专利名称：光合成分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光合成分离器。具体讲，本发明涉及具有将多个波长的光分离的功能和将多个波长的光合成的功能的至少一种功能的光合成分离器(光合成·分离器)。
背景技术：
在光通信领域中，已经提出有各种结构的光合成分离器。图1是表示使用电介质多层模滤波器的以往的光合成分离器的结构的图，并且是以通过芯的上面的平面将包层剖开的剖视图。在该光合成分离器1中，通过在由透明材料构成的包层2内埋入芯3a、3b、3c来构成光波导路4。在光波导路4形成用于插入滤波器5的槽6，在该槽6内插入电介质多层模滤波器等的滤波器5。在位于槽6的一方的包层2内设有第1芯3a和第2芯3b，在面临槽6的端部，第1芯3a和第2芯3b连接成大致V字状。在位于槽6另一方的包层2内设有端部与第1芯3a的端部相对的第3芯3c。
另外，在第1芯3a的端面与光纤7a耦合，在第2芯3b的端面与光纤7b耦合，在第3芯3c的端面与光纤7c耦合。
在该光合成分离器1中使用的滤波器5，具有例如相对波长λ1、λ2、λ3(其中，λ1＜λ2＜λ3)的光，使波长λ1和λ2的光透过，使波长λ3的光反射性。在这种光合成分离器1中，如图1中的实线箭头所示，例如，当光纤7a向第1芯3a同时入射波长λ2的光和λ3的光时，在第1芯3a进行传输，从与滤波器5相对的端面射出的光，通过滤波器5被分离到第2芯3b和第3芯3c。即，在从第1芯3a射出的光中，波长λ2的光透过滤波器5入射到第3芯3c，在第3芯3c进行传输并与光纤7c耦合。同时，从第1芯3a的端面射出的波长λ3的光通过滤波器5被反射并入射到第2芯3b，在第2芯3b进行传输并与光纤7b耦合。
另外，如图1中的虚线箭头所示，从光纤7c向第3芯3c入射波长λ1的光，在第3芯3c进行传输，从与滤波器5相对的端面射出的波长λ1的光透过滤波器5入射到第1芯3a，在第1芯3a进行传输并与光纤7a耦合。
在上述的光合成分离器1中，如将图1的X部放大表示的图2所示，第1芯3a的端部和第2芯3b的端部连接成大致V字状，沿图2所示的距离L与两芯3a、3b重合。波长λ1、λ2、λ3的光均是单模光，芯3a、3b、3c以单模状态传输各个波长λ1、λ2、λ3的光。因此，当从光纤7a向第1芯3a入射波长λ2的光和波长λ3的光时，从第1芯3a射出后，透过滤波器5应入射到第3芯3c的波长λ2的光的一部分在与芯3a、3b重合的区域产生朝向芯3b侧的衍射，有时会入射到第2芯3b。如果产生这种现象，由于在用于仅取出波长λ3的光的第2芯3b中混入波长λ2的光，由此导致波长λ2的光与光纤7b的耦合而形成噪声，产生妨碍通信等的恶劣影响。
同样，在从光纤7c向第3芯3c入射波长λ1的光时，从第3芯3c的端面射出并透过滤波器5的光的一部分未被引导到第1芯3a而入射到第2芯3b，在第2芯3b内进行传输形成噪声，有时会降低通信质量。
为了降低这种噪声，公知有以下技术，增大第1芯3a和第2芯3b之间的分支角θ，缩短芯3a、3b的重合部分(图2中用距离L表示的部分)，来提高两芯3a、3b之间的隔离即可。图3表示从第1芯3a向滤波器5入射功率为P1的波长λ3的光，测试向第3芯3c入射的光的功率P3，对其损耗量-10log[(P1-P3)/P1](dB)进行测试的结果。图3的纵轴表示损耗量，横轴表示以损耗量最小时的滤波器位置为基准的滤波器5的位置(变位)ξ。在图3中用粗实线表示分支角θ为16°时的损耗量，用细实线表示分支角θ为24°时的损耗量。根据图3的结果可以看出，增大分支角θ可以减小损耗量的最小值(ξ＝0时的损耗量)，不易向芯3b泄漏噪声。
但是，如果增大分支角θ，则表示损耗量变化的曲线变陡，所以为了减小噪声而增大分支角θ的方法，损耗量因在槽6中的滤波器位置的微小变化而大幅变化，滤波器5的要求位置精度严格，因此，存在着难以制造光合成分离器的问题。
另外，在光纤7a、7b的耦合侧，由于需要将第1芯3a的端部和第2芯3b的端部平行对齐，以使光纤7a、7b和光轴一致，所以如果增大芯3a、3b之间的分支角θ，相应地必须使第1芯3a和第2芯3b在中途大幅弯曲。但是，芯3a、3b在将光密封的状态下可以弯曲的最大曲率已经确定，所以不能将芯3a、3b弯曲得小于规定的曲率半径。因此，如果增大分支角θ，必须增长芯3a、3b的弯曲部分长度，导致光波导路变大，光波导路的成本提高，并且传输损耗也变大。
发明内容
本发明就是鉴于上述技术问题而提出的，其目的是提供一种降低光合成分离器的噪声和杂散光等的方法。
本发明之一的光合成分离器，具有将光封闭进行传输的、在至少一处形成光学耦合的多个单模芯；配置在所述芯的光学耦合部分、使透过或反射特定波长的光的滤波元件，利用所述滤波元件从在所述芯内部进行传输的波长不同的多个单模光中将所期望波长的光分离出来并传输到其它芯，或者利用所述滤波元件将从不同芯进行传输的波长不同的光进行合波并传输到其它芯，其特征在于，仅传输所述芯中波长最长的光的芯被构成为，将波长最长的光以单模状态进行传输，并且使其它波长的光多模化进行传输。
