(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の光を分波する回折格子部材であって、発光素子及び受光素子を向く面には回折格子部が形成され、該回折格子部には入射方向に沿う立上り面部と該立上り面部から張り出して形成された回折面部とを備えた段部を所定段数備えた階段状格子部が繰り返し形成され、該階段状格子部は隣接する上記回折面部を通過する光に一の入射光の波長の整数倍とした光路差を与えるものにおいて、
上記回折格子部が形成された面と反対側の面は光ファイバを向くと共に、表面にレンズ面が形成され、該レンズ面は、上記発光素子側から入射する光を上記光ファイバの端面に集光し、上記光ファイバ側から入射する光を上記回折面部側に集光し、
上記階段状格子部には上記回折面部が３面形成されてなり、
上記回折面部は、上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが減少するように傾斜して形成されているか、または上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが増加するように傾斜して形成されていることを特徴とする回折格子部材。
【請求項２】
上記回折面部は上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが減少するように傾斜して形成され、波長１３１０ｎｍの入射光を直進させ、波長１５５０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする請求項１記載の回折格子部材。
【請求項３】
上記回折面部は上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが増加するように傾斜して形成され、波長１５５０ｎｍの入射光を直進させ、波長１３１０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする請求項１記載の回折格子部材。
【請求項４】
上記階段状格子は隣接する上記回折面部を通過する入射光の一方の波長の２倍とした光路差を与えるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折格子部材。
【請求項５】
上記回折格子部材に向け第１の波長の光を射出する発光素子と、光ファイバから射出される第２の波長の光を受ける受光素子と、一方面に請求項２又は３のいずれか１項に記載の回折格子部が形成され、他方面に発光素子から射出される第１の波長の光を光ファイバ端面に集光させるとともに光ファイバから射出される第２の波長の光を収束させるレンズ面が形成された回折格子部材とを備えることを特徴とする光送受信装置。
【請求項６】
異なる波長の光を分波する回折格子部材であって、発光素子及び受光素子を向く面には回折格子部が形成され、該回折格子部には入射方向に沿う立上り面部と該立上り面部から張り出し細幅に形成された回折面部とを備えた段部を所定段数備えた階段状格子部が繰り返し形成され、該階段状格子部は隣接する上記回折面部を通過する光に一の入射光の波長の整数倍とした光路差を与えるものにおいて、
上記階段状格子部には上記回折面部が３面形成されてなり、
上記回折面部の少なくとも１つが２面の第２回折面部を有し、該２面の第２回折面部は上記階段状格子部の高さが変化する方向の一方側から他方側に向かって、それぞれの高さ位置が単調増加あるいは単調減少する階段状に形成され、上記第２回折面部は、該第２回折面部を有する回折面部以外の上記回折面部と同じ方向を向くように形成されると共に、上記第２回折面部間には上記立上がり面部の高さよりも低い第２立上がり面部が形成されることを特徴とする回折格子部材。
【請求項７】
上記第２回折面部は、上記階段状格子部において回折面部が高くなる方向側が低く、上記回折面部が低くなる方向側が高く形成されてなることを特徴とする請求項６記載の回折格子部材。
【請求項８】
上記第２回折面部を有することにより、波長１３１０ｎｍの入射光を直進させ、波長１５５０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする請求項７記載の回折格子部材。
【請求項９】
上記第２回折面部は、上記階段状格子部において回折面部が高くなる方向側が高く、上記回折面部が低くなる方向側が低く形成されてなることを特徴とする請求項６記載の回折格子部材。
【請求項１０】
上記第２回折面部を有することにより、波長１５５０ｎｍの入射光を直進させ、波長１３１０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする請求項９記載の回折格子部材。
【請求項１１】
上記階段状格子は隣接する上記回折面部を通過する入射光の一方の波長の２倍とした光路差を与えるものであることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の回折格子部材。
【請求項１２】
