光设备的制造方法

光设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种光设备，该光设备抑制了光学特性的波长依赖性。光设备(1)具备：输入输出模块(1)，其具有至少一个光纤(11～14)；可动反射镜(3)，其将从输入输出模块(1)射出的光朝向输入输出模块(1)反射；以及透镜(2)，其将输入输出模块(1)和可动反射镜(3)光学耦合，焦点距离大于或等于2.0mm而小于3.5mm。在将从输入输出模块(1)输入的光的波长设为λ，将透镜(2)的玻璃材料的波长λ的折射率设为n(λ)时，由下式表示的色散指标值ν大于或等于100，ν＝(n(1.45)－1)/(n(1.2)－n(1.7))。
【专利说明】
光设备
技术领域
[0001] 本发明设及一种光设备。
【背景技术】
[0002] 在实现经济性的光传输和接入系统的P0N(Passive Optical化twork)系统中，为 了处理1.3μπι频带、1.55μπι频带的光信号，要求所使用的光设备的宽频带化。另外，在高速、 大容量的基干系统光通信网络中所使用的、将光信号多重化而进行传送的DWDM(Dense Wavelength Division Multiplex)通信系统中，也要求使用波长频带的扩大。
[0003] 专利文献1:日本特开2004-070050号公报
[0004] 专利文献3:日本特开2004-020720号公报
[0005] 专利文献1所公开的光开关具备:多个光纤，它们配置在毛细管中；平面反射镜，其 将从光纤射出的光偏转；W及透镜，其将光纤和平面反射镜光学禪合。
[0006] 但是，在专利文献1所公开的光开关中，由于准直透镜焦点距离的波长依赖性而存 在光开关的光学特性发生变化的可能性。准直透镜焦点距离的波长依赖性是由准直透镜的 折射率对应于输入光的波长而不同所引起的。
[0007] 另一方面，在专利文献2中公开了一种光纤禪合系统，该光纤禪合系统对准直透镜 焦点距离的波长依赖性进行了抑制。公开了下述技术，即，通过特别地着眼于准直透镜的玻 璃材料的波长1.55WI1下的红外色散指标xW及折射率，从而抑制准直透镜的红外频带中的 波长色散。红外色散指标X是表示与阿贝数类似的红外区域中的玻璃材料的波长色散的指 标。
[0008] 但是，在专利文献2所公开的光纤禪合系统中，准直透镜的焦点距离比较短（f = 1.5mm)，在准直透镜和半导体激光W及光纤的光轴大致一致的状态下将它们进行光学禪 么 η 〇
[0009] 因此，在专利文献2中，没有设想到应用于使用具有较大的焦点距离的透镜的光纤 禪合系统、或应用于光向从准直透镜的光轴偏离的位置射入射出的光纤禪合系统。在上述 情况下，光纤禪合系统的光学特性的波长依赖性变得显著。

【发明内容】

[0010] 本发明的目的在于提供一种抑制了光学特性的波长依赖性的光设备。
[0011] 本发明的一个方式的光设备具备：
[0012] 输入输出模块，其具有至少一个光纤；
[0013] 偏转部，其将从所述输入输出模块射出的光朝向所述输入输出模块进行偏转；W 及
[0014] 透镜，其将所述输入输出模块和所述偏转部光学禪合，焦点距离大于或等于2.0mm 而小于3.5mm，
[0015] 在将从所述输入输出模块射出的光的波长设为λ，将所述透镜的玻璃材料的波长λ 的折射率设为η(λ)时，由下式表示的色散指标值V大于或等于100，
[0016] ν = (η(1.45)-1)/(η(1.2)-η(1.7))〇
[0017] 发明的效果
[0018] 根据本发明，能够对使用具有较大的焦点距离的透镜的光设备的光学特性的波长 依赖性进行抑制。
【附图说明】
[0019] 图1是表示本发明的第1实施方式所设及的光设备(光开关)的概略图。
[0020] 图2(a)是表示输入输出模块的具体结构的一个例子的与Ζ轴方向正交的剖视图。 图2(b)是(a)所示的输入输出模块的Α-Α剖视图。
[0021] 图3是用于说明第1实施方式所设及的光设备的课题的图。
[0022] 图4是表示构成透镜的玻璃材料1~5的各波长λ的折射率η和色散指标值V的表。
[0023] 图5是表示玻璃材料1~5的色散指标值V和波长1.45WI1的折射率η(1.45)之间的关 系的图形。
[0024] 图6是表示由玻璃材料1~5构成的各透镜被应用于第1实施方式所设及的光设备 的情况下相对于各波长λ的光设备的透过率Τ的图形。
[0025] 图7是表示由玻璃材料1~5构成的各透镜被应用于第1实施方式所设及的光设备 的情况下相对于各波长λ的光设备的透过率Τ的图形。
[0026] 图8是表示由玻璃材料1~5构成的各透镜被应用于第1实施方式所设及的光设备 的情况下相对于各波长λ的光设备的透过率Τ的图形。
[0027] 图9是表示由玻璃材料1~5构成的各透镜被应用于第1实施方式所设及的光设备 的情况下相对于各波长λ的光设备的透过率Τ的图形。
[0028] 图10是表示由玻璃材料1~5构成的各透镜被应用于第1实施方式所设及的光设备 的情况下相对于各波长λ的光设备的透过率Τ的图形。
[0029] 图11是表示各焦点距离下的色散指标值V和透过率差ΔΤ之间的关系的图形。
[0030] 图12是表示焦点距离为3mm、且由玻璃材料1构成的透镜被应用于第1实施方式所 设及的光设备的情况下相对于球面透镜W及非球面透镜中的各波长λ的光设备的透过率T 的图形。
