(57)【要約】【課題】合波・分波の際、大きな光量変化をもたらすことのない、小型・低価格の波長合分波器、特に同時双方向伝送が可能な波長合分波器を提供する。【解決手段】合成石英製光学基板１３の片面側に、第１の偏向手段として回折格子（グレーティング）１１を、他面側に第２の偏向手段としてのグレーティング１２をそれぞれ設けることで、波長合分波器１０を構成する。この波長合分波器における分波動作では、レーザダイオードからの４波長の多重化光（波長は１２７０ｎｍ，１２９０ｎｍ，１３１０ｎｍ，１３３０ｎｍ）を、光ファイバを介して回折格子１１に垂直に入射させる。入射した各波長の光は光学基板１３内を、各反射部で全反射を繰り返しながらジグザグに進行し、グレーティング１２で再度偏向されて個別光となる。回折格子１１およびグレーティング１２において各光は、その波長に応じた異なる偏向角度で偏向される。【選択図】        図１
2004226901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長を有する複数の光を多重化し、及び／又は多重化された多重化光を各波長の光に分離する波長合分波器において、
前記波長合分波器は、光の透過を許す光学基板からなっており、
前記波長合分波器の一方の面に１列に並んで形成されている前記各波長の光の入出力部と、
前記波長合分波器の前記各波長の光の入出力部と同一の面または、前記各波長の光の入出力部と正対する他方の面に形成されている前記多重化光の入出力部と、  前記多重化光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で前記多重化光の光路上に相当する部分に設置されている、入射する光の波長により異なる偏向角度で光を偏向する第１の偏向手段と、
前記光学基板に設けられ、該光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段と、
前記各波長の光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で前記各波長の光の光路上に相当する部分に設置されている、光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段とを備え、
前記各波長の光の入出力部の光軸は、光学基板の表面に垂直であり、
前記多重化光の入出力部の光軸は、光学基板の表面に垂直であることを特徴とする波長合分波器。
【請求項２】
前記第１の偏向手段は、偏向機能を有する回折格子またはホログラム素子であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項３】
前記第１の偏向手段は、偏向機能および集光機能を有するホログラム素子であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項４】
前記第２の偏向手段は、偏向機能を有する回折格子またはホログラム素子であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項５】
前記第２の偏向手段は、偏向機能および集光機能を有するホログラム素子であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項６】
前記第２の偏向手段は、前記光学基板表面に形成されたテーパ面であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項７】
前記反射手段は、前記光学基板表面に形成された金属反射膜または誘電体多層膜面であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項８】
前記反射手段は、前記光学基板表面に形成されたテーパ面であることを特徴とする請求項１記載の波長合分波器。
【請求項９】
前記回折格子は、前記光学基板に切削加工を施すことにより形成されることを特徴とする請求項２または４記載の波長合分波器。
【請求項１０】
前記ホログラム素子は、前記光学基板にエッチング加工を施すことにより形成されることを特徴とする請求項２，３，４または５記載の波長合分波器。
【請求項１１】
前記テーパ面は、前記光学基板に切削加工を施すことにより形成されることを特徴とする請求項６または８記載の波長合分波器。
【請求項１２】
前記テーパ面は、前記光学基板にエッチング加工を施すことにより形成されることを特徴とする請求項６または８記載の波長合分波器。
【請求項１３】
光学基板の同一面上にホログラム素子とテーパ面が形成された、請求項６または８記載の波長合分波器の製造方法であって、前記光学基板上の所定位置にエッチング加工を施すことによりホログラム素子を形成し、前記ホログラム素子を保護部材で被覆保護した後、前記光学基板の所定位置にエッチング加工を施すことによりテーパ面を形成することを特徴とする波長合分波器の製造方法。
【請求項１４】
波長の異なる複数の光源が所定の距離を置いて１列に配置されている光源アレイ装置と、請求項１記載の波長合分波器とを、前記各波長の光源と前記各波長の光の入出力部の位置が互いに対応するように組み合わせたことを特徴とする多重波長合波装置。
【請求項１５】
前記光源はレーザーダイオード（ＬＤ）であることを特徴とする請求項１４記載の多重波長合波装置。
【請求項１６】
複数の受光素子が所定の距離を置いて一列に配置されている受光素子アレイ装置と、請求項１記載の波長合分波器とを、前記各受光素子の受光部と前記各波長の光の入出力部の位置が互いに対応するように組み合わせたことを特徴とする多重波長分波装置。
【請求項１７】
前記受光素子はフォトダイオード（ＰＤ）であることを特徴とする請求項１６記載の多重波長分波装置
【請求項１８】
異なる波長を有する複数の光を多重化し、及び／又は多重化された多重化光を各波長の光に分離する波長合分波器において、
前記波長合分波器は、光の透過を許す光学基板からなっており、
前記各波長の光の入出力部が、前記波長合分波器の一方の面に１列に並んで形成されており、
前記多重化光の入出力部が、前記波長合分波器の前記各波長の光の入出力部と正対する他方の面に形成されており、
入射する光の波長により異なる２つ以上の偏向角度で入射する光を偏向する第１の偏向手段が前記多重化光の入出力部または、入出力部の近傍に設置されており、
前記光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段が、前記光学基板に設けられており、
光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段が、前記各波長の光の入出力部または、入出力部の近傍に設置されており、
前記第１の偏向手段で分岐した光のうちの少なくとも２方向に出射した光は、前記反射手段により反射された後に、各々異なる位置にある前記第２の偏向手段に達することを特徴とする波長合分波器。
【請求項１９】
前記第１の偏向手段は、偏向機能を有する回折格子またはホログラム素子であり、前記分岐された光として、前記偏向手段の正負１次の回折光を用いることを特徴とする請求項１８記載の波長合分波器。
【請求項２０】
前記第１の偏向手段は、偏向機能および集光機能を有するホログラム素子であり、前記分岐された光として、前記偏向手段の正負１次の回折光を用いることを特徴とする請求項１８記載の波長合分波器。
【請求項２１】
前記異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、前記第１の偏向手段から出射した光のうち、ｉが奇数の波長の光とｉが偶数の波長の光は、正負反対の符号の回折光が前記第２の偏向手段へ入射することを特徴とする請求項１８，１９または２０記載の波長合分波器。
【請求項２２】
前記反射手段は前記第１の偏向手段と、前記第２の偏向手段の間に、少なくとも２つ配置されており、前記異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、前記第１の偏向手段からを出射した光のうち、ｉが奇数の波長の光とｉが偶数の波長の光は、前記反射手段で異なる回数反射された後に、第２の偏向手段へ入射することを特徴とする請求項１８記載の波長合分波器。
【請求項２３】
前記第２の偏向手段は、入射光軸と出射光軸の角度が異なる軸ずれ型レンズであることを特徴とする請求項１８記載の波長合分波器。
【請求項２４】
前記軸ずれ型レンズは、非球面型レンズであることを特徴とする請求項２３記載の波長合分波器。
【請求項２５】
前記軸ずれ型レンズは、ホログラム素子であることを特徴とする請求項２３記載の波長合分波器。
【請求項２６】
前記反射手段は、前記光学基板表面に形成されたテーパ面であることを特徴とする請求項１８記載の波長合分波器。
【請求項２７】
前記テーパ面は、前記光学基板にエッチング加工を施すことにより形成されることを特徴とする請求項２６記載の波長合分波器。
【請求項２８】
波長の異なる複数の光源と、複数の受光装置と、請求項１８記載の波長合分波器とを備えていることを特徴とする多重波長合分波装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の多重波長波合分波装置を用いることを特徴とする波長多重光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重通信システムに用いるのに好適な波長合分波器とその製造方法、多重波長合波装置、多重波長分波装置、多重波長合分波装置および、波長多重光通信装置に関し、特に、光の合波および分波の際、光量に、その損失による大きな変化をもたらすことのない波長合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重通信システムでは、波長を相互に異にする光信号を合波することにより多重化し、あるいは合波により多重化された多重信号光をそれぞれの波長の光信号に分波するために、波長合分波器が用いられている。従来の波長合分波器は、光導波路と、所定の波長の信号光の透過を許す波長選択フィルタとを備える。この従来の波長合分波器によれば、光導波路に導かれた波長多重信号光は該光導波路の分岐部により、その分岐数に応じて分割され、それぞれに分岐された多重信号光から、各波長選択フィルタにより、該フィルタに対応した波長の信号光が選択的に取り出される。
【０００３】
しかしながら、前記したような光導波路を利用した従来の波長合分波器では、光導波路に案内された前記多重光がその分岐部で分割されるとき、光導波路の分岐部での結合効率の関係から、各分割光の光量は、各分割光間で分割数に対応して分割される。そのため、前記各波長選択フィルタから取り出された各光信号の光量は、著しく低減する。例えば２つの波長が多重化された多重光からそれぞれの波長の光信号を得る場合、その光信号の光量は多重光のそれの半値になり、４つの波長が多重化された多重光の場合、これから得られる各波長の光信号の光量は、多重光のそれの四半分の値になる。このような光量の低減は、波長合分波器に接続される光学素子の感度の増大あるいは発光源の発光量の増大を必要とすることから、望ましくはない。
【０００４】
また、光導波路を利用した前記波長合分波器では、複数の波長の光がその多重化のために、光導波路の各分岐部から単一の導波路部分に案内されるとき、前記した光導波路の結合効率の関係から、前記した分波におけると同様に、各波長の光の強度は、合波される光の数、すなわち、多重化を受ける光の数に応じて、低減される。
【０００５】
そこで、特開２００２−１６９０５４号公報（特許文献１）には、下記の提案がなされている。上記特許文献１に記載された一実施例を図１２に示す。この図は波長合分波器の構造を概略的に示す断面図である。
【０００６】
