(57)【要約】【課題】  発光素子からの出射光と受光素子への入射光との光学的なクロストークによる影響を低減するために入射光に関する回折効率を相対的に高めることのできる光学素子及び光通信モジュールを提供する。【解決手段】  この光通信モジュールは、光学素子１０は、入射光と出射光が光学面を互いに反対側に通過する際に、光学面３において入射光が通過する入射光領域２と出射光が通過する出射光領域１とがそれぞれ一部で重なり合って回折構造を有する共用領域Ｃを形成し、入射光領域の少なくとも一部Ｄが回折効率の比較的大きい回折構造を有する。【選択図】  図５
2005284236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学面に回折構造が異なる複数の回折領域を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学面が回折構造を有しない回折無領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
入射光と出射光が光学面を互いに反対側に通過する際に、前記光学面において前記入射光が通過する入射光領域と前記出射光が通過する出射光領域とがそれぞれ一部で重なり合って回折構造を有する共用領域を形成し、
前記入射光領域の少なくとも一部が回折効率の比較的大きい回折構造を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記入射光領域の前記少なくとも一部が前記共用領域以外の入射光専用領域に対応することを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記入射光領域が前記回折効率の比較的大きい回折構造を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記共用領域が回折効率の比較的小さい回折構造を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子。
【請求項７】
前記出射光領域内の前記共用領域以外の出射光専用領域は、回折効率の比較的小さい回折構造を有するかまたは回折構造を有しない回折無領域であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記入射光領域にも前記出射光領域にも属さない前記光学面内の領域は、隣接する前記入射光領域または前記出射光領域と同じ回折構造を有することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記入射光領域の前記少なくとも一部以外の前記光学面内の領域は、前記回折効率の比較的小さい回折構造を有することを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記出射光はレーザ光であることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記入射光は前記光学素子の光軸に対しその出射端面が傾斜した光ファイバから前記光学素子に入射することを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記光学面において前記入射光領域が略円形状であり、前記出射光領域が略楕円形状であることを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記入射光は、複数の波長の光を含むとき、前記入射光領域の回折構造により回折され、その回折光は前記波長により回折角度が異なることを特徴とする請求項３乃至１２のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記光学素子は集光機能を備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１５】
請求項１乃至１４に記載の各回折構造を前記光学面に電子ビーム描画法により形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光学素子と、
光ファイバ端末からの光が前記光学素子を介して入射する受光素子と、
前記光ファイバ端末に向けて前記光学素子を介して光を出射する発光素子と、を備えることを特徴とする光通信モジュール。
【請求項１７】
前記光ファイバ端末は前記光学素子の光軸に対しその出射端面が傾斜していることを特徴とする請求項１６に記載の光通信モジュール。
【請求項１８】
前記発光素子はファブリ・ペロー半導体レーザから構成されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の光通信モジュール。
【請求項１９】
前記受光素子は複数の受光部を備え、前記回折構造による回折角度の異なる回折光がその回折角度に応じて各々の受光部に入射するように構成したことを特徴とする請求項１６，１７または１８に記載の光通信モジュール。
【請求項２０】
前記光学素子と前記発光素子との間に第１のコリメータレンズを配置し、
