(57)【要約】【課題】  光合分波損失、および光導波路手段との結合損失の低減を図り、小型化および製造コストの低減を図る。【解決手段】  第１の光導波路素子５の４本の光導波路６，７，８，９と第２の光導波路素子１５の４本の光導波路１６，１７，１８，１９とは、４枚のバンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４を介して、第１の光導波路素子５の他端面５ｂと第２の光導波路素子１５の一端面１５ａとで光学的に接続される。第２の光導波路素子１５の他端面１５ｂには、隣接する３本の光導波路１６，１７，１８を導波された光を反射する反射膜２０が設けられる。そして、第２の光導波路素子１５には、３本の光導波路１６，１７，１８が、他端面１５ｂの反射膜２０で折り返した後に、一端面１５ａで、隣り合う光導波路１７，１８，１９と交差するように設けられ、他端面１５ｂで残る１本の光導波路１９が出力側光ファイバ２１に光学的に接続される。【選択図】  図１
2005241730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列され該光導波路が一端面および他端面で終端される第１の光導波路素子と、光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列され該光導波路が一端面および他端面にわたって設けられた第２の光導波路素子と、前記第１の光導波路素子の他端面と前記第２の光導波路素子の一端面との間に設けられ、透過光の波長帯域が異なるＮ枚のバンドパスフィルタとを備える光合分波器において、
前記第１の光導波路素子の前記Ｎ本の光導波路と前記第２の光導波路素子の前記Ｎ本の光導波路とは、前記Ｎ枚のバンドパスフィルタを介して、前記第１の光導波路素子の前記他端面と前記第２の光導波路素子の前記一端面とで光学的に接続され、
前記第２の光導波路素子の前記他端面には、隣接する（Ｎ−１）本の前記光導波路を導波された光を反射する反射膜が設けられ、
前記第２の光導波路素子には、前記（Ｎ−１）本の前記光導波路が、前記他端面の前記反射膜で折り返した後に、前記一端面で、隣り合う前記光導波路と交差するように設けられ、前記他端面で残る１本の前記光導波路が外部光導波路手段に光学的に接続されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
異なる波長の光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列され該光導波路が一端面および他端面で終端される第１の光導波路素子と、光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列され該光導波路が一端面および他端面にわたって設けられた第２の光導波路素子と、前記第１の光導波路素子の他端面と前記第２の光導波路素子の一端面との間に設けられ、透過光の波長帯域が異なる（Ｎ−１）枚のバンドパスフィルタとを備える光合分波器において、
前記第１の光導波路素子の隣接する（Ｎ−１）本の前記光導波路と前記第２の光導波路素子の隣接する（Ｎ−１）本の前記光導波路とは、隣接する（Ｎ−１）枚の前記バンドパスフィルタを介して、前記第１の光導波路素子の前記他端面と前記第２の光導波路素子の前記一端面とで光学的に接続され、
前記第１の光導波路素子の残る１本の前記光導波路と前記第２の光導波路素子の残る１本の前記光導波路とは、端面を介さずに連続して形成され、あるいは、前記第１の光導波路素子の前記他端面と前記第２の光導波路素子の前記一端面とで光学的に接続され、
前記第２の光導波路素子の前記他端面には、前記光導波路を導波された光を反射する反射膜が設けられ、
前記第２の光導波路素子は、前記残る１本の光導波路を含む隣接する（Ｎ−１）本の光導波路が、前記他端面の前記反射膜で折り返された後に、前記一端面で隣り合う光導波路と交差するように設けられ、前記他端面で折り返されない１本の光導波路が、外部光導波路に光学的に接続されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項３】
前記第１の光導波路素子は、前記Ｎ本の光導波路のピッチが、前記一端面と前記他端面とで異なり、前記ピッチが、前記第１の光導波路素子内で前記光導波路に沿って徐々に変化している請求項１または２に記載の光合分波器。
【請求項４】
前記第１の光導波路素子および前記第２の光導波路素子は、同一基板上によって一体に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光合分波器と、
前記第１の光導波路素子の前記一端面で、前記Ｎ本の光導波路と光学的に接続されるＮ個の発光素子またはＮ個の受光素子と、
前記第２の光導波路素子の前記他端面で、１本の前記光導波路と光学的に接続される光ファイバとを備える光モジュール。
【請求項６】
複数の前記光合分波器を収容する筐体を備え、
前記筐体の一側面側に位置して、光が入力される入力側光ファイバおよび光を出力する出力側光ファイバがそれぞれ配設されている請求項５に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重光通信において、例えば複数の光ファイバ、光導波路、レーザ等から出射放射され、異なる波長を有する複数のレーザ光を１本の光ファイバまたは光導波路に束ねるための光合波器、および、１本の光ファイバまたは光導波路等から出射され、異なる波長を有する複数のレーザ光を、波長毎に複数の光ファイバ、光導波路、受光素子等に分配するための光分波器として用いられる光合分波器およびこの光合分波器を備える光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１０〜２０ｋｍ程度の比較的短距離のイーサネット等のデータ通信用途には、２．５Ｇｂｐｓ程度の単一波長の光通信が普及し始めている。光送受信モジュールとしては、製造コストの低減および小型化が図られることが求められている。
