(57)【要約】【課題】  光信号の波長選択のためのフィルタを配列する多数段の構成において、少ない工数で容易に組み上げることができ、光学系のアライメントを簡単に行えて高い精度に得ることができ、シンプルな構成により小型化でき、コスト面に有利性がある光合分波器を提供すること【解決手段】  導波路アレイ１はガラス等の基板１０上に光の導波路Ｅｉを並び列に形成し、それら複数の導波路Ｅｉにより波長選択ステージの各段を連結する。基板１０は各導波路Ｅｉの端部の近辺を４５°の反射面に形成し、各導波路Ｅｉの端部との光路を９０°変換して基板の厚み方向の光と整合させる。この導波路アレイ１に、レンズアレイＢｘ，フィル夕Ｆｉ，レンズアレイＡｘ，ファイバアレイＰｘを順に重ねて配置し、波長選択ステージの各段にする。導波路アレイ１、レンズアレイＡｘ，Ｂｘには位置合わせのための位置マーカ２を設ける。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる波長の光信号を１つに重ね合わせる合波と、合波した光信号を再びそれぞれの波長の光信号に分ける分波とを行うものであって、
光信号の波長λｉに対応してそれぞれ光学系を配列する多数段とし、
各段ｉは光信号のポートＰｉと、波長λｉを透過して波長λ１からλｉ−１の光を反射するフィルタＦｉを有し、
前記フィルタＦｉの前後にコリメートレンズＡｉ，Ｂｉをそれぞれ設け、
前記フィルタＦｉの後側のコリメートレンズＢｉは他段との連結側とし、
当該コリメートレンズＢｉに向けて２つの連結ポートをレンズ主軸とのズレ位置に設け、一方は前段との連結ポート、他方は次段との連結ポートとし、前記連結ポートにそれぞれ光路を接続して他段と連結する光合分波器において、
前記コリメートレンズは複数を並び列に形成してレンズアレイとし、
前記光路は光の導波路としてガラス等の基板上に複数を並び列に形成して導波路アレイとするとともに、当該導波路アレイには各導波路の端部で当該基板の厚み方向の光と整合させる光ガイド手段を設け、前記レンズアレイを前記導波路アレイに対して重ねて配置することを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
前記光ガイド手段は、前記導波路アレイにおいて各導波路の端部の近辺を４５°に研削、または研削と研磨して、当該面に反射膜を設け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】
前記レンズアレイと前記導波路アレイは、同一の基板上に一体に形成することを特徴とする請求項１，２に記載の光合分波器。
【請求項４】
前記レンズアレイおよび前記導波路アレイに、それぞれ位置マーカを設け、両者の位置マーカを位置合わせすることにより各コリメートレンズと各導波路とを互いにアライメントすることを特徴とする請求項１〜３に記載の光合分波器。
【請求項５】
前記レンズアレイの各レンズは、樹脂を熱溶融して表面張力による半球状の形状を得る製法により形成することを特徴とする請求項１〜４に記載の光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる波長多重の光信号について重ね合わせと分離とを行う光合分波器に関するもので、より具体的には、光信号の波長選択のためのフィルタを配列する多数段の構成を採り、それら各段の配列の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に関して、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送する波長多重の通信技術がよく知られており、超大容量化に向けて開発が盛んである。そして、波長多重の通信方式では光信号の重ね合わせと分離の技術が必要不可欠であり、光合分波器は各種方式が提案されている。
【０００３】
光合分波器には波長の選択に関して多くの方法がある。一例としては、波長の選択に多層膜のフィルタを用いる方式，光ファイバにエキシマレーザを照射して周期的に屈折率を変えるファイバグレーティングによる方式，アレイ導波路の波長分散を用いる方式などがある。そして、例えば特許文献１には波長の選択にフィルタを用いる方式のものが提案されている。
【０００４】
