(57)【要約】【課題】製造コストの低減および光信号の損失の低減を図りつつ小形化する。【解決手段】光信号Ｓ１を透過し光信号Ｓ１とは波長が異なる光信号Ｓ２を反射する波長フィルタ部１６と、波長フィルタ部１６および光信号入出力部Ｐ１の間で光信号Ｓ１，Ｓ２を導波可能に形成された導波路１４ａ（第１の欠陥部）と、波長フィルタ部１６および光信号入出力部Ｐ３の間で光信号Ｓ２を導波可能に形成された導波路１４ｃ（第２の欠陥部）とを備え、導波部１４ａ，１４ｂおよび波長フィルタ部１６は、２次元のフォトニック結晶体で構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光信号を透過すると共に当該第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を反射する波長フィルタ部と、当該波長フィルタ部および第１の光信号入出力部の間で前記第１の光信号および前記第２の光信号をそれぞれ導波可能に形成された第１の導波部と、前記波長フィルタ部および第２の光信号入出力部の間で前記第２の光信号を導波可能に形成された第２の導波部とを備え、前記波長フィルタ部は、２次元または３次元のフォトニック結晶体で構成されると共に前記両導波部の交差位置に配設されている光合分波器。
【請求項２】
平板状のクラッド部を備え、
前記第１の導波部および前記第２の導波部は、前記クラッド部において、当該クラッド部の屈折率よりも高い屈折率の材料でそれぞれ直線状に形成されると共に当該両導波部によって全体として平面視Ｌ字状に形成され、
前記波長フィルタ部は、角柱状に形成されると共に、その一側面が前記第２の光信号入出力部を介して入力された前記第２の光信号を前記第１の導波路側に反射可能に配設されている請求項１記載の光合分波器。
【請求項３】
前記フォトニック結晶体は、平板状に形成され、かつ前記第１の導波部としての直線状の第１の欠陥部と、前記第１の欠陥部と相俟って平面視Ｌ字状に形成される前記第２の導波部としての直線状の第２の欠陥部とが形成されて構成され、
前記波長フィルタ部は、前記第２の光信号入出力部を介して入力された前記第２の光信号を前記第１の導波路側に反射可能に前記両導波部の交差位置における前記フォトニック結晶体を所定形状に形成して構成されている請求項１記載の光合分波器。
【請求項４】
前記第１の導波部の延長線上に形成されると共に、前記波長フィルタ部および第３の光信号入出力部の間において前記第１の光信号を導波可能に形成された第３の導波部を備えている請求項２または３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、波長が異なる複数の光信号を合波および分波する光合分波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、メタル系有線通信回線や無線通信回線に代わる通信回線として、大量のデータを高速に伝送可能な光通信回線が広く普及し始めている。この光通信回線では、メタル系通信回線や無線通信回線において伝送される電気信号に代えて、波長が異なる複数の光信号が光ファイバを介して伝送されている。このため、光ファイバを介して伝送されている複数の光信号から所望の光信号を抽出したり、光ケーブルに対して光信号を出力したりするための各種光通信用回路部品が開発されている。この種の光通信用回路部品の一例として、特開平１１−１４２６６６号などに開示されている光合分波器が知られている。この種の光合分波器では、基本的には、図７，８に示す構成を有しており、この光合分波器５１は、図８に示すように、光ファイバ２１を介して伝送された複数の光信号から所定波長の光信号Ｓ１（一例として、波長１．５５μｍ）を抽出して受光素子２２に出力すると共に、発光素子２３によって出射された光信号Ｓ２（一例として、波長１．３１μｍ）を光ファイバ２１に出力可能に構成され、図７に示すように、基板５２、クラッド層５３および波長フィルタ５６を備えている。
【０００３】
基板５２は、クラッド層５３を支持するための支持体であって、全体として長板状に形成されている。クラッド層５３は、屈折率の比較的低い光学素材を基板５２の上に積層して形成されている。このクラッド層５３には、光信号入出力部Ｐ１から波長フィルタ５６（光信号入出力部Ｐ２）に光信号Ｓ１を導波するための導波路５４ａと、光信号入出力部Ｐ３から波長フィルタ５６に光信号Ｓ２を導波するための導波路５４ｂとからなる平面視Ｙ字状の光導波路５４が形成されている。また、光導波路５４は、クラッド層５３の形成材料よりも屈折率が高いコア材料５によって形成されている。この場合、図８に示すように、導波路５４ａ，５４ｂは、光導波路５４からの光信号Ｓ１，Ｓ２の漏出を阻止するために、大きな曲率でその平面視がほぼクランク状となるようにそれぞれ形成されている。波長フィルタ５６は、いわゆる誘電体多層膜フィルタであって、光信号Ｓ１を透過すると共に光信号Ｓ１の波長とは異なる波長の光信号（例えば光信号Ｓ２）を反射可能に形成されて導波路５４ａ，５４ｂの結合部分に配設されている。
【０００４】
この光合分波器５１による光信号Ｓ１，Ｓ２の合波および分波に際しては、まず、図８に示すように、光信号入出力部Ｐ１に光ファイバ２１を連結すると共に、光信号入出力部Ｐ２に受光素子２２を連結し、光信号入出力部Ｐ３に発光素子２３を連結する。この場合、光ファイバ２１は、図外の基幹系光ファイバに接続されて基幹系光ファイバおよび光合分波器５１の間で各種光信号を双方向に伝送する。また、受光素子２２は、波長フィルタ５６を透過した光信号Ｓ１を受光してＯ／Ｅ変換（光電変換）して所定の電気信号を出力し、発光素子２３は、電子端末など（図示せず）によって出力された電気信号をＥ／Ｏ変換（電光変換）して光信号Ｓ２を出力する。この状態で、光ファイバ２１を介して光信号Ｓ１が伝送された際には、光信号Ｓ１は、光信号入出力部Ｐ１から光合分波器５１内に入力されて導波路５４ａによって波長フィルタ５６に導波される。この場合、波長フィルタ５６が光信号Ｓ１を透過するため、導波路５４ａによって導波された光信号Ｓ１は、矢印Ａ１１で示すように、波長フィルタ５６を透過して光信号入出力部Ｐ２を介して受光素子２２に出力される。これにより、受光素子２２によって光信号Ｓ１がＯ／Ｅ変換されて所定の電気信号が出力される。
【０００５】
一方、電子端末によって発光素子２３に電気信号が出力された際には、発光素子２３は、出力された電気信号をＥ／Ｏ変換して光信号Ｓ２を出力する。この際に、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ３を介して光合分波器５１内に入力されて導波路５４ｂによって波長フィルタ５６に導波される。この場合、波長フィルタ５６が光信号Ｓ２を反射するため、導波路５４ｂによって導波された光信号Ｓ２は、矢印Ｂ１１で示すように、波長フィルタ５６によって導波路５４ａ側に反射される。これにより、導波路５４ａによって導波された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ１から光ファイバ２１に出力され、光ファイバ２１を介して基幹系光ファイバに伝送される。
【特許文献１】特開平１１−１４２６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、この従来の光合分波器５１には、以下の問題点がある。すなわち、この光合分波器５１では、光導波路５４からの光信号Ｓ１，Ｓ２の漏出を回避すべく、導波路５４ａ，５４ｂが大きな曲率でほぼクランク状にそれぞれ形成されている。したがって、導波路５４ａ，５４ｂの長さ、すなわち、光信号入出力部Ｐ１と波長フィルタ５６（光信号入出力部Ｐ２）との距離、および光信号入出力部Ｐ３と波長フィルタ５６との距離をそれぞれある程度長くする必要がある。このため、従来の光合分波器５１には、光導波路５４の形状に起因して光合分波器５１が大形化しているという問題点がある。また、従来の光合分波器５１では、波長フィルタ５６として誘電体多層膜フィルタを採用している。この場合、誘電体多層膜フィルタは、一般的に、誘電体材料を蒸着またはスパッタリングすることによって形成される。このため、波長フィルタ５６の製作コストが比較的高いことに起因して、光合分波器５１の製造コストが高いという問題点もある。さらに、従来の光合分波器５１では、導波路５４ａによって導波された光信号Ｓ１の一部が波長フィルタ５６によって図８に示す矢印Ｃ１１の向きで導波路５４ｂ側に反射されたり、導波路５４ｂによって導波された光信号Ｓ２の一部が波長フィルタ５６を透過したりすることがある。かかる場合には、受光素子２２によって受光されるべき光信号Ｓ１、および光ファイバ２１を介して伝送されるべき光信号Ｓ２が光合分波器５１内で損失するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減および光信号の損失の低減を図りつつ小形化し得る光合分波器を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく請求項１記載の光合分波器は、第１の光信号を透過すると共に当該第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を反射する波長フィルタ部と、当該波長フィルタ部および第１の光信号入出力部の間で前記第１の光信号および前記第２の光信号をそれぞれ導波可能に形成された第１の導波部と、前記波長フィルタ部および第２の光信号入出力部の間で前記第２の光信号を導波可能に形成された第２の導波部とを備え、前記波長フィルタ部は、２次元または３次元のフォトニック結晶体で構成されると共に前記両導波部の交差位置に配設されている。
