光合分波器、光送受信モジュール
【課題】波長選択フィルタを介して分岐された光導波路から構成された光合分波器において、損失の低減、および損失の伝送モード依存性の軽減を図ること。
【解決手段】光合分波器は、第１〜３光導波路コア１〜３と、波長選択フィルタ４とによって構成されている。第１光導波路コア１は、波長選択フィルタ４を挟んで第２光導波路コア２と第３光導波路コア３に分岐している。第１光導波路コア１の波長選択フィルタ４におけるコア径は、第２光導波路コア２の波長選択フィルタ４におけるコア径よりも小さい。そのため、光導波路の分岐部分における放射損失が低減されている。
【解決手段】光合分波器は、第１〜３光導波路コア１〜３と、波長選択フィルタ４とによって構成されている。第１光導波路コア１は、波長選択フィルタ４を挟んで第２光導波路コア２と第３光導波路コア３に分岐している。第１光導波路コア１の波長選択フィルタ４におけるコア径は、第２光導波路コア２の波長選択フィルタ４におけるコア径よりも小さい。そのため、光導波路の分岐部分における放射損失が低減されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択フィルタを挟んで光導波路コアが分岐された光合分波器に関するものであり、特に放射損失が低減され、伝送モードによる損失のばらつきが低減された光合分波器に関する。また本発明は、その光合分波器を用いた光送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、波長選択フィルタを挟んでＹ字型やＴ字型に２分岐された光導波路から構成される光合分波器が知られている。そのような光合分波器は、たとえば特許文献１などに示されているように、自己形成光導波路の技術を用いて作製することができる。これは、液状の光硬化性樹脂に光ファイバ等を介して光をビーム状に照射し、光硬化性樹脂を自己集光的に硬化させ、軸状の光導波路コアを形成する方法である。
【０００３】
また、光導波路コアの形状をアップテーパ形状やダウンテーパ形状に形成する方法が特許文献２に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２６６６０
【特許文献２】特開２００８−８３４４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、光合分波器の分岐部分では、その構造上、一部の光が導波路の外部に放射漏れして損失が発生することは避けられない。
【０００６】
また、従来の自己形成自己導波路技術による光合分波器では、挿入損失が大きく、この挿入損失が光伝送モード（入射してくる光の角度分布に相当）に対して異なる特性を有している。損失は高次モード（入射角度の大きい光成分を多く含む状態）になるほど大きくなる作用があり、入射光の光伝送モードに依存して損失が変動してしまう。
【０００７】
また、上記光合分波器を用いた光送受信モジュールを作製する場合、低コスト化の観点から、マルチモード面発光レーザを使用したい。しかし、マルチモード面発光レーザは発振モード（出射光の角度分布）が環境温度によって変化し、光合分波器における損失も変動してしまう。また、マルチモード面発光レーザは素子特性にもばらつきがあり、これによる損失の変動もある。
【０００８】
また、光導波路コアの形状をテーパ形状として損失を低減する方法は、波長選択フィルタを挟んだＹ字型やＴ字型に２分岐された光導波路により構成される光合分波器に適用された例がない。
【０００９】
そこで本発明の目的は、損失が小さく、光伝送モードの違いによる損失のばらつきが低減された、新規な構造の光合分波器を実現することである。また、その光合分波器を用いた光送受信モジュールを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、第１波長の光を透過し、第２波長の光を反射する波長選択フィルタと、波長選択フィルタの一方の面に接続され、第１波長の光を波長選択フィルタに導く第１光導波路コアと、波長選択フィルタの他方の面に接続され、第２波長の光を波長選択フィルタに導き、第１光導波路コアに入力され波長選択フィルタを透過した第１波長の光を出力側に導く第２光導波路コアと、波長選択フィルタの他方の面に接続され、波長選択フィルタによって反射された第２波長の光を出力側に導く第３光導波路コアとを備え、第１光導波路コアの波長選択フィルタにおける径が、第２光導波路コアの波長選択フィルタにおける径よりも小さいことを特徴とする光合分波器である。
【００１１】
第１〜３光導波路コアは、たとえば光硬化性樹脂の硬化物で構成することができる。
【００１２】
第２光導波路コアは、波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第にコア径が小さくなるようなテーパー形状に形成されていることが望ましい。第２光導波路コアの入出力端におけるコア径を大きくできない場合に、このようなテーパー形状とすることで放射損失をより低減することができるからである。また、第２光導波路コアを上記のようなテーパー形状とする場合であって、第３光導波路コアの出力端におけるコア径を大きくできない場合には、第３光導波路コアは、波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に径が小さくなるようなテーパー形状に形成されていることが望ましい。第２光導波路コアを上記のようなテーパー形状とすることによる、第３光導波路コアの出力端側への挿入損失の悪化を防止することができるからである。また、第１光導波路コアについても、波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第にコア径が小さくなるようなテーパー形状に形成されていることが望ましい。これは、波長選択フィルタに入射する光の伝送モードの拡がりがコアを直線状とする場合に比べて狭くなり、高次モードになるにつれて大きくなる挿入損失の伝送モード依存性を緩和することができるからである。
【００１３】
第１光導波路コアの光軸は、第２光導波路コアの光軸に対して、第３光導波路コアから遠ざかる方向にずれていることが望ましい。放射損失をより低減することができるからである。
【００１４】
波長選択フィルタや第１〜３光導波路コアは、クラッドにより封止されていてもよい。クラッド材もまた、光硬化性樹脂を硬化させた硬化物であってもよい。
【００１５】
また、本発明の光合分波器は、Ｙ字型、Ｔ字型などの３つの光導波路コアを有する構造だけでなく、第３光導波路コアの延長上であって波長選択フィルタの第１光導波路コア接続側の面に接続する第４の光導波路コアをさらに有したＸ字型あるいは十字型の４つの光導波路コアを有する構造であってもよい。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、第２光導波路コアは、そのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする光合分波器である。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第３光導波路コアは、そのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする光合分波器である。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第１光導波路コアは、そのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする光合分波器である。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第２光導波路コアの光軸に対して、第１光導波路コアの光軸は、第３光導波路コアから遠ざかる方向にずれていることを特徴とする光合分波器である。
【００２０】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、第１光導波路コア、第２光導波路コア、および第３光導波路コアは、光硬化性樹脂の硬化物であることを特徴とする光合分波器である。
【００２１】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明の光合分波器と、第１光導波路コアに接続され、第１波長の光を発光する発光素子と、第３光導波路コアに接続され、第２波長の光を受光する受光素子と、を備えることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００２２】
