JPH11326660A

JPH11326660A - 光分波器およびその製造方法

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Publication number: JPH11326660A
Application number: JP10152157A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kagami; 学各務; Hiroshi Ito; 伊藤　　博
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JP3500962B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子間を光導波路にて結合し、低損失な光
分波器およびその製造方法を提供すること。【解決手段】ケース状基板４０内にそれぞれ反射率の異
なる半透鏡２１、２２、２３を立設する。光硬化性樹脂
溶液３５内に浸漬させ、光導入口４１より短波長光３６
を導入し、光経路に沿って硬化させ、光導波路を形成さ
せる。その後、ケース状基板４０内を、低屈折率の樹脂
で充填し硬化させる。これにより、光導入口４１から各
出射口５０まで光導波路で結ばれた光分波器が作成され
る。光導入口４１から導入された光は、この光導波路中
を伝搬するので、拡散することがない。よって拡散によ
る光損失がない。また、一体に成形されるので、その位
置ずれによる損失もない。従って、光損失が少ない上
に、組立コスト、部品コストが大幅に低減された安価な
光分波器を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を用いた
光分波器に関する。特に複数の半透鏡間に光硬化性樹脂
を充填し、その複数の半透鏡を貫いて短波長光を入射さ
せることにより、光軸方向に光硬化性樹脂を硬化させ、
光導波路と半透鏡を一体に密着形成する光分波器および
その製造方法に関する。本発明は、波長多重光通信分野
における安価で低損失な光分波器・合波器に適用でき
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、一本の光ファイバに入射された波
長多重光から各波長成分毎の光を出力する光分波器が開
発されている。それらは、主に選択波長の異なる干渉フ
ィルタを複数連ねた光学素子であり、例えば、特開昭６
１−２７０７０９号公報に開示されたものがある。簡単
に説明すると、図８に示すように、斜めに切り出された
ガラスブロック１０２が、その切り出された傾斜面がそ
れぞれ平行に相対するように一列に配列され、かつそれ
らの傾斜面間に、異なる波長の光が選択される干渉膜フ
ィルタが介在され密着されている。

【０００３】例えば、波長λ₁，・・，λ₅が重畳され
た光１１４が入射側の光導波路であるロッドレンズ１０
８から入射すると、第１の干渉膜フィルタ１０３では、
λ₂，・・，λ₅の光は反射され、波長λ₁の光のみ透
過する。そして、波長λ₁の光のみ出射側の光導波路で
あるロッドレンズ１０９を経て外部に出力される。一
方、第１の干渉膜フィルタによって反射されたλ₂，・
・，λ₅の光は、第２の干渉膜フィルタ１０４において
波長λ₂の光が反射され、第３の干渉膜フィルタ１０５
において波長λ₃の光が反射され、それぞれ、ロッドレ
ンズ１１０、１１１を通して外部に出力される。他の波
長成分も、同様な原理によってそれぞれ選別されて外部
に出力される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光分波器は干渉
膜フィルタを用いて構成されている。干渉膜フィルタ
は、図９に示すように、原理的には、光の多重干渉、即
ち、一種の等傾角干渉により波長の選別を行うものであ
る。等傾角干渉の干渉条件は、反射される光の波長をλ
_i、多重反射板の屈折率をｎ、その厚さをｄ_i、入射角
をθｃとすると、干渉条件は、ｍを整数として、ｍλ_i
＝２ｎｄ_iｃｏｓθｃとして表される。すなわち、反射
される波長は、厳密に多重反射板の厚さｄ_iとその入射
角度θｃによって決定される。例えば、厚さｄ₂を有す
る多層膜１０４とそれに共通入射角θｃで入射する波長
多重化光を例にとると、図９に示すように、上記干渉条
件は波長λ₂の光だけその条件を満たすので、波長λ₂
の光のみ反射され、他の波長成分は透過する。ところ
が、光ファイバー出端から出射される光は、広がり角△
θを持っているので、出射光をそのまま、直接この光分
波器に入射させることは出来ない。なぜなら、広がり角
△θを持つ全ての出射光について、上記干渉条件を満足
させることができず、図中点線で示すように一部は透過
するからである。従って、効率の悪い光分波器となる。
また、出射口を通過するレーザー光の面積は、この広が
り角△θとその出射口までの拡散距離に比例し、拡散距
離が大きくなるほど、その出射口の制限による損失が大
きい。そのため、通常、入射導波路あるいは出射導波路
として高価なロッドレンズを必要としていた。

