專利名稱：：具有濾光片的光學模塊的制作方法
技術領域：
：本發明涉及具有濾光片的光學模塊。技術背景作為更快地傳播大容量的信息的方案，在一個光纖中傳播多個波長的光的WDM(wavelengthdivisionmultiplexing,波分復用)傳播受到關注，與其相關的多種系統、光學模塊等進行著開發和產品化。關于WDM傳播用光學模塊，使用了可以集成化、小型化的光波導的光合分波器受到關注，該光合分波器具有通過組合光波導和電介質多層膜類型的薄膜濾光片對波長進行合分波的結構。如WDM傳播用光學模塊中所說明的那樣，以往已知作為濾光片(薄膜濾光片)使用將由無機物等構成的高折射率層和低折射率層相互層疊了多個的多層膜的光學模塊。圖6是表示將光波導的芯傾斜地連接在該濾光片上的光學模塊的概要圖。如圖6所示，光學模塊100具有具有相互大致平行的入射面102和出射面104的濾光片106;連接在入射面102上的入射側芯108;連接在出射面104上的出射側芯110;以及分別配置在入射側芯108及出射側芯110的周圍的包層112、113。入射側芯108具有入射軸線108a,并在入射軸線108a和入射面102的交點即入射位置114，以構成規定入射角0i的方式連接在入射面上。同樣地，出射側芯IIO具有出射軸線110a，并在出射軸線110a和出射面104的交點即出射位置116,以構成規定入射角6。的方式連接在出射面104上。從入射側芯108入射了的光在入射面102及出射面104等上折射并向出射側芯110射出，所以入射軸線108a和出射軸線110a在出射面104上僅錯開規定距離L進行配置。在入射側芯108和出射側芯110的折射率相等，且包層112、113的折射率相等的場合，如圖6所示，入射角6i和出射角e。相等。要決定規定的距離L,已知使用斯內爾定律的方法。圖7是斯內爾定律的說明圖。如圖7所示，在界面S的入射側的折射率n,和出射側的折射率112不同時，相對于界面S上的法線Sa的光的入射角^和出射角02之間存在如公式6所示的關系。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>…(公式6)圖8是利用斯內爾定律決定距離L的光學模塊的概要圖。在圖8中，與圖6相同的構成元件標注了相同的參照符號，省略其說明。如圖8所示，光學模塊l，具有濾光片106，，濾光片106，具有將高折射率106H和低折射率層106L通過界面118相互層疊多個的結構。各高折射率層106H具有折射率riH,將各高折射率層106H的總厚度以下用&表示。各低折射率層106L具有折射率nL,將各低折射率層106L的總厚度以下用t^表示。入射側芯108具有折射率ni。在濾光片106，的入射面102、各界面118及出射面104上，通過應用斯內爾定律，可求出在光按照斯內爾定律傳播時的出射面104上的出射位置即斯內爾出射位置120。但是，已知光的實際出射位置與通過斯內爾定律求出的出射位置120不同(參照專利文獻1:日本特開2005-31398號公報)。圖8表示配置在光的實際出射位置130上的出射側芯132。專利文獻1通過公式7決定實際出射位置130和斯內爾出射位置120之間的距離5。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(公式7)在該公式7中，A是對每個入射的光的波長所規定的數值，例如，對波長為1300nm的S偏振波來說為0.066~0.075。公式7的A是在實際制作幾個預先決定由高折射率層106H及低折射率層106L的折射率及厚度等決定的膜后結構的濾光片之后求出的數值。因此，公式7并不是對所有的濾光片都可適用，實際上，膜后結構尤其是膜厚結構比發生了變化的情況無法適用。膜厚結構比是指高折射率層的總膜厚和低折射率層的總膜厚的比。另外，由于光的波長不同，則S便為不同的I史值，所以即使在一個波長中出射位置130—致，在其它波長中該出射位置130也不會一致。其結果，出射位置不一致的波長的光的損失變大，在進行光的多路傳播中出現問題。
