(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少し、且つ、該屈折率の分布定数が温度により変化する屈折率分布型の光伝送部と、
前記光伝送部の軸線方向一端側に設けられた波長多重光用接続部と、
前記光伝送部の軸線方向他端側に設けられた単色光用接続部と、
前記光伝送部の温度を変化させ、前記波長多重光用接続部から前記光伝送部に入射した波長多重光に含まれる単色光の前記光伝送部からの出射位置を変化させ、該単色光の何れかを選択的に前記単色光用接続部に入射させる温度変更手段と、を備えている、
ことを特徴とする光フィルタ。
【請求項２】
前記単色光用接続部が、前記光伝送部の軸線方向他端側に設けられたプリズムに設けられている、
請求項１に記載の光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の波長の光を選択的に取り出すことができる波長可変光フィルタ（光スイッチ）に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
情報伝送容量の増大に伴い、波長が異なる光にそれぞれ異なった情報を付予し、これら波長の異なる光を多重して伝送する波長多重伝送方式の伝送システムが採用されている。この伝送システムでは、複数の波長を含む波長多重光から特定の波長の光を選択的に取り出すために、光フィルタ、光スイッチ等が使用される。
【０００３】
このような光フィルタ、光スイッチとして、マッハツェンダー干渉計型光導波路中にグレーティングを配置した光フィルタや、このような光フィルタに、クロム、銅などの金属蒸着膜を設けこれに電流を流して熱を発生させ、光導波路を加熱する薄膜ヒータを取付けた熱光学光スイッチ等が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光導波路を備えた光フィルタおよび光スイッチは、製作工程が煩雑であるため量産性に欠ける。また、グレーティングを製作する際には、コアまたはクラッドに数ミクロンあるいはそれ以上の精度で周期的に切欠きを作ることが要求されるため、コストが上昇する。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、製作が容易であり且つ取り出すことができる単色光の波長を変更することができる光フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少し、且つ、該屈折率の分布定数が温度により変化する屈折率分布型の光伝送部と、前記光伝送部の軸線方向一端側に設けられた波長多重光用接続部と、前記光伝送部の軸線方向他端側に設けられた単色光用接続部と、前記光伝送部の温度を変化させ、前記波長多重光用接続部から前記光伝送部に入射した波長多重光に含まれる単色光の前記光伝送部からの出射位置を変化させ、該単色光のいずれかを選択的に前記単色光用接続部に入射させる温度変更手段と、を備えている、ことを特徴とする光フィルタが提供される。
【０００７】
このような構成を有する光フィルタによれば、光伝送部の温度を変化させることにより、単色光用接続部に導かれる単色光の波長が変更されるので、簡単な構成で、選択的に取り出すことができる光の波長を変更できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様によれば、前記単色光用接続部が、前記光伝送部の軸線方向他端側に設けられたプリズムに設けられている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施形態の光フィルタ（光スイッチ）１の構成を概略的に示す斜視図である。
【００１１】
図１に示されているように、光フィルタ１は、基板２上に取付けられた光伝送部４を備えている。光フィルタ１は、更に、光伝送部４の一端（入射）側に配置され波長多重光を入射させる入射側光ファイバ６と、光伝送部４の他端（出射）側に配置されたプリズム８と、プリズム８に接続された出射側光ファイバ１０と、光伝送部４の温度を調節する温度調整器１２を備えている。入射側光ファイバ６は、光伝送部４の中心軸と平行に光伝送部４に接続されている。
【００１２】
本実施形態では、温度調節器１２として、ペルチェ素子を使用している。ペルチェ素子は、加熱および冷却を効果的に行うことができるため好ましい。しかしながら、ヒータ等の他の加熱手段又は冷却手段を用いても良い。
【００１３】
