(57)【要約】【課題】グレーティングによって生ずるアナモルフォシスの発生及び構成光学系おいて発生する幾何光学的収差を小さくすることにより結合効率を高めることが可能な構成の光分波合波器を提供する。【解決手段】内部空間１１を有したケース１０の光入射口１２に入射用光ファイバ５０を接続し、ケース１０の光出射口１３に複数の出射用光ファイバ６０を接続する。ケース１０の内部空間１１内には、入射用光ファイバ５０を介して内部空間１１内に入射された光を反射させて平行光にするコリメータ２０と、コリメータ２０において平行光にされた光を波長の異なる複数の光に分光するグレーティング３０と、グレーティング３０において分光された光を出射用光ファイバ６０に入射させるイメージングミラー４０とを備える。光入射口１２と光出射口１３とは、グレーティング３０における回折溝３１の延びる方向に、グレーティング３０挟んで設けられる。【選択図】　　　　図１
2004029298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間及びこの内部空間と繋がる光入射口及び光出射口を有して構成されるケースと、
前記ケースの前記光入射口に接続された入射用光伝送路と、
前記ケースの前記光出射口に接続された複数の出射用光伝送路と、
前記ケースの前記内部空間内に設けられ、前記入射用光伝送路を介して前記内部空間内に入射された波長分割多重光を反射させて平行光にする第１の凹面反射面と、
前記ケースに固定され、前記第１の凹面反射面において平行光にされた前記波長分割多重光を複数の直線状の回折溝が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面において波長の異なる複数の光に分光するグレーティングと、
前記ケースの前記内部空間内に設けられ、前記グレーティングにおいて分光された光を前記出射用光伝送路に入射させる第２の凹面反射面とを備え、
前記光入射口と前記光出射口とは、前記グレーティングにおける前記回折溝の延びる方向に、前記グレーティングを挟んで設けられていることを特徴とする光分波合波器。
【請求項２】
前記ケースの前記内部空間内が透明な固体媒質で満たされており、前記入射用光伝送路の端面及び前記出射用光伝送路の端面がそれぞれ前記固体媒質に接合されていることを特徴とする請求項１記載の光分波合波器。
【請求項３】
前記反射回折面が空気を隔てて前記ケースの内部空間と対向しており、前記第１の凹面鏡において反射された光は前記ケースに設けられた開口及び空気を通って前記反射回折面に入射し、前記反射回折面において反射回折した光は空気及び前記開口を通って前記第２の凹面鏡に至るようになっていることを特徴とする請求項１又は２記載の光分波合波器。
【請求項４】
前記第２の凹面反射面の焦点が前記グレーティングの前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光分波合波器。
【請求項５】
前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面がそれぞれ同一の回転放物面上の異なる一部分となっており、前記回転放物面の生成回転軸が前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線に対して平行となり、かつ、前記回転放物面の焦点が前記グレーティングの前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置するように前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面の配置がなされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光分波合波器。
【請求項６】
前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面がそれぞれ同一のトーリック面上の異なる一部分となっており、
前記トーリック面の生成回転軸を通る平面を経面、前記生成軸に垂直な平面のうち前記トーリック面との交円が大円となる平面を赤道面としたときに、
前記トーリック面を前記赤道面により切断したときに得られる交円が１つである場合には、前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面は、これら両凹面反射面を含むトーリック面の前記経面のうち選択された一つが前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射する光の主光線の光軸に対して平行になるとともに、前記選択された経面内方向の焦点が前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置し、かつ、前記選択された経面が、前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線を含んで前記グレーティングの前記回折溝と平行な方向に延びる平面と０°ないし４５°の範囲で交わる位置に設けられ、
前記トーリック面を前記赤道面により切断したときに得られる交円が２つである場合には、前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面は、これら両凹面反射面を含むトーリック面の前記赤道面のうち選択された一つが前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射する光の主光線の光軸に対して平行になるとともに、前記選択された赤道面内方向の焦点が前記反射回折面上若しくはその近傍位置に位置し、かつ、前記選択された赤道面が、前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線を含んで前記グレーティングの前記回折溝と平行な方向に延びる平面と０°ないし４５°の範囲で交わる位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光分波合波器。
【請求項７】
前記第１の凹面反射面及び前記第２の凹面反射面を含むトーリック面についての２つの曲率半径のうち大きい方の曲率半径をＲｔ、小さい方の曲率半径をＲｓとし、前記入射用光伝送路を介して前記ケースの前記内部空間内に入射した光の主光線が前記第１の凹面反射面に至るときの光軸と前記第１の凹面反射面において反射した後の光軸とが形成する角度を２θとしたときに、式
Ｒｓ／Ｒｔ＝ｃｏｓ２θ
が満足されることを特徴とする請求項６記載の光分波合波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重光を用いて行う光通信において、通信用光の分波若しくは合波を行う光分波合波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術と知られるＷＤＭ（波長分割多重）光通信における光分波合波器は、例えば誘電体多層膜ダイクロイックミラー、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）、グレーティング分光器、ＡＷＧ（アレイ導波路グレーティング）を用いたもの等が実用化されている。このうち誘電体多層膜ダイクロイックミラー、ファイバーブラッググレーティングを用いたものはチャネル数が４程度であり、ＡＷＧを用いたものは主として数十チャネル程度である。グレーティング分光器形の光分波合波器では数チャネルから数十チャネルまでのものが実現できるが、ＡＷＧ形の光分波合波器ほどチャネル数を必要としない、ＷＤＭ光通信用に適していると考えられており、過去に幾つかの試みがなされている。
【０００３】
