JP3537778B2 - 光波長同調方法およびファブリーペロー型光共振器 - Google Patents

光波長同調方法およびファブリーペロー型光共振器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光波長分析や光ファ
イバによる波長分割多重通信に用いる光波長同調方法お
よびファブリーペロー型光共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年情報量の増大と共に高速で多量の信
号伝送の可能な光ファイバが導線に代って広く用いられ
るようになった。すなわち、図９に例示するように、送
信側と受信側の合波器１０１と分波器１０２間を光ファ
イバ１０３で結び、電気信号Ｓ1 ，Ｓ2 ，…Ｓnを電光
変換素子１０４で光の波長λ1 ，λ2 ，…λnの光信号
Ｐ1 ，Ｐ2 ，…Ｐn に変換し、これらの異なった波長の
光信号を一緒にして光ファイバ１０３を経て受信側の分
波器１０２に入力し、光の波長λ1 ，λ2 ，…λnの光
信号Ｐ1 ，Ｐ2 ，…Ｐn に分波し、光電変換素子１０５
で電気信号Ｓ1 ，Ｓ2 ，…Ｓnに変換し、送信側から送
った電気信号と同じ信号を得るものである。この場合一
般的には光ファイバ１０３中での光信号の減衰が少ない
１．３〜１．５μｍの波長の光が用いられる。そしてこ
の範囲で波長の少しずつ異なる多数の光信号Ｐ1 ，
Ｐ2 ，…Ｐn を１本の光ファイバ１０３の中に同時に伝
送し、受信側でそれぞれの波長の光信号を選択して取り
出しており、これが光波長分割多重技術（ＷＤＭ：Ｗａ
ｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌ
ｅｘｉｎｇ）である。
【０００３】現在は少しずつ異なる光の波長λ1 ，
λ2 ，…λnの光信号Ｐ1 ，Ｐ2 ，…Ｐnを作るには半導
体レーザが、また、それぞれの光の波長λ1 ，λ2 ，…
λnに応じた多数個の光フィルタを必要とし、モータを
用いて光フィルタの切換えを行っているために、光波長
同調装置（光共振器）は大きく（例えば米国ＯＣＬＩ社
製は、１０ｃｍ×５ｃｍ×２ｃｍ、日本サンテック社製
は、４ｃｍ×２ｃｍ×０．８ｃｍ）、また、その動作に
時間を要し、かつ非常に高価であった。
【０００４】また、小型、安価な同調可能なファブリー
ペロー型光共振器を実現するために、最近、液晶を用い
たファブリーペロー型光共振器が研究されているが、同
調範囲で３０ｎｍ位で極めて狭いために実用になってい
ない（Ｋｒｉｓｈｎａ Ｍ．Ｓｉｖａｌｉｎｇａｍ ａ
ｎｄ Ｓｕｒｅｓｈ Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｍ編、”Ｏ
ｐｔｉｃａｌ ＷＤＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｐｒｉｎｃ
ｉｐｌｅｓ ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅ”、Ｋｌｕｗｅｒ
Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ２０００
刊、Ｐ．４１、Ｔａｂｌｅ ２．２参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の技術が個々の多数の光フィルタを用い、モータにより
切換えて所要の波長の選択をしているために、装置の大
形化と高価格化を避けることができなかった。
【０００６】本発明の目的は、印加する電圧によりファ
ブリーペロー型光共振部の対向する反射板間の距離を制
御して同調波長を変化させると共に、ファブリーペロー
型光共振部の対向する反射板間に挿入した液晶の屈折率
を制御して同調波長を変化させることにより所要の波長
の光信号が得られる小型に構成可能で、かつ安価な光波
長同調方法およびファブリーペロー型光共振器を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光波長同
調方法およびファブリーペロー型光共振器は、ファブリ
ーペロー型光共振部の対向する反射板間に電界印加によ
り屈折率の変化する液晶を挿入しておきファブリーペロ
