(57)【要約】【課題】禁止波長、ＦＳＲ、禁止波長幅、禁止帯の抑圧が調整可能であり、光路長が短く、かつ安価に作成することが可能な共振フィルタを提供すること。【解決手段】光波１０の光路上に配置された第１及び第２の偏光ビームスプリッタと、該第２の偏光ビームスプリッタ１３で反射された光波が該第１の偏光ビームスプリッタ１１に戻り、再度、第２の偏光ビームスプリッタへ向かうように設定された循環型光路と、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタの間に配置され、光波の偏光角を制御する偏光角制御部材１２とを有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波の光路上に配置された第１及び第２の偏光ビームスプリッタと、
該第２の偏光ビームスプリッタで反射された光波が該第１の偏光ビームスプリッタに戻り、再度、第２の偏光ビームスプリッタへ向かうように設定された循環型光路と、
該第１及び第２の偏光ビームスプリッタの間に配置され、光波の偏光角を制御する偏光角制御部材とを有することを特徴とする共振フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の共振フィルタにおいて、該循環型光路は、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタと２つの反射板により形成されることを特徴とする共振フィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載の共振フィルタにおいて、該循環型光路は、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタと２つの反射板により形成される第１の循環型光路と、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタの間を除く第１の循環型光路上に配置された第３及び第４の偏光ビームスプリッタと、該第４の偏光ビームスプリッタで反射された光波が該第３の偏光ビームスプリッタに戻り、再度、第４の偏光ビームスプリッタへ向かうように設定された第２の循環型光路とからなり、第３及び第４の偏光ビームスプリッタの間に配置され、光波の偏光角を制御する偏光角制御部材を有することを特徴とする共振フィルタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該循環型光路は、光路長が可変可能であることを特徴とする共振フィルタ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該偏光角制御部材を調整することにより、偏光回転角を可変可能とすることを特徴とする共振フィルタ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、循環型光路上に、光波の光量を減衰させる減衰部材を配置することを特徴とする共振フィルタ。
【請求項７】
請求項６に記載の共振フィルタにおいて、該減衰部材は、減衰量が可変可能であることを特徴とする共振フィルタ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該偏光角制御部材は、半波長板を用いることを特徴とする共振フィルタ。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該反射板は、全反射ミラーを用いることを特徴とする共振フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振フィルタに関し、特に、入射光から特定波長の光波をカットすることが可能であり、かつ、該カットに係る特性を可変可能とする共振フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、照射用光又は計測用光、さらには通信用光を利用する各種装置においては、特定波長の光波をカットしてから、必要な対象物に照射し、あるいは計測することが行われている。
このような特定波長の光波をカットする光学素子をノッチフィルタという。一般にノッチフィルタとしては、ファイバブラッググレーティングや多層膜フィルタなどが用いられる。また、周期性のある波長の光をカットする場合には、図１に示すようなリング共振器が用いられる。リング共振器は、光ファイバ又は導波路で形成されるリング状光路２と、該リング状光路に近接して配置された直線状光路１の組み合わせで構成される。
リング共振器の動作は、直線状光路１を進む光波に対し、リング状光路２の光路長が波長の整数倍となる特定波長の光波については、該リング状光路内に閉じ込められ、該直線状光路からは該特定波長を除く光波が出射される。
【０００３】
図２に、リング共振器の透過スペクトル例を示す。リング共振器の透過スペクトル中には、光が透過しない禁止波長領域が周期的に存在する。そして、この透過スペクトル形状を利用して、リング共振器は、周期的に特定の波長をカットするノッチフィルタとしての用途に利用することができる。
【０００４】
リング状光路の光路長は、光路の空間的な長さ、リングを構成する物質の屈折率に依存する。リング共振器では、屈折率の温度変化などを利用して光路長を変化させることにより、禁止波長、フリー・スペクトル・レンジ（ＦＳＲ、図２のａ）を可変とすることができる。
しかしながら、リング共振器は、一度形成すると、リング状光路の光路長以外のパラメータの変更が困難となるため、禁止波長幅ｂ、禁止帯の抑圧ｃなどのスペクトル形状を調整することが不可能である。
しかも、リング共振器は、このように一度形成されると変更が困難であるため、リング共振器を利用する用途に応じて、個別注文に応じて製作され、製造単価が高くなるという欠点を有している。