【０００９】
請求項２記載の光合分波器は、請求項１記載の光合分波器において、平板状のクラッド部を備え、前記第１の導波部および前記第２の導波部は、前記クラッド部において、当該クラッド部の屈折率よりも高い屈折率の材料でそれぞれ直線状に形成されると共に当該両導波部によって全体として平面視Ｌ字状に形成され、前記波長フィルタ部は、角柱状に形成されると共に、その一側面が前記第２の光信号入出力部を介して入力された前記第２の光信号を前記第１の導波路側に反射可能に配設されている。この場合、本発明において、「Ｌ字状」とは、Ｌ字およびＶ字の両者を含む概念である。
【００１０】
請求項３記載の光合分波器は、請求項１記載の光合分波器において、前記フォトニック結晶体は、平板状に形成され、かつ前記第１の導波部としての直線状の第１の欠陥部と、前記第１の欠陥部と相俟って平面視Ｌ字状に形成される前記第２の導波部としての直線状の第２の欠陥部とが形成されて構成され、前記波長フィルタ部は、前記第２の光信号入出力部を介して入力された前記第２の光信号を前記第１の導波路側に反射可能に前記両導波部の交差位置における前記フォトニック結晶体を所定形状に形成して構成されている。
【００１１】
請求項４記載の光合分波器は、請求項２または３記載の光合分波器において、前記第１の導波部の延長線上に形成されると共に、前記波長フィルタ部および第３の光信号入出力部の間において前記第１の光信号を導波可能に形成された第３の導波部を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明に係る光合分波器によれば、第１の光信号を透過し第２の光信号を反射する２次元または３次元フォトニック結晶体で波長フィルタ部を構成したことにより、誘電体多層膜フィルタなどの既存の波長フィルタと比較して第１および第２の光信号に対する損失を低減できるため、両光信号を効率よく合分波することができる。また、フォトニック結晶の製造コストが誘電体多層膜フィルタなどと比較して安価に製造できるため、光合分波器の製造コストを十分に低減することができる。また、第１および第２（並びに第３）の導波部をそれぞれ直線状に形成したことにより、光合分波器を小形化することができる。さらに、第３の導波部を備えたことにより、波長フィルタ部および第３の光信号入出力部の間において第１の光信号を低損失で導波することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る光合分波器の好適な実施の形態について説明する。なお、従来の光合分波器５１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１４】
最初に、本発明の実施の形態に係る光合分波器１について、図１，２を参照して説明する。
【００１５】
光合分波器１は、光ファイバ２１を介して伝送される各種光信号から光信号Ｓ１を抽出して受光素子２２に出力すると共に、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２を光ファイバ２１に出力する光通信用回路部品であって、例えば受光素子２２および発光素子２３などと共にメディアコンバータ（光信号と電気信号とを相互に変換する装置）内に搭載される。この光合分波器１は、図１に示すように、基板２、クラッド層３および波長フィルタ６を備えて構成されている。
【００１６】
基板２は、クラッド層３を支持する支持体であって、一例としてシリコン（Ｓｉ）や石英などで平板状に形成されている。クラッド層３は、本発明におけるクラッド部に相当し、屈折率が比較的低い石英や誘電体酸化物などの無機系材料、またはフッ素化ポリイミドなどの有機系材料を基板２の上に積層して構成されている。このクラッド層３には、平面視Ｔ字状の光導波路４が形成されると共に、その中央部分に波長フィルタ６が配設されている。この場合、光導波路４は、それぞれ直線状に形成された導波路４ａ、導波路４ｂ、導波路４ｃを備え、各導波路４ａ〜４ｃは、クラッド層３の形成材料よりも屈折率が高いコア材料５によって形成されている。導波路４ａは、本発明における第１の導波部に相当し、図２に示すように、光ファイバ２１などが連結される光信号入出力部Ｐ１（本発明における第１の光信号入出力部）と波長フィルタ６との間で光信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ導波可能に形成されている。導波路４ｂは、本発明における第３の導波部に相当し、受光素子２２が連結される光信号入出力部Ｐ２（本発明における第３の光信号入出力部）と波長フィルタ６との間で光信号Ｓ１を導波可能に導波路４ａの延長線上に形成されている。導波路４ｃは、本発明における第２の導波部に相当し、導波路４ａと相俟って平面視Ｌ字状に形成される。また、導波路４ｃは、発光素子２３が連結される光信号入出力部Ｐ３（本発明における第２の光信号入出力部）と波長フィルタ６との間で光信号Ｓ２を導波可能に導波路４ａ，４ｂに対して直交するように形成されている。
【００１７】
波長フィルタ６は、本発明における波長フィルタ部を構成するものであって、光信号Ｓ１を透過すると共に光信号Ｓ２を反射可能な２次元フォトニック結晶を材料として、一例として、図１に示すように、平面視が直角二等辺三角形の三角柱状（角柱状）に形成されている。この波長フィルタ６は、図２に示すように、その一側面（この場合、斜面）が導波路４ａ，４ｂの延在方向に対して４５°で交差するように導波路４ａ，４ｂの交差位置に配設されている。したがって、後述するように、導波路４ａに直交する導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、この波長フィルタ６によって導波路４ａの延在方向（光信号入出力部Ｐ１に向かう方向）に反射される。この場合、フォトニック結晶は、屈折率が互いに異なる複数（一例として２種類）の光学材料を光の波長オーダーで交互に配列することで屈折率が異なる光学材料が例えば市松模様状（格子状）に配置されて構成されている。したがって、この光学材料の配列ピッチ（格子定数）および各光学材料の幅（格子点のサイズ）をフォトニック結晶の製作時に適宜変更することで、所定波長領域の光の進入を阻止可能なフォトニック結晶が生成される。この場合、フォトニック結晶内への進入が阻止される特定の波長領域を、そのフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップといい、この波長フィルタ６では、光信号Ｓ２の波長領域にフォトニックバンドギャップを一致させたフォトニック結晶が採用されている。
【００１８】
光合分波器１による光信号Ｓ１，Ｓ２の合波および分波に際しては、まず、図２に示すように、光信号入出力部Ｐ１に光ファイバ２１を連結すると共に、光信号入出力部Ｐ２に受光素子２２を連結し、光信号入出力部Ｐ３に発光素子２３を連結する。この状態で、光ファイバ２１を介して光信号Ｓ１が伝送された際には、光信号Ｓ１は、光信号入出力部Ｐ１から光合分波器１内に入力されて導波路４ａによって波長フィルタ６に導波される。この場合、波長フィルタ６が光信号Ｓ１を透過するため、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１は、矢印Ａ１で示すように、波長フィルタ６を透過して導波路４ｂに出力され、導波路４ｂによって導波されて光信号入出力部Ｐ２を介して受光素子２２に出力される。また、波長フィルタ６に用いられているフォトニック結晶は、従来の光合分波器５１における波長フィルタ５６に用いられてる誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ１に対する透過率を高く設計することができる。このため、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１の大半が波長フィルタ６を透過して導波路４ｂに出力される。これにより、受光素子２２によって光信号Ｓ１がＯ／Ｅ変換されて所定の電気信号が出力される。
