JP3908037B2 - 波長周期フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光フィルタに係り、特には、波長透過特性が周期性を持つ波長周期フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在主流の光通信方式である波長多重（ＷＤＭ）伝送では、部分的に、ある波長信号を自由に取捨選択する機能、すなわち光合分波器が重要な役割を持つ。ＷＤＭ伝送で用いられる光増幅器の増幅帯域などには制限があるため、使用可能波長帯域でできるだけ多くの伝送信号を伝送及び信号処理することが求められる。このとき、波長数と信号波長間隔は反比例するため、各チャネルの有効波長帯域が限りなく狭められる。従って、各チャネルの透過特性はレーザの揺らぎ、温度変化などによる影響を最小限に抑えるために、通過帯域の最適化を行わなければならない。
【０００３】
例えば、１００ＧＨｚ周波数スペーシングと言った間隔の信号を２００ＧＨｚ間隔、更には、４００ＧＨｚ間隔の信号への変換器として周期フィルタが用いられている。現在、研究開発されている周期フィルタとしては、米国ＡＶＡＮＥＸ社のＢＩＣＳ（ＵＳＰ Ｎｏ．６，１３０，９７１）、米国ＷａｖｅＳｐｌｉｔｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（ＵＳＰ Ｎｏ．６，１６０，９３２）のＷａｖｅＸｐａｎｄｅｒ、米国ＣｈｏｒｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＳｌｉｃｅｒ、米国ＪＤＳ−Ｕｎｉｐｈｅｓｅ社のＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ、と郵政省／通信総合研究所のＭＧＴＩ（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ−Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）といったモジュールがある。これらモジュールは、最適化帯域とロスがトレードオフの関係にあるため、システムの設計に制限が加わる。
【０００４】
しかし、その中でも原理的に挿入損失が少なく最適化帯域が比較的広いものはＡＶＡＮＥＸ社のＢＩＣＳと、郵政省のダブルＧＴＲ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＧＴＩとＢＩＣＳは、ともにＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計とＧＴＩ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ、あるいは、ＧＴＲ）を組み合わせた構成である。このような構成では、位相特性が最適化帯域を持つことから、本質的に透過特性が最適化された帯域を持つことが最大の特徴である。前者は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計のアームの先にＧＴＲを付ける構成をとるが、ＧＴＲを片側のアームだけに付けるものと両アームに付けるものとがある。
【０００６】
図８は、ＧＴＲをＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計の両アームを付けた構成の周期フィルタの構成を示す図である。
両アームにＧＴＲを付けた構成（これをダブルＧＴＲと呼ぶ）では、各ＧＴＲの反射率を変えることで、一つ付けた場合（最適化帯域は約０．４ｎｍ）に比べ、最適化帯域を約１．６倍（０．６４ｎｍ）に拡大できる長所を持つ。ところが、この干渉計はアーム長が異なり、ＧＴＲのギャップ長だけでなく、光路長差もパラメータに含む設計になっているため、数μｍの精度でアーム長を制御しなければならない難点がある。
【０００７】
このＧＴＲは、半透過ミラーＭａと３λ／４板と全反射ミラーで構成されている。半透過ミラーＭａと全反射ミラーは通常のエタロンを構成する干渉フィルタと同じであり、反射面には偏光依存性はない。
【０００８】
図９は、ＢＩＣＳの構成を示す図である。
一方、ＢＩＣＳは光路長差のない設計になっているため、ＧＴＲのギャップ長だけを正確に制御すれば良く、扱いやすい。
【０００９】
図１０、図１１は、ダブルＧＴＲの透過特性シミュレーション結果を示す図である。
図１０に示されるように、異なるＧＴＲ反射率（８％、５７．２％）を持つときの各周波数（チャネル）における透過特性を実線で示してあり、透過特性の傾きを点線で示し、それぞれ、中心波長が１５６１．４２ｎｍ（図１０（ａ））、１５５３．２９ｎｍ（図１０（ｂ））、１５４５．３２３ｎｍ（図１０（ｃ））、１５３７．６１ｎｍ（図１０（ｄ））、１５２９．５５ｎｍ（図１０（ｅ））の場合の透過特性を示している。いずれの場合も、最適化帯域は約０．６４ｎｍとなっている。また、図１１には、所定の周波数範囲に対する周期的な透過特性（実線）を示している。この場合、アイソレーションは約３０ｄＢ以上となっている。
【００１０】
図１２、図１３は、ＢＩＣＳの透過特性のシミュレーション結果を示す図である。
図１２（ａ）では、中心波長が１５６１．４２ｎｍ、図１２（ｂ）では、１５５３．３２９ｎｍ、図１２（ｃ）では、１５４５．３２３ｎｍ、図１２（ｄ）では、１５３７．３９８ｎｍ、図１２（ｅ）では、１５２９．５５ｎｍであって、ＧＴＲ反射率が１７．５％のときの各周波数におけるＢＩＣＳ透過特性図である。実線は透過特性、点線は透過特性の傾きを示している。ここでの最適化帯域は約０．１６ｎｍとなっている。
【００１１】
図１３は、所定の帯域についてのＢＩＣＳの周期透過特性を示した図である。この場合、ＢＩＣＳのアイソレーションは約４３ｄＢ以上となっている。
なお、図１０〜１３の縦軸はｄＢであり、横軸はＴＨｚである。
【００１２】
しかし、今後、更に密になるＷＤＭ通信を見据えるとＢＩＣＳの波長最適化帯域を大幅に拡大する必要がある。
本発明の課題は、波長最適化帯域が拡大された波長周期フィルタを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長周期フィルタは、入射光を異なる偏波に分離する分離手段と、入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を有する位相バイアス手段と、該位相バイアス手段の光軸に対して４５°傾いた偏波と−４５°傾いた偏波に対し異なる反射率を有し、一部の光を反射し、一部を透過させる半透過ミラー手段と、入射した光を１００％反射する全反射ミラー手段と、該半透過ミラー手段と該全反射ミラー手段との間に設けられ、光が該半透明ミラー手段と該全反射ミラー手段との間を往復する間に、該光の偏波を９０°ずつ回転させながら該半透明ミラーと該全反射ミラーとの間で多重反射させる偏波回転手段とを備えるＧＴ共振手段とを備え、入射した光をＧＴ共振手段から出射し、元の経路を光に逆走させ、前記分離手段から出力することによって構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明のよれば、光の干渉を微妙に制御して、透過波長帯域の特性を平坦化、あるいは、箱状のブロック形状として、最適化することが容易かつ安定して行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の構成例を示す図である。
