(57)【要約】【課題】極めて簡易かつ安定に複数の波長光を合分波することのできる光合分波器及び光合分波方法を提供する。【解決手段】基板１１に複数の光導波路１２１〜１３５から構成される光導波路群１２と、基板１１の、少なくとも一方の端部に波長フィルタ１３とを設ける。光導波路群１２の、隣接する一対の光導波路同士を、波長フィルタ１３の主面１３Ａにおいて互いに結合させる。波長フィルタ１３の主面１３Ａの、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる結合点１４１〜１４８それぞれにおける、前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度をそれぞれ互いに異なるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基板に形成された、複数の光導波路から構成される光導波路群と、前記基板の、少なくとも一方の端部に設けられた波長フィルタとを具え、
前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路は、前記波長フィルタの主面において互いに結合して、前記光導波路群は単一の連続した光導波路を構成し、
前記波長フィルタの前記主面の、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる結合点それぞれにおける、前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度がそれぞれ互いに異なることを特徴とする、光合分波器。
【請求項２】
前記基板の他方の端部に反射部を具え、前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路同士を前記反射部の主面で結合させたことを特徴とする、請求項１に記載の光合分波器。
【請求項３】
前記結合点における前記光導波路の前記入射結合角度及び前記出射結合角度は、前記光導波路群の、入射側から出射側へ向けて連続的に変化させたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光合分波器。
【請求項４】
前記結合点における前記光導波路の前記入射結合角度及び前記出射結合角度は、前記光導波路群の、前記入射側から出射側へ向けて減少させたことを特徴とする、請求項３に記載の光合分波器。
【請求項５】
前記波長フィルタは、前記基板の、前記複数の光導波路と交差する側の端面に設けたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の光合分波器。
【請求項６】
前記基板の他方の端部に追加の波長フィルタを具え、前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路は、前記追加の波長フィルタの主面において互いに結合したことを特徴とする、請求項１に記載の光合分波器。
【請求項７】
前記追加の波長フィルタの前記主面の、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる追加の結合点それぞれにおける、前記光導波路の追加の入射結合角度及び追加の出射結合角度がそれぞれ異なるとともに、
前記追加の入射結合角度及び前記追加の出射結合角度は、前記波長フィルタの前記主面における結合点の、前記入射結合角度及び前記出射結合角度と異なるようにしたことを特徴とする、請求項６に記載の光合分波器。
【請求項８】
前記追加の結合点における前記光導波路の前記追加の入射結合角度及び前記追加の出射結合角度は、前記光導波路群の、前記入射側から前記出射側へ向けて連続的に変化させたことを特徴とする、請求項７に記載の光合分波器。
【請求項９】
前記追加の結合点における前記光導波路の前記追加の入射結合角度及び前記追加の出射結合角度は、前記光導波路群の、前記入射側から前記出射側へ向けて連続的に減少させたことを特徴とする、請求項８に記載の光合分波器。
【請求項１０】
所定の基板に複数の光導波路を形成して光導波路群を作製する工程と、
前記基板の、少なくとも一方の端部に波長フィルタを作製する工程と、
前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路を、前記波長フィルタの主面において互いに結合させ、前記光導波路群を単一の連続した光導波路として構成するとともに、前記波長フィルタの前記主面の、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる結合点それぞれにおける、前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度をそれぞれ互いに異なるように設定し、前記光導波路群に入射した複数の波長光を、前記波長フィルタを介して分波する工程と、
を具えることを特徴とする、光合分波方法。
【請求項１１】
前記波長フィルタは、前記基板の、前記複数の光導波路と交差する側の端面に設けたことを特徴とする、請求項１０に記載の光合分波方法。
【請求項１２】
