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JPH1123894A - Optical device for optical communication terminal station - Google Patents

Optical device for optical communication terminal station

Info

Publication number
JPH1123894A
JPH1123894A JP9190415A JP19041597A JPH1123894A JP H1123894 A JPH1123894 A JP H1123894A JP 9190415 A JP9190415 A JP 9190415A JP 19041597 A JP19041597 A JP 19041597A JP H1123894 A JPH1123894 A JP H1123894A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
wavelength
computer generated
wavelength component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9190415A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironori Sasaki
浩紀 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP9190415A priority Critical patent/JPH1123894A/en
Publication of JPH1123894A publication Critical patent/JPH1123894A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device for optical communication terminal station advantageous for making the device compact by using a computer hologram utilizing an optical diffraction phenomenon as the optical element of terminal optical device for wavelength multiplexed transmission. SOLUTION: An optical element except a wavelength selecting filter is composed of computer holograms 21, 22 and a second wavelength component separated from a first wavelength component by the wavelength selecting filter 23 is sent to second input end 24 and output end 23 by means of the light condensing function of the first and second computer holograms 21, 22. A second wavelength component is sent to a second output end 23 by means of the first computer hologram 21 and bi-directional communication between the transmitting source of multiplexed light and an optical element 10 receiving the multiplexed light is enabled by means of the input of a second wavelength component from the second input end 24. The respective computer holograms 21, 22 are optical elements utilizing the diffraction phenomenon and made to be compact by properly and selectively burdening them with or superposing the functions of collimation, convergence, deflection and optical path dividing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波長成分を異にす
る光信号媒体を重ね合わせた光多重通信の端末局に設け
られる光学装置に関し、特に、光学素子として、光回折
現象を利用した計算機ホログラムを組み込んだ光通信端
末局用光学装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device provided in a terminal station for optical multiplex communication in which optical signal media having different wavelength components are superposed, and more particularly, to a computer using an optical diffraction phenomenon as an optical element. The present invention relates to an optical device for an optical communication terminal station incorporating a hologram.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、通信容量の大きな光通信を可能と
するために、光ファイバを各家庭にまで敷設する、いわ
ゆるファイバー・ツー・ザ・ホーム(Fiber to the Hom
e)と称する計画が進められている。これによれば、例
えば1.3μmおよび1.55μmのそれぞれの波長帯
域の光が相互に重ね合わされた多重光として、各家庭の
通信端末局に送られる。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to enable optical communication with a large communication capacity, an optical fiber is laid to each home.
A plan called e) is underway. According to this, for example, light of each wavelength band of 1.3 μm and 1.55 μm is transmitted to a home communication terminal station as multiplexed light which is superimposed on each other.

【0003】通信端末局には、多重光をそれぞれの波長
の光に分離する波長分波素子と、該分波素子により分離
された一方の波長の光での双方向通信を可能とするため
に、一方の波長の光路を分割する光カプラとを備える光
学装置が設けられている。この光学装置により、多重光
は、それぞれの波長帯域の波長成分に分離された後、各
端末装置に送られる。
[0003] A communication terminal station has a wavelength demultiplexing element for demultiplexing multiplexed light into light of each wavelength, and a bidirectional communication using light of one wavelength separated by the demultiplexing element. And an optical coupler that splits the optical path of one wavelength. With this optical device, the multiplexed light is separated into wavelength components of the respective wavelength bands, and then sent to each terminal device.

【0004】従来のこの種の光学装置では、装置のコン
パクト化を図るために、例えば1996年電子情報通信
学会総合大会、予稿集、C−211に「無調整WDMを
用いたフラットパッケージタイプ光送受信モジュール」
として示されているとおり、波長分波素子として波長依
存性を示す波長選択フィルタが用いられている。
[0004] In this type of conventional optical device, in order to reduce the size of the device, for example, a flat package type optical transmission / reception using unadjustable WDM is described in the Proc. module"
As shown in FIG. 1, a wavelength selection filter exhibiting wavelength dependency is used as a wavelength demultiplexing element.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
前記光学装置では、波長選択フィルにより分離された光
を取り扱う光カプラは、プリズムあるいは形状レンズの
ような光学レンズ素子を基礎にした光学素子から構成さ
れている。ところが、これら形状レンズのような光学素
子の小型化には、製作上、強い制限を受けることから、
また光学素子の相互の配置関係の整合性すなわちアライ
メントの観点からも、光学装置のコンパクト化は容易で
はない。そのため、コンパクト化に有利な光通信端末局
用光学装置の出現が望まれていた。
However, in the above-mentioned conventional optical device, the optical coupler for handling the light separated by the wavelength selective filter is composed of an optical element based on an optical lens element such as a prism or a shaped lens. Have been. However, miniaturization of optical elements such as these shaped lenses is subject to strong restrictions in manufacturing,
In addition, it is not easy to make the optical device compact from the viewpoint of the alignment of the mutual arrangement relations of the optical elements, that is, from the viewpoint of alignment. Therefore, the appearance of an optical device for an optical communication terminal station that is advantageous for downsizing has been desired.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、それぞれの波長を相互に異にする多重光
を用いる波長多重伝送の端末局用光学装置の光学素子と
して、基本的には、光回折現象を利用した計算機ホログ
ラムを用いることを特徴とする。計算機ホログラムに
は、光学レンズに見られるようなコリメートあるいは集
光機能およびプリズムに見られるような偏向機能、さら
には回折現象を利用することによる光路分割機能を適宜
付与することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention is directed to an optical element for a terminal station optical device for wavelength division multiplexing transmission using multiplexed light having different wavelengths. Specifically, a computer hologram utilizing the light diffraction phenomenon is used. The computer generated hologram can be appropriately provided with a collimating or condensing function as seen in an optical lens, a deflecting function as seen in a prism, and an optical path dividing function by utilizing a diffraction phenomenon.

【0007】〈構成1〉本発明は、互いに異なる波長の
光が信号媒体として重ね合わされた多重光を受ける第1
の入力端からの光を第1の出力端に案内する光ファイバ
経路に挿入され、多重光のうちの第1の波長成分の光の
第1の出力端への透過を許しかつ多重光のうちの第2の
波長成分の光を反射させて発散光を得る波長選択フィル
タと、第2の波長成分の発散光に関し、第1の入力端へ
向けての双方向通信を可能とする第2の一対の入力端お
よび出力端とを備える光通信端末局用光学装置におい
て、波長選択フィルタからの第2の波長成分の発散光の
一部を第2の出力端に集光させる第1の計算機ホログラ
ムと、第2の入力端からの第2の波長成分の光を波長選
択フィルタを経て第1の入力端へ向けるべく、波長選択
フィルタに向けて案内する第2の計算機ホログラムとを
設けたことを特徴とする。
<Structure 1> The first aspect of the present invention is to receive a multiplexed light in which lights of different wavelengths are superimposed as a signal medium.
Is inserted into an optical fiber path for guiding the light from the input end of the multiplexed light to the first output end, allowing the light of the first wavelength component of the multiplexed light to pass through to the first output end and of the multiplexed light. A wavelength selection filter that reflects light of the second wavelength component to obtain divergent light, and a second filter that enables bidirectional communication toward the first input end with respect to the divergent light of the second wavelength component A first computer generated hologram for condensing a part of divergent light of a second wavelength component from a wavelength selection filter on a second output terminal in an optical device for an optical communication terminal station having a pair of input terminals and an output terminal. And a second computer generated hologram for guiding the light of the second wavelength component from the second input end to the first input end via the wavelength selection filter to the first input end. Features.

【0008】〈作用1〉本発明に係る前記光学装置で
は、波長選択フィルタを除く光学素子が計算機ホログラ
ムで構成されており、波長選択フィルタにより第1の波
長成分から分離された第2の波長成分は、第1および第
2の計算機ホログラムの集光機能により、第2の入力端
および出力端に向けられる。第2の波長成分は第1の計
算機ホログラムにより第2の出力端に向けられ、また第
2の入力端からの第2の波長成分の入力により、多重光
の発信源とこの多重光を受ける前記光学装置との間の双
方向通信が可能となる。
<Function 1> In the optical device according to the present invention, the optical element excluding the wavelength selection filter is constituted by a computer generated hologram, and the second wavelength component separated from the first wavelength component by the wavelength selection filter. Are directed to a second input end and an output end by the converging function of the first and second computer generated holograms. The second wavelength component is directed to the second output terminal by the first computer generated hologram, and the input of the second wavelength component from the second input terminal causes a multiplexed light source and the multiplexed light to be received. Two-way communication with the optical device becomes possible.

