(57)【要約】【課題】  温度・湿度変化に強靭で、かつ、小型の光フィルタモジュールを提供し、組立の容易な光フィルタモジュールを提供する。【解決手段】  入力用光ファイバと、複数の波長を合波または分波する合分波部と、出力用光ファイバとを備え、前記合分波部は、前記入力用光ファイバの端面から出射する光を平行光にするコリメート光学素子と、前記平行光が通過するときの光学長を変える階段状光学素子と、前記階段状光学素子を透過した光を集光する集光レンズとを有する光フィルタモジュールであって、前記入力用光ファイバ、前記コリメート光学素子、前記階段状光学素子、前記集光レンズ、および出力用光ファイバを保持・固定する構造体を有し、前記構造体は、入射光軸を含み、かつ、前記階段状光学素子の階段に垂直な面に対称な構造であり、前記階段状光学素子、前記集光レンズ、および前記出力用光ファイバは、前記対称面内において光学的に決定される位置に配置されている。【選択図】        図１（ａ）
2005352231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の入力用光ファイバと、
複数の波長を合波または分波する合分波部と、
少なくとも１本の出力用光ファイバとを備え、
前記合分波部は、前記入力用光ファイバの端面から出射する光を平行光にするコリメート光学素子と、
前記平行光が通過するときの光学長を変える階段状光学素子と、
前記階段状光学素子を透過した光を集光する集光レンズとを有する光フィルタモジュールであって、
前記入力用光ファイバ、前記コリメート光学素子、前記階段状光学素子、前記集光レンズ、および出力用光ファイバを保持・固定する構造体を有し、
前記構造体は、入射光軸を含み、かつ、前記階段状光学素子の階段に垂直な面に対称な構造であり、
前記階段状光学素子、前記集光レンズ、および前記出力用光ファイバは、前記対称面内において光学的に決定される位置に配置されていることを特徴とする光フィルタモジュール。
【請求項２】
前記構造体には、前記階段状光学素子および前記集光レンズを所定の位置に固定するための空洞と案内溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光フィルタモジュール。
【請求項３】
前記構造体の軸方向の線膨張率と、前記階段状光学素子および前記集光レンズの軸方向の線膨張率とは、ほぼ同じであることを特徴とする請求項２に記載の光フィルタモジュール。
【請求項４】
前記階段状光学素子および前記集光レンズは、接着剤により前記構造体内に保持・固定されており、
前記階段状光学素子および前記集光レンズ、あるいは、前記構造体は、接着剤を流しやすくするための溝を有することを特徴とする請求項２に記載の光フィルタモジュール。
【請求項５】
前記構造体にポリマー材料を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光フィルタモジュール。
【請求項６】
前記構造体を包含するカバーを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか１項に記載の光フィルタモジュール。
【請求項７】
前記カバーの材質に断熱性に優れたポリマー材料を用いたことを特徴とする請求項６に記載の光フィルタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重や波長多重伝送方式の光通信システムにおいて、合波、分波モジュールとして使用される光フィルタモジュールに係り、特に、波長ごとに光を分離する光フィルタ、あるいは、光ファイバ通信における、波長ごとに光を合波あるいは分波し、情報チャンネルを分離結合する光合分波器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも１本の入力用光ファイバと、複数の波長を合分波する合分波部と、少なくとも１本の出力用光ファイバとからなる光フィルタモジュールには、誘電体多層膜を用いたものがある。これは、高屈折率の酸化チタン膜と低屈折率の酸化ケイ素を交互に多数積層させたもので、前記多層膜で決まるピーク波長の光を取り出し、他を反射する光フィルタ効果を持たせたものである。
このようなフィルタでは、膜厚の変動、膜間の界面劣化が波長の選択性の劣化につながるという問題があった。
また、このような構造の光フィルタを作製するには、膜厚および膜表面の粗さに高い精度が必要となり、その制御が難しく、高価なものとなっていた。
また、酸化チタン膜と酸化ケイ素膜では、温度、湿度変化に弱く、剥離あるいは劣化が起き易いという問題があった。
このような問題を解決する手段として、階段状の回折格子を用いて構成した光フィルタモジュール（下記特許文献１参照））がある。これを図５を用いて説明する。
【０００３】
