(57)【要約】【課題】開口数の大きな光ファイバを用いても小型で波長分離特性のよいデマルチプレクサを実現すること【解決手段】２層以上のコアを有し、中心部に光の進行方向に対してコア径が減少するコアを配した拡がり角低減光導波路３４により、光ファイバ１０のコア径とほぼ同じ光ビーム幅を有したままチャープ型回折格子１４の格子ベクトルを含む面内の拡がり角度を低減して、チャープ型回折格子１４に照射する。【選択図】図１
2006106406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された光ビームが入射する光入射部と、前記光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、前記光路で伝送される光ビームを照射して波長ごとに光信号を分離する回折格子とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記光入射部と前記回折格子との間の前記光路中に前記回折格子の格子ベクトルを含む面内において光ビームの拡がり角を低減する拡がり角低減手段を具備し、
前記拡がり角低減手段で拡がり角度を低減した光ビームについて、前記回折格子の溝方向の拡がり角度を低減する集光手段を有し、
前記拡がり角低減手段及び前記集光手段により拡がり角度が低減した光ビームを前記回折格子に照射することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項２】
請求項１に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記回折格子が略平面上に形成されたチャープ型であることを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項３】
請求項１に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記拡がり角低減手段が光導波路構造を有し、前記光導波路構造は、光ビームの進行方向についてコア径が減少するテーパ形状のコアを有し、前記コアの屈折率が周囲の屈折率よりも高いことを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項４】
請求項３に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記光入射部にグレーテッドインデックス型のマルチモード光ファイバを接続し、光ビームを入射することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項５】
請求項１に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記回折格子で分離された光ビームを波長ごとに集光する複数のテーパ導波路部を有することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項６】
請求項５に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記拡がり角低減手段により拡がり角度を低減した方向について、前記テーパ導波路部が光ビームに進行方向についてコア径が減少するテーパ形状を有する光導波路構造を有していることを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項７】
請求項６に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記テーパ導波路部からの光ビームの間隔を変換する曲率を有した光導波路構造のピッチ変換手段を有することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項８】
請求項５から７に記載のデマルチプレクサにおいて、
複数の光検出器を有し、前記光検出器を用いて波長ごとに分離された光ビームを受光することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項９】
請求項８に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記光検出器にレンズアレイを用いて光結合することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１０】
請求項５から７に記載のデマルチプレクサにおいて、
波長ごとに分離された光信号を複数の光ファイバに結合することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１１】
波長多重された光ビームが入射する光入射部と、前記光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、前記光路で伝送される光ビームを照射して波長ごとに光信号を分離する回折格子とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記光入射部と前記回折格子との間の前記光路中に前記回折格子の格子ベクトルを含む面内において光ビームの拡がり角を低減する拡がり角低減手段を具備し、
前記光入射部における光ビームの径と、前記拡がり角低減手段から出射される光ビームの拡がり角低減方向の幅が略等しいことを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１２】
請求項１１に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記回折格子がチャープ型であることを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１３】
請求項１１に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記回折格子で回折した光ビームを集光する集光手段と、前記集光手段で集光された光ビームが結合される受光用光導波路とを有し、
前記受光用光導波路が、スラブ導波路部と光進行方向にコア径が減少する複数のテーパ導波路部とを有することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１４】
請求項１３に記載のデマルチプレクサにおいて、
前記スラブ導波路部に接続して、光ビームの間隔を変換する曲率を有した光導波路構造を有するピッチ変換手段を有することを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１５】
波長多重された光ビームが入射する光入射部と、前記光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、前記光路で伝送される光ビームを照射して波長ごとに光信号を分離する回折格子とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記光入射部に光ファイバを設け、
前記光入射部と前記回折格子との間の前記光路中に前記回折格子の格子ベクトルを含む面内において光ビームの拡がり角を低減する拡がり角低減手段を具備し、
前記光ファイバのコア径をｄ、開口数をＮＡf、前記拡がり角低減手段の拡がり角度低減方向のコア幅をＤ、前記拡がり角低減手段から出射される光線の拡がり角度をφとしたときに、次式(12)の関係を満たす