發明內容于是，本發明的第一目的是提供在決定膜厚結構的設計階段，決定可應用在所有的濾光片中的具有濾光片的光學模塊的出射側芯的出射位置的方法及利用該方法決定了出射側芯的出射位置的光學模塊。另夕卜，本發明的第二目的是提供具有濾光片且允許光的多路傳播的光學模塊。本發明是申請人為了可以在設計階段決定出射側芯的出射位置而專心努力，并基于發現出射位置與濾光片的群延遲的深刻關聯而做出的發明。為了達到本發明的目的，本發明的光學^^塊，其特征在于，具有具有入射面及出射面并由多層膜構成的濾光片；連接在入射面上的入射側芯；以及連接在出射面上的出射側芯，入射側芯具有入射軸線，入射軸線和入射面在入射位置上傾斜相交，出射側芯具有出射軸線，出射軸線和出射面在出射位置上相交，將從入射位置入射的規定波長的光按照斯內爾定律傳播并從出射面射出的位置作為斯內爾出射位置，在設定濾光片的等效折射率為nf，且在入射面上的等效出射角為0f,濾光片的群延遲為GD，光速為c，a為常數時，出射位置向遠離入射位置的方向與斯內爾出射位置相隔距離Df,該距離Df為，2t肌常數a為314。常數a的數值最好為5~12，更好為7~10，優選為8~9。才艮據這種結構的光學模塊，在設計階段，如果決定濾光片的結構，則可算出規定的光以直線在入射位置和斯內爾出射位置之間傳播的等效濾光片中的等效折射率nf及入射面上的等效出射角ef，而且還可算出濾光片的群延遲。其結果，可提供在設計階段，可決定出射側芯的出射位置的光學模塊。在該光學模塊的實施方式中，出射位置和斯內爾出射位置之間的距離Df最好是對入射到濾光片中的至少兩個規定波長的光相同。在該光學^^莫塊中，對至少兩個規定波長的光，入射位置和出射位置相同。可提供允許光的多路傳播的光學模塊。另外，為了達到本發明的目的，本發明的光學模塊，其特征在于，具有具有入射面和出射面并由多層膜構成的濾光片；連接在入射面上的入射側芯；以及連接在出射面上的出射側芯，入射側芯具有入射軸線，入射軸線和入射面在入射位置上傾斜相交，出射側芯具有出射軸線，出射軸線和出射面在出射位置上相交，從入射位置入射的至少兩個規定波長的光的在上述出射面上的出射位置實質上相同。這種結構的光學模塊可允許光的多路傳播。另外，為了達到本發明的目的，根據本發明的方法是決定光學模塊的出射位置的方法，該光學模塊具有具有入射面和出射面并由多層膜構成的濾光片；連接在入射面上的入射側芯；以及連接在出射面上的出射側芯，入射側芯具有入射軸線，入射軸線和入射面在入射位置上傾斜相交，出射側芯具有出射軸線，出射軸線和出射面在出射位置上相交，其特征在于，具有決定從入射位置入射的規定的光按照斯內爾定律傳播并從出射面射出的斯內爾出射位置的階段；決定濾光片的等效折射率rif和在入射面上的等效出射角0f的階段；以及通過公式D=^il￡.tan決定出射位置和斯內爾出射位置之間的距離Df的階段，在這里，GD為群延遲，c為光速，a為314的常數，而且，還具有將出射位置定位于向遠離入射位置的方向與斯內爾出射位置相隔距離Df的位置上的階段。常數a的數值最好為5~12，更好則為7~10，優選為8~9。對本發明的效果進行說明。片的光學模塊的出射側芯的出射位置的方法及利用該方法決定了出射側芯的出射位置的光學模塊。另外，根據本發明，可提供具有濾光片且允許光的多路傳播的光學模塊。具體實施方式如上所述，本發明是著眼于濾光片的群延遲而得到的發明。濾光片的群延遲是傳播光在濾光片中被額外關閉的時間。圖1是表示濾光片對光波長的透射率及群延遲GD的關系的一例的圖。如圖l所示，濾光片的群延遲GD可通過以角頻率對傳播常數進行微分再乘以傳播距離而算出。例如，在圖1中，表示橫軸為波長的場合，根據圖l可知，與濾光片的透射率變化程度相符地發生群延遲。以下，參照附圖，對根據本發明的光學模塊進行說明。圖2是表示根據本發明的光學模塊的概要圖。