上記回折格子部材に向け第１の波長の光を射出する発光素子と、光ファイバから射出される第２の波長の光を受ける受光素子と、一方面に請求項６又は７のいずれか１項に記載の回折格子部が形成され、他方面に発光素子から射出される第１の波長の光を光ファイバ端面に集光させるとともに光ファイバから射出される第２の波長の光を収束させるレンズ面が形成された回折格子部材とを備えることを特徴とする光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折格子部材及び光送受信装置に係り、特に異なる波長の光を分波する回折格子部材と、該回折格子部材を用いて小型に製造することができ、効率のよい光送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤ及びＤＶＤの２種の媒体から信号を読み取る光ピックアップ用の回折格子部材では、ＣＤの読み取りに用いられる波長７８５ｎｍのレーザ光と、ＤＶＤの読み取りに用いられる波長６５５ｎｍのレーザ光とを対象としている。
【０００３】
上述した回折格子部材では、ＣＤ用波長のレーザ光とＤＶＤ用波長のレーザ光の光軸を同軸化し、１つの受光素子で信号検出するために、隣接する回折面部の光路差が一定の波長と同等とし、６面形成された階段状格子が使われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような光ピックアップの技術は、光ファイバを用いた光通信に応用することができる。光ピックアップに用いられる階段状格子部に回折面部が６面形成された回折格子部材を光送受信装置に用いた場合、１次回折光の回折効率を高いものとすることができる。しかしこの場合光の回折角が小さく、発光素子と受光素子が同一面上に配置される光送受信器を用いることを考えた場合、送受信光の分離を行うためには回折格子部材と光送受信器との間隔を広くとる必要があり、装置が大型になってしまう。
【０００５】
階段状格子部の周期を２０μｍ以下ことによって回折角を大きくし、装置を小型化する方法がある。しかしこの場合６面形成すると高次の回折が増え、効率が悪くなる。また、回折面部１面当たりの幅が狭くなるため、回折格子部材を製造するための金型の製作が非常に難しくなる。
【０００６】
本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであり、十分な回折角を得ることによって光送受信装置自体を大型化することなく、また回折光の回折効率を高いものとすることができる回折格子部材及びこれを用いた光送受信装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明の回折格子部材は、異なる波長の光を分波する回折格子部材であって、発光素子及び受光素子を向く面には回折格子部が形成され、該回折格子部には入射方向に沿う立上り面部と該立上り面部から張り出して形成された回折面部とを備えた段部を所定段数備えた階段状格子部が繰り返し形成され、該階段状格子部は隣接する上記回折面部を通過する光に一の入射光の波長の整数倍とした光路差を与えるものにおいて、上記回折格子部が形成された面と反対側の面は光ファイバを向くと共に、表面にレンズ面が形成され、該レンズ面は、上記発光素子側から入射する光を上記光ファイバの端面に集光し、上記光ファイバ側から入射する光を上記回折面部側に集光し、上記階段状格子部には上記回折面部が３面形成されてなり、上記回折面部は、上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが減少するように傾斜して形成されているか、または上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが増加するように傾斜して形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明の回折格子部材は、上記回折面部は上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが減少するように傾斜して形成され、波長１３１０ｎｍの入射光を直進させ、波長１５５０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明の回折格子部材は、上記回折面部は上記階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが増加するように傾斜して形成され、波長１５５０ｎｍの入射光を直進させ、波長１３１０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の回折格子部材は、上記階段状格子は隣接する上記回折面部を通過する入射光の一方の波長の２倍とした光路差を与えるものであることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の光送受信装置は、上記回折格子部材に向け第１の波長の光を射出する発光素子と、光ファイバから射出される第２の波長の光を受ける受光素子と、一方面に上記回折格子部が形成され、他方面に発光素子から射出される第１の波長の光を光ファイバ端面に集光させるとともに光ファイバから射出される第２の波長の光を収束させるレンズ面が形成された回折格子部材とