JP2009222879A - 光フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】特定の周波数間隔で繰り返すＷＤＭ信号の各チャンネルについて全て同一の任意のスペクトル形状や位相特性とすることができる光フィルタを提供すること。
【解決手段】入力信号を光ファイバ１１、サーキュレータ１２、光ファイバ１３を介して分散素子１６に入射する。分散素子１６はＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定角度の範囲に分散させて出射する。分散された各チャンネル毎に所定角度範囲に分散した周波数の光をレンズ１７で集束し、位相制御板１８及び光強度制御板１９によってその位相特性とスペクトル強度を変化させる。この光を同一の経路を介して光ファイバ１５に導く。これによりＷＤＭ信号の各チャンネルについて同一の操作を行う光フィルタを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は光信号のスペクトルを所望のスペクトルに変換することができる光フィルタに関するものである。

光フィルタは光通信分野、分光分析分野に代表されるように、現在広く利用されている。光通信分野では、特定の波長を通過、もしくは阻止する波長選択機能、光アンプを通過して波長毎に異なる利得となったスペクトルを均一にして光パワーレベルをそろえる利得等価機能、ＷＤＭ信号を奇数と偶数のチャンネルの信号群に分波するインターリーブ機能等々、様々なスペクトル形状を持つ光フィルタが利用されている。更に、近年報告された、非特許文献１に示されるように、複雑な波長スペクトル形状を持つ光フィルタに光伝送信号を通過させることにより、光伝送信号の高速化を実現する方法が提案されており、光フィルタに求められるスペクトルの形状は益々多様化、複雑化している。

従来の光フィルタとしては、屈折率の異なる複数の材料を積層した誘電体多層膜フィルタや、光ファイバのコア内に屈折率の変調（回折格子）を施した光ファイバブラッググレーティングによる光フィルタ、更に２つの反射鏡間の多重干渉を利用したファブリ・ペロー・エタロンフィルタ等が知られている。誘電体多層膜フィルタは、波長スペクトル形状の設計自由度が高く、特に特殊なスペクトルを有する光フィルタを実現する上で最も広く利用されている。

又近年光通信においては、５０ＧＨｚ又は１００ＧＨｚ間隔の信号を一括して伝送するＷＤＭ伝送が広く用いられている。このように一定の周波数間隔の多チャンネルの信号が重畳された信号については、全てのチャンネルに対し同一特性のフィルタリングをする必要性が高い。従来はインターリーバや光イコライザにおいてこれが実現されている。光イコライザについては特許文献１がある。
米国特許６，８０４，４３４ IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 19, no. 19 , pp. 1442-1444, Oct. 2007.

しかし従来の光イコライザにおいてもＷＤＭ信号を入力とする場合、各チャンネルに対して同一スペクトル形状とし、スペクトル形状を自由に整形したり可変する光フィルタは実現されていない。

本発明はこのような従来の欠点に鑑みてなされたものであって、特定の周波数間隔で繰り返すＷＤＭ信号の各チャンネルについて位相、振幅共に全て同一の任意のスペクトル形状とするための光フィルタを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の光フィルタは、入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射すると共に、選択された反射光を前記入射光の入射方向に再び合波する分散素子と、前記分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の位相に変換する位相制御板と、前記位相制御板の各周波数に対する位相を制御する位相制御部と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光の光強度を変化させる光強度制御板と、前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する光強度を制御する光強度制御部と、前記位相制御板及び光強度制御板を透過した光を反射する反射部と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の光フィルタは、入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射すると共に、選択された反射光を前記入射光の入射方向に再び合波する分散素子と、前記分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の波長の光を任意の位相に変換する位相制御板と、前記位相制御板の各波長に対する位相を制御する位相制御部と、前記位相制御板を透過した光を反射する反射部と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の光フィルタは、入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射すると共に、選択された反射光を前記入射光の入射方向に再び合波する分散素子と、前記分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光の光強度を変化させる光強度制御板と、前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する光強度を制御する光強度制御部と、前記光強度制御板を透過した光を反射する反射部と、を具備するものである。

