(57)【要約】【課題】信頼性のある、コンパクトで廉価な同調型分光フィルタ方法及び装置を提供すること。【解決手段】独立に同調可能であるフィルタエレメントの配列を含む同調型光学フィルタが提供される。これらのエレメントのそれぞれが入力及び出力ポート間で伸びる異なる光学路に沿って配置されている。また、フィルタリングされた光学信号を提供するための入射光学信号を受け入れるための光学組立体が提供される。一つの実施例では、偏光独立スペクトルフィルタリングが行われる。さらに、波長を選択可能である追加／ドロップ多重化装置及び多重分離装置、ダイナミックゲインイコライザ及び減衰器、光学チャンネル遮断及び分岐フィルタ、スイッチ、並びにモジュレータが提供される。さらに、本発明に係るフィルタを構成し、動作させるための方法が提供される。
2005522731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の成分に分けることができる入射光学信号を受け入れるための第１の光学組立体と、
フィルタリングされた光学信号を提供するための第２の光学組立体と、
複数の独立に同調可能であるフィルタエレメントとを含み、
前記エレメントのそれぞれが異なる光学路に沿って配置され、前記光学路のそれぞれが前記第１の組立体及び前記第２の組立体を通過し、また前記フィルタエレメントのそれぞれが前記複数の成分の異なる１つをフィルタリングすることであって、前記成分が組み合わされるときに前記フィルタリングされた光学信号が形成されるようにフィルタリングする、同調型光学フィルタ。
【請求項２】
前記フィルタエレメントの少なくとも１つが、反射モード、透過モード及びこれらの同時組み合わせからなるグループから選ばれた１つのモードで動作可能である、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記第１の光学組立体及び前記第２の光学組立体は、二重ファイバコリメータを含む合成組立体を形成する、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記第１の光学組立体は、前記第１の光学組立体と前記複数のフィルタエレメントの少なくとも１つとの間に前記ビームの少なくとも一部を向けるための少なくとも１つのレンズを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記第１の光学組立体は、光ファイバと前記複数のフィルタエレメントの少なくとも１つの間に前記ビームの少なくとも一部を向けるための少なくとも１つのレンズを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記第１の光学組立体は、前記入射信号を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分けるための第１のビームウオーク・オフ結晶を含み、
前記第１の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第１のセットへ進行し、また前記第２の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第２のセットへ進行し、前記第１のセット及び前記第２のセットがそれぞれ少なくとも２つの前記フィルタリングエレメントを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項７】
フィルタエレメントの前記第１のセット及び第２のセットは実質的に同一のフィルタリング作用をなす、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記フィルタリング作用は本質的に波長に関して同一である、請求項７に記載のフィルタ。
【請求項９】
前記第２の光学組立体は、前記成分がフィルタエレメントの前記セットへ進行した後に前記第１の偏光成分の少なくとも第１の部分と前記第２の偏光成分の第１の部分とを合同させるための第２のビームウオーク・オフ結晶を含む、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項１０】
前記第１のビームウオーク・オフ結晶は、前記成分が前記エレメントのセットへ進行した後に前記第１の結晶が前記第１の成分の第２の部分と前記第２の成分の第２の部分とを合同させるように配置されている、請求項９に記載のフィルタ。
【請求項１１】
前記第１のビームウオーク・オフ結晶は、前記成分が前記エレメントのセットへ進行した後に前記第１の結晶が前記第１の成分の第１の部分と前記第２の成分の第１の部分とを合同させるように配置されている、請求項９に記載のフィルタ。
【請求項１２】
前記第１の光学組立体はさらに二重ファイバコリメータを含み、前記コリメータは第１のファイバと、第２のファイバと、レンズとを含み、前記レンズは、（１）前記入射信号を前記第１のビームウオーク・オフ結晶に対して平行にしかつ方向付け、また（２）前記成分が前記エレメントのセットへ進行した後に前記第１のビームウオーク・オフ結晶からの前記成分を合焦させかつ方向付ける、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項１３】
前記第１の光学組立体は、
前記入射信号を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分けるための第１のビームウオーク・オフ結晶であって前記第１の偏光成分及び前記第２の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの少なくとも２つのセットへ進行する第１のビームウオーク・オフ結晶と、
第１の半波波長板であって、前記第１の偏光成分が前記第１の波長板から出てくるときに前記偏光成分の双方が実質的に同一の偏光状態を有するように前記第１のビームウオーク・オフ結晶と前記フィルタリングエレメントのセットとの間に配置されている第１の半波波長板とを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１４】
さらに、レンズ及びプリズムからなるグループから選ばれた光学エレメントであって前記ビームウオーク・オフ結晶と前記フィルタリングエレメントのセットとの間に配置された光学エレメントを含む、請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１５】
前記成分が前記フィルタリングエレメントへ進行した後に前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを合同させるための第２のビームウオーク・オフ結晶と、
前記成分が前記第２のビームウオーク・オフ結晶に入る前に前記成分が実質的に直交する偏光状態を有するように前記第２のビームウオーク・オフ結晶と前記フィルタリングエレメントのセットとの間に配置された第２の半波波長板とを含む、請求項１４に記載のフィルタ。
【請求項１６】
前記第１の光学組立体は、
前記入射信号を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分けるための第１のビームウオーク・オフ結晶であって、前記第１の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第１のセットに進行し、前記第２の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第２のセットに進行し、前記第１のセット及び第２のセットはそれぞれ少なくとも２つの前記フィルタリングエレメントを含む第１のビームウオーク・オフ結晶と、
前記第１の偏光成分が前記波長板から出てくるときに前記偏光成分の双方が実質的に同一の偏光状態を有するように前記第１のビームウオーク・オフ結晶と前記フィルタリングエレメントの第１のセットとの間に配置された半波波長板とを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１７】
前記フィルタエレメントの第１のセットと第２のセットとは実質的に同一のフィルタリング作用を行う、請求項１６に記載のフィルタ。
【請求項１８】
前記フィルタリング作用は波長に関して本質的に同一である、請求項１７に記載のフィルタ。
【請求項１９】
前記第２の光学組立体は、
前記成分が前記フィルタリングエレメントへ進行した後に前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを合同させるための第２のビームウオーク・オフ結晶と、
前記成分が前記第２のビームウオーク・オフ結晶に入る前に前記成分が実質的に直交する偏光状態を有するように前記第２のビームウオーク・オフ結晶と前記フィルタリングエレメントのセットの１つとの間に配置された第２の半波波長板とを含む、請求項１８に記載のフィルタ。
【請求項２０】
前記入射光学信号は入力ファイバにより前記入力に提供され、また前記入力はさらに前記ファイバと前記ビームウオーク・オフ結晶との間にレンズを含む、請求項１１に記載のフィルタ。
【請求項２１】
前記フィルタリングをされた光学信号は出力ファイバに提供され、また前記出力はさらに前記出力ファイバと前記ウオーク・オフ結晶との間にレンズを含む、請求項２０に記載のフィルタ。
【請求項２２】
さらに、追加の入力及び追加の出力からなるグループから選ばれた少なくとも１つの追加のポートを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項２３】
前記複数のフィルタエレメントは複数のファブリ・ペローフィルタエレメントを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項２４】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、
第１の実質的に平坦な反射器と、
第２の実質的に平坦な反射器であって前記第１の反射器に実質的に平行でありまた前記反射器間に隙間を形成し、また前記反射器のそれぞれが予め定められたスペクトルバンドにわたって実質的に同一の反射率を有し、前記隙間が厚さを有する第２の反射器と、
前記隙間に配置された液晶と、
前記液晶の反対側に配置された一対の電極とを含む、請求項２３に記載のフィルタ。
【請求項２５】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、少なくとも前記予め定められたスペクトルバンドと同じ幅であるFSRを有する、請求項２４に記載のフィルタ。
【請求項２６】
任意の前記対の電極に電位差が与えられないとき、前記フィルタが前記スペクトルバンドの外側にある波長に同調され、また前記バンド内の全ての波長が実質的に反射される、請求項２４に記載のフィルタ。
【請求項２７】
前記フィルタはスペクトル形状を有し、前記複数のフィルタエレメントは多数のフィルタエレメントを含み、前記数及び前記反射率は前記形状を選択するように選ばれる、請求項２５に記載のフィルタ。
【請求項２８】
前記反射器及び前記電極は同一である、請求項２４に記載のフィルタ。
【請求項２９】
前記複数のフィルタエレメントは複数のジル・トルヌイフィルタエレメントを含む、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３０】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、
予め定められたスペクトルバンドにわたって１．０より小さい第１の反射係数を有する第１の実質的に平坦な反射器と、
前記予め定められたスペクトルバンドにわたって約１．０である第２の反射係数を有する第２の実質的に平坦な反射器であってこれらの反射器が互いに実質的に平行をなしこれらの間に厚さを有する隙間を形成する第２の反射器と、
前記隙間内に配置された液晶と、
前記液晶の反対側に配置された一対の電極とを含む、請求項２９に記載のフィルタ。
【請求項３１】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、前記予め定められたスペクトルバンドと少なくとも同じ幅であるFSRを有する、請求項３０に記載のフィルタ。
【請求項３２】
任意の前記対をなす電極に電位差が与えられていないとき、前記フィルタが、前記スペクトルバンドの外側にある波長に同調され、前記バンド内の全ての波長実質的に反射される、請求項３０に記載のフィルタ。
【請求項３３】
前記フィルタがスペクトル形状を有し、前記複数のフィルタエレメントが多数のフィルタエレメントを含み、また前記数及び前記反射率が前記形状を選ぶように選択される、請求項３２に記載のフィルタ。
【請求項３４】
前記反射器と前記電極とは同一である、請求項３０に記載のフィルタ。
【請求項３５】
前記フィルタは、異なるフィルタエレメントから反射する前記入射ビームの一部分間で干渉を変化させることにより同調可能である、請求項３０に記載のフィルタ。
【請求項３６】
前記干渉を変化させることは、少なくとも第２の前記フィルタエレメントの第２の位相に関して第１の前記フィルタエレメントの第１の位相を変えることにより達成される、請求項３５に記載のフィルタ。
【請求項３７】