【０００３】
一方、波長多重光通信では、複数の波長の光信号を束ねて光ファイバを伝送する光通信方式であるが、各波長の光信号のビットレートに波長数をかけたものが総信号ビットレートとなる。このような波長多重通信の光送受信モジュールが低コストかつ小型化が実現されれば、波長数倍だけのビットレートのデータ通信を簡便かつ低い製造コストで行うことが可能になる。
【０００４】
光送受信モジュールの小型化、製造コストの低減を実現するためには、光合分波器の小型化と低コスト化が必須である。また、通信可能なビットレートは、光合分波器における挿入損失、すなわち、光合分波損失と光結合損失の和に依存するため、光合分波器の挿入損失が低いことも必須の要件である。以下に、以上の目的のための光合分波器の従来例を示す。
【０００５】
図４に、従来例１として、異なる各波長λ１，λ２，λ３，λ４を合成するための４波長光合分波器を示す。図４では、光合波器として機能している場合を示しているが、光の入射方向を逆方向にとれば、分波器としても機能する。この光合波器の動作を以下に述べる。
【０００６】
図４に示すように、光ファイバ２０１，２０２，２０３，２０４からそれぞれに対応する光導波路２０６，２０７，２０８，２０９にレンズを介さずに直接入射された光は、それぞれの波長のみを透過する波長フィルタである薄膜バンドパスフィルタ２１０，２１１，２１２，２１３を透過した後、２波長毎にＹ分岐光導波路２１４，２１５で合波される。２波長毎に束ねられた光は、さらに次のＹ分岐光導波路２１６で合波されて、一本の光ファイバ２１７にレンズを介さずに直接入射される。光導波路、薄膜バンドパスフィルタは、光導波路素子２０５上に形成されている。
【０００７】
以上の結果、異なる４つの波長の光は、一本の光ファイバ２１７に結合される。ここでは、光導波路としては、比較的低導波損失の石英系導波路を用いている。また、光導波路の断面寸法は、偏光依存性がなく光ファイバとの直接結合における損失が小さくなるように調整されている。
【０００８】
この従来の光合波器の長所は、光ファイバと光導波路を直接結合することで、レンズを用いない、いわゆるレンズレス構造の光学回路を構成することができることである。レンズレス構造であることで、部品コストと実装工程でのアラインメントに要する調整コストを低減できる。なお、従来例１の光合分波器では、光合波器として用いる場合には、薄膜バンドパスフィルタが必要でないが、光分波器として用いる場合には薄膜バンドパスフィルタが必要になる。
【０００９】
また、従来例２としては、図５に示すような４波長光合分波器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。図５では、光合波器として機能している場合を示しているが、光の入射方向を逆方向にとれば、光分波器としても機能する。光合波器の動作を以下に述べる。
【００１０】
図５に示すように、光ファイバ２３１，２３２，２３３，２３４からそれぞれに対応する位置のマイクロレンズ２３６，２３７，２３８，２３９に入射された光は、コリメート光となる。マイクロレンズの光軸は、光ファイバの光軸に対して偏芯されて設けられており、コリメート光の光軸が光ファイバの光軸に対して数度程度だけ傾斜するように構成されている。
【００１１】
コリメート光は、透明な第１のガラス基板２４１を透過し、それぞれの波長のみを透過する薄膜バンドパスフィルタ２４２，２４３，２４４，２４５、および透明な第２のガラス基板２４６を透過し、高反射膜２４７に到達する。この高反射膜２４７で反射されたコリメート光、例えば光ファイバ２３１から入射した波長λ１の光は、隣接する光ファイバの光である波長λ２の光のみを透過する薄膜バンドパスフィルタ２４３で反射されて、２つの波長のコリメート光が同じ光軸に合波される。
【００１２】
これを繰り返し、最終的に、異なる４つの波長のコリメート光が同じ光軸に合波されて、マイクロレンズ２４０に到達する。マイクロレンズ２４０の光軸は、光ファイバ２３５の光軸に対して偏芯されており、コリメート光は光軸が出力側光ファイバ２３５の光軸と平行となるように偏向されて出力側光ファイバ２３５に集光される。
【００１３】
なお、コリメート光の偏向角、すなわち薄膜バンドパスフィルタへの入射角を数度程度に抑えている理由は、薄膜バンドパスフィルタの偏光依存性を抑制するためである。その他の光路は、空間光学系であるため、偏光依存性がない。この従来例２の光合波器の長所は、従来例１のような理論上の最低合波損失がなく、低損失を実現できることである。また、この光合波器によれば、光路が高反射膜２４７で折り返されているため、小型化できる。
【００１４】
また、従来例３としては、図６に示すような４波長光合分波器が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。図６では、光合波器として機能している場合を示しているが、光の入射方向を逆方向にとれば、光分波器としても機能する。光合波器の動作を以下に述べる。
【００１５】
図６に示すように、従来例３の４波長光合分波器では、波長が異なるレーザ光（波長λ１〜λ４）が、各光ファイバ２６１，２６２，２６３，２６４からそれぞれに対応する光導波路２６６，２６７，２６８，２６９に入射され、それぞれの波長のみを透過する薄膜バンドパスフィルタ２７０，２７１，２７２，２７３を通過する。波長λ１の光は、そのまま出力側光ファイバ２７７に出力され、波長λ２〜λ４の光は、各薄膜バンドパスフィルタ２７０，２７１，２７２，２７３で１回〜３回反射された後に出力側光ファイバ２７７に出力される。
