JPS6325604A - 光回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光通信において波長ごとに異なる光信号を
伝送するための光波長多重通信に用いる光回路装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

光波長多重通侶を行なうためには、光を異なる波長ごと
に分離せしめる光回路（以下光分波回路と呼ぶ）が必要
である。光を波長ごとに分離するには、干渉フィルタを
用いる方法、グレーティングを用いる方法、プリズムを
用いる方法等があるが、現在良く用いられているのは、
干渉フィルタを用いる方法である。例えば、第４図は、
昭和６０年度電子通信学会総合全国大会講演番号２６２
１に示された従来の光分波回路の構成図であり、（１）
は波長λＡの半導体レーザ、（２）はＧｅ　−ＡＰＤ　
、　＋３１は光ファイバ、（４）は波長２人の光を透過
し波長λＢの光を反射する干渉膜フィルタ、　ｌｓ＋ｌ
、　ｆ’Ｊｉ２波長λ９の光を反射し、波長λＢの光を
透過する干渉膜フィルタで光路に対しフィルタ法線が１
５度をなすよう挿入されている。＋６１．　（７１，＋
８１は光をコリメート又は集光させるためのレンズ、　
＋９１．　（１１１１はプリズム、αＢはミラーである
。又図中矢印付きの実線及び破線は光路を示す。次に動
作について説明する。半導体レーザ（１）より出射した
波長λＡの光はレンズ（６）によって平行光束に変換さ
れ干渉膜フィルタ（４）を透過し直進しレンズ（７）に
よってファイバ（３１に送出される。一方ファイバ（３
）より入射した波長λ８の光はレンズ（７）によって平
行光束に変換され、干渉膜フィルタ（９１によって反射
されプリズム０α内を１方に進み、ミラーαυによって
反射され干接フィルタ膜フィルタｉ５ｊ＋、　＋５２１
を透過しレンズ（８）によってＧ　ｅＡＰ　Ｄ　（２１
Ｈ’Ｍ上へ集光される。このようにしてこの光回路は、
波長λＡの光をファイバへ送出するとともに波長λ８の
光をファイバよりＧｅ−ＡＰＤへ導く働きをなし２波長
多重の双方向伝送を可能にするものである。ここでＧ　
ｅ−ＡＰＤの前に挿入されている干渉膜フィルタ＋５＋
１．　（５２１は。

例えば半導体レーザ（１）からでた波長λ９の光が反射
・散乱等によってこのフィルタへ入射した場合。

これを除去するために挿入されているもので波長λＢに
対しては透明で波長λ９に対しては反射となるよう選ば
れるものである。

〔発明が解決しようとする間顧点〕

しかしながら、従来の装置は以上のように構成されてい
たので９次のような問題点があった。即ち波長λ８を透
過し波長λＡを反射する干渉膜フィルタ１５１１　、　
ｆ５２＋に何らかの雑因で波長λＡの光が。

所定の角度以外の入射角をもってフィルタ（５１１，［
５２１に入射したときに、フィルタ（５１１，ｆｓ２１
で十分除去されない場合があった。

？ｌ’Ｓ５図はこの間の事情を説明するための図でフィ
ルタ（ｓ＋Ｉ、　１ｓ２１に、アプライドオプティック
ス２２巻１９号の論文に示されているＴｉＯ２とＳｉｏ
２膜の全部で２３層の交互層からなる透過域波長１３０
０ｎｍの帯域フィルタを用いた場合の１２００μｍの波
長の散乱光に対する減衰特性を、散乱光の光路に対する
角度を栴軸に、その時フィルタ（５１１，＋５２１によ
って受ける散乱光の減衰量の計算値を縦軸にとって示し
たものである。図中破線はフィルタ（５１１又は（５２
）単独による減衰特性実線は２枚のフィルタによる減衰
特性である。このフィルタは前述したように、フィルタ
への入射角１５度即ち光路に沿う波長１３ＱＯｎｍの光
を透過し波長１２００ｎｍの光を減衰させるよう設計さ
れているので図に示す通し光路に沿う光線（角度０度）
に対しては各々のフィルタでそれぞれ３０ｄＢ減衰され
、結局２枚のフィルタで６０ｄＢの減衰量が得られる。

所が図より明らかなように、光路に対し一１０度〜−２
０度の角でフィルタへ入射する波長１．２μｍの光に対
してはほとんど減衰特性を示さない（図中矢印の部分）
。即ち従来の装置で用いられていたフィルタを多数枚重
ねて減衰量を得る手段はこのような光に対しては全（効
果がないことが９図より明らかである。一方前述したよ
うな原因で光回路内に生じる迷光は、一種の散乱光に近
いものであるから光路に対して一１０度〜−２０度の角
度範囲を含む広い角度成分を有する。このため従来のフ
ィルタ構成では、このような散乱光のうち特定の角度成
分を減衰させることができずクロストークの劣化を生じ
ていた。