光伝送部４を均一に加熱または冷却するため、光フィルタ１、特に光伝送部４を、他の樹脂で封止するか、温度調節器１２を筒状に形成し、その中に光伝送部４を配置するのが好ましい。
【００１４】
光伝送部４は、略円筒状であり中心軸線ｃから周辺部に向かって屈折率が連続的に減少する屈折率分布型の光伝送部である。本実施形態では、光伝送部４の屈折率ｎは、下記の式（１）で近似される分布状態にある。
Ｎ（ｒ）＝ｎ0×（１−ｇ2×ｒ2／２）……式（１）
ｎ0：中心軸ｃ上の屈折率、
ｇ：屈折率分布定数
ｒ：中心軸ｃからの半径方向の距離
【００１５】
光伝送部４は、イオン交換法等を用いて無機ガラスから製造された光伝送部、または、プラスチックで製造され、その外周がクラッド層（図示せず）で覆われた光学部品である。光伝送部４は、入射側光ファイバ６を経て軸線方向一端側（図１の右側）から入射した光を、図１に矢印Ａで示すように、光伝送部４内を蛇行させながら伝播して軸線方向他端側（図１の左側）から出射させる。
【００１６】
入射する光が波長多重光１４であるときには、中心軸上の屈折率ｎ0と屈折率分布定数ｇの波長分散に起因する色収差により、各単色光には、波長によって少しづつ異なる屈折率分布が与えられる。この結果、光伝送部４に入射した波長多重光１４に含まれる各波長（λ１、λ２、λ３）の単色光１６、１８、２０は、光伝送部４内で異なる蛇行周期（経路）を有する。このため、光伝送部４の一端側の入射した波長多重光１４は、これに含まれる各波長（λ１、λ２、λ３）の単色光は、波長毎に、単色光１６、１８、２０に分波され、各単色光は、光伝送部４の他端側の異なった位置から異なった角度で出射する。
【００１７】
屈折率は、温度により変化する。円筒体である光伝送部４においては、半径方向に沿って屈折率の温度依存性（温度変化に対する変化量）が変化しているため、屈折率分布定数ｇも温度に依存して変化することになる。従って、光伝送部４の温度を変化させることにより、光伝送部４から光の出射位置を変化させることができる。
【００１８】
屈折率の変化の程度は、材料の熱膨張係数に依存する傾向があり、小さい温度変化で大きく屈折率を変化させようとするする場合には、プラスチック製の光伝送部を用いることが好ましい。また、屈折率分布定数を大きく変化させようとする場合は、中心部と外周部とで構成材料の熱膨張係数の差を大きくとることが好ましい。光伝送部４としては後述する屈折率分布の温度依存性の定数が、５×１０-5以上であるものを用いることが好ましい。
【００１９】
本実施形態の光フィルタ１は、温度調節器１２によって光伝送部４の温度を第１の温度としたときに、光伝送部４に入射した波長多重光１４に含まれる第１の波長（λ１）の単色光１６が、出射側光ファイバ１０に入射するように構成されている。また、温度調節器１２によって光伝送部４の温度を第２の温度としたときに、図１に示されているように、光伝送部４に入射した波長多重光１４に含まれる第２の波長（λ２）の単色光１８が、出射側光ファイバ１０に入射するように構成されている。さらに、温度調節器１２によって光伝送部４の温度を第３の温度としたときに、光伝送部４に入射した波長多重光１４に含まれる第３の波長（λ３）の単色光２０が、出射側光ファイバ１０に入射するように構成されている。従って、本実施形態では、光伝送部４の温度を温度調節器１２で、第１、第２又は第３の温度にすることによって、出射側光ファイバ１０に入射させる光の波長を選択的に変更することができる。
【００２０】
光伝送部４に接続される光ファイバ６、１０としては、石英ガラス製のガラス光ファイバ、または、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのプラスチックからなるプラスチック光ファイバ等が使用される。
【００２１】
接続される光ファイバ６、１０の屈折率分布は、特に限定されるものではなく、ステップインデックス（ＳＩ）型ファイバ、グレーディッドインデックス（ＧＩ）型ファイバ等の公知の光ファイバが光ファイバ８、１２として使用可能である。
【００２２】
このような構成を有する本実施形態の分波器によれば、複雑な構成および光部品を用いることなく、簡単な構成で、波長多重光からの特定の波長の光を分離することができ、且つ、分離することができる波長を容易に変更できる。
【００２３】
本発明は、上記実施形態に限定されず特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００２４】
【実施例】