【００１６】
光導波路と光ファイバは直接結合されている。この結果、４波長の光は一本の光ファイバ２７７に結合される。この従来の光合波器の長所は、光ファイバと導波路を直接結合されたレンズレス構造にされていることである。この光合波器によれば、レンズレス構造であることによって、部品コストと実装工程でのアラインメントに要する調整コストを低減することができる。
【特許文献１】特開２００２−１６９０５４号公報
【特許文献２】特開平１１−１８３７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した従来例１の光合分波器の短所は、光導波路を曲げるときに、導波損失を避けるために曲率半径１０ｍｍ以上で曲げる必要があり、光導波路全体が占める面積が大きくなることである。光導波路全体が占める面積が大きくなることに伴って、１つのウエハから作製できる光導波路チップの個数が少なくなり、チップ単価が高くなってしまう問題がある。これに加えて、従来例１では、Ｙ分岐光導波路を光路に沿って２段に連結させた構成であるため、理論的な分岐損失６ｄＢ（＝３ｄＢ×２段）よりも損失を下げることが困難である。
【００１８】
従来例２の光合分波器の短所は、比較的高価なマイクロレンズアレイが必要であること、マイクロレンズアレイの精密なアラインメントが必要であること、２枚の第１および第２のガラス基板２４１，２４６と薄膜バンドパスフィルタとを高精度な平行度で貼り合わせる必要があること、によって製造コストがかさむことである。また、光ファイバからの入射光をマイクロレンズ（コリメータレンズ）で完全に平行光化することが難しく、入力側光ファイバから出力側光ファイバまでの距離を小さく抑えなければ低損失を実現できない。このため、光合波器の構造上のパラメータ、すなわちガラス基板の厚さ、入力側光ファイバのピッチ等に厳しい制限があり、部品実装に高い精度と多くの自由度を必要とする不都合がある。
【００１９】
従来例３の光合分波器の短所は、従来例１と同様に、光導波路を曲げるときに、放射損失を避けるために曲率半径１０ｍｍ以上で曲げる必要があり、光導波路のチップサイズが大きくなることである。このため、１つのウエハから作製できる光導波路チップの個数が少なくなり、チップ単価が高くなる問題がある。
【００２０】
以上に加えて、従来例２，３の光合分波器に共通する短所は、光送受信モジュールに内蔵する光合分波器には適さないことである。一般に、送信モジュールでは、ＩＣ（Integrated Circuit）−電気配線−半導体レーザアレイ−光合波器−ファイバ（１本）という直列配置の構成が、光モジュールの小型化を図り、損失を抑える上で望ましい。これは、受信モジュールでも同様である。したがって、光合分波器には、片側の一端面に複数の単一波長の入出力ポートが設けられ、反対側の他端面に１本の全波長の入出力ポートが設けられる構成が望まれている。
【００２１】
そこで、本発明は、光合分波損失、および外部光導波路手段との結合損失を低減し、小型化および製造コストの低減を図ることができる光合分波器を提供する。また、本発明は、このような光合分波器を用いた小型化および製造コストの低減を図ることができる光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した目的を達成するため、本発明に係る光合分波は、異なる波長の光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列されこれら光導波路が一端面および他端面で終端される第１の光導波路素子と、光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列されこれら光導波路が一端面および他端面にわたって設けられた第２の光導波路素子と、第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面との間に設けられ、透過光の波長帯域が異なるＮ枚のバンドパスフィルタとを備える光合分波器である。そして、第１の光導波路素子のＮ本の光導波路と第２の光導波路素子のＮ本の光導波路とは、Ｎ枚のバンドパスフィルタを介して、第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面とで光学的に接続される。また、第２の光導波路素子の他端面には、隣接する（Ｎ−１）本の光導波路を導波された光を反射する反射膜が設けられる。また、第２の光導波路素子には、（Ｎ−１）本の光導波路が、他端面の反射膜で折り返した後に、一端面で、隣り合う光導波路と交差するように設けられ、他端面で、残る１本の光導波路が外部光導波路手段に光学的に接続される。
【００２３】
以上のように構成された本発明に係る光合分波器について、まず、光合波器として機能させる場合を説明する。第１の光導波路素子には、Ｎ本の光導波路が平面上に配列されており、一端面と他端面が形成されている。第１の光導波路素子には、一端面のＮ本の光導波路に、例えばＮ本の光ファイバが光学的に接続されて、各光ファイバから波長λ１，λ２，．．．λＮのそれぞれ異なる波長の光が入力される。第１の光導波路素子は、光導波路の断面寸法を最適に設定すれば、レンズレス構造の直接光結合であっても低損失かつ偏光依存性が小さい光結合が可能になる。
【００２４】
