(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を出力する第１の光学系と、
透過する光に対して位相差を与える厚みの変化が２次元的に分布しており、前記第１の光学系から出力された平行光を入力して回折させ、互いに同一平面上であって互いに異なる方向に進む複数の回折光に分岐させる回折格子と、
前記回折格子によって分岐された回折光それぞれを入力する第２の光学系と、
前記第１の光学系を載置する第１の載置領域を有する第１の支持部材と、
前記第２の光学系を載置する第２の載置領域を有する第２の支持部材と、
前記回折格子を載置する第３の載置領域を有する第３の支持部材と
を備え、
前記第１の支持部材の一の端面と前記第３の支持部材の一の端面とは接着され、
前記第３の支持部材の他の端面と前記第２の支持部材の一の端面とは接着されている
ことを特徴とする光分岐器。
【請求項２】
前記第１の載置領域には、前記第１の光学系を導入する第１の溝部が形成されており、
前記第２の載置領域には、前記第２の光学系を導入する第２の溝部が形成されており、
前記第３の載置領域には、前記回折格子を導入する第３の溝部が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光分岐器。
【請求項３】
前記第１の光学系は、入力した光を伝搬させて端面から出力する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの端面から出力された光を入力して平行光として出力する第１のレンズ系と
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光分岐器。
【請求項４】
前記第１の光ファイバと前記第１のレンズ系とは一体化されている
ことを特徴とする請求項３に記載の光分岐器。
【請求項５】
前記第１のレンズ系は、一方の底面に入力した光を他方の底面から平行光として出力する円柱形状の光学部材である
ことを特徴とする請求項３または４に記載の光分岐器。
【請求項６】
前記第１のレンズ系は、径方向に屈折率が変化する光学部材である
ことを特徴とする請求項５に記載の光分岐器。
【請求項７】
前記第２の光学系は、前記回折格子によって分岐された回折光それぞれを入力して集光する複数の第２のレンズ系と、前記第２のレンズ系それぞれによって集光された光を入力して伝搬させる複数の第２の光ファイバと
を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光分岐器。
【請求項８】
前記第２のレンズ系と前記第２の光ファイバとは一体化されている
ことを特徴とする請求項７に記載の光分岐器。
【請求項９】
前記第２のレンズ系は、一方の底面に入力した平行光を集光して他方の底面から出力する円柱形状の光学部材である
ことを特徴とする請求項７または８に記載の光分岐器。
【請求項１０】
前記第２のレンズ系は、径方向に屈折率が変化する光学部材である
ことを特徴とする請求項９に記載の光分岐器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を複数の光束に分岐させる光分岐器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムにおいて用いられる光分岐器として、例えば特開平８−１３６７６１号公報に記載されているように、導波路型光分岐器、方向性結合器、部分反射鏡およびスターカプラなどが知られている。しかし、これらの光分岐器は、多分岐構成とするに従ってサイズが大きくなり、また、光を等分配することが困難であるという問題点を有している。
【０００３】
そこで、かかる問題点を解消すべく、例えばU.Killat, et al., "Binary Phase Gratings for Star Couplers with High Splitting Ratio", Fiber and Integrated Optics, Vol.4, No.2, pp.159-167 (1982)に記載されているような、参照回折格子を用いた光分岐器が提案されている。かかる光分岐器は、回折格子により光を回折させて分岐させるものであり、上記特開平８−１３６７６１号公報に記載された光分岐器と比較して、小型に構成できるとともに分岐光相互間の強度の均一性が向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、U.Killat等の上記文献に記載された光分岐器は、分岐光相互間の強度の均一性が未だ十分ではなく、また、回折効率が小さいという問題点がある。