第８の発明は、第７の発明において、発光素子は、マルチモード面発光レーザであることを特徴とする光送受信モジュールである。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によると、第１光導波路コアから波長選択フィルタを透過して第２光導波路コアへ入射する第１の波長の光のスポットが、相対的に小さくなる。そのため、光導波路の分岐部分において、入射角度の大きな光成分が外部に放射されてしまう割合が減少し、放射損失を低減することができる。その結果、放射損失の伝送モード依存性を効果的に低減することができる。また、光導波路がこのような構造であっても、第２の波長の光が第２光導波路コアに入射されて波長選択フィルタにより反射され、第３光導波路コアから放射される場合の光損失が悪化してしまうことはない。
【００２４】
また、第２の発明によると、第２光導波路コアの入出力端におけるコア径を大きくできない場合でも、第２光導波路コアの形状を、第２光導波路コアのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなるようなテーパー形状とすることで、放射損失の低減を図ることができる。また、第３の発明によると、第３光導波路コアの出力端におけるコア径を大きくできない場合であっても、第３光導波路コアの形状を、第３光導波路コアのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなるようなテーパー形状とすることで、放射損失の低減を図ることができる。
【００２５】
また、第４の発明によると、入射角度の大きい光成分の挿入損失が低減され、損失の伝送モード依存性を緩和することができる。
【００２６】
また、第５の発明によれば、光導波路の分岐部分での放射損失をさらに低減することができる。
【００２７】
また、第６の発明のように、本発明の第１〜３光導波路コアは光硬化性樹脂の硬化物で構成することができ、容易かつ安価に製造することができる。
【００２８】
また、第７の発明の光送受信モジュールは、光合分波器として第１〜６の発明を用いているため、発光素子の発振モードが温度変化などによって変動し、光伝送モードが変動したとしても、損失の伝送モード依存性は軽減されており、通信特性に優れている。特に第８の発明のように、発光素子として発振モードの温度依存性が大きなマルチモード面発光レーザを用いることができ、光送受信モジュールの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の光合分波器の構成を示した図。
【図２】コア径に対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図３】光軸のずれに対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図４】入射角度に対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図５】入射角度に対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図６】第１光導波路コア１の長さに対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図７】実施例２の光送受信モジュールの構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、実施例１の光合分波器の構成を示した図である。光合分波器は、第１〜３光導波路コア１〜３と、波長選択フィルタ４と、により構成されている。第１光導波路コア１が、波長選択フィルタ４を介して第２光導波路コア２と第３光導波路コア３に分岐したＹ字型の分岐構造である。
【００３２】
第１光導波路コア１は、波長選択フィルタ４の一方の面４ａに接続しており、波長選択フィルタ４の面４ａに対して第１光導波路コア１の光軸Ｌ１が６０°を成している。第１光導波路コア１には、波長λ１の光が入力端１ａに入射され、波長選択フィルタ４にその光を導く。なお、第１光導波路コア１の直径Ｄｂはその光軸Ｌ１方向に一定の直線状であってもよいが、波長選択フィルタ４に向かうにつれて第１光導波路コア１の直径が次第に大きくなるようなテーパー形状（すなわち、波長選択フィルタ４における第１光導波路コア１の直径をＤｂ’として、Ｄｂ’＞Ｄｂとなるテーパー形状）とすることが望ましい。このようなテーパー形状とすれば、波長選択フィルタ４へ入射する光の伝送モードの拡がりが、直線状とする場合に比べて狭くなり、高次モードになるにつれて大きくなる挿入損失の伝送モード依存性が緩和されることで、高次モードでの挿入損失を低減することができるからである。
【００３３】
波長選択フィルタ４は、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射する特性を有している。第１光導波路コア１を介して波長選択フィルタ４の一方の面４ａから入射した波長λ１の光は透過し、第２光導波路コア２を介して波長選択フィルタ４の他方の面４ｂから入射した波長λ２の光は、反射される。
【００３４】
第１光導波路コア１は、波長選択フィルタ４を挟んで、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３に分岐しており、第２、３光導波路コア２、３は波長選択フィルタ４の他方の面４ｂに接続している。第２光導波路コア２の光軸Ｌ２は、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１に平行であり、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１と同様に波長選択フィルタ４の面４ｂに対して６０°を成している。また、第３光導波路コア３の光軸Ｌ３は、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対して６０°を成している。これら第１〜３光導波路コア１〜３の光軸Ｌ１〜３は、いずれも１平面内に含まれている。
【００３５】
第２光導波路コア２および第３光導波路コア３の波長選択フィルタ４における直径Ｄａ’、Ｄｃ’（Ｄａ’＝Ｄｃ’）は、第１光導波路コア１の波長選択フィルタ４における直径Ｄｂ’よりも大きい。
【００３６】
また、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３の直径は、波長選択フィルタ４から遠ざかるにつれて次第に小さくなっており、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３はテーパー形状を有している。第２光導波路コア２をこのようなテーパー形状とすることで、波長選択フィルタ４側から第２光導波路コア２の入出力端２ａ側へ向かう波長λ１の光の挿入損失の悪化を防止している。また、第２光導波路コア２をテーパー形状としたことによる第３光導波路コア３の出力端３ａ側への挿入損失の悪化は、第３光導波路コア３をテーパー形状とすることによって防止している。
【００３７】
また、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１は、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対して、第３光導波路コア３から遠ざかる方向にずれている。このように第１光導波路コア１の光軸Ｌ１を第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対してずらすことで、分岐部分における放射損失を低減することができる。
【００３８】
第１光導波路コア１、第２光導波路コア２、第３光導波路コア３はいずれも光硬化性樹脂の硬化物である。光硬化性樹脂を用いた自己形成光導波路の技術により、第１光導波路コア１、第２光導波路コア２、第３光導波路コア３を容易に形成することができる。任意のテーパー角を有した光導波路コアを自己形成光導波路の技術により形成するには、たとえば光ファイバを介して液状の光硬化性樹脂に硬化波長の光を照射する際に、光ファイバの入力端における光のモード分布を制御することにより可能である。このような自己形成光導波路の技術によれば、実施例１の光合分波器を容易かつ低コストに製造することができる。また、第１〜３光導波路コア１〜３は、光硬化性樹脂の硬化物からなるクラッド（図示しない）に覆われている。第１〜３光導波路コア１〜３の屈折率は１．５５、クラッドの屈折率は１．４６であり、導波路内での光の最大伝搬角は２０．２度である。
【００３９】
