(57)【要約】【課題】アノマリによる特性変動を抑制したチャープ型回折格子、及びこの回折格子を用いた小型なデマルチプレクサを提供すること。【解決手段】波長多重化され光ファイバ１０を伝送してきた光信号は、チャープ型回折格子光学１４によって分離・集光され、受光導波路アレイ２６を介して、光検出器アレイ２４で検出される。チャープ型回折格子１４は領域分割し、アノマリの生じる領域のブレーズ角度を小さくしたのでアノマリの生じる領域でブレーズ角度を小さくすることによりアノマリを抑制し、小型で低損失なデマルチプレクサを提供できるようになった。【選択図】      図１
2004258389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子定数を連続的に変化させたチャープ型回折格子において、
前記チャープ型回折格子の実質的に前記格子定数が連続して変化するチャープ範囲内で、前記チャープ型回折格子の格子定数が２倍以上変化し、
連続した前記チャープ範囲内を領域分割し、前記領域分割の境界において、ブレーズ角度または格子溝深さを不連続に変化させたことを特徴とするチャープ型回折格子。
【請求項２】
請求項１記載のチャープ型回折格子において、
前記領域分割した領域内で、ブレーズ角度または格子溝深さが略一定であることを特徴とするチャープ型回折格子。
【請求項３】
請求項１から２記載のチャープ型回折格子において、
格子定数と、ブレーズ角度または格子溝深さとを同時に不連続に変化させた境界を有することを特徴とするチャープ型回折格子。
【請求項４】
請求項１から３記載の回折格子において、
前記チャープ型回折格子内全体として、前記領域の分割数が４以上であることを特徴とする回折格子。
【請求項５】
光入射部と、
光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、
分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記チャープ型回折格子が、請求項１から４記載のチャープ型回折格子であることを特徴とするデマルチプレクサ。
【請求項６】
光入射部と、
光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、
分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記チャープ型回折格子が、ブレーズ化されており、
前記チャープ型回折格子内に、各格子位置の正反射ブレーズ角度の増加に対し、ブレーズ角度と前記正反射ブレーズ角度との差が減少する領域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】
光入射部と、
光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、
分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記チャープ型回折格子が、ブレーズ化されており、各格子位置の正反射ブレーズ角度の増加に対し、ブレーズ波長と正反射ブレーズ波長との比が減少する領域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８】
光入射部と、
光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、
分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記チャープ型回折格子が、領域分割され、
前記領域の境界において、ブレーズ角度が不連続に変化し、
前記領域内では、ブレーズ角度が略一定であり、
前記領域の前記ブレーズ角度と中心部での正反射ブレーズ角度との差が、隣接する領域よりも減少する領域を有することを特徴とするデマルチプレクサ。
【請求項９】
光入射部と、
光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、
分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、
前記チャープ型回折格子が、回折次数の消失する条件を満たすアノマリ発生位置を含み、
前記アノマリ位置を含む領域のブレーズ角度と正反射ブレーズ角度との差を、隣接する位置のブレーズ角度と正反射ブレーズ角度との差よりも小さく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９記載のデマルチプレクサにおいて、
前記チャープ型回折格子が、格子位置により所定の回折次数を前記光検出器側に回折し、
前記チャープ型回折格子内で複数の前記回折次数を用いることを特徴とするデマルチプレクサ。
【請求項１１】
請求項５から１０記載のデマルチプレクサにおいて、
前記回折格子から前記光検出器への前記光路中に、前記回折格子で回折した光ビームを前記光検出器に絞り込むビーム縮小手段を有していること
を特徴とするデマルチプレクサ。
【請求項１２】
請求項１１記載のデマルチプレクサにおいて、
前記ビーム縮小手段が、光検出器に向かってコア断面積が減少するテーパ形状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１３】