ＷＤＭ光通信用の光分波合波器には、何よりも小型で低損失なことが要求される。この点を考慮した例として、例えば図２４に示すように、屈折率分布型ロッドレンズ１０１をいわゆるリトローレンズとして用い、これと光ファイバーアレイ１０２及びグレーティング１０３を一体構造として構成した光分波合波器が考案されている。しかしながら、このような構成の光分波合波器では、ロッドレンズの製造上の制約や光学設計上の制約が大きく最適化設計に困難が伴うため、多チャンネルに適用できるだけの十分な性能を発揮させることが難しいと考えられる。また、図２５に示すように、均一媒質からなる第１のレンズ１１１と第２のレンズ１１２とを用いて２レンズ構成とし、第１のレンズ１１１に光ファイバーアレイ１１３を、また第２のレンズ１１２に回折格子１１４を設けたリトロー形光分波合波器も考案されている。このタイプの光分波合波器は上述のロッドレンズ方式より設計の自由度が大きいという利点があるが、損失を小さくして必要な性能を発揮させるには、光通信の現場で要求される寸法よりもかなり大型なものとなってしまうため、あまり現実的ではないといえる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
グレーティング分光器形の光分波合波器におけるスループットを決める主原因は、グレーティングの回折効率と、グレーティングによって生ずるアナモルフィック効果及び構成光学系において発生する幾何光学的収差の大きさであるが、グレーティングの回折効率についてはなるべく回折効率の高いものを用いるしかないため、小型で低損失な光分波合波器を実現するためには、グレーティングによって生ずるアナモルフィック効果の低減及び構成光学系において発生する幾何光学的収差を小さくすることが必要となる。
【０００５】
本発明においては、グレーティングによって生ずるアナモルフィック効果を低減すること及び構成光学系おいて発生する幾何光学的収差を小さくすることにより、小型でありながら低損失な性能が得られる光分波合波器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光分波合波器は、内部空間及びこの内部空間と繋がる光入射口及び光出射口を有して構成されるケースと、ケースの光入射口に接続された入射用光伝送路と、ケースの光出射口に接続された複数の出射用光伝送路と、ケースの内部空間内に設けられ、入射用光伝送路を介して内部空間内に入射された波長分割多重光を反射させて平行光にする第１の凹面反射面と、ケースに固定され、第１の凹面反射面において平行光にされた波長分割多重光を複数の直線状の回折溝が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面において波長の異なる複数の光に分光するグレーティングと、ケースの内部空間内に設けられ、グレーティングにおいて分光された光を出射用光伝送路に入射させる第２の凹面反射面とを備え、光入射口と光出射口とは、グレーティングにおける回折溝の延びる方向に、グレーティングを挟んで設けられている。
【０００７】
本発明に係る光分波合波器では、入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射した波長分割多重光は、第１の凹面反射面において反射されて平行光となり、グレーティングに入射する。グレーティングに入射した光は波長の異なる複数の光に分光され、それぞれ第２の凹面反射面において反射したうえで、それぞれ対応する出射用光伝送路へ出射される。ここで、グレーティングは、複数の直線状の回折溝が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面を有しており、入射した波長分割多重光を波長の異なる複数の光に分光するのであるが、光入射口と光出射口とが、このグレーティングにおける回折溝の延びる方向に、グレーティングを挟んで設けられているため、グレーティングへの入射光束とグレーティングからの反射回折光束とがなす、反射回折後の光が分散する方向についての角度を極めて小さくすることができ、反射回折の前後における光のアナモルフィック効果を大幅に低減させることができる。
【０００８】
このため本発明に係る光分波合波器では、入射した波長分割多重光とグレーティングにおける反射回折後の波長ごとに分波された各光との間のＮＡの差は極めて小さいものとなり（すなわちＮＡが高レベルに保存され）、小型でありながら低損失な性能が得られる。また、このような性能を備えることにより、本分波合波器をＷＤＭ光通信に適用した場合、従来技術のうち誘電体多層膜ダイクロイックミラー方式やファイバーブラッググレーティング方式が４波程度の分波・合波が普通なのに対し、小型ながらより多くの波長チャネルを同時に扱うことが可能となる。
【０００９】
ここで、上記光分波合波器においては、ケースの内部空間内が透明な固体媒質で満たされており、入射用光伝送路の端面及び出射用光伝送路の端面がそれぞれ上記固体媒質に接合されていることが好ましい。このようにすれば、光の進行に伴って生じる散乱損失を小さく抑えることができ、光分波合波器全体としての損失を更に低減することが可能である。また、このような構成によれば、予め所定の形状にした透明な固体媒質に第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面を取り付けてこれらを一体構造（モノリシックな構成）とした上で固体媒質をケースにより覆い、これに入射用光伝送路及び出射用光伝送路を取り付けるという手順で本光分波合波器を製造することができるので、製造工程が大変簡易になる。
【００１０】
また、上記光分波合波器では、上記反射回折面が空気を隔ててケースの内部空間と対向しており、第１の凹面鏡において反射された光はケースに設けられた開口及び空気を通って反射回折面に入射し、反射回折面において反射回折した光は空気及び上記開口を通って第２の凹面鏡に至るようになっていることが好ましい。その理由は、空気はガラスなどの媒質に比べて屈折率の温度変化が小さいため、光の波長変動も小さくなるからである。勿論真空なら更によい。光の波長変動が大きいと、グレーティング回折角度も大きく変動し、結像位置のドリフトを招くため好ましくない。
【００１１】
また、上記光分波合波器では、第２の凹面反射面の焦点がグレーティングの反射回折面上若しくはその近傍位置に位置していることが好ましい。このような構成であれば、グレーティングの反射回折面において反射回折されて波長ごとに分光された各光束は、第２の凹面反射面において反射した後、各波長ごとの光の主光線は互いに平行となる（テレセントリックな結像態様となる）ため、ケースの光出射口に繋がる複数の出射用光伝送路が平行に配列されており、かつ、各出射用光伝送路の端面カットの角度が全て同じで互いに平行になるように処理されているのであれば、各波長ごとの光の結像光線（の主光線）はほぼ等しい角度で、対応する出射用光伝送路に入射することになる。したがって、第２の凹面反射面において反射した波長ごとの光の出射用光伝送路への入射角度を最適値に調節すれば、出射用光伝送路との間の結合損失を低減させて、本光分波合波器全体としての損失をより一層低減させることが可能となる。
【００１２】
或いは、第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面がそれぞれ同一の回転放物面上の異なる一部分となっており、回転放物面の生成回転軸が入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射した光の主光線に対して平行となり、かつ、回転放物面の焦点がグレーティングの反射回折面上若しくはその近傍位置に位置するように第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面の配置がなされていることが好ましい。このような構成であれば、入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射し、最終的に第２の凹面反射面において反射した光の主光線は回転放物面の生成回転軸、及び光の主光線の光軸と平行になる（テレセントリックな結像態様となる）ため、上記した第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面をそれぞれ同一の回転放物面上の異なる一部分とした場合と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
