(57)【要約】【課題】光ファイバにより伝達される複数の波長からなる光信号を波長毎に分割して２つの光ファイバに分波する光分波装置の低コスト化を図る。【解決手段】平凸レンズ１０は、透過平面１０ａと、この透過平面１０ａに略曲率中心を有する波長選択ミラー面１０ｂを備える。波長選択ミラー面１０ｂには、λ１の波長の光を透過しλ２の波長の光を反射する特性を有する。光ファイバ１２から射出される光の内、波長選択ミラー面１０ｂを透過したλ１の波長の光は、光ファイバ１５に集光され、光ファイバ１５から出力される。光ファイバ１２から射出される光の内、波長選択ミラー面１０ｂで反射されたλ２の波長の光は、光ファイバ１３に集光され、光ファイバ１３から出力される。こうして、別部材の波長選択ミラーを利用しない構成において、光信号の分波を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過平面と、該透過平面に略曲率中心を有する透過凸面とを備え、該透過凸面には、第１の波長の光を透過し第２の波長の光を反射する特性を有する波長選択ミラー面が形成された第１のレンズ部材と、
前記第１のレンズ部材の前記透過平面に固着される第１と第２の光ファイバと
を備え、
前記第２の光ファイバには、前記第１の光ファイバから射出される光のうち前記波長選択ミラー面により反射集光された前記第２の波長の光が入射されるように構成されることを特徴とする光分波装置。
【請求項２】
透過平面と、該透過平面に略曲率中心を有する透過凸面とを備え、該透過凸面には、第１の波長の光を透過し第２の波長の光を反射する特性を有する波長選択ミラー面が形成された第１のレンズ部材と、
前記第１のレンズ部材の前記透過平面に固着される第１と第２の光ファイバと、
前記第１のレンズ部材に対向して配置され、前記第１の光ファイバから射出される光のうち前記波長選択ミラー面を透過した前記第１の波長の光を集光させるための透過屈折面と、該透過屈折面からの光の集光面近傍にある透過平面とを備えた第２のレンズ部材と、
前記第２のレンズ部材の前記透過平面に固着され、前記透過屈折面により集光された前記第１の波長の光が入射される第３の光ファイバと
を備え、
前記第２の光ファイバには、前記第１の光ファイバから射出される光のうち前記波長選択ミラー面により反射集光された前記第２の波長の光が入射されるように構成されることを特徴とする光分波装置。
【請求項３】
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの前記透過平面に対する固着位置は、前記第１のレンズ部材の光軸に対して略対称な位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の光分波装置。
【請求項４】
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの先端面は、傾斜面であり、
前記傾斜面のぞれぞれは、前記第１のレンズ部材の光軸方向に向いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光分波装置。
【請求項５】
前記第１の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線が前記第１のレンズ部材の光軸に対する角度と、
前記光束の前記波長選択ミラー面での反射光の光束が前記第１のレンズ部材の光軸に対する角度と
は、略一致するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の光分波装置。
【請求項６】
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの先端面における傾斜面の向きの設定により、前記２つの角度が略一致するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光分波装置。
【請求項７】
前記第１の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線の延長線上に、前記透過凸面と前記第１のレンズ部材の光軸が交わる点が略位置し、
前記第２の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線の延長線上に、前記透過凸面と前記第１のレンズ部材の光軸が交わる点が略位置していることを特徴とする請求項４に記載の光分波装置。
【請求項８】
前記第１の光ファイバの先端面における傾斜面と前記第２の光ファイバの先端面における傾斜面は、それぞれ前記第１のレンズ部材の光軸方向に向いており、
前記第３の光ファイバの先端面は、傾斜面であり、
該傾斜面は、前記第２のレンズ部材の光軸方向に向いていることを特徴とする請求項２に記載の光分波装置。
【請求項９】