現在のＢＩＣＳでは、入射光はまず、ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）１０によって二つのアームに分かれて進む。ＰＢＳ１０で分かれた光は７λ／８板１１を通過し、二つの偏波成分を生ずる。各成分はＧＴＲ（ＧＴ共振器）１２で多重反射して再びＰＢＳ１０へ戻る。この際、波長によって出力ポートが変わるために、偶奇のチャネルを分けて取り出すことが可能である。
【００１６】
本実施形態の周期フィルタは、上記ＢＩＣＳの位相バイアス手段である７λ／８板１１のあとに更に複屈折結晶１３を入れ、偏波成分を四つにする。偏波成分を直交し合う二つずつのグループにまとめ、グループごとに反射率の異なるＧＴＲ１２で多重反射させる。このとき、ＰＢＳ１０へ戻る光は、二つのグループの各偏波成分で干渉したものとなる。
【００１７】
本実施形態の特徴は、偏波成分を更に二つ増やし、従来の二つの偏波成分とは異なる反射率で多重反射を起こすことで、各ポートから出る光の波長特性が従来（≒０．１６ｎｍ）の約３倍（≒０．４８ｎｍ）に拡大可能となるため、今後の５０Ｈｚあるいは、それ以下の周波数スペーシングでの高密度波長多重通信で大きな役割を果たすことができる。
【００１８】
本実施形態の周期フィルタの構成例を図１に示す。
７λ／８板（λ／８板と等価）１１は、ＰＢＳ１０により二つの偏波に分かれた光を、各偏光毎にそれぞれ位相差が生じるようにするため、ＧＴＲ１２内の一方の反射膜Ｍａ１３として、光軸が直交するように二つの複屈折結晶を組み合わせた改造ＰＢＳを用いる。
【００１９】
この改造ＰＢＳは、直交する二成分の偏波成分を一グループとまとめ、各偏波グループに対し、異なる反射率を与える。
この改造ＰＢＳは、ＴｉＯ2結晶からなる板を２つ光軸を直交させて張り合わせたものである。この結晶は、常光、異常光に対し屈折率１．５７６、５．６６７を持つ。その他、改造ＰＢＳの代わりに、フォトニック結晶を用いる方法も考えられる。フォトニック結晶では偏波により透過率が大きく異なる性質を用いる。フォトニック結晶では設計パラメータを最適化することによって、改造ＰＢＳのような大きな屈折率差が可能である。このようなフォトニック結晶の設計パラメータは、例えば、ＦＤＴＤ法、Ｐｅｎｄｒｙ法などで波長透過特性を計算することによって見つけることができる。
【００２０】
ここで、ミラーＭａ１３は、直交する偏波を同方向に出射し、偏波によって屈折率を違えることで、偏波によって異なる反射率を得るものであれば良い。具体的な構成方法は、当業者によれば、様々なものが考えられるであろう。従って、こういった方法をとれば、ＰＢＳ１０で偏光分離した光を更に直交する偏光で位相差のある光にし、ＧＴＲ内で各偏光成分の光に対して、それぞれ異なる反射率を持つことになり、ＧＴＲ内で多重反射した偏光に対する異なる反射率により、従来の偏光依存性がないミラーを用いる場合より、複雑な干渉特性を得ることができる。
【００２１】
図１下図のａ）は、改造ＰＢＳの一例であり、光学軸が互いに直交した方向を向く複屈折結晶を２つ貼り付けた構成をとっている。複屈折結晶としてはＴｉＯ2で構成されており、光が反射される手前の面は通常の面であるが、光が入射する面（後ろの面）には、反射防止膜ＡＲが設けられる。
【００２２】
また、図１下図のｂ）は、フォトニック結晶を利用した例であり、ＳｉＯ2とＳｉの結晶の表面にスリットのように結晶の山を複数形成してなる。この山の高さや間隔は、いずれも光の波長程度の大きさであり、ｂ）の図では、誇張して記載しているが、実際には非常に小さいものである。フォトニック結晶の場合も、光が入射する側の面は反射防止膜ＡＲが設けられる。
【００２３】
以上をまとめると、ＰＢＳ１０を通り、分かれて片側のアームに入射した偏波成分の光は７λ／８板１１を通ることで、直交した偏波に位相差をつけた光となる位相バイアスが行われる。これが改造ＰＢＳを通り各偏波成分に異なる反射率を与えることで、直交する二成分を一グループと考えれば、各グループの二成分がＧＴＲ１２で干渉し、ＰＢＳ１０に戻る際、２Ｒ結晶（偏波によって異なる屈折率すなわち反射率を有する結晶）Ｍａ１３、７λ／８板１１を通り、もう一方のグループの成分と干渉することで、最適化帯域の拡大された透過特性を実現する。
【００２４】
図１上図における光の伝搬経路を説明する。まず、入力から光がＰＢＳ１０に入射される。ＰＢＳ１０では、直交する偏波を分離し、異なる方向へ出力する。それぞれの偏波の内、一方の偏波の伝搬経路には、後述の位相制御素子（ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１４が置かれる。位相制御素子１４は、ニオブ酸リチウムに電圧を印加した構成などが可能である。位相制御するのは、ＰＢＳ１０で偏光分離された光が反射して戻った際に互いと干渉するように偏光を制御するためである。そして、位相制御されない偏波の光はミラー１５によってＧＴＲ１２に向けられる。位相制御された偏波、あるいは、制御されていない偏波は、それぞれ７λ／８板１１において、それぞれが直交する異なる偏波間に位相バイアスが付加される。ここで、７λ／８板１１の光軸は、入射光の偏波に対し４５°傾いたものとする。本実施形態のＧＴＲ（本実施形態では、従来のＧＴＲとは構成が異なるが、基本動作は同じであるので、やはりＧＴＲと称する）１２に入力される。ＧＴＲ１２に入ったそれぞれの偏波の光は、ダブルリフレクト（２Ｒ）ミラーＭａ（１３）を通過する。この２ＲミラーのミラーＭａ（１３）は、偏波によって反射率が４０％以上異なり、７λ／８板１１の光軸に対して４５°傾いた光軸を持つものである。２ＲミラーのミラーＭａ（１３）の一方の反射率は１０％以下、他方の反射率は４０％以上であることが好ましく、特には、小さな反射率が５（±１）％、大きな反射率が４９（±１）％であることが好ましい。従って、２ＲミラーＭ１（１３）は、７λ／８板から来る偏波の光を４５°の方向と−４５の方向の偏波に分け、これらに対して、異なる反射率で透過あるいは反射させるものである。
【００２５】
具体的には、２ＲミラーのミラーＭａ（１３）は、７λ／８板１１の光軸に対し４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶または、反射率が異なる偏波に対して４０％以上の差を持つように設計された３次元フォトニック結晶である。また、上記ＰＢＳ１０は、ビームスプリッタであっても良く、全体をＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計として構成する。また、２Ｒミラーのミラー１３として、入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶と入射光に対して−４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶２つを組み合わせたものとすることができる。
