JP3784701B2 - 光回路部材および光トランシーバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は波長分割多重方式光通信システムに関するものである。より具体的には、本願発明は、特に特定の所望波長の光を透過し残りの所望の波長の光を反射するフィルタを利用した光回路部材、光合分波器、及び光トランシーバなどに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ）方式は、少なくとも波長が異なる複数のレーザと、それらを一つに束ねて光ファイバへ入力する光合波器と、光ファイバから出力した波長多重光を波長分離する光分波器と、複数のフォトダイオードで構成される。ＷＤＭ方式では、波長多重数を増やすことにより、容易に光ファイバの大容量化が可能である。近年、ＷＤＭ方式による大容量化は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の様なローコストシステムへも適用され始めている。この為、光合分波器は小型化、ローコスト化が要求されている。
【０００３】
この様な光合分波器の従来技術としては、特定の波長を透過し残りの波長を反射するフィルタを利用する方式が、比較的簡素な構成で小型、ローコストにできるので、良く知られている。
【０００４】
最も良く知られているのは、透過波長の異なるフィルタを波長多重数分用意し、ジグザグ型の光路を使って順に分波する方法である。この方法は、例えば、米国特許第５８９４５３５号明細書、米国特許６１９８８６４号明細書、米国特許６２０１９０８号明細書、特開平１１-１８３７４１号公報などに見られる。
又、波長チャネル毎に異なる角度でフィルタに入射させる方法も提案されている。この例は、例えば米国特許第５８０８７６３号明細書、特開平７−４９４３０号公報、特開平５−２０３８３０号公報、特開平１０−４８４３９号公報に見られる。これは、フィルタへの入射角θを大きくすると、透過波長が短波側にシフトする特性を利用したものである。即ち、波長チャネル毎に入射角θを変えることで透過波長を変えることができる。従って、フィルタは１つだけで済み、前記方法よりも構成を簡素化できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の目的は、波長チャネル毎に異なる角度でフィルタに入射させる方法において、使用波長範囲を広くしても、小型化を両立できる光回路部材を提供することにある。又、本願発明の別な課題は、広範囲の使用波長域なる光回路部材の高生産性を確保せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明の光回路部材、その代表例たる光合分波器は、次のように構成される。尚、以下の説明は光分波器の例をもって説明するが、光の入射側を反対側とすることによって、光合波器として動作させることが出来る。即ち、本願の光回路部材は、特定の所望波長の光を透過し、残りの波長を反射するフィルタと、当該波長を反射するミラーと、平面光波回路とを有する。通例、この平面光波回路は、前記フィルタとミラーとを挿入可能な２本の溝を備える。
【０００７】
そして、前記平面光波回路の有する光導波路は、平面光波回路の端面から入射した波長多重光を特定の角度で前記フィルタへ導く入射部（第１の部分）と、前記フィルタからの反射光を前記ミラーにより再び前記フィルタに導くことを繰り返す多重反射部（第２の部分）と、前記フィルタからの透過光を端面へ導く出射部（第３の部分）とからなる。前記多重反射部におけるフィルタへの入射角が少なくとも２種類ある。そして、通例、フィルタの数が波長多重数よりも少ない光合分波器として用いられる。
【０００８】
前記多重反射部に、いわゆる曲がり光導波路を設け、前記フィルタと前記ミラーとを実質的に平行に配置する。このフィルタとミラーとを実質的に平行に配置することが可能なことが、本願発明の大きな利点である。尚、曲がり光導波路については後述する。
【０００９】
本願発明の代表的な形態を光通路に即して次のようにも述べることが出来る。即ち、所望の波長域の波長の光を透過し且つ他の所望の波長域の光を反射する特性を有するフィルタと、ミラーと、第１の光通路、第２の光通路、及び複数の第３の光通路とを有し、前記フィルタは、第１の光通路に対向して設けられ、前記フィルタからの反射光を受ける側に、当該フィルタと前記ミラーとが前記第２の光通路を挟んで実質的に平行に配置され、前記フィルタと前記ミラーとの間で前記第２の光通路を介して相互反射が可能であり、前記フィルタに対して前記第２の光通路とは反対側に、前記第１の光通路の前記フィルタに達する光通路の位置、及び前記フィルタと前記ミラーとの間に設けられた前記第２の光通路が前記フィルタに達する光通路の位置の各々に対応して各々第３の光通路が配置され、前記第２の光通路は曲がり光導波路で構成し且つ前記第２の光通路の前記フィルタへの入射角が少なくとも２種類あることを特徴とする光回路部材である。
