JP2004184674A

JP2004184674A - 波長可変光フィルタ

Info

Publication number: JP2004184674A
Application number: JP2002350979A
Authority: JP
Inventors: Noboru Uehara; 昇上原; Katsuyoshi Takeuchi; 克佳竹内; Osamu Hiramatsu; 治平松; Ryosuke Okuda; 亮介奥田
Original assignee: Suntech Co
Current assignee: Suntech Co
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】誘電体多層膜フィルタ素子を用いた波長可変フィルタにおいて、長時間の連続運転を可能とし、小型で高速で高性能の波長可変フィルタを実現すること。
【解決手段】ＤＣモータ１１にエンコーダ１２、減速ギア１３を設ける。減速ギア１３によって減速した回転テーブル１４上に誘電体多層膜フィルタ１５を設ける。制御部１６によって回転テーブル１４を回転制御して誘電体多層膜フィルタ１５を回転させ、入射角度に応じた波長選択特性を得るようにしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信や光計測、光診断等の分野で用いられる波長可変光フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在のインターネットをはじめとした情報通信需要の大容量化、高速化へのニーズの高まりに従い光通信技術の進展が強く求められている。波長１．５μｍ帯での光波長多重通信技術（ＷＤＭ）は光伝送容量の拡大を求めて、高密度光波長多重通信（ＤＷＤＭ）へ移行している。ＤＷＤＭ技術においては、ＥＤＦＡ等の光増幅器の適用が可能なＣバンド帯（１５３０−１５６５ｎｍ）やＬバンド帯（１５６５−１６１０ｎｍ）が使用されている。これらのバンド内で光信号の伝送容量を拡大するために、適用する光信号成分の波長間隔が次第に密になり始めている。光波長１５５０ｎｍ付近においては、周波数間隔（波長間隔）が２００ＧＨｚ（１．６ｎｍ）、１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）へと狭帯域化しつつある。
【０００３】
このようなＤＷＤＭ技術において、例えばＣバンド帯における１００ＧＨｚ間隔の光通信ネットワークシステムにおいては、１本の光ファイバー中を伝搬するチャンネル１（波長１５３０ｎｍ）からチャンネル４３（波長１５６５ｎｍ）の複数の光信号成分より、任意のチャンネルの光信号成分を選択し取り出したり（Ｄｒｏｐ機能）、そのチャンネルへ必要な光信号成分を入力する機能（Ａｄｄ機能）が求められている。このような機能を実現するために挟帯域のフィルタにおいて波長を可変できる機能を有することが必要となる。
【０００４】
また、監視目的や、ネットワークシステムの安定運用のためのモニタ装置として、光ファイバー中を伝搬している複数の光信号成分の光波長や、光量レベル、あるいは信号対雑音比（ＳＮ比）等を分析評価するために、狭帯域なバンドパスフィルタの波長を変化させて、波長成分ごとに分析評価することができる波長可変光フィルタが求められている。
【０００５】
このような波長可変フィルタとして、誘電体多層膜を用いた干渉型光フィルタが用いられている。そして誘電体多層膜に波長可変性を与える方法の１つとして、フィルタを傾斜させたり回転させる方法がある。図８において基板１上にはλ／４の光学厚さを主体とする高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した周知の誘電体多層膜２が形成される。そしてその法線に対して角度θで入射させる。誘電体多層膜２の基本膜厚である１／４光学膜厚は、薄膜の物理膜厚をｄ、その屈折率をｎ、基準波長をλ_０とすると、垂直入射（θ＝０度）の場合、
ｎ・ｄ＝λ_０／４・・・（１）
で与えられる。そして光線が多層膜の薄膜内を角度θ_ｉで伝搬する場合を考えると、（１）式は次式で書き直される。
ｎ・ｄ・ｃｏｓθ_ｉ＝λ_０／４・・・（２）
この式より、入射光線の薄膜中の角度を増加させることによって、選択波長は短波長側に変化することが分かる。そして入射角θに対するフィルムの中心波長の変化は図９に示されるように、２次曲線に沿って低下する。従って、光線の入射角θが０度付近に比べて大きくなると、単位入射角当りの波長変化量は増大する。このことより高い波長精度を実現するためには、最大入射角付近において十分な角度分解能が要求される。一般的にはフィルタへの光線入射角は最大２０度程度まで使用されるが、この場合のフィルタを回転させる回転角度の分解能は０．１度以下という高分解能が要求される。
【０００６】