【００２６】
そして、次に、３λ／４板（λ／４板に等価）１６を通過し、１００％ミラーＭｂ（１７）によって反射され、再び３λ／４板１６を通る。このとき、行きと帰りで光は、３λ／４板１６を２回通るので、偏波が９０°回転されて２ＲミラーのミラーＭａ（１３）に入射する。ここでは、３λ／４板（λ／４板）を用いたが、ミラーＭｂでの往復で偏波が９０°回転するものであれば良く、ファラデー回転子も用いることができる。
【００２７】
２ＲミラーのミラーＭａ１３は、偏波によって異なる反射率によって、一部の光を透過し、一部を反射する。透過した光は、７λ／８板１１を更に通過し、元の経路を逆走する。このとき、ＧＴＲ１２で光は多重反射を受け、反射する毎に、偏波を９０°回転させながら、出力されるので、ＧＴＲ１２の出射光は、同じ偏波同士で干渉し合い、強め合う光と弱め合う光が形成される。そして、これが、ＰＢＳ１０に再び入射された際に、そのときの偏波の状態によって出力１、あるいは出力２に光を出力される。どの波長の光がどの方向にＰＢＳ１０から出力されるかは、ＧＴＲ１２の長さｄと何回反射して（すなわち、何回偏波が９０°ずつ回転されて）ＰＢＳ１０に入射したかによって決定される。
【００２８】
図２〜図５は、本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図である。
図２は、ＧＴＲの基本構成要素である半透過ミラーＭａと１００％反射ミラーＭｂのみを示したものである。この構成は、ミラーの反射率が異なるが、基本的にファブリペロー共振器の構成である。ファブリペロー共振器の透過帯域は、特定の波長を中心に非常に鋭いピークを示すものである。これを図２〜図５に行くに従い次第に平坦な形状を有するものとする。
【００２９】
まず、図２においては、入射した光が１００％反射ミラーＭｂによって反射され、半透過ミラーＭａによって一部が透過され、一部が反射される。このとき、反射率によって透過あるいは反射される光の振幅が異なってくる。すなわち、ファブリペロー共振器の透過帯域は、このようにして反射と透過を繰り返す光の干渉によって形成されるので、反射率を変えることによって、干渉を起こす光の振幅を変えることができる（Ａ0よりもＡ1のほうが振幅が小さい）。半透過ミラーＭａが１００％反射ミラーであった場合には、二つのミラーの間で、振幅の減衰のない光が多重反射するので、光の干渉による光の打ち消し合いや強め合いが非常に強く起こるので、鋭いピークをもった波長特性が得られる。
【００３０】
ところが、ミラーＭａを半透過とすると、光の一部が透過され、一部が反射されるため、光の振幅が小さくなり、透過される光が互いに干渉する仕方が異なってきて、透過帯域の中心からずれが波長の光でも強くうち消し合わないようになる。従って、ミラーＭａの反射率を調整することによって、透過帯域を少し平坦化する事ができる。
【００３１】
次に、図３に示すように、ミラーＭａとＭｂとの間に３λ／４板を入れる。すると、前述したように、何往復３λ／４板を通過したかによって、偏波が９０°ずつ回転する。従って、偶数回往復して出力された光▲３▼と奇数回往復して出力された光▲２▼とは、偏波が直交するので、互いに干渉しなくなる。更に、光の振幅自体も入射した光の振幅Ａ0よりも１回往復した光の振幅Ａ1の方が小さく、更に、振幅Ａ1よりも２回往復した光の振幅Ａ2の方がより小さいということになり、しかも、偶数回往復と奇数回往復とで干渉を起こさないので、干渉によって互いにうち消し合ったり、強め合ったりする度合いが弱くなり、従って、透過帯域が鋭いピークからより平坦な特性を有するようになる。
【００３２】
更に、図４のように、７λ／８板を設けると、奇数往復、偶数往復した光においても、これらの光の偏波が持っている偏波の方向とは、異なった方向を基準とした場合の異なる偏波間に位相差が生じるので、干渉の仕方に影響する。すなわち、鋭いピークを形成するためには、位相が完全に一致して、同じ強度で干渉すると、強め合いと弱め合いが完全に起こり、するどいピーク特性を示すが、位相がずれるど、この強め合いと弱め合いとが完全には起こらないため、本来弱め合って振幅が０になるべき波長の光でも、振幅が０にならずに出射されることとなる。従って、透過特性がボックス状の平坦な特性となる傾向を有する。
【００３３】
そして、図５に示されるように、ミラーＭａを２Ｒミラーに置き換えると、図３、図４において、異なる偏波状態を利用して干渉を制御した上に、異なる偏波に対して反射率を異ならせることによって、図２で説明したように、それぞれの偏波の干渉の度合いを調整することになり、完全な干渉を阻害するようになる。従って、更に透過特性が平坦化されることになる。
【００３４】
このように、偏波の直交する光は干渉しないことや異なる偏波に対して位相のバイアスを与えたり、反射率を変えたりすることによって、１つのＧＴＲ内で、実質的に多数の独立に進む光を生成し、これらの間の振幅や位相を制御して干渉させた結果と同等となる。このように干渉の仕方を制御することは、光の振幅の足し合わせ方を調整することによって、どのような波長の光が足し合わせの結果として出力されるかを調整することとなる。従って、ある波長幅内の光が大きく減衰されることなく出力されるようにすれば、透過帯域の平坦化が可能となる。
【００３５】
ここで、図１の位相制御素子について述べると、以上説明したように、光の位相を調整することによって、結果的に透過帯域を平坦化できることが分かる。従って、位相制御素子をＰＢＳからの二つの光のいずれかの経路に入れることによって、ＰＢＳによって分離された異なる偏波の光に位相差を付けることができる。ＰＢＳでは、ＧＴＲから戻ってきた、互いに直交する２つの偏波をそれぞれ含む光を偏波毎に分けて、振幅を加算して出力１あるいは出力２に出力するのでＰＢＳによる合波によって干渉が生じる。このとき、位相制御素子の位相バイアス量を調整することによって、出力される光の透過帯域特性を微妙に制御することができるようになる。従って、本実施形態の周期フィルタの特性を最適化する場合、微調整ができるように、位相制御素子（ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を設けている。
【００３６】
図６及び図７は、本実施形態の周期フィルタのシミュレーション結果を示す図である。
図６（ａ）は、中心波長が１５６１．４２ｎｍ、図６（ｂ）は、１５５３．３２９ｎｍ、図６（ｃ）は、１５４５．３２３ｎｍ、図６（ｄ）は、１５３７．３９８ｎｍ、図６（ｅ）は、１５２９．５５ｎｍの本実施形態の周期フィルタの透過帯域特性を示した図である。縦軸はｄＢであり、横軸はＴＨｚである。なお、実線は透過特性、点線は透過特性の傾きを示している。図６から、本実施形態に於いては、ＧＴＲの透過ミラーとして、異なる偏波に対して異なる二つの反射率（５％、４９％）を設けることによって、
従来のＢＩＣＳに比べ、偏波によって二つの反射率を持つＧＴＲを用いた本実施形態の周期フィルタでは、最適化帯域が約０．４８ｎｍを実現したが、これは従来の最適化帯域約０．１６ｎｍの３倍に相当する大幅な拡大である。このように、各チャネルで平坦な透過特性を持つと、ロスが少なく、温度変化といった外部から加わる揺らぎに対し、安定した応答が可能となる。