【００１０】
尚、本願発明はその光の入射側によって、光分波器としても、光合波器としても用いることが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜基本構成の説明＞
図１は、本願発明の実施の一形態として、４波長を分離する光分波器の例の上面図である。入射光２０はλ１〜λ４からなる４波長多重光の例である。光分波器本体は、溝２、溝３を設けられた平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｅｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１と、そこに挿入されるフィルタ１０及びミラー１１で構成される。ＰＬＣ１には光導波路７が形成されている。平面光波回路、フィルタ、及びミラー自体は通例のもので十分である。例えば、平面光波回路は光導波路にて構成される。この光導波路は、無機材料、例えばガラス、或いは有機高分子樹脂を用いても構成することが出来る。尚、図２において、符号１にてこの平面光波回路の全体を例示し、この内部に光導波路７が設けられる。この図では光導波路７はそのコア部分を示している。そして、このコア部分はクラッド部分で埋設されている。概略で述べれば、符号１で示された箱型領域のコア部分７以外はクラッド材料で構成されている。勿論、この平面光波回路の具体的構成はこの例に限られるものではない。
【００１２】
その光導波路パタンは、入射光２０を特定の角度でフィルタ１０へ導く入射部４と、フィルタ１０からの反射光をミラー１１により再びフィルタ１０に導くことを繰り返す多重反射部５と、フィルタ１０からの透過光を端面へ導く出射部６で構成されている。
【００１３】
図２は、図１の光分波器の斜視図である。これを参照して、上記構成の作製方法について説明する。
【００１４】
まず、シリコンやガラスで構成されるウエハ８に、ガラス材料またはポリマ材料を積層させ、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、入射部４、多重反射部５、出射部６の導波路パタンを形成することで、ＰＬＣ１を作製する。この段階では、一つのウエハに複数の光分波器が形成される。続いて、ダイシングソウを用いて溝２、溝３を形成する。その後、再びダイシングソウを用いて、個々の素子（即ち、図２の形状）に切り離す。最後に、フィルタ１０、ミラー１１を溝２、溝３に挿入し、接着剤で固定する。
ここで溝２、溝３の溝幅、およびフィルタ１０、ミラー１１の厚さは、光導波路７の寸断に伴う過剰損失を極力抑制する為、２０μｍ程度にすることが望ましい。即ち、ダイシングブレードは、市販品で刃厚がこの値であるものを用いれば良く、フィルタ１０は市販の、ポリイミド上に積層した極薄タイプを用いれば良い。ミラー１１も、フィルタ１０と同種構造で、当該波長（λ１〜λ４）を全て反射するものを用いれば良いし、ポリイミド上に金（Ａｕ）やアルミニウム（ＡＬ）等金属材料を蒸着することでも、容易に実現できる。
【００１５】
本願発明では、多重反射部５に曲がり導波路を設けることにより、フィルタ１０への入射角θを順にθａ、θｂ、θｃ、θｄに変える。尚、図１を参酌すれば、この角度の取り方が十分理解されるであろう。具体的には、θａ＝７．５°、θｂ＝１４．３°、θｃ＝１８．７°、θｄ＝２２．３°に設定することで、１３５０ｎｍ（λ１）、１３２５ｎｍ（λ２）、１３００ｎｍ（λ３）、１２７５ｎｍ（λ４）の４波長多重光を分離することが出来る。
【００１６】
図３は、フィルタへの入射角θを変えた際の、フィルタの透過特性の変化について計算例である。高屈折率層（Ｈ）としてＴｉＯ₂（ｎ＝２．３、膜厚＝１４７．８ｎｍ）を、高屈折率層（Ｌ）としてＳｉＯ₂（ｎ＝１．４６、膜厚＝２３２．９ｎｍ）を用いた誘電体多層膜フィルタとした。その層構造はガラス（ＢＫ７）／ＨＬＨＬＨＬＨＬＨＬＬＨＬＨＬＨＬＨＬＨ／ガラス（ＢＫ７）とした。ＨとＬは、各々高屈折率層、高屈折率層の各層を示す。前述の図３では、横軸は波長、縦軸は透過率である。図の上部に示した角度は前記フィルタへの入射角θを示し、その下部の曲線が、これに対応した透過率の特性曲線である。図３中、実線と点線は、入射光の２つの偏波（入射面に対して平行なＰ波、及び垂直なＳ波）に対する各透過特性を表している。尚、偏波に関する問題は次の例で詳細に説明する。