【０００５】また、上記干渉膜フィルタは、精密に光軸
に対して４５度に切り出された光学プリズム状のガラス
ブロック上に作成され、組み合わされたものである。従
って、非常に高価な光学素子となる。また、上記ロッド
レンズの光軸と各反射光との光軸のずれも組み付け誤差
として発生する。これは、光の伝搬損失に大きな影響を
与える。従って、低損失な光分波器とはならなかった。
また、この損失を回避するためには、さらに精密な組付
けが要求され、多大なコスト増となっていた。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、光導入口、特定波長分
離手段、出射口間を光導波路で結び、光損失の少ない光
分波器を提供することである。また、他の目的は、実使
用状況に則して光導波路と特定波長分離手段を一体化し
て作成することにより、光損失が少ないにも係わらず、
組立コスト、部品コストが大幅に低減された安価な製造
方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段・作用・効果】この目的を
達成するために本発明の請求項１に記載の光分波器は、
波長多重化光を複数のフィルタによって各波長成分に分
離し、その分離された各波長成分の光を外部に出力する
光分波器であって、光導入口および複数の出射口を有す
るケース状基板と、そのケース状基板内に各入射光に対
して所定の角度を成し、前記複数の出射口と連結するよ
うに立設された複数の特定波長分離手段と、光導入口か
ら最初の特定波長分離手段まで密着形成された第１の光
導波路と、複数の特定波長分離手段間に密着形成され、
特定波長分離手段によって透過された光を隣接した特定
波長分離手段に導き入射させる第２の光導波路と、ケー
ス状基板内に充填され、第１、第２の光導波路および特
定波長分離手段を埋設する低屈折率光透過性樹脂を備え
ている。

【０００８】このように、上記構成の光分波器は、導入
口から出射口まで光導波路が密着形成された構造となっ
ており、その周囲を低屈折率光透過性樹脂によって充填
されている。よって、上記光導波路は、ステップインデ
ックス型の光導波路となっている。従って、この導波路
に導入された波長多重化光は、導波路中を全反射し、拡
散することなく伝搬せられる。光導入口から導入された
波長多重化光は、第１の光導波路中を伝搬しケース状基
板内に立設された最初の特定波長分離手段に入射せられ
る。特定波長分離手段では、その特定波長光が分離抽出
されると共に、波長多重化光の一部が透過せられる。透
過せられた波長多重化光は、第２の光導波路中を伝搬し
次の特定波長分離手段に入射せられる。このように透過
せられた波長多重化光は、順次、各特定波長分離手段に
入射せられ、特定波長光が分離される。そして、各特定
波長分離手段により分離された各光は特定波長分離手段
の一部を構成する光導波路中を伝搬し外部に出力され
る。

【０００９】特定波長分離手段は、例えば、半透鏡とカ
ラーフィルタ及びそれらを結ぶ光導波路とからなる。入
射した波長多重化光の一部は、この半透鏡によって一部
分岐され、連結された光導波路を伝搬し出射口に設けら
れたフィルタに入射せられる。それにより特定波長のみ
抽出され、出射口から出力される。あるいは、特定波長
分離手段は、例えば、特定波長反射フィルタと出射口に
連結された光導波路によっても形成される。その場合、
反射された特定波長光はその光導波路を伝搬し、出射口
から外部に出力される。

【００１０】上記構成による請求項１の光分波器は、導
入口から出射口までステップインデックス型の光導波路
が密着形成された構造となっている。導波路中を伝搬す
る波長多重化光は、導波路中に閉じこめられ、拡散する
ことがない。従って、入射光の拡散距離に依存する損失
がなく、効率のよい光分波器となる。また、導入口から
出射口まで光導波路が密着形成された構造となっている
ので、導入口および出射口に拡散光を平行光に変換する
コリメータレンズが不要となる。よって、安価な光分波
器となる。

