JP2003329940A

JP2003329940A - 波長可変フィルタ装置

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Publication number: JP2003329940A
Application number: JP2002141367A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Anzaki; 利明安崎; Kenji Mori; 健次森; Takashi Fukuzawa; 隆福澤; Hiroyuki Tanaka; 裕之田中
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】フィルタを回転させる波長可変光フィルタ
は、基板による光の屈折により、光フィルタから出射す
る平行ビームが、基板に入射する平行ビームに対してず
れるため過剰損失が生じるため、波長変化に伴ってこの
波長可変光フィルタの挿入損失が変動するという問題が
生じる。本発明は、フィルタの回転を要さない波長可変
光フィルタを提供する。【解決手段】本発明の波長可変光フィルタ装置では、
光軸が一致したレンズ長Ｚ１が０．２５ピッチ以下の第
１の屈折率分布型ロッドレンズ１０とレンズ長Ｚ１＋
（１／２）ピッチの第２の屈折率分布型ロッドレンズ１
４の間に光学多層膜フィルタ２０が挟持され、第１およ
び第２の光ファイバ３０、３４の光軸が一致し、かつレ
ンズ１０，１４の光軸と平行とされる。この光学系で光
ファイバの光軸とレンズの光軸の距離を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信シ
ステムに適用される波長可変光フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信の分野において波長多重
方式が普及し、波長多重光から所要の波長の光を分離す
るための各種光フィルタが重要視されている。通信容量
の増大に伴い、多重化される波長間隔は狭くなり、光フ
ィルタに要求される特性は高くなる一方である。このよ
うな光フィルタにおいては、光源の波長変動あるいは、
実際に製作されるフィルタの波長のばらつきに対応する
ために、カットオフ波長や通過帯域の中心波長を調整可
能であることが望ましい。

【０００３】図５は、従来の波長可変光フィルタの構成
および動作を説明するための図である。この波長可変光
フィルタは、入射側光ファイバ１３０と、この光ファイ
バ１３０から出射した光を平行ビーム１８０にする第１
のレンズ１１０と、この平行ビーム１８０を収束させる
第２のレンズ１１２と、この収束した光が入射する出射
側光ファイバ１３２とからなる光学系を基本とする。こ
の光学系において、第１のレンズ１１０および第２のレ
ンズ１１２の間に平行ビーム１８０を横切るように光フ
ィルタ１２０が備えられている。この光フィルタ１２０
は透明な基板１２６上に形成された光学多層膜１２２か
らなる。この基板１２６には多層膜１２２の膜面に平行
な回転軸１２７が備えられ、これを中心にして基板が回
転可能になっている。

【０００４】上記の従来の波長可変光フィルタにおいて
は、基板１２６を回転させると、多層膜１２２への平行
ビーム１８０の入射角が変化する。多層膜１２２の見か
けの光学膜厚は、入射角に応じて変化するので、基板１
２６の回転によりこの光フィルタ１２０のカットオフ波
長や通過帯域の中心波長を変化させることができる。こ
のような光フィルタへの入射光の入射角を変化させる手
段は種々開発されている（例えば特開２０００−２９２
７１５号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような波長可変光フィルタの波長特性を変化させるた
めに光フィルタを回転させると、有限な厚みを有する基
板による光の屈折により、光フィルタから出射する平行
ビームが、基板に入射する平行ビームに対してずれる。
出射側の光ビームが入射側の光ビームに対してずれる
と、第２のレンズの位置は固定されているので、出射側
光ファイバへの結合に過剰損失が生じる。したがって、
波長変化に伴ってこの波長可変光フィルタの挿入損失が
変動するという問題が生じる。

【０００６】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであり、波長変化に伴
う挿入損失の変動が生じない波長可変光フィルタを提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明の波長可変光フィルタ装置は、透過中心
波長を変更できる波長可変光フィルタ装置において、光
軸が一致したレンズ長Ｚ１（Ｚ１は０．２５ピッチ以
下）の第１の屈折率分布型ロッドレンズとレンズ長Ｚ１
＋（１／２）ピッチの第２の屈折率分布型ロッドレンズ
の間に光学多層膜フィルタを挟持する。この第１のレン
ズのフィルタに接する端面と反対側の端面に対向する前
記フィルタへの入射光を出射する第１の光ファイバと、
第２のレンズのフィルタに接する端面と反対側の端面に
対向するフィルタを透過した光を入射する第２の光ファ
イバとを設ける。ここで第１および第２の光ファイバの
光軸を一致させ、かつレンズの光軸と平行とする。さら
に光ファイバの光軸とレンズの光軸の距離を変化させ
る。上記光学多層膜フィルタは、第１もしくは第２のレ
ンズの端面に直接形成されているのが望ましい。

