JP3798380B2 - 導波路型光波長合分波器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば光トランシーバなどに用いられる導波路型光波長合分波器に関し、特に受信光に混入するノイズを低減しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に特許文献１に記載されている導波路型光波長合分波器の構造を示す。導波路型光波長合分波器は光導波路基板１の端面２に多層膜光フィルタ３が形成され、この端面２においてＶ字状に結合した第１の光導波路４と第２の光導波路５とを有し、第１の波長光Ａ（例えば１．５μｍ）が送信用発光素子８から第１の光導波路４を通じて端面２に向って入射し、多層膜光フィルタ３で反射されて第２の光導波路５に結合し、第２の光導波路５から光ファイバ７を通じて通話相手側に伝送される。通話相手側から光ファイバ７を通じて送られて来た第２の波長光Ｂ（例えば１．３μｍ）が第２の光導波路５から端面２に向って入射し、第２の波長光Ｂは多層膜光フィルタ３を透過して端面２から光導波路基板１の外部に出射し、この出射された第２の波長光Ｂを受光部６で受光し、通話相手側の送信信号を受信する。このようにして一本の光ファイバ７により双方向の通話が可能となる。
【０００３】
この双方向通話を可能とする重要な要素の一つが多層膜光フィルタ３である。図３に示す多層膜光フィルタ３は１．５μｍの第１の波長光Ａは反射し、１．３μｍの第２の波長光Ｂは透過させる特性に設定される。これに対し、通話相手側では１．５μｍの第１の波長光Ａは透過させ、１．３μｍの第２の波長光Ｂは反射させる特性の多層膜光フィルタが設けられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５３８４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、多層膜光フィルタ３は第１の光導波路４の伝送軸方向に伝搬する平行光に対しては第１の波長光Ａの成分が完全に反射され、第２の波長光Ｂの成分が完全に透過するような多層膜が端面２に成膜されている。
然し乍ら実際の多層膜光フィルタ３は、その透過・反射特性が入射光の入射角に依存して偏移する性格をもつ。本発明が前提とする導波路型光波長合分波器においては、第１の光導波路４の伝送軸が多層膜光フィルタ３に対して入射する角度についてその誘電体多層膜の波長特性を最適に設計してある。すなわち、第１の光導波路４の伝送軸方向に伝搬する平行光に対しては、第１の波長光Ａの成分は完全に反射され、第２の波長光Ｂの成分は完全に透過するように多層膜が端面２に成膜されている。
【０００６】
しかるに実際に多層膜光フィルタ３に入射される光は第１の光導波路４の伝送軸方向の平面波だけではなく、光導波路４からの出射光束は端面２で伝送軸を中心に開口角を描いて広がるため（図示せず）、実際には第１の光導波路４の伝送軸方向からかなりの角度を有して多層膜中へ伝搬してゆく成分がある。
多層膜光フィルタ３の設計の基準とされた入射角から大きく外れた角度で入射する第１の波長光Ａの成分が、上記入射角依存性によって多層膜の反射帯域を外れてしまい、これを透過する現象が起きる（図４参照）。このエラーとしての透過光Ｐ１が、例えば図３に示した光トランシーバの受光部６の受光面６Ａ（図４参照）にそのまま照射されると、受光部６は第２の波長光Ｂ以外の光成分をも検出することになり、これが雑音となる不都合がある。この雑音を低減するためには受光感度を絞らなければならないため、受光感度の低減が大きな問題となる。
この発明の目的は通話相手に受信すべき光成分が自己の受光器に漏れてしまうことを阻止することができる導波路型光波長合分波器を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では光導波路基板の端面に多層膜光フィルタが形成され、端面において交わる第１の光導波路と、第２の光導波路とを有し、第１の波長光が第１の光導波路から端面に向って入射し、多層膜光フィルタで反射されて第２の光導波路に結合し、第２の波長光が第２の光導波路から端面に向って入射し、多層膜光フィルタを透過して端面から光導波路基板の外部へ出射し、この出射された第２の波長光を受光する受光部を具備して構成される導波路型光波長分波器において、端面に形成される多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５より大きい屈折率を有する光学樹脂層を付設すると共に、この光学樹脂層と受光部との間に空隙を設けた構成した導波路型光波長合分波器を提案する。
