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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-04
(45)【発行日】2023-10-13
(54)【発明の名称】光接続装置
(51)【国際特許分類】
G02B 6/30 20060101AFI20231005BHJP
G02B 6/32 20060101ALI20231005BHJP
G02B 6/34 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
G02B6/30
G02B6/32
G02B6/34
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019182396
(22)【出願日】2019-10-02
(65)【公開番号】P2021060433
(43)【公開日】2021-04-15
【審査請求日】2022-05-20
(73)【特許権者】
【識別番号】304056637
【氏名又は名称】株式会社中原光電子研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100119677
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 賢治
(74)【代理人】
【識別番号】100160495
【弁理士】
【氏名又は名称】畑 雅明
(74)【代理人】
【識別番号】100173716
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 真理
(74)【代理人】
【識別番号】100115794
【弁理士】
【氏名又は名称】今下 勝博
(72)【発明者】
【氏名】中原 基博
(72)【発明者】
【氏名】有島 功一
【審査官】大西 孝宣
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１８４６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１２２３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０４９６１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１５３８８１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００４／００３３０１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０９５４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１５３７２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２１２４９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９６１９５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４
Ｇ０２Ｂ ６／２６ － ６／２７
Ｇ０２Ｂ ６／３０ － ６／３４
Ｇ０２Ｂ ６／４２ － ６／４３
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光回路から出射された出射光が入射面に入射され、前記出射光を反射面で反射させて取り出すプリズムと、ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズが２次元に配列され、前記プリズムで取り出された前記出射光をそれぞれ異なる前記ＧＲＩＮレンズで集光する２次元ＧＲＩＮレンズアレイと、
前記プリズムでの光路長に等しい光路長を有し、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイから出射された各光を透過させるスペーサと、
前記ＧＲＩＮレンズの各焦点に光ファイバの端面が配置されている光ファイバを保持し、前記スペーサを透過した光を前記光ファイバに伝搬させる２次元ファイバアレイと、
を備え、
前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わるＧＲＩＮレンズを前記入射面と平行な面に投影したとき、各ＧＲＩＮレンズの中心軸が互いに重ならない、
光接続装置。
【請求項2】
前記スペーサは、前記入射面から距離の等しい位置の厚みが等しく、前記入射面から距離の異なる位置の厚みが異なり、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズは、前記スペーサと前記２次元ファイバアレイとの接続面で焦点を結ぶレンズ長を有する、
請求項１に記載の光接続装置。
【請求項3】
前記スペーサは、前記入射面から距離の等しい位置の厚みが等しく、前記入射面から距離の異なる位置の厚みが異なり、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズは、前記スペーサと前記２次元ファイバアレイとの接続面で焦点を結ぶ屈折率分布定数を有する、
請求項１に記載の光接続装置。
【請求項4】
前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイは、前記２次元ファイバアレイに備わる各光ファイバのＮＡに応じた屈折率分布定数のＧＲＩＮレンズが２次元配列され、前記スペーサに接続される第１の２次元ＧＲＩＮレンズアレイと、
１／４ピッチを超えるレンズ長を有し、前記プリズムで取り出された各光を、前記第１の２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズに入射させる第２の２次元ＧＲＩＮレンズアレイと、