なお、自己形成光導波路の技術により実施例１の光合分波器を作製する場合、その製造工程の都合によりＹ字型ではなくＸ字型の分岐路となってしまう場合もある。たとえば第１光導波路コア１に入射した光が波長選択フィルタ４において反射されることで、または第３光導波路コア３から入射した光が波長選択フィルタ４を透過することで、自己形成光導波路コアが形成された場合には、Ｘ字型あるいは十字型に分岐することとなる。しかし、そのようなＸ字型、十字型の光合分波器においても、本発明の損失低減、伝送モード依存性の低減、の効果を得ることができる。
【００４０】
この実施例１の光合分波器は、第１光導波路コア１の入力端１ａに入射された波長λ１の光を、波長選択フィルタ４を透過させて第２光導波路コア２内を伝送させ、第２光導波路コア２の入出力端２ａから外部に出力させる動作と、第２光導波路コア２の入出力端２ａに入射された波長λ２の光を、波長選択フィルタ４によって反射させて第３光導波路コア３内を伝送させ、第３光導波路コア３の出力端３ａから外部に出力させる動作とを目的とするＹ字型分岐の光合分波器である。
【００４１】
この実施例１の光合分波器では、第１光導波路コア１の波長選択フィルタ４における直径Ｄｂ’を、第２光導波路コア２の直径Ｄａ’よりも小さくしているため、第１光導波路コア１を伝送して波長選択フィルタ４を透過した波長λ１の光の、第２光導波路コア２に入射する際のスポット径を小さくすることができる。そのため、入射角の大きい光成分が光導波路の分岐部分において外部へと放射される割合が減少し、第２光導波路コア２へと入射する光成分が増加するので、放射損失が低減される。その結果、第１光導波路コア１に入射される波長λ１の光の伝送モードが高次であっても、放射損失が低減され、放射損失の入射角依存性が低減される。
【００４２】
また、この実施例１の光合分波器の構造であっても、波長λ２の光が第２光導波路コア２の入出力端２ａに入射されて波長選択フィルタ４により反射され、第３光導波路コア３を伝送して出力端３ａから放射される場合の光損失が悪化してしまうことはない。
【００４３】
図２は、コア径に対する挿入損失の依存性をシミュレーションにより計算して求めた結果である。第１光導波路コア１の開口数（対空気）を０．５２とし、この開口数と一致するように最大伝搬角３１．４°（空気中から第１光導波路コア１へ入射した条件において）とする一様の角度分布の入射光（波長λ１）を第１光導波路コア１に入射させた場合を仮定した。第１〜３光導波路コア１〜３の屈折率は１．５５、クラッドの屈折率は１．４６であり、コア内での光の最大伝搬角は２０．２度である。また、第１光導波路コア１の直径Ｄｂは一定とした。また、第１光導波路コア１の長さは１．７ｍｍ、第２光導波路コア２の長さは２．７ｍｍ、第３光導波路コアの長さは２．３ｍｍとし、Ｄａ＝Ｄｂ＝０．２ｍｍとした。図２のグラフにおいて、横軸は、第１光導波路コア１の入力端１ａにおける直径Ｄｂと、第２光導波路コア２の光入出力端２ａでの直径Ｄａとの比Ｄｂ／Ｄａである。また、縦軸は挿入損失である。また、菱形でプロットされた曲線は、第２光導波路コア２の波長選択フィルタ４での直径Ｄａ’とＤａとの比Ｄａ’／Ｄａが１の場合、すなわち、第２光導波路コア２の直径が一定の場合である。また、正方形でプロットされた曲線は、比Ｄａ’／Ｄａが１．４の場合、正三角形でプロットされた曲線は、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５の場合である。
【００４４】
この図２から、比Ｄａ’／Ｄａの値によらず、比Ｄｂ／Ｄａが０．５までは、比Ｄｂ／Ｄａの減少に伴い挿入損失も単調に減少し、比Ｄｂ／Ｄａが０．５よりも小さくなると、比Ｄｂ／Ｄａが減少しても挿入損失はほぼ一定である。したがって、比Ｄｂ／Ｄａが１である従来の光合分波器に比べて、比Ｄｂ／Ｄａが１よりも小さい実施例１の光合分波器の方が挿入損失を低減できていることがわかる。また、比Ｄａ’／Ｄａを１とした場合よりも、比Ｄａ’／Ｄａを１．２５または１．４とした場合の方が、挿入損失を低減できることがわかる。
【００４５】
図３は、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１を、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２からずらした場合の挿入損失の依存性をシミュレーションにより計算して求めた結果である。シミュレーションの条件は、図２のグラフの場合と同様の条件である。図３のグラフにおいて、横軸は、第１光導波路コア１の入力端１ａにおける直径Ｄｂに対するΔｙの比（以下、ずれ量とする）Δｙ／Ｄｂを示している。ここでΔｙは、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２および第３光導波路コア３の光軸Ｌ３が成す平面内において、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に垂直な方向での、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１と第２光導波路コア２の光軸Ｌ２との距離の差を示し、第３光導波路コア３から遠ざかる方向をΔｙの正方向とする。また、縦軸は挿入損失である。図３において、菱形でプロットされた曲線は、比Ｄａ’／Ｄａが１の場合であり、正三角形でプロットされた曲線は、１．２５の場合である。
【００４６】
この図３から、ずれ量Δｙ／Ｄｂが大きいほど挿入損失を低減することができ、特にずれ量Δｙ／Ｄｂが正の値となるように光軸をずらすことで、挿入損失を大きく低減できることがわかる。
【００４７】
図４は、入射光の角度による挿入損失の依存性を、シミュレーションにより計算して求めた結果である。横軸は、第１光導波路コア１に入射する入射光の角度を示しており、縦軸は挿入損失である。比Ｄａ’／Ｄａは、それぞれ１、１．２５、１．４、とし、比Ｄｂ’／Ｄｂは、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５の場合のみ０．５、または１とし、それ以外では１とした。また、ずれ量Δｙ／Ｄｂは０である。その他のシミュレーション条件は、図２の場合と同様であり、コア内での光の最大伝搬角は２０．２度である。
【００４８】
この図４の結果から、比Ｄａ’／Ｄａを調整することで、挿入損失の角度依存性を調整できることがわかる。これは、言い換えれば、テーパー形状である第２光導波路コア２のテーパー角を調整することで、挿入損失の角度依存性を調整することができるということである。特に低次モード側の挿入損失に注目すると、比Ｄａ’／Ｄａおよび比Ｄｂ’／Ｄｂを１とする従来の構造では、入射角度が４°前後の光に対して約２ｄＢの挿入損失ピークがあるのに対して、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５で比Ｄｂ’／Ｄｂを１とする場合には、挿入損失は約０．３ｄＢ、比Ｄａ’／Ｄａが１．４で比Ｄｂ’／Ｄｂを１とする場合には挿入損失はほとんどない。このように、第２光導波路コア２のテーパー形状によって、低次側の伝送モードの挿入損失を効果的に低減できることがわかる。一方、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５で比Ｄｂ’／Ｄｂを１．２５とする場合、つまり第２光導波路コア２だけでなく第１光導波路コア１もテーパー形状とした場合には、入射角度が４°前後の光に対する挿入損失ピークは角度シフトしている程度で損失の大きな改善は見られないが、入射角度１３〜１８°付近の高次モード側の挿入損失がほとんど見られないことがわかる。これは、第１光導波路コア１を波長選択フィルタ４に向かうにつれて直径が次第に大きくなるようなテーパー形状とすることによって、波長選択フィルタ４へ入射する光の伝送モードの拡がりが、直線状とする場合に比べて狭くなり、高次モードになるにつれて大きくなっていた挿入損失の伝送モード依存性が緩和された、と理解できる。
【００４９】
以上、図４から、第１光導波路コア１および第２光導波路コア２のテーパー形状を調整することで、任意の伝送モード分布を有する入射光に対して挿入損失が低くなるよう伝送モード依存性を調整することができることがわかる。
【００５０】
図５もまた、図４と同様のシミュレーションにより、入射光の角度による挿入損失の依存性を求めた結果である。ただし、Ｄａ’／Ｄａを１．２５、ずれ量Δｙ／Ｄｂを０．５、Ｄｂ’／Ｄｂを１または１．５、Ｄａ＝０．２ｍｍ、Ｄｂ＝０．１ｍｍとし、それ以外は図４と同様のシミュレーション条件としている。
【００５１】