すなわち、図１２に示す波長合分波器２００は、異なる波長を有する複数の光を多重化し、あるいは多重化された多重光を各波長の光に分離するためのものである。この波長合分波器２００は、それぞれが異なる波長の光を反射するための反射面を有し反射光を除く光の透過を許す複数の波長選択フィルタであって前記反射面が相互に間隔をおいて配置される複数の波長選択フィルタ２２７〜２２９と、該各波長選択フィルタの前記反射面に前記多重光を斜めに案内する第１のレンズ２２２および各前記フィルタの前記反射面で反射された各波長の光を集光させるべく前記第１のレンズ２２２と共同してそれぞれが前記多重光の各波長の光を結像させるための複数の第２のレンズ２２３〜２２６とを備えている。なお、図１２に記載された符号について説明すると、２１１〜２１５は光学基板、２１７は光ファイバ、２１８〜２２１は光学素子、２３０はミラー、ｔは前記光学基板の板厚である。
【０００７】
そして、この波長合分波器２００では、相互に間隔をおいて配置される複数の波長選択フィルタと、前記第１および複数の第２のレンズの組み合わせとにより、光導波路を用いることなく合波および分波が可能になることから、光導波路の結合損失による光量の低減を招くことなく多重光から個々の波長の光を取り出すことができ、また個々の波長の光を多重化することが可能となる。
【０００８】
しかし、ここで用いられる波長選択フィルタは、従来よく知られた誘電体多層膜で形成したものである。前記波長選択フィルタ群は、例えば所定の波長以下の光を反射し、それよりも長波の光の透過を許す、いわゆる低波長帯域阻止フィルタ特性を示すフィルタの組み合わせで構成したり、またはそれぞれが異なる所定の波長の光のみを反射し、他の波長光の透過を許す、いわゆる定波長帯域阻止フィルタ特性を示すフィルタの組み合わせで構成されている。
【０００９】
一般的に誘電体多層膜フィルタは、複数種類の誘電体材料たとえば五酸化タンタルと二酸化珪素などを数十層〜二百層程度交互に成膜して作製する。ところが、上記特許文献１の発明において、たとえば４波長の波長合分波器を作製するためには、４種類の誘電体多層膜フィルタを作製しなくてはならない。このように上記特許文献１の発明により作製される波長合分波器は、高価な誘電体多層膜を複数枚使用しなくてはならず、作製費用が高価になる。
【００１０】
また、この誘電体多層膜フィルタを形成した光学基板を４枚と、レンズ形成のための光学基板１枚との計５枚の光学基板を張り付け、接着しなければならない。そのため、接着面に汚れや気泡が発生せず、さらに、均一な接着厚さになるような光学基板の張り付けを複数回行わなければならず作製の費用が高くなる。
【００１１】
また、上記特許文献１の発明による波長合分波器は、多重光の入出力光と各波長の個別光の入出力光が同位置方向を向くため、たとえば図１２のような光ファイバと光学素子のレイアウトは可能であるものの、波長合分波器に対して光ファイバと光学素子が反対方向に設置するようなレイアウトは取れないという使用上の制限があり、装置の小型化には不向きである。
【００１２】
一方、簡単な構造の光回路部品（波長合分波器）としては、特開平７−４９４３０号公報（特許文献２）に開示されたものなどがある。この特許文献２に係る発明の一実施例を図１３に示す。この図は前記光回路部品の構造を光ファイバとの接続状態で示す説明図である。前記発明は、回路が複雑化することなく、光を所望の波長の光に分波したり、所望の波長の光を合波したりすることができる光回路部品を提供するものである。
【００１３】
すなわち、この光回路部品３０５では、頂角αのガラスブロック３１２に、第１のフィルタ３０１と第２のフィルタ３０２を張り付け、第１のフィルタ３０１の第１の受光面３０３と、第２のフィルタ３０２の第２の受光面３０４を対向させて、第１および第２の受光面３０３，３０４間で光が反射する構造とする。また、この光回路部品３０５の基部側には、入射側の光ファイバ３１０ａをコリメータレンズ３１１ａを介して設け、光ファイバ３１０ａから光回路部品３０５に入射した光が第１、第２の受光面３０３，３０４間を進み、第１の受光面３０３に入射する各位置３１６，３１７，３１８，３１９に対応する第１のフィルタ３０１の背面３０６側に、コリメータレンズ３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅを介して出射側の各光ファイバ３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄ，３１０ｅを配設する。
【００１４】
そして、この光回路部品３０５においては、誘電体多層膜は１枚用いるだけで良く、また光学基板の張り合わせのような工程も必要なく、簡易な構造の波長合分波器を提供することができる。
【００１５】
しかし、上記特許文献２に係る発明が提供する波長合分波器は、波長多重光の光入出力部の光軸、個別波長光の光入出力部の光軸のいずれもガラスブロックの表面に対して垂直ではなく、更に各個別波長光の光入出力部の光軸とガラスブロックの表面のなす角度が全て異なっている。
【００１６】
そのため、波長合分波器と各光ファイバとの位置調整は工程が複雑になる。
まして、個別波長光の入出力側に光ファイバではなく光学素子を設置する場合は、各光学素子の光軸と、波長合分波器の光軸を会わせるため複雑な取り付け構造を必要とする。さらに、上記特許文献２の発明が提供する波長合分波器を作製する場合、表裏２面が所定の角度をなしており平行ではないので、大面積の基板の誘電体多層膜および反射膜を形成してから、個別の素子に切り出すことは不可能であり、あらかじめ成形されているガラスブロック１つ１つの表面に誘電体多層膜および反射膜を作製しなければならない。
【００１７】
このように、特許文献２の発明が提供する波長合分波器は光学素子の取り付けに複雑な構造が必要で、大量生産に向いた工程がないという問題があり、波長合分波器や、この波長合分波器を使用した装置の価格が高くなるという問題がある。
【００１８】
また、特許文献１の発明に係る波長合分波器、特許文献２の発明に係る光回路部品のいずれも、光ファイバに対する入力光と出力光を分離することができないため、波長多重光の同一波長光に関する入出力を同時に行うことができない。そのため、双方向通信用の同一波長の同時合分波には使用できないという制約がある。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−１６９０５４号公報
【特許文献２】
特開平７−４９４３０号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の第１の目的は、合波および分波の際、従来の波長合分波器におけるような大きな光量変化をもたらすことのない、小型で、低価格の波長合分波器（特に、同時双方向伝送が可能なもの）を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記波長合分波器の製造方法を提供することであり、第３の目的は、それぞれ上記波長合分波器を用いた多重波長合波装置、多重波長分波装置、多重波長合分波装置および、波長多重光通信装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１においては、
異なる波長を有する複数の光を多重化し、及び／又は多重化された多重化光を各波長の光に分離する波長合分波器において、
前記波長合分波器は、光の透過を許す光学基板からなっており、
前記波長合分波器の一方の面に１列に並んで形成されている前記各波長の光の入出力部（入出射部、以下同じ）と、
前記波長合分波器の前記各波長の光の入出力部と同一の面または、前記各波長の光の入出力部と正対する他方の面に形成されている前記多重化光の入出力部と、  前記多重化光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で前記多重化光の光路上に相当する部分に設置されている、入射する光の波長により異なる偏向角度で光を偏向する第１の偏向手段と、
前記光学基板に設けられ、該光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段と、
前記各波長の光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で前記各波長の光の光路上に相当する部分に設置されている、光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段とを備え、
前記各波長の光の入出力部の光軸は、光学基板の表面に垂直であり、
前記多重化光の入出力部の光軸は、光学基板の表面に垂直であることを特徴とする波長合分波器
を提供するものである。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記第１の偏向手段が、偏向機能を有する回折格子またはホログラム素子であることを特徴とする。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記第１の偏向手段が、偏向機能および集光機能を有するホログラム素子であることを特徴とする。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記第２の偏向手段が、偏向機能を有する回折格子またはホログラム素子であることを特徴とする。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記第２の偏向手段が、偏向機能および集光機能を有するホログラム素子であることを特徴とする。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記第２の偏向手段が、前記光学基板表面に形成されたテーパ面であることを特徴とする。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記反射手段が、前記光学基板表面に形成された金属反射膜または、誘電体多層膜面であることを特徴とする。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項１記載の波長合分波器において、前記反射手段が、前記光学基板表面に形成されたテーパ面であることを特徴とする。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項２または４記載の波長合分波器において、前記回折格子が、前記光学基板に切削加工を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０の発明は、請求項２，３，４または５記載の波長合分波器において、前記ホログラム素子が、前記光学基板にエッチング加工を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項６または８記載の波長合分波器において、前記テーパ面が、前記光学基板に切削加工を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項６または８記載の波長合分波器において、前記テーパ面が、前記光学基板にエッチング加工を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【００３３】
請求項１３の発明は、光学基板の同一面上にホログラム素子とテーパ面が形成された、請求項６または８記載の波長合分波器の製造方法であって、前記光学基板上の所定位置にエッチング加工を施すことによりホログラム素子を形成し、前記ホログラム素子を保護部材で被覆保護した後、前記光学基板の所定位置にエッチング加工を施すことによりテーパ面を形成することを特徴とする波長合分波器の製造方法である。
【００３４】
請求項１４の発明は、波長の異なる複数の光源が所定の距離を置いて１列に配置されている光源アレイ装置と、請求項１記載の波長合分波器とを、前記各波長の光源と前記各波長の光の入出力部の位置が互いに対応するように組み合わせたことを特徴とする多重波長合波装置である。
【００３５】
