置にあることになる。波長λ_１の入射光がレンズを通過したとき、出射側主面とビームウエストの距離ｄｆは以下のように表すことができる。

レンズ光ファイバ出力端面からビームウエストまでの距離Ｓは、
Ｓ＝ｄｆ−ｈ_２ ・・・（６）
より求めることができる。

ここで、屈折率分布型レンズの長さｄ＝８００μｍ、レンズ軸上屈折率ｎ_０＝１．４５６、光の波長λ＝１５５０ｎｍの石英ガラスの屈折率として入射側屈折率ｎ_１＝１．４４４１６及び出射側屈折率ｎ_２＝１．５０１とする。また、屈折率分布型レンズの比屈折率差Δ＝０．８４％、屈折率分布型レンズのコア半径ａ＝５２．１５μｍとすると、集束パレメータ√Ａ_０は、√（２Δ）/a＝√（２×０．００８４）／５２．１５＝２．４８５×１０^-３となる。さらに、ＳＭＦのモードフィールド径ω_１＝１０．４μｍ及び光の波長λ_１＝１５５０ｎｍとして、これらの数値を式（１）〜式（６）に代入すると、屈折率ｎ_１５５０＝１．５０１における当該ビームウエストまでの距離Ｓは、７４８．３μｍとなる。なお、レンズ軸上屈折率ｎ_０＝１．４５６の算出方法については後程説明する。

当該ビームウエストの位置は、光フィルタ６７の薄膜６７ｂ面と一致するとともに、第１のレンズ付き光ファイバ５１から出射した光線と第３のレンズ付き光ファイバ５５に入射結合する光線とが、薄膜６７ｂ表面の法線に対して対称となる角度、位置に配置される必要がある。

具体的な数値を当てはめながら以下において説明する。第１のレンズ光ファイバ５１端面から出射した光は露出用溝６３左側面と光フィルタ６７との間に塗布された、屈折率ｎ_１５５０が１．４８８の樹脂７１（図７参照）を通過する。次いで、当該光は屈折率ｎ_１５５０が１．５０１の光学素子基板６７ａに入射して通過し、光の反射透過特性を有する薄膜６７ｂ層に到達する。

樹脂７１（接着剤）の厚さは露出用溝６３左側面と光フィルタ６７との間隙の距離Ｌ５に等しく、距離Ｌ５＝４０μｍとする。光学素子基板６７ａの素子基板厚Ｌ６は７０５μｍとする。樹脂７１及び光学素子基板６７ａを通過するそれぞれの光線角度は以下のようになる。ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂは石英系の光ファイバであり、屈折率調整材を所定量添加することで屈折率分布型レンズとしており、この軸上屈折率ｎ０は、比屈折率差Δ及び石英の屈折率ｎｆを用いて、ｎ０＝ｎｆ／（１−Δ）と表すことができる。ここで、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの比屈折率差Δ＝０．８４％とし、波長λ＝１５５０ｎｍでの石英の屈折率ｎｆ１５５０＝１．４４４１６とすると、ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの軸上屈折率ｎ０は、１．４５６となる。

第１のレンズ光付きファイバ５１の光軸は露出用溝６３左側面の法線に対して５．８°傾いているので、光は屈折により樹脂７１中ではｓｉｎ^−１（（１．４５６／１．４８８）×ｓｉｎ５．８°）＝５．６８°傾いて通過する。また、当該光は光学素子基板６７ａ中を当該法線に対して、ｓｉｎ^−１（（１．４８８／１．５０１）×ｓｉｎ５．６８°）＝５．６３°傾いて通過する。

従って、樹脂７１の光路長は、４０μｍ／ｃｏｓ５．６８°＝４０．２μｍとなり、光学素子基板６７ａの光路長は、７０５μｍ／ｃｏｓ５．６３°＝７０８．４μｍとなる。樹脂７１及び光学素子基板６７ａの光路長及び屈折率より、ＧＩＦ長が８００μｍのビームウエストまでの距離は７４８．３μｍ（＝（４０．２μｍ×１．４８８／１．５０１）＋７０８．４μｍ）となり、式（１）〜式（６）を用いて算出したビームウエストまでの距離Ｓに一致する。