[0031] 图13是表示焦点距离为3mm、且由玻璃材料5构成的透镜被应用于第1实施方式所 设及的光设备的情况下相对于球面透镜W及非球面透镜中的各波长λ的光设备的透过率T 的图形。
[0032] 图14是表示本发明的第2实施方式所设及的光设备(光可变衰减器)的概略图。
[0033] 图15是表示本发明的第3实施方式所设及的光设备(光可变衰减器)的概略图。
[0034] 标号的说明
[0035] 1、la:输入输出模块
[0036] 2:透镜
[0037] 3:可动反射镜
[0038] 3a:固定反射镜
[0039] 4:控制部
[0040] 5、5a、5b:光设备
[0041] 6:可动遮光器
[0042] 10:输入光纤
[0043] 10a:光纤
[0044] 11~14:输出光纤 [00例 15:插忍
[0046] 32:反射面
[0047] 120a:忍层 [004引 S:贯通孔
【具体实施方式】
[0049] [本发明的实施方式的说明]
[0050] 说明本发明的实施方式的概要。
[0051] (1)一种光设备，其具备：
[0052] 输入输出模块，其具有至少一个光纤；
[0053] 偏转部，其将从所述输入输出模块射出的光朝向所述输入输出模块进行偏转；W 及
[0054] 透镜，其将所述输入输出模块和所述偏转部光学禪合，焦点距离大于或等于2.0mm 而小于3.5mm，
[0055] 在将从所述输入输出模块射出的光的波长设为λ，将所述透镜的玻璃材料的波长λ 的折射率设为η(λ)时，由下式表示的色散指标值V大于或等于100，
[0056] ν = (η(1.45)-1)/(η(1.2)-η(1.7))〇
[0057] 根据上述结构，能够对使用具有较大的焦点距离的透镜的光设备的光学特性的波 长依赖性进行抑制。
[0058] (2)技术方案（1)所记载的光设备，其中，所述焦点距离大于或等于2.0mm而小于或 等于3.0mm。
[0059] 根据上述结构，能够进一步对光设备的光学特性的波长依赖性进行抑制。
[0060] (3)技术方案(1)或(2)所记载的光设备，其中，所述色散指标值大于或等于130。
[0061] 根据上述结构，能够进一步对光设备的光学特性的波长依赖性进行抑制。
[0062] (4)技术方案(1)至(3)中任一项所记载的光设备，其中，
[0063] 所述透镜由如下的玻璃材料构成：
[0064] 在将所述透镜设为球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设 为Ρ?η(λ)，将波长λ的经由所述透镜W及所述偏转部而与所述输入输出模块禪合的光的强 度设为化uta)时，
[0065] 波长λ=1.2皿~1.7μπι的由下式表示的透过率Τ(λ)的最大值和最小值的差小于或 等于0.3地，
[0066] Τ(λ) = 1〇 · l〇g(F>〇ut(A)/Pin(A))。
[0067] 根据上述结构，由于构成透镜的玻璃材料的光学特性良好，因此通过在透镜中采 用各种非球面参数，从而能够期待特性的进一步提高。因此，透镜的设计自由度提高。
[0068] (5)技术方案(1)至(4)中任一项所记载的光设备，其中，
[0069] 所述透镜由如下的玻璃材料构成：
[0070] 在将所述透镜设为球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设 为Ρ?η(λ)，将波长λ的经由所述透镜W及所述偏转部而与所述输入输出模块禪合的光的强 度设为化uta)时，
[0071 ] 在波长λ=1.2μηι~1.7μηι，由下式表示的透过率Τ(λ)大于或等于一0.5地，
[0072] Τ(λ) = 1〇 · l〇g(F>〇ut(A)/Pin(A))。
[0073] 根据上述结构，由于构成透镜的玻璃材料的光学特性良好，因此通过在透镜中采 用各种非球面参数，从而能够期待特性的进一步提高。因此，透镜的设计自由度提高。
[0074] (6)技术方案(4)或(5)所记载的光设备，其中，
[0075] 所述透镜由如下的玻璃材料构成：
[0076] 在将所述透镜设为非球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度 设为Ρ?η(λ)，将波长λ的经由所述透镜W及所述偏转部而与所述输入输出模块禪合的光的 强度设为化uta)时，
[0077] 在波长λ=1.化m~1.7μπι，由下式表示的透过率Τ(λ)的最大值大于或等于一 0.1地，并且所述透过率τ(λ)的最大值和最小值的差小于或等于0.2地，
[0078] 波长λ = 1.2WI1时的透过率Τ( 1.2)和波长λ = 1.7WI1时的透过率Τ( 1.7)大致相等， [00巧]Τ(λ) = 10 · l〇g(F>〇ut(A)/Pin(A))。
[0080] 根据上述结构，提供一种光设备，该光设备在各波长下具有良好的光学特性，并且 抑制了光学特性的波长依赖性。而且，提供一种光设备，在该光设备中，波长λ=1.2μπι时的 透过率Τ( 1.2)和波长λ= 1.7WI1时的透过率Τ( 1.7)大致相等，因此向光系统的适合性高。
[0081] (7)-种光设备，其具备：
[0082] 输入输出模块，其具有至少一个光纤.