第１の光導波路素子の光導波路を導波されて第１の光導波路素子の他端面に達した光は、それぞれの波長の光に対応して透過する波長帯域を持つバンドパスフィルタを透過する。バンドパスフィルタを透過した後、第２の光導波路素子の一端面で、第２の光導波路素子のＮ本の光導波路にそれぞれ光結合する。ここでの光損失を抑制するためには、バンドパスフィルタの厚みをできるだけ薄く、第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面との間の距離をできるだけ小さくすることが望ましい。この第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面との間の距離は、５０μｍ以下が望ましく、更に望ましくは２０μｍ以下である。
【００２５】
また、バンドパスフィルタを介して対向する第１の光導波路素子側のＮ本の光導波路と第２の光導波路素子側のＮ本の光導波路は、互いに光軸がほぼ一致することが望ましい。このような構成は、第１および第２の光導波路素子を同一基板上に形成し、この基板上に溝を形成して、この溝内に厚さが比較的薄いバンドパスフィルタを挿入することで容易に実現できる。このとき、光導波路の断面寸法を最適に設定すれば、レンズレス構造の直接光結合でも、比較的低損失かつ偏光依存性が小さい光結合が可能である。
【００２６】
さらに、バンドパスフィルタの偏光依存性を抑制するためには、バンドパスフィルタの光透過面の垂線と光導波路の光軸とがなす角度を５度以内にすることが望ましい。第２の光導波路素子の光導波路に入力された光は、第２の光導波路素子の他端面に到達し、この他端面に形成された反射膜で反射されて折り返され、導波方向が異なる他の光導波路を通って再び第２の光導波路素子の一端面に戻ってくる。第２の光導波路素子では、この一端面で、光導波路が隣り合う光導波路と交差されている。この交差する位置にあるバンドパスフィルタは、この波長の光を反射するようにされているため、バンドパスフィルタで反射された光は、バンドパスフィルタを透過する光と同じ光導波路を通って、再び第２の光導波路素子の他端面に到達する。このような過程を繰り返し、全ての異なる波長の光は、第２の光導波路素子内の１本の光導波路に束ねられ、第２の光導波路の他端面に向かうことになる。この１本の光導波路には、他端面に反射膜が設けられていないので、異なる波長の光が合波された光を、他端面から、例えば光ファイバ等の他の外部光導波路に出力する。このとき、光導波路の断面寸法を最適に設定すれば、レンズレス構造の直接光結合であっても、低損失かつ偏光依存性の小さい光結合が可能である。
【００２７】
以上、本発明に係る光合分波器を光合波器として機能させる場合を説明したが、合波された光を逆方向に入力すれば、すなわち、第２の光導波路の他端面から１本の光導波路に入力することで、第１の光導波路素子の一端面でＮ本の光導波路から波長選択された個々の波長の光がそれぞれ出力され、光分波器としての機能が得られる。
【００２８】
また、本発明に係る他の光合分波器は、異なる波長の光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列されこれら光導波路が一端面および他端面で終端される第１の光導波路素子と、光を導波するＮ本の光導波路が平面上に配列されこれら光導波路が一端面および他端面にわたって設けられた第２の光導波路素子と、第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面との間に設けられ、透過光の波長帯域が異なる（Ｎ−１）枚のバンドパスフィルタとを備える光合分波器である。そして、第１の光導波路素子の隣接する（Ｎ−１）本の光導波路と第２の光導波路素子の隣接する（Ｎ−１）本の光導波路とは、隣接する（Ｎ−１）枚のバンドパスフィルタを介して、第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面とで光学的に接続される。また、第１の光導波路素子の残る１本の光導波路と第２の光導波路素子の残る１本の光導波路とは、端面を介さずに連続して形成され、あるいは、第１の光導波路素子の他端面と第２の光導波路素子の一端面とで光学的に接続される。また、第２の光導波路素子の他端面には、光導波路を導波された光を反射する反射膜が設けられる。また、第２の光導波路素子は、前記残る１本の光導波路を含む隣接する（Ｎ−１）本の光導波路が、他端面の反射膜で折り返された後に、一端面で隣り合う光導波路と交差するように設けられ、他端面で折り返されない１本の光導波路が、外部光導波路に光学的に接続される。
【００２９】
以上のように構成された本発明に係る他の光合分波器は、上述した本発明の光合分波器と同様の作用を有するものであるが、バンドパスフィルタが１個少なくされた構成にされている。これは、波長λ１，λ２，．．．λＮのそれぞれ異なる波長の光が管理されていれば、例えば波長λ２，．．．λＮの光をバンドパスフィルタで選択することで、残り１つの波長が、自動的にλ１の光となり、残り１つの波長の光をバンドパスフィルタで波長選択する必要がないためである。すなわち、この光合分波器は、例えば波長λ１用のバンドパスフィルタが省かれた構成である。
【００３０】
また、本発明に係る光合分波器が備える第１の光導波路素子は、Ｎ本の光導波路のピッチが、一端面と他端面とで異なり、このピッチが、第１の光導波路素子内で光導波路に沿って徐々に変化してもよい。
【００３１】
すなわち、この第１の光導波路素子は、Ｎ本の光導波路のピッチが一端側と他端側とで変化されており、いわゆる、光導波路のピッチ変換機能を備える構成である。本発明の光合分波器を例えば光合波器として使用する場合、第１の光導波路素子の一端面側の光導波路のピッチは、必ずしも他端面側の光導波路のピッチと一致している必要がなく、第１の光導波路素子の内部で緩やかに光導波路のピッチを変化させることで、低損失で光導波路のピッチを変換することが可能になる。このようなピッチ変換機能は、例えば、半導体レーザアレイの光を第１の光導波路素子の一端面側から入力させる場合に特に有用である。半導体レーザアレイは、レーザ間の熱干渉や電気干渉の影響を避けるためには、半導体レーザのピッチがある程度大きく確保されていることが望ましいが、一方で、バンドパスフィルタのピッチや、第２の光導波路素子内での光導波路のピッチは、光路長を短縮する等のためには小さい方が望ましい。したがって、本発明のようなピッチ変換機能が有用になる。そして、本発明の光合分波器によれば、光合分波器の外形寸法をそれほど大きくせずに、このような機能を容易に実現することができる。
