(57)【要約】【課題】ＣＷＤＭ回折格子型分波器を実装する場合にパッシブ実装を可能とし、低コストに作製することが可能な回折格子型分波器を提供する。【解決手段】分波器基板１３上に、光入射部１と、この光入射部１から出射された多重光信号を分波させる回折格子３と、この回折格子により分波された光信号が入射されるテーパ型導波路４と、回折格子３と光入射部１との間及び回折格子３とテーパ型導波路４との間に位置するシリンドリカルレンズ２とが配置されてなる回折格子型分波器であって、この分波器基板１３に、シリンドリカルレンズ２及び回折格子３が夫々所定の位置に配置されるように、シリンドリカルレンズ位置合わせ手段と回折格子位置合わせ手段とを設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、光入射部と、この光入射部から出射された多重光信号を分波させる回折格子と、この回折格子により分波された光信号が入射される導波路と、前記回折格子と前記光入射部との間及び前記回折格子と前記導波路との間に位置するシリンドリカルレンズとが配置されてなる回折格子型分波器であって、
前記基板は、前記シリンドリカルレンズ及び前記回折格子が夫々所定の位置に配置されるように、シリンドリカルレンズ位置合わせ手段と回折格子位置合わせ手段とを有していることを特徴とする回折格子型分波器。
【請求項２】
前記基板は、前記導波路が所定の位置に配置されるように、導波路位置合わせ手段を更に有する請求項１記載の回折格子型分波器。
【請求項３】
前記回折格子は、前記回折格子位置合わせ手段と嵌合されるように、段差が形成されている請求項１又は２記載の回折格子型分波器。
【請求項４】
前記導波路は、アンダークラッド上にコアが形成された導波路であって、前記コアが形成された面と前記基板とが対向するように前記導波路位置合わせ手段に載置されている請求項２記載の回折格子型分波器。
【請求項５】
前記導波路は、前記導波路位置合わせ手段と前記アンダークラッドとが接触して載置されている請求項４記載の回折格子型分波器。
【請求項６】
前記導波路は、前記コアを覆うようにオーバークラッドが形成されており、前記導波路位置合わせ手段と前記オーバークラッドとが接触して載置されている請求項４記載の回折格子型分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折格子型分波器に関し、特に、基板上にレンズ、回折格子、導波路等の光学部品を位置合わせして配置された回折格子型分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットをはじめ、各種情報機器の急速な発展により、必要とされる情報量が大幅に増加しており、大陸間や大都市間を結ぶ幹線系ネットワークでは高密度波長多重方式（ＤＷＤＭ）が実用化されている。一方、今後、光化や更なる高速化が期待されている幹線系より川下のアクセス系やＬＡＮ系でも波長多重方式の検討がされている。このような川下の分野では、低コスト化のためにレーザの温度制御の必要のない低密度波長多重方式（ＣＷＤＭ）が有力である。ＤＷＤＭでは、比較的波長数の少ない場合は多層膜フィルタを用いた分波器が使用され、波長数の多い分野では位相差を利用したアレイ導波路型分波器（ＡＷＧ）が使用されている。それに対して、ＣＷＤＭでは、多層膜フィルタが主に検討されている（特許文献１参照）。しかし、多層膜フィルタを用いた分波器は多重する信号の数と同数または、その数より一つ少ない数の特性の異なるフィルタが必要であり、高コストとなる問題がある。回折格子を用いたＣＷＤＭ分波器は、波長数の増加に対して、部品数の増加は無く、コスト面でフィルタ方式より、有利である。通常の光部品の実装にはミクロン単位の位置精度が必要であり、そのため、各光部品を光量でモニタしながら最適位置に実装するアクティブ実装が必要である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１８４７３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記アクティブ実装では、各光部品を光量でモニタしながら最適位置に調整する必要があるため、実装コストが高いという問題点がある。したがって、アクティブ実装で要求される極力光量をモニタする必要のないパッシブ実装で部品を配置することが低コスト化の鍵となる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、ＣＷＤＭ回折格子型分波器を実装する場合にパッシブ実装を可能とし、低コストに作製することが可能な回折格子型分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】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上に、光入射部と、この光入射部から出射された多重光信号を分波させる回折格子と、この回折格子により分波された光信号が入射される導波路と、前記回折格子と前記光入射部との間及び前記回折格子と前記導波路との間に位置するシリンドリカルレンズとが配置されてなる回折格子型分波器であって、前記基板は、前記シリンドリカルレンズ及び前記回折格子が夫々所定の位置に配置されるように、シリンドリカルレンズ位置合わせ手段と回折格子位置合わせ手段とを有していることを特徴とする回折格子型分波器を提供する。