この発明では更に、光導波路基板の端面に多層膜光フィルタが形成された導波路型光波長合分波器において、端面に形成される多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を有する光学樹脂層を付設した導波路型光波長合分波器を提案する。
【０００８】
作用
この発明によれば多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を持つ光学樹脂膜層を設け、この光学樹脂膜層と受光部との間に空隙を設けた構成としたから、エラーとなる透過光は第１の光導波路の伝送軸に対して比較的大なる角度を有して光学樹脂膜層内を伝搬し、光学樹脂層と空気との界面に対して大なる入射角θをもって到達する。ここで光学樹脂層の屈折率が空気の屈折率「１」より高ければ、この大なる角度θで界面に入射する第１の波長光の多くは光学樹脂層と空気層の界面で反射する。特に入射角θがθ＞θｃ（θｃは臨界角）の成分については全反射し、第２の波長光を受光すべき受光部に混入するエラー光を大幅に低減することができる効果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２にこの発明の一実施例を示す。図３及び図４と対応する部分には同一符号を付して示す。この発明では光導波路基板１の端面２に多層膜光フィルタ３が形成され、この端面２においてＶ字状に結合した第１の光導波路４と第２の光導波路５とを有し、第１の波長光Ａが第１の光導波路４から端面２に向って入射し、多層膜光フィルタ３で反射されて第２の光導波路５に結合し、第２の波長光Ｂが第２の光導波路５から端面２に向って入射し、多層膜光フィルタ３を透過して端面２から光導波路基板１の外部に出射し、この出射された第２の波長の光を受光する受光部６を具備して構成される導波路型光波長合分波器において、
端面２に形成される多層膜光フィルタ３の外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を持つ光学樹脂層１１を付設すると共に、この光学樹脂層１１と受光部６の受光面６Ａとの間に空隙１２を設けた構成とした点を特徴とするものである。
【００１０】
光学樹脂層１１は光透過性のシリコン系樹脂或はＵＶ硬化型エポキシ系でもよい、屈折率については数値が高い程上記の臨界角θｃが小さくなり、臨界角θｃが小さくなることにより多くのエラー光を反射することができる効果が得られる。通常最もよく使われる屈折率ｎ＝１．５程度の光学樹脂で充分発明の目的を達成することができる。屈折率ｎがｎ＝１．５の光学樹脂を用いた場合、臨界角θｃはθｃ＝ｓｉｎ-1（１／１．５）＝４１．８°である。つまり、入射角θが４１．８°より大きい角度の光は光学樹脂層１１と空気との界面ですべて反射される。
【００１１】
また、光学樹脂層１１を設けたことにより透過光は光学樹脂層１１の内部で充分な拡がりを形成してから空気との界面に到達するために光学樹脂層１１はある程度大きな厚みを有することが望ましい。現実には数１０μｍ程度の厚みで良好な効果が確認できた。光学樹脂層１１の形成にあたってはディスペンサー等でこの樹脂を基板１の端面２に塗布して硬化させればよい。また空気との界面の形状については格別の精度は不要であり、極く普通に得られる平坦な表面でよい。
【００１２】
図１及び図２に示した実施例では送信すべき第１の波長光Ａの波長が１．５μｍ、受信すべき第２の波長光Ｂの波長が１．３μｍである場合の導波路型波長合分波器にこの発明を適用した場合を説明したが、通話相手側で用いる導波路型光波長合分波器では第１の波長光Ａを透過させ、第２の波長光Ｂを反射させる特性に設定されるが、この特性の多層膜光フィルタにもこの発明を適用しても同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。
尚、上述した受光部６は受光素子を適用することができるが、受光素子に代えて例えばマルチモード光ファイバのような大口径の光伝送手段を受光部６に備えた波長多重光学系用のカップラー等にも応用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では多層膜光フィルタ３の外表面に屈折率が空気の屈折率より大きい光学樹脂層１１を配置したから、仮に第１の波長の光が多層膜光フィルタ３を透過したとしても、その透過光の大部分は光学樹脂層１１と空気との界面で図２に示すように反射し、受光素子６の受光面に達する量を極めて小さくすることができる。因みに、従来は第１の波長の光の透過光量が第１の波長光の光量の約１／１０００程度であったものが、この発明を適用することにより１／１０,０００程度に改善することができる。この結果Ｓ／Ｎ比を大幅に改善できる利点が得られる。