図５において、１は入力用光ファイバ、２はコリメートレンズ（または、第１の凸レンズ）、３は階段状光学素子、４は集光レンズ（または、第２の凸レンズ）、５は出力用光ファイバ、１０は共通支持部材、１０ａは入力側支持部材、１０ｂは光学素子支持部材、１０ｃは出力側支持部材である。
共通支持部材１０には、インバーやステンレス等を用いることが提案されている。
入力用光ファイバ１から出射する光は、コリメートレンズ２で平行光にコリメートされ、階段状光学素子３に入る。階段状光学素子３は、各階段ごとに光路が異なり、集光レンズ４で集光され、出力用光ファイバ５に入力される。
ある波長の光に対し、階段状光学素子３の各階段の幅、高さは、出力用光ファイバ５に入力する際に、その光強度が最も強くなるように決められている。
波長が異なると、集光位置も異なり、波長ごとに異なる出力用光ファイバ５に入力でき、波長選択性があるため、フィルタ特性が得られる。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特開２００１−２０８９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の図５に示すような構成のものでは、各光学素子の支持構造が光学系に対して非対称であるため、温度・湿度変化に弱いという問題があった。
すなわち、図５で、共通支持部材１０は光学素子を片側で固定しているため、温度・湿度変化があるとたわみ易く、それが光学素子の位置変化や姿勢変化を生じ、フィルタ特性を劣化させるという問題があった。
さらに、部品点数が多く、構造上部品が大きくなるため、小型化に不利であった。
また、熱伝導性に優れたステンレスやインバーでは、外気変動による変形が早く、光学素子の固定部が劣化しやすいという問題もある。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、温度・湿度変化に強靭で、かつ、小型の光フィルタモジュールを提供することにある。
本発明の他の目的は、組立の容易な光フィルタモジュールを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、少なくとも１本の入力用光ファイバと、複数の波長を合波または分波する合分波部と、少なくとも１本の出力用光ファイバとを備え、前記合分波部は、前記入力用光ファイバの端面から出射する光を平行光にするコリメート光学素子と、前記平行光が通過するときの光学長を変える階段状光学素子と、前記階段状光学素子を透過した光を集光する集光レンズとを有する光フィルタモジュールであって、前記入力用光ファイバ、前記コリメート光学素子、前記階段状光学素子、前記集光レンズ、および出力用光ファイバを保持・固定する構造体を有し、前記構造体は、入射光軸を含み、かつ、前記階段状光学素子の階段に垂直な面に対称な構造であり、前記階段状光学素子、前記集光レンズ、および前記出力用光ファイバは、前記対称面内において光学的に決定される位置に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の光フィルタモジュールにおいて、前記構造体には、前記階段状光学素子および前記集光レンズを所定の位置に固定するための空洞と案内溝が設けられていることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の光フィルタモジュールにおいて、前記構造体の軸方向の線膨張率と、前記階段状光学素子および前記集光レンズの軸方向の線膨張率とは、ほぼ同じであることを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項２に記載の光フィルタモジュールにおいて、前記階段状光学素子および前記集光レンズは、接着剤により前記構造体内に保持・固定されており、前記階段状光学素子および前記集光レンズ、あるいは、前記構造体は、接着剤を流しやすくするための溝を有することを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光フィルタモジュールにおいて、前記構造体にポリマー材料を用いたことを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光フィルタモジュールにおいて、前記構造体を包含するカバーを設けたことを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項６に記載の光フィルタモジュールにおいて、前記カバーの材質に断熱性に優れたポリマー材料を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明によれば、温度変化による挿入損失変化の少ない光フィルタモジュールを提供することが可能となる。
（２）本発明によれば、部品点数が少なく、さらに素子の組立が容易で、かつ、再現性のある組立が可能であり、これにより安価な光フィルタモジュールを提供することが可能となる。