如圖2所示，光學模塊1具有相互大致平行的入射面2及出射面4的濾光片6;連接在入射面2上的入射側芯8;連接在出射面4上的出射側芯10;以及分別配置在入射側芯8和出射側芯10的周圍的包層12、13。入射側芯8具有入射軸線8a及折射率na。入射軸線8a和入射面2在它們的交點即入射位置14，以入射軸線8a相對于入射面2的法線2a成入射角0a的方式傾斜相交。同樣地，出射側芯10具有出射軸線10a及折射率nb。出射軸線10a和出射面4在它們的交點即出射位置16，以出射軸線10a相對于出射面4的法線4a成出射角eb的方式傾斜相交。在入射側芯8和出射側芯10的折射率相等，且包層12、13的折射率相等的場合，入射角9a和出射角0b相等(未圖示)。濾光片6由將高折射率層6H1、6H2、…、6Hn和低折射率層6L1、6L2.....6Ln通過界面18相互層疊多個的多層膜構成。高折射率層6H1、6H2.....6Hn分別具有厚度tHl、tH2.....tHn，并具有共同的折射率nH。同樣地，低折射率層6L1、6L2.....6Ln分別具有厚度tLl、tL2.....tLn，并具有共同的折射率nL。將從入射位置14入射的規定波長的光^^姿照斯內爾定律傳播并從出射面4射出的位置作為斯內爾出射位置20。出射位置16向遠離入射位置14的方向與斯內爾出射位置20相隔距離D。另外，法線2a和出射面4的交點作為入射對應位置22。圖3是與圖2的光學模塊等效的光學模塊的概要圖。與圖2共同的構成元件標注了相同的參照符號，省略其說明。圖3的等效光學模塊1，的濾光片6，由高折射率層6H和低折射率層6L這兩層構成。高折射率層6H具有厚度tH及折射率riH。厚度tH與圖l的tm、tH2.....t他的總和相等。同樣地，低折射率層6L具有厚度t及折射率nb厚度k與圖l的tu、tL2....."的總和相等。在圖3中，用LH表示在高折射率層6H內的按照斯內爾定律的光的路徑，用LL表示在低折射率層6L內的按照斯內爾定律的光的路徑。光的路徑LH的在入射面2上的出射角9h及光的路徑LL的在界面18上的出射角9l根據公式l所示的關系計算。另外，利用斯內爾定律計算的光的出射位置20和出射側芯10的出射位置16之間的距離D機根據公式2計算。在公式2中，GD為群延遲，c為光速，a,和oi2為常數。a,和a2的值為3~14,分別另行決定，最好為5~12，更好則為7~10,優選為8-9。w。xsinS。=xsin^r="乙xsin《…(公式1)Dwt=^l￡._￡iL_tan&+^￡._^_tar^…(公式2)X"1G+~X"2G+々圖4是與圖2及圖3的光學模塊等效的光學模塊的概要圖。與圖2共同的構成元件標注了相同的參照符號，省略其說明。圖4的等效光學^^塊1"具有等效濾光片6"，等效濾光片6"由一個層構成。等效濾光片6"具有厚度tf和等效折射率nf。厚度tf是圖1的tH1、tH2、…、tHn及tu、tL2....."的總和，即tH和扎的總和。等效濾光片6"的等效折射率nf根據公式3計算。wf=wx~^~十w,x~^~…(公式3)在圖4中，在從入射位置14入射的規定波長的光按照斯內爾定律傳播并從出射面4上的斯內爾出射位置20射出時，用LF表示身見定的光以直線在入射位置14和斯內爾出射位置20之間傳播的等效路徑。光的等效路徑LF的在入射面2上的等效出射角9f根據公式4所示的關系計算。出射側芯IO的出射位置16和斯內爾出射位置20之間的距離Df根據公式5計算。在公式5中，GD為群延遲，c為光速，a為常數。a的值為3-14,最好為5~12，更好則為7~10,優選為8~9。出射位置16向遠離入射位置14的方向與斯內爾出射位置20相隔距離Df。出射位置16和斯內爾出射位置20之間的距離Df最好是對入射到濾光片6中的至少兩個規定波長的光是相同的。w。xsin0Q=",xsin力…(公式4)^￡...(公式5)在光學模塊l、1，、1"中，從入射側芯8的入射位置14入射的光在濾光片6、6，、6"中傳播，并從出射側芯IO的出射位置16射出。