(57)【要約】  【課題】  高次モードと基本モードとの干渉による透過光強度変動の小さい光ファイバ又は光導波路又は光学装置などを提供する。  【解決手段】  光軸方向の長さが短い光ファイバ２６、２７、２８において、双方の端面が前記光軸に直交する面に対して傾斜していて、前記双方の端面の一方と他方の面が略９０度の角度関係で配されている。【選択図】  図１Ａ
2005156643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向の長さが短い光ファイバにおいて、双方の端面が前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記双方の端面の一方の面が前記直交面に対して傾斜する方向と前記双方の端面の他方の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれ角度が略９０度であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
光軸方向の長さが短い光導波路において、双方の端面が前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記双方の端面の一方の面が前記直交面に対して傾斜する方向と前記双方の端面の他方の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれ角度が略９０度であることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光ファイバにおいて、前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光導波路において、前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光ファイバにおいて、双方の端面が前記光軸に直交する面に対して傾斜していて、かつ前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であり、かつ前記複数の溝のうち、前記双方の端面のそれぞれと隣り合う溝を含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う端面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光導波路において、双方の端面が前記光軸に直交する面に対して傾斜していて、かつ前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であり、かつ前記複数の溝のうち、前記双方の端面のそれぞれと隣り合う溝を含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う端面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする光導波路。
【請求項７】
請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと他の光ファイバとの接続とために、前記光ファイバの先端又は全体を挿入するための、前記光ファイバの直径とほぼ一致するか又は若干大きい内径を持つ保持部を有する光学装置。
【請求項８】
請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと他の光ファイバとの接続が、前記光ファイバの一方又は両方に対し、接続点で光軸に平行でかつ相互に向き合う方向に圧力をかける工程を経てなされていることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
複数の受光素子と、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光ファイバ伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタとを備えた光受信モジュール。
【請求項１０】
複数の受光素子と、請求項２、４、６のいずれか１つに記載の光導波路と、前記光導波路の溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光導波路伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタとを備えた光受信モジュール。
【請求項１１】
複数の受光素子と、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光ファイバ伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタ、又は１つ以上の波長選択フィルタとハーフミラーと、前記光ファイバの片端に光を送出する発光素子を備えた光送受信モジュール。
【請求項１２】
複数の受光素子と、請求項２、４、６のいずれか１つに記載の光導波路と、前記光導波路の溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光導波路伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタ、又は１つ以上の波長選択フィルタとハーフミラーと、前記光導波路の片端に光を送出する発光素子を備えた光送受信モジュール。
【請求項１３】