【００３２】
また、本発明に係る光合分波器が備える第１の光導波路素子および第２の光導波路素子は、同一基板上によって一体に形成されることが好ましい。これによって、第１の光導波路素子および第２の光導波路素子の製造コストを低減し、各光導波路の位置精度が向上される。
【００３３】
また、本発明に係る光モジュールは、上述した本発明の光合分波器と、第１の光導波路素子の一端面で、Ｎ本の光導波路と光学的に接続されるＮ個の発光素子またはＮ個の受光素子と、第２の光導波路素子の他端面で、１本の光導波路と光学的に接続される光ファイバとを備える。
【００３４】
以上のように構成された本発明の光モジュールは、本発明の光合分波器を、特に発光素子、受光素子を含む光送受信モジュールに内蔵された構成である。光送信モジュールでは、例えば、ＩＣ−電気配線−半導体レーザアレイ−光合波器−光ファイバ（１本）という直列の構成が、光モジュールの小型化を図り、損失を低減する上で望ましい。光受信モジュールでも同様である。したがって、光モジュールに用いられる光合分波器には、一端面に複数の単一波長入出力ポートが設けられ、反対側の他端面に全波長の入出力ポート（１本）が設けられる構成が望まれており、本発明の光合分波器を使用すれば、このような構成が容易に実現される。すなわち、本発明の光モジュールによれば、モジュール全体が小型化され、損失が低減される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る光合分波器によれば、光合分波損失および光導波路手段との結合損失が低減され、小型化および製造コストの低減を図ることができる。
【００３６】
また、本発明に係る光モジュールによれば、本発明の光合分波器を適用することにより、小型化および製造コストの低減が図られた波長多重光通信用光送受信モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１に、本発明に係る第１の実施形態の４波長光合分波器を示す。図１では、４波長光合分波器を光合波器として機能させる構成を示しているが、光の入射方向を逆方向にとれば、分波器としても機能する。
【００３９】
図１に示すように、第１の実施形態の４波長光合分波器は、異なる波長の光を導波する４本の光導波路６，７，８，９が平面上に配列されこれら光導波路６，７，８，９が一端面５ａおよび他端面５ｂで終端される第１の光導波路素子５と、光を導波する４本の光導波路１６，１７，１８，１９が平面上に配列されこれら光導波路１６，１７，１８，１９が一端面１５ａおよび他端面１５ｂにわたって設けられた第２の光導波路素子１５と、第１の光導波路素子５の他端面５ｂと第２の光導波路素子１５の一端面１５ａとの間に設けられ、透過光の波長帯域が異なる４枚の薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４とを備える。
【００４０】
第１の光導波路素子５には、異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光をそれぞれ入力するための４本の入力側光ファイバ１，２，３，４が、各光導波路６，７，８，９の一端に光学的に接続されている。また、第１の光導波路素子５の各光導波路６，７，８，９は、一端面５ａから入射された光の光軸を数度程度曲げて他端面５ｂの各薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４に出射するように形成されている。
【００４１】
第２の光導波路素子１５の他端面１５ｂには、隣接する３本の光導波路１６，１７，１８を導波された光を反射する反射膜２０が設けられている。この反射膜２０は、例えばＡｕ等の比較的反射率が高い金属材料等によって形成されている。
【００４２】
第２の光導波路素子１５には、３本の光導波路１６，１７，１８が、一端面１５ａから他端面１５ｂに向かって延ばされ、他端面１５ｂの反射膜２０で折り返した後に、一端面１５ａで、隣り合う光導波路１７，１８，１９と交差するように設けられている。残る１本の光導波路１９は、一端面１５ａから他端面１５ｂに向かって設けられており、他端面１５ｂで、外部光導波路手段である出力側光ファイバ２１に光学的に接続されている。また、この光導波路１９は、一端面１５ａから入射された光の光軸を数度程度曲げて出力側光ファイバ２１に出射するように形成されている。
【００４３】
また、第１および第２の光導波路素子５，１５には、比較的低導波損失の石英系導波路（ＰＬＣ）が用いられている。また、第１および第２の光導波路素子５，１５は、各光導波路６〜９，１６〜１９の断面寸法が、偏光依存性がなく光ファイバとの直接光結合における損失が小さいように調整されている。
【００４４】
各薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４は、第１の光導波路素子５の他端面５ｂと第２の光導波路素子１５の一端面１５ａとの間に位置して、第１の光導波路素子５の各光導波路６，７，８，９に対応して配設されている。したがって、第１の光導波路素子５の４本の光導波路６，７，８，９と第２の光導波路素子１５の４本の光導波路１６，１７，１８，１９とは、４枚の薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４を介して、第１の光導波路素子５の他端面５ｂと第２の光導波路素子１５の一端面１５ａとで光学的に接続されている。
