光デバイスおよび光信号選択方法
【課題】複数の波長の光信号を取り扱うときに、フィルタの数の減少を図ることのできる光デバイスおよび光信号選択方法を得ること。
【解決手段】光導波路層１０２には、入射導波路１０５0と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2が形成されている。入射導波路１０５0の傾斜導波路部分１１２0が多層膜フィルタ板１０４の面となす入射角と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2の傾斜導波路部分１１２1、１１２2が多層膜フィルタ板１０４の面となす反射角は等しくなっている。また、傾斜導波路部分１１２0〜１１２2が多層膜フィルタ板１０４と接する位置がそれぞれ相違している。これにより、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2はそれぞれ異なる波長の光信号を入射する。
【解決手段】光導波路層１０２には、入射導波路１０５0と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2が形成されている。入射導波路１０５0の傾斜導波路部分１１２0が多層膜フィルタ板１０４の面となす入射角と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2の傾斜導波路部分１１２1、１１２2が多層膜フィルタ板１０４の面となす反射角は等しくなっている。また、傾斜導波路部分１１２0〜１１２2が多層膜フィルタ板１０４と接する位置がそれぞれ相違している。これにより、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2はそれぞれ異なる波長の光信号を入射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を用いた光デバイスおよび光信号選択方法に係わり、特に分波特性や合波特性を有する合分波モジュールやトリプレクサなどの双方向光送受信モジュールに好適な光デバイスおよび光信号選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光デバイスの発展に伴って、光通信システムは飛躍的な伸びを見せている。このため、光ファイバの利用効率を高めることのできる高速化や多波長化に関する技術が特に注目されている。
【０００３】
また一方では、最近のＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に関する技術の進展に伴って、高速化や多波長化といった技術以外に、低コスト化や小型化に関する技術の進展が重要になっている。更に最近では、通信用として送信側と受信側の波長を合分波するだけでなく、更にサービスを拡充するために、映像信号を別の波長で送信することも実現されている。このような状況の下で、本発明に関連する関連技術として、トリプレクサと呼ばれる双方向光送受信モジュールの開発も行われている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６５２９３号公報（第００１８、第００１９段落、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この関連技術では、図示しないが、光ファイバからプラットフォーム（基板）に入射した第１および第２の光信号を第１のフィルタに入射させて、このうちの第１の波長の光信号を反射させて第１の光受信機に受信させている。また、第１のフィルタを透過した第２の光信号を第２のフィルタに入射させて反射させ、第２の光受信機に受信させている。更に、第２のフィルタの背後から光送信機から出力される光信号を入射させて、第２のフィルタを透過したこの光信号を第１のフィルタも透過させて、前記した光ファイバに入射させている。
【０００５】
このように、この関連技術によれば、各フィルタが単純に光の反射および透過を行うため、トリプレクサとして第１および第２のフィルタが必要になり、光デバイスの構造が複雑となり、装置の小型化や、低価格化が困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、複数の波長の光信号を取り扱うときに、フィルタの数の減少を図ることのできる光デバイスおよび光信号選択方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記した上面に対して垂設された多層膜フィルタと、（ハ）前記した基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ニ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した入射位置とは異なる１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【０００８】
また、本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面に積層する光導波路層と、（ハ）この光導波路層を含む前記した基板の一端面にその入射面が平行となるように固設された多層膜フィルタと、（ニ）前記した光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ホ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した入射位置とは異なる１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【０００９】
更に本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記した上面に対して垂設された多層膜フィルタと、（ハ）前記した基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ニ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【００１０】
更にまた本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記した上面に対して垂設された多層膜フィルタと、（ハ）前記した基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ニ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した入射位置とは異なる１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路と、（ホ）前記した光導波路層中に前記した入射導波路とは独立に形成され、前記した多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【００１１】
また、本発明では、光信号選択方法として、光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの反射面で前記した入射角と等しい反射角で反射する反射光を入射位置とは異なる位置で位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明では、光信号選択方法として、光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの透過後の出射面で前記した入射角と等しい反射角で出射する透過光をその出射する位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、多層膜フィルタを使用して光信号が波長によって反射位置あるいは透過後の出射位置を変化させることに着目して、波長の選択を行うことにしたので、複数の波長の光信号の分波あるいは合波を従来よりも少ない数のフィルタを用いて実現することができる。したがって、フィルタ数の減少による光デバイスの小型化とコストダウンを図ることができるだけでなく、波長の変更にもフィルタを変更することなく対応が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
【００１５】