入力ファイバにより供給される、異なる光学路に沿ってそれぞれ進行し、それぞれが前記入力ファイバから発して出力ファイバで終わる複数の光学成分を含む入射光学ビームをフィルタリングするための同調型光学フィルタであって、
二次元配列の独立に同調可能であるフィルタエレメントを含み、該フィルタエレメントのそれぞれが、フィルタリングされた光学信号が前記出力ファイバに形成されるように、前記光学路の少なくとも１つに沿って配置されている、エタロンを含む、フィルタ。
【請求項３８】
前記フィルタエレメントの少なくとも１つが、反射モード、透過モード及びこれらの同時組み合わせからなるグループから選ばれた１つのモードで動作可能である、請求項３７に記載のフィルタ。
【請求項３９】
さらに、前記入射信号を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分けるための第１のビームウオーク・オフ結晶を含む第１の光学組立体を含み、
前記第１の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第１のセットへ進行し、また前記第２の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第２のセットへ進行し、前記第１のセット及び前記第２のセットがそれぞれ少なくとも２つの前記フィルタリングエレメントを含む、請求項３７に記載のフィルタ。
【請求項４０】
前記フィルタエレメントの第１のセットと前記フィルタエレメントの第２のセットは実質的に同一のフィルタリング作用をなす、請求項３９に記載のフィルタ。
【請求項４１】
前記フィルタエレメントの第１のセットと前記フィルタエレメントの第２のセットは同一のセットである、請求項４０に記載のフィルタ。
【請求項４２】
さらに、前記成分が前記セットへ進行した後に少なくとも前記第１の成分の第１の部分と前記第２の成分の第１の部分とを合同させるための第２のビームウオーク・オフ結晶を含む第２の光学組立体を含む、請求項３９に記載のフィルタ。
【請求項４３】
前記第１のビームウオーク・オフ結晶は、前記成分が前記エレメントのセットへ進行した後に前記第１の結晶が前記第１の成分の第２部分と前記第２の成分の第２の部分とを合同させるように配置されている、請求項４２に記載のフィルタ。
【請求項４４】
前記第１の光学組立体はさらに二重ファイバコリメータを含み、前記コリメータは第１のファイバと、第２のファイバと、レンズとを含み、前記レンズは、（１）前記入射信号を前記第１のビームウオーク・オフ結晶に対して平行にしかつ方向付け、また（２）前記成分が前記エレメントのセットへ進行した後に前記第１のビームウオーク・オフ結晶からの前記成分を合焦させかつ方向付ける、請求項３９に記載のフィルタ。
【請求項４５】
さらに、第１の光学組立体を含み、該第１の光学組立体は、
前記光学入射信号を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分けるための第１のビームウオーク・オフ結晶であって前記第１の偏光成分が前記フィルタリングエレメントの第１のセットへ進行し、また前記第２の偏光成分が前記第２のフィルタリングエレメントの第２のセットへ進行し、前記第１のセットと前記第２のセットとがそれぞれ少なくとも２つの前記フィルタリングエレメントを含む第１のビームウオーク・オフ結晶と、
第１の半波波長板であって、前記第１の偏光成分が前記波長板から出てくるときに前記偏光成分の双方が実質的に同一の偏光状態を有するように、前記第１のビームウオーク・オフ結晶と前記フィルタリングエレメントの第１のセットとの間に配置されている第１の半波波長板とを含む、請求項３７に記載のフィルタ。
【請求項４６】
前記複数のフィルタエレメントは複数のファブリ・ペローフィルタエレメントを含む、請求項３７に記載のフィルタ。
【請求項４７】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、
第１の実質的に平坦な反射器と、
第２の実質的に平坦な反射器であって前記第１の反射器に実質的に平行でありまた前記第１の反射器と前記第２の反射器との間に隙間を形成し、前記反射器のそれぞれが予め定められたスペクトルバンドにわたって実質的に同一の反射率を有し、前記隙間が厚さを有する第２の反射器と、
前記隙間に配置された液晶とを含む、請求項４６に記載のフィルタ。
【請求項４８】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、少なくとも前記予め定められたスペクトルバンドと同じ幅であるFSRを有する、請求項４７に記載のフィルタ。
【請求項４９】
前記フィルタはスペクトル形状を有し、前記複数のフィルタエレメントは多数のフィルタエレメントを含み、また前記数及び反射率は前記形状を選択するように選ばれる、請求項４８に記載のフィルタ。
【請求項５０】
前記複数のフィルタエレメントは複数のジル・トルヌイフィルタエレメントを含む、請求項３７に記載のフィルタ。
【請求項５１】
前記フィルタエレメントのそれぞれは、
予め定められたスペクトルバンドにわたって１．０より小さい第１の反射係数を有する第１の実質的に平坦な反射器と、
第２の実質的に平坦な反射器であって前記予め定められたスペクトルバンドにわたって約１．０である第２の反射係数を有し、前記反射板相互は実質的に平行でありまた間に厚さを有する隙間を形成する第２の反射器と、
前記隙間に配置された液晶とを含む、請求項５０に記載のフィルタ。
【請求項５２】
前記フィルタのそれぞれは、少なくとも前記予め定められたスペクトルバンドと同じ幅であるFSRを有する、請求項５１に記載のフィルタ。
【請求項５３】
前記フィルタは、異なるフィルタエレメントから反射する前記入射ビームの一部分間で干渉を変化させることにより同調させることができる、請求項５１に記載のフィルタ。
【請求項５４】
前記干渉を変化させることは、少なくとも第２の前記フィルタエレメントの第２の位相に関して第１の前記フィルタエレメントの第１の位相を変えることにより行われる、請求項５３に記載のフィルタ。
【請求項５５】
多数の独立に同調可能であるフィルタエレメントを使用する同調型光学フィルタリングの方法であって、
入射光学ビームを複数のビーム成分に分けること、
前記成分のそれぞれを少なくとも１つの前記フィルタエレメントでフィルタリングすること、及び
前記フィルタリング後にフィルタリングされた光学ビームを形成すべく前記成分を組み合わせることを含む、フィルタリング方法。
【請求項５６】
前記分けることは、前記ビームが前記フィルタエレメントの少なくとも２つに入射するように前記独立に同調可能のフィルタエレメントを提供することを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記フィルタリングは、反射モード、透過モード及びこれらの組み合わせからなるグループから選ばれたモードにおいて生じる、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記分けることは、前記ビームを２つの実質的に直交する偏光成分に分けることを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
前記分けることは、ビームウオーク・オフ結晶及び偏光ビームスプリッタからなるグループから選ばれた装置を介して前記ビームを伝送することを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記分けることは、前記ビームを多数の成分に分けることを含み、前記成分の数は実質的に前記フィルタエレメントの数に等しい、請求項５５に記載の方法。
【請求項６１】
前記フィルタリングエレメントのそれぞれは独立に同調可能のエタロンからなり、また前記フィルタリングは、反射モード、透過モード及びこれらの組み合わせからなるグループから選ばれたモードで生じる、請求項５５に記載の方法。
【請求項６２】
前記エタロンはファブリ・ペローエタロンからなり、また前記フィルタリングは、前記波長で前記フィルタリングされたビームの反射率を変えるように少なくとも１つの前記フィルタエレメントを特定の波長に同調させることを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記フィルタは、増大する前記波長における透過率を有し、前記フィルタはより多くのフィルタエレメントが前記波長に同調されるときに減少する前記波長における反射率を有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記ファブリ・ペローエタロンは、少なくとも２つの反射器であって反射係数ｒと、前記波長における位相と、前記反射器から反射されたビーム間の往復位相遅れθとを有する少なくとも２つの反射器を有し、また反射モードにおける前記振幅が実質的に
【数１】
2005522731.tif 000007
である、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記フィルタは実質的に
【数２】
2005522731.tif 000008
に等しい透過率を有し、ここでＮは前記ビームがフィルタリング間に入射するフィルタエレメントの数である、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記エタロンはジル・トルヌイエタロンであり、前記モードは反射であり、前記フィルタリングは、前記入射ビームの反射された一部分の位相を変えるように少なくとも１つの前記フィルタエレメントを特定の波長に同調させることを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記フィルタリングは、さらに、前記反射された一部分を前記入射ビームの他の反射された一部分と制御可能に干渉させることにより前記波長において減衰量を変えることを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記エタロンは反射係数ｒを有する前部反射器を備え、後部反射器が約１．０の反射係数を有し、前記反射された一部分が前記前部反射器及び前記後部反射器から反射されたビーム間の往復位相遅れθを有し、前記反射された一部分の前記振幅は実質的に
【数３】
2005522731.tif 000009
である、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
複数の独立に同調可能のフィルタエレメントであって該エレメントのそれぞれが異なる光学路に沿って配置されている複数のフィルタエレメントと、
多重化された光学信号を前記エレメントに提供するように配置された入力ポートであって、前記信号が、少なくとも第１の波長における第１のチャンネルと第２の波長における第２のチャンネルを含む複数の光学チャンネルを含む、入力ポートと、
前記エレメントに前記第１の波長における追加の光チャンネルを提供するように配置された追加のポートと、
少なくとも前記第２のチャンネルと前記追加の光チャンネルとを受け入れるように配置された出力と、
前記第１のチャンネルを受け入れるように配置されたドロップポートとを含む、追加／ドロップ光学多重化装置
【請求項７０】
前記エレメントのそれぞれは、前記第１の波長を実質的伝送しかつ他の波長を実質的に反射させるように同調されている、請求項６９に記載の装置。
【請求項７１】
前記エレメントのそれぞれは、前記第１の波長を実質的に反射させかつ他の波長を実質的に伝送するように同調されている、請求項６９に記載の装置。
【請求項７２】
複数の独立に同調可能であるフィルタエレメントであって各エレメントが異なる光学路に沿って配置されている複数のフィルタエレメントと、
前記複数のフィルタエレメントに第１の入射ビームを提供するように配置された第１のポートと、
前記複数のフィルタエレメントに第２の入射ビームを提供するように配置された第２のポートと、
前記複数のフィルタエレメントにより反射後に第１の入射ビームの少なくとも第１の部分を、また前記複数のフィルタエレメントを経る伝送の後に前記第２の入射の第１の部分を受け入れるように配置された第３のポートと、前記複数のフィルタエレメントにより伝送後に前記第１の入射ビームの少なくとも第２の部分を受け入れるように配置された第４のポートとを含む、光学追加／ドロップ多重化装置。
【請求項７３】
前記光学路のそれぞれは２つの前記ポートを通過する、請求項７２に記載の装置。
【請求項７４】
前記成分が組み合わされるとき、フィルタリングされた光学信号が形成されるように各フィルタエレメントが前記入射光学ビームの異なる成分をフィルタリングする、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
複数の独立に同調可能であるフィルタエレメントであって前記エレメントのそれぞれが異なる光学路に沿って配置されている複数のフィルエレメントと、
第１のポート、第２のポート及び第３のポートを有する第１のサーキュレータであって前記複数のフィルタエレメントが少なくとも１つの前記第１の円形ポートと光学的に整列している第１のサーキュレータとを含む、光学フィルタリング装置
【請求項７６】
