JP2005266625A - 波長可変光フィルタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】
汎用性が高く、製造コストを抑制した波長可変光フィルタモジュールを提供することであり、さらには、波長帯域の選択性が容易であり、モジュール全体をコンパクトに構成することが可能な波長可変光フィルタモジュールを提供すること。
【解決手段】
多波長を有する光波を入射し、特定の波長を有する光波を出射する波長可変光フィルタモジュールにおいて、前記入射した光波を波長毎に分離する波長分離手段２２と、該波長分離手段２２により分離された光波の一部を反射する反射手段２４と、該反射手段２４により反射された光波が該波長分離手段２２を介して出射されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、波長可変光フィルタモジュールに関し、特に、多波長を有する光波を入射し、特定の波長を有する光波を出射する波長可変光フィルタモジュールに関する。

光通信又は光計測の分野において、短波長透過光学フィルタ、長波長透過光学フィルタ、帯域透過光学フィルタ及び帯域遮断光学フィルタなど透過波長帯域を制御する波長可変光フィルタが利用されている。

従来の波長可変光フィルタを、以下の特許文献１を参考に説明する。
図１に示されるように、光波長フィルタ１は、透明基板２に誘電体多層膜３を形成した、バンドパスフィルタである。
光ファイバなどの光伝送路４の出射光をレンズ５で平行ビームにし、その平行ビームを光波長フィルタ１に投射し、光波長フィルタ１を透過した平行ビームを、他のレンズ６で集光して他の光伝送路７に入射させている。
特許第２８７４４３９号公報

図１の波長可変光フィルタモジュールにおいて、透過波長帯を変化させるには、光波長フィルタを回転することで行っている。つまり、光波長フィルタに入射する光波の入射角を可変することで、透過波長が変化するものである。

図２は、グラデーション付き誘電体多層膜光学フィルタ８を利用した波長可変光フィルタモジュールを示す。
光学フィルタ８は、透過波長帯域が光学フィルタ８の入射位置に応じて異なるように、誘電体多層膜の厚みを調整したものである。光学フィルタ８は、光ファイバ、レンズなどを組み込んだ入射側光学部品９と出射側光学部品１０との間に配置されており、入射側光学部品から出射する平行ビームのうち、所定の波長帯域のみを透過させ、出射側光学部品へ入射させるよう構成されている。

図２の波長可変光フィルタモジュールにおいて、透過波長帯を変化させるには、光学フィルタ８を透過光に対して垂直方向に移動させることにより、光学フィルタに入射する平行ビームの位置を変化させ、透過波長を調整するものである。

上述した従来の波長可変光フィルタモジュールは、誘電体蒸着プロセスを利用して作製された誘電体多層膜光学フィルタを使用している。
他方、使用する装置や使用方法・用途などの種類に応じて、波長可変光フィルタモジュールに要求される透過波長帯域は多岐に渡るため、モジュールの基本構成は同じであるが、利用する光学フィルタが、個々の仕様により異なり、注文に応じて個別に製作する必要がある。しかも、波長可変光フィルタモジュールは、同じ仕様で大量に使用されるケースも少ないため、結果的に多品種少量生産とならざるを得ない。

そして、誘電体蒸着プロセスの１工程に掛かる費用は概ね確定しているため、製造する製品数が少ない場合には、高コストな製品となる。
また、要求仕様毎に光学フィルタの設計シミュレーションを行い、その上でプロセス工程により光学フィルタを作製し、モジュールに組み込むこととなるため、モジュール製品の製作期間が長期化するという問題を生じている。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、汎用性が高く、製造コストを抑制した波長可変光フィルタモジュールを提供することであり、さらには、波長帯域の選択性が容易であり、モジュール全体をコンパクトに構成することが可能な波長可変光フィルタモジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、多波長を有する光波を入射し、特定の波長を有する光波を出射する波長可変光フィルタモジュールにおいて、前記入射した光波を波長毎に分離する波長分離手段と、該波長分離手段により分離された光波の一部を反射する反射手段と、該反射手段により反射された光波が該波長分離手段を介して出射されることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、該反射手段は移動又は回転が可能に構成されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、該波長分離手段がプリズム、回折格子、又は平行平板であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、入射した光波及び反射した光波の光路上で該波長分離手段を挟む位置に、コリメータレンズと集光レンズとを配置したことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明では、請求項４に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、入射した光波の光路上に設けられた集光レンズと、反射した光波の光路上に設けられたコリメータレンズとは、単一のレンズで構成することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明では、請求項４又は５に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、入射した光波の光路と反射した光波の光路とを同一とし、該光路上に光サーキュレータを配置することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、波長分離手段と反射手段とにより、特定の波長を有する光波を選択するため、特定波長を選択する場合でも、光波に対する波長分離手段又は反射手段の位置関係を調整することにより、容易に多様な波長が選択できるため、従来の誘電体多層膜光学フィルタのように選択する波長毎に光学フィルタを設計・製造する必要がなく、極めて汎用的な波長可変光フィルタモジュールを提供することが可能となる。
しかも、一つの波長可変光フィルタモジュールで多様な波長が選択できるため、少品種多量生産が可能となり、製造コストの低減に寄与する。