第３のレンズ付き光ファイバ５５の位置は、第１のレンズ付き光ファイバ５１の端面位置に対して、反射面である薄膜６７ｂの光入射面の垂直軸に対して対称の位置及び距離としなければならない。図１５（ｂ）に示すように、樹脂７１を通過した位置Ａは、第１のレンズ付き光ファイバ５１端面位置Ｏから露出用溝６３左側面の法線方向に４０μｍだけ離れ、露出用溝６３の延伸方向に平行な方向に４０μｍ×ｔａｎ５．６８°＝３．９８μｍだけ離れた位置となる。光学素子基板６７ａを通過した位置Ｂは、第１のレンズ付き光ファイバ５１端面位置Ｏから、露出用溝６３の法線方向に４０μｍ＋７０５μｍ＝７４５μｍだけ離れ、露出用溝６３の延伸方向に平行な方向に（３．９８μｍ＋７０５μｍ×ｔａｎ５．６３°）＝７３．４８μｍだけ離れた位置となる。

第１及び第２のＶ溝４７、４９の交点からの第１及び第３のレンズ付き光ファイバ５１、５５端面となる露出用溝６３左側面の距離Ｌ３は、第１及び第２のＶ溝４７、４９の相対角度２θが１１．６°と設定されているので、Ｌ３＝７３．４８μｍ／ｔａｎ（１１．６°／２）＝７２３μｍとなる。

ところで、第１及び第２のＶ溝４７、４９に配置された第１及び第３のレンズ付き光ファイバ５１、５５は露出用溝６３左側面の法線に対して５．８°傾いている。第１及び第３のレンズ付き光ファイバのＧＩＦ５１ｂ、５５ｂの各長さは８００μｍに設定されているので、ＳＭＦ５１ａ、５５ａとＧＩＦ５１ｂ、５５ｂとをそれぞれ接続した光ファイバ接続面５１ｃ、５５ｃの位置は、露出用溝６３左側面から８００μｍ×ｃｏｓ５．８°＝７９６μｍだけ離れた位置になる。従って、光ファイバ接続面５１ｃ、５５ｃの位置決めに用いられる第１の位置決めマーク４３の距離Ｌ１は７２３μｍ＋７９６μｍ＝１５１９μｍとなる。

次に、第２の位置決めマーク４５の距離Ｌ２と、露出用溝６３右側面の距離Ｌ４の算出方法について図１７及び図１８を用いて説明する。第２の位置決めマーク４５は、第１のレンズ付き光ファイバ５１から出射した光が光フィルタ６７を透過して第２のレンズ付き光ファイバ５３に入射する光路となる光学系と、第２のレンズ付き光ファイバ５３から出射した光が光フィルタ６７を透過して第１のレンズ付き光ファイバ５１に入射する逆方向の光路となる光学系から算出する。光合分波器４０では、第１及び第２のレンズ付き光ファイバ５１、５３を通過する光の波長は１３１０ｎｍ及び１４９０ｎｍの２種類である。

光フィルタ６７の透過光の光路も、反射光の光路と同様に、第１のレンズ付き光ファイバ５１の焦点距離を求めて、第２のレンズ付き光ファイバ５３を適切な位置に配置する必要がある。ところが、光合分波器４０の光学系を構成する光ファイバ（ＳＭＦ５１ａ、５３ａ）、レンズ部（ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ）、載置用溝６５に載置される光フィルタ６７、露出用溝６３と載置用溝６５とに充填される屈折率調整用樹脂及び樹脂７１は、波長特性（分散）を有しているため、波長が異なることによる屈折率等の違いから、最適な焦点距離や屈折角は波長によって多少異なる。

そこで、各波長の透過光の光路計算をする必要がある。図１７及び図１８は露出用溝６３の溝幅Ｌ３＋Ｌ４と結合損失ＩＬとの関係を示している。図１７及び図１８における計算パラメータは以下に示す通りである。波長λ＝１３１０ｎｍの光が伝搬するＳＭＦのモードフィールド径は９．２μｍであり、波長λ＝１４９０ｎｍの光が伝搬するＳＭＦのモードフィールド径は１０．０μｍである。ＧＩＦのコア径は１０４．３μｍであり、クラッド径は１２５．７μｍであり、比屈折率差Δは０．８４％であり、波長λ＝１３１０ｎｍの軸上屈折率ｎ_０１３は１．４５９４であり、波長λ＝１４９０ｎｍの軸上屈折率ｎ_０１４は１．４５６４である。