【００１１】また、請求項２に記載の光分波器の製造方
法によれば、ケース状基板内に立設された複数の特定波
長分離手段は、製造時にはその周囲に液状あるいはゲル
状のモノマーを有する。光導入口から所定の短波長光を
導入することによって、光軸に沿って液体あるいはゲル
状のモノマーに光重合反応が生じ、硬化せられる。これ
により、第１、第２の光導波路及び特定波長分離手段の
一部である光を外部に導く光導波路が形成される。所定
の短波長光を導入口から導入させるだけで、第１、第２
の光導波路を一括して作成し、かつ光導入口、特定波長
分離手段および出射口も一体として密着成形される。従
って、光導入口、各特定波長分離手段、出射口の間には
光軸ずれがない。よって、光軸ずれによる光損失のない
優れた光分波器の製造方法となる。また、所定の短波長
光を導入口から導入させるだけで、一括して成形される
ので、組立コストの安価な製造方法となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。（第１実施例）図１に本発明の光分波器の構成断面図
を、図２にその正面図を示す。本実施例では、説明を簡
単にするためにλ₁，λ₂，λ₃の３波長が多重化され
た光がそれぞれの構成要素に分解される光分波器を例に
挙げる。

【００１３】本発明による光分波器は、側面に光導入口
４１と複数の出射口５０を有するケース状基板４０と、
そのケース状基板４０の底板上に立設された特定波長分
離手段である特定波長分離装置７１、７２、７３と、光
導入口４１と最初の特定波長分離装置７０とを結ぶよう
に形成された第１の光導波路１０、さらにその特定波長
分離装置７０、７１、７２間を結ぶ第２の光導波路１１
およびケース状基板内に充填された低屈折率光透過性樹
脂４２から構成されている。

【００１４】ケース状基板４０は、後に低屈折率光透過
性樹脂４２を充填するため、樹脂を箱状に成型したもの
であり、側壁に中空の光導入口４１と複数の出射口５０
が設けられている。特定波長分離装置７１、７２、７３
は、それぞれ所定の反射率に設定された半透鏡２１，２
２，２３と、特定波長光を抽出するカラーフィルタ５
１、５２、５３およびの両者を結ぶ第３の光導波路１２
から構成されている。半透鏡２１，２２，２３は、それ
ぞれの入射光に対して４５度に設置され、カラーフィル
タ５１、５２、５３は出射口５０に設置されている。す
なわち、特定波長分離装置７１、７２、７３は、それぞ
れの出射口５０に連結された構造となっており、特定波
長光はこの出射口５０から出力される。尚、半透鏡２
１，２２，２３の反射率は、その反射強度を同じにする
ため、半透鏡の数をＮ個、ｉ番目の半透鏡の反射率をＲ
_iとするとＲ_i＝１／（Ｎ−ｉ＋１）の式により決定さ
れている。

【００１５】また、光導波路１０，１１，１２は、光導
入口４１から各出射口５０まで密着して形成された構造
となっており、屈折率１．４９のポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）で構成されている。更に、その周囲は
例えば、屈折率１．３４のテフロン系の低屈折率光透過
性樹脂４０によって充填、あるいはコーティングされて
いる。従って、上記光導波路１０，１１，１２は、ステ
ップインデックス型の光導波路となっている。この導波
路に導入された波長多重化光は、導波路中を全反射しな
がら伝搬する。よって、拡散することなく伝搬せられ
る。

