JP3493019B2 - Tunable bandpass filter module, tunable multiplexer, tunable duplexer, and tunable multiplexer / demultiplexer - Google Patents

Tunable bandpass filter module, tunable multiplexer, tunable duplexer, and tunable multiplexer / demultiplexer

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JP3493019B2 JP2002035168A JP2002035168A JP3493019B2 JP 3493019 B2 JP3493019 B2 JP 3493019B2 JP 2002035168 A JP2002035168 A JP 2002035168A JP 2002035168 A JP2002035168 A JP 2002035168A JP 3493019 B2 JP3493019 B2 JP 3493019B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ネットワークシ
ステムのアドドロップに用いられる波長可変バンドパス
フィルタモジュールと、波長多重光信号から任意の波長
の光を分波する波長可変分波器、波長多重光に任意の波
長の光を合波する波長可変合波器、及びこれらの機能を
併せ持つ波長可変合分波器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength tunable bandpass filter module used for add / drop of an optical network system, a wavelength tunable demultiplexer for demultiplexing light of an arbitrary wavelength from a wavelength multiplexing optical signal, and a wavelength multiplexing. The present invention relates to a wavelength tunable multiplexer that multiplexes light with an arbitrary wavelength and a wavelength tunable multiplexer / demultiplexer that also has these functions.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信システムにおいて光波長多重分割
及び伝送技術の進展に伴い多様で柔軟な光伝送システム
が要求されている。光伝送システムにおいては、任意の
ノードで波長多重された光信号から所望の波長の光を取
り出し、又は所望の波長の光を加えて波長多重光として
伝送することが求められる。
2. Description of the Related Art In the optical communication system, various flexible optical transmission systems are required with the progress of optical wavelength division multiplexing and transmission techniques. In an optical transmission system, it is required to extract light having a desired wavelength from an optical signal wavelength-multiplexed at an arbitrary node, or add light having a desired wavelength and transmit it as wavelength-multiplexed light.

【0003】図7は従来の4チャンネルの光アドドロッ
プ装置の構成を示している。本図において波長多重光は
光分波器101に加えられ、多重化された波長λ1 〜λ
n から所望の波長、例えばλ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 が分
波される。分波された波長の光は光スイッチ102a〜
102dに夫々入射される。光スイッチ102a〜10
2dには新たに変調された波長λ1 〜λ4 の信号も同時
に入射される。光スイッチ102a〜102dは2つの
入力、2つの出力端を有しており、外部からの制御信号
に基づいて光分波器で分波された信号と新たに変調され
たλ1 〜λ4 の信号とを選択して、2つの出力端より出
力する。光スイッチ102a〜102dの夫々の出力は
光可変アッテネータ103a〜103d及び分波器10
4a〜104dを介して合波器105に与えられる。分
波器104a〜104dは光可変アッテネータ103a
〜103dの出力の一部を抽出してモニタ106に出力
する。そしてモニタ106にて光可変アッテネータから
の出力を調整することにより、波長強度を夫々同一とな
るように設定するものである。
FIG. 7 shows the configuration of a conventional 4-channel optical add / drop device. In the figure, the wavelength-division multiplexed light is added to the optical demultiplexer 101 and the multiplexed wavelengths λ 1 to λ
Desired wavelengths such as λ 1 , λ 2 , λ 3 and λ 4 are demultiplexed from n . The light of the demultiplexed wavelength is transmitted to the optical switch 102a-
It is incident on each of 102d. Optical switches 102a-10
Signals of newly modulated wavelengths λ 1 to λ 4 are simultaneously incident on 2d. The optical switches 102a to 102d have two inputs and two output ends. One of the signals demultiplexed by the optical demultiplexer and the newly-modulated λ 1 to λ 4 based on a control signal from the outside. The signal and are selected and output from two output terminals. The outputs of the optical switches 102a to 102d are the variable optical attenuators 103a to 103d and the demultiplexer 10, respectively.
It is given to the multiplexer 105 via 4a-104d. The demultiplexers 104a to 104d are variable optical attenuators 103a.
A part of the output of ˜103d is extracted and output to the monitor 106. The wavelength intensity is set to be the same by adjusting the output from the variable optical attenuator on the monitor 106.

【0004】さて光通信方式(WDM通信方式)では、
一本の光ファイバに多数の波長信号成分(λ1 ,λ2
・・λn )を伝播させている。そしてこのような波長多
重光通信においては、光ノードにおいてそのうちの位置
波長の信号成分を取り出し(ドロップ)、同じ波長の光
信号成分を導入(アド)することが求められる。従来の
光アドドロップモジュール(OADM)では、アド、ド
ロップする波長は1波長又は特定の数波長に固定されて
いたが、更に柔軟な信号処理の目的で、任意の信号チャ
ンネルを選択し、その波長成分をアド、ドロップできる
OADM装置が求められている。このような装置では、
1波長のみを抽出するバンドパスフィルタでなく、波長
可変性を有するバンドパスフィルタが要求される。
In the optical communication system (WDM communication system),
Multiple wavelength signal components (λ 1 , λ 2 ·
... and to propagate λ n). In such wavelength division multiplexing optical communication, it is required that an optical node takes out (drops) a signal component of a position wavelength and introduces (adds) an optical signal component of the same wavelength. In the conventional optical add / drop module (OADM), the wavelength to add / drop is fixed to one wavelength or a certain number of wavelengths, but for the purpose of more flexible signal processing, an arbitrary signal channel is selected and its wavelength is changed. There is a need for an OADM device that can add and drop components. In such a device,
A bandpass filter having wavelength tunability is required instead of a bandpass filter that extracts only one wavelength.

【0005】従来の波長可変型のバンドパスフィルタ
は、例えば特開平6−265722号に示すように、基
板上に2種類の異なる屈折率を有する誘電体薄膜を交互
に積層した多層膜を形成し、誘電体多層膜フィルタ素子
とする。そして選択波長を変化させるために、誘電体多
層膜の所定方向に沿って物理膜厚に傾斜分布を持たせ
る。このフィルタ素子を移動ステージ上に配置し、膜厚
の変化する方向に移動自在とする。こうすれば、入射光
信号に対してその透過光信号は移動ステージの位置に従
い、連続的な波長可変性を示す。従来の波長可変光フィ
ルタ装置において波長範囲λ1 からλ2 の範囲で波長可
変性を実現するには、誘電体多層膜フィルタ素子の可動
範囲において物理膜厚比(λ2 /λ1 )の傾斜分布を持
たせればよい。例えば、光通信分野で使用される波長1
500nmから1530nmに渡り波長可変性を実現す
るには、膜厚分布比は可動範囲で最大1.02(=15
30nm/1500nm)あればよい。また移動方向の
動作範囲が50mmの場合、1mmあたりの波長可変率
は0.6nmに相当することが分かる。
A conventional wavelength tunable bandpass filter, for example, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-265722, forms a multilayer film in which two kinds of dielectric thin films having different refractive indexes are alternately laminated on a substrate. , A dielectric multilayer filter element. Then, in order to change the selection wavelength, the physical film thickness is made to have a gradient distribution along a predetermined direction of the dielectric multilayer film. This filter element is arranged on the moving stage so that it can be moved in the direction in which the film thickness changes. By doing so, the transmitted light signal with respect to the incident light signal exhibits continuous wavelength variability according to the position of the moving stage. In order to realize wavelength tunability in the wavelength range λ 1 to λ 2 in the conventional wavelength tunable optical filter device, the inclination of the physical film thickness ratio (λ 2 / λ 1 ) in the movable range of the dielectric multilayer filter element is used. It should have a distribution. For example, wavelength 1 used in the field of optical communication
In order to realize wavelength tunability from 500 nm to 1530 nm, the film thickness distribution ratio is 1.02 (= 15 at maximum) in the movable range.
30 nm / 1500 nm). Further, it can be seen that when the operation range in the moving direction is 50 mm, the wavelength tunability per 1 mm corresponds to 0.6 nm.

【0006】バンドパスフィルタは誘電体多層膜の中間
部分にその膜厚が通常の複数倍のキャビティ層が設けら
れ、そして選択度を向上させるためにはキャビティ層が
複数のマルチキャビティ構造が用いられる。
In the band-pass filter, a cavity layer having a thickness of a plurality of times is provided in an intermediate portion of the dielectric multilayer film, and a multi-cavity structure having a plurality of cavity layers is used to improve selectivity. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】現在の高密度波長多重
光通信技術においては、国際電気通信連合(Internatio
nal Telecommunication Union:ITU)で勧告された光
信号チャンネルでの光通信が行なわれている。そのチャ
ンネル間隔は波長1550nm付近において波長0.8
nmあるいは0.4nm間隔である。このように波長間
隔の狭い光信号について高速高精度に且つ優れた信号分
離特性を有して光信号分離を行うために、マルチキャビ
ティ、即ち次数2以上の狭帯域のバンドパスフィルタ型
の波長可変光フィルタ装置が望まれている。
In the current high-density WDM optical communication technology, the International Telecommunications Union (Internatio)
Optical communication is performed on the optical signal channel recommended by the Nal Telecommunication Union (ITU). The channel spacing is 0.8 near the wavelength of 1550 nm.
nm or 0.4 nm intervals. As described above, in order to perform optical signal separation at high speed with high accuracy and excellent signal separation characteristics for an optical signal having a narrow wavelength interval, a multi-cavity, that is, a bandpass filter type wavelength tunable filter with a narrow band of order 2 or more is used. Optical filter devices are desired.

【0008】従来の波長可変フィルタはこのような用途
に使用することが考えられるが、フィルタ基板として用
いられる基板の長手方向、例えば50×4mmの基板の
50mmにわたる1次元方向に光学薄膜厚を傾斜させ
て、基板形状全面にわたって100層以上にもなる誘電
体多層膜フィルタを予定の光学薄膜厚分布で実現するこ
とは難しいという欠点があった。このような誘電体多層
膜フィルタを歩留まりよく生産することが難しく、高価
格になるという欠点があった。更に光通信分野で使用さ
れているバンド幅が1nm以下の狭帯域の波長バンドパ
スフィルタを実現するには、各層を0.01%以下の誤
差で所望の膜厚に成膜することが求められる。成膜装置
の成膜中の膜厚分布偏度、成膜状態の経時変化などのた
め、このような精度を満たせる長さは、一般的に3〜1
0mmの範囲でしかなく、この長さ以上の長さの高精度
な波長可変フィルタを実現することが難しいという欠点
があった。従って一般的にシングルキャビティのバンド
パスフィルタに使用が制限される。単一キャビティで選
択度が不十分な場合には、同一の単一キャビティ波長可
変フィルタ装置を直列に複数台接続して、光信号の分離
特性を向上させる必要がある。
The conventional wavelength tunable filter is considered to be used for such an application, but the optical thin film thickness is inclined in the longitudinal direction of the substrate used as the filter substrate, for example, the one-dimensional direction over 50 mm of the 50 × 4 mm substrate. Therefore, it is difficult to realize a dielectric multilayer filter having 100 layers or more over the entire surface of the substrate with a predetermined optical thin film thickness distribution. It is difficult to produce such a dielectric multilayer filter with a high yield, and there is a drawback that the cost becomes high. Further, in order to realize a narrow band wavelength bandpass filter having a bandwidth of 1 nm or less, which is used in the field of optical communication, it is required to form each layer to a desired film thickness with an error of 0.01% or less. . Due to the film thickness distribution deviation during film formation of the film forming apparatus, the change in the film formation state over time, etc., the length that can satisfy such accuracy is generally 3 to 1.
It is only in the range of 0 mm, and there is a drawback that it is difficult to realize a highly accurate wavelength tunable filter having a length longer than this length. Therefore, its use is generally limited to a single cavity bandpass filter. If the single cavity has insufficient selectivity, it is necessary to connect a plurality of the same single-cavity wavelength tunable filter devices in series to improve the separation characteristics of optical signals.