【００３７】
また、図７は、所定の帯域に渡っての本実施形態の周期フィルタの帯域透過特性を示したものであり、縦軸がｄＢ、横軸がＴＨｚである。これから、本実施形態の周期フィルタの透過周波数特性（あるいは透過帯域特性）におけるアイソレーションとして、４８ｄＢ以上を達成している。
【００３８】
ここで、（シングル）ＧＴＲ、ダブルＧＴＲ、ＢＩＣＳ、２Ｒ−ＢＩＣＳ（本実施形態の周期フィルタ）の特性を表にまとめる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
この表から分かるように、容易な制御と最適化帯域拡大を優先して考えると、本実施形態の周期フィルタが最適である。
なお、上記実施形態に於いては、周期フィルタの構成を示したが、これをバンドパスフィルタ、ノイズ（ＡＳＥを含む）除去フィルタ、バンドブロックフィルタに使用できることは当業者によれば容易に想到されるであろう。
【００４１】
また、本実施形態に於いては、ＧＴＲの半透過ミラーの偏波の違いによる反射率をそれぞれ特定の値を用いて示したが、実際には、当業者によって、最適な設計がなされるべきものである。
【００４２】
（付記１）入射光を異なる偏波に分離する分離手段と、
入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を有する位相バイアス手段と、
ＧＴ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）共振手段とからなり、
該ＧＴ共振手段は、該位相バイアス手段の光軸に対して４５°傾いた偏波と−４５°傾いた偏波に対し異なる反射率を有し、一部の光を反射し、一部を透過させる半透過ミラー手段と、入射した光を１００％反射する全反射ミラー手段と、該半透過ミラー手段と該全反射ミラー手段との間に設けられ、光が該半透明ミラー手段と該全反射ミラー手段との間を往復する間に、該光の偏波を９０°ずつ回転させながら該半透明ミラーと該全反射ミラーとの間で多重反射させる偏波回転手段とを備え、入射した光をＧＴ共振手段から出射し、元の経路を光に逆走させ、前記分離手段から出力することによって構成されることを特徴とする波長周期フィルタ。
【００４３】
（付記２）前記半透過ミラーとして、位相バイアス手段の光軸に対し、４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶または、反射率が異なる偏波に対し、４０％以上の差を持つように設計された３次元フォトニック結晶を用いることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４４】
（付記３）前記半透明ミラーは、一方の偏波に対し１０％以下の反射率、他方の偏波に対し４０％以上の反射率を有することを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４５】
（付記４）前記半透明ミラーは、一方の偏波に対し略５％、他方の偏波に対し略４９％の反射率を有することを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４６】
（付記５）前記分離手段によって分離された光のいずれかの経路に位相制御素子を設けることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
（付記６）前記波長周期フィルタは、バンドパスフィルタ、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）を含むノイズを除去するノイズ除去フィルタ、あるいは、バンドブロックフィルタとして使用することを特徴とする付記１に記載の周期フィルタ。
【００４７】
（付記７）前記位相バイアス手段及び前記ＧＴ共振手段は、前記分離手段によって分離された各光に共通に設けられることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４８】
（付記８）前記位相バイアス手段は７／８λ板あるは１／８λ板であることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
（付記９）前記偏波回転手段は、３／４λ板あるいは１／４λ板であることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、制御の容易な最適化帯域の広い周期フィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その１）である。
【図３】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その２）である。
【図４】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その３）である。
【図５】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その４）である。
【図６】本実施形態の周期フィルタのシミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図７】本実施形態の周期フィルタのシミュレーション結果を示す図（その２）である。
【図８】ＧＴＲをＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計の両アームを付けた構成の周期フィルタの構成を示す図である。
【図９】ＢＩＣＳの構成を示す図である。
【図１０】ダブルＧＴＲの透過特性シミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図１１】ダブルＧＴＲの透過特性シミュレーション結果を示す図（その２）である。
【図１２】ＢＩＣＳの透過特性のシミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図１３】ＢＩＣＳの透過特性のシミュレーション結果を示す図（その２）である。
【符号の説明】
１０ ＰＢＳ
１１ ７／８λ板
１２ ＧＴ共振器
１３、Ｍ１ 半透過ミラー
１４ 位相制御素子
１５ ミラー
１６ ３／４λ板
１７、Ｍ２ １００％反射ミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、光フィルタに係り、特には、波長透過特性が周期性を持つ波長周期フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在主流の光通信方式である波長多重（ＷＤＭ）伝送では、部分的に、ある波長信号を自由に取捨選択する機能、すなわち光合分波器が重要な役割を持つ。ＷＤＭ伝送で用いられる光増幅器の増幅帯域などには制限があるため、使用可能波長帯域でできるだけ多くの伝送信号を伝送及び信号処理することが求められる。このとき、波長数と信号波長間隔は反比例するため、各チャネルの有効波長帯域が限りなく狭められる。従って、各チャネルの透過特性はレーザの揺らぎ、温度変化などによる影響を最小限に抑えるために、通過帯域の最適化を行わなければならない。
