(57)【要約】【課題】  回折格子に反射膜を形成しなくとも光損失を低減する。【解決手段】  光信号を入射する複数の光入射部と、光入射部から入射した上記光信号を反射、回折する回折格子と、回折した上記光信号を導入して出射する光出射部とを備える光合波器において、回折格子へ入射した光信号が反射するように、光信号の波長をλ、回折格子の格子周期をｄ、光信号の回折格子への入射角度をｉ（ｉ＞０）、回折格子の入射側の屈折率をｎ1 、回折格子の外側の屈折率をｎ２としたとき、ｎ1＞ｎ2  かつ、【数１】2006091315.tif 000018を満たして回折格子を形成した。【選択図】  図１
2006091315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入射する複数の光入射部と、
上記光入射部から入射した上記光信号を反射、回折する回折格子と、
回折した上記光信号を導入して出射する光出射部と
を備える光合波器において、
上記回折格子へ入射した光信号が反射するように、上記光信号の波長をλ、上記回折格子の格子周期をｄ、光信号の上記回折格子への入射角度をｉ（ｉ＞０）、上記回折格子の入射側の屈折率をｎ1 、上記回折格子の外側の屈折率をｎ2 としたとき、
ｎ1＞ｎ2
かつ、
【数１】
2006091315.tif 000014
を満たして上記回折格子を形成したことを特徴とする光合波器。
【請求項２】
上記回折格子に入射する光信号の、ＴＥ偏光成分の光量よりＴＭ偏光成分の光量が大きくなるよう入射させるようにした請求項１記載の光合波器。
【請求項３】
上記回折格子の回折光のうち、−１次の回折光を集光すべく、上記回折格子を、
【数２】
2006091315.tif 000015
を満たして形成した請求項１または２記載の光合波器。
【請求項４】
上記回折格子の格子溝の形状がエシュレット型に形成され、かつその格子溝のブレーズ角φが、
１９．４７°≦φ≦７０．５３°
を満たし、光信号の波長をλ、格子周期をｄとしたとき、
２sinφ≦λ／ｄ≦２sin（９０°−φ）
または、
１．２５≦λ／ｄ≦１．６
である請求項１〜３いずれかに記載の光合波器。
【請求項５】
上記回折格子の格子溝の形状が正弦波形状に形成され、かつ、その格子溝の深さをｈとすると、
ｈ／ｄ＞０．２２
を満たすように形成される請求項１〜３いずれかに記載の光合波器。
【請求項６】
上記回折格子の格子溝の形状がバイナリ形状に形成され、かつ、その格子溝の深さをｈとすると、
ｄ／ｈ＞０．２
を満たすように形成される請求項１〜３いずれかに記載の光合波器。
【請求項７】
上記回折格子の格子溝がチャープ状に形成される請求項１〜６いずれかに記載の光合波器。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の光合波器を備えると共に、
波長多重光信号を入射する第２の光入射部と、反射、回折された上記波長多重光信号を導入して出射する第２の光出射部とを備える光分波器を設け、
上記光合波器と上記光分波器とを、上記光合波器の有する回折格子を用いて一体化したことを特徴とする光合分波器。
【請求項９】
請求項１〜７記載の光合波器、または請求項８記載の光合分波器を備え、
上記光合波器の光出射部を外部の光伝送路と接続する接合部を形成し、上記光合波器の光入射部にその光入射部を駆動、制御する送信回路を接続したことを特徴とする波長多重光伝送モジュール。
【請求項１０】
請求項８記載の光合分波器を備え、
上記光合波器の光出射部及び上記光分波器の光入射部を、外部の光伝送路と接続する接合部を形成し、上記光合波器の光入射部に光入射部を駆動、制御する送信回路を接続し、上記光分波器の光出射部にその光出射部からの信号を増幅し、波形整形する受信回路を接続したことを特徴とする波長多重光伝送モジュール。
【請求項１１】
上記接合部と、上記光合波器とをシングルモードの光伝送路で接続する請求項９または１０記載の波長多重光伝送モジュール。
【請求項１２】
光信号を入射する複数の光入射部と、
上記光入射部から入射した上記光信号を反射、回折する回折格子と、
回折した上記光信号を導入して出射する光出射部と
を備える光合波器において、
上記光入射部の温度変化の補償をすべく、金属等の熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導部を介して上記光入射部と上記回折格子を接続したことを特徴とする光合波器。
【請求項１３】
光信号を入射する複数の光入射部と、
上記光入射部から入射した上記光信号を反射、回折する回折格子と、
回折した上記光信号を導入して出射する光出射部と
を備える光合波器において、
上記回折格子を形成する材料の線膨張係数をα、上記光信号の波長をλ、光入射部の温度をＴ、上記回折格子側の屈折率をｎ1 としたとき、
【数３】
2006091315.tif 000016
を満たす線膨張係数αの材料を用いて上記回折格子を形成したことを特徴とする光合波器。
【請求項１４】
光信号を入射する複数の光入射部と、
上記光入射部から入射した上記光信号を反射、回折する回折格子と、
回折した上記光信号を導入して出射する光出射部と
を備える光合波器において、
上記光入射部の温度変化の補償をするべく、金属等の熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導部を介して上記光入射部と上記回折格子を接続すると共に、
上記回折格子を形成する材料の線膨張係数をα、上記光信号の波長をλ、光入射部の温度をＴ、上記回折格子側の屈折率をｎ1 をしたとき、
【数４】
2006091315.tif 000017
を満たす線膨張係数αの材料を用いて上記回折格子を形成したことを特徴とする光合波器。
【請求項１５】
上記線膨張係数αが６×１０-5／℃以上である請求項１３または１４記載の光合波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重通信に用いる光学デバイスに係り、特に、回折格子を用いて光信号を合分波する光合分波器及び波長多重光伝送モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速、大容量通信を可能にする波長多重光通信技術において、波長の異なる光信号を合波する光合波器、波長多重光信号を各波長の光信号に分波する光分波器等は必要不可欠な光学デバイスである。
【０００３】
光合分波器の一つに回折格子を用いたものがある。例えば、単一の平面導波路の一端面に光ファイバ取付部を設けると共に他端面に円筒状の回折格子を設け、光ファイバ取付部に複数の光ファイバ群を所定間隔隔てて接続することにより単一の光導波路基板上で分波及び合波を行う光合分波器がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１３７８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光分波合波器における光合波器においては、半導体レーザを光源に用いた場合、温度変化により半導体レーザの発振波長が変動すると回折格子によって集光される集光点が移動するため、光ファイバから送信される光量が低下するという問題がある。そのため、半導体レーザの温度が変化しないように温度制御装置を用いて半導体レーザの温度を一定に保つ必要があるので、光合波器全体が大きくなると共に、光合分波器を構成する部品点数が増え、コストも高くなるといった問題点があった。
【０００６】
また、光合分波器においては、回折格子で光信号を反射させるため回折格子面を反射面とする必要があり、通常金属膜等を蒸着して反射面としていた。そのため、反射膜を形成する工程を必要とする問題点があった。
【０００７】
また、従来の光分波合波器においては、光信号を分波する場合に光信号の偏光状態による特性変化を低減するようにするために、波長に比べて格子定数の大きな回折格子を用いる必要があった。そのため、回折格子の分散（単位波長に対する回折角度）が小さくなり、波長多重信号を十分に分離するには光合分波器を大きくする必要があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回折格子に反射膜を形成しなくとも光損失を低減することができる光合分波器及び波長多重光伝送モジュールを提供することにある。
