(57)【要約】【課題】  従来の端面が互いに対向して配置された第1及び第２の光ファイバと、この端面間に前記第１の光ファイバの軸心に対して斜めに配置された[MK2]光学素子と、前記第1の光ファイバから出射され前記光学素子で反射する光波の少なくとも一部が入射するように配置された第３の光ファイバとで構成され、前記第１の光ファイバを通過する光波の一部が前記光学素子を通過して第２の光ファイバに入射し、他の光波が前記光学素子で反射して前記第３の光ファイバに入射する光モジュールは、光結合効率を高めることが困難であった。【解決手段】  互いに突き合う前記第1〜3の光ファイバの端部におけるモードフィールド径または開口数がその他の部分と比較して変化していることを特徴とする。これにより光学素子の配置やファイバの外形の存在によって生じるギャップに対する損失を抑え、光結合損失を高めることができる。【選択図】  図１
2006171508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面が互いに対向して配置された第1及び第２の光ファイバと、この端面間に前記第１の光ファイバの軸心に対して斜めに配置された[MK1]光学素子と、前記第1の光ファイバから出射され前記光学素子で反射する光波の少なくとも一部が入射するように配置された第３の光ファイバとで構成され、前記第１の光ファイバを通過する光波の一部が前記光学素子を通過して第２の光ファイバに入射し、前記第1の光ファイバを通過する他の光波が前記光学素子で反射して前記第3の光ファイバに入射する、又は前記光波の一部又は全部の入出射方向が逆向きとなる光モジュールにおいて、前記第１〜３の光ファイバの端部はその他の光ファイバ部分に比較して、モードフィールド径又は開口数が変化していることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
光学素子が波長選択性を持つことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
【請求項３】
光学素子が偏波依存特性を持つことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール
【請求項４】
光学素子が誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の光モジュール。
【請求項５】
光学素子がフォトニック結晶で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載の光モジュール。
【請求項６】
光学素子が斜めに形成された第１又は第２の光ファイバの端面に貼り付けられて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１に記載の光モジュール。
【請求項７】
光学素子が斜めに形成された第１又は第２の光ファイバの端面に蒸着または直接形成されて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１に記載の光モジュール。
【請求項８】
第３の光ファイバの端面がその光ファイバの軸心に対して斜めに形成され、この端面に第二光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１に記載の光モジュール。
【請求項９】
第二光学素子が光ファイバ端面に貼り付けられて配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１０】
第二光学素子が光ファイバの端面に蒸着または直接形成することにより配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１１】
第二光学素子は光学素子と同じ又は近似した特性を持つことを特徴とする請求項８から請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
第二光学素子は全反射特性を持つことを特徴とする請求項８から１０に記載の光モジュール
【請求項１３】
第３の光ファイバの端面が全反射角またはブリュースタ角となるように斜めに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１に記載の光モジュール。
【請求項１４】
第１〜第３の光ファイバからなり、第１の光ファイバはその端面が斜めに形成され、第１の光ファイバの前記斜めに形成された端面と第２の光ファイバとは互いにその軸心を一致するように対向して配置され、前記第１の光ファイバから出射される他の光波が前記斜めに形成された面で反射する光波の少なくとも一部が入射するように第３の光ファイバが配置され、前記第１の光ファイバを通過する光波の一部が前記斜めに形成された端面で反射して第３の光ファイバに入射し、前記第1の光ファイバを通過する他の光波が前記斜めに形成された端面を通過して第２の光ファイバに入射し、又は前記光波の一部又は全部の入出射方向が逆向きとなる光モジュールにおいて、前記第１〜３の光ファイバの端部はその他の光ファイバ部分に比較して、モードフィールド径又は開口数が変化していることを特徴とする光モジュール。
【請求項１５】
第１の光ファイバの斜めに形成された端面は、ブリュースタ角に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載の光モジュール。
【請求項１６】
第３の光ファイバの端面がその光ファイバの軸心に対して斜めに形成され、この端面に第二光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の光モジュール。
【請求項１７】
第二光学素子が光ファイバ端面に貼り付けられて配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の光モジュール。
【請求項１８】