この図５の結果から、上記のように比Ｄａ’／Ｄａ、ずれ量Δｙ／Ｄｂ、比Ｄｂ’／Ｄｂを設定することで、０〜１５°までの範囲において挿入損失をほとんど０とすることができ、伝送モード依存性を解消することができることがわかる。この図５の結果と、挿入損失のずれ量Δｙ／Ｄｂに対する依存性を示した図３とを比較すると、ずれ量Δｙ／Ｄｂを大きくすることによる挿入損失の低減は、主として低次モード側の挿入損失の低減によるものであることが分かる。また、ずれ量Δｙ／Ｄｂを０とした図４の結果と比較すると、広範囲に損失を低減できたのは、ずれ量Δｙ／Ｄｂ＞０となるよう光軸をずらした効果であることがわかる。さらに、Ｄｂ’／Ｄｂを１．５として第１光導波路コア１をテーパー形状とする効果を加えることによって、０〜２０°の非常に広い範囲において挿入損失はほとんど０とし、伝送モード依存性を解消することができている。これは前述のように、伝送モードの拡がりが狭くなり、高次モードの挿入損失が低減されたためである。
【００５２】
これら図２〜５に示された結果から、波長選択フィルタ４での第１光導波路コア１に対する第２光導波路コア２の直径の比Ｄｂ’／Ｄａ’、第１光導波路コア１および第２光導波路コア２のテーパー形状、第１光導波路コア１と第２光導波路コア２の光軸のずれ量Δｙ／Ｄｂを調整することで、挿入損失値、および伝送モード依存性を効果的に低減することができることがわかる。そのため、温度変化に伴う発光モード変化の大きいマルチモード型面発光レーザと組み合わせて用いる場合に、実施例１の光合分波器は特に有効である。
【００５３】
図６は、挿入損失の第１光導波路コア１の長さに対する依存性を、シミュレーションにより求めた結果である。第１光導波路コア１の直径Ｄｂは一定（Ｄｂ＝Ｄｂ’）とした。また、第２光導波路コア２の長さは２．７ｍｍ、第３光導波路コア３の長さは２．３ｍｍ、ずれ量Δｙ／Ｄｂは０、Ｄｂ／Ｄａは１または０．５、Ｄａ’／Ｄａは１、１．２５、１．４のいずれかとし、それ以外の条件は図２と同様のシミュレーション条件とした。
【００５４】
図６の結果から、第１光導波路コア１の長さが実用的な範囲（１ｍｍ以上）において、Ｄａ’＞Ｄｂ’とすることで挿入損失を低減することができていることがわかる。第１光導波路コア１が長くなるほど、第２光導波路コア２へ入射する光の伝送モードが一様化し、挿入損失の低減効果に対する第１光導波路コア１の長さの依存性が低くなることがわかる。
【００５５】
なお、実施例１の光合分波器では、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３が６０°を成したＹ字型の分岐であるが、必ずしも６０°である必要はなく、任意の角度であってよい。たとえば、９０°を成したＴ字型の分岐であってもよい。
【００５６】
また、実施例１の光合分波器では、第２光導波路コア２および第３光導波路コア３を、波長選択フィルタ４から遠ざかるにつれて細くなるテーパー形状としたが、必ずしもそのようなテーパー形状とする必要はなく、第１光導波路コア１と同様に一様な太さとしてもよい。ただし、第２光導波路コア２の入出力端２ａにおける直径Ｄａや、第３光導波路コア３の出力端３ａにおける直径Ｄｃを大きくできない場合には、第２光導波路コア２および第３光導波路コア３の波長選択フィルタ４における直径Ｄａ’、Ｄｃ’を大きくしてテーパー形状とすることにより、損失の悪化を防止することができる。
【００５７】
また、実施例１の光合分波器では、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１を、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対して、第３光導波路コア３から遠ざかる方向にずらしているが、必ずしもずらす必要はなく、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２を一致させてもよい。ただし、上記のように光軸Ｌ１をずらす方が、損失をより低減することができるため望ましい。
【実施例２】
【００５８】
図７は、実施例２の光送受信モジュールの構成を示した図である。光送受信モジュールは、光合分波器１０と、受発光素子１１、１２と、筐体１３と、によって構成されている。
【００５９】
光合分波器１０は、第１〜３光導波路コア１〜３と、波長選択フィルタ４と、を有した実施例１の光合分波器を、クラッド５で封止した構造である。受発光素子１１は、波長λ１の光を放射するマルチモード面発光レーザと、波長λ１の光を受光するフォトダイオードとを一体化したパッケージである。受発光素子１２は、波長λ２の光を放射するＬＥＤと、波長λ２の光を受光するフォトダイオードとを一体化したパッケージである。受発光素子１１は、光合分波器１０の第１光導波路コア１の入力端１ａに接続されており、受発光素子１２は、光合分波器１０の第３光導波路コア３の出力端３ａに接続されている。
【００６０】
光合分波器１０の第２光導波路コア２の入出力端２ａには、光ファイバ１４が接続されており、光ファイバ１４を介して第２光導波路コア２に波長λ２の光が入射され、第２光導波路コア２から波長λ１の光が光ファイバ１４に入射される。
【００６１】
光合分波器１０、受発光素子１１、１２は、筐体１３の内部に納められ、固定されている。
【００６２】
この実施例２の光送受信モジュールでは、１芯の光ファイバ１４によって、波長λ１の光信号の送信と、波長λ２の光信号の受信とを行うことができる。ここで、光合分波器１０として、実施例１と同一構造のものを用いているため、受発光素子１１から放射される波長λ１の光の光合分波器１０における分岐部分での放射損失が低減されている。また、受発光素子１１の発振モードが動作温度の変化によって高次モードに移行し、伝搬モードが変化したとしても、光合分波器１０は放射損失の伝送モード依存性が軽減されているため、放射損失がばらつくことがない。したがって、実施例２の光送受信モジュールを用いれば、通信特性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の光合分波器および光送受信モジュールは、一芯双方向の光通信システムに用いることができ、特にホームネットワークや車載ＬＡＮなどに応用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：第１光導波路コア
２：第２光導波路コア
３：第３光導波路コア
４：波長選択フィルタ
１０：光合分波器
１１：発光素子
１２：受光素子
１３：筐体
１４：光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択フィルタを挟んで光導波路コアが分岐された光合分波器に関するものであり、特に放射損失が低減され、伝送モードによる損失のばらつきが低減された光合分波器に関する。また本発明は、その光合分波器を用いた光送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、波長選択フィルタを挟んでＹ字型やＴ字型に２分岐された光導波路から構成される光合分波器が知られている。そのような光合分波器は、たとえば特許文献１などに示されているように、自己形成光導波路の技術を用いて作製することができる。これは、液状の光硬化性樹脂に光ファイバ等を介して光をビーム状に照射し、光硬化性樹脂を自己集光的に硬化させ、軸状の光導波路コアを形成する方法である。
【０００３】
また、光導波路コアの形状をアップテーパ形状やダウンテーパ形状に形成する方法が特許文献２に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２６６６０
【特許文献２】特開２００８−８３４４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、光合分波器の分岐部分では、その構造上、一部の光が導波路の外部に放射漏れして損失が発生することは避けられない。
【０００６】
また、従来の自己形成自己導波路技術による光合分波器では、挿入損失が大きく、この挿入損失が光伝送モード（入射してくる光の角度分布に相当）に対して異なる特性を有している。損失は高次モード（入射角度の大きい光成分を多く含む状態）になるほど大きくなる作用があり、入射光の光伝送モードに依存して損失が変動してしまう。
【０００７】
また、上記光合分波器を用いた光送受信モジュールを作製する場合、低コスト化の観点から、マルチモード面発光レーザを使用したい。しかし、マルチモード面発光レーザは発振モード（出射光の角度分布）が環境温度によって変化し、光合分波器における損失も変動してしまう。また、マルチモード面発光レーザは素子特性にもばらつきがあり、これによる損失の変動もある。
