【手続補正書】
【提出日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間及びこの内部空間と繋がる光入射口及び光出射口を有して構成されるケースと、
前記ケースの前記光入射口に接続された入射用光伝送路と、
前記ケースの前記光出射口に接続された複数の出射用光伝送路と、
前記ケースの前記内部空間内に設けられ、前記入射用光伝送路を介して前記内部空間内に入射された波長分割多重光を反射させて平行光にする第１の凹面反射面と、
前記ケースに固定され、前記第１の凹面反射面において平行光にされた前記波長分割多重光を複数の直線状の回折溝が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面において波長の異なる複数の光に分光するグレーティングと、
前記ケースの前記内部空間内に設けられ、前記グレーティングにおいて分光された光を前記出射用光伝送路に入射させる第２の凹面反射面とを備え、前記第１の凹面反射面と前記第２の凹面反射面との少なくとも一方はトーリック面または放物面の一部であって、
前記光入射口と前記光出射口とは、前記グレーティングにおける前記回折溝の延びる方向に、前記グレーティングを挟んで設けられていることを特徴とする光分波合波器。
【請求項２】
前記ケースの前記内部空間内が透明な固体媒質で満たされており、前記入射用光伝送路の端面及び前記出射用光伝送路の端面がそれぞれ前記固体媒質に接合されていることを特徴とする請求項１記載の光分波合波器。
【請求項３】
前記反射回折面が空気を隔てて前記ケースの内部空間と対向しており、前記第１の凹面鏡において反射された光は前記ケースに設けられた開口及び空気を通って前記反射回折面に入射し、前記反射回折面において反射回折した光は空気及び前記開口を通って前記第２の凹面鏡に至るようになっていることを特徴とする請求項１又は２記載の光分波合波器。
【請求項４】
前記第２の凹面反射面の焦点が前記グレーティングの前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光分波合波器。
【請求項５】
前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面がそれぞれ同一の回転放物面上の異なる一部分となっており、前記回転放物面の生成回転軸が前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線に対して平行となり、かつ、前記回転放物面の焦点が前記グレーティングの前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置するように前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面の配置がなされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光分波合波器。
【請求項６】
前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面がそれぞれ同一のトーリック面上の異なる一部分となっており、
前記トーリック面の生成回転軸を通る平面を経面、前記生成軸に垂直な平面のうち前記トーリック面との交円が大円となる平面を赤道面としたときに、
前記トーリック面を前記赤道面により切断したときに得られる交円が１つである場合には、前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面は、これら両凹面反射面を含むトーリック面の前記経面のうち選択された一つが前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射する光の主光線の光軸に対して平行になるとともに、前記選択された経面内方向の焦点が前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置し、かつ、前記選択された経面が、前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線を含んで前記グレーティングの前記回折溝と平行な方向に延びる平面と０°ないし４５°の範囲で交わる位置に設けられ、
前記トーリック面を前記赤道面により切断したときに得られる交円が２つである場合には、前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面は、これら両凹面反射面を含むトーリック面の前記赤道面のうち選択された一つが前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射する光の主光線の光軸に対して平行になるとともに、前記選択された赤道面内方向の焦点が前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置し、かつ、前記選択された赤道面が、前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線を含んで前記グレーティングの前記回折溝と平行な方向に延びる平面と０°ないし４５°の範囲で交わる位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光分波合波器。
【請求項７】
前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面を含むトーリック面についての２つの曲率半径のうち大きい方の曲率半径をＲｔ、小さい方の曲率半径をＲｓとし、前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線が前記第１の凹面反射面に至るときの光軸と前記第１の凹面反射面において反射した後の光軸とが形成する角度を２θとしたときに、式