第二光学素子が光ファイバの端面に蒸着または直接形成することにより配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の光モジュール。
【請求項１９】
第二光学素子は全反射特性を持つことを特徴とする請求項１６から１８に記載の光モジュール
【請求項２０】
第１乃至第３の光ファイバの少なくとも１つは偏波面保持特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１９の何れか１に記載の光モジュール。
【請求項２１】
第1のファイバと第３のファイバの間および第１〜３の光ファイバの端面のいずれかに所定の屈折率を持つ屈折率調整材が介在していることを特徴とする請求項１乃至請求項２０の何れか１に記載の光モジュール。
【請求項２２】
屈折率調整材は空気、ガラス、接着剤、マッチングオイル、液体樹脂、固体樹脂の何れか１つであることを特徴とする請求項２１に記載の光モジュール。
【請求項２３】
屈折率調整材は光ファイバのクラッドの屈折率と同等であることを特徴とする請求項２２に記載の光モジュール。
【請求項２４】
第１〜３の光ファイバの端面が多心収納用のフェルールで保持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２３の何れか１に記載の光モジュール。
【請求項２５】
第１〜３の光ファイバの端面が多心収納用の溝体で保持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２４の何れか１に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野などで用いられる光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットは一般家庭にも普及し、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)やFTTH(Fiber To The Desk)による常時接続、メガクラスの高速かつ低価格なサービスが浸透し、ブロードバンドならではの大容量コンテンツ配信やビデオチャット等が普及しつつある。
【０００３】
このようなブロードバンド化に向けて、ピーク時100Mbpsの高速データ通信と最大500chの多チャンネル映像配信を1心の光ファイバで同時に提供できるB-PON(Broadband Passive Optical Network)システムがITU-T(Telecommunication standardization sector of Iｎternational Telecommunication Union)にて世界標準とされた。このシステムの構成例を図６に示す。
【０００４】
図６において、通信局Ａは、通信用の光ファイバＣを介して複数の加入者局Ｂに接続されている。図中、Ｂ−ＯＮＵはデータ系宅内装置、ＷＤＭは光カプラ、Ｖ−ＯＮＵは映像系宅内装置、ＮＥ−ＯＳＳはデータ系監視制御装置、Ｂ−ＯＬＴはデータ系所内装置、ＥＭＤＸはＥｔｈｅｒ多重分離装置、Ｖ−ＯＬＴは映像系所内装置を示す。
【０００５】
このシステムの大きな特徴は、新しい光波長配置により高速データ通信の送受信で使用している２つの波長に加え、さらにもう1つの光波長を重畳して、多チャンネルの映像配信を同時に視聴できる点である。通常は、送受信する高速データ通信波長は下りが1．49μm帯(1．48〜1．50μm)、上りが1．31μm帯(1．26〜1．36μm)であり、EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)の増幅帯である1．55μm帯(1．55〜1．56μm)で映像の分配が行われる。
【０００６】
B-PONシステムでは１心の光ファイバＣを用いて３種類の波長の光信号を伝送するため、各加入者局Ｂにおいては、図７に示すように、1．55μm帯の光波と1．49μm帯及び1．31μm帯との光波を分波・合成する光合分波モジュールＤや、1．49μm帯と1．31μm帯とを分離・混合する光カプラＥ、及び光ファイバ中を伝搬する上記映像信号を等しい強度で分配する図示しない光合分配器などが必要となる。
なお、本発明ではこれらの光合分波モジュールＤ、光カプラＥ及び光合分配器などを総称して光モジュールと称する。
【０００７】
従来、これらに用いられる光モジュールは、種々のものが提案されており、その中でも、端面が互いに対向して配置された第１及び第２の光ファイバと、この端面間に前記第１の光ファイバの軸心に対して斜めに配置された光学的に透過反射特性を有する光学素子と、前記第1の光ファイバから出射される光波が前記光学素子で反射する延長線上の位置に配置された第３の光ファイバの端面とで構成され、前記第1の光ファイバを通過する光波の一部が前記光学素子を通過して他方の光ファイバに入射し、前記第1の光ファイバを通過する光波の残りの光波が前記光学素子で反射して前記第３の光ファイバに分岐し、又は前記光波の一部又は全部が逆向きに流れる光モジュールも種々のものが提案されている。（例えば特許文献１〜４参照）
【０００８】
図８に示したものは特許文献１等に開示された光モジュールである。図８において、１１、１２、１３はそれぞれ光ファイバ、２１、２２はそれぞれフェルール、３１、３２はそれぞれレンズ、３５、３６はそれぞれレンズ３１及び３２を保持するレンズホルダ、５１は光学素子、５５は光学素子５１を保持する光学素子ホルダ、６０は筐体である。光ファイバ１１と光ファイバ１２との端面はレンズ３１、光学素子５１、レンズ３２を介して互いに対向するように筐体６０に保持されている。
【０００９】
光学素子５１は波長選択特性を有している。即ち、特定の波長λ１の光波は透過し、他の特定の波長λ２は反射する特性を有している。レンズ３１・３２は光ファイバ１１と光ファイバ１２との端面で出入射する光が光学的に一致するように設置され、両光ファイバを光学的に効率良く結合させるものであり、またレンズ３１は光学素子５１で反射される波長λ２の光を光ファイバ１１と光ファイバ１３との間で効率良く光結合させるものである。