【０００３】
例えば、１００ＧＨｚ周波数スペーシングと言った間隔の信号を２００ＧＨｚ間隔、更には、４００ＧＨｚ間隔の信号への変換器として周期フィルタが用いられている。現在、研究開発されている周期フィルタとしては、米国ＡＶＡＮＥＸ社のＢＩＣＳ（ＵＳＰ Ｎｏ．６，１３０，９７１）、米国ＷａｖｅＳｐｌｉｔｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（ＵＳＰ Ｎｏ．６，１６０，９３２）のＷａｖｅＸｐａｎｄｅｒ、米国ＣｈｏｒｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＳｌｉｃｅｒ、米国ＪＤＳ−Ｕｎｉｐｈｅｓｅ社のＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ、と郵政省／通信総合研究所のＭＧＴＩ（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ−Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）といったモジュールがある。これらモジュールは、最適化帯域とロスがトレードオフの関係にあるため、システムの設計に制限が加わる。
【０００４】
しかし、その中でも原理的に挿入損失が少なく最適化帯域が比較的広いものはＡＶＡＮＥＸ社のＢＩＣＳと、郵政省のダブルＧＴＲ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＧＴＩとＢＩＣＳは、ともにＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計とＧＴＩ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ、あるいは、ＧＴＲ）を組み合わせた構成である。このような構成では、位相特性が最適化帯域を持つことから、本質的に透過特性が最適化された帯域を持つことが最大の特徴である。前者は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計のアームの先にＧＴＲを付ける構成をとるが、ＧＴＲを片側のアームだけに付けるものと両アームに付けるものとがある。
【０００６】
図８は、ＧＴＲをＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計の両アームを付けた構成の周期フィルタの構成を示す図である。
両アームにＧＴＲを付けた構成（これをダブルＧＴＲと呼ぶ）では、各ＧＴＲの反射率を変えることで、一つ付けた場合（最適化帯域は約０．４ｎｍ）に比べ、最適化帯域を約１．６倍（０．６４ｎｍ）に拡大できる長所を持つ。ところが、この干渉計はアーム長が異なり、ＧＴＲのギャップ長だけでなく、光路長差もパラメータに含む設計になっているため、数μｍの精度でアーム長を制御しなければならない難点がある。
【０００７】
このＧＴＲは、半透過ミラーＭａと３λ／４板と全反射ミラーで構成されている。半透過ミラーＭａと全反射ミラーは通常のエタロンを構成する干渉フィルタと同じであり、反射面には偏光依存性はない。
【０００８】
図９は、ＢＩＣＳの構成を示す図である。
一方、ＢＩＣＳは光路長差のない設計になっているため、ＧＴＲのギャップ長だけを正確に制御すれば良く、扱いやすい。
【０００９】
図１０、図１１は、ダブルＧＴＲの透過特性シミュレーション結果を示す図である。
図１０に示されるように、異なるＧＴＲ反射率（８％、５７．２％）を持つときの各周波数（チャネル）における透過特性を実線で示してあり、透過特性の傾きを点線で示し、それぞれ、中心波長が１５６１．４２ｎｍ（図１０（ａ））、１５５３．２９ｎｍ（図１０（ｂ））、１５４５．３２３ｎｍ（図１０（ｃ））、１５３７．６１ｎｍ（図１０（ｄ））、１５２９．５５ｎｍ（図１０（ｅ））の場合の透過特性を示している。いずれの場合も、最適化帯域は約０．６４ｎｍとなっている。また、図１１には、所定の周波数範囲に対する周期的な透過特性（実線）を示している。この場合、アイソレーションは約３０ｄＢ以上となっている。
【００１０】
図１２、図１３は、ＢＩＣＳの透過特性のシミュレーション結果を示す図である。
図１２（ａ）では、中心波長が１５６１．４２ｎｍ、図１２（ｂ）では、１５５３．３２９ｎｍ、図１２（ｃ）では、１５４５．３２３ｎｍ、図１２（ｄ）では、１５３７．３９８ｎｍ、図１２（ｅ）では、１５２９．５５ｎｍであって、ＧＴＲ反射率が１７．５％のときの各周波数におけるＢＩＣＳ透過特性図である。実線は透過特性、点線は透過特性の傾きを示している。ここでの最適化帯域は約０．１６ｎｍとなっている。
【００１１】
図１３は、所定の帯域についてのＢＩＣＳの周期透過特性を示した図である。この場合、ＢＩＣＳのアイソレーションは約４３ｄＢ以上となっている。
なお、図１０〜１３の縦軸はｄＢであり、横軸はＴＨｚである。
【００１２】
しかし、今後、更に密になるＷＤＭ通信を見据えるとＢＩＣＳの波長最適化帯域を大幅に拡大する必要がある。
本発明の課題は、波長最適化帯域が拡大された波長周期フィルタを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長周期フィルタは、入射光を異なる偏波に分離する分離手段と、入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を有する位相バイアス手段と、該位相バイアス手段の光軸に対して４５°傾いた偏波と−４５°傾いた偏波に対し異なる反射率を有し、一部の光を反射し、一部を透過させる半透過ミラー手段と、入射した光を１００％反射する全反射ミラー手段と、該半透過ミラー手段と該全反射ミラー手段との間に設けられ、光が該半透明ミラー手段と該全反射ミラー手段との間を往復する間に、該光の偏波を９０°ずつ回転させながら該半透明ミラーと該全反射ミラーとの間で多重反射させる偏波回転手段とを備えるＧＴ共振手段とを備え、入射した光をＧＴ共振手段から出射し、元の経路を光に逆走させ、前記分離手段から出力することによって構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明のよれば、光の干渉を微妙に制御して、透過波長帯域の特性を平坦化、あるいは、箱状のブロック形状として、最適化することが容易かつ安定して行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の構成例を示す図である。
現在のＢＩＣＳでは、入射光はまず、ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）１０によって二つのアームに分かれて進む。ＰＢＳ１０で分かれた光は７λ／８板１１を通過し、二つの偏波成分を生ずる。各成分はＧＴＲ（ＧＴ共振器）１２で多重反射して再びＰＢＳ１０へ戻る。この際、波長によって出力ポートが変わるために、偶奇のチャネルを分けて取り出すことが可能である。
【００１６】