さらに、入力光学系（光ファイバ）、回折格子、出力光学系（光ファイバ）相互の位置決めが煩雑であるという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、分岐光相互間の強度の均一性が高く、回折効率が大きく、入力光学系、回折格子、出力光学系相互の位置決めが容易な光分岐器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光分岐器は、平行光を出力する第１の光学系と、透過する光に対して位相差を与える厚みの変化が２次元的に分布しており、上記第１の光学系から出力された平行光を入力して回折させ、互いに同一平面上であって互いに異なる方向に進む複数の回折光に分岐させる回折格子と、上記回折格子によって分岐された回折光それぞれを入力する第２の光学系と、上記第１の光学系を載置する第１の載置領域を有する第１の支持部材と、上記第２の光学系を載置する第２の載置領域を有する第２の支持部材と、上記回折格子を載置する第３の載置領域を有する第３の支持部材とを備え、上記第１の支持部材の一の端面と上記第３の支持部材の一の端面とは接着され、上記第３の支持部材の他の端面と上記第２の支持部材の一の端面とは接着されていることを特徴としている。
【０００７】
上記構成により、第１の光学系から出力された平行光は回折格子に入力して回折する。回折格子により回折された回折光それぞれは、互いに同一平面上であって互いに異なる方向に進み、第２の光学系に入力される。また、第１の支持部材の第１の載置領域に第１の光学系を載置し、第２の支持部材の第２の載置領域に第２の光学系を載置し、第３の支持部材の第３の載置領域に回折格子を載置し、さらに、第１の支持部材の一の端面と第３の支持部材の一の端面、及び、第３の支持部材の他の端面と第２の支持部材の一の端面とをそれぞれ接着することで、第１の光学系、回折格子、第２の光学系相互の位置決めが容易になされる。
【０００８】
また、本発明の光分岐器においては、上記第１の載置領域には、上記第１の光学系を導入する第１の溝部が形成されており、上記第２の載置領域には、上記第２の光学系を導入する第２の溝部が形成されており、上記第３の載置領域には、上記回折格子を導入する第３の溝部が形成されていることを特徴としてもよい。
【０００９】
第１の溝部、第２の溝部、第３の溝部にそれぞれ、第１の光学系、第２の光学系、回折格子を導入することで、第１の光学系、回折格子、第２の光学系相互の位置決めが極めて容易になされる。
【００１０】
また、本発明の光分岐器においては、上記第１の光学系は、入力した光を伝搬させて端面から出力する第１の光ファイバと、上記第１の光ファイバの端面から出力された光を入力して平行光として出力する第１のレンズ系とを備えたことを特徴としてもよい。
【００１１】
上記構成により、第１の光ファイバの端面から出力された光は、第１のレンズ系によって平行光とされ、回折格子に入力される。
【００１２】
また、本発明の光分岐器においては、上記第１の光ファイバと上記第１のレンズ系とは一体化されていることを特徴としてもよい。
【００１３】
第１の光ファイバと第１のレンズ系とを一体化することで、第１の光学系を一体として取り扱うことができる。
【００１４】
また、本発明の光分岐器においては、上記第１のレンズ系は、一方の底面に入力した光を他方の底面から平行光として出力する円柱形状の光学部材であることを特徴としてもよい。
【００１５】
第１のレンズ系を円柱形状の光学部材とすることで、位置決め精度、安定度が向上する。
【００１６】
また、本発明の光分岐器においては、上記第１のレンズ系は、径方向に屈折率が変化する光学部材であることを特徴としてもよい。
【００１７】
かかる光学部材を用いることによっても、第１の光ファイバの端面から出力された光を平行光とし、回折格子に入力することができる。
【００１８】
また、本発明の光分岐器においては、上記第２の光学系は、上記回折格子によって分岐された回折光それぞれを入力して集光する複数の第２のレンズ系と、上記第２のレンズ系それぞれによって集光された光を入力して伝搬させる複数の第２の光ファイバとを備えたことを特徴としてもよい。
【００１９】
上記構成により、回折格子によって分岐された回折光は、それぞれの第２のレンズ系に入力され、集光される。また、それぞれの第２のレンズ系から出力された光は、それぞれの第２の光ファイバに入力され、当該第２の光ファイバ内を伝搬する。
【００２０】
また、本発明の光分岐器においては、上記第２のレンズ系と上記第２の光ファイバとは一体化されていることを特徴としてもよい。
【００２１】
第２の光ファイバと第２のレンズ系とを一体化することで、第２の光学系を一体として取り扱うことができる。