【数１２】
2006106406.tif 000019
ことを特徴とするデマルチプレクサ
【請求項１６】
複数のコアを有する拡がり角低減光導波路において、
少なくとも一つコアがテーパ形状を有する第１のコアを有し、
前記複数のコアの屈折率が、中心部から外周部にかけて順次減少することを特徴とする拡がり角低減光導波路
【請求項１７】
請求項１６に記載の拡がり角低減光導波路において、
前記第1のコアの広い側の幅Ｄ、前記光導波路のコア全体の幅をＷとしたときに、Ｄ／Ｗが０．２以上０．５以下であることを特徴とする拡がり角低減光導波路
【請求項１８】
請求項１６に記載の拡がり角低減光導波路において、
前記第1のコアの屈折率をｎ1、前記第1のコアに接する第２のコアの屈折率をｎ2、前記第1のコアに入射する光線の最大の開口数をＮＡfとしたときに、前記第１のコアのテーパ角度αが、次式(9)を満たす
【数９】
2006106406.tif 000020
ことを特徴とする拡がり角低減光導波路
【請求項１９】
請求項１６に記載の拡がり角低減光導波路において、
前記第1のコアの屈折率をｎ1、前記第1のコアに接する第２のコアの屈折率をｎ2としたときに、次式(11)を満たす
【数１１】
2006106406.tif 000021
ことを特徴とする拡がり角低減光導波路
【請求項２０】
信号伝送用光ファイバとの接合部と、デマルチプレクサと、前記デマルチプレクサの光検出器アレイからの信号を増幅し、波形整形する受信回路とを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、
前記接合部と前記デマルチプレクサとを接続するマルチモード光ファイバを備え、
前記デマルチプレクサとして請求項１から１５に記載のいずれか一つのデマルチプレクサを用いることを特徴とする波長多重光伝送モジュール
【請求項２１】
信号伝送用光ファイバとの接合部と、デマルチプレクサと、前記デマルチプレクサの光検出器アレイからの信号を増幅し、波形整形する受信回路と、光源アレイと、前記光源アレイを駆動する送信回路と、前記光源アレイからの光信号を合波するマルチプレクサとを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、
前記接合部と前記デマルチプレクサとを接続するマルチモード光ファイバと、前記接合部と前記マルチプレクサとを接続するシングルモード光ファイバとを備え、
前記デマルチプレクサとして請求項１から１５に記載のいずれか一つのデマルチプレクサを用いることを特徴とする波長多重光伝送モジュール
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長を波長ごとに分離する光学デバイスに関し、特に、光ファイバを用いて送信された波長多重光信号を回折格子により分波するデマルチプレクサと、このデマルチプレクサに用いる光導波路及びこのデマルチプレクサを用いる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】
下記特許文献１には、不等周期平面回折格子がスラブ導波路に配置され、光ファイバからの入射光を、スラブ導波路を通して回折格子で分波し、出射光ガイド導波路に集光して出射する光通信用分波器が開示されている。同様な技術は、下記非特許文献１及び非特許文献２にも開示されている。
【０００３】
これら背景技術においては、入射用の光ファイバ又は光導波路の幅よりも出射用の光ファイバ又は光導波路の幅を大きくすることにより、取り出す波長の透過帯域を広くしている。
【０００４】
しかし、入射側よりも出射側の光ファイバ又は光導波路の幅が大きいため、出射側において光検出器で受光する場合には、光検出器の受光部径を入射側の光ファイバ又は光導波路の幅よりも十分に大きくする必要があった。
【０００５】
そのため、高速な光信号を受光するために受光径の小さな光検出器を用いる必要がある場合には、入射側に、例えば、シングルモードの光ファイバ又は光導波路を用いる必要があった。また、入射用の光ファイバと同種の光ファイバから取り出すことができなかった。
【０００６】
分波した光信号を入射用の光ファイバと同種の光ファイバから取り出すという課題に対して、下記特許文献２に、光デマルチプレクサ及び光マルチプレクサに使用可能な光デバイスとして、複数の波長成分を含む光ビームを放射する出力端を有する第１の光ファイバと、放射された光ビームをコリメートビームに変換するレンズと、コリメートビームを波長成分毎に異なる方向に伝搬する複数の分光ビームに分離して出力する回折格子と、分光ビームの各々が集束させられて結合する入力端をそれぞれ有した複数の第２の光ファイバとを備え、第１の光ファイバは出力端の近傍で拡大されている第１のコアを有し、第２の光ファイバの各々は入力端の近傍で拡大されている第２のコアを有しており、第１のコアの径を第２のコアの径よりも小さしたことにより第１の光ファイバと第２の光ファイバとの結合効率の波長依存性を小さくした光デバイスが開示されている。
【０００７】
この背景技術により、第１のシングルモード光ファイバから入射し分波した光信号を第２のシングルモード光ファイバから取り出すことができ、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間の結合効率の波長依存性において、結合効率の平坦な領域が拡大された。しかし一方で、結合効率の最大値が減少するという問題点が生じた。
【０００８】
特に、背景技術をシングルモード光ファイバに比べてコア径及び開口数が格段に大きなマルチモード光ファイバに適用しようとすると、さらに結合効率が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
なお、下記特許文献３には、光導波路に関して、コアの外周に、コアの屈折率よりも低い屈折率を有する下部クラッドと上部クラッドから構成されたクラッドが配置され、コア及びクラッドがポリマの材料からなるポリマ光導波路及びその製造方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−２２３７１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１１７１６７号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８０７７号公報
【非特許文献１】アプライドオプティクス誌(Applied Optics)２１巻２１９５頁（１９８２年）
【非特許文献２】信学技報ＯＭＥ２００２−７２巻３５頁（２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、開口数の大きな光ファイバを用いても波長分離特性のよいデマルチプレクサと、このデマルチプレクサに用いる光導波路及びこのデマルチプレクサを用いた波長多重光伝送デバイスを実現することである。
【００１２】