【００１９】
一方、電子端末などによって発光素子２３に電気信号が出力された際には、発光素子２３は、出力された電気信号をＥ／Ｏ変換して光信号Ｓ２を出力する。この際に、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ３から光合分波器１内に入力されて導波路４ｃによって波長フィルタ６に導波される。この場合、導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、波長フィルタ６によって反射されて矢印Ｂ１で示すように導波路４ａによって光信号入出力部Ｐ１に導波される。また、波長フィルタ６に用いられているフォトニック結晶は、従来の誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ２に対する反射率を高く設計することができる。このため、導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２の大半が波長フィルタ６によって導波路４ａに反射される。これにより、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ１から光ファイバ２１に出力されて、光ファイバ２１を介して基幹系光ファイバに伝送される。
【００２０】
このように、この光合分波器１によれば、光信号Ｓ１を透過して光信号Ｓ２を反射可能に形成した２次元フォトニック結晶体で波長フィルタ６を構成したことにより、既存の波長フィルタ（例えば誘電体多層膜フィルタ）と比較して光信号Ｓ１，Ｓ２の損失を低減することができるため、光信号Ｓ１，Ｓ２を効率よく合分波することができる。この場合、波長フィルタ６に用いられているフォトニック結晶は、モールド（金型）を使用して安価に製造することができる。具体的には、微細加工が可能な電子線描画装置などを使用して、波長フィルタ６を転写可能なモールドを作製する。次いで、キャスティング法等によって、光学材料として無機系材料、有機系材料、または両者を複合した無機・有機複合系材料からなる溶液系材料（前駆体）をそのモールドに充填して波長フィルタ６を作製する。また、スピンコート法、スタンプ印刷法（ゾル−ゲル法）、ディップコート法、スプレー法、スクリーン印刷法およびインクジェット法のいずれかを採用することもできる。これらの製造方法によって波長フィルタ６を作製することで、誘電体多層膜フィルタなどと比較して安価に製造することができるため、光合分波器１の製造コストを十分に低減することができる。また、この光合分波器１によれば、導波路４ａ〜４ｃをそれぞれ直線状に形成したことにより、大きな曲率で形成された導波路５４ａ，５４ｂからなる光導波路５４を有する従来の光合分波器５１とは異なり、各導波路４ａ〜４ｃの距離を短く形成したとしても光信号Ｓ１，Ｓ２が漏出する可能性が低いため、光信号入出力部Ｐ１および光信号入出力部Ｐ２間の距離を短くして光合分波器１全体を小形化することができる。
【００２１】
さらに、この光合分波器１によれば、導波路４ａの延長線上に導波路４ｂを形成し、かつ導波路４ａ，４ｂに直交させて導波路４ｃを形成したことにより、波長フィルタ６の一側面（この場合、斜面）が導波路４ａ，４ｂの延在方向に対して４５°で交差するように波長フィルタ６を配設するだけで、導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２を導波路４ａに反射することができ、かつ、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１を導波路４ｂによって光信号入出力部Ｐ２に導波することができる。したがって、光導波路４および波長フィルタ６を容易に設計することができ、しかも、光合分波器１を容易に製造することができる。また、導波路４ｂを設けたことにより、例えば、受光素子２２に代えて光信号Ｓ１を発光する発光素子を光信号入出力部Ｐ２側に配設した場合に、その発光素子によって出力された光信号Ｓ１を波長フィルタ６に低損失で導波することができる。
【００２２】
一方、光合分波器１の波長フィルタ６のみで光合分波器を構成することも可能である。しかし、例えば、光ファイバ２１によって出力される光信号Ｓ１が光ファイバ２１の延在方向に対してある程度の角度範囲内の出射角（開口数ＮＡ）で光合分波器に出力されることを考慮した場合、上記した光合分波器１のように、光信号Ｓ１を波長フィルタ６に向けて導波する導波路４ａと、波長フィルタ６を透過した光信号Ｓ１を受光素子２２に向けて導波する導波路４ｂとを設けるのが好ましい。したがって、この構成の光合分波器１によれば、光ファイバ２１によって伝送された光信号Ｓ１を受光素子２２に対して安定して出力することができる。また、発光素子２３によって出力される光信号Ｓ２についても同様であり、上記した光合分波器１のように、光信号Ｓ２を波長フィルタ６に向けて導波する導波路４ｃを設けるのが好ましい。したがって、この構成の光合分波器１によれば、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２を光ファイバ２１に対して安定して出力することができる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施の形態に係る光合分波器１１について、図３，４を参照して説明する。なお、光合分波器１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２４】
光合分波器１１は、上記した光合分波器１と同様にしてメディアコンバータなどに搭載される光通信用回路部品であって、図３に示すように、それぞれ平板状に形成された基板２およびフォトニック結晶層１３を備えている。フォトニック結晶層１３は、高い屈折率および低い屈折率からなる２種類の周期構造で構成されている。この場合、フォトニック結晶層１３には、平面視Ｔ字状の光導波路１４が形成されている。また、光導波路１４は、フォトニック結晶層１３に平面視Ｌ字状に形成された欠陥列からなる導波路（第１の欠陥部）１４ａ，導波路（第２の欠陥部）１４ｃ、および導波路１４ａの延長線上に規定される導波路１４ｂで構成されている。この場合、導波路１４ａは、そのフォトニックバンドギャップが光信号Ｓ１，Ｓ２の波長領域に一致するように形成され、導波路１４ｂは、そのフォトニックバンドギャップが光信号Ｓ１の波長領域に一致するように形成され、波長フィルタ部１６および導波路１４ｃは、そのフォトニックバンドギャップが光信号Ｓ２の波長領域に一致するように形成されている。また、光導波路１４の欠陥列は、フォトニック結晶層１３における高い屈折率の周期構造および低い屈折率の周期構造のいずれかで構成される。導波路１４ａは、本発明における第１の導波部に相当し、光信号入出力部Ｐ１と後述する波長フィルタ部１６との間で光信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ導波可能に形成されている。導波部１４ｂは、本発明における第３の導波部に相当し、光信号入出力部Ｐ２と波長フィルタ部１６との間で光信号Ｓ１を導波する。導波路１４ｃは、本発明における第２の導波部に相当し、導波路１４ａと相俟って平面視Ｌ字状の欠陥列を形成する。また、導波路１４ｃは、光信号入出力部Ｐ３と波長フィルタ部１６との間で光信号Ｓ２を導波可能に導波路１４ａに対して直交するように形成されている。
【００２５】
波長フィルタ部１６は、光導波路１４における導波路１４ａ，１４ｃを構成する平面視Ｌ字状の欠陥列の壁面が導波路１４ａ，１４ｃのそれぞれの延在方向に対して４５°で交差するように導波路１４ａ，１４ｃの交差位置におけるフォトニック結晶層を所定形状に形成して構成されている。したがって、後述するように、導波路１４ａに直交するように形成された導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、この波長フィルタ部１６によって導波路１４ａに向けて反射される。
【００２６】
