JP2008070875A - 反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター及びその応用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はマイクロオプティック干渉計型光フィルターの具現において、一定消滅比以上の特性を安定的に提供する光フィルターの具現方法及びこの応用を提供することを目的とする。
【解決手段】上記した本発明によるマイクロオプティック干渉計型フィルターは、入力光繊維を介して入射されたビームを拡張及び視準化してレンズ部を介して出力し、レンズ部を介して入力されたビームを更に集束して出力光繊維に出力する二重コリメーターと、入力されたビームを反射することができる光学的反射板と、上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、繰り返して変化する特定の光学的パターンを有した平板、とを含むことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、光フィルターとその応用に関し、より詳細には周期的な通過帯域または阻止帶域を有する反射型マイクロオプティック干渉計型光フィルターとそのフィルターの応用に関する。

波長分割多重方式(WDM : Wavelength Division Multiplexing)光伝送システムが活性化されるにつれて、多様の形態の光フィルター等がシステムに適用されている。特に通過帯域または阻止帶域が周期的な波長回答特性を有する光フィルター等は波長分割多重方式の光伝送システムのように、一定の間隔の波長が異る光信号等を多重化して伝送するシステムにおける各チャンネルの波長制御、多重化された光信号の品質監視、光増幅器雑音光累積除去、両方向の光伝送システムで反射による信号劣化防止などのため使われている。また、比較的繰り返し周期が長い光フィルターは、波長可変フィルターや光増幅器の利得平坦化のため使われている。

このようなフィルター等は、多様な方法で具現可能であり、マッハツェンダー(Mach Zehnder)干渉計型フィルター、サニャック(Sagnac)干渉計型フィルター、マイケルソン(Michelson)干渉計型フィルター、そしてファブリ-ペロー(Fabry-Perot)干渉計型フィルターなどがある。その中、マッハツェンダー干渉計型フィルターは、線形的な位相特性と広い帯域特性で、高速波長分割多重方式の光伝送システムに適合なフィルターとして広く知られている。

マッハツェンダー干渉計型フィルターは、様々の方式で具現され、半導体工程を応用した集積光学型、光繊維の融着接続方式に基づいた光纎維形、光繊維形コリメーター(Collimator)に基づいたマイクロオプティック形などがある。

上記集積光学型光フィルターは、平面光回路(Planar Lightwave Circuit) 製作技術を通じて大量生産が可能であるが、高い挿入損失と偏光依存性によって相対的に光特性が劣る。

光繊維の融着接続方式に基づいた光繊維型フィルターは、挿入損失が低く、低価で具現可能であるが、干渉計構成で光経路差を誘導するため、精緻な光繊維長さの調節が必要であり、所望する波長伝達特性値を正確に適用させるため、付加的な制御ユニットが要求される。

一方、反射型光素子は入力端子と出力端子が、光素子の同じ面に位置することを特徴とし、従来の透過型光素子等の必要部品実装に必要な空間を減らすことができるなど、多様な応用が可能であるといった長所がある。

反射型マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計型フィルターの代表的な例は、U.S.Pat.No.6,317,265とU.S.Pat.No.6,507,438B1に掲示されている。このようなマイクロオプティック形フィルターは、挿入損失と偏光依存性が低いので、光特性が優秀であり、小型化が可能である。

従来の反射型マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計型フィルターの構成及び動作を図1を参照して説明する。

入力光繊維を介して入力された光信号(ビーム)は、二重コリメーター10を通じて拡張及び視準化され、コリメーターのレンズ部11を介して出力され、反射板20によって反射され、更に、二重コリメーター10に入力及び集束されて出力光繊維を介して出力される。この際、上記二重コリメーター10と反射板20との間に挿入された平板30のX軸方向挿入深さによって平板を通過したビームと、そうではないビームとの間に位相差が発生し、位相の異るビームらが上記二重コリメーターを通じて集束される過程で干渉が発生する。

このような反射型マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計型フィルターの構造では、平板30の挿入位置によって特性が変化するので、平板の位置を精緻に調整しなければならなく、安定的な特性を得るためには必ず平板の位置を固定しなければならない。