前記光ファイバ端末側に第２のコリメータレンズを前記光学素子として配置し、
前記第２のコリメータレンズの焦点距離を次の式で得られる焦点距離ｆ２よりも長くするとともに、
前記第２のコリメータレンズの前記出射光領域または前記共用領域を回折構造を有しない回折無領域または回折効率の比較的小さい回折構造に構成し、前記回折無領域または前記回折構造以外の領域を回折効率の比較的大きい回折構造に構成したことを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
ｆ２＝α＊ｆ１
但し、ｆ１：第１のコリメータレンズの焦点距離
α：ｓｉｎ((発光素子からの出射光の広がり角)／(光ファイバからの出射光の広がり角))
【請求項２１】
前記出射光領域または前記共用領域を輪帯状の回折格子に構成し、前記輪帯状の回折格子の部分の焦点距離を長くしたことを特徴とする請求項２０に記載の光通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折構造を有する光学素子及びこの光学素子を用いて光信号の送信及び受信のために端末に配置される光通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長の異なる光による双方向伝送による光通信システムでは、光信号の送受信端末に受光素子や発光素子等からなる光通信モジュールを配置し、送信・受信の各光を回折格子で分離している。かかる従来の光通信モジュールの例を図１６に示す（下記特許文献１参照）。図１６の従来の光通信モジュールは、ホログラム光学素子１１１を半導体レーザ１１０とフォトダイオード１２０が実装された支持台１３０と光ファイバ３４０の端末１４０との間に配置し、ホログラム光学素子１１１は基板の一方の面に回折格子１６０が形成されかつ基板の他方の面にレンズ１７０が形成されている。図１６のような光通信モジュールによれば、小型化できコストダウンを図ることができる。
【０００３】
しかし、図１６のように、グレーティングの場合は、回折効率を確保したり偏光依存性が無いような状態にする必要があるため、異次光例えば０次光と１次光の分光では角度０．０５ラジアン以内程度にしか分離できない。この分離角は、回折格子からの距離を３０ｍｍとすると、１．５ｍｍに相当する。このように、図１６のようなグレーティングを用いた光モジュールでは、分離角を大きく確保することが困難であり、このため、光モジュールのパッケージの大型化を避けるためには、半導体レーザ等の発光素子とフォトダイオード等の受光素子とを空間的に近い距離に配置する必要がある。
【０００４】
そうすると、発光素子からの出射光と受光素子への入射光との間の光学的なクロストークが問題となってしまう。特に、出射光に比べ入射光はその光強度が低いため、出射光による入射光への影響が問題となり易く、この場合、入射光の回折格子における回折効率の低下が問題となる。
【特許文献１】特開平５−２４１０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、発光素子からの出射光と受光素子への入射光との光学的なクロストークによる影響を低減するために入射光に関する回折効率を相対的に高めることのできる光学素子及び光通信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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による光学素子は、光学面に回折構造が異なる複数の回折領域を備えることを特徴とする。
【０００７】
この光学素子によれば、回折構造が異なる複数の回折領域の内で、回折効率の比較的大きい回折構造による回折領域により受光素子への入射光の回折光の効率を大きくできる一方、回折効率の比較的小さい回折構造による別の回折領域で発光素子からの出射光の効率が低下しても、さほど問題とならない。これにより、入射光に関する回折効率を相対的に高めることができ、出射光と入射光との光学的なクロストークによる影響を低減することが可能となる。
【０００８】
上記光学素子において前記光学面が回折構造を有しない回折無領域を備えることで、発光素子からの出射光の効率を大きくできる。
【０００９】
本発明によるもう１つの光学素子は、入射光と出射光が光学面を互いに反対側に通過する際に、前記光学面において前記入射光が通過する入射光領域と前記出射光が通過する出射光領域とがそれぞれ一部で重なり合って回折構造を有する共用領域を形成し、前記入射光領域の少なくとも一部が回折効率の比較的大きい回折構造を有することを特徴とする。
【００１０】
この光学素子によれば、入射光領域と出射光領域の各一部が重なり合う回折構造を有する共用領域を形成することで入射光領域及び出射光領域において重なり合わない各専用領域を設けることができるとともに、入射光領域の少なくとも一部が回折効率の比較的大きい回折構造を有することにより、入射光に関する回折効率を相対的に高めることができ、出射光と入射光との光学的なクロストークによる影響を低減することが可能となる。
【００１１】