前記波長選択ミラー面は、前記透過凸面の表面に設けられた多層薄膜によって構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光分波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバにより伝送される複数の波長からなる光信号を波長毎に分割して２つの光ファイバに分波するための光分波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野においては、光スイッチ、光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータ、波長選択フィルタ等の様々な光機能素子が必要となる。これら光機能素子には、光ファイバが直接あるいはコリメータレンズと呼ばれる光学部材を介して接続される。コリメータレンズに光ファイバが接続された構造は、光ファイバコリメータと呼ばれている。光ファイバコリメータは、光ファイバ端面から射出される光束をコリメータレンズによって平行光束とし、光学部材内に導く機能、あるいは逆に光学部材を透過した平行光束をコリメータレンズによって収束して光ファイバに導く機能を有する。
【０００３】
この光機能素子と光ファイバコリメータからなる結合光学系（以下、光モジュールという）の一つとして光分波装置が知られている。光分波装置は、光ファイバにより伝送される複数の波長からなる光信号を波長毎に分割して２つの光ファイバに分波する機能を有する。この目的のために、光分波装置には、光信号を波長毎に分割するための波長選択フィルタが用いられている。光分波装置等の光モジュールは、低コスト化が要求される。低コストで得られる光モジュールを提供する技術としては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
図７は、従来の光分波装置の一例である。図７（Ａ）に示す光分波装置は、基準基板５８のＶ字溝部に位置決めされた波長選択フィルタ５７を備えている。波長選択フィルタ５７の両側には一対の光ファイバコリメータ６１および６２を備えている。
【０００５】
光ファイバコリメータ６１は、２つの光ファイバ５２および５３と、この光ファイバを保持固定するキャピラリー５１と、平凸レンズ５０を備えている。キャピラリー５１は、平凸レンズ５０の光軸を中心線として対称位置に貫通孔を備え、該貫通孔内に光ファイバ５２および５３を保持固定している。光ファイバ５２および５３の端面は、平凸レンズ５０の透過平面に接着されている。
【０００６】
光ファイバコリメータ６２は、光ファイバ５５、キャピラリー５６、および平凸レンズ５４を備えている。キャピラリー５６は、平凸レンズ５０の光軸を中心線として光ファイバ５２と対称位置に貫通孔を備え、この貫通孔内に光ファイバ５５を保持固定している。光ファイバ５５の端面は、平凸レンズ５４の透過平面に接着されている。
【０００７】
ついで、図７（Ｂ）に示すように基準基板５８と同一形状の押さえ基板５９を用いて、波長選択フィルタ５７、光ファイバコリメータ６１および６２を協同して狭持する。また、その全体を金属製の薄い狭持板６０を用いて包囲し、隙間に接着剤を充填してハーメチック構造としている。この構成により、光ファイバ５２から入射した波長λ２の光は、波長選択フィルタ５７で反射して、光ファイバ５３に出射する。また、光ファイバ５２から入射した波長λ１の光は、波長選択フィルタ５７を透過して光ファイバ５５に集光し、そこから出力される。
【０００８】
また、この技術に関連して、例えば、特許文献２や３に記載された技術が知られている。この技術は、光ファイバよりも軟化点が低いコリメータレンズのみを軟化させ、軟化したコリメータレンズに光ファイバを融着させる技術である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２７９７０８号
【特許文献２】特開２００５−２３４４４１号
【特許文献３】特開２００６−２０９０８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これら従来技術では、コリメータレンズとは別に波長選択フィルタを必要としていた。また、この波長選択フィルタは、ひとつの波長に関しては反射鏡として機能するため、これを正確な位置および向きに調整して保持するための特別な保持部材（治具）が必要とされていた。また、この調整のための煩雑な作業を必要としていた。
【００１１】
波長選択フィルタを別部材として必要とし、また位置および向きの調整のため保持部材を必要とすることは、部品コストの増加を招く。また、波長選択フィルタの位置および向きの調整を製品毎に行わなくてはならないことも製造コストの増加を招く。このため、上述した従来技術における光分波装置は、比較的高コストな装置となる傾向があった。
【００１２】
