JP2002511157A - モード変換のためのブラッグ格子を用いた狭小帯域透過フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学的信号を通過させることにより選択的にフィルタ処理する光学的フィルタを形成する方法であって、光路（８）に結合（３、４）された光学部品（２）上にブラッグ格子を形成して、光学的信号が光路に伝播するように結合するステップと、所定条件に従って選択的に透過スペクトルを形成するように結合を調整（６、７）するステップと、を有することを特徴とするフィルタ形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】 モード変換のためのブラッグ格子を用いた狭小帯域透過フィルタ技術分野 本発明は光学的なフィルタ技術に関し、とりわけ狭小帯域透過フィルタを形成 するためのフィルタ技術の利用に関する。発明の背景 ファイバブラッグ格子は、ＷＤＭ（波長分割多重）システムを導入するに際し て有効な道具となることが分かってきた。これは、近接した多数の波長を透過さ せるために必要な、極めて選択的な帯域消去フィルタ技術を提供する。しかし、 kベクトルが大きいために前方進行モードが後方進行モードに結合されるので、 これらの格子は反射モードにしか作用しないことになる。このことは、伝播シス テムで反射モードを利用するには、再度、光を反射させる必要があるので、大き な問題となる。 前方方向における位相整合技術を用いて動作する公知の格子は、２つのモード 間のうなり波長で決まる長い周期を有する。基本モードの変換には、通常、帯域 消去して、より高次元のモードを除去する必要がある。これは、クラッディング （cladding）モードに変換する場合、より簡単となる。これらのフィルタが極め て低い反射率を有する場合は、帯域透過デバイスではなく、帯域消去フィルタと して機能する。さらに、モード分散が小さいので、消去帯域幅は２０ｎｍオーダ と広くなる。これらフィルタのスペクトルは、伝播時の禁止ノッチとして現れ、 ブラッグ格子の禁止ノッチよりもはるかに広い。他方、格子分散を用いて、狭小 な波長領域において反射の際のモードを変換することができる。これらすべての 場合において、一般に、伝播ノッチフィルタが形成されるが、逆に、ほとんどの 場合において帯域透過フィルタが好適である。発明の要約 本発明の目的は、狭小帯域透過フィルタを形成可能とするような手法で、効率 的にモード変換するブラッグ格子を利用することにある。 本発明の第１の実施形態によれば、光学的信号を通過させることにより選択的 にフィルタ処理する光学的フィルタを形成する方法が提供されており、その方法 は、光路に結合された光学部品上にブラッグ格子を形成して、光学的信号を伝播 させるステップと、所定条件に従って選択的に透過スペクトルを形成するように 結合を調整するステップと、を有する。 本発明の第２の実施形態によれば、光学的信号を通過させることにより選択的 にフィルタ処理する光学的フィルタを形成する方法が提供されており、その方法 は、光路に結合された光学部品上にブラッグ格子を形成して、光学的信号を伝播 させるステップと、入力モードから所定の出力モードに光を変換するように結合 を最適化するステップと、を有する。 好適には、このフィルタは、狭小帯域透過フィルタを有し、平面型導波路とし て構成してもよい。１つの実施形態における格子は傾斜している。 本発明の第３の実施形態によれば、光学的透過フィルタが提供されており、そ のフィルタは、傾斜したブラッグ格子と、格子の一端部に光を結合する入力結合 手段と、格子からの光を結合する第１の出力結合手段と、を備え、上記入力手段 および上記出力手段の位置を調整して、所定の条件に従って、１つまたはそれ以 上のフィルタ帯域透過ピークを形成することができる。 このフィルタは他のフィルタデバイスと共に縦列状に用いることができる。こ のフィルタはさらに、第２の出力結合手段を有し、上記第１結合手段により結合 されない光を結合することができる。このフィルタは、位相シフト構造または長 期間格子を含む、少なくとも１つの他の光学部品に結合することができる。択一 的に、このフィルタは、非線形光学部品に結合される。このフィルタは、分配型 帰還レーザ内で用いることができる。図面の簡単な説明 本発明の範疇に入るその他すべての実施形態の中で、本発明の好適な実施形態 を単に一例として添付図面を参照しながら説明する。 図１は、好適な実施形態の装置を示す概略図である。 図２は、好適な実施形態の透過スペクトルおよび格子スペクトルを示す。 図３（ａ）ないし３（ｃ）は、図１の装置のために偏光された光、および偏光 されていない光に対するさまざまな透過スペクトルを示す。