(57)【要約】【課題】ＤＷＤＭ方式による光伝送システムにおける分波器（波長フィルタ）は、サイズ，能力，作製難易度から来る価格などの問題点があり、その適用範囲が限られてしまうという課題を解決し、理想的な光学特性を有する波長フィルタ）を提案する。【解決手段】回折波長選択性を有する体積位相型回折格子をフィルタ層とし、前記フィルタ層はプレート状であり、プレートの主面方向と平行な方向（厚さ方向とは垂直な方向）を光の伝送方向とし、前記回折格子は、光の伝送方向となるプレートの主面方向と平行な方向に対して垂直に記録されていることを特徴とする波長フィルタを採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折波長選択性を有する体積位相型回折格子をフィルタ層とし、
前記フィルタ層はプレート状であり、プレートの主面方向と平行な方向（厚さ方向とは垂直な方向）を光の伝送方向とし、
前記回折格子は、光の伝送方向となるプレートの主面方向と平行な方向に対して垂直に記録されていることを特徴とする波長フィルタ。
【請求項２】
前記回折格子は、選択的に回折する波長の約１／２の周期で屈折率の高低による格子が記録された構成であることを特徴とする請求項１記載の波長フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ層は、基板の表面に形成されるか、または基板にて挟持された構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ層は、基板よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項３記載の波長フィルタ。
【請求項５】
前記基板が、透明基板であることを特徴とする請求項３または４に記載の波長フィルタ。
【請求項６】
前記透明基板が、ガラス基板であることを特徴とする請求項５に記載の波長フィルタ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の波長フィルタの、フィルタ層の光の入射側または／および射出側に微小レンズを配置したことを特徴とする波長フィルタ。
【請求項８】
前記フィルタ層には、２種類以上の回折格子が、それぞれ離間して配置されたＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型フィルタを構成することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の波長フィルタ。
【請求項９】
前記フィルタ層には、２種類の回折格子が、それぞれ伝播させる光の波長以下の短い間隔で離間して配置されたＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　Ｇｒａｔｉｎｇ）型フィルタを構成することを特徴とする請求項８記載の波長フィルタ。
【請求項１０】
少なくとも１つ以上の前記回折格子の法絡線が、ガウス関数、Ｓｉｎｃ関数、Ｃｏｓｉｎｅ関数の累乗、Ｔａｎｈ関数、Ｂｌａｃｋｍａｎ関数、Ｃａｕｓｈｙ関数のうちの１つで表されることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の波長フィルタ。
【請求項１１】
請求項８〜１０に記載された複数の回折格子からなる波長フィルタにおいて、前記回折格子間に電圧や温度によってその実質的光路長が変化する材質を配置することで、選択的に反射（又は透過）回折される波長を任意に選択或いは変調できることを特徴とする選択可変型波長フィルタ。
【請求項１２】
入力側の光ファイバから、請求項１〜１１の何れかに記載の波長フィルタに対してレーザー光を入射し、射出する選択的な波長成分の光を出力側の光ファイバに射出する構成であることを特徴とする光伝送システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載された波長フィルタを用いて、選択的に反射（または透過）回折された波長の光を、入力側（または出力側）の別な光ファイバにより取り出し、出力側（または入力側）に射出する選択的な波長成分の光とは別な光ファイバに入射させることにより、伝送される波長域の異なる基幹ケーブルを有することになるルーティング構造の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＷＤＭ方式の光伝送システム用に好適な波長フィルタの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及に伴い、光ファイバを基幹ケーブルとする光伝送システムにおいても、一層、大量の情報を高速，正確に伝送するための通信方式として、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と称される超多重波長信号伝送方式が提案されている。