そこで、本発明は、光ファイバにより伝送される複数の波長からなる光信号を、波長毎に分割して２つの光ファイバに分波する光分波装置において、より低コスト化を図ることができる技術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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、透過平面と、該透過平面に略曲率中心を有する透過凸面とを備え、該透過凸面には、第１の波長の光を透過し第２の波長の光を反射する特性を有する波長選択ミラー面が形成された第１のレンズ部材と、前記第１のレンズ部材の前記透過平面に固着される第１と第２の光ファイバとを備え、前記第２の光ファイバには、前記第１の光ファイバから射出される光のうち前記波長選択ミラー面により反射集光された前記第２の波長の光が入射されるように構成されることを特徴とする光分波装置である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、透過平面と、該透過平面に略曲率中心を有する透過凸面とを備え、該透過凸面には、第１の波長の光を透過し第２の波長の光を反射する特性を有する波長選択ミラー面が形成された第１のレンズ部材と、前記第１のレンズ部材の前記透過平面に固着される第１と第２の光ファイバと、前記第１のレンズ部材に対向して配置され、前記第１の光ファイバから射出される光のうち前記波長選択ミラー面を透過した前記第１の波長の光を集光させるための透過屈折面と、該透過屈折面からの光の集光面近傍にある透過平面とを備えた第２のレンズ部材と、前記第２のレンズ部材の前記透過平面に固着され、前記透過屈折面により集光された前記第１の波長の光が入射される第３の光ファイバとを備え、前記第２の光ファイバには、前記第１の光ファイバから射出される光のうち前記波長選択ミラー面により反射集光された前記第２の波長の光が入射されるように構成されることを特徴とする光分波装置である。
【００１５】
請求項１または請求項２に記載の発明においては、第１のレンズ部材の光ファイバが固着されない面側の透過凸面側に、コーティング等により波長選択ミラー面を設けている。このため、波長選択ミラーを別部品として用意する必要がない。また、波長選択ミラー面は、第１のレンズ部材の透過凸面の表面にコーティング等により形成することができるので、製造工程における波長選択ミラーの位置合わせ、および反射軸方向の調整は不要となる。そのため、この調整のための保持部材（治具）も不要となる。したがって、部品コストおよび製造コストを従来の技術に比較して低減することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、第１の光ファイバと第２の光ファイバの透過平面に対する固着位置を、第１のレンズ部材の光軸に対して略対称な位置としたものである。第１のレンズ部材の光軸に対して略対称な位置というのは、当該光軸に対する略軸対称な位置ということである。また略というのは、使用最大波長程度以下、より好ましくその５０％程度以下の寸法精度であることをいう。なお、この語意は、本明細書における略一致する位置という表現においても同様である。請求項３に記載の発明によれば、波長選択ミラー面で反射された第２の波長の光を効率良く第２の光ファイバに導く構成とすることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、第１の光ファイバと第２の光ファイバの先端面は、傾斜面であり、この傾斜面のぞれぞれは、第１のレンズ部材の光軸方向に向いていることを特徴とする。請求項４に記載の発明は、先端が傾斜構造を有した光ファイバから射出される光束の主光線が、当該光ファイバの光軸に対して斜めの方向に屈折する現象と利用している。これにより、第１の光ファイバからの効果的な波長選択ミラー面への光束の射出、および波長選択ミラーから反射された当該光束の反射光の光束の第２の光ファイバへの効果的な集光を行うことができる。また、光ファイバの先端を斜面とすることで、光ファイバ端面において発生する光信号の反射光を、光ファイバの光軸から外し、当該反射光による悪影響を低減することができる。なお、主光線とは、光束の中心軸のことをいう。言い換えると、光束は、ある程度の広がりを有するが、その光束の中心が向かう方向を示す軸のことを主光線という。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載された発明において、第１の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線が第１のレンズ部材の光軸に対する角度と、この光束の波長選択ミラー面での反射光の光束が第１のレンズ部材の光軸に対する角度とは、略一致するように構成されることを特徴とする。
【００１９】
上記の態様によれば、第１のレンズ部材に固着される光ファイバの先端部分における傾斜面の向きおよび傾斜の角度を設定することで、第２の波長の光を第１の光ファイバから第１のレンズ部材に入射させた際に、その光線を波長選択ミラー面で反射させ、さらにその反射光を第２の光ファイバに効率良く導くことができる。なお、角度が略一致するとは、その角度の３０％以下の範囲、好ましくは１５％の範囲で一致していることをいう。