在本发明之一的光合成分离器中，仅传输波长最长的光的芯构成为，将波长最长的光以单模状态进行传输，并且使其它波长的光多模化进行传输，所以在该芯中波长最长的光以单模状态进行传输，波长最长的光以外的光被多模化后进行传输。结果，可以仅使波长最长的光与光纤等进行耦合。因此，即使波长最长的光以外的光通过相邻的各个芯的光学连接部位，进入传输波长最长的光的芯中，由于波长最长的光以外的光被多模化后进行传输，所以不会与单模光纤等耦合，从而能够防止波长最长的光以外的光进入并形成噪声。并且，这里所说的芯的光学耦合，是指即使芯在机械上或结构上是分离的，只要在光学上是相连的即可。例如，有时即使各个芯彼此分离，在相分离的部位各个芯的端面彼此接近，从一方的芯的端面射出的光直接或通过滤波器等与另一方的芯的端面耦合。
在本发明之一的光合成分离器的实施方式中，仅传输所述波长最长的光的芯的截面积可以大于其它芯的截面积。根据该实施方式，通过增大传输波长最长的光的芯的截面积，可以减小波长最长的光的弯曲损耗。或者，如果使弯曲损耗一定，则可以使光合成分离器做到小型化。
本发明之二的光合成分离器，具有将光进行封闭传输的、顺序地以锯齿形状(W字状)构成光学连接的多个单模芯；和配置在所述芯的构成光学连接的全部部分上的通过或反射特定波长的光的多个滤波元件，不同波长的多个单模光分别从所述芯入射到所述各个滤波元件，所述各个滤波元件具有只通过所入射的不同波长的多个光中波长最短的光，反射其它波长的光的特性，传输刚被各个滤波元件反射的光的芯对被该滤波元件反射的波长光保持单模传输，并且对通过该滤波元件的波长光进行多模化传输。
在本发明之二的光合成分离器中，传输通过各滤波元件反射后的光的芯相对由该滤波元件反射的波长的光以单模状态进行传输，并且相对透过该滤波元件的波长的光，使其多模化后进行传输，所以即使应透过滤波元件的波长的光在芯的耦合部分产生散射，进入到传输由滤波元件反射后的光的芯中，但由于所散射的光以多模状态在传输由滤波元件反射后的光的芯中传输，所以即使透过后面的滤波器也不会与通过滤波元件而配置的单模光纤等耦合，从二可以防止形成噪声。
另外，以上说明的本发明的构成要素可以尽可能地任意组合。
图1是表示电介质多层模滤波器的以往的光合成分离器的结构的水平剖视图。
图2是将图1的X部放大表示的图。
图3是表示芯之间的分支角为16°24°的光的损耗量的关系图。
图4是表示本发明的第1实施方式的光合成分离器的立体图。
图5是沿着光纤和芯的图4的光合成分离器的剖视图。
图6是图4所示的光合成分离器的俯视图。
图7是说明该光合成分离器的分离动作的图。
图8是说明该光合成分离器的合成动作的图。
图9是表示在由折射率比之差和芯截面积构成的二维平面上芯成为单模的区域的图。
图10(a)(b)(c)均是说明使第2芯的截面积大于其它芯的截面积的方法的图。
图11是表示在波长λ1、λ2、λ3时，芯尺寸和芯的模式(单模/多模)的关系的图。
图12(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)是表示光合成分离器的制造步骤的立体图和剖视图。
图13(d1)(d2)(e1)(e2)(f1)(f2)(g1)(g2)是表示图12(c1)(c2)之后的工序的立体图和剖视图。
图14(h1)(h2)(i1)(i2)(j1)(j2)是表示图13(g1)(g2)之后的工序的立体图和剖视图。
图15是表示本发明的第2实施方式的光合成分离器的立体图。
图16是说明该光合成分离器的分离动作的图。
图17是表示本发明第3实施方式的光合成分离器的水平剖视图。
图18是表示本发明第4实施方式的光合成分离器的立体图。
图19是说明该光合成分离器的俯视图。
图20是表示本发明第5实施方式的光合成分离器的俯视图。
图中11-光合成分离器；12-包层；13a、13b、13c-芯；14-光波导路；15-滤波元件；17a、17b、17c-光纤；39-光合成分离器；40-包层；41a、41b、41c、41d-芯；42、43、44-滤波元件；45a、45b、45c、45d、45e-光纤。
具体实施例方式
(第1实施方式)图4是表示本发明第1实施方式的光合成分离器11的立体图。图5是沿着图4的光合成分离器11的光纤17c、17a和芯13c、13a的剖视图。在该光合成分离器11中，在硅基板18的上面设置光波导路14和滤波元件15，图中表示在各芯13a、13b、13c的端面以所使用的波长连接了单模光纤17a、17b、17c的状态。