アクリル系の樹脂７１は、波長λ＝１３１０ｎｍに対する屈折率が１．４９０であり、波長λ＝１４９０ｎｍに対する屈折率が１．４８８である。樹脂７１の厚さ（距離Ｌ５）は、反射系の設計値と同様に４０μｍである。光学素子基板６７ａの形成材料のＢＫ７は、波長λ＝１３１０ｎｍに対する屈折率が１．５０３８であり、波長λ＝１４９０ｎｍに対する屈折率が１．５０１７である。光学素子基板６７ａの素子基板厚Ｌ６は、反射系の設計値と同様に、７０５μｍである。誘電体多層膜層からなる薄膜６７ｂの実効屈折率ｎ_ｅは１．６である。薄膜６７ｂは屈折率が異なる誘電体膜が多数積層されて形成された誘電体多層膜であるため、薄膜６７ｂの屈折率として、多層膜全体の屈折率を示す実効屈折率ｎ_ｅとして表している。膜厚Ｌ７は１７μｍである。また、薄膜６７ｂの波長分散は考慮されていない。

薄膜６７ｂと露出用溝６３右側面との間に充填される屈折率調整用樹脂の材料と、薄膜６７ｂから露出用溝６３右側面との距離は、樹脂７１及び光フィルタ６７での屈折角を相殺できるように決定される。つまり、第１及び第２のレンズ付き光ファイバ５１、５３の軸上屈折率と全光路の実効屈折率がほぼ同様となる構成とする。屈折率調整用樹脂はシリコン樹脂が用いられ、波長λ＝１３１０ｎｍに対して屈折率は１．４１０であり、波長λ＝１４９０ｎｍに対して屈折率は１．４０８である。

図１７は、露出用溝６３の溝幅と結合損失との関係を示している。図１７の横軸は、溝幅（μｍ）を表し、縦軸は結合損失（ｄＢ）を表している。図１７において、曲線Ａは、波長λ＝１３１０ｎｍにおける露出用溝６３の溝幅（μｍ）と結合損失（ｄＢ）との関係を示し、曲線Ｂは、波長λ＝１４９０ｎｍにおける露出用溝６３の溝幅（μｍ）と結合損失（ｄＢ）との関係を示している。図１７に示すように、露出用溝６３の溝幅は光の波長λ＝１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ共に、結合損失０となる１４８０μｍが最適である。

しかし、位置ズレや角度ズレに対する許容量が光の波長λにより異なるので、光軸ズレに対して敏感な波長λに露出用溝６３の溝幅を合わせることもよい。図１８は、０．４°の角度ズレが生じた場合の露出用溝６３の溝幅に対する光結合特性を示している。図１８の横軸は、溝幅（μｍ）を表し、縦軸は結合損失（ｄＢ）を表している。図１８において、曲線Ａは、波長λ＝１３１０ｎｍにおける露出用溝６３の溝幅（μｍ）と結合損失（ｄＢ）との関係を示し、曲線Ｂは、波長λ＝１４９０ｎｍにおける露出用溝６３の溝幅（μｍ）と結合損失（ｄＢ）との関係を示している。

図１８に示すように、波長λ＝１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ共に、溝幅が１４５０〜１５００ｎｍの範囲で結合損失が最小となる。また、短波長側（波長λ＝１３１０ｎｍ）は角度ズレに対する結合損失の低下量が多い。本実施の形態による光合分波器４０では、角度ズレに対する結合損失を考慮して、基板４１上の光線レイアウトが決定され、露出用溝６３の溝幅は１４７０μｍに設定されている。以上のように算出された、ＧＩＦ長８００μｍにおける光フィルタ６７の厚さや第１及び第２の位置決めマーク４３、４５等の基板４１上の形成位置の設定値を図１９にまとめて示す。

