(57)【要約】【課題】小型化が可能な単心コリメータを備えた光合分波器を提供する。【解決手段】光ファイバ４３，５３，６３，７３と、屈折率分布型ロッドレンズ４１，５１，６１，７１とを具備する単心コリメータ４０，５０，６０，７０と、光フィルタ２０，３０とを有する光合分波器において、屈折率分布型ロッドレンズ４１，５１，６１，７１の端面において、光ファイバ４３，５３，６３，７３の先端が、屈折率分布型ロッドレンズ４１，５１，６１，７１の光軸中心から離間するように屈折率分布型ロッドレンズ４１，５１，６１，７１の端面に対向配置する。単心コリメータ４０，５０，６０，７０および光フィルタ２０，３０を同一の基板１０上に配置する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、屈折率分布型のロッドレンズとを具備する少なくとも３つの単心コリメータと、光フィルタとを有する光合分波器において、前記屈折率分布型のロッドレンズの端面において、前記光ファイバの先端が、前記屈折率分布型のロッドレンズの光軸中心から離間するように前記端面に対向配置されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
前記単心コリメータおよび前記光フィルタが同一基材上に配置されている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】
前記単心コリメータにおいて、前記光ファイバと前記屈折率分布型のロッドレンズとが融着接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光合分波器。
【請求項４】
前記屈折率分布型のロッドレンズの先端面には前記光フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光合分波器。
【請求項５】
前記屈折率分布型のロッドレンズは外径１ｍｍ以下の石英ロッドレンズであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単心コリメータを備えた光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、単心コリメータの一例を示す模式図である。
この単心コリメータ２００は、円柱状のコリメートレンズ２０１と、キャピラリ２０２と、光ファイバ２０３と、ガラスや金属からなる筐体２０４とから概略構成されている。
この単心コリメータ２００では、コリメートレンズ２０１の一方の端面に、キャピラリ２０２が接着剤を介して接合され、キャピラリ２０２内には、１本の光ファイバ２０３の先端の被覆層が除去されて露出した裸ファイバ部が挿入されて、接着剤などで固定されている。そして、コリメートレンズ２０１とキャピラリ２０２とが筐体２０４内に収容されて接着剤層で固定されている。
【０００３】
この単心コリメータ２００は、図１１（ａ）に示すように、光ファイバ２０３から出射された光をコリメートレンズ２０１により平行光に変換するか、または、図１１（ｂ）に示すように、平行光をコリメートレンズ２０１により光ファイバ２０３に集光する機能を有している。
【０００４】
このような単心コリメータを備えた光部品の中でも、多波長の光を合波または分波する機能を有するものとして、例えば、特許文献１に開示されているような光合分波器がある。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５、８５９、７１７号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されているような光合分波器を製造する場合、コリメートレンズの外周面と、このコリメートレンズから出射されるビーム（平行光）の光軸とが平行な単心コリメータが用いられている。
【０００７】
例えば、このような単心コリメータを備えた光合分波器を用いて、波長λ１、λ２、λ３の光を分光する場合、図１２に示すように、それぞれの単心コリメータ２００を光フィルタ２１０に対して斜めに配置しなければならない。そのため、単心コリメータ２００を固定するための基材２２０と、光フィルタ２１０を固定するための基材２３０とを別々に設ける必要があり、材料費が嵩むばかりでなく、光合分波器の大きさが大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
具体的に、図１２に示すような光合分波器において、単心コリメータ２００を構成するコリメートレンズ２０１の外径を１．８ｍｍ、長さを４．８ｍｍとし、キャピラリ２０２の外径を１．８ｍｍ、長さを１０ｍｍとし、筐体２０４の外径を２．８ｍｍ、長さを１５ｍｍとし、コリメートレンズ２０１の端面からの光の出射角度を９°に設定すると、この光合分波器に必要とされる最低の長さは４６ｍｍ程度となる。
【０００９】
また、このような光合分波器は、特許文献１の図３に示されているように、コリメートレンズ間の距離、すなわち単心コリメータの位置がばらばらであるため、基材上に設けられる凹部やＶ溝などからなる単心コリメータの固定部の加工コストが高くなってしまうという問題があった。
