JP2003294937A - 光共振器および波長管理モジュール - Google Patents

光共振器および波長管理モジュール

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JP2003294937A
JP2003294937A JP2002096853A JP2002096853A JP2003294937A JP 2003294937 A JP2003294937 A JP 2003294937A JP 2002096853 A JP2002096853 A JP 2002096853A JP 2002096853 A JP2002096853 A JP 2002096853A JP 2003294937 A JP2003294937 A JP 2003294937A
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JP2002096853A
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English (en)
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Hitoshi Oguri
均 小栗
Takeshi Sakai
猛 坂井
Yuuki Kanehara
勇貴 金原
Hironori Tokita
宏典 時田
Junichi Kaneko
純一 金子
Norio Otani
礼雄 大谷
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Oyokoden Lab Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Oyokoden Lab Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】温度依存性が小さくて、波長管理モジュールに
よる波長管理の精度向上を達成できる光共振器および波
長管理モジュールを提供する。 【解決手段】ブロック状で厚さ方向に貫通する中空部3
2を有するスペーサ33の、厚さ方向の両端面に、2枚
の基板31,31’の内側面がオプティカルコンタクト
によりそれぞれ接合されており、基板31,31’の内
側面の、少なくとも中空部32内部に接する領域には反
射膜38が設けられ、基板31,31’とスペーサ33
との接合面の周縁の少なくとも一部に、基板31,3
1’およびスペーサ33の両方に接する接着剤36から
なる接着部が設けられている光共振器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光共振器およびこれ
を用いた波長管理モジュールに関し、特にその温度特性
を改善したものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】波長分
割多重方式(以下、WDM方式という)においては、複
数の波長の光信号を使用するが、用いる光信号の波長間
隔が高密度になると隣接波長の間隔が小さくなる。WD
M方式における光源としては、一般的に半導体レーザ
(LD)が用いられるが、LDは経時変化や環境により
出射光の中心波長の変動が発生し、これによって隣接波
長とのクロストークが発生して混信が生じることがあ
る。そこで、LDの発振波長を一定に保つために、光共
振器を用いた波長管理モジュールを使用した波長管理シ
ステムが用いられる。
【0003】図5は、従来の光共振器の一例を示した断
面図である。この例の光共振器24は、一面上に所定の
反射率を有する反射膜28が設けられた2枚の基板2
1,21’が、反射膜28が媒体22を挟んで対向する
ように平行に配されるとともに、2枚の基板21,2
1’の間にスペーサ23が配されて基板21,21’間
の長さ(以下、キャビティ長ということもある)dが所
定の長さとなるように構成されている。この例において
媒体22は空気層である。スペーサ23と基板21,2
1’とは接着剤層26を介して接合されている。図中符
号12は光共振器24に光を入射させるための入射手段
を示している。
【0004】光共振器24における光の透過率は波長依
存性を有しており、例えば図6に示すような正弦波に近
い波長−透過率特性を有する。この図の例において、波
長がλ(nm)であるときの透過率T(λ)(単位は
