JP2022057669A - 波長可変フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】新しい波長可変フィルタを提供する。
【解決手段】波長可変フィルタ１００は、第一のミラー１２０と、透過型回折格子１３０と、第二のミラー１４０とを備える。第一のミラーは、光入出力部１１０からの入力光を反射するように配置される角度変更可能な第一の反射面１２１を有する。透過型回折格子は、第一のミラーで反射された入力光の伝播経路に配置される。第二のミラーは、透過型回折格子からの透過回折光を反射するように配置される第二の反射面１４１を有する。第一の反射面の角度に応じて、入力光の透過型回折格子への入射角が変化する。第二の反射面では、透過回折光のうち第一の反射面の角度に応じた特定波長帯の光が正規経路を伝播するように反射される。
【選択図】図２

Description

本開示は、波長可変フィルタに関する。

従来、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信技術を用いた光通信ネットワークが知られている。光通信ネットワークには、光ファイバの伝送損失を補償するために、光増幅器が配置される。光増幅器としては、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられる。

光増幅器では、光信号の増幅時に、光信号にＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）ノイズが付加される。ＡＳＥノイズは、光信号の伝送距離を制限する。このため、光通信ネットワークには、ＡＳＥノイズを除去するための波長可変フィルタが配置される。

公知の波長可変フィルタは、回折格子を備える（例えば特許文献１参照）。この波長可変フィルタは、入力光のうち特定波長帯の光が選択的に出力光ファイバを通じて出力されるように、回折格子で波長毎に異なる方向に回折された光をミラーで反射する。ミラーは、反射面の角度を変更可能に構成される。反射面の角度調整により出力光ファイバに結合する波長帯が変化する。

米国特許公開２００８／００８５１１９号公報

ところで、波長可変フィルタの重要な性能指標に、振動及び衝撃耐性がある。光通信ネットワークの安定した動作のために、波長可変フィルタには、振動や衝撃に晒されても出力光の波長や強度を安定に保つことが求められる。

波長可変フィルタでは、一般的に反射面の角度調整のためにＭＥＭＳミラーが使用され、波長可変フィルタの振動及び衝撃耐性は、ＭＥＭＳミラーの共振周波数と大きく関係する。

共振周波数に近い周波数の振動や衝撃が、ＭＥＭＳミラーに生じると、ＭＥＭＳミラーの振れ角が極端に大きくなり、波長可変フィルタの出力が不安定になりやすい。このため、ＭＥＭＳミラーは、例えば高い共振周波数を有するように小型に設計され、これにより、特に低周波の振動及び衝撃について高い耐性を有するように設計される。

しかしながら、波長可変フィルタの光学的な半値全幅は、回折格子への入射光のビーム径に依存する。すなわち、波長可変フィルタを、半値全幅の狭い狭線幅フィルタとして構成するためには、回折格子に入射する光のビーム径を大きくする必要がある。

従って、回折格子の後段にＭＥＭＳミラーを配置する従来の波長可変フィルタでは、狭線幅化のために、ＭＥＭＳミラーを大きく設計する必要がある。すなわち、ビーム径の大きい回折光を受けることができるように、ＭＥＭＳミラーを大型化する必要がある。

このように、従来の波長可変フィルタの構成では、振動及び衝撃耐性強化と、フィルタ狭線幅化との間に、トレードオフの関係がある。この関係は、ＭＥＭＳミラー以外の角度可変ミラーを用いる場合でも生じ得る。

そこで、本開示の一側面によれば、振動及び衝撃耐性強化とフィルタ狭線幅化とを両立可能な新しい波長可変フィルタを提供できることが望ましい。

本開示の一側面に係る波長可変フィルタは、光入出力部と、第一のミラーと、透過型回折格子と、第二のミラーとを備える。第一のミラーは、光入出力部からの入力光を反射するように配置される第一の反射面を有する。透過型回折格子は、第一のミラーで反射された入力光の伝播経路に配置される。第二のミラーは、入力光に対応する透過型回折格子からの透過回折光を反射するように配置される第二の反射面を有する。

本開示の一側面によれば、第一のミラーは、上記第一の反射面として角度変更可能な反射面を有する。第二のミラーは、上記第二の反射面として透過型回折格子に対する向きが固定された反射面を有する。

