(57)【要約】【課題】  成膜を容易に行うこと、また製造時の歩留まりを大幅に向上させること、さらに、膜応力による接合面の剥離や接着不良が発生することがない光合分波素子を提供する。【解決手段】  断面形状が平行四辺形状のガラス材２からなり、最も波長が短い１．３１μｍ帯の光を透過し、且つ、１．３１μｍ帯の光より長い１．４９μｍ帯の光と１．５５μｍ帯の光を反射するＳＷＰＦ膜３を成膜したプリズム１と、断面形状が平行四辺形状のガラス材からなるプレート板５の両主面に１．４９μｍ帯の光を透過し、且つ、１．５５μｍ帯の光を反射するＳＷＰＦ膜６、７それぞれ成膜したプレート１０とを備え、プリズム１にプレート１０を接着するようにした。【選択図】      図１
2006208701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの異なる波長の光を合分波することができる光合分波素子であって、
断面形状が略平行四辺形状のガラス材の接合面に最も波長が短い第１波長光を透過し、且つ、該第１波長光より長い第２波長光と該第２波長光より長い第３波長光を反射する第１波長分離膜を成膜したプリズムと、断面形状が略平行四辺形状のガラス材の両主面に、夫々前記第２波長光を透過し、且つ、前記第３波長光を反射する第２波長分離膜を成膜したフィルタ部材と、を備え、前記プリズムの前記第３波長光の出射面側に前記フィルタ部材を配置したことを特徴とする光合分波素子。
【請求項２】
前記フィルタ部材は、前記プリズムの前記第３波長光の出射面に接着したことを特徴とする請求項１に記載の光合分波素子。
【請求項３】
前記プリズムには、前記第１波長光を透過する反射防止膜を成膜したことを特徴とする請求項１または２に記載の光合分波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重光通信に用いられる光部品に組み込まれ、３つ以上の波長の光を合分波する光合分波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光伝送方式には波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式が導入されており、その中の１つに光ファイバによる家庭向けのデータ通信サービスであるＦＴＴＨ（Fiber To The Home）が知られている。
図４は、従来のＦＴＴＨシステムの構成を説明する説明図であり、同図（ａ）はＦＴＴＨシステムの概要を示した図、同図（ｂ）（ｃ）は同図（ａ）に示すＦＴＴＨシステムにおいて利用される光合分波器の構造をそれぞれ示した図である。
図４（ａ）に示すようなＦＴＴＨシステムは、通信センタ５１側の光合分波器５２と、ユーザ宅５３側の光合分波器５４とが光ファイバケーブル５５により接続される。このようなシステムでは、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇｒｉｄ９８３．３に準拠した３つの波長帯（１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯）の光が使用される。１．３１μｍ帯の光は、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの光であり、家庭内の設置された端末機器から基地局側への上り信号に利用される。また１．４９μｍ帯の光は、１４８０ｎｍ〜１５００ｎｍの光であり、基地局側から端末機器への下り信号に利用される。また１．５５μｍ帯の光は、１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの光であり、下り信号の映像信号として利用される。
光ファイバによるデータ通信において利用される光信号は、データ通信用上り１．３１μｍ帯が直線偏光光、データ通信用下り１．４９μｍ帯がランダム偏光光、映像信号用１．５５μｍ帯がランダム偏光光とされるのが一般的である。
【０００３】
ここで、ユーザ側で使用される光合分波器の一例を図４（ｂ）に示す。
この図４（ｂ）に示す光合分波器は、光ファイバ６１から１．４９μｍ帯の光と映像信号用１．５５μｍ帯の光を入射すると、コリメータレンズ６２により平行光に変換し、誘電体多層膜フィルタ６３により１．５５μｍ帯の光を反射する。この反射光は再度コリメータレンズ６２を通って光ファイバ６４に結合され、図示しない映像信号受信用の受信装置に伝送される。
一方、１．４９μｍ帯の光は、誘電体多層膜フィルタ６３、コリメータレンズ６５を透過して光ファイバ６６に結合され、図示しない加入者装置に伝送される。また加入者装置からは上り信号として１．３１μｍ帯の光が出射され、コリメータレンズ６５、誘電体多層膜フィルタ６３、コリメータレンズ６５の順に透過して光ファイバ６１に結合され、最終的には通信センタ５１に伝送される。
