(57)【要約】【課題】  全体として所望の光学特性を有する光部品を製造することができる光部品製造方法を提供する。【解決手段】  光ファイバ１０の端面１３における光の出射前から光フィルタ３０における光の反射後までの間の光路の目標光学特性Ｒ(λ)、光ファイバ１０の端面１３および光ファイバ２０の端面２３それぞれにおける反射係数ｒ１、光ファイバ１０の端面１３と光フィルタ３０との間の間隔ｄ'、および、光ファイバ２０の端面２３と光フィルタ３０との間の間隔ｄに基づいて、光フィルタ３０の反射特性ｒ(λ)を所定の式で設計する。この設計により得られた反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタ３０を製造し、この光フィルタを用いて光部品２を製造する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光導波路の端面と第２光導波路の端面との間の光路上に光フィルタを有し、前記第１光導波路の端面と前記光フィルタとの間の光路および前記第２光導波路の端面と前記光フィルタとの間の光路が樹脂で充填され、前記第１光導波路の端面から出射した光の一部を前記光フィルタにより反射する光部品を製造する方法であって、
前記第１光導波路の端面における光の出射前から前記光フィルタにおける光の反射後までの間の光路の目標光学特性Ｒ(λ)、前記第１光導波路および前記第２の光導波路それぞれの端面における反射係数ｒ１、前記第１光導波路の端面と前記光フィルタとの間の間隔ｄ'、および、前記第２光導波路の端面と前記光フィルタとの間の間隔ｄに基づいて、前記光フィルタの反射特性ｒ(λ)を
【数１】
2005128165.tif 000017
なる式で設計し（ただし、λは波長を表す変数）、
この設計により得られた反射特性ｒ(λ)を有する前記光フィルタを製造し、この光フィルタを用いて前記光部品を製造する、
ことを特徴とする光部品製造方法。
【請求項２】
前記第１光導波路および前記第２の光導波路それぞれの端面における互いに異なる２つの偏光方位それぞれについての反射係数を前記反射係数ｒ１として用いて、２つの偏光方位それぞれの場合の前記光フィルタの反射特性を(1)式に基づいて計算し、これらの計算結果の平均値を前記光フィルタの反射特性ｒ(λ)とする、ことを特徴とする請求項１記載の光部品製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の光部品製造方法により製造された光部品。
【請求項４】
請求項３記載の光部品と受光素子とを含み、前記光部品の前記第１光導波路の端面から出射して前記光フィルタにより反射された光のパワーを前記受光素子により検出することで、前記第１光導波路の端面から出射し前記光フィルタを透過して前記第２光導波路の端面に入射する光のパワーをモニタする、ことを特徴とする光パワーモニタ装置。
【請求項５】
請求項４記載の光パワーモニタ装置を含み、信号光を伝送するとともに、この信号光のパワーを前記光パワーモニタ装置によりモニタする、ことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタを含む光部品、このような光部品を製造する方法、このような光部品を含む光パワーモニタ装置、および、このような光パワーモニタ装置を含む光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光パワーモニタ装置は、例えば光伝送システムにおいて信号光のパワーをモニタするものであって、第１光導波路の端面と第２光導波路の端面との間の光路上に光フィルタを備えている。この光パワーモニタ装置は、第１光導波路の端面から出射して光フィルタにより反射された光のパワーを受光素子により検出することで、第１光導波路の端面から出射し光フィルタを透過して第２光導波路の端面に入射する光のパワーをモニタする。
【０００３】
上記のような第１光導波路の端面と第２光導波路の端面との間の光路上に光フィルタを備える光部品を製造するに際しては、遺伝的アルゴリズムに基づく設計方法（非特許文献１を参照）または逆散乱法（非特許文献２を参照）を用いて、所望の光学特性を有する光フィルタを設計・製造し、この光フィルタを第１光導波路の端面と第２光導波路の端面との間に挿入して、これにより上記の光部品を製造する。
【非特許文献１】J. Skaar, et al., "A Genetic Algorithm for the Inverse Problem in Synthesis of Fiber Gratings", J. of Lightwave Technol., Vol.16, No.10, pp.1928-1932 (1998)