上記光学素子において前記入射光領域の前記少なくとも一部が前記共用領域以外の入射光専用領域に対応するように構成できる。
【００１２】
また、前記入射光領域が前記回折効率の比較的大きい回折構造を有するように構成できる。即ち、入射光専用領域と共用領域との入射光領域全体が回折効率の比較的大きい回折構造を有することができる。
【００１３】
また、前記共用領域が回折効率の比較的小さい回折構造を有していてもよい。即ち、入射光領域では入射光専用領域だけが回折効率の比較的大きい回折構造を有する。
【００１４】
また、前記出射光領域内の前記共用領域以外の出射光専用領域は、回折効率の比較的小さい回折構造を有するかまたは回折構造を有しない回折無領域であるようにできる。
【００１５】
また、前記入射光領域にも前記出射光領域にも属さない前記光学面内の領域は、隣接する前記入射光領域または前記出射光領域と同じ回折構造を有することで、加工が容易となり、製造し易くなる。
【００１６】
また、前記入射光領域の前記少なくとも一部以外の前記光学面内の領域は、前記回折効率の比較的小さい回折構造を有するように構成できる。
【００１７】
なお、回折構造としては、例えば、ブレーズ回折構造、エシュロン回折構造、バイナリー回折構造があり、一般的に、この順で、回折効率が小さくなる。
【００１８】
また、前記出射光はレーザ光であることができ、レーザ光源がファブリ・ペロー半導体レーザであって、波長変動が大きい場合でも、出射光として０次光を用いることで波長変動による影響を抑えることができる。
【００１９】
また、前記入射光は前記光学素子の光軸に対しその出射端面が傾斜した光ファイバから前記光学素子に入射するようにできる。
【００２０】
また、前記光学面において前記入射光領域が略円形状であり、前記出射光領域が略楕円形状であるようにできる。これにより、入射光領域及び出射光領域において共用領域、入射光専用領域及び出射光専用領域を設けることができる。
【００２１】
また、前記入射光は、複数の波長の光を含むとき、前記入射光領域の回折構造により回折され、その回折光は前記波長により回折角度が異なるようにできる。
【００２２】
また、前記光学素子は集光機能を備えることもできる。また、上述の光学素子の各回折構造を前記光学面に電子ビーム描画法により形成することができる。
【００２３】
また、本発明による光通信モジュールは、上述の光学素子と、光ファイバ端末からの光が前記光学素子を介して入射する受光素子と、前記光ファイバ端末に向けて前記光学素子を介して光を出射する発光素子と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この光通信モジュールによれば、上述の光学素子により、入射光に関する回折効率を相対的に高めることができるので、発光素子からの出射光と受光素子への入射光との光学的なクロストークによる影響を低減することが可能となる。
【００２５】
上記光通信モジュールにおいて前記光ファイバ端末は前記光学素子の光軸に対しその出射端面が傾斜していることが好ましい。
【００２６】
また、前記発光素子はファブリ・ペロー半導体レーザから構成されることで、光通信モジュールのコスト減に寄与できる。
【００２７】
また、前記受光素子は複数の受光部を備え、前記回折構造による回折角度の異なる回折光がその回折角度に応じて各々の受光部に入射するように構成することが好ましい。これにより、入射光が複数の波長の光を含む場合に、各波長の光を分離でき、多重受信が可能となる。
【００２８】
また、上記光通信モジュールにおいて、前記光学素子と前記発光素子との間に第１のコリメータレンズを配置し、前記光ファイバ端末側に第２のコリメータレンズを前記光学素子として配置し、前記第２のコリメータレンズの焦点距離を次の式で得られる焦点距離ｆ２よりも長くするとともに、前記第２のコリメータレンズの前記出射光領域または前記共用領域を回折構造を有しない回折無領域またはエシェロン回折構造等の回折効率の比較的小さい回折構造に構成し、前記回折無領域または前記回折構造以外の領域をブレーズ回折構造等の回折効率の比較的大きい回折構造に構成することが好ましい。これにより、光ファイバ端末に発光素子からの光を導くと、その光が結果的に光ファイバ端末の端面上でコア径よりも広がりをもって結像し、結合効率は低下するものの、発光素子から光ファイバ端末までの間のアライメントが容易となるとともに、第２のコリメータレンズの出射光領域または共用領域部以外を回折効率の比較的大きいブレーズ構造等にすることで、受信側における回折角を大きくかつ回折効率を低下しないようにできる。
【００２９】
ｆ２＝α＊ｆ１  ・・・（Ａ）
但し、ｆ１：第１のコリメータレンズの焦点距離
α：ｓｉｎ((発光素子からの出射光の広がり角)／(光ファイバからの出射光の広がり角))
【００３０】