従来は誘電体多層膜フィルタを傾斜あるいは回転させるために、特許文献１では超音波モータとエンコーダを用いた波長可変フィルタが提案されている。又特許文献２には、テコヨークの原理と圧電アクチュエータを併用した波長可変フィルタが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２４１０８３号公報
【特許文献２】
特開平６−２８１８１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１の場合には、超音波モータ部の磨耗による駆動能力の劣化のため１０００時間以上の連続運転が困難であるという欠点があった。又特許文献２の場合には、テコヨークを使用しており、駆動電源に１００Ｖ以上の高圧電源を別途用意しなければならないこと、更にはテコヨーク支持部の摩耗現象のため特許文献１の場合と同様に１０００時間以上の連続運転が困難であるという欠点があった。
【０００９】
更に誘電体多層膜フィルタでは光線の入射角度が０°（垂直入射）以外の場合はバンドパスフィルタの中心波長がＳ偏光モード及びＰ偏光モードに対して異なる波長特性を有し、入射角度が増加するに従い、各偏光モードのフィルタ中心波長の差が急激に増加するという欠点があった。そのため入射角度が増加するに従い各偏光モードに対するフィルタ特性は異なるふるまいを有し、入射光線に対するフィルタの特性が劣化し、０°入射のときとは異なる特性になるという欠点があった。
【００１０】
本発明はこのような誘電体多層膜フィルタを傾斜又は回転させて波長可変特性を実現するようにした波長可変光フィルタにおいて、小型、高速で高精度の特徴を有する波長可変光フィルタを実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、ＤＣモータと，前記ＤＣモータの回転を減速させる減速機構と、前記減速機構に連結され、前記ＤＣモータの回転に応じて光を入射させる入射角を回転させる誘電体多層膜フィルタと、を具備することを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項２の発明は、請求項１の波長可変光フィルタにおいて、前記ＤＣモータ及び前記減速機構のいずれかに接続され、前記ＤＣモータの回転位置を検出するエンコーダと、前記エンコーダの出力を用いて前記ＤＣモータにフィードバックすることにより、前記ＤＣモータの回転量を制御する制御部と、を更に有することを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項３の発明は、請求項１又は２の波長可変光フィルタにおいて、前記減速機構に取付けられる回転テーブルと、前記回転テーブルに固定された少なくとも２枚の誘電体多層膜フィルタと、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の波長可変光フィルタにおいて、前記誘電体多層膜フィルタは、基板上に複数の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の光学膜厚の誘電体薄膜より構成されるものであり、前記スペーサ層は、少なくとも４層以上の、１／４波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材の層を交互に積層した誘電体薄膜より構成され、これらの各層の整数倍数の係数の総和は正の偶数に等しいものであり、前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の膜厚の誘電体薄膜より構成されることを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の波長可変光フィルタにおいて、前記誘電体多層膜フィルタは、基板上に複数の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであり、前記スペーサ層は、１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層であり、前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成ることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
まずこの実施の形態の波長可変フィルタは以下の特性を満足することを目的とする。
小型：寸法１００×１００×５０ｍｍ以下であること。
高速：チャンネル切替え時間が１秒以下であること。
高精度：波長分解能が５０ｐｍ以下であること。
長寿命：連続運転１０００時間以上であること。