【０００８】
また、光導波路コアの形状をテーパ形状として損失を低減する方法は、波長選択フィルタを挟んだＹ字型やＴ字型に２分岐された光導波路により構成される光合分波器に適用された例がない。
【０００９】
そこで本発明の目的は、損失が小さく、光伝送モードの違いによる損失のばらつきが低減された、新規な構造の光合分波器を実現することである。また、その光合分波器を用いた光送受信モジュールを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、第１波長の光を透過し、第２波長の光を反射する波長選択フィルタと、波長選択フィルタの一方の面に接続され、第１波長の光を波長選択フィルタに導く第１光導波路コアと、波長選択フィルタの他方の面に接続され、第２波長の光を波長選択フィルタに導き、第１光導波路コアに入力され波長選択フィルタを透過した第１波長の光を出力側に導く第２光導波路コアと、波長選択フィルタの他方の面に接続され、波長選択フィルタによって反射された第２波長の光を出力側に導く第３光導波路コアとを備え、第１光導波路コアの波長選択フィルタにおける径が、第２光導波路コアの波長選択フィルタにおける径よりも小さいことを特徴とする光合分波器である。
【００１１】
第１〜３光導波路コアは、たとえば光硬化性樹脂の硬化物で構成することができる。
【００１２】
第２光導波路コアは、波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第にコア径が小さくなるようなテーパー形状に形成されていることが望ましい。第２光導波路コアの入出力端におけるコア径を大きくできない場合に、このようなテーパー形状とすることで放射損失をより低減することができるからである。また、第２光導波路コアを上記のようなテーパー形状とする場合であって、第３光導波路コアの出力端におけるコア径を大きくできない場合には、第３光導波路コアは、波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に径が小さくなるようなテーパー形状に形成されていることが望ましい。第２光導波路コアを上記のようなテーパー形状とすることによる、第３光導波路コアの出力端側への挿入損失の悪化を防止することができるからである。また、第１光導波路コアについても、波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第にコア径が小さくなるようなテーパー形状に形成されていることが望ましい。これは、波長選択フィルタに入射する光の伝送モードの拡がりがコアを直線状とする場合に比べて狭くなり、高次モードになるにつれて大きくなる挿入損失の伝送モード依存性を緩和することができるからである。
【００１３】
第１光導波路コアの光軸は、第２光導波路コアの光軸に対して、第３光導波路コアから遠ざかる方向にずれていることが望ましい。放射損失をより低減することができるからである。
【００１４】
波長選択フィルタや第１〜３光導波路コアは、クラッドにより封止されていてもよい。クラッド材もまた、光硬化性樹脂を硬化させた硬化物であってもよい。
【００１５】
また、本発明の光合分波器は、Ｙ字型、Ｔ字型などの３つの光導波路コアを有する構造だけでなく、第３光導波路コアの延長上であって波長選択フィルタの第１光導波路コア接続側の面に接続する第４の光導波路コアをさらに有したＸ字型あるいは十字型の４つの光導波路コアを有する構造であってもよい。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、第２光導波路コアは、そのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする光合分波器である。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第３光導波路コアは、そのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする光合分波器である。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第１光導波路コアは、そのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする光合分波器である。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第２光導波路コアの光軸に対して、第１光導波路コアの光軸は、第３光導波路コアから遠ざかる方向にずれていることを特徴とする光合分波器である。
【００２０】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、第１光導波路コア、第２光導波路コア、および第３光導波路コアは、光硬化性樹脂の硬化物であることを特徴とする光合分波器である。
【００２１】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明の光合分波器と、第１光導波路コアに接続され、第１波長の光を発光する発光素子と、第３光導波路コアに接続され、第２波長の光を受光する受光素子と、を備えることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００２２】
第８の発明は、第７の発明において、発光素子は、マルチモード面発光レーザであることを特徴とする光送受信モジュールである。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によると、第１光導波路コアから波長選択フィルタを透過して第２光導波路コアへ入射する第１の波長の光のスポットが、相対的に小さくなる。そのため、光導波路の分岐部分において、入射角度の大きな光成分が外部に放射されてしまう割合が減少し、放射損失を低減することができる。その結果、放射損失の伝送モード依存性を効果的に低減することができる。また、光導波路がこのような構造であっても、第２の波長の光が第２光導波路コアに入射されて波長選択フィルタにより反射され、第３光導波路コアから放射される場合の光損失が悪化してしまうことはない。
【００２４】
また、第２の発明によると、第２光導波路コアの入出力端におけるコア径を大きくできない場合でも、第２光導波路コアの形状を、第２光導波路コアのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなるようなテーパー形状とすることで、放射損失の低減を図ることができる。また、第３の発明によると、第３光導波路コアの出力端におけるコア径を大きくできない場合であっても、第３光導波路コアの形状を、第３光導波路コアのコア径が波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなるようなテーパー形状とすることで、放射損失の低減を図ることができる。
【００２５】
また、第４の発明によると、入射角度の大きい光成分の挿入損失が低減され、損失の伝送モード依存性を緩和することができる。
【００２６】
また、第５の発明によれば、光導波路の分岐部分での放射損失をさらに低減することができる。
【００２７】
また、第６の発明のように、本発明の第１〜３光導波路コアは光硬化性樹脂の硬化物で構成することができ、容易かつ安価に製造することができる。
【００２８】
また、第７の発明の光送受信モジュールは、光合分波器として第１〜６の発明を用いているため、発光素子の発振モードが温度変化などによって変動し、光伝送モードが変動したとしても、損失の伝送モード依存性は軽減されており、通信特性に優れている。特に第８の発明のように、発光素子として発振モードの温度依存性が大きなマルチモード面発光レーザを用いることができ、光送受信モジュールの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の光合分波器の構成を示した図。
【図２】コア径に対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図３】光軸のずれに対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図４】入射角度に対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図５】入射角度に対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図６】第１光導波路コア１の長さに対する挿入損失の依存性を示したグラフ。