本実施形態の周期フィルタは、上記ＢＩＣＳの位相バイアス手段である７λ／８板１１のあとに更に複屈折結晶１３を入れ、偏波成分を四つにする。偏波成分を直交し合う二つずつのグループにまとめ、グループごとに反射率の異なるＧＴＲ１２で多重反射させる。このとき、ＰＢＳ１０へ戻る光は、二つのグループの各偏波成分で干渉したものとなる。
【００１７】
本実施形態の特徴は、偏波成分を更に二つ増やし、従来の二つの偏波成分とは異なる反射率で多重反射を起こすことで、各ポートから出る光の波長特性が従来（≒０．１６ｎｍ）の約３倍（≒０．４８ｎｍ）に拡大可能となるため、今後の５０Ｈｚあるいは、それ以下の周波数スペーシングでの高密度波長多重通信で大きな役割を果たすことができる。
【００１８】
本実施形態の周期フィルタの構成例を図１に示す。
７λ／８板（λ／８板と等価）１１は、ＰＢＳ１０により二つの偏波に分かれた光を、各偏光毎にそれぞれ位相差が生じるようにするため、ＧＴＲ１２内の一方の反射膜Ｍａ１３として、光軸が直交するように二つの複屈折結晶を組み合わせた改造ＰＢＳを用いる。
【００１９】
この改造ＰＢＳは、直交する二成分の偏波成分を一グループとまとめ、各偏波グループに対し、異なる反射率を与える。
この改造ＰＢＳは、ＴｉＯ2結晶からなる板を２つ光軸を直交させて張り合わせたものである。この結晶は、常光、異常光に対し屈折率１．５７６、５．６６７を持つ。その他、改造ＰＢＳの代わりに、フォトニック結晶を用いる方法も考えられる。フォトニック結晶では偏波により透過率が大きく異なる性質を用いる。フォトニック結晶では設計パラメータを最適化することによって、改造ＰＢＳのような大きな屈折率差が可能である。このようなフォトニック結晶の設計パラメータは、例えば、ＦＤＴＤ法、Ｐｅｎｄｒｙ法などで波長透過特性を計算することによって見つけることができる。
【００２０】
ここで、ミラーＭａ１３は、直交する偏波を同方向に出射し、偏波によって屈折率を違えることで、偏波によって異なる反射率を得るものであれば良い。具体的な構成方法は、当業者によれば、様々なものが考えられるであろう。従って、こういった方法をとれば、ＰＢＳ１０で偏光分離した光を更に直交する偏光で位相差のある光にし、ＧＴＲ内で各偏光成分の光に対して、それぞれ異なる反射率を持つことになり、ＧＴＲ内で多重反射した偏光に対する異なる反射率により、従来の偏光依存性がないミラーを用いる場合より、複雑な干渉特性を得ることができる。
【００２１】
図１下図のａ）は、改造ＰＢＳの一例であり、光学軸が互いに直交した方向を向く複屈折結晶を２つ貼り付けた構成をとっている。複屈折結晶としてはＴｉＯ2で構成されており、光が反射される手前の面は通常の面であるが、光が入射する面（後ろの面）には、反射防止膜ＡＲが設けられる。
【００２２】
また、図１下図のｂ）は、フォトニック結晶を利用した例であり、ＳｉＯ2とＳｉの結晶の表面にスリットのように結晶の山を複数形成してなる。この山の高さや間隔は、いずれも光の波長程度の大きさであり、ｂ）の図では、誇張して記載しているが、実際には非常に小さいものである。フォトニック結晶の場合も、光が入射する側の面は反射防止膜ＡＲが設けられる。
【００２３】
以上をまとめると、ＰＢＳ１０を通り、分かれて片側のアームに入射した偏波成分の光は７λ／８板１１を通ることで、直交した偏波に位相差をつけた光となる位相バイアスが行われる。これが改造ＰＢＳを通り各偏波成分に異なる反射率を与えることで、直交する二成分を一グループと考えれば、各グループの二成分がＧＴＲ１２で干渉し、ＰＢＳ１０に戻る際、２Ｒ結晶（偏波によって異なる屈折率すなわち反射率を有する結晶）Ｍａ１３、７λ／８板１１を通り、もう一方のグループの成分と干渉することで、最適化帯域の拡大された透過特性を実現する。
【００２４】
図１上図における光の伝搬経路を説明する。まず、入力から光がＰＢＳ１０に入射される。ＰＢＳ１０では、直交する偏波を分離し、異なる方向へ出力する。それぞれの偏波の内、一方の偏波の伝搬経路には、後述の位相制御素子（ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１４が置かれる。位相制御素子１４は、ニオブ酸リチウムに電圧を印加した構成などが可能である。位相制御するのは、ＰＢＳ１０で偏光分離された光が反射して戻った際に互いと干渉するように偏光を制御するためである。そして、位相制御されない偏波の光はミラー１５によってＧＴＲ１２に向けられる。位相制御された偏波、あるいは、制御されていない偏波は、それぞれ７λ／８板１１において、それぞれが直交する異なる偏波間に位相バイアスが付加される。ここで、７λ／８板１１の光軸は、入射光の偏波に対し４５°傾いたものとする。本実施形態のＧＴＲ（本実施形態では、従来のＧＴＲとは構成が異なるが、基本動作は同じであるので、やはりＧＴＲと称する）１２に入力される。ＧＴＲ１２に入ったそれぞれの偏波の光は、ダブルリフレクト（２Ｒ）ミラーＭａ（１３）を通過する。この２ＲミラーのミラーＭａ（１３）は、偏波によって反射率が４０％以上異なり、７λ／８板１１の光軸に対して４５°傾いた光軸を持つものである。２ＲミラーのミラーＭａ（１３）の一方の反射率は１０％以下、他方の反射率は４０％以上であることが好ましく、特には、小さな反射率が５（±１）％、大きな反射率が４９（±１）％であることが好ましい。従って、２ＲミラーＭ１（１３）は、７λ／８板から来る偏波の光を４５°の方向と−４５の方向の偏波に分け、これらに対して、異なる反射率で透過あるいは反射させるものである。
【００２５】
具体的には、２ＲミラーのミラーＭａ（１３）は、７λ／８板１１の光軸に対し４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶または、反射率が異なる偏波に対して４０％以上の差を持つように設計された３次元フォトニック結晶である。また、上記ＰＢＳ１０は、ビームスプリッタであっても良く、全体をＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計として構成する。また、２Ｒミラーのミラー１３として、入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶と入射光に対して−４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶２つを組み合わせたものとすることができる。
【００２６】
そして、次に、３λ／４板（λ／４板に等価）１６を通過し、１００％ミラーＭｂ（１７）によって反射され、再び３λ／４板１６を通る。このとき、行きと帰りで光は、３λ／４板１６を２回通るので、偏波が９０°回転されて２ＲミラーのミラーＭａ（１３）に入射する。ここでは、３λ／４板（λ／４板）を用いたが、ミラーＭｂでの往復で偏波が９０°回転するものであれば良く、ファラデー回転子も用いることができる。
【００２７】