【００２２】
また、本発明の光分岐器においては、上記第２のレンズ系は、一方の底面に入力した平行光を集光して他方の底面から出力する円柱形状の光学部材であることを特徴としてもよい。
【００２３】
第２のレンズ系を円柱形状の光学部材とすることで、位置決め精度、安定度が向上する。
【００２４】
また、本発明の光分岐器においては、上記第２のレンズ系は、径方向に屈折率が変化する光学部材であることを特徴としてもよい。
【００２５】
かかる光学部材を用いることによっても、回折格子によって分岐された回折光を入力して集光し、第２の光ファイバに入力することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る光分岐器について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る光分岐器の構成について説明する。図１は本実施形態に係る光分岐器の分解斜視図である。
【００２７】
光分岐器１０は、入力光学系１２（第１の光学系）、回折格子１４、出力光学系１６（第２の光学系）、入力光学系載置用基板４０（第１の支持部材）、回折格子載置用基板４２（第３の支持部材）、出力光学系載置用基板４４（第２の支持部材）、及び、２つの押さえ板２０，２２を備えて構成される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２８】
入力光学系１２は、入力用光ファイバ２４（第１の光ファイバ）と集光用光ファイバ２６（第１のレンズ系）とを備えて構成される。入力用光ファイバ２４は、１．５５μｍ波長帯の光を伝搬させるシングルモード光ファイバであり、入力した光を伝搬させて端面から出力する。また、入力用光ファイバ２４は、その端部を除き被覆されている。
【００２９】
集光用光ファイバ２６は、入力用光ファイバ２４と同程度の径を有する円柱形状の光ファイバであって、中心軸から外周に向かう方向（径方向）に屈折率が徐々に減少するグレーテッドインデックス構造を有している。また、所定の長さに切断されており、一方の端面（円柱形状の底面）に入力した光を他方の端面から平行光として出力することができるようになっている。
【００３０】
入力用光ファイバ２４の上記端面と集光用光ファイバ２６の上記一方の端面とは融着によって接着されており、その結果、入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とは一体化されている。上記構成から、入力光学系１２に入力された光は、入力用光ファイバ２４の内部を伝搬し、集光用光ファイバ２６によって平行光とされて、集光用光ファイバ２６の上記他方の端面から出力される。
【００３１】
回折格子１４は、入力光学系１２に対向して配置されており、信号光に対して透明なガラスからなる。より詳細には、透過する光に対して位相差を与える厚みの変化が２次元的に分布した構成を有し、入力光学系１２から平行光として出力された光を入力して回折させ、互いに同一平面上であって互いに異なる方向に進む複数の回折光に分岐させる。ここでは特に、回折格子１４は、入力光学系１２から平行光として出力された光を、±１次、±３次の４つの回折光に分岐させる構成となっている。尚、回折格子１４の具体的な構成については後述する。
【００３２】
出力光学系１６は、４本の集光用光ファイバ２８（第２のレンズ系）と４本の出力用光ファイバ３０（第２の光ファイバ）とを備えて構成される。集光用光ファイバ２８それぞれは、出力用光ファイバ３０と同程度の径を有する円柱形状の光ファイバであって、中心軸から外周に向かう方向（径方向）に屈折率が徐々に減少するグレーテッドインデックス構造を有している。また、所定の長さに切断されており、一方の端面（円柱形状の底面）に入力した平行光を集光して他方の端面から出力することができるようになっている。
【００３３】
出力用光ファイバ３０それぞれは、マルチモード光ファイバであり、入力した光を伝搬させることができるようになっている。また、４本の出力用光ファイバ３０それぞれは、一定方向に互いに平行に配列され、その端部を除き、一括して被覆されている。
【００３４】
出力用光ファイバ３０それぞれの端面には、集光用光ファイバ２８それぞれの上記他方の端面が融着によって接着されており、その結果、出力用光ファイバ３０とこれに対応する集光用光ファイバ２８とは一体化されている。
【００３５】
出力光学系１６は、回折格子１４によって分岐された±１次、±３次の回折光が４本の集光用光ファイバ２８それぞれの上記一方の端面に入力されるように配置されている。従って、上記構成より、集光用光ファイバ２８それぞれの上記一方の端面に入力された光（平行光）は、集光用光ファイバ２８によって集光され、出力用光ファイバ３０に入射し、出力用光ファイバ３０内を伝搬する。