ー型光共振部の反射板間の距離の変化と液晶の屈折率の
変化の両方を利用した点に特徴があり、動作電圧も数ボ
ルトでよく、かつファブリーペロー型光共振部の距離の
変化による同調作用と液晶の同調作用とが相乗的に作用
して著しく優れた同調作用が得られるものである。
【０００８】すなわち、本発明にかかる第１の発明は、
対向する反射板間の距離を可変できる距離可変手段を備
えたファブリーペロー型光共振部の中に、電界印加手段
から印加される電界の大きさに応じて屈折率が変化する
液晶を挿入しておき、前記ファブリーペロー型光共振部
の反射板間の距離の大きさを前記距離可変手段により制
御するとともに前記電界印加手段により印加する電界の
大きさを制御して前記液晶の屈折率を制御することによ
り多重伝送路から入力される多重光信号中の所要の波長
の光信号に前記ファブリーペロー型光共振部を同調させ
て特定の光出力を保つようにした光波長同調方法であ
る。
【０００９】第２の発明は、対向する反射板間の距離が
変化するファブリーペロー型光共振部と、前記対向する
反射板間の距離を変化させる距離可変手段と、前記対向
する反射板間中に挿入され印加される電界の大きさに応
じて屈折率が変化する液晶と、この液晶に印加する電界
の大きさを変化しうる電界印加手段とを備えたファブリ
ーペロー型光共振器である。
【００１０】第３の発明は、距離可変手段は、それぞれ
反射板を支持した対向する２枚の透明基板のうち、一方
の透明基板の複数個所に設けたねじ孔にそれぞれ螺合す
るねじ棒を備え、これらのねじ棒の回転により前記２枚
の透明基板間の距離を変化させる構成としたものであ
る。
【００１１】第４の発明は、距離可変手段は、それぞれ
反射板を支持した対向する２枚の透明基板間を圧電素子
で結び、この圧電素子に電圧を印加して伸縮させ、前記
透明基板間を変化させる構成としたものである。
【００１２】第５の発明は、距離可変手段は、それぞれ
反射板を支持した対向する２枚の透明基板間に、これら
の透明基板を弾支する弾性部材と、この弾性部材の弾力
に抗して印加される電圧に応じて前記２枚の透明基板間
の距離を変化させる前記各透明基板に対向して設けた静
電吸引板で構成したものである。
【００１３】第６の発明は、静電吸引板は、液晶に加え
る電界印加手段を兼用したものである。第７の発明は、
透明基板を弾支する弾性部材として、フレキシブルなス
ペーサを用いたファブリーペロー型光共振器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明にかかるファブリー
ペロー型光共振器の一実施形態を示す要部を断面とした
図である。図１において、１はファブリーペロー型光共
振部（以下、単に光共振部という）で、対向する２枚の
透明基板２Ａ，２Ｂに導電性の反射板３Ａ，３Ｂが支持
されて構成されている。なお、これらの反射板３Ａ，３
Ｂは蒸着により膜状に形成してもよい。また、透明電極
と誘電体反射膜を積層してもよい。要するに反射板３
Ａ，３Ｂは光に対して透明であって、かつ光共振部１を
構成できる反射板であればよい。反射板３Ａ，３Ｂには
給電用の端子４Ａ，４Ｂが設けられている。５Ａ，５Ｂ
はねじ棒で、下端は平面に構成されて透明基板２Ｂの内
面に当接している。ねじ棒５Ａ，５Ｂは矩形の透明基板
２Ａ，２Ｂの対向する２辺の中央部分に設ける。必要に
応じて残りの対応する２辺の中央部分にも設けるものと
する。
【００１５】透明基板２Ａにはねじ孔６Ａ，６Ｂが形成
されており、これらのねじ孔６Ａ，６Ｂにねじ棒５Ａ，
５Ｂがそれぞれ螺合している。ねじ棒５Ａ，５Ｂの頭部
には歯車７Ａ，７Ｂが固定され、それぞれ駆動源となる
図示しない歯車と噛合っている。８Ａ，８Ｂはコイルば
ねで、透明基板２Ａ，２Ｂを吸引する方向または反撥す
る方向に作動し、ねじ棒５Ａ，５Ｂとねじ孔６Ａ，６Ｂ
との螺合のガタ、いわゆるバックラッシュを防ぐ。コイ
ルばね８Ａ，８Ｂはガタを無視できれば不要である。９
は液晶で、電界が印加されると、その電界の大きさに応
じて屈折率が変化するもので、例えば、ホモジニアスに
配向したネマチック液晶、カイラルスメクチック液晶等
を用いうる。１０は波長多重伝送路で、光ファイバ１
１、１２からなり、この光ファイバ１１から図９の従来