更に、この発明の副事的な効果として、多層膜光フィルタ３の外表面を光学樹脂層１１で覆うから、多層膜光フィルタ３は元より、光導波路基板１の保護にもなり、多層膜光フィルタ３及び光導波路の耐湿性を顕著に向上させる作用効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための斜視図。
【図２】この発明の要部の構造を説明するための断面図。
【図３】従来の技術を説明するための斜視図。
【図４】従来の技術の課題を説明するための断面図。
【符号の説明】
１ 光導波路基板 ６ 受光部
２ 端面 ７ 光ファイバ
３ 多層膜光フィルタ ８ 発光素子
４ 第１の光導波路 １１ 光学樹脂層
５ 第２の光導波路 １２ 空隙
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば光トランシーバなどに用いられる導波路型光波長合分波器に関し、特に受信光に混入するノイズを低減しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に特許文献１に記載されている導波路型光波長合分波器の構造を示す。導波路型光波長合分波器は光導波路基板１の端面２に多層膜光フィルタ３が形成され、この端面２においてＶ字状に結合した第１の光導波路４と第２の光導波路５とを有し、第１の波長光Ａ（例えば１．５μｍ）が送信用発光素子８から第１の光導波路４を通じて端面２に向って入射し、多層膜光フィルタ３で反射されて第２の光導波路５に結合し、第２の光導波路５から光ファイバ７を通じて通話相手側に伝送される。通話相手側から光ファイバ７を通じて送られて来た第２の波長光Ｂ（例えば１．３μｍ）が第２の光導波路５から端面２に向って入射し、第２の波長光Ｂは多層膜光フィルタ３を透過して端面２から光導波路基板１の外部に出射し、この出射された第２の波長光Ｂを受光部６で受光し、通話相手側の送信信号を受信する。このようにして一本の光ファイバ７により双方向の通話が可能となる。
【０００３】
この双方向通話を可能とする重要な要素の一つが多層膜光フィルタ３である。図３に示す多層膜光フィルタ３は１．５μｍの第１の波長光Ａは反射し、１．３μｍの第２の波長光Ｂは透過させる特性に設定される。これに対し、通話相手側では１．５μｍの第１の波長光Ａは透過させ、１．３μｍの第２の波長光Ｂは反射させる特性の多層膜光フィルタが設けられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５３８４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、多層膜光フィルタ３は第１の光導波路４の伝送軸方向に伝搬する平行光に対しては第１の波長光Ａの成分が完全に反射され、第２の波長光Ｂの成分が完全に透過するような多層膜が端面２に成膜されている。
然し乍ら実際の多層膜光フィルタ３は、その透過・反射特性が入射光の入射角に依存して偏移する性格をもつ。本発明が前提とする導波路型光波長合分波器においては、第１の光導波路４の伝送軸が多層膜光フィルタ３に対して入射する角度についてその誘電体多層膜の波長特性を最適に設計してある。すなわち、第１の光導波路４の伝送軸方向に伝搬する平行光に対しては、第１の波長光Ａの成分は完全に反射され、第２の波長光Ｂの成分は完全に透過するように多層膜が端面２に成膜されている。
【０００６】
しかるに実際に多層膜光フィルタ３に入射される光は第１の光導波路４の伝送軸方向の平面波だけではなく、光導波路４からの出射光束は端面２で伝送軸を中心に開口角を描いて広がるため（図示せず）、実際には第１の光導波路４の伝送軸方向からかなりの角度を有して多層膜中へ伝搬してゆく成分がある。
多層膜光フィルタ３の設計の基準とされた入射角から大きく外れた角度で入射する第１の波長光Ａの成分が、上記入射角依存性によって多層膜の反射帯域を外れてしまい、これを透過する現象が起きる（図４参照）。このエラーとしての透過光Ｐ１が、例えば図３に示した光トランシーバの受光部６の受光面６Ａ（図４参照）にそのまま照射されると、受光部６は第２の波長光Ｂ以外の光成分をも検出することになり、これが雑音となる不都合がある。この雑音を低減するためには受光感度を絞らなければならないため、受光感度の低減が大きな問題となる。