さらに、第１のポート、第２のポート及び第３のポートを含む第２のサーキュレータであって、前記複数のフィルタエレメントが少なくとも１つの前記第２の円形ポートと光学的に整列されている第２のサーキュレータを含む、請求項７５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同調形光学フィルタ、より詳細には分光反射係数及び透過率の可変機能を有するフィルタ、更に詳細には多波長光通信システム及び高密度波長分割多重化ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
同調型光学フィルタが液晶で構成されることが知られている。例えば、パテル（Ｐａｔｅｌ）の米国特許第５，１１１，３２１号明細書（以下「パテル」という。）は、ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）共振器内にネマチック液晶を含む二重偏光液晶エタロンフィルタを示す。結晶が２つの部分に分割され、これらの部分は、これらがこれらの表面と平行に前記液晶を整列させるように直交方向に磨かれる。偏光ビームダイバーシティ機構を用いて、入力ビームがその直交偏光成分に分離され、前記ファブリ・ペロー共振器の両部分が偏光独立フィルタを導入するように前記成分に等しい量で作用する。透過率のピークの最大スペクトル位置は、前記エタロンに印加される電圧を変化させることにより整調可能である。パテルは、前記共振器の両部分を横切る電位差を与えるための単一の電圧発生器を用いるところ、これは前記フィルタの整調可能性を不利に制限する。
【０００３】
また、カーショウ（Ｋｅｒｓｈａｗ）の米国特許第６，１５４，５９１号明細書（以下「カーショウ」という。）は、同調型光学装置を示す。カーショウにより示されたこの装置は、ファブリ・ペロー共振空洞を形成するために整列層又は格子により方向付けられた液晶で満たされた空間により分離された多数の光導波路を含む。操作の間に前記空洞を横切る電圧を印加すると、前記液晶の屈折率が変化する。カーショウは、各フィルタの独立した整調を可能にする基板と積層板との間に配置された光ファイバを用いて構成可能であるフィルタ配列を示す。各フィルタは分離光信号を濾す又はフィルタリングするために用いられ、これらの信号は混合せず、整調可能性を制限する。
【０００４】
ディンゲル等の米国特許第６，３０４，６８９号明細書（以下「ディンゲル等」という。）は、マイケルソン・ジル・トルヌイ（Michelson-Gires-Tournois）共振器を用いる一般的な多重機能フィルタを示す。ディンゲル等により示されたフィルタは、干渉計アーム長差及び反射係数に依存する、チャンネルパッシングフィルタ、チャンネルドロッピングフィルタ及びバンドパスフィルタとして機能するという。ディンゲル等により用いられた共振器では、マイケルソン干渉計又はタイマン−グリーン（Tynman-Green）干渉計の反射鏡の一つがジル・トルヌイ(Gires-Tornouis)共振器に置き換えられ、これはチャンネルパッシングフィルタのための線幅を狭くしかつコントラストを大きくするようである。ディンゲル等により示された装置は大きく、製造するのに比較的高価である。
【０００５】
加えて、同調型フィルタが、例えばディメア（Diemeer）の米国特許第６，２８５，５０４号明細書及びチェン等（Cheng et al）の米国特許第５，４８１，４０２号明細書に記載されている。
【０００６】
また、液晶は、電気光学式変調器に基礎付けられたファブリ・ペロー干渉計を形成するために使用されることが知られている。例えば、ソンダース（Saunders）の米国特許第４，７７９，９５９号明細書（以下「ソンダース」という。）は、液晶が鏡層であって各層が、前記液晶の分子の均質な整列を提供する塗り付けられた各ポリイミド層を有する鏡層の間に配置された電気光学式変調器のようなものを示す。前記鏡は、屈折率感度のための閾値の上下２つの値間で変化し得る電気バイアスに接続される。ソンダースは、光学信号を変調するための単一の液晶変調器を使用する。ソンダースは、どのようにして任意の同調型変調器を構成するかを示していない。
【０００７】
さらに、液晶が可変光減衰器を形成するために使用されることが知られている。例えば、シンクレア等(Sinclair et al.)の米国特許第４，３６４，６３９号明細書（以下「シンクレア等」という。）は、印加される交流電界を変化させることにより光透過率が可変である動的散乱液晶セルを経る通過光を有する可変減衰電気光学式装置を示す。シンクレア等は、セルフォック（Selfoc）型レンズを使用する反射及び透過の実施例を示す。このレンズの長さを調整することにより、それは、光ビームについて焦点を合わせ、分岐させ、反転させ又は平行にするために使用することができ、端面が平坦である追加的利点を有する正規の球形光学部品と同じ機能を果たす。しかし、シンクレアにより示された減衰器は、比較的色覚的に変更できない。
【０００８】
また、液晶が光ファイバをベースとした減衰器の形成に使用可能であることが知られている。例えば、ランバウ等（Rumbaugh et al.）の米国特許第５，０１５，０５７号（以下「ランバウ等」という。）には、減衰値の範囲を超える減衰を与えるためにポリマーが分散された液晶フィルムを用いる偏光無感応光減衰器が記載されている。ランバウ等は、光ファイバの近接するセクション間の液晶フィルムと、前記近接セクション間の液晶を保持するための管状ハウジングと、前記液晶に電界を与えるための電圧源とを示す。ランバウ等により示された装置は、常に、光ファイバのセクション間に単一の液晶セルを用いる。
【０００９】
ハンソン(Hanson)の米国特許第４，４１０，２３８号明細書（以下「ハンソン」という。）は、複屈折材料からなる２つの板を含む光スイッチ減衰器を示し、前記複屈折材料は、前記板の間の制御要素として液晶偏光ロテータを有する。前記ロテータを電気的に制御することにより、ハンソンは、透過−移動出力の光強度の可変の比を選択する。ハンソンは広範に調整可能の光スイッチを示していない。
【００１０】
中性フィルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）又は、光学路へ及び該光学路から移動可能であるか又は回転可能である円形グレーデッドハーフスライバード鏡（circularly graded half-slivered mirrors）を用いる減衰器のような他のタイプの減衰器が知られている。しかし、これらの機械的減衰器は、一般に高価であり、また嵩張る。
【００１１】
マドセン(Madsen)の米国特許第５，９５３，４６７号明細書（以下「マドセン」という。）は、１の入力導波路、１若しくはそれ以上の出力導波路、及び多数の干渉計導波路に連結された光学スプリッタを含む切替可能の光学フィルタを示す。操作の間、多波長信号が前記干渉計の導波路に分割される。次に、連続した制御可能の移相器を用いて、特定の波長信号が各干渉計導波路から前記スプリッタ、次いで各出力導波路に反射される。マドセンは、出力ポートを変えるために各導波路における反射光のための相対移相差を変化させる。
【００１２】
最後に、グレイシス等(Grasis et al.)の米国特許第６，１９８，８５７号明細書は、追加／ドロップ型（add/drop）光学多重化装置を示す。この装置は、共通ポートから第１のチャンネルポート及び第２のチャンネルポートを連続的に経て、最後に通過ポートを伸びる光路を規定するフィルタ組立体を含む。前記第１のポート及び前記第２のポートはそれぞれ実質的に同一の透過率及び反射係数を有する。グレイシス等により示された装置はフィルタエレメントを含むがこれらのエレメントは必ずしも調整可能でない。
【特許文献１】米国特許第５，１１１，３２１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１５４，５９１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３０４，６８９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２８５，５０４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４８１，４０２号明細書
【特許文献６】米国特許第４，３６４，６３９号明細書
【特許文献７】米国特許第５，０１５，０５７号明細書
【特許文献８】米国特許第４，４１０，２３８号明細書
【特許文献９】米国特許第５，９５３，４６７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，１９８，８５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、信頼性のある、コンパクトで、廉価な同調型分光フィルタ方法及び装置の提供が望まれる。
【００１４】
また、偏光独立同調型フィルタ方法及び装置の提供が望まれる。
【００１５】
さらに、光チャンネルを多重化及び多重分離化するための方法及び装置の提供が望まれる。
【００１６】
さらに、ダイナミック・ゲイン及び分光等価のための方法及び装置の提供が望まれる。
【００１７】
さらに、同調型の光遮断、切替及び変調のための方法及び装置の提供が望まれる。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、信頼性のある、コンパクトで廉価な同調型分光フィルタ方法及び装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の目的は、偏光独立同調型フィルタ方法及び装置を提供することにある。
【００２０】
さらに、本発明の目的は、光チャンネルを多重化及び多重分離化するための方法及び装置を提供することにある。
【００２１】
さらに、本発明の目的は、ダイナミック・ゲイン及び分光等価のための方法及び装置を提供することにある。
【００２２】
さらに、本発明の目的は、同調型の光遮断、切替及び変調のための方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明によれば、同調型光学フィルタが提供される。このフィルタは、入射光を受け入れるための光学組立体と、フィルタを通された光を与えるための光学組立体、複数の独立した同調型フィルタエレメントとを含む。前記エレメントは、それぞれ、異なる光路であってこれらの光路の全てが前記組立体を経る前記光路に沿って配置されている。また、前記フィルタエレメントは、それぞれ、入射光信号の異なる成分のフィルタリングを行い、これにより、前記成分が結合されるとき、フィルタリングされた光学信号が形成される。
【００２４】
その最も簡単な形態において、本発明に係るフィルタは、入射信号及び反射及び／又は透過した、フィルタリングされた入射信号を受け入れるように適当に配置された多数の独立した同調型フィルタエレメントを含むことを必要とするのみである。したがって、本発明に係るフィルタは、反射モード、透過モード及びこれらのモードの同時組み合わせにおいて、機能しうる。
【００２５】
また、本発明の他の側面によれば、同調型光学フィルタリングが提供される。この方法は、入射光を複数のビーム成分に分け、少なくとも１つの独立した同調型フィルタエレメントで前記成分をそれぞれフィルタリングし、またフィルタリング後にフィルタリングされた光学ビームを形成するように組み合わされる。
【００２６】
本発明の前記した及び他の目的並びに利点は、同様の参照符号が全体的に同様の部品に言及する添付図面に関連する次の詳細な説明を考慮に入れることによりさらに明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係るフィルタは、入射光学信号を受け入れるための光学組立体と、フィルタリングされた光学信号を提供するための光学組立体と、複数の独立した同調型フィルタエレメントとを含む。前記エレメントは、それぞれ、各光学路が少なくとも前記組立体において交差する異なった光学路に沿って配置されている。また、前記フィルタエレメントはそれぞれ、入射光学信号の異なる成分をフィルタリングし、その結果、前記成分が組み合わされるとき、フィルタリングをされた光学信号が形成される。
【００２８】
操作の間、１のビームが、少なくとも２つの前記フィルタエレメント（すなわちピクセル）に分離して向けられる少なくとも２つの異なる成分に分割される。ここで用いられるピクセルは、フィルタの最小で独立して制御可能のエレメントである。前記ピクセルは、それぞれ、特定の周波数バンド又周波数帯域を排除するように調整される同調型フィルタに似た働きをする。前記ピクセルは同時に前記ビームのフィルタ異成分であり、合成のフィルタリングされたビームは、個々のフィルタリングされた成分から形成される。
【００２９】
本発明の１の実施例では、前記フィルタは２又はそれ以上のファブリ・ペローエタロンを含むことができる。ファブリ・ペローエタロンは、一般に、多層の狭帯域フィルタとして役立つ非吸収の多重反射装置である。ファブリ・ペローエタロンは、ギャップ又は隙間で分離された２つの実質的に平行で平坦な反射装置から形成することができ、前記ギャップは光学活性材料（例えば液晶層のような電気光学材料、ガラスやポリマーのような熱光学材料等）で満たすことができる。ファブリ・ペローエタロンの場合、前記２つの平坦な反射装置が実質的に同一の反射係数又は反射率を有し、反射モード又は透過モードの一方で機能することが可能である。それは、前記反射装置間の物理的距離、またしたがって光学路は、メムス（MEMS）、又は前記反射装置の少なくとも１つの位置を動かすことができる任意の他の機械的装置の使用により可変である。
