(57)【要約】【課題】容易に均等な光量でかつ偏光依存性を有しないように光を３分岐させると共に、薄型とすることのできる光分岐素子を提供する。【解決手段】光の入射面２とそれに平行な出射面５にそれぞれ回折格子を備え、入射光１１を３分岐して出射する光分岐素子１において、入射面２側の回折格子３は断面三角形状または正弦波形状に形成し、出射面５側の回折格子７、９は入射面２に対向する平面からなる平面部６を挟む両側にそれぞれ外側傾斜の断面鋸刃状に形成し、入射面２側の回折格子３と出射面５側の回折格子７、９を同周期としてなる。また、入射面２側の回折格子３は、回折格子３と平行な方向及び直交する方向の偏光強度を、分岐される３つの光について略一致させる格子深さに形成し、入射面２側の回折格子３と出射面５側の回折格子７、９は入射光１１の波長の１．１倍以上１．３倍以下の同周期としてなる。【選択図】  図１
2004333667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射面と該入射面に平行な出射面にそれぞれ回折格子を備え、入射光を３分岐して出射する光分岐素子において、
上記入射面側の回折格子は断面三角形状または正弦波形状に形成し、上記出射面側の回折格子は上記入射面に対向する平面からなる平面部を挟む両側にそれぞれ外側傾斜の断面鋸刃状に形成し、上記入射面側の回折格子と出射面側の回折格子を同周期としてなることを特徴とする光分岐素子。
【請求項２】
上記入射面側の回折格子は、該回折格子と平行な方向及び直交する方向の偏光強度を、分岐される３つの光について略一致させる格子深さに形成したことを特徴とする請求項１記載の光分岐素子。
【請求項３】
上記入射面側の回折格子と出射面側の回折格子は入射光の波長の１．１倍以上１．３倍以下の同周期としてなることを特徴とする請求項１または２記載の光分岐素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等で用いられる光分岐素子に関し、特に単一の素子からなり、回折格子を用いて入射光を平行な３つの光に分岐して出射する光分岐素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光を分岐させるにはビームスプリッタが広く用いられている。ビームスプリッタを用いて光を３分岐させる場合には、図６に示すように半透鏡２０と平面鏡２１を組合わせて、まず入射光２２を２分岐させ、分岐した一方の光をさらに２分岐させることで、第１の分岐光２３と第２の分岐光２４、及び第３の分岐光２５の３分岐させた光を得ることができる。
【０００３】
しかし、このようにビームスプリッタを用いて光を分岐する場合、半透鏡や平面鏡を多数組合わせなければならず、光学系が大掛かりなものとなる。このため、分岐のために多くのスペースが必要であり、またコストもかかる。さらに、光学系の調整にも時間を要し、さらにコストを増大させることになる。
【０００４】
そこで、１つの素子で光を３分岐させることのできる光分岐素子があり、例えば特開２００２−０１４２１４のように、入射面に１つ、出射面に３つそれぞれホログラム回折格子を形成し、入射面から入射した光を３分割して、出射面では光を入射光とそれぞれ平行な方向に出射する光分岐素子が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光分岐素子においては、以下に述べる問題点を有していた。入射面及び出射面にはそれぞれホログラム回折格子を形成しているものの、入射する際に０次回折光と１次回折光のそれぞれ回折効率が異なって、分岐された光のそれぞれの光量は均一とはならない。また、出射する際にも回折格子の回折効率によって分岐されたそれぞれの光の光量に差を生じる。
【０００６】
また、回折格子により回折された光は、偏光依存性を有する。光通信においては、偏光依存性を有した光は望ましくないため、偏光の方向にかかわらず回折効率が一定であることが必要である。
【０００７】
さらに、従来の光分岐素子は、光の回折角がそれほど大きくないために、分岐させるそれぞれの光の間隔をある程度の大きさにするには、光分岐素子の厚みを大きく取らなければならない。したがって、従来例として挙げた特開２００２−０１４２１４においても厚みは大きなものとなっている。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、容易に均等な光量でかつ偏光依存性を有しないように光を３分岐させると共に、薄型とすることのできる光分岐素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る光分岐素子は、光の入射面と該入射面に平行な出射面にそれぞれ回折格子を備え、入射光を３分岐して出射する光分岐素子において、
上記入射面側の回折格子は断面三角形状または正弦波形状に形成し、上記出射面側の回折格子は上記入射面に対向する平面からなる平面部を挟む両側にそれぞれ外側傾斜の断面鋸刃状に形成し、上記入射面側の回折格子と出射面側の回折格子を同周期としてなることを特徴として構成されている。
【００１０】
本発明によれば、１つの素子により入射光をそれと平行な３つの光に分岐して出射することができる。また、出射面側の回折格子を外側傾斜の断面鋸刃状とすることにより、高い効率を有した光分岐素子とすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記入射面側の回折格子は、該回折格子と平行な方向及び直交する方向の偏光強度を、分岐される３つの光について略一致させる格子深さに形成したことを特徴として構成されている。
【００１２】