构成光合成分离器11的主要部分的光波导路14在由透明塑料材料或玻璃构成的包层12内埋入芯13a、13b、13c。包层12是通过将上包层12a和下包层12b上下重合而构成，芯13a、13b、13c被夹在上包层12a和下包层12b之间。芯13a、13b、13c由折射率比包层12大的聚合物材料、石英等玻璃材料、光学晶体等构成。关于芯13a、13b、13c的截面，虽然采用典型的矩形、梯形、大致半圆形等形状，但如果对制造上的制约另行考虑，芯的截面形状没有特别限定。光波导路14的形状也不限于芯埋入包层的形状，也包括在平面状包层上形成凸状芯的脊型光波导路等(在以下实施方式中也相同)。
光波导路14的各芯13a、13b、13c为单模芯(其它实施方式也相同)。所谓的单模芯是指使该芯对于传输预定波长的光则成为单模芯，使该波长的光以单模状态传输。
图6是光合成分离器11的俯视图，表示在通过芯13a、13b、13c的上面的平面剖开时的状态。在光波导路14中形成用于横贯宽度方向插入滤波器15的槽16，各芯13a、13b、13c的端面在槽16内露出。在槽16的一方的配置第1芯13a和第2芯13b，在面临槽16的端部，把第1芯13a和第2芯13b连接成大致V字状。另外，在槽16的另一方的设置端部与第1芯13a的端部并列成一直线状，并且彼此端面相对的第3芯13c。在槽16内插入由电介质多层膜滤波器、合成分离滤波器、衍射光栅、光栅等构成的滤波元件15，第1芯13a、第2芯13b、第3芯13c的各端面分别与滤波元件15相对。
另外，这些芯13a、13b、13c彼此间构成下述关系第2芯13b的截面积＞第1芯13a的截面积第2芯13b的截面积＞第3芯13c的截面积第1芯13a和第3芯13c的截面积可以相同也可以不同。如果进一步限定说明，如果把所使用的光的波长设为λ1、λ2、λ3(λ1＜λ2＜λ3，例如λ1＝1.31μm、λ2＝1.49μm、λ3＝1.55μm)，则第2芯13b相对波长λ3的光成为单模芯，相对波长λ1和波长λ2成为多模芯，第1芯13a和第3芯13c相对波长λ1、λ2、λ3的任一种光均成为单模芯(即，如果设芯13a、13c的截止波长为λa、λc，设芯13b的截止波长为λb，则λa、λc＜λ1＜λ2＜λb＜λ3。)。
滤波元件15使用具有使波长λ1和波长λ2的光透过，使波长λ3的光反射的特性的短波域通过型滤波元件。并且，调整滤波元件15在槽16中的位置，以使各芯13a、13b、13c的光的损耗为最小。
在第1芯13a的端面耦合光纤17a，在第2芯13b的端面耦合着光纤17b，在第3芯13c的端面耦合着光纤17c。光纤17a、17b、17c通过嵌入在硅基板18上面的V槽19内来进行定位，光纤17a、17b、17c的端面分别与芯13a、13b、13c相对。利用玻璃或塑料制的保护罩20a按压嵌入V槽19的光纤17a、17b的上面，光纤17c被同样是玻璃或塑料制的保护罩20b按压，各保护罩20a、20b通过粘合剂21粘合在硅基板18的上面。
将该光合成分离器11用于光分离时，如图7中的实线箭头所示，从光纤17a向芯13a(M端口)同时入射波长λ2的光和波长λ3的光，在芯13a进行传输，从芯13a的端面射出的光中，波长λ3的光通过滤波元件15反射，在芯13b(L端口)内进行传输，与光纤17b耦合，波长λ2的光透过滤波元件15，在芯13c(S端口)内进行传输，与光纤17c耦合。而且，在向芯13a同时入射波长λ2的光和波长λ3的光时，在芯13a的端部即使波长λ2的光的一部分衍射到芯13b侧，由于芯13b相对波长λ2的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，不会形成波长λ2的光从芯13b入射到光纤17b而产生噪声的情况。
另外，如图7中的虚线箭头所示，从光纤17c向芯13c入射波长λ1的光，在芯13c进行传输，从其端面射出的光透过滤波元件15入射到芯13a，在芯13a进行传输，与光纤17a耦合。而且，即使透过滤波元件15后的波长λ1的光的一部分进入芯13b侧，由于芯13b相对波长λ1的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，不会形成波长λ1的光从芯13b入射到光纤17b而产生噪声的情况。
在将该光合成分离器11用于光合成时，如图8中的实线箭头所示，从光纤17c向芯13c入射波长λ2的光，从光纤17b向芯13b入射波长λ3的光，从芯13c射出的波长λ2的光透过滤波元件15进入芯13a内，从芯13b射出的波长λ3的光通过滤波元件15反射进入芯13a内，波长λ2的光和波长λ3的光在滤波元件15进行合成，并在芯13a内进行传输，与光纤17a耦合。而且，即使透过滤波元件15后的波长λ2的光的一部分衍射到芯13b侧，由于芯13b相对波长λ2的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，可以防止因波长λ2的光从芯13b入射到光纤17b而形成噪声光。