好適な実施例とその他の実施例の説明 好適な実施形態において、１つのモードから別のモードに光を結合する、ブラ ッグ格子上に構成された種々の共振器の利点を理論上享受できるような装置が提 供されており、これにより好適な出力結果を得ることができる。とりわけ、この 装置は、反射および伝播の両方を帯域フィルタ処理できるように、後方進行モー ドを選択波長における前方進行モードに再結合できるように構成されている。１ つのモードから別のモードに光を結合するために、上述の原理を用いることがで きる。これらのデバイスは、平面型の導波路デバイスまたは光ファイバデバイス の中にあって、所望する出力モード以外のすべてのモードを排除するように選択 することができる。 不要なモードを排除するための１つの実施形態によれば、単一モードの入力フ ァイバおよび出力ファイバを用いたマルチモード傾斜導波路が利用される。この ような導波路を用いて、信号ノイズ比１５ｄＢで約１ｎｍの帯域透過フィルタが 得られた。その結果、ブラッグ格子の共振特性を用いて、格子間幅により決まる スペクトル幅を有する狭小帯域透過フィルタを形成することができる。 図１によれば、本発明の実施形態の装置１が図示されている。ゲルマノシリケ イト（Germanosilicate）（２０％ＧｅＯ₂）の傾斜リブ導波路２がＰＥＣＶＤ材 料を用いて形成される。傾斜導波路は幅１ｍｍの一端部３から、３ないし１０μ ｍ幅の他端部４に傾斜し、これにより、数多くの伝播モードをサポートする。 リブの高さは０．５μｍで、長さは１ｃｍである。ガラス基板上のＰＥＣＶＤ が本質的に高い光電感度を有するのでよく用いられ、これにより、３５ｄＢを十 分に超える感度を有するブラッグ格子を形成することができる。しかしこの材料 で形成されたリブは、簡単には補償できない結晶構造および歪みに起因する大き な複屈折分離を有する。ＡｒＦレーザからの１９３ｎｍの出力光を用いて、傾斜 導波路の長さに亙ってブラッグ格子が引かれ（放射束４００Ｊ／ｃｍ²)、これに よりいくつかの格子チャーピングピークが生じ、その位置は入射光が結合される 特定のモードに依存する。 図１は、狭小帯域フィルタのピークを得るために用いられる装置を示す。入射 端６と集光端７の両方を調整することにより、当初傾きの中にあって他端部では サポートされない損失モードに変換することができる。したがって、通常、光は 結合してほとんど出力されない。しかし、格子は、単一モードファイバとして出 力されるモードにこの光のいくつかを直接に結合することができる。位相整合条 件を満足するこれらの波長は、モード間のうなり波長に依存するが、効率的に結 合され、その結果、分散度の高い狭小帯域フィルタを形成することができる。格 子を用いることなく、このフィルタ処理を行うことはできない。導波路が均一な らば、ファイバ干渉計としてこれまで用いられたものと同様のいくつかのモード 干渉が確認される。 ＥＤＦＡからの光は、直線偏光器およびこの装置への入力器を用いて偏光され る。図２は、こうして得られたピーク１２を有するＴＥ透過スペクトル１０を図 示する。形状が対称的で入力光が出力ファイバに直接結合される場合の対応する 格子スペクトル１１が図示されている。透過ピーク１２は、格子スペクトル１１ にあるノッチの一端部１３上にある。入力結合位置を変えることにより、バンド ギャップの他端側１４に、ピーク１２を抑制する同様のピークを形成できること を確認した。偏光入力を調整することにより、ＴＥ（図３（ａ））およびＴＭ（ 図３（ｂ））のピークが形成される。図３（ａ）において、ピーク２０は格子ス ペクトルのノッチの側部２１にあり、図３（ｂ）におけるＴＥの場合も同様に、 ピーク２３は格子スペクトルのノッチの反対側の側部にある。ピーク２０や２３ などの位置は、入出力結合を調整することにより相当に変わることが確認された 。 ＴＥおよびＴＭの透過帯域の分離したピークにより生じる複屈折分離は、およそ １．２ｎｍであった。 再び図２を参照すると、ＴＥ光を用いたとき、ピーク１２が図１の格子を用い て最適化される。１５３０ｎｍないし１５５０ｎｍの測定範囲において、ピーク １２の狭小透過帯域の幅がおよそ１ｎｍで、その信号ノイズ比が１５ｄＢである 。信号ピークは、最適化された背景伝播信号より約７ｄＢ低いことが確認された が、これは導波路形状および格子形状が相当に最適化されたことにより実質的に 改善されたものと考えられる。 この結合が導波路の大きさに依存することを確認するために、いくつかの利用 可能な傾斜導波路を用いて、上述の評価を繰り返し行った。つまり一端部の幅を １０μｍとして固定し、他端部の幅を１ｍｍまで変化させる。