請求項１５の発明は、請求項１４記載の多重波長合波装置において、前記光源がレーザーダイオード（ＬＤ）であることを特徴とする。
【００３６】
請求項１６の発明は、複数の受光素子が所定の距離を置いて一列に配置されている受光素子アレイ装置と、請求項１記載の波長合分波器とを、前記各受光素子の受光部と前記各波長の光の入出力部の位置が互いに対応するように組み合わせたことを特徴とする多重波長分波装置である。
【００３７】
請求項１７の発明は、請求項１６記載の多重波長分波装置において、前記受光素子がフォトダイオード（ＰＤ）であることを特徴とする。
【００３８】
請求項１８に係る発明は、異なる波長を有する複数の光を多重化し、及び／又は多重化された多重化光を各波長の光に分離する波長合分波器において、
前記波長合分波器は、光の透過を許す光学基板からなっており、
前記各波長の光の入出力部が、前記波長合分波器の一方の面に１列に並んで形成されており、
前記多重化光の入出力部が、前記波長合分波器の前記各波長の光の入出力部と正対する他方の面に形成されており、
入射する光の波長により異なる２つ以上の偏向角度で入射する光を偏向する第１の偏向手段が前記多重化光の入出力部または、入出力部の近傍に設置されており、
前記光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段が、前記光学基板に設けられており、
光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段が、前記各波長の光の入出力部または、入出力部の近傍に設置されており、
前記第１の偏向手段で分岐した光のうちの少なくとも２方向に出射した光は、前記反射手段により反射された後に、各々異なる位置にある前記第２の偏向手段に達することを特徴とする波長合分波器である。
【００３９】
請求項１９に係る発明は、請求項１８記載の波長合分波器において、前記第１の偏向手段が、偏向機能を有する回折格子またはホログラム素子であり、前記分岐された光は、前記偏向手段の正負１次の回折光を用いることを特徴とする。
【００４０】
請求項２０に係る発明は、請求項１８記載の波長合分波器において、前記第１の偏向手段が、偏向機能および集光機能を有するホログラム素子であり、前記分岐された光は、前記偏向手段の正負１次の回折光を用いることを特徴とする。
【００４１】
請求項２１に係る発明は、請求項１８，１９または２０記載の波長合分波器において、前記異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、前記第１の偏向手段を出射した光のうち、ｉ＝奇数の波長の光とｉ＝偶数の波長の光は、正負反対の符号の回折光が前記第２の偏向手段へ入射することを特徴とする。
【００４２】
請求項２２に係る発明は、請求項１８記載の波長合分波器において、前記反射手段は前記第１の偏向手段と、前記第２の偏向手段の間に、少なくとも２つ配置されており、前記異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、前記第１の偏向手段を出射した光のうち、ｉ＝奇数の波長の光とｉ＝偶数の波長の光は、前記反射手段で異なる回数反射された後に、第２の偏向手段へ入射することを特徴とする。
【００４３】
請求項２３に係る発明は、請求項１８記載の波長合分波器において、前記第２の偏向手段は、入射光軸と出射光軸の角度が異なる軸ずれ型レンズであることを特徴とする。
【００４４】
請求項２４に係る発明は、請求項２３記載の波長合分波器において、前記軸ずれ型レンズが非球面型レンズであることを特徴とする。
【００４５】
請求項２５に係る発明は、請求項２３記載の波長合分波器において、前記軸ずれ型レンズがホログラム素子であることを特徴とする。
【００４６】
請求項２６に係る発明は、請求項１８記載の波長合分波器において、前記反射手段が、前記光学基板表面に形成されたテーパ面であることを特徴とする。
【００４７】
請求項２７に係る発明は、請求項２６記載の波長合分波器において、前記テーパ面が、前記光学基板にエッチング加工を施すことにより形成されることを特徴とする。
【００４８】
請求項２８に係る発明は、多重波長合分波装置において、波長の異なる複数の光源と、複数の受光装置と、請求項１８記載の波長合分波器とを備えていることを特徴とする。
【００４９】
請求項２９に係る発明は、波長多重光通信装置において、請求項２８記載の多重波長波合分波装置を用いることを特徴とする。
【００５０】
つぎに、本発明の作用を、請求項毎に説明する。
請求項１に係る発明では、波長合分波器を、多重化された多重化光を各波長の光に分離する波長分波器として用いる場合、多重化光の入出力部から光学基板表面に対し垂直に入射した多重化光は、多重化光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で前記多重化光の光路上に相当する部分に設置されている、入射する光の波長により異なる偏向角度で光を偏向する第１の偏向手段により、多重化光を構成している各個別の波長に分解され、各波長に応じた角度に偏向され、光の透過を許す光学基板の中を直進し、光学基板に設けられ光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段により反射され、更に直進し、更に他の反射手段により反射されることを繰り返し、光学基板内をジグザグに進行する。
【００５１】
そして各波長の光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で各波長の光の光路上に相当する部分に設置されている、光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段により更に光路が偏向され、１列に並んで形成されている各波長の光の入出力部より光学基板表面に対し垂直に出射する。
【００５２】
また波長合分波器を、異なる波長を有する複数の光を多重化する波長合波器として用いる場合、前記波長波器として用いる場合とは逆に、１列に並んで形成されている各波長の光の入出力部から光学基板表面に対し垂直に入射した各波長の光は、各波長の光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で前記各波長の光の光路上に相当する部分に設置されている、光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段により各波長に応じた角度に偏向され、光の透過を許す光学基板の中を直進し、光学基板に設けられ光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段により反射され、更に直進し、更に他の反射手段により反射されることを繰り返して光学基板内をジグザグに進行する。
【００５３】
そして、多重化光の入出力部または、入出力部が形成されている面と正対する他方の面上で多重化光の光路上に相当する部分に設置されている、入射する光の波長により異なる偏向角度で光を偏向する第１の偏向手段により更に光路が偏向され、多重化光の入出力部から光学基板表面に対し垂直に出射する。その際、各波長の光は同一光軸上を進行するように光路を偏向されるので、各波長の光は多重化光へ合波されることになる。
【００５４】
したがって、分波時に、取り出された各波長毎の光の光量が、従来技術とは違って、分割される光の数の逆数に応じて低減されることがないことから、各波長の光を、その光量に従来のような大きな低減を招くことなく取り出すことが可能となる。また、合波時においても、多重化された光の光量が、従来技術とは異なり光導波路での結合損失により損なわれることはない。
【００５５】
また、多重化光の分波に、各波長に対応した複数枚の誘電体多層膜を使うことがないので作製費用を低くすることが可能である。また、波長合分波器を構成する光学基板として厚さが均一な基板を使用できるので、大面積の基板を用いて多数の波長合分波器が整列配置した波長合分波器アレイ基板を作製し、その波長合分波器アレイ基板を個別の波長合分波器に切り出すという大量生産に適した作製方法がとれるので、作製費用を低くすることが可能となる。
【００５６】
請求項２に係る発明の作用に関して説明すると、第１の偏向手段として回折格子またはホログラム素子を用いることにより、偏向手段は光の波長により定まった角度だけ光を偏向できるので、あらかじめ偏向後に各波長の光が各波長の光の入出力部へ導かれる様に光路を設定することにより、波長合分波器の波長分波機能を提供することが可能となる。
また、各波長の光の入出力部へ入射した各波長の光が偏向手段へ入射する際の角度を、偏向手段で偏向される角度が同じになるように、あらかじめ設定することにより、波長合分波器の波長合波機能を提供することが可能となる。また、前記偏向手段は、回折格子またはホログラム素子を用いることで得られる。
【００５７】
請求項３の発明の作用に関しては、第１の偏向手段として偏向機能および集光機能を有するホログラム光学素子を用いることにより、多重化光を出射する光学素子または光ファイバに付帯しているコリメート手段の一部または全てを偏向手段に持たせることができ、コリメート手段の簡素化が図れる。
【００５８】
請求項４の発明の作用に関しては、第２の偏向手段として回折格子またはホログラム素子を用いることにより、偏向手段は任意の角度だけ光を偏向できるので、偏向後に各波長の光が各波長の光の入出力部から垂直に出射するように偏向角度を、あらかじめ設定することにより、入射光および出射光の光軸を光学基板に対して垂直にすることが可能となる。
【００５９】
請求項５の発明の作用に関しては、第２の偏向手段として、偏向機能および集光機能を有するホログラム光学素子を用いることにより、各波長の光を出射する光学素子または光ファイバに付帯しているコリメート手段の一部または全てを偏向手段に持たせることができ、コリメート手段の簡素化が図れる。
【００６０】
請求項６の発明の作用に関しては、第２の偏向手段として、光学基板表面に形成されたテーパ面を用いることにより、第２の偏向手段を簡易に形成することが可能となる。
【００６１】
請求項７の発明の作用に関しては、反射手段を、光学基板表面に形成された金属反射膜または誘電体多層膜面にすることにより、光学基板表面に全反射角より深い角度で入射した光も、高い反射率で反射させることが可能となる。
【００６２】
請求項８の発明の作用に関しては、反射手段を、光学基板表面に形成されたテーパ面にすることにより、反射部に入射した光の入射角をテーパの角度で変更することが可能となる。
【００６３】
請求項９の発明の作用に関しては、回折格子を切削加工で作製することにより偏向手段を容易に形成することが可能となる。
【００６４】
請求項１０の発明の作用に関しては、光学基板にエッチング加工を施すことでホログラム素子を作製することにより、高精度な偏向手段を容易に形成することが可能となる。
【００６５】
請求項１１の発明の作用に関しては、テーパ面を切削加工で作製することにより、反射手段を容易に形成することが可能となる。
【００６６】
請求項１２の発明の作用に関しては、光学基板にエッチング加工を施すことでテーパ面を形成することにより、反射手段を容易に形成することができる。
【００６７】
請求項１３の発明の作用に関しては、光学基板の同一面上にホログラム素子とテーパ面とを形成する場合、まず光学基板上の所定位置にエッチング加工によりホログラム素子を形成し、その後ホログラム素子を保護部材で被覆保護し、その後光学基板の所定位置にエッチング加工を施してテーパ面を形成することにより、最初に加工したホログラム素子を損傷することなく、加工深さが大きく異なるホログラム素子とテーパ面とを作製することが可能となる。
【００６８】