【０００７】
また、前記基板は、前記導波路が所定の位置に配置されるように、導波路位置合わせ手段を更に有する構成であることが好ましい。
【０００８】
また、前記回折格子は、前記回折格子位置合わせ手段と嵌合されるように、段差が形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記導波路は、アンダークラッド上にコアが形成された導波路であって、前記コアが形成された面と前記基板とが対向するように前記導波路位置合わせ手段に載置されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記導波路は、前記導波路位置合わせ手段と前記アンダークラッドとが接触して載置されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記コアを覆うようにオーバークラッドが形成されており、前記導波路位置合わせ手段と前記オーバークラッドとが接触して載置されていることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る回折格子型分波器の全体の構成を図１を用いて説明する。図１は本発明に係る回折格子型分波器の概略を示す平面図である。本発明に係る回折格子型分波器１２は、図１に示すように、装置全体のベースとなる分波器基板１３上に、光入射部１と、回折格子３と、テーパ型導波路４と、受光器アレイ５が配置されており、回折格子３と光入射部１との間及び回折格子３とテーパ導波路４との間に夫々シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂが配置されている。光入射部１は、光ファイバをＶ溝等が形成された基板（不図示）に固定したものである。回折格子３は、光入射部１に入射された波長多重光を回折し、波長ごとに分ける機能を有する。テーパ導波路４は、回折格子３により分波された光信号を導波させ、受光器アレイ５に入射させる機能を有する。本発明に係る回折格子型分波器は、これらの部品がそれぞれ光学的に機能し、分波器全体として所望の分波特性を有するように、分波器基板１３上に夫々配置されている。分波器基板１３上に配置されるべき位置は、各部品の特性を加味した上で理論的に計算されて設計されている。
【００１３】
この設計により決められた位置へ正確、且つ的確に実際の光学部品を配置する手法について、以下具体的にシリンドリカルレンズ２ａ，２ｂ、回折格子３及びテーパ型導波路４を夫々実装する手法を例にあげて説明する。これらの光学部品は、本発明に係わる回折格子型分波器の中心的な部品である。
【００１４】
（シリンドリカルレンズの配置）
シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂは、光入射部１側と受光器アレイ５側に夫々配置される。シリンドリカルレンズ２ａは、図１中に示したＺ軸方向及び角度（同図ＸＺ平面状の回転）の位置決めについて、シリンドリカルレンズ位置合わせ手段により最適に配置されるようになっている。この位置合わせ手段は、図２乃至図５に示したように、分波器基板１３上に設けられた突起１１又は窪み３３からなる。シリンドリカルレンズ１３と光入射部１との位置関係については、次の如く設計される。すなわち、突起１１または窪み３３は、図１のＺ軸方向の位置決めに関しては、図３に示すように、シリンドリカルレンズ２ａの焦点距離２６が光入射部１のコア部（不図示）前面にくる距離に配置され、角度に関しては、光入射部１と垂直をなす方向になるように配置される。したがって、図３に示すように、シリンドリカルレンズ２ａを突起１１の一面に沿わせるか、或いは図５に示すように、窪み３３に嵌合させれば、特に光量でモニタしながら再度調整しなくても、シリンドリカルレンズ２ａと光入射部１との位置関係が最適配置されるようにようになる。すなわち、パッシブ実装が可能となる。
【００１５】
