JP4188031B2 - レンズ素子およびこれを用いた光部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ使用して光結合または光分離を行なう技術に関し、特に、光通信分野で使用される光機能部品において、光ファイバからの入力光を選択的に透過または反射する機能を備えたレンズ素子およびこれを用いた光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリメータレンズなどのレンズ素子およびこれを用いた光部品は、例えば、波長多重システムを利用した光通信分野において、光の合成、光の分離、あるいは光の損失の平坦化、光の分散補償などに利用されている。このようなコリメータレンズおよびこれを用いた光部品は、数多く考案されている。
【０００３】
コリメータレンズとしては、円柱状の分布屈折率レンズ（Graded Indexレンズ、以下、「ＧＲＩＮレンズ」と略す。）などが用いられている。
ＧＲＩＮレンズは、屈折率が一様でない媒質を用いたレンズで、屈折率が連続的に変化することでレンズ作用をするレンズである。
ＧＲＩＮレンズは、その屈折率分布が光軸に垂直方向に分布しているラジアル型と、屈折率分布が光軸方向に分布しているアキシアル型に分類される。
ここでは、ラジアル型ＧＲＩＮレンズについて説明する。図６は、ラジアル型ＧＲＩＮレンズを示す斜視図である。
このラジアル型ＧＲＩＮレンズ１は円柱状で、その２つの端面１ａ、１ｂは屈折面をなしている。また、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１は、この２つの端面１ａ、１ｂが平面であっても、通常のレンズとして作用するものである。また、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１は、図７に示すように、中心軸の屈折率が最も高く、中心軸から外周方向に離れると連続的に、二次曲線状に屈折率が低くなっているレンズである。
【０００４】
このようなＧＲＩＮレンズを用いて、各種光部品が作製されている。
図８は、従来の光部品の一例として、光合分波器を示す概略構成図である。
この光合分波器においては、円柱状の２つの０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１、１１が、その一方の端面１１ａ、１１ａ同士が対向するように、円盤状の波長選択フィルタ１２を介して配置され、これらが接着剤などで接合されている。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１、１１の他方の端面１１ｂ、１１ｂには、円柱状の第１の光ファイバ保持部材１３、円柱状の第２の光ファイバ保持部材１４が、それぞれ、接着剤を介して接合されている。
また、第１の光ファイバ保持部材１３内には、細孔１３ａが形成されている。さらに、第１のポート１５用の光ファイバ素線１６、第２のポート１７用の光ファイバ素線１８は、その先端の被覆層１６ｂ、１８ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部１６ａ、１８ａが細孔１３ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
また、第２の光ファイバ保持部材１４内には、細孔１４ａが形成されている。さらに、第３のポート１９用の光ファイバ素線２０は、その先端の被覆層２０ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部２０ａが細孔１４ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
ここで、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１とは、円柱状のレンズの長さをｌとし、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、レンズの長さｌが０．２５ｐとなるレンズのことである。
【０００５】
この光合分波器において、光ファイバ素線１６から第1のポート１５に入力された波長λ１の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ１の光が、波長選択フィルタ１２を選択的に透過する。次いで、波長選択フィルタ１２を透過した波長λ１の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって集光され、第３のポート１９に到達して、光ファイバ素線２０に出力される。
一方、光ファイバ素線１６から第1のポート１５に入力された波長λ２の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ２の光が、波長選択フィルタ１２において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって集光され、第２のポート１７に到達して、光ファイバ素線１８に出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この光合分波器にあっては、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２が別々の部材からなるため、これらの光軸を一致させて、接合する工程において製造コストが増大するという問題があった。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２との接合時に、雰囲気中の塵や埃が、光の伝送路となるこれらの接合部に付着し、接合不良を生じることがあった。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２とが接着剤を介して接合されているから、この接着剤に空気を巻き込んで生じる気泡や、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２との間における光軸のずれおよび角度ずれなど、製品の歩留まりが劣化する要因が多く存在し、光合分波器が高価になるという問題があった。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２とが、これらの光軸方向に配列され、接着剤を介して接合されるので、これらの接合部において、両部材が剥離し、その結果として、光路が途絶えることがあった。これにより、光合分波器の信頼性は劣化する。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、製造が容易かつ信頼性に優れたレンズ素子およびこれを用いた光部品を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、分布屈折率レンズ内部であって、かつ、該分布屈折率レンズの光軸上に、グレーティングが形成されたレンズ素子によって解決できる。
前記グレーティングが、前記分布屈折率レンズ内に入力された光が光軸と平行となる部分に形成されたことが好ましい。
前記レンズ素子の長さが、０．５ピッチの整数倍であることが好ましい。
前記分布屈折率レンズには、１個以上のグレーティングが形成され、前記分布屈折率レンズ内に形成されたｎ番目（ｎは、１以上の整数）のグレーティングの位置が、前記分布屈折率レンズの一方の端面から、０．２５＋０．５（ｎ−１）ピッチで表されることが好ましい。
また、前記課題は、一方の端面の近傍にグレーティングが形成された２つの０．２５ピッチ分布屈折率レンズが、それぞれのグレーティングが対向するように接合されたレンズ素子によって解決できる。
また、前記課題は、上記レンズ素子と、該レンズ素子に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えた光部品によって解決できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のレンズ素子の一例を示す概略構成図である。
この実施形態のレンズ素子２１は、円柱状の０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の光軸上にグレーティング２３を形成したものである。
また、グレーティング２３は、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の端面から０．２５ピッチの位置に形成されていることが好ましい。
【００１０】
０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、このレンズの中央部を高屈折率化するために、酸化ゲルマニウムを添加した石英ガラスからなるＧＩ（Graded Index）コア母材を用い、所望の太さになるように溶融線引きして造られたレンズ基材を、所定の長さに形成されたものである。
０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、直径０．３〜２．５ｍｍ程度の円柱状で、その一方の端面２２ａ、他方の端面２２ｂは屈折面をなしている。また、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、この一方の端面２２ａ、他方の端面２２ｂが平面であっても、通常のレンズとして作用するものである。また、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、中心軸の屈折率が最も高く、中心軸から外周方向に離れると連続的に、二次曲線状に屈折率が低くなっているレンズである。
また、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２とは、円柱状のレンズの長さをｌとし、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、レンズの長さｌが０．５ｐとなるレンズのことである。
【００１１】
グレーティング２３は、位相マスクを０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２に近接して固定し、エキシマレーザーから紫外線を照射して露光作業を施し、所望の屈折率変化を示すように形成される。
