JP3348601B2 - 帯域可変透過型光フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波長選択性に優れ
た、透過帯域幅を可変することができる帯域可変透過型
光フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の透過型光フィルタの一例
を示すもので、図中、１ａ，１ｂは光ファイバ、２ａ，
２ｂは半透鏡、３ａ，３ｂはコリメータ、４はマイクロ
メータヘッド、５はホルダを表す。

【０００３】前記構成において、光ファイバ１ａから入
射した光はコリメータ３ａを介して、鏡面が平行になる
よう相対して置かれた半透鏡２ａ，２ｂからなるファブ
リ−ペロー干渉計に導かれる。ファブリ−ペロー干渉計
において光波長の選択が行われ、目的とする波長の光の
みがファブリ−ペロー干渉計を透過し、コリメータ３ｂ
を介して光ファイバ１ｂに出射する。透過する光の帯域
はファブリ−ペロー干渉計のフィネスによって決定さ
れ、また、透過する光波長は半透鏡の間隔によって決定
される。

【０００４】透過する光の帯域の調整は、相対して置か
れた半透鏡２ａ，２ｂにそれぞれ固定されたホルダ５に
接続されたマイクロメータヘッド４を操作することで半
透鏡２ａ，２ｂの鏡面の平行度を制御し、フィネスを調
整することにより行われる。

【０００５】また、透過する光波長の調整は、マイクロ
メータヘッド４を操作し、半透鏡２ａ，２ｂの鏡面の間
隔を調整することにより行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら半透鏡の
平行度の調整は微妙であるため帯域幅の制御が難しく、
また、透過帯域を拡大するためにフィネスを劣化させる
と、フィルタの波長選択性が低下し、透過光強度も変化
してしまうという問題があった。

【０００７】本発明の目的は透過帯域幅を容易に変化さ
せることのできる、波長選択性に優れた帯域可変透過型
光フィルタを実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決する 本発
明の構成は、４ポート光サーキュレータと、前記４ポー
ト光サーキュレータに接続されており、光を４ポート光
サーキュレータに入射する第１の光ファイバと、光ファ
イバの長手方向に対して形成された周期的な屈折率変化
を持ち、屈折率変化の周期のピッチに応じた波長の光を
反射する機能を有しており、一端が前記４ポート光サー
キュレータに接続されて第１の光ファイバから入射した
光が導かれ、他端が無反射終端部により終端されている
第１のファイバグレーティングと、光ファイバの長手方
向に対して形成された周期的な屈折率変化を持ち、屈折
率変化の周期のピッチに応じた波長の光を反射する機能
を有しており、一端が前記４ポート光サーキュレータに
接続されて前記第１のファイバグレーティングで反射さ
れた光が導かれ、他端が無反射終端部により終端されて
いる第２のファイバグレーティングと、前記４ポート光
サーキュレータに接続されており、前記第２のファイバ
グレーティングで反射された光が導かれてこの光を出射
する第２の光ファイバと、第１のファイバグレーティン
グと第２のファイバグレーティングとで挾持される状態
で装着されており、両ファイバグレーティング中の屈折
率変化のピッチを同時に変化させるため、一方のファイ
バグレーティングにはピッチを大きくする引張力を付与
すると同時に、他方のファイバグレーティングにはピッ
チを小さくする圧縮力を付与する１台の波長調整装置
と、を備えていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】 本発明では、第１の光ファイバにより入射され
た光は、第１のファイバグレーティングに入射され、特
定の波長の光のみが反射され、この反射された光は第２
のファイバグレーティングに導かれ、特定の波長の光の
みが反射され、２つのファイバグレーティングにより２
回反射された光は、第２の光ファイバから出射される。
第２の光ファイバから出射される光は、２つのファイバ
グレーティングの双方の反射波長帯域の重なり合う波長
帯域の光となっている。しかも、２つのファイバグレー
ティングは、波長調整装置により、屈折率変化の周期の
ピッチが変更されるため、双方の反射波長帯域の重なり
合う部分の幅の調整ができる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

【００１１】＜第１の参考例＞ 図１は第１の参考例を示すもので、図中、従来例と同一
構成部分は同一符号をもって示す。即ち、１ａ，１ｂは
光ファイバ、６ａ，６ｂはファイバグレーティング、７
は４ポート光サーキュレータ、８ａ，８ｂは光ファイバ
の無反射終端部、９は波長調整装置を表す。