受光素子と、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記受光素子に対し、前記光ファイバ伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する波長選択フィルタと、前記光ファイバの片端に光を送出する発光素子を備えた光送受信モジュール。
【請求項１４】
受光素子と、請求項２、４、６のいずれか１つに記載の光導波路と、前記光導波路の溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光導波路伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する波長選択フィルタと、前記光導波路の片端に光を送出する発光素子を備えた光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信やセンシングを行う際に使用される光ファイバ、光導波路、並びにこれらを使用した光学装置、光受信モジュール、光送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いる光送受信モジュールには、光軸方向の長さが数ミリメートルから数センチメートルの短い光ファイバや、導波路がしばしば使用される。このような例として、下記の特許文献１に記載されている光送受信モジュールなどが知られている。
【０００３】
図７に下記の特許文献１に開示されている光送受信モジュールの構成を示す。この光送受信モジュールでは、光導波路６中に光フィルタ７及びハーフミラー９を介して光ファイバと受光素子や発光素子としてのレーザダイオード１１が接続されている。すなわち、図７において、基板は１で、接続部は２で示されている。しかし、このように短い光導波路や光ファイバは、接合部にロスがあると、入力端において発生した高次モードが減衰しないうちに出力端に達し、ここで一部が基本モードに変換されて基本モードと干渉することが、下記の非特許文献１に記されている。溝や、フィルタなどを介した接合では、ロスを０（ゼロ）とすることは不可能であるため、このようなモード間干渉は必ず発生する。このため、通過する光の波長が変化したり、温度変化などによって導波路や光ファイバの長さ、導波路径、屈折率などに微小な変化があると、モード間の位相差が変化し、透過光強度が大きく変動する可能性がある。
【０００４】
例えば、長さ１．５ｃｍの短尺光ファイバのカットオフ波長は１３６０ｎｍ程度であり、この光ファイバが光ファイバ光学系に挿入されている場合、この光学系の、光通信の短波長帯（１２６０〜１３６０ｎｍ）における透過ロスは、波長によって−０．５〜＋０．３ｄＢ程度変動する。この変動を抑えるための従来の方法として、下記の非特許文献２に記載の光ファイバ構造が知られている。
【特許文献１】特開２０００−３４７０５０号公報
【非特許文献１】Abe, K.; Lacroix, Y.; Bonnell, L.; Jakubczyk, Z.; "Modal interference in a short fiber section: Fiber length, splice loss, cutoff, and wavelength dependences", IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol.10, Issue 4, April, 1992
【非特許文献２】Renner, H.; "Leaky-Mode Loss in Coated Depressed-Cladding Fibers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.3, Issue 1, January 1991
【０００５】
従来例における光ファイバの特性を横軸に半径、縦軸に屈折率とした図８に示す。この光ファイバのコアは、周縁部から中央部に向かって屈折率が低くなっており、クラッドは、屈折率がコアより低い内層と屈折率が内層より高い外層の２層からなっている。さらに、クラッド外側面は誘電体でコーティングされている。コアをこのような構造とすることで、高次モードＬＰ11がクラッドに漏れやすくなり、さらにクラッドを二重構造とし、また、空気との界面を無反射コーティングすることにより、ＬＰ11モードがクラッド内に閉じこめられ、ここで減衰する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来法は、コアの屈折率に傾斜をつけ、クラッドを二重構造とし、さらにクラッドの外側をコーティングするという特殊な構造の光ファイバを必要とするものである。
本発明は、従来のような特殊な構造の光ファイバを使用せずに、高次モードと、基本モードとの干渉による光学系の透過光強度変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ファイバは、光軸方向の長さが短い光ファイバにおいて、双方の端面が前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記双方の端面の一方の面が前記直交面に対して傾斜する方向と前記双方の端面の他方の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれ角度が略９０度であることを特徴とする。