即ち、二重コリメーター10と反射板20基盤のマイクロオプティックマッハツェンダー干渉計型フィルターは、優秀な性能と容易な構成で多様な機能性を持っているが、付加的な整列条件と安定度の問題で広く常用化されないといった問題があった。

したがって、従来コリメーター基盤のマイクロオプティックフィルターで、精緻な位置調整問題を解消することは言うまでもなく、安定度を向上させることができる反射型フィルターの具現のための技術の開発が切実に要望された。

本発明は上述した従来の問題点を克服するためのものであって、二重コリメーターと反射板を用いたマイクロオプティック干渉計型フィルターで、位相経路差を誘導するため、周期的な屈折率変化パターンを有した平板をビーム進行経路に挿入することで、整列に無関係ながら一定消滅比以上の特性を安定的に得ることができるようにする反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターを提供することをその目的とする。

またこれに対する反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置を提案し、詳述しようとする。提案された応用装置は、光特性が劣る従来方式での問題点を解決して、低価の優秀な性能を容易に具現することができて新しい光学計測システムに適用することができ、現実的に常用化が可能な方式である。また単純な具現方式の提案に限らず、多くの応用構造に幅広く適用できるように、設計的な側面と構造的な側面の要素等を考慮して、様々に向上した特性を提供する。

〔発明の構成〕
上記の目的を達成し、従来技術の問題点を解決するための本発明による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターは、入力光繊維から入射するビームを拡張して、レンズ部を通じて出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを視準化して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、上記二重コリメーターから拡張されて出力されたビームを上記出力光繊維に反射させる反射板と、上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の実施例による上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターは、マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計において、入力光繊維から入射するビームを拡張して、レンズ部を通じて出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを視準化して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、上記二重コリメーターから拡張されて出力されたビームを上記出力光繊維に反射させる反射板と、上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、を含んで構成され、上記平板は、上記二重コリメーターと上記反射板との間に繰り返して変化するパターンを有する反射パターンを具備して、一定の位相経路差を誘導することを特徴とする。

また、上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計において、入力光繊維から入射するビームを拡張して、レンズ部を通じて出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを視準化して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、上記二重コリメーターから拡張されて出力されたビームを上記出力光繊維に反射させる反射板と、上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、を含んで構成され、上記平板は、周期的な屈折率分布を階段模様の繰り返し形態を具現した基準物質と、上記基準物質の一側面に形成された階段模様の繰り返し形態で結合され、検出対象に対する光学的特性変化を誘導する反応物質、とを含んで構成されることを特徴とする。

前記のように、本発明は一定の位相経路差を誘導するパターン、すなわちストライプの柄によって形成された屈折率分布が高い部分と屈折率分布の低い部分が繰り返して現われる平板をビーム経路に挿入することで、整列に無関係ながら一定消滅比以上または特定消滅比の値の特性を安定的に得ることができるようにする効果がある。

また半導体工程技術に基づいて、平板を製作することができるので、多様な物質を基盤で様々の製作方式を適用することができる、多様な構造の平板を大量に生産することができるとの効果がある。

また調べて見たように、本発明は従来には考慮されていない、設計的側面を導入することで、周期、動作波長、消滅比、反応度などの光学的特性を幅広く調整可能なマイクロオプティック干渉計を具現することができるとの効果がある。これによって本発明は、優秀な光特性のマッハツェンダー干渉計を所望する動作特性を有するように具現することができる、別途の平面工程を通じて精緻な制御ができるのはもちろん、設計が簡単で、かつ所望する性能の光学係を効果的に具現することができる。

本発明は、整列に無関係なマッハツェンダー干渉計を具現することができるとの効果もある。

併せて、本発明は所望する消滅比特性を整列に関係なく具現することができるとの効果もある。

更に、本発明は非常に広い動作波長領域でマッハツェンダー干渉計を具現することができるとの効果がある。

また、本発明は所望する動作波長の選択と精緻な経路差制御が可能な干渉計を具現することができるとの効果もある。

以下、本発明の望ましい実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターを説明する。

図2は、本発明の一実施例による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの基本構造である。

二重コリメーター10は、一つのレンズ素子11に二つの光繊維を一つの軸を基準として配置したもので、入力された信号を拡張及び視準化して出力し、出力されたビームの一部あるいは全部を伝達するか、又は出力されたビームの一部あるいは全部を反射させて等しいレンズ部を介して出力光繊維で集束、結合させて伝送する役目をする。