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の回折格子部材は、異なる波長の光を分波する回折格子部材であって、発光素子及び受光素子を向く面には回折格子部が形成され、該回折格子部には入射方向に沿う立上り面部と該立上り面部から張り出し細幅に形成された回折面部とを備えた段部を所定段数備えた階段状格子部が繰り返し形成され、該階段状格子部は隣接する上記回折面部を通過する光に一の入射光の波長の整数倍とした光路差を与えるものにおいて、上記階段状格子部には上記回折面部が３面形成されてなり、上記回折面部の少なくとも１つが２面の第２回折面部を有し、該２面の第２回折面部は上記階段状格子部の高さが変化する方向の一方側から他方側に向かって、それぞれの高さ位置が単調増加あるいは単調減少する階段状に形成され、上記第２回折面部は、該第２回折面部を有する回折面部以外の上記回折面部と同じ方向を向くように形成されると共に、上記第２回折面部間には上記立上がり面部の高さよりも低い第２立上がり面部が形成されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の回折格子部材は、上記第２回折面部は、上記階段状格子部において回折面部が高くなる方向側が低く、上記回折面部が低くなる方向側が高く形成されてなることを特徴とする。また、上記２つの第２回折面部を有することにより、波長１３１０ｎｍの入射光を直進させ、波長１５５０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の回折格子部材は、上記第２回折面部は、上記階段状格子部において回折面部が高くなる方向側が高く、上記回折面部が低くなる方向側が低く形成されてなることを特徴とする。また、上記２つの第２回折面部を有することにより、波長１５５０ｎｍの入射光を直進させ、波長１３１０ｎｍの入射光を回折させることを特徴とする。
【００１５】
また本発明の回折格子部材は、上記階段状格子は隣接する上記回折面部を通過する入射光の一方の波長の２倍とした光路差を与えるものであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の光送受信装置は、上記回折格子部材に向け第１の波長の光を射出する発光素子と、光ファイバから射出される第２の波長の光を受ける受光素子と、一方面に上記回折格子部が形成され、他方面に発光素子から射出される第１の波長の光を光ファイバ端面に集光させるとともに光ファイバから射出される第２の波長の光を収束させるレンズ面が形成された回折格子部材とを備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回折格子部材及び光送受信装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る回折格子部材を用いた光送受信装置の概要を示す図、図２〜図５はそれぞれ本発明の第１〜第４の実施形態に係る回折格子部材の断面図、図６は第１の実施形態における格子形状と回折の方向の関係を示す図、図７は第２の実施形態における格子形状と回折の方向の関係を示す図、図８は階段状格子部の周期に対する波長１３１０ｎｍの０次光回折効率の変化を示すグラフ、図９は階段状格子部の周期に対する波長１５５０ｎｍの１次光回折効率の変化を示すグラフである。
【００１８】
本例では、光送受信装置１は光ファイバ１０側の面に非球面レンズ２１が形成され、他方の面には回折格子部２２が形成された回折格子部材２０、回折格子部材２０を向く面に発光素子であるレーザダイオード３１および受光素子であるフォトダイオード３２を備える光送受信器３０とを備える。
【００１９】
レーザダイオード３１から射出された送信光は回折格子部２２では回折せず、送信光の０次光が非球面レンズ２１によって光ファイバ１０の端面に集光される。また光ファイバ１０から射出された受信光は非球面レンズ２１によって収束され、その後回折格子部２２によって回折し、受信光の１次光がフォトダイオード３２に入射する。
【００２０】
第１（添字ａ）、第２（添字ｂ）の実施形態に係る回折格子部２２a、２２ｂには、図２、図３に示すように、光軸方向に延びる側面部２５ａ、２５ｂと、該側面部２５ａ、２５ｂから張り出し細幅に形成された回折面部２４ａ、２４ｂを３面そなえた階段状格子部２３ａ、２３ｂが繰り返し形成されている。回折面部２４ａ、２４ｂを３面にすることにより、階段状格子部２３ａ、２３ｂの周期を小さくすることができ、回折角を大きくすることができる。
【００２１】
ここで、第１の実施形態に係る回折格子部２２ａにおいて、隣接する回折面部２４ａはそれらの段差をΔとして、通過する光に光路差（（n−１）Δ：nは回折格子部材の屈折率、空気の屈折率を１とした）を与え、この光学的な光路差を送信光の波長である１３１０ｎｍの整数倍（ここでは２倍）に設定している。
これにより、波長１３１０ｎｍの入射光を直進させ、波長１５５０ｎｍの入射光を回折させることができる。
【００２２】
また、図８，図９に階段状格子部の１周期当たりの回折面部の数を３面、６面及び３面で回折面部を６度傾斜させた場合の回折効率と階段状格子部の関係の計算結果を示す。図８は波長１３１０ｎｍの０次光回折効率、図９は波長１５５０ｎｍの１次光回折効率についての結果である。