請求項１４の発明の作用に関しては、波長合分波器として請求項１記載の波長合分波器を用いることにより、小型で価格の安い多重波長合波装置を提供することが可能となる。また、受発光部の光軸が光学基板面に対して垂直なので、光源アレイ装置と波長合分波器の位置合わせが容易であり、多重波長合波装置を安い価格で提供することが可能となる。
【００６９】
請求項１５の発明の作用に関しては、光源としてレーザーダイオード（ＬＤ）を用いることで、小型の多重波長合波装置を提供することが可能となる。
【００７０】
請求項１６の発明の作用に関しては、波長合分波器として請求項１記載の波長合分波器を用いることにより、小型で価格の安い多重波長分波装置を提供することが可能となる。また、受発光部の光軸が光学基板面に対して垂直なので、受光素子アレイと波長合分波器の位置合わせが容易であり、多重波長分波装置を安い価格で提供することが可能となる。
【００７１】
請求項１７の発明の作用に関しては、受光素子としてフォトダイオード（ＰＤ）を用いることで、小型の多重波長分波装置を提供することが可能となる。
【００７２】
請求項１８に係る発明では、波長合分波器を、多重化された多重化光を各波長の光に分離する波長分波器として用いる場合、多重化光の入出力部から光学基板表面に入射した多重化光は、多重化光の入出力部またはその近傍に設置されている、入射する光の波長により異なる２つ以上の偏向角度で入射する光を偏向する第１の偏向手段により、多重化光を構成している各個別の波長に分解され、各波長に応じた角度に偏向され、光の透過を許す光学基板の中を直進し、光学基板に設けられ、光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段により反射され、更に直進し、更に他の反射手段により反射されることを繰り返して光学基板内をジグザグに進行する。
【００７３】
そして、各波長の光の入出力部またはその近傍に設置されている、光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段により更に光路が偏向され、光学基板表面に１列に並んで形成されている各波長の光の入出力部より出射する。
【００７４】
また、波長合分波器を、異なる波長を有する複数の光を多重化する波長合波器として用いる場合、前記波長波器として用いる場合とは逆に、１列に並んで形成されている各波長の光の入出力部から光学基板表面に対し垂直に入射した各波長の光は、各波長の光の入出力部またはその近傍に設置されている、光を任意の方向へ偏向させる第２の偏向手段により任意の角度に偏向され、光の透過を許す光学基板の中を直進し、光学基板に設けられ、光学基板内に案内された前記各波長の光を反射させる反射手段により反射され、更に直進し、更に他の反射手段により反射されることを繰り返して光学基板内をジグザグに進行する。
【００７５】
そして、多重化光の入出力部またはその近傍に設置されている、入射する光の波長により異なる２つ以上の偏向角度で入射する光を偏向する第１の偏向手段により更に光路が偏向され、光学基板表面の多重化光の入出力部から出射する。その際、各波長の光は同一光軸上を進行するように光路を偏向することができるので、各波長の光は多重化光へ合波されることになる。
【００７６】
したがって、分波時に、取り出された各波長毎の光の光量が、従来技術とは違って、分割される光の数の逆数に応じて低減されることがないことから、各波長の光をその光量に従来のような大きな低減を招くことなく、取り出すことが可能となる。また、合波時においても、多重化された光の光量が、従来技術とは異なり光導波路での結合損失により損なわれることはない。
【００７７】
また、第１の偏向手段は任意の波長に対して２つ以上の偏向角度で光を偏向することができるので、任意の波長の光に対して、所定の偏向角で偏向された光路を入射用、所定の第２の偏向角で偏向された光路を出射用に用いることにより、多重化光の入出力部へ入射した多重化光を分波し、第１の各波長の入出力部から各波長の個別光として出射させる分波機能と、第２の各波長の入出力部から入射した各波長の個別光を合波し、多重化光の入出力部から多重化光として出射させる合波機能を同時に提供することが可能となる。
【００７８】
さらに、第１の偏向手段は任意の波長に対して２つ以上の偏向角度で光を偏向することができるので、任意の波長の光に対して、所定の偏向角で偏向された光路を第１の入射または出射用、所定の第２の偏向角で偏向された光路を第２の入射または出射用に用いることにより、多重化光の入出力部へ入射した多重化光を分波し、第１の各波長の入出力部と第２の各波長の入出力部から各波長の個別光として出射させる分波機能や、第１および第２の各波長の入出力部から入射した各波長の個別光を合波し、多重化光の入出力部から多重化光として出射させる合波機能を提供することが可能となる。さらに、多重化光の分波に、各波長に対応した複数枚の誘電体多層膜を使うことがないので、作製費用を低くすることが可能である。
【００７９】
さらに、波長合分波器を構成する光学基板として、厚さが均一な基板を使用できるため、大面積の基板を用いて多数の波長合分波器が整列配置した波長合分波器アレイ基板を作製し、その波長合分波器アレイ基板を個別の波長合分波器に切り出すという大量生産に適した作製方法がとれるので、作製費用を低くすることが可能となる。
【００８０】
請求項１９に係る発明の作用について説明すると、第１の偏向手段として回折格子またはホログラム素子を用いることで、偏向手段が光の波長により定まった角度だけ光を偏向できる。このため、偏向後に各波長の光が各波長の光の入出力部へ導かれるように、あらかじめ光路を設定することにより、波長合分波器の波長分波機能を提供することが可能となる。
【００８１】
また、各波長の光の入出力部へ入射した各波長の光が偏向手段へ入射する際の角度を、偏向手段で偏向される角度が同じになるように、あらかじめ設定することにより、波長合分波器の波長合波機能を提供することが可能となる。
【００８２】
また、偏向手段で偏向された光として回折格子またはホログラム素子の正負１次光を用いることで、任意の光に対して正の１次光と負の１次光の２つの異なる偏向角度で偏向された光を得ることができ、
（１）請求項１８における、多重化光の入出力部へ入射した多重化光を分波し、第１の各波長の入出力部から各波長の個別光として出射させる分波機能と、第２の各波長の入出力部から入射した各波長の個別光を合波し、多重化光の入出力部から多重化光として出射させる合波機能を同時に提供することや、
（２）多重化光の入出力部へ入射した多重化光を分波し、第１の各波長の入出力部と第２の各波長の入出力部から各波長の個別光として出射させる分波機能を提供することや、
（３）第１および第２の各波長の入出力部から入射した各波長の個別光を合波し、多重化光の入出力部から多重化光として出射させる合波機能を提供することが容易となる。
【００８３】
請求項２０の発明の作用に関しては、第１の偏向手段として偏向機能および集光機能を有するホログラム光学素子を用いることにより、多重化光を出射する光学素子または、光ファイバに付帯しているコリメート手段の一部または全てを偏向手段に持たせることができ、コリメート手段の簡素化が図れる。
【００８４】
また、偏向手段で偏向された光として回折格子またはホログラム素子の正負１次光を用いることで、任意の光に対して正の１次光と負の１次光の２つの異なる偏向角度で偏向された光を得ることができ、
（１）請求項１８における、多重化光の入出力部へ入射した多重化光を分波し、第１の各波長の入出力部から各波長の個別光として出射させる分波機能と、第２の各波長の入出力部から入射した各波長の個別光を合波し、多重化光の入出力部から多重化光として出射させる合波機能を同時に提供することや、
（２）多重化光の入出力部へ入射した多重化光を分波し、第１の各波長の入出力部と第２の各波長の入出力部から各波長の個別光として出射させる分波機能を提供することや、
（３）第１および第２の各波長の入出力部から入射した各波長の個別光を合波し、多重化光の入出力部から多重化光として出射させる合波機能を提供することが容易となる。
【００８５】
請求項２１の発明の作用に関しては、複数の個別光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、前記第１の偏向手段を出射した光のうち、ｉ＝奇数の波長の光とｉ＝偶数の波長の光は、正負反対の符号の回折光が前記第２の偏向手段へ入射することにより、ｉ＝奇数の波長の個別光の入出力部と、ｉ＝偶数の波長の個別光の入出力部を分けることができ、多重化光の入出力部を、ｉ＝奇数の波長の個別光の入出力部とｉ＝偶数の波長の個別光の入出力部の間に設置することが可能になる。
【００８６】
請求項２２の発明の作用に関しては、反射手段が第１の偏向手段と、第２の偏向手段の間に、２つ以上配置されており、異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λｉ＋１））とした場合、第１の偏向手段を出射した光のうち、ｉ＝奇数の波長の光とｉ＝偶数の波長の光は、反射手段で異なる回数反射されたのちに第２の偏向手段へ入射することにより、反射手段での反射回数の少ないグループの個別光の入出力部に対して、反射手段での反射回数の多いグループの個別光の入出力部を、多重化光の入出力部から遠い位置に配置することが可能になる。
【００８７】
請求項２３の発明の作用に関しては、第２の偏向手段として、入射光軸と出射光軸の角度が異なる軸ずれ型レンズを用いることにより、各波長の光を出射する光学素子または、光ファイバに付帯しているコリメート手段の一部または全てを偏向手段に持たせることができ、コリメート手段の簡素化が図れる。
【００８８】
請求項２４の発明の作用に関しては、軸ずれ型レンズを非球面型レンズで作製することにより、第２の偏向手段を簡易に形成することが可能となる。
【００８９】
請求項２５の発明の作用に関しては、軸ずれ型レンズをホログラム素子で作製することにより、第２の偏向手段を簡易に形成することが可能となる。
【００９０】
請求項２６の発明の作用に関しては、反射手段を光学基板表面に形成されたテーパ面にすることにより、反射部に入射した光の入射角をテーパの角度で変更することが可能となる。
【００９１】
請求項２７の発明の作用に関しては、テーパ面を光学基板に、エッチング加工で作製することにより、反射手段を容易に形成することが可能となる。
【００９２】
請求項２８の発明の作用に関しては、波長合分波器として請求項１８記載の波長合分波器を用いることにより、小型で構成の簡易な多重波長合波装置を提供することが可能となる。また、同時双方向の波長多重を可能とする、小型で構成の簡易な多重波長合波装置を提供することが可能となる。
【００９３】
請求項２９の発明の作用に関しては、多重波長合波装置として請求項２８記載の多重波長合波装置を用いることにより、小型で低価格の波長多重光通信装置を提供することが可能となる。また、同時双方向の波長多重を可能とする、小型で低価格の波長多重光通信装置を提供することが可能となる。
【００９４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態および実施例を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態および実施例では技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態および実施例に限定されるものではない。
【００９５】
第１の実施の形態および実施例１
図１は、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。まず符号について説明すると、１０は波長合分波器、１１は第１の偏向手段としての回折格子（グレーティング）、１２は第２の偏向手段としてのグレーティング、１３は光学基板である。この波長合分波器１０では、発光手段として波長１２７０ｎｍ，１２９０ｎｍ，１３１０ｎｍ，１３３０ｎｍの半導体レーザー（ＬＤ）を使用している。回折格子１１、グレーティング１２の溝ピッチは、いずれも１．６μｍである。