上記二重コリメーター10と反射板20との間に、本発明の望ましい実施の形態による平板40が挿入される。

上記反射板20は、光学信号の一部あるいは全体を反射する器具であって、二重コリメーターから出力された光信号を反射させて特定方向に伝達することができる器具である。

また上記反射板20は、特定帯域にのみ選択的に反射するか透過する帯域特性を有する反射板である。

上記フィルターの動作は入力光繊維を介して入力された光信号が二重コリメーター10を通じて拡張されて出力され、平板40を通過して反射板20に伝達される。拡張及び視準化されたビームは、反射板20によって進行方向が変わって更に平板40を通過するようになり、二重コリメーター10を通じて出力光繊維に集束される。

上記平板40は、周期的なストライプパターンによって屈折率の高い部分と屈折率の低い部分が周期的に繰り返して形成される。このような屈折率の変化によって屈折率の高い部分を通るビームと屈折率の低い部分を通るビームとの間に相対的な位相差が発生し、これは二重コリメーター20を通じて光繊維に集束されるビームに干渉現象を起こす。ここで、上記位相差は、平板に誘導された屈折率変化によって決まる。

より詳細に説明すれば、ストライプの柄によって形成された屈折率の高い部分を通るビームと屈折率の低い部分を通るビームが、往復の際、発生する位相差が2πの定数倍であると二重コリメーター10に集束されて光繊維に出力され、各経路を通じる往復ビームのと間の位相差がπの奇数倍であると、ビームの一部に相対的位相が反転されて集束されたビームが高次モードに変換されて発散され、光繊維と結合されない。

上記反射型マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計型フィルターの伝達特性は、次の数学式 1のように設定される。

ここで n_Hは、屈折率の高い領域の屈折率値で、n_Lは、屈折率の低い領域の屈折率値である。dは、周期的なストライプパターンによって屈折率の高い部分と屈折率の低い部分が周期的に繰り返して形成された平板の厚みである。λは、波長である。伝達特性で一つの平板に対して往復進行の結果で発生した位相差が透過型素子に比べて同一の平板に対して二倍の位相経路差を有する。

また、ストライプの柄によって形成された屈折率の高い部分を通るビームと屈折率の低い部分を通るビームのエネルギー比によって、出力ビームが完全に消滅干渉を起こすかあるいは一部分だけ消滅干渉を起こし、これは、最終出力での干渉程度を決める。すなわち、ストライプの柄によって形成された屈折率の高い部分を通るビームと屈折率の低い部分を通るビームのエネルギー比によって、出力ビームの一部が高次モードに変換し、そうではない部分は基本モードに残る。

そして、反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの消滅比は、入出力の最大伝達率と最小伝達率上の比で決まるが、もし上記平板40のストライプパターンの幅がビーム大きさに比べて非常に小さく、ストライプの柄によって形成された屈折率の高い部分の幅と屈折率の低い部分の幅との間の比が、50:50であると、平板40のビーム経路上の垂直位置にほとんど関係なく、上記マイクロオプティック形フィルターは、最大の消滅比を有することができる。

また、上記平板40の上記ストライプの柄によって形成された屈折率の高い部分と屈折率の低い部分の幅との間の比は、所望する消滅比に対応するように調整されることができ、上記調整によって上記平板40を通過するビームの消滅比は、所望する値を得ることができる。

より詳細に説明すれば、上記平板40の製造者は所望する消滅比によって60:40あるいは70:30等でストライプの柄によって形成された屈折率の高い部分と屈折率の低い部分の幅との間の比を調整することができ、この場合、上記平板40を通過するビームの消滅比は、上記平板40の整列に関係なく、上記ストライプ柄によって形成された屈折率の高い部分と屈折率の低い部分の幅との間の比によって安定的に維持される。

上記したように、相対的な位相差を発生させるため、平板に形成されるパターンは、様々の形態で構成されることができる。

図3は、上記した平板50の一実施の形態であり、周期的なストライプ(stripe)パターンによって、凹凸を製作して相対的に膨らんだ部分と窪んだ部分を通るビームの間に位相差を誘導することができる。上記平板50は、等しい屈折率値を有するが、膨らんだ部分と窪んだ部分の段差によって相対的な位相差が発生され、上記位相差の程度はこの段差の程度によって決まる。