【００１７】
図３によれば、入射角θ＝７．５°の時は透過波長が１３５０ｎｍであるが、入射角θ＝１４．３°にすると透過波長を１３２５ｎｍにすることができ、短波側にシフトできる。以下同様に入射角θ＝１８．７°で１３００ｎｍに、更に入射角θ＝２２．３°で１２７５ｎｍに、透過波長を短波側にシフトできる。
【００１８】
本願発明では、まずθａ＝７．５°とすることで、入射光２０の中で１３５０ｎｍ（λ１）の波長チャネルのみを透過させ、残りの波長チャネル（λ２〜λ４）を反射させる。続いてθｂ＝１４．３°とすることで１３２５ｎｍ（λ２）の波長チャネルのみを透過させ、残りの波長チャネル（λ３、λ４）を反射させる。以下同様に、θｃ＝１８．７°にすることで１３００ｎｍ（λ３）の波長チャネルのみを透過させ、残りの波長チャネル（λ４）を反射させ、θｄ＝２２．３°にすることで１２７５ｎｍ（λ４）の波長チャネルのみを透過させる。この様にして分離された各波長チャネルは、出射部６を通り端面へと出射される。
【００１９】
本願発明の第一の特徴は、曲がり導波路により入射角θを変えるので、フィルタ１０とミラー１１とは実質的に平行に配置できる点にある。この点により、溝２、溝３をウエハ状態で形成できるので、生産性を高める効果がある。
【００２０】
この効果について、従来技術と比較してより具体的に説明する。図４は、溝２、溝３形成時のウエハ状態を示している。３インチウエハに本願発明が１００個以上形成されている。
【００２１】
本願発明の構成に類似する従来技術に、特開平７−４９４３０号公報に記載された技術がある。これは、フィルタ１０とミラー１１に角度αをもたせた構成である。７５ｎｍの波長シフトをさせる場合、α〜２°にする必要がある。この場合、溝２、溝３をウエハ状態で形成することはできない。なぜなら、ウエハ上部から得られる素子（図４中のＵ点）と、ウエハ下部から得られる素子（図４中のＬ点）とでは、溝２と溝３の物理的間隔Ｘが変わるからである。この為、従来技術ではまず個々の素子に切り離した後に、個別に溝を形成する必要がある。溝形成に要する時間は、１枚のウエハ当り通常数日以上を要する難点があった。
【００２２】
これに対して本願発明では、溝２と溝３は実質的に平行であるので、ウエハ上部から得られる素子（図４中のＵ点）と、ウエハ下部から得られる素子（図４中のＬ点）とでは、溝２と溝３の物理的間隔Ｘが変わらずに済む。即ち、溝２、溝３をウエハ状態で形成できる。溝形成に要する時間は、１枚のウエハ当り１時間程度であり、生産性を高める効果がある。
【００２３】
ここで「実質的に平行」と表記したのは、現実の工程では、数学的意味での完全平行ではないとの意味合いである。材料、製造工程などによって現実的な形状が現出することは云うまでもない。本願発明の実施における、平行度の目安は概ね０．０１°以下である。この値によれば、Ｕ点とＬ点の距離を２インチとした時に、Ｕ点の素子における溝２、溝３の距離Ｘｕと、Ｌ点の素子における距離ＸＬとの差ΔＸ＝Ｘｕ−ＸＬを、形成許容誤差１０μｍ以下にできる。勿論、上記値は、光導波路のパラメータやウエハの大きさによって変わり得るが、同様の計算手法により算定することが出来る。
【００２４】
本願発明の第二の特徴は、曲がり導波路を多重反射構成で用いる点にある。この点により、入射角θを大きく変える場合であっても、曲がり導波路は隣接波長チャネルとの入射角度差分（例えば、θｄ−θｃ）で済むので、曲がり導波路を用いているにも関わらず、素子を小型にできる効果がある。この効果について、従来技術と比較してより具体的に説明する。
【００２５】
図１４は、理解を容易にする為、曲がり導波路を用いるこれまでの技術を参酌して、７５ｎｍの波長シフトをさせる場合を考察し図示したものである。分岐光導波路３０に続いて、曲がり導波路３１により、フィルタ３２への入射角をθａ〜θｄにしている。一般に「曲がり導波路」は、光導波路の伝播方向を緩やかに連続的に変える光導波路を指す。光導波路の比屈折率が０．３％の場合、放射損失を０．１ｄＢ以下にする為には、曲げ半径を２５ｍｍ以上にする必要がある。この時、例えばθｄ＝２２．３°にするまでに、曲がり導波路３１の距離は１０ｍｍ以上必要である。換言すれば、曲がり導波路３１の距離は入射角θの最大値に依存し、波長範囲が広い程、長い距離が必要になる構成となっている。分岐光導波路３０の長さは通常１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度が必要になるので（図は正確に描かれていない）、素子は３０ｍｍと大型になる問題があった。尚、本願発明では、光導波路に沿って複数の曲率を有する曲がり光導波路を用いることも当然可能である。即ち、本願の第２の光通路のフィルタへの入射角を少なくとも２種類になすことが肝要である。曲がり光導波路はこの為に極めて有用である。