ここでは、特定の種類のフィルタを用いる場合について
の実例を示したが、実はこの現象は、干渉膜フィルタの
動作原理に基づく本質的なもので。

どのような干渉膜フィルタを用いても生じるものである
。即ち、干渉膜フィルタは、各層をなす膜の界面からの
反射光がその光路差に応じ互いに干渉しあうことによっ
てその透過・減衰波長特性を生じるものであるから、フ
ィルタへの入射角が変化するとこれに応じて光路差が変
化しその透過・減衰特性が変化する。例えばフィルタへ
の入射角αＡで波長λＡの光を透過させるフィルタは、
同じ光路差を生じる入射角αＢ波長λ８の光に対しても
透過特性を示す。α人、αＢ、λＡ、λＢ間の関係式は
（３１式で与えられる。

λＡ　＝　１３０Ｃ１ｎｍ　、λＢ　＝　ｆ２（ｌｏｎ
ｍ　、θイエ１５°とすると、θＢ＝２７°となり、フ
ィルタが光路に対し１５°傾むけられている場合は光路
に対しθい一θＢ即ち一１２度で入射する波長１２００
ｎｍの光に対しても透過特性を示すこととなり、第５図
の特性を説明することができる。このように、波長多重
を行なう光回路においである特定の波長λＡに対して入
射角　０人で透過特性となるフィルタを用いる場合、他
の波長λＢに対しても必ず（３）式を満足するような入
射角　θＢＩこ対して当該フィルタは透過特性を示す。

従来の光回路では、光回路内での迷光については一切考
慮されていなかったため。

上述するような設計された光路と異なる角度でフィルタ
に入射する光源に対して配慮がなされておらずクロスト
ークの原因となった。特に、近年。

光回路の小形化に伴ない、第４図に示したように半導体
光素子を直接光回路内に組み込んだ回路への要求が高ま
っているが、このような光回路においては、光素子から
の出射光が一般にきわめて広い放射角を有することから
面述した光回路内で生じる迷光の強度が大きくなりこの
結果従来の光回路では罰述した原因によるクロストーク
が光回路の性能を大きく劣化させていた。

勿論（３１式から明らかなように、波長λＡと波長λ８
の間隔を大きくとればこのような問題をかなりさけるこ
とができるが、情報密度の点からこのようｔ対策は望ま
しくないことは明らかである。

この発明は、上記のような問題点を解消するためなされ
たもので従来の装置とほぼ同一の部品を用いながら、ク
ロストークの小さな光回路装置を得ることを目的とする
。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明に係る光回路装置では、所定の波長λＡの光を
通過せしめ、他の波長λ８の光を減衰せしめる２枚のフ
ィルタを一組とし、この２枚のフィルタの法線が光路と
なす角は等しく、かつ光路に対し法線の方向が対称とな
るよう光路に挿入したものである。

〔作　用〕

この発明に８ける光回路装置は、光路に対し異なる方向
に光路となす角が等しいように挿入された複数枚のフィ
ルタにより、減衰すべき波長λ３の光が光回路内で生じ
た何らかの原因によって迷光となって光路に対し零でな
い角度でフィルタへ入射しても、複数枚のフィルタへの
入射角が各々異なる為、そのうち少なくとも１枚のフィ
ルタで大きな減衰と必ず受はクロストークの劣化を生じ
ない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図はこの発明による光回路装置の一実苑例であって
（１）は波長１２ＧＯｎｍの光を出す半導体レーザ、（
２）は波長１３００ｎｍの光を受光するためのＧｅ−Ａ
ＰＤ、＋３１は光ファイバ、（４）は波長で２００ｎｍ
の光を透過し、波長１３００ｎｍの光を反射させる干渉
膜フィルタ、　＋６１．　＋７１．　＋８１は光をコリ
メート又は集光させるためのレンズ、　＋９１（ｌ［ｌ
はプリズム、ｆｌｌｌはミ５　＋、　１ｓｔ）、　１５
２１．１５３１．　ｆ５４１１：！各々前述シタＴｉＯ
２と５ｉ０２膜の交互層からなる２３層のフィルタでこ
のフィルタへ入射角１５度で入射する光線に対し波長１
３００　ｎｍの光に対し透過域で波長１２００ｎｍの光
に対し減衰域を示すものである。第２図はフィルタ＋５
ｊｌ、　１５２１．１５３１．　＋５４１の光路への挿
入角度を示したものであって、フィルタ１５１１及び（
５２ｊは第１図あるいは第２図で示したｘ　−ｙ　−Ｚ
軸座標示において、フィルタの法線がｘ　−ｙ平面内に
ありかつＸ軸（光路）と法線のなす角が−１５度及び＋
１５度であるよう挿入されている。又フィルタ（５３）
及び（５４）は、フィルタの法線がｘ　−ｚ平面内にあ
りかつＸ軸（光路）に対し＋１５度及び−１５変で挿入
されている。