[0083] 偏转部，其将从所述输入输出模块射出的光朝向所述输入输出模块进行偏转；W 及
[0084] 透镜，其将所述输入输出模块和所述偏转部光学禪合，焦点距离大于或等于2.0mm 而小于3.5mm，
[0085] 在将从所述输入输出模块射出的光的波长设为λ，将所述透镜的玻璃材料的波长λ 的折射率设为η(λ)时，由下式表示的色散指标值V大于或等于90,波长λ=1.45时的折射率η (1.45)大于或等于1.7，
[0086] ν = (η(1.45)-1)/(η(1.2)-η(1.7))〇
[0087] 根据上述结构，能够提供一种具有良好的光学特性的光设备。
[0088] (8)技术方案(7)所记载的光设备，其中，所述焦点距离大于或等于2.0mm而小于或 等于3.0mm。
[0089] 根据上述结构，能够提供一种光设备，该光设备具有良好的光学特性，并且抑制了 光学特性的波长依赖性。
[0090] (9)技术方案(7)或(8)所记载的光设备，其中，
[0091] 所述透镜由如下的玻璃材料构成：
[0092] 在将所述透镜设为球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设 为Ρ?η(λ)，将波长λ的经由所述透镜W及所述偏转部而与所述输入输出模块禪合的光的强 度设为化uta)时，
[0093] 波长λ= 1.2M1~1.7WI1的由下式表示的透过率Τ(λ)大于或等于一0.5地，
[0094] Τ(λ) = 1〇 · l〇g(F>〇ut(A)/Pin(A))。
[0095] 根据上述结构，由于构成透镜的玻璃材料的光学特性良好，因此通过在透镜中采 用各种非球面参数，从而能够期待特性的进一步提高。因此，透镜的设计自由度提高。
[0096] (10)技术方案(9)所记载的光设备，其中，
[0097] 所述透镜由如下的玻璃材料构成：
[0098] 在将所述透镜设为非球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度 设为Ρ?η(λ)，将波长λ的经由所述透镜W及所述偏转部而向所述输入输出模块射入的光的 强度设为化uta)时，
[0099] 在波长λ= 1.2皿~1.7μπι，由下式表示的透过率Τ(λ)大于或等于一0.5dB，并且所 述透过率Τ(λ)的最大值大于或等于一0.1地，
[0100] 波长λ = 1.2皿时的透过率Τ( 1.2)和波长λ = 1.7皿时的透过率Τ( 1.7)大致相等，
[0101] Τ(λ) = 10 · l〇g(F>〇ut(A)/Pin(A))。
[0102] 根据上述结构，光设备在各波长下具有良好的光学特性。而且，提供一种光设备， 在该光设备中，波长λ = 1.2WI1时的透过率Τ( 1.2)和波长λ = 1.7WI1时的透过率Τ( 1.7)大致相 等，因此向Ρ0Ν通信光系统的适应性高。
[0103] (11)技术方案(1)至(10)中任一项所记载的光设备，其中，
[0104] 所述光设备作为光开关而构成，
[0105] 所述输入输出模块具备:输入光纤，其被输入光；W及第1及第2输出光纤，由所述 偏转部偏转后的光经由所述透镜射入所述第1及第2输出光纤，
[0106] 所述光设备还具备控制部，该控制部通过对由所述偏转部偏转的光的角度进行变 更，从而使所述光射入至所述第1输出光纤或所述第2输出光纤。
[0107] 根据上述结构，能够对使用具有较大的焦点距离的透镜的光开关的光学特性的波 长依赖性进行抑制。
[0108] [本发明的实施方式的详细内容]
[0109] 下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。此外，在本实施方式的说明中 关于与已经说明的部件具有相同的参照标号的部件，为了便于说明而省略其说明。另外，本 附图所示的各部件的尺寸有时为了便于说明，与实际的各部件的尺寸不同。
[0110] 另外，在本实施方式的说明中，为了使本实施方式的理解变得容易，适当地提及了 X轴方向、Υ轴方向、Ζ轴方向。此外，运些方向是在图1、14、15所示的光设备5、5曰、化中设定的 相对方向。因此，在光设备5、5a、5b沿规定方向旋转的情况下，按照该旋转，X轴方向、Υ轴方 向、Z轴方向中的至少一个轴方向发生变化，运一点需要留意。
[0111] 在运里，X轴方向是包含巧方向（将+方向设为矢量的朝向）W及一X方向的方向。同 样地，Y轴方向是包含巧方向W及一Y方向的方向，Z轴方向是包含+Z方向W及一Z方向的方 向。此外，在对特定的方向（矢量)进行说明的情况下，适当地作为巧方向、一Y方向等进行明 /J、- 〇
[0112] <第1实施方式>
[0113] 图1是表示第1实施方式所设及的光设备5的概略图。在第1实施方式中，光设备5作 为光开关而构成。光设备5具备输入输出模块1、透镜2、可动反射镜3、控制部4。在图1中，为 了便于说明，仅对从输入光纤10射出的发散光的光线中的与透镜2的光轴平行的光线（下 面，称为中屯、光线)进行了图示。
[0114] 输入输出模块1具有:输入光纤10,其射出光；W及输出光纤11~14(第1、2输出光 纤），它们被射入光。输入光纤10作为输入端口起作用，各输出光纤11~14作为输出端口起 作用。各光纤例如是单模光纤，具备对光进行传输的纤忍和覆盖纤忍的包层。
[0115] 图2(a)是表示输入输出模块1的具体结构的一个例子的YZ剖视图。图2(b)是图2 (a)所示的输入输出模块1的A-A剖视图。
[0116] 输入输出模块1具有多个光纤和覆盖多个光纤的插忍15。插忍15具有沿Z轴方向延 伸的贯通孔S，多个光纤被保持于贯通孔S中。各光纤沿X轴方向并排，并且沿Y轴方向层叠。 图1所示的光纤10~14与在Y轴方向上配置在中央层的一组光纤相对应。