図１９に示すように、第１の位置決めマーク４３の距離Ｌ１は１５１９μｍであり、第２の位置決めマーク４５の距離Ｌ２は１５４３μｍであり、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５間の距離Ｌ１＋Ｌ２は３０６２μｍである。載置用溝６３左側面の距離Ｌ３は７２３μｍであり、載置用溝６３右側面の距離Ｌ４は７４７μｍであり、溝幅Ｌ３＋Ｌ４は１４７０μｍである。載置用溝６３左側面と光フィルタ６７との距離Ｌ５は４０μｍである。光学素子基板６７ａの素子基板厚Ｌ６は７０５μｍであり、薄膜６７ｂの膜厚Ｌ７は１７μｍであり、光フィルタ６７の厚さＬ６＋Ｌ７は７２２μｍである。

次に、光合分波器４０の製造方法について図２０乃至図２４を用いて説明する。図２０は、第１及び第２のＶ溝４７、４９の形成面を法線方向に見た基板４１を示している。図２１、図２２及び図２４は、図２０に示す長方形枠Ａを拡大して示している。図２３は、第１及び第２のＶ溝４７、４９の交点近傍を示している。図２１乃至図２４に示すＸＹＺ座標系は、図６に示した光合分波器４０の光の透過方向を横切る方向にＸ軸をとり、Ｘ軸に直交して第１及び第２のＶ溝４７、４９の形成面に直交する方向にＹ軸をとり、Ｘ軸及びＹ軸の各々に直交して光の透過方向にＺ軸をとっている。また、図２１、図２２及び図２４の上側に示す図は、Ｙ軸方向に見た光合分波器４０の製造工程図を示し、下側に示す図は、Ｘ軸方向に見た光合分波器４０の製造工程図を示している。図２２及び図２４では、第１及び第２のＶ溝４７、４９に配置され、本来視認できない第２及び第３のレンズ付き光ファイバ５３、５５の一部を併せて示している。

まず、図２０に示すように、複数の平行に配置された直線状の第１のＶ溝４７を例えばテンパックスガラスで形成された基板４１上に形成する。第１のＶ溝４７は、例えば、基板４１上に形成された不図示の基準Ｖ溝に対して所定の角度を有するように形成される。次いで、複数の第１のＶ溝４７と相対角度が１１．６°でそれぞれ交差する、直線状の第２のＶ溝４９を基板４１上に形成する。第１及び第２のＶ溝４７、４９は、高精度スライサーを用いて形成される。第１及び第２のＶ溝４７、４９の断面形状は、上記第１の実施の形態のＶ溝３ａ等と同様に、基板４１表面での溝幅が約２００μｍであり、溝深さが約１７７μｍであり、溝頂部の成す角が約６０°のＶ字状に形成される。次いで、基板４１両端部に段差部を形成する。

次に、図２１に示すように、ＸＹＺ座標系の原点を第１及び第２のＶ溝４７、４９の交点にとり、原点からＺ軸の負（マイナス）方向に距離Ｌ１＝１５１９μｍの位置にＸ軸に平行に、第１及び第２のＶ溝４７、４９を所定の角度で横切る直線状に延びる第１の位置決めマーク４３を基板４１上に形成する。次いで、当該交点に関して、第１の位置決めマーク４３と逆側にほぼ平行に対向して配置されて、ＸＹＺ座標系の原点から距離Ｌ２＝１５４３μｍの位置に第１及び第２のＶ溝４７、４９を所定の角度で横切る直線状に延びる第２の位置決めマーク４５を基板４１上に形成する。第１及び第２の位置決めマーク４７、４９の断面形状は上記実施の形態の位置決めマーク５と同様に、溝幅が約３０μｍであり、溝深さが約１５０μｍの凹状に形成される。光ファイバの切断加工精度は約±５０μｍなので、第１及び第２の位置決めマーク４７、４９の溝幅は１００μｍ以下にすることが望ましい。

次に、図２２に示すように、第１及び第２のＶ溝４７、４９と段差部を除く基板４１上に、紫外線硬化性の樹脂（不図示）を塗布する。次いで、第１の位置決めマーク４３側の当該樹脂上に光ファイバ固定板５９を載置し、第２の位置決めマーク４５側の当該樹脂上に光ファイバ固定板６１を載置する。