【００３０】
選択的に液晶のような光学活性層が使用されるとき、前記層の屈折率は前記反射装置のそれぞれに配置された電極間に電圧を印加することにより変化させることができる。前記反射装置は導電性があるものとすることができ、この場合、前記反射装置それ自体が電極として機能することができる。
【００３１】
フィルタは、活性ピクセル領域の配列（すなわちフィルタエレメント）を形成するようにピクセレート（pixelated）された単一のファブリ・ペローエタロン構造から形成することができる。前記配列は、一次元、二次元又は三次元（すなわち、カスケード式であれば）とすることができる。前記フィルタは、各フィルタエレメントが予め定められたスペクトル帯域（すなわち制御される必要がある帯域）より広い各フィルタエレメントが重ならないスペクトル範囲（以下「FSR」という。）を有するように構成することができる。例えば、受け入れ可能のFSRは、１５７５ｎｍの中心におかれた約１５０ｎｍである。前記FSRが十分に広いときは、反射の不履行又は怠りすなわち前記エレメントの透過率スペクトルを実質的に平坦であるようにすることができる。この平坦な怠りのスペクトルは、特に、電圧源を制御することがうまくいかないときのように、不運な光学事象に対する保護に有用であるものとすることができる。
【００３２】
さらに、前記フィルタは、電圧が個々のフィルタエレメントに印加されないときに個々のフィルタエレメント（及び全体としての前記フィルタ）が前記スペクトル帯域の外側にある透過波長を有するように調整されるように構成することができる。この場合、前記帯の内側の全ての波長は反射される。反射された光は、次に、集められ、出力ファイバに加えられる。
【００３３】
前記帯域内の適当な波長λが減衰されることを必要とする場合、適当な電圧が前記１又はそれ以上のピクセルに印加され、λにされ、これにより、前記反射係数スペクトルを減衰させる。適正な１つのピクセルが使用されるとき、最小量の減衰のみが与えられることが期待される。この故に、減衰は前記ビームを多くの成分に分割し、またこれらの成分をそれぞれ１つの独立した同調可能のピクセルに向けることにより細かい増分に制御されることが可能である。前記スペクトルの減衰領域の形状は前記フィルタの細かさに依存し、これは前記対をなす反射装置の反射係数と前記エタロン空洞の厚さとにより決定される。ピクセルの細かさ及び数量は、好ましくは滑らかな同調可能のフィルタを構成するように選択される。
【００３４】
個々のフィルタエレメントの正確な数及び正確な寸法は、フィルタの適用に大きく依存する。例えばゲインイコライザを組み立てるとき、１０又はそれ以上のフィルタエレメントを用いることできるが、しかし５０に満たないフィルタエレメント、特に約２０のフィルタエレメントで申し分ないことが見出された。波長分割多重（以下「WDM」という。）フィルタの場合、フィルタエレメントの有効な数は２及び約２０の間当たりの範囲に見出された。WDMフィルタの適用について、
【００３５】
ファブリ・ペロー  フィルタエレメントが使用されるとき、前記エレメントの反射装置の反射係数は０．３及びほぼ１．０未満間のものとすることができる。WDMフィルタの適用について、反射係数は、フィルタに通されたスペクトルに狭い通過域（又は「くぼみ」）を形成するために一般に大きく、約０．７と約１．０との間、好ましくは約０．９と約１．０との間、最も好ましくは約０．９８と約１．０との間とすることができる。例えば、２つのフィルタエレメントが互いに０．２５ｎｍ離れるように調整されるとき、０．９９の反射係数が、選択された波長において半値全幅（「ＦＷＨＭ」）の通過域の約０．５ｎｍを発生させるが、０．９８の反射係数は約０．７５ｎｍの通過域を発生させるに過ぎない。
【００３６】
また、本発明に一致する多エレメントフィルタでは、実質的に平坦な頂部を有するフィルタの外形は、ピークの透過率を最小に犠牲にする間に形成することができる。したがって、本発明に一致するフィルタは、ＷＤＭフィルタ適用のためのような、フィルタの外形を適合させるための柔軟性のある方法を提供する。
【００３７】
任意の特定の理論に縛られることは望まないが、ファブリ・ペローエタロンの位相及び振幅は通常反射モードにおける操作の間に影響を受けることが考えられる。
【００３８】
【数１】
2005522731.tif 000003
【００３９】
ここに、Ａは反射された光学信号の振幅、ｒは前記反射器のそれぞれの反射係数、またθは前記反射器から反射されたビーム間の往復位相遅れである（すなわち、θ＝２ｄ／λ）。
【００４０】
ファブリ・ペローエタロンでは、全てのフィルタエレメントが所望の帯域外で共振を有するように変えられるとき、最大の透過率が達成される。特定の波長又は帯域における損失を誘起するため、１以上のフィルタエレメントが適宜にその波長又は狭帯域で反射するように変えられることがある。追加された各フィルタエレメントのため、前記フィルタの反射係数又は透過率が全体として減少又は増大される。１つのフィルタエレメントを特定の波長に変えることにより、透過率を(1-1/N)2〜1-2/Nに減少させることができる。
【００４１】
本発明に係る同調型マルチエレメントフィルタの性能を評価するために簡単な数値モデルを用いることができる。前記エレメント上にレンズにより後方に像が作られた後、単一モードの形式上の領域がF(x,y)であると仮定する。また、前記エレメント後に続く前記入力領域をA(x,y)と仮定する。次に、前記ファイバへの透過率が実質的に次のように書かれる。
【００４２】
【数２】
2005522731.tif 000004
【００４３】
この表現は、単に、前記２つの領域の所産により正規化された、前記形式上の領域との前記入力領域の重なりであることが分かるであろう。もし、前記領域が同一でありかつ重なりが最大であれば、完全な透過(T=1)が生じる。対照的に、重なりが最小（すなわち零）であるとき、本質的に透過は生じない。
【００４４】
前記エレメントに対する前記入力領域が完全に前記ファイバ領域に匹敵する場合には、前記エレメントは偏角又は位相変調を持たず、透過率は最大にされる（すなわちＴ＝１）。さらに、領域Ｆが領域Ｓの開口にわたって均一であると仮定することにより、前記計算を簡単にすることができる。しかし、ガウスプロファイル(Gaussian profiles)を含むことによりより正確な計算を行うことができる。前記フィルタは、等領域Ｓ／ＮのＮセクションに分割することができ、個々でＳは、全フィルタ領域であってこの上に前記入力領域が投射する全フィルタ領域である。次に、各フィルタエレメントが、Ａ０となるように前記エレメントに入射する前記入力領域を変える。
【００４５】
これらの仮定の下、前記フィルタの透過率Ｔは実質的に次の式に等しい。
【００４６】
【数３】
2005522731.tif 000005
【００４７】
前記したように、又本発明の一の実施例によれば、前記フィルタエレメントのそれぞれは、個々に同調型の液晶ファブリ・ペロー共振器であるということができる。このケースでは、同調は各エレメントの入力領域の大きさ、各エレメントの位相又は大きさ及び位相の組み合わせを変化させることにより行うことができる。
【００４８】
本発明に係る他の実施例では、前記フィルタエレメントをジル・トルヌイ(Gires-Tornouis)エタロンとすることができる。ファブリ・ペローエタロンのように、ジル・トルヌイエタロンは、多層の狭バンドバスフィルタとして働く実質的に非吸着の多重反射装置である。ファブリ・ペローエタロンと異なり、２つの平らな反射器が異なる反射係数を有し、その一つは約１．０の反射係数を有する。この理由のため、ジル・トルヌイエタロンは反射モードでの作動のみをすることができる。光学活性層（例えば液晶層）の屈折率を変化させるため、電極を前記反射器のそれぞれに配置することができ、あるいは前記反射器が電導性であるときは、前記反射器自体が前記電極として働く。
【００４９】
ジル・トルヌイエタロンが同調されるとき、前記光の位相のみが、その振幅反射率ではなく（それは常に約１である）、変化する。しかし、２以上の異なるフィルタエレメントにより反射された調節可能に干渉する光により、減衰が誘起される。
【００５０】
このため、振幅反射率は常に約１であるが、前記位相は次のように波長に依存する。
【００５１】
【数４】
2005522731.tif 000006
【００５２】
共振時の位相（すなわちＡ＝１）は反共振（すなわちＡ＝−１）に関して逆転する。ファブリ・ペローエタロンの場合におけるように、エタロンは、共振が所望の予定帯域を超えて変えられるように、設計される。
【００５３】
しかし、ファブリ・ペローエタロンと異なり、ジル・トルヌイエタロンは、位相が一定であるため、これらの共振波長において損失がない。フィルタエレメントを異なる波長に同調させることにより、透過率の変化がその波長及びもとの共振波長の双方において誘起される。これは両波長が均一でない位相面に応じるためである。この同調フィルタエレメントは、現在のところ、背景の場に破壊的に干渉し、実質的に約(1-2/N)2 〜1-4/Nに等しい透過率に導く。
【００５４】
図１−図３は、本発明に係る個々のフィルタエレメントを同調させた結果を示す。
【００５５】
図１は、ピクセレート(pixelated)されたファブリ・ペローエタロン及びピクセレートされたジル・トルヌイエタロンに関するシミュレーション反射スペクトル５及び７をそれぞれ示す。両スペクトルは、１０個のフィルタエレメントと７ミクロンの隙間（ギャップ）厚さとを用いてシミュレーションが行われた。ファブリ・ペローエタロンの場合においては、両反射器が０．８に等しい反射係数を有する。しかし、ジル・トルヌイエタロンの場合においては、前部反射器のみが０．８に等しい反射係数を有し、後部反射器は約１．０の反射係数を有する。いずれの場合においても、全１０個のフィルタエレメントは１．５０ミクロンに同調された。このため、ファブリ・ペロースペクトル５は１．５ミクロンにおいて反射係数の窪み６（すなわち最大となる透過率）を有する。スペクトル５の前記FSRが約０．１ミクロンであるように、同様の最大値すなわちピークが１．６ミクロンで生じることが理解されよう。ファブリ・ペロースペクトル５と対照的に、ジル・トルヌイスペクトル７は全フィルタエレメントが互いに同相にあるため、全スペクトルにわたって平坦である。
【００５６】
図２は、１０のフィルタのうちの４つが１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンに同調されていることを除いて、図１において用いられた同様のファブリ・ペローエタロン及びジル・トルヌイエタロンに関してシミュレーションがなされた反射スペクトル９及び１１を示す。今、両反射スペクトル９，１１は１．５ミクロンに大きい窪みを有し、また１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンに４つの小さい窪みを有する。
【００５７】
ファブリ・ペローエタロンの場合においては、１０個のフィルタエレメントのうちの４つの同調の結果は、窪み１３（図２に示す）が、１．５０ミクロンにおける対応する窪み６（図１に示す）より浅い（すなわち、より反射する）ことである。また、１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンにおける４つの小さい窪みは初めてあらわれ、約０．７５の最小の反射係数を有する。
【００５８】
ジル・トルヌイエタロンの場合においては、１０個のフィルタエレメントのうちの４つの同調の結果は、大きい窪み１４と、１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンにおける４つの小さい窪みとが初めてあらわれることである。ジル・トルヌイスペクトル１１における窪みがより狭くかつ深く、またファブリ・ペロースペクトル９における各窪みよりも低い挿入損を示すことが認められよう。
【００５９】
図３は、前記フィルタエレメントの２つが１．５２ミクロンに同調されかつ前記フィルタエレメントの２つが１．５３ミクロンに同調されていることを除いて、図１及び図２において用いられたと同じファブリ・ペローエタロン及びジル・トルヌイエタロンについてシミュレーションがなされた反射スペクトル１５及び１７を示す。今、両反射スペクトル１５，１７が１．５ミクロンにおける比較的大きい窪みと、１．５２ミクロン及び１．５３ミクロンにおける２つの小さい窪みとを有する。図２に示すスペクトルと同様、ジル・トルヌイスペクトル１７における最小の反射係数は狭くかつ深く、ファブリ・ペロースペクトル１５における各窪みより低い挿入損を示す。
【００６０】