請求項５から１２記載のデマルチプレクサにおいて、
前記光入射部にマルチモード光ファイバを接続し、
前記マルチモード光ファイバからの光線を前記チャープ型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１４】
請求項５から１３記載のデマルチプレクサにおいて、
前記光ファイバから前記回折格子にいたる光路、または、前記回折格子から前記光検出器にいたる光路中に、一軸方向に集光特性を有する光学部材を有することを特徴とするデマルチプレクサ。
【請求項１５】
信号伝送用光ファイバとの接合部と、
波長多重された光信号を分離するデマルチプレクサと、
光検出器アレイと、
前記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
を有する波長多重受信光モジュールにおいて、
前記デマルチプレクサが請求項５から１４記載のデマルチプレクサであり、
前記接合部と前記デマルチプレクサとをマルチモード光ファイバで接続することを特徴とする波長多重受信光モジュール。
【請求項１６】
信号伝送用光ファイバとの接合部と、
波長多重された光信号を分離するデマルチプレクサと、
光検出器アレイと、
前記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波長合波デバイスとを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、
前記デマルチプレクサが請求項５から１４記載のデマルチプレクサであり、
前記接合部と前記デマルチプレクサとをマルチモード光ファイバで接続し、
前記接合部と前記波長合波デバイスとをシングルモード光ファイバで接続す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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いて送信された波長多重光信号を波長ごとに分離・分波、または合波する光学デバイスに関し、特に、波長分離に用いる回折格子、回折格子を用いて波長を分離するデマルチプレクサ、及び波長多重光伝送モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、非球面波と球面波の干渉によるホログラムを平面状の回折格子として用いて回折分波する光合波・分波器がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２５７１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光合波・分波器においては、いわゆる回折格子のアノマリ（特定の波長で鋭い光吸収、回折効率の変化が起こる現象）が発生する可能性があり、アノマリが発生した場合に回折効率が低減するという問題点があった。従来例の回折格子は、格子定数が回折格子の位置によって連続的に変化するいわゆるチャープ型の回折格子に相当する。アノマリの生じる条件は格子定数、光入射角度、波長の組合せによって決まるが、チャープ型回折格子は、回折格子の位置により格子定数、光入射角度が変化するため、回折格子の特定の位置でアノマリが生じる条件を満たす可能性が高い。アノマリが生じると損失及び偏光依存性が増大し、光合分波特性が劣化してしまうという問題点がある。このアノマリが生じない範囲でチャープ型回折格子を用いようとすると、拡がり角の狭い入射光線を用いる必要がありマルチモード光ファイバ等からの拡がり角の大きな光線を分波・分離することができないという問題点もあった。加えて、光合波・分波器が大きくなる問題点もあった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、アノマリによる特性変動を抑制したチャープ型回折格子、及びこの回折格子を用いたデマルチプレクサ、波長多重伝送モジュールを提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、チャープ型回折格子を用いた小型で拡がり角の大きな入射光線も分離できるデマルチプレクサ、及び波長多重伝送モジュールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、格子定数を連続的に変化させたチャープ型回折格子において、前記チャープ型回折格子の実質的に前記格子定数が連続して変化するチャープ範囲内で、前記チャープ型回折格子の格子定数が２倍以上変化し、連続した前記チャープ範囲内を領域分割し、前記領域分割の境界において、ブレーズ角度または格子溝深さを不連続に変化させたことを特徴とするチャープ型回折格子を提供する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載のチャープ型回折格子において、前記領域分割した領域内で、ブレーズ角度または格子溝深さが略一定であることを特徴とするチャープ型回折格子を提供する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１から２記載のチャープ型回折格子において、格子定数と、ブレーズ角度または格子溝深さとを同時に不連続に変化させた境界を有することを特徴とするチャープ型回折格子を提供する。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から３記載の回折格子において、前記チャープ型回折格子内全体として、前記領域の分割数が４以上であることを特徴とする回折格子を提供する。