仮に、この光合分波器を光伝送装置内に組み込むとすると、かなりのスペースを必要とするため、装置内における配置に制約を受けることになるので、光合分波器の小型化が求められていた。
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、小型化が可能な単心コリメータを備えた光合分波器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバと、屈折率分布型のロッドレンズとを具備する少なくとも３つの単心コリメータと、光フィルタとを有する光合分波器において、前記屈折率分布型のロッドレンズの端面において、前記光ファイバの先端が、前記屈折率分布型のロッドレンズの光軸中心から離間するように前記端面に対向配置されている光合分波器を提供する。
【００１２】
上記構成の光合分波器において、前記単心コリメータおよび前記光フィルタが同一基材上に配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成の光合分波器において、前記単心コリメータにおいて、前記光ファイバと前記屈折率分布型のロッドレンズとが融着接続されていることが好ましい。
【００１４】
上記構成の光合分波器において、前記屈折率分布型のロッドレンズの先端面には前記光フィルタが設けられていることが好ましい。
【００１５】
上記構成の光合分波器において、前記屈折率分布型のロッドレンズは外径１ｍｍ以下の石英ロッドレンズであることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光合分波器の第一の実施形態の概略構成を示す模式図である。
この実施形態の光合分波器は、基板１０と、２つの光フィルタ２０、３０と、４つの単心コリメータ４０、５０、６０、７０とから概略構成されている。
この実施形態の光合分波器において、光フィルタ２０は、基板１０上に単心コリメータ５０の先端面５０ａの近傍で、これと所定の距離をおいて配置され、接着剤などで固定されている。一方、光フィルタ３０は、基板１０上に単心コリメータ６０の先端面６０ａの近傍で、これと所定の距離をおいて配置され、接着剤などで固定されている。
また、４つの単心コリメータ４０、５０、６０、７０は、基板１０上に、その長手方向と平行に設けられたコリメータ収容部（図示略）に収容され、接着剤などで固定されている。
【００１７】
これにより、単心コリメータ４０の先端面４０ａと単心コリメータ５０の先端面５０ａが、光フィルタ２０を介して対向配置されており、単心コリメータ６０の先端面６０ａと単心コリメータ７０の先端面７０ａが、光フィルタ３０を介して対向配置されている。さらに、単心コリメータ５０の先端面５０ａと単心コリメータ６０の先端面６０ａが、光フィルタ２０、３０を介して対向配置されている。また、単心コリメータ４０、５０、６０、７０は、その長手方向が光フィルタ２０、３０の光の透過面２０ａ、３０ａに対して垂直となるように配置されている。
【００１８】
基板１０は、石英ガラスなどからなる長方形状の基板である。
また、基板１０には、上述のように、その長手方向と平行に断面がＶ字形状、Ｕ字形状、矩形状などのコリメータ収容部（図示略）が設けられている。このコリメータ収容部の大きさは、ここに収容される単心コリメータ４０、５０、６０、７０の大きさに応じて適宜設定される。
【００１９】
光フィルタ２０、３０としては、誘電体多層膜フィルタなどが用いられる。
これらの中でも誘電体多層膜フィルタは、例えば、石英ガラスなどの基板上に、シリカ（ＳｉＯ２）やチタニア（ＴｉＯ２）などの屈折率の異なる薄膜を積層してなるものである。誘電体多層膜フィルタは、光の干渉現象に基づいて、用いる誘電体の屈折率、層数、各層の膜厚などを適切に設計することにより、フィルタ特性、ミラー特性などの所望の光学特性を有するものを得ることができる。
また、光フィルタ２０、３０の光の透過面２０ａ、３０ａおよびその裏面には、反射防止（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート（以下、「ＡＲコート」と略す。）が施されている。
【００２０】
単心コリメータ４０は、円柱状の屈折率分布型ロッドレンズ４１と、キャピラリ４２と、光ファイバ４３と、筐体４４とから概略構成されている。
この単心コリメータ４０において、屈折率分布型ロッドレンズ４１の一方の端面４１ａに、キャピラリ４２が接着剤４５を介して接合され、キャピラリ４２内に設けられた細孔（図示略）には、１本の光ファイバ４３の先端の被覆層が除去されて露出した裸ファイバ部が挿入されて、接着剤などで固定されている。そして、屈折率分布型ロッドレンズ４１とキャピラリ４２とが筐体４４内に収容されて接着剤層で固定されている。
【００２１】
また、屈折率分布型ロッドレンズ４１の端面４１ａにおいて、光ファイバ４３の先端４３ａが、屈折率分布型ロッドレンズ４１の光軸中心から離間するように端面４１ａに対向配置されている。
【００２２】
屈折率分布型ロッドレンズ４１は、アルカリガラスなどで形成されており、その端面４１ａおよび他方の端面４１ｂには、ＡＲコートが施されている。
