(57)【要約】【課題】温度に対する感度が低く、小型のファブリーペロー空洞波長可変フィルタを提供する。【解決手段】光ファイバ通信ネットワークに適用され、ファブリーペロー空洞と反射器を持つ波長可変フィルタについて記載する。光ビーム６３０は、ファブリーペロー空洞６１０を２度通過して、クロストークを減少させ、広通過帯域を維持する。ファブリーペロー空洞６１０の２つの反射面６１１，６１２間の光学的厚さｄは、所望の波長をフィルタリングできるように調整可能である。【選択図】　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ネットワークに適用される波長可変フィルタであって、
複数の波長を持つ照射光信号を受光し、距離がｄだけ離れた２つの表面を有し、特定の波長（λ）を持つ前記照射光信号を、前記２つの表面の間で共振して第１の共振信号を出力し、前記特定の波長を持たない別の照射光信号を反射する、共振空洞と、
前記第１の共振信号を前記共振空洞に対して反射し、前記第１の共振信号が、前記共振空洞内でもう一度共振して前記共振空洞から第２の共振信号を出力する、反射装置と、
を備え、
複数の波長を持つ前記光信号が前記共振空洞に照射されるときに、前記対応する第１の共振信号を出力する際に前記距離ｄを調整するために、前記共振空洞の前記２つの表面の一方が移動可能である、波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記第２の共振信号を受光するための受光器をさらに備える、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項３】
光ネットワークに適用される波長可変フィルタであって、
複数の波長を持つ照射光信号を受光し、距離がｄだけ離れた２つの表面を有し、特定の波長（λ）を持つ前記照射光信号を、前記２つの表面の間で共振して第１の共振信号を出力し、前記特定の波長を持たない別の照射光信号を反射する、共振空洞と、
前記第１の共振信号を前記共振空洞に対して反射する反射装置と、
第２の共振信号と前記共振空洞で反射された前記特定の波長を持たない前記照射光信号とを受光し、前記共振空洞が前記第１の共振信号を受光し、もう一度前記共振空洞の内部で共振させるときに前記第２の共振信号を発生する、受光器とを備え、
複数の波長を持つ前記光信号が前記共振空洞に照射されるときに、前記対応する第１の共振信号を出力する際に前記距離ｄを調整するために、前記共振空洞の前記２つの表面の一方は移動可能である、波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記特定の波長は、
ｍλ＝２＊ｄ＊ｃｏｓ（Θ）という条件に一致し、ｍは整数値、ｄは前記共振空洞の前記２つの表面を隔てる距離、Θは前記照射光信号の入射角度である、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記共振空洞の前記２つの表面の間に空気が存在する、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記受光器は、
３本ファイバコリメータである、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記共振空洞は、
ファブリーペロー空洞である、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記反射装置は、
鏡である、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
前記反射装置は、
三角プリズムである、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１０】
前記共振空洞は、
前記照射光信号に対して任意の角度を形成するように調整され、前記第２の共振信号を前記特定の波長を持たない前記反射光信号から分離する、請求項１または３に記載の波長可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学フィルタに関し、特に波長可変光学フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ技術は、この四半世紀に渡り通信分野で爆発的に普及している。銅線技術に比べて、光ファイバは、ほとんど無限の帯域を持つ完璧な伝送媒体と見なされることが多い。光ファイバは光をある点から別の点に導く。単線の光ファイバは、データ通信アプリケーションのためのデータを搬送する、或いは電気通信のための長距離の高速信号を搬送することができる。波長分割多重（ＷＤＭ）は、任意の単線の光ファイバの容量を増大させるための簡単な手段であり、波長をさらに追加することで容量を簡単に向上および増大させることができる。ＷＤＭシステムで光を制御するための主要技術は、光学フィルタである。