【００１０】
このため、光ファイバ１１に波長λ１帯及びλ２帯の光波を伝搬させ、その端部１１'からこれらの光波を出射させると、波長λ１帯の光波は光学素子５１を透過して光ファイバ１２に効率良く結合され、また、波長λ２帯の光波は光学素子５１で反射され、光ファイバ１３に効率良く結合される。また、これら光波の全部又は一部の伝播方向が前記と逆向きであっても効率良く光結合させることができる。
【００１１】
図９は特許文献２等に記載された従来の他の例を示したものである。光ファイバ１１〜１３の端面は光ファイバの軸線に対して斜めに加工され、光ファイバ１１と光ファイバ１２との端面は互いに対向するようにフェルール２３内で対向し、更に両端面間に波長選択特性を有する光学素子５１が配置されている。更に、光ファイバ１３の端面には第二光学素子５１が配置され、フェルール２３内で光ファイバ１１・１２と平行となるように配置されている。これによって、光ファイバ１１に波長λ１帯及びλ２帯の光波を伝搬させ、その端部１１'からこれらの光波を出射させると、波長λ１帯の光波は光学素子５１を透過して光ファイバ１２に結合され、また、波長λ２帯の光波は光学素子５１で反射され、更に第二光学素子５２で再度反射されて光ファイバ１３に結合される。また、これら光波の全部又は一部の伝播方向が前記と逆向きであっても同様に光結合させることができる。
【００１２】
図１０は特許文献３等に記載された従来の他の例を示したものである。光ファイバ１１〜１４はその軸線が互いに一直線となるように配置され、一方の端面が４５度斜めに切除され、その切除された面が図面の上側を向くように順次配置されている。光ファイバ１５〜１７はその端面が前記４５度斜めに切除された箇所の下側に配置されて前記４５度斜めに切除された箇所を向くように配置されている。更に、前記４５度斜めに切除された箇所には互いに透過・反射境界が順次異なる光学素子５３１〜５３３がそれぞれ配置されている。即ち、それぞれの光学素子５３１〜５３３は透過・反射境界波長がλ1’<λ2’<λ３’となるように選択されて配置されている。このため、波長λ１〜λ４帯の光波を光ファイバ１１に入射し、前記斜めに切除された側に伝搬させると、光ファイバ１５〜１７にはそれぞれ波長λ２から波長λ４の光波が分岐され、波長λ１の光波はそれぞれの光学素子５３１〜５３３を透過して光ファイバ１４に導かれる。
【００１３】
図１１は特許文献３等に記載された従来の他の例を示したものである。光ファイバ１１と光ファイバ１２とはその軸線が互いに一直線となるように配置され、一方の端面が斜めに切除され、その切除された面が図面の上側を向くように配置されている。光ファイバ１３と光ファイバ１４、及び光ファイバ１５と光ファイバ１６も上記と同様な関係に切除されて配置されている。
また、光ファイバ１１、１３、１５の切除された面にはそれそれ互いに透過・反射境界が順次異なる光学素子５３１〜５３３が配置されている。即ち、それぞれの光学素子５３１〜５３３は透過・反射境界波長がλ1’<λ2’<λ３’となるように選択されて配置されている。
【００１４】
更に、光ファイバ１３は前記切除された側と反対側の端部が前記切除された面と平行又はこれに近い角度となるように斜めに切除され、その切除された面に第二光学素子５２１が配置され、光ファイバ１１を伝搬した光波がその光ファイバ１１の端面に配置された光学素子５３１で反射し更に本第二光学素子５２１で反射して光ファイバ１３に入射する関係の位置に光ファイバ１３が配置されている。即ち光波の経路がＺ字となるように配置されている。
【００１５】
更に、光ファイバ１５は切除された側と反対側の端部が前記切除された面と平行又はこれに近い角度となるように斜めに切除され、その切除された面に第二光学素子５２２が配置され、光ファイバ１３を伝搬した光波がその光ファイバ１３の端面に配置された光学素子５３２で反射し更に本第二光学素子５２２で反射して光ファイバ１５に入射する関係の位置に光ファイバ１５が配置されている。即ち光波の経路がＺ字となるように配置されている。
【００１６】
更に、光ファイバ１７は光ファイバ１５の前記切除された面と平行又はこれに近い角度となるように斜めに切除され、その切除された面に第二光学素子５２３が配置され、光ファイバ１５を伝搬した光波がその光ファイバ１５の端面に配置された光学素子５３３で反射し更に本第二光学素子５２３で反射して光ファイバ１７に入射する関係の位置に光ファイバ１７が配置されている。即ち光波の経路がＺ字となるように配置されている。
【００１７】
このため、光ファイバ１１に波長λ１〜λ４帯の光波を入射し、前記斜めに切除された側に伝搬させると、λ１帯の光波は光学素子５３１を透過して光ファイバ１２に伝搬し、残りの波長λ２〜λ４帯の光波は光学素子５３１で反射し更に第二光学素子５２１で反射して光ファイバ１３に入射する。このようにして光ファイバ１３に入射した光波の内、波長λ２の光波は光学素子５３２を透過して光ファイバ１４に入射し、他の波長λ３・λ４帯の光波は光学素子５３２で反射し更に第二光学素子５２２で反射して光ファイバ１５に入射する。このようにして光ファイバ１５に入射した光波の内、波長λ３の光波は光学素子５３３を透過して光ファイバ１６に入射し、他の波長λ４帯の光波は光学素子５３３で反射し更に第二光学素子５２３で反射して光ファイバ１７に入射させることができる。
【００１８】
【特許文献１】特開2002−267876号公報
【特許文献２】特開平01−231008号公報
【特許文献３】特開昭59−210412号公報
【特許文献４】特開2002−196192号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記従来の光モジュールの内、図８に示す光モジュールは、光ファイバ１１〜１３の光学的な結合をレンズ３１で行う方式のため、結合効率を高めることができるが、レンズ３１を配置するためのスペースが必要となることから製品を小型にできない特性を有する。さらに、部品点数が多く、工程も複雑となるため、高価であるという問題がある。