【００２６】
これに対して、本願発明では、曲がり導波路を多重反射構成で用いるので、入射角度差分（例えばθｄ−θｃ）だけを曲げれば良く、曲がり導波路を短くできる。例えばθｄ＝２２．３°の場合でも、θｄ−θｃ＝３．６°であり、曲がり導波路の距離は１．５ｍｍにすることができる。即ち、本願発明によれば素子を小型にできるのである。
【００２７】
実際に図１を、光導波路の比屈折率０．３％のガラス系ＰＬＣで作製した結果、曲がり半径２５ｍｍであるにも関わらず、素子の大きさが５ｍｍであり、小型にできた。素子としての挿入損失はλ１（光路長が最も短い波長チャネル）が約１ｄＢ、λ４（光路長が最も長い波長チャネル）が約３ｄＢであった。損失内訳は、光ファイバとの結合損失が０．１ｄＢ／端面、溝３の透過損失０．１ｄＢ、フィルタの透過損失が０．５ｄＢ、フィルタ、ミラーによる反射損失が０．３ｄＢ／点、導波損失０．１ｄＢ／ｃｍであった。
【００２８】
また、この第二の特徴による小型化の効果は、１枚のウエハからとれる素子の個数を多くできることも意味しており、前記第一の特徴による効果に加え、更に生産性を高める効果もある。
【００２９】
以上、本願発明が小型、高生産性を両立できることが理解される。
【００３０】
上記では光分波器の例を述べたが、光の進行方向を逆にすることで、光合波器にすることができる。
【００３１】
又、上記では、光導波路がシングルモードの場合を述べたが、マルチモードでも同様の効果が得られる。
【００３２】
次の例は、フラットトップな透過特性を有するフィルタを用いた例である。本願発明のフィルタとして、図５の様なフラットトップな透過特性を有するものを用いると、偏波依存性の影響を小さくすることができる効果がある。図５も図３と同じ透過特性を示している。
【００３３】
まず、偏波依存性の影響について、図３を参照して説明する。図３中、実線と点線は、入射光の２つの偏波、即ち、各々入射面に対して平行なＰ波、及び垂直なＳ波、に対する各透過特性を表している。入射角θの絶対値が大きくなる程、透過特性の偏波依存性が大きくなっている。これは各薄膜の屈折率が偏波依存性を有しており、それが入射角の絶対値に比例して大きくなる為である。従って、特に波長範囲が広い場合に偏波依存性が問題となる。
【００３４】
例えばθｄ＝２２．３°では、入力波長が１２７５ｎｍである場合には入射光の偏波によらず、安定に波長分離を行なうことができる。しかし、ＬＡＮ等のローコストシステムにおけるＷＤＭ方式では、高価なペルチエ素子を用いないのが一般的である。この為、周囲温度が０℃〜７０℃変化すると、半導体レーザの温度依存性（〜０．１ｎｍ／℃）により、入力波長が７ｎｍ程度変化する。例えば、入力波長が１２８２ｎｍになった場合、θｄ＝２２．３°では入射光の偏波によって、透過光パワーが１０ｄＢも変動する為、受信に難点を生む。
【００３５】
図５は、フラットトップな透過特性を有するものの一例である。具体的には、高屈折率層（Ｈ）としてＴｉＯ₂（ｎ＝２．３、膜厚＝１４７．８ｎｍ）を、低屈折率層（Ｌ）としてＳｉＯ₂（ｎ＝１．４６、膜厚＝２３２．９ｎｍ）を用いた誘電体多層膜フィルタであって、層構造はガラス（ＢＫ７）／ＡＬＡＬＡ
／ガラス（ＢＫ７）、Ａ＝ＨＬＨＬＨＬＨＬＨＬＬＨＬＨＬＨＬＨＬＨとした時の計算例である。ここで、ＨとＬは、前述したように、各々高屈折率層、高屈折率層の各層を示す。この様なフィルタを用いることで、フラットトップ部分の重なる波長範囲までなら、入力波長の変化を許容することができ、前述の偏波に基づく難点を克服することが出来る。
【００３６】
尚、ここでフラットトップとは、上記の半導体レーザの温度依存性を参考に、１ｄＢ帯域幅が７ｎｍ以上であることが目安である。
【００３７】
更に、本願発明では、クロストークが許容できるのであれば、図６に示すように、最後の波長チャネル、即ち、光路長の最も長い波長チャネル、のみフィルタを挿入せず、多重反射部光導波路５から出射部光導波路６へ直接光結合する構成にすれば、上記の偏波依存性による影響を無くし、且つ最後の波長チャネルの過剰損を減らすことができる効果がある。
【００３８】
又、本願発明のフィルタは、上記の様な、ある波長を中心に透過し、ある波長から離れると反射するバンドパス・フィルタである必要は無い。例えば図１においては、ある波長未満は反射し、ある波長以上は透過する様な、エッジ型のフィルタであっても、同様の効果が得られる。