[0117] 贯通孔S的一部分沿Z轴方向W锥形状延伸，随着从插忍15的端部沿+Z方向行进， 贯通孔S的X轴方向上的宽度变小。由此，能够容易地将多个光纤插入至贯通孔S中，并且使 光纤沿X轴方向紧密地排列。
[0118] 透镜2是将输入输出模块1和可动反射镜3光学禪合的平凸透镜，具有与输入输出 模块1相对的平坦面、W及与可动反射镜3相对的曲面。输入光纤10的射出端配置在透镜2的 前侧焦点处，可动反射镜3的反射面配置在透镜2的后侧焦点处。透镜2是准直透镜即可，如 后述所示，透镜2能够作为球面透镜或非球面透镜而构成。
[0119] 可动反射镜3是本发明中的偏转部。可动反射镜3将从输入光纤10输入的光朝向输 出光纤11~14的任一个进行偏转。可动反射镜3例如是MEMS反射镜，能够对可动反射镜3的 反射面32相对于透镜2的光轴的角度φ (或者，透镜2的光轴和反射面32的法线矢量之间的 角度Θ)电气性地进行控制。此外，作为对光的偏转角电气性地进行电气控制的偏转部，可W 应用通过相位调制对偏转角进行控制的液晶元件等。
[0120] 控制部4对在可动反射镜3中被偏转的光的偏转角进行控制。控制部4通过控制可 动反射镜3的角度φ (或者角度Θ)，从而使所输入的光射入至输出光纤11~14的任一个。控 制部4通过使施加至可动反射镜3的电压的值变化，从而能够对角度φ (或者角度Θ)电气性 地进行控制。在图1中，控制部4对可动反射镜3的倾斜角度电气性地进行控制，W使得所输 入的光射入至输出光纤11。
[0121] 从输入光纤10射出的光在由透镜2准直化后，射入至可动反射镜3。由可动反射镜3 W反射角Θ反射出的光利用透镜2W与输出光纤11的光轴一致的方式进行偏转，W与输出光 纤11的纤忍禪合的方式进行聚光。在图1中，输入光纤10和可动反射镜3配置在透镜2的光轴 上，但输入光纤10也可W不配置在透镜2的光轴上。
[0122] 在利用可动反射镜3使从输入光纤10射出的光射入至输出光纤11的情况下，反射 角9满足下面的关系式(1)。
[012引 白= 1:an-i(dl/f) · · · (1)
[0124] dl是X轴方向上的输入光纤10和输出光纤11之间的距离，f是透镜2的焦点距离。
[0125] 在满足关系式（1)时，由透镜2进行偏转后的光的中屯、光线与输出光纤11的光轴一 致。此时，关系式(2)所示的光设备5的透过率T成为最大。
[0126] Τ = 10 · log(F*out/Pin) · · · (2)
[0127] Pin是从输入光纤10输入的光的强度，Pout是经由透镜及可动反射镜3而与输 出光纤11禪合的光的强度。
[0128] 通过使反射角从由关系式（1)规定的反射角Θ的值ΚΔΘ增减，从而能够对与输出 光纤11禪合的光的强度化ut进行调整。
[0129] 另一方面，在利用可动反射镜3使从输入光纤10射出的光射入至输出光纤12的情 况下，反射角Θ满足下面的关系式(3)。
[0130] 目= 1:an-i(d2/f) · · · (3)
[0131] d2是X轴方向上的输入光纤10和输出光纤12之间的距离。
[0132] 优选反射角Θ的角度变化ΔΘ小。特别是在为了切换输出光纤而需要大的角度变化 A Θ的情况下，由可动反射镜3消耗的电力变大，并且可动反射镜3需要特别结构的MEMS系 统。而且，如果是反射角Θ大的情况，有可能导致MEMS系统的破损。
[0133] 因此，本实施方式所设及的透镜2优选具有较大的焦点距离f。其原因在于，通过增 大焦点距离f，从而能够减小为了切换输出光纤而所需的角度变化A Θ，能够增加输出端口 数量。焦点距离f优选大于或等于2.0mm，特别优选大于或等于2.5mm。另外，如后述所示，焦 点距离f优选小于3.5mm，特别优选小于或等于3.0mm。在本实施方式中，透镜2的焦点距离f 被设定为大于或等于2.0mm而小于3.5mm。
[0134] 在向光设备5输入具有与基准波长不同的波长的光时，由于透镜2的焦点距离的波 长依赖性，导致光设备5的光学特性发生变化。该波长依赖性是由透镜2的折射率对应于射 入至透镜2的射入光的波长而不同所引起的。即，由于在透镜2中发生下述现象，即，具有不 同波长的射入光在介质中各自分离(下面，将该现象称为"色散"），因此导致光设备5的光学 特性对应于输入光的波长而发生变化。
[0135] 特别是在光设备5被应用于P0N通信系统的情况下，输入光在从1.2WI1至1.7WI1的范 围内包含大量的波长。因此，导致光设备5的光学特性对应于输入光的波长而发生变化，导 致P0N通信系统的可靠性降低。
[0136] 例如，如图3所示，基准波长的光利用透镜2W与输出光纤11的光轴一致的方式进 行偏转而射入至输出光纤11。另一方面，比基准波长短的波长的光或比基准波长长的波长 的光由于在透镜2中发生的色散而从输出光纤11的光轴发生偏离而被射出。由此，关系式 (2)所示的透过率T针对每个波长而不同，与基准波长不同波长的光的透过率T与基准波长 的光的透过率T相比变小。
[0137] 如上述的光设备5的光学特性的波长依赖性在透镜2的焦点距离f大的情况下变得 特别的显著。其原因在于，焦点距离f越大，X轴方向上的从输出光纤11的光轴的偏离量Ad 变得越大(参照图3)。在本实施方式中，由于透镜2的焦点距离f是大于或等于2.0mm而小于 3.5mm运样的较大的值，因此光设备5的光学特性(透过率)的波长依赖性大。
[0138] 发明人通过着眼于透镜2的玻璃材料的色散指标值，发现能够对使用具有较大的 焦点距离的透镜2的光设备5的光学特性的波长依赖性进行抑制。该色散指标值是指，应用 对透明体的色散进行评价的指标即阿贝数的指标值，是将中屯、波长1.45WI1设为基准而对从 1.2WI1至1.7WI1的波长范围内的透明体的色散特性进行评价的指标值。