この光合分波器１１による光信号Ｓ１，Ｓ２の合波および分波に際しては、まず、図４に示すように、光信号入出力部Ｐ１に光ファイバ２１を連結すると共に、光信号入出力部Ｐ２に受光素子２２を連結し、光信号入出力部Ｐ３に発光素子２３を連結する。この状態で、光ファイバ２１を介して光信号Ｓ１が伝送された場合、光信号Ｓ１は、光信号入出力部Ｐ１から光合分波器１１内に入力されて導波路１４ａによって波長フィルタ部１６に導波される。この際に、波長フィルタ部１６が光信号Ｓ１を透過可能なフォトニック結晶で形成されているため、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ１は、矢印Ａ１で示すように、波長フィルタ部１６を透過して導波部１４ｂに出力されて、光信号入出力部Ｐ２を介して受光素子２２に出力される。この場合、波長フィルタ部１６および導波路４ｂを構成するフォトニック結晶は、従来の誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ１の透過率を高く設計することができる。このため、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ１の大半が導波部１４ｂを透過して受光素子２２に出力される。これにより、受光素子２２によって光信号Ｓ１がＯ／Ｅ変換されて所定の電気信号が出力される。
【００２７】
一方、電子端末などによって発光素子２３に電気信号が出力された際には、発光素子２３は、出力された電気信号をＥ／Ｏ変換して光信号Ｓ２を出力する。これにより、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２が光信号入出力部Ｐ３から光合分波器１１内に入力されて導波路１４ｃによって波長フィルタ部１６に導波される。この際に、導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、矢印Ｂ１で示すように、波長フィルタ部１６によって反射されて導波路１４ａによって光信号入出力部Ｐ１に導波される。この場合、波長フィルタ部１６を構成するフォトニック結晶は、従来の誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ２に対する反射率を高く設計することができる。このため、導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２の大半が波長フィルタ部１６によって導波路１４ａに反射される。これにより、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ１から光ファイバ２１に出力されて、光ファイバ２１によって基幹系光ファイバに伝送される。
【００２８】
このように、この光合分波器１１によれば、平板状に形成したフォトニック結晶層１３に光信号Ｓ２通過を許容する平面視Ｌ字状の欠陥部（欠陥列）を形成して導波路１４ａ，１４ｃを形成し、かつ導波路１４ａ，１４ｃの交差位置における壁面を導波路１４ａ，１４ｃに対して４５°で交差させて波長フィルタ部１６を構成したことにより、基板２の上にフォトニック結晶層１３を形成するだけで、前述した光合分波器１のクラッド層３および波長フィルタ６と等価に構成することができる。したがって、クラッド層３および波長フィルタ６を別個に形成する光合分波器１と比較して、光合分波器１１の製造コストを十分に低減することができる。また、この光合分波器１１によれば、直線状の導波路１４ａ，１４ｃを互いに直交させて形成したことにより、波長フィルタ部１６（導波路１４ａ，１４ｃを構成する欠陥部の壁面）を導波路１４ａ，１４ｃの延在方向に対して４５°で交差させて構成するだけで、導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２を導波路１４ａに反射することができ、かつ、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ１を導波部１４ｂによって光信号入出力部Ｐ２導波することができる。したがって、光導波路１４および波長フィルタ部１６を極めて容易に設計することができ、しかも、光合分波器１１をさらに容易に製造することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、導波路４ａ，４ｃを互いに直交させて構成した光合分波器１、および導波路１４ａ，１４ｃを互いに直交させて構成した光合分波器１１について説明したが、本発明における第１および第２の導波部の交差角度は９０°に限定されず、図５に示す光合分波器３１のように、導波路４ａ，４ｃの交差角度が９０°よりも鋭角（または鈍角）のＶ字状となるように光導波路４を形成することができる。この構成を採用した場合、波長フィルタ６Ａの配設角度を適宜調節することにより、同図に示すように、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１が波長フィルタ６Ａを等価して導波路４ｂに導波されると共に導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２が波長フィルタ６Ａによって導波路４ａ側に反射される。また、本発明の実施の形態では、三角柱状に形成した波長フィルタ６を有する光合分波器１を例に挙げて説明したが、本発明における波長フィルタ部の形状はこれに限定されず、同図に示す波長フィルタ６Ａのように角柱状に形成することもできるし、光信号Ｓ２の透過を阻止し得る厚みで平板状に形成することもできる。
【００３０】
さらに、本発明の実施の形態では、導波路４ａによって導波されて波長フィルタ６を透過した光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ２に導波する導波路４ｂを有する光合分波器１、および導波路１４ａによって導波されて波長フィルタ部１６を透過した光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ２に導波する導波部１４ｂを有する光合分波器１１を例に挙げて説明したが、本発明における第３の導波部は必ずしも必要ではなく、例えば、図６に示す光合分波器４１のように、波長フィルタ６を透過した光信号Ｓ１が直接的に受光素子２２（図示せず）に入力される構成を採用することもできる。この光合分波器４１では、波長フィルタ６の一側面が光信号入出力部Ｐ２を構成するため、光信号入出力部Ｐ１および光信号入出力部Ｐ２間の距離を光合分波器１，１１よりもさらに短くすることができる。
【００３１】
また、本発明の実施の形態では、光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ２から出力し、かつ光信号Ｓ２を光信号入出力部Ｐ３から入力する例について説明したが、本発明における光合分波器の使用方法はこれに限定されず、光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ１から入力して光信号入出力部Ｐ３に出力し、かつ光信号Ｓ２を光信号入出力部Ｐ２から入力して光信号入出力部Ｐ１に出力する使用方法を採用することもできる。この構成では、波長フィルタ６（またはフォトニック結晶層１３）に用いるフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップを光信号Ｓ１の波長領域に一致させて構成する。この場合、導波路４ｂを設けておくことにより、例えば、光信号Ｓ２を光信号入出力部Ｐ２から入力する際に、波長フィルタ６を介して光信号Ｓ２を低損失で光信号入出力部Ｐ１に導波することができる。さらに、本発明の実施の形態では、コア材料５によって形成した光導波路４を有する光合分波器１、およびフォトニック結晶層１３に欠陥部を形成して構成した光導波路１４を有する光合分波器１１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、高屈折率のコア材料５によって光導波路１４を形成して光合分波器を構成することもできる。また、波長フィルタ６およびフォトニック結晶層１３として用いるフォトニック結晶は、本発明の実施の形態に例示した２次元フォトニック結晶に限定されず、３次元フォトニック結晶を用いて波長フィルタ６およびフォトニック結晶層１３を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る光合分波器１の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光合分波器１の平面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る光合分波器１１の外観斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る光合分波器１１の平面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る光合分波器３１の平面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る光合分波器４１の平面図である。
【図７】従来の光合分波器５１の外観斜視図である。
