光デバイスおよびこれを用いた光モジュール
【課題】従来の構成の光合分波器のような光モジュールはフェルールおよびレンズのサイズが大きく、小型化が難しいという問題があった。
【解決手段】 光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子１３と、光学素子１３と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、光学素子１３を支持する透光性部材１４とを備える。
【解決手段】 光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子１３と、光学素子１３と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、光学素子１３を支持する透光性部材１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータや光フィルタなどの光学素子を有し、光を入出力する光ファイバを２本以上有してなる光アイソレータや、波長の異なる複数の光を合波、あるいは分波する光合分波器などの光デバイス、およびこのような光デバイスを備える光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報の大容量化に伴い光通信用伝送装置の導入が進んでおり、光通信用伝送装置に使用される光アイソレータや光合分波器等の光モジュールの要求が高まっている。ここでは、従来の光合分波器の代表的な構成を図７に示す（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７に示した光合分波器３１は、光ファイバ３２、光ファイバ３３を保持する２芯フェルール３５、光ファイバ３４を保持する１芯フェルール３７、２芯フェルール３５と１芯フェルール３７との間に配置された光フィルタ３８、および光フィルタ３８と両フェルール間に配置された２個のレンズ３６ａ、３６ｂとから構成されている。光合分波器は、単一の光ファイバに入射された複数の異なる波長帯域を有する光を、その波長帯域に応じて複数の光ファイバに分波する機能、もしくは、それぞれ異なる波長帯域の光が入射された複数の光ファイバから出射された光を単一の光ファイバに入射することによって合波する機能を有する。
【０００４】
この光合分波器３１であれば、たとえば光ファイバ３２に２つの異なる波長の光λ１、λ２が入射された場合、まず、光ファイバ２から出射された光λ１、λ２がレンズ３６ａに入射される。このレンズ３６ａ、３６ｂは出射した光を平行光に変換する機能を有するため、レンズ３６ａから出射した光はその光路が曲げられて光フィルタ３８に入射される。ここで光フィルタ３８は、波長λ１の光を透過し、一方で、波長λ２の光を反射する特性を有するものが使用されているため、レンズ３６ａから出射された光のうち、波長λ１の光は透過し、波長λ２の光は反射される。そして、光フィルタ３８で反射された波長λ２の光はレンズ３６ａに再び入射し、レンズ３６ａを介して光ファイバ３３に入射され、一方で、光フィルタ３８を透過した波長λ１の光はレンズ３６ｂで集光され、光ファイバ３４に入射される。このように、光合分波器３１は、光ファイバ３２に入ったλ１とλ２の異なる波長の光をそれぞれ別の光ファイバに分離する光分波器としての機能を有し、一方で、上記した光の入出力を逆にする、すなわち、光ファイバ３３、３４にそれぞれ入射される光λ１、λ２の光を光ファイバ２２に合波して入射することによって、光合波器としての機能を有する。
【０００５】
また、他の光合分波器の形態としては、図８に示めされたように、基板４９上に複数方向に分岐する溝を形成して、その溝内に光ファイバ４２、４３、４４を実装し、上記溝の交点に形成された溝に光フィルタ４８を実装し透光性樹脂で接着固定する構成である（例えば特許文献２参照）。この光合分波器４１は、２つの波長λ１、λ２の光が光ファイバ４２に入射されると、光フィルタ４８で反射された光λ２は光ファイバ４３へ入射され、一方で、光フィルタ４８を透過した光λ１は、光ファイバ４４へ入射されるため、図７に示した光合分波器と同様の機能を有している。
【特許文献１】特開平８−２７１７６０号公報
【特許文献２】特開平２−１００００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光合分波器３１のような構成による光デバイスでは、フェルールおよびレンズのサイズが大きいため、デバイスの小型化が難しいという問題があった。また、このような光分合波器３１は、その小型化を図るためにレンズのサイズを小さく設計すると、隣り合う光ファイバの間隔も狭くなるため、光フィルタで分波もしくは合波するための光が隣り合う光ファイバにわずかに漏れて入射し、アイソレーション特性が低下するという問題があった。さらに、このような光分合波器では、光フィルタを透過もしくは反射する光を効率良く各光ファイバに入射させる必要があり、レンズ、光ファイバ、および光フィルタ等の構成部品を精密に調芯する作業を要するため、量産化が困難であった。
【０００７】
また、光合分波器４１のような構成による光デバイスでは、光ファイバ４２、４３、４４を基板４８上に形成された溝内に接着剤を介して実装するため、基板４８が必須になるとともに光ファイバ４２、４３、４４の長さに応じて基板４８を大きくする必要があり、デバイスの小型化が困難であった。また、光合分波器４１が光の低損失を強くが求められる仕様において利用される場合、光ファイバから出射される光を集光するためのレンズが用いられていないため、光ファイバ４２から出射された光が光フィルタ４８を透過して光ファイバ４４に結合する光学系においては、光フィルタ４８の厚みにより光のビーム径が広がるため、光ファイバ同士の光の結合損失が大きく、また、光ファイバ４２から出射された光が光フィルタ４８で反射して光ファイバ４３に結合する光学系においては、光ファイバ自体のクラッド径の厚み分、ビームが広がるため光の損失が大きくなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の光デバイスは、光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子と、前記光学素子と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、前記光学素子を支持する透光性部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において、前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部は、前記透光性部材の内部に融着接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、前記透光性部材の前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部の周面と連続して接続されている部位が、円弧状であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記透光性部材は、前記光学素子を支持するための底面部を有する凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明において、前記光ファイバは、前記光学素子に臨む端部に接合されたグレーデッドインデックスファイバを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明において、前記光ファイバは、前記グレーデッドインデックスファイバの前記光学素子に臨む端部に接合されたコアレスファイバを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明において、前記光学素子は、入射される光の偏波面を回転させるファラデー回転子を含むアイソレータ素子であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明において、前記光学素子は、入射される光を合波および／または分波するための光フィルタであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光モジュールは、発光素子と、該発光素子から出射された光が一方の光ファイバに入射され、かつ他方の光ファイバから光が出射される前記の光デバイスと、該光デバイスから出射された光を受光するための受光素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構成によれば、光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子と、前記光学素子と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、前記光学素子を支持する透光性部材とを備えている。これによって、本発明の光デバイスでは、前記透光性部材と光ファイバとが融着接続によって固定されているため、光ファイバを保持するような保持部材が必須ではなくなり、部品の小型化を実現できる。
【００１８】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部が前記透光性部材の内部に融着接続されていることが好ましい。このような構成によれば、前記透光性部材と接する前記光ファイバの表面積を増加させることができるため、前記光ファイバと前記透光性部材とを、より強固に接続することができる。