ここで前記光強度制御板及び位相制御板は、光が入射される面の裏面に反射膜を施して前記反射部としてもよい。

ここで入射光を前記分散素子に入射すると共に、前記分散素子によって合波された反射光を前記入射光とは異なった方向に出射するサーキュレータを更に具備するようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明の光フィルタは、入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射する第１の分散素子と、前記第１の分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の位相に変換する位相制御板と、前記位相制御板の各波長に対する位相を制御する位相制御部と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の透過率で透過する光強度制御板と、前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する透過レベルを制御する光強度制御部と、前記位相制御板及び前記光強度制御板を透過した各周波数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された分散光を合成する第２の分散素子と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の光フィルタは、入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射する第１の分散素子と、前記第１の分散素子の各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の位相に変換する位相制御板と、前記位相制御板の各周波数に対する位相を制御する位相制御部と、前記位相制御部を透過した各周波数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された分散光を合成する第２の分散素子と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の光フィルタは、入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射する第１の分散素子と、前記第１の分散素子の各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の透過率で透過する光強度制御板と、前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する透過レベルを制御する光強度制御部と、前記光強度制御手段を透過した各周波数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された分散光を合成する第２の分散素子と、を具備するものである。

ここで前記分散素子はＶＩＰＡ素子（Virtually Imaged Phased Array）としてもよい。

ここで前記位相制御板は、液晶セルに多数のセグメント電極を形成したものであり、前記位相制御部は、その電極への印加電圧を変化させたものとしてもよい。

ここで前記光強度制御板は、液晶セルに多数のセグメント電極を形成したものであり、前記光強度制御部は、その電極への印加電圧を変化させたものとしてもよい。

ここで前記光強度制御板は、ＭＥＭＳアレイ素子としてもよい。

ここで前記光強度制御板は、選択すべき波長を前記分散素子に反射すると共に、その他の波長の光を異なった方向に反射するパターニング板としてもよい。

ここで前記光強度制御板は、選択すべき波長の光を透過するパターニング板としてもよい。

ここで前記位相制御部は、前記位相制御板による光の位相を任意に変更可能とするようにしてもよい。

前記光強度制御部は、前記光強度制御板の光強度を任意に変更可能とするようにしてもよい。

以上詳細に説明したように本発明によれば、ＷＤＭ信号の各チャンネルに対して同一のフィルタリング操作をすることができる。位相制御板、光強度制御板の特性を種々変更することによって任意の特性の光フィルタを実現することができ、選択特性を自由に変化させる光フィルタとすることができる。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による反射型の光フィルタの構成を示す図であり、Ｚ軸方向から見た側面図、図１（ｂ）はこの実施の形態の光フィルタをＸ軸方向から見た側面図である。これらの図において、入射光は一定の周波数間隔で多数の光信号を多重したＷＤＭ信号とし、ＷＤＭ信号が光ファイバ１１を介してサーキュレータ１２に与えられる。入射光は光ファイバ１１を介することなく直接サーキュレータ１２に入力してもよい。サーキュレータ１２は入射光を光ファイバ１３を介してコリメートレンズ１４に出射すると共に、光ファイバ１３から入射された光を光ファイバ１５に出射するものである。又光ファイバ１３からコリメートレンズ１４を介して出射された光は分散素子１６に入射される。分散素子１６はＸＹ平面上でＷＤＭ信号のチャンネル毎に、各チャンネル内の周波数変化に応じて一定の角度範囲内でＷＤＭ信号を分散するものであり、詳細については後述する。分散素子１６で分散された光はレンズ１７に与えられる。分散素子１６とレンズ１７との間隔は、レンズ１７の焦点距離Ｆ１と等しいものとする。レンズ１７はＸＹ平面上で分散した光をＹ軸方向に平行に集束する集束手段であって、光軸上のレンズ１７の焦点位置Ｆ２の近傍には、位相制御板１８、及び光強度制御板１９が設けられる。位相制御板１８は入射光の位相を制御するものであり、詳細については後述する。光強度制御板１９は入射光の光強度を変化させるものである。光強度制御板１９は光を反射する反射部としての機能を含んでおり、詳細については後述する。