次に本発明を第１の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態による合分波モジュールを表わしたものであり、同図（Ａ）はこれを上から見たものであり、同図（Ｂ）はＡ−Ａ方向で切断した場合の断面構造を表わしたものである。合分波モジュール１００は、直方体をした基板１０１上にコアおよびクラッドからなる光導波路層１０２を形成している。また、基板１０１はその長手方向と直交する方向に、光導波路層１０２のコアよりも十分深い所定の深さのスリット１０３が切られている。このスリット１０３の中に多層膜フィルタ板１０４がスリット側面の一方に沿うようにして位置決めされた状態で、透過性の図示しない接着剤を用いて貼り付けられている。多層膜フィルタ板１０４には誘電体多層膜フィルタが使用されている。
【００１７】
光導波路層１０２のコアは、同図（Ａ）に示すように入射導波路１０５0と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2を形成している。多層膜フィルタ板１０４の表面における入射導波路１０５0を経た光の入射する位置と、同じく多層膜フィルタ板１０４の表面における第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2の出射する位置はそれぞれ異なっている。
【００１８】
このような合分波モジュール１００で、基板１０１と光導波路層１０２の構成材料は、特に限定されるものではない。一例としては、基板１０１がＳｉ（石英）基板であり、光導波路層１０２がこの石英基板上に形成された石英導波路であってもよい。また、ポリマを架橋したり、ポリマ構造中にポリマ導波路を光導波路層１０２として形成したり、基板１０１としてのニオブ酸リチウム基板に熱拡散等により形成されたＴｉ拡散導波路を光導波路層１０２として形成したり、基板１０１としてのＩｎＰ（燐化インジウム）基板に光半導体導波路を光導波路層１０２として形成してもよい。
【００１９】
また、溝状のスリット１０３については、ダイシングにより形成することが一般的であるが、ドライエッチングにより形成することも可能である。
【００２０】
ところで、入射導波路１０５0と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2は、それぞれ基板１０１の表面の長手方向に平行な平行導波路部分１１１0〜１１１2と、これらの平行導波路部分の多層膜フィルタ板１０４側の端部からスリット１０３における多層膜フィルタ板１０４の接する側の面まで折れ曲がった傾斜導波路部分（入力ポートあるいは出力ポートに相当。）１１２0〜１１２2とによって構成されている。そして、入射導波路１０５0の傾斜導波路部分１１２0が多層膜フィルタ板１０４の面となす角度（入射角）と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2の傾斜導波路部分１１２1、１１２2が多層膜フィルタ板１０４の面となす角度（反射角）は、多層膜フィルタ板１０４の入射面と直交する図示しない法線に対して対称となっている。
【００２１】
このように本実施の形態では、傾斜導波路部分１１２0〜１１２2が多層膜フィルタ板１０４と接する位置がそれぞれ相違している。そして、これにより、第１の出射導波路１０５1の傾斜導波路部分１１２1からは第１の波長λ1を、また、第２の出射導波路１０５2の傾斜導波路部分１１２2からは第２の波長λ2を選択的に出射させることができる。
【００２２】
この原理を理解するために、次に、多層膜フィルタ板１０４に代表されるフィルタの群遅延とフィルタ特性の関係について説明する。
【００２３】
一般的に波長の合分波に用いられている多層膜フィルタは、設計により、所望の波長を透過あるいは反射させることができる。屈折率の高い層と低い層が交互に積み重ねられた多層膜の中で、波長ごとに異なる位置で反射が発生すると、これらが多重に干渉する。この結果として、ある波長は透過し、他の波長は反射するといったフィルタ特性が得られる。
【００２４】
フィルタの特性は各波長に対する透過損失で定義されるのが通常である。これ以外に、フィルタを示す特性として、フィルタを透過あるいは反射する際に発生する群遅延と呼ばれる特性がある。群遅延はフィルタの中での多重反射の量（あるいは回数）に相当する。群遅延が大きいということは、フィルタに入射してから出射するまでに時間が掛かることを意味する。たとえばフィルタの反射特性を例にとると、群遅延が大きい場合は、等価的にフィルタの表面よりも奥で光線が反射されていることになる。
【００２５】
入射光がフィルタに対して垂直に入射する場合を考えると、群遅延の違いは時間の違いのみにしか影響しない。これに対して、図１の傾斜導波路部分１１２0で示されるように入射光が多層膜フィルタ板１０４に対して斜めに入射すると、群遅延の違いにより、等価的に多層膜フィルタ板１０４の表面における反射位置が変わる。このため、第１の出射導波路１０５1の傾斜導波路部分１１２1と、第２の出射導波路１０５2の傾斜導波路部分１１２2とが多層膜フィルタ板１０４と接する位置としての出射位置が互いに異なることになる。
【００２６】
本実施の形態では、この現象を用いている。すなわち、多層膜フィルタ板１０４の群遅延特性を波長により変化させることで、傾斜導波路部分１１２0から多層膜フィルタ板１０４に対して斜めに入射した光信号は、それぞれの波長が持つ群遅延量を原因として、出射される場所が変化することになる。この結果、多層膜フィルタ板１０４の表面からの出射される光信号の波長の位置に応じて、出射ポートの導波路の配置を選択する。これにより、１枚の多層膜フィルタ板１０４を使用しても、光信号の入射される側の面で反射光を複数の波長に分波することができる。これを更に具体的に説明する。
【００２７】
図２は、多層膜フィルタから反射された光信号の群遅延量の波長依存性の例を示したものである。この例では、点の集合した帯状部分として図示した第１の波長λ1に対して群遅延は小さく、同じく点の集合した帯状部分として図示した第２の波長λ2に対して群遅延は大きな値となっている。すなわち、第２の波長λ2の光信号は、第１の波長λ1の光信号よりも、図１に示した多層膜フィルタ板１０４の入射面からより深い位置で反射されることになる。
【００２８】
図３は、光信号が波長によって多層膜フィルタのより深い位置で反射されることを模式的に示したものである。図１にも示した入射導波路１０５0の傾斜導波路部分１１２0から第１および第２の波長λ1、λ2の光信号を多層膜フィルタ板１０４に入射させる。すると、第１の波長λ1の光信号は多層膜フィルタ板１０４の比較的浅い位置で反射して、第１の出射導波路１０５1の傾斜導波路部分１１２1に入射する。この図では、第１の波長λ1の光信号が多層膜フィルタ板１０４の表面近くで反射する場合を示している。したがって、傾斜導波路部分１１２0が多層膜フィルタ板１０４の表面と接する位置Ｐ0と、傾斜導波路部分１１２1が多層膜フィルタ板１０４の表面と接する位置Ｐ1とは近接している。
【００２９】
一方、第２の波長λ2の光信号は多層膜フィルタ板１０４の比較的深い位置で反射する。このため、第２の出射導波路１０５2の傾斜導波路部分１１２2が多層膜フィルタ板１０４の表面と接する位置Ｐ2は、位置Ｐ0および位置Ｐ1から比較的大きく離れた位置となる。したがって、傾斜導波路部分１１２1と傾斜導波路部分１１２2のそれぞれの端部を、多層膜フィルタ板１０４の表面のそれぞれ所定の位置に予め配置するようにしておくことで、傾斜導波路部分１１２0を通過する光信号の中から所望の波長成分の光信号を選択して取得することができる。
【００３０】
図４は、群遅延量と、最適な入射側と出射導波路の間隔を示したものである。ここでは、入射側の光導波路１２１と出射側の光導波路１２２がフィルタ１２３の表面と接する位置の間隔をｄとし、それぞれの光導波路１２１、１２２の入射角および反射角θを共に等しい１０度として計算している。
【００３１】
図２を参照すると、第１の波長λ1の光信号は群遅延が０．０１ｐｓ(ピコセカンド）程度であり、第２の波長λ2の光信号は群遅延が０．５ｐｓ程度である。これを図４に当てはめると、第１および第２の波長λ1、λ2の光信号に対する最適な入射側と出射導波路の間隔ｄ1、ｄ2は、それぞれ０．３ｕｍ（マイクロメートル）、１４．５ｕｍ程度となる。
【００３２】
以上の結果から、図２に示したフィルタ特性の場合は、図３に示した入射導波路１０５0の位置Ｐ0に対して、第１の出射導波路１０５1の位置Ｐ1を０．３ｕｍ程度離し、第２の出射導波路１０５2の位置Ｐ2を位置Ｐ0に対して同一方向に１４．５ｕｍ程度離せば、第１および第２の波長λ1、λ2に対して、低損失な特性を得ることができることになる。もちろん、入射角および反射角θは、１０度に限定されるものではない。