この発明の目的は通話相手に受信すべき光成分が自己の受光器に漏れてしまうことを阻止することができる導波路型光波長合分波器を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では光導波路基板の端面に多層膜光フィルタが形成され、端面において交わる第１の光導波路と、第２の光導波路とを有し、第１の波長光が第１の光導波路から端面に向って入射し、多層膜光フィルタで反射されて第２の光導波路に結合し、第２の波長光が第２の光導波路から端面に向って入射し、多層膜光フィルタを透過して端面から光導波路基板の外部へ出射し、この出射された第２の波長光を受光する受光部を具備して構成される導波路型光波長分波器において、端面に形成される多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５より大きい屈折率を有する光学樹脂層を付設すると共に、この光学樹脂層と受光部との間に空隙を設けた構成した導波路型光波長合分波器を提案する。
この発明では更に、光導波路基板の端面に多層膜光フィルタが形成された導波路型光波長合分波器において、端面に形成される多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を有する光学樹脂層を付設した導波路型光波長合分波器を提案する。
【０００８】
作用
この発明によれば多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を持つ光学樹脂膜層を設け、この光学樹脂膜層と受光部との間に空隙を設けた構成としたから、エラーとなる透過光は第１の光導波路の伝送軸に対して比較的大なる角度を有して光学樹脂膜層内を伝搬し、光学樹脂層と空気との界面に対して大なる入射角θをもって到達する。ここで光学樹脂層の屈折率が空気の屈折率「１」より高ければ、この大なる角度θで界面に入射する第１の波長光の多くは光学樹脂層と空気層の界面で反射する。特に入射角θがθ＞θｃ（θｃは臨界角）の成分については全反射し、第２の波長光を受光すべき受光部に混入するエラー光を大幅に低減することができる効果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２にこの発明の一実施例を示す。図３及び図４と対応する部分には同一符号を付して示す。この発明では光導波路基板１の端面２に多層膜光フィルタ３が形成され、この端面２においてＶ字状に結合した第１の光導波路４と第２の光導波路５とを有し、第１の波長光Ａが第１の光導波路４から端面２に向って入射し、多層膜光フィルタ３で反射されて第２の光導波路５に結合し、第２の波長光Ｂが第２の光導波路５から端面２に向って入射し、多層膜光フィルタ３を透過して端面２から光導波路基板１の外部に出射し、この出射された第２の波長の光を受光する受光部６を具備して構成される導波路型光波長合分波器において、
端面２に形成される多層膜光フィルタ３の外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を持つ光学樹脂層１１を付設すると共に、この光学樹脂層１１と受光部６の受光面６Ａとの間に空隙１２を設けた構成とした点を特徴とするものである。
【００１０】
光学樹脂層１１は光透過性のシリコン系樹脂或はＵＶ硬化型エポキシ系でもよい、屈折率については数値が高い程上記の臨界角θｃが小さくなり、臨界角θｃが小さくなることにより多くのエラー光を反射することができる効果が得られる。通常最もよく使われる屈折率ｎ＝１．５程度の光学樹脂で充分発明の目的を達成することができる。屈折率ｎがｎ＝１．５の光学樹脂を用いた場合、臨界角θｃはθｃ＝ｓｉｎ-1（１／１．５）＝４１．８°である。つまり、入射角θが４１．８°より大きい角度の光は光学樹脂層１１と空気との界面ですべて反射される。
【００１１】
また、光学樹脂層１１を設けたことにより透過光は光学樹脂層１１の内部で充分な拡がりを形成してから空気との界面に到達するために光学樹脂層１１はある程度大きな厚みを有することが望ましい。現実には数１０μｍ程度の厚みで良好な効果が確認できた。光学樹脂層１１の形成にあたってはディスペンサー等でこの樹脂を基板１の端面２に塗布して硬化させればよい。また空気との界面の形状については格別の精度は不要であり、極く普通に得られる平坦な表面でよい。
【００１２】
図１及び図２に示した実施例では送信すべき第１の波長光Ａの波長が１．５μｍ、受信すべき第２の波長光Ｂの波長が１．３μｍである場合の導波路型波長合分波器にこの発明を適用した場合を説明したが、通話相手側で用いる導波路型光波長合分波器では第１の波長光Ａを透過させ、第２の波長光Ｂを反射させる特性に設定されるが、この特性の多層膜光フィルタにもこの発明を適用しても同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。