[0139] 参照图4~图11，对构成透镜2的5种玻璃材料（玻璃材料1~5)的光学特性(透过 率)的波长依赖性进行说明。
[0140] 图4是表示构成透镜2的玻璃材料1~5的各波长λ = 1.2WI1~1.7WI1的折射率η (λ)和 色散指标值ν(1.45)(下面，简称为色散指标值V)的表。色散指标值V由下面的关系式(4)进 行规定。
[0141] v = (n(1.45)_l)/(n(1.2)_n(1.7)) · · · (4)
[0142] 在运里，n( 1.45)、n( 1.2)、n( 1.7)分别是波长λ= 1.45皿、1.2皿、1.7皿时的透镜的 玻璃材料的折射率。
[0143] 图5表示本实施方式所设及的实施例1、实施例2W及对比例。图5是表示玻璃材料1 ~5的色散指标值V和波长1.45WI1的折射率η(1.45)之间的关系的图形。如图5所示，由实线 表示的V Μ00的区域成为实施例1，由单点划线表示的V ^ 90且n(l .45) ^ 1.7的区域成为实 施例2,除此W外的区域成为对比例。从本图可知，玻璃材料1、2属于实施例1的区域，玻璃材 料5属于实施例2的区域，玻璃材料3、4不属于实施例1、实施例2的区域。
[0144] 图6表示在将由玻璃材料1~5构成的各透镜2应用于图1所示的光设备5的情况下， 相对于各波长λ的光设备5的透过率Τ(λ)的计算结果。在为了得到最大的禪合效率而使可动 反射镜3的反射角Θ满足关系式（1)的情况下，透过率Τ(λ)计算出基于关系式（2)所得到的 值。透镜2的各参数如下面所示。此外，透镜2设为球面透镜。
[0145] ?焦点距离f = lmm，透镜厚度= lmm，透镜曲率半径(参照图6)
[0146] 在该情况下，无论使用玻璃材料1~5中的哪一种构成透镜2，波长λ= 1.2μπι~1.化 m的范围内的透过率Τ(λ)全部大于或等于一0.1地。
[0147] 另外，利用由下面的关系式(5)规定的透过率差AT对波长λ=1.2μπι~1.7μπι的范 围内的透过率Τ(λ)的波长依赖性进行评价。能够判断为，透过率差ΔΤ越小光设备5的波长 依赖性越小。
[014引 Δ T = T(A)max_T(A)min · · · (5)
[0149] 在运里，T(A)max是波长λ=1.2μπι~1.7WI1的范围内的透过率Τ(λ)的最大值，Τ(λ) min是波长λ=1.2μηι~1.7]im的范围内的透过率Τ(λ)的最小值。
[0150] 根据图6,无论使用玻璃材料1~5中的哪一种构成透镜2,波长λ= 1.2皿~1.7皿的 范围内的透过率差AT均小于或等于0.1地，光设备5的波长依赖性充分小。如上所述，在透 镜2的焦点距离f为1mm的情况下，无论使用玻璃材料1~5中的哪一种构成透镜2,光设备5的 光学特性均良好。
[0151] 图7表示在将由玻璃材料1~5构成的各透镜2应用于图1所示的光设备5的情况下， 相对于各波长λ的光设备5的透过率Τ(λ)的计算结果。在为了得到最大的禪合效率而使可动 反射镜3的反射角Θ满足关系式（1)的情况下，透过率Τ(λ)计算出基于关系式（2)所得到的 值。透镜2的各参数如下面所示。此外，透镜2设为球面透镜。
[0152] .焦点距离f = 2mm，透镜厚度= lmm，透镜曲率半径(参照图7)
[0153] 在该情况下，使用各玻璃材料1~5构成透镜2的情况下波长λ=1.2Μ?~1.7WI1的范 围内的透过率Τ(λ)全部大于或等于一0.4地，得到比较良好的结果。
[0154] 另外，基于关系式(5)所得到的透过率差ΔΤ小于或等于0.2地，光设备5的波长依 赖性充分小。如上所述，无论使用玻璃材料1~5中的哪一种均得到比较良好的结果。特别 地，在使用玻璃材料1、2的情况下透过率差Δ Τ小于或等于0.1 dB。另一方面，在使用玻璃材 料3、4、5的情况下透过率差A Τ为ο. 2地左右。如上所述，在透镜2的焦点距离f为2.0mm时，玻 璃材料1、2的透过率的波长依赖性比玻璃材料3、4、5的透过率的波长依赖性小。
[0155] 图8表示在将由玻璃材料1~5构成的各透镜2应用于图1所示的光设备5的情况下， 相对于各波长λ的光设备5的透过率Τ(λ)的计算结果。在为了得到最大的禪合效率而使可动 反射镜3的反射角Θ满足关系式（1)的情况下，透过率Τ(λ)计算出基于关系式（2)所得到的 值。透镜2的各参数如下面所示。此外，透镜2设为球面透镜。
[0156] .焦点距离f = 3mm，透镜厚度= lmm，透镜曲率半径(参照图8)
[0157] 在该情况下，在使用玻璃材料3、4构成透镜2的情况下存在透过率Τ(λ)小于或等 于一0.5地的波长范围。因此，由玻璃材料3、4构成的透镜2对于使用单模光纤的光设备不适 合。另一方面，使用玻璃材料1、2、5构成透镜2的情况下透过率Τ(λ)全部大于或等于一 0.5地，得到比较良好的结果。
[0158] 而且，在使用玻璃材料1、2构成透镜2的情况下，基于关系式(5)所得到的透过率差 AT小于或等于0.2地，得到特别良好的结果。另一方面，使用玻璃材料3、4、5的情况下透过 率差A T大于0.3地，无法充分地抑制波长依赖性。
[0159] 图9表示在将由玻璃材料1~5构成的各透镜2应用于图1所示的光设备5的情况下， 相对于各波长λ的光设备5的透过率Τ(λ)的计算结果。透过率Τ(λ)在为了得到最大的禪合效 率而使可动反射镜3的反射角Θ满足关系式（1)的情况下，计算出基于关系式(2)所得到的 值。透镜2的各参数如下面所示。此外，透镜2设为球面透镜。
[0160] .焦点距离f = 3.5mm，透镜厚度= lmm，透镜曲率半径(参照图9)
[0161] 在该情况下，在使用玻璃材料1、2构成透镜2的情况下，基于关系式巧)所得到的透 过率差ΔΤ小于或等于0.2地，得到比较良好的结果。但是，在无论使用玻璃材料1~5中哪一 种构成透镜2的情况下，均存在透过率Τ(λ)小于或等于一0.5地的波长范围。因此，焦点距离 f = 3.5mm的透镜2对于使用单模光纤的光设备不适合。