【００１９】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記透光性部材の前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部の周面と連続して接続されている部位が、円弧状であることが好ましい。このような構成によれば、たとえば前記光ファイバに対して外部から曲げや引っ張り等の応力が作用しても、前記光ファイバと前記透光性部材との接続部位に生じる応力集中を緩和することができるため、上記接続部位に発生するクラック等を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記透光性部材に前記光学素子を支持するための底面部を有する凹部が設けられていることが好ましい。このような構成によれば、前記光学素子を容易に実装できるとともにその実装面積が大きくなるため、前記光学素子をより強固に前記透光性部材に固定することができる。
【００２１】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記光ファイバが前記光学素子に臨む端部にグレーデッドインデックスファイバを備えることが好ましい。このような構成であれば、グレートインデックスファイバのレンズ効果により、前記透光性部材内で光路長を調整して最適な光結合状態を維持するとともに、従来のレンズを使用することなく光学調整が可能となるため、部品の小型化を実現できる。
【００２２】
さらに、本発明の光デバイスにおいては、前記グレーデッドインデックスファイバの前記光学素子に臨む端部にコアレスファイバを備えることにより、たとえば光路長を長く設計した場合においても、前記透光性部材を極力小さな厚みで設定することが可能となるため、前記透光性部材内で生じる光の損失を低減することが可能である
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下においては、本発明の光デバイスについて、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第１の実施形態を示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係る光合分波器１００は、シングルモードファイバ１０a、１０ｂ、１０ｃ、グレーデッドインデックスファイバ１１a、１１ｂ、１１ｃ、コアレスファイバ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが接合された光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと支持基板１３ａに光学薄膜１３ｂが形成されてなる光フィルタ１３（光学素子に相当）と、透光性部材１４と、を備えている。
【００２５】
シングルモードファイバ１０a、１０ｂ、１０ｃは、屈折率の高いコア部と該コア部の外周を被覆するクラッド部からなり、コア部とクラッド部との界面における屈折率差による反射を利用することによってコア部内で光を伝送するものであり、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径がたとえば１２５μｍ程度、コア部の径が１０μｍ程度のものが用いられる。
【００２６】
グレーデッドインデックスファイバ１１a、１１ｂ、１１ｃ、はその軸対称にほぼ２乗の屈折率分布を備えるファイバであり、屈折率分布型レンズとして使用することができるため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃから出射する、もしくは入射する光を集光あるいはコリメートする機能を有する。グレーテッドインデックスファイバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径がたとえば１２５μｍ程度（上述したシングルモードファイバと同等）、コア部の径が５０μｍ程度であり、コア部に上述の屈折率分布有する。そして、これらのグレーテッドインデックスファイバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃとシングルモードファイバ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、たとえばそれぞれのファイバの中心同士が一致する様に位置調整した後、アーク放電等の熱による融着によって接合される。
【００２７】
コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、略均一な屈折率分布を備えるファイバであり、その材質はたとえば石英ガラスからなり、屈折率は１．４５程度、光の透過損失は０．２５×１０−６ｄＢ／ｍｍ以下であり、このように光の透過損失が比較的低いものが好ましい。このコアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、外径が光ファイバ（シングルモードファイバ）およびグレーテッドインデックスファイバと等しく約１２５μｍであり、先に接合されたとグレーテッドインデックスファイバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの先端に、たとえばそれぞれのファイバの中心同士が一致する様に位置調整した後、アーク放電等の熱による融着によって接合され、それぞれ光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとして作製される。
【００２８】
光フィルタ１３は、たとえば透光性のある支持基板１３ａの一方の主面に光学薄膜１３ｂが施されており、この光学薄膜１３ｂは異なる複数の波長領域の光を含んでなる光を波長領域ごとに選択的に分離（分波）する機能を有する。具体的には、光フィルタ１１は、一方の波長領域の光を反射し、他方の波長領域の光を透過させることによって波長領域ごとに光を分波する、即ち、所定波長領域の光を反射する機能を有するものである。本発明の第１の実施形態において、光フィルタ１３は、シングルモードファイバ１０ａに入射され（図１（ａ）の実線矢印参照）、コアレスファイバ１２ａから出射された２つの波長領域の光λ１、λ２が入射されると、一方の波長領域λ１の光を透過してコアレスファイバ１２ｂに入射され、一方で、他方の波長領域λ２の光を反射することによってコアレスファイバ１２ｃに入射させることによって光を分波することができる。なお、本発明の第１の実施形態においては、光の入出力を逆にすると（図１（ａ）の点線矢印参照）、光ファイバ１０ｂ、１０ｃに入射される光を、光フィルタ１３を介して合波した後に、光ファイバ１０ａに入射させることができる。
【００２９】
この光フィルタ１３の一部を構成する支持基板１３ａは透光性をものであり、たとえば光学ガラス（硼珪酸ガラスや白板ガラス）や石英ガラスからなり、屈折率は１．４５〜１．５５程度のものが用いられる。また、そのサイズは光の有効径以上あればよく、たとえば０．５ｍｍ角、厚みは０．３ｍｍである。また、この光フィルタ１３の一部を構成する光学薄膜１３ｂは、たとえば二酸化ケイ素と二酸化チタン等の屈折率の異なる２種類以上の誘電体を交互に積層して構成される多層膜である。この誘電体多層膜は、誘電体膜間の繰り返しの反射干渉により波長選択性を示し、その膜厚は、反射させる光の波長の１／４波長分に設定される。このように、誘電体膜の膜厚を１／４波長分とすることにより、各誘電体膜界面における多重反射において、ある特定の波長の光の位相が一致し、干渉して強めあうことで波長選択性のフィルタが実現する。そして、この光フィルタ１３では、光学薄膜１３ｂが支持基板１３ａの表面に形成されているため、たとえば支持基板１３ａの一方の主面に蒸着、スパッタリング等の方法によって光学薄膜１３ｂを容易に作製することができる。なお、上述した光フィルタ１３は、支持基板１３ａの一主面に光学薄膜１３ｂが形成された構成であるが、本発明においては、上述した形態に限定されるものではなく、たとえば光学薄膜１３ｂが２枚の支持基板１３ａで挟持させた形態、および透光性のある基体内に光学薄膜１３ｂを配した形態であってもよい。
【００３０】
透光性部材１４は、コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃと光フィルタ１３との間に配置され、光フィルタ１３を支持するとともに融着によって接続される光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを固定する機能を有する。透光性部材１４の材質には、たとえば光ファイバのコア部とクラッド部を主として構成する石英ガラス（融点：１７００〜１８００℃）よりも融点の低い光学ガラス、たとえば硼珪酸ガラス（融点：５００〜７００℃）や白板ガラス（融点：５００〜７００℃）などが挙げられ、その屈折率は、融着接続される光ファイバの屈折率と同等の１．４５〜１．５５程度であることが好ましい。
【００３１】
透光性部材１４の形状は、光フィルタ１３を支持するとともに融着接続された光ファイバ同士が光フィルタ１３を介して光学結合可能な形態であれば、特に限定されるものではく、たとえば図１（ａ）に示すように、光フィルタ１３の両面から把持する形状であってもよいが、外形が円状もしくは多角形状の枠体形状等でもよく、また、下記に詳述するが、ブロック状または球体状の一部に凹部を設けた形状であってもよい。
【００３２】
また、本発明では、透光性部材１４で光フィルタ１３を支持するとともに光の反射防止のため、透光性部材１４と光フィルタ１３との間に、透光性部材１４および光フィルタ１３に対して屈折率が整合された光学接着剤（図示なし）を充填するのが好ましい。この光学接着剤は、光透過性のあるエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、またはシリコン系樹脂のような材質を使用することができる。なお、エポキシ樹脂、シリコン樹脂およびアクリル系樹脂は、その添加物によって紫外線硬化または熱硬化するものであり、これらの併用硬化を利用してもよい。
【００３３】
この透光性部材１４の作製方法としては、たとえば硼珪酸ガラスで構成されていれば、ダイシング等で所望の形状に仕上げることによって作製される。
【００３４】