次に第１図に従いこの発明の詳細な説明する。

半導体レーザ（１）より出射した波長ｆ２（ｌｏｎｍの
光はレンズ（６）によって平行光束に変換され干渉フィ
ルタ（４）を透過しレンズ（７）によって集光されファ
イバ（３：へ送出される。一方ファイバ（３１より入射
した波長１３００ｎｍの光は、レンズ（７）で平行光束
へ変換されたのち干渉フィルタ（４］で反射されプリズ
ムαＧ内を上方へ進みミラーαυで反射され光路（Ｘ軸
〕に沿って干渉フィルタ（５１１，（ｓ２１．　＋５３
１．　（５４１へ順次入射する。この光のフィルタへの
入射角はいずれも１５度であるので、この波長の光はこ
れらのフィルタを透過しレンズ（８＋によってＧｅ−Ａ
ＰＤ（２１上へ集光される。また波長１２０［１ｎｍの
光でファイバ伝送路中の接続点等により反射され上記波
長１３ＱＯｎｍの光と同一の光路を経て干渉フィルタｔ
５ｔｌ、　ｌｚｌ、　（矧、　＋５４１へ入射する成分
は、フィルタ（ｓ＋ｌ、　（簡、　＋５３１．１５４１
がこの光路（こ沿った入射角の光に対しては、波長１３
００ｎｍを透過せしめ波長１２００ｎｍを反射するもの
であるから４枚のフィルタによって強く減衰させられる
。これらの特性は、従来の光回路装置と全く同様である
。

つぎに、従来の光回路装置でクロストークの原因となっ
た半導体レーザ（１）より出射した波長１２００ｎｍの
光がプリズムｒＬｌのエツジ等の何らかの原因で散乱さ
れこの光回路装置内で迷光となってフィルタ（５１１へ
光軸に対し巾広い角度で入射する成分について考える。

簡単のためまずこのような光線が第２図＋ａ＋に示すよ
うにｘ　−ｙ平面内で光軸に対しθｉｎの角度で入射す
る場合について述べる。この光はフィルタ（５１）に対
してθｉｎ＋１５　の角度で入射しさらにフィルタ（５
２１へθ１ｎ−１５の角度で入射する。

この結果この２枚のフィルタ（５１）及び（５２）によ
って異なる減衰をうける。第３図は波長１２００ｎｍの
迷光がフィルタ（５１１及び（５２１を通過するときに
うける減衰特性の計算値を迷光の光路（ＺＷＩＪ）　ｌ
ζ対する角度を横軸に、減衰量を縦軸にとって示したも
ので図中２本の破線は、フィルタ（５１１及び（５２）
の各々によって受ける減衰特性を、実線はフィルタ（５
１）及びｌ５２）の両方によってうける減衰特性を示し
ている。

例えば光軸に対して＋１５度の角でフィルタ（５１１へ
入射する迷光は、第３図に示すようにフィルタ（５１）
では全く減衰されない、これは、（３１式の関係をこの
光線が満足しているからで、従来の光回路装置のクロス
トーク劣化の原因となっていた現象である。しかしなが
らこの発明による光回路装置ではとの迷光は、第３図に
示すように２次のフィルタ（５２１によって３０ｄＢ近
くの強い減衰をうけ除去される。第３図より明らかなよ
うに光路に対し＋３０度近くの迷光までがこのようなフ
ィルタ構成によって強く減衰される。このことを従来の
光回路装置においては、光路に対し一５°〜３５度の範
囲でしか迷光を除去できなかった（第５図）ことと比較
するとこの発明による効果がきわめて大きいことがわか
る。所で、今までは、迷光がｘ　−ｙ面内で光路に対し
て広い角度をもって入射することを考えたが一般にはｔ
”−ｙ面内に８いても同様の迷光が考えられる。このよ
うな迷光に対してはフィルタ（５３）及び（５４）が同
様の効果を示すことは、上述した動作原理より明らかで
あろう。

さらに、上述した動作原理より明らかなように。

フィルタ＋５１１．　（５２１の光路への挿入角は、減
衰せしめる波長の光が１つのフィルタに対して透過とな
る入射角に対してもう１つのフィルタが最大の減衰量を
与えることによって最大の効果が得られることは明らか
である。

ここ、で、フィルタの法線と光路とのなす角をαとし、
透過すべき波長をλＢ減衰すべき波長をλ８とすると、
このフィルタが波長λＢに対し透過域となるフィルタへ
の入射角θＢは（３）式より次のように与えられる。

１枚のフィルタを（４）式で与えられる角度　θ８で透
過してきた波長λＢの光がこれと１対をなすもう１枚の
フィルタへ入射する角θｍは、２つのフイルタが２αの
角をなしていることから次式で与えられる。