【００１１】
請求項５の発明は、光入射部と、光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、前記チャープ型回折格子が、請求項１から４記載のチャープ型回折格子であることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１２】
請求項６の発明は、光入射部と、光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、前記チャープ型回折格子が、ブレーズ化されており、前記チャープ型回折格子内に、各格子位置の正反射ブレーズ角度の増加に対し、ブレーズ角度と前記正反射ブレーズ角度との差が減少する領域を有していることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１３】
請求項７の発明は、光入射部と、光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、前記チャープ型回折格子が、ブレーズ化されており、各格子位置の正反射ブレーズ角度の増加に対し、ブレーズ波長と正反射ブレーズ波長との比が減少する領域を有していることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１４】
請求項８の発明は、光入射部と、光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、前記チャープ型回折格子が、領域分割され、前記領域の境界において、ブレーズ角度が不連続に変化し、前記領域内では、ブレーズ角度が略一定であり、前記領域の前記ブレーズ角度と中心部での正反射ブレーズ角度との差が、隣接する領域よりも減少する領域を有することを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１５】
請求項９の発明は、光入射部と、光入射部から入射した波長多重光信号を分離するチャープ型回折格子と、分離された波長多重信号を検出する複数の光検出器とを有するデマルチプレクサにおいて、前記チャープ型回折格子が、回折次数の消失する条件を満たすアノマリ発生位置を含み、前記アノマリ位置を含む領域のブレーズ角度と正反射ブレーズ角度との差を、隣接する位置のブレーズ角度と正反射ブレーズ角度との差よりも小さくすることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項５から９記載のデマルチプレクサにおいて、前記チャープ型回折格子が、格子位置により所定の回折次数を前記光検出器側に回折し、前記チャープ型回折格子内で複数の前記回折次数を用いることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１７】
請求項１１の発明は、請求項５から１０記載のデマルチプレクサにおいて、前記回折格子から前記光検出器への前記光路中に、前記回折格子で回折した光ビームを前記光検出器に絞り込むビーム縮小手段を有していることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項１１記載のデマルチプレクサにおいて、前記ビーム縮小手段が、光検出器に向かってコア断面積が減少するテーパ形状を有していることを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００１９】
請求項１３の発明は、請求項５から１２記載のデマルチプレクサにおいて、前記光入射部にマルチモード光ファイバを接続し、前記マルチモード光ファイバからの光線を前記チャープ型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を提供する。
【００２０】
請求項１４の発明は、請求項５から１３記載のデマルチプレクサにおいて、前記光ファイバから前記回折格子にいたる光路、または、前記回折格子から前記光検出器にいたる光路中に、一軸方向に集光特性を有する光学部材を有することを特徴とするデマルチプレクサを提供する。
【００２１】
請求項１５の発明は、信号伝送用光ファイバとの接合部と、波長多重された光信号を分離するデマルチプレクサと、光検出器アレイと、前記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受信光モジュールにおいて、前記デマルチプレクサが請求項５から１４記載のデマルチプレクサであり、前記接合部と前記デマルチプレクサとをマルチモード光ファイバで接続することを特徴とする波長多重受信光モジュールを提供する。
【００２２】