前記基板の他方の端部に追加の波長フィルタを設け、前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路を、前記追加の波長フィルタの主面において互いに結合させ、前記追加の波長フィルタを介して前記複数の波長光を分波する工程を具えることを特徴とする、請求項１０に記載の光合分波方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重方式（ＷＤＭ）を利用したマルチバンド光通信技術などにおいて好適に用いることのできる光合分波器及び光合分波方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＤＭを利用したマルチバンド光通信技術などにおいては、複数の波長光のそれぞれに対して所定の光情報を重畳させ、前記複数の波長光を単一の光ファイバ中を同時に伝送させることによって前記光情報の伝送を実現している。しかしながら、伝送後においては前記光情報のそれぞれを分離して取り出すことが要求されるため、前記複数の波長光を分波するための光合分波器が必要となる。
【０００３】
従来、前記光合分波器は、前記複数の波長光をコリメート（平行化）するための少なくとも２個以上のコリメートレンズと、合分波する波長数に応じた、異なる波長透過特性の複数の波長フィルタとを空間的に配置することによって作製していた。
【０００４】
しかしながら、このような空間光学系からなる光合分波器においては、各構成部品がそれぞれ異なる材料から構成されているため、温度特性が十分でなく、使用中において各構成部品の特性が設計値からずれ、十分に合分波機能を発揮できない場合があった。また、各構成部品の空間的距離が増大し、目的とする光合分波器を十分に小型化することができないという問題があった。
【０００５】
また、特願平１１−１８３７４１号公報においては、所定の基板上において、隣接した一対の光導波路が所定の波長フィルタの主面上で結合するように構成されたアセンブリが複数設けられた光合分波器を準備し、それぞれの波長フィルタを介して入射した複数の波長光を合分波する装置及び方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、このような装置及び方法においても、前記波長フィルタのそれぞれを前記基板上に接着剤などで固定しなければならず、前記光合分波器の作製において非常に高い精度が要求される。また、前述のような接着剤を使用することや、複数の波長フィルタを設けていることなどにより、温度特性が十分でなく、所望する合分波機能を十分に発揮することができないという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、極めて簡易かつ安定に複数の波長光を合分波することのできる光合分波器及び光合分波方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の基板に形成された、複数の光導波路から構成される光導波路群と、前記基板の、少なくとも一方の端部に設けられた波長フィルタとを具え、
前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路は、前記波長フィルタの主面において互いに結合して、前記光導波路群は単一の連続した光導波路を構成し、
前記波長フィルタの前記主面の、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる結合点それぞれにおける、前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度がそれぞれ互いに異なることを特徴とする、光合分波器に関する。
【０００９】
また、本発明は、
所定の基板に複数の光導波路を形成して光導波路群を作製する工程と、
前記基板の、少なくとも一方の端部に波長フィルタを作製する工程と、
前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路を、前記波長フィルタの主面において互いに結合させ、前記光導波路群を単一の連続した光導波路として構成するとともに、前記波長フィルタの前記主面の、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる結合点それぞれにおける、前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度をそれぞれ互いに異なるように設定し、前記光導波路群に入射した複数の波長光を、前記波長フィルタを介して分波する工程と、
を具えることを特徴とする、光合分波方法に関する。
【００１０】
本発明においては、光合分波器を複数の光導波路からなる光導波路群と、この光導波路群の端部に設けた単一の波長フィルタとから構成し、前記光導波路群の隣接する一対の光導波路同士を前記波長フィルタの主面上で結合するとともに、各結合点における前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度をそれぞれ異なるように設定している。
【００１１】
単一の波長フィルタは、本来的には単一の波長透過特性しか示さないが、前記波長フィルタに対する入射結合角度が変化する（したがって、前記波長フィルタに対する出射結合角度が変化する）ことによって、前記波長フィルタは異なる波長透過特性を呈するようになる。具体的には、前記光導波路の入射結合角度（したがって出射結合角度が小さくなるにしたがって、前記波長フィルタはより低波長（短波長）の光を透過するようになる。
【００１２】
したがって、前記光導波路の入射結合角度及び出射結合角度を変化させることにより、前記波長フィルタは、前記入射結合角度及び出射結合角度に応じて異なる波長の光を透過するようになる。したがって、前記波長光の合分波を単一の波長フィルタで実現することができるようになる。
【００１３】