【図８】従来の光合分波器５１の平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１１，３１，４１  光合分波器
２  基板
３  クラッド層
４，１４  光導波路
４ａ，４ｂ，４ｃ，１４ａ，１４ｃ  導波路
５  コア材料
６，６Ａ  波長フィルタ
１３  フォトニック結晶層
１４ｂ  導波部
１６  波長フィルタ部
２１  光ファイバ
２２  受光素子
２３  発光素子
Ｐ１  光信号入出力部
Ｐ２  光信号入出力部
Ｐ３  光信号入出力部
Ｓ１，Ｓ２  光信号
【図１】
2005250497.tif 000003
【図２】
2005250497.tif 000004
【図３】
2005250497.tif 000005
【図４】
2005250497.tif 000006
【図５】
2005250497.tif 000007
【図６】
2005250497.tif 000008
【図７】
2005250497.tif 000009
【図８】
2005250497.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月19日(2005.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光信号を透過すると共に当該第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を反射する波長フィルタ部と、当該波長フィルタ部および第１の光信号入出力部の間で前記第１の光信号および前記第２の光信号をそれぞれ導波可能に形成された第１の導波部と、前記波長フィルタ部および第２の光信号入出力部の間で前記第２の光信号を導波可能に形成された第２の導波部とを備え、前記波長フィルタ部は、２次元または３次元のフォトニック結晶体で構成されると共に前記両導波部の交差位置に配設され、
前記フォトニック結晶体は、平板状に形成され、かつ前記第１の導波部としての直線状の第１の欠陥部と、前記第１の欠陥部と相俟って平面視Ｌ字状に形成される前記第２の導波部としての直線状の第２の欠陥部とが形成されて構成され、
前記波長フィルタ部は、前記第２の光信号入出力部を介して入力された前記第２の光信号を前記第１の導波部側に反射可能に前記両導波部の交差位置における前記フォトニック結晶体を所定形状に形成して構成されている光合分波器。
【請求項２】
前記波長フィルタ部は、前記第１の導波部および前記第２の導波部の交差位置における前記フォトニック結晶体を、前記所定形状として、当該第１の導波部および当該第２の導波部を構成する欠陥列の壁面が当該第１の導波部および当該第２の導波部のそれぞれの延在方向に対して４５°で交差するように形成して構成されている請求項１記載の光合分波器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が異なる複数の光信号を合波および分波する光合分波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、メタル系有線通信回線や無線通信回線に代わる通信回線として、大量のデータを高速に伝送可能な光通信回線が広く普及し始めている。この光通信回線では、メタル系通信回線や無線通信回線において伝送される電気信号に代えて、波長が異なる複数の光信号が光ファイバを介して伝送されている。このため、光ファイバを介して伝送されている複数の光信号から所望の光信号を抽出したり、光ケーブルに対して光信号を出力したりするための各種光通信用回路部品が開発されている。この種の光通信用回路部品の一例として、特開平１１−１４２６６６号などに開示されている光合分波器が知られている。この種の光合分波器では、基本的には、図７，８に示す構成を有しており、この光合分波器５１は、図８に示すように、光ファイバ２１を介して伝送された複数の光信号から所定波長の光信号Ｓ１（一例として、波長１．５５μｍ）を抽出して受光素子２２に出力すると共に、発光素子２３によって出射された光信号Ｓ２（一例として、波長１．３１μｍ）を光ファイバ２１に出力可能に構成され、図７に示すように、基板５２、クラッド層５３および波長フィルタ５６を備えている。
【０００３】
基板５２は、クラッド層５３を支持するための支持体であって、全体として長板状に形成されている。クラッド層５３は、屈折率の比較的低い光学素材を基板５２の上に積層して形成されている。このクラッド層５３には、光信号入出力部Ｐ１から波長フィルタ５６（光信号入出力部Ｐ２）に光信号Ｓ１を導波するための導波路５４ａと、光信号入出力部Ｐ３から波長フィルタ５６に光信号Ｓ２を導波するための導波路５４ｂとからなる平面視Ｙ字状の光導波路５４が形成されている。また、光導波路５４は、クラッド層５３の形成材料よりも屈折率が高いコア材料５によって形成されている。この場合、図８に示すように、導波路５４ａ，５４ｂは、光導波路５４からの光信号Ｓ１，Ｓ２の漏出を阻止するために、大きな曲率でその平面視がほぼクランク状となるようにそれぞれ形成されている。波長フィルタ５６は、いわゆる誘電体多層膜フィルタであって、光信号Ｓ１を透過すると共に光信号Ｓ１の波長とは異なる波長の光信号（例えば光信号Ｓ２）を反射可能に形成されて導波路５４ａ，５４ｂの結合部分に配設されている。
【０００４】
この光合分波器５１による光信号Ｓ１，Ｓ２の合波および分波に際しては、まず、図８に示すように、光信号入出力部Ｐ１に光ファイバ２１を連結すると共に、光信号入出力部Ｐ２に受光素子２２を連結し、光信号入出力部Ｐ３に発光素子２３を連結する。この場合、光ファイバ２１は、図外の基幹系光ファイバに接続されて基幹系光ファイバおよび光合分波器５１の間で各種光信号を双方向に伝送する。また、受光素子２２は、波長フィルタ５６を透過した光信号Ｓ１を受光してＯ／Ｅ変換（光電変換）して所定の電気信号を出力し、発光素子２３は、電子端末など（図示せず）によって出力された電気信号をＥ／Ｏ変換（電光変換）して光信号Ｓ２を出力する。この状態で、光ファイバ２１を介して光信号Ｓ１が伝送された際には、光信号Ｓ１は、光信号入出力部Ｐ１から光合分波器５１内に入力されて導波路５４ａによって波長フィルタ５６に導波される。この場合、波長フィルタ５６が光信号Ｓ１を透過するため、導波路５４ａによって導波された光信号Ｓ１は、矢印Ａ１１で示すように、波長フィルタ５６を透過して光信号入出力部Ｐ２を介して受光素子２２に出力される。これにより、受光素子２２によって光信号Ｓ１がＯ／Ｅ変換されて所定の電気信号が出力される。
【０００５】
一方、電子端末によって発光素子２３に電気信号が出力された際には、発光素子２３は、出力された電気信号をＥ／Ｏ変換して光信号Ｓ２を出力する。この際に、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ３を介して光合分波器５１内に入力されて導波路５４ｂによって波長フィルタ５６に導波される。この場合、波長フィルタ５６が光信号Ｓ２を反射するため、導波路５４ｂによって導波された光信号Ｓ２は、矢印Ｂ１１で示すように、波長フィルタ５６によって導波路５４ａ側に反射される。これにより、導波路５４ａによって導波された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ１から光ファイバ２１に出力され、光ファイバ２１を介して基幹系光ファイバに伝送される。
【特許文献１】特開平１１−１４２６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、この従来の光合分波器５１には、以下の問題点がある。すなわち、この光合分波器５１では、光導波路５４からの光信号Ｓ１，Ｓ２の漏出を回避すべく、導波路５４ａ，５４ｂが大きな曲率でほぼクランク状にそれぞれ形成されている。したがって、導波路５４ａ，５４ｂの長さ、すなわち、光信号入出力部Ｐ１と波長フィルタ５６（光信号入出力部Ｐ２）との距離、および光信号入出力部Ｐ３と波長フィルタ５６との距離をそれぞれある程度長くする必要がある。このため、従来の光合分波器５１には、光導波路５４の形状に起因して光合分波器５１が大形化しているという問題点がある。また、従来の光合分波器５１では、波長フィルタ５６として誘電体多層膜フィルタを採用している。この場合、誘電体多層膜フィルタは、一般的に、誘電体材料を蒸着またはスパッタリングすることによって形成される。このため、波長フィルタ５６の製作コストが比較的高いことに起因して、光合分波器５１の製造コストが高いという問題点もある。さらに、従来の光合分波器５１では、導波路５４ａによって導波された光信号Ｓ１の一部が波長フィルタ５６によって図８に示す矢印Ｃ１１の向きで導波路５４ｂ側に反射されたり、導波路５４ｂによって導波された光信号Ｓ２の一部が波長フィルタ５６を透過したりすることがある。