(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形のコリメータレンズと、該コリメータレンズの外周に加熱溶融により積層一体化され、該コリメータレンズよりも線膨張係数の大きい材料からなる温度補償部を備えたことを特徴とする光コリメータ部品。
【請求項２】
請求項１に記載の光コリメータ部品において、該光コリメータ部品の一方または両方の端面に誘電体多層膜フィルタが成膜されたことを特徴とする光コリメータ部品。
【請求項３】
前記温度補償部を形成する材料の線膨張係数は９５×１０−７〜１４０×１０−７／Ｋ、前記温度補償部を形成する材料のヤング率は８５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光コリメータ部品。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光コリメータ部品と、該光コリメータ部品に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えたことを特徴とする光部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で使用される誘電体多層膜フィルタを備えた光コリメータ部品およびこれを用いた光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体多層膜付き光コリメータ部品は、例えば、波長多重システムを利用した光通信において、光合分波、あるいは損失の平坦化や分散補償などに利用されている。
図５は、従来の一般的な誘電体多層膜付き光コリメータ部品（以下、「光コリメータ部品」と略す。）を用いた光部品を示す概略構成図である。
この例の光部品では、円柱形の２つのコリメータレンズ１、１が、そのレンズ端面１ａ、１ａどうしが対向するように、円盤状の誘電体多層膜フィルタ２を介して配置され、これらが接着剤などで接合されて、光コリメータ部品を形成している。
また、この光コリメータ部品のコリメータレンズ１、１の出力端面１ｂ、１ｂには、円柱形の第１の光ファイバ保持部材３、円柱形の第２の光ファイバ保持部材４が、それぞれ、接着剤を介して接合されている。
また、第１の光ファイバ保持部材３内には、細孔３ａが形成され、光ファイバ素線５、５が、その先端の被覆層５ｂ、５ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部５ａ、５ａが細孔３ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。また、第２の光ファイバ保持部材４内には、細孔４ａが形成され、光ファイバ素線５が、その先端の被覆層５ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部５ａが細孔４ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
【０００３】
誘電体多層膜フィルタ２は、一方のコリメータレンズ１のレンズ端面１ａ上に直接成膜されているものである。したがって、コリメータレンズ１と誘電体多層膜フィルタ２とを接続する際に、両者の光軸を一致させたり、誘電体多層膜フィルタ２の接合面を鏡面研磨したりする必要がないから、製造工程を簡略化することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光コリメータ部品を用いた光部品では、誘電体多層膜フィルタの光学特性が、温度に依存するという問題があった。
すなわち、誘電体多層膜フィルタは、温度の上昇に伴って膨張し、基板の線膨張係数との関係により、その光学膜厚が変化する。この光学膜厚の変化により、誘電体多層膜フィルタのスペクトルが波長シフトを起こすという問題があった。
特に、このような光コリメータ部品を利得等化器などの光部品に用いた場合、石英ガラスを主成分とするコリメータレンズ端面上に形成された誘電体多層膜フィルタでは、その透過光の波長の温度依存性は２５ｐｍ／℃程度と大きい。光合分波器などに用いられる１００〜４００GHｚ間隔狭大域バンドパスフィルタや、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などの光増幅器の利得等化フィルタは、その使用条件が厳密であるため、このように温度依存性の大きな光コリメータ部品を適用することができなかった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、温度依存性の小さい光コリメータ部品およびこれを用いた光部品を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、円柱形のコリメータレンズと、該コリメータレンズの外周に加熱溶融により積層一体化され、該コリメータレンズよりも線膨張係数の大きい材料からなる温度補償部を備えた光コリメータ部品によって解決できる。
上記光コリメータ部品において、該光コリメータ部品の一方または両方の端面に誘電体多層膜フィルタが成膜されたことが好ましい。
上記光コリメータ部品において、前記温度補償部を形成する材料の線膨張係数は９５×１０−７〜１４０×１０−７／Ｋ、前記温度補償部を形成する材料のヤング率は８５ＧＰａ以上であることが好ましい。
また、前記課題は、光コリメータ部品と、該光コリメータ部品に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えた光部品によって解決できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光コリメータ部品の第１の実施形態を示す斜視図である。