【００４５】
また、第１の光導波路素子５と第２の光導波路素子１５は、同一の基板によって一体に形成されて、これら第１の光導波路素子５と第２の光導波路素子１５との境界部に、溝１０が形成されており、この溝１０内に、各薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４が挿入されて設けられている。
【００４６】
以上のように構成された４波長光合分波器について、異なる４つの波長を合波する動作を、図面を参照して説明する。
【００４７】
図１に示すように、４本の入力側光ファイバ１，２，３，４からそれぞれ異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光が、第１の光導波路素子５の４本の光導波路６，７，８，９に、レンズを介さずに直接入射される。４つの波長の光は、それぞれが導波される光導波路６，７，８，９で光軸が数度程度だけ曲げられた後、それぞれの波長の光のみを透過する各薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４を透過し、再び第２の光導波路素子１５上の光導波路１６，１７，１８，１９に入射される。
【００４８】
これら光導波路１６，１７，１８，１９の他端側の他端面１５ｂに設けられている反射膜２０で反射された光（例えば波長λ１）は、再び光導波路１６，１７，１８，１９を通過し、隣の波長の光（波長λ２）のみを透過する薄膜バンドパスフィルタで反射されて、２つの波長の光が同じ光導波路に合波される。さらに、これを繰り返し、最終的に、異なる４つの波長λ１，λ２，λ３，λ４の光が同じ光導波路１９に合波される。そして、合波された光は、光導波路１９で光軸が数度程度だけ曲げられた後に、出力側光ファイバ２１に直接入射される。
【００４９】
上述したように、本実施形態の光合分波器によれば、光ファイバ等の光導波路、発光素子、受光素子を光学的に直接結合して、レンズレス構造の光回路を構成することができる。レンズレス構造であることは、レンズの部品コストが不要になり、かつ実装工程でのアラインメントに要する調整コストを削減できる。
【００５０】
さらに、この光合分波器は、上述の従来例１のような最低合波損失がなく、低損失が実現できる。偏向依存性についても、光導波路の断面寸法を最適に設定することで、依存性を小さくすることができる。また、この光合分波器は、第２の光導波路素子１５で、光導波路６，７，８，９が反射膜２０で折り返されているため、上述の従来例１，３よりも小型化することができる。そして、小型化できることは、光合分波器の製造コストの低減を図るのに効果が大きいだけでなく、この光合分波器を用いた光モジュールの小型化および製造コストの低減に効果がある。
【００５１】
また、光合分波器によれば、光導波路として石英導波路等の低損失導波路を用いることで、光導波路長に対する制限が緩和され、従来例２のような光路長の設計の厳しさが緩和される。さらに、第１の光導波路素子５と第２の光導波路素子１５を一括して作製し、第１の光導波路素子５と第２の光導波路素子１５との境界部に、溝を形成した後に、この溝内に各薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４を挿入することで、従来例２よりも遥かに実装作業が容易となる。
【００５２】
以上の結果、小型化および製造コストの低減が図られ、かつ低損失で偏光依存性が小さい光合分波器が実現される。このような光合分波器は、ファイバ入出力型の光合分波モジュールのみならず、光送受信モジュールにも適用できる。光送受信モジュールは、サイズの制限があることから特に小型の光合分波器が必要であり、このような用途にも本発明の光合分波器は適している。
【００５３】
また、光送信モジュールでは、ＩＣ−電気配線−半導体レーザアレイ−光合波器−ファイバ（１本）という直列の構成が、光モジュールの小型化を図り、損失を低減する上で望ましい。このことは、光受信モジュールでも同様である。したがって、光合分波器には、片側の一端面に複数の単一波長入出力ポートが設けられ、反対側の他端面に全波長の入出力ポート（１本）が設けられる構成が望まれており、本発明の光合分波器を光モジュールに用いて好適である。
【００５４】
なお、上述した光合分波器は、４枚の薄膜バンドパスフィルタ１１，１２，１３，１４を備える構成にされたが、薄膜バンドパスフィルタ１１が省かれた構成にされてもよい。すなわち、この構成の場合、図示しないが、光合分波器は、第１の光導波路素子５の隣接する３本の光導波路７，８，９と第２の光導波路素子１５の隣接する３本の光導波路１７，１８，１９とが、隣接する３枚の薄膜バンドパスフィルタ１２，１３，１４を介して、第１の光導波路素子５の他端面５ｂと第２の光導波路素子１５の一端面１５ａとで光学的に接続される。また、第１の光導波路素子５の残る１本の光導波路６と第２の光導波路素子１５の残る１本の光導波路１６とは、第１の光導波路素子５の他端面５ｂと第２の光導波路素子１５の一端面１５ａとで光学的に接続される。また、光導波路６と光導波路１６は、各端面５ｂ，１５ａを介さずに連続して形成されてもよい。
【００５５】
また、第２の光導波路素子１５の他端面１５ｂには、光導波路１６，１７，１８を導波された光を反射する反射膜２０が設けられる。また、第２の光導波路素子１５は、隣接する３本の光導波路１６，１７，１８が、他端面１５ｂの反射膜２０で折り返された後に、一端面１５ａで隣り合う光導波路１７，１８，１９と交差するように設けられ、他端面１５ｂで折り返されない１本の光導波路１９が、出力側光ファイバ２１に光学的に接続される。