【００３３】
＜第１の実施の形態の変形例＞
【００３４】
図５は、以上説明した第１の実施の形態の変形の可能性の一例を示すものである。図５で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００３５】
図５に示した合分波モジュール１００Ａで、光導波路層１０２Ａは、図１に示した光導波路層１０２におけるスリット１０３が切られた部分よりも図で左側の領域のみから構成されている。合分波モジュール１００Ａの図で右側の端面には、多層膜フィルタ板１０４が貼り付けられている。このような構成の合分波モジュール１００Ａは、図１に示した合分波モジュール１００と全く同一の光学的な振る舞いを行うことになる。
【００３６】
なお、第１の実施の形態で示した合分波モジュール１００の場合には、スリット１０３と多層膜フィルタ板１０４の幅を調整することで、多層膜フィルタ板１０４をスリット１０３に貼り付けることなく両者の光学的な結合を図ることができる。図１に示した第１の実施の形態の多層膜フィルタ板１０４や、図５に示した第１の実施の形態の変形例の多層膜フィルタ板１０４のように光導波路層１０２、１０２Ａに貼り付けるような場合には、光学的に損失の少ない接着剤を用いることが望ましい。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
【００３８】
図６は、本発明の第２の実施の形態による合分波モジュールを表わしたものである。合分波モジュール２００は、図１に示した第１の実施の形態による合分波モジュール１００と同様に基板上に光導波路層２０２を積層したものである。光導波路層２０２には、コアとして入射導波路２０５0と、第１および第２の出射導波路２０５1、２０５2が形成されている。また、入射導波路２０５0の図で右端側と、第１および第２の出射導波路２０５1、２０５2の図で左端側の境界位置には、スリット２０３が切られている。スリット２０３における入射導波路２０５0と接する側面には、多層膜フィルタ板２０４が接着されている。スリット２０３の底部は、光導波路層２０２を構成するクラッドの位置よりも深くなっており、基板２０１にまで到達している（図１参照）。
【００３９】
入射導波路２０５0は、全体として長方形をした光導波路層２０２の長手方向に平行な平行導波路部分２１１0と、この平行導波路部分２１１0におけるスリット２０３が配置された側の端部と連続し、かつ多層膜フィルタ板２０４に対して直角以外の角度で光信号が入射するようにその進行方向を変更した傾斜導波路部分２１２0から構成されている。また、第１の出射導波路２０５1は、平行導波路部分２１１0と平行な平行導波路部分２１１1と、この平行導波路部分２１１1におけるスリット２０３が配置された側の端部と連続し、かつ傾斜導波路部分２１２0と平行な傾斜導波路部分２１２1から構成されている。傾斜導波路部分２１２1の図で左端部分はスリット２０３の図で右端側の側面に接し、あるいは面している。第２の出射導波路２０５2も、平行導波路部分２１１0と平行な平行導波路部分２１１2と、この平行導波路部分２１１2におけるスリット２０３が配置された側の端部と連続し、かつ傾斜導波路部分２１２0と平行な傾斜導波路部分２１２2から構成されている。傾斜導波路部分２１２2の図で左端部分はスリット２０３の図で右端側の側面に同様に接し、あるいは面している。
【００４０】
このように本実施の形態の合分波モジュール２００は、第１の実施の形態の合分波モジュール１００と比較すると、導波路の配置が異なるのみとなっている。ただし、本実施の形態の場合には、多層膜フィルタ板２０４の厚さが厚くなる程、スリット２０３の幅を広くする必要がある。これにより、入射導波路２０５0から第１および第２の出射導波路２０５1、２０５2へ結合する際に、結合損失が大きくなってしまう。この結合損失をできるだけ減少させるためには、多層膜フィルタ板２０４を可能な限り薄くすることが望ましい。
【００４１】
図７は、図３に対応したもので、光信号が波長に応じて多層膜フィルタの内部で多重に反射されることを模式的に示したものである。図６にも示した入射導波路２０５0の傾斜導波路部分２１２0から第１および第２の波長λ1、λ2の光信号を多層膜フィルタ板２０４に入射させる。すると、第１の波長λ1の光信号は多層膜フィルタ板２０４の内部で比較的軽微に反射する。この結果、傾斜導波路部分２１２0から出た光信号がそのまま多層膜フィルタ板２０４を直進して出射する位置Ｑ0からわずかに離れた位置Ｑ1から第１の波長λ1の光信号が出射し、この位置に一端を配置した第１の出射導波路２０５1の傾斜導波路部分２１２1に入射する。これに対して、第２の波長λ2の光信号は、多層膜フィルタ板２０４の内部で比較的多く反射する。この結果、位置Ｑ0から比較的遠く離れた位置Ｑ2から第２の波長λ2の光信号が出射することになり、この位置に一端を配置した第２の出射導波路２０５2の傾斜導波路部分２１２2に入射することになる。
【００４２】
このように第２の実施の形態の場合にも、多層膜フィルタを透過する光信号の群遅延量の波長依存性を測定しておき、これに応じて多層膜フィルタを透過した光信号の出射面における光信号の取り出し位置を設定することにより、これらの位置から所望の波長の光信号を分離して取り出すことができる。しかも、合分波モジュール２００として低損失な特性を得ることができる。
【００４３】
なお、第１の実施の形態のように多層膜フィルタを反射フィルタとして使用する場合には、選択的に取得しようとする光信号の波長は多層膜フィルタで光が透過しない波長域を使用する必要がある。これに対して、第２の実施の形態のように多層膜フィルタを透過フィルタとして使用する場合には、選択的に取得しようとする光信号の波長は多層膜フィルタで光が透過する波長域を使用する必要がある。
【００４４】
＜第３の実施の形態＞
【００４５】
図８は、本発明の第３の実施の形態による合分波モジュールを表わしたものである。この合分波モジュール３００は、図１に示した第１の実施の形態による合分波モジュール１００と同様に基板上に光導波路層３０２を形成したものである。光導波路層３０２には、コアとして第１〜第４の導波路３０５1〜３０５4が形成されている。このうち、第１〜第３の導波路３０５1〜３０５3における図で右端側と、第４の導波路３０５4の図で左端側の間には、全体として長方形をした光導波路層３０２の短手方向にスリット３０３が切られている。このスリット３０３の底部は、光導波路層３０２を構成するクラッドの位置よりも深くなっており、基板３０１にまで到達している（図１参照）。
【００４６】
スリット３０３の内部には、多層膜フィルタ板３０４が配置されており、第１〜第３の導波路３０５1〜３０５3における図で右側の端面にそれぞれ接着されている。第１の導波路３０５1の図で左側の端面は、光ファイバ３２１と光学的に接続されている。第２の導波路３０５2の図で左側の端面は、デジタルデータ信号を受信する第１の受光素子３２２と光学的に接続されている。第３の導波路３０５3の図で左側の端面は、第２の受光素子３２３と光学的に接続されている。第４の導波路３０５4の図で右端側は、基板３０１上に形成された発光素子３２４と光学的に接続されている。
【００４７】
第１〜第４の導波路３０５1〜３０５4は、それぞれ多層膜フィルタ板３０４と光学的に一端を接続する第１〜第４の傾斜導波路部分３１２1〜３１２4を備えている。ここで、第１〜第３の傾斜導波路部分３１２1〜３１２3の傾斜角および多層膜フィルタ板３０４の表面との位置関係は、図１に示した傾斜導波路部分１１２0〜１１２2および多層膜フィルタ板１０４の関係と同様である。また、第１の傾斜導波路部分３１２1と第４の傾斜導波路部分３１２4の傾斜角および多層膜フィルタ板３０４の表面との位置関係は、図６に示した傾斜導波路部分２１２0と傾斜導波路部分２１２1の関係と同様である。
【００４８】
この第３の実施の形態の合分波モジュール３００は、ＦＴＴＨ用トリプレクサとして用いられる。トリプレクサで使用される波長は国際的な標準化委員会で規定されている。発光素子３２４は１２６０〜１３６０ｎｍ（ナノメートル）の波長で光信号のデジタルデータ信号を光ファイバ３２１から送信するための送信機を構成している。第１の受光素子３２２は、光ファイバ３２１から入射した１４８０〜１５００ｎｍのデジタルデータ信号を受信するようになっている。第２の受光素子３２３は、光ファイバ３２１から入射した１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの映像信号を受信するようになっている。