【非特許文献２】G.-H. Song, et al., "Design of corrugated waveguide filters by the Gel'fand-Levitan-Marchenko inverse-scattering method", J. Opt. Soc. Am. A, Vol.2, No.11, pp.1905-1915 (1985)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光フィルタが単体として所望の光学特性を有するように該光フィルタを設計・製造したとしても、第１光導波路の端面と第２光導波路の端面との間の光路上に該光フィルタを備える光部品は全体としては必ずしも所望の光学特性を有しない場合がある。その結果、このような光部分を含む光パワーモニタ装置は、所期のモニタ精度を有することができない。また、このような光パワーモニタ装置を含む光伝送システムは、光通信の信頼性が低いものとなる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、全体として所望の光学特性を有する上記光部品を製造することができる光部品製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このような光部品製造方法により製造されて所望の光学特性を有することができる光部品、このような光部品を含み所期のモニタ精度を有することができる光パワーモニタ装置、および、このような光パワーモニタ装置を含み光通信の信頼性が高い光伝送システムを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光部品製造方法は、第１光導波路の端面と第２光導波路の端面との間の光路上に光フィルタを有し、第１光導波路の端面と光フィルタとの間の光路および第２光導波路の端面と光フィルタとの間の光路が樹脂で充填され、第１光導波路の端面から出射した光の一部を光フィルタにより反射する光部品を製造する方法である。そして、本発明に係る光部品製造方法は、第１光導波路の端面における光の出射前から光フィルタにおける光の反射後までの間の光路の目標光学特性Ｒ(λ)、第１光導波路および第２の光導波路それぞれの端面における反射係数ｒ１、第１光導波路の端面と光フィルタとの間の間隔ｄ'、および、第２光導波路の端面と光フィルタとの間の間隔ｄに基づいて、光フィルタの反射特性ｒ(λ)を下記(1)式で設計することを特徴とする。さらに、この設計により得られた反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタを製造し、この光フィルタを用いて光部品を製造することを特徴とする。ただし、λは波長を表す変数である。
【０００７】
【数１】
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この光部品製造方法では、光部品の全体の目標光学特性Ｒ(λ)を設計するとともに、上記(1)式中のＸ，Ｙ，ＺおよびＷを求め、その後に上記(1)式を適用することで、光フィルタの単体での反射特性ｒ(λ)を得る。このようにして得た光フィルタの単体での反射特性ｒ(λ)は、光部品の全体の目標光学特性Ｒ(λ)を実現し得るものである。そして、この設計により得た反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタを製造し、この光フィルタを用いて光部品を組み立てることで、所望の光学特性Ｒ(λ)を有する光部品を製造することができる。
【０００８】
本発明に係る光部品製造方法は、第１光導波路および第２の光導波路それぞれの端面における互いに異なる２つの偏光方位それぞれについての反射係数を反射係数ｒ１として用いて、２つの偏光方位それぞれの場合の光フィルタの反射特性を(1)式に基づいて計算し、これらの計算結果の平均値を光フィルタの反射特性ｒ(λ)とするのが好適である。この場合には、この平均の反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタを製造し、この光フィルタを用いて光部品を組み立てることで、所望の光学特性Ｒ(λ)を充分に有する光部品を製造することができる。
【０００９】
本発明に係る光部品は、上記の本発明に係る光部品製造方法により製造されたことを特徴とするものであり、所望の光学特性を有する。
【００１０】
本発明に係る光パワーモニタ装置は、上記の本発明に係る光部品と受光素子とを含み、光部品の第１光導波路の端面から出射して光フィルタにより反射された光のパワーを受光素子により検出することで、第１光導波路の端面から出射し光フィルタを透過して第２光導波路の端面に入射する光のパワーをモニタすることを特徴とする。この光パワーモニタ装置は、上記の所望の光学特性を有する光部品を含むものであることから、所期のモニタ精度を有することができる。