【０００３】
フィルタには多くの種類がある。もっとも一般的であり且つ有用なフィルタは、誘電性材料の多数の薄い層を使用した薄膜フィルタであり、屈折率が交互に高低になるように層を配置することで、薄膜フィルタが所望の波長に依存した反射特性と透過特性を持つようにしている。
【０００４】
図１を参照する。典型的な薄膜フィルタ１００は、ガラスの表面と多数の薄膜からなる。薄膜フィルタ１００は、特定の波長を持つ光を通過させ、その特定の波長を持たない光を反射する。図１に示すように、λ１からλＮまでの波長の光ビームが、薄膜フィルタ１００に照射される。薄膜フィルタ１００が波長がλ２の光だけを通過させる場合、λ１とλ３からλＮまでの波長を持つ光が反射される。
【０００５】
図２に示すように、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）はファイバの光学的屈折率が高から低の間を周期的に変化する領域で構成される。たとえば、その周期に一致する特定の波長（λ２）は、ブラッグ格子で反射される間に、その他の波長は通過する。
【０００６】
図３に示すように、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、隣接する導波路の長さが一定の量だけ異なる光学導波路のアレイを使用する。単線のファイバからの入射光はそれらすべての導波路に照射され、導波路は異なる長さを持つため、光の位相はある導波路と次の導波路では（導波路のアレイの出力端で）一定量だけ異なる。波長が経路の差と一致すると光学的な干渉が発生する。そのため、特定の波長は、出力ファイバに照射される。図３に示すように、λ１からλＮの波長を持つ光がアレイ導波路回折格子に照射され、アレイ導波路回折格子は、λ１からλＮの波長に関して、それらの光をフィルタリングして出力ポートへ出力する。
【０００７】
以上の技術は、すべてそれぞれ欠点を持っている。たとえば、波長可変フィルタにおいては、薄膜フィルタ技術は大きな空間を占め、ＦＢＧは温度に対して非常に過敏であり、ＡＷＧは大量のエネルギーを消費する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術によると、薄膜フィルタは、波長をフィルタリングするためには適切に動作するが、不都合なほどに大きい。一方、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）とアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は両者とも、温度を制御して屈折率、或いは回折パターンをそれぞれ変更することで波長可変フィルタとして使用することができる。しかしながら、これらの２種類のフィルタには、温度の制御が困難であるという共通の問題がある。そのため、本発明は、前述の問題を解決可能な、光ファイバ通信ネットワークへ適用した場合に低クロストークと広通過帯域を持つ、ファブリーペロー空洞波長可変フィルタを提供する。
【０００９】
上記のように、本発明の課題は、温度に対する感度が低く、小型のファブリーペロー空洞波長可変フィルタを提供することである。特に、本ファブリーペロー空洞は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術により簡単に製作できる。さらに、本発明のフィルタは所望の波長を持つ光を正確にフィルタリングすることができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置によると、光ネットワークに適用される波長可変フィルタは、ファブリーペロー空洞と反射器を備える。光ビームはファブリーペロー空洞を２度通過してクロストークを減少させ、広通過帯域を維持する。さらに、ファブリーペロー空洞における２つの反射面間の光学的厚さを調整して所望の波長をフィルタリングすることができる。また、ファブリーペロー空洞と反射器は平行ではないので、ファブリーペロー空洞と反射器を、角度を持たせて取り付けることができる。また、ファブリーペロー空洞から反射された反射ビームと反射器から反射された反射ビームも平行ではない。したがって、光ビーム間の分離性は非常に高い。
【００１１】