【0009】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、波長多重光伝送システムにお
いて、伝送ノード等で用いられ、任意の波長を選択する
ための波長可変バンドパスフィルタモジュール、波長可
変分波器、波長可変合波器及び波長可変合分波器を提供
することを目的とする。
The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and is a wavelength tunable bandpass used in a transmission node or the like in a wavelength division multiplexing optical transmission system for selecting an arbitrary wavelength. It is an object to provide a filter module, a wavelength tunable demultiplexer, a wavelength tunable multiplexer and a wavelength tunable multiplexer / demultiplexer.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、波長可変バンドパスフィルタと、前記波長可変バン
ドパスフィルタに加える電圧を変化させるm(m≧2)
台の可変電圧源と、前記各可変電圧源の夫々の電圧を制
御する電圧制御部と、を具備し、前記波長可変バンドパ
スフィルタは、透明光学基板と、前記透明光学基板上に
形成された誘電体多層膜と、を有し、前記誘電体多層膜
は、m層のキャビティを積層して形成されたものであ
り、前記各キャビティは、互いに異なる屈折率を持ち、
交互に積層された第1,第2の誘電体薄膜、及び前記第
1,第2の誘電体薄膜の間に、電気光学効果により屈折
率が変化する電気光学薄膜を透明導電体薄膜で挟み込ん
だ屈折率可変層を含むものであり、前記可変電圧源は、
前記各キャビティの透明導電体薄膜を介して前記電気光
学薄膜に夫々電圧を印加することによってその屈折率を
変化させ、各キャビティの選択波長を変化させるもので
あり、前記電圧制御部は、前記各可変電圧源の出力電圧
を同一の第1の電圧として選択波長を第1の波長とする
状態、前記可変電圧源のうちの一部の電圧を第2の電圧
とする状態、及び出力電圧を同一の第2の電圧として選
択波長を第2の波長とする状態を切換えるように制御す
ることを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, a variable wavelength bandpass filter and m (m ≧ 2) for changing a voltage applied to the variable wavelength bandpass filter are provided.
A variable voltage source of a table and a voltage control unit for controlling the voltage of each variable voltage source, and the wavelength variable bandpass filter is formed on the transparent optical substrate and the transparent optical substrate. A dielectric multilayer film, wherein the dielectric multilayer film is formed by stacking m layers of cavities, each of the cavities having a different refractive index.
An electro-optical thin film whose refractive index changes due to an electro-optical effect is sandwiched between the first and second dielectric thin films and the first and second dielectric thin films, which are alternately stacked. The variable voltage source includes a variable refractive index layer,
The refractive index is changed by applying a voltage to the electro-optic thin film via the transparent conductor thin film of each cavity, thereby changing the selected wavelength of each cavity. The output voltage of the variable voltage source is the same first voltage, the selected wavelength is the first wavelength, the voltage of a part of the variable voltage source is the second voltage, and the output voltage is the same. The second voltage is controlled so as to switch the selected wavelength to the second wavelength.

【0011】本願の請求項2の発明は、請求項1の波長
可変バンドパスフィルタモジュールにおいて、前記第1
の誘電体薄膜をH、これより低い屈折率を持つ前記第2
の誘電体薄膜をL、前記透明導電体薄膜をC、前記電気
光学薄膜をMとすると、これらは使用する光波長におい
て透明な薄膜であり、前記透明光学基板上に 基板 / A / 媒質 とし、式(1)に示す膜構造、ここで、mは正の整数
(2,3,・・・)であり、n1 ,n2 ,・・・,nm
は正の整数(1,2,3,・・・)であり、sm は正の
偶数(2,4,6,8,・・・)であり、km は正の奇
数(1,3,5,7,・・・)であり、α1 ,α2,・
・・,αm 、β1 ,β2 ,・・・,βm 、γ1 ,γ2
・・・,γm は0〜2の間の実数である、膜構造を有す
るものである。
The invention of claim 2 of the present application is the wavelength tunable bandpass filter module according to claim 1, wherein the first
The dielectric thin film of H is H, and the second thin film having a refractive index lower than H
Where L is the dielectric thin film, C is the transparent conductive thin film, and M is the electro-optical thin film, these are thin films that are transparent at the light wavelength used, and a substrate / A / medium is formed on the transparent optical substrate. film structure as shown in formula (1), where, m is a positive integer (2,3, ···), n 1 , n 2, ···, n m
Is a positive integer (1,2,3, ···), s m is a positive even number (2,4,6,8, ···), k m is a positive odd number (1, 3 , 5, 7, ...) and α 1 , α 2 , ...
.., α m , β 1 , β 2 , ..., β m , γ 1 , γ 2 ,
.., γ m is a real number between 0 and 2 and has a film structure.

【0012】本願の請求項3の発明は、請求項1又は2
の波長可変バンドパスフィルタモジュールにおいて、前
記第1の誘電体薄膜は、Ta2 5 、Nb2 5 のいず
れかであり、前記第2の誘電体薄膜は、SiO2 であ
る。
The invention of claim 3 of the present application is the same as claim 1 or 2.
In the wavelength tunable bandpass filter module, the first dielectric thin film is Ta 2 O 5 or Nb 2 O 5 , and the second dielectric thin film is SiO 2 .

【0013】本願の請求項4の発明は、請求項1又は2
の波長可変バンドパスフィルタモジュールにおいて、前
記透明導電体薄膜は、Cd2 SnO4 、ZnO、(G
a、N):ZnOのいずれか1つの構成物質を用いたも
のであり、(Ga、N):ZnOは、ZnOにGa原子
とN原子を不純物として、それぞれ0.01%から10
%の間で添加した物質である。
The invention of claim 4 of the present application is the same as claim 1 or 2.
In the wavelength tunable bandpass filter module, the transparent conductor thin film is made of Cd 2 SnO 4 , ZnO, (G
a, N): ZnO, and (Ga, N): ZnO contains 0.01% to 10% of GaO and N atoms as impurities in ZnO.
It is a substance added between%.

【0014】本願の請求項5の発明は、請求項1又は2
の波長可変バンドパスフィルタモジュールにおいて、前
記電気光学薄膜は、BaTiO3 、KTN(KTaX
1- X 3 (X=0.1〜0.9))、LiNbO3
The invention of claim 5 of the present application is the invention of claim 1 or 2.
In the wavelength tunable bandpass filter module, the electro-optic thin film is made of BaTiO 3 , KTN (KTa X N
b 1- X O 3 (X = 0.1 to 0.9)), LiNbO 3 ,

【化2】 のいずれか1つの物質を用いたものである。[Chemical 2] Any one of the above substances is used.

【0015】本願の請求項6の発明は、波長多重光が加
えられ、そのうちの一部の波長の光を抽出する波長可変
分波器であって、請求項1〜5のいずれか1項記載の波
長可変バンドパスフィルタモジュールと、前記波長多重
光を前記波長可変バンドパスフィルタモジュールに入射
する入射部と、前記波長可変バンドパスフィルタモジュ
ールを透過した光を出射する出射部と、を具備し、選択
波長に応じて前記電圧制御部より異なった電圧を印加す
るようにしたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 6 of the present application is a wavelength tunable demultiplexer for adding wavelength-multiplexed light and extracting light of a part of the wavelengths, wherein the wavelength-multiplexed light is extracted. A wavelength tunable bandpass filter module, an incident unit that makes the wavelength multiplexed light enter the wavelength tunable bandpass filter module, and an emission unit that emits light that has passed through the wavelength tunable bandpass filter module, It is characterized in that different voltages are applied from the voltage controller according to the selected wavelength.

【0016】本願の請求項7の発明は、波長多重光に対
して前記波長多重光の波長に含まれない所望の波長の光
を加える波長可変合波器であって、請求項1〜5のいず
れか1項記載の波長可変バンドパスフィルタモジュール
と、前記波長多重光を前記波長可変バンドパスフィルタ
モジュールに入射する第1の入射部と、前記第1の入射
部から入射された波長多重光が前記波長可変バンドパス
フィルタモジュールにより反射される反射光の光軸に沿
って、前記波長多重光に含まれない波長の光を前記波長
可変バンドパスフィルタに入射する第2の入射部と、前
記第2の入射部より入射され、前記波長可変バンドパス
フィルタモジュールを透過した光と、前記第1の入射部
より入射され、前記波長可変バンドパスフィルタモジュ
ールで反射した光を重畳させて出射する出射部と、を具
備することを特徴とするものである。
The invention of claim 7 of the present application is a wavelength tunable multiplexer which adds light of a desired wavelength not included in the wavelength of the wavelength multiplexed light to the wavelength multiplexed light. The wavelength tunable bandpass filter module according to any one of claims 1 to 3, a first incident section that makes the wavelength-multiplexed light enter the wavelength tunable bandpass filter module, and a wavelength-multiplexed light that is incident from the first incident section. A second incident part for injecting light having a wavelength not included in the wavelength multiplexed light into the wavelength tunable bandpass filter along an optical axis of reflected light reflected by the tunable bandpass filter module; Light incident from the second incident part and transmitted through the wavelength tunable bandpass filter module, and light incident from the first incident part and reflected by the wavelength tunable bandpass filter module. It is characterized in that it comprises an exit section for emitting superposed, the.

【0017】本願の請求項8の発明は、波長多重光が加
えられ、そのうちの一部の波長の光を抽出すると共に、
抽出した波長を持つ他の光信号を加える波長可変合分波
器であって、請求項1〜5のいずれか1項記載の波長可
変バンドパスフィルタモジュールと、前記波長多重光を
前記波長可変バンドパスフィルタモジュールに入射する
第1の入射部と、前記波長可変バンドパスフィルタモジ
ュールを透過した光を出射する第1の出射部と、前記第
1の入射部から入射された波長多重光が前記波長可変バ
ンドパスフィルタモジュールにより反射される反射光の
光軸に沿って、前記波長多重光に含まれない波長の光を
前記波長可変バンドパスフィルタに入射する第2の入射
部と、前記第2の入射部より入射され、前記波長可変バ
ンドパスフィルタモジュールを透過した光と、前記第1
の入射部より入射され、前記波長可変バンドパスフィル
タモジュールで反射した光を重畳させて出射する第2の
出射部と、を具備するものである。
According to the invention of claim 8 of the present application, wavelength-multiplexed light is added, and light of a part of wavelengths is extracted, and
A wavelength tunable multiplexer / demultiplexer for adding another optical signal having the extracted wavelength, wherein the wavelength tunable bandpass filter module according to any one of claims 1 to 5 and the wavelength tunable band The first incident part that is incident on the pass filter module, the first emitting part that emits the light that has passed through the wavelength tunable bandpass filter module, and the wavelength multiplexed light that is incident from the first incident part is the wavelength A second incident part for injecting light having a wavelength not included in the wavelength division multiplexed light into the wavelength tunable bandpass filter along an optical axis of reflected light reflected by the tunable bandpass filter module; The light that is incident from the incident part and that has passed through the wavelength tunable bandpass filter module, and the first
And a second emitting portion that emits light that is incident from the incident portion and reflected by the wavelength tunable bandpass filter module in a superimposed manner.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明において
は、機械的に可動する部分のない波長可変バンドパスフ
ィルタを実現するために、薄膜型の誘電体多層膜フィル
タを基本としている。誘電体多層膜フィルタは膜設計に
より、長波長通過フィルタ、短波長通過フィルタ、バン
ドパスフィルタ等の種々のフィルタ特性を実現すること
ができる。誘電体多層膜フィルタは光通信用フィルタと
して使用されており、耐環境性など信頼性の高さが実証
されている。従来の誘電体多層膜フィルタは受動素子で
あり、薄膜の屈折率や消衰係数は温度、湿度、光照射、
電圧印加等に対して大きな変化を示さず、安定であっ
た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Embodiment 1) In the present invention, in order to realize a wavelength tunable bandpass filter having no mechanically movable portion, a thin film type dielectric multilayer filter is basically used. The dielectric multilayer film filter can realize various filter characteristics such as a long wavelength pass filter, a short wavelength pass filter, a band pass filter, etc., depending on the film design. The dielectric multilayer filter is used as a filter for optical communication, and its high reliability such as environmental resistance has been proven. The conventional dielectric multilayer filter is a passive element, and the refractive index and extinction coefficient of the thin film are temperature, humidity, light irradiation,
It was stable with no significant change with respect to voltage application.