また、反射手段により反射した光波は再度、波長分離手段を逆方向から入射することとなるため、波長毎に分離した光波の内、反射手段で選択された波長の光波については、該波長分離手段により一つの光波に集束されるため、別途に光波の集束手段を設ける必要がなく、部品点数の削減、並びにモジュール自体のコンパクト化を達成することが可能となる。

請求項２に係る発明により、反射手段を移動又は回転が可能に構成することで、光波に対する反射手段の位置関係を調整することが可能となり、容易に多様な波長の光波を選択することができ、波長帯域の選択性が向上する。

請求項３に係る発明により、波長分離手段がプリズム、回折格子、又は平行平板であるため、現在多用されている既存の光学部品が利用可能であり、製造コストの大幅な低減や製造期間の短縮が可能となる。

請求項４に係る発明により、入射した光波及び反射した光波の光路上で波長分離手段を挟む位置に、コリメータレンズと集光レンズとを配置するため、波長分離手段による波長分離を適切に行うことが可能となると共に、反射手段への光波の集束や、波長可変光フィルタモジュールから特定の波長を出力するための出力用光ファイバなどに効率よく集束し、入射することが可能となる。

請求項５に係る発明により、入射した光波の光路上に設けられた集光レンズと、反射した光波の光路上に設けられたコリメータレンズとを、単一のレンズで構成するため、部品点数が削減され、製造コストの低減が可能となる。

請求項６に係る発明により、入射した光波の光路と反射した光波の光路とを同一とし、該光路上に光サーキュレータを配置するため、入射した光波に係る光学部品と、反射した光波に係る光学部品を共用することが可能となり、部品点数が削減でき、しかも光学系も単純化されるため、極めてコンパクトな波長可変光フィルタモジュールを構成することが可能となる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、多波長を有する光波を入射し、特定の波長を有する光波を出射する波長可変光フィルタモジュールにおいて、前記入射した光波を波長毎に分離する波長分離手段と、該波長分離手段により分離された光波の一部を反射する反射手段と、該反射手段により反射された光波が該波長分離手段を介して出射されることを特徴とする波長可変光フィルタモジュールである。

図３は、本発明に係る波長可変光フィルタモジュールであり、帯域透過光学フィルタとしての機能する例を示すものである。
図３（ａ）は、波長可変光フィルタモジュールの正面図であり、図３（ｂ）は該モジュールの側面図を示す。

入力用光ファイバ２０から出射した多波長の光ビームは、コリメータレンズ２１で平行ビームに成形され、波長分離手段であるプリズム２２に入射する。波長分離手段には、プリズム以外に回折格子など、本発明に係る波長分離手段が有する機能を実現するものであれば、特に限定されない。
波長分離手段では、図３（ｂ）に示すように、波長毎に角度の異なる光ビームに分離される。波長分離手段から拡散する光ビームは、集光レンズ２３により平行に並んだ集光ビームとなる。この集光ビームは、側面から見ると波長の異なる光ビームが並列した状態となり、正面から見ると図３（ａ）のように反射手段２４の反射面上に集束する光ビームの形状を示す。

反射手段２４は、並列した波長の異なる光ビームの中から、選択すべき特定の波長を有する光ビームの位置に配置される。したがって、並列する光ビームの幅が大きいほど、あるいは反射手段の反射面の幅が狭いほど、選択される特定の波長の幅を狭くすることが可能となる。
なお、反射手段２４は、全反射ミラーを利用することが、光波の損失を低減する上では好ましい。

