(57)【要約】　　　（修正有）【課題】低コストで小型の光合分波器及びその作製方法を提供する。【解決手段】２つ以上の光合分波器を立体的に重ねることによって、空間的な光合分波器の集積度を上げた集積化光合分波器とする。光合分波器に使われている波長選択フィルタや回折格子などの分光用光学素子を複数の光合分波器で共有し、光路の位置合わせを一括して行うと同時に部品点数を削減することで、光合分波器一つあたりのコストの低減とケースの小型化を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の光合分波器を立体的に重ねることによって、空間的な光合分波器の集積度を上げた集積化光合分波器。
【請求項２】
ＰＬＣを積層させ、多層構造とすることで集積化を実現した請求項１記載の集積化光合分波器。
【請求項３】
光合分波器に平面回折格子を用いたことを特徴とする請求項２記載の集積化光合分波器。
【請求項４】
平面回折格子の周期が異周期であることを特徴とする請求項２又は３記載の集積化光合分波器。
【請求項５】
平面回折格子が反射型であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
【請求項６】
光合分波器にポリマ光導波路を用いたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
【請求項７】
波長と偏波を同時分離することを特徴とする請求項６記載の集積化光合分波器。
【請求項８】
各光合分波器で対応する偏波が決まっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
【請求項９】
光合分波器に波長選択フィルタを用いたことを特徴とする請求項１記載の集積化光合分波器。
【請求項１０】
光合分波器への光の入力あるいは出力部分に、２次元的に配列したマイクロレンズアレイまたはフレネルレンズアレイを用いることにより、集積化を実現した請求項９記載の集積化光合分波器。
【請求項１１】
光合分波器に鏡を用いたことを特徴とする請求項１０記載の集積化光合分波器。
【請求項１２】
２次元ＭＴコネクタに対応した光ファイバや光導波路の並びを用いることにより、集積化を実現した請求項１〜１１のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＤＭ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）（波長分割多重）用光合分波器に係り、特に波長フィルタや回折格子を用いた低コストで集積度の高い光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及とともに、通信技術は著しく発展したが、この中の一つに波長多重光通信が存在する。この波長多重通信は、将来の大容量光通信システムを支える伝送方式として期待されているものであり、その実現が強く望まれているものである。
【０００３】
波長多重通信によって、光ファイバ一本当たりの伝送容量が増え、伝送の大容量化が可能となる。また、光配線においても高速・高密度の配線を実現する技術として注目される。波長多重通信を実現するためには、各チャンネルの送信機を一本のファイバに束ねて、かつ、波長分離して各受信機に光信号を導く光合分波器が不可欠である。
光合分波器の中でも一本の光ファイバーで複数の信号を送ることを可能にするＣＷＤＭの需要の伸びが予測されている。これは光ファイバーを通ってくる１．３μｍまたは１．５μｍ近傍の波長多重信号を、数十ｎｍ間隔で分波するものである。一般に、ＣＷＤＭの特性としてクロストークが少なくかつ伝搬損失が少ないという分波特性が望まれる。また、常に良好な分波特性を得るためには温度変化、入射光の偏波の変化に対して、あまり特性が変化しないことも重要である。
ＷＤＭ用分波器としてはＡＷＧ（ａｒｒａｙｅｄ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｇｒａｔｉｎｇ）（アレイ光導波路格子形光合分波器）が広く使われているが、分波特性が光源の波長変化に対して変りやすく、しかも、加工精度が求められるので、コストが高い。そこで、分波の数は少ないが、波長による特性変化の少ないしかも低コストのＣＷＤＭが求められている。しかし、組み立て時に光導波路あるいはマイクロレンズと、光ファイバーの光路のサブミクロンレベルでの精度で位置合わせを行うため、時間がかかり、また、それに応じて加工費も高くなっていた。
従来の複数の入力ポートと複数の出力ポートを備えた光合分波器（波長ルータ）は、入力がＭ個で出力がＮ個の場合、Ｍ×Ｎ個の波長選択素子を必要としていた（例えば、特許文献１参照。）。このような場合波長選択素子の数だけ、位置合わせを行う必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１７４２５３　号公報（第１−２９頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上詳述したように、従来の光合分波器においては、光導波路あるいはマイクロレンズと、光ファイバーの光路の位置合わせを一つ一つの分波器についてしていたためにコストが高くついた。しかも、分波器ひとつひとつについて、外光やほこりが入ることを防ぐハウジングを作るため、大きさもかさばっていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで分波特性の良い小型の光合分波器を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