この構成により、前記光ファイバの両端面に光ファイバを接続したとき、モード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項１）。
【０００８】
また、本発明の光導波路は、光軸方向の長さが短い光導波路において、双方の端面が前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記双方の端面の一方の面が前記直交面に対して傾斜する方向と前記双方の端面の他方の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれ角度が略９０度であることを特徴とする。
この構成により、前記光導波路の両端面に光導波路又は光ファイバを接続したとき、モード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項２）。
【０００９】
また、本発明の光ファイバは、光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光ファイバにおいて、前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする。
この構成により、２つの溝を通過する光の、モード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項３）。
【００１０】
また、本発明の光導波路は、光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光導波路において、前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする。
この構成により、２つの溝を通過する光の、モード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項４）。
【００１１】
また、本発明の光ファイバは、光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光ファイバにおいて、双方の端面が前記光軸に直交する面に対して傾斜していて、かつ前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であり、かつ前記複数の溝のうち、前記双方の端面のそれぞれと隣り合う溝を含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う端面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする。
この構成により、前記光導波路の片端又は両端面に光ファイバを接続したとき、モード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項５）。
【００１２】
また、本発明の光導波路は、光軸方向の長さが短く、両端の間の部分に複数の溝を備えた光導波路において、双方の端面が前記光軸に直交する面に対して傾斜していて、かつ前記複数の溝を含む面のそれぞれが前記光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、前記複数の溝のそれぞれを含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う溝の面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であり、かつ前記複数の溝のうち、前記双方の端面のそれぞれと隣り合う溝を含む面が前記直交面に対して傾斜する方向と、これに隣り合う端面が前記直交面に対して傾斜する方向のずれの角度が略９０度であることを特徴とする。
この構成により、前記光導波路の片端又は両端面に光導波路又は光ファイバを接続したとき、モード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項６）。
【００１３】
また、本発明の光学装置は、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと他の光ファイバとの接続のために、前記光ファイバの先端又は全体を挿入するための、前記光ファイバの直径とほぼ一致するか又は若干大きい内径を持つ保持部を有している。
この構成により、光ファイバ先端の軸ずれの方向が、モード間干渉を抑圧するために望ましい方向に生じやすくなり、溝を含む各端面を通過する光のモード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項７）。
【００１４】
また、本発明の光学装置は、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと他の光ファイバとの接続が、前記光ファイバの一方又は両方に対し、接続点で光軸に平行でかつ相互に向き合う方向に圧力をかける工程を経てなされている。
この構成により、光ファイバ先端の軸ずれの方向が、モード間干渉を抑圧するために望ましい方向に生じやすくなり、溝を含む各端面を通過する光のモード間干渉による前記光学系の透過光強度変動が抑制される（請求項８）。
【００１５】
また、本発明の光受信機は、複数の受光素子と、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光ファイバ伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタとを備える。