また、リング状光路に光ファイバや導波路もしくはその他固体、液体材料を用いると、リング状光路中の波長は空気中を伝播する場合より短くなる。即ち、同じスペースにリングを構成した場合、光路長は空気を伝播する場合に比べて長くなる。リング共振器のＦＳＲはリング１周の光路長に反比例するため、同じ特性を得るためには光ファイバや導波路もしくはその他固体、液体材料を用いた場合は、空気中を伝播する場合に比べて共振器全体をコンパクトにしなければならない。実際は、光ファイバや導波路の最小曲げ半径や、光学部材の制限があり、共振器の小型化には限界がある。したがって、リング共振器では、実現できるＦＳＲの広さには制限がある。
【０００５】
特開平２−２５２２７９号公報には、リング状光路の長さを温度制御を利用して変化させ、ＦＳＲを調整する方法が提案されている。
しかしながら、特開平２−２５２２７９号公報に記載の方法では、禁止波長及びＦＳＲの調整は可能であるが、禁止波長幅、禁止帯の抑圧に係る調整が不可能という欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、禁止波長、ＦＳＲ、特に、禁止波長幅、禁止帯の抑圧が調整可能であり、光路長が短く、かつ安価に作成することが可能な共振フィルタを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、光波の光路上に配置された第１及び第２の偏光ビームスプリッタと、該第２の偏光ビームスプリッタで反射された光波が該第１の偏光ビームスプリッタに戻り、再度、第２の偏光ビームスプリッタへ向かうように設定された循環型光路と、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタの間に配置され、光波の偏光角を制御する偏光角制御部材とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る発明により、光波が伝播する光路上に循環型光路を形成することにより、光波の一部を該循環型光路に閉じ込め、該循環型光路の光路長に対応した禁止波長、波長周期性を有する光波をカットすることが可能となる。また、偏光角制御部材によって、第２の偏光ビームスプリッタへ入射する光の偏光方向を制御することにより、該循環型光路に閉じ込められる光波の光量と共振フィルタから出射する光波の光量との割合を調整することが可能となり、禁止波長幅の調整が可能となる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の共振フィルタにおいて、該循環型光路は、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタと２つの反射板により形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明により、光波を閉じ込める循環型光路を空気中の空間系で構成することが可能となるため、リング１周の光路長を光ファイバや導波路で構成するよりも長くすることができる。しかも、光波の折り返しを反射板を用いて行なうため、曲率半径による制限がなく、装置の設計自由度が高くなる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明では、請求項１に記載の共振フィルタにおいて、該循環型光路は、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタと２つの反射板により形成される第１の循環型光路と、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタの間を除く第１の循環型光路上に配置された第３及び第４の偏光ビームスプリッタと、該第４の偏光ビームスプリッタで反射された光波が該第３の偏光ビームスプリッタに戻り、再度、第４の偏光ビームスプリッタへ向かうように設定された第２の循環型光路とからなり、第３及び第４の偏光ビームスプリッタの間に配置され、光波の偏光角を制御する偏光角制御部材を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明により、共振フィルタの循環型光路を２種類形成することが可能となり、第１及び第２の循環型光路の効果を重ね合わせて、禁止波長、ＦＳＲを設定することが可能となる。例えば、ＦＳＲを広くする場合には、光路長を短くする必要があるが、偏光ビームスプリッタや反射板などの光学部品を近接配置するには限界がある。しかし、各々の循環型光路により閉じ込められる光波の波長を異ならせ、両者の重ね合わせ効果により循環型光路全体で閉じ込められる光波が決定されるようにすると、実質的にＦＳＲを広くすることが可能となる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該循環型光路は、光路長が可変可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明により、循環型光路の光路長が可変であるため、該光路に閉じ込める波長を変化させることが可能となり、禁止波長、ＦＳＲを可変調整可能な共振フィルタを提供することができる。
光路長の変更方法としては、偏光ビームスプリッタや反射板の位置を可変調整する以外に、循環型光路内に、平行平板を挿入し実質的な光路長を可変する方法などがある。
【００１５】
また、請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該偏光角制御部材を調整することにより偏光回転角を可変可能とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明により、偏光角制御部材と第１及び第２の偏光ビームスプリッタ、又は、第２の循環型光路上に設けられた偏光角制御部材と第３及び第４の偏光ビームスプリッタにおいて、偏光角制御部材を調整することにより光波の偏光回転角を可変することで、各々の循環型光路に閉じ込められる光波の光量を可変調整することが可能となり、禁止波長幅や禁止帯の抑圧を調整可能となる。