すなわち、上記ストライプ柄によって形成された凹凸がビーム進行垂直方向に位置して、入出力光繊維を介して進行するビームの一部に位相差を誘導することができる。

このような凹凸模様構造の平板製作方式は蝕刻、陽子交換、モールディング(molding)など、半導体工程から機械的な方式まで多様な製造方式を利用することができる。

したがって、本発明の望ましい実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターは、コリメーター型で具現できるので、容易で、かつ安定的に製作することができて今後の多様な光応用素子に適用可能である。

上記した本発明は、ビーム直径に比べて小径のパターンが繰り返される構造を用いて、位置に構わず、ビームに一定の位相経路差を誘導するものである。

ここに上記した実施の形態では、上記平板のパターンをストライプパターンで例示したが、ビーム直径に比べて小径の多角形が繰り返される構造で製作されることもできる。ここで、上記多角形は、交互的に屈折率の高いかあるいは屈折率の低い部分で製作される。また上記屈折率の高い多角形と屈折率の低い多角形の比は、所望する消滅比によって調整されることができることは本発明によって明らかである。

また、上記の発明の望ましい実施の形態による上記で提案された反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用であって、反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置の構成及び動作を図4を参照して説明すれば次の通りである。

図4は、本発明の一実施例による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの構造図である。

これで周期的なストライプ(stripe)パターンの反射面を基板前面に具現した前面反射板71と基板裏面全体に具現された後面反射板72から構成された平板70を用いて、前面反射板71を通じて反射されたビームと後面反射板72を通じて反射されたビームとの間に位相差を誘導することができる。すなわち、上記周期的なストライプ(stripe)パターンにより形成された前面反射板71部分で反射されたビームと反射板が形成されていない前面の部分を通過した後、後面反射板72で反射されて、更に反射板が形成されていない前面部を通過して、出力光繊維で結合する場合、前面反射板71を通じて反射されたビームと後面反射板72を通じて反射されたビームとの間の位相差を二つの反射板との間の相対的な光学的経路差によって誘導することができる。

このような反射板を具現する方式は、平板の厚みや二つの反射板との間の相対的位置を精密に制御する多様な方式で光経路差を調整することができ、その製造方式は半導体で蒸着、蝕刻技術などの古典的な平面工程技術だけでなく、伝達特性の可変のため、多様なアクチュエータ技術など多様な適用が可能である。

上記多角形のパターンが形成された他の平板の構造を図5を参照して説明する。

上記図5の(a)は、交互的に屈折率値が低い四角形と、屈折率値段が高い四角形と、が繰り返されるパターンが平板40に存在する例を示したものであって、上記パターンは、平板30を通過するビームに一定の位相経路差が誘導されるようにする。

図5の(b)は、交互的に屈折率値が低い菱形と屈折率値段が高い菱形が繰り返されるパターンが平板40に存在する例を示したものであって、上記パターンは平板30を通過するビームに一定の位相経路差が誘導されるようにする。

図5の(c)は、交互的に屈折率値が低い六角形と屈折率値が高い六角形が繰り返されるパターンが平板40に存在する例を示したものであって、上記パターンは平板40を通過するビームに一定の位相経路差が誘導されるようにする。

図5の(d)は、交互的に屈折率値が高い三角形と屈折率値が低い三角形が繰り返されるパターンが平板40に存在する例を示したものであって、上記パターンは平板40を通過するビームに一定の位相経路差が誘導されるようにする。

上記の技術で上記平板40と反射板20が別に分離されているが、一つの基板上で形成されることもできる。

図6は、本発明のマイクロオプティックマッハツェンダー干渉計基盤の計測装置、すなわち検出(sensing) 及び測定装置の応用構造図である。

ここに示したように、二重コリメーター10と反射板20との間には、本発明の望ましい実施の形態による平板70が挿入される。

周期的に繰り返される屈折率分布を有する平板60を含んで構成されたマッハツェンダー干渉計において、上記平板70は、一側面に階段模様の繰り返し形態で具現された基準(host)物質73と、上記基準物質73の一側面に形成された階段模様の繰り返し形態で結合され、検出対象に対する光学的特性変化を誘導する反応物質(sensing material)74、とを含んで構成されることを特徴とする。