或いはまた、第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面がそれぞれ同一のトーリック面上の異なる一部分となっており、トーリック面の生成回転軸を通る平面を経面、生成軸に垂直な平面のうちトーリック面との交円が大円となる平面を赤道面としたときに、トーリック面を赤道面により切断したときに得られる交円が１つである場合には、第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面は、▲１▼これら両凹面反射面を含むトーリック面の経面のうち選択された一つが入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射する光の主光線の光軸に対して平行になるとともに、▲２▼選択された経面内方向の焦点が反射回折面上若しくはその近傍位置に位置し、かつ、▲３▼上記選択された経面が、入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射した光の主光線を含んでグレーティングの回折溝と平行な方向に延びる平面と０°ないし４５°の範囲で交わる位置に設けられ、トーリック面を赤道面により切断したときに得られる交円が２つである場合には、第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面は、▲１▼これら両凹面反射面を含むトーリック面の赤道面のうち選択された一つが入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射する光の主光線の光軸に対して平行になるとともに、▲２▼選択された赤道面内方向の焦点が反射回折面上若しくはその近傍位置に位置し、かつ、▲３▼上記選択された赤道面が、入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射した光の主光線を含んでグレーティングの回折溝と平行な方向に延びる平面と０°ないし４５°の範囲で交わる位置に設けられていることが好ましい。このような構成であれば、入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射し、最終的に第２の凹面反射面において反射した光の主光線はトーリック面の生成回転軸、及び光の主光線の光軸と平行になる（テレセントリックな結像態様となる）ため、上記した第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面をそれぞれ同一の回転放物面上の異なる一部分とした場合と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
また、この場合、第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面を含むトーリック面についての２つの曲率半径のうち大きい方の曲率半径をＲｔ、小さい方の曲率半径をＲｓとし、入射用光伝送路を介してケースの内部空間内に入射した光の主光線が第１の凹面反射面に至るときの光軸と第１の凹面反射面において反射した後の光軸とが形成する角度を２θとしたときに、式Ｒｓ／Ｒｔ＝ｃｏｓ２θが満足されることが好ましい。このような構成であれば、第１の凹面反射面及び第２の凹面反射面において反射する光の非点収差の発生が抑えられることになり、非点収差による像の伸び変形が発生しない。したがって、受光側でファイバ結合率を高く維持でき、損失をより小さく抑えることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る光分波合波器は光分波器及び光合波器として用いられるが、ここでは光分波器としての作用のみを述べる。本光分波合波器を光合波器として用いる場合は、光の光路が全く逆になるだけである。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る光分波合波器１の斜視図を示しており、図２（Ａ）はこの光分波合波器１の正面図、図２（Ｂ）は右側面図、図２（Ｃ）は平面図、図２（Ｄ）は左側面図（但し、右側面図とは上下が逆）である。本光分波合波器１は、内部空間１１及びこの内部空間１１と繋がる光入射口１２及び光出射口１３を有して構成されるケース１０と、このケース１０の内部空間１１内に設けられた凹面反射面からなるコリメータ２０と、ケース１０に固定され、複数の直線状の回折溝３１が等間隔に並べられてなる平面形の反射回折面３２を有するグレーティング３０と、ケース１０の内部空間１１内に設けられた凹面反射面からなるイメージングミラー４０と、ケース１０の光入射口１２に接続された入射用光伝送路としての１本の入射用光ファイバ５０と、ケース１０の光出射口１３に接続された出射用光伝送路としての複数の出射用光ファイバ６０とを備えて構成される。以下、説明の便宜上、図２（Ａ）における紙面の左右方向をケース１０の左右（幅）方向、図２（Ｂ）における紙面の上下方向をケース１０の上下方向、図２（Ｂ）における紙面の左右方向をケース１０の左右方向（紙面の左側が前方、右側が後方）として説明する。また、ケース１０の左右方向にＸ軸を、ケース１０の上下方向にＹ軸を、またケース１０の前後方向にＺ軸を当てることにする。
【００１７】
図１及び図２に示すように、コリメータ２０とイメージングミラー４０とはケース１０の後部に上下に並んで設けられており（コリメータ２０が上方、イメージングミラー４０が下方）、グレーティング３０の回折溝３１はこのコリメータ２０とイメージングミラー４０とが並ぶ方向、すなわち上下方向に延びて設けられている。また、ケース１０の内部空間１１は光透過性のよい透明な固体媒質（例えば石英ガラス）Ｔｍにより満たされた状態となっている。
【００１８】
ケース１０の前方中央部にはＺ軸と垂直に位置する壁部１４が設けられており、この壁部１４の前方下方には、壁部１４に対して垂直（すなわちＸＺ面に平行）に延びたグレーティング載置部１５が設けられている。グレーティング３０はこのグレーティング載置部１５に回折溝３１が上下方向に延びる姿勢で載置されており、その反射回折面３２は空気を挟んで壁部１４に（すなわちケース１０の内部空間１１に）対向している。ここで、グレーティング３０は、その反射回折面３２が壁部１４と平行になるように設置されるのではなく、図２（Ｃ）に示すように、反射回折面３２の法線ＧＶがＺ軸（図２（Ｃ）では軸ＺＸで示す）に対して或る程度の角度φだけ傾いた姿勢になるように設置される。
【００１９】
壁部１４には、グレーティング３０の反射回折面３２を壁部１４に投影したときに形成される反射回折面３２の投影像とほぼ同じ大きさの開口１６が設けられている。
【００２０】
光入射口１２と光出射口１３とは、グレーティング３０の回折溝３１の延びる方向（ここでは上下方向）にグレーティング３０を挟んで、しかもグレーティング３０からの距離がほぼ等距離になるように設けられている。光入射口１２はグレーティング３０の上方であって、コリメータ２０とＺ軸方向に沿って対向する位置に、また光出射口１３はグレーティング３０の下方であって、イメージングミラー４０とＺ軸方向に沿って対向する位置に設けられている。
【００２１】
光入射口１２には１本の入射用光ファイバ５０が取り付けられており、光出射口１３には入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射される波長分割多重光に含まれる波長数、言い換えると、本分波合波器１により分波しようとする波長数分の本数の出射用光ファイバ６０がケース１０の幅方向（Ｘ軸方向）に整列して取り付けられている。
【００２２】
ここで、図３（Ａ）に示すように、入射用光ファイバ５０の端面はケース１０の光入射口１２から差し込まれた状態で内部空間１１内の固体媒質Ｔｍの表面に接合されるが、その接合面は、入射用光ファイバ５０の中心軸線ＣＸ１の延びる方向（ここではＺ軸方向）に垂直な面に対して所定の角度δ１（例えばδ１＝８°）だけ傾斜していることが多い。これは、ファイバ切断面での反射光の戻りを防止するためである。したがって、入射用光ファイバ５０からの射出光束は屈折作用を受けて偏向するが、これを相殺するだけの傾きを、固体媒質Ｔｍの入射部に持たせてある。