【0009】前記した各計算機ホログラムは、回折現象
を利用した光学素子であり、コリメート機能、集光機
能、偏向機能、光路分割機能を重複してあるいは選択的
に適宜担わせることができることから、コンパクトであ
る。また、計算機ホログラムを例えばガラス基板のよう
な基板に形成し、これら計算機ホログラムが形成された
基板を重ね合わせることにより、各光学素子間の適正な
アライメントを比較的容易に実現することができる。従
って、製造コストの増大を招くことはなく、従来の前記
光学装置に比較して安価に、コンパクトな光通信端末局
用光学装置を提供することができる。
Each of the above-mentioned computer generated holograms is an optical element utilizing a diffraction phenomenon, and can perform a collimating function, a condensing function, a deflecting function, and an optical path dividing function in an overlapping or selective manner. It is. Also, by forming the computer generated hologram on a substrate such as a glass substrate and superimposing the substrates on which the computer generated hologram is formed, appropriate alignment between the optical elements can be realized relatively easily. Therefore, it is possible to provide a compact optical device for an optical communication terminal at a lower cost than the conventional optical device without increasing the manufacturing cost.

【0010】〈構成2〉本発明に係る前記光学装置にお
いて、波長選択フィルと第1または第2計算機ホログラ
ムとの間に、波長選択フィルタからの第2の波長成分の
発散光を第1の計算機ホログラムおよび第2の計算機ホ
ログラムのそれぞれに向けて分岐させる第3の計算機ホ
ログラムを挿入することができる。
<Structure 2> In the optical device according to the present invention, the divergent light of the second wavelength component from the wavelength selection filter is supplied to the first computer between the wavelength selection filter and the first or second computer hologram. A third computer hologram that branches to each of the hologram and the second computer hologram can be inserted.

【0011】〈作用2〉第3の計算機ホログラムは、波
長選択フィルタからの発散光を自然発散角に依存するこ
となく、回折現象により、比較的小さな進路で、第2の
入力端および第2の出力端を確実に分離させる。従っ
て、第3の計算機ホログラムを用いることが、光通信端
末局用光学装置のコンパクト化の上で、有利である。
<Function 2> The third computer generated hologram is configured such that the divergent light from the wavelength selection filter does not depend on the spontaneous divergence angle. Make sure the output end is separated. Therefore, the use of the third computer generated hologram is advantageous in reducing the size of the optical device for an optical communication terminal.

【0012】〈構成3〉さらに、本発明に係る前記光学
装置において、波長選択フィルタと第3の計算機ホログ
ラムとの間に、波長選択フィルタからの第2の波長成分
の発散光を第3の計算機ホログラムへ向けての平行光束
に変換する第4の計算機ホログラムを挿入することがで
きる。
<Structure 3> Further, in the optical device according to the present invention, between the wavelength selection filter and the third computer generated hologram, the divergent light of the second wavelength component from the wavelength selection filter is output to the third computer. A fourth computer generated hologram for converting into a parallel light beam directed to the hologram can be inserted.

【0013】〈作用3〉第4の計算機ホログラムは、波
長選択フィルタからの第2の波長成分の発散光を第3の
計算機ホログラムへ向けての平行光束に変換することか
ら、第3の計算機ホログラムの集光機能に発散光を取り
扱う必要はなく、第3の計算機ホログラムを設計するに
ついて、平行光束を集光させる機能を考慮すればよく、
発散光を考慮する必要がなくなることから、第3の計算
機ホログラムの設計および製造が、より容易となる。
<Function 3> The fourth computer generated hologram converts the divergent light of the second wavelength component from the wavelength selection filter into a parallel light beam directed to the third computer generated hologram. It is not necessary to handle the diverging light in the condensing function, and the function of condensing the parallel light beam may be considered when designing the third computer generated hologram.
The design and manufacture of the third computer generated hologram becomes easier because it is not necessary to consider the diverging light.

【0014】計算機ホログラムの製造には、CADが用
いられており、所望の回折光学特性を示すホログラム内
での光の位相差関数が求められる。この位相差関数は、
光路差関数ρ(x,y)と呼ばれている。光路差関数ρ
(x,y)は、次式 ρ(x,y)=ΣCNmn …(1) で示される多項式に変換される。この多項式(CNm
n )の係数CN は、光路差係数と呼ばれている。nおよ
びmはそれぞれ正の整数であり、この係数CN は位相係
数とも呼ばれている。Nとm、nとの間には、次式 N={(m+n)2 +m+3n}/2 …(2) が成り立つ。
A CAD is used to manufacture a computer generated hologram, and a phase difference function of light in the hologram exhibiting desired diffractive optical characteristics is obtained. This phase difference function is
It is called an optical path difference function ρ (x, y). Optical path difference function ρ
(X, y) is transformed equation [rho (x, y) = a ΣC N x m y n ... polynomial represented by (1). This polynomial (C N x m y
coefficient C N of n) is called an optical path difference coefficient. n and m are positive integers, respectively, and the coefficient C N is also called a phase coefficient. The following equation holds between N and m, n: N = {(m + n) 2 + m + 3n} / 2 (2)

【0015】この位相係数CN を2次元テイラー展開に
より求めたテイラー展開近似式の各項係数として求め、
CADプログラムに代入することにより、フォトリソグ
ラフィによって所望形状を得るのに必要なフォトリソグ
ラフィ用マスクのパターンを生成させることができる。
このようなCADプログラムの一例として、アメリカ合
衆国カリフォルニア州に在るNIPT社のCghCADがあ
る。
The phase coefficient C N is obtained as each term coefficient of a Taylor expansion approximation obtained by two-dimensional Taylor expansion,
By substituting it into a CAD program, a photolithography mask pattern required to obtain a desired shape by photolithography can be generated.
One example of such a CAD program is CghCAD from NIPT, California, USA.

【0016】このCADプログラムでは、データ処理の
容量の関係から、mとnとの和が10以下であり、かつ
Nが65以下である条件が付されている。従って、所望
の光学特性を示す光路差関数ρ(x,y)を求め、この
光路差関数ρ(x,y)の各位相係数CN (C0
65)を求めた後、そのデータをCADプログラムに入
力することにより、所望の回折光学特性を示す計算機ホ
ログラムのためのマスク条件を求めることができる。こ
のマスク条件に沿って、マスクを製作し、これらのマス
クを用いたフォトリソグラフィ法により、所望の回折光
学特性を示す計算機ホログラムが得られる。
In the CAD program, the condition that the sum of m and n is equal to or less than 10 and N is equal to or less than 65 is given from the relation of data processing capacity. Accordingly, an optical path difference function ρ (x, y) showing desired optical characteristics is obtained, and each phase coefficient C N (C 0-
After obtaining C 65 ), by inputting the data into a CAD program, mask conditions for a computer generated hologram exhibiting desired diffractive optical characteristics can be obtained. Masks are manufactured in accordance with the mask conditions, and a computer generated hologram exhibiting desired diffractive optical characteristics is obtained by a photolithography method using these masks.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例1〉図1は、本発明に係る光学装置を概略的に
示す断面図である。本発明に係る光学装置10は、コア
11および該コアを取り巻くクラッド12を備える光フ
ァイバ13が埋設されたガラス基板14を含む。ガラス
基板14の屈折率n1 は、クラッド12のそれに等し
い。図1では、空気の屈折率がn2 として示されてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a sectional view schematically showing an optical device according to the present invention. The optical device 10 according to the present invention includes a glass substrate 14 in which an optical fiber 13 including a core 11 and a clad 12 surrounding the core is embedded. The refractive index n 1 of the glass substrate 14 is equal to that of the cladding 12. In FIG. 1, the refractive index of air is shown as n 2 .

【0018】光ファイバ13は、ガラス基板14内に光
ファイバ経路(13)を規定する。この光ファイバ経路
13は、ガラス基板14の互いに反対側の端面で、ガラ
ス基板14に露出し、それぞれ第1の入力端15および
第1の出力端16を規定する。
The optical fiber 13 defines an optical fiber path (13) in the glass substrate 14. The optical fiber path 13 is exposed at the opposite end faces of the glass substrate 14 and defines a first input end 15 and a first output end 16 respectively.