【００４９】
先の本発明の関連技術では、ＦＴＴＨ用トリプレクサに２枚のフィルタを使用したが、本実施の形態の合分波モジュール３００によれば多層膜フィルタ板３０４を１枚使用するだけでよい。本実施の形態では、第１の受光素子３２２で使用される光信号の波長と第２の受光素子３２３で使用される光信号の波長の間で群遅延に差を持たせればよい。発光素子３２４については、その波長が多層膜フィルタ板３０４の透過特性において群遅延を小さくすればよい。
【００５０】
＜第３の実施の形態の変形例＞
【００５１】
図９および図１０は、本発明の第３の実施の形態に対する各種の変形例を示したものである。これら図９および図１０で図８と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００５２】
図９に示した合分波モジュール３００Ａも、図１０に示した合分波モジュール３００Ｂも、光ファイバ３２１と、これに光学的に結合した第１の導波路３０５1の配置自体は、図８に示した実施の形態と同一である。図９に示した合分波モジュール３００Ａの場合には、多層膜フィルタ板３０４Ａを境として発光素子３２４が光導波路層３０２Ａの光ファイバ３２１を取り付けた側に配置されている。そして、多層膜フィルタ板３０４Ａのこれと反対側に第１の受光素子３２２と第２の受光素子３２３が配置されている。
【００５３】
この図９に示す変形例の場合には、発光素子３２４から出力されるデジタルデータ信号が多層膜フィルタ板３０４Ａによって反射されて第１の導波路３０５1に入射し、光ファイバ３２１に送出される。光ファイバ３２１から第１の導波路３０５1に送られてきたデジタルデータ信号は、多層膜フィルタ板３０４Ａを透過して、第２の導波路３０５2Ａに入射して第１の受光素子３２２で受信される。また、光ファイバ３２１から第１の導波路３０５1に送られてきた映像信号は、多層膜フィルタ板３０４Ａを透過して、第３の導波路３０５3Ａに入射して第２の受光素子３２３で受信される。
【００５４】
一方、図１０に示した合分波モジュール３００Ｂの場合にも、多層膜フィルタ板３０４Ｂを境として発光素子３２４が光導波路層３０２Ｂの光ファイバ３２１を取り付けた側に配置されている。ただし、図９に示した合分波モジュール３００Ａと異なり、第２の受光素子３２３は光導波路層３０２Ｂの光ファイバ３２１を取り付けた側に配置されている。
【００５５】
図１０に示した合分波モジュール３００Ｂの場合には、光ファイバ３２１から第１の導波路３０５1に送られてきた映像信号は、多層膜フィルタ板３０４Ｂを反射して第３の導波路３０５3Ｂに入射し、その他端に配置された第２の受光素子３２３に入射することになる。
【００５６】
この図９および図１０に示した変形例以外にも、各種の変形が可能なことはいうまでもない。また、以上説明した本発明の合分波モジュールは、ＦＴＴＨに用途を限定されるものでないことも当然である。
【００５７】
なお、各実施の形態およびこれらの変形例では異なる波長の光信号を分波する場合を中心に説明したが、異なる波長の光信号を本発明によって合波することも可能であることはいうまでもない。また、各実施の形態およびこれらの変形例では号分波モジュールを例に挙げて説明したが、合波のみ、あるいは分波のみの光デバイスあるいはモジュール構造を持たない光デバイスにも本発明を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による合分波モジュールの模式的な図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】多層膜フィルタから反射された光信号の群遅延量の波長依存性の一例を示した特性図である。
【図３】第１の実施の形態で光信号が波長によって多層膜フィルタのより深い位置で反射されることを模式的に示した説明図である。
【図４】第１の実施の形態における群遅延量と最適な入射側と出射導波路の間隔を示した説明図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例における合分波モジュールの模式的な平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による合分波モジュールの模式的な平面図である。
【図７】第２の実施の形態で光信号が波長に応じて多層膜フィルタの内部で多重に反射されることを模式的に示した説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による合分波モジュールの模式的な平面図である。
【図９】第３の実施の形態に対する合分波モジュールの第１の変形を示す模式的な平面図である。
【図１０】第３の実施の形態に対する合分波モジュールの第２の変形を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００、１００Ａ、２００、３００、３００Ａ、３００Ｂ 合分波モジュール
１０１、２０１、３０１ 基板
１０２、１０２Ａ、２０２、３０２ 光導波路層
１０３、２０３、３０３ スリット
１０４、２０４、３０４、３０４Ａ、３０４Ｂ 多層膜フィルタ板
１０５0、２０５0 入射導波路
１０５1、２０５1 第１の出射導波路
１０５2、２０５2 第２の出射導波路
１１２、２１２、３１２ 傾斜導波路部分（光信号の入力ポートあるいは出力ポート）
３０５1 第１の導波路
３０５2 第２の導波路
３０５3 第３の導波路
３０５4 第４の導波路
３２１ 光ファイバ
３２２ 第１の受光素子
３２３ 第２の受光素子
３２４ 発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を用いた光デバイスおよび光信号選択方法に係わり、特に分波特性や合波特性を有する合分波モジュールやトリプレクサなどの双方向光送受信モジュールに好適な光デバイスおよび光信号選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光デバイスの発展に伴って、光通信システムは飛躍的な伸びを見せている。このため、光ファイバの利用効率を高めることのできる高速化や多波長化に関する技術が特に注目されている。
【０００３】
また一方では、最近のＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に関する技術の進展に伴って、高速化や多波長化といった技術以外に、低コスト化や小型化に関する技術の進展が重要になっている。更に最近では、通信用として送信側と受信側の波長を合分波するだけでなく、更にサービスを拡充するために、映像信号を別の波長で送信することも実現されている。このような状況の下で、本発明に関連する関連技術として、トリプレクサと呼ばれる双方向光送受信モジュールの開発も行われている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６５２９３号公報（第００１８、第００１９段落、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この関連技術では、図示しないが、光ファイバからプラットフォーム（基板）に入射した第１および第２の光信号を第１のフィルタに入射させて、このうちの第１の波長の光信号を反射させて第１の光受信機に受信させている。また、第１のフィルタを透過した第２の光信号を第２のフィルタに入射させて反射させ、第２の光受信機に受信させている。更に、第２のフィルタの背後から光送信機から出力される光信号を入射させて、第２のフィルタを透過したこの光信号を第１のフィルタも透過させて、前記した光ファイバに入射させている。
【０００５】
このように、この関連技術によれば、各フィルタが単純に光の反射および透過を行うため、トリプレクサとして第１および第２のフィルタが必要になり、光デバイスの構造が複雑となり、装置の小型化や、低価格化が困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、複数の波長の光信号を取り扱うときに、フィルタの数の減少を図ることのできる光デバイスおよび光信号選択方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記した上面に対して垂設された多層膜フィルタと、（ハ）前記した基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ニ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した入射位置とは異なる１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【０００８】
