JPH04361208A - 光合分波器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子に関し、特に
波長の異なる複数の信号光を合体したり分割したりする
ための光合分波器に関する。

【０００２】複数の光ビームを合体させる合波器と一体
化した光ビームを複数光ビームに分割する分波器は通常
同一構造で実現できる。そこで、本明細書では、これら
を併せて光合分波器と呼ぶ。

【０００３】近年の高度情報化により、大量のデータを
高速で伝送することが要求されている。大量のデータを
高速で伝送するには、データを光信号にして伝送するこ
とが有効であり、さらに異なる波長の複数の光信号を多
重化して同時に伝送することが有効である。このような
波長多重化光伝送のためには異なる波長の信号光に対す
る光合分波器が必要である。

【０００４】

【従来の技術】図２に、従来の技術による光合分波器を
示す。図２（Ａ）は構成を示し、図２（Ｂ）は光合分波
器に用いるフィルタの特性を示す。

【０００５】図２（Ａ）において、透明基板５１の両面
には、複数の光入射／出射機構が設けられている。光入
射機構は、ロッドレンズ５２と楔形部材５３によって形
成され、透明基板５１の上側表面に接着されている。光
入射機構から入射された光は、透明基板５１内で多重反
射を行い、各反射点で所定の波長光のみが出射する。光
出射機構は、ロッドレンズ５２、楔形部材５４および楔
形部材５４と透明基板５１の間に配置されたバンドパス
フィルタＢＰＦによって構成される。たとえば、バンド
パスフィルタＢＰＦが楔形部材５４表面上に形成されて
いるときは、このバンドパスフィルタＢＰＦを設けた面
と透明基板５１とを接着剤によって接着する。楔形部材
５３、５４は、ロッドレンズ５２が所定の光軸に沿って
配置されるように傾斜した表面を形成するためのもので
ある。各バンドパスフィルタＢＰＦは、高い屈折率を有
する誘電体、たとえばＴｉＯ２　（長波長帯における屈
折率ｎ＝２．２５）と低い屈折率を有する誘電体、たと
えばＳｉＯ２　（屈折率ｎ＝１．４５）の積層で構成し
た誘電体多層膜によって形成される。

【０００６】各バンドパスフィルタＢＰＦは、図２（Ｂ
）に示すようなフィルタ特性を有する。図２（Ｂ）にお
いては、フィルタの透過率を実線Ｔで示し、反射率を破
線Ｒで示す。第１のバンドパスフィルタＢＰＦ１　は、
図２（Ｂ）に示すように波長λ１　でほぼ１００％の透
過率Ｔ１　を有し、λ２　〜λ４　の波長領域において
は、透過率Ｔ１　はほぼ０である。誘電体多層膜は、基
本的に透明材料で構成されており、入射した光は吸収さ
れることなく透過するか反射される。したがって、反射
率Ｒ１　は、１００％から透過率Ｔ１　を引いたものと
等しい。すなわち、バンドパスフィルタＢＰＦ１　は、
波長λ１　の光を透過し、波長λ２　、λ３　、λ４　
の光を反射する。

【０００７】このようにして、第２のバンドパスフィル
タＢＰＦ２　には波長λ２　、λ３　、λ４　の光が入
射する。 第２のバンドパスフィルタＢＰＦ２　は、図２（Ｂ）に
示すように、波長λ２　でほぼ１００％の透過率Ｔ２　
を有し、波長λ３　、λ４　においてはほぼ１００％の
反射率Ｒ２　を有する。したがって、第２のバンドパス
フィルタＢＰＦ２　は、波長λ２　の光を透過し、波長
λ３　とλ４　の光を反射する。第３のバンドパスフィ
ルタＢＰＦ３　は、波長λ３　においてほぼ１００％の
透過率Ｔ３　と、波長λ４　においてほぼ１００％の反
射率Ｔ３　を有する。したがって、第３のバンドパスフ
ィルタＢＰＦ３　は、入射する光のうち波長λ３　の光
を透過し、波長λ４　の光を反射する。第４のバンドパ
スフィルタＢＰＦ４は、図２（Ｂ）に示すように波長λ
４　でほぼ１００％の透過率Ｔ４　を有する。したがっ
て、入射する波長λ４　の光を透過する。

【０００８】このようにして、図２（Ａ）に示す構成の
入射ポートに複数の波長の信号光を入射すると、各出力
ポートからは所定の波長の光のみが出射する。なお、光
の進行方向を逆にする場合、図２（Ａ）の構成が合波器
として働く。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図２（Ａ）に示した構
成によって、光合分波器が得られるが、この構成は部品
点数が多い。また、フィルタやロッドレンズを固定する
ときの位置合わせも必要である。