【０００８】このような構成では、ロッドレンズの端面
とフィルタ表面は平面であるので、レンズとフィルタは
容易に一体化できる。フィルタの回転の代わりに第１の
レンズ端面への光の入射位置を変化させてフィルタへの
入射光の入射角を変化させる。このとき、第２のレンズ
から出射位置は第１のレンズへの入射位置に対応して変
化する。したがって入射側の光ファイバと出射側の光フ
ァイバを一体化して移動させれば、波長変化に伴う挿入
損失の変動が生じない波長可変光フィルタ装置が提供で
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明による波長
可変光フィルタの実施の形態を詳細に説明する。光学多
層膜干渉フィルタの回転による従来の波長可変光フィル
タは、回転によりフィルタに入射する光線の入射角が変
化し、これによって干渉フィルタの見かけの光学膜厚が
変化することを利用している。本発明の波長可変光フィ
ルタも光線の入射角の変化を利用する点は同様である。

【００１０】光軸に垂直な方向に屈折率分布をもつ屈折
率分布型ロッドレンズは、一方の端面から光線が入射す
る位置（レンズの光軸からの距離）ｒ₁により、他端面
からの出射光の出射角θ₂が変化する。入射角が０，す
なわち端面に垂直な場合は、 θ₂＝−ｎ₀・√Ａ・ｓｉｎ（√Ａ・Ｚ）・ｒ₁ というｒ₁とθ₂の間に比例関係が成り立つ。ただしθ₂
の単位はラジアンとする。ここでｎ₀はレンズの軸上屈
折率、√Ａは屈折率分布定数、Ｚはレンズ長である。な
お、ピッチＰと√Ａの間には、Ｐ＝２π／√Ａの関係が
あるので、Ｚ＝Ｐ／４の場合には、 θ₂＝−ｎ₀・√Ａ・ｒ₁ なる簡単な関係が成り立つ。

【００１１】以上より、レンズの出射側端面にフィルタ
を配置し、ｒ₁を変化させることによってフィルタへの
光の入射角を変化させることができることがわかる。こ
の原理を用いれば、フィルタを回転させる機構は不要に
することができる。入射光を光ファイバから入射させ、
フィルタを透過した光を再び光ファイバに結合するため
には図６のような配置をとればよい。

【００１２】すなわち、いずれもＰ／４かもしくはやや
Ｐ／４より短いレンズ長を有する屈折率分布型ロッドレ
ンズ１０、１２の光軸７０を一致させ、近接して配置す
る。両レンズの間に光フィルタ膜２０を設け、両レンズ
１０、１２の外側に光ファイバ３０、３２を、その光軸
がレンズの光軸７０に平行になるように配置する。光フ
ァイバ３０の光軸位置がレンズの光軸からｒ₁の距離に
あるとき、光フィルタ２０への入射角は上式にしたがっ
てθ₂となる。上式右辺に負の符号がついているのは、
光ファイバ３０を上方に移動すると、θ₂は下側に大き
な角度となることを意味する。このため、レンズ１２に
入射したフィルタ透過光の出射位置は図６のように光フ
ァイバ３０を上方に移動すると、下方に移動することに
なる。このような場合、入射光位置の変化に対して出射
光を光ファイバ３２に結合するにはその都度調心が必要
になるという難点が生じる。

【００１３】本発明の波長可変光フィルタの図１の構成
により、上記の難点を解決するものである。屈折率分布
型ロッドレンズ１０はレンズ長Ｚ１が光線の蛇行周期
（ピッチ：Ｐ）の１／４かもしくはそれよりやや小さい
ものが適当である。本実施の形態においては０．２３Ｐ
とした。もう一方の屈折率分布型ロッドレンズ１４のレ
ンズ長Ｚ２はＺ１に１／２ピッチを加えた長さ、すなわ
ち０．７３Ｐとした。すなわち、Ｚ２＝Ｚ１＋０．５Ｐである。なお、後述のように本発明の機能は、Ｚ２＝Ｚ１＋Ｎ＋０，５Ｐであっても発揮される。ただしＮは０または正の整数で
ある。ただし、Ｎが１以上で大きくなるほど、素子の全
長が長くなるので、小型化のためにはＮ＝０とするのが
望ましい。

【００１４】レンズ１０のレンズ長は０．２５Ｐであっ
てもよいが、この場合、レンズの焦点位置が端面上にあ
るため、光ファイバの端面をレンズ端面に突き当てた状
態が理想的には最良位置であり、実際のレンズ長のばら
つき等を考慮すると光ファイバの調芯の自由度が制限さ
れる。したがって上記のようにレンズ長は０．２５Ｐよ
りやや短めにすることが望ましい。