請求項１６の発明は、信号伝送用光ファイバとの接合部と、波長多重された光信号を分離するデマルチプレクサと、光検出器アレイと、前記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波長合波デバイスとを有する波長多重光伝送モジュールにおいて、前記デマルチプレクサが請求項５から１４記載のデマルチプレクサであり、前記接合部と前記デマルチプレクサとをマルチモード光ファイバで接続し、前記接合部と前記波長合波デバイスとをシングルモード光ファイバで接続することを特徴とする波長多重光伝送モジュールを提供する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１から図４を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態のデマルチプレクサに係わる実施例を示す上面図である。本実施例においては、チャープ型回折格子１４として平行な直線格子溝を持ちチャープ化した平面回折格子を用いた。波長多重化されて伝送してきた光信号は、光ファイバ１０より出射される。光ファイバ１０より拡がって出射された入射光線３０は、シリンドリカルレンズ１２ａにより紙面に対して垂直方向（チャープ型回折格子１４の刻線方向）について拡がりが低減されてほぼ平行光となり、チャープ型回折格子１４に入射する。チャープ型回折格子１４は拡がって入射した入射光線３０を出射位置に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は紙面内において波長ごとに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、シリンドリカルレンズ１２ｂにより紙面に垂直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。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を有している。スラブ導波路部２２に入射した光線は、紙面に垂直な方向はスラブ導波路に閉じ込められて伝搬し、紙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、波長ごとに設けられたテーパ導波路２４の入射端に集光される。分離集光された光線は、それぞれの波長に対応するテーパ導波路部２４に入射し、波長毎に受光部を有する光検出器アレイ２６により検出される。チャープ方回折格子１４、シリンドリカルレンズ１２、受光用光導波路２８は、ベース２８上に固定されている。
【００２５】
図２に本実施例のチャープ型回折格子１４の正面図を示す。表１には、チャープ型回折格子１４の仕様を示す。表１の領域ａ〜ｆは、領域１８ａ〜１８ｆに対応している。高い回折効率が得られるように、チャープ型回折格子１４として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。そこで本実施例では、回折格子を複数の領域に分割し、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を変えることによって回折効率の向上を図った。本実施例では、分割数を６としている。さらに、回折効率が高くかつ偏光依存性が小さくなるように領域ごとに利用する回折次数も選んだ。本実施例においては、格子定数の大きな領域１８ａから１８ｄで回折次数を１次とし、格子定数の小さな領域１８ｅと１８ｆは２次回折光を用いるように領域１８ｄと１８ｅの境界で不連続に格子定数を２倍とした。このように格子定数が小さい場合には、高次の回折光を用いることが望ましく、おおよそ入射波長程度以下の格子定数で高次の回折光を用いることが望ましい。格子定数は、同じ回折次数を用いる複数の領域において領域を跨っても連続的に格子定数がチャーピングするように加工することにより、所望の位置に回折ビームが集光されるようにした。また、本実施例のように回折次数の切替えをブレーズ角度の切替え位置で行うことにより、回折格子の分割数を増やすことなく格子定数を切り替えることができて望ましい。
【００２６】
【表１】
2004258389.tif 000003
【００２７】
ブレーズ角度は、領域ごとにＴＥ偏光（電場方向が格子の刻線方向の偏光）とＴＭ偏光（電場方向が刻線に垂直な偏光）の回折効率の差が小さくなるように定めた。ＴＭ偏光は、入射光線３０がブレーズ面で正反射する方向と出射光線３２の回折方向とが一致する正反射条件を満たす正反射ブレーズ角において回折効率が最大となり、ＴＥ偏光は正反射ブレーズ角よりも大きなブレーズ角度で回折効率が最大となる。そのため、偏光依存性を小さくするためには、各領域の中心付近において、正反射ブレーズ角度よりも大きく、ＴＥ偏光が最大となるブレーズ角度よりも小さくなるようにブレーズ角を選べばよい。この正反射ブレーズ角度αは、入射角度ｉ、格子定数ｄ、回折次数ｍ、光導波部の屈折率ｎとすると、
【００２８】
【数１】
2004258389.tif 000004
【００２９】
により求めることができる。
【００３０】
表１に、領域の中心位置における正反射ブレーズ角αｃと、各領域でのブレーズ角εと正反射ブレーズ角αｃとの差（ε−αｃ）を示した。上記のように、ブレーズ角度εは、正反射ブレーズ角αが大きくなるにしたがって大きくすることにより偏光による回折効率の差を小さくできる。さらに、アノマリの影響のない範囲では（ε−αｃ）も大きくすればよい。一方、アノマリの影響がある場合には、通常ＴＭ偏光の回折効率が低下するため、（ε−αｃ）を小さくすることにより偏光による回折効率の差を小さくすることができる。本実施例では、領域ｃにおいてアノマリが生じるため、隣接する領域ｂ、ｄよりも（ε−αｃ）を小さく定めた。同様に、領域ｆにおいても隣接する領域ｅよりも（ε−αｃ）を小さく定めた。このように、アノマリの生じるチャープ型回折格子においては、アノマリの影響のない領域では中心正反射ブレーズ角の増加に応じて、（ε−αｃ）を増加させるとともに、アノマリの影響する領域においては、隣接する領域よりも（ε−αｃ）を小さくすることにより、回折効率を向上し、偏光依存性を低下することができる。
