(57)【要約】【課題】入出力にかかわるチャネルポートやコモンポートの設置角度を、単一化・同一化して、アライメントのための実装コストを低減する。【解決手段】特定波長域の光線を透過させそれ以外の波長域の光線を反射させる複数の波長選択素子１０６〜１０９が、第１の仮想平面１１３上にアレイ状に配置され、入力された光線を反射して特定の位置に当該反射光線によるビームウエストを形成する複数の光反射集光素子１１０〜１１２が、第１の仮想平面１１３に平行な第２の仮想平面１１４上にアレイ状に配置されている。光線は、波長選択素子１０６〜１０９と光反射集光素子１１０〜１１２とで交互に反射され、仮想平面１１３，１１４間で多重反射する。各波長選択素子１０６〜１０９を透過する光線の光軸は、仮想平面１１３，１１４に対して直交している。このため、ポート１０１〜１０５を光合分波器１００に対して簡単にアライメントすることができる。【選択図】        図１
2005017683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合分波器の内部に一本の波長多重光線が送られると共に、光合分波器の内部から複数の単一波長光線が取り出される機能、または、光合分波器の内部に複数の単一波長光線が送られると共に、光合分波器の内部から一本の波長多重光線が取り出される機能を有する光合分波器であって、
特定の波長域の光線を透過させそれ以外の波長域の光線を反射させる複数の波長選択素子と、
前記波長選択素子により反射された光線または前記波長選択素子を透過した光線が入力されると共に、入力された光線を反射して特定の位置に当該反射光線によるビームウエストを形成する複数の光反射集光素子とを有し、
複数の前記波長選択素子が、第１の仮想平面上に並んで配置され、複数の前記光反射集光素子が、第１の仮想平面に対して平行に対向する第２の仮想平面上に並んで配置されており、
各光反射集光素子は、相対的に前側に並んだ波長選択素子から入力された光線を、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に向けて反射し、しかも、各波長選択素子は、相対的に前側に並んだ光反射集光素子から入力された光線を、当該光反射集光素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する光反射集光素子に向けて反射させるように、各光反射集光素子及び各波長選択素子の配置位置及び配置向きが設定されており、
更に、光合分波器に対して入出力されて各波長選択素子を透過する光線の光軸が、第１及び第２の仮想平面に直交するように、各波長選択素子の配置位置及び配置向きが設定されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
請求項１に記載の光合分波器において、
前記光線がガウシアンビームであることを特徴とする光合分波器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光合分波器において、
前記波長選択素子と前記光反射集光素子とにより交互に反射されて、第１の仮想平面と第２の仮想平面との間で多重反射する光線の光路の中で、相対的に前側に並んだ波長選択素子から、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に至るまでの光路長が、すべて等しくなっており、
各波長選択素子に到達する光線の複素ビームパラメータが、すべての波長選択素子上で同一になるように前記光反射集光素子の光学パラメータが光学設計されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光合分波器において、
前記波長選択素子と前記光反射集光素子とにより交互に反射されて、第１の仮想平面と第２の仮想平面との間で多重反射する光線の光路の中で、相対的に前側に並んだ波長選択素子から、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に至るまでの光路長が、すべて等しくなっており、
各波長選択素子に到達する光線のスポットサイズが、すべての波長選択素子上で同一になるように前記光反射集光素子の光学パラメータが光学設計されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光合分波器において、
前記光反射集光素子の少なくとも一つが、球面状のミラーであることを特徴とする光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光合分波器に関するものであり、より詳細には、波長多重光伝送などで利用され、複数の光伝送路を有する装置において、特定の波長の光信号を、各光伝送路に対して抽出または挿入することを可能とする光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の、波長多重伝送技術の発展に伴い、複数の光伝送路（ポート）をもつ機能デバイスに注目が集まっている。とくに、一つの共通ポート（コモンポート）と複数の入出力ポート（チャネルポート）を有し、それぞれのチャネルポートから、特定の波長の光信号を抽出または挿入することができる光合分波素子は、小型低コスト化、低損失化などの特性を実現するために、多様な方式および構造のものが提案されている。