【００１６】次に、波長多重化光が本光分波器によっ
て、それぞれの波長成分に分解される過程を説明する。
波長多重化光の成分は、それぞれλ₁＝８５０±２０ｎ
ｍ、λ₂＝７８０±２０ｎｍ、λ₃＝６６０±２０ｎｍ
である。多重化された光が光導入口４１よりファイバ６
０によって導入されると、第１の光導波路１０中をそれ
ぞれの波長成分は全反射しながら、最初の特定波長分離
装置７１に入射される。特定波長分離装置７１の半透鏡
２１は、その反射率が上式によって３３％に設定されて
いる。従って、特定波長分離装置７１に入射した全ての
波長成分は、その反射率に従い反射され、第３の光導波
路１２を伝搬しカラーフィルタ５１に入射する。カラー
フィルタ５１は吸収型のフィルタであり、波長λ₂、λ
₃の成分は吸収される。従って、波長λ₁の成分のみ透
過せられる。このようにして、特定波長分離装置７１で
は、特定波長λ₁のみが分離される

【００１７】また、特定波長分離装置７１を透過した光
は、第２の光導波路１１を伝搬し、隣接した特定波長分
離装置７２に入射される。特定波長分離装置７２の半透
鏡２２は、その反射率が上式によって５０％に設定され
ている。従って、特定波長分離装置７２に入射した光強
度（入射光の６６％）の全ての波長成分は、その反射率
に従い入射光の３３％の光強度となり、第３の光導波路
１２を伝搬しカラーフィルタ５２に入射し、同様にλ₂
の成分のみ分離される。特定波長分離装置７３に付いて
も同様である。但し、最後の半透鏡２３の反射率は、反
射率１００％の全反射ミラーである。このようにして、
本発明による光分波器では、光導波路によって結ばれた
特定波長分離装置７１、７２、７３によって、波長成分
λ₁、λ₂、λ₃は同一強度の光に分離される。光導波
路中では、光は拡散することはない。従って、従来のよ
うに拡散距離による損失はない。また、従来例では、特
定波長成分を分離するのに干渉膜フィルタを用いたが、
本実施例では、通常の安価な半透鏡を用いている。この
半透鏡の反射率は、従来の様に広がり角△θに依存しな
い。従って、効率よく分岐させることができる。よっ
て、安価で損失の少ない光分波器とすることができる。

【００１８】（第２実施例）第２実施例の構成断面図を
図３に示す。第２実施例の特徴は、上記半透鏡とカラー
フィルタによる分離機能を１つの光学素子で代用したこ
とである。その光学素子は、所定の波長以下を反射／透
過させる所謂２色フィルタであり、誘電体多層膜からな
り、通常ダイクロイックミラーと呼ばれている。ここで
は、特定波長分離装置７１にダイクロイックミラー３１
を特定波長分離装置７２にダイクロイックミラー３２を
特定波長分離装置７３にダイクロイックミラー３３を採
用している。

【００１９】３波長が重畳された波長多重化光が同じ
く、光ファイバ６０、第１の光導波路１０を介して入射
されると、ダイクロイックミラー３１、３２は図４の透
過率分布に設計されているので、まずダイクロイックミ
ラー３１で波長λ₁（８５０ｎｍ）以上の光のみ反射さ
れ、残りのλ₂、λ₃の光は透過せられる。透過せられ
たλ₂、λ₃の光は、同様にダイクロイックミラー３２
により波長λ₂（７８０ｎｍ）のみ反射され、最後のダ
イクロイックミラー３３では、波長λ₁が反射される。
各反射光成分は、第３の光導波路１２を伝搬し、各出射
口５０から出力されるのは、第１実施例と同じである。
従って、本実施例による光分波器は、第１実施例に比べ
て部品点数が少なく、組立効率の良い光分波器となる。
また、第１実施例のカラーフィルタ５０は、他波長を吸
収する損失の大きい光学素子であった。本実施例では、
それに替えて他波長を吸収することの少なく、特定波長
領域の光のみを分離するダイクロイックミラーを用いて
いる。従って、光学素子による光損失を回避している。
よって、さらに低損失な光分波器とすることができる。

【００２０】（第３実施例）次に、本発明による光分波
器の製造方法を図５を用いて説明する。製造方法は、液
状モノマーである光硬化性樹脂と短波長レーザーを用い
た所謂光造形法である。この液状の光硬化性樹脂には、
例えばエポキシ系、アクリル系あるいはシリコン系の光
硬化性樹脂が選ばれ、硬化用短波長レーザには、アルゴ
ンイオンレーザ（λ＝４８８ｎｍ）ヘリウムカドニウム
レーザ（λ＝３２５ｎｍ）あるいは超高圧水銀ランプ
（λ＝３８０ｎｍ）等が選ばれる。

