JP2003504678A - 制限されたスペクトル間隔を仕切る矩形の応答型光学フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、大きいスペクトルを有する光束にて制限されたスペクトル間隔を仕切る矩形の応答型光学フィルタであって、好ましくは一端を有する単一モード入力光ファイバと、リットマン−メトカフ形態のアレイ−反射器アセンブリと、その焦点が入力ファイバの端部に設定されたように平行化する収斂型光学系と、アレイと反射器との間に設定された収斂型合焦光学系と、入力ファイバと同一形式の１つ又は幾つかの出力ファイバとを備える光学フィルタに関するものである。少なくとも１つの反射器が合焦光学系の焦点面内に配置され、分散面内に制限された寸法を有し、分散面の位置及び制限された寸法が仕切られたスペクトル間隔を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、制限されたスペクトル間隔を仕切り、また、入力及び出力ゲートと
して、光ファイバ、好ましくは、単一モードファイバを有する矩形の反応型光学
フィルタに関する。

【０００２】 波長多重化光ファイバによる電気通信の発達に伴い、かかる装置を開発し且つ
それを最適化することが必要となる。生ずるであろう全ての重なり合い及び漏話
を防止しつつ、幅の広いスペクトルをスペクトル領域−この場合、制限されたス
ペクトル間隔と称される−に仕切ることが特に要求されている。

【０００３】 既に、その効果を得るため、多数の装置が提案されている一方、それらの殆ん
どは、光スペクトルを１つの面内にて拡げることと、選ぼうとする狭小なスペク
トル帯域を画定するスロットを上記面内に配置することから成っているが、その
場合、光を単一モード光ファイバ内で効率良く再結合することはできない。

【０００４】 その他の装置は、カプラー、マルチプレクサ−デマルチプレクサといった、光
学的に案内される構成要素の組みを具体化する。 かかる装置を最適化することは、選択された制限したスペクトル間隔の光束を
失うことなく、矩形の伝送機能を提供することを意味する、すなわち、伝送され
た光束の強さを図１におけるように、波長の関数として表現するとき、仕切った
帯域の端縁が可能な限り垂直であり、また、頂点が可能な限り平坦で、また、損
失が可能な限り少なくなければならないことを意味する。頂点は、現在の技術で
平坦化することができるものの、損失は生じる。

【０００５】 多重モードフィルタ用の広帯域のマルチプレクサ−デマルチプレクサを公表す
る文献（１９８７年１２月のＩ．ニシ（Ｎｉｓｈｉ）ら）が存在することも我々
は知っている。この文献は、入力ファイバ及び出力ファイバに対して後方分散装
置をリットローの形態にて具体化することを提案している。この文献は、かかる
装置の通過帯域の幅は後方反射器の長さによって決まることが記載されている。

【０００６】 更に、出版された文献（１９９４年のチェイ−ルエン・ワン（Ｃｈｉ−Ｌｕｅ
ｎ Ｗａｎｇ）ら）には、２つの波長をフィルタリングすることを可能にし得る
ように外部キャビティが設定される、外部キャビティレーザが記載されている。
格子と協働する後方反射鏡を形成する反射帯域によりフィルタリングが行なわれ
る。

【０００７】 これの文献の教示内容を具体化しても、安定的な伝送装置を実現し且つ十分な
精度を保証することはできない。 当該発明者達は、リットマン−メトカフ（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）
形態にて提供される高性能の有利な点を活用し、また、かかる装置が何らの損失
を生じさせることなく、入力及び出力ゲートとして光ファイバ、好ましくは単一
モードファイバを有し、最適な安定性及び精度を保証すべく、格子−反射器アセ
ンブリをリットマン−メトカフの形態にて具体化する、かかる装置を提供すると
いうことをそれらの目標としたものである。

【０００８】 このように、本発明は、制限されたスペクトル間隔を幅の広いスペクトル光束
に仕切るための矩形の応答型光学フィルタであって、 一端を有する入力光ファイバと、 リットマン−メトカフ形態をした格子−反射器アセンブリと、 その焦点が入力ファイバの端部に配置される収斂型の平行化光学系と、 格子と反射器との間に配置された収斂型の合焦光学系と、 その分散面内のその寸法が制限された合焦光学系の焦点面内に配置される一方
、分散面内の反射器の位置及び制限された寸法が仕切ったスペクトル間隔を決定
する少なくとも１つの反射器と、を備える、光学フィルタに関するものである。