また、レンズ素子２１にあっては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２において、グレーティング２３を形成する位置を光軸方向に移動することにより、光の伝送損失に傾斜をつけることができる。
このグレーティング２３は、従来の光合分波器における波長選択フィルタと同じ機能を有し、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２に入力された光を選択的に透過または反射する機能を備えたものである。また、グレーティング２３は、透過または反射する光の波長に応じて、グレーティングの間隔や数が適宜設定される。
【００１２】
このように、レンズ素子２１にあっては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内に波長選択フィルタと同じ機能を有するグレーティング２３が形成されるから、従来の光部品に用いられていた０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタの光軸を一致させ、接合する工程が省略され、製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合時に、これらの接合面を研磨するという工程も省略されるから製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合部に、塵、埃、空気などを巻き込んで、接合不良を生じることがない。したがって、光の伝送路が途絶えることがなくなり、製品の信頼性や歩留まりが向上する。
【００１３】
図２は、本発明の光部品の第１の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
この光合分波器は、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａ、他方の端面２２ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
また、第１の光ファイバ保持部材２４内には、細孔２４ａが形成されている。さらに、第１のポート２６用の光ファイバ素線２７、第２のポート２８用の光ファイバ素線２９は、その先端の被覆層２７ｂ、２９ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部２７ａ、２９ａが細孔２４ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
また、第２の光ファイバ保持部材２５内には、細孔２５ａが形成されている。さらに、第３のポート３０用の光ファイバ素線３１は、その先端の被覆層３１ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部３１ａが細孔２５ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
【００１４】
第１の光ファイバ保持部材２４または第２の光ファイバ保持部材２５は、Ｂ２Ｏ５を含有する石英、ホウケイ酸ガラスなどのガラスで形成されている。
また、第１の光ファイバ保持部材２４または第２の光ファイバ保持部材２５の寸法は、外径１〜５ｍｍ程度、長さ３〜１０ｍｍ程度となっている。
また、細孔２４ａ、２５ａはそれぞれ、第１の光ファイバ保持部材２４または第２の光ファイバ保持部材２５の長手方向の中心部に、これらを貫通するように形成されている。細孔２４ａ、２５ａの開口部の形状は、正方形、長方形、菱形などの多角形状または円形であり、その寸法が０．１２６〜０．２１７ｍｍ×０．２１４〜０．２５２ｍｍ程度となっている。
【００１５】
光ファイバ素線２７、２９、３１としては、外径２５０μｍのシングルモード光ファイバまたは偏波保持光ファイバが用いられる。
シングルモード光ファイバは、石英ガラスなどからなる光ファイバ裸線の上に、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられた構造となっている。
偏波保持光ファイバは、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を添加した石英ガラスからなるコアと、このコアの周囲に、コアと中心軸を同じくして設けられた石英ガラスからなるクラッドと、このクラッド内に、コアを中心に概対称に配置され、かつこのクラッドを形成する石英ガラスよりも熱膨張係数が大きいガラスからなる断面円形の２つの応力付与部とから構成されている。
【００１６】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置で光軸と平行にされる。この０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置には、グレーティング２３が存在している。次いで、光軸と平行にされた波長λ１の光が、グレーテイング２３を選択的に透過する。次いで、グレーテイング２３を透過した波長λ１の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、グレーテイング２３から０．２５ピッチの位置、すなわち、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の他方の端面２２ｂにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
一方、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置で光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ２の光が、グレーテイング２３において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、グレーテイング２３から０．２５ピッチの位置、すなわち、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００１７】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる２つの光を容易に分離することができる。また、光を分離する機能を有するレンズ素子２１において、光路が途絶えることがないから、信頼性の優れた光部品となる。
【００１８】
０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２にあっては、一方の端面２２ａから０．２５ピッチの面において反射した波長λ２の光が、低損失で出力側の光ファイバ素線２９へ出力される。一方、光を反射する面（グレーティング２３の位置）が一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置から外れるに従い、光ファイバ素線２９へ出力される波長λ２の光の損失が増大する。
この特性を利用して、目的とする光の損失レベルを達成するためには、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内において、グレーティング２３を形成する位置を０．２５ピッチからずらせばよい。したがって、光の波長ごとに目的とする損失レベルを達成するためには、グレーティング２３の間隔や数だけでなく、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内におけるグレーティング２３の形成位置によっても調整可能となる。ゆえに、特定波長の光の損失を、急激に増大することも可能となる。
【００１９】
また、本発明の光部品は、利得等化器としても使用することができる。
利得等化器は、利得スペクトルと逆の損失スペクトルをもつ光学フィルタであり、波長多重伝送方式において必要とされる１ｄＢ以下の利得平坦性を広い動作波長域で実現する目的で使用されるデバイスである。
本発明の光部品を利得等化器として用いた場合、レンズ素子に形成されるグレーティングの屈折率変化の周期により、短周期グレーティング型と、長周期ファイバグレーティング型に分けられる。
短周期グレーティングは屈折率変化の周期が光の波長オーダーで、長周期ファイバグレーティングは屈折率変化の周期が数百μｍである。
【００２０】
図２を用いて、利得等化器の動作例について説明する。
レンズ素子２１に形成されているグレーティング２３が短周期グレーティングの場合、利得等化器は以下のように動作する。光増幅器により増幅された信号光が、光ファイバ素線２７により伝送され、第１のポート２６よりレンズ素子２１に入力される。この場合、グレーティング２３は、屈折率変化の周期が光のオーダーであり、ブラッグ回折により特定波長（ブラッグ波長）の光のみを反射し、第２のポート２８より光ファイバ素線２９に出力される。
レンズ素子２１に形成されているグレーティング２３が長周期ファイバグレーティングの場合、利得等化器は以下のように動作する。光増幅器により増幅された信号光が、光ファイバ素線２７により伝送され、第１のポート２６よりレンズ素子２１に入力される。長周期ファイバグレーティングは、光ファイバ素線２７のコアを伝搬してきた光の一部をクラッドモードと結合させる。この場合、グレーティング２３は、クラッドモードへの結合条件を満足する波長領域のみにピークを有するような損失フィルタとして作用し、特定波長（数百μｍ）の光のみを透過し、第３のポート３０より光ファイバ素線３１に出力される。
【００２１】
図３は、本発明の光部品の第２の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。図３において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態においては、その他方の端面３２ｂの近傍にグレーティング３４が形成された第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２とグレーティングが形成されていない第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３とからなるレンズ素子４０が用いられている。