【００２３】
また同様に、図３（Ｂ）に示すように、各出射用光ファイバ６０の端面はケース１０の光出射口１３から差し込まれた状態で内部空間１１内の固体媒質Ｔｍの表面に接合されるが、その接合面は、出射用光ファイバ６０の中心軸線ＣＸ２の延びる方向（ここではＺ軸方向）に垂直な面に対して所定の角度δ２（例えばδ２＝８°）だけ傾斜していることが多い。これに応じて固体媒質Ｔｍの射出部も入射部同様傾けている。
【００２４】
入射用光ファイバ５０及び出射用光ファイバ６０は、それぞれケース１０の光入射口１２或いは光出射口１３に取り付けた、反射損失の少ない材料からなる接着剤ＢＤにより固着されている。ここで、入射用光ファイバ５０と固体媒質Ｔｍとの間の接合面、及び出射用光ファイバ６０と固体媒質Ｔｍとの間の接合面に屈折率マッチング用のゲル剤を充填させておいてもよい。また、このように屈折率マッチング用のゲル剤が充填される場合には、出射用光ファイバ６０をケース１０の光出射口１３に完全に固定することなく、光出射口１３に差し込んだ状態の出射用光ファイバ６０の中心軸線ＣＸ２方向に微小量だけ移動自在としておくことが好ましい。このようにすることにより、波長ごとに分波された各光が対応する出射用光ファイバ６０に入射する際のピント合わせを精度良く行うことができるようになる。
【００２５】
このような構成の光分波合波器１において、入射用光ファイバ５０より光が入射された場合における光の光路について、図１及び図２に図４を加えて説明する。ここで、図４は本光分波合波器１におけるケース１０内の構成品を模式的に示すとともに光の進行状況を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の順に示したものであり、図の左側の列はケース１０内部の右側面図を示し、図の右側の列はケース１０内部の平面図（但し、光の光路を示し易くするため、構成品の一部を適宜省略している）を示している。入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内に入った波長分割多重光は、ケース１０の内部空間１１を占める固体媒質Ｔｍ内を後方に進んでコリメータ２０に入射する（図４（Ａ）参照。この光をＬ１とする。図１、図２では主光線の光軸で示す）。この光Ｌ１は光入射口１２を頂点とする円錐状の光束であるが、コリメータ２０に反射されて平行光となり、固体媒質Ｔｍ内を前下方に進んで壁部１４の開口１６を通り、更に空気層を透過してグレーティング３０の反射回折面３２に至る（図４（Ｂ）参照この光をＬ２とする。図１、図２においては主光線の光軸で示す）。
【００２６】
グレーティング３０の反射回折面３２に至った光はそこで反射回折されて波長の異なる複数の光に分光（分波）され、空気層及び開口１６を通ってケース１０の内部空間１１内に入り、固体媒質Ｔｍ内を後下方に進んでイメージングミラー４０に入射する（図４（Ｃ）参照。この光をＬ３とする。図１、図２においては主光線の光軸で示す）。ここで、グレーティング３０に入射する光Ｌ２は平行光であるが、グレーティング３０の反射回折面３２は平面形で直線状の回折溝３１を有するタイプであるので、その反射回折光Ｌ３もおおむね平行光のままとなる。なお、この反射回折光Ｌ３は入射光Ｌ１に含まれる波長ごとに分離して存在する。
【００２７】
グレーティング３０において反射した波長ごとの光は上述のように各々平行光であるが、イメージングミラー４０において反射されて円錐状の光束となり、グレーティング３０において分波された波長数を備えるスペクトラルイメージを形成して固体媒質Ｔｍ内を前方に進み、それぞれに対応する各出射用光ファイバ６０の端面に至る（図４（Ｄ）参照この光をＬ４とする。図１、図２においては主光線の光軸で示す）。このように、本光分波合波器１においては、入射用光ファイバ５０より入射された波長分割多重光は、波長ごとに分波された状態で出射用光ファイバ６０より出射される。
【００２８】
上記のように、本実施形態に係る光分波合波器１では、グレーティング３０の反射回折面３２は空気中に晒された回折面で光の回折を行う表面回折形であるが、反射回折面がこのような表面回折形であるか、後述する裏面反射形であるかを問わず、一般に反射回折面を有するグレーティングでは、光が反射回折される際に図５に示すようなアナモルフォシスが発生する。すなわち、図５（Ａ）に示すように、グレーティングＧへ入射するビームＷ１のビーム幅とグレーティングＧで反射回折作用を受けた後のビームＷ２ビーム幅とが大きく異なってしまう。例えば、グレーティングＧへ入射する光の断面形状（光軸に垂直な断面形状）が円形であった場合には、図示のように像面においては楕円形に変形することになり、図示はしないが、併せてビームの集光ＮＡ（開口数）も変形作用を受けることになる。したがって、グレーティングへの反射回折前後で光のアナモルフォシスが発生すると（アナモルフィック効果を受けると）、反射回折後の光を光ファイバへ入射させた際に大きな結合損失が発生してしまうことになる。
【００２９】
これに対し、図５（Ｂ）に示すように、グレーティングＧへ入射するビームＷ１のビーム幅とグレーティングＧでの反射回折作用を受けた後のビームＷ２のビーム幅とに大きな差異が発生しなければ、上記のようなアナモルフォシスの発生を小さく抑えることができる（このとき、グレーティングＧへ入射する光の断面帰依状が円形であった場合には、像面においてもほぼ円形となる）。すなわち、グレーティングは反射回折前後において光を等倍結合する構成であることが好ましい。このようにすれば、光分波合波器に光を入射させる側の光ファイバと光分波合波器より光を出射させる側の光ファイバとを同じもの（同じ材質、同じ径）にしたときには、原理的に高い結合効率が得られることになる。
【００３０】
このような考え方から、本光分波合波器１においては、光入射口１２と光出射口１３とがグレーティング３０の回折溝３１の延びる方向に、グレーティング３０を挟むように配設されている。このような構成によれば、グレーティング３０へ入射する光束とグレーティング３０において反射回折した光束とがなす角度（但し、反射回折後の光が分散する方向についての角度）を極めて小さくすることができ、その結果、反射回折前後におけるの光の断面形状の変形は小さくなり、グレーティング３０において発生するアナモルフィック効果を大幅に低減させることができる
【００３１】
このため本光分波合波器１では、入射した波長分割多重光とグレーティング３０における反射回折後の波長ごとに分波された各光との間のＮＡの差は極めて小さいものとなり（すなわちＮＡが高レベルに保存され）、小型でありながら低損失な性能が得られる。また、このような性能を備えることにより、本分波合波器１をＷＤＭ光通信に適用した場合、従来技術のうち誘電体多層膜ダイクロイックミラー方式やファイバーブラッググレーティング方式が４波程度の分波・合波が普通なのに対し、小型ながらより多くの波長チャネルを同時に扱うことが可能となる。更に、アナモルフォシスの発生を抑えた結果、イメージ（像）の変形が小さくなり、例えば等倍の像に結像させた場合、入射側光ファイバ端のモードフィールド像がイメージとしてよく再現され、同時に光ファイバのＮＡも忠実に再現されることになる。更に本分波合波器１によれば、後述する実施例において示すように、像点における収差が良好に補正される。
【００３２】
また、これらの特徴は、従来のグレーティング分光器方式のものよりも光ファイバへの光エネルギーの結合効率を高める効果があり、使用波長域にグレーティングのブレーズ波長域が合致した場合、従来のいずれの方式にもない、低い内部損失での分波・合波を実現できる可能性を秘めている。また、非常に小型化されるという特徴は、省スペースが強く要求される光通信アクセス系の光学部品として適している。更に、本分波合波器１は、光ファイバアレイ以外は一体構造となっているので、機械的安定性が抜群に良い分波・合波が実現できる点も光通信アクセス系の光学部品として適している。
【００３３】