【００３６】
入力光学系載置用基板４０と回折格子載置用基板４２と出力光学系載置用基板４４は、図２に示すように順次配列され、入力光学系載置用基板４０の一の端面４０ａと回折格子載置用基板４２の一の端面４２ｂとは互いに接着され、また、回折格子載置用基板４２の他の端面４２ａ（上記一の端面４２ｂに対向する端面）と出力光学系載置用基板４４の一の端面４４ｂとは互いに接着されている。尚、接着には、短時間で硬化するＵＶ硬化型接着剤などが用いられる。
【００３７】
入力光学系載置用基板４０は、Ｓｉからなる平板であり、その表面には、入力光学系１２を載置する入力光学系載置領域４０ｃ（第１の載置領域）が形成されている。また、入力光学系載置領域４０ｃには、一体化された入力用光ファイバ２４及び集光用光ファイバ２６を導入する溝４０ｄ（第１の溝部）が形成されている。溝４０ｄは、断面がＶ字形状となっており、入力光学系載置用基板４０、回折格子載置用基板４２、出力光学系載置用基板４４が配列される方向（以下、単に配列方向という）に延びて形成されている。ここで、一体化された入力用光ファイバ２４及び集光用光ファイバ２６を溝４０ｄに導入することで、入力光学系載置用基板４０上において、厚み方向、及び、当該厚み方向と上記配列方向との双方に垂直な方向（以下、単に幅方向という）における入力光学系１２の位置決めがなされる。また、入力光学系載置用基板４０の一の端面４０ａと回折格子載置用基板４２の一の端面４２ｂとを接着する前に、入力光学系載置用基板４０の一の端面４０ａに接するようにストッパ（図示せず）を配置し、かかるストッパに集光用光ファイバ２６の上記他方の端面を突き当てることで、上記配列方向における入力光学系１２の位置決めがなされる。尚、位置決めされた入力光学系１２は、接着剤等によって入力光学系載置用基板４０に接着される。
【００３８】
回折格子載置用基板４２は、Ｓｉからなる平板であり、その表面には、回折格子１４を載置する回折格子載置領域４２ｃ（第３の載置領域）が形成されている。また、回折格子載置領域４２ｃには、回折格子１４を導入する溝４２ｄ（第３の溝部）が形成されている。溝４２ｄは、断面が矩形状となっており、上記幅方向に延びて形成されている。溝４２ｄの幅は、回折格子１４の厚みとほぼ等しくなっている。ここで、回折格子１４を溝４２ｄに導入することで、回折格子載置用基板４２上において、上記配列方向における回折格子１４の位置決めがなされる。ここで、回折格子１４は、基本となる厚み変化を有するパターン（以下、基本パターンという。詳細は後述する。）を複数２次元的に繰り返し配列した構成となっているため、上記幅方向及び厚み方向の位置決めは不要となる。尚、位置決めされた回折格子１４は、接着剤等によって回折格子載置用基板４２に接着される。
【００３９】
出力光学系載置用基板４４は、Ｓｉからなる平板であり、その表面には、出力光学系１６を載置する出力光学系載置領域４４ｃ（第２の載置領域）が形成されている。出力光学系載置領域４４ｃには、一体化された出力用光ファイバ３０及び集光用光ファイバ２８それぞれを導入する４つの溝４４ｄ（第２の溝部）が形成されている。溝４４ｄそれぞれは、断面がＶ字形状となっており、上記配列方向に延びて形成されている。ここで、一体化された出力用光ファイバ３０及び集光用光ファイバ２８を溝４４ｄに導入することで、出力光学系載置用基板４４上において、上記厚み方向及び幅方向における出力光学系１６の位置決めがなされる。また、回折格子載置用基板４２の他の端面４２ａと出力光学系載置用基板４４の上記一の端面４４ａとを接着する前に、出力光学系載置用基板４４の上記一の端面４４ｂに接するようにストッパ（図示せず）を配置し、かかるストッパに集光用光ファイバ２８の上記一方の端面を突き当てることで、配列方向における出力光学系１６の位置決めがなされる。尚、位置決めされた出力光学系１６は、接着剤等によって出力光学系載置用基板４４に接着される。
【００４０】
ここで、入力光学系載置用基板４０の溝４０ｄ，出力光学系載置用基板４４の４４ｄの上記厚み方向における位置（入力光学系載置用基板４０、出力光学系載置用基板４４の厚み）、回折格子載置用基板４２の溝４２ｄと他の端面４２ａとの距離、及び、出力光学系載置用基板４４の４４ｄ相互の間隔は、入力光学系１２から出力され、回折格子１４より回折された回折光それぞれが、出力光学系１６に入力されるように互いに調節されている。
【００４１】