%)は次の数式(1)で表される。下記数式(1)にお
いて、T0は最大の透過率(透過率のピーク値)、nは
媒体22の屈折率、dはキャビティ長、θは基板21に
対する入射角度である。また、2つの反射面(反射膜2
8)の反射率をそれぞれR1、R2とするとき、Fは下記
数式(2)で表され、数式(2)中のRは下記数式
(3)で表される。
【0005】
【数1】
【0006】したがって、光源光を分岐したモニター用
光信号を光共振器24の一方の基板21に入射させ、他
方の基板21’から出射される透過光の強度をモニター
するとき、モニター用光信号の波長が一定であれば、透
過光強度は一定であり、モニター用光信号の波長に変化
が生じた場合には、透過光強度の変化として現れるの
で、これを用いて光源光の発振波長を管理して一定に保
つことが可能である。
【0007】ところで、近年では、WDM方式における
波長間隔の高密度化に対応するために、光源の発振波長
の変動幅をより小さく抑えることが要求されるようにな
ってきている。しかしながら、光共振器の特性には温度
依存性があり、このことが光源の発振波長をより高精度
に制御して発振波長の変動幅を小さくしようとする際の
障害の一つとなっていた。
【0008】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、温度依存性が小さくて、波長管理モジュールによる
波長管理の精度向上を達成できる光共振器および波長管
理モジュールを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来の光
共振器24における温度特性について検討した結果、基
板21,21’とスペーサ23との接合面に接着剤層2
6が介在している場合、雰囲気温度の変化に伴ってこの
接着剤層26の熱膨張が生じ、これによって光共振器2
4の透過特性が不安定になり得ることを見出した。すな
わち、一般に、接着剤の線膨張係数はガラス基板等に比
べて大きく、しかも基板21,21’とスペーサ23と
の間に介在する接着剤層26の厚さは制御が難しく、1
〜15μm程度のばらつきが生じてしまう。そして、光
共振器24の雰囲気温度が変化すると、基板21,2
1’とスペーサ23との間に介在する接着剤層26に熱
膨張が生じてキャビティ長dが変化する。前記数式
(1)によれば、波長が一定であってもキャビティ長d
が変化すると透過率が変化し、その結果、光共振器24
の透過特性における中心波長が変動する。しかも接着剤
層の厚さは均一ではないので、中心波長の変動幅にはば
らつきがある。また、基板21,21’とスペーサ23
との間に介在する接着剤層26の厚さが不均一である
と、接着剤層26に熱膨張が生じたときに、接着面内に
おいて接着剤層の厚さのばらつきが顕著になり、これに
よって基板21へ入射角度に変動が生じ、その結果、光
共振器24の透過特性に変動が生じる。
【0010】かかる課題を解決するために、本発明の光
共振器は、ブロック状で厚さ方向に貫通する中空部を有
するスペーサの、厚さ方向の両端面に、2枚の基板の内
側面がオプティカルコンタクトによりそれぞれ接合され
ており、前記基板の内側面の、少なくとも前記中空部内
部に接する領域には反射膜が設けられ、前記基板と前記
スペーサとの接合面の周縁の少なくとも一部に、前記基
板および前記スペーサの両方に接する接着剤からなる接
着部が設けられていることを特徴とする。かかる接着部
は、前記基板の内側面および前記スペーサの厚さ方向の
端面の一方または両方に切欠き部を形成し、該切欠き部
からなる内壁を有する凹部内に前記接着剤を充填するこ
とによって好ましく形成される。
【0011】本発明によれば、基板とスペーサとをオプ
ティカルコンタクトにより接合させることによって、基
板とスペーサとの間に接着剤層が介在しない構成が得ら
れる。また、基板とスペーサとの接合面の周縁の少なく
とも一部に、基板およびスペーサの両方に接する接着剤
からなる接着部を設けることにより、基板とスペーサと
の接合強度を向上させることができる。したがって、接
着剤の熱膨張によって、光共振器におけるキャビティ長
や入射角度が変動するのを防止できるので、これにより
光共振器の特性の温度依存性を低減させることができ
る。ここで、オプティカルコンタクトとは、接着される
平面度を充分に高くすることによって、接着剤層を介さ
ずに平面どうしを直接接触させて接着させる方法であ