この光コリメータ部品１０は、円柱形のコリメータレンズ１１と、コリメータレンズ１１の外周に積層一体化され、コリメータレンズ１１よりも線膨張係数の大きい材料からなる温度補償部１２とから構成されている。
【０００９】
コリメータレンズ１１としては、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などによって形成された円柱形の分布屈折率レンズ（Gradient Indexレンズ、以下、「ＧＲＩＮレンズ」と略す。）が用いられている。
コリメータレンズ１１は、屈折率が一様でない媒質を用いたレンズで、石英ガラスを主成分とし、その屈折率が、光軸に近いほど大きく、光軸から離れて外周に近付くほど小さくなるように、連続的に変化することでレンズ作用をするものである。
【００１０】
温度補償部１２としては、コリメータレンズ１１よりも線膨張係数の大きなガラスや金属などが用いられ、好ましくは、線膨張係数が大きくかつヤング率が大きい材料が用いられる。具体的に、温度補償部１２を形成する材料の線膨張係数は９５×１０-7〜１４０×１０-7／Ｋ程度が好ましく、より好ましくは１１０×１０-7〜１２０×１０-7／Ｋである。また、温度補償部１２を形成する材料のヤング率は、８５ＧＰａ以上が好ましく、より好ましくは９０ＧＰａ以上である。また、温度補償部１２の厚さは０．３〜１０ｍｍ程度、好ましくは１〜５ｍｍである。
また、温度補償部１２としては、例えば、Ｆ７（商品名、ＳＣＨＯＴＴ社製）、ＷＭＳ−０２（商品名、オハラ社製）、ＷＭＳ−１５（商品名、オハラ社製）などのガラス、銅、アルミニウムなどの金属などが用いられる。
【００１１】
この実施形態の光コリメータ部品１０の製造方法を、以下に示す。
第１の製造方法では、まず、コリメータレンズ１１をなす材料よりも線膨張係数の大きい材料からなる円筒形のガラス管内に、プラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法によって、径方向に屈折率分布を有するＧＲＩＮレンズをなすレンズ母材を堆積し、レンズ母材とガラス管からなる光コリメータ部品の母材を作製する。次いで、この光コリメータ部品の母材を加熱溶融して、長手方向に線引きし、任意の長さに切断して、コリメータレンズ１１に温度補償部１２が積層一体化された光コリメータ部品１０を得る。
【００１２】
第２の製造方法では、まず、気相軸付け（ＶＡＤ）法、内付け（ＭＣＶＤ）法、ＰＣＶＤ法などによって、径方向に屈折率分布を有する円柱形のＧＲＩＮレンズのレンズ母材を作製する。次いで、コリメータレンズ１１をなす材料よりも線膨張係数の大きい材料からなる円筒形のガラス管内に、レンズ母材を収納し、これらを加熱溶融して、長手方向に線引きし、レンズ母材にガラス管を密着させ、任意の長さに切断して、コリメータレンズ１１に温度補償部１２が積層一体化された光コリメータ部品１０を得る。
【００１３】
第３の製造方法では、まず、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などによって、径方向に屈折率分布を有する円柱形のＧＲＩＮレンズのレンズ母材を作製する。次いで、このレンズ母材を加熱溶融して、長手方向に線引きし、任意の長さに切断して、円柱形のコリメータレンズ１１を得る。得られたコリメータレンズ１１の外周に、コリメータレンズ１１をなす材料よりも線膨張係数の大きい材料を被覆し、コリメータレンズ１１に温度補償部１２が積層一体化された光コリメータ部品１０を得る。
この製造方法において、コリメータレンズ１１の外周にコリメータレンズ１１をなす材料よりも線膨張係数の大きい材料を被覆する方法としては、この材料がガラスの場合、コリメータレンズ１１を温度補償部１２に挿入して低融点ガラスで固定する方法が、この材料が金属の場合は、コリメータレンズ１１の側面をあらかじめメタライズを施しておき、Ｉｎ、ＡｕＳｎなどの低融点はんだで固定する方法が用いられる。
【００１４】
図２は、本発明の光コリメータ部品の第２の実施形態を示す斜視図である。図２において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態では、コリメータレンズ１１と温度補償部１２とが、接合材１３を介して接合されている。
また、この実施形態では、コリメータレンズ１１としては、石英系ＧＲＩＮレンズだけでなく、イオン交換法、熱拡散法などによって形成された多成分ガラス系ＧＲＩＮレンズ（例：ＳＥＬＦＯＣレンズ、日本板硝子社製）でもよい。
【００１５】
この実施形態の光コリメータ部品１０の製造方法を、以下に示す。
第４の製造方法では、まず、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などによって、径方向に屈折率分布を有する円柱形のＧＲＩＮレンズのレンズ母材を作製する。次いで、このレンズ母材を加熱溶融して、長手方向に線引きし、任意の長さに切断して、円柱形のコリメータレンズ１１を得る。次いで、コリメータレンズ１１をなす材料よりも線膨張係数の大きい材料からなる円筒形のガラス管または金属管内にコリメータレンズ１１を収納し、コリメータレンズ１１とガラス管または金属管を、接合材１３を介して接合し、コリメータレンズ１１にガラス管または金属管からなる温度補償部１２が積層一体化された光コリメータ部品１０を得る。
【００１６】