另外，如图8中的虚线箭头所示，当从光纤17a向芯13a入射波长λ1的光时，从芯13a射出的光透过滤波元件15入射到芯13c，在芯13c进行传输，并与光纤17c耦合。而且，即使在芯13a进行传输的波长λ1的光的一部分进入芯13b侧，由于芯13b相对波长λ1的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，从而不会因波长λ1的光从芯13b入射到光纤17b而产生杂散光。
图9是表示在由芯截面积和芯的折射系数构成的二维区域，相对波长λ3的光成为单模的范围和相对波长λ2的光成为单模的范围的图。由两条实线(λ3SM为上限，λ3SM为下限)夹持的区域是相对波长λ3的光成为单模的范围(λ3SM)，由两条虚线(λ2SM为上限，λ2SM为下限)夹持的区域是相对波长λ2的光成为单模的范围(λ2SM)。此处关于波长λ1未做记述，但对波长λ1可以考虑为和波长λ2大致相同。因此，如果将第2芯13b设计成在波长λ2(及λ1)的单模范围外，并且在波长λ3的单模范围内，则相对波长λ3的光可以成为单模芯，相对波长λ1和波长λ2的光可以成为多模芯。另外，如果将第1芯13a和第3芯13c设计成在波长λ3和波长λ2(及λ1)的单模范围内，则相对波长λ1、λ2、λ3的光可以成为单模芯。特别是，如果使各芯13a、13b、13c的折射系数相等，则可以将各芯13a、13b、13c设计成为在图9中画阴影线的区域，为此可以判明，只要第2芯13b的截面积小于第1芯13a和第3芯13c的截面积即可。
图10是表示使芯13b的截面积大于芯13a、13c的方法的几个示例。在图10(a)的示例中，设芯截面为矩形，使芯13b的高度H2和芯13a、13c的高度H1相等，使芯13b的宽度W2大于芯13a、13c的宽度W1(H2＝H1，W2＞W1)。在图10(b)的示例中，使芯13b的宽度W2与芯13a、13c的宽度W1相等，使芯13b的高度H2大于芯13a、13c的高度H1(W2＝W1，H2＞H1)。在图10(c)的示例中，设芯截面为下方狭窄的梯形(通过形成这种形状，容易进行芯的成形)，使芯13b的高度H2和芯13a、13c的高度H1相等，使芯13b的底边宽度D2大于芯13a、13c的宽度D1(H2＝H1，D2＞D1)。或者，在图10(c)所示梯形截面的芯中，也可以使中心部分的宽度不同，使高度不同。此处虽省略了除上述之外的更多示例，当然可以根据芯的截面形状使用各种方法。
更加具体地叙述芯的截面设计方法，所谓的单模和多模，如图9所示，在某芯截面积(芯直径)并不是突然从单模变为多模，在100％的单模和100％的多模之间存在从单模逐渐转换为多模的过渡区域。因此，虽说使第2芯13b相对波长λ3的光成为单模芯，相对波长λ1和波长λ2的光成为多模芯，但并不是相对波长λ3的光必须成为100％的单模芯，相对波长λ1和波长λ2的光必须成为100％的多模芯。
图11是表示芯的截面尺寸(芯尺寸)和芯的传输模式的关系的图，横轴表示芯尺寸T。如图11所示，在芯尺寸充分大的情况下，相对波长λ1、λ2、λ3中的任一个均成为多模(100％)。如果芯尺寸减小到Vm/0.52(其中，Vm表示成为多模的标准化频率)，首先相对波长λ3(＝1.55μ)进入过渡区域，逐渐成为单模，在芯尺寸达到Vs/0.52(其中，Vs表示成为单模的标准化频率)时，则成为100％单模。同样，如果芯尺寸减小到Vm/0.54，相对波长λ2(＝1.49μ)形成过渡区域，逐渐成为单模，在芯尺寸达到Vs/0.54时，则成为100％单模。如果芯尺寸减小到Vm/0.61，波长λ1(＝1.31μ)进入过渡区域，逐渐成为单模，在芯尺寸达到Vs/0.61时，则成为100％单模。
此处，说明图11所示的芯尺寸T和单模或多模的渐变程度的关系。当设芯尺寸(芯厚度)为T，芯折射率为nf，包层的折射率为ns时，相对波长λ的光的标准化频率V用下述公式(1)表示(西原浩、春名正光、栖原敏明合著，“光集成电路”，第1版，株式会社オ-ム社，昭和62年4月20日发行，p.14-18)。
公式(1)V=2πTλnf2-ns2...(1)]]>因此，根据上述公式(1)，求出芯尺寸，可以获得下述公式(2)。
公式(2)T=λV2πnf2-ns2...(2)]]>现在，芯的折射率nf＝1.4556μm，包层的折射率ns＝1.45μm。另外，如果假设标准化波导路折射率(参照上述文献)一定，则单模的标准化频率V和多模的标准化频率V与光的波长无关而成为一定值。此处，用Vs表示成为单模的标准化频率，用Vm表示成为多模的标准化频率。但是，在上述公式(2)中，代入各折射率nf、ns的值，把标准化频率V设为单模的标准化频率Vs，则芯成为单模的芯尺寸Ts可以用下述公式(3)表示。同样，在上述公式(2)中，代入各折射率nf、ns的值，把标准化频率V设为多模的标准化频率Vm，则芯成为多模的芯尺寸Tm可以用下述公式(4)表示。