２ＲミラーのミラーＭａ１３は、偏波によって異なる反射率によって、一部の光を透過し、一部を反射する。透過した光は、７λ／８板１１を更に通過し、元の経路を逆走する。このとき、ＧＴＲ１２で光は多重反射を受け、反射する毎に、偏波を９０°回転させながら、出力されるので、ＧＴＲ１２の出射光は、同じ偏波同士で干渉し合い、強め合う光と弱め合う光が形成される。そして、これが、ＰＢＳ１０に再び入射された際に、そのときの偏波の状態によって出力１、あるいは出力２に光を出力される。どの波長の光がどの方向にＰＢＳ１０から出力されるかは、ＧＴＲ１２の長さｄと何回反射して（すなわち、何回偏波が９０°ずつ回転されて）ＰＢＳ１０に入射したかによって決定される。
【００２８】
図２〜図５は、本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図である。
図２は、ＧＴＲの基本構成要素である半透過ミラーＭａと１００％反射ミラーＭｂのみを示したものである。この構成は、ミラーの反射率が異なるが、基本的にファブリペロー共振器の構成である。ファブリペロー共振器の透過帯域は、特定の波長を中心に非常に鋭いピークを示すものである。これを図２〜図５に行くに従い次第に平坦な形状を有するものとする。
【００２９】
まず、図２においては、入射した光が１００％反射ミラーＭｂによって反射され、半透過ミラーＭａによって一部が透過され、一部が反射される。このとき、反射率によって透過あるいは反射される光の振幅が異なってくる。すなわち、ファブリペロー共振器の透過帯域は、このようにして反射と透過を繰り返す光の干渉によって形成されるので、反射率を変えることによって、干渉を起こす光の振幅を変えることができる（Ａ0よりもＡ1のほうが振幅が小さい）。半透過ミラーＭａが１００％反射ミラーであった場合には、二つのミラーの間で、振幅の減衰のない光が多重反射するので、光の干渉による光の打ち消し合いや強め合いが非常に強く起こるので、鋭いピークをもった波長特性が得られる。
【００３０】
ところが、ミラーＭａを半透過とすると、光の一部が透過され、一部が反射されるため、光の振幅が小さくなり、透過される光が互いに干渉する仕方が異なってきて、透過帯域の中心からずれが波長の光でも強くうち消し合わないようになる。従って、ミラーＭａの反射率を調整することによって、透過帯域を少し平坦化する事ができる。
【００３１】
次に、図３に示すように、ミラーＭａとＭｂとの間に３λ／４板を入れる。すると、前述したように、何往復３λ／４板を通過したかによって、偏波が９０°ずつ回転する。従って、偶数回往復して出力された光▲３▼と奇数回往復して出力された光▲２▼とは、偏波が直交するので、互いに干渉しなくなる。更に、光の振幅自体も入射した光の振幅Ａ0よりも１回往復した光の振幅Ａ1の方が小さく、更に、振幅Ａ1よりも２回往復した光の振幅Ａ2の方がより小さいということになり、しかも、偶数回往復と奇数回往復とで干渉を起こさないので、干渉によって互いにうち消し合ったり、強め合ったりする度合いが弱くなり、従って、透過帯域が鋭いピークからより平坦な特性を有するようになる。
【００３２】
更に、図４のように、７λ／８板を設けると、奇数往復、偶数往復した光においても、これらの光の偏波が持っている偏波の方向とは、異なった方向を基準とした場合の異なる偏波間に位相差が生じるので、干渉の仕方に影響する。すなわち、鋭いピークを形成するためには、位相が完全に一致して、同じ強度で干渉すると、強め合いと弱め合いが完全に起こり、するどいピーク特性を示すが、位相がずれるど、この強め合いと弱め合いとが完全には起こらないため、本来弱め合って振幅が０になるべき波長の光でも、振幅が０にならずに出射されることとなる。従って、透過特性がボックス状の平坦な特性となる傾向を有する。
【００３３】
そして、図５に示されるように、ミラーＭａを２Ｒミラーに置き換えると、図３、図４において、異なる偏波状態を利用して干渉を制御した上に、異なる偏波に対して反射率を異ならせることによって、図２で説明したように、それぞれの偏波の干渉の度合いを調整することになり、完全な干渉を阻害するようになる。従って、更に透過特性が平坦化されることになる。
【００３４】
このように、偏波の直交する光は干渉しないことや異なる偏波に対して位相のバイアスを与えたり、反射率を変えたりすることによって、１つのＧＴＲ内で、実質的に多数の独立に進む光を生成し、これらの間の振幅や位相を制御して干渉させた結果と同等となる。このように干渉の仕方を制御することは、光の振幅の足し合わせ方を調整することによって、どのような波長の光が足し合わせの結果として出力されるかを調整することとなる。従って、ある波長幅内の光が大きく減衰されることなく出力されるようにすれば、透過帯域の平坦化が可能となる。
【００３５】
ここで、図１の位相制御素子について述べると、以上説明したように、光の位相を調整することによって、結果的に透過帯域を平坦化できることが分かる。従って、位相制御素子をＰＢＳからの二つの光のいずれかの経路に入れることによって、ＰＢＳによって分離された異なる偏波の光に位相差を付けることができる。ＰＢＳでは、ＧＴＲから戻ってきた、互いに直交する２つの偏波をそれぞれ含む光を偏波毎に分けて、振幅を加算して出力１あるいは出力２に出力するのでＰＢＳによる合波によって干渉が生じる。このとき、位相制御素子の位相バイアス量を調整することによって、出力される光の透過帯域特性を微妙に制御することができるようになる。従って、本実施形態の周期フィルタの特性を最適化する場合、微調整ができるように、位相制御素子（ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を設けている。
【００３６】
図６及び図７は、本実施形態の周期フィルタのシミュレーション結果を示す図である。
図６（ａ）は、中心波長が１５６１．４２ｎｍ、図６（ｂ）は、１５５３．３２９ｎｍ、図６（ｃ）は、１５４５．３２３ｎｍ、図６（ｄ）は、１５３７．３９８ｎｍ、図６（ｅ）は、１５２９．５５ｎｍの本実施形態の周期フィルタの透過帯域特性を示した図である。縦軸はｄＢであり、横軸はＴＨｚである。なお、実線は透過特性、点線は透過特性の傾きを示している。図６から、本実施形態に於いては、ＧＴＲの透過ミラーとして、異なる偏波に対して異なる二つの反射率（５％、４９％）を設けることによって、
従来のＢＩＣＳに比べ、偏波によって二つの反射率を持つＧＴＲを用いた本実施形態の周期フィルタでは、最適化帯域が約０．４８ｎｍを実現したが、これは従来の最適化帯域約０．１６ｎｍの３倍に相当する大幅な拡大である。このように、各チャネルで平坦な透過特性を持つと、ロスが少なく、温度変化といった外部から加わる揺らぎに対し、安定した応答が可能となる。
【００３７】
また、図７は、所定の帯域に渡っての本実施形態の周期フィルタの帯域透過特性を示したものであり、縦軸がｄＢ、横軸がＴＨｚである。これから、本実施形態の周期フィルタの透過周波数特性（あるいは透過帯域特性）におけるアイソレーションとして、４８ｄＢ以上を達成している。
【００３８】
ここで、（シングル）ＧＴＲ、ダブルＧＴＲ、ＢＩＣＳ、２Ｒ−ＢＩＣＳ（本実施形態の周期フィルタ）の特性を表にまとめる。
【００３９】
【表１】
この表から分かるように、容易な制御と最適化帯域拡大を優先して考えると、本実施形態の周期フィルタが最適である。