また、透光性部材１４とは、使用する波長の光（たとえば１５５０ｎｍ）に対する透光性部材１ｃｍあたりの光の減衰量(損失)が、投入した光の量に対して６ｄＢ以下のものである。望ましくは３ｄＢ以下のものが好適に用いられ、最適には０．５ｄＢ以下のものを指す。さらに、この光の減衰量の測定方法としては、光源（たとえばＬＥＤもしくはＬＤ）からの光をレンズを介して平行ビームとし、透光性部材１４を透過するように配置し、裏面から出射された光の光量をパワーメータにて測定する。この測定によって得られた光量の比より光の減衰量を算出する。この際、透明性部材１４の屈折率により表裏の面での反射損失も含まれて測定される。
【００３５】
そして、この透光性部材１４には、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがそれぞれ融着接続されている。この融着接続は、透光性部材１４と光ファイバとを互いに接続させる位置に配置し、たとえばアーク放電や、レーザなどによって透光性部材１４または光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの少なくとも一方を融解させた後に、冷却して接続される。このような融着接続は、樹脂系の接着剤による接着よりも強固に接続することができるため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを保持するための基板が必須ではなくなる。また、たとえば光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに外部から力が作用しても、透光性部材１４から光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが脱落するのを抑制することができる。
【００３６】
このように、本発明では、透光性部材１４に対して直に光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが融着接続されているため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを保持するための基板が必須ではなくなる。したがって、本発明では、部品の小型化を容易に実現することができる。
【００３７】
また、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの光フィルタ１３に臨む端部、すなわち、コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが透光性部材１４の内部で融着接続されることが好ましい。このような構成によれば、透光性部材１４と接する光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの表面積を増加させることができるため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと透光性部材１４とを、より強固に接続することができる。
【００３８】
さらに、図１（ｂ）に示すように、透光性部材１４の光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの光学素子に臨む端部、すなわち、コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの周面と連続して接続されている部位１４ａが円弧状であることが好ましい。このような構成によれば、たとえば光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに対して外部から曲げや引っ張り等の応力が作用しても、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと透光性部材１４との接続部位に生じる応力集中を緩和することができるため、上記接続部位に発生するクラック等を抑制することができる
次に、本発明の第１の実施形態に係る光合分波器の製造方法について説明する。
【００３９】
まず、光ファイバ１７ａと１７ｃはそれぞれから出射する光が交点を結ぶように固定治具で保持し、たとえば平板状の２枚の透光性部材１４を用いる場合、一方の透光性部材１４の側面に対して光ファイバ１７ａ、１７ｃを当て付けた後、その接触面に対して、アーク放電または、レーザなどで短い時間で加熱しながら、透光性部材１４に対して光ファイバ１７ａ、１７ｃを挿入する。このとき、設計位置は突き当て面に対して少し内側に設定されており、最初の挿入時にはこの設計位置より深く挿入しておき、加熱中に設計位置まで光ファイバ１７ａ、１７ｃを引き戻すことにより所望の位置に固定すると同時に、光ファイバ１７ａ、１７ｃと透光性部材１４の界面を円弧状に形成することが可能となる。この溶融加熱の際には、透光性部材１４が融解されることによって、局所的ではあるが透光性部材１４に変形が生じ、光路となる厚さ方向の寸法が変化するため、あらかじめ作製条件による補正量を見込んでおく必要がある。次に光ファイバ１７ｂを他方の透光性部材１４に対して光ファイバ１７ａと一直線上になる位置にて融着する。最後に、２つの透光性部材１４の間に光フィルタ１３を屈折率が整合された光学接着剤（図示なし）を介して貼り付けるが。このとき、光ファイバ１０ａにはλ１、λ２の光を導入しておき、光ファイバ１７ｂと光ファイバ１７ｃの出射端をパワーメータ等で測定しながら、それぞれの光出力が最大となるような位置に調整した後、光学接着剤を硬化させることによって光合分波器１００が作製される。この際、光学接着剤によっては硬化の際に収縮するため、位置ズレが発生するのでなるべく薄くなるように構成することが好ましく、また、完全に硬化するまで微妙な位置調整をすることで位置ズレの発生を防ぐことが可能となる。なお、支持基板１３ａは、一方の透光性部材１４として用いることも可能である。
【００４０】
以下に、本発明の他の実施形態について、図２〜図４を用いて説明する。なお、図１を参照して先に説明した光分波器１と同様な要素および部材については同一の符号を付してあり、重複説明は省略する。
【００４１】
図２は、本発明の光デバイス（光合分波器）の第２の実施形態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る光合分波器２００では、透光性部材１４の一部に、光フィルタ１３を支持するための底面部を有する凹部１４ｂが設けられている点で光合分波器１００と異なる。光合分波器２００の他の構成については、光合分波器１００に関して上述したのと同様である。このような構成によれば、光フィルタ１３を容易に実装できるとともにその実装面積が大きくなるため、光フィルタ１３をより強固に透光性部材１４に固定することができる。
【００４２】
このような透光性部材１４の凹部１４ｂは、透光性部材１４が硼珪酸ガラスで構成されている場合は、たとえばダイシング等で加工することが可能である。この際、凹部１４ｂの光ファイバ側面は光学面となるため、ダイシングや研削等によってその側面の表面粗さを１ｕｍ以下となる様に加工することが望ましい。
【００４３】
また、この凹部１４ｂ内に光フィルタ１３を配置する際には、光フィルタ１３の一方の面に上記した光学接着剤を塗布して凹部１４ｂの側面と接着し、残りの凹部１４ｂの隙間を弾性のある樹脂を埋める構造とすれば、固定時の熱収縮によるズレや完成後の熱膨張による光学接着材の剥離を防止することできる。
【００４４】
図３は、本発明の光デバイス（光合分波器）の第３の実施形態を示す平面図である。本発明の第３の実施形態に係る光合分波器３００では、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがそれぞれ平行に配置され、光フィルタ１３が２つの光学薄膜を備えている点で光合分波器２００と異なる。光合分波器３００の他の構成については、光合分波器２００に関して上述したのと同様である。この光フィルタ１３は、支持基板１３ａに光学薄膜１３ｂおよび１３ｃが表裏に少し重なるように構成されている。このような光フィルタ１３は、たとえば光学薄膜１３ｂを樹脂上に成形した後に樹脂を溶かし、誘電体多層膜からなる光学薄膜１３ｂを支持基板１３ａの表裏に張り合わせるなどして作製する必要がある。このような構成によれば、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃをそれぞれ平行に近接して配置することができるため、部品の小型化をすることができる。さらに、このように光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがそれぞれ平行に配置されていれば、これらの光ファイバを一括して位置決めして融着することが容易になる。
【００４５】
図４は、本発明の光デバイス（光合分波器）の第４の実施形態を示す平面図である。本発明の第３の実施形態に係る光合分波器４００では、光合分波器３００の光ファイバの数を増やすことで多チャンネル化したものである。光合分波器４００では、支持基板１３ａの片面に、光ファイバの数に対応して複数の光学薄膜１３ｂ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆを配置し、一方で、反対の面に１つの大きな薄膜１３ｃを配置してなる光フィルタ１３が用いられている。
【００４６】
このときコアレスファイバ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅに対して光路長がグレーデッドインデックスファイバ１１ａからそれぞれほぼ同一となるように調整され、光ファイバ１７ｂ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｄの先端位置が同一となるように調整されていることが望ましい。これは、それぞれの光ファイバを一括して位置決めして融着することが可能になるためである。
【００４７】