【００５６】
この構成は、波長λ１，λ２，λ３，λ４のそれぞれ異なる波長の光が管理されている場合、例えば波長λ２，λ３，λ４の光を薄膜バンドパスフィルタ１２，１３，１４で選択することで、残り１つの波長が、自動的にλ１の光となり、残り１つの波長の光を薄膜バンドパスフィルタ１１で波長選択する必要がないためである。
【００５７】
（第２の実施形態）
つぎに、第２の実施形態の４波長光合分波器について、図面を参照して説明する。図２には、第２の実施形態の光合分波器を示す。
【００５８】
図２に示すように、第２の実施形態の４波長光合分波器は、異なる波長の光を導波する４本の光導波路３６，３７，３８，３９が平面上に配列されこれら光導波路３６，３７，３８，３９が一端面３５ａおよび他端面３５ｂで終端される第１の光導波路素子３５と、光を導波する４本の光導波路４６，４７，４８，４９が平面上に配列されこれら光導波路４６，４７，４８，４９が一端面４５ａおよび他端面４５ｂにわたって設けられた第２の光導波路素子４５と、第１の光導波路素子３５の他端面３５ｂと第２の光導波路素子４５の一端面４５ａとの間に設けられ、透過光の波長帯域が異なる４枚の薄膜バンドパスフィルタ４１，４２，４３，４４とを備える。
【００５９】
第１の光導波路素子３５には、異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光をそれぞれ入力するための半導体レーザアレイ３０の４個の半導体レーザ３１、３２、３３、３４が、各光導波路３６，３７，３８，３９の一端に光学的に接続されている。また、第１の光導波路素子３５の各光導波路３６，３７，３８，３９は、一端面３５ａから入射された光の光軸を数度程度曲げて他端面３５ｂの各薄膜バンドパスフィルタ４１，４２，４３，４４に出射するように形成されている。
【００６０】
第１の光導波路素子３５は、各光導波路３６，３７，３８，３９が、一端面３５ａでのピッチと、他端面３５ｂでのピッチが異なり、各光導波路３６，３７，３８，３９が緩やかに変化されて形成されている。すなわち、第１の光導波路素子３５は、各光導波路３６，３７，３８，３９が、半導体レーザアレイ３０の半導体レーザのピッチを任意のピッチに変換するピッチ変換機能を有している。
【００６１】
第２の光導波路素子４５の他端面４５ｂには、隣接する３本の光導波路４６，４７，４８を導波された光を反射する反射膜５０が設けられている。この反射膜５０は、例えばＡｕ等の比較的反射率が高い金属材料等によって形成されている。
【００６２】
第２の光導波路素子４５には、３本の光導波路４６，４７，４８が、一端面４５ａから他端面４５ｂに向かって延ばされ、他端面４５ｂの反射膜５０で折り返した後に、一端面４５ａで、隣り合う光導波路４７，４８，４９と交差するように設けられている。残る１本の光導波路４９は、一端面４５ａから他端面４５ｂに向かって設けられており、他端面４５ｂで、外部光導波路手段である出力側光ファイバ５１に光学的に接続されている。また、この光導波路４９は、一端面４５ａから入射された光の光軸を数度程度曲げて出力側光ファイバ５１に出射するように形成されている。
【００６３】
また、第１および第２の光導波路素子３５，４５には、比較的低導波損失の石英系導波路（ＰＬＣ）が用いられている。また、第１および第２の光導波路素子３５，４５は、各光導波路３６〜３９，４６〜４９の断面寸法が、偏光依存性がなく、半導体レーザや光ファイバとの直接光結合における損失が小さいように調整されている。
【００６４】
各薄膜バンドパスフィルタ４１，４２，４３，４４は、第１の光導波路素子３５の他端面３５ｂと第２の光導波路素子４５の一端面４５ａとの間に位置して、第１の光導波路素子３５の各光導波路３６，３７，３８，３９に対応して配設されている。したがって、第１の光導波路素子３５の４本の光導波路３６，３７，３８，３９と第２の光導波路素子４５の４本の光導波路４６，４７，４８，４９とは、４枚の薄膜バンドパスフィルタ４１，４２，４３，４４を介して、第１の光導波路素子３５の他端面３５ｂと第２の光導波路素子４５の一端面４５ａとで光学的に接続されている。
【００６５】
また、第１の光導波路素子３５と第２の光導波路素子４５は、同一の基板によって一体に形成されて、これら第１の光導波路素子３５と第２の光導波路素子４５との境界部に、溝４０が形成されており、この溝４０内に、各薄膜バンドパスフィルタ４１，４２，４３，４４が挿入されて設けられている。
【００６６】
以上のように構成された４波長光合分波器について、異なる４つの波長を合波する動作について図面を参照して説明する。
【００６７】
図２に示すように、半導体レーザアレイ３０の４個の半導体レーザ３１，３２，３３，３４からそれぞれ異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光が、第１の光導波路素子３５上の４本の光導波路３６，３７，３８，３９にレンズを介さずに直接入射される。４つの波長の光は、それぞれが導波される光導波路３６，３７，３８，３９で光軸が数度程度だけ曲げられた後、それぞれの波長の光のみを透過する薄膜バンドパスフィルタ４１，４２，４３，４４を透過し、再び第２の光導波路素子４５上の光導波路４６，４７，４８，４９に入射される。
【００６８】
また、これら光導波路４６，４７，４８，４９の反対側の他端面４５ｂに設けられている高反射膜５０で反射された光（例えば波長λ１）が、再び光導波路４６，４７，４８，４９を通過し、隣の波長の光（波長λ２）のみを透過する薄膜バンドパスフィルタで反射されて、２つの波長の光が同じ光導波路に合波される。さらに、これを繰り返し、最終的に、異なる４つの波長λ１，λ２，λ３，λ４の光が同じ光導波路４９に合波される。そして、合波された光は、光導波路４９で光軸が数度程度だけ曲げられた後に、出力側光ファイバ５１に直接入射される。