【００３１】
アノマリは、特定の波長で鋭い光吸収、回折効率の変化が起こる現象で、特にＴＭ偏光に生じることが多い。アノマリは種々の要因により生じるが、アノマリの生じる条件の一つとして、所望の回折次数ｍと異なる次数ｍ’（≠ｍ）の回折光が消失する場合が揚げられる。このアノマリは、
【００３２】
【数２】
2004258389.tif 000005
【００３３】
または、
【００３４】
【数３】
2004258389.tif 000006
【００３５】
の条件を満たす付近において生じる。ただし、ｉは入射角度、ｄは格子定数、λは入射波長である。また、アノマリの生じる別の要因のとして、金属反射面を用いた場合の表面プラズモン吸収がある。しかし、近赤外から赤外の波長においては金属の反射率が高いため、この表面プラズモン吸収の起こる条件は、回折光が消失する条件とほぼ等しい。したがって、通常の光通信波長については、（２）式または（３）式よりアノマリの生じる位置を求めることができ、この条件を満たす格子位置を含む領域において、アノマリに対して考慮すれば良い。（２）式または（３）式に従えば、同一回折次数の領域で格子定数が２倍以上変化するチャープ型回折格子においては、アノマリが生じる条件を満たすことが分かり、本発明の回折格子を用いることが有効である。さらに、格子定数が３倍以上変化するチャープ型回折格子においては、アノマリの生じる位置を光強度の弱い回折格子の端に来るようにすることができなくなり、光強度の強い部分にアノマリが生じることとなるため、本発明の回折格子を用いることが特に有効である。
【００３６】
可視光より短波長では金属反射膜の反射率が反射膜材料に依存するため、表面プラズモン吸収の生じる条件が回折光の消失する条件からずれるが、表面プラズモンの分散関係を計算することによりアノマリの生じる条件を特定できる。
【００３７】
分割数については、多くするほど理想的なブレーズ角度分布に近い角度分布とすることができる。図３に領域分割数と損失の測定結果を示す。分割数を４以上とすると損失が低下しており、６以上ではほぼ損失は一定となっている。このように、分割数を大きくしても、ある一定の分割数を超えると損失の低下は顕著ではなくなる。しかも、領域を余り多くすると、ブレーズ角を変更する回数も増え、領域のつなぎ部の加工精度が落ちて損失が低下する可能性がある。本実施例では、回折格子溝を平面上に加工しているため、回折格子溝の加工において領域のつなぎ部での平面方向及び垂直方向の位置ずれが生じにくく、精度良く加工することができる。それでも、９分割より多くするとつなぎ部での誤差が積み重なり集光特性の劣化が顕著となった。したがって、分割数としては、４〜９、特に６〜９が望ましい。
【００３８】
加工方法によっては領域のつなぎ部にずれが生じ、チャープ型回折格子の格子定数が若干不連続となるが、実質的には連続とみなすことができる。
【００３９】
図４に本実施例の回折格子と比較例について損失の波長依存性の測定結果を示す。比較例の回折格子は、表１に示したように中心正反射ブレーズ角度の増加に合わせて（ε−αｃ）も単調に増加させたものである。比較例では、ＴＭ偏光の損失が大きく、さらにＴＥ偏光とＴＭ偏光との損失差も大きい。一方、本実施例の回折格子は、回折損失が小さく（回折効率が高く）偏光による損失の差も小さくなっている。損失は１．５ｄＢ以下であり、７０％以上の回折効率が得られている。偏波依存性も０．５ｄＢ以下に納まっている。
【００４０】
エシュレット型回折格子では、波長λ、格子定数ｄとしたとき、λ／ｄが０．６から１．０、ブレーズ角度を２５°から３５°の範囲に選ぶと、特に偏光依存性が小さく回折効率を大きくすることができる。この場合、入射角度ｉと出射角度θとを、
【００４１】
【数４】
2004258389.tif 000007
【００４２】
とする必要がある。なお、入射角度ｉと出射角度θとの間には、
【００４３】
【数５】
2004258389.tif 000008
【００４４】
の関係がある。光強度の強い主光線の当たる付近において、この格子定数、ブレーズ角を満たすように配置するとさらに回折損失、偏光依存性の低減が図れ、望ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
本実施例のように、低次回折光を用いると格子定数の小さくなる領域で、高次の回折光を用いることにより、格子定数を大きくすることができ、また格子の本数を少なくできるのでルーリングエンジンでの回折格子の加工が容易となる効果もある。しかし、ブレーズ角度の大きな領域で回折次数を大きくすると回折効率の波長依存性が大きるとともに、ピークの回折効率も低下するので、回折次数としては４以下が望ましい。
【００４７】
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てもよく、またさらに、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。