【００３９】
本願発明におけるＰＬＣ１としては、ガラス系であっても、ポリマ系であっても良い。ガラス系であれば、前述した様に、導波損失０．１ｄＢ／ｃｍ程度にできるので、導波による損失は殆ど無視できる。
【００４０】
一方、ポリマ系、特に近赤外領域において透明な、フッ素などのハロゲン化物で一部の水素を置換したポリイミド材料や、同様のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）材料である場合には、ガラス系に比べ一桁近く導波損失が大きい。特に、Ｃ−Ｈ結合による吸収により、１．４μｍ帯の導波損失が大きく無視できない。
【００４１】
そこで、ＰＬＣ１が上記材料で有る場合には、用いる波長帯域によって、光導波路のパターンを下記のごときものを選択することによって、導波による損失を無視可能な程度に小さくできる効果がある。
【００４２】
１．３μｍ帯の光分波器としては、図７（ａ）の光導波路パタンが、１．５μｍ帯の光分波器としては、図８（ａ）に示す導波路パタンが好ましい。図７及び図８は導波路パタンの例を示す平面図及び諸特性を示す図である。各図の（ａ）は導波路パタンの例を示す平面図、（ｂ）は波長と導波路損失との関係を示す図、（ｃ）は波長と導波路長との関係を示す図、及び（ｄ）は波長と導波による損失との関係を示す図である。
【００４３】
図７（ａ）は、１２７５ｎｍ（λ４）、１３００ｎｍ（λ３）、１３２５ｎｍ（λ２）、１３５０ｎｍ（λ１）の４波を波長分離する光分波器を表している。この場合、それぞれの導波損失は、図７（ｂ）に示す様に、０．３ｄＢ／ｃｍ（λ４）、０．３ｄＢ／ｃｍ（λ３）、０．５ｄＢ／ｃｍ（λ２）、１ｄＢ／ｃｍ（λ１）である。図７（ａ）の光導波路パタンの特徴は、導波損失の大きい波長チャネル、即ち１．４μｍに近い波長チャネル、の光路長を最短にしている点にある。即ち、図７（ｃ）に示す様に、それぞれ０．５ｃｍ（λ１）、０．９ｃｍ（λ２）、１．３ｃｍ（λ３）、１．８ｃｍ（λ４）となっている。従って、図７（ｄ）に示す様に、波長によらず導波による損失を０．５ｄＢ程度に小さくできる効果がある。
【００４４】
同様に、図８（ａ）は、１４７５ｎｍ（λ４）、１５００ｎｍ（λ３）、１５２５ｎｍ（λ２）、１５５０ｎｍ（λ１）の４波を波長分離する光分波器を表している。この場合、それぞれの導波損失は、図８（ｂ）に示す様に、１ｄＢ／ｃｍ（λ４）、０．５ｄＢ／ｃｍ（λ３）、０．３ｄＢ／ｃｍ（λ２）、０．３ｄＢ／ｃｍ（λ１）である。図８（ａ）の光導波路パタンの特徴も、導波損失の大きい波長チャネル（即ち１．４μｍに近い波長チャネル）の光路長を短くしている点にある。即ち図８（ｃ）に示す様に、それぞれ０．７ｃｍ（λ４）、１．２ｃｍ（λ３）、１．６ｃｍ（λ２）、２ｃｍ（λ１）となっている。従って、図８（ｄ）に示す様に、波長によらず導波による損失を０．６ｄＢ程度に小さくできる効果がある。
【００４５】
次の例は出射側光導波路に曲がり導波路を用いた例である。本願発明では、又、出射側光導波路６に曲がり導波路を用いる構成にすることにより、出射光２１ａ〜２１ｄの方向、及び物理的間隔を揃えることができる。
【００４６】
図９は本願発明の他の実施例として、出射光２１ａ〜２１ｄを素子端面に対して垂直かつ等間隔（１ｍｍ）にしたものである。光導波路の比屈折率は０．３％とし、曲がり半径２５ｍｍを用いた。素子大きさは６ｍｍ×１３ｍｍである。
【００４７】
この様に垂直かつ等間隔にすることで、レーザアレイやＰＤ（フォト・ダイオード）アレイ等のアレイ素子や、リボン光ファイバとのアライメントが１回で済むので、組立時間を短縮できる効果がある。この構成は、入射角θを大きく変える場合に出射光２１ａ〜２１ｄがバラバラになってしまうので、特に効果がある。尚、他の符号は図１のものと同様である。
【００４８】
上記構成は、Ｖ溝付ＰＬＣ９やハイブリッド実装技術との併用もすることができる。例えば、図１０は、Ｖ溝付ＰＬＣを用いた実施例を示す斜視図である。入力側の光ファイバ、出力側のリボン光ファイバを、Ｖ溝にパッシブアライメントすることができ、更に組立時間を短くできる効果がある。符号５０が出力側のリボン光ファイバを保持するＶ溝、符号５１が入力側の光ファイバを保持するＶ溝である。その他の符号は図１と同様の部分を示す。
【００４９】
特に図示はしないが、同様にハイブリッド実装技術を用いれば、半導体素子と集積化し、小型な波長多重送信モジュール、または波長分波受信モジュールも実現できる。
【００５０】