次に、ＧＩＦ５１ｂ端面を交点側に向けて、基板４１端部側の光ファイバ固定板５９側面から第１のＶ溝４７に第１のレンズ付き光ファイバ５１を配置する。次いで、ＧＩＦ５３ｂ端面を交点側に向けて、基板４１端部側の光ファイバ固定板６１側面から第１のＶ溝４７に第２のレンズ付き光ファイバ５３を配置する。次いで、ＧＩＦ５５ｂ端面を交点側に向けて、基板４１端部側の光ファイバ固定板５９側面から第２のＶ溝４９に第３のレンズ付き光ファイバ５５を配置する。光ファイバ固定板５９、６１の基板４１端部側は第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５が挿入し易いように、所定の角度を有している。

光ファイバ固定板５９、６１及び基板４１は、樹脂により、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５が光ファイバ固定板５９、６１に接触しない程度の間隙で対向配置されている。また、被覆５２、５４、５６の外径は第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５の外径より大きいが、基板４１端部に設けられた段差部により、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５は第１及び第２のＶ溝４７、４９形成面に平行な同一平面内に配置される。

次に、図２３に示すように、第１の位置決めマーク４３に基づいて第１のレンズ付光ファイバ５１の光ファイバ接続面５１ｃを位置決めする。第１及び第２の位置決めマーク４３、４５は凹状の溝状に形成されているので、Ｙ軸方向に見て平行２直線に視認される。光ファイバ接続面５１ｃの境界線は第１の位置決めマーク４３の平行２直線の間隙に位置決めされる。同様に、第２の位置決めマーク４５に基づいて第２のレンズ付光ファイバ５３の光ファイバ接続面５３ｃを位置決めする。光ファイバ接続面５３ｃの境界線は第２の位置決めマーク４５の平行２直線間に位置決めされる。同様に、第１の位置決めマーク４３に基づいて第３のレンズ付光ファイバ５５の光ファイバ接続面５５ｃを位置決めする。光ファイバ接続面５５ｃの境界線は第１の位置決めマーク４３の平行２直線間に位置決めされる。

ＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの長さは、ＧＩＦ長＝８００μｍ＋１００μｍ程度になるように形成されている。このため、図２３に破線で示す露出用溝６３の形成位置から第１及び第２のＶ溝４７、４９の交点側に向かって突出するＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂの長さはそれぞれ異なる場合がある。

次に、樹脂に紫外線を照射して硬化させ、光ファイバ固定板５９、６１を基板４１に固着する。これにより、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５は第１及び第２のＶ溝４７、４９に固定される。

次に、図２４に示すように、第１の位置決めマーク４３からＺ軸の正方向に距離Ｌ１−Ｌ３＝７９６μｍだけ離れた位置でＸ軸方向に延伸し、第１及び第２のＶ溝４７、４９の交点を含み、溝幅Ｌ３＋Ｌ４＝１４７０μｍであり、溝深さが４００μｍである露出用溝６３を形成する。露出用溝６３の形成位置から第１及び第２のＶ溝４７、４９の交点側に向かって突出したＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ端部は、露出用溝６３の形成時に当該交点と同時に切断される。これにより、露出用溝６３左側面にはＧＩＦ５１ｂ、５５ｂ端面が露出し、露出用溝６３右側面にはＧＩＦ５３ｂ端面が露出する。

次に、露出用溝６３左側面からＺ軸の正方向に、例えば３０μｍだけ離れた位置でＸ軸方向に延伸し、溝幅が７３５μｍであり、溝深さが１５０μｍである載置用溝６５を露出用溝６３内に形成する。光フィルタ６７（図２４では不図示）の角度調整ができるように、載置用溝６５の溝幅は、光フィルタ６７の厚さＬ６＋Ｌ７＝７２２μｍより長く形成されている。