光強度制御板１９によって反射された光は同一の経路を通ってレンズ１７に加わり、再び分散素子１６に加わる。分散素子１６は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、コリメートレンズ１４を介して光ファイバ１３に出射する。この光はサーキュレータ１２によって光ファイバ１５に出射される。ここで位相制御板１８と光強度制御板１９の特性に応じて光フィルタの透過特性が決定される。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による反射型の光フィルタについて説明する。図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態による反射型光フィルタの構成を示す図であり、Ｚ軸方向から見た側面図である。図２（ｂ）はこの実施の形態の光フィルタをＸ軸方向から見た側面図である。本図において、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付している。この実施の形態では、光ファイバ１１の出射した光をコリメータ２１を介して直接分散素子１６に入力している。又分散素子１６は図２（ｂ）に示すようにＺ方向で入射光と出射光との位置を異ならせ、レンズ１７を介して位相制御板１８及び光強度制御板１９に入射するようにしたものである。これによってサーキュレータ１２を用いることなく入射光と出射光を分離するようにしている。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態による透過型の光フィルタについて説明する。図３（ａ）は本発明の第３の実施の形態による透過型の光フィルタの構成を示す図であり、Ｚ軸方向から見た側面図、図３（ｂ）はこの実施の形態の光フィルタをＸ軸方向から見た側面図である。図３（ａ）において入射光は光ファイバ３１からコリメートレンズ３２に入射され、平行な光ビームとして第１の分散素子３３に与えられる。分散素子３３は第１，第２の実施の形態の分散素子１６と同様に、ＷＤＭ信号のチャンネル毎に各チャンネルの周波数変化に応じて入射光をＸＹ平面上で異なった方向に分散させるものである。この光はいずれもレンズ３４に入射される。分散素子３３とレンズ３４との間隔は、レンズ３４の焦点距離Ｆ１と等しいものとする。レンズ３４はＸＹ平面上で分散した光をＹ軸方向に平行に集束する集束手段である。又レンズ３４の焦点距離Ｆ２の位置には、位相制御板３５及び光強度制御板３６が配置される。位相制御板３５は入射光の位相を制御するものであり、詳細については後述する。光強度制御板３６は入射光を選択的に透過するものであり、詳細については後述する。光強度制御板３６を透過した光はレンズ３７に入射される。レンズ３４、第１の分散素子３３とレンズ３７、分散素子３８は位相制御板３５と光強度制御板３６の境界線に対して対称である。第２の分散素子３８は異なった波長成分の異なった方向からの光を合成して出射するものであり、レンズ３７はＸＹ平面上の平行な光を集光する集光手段である。分散素子３８によって合成された光はコリメートレンズ３９を介して光ファイバ４０に与えられる。

（第１の変形例）
前述した第１及び第２の実施の形態において、レンズ１７の焦点位置に位相制御板１８と光強度制御板１９を配置しているが、レンズ１７の焦点位置には位相制御板１８のみを配置してもよい。第１の変形例では焦点位置に反射ミラーを設ける。この場合には位相制御のみが行われる。

（第２の変形例）
第２の変形例では、位相制御板１８のみを用い、その背面に反射膜を形成しておく。その他は第１の変形例と同様である。

（第３の変形例）
更に前述した第１，第２の実施の形態において、レンズ１７の焦点位置に位相制御板１８と光強度制御板１９を配置しているが、光強度制御板１９のみを配置してもよい。この場合には光強度の制御のみが行われる。

（第４の変形例）
この変形例では光強度制御板１９のみを用い、その背面に反射膜等を形成することに代えて、焦点位置に反射ミラーを設ける。その他は第３の変形例と同様である。

（第５の変形例）
前述した第３の実施の形態において、レンズ３４の焦点位置には位相制御板３５と光強度制御板３６を配置しているが、位相制御板３５のみを配置してもよい。この場合には位相制御のみが行われる。

（第６の変形例）
更に前述した第３の実施の形態において、レンズ３４の焦点位置に位相制御板３５と光強度制御板３６を配置しているが、光強度制御板３６のみを配置してもよい。この場合には光強度の制御のみが行われる。

（分散素子の構成）
ここで前述した各実施の形態に用いられる分散素子１６，３３，３８について説明する。各分散素子は同一のものであってよいので、以下分散素子１６について詳細に説明する。さて分散素子１６としては、図４に示す回折格子１６Ａ、図５に示すアレイ導波路格子１６Ｂ、及び図６に示すＶＩＰＡ素子（ＶＩＰＡ：Virtually Image Phased Array）１６Ｃを用いることが考えられる。回折格子１６Ａは鋸歯状、正弦波状、または矩形状の断面を有し、そのピッチをｄ１とする。又入射角をαとし、反射角をθとする。この回折格子１６Ａの回折式、角度分散（ｄθ／ｄλ）、及びＦＳＲは図７で示される。ここでｍは回折次数である。