第５の製造方法では、まず、イオン交換法、熱拡散法などによって、径方向に屈折率分布を有する円柱形のコリメータレンズ１１（例：ＳＥＬＦＯＣレンズ、日本板硝子社製）を作製する。次いで、コリメータレンズ１１をなす材料よりも線膨張係数の大きい材料からなる円筒形のガラス管または金属管内にコリメータレンズ１１を収納し、コリメータレンズ１１とガラス管または金属管を、接合材１３を介して接合し、コリメータレンズ１１にガラス管または金属管からなる温度補償部１２が積層一体化された光コリメータ部品１０を得る。
【００１７】
図３は、本発明の光コリメータ部品の第３の実施形態を示す斜視図である。
この実施形態の光コリメータ部品２０は、図１および図２に示した光コリメータ部品１０の一方の端面（以下、「レンズ端面」と記す。）１０ａに、誘電体多層膜フィルタ１４が成膜された、誘電体多層膜フィルタ付き光コリメータ部品である。
誘電体多層膜フィルタ１４は、屈折率の異なる膜が複数層積層されたものであり、特定の波長帯域の光は透過し、その他の波長帯域の光は反射する特性を備えたバンドパスフィルタである。また、誘電体多層膜フィルタ１４としては、例えば、屈折率の高い物質としてＴａ2Ｏ5、屈折率の低い物質としてＳｉＯ2を用い、これらの材料からなる膜を交互に積層してなるものが用いられる。なお、膜数、膜厚または各膜の材料は、用途などに応じて種々の条件を設定することができる。このように膜の屈折率や膜数などを変更することにより、誘電体多層膜フィルタ１４は、透過する光の波長帯域や波長幅などを変更することができる。
【００１８】
この実施形態の光コリメータ部品２０の製造方法を、以下に示す。
まず、上記第１ないし第５のいずれかの光コリメータ部品の製造方法によって、光コリメータ部品１０を作製する。次いで、光コリメータ部品１０のレンズ端面１０ａを光学研磨する。次いで、光コリメータ部品１０のレンズ端面１０ａに、屈折率の異なる複数の膜を、真空蒸着法やスパッタリング法などの公知の方法を用いて順次成膜、積層して誘電体多層膜フィルタ１４を成膜し、誘電体多層膜フィルタ付き光コリメータ部品２０を得る。ここでは、成膜の緻密性、密着度を向上させるためにイオンアシストを併用した真空蒸着法が好適である。
【００１９】
本発明の光コリメータ部品は、コリメータレンズの外周に、コリメータレンズよりも線膨張係数の大きい材料からなる温度補償部を積層一体化したものである。したがって、この光コリメータ部品のレンズ端面に誘電体多層膜フィルタを接合した場合、温度の上昇に伴って、誘電体多層膜フィルタの光学膜厚が膨張しても、その膨張分を補償するだけ温度補償部が膨張するから、誘電体多層膜フィルタのスペクトルが波長シフトを起こすのを抑止することができる。ゆえに、本発明の光コリメータ部品は、誘電体多層膜フィルタを用いた光コリメータ部品の温度依存性を低減することができる。
さらに、光コリメータ部品のレンズ端面に誘電体多層膜フィルタを直接成膜すれば、誘電体多層膜フィルタを透過する光の波長が、シフトするのを抑止する効果が高くなる。
【００２０】
図４は、本発明の光コリメータ部品を用いた光部品の一例を示す概略構成図である。図４において、図５に示した従来の光コリメータ部品を用いた光部品の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この例の光部品では、光コリメータ部品１０と、誘電体多層膜フィルタ付きの光コリメータ部品２０とが、そのレンズ端面１０ａ、２０ａどうしが対向するように、接着剤などを介して接合されている。また、光コリメータ部品１０の出力端面１０ｂには、光コリメータ部品１０に光を入出力する光ファイバ素線５を保持している円柱形の第１の光ファイバ保持部材３が、接着剤などを介して接合されている。また、光コリメータ部品２０の出力端面２０ｂには、光コリメータ部品２０に光を入出力する光ファイバ素線５を保持している円柱形の第２の光ファイバ保持部材４が、接着剤などを介して接合されている。
このような本発明の光コリメータ部品を用いた光部品は、その温度依存性が低減され、光学特性の安定した光部品となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光コリメータ部品によれば、温度の上昇に伴って、誘電体多層膜フィルタのスペクトルが波長シフトを起こすのを抑止することができる。したがって、誘電体多層膜フィルタを用いた光コリメータ部品の温度依存性を低減し、光学特性の安定した光部品を作製することができる。
また、本発明の光コリメータ部品の製造方法によれば、温度依存性が少なく、光学特性の安定した光コリメータ部品を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光コリメータ部品の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】  本発明の光コリメータ部品の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図３】  本発明の光コリメータ部品の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図４】  本発明の光コリメータ部品を用いた光部品の一例を示す概略構成図である。
【図５】  従来の光コリメータ部品を用いた光部品を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，２０・・・光コリメータ部品、１０ａ，２０ａ・・・レンズ端面、１０ｂ，２０ｂ・・・出力端面、１１・・・コリメータレンズ、１２・・・温度補償部、１３・・・接合材、１４・・・誘電体多層膜フィルタ
【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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