次に、図７に示すように、光学素子基板６７ａをＧＩＦ５１ｂ、５５ｂ端面側に向けて、光フィルタ６７を載置用溝６５に載置する。次いで、光学素子基板６７ａと露出用溝６３左側面との間に樹脂７１を充填する。次いで、光学素子基板６７ａと露出用溝６３左側面との間隙が距離Ｌ５＝４０μｍになるように調整する。次いで、図６に示すように、露出用溝６３を跨いで光フィルタ固定板５７を光ファイバ固定板５９、６１上に載置する。ここで、必要に応じて光フィルタ固定板５７を露出用溝６３を横切る方向にずらして、光フィルタ６７の光入射面の角度調整を行い、第１のレンズ付き光ファイバ５１から出射して光フィルタ６７で反射した反射光をＧＩＦ５５ｂ端面に良好に結合させる。

次に、樹脂７１に紫外線を照射して樹脂７１を硬化する。これにより、光フィルタ６７は載置用溝６５に仮固定される。次いで、光フィルタ固定板５７と光ファイバ固定板５９、６１の間隙に熱効果性の樹脂（不図示）を流し込む。樹脂は毛細管現象により、当該間隙全面に広がる。次いで、光フィルタ固定板５７や光ファイバ固定板５９、６１と共に樹脂を加熱して硬化する。これにより、光フィルタ６７は載置用溝６５に確実に固定される。次いで、薄膜６７ｂと露出用溝６７右側面との間に、屈折率調整用樹脂としてシリコン樹脂を充填して加熱し、シリコン樹脂をゲル状にする。こうして、図６に示す光合分波器４０は完成する。

次に、光合分波器４０の光学特性について図２５を用いて説明する。図２５の横軸は、光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は減衰量（ｄＢ）を表している。図２５において、曲線Ａは、透過特性を示し、曲線Ｂは反射特性を示している。図２５に示すように、光合分波器４０は、約１５００ｎｍより小さい波長の光は減衰量が小さく、約１５００ｎｍより大きい波長の光は減衰量が大きい透過特性を有している。また、光合分波器４０は、約１５００ｎｍより小さい波長の光は減衰量が大きく、約１５００ｎｍより大きい波長の光は減衰量が小さい反射特性を有している。従って、光合分波器４０は１３１０ｎｍと１４９０ｎｍ波長の光を透過し、１５５０ｎｍの波長の光を反射することができる。

以上説明したように、本実施の形態による光学部品の製造方法によれば、第１及び第２のＶ溝４７、４９を横切る第１及び第２の位置決めマーク４３、４５を基板４１上に形成し、第１の位置決めマーク４３に基づいて光ファイバ接続面５１ｃ、５５ｃを位置決めし、第２の位置決めマーク４５に基づいて光ファイバ接続面５３ｃを位置決めすることができる。これにより、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５の光フィルタ６７や露出用溝６３との相互位置関係を正確に精度よく合わせることが可能になる。また、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５は、基板４１や第１及び第２のＶ溝４７、４９を形成する機械加工機を用いて同様の方法で形成できるので、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５形成用の装置を増設することなく、光合分波器４０を製造できる。このため、設備投資を抑えることができる。さらに、光学特性の揃った高性能な第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ５１、５３、５５を安定して同時に複数製造できるので、製造歩留まりが向上し、光合分波器４０の低コスト化を図ることができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記第１及び第２の実施の形態による光学部品は、断面が凹状の溝状に形成された位置決めマーク５、４３、４５を有しているが本発明はこれに限られない。例えば、Ｖ字状の溝状や底部が半球状の溝状等の断面の位置決めマーク５、４３、４５であっても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

また、上記第１及び第２の実施の形態による光学部品は、溝状の位置決めマーク５、４３、４５を有しているが、本発明はこれに限られない。例えば、所定の膜をパターニングして形成した、平行２直線を有する位置決めマークでもよい。この場合、当該位置決めマークの膜厚は、Ｖ溝にレンズ付き光ファイバを載置した際に基板平面からレンズ付き光ファイバが突出する高さより薄く形成されているとよい。こうすると、位置決めマークに妨げられずに、レンズ付き光ファイバをＶ溝に光ファイバ固定板で密着固定することができる。これにより、位置決め後に、レンズ付き光ファイバはＶ溝上でずれてしまうことがなく、ＧＩＦを所望の長さに形成でき、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