この構成により、フィルタ間の距離を短くしても、透過光及びフィルタによって反射された光の、モード間干渉による強度変動が抑制されるため、小型で出力の安定した受信機が実現される（請求項９）。
【００１６】
また、本発明の光受信機は、複数の受光素子と、請求項２、４、６のいずれか１つに記載の光導波路と、前記光導波路の溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光導波路伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタとを備える。
この構成により、フィルタ間の距離を短くしても、透過光及びフィルタによって反射された光の、モード間干渉による強度変動が抑制されるため、小型で出力の安定した受信機が実現される（請求項１０）。
【００１７】
また、本発明の光送受信モジュールは、複数の受光素子と、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光ファイバ伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタ、又は１つ以上の波長選択フィルタとハーフミラーと、前記光ファイバの片端に光を送出する発光素子を備える。
この構成により、フィルタ間の距離を短くしても、受信光及び前記モジュールの出力光の、モード間干渉による強度変動が抑制されるため、小型で送受信信号レベルの安定した光送受信機が実現される（請求項１１）。
【００１８】
また、本発明の光送受信モジュールは、複数の受光素子と、請求項２、４、６のいずれか１つに記載の光導波路と、前記光導波路の溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光導波路伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する２つ以上の波長選択フィルタ、又は１つ以上の波長選択フィルタとハーフミラーと、前記光導波路の片端に光を送出する発光素子を備える。
この構成により、フィルタ間の距離を短くしても、受信光及び前記モジュールの出力光の、モード間干渉による強度変動が抑制されるため、小型で送受信信号レベルの安定した光送受信機が実現される（請求項１２）。
【００１９】
また、本発明の光送受信モジュールは、受光素子と、請求項１、３、５のいずれか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記受光素子に対し、前記光ファイバ伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する波長選択フィルタと、前記光ファイバの片端に光を送出する発光素子を備える。
この構成により、光出力端と波長選択フィルタ間の距離を短くしても、受信光及び前記モジュールの出力光の、モード間干渉による強度変動が抑制されるため、小型で送受信信号レベルの安定した光送受信機が実現される（請求項１３）。
【００２０】
また、本発明の光送受信モジュールは、受光素子と、請求項２、４、６のいずれか１つに記載の光導波路と、前記光導波路の溝内の、互いに異なる場所に置かれ、前記複数の受光素子それぞれに対し、前記光導波路伝送光のうち特定の波長範囲の光を反射によって送出する波長選択フィルタと、前記光導波路の片端に光を送出する発光素子を備える。
この構成により、光出力端と波長選択フィルタ間の距離を短くしても、受信光及び前記モジュールの出力光の、モード間干渉による強度変動が抑制されるため、小型で送受信信号レベルの安定した光送受信機が実現される（請求項１４）。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光ファイバは上記目的を達成するために、双方の端面が光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、双方の端面の一方と他方の端面が略９０度の角度関係で配されているので、従来例のような特殊な構造の光ファイバを使用せずに、高次モードと基本モードとの干渉による光学系の透過光強度変動を抑制することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光送受信モジュールの基本構成を示す模式図である。また、基本構成に保持部材を設けた例の模式図を図１Ｂに示す。図１Ａに示す基本構成の光送受信モジュールは、それぞれが光軸方向の長さが短い３つの光ファイバ、すなわち第１から第３の光ファイバ２６、２７、２８を有している。これらの第１から第３の光ファイバ２６、２７、２８は同一光軸に沿って、一直線になるよう直列接続されている。第１から第３の光ファイバ２６、２７、２８のそれぞれは、双方の端面が光軸に直交する直交面に対して傾斜していて、双方の端面の一方と他方の面が略９０度の角度関係で配されている。
【００２３】
具体的には、第１の光ファイバ２６は、一方の端面が光軸に直交する面に対して８度、他方の端面が同じく光軸に直交する面に対して３０度傾斜している。第２の光ファイバ２７は、第１の光ファイバ２６と接続される一方の端面が光軸に直交する面に対して３０度、第３の光ファイバ２８と接続される他方の端面が同じく光軸に直交する面に対して３０度傾斜している。第３の光ファイバ２８は、第２の光ファイバ２７と接続される一方の端面が光軸に直交する面に対して３０度、他方の端面が同じく光軸に直交する面に対して８度傾斜している。