次に、図２ないし図４に沿って、本発明の一実施例を説明する。図２は、本発明の一実施例の光フィルタ１０１の概略的な構成を示す平面図である。光スイッチ１０１は、出射側にプリズムが設けられていない点を除いて、基本的な構成は上記実施形態の光フィルタ１と同一である。したがって、光フィルタ１の構成要素と対応する構成要素には、光フィルタ１と同一の１００番台の参照番号を付す。
【００２５】
光フィルタ１０１では、直径１ｍｍ、長さ８．７３ｍｍの屈折率分布型のプラスチック製の光伝送部１０４の中心軸ｃから距離ｒ（０．４５ｍｍ）の位置に、入射側光ファイバ１０６である石英ガラス製のシングルモード光ファイバが、中心軸ｃと平行になるように端面接続されている。又、温度調節器１１２としては、ペルチェ素子が使用されている。入射側光ファイバ１０６から入射させる波長多重光１１４は、λ１＝１２８５．４ｎｍ、λ２＝１５２３．６ｎｍの単色光が多重されたものである。光伝送部１０４の温度を２０℃としたときの、波長λ１に対する光伝送部１０４の屈折率分布定数ｇ１は、０．５４３であり、波長λ２に対する光伝送部１０４の屈折率分布定数ｇ２は、０．５４０である。さらに、波長λ１に対する中心軸ｃ上の屈折率ｎ１は１．４９７、波長λ２に対する中心軸ｃ上の屈折率ｎ２は１．４９３である。
【００２６】
上記の式（１）で略近似される屈折率分布状態を有する光伝送部１０４での光線マトリクスは、次式（２）で与えられる。
【数１】
0003860052.tif 000002
【００２７】
ここで、ｎは中心軸ｃ上の屈折率、ｇは屈折率分布定数を示し、Ｚは光伝送部１０４の長さ、ｒ１は光伝送部１０４の軸線方向一端面への光線Ｐの入射位置と中心軸ｃとの距離、θ１は光伝送部１０４の軸線方向一端面への光線Ｐの入射角度（ｒａｄ）、ｒ２は光伝送部１０４の軸線方向他端面からの光線Ｐの出射位置と中心軸ｃとの距離、θ２は光伝送部１０４の軸線方向他端面からの光線Ｐの出射角度（ｒａｄ）を表す（図３参照）。
【００２８】
上記（２）式から、出射端面（他端面）での光線の出射位置は、屈折率分布定数ｇと屈折率ｎに応じて変化することがわかる。この結果、図２に示されているように、光伝送部１０４の一端面の同一入射位置（半径方向位置）ｒから複数の異なった波長λ１、λ２を含む波長多重光１１４が入射したときには、各波長に対する屈折率分布定数ｇと屈折率ｎとが異なるため、光伝送部１０４の他端面での各光線１１６、１１８の出射位置と中心軸ｃとの距離ｒ２１、ｒ２２が異なる。
【００２９】
本実施例では、上記温度条件では、λ１＝１２８５．４ｎｍの単色光はｒ２１＝０．０１ｍｍ、λ２＝１５２３．６ｎｍの単色光はｒ２２＝０．００ｍｍの位置から出射し、λ２の単色光１１８が出射側光ファイバ１１０に入射する。
【００３０】
図４は、屈折率分布型の光伝送部１０４の屈折率分布の温度依存性を示すグラフである。図４に示されているように、本実施例の光伝送部１０４の屈折率分布定数の温度依存性の係数は、６．０×１０-5／℃である。従って、光伝送部１０４の温度を７０℃に設定すると、波長λ１、λ２の光線に対する屈折率分布定数は、それぞれ、ｇ１＝０．５４０、ｇ２＝０．５３７となり、波長λ１、λ２の光線の出射位置と中心軸ｃとの距離は、ｒ２１＝０．００ｍｍ、ｒ２２＝−０．０１ｍｍに変化する。この結果、出射側光ファイバ１１０に入射する光は、光伝送部１０４の温度が２０℃の場合の波長λ２の単色光から、λ１の単色光に切り替わることになる。このように、温度調節器１１２によって、光伝送部１０４の温度を変化させることで、取り出すことができる光の波長を変更することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、製作が容易であり且つ取り出すことができる単色光の波長を変更することができる光フィルタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の光フィルタの構成を示す概略的な斜視図である。
【図２】本発明の実施例の光フィルタの構成、作用を示す概略的な側面図である。
【図３】本発明の実施例の光フィルタの原理を説明するための図面である。
【図４】本発明の実施例の伝送部の屈折率分布の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１：光フィルタ
２：基板
４：光伝送部
６：入射側光ファイバ
１０：出射側光ファイバ
１２：温度調整器
１４：波長多重光
１６、１８、２０：単色光
【図１】
0003860052.tif 000003
【図２】
0003860052.tif 000004
【図３】
0003860052.tif 000005
【図４】
0003860052.tif 000006