また、上記第２の実施の形態による光学部品では、光フィルタ６７は載置用溝６５に載置されているが、本発明はこれに限られない。例えば、露出用溝６３左側面と光フィルタ６７の光入射面とが所定の距離で配置されれば、載置用溝６５を形成せずに、露出用溝６３に直接載置しても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

また、上記第１及び第２の実施の形態による光学部品は、光アイソレータ１０及び光合分波器４０を例に説明したが、本発明はこれに限られない。本発明はレンズ付き光ファイバを高精度に基板上に位置決めし、ＧＩＦの長さを高精度に形成する技術であり、光スイッチ、光サーキュレータ及び光アッテネータ等、レンズ付き光ファイバを用いる光学部品に適用することが可能である。

また、上記第１及び第２の実施の形態による光学部品の製造方法において、光ファイバ接続面７ｃ等の位置決めは、手動で位置決めしたり、自動化により自動的に位置決めしたりしてもよい。

本発明の第１の実施の形態による光学部品の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学部品のレンズ付き光ファイバ７の光ファイバ接続面７ｃ近傍を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学部品の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学部品の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学部品の実施例であって、光アイソレータ１０の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光合分波器４０のＧＩＦ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ端面が露出する露出用溝６３近傍を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、ＧＩＦ射出端面からのビームウェスト（ＢＷ）までの距離とＧＩＦ長との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、ＧＩＦ射出端面から射出した光のスポットサイズωとＧＩＦ長との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、光出射用レンズ付き光ファイバの光出射端面の光軸方向焦点ズレ量と、入射光の結合損失との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、光射出用レンズ付き光ファイバの光出射端面の位置ズレ量と、入射光の結合損失との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、光射出用レンズ付き光ファイバの光出射端面の角度ズレ量と、入射光の結合損失との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、ＧＩＦ長と端面出射角度との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、ＧＩＦ長と端面出射位置ズレ量との関係示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５等の各設定パラメータを示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、ＧＩＦ５１ｂから出射した光の光射出端面からビームウエストまでの距離Ｓの算出方法について説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、露出用溝６３の溝幅と結合損失との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、０．４°の角度ズレが生じた場合の露出用溝６３の溝幅に対する光結合特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品であって、第１及び第２の位置決めマーク４３、４５等の基板４１上の形成位置の設定値を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光学部品としての光合分波器４０の光学特性を示す図である。

符号の説明

１、１３、１４、４１ 基板
２、１５、１６、５９、６１ 光ファイバ固定板
３ａ、３ｂ、３ｃ、２１、２５ Ｖ溝
４、７１ 樹脂
５、１７、１８ 位置決めマーク
７、９、１１、１９、２３ レンズ付き光ファイバ
７ａ、９ａ、１１ａ、１９ａ、２３ａ、５１ａ、５３ａ、５５ａ ＳＭＦ
７ｂ、９ｂ、１１ｂ、１９ｂ、２３ｂ、５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ ＧＩＦ
７ｃ、９ｃ、１１ｃ、５１ｃ、５３ｃ、５５ｃ 光ファイバ接続面
１０ 光アイソレータ
２７、２９、５２、５４、５６ 被覆
３０ 光学素子
３１ 磁石
３３ 第１の複屈折板
３５ ファラデー回転子
３７ １／２波長板
３９ 第２の複屈折板
４０ 光合分波器
４３ 第１の位置決めマーク
４５ 第２の位置決めマーク
４７ 第１のＶ溝
４７’ 第１の仮想直線
４９ 第２のＶ溝
４９’ 第２の仮想直線
５１ 第１のレンズ付き光ファイバ
５３ 第２のレンズ付き光ファイバ
５５ 第３のレンズ付き光ファイバ
５７ 光フィルタ固定板
６３ 露出用溝
６５ 載置用溝
６７ 光フィルタ
６７ａ 光学素子基板
６７ｂ 薄膜