[0162] 图10表示在将由玻璃材料1~5构成的各透镜2应用于图1所示的光设备5的情况 下，相对于各波长λ的光设备5的透过率Τ(λ)的计算结果。在为了得到最大的禪合效率而使 可动反射镜3的反射角Θ满足关系式（1)的情况下，透过率Τ(λ)计算出基于关系式(2)所得到 的值。透镜2的各参数如下面所示。此外，透镜2设为球面透镜。
[0163] .焦点距离f = 4.0mm，透镜厚度= lmm，透镜曲率半径(参照图10)
[0164] 在该情况下，在使用玻璃材料1、2构成透镜2的情况下，基于关系式巧)所得到的透 过率差ΔΤ小于或等于0.2地，得到比较良好的结果。但是，在无论使用玻璃材料1~5中的哪 一种构成透镜2的情况下，均存在透过率Τ(λ)小于或等于一0.5地的波长范围。因此，焦点距 离f = 4.0mm的透镜2对于使用单模光纤的光设备不适合。
[0165] 如上所述，在由玻璃材料1、2构成的焦点距离小于3.5mm的透镜中，波长λ=1.2μηι ~1.7μπι的范围内的透过率Τ(λ) W及透过率差Δ Τ是良好的结果。由此，在使用玻璃材料1、2 的情况下，能够在透镜2中采用各种非球面参数，透镜的设计自由度高。因此，提供一种光设 备5,该光设备5由玻璃材料1、2构成透镜2,从而抑制了波长依赖性。
[0166] 另外，在由玻璃材料5构成的焦点距离小于3.5mm的透镜中，虽然波长λ=1.2Μ?~ 1.7WI1的范围内的透过率差Δ Τ较大，但是透过率Τ(λ)全部大于或等于一0.5dB，是良好的结 果。另一方面，玻璃材料5的折射率η (λ)在波长λ = 1.2WI1~1.7 Ml的范围内为1.7~1.8，值比 较大。因此，由玻璃材料5构成的透镜，即使在透镜的曲率小的情况下也能够得到期望的光 学特性，因此不易受到像差的影响。因此，由玻璃材料5构成透镜2,从而提供光学特性的良 好的光设备5。
[0167]另一方面，在由玻璃材料3、4构成的透镜中，波长入=1.2皿~1.7皿的范围内的透 过率差A TW及透过率Τ(λ)不是良好的结果。因此，即使例如应用透镜非球面化，由于色散 的影响，特性的提高也有限。如上所述，玻璃材料3、4对于需要使用具有较大的焦点距离的 透镜的光设备不适合。
[016引图11表示在使用焦点距离f= 1.0mm、2.0mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm的透镜2的情况 下，色散指标值V和透过率差Δ Τ之间的关系。具体地说，表示在图6~图10中得到的各玻璃 材料1~5的透过率差Δ Τ和图4所示的各玻璃材料1~5的色散指标值V之间的关系。
[0169] 如上述所示，如果玻璃材料的光学特性良好，则能够在透镜2中采用各种非球面参 数，能够提高透镜的设计自由度。特别地，优选构成球面透镜的玻璃材料的透过率差AT小 于或等于0.3地，进一步优选小于或等于0.2地，更加优选小于或等于0.15地。
[0170] 因此，为了确保透镜2的焦点距离大于或等于2.0mm，并将透过率差ΔΤ设为小于或 等于0.3dB，只要将焦点距离f设为大于或等于2.0mm而小于3.5mm、优选小于或等于3.0mm， 且使色散指标值V大于或等于100即可。
[0171] 而且，为了确保透镜2的焦点距离大于或等于2.0mm，并将透过率差ΔΤ设为小于或 等于0.15地，只要将焦点距离f设为大于或等于2.0mm而小于3.5mm、优选小于或等于3.0mm， 且使色散指标值V大于或等于130即可。如果色散指标值V超过130,则透过率差ΔΤ缓慢地变 化，因此考虑到玻璃材料的获取容易度，进一步优选色散指标值V处在130~150的范围内。
[0172] 图12表示在将由玻璃材料1构成的透镜2设为非球面透镜的情况下，波长λ=1.2μπι ~1.7WI1的范围内的光设备5的光学特性。具体地说，表示在将由玻璃材料1构成的球面透镜 2W及非球面透镜2应用于图1所示的光设备5的情况下，相对于各波长λ的光设备5的透过率 Τ(λ)的计算结果。在为了得到最大的禪合效率而使可动反射镜3的反射角Θ满足关系式（1) 的情况下，透过率Τ(λ)计算出基于关系式(2)所得到的值。
[0173] 由玻璃材料1构成的透镜2的参数与图8中所说明的参数相同，成为焦点距离f = 3.0mm、透镜厚度=1.0mm、透镜曲率半径-1.29。另外，在将透镜2作为非球面透镜构成时， 按照下面的关系式(6)设定出透镜的非球面轮廓(垂度(sag))。
[0174] 【式1】
[0175]
[0176] 在运里，Z是垂度，S是相距光轴的距离(径向），c是曲率，k是圆锥常数(圆锥系数）， An是非球面系数。另外，在该关系式(6)中将圆锥常数k设为一0.55397,将非球面系数A设为 0。
[0177] 在该情况下，Ta)max大于或等于一0.1 dB，透过率差Δ T小于或等于0.2dB。如上所 述，能够提供一种光设备5,该光设备5在波长λ=1.2μπι~1.7μπι的范围内具有良好的光学特 性，并且抑制了光学特性的波长依赖性。而且，由于波长λ=1.2Μ?时的透过率τα.2)和波长 λ= 1.7皿时的透过率τα. 7)大致相等，因此能够提供向PON通信系统的适合性高的光设备 5。
[0178] 图13表示在将由玻璃材料5构成的透镜2设为非球面透镜的情况下，波长λ=1.2μπι ~1.7WI1的范围内的光设备5的光学特性。具体地说，表示在将由玻璃材料5构成的球面透镜 2W及非球面透镜2应用于图1所示的光设备5的情况下，相对于各波长λ的光设备5的透过率 Τ(λ)的计算结果。在为了得到最大的禪合效率而使可动反射镜3的反射角Θ满足关系式（1) 的情况下，透过率Τ(λ)计算出基于关系式(2)所得到的值。