また、本光分波合波器１で、上述したように、ケース１０の内部空間１１内は光透過性のよい固体媒質Ｔｍにより満たされている。なお、ここでは内部空間１１内に満たされる透明媒質は固体であるが、これは光透過性のよい液体（ゲル状の物質を含む）であってもよい。或いは、ケース１０の内部空間１１は単なる空洞であってもよい。但し、この場合には内部は真空状態であることがより好ましい。また、このようにケース１０の内部空間１１が空洞或いは液体で満たされるときには、光入射用光ファイバ５０の端面及び光出射用光ファイバ６０の端面は、内部空間１１内或いは液体内に晒された状態となる。
【００３４】
ここで、本光分波合波器１のように、内部空間１１を透明な固体媒質Ｔｍが満たす構成であるときには、予め所定の形状にした固体媒質Ｔｍにコリメータ２０及びイメージングミラー４０を取り付けてこれらを一体構造（モノリシックな構成）とした上で固体媒質Ｔｍをケース１０により覆い、これに入射用光ファイバ５０及び出射用光ファイバ６０を取り付けるという手順で本光分波合波器１を製造することができるので、製造工程が大変簡易になる。
【００３５】
また、本光分波合波器１では、上述したように、入射用光ファイバ５０と固体媒質Ｔｍとの接続面、及び出射用光ファイバ６０と固体媒質Ｔｍとの接続面にはともに傾斜が付けられていたが、これら双方の接続面は互いに平行であることが好ましい。例えば、アライメントエラーにより入射用光ファイバ５０の固体媒質Ｔｍ表面上への取り付け位置が本来の位置よりも上方にずれてしまった場合には、入射光束Ｌ１の主光線が上方にずれるとともに、出射光束Ｌ４の主光線も同じ量だけ下方にずれるのであるが、ここで、図３に示すような方向の傾斜が上記両接続面に平行に設けられているとすると、入射用光ファイバ５０の取り付け位置が上方にずれたときには上記傾斜により光の入射口１２は入射用光ファイバ５０側（図３では紙面の左方）にもずれており、光の入射点はコリメータ２０から僅かに遠ざかることになる。一方、これにより像点はイメージングミラー４０に近づくことになるが、上記のようにこの像点は光の入射点が上方にずれた分だけ下方にずれるので、ちょうど出射用光ファイバ６０と固体媒質Ｔｍとの接続面上に位置して結像することになる。このように、入射用光ファイバ５０と固体媒質Ｔｍとの接続面、及び出射用光ファイバ６０と固体媒質Ｔｍとの接続面が互いに平行であれば、アライメントエラーにより生ずる結像点の位置ずれは自動的に修正される。
【００３６】
また、本光分波合波器１においては、イメージングミラー４０の焦点がグレーティング３０の反射回折面３２上（若しくはその近傍位置）に位置していることが好ましい。イメージングミラー４０がこのように配置されているのならば、グレーティング３０の反射回折面３２において反射回折されて波長ごとに分光（分波）された各光束は、グレーティング３０を上方より見た図６より分かるように、イメージングミラー４０において反射した後、各波長ごとの光の主光線は互いに平行となる（すなわちテレセントリックな結像態様となる）。
【００３７】
ここで、ケース１０の光出射口１３繋がる複数の出射用光ファイバ６０が平行に配列されており、かつ、上記した各出射用光ファイバ６０の端面カットの角度が全て同じで互いに平行になるように処理されているのであれば、各波長ごとの光の結像光線（の主光線）はほぼ等しい角度で、対応する出射用光ファイバ６０のコア６１に入射することになる。したがって、イメージングミラー４０において反射した波長ごとの光Ｌ４の出射用光ファイバ６０への入射角度を最適値に調節すれば、固体媒質Ｔｍと出射用光ファイバ６０との間の結合損失を低減させて、本光分波合波器１全体としての損失をより一層低減させることが可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態において示したグレーティング３０は、空気中に晒された反射回折面３２において反射回折を行う表面反射形のグレーティングであったが、このような表面反射形のグレーティングを用いれば、ケース１０の内部空間１１内を占める媒質（固体とは限らない）の屈折率の温度変化が問題となる場合において有効となる。すなわち、一般にガラスなどの固体、液体からなる媒質は屈折率の温度変化が気体に比べて大きく、屈折率が変化すると上記媒質内を伝播中の光の波長が変化してしまう。その結果、グレーティングによる回折角度に変動が生じ、像点位置のドリフトが生じる虞がある。ここで、上記実施形態において示したように、グレーティングの反射回折面を空気中に晒し、空気層を介して光の反射回折を行うようにすることにより、温度変化による像点ドリフトを大幅に軽減させることができる。
【００３９】
また、コリメータ２０及びイメージングミラー４０は上述したように、ともに凹面反射面であるが、本光分波合波器１ではこれを特に回転放物面形状とすることにより、波長ごとに分波した各光Ｌ４を対応する出射用光ファイバ６０へ結合させるときに生じる結合損失を低減させて本分波合波器１全体としての損失を低下させることができる。具体的には、図７に示すように、コリメータ２０及びイメージングミラー４０がそれぞれ同一の回転放物面ＰＳ上の異なる一部分となるようにするとともに、回転放物面ＰＳの生成回転軸ＰＸが入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射した光Ｌ１の主光線に対して平行となり、かつ、回転放物面ＰＳの焦点ＰＦがグレーティング３０の反射回折面３２上（若しくはその近傍位置）に位置するようにコリメータ２０及びイメージングミラー４０を配置する。
【００４０】
コリメータ２０及びイメージングミラー４０が上記のように配置された場合、入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射した光Ｌ１がコリメータ２０において反射した光Ｌ２の主光線はグレーティング３０の反射回折面３２上に至るが、この光Ｌ２の主光線の光軸が反射回折面３２と交わる点は、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を含んでなる回転放物面ＰＳの生成回転軸ＰＸ上に位置し、しかも、その回転放物面ＰＳの焦点ＰＦに一致（或いはほぼ一致）する。このとき、グレーティング３０の反射回折面３２において反射回折した光Ｌ３は回転放物面ＰＳの焦点ＰＦより発する光となるため、その回転放物面ＰＳの一部であるイメージングミラー４０において反射した光Ｌ４の主光線は回転放物面ＰＳの生成回転軸ＰＸ、及び光Ｌ１の主光線の光軸と平行になる（テレセントリックな結像態様となる）。
【００４１】
ここで、上述したように、ケース１０の光出射口１３に繋がる複数の出射用光ファイバ６０の列が平行に配列されており、かつ、上記した各出射用光ファイバ６０の端面カットの角度が全て同じで互いに平行になるように処理されているのであれば、各波長ごとの光の結像光線（の主光線）はほぼ等しい角度で、対応する出射用光ファイバ６０のコア６１に入射することになるため、イメージングミラー４０において反射した波長ごとの光Ｌ４の出射用光ファイバ６０への入射角度を最適値に調節すれば、固体媒質Ｔｍと出射用光ファイバ６０との間の結合損失を低減させて、本光分波合波器１全体としての損失をより一層低減させることが可能となる。
【００４２】
ここでもし、グレーティング３０をただの平面ミラーに置き換えて、その反射面をコリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を含んでなる回転放物面ＰＳの生成回転軸ＰＸに垂直に設置するならば、入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射し、コリメータ２０、平面ミラー、イメージングミラー４０を経て、出射用光ファイバ６０の端面にできる入射用光ファイバ５０の端面像は、おおよそアプラナティックな結像をすることになり、幾何光学的収差が非常に小さくなる。本光分波合波器１のようにグレーティング３０をグレーティングとして作用させてもその傾向は残るので、やはり幾何光学的収差は大変小さくなる。
【００４３】