利用可能な傾斜導 波路に対して同様の狭小バンドが形成され、出力ファイバに結合される光の広帯 域分散度の効果だけが異なることが確認された。一般に、傾斜導波路が大きけれ ば大きいほど、入射モードおよび出力モードの間のコントラスト損失が大きくな り、入射モードのほとんどが他端部に結合されないことが確認されている。 この原理に拘束されることを所望しない場合、上記結果によれば、格子が前方 および後方方向において位相整合条件を提供し得ることを示唆している。結合の ための実効的な周期は、キャビティ特性係数「Ｑ」に幾分比例する位相遅延を導 入する格子上のキャビティの往復回数により決まる。往復する光は、前方伝播波 および後方伝播波を含んでいるので、前方および後方方向の両方におけるさまざ まな位相整合が可能であることが必要となる。こうして明らかなように、実施の 形態で用いられたものと類似の格子が、入力波長を変えるか、格子自体を調整す ることにより、効果的な可変遅延素子として機能することができる。入力および 出力の接続を調整することにより、しばしば最適な結果を得ることができる。格 子が均一ならば、対照的なモード間で結合される必要がある。さもなければ、格 子内のブレーズとして、または傾斜導波路内の非均一性として、非対称性が生じ る。 明らかなように、近年、ＷＤＭシステムで実証されたファイバ分散を考慮した 条件に応じて、そしてこれに関連するすでにチャーピングした帯域ピークを形成 するために、この格子フィルタを用いることができる。このチャーピングは、格 子結合フィルタのいずれかを選択することにより調整することができ、こうして 格子チャーピングを最適化することにより分散サイドを制御することができる。 択一的に、分散補償の代わりになるものが、ＷＤＭシステムの他端部で用いるこ とができる。信号を形成すると同時にチャーピングし、伝播形状を最適化するこ とにより、入力信号と互換性のある格子分散補償器を必要とする問題を解消する 。 統合された導波路形状を最適化することにより、または例えば、利得減衰させ るために用いられる長周期格子と類似の特別設計した格子やモード除去器などの 損失部品を用いることにより、背景光を減衰するように改善することができる。 択一的に、ＥＤＦＡスペクトル全体をカバーする伝播ピークを均等化するために 、これらのフィルタを用いることができる。この場合、抽出された格子構造は、 等しい間隔で近接する多数のピークを形成するために用いることができる。 好適な実施例の原理の別の応用例は、偏光変換機である。１つの偏光状態が他 の状態に結合できるように結合条件を調整することができる。複屈折率分離は、 うなり長により決まる。さらに、混合偏光は、エネルギ変換が不完全である場合 に起こりうる。 上述の原理は、用いた導波路の形態に依存するものではないが、統合された光 学系は際立った利点を有し、例えば、１枚のウエハ上に極めて簡単に再生産する ことができ、さらに不安定な環境にもよりうまく追随できる。また、連結および 平行処理に際しても１つの統合された部品上ならば、うまく行うことができる。 択一的には、光ファイバ構造を用いることができる。 もちろん、この好適な実施形態は、多数の入力と出力ガイド、および例えば縦 続接続のように多数の動作可能な光学部品を有するマルチ構造に容易に拡張する ことができる。例えば未結合出力を１つ以上の別の傾斜導波路に接続して、その 結果、未結合光についてこの処理を繰り返すため別の傾斜導波路で処理すること もできる。これは、明らかに、デバイスのカスケードまたは多数出力を用いた多 数モード干渉デバイスに拡張できる。（例えば、多数干渉領域を用いることによ り）ガイド形状を調整し、または（特定のチャーピング形状またはサンプル格子 を用いることにより）各傾斜導波路デバイスの格子形状を調整し、あるいはその 両方を調整することにより、全体的なデバイス機能を最適化することができる。 位相シフト構造および長周期格子を含む複合デバイスにおいて、その他の装置 を用いることができる。さらに、非線形部品を複合デバイスに付加することによ り、機能を追加することができる。非線形部品の一例として、エルビウムをドー プしたファイバがあり、温度加熱する、パルス強度駆動係数の変化または電気光 学的効果がある。その結果としての複合デバイスは、多数出力デバイス内の各ポ ートのために必要な結合の長さを調整することにより、ポート全体に亙ってスイ ッチするために用いられる活動的な装置を提供することができる。さらに、用い られる非線形処理に依存して、遅いまたは速いスイッチシステムを採用すること ができる。さらに、傾斜導波路デバイスは、新規なレーザデバイスを形成するた めに用いることもできる。