【００１５】レンズ１４は単一レンズでなくてもよい。
レンズ１０にレンズ長０．２５Ｐのレンズを使用する場
合、レンズ１４としてレンズ１０と同じレンズを３個直
列にして用いることができる。この場合、単一仕様のレ
ンズで本波長可変光フィルタを構成できる。

【００１６】この構成においては、図６の構成に対して
０．５Ｐ分、第２のレンズ１４のレンズ長を長くしたた
め、レンズ中の光線８０は図１に示すようになる。すな
わち、入射側光ファイバ３０の位置の変化方向に対する
出射側光ファイバ３４の位置の変化量および変化方向が
一致する。これは上式が示すようにさらにＮピッチ第２
のレンズ１４のレンズ長を長くした場合にも同様であ
る。

【００１７】上記のレンズ１０，１４はともに端面が平
面であるので、光学多層膜フィルタ２０はいずれかのレ
ンズ端面に直接形成することができる。独立した部品と
しての光フィルタが不要になるので、組立が容易になる
という利点が生じる。

【００１８】上記の構成の場合、光が最終的に集光する
位置が、光学多層膜フィルタに対する光の角度によらず
一定であるため、集光スポットのずれを生じさせない。
このため、波長可変光フィルタの挿入損失の変動が生じ
ない。また、一般に回転角度より、直線移動の方が高い
精度で制御できるので、光フィルタの波長精度を高くす
ることができる。

【００１９】つぎに可変波長光フィルタ装置の構成を図
２に示す。上記の２個のレンズ１０，１４およびフィル
タ２０からレンズユニット５０を構成する。レンズとフ
ィルタを円筒状のチューブ４０内に固定するのが望まし
い。また、２本の光ファイバ３０，３４は光軸を一致さ
せ、レンズユニット５０の光軸方向の全長よりやや長い
端面間隔になるように筐体６２に固定して、光ファイバ
ユニット６０を形成する。光ファイバ端部はそれぞれキ
ャピラリに挿入して固定し、光ファイバチップ３６と
し、これを筐体６２に設けたＶ溝等に固定するのが望ま
しい。筐体はできるだけ剛性が高い材料とするのが望ま
しく、双方の光ファイバの相対位置が動かないように、
固定する。

【００２０】筐体６２に光ファイバユニット６０の光軸
と垂直方向に駆動軸をもつピエゾアクチュエータ６４を
取り付け、レンズユニット５０の光軸が光ファイバユニ
ットの光軸とつねに平行を保つように、アクチュエータ
６４とレンズユニット５０を固定する。なお、この際、
レンズユニット５０の光軸と光ファイバの光軸が同一平
面内に来るように調心する。また、アクチュエータ６４
の初期位置をレンズユニット５０と光ファイバユニット
６０の光軸が一致する位置に設定する。

【００２１】つぎに、図２の波長可変光フィルタ装置の
動作について説明する。所望のフィルタ特性が得られる
ように、アクチュエータ６４に電気信号を入力し、レン
ズユニット５０を光ファイバユニット６０に対し、矢印
で示す光軸に垂直方向に移動させる。これにより、フィ
ルタ膜に対する平行ビームの入射角が変化する。斜めに
入射した平行ビームはフィルタを透過後、（３／４）Ｐ
またはそれよりやや短いレンズ長をもつ第２のレンズで
集光され、光軸に対して入射光位置と等距離の位置から
出射し、出射側光ファイバに結合する。

【００２２】図３に本実施形態における波長可変光フィ
ルタ装置の特性を示す。用いた光学多層膜フィルタは、
４キャビティ・ファブリペロー型のバンドパスフィルタ
である。垂直入射光に対して透過中心波長がλ＝１５５
０ｎｍとなるように設計されている。膜構成はつぎの通
りである。 3H(LH)⁶ 8LH(LH)¹⁴ 6LH(LH)¹⁵ 6LH(LH)¹⁴ 8LH(LH)⁶ ここで、Ｌ、Ｈはそれぞれ光学膜厚がλ／４の低屈折率
材料層と高屈折率材料層を示す。また、ｘＨ、ｙＬなど
は光学膜厚ｘλ／４の高屈折率材料層、ｙλ／４の低屈
折率材料層を示し、ｙＬ層（本実施形態では８Ｌ、６
Ｌ、６Ｌ、８Ｌ）がキャビティ層である。（ＬＨ）^zが
ミラー層で、ＬＨを単位周期としてＺ周期の層を示す。
用いた低屈折率材料はＳｉＯ₂（屈折率１．４５）、高
屈折率材料はＴａ₂Ｏ₅（屈折率２．１０）である。