又、上記構成では、出射側の曲がり導波路の長さは、入射角θの絶対値に依存する。即ち、入射角θが大きくなれば、素子端面に垂直に出射させる為には曲がり導波路もそれだけ長くする必要がある。
【００５１】
そこで図１１に示す様に、波長多重数未満の複数枚のフィルタを用いる構成にしても良い。これはフィルタ１２についてθａ＝７．５°、θｂ＝１４．３°として１３５０ｎｍ（λ１）、１３２５ｎｍ（λ２）の２波長のみを分離し、フィルタ１３についてθａ＝７．７°、θｂ＝１４．５°として、１３００ｎｍ（λ３）、１２７５ｎｍ（λ４）の２波長のみを分離している。この様な構成にすることによって、フィルタ当りのカバーする波長範囲が小さくなり、入射角θの最大値を図９の２２．３°から１４．５°に小さくでき、素子大きさも４ｍｍ×１０ｍｍと、更なる小型化が可能である。
【００５２】
ここでフィルタ１２としては、図６と同構造のものを用いている。フィルタ１３としては、高屈折率層（Ｈ）としてＴｉＯ₂（ｎ＝２．３、膜厚 ＝１４２．４ｎｍ）を、低屈折率層（Ｌ）としてＳｉＯ₂（ｎ＝１．４６、膜厚＝２２４．３ｎｍ）を用いた誘電体多層膜フィルタであって、層構造はガラス（ＢＫ７）／ＡＬＡＬＡＡ／ガラス（ＢＫ７）、Ａ＝ＨＬＨＬＨＬＨＬＨＬＬＨＬＨＬＨＬＨＬＨを用いている。ここで、ＨとＬは前述の表示である。
【００５３】
図１２に、この時のフィルタ１２及びフィルタ１３の２枚を用いた場合の透過特性の計算値を示す。フィルタ当りのカバーする波長範囲が小さくなることで、小型化の効果の他に、前述した偏波依存性の影響を低減する効果があることがわかる。
【００５４】
以上の説明では、４波長多重光の場合について述べたが、それ以上の波長多重数でも同様の効果があることは明らかである。例えば、８波多重光の場合でも、ＰＬＣに導波路パタンを形成しさえすれば、組立が煩雑になることもなく、フィルタ１枚での光合分波器も実現できる。他の実施例、例えばフィルタを２枚にする構成にすれば、小型化の効果、及び偏波依存性の影響を低減する効果が得られる。
【００５５】
本願発明は、光システム、例えば、ＬＡＮ用途の小型な光トランシーバに搭載することができる。図１３はこうした光トランシーバの例を示す構成図である。符号４０は光トランシーバを示す。この光トランシーバ４０に入力用光ファイバー４１、出力用光ファイバー５０が光学的に接続される。入力は光分波器４２に入力され、光多重信号より波長λ１よりλ４に分波される。各波長の信号はフォトダイオード４３で光電変換され、変換された電気信号はアンプ４４に入力される。こうして増幅された信号は出力電気信号４５として出力される。他方、当該光トランシーバ４０への入力電気信号４６はレーザ・ドライバ４７に入力される。このレーザ・ドライバ４７よりの信号はレーザ・アレー４８に各々入力され、各波長に応じた波長λ１よりλ４のレーザ光が発光する。これらの波長の各光が光合波器４９に入力され、波長多重信号が形成される。そして、この波長多重信号は出力用光ファイバー５０に導入される。
【００５６】
本願発明はこうした光分波器４２、光合波器４９を提供することが出来る。この様な光トランシーバに用いられている、透過波長の異なるフィルタを波長多重数分用意し、ジグザグ型の光路を使って順に分波する方法である。例えば、米国特許第５８９４５３５号明細書、米国特許６１９８８６４号明細書、米国特許６２０１９０８号明細書、特開平１１−１８３７４１号公報である。しかし、本願発明はこれらの技術に比べ、部品数を低減できるので、光合分波器をローコストにでき、光トランシーバ全体をローコスト化することが出来る。
＜本願発明と従来技術との比較検討＞
これまで用いられて来た波長チャネル毎に異なる角度でフィルタに入射させる方法は、ＬＡＮの様なローコストシステムでのＷＤＭ方式には適用できない難点があった。なぜならば、この様なシステムにおいては広い波長範囲（１０ｎｍ〜１００ｎｍ）を必要とする為、格段に大きな波長シフトが必要になるからである。この為、入射角θを大きく変える必要があり、素子が大型になったり、生産性が落ちてローコスト化に難点を有する。従来は、当該技術の適用が狭い波長範囲（≦１０ｎｍ）での使用だったので、こうした難点は現実的に認識されなかった。
【００５７】
例えば、前記の米国特許第５８０８７６３号明細書は、バルク光学系を用いて反射面４４の角度を変える構成である。この構成で入射角θを大きく変えると、光路が複雑化し、精密光学部品及びそれらの精密な組立てが必要になり、組立時間が長くなる。
【００５８】