操作性：使用電源電圧が２４Ｖ以下であること。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態１による波長可変フィルタの駆動系を示す図である。この実施の形態ではフィルタを回転させるためのモータとして、直流（ＤＣ）モータ１１を使用する。そしてこのＤＣモータ１１の回転軸にはエンコーダ１２、減速機構として減速ギア１３を接続しておく。そして減速ギア１３の主軸には回転テーブル１４を取付ける。この回転テーブル１４上には誘電体多層膜フィルタ１５が設けられている。誘電体多層膜フィルタ１５は回転テーブル４上の回転軸に沿って取付けられている。エンコーダ１２は例えばアブソリュート型のエンコーダを用い、その回転角度情報を制御部１６に伝える。制御部１６はその入力に基づいてＤＣモータ１１をフィードバック制御し、所望の回転角度となるように制御する。誘電体多層膜フィルタ１５には光ファイバ１７よりコリメートレンズ１８を介して平行光が入射される。又誘電体多層膜フィルタ１５を通過した光を受光する位置に、コリメートレンズ１９を介して受光用の光ファイバ２０が設けられる。そしてＤＣモータ１１を回転させると、減速ギア１３によって減速され、回転テーブル１４上に配置された誘電体多層膜フィルタ１５が回転し、透過波長を変化させることができる。
【００１８】
尚ここではＤＣモータ１１の軸の両側にエンコーダ１２と減速ギア１３を設けているが、より高精度の回転角度情報を得るために減速ギア１３の出力側にエンコーダ１２を設けてもよい。
【００１９】
次に誘電体多層膜フィルタ１５について説明する。誘電体多層膜フィルタとしては回転角度が小さい０°付近の回転角を用いる場合には、従来の誘電体多層膜フィルタをそのまま用いることができる。又入射光の偏光面がＳ偏光、Ｐ偏光のいずれか一方であれば、偏光方向の相違による特性変化の影響を受けないため、任意の角度で用いることができる。又偏光に依存しない波長可変フィルタ特性を実現するために、以下のような第１，第２の誘電体多層膜フィルタ１５Ａ又は１５Ｂを用いるようにしてもよい。
【００２０】
（実施の形態２）
偏光方向の依存性の少ない第１の誘電体多層膜フィルタ１５Ａは、基板上に好ましくは４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものである。第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の光学膜厚の誘電体薄膜より構成される。スペーサ層は、少なくとも４層以上の、１／４波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材の層を交互に積層した誘電体薄膜より構成され、これらの各層の整数倍数の係数の総和は正の偶数に等しいものである。又第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の膜厚の誘電体薄膜より構成されることを特徴とするものである。
【００２１】
又より具体的には、基板上に好ましくは４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、少なくとも最初と最後の基本共振器構造を除く基本共振器構造は、
Ａ＝［（ＸＹ）^ｎ（ａ_ｉＸｂ_ｉＹ）^ｊ（ＹＸ）^ｎｒＹ］
で表されるものである。ここでＸは１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材又は低屈折率材の誘電体薄膜であり、Ｙはそれ以外の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する誘電体薄膜であり、ｉは１〜ｊまでの値をとる自然数であり、ｎ，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２は１以上の整数であり、ｂ_３，ａ_４，ｂ_４・・・は０又は１以上の整数であり、ａ_１，ａ_３の少なくとも一方は１以上の整数であり、ａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋・・・ａ_ｉ＋ｂ_ｉの総和は正の偶数であり、ｒは１以上の正の奇数であり、これらの値は各基本共振器構造毎に決められることを特徴とするものである。
【００２２】
この基本共振器構造は、第１、第２のスタック層がスペーサ層に対して対称な鏡像の関係にあることが好ましい。この誘電体多層膜バンドパスフィルタの基本共振器構造は、各基本共振器のスペーサ構造が全て同一としてもよい。又誘電体多層膜フィルタの基本共振器構造は、他の共振器構造と連結される際に低屈折率材及び高屈折率材のいずれかの１／４波長の光学膜厚の奇数倍の膜厚の結合層を介して接続することが好ましい。
【００２３】
このような条件を満たした場合に、光線の入射角を０から増加し、フィルタ中心波長を可変する方式においてフィルタ波長可変範囲は５０ｎｍ以上で、且つ偏光モード間のフィルタ中心波長の差は±２００ｐｍ以下となる。そして共振器構造を４重以上とすることによって、必要なフィルタ特性をシャープにすることができる。