【００４８】
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のグレーテッドインデックス（ＧＩ）型マルチモード（ＭＭ）光ファイバを用いた。マルチモード光ファイバは開口数が大きく、入射光線３０の拡がり角が大きい。本実施例の場合、開口数から求まる拡がり角は±１６°となる。そのため、チャープ型回折格子１４の格子定数を広範囲で変化させる必要があり、チャープ型回折格子１４にアノマリが生じることが避けられない。本実施例では、１次回折光の範囲で約３．５倍変化しており、アノマリが必然的に生じる。したがって、本発明は、特に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と言える。
【００４９】
本実施例では、光ファイバ１０を光学ブロック２０に接着し固定した。ただし、光ファイバ１０を固定せずデマルチプレクサ１に挿抜される光信号伝送用の光ファイバを用いてもよい。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。但し、光ファイバ１０を回折格子光学ブロック２０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。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。
【００５０】
また本実施例では、シリンドリカルレンズ１２として円柱状のものを用いた。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良い。また、本実施例においては、空気を介して平面回折格子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、さらに光学部材にシリンドリカルレンズを一体化し、光学部材を通して光線を入射してもよい。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。
【００５１】
受光用光導波路２０は、上記のようにスラブ導波路部２２とテーパ導波路部２４で構成される。光検出器の径に合わせ、光検出器に信号光が効率よく結合するように光導波路の厚さを定めた。テーパ導波路部２４は、紙面内において光入射側から出射側にかけてコアの幅が減少するテーパ形状とし、光検出器アレイ２６に光を絞り込む構造としている。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、スラブ導波路部２４の開口数ＮＡ、特に側面の開口数は大きいほうが望ましく、特にＮＡ０．５以上とすることが望ましい。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。本実施例においては、テーパ導波路部２４の入射側の幅は、スラブ導波路３０と接合される側で光検出器アレイ２６のピッチと同じくし、光検出器アレイ２４側で光検出器に効率良く結合できる幅となるようにした。このように、波長分離したビームを光検出器に絞り込むことにより、応答速度の速い受光面積の小さな光検出器を用いることができ、高速な光通信に適用することができるようになる。光検出器アレイ２６は、テーパ導波路部２４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、テーパ導波路部２４に接着固定した。
【００５２】
本発明の第２の実施形態を図５から図８を用いて説明する。
【００５３】
図５は本実施形態に用いたチャープ型回折格子の実施例の正面図を示す。デマルチプレクサの構成は、図１と同じとした。本実施例では、同じ回折次数においては、格子定数とともにブレーズ角度も連続的に変化させた。チャープ型回折格子１４を回折次数の異なる２領域に分離し、格子定数の大きな領域１８ａで回折次数を１次、格子定数の小さな領域１８ｂで２次とした。
【００５４】
図６に格子位置とブレーズ角度の関係を示す。回折格子位置のゼロ点は、光ファイバからの入射光線３０について光強度の一番強い主光線の当たる位置とした。本実施形態においても、ブレーズ角を正反射ブレーズ角度よりも大きくすることにより、偏光依存性を低減した。さらに、アノマリが生じ問題となる位置においては、ブレーズ角度εと正反射ブレーズ角度αとの差（ε−α）を小さくし、アノマリによる損失増加を抑制した。
【００５５】
本実施例のチャープ型回折格子１４は、３次元ＮＣ加工機を用いて格子溝ごとに格子ピッチ、ブレーズ角度を変えて加工した。
【００５６】
図７に本実施例のチャープ型回折格子について、正反射ブレーズ角度αに対する、ブレーズ角度εと正反射ブレーズ角度αとの差（ε−α）の関係を示す。１次回折光において正反射ブレーズ角度２３°付近と、２次回折光については３７°付近でアノマリが生じたため、（ε−α）を小さくした。そのため、アノマリが問題とならない領域では、正反射ブレーズ角を大きくするにしたがって（ε−α）を大きくし、アノマリが生じる領域では、正反射ブレーズ角を大きくするに対し、（ε−α）を減少させた。
【００５７】
図８には、ブレーズ角度をブレーズ波長に変換し、正反射ブレーズ角度に対するブレーズ波長λｂと正反射ブレーズ波長λＭと比λｂ／λＭの関係を示した。ブレーズ波長λｂは、ブレーズ角度ε、入射角度ｉから、