（３）本発明によれば、外部からのダストの混入を防ぎ、結露などの特性悪化要因を生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の実施例の光フィルタモジュールは、波長分割多重や高密度波長多重伝送方式の光通信システムに用いる合波・分波モジュールとして使用される。
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明の実施例の光フィルタモジュールの構成を示す要部断面図であり、図１（ａ）は、正面側から見た断面構造と、図１（ｂ）は、上側から見た断面構造である。
図１において、１は複数の波長の光を通す入力用光ファイバ、２は光ファイバから照射される光を平行にするためのコリメートレンズ（または、第１の凸レンズ）、３は、平行光が通過するときに光学長を変える階段状光学素子、４は、階段状光学素子を通過してくる光を集光するための集光レンズ（または、第２の凸レンズ）、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、出力するための出力用光ファイバで、本実施例では４本の光ファイバを記載している。
６は、入力用光ファイバ１、コリメートレンズ２、階段状光学素子３、集光レンズ４および出力用光ファイバ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）を保持・固定するための構造体である。
【００１０】
構造体６は、図１（ｂ）に示すように、入射光軸を含み、かつ、階段状光学素子３の階段に垂直な対称面９に対称な構造となっている。各光学素子もこの対称面９に対して対称な構造としている。
また、構造体６には、光学素子、光路を確保するための空洞（７ａ，７ｂ，７ｃ）および取り付けのための案内溝（８ａ，８ｂ）が設けてある。
さらに、出力用光ファイバ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）のピッチは、透過波長、階段状光学素子３の各階段の高さ、幅、および、集光レンズ４の焦点距離で決定されている。
このため、光の伝播方向に対する、階段状光学素子３、集光レンズ４、および、出力用光ファイバ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）の位置は、最も効率よく出力用光ファイバ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）に入射するように決められる。
構造体６の材質は、ポリマー材料で、その光伝播方向の線膨張率が、階段状光学素子３のそれとほぼ等しい材料としている。
階段状光学素子３を出射する光の角度は、階段状光学素子３の階段の幅および高さで決まり、幅および高さが異なれば、その角度は異なる。
これを、集光レンズ４により集光し、最も集まったところに出力用光ファイバ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）の端面が来るように階段状光学素子３、集光レンズ４、出力用光ファイバ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）の端面の位置を決める。
【００１１】
このような構造とすることにより、温度変化に対して特性変化の少ない構造で、かつ、小形の光フィルタモジュールを提供することが可能となる。
すなわち、本実施例の構成によれば、温度が変化した際に、構造体６は伸縮または膨張するが、入射光軸を含み、かつ、階段に垂直な面に対する対称性は崩れない。
また、階段状光学素子３の変化と出力用光ファイバ端面の位置変化が、誤差を互いに打ち消す方向に作用するので出力変化も少ない。
これを図２を用いて説明する。
図２において、３は階段状光学素子、４は集光レンズ、５は出力用光ファイバ、３‘は、温度が上昇した時の階段状光学素子の形状、集光レンズの位置、光ファイバの位置をそれぞれ、４‘、５‘として示している。
ａは、階段状光学素子を通過してくる光の代表光路で、ｂは温度が上昇した時の代表光路を示している。
階段格子の特性は、階段部分の光路長が異なることによる回折現象と階段状光学素子３の階段を抱洛する面が斜めの構造になっていることによるプリズムの効果により、出力用光ファイバ５に入力する波長帯域を広げる効果がある。
【００１２】
温度が上昇し、階段状光学素子３が膨張すると、階段状光学素子３を透過する光の、回折の効果による出射方向は光軸に近づく方向に変化し、プリズム効果による出射方向は、光軸から遠のく方向に移動する。
このため、代表光路は、光軸から遠のく方向に変化する。すなわち、温度が上昇したときには、階段状光学素子３が膨張し、代表光路の角度は大きくなるが、集光レンズ位置、出力用光ファイバ端面が遠くなるので、出力用光ファイバ５への入力位置は変化しない。