図２及び図４の比較は、どのように前記数のフィルタエレメントが本発明に係る反射スペクトルに影響を及ぼすかを示す。図４は、ピクセレートされたファブリ・ペローエタロン及びピクセレートされたジル・トルヌイエタロンについてシミュレーションされた反射スペクトル２０及び２２をそれぞれ示す。１０個のフィルタエレメントについての反射スペクトルを含むのみである図２とは対照的に、図４のスペクトル２０及び２２は２０個のフィルタエレメントを用いてシミュレーションがなされ、そのうちの４つが１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンに同調され、そのうちの１６個が１．５０ミクロンに同調された。このため、図４に示すスペクトルのシミュレーションに用いられた前記エタロンは、図２に示すスペクトルのシミュレーションに用いられた前記エタロンと比較すると、１．５０ミクロンとは異なる波長に同調されるより少ないパーセンテージの表面領域を有する。図２及び図４に示すスペクトルの比較は、この小さい表面領域が１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンにおける小さい窪みが深さをより小さくし、また１．５０ミクロンにおける大きい窪みが深さをより大きくする。
【００６１】
図５−図７は、本発明に係る個々のフィルタエレメントの反射器の反射係数の結果を示す。
【００６２】
図５は、ピクセレートされたファブリ・ペローエタロン及びピクセレートされたジル・トルヌイエタロンについてのシミュレーションされた反射スペクトル２５及び２７をそれぞれ示す。両スペクトルは２つのフィルタエレメントと７ミクロンの隙間厚さとを用いてシミュレーションがなされた。各エタロンの構造について、１つのフィルタエレメントが１．５０ミクロンに同調され、他のフィルタエレメントが１．５３ミクロンに同調された。ファブリ・ペローエタロンの場合においては、両反射器が約０．９８に等しい反射係数を有する。しかし、ジル・トルヌイエタロンの場合においては、前部反射器のみが０．９８に等しい反射係数を有し、後部反射器は約１．０の反射係数を有する。
【００６３】
図６及び図７は、個々のフィルタエレメントの反射係数が小さいことを除き、図５に似ている。図６においては、反射スペクトルのシミュレーションを行うために用いられたエタロンが０．８の係数を持っていた（しかし、ジル・トルヌイエタロンは約１．０の反射係数を有する。）。同様に、図７においては、反射スペクトルのシミュレーションを行うために用いられたエタロンが０．６４の係数を持っていた（しかし、再度、ジル・トルヌイエタロンは約１．０の反射係数を有する。）。図５−図７の検査は、前記反射器の反射係数が減少するとき、前記スペクトルにおける窪みの幅がほとんど深くならないことを明示している。
【００６４】
ファブリ・ペローフィルタエレメントについて、又は多数のフィルタエレメントを含むファブリ・ペローエタロンについて、吸収がないと仮定すると、反射係数及び透過率の合計は任意の特定の波長に関して１に等しい。したがって、図８に示すように、反射スペクトル４０（これは図２のスペクトル９と同じである。）と透過スペクトル４５との和は１に等しい。しかし、ジル・トルヌイエタロンにおいては、任意の個々のフィルタエレメントの及びこのようなエレメントでできたフィルタの透過率は常に本質的に零（ゼロ）である。
【００６５】
図９−図１１は、ファブリ・ペローフィルタエレメントで構成されたフィルタが、例えばWDMフィルタの適用に使用可能である所望の透過スペクトルを得るためにどのようにして同調され得るかを示す。図９は、約０．９９の反射係数、０．１ミクロンのFSRを有し、また１．５２００ミクロンに同調された単一のファブリ・ペローフィルタエレメントについてのシミュレーションされた反射スペクトル５０を示す。図１０は、それぞれが約０．９９の反射係数と０．１ミクロンのFSRとを有する２つのファブリ・ペローフィルタエレメントについてのシミュレーションされた反射係数５５を示す。前記フィルタエレメントの１つが１．５２００ミクロンに同調され、また他のフィルタエレメントが１．５２０２５ミクロンに同調されている。個々のフィルタエレメントのスペクトルは別々に示されていないが、これらはスペクトル５５のピークにおける窪み５３のように明らかである。
【００６６】
図１１は、それぞれが約０．９８の反射係数と０．１ミクロンのFSRとを有する２つのファブリ・ペローフィルタエレメントについてのシミュレーションされた反射スペクトル６０を示す。図１０におけるように、前記フィルタエレメントの１つが１．５２０００ミクロンに同調され、他のフィルタエレメントが１．５２０２５ミクロンに同調されている。しかし、図１１では、低反射係数値のために構成スペクトルがいくぶん広いため、スペクトル６０のピークに窪みがあらわれない。
【００６７】
図１２−図２６は、種々の実例となる同調可能の光学フィルタと、本発明に係る、前記フィルタで構成された装置とを示す。
【００６８】
図１２は、本発明に係る実施例となるフィルタ１００の平面図を示す。図１２に示すように、入射光学ビーム１０２をフィルタリングするフィルタ１００を示し、それは透過モードにおいて入力ファイバ１０４により提供される。ビーム１０２は、異なる光学路１１０及び１１２に沿ってそれぞれ進行するように向けることができる２以上の光学成分１０６及び１０８に分割されることが可能である。各光学路は入力ファイバ１０４の端部に始まり、出力ファイバ１１６の端部１１４で終わる。
【００６９】
１の実施例において、フィルタ１００は、独立に同調可能のフィルタエレメントの二次元配列を含むエタロンとすることができる。図１３は、図１２の線１３−１３に沿って得られた、少なくともフィルタエレメント１０１及び１０３を含むフィルタ１００の長手方向立面図を示す。図１２に最もよく示すように、エレメント１０１，１０３はそれぞれ光学路１１０，１１２に沿って配置されている。光学成分１０６，１０８がフィルタ１００を通して送られた後、それらの成分（またはそれらの一部）は光学路１１０，１１２をたどり、端部１１４で結合又は合同し、フィルタリングされた光学信号１１９を形成する。
【００７０】
光学成分１０６，１０８がフィルタに入る前、これらが同一のビームの事実上の一部であることは認識されよう。これらの成分間の境界は、フィルタエレメント１０１，１０３間に存する境界によってのみ規定される。しかし、レンズ、マイクロ・レンズ、プリズム、回折光学部品、又は偏光ビームスプリッタのような１以上の光学要素を、所望であれば、フィルタ１００に入る前の入射光を平行にし、回折し、反射し、分割し、又は偏光させるために用いることができる。
【００７１】
さらに、フィルタ１００が厚さ１１８を有し、これを横切って光学成分１０６，１０８が伝わることは認識されよう。成分１０６，１０８がフィルタ１００を経て伝わるとき、これらの成分は、ファイバの端部１１４により集められる光の量を低減するように発散する。このため、厚さ１１８が大きいと、ファイバの端部１１４により集められる（例えばレンズなしに）光の量は少ない。したがって、フィルタ１００とファイバ端部１１４との間に収束させる光学エレメントを含まない実施例では、フィルタ１００は好ましくは比較的薄い。もちろん、収束光学エレメントがフィルタ１００とファイバ端部１１４との間に使用される場合には、集められる光の量は、前記エレメントを通過した後に増大する。
【００７２】
図１４は、本発明に係る実施例となるフィルタ１２０の平面図を示す。透過モードで作動するように設計されたフィルタ１００とは対照的に、フィルタ１２０は、反射モードにおいて入力ファイバ１２４により提供された入射光学ビーム１２２をフィルタリングする。ビーム１０２のように、ビーム１２２は、異なる光学路１３０及び１３２に沿ってそれぞれ進むように向けることができる２以上の光学成分１２６及び１２８に分けられる。各光学路は、合同するときに成分１２６，１２８が出力ビーム１３９を形成するように、入力ファイバ１２４の端部に始まり、出力ファイバ１３６の端部１３４で終わる
【００７３】
フィルタ１００と同様、フィルタ１２０は、独立に同調可能のフィルタエレメントの一次元又は多次元の配列を含むエタロンとすることができる。図１４は２つのフィルタエレメント１２１及び１２３を示すのみであるが、本発明に係るフィルタは所望レベルのフィルタ可同調を達成するために必要である任意の数のエレメントを含むものとすることができる。
【００７４】
また、本発明に係るフィルタは、反射モード及び透過モードの双方において同時に作動し得る。このようなフィルタは、前記フィルタの入力側に反射出力ファイバを配置し（図１４に示すように）かつ前記フィルタの入力側の反対側に透過出力ファイバを配置する（図１２に示すように）ことにより構成することができる。以下により詳細に記載するように、追加の入力及び出力のポート（例えばファイバ）を本発明に係るフィルタに追加することができる。
【００７５】
例えば、図１５は、反射モード及び透過モードの双方において同時に作動し得る本発明に係る実施例となるフィルタ１６０を示す。フィルタ１６０は、複数の独立に同調可能のフィルタエレメント１６１及び１６２を含む。エレメント１６１，１６２はそれぞれ異なる光学路１６３及び１６４に沿って配置されているが、両光学路はファイバ１６５，１９１の端部の近傍で交差している。前記したように、各フィルタエレメントは、成分が合同するときにフィルタリングされた光学信号１６８が反射モードにおいて形成されかつフィルタリングされた光学信号１６９が透過モードで形成されるように、入射光学信号１６７の異なる成分のフィルタリングを行う。
【００７６】
次に、図１５に見られるように、入射ビームの第１の成分が光学路１６３に沿って進行する時間の間、前記ビームの一部がフィルタエレメント１６１により反射され、ファイバ１９１に向け直され、フィルタリングされたビーム１６８が部分的に形成される。同様に、前記第１の成分の異なる部分がエレメント１６１を経て進むことができ、また光学路１９３に沿って出力ファイバ１９２へ送信され、フィルタリングされたビーム１６９を部分的に形成する。
【００７７】
同じ方法で、入射ビーム１６７の第２の成分が光学路１６４に沿って進行する時間の間に前記ビームの一部がフィルタエレメント１６２により反射され、ファイバ１９１に向け直され、フィルタリングされたビーム１６８を部分的に形成する。前記第２の成分の異なる部分は、前記フィルタの状態に応じて、エレメント１６２を経て進むことができ、また光学路１９４に沿って出力ファイバ１９２に伝送され、フィルタリングされたビーム１６９を部分的に形成する。
【００７８】
図１６は実施例となるフィルタ１４０を示す。フィルタ１４０は、入力ファイバ１４３から入射光学信号１４１を受け取る光学組立体１４２と、フィルタリングされた光学信号１４６をファイバ１４８に与えるための光学組立体１４４と、独立に同調可能のフィルタエレメント１５１及び１５３の複数１５０とを含む。エレメント１５１，１５３はそれぞれ異なる光学路１５５及び１５７に沿って配置されているが、前記した組立体の一部たり得る両光学路はファイバ１４３，１４８の端部の近傍で交差する。前記したように、前記フィルタエレメントのそれぞれは、前記成分が合同されるときにフィルタリングされた光学信号１４６が形成されるように、入射光学信号１４１の異なる成分のフィルタリングを行う。
【００７９】
したがって、本発明に係る光学組立体は、入力ファイバ又は出力ファイバとフィルタエレメントとの間に光学信号を向ける１以上のビーム成形又は方向エレメント（すなわち、レンズ、プリズム、回折光学部品等）を含むことができる。しかし、レンズが、一般に、カスケードのフィルタエレメント間であっても、任意の光学ビームを方向付け、向け直し、一点に集め、分岐させ、又は平行にするように用いることができることは認識されていよう。
【００８０】
したがって、本発明に係る操作の間、ビームを空間に少なくとも２つの異なる成分に分散させ、少なくとも２つのそれぞれのフィルタエレメント（例えばピクセル）に向けることができる。前記ピクセルのそれぞれは、特定の帯域の周波数を除くように同調させることができる同調型フィルタのように動作する。
【００８１】
図１７は、他の実施例となるフィルタ１７０を示す。フィルタ１７０は、フィルタ１４０が透過モードで動作する間にフィルタ１７０が反射モードで動作することを除いて、フィルタ１４０に似ている。フィルタ１７０は、入力ファイバ１７３からの入射光学信号１７１を受け入れる光学組立体１７２と、フィルタリングされた光学信号１７６をファイバ１７８に与えるための光学組立体１７４と、独立に同調可能のフィルタエレメント１８１及び１８２の複数１８０とを含む。エレメント１８１，１８３は、両光学路がファイバ１７３，１７８の近傍で交差するが、異なる光学路１８５及び１８７に沿ってそれぞれ配置されている。ファイバ１７３，１７８が前記した組立体の一部を形成することができることは認識されよう。前記したように、成分が合同されるときにフィルタリングされた光学信号がファイバ１７８の端部に形成されるように、前記フィルタエレメントのそれぞれは、入射光学信号１７１の異なる成分のフィルタリングを行う。
【００８２】
図１８は、本発明に係る他の実施例となるフィルタ２００を示す。フィルタ２００は、入力ファイバ２０４からの入射光学信号２０２を受け取り、フィルタリングされた光学信号２０６をファイバ２０８に与える二重ファイバコリメータ２１０と、独立に同調可能のフィルタエレメント２１２及び２１４の複数２１１とを含む。エレメント２１２，２１４は、両光学路がファイバの端部２２０及び２２２の近傍で交差するが、異なる光学路２１６及び２１８に沿って配置されている。前記したように、フィルタエレメント２１２，２１４のそれぞれは、前記成分が合同されるときにフィルタリングされた光学信号２０６が形成されるように、入射光学信号２０２の異なる成分のフィルタリングを行う。