Ts=λVs0.802...(3)]]>Tm=λVm0.802...(4)]]>因此，考虑到波长λ1＝1.31μm的光，如果设上述公式(3)、(4)中的波长λ＝1.31μm，则成为单模的芯尺寸Ts根据公式(3)成为Vs/0.61(μm)，成为多模的芯尺寸Tm根据公式(4)成为Vm/0.61(μm)，Vs/0.61(μm)和Vm/0.61(μm)之间形成从多面向单模的过渡区域。同样，考虑到波长λ2＝1.49μm的光，如果设上述公式(3)、(4)中的波长λ＝1.49μm，则成为单模的芯尺寸Ts根据公式(3)成为Vs/0.54(μm)，成为多模的芯尺寸Tm根据公式(4)成为Vm/0.54(μm)，Vs/0.54(μm)和Vm/0.54(μm)之间形成过渡区域。另外，考虑到波长λ3＝1.55μm的光，如果设上述公式(3)、(4)中的波长λ＝1.55μm，则成为单模的芯尺寸Ts根据公式(3)成为Vs/0.52(μm)，成为多模的芯尺寸Tm根据公式(4)成为Vm/0.52(μm)，Vs/0.52(μm)和Vm/0.52(μm)之间形成过渡区域。具体情况用图11表示。
因此，在第2芯13b，芯尺寸只要大于Vs/0.54，小于Vm/0.52即可。另外，在第1芯13a和第3芯13c中，芯尺寸只要小于Vm/0.61即可。但是，第2芯13b的芯尺寸在图11的横轴上大于第1芯13a和第3芯13c的芯尺寸。
因此，根据本发明的光合成分离器11，在将其用于光的合成或分离时，可以提高第1芯13a和第2芯13b的分离，降低与第2芯13b连接的光纤17b的噪声。并且，可以减小在第2芯13b进行传输的光的损耗。所以，没必要象以往示例增大芯之间的分支角的方法那样增大芯的曲率，可以避免滤波元件15的要求位置精度严格，光合成分离器变大，成本的提高。
图12(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)、图13(d1)(d2)(e1)(e2)(f1)(f2)(g1)(g2)和图14(h1)(h2)(i1)(i2)(j1)(j2)是表示光合成分离器11的制造工序的立体图和剖视图，图12(a2)(b2)(c2)、图13(d2)(e2)(f2)(g2)、图14(h2)(i2)(j2)分别是图12(a1)(b1)(c1)、图13(d1)(e1)(f1)(g1)、图14(h1)(i1)(j1)的剖视图。在制造光合成分离器11时，首先如图12(a1)(a2)所示，在玻璃基板22上滴下紫外线固化型树脂23，将压模24叠放在紫外线固化型树脂23上并按压压模24，按压紫外线固化型树脂23使其在玻璃基板22和压模24之间延展。然后，如图12(b1)(b2)所示，通过玻璃基板22向紫外线固化型树脂23照射紫外线(UV)，使紫外线固化型树脂23固化。在压模24的下面突起设置大致成Y字状的图形25，所以在紫外线固化型树脂23固化后，从紫外线固化型树脂23剥离压模24时，如图12(c1)(c2)所示，在玻璃基板22的上面利用紫外线固化型树脂23形成下包层12b，同时在下包层12b的上面形成大致呈Y字状的多个凹部26。
然后，在下包层12b的凹部26内填充折射率大于下包层12b的树脂，如图13(d1)(d2)所示，在凹部26内形成芯13。然后，如图13(e1)(e2)所示，与下包层12b的情况相同，在下包层12b的上面滴下紫外线固化型树脂23，按照图13(f1)(f2)所示，在紫外线固化型树脂23上叠放玻璃基板27并按压，通过玻璃基板27向紫外线固化型树脂23照射紫外线，使紫外线固化型树脂23固化，利用紫外线固化型树脂23形成上包层12a。结果，在上下玻璃基板27、22之间形成内部形成有多个芯13的上下包层12a、12b。
然后，按照图13(g1)(g2)所示，利用切片锯将这样形成的光波导路晶片在各芯13之间进行切割，获得图14(h1)(h2)所示的各个光波导路14。此时，期望切割成露出各芯13的端面。之后，如图14(i1)(i2)和(j1)(j2)所示，利用切片锯从玻璃基板27上切入槽16，将芯13分割成芯13a、13b和芯13c，向槽16内插入滤波元件15，获得光合成分离器11。
这样得到光合成分离器11后，剥离上下玻璃基板27、22(也可以带着玻璃基板27、22)，将光合成分离器11安装在硅基板18上即可。
此处，说明了使用压模和紫外线固化型树脂利用复制法制作光波导路的方法，但制造方法不限于此，也可以利用注塑成形、机械加工等方法制造。