【0019】第1の入力端15には、入力光ファイバ1
7が接続され、当該入力光ファイバを経て、それぞれが
信号媒体となる例えば1.3μmおよび1.55μmの
波長を有する光を相互に重ね合わせた多重光が入力す
る。この多重光は、光ファイバ経路13を経て、第1の
出力端16に接続された出力光ファイバ18へ向けて案
内される。
The first input terminal 15 has an input optical fiber 1
A multiplexed light is input through the input optical fiber. The multiplexed light is obtained by superimposing light having wavelengths of, for example, 1.3 μm and 1.55 μm, each serving as a signal medium, via the input optical fiber. The multiplexed light is guided via an optical fiber path 13 to an output optical fiber 18 connected to a first output end 16.

【0020】ガラス基板14には、光ファイバ経路13
を分断するスリット19が形成されており、このスリッ
ト19には、波長選択フィルタ20が挿入されている。
波長選択フィルタ20は、図示の例では、従来よく知ら
れた誘電体の多層膜からなる誘電体フィルタである。誘
電体フィルタからなる波長選択フィルタ20は、ハーフ
ミラーと称されている。
The glass substrate 14 has an optical fiber path 13
Is formed, and a wavelength selection filter 20 is inserted in the slit 19.
In the illustrated example, the wavelength selection filter 20 is a dielectric filter composed of a conventionally known dielectric multilayer film. The wavelength selection filter 20 composed of a dielectric filter is called a half mirror.

【0021】光ファイバ経路13に挿入された波長選択
フィルタ20は、第1の入力端15から入射しかつ光フ
ァイバ経路13の案内作用により第1の出力端16に向
かう多重光のうち、波長1.55μmを有する第1の成
分波長の光の透過を許す。従って、波長1.55μmの
第1の波長成分の光は、波長選択フィルタ20を透過
し、光ファイバ経路13の案内作用により、第1の出力
端16に至り、該出力端から出力光ファイバ18で取り
出される。波長選択フィルタ20を透過して出力光ファ
イバ18から取り出された第1の波長成分の光は、例え
ばテレビのような一方向通信の第1の端末装置に送られ
る。
The wavelength selective filter 20 inserted into the optical fiber path 13 is a wavelength-selective filter of the multiplexed light that enters from the first input end 15 and travels toward the first output end 16 by the guiding action of the optical fiber path 13. Allows the transmission of light of the first component wavelength having a .55 μm. Accordingly, the light of the first wavelength component having a wavelength of 1.55 μm passes through the wavelength selection filter 20 and reaches the first output terminal 16 by the guiding action of the optical fiber path 13, from which the output optical fiber 18 is output. It is taken out by. The light of the first wavelength component transmitted through the wavelength selection filter 20 and extracted from the output optical fiber 18 is sent to a first terminal device for one-way communication such as a television.

【0022】他方、波長選択フィルタ20は、多重光の
うちの波長1.3μmを有する第2の波長成分を所定の
発散角δを以て反射させる。この第2の波長成分の反射
光は、ガラス基板14の一面14aを部分的に照射す
る。このガラス基板14の面14aの前記照射領域の一
半には、第1の計算機ホログラム21が形成され、また
面14aの前記照射領域の他半には、第2の計算機ホロ
グラム22が形成されている。
On the other hand, the wavelength selection filter 20 reflects the second wavelength component having a wavelength of 1.3 μm of the multiplexed light at a predetermined divergence angle δ. The reflected light of the second wavelength component partially illuminates one surface 14a of the glass substrate 14. A first computer generated hologram 21 is formed on one half of the irradiation area on the surface 14a of the glass substrate 14, and a second computer generated hologram 22 is formed on the other half of the irradiation area on the surface 14a. .

【0023】各計算機ホログラム(Computer Generated
Hologram 、以下、単にCGH素子と称する。)21お
よび22は、波長選択フィルタ20からの第2の波長成
分の反射光を第2の出力端23および第2の入力端24
に向けるための集光機能および偏向機能を有する。
Each computer generated hologram (Computer Generated)
Hologram is hereinafter simply referred to as CGH element. ) 21 and 22 transmit the reflected light of the second wavelength component from the wavelength selection filter 20 to the second output terminal 23 and the second input terminal 24.
It has a light condensing function and a deflecting function for directing light to.

【0024】図示の例では、第2の出力端23には、電
話機の受信回路に接続されるフォトディテクタ25が配
置され、第2の入力端24には、前記電話機の送信回路
に接続される半導体レーザあるいは発光ダイオード26
が配置されている。
In the example shown, a photodetector 25 connected to a receiving circuit of the telephone is arranged at a second output terminal 23, and a semiconductor detector connected to a transmitting circuit of the telephone is disposed at a second input terminal 24. Laser or light emitting diode 26
Is arranged.

【0025】従って、波長選択フィルタ20により分離
された第2の波長成分の反射光は、第1のCGH素子2
1により、第2の出力端23に配置されたフォトディテ
クタ25に向けられ、該フォトディテクタに接続された
前記電話機の前記受信回路により、第2の波長成分の光
に含まれる情報が取り出される。
Therefore, the reflected light of the second wavelength component separated by the wavelength selection filter 20 is transmitted to the first CGH element 2.
1, the information included in the light of the second wavelength component is extracted by the receiving circuit of the telephone connected to the photodetector 25 disposed at the second output end 23 and connected to the photodetector.

【0026】また、前記電話機の前記送信回路に接続さ
れた発光ダイオード26から第2の波長成分である1.
3μmの信号光が発せられると、この第2の波長成分の
光は、第2のCGH素子22により、波長選択フィルタ
20に向けられ、該波長選択フィルタを経て、第1の入
力端15に接続された入力光ファイバ17に案内され
る。
The second wavelength component of the light emitting diode 26 connected to the transmitting circuit of the telephone is:
When the signal light of 3 μm is emitted, the light of the second wavelength component is directed to the wavelength selection filter 20 by the second CGH element 22, and is connected to the first input terminal 15 through the wavelength selection filter. Guided to the input optical fiber 17.

【0027】これにより、多重光の発信源(図示せず)
と、この多重光を入力光ファイバ17を経て第1の入力
端15に受ける光学装置10に接続された第2の端末装
置である前記電話機との双方向通信が、可能となる。
Thereby, a multiplexed light source (not shown)
Then, two-way communication with the telephone, which is the second terminal device connected to the optical device 10 that receives the multiplexed light via the input optical fiber 17 to the first input terminal 15 becomes possible.

【0028】次に、本発明に係るCGH素子21および
22の光学特性の詳細に触れる前に、一般的なCGH素
子のための前記した光路差関数ρ(x,y)の位相係数
N(C0 〜C65)について、述べる。
Next, before giving details of the optical characteristics of the CGH elements 21 and 22 according to the present invention, the phase coefficient C N (of the optical path difference function ρ (x, y) for a general CGH element will be described. C 0 to C 65 ) will be described.

【0029】各位相係数C0 〜C65は、2次元光路差関
数ρ(x,y)をx軸およびy軸に関して2次元テイラ
ー展開し、その10次の項までの近似式から、求めるこ
とができる。この関係が、図2に示された式(3)で表
されている。式(3)の右辺の第2項のΔは、テイラー
展開の余剰項であり、無視し得る程に十分に小さな値で
ある。
Each of the phase coefficients C 0 to C 65 is obtained from a two-dimensional Taylor expansion of the two-dimensional optical path difference function ρ (x, y) with respect to the x-axis and the y-axis, and from an approximate expression up to the tenth-order term. Can be. This relationship is represented by equation (3) shown in FIG. Δ in the second term on the right side of Expression (3) is a surplus term in the Taylor expansion, and is a value small enough to be ignored.