また、前記出射光領域または前記共用領域を輪帯状の回折格子に構成し、前記輪帯状の回折格子の部分の焦点距離を長くすることで、特に、波長多重の間隔が粗いＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）の場合に好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の光学素子によれば、入射光に関する回折効率を相対的に高めることができるので、出射光と入射光との光学的なクロストークによる影響を低減できる。また、本発明の光通信モジュールによれば、上述の光学素子により発光素子からの出射光と受光素子への入射光との光学的なクロストークによる影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による光通信モジュールの光路を示す概略図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施の形態による光通信モジュールは、光ファイバ１６の光軸ｐ方向に全体として細長く構成され、光ファイバ１６の端面１７の近傍に配置された光学素子である回折格子１０と、端面１７と回折格子１０との間に配置された集光レンズ１５と、光ファイバ１６の端面１７に対向するように反対側に光軸ｐ上に配置された発光素子１１と、発光素子１１の前面に前置されたレンズ１３と、を備える。
【００３４】
また、図１の光通信モジュールは、回折格子１０から光軸ｐに対し若干傾斜した延長線上に配置された受光素子１２と、受光素子１２の前面に前置されたレンズ１４と、を備える。光ファイバ１６の端面１７は光軸ｐに関し垂直な面に対して若干傾斜している。
【００３５】
なお、光通信モジュールは、図１の各部分が全体としてケース内に収容されて遮光状態で使用され、外部に延びる光ファイバ１６が光通信システムの光ケーブル網に接続可能である。
【００３６】
発光素子１１は、例えばファブリ・ペロー半導体レーザから構成される。発光素子１１から出射した波長λ１０（例えば、１．３１μｍ）の光は、レンズ１３を介して回折格子１０を通過する。そして、この回折格子１０によって回折されない光（０次光）が出射光として集光レンズ１５を介して端面１７に集光され、光ファイバ１６を通して外部に送信される。
【００３７】
また、受光素子１２は例えばフォトダイオードから構成され、光ファイバ１６から送られて端面１７から出た光が集光レンズ１５を介して回折格子１０で回折され、波長λ１（例えば、１．４９μｍ）の１次回折光が光軸ｐから曲がりレンズ１４を介して受光素子１２に入射して電気信号に変換される。
【００３８】
図１の光通信モジュールは、波長分割多重方式による波長の異なる光信号を伝送する光通信システムに適用可能であり、例えば、光ファイバ１６が光通信システムの光ケーブル網に接続される一方、光通信モジュールの端子（図示省略）が例えばルータ等の接続機器の差込口に差し込まれ、パソコン等と接続される。このようにして、図１の光通信モジュールにより波長の異なる光信号が同じ光ファイバ１６内で上り及び下りの双方向に伝送されることで、パソコン等によりインターネット等を介して通信を行うことが可能となる。
【００３９】
次に、図１の発光素子１１からの出射光及び受光素子１２への入射光が回折格子１０の光学面において占める各領域について図２乃至図６を参照して説明する。
【００４０】
図２は図１の要部配置構成及びその座標系を示す概略図である。図３は図１の光ファイバの傾斜した端面を説明するための要部側面図である。図４は図２の発光素子と各理想レンズと光ファイバの傾斜した端面との配置関係を示す概略図である。図５は図１の回折格子１０の光学面における出射光領域と入射光領域を概略的に示す平面図である。
【００４１】
図２において図１の各レンズ１３，１５は、けられや収差のない理想的なレンズと仮定し、発光素子１１であるレーザ半導体（ＬＤ）はレンズ１３の焦点位置に位置し、光ファイバ１６を最も結合効率の高い位置に設置する。
【００４２】
次に、図３のように、光ファイバ１６の端面１７の傾斜角を例えば６°とすると、光ファイバ１６の等価屈折率ｎを例えば１．４６８２とすると、光ファイバ１６からは、次式（１）から得られるように、光ファイバ１６から光軸ｐに対し２．８２８°だけ斜めに光が進む。
【００４３】
ｓｉｎ−１(１．４６８２×ｓｉｎ(６°))−６°＝２．８２８°    （１）
【００４４】
一方、図４を参照して、発光素子１１の半導体レーザ（ＬＤ）からのレーザ光は、図２のｘ方向（図４の紙面垂直方向）における広がり角θｘ及び図２のｙ方向（図４の紙面上下方向）の広がり角θｙ（半幅）を持ち、焦点距離ｆ０にあるレンズ１３で平行光となると、その光束は、次の式（２）、（３）の大きさの楕円形となる。
【００４５】
Ｒｘ＝ｆ０・ｔａｎ(θｘ)    （２）
【００４６】
Ｒｙ＝ｆ０・ｔａｎ(θｙ)    （３）
【００４７】
この光束が、図３の光ファイバ１６の２．８２８°の傾斜角に対応した角度θ０で端面１７に入射するには、レンズ１５においてレンズ１５の中心から次の式（４）から求められるｙ０だけ方向ｙに離れた位置を前記平行光の光軸が通過するように、発光素子１１及びレンズ１３を光軸ｐに対し平行にずらす。
【００４８】
ｙ０＝ｆ１・ｔａｎθ０    （４）
但し、ｆ１は光ファイバ側のレンズ１５の焦点距離である。
【００４９】