(第2实施方式)图15是表示本发明第2实施方式的光合成分离器28(WDM耦合器)的立体图。该光合成分离器28在第1实施方式的光合成分离器11中，形成去除光波导路14中设置第3芯13c的部分的结构。即，在该光合成分离器28中，在包层12内埋入第1芯13a和第2芯13b，在包层12的两端面露出芯13a、13b的端面，在包层12的一方的端部，第1芯13a和第2芯13b连接成大致V字状。在芯13a、13b连接成大致V字状的部位，在包层12的端面粘接滤波元件15，第1芯13a和第2芯13b的各自端面分别与滤波元件15相对。
在光波导路14的两端分别连接着光纤模块29、30。在光纤体29，在设于玻璃基板31的V槽19上放置光纤17a、17b，用玻璃或塑料制保护罩20a按压其上面，利用粘接剂21将保护罩20a粘接在玻璃基板31上。同样，在光纤模块30，在设于玻璃基板31的V槽19上放置光纤17c，用玻璃或塑料制保护罩20b按压其上面，利用粘接剂21将保护罩20b粘接在玻璃基板31上。该光纤模块29连接光波导路14的一方的端面，以便在第1芯13a的端面耦合光纤17a，在第2芯13b的端面耦合光纤17b。另外，光纤模块30通过滤波元件15连接光波导路14的另一方的端面，以便在第3芯13c的端面耦合光纤17c。
另外，在光波导路14形成下述关系第2芯13b的截面积＞第1芯13a的截面积即，如果把所使用的光的波长设为λ1、λ2、λ3(λ1＜λ2＜λ3，例如λ1＝1.31μm、λ2＝1.49μm、λ3＝1.55μm)，第2芯13b相对波长λ3的光成为单模芯，相对波长λ1和波长λ2成为多模芯，第1芯13a相对波长λ1、λ2、λ3的光成为单模芯(即，如果设芯13a的截止波长为λa，设芯13b的截止波长为λb，则λa＜λ1＜λ2＜λb＜λ3。)。
但是，在光合成分离器28中，如图16中的实线箭头所示，从光纤17a向芯13a同时入射波长λ2的光和波长λ3的光，在芯13a进行传输，从其端面射出的光中，波长λ3的光通过滤波元件15反射并入射到芯13b内，在芯13b进行传输，并与光纤17b耦合，波长λ2的光透过滤波元件15与光纤17c耦合。而且，在向芯13a同时入射波长λ2的光和波长λ3的光时，在芯13a的端部，即使波长λ2的光的一部分衍射到芯13b侧，由于芯13b相对波长λ2的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，不会波长λ2的光从芯13b入射到光纤17b而产生噪声。
另外，如图16中的虚线箭头所示，从光纤17c射出波长λ1的光，该光透过滤波元件15入射到芯13a内，在芯13a进行传输，与光纤17a耦合。而且，即使透过滤波元件15后的波长λ1的光的一部分进入芯13b侧，由于芯13b相对波长λ1的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，不会因波长λ1的光从芯13b入射到光纤17b而形成噪声。
另外，由于第2芯13b的芯截面积变大，所以在第2芯13b进行传输的波长λ3的弯曲损耗变小，这一点和第1实施方式的情况相同。
(第3实施方式)图17是本发明的第3实施方式，表示具有4分支耦合器的光合成分离器32。在该光合成分离器32中，埋入包层12的第1芯13a和第2芯13b在包层12的一方的端部连接成大致V字状。芯13a分支成两个芯13d、13e，芯13d又分支成两个芯13f、13g，芯13e又分支成两个芯13h、13i。在芯13a和芯13b耦合侧的包层12的端面粘接着滤波元件15。
虽然未图示，但在光波导路14的两端分别连接着光纤模块。连接在滤波元件15侧的光纤模块具有通过滤波元件15光学连接芯13a的一个光纤17c。另外，连接在其相反侧光纤模块具有五个光纤17b、17f、17g、17h、17i，它们分别连接芯13b、13f～13i。
在该光合成分离器32中，芯13a、13d～13i的各截面积相等，第2芯13b的截面积大于芯13a、13d～13i的截面积，如果把所使用的光的波长设为λ1、λ2、λ3(λ1＜λ2＜λ3，例如λ1＝1.31μm、λ2＝1.49μm、λ3＝1.55μm)，第2芯13b相对波长λ3的光成为单模芯，相对波长λ1和波长λ2的光成为多模芯，芯13a和芯13d～13i相对波长λ1、λ2、λ3的光成为单模芯(即，如果设芯13a、13d～13i的截止波长为λa，设芯13b的截止波长为λb，则λa＜λ1＜λ2＜λb＜λ3。)。
但是，在该合成分离器32中，如图17中的实线箭头所示，从光纤17b向芯13b入射波长λ3的光，同时从连接在滤波元件侧的光纤17c入射波长λ2的光，该波长λ3的光和波长λ2的光在滤波元件15进行合成，在芯13a内进行传输，被芯13d、13e分支，进一步被芯13f、13g和芯13h、13i分支，从各芯13f～13i射出的光与各光纤17f～17i耦合。而且，即使透过滤波元件15后的波长λ2的光的一部分进入芯13b侧，由于芯13b相对波长λ2的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，波长λ2的光不会从芯13b入射到光纤17b而形成杂散光。