尚、上述した受光部６は受光素子を適用することができるが、受光素子に代えて例えばマルチモード光ファイバのような大口径の光伝送手段を受光部６に備えた波長多重光学系用のカップラー等にも応用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では多層膜光フィルタ３の外表面に屈折率が空気の屈折率より大きい光学樹脂層１１を配置したから、仮に第１の波長の光が多層膜光フィルタ３を透過したとしても、その透過光の大部分は光学樹脂層１１と空気との界面で図２に示すように反射し、受光素子６の受光面に達する量を極めて小さくすることができる。因みに、従来は第１の波長の光の透過光量が第１の波長光の光量の約１／１０００程度であったものが、この発明を適用することにより１／１０,０００程度に改善することができる。この結果Ｓ／Ｎ比を大幅に改善できる利点が得られる。
更に、この発明の副事的な効果として、多層膜光フィルタ３の外表面を光学樹脂層１１で覆うから、多層膜光フィルタ３は元より、光導波路基板１の保護にもなり、多層膜光フィルタ３及び光導波路の耐湿性を顕著に向上させる作用効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための斜視図。
【図２】この発明の要部の構造を説明するための断面図。
【図３】従来の技術を説明するための斜視図。
【図４】従来の技術の課題を説明するための断面図。
【符号の説明】
１ 光導波路基板 ６ 受光部
２ 端面 ７ 光ファイバ
３ 多層膜光フィルタ ８ 発光素子
４ 第１の光導波路 １１ 光学樹脂層
５ 第２の光導波路 １２ 空隙
Claims (2)
- 光導波路基板の端面に多層膜光フィルタが形成され、上記端面において交わる第１の光導波路と、第２の光導波路とを有し、第１の波長光が第１の光導波路から上記端面に向って入射し、上記多層膜光フィルタで反射されて第２の光導波路に結合し、第２の波長光が第２の光導波路から上記端面に向って入射し、上記多層膜光フィルタを透過して端面から光導波路基板の外部へ出射し、この出射された第２の波長光を受光する受光部を具備して構成される導波路型光波長分波器において、
上記端面に形成される多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５より大きい屈折率を有する光学樹脂層を付設すると共に、この光学樹脂層と上記受光部との間に空隙を設けた構成したことを特徴とする導波路型光波長合分波器。 - 光導波路基板の端面に多層膜光フィルタが形成され、上記端面において交わる第１の光導波路と、第２の光導波路とを有し、第１の波長光が第１の光導波路から上記端面に向って入射し、上記多層膜光フィルタで反射されて第２の光導波路に結合し、第２の波長光が第２の光導波路から上記端面に向って入射し、上記多層膜光フィルタを透過して端面から光導波路基板の外部へ出射し、この出射された第２の波長光を受光する受光部を具備して構成される導波路型光波長分波器において、
上記端面に形成される多層膜光フィルタの外表面に屈折率が１．５程度の屈折率を有する光学樹脂層を付設すると共に、この光学樹脂層と上記受光部との間に空隙を設けた構成したことを特徴とする導波路型光波長合分波器。
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| JP2004287186A JP2004287186A (ja) | 2004-10-14 |
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| JP5056423B2 (ja) * | 2007-01-30 | 2012-10-24 | 日本電気株式会社 | 双方向光送受信モジュール、光送受信器、及び双方向光送受信モジュール製造方法 |
| US8095016B2 (en) * | 2007-01-30 | 2012-01-10 | Nec Corporation | Bidirectional, optical transmitting/receiving module, optical transmitting/receiving device, and bidirectional optical transmitting/receiving module manufacturing method |
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