【０００３】
［従来例１］
下記特許文献１は、光分波素子に関する技術文献の例である。
この特許文献１における光分波素子は、図４（この図４は特許文献１の図１と同じであるが、符号は変更している）に示すように、特定の波長の光線のみを透過させ、それ以外の波長の光線を反射させる波長フィルタ０１〜０４を複数配置し、リレー集束鏡０５〜０７を利用して各波長フィルタ０１〜０４から反射される波長の光線を、リレー式に伝播させる方式を採用している。各波長フィルタ０１〜０４を透過した光線は、各波長フィルタ０１〜０４ごとに用意された検出器０８〜０１１において、単一波長の光信号として検出される構成となっている。なお０１２が入射光である。
【０００４】
［従来例２］
下記特許文献２は、光合分波素子または光アドドロップ素子に用いられる、レンズアレイ透明ブロックに関する技術文献の例である。
この特許文献２におけるレンズアレイ透明ブロックは、図５（この図５は特許文献２の図１と同じであるが、符号は変更している）に示すように、透明ブロック００３−１ａ，００３−２ａに、複数の凸レンズ００２−１〜００２−８が一体形成されたレンズアレイ透明ブロック００３−１，００３−２を製造し、そのレンズアレイ透明ブロックを、一方の凸レンズアレイブロック００３−１と他方の凸レンズアレイブロック００３−２と平行透明ブロック００４に分割し、これらのレンズアレイ透明ブロック００３−１，００３−２の間に、凸レンズ００２−０を備えた平行透明ブロック００４を挟み込む構成となっている。
【０００５】
平行透明ブロック００４の表面には、特定の波長の光線のみを透過させ、それ以外の波長の光線を反射させる波長フィルタ００６−１〜００６−８が複数形成されており、この平行透明ブロック００４の内部を光線が多重反射することにより合分波を行う方式を採用している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６２４６６
【特許文献２】
特開２００２−４０２８３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１（図４）に示す従来技術では、各チャネルポートにレンズ系と光ファイバを配置して利用する場合、それぞれのレンズ系と光ファイバの光軸を、波長フィルタが形成されている光学ブロック表面に対して斜めに配置する必要があるため、アライメントのための実装コストが増大するという問題があった。
【０００８】
また、各チャネルポートにレーザダイオードを配置し、光合波器として利用する場合も、レーザ光軸を波長フィルタが形成されている光学ブロック表面に対して斜めに配置しない場合は大幅に結合効率が低下するという問題があり、レーザ光軸を斜めに配置するためには、レーザダイオード保持具製造コスト、アライメントのための実装コストが増大するという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２（図５）に示す従来技術では、各チャネルにおける波長フィルタとレンズとの光路長が異なるため、各チャネルポートにおける損失の、チャネルポート間ばらつきを抑止するためには、各チャネルポートに配置する光学部品の位置、または、各チャネルポートのレンズアレイ透明ブロックに形成する凸レンズ形状を最適化する必要が発生し、量産、組立てなどのコスト低減効果が失われるという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上述べたような課題、すなわち、
１）部品コスト増大
２）実装コスト増大
などの課題を解決することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の本発明は、光合分波器の内部に一本の波長多重光線が送られると共に、光合分波器の内部から複数の単一波長光線が取り出される機能、または、光合分波器の内部に複数の単一波長光線が送られると共に、光合分波器の内部から一本の波長多重光線が取り出される機能を有する光合分波器であって、
特定の波長域の光線を透過させそれ以外の波長域の光線を反射させる複数の波長選択素子と、
前記波長選択素子により反射された光線または前記波長選択素子を透過した光線が入力されると共に、入力された光線を反射して特定の位置に当該反射光線によるビームウエストを形成する複数の光反射集光素子とを有し、
複数の前記波長選択素子が、第１の仮想平面上に並んで配置され、複数の前記光反射集光素子が、第１の仮想平面に対して平行に対向する第２の仮想平面上に並んで配置されており、