【００２１】最初に、半透鏡２１、２２、２３が底板に
立設されたケース状基板４０が光硬化性樹脂の溶液に浸
漬される。次に外部より硬化用短波長レーザとして、例
えばアルゴンイオンレーザが光導入口４１から導入され
る。導入された短波長レーザ光３６は、反射率３３％の
半透鏡２１、５０％の半透鏡２２、１００％の半透鏡２
３によって反射／透過が繰り返される。その結果、光導
入口４１を起点として各出射口５０までのレーザ光の経
路、すなわち第１の光導波路１０、第２の光導波路１
１、第３の光導波路１２が光重合反応によって硬化さ
れ、光導入口４１、半透鏡２１，２２，２３，各出射口
５０が光学的に密着した状態で形成される。尚、半透鏡
に替えてダイクロイックミラ−を採用した場合は、上記
経路によってその硬化速度が異なる。なぜらなら、短波
長であるため各ダイクロイックミラ−の大部分は透過す
るからである。すなわち透過経路から硬化が始まる。し
かしながら、たとえダイクロイックミラ−といえども数
％は反射されるため、最後には同様の導波路が形成され
る。従って、この手法は両者に有効である。

【００２２】この光導波路が形成されたのち、アセトン
あるいはトルエンなどの溶剤で未硬化部分の樹脂が取り
除かれる。その後、光導波路内で全反射をさせるための
クラッド層／部が形成される。クラッド層／部は、上記
光硬化性樹脂より屈折率の低い樹脂が各光導波路にコ−
ティングされるか、あるいはケース状基板４０充填され
ることによって作成される。これは、熱硬化性樹脂であ
ってもよいし、同じく光り硬化性樹脂であってもよい。
この他の方法として、光重合した導波路部以外の末露光
部分を加熱により重合させてクラッド部とすることがで
きる。この場合、用いる光重合溶液は加熱硬化性が付与
されていなくてはならない。一般に光重合と熱重合が行
われた部位の屈折率が最も高くなる。

【００２３】このようにして、本発明名の光分波器は所
定の短波長光を光導入口４１から導入させるだけで、第
１、第２、第３の光導波路を一括して作成し、半透鏡２
１、２２、２３および出射口５０も一体として密着成形
できる。従って、光導入口４１、各半透鏡２１、２２、
２３および出射口５０の間の位置ずれがない。よって、
位置ずれによる光損失のない優れた光分波器の製造方法
となる共に、組立コストが安価で効率の良い製造方法と
なる。

【００２４】（第４実施例）第３実施例では、ケース状
基板４０を光硬化性樹脂の溶液に浸漬させ、外部から光
導入口４１を経て、短波長レーザを入射させることによ
って作成する簡単な製造方法を示したが、これに替え、
ゲル状の光硬化性樹脂３７を用いて作成することも可能
である。このゲル状の光硬化性樹脂３７は、例えばアク
リルをケトン系溶剤で溶解し、さらにスチレンモノマー
を分散させたものを半乾燥させることによって得られ
る。そして図６に示すように、それを半透鏡２１、２
２、２３の上に重ね、それらを積層することによって、
溶液の代わりとすることができる。光導波路は、同じく
短波長レーザ光３６を入射させ、その光経路上に光重合
反応を起こさせ硬化させることにより形成される。その
後、真空乾燥などで残留しているスチレンモノマーを周
囲から取り除くことにより、相対的に光導波路を高屈折
率とする。従って、第１実施例と同等のステップインデ
クス型の光導波路となる。その後、入射面および出射面
が平らに成るよう、超精密切削され、ケース状基板４０
に設置される。従って、より簡単な製造方法となる。ま
た、損失に係る効果あるいは組立コストに係る効果は、
第３実施例とほぼ同等である。