り、両平面はファンデルワールス力により接着されると
考えられている。
【0012】本発明において、前記オプティカルコンタ
クトを実現するには、基板とスペーサとの接合面におけ
る基板の平面度およびスペーサの平面度をそれぞれλ/
4以下にすることが好ましい。また、本発明において、
反射膜は基板の内側面の全面に設けてもよく、その場合
は、基板とスペーサとの接合面において両者の間に反射
膜が介在することになるが、反射膜の厚さは1〜7μm
程度と薄いものであるので、接合面にける基板およびス
ペーサの平面度をそれぞれλ/4以下とすることによっ
て、反射膜を挟んで基板とスペーサとをオプティカルコ
ンタクトにより接合させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の光共振器の一実施形態を示したもの
で、(a)は斜視図、(b)は(a)中のB−B線に沿
う断面図である。本実施形態の光共振器14は、ブロッ
ク状のスペーサ33の厚さ方向(図中X方向)の両端面
上に、2枚の基板31、31’がそれぞれ積層され、オ
プティカルコンタクトにより接合されている。スペーサ
33には厚さ方向に貫通する円柱状の中空部32が形成
されており、該中空部32は貫通孔35によって外部と
同一気圧に保たれている。基板31,31’の内側面、
すなわちスペーサ33と接合されている側の面、および
スペーサ33の厚さ方向の両端面は平滑に研磨されてお
り、オプティカルコンタクトが可能な程度の高い平面度
となっている。これらの面の平面度は好ましくはλ/4
以下、より好ましくはλ/10以下とされる。基板3
1,31’の内側面、およびスペーサ33の両端面の研
磨は、例えばオスカー法を用いて行うことができる。
【0014】2枚の基板の内側面上には反射膜38が設
けられている。反射膜38は、基板31,31’の内側
面上であって、少なくとも中空部32に面する部分に設
ければよく、基板31,31’の一部に設けても、ある
いは内側面全面に設けてもよい。2枚の基板31、3
1’の反射膜38が設けられている部分における反射率
は、例えば40〜90%の範囲内で好ましく設定され
る。また、基板31,31’に反りが生じるとオプティ
カルコンタクトによる接合ができなくなるおそれがある
ので、これを防止するために基板31,31’の厚さを
2〜5mm程度に厚くしておくことが好ましい。
【0015】スペーサ33は、好ましくは、ゼロデュア
(Zerodur;商標)、ULE(商標)等の線膨張係数が
ゼロに近い材料で構成される。本実施形態では、スペー
サ33は四角柱状に形成されており、厚さ方向の両端面
の周縁に沿って切欠き部33aが形成されている。この
切欠き部33aは、スペーサの周縁の角を斜めに面取り
して形成されており、切欠き部33aは傾斜面からなっ
ている。したがって、スペーサ33の厚さ方向の両端面
の周縁部に、該端面に対して傾斜角θで傾斜する傾斜面
からなる切欠き部33aが形成されている。そして基板
31,31’の内側面(反射面)とスペーサ33の両端
面とが接合している接合面の周縁に沿って、内壁が、基
板31,31’の内側面と切欠き部33aの傾斜面とか
らなる断面略V字状の凹部が形成されており、該凹部内
に接着剤36が充填されて接着部が形成されている。凹
部内に充填される接着剤36としては、熱硬化型樹脂系
接着剤や紫外線硬化型樹脂系接着剤が好適であり、例え
ば熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤が好ましく用いられ
る。
【0016】基板31,31’とスペーサ33との接合
面の周縁に形成される前記凹部が小さ過ぎると、この凹
部内に充填された接着剤36と基板31(31’)との
接着面積、および該接着剤36とスペーサ33との接着
面積が小さすぎて接着強度が不足するおそれがある。一
方、前記接着剤36が充填される前記凹部が大きすぎる
と接着剤が厚くなって硬化収縮等の悪影響が生じるおそ
れがある。したがって、基板31,31’の内側面の周
縁部において、前記凹部内に充填された接着剤36と接
触する帯状の部分の帯幅W1が0.15〜0.25mm
程度で、スペーサ33の両端面の周縁部において、前記
凹部内に充填された接着剤36と接触する帯状の傾斜面
の帯幅W2が0.2〜0.4mm程度であることが好ま
しい。
【0017】本実施形態の光共振器14にあっては、厚
さ方向(積層方向)に垂直な両端面14a、14bが光