【0019】これに対し、何らかの方法で誘電体多層膜
フィルタを構成する薄膜の屈折率を制御することができ
れば、波長可変機能を有するバンドパスフィルタが実現
できることとなる。そこで電気光学効果を有する特定の
物質を利用する。電気光学効果とは外部電圧を印加する
ことにより屈折率が変化する効果であり、印加電圧に対
して線形に屈折率が変化する効果は1次の電気光学効果
又はポッケルス効果と呼ばれている。印加電圧の二乗に
屈折率が比例する変化は2次の電気光学効果、又は光カ
ー効果と呼ばれている。屈折率の変化に伴い誘電体多層
膜フィルタの光学膜厚を変化させることができるため、
バンドパスフィルタの中心波長をシフトさせることがで
きる。
On the other hand, if the refractive index of the thin film forming the dielectric multilayer filter can be controlled by some method, a bandpass filter having a wavelength tunable function can be realized. Therefore, a specific substance having an electro-optical effect is used. The electro-optical effect is an effect of changing the refractive index by applying an external voltage, and the effect of linearly changing the refractive index with respect to the applied voltage is called a first-order electro-optical effect or Pockels effect. The change in which the refractive index is proportional to the square of the applied voltage is called the secondary electro-optical effect or the optical Kerr effect. Since the optical film thickness of the dielectric multilayer filter can be changed with the change of the refractive index,
The center wavelength of the bandpass filter can be shifted.

【0020】光通信用に適した電気光学効果を有する材
料としては、以下の条件を満足することが必要である。 (1)電気光学係数が大きいこと。 (2)温度、湿度に対する耐環境性に優れていること。 (3)薄膜自体の損失が少ないこと。 (4)長期間安定動作すること。 (5)成膜条件に再現性があり安定であること。 (6)希少金属物質を大量に必要としないこと。 これらの条件に適した薄膜材料として、BaTiO3
KTN(KTaX Nb1- X 3 (X=0.1〜0.
9))等に着目した。これらのバルクでの電気光学係数
はいずれも1000pm/V以上であるため、低電圧で
大きな屈折率変化を起こすことができる。KTNの場
合、組成比(X)を0.1から0.9の間で調整するこ
とで、所望の動作温度において最大の電気光学係数をも
つように最適化することができる。その他の電気光学薄
膜の材料としては、LiNbO3
As a material having an electro-optical effect suitable for optical communication, it is necessary to satisfy the following conditions. (1) The electro-optic coefficient is large. (2) Excellent environmental resistance against temperature and humidity. (3) The loss of the thin film itself is small. (4) Stable operation for a long period of time. (5) The film forming conditions are reproducible and stable. (6) It does not require a large amount of rare metal substances. As a thin film material suitable for these conditions, BaTiO 3 ,
KTN (KTa X Nb 1- X O 3 (X = 0.10 to 0.
9)) and so on. Since the electro-optic coefficient of each of these bulks is 1000 pm / V or more, a large refractive index change can be caused at a low voltage. In the case of KTN, by adjusting the composition ratio (X) between 0.1 and 0.9, it can be optimized so as to have the maximum electro-optic coefficient at the desired operating temperature. Other materials for the electro-optic thin film include LiNbO 3 ,

【化3】 がある。[Chemical 3] There is.

【0021】又電気光学薄膜に電界を与えるため、電気
光学薄膜を使用する光の帯域で透明な透明導電体薄膜で
挟み込んでいる。透明導電体薄膜には例えば、Cd2
nO 4 、ZnO、(Ga、N):ZnOを用いる。これ
らは光通信に用いられる赤外域で透明な導電体薄膜材料
である。ここで(Ga、N):ZnOは、ZnOにGa
原子とN原子を不純物として、それぞれ0.01%から
10%の間で添加した物質である。これらの添加物濃度
を上げると、赤外域の透明性が劣化するが、導電率は向
上する。従って所望の導電率が得られる範囲で低濃度か
ら順次添加量を増加させている。所望の導電率は、例え
ば、1Ω・cm以下である。この間の濃度で調整するこ
とにより、使用する光波長において透明で導電性の高い
膜特性が得られる。
In order to apply an electric field to the electro-optic thin film,
It is a transparent conductor thin film that is transparent in the light band using an optical thin film.
It's sandwiched. For the transparent conductor thin film, for example, Cd2S
nO Four, ZnO, (Ga, N): ZnO is used. this
Et al. Are transparent conductor thin film materials used in optical communication in the infrared region.
Is. Here, (Ga, N): ZnO is Ga in ZnO.
Atom and N atom as impurities from 0.01% each
It is a substance added between 10%. Concentration of these additives
Increasing the value lowers the transparency in the infrared region, but improves the conductivity.
Go up. Therefore, if the concentration is low within the range where the desired conductivity is obtained,
The amount added is gradually increased. The desired conductivity is, for example,
For example, it is 1 Ω · cm or less. You can adjust the concentration during this period.
Due to, it is transparent and highly conductive at the wavelength of light used.
Membrane characteristics are obtained.

【0022】成膜される膜質は、結晶構造ではなくアモ
ルファス構造、あるいは多結晶構造が望ましい。アモル
ファス構造は一般的に膜が緻密であり膜面の平滑性に優
れている。また、湿度依存性が極めて低く組成の長期安
定性が得られる等の利点がある。さらにこれらの薄膜を
作製する方法として、従来より用いられているイオンビ
ームスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法が適して
いる。これらの成膜法では、成膜中の膜構成粒子の運動
エネルギーが高く、膜構造がアモルファス構造を形成し
易いからである。そのため従来の受動型バンドパスフィ
ルタの製造に使用されてきた。形成される膜の組成比制
御には使用するガス(酸素ガス等)の供給流量、成膜中
のビーム電流・電圧量、及び真空度の調整等で制御する
ことが比較的容易である。さらに成膜された膜自体は低
損失な特性を有する等の利点もある。また、これらの手
法では基板にガラス基板や結晶基板を用いて成膜温度を
調整することにより多結晶膜を形成することが可能であ
る。基板の材質としては酸化物系のガラスや光学結晶は
成膜プロセス中の温度変化や対環境性に対して安定であ
るので、本成膜法を用いる場合に適している。
The film quality to be formed is preferably an amorphous structure or a polycrystalline structure instead of a crystalline structure. The amorphous structure generally has a dense film and is excellent in smoothness of the film surface. Further, there is an advantage that humidity dependence is extremely low and long-term stability of the composition can be obtained. Further, as a method for producing these thin films, the ion beam sputtering method and the ion beam assisted vapor deposition method which have been conventionally used are suitable. This is because in these film forming methods, the kinetic energy of the film constituent particles during film formation is high, and the film structure easily forms an amorphous structure. Therefore, it has been used to manufacture conventional passive bandpass filters. It is relatively easy to control the composition ratio of the formed film by adjusting the supply flow rate of the gas (oxygen gas or the like) used, the beam current / voltage amount during film formation, the degree of vacuum, and the like. Further, the formed film itself has advantages such as low loss characteristics. Further, in these methods, it is possible to form a polycrystalline film by adjusting the film formation temperature using a glass substrate or a crystal substrate as the substrate. As a material for the substrate, oxide glass and optical crystals are suitable for use in the present film formation method because they are stable against temperature changes and environmental resistance during the film formation process.

【0023】逆にエピタキシャル成長による単結晶構造
を形成すると結晶構造に伴う光学的異方性が生じ、入射
ビームの偏光状態を制限する結果になる。したがって、
均一で等方媒質であることが望ましい。
On the contrary, when a single crystal structure is formed by epitaxial growth, optical anisotropy occurs due to the crystal structure, resulting in limiting the polarization state of the incident beam. Therefore,
A homogeneous and isotropic medium is desirable.

【0024】短所は空間的に等方的媒質となるので、ミ
クロに分極ベクトルがランダム配置することとなり、印
加電圧に対して実効的電圧はその1/3となる。
The disadvantage is that the medium is spatially isotropic, so that the polarization vectors are randomly arranged in a microscopic manner, and the effective voltage is 1/3 of the effective voltage.

【0025】これらの電気光学効果での応答速度は1n
s(10-9秒)程度と高速なので広帯域の光変調器とし
て使用されている。本方式では屈折率の変化によって波
長を変化させているが、光変調器と同様の1ns(10
-9秒)程度の高速波長可変性を得ることができる。
The response speed of these electro-optical effects is 1n.
Since it is as fast as s (10 -9 seconds), it is used as a broadband optical modulator. In this method, the wavelength is changed by changing the refractive index, but the same 1 ns (10
High-speed tunability of about -9 seconds) can be obtained.

【0026】次にその屈折率変化と印加電圧の関係につ
いて説明する。 [ミクロな系の取り扱い]入射ビームがある分極の揃っ
たグレイン(結晶)内を伝搬する場合を考える。結晶の
光学主軸をX、Y、Zとすると、屈折率楕円体は次式
(1)で与えられる。 X2 /nX 2 +Y2 /nY 2 +Z2 /nZ 2 =1 ・・・(1) 外部印加電界Eが存在する場合は、次式(2)となる。 (1/n2 1 2 +(1/n2 2 2 +(1/n2 3 2 + 2[(1/n2 4 YZ+(1/n2 5 ZX+(1/n2 6 XY]=1 ・・・(2) ここでE=0の場合、次式(3)となる。 (1/n2 1 =1/nX 2 (1/n2 2 =1/nY 2 (1/n2 3 =1/nZ 2 (1/n2 i =0 (i=4,5,6) ・・・(3) 主軸方向に沿った外部印加電圧E=(E1 、E2
3 )による線形変化量は、次式(4)で与えられる。 Δ(1/n2 i =Σrijj (i=1,2,・・・,6;j=1,2,3) ・・・(4) ここでrijは電気光学結晶の1次電気光学係数(ポッケ
ルス係数)である。
Next, the relationship between the change in the refractive index and the applied voltage will be described. [Handling of Micro System] Consider a case where an incident beam propagates in a grain (crystal) having a certain polarization. When the optical principal axes of the crystal are X, Y, and Z, the index ellipsoid is given by the following equation (1). X 2 / n X 2 + Y 2 / n Y 2 + Z 2 / n Z 2 = 1 (1) When the externally applied electric field E exists, the following equation (2) is obtained. (1 / n 2) 1 X 2 + (1 / n 2) 2 Y 2 + (1 / n 2) 3 Z 2 + 2 [(1 / n 2) 4 YZ + (1 / n 2) 5 ZX + (1 / N 2 ) 6 XY] = 1 (2) Here, when E = 0, the following equation (3) is obtained. (1 / n 2 ) 1 = 1 / n X 2 (1 / n 2 ) 2 = 1 / n Y 2 (1 / n 2 ) 3 = 1 / n Z 2 (1 / n 2 ) i = 0 (i = 4, 5, 6) (3) Externally applied voltage E = (E 1 , E 2 , along the main axis direction)
The amount of linear change due to E 3 ) is given by the following equation (4). Δ (1 / n 2 ) i = Σr ij E j (i = 1,2, ..., 6; j = 1,2,3) (4) where r ij is 1 of the electro-optic crystal. It is the next electro-optic coefficient (Pockels coefficient).