光合分波器４００は、は光ファイバ１７ａに対して波長λ１、λ２、λ３、λ４、の４つの波長の光信号が入力された場合、波長λ１は光学薄膜１３ｂを通過して光ファイバ１０ｂに入射され、波長λ２は光学薄膜１３ｂ、１３ｃの順で反射され、光学薄膜１３ｄを透過して光ファイバ１７ｃへ入射され、波長λ３は光学薄膜１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｃの順で反射され、光学薄膜１３ｅを通過して、光ファイバ１０ｄへ入射され、波長λ４は光学薄膜１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｃ、１３ｅ、１２ｃの順でと反射され、光学薄膜１３ｆを通過して、光ファイバ１０ｅへ入射する機能を持つ。
【００４８】
なお、本発明の第１〜第４の実施形態では、グレーデッドインデックスファイバ１１と同径のコアレスファイバ１２を融着した光ファイバ１７を用いているが、透光性部材１４に対してグレーデッドインデックスファイバ１１を融着接続してもよく、また、用途に応じては、グレーデッドインデックスファイバ１１を用いることなく、シングルモードファイバ１０だけを用いてもよい。
【００４９】
図５は本発明の光デバイスの一種である光アイソレータの実施形態を示す平面図である。
【００５０】
光アイソレータ５００は、透光性部材１４の凹部１４ｂに配されている光フィルタ１３の代わりに、周囲に磁石１９が配されたファラデー回転子を含むアイソレータ素子１８（光学素子）を用いている点で光合分波器２００と異なる構成である。
【００５１】
光アイソレータ５００では、アイソレータ素子１８が凹部１４ｂ内で透光性のある光学接着剤で固定されている。アイソレータ素子１８は、第１の偏光子、ファラデー回転子および第二の偏光子を重ねてそれぞれを透光性樹脂で固定したもので、順方向（図５の矢印方向）には光を透過するが逆方向には光の透過を阻止する機能を有する。
【００５２】
第１の偏光子および第２の偏光子は、入射する光の１方向の偏光成分を透過し、これに直交する成分の光を吸収する機能を有し、偏光子は楕円体形の金属粒子がガラス内に分散された構造の偏光ガラスからなる。この偏光ガラスは長く延伸された金属粒子をガラス自身の中に一方向に配列させることにより偏光特性を持たせたガラスであり、金属粒子の延伸方向に垂直な偏波面を持つ光が透過し、平行な偏波面を持つ光は吸収される。この偏光特性は誘電体に埋め込まれた金属微粒子が、光−プラズマ共鳴を示すためである。
【００５３】
ファラデー回転子は、例えば、ビスマス置換ガーネット結晶等で、その厚みは所定の波長をもつ入射光線の偏光面が４５°回転する様に設定する。偏波面を回転させるためには、入射光線の光軸Ｚ方向に十分な磁界Ｈを印可することが必要であり、一般に、永久磁石（図示なし）を用いることが多い。またファラデー回転子に磁気ヒステリシスが非常に大きく、磁石がなくても自磁力を保持する磁力保持型の材料、例えば（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２等を用いれば磁界を印加する磁石も不要となる。
【００５４】
以下に光アイソレータ５００の動作について説明する。
【００５５】
図５に示すように、光ファイバ１７ａに入射される光は、コアレスファイバ１２ａの端部から出射されるとともに透光性部材１４を介してアイソレータ素子１８に入射される。アイソレータ素子１８に入射される光のうち、第１の偏光子に設定された偏波方向の光が第１の偏光子を透過する。第１の偏光子を透過した光は、ファラデー回転子に入射され、その光の偏波面が４５°回転された状態で第２の偏光子に入射される。第２の偏光子は、予め、その偏波方向が第１の偏光子の偏波方向に対して４５°の角度になるように配置されている。これにより、ファラデー回転子を透過する光の偏波方向は第２の偏光子の偏波方向と一致しているため、光は第２の偏光子を透過して光ファイバ１７ｂに入射される。一方で、第２の偏光子とファラデー回転子との屈折率差によって反射された反射光は、ファラデー回転子に入射されることにより、その偏波方向が４５°回転される。そして、このファラデー回転子を透過する反射光の偏波方向は、第１の偏光子の偏波方向に対して９０°ずれているため、上記反射光は、第１の偏光子の表面で遮断され、光ファイバ１７ａへの入射が低減される。このように、光アイソレータ５００では、光ファイバ１７ａに光を入射する光源（図示なし）に反射光が戻ることによって生じる光源の光出力変動を抑制することができる。
【００５６】
図６は本発明の光デバイスの一種である光合分波器を用いて作製された光モジュールの実施形態を示す平面図である。
【００５７】
光モジュール６００は、光合分波器４００の光ファイバ１７ｂ〜１７ｅの端部近傍に、該光ファイバ１７ｂ〜１７ｅに光を入射するためのレーザダイオード２０ａ〜２０ｄ（発光素子）を基板２１上にそれぞれ実装した構成である。このレーザダイオードは、２０ａ〜２０ｄは、たとえばシリコン基板上にＡｕめっきされて形成された電極パターン上に、基板上に予め形成された電極マーカを基準として高精度に位置決めした後、金錫半田にて加熱固定されている。シリコン基板２１には、電極マーカを基準にファイバを実装するためのＶ溝がたとえばエッチング工程により形成されており、光ファイバ１７ｂ〜１７ｅはこのＶ溝に対して当てつける位置決めのみで高精度に実装され、たとえばエポキシ系の透光性樹脂で光ファイバ端とレーザダイオードが封止される。このような光モジュール６００は、それぞれのレーザダイオードから出た波長の異なる光を効率良く単一の光ファイバ１７ａに合波するとともに、光ファイバ１７ａから出射された該合波光を受光素子（図示なし）に入力することができる。
【００５８】
なお、上記した実施形態では、光合波用の光モジュールを例に挙げて説明したが、光の入出力を逆にすれば、光分波器としての機能を有するようになる。具体的には、光ファイバ１７ａの近傍に、たとえばレーザダイオードのような光源を配置し、該光源から複数の異なる波長帯域を有する光を入射するとともに、分波する波長帯域に応じて光フィルタ１３の光学薄膜１３ｂを設定すればよく、さらに、レーザダイオード２０ａ〜２０ｄの代わりに、光ファイバの数に対応する受光素子を配置すればよい。
【００５９】
このような本発明の光モジュール６００の構成によれば、レーザダイオードを実装するための基板は必要となるものの、出力側の光ファイバ１７ａを保持するための基板は必須ではないため、多チャンネル化しても部品の小型化を実現することができる。また、本発明の光モジュールにおいては、発光素子や受光素子がそれぞれ異なる基板に実装されているのであれば、光デバイスを構成する光ファイバを保持するような基板は必須ではなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）は、本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第１の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。
【図２】本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第３の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第４の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の光デバイスの一種である光アイソレータの実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の光モジュールの一例を示す平面図である。
【図７】従来の光合分波器の一例を示す平面図である。
【図８】従来の光合分波器の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１７ａ〜１７ｃ、３２、３３、３４、４２、４３、４４：光ファイバ
１０ａ〜１０ｅ：シングルモードファイバ
１１ａ〜１１ｅ：グレーデッドインデックスファイバ
１３ａ〜１２ｅ：コアレスファイバ
１３：光フィルタ（光学素子）
１３ａ：支持基板
１３ｂ：光学薄膜
１４：透光性部材
１４ａ：凹部
１８：アイソレータ素子（光学素子）
１９:磁石
２０ａ〜２０ｄ：レーザダイオード
３５、３７：フェルール
３６ａ、３６ｂ：レンズ
３１、１００、２００、３００、４００：光合分波器
５００：光アイソレータ
６００：光モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータや光フィルタなどの光学素子を有し、光を入出力する光ファイバを２本以上有してなる光アイソレータや、波長の異なる複数の光を合波、あるいは分波する光合分波器などの光デバイス、およびこのような光デバイスを備える光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報の大容量化に伴い光通信用伝送装置の導入が進んでおり、光通信用伝送装置に使用される光アイソレータや光合分波器等の光モジュールの要求が高まっている。ここでは、従来の光合分波器の代表的な構成を図７に示す（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７に示した光合分波器３１は、光ファイバ３２、光ファイバ３３を保持する２芯フェルール３５、光ファイバ３４を保持する１芯フェルール３７、２芯フェルール３５と１芯フェルール３７との間に配置された光フィルタ３８、および光フィルタ３８と両フェルール間に配置された２個のレンズ３６ａ、３６ｂとから構成されている。光合分波器は、単一の光ファイバに入射された複数の異なる波長帯域を有する光を、その波長帯域に応じて複数の光ファイバに分波する機能、もしくは、それぞれ異なる波長帯域の光が入射された複数の光ファイバから出射された光を単一の光ファイバに入射することによって合波する機能を有する。
【０００４】