を備える請求項１に記載の光接続装置。
【請求項5】
前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズのレンズ長は、ｎを自然数とした場合、１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、前記プリズムから前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズへの各光の入射位置は、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズの中心軸と異なり、
前記２次元ファイバアレイに備わる各光ファイバのコアが、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズの中心軸の延長線とは異なる位置に接続されている、
請求項１に記載の光接続装置。
【請求項6】
前記スペーサを透過した各光を透過する第３の２次元ＧＲＩＮレンズアレイを、前記スペーサと前記２次元ファイバアレイとの間にさらに備え、前記第３の２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズのレンズ長は、ｎを自然数とした場合、１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、
前記第３の２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズの中心軸が、前記スペーサを透過した各光の焦点と異なる位置に配置され、
前記２次元ファイバアレイに備わる各光ファイバのコアが、前記第３の２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わる各ＧＲＩＮレンズの中心軸と異なる位置に接続されている、
請求項１に記載の光接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光回路と光ファイバを接続するための光接続装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）と接続可能な光回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。光回路の導波路間隔は、ＳＭＦと接続するため、光ファイバの外径以上にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－２０３９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
チップの経済化及び小型化のためには、光回路の導波路間隔を狭くすることが重要である。そこで、本開示は、光回路の導波路間隔を狭くすることの可能な光接続装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の光接続装置は、プリズム、二次元ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ、二次元ファイバアレイを備え、光回路と光ファイバを接続するための光接続装置において表面実装を適用する。
【0006】
具体的には、本開示の光接続装置は、
Ｎ及びＭを２以上の自然数とした場合に、光回路から出射されたＮ×Ｍの光を取り出すプリズムと、
ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズが前記Ｎ×Ｍに配列され、前記プリズムで取り出された各光を集光する２次元ＧＲＩＮレンズアレイと、
前記プリズムでの光路長に等しい光路長を有し、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイから出射されたＮ×Ｍの光を透過させるスペーサと、
前記ＧＲＩＮレンズの各焦点に光ファイバの端面が配置されているＮ×Ｍの光ファイバを保持し、前記スペーサを透過したＮ×Ｍの光をＮ×Ｍの光ファイバに伝搬させる２次元ファイバアレイと、
を備える。
Ｎ及びＭを２以上の自然数とした場合に、光回路から出射されたＮ×Ｍの光を取り出すプリズムと、
ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズが前記Ｎ×Ｍに配列され、前記プリズムで取り出された各光を集光する２次元ＧＲＩＮレンズアレイと、
前記プリズムでの光路長に等しい光路長を有し、前記２次元ＧＲＩＮレンズアレイから出射されたＮ×Ｍの光を透過させるスペーサと、
前記ＧＲＩＮレンズの各焦点に光ファイバの端面が配置されているＮ×Ｍの光ファイバを保持し、前記スペーサを透過したＮ×Ｍの光をＮ×Ｍの光ファイバに伝搬させる２次元ファイバアレイと、
を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、光回路の導波路間隔を狭くすることの可能な光接続装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示に係る光接続装置の構成例を示す。
【図2】本開示に係る光回路の一例を示す。
【図5】プリズム内の光路の説明図である。
【図6】第１の実施形態に係る光接続装置の概略構成図を示す。
【図7】第１の実施形態に係る第１の構成例を示す。
【図8】第１の実施形態に係る第２の構成例を示す。
【図9】第１の実施形態に係る第３の構成例を示す。
【図10】第２の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。
【図11】ＧＲＩＮレンズでの光線軌跡の一例を示す。