この方式は、１本の光ファイバに、異なる波長の信号光を多数同時に伝播させることで、膨大なデータ量の通信を、大幅なインフラの改善を要することなく対応できる手段として有望視されている。
【０００３】
ＤＷＤＭ方式による光伝送システムでは、多数の波長を有する光源を用い、光を変調するためのモジュールにその光源からの光を通すことによって、それぞれの波長の光に別々の情報を重畳している。これらを数十チャンネルに束ねるための光合波器を経て、光多重化が完了する。
例えば０．２ｎｍ間隔でチャンネル化された２０００波長（１２５０ｎｍ〜１６５０ｎｍ）を同時に伝播するものが、ＤＷＤＭ方式による光伝送システムでは理想とされている。　しかし、現在は、Ｃバンド帯（１５２５〜１５６５ｎｍ）の波長域が光通信に最も利用されており、現在稼動中のシステムの多重波数は３２，６４波（チャンネル）程度であり、８０，１６０波などのさらなる多重化を実現すべく開発が進められている。
【０００４】
多重化された光は１本の光ケーブルを伝わり、途中光ファイバ増幅器で増幅されながら目的地まで伝送される。目的地では、多重化された光を光分波器に通し、元の１波ずつの光に分離した後、光／電気（Ｏ／Ｅ）変換することで信号を復調する。
【０００５】
ＤＷＤＭ方式による光伝送システムにおける主要機器，部品として、光の送信／受信を行なう光送信機／光受信機（光リンク：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｌｉｎｋ），数種類の光を合波／分波する合波器／分波器（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ／Ｄｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ），光を増幅するための光増幅器（光アンプ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ），アド・ドロップ（Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ）などが挙げられる。
【０００６】
ここで、多重化された光信号を各チャンネル毎に分離する上で、上記の主要機器，部品のうち、何らかの分光機能を持つ光学素子（すなわち、分波器：Ｄｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）を用いなければならない。
上記光学素子として、ファイバグレーティング，ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ），プリズム，回折格子，など、光の透過屈折現象の波長依存性を利用した素子が用いられている。
【０００７】
まず、ファイバグレーティングとは、Ｇｅドープの石英系光ファイバに外部から干渉パターンを持った高出力なＵＶ光を照射して、光誘起効果によりファイバコア中に干渉パターンに応じて周期的な屈折率変調を生じて形成される回折格子（グレーティング）のことを指す。
一般に、ファイバグレーティングでは、光導波路における光導波方向の所定範囲に亘って一定周期Λの屈折率変調による回折格子が形成されていて、この回折格子により、λ＝２Ｎ・Λなる式で表されるブラッグ条件式を満たす波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。ここで、Ｎは光導波路の屈折率変調領域における平均の実効的屈折率である。
【０００８】
この場合、石英系光ファイバへのＧｅドープ量を最適化するなどの手段が工夫されているものの、回折格子を記録する記録材料が石英系光ファイバであるという制限があり、光記録によって大きな屈折率変調を持たせることを困難にしている。
それ故、グレーティングの長さが長くなったり、広い有効波長幅がとれなかったりして、適用範囲が限られてしまうという問題点がある。
【０００９】
また、ＡＷＧは、光導波路（例えば光ファイバ）をアーチ状に形成し、そのアーチ部分の光路長を導波路毎に徐々に変化させることで、異なる波長の光が伝わるスラブ導波路が異なるため、導波路出力側では各波長毎に分離した光出力を得ることができる方式である。
このＡＷＧ方式では、導波路の屈折率分布を作製することに高度な技術を必要とし、しかもそうした屈折率分布が温度によって変化することから、温度制御が重要になる。そのため、ＡＷＧを用いたシステムは一般に高価であることから、適用される範囲が限られてしまうのが実情である。
【００１０】