【００１７】
また、請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、循環型光路上に、光波の光量を減衰させる減衰部材を配置することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明により、循環型光路に閉じ込められる光波の減衰量を調整することが可能となるため、禁止帯の抑圧を調整することができる。
【００１９】
また、請求項７に係る発明では、請求項６に記載の共振フィルタにおいて、該減衰部材は、減衰量が可変可能であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る発明により、循環型光路に閉じ込められる光波の減衰量を可変調整することが可能となるため、禁止帯の抑圧を可変調整することが可能となる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明では、請求項１乃至７のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該偏光角制御部材は、半波長板を用いることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る発明により、半波長板を用いることにより、簡単な構成で、効率良く偏光回転角を制御することが可能となり、装置全体が複雑化、大型化するのを防止すると共に、安価に構成することが可能となる。
【００２３】
また、請求項９に係る発明では、請求項２乃至８のいずれかに記載の共振フィルタにおいて、該反射板は、全反射ミラーを用いることを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明により、最小曲げ半径の影響を受けず、設計の自由度が向上するという反射板による効果に加え、全反射ミラーとすることで、内部全反射を用いるよりも光路長を短くすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明に係る共振フィルタの構成の一例を示す図である。
入射光が伝播する光路上１０に、第１の偏光ビームスプリッタ１１、偏光角制御部材として半波長板１２、第２の偏光ビームスプリッタ１３が配置されている。
第２の偏光ビームスプリッタ１３により反射された光波は、第２の偏光ビームスプリッタ１３、反射板としての全反射ミラー１４，１５、第１の偏光ビームスプリッタ１１、そして第２の偏光ビームスプリッタに戻る循環型光路上を伝播する。
【００２６】
入射光は、第１の偏光ビームスプリッタ１１を透過することにより、光波の偏光方向が限定され、次に半波長板１２によって所定角度だけ偏光方向が回転を受ける。半波長板１２を透過した光波は、第２の偏光ビームスプリッタ１３により偏光方向に対応して２つの光波に分割される。
第２の偏光ビームスプリッタ１３を透過した光波１０’は、共振フィルタ装置の外部に導出され、該偏光ビームスプリッタ１３で反射した光波は、全反射ミラー１４方向に反射され、上述した循環型光路内を伝播する。
第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタの透過偏光方向の関係は、実装及び設計の難易度の都合上、同一平面内とすることが望ましい。しかし、共振器の機能実現においては、同一平面内に限るものではない。
【００２７】
共振フィルタから出射する光波１０’は、図２のように、上述した循環型光路に閉じ込められる波長の光波が、周期的にカットされた波長特性を示す。
循環型光路により閉じ込められる光波は、該光路の光路長が波長の整数倍となる光波であり、該波長が共振フィルタの禁止波長となる。また、禁止波長同士の間隔がＦＳＲとなる。
したがって、循環型光路の光路長を可変調整することにより、禁止波長及びＦＳＲを可変調整することが可能となる。
【００２８】
該循環型光路の光路長を可変調整する方法としては、第２の偏光ビームスプリッタ１３と全反射ミラー１４とを、図３に示す矢印Ｂの方向に移動調整する方法や、全反射ミラー１４，１５を矢印Ａの方向に移動調整する方法、及び共振器全体の温度を調整する方法がある。
また、該循環型光路中に、空気中の屈折率と異なる透過屈折率を有する平行平板を挿入し、実質的に光路長を変更することも可能である。平行平板を傾け、平行平板への入射角を調整することにより、光路長の微調整も可能である。ただし、ＦＳＲを広くとる場合には、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１１，１３の間には、半波長板が挿入されているため、光学部品毎の間隔が狭くなることから、この区間を除いた場所に、平行平板を配置することが望ましい。
【００２９】
禁止波長幅は、第２の偏光ビームスプリッタより共振器外部へ導出される光量と、反射されて循環型光路へ導入される光量の比率に依存する。また、第２の偏光ビームスプリッタより共振器外部へ導出される光量と、反射されて循環型光路へ導入される光量の比率は、半波長板１２の結晶軸方向と第２の偏光ビームスプリッタの透過偏光方向とがなす角度に依存する。
したがって、半波長板１２の結晶軸方向と第２の偏光ビームスプリッタの透過偏光方向とがなす角度を可変調整することにより、禁止波長幅を可変調整することが可能となる。
上記角度の変更は、偏光ビームスプリッタを固定した状態で、半波長板を光軸に垂直な面内で回転させることで行なうことが可能であり、該回転機構としては当該技術分野において周知である光学部品の移動・回転に係る機構を適用することができる。
【００３０】