温度が下降した時には、逆になり、出力用光ファイバ５への入力位置はやはり変化しないことになる。つまり、熱的変化に強い構成となっている。
構造体６の光伝播方向の線膨張率を、５から２０ｐｐｍ／℃とすることによりこの効果が得られることが分かっている。
さらに、構造体６に、空洞（７ａ，７ｂ，７ｃ）と、案内溝（８ａ，８ｂ）を設けることにより、組立が容易になる。なお、この空洞（７ａ，７ｂ，７ｃ）と、案内溝（８ａ，８ｂ）は、図１（ａ）の紙面に垂直な方向に、構造体６を貫通する孔を設けることにより形成される。
すなわち、案内溝（８ａ，８ｂ）の案内面で、階段状光学素子３、集光レンズ４の光伝播方向の位置および光軸直角方向の位置は構造体６の形状で常に一定に決まる。
この場合も、各空洞（７ａ，７ｂ，７ｃ）と案内溝（８ａ，８ｂ）の構造は、対称面９に対象となるように構成し、温度変化時に対称性が崩れない構造とすることは言うまでもない。このような、複雑な構造を形成するには、構造体にポリマー材料を用い、射出成型する方法が低価格化に適している。
さらに、構造体６の伝播方向の線膨張率は、階段状光学素子３と集光レンズ４の線膨張率とほぼ近いものを用いることにより、集光位置の変化が最も小さな構成をとることができる。
【００１３】
また、各素子の固定は、接着剤を用いて行う。
図３に具体的な例を示す。図３において、１１ａ、１２ａは接着溝であり、階段状光学素子３と、集光レンズ４とに、紙面に垂直な方向に形成されている。この溝に、接着剤を流し、固定することにより、各素子を固定する。
この接着溝により、固定する構造とすることにより、接着凝固時の接着剤の収縮時に光学素子の位置変化を生じることなく固定が可能である。この例では、接着溝は光学素子側に設けたが、構造体側に設けても同様の効果がある。
さらに、各光学素子を組み込んだ構造体６を包含するカバー１３を掛ける。具体例を図４に示す。
カバー１３は、中空の柱状構造で、中空部に構造体６を入れ込む構造が、組み立てが容易である。カバー１３の材質には、断熱性の優れたポリマーが適している。
中空部に構造体６を入れた後、構造体６とカバー１３は接着剤で封止、固定する。全体に断熱性の優れたカバーを用いることにより、外部温度変化に対する急激な変化を防ぎ、さらに、ダストなどの混入を防げる。
そして、急激な温度変化を防いでいるため構造体内部での結露などを避けることが可能である。また、カバーで封止することにより、外部湿度変化にも耐性がある。
カバー１３の材質を構造体６と同一のものとすることにより、外部温度変化時にも、無理な変形を生じることがなく、各要素の光学的対称性を保つことが可能である。
このように、本実施例によると、温度変化、湿度変化に対して、頑強で、性能変化の少ない光フィルタモジュールを提供することが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１（ａ）】本発明の実施例の光フィルタモジュールの構成を示す要部断面図である。
【図１（ｂ）】本発明の実施例の光フィルタモジュールの構成を示す要部断面図である。
【図２】本発明の実施例の光フィルタモジュールにおける、温度変化時の作用を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例の光フィルタモジュールにおいて、構造体と光学素子の固定方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例の光フィルタモジュールにおいて、構造体の外側に配置されるカバーを示す図である。
【図５】従来の光フィルタモジュールの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  入力用光ファイバ
２  コリメートレンズ（または、第１の凸レンズ）
３  階段状光学素子
４  集光レンズ（または、第２の凸レンズ）
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  出力用光ファイバ
６  構造体
７ａ，７ｂ，７ｃ  空洞
８ａ，８ｂ  取り付け用案内溝
９  入射光軸を含み、かつ、階段状光学素子の階段に垂直な対称面
１０  共通支持部材
１０ａ  入力側支持部材
１０ｂ  光学素子支持部材
１０ｃ  出力側支持部材
１１ａ  階段状光学素子の接着溝
１２ａ  集光レンズの接着溝
１３  カバー
【図１（ａ）】
2005352231.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005352231.tif 000004
【図２】
2005352231.tif 000005
【図３】
2005352231.tif 000006
【図４】
2005352231.tif 000007
【図５】
2005352231.tif 000008