上記平板70は、上記のコリメーターで出力されたビーム経路に、一定の位相差を誘導するもので、屈折率の高い部分と屈折率の低い部分が周期的に繰り返されるものあるいは光経路差の分布が相対的に長い位相差を誘導する部分と相対的に短い位相差を誘導する部分が周期的に繰り返されるものと構成することができる。上記の位相差は平板に誘導された屈折率及び空間上の光経路差変化によって決まる。

上記の平板70によって誘導された位相差は、上記基準物質73と上記反応物質74の光学的特性の差によって決まり、相対的に膨らんだ部分と窪んだ部分を構成する相補的構造で二つの物質による空間的な屈折率変化を起こす厚みdによって決まる。

上記平板70は、周期的なストライプパターンによって屈折率の高い部分と屈折率の低い部分が周期的に繰り返して形成される。

上記平板70の一実施の形態で、周期的なストライプ(stripe)パターンによって凹凸構造を製作して相対的に膨らんだ部分と窪んだ部分を通るビームの間に位相差を誘導することができる。

上記平板70は、相対的位相差を発生させるためのもので、平板に形成された平面パターンは様々の周期的、繰り返し形態で構成することができる。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記基準物質73の屈折率n_h、上記反応物質74の屈折率n_s、そして上記基準物質の蝕刻深さdによって上記平板70の所望する伝達特性を具現することができる。

したがって、入力光繊維を介して入力された光信号が、二重コリメーター10を通じて拡張されて出力され、平板70を経って反射板20に伝達する。拡張されたビームは、反射板20によって進行方向が変わって、更に平板70を通過し、二重コリメーター10を通じて出力光繊維に集束される。二重コリメーターの間に挿入された平板構造によって誘導された往復経路による位相差が2πの定数倍であると特性の変化なしに、二重コリメーター10を通じて出力光繊維に集束されて伝達されるが、πの奇数倍であると、拡張されて進行してきた基本モードの光が高次モードに変換されるようになり、集束されたビームが光繊維と結合されずに発散する。

また、上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板70の伝達特性Tを次の数学式 2のように設定する。

ここで、n_hは、上記基準物質73の屈折率で、n_sは、上記反応物質(sensing material)74の屈折率であり、dは、上記基準物質の蝕刻深さで上記の反応物質と上記の基準物質によって形成された屈折率差がある領域の厚みである。 λは、波長である。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記基準物質73の蝕刻された部分と蝕刻されていない部分の割合を調節して、上記基準物質 73の屈折率と上記反応物質74の屈折率差による周期及び動作波長の位置を調節可能に構成されることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記反応物質74の特性を調整して所望する感度特性で調整することができる検出装置を構成することができることを特徴とする。
上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記基準物質73と上記反応物質74を具備した上記平板70を二つの相補的な構造で形成することを特徴とする。

上記で基準物質と反応物質を含んだ上記平板70と反射板が別に分離されているが、一つの基板上で形成されることができる。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記二重コリメーター10と反射板20との間に上記平板70をビーム進行経路に対して傾いた方向に配列して光学的位相遅延を起こす経路差が発生されるように構成することができる。

上記反応物質74は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって光学的特性が変化する物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって変化する光学的特性中、光学的経路差特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって変化する光学的特性の中、屈折率特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって変化する光学的特性の中、厚みや面積特性が変わる物質であることを特徴とする。

すなわち、反応物質の光学的特性が検出しようとする物理量に敏感に変わる性質を利用して、特定物理量の検出に利用することができる。したがって、反応物質の光特性によって、次のような多様な詳細的な計測応用が可能である。

上記反応物質74は、温度によって光学的特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、特定波長帯の検出対象あるいは測定対象光入力信号に対して光学的特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、特定化学成分の吸収有無によって光学的特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、外部湿度変化によって光学的特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質74は、外部圧力によって光学的特性が変わる物質であることを特徴とする。