第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３としては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２と同様な材質のレンズが用いられている。
【００２２】
また、レンズ素子４０は、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３が、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２のグレーティング３４が形成された側の端面に、接着剤などを介して接合されているものである。また、このレンズ素子４０において、グレーティング３４は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３の光軸上に形成されている。さらに、グレーティング３４は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２の一方の端面３２ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。
【００２３】
このようなレンズ素子４０にあっては、２つの従来の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズを用いて、これらの一方にグレーティングを形成すればよいから、新たに０．５ピッチＧＲＩＮレンズを作製する必要がない。したがって、レンズ素子４０は、製造コストを上昇することなく、信頼性に優れたレンズ素子である。
【００２４】
この実施形態の光合分波器は、レンズ素子４０の端面４０ａ、４０ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
【００２５】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、グレーテイング３４を選択的に透過する。次いで、グレーテイング３４を透過した波長λ１の光が、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３によって、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３の一方の端面３３ａにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
一方、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、グレーテイング３４において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２によって、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２の一方の端面３２ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００２６】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる２つの光を容易に分離することができる。
【００２７】
図４は、本発明の光部品の第３の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。図４において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態においては、円柱状の１ピッチＧＲＩＮレンズ４１と、この１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内の光軸上に形成された第１のグレーティング４２と、第２のグレーティング４３とから構成されるレンズ素子５０が用いられている。１ピッチＧＲＩＮレンズ４１としては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２と同様な材質のレンズが用いられている。
【００２８】
また、第１のグレーティング４２は、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。また、第２のグレーティング４３は、第１のグレーティング４２を透過した光が、再び光軸と平行となる部分、すなわち、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａから０．７５ピッチの位置（１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の他方の端面４１ｂから０．２５ピッチの位置）に形成されている。
また、第１のグレーティング４２と第２のグレーティング４３は、異なる波長特性を有している。すなわち、第１のグレーティング４２と第２のグレーティング４３において、これらが透過または反射する光の波長が異なっている。
【００２９】
このように、レンズ素子５０にあっては、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内に波長選択フィルタと同じ機能を有する第１のグレーティング４２および第２のグレーティング４３が形成されるから、従来の光部品に用いられていた０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタの光軸を一致させ、接合する工程が省略されるから、製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合時に、これらの接合面を研磨するという工程も省略されるから製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合部に、塵、埃、空気などを巻き込んで、接合不良を生じるという不具合もない。したがって、光の伝送路が途絶えることがなくなり、製品の信頼性や歩留まりが向上する。
【００３０】
この実施形態の光合分波器は、レンズ素子５０の端面５０ａ、５０ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
【００３１】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、第１のグレーティング４２を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング４２を透過した波長λ１の光が、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内を伝搬し、第１のグレーティング４２から０．５ピッチの位置の位置で再び光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ１の光が、第２のグレーティング４３を選択的に透過し、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の他方の端面４１ｂにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、第１のグレーティング４２を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング４２を透過した波長λ２の光が、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内を伝搬し、第２のグレーティング４３において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内を伝搬し、第１のグレーティング４２を再び透過し、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ３の光が、第１のグレーテイング４２において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ３の光が、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１によって、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００３２】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる３つの光を容易に分離、合成することができる。また、光を分離する機能を有するレンズ素子５０において、光路が途絶えることがないから、信頼性の優れた光部品となる。
この実施形態では、上述のように、レンズ素子５０を構成する１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端部４１ａから０．２５ピッチの位置、０．７５ピッチの位置にグレーティングを形成した。なお、ＧＲＩＮレンズの長さを０．５ピッチ、１．５ピッチ、２ピッチ、…と０．５ピッチの整数倍とし、グレーティングをＧＲＩＮレンズの一方の端部から、第１のグレーティングから順に０．２５ピッチの位置、０．７５ピッチの位置、１．２５ピッチの位置、１．７５ピッチの位置、…と０．５ピッチ間隔で複数形成し、これらのグレーティングの波長特性が異なるレンズ素子を用いた光部品を製造すれば、この光部品は波長の異なる複数の光を容易に分離することができるものとなる。
【００３３】
図５は、本発明の光部品の第４の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。図５において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態においては、その一方の端部に第１のグレーティング５３が形成された第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１と、その一方の端部に第２のグレーティング５４が形成された第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２とからなるレンズ素子６０が用いられている。