この光合分波器３１であれば、たとえば光ファイバ３２に２つの異なる波長の光λ１、λ２が入射された場合、まず、光ファイバ２から出射された光λ１、λ２がレンズ３６ａに入射される。このレンズ３６ａ、３６ｂは出射した光を平行光に変換する機能を有するため、レンズ３６ａから出射した光はその光路が曲げられて光フィルタ３８に入射される。ここで光フィルタ３８は、波長λ１の光を透過し、一方で、波長λ２の光を反射する特性を有するものが使用されているため、レンズ３６ａから出射された光のうち、波長λ１の光は透過し、波長λ２の光は反射される。そして、光フィルタ３８で反射された波長λ２の光はレンズ３６ａに再び入射し、レンズ３６ａを介して光ファイバ３３に入射され、一方で、光フィルタ３８を透過した波長λ１の光はレンズ３６ｂで集光され、光ファイバ３４に入射される。このように、光合分波器３１は、光ファイバ３２に入ったλ１とλ２の異なる波長の光をそれぞれ別の光ファイバに分離する光分波器としての機能を有し、一方で、上記した光の入出力を逆にする、すなわち、光ファイバ３３、３４にそれぞれ入射される光λ１、λ２の光を光ファイバ２２に合波して入射することによって、光合波器としての機能を有する。
【０００５】
また、他の光合分波器の形態としては、図８に示めされたように、基板４９上に複数方向に分岐する溝を形成して、その溝内に光ファイバ４２、４３、４４を実装し、上記溝の交点に形成された溝に光フィルタ４８を実装し透光性樹脂で接着固定する構成である（例えば特許文献２参照）。この光合分波器４１は、２つの波長λ１、λ２の光が光ファイバ４２に入射されると、光フィルタ４８で反射された光λ２は光ファイバ４３へ入射され、一方で、光フィルタ４８を透過した光λ１は、光ファイバ４４へ入射されるため、図７に示した光合分波器と同様の機能を有している。
【特許文献１】特開平８−２７１７６０号公報
【特許文献２】特開平２−１００００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光合分波器３１のような構成による光デバイスでは、フェルールおよびレンズのサイズが大きいため、デバイスの小型化が難しいという問題があった。また、このような光分合波器３１は、その小型化を図るためにレンズのサイズを小さく設計すると、隣り合う光ファイバの間隔も狭くなるため、光フィルタで分波もしくは合波するための光が隣り合う光ファイバにわずかに漏れて入射し、アイソレーション特性が低下するという問題があった。さらに、このような光分合波器では、光フィルタを透過もしくは反射する光を効率良く各光ファイバに入射させる必要があり、レンズ、光ファイバ、および光フィルタ等の構成部品を精密に調芯する作業を要するため、量産化が困難であった。
【０００７】
また、光合分波器４１のような構成による光デバイスでは、光ファイバ４２、４３、４４を基板４８上に形成された溝内に接着剤を介して実装するため、基板４８が必須になるとともに光ファイバ４２、４３、４４の長さに応じて基板４８を大きくする必要があり、デバイスの小型化が困難であった。また、光合分波器４１が光の低損失を強くが求められる仕様において利用される場合、光ファイバから出射される光を集光するためのレンズが用いられていないため、光ファイバ４２から出射された光が光フィルタ４８を透過して光ファイバ４４に結合する光学系においては、光フィルタ４８の厚みにより光のビーム径が広がるため、光ファイバ同士の光の結合損失が大きく、また、光ファイバ４２から出射された光が光フィルタ４８で反射して光ファイバ４３に結合する光学系においては、光ファイバ自体のクラッド径の厚み分、ビームが広がるため光の損失が大きくなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の光デバイスは、光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子と、前記光学素子と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、前記光学素子を支持する透光性部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において、前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部は、前記透光性部材の内部に融着接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、前記透光性部材の前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部の周面と連続して接続されている部位が、円弧状であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記透光性部材は、前記光学素子を支持するための底面部を有する凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明において、前記光ファイバは、前記光学素子に臨む端部に接合されたグレーデッドインデックスファイバを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明において、前記光ファイバは、前記グレーデッドインデックスファイバの前記光学素子に臨む端部に接合されたコアレスファイバを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明において、前記光学素子は、入射される光の偏波面を回転させるファラデー回転子を含むアイソレータ素子であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明において、前記光学素子は、入射される光を合波および／または分波するための光フィルタであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光モジュールは、発光素子と、該発光素子から出射された光が一方の光ファイバに入射され、かつ他方の光ファイバから光が出射される前記の光デバイスと、該光デバイスから出射された光を受光するための受光素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構成によれば、光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子と、前記光学素子と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、前記光学素子を支持する透光性部材とを備えている。これによって、本発明の光デバイスでは、前記透光性部材と光ファイバとが融着接続によって固定されているため、光ファイバを保持するような保持部材が必須ではなくなり、部品の小型化を実現できる。
【００１８】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部が前記透光性部材の内部に融着接続されていることが好ましい。このような構成によれば、前記透光性部材と接する前記光ファイバの表面積を増加させることができるため、前記光ファイバと前記透光性部材とを、より強固に接続することができる。
【００１９】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記透光性部材の前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部の周面と連続して接続されている部位が、円弧状であることが好ましい。このような構成によれば、たとえば前記光ファイバに対して外部から曲げや引っ張り等の応力が作用しても、前記光ファイバと前記透光性部材との接続部位に生じる応力集中を緩和することができるため、上記接続部位に発生するクラック等を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記透光性部材に前記光学素子を支持するための底面部を有する凹部が設けられていることが好ましい。このような構成によれば、前記光学素子を容易に実装できるとともにその実装面積が大きくなるため、前記光学素子をより強固に前記透光性部材に固定することができる。
【００２１】
また、本発明の光デバイスにおいては、前記光ファイバが前記光学素子に臨む端部にグレーデッドインデックスファイバを備えることが好ましい。このような構成であれば、グレートインデックスファイバのレンズ効果により、前記透光性部材内で光路長を調整して最適な光結合状態を維持するとともに、従来のレンズを使用することなく光学調整が可能となるため、部品の小型化を実現できる。
【００２２】
さらに、本発明の光デバイスにおいては、前記グレーデッドインデックスファイバの前記光学素子に臨む端部にコアレスファイバを備えることにより、たとえば光路長を長く設計した場合においても、前記透光性部材を極力小さな厚みで設定することが可能となるため、前記透光性部材内で生じる光の損失を低減することが可能である
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下においては、本発明の光デバイスについて、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第１の実施形態を示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係る光合分波器１００は、シングルモードファイバ１０a、１０ｂ、１０ｃ、グレーデッドインデックスファイバ１１a、１１ｂ、１１ｃ、コアレスファイバ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが接合された光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと支持基板１３ａに光学薄膜１３ｂが形成されてなる光フィルタ１３（光学素子に相当）と、透光性部材１４と、を備えている。
【００２５】
シングルモードファイバ１０a、１０ｂ、１０ｃは、屈折率の高いコア部と該コア部の外周を被覆するクラッド部からなり、コア部とクラッド部との界面における屈折率差による反射を利用することによってコア部内で光を伝送するものであり、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径がたとえば１２５μｍ程度、コア部の径が１０μｍ程度のものが用いられる。
【００２６】