また、図９〜１１に示す光モジュールは、レンズを用いていないために小型に構成できる特徴を有するが結合効率を高めることが困難である特性を有する。光ファイバから出射した光は開口数に応じた発散角を持ち、例えば一般的なSMFを使用する場合、ファイバ端面間距離が50um離れると1dB,  100um離れると3dBの損失を生じてしまう。したがって、ファイバ間に配置される光学素子やクッラッド層によりビームを伝播する距離が数十umを超えると結合効率が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、簡易な構成で結合効率を容易に高めることができる構造を提供するもので、その発明の特徴は、端面が互いに対向して配置された第1及び第２の光ファイバと、この端面間に前記第１の光ファイバの軸心に対して斜めに配置された透過および反射の両特性を持つ光学素子と、前記第1の光ファイバから出射され前記光学素子で反射する光波を入射するように配置された第３の光ファイバとで構成され、前記第１の光ファイバを通過する光波の一部が前記光学素子を通過して第２の光ファイバに入射し、前記第1の光ファイバを通過する他の光波が前記光学素子で反射して前記第3の光ファイバに分岐する、又は前記光波の一部又は全部が逆向きに伝播する光モジュールにおいて、前記第１〜３の光ファイバの端部はその他のファイバ部分に比較して、モードフィールド径又は開口数が変化していることを特徴とする。
【００２１】
また、本願の他の発明は、第１〜第３の光ファイバからなり、第１の光ファイバはその端面が斜めに形成され、第１の光ファイバの前記斜めに形成された端面と第２の光ファイバとは互いにその軸心を一致するように対向して配置され、前記第１の光ファイバから出射される光波の一部が前記斜めに形成された面で反射する光波を受光するように第３の光ファイバが配置され、前記第１の光ファイバを通過する光波の一部が前記斜めに形成された端面で反射して第３の光ファイバに入射し、前記第1の光ファイバを通過する他の光波が前記斜めに形成された端面を通過して第２の光ファイバに入射する、又は前記光波の一部又は全部が逆向きに伝播する光モジュールにおいて、前記第１〜３の光ファイバの端部はその他の部分に比較して、モードフィールド径又は開口数が変化していることを特徴とする。
【００２２】
なお、従来、図１２に示すように、端面が互いに対向して配置された第１及び第２の光ファイバ１１・１２と、この端面間に前記第１の光ファイバの軸心に対して斜めに配置された光学素子５１と、前記第1の光ファイバ１１から出射される光波が前記光学素子５１で反射する延長線上の位置に光受光素子１９を配置し、更に第１及び第２の光ファイバ１１・１２の端部におけるモードフィールド径を拡大させて、これらの間の光結合を高める思想は特許文献４に開示されている。
【００２３】
しかしながら、かかる製品は光ファイバ１１中を伝播する光波を光受光素子１９でモニタするためのもので、本発明のように第３の光ファイバが存在しない。PDと光ファイバでは光の受光特性が全く異なり、PDの場合はPDの受光径内に入射した光はビームの形状や大きさに関わらずほぼ受光される。それに対してシングルモード光ファイバの場合は、光ファイバに入射するビームのモードフィールド径が光ファイバのモードフィールド径と同等で、ビームウェスト位置も光ファイアバのビームウェスト位置に近い位置にないと損失を発生する。マルチファイバであっても、入射するビームは光ファイバの開口数以下でコア内に入射しなければならない。
【００２４】
したがって、光ファイバ間の距離だけではなく、コア・クラッド・ファイバ外の媒質界面のビーム形状に与える影響も関係してくる。本発明では以上の事も考慮し、先端部のモードフィールド径もしくは開口数を変化させた第3の光ファイバを配置した構成であるため、上記の発明は本発明とは製品が全く異なるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本願の上記両発明は、互いに光結合される第１〜３の光ファイバの端部はその他の部分に比較してモードフィールド径又は開口数を変化させることにより、レンズを使用しない構成であっても効率良く光結合させることができる特徴を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は以下のような各種の実施形態を採用することができる。
光学素子が波長選択性を持つことを特徴とする。
光学素子が偏波依存特性を持つことを特徴とする。
光学素子が誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする。
光学素子がフォトニック結晶で構成されていることを特徴とする。
光学素子が斜めに形成された第１又は第２の光ファイバの端面に貼り付けられて配置されていることを特徴とする。
光学素子が斜めに形成された第１又は第２の光ファイバの端面に蒸着されて配置されていることを特徴とする。
【００２７】
光学素子の種類を変えることにより、様々な機能を実現することができる。光学素子の機能としては、波長選択性、利得制御、ミラー、偏光子、位相子などがあり、これらの素子を利用することにより、波長合分波器、利得制御器、光合分岐器などのフィルターモジュール、偏波分離合成器、偏光制御器などの機能を有する光モジュールを作ることができる。偏波分離合成器や偏光制御器などの光モジュールの場合、その構成に応じて光ファイバを偏波保持ファイバとする。例えば、偏波分離合成器では、第１の光ファイバをシングルモードファイバ、第２、第3の光ファイバを偏波保持ファイバとすると偏波の合成や分離ができる。使用の目的によっては、第1の光ファイバも偏波保持ファイバとしてもよい。
上記機能を有する光学素子としては、誘電体多層膜、フォトニック結晶、金属膜、偏光子、ガラス、樹脂、光学結晶などがある。
【００２８】