【００２４】
これらの光ファイバ２６、２７、２８を内蔵し、端面が内蔵した光ファイバと同じ傾きを持った第１から第３のフェルール２９、３０、３１が設けられている。また、波長選択フィルタ２４が第１の光ファイバ２６と第２の光ファイバ２７の間に挿入され、ハーフミラー２５が第２の光ファイバ２７と第３の光ファイバ２８の間に挿入されている。さらに、第１の波長λ２（１．３１μｍ）の光を出力する発光素子２１が、第３の光ファイバ２８の８度傾斜した端面側に配置されている。また、第１の受光素子２２が、波長選択フィルタ２４で反射された第２の波長λ２（１．５５μｍ）の受信光の進行方向に配置され、第２の受光素子２３が、ハーフミラー２５で反射された第１の波長λ１（１．３１μｍ）の受信光の進行方向に配置されている。
【００２５】
波長選択フィルタ２４及びハーフミラー２５は、ポリイミド基板やガラス基板などの上に誘電体多層膜を積層してなるものであり、ＵＶ硬化樹脂や、熱硬化樹脂などによって対応する光ファイバ間に固定されている。また、各受光素子２２、２３は、対応するフェルールの切り欠き上に樹脂固定されている。また、第１から第３の光ファイバ２６、２７、２８は、受光素子部分に切り欠きを設けた図示省略の円筒形のスリーブ内に挿入され、前記樹脂により固定されている。
【００２６】
図１Ｂは、図１Ａの基本構成の光送受信モジュールに保持部材７０を設けた例を示しているが、この例では保持部材７０は、フェルール２９、３０、３１、３３を保持する構成となっている。なお、図１Ｃに一部を示すようにフェルールではなく、光ファイバを直接保持する保持部材７２を設けることもできる。保持部材７０、７２は、ジルコニア、りん青銅など、石英と熱膨張係数がほぼ等しい材質のものにより構成することが好ましい。保持部材７０、７２は、光ファイバ及び／又はフェルールと同軸に構成されているが、その断面形状は完全な円筒の環状ではなく、図１Ｄに断面を示すように一部にスリット７４を有するもの、すなわちいわゆる割スリーブでもよい。かかる割スリーブの場合、保持部材７０、７２の内径は、光ファイバ又はフェルールに装着されていないときは、装着対象の光ファイバ又はフェルールの外径より小さく、装着時には、スリット７４は開いて内径が大きくなり、装着対象の光ファイバ又はフェルールの外径と同一あるいは、やや大きくなる。
【００２７】
図１Ｅは、光ファイバ同士を接続する部分を詳細に示す断面図である。図１Ｅは、光ファイバ同士の端面を突き合わせて接続する例を示しているが、光ファイバが挿入されたフェルール同士の端面を突き合わせて接続する場合も同様である。光ファイバと他の光ファイバとの接続は、図１Ｅ中に２つの矢印で示すように、光ファイバの一方又は両方に対し、接続点で光軸に平行でかつ相互に向き合う方向に圧力をかける工程を経てなされる。
【００２８】
なお、波長選択フィルタ２４及びハーフミラー２５は、図２に示す波長選択フィルタ３７のように光ファイバ３４とフェルール３５の両端（図示省略）の間の部分に設けられた溝３６の中に挿入されていてもよく、図３に示す波長選択フィルタ４２のように、ライトガイドを構成する光導波路４０と光導波路基板３９の一部に設けられた溝４１の中に挿入されていてもよい。なお、図２中、受光素子は３８で示され、また図３中、受光素子は４３で示されている。また、光ファイバ３４の光軸に垂直な面から８度傾斜するよう研磨された端面は、垂直端面であってもよい。
【００２９】
次に、この光モジュールの動作について簡単に説明する。発光素子２１の発する波長λ１の光は、第３の光ファイバ２８に入射し、ハーフミラー２５、第２の光ファイバ２７、波長選択フィルタ２４、第１の光ファイバ２６を通過した後、外部伝送路光ファイバ３２に送出される。一方、光伝送路より入力される波長λ２の光は、第１の光ファイバ２６を通って波長選択フィルタ２４に達し、ここにおいて反射されて第１の受光素子２２に入射する。また、光伝送路より入力される波長λ１の光は、第１の光ファイバ２６、波長選択フィルタ２４、第２の光ファイバ２７を通過して、ハーフミラー２５に達し、ここにおいて一部が反射されて第２の受光素子２３に入射する。なお、発光素子２１は、電気クロストーク低減のため、第１及び第２の受光素子からは若干離れた場所に配置されている。
【００３０】
光ファイバの結合効率が１００％となるのは、結合しようとする光の進行方向と光ファイバの光軸が一致し、結合しようとする光のビームウエストが光ファイバ端面にあり、ここにおける強度分布が光ファイバの基本モードの強度分布と完全に一致している場合である。これは、コア形状、コアの屈折率、クラッドの屈折率が互いに完全に一致した２本の光ファイバを、光軸ずれ０（ゼロ）、端面間距離０（ゼロ）で接続した場合や、高結合レンズによってレーザ光を光ファイバ端面に集光した場合などに相当する。
【００３１】
しかし光ファイバ同士をフィルタなどの他の光学部材を挟んで接合する場合や、光導波路に溝を設けた場合などは、この条件を満たすのは非常に困難であり、結合部においてモード変換が起こる。
【００３２】
モード変換の例を図６に示す。図６（ａ）は２本の光ファイバの光軸を、光軸と垂直な方向にずらした場合の例であり、図６（ｂ）は２本の光ファイバの光軸の角度を、互いに傾けた場合の例である。いずれの場合についても、光軸のずれた方向に、基本モードとは異なる新たな定在波が立つ。この定在波は光ファイバ長が短ければ、減衰せずに次の接続点に達する。次の接続点でも、前の接続点と同様に、光軸のずれた方向に基本モードとは異なる新たな定在波が立つため、減衰せずに前記接続点に達した高次モードの一部が基本モードに戻って、本来の基本モードと干渉し、出力光に変動を生じさせる。