【図７】実施例２の光送受信モジュールの構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、実施例１の光合分波器の構成を示した図である。光合分波器は、第１〜３光導波路コア１〜３と、波長選択フィルタ４と、により構成されている。第１光導波路コア１が、波長選択フィルタ４を介して第２光導波路コア２と第３光導波路コア３に分岐したＹ字型の分岐構造である。
【００３２】
第１光導波路コア１は、波長選択フィルタ４の一方の面４ａに接続しており、波長選択フィルタ４の面４ａに対して第１光導波路コア１の光軸Ｌ１が６０°を成している。第１光導波路コア１には、波長λ１の光が入力端１ａに入射され、波長選択フィルタ４にその光を導く。なお、第１光導波路コア１の直径Ｄｂはその光軸Ｌ１方向に一定の直線状であってもよいが、波長選択フィルタ４に向かうにつれて第１光導波路コア１の直径が次第に大きくなるようなテーパー形状（すなわち、波長選択フィルタ４における第１光導波路コア１の直径をＤｂ’として、Ｄｂ’＞Ｄｂとなるテーパー形状）とすることが望ましい。このようなテーパー形状とすれば、波長選択フィルタ４へ入射する光の伝送モードの拡がりが、直線状とする場合に比べて狭くなり、高次モードになるにつれて大きくなる挿入損失の伝送モード依存性が緩和されることで、高次モードでの挿入損失を低減することができるからである。
【００３３】
波長選択フィルタ４は、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射する特性を有している。第１光導波路コア１を介して波長選択フィルタ４の一方の面４ａから入射した波長λ１の光は透過し、第２光導波路コア２を介して波長選択フィルタ４の他方の面４ｂから入射した波長λ２の光は、反射される。
【００３４】
第１光導波路コア１は、波長選択フィルタ４を挟んで、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３に分岐しており、第２、３光導波路コア２、３は波長選択フィルタ４の他方の面４ｂに接続している。第２光導波路コア２の光軸Ｌ２は、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１に平行であり、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１と同様に波長選択フィルタ４の面４ｂに対して６０°を成している。また、第３光導波路コア３の光軸Ｌ３は、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対して６０°を成している。これら第１〜３光導波路コア１〜３の光軸Ｌ１〜３は、いずれも１平面内に含まれている。
【００３５】
第２光導波路コア２および第３光導波路コア３の波長選択フィルタ４における直径Ｄａ’、Ｄｃ’（Ｄａ’＝Ｄｃ’）は、第１光導波路コア１の波長選択フィルタ４における直径Ｄｂ’よりも大きい。
【００３６】
また、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３の直径は、波長選択フィルタ４から遠ざかるにつれて次第に小さくなっており、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３はテーパー形状を有している。第２光導波路コア２をこのようなテーパー形状とすることで、波長選択フィルタ４側から第２光導波路コア２の入出力端２ａ側へ向かう波長λ１の光の挿入損失の悪化を防止している。また、第２光導波路コア２をテーパー形状としたことによる第３光導波路コア３の出力端３ａ側への挿入損失の悪化は、第３光導波路コア３をテーパー形状とすることによって防止している。
【００３７】
また、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１は、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対して、第３光導波路コア３から遠ざかる方向にずれている。このように第１光導波路コア１の光軸Ｌ１を第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対してずらすことで、分岐部分における放射損失を低減することができる。
【００３８】
第１光導波路コア１、第２光導波路コア２、第３光導波路コア３はいずれも光硬化性樹脂の硬化物である。光硬化性樹脂を用いた自己形成光導波路の技術により、第１光導波路コア１、第２光導波路コア２、第３光導波路コア３を容易に形成することができる。任意のテーパー角を有した光導波路コアを自己形成光導波路の技術により形成するには、たとえば光ファイバを介して液状の光硬化性樹脂に硬化波長の光を照射する際に、光ファイバの入力端における光のモード分布を制御することにより可能である。このような自己形成光導波路の技術によれば、実施例１の光合分波器を容易かつ低コストに製造することができる。また、第１〜３光導波路コア１〜３は、光硬化性樹脂の硬化物からなるクラッド（図示しない）に覆われている。第１〜３光導波路コア１〜３の屈折率は１．５５、クラッドの屈折率は１．４６であり、導波路内での光の最大伝搬角は２０．２度である。
【００３９】
なお、自己形成光導波路の技術により実施例１の光合分波器を作製する場合、その製造工程の都合によりＹ字型ではなくＸ字型の分岐路となってしまう場合もある。たとえば第１光導波路コア１に入射した光が波長選択フィルタ４において反射されることで、または第３光導波路コア３から入射した光が波長選択フィルタ４を透過することで、自己形成光導波路コアが形成された場合には、Ｘ字型あるいは十字型に分岐することとなる。しかし、そのようなＸ字型、十字型の光合分波器においても、本発明の損失低減、伝送モード依存性の低減、の効果を得ることができる。
【００４０】
この実施例１の光合分波器は、第１光導波路コア１の入力端１ａに入射された波長λ１の光を、波長選択フィルタ４を透過させて第２光導波路コア２内を伝送させ、第２光導波路コア２の入出力端２ａから外部に出力させる動作と、第２光導波路コア２の入出力端２ａに入射された波長λ２の光を、波長選択フィルタ４によって反射させて第３光導波路コア３内を伝送させ、第３光導波路コア３の出力端３ａから外部に出力させる動作とを目的とするＹ字型分岐の光合分波器である。
【００４１】
この実施例１の光合分波器では、第１光導波路コア１の波長選択フィルタ４における直径Ｄｂ’を、第２光導波路コア２の直径Ｄａ’よりも小さくしているため、第１光導波路コア１を伝送して波長選択フィルタ４を透過した波長λ１の光の、第２光導波路コア２に入射する際のスポット径を小さくすることができる。そのため、入射角の大きい光成分が光導波路の分岐部分において外部へと放射される割合が減少し、第２光導波路コア２へと入射する光成分が増加するので、放射損失が低減される。その結果、第１光導波路コア１に入射される波長λ１の光の伝送モードが高次であっても、放射損失が低減され、放射損失の入射角依存性が低減される。
【００４２】
また、この実施例１の光合分波器の構造であっても、波長λ２の光が第２光導波路コア２の入出力端２ａに入射されて波長選択フィルタ４により反射され、第３光導波路コア３を伝送して出力端３ａから放射される場合の光損失が悪化してしまうことはない。
【００４３】
図２は、コア径に対する挿入損失の依存性をシミュレーションにより計算して求めた結果である。第１光導波路コア１の開口数（対空気）を０．５２とし、この開口数と一致するように最大伝搬角３１．４°（空気中から第１光導波路コア１へ入射した条件において）とする一様の角度分布の入射光（波長λ１）を第１光導波路コア１に入射させた場合を仮定した。第１〜３光導波路コア１〜３の屈折率は１．５５、クラッドの屈折率は１．４６であり、コア内での光の最大伝搬角は２０．２度である。また、第１光導波路コア１の直径Ｄｂは一定とした。また、第１光導波路コア１の長さは１．７ｍｍ、第２光導波路コア２の長さは２．７ｍｍ、第３光導波路コアの長さは２．３ｍｍとし、Ｄａ＝Ｄｂ＝０．２ｍｍとした。図２のグラフにおいて、横軸は、第１光導波路コア１の入力端１ａにおける直径Ｄｂと、第２光導波路コア２の光入出力端２ａでの直径Ｄａとの比Ｄｂ／Ｄａである。また、縦軸は挿入損失である。また、菱形でプロットされた曲線は、第２光導波路コア２の波長選択フィルタ４での直径Ｄａ’とＤａとの比Ｄａ’／Ｄａが１の場合、すなわち、第２光導波路コア２の直径が一定の場合である。また、正方形でプロットされた曲線は、比Ｄａ’／Ｄａが１．４の場合、正三角形でプロットされた曲線は、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５の場合である。