【００６９】
以上に加えて、本実施形態の４波長光合分波器の第１の光導波路素子３５は、半導体レーザのピッチに対応された一端面３５ａから入射された光が、第２の光導波路素子４５の光導波路４６，４７，４８，４９のピッチに対応された他端面３５ｂから出射されて、第２の光導波路素子４５の光導波路４６，４７，４８，４９に良好に入射される。
【００７０】
なお、本実施形態では、第１および第２の光導波路素子３５，４５を同じ石英系の光導波路素子で一括して形成する場合を示したが、２つの光導波路素子を異なる材料によって形成して、薄膜バンドパスフィルタを介して貼り合わせる構成にされてもよい。また、第１の光導波路素子３５は、例えばポリマー系材料によって形成されてもよい。
【００７１】
上述したように、本実施形態の４波長光合分波器によれば、光導波路３６，３７，３８，３９のピッチを、一端面３５ａ側のピッチから他端面３５ｂ側のピッチに変換する第１の光導波路素子３５を備えることによって、例えば半導体レーザアレイ等の発光素子アレイや、受光素子アレイの各光軸のピッチが、第２の光導波路素子４５の光導波路４１，４２，４３，４４のピッチと異なる場合にも対応することができる。すなわち、本実施形態の光合分波器は、受発光素子アレイの各光軸のピッチを、熱干渉の抑制や電気干渉の抑制等の目的に応じて選択することができ、光送受信モジュールに好適である。
【００７２】
なお、図示しないが、第１の光導波路素子の光導波路は、複数種のピッチを複数種、または単一のピッチに変換するように形成されてもよい。すなわち、４波長光合分波器は、第１の光導波路素子の一端面に、ピッチが異なる複数の受発光素子が光学的に接続されてもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
図３に、本実施形態の光合分波器を光送受信モジュールに適用した例を示す。
【００７４】
図３に示すように、本実施形態の光送受信モジュールは、筐体８０内に、送信するための光送信モジュール５８および受信するための光受信モジュール５９が配設されている。筐体８０には、一側面側に、光受信モジュール５９に光学的に接続されて光が入力される入力側光ファイバ７７、および光送信モジュール５８に光学的に接続されて光が出力される出力側光ファイバ６７がそれぞれ配設されている。
【００７５】
光送信モジュール５８および光受信モジュール５９は、光合分波器６１，７１を備えている。これら光合分波器６１，７１は、上述した実施形態の光合分波器の構成と同一であるため、説明を省略する。
【００７６】
光送信モジュール５８は、光合分波器６１と、この光合分波器６１に波長が異なるレーザ光を入力する発光素子アレイである半導体レーザアレイ６２と、この半導体レーザアレイ６２を駆動するドライバＩＣ６４と、このドライバＩＣ６４に電力を供給するための回路基板６５と、半導体レーザアレイ６２とドライバＩＣ６４とを電気的に接続する配線６３と、ドライバＩＣ６４とモジュール外部回路（不図示）とを電気的に接続する配線６６とを備えている。この光送信モジュール５８では、光合分波器６１で合波された光が、出力側光ファイバ６７に出力される。
【００７７】
光受信モジュール５９は、光合分波器７１と、平面上に複数の受光素子が配列された受光素子アレイ７２と、この受光素子アレイ７２による出力結果を増幅するアンプＩＣ７４と、このアンプＩＣ７４に電力を供給するための回路基板７５と、受光素子アレイ７２とアンプＩＣ７４とを電気的に接続する配線７３と、アンプＩＣ７４とモジュール外部回路（不図示）とを電気的に接続する配線７６とを備えている。この光受信モジュール５９では、入力側光ファイバ７７から入力された光が、光合分波器７１で波長毎に分波され、受光素子アレイ７２に到達する。
【００７８】
上述したように、本実施形態の光送受信モジュールによれば、光送信モジュール５８および光受信モジュール５９が、本実施形態の光合分波器を備えることによって、モジュール全体の小型化および製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の４波長光合分波器を示す模式図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態の４波長光合分波器を示す模式図である。
【図３】前記４波長光合分波器を用いた光送受信モジュールを示す模式図である。
【図４】従来例１の４波長光合分波器の構成を示す模式図である。
【図５】従来例２の４波長光合分波器の構成を示す模式図である。
【図６】従来例３の４波長光合分波器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，２，３，４  光ファイバ
５  第１の光導波路素子
５ａ  一端面
５ｂ  他端面
６，７，８，９  光導波路
１０  溝
１１，１２，１３，１４  薄膜バンドパスフィルタ
１５  第２の光導波路素子
１５ａ  一端面
１５ｂ  他端面
１６，１７，１８，１９  光導波路
２０  反射膜
３０  半導体レーザアレイ
３１，３２，３３，３４  半導体レーザ
【図１】
2005241730.tif 000003
【図２】
2005241730.tif 000004
【図３】
2005241730.tif 000005
【図４】
2005241730.tif 000006
【図５】
2005241730.tif 000007
【図６】
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