第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２としては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２と同様な材質のレンズが用いられている。
【００３４】
また、レンズ素子６０は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１と第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２とが、第１のグレーティング５３と第２のグレーティング５４とが対向するように、接着剤などを介して接合されているものである。
また、このレンズ素子６０において、第１のグレーティング５３および第２のグレーティング５４は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の光軸上に形成されている。
また、第１のグレーティング５３は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１の一方の端面５１ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。また、第２のグレーティング５４は、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の一方の端面５２ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。
【００３５】
このようなレンズ素子６０にあっては、２つの従来の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズを用いて、これらにグレーティングを形成した後、接合すればよいから、新たに０．５ピッチＧＲＩＮレンズを作製する必要がない。したがって、レンズ素子６０は、製造コストを上昇することなく、信頼性に優れたレンズ素子である。
【００３６】
この実施形態の光合分波器は、レンズ素子６０の端面６０ａ、６０ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
【００３７】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、第１のグレーティング５３を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング５３を透過した波長λ１の光が、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の他方の端面５２ｂ近傍に存在している第２のグレーティング５４を選択的に透過する。次いで、透過した波長λ１の光が、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２によって、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の一方の端面５２ａにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、第１のグレーティング５３を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング５３を透過した波長λ２の光が、第２のグレーティング５４において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、再び第１のグレーティング５３を透過し、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１によって、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１の一方の端面５１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ３の光が、第１のグレーテイング５３において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ３の光が、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１によって、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１の一方の端面５１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００３８】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる３つの光を容易に分離、合成することができる。
また、この実施形態のように、グレーティングが形成された０．２５ピッチＧＲＩＮレンズを、それぞれのグレーティングが対向するように接合して用いれば、上述の第３の実施形態の光部品と同様に波長の異なる３つの光を容易に分離、合成することができる。また、レンズ素子６０の長さを、第３の実施形態で用いられているレンズ素子５０の長さ１ピッチの半分の０．５ピッチとすることができるから、より小型のレンズ素子および光部品を作製することができる。
また、光を分離する機能を有するレンズ素子６０において、光路が途絶えることがないから、信頼性の優れた光部品となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレンズ素子は、分布屈折率レンズの光軸上に、グレーティングが形成されたものであるから、分布屈折率レンズとグレーティングの光軸を一致させ、接合する工程が省略されるから、製造コストを削減することができる。また、分布屈折率レンズとグレーティングとの接合時に、これらの接合面を研磨するという工程も省略されるから、製造コストを削減することができる。また、分布屈折率レンズとグレーティングとの接合部に、塵、埃、空気などを巻き込んで、接合不良を生じることがない。したがって、光の伝送路が途絶えることがなくなり、製品の信頼性や歩留まりが向上する。
【００４０】
また、本発明のレンズ素子が、前記分布屈折率レンズには、１個以上のグレーティングが形成され、前記分布屈折率レンズ内に形成されたｎ番目（ｎは、１以上の整数）のグレーティングの位置が、前記分布屈折率レンズの一方の端面から、０．２５＋０．５（ｎ−１）ピッチで表されるものであるとすれば、波長の異なる複数の光を容易に分離することができる。また、従来同様の機能で小型、機能集約された光部品を作製することができる。
また、本発明のレンズ素子が、前記グレーティングが、前記分布屈折率レンズ内の光軸上の任意の位置に形成されているものであれば、特定波長の光の損失を、急激に増大することができる。
また、本発明のレンズ素子が、一方の端面の近傍にグレーティングが形成された、２つの０．２５ピッチ分布屈折率レンズが、それぞれのグレーティングが対向するように接合されたものであるから、分布屈折率レンズが波長選択フィルタとしての機能を有するから、従来の光部品よりも小型の光部品を製造することができる。
また、本発明の光部品は、上記レンズ素子と、該レンズ素子に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えたものであるから、波長の異なる複数の光を容易に分離することができる。また、光を分離する機能を有するレンズ素子において、光路が途絶えることがないから、信頼性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレンズ素子の一例を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の光部品の第１の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図３】 本発明の光部品の第２の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図４】 本発明の光部品の第３の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図５】 本発明の光部品の第４の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図６】 ラジアル型ＧＲＩＮレンズを示す斜視図である。
【図７】 ラジアル型ＧＲＩＮレンズの屈折率分布を示すグラフである。
【図８】 従来の光部品の一例として、光合分波器を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２１，４０，５０，６０・・・レンズ素子、２２・・・０．５ピッチＧＲＩＮレンズ、２３，３４・・・グレーティング、２４・・・第１の光ファイバ保持部材、２５・・・第２の光ファイバ保持部材、２６・・・第１のポート、２７，２９，３１・・・光ファイバ素線、２８・・・第２のポート、３０・・・第３のポート、３２，５１・・・第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ、３３，５２・・・第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ、４１・・・１ピッチＧＲＩＮレンズ、４２，５３・・・第１のグレーティング、４３，５４・・・第２のグレーティング
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ使用して光結合または光分離を行なう技術に関し、特に、光通信分野で使用される光機能部品において、光ファイバからの入力光を選択的に透過または反射する機能を備えたレンズ素子およびこれを用いた光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリメータレンズなどのレンズ素子およびこれを用いた光部品は、例えば、波長多重システムを利用した光通信分野において、光の合成、光の分離、あるいは光の損失の平坦化、光の分散補償などに利用されている。このようなコリメータレンズおよびこれを用いた光部品は、数多く考案されている。