【0030】図3ないし図9は、式(3)を展開して求
めた各位相係数C0 〜C65、すなわち光路差係数C0
65を、光路差関数の一般式ρ(x,y)の関係式とし
て、整理して示す説明図である。所望の光学特性を示す
光路差関数ρ(x,y)を求め、この光路差関数ρ
(x,y)から、図3〜図9に示す光路差係数すなわち
位相係数C0 〜C65を求め、これらの値を前記したCA
Dプログラムに入力することにより、所望の回折光学特
性を示す計算機ホログラムのためのマスク条件を求める
ことができる。
FIGS. 3 to 9 show the phase coefficients C 0 to C 65 obtained by expanding equation (3), that is, the optical path difference coefficients C 0 to C 0 .
FIG. 4 is an explanatory diagram showing C 65 as a relational expression of a general expression ρ (x, y) of an optical path difference function. An optical path difference function ρ (x, y) showing desired optical characteristics is obtained, and this optical path difference function ρ
From (x, y), the optical path difference coefficients shown in FIGS. 3 to 9, that is, the phase coefficients C 0 to C 65 are obtained, and these values are calculated by the above-mentioned CA.
By inputting into the D program, mask conditions for a computer generated hologram exhibiting desired diffractive optical characteristics can be obtained.

【0031】前記した一般的なCGH素子の説明に沿っ
て、第1のCGH素子21および22の詳細を検討す
る。第1のCGH素子21および第2のCGH素子22
は、共に、点光源と集光点とを有するCGH素子であ
る。
The details of the first CGH elements 21 and 22 will be examined along the description of the general CGH element described above. First CGH element 21 and second CGH element 22
Are CGH elements each having a point light source and a condensing point.

【0032】図10は、点光源(X1 ,Y1 ,Z1 )お
よび集光点(X2 ,Y2 ,Z2 )を有する計算機ホログ
ラムすなわち回折光学素子である。説明の簡素化のため
に、CGH素子21および22は、z軸上にあり、その
厚さ寸法は、無視できるほどに十分に小さな値であると
仮定する。これらの仮定は、位相係数CN の算出の上
で、一般性を損なうものではない。点光源側の屈折率が
1 、集光点側の屈折率がn2 として、それぞれ示され
ている。この集光レンズ作用を有する回折光学素子の光
路差関数ρ(x,y)は、次式で与えられる。
FIG. 10 shows a computer generated hologram having a point light source (X 1 , Y 1 , Z 1 ) and a condensing point (X 2 , Y 2 , Z 2 ), that is, a diffractive optical element. For simplicity, it is assumed that CGH elements 21 and 22 are on the z-axis and their thickness dimension is small enough to be ignored. These assumptions do not impair generality in calculating the phase coefficient C N. The refractive index on the point light source side is represented by n 1 , and the refractive index on the light condensing point side is represented by n 2 . The optical path difference function ρ (x, y) of the diffractive optical element having the condensing lens function is given by the following equation.

【0033】 ρ(x,y)=n1・{(X1-x)2+(Y1-y)2+Z1 2)}1/2-n1L1+n2 ・{(X2-x)2+(Y2- y)2+Z2 2)}1/2-n2L2 …(5) ここで、原点から点光源までの距離L1 および原点から
集光点までの距離L2は、それぞれ次式で示される。 L1 =(X1 2+Y1 2+Z1 21/2 …(6) L2 =(X2 2+Y2 2+Z2 21/2 …(7)
Ρ (x, y) = n 1 {(X 1 -x) 2 + (Y 1 -y) 2 + Z 1 2 )} 1/2 -n 1 L 1 + n 2 {(X 2 -x) 2 + (Y 2 -y) 2 + Z 2 2 )} 1/2 -n 2 L 2 … (5) Here, the distance L 1 from the origin to the point light source and the distance from the origin to the focal point distance L 2 are each represented by the following formula. L 1 = (X 1 2 + Y 1 2 + Z 1 2) 1/2 ... (6) L 2 = (X 2 2 + Y 2 2 + Z 2 2) 1/2 ... (7)

【0034】式(5)の第1項および第2項は、点光源
からの球面波における計算機ホログラム(21または2
2)内での2次元光路差を表す。また、式(5)の第3
項および第4項は、原点から集光点へ向けての球面波に
おける計算機ホログラム(21または22)内での2次
元光路差を表す。
The first and second terms of the equation (5) are computer holograms (21 or 2) in a spherical wave from a point light source.
2) represents a two-dimensional optical path difference in 2). In addition, the third of the equation (5)
The terms and the fourth term represent the two-dimensional optical path difference in the computer generated hologram (21 or 22) in the spherical wave from the origin to the focal point.

【0035】第1のCGH素子21および第2のCGH
素子22のための位相係数CN は、式(5)を図3〜図
9に示した式(4−0)〜式(4−65)に代入するこ
とにより、得ることができる。
First CGH element 21 and second CGH
The phase coefficient C N for the element 22 can be obtained by substituting Equation (5) into Equations (4-0) to (4-65) shown in FIGS.

【0036】図11〜図22には、それらの演算結果が
各項Cn ごとに、式(8−0)〜式(8−65)の形式
で示されている。この式(8−0)〜式(8−65)に
示されるC0 〜C65の各値を光路差係数として、CAD
プログラムの式(1)で示される光路差係数CN に入力
し、当該プログラムを実行することにより、式(5)で
表される第1および第2のCGH素子21および22の
形成のために必要なマスクパターンのデータが得られる
ことから、そのマスクパターンを用いて、各第1のCG
H素子21および第2のCGH素子22を形成すること
ができる。
FIGS. 11 to 22 show the results of these calculations for each term C n in the form of equations (8-0) to (8-65). The values of C 0 to C 65 shown in the equations (8-0) to (8-65) are used as optical path difference coefficients, and CAD
By inputting the optical path difference coefficient C N shown in equation (1) of the program and executing the program, the first and second CGH elements 21 and 22 represented by equation (5) are formed. Since necessary mask pattern data is obtained, each of the first CGs is used by using the mask pattern.
The H element 21 and the second CGH element 22 can be formed.

【0037】図1に示した具体例1の光学装置10によ
れば、波長選択フィルタ20により反射された第2の波
長成分の発散光に関連して設けられる光学素子は、それ
ぞれ回折光学現象を利用したCGH素子21および22
で構成されていることから、これらのCGH素子21お
よび22に適正な偏向機能を含む集光機能を付与するこ
とができる。また、マスクを用いたエッチング作業によ
り、各CGH素子21および22をガラス基板14の適
正な部位に比較的容易にかつ比較的高い精度で形成する
ことができる。従って、比較的容易に正確なアライメン
トを達成することができ、しかも比較的安価でコンパク
トな光学装置10を提供することができる。
According to the optical device 10 of the first embodiment shown in FIG. 1, the optical elements provided in association with the divergent light of the second wavelength component reflected by the wavelength selection filter 20 have a diffractive optical phenomenon. CGH elements 21 and 22 used
, It is possible to provide these CGH elements 21 and 22 with a condensing function including an appropriate deflecting function. In addition, by performing an etching operation using a mask, each of the CGH elements 21 and 22 can be formed relatively easily and with relatively high precision in an appropriate portion of the glass substrate 14. Therefore, accurate alignment can be achieved relatively easily, and a relatively inexpensive and compact optical device 10 can be provided.

【0038】〈具体例2〉図1に示した具体例1では、
波長選択フィルタ20の反射による第2の波長成分の光
の自然発散を利用して、その照射領域に第1のCGH素
子21および第2のCGH素子22を配置した例を示し
た。この波長選択フィルタ20での反射による自然発散
に代えて、該波長選択フィルタと両CGH素子21およ
び22との間に、第3のCGH素子27を挿入し、当該
第3の光路分割機能によって、波長選択フィルタ20で
の反射光をそれぞれの入力端および出力端に分配するこ
とができる。
<Specific Example 2> In the specific example 1 shown in FIG.
An example has been shown in which the first CGH element 21 and the second CGH element 22 are arranged in the irradiation area by utilizing the natural divergence of the light of the second wavelength component due to the reflection of the wavelength selection filter 20. Instead of spontaneous divergence due to reflection at the wavelength selection filter 20, a third CGH element 27 is inserted between the wavelength selection filter and the two CGH elements 21 and 22, and the third optical path splitting function allows The light reflected by the wavelength selection filter 20 can be distributed to the respective input terminals and output terminals.