【０００９】
また、光源の温度変化に伴って波長が変動しても、特性の変動が小さい光合分波器を提供する。さらに、偏光依存性の小さく、小型な光合分波器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光信号を入射する複数の光入射部と、光入射部から入射した上記光信号を反射、回折する回折格子と、回折した光信号を導入して出射する光出射部とを備える光合波器において、回折格子へ入射した光信号が反射するように、上記光信号の波長をλ、上記回折格子の格子周期をｄ、光信号の上記回折格子への入射角度をｉ（ｉ＞０）、上記回折格子の入射側の屈折率をｎ1 、上記回折格子の外側の屈折率をｎ2 としたとき、
ｎ1＞ｎ2
かつ、
【００１１】
【数１】
2006091315.tif 000003
【００１２】
を満たして上記回折格子を形成した光合波器である。
【００１３】
請求項２の発明は、回折格子に入射する光信号の、ＴＥ偏光成分の光量よりＴＭ偏光成分の光量が大きくなるよう入射させるようにした請求項１記載の光合波器である。
【００１４】
請求項３の発明は、回折格子の回折光のうち、−１次の回折光を集光すべく、上記回折格子を、
【００１５】
【数２】
2006091315.tif 000004
【００１６】
を満たして形成した請求項１または２記載の光合波器である。
【００１７】
請求項４の発明は、上記回折格子の格子溝の形状がエシュレット型に形成され、かつその格子溝のブレーズ角φが、
１９．４７°≦φ≦７０．５３°
を満たし、光信号の波長をλ、格子周期をｄとしたとき、
２sinφ≦λ／ｄ≦２sin（９０°−φ）
または、
１．２５≦λ／ｄ≦１．６
である請求項１〜３いずれかに記載の光合波器である。
【００１８】
請求項５の発明は、回折格子の格子溝の形状が正弦波形状に形成され、かつ、その格子溝の深さをｈとすると、
ｈ／ｄ＞０．２２
を満たすように形成される請求項１〜３いずれかに記載光合波器である。
【００１９】
請求項６の発明は、回折格子の格子溝の形状がバイナリ形状に形成され、かつ、その格子溝の深さをｈとすると、
ｄ／ｈ＞０．２
を満たすように形成される請求項１〜３いずれかに記載の光合波器である。
【００２０】
請求項７の発明は、回折格子の格子溝がチャープ状に形成される請求項１〜６いずれかに記載の光合波器である。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１〜７いずれかに記載の光合波器を備えると共に、波長多重光信号を入射する第２の光入射部と、反射、回折された波長多重光信号を導入して出射する第２の光出射部とを備える光分波器を設け、光合波器と光分波器とを、光合波器の有する回折格子を用いて一体化した光合分波器である。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１〜７記載の光合波器、または請求項８記載の光合分波器を備え、光合波器の光出射部を外部の光伝送路と接続する接合部を形成し、光合波器の光入射部にその光入射部を駆動、制御する送信回路を接続した波長多重光伝送モジュールである。
【００２３】
請求項１０の発明は、請求項８記載の光合分波器を備え、光合波器の光出射部及び光分波器の光入射部を、外部の光伝送路と接続する接合部を形成し、光合波器の光入射部に光入射部を駆動、制御する送信回路を接続し、光分波器の光出射部にその光出射部からの信号を増幅し、波形整形する受信回路を接続した波長多重光伝送モジュールである。
【００２４】
請求項１１の発明は、接合部と、光合波器とをシングルモードの光伝送路で接続する請求項９または１０記載の波長多重光伝送モジュールである。
【００２５】
請求項１２の発明は、光信号を入射する複数の光入射部と、光入射部から入射した光信号を反射、回折する回折格子と、回折した光信号を導入して出射する光出射部とを備える光合波器において、光入射部の温度変化の補償をすべく、金属等の熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導部を介して光入射部と回折格子を接続した光合波器である。
【００２６】
請求項１３の発明は、光信号を入射する複数の光入射部と、光入射部から入射した光信号を反射、回折する回折格子と、回折した光信号を導入して出射する光出射部とを備える光合波器において、回折格子を形成する材料の線膨張係数をα、光信号の波長をλ、光入射部の温度をＴ、回折格子側の屈折率をｎ1 としたとき、
【００２７】
【数３】
2006091315.tif 000005
【００２８】
を満たす線膨張係数αの材料を用いて回折格子を形成した光合波器である。
【００２９】
請求項１４の発明は、光信号を入射する複数の光入射部と、光入射部から入射した光信号を反射、回折する回折格子と、回折した上記光信号を導入して出射する光出射部とを備える光合波器において、光入射部の温度変化の補償をするべく、金属等の熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導部を介して光入射部と回折格子を接続すると共に、回折格子を形成する材料の線膨張係数をα、光信号の波長をλ、光入射部の温度をＴ、上記回折格子側の屈折率をｎ1 をしたとき、
【００３０】
【数４】
2006091315.tif 000006
【００３１】
を満たす線膨張係数αの材料を用いて上記回折格子を形成した光合波器である。
【００３２】
請求項１５の発明は、線膨張係数αが６×１０-5／℃以上である請求項１３または１４記載の光合波器である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば回折格子に反射膜を形成しなくとも光損失を低減することができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３５】
図１は本発明に係る光合波器の第一の実施形態を示した概略図である。
【００３６】
図１に示すように、本実施の形態に係る光合波器１０は、光信号を導入する光入射部１１と、その光信号を反射、回折させる回折格子１３と、光信号（回折格子の回折光）を外部に出射する光出射部１２とを備える。
【００３７】
光入射部１１は、回折格子１３に光信号を入射させる部分であり、光源、或いは光源に接続される光伝送路、或いはその両方で構成される。ここで、光伝送路とは光信号を伝搬させる手段であり、光ファイバや光導波路等を示す。
【００３８】
本実施の形態では、光源として半導体レーザ（チップ）１４を用い、その半導体レーザ１４がレーザマウント１５上に複数個アレイ状に配設されている。複数の半導体レーザ１４は熱的及び電気的なクロストークを生じない距離を隔てられて固定されている。さらに、各光源にそれぞれ接続された、光信号を案内する複数の光源結合用光導波路からなる光源結合用光導波路アレイ１６が形成されている。光源結合用光導波路アレイ１６は、半導体レーザ１４側から徐々に導波路間隔を狭くして延出し、その他端（光入射部１１の出力端１７と称する）に一つのスラブ導波路１８が接続形成されている。
【００３９】
回折格子１３は、スラブ導波路１８の光入射部１１の出力端１７とは反対側（図中左側）の導波路端面に形成されており、凹面状に形成された凹面型回折格子である。
【００４０】
より詳細には、図２に示すように、回折格子１３は、スラブ導波路１８の導波路端面に形成された格子溝であり、その格子溝の形状が、格子周期ｄ、ブレーズ角φのエシュレット型である。すなわち、回折格子１３は格子面全体では凹面状に、微視的にはエシュレット形状になっている。ここで、回折格子１３の光入射側の屈折率ｎ1 はスラブ導波路１８の屈折率を表し、回折格子１３の外側の屈折率ｎ2 は外気（空気）の屈折率を表している。
【００４１】
光出射部１２は、回折格子１３で回折、反射された光信号を導入し、光合波器１０の外部に出射させる部分である。光出射部１２として出射結合用光導波路１９及びテーパ導波路２２が形成され、出射結合用光導波路１９の一端（光出射部１２の入力端２１と称する）がスラブ導波路１８の光入射部１１の出力端１７のある側の端面にテーパ導波路２２を介して接続されている。