例の光ファイバ１０３のように複数の波長の光信号を光
共振部１に入力させる。光ファイバ１２は出力用のもの
である。
【００１６】次に動作について説明する。駆動源の歯車
（図示せず）を回すとこれに噛合った歯車７Ａ，７Ｂが
回転し、これによりねじ棒５Ａ，５Ｂも連動して回る。
したがってねじ孔６Ａ，６Ｂがねじ棒５Ａ，５Ｂに螺合
している透明基板２Ａは下降あるいは上昇し、反射板３
Ａと３Ｂ間の距離ｄを所定値に設定する。一方、端子４
Ａと４Ｂの間に所定の電圧を印加し、液晶９の屈折率ｎ
が所定値になるようにする。そして光ファイバ１１から
光信号を入力する。この状態のとき、光共振部１の共振
条件は、空気中の光の波長をλとすれば、液晶９中の光
の波長はλ／ｎでありｄがこの半分の整数倍のとき定在
波が立って共振するから、ｍを整数として
【００１７】
【数１】ｍ・λ／２ｎ＝ｄ λ＝２ｎ・ｄ／ｍ ‥‥（１） で表される。ここではｍを一定と考える。
【００１８】このように、図１の実施形態では、距離可
変手段としてねじ棒５Ａ，５Ｂを用い、これを機械的に
回動することにより透明基板２Ａ，２Ｂの間の間隔つま
り反射板３Ａ，３Ｂ間の間隔ｄを変えるとともに、さら
に液晶９に電界を印加して液晶９の屈折率ｎを変えるの
で、同調する光の波長のλの変化は更に大きくなり、わ
ずかの電圧で大きな同調波長の変化を得ることができ
る。
【００１９】図２は本発明の他の実施形態を示すもの
で、距離可変手段として圧電素子を用いたものである。
図２において、１３Ａ，１３Ｂは圧電素子で、それぞれ
通電用の端子１４Ａ，１４Ｂを備えている。他は図１の
実施形態と同じである。この状態で圧電素子１３Ａ，１
３Ｂに所定の電圧を印加すると、圧電素子１３Ａ，１３
Ｂは伸長または短縮する。つまり、両反射板３Ａ，３Ｂ
間の距離ｄが変化する。一方、端子１４Ａ，１４Ｂに印
加する電圧により生ずる電界内に液晶９が存在するため
その屈折率ｎが変化し、したがって図１の実施形態と同
様に大きな同調波長の変化を得ることができる。
【００２０】図３は、本発明のさらに他の実施形態を示
すもので、距離可変手段として静電アクチュエータを用
いたものである。図３において、１５Ａと１５Ｂ，１６
Ａと１６Ｂはそれぞれ対向する電極で静電アクチュエー
タを構成しており、１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂは
端子、その他は図１と同じである。さて、端子１７Ａと
１７Ｂ間、および１８Ａと１８Ｂ間に所定の電圧Ｖを印
加すると、電極１５Ａと１５Ｂ，１６Ａと１６Ｂ間には
Ｖ／ｄの電界が作用し、単位面積あたり
【００２１】
【数２】 の静電力が働く（空気の誘電率をε0 とする）。つまり
反射板３Ａと３Ｂの間隔ｄが変化する。したがって、図
１の実施形態と同様に大きな同調波長の変化を得ること
ができる。
【００２２】図４は、本発明のさらに他の実施形態を示
すもので、図３の実施形態において反射板３Ａ，３Ｂを
液晶９の電圧印加手段として用いるのみならず、距離可
変手段の静電アクチュエータとして兼用させたものであ
る。すなわち、図４において、反射板３Ａ，３Ｂの間に
液晶９が配設されるとともに、この反射板３Ａ，３Ｂを
静電吸引用電極としても用いるものである。
【００２３】さて、反射板３Ａ，３Ｂは導電性であるか
ら、これは、また電極でもある。端子４Ａ，４Ｂ間に電
圧Ｖを加えれば、反射板３Ａ，３Ｂの間にはＶ／ｄの電
界が作用し、その結果、液晶９の誘電率をεとすれば、
単位面積あたりに、
【００２４】
【数３】 の静電力が働く。これにより、距離ｄが減少し、液晶９
の屈折率ｎが減少するので、同調する光の波長λの変化
が大きくなり、わずかの電圧で大きな同調波長の変化を
簡便な構成で得ることができる。
【００２５】図５は、透明基板２Ａの移動により圧迫さ
れ液晶９のあふれ吸収部２０を形成した実施形態を示す
ものである。すなわち、図５（ａ）のように透明基板２
Ｂ側に凸部１９を形成し、その周辺をあふれ吸収部２０
としたものである。間隔ｄが縮んでも図５（ｂ）のよう
にあふれた液晶９が吸収される。この構成は図１〜図４
の各実施形態にも実施できる。
【００２６】図６は、透明基板２Ａと透明基板２Ｂとの
間にフレキシブルなスペーサとして、中空のスペーサ８