【００３３】
図１Ａの光学系において、このようなモード変換が多く発生する結合部は、フィルタの挿入されている第１の光ファイバ２６と第２の光ファイバ２７の間、及び、ハーフミラーの挿入されている第２の光ファイバ２７と第３の光ファイバ２８の間、及び、発光素子２１の置かれた第３の光ファイバ２８端である。いずれも、結合ロスが大きい場所である。ただし、第３の光ファイバ２８の長さは、電気クロストーク低減のため長くしてあるため、第３の光ファイバ２８端におけるモード変換が他の接合部において他のモードと結合することはない。したがって、図１の光学系を伝わる光のモードは、高次モードが伝送中に減衰する通常のシングルモード光伝送路に、第２の光ファイバ２７を挿入した光学系と同等であると考えられる。
【００３４】
モード間干渉を抑えるため、本実施の形態では、第２の光ファイバ２７の両端面の傾斜方向を次のように設定している。すなわち、双方の端面が光軸に直交する面（直交面と言う）に対して傾斜していて、光軸方向をＺ軸とし、前記面がＸ軸とＹ軸の双方に平行な面であるとき、双方の端面の一方がＸ軸と略平行な面であり、双方の端面の他方がＹ軸と略平行な面である。すなわち、一方の面の直交面に対する傾斜の回転軸と他方の面の直交面に対する傾斜の回転軸のなす角度が略９０度とされている。この角度を直交面に対する傾斜方向のずれ角度という。この構成によりモード間干渉が抑えられる理由を以下に説明する。
【００３５】
光ファイバの端面間を通過する光は、光ファイバ、接着剤、誘電体多層膜の各層、多層膜用基板などの、互いに異なる屈折率を持つ媒質の境界面において屈折し、このために、出射側端面において光強度が最大となる点と、入射側端面において光強度が最大となる点は、若干ずれた点となる。ずれる方向は、ＹＺ断面図において端面が光軸に対して垂直である場合にはＸ軸方向、ＸＺ断面図において端面が光軸に対して垂直である場合にはＹ軸方向である。この構成では、屈折率の境界面が互いにほぼ並行な面となるため、光ファイバへの入射角ずれはほとんど生じない。したがって、ＹＺ断面図において端面が光軸に対して垂直である場合、入射側端面入射直後の光の進行方向及び強度分布は、垂直端面の光ファイバ同士の光軸がＸ軸方向にずれている場合とほぼ同じであり、ＸＺ断面図において端面が光軸に対して垂直である場合、入射側端面入射直後の光の進行方向及び強度分布は、垂直端面の光ファイバ同士の光軸がＹ軸方向にずれている場合とほぼ同じである。入射側端面入射直後の光の進行方向及び強度分布が同じであれば、結合効率及び発生する高次モードも等しくなる。
【００３６】
また、フェルールに内蔵された光ファイバ同士を接合する際には、しばしば、フェルールをスリーブ中に挿入して、接続点に向かって両側から力を加えて接着固定する方法が採られる。この方法を用いると、フェルールとスリーブの外形の若干の微少な不整合などから、ＹＺ断面図において端面が光軸に対して垂直である場合にはＸ軸方向、ＸＺ断面図において端面が光軸に対して垂直である場合にはＹ軸に光軸がずれやすくなる。この場合も、出射面と入射面の光量がピークとなる点は上述の方向にずれることになる。
【００３７】
以上を考慮すると、図１の光学系を伝わる光のモードは、高次モードが伝送中に減衰する通常のシングルモード光伝送路に、第２の光ファイバ２７が挿入され、この第２の光ファイバ２７の前後の光ファイバの軸ずれの方向が、光軸に対して互いに９０度異なっている状態と同じであると考えてよい。
【００３８】
ところで、Harris D. O., Throckmorton R.A., "Azimuthal dependence of modal interference in closely spaced single-mode fiber joints", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.6, Issue 10, Oct. 1994には、シングルモード光ファイバの伝送路内に、短尺（例として１７ｍｍ）シングルモード光ファイバを挿入した、光ファイバ３本からなる結合系において、２つの接合部の軸ずれの方向が互いに光軸に対して９０度異なる場合には、モード間干渉の結果である透過光強度の波長依存性が極めて小さくなることが示されている。このようにモード間干渉が低減される理由は、２つの接合点間で、光ファイバの光軸に垂直な方向の定在波の節がモード変換によって増減する方向が異なるために、１つ目の接合点で高次モードに変換された基本モードが、２つ目の接合点で基本モードに変換されることがないためである。
【００３９】
図１の光学系は、前記文献に述べた、モード間干渉が最も小さい状態に相当しているため、高次モードと基本モードとの干渉を抑制することができ、前記光モジュールの出力光強度、受信信号強度の変動が抑えられる。
【００４０】