この波長可変フィルタでは、第一の反射面の角度に応じて、第一のミラーで反射された入力光の透過型回折格子への入射角が変化することにより、第二の反射面では、透過回折光のうち第一の反射面の角度に応じた特定波長帯の光が正規経路を伝播するように反射される。第二の反射面で反射された特定波長帯の光は、正規経路として光入出力部に向かう経路上を伝播し、光入出力部から出力される。

光入出力部と透過型回折格子との間の光の伝播経路に、角度可変ミラーとしての第一のミラーが配置される波長可変フィルタの構成によれば、角度可変ミラーより光の伝播方向下流で、透過型回折格子への入射光のビーム径を必要に応じて拡大可能である。

従って、本開示の一側面によれば、振動及び衝撃耐性強化のために角度可変ミラーを小型化しつつ、所望の半値全幅が実現されるビーム径の光を透過型回折格子に入力するように波長可変フィルタを構成することができる。すなわち、本開示の一側面に係る波長可変フィルタによれば、振動及び衝撃耐性強化とフィルタ狭線幅化とを両立可能である。

本開示の一側面によれば、波長可変フィルタは、入力光に含まれる特定波長帯の光が光入出力部から第二の反射面に到達するまでの往路に対応する、第二の反射面から光入出力部までの復路であって透過型回折格子及び第一のミラーを経由する復路を、第二の反射面で反射された特定波長帯の光が伝播するように構成され得る。

本開示の一側面によれば、波長可変フィルタは、透過型回折格子に入射する光のビーム径を拡大するための一つ以上の光学部品を更に備えていてもよい。本開示の一側面によれば、波長可変フィルタは、第一のミラーから透過型回折格子に伝播する入力光のビーム径を拡大するように、第一のミラーと透過型回折格子との間に配置される少なくとも一つの光学部品を備え得る。

本開示の一側面によれば、波長可変フィルタには、波長可変フィルタの半値全幅の波長依存性を抑制するための光学要素が設けられてもよい。本開示の一側面によれば、光学要素は、第一のミラーと透過型回折格子との間に配置されてもよい。本開示の一側面によれば、上記光学要素は、入力光に対応する濾波対象の各波長帯の光について、透過型回折格子に投影される各波長帯の光の投影面における入射方向のビーム幅の逆数の、波長帯間の差を低減するように構成されてもよい。

各波長の半値全幅は、対応する波長を有する光が透過型回折格子に投影されるときの投影面での入射方向のビーム幅の逆数に依存する。従って、上記差の低減によれば、フィルタ帯域幅の波長依存性を抑制することができる。本開示の一側面によれば、上記光学要素は、上記逆数の波長帯間の差を低減するように設計及び配置された一つ以上のプリズムで構成され得る。

本開示の一側面によれば、透過型回折格子は、実質的に偏波無依存の回折格子で構成されてもよい。本開示の一側面によれば、波長可変フィルタは、１／２波長板を備えていてもよい。１／２波長板は、透過型回折格子の格子軸に対して光学軸が４５度傾いた状態で透過型回折格子と第二のミラーとの間に配置され得る。

１／２波長板を配置することによっては、復路において透過型回折格子に入射する光の偏光状態が往路における光の偏光状態に対して直交関係を示すために、透過型回折格子が偏波依存性を有するときでも、復路で透過型回折格子を通って光入出力部から出力される光の偏波依存性を低減することができる。

本開示の一側面によれば、第一のミラーは、ＭＥＭＳミラーであってもよい。本開示の一側面によれば、ＭＥＭＳミラーを小型化しても、フィルタ狭線幅化を実現可能な波長可変フィルタを提供することができる。

本開示の一側面によれば、波長可変フィルタは、入力光として光入出力部から第一のミラーを介して透過型回折格子に入射する光の最短波長λ＝λ１から最長波長λ＝λ２までの波長範囲λ１≦λ≦λ２全体において、透過型回折格子に入射する波長λの光の入射角αが、回折格子周期の逆数Ｎ及び回折次数ｍを含む関係式２ｓｉｎα≠Ｎｍλを満足するように設計され得る。