【０００９】 本発明によれば、光学フィルタは、入力ファイバと格子との間に配置されて、
互いに平行で且つ互いに直角に偏光された２つの基本光を発生させる偏光分離器
を備える一方、格子の線に対して垂直な方向に偏光された２つの平行な基本ビー
ムを発生させ得るようにプレートλ／２が基本ビームの一方に配置され、リット
マン−メトカフ形態の反射器は、基本ビームの各々を経路に対し且つ互いに反対
方向に送り戻すようにしている。

【００１０】 異なる実施の形態において、各々は、それ自体の特定の有利な点を有しており
、また、技術的に適合可能な組み合わせにて使用することが可能である。 入力光ファイバが単一モードファイバであること； 制限されたスペクトルにて発生された光束は、入力ファイバと同一型式である
が入力ファイバと別個の出力光ファイバ内に集められる； 光学フィルタは、各々が反射器に接続された幾つかの出力光ファイバを備える
一方、これらの反射器は、合焦型光学系の焦点面内に配置され且つ特定のスペク
トル間隔を決定しつつ、分散面内にて小さい寸法を有する； 制限されたスペクトルにて発生された光束は、入力ファイバによって集められ
、該入力ファイバは、光学的サーキュレータを有し、何らのエネルギ損失を生ぜ
ずに、出力光束を入力する光束から分離することを可能にする； 光学フィルタは、格子上における光ビームの通過回数を２倍にする折畳み型反
射器を備えている； リットマン−メトカフ形態の反射器は、複プリズムに接続された平面状ミラー
である； リットマン−メトカフ形態の反射器は截頭型二面体である。

【００１１】 添付図面を参照しつつ、本発明についてより詳細に説明する。 このため、図１は、本発明の仕切り装置から来る光束のエネルギを波長λの関
数として示す線図である。入射するスペクトルは、この引き伸ばした線図の大き
さに基づいて波長の点で長い距離に亙って伸びると考えられ、本発明の装置は、
幅Δλが波長λ_i上に中心決めされた状態で、ある関数で表わした狭小な帯域を
可能な限り直角の関数に近いように仕切ることを可能にする。

【００１２】 このため、本発明の装置は、一端２を有する入力ファイバ１を備えている。本
発明の仕切り装置は、全体として参照番号３で示してある。この装置は、リット
マン−メトカフ形態にて格子型４−反射器５アセンブリを備えている。

【００１３】 図３Ａ及び図３Ｂに示した従来のリットマン−メトカフ形態にて、入射した平
行化ビームは格子に対する法線に対して角度０₁を描く。その法線が格子に対し
て角度θ₂を有するように反射器Ｒが配置される。状態λ＝ｐ（ｓｉｎθ₁＋ｓｉ
ｎθ₂）−この場合、ｐは格子のピッチ−に適合する波長λは、角度θ₂にて格子
によって分散され、その後、格子に対して垂直な反射器により後方に反射される
。最後に、この波長は、再度戻る途中で格子内で分散され、入力角度θ₁にて出
る。このため、波長λはキャビティによって選択される。波長λは、格子−反射
器アセンブリの方向を変更しつつ、すなわち、θ₁を変更し又は反射器の方向の
みを変更しつつ、すなわち、θ₂を変更し又は格子の方向のみを最終的に変更し
、すなわち、θ₁−θ₂を一定に保ちつつθ₁、θ₂を変更しつつ変更することがで
きる。

【００１４】 かかる装置の説明において、入射ビームの中央光線及び格子によって分散され
たビームの中央光線を保持する格子の線に対し垂直な面を分散面と称するのが一
般的であり、これは、図３Ｂに図示されている。

【００１５】 ビームの各々に対し、横断面は中央光線に対し垂直な面を表示し、長手方向面
は中央光線を保持する分散面に対して垂直な面を表示する。このため、長手方向
面は図３Ａに図示するものとなる。

【００１６】 色々な添付図面に基づいて図Ａは、非重なり合い状態の図である、すなわち、
格子４によって分散されたビーム７は、より見易くし得るように入射ビーム６の
直接的な伸長部分の図で表わしてある。図Ｂは、下方から、すなわち、分散面に
対して平行な面内の図である。

【００１７】 図Ａ及び図Ｂを含む図４には、リットマン−メトカフ形態の格子に接続された
ミラーの幾何学的寸法によって波長の分離が行なわれる系が図示されている。そ
の焦点が入力ファイバ１の端部２に配置された収斂型光学系８は、ファイバの端
部から放出されたビーム９を平行化し、このため、格子における入射ビーム６は
平行化ビームである。このように、分散されたビーム７はまた平行化されたビー
ムでもあり、収斂型光学系１０はこれらビームをその焦点面４´内に合焦させ、
この焦点面内には、図４Ｂに図示するように、分散面内で制限された寸法ｄを有
するミラー５が配置されている。ミラー５にて反射されたビーム７´に相応する
波長に対し、光学系は、猫の目のように動作し、従って、その波長は単一モード
又は多重モードであるかどうかに関係無く、入力ファイバ内で戻る途中、再度接
続される。