また、本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面に積層する光導波路層と、（ハ）この光導波路層を含む前記した基板の一端面にその入射面が平行となるように固設された多層膜フィルタと、（ニ）前記した光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ホ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した入射位置とは異なる１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【０００９】
更に本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記した上面に対して垂設された多層膜フィルタと、（ハ）前記した基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ニ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【００１０】
更にまた本発明では、（イ）基板と、（ロ）この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記した上面に対して垂設された多層膜フィルタと、（ハ）前記した基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記した多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、（ニ）前記した光導波路層中に前記した入射用導波路とは独立に形成され、前記した入射位置とは異なる１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路と、（ホ）前記した光導波路層中に前記した入射導波路とは独立に形成され、前記した多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記した多層膜フィルタから前記した所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路とを光デバイスに具備させる。
【００１１】
また、本発明では、光信号選択方法として、光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの反射面で前記した入射角と等しい反射角で反射する反射光を入射位置とは異なる位置で位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明では、光信号選択方法として、光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの透過後の出射面で前記した入射角と等しい反射角で出射する透過光をその出射する位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、多層膜フィルタを使用して光信号が波長によって反射位置あるいは透過後の出射位置を変化させることに着目して、波長の選択を行うことにしたので、複数の波長の光信号の分波あるいは合波を従来よりも少ない数のフィルタを用いて実現することができる。したがって、フィルタ数の減少による光デバイスの小型化とコストダウンを図ることができるだけでなく、波長の変更にもフィルタを変更することなく対応が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
【００１５】
次に本発明を第１の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態による合分波モジュールを表わしたものであり、同図（Ａ）はこれを上から見たものであり、同図（Ｂ）はＡ−Ａ方向で切断した場合の断面構造を表わしたものである。合分波モジュール１００は、直方体をした基板１０１上にコアおよびクラッドからなる光導波路層１０２を形成している。また、基板１０１はその長手方向と直交する方向に、光導波路層１０２のコアよりも十分深い所定の深さのスリット１０３が切られている。このスリット１０３の中に多層膜フィルタ板１０４がスリット側面の一方に沿うようにして位置決めされた状態で、透過性の図示しない接着剤を用いて貼り付けられている。多層膜フィルタ板１０４には誘電体多層膜フィルタが使用されている。
【００１７】
光導波路層１０２のコアは、同図（Ａ）に示すように入射導波路１０５0と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2を形成している。多層膜フィルタ板１０４の表面における入射導波路１０５0を経た光の入射する位置と、同じく多層膜フィルタ板１０４の表面における第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2の出射する位置はそれぞれ異なっている。
【００１８】
このような合分波モジュール１００で、基板１０１と光導波路層１０２の構成材料は、特に限定されるものではない。一例としては、基板１０１がＳｉ（石英）基板であり、光導波路層１０２がこの石英基板上に形成された石英導波路であってもよい。また、ポリマを架橋したり、ポリマ構造中にポリマ導波路を光導波路層１０２として形成したり、基板１０１としてのニオブ酸リチウム基板に熱拡散等により形成されたＴｉ拡散導波路を光導波路層１０２として形成したり、基板１０１としてのＩｎＰ（燐化インジウム）基板に光半導体導波路を光導波路層１０２として形成してもよい。
【００１９】
また、溝状のスリット１０３については、ダイシングにより形成することが一般的であるが、ドライエッチングにより形成することも可能である。
【００２０】
ところで、入射導波路１０５0と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2は、それぞれ基板１０１の表面の長手方向に平行な平行導波路部分１１１0〜１１１2と、これらの平行導波路部分の多層膜フィルタ板１０４側の端部からスリット１０３における多層膜フィルタ板１０４の接する側の面まで折れ曲がった傾斜導波路部分（入力ポートあるいは出力ポートに相当。）１１２0〜１１２2とによって構成されている。そして、入射導波路１０５0の傾斜導波路部分１１２0が多層膜フィルタ板１０４の面となす角度（入射角）と、第１および第２の出射導波路１０５1、１０５2の傾斜導波路部分１１２1、１１２2が多層膜フィルタ板１０４の面となす角度（反射角）は、多層膜フィルタ板１０４の入射面と直交する図示しない法線に対して対称となっている。
【００２１】
このように本実施の形態では、傾斜導波路部分１１２0〜１１２2が多層膜フィルタ板１０４と接する位置がそれぞれ相違している。そして、これにより、第１の出射導波路１０５1の傾斜導波路部分１１２1からは第１の波長λ1を、また、第２の出射導波路１０５2の傾斜導波路部分１１２2からは第２の波長λ2を選択的に出射させることができる。
【００２２】
この原理を理解するために、次に、多層膜フィルタ板１０４に代表されるフィルタの群遅延とフィルタ特性の関係について説明する。
【００２３】
一般的に波長の合分波に用いられている多層膜フィルタは、設計により、所望の波長を透過あるいは反射させることができる。屈折率の高い層と低い層が交互に積み重ねられた多層膜の中で、波長ごとに異なる位置で反射が発生すると、これらが多重に干渉する。この結果として、ある波長は透過し、他の波長は反射するといったフィルタ特性が得られる。
【００２４】
フィルタの特性は各波長に対する透過損失で定義されるのが通常である。これ以外に、フィルタを示す特性として、フィルタを透過あるいは反射する際に発生する群遅延と呼ばれる特性がある。群遅延はフィルタの中での多重反射の量（あるいは回数）に相当する。群遅延が大きいということは、フィルタに入射してから出射するまでに時間が掛かることを意味する。たとえばフィルタの反射特性を例にとると、群遅延が大きい場合は、等価的にフィルタの表面よりも奥で光線が反射されていることになる。
【００２５】