其次，以傳播光波長為1310nm、1490nm、1550nm的光的場合為例說明光學模塊的設計方法。濾光片6使用透射波長1310nm和波長1490nm,且反射波長1550nm的SPF(shortwavelengthpassfilter)。一旦決定濾光片6的膜厚結構，則利用公式3及公式4算出等效折射率nf及等效出射角ef。另外，根據對應透射濾光片6的波長1310nm及波長1490nm的角頻率，算出關于濾光片6的各波長的群延遲GD。將所算出的等效折射率nf、等效折射角0f、群延遲GD代入公式5中，算出距離Df。如果對應光波長1310nm、1490nm的距離Df不同，則調整濾光片6的群延遲GD的值以使距離Df相同。具體來講，在圖1中，調整濾光片6的特性(膜厚結構)，以使透射率開始急劇變化的波長人及/或相對于波長的變化的透射率的變化率(斜率)P變化。由此，從入射位置14入射的1310nm及1490nm的雙方的波長的光從出射位置16射出。在使用了濾光片6的種類為SPF,且調整波長1310nm和波長1490nm的群延遲，而使對于雙方的波長的光來說距離Df相同的濾光片6的場合，兩種波長都能夠得到低損失的特性。圖5是使粘接劑介于圖2的光學模塊的濾光片6與入射側芯8及出射側芯10之間的光學模塊的概要圖。在光學模塊50的入射側芯8與入射面2之間及出射面4與出射側芯IO之間分別設有粘接劑52、54。粘接劑52、54分別具有入射面2，和出射面4',且具有折射率nc。入射軸線8a和入射面2，在它們的交點即入射位置14，以入射軸線8a相對于入射面2，的法線2a成入射角ea方式傾斜相交。同樣地，出射軸線10a和出射面4，在它們的交點即出射位置16，以軸線10a相對于出射面4，的法線4a成出射角0b的方式傾斜相交。將從入射位置14入射的規定波長的光按照斯內爾定律傳播并從出射面4，射出的位置作為斯內爾出射位置20。在圖5所示的光學模塊50中，在粘接劑52、54中傳播的光適用斯內爾定律，在濾光片6內傳播的光通過適用參照圖2~圖5說明的計算方法，可求出出射位置16和斯內爾定律20之間的距離D、DHL、Df。其次，表示專利文獻1所記載的光學模塊的計算結果。在光的波長為1300nm、剛nm、1500nm時的入射側芯108的折射率n;,高折射率層106H的折射率riH,低折射率層106L的折射率nL,以及^=6拜、tL=12,、8°時，利用公式7計算出的距離S用表1表示。如表l可知，對應于光的波長,距離5變化較大，不適用于以低損失傳播兩個以上波長的光。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>以上，說明了本發明的實施方式，但本發明并不限于以上實施方式，只要記載在權利要求書范圍內的發明范圍內可進行各種變更，當然這些變更應包含于本發明的范圍內。在上述實施方式中，入射面2用高折射率層6H1構成，出射面4用低折射率層6Ln構成，但也可以是入射面2用低折射率層6L1構成，出射面4用高折射率層6H1構成。入射側芯8的折射率和出射側芯10的折射率可以相同，也可以不同。另外，入射側的包層12的折射率和出射側的包層13的折射率可以相同，也可以不同。另外，作為入射側芯和出射側芯，可利用光波導、光纖等的芯。例如，可以是入射側芯8和包層12的組合是帶有玻璃片的光纖，出射側芯10和包層13的組合是光波導。圖l是表示濾光片的透射率和群延遲的關系的一例的圖。圖2是表示根據本發明的光學模塊的概要圖。圖3是與圖2的光學模塊等效的光學模塊的概要圖。圖4是與圖2的光學模塊等效的光學模塊的概要圖。圖5是使粘接劑介于圖2的光學模塊中的光學模塊的概要圖。圖6是表示將光波導的芯傾斜連接在濾光片上的現有的光學模塊的概要圖。圖7是斯內爾定律的說明圖。圖8是利用斯內爾定律決定距離L的光學模塊的概要圖。1、1，、1"、50-光學模塊；2、2，-入射面；4、4，-出射面;6-濾光片；6"-等效濾光片；8-入射側芯；8a-入射軸線；10-出射側芯；10a-出射軸線；14-入射位置；16-出射位置;20-斯內爾出射位置；c-光速；Df-距離；GD-群延遲；nf-等效折射率；0f-等效出射角。