上記溝４０ｄ，４２ｄ，４４ｄ等はダイサーによる切削加工、ウェットエッチング等の方法により形成することができる。さらに、入力光学系載置用基板４０、回折格子載置用基板４２、出力光学系載置用基板４４は、ガラス成形等、設計値通りの加工ができるものであれば、その材質、加工方法を任意に選択することができる。
【００４２】
押さえ板２０は、入力光学系載置用基板４０の上部から入力光学系１２を押さえ、入力光学系１２を入力光学系載置用基板４０に固定する。また、押さえ板２２は、出力光学系載置用基板４４の上部から出力光学系１６を押さえ、出力光学系１６を出力光学系載置用基板４４に固定する。ここで特に、押さえ板２０及び断面がＶ字である溝４０ｄの２つの内面の３方向から入力光学系１２を支持することで、入力光学系１２の位置決めの安定度が増す。同様に、押さえ板２２及び断面がＶ字である溝４４ｄの２つの内面の３方向から出力光学系１６を支持することで、出力光学系１６の位置決めの安定度が増す。
【００４３】
次に、回折格子１４について詳細に説明する。図３は、回折格子１４の基本パターンの平面図であって、Ｍ×Ｍ個の各セルにおける厚みの違いが白色、黒色で示されている。また、図４は、図３のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。回折格子１４は、図３及び図４に示す基本パターンが２次元配列されたものである。
【００４４】
回折格子１４の基本パターンは、その辺の長さが例えば１０μｍ程度であり、一辺の長さがｃの正方形のセルがＭ×Ｍ個だけ２次元配列されており、各セルそれぞれが所定の厚みとされて透過する光に対し位相差を与える。Ｍ×Ｍ個の各セルそれぞれの厚みの変化の段差数をＮとし、回折格子１４の材料の屈折率をｎとし、光の波長をλとすると、厚み変化の１段の高さＤを、
【数１】
0004147684.tif 000002
とする。ここで、Ｎは、段差数であり整数である。特に段差数Ｎの値を２，４，８，１６等の２のべき乗とすると、ドライエッチング等により容易に製造することができる。また、ドライエッチングにより高精度の回折格子１４を製造することができる。
【００４５】
回折格子１４の出力側の端面と出力光学系１６を構成する集光用光ファイバ２８の上記一方の端面との距離をｆ、出力光学系１６を構成する集光用光ファイバ２８それぞれの上記一方の端面位置相互間の距離をｄとすると、セルサイズｃは、
【数２】
0004147684.tif 000003
なる式で表される。また、各セルの厚みは、
【数３】
0004147684.tif 000004
で表される評価関数に基づいて算出される。ここで、ω1，ω2およびω3それぞれは係数である。
【００４６】
Ｅ1は、回折効率についての評価関数であり、
【数４】
0004147684.tif 000005
なる式で表される。ここで、Ｘは、光の分岐数であり、ηobjは、回折効率の目標値であり、ηは、回折効率である。
【００４７】
Ｅ2は、回折光の強度ばらつきについての評価関数であり、
【数５】
0004147684.tif 000006
なる式で表される。ここで、Ｉavは、各回折光の強度の平均値であり、Ｉmは、ｍ番目の回折光の強度である。ここでの総和は、回折光を到達させたい各位置それぞれにおける強度の総和である。
【００４８】
Ｅ3は、ノイズについての評価関数であり、
【数６】
0004147684.tif 000007
なる式で表される。ここでの総和は、回折光を到達させたくない（すなわち、回折光が到達すればノイズとなる）各位置それぞれにおける強度の総和である。また、光強度（すなわち、ノイズ強度）が許容値以下であれば加算しなくてもよい。
【００４９】
そして、回折格子１４の基本パターンの各セルそれぞれの厚みをランダムに設定したものを初期状態として、上記（３）式で表される評価関数の値が小さくなるように、各セルそれぞれの厚みを更新していく。評価関数の値が極小値に達したと判断されるまで、このような計算を繰り返し、そのときの基本パターンの各セルそれぞれの厚み及び評価関数の値を記憶しておく。これを数十回〜数百回繰り返し、各回に得られた基本パターンの各セルそれぞれの厚み及び評価関数の値に基づいて、これらのうち最も小さい評価関数の値が得られたときの基本パターンの各セルそれぞれの厚みを、最終的な回折格子１４の基本パターンとする。
【００５０】
ここで、基本パターンの一方向のセル数Ｍを３２とし、段差数Ｎを２とし、屈折率ｎを１．４５とし、波長λを１．５５μｍとし、回折格子１４の出力側の端面と出力光学系１６を構成する集光用光ファイバ２８の上記一方の端面との距離をｆを０．８ｍｍとし、出力光学系１６を構成する集光用光ファイバ２８それぞれの上記一方の端面位置相互間の距離をｄを２５０μｍとして、上記の計算を行うと、回折格子１４のセルサイズｃは０．３１２５μｍであり、１段の高さＤは１．７２μｍとなる。