このように、本発明においては、複数の光導波路から構成される光導波路群と、単一の波長フィルタとの極めて簡易な構成で光合分波器を作製している。そして、前記光導波路群は所定の基板上及び基板内部に作製するものであって前記基板と一体化しており、前記波長フィルタのみが前記基板と異なる構成部品として設けられているものである。したがって、本発明の光合分波器の構成部品数は極めて少なく、各構成部品の温度特性の相違による合分波機能の劣化をほとんど生じることがない。また、前記光合分波器の作製が極めて容易になる。
【００１４】
また、前記光導波路群は前記基板においてμｍオーダで形成することができるので、前記波長フィルタの大きさもμｍオーダにまで低減することができ、得られる光合分波器を十分小型化することができる。さらに、本発明においては、前記光導波路群及び前記波長フィルタを所定の基板に設けているので、前記基板に他の機能的素子を作製することにより、集積型のデバイスを構成することができるようになる。
【００１５】
なお、本発明における「入射結合角度」及び「出射結合角度」とは、前記波長フィルタの前記主面に対する、入射側の光導波路の結合角度及び出射側の光導波路の結合角度を意味するものである。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、前記基板の他方の端部に反射部を具え、前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路同士を前記反射部の主面で結合させ、前記光導波路群に入射した波長光を前記波長フィルタへ向けて反射させる。
【００１７】
前記光導波路群は単一の光導波路を構成しているので、複数の光導波路が前記波長フィルタの前記結合点においてそれぞれ異なる入射結合角度及び出射結合角度で結合するためには、前記波長フィルタから出射した光導波路は、前記基板内の、いずれかの位置において屈曲し、再度前記波長フィルタに入射するように構成しなければならない。しかしながら、光導波路内において、上述したような屈曲部を設けると、前記光導波路内を導波する波長光のエネルギーロスが発生してしまう場合がある。
【００１８】
したがって、本発明の好ましい態様にしたがって、前記隣接する一対の光導波路同士を前記反射部の主面で結合させるようにすれば、連続した光導波路の屈曲部を前記反射部の前記主面上に形成することができる。したがって、導波させる波長光の屈曲部におけるエネルギーロスを低減することができ、前記波長フィルタによる合分波を効果的に行うことができるようになる。
【００１９】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記基板の他方の端部に追加の波長フィルタを設け、前記光導波路群の、隣接する一対の前記光導波路を、前記追加の波長フィルタの主面において互いに結合させ、前記追加の波長フィルタを介して前記複数の波長光を分波する。この場合においては、前記光導波路群の左右端部に波長フィルタを設けているので、これら２つの波長フィルタにより入射した波長光をより効果的かつ効率良く行うことができる。
【００２０】
このとき、前記追加の波長フィルタの前記主面の、前記隣接する一対の光導波路が結合してなる追加の結合点それぞれにおける、前記光導波路の追加の入射結合角度及び追加の出射結合角度をそれぞれ異なるように設定するとともに、前記追加の入射結合角度及び前記追加の出射結合角度を、前記波長フィルタの前記主面における結合点の、前記入射結合角度及び前記出射結合角度と異なるように設定すれば、これら２つの波長フィルタによる前記波長光の合分波をより効果的かつ効率良く実行することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明する。
図１は、本発明の光合分波器の一例を示す構成図である。図１に示す光合分波器１０は、所定の基板１１に形成された複数の光導波路１２１〜１３５から構成される光導波路群１２と、基板１１の端部に設けられた波長フィルタ１３とを具えている。光導波路群１２の、隣接する一対の光導波路同士は波長フィルタ１３の主面１３Ａ上で結合し、光導波路群１２は単一の連続した光導波路を形成している。
【００２２】
具体的には、隣接する光導波路１２１及び１２２が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４１で結合し、隣接する光導波路１２３及び１２４が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４２で結合し、隣接する光導波路１２５及び１２６が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４３で結合し、隣接する光導波路１２７及び１２８が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４４で結合している。
【００２３】
また、隣接する光導波路１２９及び１３０が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４５で結合し、隣接する光導波路１３１及び１３２が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４６で結合し、隣接する光導波路１２３及び１３４が波長フィルタ１３の主面１３Ａの結合点１４７で結合している。
【００２４】