ここで、ｎ０をレンズ中心における屈折率、ｒをレンズの光軸中心からの距離、Ａを屈折率分布定数とすると、レンズの光軸中心からの距離ｒにおける屈折率ｎ（ｒ）を下記式（１）で示すことができる。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
また、上記式（１）の関係を図２のように表すこともできる。図２中、ｒ０はレンズの有効半径を表している。
上記式（１）および図２に示したように、屈折率分布型ロッドレンズ４１は、レンズの径方向外方へいくに従って屈折率が低くなる特性を有している。
【００２５】
図３は、屈折率分布型ロッドレンズ内における光ビームの伝搬の様子を示す模式図である。
図３に示すように、この屈折率分布型ロッドレンズ４７内において、光ビームは、その直径が拡大したり、縮小したりしながら、正弦波状の光路をとって伝搬する。屈折率分布型ロッドレンズ４７を、その端面から０．２５ピッチの長さで切断すると、光ビームの直径が拡大された平行光を作り出すことができる。ここで、０．２５ピッチとは、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、０．２５ｐとなる長さを表している。
【００２６】
この実施形態において、上記のような屈折率分布型ロッドレンズの特性を利用して、効率良く平行光を作り出すためには、屈折率分布型ロッドレンズ４１の長さを０．２５ピッチとすることが望ましい。
【００２７】
また、図４に示すように、０．２５ピッチの屈折率分布型ロッドレンズ４１の端面において、入射位置をレンズの光軸中心からずらして光を入射すると、０．２５ピッチ先のレンズの端面から直径の拡大した平行光がレンズの光軸に対して斜めに出射する。
【００２８】
さらに、図５に示すように、２つの０．２５ピッチの屈折率分布型ロッドレンズ４１、４１を対向配置させると、一方の屈折率分布型ロッドレンズ４１で直径が拡大した光を、他方の屈折率分布型ロッドレンズ４１に入射することにより、その直径が縮小して、端面において集光することができる。
【００２９】
図５に示すように、２つの０．２５ピッチの屈折率分布型ロッドレンズ４１、４１を対向配置させた場合、光の入射位置と出射位置の関係、および、入射角度と出射角度の関係を下記式（２）で表すことができる。
【００３０】
【数２】
2005025068.tif 000004
【００３１】
ここで、√Ａは屈折率分布定数、ｄはレンズ長、ｒ１はレンズ端面における光の入射位置の光軸中心からの距離、ｒ２はレンズ端面における光の出射位置の光軸中心からの距離、ｎ０はレンズ中心における屈折率、ｎ１は光軸中心からの距離ｒ１における屈折率、θ１は光の入射角度、θ２は光の出射角度を示す。
上記式（２）において、例えば、√Ａ＝０．３２６、ｎ０＝１．５９２とすると、光の入射位置におけるレンズの光軸中心からの距離と、光の出射角度との関係は図６のようになる。
【００３２】
図６から、一方の屈折率分布型ロッドレンズ４１の端面４１ａにおいて、光ファイバの先端を配置する位置（光の入射位置）、すなわち、屈折率分布型ロッドレンズ４１の光軸中心からの距離を変えることで、他方の屈折率分布型ロッドレンズ４１の端面４１ａにおける光の出射位置および出射角度を変えることができる。
【００３３】
キャピラリ４２は、Ｂ２Ｏ５を含有する石英、ホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる円柱状の部材である。また、キャピラリ４２には、その長手方向に沿って貫通するように細孔（図示略）が設けられており、この細孔の開口端、すなわち、屈折率分布型ロッドレンズ４１の端面４１ａと対向する端部が、屈折率分布型ロッドレンズ４１の光軸中心から所定の距離をおいた位置に設けられている。
【００３４】
光ファイバ４３としては、シングルモード光ファイバ、偏波保持光ファイバなどが用いられる。
筐体４４は、ガラスや金属などからなる円柱状の部材である。
【００３５】
なお、単心コリメータ４０、５０、６０、７０は同一構成からなるので、ここでは単心コリメータ４０のみを説明して、単心コリメータ５０、６０、７０の説明を省略する。
【００３６】
この実施形態の光合分波器では、上述のような特性を有する屈折率分布型ロッドレンズを備えた単心コリメータ４０、５０、６０、７０を用いているので、光フィルタ２０、３０と、単心コリメータ４０、５０、６０、７０とを、基板１０上に固定することができる。また、単心コリメータ４０、５０、６０、７０を、その長手方向が光フィルタ２０、３０の光の透過面２０ａ、３０ａに対して斜めになるように配置する必要がなくなるので、光合分波器の小型化が可能となる。具体的には、この実施形態の光合分波器では、基板１０の長さを４３ｍｍ程度、幅を９ｍｍ程度にすることができる。したがって、この実施形態の光合分波器は、光伝送装置内への組み込みの自由度が高くなる。
【００３７】
また、対向する屈折率分布型レンズ同士の間の距離を等しくすることができる。さらに、全ての屈折率分布型レンズ４１、５１、６１、７１を、これらの長手方向において平行に配置することができるため、単心コリメータ４０、５０、６０、７０を固定する基板１０の加工費を低減することもできる。そして、全ての部材を同一の基板１０上に配置できるので、材料費を安くすることもできる。
【００３８】
図７は、本発明の光合分波器の第二の実施形態の概略構成を示す模式図である。