の入射面および出射面となり、中空部32の内部が媒体
となり、図1(b)中破線で示すように厚さ方向(積層
方向)が光の進行方向となる。本実施形態において媒体
は空気層である。
【0018】図2に、本実施形態の光共振器14を用い
た波長管理モジュールの一実施形態を示す。この図は、
該波長管理モジュールを用いて構成した波長管理システ
ムの概略構成図である。図中符号1はLD光源、11は
波長管理モジュールを示し、14は上記実施形態の光共
振器を示す。LD光源1はチップの温度またはLD導入
電流値を制御することによって発振波長が制御できるよ
うに構成されており、前者の場合はチップの温度を制御
する手段(図示略)が設けられている。LD光源1から
の出射光は光カプラ2によって2つに分岐される。この
光カプラ2により、例えば出射光の95%は信号光とし
てLN変調器3を介して伝送用の光ファイバに入射さ
れ、残りの5%はモニター用光信号として波長管理モジ
ュール11へ入射される。波長管理モジュール11で
は、まずコリメータ12でモニター用光信号を平行光と
してハーフミラー13に入射させる。ハーフミラー13
の透過光は光共振器14に入射され、光共振器14の透
過光強度が第1の光ダイオード15で測定される。一
方、ハーフミラー13の反射光は反射ミラー16を介し
て第2の光ダイオード17に導かれ、その光強度が測定
される。
【0019】光共振器14における光の透過率は波長依
存性を有しており、光共振器14に入射されるモニター
用光信号の波長が一定であれば、第1の光ダイオード1
5で測定される透過光強度は一定であり、モニター用光
信号の波長に変化が生じた場合には、第1の光ダイオー
ド15で測定される透過光強度の変化として現れる。
【0020】また、LD光源1の出射光は強度が経時的
に変化する場合があり、この場合には出射光波長が一定
であっても、第1の光ダイオード15で測定される透過
光強度が変化してしまう。これについては、ハーフミラ
ー13の反射光強度を第2の光ダイオードで測定した値
が、LD光源1の出射光強度の変化に応じて変化するの
で、第1の光ダイオードで測定される光強度の値と、第
2の光ダイオードで測定される光強度の値とを用いて、
出射光強度の変化による透過光強度の変化量が相殺され
るように演算処理することによって、出射光の波長変化
による透過光強度の変化量がわかる。そして、この演算
処理後の透過光強度の変化量に基づいて、出射光の波長
を元にもどすように、すなわち演算処理後の透過光強度
の変化量が略ゼロになるように、LD光源1の温度コン
トローラ又はLD導入電流値を制御する。図中符号5は
演算装置、6は制御装置をそれぞれ示す。
【0021】コリメータ12から光共振器14を透過し
て第1の光ダイオード15に至るまでの光路は密閉され
た筐体(図示略)内に収容されてなることが好ましい。
また、この筐体内をドライ窒素またはドライ空気で置換
することが好ましい。
【0022】本実施形態によれば、光共振器14におい
て、基板31,31’とスペーサ33との間に接着剤層
が介在しておらず、これらがオプティカルコンタクトお
よび接合面の周縁に沿って設けられた接着部(接着剤3
6)によって一体化されているので、光共振器14の温
度変化による寸法変動が小さい。したがって、光共振器
14の温度依存性が低減され、環境温度変化に対する透
過特性の安定性が向上する。したがって、この光共振器
14を備えた波長管理モジュールにあっては、温度依存
性が低減され、光源の発振波長をより高精度に制御する
ことができる。
【0023】また、本実施形態では、スペーサ33が線
膨張係数がゼロに近い材料で構成されているので温度変
化によるスペーサ33自身の寸法変動が小さく、温度特
性に優れている。さらに、本実施形態の光共振器14
は、スペーサ33の中空部32が貫通孔35を介して外
部と連通しているので、温度変化等によって中空部32
内の体積が膨張しても内圧は増加せず、スペーサ33と
基板31,31’との接着部に応力がかかるのが防止さ
れる。
【0024】また、本実施形態の波長管理モジュール1
1においては、光共振器14の中空部32が外部と連通
されており、かつ光共振器14は密閉された筐体内に収
容されているので、環境温度が変化しても中空部32内
の密度は一定であり、屈折率が一定に保たれるので、よ
り優れた温度特性が得られる。さらに、筐体内をドライ
窒素またはドライ空気で置換することにより、スペーサ