また、プリズムを使った分波器の場合、光の屈折現象を使って波長を分離するため、プリズムを構成している材料の屈折率によって分波の能力が決まってしまい、現状ＤＷＤＭ用として十分な分波数が得られていないというのが実情である。
【００１１】
反射型回折格子では、回折格子を記録したフィルムまたはシートの厚さ方向に光を通過させる構成が一般的であり、合波器／分波器（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ／Ｄｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）の用途でも、ＴＦＦ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｆｉｌｔｅｒ）型では、光がフィルムの厚さ方向を通過する際に、所要のフィルタリングが行なわれる。
この際、ＤＷＤＭ用途に要求される狭い波長幅でのフィルタリングのためには、非常に厚いフィルムやシートの厚みが必要となり、事実上不可能であるような高い材料塗工技術を要求される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、従来技術には、そのフィルター自体のサイズ、能力、作製難易度から来る価格などの問題点があり、その適用範囲が限られてしまうという課題がある。
【００１３】
本発明は上記のような問題点に鑑み、為されたもので、
本発明では、回折格子がプレート状のフィルタ層の主面に垂直に記録された構成であることにより、前記フィルタ層の内部を主面と平行な方向（フィルムの厚さ方向とは垂直な方向に）に光が伝播する際にフィルタリングが行なわれるため、既存の波長フィルタでは実現できない光学特性が発揮されることになる。
【００１４】
このため、安価で構成のシンプルな回折格子からなる光学素子（分波器）において、従来の光学素子（分波器）に比較して、理想的な光学特性が発揮され、ＤＷＤＭ方式による光伝送システムにおける分波器のみならず、応用範囲を広げることが可能な光学素子を提案することを主目的とする。
【００１５】
尚、本発明においては、単なる分波器と区別する上で、得られる光学素子を波長フィルタと称することとするが、分波器の用途で用いる上では、両者は同義である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、石英やシリコンの基板上に細かい溝（格子）を形成した構成の既存の反射型回折格子、すなわち、レリーフ（凹凸）パターンによる回折格子ではなく、感光材料（フォトポリマ）内に、屈折率あるいは透過率などの変調による形態の回折格子、すなわち、体積位相型回折格子を採用し、この回折格子により、１４２０ｎｍから１６２０ｎｍの範囲内にある０．０１ｎｍから１ｎｍの狭い波長幅を有する少なくとも１つの波長域帯の光を選択的に反射（又は透過）回折させ、それ以外の波長の光を透過（又は反射）する構成としている。
【００１７】
すなわち、請求項１の発明による波長フィルタは、
回折波長選択性を有する体積位相型回折格子をフィルタ層とし、
前記フィルタ層はプレート状であり、プレートの主面方向と平行な方向（厚さ方向とは垂直な方向）を光の伝送方向とし、
前記回折格子は、光の伝送方向となるプレートの主面方向と平行な方向に対して垂直に記録されていることを特徴とする。
ここで、光の伝送方向に垂直に記録された回折格子とは、図１に示すように、紙面に垂直な平面であるプレート状の感光材料内に、屈折率あるいは透過率などの異なる層が、同図で左右方向に積層されてなる形態の回折格子を指す。（格子縞は、同図で垂直方向に延びる）
【００１８】
請求項２の発明は、
前記回折格子は、選択的に回折する波長の約１／２の周期で屈折率の高低による格子が記録された構成であることを特徴とする請求項１記載の波長フィルタである。
【００１９】
請求項３の発明は、
前記フィルタ層は、基板の表面に形成されるか、または基板にて挟持された構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長フィルタである。
【００２０】
請求項４の発明は、
前記フィルタ層は、基板よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項３記載の波長フィルタである。
上記構成によれば、前記フィルタ層が光導波路として機能し、光がフィルタ層から外部に漏れることを防止し、波長フィルタでの光ロスを防ぐ作用がある。
【００２１】
請求項５の発明は、
前記基板が、透明基板であることを特徴とする請求項３または４に記載の波長フィルタである。
【００２２】
請求項６の発明は、
前記透明基板が、ガラス基板であることを特徴とする請求項５に記載の波長フィルタ。
【００２３】
請求項７の発明は、