各光反射集光素子は、相対的に前側に並んだ波長選択素子から入力された光線を、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に向けて反射し、しかも、各波長選択素子は、相対的に前側に並んだ光反射集光素子から入力された光線を、当該光反射集光素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する光反射集光素子に向けて反射させるように、各光反射集光素子及び各波長選択素子の配置位置及び配置向きが設定されており、
更に、光合分波器に対して入出力されて各波長選択素子を透過する光線の光軸が、第１及び第２の仮想平面に直交するように、各波長選択素子の配置位置及び配置向きが設定されていることを特徴とする光合分波器である。
また第２の本発明は、光線をガウシアンビームとしていることを特徴とする光合分波器である。
【００１２】
ガウシアンビームの複素ビームパラメータ（ｑ）とは、波長（λ）、円周率（π）、ビームウエストからの距離（ｚ）、スポットサイズ  （ｗ（ｚ））、ビーム波面曲率半径  （Ｒ（ｚ））を用いて
１／ｑ＝１／Ｒ（ｚ）−ｉλ／（π・ｗ（ｚ）２）
と表現され、ガウシアンビームの特性を示すｗ（ｚ）  とＲ（ｚ）  を、一つの複素数（ｑ）で表示することができるものとして知られている。
【００１３】
以降の詳細説明の便宜のため、光合分波器外部からの信号を、ガウシアンビームとして内部に出射する部分を「発光点」、
光合分波器内部の伝播ビームを受光し、外部に信号として伝える部分を「受光点」、
発光点、および、発光点からのビームを効率よく光合分波器内部に伝播させるためのレンズ系から構成される部品を「送信ポート」、
受光点、および、光合分波器内部の伝播ビームを効率よく受光点に結合させるためのレンズ系から構成される部品を「受信ポート」、
単一波長の光信号を入出力するための送信または受信ポートを「チャネルポート」、
波長多重化された光信号を入出力するための送信または受信ポートを「コモンポート」
と定義する。
【００１４】
発光点または受光点の具体例としては、シングルモードファイバの端面、マルチモードファイバの端面、先球ファイバの端面など、各種光ファイバの端面が考えられる。
【００１５】
また、発光点にはレーザダイオード、受光点にはフォトダイオードを利用し、光合分波器外部に入出力する信号を電気信号とすることもできる。
【００１６】
送信ポートまたは受信ポートを構成するレンズ系の具体例としては、ボールレンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、非球面レンズ、ＧＲＩＮレンズなどの光学レンズ、および、それらの光学レンズが複数組み合わせられたものが考えられる。
【００１７】
波長選択素子の具体例としては、特定の波長を固定して利用する場合は、多層膜を利用したバンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなどが考えられる。また、透過させる波長は外部からの制御によりそれぞれ独立に変化させてもよい。その場合は、電気光学効果または熱光学効果を利用した波長可変フィルタ、ＭＥＭＳ技術を利用したエタロンフィルタなどが考えられる。
【００１８】
また、波長選択素子が透過させる波長帯が、入射光線の全ての波長帯を含む場合も考えられ、その場合は光学的な透過窓に相当する。逆に、入射光線の全ての波長帯を透過させない場合は、平面ミラーと同等の機能を有する。
【００１９】
光反射集光素子の具体例としては、凹面ミラー、平凸レンズの平面状の表面に反射膜が形成されたもの、フレネルレンズの原理を応用したフレネルミラーなどが考えられる。
【００２０】
上記の部品群の配置を決定するため、平行に対向させられた二つの平面を「仮想平面」と定義すると、送信ポートから出射されたビームが、仮想平面を透過し、受信ポートに伝播されるように、送信ポート、受信ポートが配置されており、少なくとも一組の送信ポートと受信ポートについて、ポート間を伝播するビームは二つの仮想平面の間をジグザグ状に反射する「多重反射ビーム」となるように配置されており、
多重反射ビームの仮想平面における反射点には、波長選択素子、光反射集光素子、平面状の反射面のいずれかの「制御素子」が配置されており、
波長選択素子を透過するビームの光軸が仮想平面と直交するように、制御素子の設置角度が設計されている。
【００２１】
また、多重反射ビームの光路上において、隣接する波長選択素子の間に配置されている制御素子の全体を「リレイ光学系」、
制御素子に入反射するビームの、入射光軸と反射光軸の交点を「素子反射点」、
制御素子に入射するビームから、反射光軸を決定する微小平面を「素子反射面」、
と定義する。
【００２２】
対向させられた二つの仮想平面の間の領域は、伝播ビームが多重反射する領域であるが、空間中をビームが多重反射する場合は、複数の制御素子が表面に形成されたアレイ素子搭載ブロックを二つ用意し、それらを平行に対向させる構成が考えられる。
【００２３】