アレイ導波路格子１６Ｂは図５に示すように、ベース１０１上に導波路が形成されたものである。スラブ導波路１０２は面に沿った層状媒質で構成され、面に沿った方向に光を閉じ込める導波路であり、その屈折率をｎ_sとする。スラブ導波路１０２からは多数のアレイ導波路１０３が隣接して分岐する。隣接する各アレイ導波路間の間隔を全てｄ２とし、隣接するアレイ導波路毎の光路長差をΔＬとし、各アレイ導波路の実効屈折率をｎ_cとする。分岐された多数のアレイ導波路１０３はいずれもスラブ導波路１０４に導かれ、この導波路１０４の端部より出射する。このアレイ導波路格子１６Ｂの回折式、角度分散及びＦＳＲは、図７で示される。図７において、ｎ_gは群屈折率であり、出射光の法線に対する角度をθとする。尚アレイ導波路１６Ｂについては、IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.12, No. 6,989-995, 1994に詳細に示されている。

又ＶＩＰＡ素子１６Ｃは図６に示すように、一定の屈折率を有する透明の平板１１１であって、例えば平行平板のガラス板が用いられる。光の入射面には一定の開口部分を除いて反射コーティング１１２が施されている。又他方の面にも全面にわたって反射コーティング１１３が施されている。反射コーティング１１２は１００％の反射率を有するものであり、出射面の反射コーティング１１３は１００％以下、例えば９５％の反射効率を有するものである。この屈折率をｎ_vとし、その厚さをｄ３とする。ここで出射光の法線に対する角度を出射角θとする。このＶＩＰＡ素子についても回折式、角度分散及びＦＳＲは、図７で与えられる。

さてこの光フィルタに入射するＷＤＭ信号を１５５０ｎｍ帯域の光信号とし、そのＦＳＲを５０ＧＨｚとする。これは波長では０．４ｎｍに相当する。この場合には、回折次数ｍは１５５０／０．４より３８７５となる。この回折次数ｍを図７に示すＶＩＰＡ素子１６Ｃの回折式に代入すると、その右辺を約６ｍｍと設定すればよい。このため屈折率をｎ３を例えば１．５とし、板厚ｄ３を２ｍｍとすることによって容易にＶＩＰＡ素子を分散素子１６Ｃとして用いることができる。一方回折格子の場合には格子ピッチを数ｍｍとする必要がある。又アレイ導波路素子の場合にはアレイ導波路間隔ｄ２及び導波路長差ΔＬを数ｍｍとする必要があり、いずれも形状が大きくなる。従って分散素子１６としては、ＶＩＰＡ素子を用いることが好ましい。以下ではＶＩＰＡ素子を用いるものとして説明する。

このようなＶＩＰＡ素子１６Ｃに図１に示すようにチャンネル１〜チャンネルｎまでのｎチャンネルのＷＤＭ信号が加わるものとし、その各チャンネル毎の周波数間隔をΔf、ここでは５０ＧＨｚとする。そしてチャンネル１の周波数をf1〜fmとすると、チャンネル２の周波数はf1＋Δf〜fm＋Δfとなる。同様にしてチャンネルｎの周波数はf1＋nΔf〜fm＋nΔfとなる。ここでmは各チャンネルの周波数を等分した任意の数であり、特に意味のあるものではない。このＷＤＭ信号が分散素子１６に入射すると、分散の角度範囲の一方の端部には各チャンネルの最も低い周波数であるf1、f1＋Δf、f1＋2Δf・・・f1＋nΔfの光が出力される。他端には各チャンネルの最も高い周波数であるfm、fm＋Δf・・・fm＋nΔfが出力される。この間もＷＤＭ信号のチャンネル毎にそのチャンネル内の分散素子の出射角度範囲の一端から他端まで光が連続的に分散することとなる。即ちある角度には周波数f1＋iΔf、f2＋iΔf・・・fm＋iΔf（ｉは１〜ｎの整数）が出射される。