【００２０】
ここで、傾斜面の向きは、傾斜面の法線ベクトルＡと光ファイバの光軸とのなす角度をθとした場合に、法線ベクトルＡのsinθ成分の向き（余弦成分の向き）として定義される。また、傾斜面の傾斜の角度は、上記θの角度の値として定義される。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、第１の光ファイバと第２の光ファイバの先端面における傾斜面の向きの設定により、第１の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線が第１のレンズ部材の光軸に対する角度と、この光束の波長選択ミラー面での反射光の光束が第１のレンズ部材の光軸に対する角度とが、略一致するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、第１の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線の延長線上に、透過凸面と第１のレンズ部材の光軸が交わる点が略位置し、さらに第２の光ファイバの傾斜面中心から射出する光束の主光線の延長線上に、透過凸面と第１のレンズ部材の光軸が交わる点が略位置していることを特徴とする。この態様によれば、請求項５に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第１の光ファイバの先端面における傾斜面と第２の光ファイバの先端面における傾斜面は、それぞれ第１のレンズ部材の光軸方向に向いており、さらに、第３の光ファイバの先端面は、傾斜面であり、この傾斜面は、第１のレンズ部材の光軸方向に向いていることを特徴とする。この態様によれば、第１のレンズ部材の波長選択ミラー面を透過した第１の波長の光を、効率良く第３の光ファイバに導くことができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発明において、波長選択ミラー面は、透過凸面の表面に設けられた多層薄膜によって構成されていることを特徴とする。この態様によれば、波長選択ミラー面を蒸着等の方法により、透過凸面の表面に設けることで、波長選択ミラー面を高い精度で設けることができる。透過選択ミラー面の精度は、第１のレンズ部材に設けられる透過凸面の精度で決まるので、透過選択ミラーを別部品として用意する場合に比較して、製造コストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、波長選択フィルタを単独で用意する必要がない。また、波長選択フィルタの位置および傾きの調整が不要であるので、調整用の部材や調整の手間を省くことができる。このため、部品コストおよび製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明を利用した光分波装置の一例を示す概念図である。図１（Ａ）は、光分波装置の概要を示す概念図である。図１（Ｂ）および（Ｃ）は、波長λ２の光束の主光線を示す概念図である。図１（Ｄ）は、波長λ１の光束の主光線を示す概念図である。
【００２７】
図１（Ａ）に示す光分波装置は、平凸レンズ１０（第１のレンズ部材の一例）、光ファイバ１２および１３（第１と第２の光ファイバの一例）、平凸レンズ１４（第２のレンズ部材の一例）、および光ファイバ１５（第３の光ファイバの一例）を主要な構成要素としている。
【００２８】
（第１のレンズ部材側の構成）
まず、第１のレンズ部材側の構成を説明する。平凸レンズ１０は、熱による軟化点が摂氏約７００度のホウ珪酸系の多成分ガラス（屈折率：約１．５７）を成分として構成される。平凸レンズ１０は、光ファイバ１２および１３に伝送される光信号が透過する透過平面１０ａと、この透過平面１０ａの中心に略曲率中心を有する球面の一部分である透過凸面１０ｃを備えている。また透過凸面１０ｃには、波長選択ミラー面１０ｂが形成されている。
【００２９】
波長選択ミラー面１０ｂは、透過平面１０ａの中心（透過平面１０ａと光軸Ｏの交点）に略曲率中心を有する球面形状の透過凸面１０ｃ上に波長選択反射膜をコーティングしたものであり、第１の波長の光を透過し、且つ第２の波長の光を反射する性質を有する。波長選択反射膜としては、例えば誘電体多層膜を用いることができる。一般的な誘電体多層膜による波長選択反射膜は、屈折率の異なる２種の物質を交互に重ねて蒸着させた多層膜で構成される。すなわち、反射させたい光の波長をλとした場合に、λ／４の膜厚の膜を周期的にＨＬＨＬＨ・・・ＬＨと重ねた構成とする。ここで、Ｈは高屈折率膜、Ｌは低屈折率膜である。例えば、高屈折率膜としてＴｉＯ２（二酸化チタン、屈折率ｎ＝２．３）、低屈折率膜としてＳｉＯ２（石英、屈折率ｎ＝１．４５）を使用することができる。この例において、波長選択ミラー１０ｂは、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射するように設定されている。