図８より１３１０ｎｍの０次光では、回折面部に傾きを持つ回折格子の回折効率は、回折面部に傾きを持たない回折格子の回折効率よりも低い結果となっている。逆に図９より１５５０ｎｍの１次光では、回折面部に傾きを持つ回折格子の回折効率は、回折面部に傾きを持たない回折格子の回折効率よりも高い結果となっている。
【００２３】
ここで第１の実施形態に係る回折格子部２２ａは、図６に示すように、送信光に波長１３１０ｎｍの０次回折光を、受信光に波長１５５０ｎｍの１次回折光を用いる。光送受信装置１では特に受信側で高効率であることが望まれる。このことから本実施形態に係る回折面部２４ａは階段状格子部２３ａの高さが増加する方向に回折格子部材２３ａの厚みが減少するように傾斜して形成される。こうすることにより、波長１５５０ｎｍの受信光の回折光をフォトダイオード側に向け、また受信光の１次光回折効率を高めることができる。なお、この傾斜は５〜７度が適切である。
【００２４】
また図８、図９より、階段状格子部の周期は大きいほど回折効率は高くなることがわかるが、階段状格子部の周期を大きくすると回折角が小さくなるので、本実施例では周期を２０μｍとした。また、周期を２０μｍとした場合でも、階段状格子部２３ａの１周期当たりの回折面部２４ａの数が３面であるので、回折面部１面の幅は狭くならず、従来の技術で製作可能である。
【００２５】
第２の実施形態に係る回折格子部２２ｂは、図７に示すように、送信光に波長１５５０ｎｍの０次回折光を、受信光に波長１３１０ｎｍの１次回折光を用いる。隣接する回折面部２４ｂは通過する光に光路差を与え、この光学的な光路差を送信光の波長である１５５０ｎｍの整数倍（ここでは２倍）に設定している。これにより、波長１５５０ｎｍの入射光を直進させ、波長１３１０ｎｍの入射光を回折させることができる。
【００２６】
また、回折面部２４ｂは階段状格子部２３ｂの高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが増加するように傾斜して形成される。こうすることにより、波長１３１０ｎｍの受信光の回折光をフォトダイオード側に向け、また受信光の１次光回折効率を高めることができる。なお、この傾斜は５．５〜７．５度が適切である。
【００２７】
第３（添字ｃ）、第４（添字ｄ）の実施形態に係る回折格子部２２ｃ、２２ｄには、図４、図５に示すように、光軸方向に延びる側面部２５ｃ、２５ｄと、該側面部２５ｃ、２５ｄから張り出し細幅に形成された回折面部２４ｃ、２４ｄを３面そなえた階段状格子部２３ｃ、２３ｄが繰り返し形成されている。ここで回折面部２４ｃ、２４ｄを３面にすることにより、階段状格子部２３ｃ、２３ｄの周期を小さくすることができ、回折角を大きくすることができる。
【００２８】
また、上記回折格子部２３ｃ、２３ｄの回折面部２４ｃ、２４ｄの最も高さの低い面に段差２６ｃ、２６ｄを有している。該段差２６ｃ、２６ｄが実施例１、２における回折面部２４ａ、２４ｂの傾斜と同等の効果を奏し、受信光の回折効率を高くする。
【００２９】
段差２６ｃ、２６ｄが階段状格子部２３ｃ、２３ｄの回折面部２４ｃ、２４ｄの最も高さの低い面に形成されることは回折格子部２２の製造方法に起因する。
回折格子部２２ｃ、２２ｄは金型によって形成される。回折格子部２２ｃ、２２ｄと金型は形状が正反対であるので、階段状格子部２３ｃ、２３ｄの最も低い面は金型の最も高い面となる。金型をバイトによって加工することを考えた場合、最も高い部分を削ることが最も容易である。このことより、段差２６ｃ、２６ｄは階段状格子部２３ｃ、２３ｄの回折面部２４ｃ、２４ｄの最も低い面に形成される。
【００３０】
ここで、第３の実施形態に係る回折格子部２２ｃにおいて、隣接する回折面部２４ｃは通過する光に光路差を与え、この光学的な光路差を送信光の波長である１３１０ｎｍの整数倍（ここでは２倍）に設定している。
これにより、波長１３１０ｎｍの入射光を直進させ、波長１５５０ｎｍの入射光を回折させることができる。
【００３１】
回折面部２４ｃ内の段差２６ｃは、隣接する上記回折面部２４ｃの段差の方向と異なる方向に凹凸になるように形成される。こうすることにより、波長１５５０ｎｍの受信光の回折光をフォトダイオード側に向け、また受信光の１次光回折効率を高めることができる。
【００３２】
ここで、第４の実施形態に係る回折格子部２２ｄにおいて、隣接する回折面部２４ｄは通過する光に光路差を与え、この光学的な光路差を送信光の波長である１５５０ｎｍの整数倍（ここでは２倍）に設定している。
これにより、波長１５５０ｎｍの入射光を直進させ、波長１３１０ｎｍの入射光を回折させることができる。
【００３３】
回折面部内の段差２６ｄは、隣接する上記回折面部２４ｄの段差の方向と同じ方向に凹凸になるように形成される。こうすることにより、波長１３１０ｎｍの受信光の回折光をフォトダイオード側に向け、また受信光の１次光回折効率を高めることができる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら、本発明は上記実施形態に記載された事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づいてその変更、改良が可能である。