なお、以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照することで、前述の態様と本発明に付随する多くの利点の理解が深まると、それらをより容易に評価できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の精神と範囲を限定することなく、本発明で提案される光ファイバ通信ネットワークに適用される波長可変フィルタの装置を、３つの好ましい実施形態により説明する。当業者は、それらの実施形態を理解することで、本発明の装置を任意の種類の光ファイバ通信ネットワークに適用して、低クロストークと広通過帯域光学特性を達成することができる。本発明の装置によると、ファブリーペロー空洞と反射器を使用して本発明の波長可変フィルタが構築される。光ビームは、ファブリーペロー空洞を２度通過することで、光学特性の低クロストークを達成し、広い通過帯域を維持する。さらに、ファブリーペロー空洞における２つの反射面間の光学的厚さが調整可能であり、特定の波長をフィルタリングできる。また、ファブリーペロー空洞と反射器は平行ではないため、ファブリーペロー空洞と反射器は角度を持たせて取り付けることができる。また、ファブリーペロー空洞から反射された反射ビームと反射器から反射された反射ビームも平行ではない。したがって、光ビーム間の分離性は非常に高い。
【００１３】
本発明の波長可変フィルタは、温度に対する感度が低く、小型である。さらに、ファブリーペロー空洞の光学的厚さを変更することで、本発明のフィルタは、所望の波長を持つ光を正確にフィルタリングすることができる。本発明の適用例は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図４を参照する。本発明に適用されるファブリーペロー空洞の概略図を示す。ファブリーペロー空洞は、約数ミクロンのわずかな光学的厚さｄだけ離れた部分反射性の２つの表面４１０と４２０からなる。ファブリーペロー干渉計の理論に基づいて、入射光は空洞を画定する２つの塗布面の間で複数回反射される。出射する波面の間に位相差が存在しない場合、これらの波面間の干渉による透過が最大になる。この状態は、光路差が全波長の整数倍になるとき、すなわち、ｍが整数値、ｄが光学的厚さ、Θが入射角度とすると、条件（ｍλ＝２＊ｄ＊ｃｏｓ（Θ））のときに発生する。その他の波長は、透過波面の相殺干渉（弱め合う干渉）により、透過強度がゼロに向かって減少する。
【００１５】
複数の波長を持つ入射光ビームがファブリーペロー空洞に照射されるとき、条件（ｍλ＝２＊ｄ＊ｃｏｓ（Θ））に一致する波長だけがファブリーペロー空洞を通過するが、他の波長は反射される。
【００１６】
ファブリーペロー空洞に照射される光ビームの光出力強度分布図を図５に示す。最大光出力は、特定波長λ１を中心とした帯域幅に存在する。光ファイバ通信へ適用するために、この帯域幅は、−３ｄＢ幅と定義される。光ビームがファブリーペロー空洞を通過したときの−３ｄＢ幅は広すぎ、光ファイバ通信において許容できない大きなクロストークが発生する。
【００１７】
スペクトルの幅を減少させる、つまり光出力強度分布を特定の波長λ１にさらに集中させるために、図６に示すように光ビームはファブリーペロー空洞を２度通過するように導かれる。光ビームを、２つのファブリーペロー空洞を通過するように導く。２つのファブリーペロー空洞の２つの反射面間の光学的厚さは同じである。図７に光出力強度分布図を示す。以上の結果、光ビームは特定波長λ１にさらに集中し、−３ｄＢ幅も減少する。
【００１８】
しかし、２つのファブリーペロー空洞におけるそれぞれの光学的厚さを同時に調整することは非常に困難である。２つのファブリーペロー空洞の光学的厚さが同一ではない場合、２つのファブリーペロー空洞から出力される出力波長がずれ、出力が減少する。そのため、本発明では、ファブリーペロー空洞と反射器を使用して、波長可変フィルタを構成する。この波長可変フィルタは、最初にファブリーペロー空洞を通過するように光ビームを導く。それから、反射器が光ビームを反射し、反射された光ビームはファブリーペロー空洞内に再び導かれる。そのため、光ビームは同じファブリーペロー空洞を２度通過し、光学的厚さは常に等しくなる。したがって、２つのファブリーペロー空洞のそれぞれの光学的厚さを調整する問題が解決される。
【００１９】
〈第１の実施の形態〉
図８は、本発明によるファブリーペロー空洞波長可変フィルタの第１の実施形態を示す。この周波数可変フィルタは、ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０を備える。反射器６２０は鏡である。さらに、ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０は平行ではない。すなわち、ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０は角度を持たせて取り付けられている。ファブリーペロー空洞６１０から反射された反射ビームと反射器６２０から反射された反射ビームも平行ではない。したがって、光ビーム間の分離性は非常に高い。さらに、図８に示すようにファブリーペロー空洞６１０の２つの反射面６１１，６１２間の光学的厚さｄも調整可能であり、上記２つの反射面６１１，６１２のうち、反射面６１１は固定され、反射面６１２は一点鎖線Ｘの位置まで調整可能である。