結合点１４１〜１４８において、光導波路１２１などは入射結合角度θ１〜θ８で結合し、光導波路１２２などは出射結合角度ψ１〜ψ７で結合している。なお、入射結合角度θ１〜θ８と、出射結合角度ψ１〜ψ７とは、それぞれ同一に設定することができる。
【００２５】
波長フィルタ１３は、光導波路１２１などの前記入射結合角度に依存して、異なる波長透過特性を示し、前記入射結合角度に応じて、所定の波長の光のみを透過する。具体的には、前記入射結合角度が減少するにつれて、図２に示すように、より低波長の光のみを透過するようになる。
【００２６】
基板１１の他方の端部には反射膜１４が設けられ、光導波路群１２を構成する隣接する光導波路１２２及び１２３などが反射膜１４の主面１４上で結合するように構成されている。
【００２７】
例えば、波長λ１〜λ８の光が合波された波長光が光ファイバ２１を介して光合分波器１０の光導波路群１２中に導入されると、前記波長光は光導波路群１２の光導波路１２１中を導波して波長フィルタ１３に至り、結合点１４１に入射角θ１で入射する。すると、前記波長光の、波長λ１の光のみが波長フィルタ１３を透過し、光導波路１５１を介して光ファイバ２２より取り出される。
【００２８】
一方、前記波長光の残りの成分は波長フィルタ１３から角度ψ１で反射され、光導波路１２２中を通って反射膜１４に至る。そして、前記波長光は反射膜１４で反射された後、光導波路１２３中を通って波長フィルタ１３の主面１３Ａにおける結合点１４２に入射角θ２で入射する。このとき、前記波長光の、波長λ２の光のみが波長フィルタ１３を透過し、光導波路１５２を介して光ファイバ２３より取り出される。
【００２９】
また、前記波長光の残りの成分は波長フィルタ１３から角度ψ２で反射され、光導波路１２４を通って反射膜１４の主面１４Ａで反射された後、光導波路１２５中を通って波長フィルタ１３の結合点１４３に入射角θ３で入射する。そして、前記波長光より波長λ３の光のみが波長フィルタ１３を透過することによって光導波路１５３中を通って取り出される。
【００３０】
以降、同様の操作を繰り返すことによって、結合点１４４〜１４８のそれぞれにおいて波長λ４〜λ８の光が波長フィルタ１３を透過し、光導波路１５４〜１５８中を通って取り出される。
【００３１】
なお、結合点１４８においては、前記波長光の内、最終的に残留した波長λ８の光を取り出し、最早波長フィルタ１３で反射させるべき波長成分が存在しないため、入射側の光導波路１３５に対する出射側の光導波路は設けられていない。
【００３２】
このように、図１に示す光合分波器１０においては、所定の基板１１に設けられた単一の波長フィルタ１３を用い、この波長フィルタ１３に対する光導波路の入射結合角度（したがって出射結合角度）を変化させるのみで、前記波長光を合分波することができる。光合分波器１０において、光導波路群１２は基板１１に設けられて一体となっており、さらに基板１１に対して波長フィルタ１３及び反射膜１４が設けられているのみである。
【００３３】
このように、光合分波器１０はその構成部品数が極めて少ないので、各構成部品の温度特性の相違による特性変化が極めて少なくなる。また、光合分波器１０の作製を極めて簡易に行うことができるようになる。
【００３４】
また、光導波路群１２は基板１１においてμｍオーダで形成することができ、また、波長フィルタ１３の大きさもμｍオーダにまで低減することができるので、光合分波器１０を十分小型化することができる。さらに、光導波路群１２及び波長フィルタ１３は所定の基板１１に設けており、基板１１に他の機能的素子を作製すれば、所定の特性を有する集積型のデバイスを簡易に作製することができるようになる。
【００３５】
なお、光導波路の結合点における入射結合角度θ１〜θ８及び出射結合角度ψ１〜ψ７は、それぞれランダムに異なるようにすることもできるし、θ１からθ８に向けて、あるいはψ１からψ７に向けて連続的に異なるようにすることもできる。この場合、光導波路群１２の設計や作製手順を簡易化することができる。
【００３６】
特に、光導波路群１２の作製工程や波長光のエネルギーロスなどを考慮すると、入射側の入射結合角度θ１（出射結合角度ψ１）から出射側の入射結合角度θ８へ向けて減少するようにすることが好ましい。
【００３７】
光導波路群１２は、チタン拡散法やプロトン交換法など公知の方法を用いて作製することができる。波長フィルタ１３は、基板１１にスリットを設け、そこにポリイミド製の多層膜フィルタなどを嵌入することなどによって作製することができる。
【００３８】
図３は、本発明の光合分波器の他の例を示す構成図である。図３に示す光合分波器３０においては、図１に示す光合分波器１０の反射膜１４に代えて、追加の波長フィルタ３１を設けている点で異なる。波長フィルタ１３に対する光導波路１２１などの入射条件は上述したとおりである。
【００３９】
図３を参照すると、追加の波長フィルタ３１においては、隣接する光導波路１２２及び１２３が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１１で結合し、隣接する光導波路１２４及び１２５が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１２で結合し、隣接する光導波路１２６及び１２７が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１３で結合し、隣接する光導波路１２８及び１２９が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１４で結合している。