【0027】外部印加電圧により屈折率がnからn+Δ
nに変化する場合、(4)式は次式(5)で表せる。 Δni =−Σ(n3 /2)rijj (i=1,2,・・・,6;j=1,2,3) ・・・(5) ここでnは印加電圧のない場合の屈折率で、次式(6)
で与えられる。 n=(nX +nY +nZ )/3 ・・・(6)
The refractive index varies from n to n + Δ depending on an externally applied voltage.
When changing to n, the equation (4) can be expressed by the following equation (5). Δn i = -Σ (n 3/ 2) r ij E j (i = 1,2, ···, 6; j = 1,2,3) ··· (5) where n is no applied voltage The refractive index in the case of the following equation (6)
Given in. n = (n X + n Y + n Z ) / 3 (6)

【0028】[マクロな系の取り扱い]入射するビーム
断面積に対してグレインサイズが小さい場合、入射ビー
ムはランダムに配置している分極ベクトルの影響を受け
るので、実効的屈折率は等方的取り扱いを行なう必要が
ある。 E=0の場合、neff =n ・・・(7) 印加電圧E≠0が存在する場合、等方媒質として扱うと
eff はneff +Δnef f となり(5)式より、 Δneff =(1/3)ΣΔni =−(1/6)Σi Σj 3 ijj (i=1,2,・・・,6;j=1,2,3) ・・・(8) で与えられる。
[Handling of Macroscopic System] When the grain size is small with respect to the incident beam cross-sectional area, the incident beam is affected by the randomly arranged polarization vector, so that the effective refractive index is treated isotropically. Need to do. When E = 0, n eff = n (7) When there is an applied voltage E ≠ 0, when treated as an isotropic medium, n eff becomes n eff + Δn ef f , and from equation (5), Δn eff = (1/3) ΣΔn i = - ( 1/6) Σ i Σ j n 3 r ij E j (i = 1,2, ···, 6; j = 1,2,3) ··· (8 ) Is given by.

【0029】したがって、(8)式より外部印加電圧
(Ej )により屈折率をΔneff だけ線形変化させるこ
とができる。例として、点群4mmの電気光学結晶
(例、BaTiO3 、KTN)ではゼロでない係数を有
するのはr13、r23(=r13)、r 36、r42、r51(=
42)である。
Therefore, according to the equation (8), the externally applied voltage is
(Ej) The refractive index by ΔneffOnly linear change
You can As an example, an electro-optic crystal with a point group of 4 mm
(Eg BaTiO 33, KTN) have non-zero coefficients
Do r13, Rtwenty three(= R13), R 36, R42, R51(=
r42).

【0030】さて、以下では波長選択性を有するための
誘電体多層膜構造について説明する。光フィルタの膜設
計によれば、第1,第2の屈折率が異なる誘電体薄膜H
及びLの屈折率をそれぞれnH 、nL (nH >nL )と
すると、ある設計波長λ0 を中心に高反射率を有する誘
電体多層膜ミラーの膜構造は次式で与えられる。 基板 / H L H L ・・・ H L / 媒質 ・・・(9) ここで、誘電体薄膜HとLの膜厚dH ,dL は夫々4分
のλ物理膜厚を有し、次式で与えられる。 dH =λ0 /4nH ・・・(10) dL =λ0 /4nL ・・・(11) 最上層Lは媒質で介しており、一般的に媒質は空気、樹
脂溶剤、固形基板等が考えられる。(9)式はある基板
の上に光学膜厚dH とdL の2種類の誘電体薄膜H,L
を交互に積層することを表している。(9)式は次式の
ように簡便に表すことができる。 基板 / (HL)n / 媒質 ・・・(12) 尚この式の中では、H,Lは式(10),(11)で示
される膜厚を有する層を表している。ここで、(12)
式は基板上にHLのペアの層をn回繰り返し積層するこ
とを意味している。すなわち、 基板 / HLHLHL /媒質 は 基板 /(HL)3 / 媒質 と等価である。
Now, the dielectric multilayer film structure for having wavelength selectivity will be described below. According to the film design of the optical filter, the dielectric thin film H having different first and second refractive indexes
When the refractive indices of L and L are n H and n L (n H > n L ), the film structure of the dielectric multilayer mirror having a high reflectance around a certain design wavelength λ 0 is given by the following equation. Substrate / H L H L ... H L / medium (9) where the thickness d H of the dielectric thin film H and L, d L has a λ physical thickness of each quarter, the following Given by the formula. d H = λ 0 / 4n H (10) d L = λ 0 / 4n L (11) The uppermost layer L is a medium, and the medium is generally air, a resin solvent, or a solid substrate. Etc. are possible. Formula (9) is defined by two types of dielectric thin films H and L having optical film thicknesses d H and d L on a substrate.
Are alternately laminated. Expression (9) can be simply expressed as in the following expression. Substrate / (HL) n / medium (12) In this equation, H and L represent layers having the film thicknesses shown in equations (10) and (11). Where (12)
The formula means to repeatedly stack n layers of HL pairs on a substrate. That is, substrate / HLHLHL / medium is equivalent to substrate / (HL) 3 / medium.

【0031】ところで、ある特定の光波長成分のみを分
離したい場合には、バンドパスフィルタを用いることが
多い。バンドパスフィルタの膜構造は次式のように表せ
る。 基板 / A / 媒質 (13)
By the way, when it is desired to separate only a certain specific wavelength component, a bandpass filter is often used. The film structure of the bandpass filter can be expressed by the following equation. Substrate / A / Medium (13)

【数2】 ここで、αm L,βm H,γm L,sm Lは式(1
0),(11)で示される膜厚に係数αm ,βm
γm ,sm を乗じた膜厚を有する層を表している。mは
正の整数(1,2,3,・・・)であり、n1 ,n2
・・・,nm は正の整数(1,2,3,・・・)であ
り、sm は正の偶数(2,4,6,8,・・・)であ
り、α1 ,α2 ,・・・,αm 、β1 ,β2 ,・・・,
βm 、γ1 ,γ2 ,・・・,γm は0〜2の間の実数で
ある。
[Equation 2] Here, α m L, β m H, γ m L, s m L are expressed by the formula (1
0) and (11) have film thickness coefficients α m , β m ,
It represents a layer having a thickness obtained by multiplying the γ m, s m. m is a positive integer (1, 2, 3, ...), n 1 , n 2 ,
· · ·, N m is a positive integer (1,2,3, ···), s m is a positive even number (2,4,6,8, ···), α 1 , α 2 , ・ ・ ・, α m , β 1 , β 2 , ・ ・ ・,
β m , γ 1 , γ 2 , ..., γ m are real numbers between 0 and 2.

【0032】Aの膜構造はキャビティ構造と呼ばれてお
り、誘電体薄膜HとLのペアをnm回積層した高反射ミ
ラー部の次にsm Lのスペーサ層が配置されている。m
が1,2,3の場合、それぞれ単一キャビティ、2重キ
ャビティ、3重キャビティと呼ばれ、一般にm重キャビ
ティと呼ばれる。mの次数が大きくなればなるほど、バ
ンドパスフィルタの特性は急峻な特性となる。また、ス
ペーサ層sm Lが大きくなればなるほど透過帯域幅が狭
くなる傾向がある。αm 、βm 、γm の各値は境界媒質
の屈折率および入射光の入射角を配慮し、バンドパスフ
ィルタの透過帯域における損失低減および高平坦性を実
現するために0から2の間の値が選択される。
The film structure of A is called a cavity structure, and an s m L spacer layer is arranged next to the high reflection mirror part in which a pair of dielectric thin films H and L are laminated n m times. m
, 1, 2, and 3 are called single cavity, double cavity, and triple cavity, respectively, and are generally called m-fold cavity. The larger the order of m, the steeper the characteristics of the bandpass filter. Further, there is a tendency that the more the transmission bandwidth the larger spacer layer s m L is becomes narrow. The values of α m , β m , and γ m are between 0 and 2 in order to realize loss reduction and high flatness in the transmission band of the bandpass filter, considering the refractive index of the boundary medium and the incident angle of the incident light. The value of is selected.

【0033】以上より、バンドパスフィルタの設計にお
いては透過幅、他信号との分離性を考慮してこれらのパ
ラメータm、nm 、sm 、αm 、βm 、γm が決定され
る。この特長を応用して波長選択機能を有する波長可変
フィルタを実現するために、(14)式のスペーサ層
を、次に示すように2層の透明導電体薄膜(C)とこれ
に挟まれた電気光学効果を有する電気光学薄膜(M)に
置き換える。以下にこの膜構造を示す。
[0033] From the above, transmission width in the design of the bandpass filter, these parameters m in consideration of the separation of the other signal, n m, s m, alpha m, beta m, gamma m is determined. In order to realize a wavelength tunable filter having a wavelength selection function by applying this feature, a spacer layer of the formula (14) is sandwiched between two layers of transparent conductor thin film (C) as shown below. It is replaced with an electro-optic thin film (M) having an electro-optic effect. The film structure is shown below.

【数3】 ここで、CとMの膜厚dC ,dM は4分のλ物理膜厚を
有し、次式で与えられる。 dC =λ0 /4nC ・・・(16) dM =λ0 /4nM ・・・(17) mは正の整数(2,3,・・・)であり、n1 ,n2
・・・,nm は正の整数(1,2,3,・・・)であ
り、sm は正の偶数(2,4,6,8,・・・)であ
り、km は正の奇数(1,3,5,7,・・・)であ
り、α1 ,α2 ,・・・,αm 、β1 ,β2 ,・・・,
βm 、γ1 ,γ2 ,・・・,γm は0〜2の間の実数で
ある。nC 、nM はそれぞれ透明導電体薄膜(C)及び
電気光学薄膜(M)の屈折率である。尚式(15)の中
では、H,L,C,Mは夫々式(10),(11),
(16),(17)で示される膜厚を有する層を表して
おり、係数αm ,βm ,γ m ,sm の付されたものはそ
の係数を乗じた膜厚を有する層を表している。尚この発
明では後述するヒットレスを実現するために、パラメー
タmを2以上の整数としている。
[Equation 3] Here, the film thickness d of C and MC, DMIs the λ physical film thickness of 4 minutes
And is given by: dC= Λ0/ 4nC  ... (16) dM= Λ0/ 4nM  ... (17) m is a positive integer (2, 3, ...) And n1, N2
..., nmIs a positive integer (1, 2, 3, ...)
SmIs a positive even number (2, 4, 6, 8, ...)
, KmIs a positive odd number (1, 3, 5, 7, ...)
, Α1, Α2, ..., αm, Β1, Β2・ ・ ・ ・ ・ ・
βm, Γ1, Γ2・ ・ ・ ・ ・ ・ ΓmIs a real number between 0 and 2
is there. nC, NMAre transparent conductor thin films (C) and
It is the refractive index of the electro-optic thin film (M). In equation (15)
Then, H, L, C, and M are equations (10), (11),
Representing a layer having a film thickness shown in (16) and (17)
Cage, coefficient αm, Βm, Γ m, SmThose marked with
It represents a layer having a film thickness multiplied by a coefficient of. This departure
In the Ming, in order to realize hitless, which will be described later,
Ta is an integer of 2 or more.

【0034】次にこの波長可変バンドパスフィルタの構
造について説明する。波長可変バンドパスフィルタは例
えば図1に2重キャビティの膜構造を示すように、酸化
系などのガラス,酸化物質の光学結晶、例えばシリコン
等の基板1上に誘電体多層膜2を蒸着して形成する。誘
電体多層膜2は図1(b)に拡大断面図を示すように、
高屈折率の第1の誘電体薄膜Hと低屈折率の第2の誘電
体薄膜Lとを交互に積層する。そしてその間のスペーサ
層に代えて、透明導電体薄膜C、電気光学薄膜M、及び
透明導電体薄膜Cから成る第1の屈折率可変層3Aを挿
入する。又これと同一の構造を有する屈折率可変層3B
を挿入する。ここで第1,第2の誘電体薄膜HとLの数
は図示の数に限定されるものではない。
Next, the structure of this wavelength tunable bandpass filter will be described. For example, as shown in FIG. 1 as a double cavity film structure, the wavelength tunable bandpass filter is formed by depositing a dielectric multilayer film 2 on a substrate 1 such as glass of an oxidation system or optical crystal of an oxidation material such as silicon. Form. The dielectric multilayer film 2 has an enlarged cross-sectional view as shown in FIG.
A first dielectric thin film H having a high refractive index and a second dielectric thin film L having a low refractive index are alternately laminated. Then, instead of the spacer layer between them, the first refractive index variable layer 3A including the transparent conductor thin film C, the electro-optic thin film M, and the transparent conductor thin film C is inserted. Further, the refractive index variable layer 3B having the same structure as this
Insert. Here, the numbers of the first and second dielectric thin films H and L are not limited to the numbers shown.