ところで、ユーザによっては、ＦＴＴＨシステムをインターネット等のデータ通信のみに利用することもあり、その場合は映像信号用１．５５μｍ帯を必要としない。そのような場合には図４（ｃ）に示すようにプリズム１０１の近傍に１．５５μｍ帯の光をカットするフィルタ１０２を配置するようにしていた。
しかしながら、共に下り信号である１．５５μｍ帯の光と１．４９μｍ帯の光はランダム偏光光であり、また１．４９μｍ帯／１．５５μｍ帯のアイソレーションは４０ｄＢ以上確保する必要があるので、図４（ｃ）のプリズム１０１とフィルタ１０２により１．５５μｍをカットするには様々な問題があった。それらの問題について、以下詳細に説明する。
【０００４】
図５は１．５５μｍ帯の光を遮断することができる光合分波素子の構成例を示した図である。
この図５（ａ）に示す光合分波素子は、プリズム１０１の１．５５μｍ帯の光を出射する出射面に１．４９μｍ帯の光だけを通すＢＰＦ（Band Pass Filter）膜１０２を成膜するようにしている。
この場合、１．４９μｍ帯の光は、プリズム１０１の接合面１０１ａにより反射されてＢＰＦ膜１０２に導かれ、このＢＰＦ膜１０２を透過して出射される。
一方、１．３１μｍ帯の光はプリズム１０１の接合面１０１ａを介して出射されると共に、その光の一部は接合面１０１ａ、プリズム１０１の上面により反射されてＢＰＦ膜１０２に導かれるが、ＢＰＦ膜１０２によりカットすることができる。また１．５５μｍ帯の光も接合面１０１ａにより反射されてＢＰＦ膜１０２に導かれるが、上記同様、ＢＰＦ膜１０２によりカットすることができる。
また図５（ｂ）に示す光合分波素子は、プリズム１０１の１．５５μｍ帯の光を出射する出射面に１．４９μｍ帯の光を透過し、且つ、１．５５μｍ帯の光を遮断するＳＷＰＦ（Short Wave Pass Filter）膜１０３を成膜するようにしている。また、プリズム１０１のＳＷＰＦ膜１０３の成膜面と対向する面に１．３１μｍ帯の光の反射を防止する反射防止膜１０４を成膜するようにしている。
この場合も、上記同様、１．４９μｍ帯の光はプリズム１０１の接合面１０１ａにより反射され、ＢＰＦ膜１０２を透過して出射される。また１．３１μｍ帯の光の一部は接合面１０１ａにより反射されるが、その反射方向には反射防止膜１０４が成膜されていることから、接合面１０１ａにより反射された１．３１μｍ帯の光は反射防止膜１０４を介して外部に出射することができる。また１．５５μｍ帯の光は、上記同様、接合面１０１ａにより反射されてＢＰＦ膜１０２に導かれるが、ＢＰＦ膜１０２によりカットすることができる。
また図５（ｃ）に示す光合分波素子は、プリズム１０１とは別にフィルタ部材１０５を設けるようにしている。フィルタ部材１０５は、プリズム１０１と対向する側と反対側のプレート１０６の表面に上記したＳＷＰＦ１０３と、プリズム１０１と対向する側のプレート１０６の表面に１．４９μｍ帯の光を透過し且つ１．３１μｍ帯の光をカットするＬＷＰＦ（Long Wave Pass Filter）膜１０７を成膜するようにしている。
この場合、１．４９μｍ帯の光は、プリズム１０１の接合面１０１ａにより反射され、プレート１０６の表面に成膜したＳＷＰＦ１０３及びＬＷＰＦ膜１０７を透過して出射される。
これに対して、１．３１μｍ帯の光はプレート１０６の表面に成膜したＬＷＰＦ膜１０７によりカットすることができ、また１．５５μｍ帯の光はプレート１０６の表面に成膜したＳＷＰＦ１０３によりカットすることができる。
なお、３つの波長の光を合分波することができる光部品及び光部品を用いた光モジュールに関する技術は特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２４３９７４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、上記図５（ａ）に示したように、プリズム１０１にＢＰＦ膜１０２を成膜するには膜層数が１２０層程度必要になるため、成膜が困難であった。またプリズム１０１にＢＰＦ膜１０２を直接成膜する必要があるため、成膜不良が光合分波素子の不良に直結して光合分波素子の歩留まりの低下を招いていた。さらにＢＰＦ膜１０２の膜応力によってプリズム１０１の接合面１０１ａの両端における荷重（膜応力）Ｆ１、Ｆ２に差が生じて接合面１０１ａが剥離するおそれがあった。
また上記図５（ｂ）に示したように、プリズム１０１にＳＷＰＦ膜１０３を成膜するには膜層数が１００層程度必要になるため、成膜が困難であった。また、この場合もプリズム１０１にＳＷＰＦ膜１０３を直接成膜する必要があるため、上記同様、成膜不良が光合分波素子の不良に直結して光合分波素子の歩留まりの低下を招いていた。さらにこの場合は、ＳＷＰＦ膜１０３を成膜するのに必要な膜層数（１００層）と、反射防止膜１０４を成膜するのに必要な膜層数（４層）とは大きく違うため、プリズム１０１の接合面１０１ａの両端における荷重（膜応力）Ｆ１、Ｆ２に差が生じ、プリズム１０１の接合面１０１ａが剥離するおそれがあった。