【００４４】
この図２から、比Ｄａ’／Ｄａの値によらず、比Ｄｂ／Ｄａが０．５までは、比Ｄｂ／Ｄａの減少に伴い挿入損失も単調に減少し、比Ｄｂ／Ｄａが０．５よりも小さくなると、比Ｄｂ／Ｄａが減少しても挿入損失はほぼ一定である。したがって、比Ｄｂ／Ｄａが１である従来の光合分波器に比べて、比Ｄｂ／Ｄａが１よりも小さい実施例１の光合分波器の方が挿入損失を低減できていることがわかる。また、比Ｄａ’／Ｄａを１とした場合よりも、比Ｄａ’／Ｄａを１．２５または１．４とした場合の方が、挿入損失を低減できることがわかる。
【００４５】
図３は、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１を、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２からずらした場合の挿入損失の依存性をシミュレーションにより計算して求めた結果である。シミュレーションの条件は、図２のグラフの場合と同様の条件である。図３のグラフにおいて、横軸は、第１光導波路コア１の入力端１ａにおける直径Ｄｂに対するΔｙの比（以下、ずれ量とする）Δｙ／Ｄｂを示している。ここでΔｙは、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２および第３光導波路コア３の光軸Ｌ３が成す平面内において、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に垂直な方向での、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１と第２光導波路コア２の光軸Ｌ２との距離の差を示し、第３光導波路コア３から遠ざかる方向をΔｙの正方向とする。また、縦軸は挿入損失である。図３において、菱形でプロットされた曲線は、比Ｄａ’／Ｄａが１の場合であり、正三角形でプロットされた曲線は、１．２５の場合である。
【００４６】
この図３から、ずれ量Δｙ／Ｄｂが大きいほど挿入損失を低減することができ、特にずれ量Δｙ／Ｄｂが正の値となるように光軸をずらすことで、挿入損失を大きく低減できることがわかる。
【００４７】
図４は、入射光の角度による挿入損失の依存性を、シミュレーションにより計算して求めた結果である。横軸は、第１光導波路コア１に入射する入射光の角度を示しており、縦軸は挿入損失である。比Ｄａ’／Ｄａは、それぞれ１、１．２５、１．４、とし、比Ｄｂ’／Ｄｂは、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５の場合のみ０．５、または１とし、それ以外では１とした。また、ずれ量Δｙ／Ｄｂは０である。その他のシミュレーション条件は、図２の場合と同様であり、コア内での光の最大伝搬角は２０．２度である。
【００４８】
この図４の結果から、比Ｄａ’／Ｄａを調整することで、挿入損失の角度依存性を調整できることがわかる。これは、言い換えれば、テーパー形状である第２光導波路コア２のテーパー角を調整することで、挿入損失の角度依存性を調整することができるということである。特に低次モード側の挿入損失に注目すると、比Ｄａ’／Ｄａおよび比Ｄｂ’／Ｄｂを１とする従来の構造では、入射角度が４°前後の光に対して約２ｄＢの挿入損失ピークがあるのに対して、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５で比Ｄｂ’／Ｄｂを１とする場合には、挿入損失は約０．３ｄＢ、比Ｄａ’／Ｄａが１．４で比Ｄｂ’／Ｄｂを１とする場合には挿入損失はほとんどない。このように、第２光導波路コア２のテーパー形状によって、低次側の伝送モードの挿入損失を効果的に低減できることがわかる。一方、比Ｄａ’／Ｄａが１．２５で比Ｄｂ’／Ｄｂを１．２５とする場合、つまり第２光導波路コア２だけでなく第１光導波路コア１もテーパー形状とした場合には、入射角度が４°前後の光に対する挿入損失ピークは角度シフトしている程度で損失の大きな改善は見られないが、入射角度１３〜１８°付近の高次モード側の挿入損失がほとんど見られないことがわかる。これは、第１光導波路コア１を波長選択フィルタ４に向かうにつれて直径が次第に大きくなるようなテーパー形状とすることによって、波長選択フィルタ４へ入射する光の伝送モードの拡がりが、直線状とする場合に比べて狭くなり、高次モードになるにつれて大きくなっていた挿入損失の伝送モード依存性が緩和された、と理解できる。
【００４９】
以上、図４から、第１光導波路コア１および第２光導波路コア２のテーパー形状を調整することで、任意の伝送モード分布を有する入射光に対して挿入損失が低くなるよう伝送モード依存性を調整することができることがわかる。
【００５０】
図５もまた、図４と同様のシミュレーションにより、入射光の角度による挿入損失の依存性を求めた結果である。ただし、Ｄａ’／Ｄａを１．２５、ずれ量Δｙ／Ｄｂを０．５、Ｄｂ’／Ｄｂを１または１．５、Ｄａ＝０．２ｍｍ、Ｄｂ＝０．１ｍｍとし、それ以外は図４と同様のシミュレーション条件としている。
【００５１】
この図５の結果から、上記のように比Ｄａ’／Ｄａ、ずれ量Δｙ／Ｄｂ、比Ｄｂ’／Ｄｂを設定することで、０〜１５°までの範囲において挿入損失をほとんど０とすることができ、伝送モード依存性を解消することができることがわかる。この図５の結果と、挿入損失のずれ量Δｙ／Ｄｂに対する依存性を示した図３とを比較すると、ずれ量Δｙ／Ｄｂを大きくすることによる挿入損失の低減は、主として低次モード側の挿入損失の低減によるものであることが分かる。また、ずれ量Δｙ／Ｄｂを０とした図４の結果と比較すると、広範囲に損失を低減できたのは、ずれ量Δｙ／Ｄｂ＞０となるよう光軸をずらした効果であることがわかる。さらに、Ｄｂ’／Ｄｂを１．５として第１光導波路コア１をテーパー形状とする効果を加えることによって、０〜２０°の非常に広い範囲において挿入損失はほとんど０とし、伝送モード依存性を解消することができている。これは前述のように、伝送モードの拡がりが狭くなり、高次モードの挿入損失が低減されたためである。
【００５２】
これら図２〜５に示された結果から、波長選択フィルタ４での第１光導波路コア１に対する第２光導波路コア２の直径の比Ｄｂ’／Ｄａ’、第１光導波路コア１および第２光導波路コア２のテーパー形状、第１光導波路コア１と第２光導波路コア２の光軸のずれ量Δｙ／Ｄｂを調整することで、挿入損失値、および伝送モード依存性を効果的に低減することができることがわかる。そのため、温度変化に伴う発光モード変化の大きいマルチモード型面発光レーザと組み合わせて用いる場合に、実施例１の光合分波器は特に有効である。
【００５３】
図６は、挿入損失の第１光導波路コア１の長さに対する依存性を、シミュレーションにより求めた結果である。第１光導波路コア１の直径Ｄｂは一定（Ｄｂ＝Ｄｂ’）とした。また、第２光導波路コア２の長さは２．７ｍｍ、第３光導波路コア３の長さは２．３ｍｍ、ずれ量Δｙ／Ｄｂは０、Ｄｂ／Ｄａは１または０．５、Ｄａ’／Ｄａは１、１．２５、１．４のいずれかとし、それ以外の条件は図２と同様のシミュレーション条件とした。
【００５４】
図６の結果から、第１光導波路コア１の長さが実用的な範囲（１ｍｍ以上）において、Ｄａ’＞Ｄｂ’とすることで挿入損失を低減することができていることがわかる。第１光導波路コア１が長くなるほど、第２光導波路コア２へ入射する光の伝送モードが一様化し、挿入損失の低減効果に対する第１光導波路コア１の長さの依存性が低くなることがわかる。
【００５５】
なお、実施例１の光合分波器では、第２光導波路コア２と第３光導波路コア３が６０°を成したＹ字型の分岐であるが、必ずしも６０°である必要はなく、任意の角度であってよい。たとえば、９０°を成したＴ字型の分岐であってもよい。
【００５６】
また、実施例１の光合分波器では、第２光導波路コア２および第３光導波路コア３を、波長選択フィルタ４から遠ざかるにつれて細くなるテーパー形状としたが、必ずしもそのようなテーパー形状とする必要はなく、第１光導波路コア１と同様に一様な太さとしてもよい。ただし、第２光導波路コア２の入出力端２ａにおける直径Ｄａや、第３光導波路コア３の出力端３ａにおける直径Ｄｃを大きくできない場合には、第２光導波路コア２および第３光導波路コア３の波長選択フィルタ４における直径Ｄａ’、Ｄｃ’を大きくしてテーパー形状とすることにより、損失の悪化を防止することができる。
【００５７】