グレーデッドインデックスファイバ１１a、１１ｂ、１１ｃ、はその軸対称にほぼ２乗の屈折率分布を備えるファイバであり、屈折率分布型レンズとして使用することができるため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃから出射する、もしくは入射する光を集光あるいはコリメートする機能を有する。グレーテッドインデックスファイバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径がたとえば１２５μｍ程度（上述したシングルモードファイバと同等）、コア部の径が５０μｍ程度であり、コア部に上述の屈折率分布有する。そして、これらのグレーテッドインデックスファイバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃとシングルモードファイバ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、たとえばそれぞれのファイバの中心同士が一致する様に位置調整した後、アーク放電等の熱による融着によって接合される。
【００２７】
コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、略均一な屈折率分布を備えるファイバであり、その材質はたとえば石英ガラスからなり、屈折率は１．４５程度、光の透過損失は０．２５×１０−６ｄＢ／ｍｍ以下であり、このように光の透過損失が比較的低いものが好ましい。このコアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、外径が光ファイバ（シングルモードファイバ）およびグレーテッドインデックスファイバと等しく約１２５μｍであり、先に接合されたとグレーテッドインデックスファイバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの先端に、たとえばそれぞれのファイバの中心同士が一致する様に位置調整した後、アーク放電等の熱による融着によって接合され、それぞれ光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとして作製される。
【００２８】
光フィルタ１３は、たとえば透光性のある支持基板１３ａの一方の主面に光学薄膜１３ｂが施されており、この光学薄膜１３ｂは異なる複数の波長領域の光を含んでなる光を波長領域ごとに選択的に分離（分波）する機能を有する。具体的には、光フィルタ１１は、一方の波長領域の光を反射し、他方の波長領域の光を透過させることによって波長領域ごとに光を分波する、即ち、所定波長領域の光を反射する機能を有するものである。本発明の第１の実施形態において、光フィルタ１３は、シングルモードファイバ１０ａに入射され（図１（ａ）の実線矢印参照）、コアレスファイバ１２ａから出射された２つの波長領域の光λ１、λ２が入射されると、一方の波長領域λ１の光を透過してコアレスファイバ１２ｂに入射され、一方で、他方の波長領域λ２の光を反射することによってコアレスファイバ１２ｃに入射させることによって光を分波することができる。なお、本発明の第１の実施形態においては、光の入出力を逆にすると（図１（ａ）の点線矢印参照）、光ファイバ１０ｂ、１０ｃに入射される光を、光フィルタ１３を介して合波した後に、光ファイバ１０ａに入射させることができる。
【００２９】
この光フィルタ１３の一部を構成する支持基板１３ａは透光性をものであり、たとえば光学ガラス（硼珪酸ガラスや白板ガラス）や石英ガラスからなり、屈折率は１．４５〜１．５５程度のものが用いられる。また、そのサイズは光の有効径以上あればよく、たとえば０．５ｍｍ角、厚みは０．３ｍｍである。また、この光フィルタ１３の一部を構成する光学薄膜１３ｂは、たとえば二酸化ケイ素と二酸化チタン等の屈折率の異なる２種類以上の誘電体を交互に積層して構成される多層膜である。この誘電体多層膜は、誘電体膜間の繰り返しの反射干渉により波長選択性を示し、その膜厚は、反射させる光の波長の１／４波長分に設定される。このように、誘電体膜の膜厚を１／４波長分とすることにより、各誘電体膜界面における多重反射において、ある特定の波長の光の位相が一致し、干渉して強めあうことで波長選択性のフィルタが実現する。そして、この光フィルタ１３では、光学薄膜１３ｂが支持基板１３ａの表面に形成されているため、たとえば支持基板１３ａの一方の主面に蒸着、スパッタリング等の方法によって光学薄膜１３ｂを容易に作製することができる。なお、上述した光フィルタ１３は、支持基板１３ａの一主面に光学薄膜１３ｂが形成された構成であるが、本発明においては、上述した形態に限定されるものではなく、たとえば光学薄膜１３ｂが２枚の支持基板１３ａで挟持させた形態、および透光性のある基体内に光学薄膜１３ｂを配した形態であってもよい。
【００３０】
透光性部材１４は、コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃと光フィルタ１３との間に配置され、光フィルタ１３を支持するとともに融着によって接続される光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを固定する機能を有する。透光性部材１４の材質には、たとえば光ファイバのコア部とクラッド部を主として構成する石英ガラス（融点：１７００〜１８００℃）よりも融点の低い光学ガラス、たとえば硼珪酸ガラス（融点：５００〜７００℃）や白板ガラス（融点：５００〜７００℃）などが挙げられ、その屈折率は、融着接続される光ファイバの屈折率と同等の１．４５〜１．５５程度であることが好ましい。
【００３１】
透光性部材１４の形状は、光フィルタ１３を支持するとともに融着接続された光ファイバ同士が光フィルタ１３を介して光学結合可能な形態であれば、特に限定されるものではく、たとえば図１（ａ）に示すように、光フィルタ１３の両面から把持する形状であってもよいが、外形が円状もしくは多角形状の枠体形状等でもよく、また、下記に詳述するが、ブロック状または球体状の一部に凹部を設けた形状であってもよい。
【００３２】
また、本発明では、透光性部材１４で光フィルタ１３を支持するとともに光の反射防止のため、透光性部材１４と光フィルタ１３との間に、透光性部材１４および光フィルタ１３に対して屈折率が整合された光学接着剤（図示なし）を充填するのが好ましい。この光学接着剤は、光透過性のあるエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、またはシリコン系樹脂のような材質を使用することができる。なお、エポキシ樹脂、シリコン樹脂およびアクリル系樹脂は、その添加物によって紫外線硬化または熱硬化するものであり、これらの併用硬化を利用してもよい。
【００３３】
この透光性部材１４の作製方法としては、たとえば硼珪酸ガラスで構成されていれば、ダイシング等で所望の形状に仕上げることによって作製される。
【００３４】
また、透光性部材１４とは、使用する波長の光（たとえば１５５０ｎｍ）に対する透光性部材１ｃｍあたりの光の減衰量(損失)が、投入した光の量に対して６ｄＢ以下のものである。望ましくは３ｄＢ以下のものが好適に用いられ、最適には０．５ｄＢ以下のものを指す。さらに、この光の減衰量の測定方法としては、光源（たとえばＬＥＤもしくはＬＤ）からの光をレンズを介して平行ビームとし、透光性部材１４を透過するように配置し、裏面から出射された光の光量をパワーメータにて測定する。この測定によって得られた光量の比より光の減衰量を算出する。この際、透明性部材１４の屈折率により表裏の面での反射損失も含まれて測定される。
【００３５】
そして、この透光性部材１４には、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがそれぞれ融着接続されている。この融着接続は、透光性部材１４と光ファイバとを互いに接続させる位置に配置し、たとえばアーク放電や、レーザなどによって透光性部材１４または光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの少なくとも一方を融解させた後に、冷却して接続される。このような融着接続は、樹脂系の接着剤による接着よりも強固に接続することができるため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを保持するための基板が必須ではなくなる。また、たとえば光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに外部から力が作用しても、透光性部材１４から光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが脱落するのを抑制することができる。
【００３６】
このように、本発明では、透光性部材１４に対して直に光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが融着接続されているため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを保持するための基板が必須ではなくなる。したがって、本発明では、部品の小型化を容易に実現することができる。
【００３７】
また、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの光フィルタ１３に臨む端部、すなわち、コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが透光性部材１４の内部で融着接続されることが好ましい。このような構成によれば、透光性部材１４と接する光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの表面積を増加させることができるため、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと透光性部材１４とを、より強固に接続することができる。
【００３８】