【００９６】
グレーティングについては、（光の）入射角をθ０  、出射角をθ、光の波長をλとし、グレーティングの溝ピッチをｄ、次数をｍとすると、一般に入射角と出射角との関係は、下記［数１］のようになる。
【００９７】
【数１】
ｓｉｎθ−ｓｉｎ（θ０）＝ｍλ／ｄ
【００９８】
したがって、発光手段としてのレーザダイオードの波長が上記４波長の場合において、光ファイバ（図略）からグレーティング（回折格子）１１に、光を垂直に入射させたときには、グレーティングの溝ピッチが１．６μｍであるから、各ＬＤからの光の波長と、上記出射角θとの関係は下記［表１］のようになる。
【００９９】
【表１】
2004226901.tif 000003
【０１００】
本実施例では、光学基板１３として厚さ２ｍｍ、長さ１６ｍｍの合成石英製基板を使用している。合成石英の屈折率は１．５５程度であるから、空気に対する全反射の臨界角は４０度程度であり、基板１３面への入射角が４２度以上であれば完全に全反射となる。上記［表１］で明らかなように、本実施例では、受光部を介して光学基板１３に垂直に入射した多重光は、グレーティング１１で偏向され、すべて全反射以上の角度で基板面に入射する。そのため、光学基板１３内を進行する光は、全反射を繰り返しながらジグザグに進行し、グレーティング１２で再度偏向されて個別光となる。
【０１０１】
本実施例で使用する発光用の光源アレイ装置の概要を図２に示す。図２（ａ）はこの光源アレイ装置２０の平面図、図２（ｂ）はその側面図である。面発光ＬＤ素子（発光素子）２１としては、３００μｍ角の面発光ＬＤ（ＶＣＳＥＬ）のベアチップを用いている。また、この光源アレイ装置２０では、波長が異なる４種類の素子の位置微調整を行うスペースを考慮して、これらの素子を０．５ｍｍ（または、それ以上）の間隔で整列させて実装している。符号２２は発光部である。各発光素子２１上にあるボンディングパッド２３は、図２（ｂ）には示されていないが、発光素子の近傍に配置されている発光素子駆動用のドライバＩＣの所定のパッドとの間を、ワイヤーボンディングで配線している。
【０１０２】
本実施例で使用する受光用の受光素子アレイ装置の概要を図３に示す。図３（ａ）はこの受光素子アレイ装置３０の平面図、図３（ｂ）はその側面図である。符号３１はＰＤ素子（受光素子）、符号３２は受光部、符号３３はボンディングパッドである。受光素子３１としては３００μｍ角のフォトダイオード（ＰＤ）を用いている。４個の受光素子３１を、これらの位置の微調整を行うスペースを考慮して、０．５ｍｍ（または、それ以上）の間隔で整列させ実装している。各受光素子３１上にあるボンディングパッド３３は、図３（ｂ）には示されていないが、受光素子の近傍に配置されている受光素子用のアンプＩＣの所定のパッドとの間を、ワイヤーボンディングで配線している。また、４個の受光素子は同種類のもので構わないため、図３（ａ）のように、４個の受光部３２が同一基板上に配置されているＰＤアレイ素子を用いることも可能である。
【０１０３】
このように、本実施例では発光部間隔０．５ｍｍ、受光部間隔０．５ｍｍのアレイ装置用に設計されているので、図１に示すように４回の反射を繰り返した後、５回目に光学基板１３の端面に達した時、各光間の距離が発光部間隔、受光部間隔と同等か、または、これより広く取れるようになる。光が５回目に光学基板端面に達する部分付近には、上記第２の偏向手段として１．６μｍピッチのグレーティング１２が設置されている。この偏向手段により各個別光は光学基板１３に垂直に出射される。
【０１０４】
上記出射される個別光と受光素子との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。本実施例では偏向手段のグレーティングピッチは１．６μｍ、光学基板厚は２ｍｍとしてあるので、受光素子の受光部の間隔を個別光の出射位置に合わせるようにしたが、これについてはグレーティングピッチを調整する、あるいは基板の厚さを変えるという手段で行うことも可能である。また、このような配置にすると、各波長の光のグレーティングによる１次光は所定の光路を進行することができる。０次光については１次光が進行する光路から外れるため、受光部に投射されることはなく光として検出されない。
【０１０５】
このように、本実施例に係る波長合分波器では、全反射を繰り返して光を導けるので、光のロスが少なく、光量の低減を防止することができるという利点がある。また、光学基板表面がそのまま全反射面になるので構造が簡易であるという利点もある。さらに、波長合分波器の寸法も厚さ２ｍｍ、長さ１６ｍｍ程度と小型であるという利点がある。
【０１０６】
第２の実施の形態および実施例２
図４は、本実施例に係る４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。まず符号について説明すると、４０は波長合分波器、４１は第１の偏向手段としての回折格子（グレーティング）、４２は第２の偏向手段としてのグレーティング、４３は光学基板、４５，４６は反射膜である。この波長合分波器４０では、発光手段として波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの半導体レーザー（ＬＤ）を使用している。回折格子（グレーティング）４１、グレーティング４２では、ともに溝ピッチ１．６μｍのグレーティングを使用している。
【０１０７】
グレーティングについては、入射角をθ０  、出射角をθ、光の波長をλとし、グレーティングの溝ピッチをｄ、次数をｍとすると、一般に入射角と出射角との関係は、上記［数１］のようになる。したがって、発光手段としてのレーザダイオードの波長が上記４波長の場合において、光ファイバ（図略）からグレーティング（回折格子）４１に、光を垂直に入射をさせたときには、グレーティングの溝ピッチが１．６μｍであるから、各ＬＤからの光の波長と、上記出射角θとの関係は下記［表２］のようになる。
【０１０８】
【表２】
2004226901.tif 000004
【０１０９】
本実施例では、光学基板４３として厚さ２ｍｍ、長さ１７ｍｍの合成石英製基板を使用している。合成石英の屈折率は１．５５程度であるから、空気に対する全反射の臨界角は４０度程度であり、基板面への入射角が４２度以上あれば完全に全反射となる。
【０１１０】
上記［表２］に見られるように、本実施例では、多重光の受光部を介して波長合分波器４０に垂直に入射した光は、グレーティング４１で偏向され、すべて全反射以下の角度で基板面に入射する。そのため、光学基板４３内を進行する光は全反射することができない。そこで本実施例では、光学基板４３表面での反射の反射率を上げるため、光の反射部にＡｌ＋ＭｇＦ２  からなる反射膜４５，４６を設けている。なお、反射膜として他のＡｕ、Ａｇなどの金属からなるものを用いても良く、また誘電体多層膜を用いても良い。
【０１１１】
本実施例では発光部間隔０．５ｍｍ以上、受光部間隔０．５ｍｍ以上のアレイ装置用に設計されているので、図４に示すように、各光は１２回の反射後、１３回目に光学基板４３端面に達した時、各光間の距離を発光部間隔、受光部間隔と同等か、または、これよりもより広く取ることができる。
【０１１２】
本実施例では、光が１３回目に光学基板端面に達する部分付近に、第２の偏向手段として溝ピッチ１．６μｍのグレーティング４２が設置されている。この偏向手段により各個別光は基板４３に垂直に出射される。ここで、出射される個別光と受光素子との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。
【０１１３】
本実施例では、偏向手段のグレーティングピッチを１．６μｍ、光学基板４３の厚さを２ｍｍとし、受光素子の受光部の間隔を、個別光の出射位置に合わせるようにしてある。このような配置にすると、各波長の光のグレーティングによる１次光は所定の光路を進行することができる。０次光については、１次光の進行する光路から外れるため受光部に投射されることはなく、光として検出されない。
【０１１４】
このように、本実施例では全反射を繰り返して光を導けるので、光のロスが少いという利点がある。また、光学基板表面がそのまま全反射面になるので、構造が簡易であるという利点もある。さらに、大きさも厚さ２ｍｍ、長さ１７ｍｍ程度と小型であるという利点がある。
【０１１５】
第３の実施の形態および実施例３
図５は、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。まず符号について説明すると、５０は波長合分波器、５１は第１の偏向手段としての回折格子（グレーティング）、５２は第２の偏向手段としての回折格子（グレーティング）、５３は光学基板、５５は第１のテーパミラー、５６は第２のテーパミラーである。この波長合分波器５０では、発光手段として波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの半導体レーザー（ＬＤ）を使用している。回折格子（グレーティング）５１，５２の溝ピッチは、いずれも１．６μｍである。
【０１１６】
グレーティングについては、入射角をθ０  、出射角をθ、光の波長をλとし、グレーティングの溝ピッチをｄ、次数をｍとすると、一般に入射角と出射角との関係は、上記［数１］のようになる。したがって、発光手段としてのレーザダイオードの波長が上記４波長の場合において、光ファイバ（図略）からグレーティング（回折格子）５１に、光を垂直に入射をさせたときには、グレーティングの溝ピッチが１．６μｍであるから、各ＬＤからの光の波長と、上記出射角θとの関係は上記［表２］のようになる。
【０１１７】
本実施例では、光学基板５３として厚さ２ｍｍ、長さ８ｍｍの合成石英製基板を使用している。合成石英の屈折率は１．５５程度であるから、空気に対する全反射の臨界角は４０度程度であり、基板面への入射角が４２度以上あれば完全に全反射となる。
【０１１８】
上記［表２］に示すように、本実施例では多重光の受光部から波長合分波器５０に垂直に入射した光は、グレーティング５１で偏向され、すべて全反射以下の角度で基板面に入射する。そのため、光学基板５３内を進行する光は全反射することができない。そこで本実施例では、光学基板５３内を進行している光が反射部で全反射するように、光学基板５３表面に上記テーパミラー５５，５６を設けている。
【０１１９】
上記テーパミラー５５，５６ではテーパ角度を１２度としている。これにより光学基板５３表面での１回目の反射の時、テーパミラー５５に対する入射角は４２度以上になるので、全ての入射光はテーパミラー５５表面で全反射するようになる。さらに、２回目の反射の場合は、光学基板５３表面への入射では入射角が浅くなり、合分波器５０の長さが長くなるので、傾斜面の傾きが第１のテーパミラー５５と逆方向で同角度である、第２のテーパミラー５６を反射位置に形成している。しかし、第１のテーパミラー５５と同様に、第２のテーパミラー５６の傾斜面を１つにして全光線を反射させようとすると、その反射面の面積が大きくなり、それにともない加工深さも深くなる。そこで、この第２のテーパミラー５６では、図示のように４本の光線を個別に受ける４個のテーパミラーを形成している。これにより、第２のテーパミラーの加工深さも小さくでき、加工が容易となる。
【０１２０】
本実施例の波長合分波器５０では、発光部間隔０．５ｍｍ以上、受光部間隔０．５ｍｍ以上のアレイ装置用に設計されているので、図５のように２回の反射後、３回目に光学基板５３端面に達した時、各光間の距離は発光部間隔および受光部間隔と同等になるか、または、これよりも広くなる。
【０１２１】