なお、上記実施形態に於いては、周期フィルタの構成を示したが、これをバンドパスフィルタ、ノイズ（ＡＳＥを含む）除去フィルタ、バンドブロックフィルタに使用できることは当業者によれば容易に想到されるであろう。
【００４１】
また、本実施形態に於いては、ＧＴＲの半透過ミラーの偏波の違いによる反射率をそれぞれ特定の値を用いて示したが、実際には、当業者によって、最適な設計がなされるべきものである。
【００４２】
（付記１）入射光を異なる偏波に分離する分離手段と、
入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を有する位相バイアス手段と、
ＧＴ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）共振手段とからなり、
該ＧＴ共振手段は、該位相バイアス手段の光軸に対して４５°傾いた偏波と−４５°傾いた偏波に対し異なる反射率を有し、一部の光を反射し、一部を透過させる半透過ミラー手段と、入射した光を１００％反射する全反射ミラー手段と、該半透過ミラー手段と該全反射ミラー手段との間に設けられ、光が該半透明ミラー手段と該全反射ミラー手段との間を往復する間に、該光の偏波を９０°ずつ回転させながら該半透明ミラーと該全反射ミラーとの間で多重反射させる偏波回転手段とを備え、入射した光をＧＴ共振手段から出射し、元の経路を光に逆走させ、前記分離手段から出力することによって構成されることを特徴とする波長周期フィルタ。
【００４３】
（付記２）前記半透過ミラーとして、位相バイアス手段の光軸に対し、４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶または、反射率が異なる偏波に対し、４０％以上の差を持つように設計された３次元フォトニック結晶を用いることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４４】
（付記３）前記半透明ミラーは、一方の偏波に対し１０％以下の反射率、他方の偏波に対し４０％以上の反射率を有することを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４５】
（付記４）前記半透明ミラーは、一方の偏波に対し略５％、他方の偏波に対し略４９％の反射率を有することを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４６】
（付記５）前記分離手段によって分離された光のいずれかの経路に位相制御素子を設けることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
（付記６）前記波長周期フィルタは、バンドパスフィルタ、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）を含むノイズを除去するノイズ除去フィルタ、あるいは、バンドブロックフィルタとして使用することを特徴とする付記１に記載の周期フィルタ。
【００４７】
（付記７）前記位相バイアス手段及び前記ＧＴ共振手段は、前記分離手段によって分離された各光に共通に設けられることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４８】
（付記８）前記位相バイアス手段は７／８λ板あるは１／８λ板であることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
（付記９）前記偏波回転手段は、３／４λ板あるいは１／４λ板であることを特徴とする付記１に記載の波長周期フィルタ。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、制御の容易な最適化帯域の広い周期フィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その１）である。
【図３】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その２）である。
【図４】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その３）である。
【図５】本実施形態のＧＴＲにおいて光がどのように制御されるかを概念的に説明する図（その４）である。
【図６】本実施形態の周期フィルタのシミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図７】本実施形態の周期フィルタのシミュレーション結果を示す図（その２）である。
【図８】ＧＴＲをＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計の両アームを付けた構成の周期フィルタの構成を示す図である。
【図９】ＢＩＣＳの構成を示す図である。
【図１０】ダブルＧＴＲの透過特性シミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図１１】ダブルＧＴＲの透過特性シミュレーション結果を示す図（その２）である。
【図１２】ＢＩＣＳの透過特性のシミュレーション結果を示す図（その１）である。
【図１３】ＢＩＣＳの透過特性のシミュレーション結果を示す図（その２）である。
【符号の説明】
１０ ＰＢＳ
１１ ７／８λ板
１２ ＧＴ共振器
１３、Ｍ１ 半透過ミラー
１４ 位相制御素子
１５ ミラー
１６ ３／４λ板
１７、Ｍ２ １００％反射ミラー
Claims (5)
- 入射光を異なる偏波に分離する分離手段と、
分離した入射光の偏波に対して４５°傾いた光軸を有する位相バイアス手段と、
入射した光を反射する全反射ミラーと半透明ミラーとからなる共振手段とからなり、
該共振手段の半透明ミラーは、該位相バイアス手段の光軸に対して４５°傾いた偏波と−４５°傾いた直交する偏波に対し異なる反射率を有し、一部の光を反射し、一部を透過させ、該半透過ミラー手段と該全反射ミラー手段との間に設けられ光が該半透明ミラー手段と該全反射ミラー手段との間を往復する間に該光の偏波を９０°ずつ回転させながら該半透明ミラーと該全反射ミラーとの間で多重反射させる偏波回転手段とを備え、
共振手段から出射した光を、前記分離手段で偏光合成することによって構成されることを特徴とする波長周期フィルタ。 - 前記半透過ミラーとして、位相バイアス手段の光軸に対し、４５°傾いた光軸を持つ複屈折結晶または、反射率が異なる偏波に対し、４０％以上の差を持つように設計された３次元フォトニック結晶を用いることを特徴とする請求項１に記載の波長周期フィルタ。
- 前記半透明ミラーは、一方の偏波に対し１０％以下の反射率、他方の偏波に対し４０％以上の反射率を有することを特徴とする請求項１に記載の波長周期フィルタ。
- 前記半透明ミラーは、一方の偏波に対し略５％、他方の偏波に対し略４９％の反射率を有することを特徴とする請求項１に記載の波長周期フィルタ。
- 前記分離手段によって分離された光のいずれかの経路に位相制御素子を設けることを特徴とする請求項１に記載の波長周期フィルタ。
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