ガラスまたは透明樹脂などの媒質中をビームが多重反射する場合は、ガラスまたは透明樹脂などで形成された平板状の光導波ブロックの両方の表面に、複数の制御素子を形成する構成が考えられる。
【００２４】
本発明の分波動作の原理は以下のとおりである。
送信ポートから出射されたビームは、第一の仮想平面を通過して、第一の波長選択素子に到達する。ビームが第一の波長選択素子に到達するまでに、複数の制御素子からの反射を経ることもある。
【００２５】
第一の波長選択素子において、特定の波長域のビームは透過し、受信ポートに向けて出射される。それ以外の波長域のビームは反射され、対向する第二の仮想平面の別の制御素子に届けられ、さらに反射を繰り返すことで第二の波長選択素子に到達する。
【００２６】
以上のような動作を繰り返し行うように、送受信ポートの設置位置と設置角度、仮想平面に配置された制御素子の素子反射点と素子反射面を光学設計する。
【００２７】
この場合、送信ポートがコモンポートであり、複数の受信ポートがチャネルポートとなり、コモンポートから出力された波長多重光信号が、それぞれの波長選択素子が透過させる波長域に応じて、複数のチャネルポートに分波される。
【００２８】
また、本発明の合波動作の原理は以下のとおりである。
第一の送信ポートから出射されたビームは、第一の仮想平面上に形成された第一の波長選択素子に到達する。第一の波長選択素子において、特定の波長域のビームは透過し、第二の仮想平面上に形成された制御素子に向けて出射される。それ以外の波長域のビームは反射され合波されることはない。
【００２９】
第二の仮想平面に到達した前記透過ビームは多重反射ビームとなり、第二の波長選択素子に到達するが、到達するまでに、少なくとも一つの光反射集光素子からの反射を経る。前記多重反射ビームは、第二の送信ポートから出射され第二の波長選択素子を透過するビームと合波され、再び多重反射ビームとなり、第三の波長選択素子に到達する。
【００３０】
以上のような動作を繰り返し行うように、送受信ポートの設置位置と設置角度、仮想平面に配置された制御素子の素子反射点と素子反射面を光学設計する。
【００３１】
この場合、複数の送信ポートがチャネルポートであり、受信ポートがコモンポートとなり、チャネルポートから出力された複数の単一波長の光信号が、それぞれの波長選択素子が透過させる波長域に応じて、コモンポートに合波される。
【００３２】
第１及び第２の発明が有する効果は以下の（１−１）〜（１−３）のとおりである。
【００３３】
（１−１）チャネルポートから入出力されるビーム光軸の設置角度を仮想平面に対して直交させることができる。したがって、チャネルポートやコモンポートの設置角度を単純化・同一化することができ、アライメントのための実装コストを低減することができる。また、複数のチャネルポートの設置密度を高めることが可能であり、実装スペースを節約することができる。
【００３４】
（１−２）上記の効果により、一つの仮想平面とチャネルポートとの間で複数のビームが入出力される場合、複数のチャネルポートを、レンズアレイ、ファイバアレイ、ＬＤアレイ、ＰＤアレイやそれらを組合せたブロックなどから一括して構成することができ、仮想平面と平行に設置することができる。したがって、複数のチャネルポートの位置および角度あわせを一括して行うことが可能であり、アライメントのための実装コストを低減することができる。
【００３５】
（１−３）リレイ光学系を経て多重反射ビームを伝搬させることで、ビームの拡散を防ぐことができ、光路長増大や伝播光軸ずれに対する損失増大を抑えることができる。したがって、チャネルポートの数を増やすことができる。
【００３６】
また、第３の本発明は、
請求項１または請求項２に記載の光合分波器において、
前記波長選択素子と前記光反射集光素子とにより交互に反射されて、第１の仮想平面と第２の仮想平面との間で多重反射する光線の光路の中で、相対的に前側に並んだ波長選択素子から、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に至るまでの光路長が、すべて等しくなっており、
各波長選択素子に到達する光線の複素ビームパラメータが、すべての波長選択素子上で同一になるように前記光反射集光素子の光学パラメータが光学設計されていることを特徴とする光合分波器である。
【００３７】
第３の発明が有する効果は以下の（２−１）〜（２−４）のとおりである。
【００３８】
（２−１）チャネルポートから出射、または、チャネルポートに入射するビームの、チャネルポート直近の波長選択素子における複素ビームパラメータを「チャネルビームパラメータ」、
コモンポートから出射、または、コモンポートに入射するビームの、コモンポート直近の仮想平面における複素ビームパラメータを「コモンビームパラメータ」とすると、