仮に２ｓｉｎα＝Ｎｍλを満足する波長帯の光が波長可変フィルタに入力される場合には、透過型回折格子における反射回折光が、光入出力部から第一のミラーを経由して透過型回折格子に入射する入力光の伝播経路を遡るように伝播し、波長可変フィルタの上流に位置する光伝送部品に影響を与える可能性がある。

本開示の一側面によれば、上記関係式を満足するように波長可変フィルタが設計されることにより、反射回折光が入力光の伝播経路を逆流することによる影響を抑制することができる。

波長可変フィルタにおける角度可変ミラーがコントローラにより制御されることを説明するブロック図である。 波長可変フィルタの光学的構成を説明する図である。 透過型回折格子へ入射する光のビーム径に関する説明図である。 帯域幅補償プリズムを備える波長可変フィルタに関する説明図である。 帯域幅の波長依存性を説明するグラフである。 帯域幅補償プリズムによって低減される帯域幅の波長依存性を説明する表である。 透過型回折格子によって生じる透過回折光及び反射回折光を説明する図である。

以下に本開示の例示的実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１に示す本実施形態の波長可変フィルタ１００は、通過帯域の中心波長λ_Ｃを変更可能に構成され、コントローラ１０により制御される。波長可変フィルタ１００及びコントローラ１０は、光通信機器に内蔵される。

図２に示すように、波長可変フィルタ１００は、光入出力部としてのファイバコリメータ１１０と、角度可変ミラー１２０と、透過型回折格子１３０と、角度固定ミラー１４０とを備える。波長可変フィルタ１００は、任意には、ビーム径調整プリズム１５１，１５２を更に備えることができる。波長可変フィルタ１００は、任意には、１／２波長板１６０を更に備えることができる。

ファイバコリメータ１１０は、入力光ファイバ１１１及び出力光ファイバ１１２と光結合し、入力光ファイバ１１１を通じて上流から伝送されてくる光を波長可変フィルタ１００の内部空間に入力するように構成される。

ファイバコリメータ１１０は、入力光ファイバ１１１からの入力光を、コリメートして出力する。ファイバコリメータ１１０から出力されるコリメートされた入力光は、角度可変ミラー１２０に伝播する。

波長可変フィルタ１００の内部空間では、当該入力光が濾波されて、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の向きに応じた特定波長帯の光が、ファイバコリメータ１１０側に戻る。この特定波長帯の光が、出力光として、出力光ファイバ１１２を通じて波長可変フィルタ１００の外側に出力される。

コントローラ１０は、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度を調整することにより、波長可変フィルタ１００の通過帯域の中心波長λ_Ｃを調整する。コントローラ１０の制御を受けて、波長可変フィルタ１００は、通過帯域可変の狭帯域バンドパスフィルタとして構成される。

角度可変ミラー１２０は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成され、その反射面１２１の角度が、コントローラ１０からの印加電圧に応じて変化するように構成される。

角度可変ミラー１２０の角度変更可能な反射面１２１で反射された入力光は、透過型回折格子１３０に向かって伝播する。入力光は、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度に応じた入射角αで透過型回折格子１３０に入射される。入射角αは、透過型回折格子１３０の法線方向に対して入射する光がなす角度である。

入力光のビーム径は、入力光が透過型回折格子１３０に入射されるまでに、角度可変ミラー１２０と透過型回折格子１３０との間に任意に設けられるビーム径調整プリズム１５１，１５２によって調整される。

ビーム径調整プリズム１５１，１５２によって、入力光のビーム径は、拡大する方向に調整される。波長可変フィルタ１００の光学的な半値全幅を狭くするために、すなわち、波長可変フィルタ１００の出力を狭線幅化するために、入力光は、透過型回折格子１３０の格子方向に対し垂直な方向に広がるように調整され得る。

透過型回折格子１３０に入射される角度可変ミラー１２０から入力光は、透過型回折格子１３０により、入射角α及び波長λに応じた回折角βで回折し、回折光として角度固定ミラー１４０に向かって伝播する。

入射光の透過型回折格子１３０の法線とのなす角度である入射角αと、回折光の透過型回折格子１３０の法線とのなす角度である回折角βと、入射光の波長λとの関係は、次のグレーティング方程式に従う。

ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝Ｎｍλ
ここでＮは、回折格子周期ｄの逆数であり、ｍは、回折次数である。

本実施形態によれば、入力光に含まれる通過帯域に対応する特定波長帯の光の＋１次透過回折光が、角度固定ミラー１４０の反射面１４１に特定の向きで入射されるように、透過型回折格子１３０への入射角αが調整される。

特定の向きは、入射光が、ファイバコリメータ１１０を通じて出力光ファイバ１１２と光結合する正規経路を伝播するように角度固定ミラー１４０の反射面１４１で反射される向きである。

角度固定ミラー１４０の反射面１４１に特定の向きで入射する＋１次透過回折光の回折角がβ_Ｃであるときに、波長λ_Ｃの狭線幅フィルタ、すなわち中心波長λ_Ｃの狭帯域バンドパスフィルタを実現する場合には、入力光の透過型回折格子１３０への入射角αが関係式ｓｉｎα＝Ｎλ_Ｃ－ｓｉｎβ_Ｃを満足するように、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度が、コントローラ１０により調整される。

角度固定ミラー１４０は、透過型回折格子１３０に対する反射面１４１の向きが固定されたミラーであり、反射面が可変であるＭＥＭＳミラーとは異なる。角度固定ミラー１４０は、透過型回折格子１３０からの回折光を反射面１４１で反射するように配置される。

角度固定ミラー１４０では、透過型回折格子１３０からの回折光のうち、通過帯域に対応する特定波長帯の光が選択的に、ファイバコリメータ１１０の出力光ファイバ１１２と光結合する正規経路を伝播するように反射される。

すなわち、特定波長帯の光は、角度固定ミラー１４０の反射面１４１に特定の向きで入射され、反射されることにより、ファイバコリメータ１１０から角度固定ミラー１４０の反射面１４１に到達するまでの往路に対応する、角度固定ミラー１４０の反射面１４１からファイバコリメータ１１０までの透過型回折格子１３０及び角度可変ミラー１２０を経由する復路を伝播する。これにより、角度固定ミラー１４０により反射される回折光のうち、特定波長帯の光が選択的に、出力光ファイバ１１２から外側に出力される。

本実施形態の波長可変フィルタ１００では、このようにして入力光が濾波されて、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度に応じた特定波長帯の光が、出力光ファイバ１１２から出力される。

１／２波長板１６０は、透過型回折格子１３０と角度固定ミラー１４０との間に任意に設けられる。１／２波長板１６０は、透過型回折格子１３０における回折効率の偏波依存性による影響を抑えるために、透過型回折格子１３０の格子軸に対して光学軸が４５度傾いた状態で、透過型回折格子１３０と角度固定ミラー１４０との間に配置され得る。

この１／２波長板１６０の存在により、復路において透過型回折格子１３０に入射する光の偏光状態が、往路における光の偏光状態に対して直交関係を示すために、透過型回折格子１３０が偏波依存性を有する場合であっても、出力光ファイバ１１２を通じて波長可変フィルタ１００の外側に出力される出力光の偏波依存性を取り除くことができる。１／２波長板１６０は、往路又は復路の一方で回折光に作用するように配置される。往路及び復路は、図２紙面法線方向において重ならないように設定され得る。

透過型回折格子１３０が実質的に偏波無依存の回折格子である場合、１／２波長板１６０は、配置されなくてもよい。但し、透過型回折格子１３０に残留する回折効率の偏波依存性による波長可変フィルタ１００の偏波依存性損失を補償するために、１／２波長板１６０は、配置されてもよい。

以上に説明した本実施形態の波長可変フィルタ１００によれば、波長選択用の角度可変ミラー１２０が、透過型回折格子１３０の上流の、光ビーム径が小さい位置に配置される。従って、小さい光ビーム径に対応した小型のＭＥＭＳミラーを用いて角度可変ミラー１２０を構成することができ、波長可変フィルタ１００の振動及び衝撃耐性を高めることができる。

すなわち、高い共振周波数を有する小型のＭＥＭＳミラーを用いて角度可変ミラー１２０を構成することができ、それにより、低周波の振動及び衝撃に対して安定動作可能に、波長可変フィルタ１００を構成することができる。