【００２０】
波長可変ファブリーペロー空洞６１０の光学的厚さが、条件（ｍλ１＝２＊ｄ＊ｃｏｓ（Θ））に一致する場合、λ１の波長は空洞６１０を通過する。λ１からλＮの波長を持つ光ビーム６３０が波長可変ファブリーペロー空洞６１０に照射されるとき、波長がλ１の光ビームはファブリーペロー空洞６１０を通過し、波長がλ２からλＮの光ビームはファブリーペロー空洞６１０により反射される。波長がλ１の光信号が反射器６２０に到達すると、波長がλ１のこの光ビームは反射され、波長可変ファブリーペロー空洞６１０に再度入射する。そのため、出力光ビームのパワー強度は波長λ１を中心としてさらに集中する。
【００２１】
したがって、本発明の装置によると、ファブリーペロー空洞と反射器を備えた波長可変フィルタは、受光した光を、ファブリーペロー空洞を２度通過するように導いて、光出力を波長λ１にさらに集中させる。また、ファブリーペロー空洞を２つ使用する必要がない。そのため、２つのファブリーペロー空洞のそれぞれの光学的厚さを同時に調整する問題も解決される。
【００２２】
一方、波長可変ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０との間の角度αを任意の角度に変更して、ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０との両方に反射された光ビームを分離することができる。ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０との間の照射角度αを調整することで、分離状態が改善される。
【００２３】
〈第２の実施の形態〉
図９は、本発明による波長可変フィルタの第２の実施形態を示す。第１と第２の実施形態の主な違いは、３本ファイバコリメータ７１０を使用して、ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０との両方に反射された反射光ビームを受光することである。本発明の第１の実施形態で説明したように、波長可変ファブリーペロー空洞６１０の２つの反射面の間の光学的厚さｄも調整可能である。
【００２４】
波長可変ファブリーペロー空洞６１０の反射面間の光学的厚さｄが、条件（ｍλ１＝２＊ｄ＊ｃｏｓ（Θ））に一致すると、波長がλ１の光ビームは、空洞６１０を通過する。λ１からλＮの波長を持つ光ビーム７２０が、３本ファイバコリメータ７１０のうち、第１のファイバから導かれ、波長可変ファブリーペロー空洞６１０に照射されると、λ２からλＮの波長を持つ光ビームは反射され、３本ファイバコリメータ７１０の第２のファイバで受光される。一方、λ１の波長を持つ光ビームだけがファブリーペロー空洞６１０を通過する。λ１の波長を持つ光ビームが反射器６２０に到達すると、その光ビームは反射され、波長可変ファブリーペロー空洞６１０に再度入射する。そのため、光ビームのパワー強度は波長λ１を中心としてさらに集中する。λ１の波長を持つ光信号は、３本ファイバコリメータ７１０の第３のファイバで受光される。
【００２５】
そのため、本発明の第２の実施形態によると、受光された光は、ファブリーペロー空洞６１０を２回通過して波長λ１を中心としてさらに光出力を集中するように導かれるようにすることもできる。一方、３本ファイバコリメータ７１０は第２の実施形態において、ファブリーペロー空洞６１０と反射器６２０で反射された光ビームを受光するとして使用される。
【００２６】
〈第３の実施の形態〉
図１０は、ファブリーペロー空洞６１０と反射器として三角プリズム８１０を備える波長可変フィルタの本発明による第３の実施形態を示す。第１と第３の実施形態の主な違いは、反射器に三角プリズム８１０が使用されていることにある。波長可変ファブリーペロー空洞６１０における２つの反射面６１１，６１２の間の光学的厚さｄも調整可能である。
【００２７】
波長可変ファブリーペロー空洞６１０における２つの反射面６１１，６１２の間の光学的厚さｄが、波長λ１を持つ光信号が通過する場合において、λ１からλＮの波長を持つ光８３０が波長可変ファブリーペロー空洞６１０に照射されると、λ２からλＮの波長を持つ光は、ファブリーペロー空洞６１０により反射される。波長λ１を持つ光ビームが三角プリズム８１０に到達すると、光ビームは反射され、波長可変ファブリーペロー空洞６１０に再度入射する。そのため、光出力が波長λ１を中心としてさらに集中する。前述の第１および第２の実施形態のように、ファブリーペロー空洞６１０は角度αだけ移動して、ファブリーペロー空洞６１０と反射器である三角プリズム８１０の両方に反射された反射光ビームを分離する。分離状態も改善される。