【００２４】
本発明の誘電体多層膜バンドパスフィルタにおいては、基板には使用波長域において透明な広範囲な材料、例えば光学結晶、光学ガラス、石英、透明プラスチック、ポリマー材等を適用できる。誘電体多層膜バンドパスフィルタを構成する光学薄膜材料には、適用波長域において透明で一般的に使用されている材料から選択することができる。
【００２５】
高屈折率膜、低屈折率膜としては、例えば屈折率が１．２３〜５．６７までの範囲では、フッ化カルシウムＣａＦ_２（屈折率１．２３）、フッ化マグネシウムＭｇＦ_２（屈折率１．３８）、二酸化シリコンＳｉＯ_２（屈折率１．４６）、酸化マグネシウムＭｇＯ（屈折率１．８０）、五酸化タンタルＴａ_２Ｏ_５（屈折率２．１５）、五酸化ニオブＮｂ_２Ｏ_５（屈折率２．２４）、二酸化チタンＴｉＯ_２（屈折率２．４５）、セレン化亜鉛ＺｎＳｅ（屈折率２．４０）、テルル化鉛ＰｂＴｅ（屈折率５．６７）、窒化アルミニウムＡｌＮ（屈折率１．９４）、窒化シリコンＳｉ_３Ｎ_４（屈折率１．９５）、シリコンＳｉ（屈折率３．４）、ゲルマニウムＧｅ（屈折率４．０）、等の光学材料が用いられている。これらの光学薄膜のうち２種を高屈折率膜Ｈ、低屈折率膜Ｌとして選択する。
【００２６】
そして薄膜の成膜は、例えば電子ビーム蒸着法、イオンアシスト蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ），ディップコーティング法など、従来より用いられている製法が使用できる。フィルタを構成する多層膜設計においては、市販されている膜設計ソフトウェアが使用できる。例えばＴＦＣａｌｃ（ＳｏｆｔｗａｒｅＳｐｅｃｔｒａＩｎｃ．）、ＥｓｓｅｎｔｉａｌＭａｃｌｏａｄ（Ｔｈｉｎ−ＦｉｌｍＣｅｎｔｅｒ，Ｉｎｃ．）などは光通信業界において主に使用されている。
【００２７】
（実施の形態３）
次に偏光方向の依存性の少ない第２の誘電体多層膜フィルタ１５Ｂについて説明する。第２の誘電体多層膜フィルタは、基板上に好ましくは４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものである。第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものである。スペーサ層は、１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層である。第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成ることを特徴とするものである。
【００２８】
より具体的には、基板上に好ましくは４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、少なくとも最後の基本共振器構造を除く基本共振器構造は、
Ａ＝［（ＸｂＹ）^ａＸ］ｄＹ［Ｘ（ｃＹＸ）^ａ］ｅＹ
で表されるものである。ここでＸは１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材又は低屈折率材の誘電体薄膜であり、Ｙはそれ以外の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する誘電体薄膜であり、［（ＸｂＹ）^ａＸ］は第１のスタック層であり、ｄＹはスペーサ層であり、［Ｘ（ｃＹＸ）^ａ］は第２のスタック層であり、ａは自然数であり、ｂ，ｃは３以上の正の奇数であり、ｄは０又は正の偶数であり、ｅは正の奇数であり、これらの値は各基本共振器構造毎に決められることを特徴とするものである。
【００２９】
この基本共振器構造は、第１、第２のスタック層がスペーサ層に対して対称な鏡像の関係にあることが好ましい。この誘電体多層膜バンドパスフィルタの基本共振器構造は、各基本共振器のスペーサ構造が全て同一としてもよい。又誘電体多層膜フィルタの基本共振器構造は、他の共振器構造と連結される際に低屈折率材及び高屈折率材のいずれかの１／４波長の光学膜厚の奇数倍の膜厚の結合層を介して接続することが好ましい。
【００３０】
このような条件を満たした場合に、光線の入射角を０から増加し、フィルタ中心波長を可変する方式においてフィルタ波長可変範囲は５０ｎｍ以上で、且つ偏光モード間のフィルタ中心波長の差は±２００ｐｍ以下となる。そして本発明では共振器構造を４重以上とすることによって必要なフィルタ特性をシャープにすることができる。この誘電体多層膜フィルタの基板や各高屈折率膜、低屈折率膜についても前述のものと同様である。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