入射光がフィルタに対して垂直に入射する場合を考えると、群遅延の違いは時間の違いのみにしか影響しない。これに対して、図１の傾斜導波路部分１１２0で示されるように入射光が多層膜フィルタ板１０４に対して斜めに入射すると、群遅延の違いにより、等価的に多層膜フィルタ板１０４の表面における反射位置が変わる。このため、第１の出射導波路１０５1の傾斜導波路部分１１２1と、第２の出射導波路１０５2の傾斜導波路部分１１２2とが多層膜フィルタ板１０４と接する位置としての出射位置が互いに異なることになる。
【００２６】
本実施の形態では、この現象を用いている。すなわち、多層膜フィルタ板１０４の群遅延特性を波長により変化させることで、傾斜導波路部分１１２0から多層膜フィルタ板１０４に対して斜めに入射した光信号は、それぞれの波長が持つ群遅延量を原因として、出射される場所が変化することになる。この結果、多層膜フィルタ板１０４の表面からの出射される光信号の波長の位置に応じて、出射ポートの導波路の配置を選択する。これにより、１枚の多層膜フィルタ板１０４を使用しても、光信号の入射される側の面で反射光を複数の波長に分波することができる。これを更に具体的に説明する。
【００２７】
図２は、多層膜フィルタから反射された光信号の群遅延量の波長依存性の例を示したものである。この例では、点の集合した帯状部分として図示した第１の波長λ1に対して群遅延は小さく、同じく点の集合した帯状部分として図示した第２の波長λ2に対して群遅延は大きな値となっている。すなわち、第２の波長λ2の光信号は、第１の波長λ1の光信号よりも、図１に示した多層膜フィルタ板１０４の入射面からより深い位置で反射されることになる。
【００２８】
図３は、光信号が波長によって多層膜フィルタのより深い位置で反射されることを模式的に示したものである。図１にも示した入射導波路１０５0の傾斜導波路部分１１２0から第１および第２の波長λ1、λ2の光信号を多層膜フィルタ板１０４に入射させる。すると、第１の波長λ1の光信号は多層膜フィルタ板１０４の比較的浅い位置で反射して、第１の出射導波路１０５1の傾斜導波路部分１１２1に入射する。この図では、第１の波長λ1の光信号が多層膜フィルタ板１０４の表面近くで反射する場合を示している。したがって、傾斜導波路部分１１２0が多層膜フィルタ板１０４の表面と接する位置Ｐ0と、傾斜導波路部分１１２1が多層膜フィルタ板１０４の表面と接する位置Ｐ1とは近接している。
【００２９】
一方、第２の波長λ2の光信号は多層膜フィルタ板１０４の比較的深い位置で反射する。このため、第２の出射導波路１０５2の傾斜導波路部分１１２2が多層膜フィルタ板１０４の表面と接する位置Ｐ2は、位置Ｐ0および位置Ｐ1から比較的大きく離れた位置となる。したがって、傾斜導波路部分１１２1と傾斜導波路部分１１２2のそれぞれの端部を、多層膜フィルタ板１０４の表面のそれぞれ所定の位置に予め配置するようにしておくことで、傾斜導波路部分１１２0を通過する光信号の中から所望の波長成分の光信号を選択して取得することができる。
【００３０】
図４は、群遅延量と、最適な入射側と出射導波路の間隔を示したものである。ここでは、入射側の光導波路１２１と出射側の光導波路１２２がフィルタ１２３の表面と接する位置の間隔をｄとし、それぞれの光導波路１２１、１２２の入射角および反射角θを共に等しい１０度として計算している。
【００３１】
図２を参照すると、第１の波長λ1の光信号は群遅延が０．０１ｐｓ(ピコセカンド）程度であり、第２の波長λ2の光信号は群遅延が０．５ｐｓ程度である。これを図４に当てはめると、第１および第２の波長λ1、λ2の光信号に対する最適な入射側と出射導波路の間隔ｄ1、ｄ2は、それぞれ０．３ｕｍ（マイクロメートル）、１４．５ｕｍ程度となる。
【００３２】
以上の結果から、図２に示したフィルタ特性の場合は、図３に示した入射導波路１０５0の位置Ｐ0に対して、第１の出射導波路１０５1の位置Ｐ1を０．３ｕｍ程度離し、第２の出射導波路１０５2の位置Ｐ2を位置Ｐ0に対して同一方向に１４．５ｕｍ程度離せば、第１および第２の波長λ1、λ2に対して、低損失な特性を得ることができることになる。もちろん、入射角および反射角θは、１０度に限定されるものではない。
【００３３】
＜第１の実施の形態の変形例＞
【００３４】
図５は、以上説明した第１の実施の形態の変形の可能性の一例を示すものである。図５で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００３５】
図５に示した合分波モジュール１００Ａで、光導波路層１０２Ａは、図１に示した光導波路層１０２におけるスリット１０３が切られた部分よりも図で左側の領域のみから構成されている。合分波モジュール１００Ａの図で右側の端面には、多層膜フィルタ板１０４が貼り付けられている。このような構成の合分波モジュール１００Ａは、図１に示した合分波モジュール１００と全く同一の光学的な振る舞いを行うことになる。
【００３６】
なお、第１の実施の形態で示した合分波モジュール１００の場合には、スリット１０３と多層膜フィルタ板１０４の幅を調整することで、多層膜フィルタ板１０４をスリット１０３に貼り付けることなく両者の光学的な結合を図ることができる。図１に示した第１の実施の形態の多層膜フィルタ板１０４や、図５に示した第１の実施の形態の変形例の多層膜フィルタ板１０４のように光導波路層１０２、１０２Ａに貼り付けるような場合には、光学的に損失の少ない接着剤を用いることが望ましい。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
【００３８】
図６は、本発明の第２の実施の形態による合分波モジュールを表わしたものである。合分波モジュール２００は、図１に示した第１の実施の形態による合分波モジュール１００と同様に基板上に光導波路層２０２を積層したものである。光導波路層２０２には、コアとして入射導波路２０５0と、第１および第２の出射導波路２０５1、２０５2が形成されている。また、入射導波路２０５0の図で右端側と、第１および第２の出射導波路２０５1、２０５2の図で左端側の境界位置には、スリット２０３が切られている。スリット２０３における入射導波路２０５0と接する側面には、多層膜フィルタ板２０４が接着されている。スリット２０３の底部は、光導波路層２０２を構成するクラッドの位置よりも深くなっており、基板２０１にまで到達している（図１参照）。
【００３９】
入射導波路２０５0は、全体として長方形をした光導波路層２０２の長手方向に平行な平行導波路部分２１１0と、この平行導波路部分２１１0におけるスリット２０３が配置された側の端部と連続し、かつ多層膜フィルタ板２０４に対して直角以外の角度で光信号が入射するようにその進行方向を変更した傾斜導波路部分２１２0から構成されている。また、第１の出射導波路２０５1は、平行導波路部分２１１0と平行な平行導波路部分２１１1と、この平行導波路部分２１１1におけるスリット２０３が配置された側の端部と連続し、かつ傾斜導波路部分２１２0と平行な傾斜導波路部分２１２1から構成されている。傾斜導波路部分２１２1の図で左端部分はスリット２０３の図で右端側の側面に接し、あるいは面している。第２の出射導波路２０５2も、平行導波路部分２１１0と平行な平行導波路部分２１１2と、この平行導波路部分２１１2におけるスリット２０３が配置された側の端部と連続し、かつ傾斜導波路部分２１２0と平行な傾斜導波路部分２１２2から構成されている。傾斜導波路部分２１２2の図で左端部分はスリット２０３の図で右端側の側面に同様に接し、あるいは面している。
【００４０】
このように本実施の形態の合分波モジュール２００は、第１の実施の形態の合分波モジュール１００と比較すると、導波路の配置が異なるのみとなっている。ただし、本実施の形態の場合には、多層膜フィルタ板２０４の厚さが厚くなる程、スリット２０３の幅を広くする必要がある。これにより、入射導波路２０５0から第１および第２の出射導波路２０５1、２０５2へ結合する際に、結合損失が大きくなってしまう。この結合損失をできるだけ減少させるためには、多層膜フィルタ板２０４を可能な限り薄くすることが望ましい。
【００４１】
図７は、図３に対応したもので、光信号が波長に応じて多層膜フィルタの内部で多重に反射されることを模式的に示したものである。図６にも示した入射導波路２０５0の傾斜導波路部分２１２0から第１および第２の波長λ1、λ2の光信号を多層膜フィルタ板２０４に入射させる。すると、第１の波長λ1の光信号は多層膜フィルタ板２０４の内部で比較的軽微に反射する。この結果、傾斜導波路部分２１２0から出た光信号がそのまま多層膜フィルタ板２０４を直進して出射する位置Ｑ0からわずかに離れた位置Ｑ1から第１の波長λ1の光信号が出射し、この位置に一端を配置した第１の出射導波路２０５1の傾斜導波路部分２１２1に入射する。これに対して、第２の波長λ2の光信号は、多層膜フィルタ板２０４の内部で比較的多く反射する。この結果、位置Ｑ0から比較的遠く離れた位置Ｑ2から第２の波長λ2の光信号が出射することになり、この位置に一端を配置した第２の出射導波路２０５2の傾斜導波路部分２１２2に入射することになる。