（位相制御方式）
次に位相制御板１８及び３５及び位相制御部について説明する。位相制御板は同一のものであってよいので、以下位相制御板１８について説明する。位相制御板１８の一例として、液晶空間変調素子１８Ａを示す。図８において、図中Ｘ軸方向を光の分散方向とする。ここで液晶セル１３０は印加される電圧に応じて屈折率を変化させるものであり、例えばネマティック液晶を用いる。液晶セル１３０の表面には、光の分散方向に垂直なＹ軸に平行に透明の多数のセグメント電極１３１が形成される。液晶空間変調素子１１０の背面全面には、図示しない透明電極が形成される。このセグメント数はＷＤＭ信号の１チャンネル分の光信号に対するフィルタリング操作の分解能を決定するため、多い方が好ましい。液晶空間変調素子１８Ａはセグメント電極１３１側の面をＸＹ平面に合わせて配置する。

液晶空間変調素子１８Ａは、各セグメント電極毎に異なった電圧を印加することによってその位相を制御することができる。各セグメント電極１３１には図８に示すように、交流電源部１３３とそのレベルを制御する振幅制御部１３４が接続されている。交流電源部１３３は各セグメント毎に一定レベルの矩形波を出力するものである。振幅制御部１３４は各セグメント毎に印加する電圧のピーク値を変化させるものであり、電圧のピークレベルを適宜設定することによって所望の位相となるように制御する。セグメント電極の電圧を連続して変化させることによって、例えば図９に示すように各チャンネル内のＷＤＭ信号の光の位相特性を変化させることができる。ここで交流電源部１３３、振幅制御部１３４は位相制御板の各周波数に対する位相を制御する位相制御部１３５を構成している。

液晶空間型変調素子１８Ａの変調方式としては、振幅制御部１３４によって振幅レベルを変化する方式に代えて、交流電源部１３３より発生する交流電圧のデューティ比を各セグメント毎に変化させ、これによって各セグメントを透過する光の位相を変化させるようにしてもよい。

又この背面を透明電極でなく反射電極とすれば、第２の変形例に用いる反射型の位相制御板を実現することができる。

（光強度制御方式）
次に光強度制御板１９，３６及び光強度制御部について説明する。光強度制御板は同一のものであってよいので、以下光強度制御板１９について説明する。光強度制御板１９の第１の例として、回折方式による液晶空間変調素子１９Ａを示す。この液晶空間変調素子１９Ａは第１，第２の実施の形態、第３の変形例に用いることができる。図１０において、図中Ｘ軸方向を光の分散方向とする。ここで液晶セルは印加される電圧に応じて屈折率を変化させるものであり、例えばネマティック液晶を用いる。この液晶セル１４０の表面には、光の分散方向に垂直に透明の多数のセグメント電極１４１が形成される。液晶空間セル１４０の背面全面には、反射電極１４２が形成される。このセグメント数はＷＤＭ信号の１チャンネル分の光信号に対するフィルタリング操作の分解能を決定するため、多い方が好ましい。

液晶空間変調素子１９Ａのセグメント電極１４１には、図１０に示すように交流電源部１４３とそのレベルを制御する振幅制御部１４４が接続されている。交流電源部１４３は各セグメント毎に一定レベルの矩形波を出力するものである。振幅制御部１４４は各セグメント毎に印加する電圧のピーク値を変化させるものである。ここで交流電源部１４３、振幅制御部１４４は位相制御板の各周波数に対する位相を制御する光強度制御部１４５を構成している。

この液晶空間変調素子１９Ａは反射レベルを変化させるために回折方式を用いている。回折方式は各セグメント電極に印加する電圧によってその電極下の屈折率を変化させる。そして光強度を同一値に制御したい同一波長の光ビームの範囲内で屈折率の凹凸を作り、これによって入射光を回折させる。印加電圧のレベルによって回折の程度が変化するため、液晶空間変調素子から出射される光、即ち反射光のレベルを変化させることができる。そして各セグメントに印加する電圧レベルを適宜設定することによって、所望のスペクトル形状を作り出すことができる。例えば中心付近にあるセグメント電極に高い電圧を印加することによって、その直下の液晶セルの屈折率が変化し、回折によって光が図１１（ａ）に示すように入射光の光軸とは異なった角度に反射される。このため光強度のレベルを減少させたスペクトル特性とすることができる。