33と基板31,31’とを接合している接着剤36が
水分によって劣化するのを防止することができる。
【0025】なお、本実施形態においては、中空部32
と外部とにそれぞれ開口する貫通孔35が形成されてい
るが、中空部32は少なくとも1箇所で外部と連通して
いることが好ましく、中空部32と外部とを連通させる
ための任意の構造を用いることができる。また、本実施
形態においては、接着部を形成するのに、スペーサ33
の厚さ方向の両端面の周縁に沿って切欠き部33aを形
成することによって、内壁が、基板31,31’の内側
面と切欠き部33aの傾斜面とからなる断面略V字状の
凹部を形成したが、基板31,31’の内側面の周縁に
沿って切欠き部を形成することによって、内壁が、基板
31,31’の切欠き部の傾斜面とスペーサ33の厚さ
方向の端面からなる凹部を形成してもよい。一方の基板
31とスペーサ33との接合面、および他方の基板3
1’とスペーサ33との接合面ののいずれか一方の接合
面においては、基板の内側面の周縁に切欠き部を設ける
とともに、他方の接合面においては、スペーサ33の厚
さ方向の端面の周縁に切欠き部を設けてもよい。
【0026】
【実施例】以下、具体的な実施例を示して本発明の効果
を明らかにする。
【0027】(実施例1)図1に示す構成の光共振器1
4を作製した。光共振器14のスペーサ33は、ゼロデ
ュア(商標、線膨張係数=0.02×10-6/K)を用
いて形成し、縦4mm、横5mm、厚さ3mmの四角柱
状で、厚さ方向の両端面の中央部に、厚さ方向に貫通す
る円柱状の中空部32を有する形状とした。スペーサ3
3の中空部32の内径は2mmとし、スペーサ33の側
面に、中空部32と外部とを連通する内径1mmの貫通
孔35を設けた。また、スペーサ33の厚さ方向の両端
面の周縁を帯状の傾斜面で面取りして、切欠き部33a
を形成した。切欠き部33aの傾斜面のスペーサ33の
端面に対する傾斜角θは45°とし、該傾斜面の帯幅W
2は0.3とした。スペーサ33の厚さ方向の両端面
は、オスカー法により研磨して平面度をλ/10とし
た。
【0028】一方、ガラスからなる基板31,31’を
2枚用意し、内側となる面をオスカー法により研磨して
平面度をλ/10とした後、該内側面上に反射膜38を
形成した。基板31,31の寸法は、縦4mm、横5m
m、厚さ2mmとした。また反射膜38の厚さは約1μ
mとし、その反射率は50%とした。
【0029】そして、図1に示すように、2枚の基板3
1,31’を、反射膜38が内側となるように対向させ
て、これらの間にスペーサ33を挟んで積層させ、これ
らをオプティカルコンタクトにより接合するとともに、
基板31,31’の内側面とスペーサ33周縁の切欠き
部33aとで形成される凹部内に接着剤36を充填し、
硬化させることによって光共振器14を得た。得られた
光共振器14を用いて、図2に示す構成の波長管理モジ
ュール11を構成し、これを用いた波長管理システムを
構築した。
【0030】(試験例1)上記実施例1において作製し
た波長管理モジュールを用いて、光共振器14の波長−
透過率特性を測定し、透過率がピークとなる中心波長を
求めた。そして環境温度を0℃〜70℃の範囲で変化さ
せたときの中心波長の変動を調べた。なお、基板に対す
る入射角度は一定とした。20個の波長管理モジュール
について測定した結果、0〜70℃の温度変化に対し
て、中心波長の変動幅は約19pmであり、温度変化に
対する特性の安定性に優れていることが認められた。図
3のグラフは本試験例における測定結果の例を示したも
のである。この図のグラフにおいて横軸は環境温度、縦
軸は中心波長をそれぞれ示す。(以下、同様)。
【0031】(比較試験例1)上記実施例1において、
スペーサ33の周縁に切欠き部33aを形成せず、基板
31,31’の内側面の全面に接着剤層を形成し、該接
着剤層を介して基板31,31’とスペーサ33とを接
合した他は同様にして光共振器を作製した。得られた光
共振器を用いて波長管理モジュール11を構成し、上記
試験例1と同様にして光共振器の波長−透過率特性を測
定し、環境温度変化に伴う中心波長の変動を調べた。図
4は本比較試験例における測定結果の例を示したもので
ある。0〜70℃の温度変化に対して、中心波長の変動
幅は約74pmであった。
【0032】図3および図4の結果より、スペーサ33
と基板31,31’とを接着剤層を介して接合した光共