かかる場合には、受光素子２２によって受光されるべき光信号Ｓ１、および光ファイバ２１を介して伝送されるべき光信号Ｓ２が光合分波器５１内で損失するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減および光信号の損失の低減を図りつつ小形化し得る光合分波器を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく請求項１記載の光合分波器は、第１の光信号を透過すると共に当該第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を反射する波長フィルタ部と、当該波長フィルタ部および第１の光信号入出力部の間で前記第１の光信号および前記第２の光信号をそれぞれ導波可能に形成された第１の導波部と、前記波長フィルタ部および第２の光信号入出力部の間で前記第２の光信号を導波可能に形成された第２の導波部とを備え、前記波長フィルタ部は、２次元または３次元のフォトニック結晶体で構成されると共に前記両導波部の交差位置に配設され、前記フォトニック結晶体は、平板状に形成され、かつ前記第１の導波部としての直線状の第１の欠陥部と、前記第１の欠陥部と相俟って平面視Ｌ字状に形成される前記第２の導波部としての直線状の第２の欠陥部とが形成されて構成され、前記波長フィルタ部は、前記第２の光信号入出力部を介して入力された前記第２の光信号を前記第１の導波部側に反射可能に前記両導波部の交差位置における前記フォトニック結晶体を所定形状に形成して構成されている。この場合、本発明において、「Ｌ字状」とは、Ｌ字およびＶ字の両者を含む概念である。
【０００９】
請求項２記載の光合分波器は、請求項１記載の光合分波器において、前記波長フィルタ部は、前記第１の導波部および前記第２の導波部の交差位置における前記フォトニック結晶体を、前記所定形状として、当該第１の導波部および当該第２の導波部を構成する欠陥列の壁面が当該第１の導波部および当該第２の導波部のそれぞれの延在方向に対して４５°で交差するように形成して構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明に係る光合分波器によれば、第１の光信号を透過し第２の光信号を反射する２次元または３次元フォトニック結晶体で波長フィルタ部を構成したことにより、誘電体多層膜フィルタなどの既存の波長フィルタと比較して第１および第２の光信号に対する損失を低減できるため、両光信号を効率よく合分波することができる。また、フォトニック結晶の製造コストが誘電体多層膜フィルタなどと比較して安価に製造できるため、光合分波器の製造コストを十分に低減することができる。また、第１および第２（並びに第３）の導波部をそれぞれ直線状に形成したことにより、光合分波器を小形化することができる。さらに、第３の導波部を備えたことにより、波長フィルタ部および第３の光信号入出力部の間において第１の光信号を低損失で導波することができる。
【００１１】
また、この光合分波器によれば、平板状に形成したフォトニック結晶体に第２の光信号の通過を許容する平面視Ｌ字状の欠陥部を形成して第１の導波部および第２の導波部を形成し、かつ第１および第２の導波部の交差位置における壁面を第１および第２の導波部に対して４５°で交差させて波長フィルタ部を構成したことにより、例えば、基板の上にフォトニック結晶体を形成するだけで構成することができる。したがって、クラッド層および波長フィルタ部を別個に形成する光合分波器と比較して、その製造コストを十分に低減することができる。また、この光合分波器によれば、直線状の第１および第２の導波部を互いに直交させて形成したことにより、波長フィルタ部（両導波部を構成する欠陥部の壁面）を両導波部の延在方向に対して４５°で交差させて構成するだけで、第２の導波部によって導波された第２の光信号を第１の導波部に反射することができ、かつ、第１の導波部によって導波された第１の光信号を第３の導波部によって第３の光信号入出力部に導波することができる。したがって、両導波部および波長フィルタ部を極めて容易に設計することができ、しかも、光合分波器をさらに容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る光合分波器の好適な実施の形態について説明する。なお、従来の光合分波器５１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
最初に、光合分波器１について、図１，２を参照して説明する。
【００１４】
光合分波器１は、光ファイバ２１を介して伝送される各種光信号から光信号Ｓ１を抽出して受光素子２２に出力すると共に、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２を光ファイバ２１に出力する光通信用回路部品であって、例えば受光素子２２および発光素子２３などと共にメディアコンバータ（光信号と電気信号とを相互に変換する装置）内に搭載される。この光合分波器１は、図１に示すように、基板２、クラッド層３および波長フィルタ６を備えて構成されている。
【００１５】
基板２は、クラッド層３を支持する支持体であって、一例としてシリコン（Ｓｉ）や石英などで平板状に形成されている。クラッド層３は、屈折率が比較的低い石英や誘電体酸化物などの無機系材料、またはフッ素化ポリイミドなどの有機系材料を基板２の上に積層して構成されている。このクラッド層３には、平面視Ｔ字状の光導波路４が形成されると共に、その中央部分に波長フィルタ６が配設されている。この場合、光導波路４は、それぞれ直線状に形成された導波路４ａ、導波路４ｂ、導波路４ｃを備え、各導波路４ａ〜４ｃは、クラッド層３の形成材料よりも屈折率が高いコア材料５によって形成されている。導波路４ａは、図２に示すように、光ファイバ２１などが連結される光信号入出力部Ｐ１と波長フィルタ６との間で光信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ導波可能に形成されている。導波路４ｂは、受光素子２２が連結される光信号入出力部Ｐ２と波長フィルタ６との間で光信号Ｓ１を導波可能に導波路４ａの延長線上に形成されている。導波路４ｃは、導波路４ａと相俟って平面視Ｌ字状に形成される。また、導波路４ｃは、発光素子２３が連結される光信号入出力部Ｐ３と波長フィルタ６との間で光信号Ｓ２を導波可能に導波路４ａ，４ｂに対して直交するように形成されている。
【００１６】
波長フィルタ６は、光信号Ｓ１を透過すると共に光信号Ｓ２を反射可能な２次元フォトニック結晶を材料として、一例として、図１に示すように、平面視が直角二等辺三角形の三角柱状（角柱状）に形成されている。この波長フィルタ６は、図２に示すように、その一側面（この場合、斜面）が導波路４ａ，４ｂの延在方向に対して４５°で交差するように導波路４ａ，４ｂの交差位置に配設されている。したがって、後述するように、導波路４ａに直交する導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、この波長フィルタ６によって導波路４ａの延在方向（光信号入出力部Ｐ１に向かう方向）に反射される。この場合、フォトニック結晶は、屈折率が互いに異なる複数（一例として２種類）の光学材料を光の波長オーダーで交互に配列することで屈折率が異なる光学材料が例えば市松模様状（格子状）に配置されて構成されている。したがって、この光学材料の配列ピッチ（格子定数）および各光学材料の幅（格子点のサイズ）をフォトニック結晶の製作時に適宜変更することで、所定波長領域の光の進入を阻止可能なフォトニック結晶が生成される。この場合、フォトニック結晶内への進入が阻止される特定の波長領域を、そのフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップといい、この波長フィルタ６では、光信号Ｓ２の波長領域にフォトニックバンドギャップを一致させたフォトニック結晶が採用されている。
【００１７】
光合分波器１による光信号Ｓ１，Ｓ２の合波および分波に際しては、まず、図２に示すように、光信号入出力部Ｐ１に光ファイバ２１を連結すると共に、光信号入出力部Ｐ２に受光素子２２を連結し、光信号入出力部Ｐ３に発光素子２３を連結する。この状態で、光ファイバ２１を介して光信号Ｓ１が伝送された際には、光信号Ｓ１は、光信号入出力部Ｐ１から光合分波器１内に入力されて導波路４ａによって波長フィルタ６に導波される。この場合、波長フィルタ６が光信号Ｓ１を透過するため、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１は、矢印Ａ１で示すように、波長フィルタ６を透過して導波路４ｂに出力され、導波路４ｂによって導波されて光信号入出力部Ｐ２を介して受光素子２２に出力される。また、波長フィルタ６に用いられているフォトニック結晶は、従来の光合分波器５１における波長フィルタ５６に用いられてる誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ１に対する透過率を高く設計することができる。このため、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１の大半が波長フィルタ６を透過して導波路４ｂに出力される。これにより、受光素子２２によって光信号Ｓ１がＯ／Ｅ変換されて所定の電気信号が出力される。