另外，如图17中的虚线箭头所示，当从光纤17f～17i向芯13f～13i入射波长λ1的光，在芯13d、13e、13a内进行传输时，从芯13a射出的波长λ1的光透过滤波元件15与光纤17c耦合。而且，即使在芯13a进行传输的波长λ1的光的一部分衍射到芯13b侧，由于芯13b相对波长λ1的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，波长λ1的光不会从芯13b入射到光纤17b而形成杂散光。
在该实施方式中表示了4分支耦合器，但也可以是2分支、8分支、16分支等。
(第4实施方式)图18是说明本发明第4实施方式的光合成分离器33的立体图，图19是其俯视图。该光合成分离器33在第1实施方式说明的光合成分离器11中，在第3芯13c的中途设置斜着横穿包层12的槽34，将第3芯13c分离为芯13ca和芯13cb，向槽34内插入滤波元件35。该滤波元件35具有透过波长λ1的光，反射波长λ2的光的特性。并且，在滤波元件15和滤波元件35之间设置芯13j，以连接与该芯13ca的滤波元件35相对的一侧端部和包层12的侧面。
在芯13a、13b端面耦合的光纤17a、17b通过设在硅基板18上面的V槽19来定位，并由保护罩20a按压着。另外，在与芯13j的端面相对的位置设置光电二极管等感光元件36，在与芯13cb的端面相对的位置设置激光二极管等发光元件37，在发光元件37的后面设置监视用感光元件38。
在该光合成分离器33中，在芯13a、13b、13ca之间形成下述关系芯13b的截面积＞芯13a的截面积芯13b的截面积＞芯13ca的截面积芯13a和芯13ca的截面积可以相同也可以不同。即，如果把所使用的光的波长设为λ1、λ2、λ3(λ1＜λ2＜λ3，例如λ1＝1.31μm、λ2＝1.49μm、λ3＝1.55μm)，芯13b相对波长λ3的光成为单模芯，相对波长λ1和波长λ2成为多模芯，芯13a和芯13ca相对波长λ1、λ2、λ3的光成为单模芯(如果设芯13a、13ca的截止波长为λa、λca，设芯13b的截止波长为λb，则λa、λca＜λ1＜λ2＜λb＜λ3。)。芯13cb、芯13j的芯截面和芯13ca相同。
但是，在该光合成分离器33中，如图19中的实线箭头所示，从光纤17a向芯13a入射波长λ2的光和波长λ3的光，在芯13a进行传输，从其端面射出的光中，波长λ3的光通过滤波元件15反射并在芯13b内进行传输，与光纤17b耦合，波长λ2的光透过滤波元件15。透过滤波元件15后的波长λ2的光入射到芯13ca内并传输，从芯13ca的端面射出，通过滤波元件15反射并在芯13j进行传输，从芯13j的端面射出的波长λ2的光通过感光元件36被感光。此时，即使在芯13a进行传输的波长λ2的光的一部分在芯13a的端部衍射到芯13b侧，由于芯13b相对波长λ2的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，波长λ2的光不会从芯13b入射到光纤17b，因而不会形成噪声。
另外，如图19中的虚线箭头所示，从发光元件37射出波长λ1的光，从发光元件37射出的光在芯13cb进行传输，从芯13cb射出的波长λ1的光透过滤波元件35入射到芯13ca内，在芯13ca进行传输。从芯13ca的端面射出的波长λ1的光透过滤波元件35入射到芯13a，在芯13a进行传输，从其端面射出的光与光纤17a耦合。此时，即使透过滤波元件15后的波长λ1的光的一部分进入芯13b侧，由于芯13b相对波长λ1的光成为多模，所以不与单模的光纤17b耦合，波长λ1的光不会从芯13b入射到光纤17b，因而不会形成噪声。
另外，在该实施方式中，虽然在芯13j上连接有感光元件36，但可以代替感光元件36而在芯13j连接光纤并形成下述关系芯13j的截面积＞芯13ca的截面积芯13j的截面积＞芯13cb的截面积芯13ca和芯13cb的截面积可以相同也可以不同。即，芯13j相对波长λ2的光成为单模芯，相对波长λ1的光成为多模芯，芯13ca和芯13cb相对波长λ1、λ2的光成为单模芯(如果设芯13ca、13cb的截止波长为λca、λcb，设芯13j的截止波长为λj，则λca、λcb＜λ1＜λj＜λ2。)。根据这种结构，从发光元件37射出并透过滤波元件35的波长λ1的光在芯13j以多模状态进行传输，所以即使波长λ1的光进入芯13j也不会与光纤耦合。