例えば、エルビウムがドープされたデバイスは、異な る出力ポートで提供された出力に関して多数モード領域の異なる部品に対して、 間隔を置いて同時に多数の異なるライン上に分布帰還型レーザ発振することがで きる。明らかなように、内部ブラッグ格子を中核部品として有する傾斜導波路を 用いた数多くの複合デバイスを形成することができる。 より広く記述された本発明の精神および範疇を逸脱することなく、特定の実施 例で示された本発明に対する数多くの変形例および／または変更例が、当業者な らば容易に想到されよう。従って、本発明はすべて例示的なものであって限定的 に解釈されるべきものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年９月６日（１９９９．９．６） 【補正内容】発明の要約 本発明の目的は、狭小帯域透過フィルタを形成可能とするような手法で、効率 的にモード変換するブラッグ格子を利用することにある。 本発明の第１の実施形態によれば、光学的信号を通過させることにより選択的 にフィルタ処理する光学的フィルタを形成する方法が提供されており、その方法 は、ブラッグ格子を通過する光学的信号をガイドするために光学的信号に結合さ れた光学的導波路上にブラッグ格子を形成するステップと、所定条件に従って選 択的に光学的フィルタの透過スペクトルを形成するように結合を調整するステッ プと、を有する。 本発明の第２の実施形態によれば、光学的信号を通過させることにより選択的 にフィルタ処理する光学的フィルタを形成する方法が提供されており、その方法 は、ブラッグ格子を通過する光学的信号をガイドするために光学的信号に結合さ れた光学的導波路上にブラッグ格子を形成するステップと、入力モードから所定 の出力モードに光を変換するように結合を最適化するステップと、を有する。 好適には、このフィルタは、狭小帯域透過フィルタを有し、平面型導波路とし て構成してもよい。１つの実施形態における格子は傾斜している。 本発明の第３の実施形態によれば、光学的透過フィルタが提供されており、そ のフィルタは、ブラッグ格子が内部に形成された傾斜した導波路と、格子の一端 部に光を結合する入力結合手段と、格子からの光を結合する第１の出力結合手段 と、を備え、上記入力手段および上記出力手段の位置を調整して、所定の条件に 従って、１つまたはそれ以上のフィルタ帯域透過ピークを形成することができる 。 このフィルタは他のフィルタデバイスと共に縦列状に用いることができる。こ のフィルタはさらに、第２の出力結合手段を有し、上記第１結合手段により結合 されない光を結合することができる。このフィルタは、位相シフト構造または長 期間格子を含む、少なくとも１つの他の光学部品に結合することができる。択一 的に、このフィルタは、非線形光学部品に結合される。このフィルタは、分配型 帰還レーザ内で用いることができる。 請求の範囲 １． 光学的信号を通過させることにより選択的にフィルタ処理する光学的フィ ルタを形成する方法であって、 ブラッグ格子を通過する光学的信号をガイドするために光学的信号に結合され た光学的導波路上にブラッグ格子を形成するステップと、 所定条件に従って選択的に光学的フィルタの透過スペクトルを形成するように 結合を調整するステップと、を有することを特徴とするフィルタ形成方法。 ２． 光学的信号を通過させることにより選択的にフィルタ処理する光学的フィ ルタを形成する方法であって、 ブラッグ格子を通過する光学的信号をガイドするために光学的信号に結合され た光学的導波路上にブラッグ格子を形成するステップと、 入力モードから所定の出力モードに光を変換するように結合を最適化するステ ップと、を有することを特徴とするフィルタ形成方法。 ３． 上記フィルタが狭小帯域透過フィルタを有することを特徴とする請求項１ および２のいずれかのフィルタ形成方法。 ４． 上記光学的フィルタが平面型導波路であることを特徴とする請求項１およ び２のいずれかのフィルタ形成方法。 ５． 上記光学フィルタが光ファイバ内に形成されていることを特徴とする請求 項１ないし３のいずれがのフィルタ形成方法。 ６． 上記ブラッグ格子が傾斜していることを特徴とする請求項１および５のい ずれかのフィルタ形成方法。 ７． 光学的透過フィルタであって、 ブラッグ格子が内部に形成された傾斜した導波路と、 格子の一端部に光を結合する入力結合手段と、 格子からの光を結合する第１の出力結合手段と、を備え、 上記入力手段および上記出力手段の位置を調整して、所定の条件に従って、１ つまたはそれ以上のフィルタ帯域透過ピークを形成できることを特徴とする光学 的透過フィルタ。 ８． 