【図12】第３の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。
【図13】２次元ＧＲＩＮレンズアレイに備わるＧＲＩＮレンズのピックアップ図を示す。
【図14】第４の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【0010】
（光接続装置の基本構成）
図１に、本開示に係る光接続装置の構成例を示す。本開示に係る光接続装置は、プリズム３０、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０及び２次元ファイバアレイ２０を備える。プリズム３０、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０及び２次元ファイバアレイ２０は、ｚ軸方向に、直列に接続されている。２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０は、複数のＧＲＩＮレンズ１１を備える。２次元ファイバアレイ２０は、複数の光ファイバ２１を備える。
図１に、本開示に係る光接続装置の構成例を示す。本開示に係る光接続装置は、プリズム３０、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０及び２次元ファイバアレイ２０を備える。プリズム３０、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０及び２次元ファイバアレイ２０は、ｚ軸方向に、直列に接続されている。２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０は、複数のＧＲＩＮレンズ１１を備える。２次元ファイバアレイ２０は、複数の光ファイバ２１を備える。
【0011】
本開示は、光回路からの出射光Ｌ３Ａ，Ｌ３Ｂ，Ｌ３Ｃ，Ｌ３Ｄがプリズム３０の入射面３１に入射され、プリズム３０の反射面３２で反射された光Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂ，Ｌ４Ｃ，Ｌ４Ｄが出射面３３から出射され、ＧＲＩＮレンズ１１に入射される。プリズム３０からＧＲＩＮレンズ１１に入射した各光は光ファイバ２１に集光される。これにより、光Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂ，Ｌ５Ｃ，Ｌ５Ｄが光ファイバ２１から出射される。例えば、ミラー４２Ａで反射された光Ｌ２は、光Ｌ３Ａとしてプリズム３０に入射される。
【0012】
図２に、本開示に係る光回路の一例を示す。光回路４０は、光導波路４１が形成された回路であり、シリコンフォトニクス及びＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含む。
【0013】
図２（Ａ）は光回路のｘ－ｚ平面における構成を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ－Ａ’断面を示す。本開示に係る光回路４０は、間隔Ｇｇで平行にｘ軸方向に配列されている光導波路４１を備える。各光導波路４１の端部に、ＬＤ５０が接続されている。
【0014】
図２（Ｂ）に示すように、各ＬＤ５０からの光Ｌ１は、光導波路４１を導波し、光導波路４１に配置されているミラー４２で反射される。反射された光Ｌ２は、光回路４０の上面４３から出射される。この光Ｌ２が、出射光Ｌ３Ａ，Ｌ３Ｂ，Ｌ３Ｃ，Ｌ３Ｄとしてプリズム３０に入射される。
【0015】
ここで、隣接する光導波路４１に配置されるミラー４２は、ｚ軸方向にずらして配置されている。図２（Ａ）では、一例として、ｚ軸方向の４箇所にミラー４２を配置する、４×１０の２次元配置を採用している。これにより、ｘ軸方向におけるミラー４２の間隔Ｇｍｘを間隔Ｇｇの４倍に広げている。間隔Ｇｍｘは、光ファイバ２１の配置可能な間隔であり、例えば１２５μｍ以上又は８０μｍ以上である。
【0016】
ここで、光回路４０におけるミラー４２の配置は４×１０に限定されない。例えば、２以上の任意の自然数をＮ及びＭとして、光回路４０からＮ×Ｍの光が出射されうる。プリズム３０は、ｘ軸方向の間隔Ｇｇ及びＧｍｘを維持した状態で、Ｎ×Ｍの光を取り出す。以下、本開示の一例として、Ｎ＝４かつＭ＝１０の例について説明する。
【0017】
また、光導波回路４１からのプリズム３０への出射は、ミラー構造とは限らない。光導波路を導波する光をプリズム３０に効率的に出射するものであればよく、ミラー以外に、プリズム構造、グレーティング構造が挙げられる。
【0018】
図３に、図１におけるＡ－Ａ’断面図の一例を示す。Ａ－Ａ’断面図は、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０の断面を示す。２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０は、複数のＧＲＩＮレンズ１１Ａ１～１１Ａ１０，１１Ｂ１～１１Ｂ１０，１１Ｃ１～１１Ｃ１０，１１Ｄ１～１１Ｄ１０と、各ＧＲＩＮレンズ１１Ａ１～１１Ａ１０，１１Ｂ１～１１Ｂ１０，１１Ｃ１～１１Ｃ１０，１１Ｄ１～１１Ｄ１０の周囲を覆うキャピラリ１２と、を備える。以下の開示では、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ１～１１Ａ１０，１１Ｂ１～１１Ｂ１０，１１Ｃ１～１１Ｃ１０，１１Ｄ１～１１Ｄ１０について個別に特定する必要のない場合は「１１」と表記する。
【0019】
複数のＧＲＩＮレンズ１１は、ミラー４２の配置に対応した、１０×４の２次元配列である。ｘ軸方向におけるＧＲＩＮレンズ１１の中心軸の間隔Ｇ４ｘは、ミラー４２の間隔Ｇｍｘに等しい。ｙ軸方向におけるＧＲＩＮレンズ１１の中心軸の間隔Ｇ４ｙは、ミラー４２のｚ軸方向の間隔Ｇ４ｚ及び角度θに応じて定められる。