フィルタを用いた光合分波器は、図１に示すように、光信号の波長λｉに対応してそれぞれ光学系を配列する多段構成になっており、各段ｉは光信号のポートＰｉと、波長λｉを透過して波長λ１からλｉ−１の光を反射するフィルタＦｉを有し、そのフィルタＦｉの前後にコリメートレンズＡｉ，Ｂｉをそれぞれ設ける。フィルタＦｉの後側のコリメートレンズＢｉは他段との連結側になり、当該コリメートレンズＢｉに向けて２つの連結ポートをレンズ主軸とのズレ位置に設け、一方は前段との連結ポートＣｉ−１、他方は次段との連結ポートＤｉ＋１になり、それら連結ポートにそれぞれ光ファイバを接続して他段と連結する構成である。このため各段はポートＰ２から始まり、波長λ１に対応するポートＰ１はポートＰ２に対向する一方の連結ポートＣ１になっている。
【０００５】
各ポートＰ１，…，Ｐｎには光ファイバを接続し、合波の動作では波長λ１，…，λｎの光信号をそれぞれに入射する。ポートＰ１から入射した波長λ１はコリメートレンズＢ２を通って平行光になりフィル夕Ｆ２に向かう。フィルタＦ２は波長λ２を透過して波長λ１は反射するので、ポートＰ１側からの波長λ１は反射してポートＰ１側に戻る。ここでポートＰ１はコリメートレンズＢ２の主軸に対してズレ位置にあるので、反射して戻った波長λ１は次段との連結ポートＤ３に集光する。一方、ポートＰ２から出射した波長λ２はコリメートレンズＡ２を通って平行光になりフィル夕Ｆ２を透過して次段との連結ポートＤ３に集光する。したがって、次段との連結ポートＤ３には２つの波長λ１，λ２が通り、合波された光信号が次段（連結ポートＣ２）に向かう。
【０００６】
次段でも同様の動作になり、連結ポートＣ２から出射した合波λ１，λ２はコリメートレンズレンズＢ３を通ってフィル夕Ｆ３で反射してポートＣ２側に戻り、ズレ位置にある次段との連結ポートＤ４に集光する。そして、ポートＰ３から出射した波長λ３はコリメートレンズＡ３を通ってフィル夕Ｆ３を透過して次段との連結ポートＤ４に集光するので、次段との連結ポートＤ４には３つの波長λ１，λ２，λ３が合波された光信号が通り、次段（連結ポートＣ３）に向かう。
【０００７】
そして以上を繰り返すことで最終段では、最終の連結ポートＤｎ＋１に、波長λ１，…，λｎが合波された光信号が通り、全波長を合波した光信号が出力する。
【０００８】
また分波の動作は逆に、波長λ１，…，λｎまで全てを合波した光信号を、最終の連結ポートＤｎ＋１から入射すると、各ポートＰｎ，…，Ｐ１には順次に波長λｎ，…，λ１が集光し、それぞれ波長を取り出すことができ、分波できる。
【特許文献１】特開平１１−２８１９０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記したフィルタを用いた光合分波器では、光信号の波長λｉに対応してそれぞれ光学系を配列する多段構成であることから、段数に応じて構成要素も増大し、それらを組み上げるため製造に工数がかかるという問題がある。そして、各段でそれぞれ光学系をアライメントしなければならず、段数が増すと光軸アライメントの工数が非常にかかり、煩雑でありコストが高くなる。
【００１０】
また、光デバイスとして当然ながら小型化の要求があって各要素を微小化することになるが、微小部品を多数段に組み上げてアライメントすることは作業性が悪く、コストが高くなり歩留まりの悪化を招いて製造面からよいことはない。
【００１１】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、光信号の波長選択のためのフィルタを配列する多数段の構成において、少ない工数で容易に組み上げることができ、光学系のアライメントを簡単に行えて高い精度に得ることができ、シンプルな構成により小型化でき、コスト面に有利性がある光合分波器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明に係る光合分波器では、複数の異なる波長の光信号を１つに重ね合わせる合波と、合波した光信号を再びそれぞれの波長の光信号に分ける分波とを行うものであって、光信号の波長λｉに対応してそれぞれ光学系を配列する多数段とし、各段ｉは光信号のポートＰｉと、波長λｉを透過して波長λ１からλｉ−１の光を反射するフィルタＦｉを有し、前記フィルタＦｉの前後にコリメートレンズＡｉ，Ｂｉをそれぞれ設け、前記フィルタＦｉの後側のコリメートレンズＢｉは他段との連結側とし、当該コリメートレンズＢｉに向けて２つの連結ポートをレンズ主軸とのズレ位置に設け、一方は前段との連結ポート、他方は次段との連結ポートとし、前記連結ポートにそれぞれ光路を接続して他段と連結する光合分波器において、前記コリメートレンズは複数を並び列に形成してレンズアレイとし、前記ポートの中で波長λｉの光、及び波長λ１，…、λｎを合波した光の入出力ポートなる光ファイバは複数を並び列に形成してファイバアレイとし、レンズ間を接続する前記光路は光の導波路としてガラス等の基板上に複数を並び列に形成して導波路アレイとするとともに、当該導波路アレイには各導波路の端部で当該基板の厚み方向の光と整合させる光ガイド手段を設け、前記レンズアレイを前記導波路アレイに対して重ねて配置するように構成した。