【００１２】ファイバグレーティング６ａ，６ｂは、光
ファイバの長手方向に対して形成された周期的な屈折率
変化を持ち、屈折率変化の周期のピッチに応じた波長の
光をある波長帯域をもって反射するもので、その片端は
４ポート光サーキュレータ７に接続され、反対端は無反
射終端部８ａ，８ｂにより終端されている。なおファイ
バグレーティングとは、光ファイバのコアに紫外線を照
射して屈折率変調を誘起することにより作製したもので
あり、狭帯域で波長選択性に優れた反射型フィルタであ
る。

【００１３】４ポート光サーキュレータ７は光を一定の
方向にのみ伝達するもので、光ファイバ１ａから入射し
た光をファイバグレーティング６ａに、ファイバグレー
ティング６ａで反射された光をファイバグレーティング
６ｂに、ファイバグレーティング６ｂで反射された光を
光ファイバ１ｂに、それぞれ導くように設置されてい
る。

【００１４】波長調整装置９はファイバグレーティング
中の屈折率変化のピッチを変化させることでファイバグ
レーティングの反射波長を調整するもので、本例ではフ
ァイバグレーティング６ｂに装着されている。ファイバ
グレーティングの波長を調整する方法としてピエゾ電気
振動子等を用いてファイバグレーティングの長手方向に
張力を与える方法や、平板や棒にファイバグレーティン
グを密着させ、その平板や棒に曲げを与えることにより
ファイバグレーティングの長手方向に張力を与える方
法、電熱線などを用いてファイバグレーティングに熱を
与える方法がある。

【００１５】ファイバグレーティング６ａ，６ｂの反射
波長は、その反射波長帯域の重なり合う領域の大きさが
波長調整装置９により調整可能であるように近接したも
のである。

【００１６】これの動作は、まず、光ファイバ１ａより
入射した光は４ポート光サーキュレータ７によりファイ
バグレーティング６ａに導かれる。ファイバグレーティ
ング６ａによってある波長帯域の光のみが反射され、４
ポート光サーキュレータ７によりファイバグレーティン
グ６ｂに導かれる。その他の波長の光は無反射終端部８
ａによりファイバ外へ放射されファイバグレーティング
６ｂには導かれない。

【００１７】ファイバグレーティング６ａによって反射
されファイバグレーティング６ｂに導かれた光は、ファ
イバグレーティング６ｂによってある波長帯域の光のみ
が反射され、４ポート光サーキュレータ７により光ファ
イバ１ｂに導かれる。その他の波長の光は無反射終端部
８ｂによりファイバ外へ放射され光ファイバ１ｂには導
かれない。

【００１８】即ち、光ファイバ１ｂからは、ファイバグ
レーティング６ａ，６ｂの双方によって反射される、フ
ァイバグレーティング６ａ，６ｂの双方の反射波長帯域
の重なり合う部分の波長帯域の光が出射される。それゆ
えファイバグレーティング６ｂの反射波長を調整し、フ
ァイバグレーティング６ａ，６ｂの双方の反射波長帯域
の重なり合う部分の幅を調整する事により、光ファイバ
１ｂから出射される光の波長帯域を調整することができ
る。

【００１９】これを、図２を用いて説明する。図２
（ａ）はファイバグレーティング６ａ，６ｂの反射波長
帯域と本参考例によるフィルタの透過帯域の関係を示す
ものであり、縦軸は光強度、横軸は光波長を表す。図
中、６ａ，６ｂとしたのはファイバグレーティング６
ａ，６ｂの反射波長帯域を表す。ここでは、ファイバグ
レーティング６ａの方がファイバグレーティング６ｂに
比べて長波長側にあるとした。また、斜線を施した、反
射波長帯域の重なり合う部分が本フィルタの透過帯域を
表す。

【００２０】図２（ｂ）は図２（ａ）よりもファイバグ
レーティング６ｂの反射波長を短波長側に移動し、ファ
イバグレーティング６ａの反射波長から離したとした図
である。図２（ａ）に比べて反射波長帯域の重なり合う
部分が少なく、即ち、透過帯域の幅は狭くなっている。

【００２１】図２（ｃ）はその逆に図２（ａ）よりもフ
ァイバグレーティング６ｂの反射波長を長波長側に移動
し、ファイバグレーティング６ａの反射波長に接近させ
たとした図である。図２（ａ）に比べて反射波長帯域の
重なり合う部分が多く、即ち、透過帯域の幅は広くなっ
ている。

【００２２】これより、ファイバグレーティング６ｂの
反射波長を調整することにより本フィルタの透過帯域幅
を可変できることがわかる。

【００２３】また、本光フィルタの波長選択特性はファ
イバグレーティングの波長選択特性に起因するものであ
るが、本光フィルタにおける出射される光の波長帯域幅
を可変することはファイバグレーティングの波長選択特
性の大きな変化を伴わないため、波長帯域の制御による
波長選択特性の劣化は小さい。