【００４２】
出射結合用光導波路１９の他端には外部に光信号を出射する出射用光ファイバ２３が接続されている。テーパ導波路２２は、スラブ導波路１８側から出射結合用光導波路１９側にかけて徐々に導波路幅（コア幅）が狭くなるテーパ状に形成されている光導波路である。
【００４３】
光入射部１１の出力端１７及び光出射部１２の入力端２１は、凹面回折格子１３を一部とする円周（ローランド円）上に位置している。光入射部１１、光出射部１２及び回折格子１３をこのように配置することで、光源結合用光導波路アレイ１６から出射されるすべての波長の光信号が光出射部１２の入力端２１の同じ位置に集光される。
【００４４】
本実施の形態の光合分波器１０は、光源結合用光導波路アレイ１６、スラブ導波路１８、テーパ導波路２２、出射結合用光導波路１９からなる光導波路２６を同一基板上に同時に形成したものである。また、光源結合用光導波路アレイ１６はシングルモード、スラブ導波路１８も紙面垂直方向への光閉じ込めについてはシングルモードとなるようにした。一方、出射結合用光導波路１９はコア幅を広くしてマルチモードとし、マルチモードの出射用光ファイバ２３と結合した。
【００４５】
さて、本実施の形態に係る光合波器１０の特徴は、光信号を反射させる金属膜等を形成せずに、回折格子１３に入射した光信号の透過回折光を生じないよう、即ち高反射率で反射するよう回折格子１３を形成したことにある。
【００４６】
透過回折光（０次回折光を含む）を生じないようにするために、回折格子１３の光入射側と外側の屈折率ｎ1、ｎ2が、
ｎ1＞ｎ2
の関係を満たし、さらに、光信号の波長をλとすると、格子周期ｄに対して、光信号の格子面１３への入射角度ｉが
【００４７】
【数５】
2006091315.tif 000007
【００４８】
を満たすように回折格子１３を形成している。
【００４９】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【００５０】
それぞれ波長が異なり、波長多重数と同じ数の半導体レーザ１４から出射された光信号は、光源結合用光導波路アレイ１６を通ってスラブ導波路１８へ伝搬される。スラブ導波路１８は紙面に垂直方向（凹面回折格子の刻線方向）に光信号を閉じ込め、スラブ導波路１８面内では光信号は自由に伝搬する。スラブ導波路１８を伝搬した光信号は、回折格子１３に角度ｉで入射し、角度θで反射、回折する。回折格子１３で回折した光信号は、格子面が凹面状であるため、テーパ導波路２２の入射端２１に集光される。
【００５１】
光合波器１０は、光源結合用光導波路アレイ１６の出射端１７及びテーパ導波路２２の入射端２１が、凹面回折格子１３のローランド円２４上に配置されているため、半導体レーザ１４から出射されるすべての波長の光信号がテーパ導波路２２の入射端２１の同じ位置に集光されるように光源結合用光導波路アレイ１６の出射端の間隔を定めることにより、各波長の光信号はすべてテーパ導波路２２に結合される。そして、各波長の光信号が合波された波長多重光信号は、出射結合用光導波路１９に導入されて出射用光ファイバ２３へ出射される。
【００５２】
本実施の形態の光合波器１０は、（１）式を満たすよう回折格子１３を形成しているため、回折格子１３に反射膜を設けなくても、透過回折光が生じなく光信号が高反射率で反射することができる。即ち、所望の波長範囲で（１）式を満たす格子定数ｄ、入射角度ｉ、屈折率ｎ1、ｎ2を適宜決定することにより、反射膜を設けなくても光信号が回折格子１３を透過することがなく高反射率で反射させることができる効果を有する。よって、回折格子に金属膜等の反射膜を形成する工程を省略することができる。
【００５３】
さらに、光合波器１０は、回折格子１３での反射回折光として０次回折光と−１次回折光のみ生じる条件である以下の式、
【００５４】
【数６】
2006091315.tif 000008
【００５５】
を満たすようにした。これにより、光合波器１０が（２）式を満たすようにし、−１次回折光が強くなるように回折格子１３の格子溝形状を決定することで、０次光の光量を低減し、−１次回折光に信号光を集中させることができる。本実施の形態においては、エシュレット型の回折格子１３を形成し、ブレーズ角度φを調整することにより特定の回折次数の回折効率を高くすることができる。さらに、０次と−１次回折光以外の回折光がないため、−１次に回折光を集めることが容易となる。
【００５６】
回折格子１３がエシュレット型であり、回折格子による光吸収損失がない場合、回折格子のブレーズ角度φが、
１９．４７≦φ≦７０．５３                    （３）
の範囲内において、本実施の光合波器１０のように、入射光に対して回折光が略もとの方向に反射するようなリトロー配置では、ＴＭ偏光の−１次回折効率が１００％（損失０）となる条件が存在する。具体的には、波長λがブレーズ波長となるときの角度である。ここで、波長λと格子周期ｄの比λ／ｄが
λ／ｄ＝２sinφ                               （４）
または、
λ／ｄ＝２sin（９０°−φ）                   （５）
のとき、ＴＭ偏光の回折効率が１００％となる。従って、λ／ｄが、（４）式及び（５）式より定まる値の間にある場合、ＴＭ偏光の回折効率が高い。例えば、ブレーズ角φが４５°のときは、所望の波長範囲において、
２sinφ≦λ／ｄ≦２sin（９０°−φ）          （６）
を満たすように格子周期ｄ、ブレーズ角度φの回折格子を形成することで、ＴＭ偏光の−１次回折光の損失を小さくできる。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、凹面回折格子１３に入射する光信号がＴＭ偏光となるように光入射部１１を配置し、凹面回折格子１３からの−１次回折光を利用した。また、端面発光の半導体レーザを用いる場合は、通常の半導体レーザの発光層の方向とスラブ導波路１８のコア層の方向が同じになるように配置すればよい。
【００５８】
さらに、ブレーズ角度φを大きく、
３８．７°≦φ≦５３．１°                    （７）
の範囲内であるとすると、（６）式の範囲外でも回折効率の高い領域が存在する。そのとき、λ／ｄ比が、
１．２５≦λ／ｄ≦１．６                      （８）
を満たすように回折格子１３を形成してもよい。
【００５９】
以上、（３）式及び（６）式、または（７）式及び（８）式を満たすように、ブレーズ角度φを大きくし、格子周期を光信号の波長程度或いは波長よりも小さくすることで、ＴＭ偏光の回折効率を高く、光合波器１０より出射される光信号の損失の低減を防ぐことができる。
【００６０】
本実施の形態では、図２に示したようなエシュレット型の回折格子１３を形成したが、図３に示すように、回折格子を、格子溝を正弦波形状に形成した回折格子３１としてもよい。このような格子周期の小さな正弦波形状の回折格子３１は、感光体に二光束を干渉させて干渉縞を記録し、それをマスクとしてエッチングするホログラフィック法により形成することができる。
【００６１】
格子周期の小さな領域を有する回折格子において、その回折効率は微細な格子形状の差によらなくなり、正弦波形状や、矩形形状をしたバイナリ形状においても同様にＴＭ偏光の回折効率を大きくすることができる。フーリエ級数を用いてエシュレット形状を展開すると、溝深さｈの正弦波形状の回折格子３１は、
ｈ／ｄ＝０．４０３sin２φ                     （９）
より求まるブレーズ角度φを有するエシュレット形状の回折格子１３とほぼ同等の特性を示す。従って、正弦波形状の回折格子３１の場合には、（３）式のφ＞１９．４７°に対応させると、
ｈ／ｄ＞０．２２                              （１０）
とすることが望ましく、同様に（７）式のφ＞３８．７°に対応させると、
ｈ／ｄ＞０．３９                              （１１）