さらに、本発明の別の解決しようとする課題は、入射ビームの波長変動が大きい場合にも、高速変調された光信号を受信できる小型なデマルチプレクサ、このデマルチプレクサに用いる光導波路及びこのデマルチプレクサを用いた波長多重光伝送デバイスを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のマルチプレクサは、波長多重された光ビームが入射する光入射部と、前記光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、前記光路で伝送される光ビームを照射して波長ごとに光信号を分離する回折格子とを有するデマルチプレクサにおいて、前記光入射部と前記回折格子との間の前記光路中に前記回折格子の格子ベクトルを含む面内において光ビームの拡がり角を低減する拡がり角低減手段を具備し、前記拡がり角低減手段で拡がり角度を低減した光ビームについて、前記回折格子の溝方向の拡がり角度を低減する集光手段を有し、前記拡がり角低減手段及び前記集光手段により拡がり角度が低減した光ビームを前記回折格子に照射することを特徴とする。
【００１４】
なお、前記回折格子は、略平面上に形成されたチャープ型の回折格子が望ましい。
【００１５】
また、本発明のデマルチプレクサは、波長多重された光ビームが入射する光入射部と、前記光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、前記光路で伝送される光ビームを照射して波長ごとに光信号を分離する回折格子とを有するデマルチプレクサにおいて、前記光入射部と前記回折格子との間の前記光路中に前記回折格子の格子ベクトルを含む面内において光ビームの拡がり角を低減する拡がり角低減手段を具備し、前記光入射部における光ビームの径と、前記拡がり角低減手段から出射される光ビームの拡がり角低減方向の幅が略等しいことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明のデマルチプレクサは、波長多重された光ビームが入射する光入射部と、前記光入射部に入射した光ビームを伝送する光路と、前記光路で伝送される光ビームを照射して波長ごとに光信号を分離する回折格子とを有するデマルチプレクサにおいて、前記光入射部に光ファイバを設け、前記光入射部と前記回折格子との間の前記光路中に前記回折格子の格子ベクトルを含む面内において光ビームの拡がり角を低減する拡がり角低減手段を具備し、前記光ファイバのコア径をｄ、開口数をＮＡf、前記拡がり角低減手段の拡がり角度低減方向のコア幅をＤ、前記拡がり角低減手段から出射される光線の拡がり角度をφとしたときに、次式(12)の関係を満たすことを特徴とする。
【数１２】
2006106406.tif 000003
【００１７】
次に、本発明の光導波路は、複数のコアを有する拡がり角低減光導波路において、少なくとも一つコアがテーパ形状を有する第１のコアを有し、前記複数のコアの屈折率が、中心部から外周部にかけて順次減少することを特徴とする。
【００１８】
前記第1のコアの広い側の幅Ｄ、前記光導波路のコア全体の幅をＷとしたときに、Ｄ／Ｗが０．２以上０．５以下であることが望ましい。
【００１９】
また、前記第1のコアの屈折率をｎ1、前記第1のコアに接する第２のコアの屈折率をｎ2、前記第1のコアに入射する光線の最大の開口数をＮＡfとしたときに、前記第１のコアのテーパ角度αが、次式(9)を満たすことが望ましい。
【数９】
2006106406.tif 000004
【００２０】
さらに、前記第1のコアの屈折率をｎ1、前記第1のコアに接する第２のコアの屈折率をｎ2としたときに、次式(11)を満たすことが望ましい。
【数１１】
2006106406.tif 000005
【００２１】
次に、本発明の波長多重光伝送モジュールは、信号伝送用光ファイバとの接合部と、デマルチプレクサと、前記デマルチプレクサの光検出器アレイからの信号を増幅し、波形整形する受信回路とを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、前記接合部と前記デマルチプレクサとを接続するマルチモード光ファイバを備え、前記デマルチプレクサとして本発明に係るデマルチプレクサを用いることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の波長多重光伝送モジュールは、信号伝送用光ファイバとの接合部と、デマルチプレクサと、前記デマルチプレクサの光検出器アレイからの信号を増幅し、波形整形する受信回路と、光源アレイと、前記光源アレイを駆動する送信回路と、前記光源アレイからの光信号を合波するマルチプレクサとを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、前記接合部と前記デマルチプレクサとを接続するマルチモード光ファイバと、前記接合部と前記マルチプレクサとを接続するシングルモード光ファイバとを備え、前記デマルチプレクサとして本発明に係るデマルチプレクサを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のデマルチプレクサは、光ファイバから出射されるビームの幅をほぼ保ったままビームの拡がり角度を低減する光導波路を設けたため、開口数の大きな光ファイバを用いても光損失を低減でき、波長分離特性のよいデマルチプレクサを提供できる。
【００２４】
さらに、小型なデマルチプレクサにおいても受光径の小さな光検出器を離して設置でき、高速変調された光信号を受信できるという利点がある。
【００２５】
本発明に用いたデマルチプレクサに入力する光信号は、必ずしも変調されていなくてもよく、また同時に複数の波長を含まなくてもよいため、単に波長を分離して光強度を検出又は光信号を分離して取り出す分光器にも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
開口数の大きな光ファイバを用いてもデマルチプレクサの波長分離特性を良くするために、光ファイバから出射されるビームの幅をほぼ保ったままビームの拡がり角度を低減する光導波路を用いた。以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の一実施例の上面図である。波長多重化されて伝送してきた光信号は、光伝送媒体である光ファイバ１０から出射され、デマルチプレクサ１に入射される。本実施例においては、４波長多重する場合について示している。光ファイバ１０の端面を光入射部とし、拡がって入射された入射光線３０は、拡がり角低減手段として用いた拡がり角低減光導波路３４により波長分離手段であるチャープ型回折格子１４の格子溝に対して垂直な方向（格子ベクトルを含むｘ−ｙ面内）の拡がり角度を低減される。さらに、集光手段としてのシリンドリカルレンズ１２ａによりチャープ型回折格子１４の格子溝方向（ｚ方向）の拡がりが低減され、この方向についてほぼ平行光となり、チャープ型回折格子１４に照射される。
【００２８】
チャープ型回折格子１４には、平行な直線格子溝を持ち格子ピッチをチャープ化した平面回折格子を用いた。チャープ型回折格子１４はｘ−ｙ面内において拡がって入射した入射光線３０を回折し集光するように格子間隔を変化させており、チャープ型回折格子１４で回折された出射光線３２は波長により異なる位置に集光される。
チャープ型回折格子１４により回折し集光された光線は、集光手段としてのシリンドリカルレンズ１２ｂによりチャープ型回折格子１４のｚ方向について受光用光導波路２０に入射するように入射端面に集光される。
【００２９】
受光用光導波路２０は、入射部側にスラブ導波路部２２、その後段にテーパ導波路部２４とピッチ変換導波路部２５を有している。スラブ導波路部２２に入射した光線は、ｚ方向についてはスラブ導波路に閉じ込められて伝搬し、スラブ導波路の面（ｘ−ｙ面）内についてはチャープ型回折格子１４の集光作用により、波長帯ごとに設けられたテーパ導波路２４との接合部２３に集光される。