本実施例では、光が３回目に光学基板５３端面に達する部分付近に、第２の偏向手段として１．６μｍピッチのグレーティング５２が設置されている。この偏向手段により各個別光は基板に垂直に出射される。ここで、出射される個別光と受光素子との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。本実施例では偏向手段のグレーティングピッチを１．６μｍ、光学基板厚を２ｍｍとしてあるから、受光素子の受光部の間隔を、個別光の出射位置に合わせることができる。このような配置にすると、各波長の光のグレーティングによる１次光は所定の光路を進行することができる。０次光については、１次光の進行する光路から外れるため受光部に投射されることはなく、光として検出されない。
【０１２２】
このように本実施例では、全反射を繰り返して光を導けるので、光のロスが少いという利点がある。また、光学基板表面がそのまま全反射面になるので構造が簡易であるという利点がある。さらに、大きさも厚さ２ｍｍ、長さ８ｍｍ程度と非常に小型であるという利点もある。
【０１２３】
以上の実施例１〜３では、第２の偏向手段として回折格子やホログラム素子の回折現象を用いているが、この偏向手段については、各々の波長の光に応じた角度で光を偏向させれば良いから、たとえば各々の波長の光に応じた角度で反射させるテーパミラーなどを使用することもできる。
【０１２４】
第４の実施の形態および実施例４
本実施例は、上記実施例３に示すようなテーパミラー型の波長合分波器の作製方法に係るもので、図６は、その作製工程を示す断面図である。本実施例では、光学基板として厚さ１ｍｍの石英基板６１を用いる。
（１）図６（ａ）：第１の工程では、石英基板６１の表面にフォトレジスト６２を塗布する
（２）図６（ｂ）：第２の工程では、写真製版工程（フォトマスク６３を使用）によりフォトレジスト６２に、ホログラム素子６４用のマスクパターンを形成する。
（３）図６（ｃ）：第３の工程では、エッチング加工により石英基板６１上にホログラム素子６４を形成する。ホログラム素子形成後に残ったフォトレジストは、洗浄して除去する。
（４）図６（ｄ）：第４の工程では、表面にホログラム素子６４が形成されている石英基板６１の表面にフォトレジスト６２を再度塗布する。
（５）図６（ｅ）：第５の工程では、写真製版工程（フォトマスク６５を使用）によりフォトレジスト６２にテーパ面形成用のマスクパターンを形成する。
（６）図６（ｆ）：第６の工程では、エッチング加工により石英基板６１上にテーパ面６６を形成する。テーパ面形成後に残ったフォトレジストは洗浄して除去する。
このようにして、表面にホログラム素子６４とテーパ面６６が形成されている石英基板が作製される。
（７）図６（ｇ）：第７の工程では、同様にして表面にホログラム素子とテーパ面が形成されている第２の石英基板６１を作製し、２枚の石英基板６１，６１を、これらの加工面が表面になるようにして、所定の位置に合わせて張り付け、その後所定の位置で切断し、多波長合分波器６０を複数作製する。
【０１２５】
以上のように、本実施例によれば、複数の波長合分波器を簡易に、かつ大量に作製することが可能である。また、本実施例ではホログラム素子作製のために、写真製版工程およびエッチング加工工程を行っているが、偏向手段として格子ピッチが大きい回折格子を用いる場合には、回折格子の作製を切削加工で行なっても良い。さらに、本実施例では写真製版工程とエッチング加工を用いてテーパミラーの作製を行っているが、特開２０００−３２１４１０号公報に記載された手法も有効であり、これによりテーパミラーを容易に作製することができる。
【０１２６】
なお、上記図６（ｇ）では、張り合わせた２枚の石英基板６１，６１は、同一パターンの基板のように見えるが、実際には２枚の基板は機能に合わせて別々のパターンで形成されていることは明らかである。
【０１２７】
第５の実施の形態および実施例５
実施例３で説明したテーパミラー型の波長合分波器５０を用いた多重波長合分波装置の構造を、図７に示す。この多重波長合分波装置７０では、光源として波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの面発光半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いている。符号について説明すると、５０は波長合分波器、７１は光源部としてのパッケージ、７２はＬＤアレイ光源、７３はこのＬＤアレイを構成するＶＣＳＥＬ（面発光ＬＤ）、７４はコリメートレンズ付きカバーグラスである。
【０１２８】
上記多重波長合分波装置７０は、ＬＤアレイ光源からの各波長の光の合波を行い、多重光として波長合分波器５０から出射させるように構成したものである。すなわち、この多重波長合分波装置７０では、発光素子として４個のＶＣＳＥＬ（面発光ＬＤ）７３が整列配置されており、コリメートレンズ付きカバーガラス７４を所定位置に合わせて設置してあるパッケージ７１の上に、波長合分波器５０が設置されている。この波長合分波器５０は、入射光の光軸が基板面に垂直であることから、パッケージ７１との位置合わせは、２軸の位置合わせだけですむため、位置出しを簡易に行うことができる。また、波長合分波器５０から出射する多重光も基板５３面から垂直に出射するので、図７では示されていない光ファイバに多重光を入射させる場合も２軸の調整だけですむため、位置合わせが容易である。さらに、このようにして作製された本実施例の多重波長合分波装置７０は高さ５ｍｍ、長さ１１ｍｍ程度の大きさにすることも可能であり、したがって、小型の多重波長合分波装置を提供することができる。
【０１２９】
第６の実施の形態および実施例６
図８は本実施例に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造説明図である。この波長合分波器は、光学基板に第１の偏向手段である回折格子を１つと、２つの第２の偏向手段とを設けるとともに、第１の偏向手段と第２の偏向手段の間に、それぞれ２組のテーパミラーを設けたものである。
【０１３０】
まず符号について説明すると、８０は波長合分波器、８１は第１の偏向手段としての回折格子（グレーティング）、８２，８３は第２の偏向手段である非球面の軸ずれレンズ、８４は光学基板、８５〜８８は反射手段としてのテーパミラーである。この波長合分波器８０では、発光手段として波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの半導体レーザー（ＬＤ）を使用している。受光手段としては波長７６０ｎｍ〜８２０ｎｍの光に感度があるシリコン（Ｓｉ）フォトダイオード（ＰＤ）を使用している。光学基板８４は厚さ２ｍｍ、長さ１４ｍｍであり、回折格子（グレーティング）８１の溝ピッチは１．６μｍである。
【０１３１】
グレーティングについては、入射角をθ０  、出射角をθ、光の波長をλとし、グレーティングの溝ピッチをｄ、次数をｍとすると、一般に入射角と出射角との関係は、上記［数１］のようになる。したがって、発光手段のレーザダイオードの波長が上記４波長の場合、グレーティングへ光ファイバから垂直入射をさせた場合、グレーティングのピッチが１．６μｍであるから、各ＬＤからの光の波長と、上記出射角θとの関係は上記［表２］のようになる。
【０１３２】
本実施例では、光学基板８４として合成石英製基板を使用している。合成石英の屈折率は１．５５程度であるから、空気に対する全反射の臨界角は４０度程度であり、基板面への入射角が４２度以上あれば完全に全反射となる。
【０１３３】
最初に、この波長合分波器８０の分波機能について説明する。
上記［表２］に見られるように、本実施例では多重光の受光部から波長合分波器８０に垂直に入射した光（波長はそれぞれλ１，λ２，λ３，λ４）は、第１の偏向手段である回折格子８１の各波長の１次光に相当する角度で偏向され、すべて全反射以下の角度で基板面に入射する。そのため、光学基板８４内を進行する光は全反射することができない。そこで本実施例では、光学基板８４内を進行している光が反射部で全反射するように光学基板８４表面にテーパミラー８５，８６を設けている。これらテーパミラーのテーパ角度は１２度である。
【０１３４】
これにより、光学基板８４表面での１回目の反射の時、テーパミラー８５に対する入射角は４２度以上になるので、全ての入射光はテーパミラー８５表面で全反射するようになる。また、２回目の反射の場合は、光学基板８４表面への入射角が浅くなり、このままでは波長合分波器の長さが長くなるので、傾きがテーパミラー８５と逆方向で同角度のテーパミラー８６を反射位置に形成している。さらに、このテーパミラー８６では、全光線を１つの面で反射させるためには反射面が大きくなり、それにともない加工深さも深くなるので、４本の光線（波長がそれぞれλ１，λ２，λ３，λ４）を個別に受ける４個のテーパミラーを形成している。これにより、テーパミラー８６の加工深さも浅くでき、加工しやすくなる。
【０１３５】
光が３回目に光学基板８４端面に達する部分付近には、第２の偏向手段として非球面軸ずれレンズ８２が４個設置されている。これらの偏向手段により、各個別光は基板８４上の個別光の入出射部から出射され、各波長の受光用Ｓｉ−ＰＤで受光される。本実施例の波長合分波器８０では、受光部間隔が０．５ｍｍ程度になるように設計されている。ここで、出射される個別光と受光素子との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。本実施例では第１の偏向手段としてのグレーティング８１の溝ピッチを１．６μｍ、光学基板８４の厚さを２ｍｍとしてあるため、受光素子の受光部の間隔を個別光の出射位置に合わせることができる。このような配置にすると、各波長の光のグレーティング８１による１次光は所定の光路を進行することができる。０次光については、１次光の進行する光路から外れるため受光部に投射されることはなく、光として検出されない。
【０１３６】
次ぎに、上記波長合分波器８０の合波機能について説明する。
この波長合分波器の合波機能については、分波機能を達成している合分波器と同等のレイアウトによる光学系を使用している。各ＬＤから出射した各波長の光は、対応する場所に設置された第２の偏向手段である複数の軸ずれレンズ８３により所定の角度だけ偏向させられ、かつ集光され光学基板８４の中に案内される。案内された各波長の光は、光学基板８４内を進行している光が反射部で全反射するように光学基板８４表面に形成された複数のテーパミラー８８によって反射される。これらテーパミラー８８のテーパ角度は１２度である。
【０１３７】
テーパミラー８８で反射された各波長の光は、さらにテーパミラー８７により反射され、第１の偏向手段としてのグレーティング（回折光子）８１が設置されている多重化光の入出射部に入射する。本実施例において４波長の個別光は、グレーティング８１のおおよそ同一の位置に異なる角度で入射する、この角度がグレーティング８１の各波長による１次光の偏向角になるように個別光の入出射部および、各テーパミラーを配置することにより、第１の偏向手段である回折格子８１から出射する光をすべて同じ角度で出射させることができる。
【０１３８】
本実施例では発光部間隔が０．５ｍｍ程度になるように設計されている。ここで、出射される多重化光の出射位置と発光素子の設置位置との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。本実施例では、発光用のＬＤの設置間隔と受光用のＰＤの設置間隔を同等にしたため、受光用のテーパミラーと出射用のテーパミラーは同等のテーパ角度と配置になっているが、この受光用のテーパミラーおよび出射用のテーパミラーの、角度および配置を適宜設定することで、発光用のＬＤの設置間隔と受光用のＰＤの設置間隔を異ならせることができる。
【０１３９】
本実施例の波長合分波器８０では、同一または近似の形状で光の合波と分波が可能である。ゆえに、本実施例のように光学基板に１つの第１の偏向手段である回折格子と、２つの第２の偏向手段を設け、それぞれ第１の偏向手段と第２の偏向手段の間に２組のテーパミラーを設けることにより、同時送受信が可能となる。また、第１の偏向手段である回折格子の正の１次光と負の１次光がそれぞれ２つの第２の偏向手段に達するように各テーパミラーと第２の偏向手段が設置されているので、１つ目の第２の偏向手段を分波用、２つ目の第２の偏向手段を合波用とすることにより、同時送受信が可能な波長合分波器として使用することが可能となる。