さらに、図１（ｂ）に示すように、透光性部材１４の光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの光学素子に臨む端部、すなわち、コアレスファイバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの周面と連続して接続されている部位１４ａが円弧状であることが好ましい。このような構成によれば、たとえば光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに対して外部から曲げや引っ張り等の応力が作用しても、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと透光性部材１４との接続部位に生じる応力集中を緩和することができるため、上記接続部位に発生するクラック等を抑制することができる
次に、本発明の第１の実施形態に係る光合分波器の製造方法について説明する。
【００３９】
まず、光ファイバ１７ａと１７ｃはそれぞれから出射する光が交点を結ぶように固定治具で保持し、たとえば平板状の２枚の透光性部材１４を用いる場合、一方の透光性部材１４の側面に対して光ファイバ１７ａ、１７ｃを当て付けた後、その接触面に対して、アーク放電または、レーザなどで短い時間で加熱しながら、透光性部材１４に対して光ファイバ１７ａ、１７ｃを挿入する。このとき、設計位置は突き当て面に対して少し内側に設定されており、最初の挿入時にはこの設計位置より深く挿入しておき、加熱中に設計位置まで光ファイバ１７ａ、１７ｃを引き戻すことにより所望の位置に固定すると同時に、光ファイバ１７ａ、１７ｃと透光性部材１４の界面を円弧状に形成することが可能となる。この溶融加熱の際には、透光性部材１４が融解されることによって、局所的ではあるが透光性部材１４に変形が生じ、光路となる厚さ方向の寸法が変化するため、あらかじめ作製条件による補正量を見込んでおく必要がある。次に光ファイバ１７ｂを他方の透光性部材１４に対して光ファイバ１７ａと一直線上になる位置にて融着する。最後に、２つの透光性部材１４の間に光フィルタ１３を屈折率が整合された光学接着剤（図示なし）を介して貼り付けるが。このとき、光ファイバ１０ａにはλ１、λ２の光を導入しておき、光ファイバ１７ｂと光ファイバ１７ｃの出射端をパワーメータ等で測定しながら、それぞれの光出力が最大となるような位置に調整した後、光学接着剤を硬化させることによって光合分波器１００が作製される。この際、光学接着剤によっては硬化の際に収縮するため、位置ズレが発生するのでなるべく薄くなるように構成することが好ましく、また、完全に硬化するまで微妙な位置調整をすることで位置ズレの発生を防ぐことが可能となる。なお、支持基板１３ａは、一方の透光性部材１４として用いることも可能である。
【００４０】
以下に、本発明の他の実施形態について、図２〜図４を用いて説明する。なお、図１を参照して先に説明した光分波器１と同様な要素および部材については同一の符号を付してあり、重複説明は省略する。
【００４１】
図２は、本発明の光デバイス（光合分波器）の第２の実施形態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る光合分波器２００では、透光性部材１４の一部に、光フィルタ１３を支持するための底面部を有する凹部１４ｂが設けられている点で光合分波器１００と異なる。光合分波器２００の他の構成については、光合分波器１００に関して上述したのと同様である。このような構成によれば、光フィルタ１３を容易に実装できるとともにその実装面積が大きくなるため、光フィルタ１３をより強固に透光性部材１４に固定することができる。
【００４２】
このような透光性部材１４の凹部１４ｂは、透光性部材１４が硼珪酸ガラスで構成されている場合は、たとえばダイシング等で加工することが可能である。この際、凹部１４ｂの光ファイバ側面は光学面となるため、ダイシングや研削等によってその側面の表面粗さを１ｕｍ以下となる様に加工することが望ましい。
【００４３】
また、この凹部１４ｂ内に光フィルタ１３を配置する際には、光フィルタ１３の一方の面に上記した光学接着剤を塗布して凹部１４ｂの側面と接着し、残りの凹部１４ｂの隙間を弾性のある樹脂を埋める構造とすれば、固定時の熱収縮によるズレや完成後の熱膨張による光学接着材の剥離を防止することできる。
【００４４】
図３は、本発明の光デバイス（光合分波器）の第３の実施形態を示す平面図である。本発明の第３の実施形態に係る光合分波器３００では、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがそれぞれ平行に配置され、光フィルタ１３が２つの光学薄膜を備えている点で光合分波器２００と異なる。光合分波器３００の他の構成については、光合分波器２００に関して上述したのと同様である。この光フィルタ１３は、支持基板１３ａに光学薄膜１３ｂおよび１３ｃが表裏に少し重なるように構成されている。このような光フィルタ１３は、たとえば光学薄膜１３ｂを樹脂上に成形した後に樹脂を溶かし、誘電体多層膜からなる光学薄膜１３ｂを支持基板１３ａの表裏に張り合わせるなどして作製する必要がある。このような構成によれば、光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃをそれぞれ平行に近接して配置することができるため、部品の小型化をすることができる。さらに、このように光ファイバ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがそれぞれ平行に配置されていれば、これらの光ファイバを一括して位置決めして融着することが容易になる。
【００４５】
図４は、本発明の光デバイス（光合分波器）の第４の実施形態を示す平面図である。本発明の第３の実施形態に係る光合分波器４００では、光合分波器３００の光ファイバの数を増やすことで多チャンネル化したものである。光合分波器４００では、支持基板１３ａの片面に、光ファイバの数に対応して複数の光学薄膜１３ｂ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆを配置し、一方で、反対の面に１つの大きな薄膜１３ｃを配置してなる光フィルタ１３が用いられている。
【００４６】
このときコアレスファイバ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅに対して光路長がグレーデッドインデックスファイバ１１ａからそれぞれほぼ同一となるように調整され、光ファイバ１７ｂ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｄの先端位置が同一となるように調整されていることが望ましい。これは、それぞれの光ファイバを一括して位置決めして融着することが可能になるためである。
【００４７】
光合分波器４００は、は光ファイバ１７ａに対して波長λ１、λ２、λ３、λ４、の４つの波長の光信号が入力された場合、波長λ１は光学薄膜１３ｂを通過して光ファイバ１０ｂに入射され、波長λ２は光学薄膜１３ｂ、１３ｃの順で反射され、光学薄膜１３ｄを透過して光ファイバ１７ｃへ入射され、波長λ３は光学薄膜１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｃの順で反射され、光学薄膜１３ｅを通過して、光ファイバ１０ｄへ入射され、波長λ４は光学薄膜１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｃ、１３ｅ、１２ｃの順でと反射され、光学薄膜１３ｆを通過して、光ファイバ１０ｅへ入射する機能を持つ。
【００４８】
なお、本発明の第１〜第４の実施形態では、グレーデッドインデックスファイバ１１と同径のコアレスファイバ１２を融着した光ファイバ１７を用いているが、透光性部材１４に対してグレーデッドインデックスファイバ１１を融着接続してもよく、また、用途に応じては、グレーデッドインデックスファイバ１１を用いることなく、シングルモードファイバ１０だけを用いてもよい。
【００４９】
図５は本発明の光デバイスの一種である光アイソレータの実施形態を示す平面図である。
【００５０】
光アイソレータ５００は、透光性部材１４の凹部１４ｂに配されている光フィルタ１３の代わりに、周囲に磁石１９が配されたファラデー回転子を含むアイソレータ素子１８（光学素子）を用いている点で光合分波器２００と異なる構成である。
【００５１】
光アイソレータ５００では、アイソレータ素子１８が凹部１４ｂ内で透光性のある光学接着剤で固定されている。アイソレータ素子１８は、第１の偏光子、ファラデー回転子および第二の偏光子を重ねてそれぞれを透光性樹脂で固定したもので、順方向（図５の矢印方向）には光を透過するが逆方向には光の透過を阻止する機能を有する。
【００５２】
第１の偏光子および第２の偏光子は、入射する光の１方向の偏光成分を透過し、これに直交する成分の光を吸収する機能を有し、偏光子は楕円体形の金属粒子がガラス内に分散された構造の偏光ガラスからなる。この偏光ガラスは長く延伸された金属粒子をガラス自身の中に一方向に配列させることにより偏光特性を持たせたガラスであり、金属粒子の延伸方向に垂直な偏波面を持つ光が透過し、平行な偏波面を持つ光は吸収される。この偏光特性は誘電体に埋め込まれた金属微粒子が、光−プラズマ共鳴を示すためである。
【００５３】
ファラデー回転子は、例えば、ビスマス置換ガーネット結晶等で、その厚みは所定の波長をもつ入射光線の偏光面が４５°回転する様に設定する。偏波面を回転させるためには、入射光線の光軸Ｚ方向に十分な磁界Ｈを印可することが必要であり、一般に、永久磁石（図示なし）を用いることが多い。またファラデー回転子に磁気ヒステリシスが非常に大きく、磁石がなくても自磁力を保持する磁力保持型の材料、例えば（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２等を用いれば磁界を印加する磁石も不要となる。
【００５４】
以下に光アイソレータ５００の動作について説明する。
【００５５】