また、実施例１の光合分波器では、第１光導波路コア１の光軸Ｌ１を、第２光導波路コア２の光軸Ｌ２に対して、第３光導波路コア３から遠ざかる方向にずらしているが、必ずしもずらす必要はなく、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２を一致させてもよい。ただし、上記のように光軸Ｌ１をずらす方が、損失をより低減することができるため望ましい。
【実施例２】
【００５８】
図７は、実施例２の光送受信モジュールの構成を示した図である。光送受信モジュールは、光合分波器１０と、受発光素子１１、１２と、筐体１３と、によって構成されている。
【００５９】
光合分波器１０は、第１〜３光導波路コア１〜３と、波長選択フィルタ４と、を有した実施例１の光合分波器を、クラッド５で封止した構造である。受発光素子１１は、波長λ１の光を放射するマルチモード面発光レーザと、波長λ１の光を受光するフォトダイオードとを一体化したパッケージである。受発光素子１２は、波長λ２の光を放射するＬＥＤと、波長λ２の光を受光するフォトダイオードとを一体化したパッケージである。受発光素子１１は、光合分波器１０の第１光導波路コア１の入力端１ａに接続されており、受発光素子１２は、光合分波器１０の第３光導波路コア３の出力端３ａに接続されている。
【００６０】
光合分波器１０の第２光導波路コア２の入出力端２ａには、光ファイバ１４が接続されており、光ファイバ１４を介して第２光導波路コア２に波長λ２の光が入射され、第２光導波路コア２から波長λ１の光が光ファイバ１４に入射される。
【００６１】
光合分波器１０、受発光素子１１、１２は、筐体１３の内部に納められ、固定されている。
【００６２】
この実施例２の光送受信モジュールでは、１芯の光ファイバ１４によって、波長λ１の光信号の送信と、波長λ２の光信号の受信とを行うことができる。ここで、光合分波器１０として、実施例１と同一構造のものを用いているため、受発光素子１１から放射される波長λ１の光の光合分波器１０における分岐部分での放射損失が低減されている。また、受発光素子１１の発振モードが動作温度の変化によって高次モードに移行し、伝搬モードが変化したとしても、光合分波器１０は放射損失の伝送モード依存性が軽減されているため、放射損失がばらつくことがない。したがって、実施例２の光送受信モジュールを用いれば、通信特性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の光合分波器および光送受信モジュールは、一芯双方向の光通信システムに用いることができ、特にホームネットワークや車載ＬＡＮなどに応用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：第１光導波路コア
２：第２光導波路コア
３：第３光導波路コア
４：波長選択フィルタ
１０：光合分波器
１１：発光素子
１２：受光素子
１３：筐体
１４：光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光を透過し、第２波長の光を反射する波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタの一方の面に接続され、第１波長の光を前記波長選択フィルタに導く第１光導波路コアと、
前記波長選択フィルタの他方の面に接続され、第２波長の光を前記波長選択フィルタに導き、前記第１光導波路コアに入力され前記波長選択フィルタを透過した第１波長の光を出力側に導く第２光導波路コアと、
前記波長選択フィルタの他方の面に接続され、前記波長選択フィルタによって反射された第２波長の光を出力側に導く第３光導波路コアと、
を備え、
前記第１光導波路コアの前記波長選択フィルタにおける径が、前記第２光導波路コアの前記波長選択フィルタにおける径よりも小さいことを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
前記第２光導波路コアは、そのコア径が前記波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
【請求項３】
前記第３光導波路コアは、そのコア径が前記波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光合分波器。
【請求項４】
前記第１光導波路コアは、そのコア径が前記波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項５】
前記第２光導波路コアの光軸に対して、前記第１光導波路コアの光軸は、前記第３光導波路コアから遠ざかる方向にずれていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項６】
前記第１光導波路コア、前記第２光導波路コア、および前記第３光導波路コアは、光硬化性樹脂の硬化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光合分波器と、
前記光合分波器の前記第１光導波路コアに接続され、第１波長の光を発光する発光素子と、
前記光合分波器の前記第３光導波路コアに接続され、第２波長の光を受光する受光素子と、
を備えることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項８】
前記発光素子は、マルチモード面発光レーザであることを特徴とする請求項７に記載の光送受信モジュール。
【請求項１】
第１波長の光を透過し、第２波長の光を反射する波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタの一方の面に接続され、第１波長の光を前記波長選択フィルタに導く第１光導波路コアと、
前記波長選択フィルタの他方の面に接続され、第２波長の光を前記波長選択フィルタに導き、前記第１光導波路コアに入力され前記波長選択フィルタを透過した第１波長の光を出力側に導く第２光導波路コアと、
前記波長選択フィルタの他方の面に接続され、前記波長選択フィルタによって反射された第２波長の光を出力側に導く第３光導波路コアと、
を備え、
前記第１光導波路コアの前記波長選択フィルタにおける径が、前記第２光導波路コアの前記波長選択フィルタにおける径よりも小さいことを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
前記第２光導波路コアは、そのコア径が前記波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
【請求項３】
前記第３光導波路コアは、そのコア径が前記波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光合分波器。
【請求項４】
前記第１光導波路コアは、そのコア径が前記波長選択フィルタから遠ざかるにつれて次第に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項５】
前記第２光導波路コアの光軸に対して、前記第１光導波路コアの光軸は、前記第３光導波路コアから遠ざかる方向にずれていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項６】
前記第１光導波路コア、前記第２光導波路コア、および前記第３光導波路コアは、光硬化性樹脂の硬化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光合分波器。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光合分波器と、
前記光合分波器の前記第１光導波路コアに接続され、第１波長の光を発光する発光素子と、
前記光合分波器の前記第３光導波路コアに接続され、第２波長の光を受光する受光素子と、
を備えることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項８】
前記発光素子は、マルチモード面発光レーザであることを特徴とする請求項７に記載の光送受信モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２０３５９９（Ｐ２０１１−２０３５９９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２１６４（Ｐ２０１０−７２１６４）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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