【００１１】
本発明に係る光伝送システムは、上記の本発明に係る光パワーモニタ装置を含み、信号光を伝送するとともに、この信号光のパワーを光パワーモニタ装置によりモニタすることを特徴とする。この光伝送システムは、上記の所期のモニタ精度を有することができる光パワーモニタ装置を含むものであることから、光通信の信頼性が高いものとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、全体として所望の光学特性を有する光部品を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】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光パワーモニタ装置１の断面図である。この図に示される光パワーモニタ装置１は、第１光導波路としての光ファイバ１０、第２光導波路としての光ファイバ２０、光フィルタ３０、基板４０、受光素子５０および樹脂６０を備える。
【００１５】
光ファイバ１０は、高屈折率のコア領域１１の周囲に低屈折率のクラッド領域１２を備えるもので、コア領域１１内に光を閉じ込めて導波させることができる。同様に、光ファイバ２０は、高屈折率のコア領域２１の周囲に低屈折率のクラッド領域２２を備えるもので、コア領域２１内に光を閉じ込めて導波させることができる。光ファイバ１０の中心軸と光ファイバ２０の中心軸とは、互いに一致している。光ファイバ１０の端面１３と光ファイバ２０の端面２３とは、互いに対向していて、互いに平行であり、また、光ファイバ１０および光ファイバ２０それぞれの光軸に対して傾斜している。
【００１６】
光フィルタ３０は、平板状のものであって、光ファイバ１０の端面１３と光ファイバ２０の端面２３との間の光路上に挿入されていて、光ファイバ１０の端面１３および光ファイバ２０の端面２３それぞれに対して平行となるように配置されている。この光フィルタ３０は、入射した光の一部（例えば１０％程度）を反射させ、残部を透過させるものであって、例えば誘電体多層膜フィルタである。
【００１７】
基板４０は、平板状のものであって、その一方の面の上に光ファイバ１０，光ファイバ２０および光フィルタ３０を載置するものである。受光素子５０は、光ファイバ１０の端面１３から出射して光フィルタ３０により反射された光のパワーを検出するものであり、例えばフォトダイオードである。樹脂６０は、光ファイバ１０，光ファイバ２０，光フィルタ３０および受光素子５０を基板４０上に固定するものであり、例えば透明な接着剤である。
【００１８】
この光パワーモニタ装置１では、光ファイバ１０のコア領域１１内に閉じ込められて導波してきた光は、光ファイバ１０の端面１３から出射されて、光フィルタ３０に入射する。光フィルタ３０に入射した光のうち一部は、光フィルタ３０により反射されて、そのパワーが受光素子５０により検出される。また、光フィルタ３０に入射した光のうち光フィルタ３０を透過した光は、光ファイバ２０の端面２３に入射して、光ファイバ２０のコア領域２１内に閉じ込められて更に導波していく。
【００１９】
光フィルタ３０における光の反射率が既知であれば、受光素子５０による検出結果に基づいて、光ファイバ１０から光ファイバ２０へ伝送されていく光のパワーをモニタすることができる。また、このような光パワーモニタ装置１を光伝送システムの信号光伝送経路上に設けて、この光パワーモニタ装置１により信号光のパワーをモニタすれば、光伝送システムにおける光通信動作を監視することができる。
【００２０】
ところで、前述したように、従来の光パワーモニタ装置１では、光フィルタ３０が単体として所望の光学特性を有するように該光フィルタ３０を設計・製造したとしても、全体としては必ずしも所望の光学特性を有しない場合がある。本願発明者は、その原因を解明すべく鋭意研究を行ったところ、その原因が光パワーモニタ装置１の構造に起因するものであることを見出した。
【００２１】
すなわち、光フィルタ３０を挟んで光ファイバ１０，２０それぞれの端面が存在し、また、光ファイバ１０，２０それぞれを構成する材料（一般には石英ガラス）の屈折率と樹脂６０の屈折率とが相違することから、光フィルタ３０の前後に新たな干渉層が形成されることになる。このことから、光ファイバ１０の端面１３と光ファイバ２０の端面２３との間の光路上に光フィルタ３０を備える光部品の全体としての光学特性は、光フィルタ３０の単体としての光学特性とは異なるものとなる。光フィルタ３０の反射率が小さいほど、また、光ファイバ１０，２０の屈折率と樹脂６０の屈折率との差が大きいほど、このような光部品の全体の光学特性と光フィルタ３０の単体の光学特性との間の乖離は大きい。
【００２２】