【００３０】
分離集光された光線は、それぞれの波長帯に対応するテーパ導波路部２４に入射し、ピッチ変換導波路部２５を通り、それぞれの波長帯に対応した受光部を有する光検出器アレイ２６により検出される。
【００３１】
光導波路基板２８上には、回折格子面１６を有するチャープ型回折格子１４、拡がり角低減光導波路３４、集光手段としてのシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂ、受光用光導波路２０が固定されている。
【００３２】
図２（ａ）は、拡がり角低減光導波路３４の実施例の上面図であり、図２（ｂ）はＡ−Ａ’面での側面図である。拡がり角低減光導波路３４は、中心部に設けられた第１コア３６と、この第１コア３６の外側に設けられた第２コア３８と、第１コア３６と第２コア３８を覆うクラッド４０よりなっている。
【００３３】
第１コア３６の屈折率は、第２コアの屈折率よりも大きくした。第１コア３６は、ｘ−ｙ面内においては、光入射側から出射側にかけてコア幅が減少するテーパ形状をしており、高さ方向については一定の厚さとしている。一方、第２コア３８は一定の断面形状とした。
本実施例においては、第１コア３６の上面及び下面には第２コア３８を形成せず、第１コア３６とクラッド４０が直接接するようにして光導波路構造とした。光ファイバ１０には、グレーテッドインデックス型（以下、単に「ＧＩ型」という。）のマルチモード光ファイバを用いた。第２コア３８は、光ファイバコア４２よりも大きくなるように寸法を定めた。
【００３４】
ＧＩ型マルチモード光ファイバを用いたため、光ファイバコア４２の中心部から出射される光線は拡がり角が大きく、外周部にかけて出射される光線の最大拡がり角度は減少している。その結果、光ファイバコア４２の中心部から出射される拡がり角の大きな光線は第１コア３６に入射し、第２のコア３８に入射する光線の拡がり角度は小さい。
【００３５】
第１コア３６に入射した光線のうち、拡がり角度が大きく第１コア３６と第２コア３８との界面３９に臨界角度よりも小さな入射角度をもって入射する光線は、界面３９を透過する。テーパを持った界面３９を透過するために、透過した光線の拡がり角度は低下する。
【００３６】
図３に示したように、光線の角度を光軸方向に対する角度とすると、界面３９に臨界角度で入射する光線の角度θ1cは、次式(1)で表される。
【数１】
2006106406.tif 000006
ここで、ｎ1は第１コアの屈折率、ｎ2は第２コアの屈折率を示す。
【００３７】
このとき、次式(2)となる光線は、第１コア３６から第２コア３８に透過する。
【数２】
2006106406.tif 000007
【００３８】
透過後の光線の角度θ2は、ｎ2cos(θ2＋α)＝ｎ1cos(θ1＋α)であるから、次式(3)となり、θ2＜θ1であるから、拡がり角度が減少する。
【数３】
2006106406.tif 000008
【００３９】
この光線が、拡がり角低減光導波路３４より出射される際の拡がり角度θ3は、次式(4)となる。
【数４】
2006106406.tif 000009
【００４０】
また、入射光線の角度θ0は、次式(5)となる。
【数５】
2006106406.tif 000010
【００４１】
式(4)(5)において、ｎ2＜ｎ1、θ2＜θ1であり、ｎ2sinθ2＜ｎ1sinθ1となるから、次式(6)となる。
【数６】
2006106406.tif 000011
【００４２】
このように、第１コアを透過した光線は、拡がり角が低減されて拡がり角低減光導波路３４より出射される。
【００４３】
次に、望ましい界面３９のテーパ角度αについて、図４を用いて説明する。第１コア３６に入射した光線の中で角度が小さくθ1≦θ1Cである光線は、第１コア３６内において、界面３９での臨界角度を超えるまで全反射を繰り返すため拡がり角が増加する。この第１コア３６中に閉じ込められて伝搬する光線の角度を第１コア３６に入射する最大の光線の角度θ1mよりも小さく保つためには、すなわち、θ1c＋２α≦θ1mとするためには、界面３９で全反射した光線の角度がθ1mよりも小さければよい。つまり、式(1)からθ1c＋α＝cos-1(ｎ2/ｎ1)であるから、次式(7)となるように、テーパ角度αを選べばよい。
【数７】
2006106406.tif 000012
【００４４】
ここで、光ファイバの開口数をＮＡfとすれば、次式(8)と考えればよい。
【数８】
2006106406.tif 000013
【００４５】
したがって、テーパ角度αは、次式(9)とすればよく、特に、ほぼ等号が成り立つようにαを定めることが望ましい。
【数９】
2006106406.tif 000014
【００４６】
第２コア３８とクラッド４０との界面４１においては、全ての光線が全反射するようにすればよく、開口数を光ファイバ１０の開口数と同程度、又は、光ファイバ１０の開口数よりも大きくすればよく、クラッド４０を設けず空気との界面での全反射を用いることもできる。
【００４７】
第２コア３８とクラッド４０との界面４１で全反射した光線が第１コア３６を透過すると拡がり角度が増加するために、第１コア３６を透過しないようにすることが望ましい。そのために、第１コア３６の入射側の幅Ｄを、第２コア３８の幅Ｗよりも小さくすることが望ましい。
【００４８】
また、拡がり角度低減光導波路３４の出射側においては、第１コア３６に閉じ込められ拡がり角度が大きいまま出射される光線を少なくするために、第１コア３６の出射側における幅はなるべく小さいほうがよく、図３，４に示すように、実質的に幅がない形状とすることが望ましい。
【００４９】
このように、第１コア３６に入射した光線は界面３９で反射しながら最終的には第２コア側に透過して拡がり角低減光導波路３４より出射される。また、第２コア３８に直接入射する光線は拡がり角度が小さく、拡がり角度を保ったまま出射される。そのため、拡がり角低減光導波路３４から出射される光線の拡がり角を、光ファイバ１０から出射される光線の拡がり角度よりも小さくすることができる。
【００５０】
以上のように、本実施例の拡がり角低減光導波路３４は、光ファイバ１０として開口数の大きなＧＩ型光ファイバに適用することが有効であり、一般的に用いられているＧＩ型マルチモード光ファイバの規格の中で開口数が大きな、開口数０．２７５、コア径６２．５μｍのＧＩ型マルチモード光ファイバ（以下「６２．５ＭＭＦ」という。）への適用が特に有効である。
【００５１】
そこで、光ファイバ１０として６２．５ＭＭＦを用い、第１コア３６と第２コア３８の幅の比Ｄ／Ｗを変えて拡がり角低減光導波路３４から出射される光線のファーフィールドパターンを測定した。
【００５２】
図５にコア幅の比Ｄ／Ｗに対する、拡がり角低減光導波路３４から出射される光線の拡がり角度（全幅での角度）、図６に６２．５ＭＭＦから出射される光線のピーク光強度に対する拡がり角低減光導波路３４から出射される光線のピーク光強度の比を示す。
【００５３】
第１コア３６と第２コア３８の屈折率より求めたコア部の開口数は０．２６９としたため、式（９）から、テーパ角度αは０．２４°とした。なお、このコア部の開口数は、次式(10)により求められるものである。
【数１０】
2006106406.tif 000015
【００５４】
図５から、Ｄ／Ｗ＝０．４付近において拡がり角度が最小となることが示される。図７にＤ／Ｗ＝０．４における拡がり角低減光導波路３４および光ファイバ１０からのファーフィールドパターンを示す。光ファイバからの出射光の拡がり角度３２°（±１６°）が、Ｄ／Ｗ＝０．４において１８°（±９°）に低減されている。