なお、図１のＹ軸方向、すなわち高さの位置に関しては、本発明の回折格子型分波器１２はコリメートレンズとして、軸対称なシリンドリカルレンズ２ａを用いているため、あらかじめ光入射部１の高さとシリンドリカルレンズ２ａの中心とが合致するようにしておけば、実装の際に高さ調整をする必要はない。すなわち、図３に示すように、分波器基板１３上に直接シリンドリカルレンズ２ａを固定したときに光軸がシリンドリカルレンズ２ａの中心を通るべく、光入射部１の高さを設計するか、或いは図４に示すように、分波器基板１３にシリンドリカルレンズ設置部２３を形成して基板高さを調節し、光入射部１と光軸が合うように高さ（Ｙ軸方向）が合うように設計しておけば良い。光入射部１の高さは、光入射部用治具２２の高さで設計する。また、シリンドリカルレンズ２ａのＸ軸方向は、シリンドリカルレンズ２ａのＸ軸方向の断面は同じであることから、光量でモニタしながら再度調整することが不要であるのは勿論のこと、光入射部１と特に精密な位置合わせを必要としない。
【００１６】
また、受光器アレイ５側に配置されたシリンドリカルレンズ２ｂに関しては、その焦点をテーパ型導波路４の入射端面に合わせることを除いては、入射側のシリンドリカルレンズ２ａと同様の方法で実装すれば良い。
【００１７】
したがって、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂは、分波器基板１３上にパッシブ実装される。なお、シリンドリカルレンズ位置決め手段として、図５に示すような窪み３３を用いた場合、同図に示す如く光の伝送部（シリンドリカルレンズ２の側面部分）が分波器基板１３で遮られないように、分波器基板１３に掘り込み３４を入れる等の工夫が必要であるが、その他は突起１１を用いた場合と同様である。
【００１８】
（回折格子の配置）
回折格子３は、図１中に示したＺ軸及びＸ軸方向の位置決めについて、回折格子位置合わせ手段により最適に配置されるようになっている。この位置合わせ手段は、図７乃至図９に示したように、分波基板１３上の最適な位置に配置された窪み５３又は突起６３からなる。そして、これら窪み５３又は突起６３と嵌合されるように、回折格子３に段差２４が形成されている。回折格子位置合わせ手段と段差２４とにより、回折格子３のパッシブ実装が可能となる。以下回折格子の実装方法について詳しく説明する。
【００１９】
回折格子３は、図６に示す如く、その回折格子３の溝４２が刻まれる方向（刻線方向）が図１のＹ軸方向になるように形成されると共に、使用範囲４３を中央部分になるように設計されている。このため、同図に示したように、溝作成範囲４４（同図の場合は溝の長さ）が使用範囲４３に比べて十分に大きいので回折格子３のＹ軸方向のトレーランスは十分に大きい。したがって、図１のＹ軸方向に関する回折格子３の位置合わせについては、後述する図１のＸ軸及びＺ軸方向の位置合わせの際に、回折格子３を突起６３や窪み５３へ突き当てるようにすれば、あえてＹ軸方向についての精密な位置合わせは必要ない。
【００２０】
図１のＸ軸及びＺ軸方向の位置合わせについては、図７及び図８に示すように、分波器基板１３に設置された回折格子３の位置合わせ用の突起６３又は窪み５３と、回折格子３に刻まれた段差２４を突き当てることにより可能となる。なお、突起６３又は窪み５３の個数と段差２４の個数は、突起６３又は窪み５３と段差２４が夫々対になるのであれば、任意であり、図８の示すように１組でも良い。もっとも、突起６３又は窪み５３と段差２４とを２組以上設け、夫々の間隔を同じにすれば、１組の場合（図８）に比べてさらに配置位置精度が向上することから望ましい。
【００２１】
（テーパ型導波路の配置）
テーパ型導波路４は、分波器基板１３上の位置決めについて、導波路位置合わせ手段により最適に配置されるようになっている。
【００２２】
テーパ型導波路４は、図１０に示すように、入射位置が斜めになったタイプ（ａ）又は入射位置が光の進行方向に対して垂直になったタイプ（ｂ）が用いられ、回折格子３の設計条件に従い適切なものが選択される。テーパ導波路４は、両タイプとも、分波された光信号光が光源の波長変動により多少ずれを生じても、分波された光信号が適切な受光器５ａ，５ｂ・・へ導かれるように、受光器アレイ５へ向って先細状の形状を有している。テーパ型導波路４の断面構造としては、リッジ型導波路とチャネル型導波路を適宜選択する。ここで、リッジ型導波路は、図１０（ｃ）に示すように、導波路基板８５上にアンダークラッド８３が形成され、このアンダークラッド８３の上にコア８４が形成されて構成される。チャネル型導波路は、図１０（ｄ）に示すように、リッジ型導波路の剥き出しのコア８４を覆うように、オーバークラッド１０４が形成されて構成される。
【００２３】
このテーパ型導波路４を基板上の所定位置に実装するため、分波器基板１３上の最適な位置に配置された導波路位置合わせ手段を用いる。この位置合わせ手段は、図１１又は図１２に示すように、分波器基板１３上の最適な位置に配置された突起８２又は窪み９１からなる。導波路位置合わせ手段へテーパ型導波路４を嵌め込むことにより、テーパ型導波路４のパッシブ実装が可能となる。以下回折格子の実装方法について詳しく説明する。