【０１４０】
このように本実施例の波長合分波器８０は、全反射を繰り返して光を導けるので光のロスが少いという利点がある。また、光学基板表面がそのまま全反射面になるので構造が簡易であるという利点がある。さらに、大きさも厚さ２ｍｍ、長さ１４ｍｍ程度と非常に小型であるという利点もある。
【０１４１】
また、本実施例では、第２の偏向手段として非球面軸ずれレンズを用いているが、この偏向手段については、各々の光に応じた角度で光を偏向させれば良いから、たとえば各々の光に応じた角度で反射させるテーパミラー、回折格子あるいはホログラム素子などを使用しても良い。
【０１４２】
第７の実施の形態および実施例７
図９は本実施例に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。まず符号について説明すると、９０は波長合分波器、９１は第１の偏向手段としての回折格子（グレーティング）、９２ａ〜９２ｄは第２の偏向手段である非球面の軸ずれレンズ、９３は光学基板、９４ａ〜９４ｉは反射手段としてのテーパミラーである。この波長合分波器９０では、発光手段として波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの半導体レーザー（ＬＤ）を使用している。受光手段としては波長７６０ｎｍ〜８２０ｎｍの光に感度があるシリコン（Ｓｉ）フォトダイオード（ＰＤ）を使用している。図９は分波器として使用した場合である。回折格子（グレーティング）９１の溝ピッチは１．６μｍである。
【０１４３】
グレーティングについては、入射角をθ０  、出射角をθ、光の波長をλ、溝ピッチをｄ、次数をｍとすると、一般に入射角と出射角との関係は、上記［数１］のようになる。そこで、発光手段であるレーザダイオードの波長が上記４波長の場合において、光ファイバからグレーティングへ波長合分波器９０に垂直に入射をさせたときには、グレーティングの溝ピッチが１．６μｍであるから、各ＬＤからの各波長の光とグレーティングのなす角は、上記［表２］のようになる。また、光学基板９３としては合成石英製基板を使用している。合成石英の屈折率は１．５５程度であるから、空気に対する全反射の臨界角は４０度程度であり、基板面への入射角が４２度以上あれば完全に全反射となる。
【０１４４】
最初に、本実施例の分波機能について説明する。
上記［表２］に見られるように、本実施例では多重光の発光部から波長合分波器９０に垂直に入射した光は、第１の偏向手段である回折格子９１の各波長の１次光に相当する角度で偏向され、すべて全反射以下の角度で基板面に入射する。そのため、光学基板９３内を進行する光は全反射することができない。そこで本実施例では、光学基板９３内を進行している光が反射部で全反射するように光学基板９３表面に上記テーパミラー９４ａ〜９４ｊを設けている。これらテーパミラーのテーパ角度は１２度である。ただし、それぞれのテーパミラーの傾斜面の方向は、その分波機能を確保するとともに、反射面を小さく抑え、かつ加工深さが深くなるのを避けるために、それぞれ図示するように設定されている。たとえば、テーパミラー９４ａが図面右向きの下り勾配であるのに対し、テーパミラー９４ｂは図面左向きの下り勾配となっている。
【０１４５】
そして、図９において、波長がそれぞれλ１，λ２，λ３，λ４の光からなる多重光は回折格子９１により、波長λ１の光と波長λ３の光からなる第１のグループと、波長λ２の光と波長λ４の光からなる第２のブループに分波される。ついで、波長λ１の光は、テーパミラー９４ａ，９４ｂを経た後、軸ずれレンズ９２ａを経て個別光となる。同様に、波長λ３の光は、テーパミラー９４ａ，９４ｃ，９４ｄおよび９４ｅを経た後、軸ずれレンズ９２ｂを経て個別光となる。波長λ２の光および波長λ４の光についても同様である。本実施例では、光学基板９３表面での１回目の反射の時、テーパミラー９４ａ，９４ｆへの入射角は４２度以上になるので、全ての入射光はすべてのテーパミラー表面で全反射するようになる。
【０１４６】
このように、２回目の反射の場合は光学基板９３表面への入射角が浅くなり、波長合分波器の長さが長くなるので、傾斜がテーパミラー９４ａと逆方向で同角度のテーパミラー９４ｂ，９４ｃを反射位置に形成している。同様に、傾斜がテーパミラー９４ｆと逆方向で同角度のテーパミラー９４ｇ，９４ｈを反射位置に形成している。他のテーパミラーについても同様である。図９に示すように、４本の光線を個別に受ける４個のテーパミラーを形成することで、個々のテーパミラーの反射面を小さく抑えるとともに、その加工深さが深くなるのを避けることができる。これにより、個々のテーパミラーの加工が容易となる。このように光は、複数回テーパミラーで反射された後、光学基板９３に設置された第２の偏向手段である非球面軸ずれレンズに入射する。この第２の偏向手段により各個別光は基板上の個別光の入出射部から出射され、各波長の受光用のＳｉ−ＰＤで受光される。
【０１４７】
本実施例では、光学基板に第１の偏向手段である回折格子を１つと、２つの第２の偏向手段とを設け、各々第１の偏向手段と第２の偏向手段の間に２組のテーパミラーを設けている。また、第１の偏向手段である回折格子の正の１次光と、負の１次光がそれぞれ２つの第２の偏向手段に達するように、各テーパミラーと第２の偏向手段を設置している。
【０１４８】
本実施例では、異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、第１の偏向手段を出射した光のうち、ｉ＝奇数の波長の光とｉ＝偶数の波長の光は、正負反対の符号の回折光が第２の偏向手段へ入射するようにしている。つまり、４つの波長７６０ｎｍ（λ１），７８０ｎｍ（λ２），８００ｎｍ（λ３），８２０ｎｍ（λ４）のうち７６０ｎｍと８００ｎｍの光は、第１の偏向手段である回折格子で回折された正の１次光のみが第２の偏向手段に達するように、テーパミラーが設置されている。また、７８０ｎｍと８２０ｎｍの光は第１の偏向手段である回折格子で回折された負の１次光のみが第２の偏向手段に達するように、テーパミラーが設置されている。つまり、７６０ｎｍ，８００ｎｍの光と、７８０ｎｍ，８２０ｎｍの光は、図９に示すように、多重化光の入出射部に対して反対の位置に配置された個別光の入出射部に対応することになる。さらに本実施例では、７６０ｎｍ，７８０ｎｍの光はテーパミラーで２回反射し、８００ｎｍ，８２０ｎｍの光はテーパミラーで４回反射するようにテーパミラーを配置している。
【０１４９】
これにより、本実施例では各波長の出射部の間隔は狭いところで５．５ｍｍ、広いところで９ｍｍとなり、各波長の出射部の間隔を広くとることが可能となる。すなわち、λ１の光とλ３の光との間隔は５．５ｍｍ、λ２の光とλ４の光との間隔は６ｍｍ、λ１の光とλ２の光との間隔は９ｍｍである。
【０１５０】
本実施例は光分波器に係るものであるが、本実施例における受光装置であるＳｉ−ＰＤの位置に、発光装置である各波長のＬＤを設置すれば、多重化光の入出射部から多重化光が取り出せる光合波器として用いることができる。
【０１５１】
第８の実施の形態および実施例８
図１０は本実施例に係る４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。この波長合分波器１００では発光手段として、波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの半導体レーザー（ＬＤ）を使用している。受光手段としては、波長７６０ｎｍ〜８２０ｎｍの光に感度があるシリコン（Ｓｉ）フォトダイオード（ＰＤ）を、第１の偏向手段１０１としては溝ピッチ１．６μｍの回折格子（グレーティング）を、第２の偏向手段１０２としては、非球面の軸ずれレンズを、それぞれ使用している。
【０１５２】
グレーティングについては、入射角をθ０  、出射角をθ、光の波長をλ、溝ピッチをｄ、次数をｍとすると、一般に入射角と出射角との関係は、上記［数１］のとおりとなる。そこで、発光手段のレーザダイオードの波長が上記４波長の場合において、光ファイバからグレーティングへ垂直入射をさせたときには、グレーティングの溝ピッチが１．６μｍであるから、各波長のＬＤとグレーティングのなす角は上記［表２］のようになる。また、光学基板１０３としては合成石英製基板を使用しており、その厚さ２ｍｍ、長さは２３ｍｍである。合成石英の屈折率は１．５５程度であるから、空気に対する全反射の臨界角は４０度程度であり、基板面への入射角が４２度以上あれば完全に全反射となる。
【０１５３】
最初に、この波長合分波器１００の分波機能について、図１０を参照して説明する。
上記［表２］に見られるように、多重光の受光部から垂直に入射した光は、第１の偏向手段である回折格子１０１の各波長の１次光に相当する角度で偏向され、すべて全反射以下の角度で基板面に入射する。そのため、光学基板１０３内を進行する光は全反射することができない。そこで本実施例では、光学基板１０３内を進行している光が反射部で全反射するように光学基板１０３表面に、反射手段１０４として複数のテーパミラーを設けている。これらテーパミラー１０４のテーパ角度は１２度である。
【０１５４】
これにより、光学基板１０３表面での１回目の反射の時、第１のテーパミラー１０４に対する入射角は４２度以上になるので、全ての入射光はテーパミラー表面で全反射する。ただし、２回目以降の反射の場合は光学基板表面への入射では入射角が浅くなり、合分波器の長さが長くなるので、それぞれのテーパミラーの傾斜面の方向は、その分波機能を確保するとともに、反射面を小さく抑え、かつ加工深さが深くなるのを避けるために、それぞれ図示のように設定している。
【０１５５】
図１０において、波長がそれぞれλ１，λ２，λ３，λ４である光は、複数のテーパミラーにより複数回反射された後、光学基板１０３に設置された第２の偏向手段である非球面軸ずれレンズ１０２に入射する。この第２の偏向手段により各個別光は基板上の個別光の入出射部から出射され、各波長の受光用のＳｉ−ＰＤで受光される。
【０１５６】
ここで、出射される個別光と受光素子との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。本実施例では、回折格子１０１の溝ピッチは１．６μｍ、光学基板１０３の厚は２ｍｍとしてある。また、受光素子の受光部の間隔が個別光の出射位置に合うようにしてある。このような配置にすると、各波長の光の回折格子による１次光は、所定の光路を進行することができる。０次光については１次光が進行する光路から外れるため受光部に投射されることはなく、光として検出されない。
【０１５７】
次ぎに、上記波長合分波器１００の合波機能について、図１０を参照して説明する。
この波長合分波器の合波機能については、分波機能を達成している合分波器と同等のレイアウトの光学系を使用している。各ＬＤから出射した、波長がそれぞれλ１，λ２，λ３，λ４である光は、対応する場所に設置された第２の偏向手段である軸ずれレンズ１０２により所定の角度だけ偏向して集光され、光学基板１０３中に案内される。案内された各波長の光は光学基板１０３内を進行している光が反射部で全反射するように光学基板表面に形成されたテーパミラー１０４によって反射される。テーパミラーで反射された各波長の光は、さらに他のテーパミラーにより反射され、第１の偏向手段１０１が設置されている多重化光の入出射部に入射する。
【０１５８】