【００３０】
光ファイバ１２および１３は、例えば熱による軟化点が摂氏約１７００度の石英ガラスを主成分（屈折率：約１．４４）としている。光ファイバ１２および１３の先端面は、平凸レンズ１０の透過平面１０ａに固着されている。この固着方法では、軟化点の差を利用して融着させる方法が利用されている。この融着の方法の詳細については後述する。
【００３１】
図１（Ｂ）に示すように、第１の光ファイバ１２と第２の光ファイバ１３の透過平面１０ａへの固着位置は、平凸レンズ１０の光軸Ｏに対して軸対称な位置とされている。また、第１の光ファイバ１２と第２の光ファイバ１３は、透過平面１０ａに対して、垂直に固着されている。つまり、第１の光ファイバ１２および第２の光ファイバ１３の光軸は、平凸レンズ１０の光軸Ｏと平行となっている。
【００３２】
光ファイバ１２と１３の先端面は、傾斜面１２ａおよび１３ａとされている。この傾斜面は、光ファイバを斜めに切断することで形成される。傾斜面１２ａおよび１３ａの傾斜面の向きは、平凸レンズ１０の光軸Ｏの方向に向いている。つまり、傾斜面１２ａおよび１３ａの傾斜面の向きは、光軸Ｏを境にして互いに向かい合っている。また、傾斜面１２ａおよび１３ａの傾斜面の傾斜角は、同じとされている。
【００３３】
以下、先端が斜面とされた光ファイバから射出される光束の主光線の方向について説明する。図１（Ｂ）の左側には、一例として平凸レンズ１０に固着された光ファイバ１２の例が示されている。この場合、光ファイバ１２の先端は、斜面１２ａであり、また光ファイバ１２の屈折率よりも平凸レンズ１０の屈折率は大きいから、斜面１２ａから射出される光束の主光線Ｇ１は、斜面１２ａの向きの方向に屈折する。ここで、斜面１２ａの向きの方向は、斜面１２ａの法線ベクトルの光ファイバ１２の光軸Ｆ１に対する余弦ベクトルの方向として定義される。
【００３４】
この例では、図１に示すように、光ファイバ１２の斜面１２ａと光ファイバ１３の斜面１３ａとは、平凸レンズ１０の光軸Ｏの方向に向くように設定されており、また第１の光ファイバ１２と第２の光ファイバ１３の透過平面１０ａへの固着位置は、平凸レンズ１０の光軸Ｏに対して軸対称な位置とされている。また、波長選択ミラー面１０ｂは、透過平面１０ａの中心（透過平面１０ａと光軸Ｏの交点）に略曲率中心を有する球面である。このため、図１（Ｂ）に示されるように、第１の光ファイバ１２から射出した光束の内、波長選択ミラー１０ｂで反射される成分（波長λ２の成分）の光束は、第２の光ファイバ１３の斜面１３ａの中心に集光する。この際、斜面１３ａは、斜面１２ａに対して光軸Ｏに対しての対称性を有した傾き角および斜面の向きを有しているので、この斜面１３ａに集光した光束は、光ファイバ１３内に効率良く導かれる。つまり、第１の光ファイバ１２を伝送される波長λ２の光信号は、第２の光ファイバ１３に導かれる。
【００３５】
図１（Ｃ）には、光ファイバ１２から射出する光束の主光線の方向と、光ファイバ１３から射出される光束があった場合を仮定した際の光束の主光線の方向との関係が、概念的に示されているともいえる。図示するように、光ファイバ１２から射出する光束の主光線Ｇ１は、光ファイバ１２の光軸Ｆ１および平凸レンズ１０の光軸Ｏに対して、角度θ１を有していると見ることができる。同様に、光ファイバ１３から射出する光束の主光線Ｇ２は、光ファイバ１３の光軸Ｆ２および平凸レンズ１０の光軸Ｏに対して、角度θ１を有していると見ることができる。また、図１（Ｂ）に示されているように、主光線Ｇ１の延長線上に波長選択ミラー１０ｂの反射面と光軸Ｏとが交わる点が略位置し、主光線Ｇ２の延長線上に波長選択ミラー１０ｂの反射面と光軸Ｏとが交わる点が略位置している。
【００３６】
（第２のレンズ部材側の構成）
次に、第２のレンズ部材側の構成を説明する。平凸レンズ１４は、平凸レンズ１０と同じく、軟化点が摂氏約７００度のホウ珪酸系の多成分ガラスを主成分としている。平凸レンズ１４は、非球面の透過凸面１４ａ（透過屈折面の一例）と、透過平面１４ｂとを有している。平凸レンズ１４は、透過凸面１４ａを平凸レンズ１０に対向させ、近接させた状態で配置され、また平凸レンズ１０と平凸レンズ１４とは、その光軸が略一致する状態とされている。図では、平凸レンズ１４の光軸も平凸レンズ１０の光軸と同様に符号Ｏで示されている。
【００３７】
光ファイバ１５は、光ファイバ１２および１３と同じく、軟化点が摂氏約１７００度の石英ガラスを主成分としている。光ファイバ１５の先端面は、平凸レンズ１４の透過平面１４ｂに固着されている。また、光ファイバ１５の先端面も、傾斜面１５ａとされている。この傾斜面１５ａの向きも光軸Ｏの方向を向いている。また、その傾斜面の傾斜角は、傾斜面１２ａおよび１３ａと略同じとされている。また、光ファイバ１５の透過平面１４ｂへの固着位置は、光ファイバ１３の略光軸延長線上とされている。図１（Ｄ）に示すように、仮に光ファイバ１５から射出される光束があるとすると、その主光線Ｇ３は、光ファイバ１５の光軸Ｆ３に対して角度θ１を有するものとなる。