【0039】図23に示す光学装置110では、具体例
1におけると同様な機能部分に具体例1におけると同一
の参照符号が付されている。光学装置110では、図2
3に示されているように、ガラス基板14は光ファイバ
経路13が設けられかつクラッド12と同一屈折率n1
を有する第1のブロック14Aと、屈折率n3 を有する
第2のブロック14Bとに分割されており、両ブロック
14Aおよび14Bの接合により、ガラス基板14が形
成されている。第2のブロック14Bの屈折率n3 を第
1のブロック14Aの屈折率n1 に等しく設定すること
ができる。
In the optical device 110 shown in FIG. 23, the same reference numerals as in the first embodiment denote the same functional parts as in the first embodiment. In the optical device 110, FIG.
As shown in FIG. 3, the glass substrate 14 is provided with an optical fiber path 13 and has the same refractive index n 1 as the cladding 12.
Is divided into a first block 14A having a refractive index n 3 and a second block 14B having a refractive index n 3 , and the glass substrate 14 is formed by joining the two blocks 14A and 14B. The refractive index n 3 of the second block 14B can be set equal to the refractive index n 1 of the first block 14A.

【0040】第1のブロック14Aの第2ブロック14
Bへの接合面に、波長選択フィルタ20からの第2の波
長成分の反射光を受ける第3のCGH素子27が形成さ
れている。また、第2のブロック14Bの接合面と反対
側の面14aに、第1のCGH素子21および第2のC
GH素子22が形成されている。これにより、第3のC
GH素子27は、波長選択フィルタ20と、第1のCG
H素子21および第2のCGH素子22との間に、配置
されている。
The second block 14 of the first block 14A
A third CGH element 27 that receives the reflected light of the second wavelength component from the wavelength selection filter 20 is formed on the bonding surface to B. Further, the first CGH element 21 and the second CGH element 21 are provided on a surface 14a opposite to the bonding surface of the second block 14B.
The GH element 22 is formed. Thereby, the third C
The GH element 27 includes the wavelength selection filter 20 and the first CG
It is arranged between the H element 21 and the second CGH element 22.

【0041】第3のCGH素子27は、波長選択フィル
タ20からの第2の波長成分である1.3μmの発散光
を第1のCGH素子21および第2のCGH素子22の
それぞれに向けて分岐させる。また、第1のCGH素子
21および第2のCGH素子22は、第3のCGH素子
27により分岐されたそれぞれの分岐光を対応するフォ
トディテクタ25および発光ダイオード26に集光させ
る。
The third CGH element 27 branches 1.3 μm divergent light, which is the second wavelength component, from the wavelength selection filter 20 toward each of the first CGH element 21 and the second CGH element 22. Let it. Further, the first CGH element 21 and the second CGH element 22 condense the respective branched lights split by the third CGH element 27 to the corresponding photodetector 25 and light emitting diode 26.

【0042】前記した分岐光を形成する第3のCGH素
子27の光路分割機能についての光学特性を図24およ
び図25に沿って説明する。第3のCGH素子27は、
図24に示すように、任意の偏向角度を持つ平行光束を
任意の偏向角度を持つ平行光束に偏向するプリズム機能
を有する光学回折素子(27)であると考えられる。
The optical characteristics of the third CGH element 27 that forms the above-mentioned branched light with respect to the optical path splitting function will be described with reference to FIGS. 24 and 25. The third CGH element 27 is
As shown in FIG. 24, the optical diffraction element (27) having a prism function of deflecting a parallel light beam having an arbitrary deflection angle into a parallel light beam having an arbitrary deflection angle is considered.

【0043】図24に示される回折光学素子(27)の
説明の簡素化のために、前記したところと同様に、CG
H素子27は、原点を通りかつX軸およびY軸を含む平
面内にあると仮定する。CGH素子27への入射平行光
束は、原点を通る光のベクトル成分(α1 、β1 、γ
1 )に平行であり、出射平行光束は、原点を通るベクト
ル成分(α2 、β2 、γ2 )に平行である。
For simplification of the description of the diffractive optical element (27) shown in FIG.
It is assumed that H element 27 is in a plane passing through the origin and including the X axis and the Y axis. The parallel light flux incident on the CGH element 27 is a vector component (α 1 , β 1 , γ) of the light passing through the origin.
1 ), and the output parallel light beam is parallel to the vector components (α 2 , β 2 , γ 2 ) passing through the origin.

【0044】入射平行光束が存在する入射光側媒質14
Aは、屈折率n1 を有し、出射平行光束が存在する出射
光側媒質14Bは屈折率n3 を有する。このとき、光路
差関数ρ(x,y)の一般式は次式、
The incident light side medium 14 in which the incident parallel light flux exists.
A has a refractive index n 1 , and the output light side medium 14B in which the output parallel light beam exists has a refractive index n 3 . At this time, the general formula of the optical path difference function ρ (x, y) is as follows:

【0045】 ρ(x,y)=n1・(α1x+ β1y)/(α1 2+ β1 2+ γ1 2)1/2)−n3・(α2x+ β2y)/(α2 2+ β2 2+ γ2 2)1/2 …(9) で表される。[0045] ρ (x, y) = n 1 · (α 1 x + β 1 y) / (α 1 2 + β 1 2 + γ 1 2) 1/2) -n 3 · (α 2 x + β 2 y ) / (α 2 2 + β 2 2 + γ 2 2) represented by 1/2 (9).

【0046】ところで、一般的に、計算機ホログラムの
製造に要するマスクの枚数Mとすると、形成される計算
機ホログラムの位相レベルすなわち位相段数は、2M
示される。また、位相レベルに応じて、必要とされる1
次回折光の回折効率が変化する。1枚のマスクで1周期
の位相が形成される2位相レベルの計算機ホログラムで
は、従来よく知られているように、入射光の40%ずつ
の光量が、1次回折光および−1次回折光にそれぞれ分
配され、残りの20%の光量がその他の高次回折光に分
配される。従って、この現象を利用することにより、す
なわち2位相レベルの計算機ホログラムを用いることに
より、図25に示すように、入射光の40%ずつの光量
を1次回折光および−1次回折光として、互いに相離れ
る方向へ分岐させることができる。
Generally, assuming that the number of masks required for manufacturing a computer generated hologram is M, the phase level of the formed computer generated hologram, that is, the number of phase steps is indicated by 2 M. Also, depending on the phase level, the required 1
The diffraction efficiency of the second-order diffracted light changes. In a two-phase level computer generated hologram in which one cycle of phase is formed by one mask, as is well known in the art, the amount of light for each 40% of the incident light is divided into the first-order diffracted light and the -1st-order diffracted light, respectively. The remaining 20% of the light is distributed to the other higher-order diffracted lights. Accordingly, by utilizing this phenomenon, that is, by using a computer-generated hologram having two phase levels, as shown in FIG. It can be branched in the direction away.

【0047】第3のCGH素子27は、前記した計算機
ホログラム(リニアグレーティング)の分岐作用を利用
したものであり、式(9)を図3〜図9に示した式(4
−0)〜式(4−65)に代入することにより、第3の
CGH素子27のための位相係数CN を求めることがで
きる。図26には、それらの演算結果が光路差係数C0
〜C2 として、示されている。
The third CGH element 27 utilizes the branching action of the above-described computer generated hologram (linear grating), and converts equation (9) into equation (4) shown in FIGS.
−0) to (4-65), the phase coefficient C N for the third CGH element 27 can be obtained. FIG. 26 shows the results of these calculations as the optical path difference coefficient C 0.
CC 2 .

【0048】図26に示した演算結果を用いたCADプ
ログラムの実行により、第3のCGH素子27のための
1枚のマスクを生成し、このマスクを用いた第1のブロ
ック14Aのエッチングにより、第3のCGH素子27
を形成することができる。
By executing the CAD program using the operation results shown in FIG. 26, one mask for the third CGH element 27 is generated, and by etching the first block 14A using this mask, Third CGH element 27
Can be formed.

【0049】図27には、具体例2の光学装置110に
おける第1のCGH素子21および第2のCGH素子2
2の代表として、第2のCGH素子22の光学特性(図
27(a)と、その等価光学系(図27(b))とが示
されている。第2のCGH素子22の光学特性によれ
ば、図27(a)に示されているとおり、波長選択フィ
ルタ20で反射された第2の波長成分の光は、屈折率n
1 の第1のブロック14A中を第3のCGH素子27に
向けてこれに垂直に距離D1 を進む。第3のCGH素子
27に垂直に入射した前記反射光は、第3のCGH素子
27により、角度Θの偏向を受けた後、屈折率n3 の第
2のブロック14B中を第2のCGH素子22に向けて
距離D2 を進み、屈折率n2 の空気中で、距離D3 離れ
た第2の入力端24に集光する。
FIG. 27 shows the first CGH element 21 and the second CGH element 2 in the optical device 110 of the second embodiment.
The optical characteristics of the second CGH element 22 (FIG. 27A and the equivalent optical system thereof (FIG. 27B)) are shown as representatives of the second CGH element 22. According to this, as shown in FIG. 27A, the light of the second wavelength component reflected by the wavelength selection filter 20 has a refractive index n
Through the first block 14A 1 advances vertically the distance D 1 to toward the third CGH element 27. The reflected light vertically incident on the third CGH element 27 is deflected by an angle Θ by the third CGH element 27, and then passes through the second block 14B having the refractive index n 3 in the second block 14B. Take the distance D 2 toward the 22, in the air refractive index n 2, the distance is focused to the second input terminal 24 D 3 apart.