上記の様な光路の複雑化を避ける為に、前記の特開平７−４９４３０号公報、特開平５−２０３８３０号公報、特開平１０−４８４３９号公報は、平面光波回路（ＰＬＣ）に溝を刻み、そこにフィルタやミラーを挿入する構成を提案している。特開平７−４９４３０号公報は、フィルタ１とミラー２に角度αをもたせて多重反射させる構成とし、反射が進むにつれて入射角θを変える様になっている。しかしながら、この構成では、入射角θをαの倍数以外に設定することができない為（θ２＝θ１＋２α）、図２に示される様に、等波長間隔にすることができない。従って、波長間隔の等しいＷＤＭ方式には適用することができない。
【００５９】
特開平５−２０３８３０号公報は、フィルタ２６自体を曲げる構成とし、入射角θを変える様になっている。しかしながら、この構成では、入射角θを大きく変えると、フィルタ２６を大きく且つ正確に曲げる必要がある為、組立容易性及び特性再現性に難点がある。
【００６０】
特開平１０−４８４３９号公報は、入射光をまず分岐光導波路２４で分け、次に曲がり導波路をつなげる構成とし、入射角θを変える様になっている。しかしながらこの構成では、入射角θを大きく変えると、曲がり導波路の部分は緩やかに曲げなければならないので、素子が大型になる問題がある。更に素子が大型になると、１枚のウエハからとれる素子の個数も少なくなり、ロー・コストには出来がたい。
【００６１】
以上述べた様に、本願発明によれば、波長チャネル毎に異なる角度でフィルタに入射させる方法において、使用波長範囲を広くしても、小型、高生産性を両立できる光合分波器を提供することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本願発明は、使用波長範囲の広く、且つ小型の光の合波ないしは分波が可能な光回路部材を提供することが出来る。且つ、本願発明の光回路部材は高生産性を確保することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本願発明の実施例を表す上面図である。
【図２】図２は本願発明の実施例を表す斜視図である。
【図３】図３は本願発明の実施例を表す透過特性図である。
【図４】図４は本願発明の実施例の効果についての説明図である。
【図５】図５は本願発明の他の実施例の透過特性図である。
【図６】図６は本願発明の他の実施例を表す上面図である。
【図７】図７は本願発明の他の実施例の説明図である。
【図８】図８は本願発明の他の実施例の説明図である。
【図９】図９は本願発明の他の実施例を表す上面図である。
【図１０】図１０は本願発明の他の実施例を表す斜視図である。
【図１１】図１１は本願発明の他の実施例を表す上面図である。
【図１２】図１２は本願発明の他の実施例の透過特性図である。
【図１３】図１３は本願発明の他の実施例を表す上面図である。
【図１４】図１４は従来の例を表す上面図である。
【符号の説明】
１…平面光波回路、２…溝、３…溝、４…入射部、５…多重反射部、６…出射部、７…光導波路、８…ウエハ、９…Ｖ溝付平面光波回路、１０…フィルタ、１１…ミラー、２０…入射光、２１ａ…出射光、２１ｂ…出射光、２１ｃ…出射光、２１d…出射光、３０…分岐光導波路、３１…曲がり導波路、３２…フィルタ、４０…ＬＡＮ用途光トランシーバ、４１…入力光ファイバ、４２…光分波器、４３…フォトダイオードアレイ、４４…アンプ、４５…出力電気信号、４６…入力電気信号、４７…レーザドライバ、４８…レーザアレイ、４９…光合波器、５０…出力光ファイバ。

Claims (15)

1. 所望の波長域の波長の光を透過し且つ他の所望の波長域に光を反射する特性を有するフィルタと、
   前記フィルタからの反射光を反射可能で且つ前記フィルタと実質的に平行に配置されたミラーと、
   前記フィルタと前記ミラーとの間に延在した複数の曲がり光導波路で構成され且つ前記フィルタと前記ミラーとの間で前記曲がり光導波路を介して相互反射を可能とする第２の光通路であって、且つ前記ミラーの受光側から前記フィルタの受光側に延在する前記曲がり光導波路が光の進行方向を変化させる光導波路であるような第２の光通路と、
   前記第２の光通路内の曲がり光導波路の所定の端部に光学的に接続された当該光回路部材の入出力端となす第１の光通路と、
   前記フィルタに対して前記第２の光通路とは反対の位置に、前記第１の光通路と光学的に接続された前記第２の光通路内の曲がり光導波路が前記フィルタに達する位置、及び、前記フィルタと前記ミラーとの間に設けられた前記第２の光通路内の曲がり光導波路が前記フィルタに達する位置より成る群に含まれる複数の所定位置の各々に対応して設けられ、当該光回路部材の他方の入出力端となす第３の光通路と、を有し