【００１３】
そして、前記光ガイド手段は、前記導波路アレイにおいて各導波路の端部の近辺を４５°に研削、または研削と研磨して、当該面に反射膜を設ける構成にするとよい。また、前記レンズアレイと前記導波路アレイは、同一の基板上に一体に形成することもできる。また、前記レンズアレイおよび前記導波路アレイに、それぞれ位置マーカを設け、両者の位置マーカを位置合わせすることにより各コリメートレンズと各導波路とを互いにアライメントするようにするとなお良い。
【００１４】
なお、前記レンズアレイの各レンズはイオン交換法や、ドライエッチング法、あるいは型転写法により形成することができる。なおまた、前記レンズアレイの各レンズは、樹脂を熱溶融して表面張力による半球状の形状を得る製法や、樹脂をマイクロディスペンサで滴下して固化する製法により形成することができる。また、前記導波路アレイの各導波路はイオン交換法や、高分子形成法、あるいは火炎堆積法や、ＣＶＤ法により形成することができる。
【００１５】
本発明では、導波路やコリメートレンズなど、各要素は複数を並び列に形成してアレイ部品にすることから、導波路アレイやレンズアレイなどのアレイ部品における各要素はそれぞれ所定の位置に正しく配列した状態に得ることができる。また、導波路アレイやレンズアレイなどのアレイ部品には位置マーカを設けるので、これを基準にすることで正しく組み上げることができる。
【００１６】
また、導波路アレイには各導波路に対して、基板の厚み方向の光と整合させる光ガイド手段を設けるので、レンズアレイなど、他の構成要素を導波路アレイに順に重ねて組み上げることができる。したがって、導波路アレイに対面させて他の構成要素を配置するので、構成がコンパクトになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光合分波器では、導波路やコリメートレンズなど、各要素は複数を並び列に形成してアレイ部品にすることから、アレイ部品における各要素はそれぞれ所定の位置に正しく配列した状態に得ることができる。また、導波路アレイやレンズアレイなどのアレイ部品には位置マーカを設けるので、これを基準にすることで正しく組み上げることができる。その結果、少ない工数で容易に組み上げることができ、従来のように各要素を個別にアライメントする必要はなく、光学系のアライメントを簡単に行えて高い精度に得ることができる。
【００１８】
また、導波路アレイには各導波路に対して、基板の厚み方向の光と整合させる光ガイド手段を設けるので、レンズアレイなど、他の構成要素を導波路アレイに順に重ねて組み上げることができる。したがって、導波路アレイに対面させて他の構成要素を配置するので、構成がコンパクトになり、シンプルな構成により小型化することができ、コスト面に有利性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２，図３は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、光合分波器は、光信号の波長λｉに対応してそれぞれ光学系を配列する多数段の構成を採り、各段ｉはポートＰｉ，コリメートレンズＡｉ，フィルタＦｉ，コリメートレンズＢｉを順に配置するが、これらは各要素毎に複数を並び列に形成してアレイ部品とし、それらアレイ部品を順に組み付ける構成になっている。
【００２０】
つまり光合分波器は、図２（ｂ）に示すように、他段と連結する光路になる導波路アレイ１の上に、レンズアレイＢｘ，フィルタＦｉ，レンズアレイＡｘを順に重ねて組み付け、さらにレンズアレイＡｘに対面させてファイバアレイＰｘを組み付ける構成をとる。これらは導波路アレイ１の導波路Ｅｉの端部それぞれに設けるので、導波路アレイ１上には２組が組み付くことになる。また本形態の光合分波器は、波長λ１，…，λ５までの５波を入出力する構成であり、導波路アレイ１上の２組は一方がλ１，λ３，λ５側で、他方がλ２，λ４，λａ側になっている。
【００２１】