また、光学素子は斜めに形成された第１又は第２の光ファイバの端面に貼りつける、もしくは挿入して配置することで、構成を簡素化することができるとともに、ファイバの外を光が伝播する距離を短くすることができるため、光の結合にも有利である。
更に、斜めに形成された光ファイバの端面に直接蒸着や形成を行うことで、部品や配置の手間を減らすことができ、空間伝播距離を更に短くすることができるため、光の結合にも更に有利となる。
【００２９】
第３の光ファイバの端面がその光ファイバの軸心に対して斜めに形成され、この端面に第二光学素子が配置されていることを特徴とする。
第二光学素子が光ファイバ端面に張り付けられて配置されていることを特徴とする。
第二光学素子が光ファイバの端面に蒸着により配置されていることを特徴とする。
第二光学素子は光学素子と同じ又は近似した特性を持つことを特徴とする。
【００３０】
第2の光学素子も、第１の光学素子と同様に、斜めに形成された第3の光ファイバの端面に貼り付ける、もしくは挿入して配置することで、構成を簡素化することができる。更に、斜めに形成された光ファイバの端面に直接蒸着や形成を行うことで、部品や配置の手間を減らすことができる。直接光ファイバ端面に貼り付けや形成を行うと、光学素子と光ファイバを別々に配置する場合と比較して各部品の配置精度が向上し、配置の誤差による損失を抑えられる効果もある。第2の光学素子の特性は、第1の光学素子と異なるものでもよく、例えば図１０の光ファイバ１５、１６，１７の様に第１の光学素子で反射した光が２の光学素子を透過して第３の光ファイバに結合するような構成であれば、１００％透過としても良いし、図１１の様に、第2の光学素子で反射して第３の光ファイバに結合するような構成であれば、全反射ミラーでもよい。また、それぞれ別の特性を持つ光学素子でもよい。
【００３１】
しかし、光学素子の機能によっては、第2の光学素子の特性を第1の光学素子の特性と同じ、又は近似した特性とすることで、より特性の良い光モジュールを作ることができる。例えば、一般的な誘電体多層膜の波長選択フィルタの反射特性では、アイソレーションは設計上20dB程度までしかとることができない。しかし、本発明の第１の光学素子からの反射光を第2の光学素子で反射して第３の光ファイバに結合するような構成において、第1の光学素子と第2の光学素子を同じ透過特性をもつフィルタとすると、反射側の特性がフィルタを2回通った場合の特性となるため、フィルタ1枚では20dBだったアイソレーションを40dBまで高めることができる。また、光学素子が偏光子などの様に偏波依存性を持つ場合では、同様にして反射側での消光比を上げることができる。この様な構成の場合、第1と第2の光学素子を同じ工程で製造することが可能であるため、高機能でありながら、コストや時間がかからないというメリットがある。
【００３２】
光学素子を斜めに形成した光ファイバ端面に配置または直接形成する場合は、光学素子の特性にあった角度にファイバ端面の傾斜角度を選択することで、光モジュールの特性を良好なものとすることができる。例えば、誘電体多層膜で形成するフィルタは、一般的に入射角が浅い方が良い特性を示すので、ファイバ端面の研磨角は小さい方がよい。しかし、同じ誘電体多層膜で形成するフィルタであっても、例えば偏光ビームスプリッタ（PBS Polarization Beam Splitter）の場合は入射角45°近辺で高い偏光分離機能を有するため、ファイバ端面の削り角度は45°近辺がよい。但し、ファイバ端面の削り角が浅い場合は、削り角が浅ければ浅いほど第１の光学素子で反射した光が光ファイバの外周へ到達するまでの距離が長くなると共に、その入射角度が大きくなるため、損失を発生する要因となる。このため、光学素子の特性および光ファイバの外形も考慮してファイバ端面の角度を決めるべきである。
【００３３】
第３の光ファイバの端面がブリュースタ角となるように斜めに形成されていることを特徴とする。
第１の光ファイバの斜めに形成された端面は、ブリュースタ角に設定されていることを特徴とする。
第１乃至第３の光ファイバの１つは偏波面保持特性を有することを特徴とする。
第１〜３の光ファイバの端面間に所定の屈折率を持つ屈折率調整材が介在していることを特徴とする。
【００３４】
本発明においては、第1および第２の光学素子の何れか一方または両方がない場合でも、斜めに形成した光ファイバ端面を利用することにより、幾つかの機能をもつ光モジュールを作ることが出来る。  例えば、光ファイバ端面はその屈折率とその外側の媒質の屈折率および光の入射角に応じた反射率を持つ。これを利用すれば、分岐ミラーとすることができる。
ここで、ファイバ端面を全反射角とすれば全反射ミラーとして利用することもできる。
更に、光ファイバ端面角度をブリュースター角とすることで、光学素子として偏光子を配置しなくても偏波合成分離器を構成することができる。
【００３５】
以上の様に本発明においては、様々なファイバの形状や光学素子を選択することができるが、第1および第２の光学素子またはそれに相当するファイバ端面が同等の機能を有するものでよい場合は、第１〜第３の光ファイバ端面角度を同じにして、第３の光ファイバを第１および第２の光ファイバと平行に、第1の光学素子または光ファイバ端面からの反射光を第２の光学素子または第３の光ファイバ端面で反射して第３の光ファイバに結合する様に配置する構成が、部品点数も少なくファイバを把持する部材の形状も単純で高精度のものが出来るので適当である。
【００３６】
屈折率調整材は光ファイバのクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つことを特徴とする。これにより、光学素子で反射する光が第３の光ファイバの端面に入出射する際、第１の光ファイバ、又は第３の光ファイバの外周で光が屈曲することなく直進して光結合を高めることができる。
本発明の光モジュールにおいて、光モジュールを構成する光ファイバ端面や光ファイバ間に、任意の屈折率をもつ屈折率調整材を配すると、光の透過・反射特性や屈折の制御が可能となり、結合効率や光学特性の向上に効果がある。