次に本発明の実施例１について説明する。本実施例１は、図１と同一の構造を有するものであって、ＤＣモータとして、ドイツのＦＡＵＬＨＡＢＥＲ社のＤＣミニモータを採用する。同モータは減速比４１：１の減速ギア及びエンコーダを内蔵している。寸法がφ１６、長さは４０ｍｍ程度と小型であり、さらにギアダウン後の角度分解能は０．００４度と高分解能である。この分解能は誘電体多層膜フィルタへの光線の入射角度が２０度付近において、波長分解能としておよそ２０ｐｍに相当しており、十分な特性である。さらに、応答性は２０度の回転運動に対しても５０ｍｓを要す程度と高速性を示している。駆動電圧は５Ｖから２４Ｖより選択可能で、１００００時間以上の連続運転が可能である。さらに−３０〜＋８５℃までの温度範囲での使用が可能である。
【００３２】
又誘電体多層膜フィルタとして前述した偏光モード間のフィルタ中心波長特性が分離しない第１の誘電体多層膜フィルタ１５Ａを用いる。このバンドパスフィルタは２００ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる５重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１６１０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして、誘電体薄膜Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（ＨＬ）^６２Ｈ３Ｌ２ＨＬ（ＬＨ）^６Ｌ
（（ＨＬ）^７２Ｈ３Ｌ２ＨＬ（ＬＨ）^７Ｌ）^３
（ＨＬ）^６２Ｈ３Ｌ２ＨＬ（ＬＨ）^５１．０１３６Ｌ０．７０３４Ｈ０．５７２１Ｌ／空気（屈折率１．０）
【００３３】
図２（ａ）は本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を示す図であり、基板２１上に第１〜第５の共振器構造２２，２３，２４，２５，２６が積層されている。図２（ｂ）は第１の共振器構造２２の構造を示している。第１の共振器構造２２は、（ＨＬ）^６から成る第１のスタック層２２−１、２Ｈ３Ｌ２ＨＬから成るスペーサ層２２−２、（ＬＨ）^６から成る第２のスタック層２２−３、及びＬから成る結合層２２−４から成り立っている。第２〜第４の共振器構造は、第１，第２のスタック層の層数を除いて第１の同一の共振器構造と同一であり、これらの共振器構造が４層積層されている。最終の第５の共振器構造のみが最後の３層の膜厚がわずかに異なっている。
【００３４】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一で、ａ_１＝２，ｂ_１＝３，ａ_２＝２，ｂ_２＝１である。各層の係数の合計、即ちａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２は８であり、偶数となっている。第５の共振器構造の最後の３層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は１５２層、全体の物理膜厚は４０μｍである。各偏光モードに対応するバンドパスフィルタの半値全幅の平均値は１ｎｍである。入射角度０°の場合は図３（ａ）にフィルタの透過特性を示すように、フィルタの中心波長は１６１０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２１°の場合は図３（ｂ）に示すように、中心波長１５７３ｎｍであり、入射角度の変化により３７ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。
【００３５】
（実施例２）
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例２はモータ１１、減速ギア１２、エンコーダ１３及び回転テーブル１４は前述した実施例１と同様のものと同一である。ここではフィルタのみを偏光依存性の少ない第２のタイプの誘電体多層膜フィルタ１５Ｂとしたものである。このフィルタとしては、２００ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる５重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１５６０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＢＫ７を使用した。高屈折率膜Ｈとして、誘電体薄膜Ｎｂ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．２５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４７）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（Ｈ３Ｌ）^５Ｈ２ＬＨ（３ＬＨ）^５９Ｌ
［（Ｈ３Ｌ）^６Ｈ２ＬＨ（３ＬＨ）^６９Ｌ］^３