更に本実施形態では、狭線幅化のために、透過型回折格子１３０に入射する光のビーム径を大きくしても、従来システムのように、ＭＥＭＳミラーを併せて大型化する必要がない。

本実施形態では、角度可変ミラー１２０が透過型回折格子１３０の上流に位置することから、角度可変ミラー１２０と透過型回折格子１３０との間に、ビーム径調整プリズム１５１，１５２を配置することにより、角度可変ミラー１２０を大型化せずに、透過型回折格子１３０に入射する光のビーム径を大きくすることができる。

このように、本実施形態によれば、狭線幅化に必要な透過型回折格子１３０に対する大口径ビームと、高い共振周波数を有する小型ＭＥＭＳミラーの使用に必要な角度可変ミラー１２０に対する小口径ビームと、を独立に実現できるため、振動及び衝撃耐性に優れ、且つ狭線幅の波長可変フィルタ１００を実現できる。

ここで、狭線幅化について更に説明する。波長可変フィルタ１００の光学的な半値全幅、すなわち－３ｄＢでの帯域幅ＢＷは、以下の式から計算される。

ｄは、上述の通り透過型回折格子１３０の回折格子周期であり、λは、透過型回折格子１３０に入射する光の波長であり、αは、透過型回折格子１３０に入射する光の入射角であり、ａは、回折格子入射回数であり、Ｗは、透過型回折格子１３０に入射する光のビーム径（１／ｅ^２）である。

上式から理解できるように、帯域幅ＢＷは、ビーム径Ｗに依存し、より具体的には、透過型回折格子１３０に入射する光の透過型回折格子１３０への投影における入射方向のビーム幅である投影ビーム幅Ｗ／ｃｏｓαの逆数に比例する。投影ビーム幅Ｗ／ｃｏｓαは、図３に示される。

従って、透過型回折格子１３０に対する入射光のビーム径Ｗを、透過型回折格子１３０の格子方向に垂直な方向に拡大し、更には入射角αを大きくすれば、帯域幅ＢＷを狭くすることができ、波長可変フィルタ１００の狭線幅化を実現することができる。

但し、透過型回折格子１３０への入射角αは、上述したように、通過帯域の中心波長λ_Ｃに応じた角度に調整されなければならない。すなわち、帯域幅の中心波長λ_Ｃを変更することによっては、ビーム幅Ｗ／ｃｏｓαの逆数が変化し、帯域幅ＢＷが変化する。

このように、本実施形態の波長可変フィルタ１００によれば、帯域幅ＢＷが波長依存性を有する。従って、帯域幅ＢＷの波長依存性を抑えるように、波長可変フィルタ１００は変形されてもよい（第一変形例）。

＜第一変形例＞
以下に説明する第一変形例の波長可変フィルタ１００は、その大部分の構成を、上述の主たる実施形態の波長可変フィルタ１００と同一とする波長可変フィルタである。従って、以下では、第一変形例の波長可変フィルタ１００の上記主たる実施形態との相違点を選択的に説明し、その他の説明を適宜省略する。

第一変形例の波長可変フィルタ１００は、図４に示すように角度可変ミラー１２０と、透過型回折格子１３０との間に、帯域幅ＢＷの波長依存性を抑制するための帯域幅補償プリズム１５５を備える。

第一変形例の波長可変フィルタ１００は、上述したビーム径調整プリズム１５１，１５２とは別に、帯域幅補償プリズム１５５を備えてもよいし、ビーム径調整プリズム１５１，１５２の一つ又は複数として、帯域幅補償プリズム１５５を備えてもよい。図４に示す例によれば、帯域幅補償プリズム１５５は、頂角γの直角三角形状のプリズムである。

帯域幅補償プリズム１５５は、シミュレーションにより最適な頂角γを有するように設計され、濾波対象の波長範囲λ_Ｓ～λ_Ｌに関して、入力光の帯域幅補償プリズム１５５への入射角θ及び入射角θに依存する透過型回折格子１３０への入射角αが最適な角度になるように配置される。