１Ａ，８１Ｂを挿入した実施形態を示す図である。電圧
印加端子４Ａ，４Ｂ間に電圧を印加しない場合は図６
（ａ）のように中空のスペーサ８１Ａ，８１Ｂは球状又
は円筒状を示して透明基板２Ａと透明基板２Ｂとの間の
距離を一定に保っているが、端子４Ａ，４Ｂ間に電圧を
印加すると図６（ｂ）のように電極を兼ねた反射板３
Ａ，３Ｂ間に静電力が作用して、スペーサ８１Ａ，８１
Ｂは押しつぶされて歪み反射板３Ａと反射板３Ｂとの間
の距離ｄが減少し、液晶９の屈折率ｎの減少と相まっ
て、同調する光の波長λの大きな変化が得られる。
【００２７】図７は、図３の実施形態において弾性部材
としてフレキシブルなスペーサ８１Ａ，８１Ｂを用いた
実施形態を示す図である。静電力により反射板３Ａ，３
Ｂの間の距離ｄを制御するための電極１５Ａ，１５Ｂ及
び電極１６Ａ，１６Ｂは、液晶９に電界を印加するため
の電極である反射板３Ａ，３Ｂより分離して周辺部に設
けてある。
【００２８】距離ｄ制御用の端子１７Ａ，１７Ｂ及び端
子１８Ａ，１８Ｂ間に印加する電圧により距離ｄを大き
く制御して同調波長の大きな変化を得て、その上で液晶
９に電界を印加する端子４Ａ，４Ｂ間に加える電圧によ
り液晶９の屈折率ｎを変化させて同調波長の微細な制御
を行うことができ、広い波長範囲にわたって微細な分解
能をもって同調波長の制御を可能とする。
【００２９】図８は、透明基板として、Ｓｉを用いた場
合の実施形態を示すものである。２１Ａ，２１ＢはＳｉ
の透明基板である。Ｓｉは長波長の光に対しては透明で
ある。図８は、マイクロマシンの技術を用いて作成した
もので、２２Ａ，２２Ｂは反射導電層、２３Ａ，２３Ｂ
はフレキシブル機構である。フレキシブル機構２３Ａ，
２３Ｂはマイクロマシン技術で作成したコルゲーション
を用いている。
【００３０】その製法は、文献ＩＥＥＥの刊行物ｐｐ．
１４０−１４４、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈ
ｅ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ
Ａｃｔｕａｔｏｒｓ（Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）、１９９
０、ＩＥＥＥ、ＣＨ２７８３−７１９０／００００−０
１４０，”Ａ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｆａｒｂｙ−Ｐｅ
ｒｏｔ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ
ＣｏｒｒｕｇａｔｅｄＳｉｌｉｃｏｎ Ｄｉａｐｈｒ
ａｍ Ｓｕｐｐｏｒｔ”ｂｙ Ｊ．Ｈ．Ｊｅｒｍａｎ，
Ｄ．Ｊ Ｃｌｉｆｔ ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｍｏｌｌｉｓｏ
ｎに述べられている製法と同一である。
【００３１】なお、上記した各実施形態の距離可変手段
として機械式、圧電式、静電式、を用いたが、コイル同
士の電磁力を用いた電磁式でもよい。また、図１〜図８
の実施形態はいずれも本発明にかかる光波長同調方法の
実施にも用いうるものであることは各図の動作説明から
明らかなところであるので、光波長同調方法の実施形態
を別個に述べることはしない。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、共振条件として反射板間の距
離の変化と屈折率の変化とを利用するので、同調すべき
光波長の変化が大きくなり大きな同調波長の変化を得る
ことができるとともに、高い分解能を得ることができ
る。また、反射板を、距離可変手段に兼用させたもの
は、構成が簡易となり全体を小型に形成できる利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるファブリーペロー型光共振器の
一実施形態を示すもので、要部を断面とした図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すもので、要部を断
面とした図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態を示すもので、要