（Ｈ３Ｌ）^５Ｈ２ＬＨ（３ＬＨ）^４０．６８６Ｌ１．４９７４Ｈ／空気（屈折率１．０）
【００３６】
図４（ａ）は本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を示す図であり、基板３１上に第１〜第５の共振器構造３２，３３，３４，３５，３６が積層されている。図４（ｂ）は第１の共振器構造３２の構造を示している。第１の共振器構造３２は、（Ｈ３Ｌ）^５Ｈから成る第１のスタック層３２−１、３Ｌから成るスペーサ層３２−２、Ｈ（３ＬＨ）^５から成る第２のスタック層３２−３、及び９Ｌから成る結合層３２−４から成り立っている。第２〜第４の共振器構造３３〜３５は、第１，第２のスタック層の層数を除いて第１の同一の共振器構造と同一であり、これらの共振器構造が３層積層されている。最終の第５の共振器構造のみの最後の２層の膜厚がわずかに異なっている。
【００３７】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一で、２Ｌであり、ａ＝５又は６，ｂ＝３，ｃ＝３，ｄ＝２，ｅ＝９である。第５の共振器構造の最後の２層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は１３１層、全体の物理膜厚は６８．１μｍである。各偏光モードに対応するバンドパスフィルタの半値全幅の平均値は０．９ｎｍである。入射角度０°の場合は図５（ａ）にフィルタの透過特性を示すように、フィルタの中心波長は１５６０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２４°の場合は図５（ｂ）に示すように、中心波長１５０８．３ｎｍであり、入射角度の変化により５０．７ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。この実施例２においても実施例１と同様の効果が得られる。
【００３８】
（実施例３）
次に本発明の実施例３について説明する。この実施例では実施例１と同一のＤＣモータ１１、エンコーダ１２、減速ギア１３、制御部１６を用い、回転テーブル１４上に図６に示すように４つのフィルタを回転対称に配置したものである。このフィルタは図６に示すように回転軸及び回転テーブル１４に垂直になるように直立して４つの誘電体多層膜フィルタ４１，４２，４３，４４を取付ける。各フィルタは例えば実施例１又は２のいずれかと同様の膜構造を有するものとし、その中心波長のみが夫々１６１０ｎｍ、１５８０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５２０ｎｍと互いに異なっている。各フィルタはフィルタへの光線入射角０度から２１度の範囲で波長可変性として３０ｎｍ以上が得られている。ＤＣモータ１１を回転させて任意の光信号成分を含む光が入射する１つのフィルタを選択すると共に、選択したフィルタへの入射角度を変える。こうすれば広い波長選択の範囲で波長が選択され、いずれかの波長成分を持つ透過光として出力される。
【００３９】
図７には本実施例に用いた誘電体多層膜フィルタの波長可変特性を示す。この図において（Ｆ４１，０°）はフィルタ４１にθ＝０°で光を入射したときの特性を示しており、（Ｆ４１，２１°）はθ＝２１°としたときの特性を示している。他も同様である。こうすれば波長１６１０ｎｍから波長１４８５ｎｍまで波長可変域として１２５ｎｍの広帯域特性が得られている。なお、２つのフィルタでおなじフィルタ特性をカバーしている波長域、例えば１５７４ｎｍから１５８０ｎｍなどでは、重複して波長掃引しないように片方のフィルタのみ作用するように制御プログラムにてあらかじめ設定しておけばよい。
【００４０】
ＤＣモータ１には実施例１で示したものと同じＤＣモータと減速ギア１３と用いているため、分解能は０．００４度と高分解能である。この分解能は誘電体多層膜フィルタへの光線の入射角度が２０度付近において、波長分解能としておよそ２０ｐｍに相当しており、十分な特性である。波長１６１０ｎｍから波長１４８５ｎｍまでの波長掃引には、回転テーブル１４をおよそ２９１度回転させる必要があるが、その場合でも応答性は０．７秒を要す程度と高速性を示している。駆動電圧は５Ｖから２４Ｖより選択可能で、１００００時間以上の連続運転が可能である。さらに−３０〜＋８５℃までの温度範囲での使用が可能である。
【００４１】
以上により、実施例１の効果に加えて４枚の波長可変域の異なる誘電体多層膜フィルタを用いて、おのおのの誘電体多層膜フィルタへの光線の入射角を０度から２１度の範囲で変えることにより、誘電体多層膜フィルタの中心波長は１６１０ｎｍから１４８５ｎｍまで、１２５ｎｍの広帯域波長可変性を有しており、かつ透過バンド域内において偏光依存性も十分小さく抑えられている。
【００４２】