この実施形態では、上記第一の実施形態とは２つの光フィルタ２０、３０の配置が異なっている。図７において、図１に示した第一の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の光合分波器では、光フィルタ２０が単心コリメータ５０の先端面５０ａ、すなわち、屈折率分布型ロッドレンズ５１の先端面に接着剤などを介して固定され、かつ、光フィルタ３０が単心コリメータ６０の先端面６０ａ、すなわち、屈折率分布型ロッドレンズ６１の先端面に接着剤などを介して固定されている。
【００３９】
このような構成とすることにより、光フィルタ２０と屈折率分布型ロッドレンズ５１との間、および、光フィルタ３０と屈折率分布型ロッドレンズ６１との間における角度のずれが少なくなるため、この実施形態の光合分波器はより高精度のものとなる。また、４つの単心コリメータのうち単心コリメータ５０、６０においては、レンズ端面のＡＲコートが不要となり、また、光フィルタ２０、３０においても、屈折率分布型ロッドレンズ５１、６１との接合面のＡＲコートが不要となり、製造コストを削減することができる。
また、この実施形態の光合分波器では、基板１０の長さを４１ｍｍ程度、幅を９ｍｍ程度にすることができる。
【００４０】
図８は、本発明の光合分波器の第三の実施形態の概略構成を示す模式図である。
この実施形態では、上記第一の実施形態とは、単心コリメータの構成および２つの光フィルタの配置が異なっている。
この実施形態の光合分波器は、基板８０と、２つの光フィルタ９０、１００と、４つの単心コリメータ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄとから概略構成されている。また、単心コリメータ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄは、屈折率分布型ロッドレンズ１１１と、光ファイバ１１３とから概略構成されている。
なお、単心コリメータ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを総称して、単心コリメータ１１０ということもある。
【００４１】
単心コリメータ１１０では、屈折率分布型ロッドレンズ１１１と光ファイバ１１３とが、接着剤あるいは融着により接続されるが、ワットクラスの高出力の光にも対応できるようにするためには、接着剤が焼ける心配がない融着接続を採用することが好ましい。融着接続は、接着強度が高く、接続損失が低いという利点もある。
【００４２】
この実施形態の光合分波器では、基板８０に設けられたコリメータ収容部（図示略）に、単心コリメータ１１０の屈折率分布型ロッドレンズ１１１が収容され、接着剤などで固定されている。
また、この実施形態の光合分波器では、光フィルタ９０が単心コリメータ１１０Ｂの先端面、すなわち、屈折率分布型ロッドレンズ１１１の先端面１１１ａに接着剤などを介して固定され、かつ、光フィルタ１００が単心コリメータ１１０Ｃの先端面、すなわち、屈折率分布型ロッドレンズ１１１の先端面１１１ａに接着剤などを介して固定されている。
【００４３】
このような構成とすることにより、上記第一の実施形態および第二の実施形態とは異なり、この実施形態の光合分波器では、屈折率分布型ロッドレンズとキャピラリを固定するための筐体が不要となるため、屈折率分布型ロッドレンズ１１１同士の間の距離を短くできるため、光合分波器のより一層の小型化が可能となる。また、筐体を省くことにより、材料費を安くすることもできる。さらに、筐体を省くことにより、単心コリメータ１１０全体の大きさが小さくなるので、光フィルタ９０、１００の大きさも小さくできる。
【００４４】
また、この実施形態の光合分波器では、屈折率分布型ロッドレンズ１１１の配置は、その外形精度のみに依存することになる。よって、筐体を有する単心コリメータを用いた場合よりも、屈折率分布型ロッドレンズ１１１は基板８０上に高精度に配置される。ところで、筐体を有する単心コリメータを基板上に配置する場合、筐体の外形精度に依存して配置することになる。筐体を高精度に配置しても、例えば、屈折率分布型ロッドレンズと筐体との間に隙間があると、屈折率分布型ロッドレンズの配置には誤差が生じてしまう。
【００４５】
この実施形態の光合分波器では、基板８０の長さを１８ｍｍ程度、幅を６ｍｍ程度にすることができる。
【００４６】
図９は、本発明の光合分波器の第四の実施形態の概略構成を示す模式図である。
この実施形態では、上記第三の実施形態とは、単心コリメータの構成が異なっている。
この実施形態の光合分波器は、基板１２０と、４つの単心コリメータ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄとから概略構成されている。また、単心コリメータ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄは、屈折率分布型ロッドレンズ１３１と、光ファイバ１３３とから概略構成されている。
なお、単心コリメータ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄを総称して、単心コリメータ１３０ということもある。