【００３８】
この構成によれば、図１（Ａ）に示すように、第１の光ファイバ１２から射出された波長λ１の光束は、波長選択ミラー１０ｂを透過し、透過凸面１４ａで屈折され、斜面１５ａの中心で集光される。つまり、第１の光ファイバ１２を伝送される波長λ１の光信号は、第３の光ファイバ１５に導かれる。
【００３９】
（第１の実施形態の製造方法）
図１に示す光分波装置の製造方法の一例を説明する。始めに光ファイバ１２および１３を、平凸レンズ１０の透過平面１０ａに固着する方法の例を説明する。
【００４０】
まず、光ファイバ１２および１３よりも軟化点が低い平凸レンズ１０の透過平面１０ａの垂直上下方向に、図示省略した一対の放電電極を配置する。次に、光ファイバ１２および１３を透過平面１０ａに近接（または軽く接触）させ、所定の斜面の向きとなるように調整する。この斜面の向きの調整は、顕微鏡を見ながら、図示しない治具により光ファイバを回転させることで行う。次に、光ファイバ１２および１３を、光軸Ｏの軸対称な位置に位置合わせする作業を行う。
【００４１】
この位置合わせは、各光ファイバの斜面構造とされた端面を、平凸レンズ１０の透過平面１０ａに近接（又は軽く接触）させ、その状態において、光ファイバ１２に波長λ２の光信号を送り込み、光ファイバ１３に導かれるその反射光を利用して行う。すなわち、光ファイバ１３を介して検出される波長λ２の光信号が最大となるように、光ファイバ１２と１３の透過平面１０ａ上における位置の調整を行う。なお、この際に光ファイバ１２および１３を回転させ、斜面の向きを同時に調整してもよい。
【００４２】
位置合わせが終了したら、図示省略した電極に高電圧を加えてアーク放電を発生させ、各光ファイバの端面と透過平面１０ａとの近接（または接触）部分付近に対する瞬間的な加熱を行う。この際、加熱の温度が、平凸レンズ１０の軟化点以上であり、且つ、光ファイバ１２および１３の軟化点より低い温度となるように、放電条件を調整する。この加熱により、透過平面１０ａは膨張されるとともに溶融され、毛細管現象により光ファイバ１２および１３側に盛り上がる。これにより、光ファイバ１２および１３は、平凸レンズ１０に融着され、固着された状態となる。
【００４３】
以上の工程により、図１（Ｂ）に示す構成を得る。次に、図１（Ｂ）に示す構成を基にして、図１（Ａ）に示す構成を得る工程の一例を説明する。まず、図１（Ｂ）に示す状態の平凸レンズ１０の透過平面１０ａ側に、平凸レンズ１４の透過屈折面１４ａ側を近接させる。この際、平凸レンズ１０と１４とは、図示省略した固定用部材上に配置される。また、平凸レンズ１４の透過平面１４ｂ側に図示省略する一対の放電用電極を配置し、また透過平面１４ｂに、第３の光ファイバ１５の斜面とされた端面を近接（または軽く接触）させる。この際、光ファイバ１５端面の斜面の向きが、光軸Ｏの方向に向くように調整しておく。
【００４４】
次に、光ファイバ１２に波長λ１の光信号を入力し、光ファイバ１５から出力される波長λ１の光信号の強度が最大となるように、平凸レンズ１０と１４との相互位置、および透過平面１４ｂに対する光ファイバ１５の相対位置を調整する。こうして光軸合わせの調整が行われる。
【００４５】
光軸合わせの調整が終了したら、平凸レンズ１０と１４との相互位置関係を固定し、さらに、図示省略する放電電極からアーク放電を発生させて、光ファイバ１５を透過平面１４ｂに融着する。こうして、図１に示す構成を得る。
【００４６】
（具体的な設計例）
以下では、図１に示す光分波装置の具体的な設計例について説明する。ここで、図２は、各種設計パラメータの意味を説明するための概念図である。
【００４７】
１．前提条件
まず、この設計例の前提条件について説明する。図２に示す光ファイバ１２、１３、および１５は、シングルモードファイバとし、コア径が９〜１０μｍ、クラッド径が１２５μｍ、屈折率がｎ１＝１．４４４０１８のＳｉＯ２（石英ガラス）とする。また、光ファイバの先端面は傾斜面とし、その傾斜角度θ３（以下、「クリーブ角度」とする）はすべて同じ角度とする。
【００４８】
平凸レンズ１０および１４は、屈折率がｎ２＝１．５６５０７２の多成分ガラスとする。また、平凸レンズ１０および１４は、レンズ外径Φ＝１．０ｍｍ（レンズ有効径φ＝０．７ｍｍ）とし、レンズ長Ｌは、平凸レンズ１０と１４で同じになるように設計する。また、波長選択ミラー面１０ｂは、誘電体多層膜をコーティングしたものとする。さらに、この誘電体多層膜は、その設計条件を、透過する光の波長がλ１＝１．３μｍ、反射する光の波長がλ２＝１．５５μｍ、となるように調整する。以上が前提となる条件である。次に、上記の条件を前提とした具体的な設計例について説明する。
【００４９】
２．光ファイバの配置