本願発明者は、以上のような知見に基づいて、本願発明を想到するに到った。すなわち、目標光学特性を有する光部品を設計・製造するに際しては、その目標光学特性を有する光フィルタ３０を設計・製造するのではなく、上述したような光部品の構造を考慮した上で、光フィルタ３０の光学特性を設計・製造し、この光フィルタ３０を光部品に組み込む。このようにして光部品を製造することで、目標光学特性を有する光部品を製造することができる。
【００２３】
以下では、本発明に係る光部品製造方法の実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係る光部品製造方法を説明する為の図である。この図２には、図１に示された光パワーモニタ装置１の一部の構成である光部品２の断面が示されており、また、図中に各パラメータが記されている。光部品２は、光ファイバ１０、光ファイバ２０、光フィルタ３０および樹脂６０を含む。これらの各構成要素は、上述したものと同様のものである。
【００２４】
この図中に示されるように、光ファイバ１０の端面１３と光フィルタ３０との間の間隔（光ファイバ１０の光軸に沿った距離）をｄ'とし、光ファイバ２０の端面２３と光フィルタ３０との間の間隔（光ファイバ２０の光軸に沿った距離）をｄとし、光フィルタ３０の傾斜角をθとする。また、光ファイバ１０，２０の屈折率をｎｆとし、樹脂６０の屈折率をｎｒとする。
【００２５】
このとき、光ファイバ２０の端面２３における反射係数ｒ１、および、光ファイバ１０の端面１３における反射係数ｒ４は、下記(2)式で表される。
【００２６】
【数２】
2005128165.tif 000004
この(2)式中のηｆおよびηｒは、光フィルタ３０へ光がＳ偏光入射する場合には下記(3)式で表され、光フィルタ３０へ光がＰ偏光入射する場合には下記(4)式で表される。
【００２７】
【数３】
2005128165.tif 000005
【００２８】
【数４】
2005128165.tif 000006
上記(2)〜(4)式から判るように、樹脂６０の吸収および光ファイバ１０，２０の損失が無いと仮定すれば、ｎｆおよびｎｒは実数となり、ηｆ，ηｒ，ｒ１およびｒ４も実数となる。
【００２９】
光フィルタ３０の周囲が屈折率ｎの媒質で覆われているときの光フィルタ３０の反射特性をｒ(λ)とする。このとき、光ファイバ１０の端面１３における光の出射前から光フィルタ３０における光の反射後までの間の光路の光学特性Ｒ(λ)は、下記(5)〜(8)式を順次に計算していくことで得られる。
【００３０】
【数５】
2005128165.tif 000007
【００３１】
【数６】
2005128165.tif 000008
【００３２】
【数７】
2005128165.tif 000009
【００３３】
【数８】
2005128165.tif 000010
ただし、ηｎは、光フィルタ３０を覆う樹脂層へ光がＳ偏光入射する場合には下記(9)式で表され、光フィルタ３０を覆う樹脂層へ光がＰ偏光入射する場合には下記(10)式で表される。
【００３４】
【数９】
2005128165.tif 000011
【００３５】
【数１０】
2005128165.tif 000012
以上を纏めると、光部品２の全体の光学特性Ｒ(λ)は下記(11)式で表される。この(11)式は、exp(-2ikd) および exp(-2ikd') なる因数を含んでいることから、一般に複素関数である。したがって、実際に観測される反射率は、この(11)式の絶対値の２乗である。
【００３６】
【数１１】
2005128165.tif 000013
したがって、光部品２の全体の光学特性Ｒ(λ)を所望のものとする為に、光フィルタ３０の単体での反射特性ｒ(λ)は、上記(11)式を変形した下記(12)式から決定すればよいことが判る。
【００３７】
【数１２】
2005128165.tif 000014
この(12)式において、光ファイバ１０の端面１３と光フィルタ３０との間の間隔ｄ'、光ファイバ２０の端面２３と光フィルタ３０との間の間隔ｄ、光フィルタ３０の傾斜角θ、光ファイバ１０，２０の屈折率ｎｆ、樹脂６０の屈折率ｎｒ、および、光フィルタ３０の周囲を覆う媒質の屈折率ｎを仮定すれば、Ｘ，Ｙ，ＺおよびＷは求められる。
【００３８】
また、上記(12)式を簡略化するには、光フィルタ３０の反射特性の設計を、実際に使用する樹脂６０の屈折率中で行えばよく、このときには、ｒ'を０とすればよく、上記(12)式は下記(13)式で簡易に表される。
【００３９】
【数１３】
2005128165.tif 000015