【００１０】本発明の目的は、より簡便で使いやすい光
合分波器を提供することである。本発明の他の目的は、
構成が簡単で大量生産に適した光合分波器およびその製
造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理説
明図である。光合分波器の構成を図１（Ａ）に示す。透
明基体１は、光入出射面４、５を有し、その内部に複数
の斜め入射平行界面２を有する。各界面には異なる特性
の光学フィルタ３が設けられている。

【００１２】なお、光入出射面４、５は直交する場合を
図示しているが、必ずしも直交する必要はない。たとえ
ば破線で示すように直交関係からある角度を傾斜させて
もよいし、平行ないしは平行からある角度傾斜した配置
としてもよい。

【００１３】

【作用】複数の斜め入射平行界面２に配置された複数の
光学フィルタ３は、異なるフィルタ特性を有する。

【００１４】図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構成を合
波器として動作させる場合を示す。波長の異なる複数の
光信号６ａ、６ｂ、６ｃが透明基体１の光入射面５に入
射すると、光学フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃによってそれ
ぞれ選択的に反射ないしは透過され、合体した１つの複
合光信号７となって光出射面４から出射する。

【００１５】図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す構成を分
波器として動作させる場合を示す。波長の異なる複数の
光信号を合体した複合光信号８が光入射面４に入射する
と、光学フィルタ３ａ、３ｂ、３ｃによってそれぞれ波
長に依存して選択的に反射、透過され、分割された光信
号９ａ、９ｂ、９ｃが光出射面５から出射する。

【００１６】なお、波長の代わりまたは波長と併せて偏
光を用いてもよい。

【００１７】

【実施例】図３は、本発明の実施例による光合分波器を
示す。図３（Ａ）は構成を示し、図３（Ｂ）はそのフィ
ルタ特性を示す。

【００１８】図３（Ａ）において、透明基体１は、複数
の透明基板１０、１０ａを貼り合わせ、斜めに切断して
研磨することによって作成されたものである。したがっ
て、透明基体１内には複数の斜め入射平行界面２が形成
されている。各界面２には、異なる特性のフィルタＦ１
　、Ｆ２　、Ｆ３　、Ｆ４　を構成する光学フィルタ３
が形成されている。光入射面５は、平行界面２に対して
４５°の角度に研磨されており、その表面に入射光を平
行光線にするための複数のレンズ７が配置されている。 複数の平行界面２が光入射面５に対して４５°の角度を
形成しているため、各フィルタで反射された光は、入射
光と直交する方向、すなわち光入射面５と平行な方向に
進む。光出射面４は、光入射面５と直交する角度に研磨
されている。光入射面５上のレンズ７前方に配置された
複数のレーザ６からの異なる波長の光信号は、各レンズ
から透明基体１内に入射し、光学フィルタ３で選択的に
反射、透過され、光出射面４からファイバ９に出射する
。 各光学フィルタ３は、図中左方から入射する光信号を反
射し、他の波長の光信号は透過する特性を有する。

【００１９】図３（Ｂ）は、このような特性を実現する
フィルタ特性の例を示す。波長λ１　の光信号が入射す
るフィルタＦ１　は、図３（Ｂ）に示すように波長λ１
　でほぼ１００％の反射率Ｒ１　を有する。なお、この
フィルタに関しては入射光を反射すればよいので、金属
ミラー等で構成することもできる。

【００２０】波長λ２　の光信号が入射するフィルタＦ
２　は、波長λ２　の光を反射し、上方より入射する波
長λ１　の光信号を透過する必要がある。このような特
性は、たとえば図３（Ｂ）に示すように、波長λ１　に
おいてほぼ１００％の透過率Ｔ２　を有し、波長λ１　
からλ２　に至る領域において透過率が低下し、反射率
Ｒ２　が増大して波長λ２　においてはほぼ１００％の
反射率Ｒ２　を有するフィルタ特性によって実現される
。

【００２１】同様に、波長λ３　、波長λ４　の光信号
が入射するフィルタＦ３　、Ｆ４　は、波長λ２　とλ
３　の間および波長λ３　とλ４　の間において透過率
Ｔ３　、Ｔ４　が低下し、反射率Ｒ３　、Ｒ４　が増大
するフィルタ特性を有する。

【００２２】波長λ１　が短波長側であり、波長λ４　
が長波長側である場合、これら４つのフィルタは、短波
長透過フィルタ（ＳＷＰＦ）によって実現することがで
きる。逆に、波長λ１　が長波長側、波長λ４　が短波
長側である場合は、４つのフィルタＦ１　〜Ｆ４　は、
４つの異なる特性を有する長波長透過フィルタ（ＬＷＰ
Ｆ）によって実現できる。