【００２５】（変形例）その他、本実施例には様々な変
形例が考えられる。例えば、実施例３において、短波長
レーザ光３６は外部に設置された光ファイバ６０を介し
て導入したが、光ファイバ６０を直接光導入口４１に嵌
合させ、光ファイバ６０の端面を光分波器の第１の光導
波路と一体化して製造してもよい。さらに効率のよい製
造方法となる。また実施例１、２では、半透鏡あるいは
ダイクロイックミラーを一定間隔に列設し、出射口も列
状に配置したが、図６のように透過光経路が矩形状に成
るように配置しても良い。これにより、よりコンパクト
な光分波器となる。

【００２６】また、実施例１では出射口５０にそれぞれ
カラーフィルタを設置し、特定の波長を分離していた
が、カラーフィルタに替え、干渉膜フィルタでも良い。
なぜなら、干渉膜フィルタの透過波長誤差は、入射角θ
に比例するからである。出射口にこれを用いた場合、入
射角は０度であるため、△θによる誤差反射は極めて少
ない。従って、極めて有効な特定波長分離手段となる。
また、上記光導波路の作成は、短波長レーザを用いて説
明したが、超高圧水銀ランプの光（ピーク波長３８０ｎ
ｍ）を、コリメートした後、直径１ｍｍのピンホールを
通過させることにより上記短波長光レーザに替えてもよ
い。

【００２７】その他様々な変形例が考えられるが、光導
入口、特定波長分離手段、及び出射口間を光導波路で結
ぶことにより、拡散あるいは光軸のずれによる損失を低
減させる光分波器であればその種類を問わない。また、
上記光分波器を作成する光造形法において、実際の使用
状況に則し、短波長光を入射光軸に沿って導入し、その
経路に従って順次光硬化させ、光導波路を作成する製造
方法であればその種類を問わない。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に示した光分波器の構成断面図。

【図２】第１実施例に示した光分波器の正面図。

【図３】第２実施例に示した光分波器の構成断面図。

【図４】ダイクロイックミラ−の透過率分布図。

【図５】本発明の光硬化性樹脂溶液を用いた製造方法説
明図。

【図６】本発明のゲル状光硬化性樹脂を用いた製造方法
説明図。

【図７】半透鏡を四方に配置した光分波器分波器の変形
例。

【図８】従来のガラスブロックを用いた用いた光分波器
の構成断面図。

【図９】波長多重化光と干渉フィルタの関係図。

【符号の説明】

１０、１１、１２光導波路２１、２２、２３半透鏡３１、３２、３３ダイクロイックミラー３５光硬化性樹脂溶液３６短波長レーザ光３７ゲル状の光硬化性樹脂４０ケース状基板４１光導入口４２低屈折率光透過性樹脂５０出射口５１、５２、５３カラーフィルタ６０光ファイバ７０、７２、７３特定波長分離装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長多重化光を複数のフィルタによって各
波長成分に分離し、その分離された光を外部に出力する
光分波器において、光導入口および複数の出射口を有するケース状基板と、該ケース状基板内に各入射光に対して所定の角度を成
し、前記複数の出射口と連結するように立設された複数
の特定波長分離手段と、前記光導入口から最初の前記特定波長分離手段まで密着
形成された第１の光導波路と、前記複数の特定波長分離手段間に密着形成され、前記特
定波長分離手段によって透過された光を隣接した前記特
定波長分離手段に導き入射させる第２の光導波路と、前記ケース状基板内に充填され、前記第１、第２の光導
波路および前記特定波長分離手段を埋設する低屈折率光
透過性樹脂を備え、前記各波長成分は、前記特定波長分離手段と連結した前
記出射口から出力されることを特徴とする光分波器。
【請求項２】前記特定波長分離手段は、その周囲に液状
あるいはゲル状のモノマーを有し、前記光導入口から所
定波長の光を導入することにより、光軸に沿って該モノ
マーに光重合反応を起こさせ硬化させることにより、前
記第１、第２の光導波路及び前記特定波長分離手段の有
する反射光を外部に導く光導波路を形成することを特徴
とする請求項１に記載の光分波器の製造方法。