全てのチャネルビームパラメータが同一になるように、制御素子が配置および光学設計されているので、受光または発光点、受信または送信レンズ系、波長選択素子のそれぞれの素子について、素子間距離の組合せを全てのチャネルポートで同一化し、チャネルポートの送信または受信レンズ系を全てのチャネルポートで同一化しても、各チャネルポートにおける光損失のポート間ばらつきが発生しない。
したがって、各チャネルポートのそれぞれについて、光損失を低減し、ポート間ばらつきをなくすための光学設計コスト、設計どおりの部品を入手するための部品コストを低減できる。
【００３９】
（２−２）上記の効果により、レンズアレイ、ファイバアレイ、ＬＤアレイ、ＰＤアレイなどの、同一の出射または受光点、同一のレンズ系がアレイ状に一体形成されてある部品を利用することが可能である。
したがって、設計どおりの部品を入手する際の製造公差低減、各チャネルポートごとに部品を位置決めするための実装コストを低減できる。
【００４０】
（２−３）上記の効果により、レンズファイバモジュール、ＬＤレンズ内蔵型ＣＡＮパッケージモジュールなどの、送信または受信レンズ系と、出射または受光点が一体形成されてある同一部品を複数利用することが可能である。
したがって、市販の部品を利用することで光学設計コスト、部品コストが低減でき、各チャネルポート内部の、送信または受信レンズ系と、出射または受光点を位置決めするための実装コストも低減できる。
【００４１】
（２−４）上記の効果により、レンズファイバモジュールとして市販のファイバコリメータなどを利用することができるため、チャネルポートの小型化、高精度化、部品コストの大幅な低減が可能である。
【００４２】
また第４の本発明は、
請求項１または請求項２に記載の光合分波器において、
前記波長選択素子と前記光反射集光素子とにより交互に反射されて、第１の仮想平面と第２の仮想平面との間で多重反射する光線の光路の中で、相対的に前側に並んだ波長選択素子から、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に至るまでの光路長が、すべて等しくなっており、
各波長選択素子に到達する光線のスポットサイズが、すべての波長選択素子上で同一になるように前記光反射集光素子の光学パラメータが光学設計されていることを特徴とする光合分波器である。
【００４３】
第４の発明が有する効果は以下の（３−１）（３−２）のとおりである。
【００４４】
（３−１）すべての波長選択素子上において、波面曲率半径の符号も含めて同一である場合、第２の発明が有する効果を有する。
【００４５】
（３−２）すべての波長選択素子上のスポットサイズを同一化しているため、フィルタ特性に関するチャネルポート間のばらつきが発生しない。
【００４６】
また第５の本発明は、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光合分波器において、
前記光反射集光素子の少なくとも一つが、球面状のミラーであることを特徴とする光合分波器である。
【００４７】
第５の発明が有する効果は以下の（４−１）〜（４−３）のとおりである。
【００４８】
（４−１）球面ミラーを利用することで、光反射集光素子において反射される光線の波長依存性を無視することができる。したがって、光合分波器内部の伝播ビームの可用波長帯を広帯域化することが可能である。
【００４９】
（４−２）球面ミラーを利用することで、光反射集光素子の光学設計パラメータは曲率半径のみに限られる。したがって、部品製造トレランス設計の容易化が可能であり、設計時間を短縮することが可能であり、これらのことから製造コストを低減できる。
【００５０】
（４−３）ミラー表面に入射するビームを平行移動し、入射位置を微小変化させることで、曲率半径などの光学パラメータを維持しつつ、反射ビームの光軸方向を三次元的に変化させることができる。よって、仮想平面に対して斜め方向に光反射集光素子を配置することなく、送受信ポートに対して入出力するビームの光軸と、仮想平面のなす角度を直交させることができる。
したがって、複数の光反射集光素子の製造コスト、実装コストを大幅に低減できる。
【００５１】
つまり、本発明は、光合分波器内部の伝播ビームを多重反射させる方式により、特定の波長のビームを、複数の光伝送路に対して抽出または挿入する場合に発生する課題を解決することを目的としている。
そして、以上述べたように、本発明によれば
１）アライメントの作業性向上、複数のチャネルポートの一括形成などによる、部品を設計どおりに位置決めするための実装コスト低減
２）光学設計コスト低減
３）市販品利用、製造公差低減などによる、設計どおりの部品を入手するための部品コスト低減
４）伝播ビームの可用波長帯の広帯域化
５）多チャネル化
などの効果を有する光合分波器を提供することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明するが、以下の実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００５３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光合分波器１００を示す概略構成図である。なお、同図には、光合分波器１００の内部を伝播するガウシアンビームを概念的に示してある。