また図５（ｃ）に示したように、プレート１０６の表面にＳＷＰＦ１０３を成膜する場合もＳＷＰＦ膜１０３の膜層数が１００層程度必要になるため成膜が困難であった。またＬＷＰＦ膜１０７の膜層数（３０層）とＳＷＰＦ１０３の膜層数（１００層）の違いにより、図６（ａ）に示すようにプレート１０６に歪みが発生し、フィルタ部材１０５をプリズム１０１に接着する場合にプレート１０６の歪みにより、プリズム１０１とフィルタ部材１０５との接着不良が発生するおそれがあった。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みて成されたものであり、成膜を容易に行うことができ、製造時の歩留まりを大幅に向上させることができる光合分波素子を提供することを目的とする。また膜応力による接合面の剥離や接着不良が発生することがない光合分波素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、３つの異なる波長の光を合分波することができる光合分波素子であって、
断面形状が略平行四辺形状のガラス材の接合面に、最も波長が短い第１波長光を透過し、且つ、該第１波長光より長い第２波長光と該第２波長光より長い第３波長光を反射する第１波長分離膜を成膜したプリズムと、断面形状が略平行四辺形状のガラス材の両主面に、夫々前記第２波長光を透過し、且つ、前記第３波長光を反射する第２波長分離膜を成膜したフィルタ部材と、を備え、前記プリズムの前記第３波長光の出射面側に前記フィルタ部材を配置したことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光合分波素子において、前記フィルタ部材は、前記プリズムの前記第３波長光の出射面に接着したことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光合分波素子において、前記プリズムには、前記第１波長光を透過する反射防止膜を成膜したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プリズムの接合面に最も波長が短い第１波長光を透過し且つこの第１波長光より長い第２波長光と、第２波長光より長い第３波長光を反射する第１波長分離膜を成膜すると共に、フィルタ部材を構成するガラス部材の両主面に夫々第２波長光を透過し、且つ、第３波長光を反射する第２波長分離膜を成膜するようにしているので、フィルタ部材の一つの面に成膜する第２波長分離膜の膜層数を少なくすることができる。これにより、第２波長分離膜の成膜を容易に行うことができ、製造時の歩留まりを大幅に向上させることができるようになる。
またフィルタ部材を構成するガラス部材の両主面には、同程度の厚さの膜を成膜することができるため、膜応力によりガラス部材に歪みが発生するのを防止することができ、プリズムとフィルタ部材との接着不良を防止することができる。
さらにプリズムに直接成膜される反射防止膜は、その膜層数は数層で良いため、膜応力によりプリズムの接合面が剥離するのを防止すうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の光合分波素子の実施形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る光合分波素子の概略構成を示した図である。
この図１に示す光合分波素子は、プリズム１にフィルタ部材であるプレート１０を接着して形成するようにしている。
プリズム１は、角度θ（例えばθ＝６°）の角度を有したガラス部材２からなり、その断面形状は平行四辺形である。プリズム１の接合面にはＳＷＰＦ膜３が成膜されている。ＳＷＰＦ膜３は、例えば図２に示すように１．３１μｍ帯の光（第１波長光）を透過すると共に、１．４９μｍ帯の光（第２波長光）及び１．５５μｍ帯の光（第３波長光）を反射するような特性を有している。このようなＳＷＰＦ膜３は、シリコン（Ｓｉ）と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とを組み合わせた材料を約２５層成膜することにより形成している。
またプリズム１の上面には１．３１μｍ帯の光が反射しないように１．３１μｍ帯の光の反射を防止する反射防止膜４が成膜されている。なお、反射防止膜４は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とを組み合わせた材料を約４層成膜することにより形成している。