【００５１】
続いて、本実施形態にかかる光分岐器の作用及び効果について説明する。本実施形態にかかる光分岐器１０においては、透過する光に対して位相差を与える厚みの変化が２次元的に分布している回折格子１４を備えており、入力光学系１２から出力された平行光を入力して回折させ、互いに同一平面上であって互いに異なる方向に進む複数の回折光に分岐させる。かかる構成をとることにより、分岐光相互間の強度の均一性が高まり、回折効率が大きくなる。
【００５２】
ここで、本実施形態に係る光分岐器１０の回折格子１４を、従来技術の欄に示したU.Killat等の文献に記載された回折格子と比較する。U.Killat等の文献には、回折格子は１次元の厚みの変化が設けられたものであり、段差数Ｎは２であって、このとき、第１の回折格子の回折効率は７８．９％であり回折光の強度偏差は１．３％であり、また、第２の回折格子の回折効率は６７．６％であり回折光の強度偏差は０．４％である、と記載されている。これに対して、本実施形態に係る分岐器１０の回折格子１４は、２次元の厚みの変化が設けられたものである点を除いては、U.Killat等の文献に記載されたものと同一の条件として、上記評価関数に基づく計算を行った結果、回折効率が７５．９３％であり、回折光の強度偏差が０．４％であった。すなわち、本実施形態に係る光分岐器１０の回折格子は、分岐光（回折光）相互間の強度偏差が小さく、且つ、回折効率が大きい。
【００５３】
また、本実施形態にかかる光分岐器１０の回折格子１４について、回折格子１４の基本パターンの一方向のセル数Ｍおよび段差数Ｎそれぞれを種々変更して、回折光の強度偏差および回折効率を求めた。その結果、Ｍが大きいほど、また、Ｎが大きいほど、回折光の強度偏差が小さくなり、且つ、回折効率が大きくなった。一方、製造工程の手間を考慮すると、基本パターンの一方向のセル数Ｍまたは段差数Ｎを大きくするのは適当ではない。しかし、Ｍを３２，６４または１２８程度とし、Ｎを２，４，８または１６程度としても、回折光の強度偏差は充分に小さく、且つ、回折効率は充分に大きい。
【００５４】
また、本実施形態にかかる光分岐器１０は、入力光学系載置用基板４０の入力光学系載置領域４０ｃに入力光学系１２を載置し、回折格子載置用基板４２の回折格子載置領域４２ｃに回折格子１４を載置し、出力光学系載置用基板４４の出力光学系載置領域４４ｃに出力光学系１６を載置し、さらに、入力光学系載置用基板４０の一の端面４０ａと回折格子載置用基板４２の一の端面４２ｂとを互いに接着し、回折格子載置用基板４２の他の端面４２ａと出力光学系載置用基板４４の一の端面４４ｂとを互いに接着することで、入力光学系１２、回折格子１４、出力光学系１６相互の位置決めが容易になされる。特に、溝４０ｃ，４２ｃ，４４ｃそれぞれに入力光学系１２、回折格子１４、出力光学系１６を導入することで、入力光学系１２、回折格子１４、出力光学系１６相互の位置決めを極めて容易に行うことが可能となる。
【００５５】
ここで、入力光学系載置用基板４０の溝４０ｄ，出力光学系載置用基板４４の４４ｄの上記厚み方向における位置、回折格子載置用基板４２の溝４２ｄと他の端面４２ａとの距離、及び、出力光学系載置用基板４４の４４ｄ相互の間隔を適切に調節しておけば、入力光学系載置用基板４０の一の端面４０ａと回折格子載置用基板４２の一の端面４２ｂとを互いに接触させ、また、回折格子載置用基板４２の他の端面４２ａと出力光学系載置用基板４４の一の端面４４ａとを互いに接触させ、入力光学系載置用基板４０と回折格子載置用基板４２、及び、回折格子載置用基板４２と出力光学系載置用基板４４とを上記幅方向に互いにスライドさせるのみで、入力光学系１２、回折格子１４、出力光学系１６相互の位置決めを行うことができる。
【００５６】
また、入力光学系１２を構成する集光用光ファイバ２６を入力光学系載置用基板４０に固定した後、当該入力光学系載置用基板４０の一の端面４０ａを研磨することによって集光用光ファイバ２６の長さを微調整することが可能となる。従って、集光用光ファイバ２６の集光機能を最適な状態に調整することが可能となる。同様に、出力光学系１６を構成する集光用光ファイバ２８を出力光学系載置用基板４４に固定した後、当該出力光学系載置用基板４４の一の端面４４ｂを研磨することによって集光用光ファイバ２８の長さを微調整することが可能となる。従って、集光用光ファイバ２８の集光機能を最適な状態に調整することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態にかかる光分岐器１０においては、入力光学系１２を入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とによって構成することで、入力した光を平行光として出力する入力光学系１２を簡易に構成することが可能となる。特に、集光用光ファイバ２６が中心軸から外周に向かう方向（径方向）に屈折率が徐々に減少するグレーテッドインデックス構造を有していることで、入力光を効率よく平行光とすることが可能となる。