図５に示すように、光ファイバ１７ａに入射される光は、コアレスファイバ１２ａの端部から出射されるとともに透光性部材１４を介してアイソレータ素子１８に入射される。アイソレータ素子１８に入射される光のうち、第１の偏光子に設定された偏波方向の光が第１の偏光子を透過する。第１の偏光子を透過した光は、ファラデー回転子に入射され、その光の偏波面が４５°回転された状態で第２の偏光子に入射される。第２の偏光子は、予め、その偏波方向が第１の偏光子の偏波方向に対して４５°の角度になるように配置されている。これにより、ファラデー回転子を透過する光の偏波方向は第２の偏光子の偏波方向と一致しているため、光は第２の偏光子を透過して光ファイバ１７ｂに入射される。一方で、第２の偏光子とファラデー回転子との屈折率差によって反射された反射光は、ファラデー回転子に入射されることにより、その偏波方向が４５°回転される。そして、このファラデー回転子を透過する反射光の偏波方向は、第１の偏光子の偏波方向に対して９０°ずれているため、上記反射光は、第１の偏光子の表面で遮断され、光ファイバ１７ａへの入射が低減される。このように、光アイソレータ５００では、光ファイバ１７ａに光を入射する光源（図示なし）に反射光が戻ることによって生じる光源の光出力変動を抑制することができる。
【００５６】
図６は本発明の光デバイスの一種である光合分波器を用いて作製された光モジュールの実施形態を示す平面図である。
【００５７】
光モジュール６００は、光合分波器４００の光ファイバ１７ｂ〜１７ｅの端部近傍に、該光ファイバ１７ｂ〜１７ｅに光を入射するためのレーザダイオード２０ａ〜２０ｄ（発光素子）を基板２１上にそれぞれ実装した構成である。このレーザダイオードは、２０ａ〜２０ｄは、たとえばシリコン基板上にＡｕめっきされて形成された電極パターン上に、基板上に予め形成された電極マーカを基準として高精度に位置決めした後、金錫半田にて加熱固定されている。シリコン基板２１には、電極マーカを基準にファイバを実装するためのＶ溝がたとえばエッチング工程により形成されており、光ファイバ１７ｂ〜１７ｅはこのＶ溝に対して当てつける位置決めのみで高精度に実装され、たとえばエポキシ系の透光性樹脂で光ファイバ端とレーザダイオードが封止される。このような光モジュール６００は、それぞれのレーザダイオードから出た波長の異なる光を効率良く単一の光ファイバ１７ａに合波するとともに、光ファイバ１７ａから出射された該合波光を受光素子（図示なし）に入力することができる。
【００５８】
なお、上記した実施形態では、光合波用の光モジュールを例に挙げて説明したが、光の入出力を逆にすれば、光分波器としての機能を有するようになる。具体的には、光ファイバ１７ａの近傍に、たとえばレーザダイオードのような光源を配置し、該光源から複数の異なる波長帯域を有する光を入射するとともに、分波する波長帯域に応じて光フィルタ１３の光学薄膜１３ｂを設定すればよく、さらに、レーザダイオード２０ａ〜２０ｄの代わりに、光ファイバの数に対応する受光素子を配置すればよい。
【００５９】
このような本発明の光モジュール６００の構成によれば、レーザダイオードを実装するための基板は必要となるものの、出力側の光ファイバ１７ａを保持するための基板は必須ではないため、多チャンネル化しても部品の小型化を実現することができる。また、本発明の光モジュールにおいては、発光素子や受光素子がそれぞれ異なる基板に実装されているのであれば、光デバイスを構成する光ファイバを保持するような基板は必須ではなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）は、本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第１の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。
【図２】本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第３の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の光デバイスの一種である光合分波器の第４の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の光デバイスの一種である光アイソレータの実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の光モジュールの一例を示す平面図である。
【図７】従来の光合分波器の一例を示す平面図である。
【図８】従来の光合分波器の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１７ａ〜１７ｃ、３２、３３、３４、４２、４３、４４：光ファイバ
１０ａ〜１０ｅ：シングルモードファイバ
１１ａ〜１１ｅ：グレーデッドインデックスファイバ
１３ａ〜１２ｅ：コアレスファイバ
１３：光フィルタ（光学素子）
１３ａ：支持基板
１３ｂ：光学薄膜
１４：透光性部材
１４ａ：凹部
１８：アイソレータ素子（光学素子）
１９:磁石
２０ａ〜２０ｄ：レーザダイオード
３５、３７：フェルール
３６ａ、３６ｂ：レンズ
３１、１００、２００、３００、４００：光合分波器
５００：光アイソレータ
６００：光モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子と、前記光学素子と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、前記光学素子を支持する透光性部材とを備えた光デバイス。
【請求項２】
前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部は、前記透光性部材の内部に融着接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記透光性部材の前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部の周面と連続して接続されている部位が、円弧状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記透光性部材は、前記光学素子を支持するための底面部を有する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記光学素子に臨む端部に接合されたグレーデッドインデックスファイバを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記グレーデッドインデックスファイバの前記光学素子に臨む端部に接合されたコアレスファイバを備えることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記光学素子は、入射される光の偏波面を回転させるファラデー回転子を含むアイソレータ素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
前記光学素子は、入射される光を合波および／または分波するための光フィルタであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項９】
発光素子と、該発光素子から出射された光が一方の光ファイバに入射され、かつ他方の光ファイバから光が出射される請求項１〜８のいずれかに記載の光デバイスと、該光デバイスから出射された光を受光するための受光素子と、を備えてなる光モジュール。
【請求項１】
光学的に結合される少なくとも２つの光ファイバと、前記光ファイバ間に配置される光学素子と、前記光学素子と前記光ファイバの端部との間に介在されるとともに前記光ファイバの前記端部に融着接続された上、前記光学素子を支持する透光性部材とを備えた光デバイス。
【請求項２】
前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部は、前記透光性部材の内部に融着接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記透光性部材の前記光ファイバの前記光学素子に臨む端部の周面と連続して接続されている部位が、円弧状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記透光性部材は、前記光学素子を支持するための底面部を有する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記光学素子に臨む端部に接合されたグレーデッドインデックスファイバを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記グレーデッドインデックスファイバの前記光学素子に臨む端部に接合されたコアレスファイバを備えることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記光学素子は、入射される光の偏波面を回転させるファラデー回転子を含むアイソレータ素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
前記光学素子は、入射される光を合波および／または分波するための光フィルタであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項９】
発光素子と、該発光素子から出射された光が一方の光ファイバに入射され、かつ他方の光ファイバから光が出射される請求項１〜８のいずれかに記載の光デバイスと、該光デバイスから出射された光を受光するための受光素子と、を備えてなる光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１９９５５８（Ｐ２００７−１９９５５８Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０２３５（Ｐ２００６−２０２３５）
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]