【００８３】
図１９は、反射モード及び透過モードの双方で同時に動作可能である本発明に係る他の実施例であるフィルタ２４０を示す。フィルタ２４０は、入力ファイバ２４３からの入射光学信号２４１を受け取る光学組立体２４２（例えばレンズ）と、フィルタリングされた光学信号２４６をファイバ２４８に提供する光学組立体２４４（例えば他のレンズ）と、独立に同調可能のフィルタエレメント２５１及び２５２の複数２５０とを含む。エレメント２５１，２５２は、両光学路がファイバ２４３及び２４８の端部の近傍で交差するが、異なる光学路２５５及び２５７に沿ってそれぞれ配置されている。前記したように、前記フィルタエレメントのそれぞれは、成分が合同されるときにフィルタリングされた光学信号２４６が形成されるように、入射光学信号２４１の異なる成分のフィルタリングを行う。他の実施例について以下により詳細に説明するように、追加の入力ポート及び出力ポート（例えばファイバ）を、本発明に係るフィルタに追加することができる。
【００８４】
本発明の他の面によれば、偏光独立スペクトルフィルタリングを行うために偏波ダイバーシティを用いることができる。図２０−図２３は、本発明に係る偏波ダイバーシティに基づくスペクトルフィルタの４つの実施例を示す。
【００８５】
図２０は、実施例となるフィルタ３００を示す。フィルタ３００は、入力ファイバ３２０からの入射光学信号３１５を受け入れる光学組立体３１０と、フィルタリングされた光学信号３３０をファイバ３３５に集めかつ提供する光学組立体３２５と、独立に同調可能のフィルタエレメント３４１−３４４の複数個３４０とを含む。フィルタエレメント３４１−３４４のそれぞれは、全ての光学路が共通の支点及び共通の終点を分け合うが、異なる光学路に沿って配置され、これらの全てがそれぞれファイバ３２０及び３３５から分散され、これらのファイバに向けて集中する。
【００８６】
光学組立体３１０は、直角な偏光成分３１３及び３１４に入射信号３１５を分けるためのビームウオーク・オフ(walk-off)結晶３１２のような偏光ビームスプリッティング要素を含むことができる。結晶３１２内に、成分３１３は図２０に示す偏光方向３１７を有し、また成分３１４は図２０の平面内にある偏光方向３１８を有する。ビームウオーク・オフ結晶３１２は単に複屈折結晶からなるものとすることができ、本発明に使用することができる他のタイプの偏光ビームスプリッティング要素はブルーター角(Brewter angle)、ロションプリズム、ウォラストンプリズム等を用いることができる。
【００８７】
成分３１４が結晶３１２の端部３２１に到達するとき、成分３１４がフィルタエレメント３４３及び３４４を含むフィルタセット３４７に向けられ、入射する。もし、フィルタエレメント３４３，３４４が液晶で満たされていれば、例えば、次に、好ましくは液晶の導波器がフィルタリングされる前記ビームの偏光方向に整列される。このような配列が、前記光の偏光を変えることなしに前記ビームが前記液晶を経て伝わるときに前記ビームの同調可能性を最大にすることは知られている。成分３１４が結晶３１２を出るときに前記偏光方向が図１８の面内に残ることは認識されよう。
【００８８】
結晶３１２の長さは、２つの偏光成分が前記結晶の端部に到達するときにこれらの成分が重ならないように十分に長いことが好ましい。ウオーク・オフ結晶がＹＶＯ４で形成されるとき、前記２つの成分は、前記結晶の長さのほぼ１／１０である最大距離で分けられる。したがって、前記入射ビームの直径が１ｍｍでありかつ前記結晶の長さが１５ｍｍである場合、２つの偏光ビーム成分は１．５ｍｍで分けられたそれらの中心を有し、これは前記偏光成分の重なりを回避するのに十分である。
【００８９】
対照的に、成分３１３が結晶３１２の端部に到達すると、ビーム３１３は半波波長板３１９を通過する。波長板３１９は偏光方向３１７に回転させ、その結果それは成分３１４と本質的に同一である偏光方向を有する。半波波長板３１９が任意であることは認識されよう。波長板３１９がフィルタ３００に存在するとき、フィルタエレメントの両セット３４６及び３４７は、要素フィルタエレメントの製造を簡単にする、同一方向に示された液晶ディレクタを有することができる。
【００９０】
一旦、成分３１３，３１４の一部がそれぞれセット３４６，３４７を通して伝送されると、これらの成分は個々にフィルタリングをされ、今度は合同又は結合され、合成のフィルタリングされた光学信号を形成する。これらの成分を結合又は併合することは、他のビームウオーク・オフ結晶３５０及び半波波長板３６０で前記成分が最初に分けられたと同じ方法で達成される。もう一度、ビームをウオーク・オフ結晶３５０を経て進行する間に成分３１３，３１４は直角な偏光成分を有し、したがって収束点において互いに干渉しない。
【００９１】
入力ビーム３１５が、結晶３１２に入る前にレンズ３２２で平行にされることは認識されよう。選択的に、ビーム３１５は、ファイバ３１５の端部が適当に形状付けられている場合にはファイバ３１５自体により平行にすることができる。また、もし、入力ビーム３１５がそのように平行である場合、フィルタリングされるビーム３３０は、これが結晶３５０から出るときに平行にされる。このため、結晶３５０（またはファイバ３３５の端部をが形状付けることができる。）がビーム３３０をファイバ３３５に焦点を合わせた後、レンズ３３４を追加することができる。
【００９２】
さらに、セット３４６，３４７が好ましくは同じスペクトルフィルタリング機能を行うことは認識されよう。このようにして、両偏光成分が同様にしてフィルタリングをされ、フィルタ偏光を独立にする。
【００９３】
前記したように、伝送された偏光成分３１３，３１４の一部は最終的にファイバ３３５により集められる。これらの成分の反射された部分もまた集められかつ追加の出力ファイバに向けられる。図１７に似た幾何学的配置において２つの物理的に分離されたファイバを使用し、あるいは図１８に似た幾何学的配置において２つのファイバコリメータを使用することができる。
【００９４】
例えば、図２１は、反射モードで作動しまた偏光ダイバーシティ計画に影響を及ぼす本発明に係る他の実施例となるフィルタ４００を示す。フィルタ４００は図１７のフィルタ１７０と同様であるが、フィルタ４００が、入力ビーム４１０を直角な偏光成分４１５及び４２０に分け、またこれらの成分が少なくとも２つのセットのフィルタエレメント４５０及び４６０により反射モードでそれぞれフィルタリングされたのちに前記成分を併合するビームウオーク・オフ結晶４０５を含むことを除く。
【００９５】
したがって、フィルタ４００光学組立体４２５とフィルタエレメントの複数個４４５とを含む。光学組立体４２５は、入力ファイバ４３０（任意のレンズ４１２を介して）からの光学信号４１０を受け入れ、またフィルタリングされたビーム４３５を出力ファイバ４４０（レンズ４１２と同じ任意のレンズ４３７を介して）に提供する。セット４５０は、少なくとも２つの独立して同調可能のフィルタエレメント４５２及び４５４を含む。同様に、セット４６０は少なくとも２つの独立して同調可能のフィルタエレメント４６２及び４６４を含む。もし、エレメント４５２，４５４，４６２及び４６４のそれぞれが液晶で満たされている場合には、これらの液晶のディレクタが好ましくは各入力ビームの偏光方向に整列していることが認識されよう。このようにして、電圧が前記エレメントに印加されるときに各フィルタエレメントを最も広い可能な範囲に亘って同調することができる。しかし、さらに、前記フィルタリングされたエレメントが、液晶を含むことを必要とせず、また例えば、一般的に偏光感応性ではなくかつ偏光ダイバーシティの構成を使用する必要がないメムス(MEMS)装置であることは認識されよう。
【００９６】
また、図面を簡単にするため、成分４１５，４２０が一対のフィルタエレメント間の各境界上に入射するように見えるのみであるが、成分４１５が少なくともフィルタエレメント４５２及び４５４上に入射し、また成分４２０が少なくともエレメント４６２及び４６４上に入射することは認識されよう。このように図面を簡単にすることは、図２０及び図２１についてもまた適用されている。
【００９７】
さらに、偏光成分４１５，４２０はフィルタエレメントの２つの異なるセットに向けられているが、２つの半波回転子（例えば半波波長板）を、図２０，図２２及び図２３に示すような方法で、前記ウオーク・オフ結晶と前記フィルタエレメントとの間に配置することができる。フィルタエレメントの単一セットを、両偏光成分をフィルタリングするために用いることができる。この「単一セット」技術が図２２に示されている。この技術は、２つの偏光成分がフィルタリングされる前に直角から平行に偏光されたこれらの偏光成分を同時にフィルタリングし、次にこれらの偏光成分がフィルタリングされた後にもう一度直角にする。
【００９８】
図２２はフィルタ５００を示し、これは入力ファイバ５２０から入射光学信号５１５を受け入れるための光学組立体５１０と、フィルタリングされた光学信号５３０をファイバ５３５に提供する光学組立体５２５と、少なくとも２つの独立に同調可能のフィルタエレメント５４１及び５４２とを含む。
【００９９】
光学組立体５１０は入射ビームを直角な偏光成分５１３及び５１４に分けるためのビームウオーク・オフ結晶５１２を含む。図２２に示すように、成分４１３，５１４は、それぞれ、ビームウオーク・オフ結晶５１２内で直角である偏光方向５１７及び５１８を有する。
【０１００】
図２０に示すフィルタのように、成分５１３が結晶５１２の端部５２１に到達すると、ビーム５１３は、成分５１３の偏光方向を回転させ、それが成分５１４と同じ偏光方向を有するようにする半波波長板５１９を通過する。波長板５１９がフィルタ５００内に存すると、フィルタエレメント５４１及び５４２は、それぞれ、フィルタエレメントの構成の製作を簡単にする、同じ方向へ向けられた液晶ディレクタを有するようにすることができる。
【０１０１】
組立体５１０はさらにレンズ５７０を含むことができ、これは偏光成分５１３，５１４をフィルタエレメントの単一セット（例えばエレメント５４１及び５４２）に向ける。レンズ５７０は任意であるが、成分５１３，５１４の光学路に沿ってのその存在は両成分１３，５１４をフィルタエレメントの単一セットに向ける。
【０１０２】
両成分５１３，５１４が前記フィルタエレメントの単一セットに入るときに両成分５１３，５１４が本質的に同一の偏光方向（例えば図２２の平面に平行）を有するため、前記フィルタエレメントの単一セットの使用が可能である。前記したように、本発明に係るフィルタエレメントが液晶を含むとき、これらの液晶は、前記入射ビームの偏光方向に実質的に平行である方向を持つべきである。２以上のビームが前記フィルタエレメントの同一のセットを通過するとき、これらのフィルタエレメントのディレクタは前記入射ビームの偏光方向に実質的に平行であるべきである。したがって、半波波長板５１９によりビーム５１３を回転させることにより、ビーム５１３，５１４は、フィルタエレメント５４１，５４２のディレクタ（図示せず）に実質的に平行である偏光方向を有する。また、両偏光成分のためのフィルタエレメントの単一セットを使用することにより、同じフィルタリング作用を行うのに必要なフィルタエレメントはわずかである。
【０１０３】
また、偏光独立フィルタリングは、ここにそっくりそのまま参照により組み込まれているパテル(Patel)により示された方法を用いて達成することができる。前記したように、パテルの二重偏光液晶エタロンフィルタは、ファブリ・ペロー共振器におけるネマティック液晶を含む。前記結晶は、直角な方向に磨かれている２つの部分に分割されており、このためこれらはこれらの表面に平行に前記液晶を整列させる。偏光ビームダイバーシティの構成を用いると、入力ビームはその直角偏光成分に分かれ、前記ファブリ・ペロー共振器の両部分は等量で作動し、前記成分により偏光独立フィルタを誘起する。
【０１０４】
したがって、本発明の他の面によれば、パテルにより示されているように、二重偏光液晶エタロンは、所望であれば、偏光独立フィルタリングを行うために使用することができる。この場合、本発明に係る各フィルタエレメント（例えば、図１２のエレメント１０１，１０３、図１４のエレメント１２１，１２３、図１６のエレメント１５１，１５３等）は偏光ビームスプリッタと、直交方向に磨かれた２つの液晶部分とを有することができる。
【０１０５】
図２２を参照すると、一旦、成分５１３，５１４の一部分がエレメント５４１，５４２によりフィルタリングされると、これらの一部分はレンズ５７３により平行にされ、次いで複合のフィルタリングされたビーム５３０を形成するように合同される。これらの成分を合同することは、すなわち他のビームウオーク・オフクリスタル５５０と半波波長板５６０とで前記成分が元は分けられた同じ方法で達成することができる。図２３は、プリズム５７７及び５７８がレンズ５７０及び５７３で置き換えられていることを除いて、図２２のフィルタ５００とほぼ同じである他のフィルタを示す。操作上、両フィルタは同じである。