とすることが望ましい。
【００６２】
または、（６）式のλ／ｄ＞２sinφに対応させて、
ｈ／ｄ＞０．４０３λ／２ｄ                    （１２）
とすることが望ましく、さらに、（８）式に対応させて、
ｈ／ｄ＜０．４０３                            （１３）
とすることが望ましい。
【００６３】
また、格子溝の形状は格子面に垂直に溝が形成されたバイナリ形状でもよい。
【００６４】
同様に、溝深さｈのバイナリ形状の場合には、
ｄ／ｈ＝０．３１７sin２φ                     （１４）
より求まるブレーズ角度φを有するエシュレット形状の回折格子１３とほぼ同等の特性を示す。したがって、バイナリ形状の回折格子の場合、φ＞１９．４７°に対応し、
ｄ／ｈ＞０．２                                （１５）
とすることが望ましく、特に、
ｄ／ｈ＞０．３０９                            （１６）
または、
ｈ／ｄ＞０．３１７λ／２ｄ                    （１７）
を満たすことが望ましい。またさらに、
ｈ／ｄ＜０．３１７                            （１８）
とすることが望ましい。バイナリ形状の格子溝は、イオンエッチング等により加工できる。
【００６５】
上述したように、エシュレット形状、正弦波形状、バイナリ形状等、格子溝の形状が変化しても回折格子の特性はあまり変化しないため、回折格子を加工する際の誤差等により格子形状が所定の形状からずれても回折格子の特性が変化しない。従って、要求される回折格子の加工精度が厳しくなく、加工が容易となる。そのため、光導波路２６の形成と同時に回折格子１３も一体に形成することが可能である。本実施の形態では、光導波路２６を形成する材料にポリマを用い、イオンエッチングにより回折格子を一体加工して作製した。他に、紫外線露光によりコアを硬化させて、一体加工してもよい。
【００６６】
本実施の形態では、反射型の回折格子に反射膜を設ける必要がないため、基板、下部クラッド上に形成した光導波路２６のコア上に上部クラッドを設けなくてもよい。そのため、光導波路２６の開口数（ＮＡ）を大きくすることができる。しかも光導波路２６を薄く形成することができる。また、半導体材料を用いて光導波路２６を形成してもよく、その場合には、半導体レーザや光検出器をモノリシックに形成することができる。
【００６７】
また、光源結合用光導波路は、その導波路幅を広くしてマルチモード導波路としてもよい。その場合には、半導体レーザチップ１４との位置合わせ（光軸合わせ）が容易になる。また、出射結合用光導波路１９をシングルモード導波路とすることもでき、その場合は、出射用光ファイバ２３にシングルモード光ファイバを接続することができる。
【００６８】
半導体レーザチップ１４は、レーザマウント１５上に固定されており、レーザマウント１５には、熱伝導性の高い材料を用いた。これにより、半導体レーザチップ１４から発生した熱はレーザマウント１５を通して放熱され、光源の温度上昇によって生じる光信号の波長の変動を押さえることができる。
【００６９】
さらに、光出射部１２の入射端２１にテーパ導波路２２を形成することにより光源の温度変化による特性変動を低減した。つまり、テーパ導波路２２は、出射結合用光導波路１９側からスラブ導波路１８側にかけてコア幅が拡がっているので、温度変化により光源１４の波長が変動して凹面回折格子１３による集光点がローランド円２４上を移動してもテーパ光導波路２２に入射し出射結合用光導波路１９に伝搬する。
【００７０】
そのため、半導体レーザチップ１４の温度制御の必要がなくなり、温度制御装置を設ける必要がなく光合波器１０を簡略化できる。温度変化に加えて、半導体レーザ１４個々の発振波長のばらつき等、設計波長からのずれによる光信号の特性変動もテーパ導波路２２により低減することができる。
【００７１】
本実施の光合波器１０では、光入射部１１から複数の波長の光信号を回折格子に入射させて光出射部１２で波長多重光信号に合波させたが、逆に、光出射部から波長多重光信号を回折格子に入射させて分波させ、光入射部で受光する光分波器として用いることもできる。
【００７２】
次に、本発明に係る第二の実施形態を図４に基づいて説明する。
【００７３】
図４に示すように、基本的な構成部分は上述した図１の光合波器１０とほぼ同様であり、同一構成部分には、図１の場合と同一の符号を付してある。本実施の形態の光合波器４０は、光入出射部１１，１２と回折格子１３間の光伝送部材としてスラブ導波路１８の代わりに光学ブロック４４とシリンドリカルレンズ４５，４６を設け、回折格子４３を平面型で、格子間隔が徐々に異なるチャープ型に形成した点において、図１の光合波器１０と異なる。
【００７４】
より詳細には、光伝送部材である光学ブロック４４は５つの側面を有し、その一側面には平行な直線格子溝を有し、格子間隔が徐々に異なる平面型チャープ回折格子４３が形成されている。回折格子４３は、ルーリングエンジンを用いて機械的に溝を形成した金型を形成し、その金型を用いて成形した。
【００７５】
また、回折格子４３のブレーズ角φは一定としたが、光信号を効率よく集光させるために、回折格子４３を領域に区切り、領域毎にブレーズ角φを変えて形成してもよい。
【００７６】
本実施の形態では、光学ブロック４４の、回折格子４３が形成される側面とは隣りあわない側面の方向に、それぞれ光入出射部４１，４２の出入射端面１７，２１と光学ブロック４４の側面とが平行となるように光入出射部１１，１２がそれぞれ配置されている。すなわち、光学ブロック４４の外部に、回折格子４３へ光信号を入射する方向に光入射部４１が設けられ、回折格子４３から光を出射する方向に光出射部４２が設けられている。このとき、入射する方向及び出射する方向は、前実施の形態と同様に、（１）式を満たす入射角ｉを有する。光学ブロック４４の光入射部４１が配置される方向の側面及び光出射部４２が配置される方向の側面にはそれぞれシリンドリカルレンズ４５，４６が光学ブロック４４に一体に形成されている。光学ブロック４４とシリンドリカルレンズ４５，４６はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ，屈折率１．４９）のポリマを用いて射出成形により形成した。
【００７７】
シリンドリカルレンズ４５，４６は、格子溝に平行な方向において、光入射部４１から光信号を平行光にして光学ブロック４４へ入射させ、回折格子４３からの回折光を絞り、光出射部４２に集光させる半円筒形のレンズである。
【００７８】
光入射部４１は、光源結合用光導波路アレイ１６とスラブ導波路４７とを備える。スラブ導波路４７は、その出射端１７に対して、光源結合用光導波路アレイ１６と接続される端面４９とが斜めになっており、本実施の形態ではほぼ三角形に形成されている。
【００７９】
光合波器４０は、平面型チャープ回折格子４３の位置によって入射角度が異なるが、すべての格子面上の位置で（１）式を満たすようにすることにより、反射膜を形成しなくとも透過光を生じないようにすることができる。また、本実施の形態では、透過光を生じないようにするに当たって、光源結合用光導波路アレイ１６から出射する光信号（主光線）の入射角度を大きくすることが好ましい。
【００８０】
回折格子４３は、格子溝の刻線方向に集光性がないため、シリンドリカルレンズ４５，４６を用いて光出射部４２に集光される。光源からの光信号は、光導波路の光源結合用光導波路アレイ１６に結合され、スラブ導波路４７を通って出射される。その後、光学ブロックに一体で形成されたシリンドリカルレンズ４５で回折格子４３の刻線方向について略平行化されて、回折格子４３に入射して反射、回折される。回折格子４３で回折された光信号は、回折格子４３の刻線に垂直な面内においては回折格子４３のチャーピングにより集光され、刻線方向については、シリンドリカルレンズ４６で集光されてテーパ導波路２２の入射端２１に入射し、出射用光ファイバ２３に結合される。
【００８１】