部を断面とした図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態を示すもので、要
部を断面とした図である。
【図５】液晶のあふれ吸収部を説明する要部の断面図で
ある。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を示すもので、要
部を断面とした図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態を示すもので、要
部を断面とした図である。
【図８】透明基板としてＳｉを用いた本発明の実施形態
を示す要部の断面図である。
【図９】光波長分割多重技術の説明図である。
【符号の説明】
１ ファブリーペロー型光共振部（光共振部） ２Ａ，２Ｂ 透明基板 ３Ａ，３Ｂ 反射板 ４Ａ，４Ｂ 端子 ５Ａ，５Ｂ ねじ棒 ６Ａ，６Ｂ ねじ孔 ７Ａ，７Ｂ 歯車 ８Ａ，８Ｂ コイルばね ９ 液晶 １０ 多重伝送路 １１，１２ 光ファイバ １３Ａ，１３Ｂ 圧電素子 １４Ａ，１４Ｂ 端子 １５Ａ，１５Ｂ 電極 １６Ａ，１６Ｂ 電極 １７Ａ，１７Ｂ 端子 １８Ａ，１８Ｂ 端子 １９ 凸部 ２０ あふれ吸収部 ２１Ａ，２１Ｂ 透明基板 ２２Ａ，２２Ｂ 反射導電層 ２３Ａ，２３Ｂ フレキシブル機構 ８１Ａ，８１Ｂ スペーサ

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対向する反射板間の距離を可変できる距
    離可変手段を備えたファブリーペロー型光共振部の中
    に、電界印加手段から印加される電界の大きさに応じて
    屈折率が変化する液晶を挿入しておき、前記ファブリー
    ペロー型光共振部の反射板間の距離の大きさを前記距離
    可変手段により制御するとともに前記電界印加手段によ
    り印加する電界の大きさを制御して前記液晶の屈折率を
    制御することにより光信号中の特定の波長の光信号に前
    記ファブリーペロー型光共振部を同調させて所要の光出
    力を得ることを特徴とする光波長同調方法。
  2. 【請求項２】 対向する反射板間の距離に応じて同調す
    る光信号の波長が変化するファブリーペロー型光共振部
    と、前記対向する反射板間の距離を変化させる距離可変
    手段と、前記対向する反射板間中に挿入され印加される
    電界の大きさに応じて屈折率が変化する液晶と、この液
    晶に印加する電界の大きさを変化しうる電界印加手段と
    を備えたことを特徴とするファブリーペロー型光共振
    器。
  3. 【請求項３】 距離可変手段は、それぞれ反射板を支持
    した対向する２枚の透明基板のうち、一方の透明基板の
    複数個所に設けたねじ孔にそれぞれ螺合するねじ棒を備
    え、これらのねじ棒の回転により前記２枚の透明基板間
    の距離を変化させる構成としたことを特徴とする請求項
    ２記載のファブリーペロー型光共振器。
  4. 【請求項４】 距離可変手段は、それぞれ反射板を支持
    した対向する２枚の透明基板間を圧電素子で結び、この
    圧電素子に電圧を印加して伸縮させ、前記透明基板間の
    距離を変化させる構成としたことを特徴とする請求項２
    記載のファブリーペロー型光共振器。
  5. 【請求項５】 距離可変手段は、それぞれ反射板を支持
    した対向する２枚の透明基板間にこれらの透明基板を弾
    支する弾性部材と、この弾性部材の弾力に抗して印加さ
    れる電圧に応じて前記２枚の透明基板間の距離を変化さ
    せるため前記各透明基板に対向して設けた静電吸引板で
    構成したことを特徴とする請求項２記載のファブリーペ
    ロー型光共振器。
  6. 【請求項６】 静電吸引板は、液晶に加える電界印加手
    段を兼用したことを特徴とする請求項５記載のファブリ
    ーペロー型光共振器。
  7. 【請求項７】 透明基板を弾支する弾性部材は、フレキ
    シブルなスペーサであることを特徴とする請求項５記載
    のファブリーペロー型光共振器。
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