【００５４】
符号１０１が示す部材はコモンポートであり、符号１０２〜１０５が示す部材はチャネルポートであり、符号１０６〜１０９が示す部材は波長選択素子であり、符号１１０〜１１２が示す部材は光反射集光素子であり、符号１１３，１１４は平行に対向させられた仮想平面を意味しており、矢印１１５〜１２１はビームウエストの形成位置を意味している。
【００５５】
コモンポート１０１およびチャネルポート１０２〜１０５は、発光点または受光点１２２〜１２６およびレンズ系１２７〜１３１から構成されている。
【００５６】
波長選択素子１０６〜１０９は、特定の波長域の光線を透過させそれ以外の波長域の光線を反射させる光学特性を有しており、各波長選択素子１０６〜１０９において透過させる、「特定の波長域」は相互に異なっている。光反射集光素子１１０〜１１２は、入力された光線を反射して特定の位置に当該反射光線によるビームウエストを形成する光学特性を有している。
【００５７】
第一の仮想平面１１３上には複数の波長選択素子１０６〜１０９がアレイ状に（本例では一列に並んで）等間隔に配置されており、第二の仮想平面１１４上には複数の光反射集光素子１１０〜１１２がアレイ状に（本例では一列に並んで）等間隔に配置されている。
【００５８】
波長選択素子１０６〜１０９および光反射集光素子１１０〜１１２の素子反射面は、すべて仮想平面１１３，１１４に対して同一角度をなすように配置されており、チャネルポート１０２〜１０５から入出力されるビームの光軸が仮想平面１１３，１１４に対して垂直になるように素子反射面の配置角度が設計されている。
【００５９】
また、波長選択素子１０６〜１０９の配置間隔、および光反射集光素子１１０〜１１２の配置間隔も同一であり、光反射集光素子１１０〜１１２は「リレイ光学系」に相当する。
【００６０】
上記構成としているため、各光反射集光素子１１０〜１１２は、相対的に前側に並んだ波長選択素子１０６〜１０９から入力された光線を、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に向けて反射する。具体的に説明すると、光反射集光素子１１０は、波長選択素子１０６から入力された光線（ビーム）を反射して波長選択素子１０７に向けて送り、光反射集光素子１１１は、波長選択素子１０７から入力された光線を反射して波長選択素子１０８に向けて送り、光反射集光素子１１２は、波長選択素子１０８から入力された光線を反射して波長選択素子１０９に向けて送る。
【００６１】
同様に、各波長選択素子１０６〜１０９は、相対的に前側に並んだ光反射集光素子１１０〜１１２から入力された光を、当該光反射集光素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する光反射集光素子に向けて反射させる。具体的に説明すると、波長選択素子１０６はポート１０１から入力された光線を反射して光反射集光素子１１０に送り、波長選択素子１０７は光反射集光素子１１０から入力された光線を反射して光反射集光素子１１１に向けて送り、波長選択素子１０８は光反射集光素子１１１から入力された光線を反射して光反射集光素子１１２に向けて送る。
【００６２】
また、波長選択素子１０６〜１０９と光反射集光素子１１０〜１１２とにより交互に反射されて、第１の仮想平面１１３と第２の仮想平面１１４との間でジグザグ状に多重反射する光線の光路の中で、相対的に前側に並んだ波長選択素子から、当該波長選択素子よりも相対的に後側に並んだ隣接する波長選択素子に至るまでの光路長が、すべて等しくなっている。
【００６３】
具体的に説明すると、波長選択素子１０６→光反射集光素子１１０→波長選択素子１０７に沿う光経路の光路長と、波長選択素子１０７→光反射集光素子１１１→波長選択素子１０８に沿う光経路の光路長と、波長選択素子１０８→光反射集光素子１１２→波長選択素子１０９に沿う光経路の光路長とが、等しくなっている。
【００６４】
更に、各ポート１０１〜１０５に対して入出力されて各波長選択素子１０６〜１０９を透過する光線の光軸が、第１及び第２の仮想平面１１３，１１４に直交するように、各波長選択素子１０６〜１０９の配置位置及び配置向きが設定されている。
【００６５】
以下具体例として、本実施の形態に係る光合分波器１００を、光分波器として利用する場合の動作原理を説明する。
【００６６】
送信ポート１０１から出射された波長多重化信号であるガウシアンビームが、仮想平面１１４を透過し、第一の波長選択素子１０６に入射する。第一の波長選択素子１０６において、特定の波長域を含むビームが第一の波長選択素子１０６を透過し、第一の受信ポート（チャネルポート）１０２に伝播される。第一の波長選択素子１０６において透過されない波長域を含むビームは反射され、第一の光反射集光素子１１０に入反射し、隣接する第二の波長選択素子１０７に伝播される。