【００３７】
例えば、第１の光ファイバ端面が斜めに形成されている場合、第1の光ファイバから出射した光は、第1の光ファイバとそこから出射した光が通過する媒質の屈折率に応じてSnellの法則により光ファイバの中心軸とある屈折角θをもつ。第１と第２の光ファイバの中心を同一線上に配置しておくと、第２の光ファイバへ入射する光の位置は、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間の距離dとx = ｄ・tanθの関係を持つため、xだけ入射位置がずれてしまい損失を生じる。ここで、媒質の屈折率が光ファイバのコアの屈折率に近づくとθは０°に近づき、光が直進して入射位置のずれがなくなってくるため損失を生じなくなる。そして、ファイバとファイバの間の物理的距離が同じであっても、その屈折率が高いほど光路長は短くなるので、ファイバ間の距離による損失もその分抑えられるという効果もある。
【００３８】
また、第１と第３の光ファイバの間に例えばクラッドと同じ屈折率の屈折率調整材を配すると、第１の光ファイバおよび第３の光ファイバのクラッドを横切って通過する光の入射角が大きい場合でもそこでの反射率を小さくすることができると共に、ファイバ外周の界面の存在によるビーム形状変換の影響を抑えることもできる。
【００３９】
ここで、前述したファイバ端での屈折率がコアの屈折率ではなくてクラッドの屈折率であってもほぼ同等の効果が得られる様に、ここに示した屈折率は光ファイバやクラッドの屈折率と全く同じでなくても、その効果を適当に得られる範囲で選択すればよい。
【００４０】
また、例えば光学素子ではなく斜めに形成したファイバ端面の特性を利用する場合、配する屈折率整合材の屈折率によってファイバ端面の角度や透過特性を変えることができるので、その角度や特性が目的と合うように屈折率調整材を選択すればよい。
第３の光ファイバの端面や第２の光学素子に接する媒質についてもこれまで説明した内容と同様のことが言える。
ここで、屈折率調整材としては空気、ガラス、接着剤を含む樹脂、マッチングオイル、その他水や有機溶剤などの液体が考えられる。ガラスや接着剤を使用すると、屈折率の調整と同時にファイバの固定もできるので便利である。
【００４１】
第１〜３の光ファイバの端面が多心収納用のフェルールで保持されていることを特徴とする。
第１〜３の光ファイバの端面が多心収納用の溝体で保持されていることを特徴とする。
これにより、光ファイバをしっかりと保持固定することができる。
第1〜3の光ファイバは多芯フェルールや、V溝などの多芯の溝体で保持することで、光ファイバの配置を精度よく行うことができる。ここで、第3の光ファイバが第１および第２の光ファイバに平行な配置をとると、多芯フェルールの場合は同一または平行な穴を、多芯の溝体の場合は平行な溝を形成した部材を使用できるため、より高精度な光ファイバの配置を行うことができる。
【実施例１】
【００４２】
図１は本発明の実施例の合分波器として機能する光モジュールを図示したものである。図１において、１１、１２、１３、２３、５１及び５２は、それぞれ図９の場合と同様に、第１の光ファイバ、第２の光ファイバ、第３の光ファイバ、フェルール、光学素子、第二光学素子であり、各構成部品は図９に示す場合と同様に動作する。しかしながら、本実施例は、光ファイバ１１〜１３の各突き合わせ端部におけるモードフィールド径が他の部分よりも拡大されて、又は光ファイバの開口数（ＮＡ）が小さく形成されている点が図９の場合と全く異なっている。本実施例では、第1〜３の光ファイバを通信用光ファイバとして一般的に使用されるモードフィールド径10umφ、外形125umφのシングルモードファイバとし、各光ファイバの端部でモードフィールド径が30umφとなるようにモードフィールドを変換している。
【００４３】
光ファイバの端部におけるモードフィールド径を変化させる方法及び光ファイバの開口比（ＮＡ）を変化させる方法は、既に種々公知である。たとえば通信用に用いられる光ファイバは通常主成分が溶融石英で構成され、コア１１ａには屈折率を高めるためにゲルマニウムなどのドーパントが配合されている。このような光ファイバに対してその側面からヒータなどによって所定温度で所定時間加熱すると、その受けた熱エネルギーの大きさに応じて前記ドーパントはコア１１ａからクラッド１１ｂの方向に拡散してモードフィールド径が拡張する。その後、拡大された部分を切断して斜めに加工することにより、図に示す光ファイバ１１〜１３を容易に製造することができる。
また、他の方法として光ファイバを加熱しながらその長さを縮めて径を肥大化させることよっても形成することができる。
【００４４】
また更に他の方法として、多重クラッド構造の光ファイバに対してその側面から熱を加えながらテンションを加え、光ファイバ内に応力を残留させて屈折率を変化させるFrozen-strain法やファイバ先端にマルチモードファイバを融着する方法もある。
なお、図２は図１におけるＰ−Ｐ線及びＱ−Ｑ線における断面図を示すもので、Ｐ−Ｐ線における断面図において、光ファイバ１１・１３の端部におけるモードフィールド径が拡大されたものが示されている。
【００４５】
光学素子５１は光ファイバ１１と光ファイバ１２との突き合わせ面間に配置されるが、この際、どちらか一方の光ファイバの端面に貼り付け又は形成して配置させることも可能である。
【００４６】
本実施例において光学素子５１は波長選択性を持つ光学フィルターであるが、誘電体多層膜、フォトニック結晶、エタロンなどで構成される。
光学素子５１は、同じ構成のものであっても、光学素子への入射角度によってその特性が変化する。例えば光学素子５１として誘電体多層膜で構成される波長選択フィルタを想定すると、入射角度が小さいほど、簡単な構成でPDLが小さく分離する波長間の切れが良い膜を設計することができる。しかし入射角度を小さくして行くと、第１の光ファイバと第３の光ファイバ間の距離は大きくなって行き、損失が増加して行く。入射角度0°では、光を第３の光ファイバに結合させることはできない。そこで、光ファイバの端面角度は光学素子の特性が良好な範囲で大きくした方が光の結合上有利であり、ここでは第１〜３の光ファイバの端面角度を6〜10°として各端面角度が同じになるようにしている。