例えば、第１の実施形態においては回折面部の傾斜を５〜７度、第２の実施形態においては回折面部の傾斜を５．５〜７．５度としたが、これ以外の角度に形成してもよい。
また第３，第４の実施形態において、段差２６ｃ、２６ｄは回折格子部２３ｃ、２３ｄの回折面部２４ｃ、２４ｄの最も高さの低い面にのみ形成したが、技術的に可能であれば３面全てに段差を形成してもよい。これにより、より受信光の回折効率を高くすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係る回折格子部材によれば、回折面部を３面にすることにより、階段状格子部の周期を小さくすることができ、回折角を大きくすることができる。これにより回折格子部材と送受信器との間隔を狭くすることができ、装置を小型化することができる。また回折面部が入射光の入射方向に垂直な面に対して傾斜していることにより、回折光の回折効率を高めることができる。
【００３６】
さらに、回折面部は階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが減少するように傾斜して形成されることにより、波長１３１０ｎｍの光を送信光、波長１５５０ｎｍの光を受信光とした場合、受信光の回折光を受光素子側に向け、傾斜がない場合に比べて受信光の１次光回折効率を高めることができる。
【００３７】
さらにまた、回折面部は階段状格子部の高さが増加する方向に回折格子部材の厚みが増加するように傾斜して形成されることにより、波長１５５０ｎｍの光を送信光、波長１３１０ｎｍの光を受信光とした場合、受信光の回折光を受光素子側に向け、傾斜がない場合に比べて受信光の１次光回折効率を高めることができる。
【００３８】
また、回折面部の少なくとも１つが面内に段差を有しており、該段差は隣接する回折面部間の段差よりも小さい段差で形成されていることにより、回折面部に形成された傾斜を場合と同様、回折光の回折効率を高めることができる。
【００３９】
さらに、回折面部内の段差が、隣接する回折面部の段差の方向と異なる方向に凹凸になるように形成されることにより、波長１３１０ｎｍの光を送信光、波長１５５０ｎｍの光を受信光とした場合、受信光の回折光をフォトダイオード側に向け、段差がない場合に比べて受信光の１次光回折効率を高めることができる。
【００４０】
さらにまた、回折面部内の段差が、隣接する回折面部の段差の方向と同じ方向に凹凸になるように形成されることにより、波長１５５０ｎｍの光を送信光、波長１３１０ｎｍの光を受信光とした場合、受信光の回折光をフォトダイオード側に向け、段差がない場合に比べて受信光の１次光回折効率を高めることができる。
【００４１】
その上、光送受信装置が、回折格子部材に向け第１の波長の光を発する発光素子と、回折格子部材からの第２の波長の光を受ける受光素子と、一方面に回折格子部が形成され、他方面に発光素子から射出される第１の波長の光を光ファイバ端面に集光させるとともに光ファイバから射出される第２の波長の光を収束させるレンズ面が形成された回折格子部材とを備えることにより、小型で回折効率の高い光送受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回折格子部材を用いた光送受信装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る回折格子部材の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る回折格子部材の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る回折格子部材の断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る回折格子部材の断面図である。
【図６】第１の実施形態における格子形状と回折の方向の関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態における格子形状と回折の方向の関係を示す図である。
【図８】階段状格子部の周期に対する波長１３１０ｎｍの０次光回折効率の変化を示すグラフである。
【図９】階段状格子部の周期に対する波長１５５０ｎｍの１次光回折効率の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１        光送受信装置
１０        光ファイバ
２０        回折格子部材
２１        レンズ面
２２        回折格子部
２２（ａ）〜（ｄ）  回折格子部
２３（ａ）〜（ｄ）  階段状格子部
２４（ａ）〜（ｄ）  回折面部
２５（ａ）〜（ｄ）  立上り面部
２６（ａ）〜（ｄ）  段差
３０        光送受信器
３１        レーザダイオード
３２        フォトダイオード
【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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