分波器において分光するためには、波長選択フィルタや回折格子が使われている。これらの分光用光学素子を複数の分波器で共有し、光路の位置合わせを一括して行うと同時に部品点数を削減することで、分波器一つあたりの、コストの低減とケースの小型化を図ることが出来る。
【０００７】
本発明は以下の集積化光合分波器を提供するものである。
（１）２つ以上の光合分波器を立体的に重ねることによって、空間的な光合分波器の集積度を上げた集積化光合分波器。
（２）ＰＬＣを積層させ、多層構造とすることで集積化を実現した上記１記載の集積化光合分波器。
（３）光合分波器に平面回折格子を用いたことを特徴とする上記２記載の集積化光合分波器。
（４）平面回折格子の周期が異周期であることを特徴とする上記２又は３記載の集積化光合分波器。
（５）平面回折格子が反射型であることを特徴とする上記２〜４のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
（６）光合分波器にポリマ光導波路を用いたことを特徴とする上記２〜５のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
（７）波長と偏波を同時分離することを特徴とする上記６記載の集積化光合分波器。
（８）各光合分波器で対応する偏波が決まっていることを特徴とする上記１〜６のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
（９）光合分波器に波長選択フィルタを用いたことを特徴とする上記１記載の集積化光合分波器。
（１０）光合分波器への光の入力あるいは出力部分に、２次元的に配列したマイクロレンズアレイまたはフレネルレンズアレイを用いることにより、集積化を実現した上記９記載の集積化光合分波器。
（１１）光合分波器に鏡を用いたことを特徴とする上記１０記載の集積化光合分波器。
（１２）２次元ＭＴコネクタに対応した光ファイバや光導波路の並びを用いることにより、集積化を実現した上記１〜１１のいずれか１項記載の集積化光合分波器。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の集積化光合分波器は、光合分波器を多層に並べることで、電気配線が多層化することで高密度化しているのと同様の集積効果を狙ったものである。このとき、各層の光合分波器間で光配線がなされていてもよい。
多層にする方法としては、平面状の光合分波器を層状に重ねる方法のほかに、ロールのように円筒形に重ねる方法、Ｗ字型に折りたたんで重ねる方法などでもよい。
【０００９】
請求項２に記載したようにＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：光平面光導波路）を使うことで空間配線に比べ多層構造を作製するのが容易になる。
【００１０】
請求項３に記載したように平面回折格子を用い、図１、２に記載したように一枚の回折格子ですべての分光を行うことで、部品点数を削減することが出来る。入射光１０はλ１からλ４のそれぞれに分光され、波長別の出射光１８となる。入射光１０は入射側チャンネル光導波路１４に入り、スラブ光導波路２４で拡散し、反射型回折格子２６とスラブ光導波路２４で分光・集光される。λ１からλ４までそれぞれ決まったチャンネル光導波路１６から出射光１８が出て行く。
なお、波長ルータに応用する場合、入力ポートに入ってきた波長λ１の光を何番目の出力ポートに出すかという対応づけが必要となるが、分光された光を光導波路や光ファイバーによる光配線で出力ポートへ導くことで可能となる。
【００１１】
請求項４に記載したように平面回折格子の周期を異周期にすることで、集光や分光など複数の機能を持たせることができる。その結果、部品点数を削減できる。
【００１２】
請求項５に記載したように、反射型回折格子を用いることで、入射面と出射面を同じ側にできるので、光合分波器のサイズを小さくできる。これにより光合分波器一つ当たりの体積を０．６ｃｍ２以下にできる。
【００１３】
請求項６に記載したようにポリマ光導波路を用いることで、石英光導波路を用いた場合に比べコストを削減できる。ポリマとしては耐熱性のある、ポリイミドに代表されるような、芳香族複素環高分子が望ましい。
【００１４】
しかし、芳香族複素環高分子は一般に複屈折率を持つので、偏波がＴＥモードか、ＴＭモードで分光された後の集光点の位置が異なる。たとえば、ＴＥモードの１．３μｍの光が分波された光は、ＴＭモードでは１．３１μｍの光が分波された光と同じものとして検出される。
【００１５】
このことを利用すれば、請求項７に記載したように、同じ波長でも、偏波がＴＥモードか、ＴＭモードかで分波することが可能となる。
【００１６】
しかし、一方で、光導波路の設計上の理由から、ＴＥモードとＴＭモードを分離できない場合もある。これは、分光器としての波長分解能の低下をもたらす。そのような場合には、請求項８に記載したように各光合分波器で対応する偏波を変えればよい。つまり、あらかじめ、ＴＥ波とＴＭ波を分離し、それぞれに対応した光導波路の設計をした層で分光することにすれば、波長分解能の低下を防ぐことができる。
【００１７】