【００６７】
このように、多重反射ビームは、それぞれの波長選択素子に入射するたびに、特定の波長を含むビームが受信ポートに向けて出射され、それ以外の波長を含むビームは反射され、光反射集光素子を経由して、隣接する波長選択素子に伝播される。これらの過程を繰り返すことにより、伝播ビームが分波される。
【００６８】
上記のように光分波器として利用する場合のビームの進行方向を逆向きにすることで、光合波器として利用することもできる。
【００６９】
すなわち、光合波器として利用するときには、複数の送信ポート（チャネルポート）１０２〜１０５から出射されたビームを、複数の波長選択素子１０６〜１０９を通過するように互いに平行に入射させる。その際に、波長選択素子１０６〜１０９を透過し、内部に入射した特定の波長を含むビームが、光反射集光素子１１０〜１１２により反射され、その反射ビームが隣接する波長選択素子に入射するような角度に送信ポート１０２〜１０５を設置する。このようにして、複数の送信ポート１０２〜１０５からの出射ビームが内部を多重反射することにより重ね合わせられ、受信ポート（コモンポート）１０１にむけて一本の伝播ビームとなって伝播されることにより合波される。
【００７０】
ただし、光合波器としての利用形態の場合は、送信ポート１０２〜１０５から波長選択素子１０６〜１０９に入射したビームのうち、反射される波長域を含むビーム、および、伝播ビームが内部を多重反射する際に、別の波長選択素子により透過させられ、多重反射ビームとならない波長域のビームは、合波されない。
【００７１】
上記の利用例において、波長選択素子は４個、光反射集光素子は３個存在しているが、これらの数量は限定するものではない。
【００７２】
また、全ての波長選択素子上にビームウエストを形成するように光学設計する場合、リレイ光学系を構成する光反射集光素子１１０〜１１２は、それぞれ異なる光学パラメータを持ち、すべての波長選択素子上のスポットサイズを同一化することはできないが、以下の（ａ）〜（ｃ）のような効果を有する。
【００７３】
（ａ）波長選択素子の配置点に多重反射ビームのビームウエストを形成することで、波長選択素子に入射するビームはほぼ平面波とみなすことができる。
したがって、波長選択素子に入射するビーム波面はほぼ単一角度で入射するとみなせるため、均質なフィルタ特性を得ることができる。
【００７４】
（ｂ）波長選択素子上に多重反射ビームのビームウエストを形成することで、多重反射ビームの光軸ずれに対して、波長選択素子の表面における面内の光軸位置ずれが低減できる。
したがって、波長選択素子の有効面積を低減し、素子を小型化することが可能であり、フィルタ特性については、波長選択素子の面内依存性の影響を低減することができる。
【００７５】
（ｃ）コモンポートが送信ポートで、複数のチャネルポートを有する場合、チャネル数の増大に伴い、コモンポートからそれぞれの波長選択素子までの光路長が増大する。
このとき、理想的な配置位置からの光軸ずれが発生し、コモンポートからの光路長が増大しても、波長選択素子の配置点に多重反射ビームのビームウエストを形成することで、波長選択素子における光軸位置ずれおよび角度ずれを単調増大させず抑制し、それらのずれを光路長に対して周期的に変動させることができる。
したがって、チャネルポートの数が増大しても、フィルタ特性の劣化、および、結合効率の低下を抑えることが可能である。
【００７６】
一方、全ての波長選択素子に到達する伝播ビームの複素ビームパラメータを同一化するように光学設計する場合、リレイ光学系を構成する全ての光反射集光素子は、同一の光学パラメータを持つため、伝播ビームのビームウエストは隣接する光反射集光素子をむすぶ光路の中間地点に形成される。この場合、第一の光反射集光素子１１０から第二の波長選択素子１０７までの距離よりも、第二の波長選択素子１０７から第二の光反射集光素子１１１までの距離の方が長くなるため、ビームウエストは波長選択素子上には形成されない。また、波長選択素子により光路が分岐されるため、それぞれのチャネルポート１０２〜１０５と波長選択手段１０６〜１０９の中間にもビームウエストが形成される。
【００７７】
第１の実施の形態は第１、第２、第３、第４の発明の効果を有している。
【００７８】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る光合分波器２００の概略構成図であり、図１に示した第１の実施の形態の応用例である。以下、第１の実施の形態の場合と異なる点に限り説明する。
【００７９】
符号２１４〜２１８が示す部材はリレイ光学系に相当する光反射集光素子であり、符号２０３，２０５，２０７が示す部材は送信ポート（または受信ポート）に相当するチャネルポートであり、符号２０２，２０４，２０６が示す部材は受信ポート（または送信ポート）に相当するチャネルポートである。リレイ光学系において隣接する光反射集光素子２１４〜２１８は、交番変化する光学パラメータを有している。