【００２４】
テーパ型導波路４の、図１のＸ及びＺ軸方向の位置合わせは、図１１に示すように、テーパ型導波路４の導波路基板側面を、突起８３に突き当てることにより可能となる。また、窪み９１を用いた場合は、図１２に示すように光の伝送部が分波器基板１３で遮られないように分波器基板１３に掘り込み９３を入れる等の工夫が必要となる。
【００２５】
テーパ型導波路４の、図１のＹ軸方向の位置合わせは、テーパ型導波路４のコアが形成されている面と、分波器基板１３とが対向するように導波路位置合わせ手段に載置することが望ましい。テーパ型導波路４のＹ軸方向の位置合わせとして重要なことは、回折格子３より分波された光信号の集光位置とテーパ型導波路４のコア８４位置をずれなく合わせることである。このため、テーパ型導波路４を導波路位置合わせ手段に載置する際には、コア８４を基準として、導波路基板８５の裏面よりも相対位置の誤差の少ないコア８４が形成された面を、分波器基板１３に対向させることが有利である。具体的に説明すると、テーパ型導波路４としてリッジ型を用いた場合には、図１４に示すようにコア８４が形成された側の面を分波器基板１３に対向させて導波路位置合わせ手段に載置させるとともに、アンダークラッド８３の表面を導波路位置合わせ手段に接触させて位置合わせすることにより精密なパッシブ実装が可能となる。すなわち、テーパ型導波路４として、リッジ型導波路を用いた場合、位置合わせを図１４に示すようにアンダークラッド８３の表面で行うことにより、アンダークラッド８３と導波路基板８５の厚み誤差によるＹ軸方向の位置ずれの影響をなくすことができ、しかもリッジ型導波路のコア表面へのゴミ付着等による損失増加等を少なくすこともできる。一方、テーパ型導波路４として、オーバークラッド１０４を有するチャネル型を用いた場合には、図１５に示すようにコア８４が形成された側の面を分波器基板１３に対向させて導波路位置合わせ手段に載置させるとともに、オーバークラッド１０４の表面を導波路位置合わせ手段に接触させて位置合わせすることにより精密なパッシブ実装が可能となる。すなわち、この場合も、リッジ型導波路を用いた場合と同様、アンダークラッド８３と導波路基板８５の厚み誤差によるＹ軸方向の位置ずれの影響をなくすことができる。
【００２６】
もっとも、この場合は、オーバークラッド１０４の厚さのばらつきがＹ軸方向の位置ばらつきに影響することになるため、テーパ型導波路４としては、リッジ型導波路を用いた方がチャネル型を用いた時と比べて有利であり、さらに位置精度が向上する。また、オーバークラッド１０４とコア８４との屈折率差は、テーパ型導波路４の損失を小さくするためには、大きいほうが望ましく、この観点からも、オーバークラッド１０４のないリッジ型導波路を用いることがより望ましい。
【００２７】
なお、設計条件等の変更によって分波器基板１３を複数に分割して各光部品を配置する構成を採用することも可能である。
【００２８】
以上のようにして、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂ、回折格子３及びテーパ型導波路４は、夫々分波器基板上１３にパッシブ実装される。
【００２９】
【実施例】
本発明の実施の形態を更に具体的に数値等をあげて説明する。もっとも、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
光入射部１としてマルチモード光ファイバ、回折格子３として格子ピッチが０．５μｍ〜４μｍまで変化しブレーズ角も変化するチャープ型回折格子、シリンドリカルレンズ、入射する波長ずれ補正方法としてＳｉ基板上に作製されたオーバークラッドの無いリッジ型のテーパ型光導波路、及び受光器アレイ５として受光径８０μｍ、ピッチ２５０μｍの受光器アレイを用いて１３００ｎｍ帯で４波（中心波長１２７５．７ｎｍ、１３００．２ｎｍ、１３２４．７ｎｍ、１３４９．２ｎｍ）、波長間隔２４．５ｎｍ、波長ずれ±５．７ｎｍに対応したＣＷＤＭ回折格子型分波器を作製した。
【００３１】