【００１８】 このように、このミラーは、光学系１０、従って格子４に向けてのみ、スペク
トルの制限された部分を反射する一方、外部ビーム７´´に相応する波長は反射
されない。

【００１９】 光束は、戻る途中、光学系８によって次に、光ファイバ１により仕切られ且つ
結合されて、このため、この光ファイバは、この実施の形態にて、入力及び出力
光ファイバとして機能する。

【００２０】 異なる装置は入力光束及び出力光束を分離すると考えることができ、このため
、特に、好ましくは図２には、最小のエネルギ損失状態にてかかる分離を実現す
ることを可能にするサーキュレータが図示されている。

【００２１】 仕切り装置３に接続された入力−出力ファイバ１は、このため、入力１２及び
出力１３を有するサーキュレータ１１にその他端にて接続されている。 この波長の選択装置は正確に作動するが、依然として、不安定であり、このた
め、不正確な光束すなわち信号を発生させる。

【００２２】 これらの短所を緩和するため、我々は、本発明に従って、偏光欠点を解消すべ
く努力した。 このように、図５Ａ及び図５Ｂに図示するように、我々は、格子４によって発
生され且つ偶発的効果を発生させる可能性のある既知の偏光効果を補償する装置
を具体化した。

【００２３】 この効果のため、光学系８から出る平行化ビーム６は、偏光分離器１４によっ
て横断状偏光にてそれぞれ参照番号１５、１６で表わす２つの平行なビームに分
割される。プレートλ／２１７は光束の偏光１６を修正し、光束１５、及び修正
光束１８は同様の仕方にて変更され、このため、格子４から正確に同一の効果が
受けられるようにする。レンズ１０はこれらビームの各々をその経路を交換する
ミラー５に収斂させ、このことは、ビーム１８、１５の戻り経路がミラー５に反
射した後に交換される一方、ビーム１８は、外に出る途中にてビーム１５の光学
路に従いまたその逆となることを意味する。

【００２４】 このように、ビーム１８、１５は、戻る途中に再度組み合わされ、格子４と正
確に同一の効果を受ける。 このように、偏光に関して格子により発生される可能性のある偶発的効果が改
良される、従って、仕切られた光束の空間的な分配形状が改良される。

【００２５】 異なる好ましい実施の形態は上述した装置を具体化し、また、その各々は仕切
ったスペクトル帯域の薄さ程度を向上させる。また、より多数の基本帯域を幅の
広い入射ビームのスペクトルに仕切ることを可能にする。

【００２６】 図６Ａ及び図６Ｂには、出力ファイバ２０が入力ファイバ１と相違する１つの
実施の形態が図示されている。 この効果を得るため、ミラー５は、長手方向平面図で見たとき、二面体の形状
を有する一方、分散面内で小さい寸法ｄを保つ反射器２１と置換されている。

【００２７】 長手方向平面で表わしたように、二面体２１の面の各々に反射した後、光学系
１０内に平行な入射ビームが二面角２１の中間２２内でビーム４１に収斂し且つ
対称ビーム４２の形状にて出るようにこの二面体２１は収斂型光学系１０に対し
て配置されており、ファイバ１により伝送されたビーム２３が光学系の光学軸線
２５に対してビーム２３に対称のビーム２４を形成し、このビームは、入力ファ
イバ１の軸に対し対称的に配置されたファイバ２０にて受け取ることを可能にす
る。

【００２８】 かかる二面体は図７により詳細に図示されており、この構成要素は、複プリズ
ム３０及びミラー３１から成る、図８に図示したアセンブリにより同様の仕方に
て置換することができる。ミラー３１は、複プリズム３０の対称軸線に対し垂直
であるため、複プリズム３０の偏倚によってビーム３３を発生させる入射ビーム
４１は、ミラー３１の面内で収斂し且つ対称に反射される。ミラー３１は、ビー
ム３２を発生させ、このビームは複プリズム３０によって偏倚された後、ビーム
４２を発生させる。ビーム４２は、ビーム４１に対し対称である。このため、構
成要素３０、３１は、反射器２１として、ファイバ１により伝送されたビーム２
３からファイバ２０によって受け取られるビーム３５を実現する。