従って、半導体レーザ（ＬＤ）からのレーザ光（出射光）が光ファイバ側のレンズ１５上で形成する影（出射光領域）は、次式（５）を満たす楕円形の領域となる。
【００５０】
(ｘ／Ｒｘ)２＋((ｙ−ｙ０)／Ｒｙ)２≦１    （５）
【００５１】
また、光ファイバ１６の端面１７から出た受光素子１２に向かう入射光が光ファイバ側のレンズ１５上で形成する影（入射光領域）は、次式（６）を満たす半径ｒの円形の領域となる。
【００５２】
ｘ２＋(ｙ−ｙ０)２≦ｒ２    （６）
【００５３】
なお、半導体レーザ（ＬＤ）が形成する楕円形の光束よりも半導体レーザ（ＬＤ）側のレンズ１３の有効径（半径ｒ１）が小さい場合には、けられが発生するため、出射光領域は、上述の式（５）と（６）（ｒ＝ｒ１）の両方を満たす領域となる。
【００５４】
上述の結果から分かるように、レンズ１３とレンズ１５との間に配置される回折格子１０において上記式（５）による楕円形状の出射光領域と、上記式（６）による入射光領域とが形成されるが、出射光領域と入射光領域とは、完全に一致せずかつ一方が他方に含まれることがなくそれぞれの領域に専用領域があるように形成され得る。
【００５５】
即ち、図５に示すように、回折格子１０の、例えば図１の発光素子１１側の光学面３には、略楕円形状の出射光領域１と、略円形状の入射光領域２が形成され、出射光領域１の一部と入射光領域２の一部とが重なり合い、共用領域Ｃを形成している。
【００５６】
従って、出射光領域１は、共用領域Ｃと、発光素子１１からの光である出射光のみが通過する出射光専用領域Ｂと、から構成される。また、入射光領域２は、共用領域Ｃと、受光素子１２に向かう入射光のみが通過するように共用領域Ｃの両側に略三日月状の入射光専用領域Ｄと、から構成される。
【００５７】
次に、図５の回折格子１０の光学面３には各領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応して形成する異なる回折構造について図６乃至図８を参照して説明する。
【００５８】
図６は、図５の回折格子１０の光学面３の各領域Ａ乃至Ｄに形成される複数の回折構造と回折無領域との組合せ（８種類）を示す表である。図７は、図５の回折格子１０の光学面３に形成したブレーズ回折構造とエシュロン回折構造を部分的にかつ概略的に示す側断面図である。図８は、図７のブレーズ回折構造とエシュロン回折構造を概略的に示す断面斜視図である。
【００５９】
図５，図６に示すように、組み合わせ１では、入射光専用領域Ｄをブレーズ回折構造に形成し、入射光専用領域Ｄ以外はエシュロン回折構造に形成している。即ち、入射光専用領域Ｄが比較的回折効率の高いブレーズ回折構造であり、共用領域Ｃと出射光専用領域Ｂと領域Ｂ、Ｃ、Ｄ以外の光学面３内の領域Ａとがブレーズ回折構造よりは回折効率の低いエシュロン回折構造である。
【００６０】
図７，図８に示すように、ブレーズ回折構造４は、傾斜が比較的急で面積の小さい傾斜面４ａと、傾斜が比較的緩やかで面積の大きい傾斜面４ｂとが所定ピッチｔ及び所定高さｈで繰り返し形成されて構成されている。また、エシュロン回折構造５は、それぞれ所定幅ｓと所定深さｄからなる複数の段差が繰り返し形成されて構成されている。
【００６１】
また、図７，図８のように、ブレーズ回折構造４とエシュロン回折構造５の境界では、ブレーズ回折構造４の傾斜が比較的緩やかで面積の大きい傾斜面４ｂの傾斜方向と、エシュロン回折構造５の各段差が落ち込む方向とが同じ向きであるように形成されている。
【００６２】
以上のように、従来までは光強度の大きい発光素子１１からの出射光が光強度の小さい受光素子１２への入射光に対し悪影響を与え易かったのであるが、上述の回折格子１０を含む図１の光通信モジュールによれば、回折効率の比較的大きいブレーズ回折構造が形成された入射光専用領域Ｄにより受光素子１２への入射光の回折光の効率を大きくできるので、入射光に関する回折効率を相対的に高めることができ、入射光と出射光との光学的なクロストークによる影響を低減することが可能となる。
【００６３】
一方、回折効率の比較的小さいエシュロン回折構造による出射光領域１により発光素子１１からの出射光の効率が低下しても、出射光は発光素子１１の電流制御等により光強度の制御が可能であるので、さほど問題とならない。
【００６４】
また、出射光は、発光素子１１がファブリ・ペロー半導体レーザであるため波長変動が大きい場合でも、０次光を用いるので、波長変動による影響を抑えることができる。また、ファブリ・ペロー半導体レーザは低コストであるので、光通信モジュールのコスト減に寄与できる。
【００６５】
また、図５，図６のように、回折格子１０の光学面３の各領域Ａ乃至Ｄに形成される複数の回折構造と回折無領域との組み合わせは、組み合わせ１に限定されずに、他の組み合わせ２〜８であってもよい。
【００６６】
即ち、組み合わせ２では、共用領域Ｃと出射光専用領域Ｂ（即ち、出射光領域１）をエシュロン回折構造とし、それ以外の領域Ａ及び入射光専用領域Ｄをブレーズ回折構造にしている。これにより、光学面３の加工が容易となり、また、入射光の回折効率を向上できる。
【００６７】