次に光強度制御板の第２の例について説明する。この光強度制御板は前述した第４の変形例及び第３の実施の形態、第６の変形例の光強度制御板に用いることができる。この液晶空間型変調素子１９Ｂ，３６Ｂの主要部分は第１の例と同様であるので、詳細な説明を省略する。この光強度制御板では、液晶セル１４０の背面を反射電極１４２でなく透明電極１４６とする。その他の構成は前述した空間型変調素子１９Ａと同様であり、これによって透過型の光強度制御板を実現することができる。この場合には図１１（ｂ）に示すように各セグメントに電圧を印加しなければ入射光がそのまま透過する。又セグメント電極に電圧を印加すれば、その電圧レベルに応じて液晶セルの屈折率が変化するため、光がいずれかの方向に回折し、出力光のレベルが減少する。このようにして各セグメントに印加する電圧レベルを変化させることによって、各チャンネルのスペクトルを変化させることができる。

又ここで用いた光強度制御板の空間型変調方式としては、振幅レベルを変化する方式に代えて、交流電源より印加する交流電圧のデューティ比を各セグメント毎に変化させ、これによって反射レベル、透過レベルを変化させるようにしてもよい。

次に光強度制御板の第３の例である消光方式の液晶空間変調素子１９Ｃについて図１２を用いて説明する。この光強度制御板は第１，第２の実施の形態、第３の変形例に用いることができる。図１２において、図中Ｘ軸方向を光の分散方向とする。ここで液晶セルは電圧に応じて偏波を回転させるものであって、例えばＴＮ液晶を用いる。この液晶セル１５０の表面には、光の分散方向に垂直に透明の多数のセグメント電極１５１が形成される。液晶セル１５０の背面全面には、反射電極１５２が形成される。このセグメント数はＷＤＭ信号の１チャンネル分の光信号に対するフィルタリング操作の分解能を決定するため、多い方が好ましい。

消光方式においては、図１３に示すように液晶空間変調素子１９Ｃの前面に偏光子１５６を設けて偏光方向をそろえたＷＤＭ光を液晶空間変調素子に入射する。例えばＰ偏光成分のみを液晶空間変調素子１９Ｃに入射する。そして各セグメント電極の直下の液晶の複屈折率差を制御することによって、各セグメントに対応する光の偏光状態を独立に制御できる。そして反射光のうちＰ偏光成分のみが偏光子１５６を通過して出射し、光フィルタのスペクトルを変化させることができる。

次に光強度制御板の第４の例について説明する。この光強度制御板は前述した第４の変形例及び第３の実施の形態、第６の変形例の光強度制御板に用いることができる。この液晶空間型変調素子１９Ｄ，３６Ｄの主要部分は第３の例と同様であるので、詳細な説明を省略する。この光強度制御板では、液晶セル１５０の背面を反射電極１５２でなく透明電極１５７とする。その他の構成は前述した空間型変調素子１９Ｃと同様であり、これによって透過型の光強度制御板を実現することができる。この場合には図１４に示すように各セグメントに電圧を印加しなければ入射光がそのまま透過する。又セグメント電極に電圧を印加すればその電圧レベルに応じて液晶セルの偏光方向が変化するため、出力光のレベルが減少する。このように各セグメントに印加する電圧レベルを変化させることによって、各チャンネルのスペクトルを変化させることができる。

又消光方式においては光軸に対して４５°の角度で光を入射させ、セグメント電極に印加する電圧を変化させることによって偏波面を回転させ、これによって透過率を変化させるようにしてもよい。この場合は例えばネマティック液晶を用いることができる。

次に光強度制御板の第５の例であるＭＥＭＳアレイ素子１９Ｅについて説明する。ＭＥＭＳアレイ素子１９Ｅは図１５に示すように、図１０のセグメント電極に相当する１次元のＭＥＭＳミラーを光の分散方向に垂直に多数並列に配置したものである。ＭＥＭＳ素子駆動部１６１は各ＭＥＭＳミラーを夫々独立に、所望の微小角度回転駆動するもので、光強度制御部として動作する。各ミラーは入射光を反射し、この反射角度を変化させ入射側に戻る光のレベルを変化させることによって、各チャンネル内でのスペクトルを変化させることができる。ＭＥＭＳアレイ素子を用いた光強度制御板は、第１，第２の実施の形態、第３の変形例に用いることができる。