【０００３】
コリメータレンズとしては、円柱状の分布屈折率レンズ（Graded Indexレンズ、以下、「ＧＲＩＮレンズ」と略す。）などが用いられている。
ＧＲＩＮレンズは、屈折率が一様でない媒質を用いたレンズで、屈折率が連続的に変化することでレンズ作用をするレンズである。
ＧＲＩＮレンズは、その屈折率分布が光軸に垂直方向に分布しているラジアル型と、屈折率分布が光軸方向に分布しているアキシアル型に分類される。
ここでは、ラジアル型ＧＲＩＮレンズについて説明する。図６は、ラジアル型ＧＲＩＮレンズを示す斜視図である。
このラジアル型ＧＲＩＮレンズ１は円柱状で、その２つの端面１ａ、１ｂは屈折面をなしている。また、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１は、この２つの端面１ａ、１ｂが平面であっても、通常のレンズとして作用するものである。また、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１は、図７に示すように、中心軸の屈折率が最も高く、中心軸から外周方向に離れると連続的に、二次曲線状に屈折率が低くなっているレンズである。
【０００４】
このようなＧＲＩＮレンズを用いて、各種光部品が作製されている。
図８は、従来の光部品の一例として、光合分波器を示す概略構成図である。
この光合分波器においては、円柱状の２つの０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１、１１が、その一方の端面１１ａ、１１ａ同士が対向するように、円盤状の波長選択フィルタ１２を介して配置され、これらが接着剤などで接合されている。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１、１１の他方の端面１１ｂ、１１ｂには、円柱状の第１の光ファイバ保持部材１３、円柱状の第２の光ファイバ保持部材１４が、それぞれ、接着剤を介して接合されている。
また、第１の光ファイバ保持部材１３内には、細孔１３ａが形成されている。さらに、第１のポート１５用の光ファイバ素線１６、第２のポート１７用の光ファイバ素線１８は、その先端の被覆層１６ｂ、１８ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部１６ａ、１８ａが細孔１３ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
また、第２の光ファイバ保持部材１４内には、細孔１４ａが形成されている。さらに、第３のポート１９用の光ファイバ素線２０は、その先端の被覆層２０ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部２０ａが細孔１４ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
ここで、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１とは、円柱状のレンズの長さをｌとし、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、レンズの長さｌが０．２５ｐとなるレンズのことである。
【０００５】
この光合分波器において、光ファイバ素線１６から第1のポート１５に入力された波長λ１の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ１の光が、波長選択フィルタ１２を選択的に透過する。次いで、波長選択フィルタ１２を透過した波長λ１の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって集光され、第３のポート１９に到達して、光ファイバ素線２０に出力される。
一方、光ファイバ素線１６から第1のポート１５に入力された波長λ２の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ２の光が、波長選択フィルタ１２において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１によって集光され、第２のポート１７に到達して、光ファイバ素線１８に出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この光合分波器にあっては、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２が別々の部材からなるため、これらの光軸を一致させて、接合する工程において製造コストが増大するという問題があった。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２との接合時に、雰囲気中の塵や埃が、光の伝送路となるこれらの接合部に付着し、接合不良を生じることがあった。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２とが接着剤を介して接合されているから、この接着剤に空気を巻き込んで生じる気泡や、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２との間における光軸のずれおよび角度ずれなど、製品の歩留まりが劣化する要因が多く存在し、光合分波器が高価になるという問題があった。
また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ１１と波長選択フィルタ１２とが、これらの光軸方向に配列され、接着剤を介して接合されるので、これらの接合部において、両部材が剥離し、その結果として、光路が途絶えることがあった。これにより、光合分波器の信頼性は劣化する。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、製造が容易かつ信頼性に優れたレンズ素子およびこれを用いた光部品を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、分布屈折率レンズ内部であって、かつ、該分布屈折率レンズの光軸上に、グレーティングが形成されたレンズ素子によって解決できる。
前記グレーティングが、前記分布屈折率レンズ内に入力された光が光軸と平行となる部分に形成されたことが好ましい。
前記レンズ素子の長さが、０．５ピッチの整数倍であることが好ましい。
前記分布屈折率レンズには、１個以上のグレーティングが形成され、前記分布屈折率レンズ内に形成されたｎ番目（ｎは、１以上の整数）のグレーティングの位置が、前記分布屈折率レンズの一方の端面から、０．２５＋０．５（ｎ−１）ピッチで表されることが好ましい。
また、前記課題は、一方の端面の近傍にグレーティングが形成された２つの０．２５ピッチ分布屈折率レンズが、それぞれのグレーティングが対向するように接合されたレンズ素子によって解決できる。
また、前記課題は、上記レンズ素子と、該レンズ素子に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えた光部品によって解決できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のレンズ素子の一例を示す概略構成図である。
この実施形態のレンズ素子２１は、円柱状の０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の光軸上にグレーティング２３を形成したものである。
また、グレーティング２３は、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の端面から０．２５ピッチの位置に形成されていることが好ましい。
【００１０】
０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、このレンズの中央部を高屈折率化するために、酸化ゲルマニウムを添加した石英ガラスからなるＧＩ（Graded Index）コア母材を用い、所望の太さになるように溶融線引きして造られたレンズ基材を、所定の長さに形成されたものである。
０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、直径０．３〜２．５ｍｍ程度の円柱状で、その一方の端面２２ａ、他方の端面２２ｂは屈折面をなしている。また、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、この一方の端面２２ａ、他方の端面２２ｂが平面であっても、通常のレンズとして作用するものである。また、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２は、中心軸の屈折率が最も高く、中心軸から外周方向に離れると連続的に、二次曲線状に屈折率が低くなっているレンズである。
また、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２とは、円柱状のレンズの長さをｌとし、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、レンズの長さｌが０．５ｐとなるレンズのことである。
【００１１】
グレーティング２３は、位相マスクを０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２に近接して固定し、エキシマレーザーから紫外線を照射して露光作業を施し、所望の屈折率変化を示すように形成される。
また、レンズ素子２１にあっては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２において、グレーティング２３を形成する位置を光軸方向に移動することにより、光の伝送損失に傾斜をつけることができる。
このグレーティング２３は、従来の光合分波器における波長選択フィルタと同じ機能を有し、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２に入力された光を選択的に透過または反射する機能を備えたものである。また、グレーティング２３は、透過または反射する光の波長に応じて、グレーティングの間隔や数が適宜設定される。