また、図６の組み合わせ３では、共用領域Ｃをエシュロン回折構造とし、出射光専用領域Ｂを回折構造を形成しない回折無領域とし、それ以外の領域Ａ及び入射光専用領域Ｄをブレーズ回折構造にしている。これにより、出射光の効率を向上できる。
【００６８】
また、図６の組み合わせ４では、出射光専用領域Ｂを回折構造を形成しない回折無領域とし、それ以外の領域Ａ，Ｃ，Ｄをブレーズ回折構造にしている。これにより、組み合わせ１よりも出射光の効率を向上できる。
【００６９】
更に、組み合わせ５，６，７，８では、それぞれ図６の組み合わせのように各領域Ａ乃至Ｄの各回折構造及び回折無領域を決めている。
【００７０】
次に、図７，図８に示すブレーズ回折構造及びエシュロン回折構造を図５，図６の組み合わせ１で配置した回折格子の作製法について図９を参照して説明する。図９は図５〜図８の回折格子を電子ビーム描画法により作製する手順（ａ）乃至（ｃ）を説明するための図である。
【００７１】
なお、電子ビーム描画法とは、本発明者等が、例えば、先に特願２００２−２４９６１４で提案したように、回折格子のような光学素子等の面上に所望の描画パターンを電子ビームによる３次元描画でサブミクロンオーダーの高精度で形成できるものである。
【００７２】
まず、図９（ａ）のように、母型となる円柱状の樹脂材料からなる基材８０について基材８０の外径８１を基準として外周面８０ａを切削加工し、誤差０．５μｍ以下の精度で中心だしを行い、次に、切削加工で基材８０の一端面の円形平面８２を平面加工する。
【００７３】
次に、図９（ｂ）のように、切削加工で外周面８０ａを基準として同心円線８３を加工してから、同心円線８３を基準として平面８２の中心を合わせ、電子ビーム描画によって回折格子パターンをレジスト上に形成する。必要に応じてＸ−Ｙ軸を決めるためのマークを加工する。この場合、レジスト厚さは例えば２μｍ程度である。
【００７４】
上述のようにして作製された基材８０には、図９（ｃ）の平面図のように、平面８２上の円形８４内に図５，図６の組み合わせ１の回折格子構造に対応した回折パターンがレジストに形成される。
【００７５】
次に、プラズマシャワー等によるドライエッチングで、電子ビーム描画により形成されたレジストの回折格子パターンをマスクとして基材８０を加工する。このドライエッチングにより、基材８０上に回折格子パターンが転写される。
【００７６】
次に、ドライエッチングで成形した基材を母材として、電鋳金型を作製し、その金型により回折格子の成形を行うことで、図１，図５，図６の組み合わせ１の回折格子１０を得る。なお、基材を直接、母型金型として回折レンズを押圧成形するようにしてもよい。
【実施例】
【００７７】
次に、図１の回折格子の構造として図６の組み合わせ１を採用した場合の実施例（ａ）〜（ｆ）について図１０，図１１，図１２を参照して説明する。図１０〜図１２は、実施例（ａ）〜（ｆ）について、図の中央に図１の各レンズ１３〜１５と回折格子１０と光ファイバ１６の端面１７の光学配置を示し、図の左側に発光素子及び受光素子の平面図を示し、更に、図の右側に図５の回折格子の光学面における各領域Ａ〜Ｄを示す図である。
【００７８】
図１０，図１１に示す実施例（ａ）〜（ｄ）は、光ファイバ１６の中心軸ｐに対する発光素子１１及びレンズ１３の相対位置を変更して、図２の方向ｙにおける図４のｙ０を変えた場合の例であり、（ｃ）、（ｄ）は、さらに、光ファイバ１６を（ａ）、（ｂ）の配置位置から１８０°回転させた例となっている。図１０，図１１の右側に示すように、回折格子１０の光学面３には出射光専用領域Ｂ、共用領域Ｃ、入射光専用領域Ｄ、及び領域Ｂ〜Ｄ以外の領域Ａがそれぞれ形成され、各領域Ａ〜Ｄに対応して図６の組み合わせ１で回折構造が形成されている。
【００７９】
また、図１２に示す実施例（ｅ），（ｆ）は、光ファイバ１６を実施例（ａ）、（ｂ）の配置位置から中心軸ｐを中心にして９０°回転し、発光素子１１及びレンズ１３の光ファイバ１６に対する相対位置を図２の方向ｘに変えた場合の例であり、図１２の右側に示すように、回折格子１０の光学面３には出射光専用領域Ｂ、共用領域Ｃ、入射光専用領域Ｄ、及び領域Ｂ〜Ｄ以外の領域Ａがそれぞれ形成され、各領域Ａ〜Ｄに対応して図６の組み合わせ１で回折構造が形成されている。
【００８０】
表１に、上述の実施例（ａ）〜（ｆ）における０次光を利用した出射光に関する回折効率及び図１０〜図１２に示す光学配置の最終結合効率の計算結果を示す。
【００８１】
【表１】
2005284236.tif 000003
【００８２】
表２に、上述の実施例（ａ）〜（ｆ）における入射光に関する回折効率及び図１０〜図１２に示す光学配置の最終結合効率の計算結果を示す。
【００８３】
【表２】
2005284236.tif 000004
【００８４】
また、表１及び表２には、図１０〜図１２に示す配置と同様にし、回折格子の光学面の全面をエシュロン回折構造とした比較例の回折効率及び図１０〜図１２に示す光学配置の最終結合効率の計算結果も併せてそれぞれ示す。
【００８５】