入力結合手段が傾斜したブラッグ格子の幅広の端部に接続され、出力結合 手段が傾斜したブラッグ格子の狭小の端部に接続されることを特徴とする請求項 ７の光学的透過フィルタ。 ９． 傾斜したブラッグ格子が平面型光導波路内に形成されたことを特徴とする 請求項７または８の光学的透過フィルタ。 １０． 傾斜したブラッグ格子が光ファイバ内に形成されたことを特徴とする請 求項７ないし９のいずれかの光学的透過フィルタ。 １１． 上記フィルタが他のフィルタデバイスと共に縦列状に用いられているこ とを特徴とする請求項７ないし９のいずれかの光学的透過フィルタ。 １２． 上記フィルタが、さらに、第２の出力結合手段を有し、上記第１結合手 段により結合されない光を結合することを特徴とする請求項１１の光学的透過フ ィルタ。 １３． 上記フィルタが、位相シフト構造または長期間格子を含む、少なくとも １つの他の光学部品に結合されることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれ かの光学的透過フィルタ。 １４． 上記フィルタが、非線形光学部品に結合されることを特徴とする請求項 １１ないし１３のいずれかの光学的透過フィルタ。 １５． 上記フィルタが分配型帰還レーザ内で用いられることを特徴とする請求 項７の光学的透過フィルタ。 １６． 入力結合手段が傾斜導波路の狭小端に配置され、出力結合手段が傾斜導 波路の幅広端に配置されたことを特徴とする請求項７の光学的透過フィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光学的信号を通過させることにより選択的にフィルタ処理する光学的フィ ルタを形成する方法であって、 光路に結合された光学部品上にブラッグ格子を形成して、光学的信号を伝播さ せるステップと、 所定条件に従って選択的に透過スペクトルを形成するように結合を調整するス テップと、を有することを特徴とするフィルタ形成方法。 ２． 光学的信号を通過させることにより選択的にフィルタ処理する光学的フィ ルタを形成する方法であって、 光路に結合された光学部品上にブラッグ格子を形成して、光学的信号を伝播さ せるステップと、 入力モードから所定の出力モードに光を変換するように結合を最適化するステ ップと、を有することを特徴とするフィルタ形成方法。 ３． 上記フィルタが狭小帯域透過フィルタを有することを特徴とする請求項１ および２のいずれかのフィルタ形成方法。 ４． 上記光学的フィルタが平面型導波路であることを特徴とする請求項１およ び２のいずれかのフィルタ形成方法。 ５． 上記光学フィルタが光ファイバ内に形成されていることを特徴とする請求 項１ないし３のいずれがのフィルタ形成方法。 ６． 上記ブラッグ格子が傾斜していることを特徴とする請求項１および５のい ずれかのフィルタ形成方法。 ７． 上記光路に対する上記部品の結合が調整可能であることを特徴とする請求 項１および６のいずれかのフィルタ形成方法。 ８． 光学的透過フィルタであって、 傾斜したブラッグ格子と、 格子の一端部に光を結合する入力結合手段と、 格子からの光を結合する第１の出力結合手段と、を備え、 上記入力手段および上記出力手段の位置を調整して、所定の条件に従って、１ つまたはそれ以上のフィルタ帯域透過ピークを形成できることを特徴とする光学 的透過フィルタ。 ９． 入力結合手段が傾斜したブラッグ格子の幅広の端部に接続され、出力結合 手段が傾斜したブラッグ格子の狭小の端部に接続されることを特徴とする請求項 ８の光学的透過フィルタ。 １０． 傾斜したブラッグ格子が平面型光導波路内に形成されたことを特徴とす る請求項８または９の光学的透過フィルタ。 １１． 傾斜したブラッグ格子が光ファイバ内に形成されたことを特徴とする請 求項８ないし１０のいずれかの光学的透過フィルタ。 １２． 上記フィルタが他のフィルタデバイスと共に縦列状に用いられているこ とを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかの光学的透過フィルタ。 １３． 上記フィルタが、さらに、第２の出力結合手段を有し、上記第１結合手 段により結合されない光を結合することを特徴とする請求項１２の光学的透過フ ィルタ。 １４． 上記フィルタが、位相シフト構造または長期間格子を含む、少なくとも １つの他の光学部品に結合されることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれ かの光学的透過フィルタ。 １５． 上記フィルタが、非線形光学部品に結合されることを特徴とする請求項 １２ないし１４のいずれかの光学的透過フィルタ。 １６． 上記フィルタが分配型帰還レーザ内で用いられることを特徴とする請求 項８の光学的透過フィルタ。