平面型チャープ回折格子４３は色収差が大きいために、入射波長が異なると焦点距離が変化する。そのため、各波長の光信号がテーパ導波路２２の入射端２１に集光するようにするために、スラブ導波路４７を設け、焦点距離の変化に合わせて光源結合用光導波路アレイ１６の出射位置をずらしてある。さらに、スラブ導波路４７の出射端１７をシリンドリカルレンズ４５の焦点に合わせることに伴って、光源結合用光導波路アレイ１６の出射位置をずらしてある。スラブ導波路４７の出射端１７をシリンドリカルレンズ４６の焦点距離に合わせることによって、光源結合用光導波路アレイ１６の出射位置をずらしてもすべての波長を回折格子４３の刻線方向について光信号を平行光にすることができる。
【００８２】
また、シリンドリカルレンズ４５，４６を光学ブロック４４に一体化することにより、光入射部４１及び光出射部４２の光学系を予め組み立てておき、所望の合波特性が得られるように、それらの光学系と光学ブロック４４との相対位置を調整することができるため、光合波器４０の組立、調整が容易となる。
【００８３】
光学ブロック４４、シリンドリカルレンズ４５，４６の射出成形に用いる成形用ポリマ（プラスチック）としては、ＰＭＭＡの他に、ポリカーボネート（ＰＣ，屈折率１．５９）や、赤外波長においてより損失の少ないトリフルオロエチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４０）等のフッ素化アクリル樹脂、６フッ化プロピレン／４フッ化プロピレン／２フッ化ビニリデン共重合体（屈折率１．３６）、フッ素化ポリイミド（屈折率１．５５）等のフッ素系プラスチック、重水素化したプラスチック材料などを用いることができる。
【００８４】
シリンドリカルレンズ４５，４６は、一軸方向に集光特性を有する光学部材であればよく、シリンドリカルミラー等を用いることもできる。また、シリンドリカルレンズ４５，４６を光学ブロック４４とは分離して個別に設けてもよく、円筒形等、他の形状のシリンドリカルレンズを用いてもよい。また、回折格子４３も、別途作製し、回折格子面を外側（光学ブロック４４とは反対側）にして光学ブロック４４に当接してもよい。
【００８５】
本実施の形態のように、光信号を光学ブロック４４中を伝搬させて回折格子４３に照射する場合には、光学ブロック４４の屈折率が空気よりも大きいため、入射したビーム拡がり角は空気中でのビーム拡がり角よりも低減する。プラスチックやガラスの屈折率は１．５前後のものが多く、屈折率が１．５前後の光伝送部材を用いた場合には、ビーム拡がり角が空気中に比べて約６７％程度に小さくなる。従って、光学ブロック４４を用いて回折格子４３に光信号を導入することによって、回折格子４３に入射するビーム拡がり角を低減する効果があり、光合波器の小型化を可能にする。
【００８６】
次に、本発明に係る第三の実施形態を図５に基づいて説明する。
【００８７】
図５に示すように、本実施の形態の光合波器５０は、光学ブロック５４に光入射部として各々光源に接続された複数のシングルモード光ファイバからなる入射用光ファイバアレイ５５と、光出射部５２としてテーパ導波路５６を介して出射用光ファイバ２３を接続したものである。
【００８８】
光学ブロック５４は略半円柱状に形成され、その側面に凹面型回折格子５３が形成されている。入射用光ファイバアレイ５５及びテーパ導波路５６が光学ブロック５４側面に接続され、それらの接続端端が凹面回折格子５３のローランド円上に位置している。
【００８９】
さらに、回折格子５３は刻線方向にも、光ファイバアレイ５５及びテーパ導波路５６と、光学ブロック５４との接続端を曲率中心とする曲面状に形成されている。この回折格子５３はルーリングエンジンを用いて機械的に溝を形成した金型を作製し、その金型を用いて成形した。
【００９０】
テーパ導波路５６は、光学ブロック５４側から断面積が縮小されるテーパ形状とし、入射した光信号を出射用光ファイバ２３に絞り込む構造としている。
【００９１】
出射用光ファイバ２３はテーパ導波路２３に接着して固定されており、外部の伝送用光ファイバを出射用光ファイバ２３のもう一端側に突き合わせている。その際、伝送用光ファイバの開口数及びファイバ径は、出射用光ファイバ２３と等しいまたはそれより大きければよい。
【００９２】
波長の異なる各々の光信号は、入射用光ファイバアレイ５５から光学ブロック５４に入射する。それらの光信号は、凹面回折格子５３で反射、回折され、テーパ導波路５６の入射端に集光され、出射用光ファイバ２３に結合される。
【００９３】
本実施の形態の光合波器５０においても、（１）式を満たすように回折格子５３を形成しており、反射膜を形成しなくとも回折光の反射率を高くすることができる。
【００９４】
光合波器５０は、回折格子刻線に対して垂直な方向に加え、刻線方向にも曲率を有する凹面回折格子５３を用いているため、凹面回折格子５３のみで入射光をテーパ導波路５６に集光することができ、レンズ、シリンドリカルレンズ等の集光光学部品を用いる必要がない。そのため、光合波器の構成を簡単にすることができる。
【００９５】
出射用光ファイバ２３はテーパ導波路２２を介して光学ブロック５４に接着固定されているので、接続端での位置ずれが生じにくくなり、特性の長期安定性に優れる。また、出射用光ファイバ２３をテーパ導波路５６に接着して固定したが、出射用光ファイバ２３を固定せずに光コネクタを用いて光合波器５０に挿抜可能にしてもよい。その場合には、挿入ガイド等を用いることにより、光コネクタに固定された出射用光ファイバ２３が挿抜されても所定の位置に突き合わされるようにすればよい。
【００９６】
次に、本発明に係る第四の実施形態を図６〜８に基づいて説明する。
【００９７】
図６〜８に示すように、本実施の形態は、光合波器と光分波器を一つの回折格子を用いて一体化した光合分波器６０である。
【００９８】
光合分波器６０は、外部の光学デバイスに接続される入射用光ファイバ６１及び出射用光ファイバ２３と、光源結合用光導波路アレイ１６及び受光用光導波路アレイ６２とが光伝送部材である光学ブロック６３の一側に接続され、その他側には偏光変換素子６４が結合され、さらに、その偏光変換素子６４に回折格子６５が形成された光学ブロック７６が結合されている。この偏光変換素子６４は、回折格子に入射させる光信号においてＴＥ偏光成分の光量よりＴＭ偏光成分の光量を大きくするべく設けたものである。
【００９９】
光学ブロック６３は、２つの分布屈折率レンズ（ロッドレンズ）６６，６７で構成されている。ロッドレンズ６６，６７は、円柱型で、中心から径方向に屈折率が徐々に変化している部材である。２つのロッドレンズ６６，６７は、レンズ長が等しく、入出射面６８，６９がそれぞれ揃うよう並列に接して配置されている。
【０１００】
一方のロッドレンズ６６の入出射面６８（図中左側）には第２の光入射部としえ入射用光ファイバ６１及び出射用光ファイバ２３が接続されている。入射用光ファイバ６１が出射用光ファイバ２３の上側に配置されている。出射光ファイバ２３はテーパ導波路２２を介して接続されている。
【０１０１】
他方のロッドレンズ６７の入出射面６８には光源結合用光導波路アレイ１６及び第２の光出射部として受光用光導波路アレイ６２が接続されている。受光用光導波路アレイ６２は複数のテーパ導波路から構成され、その他端には各波長の光信号を検出する検出素子を備えた光検出器アレイ７５が接続されている。光源結合用光導波路アレイ１６が光検出器アレイ７５の上側になるよう配置されている。
【０１０２】
ロッドレンズ６８，６９の他方の入出射面６９（図中右側）には、偏光変換素子６４が設けられている。偏光変換素子６４は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７２、反射膜７３及び１／２波長板７１を備える。
【０１０３】
詳細には、偏光変換素子６４はロッドレンズ６６，６７より高く（断面積が略２倍）に形成されており、その下半分にはＰＢＳ７２が入出射面６９に対して略４５°傾いて設けられ、入出射面６８と対向する面に１／２波長板７１が設けられている。また偏光変換素子６４の上半分にはＰＢＳ７２と平行に反射膜７３が設けられている。即ち、ロッドレンズ６６，６７より入射した光信号がＰＢＳ７２を透過した場合、１／２波長板７１に入射するように、光信号がＰＢＳ７２で反射した場合、反射膜７３で反射して平行に伝搬するようにＰＢＳ７２、１／２波長板７１及び反射膜７３が配置されている。