本発明によれば、３つの分岐光について、それぞれ偏波依存性を少なくすることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る光分岐素子は、上記入射面側の回折格子と出射面側の回折格子は入射光の波長の１．１倍以上１．３倍以下の同周期としてなることを特徴として構成されている。
【００１４】
本発明によれば、入射面と出射面の回折格子の効率をそれぞれ高く維持しつつ、入射面の回折格子によって屈曲される分岐光の屈曲角度を大きくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図に沿って詳細に説明する。図１は、本実施形態における光分岐素子の断面模式図である。また、図２は、本実施形態における光分岐素子の入射回折格子の断面拡大図であり、図３は、本実施形態における光分岐素子の出射回折格子の断面拡大図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態における光分岐素子１は、平板状の部材からなり、光の入射面２とそれに平行な出射面５を有しており、入射面２には入射回折格子３を、出射面５には平面部６とそれを挟んで第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９を形成してなるものである。入射光１１は、入射回折格子３によって回折し、そのまま直進する第１の分岐光１２と、入射光１１に対してθの角度で屈曲した第２の分岐光１３及び第３の分岐光１４の３つの光に分岐される。第１の分岐光１２は、平面部６からそのまま出射し、第２の分岐光１３と第３の分岐光１４は、それぞれ第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９によって回折し、第１の分岐光と平行な光として出射される。
【００１７】
本実施形態では、入射光１１の波長λ＝１．５５μｍの場合について説明する。入射面２に設けられた入射回折格子３は、図２に示すように断面形状略三角形状の入射格子溝４を多数形成してなるものである。入射格子溝４の間隔は、第２の分岐光１３及び第３の分岐光１４の、入射光１１に対して屈曲する角度θを決定する。
【００１８】
入射格子溝４の間隔を小さくするほど、角度θは大きくなり、光分岐素子１を薄く形成することができるが、回折効率は小さくなる。しかし、入射格子溝４の間隔が小さい領域においても、高い回折効率を得ることのできる溝間隔が存在する。このように、高い回折効率を得るためには、溝間隔を入射光１１の波長λの１．１倍以上１．３倍以下にするとよく、本実施形態においては、波長λ＝１．５５μｍに対して溝間隔を１．２３倍である１．９μｍとして形成している。
【００１９】
このような溝間隔を選ぶことで、高い回折効率を維持しつつ、入射回折格子３によって屈曲する分岐光の角度を大きくすることができるので、３つの平行な出射光を得るための光分岐素子１の厚さを小さくすることができ、薄型化を図ることができる。
【００２０】
また、入射格子溝４の溝深さは、各分岐光の効率に影響する。図４は、本実施形態における光分岐素子の入射回折格子の深さと回折効率の関係を示した図である。この図において、１Ｔとは、光の偏波方向が入射格子溝４と平行な方向、すなわち図１において紙面に対して垂直方向な、屈曲する２つの分岐光（第２の分岐光１３及び第３の分岐光１４）を示している。また、０Ｔとは、光の偏波方向が１Ｔと同様な、直進する分岐光（第１の分岐光１２）を示している。さらに、１Ｔ−９０と０Ｔ−９０は、光の偏波方向が入射格子溝４と垂直な方向、すなわち図１において紙面の上下方向である、それぞれ屈曲する２つの分岐光と直進する分岐光を示している。
【００２１】
図４のように、入射格子溝４の溝深さを変化させることで、各分岐光の効率は変化し、かつ偏波方向によっても異なって変化する。本発明に係る光分岐素子１は、光通信分野において用いられるものであり、分岐光が偏波方向によって効率が異なることは望ましくない。そこで、分岐光における偏波方向による依存性の少ない溝深さを選ぶことで、このような弊害を生じさせないようにすることができる。本実施形態においては、図４に示すように、溝深さを２．６μｍとすることで、屈曲する２つの分岐光と直進する分岐光のいずれも、偏波方向の違いによる２つの効率が略一致している。したがって、本実施形態においては、入射格子溝４の溝深さは２．６μｍとする。
【００２２】
また、各分岐光の効率についても、入射格子溝４の溝深さを２．６μｍとすることで、屈曲する２つの分岐光と直進する分岐光の効率が略一致することとなり、３分岐される光の光量を略均等にすることができる。
【００２３】
出射面５においては、入射回折格子３に対向する部分に平面からなる平面部６を形成し、第１の分岐光１２をそのまま透過させる。また、平面部６を挟んで両側にはそれぞれ第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９を形成する。第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９は、それぞれ第２の分岐光１３と第３の分岐光１４を回折させて出射させるので、それぞれの光が出射面５に達する位置に配置される。
【００２４】
第１の出射回折格子７は、図３に示すように断面鋸刃状の第１の出射格子溝８を多数形成してなるもので、この第１の出射格子溝８は、平面部６から外側に向かう方向に上り傾斜となる外側傾斜の第１の傾斜面８ａを有してなるものである。また、第２の出射回折格子９も同様に、図３に示すように断面鋸刃状の第２の出射格子溝１０を多数形成してなるもので、この第２の出射格子溝１０は、平面部６から外側に向かう方向に上り傾斜となる外側傾斜の第２の傾斜面１０ａを有してなるものである。
【００２５】