【００１２】
このように、レンズ素子２１にあっては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内に波長選択フィルタと同じ機能を有するグレーティング２３が形成されるから、従来の光部品に用いられていた０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタの光軸を一致させ、接合する工程が省略され、製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合時に、これらの接合面を研磨するという工程も省略されるから製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合部に、塵、埃、空気などを巻き込んで、接合不良を生じることがない。したがって、光の伝送路が途絶えることがなくなり、製品の信頼性や歩留まりが向上する。
【００１３】
図２は、本発明の光部品の第１の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
この光合分波器は、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａ、他方の端面２２ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
また、第１の光ファイバ保持部材２４内には、細孔２４ａが形成されている。さらに、第１のポート２６用の光ファイバ素線２７、第２のポート２８用の光ファイバ素線２９は、その先端の被覆層２７ｂ、２９ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部２７ａ、２９ａが細孔２４ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
また、第２の光ファイバ保持部材２５内には、細孔２５ａが形成されている。さらに、第３のポート３０用の光ファイバ素線３１は、その先端の被覆層３１ｂが除去されることにより露出した裸光ファイバ部３１ａが細孔２５ａ内に挿入されて、接着剤などで固定されている。
【００１４】
第１の光ファイバ保持部材２４または第２の光ファイバ保持部材２５は、Ｂ２Ｏ５を含有する石英、ホウケイ酸ガラスなどのガラスで形成されている。
また、第１の光ファイバ保持部材２４または第２の光ファイバ保持部材２５の寸法は、外径１〜５ｍｍ程度、長さ３〜１０ｍｍ程度となっている。
また、細孔２４ａ、２５ａはそれぞれ、第１の光ファイバ保持部材２４または第２の光ファイバ保持部材２５の長手方向の中心部に、これらを貫通するように形成されている。細孔２４ａ、２５ａの開口部の形状は、正方形、長方形、菱形などの多角形状または円形であり、その寸法が０．１２６〜０．２１７ｍｍ×０．２１４〜０．２５２ｍｍ程度となっている。
【００１５】
光ファイバ素線２７、２９、３１としては、外径２５０μｍのシングルモード光ファイバまたは偏波保持光ファイバが用いられる。
シングルモード光ファイバは、石英ガラスなどからなる光ファイバ裸線の上に、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられた構造となっている。
偏波保持光ファイバは、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を添加した石英ガラスからなるコアと、このコアの周囲に、コアと中心軸を同じくして設けられた石英ガラスからなるクラッドと、このクラッド内に、コアを中心に概対称に配置され、かつこのクラッドを形成する石英ガラスよりも熱膨張係数が大きいガラスからなる断面円形の２つの応力付与部とから構成されている。
【００１６】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置で光軸と平行にされる。この０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置には、グレーティング２３が存在している。次いで、光軸と平行にされた波長λ１の光が、グレーテイング２３を選択的に透過する。次いで、グレーテイング２３を透過した波長λ１の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、グレーテイング２３から０．２５ピッチの位置、すなわち、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の他方の端面２２ｂにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
一方、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置で光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ２の光が、グレーテイング２３において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２によって、グレーテイング２３から０．２５ピッチの位置、すなわち、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２の一方の端面２２ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００１７】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる２つの光を容易に分離することができる。また、光を分離する機能を有するレンズ素子２１において、光路が途絶えることがないから、信頼性の優れた光部品となる。
【００１８】
０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２にあっては、一方の端面２２ａから０．２５ピッチの面において反射した波長λ２の光が、低損失で出力側の光ファイバ素線２９へ出力される。一方、光を反射する面（グレーティング２３の位置）が一方の端面２２ａから０．２５ピッチの位置から外れるに従い、光ファイバ素線２９へ出力される波長λ２の光の損失が増大する。
この特性を利用して、目的とする光の損失レベルを達成するためには、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内において、グレーティング２３を形成する位置を０．２５ピッチからずらせばよい。したがって、光の波長ごとに目的とする損失レベルを達成するためには、グレーティング２３の間隔や数だけでなく、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２内におけるグレーティング２３の形成位置によっても調整可能となる。ゆえに、特定波長の光の損失を、急激に増大することも可能となる。
【００１９】
また、本発明の光部品は、利得等化器としても使用することができる。
利得等化器は、利得スペクトルと逆の損失スペクトルをもつ光学フィルタであり、波長多重伝送方式において必要とされる１ｄＢ以下の利得平坦性を広い動作波長域で実現する目的で使用されるデバイスである。
本発明の光部品を利得等化器として用いた場合、レンズ素子に形成されるグレーティングの屈折率変化の周期により、短周期グレーティング型と、長周期ファイバグレーティング型に分けられる。
短周期グレーティングは屈折率変化の周期が光の波長オーダーで、長周期ファイバグレーティングは屈折率変化の周期が数百μｍである。
【００２０】
図２を用いて、利得等化器の動作例について説明する。
レンズ素子２１に形成されているグレーティング２３が短周期グレーティングの場合、利得等化器は以下のように動作する。光増幅器により増幅された信号光が、光ファイバ素線２７により伝送され、第１のポート２６よりレンズ素子２１に入力される。この場合、グレーティング２３は、屈折率変化の周期が光のオーダーであり、ブラッグ回折により特定波長（ブラッグ波長）の光のみを反射し、第２のポート２８より光ファイバ素線２９に出力される。
レンズ素子２１に形成されているグレーティング２３が長周期ファイバグレーティングの場合、利得等化器は以下のように動作する。光増幅器により増幅された信号光が、光ファイバ素線２７により伝送され、第１のポート２６よりレンズ素子２１に入力される。長周期ファイバグレーティングは、光ファイバ素線２７のコアを伝搬してきた光の一部をクラッドモードと結合させる。この場合、グレーティング２３は、クラッドモードへの結合条件を満足する波長領域のみにピークを有するような損失フィルタとして作用し、特定波長（数百μｍ）の光のみを透過し、第３のポート３０より光ファイバ素線３１に出力される。
【００２１】
図３は、本発明の光部品の第２の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。図３において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態においては、その他方の端面３２ｂの近傍にグレーティング３４が形成された第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２とグレーティングが形成されていない第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３とからなるレンズ素子４０が用いられている。
第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３としては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２と同様な材質のレンズが用いられている。
【００２２】