【００４７】
この実施形態の光合分波器では、単心コリメータ１３０Ｂ、１３０Ｃの屈折率分布型ロッドレンズ１３１、１３１の先端面１３１ａ、１３１ａの全面に、蒸着などにより直接、誘電体多層膜などからなる光フィルタが設けられている。
【００４８】
このような構成とすることにより、屈折率分布型ロッドレンズ１３１と光フィルタとの間における角度のずれがなくなるため、高精度の光合分波器を得ることができる。さらに、光フィルタの厚みを薄くできるので、光合分波器をより一層小型化することができる。
【００４９】
この実施形態の光合分波器では、基板１２０の長さを１７ｍｍ程度、幅を６ｍｍ程度にすることができる。
【００５０】
図１０は、本発明の光合分波器の第五の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
この実施形態では、上記第四の実施形態とは、単心コリメータの構成が異なっている。
この実施形態の光合分波器は、基板１４０と、４つの単心コリメータ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄとから概略構成されている。また、単心コリメータ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄは、屈折率分布型ロッドレンズ１５１と、光ファイバ１５３とから概略構成されている。
なお、単心コリメータ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄを総称して、単心コリメータ１５０ということもある。
【００５１】
この実施形態の光合分波器では、屈折率分布型ロッドレンズ１５１として外径０．４ｍｍの石英ロッドレンズが用いられ、単心コリメータ１５０Ｂ、１５０Ｃの屈折率分布型ロッドレンズ１５１、１５１の先端面１５１ａ、１５１ａの全面に、蒸着などにより直接、誘電体多層膜などからなる光フィルタが設けられている。
【００５２】
このような構成とすることにより、高精度かつ超小型の光合分波器を得ることができる。
また、この実施形態の光合分波器では、基板１４０の長さを５．５ｍｍ程度、幅を１．８ｍｍ程度にすることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光合分波器にあっては、対向する屈折率分布型レンズ同士の間の距離を等しくすることができ、かつ、全ての屈折率分布型レンズを、これらの長手方向において平行に配置することができるため、小型化が可能となる。また、基板の加工費を低減することもできる。さらに、全ての部材を同一の基板上に配置できるので、材料費を安くすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の第一の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】屈折率分布型ロッドレンズの屈折率分布を示すグラフである。
【図３】屈折率分布型ロッドレンズ内における光ビームの伝搬の様子を示す模式図である。
【図４】０．２５ピッチの屈折率分布型ロッドレンズにおける光の伝搬を示す図である。
【図５】２つの０．２５ピッチの屈折率分布型ロッドレンズを対向配置した場合の光の伝搬を示す図である。
【図６】図５において、光の入射位置におけるレンズの光軸中心からの距離と、光の出射角度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の光合分波器の第二の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図８】本発明の光合分波器の第三の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図９】本発明の光合分波器の第四の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の光合分波器の第五の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図１１】単心コリメータの一例を示す模式図である。
【図１２】従来の光合分波器を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，８０，１２０，１４０・・・基板、２０，３０，９０，１００・・・光フィルタ、４０，５０，６０，７０，１１０，１３０，１５０・・・単心コリメータ、４１，５１，６１，７１，１１１，１３１，１５１・・・屈折率分布型ロッドレンズ、４２，５２，６２，７２・・・キャピラリ、４３，５３，６３，７３，１１３，１３３，１５３・・・光ファイバ、４４，５４，６４，７４・・・筐体、４５，５５，６５，７５・・・接着剤。
【図１】
2005025068.tif 000005
【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】
2005025068.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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