したがって、この(13)式（または(12)式）を用いることで、光フィルタ３０の単体での反射特性ｒ(λ)は、光部品２の全体の光学特性Ｒ(λ)から求められる。すなわち、初めに、光部品２の全体の目標光学特性Ｒ(λ)を設計するとともに、Ｘ，Ｙ，ＺおよびＷを求め、その後に上記(13)式（または(12)式）を適用することで、光フィルタ３０の単体での反射特性ｒ(λ)を得る。
【００４０】
このようにして得た光フィルタ３０の単体での反射特性ｒ(λ)は、光部品２の全体の目標光学特性Ｒ(λ)を実現し得るものである。そして、この設計により得た反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタ３０を製造し、この光フィルタ３０を用いて光部品２を組み立てることで、所望の光学特性Ｒ(λ)を有する光部品２を製造することができる。
【００４１】
上記(13)式（または(12)式）では、Ｓ偏光およびＰ偏光それぞれについて、光フィルタ３０の単体での反射特性ｒ(λ)が得られる。光フィルタ３０の傾斜角θ（すなわち、光ファイバ１０の端面１３から出射された光が光フィルタ３０へ入射する際の入射角θ）が小さいときには、Ｓ偏光の場合の反射特性ｒＳ(λ)とＰ偏光の場合の反射特性ｒＰ(λ)とは、互いに略等しい。
【００４２】
一方、光フィルタ３０の傾斜角θが大きくなると、Ｓ偏光の場合の反射特性ｒＳ(λ)とＰ偏光の場合の反射特性ｒＰ(λ)との差が大きくなる。この場合には、Ｓ偏光の場合の反射特性ｒＳ(λ)およびＰ偏光の場合の反射特性ｒＰ(λ)それぞれを上記(13)式（または(12)式）で求め、その後、下記(14)式により、これらの間の平均の反射特性ｒ(λ)を求める。そして、この平均の反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタ３０を製造し、この光フィルタ３０を用いて光部品２を組み立てることで、所望の光学特性Ｒ(λ)を充分に有する光部品２を製造することができる。
【００４３】
【数１４】
2005128165.tif 000016
なお、上記(12)式，(13)式または(14)式で得られた反射特性ｒ(λ)を有する光フィルタ３０を設計・製造するには、遺伝的アルゴリズムに基づく設計方法や逆散乱法を用いることができる。
【００４４】
また、光部品２の全体の目標光学特性Ｒ(λ)は、一般に複素関数であるが、複素関数として与えられておらず、Ｒ(λ)の絶対値のみが与えられている場合がある。この場合には、Kramers-Kronigの式を用いることで、Ｒ(λ)の絶対値からＲ(λ)の位相を求めることができて、複素関数としての目標光学特性Ｒ(λ)を得ることができる。
【００４５】
図３は、本実施形態に係る光部品製造方法により設計された光フィルタ３０の単体での反射特性ｒＳ(λ)，ｒＰ(λ)を示すグラフである。ここでは、光ファイバ１０の端面１３と光フィルタ３０との間の間隔ｄ'を４μｍとし、光ファイバ２０の端面２３と光フィルタ３０との間の間隔ｄ、を４μｍとし、光フィルタ３０の傾斜角θを１２degとし、光ファイバ１０，２０の屈折率ｎｆを１.４５５とし、樹脂６０の屈折率ｎｒを１.４４４とした。また、光部品２の全体の光学特性Ｒ(λ)については、波長範囲１５３５ｎｍ〜１６１０ｎｍにおいて反射率１０％で一定になるようにした。この図に示されるように、本実施形態に係る光部品製造方法により設計された光フィルタ３０の単体での反射特性ｒＳ(λ)，ｒＰ(λ)は、上記波長範囲において平坦ではない。
【００４６】
以上に説明したように、光ファイバ１０，２０の屈折率ｎｆと樹脂の屈折率ｎｒとが相違していて、光フィルタ３０の前後に新たな干渉層が形成されることになる場合であっても、本実施形態に係る光部品製造方法によれば、全体として所望の光学特性Ｒ(λ)を有する光部品２を製造することができる。また、このようにして製造された光部品２を含む光パワーモニタ装置１は、所期のモニタ精度を有することができる。さらには、このような光パワーモニタ装置２を含む光伝送システムは、光通信の信頼性が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係る光パワーモニタ装置１の断面図である。
【図２】本実施形態に係る光部品製造方法を説明する為の図である。
【図３】本実施形態に係る光部品製造方法により設計された光フィルタ３０の単体での反射特性ｒＳ(λ)，ｒＰ(λ)を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１…光パワーモニタ装置、２…光部品、１０…光ファイバ、１１…コア領域、１２…クラッド領域、１３…端面、２０…光ファイバ、２１…コア領域、２２…クラッド領域、２３…端面、３０…光フィルタ、４０…基板、５０…受光素子、６０…樹脂。
【図１】
2005128165.tif 000018
【図２】
2005128165.tif 000019
【図３】
2005128165.tif 000020