【0035】そして図示のように誘電体多層膜2に対し
て2箇所から開口4A,4Bを形成し、第1の屈折率可
変層3Aの電気光学薄膜Mの上下の透明導電体薄膜Cに
達するまでエッチングを行う。更に上下の透明導電体薄
膜にクロムや金の電極を形成し、開口4A,4Bよりワ
イヤを夫々の電極に接続する。ワイヤには図示のように
可変電圧源5を接続する。又図1に示すように開口4
C,4Dを形成し、第2の屈折率可変層3Bの電気光学
薄膜Mの上下の透明導電体薄膜Cに達するまでエッチン
グを行う。そして上下の透明導電体薄膜Cにクロムや金
の電極を形成し、開口4C,4Dよりワイヤを夫々の電
極に接続する。ワイヤには図示のように可変電圧源6を
接続する。可変電圧源5及び6には図示のようにその電
圧を制御するための電圧制御部7を接続する。
Then, as shown in the figure, openings 4A and 4B are formed in the dielectric multilayer film 2 from two locations, and reach the transparent conductor thin film C above and below the electro-optic thin film M of the first refractive index variable layer 3A. Etching up to. Further, chromium and gold electrodes are formed on the upper and lower transparent conductor thin films, and the wires are connected to the respective electrodes through the openings 4A and 4B. A variable voltage source 5 is connected to the wire as shown. In addition, as shown in FIG.
C and 4D are formed, and etching is performed until the transparent conductor thin film C above and below the electro-optic thin film M of the second refractive index variable layer 3B is reached. Then, chromium or gold electrodes are formed on the upper and lower transparent conductor thin films C, and the wires are connected to the respective electrodes through the openings 4C and 4D. A variable voltage source 6 is connected to the wire as shown. A voltage control unit 7 for controlling the voltage is connected to the variable voltage sources 5 and 6 as shown in the figure.

【0036】そして可変電圧源5,6よりこれらに電圧
1 ,V2 を夫々供給する。通常これらの印加電圧は同
一となるようにし、第1,第2の屈折率可変層3A,3
Bの透明導電体薄膜の屈折率が同一方向に変化するよう
に構成する。このようにバンドパスフィルタのスペーサ
層を、2層の透明導電体薄膜Cとそれに挟まれた電気光
学効果を有する電気光学薄膜Mの3層構造に置き換える
ことで、電気光学薄膜の屈折率を変化させることができ
る。そしてバンドパスフィルタの中心波長はスペーサ層
の光学膜厚で主に決められるので、その部分の光学膜厚
を変化させることができれば顕著な波長可変性を実現す
ることができる。この発明のように屈折率可変層3に置
き換えたものについても、屈折率の変化に伴って光学膜
厚が変化するため、波長可変性を実現することができ
る。又この場合には電気光学薄膜Mに電界を与えること
ができ、より急峻な特性で波長可変性を実現することが
できる。
Then, the voltages V 1 and V 2 are supplied to the variable voltage sources 5 and 6, respectively. Normally, these applied voltages are set to be the same, and the first and second refractive index variable layers 3A, 3
The transparent conductive thin film of B is configured so that the refractive index thereof changes in the same direction. As described above, the refractive index of the electro-optic thin film is changed by replacing the spacer layer of the band-pass filter with the three-layer structure of the two transparent conductor thin films C and the electro-optic thin film M having the electro-optic effect sandwiched between them. Can be made. Since the center wavelength of the bandpass filter is mainly determined by the optical film thickness of the spacer layer, if the optical film thickness of that portion can be changed, remarkable wavelength variability can be realized. Even in the case where the refractive index variable layer 3 is replaced as in the present invention, the wavelength variability can be realized because the optical film thickness changes with the change in the refractive index. Further, in this case, an electric field can be applied to the electro-optic thin film M, and wavelength variability can be realized with steeper characteristics.

【0037】又図2は2重キャビティ型波長可変バンド
パスフィルタの一般的な構成を示しており、図中で誘電
体多層膜2中のL,Hは誘電体層の膜厚を示している。
ここで2−1は誘電体多層膜2の第1キャビティ、2−
2は誘電体多層膜2の第2キャビティを示している。そ
して2重キャビティ型波長可変バンドパスフィルタを用
いた波長可変モジュールは、これらの電圧を与える可変
電圧源5,6及び可変電圧源の電圧を制御する電圧制御
部7が設けられている。
FIG. 2 shows a general structure of a double cavity type wavelength tunable bandpass filter. In the figure, L and H in the dielectric multilayer film 2 indicate the film thickness of the dielectric layer. .
Here, 2-1 is the first cavity of the dielectric multilayer film 2,
Reference numeral 2 denotes the second cavity of the dielectric multilayer film 2. The wavelength tunable module using the double cavity type wavelength tunable bandpass filter is provided with variable voltage sources 5 and 6 for applying these voltages and a voltage controller 7 for controlling the voltage of the variable voltage source.

【0038】次に電圧制御部の動作について説明する。
電圧制御部7は2つのキャビティに同一の電圧を印加し
て所定の電気光学薄膜の屈折率を所定値とする。こうす
ればそれに対応した波長選択特性が得られる。そして波
長を変化させる際には、一旦一方の電圧を目的の波長と
なる電圧に設定する。次いで双方の電圧を目的の波長に
相当する電圧に設定する。こうすれば選択波長が連続し
て変化することはなく、波長選択特性を変化させること
ができる。
Next, the operation of the voltage controller will be described.
The voltage controller 7 applies the same voltage to the two cavities to set the refractive index of a predetermined electro-optic thin film to a predetermined value. In this way, the wavelength selection characteristic corresponding to it can be obtained. Then, when changing the wavelength, one of the voltages is once set to a voltage having a target wavelength. Then, both voltages are set to voltages corresponding to the target wavelength. In this way, the selected wavelength does not change continuously, and the wavelength selection characteristic can be changed.

【0039】(実施の形態2)次に実施の形態2による
3重キャビティ型波長可変バンドパスフィルタについて
説明する。ただし、設計波長λ0 は1570nmとし
た。基板1としてBK7ガラス基板を用い、高屈折率の
第1の誘電体薄膜Hに誘電体薄膜Nb2 5 膜(屈折率
H =2.24)を用いた。その他の材料として、Ta
2 5 膜(屈折率nH =2.13)を用いることができ
る。又低屈折率の第2の誘電体薄膜Lとして、SiO2
膜(屈折率nL =1.45)を用いた。また、透明導電
体薄膜CにはCd2 SnO4 膜((屈折率nC =1.9
0)を用いた。この膜は波長1570nm付近において
透明な導電体薄膜として動作し、抵抗率は1×10-2Ω
・cm以下が得られた。1次電気光学効果を有する電気
光学薄膜Mには、KTN膜(KTaX Nb1-X 3 (X
=0.65))を用いた。屈折率(nM )は2.30で
ある。外部媒質は屈折率1.50の媒質とする。KTN
は点群4mmに相当し1次電気光学係数は以下の値が得
られる。 r42=r51=16000pm/V r13≪r4236≪r42 このとき(8)式は、Δneff = −0.022 @E
=1V/μmとなる。つまりスペーサ層のうちの電気光
学薄膜Mの膜厚が1μmの場合、印加電圧を0Vより1
Vに変化させると、屈折率は2.3から2.288へ
0.022だけ減少することに相当する。
(Second Embodiment) Next, a triple cavity type wavelength tunable bandpass filter according to a second embodiment will be described. However, the design wavelength λ 0 was set to 1570 nm. A BK7 glass substrate was used as the substrate 1, and a dielectric thin film Nb 2 O 5 film (refractive index n H = 2.24) was used as the first dielectric thin film H having a high refractive index. Other materials include Ta
A 2 O 5 film (refractive index n H = 2.13) can be used. Further, as the second dielectric thin film L having a low refractive index, SiO 2 is used.
A film (refractive index n L = 1.45) was used. The transparent conductor thin film C has a Cd 2 SnO 4 film ((refractive index n C = 1.9.
0) was used. This film operates as a transparent conductor thin film at a wavelength of around 1570 nm and has a resistivity of 1 × 10 -2 Ω.
・ Cm or less was obtained. The electro-optic thin film M having the primary electro-optic effect includes a KTN film (KTa X Nb 1-X O 3 (X
= 0.65)) was used. The refractive index (n M ) is 2.30. The external medium is a medium having a refractive index of 1.50. KTN
Corresponds to a point group of 4 mm, and the following values are obtained for the primary electro-optic coefficient. r 42 = r 51 = 16000pm / V r 13 «r 42 r 36 «r 42 this time (8) is, Δn eff = -0.022 @E
= 1 V / μm. That is, when the thickness of the electro-optical thin film M in the spacer layer is 1 μm, the applied voltage is 1 to 0 V.
Changing to V corresponds to a 0.022 decrease in refractive index from 2.3 to 2.288.

【0040】本実施例の膜構造Aの構成を以下に示す。 A=[(HL)7 C4MC (LH)7 L]3 3重キャビティにすることによりトップフラットで波長
選択性の高いバンドパスフィルタ特性を実現することが
できた。バンドパスの半値全幅は0.52nmであっ
た。
The structure of the film structure A of this example is shown below. By using A = [(HL) 7 C4MC (LH) 7 L] 3 triple cavities, it was possible to realize a bandpass filter characteristic with top flatness and high wavelength selectivity. The full width at half maximum of the bandpass was 0.52 nm.

【0041】この実施の形態では3重キャビティである
ため、3つの可変電圧源より夫々電圧V1 ,V2 ,V3
を夫々のキャビティの電気光学薄膜に供給する。図3に
波長可変特性を示す。各キャビティの透明導電体薄膜C
間に外部より同じ直流成分の印加電圧(V1 =V2 =V
3 )を加えた場合には、その電圧に対応する波長選択特
性が得られる。例えばV1 =V2 =V3 =1.2Vの場
合、KTN膜の屈折率は2.26と変化し、電圧を印加
しない場合の2.30より0.04だけ減少する。この
場合、フィルタの中心波長は1560.5nmに現れ、
波長可変量は約10nmに相当する。
In this embodiment, because of the triple cavity, the voltages V 1 , V 2 and V 3 are respectively supplied from the three variable voltage sources.
To the electro-optic thin film of each cavity. FIG. 3 shows the wavelength variable characteristic. Transparent conductor thin film C in each cavity
Applied voltage of the same DC component from the outside (V 1 = V 2 = V
When 3 ) is added, wavelength selection characteristics corresponding to that voltage can be obtained. For example, when V 1 = V 2 = V 3 = 1.2V, the refractive index of the KTN film changes to 2.26, which is decreased by 0.04 from 2.30 when no voltage is applied. In this case, the center wavelength of the filter appears at 1560.5 nm,
The wavelength variable amount corresponds to about 10 nm.

【0042】以下同様に、印加電圧4.8Vの場合、K
TN膜の屈折率は2.14となりバンドパスフィルタの
中心波長は1531nmに現れる。以上により、印加電
圧が5V以内で、波長可変範囲として1570nmから
1531nmまでの約40nmの波長可変性を実現する
ことができた。
Similarly, when the applied voltage is 4.8 V, K
The refractive index of the TN film is 2.14, and the center wavelength of the bandpass filter appears at 1531 nm. As described above, it was possible to realize wavelength tunability of about 40 nm from 1570 nm to 1531 nm as the wavelength tunable range when the applied voltage was within 5 V.