図１６に本実施例の上面図、図１７にシリンドリカルレンズ２ａ，２ｂ付近の側面図、図１８に回折格子付近の側面図、図１９に回折格子３付近の上面拡大図、図２０にテーパ型導波路４付近の側面図を示す。シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂは、分波器基板１３に配置された突起２５と基板面により位置決めされている。また回折格子３は、樹脂成型により作製され、回折格子面上に５０μｍの段差２４を２つ設け、その段差２４と分波器基板１３に配置された突起２５と同じ間隔にして位置決めされている。さらに、テーパ型光導波路４は、分波器基板１３に配置された導波路位置決め用の突起８２にアンダークラッド８３の表面を基準として位置決めされ、受光器アレイ５の受光面と位置合わせされている。すなわち、コア８４と受光器アレイ５を構成する受光器５ａ〜５ｄの夫々は光学的に結合されている。なお、本発明に係る分波器を構成する各光学部品は、接着剤を用いて固定される。本実施例ではアクリル系の接着剤を用いたが、接着剤の硬化によって支障を来たさない範囲で適宜選択できるものである。本分波器の作製時間は、５分であった。また、その特性は、損失２．５ｄＢ、部品位置ずれによる損失増加は０．２ｄＢ以下と良好である。
【００３２】
（実施例２）
実施例１で、テーパ型光導波路４以外は同じ部品を用い、また同じ実装を行い、テーパ型導波路４として、チャネル型の導波路を用いて回折格子型分波器の実装を行った。本実施例における、分波器組立て時間は、実施例１と同じ５分であり、その特性は損失０．３ｄＢ、部品位置ずれによる損失増加は０．７ｄＢ以下と良好である。
【００３３】
（比較例）
実施例１と同様の部品を用いて、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂや回折格子固定用の突起６３を用いずに、光ファイバを固定して、その他部品を３軸調整可能な微動台（不図示）で調整し、アクティブ実装した場合、部品の組立て時間が６０分であり、実施例１に比べて１２倍の組立て時間を要した。
【００３４】
なお、実施例１で用いる光入射部はマルチモード光ファイバに限らず、シングルモード光ファイバ、光導波路、その他レンズ系を介した入射部でも良く、回折格子はチャープ型回折格子に限らず、曲面回折格子でも良い。
【００３５】
本発明に係る回折格子型分波器は、例えば、１０Ｇイーサネット規格であるＬＸ４等、シングルモード、マルチモード双方に対応した分波器や光トランシーバに適用可能である。さらには、１３００ｎｍ帯〜１５００ｎｍ帯で２波長間隔２０ｎｍのＩＴＵ−Ｔ６９４．２に準拠した光分波器や光トランシーバにも適用可能である。
【００３６】
以上要するに、回折格子型分波器の部品である回折格子、シリンドリカルレンズ、テーパ型導波路を、分波器基板上の最適位置に配置された突起（１１，６３，８２）又は窪み（３３，５３，９１）を用いることによりパッシブ実装が可能となり回折格子型分波器を低コストに作製することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＷＤＭ回折格子型分波器を実装する場合にパッシブ実装を可能とし、低コストに作製することが可能な回折格子型分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回折格子型分波器の全体構成図である。
【図２】シリンドリカルレンズの配置状況を示した図である。
【図３】シリンドリカルレンズの配置状況の詳細を示した図である。
【図４】シリンドリカルレンズの配置状況の他の例を示す図である。
【図５】シリンドリカルレンズの配置状況の他の例を示す図である。
【図６】回折格子の概略を示した図である。
【図７】回折格子の配置状況を示した図である。
【図８】回折格子の配置状況の他の例を示した図である。
【図９】回折格子の配置状況の他の例を示した図である。
【図１０】テーパ型導波路を示した図である。
【図１１】テーパ型導波路の配置状況を示した図である。
【図１２】テーパ型導波路の配置状況の他の例を示した図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ’断面矢視図である。
【図１４】テーパ型導波路の配置状況の詳細を示した図である。
【図１５】テーパ型導波路の配置状況の詳細を示した図である。
【図１６】本発明の実施例１の概略を示す上面図である。
【図１７】本発明の実施例１のシリンドリカルレンズの配置状況を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施例１の回折格子の配置状況を示す図である。
【図１９】本発明の実施例１の回折格子付近の上面拡大図である。
【図２０】本発明の実施例１のテーパ型導波路の配置状況を示す側面図である。
【符号の説明】
１  光入射部
２ａ，２ｂ  シリンドリカルレンズ
３  回折格子
４  テーパ型導波路
１１，６３，８２  突起
１３  分波器基板
３３，５３，９１  窪み
３４，９３  掘り込み
８３  アンダークラッド
８４  コア
１０４  オーバークラッド
【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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