【００２３】透明基体１を構成する透明基板１０、１０
ａは、たとえばＢＫ７等のガラスによって形成すること
ができる。レンズ７は同様のガラスまたは透明基板と屈
折率の近い透明材料、たとえば透明樹脂等によって形成
することができる。光学フィルタ３は、たとえば高屈折
率材料としてＴｉＯ２　、低屈折率材料としてＳｉＯ２
　を用いた誘電体交互積層によって作成できる。また、
高屈折率材料としてＳｉ（屈折率ｎ＝３．６）やＧｅ（
屈折率ｎ＝４．２）を用いると、少ない層数で高い遮断
特性を実現することもできる。レーザ６は、たとえば波
長１．４８〜１．５６μｍ内の異なる波長の光を発振す
る半導体レーザによって構成できる。レーザ６の発振す
る光波長が比較的広い場合、フィルタ特性の透過率ない
し反射率が急峻に変化する波長を調整することにより、
入射光の波長分布の裾の部分をカットすることもできる
。

【００２４】図４は、本発明の他の実施例による光合分
波器を示す。図４（Ａ）は構成を示し、図４（Ｂ）はフ
ィルタ特性を示す。

【００２５】本構成においては、図３の実施例と比較し
て光路が複雑化し、光入射面５と光出射面４ａが平行に
配置されている。また、基板枚数は減少している。

【００２６】図４（Ａ）において、複数の透明基板１０
、１０ａが積層され、その間に複数の平行界面２を構成
することはず３の実施例と同様である。

【００２７】本構成においては、平行界面２の数は３で
あり、平行界面２に選択的に光学フィルタ３が形成され
ている。

【００２８】図中平行界面２の左側部分に上からフィル
タＦ４　、Ｆ１　、Ｆ２　が形成されている。平行界面
２の図中右側部分には、フィルタＦ１　が形成された界
面にミラーＭが形成され、フィルタＦ２　が形成された
界面にフィルタＦ３　が形成されている。また、入射光
は図中上からλ４　、λ１　、λ２　、λ３　のように
配置されている。ミラーＭは、金属膜によって形成して
も誘電体多層膜によって形成してもよい。フィルタＦ１
　〜Ｆ４　の特性を図４（Ｂ）に示す。なお、図４（Ｂ
）においては、透過率Ｔのみを示す。反射率Ｒは、１０
０％から透過率Ｔを差し引いたものとなる。

【００２９】一番上に配置されるフィルタＦ４　は、波
長λ４　においてほぼ１００％の反射率を有する。この
ため入射する波長λ４　の光を図中下方に反射する。二
番目に配置されたフィルタＦ１　は、フィルタＦ４　と
対照的に波長λ１　でほぼ１００％の反射率を有し、波
長λ４　ではほぼ１００％の透過率を有する。なお、フ
ィルタＦ４　とＦ１　に関しては、波長λ４　とλ１に
おける要求を満足すればよく、その間の特性は厳密であ
る必要はない。左方から波長λ２　の光が入射し、上方
から波長λ１　とλ４　の光が入射するフィルタＦ２　
は、波長λ２　の周囲の光のみをほぼ１００％透過する
バンドパス特性を有する。なお、バンドパスフィルタの
透過領域幅は数ｎｍ程度まで狭くすることが可能である
。フィルタＦ２　は、左から入射する波長λ２　の光を
そのまま透過し、上方から入射する波長λ１　とλ４　
の光を反射する。したがって、波長λ１　、λ２　、λ
４　の光がミラーＭに入射し、反射される。この反射光
は、フィルタＦ３　に上方より入射する。フィルタＦ３
　には、左方より波長λ３　の光も入射する。

【００３０】フィルタＦ３　は、図４（Ｂ）に示すよう
に波長λ３の周囲でほぼ１００％の透過率を有するバン
ドパス特性を有する。このため、左方より入射する波長
λ３　の光はそのまま透過し、上方より入射する波長λ
１　、λ２　、λ４　の光は右方に反射する。このよう
にして、後方に配置された出射面４ａからは波長λ１　
、λ２　、λ３　、λ４　の光信号が出射する。

【００３１】図４の構成は、基本的に図３の実施例と同
様の材料によって構成することができる。図４の構成に
おいては、透明基板１０の枚数が減少し、入射光と出射
光の進行方向が同一となる利点がある。また、バンドパ
スフィルタを用いて入射光の不要波長成分を除去し易い
特性も有する。