Ｒｓ／Ｒｔ＝cos2θ
が満足されることを特徴とする請求項６記載の光分波合波器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光分波合波器は、内部空間及びこの内部空間と繋がる光入射口及び光出射口を有して構成されるケースと、ケースの光入射口に接続された入射用光伝送路と、ケースの光出射口に接続された複数の出射用光伝送路と、ケースの内部空間内に設けられ、入射用光伝送路を介して内部空間内に入射された波長分割多重光を反射させて平行光にする第１の凹面反射面と、ケースに固定され、第１の凹面反射面において平行光にされた波長分割多重光を複数の直線状の回折溝が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面において波長の異なる複数の光に分光するグレーティングと、ケースの内部空間内に設けられ、グレーティングにおいて分光された光を出射用光伝送路に入射させる第２の凹面反射面とを備え、第１の凹面反射面と第２の凹面反射面との少なくとも一方はトーリック面または放物面の一部であって、光入射口と光出射口とは、グレーティングにおける回折溝の延びる方向に、グレーティングを挟んで設けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
これに対し、図５（Ｂ）に示すように、グレーティングＧへ入射するビームＷ１のビーム幅とグレーティングＧでの反射回折作用を受けた後のビームＷ２のビーム幅とに大きな差異が発生しなければ、上記のようなアナモルフォシスの発生を小さく抑えることができる（このとき、グレーティングＧへ入射する光の断面形状が円形であった場合には、像面においてもほぼ円形となる）。すなわち、グレーティングは反射回折前後において光を等倍結合する構成であることが好ましい。このようにすれば、光分波合波器に光を入射させる側の光ファイバと光分波合波器より光を出射させる側の光ファイバとを同じもの（同じ材質、同じ径）にしたときには、原理的に高い結合効率が得られることになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
ここで、ケース１０の光出射口１３に繋がる複数の出射用光ファイバ６０が平行に配列されており、かつ、上記した各出射用光ファイバ６０の端面カットの角度が全て同じで互いに平行になるように処理されているのであれば、各波長ごとの光の結像光線（の主光線）はほぼ等しい角度で、対応する出射用光ファイバ６０のコア６１に入射することになる。したがって、イメージングミラー４０において反射した波長ごとの光Ｌ４の出射用光ファイバ６０への入射角度を最適値に調節すれば、固体媒質Ｔｍと出射用光ファイバ６０との間の結合損失を低減させて、本光分波合波器１全体としての損失をより一層低減させることが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
また、上記のようにコリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状が回転放物面となるようにする代わりに、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状がトーリック面となるようにすることによっても、波長ごとに分波した各光Ｌ４を対応する出射用光ファイバ６０へ結合させるときに生じる結合損失を低減させて本分波合波器１全体としての損失を低下させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
具体的な説明に入る前に、先ずトーリック面について説明する。トーリック面には図８に示すように２つのタイプがあり、そのトーリック面の生成回転軸ＡＸを通る平面を経面Ｍ、生成回転軸ＡＸに垂直な平面のうちトーリック面との交円が大円となる平面を赤道面Ｅとした場合、赤道面Ｅによりトーリック面自身を切断したときに交円が１つ得られるタイプのもの（第１のタイプのトーリック面とする）と、赤道面Ｅによりトーリック面自身を切断したときに交円が２つ得られるタイプのもの（第２のタイプのトーリック面とする）とが存在する。図８（Ａ）は前者の例を示しており、図８（Ｂ）は後者の例を示している。これら両タイプのトーリック面とも大きさの異なる２つの曲率半径を有しているが、このうち大きい方の曲率半径をタンジェンシャル（メリジオナル）方向の曲率半径Ｒｔ、小さい方の曲率半径がサジタル方向の曲率半径Ｒｓとする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図１１は、凹トーリック反射面ＭＳの反射点Ｒｐでの法線ＲｐＶに対して角度θで平行光束が入射して反射する様子を示している。ここで、光束Ｌｔは上記平行光束の凹トーリック反射面ＭＳのタンジェンシャル方向（メリジオナル）入射成分、光速Ｌｓは上記平行光束の凹トーリック反射面ＭＳのサジタル方向入射成分である。凹トーリック反射面ＭＳに、反射点Ｒｐでの法線ＲｐＶに対して角度θで入射する光束について、タンジェンシャル方向（図中にＴで示す方向）の焦点距離とサジタル方向での焦点距離を一致させるためには、その凹トーリック反射面ＭＳの反射点Ｒｐでの２つの曲率半径Ｒｔ，Ｒｓ（図９及び図１０も参照）について、焦点距離をｆとしたときに（この焦点距離ｆは、図１１における反射点Ｒｐと光の集光点ＢＦとの間の距離となる）、下式（１），（２）が満たされるようにすればよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