プレート１０はガラス板５からなり、その両主面には、同じ特性を有するＳＷＰＦ膜６とＳＷＰＦ膜７を成膜するようにしている。これらＳＷＰＦ膜６、７は、例えば図３に示すように１．４９μｍ帯の光を透過すると共に、１．５５μｍ帯の光を反射するような特性を有している。これらＳＷＰＦ膜６、７は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とを組み合わせた材料を、夫々約４０層成膜することにより形成することができる。
但し、実際には、これらＳＷＰＦ膜６、７のうち、ＳＷＰＦ膜６は空気とガラスとの間にあり、ＳＷＰＦ膜７はガラス間に配置されることから、これを考慮して両膜の機能が同一となるような構造にする必要がある。
【０００９】
このように構成した本実施の形態の光合分波素子においては、プリズム１に入射される１．３１μｍ帯の光は、プリズム１の接合面に成膜されているＳＷＰＦ膜３の膜面３ａを透過して出射される。また１．３１μｍ帯の光の一部はＳＷＰＦ膜３の膜面３ａにより反射されて反射防止膜４を透過して出射される。
またプリズム１に入射される１．４９μｍ帯の光は、ＳＷＰＦ膜３の膜面３ａにより反射され、ガラス板５の両主面に成膜されているＳＷＰＦ膜７及びＳＷＰＦ膜６を透過して出射される。
一方、プリズム１に入射される１．５５μｍ帯の光は、ＳＷＰＦ膜３の膜面３ａにより反射された後、さらにＳＷＰＦ膜７の膜面７ａにより反射される。このＳＷＰＦ膜７の膜面７ａにより反射された１．５５μｍ帯の光は、戻り光としてＳＷＰＦ膜３の膜面３ａ方向に向かい、膜面３ａにより再び反射されることになるが、本実施の形態ではプリズム１が角度θを有した構造であるため、ＳＷＰＦ膜３の膜面３ａにおいて反射した戻り光はプレート１０へ戻ることなく外部へ出射されることになる。これにより、１．５５μｍ帯の戻り光が、１．４９μｍ帯の光に干渉するといったことがない。
またＳＷＰＦ膜７へ入射した１．５５μｍ帯の光の一部は、ＳＷＰＦ膜７の膜面７ａを透過してＳＷＰＦ膜６の膜面６ａに到達するが、到達した１．５５μｍ帯の光はＳＷＰＦ膜６の膜面６ａによりＳＷＰＦ膜７の膜面７ａ方向へ反射される。そして、この光はＳＷＰＦ膜７の膜面７ａとＳＷＰＦ膜６の膜面６ａとの間で幾度も反射を繰り返すうちに熱に変換されて消滅することになる。
従って、このような本実施の形態の光合分波素子によれば、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇｒｉｄ９８３．３に準拠した３つの波長帯（１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯）の光のうち、１．５５μｍ帯の光をカットすることができるようになる。
【００１０】
また、本実施の形態の光合分波素子では、ガラス板５の両面にそれぞれ１．４９μｍ帯の光を透過し、且つ、１．５５μｍ帯の光を反射する特性を有するＳＷＰＦ膜６、７を成膜しているので、ガラス板５に成膜するＳＷＰＦ膜６、７の膜層数が４０層程度で済むことになる。つまり、従来のようにＳＷＰＦ膜を１つ膜面により成膜する場合は、その膜層数が１００層程度必要であったのに対して、本実施の形態のようにガラス板５の両主面にＳＷＰＦ膜を成膜すれば、その膜層数が半分以下にすることができる。従って、ＳＷＰＦ膜の成膜を容易に行うことができ、製造時の歩留まりを大幅に向上させることができるようになる。
さらに、本実施の形態の光合分波素子においては、ガラス板５の両主面に同機能を有するＳＷＰＦ膜６、７を成膜するようにしている。この場合、ガラス板５の両側に成膜する膜構造に大きな差がないので、従来のように膜応力によりガラス板５に歪みが発生することがないので、プレート１０をプリズムに接着したときに接着不良が発生することがない。
また、プリズム１に直接成膜するのは膜層数の少ない反射防止膜４だけなので、膜応力によりプリズム１の接合面が剥離するといったこともない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態としての光合分波素子の概略構成を示した図。
【図２】ＳＷＰＦ膜のフィルタ特性を示した図。
【図３】ＳＷＰＦ膜のフィルタ特性を示した図。
【図４】従来のＦＴＴＨサービスに使用される光合分波素子の構成を示した図。
【図５】従来の光合分波素子の構成例を示した図。
【図６】従来の光合分波素子の問題点を説明するための図。
【符号の説明】
【００１２】
１  プリズム、２  プレート、３、６、７  ＳＷＰＦ膜、４  反射防止膜、３ａ、６ａ、７ａ  膜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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