【0020】
平面ＰＡ上に投影したＧＲＩＮレンズ１１Ａ１とＧＲＩＮレンズ１１Ｂ１の間隔、平面ＰＡ上に投影したＧＲＩＮレンズ１１Ｃ１とＧＲＩＮレンズ１１Ｄ１の間隔は、いずれも光導波路４１の間隔Ｇｇに等しい。このように、本開示は、複数のＧＲＩＮレンズ１１を共通のｘ－ｚ平面に投影した各ＧＲＩＮレンズ１１の中心軸は、互いに重ならず、光導波路４１の間隔Ｇｇで並ぶ。
【0021】
ｘ軸方向に配列されているＧＲＩＮレンズ１１の中心軸は同一平面上に配置されている。例えば、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ１～１１Ａ１０は平面ＰＡ上に配置され、ＧＲＩＮレンズ１１Ｂ１～１１Ｂ１０は平面ＰＢ上に配置され、ＧＲＩＮレンズ１１Ｃ１～１１Ｃ１０は平面ＰＣ上に配置され、ＧＲＩＮレンズ１１Ｄ１～１１Ｄ１０は平面ＰＤ上に配置されている。このように、Ｎの値の等しい光を導波するＧＲＩＮレンズは同一面上に配置される。
【0022】
図４に、図１に示すＢ－Ｂ’断面図の一例を示す。Ｂ－Ｂ’断面図は、２次元ファイバアレイ２０の断面を示す。２次元ファイバアレイ２０は、複数の光ファイバ２１Ａ１～２１Ａ１０，２１Ｂ１～２１Ｂ１０，２１Ｃ１～２１Ｃ１０，２１Ｄ１～２１Ｄ１０と、各光ファイバ２１Ａ１～２１Ａ１０，２１Ｂ１～２１Ｂ１０，２１Ｃ１～２１Ｃ１０，２１Ｄ１～２１Ｄ１０の周囲を覆うキャピラリ２２と、を備える。以下の開示では、ＧＲＩＮレンズ２１Ａ１～２１Ａ１０，２１Ｂ１～２１Ｂ１０，２１Ｃ１～２１Ｃ１０，２１Ｄ１～２１Ｄ１０について個別に特定する必要のない場合は「２１」と表記する。
【0023】
光ファイバ２１のコアの中心軸は、接続されるＧＲＩＮレンズ１１に対応する位置に配置される。例えば、複数の光ファイバ２１のコアは、ミラー４２の配置に対応した、１０×４の２次元配列である。例えば、ｙ軸方向における光ファイバ２１同士の間隔Ｇ５ｙはＧ４ｙに等しく、ｘ軸方向におけるファイバ２１同士の間隔Ｇ５ｘはＧ４ｘに等しい。
【0024】
本開示は、間隔Ｇ５ｘ及びＧ５ｙに配列された光ファイバ２１を用いて、ＬＤ５０からの光を取り出すことができる。ここで、本開示は、光ファイバ２１同士の間隔を広くすることができるため、光ファイバ２１同士のクロストークを低減することができる。間隔Ｇｇ及び間隔Ｇ５ｘの値の組合せは任意であるが、例えば、間隔Ｇｇが５０μｍの場合であっても、間隔Ｇ５ｘを２００μｍにすることができる。
【0025】
本開示では、ＬＤ５０が光回路４０に接続される例を示したが、本開示はＬＤ５０に限定されない。例えば、ＬＤ５０に代えて、トランシーバ、レシーバ等の送受信モジュール用素子を適用することができる。さらに、光回路４０に代えて、ボード内配線やマルチコアファイバとの接続にも適用することができる。
【0026】
（プリズム内の光路）
本開示では、図５を参照しながら、プリズム３０内の光路について説明する。図５において、「ＬＮ」は図１における光Ｌ３に相当する入射面３１から反射面３２までの光路を示し、「ＬＭ」は図１における光Ｌ４に相当する反射面３２から出射面３３までの光路を示す。「ＬＭ」は入射面３１と平行である。「ｂ」はプリズム３０の入射面３１のｚ軸方向の長さを示す。「ａ」は、光路ＬＮに相当する光が反射面３２で反射する位置から入射面３１までの距離を示す。「ｐ」は第１の光路ＬＭ（１）と第ｎの光路ＬＭ（ｎ）とのｙ軸方向における距離を示す。「ｑ」は第１の光路ＬＮ（１）と第ｎの光路ＬＮ（ｎ）とのｚ軸方向における距離を示す。本開示における角度「θ」は、反射面３２と光路ＬＮのなす角度、及び反射面３２と光路ＬＭのなす角度を示す。
本開示では、図５を参照しながら、プリズム３０内の光路について説明する。図５において、「ＬＮ」は図１における光Ｌ３に相当する入射面３１から反射面３２までの光路を示し、「ＬＭ」は図１における光Ｌ４に相当する反射面３２から出射面３３までの光路を示す。「ＬＭ」は入射面３１と平行である。「ｂ」はプリズム３０の入射面３１のｚ軸方向の長さを示す。「ａ」は、光路ＬＮに相当する光が反射面３２で反射する位置から入射面３１までの距離を示す。「ｐ」は第１の光路ＬＭ（１）と第ｎの光路ＬＭ（ｎ）とのｙ軸方向における距離を示す。「ｑ」は第１の光路ＬＮ（１）と第ｎの光路ＬＮ（ｎ）とのｚ軸方向における距離を示す。本開示における角度「θ」は、反射面３２と光路ＬＮのなす角度、及び反射面３２と光路ＬＭのなす角度を示す。
【0027】
第ｎの光路をＬＮ（ｎ）、第ｎの光路をＬＭ（ｎ）とすると、ｃ＝ａ／ｔａｎ（θ）より、次式で表される。
（数１）
ＬＭ＝ｂ－ｃ＝ｂ－（ａ／ｔａｎ（θ）） （式１）
（数２）
ＬＮ＝ａ／ｓｉｎ（２θ） （式２）
（数１）
ＬＭ＝ｂ－ｃ＝ｂ－（ａ／ｔａｎ（θ）） （式１）
（数２）
ＬＮ＝ａ／ｓｉｎ（２θ） （式２）
【0028】
このため、プリズム３０における光路ＬＴ（ｎ）は次式で表される。
（数３）
ＬＴ（ｎ）＝ＬＭ（ｎ）＋ＬＮ（ｎ）
＝ｂ－（ａ＋ｐ＊（ｎ－１））／ｔａｎ（θ）
＋（ａ＋ｐ＊（ｎ－１））／ｓｉｎ（２θ） （式３）
ここで、ｎ＝１，２，３・・・ｋ
（数３）
ＬＴ（ｎ）＝ＬＭ（ｎ）＋ＬＮ（ｎ）
＝ｂ－（ａ＋ｐ＊（ｎ－１））／ｔａｎ（θ）
＋（ａ＋ｐ＊（ｎ－１））／ｓｉｎ（２θ） （式３）
ここで、ｎ＝１，２，３・・・ｋ
【0029】
一方、プリズム３０内での光路ＬＴの幾何学的長さは次式で表される。
（数４）
ＬＴ＝ＬＭ＋ＬＮ＝（ｂ－ａ／ｔａｎ（θ））＋ａ／ｓｉｎ（２θ） （式４）
（数４）
ＬＴ＝ＬＭ＋ＬＮ＝（ｂ－ａ／ｔａｎ（θ））＋ａ／ｓｉｎ（２θ） （式４）
【0030】
距離ｂは固定である。距離ａは、ミラー４２の間隔Ｇｍｚを調整することで、変化させることができる。また、角度θは、ミラー４２の反射角度を調整することで、変化させることができる。このため、ミラー４２の間隔Ｇｍｚ、反射角度、及び角度θの少なくともいずれかを調整することで、光路ＬＴ（ｎ）の光路長を調整することができる。