【００２３】図３にはレンズユニットと光ファイバユニ
ットの光軸間距離に対し、透過波長スペクトルの変化を
示した。レンズの光軸から入射位置ｒ₁が６８６ｎｍ離
れると透過中心波長は約３８ｎｍ短波長側にずれてい
る。ここで使用したレンズは波長１５５０ｎｍにおいて
√Ａ＝０．３２３ｍｍ^-1であり、上記ｒ₁の変化量はフ
ィルタへの入射角にして約２０°の変化に相当する。

【００２４】上記の波長可変光フィルタ装置の実施形態
においては、屈折率分布型ロッドレンズを用いている
が、集束性レンズであれば他のレンズでも同様な装置を
構成できる。一例を図４に示す。焦点距離ｆを有する４
個の集束性レンズを間隔２ｆで光軸を一致させて配置し
たレンズ列を形成し、このレンズ列の片端から第１番目
のレンズ１１５と第２番目のレンズ１１６の中間点に光
フィルタ１２１を配置する。

【００２５】このレンズ列の外側にそれぞれ間隔ｆをお
いて、レンズ列の光軸１７０と平行な光軸を有する一対
の光ファイバ１３６、１３８を配置する。光ファイバ１
３６から出射した光はレンズ１１５により平行光１８２
となる。光ファイバ１３６の位置により光フィルタ１２
１に入射する平行光１８２の入射角を変化させることが
できる。フィルタからの出射光はレンズ１１６で集光さ
れるが、第３、第４番目のレンズ１１７，１１８により
光ファイバ１３８に結合できる。レンズ１１５，１１
６，１１７，１１８は集束性であれば球レンズでも非球
面レンズでもよい。

【００２６】本発明の波長可変光フィルタ装置は、使用
者が必要な透過波長を得るため、ピエゾアクチュエータ
に信号を送って透過中心波長を制御するために使用され
る。この他、精密な透過中心波長を必要とする光フィル
タの製造段階で、波長を微調整する目的にも使用でき
る。この場合は必ずしもアクチュエータは必要なく、マ
イクロメータ等により光ファイバの位置を調整し、固定
して製品とする。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の波長可変光フィルタ装置は、入射側光ファイバおよび
出射側光ファイバの対が、レンズおよびフィルタに対し
て移動するので、波長によりフィルタ装置としての過剰
損失が変化することがない。また上記移動は直線的な移
動でよいため、簡単な装置で高い位置精度が得られるの
で、波長精度の高い光フィルタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長可変光フィルタの基本構成を示
す模式図である。

【図２】本発明の波長可変光フィルタ装置の実施形態
を示す模式図である。

【図３】本発明の波長可変光フィルタの特性例を示す
図である。

【図４】本発明の波長可変光フィルタの他の構成を示
す模式図である。

【図５】従来の波長可変光フィルタの構成を示す図で
ある。

【図６】屈折率分布型ロッドレンズを用いた光フィル
タの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０、１２、１４屈折率分布型ロッドレンズ２０、１２０、１２１フィルタ３０、３２、３４、１３０、１３２、１３６光ファイ
バ３６ファイバチップ４０チューブ５０レンズユニット６０光ファイバユニット６２筐体６４アクチュエータ１１０、１１２、１１５、１１６、１１７、１１８レ
ンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福澤隆大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号日本板硝子株式会社内 (72)発明者田中裕之大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号日本板硝子株式会社内Ｆターム(参考） 2H041 AA21 AB10 AB21 AC01 AZ03 AZ05 2H048 GA04 GA13 GA33 GA48 GA62 GA66

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過中心波長を変更できる波長可変光フ
ィルタ装置において、光軸が一致したレンズ長Ｚ１（Ｚ
１は０．２５ピッチ以下）の第１の屈折率分布型ロッド
レンズとレンズ長Ｚ１＋（１／２）ピッチの第２の屈折
率分布型ロッドレンズの間に光学多層膜フィルタを挟持
し、前記第１のレンズの前記フィルタに接する端面と反
対側の端面に対向する前記フィルタへの入射光を出射す
る第１の光ファイバと、第２のレンズの前記フィルタに
接する端面と反対側の端面に対向する前記フィルタを透
過した光を入射する第２の光ファイバとを備えたことを
特徴とする波長可変光フィルタ装置。
【請求項２】前記光学多層膜フィルタが、前記第１も
しくは第２のレンズ端面に直接形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の波長可変光フィルタ装置。
【請求項３】前記第１および第２の光ファイバの光軸
を一致させ、かつレンズの光軸と平行としたことを特徴
とする請求項１または２に記載の波長可変光フィルタ装
置。
【請求項４】前記光ファイバの光軸と前記レンズの光
軸の距離を変化させることを特徴とする請求項３に記載
の波長可変光フィルタ装置。