反射手段２４で反射された光ビームは、集光レンズ２３により、図３（ａ）に示すように正面から見ると平行ビームとなるようにコリメートされ、また、側面から見ると波長分離手段２２に向かって集光される。
波長分離手段２２に再入射した光ビームでは、波長分離手段により波長毎に異なる光ビームが一つの光ビームに集束される。さらに、反射された光ビームは、波長分離手段２２を通過した後、集光レンズ２５により、光ファイバ２６の入射面に集束される。

図３の波長可変光フィルタモジュールにおいて、選択する特定波長を変化させるには、図３（ｂ）に示すように反射手段２４を矢印の方向にシフトすることで、波長の選択が可能となる。

次に、図３に示した波長可変光フィルタモジュールの応用例を説明する。
図４は短波長透過光学フィルタ、図５は長波長透過光学フィルタ、図６は帯域遮断光学フィルタとして、各々機能するように構成された波長可変光フィルタモジュールである。

図４は、図３に示した特定の波長を有する光波を反射するための反射部材２４を、短波長側の光波を全て反射するように構成した反射部材３０で置き換えたものである。
なお、短波長の範囲を変化させるには、図４の矢印で示すように、反射部材３０を移動させるだけでよい。

図５は、図３に示した特定の波長を有する光波を反射するための反射部材２４を、長波長側の光波を全て反射するように構成した反射部材３０で置き換えたものである。
なお、長波長の範囲を変化させるには、図５の矢印で示すように、反射部材３０を移動させるだけでよい。

図６は、図３に示した特定の波長を有する光波を反射するための反射部材２４を、特定の波長帯域を除く短波長側及び長波長側の光波を全て反射するように構成した反射部材３１及び３２で置き換えたものである。これにより、前記特定波長帯域の光波は反射されず、結果として該帯域の光波は遮断されることとなる。
なお、帯域幅を変化させるには、反射部材３１，３２の間隔を調整し、帯域をシフトさせるには、反射部材３１，３２を同方向に移動させる。

上述した波長可変光フィルタモジュールでは、選択する特定波長を変更する場合には、基本的に、反射部材を移動させることで対応していたが、本発明のものは、これらの実施例に限定されるものではなく、例えば、波長分離手段であるプリズムの回転や集光レンズ２３の移動などにより、光波の光軸に対して相対的に反射部材の位置を変更するよう構成することで、上記のように反射部材を移動させた場合と同様の効果が得られ、特定波長を変更することが可能となる。

次に、波長分離手段として平行平板を利用する波長可変光フィルタモジュールについて説明する。
図７は、ガラス等の透過性のある材質で構成した平行平板４０を、波長分離手段として利用したものである。また、反射部材４１は、図７（ｂ）に示すように、特定の軸周りに回転可能に構成されている
なお、平行平板４０と反射部材４１との構成以外は、図３に示した各部品が利用可能である。また、図７（ａ）は、波長可変光フィルタモジュールの正面図であり、図７（ｂ）は該モジュールの側面図を示す。

入力用光ファイバ２０から出射した多波長の光ビームは、コリメータレンズ２１で平行ビームに成形され、波長分離手段である平行平板４０に入射する。
平行平板４０では、図７（ｂ）に示すように、波長により屈折角度が異なるため、平行平板から出射するビームは波長により光路シフトを起こすものとなる。これらの光路シフトした光ビームを集光レンズ２３により集光し、反射部材４１に入射させる。

反射部材４１では、集光された光ビームの内、特定の入射角度（図７（ｂ）に示す側面から見た場合の入射角度）を有する光波のみを反射により、集光レンズ（反射光に対してはコリメータレンズとして機能する）２３、平行平板４０、及び集光レンズ２１を介して、光ファイバ２０に入射させる。
前記入射角度は、波長により異なるため、反射部材４１の角度を調整することにより、任意の波長を選択して、反射し、光ファイバ２０に導入することが可能となる。

選択される特定の波長の幅を狭くするには、入射角度の範囲を広くすることが好ましいため、平行平板４０の厚み又は屈折率を増加し、光路シフト量を増大する方法や、集光レンズ２３の焦点距離を短くして入射角度の範囲を広くするなどの方法を採用することが可能である。
また、反射部材４１の前にスリットを設け、反射に不要な光ビームをカットすることも可能である。
なお、反射部材４１には、全反射ミラーを利用することが、光波の損失を低減する上では好ましい。

反射部材４１で反射された光ビームは、集光レンズ２３により、平行ビームとなるようにコリメートされる。
平行平板４０に再入射した光ビームでは、平行平板により波長毎に異なる光ビームが一つの光ビームに集束される。さらに、反射された光ビームは、平行平板４０を通過した後、集光レンズ２５により、光ファイバ２６の入射面に集束される。