【００２９】 図９（図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ）には、仕切り領域内でスペクトルの周波数を
直線状に分配し且つ通常格子によって発生される非結晶状態を補償するため、上
述したような偏倚効果を同時に補償することを可能にする、本発明の１つの実施
の形態が図示されている。

【００３０】 この効果を得るため、偏光分離器が収斂型光学系８の後方に配置され、入力光
ファイバ１により発生された入射光ビーム９を２つのビーム１５、１８に分割す
る。次に、プリズム２７をビームの上に配置し、このプリズムは格子４により行
なわれる分散前に第一の分散を行なう。

【００３１】 このように、プリズム２７及び格子４が関係するため、周波数を直線状に分散
させることが可能であることが分かる。 次に、光ビームは、反射器２６によってそれ自体に重ね合わされ、このため、
この反射器は逆方向に向けて光ビームを格子４及びプリズム２７により形成され
る分散アセンブリに送り戻す。

【００３２】 一層理解し易いように、図９Ｂには、図３、図４、図５、図６の図Ａと独立的
な装置の横断図が図示されており、図Ｂには、図Ａの上方段に相応する分散面内
の図、及び図Ｃには、図Ａの下方段と同一の分散面の図が図示されている。

【００３３】 上方段にて、格子４−プリズム２７アセンブリにより新たに分散した後、平行
化光学系１０は、これらのビームをミラー５に合焦させ、このミラーは要求され
たスペクトル選択を行なう。

【００３４】 次に、選ばれたビームは反射されて、図１の端部２に戻る途中で収斂する迄、
上述した経路と逆の経路に沿って進む。 このように、偏光分離は、これら通過の各々の間、格子の対称動作を可能にし
且つ、このため、全ての偶発的効果を防止することを可能にし、プリズム及び格
子が関係することは、スペクトルの拡張面内で周波数を線形状態にする、すなわ
ち、ミラー５の面内にて、分散アセンブリ（格子−プリズム）を通ってビームの
各々が２回通過することは、非結晶状態を補償し、従って、ファイバ１内の出る
ビームの効率的な結合を保証する。この第四の実施の形態は、単一のファイバを
１つの入力ファイバ又は幾つかの入力ファイバと置換しつつ、また、ミラーを１
つ又は幾つかの反射型二面体又はミラー複プリズムアセンブリと置換しつつ、第
三の実施の形態と組み合わせて使用することができる。

【００３５】 また、ビーム９の拡がり程度を少なくし得るようにファイバの各々をマイクロ
レンズと関係させることも有用である。 最後に、このフィルタは、反射器の位置又は幅ｄを改変しつつ、又は格子又は
平行化光学系−反射器アセンブリ、又は最終的に折畳み型反射器２６を回転状態
に配置しつつ、同調可能である。

【００３６】 このフィルタは、検出器に接続されており、矩形のスペクトル反応型の光スペ
クトル用の分析器を実現することを可能にする。 図１０には、出力ファイバが入力ファイバと相違し、また、図８に図示し且つ
図８に関して説明したような反射器が使用される、本発明の１つの実施の形態が
図示されている。

【００３７】 それ以前の図面に示した要素は、図６Ａ及び図６Ｂと同一の参照番号で表示し
てあり、ファイバ１により伝送されるビーム２３は、光学系の光軸線２５に対し
てビーム２３に対し対称なビーム２４を形成する。

【００３８】 偏光分離器１４は、入射ビーム２３をそれぞれ、参照番号１５、１６で示した
２つの平行なビームに分割する。ミラー３１上に反射し且つ反射前及び反射後に
、複プリズム３０により偏倚されて、これらビームの双方は、再度、プレートλ
／２１７及び偏光分離器１４により形成されたアセンブリを通って進み、光ファ
イバ２０に接続される戻りビーム２４を形成する。ビーム１５からの反射ビーム
１５´のみがプレートλ／２１７に向けられる。これと逆に、入射ビーム１８か
らの反射ビーム１８´は、該プレートλ／２の効果を受けずに偏光分離器１４に
送られる。ビーム１８´、１６´（プレートλ／２１７の効果によりビーム１５
´から発生されたビーム）は、偏倚分離器１４により組み合わされて、ビーム２
４を形成する。

【００３９】 この装置は、その寸法及び位置が一定である、ミラーを備えるものとして説明
した。 特定の適用例において、選んだ光束のスペクトル幅及び／又はその中心波長を
変更することが有用であろう。スペクトル幅を制御するため、大形のミラーの前
方に可変幅のスリットが配置される。その面内におけるスリットの位置が中心波
長を決定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の装置により仕切られたスペクトルを示す図である。