【００５８】
さらに、本発明の実施形態にかかる光分岐器１０においては、入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とを一体化することで、入力光学系１２を一体として取り扱うことができ、取り扱いが容易となる。従って、入力光学系１２を入力光学系載置用基板４０に載置するための組立時間が短縮され、溝４０ｄ内における位置決め精度も向上し、製造コストの削減が図れる。
【００５９】
また、本実施形態にかかる光分岐器１０においては、集光用光ファイバ２６が円柱形状を有することで、位置決め精度、安定度が向上する。
【００６０】
また、本実施形態にかかる光分岐器１０においては、出力光学系１６を集光用光ファイバ２８と出力用光ファイバ３０とによって構成することで、回折格子１４によって分岐された回折光それぞれを集光して出力する出力光学系１６を簡易に構成することが可能となる。また、集光用光ファイバ３０を備えることで、出力用光ファイバ３０の受光径が小さい場合（例えばシングルモード光ファイバ）であっても、効率のよい光分岐が可能となる。特に、集光用光ファイバ２６が中心軸から外周に向かう方向（径方向）に屈折率が徐々に減少するグレーテッドインデックス構造を有していることで、上記回折光を効率よく集光とすることが可能となる。
【００６１】
さらに、本発明の実施形態にかかる光分岐器１０においては、集光用光ファイバ２８と出力用光ファイバ３０とを一体化することで、出力光学系１６を一体として取り扱うことができ、取り扱いが容易となる。従って、出力光学系１６を出力光学系載置用４４に載置するための組立時間が短縮され、溝４４ｄ内における位置決め精度も向上し、製造コストの削減が図れる。
【００６２】
また、本実施形態にかかる光分岐器１０においては、集光用光ファイバ２８が円柱形状を有することで、位置決め精度、安定度が向上する。
【００６３】
上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、入力光学系載置用基板４０、回折格子載置用基板４２、出力光学系載置用基板４４それぞれを別体として形成していたが、入力光学系載置用基板４０、回折格子載置用基板４２、出力光学系載置用基板４４のすべてを一体として形成したものでなければ、図５に示すように、入力光学系載置用基板４０と回折格子載置用基板４２とを一体として形成したものであってもよい。また、図６に示すように、回折格子載置用基板４２と出力光学系載置用基板４４とを一体として形成したものであってもよい。
【００６４】
また、上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、回折格子載置用基板４２は、平板形状を有していたが、図７に示すように、光路とは重ならない両側部の厚みを大きくしたものであってもよい。かかる構成とすることで、入力光学系載置用基板４０と回折格子載置用基板４２、あるいは、回折格子載置用基板４２と出力光学系載置用基板４４の接着面積が増し、接着強度が増加する。
【００６５】
上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とが融着により一体化されていたが、これは一体化されていないものであってもよい。すなわち、入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とのそれぞれを溝４０ｄに導入した後に互いに接着固定したものであってもよい。同様に、集光用光ファイバ２８と出力用光ファイバ３０とは一体化されていないものであってもよく、集光用光ファイバ２８と出力用光ファイバ３０とのそれぞれを溝４４ｄに導入した後に互いに接着固定したものであってもよい。
【００６６】