本実施例では、４波長の個別光は第１の偏向手段のおおよそ同一位置に異なる角度で入射する。この角度が第１の偏向手段の回折格子の各波長による１次光の偏向角になるように、個別光の入出射部および各テーパミラーを配置することにより、第１の偏向手段である回折格子１０１から出射する光をすべて同じ角度で出射させることができる。ここで、出射される多重化光の出射位置と発光素子の設置位置との位置関係は、光学基板の厚さ、偏向手段の偏向角、素子間隔により決定される。本実施例では、発光用のＬＤの設置間隔と受光用のＰＤの設置間隔を同等にしたため、受光用のテーパミラーと出射用のテーパミラーは同等のテーパ角度および配置になっているが、この受光用のテーパミラーと出射用のテーパミラーの角度と配置を適宜設定することで、発光用のＬＤの設置間隔と受光用のＰＤの設置間隔を異ならせることが可能である。
【０１５９】
このように、本実施例では同一の、または近似の形状で光の合波と分波が可能である。ゆえに、本実施例のように光学基板に、第１の偏向手段である回折格子を１つと、２つの第２の偏向手段とを設け、各々第１の偏向手段と第２の偏向手段の間に２組のテーパミラーを設けることにより、同時送受信が可能となる。また、第１の偏向手段である回折格子の正の１次光と負の１次光が各々２つの第２の偏向手段に達するように、各テーパミラーと第２の偏向手段が設置されているので、１つ目の第２の偏向手段を分波用、２つ目の第２の偏向手段を合波用とすることで、同時送受信が可能な波長合分波器として使用することができる。
【０１６０】
さらに本実施例において、反射手段１０４は第１の偏向手段と、第２の偏向手段の間に、少なくとも２つ配置されており、異なる波長を有する複数の光の波長をλ１，λ２，…，λｉ，…，λｎ（ｎは２以上の整数、λｉ＜λ（ｉ＋１））とした場合、第１の偏向手段から出射した光のうち、ｉ＝奇数の波長の光と、ｉ＝偶数の波長の光は、反射手段１０４で異なる回数反射された後に、第２の偏向手段へ入射するようにしている。つまり、４波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍのうち、７６０ｎｍ（λ１  ），８００ｎｍ（λ３  ）の光はテーパミラーで４回反射され、７８０ｎｍ（λ２  ），８２０ｎｍ（λ４  ）の光はテーパミラーで２回反射されるように、テーパミラーと第２の偏向手段が設置されている。これにより、各波長の光受発光部の間隔は狭いところでも１．５ｍｍ以上とれるようになる。
【０１６１】
以上の実施例で使用する発光用の光源アレイ装置の一例を示すと、前出の図２に示すとおりである。また、本実施例で使用する受光用の受光素子アレイ装置の一例を示すと、前出の図３に示すとおりである。さらに、上記実施例６〜８で説明した、テーパミラーを用いる波長合分波器の作製方法は前出の図６に示すとおりである。
【０１６２】
以上の実施例では、発光素子、受光素子の間隔は最小で０．５ｍｍ程度にしているので、この間隔を調整することにより本実施例の全ての波長合分波器が使用できる。ただし、このようなＬＤやＰＤのベアチップを用いず、パッケージされたＬＤやＰＤを用いる場合には、その素子間隔は広く取らなければならない。そのような場合には、素子間隔を広くとることが可能な上記実施例７などが特に有効になる。
【０１６３】
第９の実施の形態および実施例９
図１１に、実施例６に係るテーパミラー型の波長合分波器８０を用いた多重波長合分波装置の構造を示す。この多重波長合分波装置１１０では、合波用の光源としてＬＤアレイ光源１１１、すなわち波長７６０ｎｍ，７８０ｎｍ，８００ｎｍ，８２０ｎｍの面発光半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いている。すなわち、このＬＤアレイ光源１１１では、４個のＶＣＳＥＬ（面発光ＬＤ）が整列配置されている。また、分波用の受光部として、４個の受光素子を同一基板上に配置して構成したＰＤアレイ１１２が配置されている。また、この多重波長合分波装置１１０では、上記波長合分波器８０が、コリメートレンズ付きのカバーガラス１１３を所定位置に合わせて設置したパッケージ１１４上に設置されている。
【０１６４】
波長合分波器８０は入射光の光軸が基板面に垂直なので、パッケージ１１４との位置合わせは、２軸の位置合わせだけですむ簡易な位置出しでよい。また、波長合分波器８０から出射する多重光は基板面に垂直であるから、図１１では示されていない光ファイバに多重光を入射させる場合も２軸の調整だけですみ、位置合わせが容易である。さらに、このようにして作製された多重波長合分波装置１１０は高さ５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度の大きさにすることも可能であり、小型の多重波長合分波装置を提供することができる。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項に係る発明によれば、それぞれ以下の効果が得られる。
（１）請求項１の発明によれば、光の損失が少なく、小型で、作製が容易で低価格の波長合分波器を提供することが可能となる。
（２）請求項２の発明によれば、簡易な構造で光の波長合波機能、波長分波機能を得ることが可能となる。
（３）請求項３の発明によれば、簡易な構造で光の波長合波機能、波長分波機能および、多重光の入出力光用のコリメート機能を得ることが可能となる。
（４）請求項４の発明によれば、簡易な構造で入出力光の光軸が基板面に対して垂直な波長合分波器を提供することが可能となる。
（５）請求項５の発明によれば、各波長の光を出射する光学素子または光ファイバに付帯しているコリメート手段の一部または全てを偏向手段に持たせることができ、コリメート手段の簡素化が可能になる。
【０１６６】
（６）請求項６の発明によれば、簡易な構成の波長合分波器の提供が可能となる。
（７）請求項７の発明によれば、簡易な構造で光の損失の少ない波長合分波器の提供が可能となる。
（８）請求項８の発明によれば、光の損失が少ない、小型の波長合分波器の提供が可能となる。
（９）請求項９〜１３の発明によれば、簡易な作製方法での波長合分波器の提供が可能となる。
（１０）請求項１４〜１７の発明によれば、小型で安い価格の多重波長合波装置を提供することが可能となる。
【０１６７】
（１１）請求項１８の発明によれば、光の損失が少なく、小型で、作製が容易で低価格が可能な波長合分波器を提供することが可能となる。また、同時双方向の送受信が可能な波長合分波器を提供することが可能となる。
（１２）請求項１９の発明によれば、簡易な構造で光の波長合波機能、波長分波機能を得ることが可能となる。
（１３）請求項２０の発明によれば、簡易な構造で光の波長合波機能、波長分波機能および、多重光の入出力光用のコリメート機能を得ることができる。
【０１６８】
（１４）請求項２１，２２の発明によれば、簡易な構造で入出力光の個別光の光入出力部の距離が長い波長合分波器を提供することが可能となる。
（１５）請求項２３〜２６の発明によれば、簡易な構成の波長合分波器の提供が可能となる。
（１６）請求項２７の発明によれば、簡易な作製方法での波長合分波器の提供が可能となる。
【０１６９】
（１７）請求項２８の発明によれば、小型で安い価格の多重波長合波装置を提供することが可能となる。
【０１７０】
（１８）請求項２９の発明によれば、小型で安い価格の波長多重光通信装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態および実施例１に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。
【図２】図１の波長合分波器で使用する発光用の光源アレイ装置の概要を示す説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】図１の波長合分波器で使用する受光用の受光素子アレイ装置の概要を示す説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態および実施例２に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態および実施例３に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態および実施例４に係るもので、図５に示すテーパミラー型波長合分波器の作製方法を、工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態および実施例５に係るもので、図５に示すテーパミラー型波長合分波器を用いた多重波長合分波装置の構造を示す説明図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態および実施例６に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態および実施例７に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態および実施例８に係る、４波長の波長多重用波長合分波器の構造を示す説明図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態および実施例９に係るもので、図８に示すテーパミラー型波長合分波器を用いた、４波長の多重波長合分波装置の構造を示す説明図である。
【図１２】特許文献１に記載された一実施例に係る波長合分波器の構造を概略的に示す断面図である。
【図１３】特許文献２に記載された一実施例に係る光回路部品（波長合分波器）の構造を、光ファイバとの接続状態で示す説明図である。
【符号の説明】
１０：波長合分波器
１１：第１の偏向手段（回折格子：グレーティング）
１２：第２の偏向手段（グレーティング）
１３：光学基板
２０：光源アレイ装置
２１：面発光ＬＤ素子（発光素子）
２２：発光部
２３：ボンディングパッド
３０：受光素子アレイ装置
３１：ＰＤ素子（受光素子）
３２：受光部
３３：ボンディングパッド
４０：波長合分波器
４１：回折格子（グレーティング）
４２：グレーティング
４３：光学基板
４５，４６：反射膜
５０：波長合分波器
５１：回折格子（グレーティング）
５２：回折格子（グレーティング）
５３：光学基板
５５：第１のテーパミラー
５６：第２のテーパミラー
６０：波長合分波器
６１：石英基板
６２：フォトレジスト
６３：フォトマスク
６４：ホログラム素子
６５：フォトマスク
６６：テーパ面
７０：多重波長合分波装置
７１：パッケージ（光源部）
７２：ＬＤアレイ光源
７３：ＶＣＳＥＬ（面発光ＬＤ）
７４：コリメートレンズ付きカバーグラス
８０：波長合分波器
８１：第１の偏向手段（回折格子：グレーティング）
８２，８３：第２の偏向手段（非球面の軸ずれレンズ）
８４：光学基板
８５〜８８：反射手段（テーパミラー）
９０：波長合分波器
９１：第１の偏向手段（回折格子：グレーティング）
９２ａ〜９２ｄ：第２の偏向手段（非球面の軸ずれレンズ）
９３：光学基板
９４ａ〜９４ｊ：反射手段（テーパミラー）
１００：波長合分波器
１０１：第１の偏向手段（回折格子：グレーティング）
１０２：第２の偏向手段（非球面の軸ずれレンズ）
１０３：光学基板
１０４：反射手段（テーパミラー）
１１０：多重波長合分波装置
１１１：ＬＤアレイ光源
１１２：ＰＤアレイ
１１３：カバーガラス
１１４：パッケージ
２００：波長合分波器
２１１〜２１５：光学基板
２１７：光ファイバ
２１８〜２２１：光学素子
２２２：第１のレンズ
２２３〜２２６：第２のレンズ
２２７〜２２９：波長選択フィルタ
２３０：ミラー
３０１：第１のフィルタ
３０２：第２のフィルタ
３０３：第１の受光面
３０４：第２の受光面
３０５：光回路部品
３１０ａ：入射側の光ファイバ
３１０ｂ〜３１０ｅ：光ファイバ
３１１ａ〜３１１ｅ：コリメータレンズ
３１２：ガラスブロック
３１６〜２１９：位置
ｔ：光学基板の板厚
【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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