【０１０６】
図２４は、説明に役立つ追加／ドロップ（add/drop）型光多重化装置６００を示す。この装置は、通常、ソネット（SONET）ネットワークの主要装置であり、しばしば、個々の波長を第１のファイバに脱落させ又は落とし、残りの波長を異なるファイバに通すように用いられる。また、この装置はある波長を追加することができ、それは落とされた波長と通常は同じであるが、負荷トラフィックを伴う。さらに、この装置は、ソネットチャンネルが前記ネットワークを進行するときにこれらの間を仲介し、デジタル交差接続によって補足することができ、またトラフィックをDS-1/DS-3にすることができることがある。
【０１０７】
装置６００はフィルタエレメント６１１−６２０の少なくとも１つのセット６１０を含む。本発明に係るフィルタの数は示された数よりも多くし、あるいは少なくすることができるが、少なくとも２つでなければならない。また、前記フィルタエレメントが一次元配列として示されているが、二次元配列を形成するように組み合わされ又はカスケード配列を形成するように２以上の一次元配列を組み合わせることができる。また、装置６００は入力ポート６２０、出力ポート６３０、追加ポート６４０及びドロップポート６５０を含む。
【０１０８】
作動の間、光入力信号６２１がポート６２０を介してフィルタエレメント６１１−６２０のセット６１０の側６０２を通して提供される。入力信号６２１は、例えば、１以上の光チャンネルλ１、λ２、λ３及びλ４を含み得る。これらのチャンネルのそれぞれは、とびとびの波長、又は波長の帯域とすることができる。また、光追加信号６４１がポート６４０を通してセット６１０の側６０４に提供される。信号６４１は、例えば光チャンネルλ１’を含むことができる。本発明によれば、フィルタエレメント６１１−６２０は、これらが実質的にλ１及びλ１’を透過させるように、しかしλ２、λ３及びλ４を反射するように、独立に同調することができる。図２４に示すように、これは、光チャンネルλ１、λ２、λ３及びλ４が出力ポート６３０に送られるようにし、また光チャンネルλ１が出力ポート６５０に送られる（すなわち信号６２１から落とされる）ようにする。本発明に係る予め定められたスペクトルフィルタリング作用を行うためにエレメント６１１−６２０のそれぞれを同調させることにより、装置６００が１以上の光チャンネルを選択的に加えまたは落とすように使用することができることは認識されよう。さらに、所望なら、追加ポート及びドロップポートは装置６００に加えることができる。
【０１０９】
入力ビーム、伝送されるビーム及び反射されるビームを適当に方向付けるため、光学レンズ６０３，６０４が加えられることは認識されよう。また、前記ポートの正確な場所及び方向が、前記装置が透過モード又は反射モードで操作されているか、またレンズ、プリズム及び／又はミラーのような追加の光学部品が使用されているかどうかに依存することは認識されよう。また、偏光ダイバーシティを装置６００に適用し、ビームウオーク・オフ結晶を含むことによるように、装置偏光無感応にすることができる。
【０１１０】
本発明に従って構成された多数のフィルタは、光学分岐フィルタを構成するように組み合わせ、また使用することができる。図２５は、例えば、光学分岐フィルタ６５１を示し、これはフィルタ６５５、６６０、６６５及び６７０を含み、また前記フィルタが据えられる構造６８０を含む。動作の間、多数の光学チャンネル（例えば波長λ１、λ２、λ３及びλ４の）を含む波長多重化光ビームがフィルタ６５５に向けられる。フィルタ６５５が波長λ２、λ３及びλ４を透過させかつλ１を反射するように同調されると、波長λ２、λ３及びλ４の光チャンネルのみがフィルタ６６０に到達する。フィルタ６６０が波長λ２を透過させかつ波長λ３及びλ４を反射するように同調されると、波長λ３及びλ４の光チャンネルのみがフィルタ６６５に到達する。最後に、フィルタ６６５が波長λ３を透過させかつ波長λ４を反射するように同調されると、波長λ４の光チャンネルのみがフィルタ６７０に到達する。
【０１１１】
フィルタ６５５，６６０，６６５及び６７０のそれぞれを、１以上の波長をフィルタリングするように本発明に従って同調させることができ、またフィルタ数を１以上とすることができることは認識されよう。最後に、構造６８０は中空又は中実とすることができ、また光学ビームが比較的低損失でこれを通過することができる。
【０１１２】
図２６は、本発明に係る他の単純化された多重送信（マルチプレクシング）／多重分離（デマルチプレクシング）装置６８１を示す。装置６８１は、光ビームの主要部がステージからステージへ送られるカスケードフィルタを含む。装置６８１はフィルタエレメント６８２、６８３及び６８４の多数のセットを含む。本発明に係る各セットのフィルタエレメントの数は、示された数（すなわち４つ）より大きいか又は小さくてよいが、少なくとも２つでなければならず、また多次元配列にすることができる。装置６００のように、装置６８１も、また、入力ポート６８６、出力ポート６８７及び多数のドロップポート６８８を含む、多数の光学ポートを含む。
【０１１３】
動作の間、多数の光チャンネル（例えばλ１、λ２、λ３及びλ４の）を含む波長多重化光学ビームがフィルタ６８２に向けられる。フィルタ６８２が波長λ２、λ３及びλ４を透過させかつλ１を反射するように同調されると、波長λ２、λ３及びλ４の光チャンネルのみがフィルタ６８３に到達する。フィルタ６８３が波長λ２を透過させかつ波長λ３及びλ４を反射するように同調されると、波長λ３及びλ４の光チャンネルのみがフィルタ６８４に到達する。最後に、フィルタ６８４が波長λ３を反射しかつ波長λ４を透過させように同調されると、波長λ４の光チャンネルのみがフィルタ６８７に到達する。
【０１１４】
図２７は、また、本発明に係るさらに他の単純化された実施例となる多重送信装置６９１を示す。装置６９１は、光学ビームの主要部がステージからステージへ反射されるカスケードフィルタを含む。装置６００及び６８１のように、装置６９１も、また、入力ポート６９６、出力ポート６９７及び多数のドロップポート６９８を含む、多数の光学ポートを含む。動作の間、多数の光チャンネル（例えば波長λ１、λ２、λ３及びλ４の）を含む波長多重化光ビームがフィルタ６９２に向けられる。フィルタ６９２が波長λ２、λ３及びλ４を反射しかつλ１を透過させるように同調されると、波長λ２、λ３及びλ４の光チャンネルのみがフィルタ６９３に到達する。フィルタ６９３が波長λ２を透過させかつ波長λ３及びλ４を反射するように同調されると、波長λ３及びλ４の光チャンネルのみがフィルタ６９４に到達する。最後に、フィルタ６９４が波長λ３を反射しかつ波長λ４を透過させるように同調されると、波長λ４の光チャンネルのみが出力ポート６９７に到達する。
【０１１５】
図２６及び図２７に示す装置は、また、光を集めかつ光を合焦させ又は平行にするための任意のレンズ６８５及び６９５をそれぞれ含む。さらに、図２０−図２３に示すそれのような偏光ダイバーシティ機構を本発明に係る装置６８１及び６９１とともに用いることができる。また、前記ビームの主要部があるフィルタにより反射されかつ他のフィルタにより伝送される、図２６及び図２７に示す装置のハイブリッドが本発明に従って構成可能であることは認識されよう。さらに、図２６及び図２７に示すステージのそれぞれを同様に前記主ビームにチャンネルを加えるように変更する（例えば図２４に示すように）ことができることは認識されよう。
【０１１６】
図２８は、実施例となるフィルタリング装置７００の単純化された図である。装置７００はサーキュレータ７０５と、本発明に係るフィルタエレメントのセット７１０とを含む。動作の間、入力ビーム７１５がサーキュレータ７０５に提供される。サーキュレータはビーム７１５を受け入れ、それをフィルタエレメント７１０に送る。セット７１０からのビーム７１５の反射された部分Ｒoutはサーキュラー７０５に再び入り、出力７２０で出てくる。また、ビーム７１５の透過された部分Ｔoutがセット７１０を経て送られ、出力７２０で出てくる。前記波長と、部分Ｒout及びＴoutの相対強度はセット７１０の特定の反射係数／透過率スペクトルに依存する。
【０１１７】
図２９は、本発明に係る多数のサーキュレータを含む他の実施例となる追加／ドロップ多重送信装置７５０を示す。装置７５０は、サーキュレータ７５５及び７６０と、フィルタエレメントのセット７７０とを含む。動作の間、多重化された波長（例えば波長λ１及びλ２の光学信号を含む）とすることができる入力ビーム７７５がサーキュレータ７５７の入力に提供される。サーキュレータ７５５はビーム７７５を受け入れ、これを、ポート７５８を通してフィルタエレメントのセット７７０に送る。セット７７０が光学信号を波長λ２で透過させかつλ１で反射するように同調されると、光学信号λ１はポート７５８でサーキュレータ７５５に再び入り、ドロップポート７５９で出てくる。
【０１１８】
しかし、伝送された信号λ２はポート７６２を通してサーキュレータ７６０を通り、ポート７６４で出てくる。ここまでは、装置７５０の動作は装置７００に似ている。信号λ１’を含み得る他の信号７７５がサーキュレータ７６０のポート７６６に提供されるとき、サーキュレータ７６０はそれを、ポート７６２を通して、フィルタエレメントのセット７７０に送る。セット７７０が、波長λ１を有する信号を反射するように同調されるため、光学信号λ１’がフィルタのセット７７０から反射され、ポート７６２でサーキュレータ７６０に再び入り、透過された信号λ２とともにポート７６４で出てくる。このようにして、信号λ１がドロップされかつ信号λ１’が入力ビーム７７５に加えられる。
【０１１９】
本発明の他の面によれば、ダイナミック・ゲインのイコライザを構成することができる。光ファイバに沿って伝播する光学信号の強度レベルが特定の光波長と、無比の光増幅と、他の波長依存効果とに依存し得ることは知られている。このため、光学信号は、時折光検出器を飽和させる強度レベルで、又は誤りのない検出を確実にする前記検出器の最適なスレショルドレベル下の強度レベルで前記光検出器を打つことができる。この変動は、また、前記リンクの距離を制限する光学透過ラインで使用可能である光増幅器の数を制限する。このため、空間的、時間的、又は偏光変動の効果における望ましくない変動なしに、受け入れ可能の動作範囲内で光ビームの強度を偏光するために本発明に従うダイナミックアテニュエータを用いることができる。
【０１２０】
したがって、複数のフィルタエレメント（例えば独立に同調可能のフィルタエレメントの配列を含むエタロン）を含む本発明に従ってダイナミックゲインイコライザを構成することができ、ここにおいて、前記エレメントのそれぞれが異なる光学路に沿って、これらの光学路が１度又はそれ以上交差するが、配置される。動作の間、光が多数のフィルタエレメントに入射され、また前記エレメントの光透過率（又は代わりに反射率）が前記液晶に印加された電界（すなわち交流電界）を変化させることにより別々に変化されることができる。もちろん、任意に、電気的に又は機械的に活性の物質も、また、個々のフィルタエレメントの透過率を変化させるように本発明に従って使用することができる。
【０１２１】
前記したように、ファブリ・ペローエタロンを用いてダイナミックゲインイコライザを構成することができる。前記エタロンは、任意の所望の隙間厚さを有する。例えば液晶で満たされた約５ミクロンの隙間が、申し分のないことを証明している。前記エタロンは、所望レベルの平滑さを得るために十分な数のピクセルに分割することができ、また好ましくは前記入力ビームより大きい総表面積を有する。例えば、ビームが１ｍｍの直径を有し、またピクセルが１００ミクロンの幅を有する場合、そのときは少なくとも１０個のピクセルの配列が必要であり、ピクセル間に最小のデッドスペースを想定する。したがって、より大きいビームの直径はより大きいピクセルのサイズ又はより多くのピクセルの数を必要とする。
【０１２２】
本発明に係るイコライザは、特定の波長で透過させるか又は反射させるフィルタエレメントの数を変更するように、任意の所望のフィルタ機能を設定するために個々のフィルタエレメントの反射率依存の波長の実際の形状を変えるように（又は前記フィルタエレメントがジル・トルヌイエタロンであるときは、位相）、又は双方の組み合わせを変えるように、プログラムすることができる。この波長・活発フィルタ（wavelength-agile filter）は、送られる弱い信号及び強い信号のため、特有の光増幅器のゲインバリエーションのアクティブ補償を提供すべく、密なWDM（以下「DWDM」という。）チャンネルのパワーを動的に一様することができる。本発明に係るダイナミックイコライザは、光スペクトルアナライザにおけるような、光スペクトルパワー検波器に関連して作動することができる。
【０１２３】
光交差接続及び切替可能の光ファイバを含む他のタイプの光学装置を、本発明に従って構成することができる。
【０１２４】
例えば波長切替可能フィルタは図１５又は図１９に示すように構成することができるが、他の多ポートアーキテクチャもまた使用可能であることは認識されよう。例えば、図１５はフィルタ１６０を示し、これは、複数の独立に同調可能のフィルタエレメント１６１，１６２を含む。前記したように、各フィルタエレメントは、成分が合わされるとき、フィルタリングされた光学信号１６８が反射モードで形成されまたフィルタリングされた光学信号１６９が透過モードで形成されるように、入射光学信号１６７の異なる成分をフィルタリングする。