図７の帯域透過光学フィルタとして機能する波長可変光フィルタモジュールにおいて、選択する特定波長を変化させるには、図７（ｂ）に示すように反射部材４１を矢印の方向に回転調整することで、波長の選択が可能となる。

次に、入射した光波の光路と反射した光波の光路とを同一とする波長可変光フィルタモジュールの例を示す。
図８において、５０は入力用光ファイバ、５１は光サーキュレータ、５２は導入用光ファイバ、５３，５５はコリメータレンズと集光レンズとの機能を兼ね備えたレンズである。５４は波長分離手段であり、図３〜６のプリズム、図７の平行平板などを利用することが可能である。また、５６は反射手段であり、図３（ｂ）、図４〜６、又は図７（ｂ）に示す構造の反射手段を採用することができる。５７は出力用光ファイバである。

図８の動作について説明すると、入力用光ファイバ５０で導入された光波は、光サーキュレータ５１により、導入用光ファイバ５２側に偏向される。導入用光ファイバ５２から出射した光波は、図３（ｂ）又は図７（ｂ）と同様の光路を辿り、反射手段５６に入射する。反射手段５６から反射した光波は、反射手段５６に入射する光波と同様の光路を光路を経て、再度、導入用光ファイバ５２に入射し、光サーキュレータ５１で偏向され、出力用光ファイバにて出力される。

以上説明したように、本発明によれば、汎用性が高く、製造コストを抑制した波長可変光フィルタモジュールを提供することであり、さらには、波長帯域の選択性が容易であり、モジュール全体をコンパクトに構成することが可能な波長可変光フィルタモジュールを提供することが可能となる。

従来の波長可変光フィルタモジュールの例を示す概略図である。 従来の波長可変光フィルタモジュールの他の例を示す概略図である。 本発明に係る波長可変光フィルタモジュールの第１の実施例（帯域透過光学フィルタ）を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明に係る波長可変光フィルタモジュールの第２の実施例（短波長透過光学フィルタ）を示す概略図である。 本発明に係る波長可変光フィルタモジュールの第３の実施例（長波長透過光学フィルタ）を示す概略図である。 本発明に係る波長可変光フィルタモジュールの第４の実施例（帯域遮断光学フィルタ）を示す概略図である。 平行平板を利用した波長可変光フィルタモジュールの例を示す概略図である。 光サーキュレータを利用した波長可変光フィルタモジュールの例を示す概略図である。

符号の説明

２０，５０ 入力用光ファイバ
２１ コリメータレンズ
２２ 波長分離手段（プリズム）
２３ 集光レンズ（コリメータレンズ）
２５ 集光レンズ
２６，５７ 出力用光ファイバ
２４，３０，３１，３２，４１，５６ 反射手段
４０ 波長分離手段（平行平板）
５２ 導入用光ファイバ
５３ コリメータレンズ（集光レンズ）
５４ 波長分離手段
５５ 集光レンズ（コリメータレンズ）

Claims (6)

1. 多波長を有する光波を入射し、特定の波長を有する光波を出射する波長可変光フィルタモジュールにおいて、
   前記入射した光波を波長毎に分離する波長分離手段と、該波長分離手段により分離された光波の一部を反射する反射手段と、該反射手段により反射された光波が該波長分離手段を介して出射されることを特徴とする波長可変光フィルタモジュール。
2. 請求項１に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、該反射手段は移動又は回転が可能に構成されていることを特徴とする波長可変光フィルタモジュール。
3. 請求項１又は２に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、該波長分離手段がプリズム、回折格子、又は平行平板であることを特徴とする波長可変光フィルタモジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、入射した光波及び反射した光波の光路上で該波長分離手段を挟む位置に、コリメータレンズと集光レンズとを配置したことを特徴とする波長可変光フィルタモジュール。
5. 請求項４に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、入射した光波の光路上に設けられた集光レンズと、反射した光波の光路上に設けられたコリメータレンズとは、単一のレンズで構成することを特徴とする波長可変光フィルタモジュール。
6. 請求項４又は５に記載の波長可変光フィルタモジュールにおいて、入射した光波の光路と反射した光波の光路とを同一とし、該光路上に光サーキュレータを配置することを特徴とする波長可変光フィルタモジュール。
   

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