【0031】
光路長差ΔＬＴは次式で表される。
（数５）
ΔLT = LT(n) - LT(n-1)
=(LM(n) + LN(n)) - (LM(n-1) + LN(n-1))
=b - (a + p*( n - 1 )) / tan ( θ ) + ( a + p*( n - 1 )) / sin ( 2θ )
- (( b - ( a + p*(n-2 )) / tan ( θ ) + ( a + p*(n-2)) / sin ( 2θ ))
= - p/tan(θ) + p/sin(2θ) （式５）
（数５）
ΔLT = LT(n) - LT(n-1)
=(LM(n) + LN(n)) - (LM(n-1) + LN(n-1))
=b - (a + p*( n - 1 )) / tan ( θ ) + ( a + p*( n - 1 )) / sin ( 2θ )
- (( b - ( a + p*(n-2 )) / tan ( θ ) + ( a + p*(n-2)) / sin ( 2θ ))
= - p/tan(θ) + p/sin(2θ) （式５）
【0032】
ここで、ｓｉｎ（２θ）＝２ｓｉｎ（θ）ｃｏｓ（θ）、ｃｏｓ（２θ）＝２ｃｏｓ（θ）２－１である。このため、光路長差ΔＬＴは次式で表される。
（数６）
ΔＬ＝ｐ＊（（－２ｃｏｓ（θ）２＋１）／（２＊ｓｉｎ（θ）ｃｏｓ（θ））
＝－ｐ＊（ｃｏｓ（２θ）／ｓｉｎ（２θ）） （式６）
（数６）
ΔＬ＝ｐ＊（（－２ｃｏｓ（θ）２＋１）／（２＊ｓｉｎ（θ）ｃｏｓ（θ））
＝－ｐ＊（ｃｏｓ（２θ）／ｓｉｎ（２θ）） （式６）
【0033】
ここで、θ＜４５°の場合、ｃｏｓ（２θ）＞０、ｓｉｎ（２θ）＞０であるため、ΔＬＴ＜０、つまりｎが小さいほど光路長は長い。このため、図１に示す光Ｌ３Ａ～Ｌ３Ｄの場合、入射面３１への入射位置が２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０から最も遠い光Ｌ３Ａの光路長が最も長く、入射面３１への入射位置が２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０から最も近い光Ｌ３Ｄの光路長が最も短くなる。
【0034】
次に、距離ｐ及びｑの関係について説明する。
（数７）
ｑ＝ＬＭ（ｎ－１）－ＬＭ（ｎ）
＝ｂ－（ａ＋（ｎ－２）＊ｐ）／ｔａｎ（θ）
－（ｂ－（ａ＋（ｎ－１）＊Ｐ）／ｔａｎ（θ））
＝ｐ／ｔａｎ（θ） （式７）
（数７）
ｑ＝ＬＭ（ｎ－１）－ＬＭ（ｎ）
＝ｂ－（ａ＋（ｎ－２）＊ｐ）／ｔａｎ（θ）
－（ｂ－（ａ＋（ｎ－１）＊Ｐ）／ｔａｎ（θ））
＝ｐ／ｔａｎ（θ） （式７）
【0035】
θ＜４５°の場合、ｔａｎ（θ）＜１であるため、式７よりｑ＜ｐである。このため、θ＜４５°の場合、間隔Ｇ４ｙはミラー４２の間隔Ｇｍｚより小さくなる。なお、θは必ずしも４５°以下である必要はなく、４５°以上９０°未満でも問題ない。
【0036】
（第１の実施形態）
ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで焦点を結ぶためには、ｎを正数とした場合、ＧＲＩＮレンズ１１のレンズ長が１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、かつ光路長が対称となる必要がある。そこで、本実施形態の光接続装置は、図６に示すように、ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで光路長を対称にするためのスペーサ６０を備える。図６では、理解が容易になるよう、入射面３１から出射面３３までの光路における反射面３２を省略している。
ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで焦点を結ぶためには、ｎを正数とした場合、ＧＲＩＮレンズ１１のレンズ長が１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、かつ光路長が対称となる必要がある。そこで、本実施形態の光接続装置は、図６に示すように、ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで光路長を対称にするためのスペーサ６０を備える。図６では、理解が容易になるよう、入射面３１から出射面３３までの光路における反射面３２を省略している。
【0037】
図７に、本実施形態に係る第１の構成例を示す。図７に示す構成は、角度αが、光Ｌ３Ａ及びＬ４Ａの光路長、光Ｌ３Ｂ及びＬ４Ｂの光路長、光Ｌ３Ｃ及びＬ４Ｃの光路長、並びに光Ｌ３Ｄ及びＬ４Ｄの光路長が等しくなるように設定されている。角度αは、入射面３１と出射面３３とがなす角度である。
【0038】
また、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの屈折率分布定数及びレンズ長は等しく、スペーサ６０の厚みｚ６０Ａ，ｚ６０Ｂ，ｚ６０Ｃ，ｚ６０Ｄは等しい。また、厚みｚ６０Ａのスペーサ６０を伝搬した光の光路長は、光Ｌ３Ａ及びＬ４Ａの光路長に等しい。これにより、第１の構成例は、ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで光路長が対称になっている。
【0039】