【００４７】
図３は各シングルモード光ファイバの端部のモードフィールド径を変化させた時のビームウエスト間距離に対する結合損失を示すものである。ここでビームウエスト間距離とは光ファイバ端面のコア間の距離に相当する。また、媒質の屈折率は1.5で計算してある。このグラフから、一般的に良く使用されるモードフィールド径10umφのシングルモードファイバでは、ファイバ端面間距離が０．１ｍｍを超えるとLossが数dBにまで劣化するのに対し、モードフィールド径を大きくするに従ってビームウエスト間距離に対する損失が急激に小さくり、モードフィールド径30um以上では距離が0.5mmまで離れても損失を0.5dB程度以下に抑えることが出来ることが分る。
【００４８】
実際の結合損失は、ビームウエスト間距離のみでは決まらず、コアとクラッドとの界面の存在によるビーム変換、クラッドと光ファイバが置かれている媒質との界面によるビームの変換の影響も含まれて決まる。概ね、モードフィールド径が大きく開口数が小さい方が良いが、前記を考慮して決められる。更に実際の製造においては、光ファイバ端の角度精度や光ファイバの平行度などの誤差があるため、モードフィールド径を大きくし過ぎるとそれらの角度精度に対するトレランスが厳しくなってしまう。よって、理論上の結合損失と加工精度とを加味してモードフィールド径を決定する。
【００４９】
例えば、本実施例において、ファイバ周囲の媒質の屈折率をクラッドの屈折率と同じにし、光ファイバ端の角度を８度とすると第１の光ファイバと第３の光ファイバの物理的端面間距離は約0.45mmとなり、理論上の光ファイバの損失は、波長1.55μｍにおいてモードフィルド径が２０μｍで２ｄB、３０μｍで0.3ｄB、40μｍで0.1ｄBである。モードフィールド径が４０μｍ以上になると結合損失が非常に小さくなるが、光ファイバの端面角度誤差を考慮するとモードフィールド径を３０μｍ程度にするのが適当である。
また、同様の構成でもファイバ外形が小さい外形80umφなどの細径ファイバを使用すると、反射光の伝播距離を小さく出来るので損失をより小さくすることができる。
【００５０】
ここで、光学素子５１への入射角を８度とすると、光学素子５１で反射した光は、光ファイバの外周で全反射となり、光ファイバ外に効率良く透過しない。光ファイバ間に屈折率整合材を入れると光ファイバ外への透過率を上げることができる。また、第１及び第２の光ファイバ間に屈折率整合材を入れると、光ファイバ端面が斜めでも出射光が光ファイバ軸からそれる角度が小さく軸ずれを抑えることができるので軸ずれによる損失が抑えられる。
【００５１】
上記実施例は光学素子５１として波長選択特性を有するものの例を示したが、本発明はこれらに限定されずに、単に透過特性と反射特性とが所定割合の特性を持つものであってもよいし、透過特性および反射特性が波長依存性をもつものであっても良い。光学素子５１の特性をこの様に変えることにより、光合分岐器や利得制御器として機能する光モジュールを作ることができる。
これらの光学素子の例として誘電体多層膜、フォトニック結晶、偏光子と光学結晶などによる位相差板の組み合わせ、などがある。
【００５２】
第二光学素子５２は例えば波長選択を行う場合、第１の光学素子５１と同様の特性を有するものにすることにより、その特性を二重に通過させることになるので、フィルタのアイソレーション特性を向上させるたり、切れをよくすることができるが、これに限定されるものではなく、反射特性が１００％に近い全反射ミラーとして機能するものとしても良いし、目的の特性によっては別の光学特性をもつ素子でもよい。
また、光学素子の特性によっては、ファイバ端面角度やモードフィールド径も前記に限定されるものではない。光ファイバーも一般的なシングルモードファイバでなくてもよい。
【実施例２】
【００５３】
図４は本発明の他の実施例を示すものである。図１に示す実施例に比較して、光学素子５１が偏波依存特性を持っている点と、光ファイバの一部又は全部が偏波依存性をもつ偏波保持ファイバで構成される点が異なる。ここで、光ファイバ１１は通常のシングルモードファイバであり、光ファイバ１２、１３は偏波保持ファイバである。光ファイバ１１から出射した光は偏波分離機能をもつ光学素子５１により偏波分離され、光ファイバ１２、１３に結合する。逆に光ファイバ１２、１３から光学素子５１の偏波透過・反射特性に合う偏波を入射させることで、偏波合成を行うことができるので、偏波分離合成機能を持つ光モジュールを作ることができる。使用の目的によっては、光ファイバ１１も偏波保持ファイバとしてもよい。
【００５４】
光ファイバ１２と光ファイバ１３を光ファイバの中心軸に沿ってそれぞれ回転させ、偏光子として機能する光学素子５１の偏波軸方向に、各偏波保持ファイバの主偏光の向きを合わせることにより消光比を容易に調整することができるが、本実施例では、斜めに形成されたファイバ端面の法線が偏波保持ファイバの主偏光の一方と同一平面内に存在するように研磨方向を設定することで、結合効率が最大の時に消光比も最大とすることができる。  
【実施例３】
【００５５】
図４に示す実施例において、偏波依存特性を持つ光学素子５１は誘電体多層膜によって構成されている。一般的なPBSと同様の構成となるため図４に示すものとは異なり、入射角度は略４５度が適当である。各光ファイバの端面傾斜角度を略45°とし、前述の様にファイバの端面法線が偏波保持ファイバの主偏光の一方と同一平面内に存在するように研磨方向を設定する。光ファイバ１１または１２の端面に光学素子５１を直接形成または配置すると、光学素子５１の偏波軸方向を考慮しなくても、各ファイバ同士の結合効率最大の配置とした時に、偏波保持ファイバと光学素子５１の偏波方向も一致して消光比が高い状態とすることができる。  光学素子５２は光学素子５１と同様の光学素子とすれば、消光比を高めることが出来るうえに、同一工程で製造ができ工数および価格を削減できる。しかし、全反射ミラー等にしてもよい。