第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９は、それぞれ第２の分岐光１３と第３の分岐光１４を入射光１１と平行な方向に出射させるため、入射回折格子３で回折させた角度θと同角度に回折させ、出射する。したがって、第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９は、いずれも入射回折格子３と同じ溝間隔に形成される。これによって、第２の分岐光１３と第３の分岐光１４は第１の出射回折格子７と第２の出射回折格子９において角度θで回折し、第１の出射光１２と共に入射光１１を３分岐された平行光として出射される。
【００２６】
第１の出射格子溝８の溝深さは、入射格子溝４の溝深さと同様に、偏波方向による依存性が少なく、かつ効率が高くなるように決められる。図５には、本実施形態における光分岐素子の出射回折格子の深さと回折効率の関係を示した図を示す。ここで、１Ｔは光の偏波方向が第１の出射格子溝８と平行な方向の、すなわち図１において紙面に対して垂直方向の、出射光を示している。また、１Ｔ−９０は、光の偏波方向が出射格子溝８と垂直な方向の、すなわち図１において紙面の上下方向の、出射光を示している。
【００２７】
図５から、溝深さを３．２μｍ程度にすると、偏波依存性はほとんどなくなるが、効率が若干低い。そこで、本実施形態においては、溝深さを３．５μｍとすることで、効率が高く、かつ偏波依存性も少ない出射光を得ることができる。
【００２８】
また、第２の出射格子溝１０についても、第１の出射格子溝８と同じく図５の関係があるので、溝深さを３．５μｍとすることで、効率が高く、かつ偏波依存性も少ない出射光を得ることができる。
【００２９】
これまで、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明の適用はこの実施形態に限られるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に適用することができる。
例えば、本実施形態においては、入射回折格子３を断面三角形状としたが、この形状に限られず、正弦波形状としても良い。ただし、出射面５側の回折格子は、外側傾斜の断面鋸刃状とすることが必要である。
【００３０】
また、本実施形態においては、入射光１１の波長λ＝１．５５μｍの場合について述べたが、入射光１１の波長はこれに限られず、様々な波長の光について、３分岐させることができる。入射光１１の波長が異なる場合には、図４や図５に示した回折格子の溝深さと効率との関係が異なり、本実施形態の場合とは異なる溝深さに形成することが必要となる。また、回折格子の溝間隔についても、光の波長の１．１〜１．３倍の間で、最も効率の良くなる溝間隔に形成することが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、入射面側の回折格子は断面三角形状または正弦波形状に形成し、出射面側の回折格子は入射面に対向する平面からなる平面部を挟む両側にそれぞれ外側傾斜の断面鋸刃状に形成し、入射面側の回折格子と出射面側の回折格子を同周期としてなることにより、入射光をそれと平行な３つの光に分岐して出射することができ、しかも入射面と出射面のそれぞれ回折格子の深さを変えることで容易に均等な分岐光を得ることができると共に、偏波依存性の少ない分岐光を得ることができるという効果がある。
【００３２】
また、本発明によれば、入射面側の回折格子は、それと平行な方向及び直交する方向の偏光強度を、分岐される３つの光について略一致させる格子深さに形成したことにより、分岐光の偏波依存性を少なくして、光通信を効率よく行うことができるという効果がある。
【００３３】
さらに、本発明によれば、入射面側の回折格子と出射面側の回折格子は入射光の波長の１．１倍以上１．３倍以下の同周期としてなることにより、入射面と出射面の回折格子の効率をそれぞれ高く維持しつつ、入射面の回折格子によって屈曲される分岐光の屈曲角度を大きくすることができるので、光分岐素子を薄型化することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における光分岐素子の断面模式図である。
【図２】本実施形態における光分岐素子の入射回折格子の断面拡大図である。
【図３】本実施形態における光分岐素子の出射回折格子の断面拡大図である。
【図４】本実施形態における光分岐素子の入射回折格子の深さと回折効率の関係を示した図である。
【図５】本実施形態における光分岐素子の出射回折格子の深さと回折効率の関係を示した図である。
【図６】従来の光を３分岐させるためのビームスプリッタの模式図である。
【符号の説明】
１      光分岐素子
２      入射面
３      入射回折格子
４      入射格子溝
５      出射面
６      平面部
７      第１の出射回折格子
８      第１の出射格子溝
８ａ    第１の傾斜面
９      第２の出射回折格子
１０      第２の出射格子溝
１０ａ    第２の傾斜面
１１      入射光
１２      第１の分岐光
１３      第２の分岐光
１４      第３の分岐光
２０      半透鏡
２１      平面鏡
２２      入射光
２３      第１の分岐光
２４      第２の分岐光
２５      第３の分岐光
【図１】
2004333667.tif 000003
【図２】
2004333667.tif 000004
【図３】
2004333667.tif 000005
【図４】
2004333667.tif 000006
【図５】
2004333667.tif 000007
【図６】
2004333667.tif 000008