更に、反応物質を外部摂動に変化がない物質で選択するか特性がよく知られた物質で選択すると、知られていない基準物質の特性を正確に測定あるいは検出することができる。これは、基準物質と反応物質に区分して説明したが、この指称するものが、お互いに交差される場合にも併せて成立できる。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、反応物質を空気のように、特性の非常に安定的で、固定された物質を選択し、上記平板を用いて特定薄膜自体の屈折率特性を測定及び検出するに使われることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて、空気のような特性の非常に安定的な物質である時と違う媒質自体に代置された時の伝達特性変化を測定して特定ガスあるいは特定ガスの造成比を測定及び検出するセンサーとして使われることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて特定液体における内部構成造成比の変化による屈折率特性変化を測定して内部濃度変化を測定または特定物質の造成比による屈折率変化測定及び検出に使われることを特徴とする。

また反応物質自体が入れ替わった時、その特性変化を検出して反応物質の特性を検出することができる。

上記反応物質74は、外部ガスの有無によって屈折率特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて上記反応物質74が空気である場合と、上記反応物質74が水に変わる場合、伝達特性変化を感知して浸水センサーとしと使われることを特徴とする。

また上記の反応物質74と上記の基準物質73全部を安定的な物質で具現することで、固定された伝達特性自体を利用して計測に応用することができる。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて、レーザーや光源の波長変化を測定及び検出するに使われることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて波長分割多重送信システムでチャンネル特性変化を測定及び検出するに使われることを特徴とする。

また上記の反応物質と上記の基準物質全部を安定的な物質で具現して固定された伝達特性自体を応用する概念を拡張すると、どんな物理量の変化を光学的に直接感知するものではなく、一つの物理量を我々が容易に測定あるいは感知することができる、他の物理量に変換して測定することができる。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて特定震動に対する伝達特性の時間的変化を測定及び検出するに使われることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて特定加速度あるいは慣性特性に対する変化量を測定及び検出するに使われることを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板を用いて相対的位置値の変化を検出しやすい物理量に変換して、これを測定及び検出するに使われることを特徴とする。

また本発明は、従来には考慮されていない設計的側面を導入することで、平面的屈折率分布を調整して動作波長、通過帯域幅などの光学的伝達特性が幅広く調整可能であり、反応物質と基準物質の選択と光学的特性、一例として屈折率値と厚みの差などを変化させることで、所望する物質の所望する伝達特性が自由に具現できる。そして反応物質の光学的特性、一例として感度などを調整することで、所望する動作特性の計測装置を具現することができる。これは、従来の多層薄膜型フィルターで考慮するビーム進行方向への屈折率分布を調整する方式ではなく、平面的な方向への屈折率分布を調整する方式として、一例でこのような設計的側面は独立的あるいは従来の多層薄膜型のビーム進行方向への屈折率分布を調整する方式と結合して、次元をもう一つ増加させて設計可能であるので、所望する特性の調整が可能である。

本発明の他の実施例による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターは、マイクロオプティックマッハジェンダー干渉計において、光繊維から入射するビームを拡張および視準化して、レンズ部を介して出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを集束して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、上記二重コリメーターから拡張および視準化して出力されたビームを受けて反射する反射板と、上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、を含んで構成され、上記平板は、上記二重コリメーターと上記反射板との間に繰り返して変化するパターンを有する反射パターンを備えて、一定の位相経路差を誘導することを特徴とする。

本発明の他の実施例による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計において、光繊維から入射するビームを拡張および視準化して、レンズ部を介して出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを集束して、出力光繊維を通じて、出力する二重コリメーターと、上記二重コリメーターから拡張および視準化して出力されたビームを受けて反射する反射板と、上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、を含んで構成され、上記平板は、上記二重コリメーターと上記反射板との間に繰り返して変化するパターンを有する反射パターンを備えて、一定の位相経路差を誘導し、上記平板は、基準物質と、上記基準物質の一側面に形成された検出対象に対する光学的特性変化を誘導する物質と、を含んで構成されることを特徴とする。

図7は、本発明の他の実施例による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置の構造図である。

これに示されたように、二重コリメーター10と反射板20との間には、本発明の望ましい実施例による平板80が挿入される。

周期的に繰り返されるパターンを有した前面反射板81と裏面全体を反射する後面反射板82で構成された平板80を含んで構成されたマッハツェンダー干渉計において、上記平板80の一部が基準(host)物質83で構成された平板と、上記基準物質の一側面に形成された検出対象に対する光学的特性変化を誘導する反応物質(sensing material)84と、を含んで構成されたことを特徴とする。