なお、２０１はコモンポート、２０８〜２１３は波長選択素子、２１９，２２０は仮想平面であり、矢印部分がビームウエスト形成位置である。
上記のような構成により、多チャネル波長多重型の送受信機を構成することができる。
【００８０】
また、本実施の形態において送信ポート（または受信ポート）２０３，２０５，２０７に相当するチャネルポートを省略し、前記送信ポート（または受信ポート）直近に配置されている波長選択素子２０９，２１１，２１３を平面状の反射面に置き換え、通常の合波器または分波器として利用することも可能である。
【００８１】
また、波長選択素子上に形成される伝播ビームの波面曲率半径やスポットサイズを光学設計することができるため、フィルタ特性に最適な伝播ビームを形成することができる。
【００８２】
さらに、波長選択素子上にビームウエストを形成する必要がないので、チャネルポートを構成する部品に市販品などを利用することができるため、部品の入手コストを低減することもできる。
【００８３】
第２の実施の形態は、第１及び第２の発明の効果を有している。
【００８４】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る光合分波器３００の概略構成図であり、図１に示した第１の実施の形態の応用例である。以下、第１の実施の形態の場合と異なる点に限り説明する。
【００８５】
符号３１２〜３１４が示す部材は球面状の凹面ミラーであることを特徴とする光反射集光素子であり、仮想平面３１０，３１１に対してミラー光軸が垂直になるように配置されている。ただし、素子反射点は凹面ミラー中心から微小距離だけ離れた地点にあり、凹面ミラー３１２〜３１４に入反射する光軸のどちらか一方が、仮想平面３１０，３１１に対して垂直になるように光学設計されている。
【００８６】
上記のような構成により、仮想平面３１０，３１１に対して斜めに光反射集光素子３１２〜３１４を配置することなく、全ての送受信ポート３０１〜３０５を仮想平面３１０，３１１と垂直に配置することができる。
【００８７】
したがって、同一の部品がアレイ状に一体形成されてある部材を利用することが可能であり、チャネルポート３０２〜３０５を構成する部品の入手・製造コストを低減することができ、各チャネルポートごとに部品を位置決めするための実装コストを低減できる。
なお、３０６〜３０９は波長選択素子であり、矢印部分がビームウエスト形成位置である。
【００８８】
さらに、複数の凹面ミラーをアレイ状に一体形成する際に、ミラー光軸を斜めに形成する必要がないため、その製造コストも低減できる。
【００８９】
第３の実施の形態は、第１、第２、第３、第４、第５の発明の効果を有している。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光合分波器によれば、光合分波器内部の伝播ビームを多重反射させる方式により、特定の波長のビームを、複数の光伝送路に対して抽出または挿入する場合に発生する課題を解決することが可能であり、１）アライメントの作業性向上、複数のチャネルポートの一括形成などによる、部品を設計どおりに位置決めするための実装コスト低減
２）光学設計コスト低減
３）市販品利用、製造公差低減などによる、設計どおりの部品を入手するための部品コスト低減
４）波長選択素子の小型化、面内依存性低減、均質なフィルタ特性
５）伝播ビームの可用波長帯の広帯域化
等の効果を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波器を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光合分波器を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光合分波器を示す概略構成図である。
【図４】従来の光分波素子の一例を示す構成図である。
【図５】従来の光合分波素子の他の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００  光合分波器
１０１  コモンポート
１０２〜１０５  チャネルポート
１０６〜１０９  波長選択素子
１１０〜１１２  光反射集光素子
１１３，１１４  仮想平面
１１５〜１２１  ビームウエスト位置
１２２〜１２６  発光点または受光点
１２７〜１３１  レンズ系
２０１  コモンポート
２０２〜２０７  チャネルポート
２０８〜２１３  波長選択素子
２１４〜２１８  光反射集光素子
２１９，２２０  仮想平面
３０１  コモンポート
３０２〜３０５  チャネルポート
３０６〜３０９  波長選択素子
３１０，３１１  仮想平面
３１２〜３１４  光反射集光素子（球面状の凹面ミラー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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