【0050】この第2のCGH素子22の光学特性につ
いて、第2のCGH素子22から第3のCGH素子27
へ向けて光路を見たとき、その光路は第3のCGH素子
27により偏向を受けているが、次式 L1 =(n1 /n3 )D1 +D2 …(11) L2 =D3 …(12) (ここで、L1 およびL2 は、それぞれ等価光学系にお
ける屈折率n3 および屈折率n2 での進行距離を現
す。)を満足する限り、図27(a)の光学系は、図2
7(b)に示されているような、屈折率n3 中を屈曲す
ることなく前記角度Θで進む光学系として、これと等価
的に取り扱うことができる。この図27(b)に示され
た光学特性は、具体例1について図1に第2のCGH素
子22のそれに他ならない。
Regarding the optical characteristics of the second CGH element 22, the second CGH element 22
When the optical path is viewed toward, the optical path is deflected by the third CGH element 27, and the following equation L 1 = (n 1 / n 3 ) D 1 + D 2 (11) L 2 = D 3 (12) (where L 1 and L 2 represent the refractive index n 3 and the traveling distance at the refractive index n 2 , respectively, in the equivalent optical system). Figure 2
As shown in FIG. 7 (b), an optical system that advances at the angle な く without bending in the refractive index n 3 can be equivalently treated. The optical characteristics shown in FIG. 27B are the same as those of the second CGH element 22 shown in FIG.

【0051】従って、式(11)および式(12)を考
慮することにより、具体例1におけると同様に、具体例
2における第1のCGH素子21および第2のCGH素
子22の光学特性を示す光路差関数ρ(x,y)は、屈
折率n1 を屈折率n3 で置換する点を除き、基本的に
は、式(5)で与えられることから、具体例1に沿って
説明したと同様に、具体例2の第1のCGH素子21お
よび第2のCGH素子22を得ることができる。
Accordingly, the optical characteristics of the first CGH element 21 and the second CGH element 22 in the specific example 2 are shown in the same manner as in the specific example 1 by considering the equations (11) and (12). The optical path difference function ρ (x, y) is basically given by the equation (5) except that the refractive index n 1 is replaced by the refractive index n 3 , and thus has been described along the specific example 1. Similarly to the above, the first CGH element 21 and the second CGH element 22 of the specific example 2 can be obtained.

【0052】具体例2に示した光学装置110では、波
長選択フィルタ20からの反射光を該フィルタによる自
然発散角δに依存することなく、第3のCGH素子27
により、積極的に2つの分岐光路に分割することができ
る。これにより、波長選択フィルタ20から第1のCG
H素子21および第2のCGH素子22への比較的短い
光路で、両CGH素子21および22の配置に必要な間
隔を確保することができることから、コンパクト化の上
で、一層有利となる。
In the optical device 110 shown in the second embodiment, the reflected light from the wavelength selection filter 20 is not dependent on the spontaneous divergence angle δ by the filter, and the third CGH element
Accordingly, the light can be positively split into two branch light paths. Thereby, the first CG is output from the wavelength selection filter 20.
Since a relatively short optical path to the H element 21 and the second CGH element 22 can secure a space required for disposing the two CGH elements 21 and 22, it is more advantageous in terms of compactness.

【0053】〈具体例3〉図23に示した具体例2にお
ける波長選択フィルタ20と、このフィルタ20からの
第2波長成分の反射光を受ける第3のCGH素子27と
の間に、コリメータを挿入することができる。
<Embodiment 3> A collimator is provided between the wavelength selection filter 20 in the embodiment 2 shown in FIG. 23 and the third CGH element 27 receiving the reflected light of the second wavelength component from the filter 20. Can be inserted.

【0054】図28に示す光学装置120では、具体例
2におけると同様な機能部分に具体例2におけると同一
の参照符号が付されている。光学装置120では、図2
8に示されているように、ガラス基板14は光ファイバ
経路13が設けられかつクラッド12と同一屈折率n1
を有する第1のブロック14Aと、屈折率n3 を有する
第2のブロック14Bと、屈折率n4 を有する第3のブ
ロック14Cとに分割されており、これらの3つのブロ
ック14A、14Bおよび14Cの接合により、ガラス
基板14が形成されている。第2および第3のブロック
14Bおよび14Cの屈折率n3 およびn4 を第1のブ
ロック14Aの屈折率n1 に等しく設定することができ
る。
In the optical device 120 shown in FIG. 28, the same reference numerals as those in the second embodiment denote the same functional parts as in the second embodiment. In the optical device 120, FIG.
As shown in FIG. 8, the glass substrate 14 is provided with the optical fiber path 13 and has the same refractive index n 1 as the cladding 12.
, A second block 14B having a refractive index n 3, and a third block 14C having a refractive index n 4 , and these three blocks 14A, 14B and 14C The glass substrate 14 is formed by bonding. The refractive indices n 3 and n 4 of the second and third blocks 14B and 14C can be set equal to the refractive index n 1 of the first block 14A.

【0055】第1のブロック14Aの第2ブロック14
Bへの接合面には、波長選択フィルタ20からの第2の
波長成分の反射光を受ける第4のCGH素子28が形成
されている。また、第3のブロック14Cの第2のブロ
ック14Bへの接合面には、光路分割機能を有する第3
のCGH素子27が形成され、さらに第2のブロック1
4Bの接合面と反対側の面14aに、第1のCGH素子
21および第2のCGH素子22が形成されている。こ
れにより、第4のCGH素子28は、波長選択フィルタ
20と、第3のCGH素子27との間に、配置されてい
る。
The second block 14 of the first block 14A
A fourth CGH element 28 that receives the reflected light of the second wavelength component from the wavelength selection filter 20 is formed on the bonding surface to B. In addition, a third surface having an optical path dividing function is provided on a joint surface of the third block 14C to the second block 14B.
Is formed, and the second block 1
A first CGH element 21 and a second CGH element 22 are formed on a surface 14a opposite to the bonding surface of 4B. Thus, the fourth CGH element 28 is arranged between the wavelength selection filter 20 and the third CGH element 27.

【0056】第4のCGH素子28は、波長選択フィル
タ20からの第2の波長成分である1.3μmの発散光
を第3のCGH素子27へ向けての平行光束に変換す
る。この第4のCGH素子28についての光学特性を図
29に沿って説明する。
The fourth CGH element 28 converts the divergent light of 1.3 μm, which is the second wavelength component from the wavelength selection filter 20, into a parallel light beam directed to the third CGH element 27. The optical characteristics of the fourth CGH element 28 will be described with reference to FIG.

【0057】第4のCGH素子28は、図29に示され
ているように、点光源からの発散球面波を平行光束に変
換するCGH素子であると考えられる。CGH素子すな
わち回折光学素子28は、座標(X,Y,Z)に位置す
る点光源からの発散球面を、原点を通るベクトル成分が
(α、β、γ)で表される平行光束に変換する。
The fourth CGH element 28 is considered to be a CGH element for converting a divergent spherical wave from a point light source into a parallel light beam, as shown in FIG. The CGH element, that is, the diffractive optical element 28 converts a divergent spherical surface from a point light source located at coordinates (X, Y, Z) into a parallel light flux whose vector component passing through the origin is represented by (α, β, γ). .

【0058】入射光側媒質である第1のブロック14A
の屈折率はn1 で示され、出射光側媒質である第3のブ
ロック14Cの屈折率はn4 で示されている。説明の簡
素化のために、回折光学素子28は、z軸上にあり、そ
の厚さ寸法は、無視できる程に充分に小さな値とする。
この仮定は、位相係数CN の算出の上で、一般性を損な
うものではない。
The first block 14A which is the medium on the incident light side
Is indicated by n 1 , and the refractive index of the third block 14 </ b> C, which is the exit light side medium, is indicated by n 4 . For simplicity of explanation, the diffractive optical element 28 is on the z-axis, and its thickness dimension is set to a value small enough to be ignored.
This assumption does not impair generality in calculating the phase coefficient C N.