【０１２５】
フィルタ１６０は、所望の切り替え波長においてその透過率を急激に変えることによりスイッチとして用いることができる。したがって、フィルタ１６０が波長λにける高い透過率Ｔλを有するとき、それは、また、同じ波長において反射係数Ｒλを有する。ＲλがＴλ−１に等しいため、低い（すなわちＴ＝０）及び高い（すなわちＴ＝１）値の間で前記透過率を単に変えることにより、ファイバ１９２，１９１間の光学ビームの経路を切り換えることができる。
【０１２６】
次に、入射ビーム１６７の第１の成分が経路１６３に沿って進行し、その時間中にそのビームの一部がフィルタエレメント１６１により反射され、フィルタリングされ反射されたビーム１６８を部分的に形成するようにファイバ１９１へ向け直されることは、図１５から明らかであろう。同様に、入射ビーム１６７の第１の成分の異なる一部分がエレメント１６１に沿って進行可能であり、また経路１９３に沿って出力ファイバ１９２に伝送され、フィルタリングされた伝送ビーム１６９を部分的に形成する。
【０１２７】
同一のやり方で、入射ビーム１６７の第２の成分が経路１６４に沿って進行し、その時間中にそのビームの一部がフィルタエレメント１６２により反射され、フィルタリングされたビーム１６８を部分的に形成するようにファイバ１９１へ向け直される。同様に、入射ビーム１６７の第２の成分の異なる一部分がエレメント１６２を経て進行し、また経路１９４に沿って出力ファイバ１９２に伝送され、特にフィルタリングされたビーム１６９を形成する。
【０１２８】
前記したスイッチに加えて、本発明に従ってモジュレータ又は変調器を構成することができる。変調器は、典型的には、その透過率又は反射率を急激に、時には偏光依存の方法で、１以上の波長のための高低値（すなわち０及び１）間で、変えることができる。次に、本発明に係るフィルタは２つの状態間で１以上のフィルタエレメントを変調することにより光学信号を変調するように使用することができることは認識されよう。
【０１２９】
同様のやり方で、本発明に係るフィルタは、光遮断フィルタとして使用することができることは認識されよう。前記反射率又は透過率をそれぞれ１以上の波長において選択的に増大させ又は減少させることにより、これらの波長を選択的に遮断することができる。
【０１３０】
また、フィルタエレメントが、２つの反射器間の距離が変化するように制御可能であるマイクロエレクトロメカニカル及びマイクロ光エレクトロメカニカル（ときにそれぞれ「MEMS」及び「MOEMS」とする）の装置から形成することができることは認識されよう。例えば、格子及び他の波長感応装置は、本発明に係るフィルタエレメントを構成するために用いることができるこれらのマイクロメカニカル装置で形成することができる。また、液晶を有する一体型MEMSに基礎付けられた光学スイッチのような泡及び他のハイブリッド技術が本発明に係るダイナミック干渉フィルタを構成するのに使用することができることは認識されよう。
【０１３１】
図３０は、本発明に係るMEMS型装置８００の単純化された分解斜視図を示す。装置８００は、少なくとも反射器８１１−８１３の下方配列と、反射器８２１−８２３の上方配列とを含み、これらの全てが、エッチング又はフォトリソグラフィ技術のような任意の従来のMEMS構成技術を用いて形成することができる。前記下方及び上方の配列は、間隙を有する上方及び下方の対を形成し、また前記反射器のそれぞれは同一の基板上に一体に又は分離して形成し、次いでハイブリッド装置を形成すべく組み合わせることができる。図解上の簡単のため及び非常に多くの考えられる物理的形態のため、反射器の上方の配列は基板８０５又は他の任意のものに固定されたように示されていない。しかし、反射器の両配列は、通常、基板８０５のような任意の支持構造に固定される。また、三対の反射器のみが図３０に示されているが、本発明に係るフィルタは任意の数の反射器の対を含むことができ、これらのそれぞれはフィルタエレメントを形成する。
【０１３２】
いずれの場合にも、任意の与えられた対の両反射器は、前記対間の距離が可変であるように、可動である。もし、前記反射器が導電性である場合、これらは、充電されるとき、前記反射器間に形成する静電気力のために１又は両方の反射器を移動させる電極として使用することができる。前記反射器が導電性でない場合、エレクトロメカニカル間距離を制御可能にすべく、導電層を前記反射器上に配置することができる。また、MEMSを用いて構成されたフィルタエレメントが典型的には偏光独立であるため、偏光ダイバーシティ技術は必要とされない。
【０１３３】
本発明が前記した実施例以外により実施に移すことが可能であり、これらは図解を目的に表されまた限定するものでなく、また本発明が請求の範囲によってのみ限定されることは認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明に従って全てのフィルタエレメントが１．５ミクロンに同調された、ピクセレートされたファブリ・ペローエタロン及びピクセレートされたジル・トルヌイエタロンについてのシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図２】本発明に係る１０個のフィルタのうちの４つが１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンに同調されていることを除いて同一であるファブリ・ペローエタロン及びジル・トルヌイエタロンについてのシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図３】本発明に係るフィルタエレメントのうちの２つが１．５２ミクロンに同調され、また前記フィルタエレメントのうちの２つが１．５３ミクロンに同調されていることを除いて同一である図１及び図２で使用されたファブリ・ペローエタロン及びジル・トルヌイエタロンについてのシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図４】本発明に係る２０個のフィルタエレメントを使用した、ピクセレートされたファブリ・ペローエタロン及びピクセレートされたジル・トルヌイエタロンについての追加のシミュレートされた反射率スペクトルを示し、そのうちの４つが１．５２ミクロン、１．５３ミクロン、１．５４ミクロン及び１．５５ミクロンに同調され、そのうちの１６個が１．５０ミクロンに同調された。
【図５】本発明に係る、１つが１．５０ミクロンに同調され、その他が１．５３ミクロンに同調された、０．９８の反射係数を有する２つのフィルタエレメントを使用するピクセレートされたファブリ・ペローエタロン及びピクセレートされたジル・トルヌイエタロンについてのさらにシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図６】本発明に係るフィルタエレメント反射器の反射率がそれぞれ０．８及び０．６４であったことを除いて、図５と同様のシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図７】本発明に係るフィルタエレメント反射器の反射率がそれぞれ０．８及び０．６４であったことを除いて、図５と同様のシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図８】本発明に係る、対応する透過率スペクトル（吸収がないものと仮定）を加えた図２に示すファブリ・ペロー反射率スペクトルを示す。
【図９】本発明に係る、約０．９９の反射係数を有しまた１．５２００ミクロンに同調された単一のファブリ・ペローフィルタエレメントについてのシミュレートされた反射率スペクトルである。
【図１０】本発明に係る、それぞれが約０．９９の反射係数を有し、一つのフィルタエレメントが１．５２０００ミクロンに同調され、他のフィルタエレメントが１．５２０２５ミクロンに同調された２つのファブリ・ペローフィルタエレメントについてのシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図１１】本発明に係る、それぞれが約０．９８の反射係数と０．１ミクロンのフリースペクトルレンジとを有し、一つのフィルタエレメントが１．５２０００ミクロンに同調され、他のフィルタエレメントが１．５２０２５ミクロンに同調された２つのファブリ・ペローフィルタエレメントについてのシミュレートされた反射率スペクトルを示す。
【図１２】本発明に係る、２つのフィルタエレメントを含む実施例となるフィルタの平面図である。
【図１３】本発明に係る、図１２の線１３−１３に沿って得た、図１２に示すフィルタの長手方向立面図である。
【図１４】本発明に係る、他の実施例となるフィルタの平面図を示す。
【図１５】同時に反射モード及び透過モードの双方で動作可能である本発明に係る他の実施例となるフィルタを示す。
【図１６】本発明に係る、透過モードでビーム光を収束または発散させるための２つのレンズを含むことを除いて、図１２に示す同様の他の実施例となるフィルタの平面図を示す。
【図１７】本発明に係る、フィルタが反射モードで動作することを除いて図１６に示すフィルタと同様のさらに他の例のフィルタを示す。
【図１８】本発明に係る、２つのファイバコリメータを含む他の実施例であるフィルタを示す。
【図１９】本発明に係る、反射モード及び透過モードの双方において動作可能であるさらに他の実施例となるフィルタを示す。
【図２０】本発明に係る、ビームの直交偏光成分を分割し、再結合するためのビームウオーク・オフ結晶を含むさらに他の実施例であるフィルタを示す。
【図２１】本発明に係る、反射モードで動作しまた偏光ダイバーシティ機構に影響力を及ぼすさらに他の実施例であるフィルタを示す。
【図２２】本発明に係る、ビームウオーク・オフ結晶を含み、反射モードで動作し、また１セットのフィルタエレメントを使用するのみである他の実施例となるフィルタを示す。
【図２３】本発明に係る、図２２のプリズムがレンズの代わりに用いられていることを除いて、図２２に示すフィルタにほぼ等しい他の実施例となるフィルタを示す。
【図２４】本発明に係る、実施例となる追加／ドロップ光多重化装置を示す。
【図２５】本発明に係る、光学分岐フィルタを示す。
【図２６】本発明に係る、他の実施例となる光多重化装置を示す。
【図２７】本発明に係る、さらに他の実施例となる多重化装置を示す。
【図２８】本発明に係る、サーキュレータを含む実施例となる装置を示す。
【図２９】本発明に係る、２つのサーキュレータを含む他の実施例となる装置を示す。
【図３０】本発明に係るマイクロエレクトロメカニカルタイプの装置の単純化された分解斜視図を示す。
【符号の説明】
【０１３５】
５  ファブリ・ペロースペクトル
７  ジル・トルヌイスペクトル
１００  フィルタ
１０１，１０３  フィルタエレメント
１０２  入射光学ビーム
１０４  入力ファイバ
１０６，１０８  光学成分
１１６  出力ファイバ
３１０  光学組立体
３１２  ビームウオーク・オフ結晶
３１３，３１４  偏光成分
３４６，３４７  フィルタセット
【図１】
2005522731.tif 000010
【図２】
2005522731.tif 000011
【図３】
2005522731.tif 000012
【図４】
2005522731.tif 000013
【図５】
2005522731.tif 000014
【図６】
2005522731.tif 000015
【図７】
2005522731.tif 000016
【図８】
2005522731.tif 000017
【図９】
2005522731.tif 000018
【図１０】
2005522731.tif 000019
【図１１】
2005522731.tif 000020
【図１２】
2005522731.tif 000021
【図１３】
2005522731.tif 000022
【図１４】
2005522731.tif 000023
【図１５】
2005522731.tif 000024
【図１６】
2005522731.tif 000025
【図１７】
2005522731.tif 000026
【図１８】
2005522731.tif 000027
【図１９】
2005522731.tif 000028
【図２０】
2005522731.tif 000029
【図２１】
2005522731.tif 000030
【図２２】
2005522731.tif 000031
【図２３】
2005522731.tif 000032
【図２４】
2005522731.tif 000033
【図２５】
2005522731.tif 000034
【図２６】
2005522731.tif 000035
【図２７】
2005522731.tif 000036
【図２８】
2005522731.tif 000037
【図２９】
2005522731.tif 000038
【図３０】
2005522731.tif 000039
【国際調査報告】
2005522731.tif 000040
2005522731.tif 000041
2005522731.tif 000042
2005522731.tif 000043