【００２４】前記構成によれば、ファイバグレーティン
グ６ｂの反射波長を変化させることにより、透過帯域を
容易に変化させることのできる、波長選択性に優れた帯
域可変透過型光フィルタが実現できる。

【００２５】図３はファイバグレーティング６ａ，６ｂ
としてそれぞれ半値全幅１．３ｎｍおよび１．５ｎｍの
ものを用いて、ファイバグレーティング６ｂの波長を順
次変化させたときの本フィルタの透過スペクトルを示
す。横軸が透過スペクトルの波長であり、縦軸が透過率
である。ファイバグレーティング６ｂの波長の変化に従
い透過スペクトルの帯域が変化している。また、透過ス
ペクトルの帯域が変化しても、スペクトルのサイドロー
ブの傾き、及び透過スペクトルのピーク値の極端な変化
は見られず、波長選択特性の劣化がないことがわかる。

【００２６】図４は本フィルタの透過スペクトルの半値
全幅と透過率の関係を表したグラフで、横軸が透過スペ
クトルの半値全幅、縦軸が透過率を表す。透過スペクト
ルの半値全幅を１．３ｎｍから０．７ｎｍまで変化させ
ても透過率に大きな変化はなく、透過スペクトルの半値
全幅を０．２５ｎｍまで変化させても損失増加は２．５
ｄＢ程度である。また、図４より、損失増加を３ｄＢと
するならば帯域幅は０．１５ｎｍまで狭くできることが
わかる。

【００２７】＜第２の参考例＞ 図５は第２の参考例を示すもので、ここでは、第１の参
考例における４ポート光サーキュレータのかわりに２台
の３ポート光サーキュレータを用いた例を示す。即ち、
１０ａ，１０ｂは３ポート光サーキュレータを表す。そ
の他の構成は第１の参考例と同じである。

【００２８】これの動作は、ファイバグレーティング６
ａからの反射光を３ポート光サーキュレータ１０ａを用
いて３ポート光サーキュレータ１０ｂに出射した以外、
第１の参考例と同様である。即ち、３ポート光サーキュ
レータ１０ａは、光ファイバ１ａから入射した光をファ
イバグレーティング６ａに、ファイバグレーティング６
ａで反射された光を３ポート光サーキュレータ１０ｂに
出射する。３ポート光サーキュレータ１０ｂは、３ポー
ト光サーキュレータ１０ａから入射した光をファイバグ
レーティング６ｂに、また、ファイバグレーティング６
ｂで反射された光を光ファイバ１ｂに、それぞれ導くよ
うに設置されている。各ファイバグレーティング６ａ，
６ｂで反射されない光は無反射終端部８ａ，８ｂにより
処理される。

【００２９】波長調整装置９は、ファイバグレーティン
グ６ｂに装着されており、その反射波長帯域を調整する
ことにより、光ファイバ１ｂから出射される光の波長帯
域を調整することができる。このとき、光ファイバ１ａ
と光ファイバ１ｂは別個の光サーキュレータ１０ａ，１
０ｂに接続されているため、光学的に分離されている。
即ち、光ファイバ１ａからの光の一部が光ファイバ１ｂ
に直接出射されたり、逆に光ファイバ１ｂに出射された
光の一部が光ファイバ１ａに出射することがない。

【００３０】前記構成によれば、第１の参考例の場合に
比べてフィルタ中での迷光を低減することができる。

【００３１】＜第３の参考例＞ 図６は第３の参考例を示すもので、ここでは、第１の参
考例におけるファイバグレーティング６ａ，６ｂの両方
の波長を調整した例を示す。即ち、９ａ，９ｂは波長調
整装置を表す。その他の構成は第１の参考例と同じであ
る。

【００３２】これの動作は、ファイバグレーティング６
ａの反射波長を、波長調整装置９ａによって調整した以
外、第１の参考例と同様である。即ち、光ファイバ１ａ
より入射した光は４ポート光サーキュレータ７によりフ
ァイバグレーティング６ａに導かれる。ファイバグレー
ティング６ａによってある波長帯域の光のみが反射さ
れ、４ポート光サーキュレータ７によりファイバグレー
ティング６ｂに導かれる。ファイバグレーティング６ａ
によって反射されファイバグレーティング６ｂに導かれ
た光は、ファイバグレーティング６ｂによってある波長
帯域の光のみが反射され、４ポート光サーキュレータ７
により光ファイバ１ｂに導かれる。その他の波長の光は
無反射終端部８ａ，８ｂにより処理される。