また、上述の実施形態においては、グレーティング３０の反射回折面３２は空気を隔ててケース１０の内部空間１１（固体媒質Ｔｍ）と対向するようになっていたが、反射回折面３２は必ずしも空気を隔ててケース１０の内部空間１１と対向するようになっている必要はない。例えば、図１２及び図１３に示すように、グレーティング３０’が複数の直線状の回折溝３１’が等間隔に並べられてなる反射回折面３２’を有しており、この反射回折面３２’が、グレーティング３０’を構成する媒質内に形成されているところの、裏面反射形であってもよい。このとき、コリメータ２０において反射された光Ｌ２は、固体媒質Ｔｍよりグレーティング３０を構成する材質（例えば石英ガラス）を透過して反射回折面３２’に至り、反射回折後の光は再びグレーティング３０を構成する材質を透過して固体媒質Ｔｍ内に入り、イメージングミラー４０に至る光路をとることになる（このときのグレーティング３０’は裏面反射形のグレーティングとなる）。なお、図１２はこのような変形例に係る光分波合波器１’の斜視図であり、図１３（Ａ）はこの光分波合波器１’の正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は左側面図（但し、右側面図とは上下が逆）である。また、これら両図では、上述の実施形態と同じ構成のものには同じ符号を付している。なお、表面反射形であってもこれをケース１０の内部空間１１内（或いはこの内部空間１１を満たす固体媒質Ｔｍ内）に位置させることもできる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
（第１実施例）
図１４は本発明の第１実施例に係る光分波合波器を示すものであり、（Ａ）は分波合波器の正面図（但し、入射用光ファイバ５０と出射用光ファイバ６０のみを示す）、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図である。この第１実施例に係る光分波合波器では、コリメータ２０及びイメージングミラー４０を回転放物面から形成しており、ケース１０の内部空間１１内は後記する屈折率特性を有する固体媒質Ｔｍで満たした。グレーティング３０は裏面反射形であり（上述の実施形態の変形例に係る光分波合波器１’に相当）、反射回折面３２’と対向する側の面はケース１０の壁部１４に設けた貫通穴（図示せず）を介して固体媒質Ｔｍと接合させた。また、グレーティング３０上の光の反射点を原点として、ＸＹＺ座標系を図１４のように設定した。主要諸元及び入射点、像点の座標データを下の表１に示す。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
【表１】
主要部寸法：  Ａ＝３０．５ｍｍ，    Ｂ＝３０ｍｍ
固体媒質の波長に対する屈折率特性：図１５の表に示す
分波波長：    １３７１ｍｍ，１３９１ｍｍ，１４１１ｍｍ，１４３１ｍｍ，１４６１ｍｍ，１４９１ｍｍ，１５１１ｍｍ，１５３１ｍｍ，１５５１ｍｍ，１５７１ｍｍ，１５９１ｍｍ，１６１１ｍｍ，１６３１ｍｍ，１６５１ｍｍ，１６７１ｍｍ，１６９１ｍｍの１６波
グレーティング
格子定数：１／４００ｍｍ
回折次数：１次
溝方向：Ｙ軸に平行
反射回折面の法線ＧＶがＺ軸となす角度φ：  １１．９０７°
入射点の座標：      Ｘ＝−０．５ｍｍ，    Ｙ＝５．５ｍｍ
像点の座標：        図１６の表に示す
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
【表２】
主要部寸法：  Ａ＝３０．５１ｍｍ，    Ｂ＝２７．５ｍｍ，    Ｃ＝１．７ｍｍ
固体媒質の波長に対する屈折率特性：図１５の表と同じ
分波波長：    第１実施例と同じ１６波
グレーティング
格子定数：１／４００ｍｍ
回折次数：１次
溝方向：Ｙ軸に平行
反射回折面の法線ＧＹがＺ軸となす角度φ：  １７．５°
入射点の座標：      Ｘ＝−０．５ｍｍ，    Ｙ＝５．５ｍｍ
像点の座標：        図１９の表に示す
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
（第３実施例）
図２１は本発明の第３実施例に係る光分波合波器を示すものであり、（Ａ）は分波合波器の正面図（但し、入射用光ファイバ５０と出射用光ファイバ６０のみを示す）、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図である。この第３実施例に係る光分波合波器では、コリメータ２０及びイメージングミラー４０を前述した第２のタイプのトーリック面から形成しており、ケース１０の内部空間１１内は上記第１実施例と同じ屈折率特性を有する固体媒質Ｔｍで満たした。グレーティング３０は裏面反射形であり（上述の実施形態の変形例に係る光分波合波器１’に相当）、反射回折面３２’と対向する側の面はケース１０の壁部１４に設けた貫通穴（図示せず）を介して固体媒質Ｔｍと接合させた。また、グレーティング３０上の光の反射点を原点として、ＸＹＺ座標系を図２１のように設定した。主要諸元及び入射点、像点の座標データ等を下の表３に示す。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
【表３】
主要部寸法：  Ａ＝３０．３１ｍｍ，    Ｂ＝３０ｍｍ
固体媒質の波長に対する屈折率特性：図１５の表と同じ
分波波長：    第１実施例と同じ１６波
トーリック面
曲率半径：Ｒｔ＝６０．４０４ｍｍ，Ｒｓ＝６０ｍｍ（Ｒｓ／Ｒｔ＝０．９９３）
グレーティング
格子定数：１／４００ｍｍ
回折次数：１次
溝方向：Ｙ軸に平行
反射回折面の法線ＧＶがＺ軸となす角度φ：１２°
入射点の座標：      Ｘ＝−０．５ｍｍ，    Ｙ＝５．５ｍｍ
像点の座標：        図２２の表に示す
図１０中に示す角度Ψ２：  ９０°
図２１中に示す角度θ：  ５．２°（ｃｏｓ２θ＝０．９９２≒Ｒｓ／Ｒｔ）