上記平板80は、上記のコリメーターから出力されたビーム経路に、一定の位相差を誘導することで周期的な繰り返しパターンを有した前面反射板81により反射されたビームと基準物質83と反応物質84とから構成された平板を通過して、後面反射板82で反射されて、更に反応物質と基準物質の平板を通過し、出力光繊維で結合されるビームの間で発生する光経路差による位相差を誘導するように構成することができる。上記の位相差は、基準物質の屈折率と厚み、反応物質の屈折率と厚みによって決定される。

上記平板80により誘導された位相差は、上記基準物質83と上記反応物質84の光学的特性差と、それぞれの厚みd1、d2により決定される。

上記平板80は、周期的なストライプ反射板パターンにより短い経路差を通過するビームと、長い経路差を通過するビームとが周期的に繰り返して形成される。

上記平板80の一実施例で周期的なストライプ(stripe)パターンによって、パターン構造を製作して、相対的に前面反射板81で反射するビームと後面反射板82で反射するビームとの間に位相差を誘導することができる。

上記平板80は、相対的位相差を発生させるためのもので、平板に形成された平面パターンを様々な周期的、繰り返し形態で構成することができる。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記基準物質83の屈折率nh、上記反応物質84の屈折率ns、そして上記基準物質の厚みd1と上記反応物質82の厚みd2により、上記平板80による所望する伝達特性を具現することができる。

したがって、入力光繊維を通じて入力された光信号が、二重コリメーター10を通じて、拡張して出力され、平板80の前面反射板81により進行方向が変わったビームと、後面反射板により進行方向が変わったビームが二重コリメーター10を通じて、出力光繊維に集束される。上記の平板80構造によって、誘導された往復経路による位相差が2πの整数倍であると、特性の変化なしで二重コリメーター10を通じて、出力光繊維に集束されて伝えられるが、πのホールの整数倍であると拡張されて、進行されてきた基本モードの光が高次モードに変換されることになり、集束されたビームが光繊維と結合できずに発散されてしまう。

また上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記平板80による伝達特性Tを次の数学式3のように設定する。

ここで、n_hは、上記基準物質83の屈折率で、n_sは、上記反応物質(sensing material)84の屈折率であり、ｄ_１は、上記基準物質83の厚みで、ｄ_２は、上記反応物質83の厚みで、上記の基準物質と反応物質によって形成された光学的経路差によって伝達特性が決定される。 λは、波長である。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記基準物質83と上記反応物質84の厚みや屈折率差による周期および動作波長の位置が調節可能に構成されたことを特徴とする。

上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、上記反応物質84の特性を調整して、所望する感度特性で調整できる検出装置を構成することができることを特徴とする。

上記の技術で基準物質83と反応物質84を含んだ上記平板80と一つ以上の基板上で、様々な層で形成することができ、又その順序や組合を所望する特性が得られるように構成されることができる。

上記反応物質84は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって、光学的特性が変化する物質であることを特徴とする。

上記反応物質84は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって、変化する光学的特性中、光学的経路差特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質84は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって、変化する光学的特性中、屈折率特性が変わる物質であることを特徴とする。

上記反応物質84は、測定対象あるいは感知対象の外部摂動によって、変化する光学的特性中、厚みや損失特性が変わる物質であることを特徴とする。

すなわち反応物質の光学的特性が検出しようとする物理量に敏感に変わる性質を用いて、特定物理量を検出するに利用することができる。したがって、反応物質の光特性によって、多様な細部的な計測応用が可能である。

以上で本発明の望ましい実施の形態に限定して説明したが、本発明はここに限らず、多様な変化と変更及び均等物を使うことができる。したがって本発明は上記実施の形態を適切に変形して応用することができ、このような応用も特許請求範囲に記載した技術的思想を基とする限り、本発明の権利範囲に属することは当然と言える。

従来反射型マイクロオプティックマッハツェンダー干渉計型フィルターの構造図である。 本発明の一実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの基本構造図である。 本発明の他の実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの構造図である。 本発明の他の実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置の構造図である。 図2乃至図4における平板の多様な構造を示した図である。 本発明の更に他の実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの構造図である。 本発明の更に他の実施の形態による反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置の構造図である。