(第5实施方式)图20是表示本发明第5实施方式的光合成分离器39的结构的俯视图。在该光合成分离器39中，多个芯41a、41b、41c、41d在包层40内形成锯齿形状(W字状)，各芯41a、41b、41c、41d在包层40的两端面露出。在芯41a和芯41b的连接部位，在包层40的端面粘接着滤波元件42，在芯41b和芯41c的连接部位，在包层40的端面粘接着滤波元件43，在芯41c和芯41d的连接部位，在包层40的端面粘接着滤波元件44。另外，在芯41a的端面连接着光纤45a，在芯41a的另一端通过滤波元件42连接着光纤45b，在芯41b的端面通过滤波元件43连接着光纤45c，在芯41 c的端面通过滤波元件44连接着光纤45d，在芯41da的端面连接着光纤45e。各光纤45a～45e对所使用的波长(在该实施方式中为λ1、λ2、λ3、λ4)的光成为单模。
滤波元件42具有透过在芯41a进行传输的波长λ1、λ2、λ3、λ4(λ1＜λ2＜λ3＜λ4)中波长λ1的光，反射波长λ2、λ3、λ4的光的特性。滤波元件43具有透过波长λ1、λ2的光，反射波长λ3、λ4的光的特性。滤波元件44具有透过波长λ1、λ2、λ3的光，反射波长λ4的光的特性。
另外，芯41a对波长λ1、λ2、λ3、λ4的光成为单模。芯41b相对波长λ1的光成为多模，对波长λ2、λ3、λ4的光成为单模。芯41c对波长λ1、λ2的光成为多模，对波长λ3、λ4的光成为单模。芯41d对波长λ1、λ2、λ3的光成为多模，对波长λ4的光成为单模。结果，形成下述关系芯41d的截面积＞芯41c的截面积＞芯41b的截面积＞芯41a的截面积但是，在该光合成分离器39中，从光纤45a向芯41a同时入射波长λ1的光、波长λ2的光、波长λ3的光和波长λ4的光，各波长λ1～波长λ4的光在芯41a进行传输，波长λ1的光透过滤波元件42与光纤45b耦合，波长λ2～波长λ4的光通过滤波元件42反射并在芯41b进行传输。
在芯41b进行传输的光中，波长λ2的光透过滤波元件43与光纤45c耦合，波长λ3、波长λ4的光通过滤波元件43反射并在芯41c进行传输。此时，即使波长λ1的光的一部分从芯41a衍射到芯41b并在芯41b进行传输，由于波长λ1的光以多模状态在芯41b进行传输，所以即使透过滤波元件43也不会与光纤45c耦合。
另外，在芯41c进行传输的光中，波长λ3的光透过滤波元件44与光纤45d耦合，波长λ4的光通过滤波元件44反射并在芯41d进行传输。此时，即使波长λ2的光的一部分从芯41b衍射到芯41c并在芯41c进行传输，由于波长λ2的光以多模状态在芯41c进行传输，所以即使透过滤波元件44也不会与光纤45d耦合。
在芯41d进行传输的波长λ4的光与光纤45e耦合。此时，即使波长λ3的光的一部分从芯41c衍射到芯41cd并在芯41d进行传输，由于波长λ3的光以多模状态在芯41d进行传输，所以不会与光纤45e耦合。
发明效果根据本发明的光合成分离器，可以防止波长最长的光以外的光通过各个芯的连接部位进入到传输波长最长的光的芯，由此防止了噪声或杂散光的形成。
权利要求
1.一种光合成分离器，具有将光进行封闭传输的、至少在一个部位构成光学连接的多个单模芯；配置在所述芯的光学连接部分上的通过或反射特定波长的光的滤波元件，利用所述滤波元件从在所述芯内部进行传输的不同波长的多个单模光中将所期望波长的光分离出来并传输到其它芯，或者利用所述滤波元件将在不同芯内传输的不同波长的光合成并传输到其它芯，其特征在于，所述芯中的只传输波长最长的光的芯被构成为，对波长最长的光保持单模传输，并且对其它波长的光进行多模化的传输。
2.根据权利要求1所述的光合成分离器，其特征在于，只传输所述波长最长的光的芯的截面面积大于其它芯的截面面积。
3.一种光合成分离器，具有将光进行封闭传输的、顺序地以锯齿形状(W字状)构成光学连接的多个单模芯；和配置在所述芯的构成光学连接的全部部分上的通过或反射特定波长的光的多个滤波元件，不同波长的多个单模光分别从所述芯入射到所述各个滤波元件，所述各个滤波元件具有只通过所入射的不同波长的多个光中波长最短的光，反射其它波长的光的特性，传输刚被各个滤波元件反射的光的芯对被该滤波元件反射的波长光保持单模传输，并且对通过该滤波元件的波长光进行多模化传输。
全文摘要
本发明提供一种光合成分离器。其中，在第1芯(13a)传输波长(λ2)和波长(λ3)(λ2＜λ3)的光。从第1芯(13a)射出的光通过滤波器(15)被分离。即，波长(λ2)的光透过滤波器(15)入射到第3芯(13c)，波长(λ3)的光通过滤波器(15)反射并入射到第2芯(13b)。第2芯(13b)具有对波长(λ3)的光进行单模传输，对波长(λ2)的光进行多模化传输的芯截面积。由此可防止期望波长以外的光进入光合成分离器的芯中形成噪声或杂散光等。
文档编号G02B6/42GK1550822SQ20041003819
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月15日
发明者寺川裕佳里, 森俊也, 细川速美, 美 申请人:欧姆龙株式会社