次に光強度制御板の第６の例について図１６を用いて説明する。これは光強度制御板として特願２００７−３２２８７８号に示されているように、パターニング板１９Ｆを用いて構成したものである。パターニング板１９Ｆでは基板上に反射ミラーを任意の形で配置する。そしてパターニングミラー駆動部１７１で図中Ｙ軸方向に移動させることによって、各周波数成分の反射量、透過量又は吸収量を制御してスペクトルを整形する。このパターニングの形状を適宜変化させたりＹ軸方向への移動によってフィルタ特性を変化させることができる。透明基板上に反射ミラーを貼り付けたパターニング板を用いた光強度制御板１９Ｆは、第１，第２の実施の形態、第３の変形例に用いることができる。

ここで光強度制御板として透明基板上に光吸収板を貼り付けたパターニング板を用いることができる。このようなパターニング板は、第３の実施の形態、第４，第６の変形例に用いることができる。

図１７（ａ）は各実施の形態による光フィルタに入射されるｎチャンネルのＷＤＭ信号を示す図である。図１７（ｂ）は位相制御を行った状態を示す図である。更に図１７（ｃ）は光強度を制御した状態を示す図である。これらの図に示されるように、各チャンネルについて同一の位相特性及びスペクトル強度とすることができる。

尚前述した各実施の形態及び変形例において、振幅制御部の振幅や交流電源部のデューティ比を光フィルタ製造時に設定しておくことにより、一定の特性を持つ光フィルタとすることができる。又フィルタの製造後に任意に変化させるようにしてもよい。これにより任意の位相特性及びスペクトルとする光可変フィルタとして光フィルタを実現することができる。光強度制御板の第５，第６の例に示すようにミラーの角度を変化させたり、パターニング板の位置を変化させることにより、光可変フィルタとして光フィルタを実現することができる。

本発明の第１の実施の形態による反射型の光フィルタの光学的な位置を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による反射型の光フィルタの光学的配置を示す図である。 本発明の第３の実施の形態による透過型の光フィルタの光学的配置を示す図である。 分散素子として用いられる回折格子を示す図である。 分散素子として用いられるアレイ導波路格子を示す図である。 分散素子として用いられるＶＩＰＡ素子を示す図である。 分散素子として用いられる回折格子、アレイ導波路格子、ＶＩＰＡ素子の回折式と角度分散及びＦＳＲを示す図である。 本発明の各実施の形態に用いる位相制御部及び位相制御板の一例を示す図である。 ＷＤＭ光に対して位相制御を行ったときの位相と周波数の関係を示す図である。 本発明の実施の形態による光強度制御部及び光強度制御板の第１の例を示す図である。 第１，第２の例による光強度制御板を通過する入射光及び出射光を示す図である。 本発明の実施の形態による光強度制御部及び光強度制御板の第３の例を示す図である。 この光強度制御板を通過する入射光及び出射光を示す図である。 本発明の実施の形態による光強度制御部及び光強度制御板の第４の例を示す図である。 本発明の実施の形態による光強度制御部及び光強度制御板の第５の例を示す図である。 本発明の実施の形態による光強度制御部及び光強度制御板の第６の例を示す図である。 入射するＷＤＭ光の周波数と位相特性及びスペクトルを示す図である。

符号の説明

１１，１３，１５，３１，４０ 光ファイバ
１２ 光サーキュレータ
１４，２１，２２，３２，３９ コリメートレンズ
１６，３３，３８ 分散素子
１７，３４，３７ レンズ
１８，３５ 位相制御板
１８Ａ 液晶空間変調素子
１９，３６ 光強度制御板
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，３６Ｂ，３６Ｄ 液晶空間変調素子
１９Ｅ ＭＥＭＳアレイ素子
１９Ｆ パターニング板
１３０，１４０，１５０ 液晶セル
１３１，１４１，１５１ セグメント電極
１４２，１５２ 反射電極
１３３，１４３，１５３ 交流電源部
１３４，１４４，１５４ 振幅制御部
１３５ 位相制御部
１４５ 光強度制御部
１４６，１５７ 透明電極
１５６，１５８ 偏光子

Claims (17)