請求項１〜６の何れかに記載の波長フィルタの、フィルタ層の光の入射側または／および射出側に微小レンズを配置したことを特徴とする波長フィルタである。
上記構成によれば、光がフィルタ層から外部に漏れることを防止し、波長フィルタでの光ロスを防ぐ作用がある。
【００２４】
請求項８の発明は、
前記フィルタ層には、２種類以上の回折格子が、それぞれ離間して配置されたＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型フィルタを構成することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の波長フィルタである。
【００２５】
請求項９の発明は、
前記フィルタ層には、２種類の回折格子が、それぞれ伝播させる光の波長以下の短い間隔で離間して配置されたＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　Ｇｒａｔｉｎｇ）型フィルタを構成することを特徴とする請求項８記載の波長フィルタである。
【００２６】
請求項１０の発明は、
少なくとも１つ以上の前記回折格子の法絡線が、ガウス関数、Ｓｉｎｃ関数、Ｃｏｓｉｎｅ関数の累乗、Ｔａｎｈ関数、Ｂｌａｃｋｍａｎ関数、Ｃａｕｓｈｙ関数のうちの１つで表されることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の波長フィルタである。
【００２７】
請求項１１の発明は、
請求項８〜１０に記載された複数の回折格子からなる波長フィルタにおいて、前記回折格子間に電圧や温度によってその実質的光路長が変化する材質を配置することで、選択的に反射（又は透過）回折される波長を任意に選択或いは変調できることを特徴とする選択可変型波長フィルタである。
【００２８】
請求項１２の発明は、
入力側の光ファイバから、請求項１〜１１の何れかに記載の波長フィルタに対してレーザー光を入射し、射出する選択的な波長成分の光を出力側の光ファイバに射出する構成であることを特徴とする光伝送システムである。
【００２９】
請求項１３の発明は、
請求項１〜１２の何れかに記載された波長フィルタを用いて、選択的に反射（または透過）回折された波長の光を、入力側（または出力側）の別な光ファイバにより取り出し、出力側（または入力側）に射出する選択的な波長成分の光とは別な光ファイバに入射させることにより、伝送される波長域の異なる基幹ケーブルを有することになるルーティング構造の光伝送システムである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を説明する。
【００３１】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１を説明する概略図である。
ここで波長フィルタ１は、感光材料からなるプレート状の体積位相型回折格子２をフィルタ層とする。
【００３２】
回折格子２には、選択的に回折する波長の約１／２の周期で屈折率の高低による格子（図面では白黒で表示）が、プレート状のフィルタ層の主面に垂直に記録されている。
【００３３】
前記フィルタ層は、同図では、透明基板（一般に、ガラス基板が用いられる）３，３‘にて挟持された構成であるが、フィルタ層が支持部材としての一方の透明基板のみに形成された構成であっても良く、支持部材としての透明基板が不要な構成であっても良い。
【００３４】
ここで、回折格子２は透明基板３，３‘より屈折率が高く、同図の左側に位置する入力側導波路（一般に、光ファイバ）４からのレーザー光が、回折格子２層と基板３，３‘との間の界面で全反射して、回折格子２層中を導波することにより、光が回折格子２から外部に漏れ出ることを防止し、全ての光が回折格子２中を通過する（一部は回折格子により回折する）ようにしている。
【００３５】
また図示のように回折格子２の光入力部及び出力部端には、散乱による光ロスを防止するため、光学的平面を有する透明体５、５‘（多くの場合、平行平面ガラス板）を配する方が望ましい。
【００３６】
＜実施形態２＞
図２は、本発明の実施形態２を説明する概略図である。
図２では、同図の左側に位置する入力側導波路（一般に、光ファイバ）４からのレーザー光を効率的に入射させる目的で、マイクロレンズ６を配置している。
【００３７】
さらには、出力側（同図の右側）から射出することになるフィルタリングされたレーザー光を効率的に取り出し、以後の基幹ケーブルに伝送させる目的のマイクロレンズ６‘を配置している。
【００３８】
＜実施形態３＞
図３は、本発明の実施形態３を説明する概略図である。
図３では、前記フィルタ中に２種以上（同図では３種類）の回折格子７ａ，７ｂ，７ｃを配置し、図４に示すような、狭い波長範囲の光を多数回折することを実現している。
【００３９】