【0059】回折光学素子28の光路差関数ρ(x,
y)は、次式で与えられる。 ρ(x,y)=n1・{(X-x)2+(Y-y)2+Z2) }1/2-n1L-n4・{(αx+βy )/(α 222)1/2 } …(13) ここで、Lは光源から原点までの距離であり、次式 L=(X2 +Y2 +Z21/2 …(14) で示される。
The optical path difference function ρ (x,
y) is given by the following equation. ρ (x, y) = n1・ {(X-x)Two+ (Y-y)Two+ ZTwo)}1/2-n1L-nFour・ {(Αx + βy) / (α Two + βTwo+ γTwo)1/2 L (13) where L is the distance from the light source to the origin, and L = (XTwo + YTwo + ZTwo )1/2 .. (14)

【0060】式(13)の第1項および第2項は、点光
源からの球面波における回折光学素子28内での2次元
光路差を表す。また、式(13)の第3項は、偏向され
た平行光束(α、β、γ)の光路差を表す。
The first and second terms of the equation (13) represent a two-dimensional optical path difference in the diffractive optical element 28 for a spherical wave from a point light source. The third term in the equation (13) represents the optical path difference of the deflected parallel light flux (α, β, γ).

【0061】第4のCGH素子28のための位相係数C
N は、式(13)を図3〜図9に示した式(4−0)〜
式(4−65)に代入することにより、得られる。図3
0〜図35には、それらの演算結果が、各項C0 〜C65
ごとに、式(15−0)〜式(15−65)の形式で示
されている。
The phase coefficient C for the fourth CGH element 28
N is obtained by calculating Equation (13) from Equations (4-0) to FIGS.
It is obtained by substituting into equation (4-65). FIG.
0 to FIG. 35 show the results of these operations as the terms C 0 to C 65.
Are represented in the form of the equations (15-0) to (15-65).

【0062】これら式(15−0)〜式(15−65)
の光路差係数すなわち位相係数C0〜C65を用いたCA
Dプログラムの前記したと同様な実行により、第4のC
GH素子28のためのマスクデータを得ることができ、
そのマスクを用いて第4のCGH素子28が形成され
る。
Formulas (15-0) to (15-65)
Using the optical path difference coefficient, that is, the phase coefficients C 0 to C 65
By executing the D program in the same manner as described above, the fourth C
Mask data for the GH element 28 can be obtained;
The fourth CGH element 28 is formed using the mask.

【0063】第4のCGH素子28は、前記したよう
に、波長選択フィルタ20からの第2の波長成分の発散
光を平行光束に変換することから、具体例3の光学装置
120では、第3のCGH素子27には平行光束が入射
し、この第3のCGH素子27の光路分割機能により、
第1のCGH素子21および第2のCGH素子22に
は、実質的に、それぞれ平行光束が入射することとな
る。
As described above, the fourth CGH element 28 converts the divergent light of the second wavelength component from the wavelength selection filter 20 into a parallel light flux. A parallel light beam is incident on the CGH element 27 of FIG.
The first CGH element 21 and the second CGH element 22 substantially receive parallel light beams, respectively.

【0064】従って、具体例3では、第1のCGH素子
21および22は、平行光束をそれぞれの入出力端23
および24に集光させる集光機能を有することから、こ
れらの第1のCGH素子21および22に関する光路差
関数ρ(x,y)は、基本的には、式(13)で表され
ることから、第4のCGH素子28と同様に形成するこ
とができる。
Therefore, in the third embodiment, the first CGH elements 21 and 22 transmit the parallel light beams to the respective input / output terminals 23.
Since the optical path difference function ρ (x, y) relating to the first CGH elements 21 and 22 has a light condensing function of condensing light onto the first and second CGH elements 21 and 22, the light path difference function ρ (x, y) is basically expressed by Expression (13) Therefore, it can be formed in the same manner as the fourth CGH element 28.

【0065】具体例3の光学装置120では、前記した
ように、波長選択フィルタ20と第3のCGH素子27
との間に、コリメート機能を有する第4のCGH素子2
8を挿入することにより、第1のCGH素子21および
第2のCGH素子22をも、第4のCGH素子28と同
様なコリメート機能を有するCGH素子を用いることが
できることから、具体例1および2に比較して、第1の
CGH素子21および第2のCGH素子22の設計作業
の簡素化を図ることが可能となる。
In the optical device 120 of the third embodiment, as described above, the wavelength selection filter 20 and the third CGH element 27 are used.
Between the fourth CGH element 2 having a collimating function
8, the first CGH element 21 and the second CGH element 22 can be CGH elements having the same collimating function as the fourth CGH element 28. It is possible to simplify the design work of the first CGH element 21 and the second CGH element 22 as compared with the first embodiment.

【0066】前記したところでは、基板14をガラスで
形成する例について説明したが、基板14として、光学
的な損失が小さな材料であれば、シリコン基板あるいは
プラスチック基板のような種々の基板材料を用いること
ができる。
In the above description, an example in which the substrate 14 is formed of glass has been described. However, if the substrate 14 is made of a material having a small optical loss, various substrate materials such as a silicon substrate or a plastic substrate are used. be able to.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、前記したように、波長
選択フィルタを除く光学素子が計算機ホログラムで構成
されており、これら計算機ホログラムには、コリメート
機能、集光機能、偏向機能、光路分割機能を選択的に付
与することができ、また適正なアライメントを比較的容
易に得ることができることから、製造コストの増大を招
くことなく、双方向通信が可能な光通信端末局用光学装
置のコンパクト化を図ることができる。また、本発明に
よれば、前記したように、従来に比較して安価に製造し
得る光通信端末局用光学装置を提供することができる。
According to the present invention, as described above, the optical elements excluding the wavelength selection filter are constituted by computer holograms, and these computer holograms include a collimating function, a condensing function, a deflecting function, an optical path splitting function. Since a function can be selectively provided and an appropriate alignment can be obtained relatively easily, a compact optical device for an optical communication terminal capable of two-way communication without increasing the manufacturing cost. Can be achieved. Further, according to the present invention, as described above, it is possible to provide an optical device for an optical communication terminal that can be manufactured at a lower cost than in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る光学装置の具体例1を概略的に示
す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a specific example 1 of an optical device according to the present invention.

【図2】本発明に係るテイラー展開式の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a Taylor expansion formula according to the present invention.

【図3】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その1)である。
FIG. 3 is an explanatory diagram (part 1) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図4】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その2)である。
FIG. 4 is an explanatory diagram (part 2) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図5】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その3)である。
FIG. 5 is an explanatory diagram (part 3) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図6】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その4)である。
FIG. 6 is an explanatory diagram (part 4) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図7】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その5)である。
FIG. 7 is an explanatory diagram (No. 5) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図8】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その6)である。
FIG. 8 is an explanatory diagram (part 6) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図9】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図(その7)である。
FIG. 9 is an explanatory diagram (part 7) of an optical path difference coefficient by Taylor expansion according to the present invention.

【図10】第1および第2のCGH素子の光学特性を示
す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing optical characteristics of first and second CGH elements.

【図11】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その1)である。
FIG. 11 is an explanatory diagram (part 1) of an optical path difference coefficient of the first and second CGH elements.

【図12】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その2)である。
FIG. 12 is an explanatory diagram (part 2) of the optical path difference coefficients of the first and second CGH elements.

【図13】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その3)である。
FIG. 13 is an explanatory diagram (part 3) of the optical path difference coefficients of the first and second CGH elements.

【図14】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その4)である。
FIG. 14 is an explanatory diagram (No. 4) of the optical path difference coefficients of the first and second CGH elements.

【図15】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その5)である。
FIG. 15 is an explanatory view (No. 5) of an optical path difference coefficient of the first and second CGH elements.

【図16】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その6)である。
FIG. 16 is an explanatory diagram (part 6) of the optical path difference coefficients of the first and second CGH elements.

【図17】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その7)である。
FIG. 17 is an explanatory diagram (part 7) of an optical path difference coefficient of the first and second CGH elements.