振器を用いた比較試験例1に比べて、スペーサ33と基
板31,31’とをオプティカルコンタクトにより接合
するとともに、基板31,31’の内側面の周縁に沿っ
て接着剤36からなる接着部を形成した光共振器を用い
た試験例1では、温度変化による中心波長の変動が低減
されており、温度特性が改善されたことが認められた。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光共振器の温度特性を改善し、波長管理モジュールの温
度特性を改善することができる。したがって、本発明の
波長管理モジュールをLD光源の波長管理システムに用
いると、LD光源の発振波長をより高精度に制御するこ
とができる。これによりLD光源の発振波長の変動幅を
小さく抑えることが可能となり、WDM方式における波
長間隔の高密度化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光共振器の一実施形態を示したもの
で(a)は斜視図、(b)は(a)中のB−B線に沿う
断面図である。
【図2】 本発明に係る波長管理システムの一実施形態
を示した概略構成図であ
【図3】 波長管理モジュールの温度特性に関する試験
例の結果を示したグラフである。
【図4】 波長管理モジュールの温度特性に関する比較
試験例の結果を示したグラフである。
【図5】 従来の光共振器の例を示した概略構成図であ
る。
【図6】 光共振器における透過特性の例を示したグラ
フである。
【符号の説明】
11…波長管理モジュール、12…コリメータ(入射手
段)、14…光共振器、15…第1の光ダイオード(検
知手段)、21、21’、31、31’…基板、22,
32…中空部、23、33…スペーサ、33a…切欠き
部、36…接着剤、28、38…反射膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂井 猛 東京都千代田区六番町6番地28 住友大阪 セメント株式会社内 (72)発明者 金原 勇貴 東京都千代田区六番町6番地28 住友大阪 セメント株式会社内 (72)発明者 時田 宏典 埼玉県戸田市新曽南3−1−23 株式会社 応用光電研究室内 (72)発明者 金子 純一 埼玉県戸田市新曽南3−1−23 株式会社 応用光電研究室内 (72)発明者 大谷 礼雄 埼玉県戸田市新曽南3−1−23 株式会社 応用光電研究室内 Fターム(参考) 2G020 BA20 CC23 CD03 CD11 CD24 2H043 AE02 AE09 AE23 2H048 GA13 GA21 GA26 GA51 GA62

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブロック状で厚さ方向に貫通する中空部を
    有するスペーサの、厚さ方向の両端面に、2枚の基板の
    内側面がオプティカルコンタクトによりそれぞれ接合さ
    れており、前記基板の内側面の、少なくとも前記中空部
    内部に接する領域には反射膜が設けられ、前記基板と前
    記スペーサとの接合面の周縁の少なくとも一部に、前記
    基板および前記スペーサの両方に接する接着剤からなる
    接着部が設けられていることを特徴とする光共振器。
  2. 【請求項2】前記接着部において、前記基板の内側面お
    よび前記スペーサの厚さ方向の端面の一方または両方に
    切欠き部が形成されており、該切欠き部からなる内壁を
    有する凹部内に前記接着剤が充填されていることを特徴
    とする請求項1記載の光共振器。
  3. 【請求項3】前記基板と前記スペーサとの接合面におけ
    る前記基板の平面度および前記スペーサの平面度がいず
    れもλ/4以下であることを特徴とする請求項1または
    2のいずれかに記載の光共振器。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の光共振器
    と、該光共振器の一方の基板にモニター用光信号を平行
    光として入射させる手段と、前記光共振器の他方の基板
    から出射される透過光強度の変化を検知する手段と、少
    なくとも前記光共振器を収容する密閉可能な筐体とを備
    えてなることを特徴とする波長管理モジュール。
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