図２（Ａ）に示すように、光ファイバ１２と１３は、その長手方向の側辺を光軸Ｏの位置で接触させる。また、光ファイバ１５は、その長手方向の側辺を光軸Ｏの位置に合わせ、その光軸を光ファイバ１３の光軸線上に一致させる。このとき、光軸Ｏから各光ファイバの中心軸までの距離Ｆは、ファイバ半径であり、６２．５μｍとなる。
【００５０】
３．第１のレンズ部材の凸形状
図２に示すように、平凸レンズ１０の透過平面１０ａと光軸Ｏとの交点Ｐは、透過凸面１０ｃ（波長選択ミラー面１０ｂ）の球面形状における曲率中心に一致させる。すなわち、波長選択ミラー面１０ｂは、点Ｐを中心とした球面となる。このとき、曲率半径は平凸レンズ１０のレンズ長Ｌと等しい。レンズ長Ｌは、光ファイバ１２と１３の中心軸の距離２Ｆに比して、十分長く（２０倍程度以上）なるようにする。こうすることで、波長選択ミラー面１０ｂにおける反射する波長帯域の入射角依存性の影響を抑えることができる。
【００５１】
４．第１のレンズ部材のレンズ長
レンズ長Ｌは、主光線の傾き角δ、すなわち、クリーブ角度θ３により決定する。以下において、クリーブ角度と主光線の傾き角の関係、および主光線の傾き角とレンズ長の関係からレンズ長の求め方の一例を説明する。
【００５２】
（１）クリーブ角度と主光線の傾き角の関係
図２（Ｂ）に示すように、クリーブ角度θ３は、斜面の法線ベクトルが光軸Ｏに対してなす角度として定義される。スネルの法則により、入射角θ３と屈折角θ４との関係は、ｎ１ｓｉｎθ３＝ｎ２ｓｉｎθ４と表すことができる。ここで、ｎ１は、光ファイバ１２側の屈折率であり、ｎ２は、平凸レンズ１０側の屈折率である。また、斜面から射出される光束の主光線の傾き角δは、δ＝θ３−θ４であるため、この２式から主光線の傾き角δとクリーブ角度θ３の関係は、以下の数１の式で表される。数１に基づき、縦軸を主光線の傾き角δとし、横軸をクリーブ角度θ３としたグラフを図４（Ａ）に示す。
【００５３】
【数１】
2008151897.tif 000003
【００５４】
（２）主光線の傾き角とレンズ長の関係
図２において、主光線の傾き角δは、波長選択ミラー１０ｂの凸面の頂点Ｑに対する入射角と等しくなるように設計される。つまり、光ファイバ１２から射出される光束の主光線が頂点Ｐを通るようにδの値は設計される。この場合、図２（Ａ）からｔａｎδ＝Ｆ／Ｌであるので、主光線の傾き角δとレンズ長Ｌの関係は、以下の数２の式で表される。数２に基づき、縦軸を主光線の傾き角δ、横軸をレンズ長Ｌとしたグラフを図４（Ｂ）に示す。ここでＦは、ファイバ半径Ｆであるため、Ｆ＝６２．５μｍ＝０．０６２５ｍｍである。
【００５５】
【数２】
2008151897.tif 000004
【００５６】
図４（Ａ）を利用することで、斜面の傾斜角度（クリーブ角度）の設定によって、光ファイバ１２から平凸レンズ１０内に射出される光束の主光線の方向を決めることができる。また、さらに図４（Ｂ）を利用することで、その際のδに必要な平凸レンズ１０の長さＬを決めることができる。
【００５７】
この例の場合、波長選択ミラー面１０ｂにおける反射する波長帯域の入射角依存性の影響、およびＬの値をできるだけ短く抑えたいことを考慮して、δの値を１．２度とする。すると、ファイバ半径が６２．５μｍの２本の光ファイバを接触配置しているので、光ファイバ１２から射出された光束の主光線が、Ｑ点の位置に到達するようにするためのθ３は、図４（Ａ）から約１５度となる。またこの場合、図４（Ｂ）から、Ｌ＝約３ｍｍとなる。
【００５８】
５．第１と第２のレンズ部材の間隔と第２のレンズ部材の凸形状
図２（Ａ）において、波長選択ミラー１０ｂを透過した光束が透過屈折面１４ａで屈折され、光ファイバ１５の先端面の中心Ｍ３に集光するように、レンズ間隔Ｈと透過屈折面１４ａの凸形状が設計される。透過屈折面１４ａの凸形状は、非球面形状であり、以下に示す数３の多項式で与えられる曲線を、光軸を中心に回転させた曲面を有している。
【００５９】
【数３】
2008151897.tif 000005
【００６０】
図５は、数３のパラメータを説明する概念図である。ここで、図５に示すように、ｒは光軸からの高さ、Ｚは光軸からの高さがｒの場合の非球面上の点における非球面頂点の接平面からの距離である。また、ｃは非球面頂点における曲率（曲率半径の逆数）、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数である。この設計例では、レンズ間隔Ｈが約０．３ｍｍで、以下の表１に示す非球面データのとき、結合効率が好適となった。
【００６１】
【表１】
2008151897.tif 000006
【００６２】
以下では、この非球面形状における結合効率（結合損失）について説明する。図３（Ａ）は、クリーブ角度θ３を変更した場合の反射光の結合効率を示すグラフである。クリーブ角度θ３は約１５度で好適となっている。このとき主光線の傾き角は約１．２度である。
【００６３】