[0179] 由玻璃材料5构成的透镜2的参数与图8中所说明的参数相同，成为焦点距离f = 3.0mm、透镜厚度=1.0mm、透镜曲率半径-2.15。另外，在将透镜2作为非球面透镜构成时， 按照上述关系式(6)设定出透镜的非球面轮廓(垂度）。另外，在关系式(6)中将圆锥常数k设 为一0.34169，将非球面系数A设为0。
[0180] 在该情况下，波长λ=1.2μπι~1.7μπι的范围内的透过率Τ(λ)全部大于或等于一 0.5地，T(A)max大于或等于一0.1地。由此，光设备5在波长λ=1.2μηι~1.7皿的范围内具有 良好的光学特性。而且，由于波长λ= 1.2μπι时的透过率Τ( 1.2)和波长λ= 1.7Μ1时的透过率Τ (1.7)大致相等，因此能够提供向Ρ0Ν通信系统的适合性高的光设备5。
[0181] 如上所述，对于本实施方式汇总如下。
[0182] 由色散指标值V大于或等于100的玻璃材料(实施例1)构成透镜2,从而即使在透镜 2的焦点距离较大的情况下(焦点距离f =大于或等于2.0mm而小于3.5mm)，也能够减小光设 备5的透过率差ΔΤ。
[0183] 而且，由色散指标值V大于或等于90且折射率n(l.45)大于或等于1.7的玻璃材料 (实施例2)构成透镜2,从而即使在透镜2的焦点距离较大的情况下(焦点距离f =大于或等 于2.0mm而小于3.5mm)，也能够充分地增大光设备5的T(A)max。
[0184] <第2实施方式>
[0185] 图14表示第2实施方式所设及的光设备5a。此外，由于与在第1实施方式中所说明 的部件具有相同的参照标号的部件具有相同的结构，因此省略其说明。为了便于说明，仅图 示出中屯、光线。
[0186] 在第2实施方式中，光设备5a是可变光衰减器，具备输入输出模块la、透镜2、可动 反射镜3、控制部4。输入输出模块la具备作为输入端口 W及输出端口起作用的1根光纤10a。 光纤10a的射出端配置在透镜2的前侧焦点处，并且，可动反射镜3的反射面配置在透镜2的 后侧焦点处。
[0187] 从光纤10a输入的光在由透镜2进行准直后，射入至可动反射镜3。由可动反射镜3 W反射角Θ反射出的光利用透镜2进行偏转，W与光纤10a的纤忍120a禪合的方式进行聚光。 此时，对反射角Θ进行控制，W使得射入至从光纤10a的中屯、轴沿X轴方向偏离Ad的位置。偏 离量A d按照关系式(7)进行表示。
[018引 Λ d = ftan白· · ·（7)
[0189] F是透镜2的焦点距离，Θ是可动反射镜3的倾斜角。
[0190] 随着偏离量Ad变大，射入至光纤10a的光的强度变小。因此，由于能够通过变更可 动反射镜3的倾斜角Θ而对射入至光纤10a的光的强度进行控制，因此能够使光设备5a作为 可变光衰减器起作用。
[0191] 此外，本实施方式所设及的光设备5a的基本动作原理与在第1实施方式中所说明 的作为光设备5的光开关大致相同。因此，与在第1实施方式中所说明的理由同样地，优选可 动反射镜3的倾斜角Θ的角度变化ΔΘ小，因此优选透镜2的焦点距离f大。另一方面，如果增 大透镜2的焦点距离f，则虽然能够通过小的角度变化ΔΘ精密地对光的衰减量进行控制，但 是光设备5a的光学特性的波长依赖性变得显著。其原因在于，如在第1实施方式中说明所 述，由于透镜2的色散，在X轴方向上相距从光纤10a的中屯、光轴的偏离量Ad针对每个波长 不同。
[0192] 因此，在第2实施方式中也能够提供一种光设备5曰，该光设备5a由实施例1所设及 的玻璃材料构成透镜2，从而能够对光学特性的波长依赖性进行抑制。而且，能够提供一种 光设备5曰，该光设备5a通过由实施例2所设及的玻璃材料构成透镜2,从而具有良好的光学 特性。
[0193] <第3实施方式>
[0194] 图15表示第3实施方式所设及的光设备化。此外，由于与在第1、2实施方式中所说 明的部件具有相同的参照编号的部件具有相同的结构，因此省略其说明。为了便于说明，图 示出从光纤射出的发散光所包含的多条光线。
[01M]在第3实施方式中，光设备加是可变光衰减器，具备输入输出模块la、透镜2、固定 反射镜3a、可动遮光器6。输入输出模块la具备作为输入端口 W及输出端口起作用的1根光 纤10a。光纤10a的射出端配置在透镜2的前侧焦点处，并且，固定反射镜3a的反射面配置在 透镜2的后侧焦点处。
[0196] 从光纤10a输入的光在由透镜2进行准直后，一部分的光由可动遮光器6吸收或反 射，并且，剩余的光射入至固定反射镜3a。可动遮光器6可W相对于透镜2的光轴W规定角度 倾斜，也可W在可动遮光器6的反射面设置扩散反射用的台阶。
[0197] 固定反射镜3a具有与透镜2的光轴垂直的反射面。由固定反射镜3a反射出的光，W 利用透镜2而与光纤10a的纤忍120a禪合的方式进行聚光。根据本实施方式，能够对应于 沿一X方向移动的可动遮光器6的移动量而对射入至光纤10a的光的强度进行控制，因此光 设备化作为可变光衰减器起作用。
[0198] 根据本实施方式所设及的光设备化，随着透镜2的焦点距离f变大，从透镜2射出的 光束的直径变大，因此能够利用可动遮光器6精密地对光衰减量进行控制。另一方面，如果 增大透镜2的焦点距离f，则由于透镜2的色散而使光设备化的光学特性的波长依赖性变得 显著。
[0199] 因此，在第3实施方式中也能够提供一种光设备5b，该光设备5b由实施例1所设及 的玻璃材料构成透镜2，从而能够对光学特性的波长依赖性进行抑制。而且，能够提供一种 光设备加，该光设备化通过由实施例2所设及的玻璃材料构成透镜2,从而具有良好的光学 特性。
[0200] W上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围应该基于在权利要 求书中记载的发明的范围W及与其等同的范围而确定。