また、上記のようにコリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状が回転放物面となるようにする代わりに、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状がをトーリック面となるようにすることによっても、波長ごとに分波した各光Ｌ４を対応する出射用光ファイバ６０へ結合させるときに生じる結合損失を低減させて本分波合波器１全体としての損失を低下させることができる。
【００４４】
具体的な説明に入る前に、先ずトーリック面について説明する。トーリック面には図８に示すように２つのタイプがあり、そのトーリック面の生成回転軸ＡＸを通る平面を経面Ｍ、生成軸ＡＸに垂直な平面のうちトーリック面との交円が大円となる平面を赤道面Ｅとした場合、赤道面Ｅによりトーリック面自身を切断したときに交円が１つ得られるタイプのもの（第１のタイプのトーリック面とする）と、赤道面Ｅによりトーリック面自身を切断したときに交円が２つ得られるタイプのもの（第２のタイプのトーリック面とする）とが存在する。図８（Ａ）は前者の例を示しており、図８（Ｂ）は後者の例を示している。これら両タイプのトーリック面とも大きさの異なる２つの曲率半径を有しているが、このうち大きい方の曲率半径をタンジェンシャル（メリジオナル）方向の曲率半径Ｒｔ、小さい方の曲率半径がサジタル方向の曲率半径Ｒｓとする。
【００４５】
ここで、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を含むトーリック面として上記第１のタイプを採用する場合には、図９に示すように、コリメータ２０及びイメージングミラー４０がそれぞれ同一のトーリック面ＴＳ上の異なる一部分となるようにしたうえで、これらコリメータ２０及びイメージングミラー４０を、▲１▼そのトーリック面ＴＳの経面Ｍのうち選択された一つ（経面Ｍ１とする）が入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射する光Ｌ１の主光線の光軸に対して平行になるとともに、▲２▼その選択された経面Ｍ１内方向の焦点ＲＭＦが反射回折面３２上（若しくはその近傍位置）に位置し、かつ、▲３▼上記選択された経面Ｍ１が、上記光Ｌ１の主光線を含んでグレーティング３０の回折溝３１と平行な方向に延びる平面ＢＳ１と０°ないし４５°の範囲で交わる（図９中に示す角度Ψ１が０≦Ψ１≦４５°の範囲となる）位置に設ける。
【００４６】
一方、コリメータ２０及びイメージングミラー４０を含むトーリック面として上記第２のタイプを採用する場合には、図１０に示すように、コリメータ２０及びイメージングミラー４０がそれぞれ同一のトーリック面ＴＳ上の異なる一部分となるようにしたうえで、これらコリメータ２０及びイメージングミラー４０を、▲１▼そのトーリック面ＴＳの赤道面Ｅのうち選択された一つ（赤道面Ｅ１とする）が上記光Ｌ１の主光線の光軸に対して平行になるとともに、▲２▼その選択された赤道面Ｅ１内方向の焦点ＲＥＦが反射回折面３２上（若しくはその近傍位置）に位置し、かつ、▲３▼上記選択された赤道面Ｅ１が、上記光Ｌ１を含んでグレーティング３０の回折溝３１と平行な方向に延びる平面ＢＳ２と０°ないし４５°の範囲で交わる（図１０中に示す角度Ψ２が０≦Ψ２≦４５°の範囲となる）位置に設ける。
【００４７】
コリメータ２０及びイメージングミラー４０が上記のように配置された場合、トーリック面ＴＳが第１のタイプであるときには、入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射した光Ｌ１がコリメータ２０において反射した光Ｌ２の主光線はグレーティング３０の反射回折面３２上に至るが、この光Ｌ２の主光線の光軸が反射回折面３２と交わる点は、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を含んでなるトーリック面ＴＳの生成回転軸ＡＸ上に位置し、しかも、そのトーリック面ＴＳの選択された経面Ｍ１内方向の焦点ＲＭＦに一致（或いはほぼ一致）する。このとき、グレーティング３０の反射回折面３２において反射回折した光Ｌ３はトーリック面ＴＳの上記焦点ＲＭＦより発する光となるため、そのトーリック面ＴＳの一部であるイメージングミラー４０において反射した光Ｌ４の主光線はトーリック面ＴＳの生成回転軸ＡＸ、及び光Ｌ１の主光線の光軸と平行になる（テレセントリックな結像態様となる）。
【００４８】
また、トーリック面ＴＳが第２のタイプであるときには、入射用光ファイバ５０を介してケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射した光Ｌ１がコリメータ２０において反射した光Ｌ２の主光線はグレーティング３０の反射回折面３２上に至るが、この光Ｌ２の主光線の光軸が反射回折面３２と交わる点は、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を含んでなるトーリック面ＴＳの生成回転軸ＡＸ上に位置し、しかも、そのトーリック面ＴＳの選択された赤道面Ｅ１内方向の焦点ＲＥＦに一致（或いはほぼ一致）する。このとき、グレーティング３０の反射回折面３２において反射回折した光Ｌ３はトーリック面ＴＳの上記焦点ＲＥＦより発する光となるため、そのトーリック面ＴＳの一部であるイメージングミラー４０において反射した光Ｌ４の主光線はトーリック面ＴＳが第１のタイプである場合と同様、トーリック面ＴＳの生成回転軸ＡＸ、及び光Ｌ１の主光線の光軸と平行になる（テレセントリックな結像態様となる）。
【００４９】
ここで、上述したコリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を回転放物面とする場合と同様、ケース１０の光出射口１３に繋がる複数の出射用光ファイバ６０の列が平行に配列されており、かつ、上記した各出射用光ファイバ６０の端面カットの角度が全て同じで互いに平行になるように処理されているのであれば、各波長ごとの光の結像光線（の主光線）はほぼ等しい角度で、それぞれに対応する出射用光ファイバ６０のコア６１に入射することになるため、イメージングミラー４０において反射した波長ごとの光Ｌ４の出射用光ファイバ６０への入射角度を最適値に調節すれば、固体媒質Ｔｍと出射用光ファイバ６０との間の結合損失を低減させて、本光分波合波器１全体としての損失をより一層低減させることが可能となる。
【００５０】
ここで、トーリック面が第１のタイプであるか第２のタイプであるかに拘わらず、光Ｌ１の主光線の光軸がコリメータ２０上の反射点法線となす角をθ１とすると、光Ｌ２の主光線の光軸が上記コリメータ２０上の反射点法線となす角もθ１となり、光Ｌ３の主光線の光軸がイメージングミラー４０上の反射点法線となすをθ２とすると、光Ｌ４の主光線の光軸が上記イメージングミラー４０上の反射点法線となす角もθ２となる。グレーティング３０の反射回折面３２に入射した光の入射角度と、反射回折面３２において反射した光の出射角度はほぼ等しいことから、上記θ１とθ２とはほぼ等しくなり（θ１≒θ２）、その角度をθとおくと、光Ｌ１の主光線の光軸と光Ｌ２の主光線の光軸とがなす角度は２θとなり、光Ｌ３の主光線の光軸と光Ｌ４の主光線の光軸とがなす角度も２θとなる（図９及び図１０参照）。
【００５１】
また、上記のようにコリメータ２０及びイメージングミラー４０をトーリック面とする場合、更に下に示す条件を満たすようにすることにより、コリメータ２０及びイメージングミラー４０において光が反射することにより生ずる幾何光学的収差を容易に抑えることが可能である。その具体的な説明に入る前に、先ず、図１１を用いて凹トーリック反射面のパワーについて説明する。
【００５２】
図１１は、凹トーリック反射面ＭＳの反射点Ｒｐでの法線ＲｐＶに対して角度θで平行光束が入射して反射する様子を示している。ここで、光束Ｌｔは上記平行光束の凹トーリック反射面ＭＳのタンジェンシャル方向（メリジオナル）入射成分、光速Ｌｓは上記平行光束の凹トーリック反射面ＭＳのサジタル方向入射成分である。凹トーリック反射面ＭＳに、反射点Ｒｐでの法線ＲｐＶに対して角度θで入射する光束について、タンジェンシャル方向（図中にＴで示す方向）の焦点距離とサジタル方向での焦点距離を一致させるためには、その凹面反射面ＭＳの反射点Ｒｐでの２つの曲率半径Ｒｔ，Ｒｓ（図９及び図１０も参照）について、焦点距離をｆとしたときに（この焦点距離ｆは、図１１における反射点Ｒｐと光の集光点ＢＦとの間の距離となる）、下式（１），（２）が満たされるようにすればよい。
