JPH1123894A

JPH1123894A - 光通信端末局用光学装置

Info

Publication number: JPH1123894A
Application number: JP9190415A
Authority: JP
Inventors: Hironori Sasaki; 浩紀佐々木
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクト化に有利な光通信端末局用光学装
置１０を提供する。【解決手段】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１５からの
光を第１の出力端１６に案内する光ファイバ経路１３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１６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
２０からの第２の波長成分の発散光の一部を第２の出力
端２３に集光させる第１の計算機ホログラム２１と、第
２の入力端２３からの第２の波長成分の光を波長選択フ
ィルタ２０を経て第１の入力端１５へ向けるべく、波長
選択フィルタ２０に向けて案内する第２の計算機ホログ
ラム２２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）＝ΣＣ_Nｘ^mｙⁿ …（１）で示される多項式に変換される。この多項式（Ｃ_Nｘ^mｙ
ⁿ ）の係数Ｃ_N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Ｃ_N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。

【００１５】この位相係数Ｃ_N 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。

【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Ｃ_N （Ｃ₀ 〜
Ｃ₆₅）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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
Ｃ_N（Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅）について、述べる。

【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。

【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 〜
Ｃ₆₅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。

【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。

【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Ｃ_N 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
ｎ₁ 、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。

【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 ²）^1/2 …（６）Ｌ₂ ＝（Ｘ₂ ²＋Ｙ₂ ²＋Ｚ₂ 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。

【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Ｃ_N 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。

【００３６】図１１〜図２２には、それらの演算結果が
各項Ｃ_n 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Ｃ_N 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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、

【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。

【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、２^M で
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。

【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Ｃ_N 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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ｃ_N の算出の上で、一般性を損な
うものではない。

【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 ² +β²+γ²)^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 ＋Ｚ² ）^1/2 …（１４）で示される。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】本発明に係るテイラー展開式の説明図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図２４】第３のＣＧＨ素子の光学特性を示す説明図で
ある。

【図２５】ＣＧＨ素子の回折次数の説明図である。

【図２６】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図であ
る。

【図２７】第２のＣＧＨ素子の等価光学系の説明図であ
る。

【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。

【図２９】第３のＣＧＨ素子の光学特性を示す説明図で
ある。

【図３０】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の１）である。

【図３１】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の２）である。

【図３２】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の３）である。

【図３３】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の４）である。

【図３４】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の５）である。

【図３５】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の６）である。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｈ 1/08

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。