【００５５】
また、図６において、Ｄ／Ｗ＝０．３付近においてピーク強度比が最大となることが示される。ピーク強度比が大きいほど平均的な拡がり角が低減していることを示しているため、ピーク強度比は大きいこと望ましい。したがって、Ｄ／Ｗは０．３以上０．４以下が特に望ましい。
【００５６】
さらに、第１コア３６と第２コア３８の屈折率を変えて検討した結果、０．３以上０．５以下の範囲において拡がり角度が最低となり、０．２以上０．４以下の範囲において強度比のピークがあることが示された。したがって、Ｄ／Ｗをこれらの範囲に含まれるように選ぶことが望ましい。
【００５７】
つまり、拡がり角度とピーク強度を共に考慮するとＤ／Ｗは０．２以上０．５以下とすることが望ましい。ただし、これら範囲の前後においても拡がり角度低減、ピーク強度比向上の効果が得られるものであり、Ｄ／Ｗが０．１以上０．８以下であれば２０％の拡がり角度低減、ピーク強度向上の効果が得られるために、拡がり角度を余り低減する必要のない場合には適用することができる。
【００５８】
図８に第１コア３６と第２コア３８によるコア部の開口数に対するピーク強度比と拡がり角度の関係を示す。コア部のＮＡを大きくし光ファイバのＮＡに近づけるほどピーク強度比が増加し、拡がり角度が減少しているため、コア部のＮＡは大きいことが望ましい。特に、コア部のＮＡが０．２６３付近でピーク強度比に変曲点が見られるため、ＮＡは、特に、０．２６３以上が望ましい。すなわち、次式(11)とすることが望ましい。
【数１１】
2006106406.tif 000016
【００５９】
一方、コア部のＮＡが光ファイバのＮＡに近づくと拡がり角低減光導波路３４の長さＬが長くなり、導波損失が増加するため、コア部のＮＡは０．２７３以下が望ましい。
本実施例の拡がり角低減光導波路３４においては、ビームの幅を光ファイバコア径と同程度に保ったまま、拡がり角度を上記したように、少なくとも２０％以上低減できるため、光ファイバのコア径をｄ、拡がり角低減光導波路３４からのビームの拡がり角度をφとすると、次式(12)とすることができる。
【数１２】
2006106406.tif 000017
【００６０】
一方、レンズを用いても拡がり角度を低減できるが、レンズ等を用いた場合には、ビーム径Ｄlも広がるため、次式(13)となる。
【数１３】
2006106406.tif 000018
【００６１】
したがって、レンズ等を用いた場合には拡がり角φを小さくするためにはビーム幅を大きくする必要があるのに対し、本実施例の拡がり角低減光導波路３４を用いた場合には、式(12)から、ビーム幅Ｄを光ファイバのコア径ｄと同程度としても拡がり角度φを低減できるものである。
【００６２】
このように、本実施例の拡がり角低減光導波路３４においては、ｘ−ｙ面内において、ビーム幅を光ファイバのコア径と同程度に保ったまま拡がり角度を低減することができる。なお、拡がり角低減光導波路３４のコア断面は光ファイバ１０とパッシブアライメントができる程度に光ファイバ１０のコア径よりも大きいことが望ましく、このアライメント尤度を含めて、ビーム幅が光ファイバコア径の１２０％以下であれば、式(12)を満たしており、光ファイバのコア径と同程度とみなすことができる。
【００６３】
なお、ビームの拡がり角度は、一般的に用いられている測定法を用いて測定すればよいものであり、例えば、光強度がピーク強度のｅ-2又は１０％となる角度とすればよい。
【００６４】
ここで、拡がり角低減光導波路３４の作製法について示す。ここでは、例えば、上記特許文献３に開示されているように、光露光により作成したポリマ光導波路を用いた。シリコンあるいはガラスの光導波路基板上に、図２(b)に示すように、クラッド４０の一部として下部クラッドを塗布し、形成する。下部クラッド上に第１のコア３６を構成するコア材膜を塗布し、フォトマスクを通して紫外線を露光し、第１のコア３６を形成する。さらに、第２のコア３８を構成するコア材膜を塗布し、フォトマスクを通して紫外線を露光し、第２のコア３８を形成する。第１のコア３６上部に残った第２のコア３８材は、研磨して取り除くことができる。第１のコア３６上部に残った第２のコア３８材が問題とならない場合には、そのままとしてもよい。最後に、クラッド４０材を塗布し、拡がり角低減光導波路３４を形成する。
【００６５】
拡がり角低減光導波路３４は、本作製法に限定するものではなく、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチング等のエッチングにより形成してもよく、導波路材料も、ガラス等の無機材料を用いても作製できるものである。
【００６６】
本実施例の拡がり角低減光導波路３４においては、チャープ型回折格子１４の格子ベクトルを含む面内（ｘ−ｙ面内）の拡がり角度を低減するように側面のみにテーパを有するようにしたが、上下面もテーパを形成しチャープ型回折格子１４の溝方向（ｚ方向）についても拡がり角を低減するようにしてもよい。
【００６７】
また、拡がり角低減光導波路３４を円筒形とし、円錐状に第１コアの径を変化させてもよい。これらの場合、ｚ方向の拡がり角度低減の効果が十分な場合には、シリンドリカルレンズ１２ａを用いなくてもよい。
【００６８】
さらに、本実施例の拡がり角低減光導波路３４は、１個のテーパ形状をしたコアを用いて構成したが、テーパ形状をしたコアの数を増やしてもよく、その場合には、クラッド４０側に向かって順次屈折率が小さくなるように配すればよい。さらに、第１コア３６を連続的に屈折率が変化する屈折率分布型とすれば、さらに大きな拡がり角度低減の効果が得られるものである。
【００６９】
また、第２コア３８を光の進行についてコア径を広げるテーパ形状とすると、さらに拡がり角度低減の効果が得られるものである。逆に、第２コア３８を光の進行についてコア幅を狭めるテーパ形状とすると、拡がり角度を光ファイバと同程度とし、ビーム幅を光ファイバよりも小さくすることもできる。
【００７０】
本実施例では、光出射側にかけてコア径が減少するテーパ形状の光導波路構造を用い、テーパ部からの漏れ光を利用して拡がり角を低減したが、光出射側にかけてコア径が増加するテーパ形状の光導波路構造を用いても拡がり角を低減できる。この場合には、出射される光ビームの径は増加する。本実施例の拡がり角低減光導波路３４においては、出射するビームの大きさを光ファイバ１０のコア径と同程度とすることができるため、コア径が増加するテーパ形状よりも望ましい。
【００７１】
本実施例においては、第１コア３６の上部及び下部は、クラッド４０と直接接するようにしたが、第１コア３６とクラッド４０との間に第２コア３８がくるようにしてもよい。
【００７２】
また、本実施例の拡がり角低減光導波路３４の出射端に、レンズ形状、又はプリズム形状を設けてもよい。この場合、さらに拡がり角低減の効果を向上することができる。
【００７３】
本実施例では、シリンドリカルレンズ１２ａを用いてチャープ型回折格子１４の溝方向（ｚ方向）の拡がり角度を低減した。シリンドリカルレンズ１２ａの焦点位置に拡がり角度低減光導波路３４の出射端面が来るように配置することにより、ｚ方向についてほぼ平行な光線を入射することができる。
【００７４】