本構成では、角度β及び角度γが角度αに等しい。角度βは、接続面１７と面１５とがなす角度である。接続面１７は、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０の端面のうちの、スペーサ６０と接続されている端面である。面１５は、入射面３１の配置されている面であり、図７では２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０の底面を構成している例を示す。角度γは、接続面６７と面６５とがなす角度である。接続面６７は、スペーサ６０の端面のうちの、２次元ファイバアレイ２０と接続されている端面である。面６５は、入射面３１の配置されている面であり、図７ではスペーサ６０の底面を構成している例を示す。これに伴い、２次元ファイバアレイ２０の接続面２６と底面２５との角度がπ－αとなっている。
【0040】
本構成では、角度αが直角ではなく、接続面１６、１７、６６、６７、２６が出射面３３に平行である。このため、本構成の光接続装置は、接続面１６、１７、６６、６７、２６での戻り光を防止することができる。
【0041】
図８に、本実施形態に係る第２の構成例を示す。第２の構成例は、角度αが９０°であり、光Ｌ３Ａ及びＬ４Ａの光路長が最も長く、光Ｌ３Ｄ及びＬ４Ｄの光路長が最も短い。
【0042】
本構成では、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄの屈折率分布定数が等しい。そこで、本構成では、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄから出射された光が光ファイバ２１Ａ～２１Ｄに焦点を結ぶよう、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄのレンズ長すなわちレンズピッチと、スペーサ６０における厚みｚ６０Ａ，ｚ６０Ｂ，ｚ６０Ｃ，ｚ６０Ｄと、が設定されている。このように、本構成のスペーサ６０は、Ｎの値の等しい光に対しては厚みが等しく、Ｎの値の異なる光に対しては厚みが異なる。これにより、第２の構成例は、ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで光路長を対称にすることができる。
【0043】
本構成では、角度β及びスペーサ６０の屈折率を調整することで、角度γを直角にすることができる。このため、本構成の光接続装置は、市販の２次元ファイバアレイ２０を用いることができ、スペーサ６０への２次元ファイバアレイ２０の接続が容易である。
【0044】
【0045】
本構成では、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄのレンズ長すなわちレンズピッチが等しく、角度βが直角である。そこで、本構成では、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄから出射された光が光ファイバ２１Ａ～２１Ｄに焦点を結ぶよう、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄのレンズ径及び屈折率分布定数の少なくともいずれかと、スペーサ６０における厚みｚ６０Ａ，ｚ６０Ｂ，ｚ６０Ｃ，ｚ６０Ｄと、が設定されている。このように、本構成のスペーサ６０は、Ｎの値の等しい光に対しては厚みが等しく、Ｎの値の異なる光に対しては厚みが異なる。これにより、第３の構成例は、ＧＲＩＮレンズ１１の両サイドで光路長を対称にすることができる。屈折率分布定数の設定は、中心屈折率を変えてもよいし、周辺屈折率を変えてもよい。
【0046】
本構成では、角度α及び角度βが直角であるため、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０の加工が容易である。また、厚みｚ６０Ａ，ｚ６０Ｂ，ｚ６０Ｃ，ｚ６０Ｄが異なるため、角度γが直角ではない。このため、本構成の光接続装置は、接続面６７及び２６での戻り光を防止することができる。
【0047】
（第２の実施形態）
図１０に、本実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。光導波路４１と光ファイバ２１とでＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が異なる場合がある。そこで、本実施形態は、２種の２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０Ｐ及び１０Ｑを備える。
図１０に、本実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。光導波路４１と光ファイバ２１とでＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が異なる場合がある。そこで、本実施形態は、２種の２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０Ｐ及び１０Ｑを備える。
【0048】
図１１に、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０Ｐ及び１０Ｑでの光線軌跡の一例を示す。２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０Ｐに備わるＧＲＩＮレンズ１１ＰＡ～１１ＰＤのレンズ長ｚ１０Ｐは、光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄが収束し始めるよう、１／４ピッチよりも長くする。ＧＲＩＮレンズ１１ＰＡの中心軸とＧＲＩＮレンズ１１ＱＡの中心軸とは同一直線上に配置される。他のＧＲＩＮレンズ１１ＰＢ～１１ＰＤ及びＧＲＩＮレンズ１１ＱＢ～１１ＱＤについても同様である。これにより、ビーム径の小さくなった光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄが２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０Ｑに備わるＧＲＩＮレンズ１１ＱＡ～１１ＱＤに入射される。