【００４０】
また、隣接する光導波路１３０及び１３１が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１５で結合し、隣接する光導波路１３２及び１３３が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１６で結合し、隣接する光導波路１３４及び１３５が波長フィルタ３１の主面３１Ａの結合点３１７で結合している。
【００４１】
結合点３１１〜３１７において、光導波路１２２などは入射結合角度τ１〜τ７で結合し、光導波路１２３などは出射結合角度η１〜η７で結合している。なお、入射結合角度τ１〜τ７と、出射結合角度η１〜η７とは、それぞれ同一に設定することができる。
【００４２】
図３に示す光合分波器３０において、波長フィルタ１３による波長光の透過は図１に示す光合分波器１０と同様にして実施される。追加の波長フィルタ３１における波長光の透過も、波長フィルタ１３と同様に、例えば結合点３１１では、入射結合角度τ１に応じた波長のみが透過され、光導波路３２１を通って取り出される。前記波長光の残留成分は出射結合角度η１で波長フィルタ１３へ向けて反射される。
【００４３】
波長フィルタ１３では、前記波長光から波長λ３の光を透過して取り出し、前記波長光の残留成分は出射結合角度ψ２で光導波路１２４中を通って波長フィルタ３１へ向けて反射される。波長フィルタ３１では、結合点３１２において入射結合角度τ２に応じた波長λ４の光が透過され、光導波路３２２を通って取り出される。
【００４４】
以上のような操作を繰り返すことによって、波長フィルタ１３からは、λ１、λ３．．．λ１５の光が取り出され、波長フィルタ３１からは、λ２、λ４．．．λ１４の光が取り出される。
【００４５】
このように図３に示す光合分波器３０においては、基板１１の左右端部に設けられた波長フィルタで所定の波長を取り出すようにしているので、極めて効率的に波長光の合分波を行うことができるようになる。
【００４６】
なお、波長フィルタ３１における入射結合角度τ１〜τ７及び出射結合角度η１〜η７においても、波長フィルタ１３の場合と同様に、入射側から出射側へ向けて連続的に変化する、さらには入射側から出社側へ向けて連続的に減少するようにすることができる。
【００４７】
また、入射結合角度τ１〜τ７及び出射結合角度η１〜η７を、波長フィルタ１３における入射結合角度θ１〜θ８及び出射結合角度ψ１〜ψ７とそれぞれ異なるようにすれば、基板１１の左右端部に設けられた双方の波長フィルタで異なる波長の光を取り出すことができ、波長光の合分波の効率をさらに向上させることができる。
【００４８】
図４は、図１に示す光合分波器の変形例を示す構成図である。なお、図４において、図１に示す構成要素と同じ又は類似の構成要素については、同一の参照符合を用いて示している。図４に示す光合分波器４０においては、波長フィルタ１３を、基板１１の、光導波路１２１〜１３５と交差する端面、すなわち基板１１の長さ方向の端面１１Ｂに直接的に蒸着法などを用いて形成している。この場合においても、図１で示すような態様に従って、波長光λ１〜λ８の光を合分波することができる。
【００４９】
なお、この場合においては、光ファイバ２２〜２９は基板１１に直接的に接続することなく、前記波長光の導入口側にコリメータレンズ５１〜５８を設けた状態で、基板１１から所定の距離だけ離隔した状態で配置する。また、光ファイバ２２〜２９は、その位置が基板１１に対してずれないように図示しない筺体に固定する。さらに、図４において点線で示したように、本態様の光合分波器４０においては、端面１１Ｂを研磨して形成する際に、基板１１のエッジ部における損傷を抑制すべく、基板１１上の端面側に“やとい”４１及び４２を設けている。
【００５０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記具体例においては、波長フィルタ１３を基板１１上の端部に設けているが、基板１１の端面において光ファイバ２２〜２９と接触するように設けることもできる。この場合は、透過させた光を光ファイバ２２〜２９まで導くための光導波路１５１〜１５８は要求されない。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、極めて簡易かつ安定に複数の波長光を合分波することのできる光合分波器及び光合分波方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す光合分波器における波長フィルタの、波長透過特性を示すグラフである。
【図３】本発明の光合分波器の他の例を示す構成図である。
【図４】図１に示す光合分波器の変形例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、３０、４０  光合分波器
１１  基板
１２  光導波路群
１２１〜１３５  光導波路
１３  波長フィルタ
１４  反射膜
１４１〜１４８  結合点
１５１〜１５８  （取り出し用の）光導波路
２１〜２９  光ファイバ
３１  追加の波長フィルタ
３２〜４６  光ファイバ
３１１〜３１７  結合点
３２１〜３２７  （取り出し用の）光導波路
４１、４２  やとい
５１〜５８  コリメータレンズ
【図１】
2004294479.tif 000003
【図２】
2004294479.tif 000004
【図３】
2004294479.tif 000005
【図４】
2004294479.tif 000006