符号の説明

10 二重コリメーター
11 コリメーターのレンズ部
20 反射板(Optical Mirror)
30 平板(Optical plate)
40、50、60 周期的な屈折率分布を有する平板
70 反復的なパターンを有した前面反射板と全体を反射する後面反射板を両側面に有する平板
73 基準物質
64 反応物質
80 反復的なパターンを有した前面反射板と全体を反射する後面反射板を両側面に有する基準物質と反応物質から構成された平板
81 後面反射板
82 前面反射板
83 基準物質
84 反応物質

Claims (16)

1. 入力光繊維から入射するビームを拡張して、レンズ部を通じて出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを視準化して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、
   上記二重コリメーターから拡張されて出力されたビームを上記出力光繊維に反射させる反射板と、
   上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、
   を含んで構成されていることを特徴とする反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
2. 上記平板は、屈折率の高い部分と屈折率の低い部分が周期的に繰り返すように形成されていることを特徴とする請求項1記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
3. 上記平板は、その一側面に膨らんだ部分と窪んだ部分を周期的に繰り返すように形成していることを特徴とする請求項1記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
4. 上記パターンは、周期的に繰り返されるストライプパターンで構成されたことを特徴とする請求項1, 2 又は3 記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
5. 上記パターンは、多角形パターンであることを特徴とする請求項1, 2 又は3記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
6. 入力光繊維から入射するビームを拡張して、レンズ部を通じて出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを視準化して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、
   前面の一部領域に周期的なパターンを有した反射板と後面全体に反射板からなり、上記二重コリメーターから拡張されて出力されるビームを上記出力光繊維に反射させ、ビーム反射位置によって位相経路差を誘導する平板と、
   を含んで構成されていることを特徴とする反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
7. 上記平板は、反射部分と反射されないように開放された部分を周期的に繰り返すように形成していることを特徴とする請求項6記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
8. 上記パターンは、周期的に繰り返されるストライプパターンで構成されたことを特徴とする請求項6又は7記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
9. 上記パターンは、多角形パターンであることを特徴とする請求項6又は7記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
10. 入力光繊維から入射するビームを拡張して、レンズ部を通じて出力し、レンズ部を通じて出力されたビームを視準化して、出力光繊維を通じて出力する二重コリメーターと、
    上記二重コリメーターから拡張されて出力されたビームを上記出力光繊維に反射させる反射板と、
    上記二重コリメーターと上記反射板との間に位置し、一定の位相経路差を誘導するため、屈折率あるいは光経路差の分布が繰り返して変化するパターンを有した平板と、を含んで構成され、
    上記平板は、周期的な屈折率分布を階段模様の繰り返し形態で具現した基準物質と、上記基準物質の一側面に形成された階段模様の繰り返し形態で結合され、検出対象に対する光学的特性変化を誘導する反応物質と、を含んで構成されることを特徴とする反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置。
11. 上記パターンは、繰り返して変化する反射パターンをなして、所定の位相経路差を誘導することを特徴とする請求項10記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置。
12. 上記繰り返して変化する反射パターンは、
    上記二重コリメーターと上記反射板の間を通過するビーム経路上で、上記繰り返して変化する反射パターンによって反射されたビームと上記繰り返して変化する反射パターンによって反射されずに、上記反射板から反射されたビームの間に発生する光経路差を誘導することを特徴とする請求項11記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルター。
13. 上記反応物質は、
    外部摂動によって屈折率変化を起こす物質で構成されることを特徴とする請求項10又は11記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置。
14. 上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、
    上記基準物質の蝕刻された部分と蝕刻されていない部分の割合を調節して、上記基準物質の屈折率と上記反応物質の屈折率による消滅比を調節可能に構成されたことを特徴とする請求項10記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置。
15. 上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、
    上記二重コリメーターと上記反射板との間に、上記平板をビーム進行経路に対して傾いた方向に配列して光学的位相遅延を起こす経路差が発生されるようにすることを特徴とする請求項10記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置。
16. 上記反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置は、
    上記平板を用いて特定固定された伝達特性を具現し、これを用いて波長分割多重送信システムのチャンネル信号特性変化を検出するに使われることを特徴とする請求項10又は11記載の反射型マイクロオプティック干渉計型フィルターの応用装置。

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