【図18】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その8)である。
FIG. 18 is an explanatory diagram (No. 8) of the optical path difference coefficients of the first and second CGH elements.

【図19】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その9)である。
FIG. 19 is an explanatory view (No. 9) of an optical path difference coefficient of the first and second CGH elements.

【図20】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その10)である。
FIG. 20 is an explanatory diagram (part 10) of an optical path difference coefficient of the first and second CGH elements.

【図21】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その11)である。
FIG. 21 is an explanatory diagram (11) of an optical path difference coefficient of the first and second CGH elements.

【図22】第1および第2のCGH素子の光路差係数の
説明図(その12)である。
FIG. 22 is an explanatory diagram (part 12) of the optical path difference coefficients of the first and second CGH elements.

【図23】本発明に係る光学装置の具体例2を概略的に
示す縦断面図である。
FIG. 23 is a longitudinal sectional view schematically showing Example 2 of the optical device according to the present invention.

【図24】第3のCGH素子の光学特性を示す説明図で
ある。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing optical characteristics of a third CGH element.

【図25】CGH素子の回折次数の説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram of the diffraction order of the CGH element.

【図26】第3のCGH素子の光路差係数の説明図であ
る。
FIG. 26 is an explanatory diagram of an optical path difference coefficient of the third CGH element.

【図27】第2のCGH素子の等価光学系の説明図であ
る。
FIG. 27 is an explanatory diagram of an equivalent optical system of the second CGH element.

【図28】本発明に係る光学装置の具体例3を概略的に
示す縦断面図である。
FIG. 28 is a longitudinal sectional view schematically showing Example 3 of the optical device according to the present invention.

【図29】第3のCGH素子の光学特性を示す説明図で
ある。
FIG. 29 is an explanatory diagram showing optical characteristics of a third CGH element.

【図30】第4のCGH素子の光路差係数の説明図(そ
の1)である。
FIG. 30 is an explanatory diagram (part 1) of an optical path difference coefficient of a fourth CGH element.

【図31】第4のCGH素子の光路差係数の説明図(そ
の2)である。
FIG. 31 is an explanatory diagram (part 2) of the optical path difference coefficient of the fourth CGH element.

【図32】第4のCGH素子の光路差係数の説明図(そ
の3)である。
FIG. 32 is an explanatory diagram (part 3) of the optical path difference coefficient of the fourth CGH element.

【図33】第4のCGH素子の光路差係数の説明図(そ
の4)である。
FIG. 33 is an explanatory view (No. 4) of the optical path difference coefficient of the fourth CGH element.

【図34】第4のCGH素子の光路差係数の説明図(そ
の5)である。
FIG. 34 is an explanatory diagram (No. 5) of the optical path difference coefficient of the fourth CGH element.

【図35】第4のCGH素子の光路差係数の説明図(そ
の6)である。
FIG. 35 is an explanatory view (No. 6) of an optical path difference coefficient of the fourth CGH element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、110、120 光学装置 13 光ファイバ経路 14 基板 15 第1の入力端 16 第1の出力端 20 波長選択フィルタ 21 第1のCGH素子 22 第2のCGH素子 23 第2の出力端 24 第2の入力端 27 第3のCGH素子 28 第4のCGH素子 10, 110, 120 Optical device 13 Optical fiber path 14 Substrate 15 First input terminal 16 First output terminal 20 Wavelength selection filter 21 First CGH element 22 Second CGH element 23 Second output terminal 24 Second Input terminal of 27 Third CGH element 28 Fourth CGH element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03H 1/08 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G03H 1/08

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに異なる波長の光が信号媒体として
重ね合わされた多重光を受ける第1の入力端からの光を
第1の出力端に案内する光ファイバ経路に挿入され前記
多重光のうちの第1の波長成分の光の前記第1の出力端
への透過を許しかつ前記多重光のうちの第2の波長成分
の光を反射させて発散光を得る波長選択フィルタと、前
記第2の波長成分の発散光に関し、前記第1の入力端へ
向けての双方向通信を可能とする第2の一対の入力端お
よび出力端とが設けられる光通信端末局用光学装置であ
って、前記第2の波長成分の発散光の一部を前記第2の
出力端に集光させる第1の計算機ホログラムと、前記第
2の入力端からの第2の波長成分の光を前記波長選択フ
ィルタを経て前記第1の入力端へ向けるべく、前記波長
選択フィルタに向けて案内する第2の計算機ホログラム
とを含む、光通信端末局用光学装置。
An optical fiber path for guiding light from a first input end to a first output end, which receives multiplexed light in which light of different wavelengths are superimposed as a signal medium, is inserted into the optical fiber path. A wavelength selection filter that permits transmission of light of a first wavelength component to the first output end and reflects light of a second wavelength component of the multiplexed light to obtain divergent light; An optical device for an optical communication terminal station provided with a second pair of input terminals and an output terminal that enables bidirectional communication toward the first input terminal with respect to divergent light of a wavelength component, A first computer generated hologram for condensing a part of the divergent light of the second wavelength component at the second output end, and a light of the second wavelength component from the second input end to the wavelength selection filter. Through the wavelength selection filter to the first input end And a second computer generated hologram for guiding.
【請求項2】 前記光ファイバ経路は、ガラス基板に埋
設された光ファイバで構成され、前記ガラス基板におけ
る前記第2の波長成分の発散光の照射を受ける面に前記
第1および第2の計算機ホログラムが形成されているこ
とを特徴とする請求項1記載の光通信端末局用光学装
置。
2. The optical fiber path is constituted by an optical fiber embedded in a glass substrate, and the first and second computers are provided on a surface of the glass substrate which is irradiated with divergent light of the second wavelength component. 2. The optical device for an optical communication terminal according to claim 1, wherein a hologram is formed.
【請求項3】 前記第1および第2の計算機ホログラム
は、前記波長選択フィルタからの第2の波長成分の光を
前記第2の各入出力端にそれぞれ向ける集光機能および
偏向機能を有する請求項1記載の光通信端末局用光学装
置。
3. The first and second computer generated holograms have a condensing function and a deflecting function for directing light of a second wavelength component from the wavelength selection filter to each of the second input / output terminals. Item 2. The optical device for an optical communication terminal according to Item 1.
【請求項4】 さらに、前記波長選択フィルと前記第1
または第2計算機ホログラムとの間に配置され、前記波
長選択フィルタからの第2の波長成分の発散光を前記第
1の計算機ホログラムおよび第2の計算機ホログラムの
それぞれに向けて分岐させる第3の計算機ホログラムを
含むことを特徴とする請求項1記載の光通信端末局用光
学装置。
4. The method according to claim 1, further comprising the step of:
Or a third computer arranged between the second computer generated hologram and a divergent light of the second wavelength component from the wavelength selection filter for branching toward the first computer generated hologram and the second computer generated hologram, respectively. The optical device for an optical communication terminal according to claim 1, further comprising a hologram.
【請求項5】 前記第3の計算機ホログラムは、前記第
2の波長成分の光を1次回折光および−1次回折光に分
岐させる請求項4記載の光通信端末局用光学装置。
5. The optical device for an optical communication terminal according to claim 4, wherein the third computer generated hologram branches the light of the second wavelength component into first-order diffracted light and −1st-order diffracted light.
【請求項6】 さらに、前記波長選択フィルタと前記第
3の計算機ホログラムとの間に配置され、前記波長選択
フィルタからの第2の波長成分の発散光を前記第3の計
算機ホログラムへ向けての平行光束に変換する第4の計
算機ホログラムを含むことを特徴とする請求項4記載の
光通信端末局用光学装置。
6. The hologram device according to claim 1, wherein the divergent light of a second wavelength component from the wavelength selection filter is disposed between the wavelength selection filter and the third computer generated hologram. 5. The optical device for an optical communication terminal according to claim 4, further comprising a fourth computer generated hologram for converting a parallel light beam.
【請求項7】 前記第4の計算機ホログラムは、前記波
長選択フィルタからの第2の波長成分の発散光を前記第
3の計算機ホログラムに向けるコリメート機能を有する
請求項6記載の光通信端末局用光学装置。
7. The optical communication terminal according to claim 6, wherein the fourth computer generated hologram has a collimating function of directing the divergent light of the second wavelength component from the wavelength selection filter to the third computer generated hologram. Optical device.
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