【主权项】
1. 一种光设备，其具备： 输入输出模块，其具有至少一个光纤； 偏转部，其将从所述输入输出模块射出的光朝向所述输入输出模块进行偏转；以及 透镜，其将所述输入输出模块和所述偏转部光学耦合，焦点距离大于或等于2. Omm而小 于3·5mm, 在将从所述输入输出模块射出的光的波长设为λ，将所述透镜的玻璃材料的波长λ的折 射率设为η(λ)时，由下式表示的色散指标值ν大于或等于1〇〇， ν=(η(1.45)-1)/(η(1.2)-η(1.7))〇2. 根据权利要求1所述的光设备，其中， 所述焦点距离大于或等于2.0mm而小于或等于3.0mm。3. 根据权利要求1或2所述的光设备，其中， 所述色散指标值大于或等于130。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的光设备，其中， 所述透镜由如下的玻璃材料构成： 在将所述透镜设为球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设为Pin (λ)，将波长λ的经由所述透镜以及所述偏转部而与所述输入输出模块耦合的光的强度设为 Pout(A)时， 波长λ=1.2μπι~1.7μπι的由下式表示的透过率Τ(λ)的最大值和最小值的差小于或等于 0.3dB， Τ(λ) = 1〇 · log(Pout(A)/Pin(A)) 〇5. 根据权利要求1至4中任一项所述的光设备，其中， 所述透镜由如下的玻璃材料构成： 在将所述透镜设为球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设为Pin (λ)，将波长λ的经由所述透镜以及所述偏转部而与所述输入输出模块耦合的光的强度设为 Pout(A)时， 在波长λ=1.2μηι~1.7μηι，由下式表示的透过率Τ(λ)大于或等于一〇.5dB， Τ(λ) = 1〇 · log(Pout(A)/Pin(A)) 〇6. 根据权利要求4或5所述的光设备，其中， 所述透镜由如下的玻璃材料构成： 在将所述透镜设为非球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设为 Ρ?ι(λ)，将波长λ的经由所述透镜以及所述偏转部而与所述输入输出模块耦合的光的强度 设为Pout(A)时， 在波长λ= 1.2μπι~1.7μπι，由下式表示的透过率Τ(λ)的最大值大于或等于一〇 . ldB，并 且所述透过率τ(λ)的最大值和最小值的差小于或等于〇. 2dB， 波长λ = 1.2μπι时的透过率T (1.2)和波长λ = 1.7μπι时的透过率T (1.7)大致相等， Τ(λ) = 1〇 · log(Pout(A)/Pin(A)) 〇7. -种光设备，其具备： 输入输出模块，其具有至少一个光纤； 偏转部，其将从所述输入输出模块射出的光朝向所述输入输出模块进行偏转；以及 透镜，其将所述输入输出模块和所述偏转部光学耦合，焦点距离大于或等于2. Omm而小 于3·5mm, 在将从所述输入输出模块射出的光的波长设为λ，将所述透镜的玻璃材料的波长λ的折 射率设为η(λ)时，由下式表示的色散指标值ν大于或等于90,波长λ= 1.45时的折射率η (1.45)大于或等于1.7， ν=(η(1.45)-1)/(η(1.2)-η(1.7))〇8. 根据权利要求7所述的光设备，其中， 所述焦点距离大于或等于2.0mm而小于或等于3.0mm。9. 根据权利要求7或8所述的光设备，其中， 所述透镜由如下的玻璃材料构成： 在将所述透镜设为球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设为Pin (λ)，将波长λ的经由所述透镜以及所述偏转部而与所述输入输出模块耦合的光的强度设为 Pout(A)时， 波长λ=1.2μηι~1.7μηι的由下式表示的透过率Τ(λ)大于或等于一 〇.5dB， Τ(λ) = 1〇 · log(Pout(A)/Pin(A)) 〇10. 根据权利要求9所述的光设备，其中， 所述透镜由如下的玻璃材料构成： 在将所述透镜设为非球面透镜，将波长λ的从所述输入输出模块输入的光的强度设为 Ρ?ι(λ)，将波长λ的经由所述透镜以及所述偏转部而向所述输入输出模块射入的光的强度 设为P〇ut(A)时， 在波长λ=1.2μπι~1.7μπι，由下式表示的透过率τ(λ)大于或等于一〇.5dB，并且所述透 过率τ(λ)的最大值大于或等于一〇. ldB， 波长λ = 1.2μπι时的透过率T (1.2)和波长λ = 1.7μπι时的透过率T (1.7)大致相等， Τ(λ) = 1〇 · log(Pout(A)/Pin(A)) 〇11. 根据权利要求1至10中任一项所述的光设备，其中， 所述光设备作为光开关而构成， 所述输入输出模块具备:输入光纤，其被输入光；以及第1及第2输出光纤，由所述偏转 部偏转后的光经由所述透镜射入所述第1及第2输出光纤， 所述光设备还具备控制部，该控制部通过对由所述偏转部偏转的光的角度进行变更， 从而使所述光射入至所述第1输出光纤或所述第2输出光纤。
【文档编号】G02B26/08GK106066513SQ201610248020
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月20日 公开号201610248020.X, CN 106066513 A, CN 106066513A, CN 201610248020, CN-A-106066513, CN106066513 A, CN106066513A, CN201610248020, CN201610248020.X
【发明人】田泽英久, 高桥健一郎
【申请人】住友电气工业株式会社