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、前記基板面内の第１の仮想直線上に形成された、光ファイバを配置するための第１の光ファイバ配置用溝と、
   前記基板上に形成され、前記基板面内で前記第１の仮想直線と交差する第２の仮想直線上に形成された第２の光ファイバ配置用溝と、
   前記第１及び第２の仮想直線の交点から所定の距離で前記基板上に形成され、前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第１の位置決めマークと、
   前記交点に関して、前記第１の位置決めマークと逆側にほぼ平行に対向して配置されて、前記交点から所定の距離で前記基板上に形成され、前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第２の位置決めマークと、
   シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとが光ファイバ接続面で接続され、前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面を前記交点側に向けて、前記第１及び第２の前記光ファイバ配置用溝に配置された３本のレンズ付き光ファイバのうちの前記第１の位置決めマークに基づいて位置決めされて前記第１の光ファイバ配置用溝に配置された第１のレンズ付き光ファイバと、
   前記レンズ付光ファイバのうちの前記第２の位置決めマークに基づいて位置決めされて前記第１の光ファイバ配置用溝に配置された第２のレンズ付き光ファイバと、
   前記第１の位置決めマークに基づいて位置決めされて前記第２の光ファイバ配置用溝に配置された第３のレンズ付き光ファイバと、
   前記第１の位置決めマークから所定距離だけ離れた位置で前記交点を含み、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバのそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面がそれぞれの前記光ファイバ接続面から所定位置で露出する露出用溝と、
   前記露出用溝に載置され、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ中を伝搬して射出した光を合波又は／及び分波する光学素子と
   を有することを特徴とする光学部品。
2. 請求項１記載の光学部品であって、
   前記第１及び第２の位置決めマークは、溝状に形成されていることを特徴とする光学部品。
3. 光ファイバを配置するための第１の光ファイバ配置用溝を基板上に形成し、
   前記第１の光ファイバ配置用溝と交差する第２の光ファイバ配置用溝を前記基板上に形成し、
   前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝の交点から所定の距離に前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第１の位置決めマークを前記基板上に形成し、
   前記交点に関して、前記第１の位置決めマークと逆側にほぼ平行に対向して配置されて、前記交点から所定の距離に前記第１及び第２の光ファイバ配置用溝を横切る第２の位置決めマークを前記基板上に形成し、
   シングルモード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバとを光ファイバ接続面で接続した第１乃至第３のレンズ付き光ファイバのそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面を前記交点側に向けて、前記第１及び第２のレンズ付き光ファイバを前記第１の光ファイバ配置用溝にそれぞれ配置し、前記第３のレンズ付き光ファイバを前記第２の光ファイバ配置用溝に配置し、
   前記第１の位置決めマークに基づいて前記第１のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めし、前記第２の位置決めマークに基づいて前記第２のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めし、前記第１の位置決めマークに基づいて前記第３のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めし、
   第１の位置決めマークから所定距離だけ離れた位置で前記交点を含み、前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバのそれぞれの前記グレーデッドインデックス光ファイバ端面がそれぞれの前記光ファイバ接続面から所定位置で露出する露出用溝を形成し、
   前記第１乃至第３のレンズ付き光ファイバ中を伝搬して射出した光を合波又は／及び分波する光学素子を前記露出用溝に載置すること
   を特徴とする光学部品の製造方法。
4. 請求項３記載の光学部品の製造方法であって、
   前記グレーデッドインデックス光ファイバが所定の長さになるように、第１乃至第３のレンズ付き光ファイバの少なくともいずれか１つを前記交点と同時に切断することを特徴とする光学部品の製造方法。
5. 請求項３又は４に記載の光学部品の製造方法であって、
   前記第１及び第２の位置決めマークを溝状に形成することを特徴とする光学部品の製造方法。
6. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法であって、
   前記第１及び第２の位置決めマークを前記光ファイバ接続面の境界線を挟む平行２直線に形成することを特徴とする光学部品の製造方法。
7. 請求項６記載の光学部品の製造方法であって、
   前記第１の位置決めマークの前記平行２直線の間隙に前記第１及び第３のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面をそれぞれ位置決めし、前記第２の位置決めマークの前記平行２直線の間隙に前記第２のレンズ付光ファイバの前記光ファイバ接続面を位置決めすることを特徴とする光学部品の製造方法。

Images