また、レンズ素子４０は、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３が、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２のグレーティング３４が形成された側の端面に、接着剤などを介して接合されているものである。また、このレンズ素子４０において、グレーティング３４は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３の光軸上に形成されている。さらに、グレーティング３４は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２の一方の端面３２ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。
【００２３】
このようなレンズ素子４０にあっては、２つの従来の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズを用いて、これらの一方にグレーティングを形成すればよいから、新たに０．５ピッチＧＲＩＮレンズを作製する必要がない。したがって、レンズ素子４０は、製造コストを上昇することなく、信頼性に優れたレンズ素子である。
【００２４】
この実施形態の光合分波器は、レンズ素子４０の端面４０ａ、４０ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
【００２５】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、グレーテイング３４を選択的に透過する。次いで、グレーテイング３４を透過した波長λ１の光が、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３によって、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３３の一方の端面３３ａにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
一方、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、グレーテイング３４において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２によって、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ３２の一方の端面３２ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００２６】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる２つの光を容易に分離することができる。
【００２７】
図４は、本発明の光部品の第３の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。図４において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態においては、円柱状の１ピッチＧＲＩＮレンズ４１と、この１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内の光軸上に形成された第１のグレーティング４２と、第２のグレーティング４３とから構成されるレンズ素子５０が用いられている。１ピッチＧＲＩＮレンズ４１としては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２と同様な材質のレンズが用いられている。
【００２８】
また、第１のグレーティング４２は、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。また、第２のグレーティング４３は、第１のグレーティング４２を透過した光が、再び光軸と平行となる部分、すなわち、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａから０．７５ピッチの位置（１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の他方の端面４１ｂから０．２５ピッチの位置）に形成されている。
また、第１のグレーティング４２と第２のグレーティング４３は、異なる波長特性を有している。すなわち、第１のグレーティング４２と第２のグレーティング４３において、これらが透過または反射する光の波長が異なっている。
【００２９】
このように、レンズ素子５０にあっては、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内に波長選択フィルタと同じ機能を有する第１のグレーティング４２および第２のグレーティング４３が形成されるから、従来の光部品に用いられていた０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタの光軸を一致させ、接合する工程が省略されるから、製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合時に、これらの接合面を研磨するという工程も省略されるから製造コストを削減することができる。また、０．２５ピッチＧＲＩＮレンズと波長選択フィルタとの接合部に、塵、埃、空気などを巻き込んで、接合不良を生じるという不具合もない。したがって、光の伝送路が途絶えることがなくなり、製品の信頼性や歩留まりが向上する。
【００３０】
この実施形態の光合分波器は、レンズ素子５０の端面５０ａ、５０ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
【００３１】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、第１のグレーティング４２を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング４２を透過した波長λ１の光が、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内を伝搬し、第１のグレーティング４２から０．５ピッチの位置の位置で再び光軸と平行にされる。次いで、光軸と平行にされた波長λ１の光が、第２のグレーティング４３を選択的に透過し、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の他方の端面４１ｂにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、第１のグレーティング４２を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング４２を透過した波長λ２の光が、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内を伝搬し、第２のグレーティング４３において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が１ピッチＧＲＩＮレンズ４１内を伝搬し、第１のグレーティング４２を再び透過し、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ３の光が、第１のグレーテイング４２において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ３の光が、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１によって、１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端面４１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００３２】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる３つの光を容易に分離、合成することができる。また、光を分離する機能を有するレンズ素子５０において、光路が途絶えることがないから、信頼性の優れた光部品となる。
この実施形態では、上述のように、レンズ素子５０を構成する１ピッチＧＲＩＮレンズ４１の一方の端部４１ａから０．２５ピッチの位置、０．７５ピッチの位置にグレーティングを形成した。なお、ＧＲＩＮレンズの長さを０．５ピッチ、１．５ピッチ、２ピッチ、…と０．５ピッチの整数倍とし、グレーティングをＧＲＩＮレンズの一方の端部から、第１のグレーティングから順に０．２５ピッチの位置、０．７５ピッチの位置、１．２５ピッチの位置、１．７５ピッチの位置、…と０．５ピッチ間隔で複数形成し、これらのグレーティングの波長特性が異なるレンズ素子を用いた光部品を製造すれば、この光部品は波長の異なる複数の光を容易に分離することができるものとなる。
【００３３】
図５は、本発明の光部品の第４の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。図５において、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態においては、その一方の端部に第１のグレーティング５３が形成された第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１と、その一方の端部に第２のグレーティング５４が形成された第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２とからなるレンズ素子６０が用いられている。
第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２としては、０．５ピッチＧＲＩＮレンズ２２と同様な材質のレンズが用いられている。
【００３４】
また、レンズ素子６０は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１と第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２とが、第１のグレーティング５３と第２のグレーティング５４とが対向するように、接着剤などを介して接合されているものである。