また、上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、入力した光を平行光とするための入力用レンズ系として集光用光ファイバ２６を用いていたが、これはＧＲＩＮレンズ、セルフォックレンズ等であってもよい。同様に、出力光学系１６の集光用光ファイバ２８も、ＧＲＩＮレンズ、セルフォックレンズ等であってもよい。また、出力用光ファイバ３０の受光量を確保できる場合にあっては、出力光学系１６の集光用光ファイバ２８を用いなくてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、入力用光学系１２は、入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とを融着して構成していたが、これは、図８に示すように、端面を略球面形状とした入力用光ファイバ２４であってもよい。かかる構成をとることによっても、入力用光ファイバ２４内を伝搬してきた光を平行光として出力することが可能となる。尚、端面を略球面形状とする加工は、ウェットエッチング、機械的研磨等の方法によって行われる。
【００６８】
また、上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、出力用光学系１６は、集光用光ファイバ２８と出力用光ファイバ３０とを融着して構成していたが、これは、図９に示すように、端面を略球面形状とした出力用光ファイバ３０であってもよい。かかる構成をとることによっても、回折格子１４によって分岐された回折光を集光して出力用光ファイバ３０内を伝搬させることが可能となる。尚、端面を略球面形状とする加工は、ウェットエッチング、機械的研磨等の方法によって行われる。
【００６９】
また、上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、回折格子１４に光を入力する光学系として入力用光ファイバ２４と集光用光ファイバ２６とからなる入力光学系１２を用いていたが、これは例えば発光素子などであってもよい。
【００７０】
また、上記実施形態にかかる光分岐器１０においては、回折格子１４によって分岐された光を入力する光学系として集光用光ファイバ２８と出力用光ファイバ３０とからなる出力光学系１６を用いていたが、これは例えば受光素子などであってもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の光分岐器は、透過する光に対して位相差を与える厚みの変化が２次元的に分布している回折格子を備えており、第１の光学系から出力された平行光を入力して回折させ、互いに同一平面上であって互いに異なる方向に進む複数の回折光に分岐させる。かかる構成をとることにより、分岐光相互間の強度の均一性が高まり、回折効率が大きくなる。
【００７２】
また、本実施形態にかかる光分岐器は、第１の支持部材の第１の載置領域に第１の光学系を載置し、第２の支持部材の第２の載置領域に第２の光学系を載置し、第３の支持部材の第３の載置領域に回折格子を載置し、さらに、第１の支持部材の一の端面と第３の支持部材の一の端面、及び、第３の支持部材の他の端面と第２の支持部材の一の端面とをそれぞれ接着することで、第１の光学系、回折格子、第２の光学系相互の位置決めが容易になされる。
【００７３】
ここで特に、第１の光学系を導入する第１の溝部を第１の載置領域に形成し、第２の光学系を導入する第２の溝部を第２の載置領域に形成し、回折格子を導入する第３の溝部を第３の載置領域に形成し、第１の溝部、第２の溝部、第３の溝部それぞれに第１の光学系、第２の光学系、回折格子を導入することで、第１の光学系、回折格子、第２の光学系相互の位置決めが極めて容易になされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光分岐器の分解斜視図である。
【図２】入力光学系載置用基板、回折格子載置用基板、出力光学系載置用基板の斜視図である。
【図３】回折格子の基本パターンの平面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５】入力光学系載置用基板、回折格子載置用基板、出力光学系載置用基板の斜視図である。
【図６】入力光学系載置用基板、回折格子載置用基板、出力光学系載置用基板の斜視図である。
【図７】回折格子載置用基板の斜視図である。
【図８】入力用光ファイバの斜視図である。
【図９】出力用光ファイバの斜視図である。
【符号の説明】
１０…光分岐器、１２…入力光学系、１４…回折格子、１６…出力光学系、２０，２２…押さえ板、２４…入力用光ファイバ、２６，２８…集光用光ファイバ、３０…出力用光ファイバ、４０…入力光学系載置用基板、４２…回折格子載置用基板、４４…出力光学系載置用基板、４０ｃ…入力光学系載置領域、４２ｃ…回折格子載置領域、４４ｃ…出力光学系載置領域、４０ｄ，４２ｄ，４４ｄ…溝
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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