【0043】次に波長可変バンドパスフィルタモジュー
ルを用いてヒットレスで波長可変を行うための動作につ
いて説明する。ここでヒットレスとは、波長を変化させ
るときにある波長から目的とする波長までの間を連続し
て変化させることなく、一旦全ての波長に対し反射特性
を有するものとし、次いで目的とする波長の光を選択す
る特性を得るようにするものである。このヒットレスを
行う為の動作は、次の3つのステップで実行される。
Next, the operation for performing hitless wavelength tuning using the wavelength variable bandpass filter module will be described. Here, hitless means that when the wavelength is changed, it does not change continuously from a certain wavelength to the target wavelength, but once it has reflection characteristics for all wavelengths, and then the target wavelength. It is intended to obtain the property of selecting the light. The operation for hitless is executed in the following three steps.

【0044】(1)まずステップ1では、電圧制御部7
より3つの可変電圧源に対して所定の電圧を設定する。
例えば各キャビティへの印加電圧をV1 =V2 =V3
1.2Vとする。このとき図4(a)に示すように選択
波長λi が1560.5nmに調整されている。
(1) First, in step 1, the voltage controller 7
A predetermined voltage is set for the three variable voltage sources.
For example, the voltage applied to each cavity is V 1 = V 2 = V 3 =
1.2V. At this time, the selected wavelength λ i is adjusted to 1560.5 nm as shown in FIG.

【0045】(2)次のステップ2では、3重キャビテ
ィのうち第1及び第3キャビティへの印加電圧を同調さ
せたい電圧の波長成分に相当する印加電圧に切換える。
例えばその電圧を3.6Vとすると、V1 =V3 =3.
6Vとする。V2 のみを元の状態とした場合には、複数
キャビティのうち1つのキャビティの共振波長が一致し
ないため、どの波長成分も選択特性が得られず、図4
(b)に示すように全波長帯域の光を全て反射する反射
特性となる。
(2) In the next step 2, the applied voltage to the first and third cavities of the triple cavity is switched to the applied voltage corresponding to the wavelength component of the voltage to be tuned.
For example, if the voltage is 3.6 V, V 1 = V 3 = 3.
Set to 6V. When only V 2 is returned to the original state, the resonance wavelength of one of the cavities does not match, so that no selection characteristic is obtained for any wavelength component.
As shown in (b), it has a reflection characteristic of reflecting all the light in all wavelength bands.

【0046】(3)次にステップ3では、第2キャビテ
ィの印加電圧V2 も他のキャビティと同様に3.6Vと
する。こうすれば全ての印加電圧がV1 =V2 =V3
3.6Vとなって、各キャビティの共振波長が一致する
ため、バンドパスフィルタによる選択波長がλj =15
41.5nmとなる。従って図4(c)に示すようにこ
の波長で所望の特性が得られる。
(3) Next, in step 3, the applied voltage V 2 to the second cavity is set to 3.6V as in the other cavities. In this way, all applied voltages are V 1 = V 2 = V 3 =
Since the resonant wavelength of each cavity is equal to 3.6 V, the wavelength selected by the bandpass filter is λ j = 15.
It becomes 41.5 nm. Therefore, as shown in FIG. 4C, desired characteristics can be obtained at this wavelength.

【0047】一方ある波長λi からλj に変化させる場
合に、初期状態の印加電圧から直接目的の波長となる電
圧に変化させる場合には、電圧の過渡的な変化により選
択波長もこの間で変化する可能性がある。しかし上記の
(1)〜(3)のステップを経て電圧を切換えるように
すれば、所望の波長の間、この場合は波長λi とλj
間の他の波長を一瞬の間も選択することなく、波長可変
を実現することができる。
On the other hand, when changing from a certain wavelength λ i to λ j , when the applied voltage in the initial state is directly changed to the voltage having the target wavelength, the selected wavelength also changes during this period due to the transient change of the voltage. there's a possibility that. However, if the voltage is switched through the steps (1) to (3), a desired wavelength, in this case, another wavelength between the wavelengths λ i and λ j is selected for a moment. Wavelength tunability can be realized without

【0048】尚この実施の形態では、3重キャビティの
場合に全てのキャビティへの印加電圧を同一とするステ
ップの状態から、第1,第3のキャビティへの印加電圧
を目的の印加電圧とするステップ2、次いで全ての電圧
を目的の電圧とするステップ3に変化させてヒットレス
による波長移行を実現している。しかしステップ2では
そのうちの一部のキャビティへの印加電圧のみを目的と
する波長に相当する電圧とすればよい。例えばステップ
2で第2のキャビティへの印加電圧V2 を目的の電圧、
この場合は3.6Vとし、次いでステップ3で全ての電
圧を3.6Vに設定するようにしてもよい。更にステッ
プ2で第1キャビティへの印加電圧V1のみを目的の電
圧となるようにすることも考えられる。
In this embodiment, the voltage applied to the first and third cavities is set as the target voltage applied from the step of making the voltage applied to all cavities the same in the case of the triple cavity. In step 2, the voltage is changed to step 3 in which all the voltages are set to target voltages, and hitless wavelength shift is realized. However, in step 2, only the voltage applied to some of the cavities may be set to a voltage corresponding to the target wavelength. For example, in step 2, the applied voltage V 2 to the second cavity is the target voltage,
In this case, the voltage may be set to 3.6V, and then all the voltages may be set to 3.6V in step 3. Further, in step 2, it may be possible to set only the voltage V 1 applied to the first cavity to the target voltage.

【0049】(実施の形態3)又図5はm重キャビティ
型波長可変バンドパスフィルタの一般的な構成を示して
いる。m重キャビティ型波長可変バンドパスフィルタは
図5に示すように、2−1〜2−mまでのキャビティが
基板上に積層されたものとなっている。m重キャビティ
のバンドパスフィルタを用いたバンドパスフィルタモジ
ュールの場合も同様に、m個の可変電圧源を用いて複数
の屈折率可変層3の印加電圧を変化させる。こうすれば
急峻な特性でバンドパスフィルタを実現することができ
る。
(Embodiment 3) FIG. 5 shows a general structure of an m-fold cavity type wavelength tunable bandpass filter. As shown in FIG. 5, the m-fold cavity type wavelength tunable bandpass filter has cavities 2-1 to 2-m stacked on a substrate. Similarly, in the case of the bandpass filter module using the bandpass filter of the m-fold cavity, the voltage applied to the plurality of variable refractive index layers 3 is changed using m variable voltage sources. This makes it possible to realize a bandpass filter with steep characteristics.

【0050】m重キャビティのバンドパスフィルタでヒ
ットレスによる波長変化を実現するには、いずれかのキ
ャビティへの印加電圧をステップ2で次の目的となる波
長となる電圧に変化し、次いでステップ3で全てのキャ
ビティへの印加電圧を目的の波長が得られる波長とす
る。この場合に例えば偶数又奇数のいずれかをステップ
2で目的の電圧とし、ステップ3で全てのキャビティへ
の印加電圧を目的の波長が得られる電圧に設定すること
が好ましい。こうすればステップ2で全ての波長に対し
反射特性を確保して、ステップ3で所望の波長選択特性
となるヒットレスが実現できる。
In order to realize a hitless wavelength change with an m-fold cavity band-pass filter, the voltage applied to one of the cavities is changed to a voltage having the next target wavelength in step 2, and then step 3 is changed. The voltage applied to all the cavities is set to a wavelength at which the target wavelength is obtained. In this case, it is preferable that, for example, either an even number or an odd number is set as the target voltage in step 2, and the applied voltage to all the cavities is set in step 3 to a voltage at which the target wavelength is obtained. In this way, it is possible to secure the reflection characteristics for all wavelengths in step 2 and achieve hitless with desired wavelength selection characteristics in step 3.

【0051】(実施の形態4)次に本発明の実施の形態
4について図6を用いて説明する。この実施の形態で
は、前述した波長可変バンドパスフィルタモジュールを
用いて波長可変合分波器を実現したものである。本図に
おいて光ファイバ11はλ1 〜λn までの波長多重光が
加えられる光ファイバであって、図示のように2芯キャ
ピラリ12に接続される。2芯キャピラリ12は入射用
の光ファイバ11と出射用の光ファイバ13とを保持す
る円筒状の部材であり、その下端で光ファイバ11,1
3の出射用端面をほぼ中心位置として保持するものであ
る。下端は反射した光がそのまま入射側に戻らないよう
に中心軸から少し傾けて切断されている。2芯キャピラ
リ12は2芯キャピラリ12と同一径の円筒形状の屈折
率分布レンズ(Graded IndexLens 、以下GRINレン
ズという) 14に取付けられている。GRINレンズ1
4は周辺から中心軸に向けて屈折率が連続的に高くなる
ように構成されたレンズであり、その長さを選択するこ
とによって光ファイバ11から出射された光を平行光と
することができる。GRINレンズ14の上端部は2芯
キャピラリに接する面がわずかに傾けて加工され、2芯
キャピラリ12と共に一連の円筒形状となっている。そ
してGRINレンズ14の下方には実施の形態2と同一
の3重キャビティ型の波長可変バンドパスフィルタ15
が配置される。この波長可変バンドパスフィルタ15に
は可変電圧源16A,16B,16Cと、その印加電圧
を制御する電圧制御部17が設けられている。そして波
長可変バンドパスフィルタ15を通過した光を受光する
位置に、1芯用のGRINレンズ18が設けられる。こ
のレンズの出射端には出射用の光ファイバ19が設けら
れる。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a variable wavelength multiplexer / demultiplexer is realized by using the variable wavelength bandpass filter module described above. In the figure, an optical fiber 11 is an optical fiber to which wavelength-multiplexed light of λ 1 to λ n is added, and is connected to a two-core capillary 12 as shown in the figure. The two-core capillary 12 is a cylindrical member that holds the optical fiber 11 for incidence and the optical fiber 13 for emission, and the optical fibers 11, 1 at the lower end thereof.
The output end face of No. 3 is held substantially at the center position. The lower end is cut with a slight tilt from the central axis so that the reflected light does not return to the incident side. The two-core capillary 12 is attached to a cylindrical refractive index distribution lens (Graded Index Lens, hereinafter referred to as GRIN lens) 14 having the same diameter as the two-core capillary 12. GRIN lens 1
Reference numeral 4 denotes a lens configured such that the refractive index continuously increases from the periphery toward the central axis, and the light emitted from the optical fiber 11 can be made into parallel light by selecting the length thereof. . The upper end of the GRIN lens 14 is processed such that the surface in contact with the two-core capillary is slightly inclined, and has a series of cylindrical shapes together with the two-core capillary 12. Below the GRIN lens 14, the same triple cavity type wavelength tunable bandpass filter 15 as in the second embodiment is used.
Are placed. The wavelength tunable bandpass filter 15 is provided with variable voltage sources 16A, 16B, 16C and a voltage controller 17 for controlling the applied voltage. A GRIN lens 18 for one core is provided at a position where the light that has passed through the wavelength tunable bandpass filter 15 is received. An optical fiber 19 for emission is provided at the emission end of this lens.