また、チャープ型回折格子１４で回折した光線が受光用光導波路２０に入射するように、シリンドリカルレンズ１２ｂを用いてｚ方向について受光用光導波路２０の入射端面に集光した。本実施例よりもリトロー配置に近く配置した場合には、１個のシリンドリカルレンズで入射と出射の光線の集光を兼用してもよい。
【００７５】
さらに、本実施例においては、空気層を介してチャープ型回折格子１４に光が入射するようにしたが、ガラス、プラスチック等の光学部材に回折格子を形成してもよく、さらに、この光学部材にシリンドリカルレンズを一体化し、光学部材を通してチャープ型回折格子１４に光線を入射してもよい。
【００７６】
その場合は、光学媒体の屈折率に合わせて、格子定数を変更すればよく、またブレーズ角も合わせて調整すればよい。光学部材を用いることにより、回折効率を低下させることなく、光路を短くすることができ、波長分離デバイスを小型化できる。
【００７７】
チャープ型回折格子１４としては、高い回折効率が得られるように、格子溝の断面形状が直角三角形をしたいわゆるエシュレット型を用いた。チャープ型回折格子１４の格子定数は、所望の集光性能を有するように格子の場所の関数としてチャープさせた。個々の格子溝の位置は、光線の入射位置及び出射位置から定めることができる。チャープに加えて、回折効率を大きくするためにブレーズ角も各格子位置での入出射角度に合わせて変化させることが望ましい。
【００７８】
本実施例の回折格子は、回折格子を領域に区切り、領域内では一定のブレーズ角度とし、領域ごとにブレーズ角度を最適化することにより回折効率が高くなるようにした。
【００７９】
本実施例の回折格子の作成には、ルーリングエンジンを用いた。ルーリングエンジンを用いて領域ごとに一定のブレーズ角度で格子定数を変化させながら加工した。デマルチプレクサにはこの回折格子をマスターとして作成したレプリカを用いた。
【００８０】
格子パターンの加工は、本実施例に用いたルーリングエンジンの他にも、３次元ＮＣ加工機を用いても加工しもよく、また、フォトリソグラフィの手法を用いて、Ｓｉ等の基板に連続的にブレーズ化したチャープ回折格子を作成することもできる。
【００８１】
回折格子については特に限定するものではなく、エシュレット格子以外にも波型形状や、矩形状のバイナリ回折格子の場合や、その他任意の溝形状の回折格子にも適用できるものである。
【００８２】
また、平面状のチャープ型回折格子に限らず、円筒面に形成した凹面回折格子、球面に形成した凹面回折格子、等間隔平面回折格子を用いることができる。球面に形成した凹面回折格子の場合には、シリンドリカルレンズを用いる必要はなく、等間隔平面回折格子を用いる場合にはシリンドリカルレンズに変えて球面レンズを用いればよい。
【００８３】
ただし、拡がり角低減光導波路３４を用いることによって、チャープ型回折格子１４に光線の当たる領域を狭くできるため、チャープ型回折格子１４内の格子ピッチ変化を小さくすることができる。そのため、チャープ型回折格子１４の回折効率を高くすることができるとともに、回折格子の加工が容易になる。さらに、チャープ型回折格子を用いることにより、デマルチプレクサの設置面積に加えて、高さを薄くできるため望ましい。
【００８４】
図９に本実施例の受光用光導波路２０の上面図を示す。ここでは、コア部のみ示している。本実施例における受光用光導波路２０は、スラブ導波路部２２、テーパ導波路部２４、ピッチ変換導波路部２５で構成される。
【００８５】
本実施例では、チャープ型回折格子１４を用いているため、デマルチプレクサに入力された光信号の波長によって集光点が横方向（ｙ方向）に移動するとともに焦点距離の変化（ｘ方向への移動）も起こる。そこで、スラブ導波路部２２により波長変動に伴う焦点距離変化（ｘ方向）に対応し、テーパ導波路部２４により回折角度変化による横方向（ｙ方向）の集光位置移動に対応する構成としている。
【００８６】
チャープ型回折格子１４により回折された信号光は、シリンドリカルレンズ１２ｂによりスラブ導波路部２２の入射端に集光され、受光用光導波路２０に入射する。そのため、シリンドリカルレンズ１２ｂによる光結合と光検出器アレイ２６の受光径を考慮し、光検出器アレイ２６に信号光が効率よく結合するように受光用光導波路２０の厚さを定めた。
【００８７】
チャープ型回折格子１４で集光された光線は、スラブ導波路部２２とテーパ導波路部２４との接合部２３に焦点を結ぶようにスラブ導波路部２２の形状を定めた。波長が短いほどチャープ型回折格子１４の焦点距離が長くなるため、短波長側ほど入射端から接合部２３までの距離を長くした。テーパ導波路部２４は接合部２３側から光の進行方向に沿ってコア幅が減少するテーパ形状をしており、波長変動によって接合部２３上を集光位置が変動しても所定の光検出器アレイ２６に結合することができるようにしている。
【００８８】
また、本実施例においては、ピッチ変換導波路部２５を設けて光導波路アレイ間のピッチｔをＴに広げ、検出器間隔の広い光検出器アレイ２６に光信号を結合する構成としている。ピッチ変換導波路部２５の導波路幅はほぼ均一とした。スラブ導波路部２２、テーパ導波路部２４、ピッチ変換導波路部２５は同一の基板上に一括して形成し、コアの厚さは一定とした。
【００８９】
本実施例においては、テーパ導波路部２４を用いているために受光径の小さな光検出器アレイ２６にも効率良く光信号を結合できるとともに、受光径を小さくすることで光検出器アレイ２６の光検出器間を離すことができるため電気的なクロストークを低減でき高速変調された光信号を受光することができる。
【００９０】
加えて、ピッチ変換導波路部２５を設けることにより、光検出器アレイ２６の検出器間隔をさらに広くすることができ、テーパ導波路部２４のみを用いて光検出器アレイ２６に結合する場合に比べて、より高速変調された光信号を受信できる。
【００９１】
また、ピッチ変換導波路部２５を用いることにより分散の小さなチャープ型回折格子１４を用いても検出器間隔の広い光検出器アレイ２６とピッチを合わせることができるため、デマルチプレクサを小型化できるとともに、格子ピッチが大きく分散の小さなチャープ型回折格子１４を用いることができるため回折効率を大きくすることができる。
【００９２】
効率よく光検出器アレイ２６までビームを伝搬するためには、受光用光導波路２０の開口数、特に、テーパ導波路部２４の側面の開口数は大きいほうが望ましい。そのために、クラッドを設けず空気層との直接接するようにしてもよく、又は、上部及び下部のみクラッドを設け、テーパ部の側面は空気層としてもよい。
【００９３】
さらに、薄層のクラッドの外側に金属膜を形成すると、仮に光線がクラッドを透過しても金属膜で反射して光検出器に到るため、検出効率を向上できる。光検出器アレイ２６は、ピッチ変換導波路部２５からのビームが光検出器に効率よく結合するように位置を調整し、ピッチ変換導波路部２５の出射端に接着固定した。
【００９４】
本実施例の受光用光導波路２０も、例えば、上記特許文献３に開示されているように、光露光により作成したポリマ光導波路を用いた。あるいは、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチング等のエッチングにより形成することもでき、導波路材料も、ガラス等の無機材料を用いても作製できる。
【００９５】
本実施例のように、拡がり角低減光導波路３４を用いることによって、テーパ導波路部２４での損失を低減できる。さらに、テーパ導波路部２４からピッチ変換導波路部２５に結合する光線の拡がり角も小さくすることができるため、ピッチ変換導波路部２５の曲がり導波路での放射損失を抑制することができ、受光用光導波路２０の損失を低減できる。