【００４２】
このように第２の実施の形態の場合にも、多層膜フィルタを透過する光信号の群遅延量の波長依存性を測定しておき、これに応じて多層膜フィルタを透過した光信号の出射面における光信号の取り出し位置を設定することにより、これらの位置から所望の波長の光信号を分離して取り出すことができる。しかも、合分波モジュール２００として低損失な特性を得ることができる。
【００４３】
なお、第１の実施の形態のように多層膜フィルタを反射フィルタとして使用する場合には、選択的に取得しようとする光信号の波長は多層膜フィルタで光が透過しない波長域を使用する必要がある。これに対して、第２の実施の形態のように多層膜フィルタを透過フィルタとして使用する場合には、選択的に取得しようとする光信号の波長は多層膜フィルタで光が透過する波長域を使用する必要がある。
【００４４】
＜第３の実施の形態＞
【００４５】
図８は、本発明の第３の実施の形態による合分波モジュールを表わしたものである。この合分波モジュール３００は、図１に示した第１の実施の形態による合分波モジュール１００と同様に基板上に光導波路層３０２を形成したものである。光導波路層３０２には、コアとして第１〜第４の導波路３０５1〜３０５4が形成されている。このうち、第１〜第３の導波路３０５1〜３０５3における図で右端側と、第４の導波路３０５4の図で左端側の間には、全体として長方形をした光導波路層３０２の短手方向にスリット３０３が切られている。このスリット３０３の底部は、光導波路層３０２を構成するクラッドの位置よりも深くなっており、基板３０１にまで到達している（図１参照）。
【００４６】
スリット３０３の内部には、多層膜フィルタ板３０４が配置されており、第１〜第３の導波路３０５1〜３０５3における図で右側の端面にそれぞれ接着されている。第１の導波路３０５1の図で左側の端面は、光ファイバ３２１と光学的に接続されている。第２の導波路３０５2の図で左側の端面は、デジタルデータ信号を受信する第１の受光素子３２２と光学的に接続されている。第３の導波路３０５3の図で左側の端面は、第２の受光素子３２３と光学的に接続されている。第４の導波路３０５4の図で右端側は、基板３０１上に形成された発光素子３２４と光学的に接続されている。
【００４７】
第１〜第４の導波路３０５1〜３０５4は、それぞれ多層膜フィルタ板３０４と光学的に一端を接続する第１〜第４の傾斜導波路部分３１２1〜３１２4を備えている。ここで、第１〜第３の傾斜導波路部分３１２1〜３１２3の傾斜角および多層膜フィルタ板３０４の表面との位置関係は、図１に示した傾斜導波路部分１１２0〜１１２2および多層膜フィルタ板１０４の関係と同様である。また、第１の傾斜導波路部分３１２1と第４の傾斜導波路部分３１２4の傾斜角および多層膜フィルタ板３０４の表面との位置関係は、図６に示した傾斜導波路部分２１２0と傾斜導波路部分２１２1の関係と同様である。
【００４８】
この第３の実施の形態の合分波モジュール３００は、ＦＴＴＨ用トリプレクサとして用いられる。トリプレクサで使用される波長は国際的な標準化委員会で規定されている。発光素子３２４は１２６０〜１３６０ｎｍ（ナノメートル）の波長で光信号のデジタルデータ信号を光ファイバ３２１から送信するための送信機を構成している。第１の受光素子３２２は、光ファイバ３２１から入射した１４８０〜１５００ｎｍのデジタルデータ信号を受信するようになっている。第２の受光素子３２３は、光ファイバ３２１から入射した１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの映像信号を受信するようになっている。
【００４９】
先の本発明の関連技術では、ＦＴＴＨ用トリプレクサに２枚のフィルタを使用したが、本実施の形態の合分波モジュール３００によれば多層膜フィルタ板３０４を１枚使用するだけでよい。本実施の形態では、第１の受光素子３２２で使用される光信号の波長と第２の受光素子３２３で使用される光信号の波長の間で群遅延に差を持たせればよい。発光素子３２４については、その波長が多層膜フィルタ板３０４の透過特性において群遅延を小さくすればよい。
【００５０】
＜第３の実施の形態の変形例＞
【００５１】
図９および図１０は、本発明の第３の実施の形態に対する各種の変形例を示したものである。これら図９および図１０で図８と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００５２】
図９に示した合分波モジュール３００Ａも、図１０に示した合分波モジュール３００Ｂも、光ファイバ３２１と、これに光学的に結合した第１の導波路３０５1の配置自体は、図８に示した実施の形態と同一である。図９に示した合分波モジュール３００Ａの場合には、多層膜フィルタ板３０４Ａを境として発光素子３２４が光導波路層３０２Ａの光ファイバ３２１を取り付けた側に配置されている。そして、多層膜フィルタ板３０４Ａのこれと反対側に第１の受光素子３２２と第２の受光素子３２３が配置されている。
【００５３】
この図９に示す変形例の場合には、発光素子３２４から出力されるデジタルデータ信号が多層膜フィルタ板３０４Ａによって反射されて第１の導波路３０５1に入射し、光ファイバ３２１に送出される。光ファイバ３２１から第１の導波路３０５1に送られてきたデジタルデータ信号は、多層膜フィルタ板３０４Ａを透過して、第２の導波路３０５2Ａに入射して第１の受光素子３２２で受信される。また、光ファイバ３２１から第１の導波路３０５1に送られてきた映像信号は、多層膜フィルタ板３０４Ａを透過して、第３の導波路３０５3Ａに入射して第２の受光素子３２３で受信される。
【００５４】
一方、図１０に示した合分波モジュール３００Ｂの場合にも、多層膜フィルタ板３０４Ｂを境として発光素子３２４が光導波路層３０２Ｂの光ファイバ３２１を取り付けた側に配置されている。ただし、図９に示した合分波モジュール３００Ａと異なり、第２の受光素子３２３は光導波路層３０２Ｂの光ファイバ３２１を取り付けた側に配置されている。
【００５５】
図１０に示した合分波モジュール３００Ｂの場合には、光ファイバ３２１から第１の導波路３０５1に送られてきた映像信号は、多層膜フィルタ板３０４Ｂを反射して第３の導波路３０５3Ｂに入射し、その他端に配置された第２の受光素子３２３に入射することになる。
【００５６】
この図９および図１０に示した変形例以外にも、各種の変形が可能なことはいうまでもない。また、以上説明した本発明の合分波モジュールは、ＦＴＴＨに用途を限定されるものでないことも当然である。
【００５７】
なお、各実施の形態およびこれらの変形例では異なる波長の光信号を分波する場合を中心に説明したが、異なる波長の光信号を本発明によって合波することも可能であることはいうまでもない。また、各実施の形態およびこれらの変形例では号分波モジュールを例に挙げて説明したが、合波のみ、あるいは分波のみの光デバイスあるいはモジュール構造を持たない光デバイスにも本発明を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による合分波モジュールの模式的な図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】多層膜フィルタから反射された光信号の群遅延量の波長依存性の一例を示した特性図である。
【図３】第１の実施の形態で光信号が波長によって多層膜フィルタのより深い位置で反射されることを模式的に示した説明図である。
【図４】第１の実施の形態における群遅延量と最適な入射側と出射導波路の間隔を示した説明図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例における合分波モジュールの模式的な平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による合分波モジュールの模式的な平面図である。
【図７】第２の実施の形態で光信号が波長に応じて多層膜フィルタの内部で多重に反射されることを模式的に示した説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による合分波モジュールの模式的な平面図である。