【0052】又2芯キャピラリ12に取付けられている
光ファイバ13はフィルタ14で反射した光をキャピラ
リ21に導くものである。キャピラリ21にはキャピラ
リ12と同様に光ファイバ13及び22がその中心から
対称な位置に取付けられており、キャピラリ21と同軸
に2芯用のGRINレンズ23が設けられる。キャピラ
リ21,GRINレンズ23は夫々前述したキャピラリ
12、GRINレンズ14と同一である。そしてGRI
Nレンズ23の出射端には波長可変型のバンドパスフィ
ルタ24が設けられる。このバンドパスフィルタ24も
バンドパスフィルタ15と同じく3重キャビティ型のフ
ィルタとし、同一の可変電圧源16A,16B,16C
によって同時に駆動されるものとする。そしてバンドパ
スフィルタ24の出射端側には、1芯用のGRINレン
ズ25が設けられ、光ファイバ26が接続されている。
ここで1芯用のGRINレンズ25は光ファイバ13か
らGRINレンズ23を介して波長可変バンドパスフィ
ルタ24に加わり、反射した光と同一の光軸で光を出射
するように配置されているものとする。
The optical fiber 13 attached to the two-core capillary 12 guides the light reflected by the filter 14 to the capillary 21. Similar to the capillary 12, the optical fibers 13 and 22 are attached to the capillary 21 at symmetrical positions from the center thereof, and a GRIN lens 23 for two cores is provided coaxially with the capillary 21. The capillary 21 and GRIN lens 23 are the same as the above-described capillary 12 and GRIN lens 14, respectively. And GRI
A wavelength-tunable bandpass filter 24 is provided at the emission end of the N lens 23. The bandpass filter 24 is also a triple cavity type filter like the bandpass filter 15, and the same variable voltage sources 16A, 16B and 16C are used.
Shall be driven simultaneously by. A GRIN lens 25 for one core is provided on the emission end side of the bandpass filter 24, and an optical fiber 26 is connected thereto.
Here, the one-core GRIN lens 25 is arranged so as to join the wavelength tunable bandpass filter 24 from the optical fiber 13 through the GRIN lens 23 and emit light on the same optical axis as the reflected light. To do.

【0053】ここで光ファイバ11、キャビティ12、
2芯用GRINレンズ14は、波長多重光を波長可変バ
ンドパスフィルタモジュールに入射する第1の入射部を
構成しており、1芯用GRINレンズ18と光ファイバ
19はこのバンドパスフィルタ15を通過した光を出射
する第1の出射部を構成している。又1芯用GRINレ
ンズ25と光ファイバ26はアド用の光を波長可変合分
波器に加える第2の入射部を構成している。更に2芯用
GRINレンズ23とキャピラリ21、光ファイバ22
は重畳された波長多重光を出力する第2の出射部を構成
している。
Here, the optical fiber 11, the cavity 12,
The 2-core GRIN lens 14 constitutes a first incidence part for making wavelength-multiplexed light incident on the variable wavelength bandpass filter module, and the 1-core GRIN lens 18 and the optical fiber 19 pass through this bandpass filter 15. A first emitting unit that emits the emitted light is configured. Further, the GRIN lens 25 for one core and the optical fiber 26 constitute a second incident section for adding the add light to the variable wavelength multiplexer / demultiplexer. Further, a 2-core GRIN lens 23, a capillary 21, an optical fiber 22
Constitutes a second emitting section for outputting the multiplexed wavelength multiplexed light.

【0054】次にこの実施の形態による波長可変合分波
器の動作について説明する。まず、入射用の光ファイバ
11にはλ1 〜λn までの波長多重光が加えられてい
る。この波長多重光からある波長λi の成分のみを抽出
(ドロップ)させると共に、λ i を除く波長多重光に波
長λi の別の光信号を加える(アド)場合について考え
る。この場合には、まず電圧制御部17より可変電圧源
16A〜16Cを介して波長多重光のうち波長可変バン
ドパスフィルタ15,24の選択波長をλi とする。こ
うすればλi の光のみが波長可変バンドパスフィルタ1
5を通過し、1芯用GRINレンズ18を介してドロッ
プ用の光ファイバ19に出力されることとなる。λi
外の波長成分の光信号はバンドパスフィルタ15で反射
し、2芯GRINレンズ14,キャピラリ12を介して
光ファイバ13に入射する。この光はキャピラリ21を
介してGRINレンズ23に加わり、平行光とされ、波
長可変バンドパスフィルタ24に加わる。前述したよう
にバンドパスフィルタ24も選択波長がλi に設定され
るため、λi 以外の成分の光は全て反射され、光ファイ
バ22に導かれる。一方波長λi の他の光信号を光ファ
イバ26より入射する。このとき光ファイバ26より導
かれる波長λi の光は、1芯用GRINレンズ25を介
して波長可変バンドパスフィルタ24に加わり、この光
はバンドパスフィルタ24を通過してそのまま光ファイ
バ22に加えられる。従って新たな波長λi の信号を出
射用の光ファイバ22の波長多重光に加えることができ
る。
Next, the wavelength tunable multiplexer / demultiplexer according to this embodiment
The operation of the container will be described. First, the optical fiber for incidence
11 for λ1~ ΛnWDM light is added up to
It A certain wavelength λ from this wavelength multiplexed lightiExtract only the components of
(Drop) and λ iWave to wavelength multiplexed light excluding
Long λiThink about the case of adding (adding) another optical signal of
It In this case, first, the voltage controller 17 controls the variable voltage source.
A wavelength tunable band of the wavelength multiplexed light is transmitted through 16A to 16C.
The selected wavelength of the de-pass filters 15 and 24 is λiAnd This
If it is λiTunable bandpass filter 1
5 through the 1-core GRIN lens 18
It will be output to the optical fiber 19 for the optical fiber. λiSince
The optical signal of the outside wavelength component is reflected by the bandpass filter 15.
Through the 2-core GRIN lens 14 and the capillary 12.
It is incident on the optical fiber 13. This light goes through the capillary 21
It is added to the GRIN lens 23 via the
It joins the long variable bandpass filter 24. As mentioned above
The bandpass filter 24 also has a selected wavelength of λiSet to
Therefore, λiLight of all components except
Guided by Ba 22. On the other hand, the wavelength λiOther optical signals from the optical fiber
It is incident from the iva 26. At this time, it is guided from the optical fiber 26.
Wavelength λiLight is transmitted through the GRIN lens 25 for one core.
And added to the wavelength tunable bandpass filter 24,
Passes through the band-pass filter 24 and the optical fiber
It is added to the ba 22. Therefore, the new wavelength λiSignal of
Can be added to the wavelength division multiplexed light of the optical fiber 22 for irradiation.
It

【0055】そして選択波長をλi からλj に変化させ
る際には、前述した実施の形態2のステップ2に示した
ように、一部のキャビティにのみ波長λj に相当する電
圧を印加する。そうすれば一旦バンドパスフィルタ1
5,24が全波長に対して反射状態となる。次いでステ
ップ3で残りのキャビティにも目的となる波長λj に相
当する電圧を印加し、選択波長をλj に設定する。こう
すれば波長λj の信号をドロップさせ、これと異なる波
長λj の光信号を重畳することができる。
When changing the selected wavelength from λ i to λ j , a voltage corresponding to the wavelength λ j is applied to only some of the cavities, as shown in step 2 of the second embodiment. . Then, once the band pass filter 1
5, 24 are in a reflective state for all wavelengths. Next, in step 3, a voltage corresponding to the target wavelength λ j is applied to the remaining cavities, and the selected wavelength is set to λ j . This was dropped signal wavelength lambda j if, it is possible to superimpose the optical signal in which the different wavelength lambda j.

【0056】尚実施の形態4では、光信号のうち所定の
波長を抽出(ドロップ)させ、これと同一波長を重畳
(アド)する波長可変合分波器について説明している
が、光ファイバ11〜19までの部材を用いて波長可変
分波器として用いることもできる。又光ファイバ13と
キャピラリ21〜光ファイバ26までの材料を用いて波
長多重信号のうち取り除かれたチャンネルの信号を重畳
する波長可変合波器としても実現することもできる。
In the fourth embodiment, a wavelength tunable multiplexer / demultiplexer that extracts (drops) a predetermined wavelength from an optical signal and superimposes (adds) the same wavelength as this is explained. It can also be used as a wavelength tunable demultiplexer by using the members up to 19. It can also be realized as a wavelength tunable multiplexer that superimposes the signal of the removed channel of the wavelength multiplexed signal using the materials of the optical fiber 13 and the capillaries 21 to 26.

【0057】又実施の形態4では、入射用、出射用の光
ファイバやキャピラリ、GRINレンズを用いてバンド
パスフィルタに光を重畳し、反射した光を次段のフィル
タに導くようにしているが、光信号を直接バンドパスフ
ィルタに重畳し、その反射光をそのまま又はミラー等を
介して次のバンドパスフィルタに導くようにしてもよ
い。このように必須でない光学部品を省略しても、波長
可変光合分波器や波長可変分波器、波長可変合波器を実
現することができる。
In the fourth embodiment, light is superposed on the bandpass filter by using the optical fibers for entrance and exit, the capillaries, and the GRIN lens, and the reflected light is guided to the filter of the next stage. Alternatively, the optical signal may be directly superimposed on the bandpass filter, and the reflected light may be guided to the next bandpass filter as it is or via a mirror or the like. As described above, a wavelength tunable optical multiplexer / demultiplexer, a wavelength tunable demultiplexer, and a wavelength tunable multiplexer can be realized without omitting the non-essential optical components.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明による波長可
変バンドパスフィルタモジュールは、電圧の印加によっ
て選択波長を変化させることができる光バンドパスフィ
ルタを用い、波長を切換える際には一旦全てを反射状態
とした後、選択波長に切換えているため、波長多重光に
対して波長を移動させている間にその間を連続して透過
する波長がなくなり、波長の変化に伴う不要な干渉を防
止することができる。又波長可変合分波器、波長可変分
波器、及び波長可変合波器では、このような波長可変バ
ンドパスフィルタを用いて所望の波長の光を加えたり抽
出させる際に波長を連続して変化させることがなく、波
長変化に伴う不要な干渉を防止することができるという
優れた効果が得られる。
As described above, the wavelength tunable bandpass filter module according to the present invention uses the optical bandpass filter capable of changing the selected wavelength by the application of the voltage, and when the wavelength is switched, all the light is reflected once. After changing to the state, the wavelength is switched to the selected wavelength.Therefore, while moving the wavelength for the wavelength division multiplexed light, there are no wavelengths that continuously pass through it, and unnecessary interference due to wavelength change is prevented. You can Further, in the wavelength tunable multiplexer / demultiplexer, the wavelength tunable demultiplexer, and the wavelength tunable multiplexer, wavelengths are continuously added when adding or extracting light of a desired wavelength using such a wavelength tunable bandpass filter. It is possible to obtain an excellent effect that unnecessary interference due to the wavelength change can be prevented without changing the wavelength.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1による2重キャビティ型
波長可変バンドパスフィルタを示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a double cavity type wavelength tunable bandpass filter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態による2重キャビティ型波長可変
バンドパスフィルタの誘電体多層膜の一般的な構成を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a general configuration of a dielectric multilayer film of the double cavity type wavelength tunable bandpass filter according to the present embodiment.

【図3】実施の形態2による波長可変バンドパスフィル
タの波長可変特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing wavelength tunable characteristics of the wavelength tunable bandpass filter according to the second embodiment.

【図4】実施の形態2による波長可変バンドパスフィル
タを用いて波長を変化させる場合の透過率を反射率の変
化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in transmittance and reflectance when wavelengths are changed by using the wavelength tunable bandpass filter according to the second embodiment.

【図5】実施の形態3によるm重キャビティ型波長可変
バンドパスフィルタの誘電体多層膜の一般的な構成を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a general configuration of a dielectric multilayer film of an m-fold cavity type wavelength tunable bandpass filter according to a third embodiment.

【図6】実施の形態4による波長可変合分波器の構成を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a variable wavelength multiplexer / demultiplexer according to a fourth embodiment.