なお、以上の計算において、上記各式（１）乃至（６）においてθｘ＝１７°、θｙ＝３４°、θ０＝２．８２８°、ｆ０＝０．７ｍｍ、ｆ１＝３ｍｍ、とした。また、出射光の０次光の利用効率を９８％とし、ブレーズ回折構造の回折効率を９２％とした。また、図７のブレーズ回折構造のピッチｔを３６μｍ、高さｈを３μｍとし、エシュロン回折構造の各段差の幅ｓを９μｍ、深さｄを５μｍとした。
【００８６】
表１から分かるように、出射光に関しては、各実施例（ａ）〜（ｆ）いずれの場合も回折効率及び最終結合効率は比較例の場合よりも低くなっているが、入射光に関しては、各実施例（ａ）〜（ｆ）いずれの場合も回折効率及び最終結合効率は比較例の場合よりも高くなっている。
【００８７】
以上のように、実施例（ａ）〜（ｆ）の図１０乃至図１２の光学配置及び回折格子１０の構造によれば、回折効率の大きいブレーズ回折構造の入射光専用領域Ｄにより受光素子１２への入射光の回折光の効率を大きくできる一方、回折効率の比較的小さいエシュロン回折構造の出射光領域１により発光素子１１からの出射光の効率が小さくなり、入射光の回折効率を相対的に高めることができた。
【００８８】
以上のように本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１では、回折格子１０の発光素子１１側の光学面３に各回折構造を形成したが、反対の光ファイバ１６側の光学面に形成してもよく、また、ある領域の回折構造を光学面３に形成し、別の領域の回折構造を反対側の光学面に形成してもよい。
【００８９】
また、集光レンズ１５を光学素子とし、その光学面に図５と同様の回折構造を形成してもよい。この場合、いずれか一方の光学面に各回折構造を形成してよく、また、ある領域の回折構造を一方の光学面に形成し、別の領域の回折構造を他方の光学面に形成してもよい。
【００９０】
また、図１の光通信モジュールは、受光素子１２を、図１３のように、アレー状に並べられた複数の受光部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに分割し、波長の異なる３つの光が入射したときに、回折格子１０による回折角度の異なる回折光がその回折角度に応じて各受光部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに入射するように構成してもよい。
【００９１】
図１３の構成によれば、光多重信号の各波長は、例えば、発光素子１１からの出射光波長λ１０が１．３１μｍであり、光ファイバ１６の端面１７から入射する光の波長がλ０＝１．４７μｍ、λ１＝１．４９μｍ、λ２＝１．５１μｍであるが、かかる波長の異なる複数の光信号を各受光部１２ｂ〜１２ｄで別々に受光できる。このように下り波長多重（ＷＤＭ）通信を行うことで、各波長の光信号に乗せられた種々のデータ、例えば、デジタルテレビ放送、動画、静止画、音声、デジタルデータ通信などを一本の光ファイバを通して受信できる。
【００９２】
また、図１４に光通信モジュールの変形例を示すが、図１４の光通信モジュールは、図１と同様に発光部１１からの光が２枚のコリメータレンズ１３，１５を介して光ファイバ１６の端面１７に入射し、更に光ファイバ１６の端面１７から出射した光が２枚のコリメータレンズ１５，１４を介して図１３のアレー状に構成された受光部１２に入射するように構成したものである。図１４では、コリメータレンズ１５のレンズ１３側の光学面１５ａが図５の光学面３と同様に回折構造に構成されており、光ファイバ１６の端面１７からの光がレンズ１５の光学面１５ａの回折構造で回折されて光路が光軸ｐに対し折り曲げられて受光部１２の受光面１２ａに結像する。
【００９３】
図１４の光ファイバ１６側のコリメータレンズ１５の焦点距離を次の式（Ａ）で得られる焦点距離ｆ２よりも長くし、光学面１５ａにおける図５の出射光領域または共用領域を回折構造を有しない回折無領域またはエシェロン回折構造に構成し、回折無領域またはエシェロン回折構造以外の領域をブレーズ回折構造に構成している。これにより、光ファイバ１６の端面１７に発光素子１１からの光を導くと、その光が結果的に光ファイバ１６の端面１７上でコア径よりも広がりをもって結像し、結合効率は低下するものの、発光素子１１から光ファイバ１６までの間のアライメントが容易となるとともに、コリメータレンズ１５の出射光領域または共用領域部以外をブレーズ構造にすることで、受信側における回折角を大きくかつ回折効率を低下しないようにできる。
【００９４】
ｆ２＝α＊ｆ１  ・・・（Ａ）
但し、ｆ１：コリメータレンズ１３の焦点距離
α：ｓｉｎ((発光素子１１からのレーザ光である出射光の広がり角)／(光ファイバ１６からの出射光の広がり角))
【００９５】
例えば、コリメータレンズ１５の光学面１５ａ上の面積比として、光ファイバ１６への出射光部分（回折構造なしまたはエシュロン回折構造）が２５％（−６ｄＢ）であり、それ以外の周辺部分（ブレーズ回折構造）が７５％（−１．２ｄＢ）程度であると、光ファイバ１６の端面１７上のビーム径がコアのほぼ２倍となり、この場合、コリメータレンズ１５の焦点距離は、上記式（Ａ）で与えられるｆ２の概略２倍程度の値となる。
【００９６】