【図９】第３の実施の形態に対する合分波モジュールの第１の変形を示す模式的な平面図である。
【図１０】第３の実施の形態に対する合分波モジュールの第２の変形を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００、１００Ａ、２００、３００、３００Ａ、３００Ｂ 合分波モジュール
１０１、２０１、３０１ 基板
１０２、１０２Ａ、２０２、３０２ 光導波路層
１０３、２０３、３０３ スリット
１０４、２０４、３０４、３０４Ａ、３０４Ｂ 多層膜フィルタ板
１０５0、２０５0 入射導波路
１０５1、２０５1 第１の出射導波路
１０５2、２０５2 第２の出射導波路
１１２、２１２、３１２ 傾斜導波路部分（光信号の入力ポートあるいは出力ポート）
３０５1 第１の導波路
３０５2 第２の導波路
３０５3 第３の導波路
３０５4 第４の導波路
３２１ 光ファイバ
３２２ 第１の受光素子
３２３ 第２の受光素子
３２４ 発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記上面に対して垂設された多層膜フィルタと、
前記基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記入射位置とは異なる１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
基板と、
この基板の上面に積層する光導波路層と、
この光導波路層を含む前記基板の一端面にその入射面が平行となるように固設された多層膜フィルタと、
前記光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記入射位置とは異なる１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
基板と、
この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記上面に対して垂設された多層膜フィルタと、
前記基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
基板と、
この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記上面に対して垂設された多層膜フィルタと、
前記基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記入射位置とは異なる１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射導波路とは独立に形成され、前記多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
前記多層膜フィルタを透過または反射して光信号を前記入射用導波路に送出する光信号送出手段を具備することを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項６】
前記多層膜フィルタは、誘電体多層膜フィルタであり、反射時あるいは透過時の群遅延量が波長によって異なっていることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項７】
前記多層膜フィルタは、前記基板の上面に積層する光導波路層を所定幅で切断したスリットに嵌入されたフィルタ板であることを特徴とする請求項１、請求項３または請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの反射面で前記入射角と等しい反射角で反射する反射光を入射位置とは異なる位置で位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴とする光信号選択方法。
【請求項９】
光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの透過後の出射面で前記入射角と等しい反射角で出射する透過光をその出射する位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴とする光信号選択方法。
【請求項１】
基板と、
この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記上面に対して垂設された多層膜フィルタと、
前記基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記入射位置とは異なる１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
基板と、
この基板の上面に積層する光導波路層と、
この光導波路層を含む前記基板の一端面にその入射面が平行となるように固設された多層膜フィルタと、
前記光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記入射位置とは異なる１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
基板と、
この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記上面に対して垂設された多層膜フィルタと、
前記基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
基板と、
この基板の上面の所定位置から少なくとも所定長突出する形で前記上面に対して垂設された多層膜フィルタと、
前記基板の上面に積層する光導波路層中に形成され、前記多層膜フィルタの入射位置から９０度以外の所定の入射角をもってこの多層膜フィルタに光信号を入射させる入射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射用導波路とは独立に形成され、前記入射位置とは異なる１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の反射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の反射型出射用導波路と、
前記光導波路層中に前記入射導波路とは独立に形成され、前記多層膜フィルタの入射面と反対の出射面における１または複数の位置で前記多層膜フィルタから前記所定の入射角と同一の出射角で出射する光信号をそれぞれ個別に受け入れる１または複数の透過型出射用導波路
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
前記多層膜フィルタを透過または反射して光信号を前記入射用導波路に送出する光信号送出手段を具備することを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項６】
前記多層膜フィルタは、誘電体多層膜フィルタであり、反射時あるいは透過時の群遅延量が波長によって異なっていることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項７】
前記多層膜フィルタは、前記基板の上面に積層する光導波路層を所定幅で切断したスリットに嵌入されたフィルタ板であることを特徴とする請求項１、請求項３または請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの反射面で前記入射角と等しい反射角で反射する反射光を入射位置とは異なる位置で位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴とする光信号選択方法。
【請求項９】
光導波路層中に形成された入射用導波路から９０度以外の所定の入射角をもって多層膜フィルタに光信号を入射させた状態で、この多層膜フィルタの透過後の出射面で前記入射角と等しい反射角で出射する透過光をその出射する位置の変化に応じた波長成分の光信号として取り出すことを特徴とする光信号選択方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−６０６５３（Ｐ２０１０−６０６５３Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３８４８（Ｐ２００８−２２３８４８）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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