【図7】従来の4チャンネル光アドドロップ装置の構成
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional 4-channel optical add / drop device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 誘電体多層膜 2−1 第1キャビティ 2−2 第2キャビティ 2−m 第mキャビティ 3A,3B 屈折率可変層 4A〜4D 開口 5,6,16A,16B,16C 可変電圧源 11,13,19,22,26 光ファイバ 7,17 電圧制御部 12,21 キャピラリ 14,23 2芯用GRINレンズ 15,24 波長可変バンドパスフィルタ 18,25 1芯用GRINレンズ H 第1の誘電体膜 L 第2の誘電体膜 C 透明導電体薄膜 M 電気光学薄膜 1 substrate 2 Dielectric multilayer film 2-1 First cavity 2-2 Second cavity 2-m m-th cavity 3A, 3B refractive index variable layer 4A-4D opening 5, 6, 16A, 16B, 16C Variable voltage source 11,13,19,22,26 Optical fiber 7,17 Voltage controller 12,21 capillaries 14,23 2-core GRIN lens 15,24 Wavelength tunable bandpass filter 18,25 1-core GRIN lens H first dielectric film L second dielectric film C transparent conductor thin film M Electro-optic thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2001−91911(JP,A) 特開 平10−221662(JP,A) 特開 昭61−88229(JP,A) 光・薄膜技術マニュアル 増補改訂 版,(株)オプトロニクス社,1992年 8月31日,pp.284−289 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/01 - 1/03 JSTPlus(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 2001-91911 (JP, A) JP 10-221662 (JP, A) JP 61-88229 (JP, A) Optical / Thin Film Technical Manual Supplement Revised version, Optronics Co., Ltd., August 31, 1992, pp. 284-289 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/01-1/03 JSTPlus (JOIS)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 波長可変バンドパスフィルタと、 前記波長可変バンドパスフィルタに加える電圧を変化さ
せるm(m≧2)台の可変電圧源と、 前記各可変電圧源の夫々の電圧を制御する電圧制御部
と、を具備し、 前記波長可変バンドパスフィルタは、 透明光学基板と、 前記透明光学基板上に形成された誘電体多層膜と、を有
し、 前記誘電体多層膜は、 m層のキャビティを積層して形成されたものであり、 前記各キャビティは、 互いに異なる屈折率を持ち、交互に積層された第1,第
2の誘電体薄膜、及び前記第1,第2の誘電体薄膜の間
に、電気光学効果により屈折率が変化する電気光学薄膜
を透明導電体薄膜で挟み込んだ屈折率可変層を含むもの
であり、 前記可変電圧源は、 前記各キャビティの透明導電体薄膜を介して前記電気光
学薄膜に夫々電圧を印加することによってその屈折率を
変化させ、各キャビティの選択波長を変化させるもので
あり、 前記電圧制御部は、 前記各可変電圧源の出力電圧を同一の第1の電圧として
選択波長を第1の波長とする状態、前記可変電圧源のう
ちの一部の電圧を第2の電圧とする状態、及び出力電圧
を同一の第2の電圧として選択波長を第2の波長とする
状態を切換えるように制御することを特徴とする波長可
変バンドパスフィルタモジュール。
1. A variable wavelength bandpass filter, m (m ≧ 2) variable voltage sources that change the voltage applied to the variable wavelength bandpass filter, and a voltage that controls the voltage of each variable voltage source. And a dielectric multilayer film formed on the transparent optical substrate, wherein the dielectric multilayer film comprises m layers. The cavities are formed by stacking cavities, each of the cavities having a different refractive index and alternately stacked first and second dielectric thin films, and the first and second dielectric thin films. In between, the electro-optic thin film whose refractive index is changed by the electro-optic effect is sandwiched between transparent conductor thin films, and the variable voltage source includes the transparent conductor thin film of each cavity. The electro-optic The refractive index is changed by applying a voltage to each of the films, and the selected wavelength of each cavity is changed. The voltage control unit sets the output voltage of each variable voltage source to the same first voltage. A state in which the selected wavelength is the first wavelength, a state in which a part of the voltage of the variable voltage source is the second voltage, and an output voltage is the same second voltage, and the selected wavelength is the second wavelength. A wavelength tunable bandpass filter module, which is controlled so as to switch between different states.
【請求項2】 前記第1の誘電体薄膜をH、これより低
い屈折率を持つ前記第2の誘電体薄膜をL、前記透明導
電体薄膜をC、前記電気光学薄膜をMとすると、これら
は使用する光波長において透明な薄膜であり、 前記透明光学基板上に以下の膜構造 基板 / A / 媒質 【数1】 ここで、mは正の整数(2,3,・・・)であり、
1 ,n2 ,・・・,nm は正の整数(1,2,3,・
・・)であり、sm は正の偶数(2,4,6,8,・・
・)であり、km は正の奇数(1,3,5,7,・・
・)であり、α1 ,α2 ,・・・,αm 、β1 ,β2
・・・,βm 、γ1 ,γ2 ,・・・,γm は0〜2の間
の実数である、膜構造を有する請求項1記載の波長可変
バンドパスフィルタモジュール。
2. When the first dielectric thin film is H, the second dielectric thin film having a lower refractive index is L, the transparent conductive thin film is C, and the electro-optic thin film is M, these Is a thin film that is transparent at the light wavelength used, and the following film structure substrate / A / medium Here, m is a positive integer (2, 3, ...),
n 1 , n 2 , ..., N m are positive integers (1, 2, 3, ...
...), and, s m is a positive even number (2, 4, 6, 8, ...
.), And k m is a positive odd number (1, 3, 5, 7, ...
・), Α 1 , α 2 , ..., α m , β 1 , β 2 ,
···, β m, γ 1, γ 2, ···, the gamma m is a real number between 0-2, tunable bandpass filter module according to claim 1 having a membrane structure.
【請求項3】 前記第1の誘電体薄膜は、Ta2 5
Nb2 5 のいずれかであり、 前記第2の誘電体薄膜は、SiO2 である請求項1又は
2記載の波長可変バンドパスフィルタモジュール。
3. The first dielectric thin film is Ta 2 O 5 ,
The wavelength tunable bandpass filter module according to claim 1, wherein the second dielectric thin film is Nb 2 O 5 , and the second dielectric thin film is SiO 2 .
【請求項4】 前記透明導電体薄膜は、Cd2 Sn
4 、ZnO、(Ga、N):ZnOのいずれか1つの
構成物質を用いたものであり、 (Ga、N):ZnOは、ZnOにGa原子とN原子を
不純物として、それぞれ0.01%から10%の間で添
加した物質である請求項1又は2記載の波長可変バンド
パスフィルタモジュール。
4. The transparent conductor thin film is Cd 2 Sn
One of O 4 , ZnO, and (Ga, N): ZnO is used as the constituent material, and (Ga, N): ZnO has a Ga atom and an N atom of ZnO as impurities of 0.01 and respectively. 3. The wavelength tunable bandpass filter module according to claim 1, which is a substance added in the range of 10% to 10%.
【請求項5】 前記電気光学薄膜は、BaTiO3 、K
TN(KTaX Nb 1-X 3 (X=0.1〜0.
9))、LiNbO3 、 【化1】 のいずれか1つの物質を用いた請求項1又は2記載の波
長可変バンドパスフィルタモジュール。
5. The electro-optic thin film is BaTiO 3.3, K
TN (KTaXNb 1-XO3(X = 0.1 to 0.
9)), LiNbO3, [Chemical 1] The wave according to claim 1 or 2 using any one of the substances
Long variable bandpass filter module.
【請求項6】 波長多重光が加えられ、そのうちの一部
の波長の光を抽出する波長可変分波器であって、 請求項1〜5のいずれか1項記載の波長可変バンドパス
フィルタモジュールと、 前記波長多重光を前記波長可変バンドパスフィルタモジ
ュールに入射する入射部と、 前記波長可変バンドパスフィルタモジュールを透過した
光を出射する出射部と、を具備し、 選択波長に応じて前記電圧制御部より異なった電圧を印
加するようにしたことを特徴とする波長可変分波器。
6. A wavelength tunable bandpass filter module according to claim 1, wherein the wavelength tunable demultiplexer is a wavelength tunable demultiplexer to which wavelength-multiplexed light is added and light of a part of the wavelengths is extracted. An input unit that inputs the wavelength-multiplexed light into the wavelength tunable bandpass filter module, and an output unit that outputs the light that has passed through the wavelength tunable bandpass filter module, and the voltage according to the selected wavelength. A variable wavelength demultiplexer characterized in that different voltages are applied from a control unit.
【請求項7】 波長多重光に対して前記波長多重光の波
長に含まれない所望の波長の光を加える波長可変合波器
であって、 請求項1〜5のいずれか1項記載の波長可変バンドパス
フィルタモジュールと、 前記波長多重光を前記波長可変バンドパスフィルタモジ
ュールに入射する第1の入射部と、 前記第1の入射部から入射された波長多重光が前記波長
可変バンドパスフィルタモジュールにより反射される反
射光の光軸に沿って、前記波長多重光に含まれない波長
の光を前記波長可変バンドパスフィルタに入射する第2
の入射部と、 前記第2の入射部より入射され、前記波長可変バンドパ
スフィルタモジュールを透過した光と、前記第1の入射
部より入射され、前記波長可変バンドパスフィルタモジ
ュールで反射した光を重畳させて出射する出射部と、を
具備することを特徴とする波長可変合波器。
7. A wavelength tunable multiplexer that adds light of a desired wavelength not included in the wavelength of the wavelength multiplexed light to the wavelength multiplexed light, the wavelength of any one of claims 1 to 5. A tunable bandpass filter module; a first incidence unit that makes the wavelength-multiplexed light incident on the wavelength tunable bandpass filter module; and a wavelength-multiplexed light that is incident from the first incidence unit. A light having a wavelength not included in the wavelength multiplexed light is incident on the wavelength tunable bandpass filter along the optical axis of the reflected light reflected by
Of the incident light, the light incident from the second incident portion and transmitted through the variable wavelength bandpass filter module, and the light incident from the first incident portion and reflected by the variable wavelength bandpass filter module. A variable wavelength multiplexer comprising: an emission unit that emits light in a superposed manner.
【請求項8】 波長多重光が加えられ、そのうちの一部
の波長の光を抽出すると共に、抽出した波長を持つ他の
光信号を加える波長可変合分波器であって、請求項1〜
5のいずれか1項記載の波長可変バンドパスフィルタモ
ジュールと、 前記波長多重光を前記波長可変バンドパスフィルタモジ
ュールに入射する第1の入射部と、 前記波長可変バンドパスフィルタモジュールを透過した
光を出射する第1の出射部と、 前記第1の入射部から入射された波長多重光が前記波長
可変バンドパスフィルタモジュールにより反射される反
射光の光軸に沿って、前記波長多重光に含まれない波長
の光を前記波長可変バンドパスフィルタに入射する第2
の入射部と、 前記第2の入射部より入射され、前記波長可変バンドパ
スフィルタモジュールを透過した光と、前記第1の入射
部より入射され、前記波長可変バンドパスフィルタモジ
ュールで反射した光を重畳させて出射する第2の出射部
と、を具備する波長可変合分波器。
8. A wavelength tunable multiplexer / demultiplexer to which wavelength-multiplexed light is added, and light of a part of wavelengths thereof is extracted and another optical signal having the extracted wavelength is added.
5. The wavelength tunable bandpass filter module according to any one of 5, A first incident unit that makes the wavelength-multiplexed light enter the wavelength tunable bandpass filter module, and a light that has passed through the wavelength tunable bandpass filter module. A first emitting portion that emits light, and wavelength-multiplexed light that is incident from the first incident portion is included in the wavelength-multiplexed light along an optical axis of reflected light that is reflected by the wavelength tunable bandpass filter module. A second wavelength of variable wavelength band-pass filter is incident on the second wavelength
Of the incident light, the light incident from the second incident portion and transmitted through the variable wavelength bandpass filter module, and the light incident from the first incident portion and reflected by the variable wavelength bandpass filter module. A wavelength tunable multiplexer / demultiplexer comprising: a second emitting portion that emits in a superposed manner.
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