図３に示したように、請求項９および１１に記載した波長選択フィルタと鏡で複数の入力光を一括して波長分離することができる。波長選択フィルタとしては誘電体多層膜が使える。図３ではそれぞれλ１、λ２、λ３だけを選択的に反射する三枚の波長選択フィルタ３８と鏡３４が使われている。光ファイバを出た入射光４０は、各波長選択フィルタ３８で分光され、その反射光が異なる出射光４２となるよう分離される。
図３では波長選択フィルタ３８は重ねて用いているが、これは離して用いても良く、また、フィルタへの入射角度も出射光４２の向きに応じて変えてよい。鏡３４についても同様である。例えば、出射光４２を入射光４０と垂直な右側から取り出すときには、波長選択フィルタ３８および鏡３４へ入射角度は４５°となる。また、その場合、基板上に波長選択フィルタ３８や鏡３４を固定するための溝を切り、その上に配置する。
【００１８】
光ファイバから出た光は、そのままでは平行光でなく、拡散光である。また、波長選択フィルタは一般的に、平行光でないと波長選択効率が悪い。そこで、光ファイバから出た光を、レンズで平行光にコリメートする必要がある。このとき、請求項１０に記載した２次元配列のレンズアレイを用いることで、光ファイバからの入射光を一括して、平行光に変換することができる。図３では３行５列のマイクロレンズを用い、うち、１列を入射用に、４列を出射用に用いている。
図３ではマイクロレンズアレイを同一平面上に配置しているが、必ずしも同一平面である必要はなく、例えば、入射光用のマイクロレンズ４４と出射光用のマイクロレンズ４６を別の基板上に置いたり、それぞれの基板をはす向かいに配置したりしてもよい。
【００１９】
請求項１２に記載したＭＴ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）コネクタを用いることで、光ファイバと光合分波器との光接続が容易になる。また、コネクタは入射・出射部分の多層構造に対応した２次元コネクタを用いる。図３では、５行３列のマイクロレンズを用いているので、ＭＴコネクタも同じ５行３列の二次元配列をしたものを用いる。なお、ＭＴコネクタの配列は用途に応じて、分割しても良い。例えば、入射用のコネクタと出射用のコネクタを分けて、それぞれ、３行１列、３行４列のＭＴコネクタを用いても良い。
【００２０】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２１】
この実施例はポリマ光導波路を反射型平面回折格子に用いた場合である。反射型平面回折格子は回折格子表面にＡｌを蒸着させて作る。光導波路のコアおよびクラッドには日立化成工業のＯＰＩ（品番Ｎ３２６５：フッ素化ポリイミド）を用いた。また、光導波路基板には、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と２，５−ジアミノピリジンの共重合体を用いた。反射型のポリマ光導波路の設計は図１に示したようになる。入射光１０の拡散に要する距離と集光に要する距離から、それぞれ、ｌｉ、ｌｏの長さを決める。光導波路の作製は露光とＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）で行った。回折格子２６の位置合わせは、出射光１８が出射側のチャンネル光導波路１６に入るのをモニターしながら、回折格子２６の位置をずらすことにより行った。各分波器は、ダイサーで精度良く切り出し、端面を揃えた。また、３層の分波器の、左右の位置合わせは、位置合わせ用の光導波路１２に光ファイバの光を通すことで光学的に検査した。入射光の波長は、１３００、１３２０、１３４０、１３６０ｎｍであり、それぞれの波長に光導波路のＴＥモードとＴＭモードの偏波がある。あらかじめ、偏光ビームスプリッタと鏡でＴＥモードとＴＭモードを分離しておく。ＴＥモードは一番上の層に、ＴＭモードは二番目の層に入力する。入射光１０はチャンネル光導波路１４を出るとスラブ光導波路２４中で拡散する。回折格子２６を通った後、スラブ光導波路２４中で集光して４本あるチャンネルのうちの一つに入る。この４つのチャンネルがλ１〜λ４の各波長に対応する。信号は計８波である。
隣接チャンネル間の平均クロストークは１３ｄＢ、各チャンネルの入射光に対する出射光の平均伝搬損失は９ｄＢであった。また、この集積化分波器のサイズは分波器３個で、縦横が２ｃｍ×１ｃｍ、高さが０．７ｃｍであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】回折格子を用いた光合分波器の上から見た断面図である。図２の線Ｂでの断面図に相当する。
【図２】回折格子を用いた光合分波器の横から見た断面図である。図１の線Ａでの断面図に相当する。
【図３】波長選択フィルタを用いた光合分波器の概略図である。
【符号の説明】
ｌｉ、ｌｏはそれぞれ入射側スラブ光導波路の長さと出射側スラブ光導波路の長さである。
１０：　入射光
１２：　位置合わせ用の光導波路
１４：　入射側チャンネル光導波路
１６：　出射側チャンネル光導波路
１８：　出射光
２０：　入射側スラブ光導波路中光路
２２：　出射側スラブ光導波路中光路
２４：　スラブ光導波路
２６：　反射型回折格子
２８：　基板
３０：　コア
３２：　クラッド
３４：　鏡
３６：　透明基板
３８：　波長選択フィルタ
４０：　入射光
４２：　出射光
４４：　入射光用のマイクロレンズ
４６：　出射光用のマイクロレンズ
【図１】
2004133114.tif 000003
【図２】
2004133114.tif 000004
【図３】
2004133114.tif 000005