【００２８】
〈実施の形態の効果〉
本発明は多くの利点を持つ。まず、本発明による波長可変フィルタは、ファブリーペロー空洞と反射器を備える。この波長可変フィルタは、受光した光ビームを、ファブリーペロー空洞を２度通過するように導いて、特定の波長を中心として光ビームパワー強度をさらに集中させ、低いクロストークと広い通過帯域という光学的特性を得る。ファブリーペロー空洞を２つ使用する必要はない。そのため、２つのファブリーペロー空洞のそれぞれの光学的厚さを同時に調整する問題を解決できる。
【００２９】
さらに、本発明によるこの波長可変フィルタは、温度に対する感度が低く、小型である。特に、ファブリーペロー空洞は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術により簡単に製作できる。従来の光ファイバ、薄膜フィルタ、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）、およびアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と比較して、本発明の波長可変フィルタは、薄膜フィルタが大きくなりすぎるという問題、或いはファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）とアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）両方を温度により制御することが困難であるという問題を解決する。
【００３０】
〈その他の実施の形態〉
当業者が理解するように、前述の本発明の好ましい実施形態は、本発明を説明するものであり、本発明を限定するものではない。それらの実施形態は、併記の特許請求の範囲の精神およびその範囲に含まれる様々な変形例や類似の構成を網羅することが目的である。たとえば、本発明では、反射器としては、前述のように鏡や三角プリズムだけではなく、反射機能を持つ他の光学装置も使用可能であり、本発明の範囲を最も広く解釈することで、そのようなすべての変形例や類似の構造を包含するようにすべきである。
【発明の効果】
本発明の波長可変フィルタによれば、温度に対する感度が低く、小型のファブリーペロー空洞波長可変フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の薄膜フィルタの概略図である。
【図２】従来のファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）の概略図である。
【図３】従来のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の概略図である。
【図４】本発明で使用されるファブリーペロー空洞の概略図である。
【図５】本発明によるファブリーペロー空洞を通過する光の概略的な光出力強度分布図である。
【図６】本発明による２つのファブリーペロー空洞を通過する光の概略図である。
【図７】本発明による２つのファブリーペロー空洞を通過する光の概略的な光出力強度分布図である。
【図８】本発明の第１の好ましい実施形態による、ファブリーペロー空洞と反射器を備えた概略図である。
【図９】本発明の第２の好ましい実施形態による、ファブリーペロー空洞、反射器、および３本ファイバコリメータを備えた概略図である。
【図１０】本発明の第３の好ましい実施形態による、ファブリーペロー空洞と三角プリズム反射器を備えた概略図である。
【符号の説明】
１００　　　　　　薄膜フィルタ
４１０　　　　　　表面
４２０　　　　　　表面
６１０　　　　　　ファブリーペロー空洞
６１１　　　　　　反射面
６１２　　　　　　反射面
６２０　　　　　　反射器
６３０　　　　　　光ビーム
７１０　　　　　　ファイバコリメータ
７２０　　　　　　光ビーム
８１０　　　　　　三角プリズム
８３０　　　　　　光
【図１】
2004054223.tif 000003
【図２】
2004054223.tif 000004
【図３】
2004054223.tif 000005
【図４】
2004054223.tif 000006
【図５】
2004054223.tif 000007
【図６】
2004054223.tif 000008
【図７】
2004054223.tif 000009
【図８】
2004054223.tif 000010
【図９】
2004054223.tif 000011
【図１０】
2004054223.tif 000012