【００１８】
一方、電子端末などによって発光素子２３に電気信号が出力された際には、発光素子２３は、出力された電気信号をＥ／Ｏ変換して光信号Ｓ２を出力する。この際に、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ３から光合分波器１内に入力されて導波路４ｃによって波長フィルタ６に導波される。この場合、導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、波長フィルタ６によって反射されて矢印Ｂ１で示すように導波路４ａによって光信号入出力部Ｐ１に導波される。また、波長フィルタ６に用いられているフォトニック結晶は、従来の誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ２に対する反射率を高く設計することができる。このため、導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２の大半が波長フィルタ６によって導波路４ａに反射される。これにより、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ１から光ファイバ２１に出力されて、光ファイバ２１を介して基幹系光ファイバに伝送される。
【００１９】
このように、この光合分波器１によれば、光信号Ｓ１を透過して光信号Ｓ２を反射可能に形成した２次元フォトニック結晶体で波長フィルタ６を構成したことにより、既存の波長フィルタ（例えば誘電体多層膜フィルタ）と比較して光信号Ｓ１，Ｓ２の損失を低減することができるため、光信号Ｓ１，Ｓ２を効率よく合分波することができる。この場合、波長フィルタ６に用いられているフォトニック結晶は、モールド（金型）を使用して安価に製造することができる。具体的には、微細加工が可能な電子線描画装置などを使用して、波長フィルタ６を転写可能なモールドを作製する。次いで、キャスティング法等によって、光学材料として無機系材料、有機系材料、または両者を複合した無機・有機複合系材料からなる溶液系材料（前駆体）をそのモールドに充填して波長フィルタ６を作製する。また、スピンコート法、スタンプ印刷法（ゾル−ゲル法）、ディップコート法、スプレー法、スクリーン印刷法およびインクジェット法のいずれかを採用することもできる。これらの製造方法によって波長フィルタ６を作製することで、誘電体多層膜フィルタなどと比較して安価に製造することができるため、光合分波器１の製造コストを十分に低減することができる。また、この光合分波器１によれば、導波路４ａ〜４ｃをそれぞれ直線状に形成したことにより、大きな曲率で形成された導波路５４ａ，５４ｂからなる光導波路５４を有する従来の光合分波器５１とは異なり、各導波路４ａ〜４ｃの距離を短く形成したとしても光信号Ｓ１，Ｓ２が漏出する可能性が低いため、光信号入出力部Ｐ１および光信号入出力部Ｐ２間の距離を短くして光合分波器１全体を小形化することができる。
【００２０】
さらに、この光合分波器１によれば、導波路４ａの延長線上に導波路４ｂを形成し、かつ導波路４ａ，４ｂに直交させて導波路４ｃを形成したことにより、波長フィルタ６の一側面（この場合、斜面）が導波路４ａ，４ｂの延在方向に対して４５°で交差するように波長フィルタ６を配設するだけで、導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２を導波路４ａに反射することができ、かつ、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１を導波路４ｂによって光信号入出力部Ｐ２に導波することができる。したがって、光導波路４および波長フィルタ６を容易に設計することができ、しかも、光合分波器１を容易に製造することができる。また、導波路４ｂを設けたことにより、例えば、受光素子２２に代えて光信号Ｓ１を発光する発光素子を光信号入出力部Ｐ２側に配設した場合に、その発光素子によって出力された光信号Ｓ１を波長フィルタ６に低損失で導波することができる。
【００２１】
一方、光合分波器１の波長フィルタ６のみで光合分波器を構成することも可能である。しかし、例えば、光ファイバ２１によって出力される光信号Ｓ１が光ファイバ２１の延在方向に対してある程度の角度範囲内の出射角（開口数ＮＡ）で光合分波器に出力されることを考慮した場合、上記した光合分波器１のように、光信号Ｓ１を波長フィルタ６に向けて導波する導波路４ａと、波長フィルタ６を透過した光信号Ｓ１を受光素子２２に向けて導波する導波路４ｂとを設けるのが好ましい。したがって、この構成の光合分波器１によれば、光ファイバ２１によって伝送された光信号Ｓ１を受光素子２２に対して安定して出力することができる。また、発光素子２３によって出力される光信号Ｓ２についても同様であり、上記した光合分波器１のように、光信号Ｓ２を波長フィルタ６に向けて導波する導波路４ｃを設けるのが好ましい。したがって、この構成の光合分波器１によれば、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２を光ファイバ２１に対して安定して出力することができる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態に係る光合分波器１１について、図３，４を参照して説明する。なお、光合分波器１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２３】
光合分波器１１は、上記した光合分波器１と同様にしてメディアコンバータなどに搭載される光通信用回路部品であって、図３に示すように、それぞれ平板状に形成された基板２およびフォトニック結晶層１３を備えている。フォトニック結晶層１３は、高い屈折率および低い屈折率からなる２種類の周期構造で構成されている。この場合、フォトニック結晶層１３には、平面視Ｔ字状の光導波路１４が形成されている。また、光導波路１４は、フォトニック結晶層１３に平面視Ｌ字状に形成された欠陥列からなる導波路（第１の欠陥部）１４ａ，導波路（第２の欠陥部）１４ｃ、および導波路１４ａの延長線上に規定される導波路１４ｂで構成されている。この場合、導波路１４ａは、そのフォトニックバンドギャップが光信号Ｓ１，Ｓ２の波長領域に一致するように形成され、導波路１４ｂは、そのフォトニックバンドギャップが光信号Ｓ１の波長領域に一致するように形成され、波長フィルタ部１６および導波路１４ｃは、そのフォトニックバンドギャップが光信号Ｓ２の波長領域に一致するように形成されている。また、光導波路１４の欠陥列は、フォトニック結晶層１３（フォトニック結晶体）における高い屈折率の周期構造および低い屈折率の周期構造のいずれかで構成される。導波路１４ａは、本発明における第１の導波部に相当し、光信号入出力部Ｐ１（本発明における第１の光信号入出力部）と後述する波長フィルタ部１６との間で光信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ導波可能に形成されている。導波部１４ｂは、本発明における第３の導波部に相当し、光信号入出力部Ｐ２（本発明における第３の光信号入出力部）と波長フィルタ部１６との間で光信号Ｓ１を導波する。導波路１４ｃは、本発明における第２の導波部に相当し、導波路１４ａと相俟って平面視Ｌ字状の欠陥列を形成する。また、導波路１４ｃは、光信号入出力部Ｐ３（本発明における第２の光信号入出力部）と波長フィルタ部１６との間で光信号Ｓ２を導波可能に導波路１４ａに対して直交するように形成されている。
【００２４】
波長フィルタ部１６は、本発明における波長フィルタ部を構成するものであって、光導波路１４における導波路１４ａ，１４ｃを構成する平面視Ｌ字状の欠陥列の壁面が導波路１４ａ，１４ｃのそれぞれの延在方向に対して４５°で交差するように導波路１４ａ，１４ｃの交差位置におけるフォトニック結晶層（フォトニック結晶体）を所定形状に形成して構成されている。したがって、後述するように、導波路１４ａに直交するように形成された導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、この波長フィルタ部１６によって導波路１４ａに向けて反射される。