權利要求1.一種光學模塊，其特征在于，具有具有入射面及出射面并由多層膜構成的濾光片；連接在上述入射面上的入射側芯；以及連接在上述出射面上的出射側芯，上述入射側芯具有入射軸線，上述入射軸線和上述入射面在入射位置上傾斜相交，上述出射側芯具有出射軸線，上述出射軸線和上述出射面在出射位置上相交，在將從上述入射位置入射的規定波長的光按照斯內爾定律傳播并從上述出射面射出的位置作為斯內爾出射位置，并設定上述濾光片的等效折射率為nf且在上述入射面上的等效出射角為θf，上述濾光片的群延遲為GD，光速為c，α為常數時，上述出射位置向遠離上述入射位置的方向與上述斯內爾出射位置相隔距離Df，該距離Df為<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>D</mi><mi>f</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>GD</mi><mo>×</mo><mi>c</mi></mrow><mrow><msub><mi>n</mi><mi>f</mi></msub><mo>×</mo><mi>α</mi></mrow></mfrac><mo>·</mo><mi>tan</mi><msub><mi>θ</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2006800275046C00011.gif"wi="152"he="46"img-content="drawing"img-format="tif"/-->常數α為3～14。2.根據權利要求1所述的光學模塊，其特征在于，上述出射位置和上述斯內爾出射位置之間的距離Df,對入射到上述濾光片的至少兩個失見定波長的光相同。3.—種光學模塊，其特征在于，具有具有入射面及出射面并由多層膜構成的濾光片；連接在上述入射面上的入射側芯；以及連接在上述出射面上的出射側芯，上述入射側芯具有入射軸線，上述入射軸線和上述入射面在入射位置上傾斜相交，上述出射側芯具有出射軸線，上述出射軸線和上述出射面在出射位置上相交，從上述入射位置入射的至少兩個波長的光在上述出射面上的出射位置實質上相同。4.一種決定光學模塊的出射位置的方法，該光學模塊具有具有入射面及出射面并由多層膜構成的濾光片；連接在上述入射面上的入射側芯；以及連接在上述出射面上的出射側芯，上述入射側芯具有入射軸線，上述入射軸線和上述入射面在入射位置上傾斜相交，上述出射側芯具有出射軸線，上述出射軸線和上述出射面在出射位置上相交，其特征在于，具有決定從上述入射位置入射的規定的光按照斯內爾定律傳播并從上述出射面射出的斯內爾出射位置的階段；決定上述濾光片的等效折射率nf和在上述入射面上的等效出射角0f的階段；以及，通過公式D,二^^.tan^決定上述出射位置和上述斯內爾出射位置之間的距離Df的階段，在這里，GD為群延遲，c為光速，a為314的常數，還具有將上述出射位置定位于向遠離上述入射位置的方向與上述斯內爾出射位置相隔距離Df的位置上的階段。全文摘要本發明的光學模塊(1)具有具有入射面(2)及出射面(4)的濾光片(6)；連接在入射面(2)上的入射側芯(8)；以及連接在出射面(4)上的出射側芯(10)。將從入射位置(14)入射的規定波長的光按照斯內爾定律傳播并從出射面(4)射出的位置作為斯內爾出射位置(20)。在等效濾光片(6”)中，出射位置(16)向遠離入射位置(14)的方向與斯內爾出射位置(20)相隔與群延遲相關的距離(D)。文檔編號G02B6/26GK101233438SQ20068002750公開日2008年7月30日申請日期2006年7月26日優先權日2005年7月29日發明者宮寺信生,山本禮,黑田敏裕申請人:日立化成工業株式會社