【００５３】
【数１】
タンジェンシャル方向：　Ｒｔ＝２・ｆ／ｃｏｓθ　…　（１）
サジタル方向：　Ｒｓ＝２・ｆ・ｃｏｓθ　…　（２）
【００５４】
上記両式（１），（２）より、下式（３）が導かれる。
【００５５】
【数２】
Ｒｓ／Ｒｔ＝ｃｏｓ２θ　…　（３）
【００５６】
図９及び図１０において示したθの値を上式（３）に当てはめてこれが成り立つとき、コリメータ２０及びイメージングミラー４０において反射する光の非点収差の発生が抑えられることになるので、非点収差による像の伸び変形が発生しない。したがって、受光側でファイバ結合効率を高く維持でき、損失をより小さく抑えることが可能となる。
【００５７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施形態では、コリメータ２０とイメージングミラー４０とを別部材からなっていたが、これらは一体に形成されるものであってもよい。特に、コリメータ２０及びイメージングミラー４０の表面形状を回転放物面、或いはトーリック面とする場合には、製作及び構成が非常に簡単になる。
【００５８】
また、上述の実施形態においては、グレーティング３０の反射回折面３２は空気を隔ててケース１０の内部空間１１（固体媒質Ｔｍ）と対向するようになっていたが、反射回折面３２は必ずしも空気を隔ててケース１０の内部空間と対向するようになっている必要はない。例えば、図１２及び図１３に示すように、グレーティング３０’が複数の直線状の回折溝３１’が等間隔に並べられてなる反射回折面３２’を有しており、この反射回折面３２’が、グレーティング３０’を構成する媒質内に形成されているところの、裏面反射形であってもよい。このとき、コリメータ２０において反射された光Ｌ２は、固体媒質Ｔｍよりグレーティング３０を構成する材質（例えば石英ガラス）を透過して反射回折面３２’に至り、反射回折後の光は再びグレーティング３０を構成する材質を透過して固体媒質Ｔｍ内に入り、イメージングミラー４０に至る光路をとることになる（このときのグレーティング３０’は裏面反射形のグレーティングとなる）。なお、図１２はこのような変形例に係る光分波合波器１’の斜視図であり、図１３（Ａ）はこの光分波合波器１’の正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は左側面図（但し、右側面図とは上下が逆）である。また、これら両図では、上述の実施形態と同じ構成のものには同じ符号を付している。なお、表面反射形であってもこれをケース１０の内部空間１１内（或いはこの内部空間１１を満たす固体媒質Ｔｍ内）に位置させることもできる。
【００５９】
また、本発明に係る光分波合波器を光合波器として用いた場合には、光の入出力方向が全く逆になる。すなわち、上記各出射用光ファイバ６０よりケース１０の内部空間１１内（固体媒質Ｔｍ内）に入射された、異なる波長を有する複数の光は、イメージングミラー４０において反射された後、グレーティング３０の反射回折面３２に至って反射回折され、一つの光に合波された状態となってコリメータ２０に至り、ここで反射されて入射用光ファイバ５０に入射されることになる。また、本光分波合波器は、上述のように、波長分割多重光の分波及び波長分割多重光への合波に用いることができるが、その用途は必ずしもこれら光の分波・合波に限定されるものではない。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明に係る分波合波器の具体的な実施例について示す。
【００６１】
（第１実施例）
図１４は本発明の第１実施例に係る光分波合波器を示すものであり、（Ａ）は分波合波器の正面図（但し、入射光用光ファイバ５０と出射用光ファイバ６０のみを示す）、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図である。この第１実施例に係る光分波合波器では、コリメータ２０及びイメージングミラー４０を回転放物面から形成しており、ケース１０の内部空間１１内は後記する屈折率特性を有する固体媒質Ｔｍで満たした。グレーティング３０は裏面反射形であり（上述の実施形態の変形例に係る光分波合波器１’に相当）、反射回折面３２’と対向する側の面はケース１０の壁部１４に設けた貫通穴（図示せず）を介して固体媒質Ｔｍと接合させた。また、グレーティング３０上の光の反射点を原点として、ＸＹＺ座標系を図１４のように設定した。主要諸元及び入射点、像点の座標データを下の表１に示す。
【００６２】
【表１】
主要部寸法：　Ａ＝３０．５ｍｍ，　　Ｂ＝３０ｍｍ
固体媒質の波長に対する屈折率特性：図１５の表に示す
分波波長：　　１３７１ｍｍ，１３９１ｍｍ，１４１１ｍｍ，１４３１ｍｍ，１４６１ｍｍ，１４９１ｍｍ，１５１１ｍｍ，１５３１ｍｍ，１５５１ｍｍ，１５７１ｍｍ，１５９１ｍｍ，１６１１ｍｍ，１６３１ｍｍ，１６５１ｍｍ，１６７１ｍｍ，１６９１ｍｍの１６波
グレーティング
格子定数：１／４００ｍｍ
回折字数：１次
溝方向：Ｙ軸に平行
反射回折面の法線ＧＶがＺ軸となす角度φ：　１１．９０７°
入射点の座標：　　　Ｘ＝−０．５ｍｍ，　　Ｙ＝５．５ｍｍ
像点の座標：　　　　図１６の表に示す
【００６３】
像点での結像性能の一例を図１７に示す。この結像性能を示す図は、上記１６の分波波長より選択した波長１５７１ｍｍの光の像点における強度分布を立体表示（図１７（Ａ））とコンター表示（図１７（Ｂ））にて示したものである（単位デシベル）。図１７（Ｂ）においてコンター表示は、頂点を０ｄＢとし、−３０ｄＢまで３ｄＢ刻みで示した。なお、本実施例では、光の入射面及び像面は、回転放物面の生成回転軸に垂直な平面であるとした。
【００６４】
（第２実施例）
図１８は本発明の第２実施例に係る光分波合波器を示すものであり、（Ａ）は分波合波器の正面図（但し、入射光用光ファイバ５０と出射用光ファイバ６０のみを示す）、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は左側面図（但し、右側面図とは上下が逆）である。この第２実施例に係る光分波合波器では、コリメータ２０及びイメージングミラー４０を回転放物面から形成しており、ケース１０の内部空間１１内は上記第１実施例と同じ屈折率特性を有する固体媒質Ｔｍで満たした。グレーティング３０は表面反射形であり（上述の実施形態に係る光分波合波器１に相当）、反射回折面３２は空気を隔てて固体媒質Ｔｍと対向するように位置させた。また、グレーティング３０上の光の反射点を原点として、ＸＹＺ座標系を図１８のように設定した。主要諸元及び入射点、像点の座標データを下の表２に示す。
【００６５】
【表２】
主要部寸法：　Ａ＝３０．５１ｍｍ，　　Ｂ＝２７．５ｍｍ，　　Ｃ＝１．７ｍｍ
固体媒質の波長に対する屈折率特性：図１５の表と同じ
分波波長：　　第１実施例と同じ１６波
グレーティング
格子定数：１／４００ｍｍ
回折字数：１次
溝方向：Ｙ軸に平行
反射回折面の法線ＧＹがＺ軸となす角度φ：　１７．５°
入射点の座標：　　　Ｘ＝−０．５ｍｍ，　　Ｙ＝５．５ｍｍ
像点の座標：　　　　図１９の表に示す
【００６６】
像点での結像性能の一例を図２０に示す。この結像性能を示す図は、上記１６の分波波長より選択した波長１５７１ｍｍの光の像点における強度分布を立体表示（図２０（Ａ））とコンター表示（図２０（Ｂ））にて示したものである（単位デシベル）。図２０（Ｂ）においてコンター表示は、頂点を０ｄＢとし、−３０ｄＢまで３ｄＢ刻みで示した。なお、本実施例では、光の入射面及び像面は、回転放物面の生成回転軸に垂直な平面であるとした。
【００６７】
（第３実施例）