一方、図３（Ｂ）は、クリーブ角度θ３を変更した場合の透過光の結合効率を示すグラフである。この場合、θ３＝約１４度で好適となっている。また、この際の平凸レンズ１４における主光線の傾き角は約１．０６度である。また、図４（Ｃ）は、レンズ間隔Ｈを変更した場合における結合効率を示すグラフである。この場合、レンズ間隔Ｈが、約０．２９ｍｍで好適となっている。
【００６４】
（光分波装置の具体例）
以下では、この設計における光分波装置の具体例について説明する。図６（Ａ）は、基準基板１のＶ字溝に光ファイバ１２、１３、および１５を固着した平凸レンズ１０および１４を配置した状態が示されている。基準基板１の長さは約６．３ｍｍ、幅は約３ｍｍである。
【００６５】
まず、平凸レンズ１０に、光ファイバ１２および１３を固着する。光ファイバ１２および１３の固着の方法は、前述した通りである。そして、この平凸レンズ１０と、光ファイバ１５を固着していない平凸レンズ１４とを基準基板１上に載せ、前述した方法により位置調整を行って、平凸レンズ１０と平凸レンズ１４との相対位置を決め、平凸レンズ１４に対する光ファイバ１５の位置関係を決める。その後、平凸レンズ１０と平凸レンズ１４との相対位置関係を接着剤によって固定し、また放電により平凸レンズ１４に対する光ファイバ１５の融着を行う。最後に、基準基板１と同一形状の押さえ基板２を用いて、平凸レンズ１０と１４とを狭持し、その全体を金属製の薄い狭持板３により包囲し、隙間に接着剤を充填して全体を固定する。こうして図６（Ｂ）に示す光分波装置を得る。
【００６６】
なお、基準基板１と押さえ基板２は、Ｖ字溝を有する形状に限らず、平凸レンズ１０および１４を固定できる所望の断面形状をもつ基板でもよい。
【００６７】
図６（Ｂ）に示す光分波装置は、光ファイバ１２に波長λ１と波長λ２の光信号を入射させると、波長λ１の光信号は、光ファイバ１５に出力され、波長λ２の光信号は、光ファイバ１３に出力される。つまり、光ファイバ１２を伝送される２種類の波長の光信号が、波長の違いによって光ファイバ１５または光ファイバ１３に分離されて出力される。
【００６８】
図６に示す光分波装置の製造過程では、波長選択ミラーを単独の部材として用いないので、部品コストを下げることができる。また、波長選択ミラーの位置合わせ、および角度調整を行う必要がないので、そのための手間と治具を必要としない。このことも製造コストを低減する点で有利となる。
【００６９】
（他の実施形態）
請求項１や２に記載された発明の発明思想を実現する態様として、光ファイバ端面の斜面構造部分から射出される光線の傾き状態を利用する以外に、各光ファイバの少なくとも一つを各レンズ部材の透過平面に対して、斜めに固定する方法を挙げることができる。ただしこの場合は、上述した実施形態に比較して、光軸を合わせる作業が面倒となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、光通信、光回路等において複数の波長からなる光信号を波長毎に分割して２つの光ファイバに分波する光分波装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（Ａ）は、本発明を利用した光分波装置の主要な構成の一例を示す概念図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は、波長λ２の光束の主光線を示す概念図であり、（Ｄ）は、波長λ１の光束の主光線を示す概念図である。
【図２】（Ａ）は、本発明を利用した光分波装置の具体的な設計例を示す概念図、（Ｂ）は光ファイバ１２と平凸レンズ１０の境界での入射角、屈折角を算出する概念図である。
【図３】（Ａ）は、クリーブ角（斜面の傾斜角）と反射結合効率の関係を示すグラフであり、（Ｂ）はクリーブ角と透過結合効率の関係を示すグラフであり、（Ｃ）はレンズ間隔と結合効率の関係を示すグラフである。
【図４】（Ａ）は主光線の傾き角とクリーブ角の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は主光線の傾き角とレンズ長の関係を示すグラフである。
【図５】非球面形状を算出する際のパラメータの意味を説明する概念図である。
【図６】本発明を利用した光分波装置の具体例を示す概念図である。
【図７】従来の光分波装置の具体例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０…平凸レンズ、１０ａ…透過平面、１０ｂ…波長選択ミラー、１０ｃ…透過凸面、１２、１３、１５…光ファイバ、１４…平凸レンズ、１４ａ…透過屈折面、１４ｂ…透過平面。
【図１】
2008151897.tif 000007
【図２】
2008151897.tif 000008
【図３】
2008151897.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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