尚実施例３では４枚の誘電体多層膜フィルタを用いているが、回転テーブル上に配置できる任意の数のフィルタを用いてもよいことはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、高分解能のＤＣモータを用いることによって波長分解能を改善することができ、又小型で連続運転時間を改善することができる。更に使用電源電圧が例えば２４Ｖ以下と低く、高電圧を用いる必要がなくなる。又請求項４，５に記載の誘電体多層膜フィルタを用いることによって入射角度を大きくしていっても偏光モード間の特性の変動がほとんどなく、フィルタ特性を劣化させることがない。従ってこれらの波長可変フィルタを光通信や光計測、光診断等に用いることによって優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における波長可変光フィルタの駆動系の一例を示す配置図である。
【図２】実施例１の誘電体多層膜フィルタの構造を示す図である。
【図３】実施例１に用いられる誘電体多層膜フィルタの入射角０°及び２１°のときの透過特性を示す図である。
【図４】実施例２による誘電体多層膜フィルタの構造を示す図である。
【図５】実施例２に用いられる誘電体多層膜フィルタの入射角０°及び２４°のときの透過特性を示す図である。
【図６】実施の形態３による波長可変光フィルタのフィルタの配置を示す図である。
【図７】実施の形態３による波長可変光フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図８】誘電体多層膜フィルタへの光線入射角の定義を示す図である。
【図９】多層膜フィルタへの光線入射角とフィルタの中心波長の関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ＤＣモータ
１２エンコーダ
１３減速ギア
１４回転テーブル
１５，１５Ａ，１５Ｂ，４１〜４４誘電体多層膜フィルタ
１７，１９光ファイバ
１８，２０コリメートレンズ
２１，３１基板
２２，３２第１共振器構造
２３，３３第２共振器構造
２４，３４第３共振器構造
２５，３５第４共振器構造
２６，３６第５共振器構造

Claims

ＤＣモータと，
前記ＤＣモータの回転を減速させる減速機構と、
前記減速機構に連結され、前記ＤＣモータの回転に応じて光を入射させる入射角を回転させる誘電体多層膜フィルタと、を具備することを特徴とする波長可変光フィルタ。
前記ＤＣモータ及び前記減速機構のいずれかに接続され、前記ＤＣモータの回転位置を検出するエンコーダと、
前記エンコーダの出力を用いて前記ＤＣモータにフィードバックすることにより、前記ＤＣモータの回転量を制御する制御部と、を更に有することを特徴とする請求項１記載の波長可変光フィルタ。
前記減速機構に取付けられる回転テーブルと、前記回転テーブルに固定された少なくとも２枚の誘電体多層膜フィルタと、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変光フィルタ。
前記誘電体多層膜フィルタは、基板上に複数の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、
前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、
前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の光学膜厚の誘電体薄膜より構成されるものであり、
前記スペーサ層は、少なくとも４層以上の、１／４波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材の層を交互に積層した誘電体薄膜より構成され、これらの各層の整数倍数の係数の総和は正の偶数に等しいものであり、
前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の膜厚の誘電体薄膜より構成されるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の波長可変光フィルタ。
前記誘電体多層膜フィルタは、基板上に複数の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、
前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、
前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであり、
前記スペーサ層は、１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層であり、
前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の波長可変光フィルタ。