【００２５】
この光合分波器１１による光信号Ｓ１，Ｓ２の合波および分波に際しては、まず、図４に示すように、光信号入出力部Ｐ１に光ファイバ２１を連結すると共に、光信号入出力部Ｐ２に受光素子２２を連結し、光信号入出力部Ｐ３に発光素子２３を連結する。この状態で、光ファイバ２１を介して光信号Ｓ１が伝送された場合、光信号Ｓ１は、光信号入出力部Ｐ１から光合分波器１１内に入力されて導波路１４ａによって波長フィルタ部１６に導波される。この際に、波長フィルタ部１６が光信号Ｓ１を透過可能なフォトニック結晶で形成されているため、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ１は、矢印Ａ１で示すように、波長フィルタ部１６を透過して導波部１４ｂに出力されて、光信号入出力部Ｐ２を介して受光素子２２に出力される。この場合、波長フィルタ部１６および導波路４ｂを構成するフォトニック結晶は、従来の誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ１の透過率を高く設計することができる。このため、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ１の大半が導波部１４ｂを透過して受光素子２２に出力される。これにより、受光素子２２によって光信号Ｓ１がＯ／Ｅ変換されて所定の電気信号が出力される。
【００２６】
一方、電子端末などによって発光素子２３に電気信号が出力された際には、発光素子２３は、出力された電気信号をＥ／Ｏ変換して光信号Ｓ２を出力する。これにより、発光素子２３によって出力された光信号Ｓ２が光信号入出力部Ｐ３から光合分波器１１内に入力されて導波路１４ｃによって波長フィルタ部１６に導波される。この際に、導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２は、矢印Ｂ１で示すように、波長フィルタ部１６によって反射されて導波路１４ａによって光信号入出力部Ｐ１に導波される。この場合、波長フィルタ部１６を構成するフォトニック結晶は、従来の誘電体多層膜フィルタと比較して光信号Ｓ２に対する反射率を高く設計することができる。このため、導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２の大半が波長フィルタ部１６によって導波路１４ａに反射される。これにより、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ２は、光信号入出力部Ｐ１から光ファイバ２１に出力されて、光ファイバ２１によって基幹系光ファイバに伝送される。
【００２７】
このように、この光合分波器１１によれば、平板状に形成したフォトニック結晶層１３に光信号Ｓ２の通過を許容する平面視Ｌ字状の欠陥部（欠陥列）を形成して導波路１４ａ，１４ｃを形成し、かつ導波路１４ａ，１４ｃの交差位置における壁面を導波路１４ａ，１４ｃに対して４５°で交差させて波長フィルタ部１６を構成したことにより、基板２の上にフォトニック結晶層１３を形成するだけで、前述した光合分波器１のクラッド層３および波長フィルタ６と等価に構成することができる。したがって、クラッド層３および波長フィルタ６を別個に形成する光合分波器１と比較して、光合分波器１１の製造コストを十分に低減することができる。また、この光合分波器１１によれば、直線状の導波路１４ａ，１４ｃを互いに直交させて形成したことにより、波長フィルタ部１６（導波路１４ａ，１４ｃを構成する欠陥部の壁面）を導波路１４ａ，１４ｃの延在方向に対して４５°で交差させて構成するだけで、導波路１４ｃによって導波された光信号Ｓ２を導波路１４ａに反射することができ、かつ、導波路１４ａによって導波された光信号Ｓ１を導波部１４ｂによって光信号入出力部Ｐ２に導波することができる。したがって、光導波路１４および波長フィルタ部１６を極めて容易に設計することができ、しかも、光合分波器１１をさらに容易に製造することができる。
【００２８】
なお、導波路１４ａ，１４ｃを互いに直交させて構成した光合分波器１１について説明したが、第１および第２の導波部の交差角度は９０°に限定されず、図５に示す光合分波器３１のように、導波路４ａ，４ｃの交差角度が９０°よりも鋭角（または鈍角）のＶ字状となるように光導波路４を形成することができる。この構成を採用した場合、波長フィルタ６Ａの配設角度を適宜調節することにより、同図に示すように、導波路４ａによって導波された光信号Ｓ１が波長フィルタ６Ａを透過して導波路４ｂに導波されると共に導波路４ｃによって導波された光信号Ｓ２が波長フィルタ６Ａによって導波路４ａ側に反射される。また、三角柱状に形成した波長フィルタ６を有する光合分波器１を例に挙げて説明したが、同図に示す波長フィルタ６Ａのように角柱状に形成することもできるし、光信号Ｓ２の透過を阻止し得る厚みで平板状に形成することもできる。
【００２９】
さらに、導波路４ａによって導波されて波長フィルタ６を透過した光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ２に導波する導波路４ｂを有する光合分波器１、および導波路１４ａによって導波されて波長フィルタ部１６を透過した光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ２に導波する導波部１４ｂを有する光合分波器１１を例に挙げて説明したが、本発明における第３の導波部は必ずしも必要ではなく、例えば、図６に示す光合分波器４１のように、波長フィルタ６を透過した光信号Ｓ１が直接的に受光素子２２（図示せず）に入力される構成を採用することもできる。この光合分波器４１では、波長フィルタ６の一側面が光信号入出力部Ｐ２を構成するため、光信号入出力部Ｐ１および光信号入出力部Ｐ２間の距離を光合分波器１，１１よりもさらに短くすることができる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態では、光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ２から出力し、かつ光信号Ｓ２を光信号入出力部Ｐ３から入力する例について説明したが、本発明における光合分波器の使用方法はこれに限定されず、光信号Ｓ１を光信号入出力部Ｐ１から入力して光信号入出力部Ｐ３に出力し、かつ光信号Ｓ２を光信号入出力部Ｐ２から入力して光信号入出力部Ｐ１に出力する使用方法を採用することもできる。この構成では、波長フィルタ６（またはフォトニック結晶層１３）に用いるフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップを光信号Ｓ１の波長領域に一致させて構成する。この場合、導波路４ｂを設けておくことにより、例えば、光信号Ｓ２を光信号入出力部Ｐ２から入力する際に、波長フィルタ６を介して光信号Ｓ２を低損失で光信号入出力部Ｐ１に導波することができる。また、波長フィルタ６およびフォトニック結晶層１３として用いるフォトニック結晶は、本発明の実施の形態に例示した２次元フォトニック結晶に限定されず、３次元フォトニック結晶を用いて波長フィルタ６およびフォトニック結晶層１３を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】光合分波器１の外観斜視図である。
【図２】光合分波器１の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光合分波器１１の外観斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光合分波器１１の平面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る光合分波器３１の平面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る光合分波器４１の平面図である。
【図７】従来の光合分波器５１の外観斜視図である。
【図８】従来の光合分波器５１の平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１１，３１，４１  光合分波器
２  基板
３  クラッド層
４，１４  光導波路
４ａ，４ｂ，４ｃ，１４ａ，１４ｃ  導波路
５  コア材料
６，６Ａ  波長フィルタ
１３  フォトニック結晶層
１４ｂ  導波部
１６  波長フィルタ部
２１  光ファイバ
２２  受光素子
２３  発光素子
Ｐ１  光信号入出力部
Ｐ２  光信号入出力部
Ｐ３  光信号入出力部
Ｓ１，Ｓ２  光信号