θ　−２α−θＢ（５） 従ってフィルタが（５）式で与えられる入射角の波長λ
８に光に対して最大の減衰量を与えるようにすればこの
発明の効果を最大限発揮できる６訂述した実権例はこの
ように条件に合致するようフィルタの挿入角を設定した
ものである。

一般には、フィルタの最大減衰域はフィルタの膜構成に
よって異なるため個々のフィルタについてそれぞれ設計
することが必要である。

さて、上述したように、この発明は、従来の光回路装置
とほとんど同一の部品で構成できるにもかかわらず、わ
ずかにフィルタの光軸への挿入方向に工夫をこらすこと
によって従来の光回路装置の欠点を著しく改善できる。

即ち、従来の光回路装置と同等の部品でかつほとんど同
一の組立方法でしかもすぐれた効果が得られる特長を有
するものである。

ｆＸ２＋に、記実施例では、フィルタを４枚挿入する場
合について示したがさらに大きな減衰量を得るには各々
のフィルタをさらに複数枚としても良い。又光回路装置
は、第１図に示すように一般に光路に対し軸対称ではな
いので、迷光も光路に対し軸対称な角度成分をもつとは
かぎらない。例えば第１図において、迷光がｘ　−７面
内でのみ光路に対し広い角度を有する場合フィルタ＋５
３１．　（５４１は除いても同じ効果を得ることができ
る。また上記実権例では、半導体光素子が光回路装置中
に組み込まれている場合について述べたが半導体光素子
の代りに光ファイバを置いても良い、また実症例では同
一のフィルタを用いる場合について示したが各々に異な
るフィルタを用いても＋１１式がフィルタ一般に成立す
ることから明らかなように、同様の効果を期待できる。

しかしながら、同一のフィルタを用いてすぐれた効果を
有することもこの発明の利点の１つであり、この方が量
産性及び製造性に優れていることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、フィルタを光路に対
し同−角で異なる方向にむけて縦列挿入したので、従来
の光回路装置と同等の部品及び製造法でしかもきわめて
クロストークの小さなものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光回路装置の一実池例の上面図
、第２図１ａｌｌｂｌはこの発明による光回路装置のフ
ィルタの光路への挿入角度を説明する断面図、第３図は
この発明による効果を計算した特性図、第４図は従来の
光回路装置の一例を示す上面図、第５図は従来の光回路
装置のクロストークの原因を説明する特性図である。 （１）は波長１２００ｎｍの半導体レーザ、（２）はＧ
ｅ−ＡＰＤ、＋３１はファイバ、（４）はフィルタ、　
＋６１゜＋７１．　＋８１はレンズ、　＋９１．　Ｑｆ
ｌはプリズム、α０はミラー。 （５１，（ｓｚ、　ｆ５３１＋　（５４は干渉膜フィル
タである。なお。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の波長λ＿Ａの光を透過せしめ、他の波長の光
   を反射または減衰せしめる目的で複数枚の干渉膜フィル
   タが光路中に挿入されている光回路装置において、上記
   干渉膜フィルタのうち少なくとも１対の干渉膜フィルタ
   が、その法線が光路に対し零でない角度αをもつて挿入
   されており上記１対の干渉膜フィルタが互いに角度２α
   をなしていることを特徴とする光回路装置。 ２、所定の波長λ＿Ａの光を透過せしめ、他の波長の光
   を反射または減衰せしめる目的で複数枚の干渉膜フィル
   タが光路中に挿入されている光回路装置において、上記
   干渉膜フィルタのうち少なくとも１対の干渉膜フィルタ
   やその法線が光路に対して零でない角度αをもつて挿入
   されており、またこの１対の干渉膜フィルタが互いに角
   度２αをなし、かつ他の１対の干渉膜フィルタが上記１
   対の干渉膜フィルタを光路を中心軸として９０度回転さ
   せた傾きで挿入されていることを特徴とする光回路装置
   。 ３、所定の波長λ＿Ａの光を透過せしめ、他の波長λ＿
   Ｂの光を反射または減衰させる目的で複数枚の干渉膜フ
   ィルタが光路中に挿入されている光回路装置において、
   干渉膜フィルタの法線と光路とのなす角をα、上記干渉
   膜フィルタが波長λ＿Ｂの光に対して最大の減衰量を与
   える波長λ＿Ｂの光の干渉膜フイルタへの入射角をθ＿
   ｍとすると、θ＿ｍとαとの間に（１）式の関係が成立
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の光回路装置。 θ＿ｍ＝２＿α−θ＿Ｂ（１） ここでθ＿Ｂ＝ｃｏｓ＾−＾１｛（λ＿Ｂ／λ＿Ａ）ｃ
   ｏｓα｝（２）である。