【０１０４】
偏光変換素子には光学ブロック７６が当接され、光学ブロック７６の側面には回折格子６５と反射面７４が形成されている。回折格子６５及び反射面７４はロッドレンズ６６からの光信号が反射面７４、回折格子６５を介してロッドレンズ６７へ入射する向きに配置されている。
【０１０５】
本実施の形態の回折格子６５は、平面型の回折格子であり、その回折格子６５のブレーズ角、格子周期ともに一定とした。また、受光用導波路アレイ６２に入射した光が光検出器アレイ７５に効率よく結合するように受光用導波路アレイ６２の位置を調整し、受光導波路用アレイ６２を光学ブロック７６に接着固定した。
【０１０６】
本実施の形態の光合分波器６０の作用を説明する。
【０１０７】
まず、光合波器の作用としては、複数の光源よりそれぞれ出射された波長の異なる光信号が、光源結合用光導波路アレイ１６からロッドレンズ６７に入射する。ロッドレンズ６７に入射した各波長の光信号は、ビームの拡がりが抑えられて平行光となり、偏光変換素子６４に入射する（図中点線は光軸を示している）。ここで、光源結合用光導波路アレイ１６からの偏光を偏光変換素子６４内の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７２で反射するよう設定しておくことで、光信号がＰＢＳ７２で反射し、さらにミラー７３で反射する。このとき、ＰＢＳ７２ではＴＭ偏光のみ反射されるので、ＴＭ偏光の光信号が偏光変換素子６４を透過する。偏光変換素子６４を透過した光信号は、反射面７３で反射した後、回折格子６５に入射し反射、回折される。回折された光信号は、再び反射面７４、ＰＢＳ７２で反射してロッドレンズ６６に入射し、ロッドレンズ６６により集光されてテーパ導波路２２に導入され、出射用光ファイバ２３に結合される。
【０１０８】
一方、光分波器の作用としては、波長多重光信号が入射光ファイバ６１より導入されると、ロッドレンズ６６に入射し、略平行光となって偏光変換素子６４に入射する。偏光変換素子６４に入射した光は、ＰＢＳ７２によりｓ偏光とｐ偏光とに分けられ、ｐ偏光はＰＢＳ７２を透過し、λ／２板７１で偏光が９０°回転して出射される。ＰＢＳ７２で反射したｓ偏光は反射膜７３で反射し、出射される。したがって、偏光変換素子６４を通った光信号はすべてｓ偏光、すなわち回折格子６５に対してＴＭ偏光となる。偏光変換素子６４を通った光信号は回折格子６５に入射し、波長毎に異なる角度に回折され分波される。
【０１０９】
回折格子６５により分波された光信号は、反射面７２で反射して偏光変換素子６４に入射する。偏光変換素子６４によって再び光路を同じくした光信号は、ロッドレンズ６７により波長ごとに集光されて受光用光導波路アレイ６２に入射し、各波長の光信号毎に光検出器アレイ７５で検出される。
【０１１０】
本実施の形態においても、（１）式を満たすように回折格子６５を形成しているので、反射膜を形成することなく、高反射率で光信号を回折、反射することができる。さらに、光合分波器６０は、偏光変換素子６４により光信号を回折効率の高い方の偏光面（ＴＭ偏光）に揃えることができ、光合分波器内での損失を低減することができる。
【０１１１】
本実施の形態では、回折格子６５の格子周期及びブレーズ角を一定としたが、光信号が略平行光で回折格子入６５に入射するため、（１）式を満たす回折格子を容易に作製することができる。
【０１１２】
また、ロッドレンズ６６，６７を用いて光ファイバまたは光導波路から入射する光信号を平行にしているため、回折格子６５に照射されるビーム径が大きくなる。従って、後段の光学ブロック７６は前段の光学ブロック６３の２倍程度に厚くするため、射出成型による作製を容易にすることができ、光学ブロック７６の作製と同時に回折格子６５を形成することが容易となる。
【０１１３】
反射面７４を、光学ブロック７６の屈折率、外気の屈折率及び光信号の入射角とから、全反射面としているため、別途金属膜等の反射膜を形成しなくともミラーとして作用する。光合分波器６０では反射面７２で作用する全反射により光路を曲げているので、曲率が大きくなってしまう曲げ光路を必要とせずに光信号を合分波することができ、光合分波器の素子サイズを小さくすることができる。光検出器アレイ７５を光ファイバ２３，６１側に光ファイバに垂直に配置することができ、実装が容易となる。
【０１１４】
反射面７４を形成することにより、光信号の入射、反射方向を略平行とすることができるので、回折格子６５への入射角度を大きくできると共に、各部を配置し易くなる。
【０１１５】
受光用光導波路アレイ６２は、光信号の進行方向について光入射側から断面積が縮小されるテーパ形状とし、入射した光信号を光検出器アレイ７５に絞り込む構造としている。本実施の形態では、テーパ導波路の直径をロッドレンズ６７側で２５０μｍとし、光検出器アレイ７５側で６０μｍとした。受光用光導波路アレイ６２により波長分離した光信号のビーム径を絞って光検出素子に伝搬させることにより、受光面積の小さい光検出素子を用いることができる。これにより、受光面積の小さな光検出素子は応答速度が速く、高速な光通信に適用することができる効果を有する。
【０１１６】
本実施の形態の光合分波器６０は、回折格子６５を光合波器と光分波器で共用し、光合分波器内を伝搬する光信号の光路も重なっているため、光合分波器６０を小型化できる。ただし、光合波器６０の光路と光分波器の光路を分離し、同一の回折格子を用いて光信号の合波、分波を行ってもよい。
【０１１７】
本実施の形態のようにロッドレンズ６６，６７を用いたときには、入射用光ファイバ６１及び出射用光ファイバ２３を光合分波器と一体化できるために、外部の伝送用光ファイバとの位置調整が容易となり、合分波特性の長期安定性に優れる。また、入出射用光ファイバ６１と同じＧＩ型マルチモード光ファイバを接続してもよく、ファイバ径及び開口数の小さなシングルモード光ファイバを接続してもよい。
【０１１８】
本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。
【０１１９】
例えば、ロッドレンズ６６，６７の代わりにシリンドリカルレンズや凸レンズ等のレンズを用いてもよく、レンズを光学ブロック７６に一体に形成してもよい。プラスチック等を用いて射出成形により光学ブロック７６を形成する場合には、光学ブロック７６にレンズ及び回折格子を一体として同時に形成することができ、部品点数を少なくすることもできる。また、一体に形成することで、レンズの位置調整も不要となり組立を容易にすることができる。
【０１２０】
例えば、光合分波器６０は、上述の第一から第三の実施形態の光合波器にも適用できるものである。その際、回折格子の格子周期が小さいので、光分波器における光信号の入射光の偏光変換を行い、偏光方向を揃えて回折格子に入射させる構成とすることが好ましい。また、入射させる光信号の偏光方向が決まっている場合や、無偏光の光信号が入射するために特性変動が生じない場合には、偏光変換素子６４を設けなくともよい。
【０１２１】
次に、本発明に係る波長多重光伝送モジュールの好適な実施形態について説明する。
【０１２２】
図９に示すように、波長多重光伝送モジュール１２０は筐体１２１内に、図６に示した光合分波器６０と、外部と接続する伝送路である伝送用光ファイバ１２２，１２３を光合分波器６０に接続するための接合部１２４と、光合分波器６０に接続された送信部１２５及び受信部１２６とを備える。
【０１２３】
接合部１２４は、伝送用光ファイバ１２２，１２３と、光合分波器６０に接続された入射用及び出射用光ファイバ６１，２３とを接合するものである。２本の伝送用光ファイバ１２２，１２３が、接続部１２４として形成された光コネクタにおいて、入射用光ファイバ６１及び出射用光ファイバ２３と突き合わせられる。接合部１２４は、伝送用光ファイバ１２３，１２４と入出射用光ファイバ６１，２３とを光学的に結合するものであり、本実施の形態では光ファイバ同士が着脱可能な光コネクタを用いている。
【０１２４】