【００９６】
テーパ導波路部２４は短いほどテーパの角度がきつくなるため、テーパ導波路部２４内を伝搬する際のテーパによる拡がり角の増加の度合いが大きく、光損失が生じ易い。そのため、短波長側の短いテーパ導波路部２４ほどピッチ変換導波路部２５を直線に近く配置することが望ましい。
【００９７】
本実施例においては、短波長側の光信号を導波するテーパ導波路部２４ａに接続するピッチ変換導波路部２５ａの曲率を小さくして直線に近い形状とし、長波長を導波するピッチ変換導波路部２５ｄにかけて順次曲率を大きくした。
【００９８】
本実施例では、ピッチ変換導波路部２５を設けて光検出器間隔の広い光検出器アレイ２６と結合したが、テーパ導波路部２４の角度を調整することによってピッチ変換導波路部２５を設けずに光検出器アレイ２６の光検出器間隔と合わせてもよい。
【００９９】
また、光検出器間隔の小さな光導波路アレイ２６を用いる場合には、ピッチ変換導波路部２５はなくてもよい。また、回折格子に凹面回折格子、等間隔平面回折格子等を用いた場合のように、波長が変化してもｘ方向の焦点位置変化がほとんど生じない場合には、スラブ導波路部２２を設けなくてもよい。
【０１００】
図１０に本実施例のデマルチプレクサの特性を示す。本実施例においては、波長間隔２４．５ｎｍの４波長の光信号を分波した。受光用光導波路２０の接合部２３においてテーパ導波路部２４のピッチｔを２５０μｍとし、ピッチ変換導波路部２５によりＴを５００μｍに拡大して光検出器アレイ２６に結合した。拡がり角低減光導波路３４を用いることにより、用いない場合に比べてデマルチプレクサの損失が低減することを確認した。
本実施例においては、光ファイバ１０として、コア径６２.５μｍ、開口数０．２７５の６２．５ＭＭＦを用いた。マルチモード光ファイバは開口数が大きいため、入射光線３０の拡がり角が大きく、本実施例の場合、開口数から求まる拡がり角は±１６°となる。
【０１０１】
本発明は、特に、開口数の大きなマルチモード光ファイバを入射用光ファイバ１０として用いる場合に有効である。ただし、想定したマルチモード光ファイバよりも開口数又はコア径の小さな光ファイバを接続した場合にも、想定したマルチモード光ファイバを接続した場合と同等以上の特性が得られるため、光ファイバ１０を開口数の大きなマルチモード光ファイバに限定するものではなく、開口数又はコア径の小さな光ファイバを接続してもよい。
【０１０２】
本実施例においては、６２．５ＭＭＦに換えてシングルモード光ファイバや、例えば、コア径５０μｍ、開口数０．２のマルチモード光ファイバ（以下「５０ＭＭＦ」という。）等を接続することもできる。
【０１０３】
また、６２．５ＭＭＦに変えて他のＧＩ型マルチモード光ファイバに対応するように仕様を定めることもできる。ＧＩ型マルチモード光ファイバのコア径及び開口数は、それぞれ５０μｍ以上、０．２以上が一般的に用いられているため、望ましい。例えば、６２．５ＭＭＦ以外では、５０ＭＭＦや、さらにコア径の大きなＧＩ型のプラスチック光ファイバ等を用いることもできる。
【０１０４】
本実施例では、光ファイバ１０を光導波路基板２８に接着し固定した。ただし、光ファイバ１０に光信号伝送用の光ファイバを用い、光ファイバ１０を固定せずデマルチプレクサ１に挿抜するようにしてもよい。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光ファイバ１０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。しかし、光ファイバ１０を光導波路基板２８に固定することにより、特性の長期安定性に優れ、望ましい。
【０１０５】
また、光ファイバ１０を固定した場合は、伝送用光ファイバを光ファイバ１０のもう一端側に突き合わせてデマルチプレクサ１に光を入射すればよい。その場合、伝送用光ファイバの開口数及び径は、光ファイバ１０と等しいか光ファイバ１０よりも小さければよい。したがって、光ファイバ１０には、光ファイバ１０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・開口数の小さなシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）やコア径５０μｍのマルチモード光ファイバ（５０ＭＭＦ）を接続することもできる。
【実施例２】
【０１０６】
図１１は、本発明の一実施例の上面図であり、図１２は本実施例に用いた受光系の上面図である。実施例１と同じものは同一の符号を付しており、実施例１と異なる点について詳しく説明する。本実施例では、受光用光導波路部２０と光検出器アレイ２６との間にレンズアレイ４６を設け、受光用光導波路部２０のピッチ変換導波路部２５から出射された光信号をレンズアレイ４６で集光して光検出器アレイ２６に結合している。
【０１０７】
ピッチ変換導波路部２５を設けたために、光検出器アレイ２６の光検出器間隔を広くすることができる。そのため、レンズアレイ４６のレンズ径を大きくすることができ、レンズアレイ４６の作動距離を大きくできる。
【０１０８】
また、拡がり角低減光導波路３４を用いているために、ピッチ変換導波路部２５から出射されるビームの拡がり角度が小さくなるためにレンズアレイ４６の開口数を小さくでき、やはりレンズアレイ４６の作動距離を長くすることができる。
【０１０９】
レンズアレイ４６の作動距離を長くした結果、レンズアレイ４６と光検出器アレイ２６の受光面との間隔を大きくすることができるために、光検出器アレイ２６単体をパーケージング化し、封止することができた。したがって、光検出器アレイの信頼性を向上することができる。
【０１１０】
本実施例では、レンズピッチ５００μｍで、ＮＡ０．６のレンズを両面に形成したシリコンのレンズアレイ４６を用いた。レンズアレイ２６には反射防止コートを施して、表面反射による損失を低減した。
【０１１１】
図１３に本実施例のデマルチプレクサの分波特性を示す。拡がり角低減光導波路３４を用いて拡がり角度を低減したため、拡がり角低減光導波路３４を用いない場合に比べて効率良く光検出器に光結合することができた。
【０１１２】
図１４にレンズアレイ４６の開口数と損失の関係を示す。開口数が０．５より小さくなると損失が急激に増加しており、レンズアレイ４６の開口数は０．５以上が望ましい。
【０１１３】
本実施例では、レンズを用いて受光用光導波路２０と光検出器アレイ２６とを光結合しているため、受光用光導波路２０からのビーム径を縮小するようにレンズアレイ４６を配すれば、より受光径の小さな光検出器を持った光検出器アレイ２６を用いることができるようになり、さらに高速変調された光信号を受信できるようにすることができる。
【実施例３】
【０１１４】
図１５は、本発明の一実施例の上面図であり、図１６は本実施例に用いた受光系の上面図である。実施例１と同じものは同一の符号を付しており、実施例１と異なる点について詳しく説明する。本実施例においては、受光用光導波路２０に光ファイバアレイ４４を接続し、光ファイバアレイ４４より光信号を取り出した。
【０１１５】
本実施例では、光ファイバアレイ４４のピッチとテーパ導波路部２４のピッチを合わせたため、ピッチ変換導波路部を用いる必要はない。光ファイバのジャケットが太い場合には、ピッチ変換導波路部を設けてもよい。
【０１１６】