濾波対象の波長範囲λ_Ｓ～λ_Ｌは、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度調整により変化する通過帯域中心波長λ_Ｃの最短波長λ_Ｓから最長波長λ_Ｌまでの波長範囲に対応する。以下に記載する中間波長λ_Ｍは、最短波長λ_Ｓと最長波長λ_Ｌとの間の中間波長λ_Ｍ＝（λ_Ｓ＋λ_Ｌ）／２を意味する。

シミュレーションでは、角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度調整により最短波長λ_Ｓを通過帯域中心波長λ_Ｃに設定するときの投影ビーム幅の逆数ｃｏｓα_Ｓ／Ｗ_Ｓ、中間波長λ_Ｍを通過帯域中心波長λ_Ｃに設定するときの投影ビーム幅の逆数ｃｏｓα_Ｍ／Ｗ_Ｍ、及び、最長波長λ_Ｌを通過帯域中心波長λ_Ｃに設定するときの投影ビーム幅の逆数ｃｏｓα_Ｌ／Ｗ_Ｌについて、これら逆数の波長λ_Ｓ，λ_Ｍ、λ_Ｌ間の差の二乗和Σが最小となる帯域幅補償プリズム１５５の頂角γ及び配置を探索する。二乗和Σは、次式で表される。

探索は、実現可能な全ての頂角λ及び配置について、対応する二乗和Σをシミュレーションにより算出することにより実現することができる。簡単なシミュレーションによれば、探索は、波長可変フィルタ１００における帯域幅補償プリズム１５５の頂角γ及び配置、並びに、角度固定ミラー１４０の配置以外の設計パラメータを固定にした上で行うことできる。

探索された頂角γ及び配置に従って帯域幅補償プリズム１５５を設計及び配置したときに、波長範囲λ_Ｓ～λ_Ｌの１次透過回折光が通る位置に角度固定ミラー１４０を配置するように、角度固定ミラー１４０の配置を決定することができる。

このようにして探索された二乗和Σを最小とする頂角γの帯域幅補償プリズム１５５を、対応する向きで配置することにより、波長λ_Ｓ，λ_Ｍ、λ_Ｌ間の投影ビーム幅Ｗ／ｃｏｓαの逆数の差を抑え、それにより図５において太い実線で示すように、通過帯域中心波長λ_Ｃに対する帯域幅ＢＷの変動を抑制することができる。

図５に示されるグラフは、適切に設計及び配置された帯域幅補償プリズム１５５を有する波長可変フィルタ１００における、通過帯域中心波長λ_Ｃに対する帯域幅ＢＷの変化を、太い実線で示す。図５における破線は、波長λ_Ｃに対するビーム径Ｗの変化を示し、一点鎖線は、波長λ_Ｃに対する入射角α（具体的にはｃｏｓα）の変化を示す。

図６の表には、通過帯域の中心波長λ_Ｃを１５２７ｎｍ、１５４９ｎｍ、１５７０ｎｍに設定したときの各波長λ_Ｃでの帯域幅ＢＷ（ＧＨｚ）であって、帯域幅補償プリズム１５５を適切に設計及び配置したときの帯域幅ＢＷ（ＧＨｚ）の例を最下段に示す。表におけるθは、帯域幅補償プリズム１５５への入射角を示す（図４参照）。表に示される数値は、帯域幅補償プリズム１５５として、ＢＫ７材質で構成される屈折率ｎ＝１．５のプリズムを用いたときの実験結果を示す。

表には更に、比較例として、帯域幅補償プリズム１５５を設けない場合の帯域幅ＢＷ（ＧＨｚ）の例を中段に示す。表には、帯域幅ＢＷに対応する投影ビーム幅の逆数ｃｏｓα／Ｗの値を、波長λ_Ｃ＝１５４９ｎｍで１に規格化して表す。表から理解できるように、帯域幅ＢＷの波長依存性は、帯域幅補償プリズム１５５を上記探索により適切に設計及び配置することにより、低減される。

このように、第一変形例によれば、適切に設計された帯域幅補償プリズム１５５を用いて、帯域幅ＢＷの波長依存性を抑えた波長可変フィルタ１００を構成することができる。

＜第二変形例＞
以下に説明する第二変形例の波長可変フィルタ１００は、その大部分の構成を、上述の主たる実施形態の波長可変フィルタ１００と同一とする波長可変フィルタである。従って、以下では、第二変形例の波長可変フィルタ１００の上記主たる実施形態との相違点を選択的に説明し、その他の説明を適宜省略する。