＜実施形態４＞
図５は、本発明の実施形態４を説明する概略図である。
図５では、前記フィルタ中に２種類の回折格子８ａ、８ｂを波長以下程度の短い間隔９で配置し、図６に示すような、狭い波長範囲の光を透過させることを実現している。
【００４０】
図７は、本発明における波長フィルタに用いる回折格子の形態の一例を説明する概略図である。
前記回折格子は、図示のようにその屈折率の変調度がガウス関数型の法絡線を有している。これにより、選択的に回折される波長以外の光での回折を防止し、波長フィルタの精度を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、前記のように、法絡線の形はガウス関数に限られるものではなく、Ｓｉｎｃ関数、Ｃｏｓｉｎｅ関数の累乗、Ｔａｎｈ関数、Ｂｌａｃｋｍａｎ関数、Ｃａｕｓｈｙ関数などが使用可能である。
【００４２】
＜実施形態５＞
図８は、本発明の実施形態５を説明する概略図である。
図示のように、複数のグレーティング１０ａ，１０ｂ間には、圧電素子、フォトリフラクティブ結晶、液晶など、動的にその厚みや屈折率が変動する物質１１を配置し、同時に必要に応じて、前記動的物質の光路長を制御するための電極或いは加熱冷却部（図示せず）を有することで、波長フィルタにより選択的に回折する波長を任意に選択或いは変調できるようにしている。
【００４３】
＜実施形態６＞
図９は、本発明の実施形態６を説明する概略図である。
本発明は、入力側の光ファイバ１２から、波長フィルタに対してレーザー光を入射し、射出する選択的な波長成分の光を出力側の光ファイバ１３に射出する構成の光伝送システムであるため、図示のように、これを利用して複数の波長フィルタを多段階で設け、その都度必要な波長信号を取り出すことが可能となる。
【００４４】
＜実施形態７＞
図１０は、本発明の実施形態７を説明する概略図である。
図示のように本発明によれば、選択的に反射（または透過）回折された波長の光（図中では１５５０ｎｍと１５４８ｎｍ）を、入力側（または出力側）の別な光ファイバ１３により取り出し、出力側（または入力側）に射出する選択的な波長成分の光とは別な光ファイバに入射させることにより、伝送される波長域の異なる基幹ケーブルを有することになるルーティング構造の光伝送システムが実現されることになる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、体積位相型回折格子をフィルタ層として用いた本発明による波長フィルタでは、フォトポリマーを使っているため、既存の分波器（例えば、ファイバーグレーティングやレリーフ型回折格子）より大きな屈折率の変調を付加できるため、以下に例示する各種の利点を有する。
１）一層コンパクトなフィルターを実現できる。
２）カスケード化することで、広い波長範囲で使える透過型フィルターやａｄｄ−ｄｒｏｐフィルターへの応用など、多彩な光学特性を実現できる。
３）また、プレート状の形態であるため、複製が容易であり、安価に提供される。
４）数１０ｍｍという長い回折格子も記録可能であるため、狭い波長幅でサイドバンドの無い理想的な波長フィルターを実現できる。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【図２】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【図３】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【図４】本発明による波長フィルタの反射スペクトルの一例を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【図６】本発明による波長フィルタの反射スペクトルの一例を示す説明図。
【図７】本発明による回折格子の屈折率変調の一例を概略的に示す説明図。
【図８】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【図９】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【図１０】本発明の実施形態を概略的に示す説明図。
【符号の説明】
１…波長フィルタ
２…回折格子
３，３‘…基板
４…光ファイバー
５…平行平面透明板
６、６‘…微小レンズ
７ａ、７ｂ、７ｃ…回折格子
８ａ、８ｂ…回折格子
９…回折格子間の間隔
１０ａ、１０ｂ…回折格子
１１…光路長可変素子
１２…入力側光ファイバー
１３…出力側光ファイバー
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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