1. 入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射すると共に、選択された反射光を前記入射光の入射方向に再び合波する分散素子と、
   前記分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の位相に変換する位相制御板と、
   前記位相制御板の各周波数に対する位相を制御する位相制御部と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光の光強度を変化させる光強度制御板と、
   前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する光強度を制御する光強度制御部と、
   前記位相制御板及び光強度制御板を透過した光を反射する反射部と、を具備する光フィルタ。
2. 入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射すると共に、選択された反射光を前記入射光の入射方向に再び合波する分散素子と、
   前記分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の波長の光を任意の位相に変換する位相制御板と、
   前記位相制御板の各波長に対する位相を制御する位相制御部と、
   前記位相制御板を透過した光を反射する反射部と、を具備する光フィルタ。
3. 入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射すると共に、選択された反射光を前記入射光の入射方向に再び合波する分散素子と、
   前記分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光の光強度を変化させる光強度制御板と、
   前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する光強度を制御する光強度制御部と、
   前記光強度制御板を透過した光を反射する反射部と、を具備する光フィルタ。
4. 前記光強度制御板は、光が入射される面の裏面に反射膜を施して前記反射部とした請求項１又は３記載の光フィルタ。
5. 前記位相制御板は、光が入射される面の裏面に反射膜を施して前記反射部とした請求項２記載の光フィルタ。
6. 入射光を前記分散素子に入射すると共に、前記分散素子によって合波された反射光を前記入射光とは異なった方向に出射するサーキュレータを更に具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の光フィルタ。
7. 入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射する第１の分散素子と、
   前記第１の分散素子によって各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の位相に変換する位相制御板と、
   前記位相制御板の各波長に対する位相を制御する位相制御部と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の透過率で透過する光強度制御板と、
   前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する透過レベルを制御する光強度制御部と、
   前記位相制御板及び前記光強度制御板を透過した各周波数の光を集光する集光手段と、
   前記集光手段によって集光された分散光を合成する第２の分散素子と、を具備する光フィルタ。
8. 入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射する第１の分散素子と、
   前記第１の分散素子の各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の位相に変換する位相制御板と、
   前記位相制御板の各周波数に対する位相を制御する位相制御部と、
   前記位相制御部を透過した各周波数の光を集光する集光手段と、
   前記集光手段によって集光された分散光を合成する第２の分散素子と、を具備する光フィルタ。
9. 入射光であるＷＤＭ信号を各チャンネル毎に各チャンネル内の周波数変化に応じて所定の角度の範囲に分散させて出射する第１の分散素子と、
   前記第１の分散素子の各チャンネル毎に所定の角度範囲に分散させた各周波数の光を、相対的な入射位置関係を保持したまま同一平面上に焦点を結ぶ集束手段と、
   前記集束手段からの帯状の光が焦点を結ぶ位置の近傍に設けられ、任意の周波数の光を任意の透過率で透過する光強度制御板と、
   前記光強度制御板の光強度制御手段の各周波数に対する透過レベルを制御する光強度制御部と、
   前記光強度制御手段を透過した各周波数の光を集光する集光手段と、
   前記集光手段によって集光された分散光を合成する第２の分散素子と、を具備する光フィルタ。
10. 前記分散素子はＶＩＰＡ素子である請求項１〜９のいずれか１項記載の光フィルタ。
11. 前記位相制御板は、液晶セルに多数のセグメント電極を形成したものであり、
    前記位相制御部は、その電極への印加電圧を変化させたものである請求項１，２，７，８のいずれか１項記載の光フィルタ。
12. 前記光強度制御板は、液晶セルに多数のセグメント電極を形成したものであり、
    前記光強度制御部は、その電極への印加電圧を変化させたものである請求項１，３，７，９のいずれか１項記載の光フィルタ。
13. 前記光強度制御板は、ＭＥＭＳアレイ素子である請求項１，３，７，９のいずれか１項記載の光フィルタ。
14. 前記光強度制御板は、選択すべき波長を前記分散素子に反射すると共に、その他の波長の光を異なった方向に反射、もしくは透過、吸収するパターニング板である請求項１又は３記載の光フィルタ。
15. 前記光強度制御板は、選択すべき波長の光を透過するパターニング板である請求項１〜９のいずれか１項記載の光フィルタ。
16. 前記位相制御部は、前記位相制御板による光の位相を任意に変更可能とした請求項１，２，７，８のいずれか１項記載の光フィルタ。
17. 前記光強度制御部は、前記光強度制御板の光強度を任意に変更可能とした請求項１，３，７，９のいずれか１項記載の光フィルタ。
    

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