また、第１の光ファイバ２６と外部伝送路光ファイバ３２の接合部におけるロスが大きい場合には、１つおいて隣り合う接合部間の距離、すなわち、第１の光ファイバ２６と第２の光ファイバ２７の接合部から第２の光ファイバ２７と第３の光ファイバ２８の接合部の間の距離が、ここを通過する間に高次モードが減衰する距離以上でなければならない。具体的には、第１の光ファイバ２６と第２の光ファイバ２７とを繋げた長さを、この光ファイバ連におけるLP11のカットオフ波長が、伝送光の波長よりも短くなる長さにする必要がある。この条件さえ満足すれば、始めの接合部で発生した高次モードが、１つ置いた隣の接合部で基本モードに結合することがなくなるため、隣り合う２つの接合部間のモード間干渉のみ考慮すればよい。前記２つの接合部は、前記文献に述べたモード間干渉が最も小さい状態に相当するため、高次モードと基本モードとの干渉を抑制することができ、前記光モジュールの出力光強度、受信信号強度の変動が抑えられる。この場合には、光ファイバの端面の傾斜方向を本実施の形態のようにしない場合に比べ、光ファイバ１本の長さを半分にしても、同程度のモード間干渉しか起こらなくなるため、総光路長が短く設定でき、光送受信モジュールの小型化が可能となる。
【００４１】
第１の実施の形態は、受光素子を２つ備えた光送受信モジュールの例であるが、本発明は、図４に示す第２の実施の形態のように、受光素子を１つのみ備え、外部伝送路光ファイバ５０と第１の光ファイバ４７の端面が斜め研磨された光送受信モジュールとしてもよい。この場合は、外部伝送路光ファイバ５０と第１の光ファイバ４７の接合部におけるロスが大きい場合のみ、光ファイバの２つの接合部の一方で発生した高次モードが、もう一方で基本モードに結合することによって発生する、出力光強度、受信信号強度の変動を抑制することができる。
【００４２】
また、本発明は、図５に示す第３の実施の形態のような、伝送路中に挿入するタイプの光受信モジュールとしてもよい。この場合は、外部伝送路光ファイバ５９と第１の光ファイバ５５の接合部及び外部伝送路光ファイバ６０と第３の光ファイバ５７の接合部におけるロスが小さい場合のみ、第３の光ファイバの５７の一方の端で発生した高次モードが、もう一方の端で基本モードに結合することによって発生する、出力光強度、受信信号強度の変動を抑制することできる。なお、前記ロスが大きい場合は、外部光伝送路光ファイバ端におけるモード変換の影響が無視できないため、変動抑制の効果は小さいと思われる。
【００４３】
上記実施の形態は、光受信モジュールや光送受信モジュールとして説明したが、本発明は、これらの実施の形態中の光ファイバや、光導波路あるいは光学装置として把握することができる。なお、本発明でいう光学装置とは、一定の機能を有する光学装置の一部としての光学部品をも含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、特殊な構造の光ファイバを使用せずに、高次モードと基本モードとの干渉による光学系の透過光強度変動を抑制することができるので、本発明は光通信分野などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態における光送受信モジュール基本構成の模式図
【図１Ｂ】図１Ａの基本構成に保持部材を設けた例を示す模式図
【図１Ｃ】図１Ｂの構成に代えて、保持部材が光ファイバを直接保持する例を示す模式図
【図１Ｄ】図１Ｂ、図１Ｃの保持部材として用いることができる割スリーブの断面図
【図１Ｅ】本発明の第１の実施の形態における光送受信モジュールにおいて光ファイバ同士を接続する部分を詳細に示す断面図
【図２】フィルタ実装例
【図３】導波路へのフィルタ実装例
【図４】本発明の第２の実施の形態における光送受信モジュールの構成図
【図５】本発明の第３の実施の形態における光受信モジュールの構成図
【図６】（ａ）は、光軸の位置ずれによって生じるモード変換を示す説明図、（ｂ）は、光軸の角度ずれによって生じるモード変換を示す説明図
【図７】従来の光送受信モジュールの構造図
【図８】従来の高次モードを抑圧する光ファイバの特性図
【符号の説明】
【００４６】
１  基板
１ａ  段部
２  接続部
２ａ  ガイド溝
３  第１の受信部
４  送信部
５  第２の受信部
６  光導波路
６ａ  下部クラッド層
６ｂ  コア層
６ｃ  上部クラッド層
７  反射型光フィルタ
９  ハーフミラー
１０  フォトダイオード
１１  レーザダイオード
１２  モニタ用フォトダイオード
２１、４４  発光素子
２２、５１  第１の受光素子
２３、５２  第２の受光素子
２４、３７、４２、４６  波長選択フィルタ
２５  ハーフミラー
２６、４７、５５  第１の光ファイバ
２７、４８、５６  第２の光ファイバ
２８、５７  第３の光ファイバ
２９  第１のフェルール
３０  第２のフェルール
３１  第３のフェルール
３２、５０、５９、６０  外部伝送路光ファイバ
３３  外部伝送路用フェルール
３４、６１  光ファイバ
３５、４９、５８  フェルール
３６  溝
３８、４３、４５  受光素子
３９  光導波路基板
４０  光導波路
４１  溝
５３  第１の波長選択フィルタ
５４  第２の波長選択フィルタ
６２  コア
６３  クラッド
７０、７２  保持部材
７４  スリット
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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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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