図２１は本発明の第３実施例に係る光分波合波器を示すものであり、（Ａ）は分波合波器の正面図（但し、入射光用光ファイバ５０と出射用光ファイバ６０のみを示す）、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図である。この第３実施例に係る光分波合波器では、コリメータ２０及びイメージングミラー４０を前述した第２のタイプのトーリック面から形成しており、ケース１０の内部空間１１内は上記第１実施例と同じ屈折率特性を有する固体媒質Ｔｍで満たした。グレーティング３０は裏面反射形であり（上述の実施形態の変形例に係る光分波合波器１’に相当）、反射回折面３２’と対向する側の面はケース１０の壁部１４に設けた貫通穴（図示せず）を介して固体媒質Ｔｍと接合させた。また、グレーティング３０上の光の反射点を原点として、ＸＹＺ座標系を図２１のように設定した。主要諸元及び入射点、像点の座標データ等を下の表３に示す。
【００６８】
【表３】
主要部寸法：　Ａ＝３０．３１ｍｍ，　　Ｂ＝３０ｍｍ
固体媒質の波長に対する屈折率特性：図１５の表と同じ
分波波長：　　第１実施例と同じ１６波
トーリック面
曲率半径：Ｒｔ＝６０．４０４ｍｍ，Ｒｓ＝６０ｍｍ（Ｒｓ／Ｒｔ＝０．９９３）
グレーティング
格子定数：１／４００ｍｍ
回折字数：１次
溝方向：Ｙ軸に平行
反射回折面の法線ＧＶがＺ軸となす角度φ：１２°
入射点の座標：　　　Ｘ＝−０．５ｍｍ，　　Ｙ＝５．５ｍｍ
像点の座標：　　　　図２２の表に示す
図１０中に示す角度Ψ２：　９０°
図２１中に示す角度θ：　５．２°（ｃｏｓ２θ＝０．９９２≒Ｒｓ／Ｒｔ）
【００６９】
像点での結像性能の一例を図２３に示す。この結像性能を示す図は、上記１６の分波波長より選択した波長１５７１ｍｍの光の像点における強度分布を立体表示（図２３（Ａ））とコンター表示（図２３（Ｂ））にて示したものである（単位デシベル）。図２３（Ｂ）においてコンター表示は、頂点を０ｄＢとし、−３０ｄＢまで３ｄＢ刻みで示した。なお、本実施例では、光の入射面及び像面は、回転放物面の生成回転軸に垂直な平面であるとした。
【００７０】
上記第１〜第３実施例についての結果を見ると、分波後の波長は、中央部の光強度が周辺部の光強度よりも際立って高い、ガウスビーム形の強度分布となっている。また、収差も良好に補正されている。これらのことから、本発明に係る光分波合波器は、入射から出射までＮＡが高レベルに保存されて損失が小さく抑えられ、多波長（これら実施例では１６波長）を扱いながらも良好な結像性能を有していることが分かる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光分波合波器では、光入射口と光出射口とが、グレーティングにおける回折溝の延びる方向に、グレーティングを挟んで設けられているため、グレーティングへの入射光束とグレーティングからの反射回折光束とがなす、反射回折後の光が分散する方向についての角度を極めて小さくすることができ、反射回折の前後における光のアナモルフィック効果を大幅に低減させることができる。このため、入射した波長分割多重光とグレーティングにおける反射回折後の波長ごとに分波された各光との間のＮＡの差は極めて小さいものとなり（すなわちＮＡが高レベルに保存され）、小型でありながら低損失な性能が得られる。また、このような性能を備えることにより、本光分波合波器をＷＤＭ光通信に適用した場合、従来技術のうち誘電体多層膜ダイクロイックミラー方式やファイバーブラッググレーティング方式が４波程度の分波・合波が普通なのに対し、小型ながらより多くの波長チャネルを同時に扱うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光分波合波器の斜視図である。
【図２】光分波合成器を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は左側面図である。
【図３】（Ａ）は入射用光ファイバと固体媒質との接合部を示すケースの部分拡大側面図であり、（Ｂ）は各出射用光ファイバと固体媒質との接合部を示すケースの部分拡大側面図である。
【図４】光分波合波器１におけるケース内の構成品を模式的に示すとともに光の進行状況を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の順に示したものであり、左側の列はケース内部の右側面図を示し、右側の列はケース内部の平面図を示している。
【図５】グレーティングにおいて光が反射回折される際に生じるアナモルフォシスの発生を説明する図であり、（Ａ）はグレーティングへ入射するビームのビーム幅とグレーティングで回折作用を受けた後のビームのビーム幅とが大きく異なる場合の例、（Ｂ）は上記両ビーム幅に大きな差異が生じない場合の例である。
【図６】グレーティングの反射回折面において反射回折されて波長ごとに分光された各光束が互いに平行となる様子を示す、グレーティングを上方から見た図である。
【図７】コリメータ及びイメージングミラーがそれぞれ同一の回転放物上の異なる一部分となるようにした場合の光の光路を示すケース内部の簡略側面図である。
【図８】トーリック面の２つのタイプを示す図であり、（Ａ）は赤道面によりトーリック面自身を切断したときに交円が１つ得られる第１のタイプのトーリック面を示し、（Ｂ）は赤道面によりトーリック面自身を切断したときに交円が２つ得られる第２のタイプのトーリック面を示している
【図９】第１のタイプのトーリック面を採用した場合のコリメータ及びイメージングミラーの配置を説明するための図である。
【図１０】第２のタイプのトーリック面を採用した場合のコリメータ及びイメージングミラーの配置を説明するための図である。
【図１１】凹トーリック反射面のパワーについて説明するための図である。
【図１２】変形例に係る光分波合波器の斜視図である。
【図１３】変形例に係る光分波合波器を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は左側面図である。
【図１４】本発明の第１実施例に係る光分波合波器を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図１５】第１実施例において用いられる固体媒質の波長に対する屈折率特性を示す図表である。
【図１６】第１実施例において得られる像点の座標を示す図表である。
【図１７】第１実施例において得られる像点での結像性能の一例を示す図であり、（Ａ）は波長１５７１ｍｍの光の像点における強度分布を立体表示したもの、（Ｂ）はこれをコンター表示したものである。
【図１８】本発明の第２実施例に係る光分波合波器を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は左側面図である。
【図１９】第２実施例において得られる像点の座標を示す図表である。
【図２０】第２実施例において得られる像点での結像性能の一例を示す図であり、（Ａ）は波長１５７１ｍｍの光の像点における強度分布を立体表示したもの、（Ｂ）はこれをコンター表示したものである。
【図２１】本発明の第３実施例に係る光分波合波器を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図２２】第３実施例において得られる像点の座標を示す図表である。
【図２３】第３実施例において得られる像点での結像性能の一例を示す図であり、（Ａ）は波長１５７１ｍｍの光の像点における強度分布を立体表示したもの、（Ｂ）はこれをコンター表示したものである。
【図２４】従来の光分波合波器の第１例を示す図である。
【図２５】従来の光分波合波器の第２例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　光分波合波器
１０　　ケース
１１　　内部空間
１２　　光入射口
１３　　光出射口
１５　　グレーティング載置部
２０　　コリメータ
３０　　グレーティング
３１　　回折溝
３２　　反射回折面
４０　　イメージングミラー
５０　　入射用光ファイバ
６０　　出射用光ファイバ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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