【0049】
２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０Ｑに備わるＧＲＩＮレンズ１１ＱＡ～１１ＱＤの屈折率分布定数は、ＧＲＩＮレンズ１１ＱＡ～１１ＱＤからの光が光ファイバ２１Ａ～２１Ｄに入射するよう、光ファイバ２１Ａ～２１ＤのＮＡに応じた値に設定されている。
【0050】
以上説明したように、本構成の光接続装置は、ＧＲＩＮレンズ１１ＰＡ～１１ＰＤが光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄのビーム径を小さくし、ＧＲＩＮレンズ１１ＱＡ～１１ＱＤが光ファイバ２１Ａ～２１Ｄに入射させる。このため、本構成の光接続装置は、光導波路４１側のＮＡが光ファイバ２１と同等まで大きくできない場合に対応することができる。
【0051】
（第３の実施形態）
図１２に、本実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。本実施形態の光接続装置は、スペーサ６０と２次元ファイバアレイ２０との間に２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０をさらに備える。距離ｐ及びｑの関係で説明したように、θ＜４５°の場合、間隔Ｇ４ｙはミラー４２の間隔Ｇｍｚより小さくなる。本実施形態は、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０を備えることで、間隔Ｇ５ｙを間隔Ｇ４ｙよりも広げることができる。
図１２に、本実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。本実施形態の光接続装置は、スペーサ６０と２次元ファイバアレイ２０との間に２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０をさらに備える。距離ｐ及びｑの関係で説明したように、θ＜４５°の場合、間隔Ｇ４ｙはミラー４２の間隔Ｇｍｚより小さくなる。本実施形態は、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０を備えることで、間隔Ｇ５ｙを間隔Ｇ４ｙよりも広げることができる。
【0052】
図１３に、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０に備わるＧＲＩＮレンズ７１Ａ～７１Ｄのピックアップ図を示す。光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄは、ＧＲＩＮレンズ７１Ａ～７１Ｄの中心軸７３Ａ～７３Ｄよりも平面Ｐ１０ｙ側から、ＧＲＩＮレンズ７１Ａ～７１Ｄに入射される。平面Ｐ１０ｙは、図３における平面ＰＢと平面ＰＣの中間に配置されている面である。
【0053】
ＧＲＩＮレンズ７１Ａ～７１Ｄのレンズ長ｚ７０は、ｎを正数とした場合、１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチに設定されている。このため、ＧＲＩＮレンズ７１Ａの中心軸７３Ａと光Ｌ４Ａとの間隔がＧ７３Ａの場合、平面Ｐ１０ｙから光ファイバ２１Ａまでの距離は、平面Ｐ１０ｙから光Ｌ４Ａまでの距離よりも２Ｇ７３Ａ長い。ＧＲＩＮレンズ７１Ｂ～７１Ｄについても同様である。これにより、光ファイバ２１同士の間隔Ｇ５ｙを、ＧＲＩＮレンズ１１の中心軸の間隔Ｇ４ｙよりも大きくすることができる
【0054】
なお、間隔Ｇ７３Ａ、ＧＲＩＮレンズ７１Ｂの中心軸７３Ｂと光Ｌ４Ｂとの間隔Ｇ７３Ｂ、ＧＲＩＮレンズ７１Ｃの中心軸７３Ｃと光Ｌ４Ｃとの間隔Ｇ７３Ｃ、ＧＲＩＮレンズ７１Ｄの中心軸７３Ｄと光Ｌ４Ｄとの間隔Ｇ７３Ｄは、同一であってもよいが、異なっていてもよい。
【0055】
（第４の実施形態）
本実施形態に係る光接続装置は、第１及び第２の実施形態における２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０に、第３の実施形態の２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０の構成を適用する。図１４に、本実施形態に係る２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０、スペーサ６０及び２次元ファイバアレイ２０のピックアップ図を示す。
本実施形態に係る光接続装置は、第１及び第２の実施形態における２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０に、第３の実施形態の２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０の構成を適用する。図１４に、本実施形態に係る２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０、スペーサ６０及び２次元ファイバアレイ２０のピックアップ図を示す。
【0056】
本実施形態では、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０に備わる各ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄの中心軸１３Ａ～１３Ｄが、プリズム３０で取り出された各光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄと異なる位置に配置されている。具体的には、光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄは、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄの中心軸１３Ａ～１３Ｄよりも平面Ｐ１０ｙ側から、ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄに入射される。