第二変形例の波長可変フィルタ１００は、透過型回折格子１３０で発生する反射回折光が、入力光の伝播経路を逆流して入力光ファイバ１１１から上流に帰還するのを抑制するように設計される。

波長可変フィルタ１００の性能指標の一つに反射減衰量がある。波長可変フィルタ１００は、例えば光増幅器の後段に使われる。この場合、波長可変フィルタ１００は、光増幅器で付加される光ノイズ、すなわちＡＳＥノイズを除去し、光Ｓ／Ｎ比を改善するのに役立つ。但し、波長可変フィルタ１００から帰還する光の成分があると、光増幅器で発振が生じ、光信号が不安定になる可能性がある。従って、波長可変フィルタ１００の反射減衰量を向上させることは有意義である。

透過型回折格子１３０では、図７に示すように、入射光に対応する回折光として、透過回折光及び反射回折光が生成される。このうち、＋１次透過回折光が、波長可変フィルタ１００の出力として用いられることは、主たる実施形態でも説明した。

一方、反射回折光は、入射光と同じ角度で反射される場合があり、この反射回折光が、波長可変フィルタ１００の反射減衰量を劣化させる要因となる。例えば、透過型回折格子１３０が偏波無依存となるように設計される場合、入射角αは約４５度に設定される。

反射回折光は、入射角αと回折角βとが一致するとき、入射光がファイバコリメータ１１０から角度可変ミラー１２０を経由して、透過型回折格子１３０に入射するまでの伝播経路を逆流するように伝播し、入力光ファイバ１１１を通じて上流に帰還する。

入射角αと回折角βと波長λとの関係は、上述した通りグレーティング方程式ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝Ｎｍλに従う。波長λと入射角αとが、α＝βであるときのグレーティング方程式に対応する関係式２×ｓｉｎα＝Ｎｍλを満足するとき、ｍ次反射回折光は、入射角αと同じ角度で反射され、反射減衰量の劣化を招く。

従って、透過型回折格子１３０に入射される光の波長範囲全体で式２×ｓｉｎα≠Ｎｍλを満たすように、波長可変フィルタ１００を設計すれば反射減衰量の劣化を抑制することができる。

入射角αは、通過帯域の中心波長λ_Ｃによって定まり、波長λの関数α（λ）である。従って、第二変形例では、濾波される入力光の全波長範囲λ_Ｓ～λ_Ｌ（すなわちλ_Ｓ≦λ≦λ_Ｌ）で、関係式２×ｓｉｎα（λ）≠Ｎｍλを満足するように、角度可変ミラー１２０、透過型回折格子１３０、及び角度固定ミラー１４０の位置及び向きを含む光学系の配置が設計され、波長可変フィルタ１００が構成される。

コントローラ１０は、波長範囲λ_Ｓ～λ_Ｌについて、関係式２×ｓｉｎα（λ）≠Ｎｍλを満足するように、波長可変フィルタ１００における角度可変ミラー１２０の反射面１２１の角度を調整することにより、波長可変フィルタ１００を、波長範囲λ_Ｓ～λ_Ｌにおいて可変の狭線幅フィルタであって、反射減衰量が良好な狭線幅フィルタとして機能させることができる。

＜その他＞
以上に、変形例を含む本開示の例示的実施形態を説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、ビーム径を調整するためのプリズムは、透過型回折格子１３０と角度固定ミラー１４０との間に設けられてもよい。第二変形例の技術的思想は、第一変形例に適用されてもよい。

上記実施形態における１つの構成要素が有する機能は、複数の構成要素に分散して設けられてもよい。複数の構成要素が有する機能は、１つの構成要素に統合されてもよい。上記実施形態の構成の一部は、省略されてもよい。上記実施形態の構成の少なくとも一部は、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換されてもよい。特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１０…コントローラ、１００…波長可変フィルタ、１１０…ファイバコリメータ、１１１…入力光ファイバ、１１２…出力光ファイバ、１２０…角度可変ミラー、１２１…反射面、１３０…透過型回折格子、１４０…角度固定ミラー、１４１…反射面、１５１，１５２…ビーム径調整プリズム、１５５…帯域幅補償プリズム、１６０…１／２波長板。