光合分波器６０の光源結合用光導波路アレイ１６には送信部１２５が接続されている。送信部１２５は、送信回路１３１、レーザ駆動回路１２９を備えており、光源結合用光導波路アレイ１６に接続された半導体レーザアレイ１４にレーザ駆動回路１２９が電気的に接続され、そのレーザ駆動回路１２９に送信回路１３１がパラレルに接続されている。また、送信回路１３１はシリアル−パラレル変換回路１３２を介して外部の電子デバイスに接続されている。
【０１２５】
一方、光合分波器１２０の光検出器アレイ７５には受信部１２６が接続されている。受信部１２６は、受信回路１２７を備え、光検出器アレイ７５の各検出器と受信回路１２７が電気的に接続され、受信回路１２７はパラレル−シリアル変換回路１２８を介して外部の電子デバイスに接続されている。
【０１２６】
受信用の光伝送光ファイバ１２２を伝搬してきた波長多重光信号は、マルチモードの入射用光ファイバ６１に入射し、光合分波器６０で各波長毎に分波されて光検出器アレイ７５で検出される。検出された光信号が受信回路１２７にて増幅、波形整形される。次に、パラレルーシリアル変換回路１２８により、波長多重化されて伝送されてきた信号をシリアル信号に変化して出力する。
【０１２７】
一方、光信号を送信する場合には、シリアル−パラレル変換回路１３２に入力された信号がパラレル信号に分離され、各信号は送信回路１３１で信号毎にレーザダイオードアレイ１４の各光源を駆動し、それぞれ波長の異なる光信号を出射する。各光信号は光源結合用光導波路アレイ１６を通って光合分波器６０に入射し、波長多重光信号に合波される。波長多重光信号は、出射用光ファイバ２３を通って、送信用の伝送用光ファイバ１２３に出力される。
【０１２８】
出射用光ファイバ２３にはシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、入射用光ファイバ６１にはマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）を用いてそれぞれ伝送用光ファイバ１２３，１２２と光学的に結合しているため、伝送用光ファイバ１２３，１２２にはＳＭＦ、ＭＭＦのどちらでも用いることができる。本実施の形態では、光ファイバ２３，６１にコア径６２．５μｍのＧＩ（分布屈折率）型マルチモードファイバを用い、伝送用光ファイバ１２２，１２３として、コア径５０μｍのＳＭＦ及びコア６２．５μｍのＭＭＦを用いた。
【０１２９】
また、本実施の形態では、伝送される波長多重光信号は、中心波長が１２７５．７，１３００．２，１３２４．７，１３４９．２ｎｍの４波長を分波する構成とした。これらの中心波長に対して、光源の作製、温度、スペクトル分布による波長のばらつきは最大±６．７ｎｍ変動するものとした。この波長のばらつきは、光源の作製、特性によって決定されるものであり、特に厳しい光源の選別を必要としない範囲である。したがって、本実施の形態の波長多重光伝送モジュールは、光源の温度制御を不要としながら、光源の波長変動による特性変動を小さくすることができる。
【０１３０】
本実施の形態の波長多重光伝送モジュール１２０は、図６に示した光合分波器６０を備えており、外界の温度変化に対しても特性の変化を小さくでき、半導体レーザ１４の温度制御をする必要がない。従って、波長帯域の広い光信号を検出することができ、いわゆるＣＷＤＭ用の光伝送モジュールとして用いることができる。
【０１３１】
本実施の形態では、光合波（送信）と光分波（受信）の両方の機能を有する波長多重伝送光モジュール１２０について説明したが、第１〜第４の実施形態の光合波器、或いは光合分波器と送信部のみを備えた波長多重光伝送モジュールにおいても本実施の同様の効果が得られる。
【０１３２】
次に、本発明に係る第五の実施形態を図１０及び１１に基づいて説明する。
【０１３３】
図１０に示すように、本実施の形態の光合波器９０は、金属製のベース９１上に光入射部８６、回折格子９２、光出射部８９が設けられている。
【０１３４】
光入射部８６は光源部８７と光導波路部８８とで構成され、別体に設けられている。光源部８７は、複数の半導体レーザが一列に配置された半導体レーザパッケージ９４を備える。半導体レーザパッケージ９４は各々半導体レーザに光源結合用光ファイバアレイ９８が接続され、その光ファイバアレイ９８は光導波路部８８へと接続されている。また各半導体レーザは半導体レーザパッケージ押さえ（レーザマウント）９３で固定されている。さらに、ベース９１及び半導体レーザパッケージ押さえ９３は金属等の熱伝導率の高い材料で形成された熱伝導部である。
【０１３５】
光導波路部８８は第二の実施形態の光入射部４１（図４参照）と同様な構造をしており、ベース９１上に設けた光入出射固定部材１０１上に固定されている。光導波路部８８は、光源結合用光導波路アレイ１６、スラブ導波路４７とを備え、光源結合用光導波路アレイ１６の各導波路に光源結合用光ファイバアレイ９８が接続されている。スラブ導波路４７の出射端１７の先にはシリンドリカルレンズ４５が、出射端１７からその焦点距離だけ離れて、かつ光学ブロック９６を介して設けられている。
【０１３６】
光学ブロック９６とシリンドリカルレンズ４５は、ベース９１上に設けた光入出射部固定部材１０１と一体に形成されている。光入出射部固定部材１０１は入出射される光信号を平行光とするべく、シリンドリカルレンズ４５，４６の中心とスラブ導波路４７、光源結合用光導波路アレイ１６、及び光ファイバアレイ９８の中心の高さを等しくして光導波路部８８及び光出射部８９を固定している。
【０１３７】
光入出射部固定部材１０１上には光導波路固定部１０２、Ｖ溝９７が形成されている。Ｖ溝９７は光源結合用用光ファイバアレイ９８及び出射用光ファイバ２３を固定し、光導波路固定部１０２は光源結合用光導波路アレイ１６を固定している。また、入出射光学ブロック９６はポリマ材料で形成されており、射出成形により作製されたものである。
【０１３８】
光入射部８６の出射方向には、回折格子９２が設けられ、回折格子９２は光源部８７の半導体レーザパッケージ押さえ９３と当接している。シリンドリカルレンズ４５と回折格子９２とは分離しており、光信号が空気面を通って回折格子９２に入射するように配置されている。回折格子９２は、平面型チャープ回折格子であり、その格子面９５には反射膜として金属膜が形成されている。
【０１３９】
光入射部８６より出射した光信号が回折格子９２で反射、回折して進行する方向、即ち、光入射部８６の導波路部８８に隣接して光出射部８９が設けられている。
【０１４０】
光出射部８９も第二の実施形態の光出射部４２（図４参照）と同様な構成をしており、その入射端２１からテーパ導波路２２、出射用光導波路１９、出射用光ファイバ２３が順に接続されて形成されている。その入射端２１側には隣接する光導波路部８９と同様に、シリンドリカルレンズ４６が、入射端２１からその焦点距離だけ離れて、かつ光学ブロック９６を介して設けられている。
【０１４１】
次に本実施の形態の作用について説明する。
【０１４２】
半導体レーザパッケージ９４から出射した光信号は、光源結合用光ファイバアレイ９８を通して光源結合用光導波路アレイ１６に結合され、スラブ導波路４７を通って出射される。その後、シリンドリカルレンズ４５で回折格子９２の刻線方向についてほぼ平行化され、空気中を伝搬して回折格子９２に入射し、反射、回折される。
【０１４３】
回折格子９２で回折された光信号は回折格子９２の刻線に垂直な面内においては回折格子９２のチャーピングにより集光され、刻線方向については、シリンドリカルレンズ４６で集光されて出射用テーパ導波路２２に入射し、出射用光ファイバ２３に結合される。光信号には、光出射部８９の入射端２１で、平面型チャープ回折格子９２による色収差が生じるため、各波長が共に、テーパ導波路２２の入射端２１に結合するように、波長ごとに光源結合用光導波路アレイ１６の出射位置４６をずらし、スラブ導波路４７を通って光信号を出射している。また、スラブ導波路４７の出射端１７をシリンドリカルレンズ４５の焦点距離に合わせることによって、すべての波長を回折格子９２の刻線方向について平行とすることができる。
【０１４４】