【００５６】
本実施例においては、光学素子５１は、入射角が略45°となるように配置されているため、光学素子５１で反射される光は光ファイバの中心軸に対して略90°の方向に伝播する。このため、伝播距離は図１の実施例に比べると小さくほぼ光ファイバの外形と同等とすることができる。
【００５７】
本実施例では、光学素子５１が誘電体多層膜によって構成されている場合を例として説明をしたが、フォトニック結晶で構成しても良い。その場合、光学素子の傾き角度は略45°に限らない。また、シリコンなどのファイバとの屈折率差が大きく、透過率の良い材料の反射率の偏波依存特性を利用してもよい。この場合、光学素子の傾き角度はブリュースター角近辺がよい。光学素子５２についても同様である。
また、光学素子の構成により、消光比が高い状態での偏光の取り出しや、部分的な偏光の取り出しが可能となる。
【実施例４】
【００５８】
図５は本発明の更に他の実施例を示すものである。図１及び図４に示す実施例に比較して、光学素子５１が配置されておらず、その代わりに第１の光ファイバ１１の端面が光学的なブリュースター角になっている点が異なっている。光ファイバの種類は図４に示す実施例で説明した内容と同様となっている。
【００５９】
このブリュースター角は、光ファイバ１１のコア屈折率と光ファイバ１１の端面に接する媒体の屈折率とで決定され、光ファイバ１１のコア屈折率をθf、光ファイバ１１の端面に接する媒質の屈折率をθmとすると、ブリュースター角すなわち光ファイバ１１の端面削り角はθb= atan(θm /θf)となる。
【００６０】
ブリュースター角ではｐ偏光成分の反射率が０となるという特徴をもつため、偏光の切り出しを行うことができる。ブリュースタ角は上式の通り光ファイバの屈折率とその端面に接する媒質の屈折率によって変化し、光ファイバの端面に接する媒質の屈折率を調整することによりｓ偏光成分の透過・反射特性を変えることも可能である。光ファイバのコアと媒質の屈折率差を大きくした方が、s偏光成分の反射率を上げることが出来、光ファイバ12に結合する光の消光比を高めることができる。
【００６１】
本実施例では各ファイバ端面角度を光ファイバ１１の端面角度と同じにしている。光ファイバ１１と１２の端面を平行とすると干渉の効果を利用してs偏光成分の透過率を下げ反射率を上げることができる。また、光ファイバ１３の端面角度を全反射角にするか、全反射ミラーを配置または形成すると、光ファイバ１３の端面でのs偏光成分の損失を生じないのでより好ましい。
【００６２】
本実施例においては、ファイバ端面角度をブリュースター角とした場合を例に挙げて説明したが、ファイバ端面角はブリュースター角でなくても良く、例えば全反射角度を利用すれば、全反射ミラーとして使用することができる。またある角度での透過率や反射率を利用すれば、部分反射ミラーとして使用することができるし、透過率や反射率の偏波依存性を利用すれば偏波依存性をもつミラーとしても使用できる。
光ファイバーの種類も図４の実施例と同様でなくても良く、さらに本実施例の中でも例を挙げたように、各種の光学素子やファイバ端面の特性を組み合わせた構成としても良い。
【００６３】
また、上記各実施例は光ファイバの端面を斜めに研磨する例としてその軸線に対して特定の角度に加工する場合を説明しているが、本発明は前記軸線に平行でなければ如何なる角度に加工したものであっても良い。
【００６４】
また、本発明の実施例はいずれも第１乃至第３の光ファイバを用い、各光ファイバを平行に配置した場合のみを説明しているが、本発明は本発明の構成要素を満足する範囲において、その他の光ファイバの本数や配置を用いた、例えば図１０、図１１に示すような構成であっても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施例を示す要部縦断面図。
【図２】図１に示す要部横断面図。
【図３】各種モードフィールド径におけるビームウエスト間距離に対する結合損失を示す特性図。
【図４】本発明の他の実施例を示す要部縦断面明図。
【図５】本発明の更に他の実施例を示す要部縦断面図
【図６】一般的な光通信システムの一例を示す模式図。
【図７】図６に示す光通信システムの要部模式図。
【図８】従来の一例を示す要部縦断面図。
【図９】従来の他の例を示す要部縦断面図。
【図１０】従来の更に他の例を示す要部縦断面図。
【図１１】従来の更に他の例を示す要部縦断面図。
【図１２】従来の更に他の例を示す要部縦断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１１    光ファイバ
１２    光ファイバ
１３    光ファイバ
１４    光ファイバ
１５    光ファイバ
１６    光ファイバ
１７    光ファイバ
５１    光学素子
５２１    第二光学素子
５２２    第二光学素子
５２３    第二光学素子
５３１    光学素子
５３２    光学素子
５３３    光学素子
６０    筐体
【図１】
2006171508.tif 000003
【図２】
2006171508.tif 000004
【図３】
2006171508.tif 000005
【図４】
2006171508.tif 000006
【図５】
2006171508.tif 000007
【図６】
2006171508.tif 000008
【図７】
2006171508.tif 000009
【図８】
2006171508.tif 000010
【図９】
2006171508.tif 000011
【図１０】
2006171508.tif 000012
【図１１】
2006171508.tif 000013
【図１２】
2006171508.tif 000014