【００３２】次に図５を参照して、光合分波器の製造方
法を説明する。図４の構成を例にとって説明するが、図
３の構成も同様に製造できることは自明であろう。

【００３３】まず、図５（Ａ）に示すように、各透明基
板１０の上に光学フィルタ３および位置決め用マーク１
２を形成する。図４の構成を製造する場合は、光学フィ
ルタ３は図に示したように所定ピッチでストライプ状に
作成する。なお、１枚の基板上に異なる特性のフィルタ
を並べて形成する場合は、まず一方の光学フィルタを作
成し、ホトリソグラフィ等を用いてパターニングし、そ
の上をマスクした状態で他方の光学フィルタを作成する
。また、１枚の基板の両面上に異なる特性の光学フィル
タをそれぞれ所定パターンで作成してもよい。

【００３４】このようにして、所望の特性を有する光学
フィルタを表面上に作成した基板を準備した後、図５（
Ｂ）に示すように各基板１０、１０ａを積層配置し、各
基板間に接着剤１６を配置して各基板間を接着する。 接着剤１６は、目的とする波長範囲で透明であり、かつ
透明基板１０、１０ａとなるべく近い屈折率を有するも
のを選択する。

【００３５】複数の透明基板１０、１０ａを接着して透
明基体１０を形成した後、図中破線で示すように透明基
板表面に所定の角度で設定した切断面１７に沿って透明
基体１０を切断する。たとえば、各基板１０、１０ａの
表面に対して４５°の角度を有する切断面１７ａ、１７
ｂで切断すると、入射光と出射光の方向が直交ないしは
平行な構成とすることができる。

【００３６】切断後、切断面を研磨し、用いる光信号の
波長において光学的にフラットな面を形成する。

【００３７】図５に示すような製造方法にしたがえば、
複数の透明基板を用い、一通りの製造プロセスを経た後
に、多数の光合分波器を同時に得ることができる。この
ようにして作成した光合分波器は、そのまま所定位置に
入射光を入射し、所定位置から出射光を取り出すことに
よって光合分波器として機能する。

【００３８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
用いる材料、光学フィルタの特性等は、目的に合う範囲
で自由に選択することができる。その他、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
部品点数が少なく、簡便な構成の光合分波器が提供され
る。

【００４０】一組の出発材料から多数個の光合分波器を
同時に作成することができるため、大量生産に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。図１（Ａ）は構成
を示し、図１（Ｂ）は合波器動作を説明し、図１（Ｃ）
は分波器動作を説明する。

【図２】従来の技術を示す。図２（Ａ）は、構成を示し
、図２（Ｂ）はフィルタ特性を示す。

【図３】本発明の実施例による光合分波器を示す。図３
（Ａ）は構成を示し、図３（Ｂ）はフィルタ特性を示す
。

【図４】本発明の実施例による光合分波器を示す。図４
（Ａ）は構成を示し、図４（Ｂ）はフィルタ特性を示す
。

【図５】本発明の実施例による光合分波器の製造方法を
示す。図５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ主要製造工程にお
ける透明基板および透明基体の状態を示す斜視図および
断面図である。

【符号の説明】

１　　透明基体 ２　　平行界面 ３　　光学フィルタ ４、５　　光入出射面 ６　　レーザ ７　　レンズ ９　　ファイバ １０　　透明基板 １２　　位置決め用マーク １６　　接着剤 １７　　切断面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光入出射面（４、５）を有する透明基
   体（１）内に複数の斜め入射平行界面（２）を有し、界
   面に異なる特性の光学フィルタ（３）が配置されている
   光合分波器。
2. 【請求項２】　　前記光入出射面（４、５）が互いに直
   行する面を含み、前記平行界面が前記直行する面に対し
   て約４５度傾いている請求項１記載の光合分波器。
3. 【請求項３】　　前記光学フィルタ（３）が高屈折率材
   料として半導体を用いた多層膜を含む請求項１〜３のい
   ずれかに記載の光合分波器。
4. 【請求項４】　　複数の透明基板の各々の少なくとも一
   面上に、光学フィルタを形成する工程と、前記複数の透
   明基板を貼り合わせ、貼り合わせ基板を形成する工程と
   、貼り合わせ基板を貼り合わせ面に対して斜めに傾いた
   角度で切り出す工程とを含む光合分波器の製造方法。
5. 【請求項５】　　前記光学フィルタを形成する工程が透
   明基板上に選択的にストライプ状の光学フィルタを形成
   することを含む請求項４記載の光合分波器の製造方法。