また、図１４において、コリメータレンズ１５の光学面１５ａにおける出射光領域または共用領域を図１５のような輪帯状の回折格子１８に構成し、輪帯状の回折格子の部分の焦点距離を長くすることで、光通信モジュールが、特に波長多重の間隔が例えば２０ｎｍのように粗いＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）に対応可能となる。即ち、光通信モジュールで受信した光はコリメータレンズ１５から出射した後、アレー状の受光部１２に収束するため、送信する光は、コリメータレンズ１５に向かいアレー状の受光部１２に収束するのと同じ角度で発散する光束となり、コリメータレンズ１３を通過後、所望の発散角とするための調整が必要となるので、平行光束となるように光学系を調整するのと比較し、調整の手間が増える。かかる問題を解決するため、コリメータレンズ１５の光学面１５ａの出射光が通過する部分に輪帯状の回折格子１８を設けることで、この部分のレンズのパワーを低下させ、コリメータレンズ１５に入射する光が光ファイバ１６の端面１７上で焦点を結ぶようにでき、光学系の調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本実施の形態による光通信モジュールの光路を示す概略図である。
【図２】図１の要部配置構成及びその座標系を示す概略図である。
【図３】図１の光ファイバの傾斜した端面を説明するための要部側面図である。
【図４】図２の発光素子と各理想レンズと光ファイバの傾斜した端面との配置関係を示す概略図である。
【図５】図１の回折格子１０の光学面における出射光領域と入射光領域を概略的に示す平面図である。
【図６】図５の回折格子１０の光学面３の各領域Ａ乃至Ｄに形成される複数の回折構造と回折無領域との組合せ（８種類）を示す表である。
【図７】図５の回折格子１０の光学面３に形成したブレーズ回折構造とエシュロン回折構造を部分的にかつ概略的に示す側断面図である。
【図８】図７のブレーズ回折構造とエシュロン回折構造を概略的に示す断面斜視図である。
【図９】図５〜図８の回折格子を電子ビーム描画法により作製する手順（ａ）乃至（ｃ）を説明するための図である。
【図１０】実施例（ａ）、（ｂ）について、図の中央に図１の各レンズ１３〜１５と回折格子１０と光ファイバ１６の端面１７の光学配置を示し、図の左側に発光素子及び受光素子の平面図を示し、更に、図の右側に図５の回折格子の光学面における各領域Ａ〜Ｄを示す図である。
【図１１】実施例（ｃ）、（ｄ）について、図の中央に図１の各レンズ１３〜１５と回折格子１０と光ファイバ１６の端面１７の光学配置を示し、図の左側に発光素子及び受光素子の平面図を示し、更に、図の右側に図５の回折格子の光学面における各領域Ａ〜Ｄを示す図である。
【図１２】実施例（ｅ）、（ｆ）について、図の中央に図１の各レンズ１３〜１５と回折格子１０と光ファイバ１６の端面１７の光学配置を示し、図の左側に発光素子及び受光素子の平面図を示し、更に、図の右側に図５の回折格子の光学面における各領域Ａ〜Ｄを示す図である。
【図１３】図１の受光素子の受光部の変形例を概略的に示す斜視図である。
【図１４】本実施の形態による光通信モジュールの変形例における光路を示す概略図である。
【図１５】図１４のコリメータレンズ１５の光学面１５ａに部分的に形成した輪帯状の回折格子を模式的に示す側面図である。
【図１６】レンズ上に回折格子を設けて送信・受信の各光を分離する従来の光通信モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 出射光領域
２ 入射光領域
３ 光学面
４ ブレーズ回折構造
４ａ 傾斜面
４ｂ 傾斜面
５ エシュロン回折構造
１０ 回折格子（光学素子）
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１２ｂ〜１２ｄ 複数の受光部
１３ レンズ、コリメータレンズ
１４ レンズ
１５ 集光レンズ、コリメータレンズ
１６ 光ファイバ
１７ 端面
１８ 輪帯状の回折格子
Ａ 領域Ｂ，Ｃ，Ｄ以外の領域
Ｂ 出射光専用領域
Ｃ 共用領域
Ｄ 入射光専用領域
【図１】
2005284236.tif 000005
【図２】
2005284236.tif 000006
【図３】
2005284236.tif 000007
【図４】
2005284236.tif 000008
【図５】
2005284236.tif 000009
【図６】
2005284236.tif 000010
【図７】
2005284236.tif 000011
【図８】
2005284236.tif 000012
【図９】
2005284236.tif 000013
【図１０】
2005284236.tif 000014
【図１１】
2005284236.tif 000015
【図１２】
2005284236.tif 000016
【図１３】
2005284236.tif 000017
【図１４】
2005284236.tif 000018
【図１５】
2005284236.tif 000019
【図１６】
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