また、図４のように、循環型光路中に減衰部材２１を挿入し、循環型光路に閉じ込められる光波の減衰量を可変調整することが可能であり、これにより、共振フィルタの禁止帯の抑圧を可変調整することが可能となる。特に、減衰量と結晶軸方向には最適な組合せがあり、その組合せのとき最大の抑圧が得られる。
減衰部材の配置場所は、循環型光路に閉じ込められた光波のみ、効果的に減衰させるため、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１１，１３の間を除いた該光路上に配置することが望ましいが、この限りではない。
減衰部材としては、偏光子、偏光ビームスプリッタ、吸収体、その他を用いることができる。
また、２１の位置に偏光角制御部材を用いて、第１の偏光ビームスプリッタに減衰部材としての機能を持たせることもできる。
さらに、減衰部材としての効果を全反射ミラー１４，１５に持たせることも可能であり、具体的には、全反射ミラーの角度をわずかに傾けることにより、循環型光路を伝播する光波の光量を実質的に低減させることも可能である。
【００３１】
次に、本発明に係る共振フィルタの他の実施例について説明する。
図５に示すように、循環型光路を複数設けることも可能である。
図５の共振フィルタは、図３のものに変更を施したものであり、全反射ミラー１４，１５の間の光路に、もう一つの循環型光路を形成したものである。
ここでは、便宜上、第１の偏光ビームスプリッタ１１、半波長板１２、第２の偏光ビームスプリッタ１３、及び全反射ミラー１４，１５で形成される循環型光路を第１の循環型光路、第３の偏光ビームスプリッタ１６、半波長板１７、第４の偏光ビームスプリッタ１８、及び全反射ミラー１９，２０で形成される循環型光路を第２の循環型光路という。
【００３２】
図５の共振フィルタでは、第１の循環型光路の閉じ込め効果と第２の循環型光路の閉じ込め効果との重ね合わせで、循環型光路全体としての波長特性が決定される。
例えば、図６に示すように、第１の循環型光路による禁止波長の特性が（ａ）であり、第２の循環型光路による禁止波長の特性が（ｂ）である場合には、両者の重ね合わせにより、共振フィルタ全体としては図６（ｃ）に示すような禁止波長特性が現れる。
図６（ｃ）は、実質的にＦＳＲを広げる効果を示しており、循環型光路の光路長を、光学部品の大きさ及び配置構造の関係から一定以下に短くすることができない場合でも、図５の共振フィルタのような、２つの循環型光路を形成し、両者の重ね合わせにより、ＦＳＲをより広げることが可能となる。
【００３３】
半波長板１７の偏光回転角については、第１の循環型光路上に設けられた半波長板１２と同じ偏光回転角となるように設定することにより、第１の循環型光路における禁止波長の抑圧を最大とすることができる。
仮に、両者の偏光回転角が一致しない場合でも、半波長板１７の直前に偏光方向を補正する部材を挿入、もしくは第１の循環型光路上に減衰部材を配置し、第１の循環型光路における偏光回転角と光減衰量の関係を最適とし、抑圧を最大とすることができる。
なお、図５のような共振フィルタにおいては、第１の循環型光路の光路長と第２の循環型光路の光路長とは、最適な組み合わせとする必要がある。光路長の調整には、先に述べた光学部品の平行移動、平行平板などの光路長調整部材の挿入のほかに、温度調節による調整が可能である。
【００３４】
本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、第２の偏光ビームスプリッタ１３から第１の偏光ビームスプリッタ１１へ光波を戻す手段として、全反射ミラーに限らず、偏波面保持光ファイバーを用いることも可能である。
また、本発明に係る共振フィルタに加え、共振フィルタの入射側又は出射側に、別の共振フィルタを配置し、個々の共振フィルタによる禁止波長を組み合わせて利用することも可能である。しかも、別の共振フィルタに代えて従来より周知のリング共振器と、本発明に係る共振フィルタを組み合わせることも可能である。
【００３５】
さらに、上記では、循環型光路を２つの循環型光路で構成する実施例を示したが、これに限らず、３つ以上の循環型光路を設けることも可能である。
例えば、第３の循環型光路を、図５の第２の循環型光路上に、第１と第２の循環型光路と同様の関係で配置したり、あるいは、また、第１の循環型光路上に、第２の循環型光路と第３の循環型光路を直列に配置することも可能である。後者の場合には、第２又は第３のいずれかの循環型光路による禁止波長と、第１の循環型光路による禁止波長とが重なる波長が、すべて禁止波長となる。
このように、複数の循環型光路を用いる場合には、各循環型光路の閉じ込め効果を重ね合わせて利用することが可能となるため、より、多様な禁止波長、ＦＳＲを提供することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、禁止波長、ＦＳＲの調整が可能であると共に、従来困難であった禁止波長幅、禁止帯の抑圧も調整可能となり、しかも、光路長を短くすることが可能なためＦＳＲを広く調整でき、かつ安価に作成することが可能な共振フィルタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリング共振器の概略図
【図２】リング共振器からの出射光のスペクトル分布を示す図
【図３】本発明に係る共振フィルタの概略図
【図４】本発明に係る共振フィルタに減衰部材を設けた例を示す図
【図５】本発明に係る他の共振フィルタの概略図
【図６】２つの循環型光路の閉じ込め効果を説明する図
【符号の説明】
１  直線状光路
２  リング状光路
１０  入射光
１０’  出射光
１１，１３，１６，１８  偏光ビームスプリッタ
１２，１７  半波長板
１４，１５，１９，２０  全反射ミラー
【図１】
2004287056.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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