本実施の形態では、半導体レーザパッケージ９４から発生した熱は、金属製のベース９１を伝わって放熱すると共に、金属の半導体レーザパッケージ押さえ９３を介して回折格子９２に伝導する。そのため、半導体レーザパッケージ９４と回折格子９２の温度が略等しくなる。よって、それらの温度を等しくすることによって、半導体レーザパッケージ９４から出射する光信号の波長の変化と、回折格子９２での光信号の回折角の変化を相殺し、出射部８９での光信号の特性変動を低減することができる。
【０１４５】
より詳細には、半導体レーザの温度変化に伴う波長変化による回折角度の変化を、回折格子９２の温度変化による格子周期の変化によって補償するようにした。
【０１４６】
ここで、光合波器９０の温度変化ΔＴによる回折角度θの変化分Δθは、
【０１４７】
【数７】
2006091315.tif 000009
【０１４８】
で表される。
【０１４９】
ここでは、半導体レーザの温度変化と回折格子９２の温度変化は等しいものとし、ｄλ／ｄＴは光源波長の温度変化率、αは回折格子９２の線膨張係数、ｄｎ1 ／ｄＴは回折格子の接する媒体の屈折率温度変化を示す。特に、回折格子の接する媒体が空気のように屈折率が小さい場合には、屈折率温度変化は無視でき、
【０１５０】
【数８】
2006091315.tif 000010
【０１５１】
となる。したがって、
【０１５２】
【数９】
2006091315.tif 000011
【０１５３】
とすれば、光合波器９０の温度が変化しても特性が変化しない。一般的に、ｄλ／ｄＴ＞０であり、比較的温度依存性の小さな分布帰還型レーザにおいては、ｄλ／ｄＴは０．８〜１．０ｎｍ／℃である。従って、使用する光信号の波長を１３００ｎｍとすれば、α≧６×１０-5／℃とすればよく、線膨張係数αの大きな材料、例えば、プラスチック、或いは金属を用いて、（２１）式を満足するような回折格子９２を形成する。
【０１５４】
本実施の形態では、線膨張係数αの大きな材料としてポリカーボネイト（α＝６〜７×１０-5／℃）、ＰＭＭＡ（α＝５〜９×１０-5／℃）、ポリスチレン（３〜２１×１０-5／℃）、ポリエチレン（α＝１０〜２０×１０-5／℃）等のポリマを用い、（２１）式を満たすように回折格子９２を形成している。
【０１５５】
さらに、回折格子９２は半導体レーザパッケージ９４により外部よりも温度が上昇しているため、回折格子９２の温度変化は外部の温度変化よりも小さくなり、特性の変化が小さくなる。
【０１５６】
半導体レーザパッケージ９４は、回折格子９２の近くに配置すればよく、ベース９１に対して回折格子９２と反対側の面に設けてもよく、熱伝導率の高い材料を介して半導体レーザからの発熱が回折格子９２に伝わりやすくすることが望ましい。
【０１５７】
回折格子９２は、１種類の材料を用いて形成されてもよく、或いは、線膨張係数αの大きな基板を用い、その基板上に別の材料を用いて格子溝を形成し、回折格子全体で（２１）式を満足する回折格子としてもよい。特に、基板に線膨張率の大きな金属材料を用い、その上に薄くポリマ材料等を用いて格子溝を形成すると、金属製の基板９１を通して熱が回折格子９２に伝わって、半導体レーザ９４と回折格子９２の温度差が小さくなり、半導体レーザ９４の温度変化による集光点のずれと、回折格子９２の温度変化による格子溝の膨張に起因する集光点のずれとが相殺して、回折光を光出射部８９に集光させることができる。
【０１５８】
（２１）式において、厳密に左辺を０とする必要はなく、温度変化による波長変動の影響が問題とならない程度まで補償すればよい。したがって、
【０１５９】
【数１０】
2006091315.tif 000012
【０１６０】
とすれば、半導体レーザの温度変化による集光点の移動を補償しない場合の半分以下とすることができる。
【０１６１】
本実施の形態では、屈折率の温度変化の小さい材料を介して回折格子９２に光信号を入射させたが、平板型回折格子において、入射端と出射端が平行な場合には、光伝送部材（ここでは空気）の屈折率変化は回折角度に影響しない。したがって、（２１）式を満たすように、回折格子を形成する材料を選択すればよい。
【０１６２】
一方、第一から第三の実施形態の光合波器１０，４０，５０のように、光導波路や光学ブロック等の光伝送部材を介して光信号を伝搬させるときには、
【０１６３】
【数１１】
2006091315.tif 000013
【０１６４】
を満たすように、光伝送部材の屈折率変化を含めて半導体レーザの発振波長の温度変化の補償を行う。
【０１６５】
ただし、空気の温度変化による屈折率変化は無視できる程度に微小であるために、（２３）式の第２項を省略すれば（２１）式と同じになり、（２３）式は（２１）式を含む。
【０１６６】
また、回折格子９２に入射する光信号は、回折格子９２の回折効率の高い偏光にすることが望ましい。さらに、光源結合用ファイバアレイ９８には偏波保存光ファイバ接続することが好ましい。回折格子９２の格子周期を小さくし、ＴＭ偏光の回折効率を高くできるので、回折格子９２は（２）式を満たすように形成し、ＴＭ偏光の光信号を入射させることで、回折効率を高くすることができる。
【０１６７】
また、本実施の形態ではベース９１及び半導体レーザパッケージ押さえ９３の両方を熱伝導部としたが、パッケージ押さえ９３のみを熱伝導部としてもよい。
【０１６８】
次に、光合波器９０の変形例について説明する。
【０１６９】
図１２に示すように、光合波器１１０は、図１０及び図１１に示した光合波器９０のような光源結合用光ファイバアレイ９８を用いることなく、半導体レーザチップ１１３が光源結合用光導波路アレイ１６に直接接続し、熱伝導部としてのレーザマウント９３上に固定されているものである。また、回折格子９２は回折格子押さえ１１２によって保持されている。
【０１７０】
半導体レーザパッケージ１１３で発熱した熱が、レーザマウント９３またはベース１１１を介して回折格子５３に伝わり、回折格子９２の温度と半導体レーザチップ１１３の温度差が小さくなるようにした。よって、このような変形例でも光源の温度変化によって変化する光合波器の特性変動を防ぐことができる。
【０１７１】
また、半導体レーザチップ１１３と光源結合用光導波路アレイ１６とを直接結合させているので光源結合用光ファイバアレイ９８を引き回す必要がなく、光合波器の簡素化が可能となる。
【０１７２】
さらに、光合波器１１０のモジュール化のために封止する際に、金属製のパッケージを用いることでパッケージ内の温度を均一化でき、温度変化による特性変動をさらに小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】第一の実施形態の光合分波器を示す概略図である。
【図２】図１の回折格子を示す断面図である。
【図３】図１の回折格子の変形例を示す断面図である。
【図４】第二の実施形態の光合分波器を示す概略図である。
【図５】第三の実施形態の光合分波器を示す斜視図である。
【図６】第四の実施形態の光合分波器を示す概略側面図である。
【図７】図６の７Ａ−７Ａ線断面図である。
【図８】図６の８Ａ−８Ａ線断面図である。
【図９】好適な一実施形態の波長多重光通信モジュールを示す概略図である。
【図１０】第五の実施形態の光合分波器を示す概略図である。
【図１１】図１０の１０Ａ−１０Ａ線断面図である。
【図１２】図１０の光源の変形例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１７４】
１０  光合波器
１１  光入射部
１２  光出射部
１３  回折格子
【図１】
2006091315.tif 000019
【図２】
2006091315.tif 000020
【図３】
2006091315.tif 000021
【図４】
2006091315.tif 000022
【図５】
2006091315.tif 000023
【図６】
2006091315.tif 000024
【図７】
2006091315.tif 000025
【図８】
2006091315.tif 000026
【図９】
2006091315.tif 000027
【図１０】
2006091315.tif 000028
【図１１】
2006091315.tif 000029
【図１２】
2006091315.tif 000030