【図２】 サーキュレータを備えて具体化された本発明の装置の図である。

【図３】 ３Ａは、従来通り使用されるリットマン−メトカフ形態を示す図である。 ３Ｂは、リットマン−メトカフ形態を示す図３Ａと相違する図である。

【図４】 ４Ａは、本発明の第一の実施の形態を示す図である。 ４Ｂは、本発明の第一の実施の形態を示す図１と相違する図である。

【図５】 ５Ａは、格子に起因する偏光効果を補償する本発明の第一の実施の形態を示す
図である。 ５Ｂは、格子に起因する偏光効果を補償する本発明の第一の実施の形態を示す
図５Ａと相違する図である。

【図６】 ６Ａは、入力ファイバと別個の出力ファイバを具体化する本発明の第二の実施
の形態を示す図である。 ６Ｂは、入力ファイバと別個の出力ファイバを具体化する本発明の第二の実施
の形態を示す図６Ａと相違する図である。

【図７】 第二の実施の形態にて具体化された反射器の詳細図である。

【図８】 第二の実施の形態にて具体化することのできる１つの代替的な型式の反射器の
詳細図である。

【図９】 ９Ａは、本発明の第四の実施の形態を示す図である。 ９Ｂは、本発明の第四の実施の形態を示す図９Ａと相違する図である。 ９Ｃは、本発明の第四の実施の形態を示す図９Ａと相違する図である。

【図１０】 本発明の第一の実施の形態にて代替的な反射器を具体化する本発明の１つの実
施の形態を示す図である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端を有する入力光ファイバと、 リットマン−メトカフ（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）形態をした格子−
   反射器アセンブリと、 その焦点が入力ファイバの端部に配置される収斂型の平行化光学系（ｃｏｌｌ
   ｉｍａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）と、 格子と反射器との間に配置された収斂型の合焦光学系（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏ
   ｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）と、 その分散面内でその寸法が制限された前記合焦光学系の焦点面内に配置される
   一方、分散面内の反射器の位置及び制限された寸法が仕切ったスペクトル間隔を
   決定する少なくとも１つの反射器と、を備える、制限されたスペクトル間隔を幅
   の広いスペクトル光束に仕切るための矩形の応答型光学フィルタにおいて、 入力ファイバと格子との間に配置されて、互いに平行で且つ互いに直角に偏光
   された２つの基本光を発生させる偏光分離器を備える一方、格子の線に対して垂
   直な方向に偏光された２つの平行な基本ビームを発生させ得るようにプレートλ
   ／２が基本ビームの一方に配置され、リットマン−メトカフ形態の反射器は、基
   本ビームの各々を経路まで且つ互いに反対方向に送り戻すようにしたことを特徴
   とする、光学フィルタ。
2. 【請求項２】 請求項１による光学フィルタにおいて、 入力光ファイバが単一モードファイバであることを特徴とする、光学フィルタ
   。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の一方による光学フィルタにおいて、 制限されたスペクトルにて発生された光束が、入力ファイバと同一型式で且つ
   該入力ファイバと別個の出力光ファイバ内に集められることを特徴とする、光学
   フィルタ。
4. 【請求項４】 請求項３による光学フィルタにおいて、 各々が反射器に接続された幾つかの出力光ファイバを備え、 該反射器が合焦光学系の焦点面内に配置され、分散面内で小さい寸法を有し且
   つ特定のスペクトル間隔を画定することを特徴とする、光学フィルタ。
5. 【請求項５】 請求項１又は２による光学フィルタにおいて、 制限されたスペクトルにて発生された光束が入力ファイバにより集められ、 前記ファイバが、光学的サーキュレータを保持して、何らエネルギ損失を生ぜ
   ずに出力光束を入力光束から分離することを可能にすることを特徴とする、光学
   フィルタ。
6. 【請求項６】 請求項１又は５による光学フィルタにおいて、 格子における光ビームの通過回数を２倍にする折畳み型反射器を備えることを
   特徴とする、光学フィルタ。
7. 【請求項７】 請求項１又は６による光学フィルタにおいて、 リットマン−メトカフ形態の反射器が複プリズムに接続された平面状ミラーで
   あることを特徴とする、光学フィルタ。
8. 【請求項８】 請求項１又は６による光学フィルタにおいて、 リットマン−メトカフ形態の反射器が截頭型二面体であることを特徴とする、
   光学フィルタ。