   前記フィルタが、これに対する入射角度を大きくすると透過波長が短波長側にシフトする特性を有し、各波長チャネル毎に異なる角度で前記フィルタの異なる位置に入射し、当該入射位置に対応して前記第３の光通路が設けられており、この第３の光通路を設ける位置は、前記第２の光通路内での曲がり光導波路を介しての光の相互反射における前記フィルタでの反射位置に対応しており、且つ
   前記第３の光通路が、当該第３の光通路から射出する前記各波長チャネルの光が等波長間隔となるようになされていることを特徴とする光回路部材。
2. 前記第２の光通路内の曲がり光導波路の前記フィルタへの各入射角が、前記第１の光通路から複数の波長を有する光を入射した時、前記第３の光通路に達した光が、その各位置で異なる波長の光が選択的に分波される入射角となされたことを特徴とする請求項第１項に記載の光回路部材。
3. 少なくとも、所望の波長域の波長の光を透過し且つ他の所望の波長域の光を反射する特性を有するフィルタと、ミラーと、光導波路にて構成される平面光波回路とを有し、
   前記フィルタと前記ミラーとは前記平面光波回路の第１の入出力端と第２の入出力端の中間に、実質的に平行に配置され、且つ
   前記平面光波回路を構成する光導波路は、当該平面光波回路の第１の入出力端となる光導波路の第１の端部から前記フィルタに対して、所定の角度で入射するように導波する第１の部分と、前記フィルタと前記ミラーとの間で相互反射が可能な第２の部分と、前記フィルタから当該平面光波回路の第２の入出力端となる光導波路の第２の端部に導波する第３の部分とを有し、且つ前記第３の部分が有する前記第２の入出力端となる光導波路は複数箇設けられ、且つ
   前記第２の部分は複数の曲がり光導波路を有して構成され、且つ前記ミラーの受光側から前記フィルタの受光側に延在する前記曲がり光導波路が光の進行方向を変化される光導波路であり、
   前記フィルタが、これに対する入射角を大きくすると透過波長が短波長側にシフトする特性を有し、各波長チャネル毎に異なる角度で前記フィルタの異なる位置に入射し、
   前記第３の部分から射出する前記各波長チャネルの光が等波長間隔となるようになされたことを特徴とする光回路部材。
4. 前記フィルタがフラットトップ型の透過特性を有することを特徴とする請求項１に記載の光回路部材。
5. 当該光回路部材における光路長の最も長い波長チャネルについて、前記第２の光通路から前記第３の光通路へ、前記フィルタを介在せず光結合することを特徴とする請求項１に記載の光回路部材。
6. 前記第３の光通路に曲がり光導波路が含まれることを特徴とする請求項１に記載の光回路部材。
7. 前記フィルタがその受光面の方向に、入射角度による波長分離特性の異なる２つ以上の領域で構成され、
   当該光回路部材に入射させる光の波長多重数が３以上であることを特徴とする請求項１に記載の光回路部材。
8. 前記平面光波回路の材料がＣ−Ｈ結合を有する有機高分子樹脂からなり、
   入射光全てが１．４μｍ未満の波長多重光からなり、且つ長波側波長チャネルの光路長が最も短く、短波側波長チャネルになるに従い光路長が長くなること、又は、入射光が１．４μｍ以上の波長多重光からなり、且つ短波側波長チャネルの光路長が最も短く、長波側波長チャネルになるに従い光路長が長くなること、を特徴とする請求項３に記載の光回路部材。
9. 前記第２の光通路は曲がり光導波路を有して構成されることを特徴とする請求項８に記載の光回路部材。
10. 前記有機高分子樹脂がハロゲン化されたポリイミドまたはポリメチルメタクリレートであることを特徴とする請求項８に記載の光回路部材。
11. 当該光回路部材が、前記第１の光通路を光の入力端とする光分波器であることを特徴とする請求項１に記載の光回路部材。
12. 当該光回路部材が、前記複数の第３の光通路を光の入力端とする光合波器であることを特徴とする請求項１に記載の光回路部材。
13. 当該光回路部材が、前記第１の入出力端を光の入力端とする光分波器であることを特徴とする請求項８に記載の光回路部材。
14. 当該光回路部材が、前記第２の入出力端を光の入力端とする光合波器であることを特徴とする請求項８に記載の光回路部材。
15. 第１の光回路部材と当該第１の光回路部材よりの光を受光する第１の光電変換部とを少なくとも有する第１の信号系、及び、電気信号を光に変換する第２の光電変換部と当該第２の光電変換部よりの光信号を受光する第２の光回路部材とを少なくとも有する第２の信号系を有し、且つ前記第１及び第２の光回路部材の内の少なくともいずれかが請求項１に記載の光回路部材であることを特徴とする光トランシーバ。

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