【0057】
各ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄのレンズ長は、ｎを正数とした場合、１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチである。このため、本実施形態では、２次元ファイバアレイ２０に備わる各光ファイバ２１Ａ～２１Ｄのコアが、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０に備わる各ＧＲＩＮレンズ１１Ａ～１１Ｄの中心軸と異なる位置に接続されている。
【0058】
本実施形態では、光Ｌ４Ａと中心軸１３Ａとの距離がＧ１３Ａの場合、平面Ｐ１０ｙから光ファイバ２１までの距離を、平面Ｐ１０ｙから光Ｌ４Ａまでの距離よりも２Ｇ１３Ａ広げることができる。
【0059】
（第５の実施形態）
図１５に、図１２に示すＡ－Ａ’断面図の一例を示す。Ｐｉは接続面７６での光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄの入射位置を示し、Ｐｏは接続面７７での光ファイバ２１Ａ～２１Ｄの接続位置を示す。入射位置Ｐｉは、図４に示す光ファイバ２１の位置に配置されている。これに対し、本実施形態では、間隔Ｇ７３Ａ～Ｇ７３Ｄを調整することで、ｘ軸方向での間隔Ｇｇのずれをなくした４×１０の光ファイバ２１を接続することができる。
図１５に、図１２に示すＡ－Ａ’断面図の一例を示す。Ｐｉは接続面７６での光Ｌ４Ａ～Ｌ４Ｄの入射位置を示し、Ｐｏは接続面７７での光ファイバ２１Ａ～２１Ｄの接続位置を示す。入射位置Ｐｉは、図４に示す光ファイバ２１の位置に配置されている。これに対し、本実施形態では、間隔Ｇ７３Ａ～Ｇ７３Ｄを調整することで、ｘ軸方向での間隔Ｇｇのずれをなくした４×１０の光ファイバ２１を接続することができる。
【0060】
なお、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ１０において、２次元ＧＲＩＮレンズアレイ７０に備わるＧＲＩＮレンズ７１Ｂ～７１Ｄと同様の配置を採用してもよい。このように、ＧＲＩＮレンズ１１の入射位置を光軸からずらすことにより、光ファイバ２１側の焦点間隔を広げることができる。これにより、光ファイバ２１同士の間隔Ｇ５ｙを、ミラー４２の間隔Ｇｍｚより広くすることができる。
【0061】
上述の実施形態では、光ファイバ２１を高密度に並べる例を示したが、本開示は光ファイバに限らずレーザダイオード他種類の光部品であってもその効果は同様であり、光ファイバに限定されるものでない。
【産業上の利用可能性】
【0062】
本開示は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【0063】
１０、１０Ｐ、１０Ｑ、７０：２次元ＧＲＩＮレンズアレイ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ａ１～１１Ａ１０，１１Ｂ１～１１Ｂ１０，１１Ｃ１～１１Ｃ１０，１１Ｄ１～１１Ｄ１０、１１ＰＡ、１１ＰＢ、１１ＰＣ、１１ＰＤ、１１ＱＡ、１１ＱＢ、１１ＱＣ、１１ＱＤ、７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ：ＧＲＩＮレンズ
１２、１２Ｐ、１２Ｑ：キャピラリ
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ：ＧＲＩＮレンズの中心軸
１５、１５Ｐ、１５Ｑ、２５、６５：面
１６、１６Ｐ、１６Ｑ、１７、１７Ｐ、１７Ｑ、２６、６６、６７、７６、７７：接続面
２０：２次元ファイバアレイ
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ａ１～２１Ａ１０，２１Ｂ１～２１Ｂ１０，２１Ｃ１～２１Ｃ１０，２１Ｄ１～２１Ｄ１０：光ファイバ
２２：キャピラリ
３０：プリズム
３１：入射面
３２：反射面
３３：出射面
４０：光回路
４１：光導波路
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ：ミラー
５０：ＬＤ
６０：スペーサ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ａ１～１１Ａ１０，１１Ｂ１～１１Ｂ１０，１１Ｃ１～１１Ｃ１０，１１Ｄ１～１１Ｄ１０、１１ＰＡ、１１ＰＢ、１１ＰＣ、１１ＰＤ、１１ＱＡ、１１ＱＢ、１１ＱＣ、１１ＱＤ、７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ：ＧＲＩＮレンズ
１２、１２Ｐ、１２Ｑ：キャピラリ
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ：ＧＲＩＮレンズの中心軸
１５、１５Ｐ、１５Ｑ、２５、６５：面
１６、１６Ｐ、１６Ｑ、１７、１７Ｐ、１７Ｑ、２６、６６、６７、７６、７７：接続面
２０：２次元ファイバアレイ
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ａ１～２１Ａ１０，２１Ｂ１～２１Ｂ１０，２１Ｃ１～２１Ｃ１０，２１Ｄ１～２１Ｄ１０：光ファイバ
２２：キャピラリ
３０：プリズム
３１：入射面
３２：反射面
３３：出射面
４０：光回路
４１：光導波路
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ：ミラー
５０：ＬＤ
６０：スペーサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】