【００３３】光ファイバ１ｂからは、ファイバグレーテ
ィング６ａ，６ｂの双方の反射波長帯域の重なり合う部
分の波長帯域の光が出射される。即ち、ファイバグレー
ティング６ａ，６ｂの双方の反射波長帯域の重なり合う
部分の波長を調整する事により、光ファイバ１ｂから出
射される光の波長を調整することができる。

【００３４】前記構成によれば、第１の参考例の場合に
比べて、波長帯域が可変できるばかりでなく、波長も調
整することができる。

【００３５】＜実施例＞ 図７は本発明の実施例を示すもので、ここでは、第１の
参考例におけるファイバグレーティング６ａ，６ｂの両
方の波長を１つの波長調整装置を用いて同時に調整した
例を示す。即ち、波長調整装置９ｃは、２つのファイバ
グレーティング６ａ，６ｂに挾持される状態で装着され
ている。その他の構成は第１の参考例と同じである。

【００３６】これの動作は、ファイバグレーティング６
ａ，６ｂの反射波長を、波長調整装置９ｃによって調整
した以外、第１の参考例と同様である。即ち、光ファイ
バ１ａより入射した光は４ポート光サーキュレータ７に
よりファイバグレーティング６ａに導く。ファイバグレ
ーティング６ａによって反射され、ファイバグレーティ
ング６ｂに導かれた光は、４ポート光サーキュレータ７
により光ファイバ１ｂに導かれる。その他の波長の光は
無反射終端部８ａ，８ｂにより処理される。光ファイバ
１ｂからは、ファイバグレーティング６ａ，６ｂの双方
の反射波長帯域の重なり合う部分の波長帯域の光が出射
される。

【００３７】ここで、波長調整装置９ｃはファイバグレ
ーティング６ａ，６ｂに対して同時に、一方に対して正
の張力、即ち、引張りを、他方に対して負の張力、即
ち、圧縮を印加する装置である。

【００３８】ファイバグレーティングに正の張力を与え
るとファイバグレーティング中の屈折率変化のピッチが
大きくなり、ファイバグレーティングの反射波長は長波
長側へ移動する。また、ファイバグレーティングに負の
張力を与えるとファイバグレーティング中の屈折率変化
のピッチが小さくなり、ファイバグレーティングの反射
波長は短波長側へ移動する。ファイバグレーティング６
ａ，６ｂの一方に対して正の張力、他方に対して負の張
力を印加するとファイバグレーティングの反射波長は互
いに急速に接近し本フィルタの帯域幅が拡大されるか、
あるいは互いに離れ本フィルタの帯域幅が縮小されるこ
ととなる。

【００３９】このため、ファイバグレーティング６ａ，
６ｂの双方の反射波長帯域の重なり合う部分の大きさを
制御するための各ファイバグレーティングの中心波長の
移動量は、第１の参考例で同等の反射波長帯域の重なり
合う部分の大きさを得る場合に比べて小さくてすみ、波
長制御性も高い。

【００４０】図８に波長調整装置９ｃの一例を示す。１
１はアクチュエータ、１２は固定ブロックを表す。アク
チュエータ１１は紙面内上下方向に曲げが生じる素子で
あり、１端を固定ブロック１２により固定されている。
ファイバグレーティング６ａ，６ｂはアクチュエータ１
１の曲げが生じる方向の面、即ち、紙面内上下方向にあ
る面に密着し、アクチュエータ１１と一体となって曲が
る。

【００４１】これの動作を図９を用いて説明する。図９
（ａ）はアクチュエータ１１に曲げの生じていない状態
の図である。ここでファイバグレーティング６ａはアク
チュエータ１１の上面に、ファイバグレーティング６ｂ
は下面にそれぞれ密着しているとした。図９（ｂ）はこ
のときのファイバグレーティング６ａ，６ｂの反射波長
帯域であり、斜線を施した部分が本実施例によるフィル
タの透過帯域を表す。ここで、ファイバグレーティング
６ａはファイバグレーティング６ｂより長波長側にある
とした。同様に図９（ｃ），図９（ｄ）はアクチュエー
タ１１に紙面内下向きの曲げが発生した状態を、図９
（ｅ），図９（ｆ）はアクチュエータ１１に紙面内上向
きの曲げが発生した状態をそれぞれ表す。