導波路アレイ１は、ガラス等の基板１０上に光の導波路Ｅｉを並び列に形成し、それら複数の導波路Ｅｉにより各段を連結するようになっている。各導波路Ｅｉは図３に示すように、帯状パターンの両端が所定の集光ポイントに位置し、フォトリソグラフィにより形成する。また、導波路アレイ１には位置合わせのための位置マーカ２を設ける。
【００２２】
導波路アレイ１の基板１０は、各導波路Ｅｉの端部が面する側で当該側縁を４５°の傾斜面に研削、または研削と研磨して反射膜１１を設ける。つまり、各導波路Ｅｉの端部の近辺を４５°の反射面に形成し、各導波路Ｅｉの端部との光路を９０°変換し、当該基板１０の厚み方向の光と整合させる。したがって、これらが光の整合をガイドする光ガイド手段となり、導波路アレイ１には、レンズアレイＢｘ，フィル夕Ｆｉ，レンズアレイＡｘ，ファイバアレイＰｘを順に重ねて配置することができる。
【００２３】
なお、導波路アレイ１の各導波路Ｅｉは、各種の方法により形成できるが、例えばイオン交換法や、高分子形成法、あるいは火炎堆積法や、ＣＶＤ法により形成することができる。
【００２４】
レンズアレイＡｘ，Ｂｘは、本実施の形態では３つのコリメートレンズＡｉ，Ｂｉを１列に並べて形成し、これを導波路アレイ１の上に２対を配置する構成である。より具体的には、一方がレンズアレイＢ１３５とレンズアレイＡ１３５を向き合わせた配列で、他方がレンズアレイＢ２４ａとレンズアレイＡ２４ａを向き合わせた配列になる。
【００２５】
このレンズアレイＡｘ，Ｂｘはフォトリソグラフィにより形成し、コリメートレンズＡｉ，Ｂｉの並び列の両端に位置マーカ２を設ける。なお、レンズアレイＡｘ，Ｂｘの各コリメートレンズＡｉ，Ｂｉは、例えばイオン交換法や、ドライエッチング法、あるいは型転写法により形成すればよい。また、レンズアレイＡｘ，Ｂｘの各レンズＡｉ，Ｂｉは、樹脂を熱溶融して表面張力による半球状の形状を得る製法や、樹脂をマイクロディスペンサで滴下して固化する製法により形成することもできる。
【００２６】
ファイバアレイＰｘは本形態では３つのポートを１列に並べて形成し、これを導波路アレイ１の上に２つ配置する構成であり、一方がポートＰ１，Ｐ３，Ｐ５の配列で、他方がポートＰ２，Ｐ４，Ｐａの配列になる。
【００２７】
フィルタＦｉは、波長λｉを透過して波長λ１からλｉ−１の光を反射する特性であり、ガラス板に形成してある。このフィルタＦｉはレンズアレイＢｘとレンズアレイＡｘとの間に配置するが、最初と最終のステージには必要なく、つまりポートＰ１およびポートＰａに対面する位置には配置しない。
【００２８】
＊合波動作と分波動作
以上にように、導波路アレイ１の上に各アレイ部品を順に重ねて組み付ける構成は、各ポートＰｉの側からその光学系を見れば図４に示すようになり、これは前述した図１に示す多段構成と概ね同一であって同様な動作になる。
【００２９】
つまり、各ポートＰ１，…，Ｐ５には光ファイバを接続し、合波の動作では波長λ１，…，λ５の光信号をそれぞれに入射する。ポートＰ１から入射した波長λ１はレンズＡ１を通り、そしてこのλ１ステージにはフィルタを配置しないので、そのまま対向するコリメートレンズＢ１を通過し、基板１０の反射膜１１に集光して反射し、その反射光と整合している導波路Ｅ１に入射する。さらにこの波長λ１は導波路Ｅ１を通ってその他端から出射して反射膜１１で反射し、次段（λ２ステージ）に向かう。
【００３０】
反射光はコリメートレンズＢ２にはレンズ主軸とのズレ位置から入り、フィル夕Ｆ２へ向かう。フィル夕Ｆ２は波長λ１を反射して波長λ２を透過するので、導波路Ｅ１からの光はフィル夕Ｆ２で反射して戻り、コリメートレンズＢ２を再び通って次段（λ３ステージ）と連結する導波路Ｅ２に集光する。そしてポートＰ２から出射した波長λ２はコリメートレンズＡ２，フィル夕Ｆ２，コリメートレンズＢ２を順に通り、光路を整合させてある導波路Ｅ２に集光し、したがって導波路Ｅ２には２つの波長λ１，λ２が通り、合波された光信号が次段（λ３ステージ）に向かう。
【００３１】
こうして各ポートＰ１，…，Ｐ５からの波長λ１，…，λ５は順次に合波し、そして最終段（λａステージ）にはフィルタＦｉは配置せず、コリメートレンズＢａ，コリメートレンズＡａを順に通り、当該ステージのポートＰａには波長λ１，…，λ５が集光し、全波長を合波した光信号が出力する。
【００３２】
また分波の動作は逆に、波長λ１，…，λ５まで全てを合波した光信号を、最終段のポートＰａから出射すると、光路を逆に巡って各ポートＰ１，…，Ｐ５には順次に波長λ１，…，λ５が集光し、それぞれ波長を取り出すことができ、分波できる。
【００３３】