Claims (11)

1. 波長可変フィルタであって、
   光入出力部と、
   前記光入出力部からの入力光を反射するように配置される第一の反射面を有する第一のミラーと、
   前記第一のミラーで反射された前記入力光の伝播経路に配置される透過型回折格子と、
   前記入力光に対応する前記透過型回折格子からの透過回折光を反射するように配置される第二の反射面を有する第二のミラーと、
   を備え、
   前記第一のミラーは、前記第一の反射面として角度変更可能な反射面を有し、
   前記第二のミラーは、前記第二の反射面として前記透過型回折格子に対する向きが固定された反射面を有し、
   前記第一の反射面の角度に応じて、前記第一のミラーで反射された前記入力光の前記透過型回折格子への入射角が変化することにより、前記第二の反射面では、前記透過回折光のうち、前記第一の反射面の角度に応じた特定波長帯の光が正規経路を伝播するように反射され、
   前記第二の反射面で反射された前記特定波長帯の光が、前記正規経路として前記光入出力部に向かう経路上を伝播し、前記光入出力部から出力される波長可変フィルタ。
2. 請求項１記載の波長可変フィルタであって、
   前記正規経路として、前記入力光に含まれる前記特定波長帯の光が前記光入出力部から前記第二の反射面に到達するまでの往路に対応する、前記第二の反射面から前記光入出力部までの復路であって前記透過型回折格子及び前記第一のミラーを経由する復路を、前記第二の反射面で反射された前記特定波長帯の光が伝播し、前記光入出力部から出力される波長可変フィルタ。
3. 請求項１又は請求項２記載の波長可変フィルタであって、
   前記透過型回折格子に入射する光のビーム径を拡大するための一つ以上の光学部品を更に備える波長可変フィルタ。
4. 請求項３記載の波長可変フィルタであって、
   前記一つ以上の光学部品は、前記第一のミラーから前記透過型回折格子に伝播する前記入力光のビーム径を拡大するように、前記第一のミラーと前記透過型回折格子との間に配置される少なくとも一つの光学部品を備える波長可変フィルタ。
5. 請求項１～請求項４のいずれか一項記載の波長可変フィルタであって、
   前記波長可変フィルタの半値全幅の波長依存性を抑制するための光学要素を備える波長可変フィルタ。
6. 請求項５記載の波長可変フィルタであって、
   前記光学要素は、前記第一のミラーと前記透過型回折格子との間に配置され、前記入力光に対応する濾波対象の各波長帯の光について、前記透過型回折格子に投影される前記各波長帯の光の投影面における入射方向のビーム幅の逆数の、波長帯間の差を低減するように構成される波長可変フィルタ。
7. 請求項６記載の波長可変フィルタであって、
   前記光学要素は、前記逆数の波長帯間の差を低減するように設計及び配置された一つ以上のプリズムで構成される波長可変フィルタ。
8. 請求項１～請求項７のいずれか一項記載の波長可変フィルタであって、
   前記透過型回折格子は、実質的に偏波無依存の回折格子で構成される波長可変フィルタ。
9. 請求項２又は請求項２を引用する請求項３～請求項８のいずれか一項記載の波長可変フィルタであって、
   前記透過型回折格子の格子軸に対して光学軸が４５度傾いた状態で、前記透過型回折格子と前記第二のミラーとの間に配置された１／２波長板を、更に備える波長可変フィルタ。
10. 請求項１～請求項９のいずれか一項記載の波長可変フィルタであって、
    前記第一のミラーは、ＭＥＭＳミラーである波長可変フィルタ。
11. 請求項１～請求項１０のいずれか一項記載の波長可変フィルタであって、
    前記入力光として前記光入出力部から前記第一のミラーを介して前記透過型回折格子に入射する光の最短波長λ＝λ１から最長波長λ＝λ２までの波長範囲λ１≦λ≦λ２全体において、前記透過型回折格子に入射する波長λの光の入射角αが、回折格子周期の逆数Ｎ及び回折次数ｍを含む関係式２ｓｉｎα≠Ｎｍλを満足するように設計された波長可変フィルタ。

Images