【００５８】
【数６】
2004258389.tif 000009
【００５９】
により求めることができる。また、正反射ブレーズ波長λＭは、正反射ブレーズ角度αを用いて
【００６０】
【数７】
2004258389.tif 000010
【００６１】
により決まる波長である。ブレーズ角度と同様に、１次回折光においては、アノマリが問題とならない領域では正反射ブレーズ角を大きくするにしたがってλｂ／λＭを大きくし、アノマリが生じる領域では正反射ブレーズ角を大きくするに対してλｂ／λＭを減少させた。また、２次回折光において、正反射ブレーズ角を大きくするにしたがってλｂ／λＭを単純に減少させている。
【００６２】
図９に本実施例のチャープ型回折格子の格子位置に対する損失の測定結果を示す。アノマリ部のブレーズ角度を小さくすることにより、チャープ型回折格子の全域で、偏光依存性が小さく、さらに損失も低くできた。
【００６３】
本実施例においては、格子位置ごとに偏光依存性を低減し、回折効率を向上するようにブレーズ角度、格子溝形状を最適化することができ、回折格子全体としても最良の性能を得ることができる。
【００６４】
本発明の第３の実施形態を図１０から図１１を用いて説明する。
【００６５】
図１０は本実施形態に用いたチャープ型回折格子の実施例の正面図を示す。また、図１１には、本実施例のチャープ型回折格子の格子位置とブレーズ角度の関係を示す。デマルチプレクサの構成は、図１と同じとした。本実施例では、アノマリが生じ問題となる領域を分割し、ブレーズ角を不連続に変化させた。さらに、回折次数もアノマリの生じない、またはアノマリの影響の少ない次数に変化させた。また、回折次数の異なる領域でも分離し、やはりブレーズ角度を不連続に変化させた。
【００６６】
本実施例においては、アノマリの生じない領域では、偏光依存性を低減し回折効率を向上するようにブレーズ角を連続的に変化させ、一方アノマリの生じる領域では、アノマリの発生を抑制するようにブレーズ角度を隣接する領域とは不連続に変化させることにより、アノマリによる損失増加、波長依存性の増加を抑制した。
【００６７】
本実施例のチャープ型回折格子１４も、３次元ＮＣ加工機を用いて格子溝ごとに格子ピッチ、ブレーズ角度を変えて加工した。
【００６８】
本実施例においては、アノマリの問題ない範囲では、格子位置ごとに偏光依存性を低減し、回折効率を向上するようにブレーズ角度、格子溝形状を最適化することができ、アノマリの生じる領域では、領域の平均として偏光依存性を低減し、回折効率を向上するブレーズ角度を選ぶことができるため、格子全体としても性能向上を図れると共に、アノマリの生じる領域での最適ブレーズ角度を格子位置ごとに決める必要がないため、回折格子の設計、加工が容易となる。
【００６９】
ここまでエシュレット型回折格子について本発明のチャープ型回折格子を説明したが、エシュレット格子に限らず、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。波型形状やバイナリ回折格子等の場合には、エシュレット格子のブレーズ角度を小さくしてアノマリを抑制するのに代えて、格子溝の深さを小さく調整してアノマリの発生を抑制すればよい。
【００７０】
また回折格子については、本実施例に用いた平面状のチャープ型回折格子に限らず、凹面回折格子についてもアノマリの生いる場合に同様に適用できるものである。
【００７１】
またここまで、本発明のデマルチプレクサについて説明したが、本発明の波長多重分離光デバイスは光検出器を配している側に光源アレイを設ければマルチプレクサとしても用いることができる。マルチプレクサに用いる場合は、光ファイバ１０の前に光を絞り込むように形成されたテーパを設けることが望ましい。
【００７２】
また本発明は、波長間隔の狭いいわゆるＤＷＤＭにおけるデマルチプレクサにも用いることができる。
【００７３】
本発明の第４の実施形態を図１２を用いて説明する。
【００７４】
図１２は、本実施形態に係わる波長多重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６４ａ、６４ｂ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。受信用の伝送用光ファイバ６４ａを伝送してきた波長多重信号は、伝送用光ファイバ６４ａ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２４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。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波長合波デバイス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６４ｂに結合され、送信される。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６４ａ、６４ｂと結合しているため、伝送用光ファイバ６４ａ、６４ｂ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。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６４ａ、６４ｂ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。