このように、導波路ＥｉやコリメートレンズＡｉ，Ｂｉなど、各要素は複数を並び列に形成してアレイ部品にすることから、導波路アレイ１やレンズアレイＡｘ，ＢｘそしてファイバアレイＰｘなどのアレイ部品における各要素はそれぞれ所定の位置に正しく配列した状態に得ることができる。また、導波路アレイ１やレンズアレイＡｘ，Ｂｘなどのアレイ部品には位置マーカ２を設けるので、これを基準にすることで正しく組み上げることができる。
【００３４】
その結果、少ない工数で容易に組み上げることができ、従来のように各要素を個別にアライメントする必要はなく、光学系のアライメントを簡単に行えて高い精度に得ることができる。
【００３５】
また、導波路アレイ１には各導波路Ｅｉに対して、基板１０の厚み方向の光と整合させる光ガイド手段を設けるので、他の構成要素（レンズアレイＢｘ，フィル夕Ｆｉ，レンズアレイＡｘ，ファイバアレイＰｘ）を導波路アレイ１に順に重ねて組み上げることができる。したがって、導波路アレイ１に対面させて他の構成要素を配置するので、構成がコンパクトになり、シンプルな構成により小型化することができ、コスト面に有利性がある。
【００３６】
図５，図６は、本発明の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に波長λ１，…，λ５までの５波を入出力する構成を採る。そして、本実施の形態では、コリメートレンズＡｉはベース板上に３個並びの２列を形成して１枚のアレイ部品（レンズアレイ３）とし、またコリメートレンズＢｉは導波路アレイ４の側に３個並びの２列を一体に形成している。そして、他の構成要素は前述した第１の実施の形態と同様であり同一符号を付してその説明を省略する。この場合、アレイ部品はレンズアレイ３，導波路アレイ４の２枚になり、両者の間にフィルタＦｉを配置して重ね合わせる。
【００３７】
＊重ね方向での位置出し
導波路アレイ４とレンズアレイ３には、図５（ｂ）に示すように、両者の対向面に突き当て部５を設け、両者を重ね合わせる組み付けに際して突き当て部５を接面させる構成になっている。この突き当て部５はコリメートレンズＡｉ，Ｂｉを形成するフォトリソグラフィにおいて当該面を残すようにすることで形成でき、高さ位置の基準面になる。
【００３８】
つまり、フィルタＦｉはガラス板に形成することから平面精度が十分にあり、組み付け時には突き当て部５を接面させるので、導波路アレイ４，フィルタＦｉ，レンズアレイ３を単に重ね合わせることで高さ位置と傾き位置が所定にアライメントし、組み付けが完了する。
【００３９】
このように、導波路アレイ４の側にコリメートレンズＢｉを直接に形成することで、製造時のアライメント作業を一部省略できるメリットがある。
【００４０】
本形態は上記したようにアレイ部品が２枚になり、導波路アレイ４，フィルタＦｉ，レンズアレイ３を単に重ね合わせることでアライメントでき、組み付けが完了することから、アライメント工数をさらに低減できる。したがって、コストを低減する効果が大きく、そして構成がさらにシンプルになり小型化をより進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】光合分波器の従来例を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態を示す光合分波器の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図３】図２に示す導波路アレイをレンズアレイ側から見た平面図である。
【図４】図２に示す光合分波器の構成図である。
【図５】第２の実施の形態を示す光合分波器の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図６】図５に示す導波路アレイをレンズアレイ側から見た平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，４  導波路アレイ
２  位置マーカ
３，Ａｘ，Ｂｘ  レンズアレイ
５    突き当て部
１０  基板
１１  反射膜
Ａｉ，Ｂｉ  コリメートレンズ
Ｆｉ  フィルタ
Ｅｉ  導波路
Ｐｉ  ポート
Ｐｘ  ファイバアレイ
【図１】
2005070368.tif 000003
【図２】
2005070368.tif 000004
【図３】
2005070368.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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