【００４２】図９（ｃ）に示すようにアクチュエータ１
１に下向きの曲げを与えると、曲がりの外側にあるファ
イバグレーティング６ａには引張力が働き、曲がりの内
側にあるファイバグレーティング６ｂには圧縮力が働
く。このため図９（ｄ）に示すようにファイバグレーテ
ィング６ａの反射波長帯域は長波長側に、ファイバグレ
ーティング６ｂの反射波長帯域は短波長側に移動し、本
フィルタの透過波長帯域の幅（斜線を施している部分）
は、図９（ｂ）に比べて狭くなる。また、図９（ｅ）に
示すようにアクチュエータ１１に上向きの曲げを与える
と、ファイバグレーティング６ａには圧縮力が、ファイ
バグレーティング６ｂには引張力がそれぞれ働くので、
図９（ｆ）に示すようにファイバグレーティング６ａの
反射波長帯域は短波長側に、ファイバグレーティング６
ｂは長波長側にそれぞれ移動し、本フィルタの透過波長
帯域の幅は図９（ｂ）に比べて広くなる。

【００４３】前記構成によれば、第１の参考例に比べ
て、同等の反射波長帯域の重なり合う部分の大きさを得
られるファイバグレーティングの中心波長の移動量が小
さくてすみ、制御性が高い。

【００４４】

【発明の効果】 以上説明したように、 本発明の請求項１
の帯域可変透過型光フィルタによれば、２つのファイバ
グレーティングの屈折率変化のピッチを同時に変えるた
め、各ファイバグレーティングの中心波長の移動量は小
さくてすみ、波長制御性が高い。

【００４５】更に本発明の帯域可変フィルタは、従来の
ファブリ−ペローフィルタと比較して半額以下の価格で
構成することが可能である。また、透過帯域幅を変化さ
せるために、ファブリ−ペローフィルタにおける半透鏡
の平行度の制御のような微妙な調整を必要としないた
め、操作性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】帯域可変透過型光フィルタの第１の参考例を示
す構成図である。

【図２】第１の参考例による帯域可変透過型光フィルタ
の動作を示す特性図である。

【図３】第１の参考例による帯域可変透過型光フィルタ
の透過スペクトルを示す特性図である。

【図４】第１の参考例による帯域可変透過型光フィルタ
の透過率と帯域の関係を示す特性図である。

【図５】帯域可変透過型光フィルタの第２の参考例を示
す構成図である。

【図６】帯域可変透過型光フィルタの第３の参考例を示
す構成図である。

【図７】本発明の帯域可変透過型光フィルタの実施例を
示す構成図である。

【図８】実施例における波長制御装置を示す構成図であ
る。

【図９】実施例における波長制御装置の動作を示す特性
図である。

【図１０】従来の光フィルタの一例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 光ファイバ ２ａ，２ｂ 半透明鏡 ３ａ，３ｂ コリメータ ４ マイクロメータヘッド ５ ホルダ ６ａ，６ｂ ファイバグレーティング ７ ４ポート光サーキュレータ ８ａ，８ｂ 光ファイバの無反射終端部 ９ａ，９ｂ，９ｃ 波長調整装置 １０ａ，１０ｂ ３ポート光サーキュレータ １１ アクチュエータ １２ 固定ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−136748（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−111550（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−128524（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−5961（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−188222（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 H04B 10/02 G02B 6/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４ポート光サーキュレータと、 前記４ポート光サーキュレータに接続されており、光を
   ４ポート光サーキュレータに入射する第１の光ファイバ
   と、 光ファイバの長手方向に対して形成された周期的な屈折
   率変化を持ち、屈折率変化の周期のピッチに応じた波長
   の光を反射する機能を有しており、一端が前記４ポート
   光サーキュレータに接続されて第１の光ファイバから入
   射した光が導かれ、他端が無反射終端部により終端され
   ている第１のファイバグレーティングと、 光ファイバの長手方向に対して形成された周期的な屈折
   率変化を持ち、屈折率変化の周期のピッチに応じた波長
   の光を反射する機能を有しており、一端が前記４ポート
   光サーキュレータに接続されて前記第１のファイバグレ
   ーティングで反射された光が導かれ、他端が無反射終端
   部により終端されている第２のファイバグレーティング
   と、 前記４ポート光サーキュレータに接続されており、前記
   第２のファイバグレーティングで反射された光が導かれ
   てこの光を出射する第２の光ファイバと、 第１のファイバグレーティングと第２のファイバグレー
   ティングとで挾持される状態で装着されており、両ファ
   イバグレーティング中の屈折率変化のピッチを同時に変
   化させるため、一方のファイバグレーティングにはピッ
   チを大きくする引張力を付与すると同時に、他方のファ
   イバグレーティングにはピッチを小さくする圧縮力を付
   与する１台の波長調整装置と、 を備えていることを特徴とする帯域可変透過型光フィル
   タ。