拡がり角低減光導波路３４を用いたことにより、受光用光導波路２０に入射するビームの拡がり角度を光ファイバ１０から出射されるビームの拡がり角度よりも小さくすることができるため、テーパ導波路部２４を用いて光線を絞っても光ファイバアレイ４４の開口数と整合させることができ、光ファイバアレイ４４に効率良く光を結合することができる。
【０１１７】
本実施例においては、光ファイバアレイ４４に入射光ファイバ１０と同じ６２．５ＭＭＦを用いた。テーパ導波路部２４と光ファイバアレイ４４との光結合効率を高くするためには、光ファイバアレイ４４の開口数を光ファイバ１０の開口数よりも大きくすることが望ましく、また、ステップインデックス型の光ファイバを用いることが望ましい。しかし、拡がり角低減光導波路３４を用いて開口数を整合することにより、光ファイバ１０の開口数と同じまたは小さな開口数を持つ光ファイバアレイ４４と効率良く光結合することもできる。
【実施例４】
【０１１８】
図１７は、本発明の波長多重光伝送モジュールの実施例を示す構成図である。伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂは、コネクタ９６により光伝送モジュール８０に接続され、それぞれ光ファイバ１０、シングルモード光ファイバ１１と突き合わせられる。
【０１１９】
受信用の伝送用光ファイバ７４ａを伝送してきた波長多重信号は、伝送用光ファイバ７４ａに突き合わされたマルチモードの光ファイバ１０に入射し、本発明のデマルチプレクサ１で波長ごとに分離されて光検出器アレイ２６で検出される。検出された信号は、受信回路８６により増幅され、波形整形される。さらに、パラレルーシリアル変換回路９０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換して出力する。
【０１２０】
送信する場合には、入力された信号をシリアルーパラレル変換回路９２で信号を分離し、送信回路８８で信号ごとにレーザダイオードアレイ９４の各光源を駆動し、波長の異なる光信号とする。各光信号は、シングルモードの光カプラにより構成されるマルチプレクサ８４で多重化し、シングルモード光ファイバ１１に出力する。シングルモード光ファイバ１１を通して送信用の伝送用光ファイバ７４ｂに結合され、送信される。
【０１２１】
シングルモード光ファイバ１１及びマルチモードの光ファイバ１０を用いて伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂと結合しているため、伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂにはマルチモードファイバ、シングルモードファイバのどちらでも用いることができる。
【０１２２】
本実施例では、光ファイバ１０にコア径６２．５μｍのＧＩ型マルチモードファイバを用いているため、伝送用光ファイバ７４ａ、７４ｂとして、シングルモード光ファイバ、コア５０μｍ及び６２．５μｍのマルチモード光ファイバ等を用いることができる。
【０１２３】
本実施例においては、多重化されて伝送されてきた中心波長１２７５.７、１３００．２、１３２４.７、１３４９.２ｎｍの２４．５ｎｍ間隔の４波長を分離する構成とした。この中心波長に対して、光源の製造・温度・スペクトル分布による波長ばらつきにより、最大±６．７ｎｍ変動するものとした。波長ばらつきは、光源の作成・特性により決まるものであり、特に厳しい光源の選別を必要としない範囲として必要なものである。
【０１２４】
拡がり角低減光導波路３４を用いることにより、受光径の小さな光検出器を用いることができ、さらにピッチ変換を行うこともできるようになったため、小型なデマルチプレクサにおいても光検出器間隔の広い光検出器アレイ２６を用いることが可能となった。そのため、高速変調した光信号を分離し受信できるようになり、本実施例においては、それぞれの波長が３Ｇｂｐｓで変調された光信号を受信した。
【０１２５】
本実施例では、マルチプレクサ８４と伝送用光ファイバ７４ｂとの間をシングルモード光ファイバ１１で結合したが、伝送用光ファイバ７４ｂにマルチモード光ファイバのみを用いる場合には、シングルモード光ファイバ１１に代えてマルチモード光ファイバを用いればよく、その場合は、マルチプレクサ８４にもマルチモードの光導波路を用いればよい。マルチモードの光導波路を用いることにより、マルチプレクサ８４とレーザダイオードアレイ９４との調整が容易になる。また、シングルモード光ファイバ１１を用いずにマルチプレクサ８４から伝送用光ファイバ７４ｂに直接光信号を入力してもよい。
【０１２６】
本実施例では、送信と受信の両方の機能を有する波長多重光伝送モジュールについて示したが、受信部のみを有する波長多重光伝送モジュールとしても本発明の効果を得られるものである。
【０１２７】
本発明は、マルチモード光ファイバにより送信された光信号を受信するのに適しており、上記のようにＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）に適したものである。ただし、ＤＷＤＭ（Dense WDM）への適用を制限するものではない。また、波長多重数４の場合について説明したが、多重数を限定するものではなく、用いるシステムに合わせて適宜選定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】デマルチプレクサの実施例１の上面図
【図２】拡がり角低減光導波路の上面図及び側面図
【図３】拡がり角低減光導波路に入射し透過する光線の説明図
【図４】拡がり角低減光導波路に入射し全反射する光線の説明図
【図５】拡がり角低減光導波路のコア幅の比Ｄ／Ｗに対する拡がり角低減光導波路から出射される光線の拡がり角度の関係図
【図６】拡がり角低減光導波路から出射される光線のピーク光強度比を示す図
【図７】拡がり角低減光導波路から出射される光線のファーフィールドパターンを示す図
【図８】拡がり角低減光導波路の第１コアと第２コアによるコア部の開口数に対するピーク強度比と拡がり角度の関係図
【図９】受光用光導波路の上面図
【図１０】デマルチプレクサの特性図
【図１１】デマルチプレクサの実施例２の上面図
【図１２】実施例２の受光用光導波路の上面図
【図１３】実施例２のデマルチプレクサの分波特性図
【図１４】レンズアレイの開口数と損失の関係図
【図１５】デマルチプレクサの実施例３の上面図
【図１６】実施例３の受光用光導波路の上面図
【図１７】波長多重光伝送モジュールの説明図
【符号の説明】
【０１２９】
１…デマルチプレクサ、１０…光ファイバ、１１…シングルモード光ファイバ、１２ａ、１２ｂ…シリンドリカルレンズ、１４…チャープ型回折格子、１６…回折格子面、２０…受光用光導波路、２２…スラブ導波路部、２３…接合部、２４…テーパ導波路部、２５…ピッチ変換導波路、２６…光検出器アレイ、２８…光導波路基板、３０…入射光線、３２…出射光線、３４…拡がり角低減光導波路、３６…第１コア、３８…第２コア、３９…界面、４０…クラッド、４１…界面、４２…光ファイバコア、４４…光ファイバアレイ、４６…レンズアレイ、７４ａ、７４ｂ…伝送用光ファイバ、８０…光伝送モジュール、８４…マルチプレクサ、８６…受信回路、８８…送信回路、９０…パラレルーシリアル変換回路、９２…シリアルーパラレル変換回路、９４…レーザダイオードアレイ、９６…光コネクタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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