また、このレンズ素子６０において、第１のグレーティング５３および第２のグレーティング５４は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１および第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の光軸上に形成されている。
また、第１のグレーティング５３は、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１の一方の端面５１ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。また、第２のグレーティング５４は、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２内に入力された光が光軸と平行となる部分、すなわち、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の一方の端面５２ａから０．２５ピッチの位置に形成されている。
【００３５】
このようなレンズ素子６０にあっては、２つの従来の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズを用いて、これらにグレーティングを形成した後、接合すればよいから、新たに０．５ピッチＧＲＩＮレンズを作製する必要がない。したがって、レンズ素子６０は、製造コストを上昇することなく、信頼性に優れたレンズ素子である。
【００３６】
この実施形態の光合分波器は、レンズ素子６０の端面６０ａ、６０ｂに、円柱状の第１の光ファイバ保持部材２４、円柱状の第２の光ファイバ保持部材２５が、それぞれ、接着剤などを介して接合されているものである。
【００３７】
この光合分波器において、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ１の光が、第１のグレーティング５３を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング５３を透過した波長λ１の光が、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の他方の端面５２ｂ近傍に存在している第２のグレーティング５４を選択的に透過する。次いで、透過した波長λ１の光が、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２によって、第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５２の一方の端面５２ａにおいて集光され、第３のポート３０に到達して、光ファイバ素線３１に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ２の光が、第１のグレーティング５３を選択的に透過する。次いで、第１のグレーティング５３を透過した波長λ２の光が、第２のグレーティング５４において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ２の光が、再び第１のグレーティング５３を透過し、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１によって、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１の一方の端面５１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
また、光ファイバ素線２７から第1のポート２６に入力された波長λ３の光が、第１のグレーテイング５３において選択的に反射する。次いで、反射した波長λ３の光が、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１によって、第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ５１の一方の端面５１ａにおいて集光され、第２のポート２８に到達して、光ファイバ素線２９に出力される。
【００３８】
このように、この実施形態の光部品にあっては、波長の異なる３つの光を容易に分離、合成することができる。
また、この実施形態のように、グレーティングが形成された０．２５ピッチＧＲＩＮレンズを、それぞれのグレーティングが対向するように接合して用いれば、上述の第３の実施形態の光部品と同様に波長の異なる３つの光を容易に分離、合成することができる。また、レンズ素子６０の長さを、第３の実施形態で用いられているレンズ素子５０の長さ１ピッチの半分の０．５ピッチとすることができるから、より小型のレンズ素子および光部品を作製することができる。
また、光を分離する機能を有するレンズ素子６０において、光路が途絶えることがないから、信頼性の優れた光部品となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレンズ素子は、分布屈折率レンズの光軸上に、グレーティングが形成されたものであるから、分布屈折率レンズとグレーティングの光軸を一致させ、接合する工程が省略されるから、製造コストを削減することができる。また、分布屈折率レンズとグレーティングとの接合時に、これらの接合面を研磨するという工程も省略されるから、製造コストを削減することができる。また、分布屈折率レンズとグレーティングとの接合部に、塵、埃、空気などを巻き込んで、接合不良を生じることがない。したがって、光の伝送路が途絶えることがなくなり、製品の信頼性や歩留まりが向上する。
【００４０】
また、本発明のレンズ素子が、前記分布屈折率レンズには、１個以上のグレーティングが形成され、前記分布屈折率レンズ内に形成されたｎ番目（ｎは、１以上の整数）のグレーティングの位置が、前記分布屈折率レンズの一方の端面から、０．２５＋０．５（ｎ−１）ピッチで表されるものであるとすれば、波長の異なる複数の光を容易に分離することができる。また、従来同様の機能で小型、機能集約された光部品を作製することができる。
また、本発明のレンズ素子が、前記グレーティングが、前記分布屈折率レンズ内の光軸上の任意の位置に形成されているものであれば、特定波長の光の損失を、急激に増大することができる。
また、本発明のレンズ素子が、一方の端面の近傍にグレーティングが形成された、２つの０．２５ピッチ分布屈折率レンズが、それぞれのグレーティングが対向するように接合されたものであるから、分布屈折率レンズが波長選択フィルタとしての機能を有するから、従来の光部品よりも小型の光部品を製造することができる。
また、本発明の光部品は、上記レンズ素子と、該レンズ素子に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えたものであるから、波長の異なる複数の光を容易に分離することができる。また、光を分離する機能を有するレンズ素子において、光路が途絶えることがないから、信頼性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレンズ素子の一例を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の光部品の第１の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図３】 本発明の光部品の第２の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図４】 本発明の光部品の第３の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図５】 本発明の光部品の第４の実施形態として、光合分波器を示す概略構成図である。
【図６】 ラジアル型ＧＲＩＮレンズを示す斜視図である。
【図７】 ラジアル型ＧＲＩＮレンズの屈折率分布を示すグラフである。
【図８】 従来の光部品の一例として、光合分波器を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２１，４０，５０，６０・・・レンズ素子、２２・・・０．５ピッチＧＲＩＮレンズ、２３，３４・・・グレーティング、２４・・・第１の光ファイバ保持部材、２５・・・第２の光ファイバ保持部材、２６・・・第１のポート、２７，２９，３１・・・光ファイバ素線、２８・・・第２のポート、３０・・・第３のポート、３２，５１・・・第１の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ、３３，５２・・・第２の０．２５ピッチＧＲＩＮレンズ、４１・・・１ピッチＧＲＩＮレンズ、４２，５３・・・第１のグレーティング、４３，５４・・・第２のグレーティング
Claims (6)
- 分布屈折率レンズ内部であって、かつ、該分布屈折率レンズの光軸上に、グレーティングが形成されたことを特徴とするレンズ素子。
- 前記グレーティングが、前記分布屈折率レンズ内に入力された光が光軸と平行となる部分に形成されたことを特徴とする請求項１記載のレンズ素子。
- 前記レンズ素子の長さが、０．５ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ素子。
- 前記分布屈折率レンズには、１個以上のグレーティングが形成され、前記分布屈折率レンズ内に形成されたｎ番目（ｎは、１以上の整数）のグレーティングの位置が、前記分布屈折率レンズの一方の端面から、０．２５＋０．５（ｎ−１）ピッチで表されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレンズ素子。
- 一方の端面の近傍にグレーティングが形成された２つの０．２５ピッチ分布屈折率レンズが、それぞれのグレーティングが対向するように接合されたことを特徴とするレンズ素子。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載のレンズ素子と、該レンズ素子に光を入出力する光ファイバを保持する光ファイバ保持部材とを備えたことを特徴とする光部品。
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