【００７５】
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±５．７ｎｍ変動するものとした。したがって、隣り合うチャネル間の波長スペースは、１３．１ｎｍであり、おおよそ伝送波長中心１３１２．５ｎｍの１％に設定した。これら波長は伝送用光ファイバに用いられる石英コアの損失の少ない帯域にあり、低損失に光伝送できる範囲のものである。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。また波長多重分離光学デバイスの波長分離特性から隣あう波長帯のスペースを中心波長１３１２．５ｎｍの１％とすることにより、中心波長の間隔は、上記のごとく２４．５ｎｍにする必要があるものである。
【００７６】
このように波長範囲が広い場合には、やはりアノマリが生じやすくなるため、本発明のチャープ型回折格子を用いることにより波長分離特性を向上できる。
【００７７】
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受信光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。
【００７８】
【発明の効果】
上記のごとく、アノマリの生じる領域でブレーズ角度を小さくした本発明の回折格子により、アノマリによる特性変動を抑制したチャープ型回折格子、及びこの回折格子を用いたデマルチプレクサ、波長多重伝送モジュールを提供できるようになった。
【００７９】
また、本発明の回折格子により、アノマリの生じる格子条件を満たすチャープ型回折格子を用いても特性変動を抑制できたため、小型で拡がり角の大きな入射光線も分離できるデマルチプレクサ、及び波長多重伝送モジュールを提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるデマルチプレクサの上面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる回折格子の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる回折格子の分割数と損失の測定結果を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係わる回折格子と比較例について損失の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係わるデマルチプレクサに用いた回折格子の正面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる回折格子の格子位置とブレーズ角度の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係わる回折格子の正反射ブレーズ角度に対する、ブレーズ角度と正反射ブレーズ角度との差の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる回折格子の正反射ブレーズ角度に対する、ブレーズ波長とリトローブレーズ波長と比の関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる回折格子の格子位置に対する損失の測定結果を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係わるデマルチプレクサに用いた回折格子の正面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係わる回折格子の格子位置とブレーズ角度の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係わる光伝送モジュールの構成図である。
【符号の説明】
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
１８ａ〜ｆ  回折格子領域
２０  受光用光導波路
２２  スラブ導波路部
２４  テーパ導波路部
２６  光検出器アレイ
２８  ベース
３０  入射光線
３２  出射光線
７４ａ、７４ｂ  伝送用光ファイバ
８０  光伝送装置
８２  波長多重分離デバイス
８４  波長合波デバイス
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】
2004258389.tif 000011
【図２】
2004258389.tif 000012
【図３】
2004258389.tif 000013
【図４】
2004258389.tif 000014
【図５】
2004258389.tif 000015
【図６】
2004258389.tif 000016
【図７】
2004258389.tif 000017
【図８】
2004258389.tif 000018
【図９】
2004258389.tif 000019
【図１０】
2004258389.tif 000020
【図１１】
2004258389.tif 000021
【図１２】
2004258389.tif 000022