JP4056538B2 - 可変多チャンネルフィルター - Google Patents

Description

本発明は、１個又は複数個の偏光維持光ファイバ、偏光調節器（λ／２、λ／４）及び３ｄＢカプラで構成された機能性可変多チャンネルフィルター並びにその方法に関する。更に、詳しくは偏光維持光ファイバ、偏光調節器（λ／２、λ／４）及び３ｄＢカプラを利用して入力偏光状態変化の影響を受けない独立的可変多チャンネルフィルターに関する。

既存の多チャンネルフィルターとしては、光ファイバ格子フィルター、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計、アレイ導波路回折格子（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）等がある。

光ファイバ格子フィルターの場合には、それぞれの波長に一致する多数の格子を連結して多チャンネルフィルターを具現するため、価格が高く、波長を変化させるためにはそれぞれの格子フィルターを調節しなければならないため、不便である。波長位置は、それぞれの格子フィルターを調節して変化させるがチャンネル間隔を一定に調節するのも困難で商品化する場合に嵩が大きくなるという問題がある。

Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計の場合には、位相変化が正確に一致することにより多チャンネルフィルター特性を持つのだが、位相変化を一致させることが外部温度、震動、変形などの変化に大変敏感であり、性能を安定化させるのが非常に難しいという短所を持つ。そして、波長位置及びチャンネル間隔を調節するのも困難であるという問題がある。

また、導波路格子を利用する場合には、それぞれの導波路の位相を正確に合わせなければならず、望むチャンネルを選択しにくく、商品化した場合に嵩が大きくなる、という短所がある。温度によって波長位置は容易に変化するので、チャンネル間隔調節が困難であるという問題がある。そして、上記で提示された三つの従来技術の場合に、入力信号の偏光変化に敏感に反応するため、偏光依存度の抑制が必要である。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためであって、本発明の目的は、チャンネル間隔を調節できる可変多チャンネルフィルターを提供することである。

また、本発明の他の目的は、波長位置も同時に変化させることができる機能性多チャンネルフィルターを提供することである。

また、本発明の更に他の目的は、入力信号の偏光状態変化に無関係な多チャンネルフィルターを提供することである。

また、本発明の更に他の目的は、製作単価が安価で小規模の多チャンネルフィルターを提供することである。

上記本発明の目的を成すための技術的思想として、本発明では、偏光調節器（λ／２、λ／４）を利用して３ｄＢカプラ内で多数の偏光維持光ファイバの有効屈折率及び有効長さの組み合わせを変化させることにより、チャンネル間隔と波長位置を変化させることができる多チャンネルフィルターが提示される。

本発明で提示する機能性多チャンネルフィルターは、既存の多チャンネルフィルターの短所であった、入力信号の偏光状態依存度を抑制し、チャンネル間隔及び波長が同時に調節可能であるという長所を持つ新しい形態の機能性可変多チャンネルフィルターを具現することができる。

本発明によると、本発明の多チャンネルフィルターは、偏光調節器（λ／２）を利用して３ｄＢカプラ内で多数の偏光維持光ファイバの有効屈折率及び有効長さの組み合わせを変化させることにより、チャンネル間隔を変化させることができるし、既存の多チャンネルフィルターの短所であった、入力信号の偏光状態依存度を抑制する上に、チャンネル間隔及び波長が同時に調節可能なので新しい形態の機能性可変多チャンネルフィルターを具現することができるし、また、偏光調節器（λ／４）を利用して波長位置も同時に変化させることができる機能性可変多チャンネルフィルターを具現することができる効果がある。

特に、応答速度が速やかで、印加電圧で調節することができる電気光学的（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）偏光調節器を利用すると、応答速度が早い多チャンネルフィルターが具現可能であるため、多チャンネルスイッチ素子、信号ゲーティング素子、インターリーバ、そして多波長光ファイバレーザ具現を容易に行う効果がある。

以下に本発明の実施最良形態例において、その発明の構成及び作用に対して添付図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２は、本実施最良形態例としてｎ個の偏光維持光ファイバを利用した機能性多チャンネルフィルターの構成図である。

図３は、本実施最良形態例として、三つの偏光維持光ファイバと偏光調節器を３ｄＢカプラ内に位置して構成した可変多チャンネルフィルターの構成図である。

図４は、偏光調節器を利用して、本実施最良形態例の多チャンネルフィルターのチャンネル間隔が調節されることの説明図である。

図５は、本実施最良形態例における、偏光状態による波長変化の説明図である。

図６は、本実施最良形態例における、入力偏光の状態による出力変化の説明図である。

図１に図示されたように、本実施最良形態例の機能性可変多チャンネルフィルター（１００）は複数個の偏光維持光ファイバ（１０）、偏光調節器（λ／２）（２０）、偏光調節器（λ／４）（３０）及び３ｄＢカプラ（４０）で構成されている。なお、これらの構成要素は、３ｄＢカプラ（４０）に始端及び終端が接続されたループ状の光ファイバの途中に挿入することによって、直列的に接続されており、また、入力信号及び出力信号は、同じく３ｄＢカプラ（４０）に接続された光ファイバによって可変多チャンネルフィルターに入出力されている。

図１に図示された本実施最良形態例の機能性可変多チャンネルフィルター（１００）はｎ個の偏光維持光ファイバ（１０）及び３ｄＢカプラ（４０）を利用してＬｙｏｔ−Ｓａｇｎａｃフィルターを構成し、偏光調節器（λ／２、λ／４）（２０）（３０）を利用してそれぞれの偏光維持光ファイバ（１０）を経た光信号の偏光状態を調節して、波長変化及びチャンネル間隔を調節するようになっている。

二つの光信号の間に、特に偏光調節器（λ／２、λ／４）（２０）（３０）を通じて多チャンネルフィルターの有効屈折率及び有効長さの組み合わせが調節されるから、それぞれのチャンネルの波長と間隔が効果的に調節されることができるし、入力偏光状態に影響を受けないで動作される。

本実施最良形態例の機能性可変多チャンネルフィルターでは、入力信号が３ｄＢカプラ（４０）を通じて、二つの部分で分けられて、時計及び反時計方向にそれぞれ進行するようになる。

分けられた二つの信号は、それぞれ多重に繋がれた偏光維持光ファイバ（１０）部分と偏光調節器（２０）（３０）を経って相好に違う位相変化にされ、３ｄＢカプラを通じて結合する。

この時、二つの光信号の間に干渉現象が起きて多チャンネルフィルター特性が現われる。

この時、透過度（Ｔ）とチャンネル間隔（Δλ）は、次の式のように表現される。

ここでΔｎ（＝ｎｘ−ｎｙ）は、二つの垂直モードの屈折率差、Ｌ_ｅｆｆは、有効長さを表わす。

数式１及び２から、透過特性は、多重に繋がれた偏光維持光ファイバ（１０）の有効屈折率と有効長さとの組み合わせの変化によって、調節することができるし、チャンネルの間隔もそれらの組み合わせにより調節することができることが分かる。

また、透過度で光信号の位相を変化させると、波長位置を変化させることができる。

本実施最良形態例の多チャンネルフィルターは、多重に繋がれた偏光維持光ファイバ（１０）を持っている。光信号は、多重に繋がれた偏光維持光ファイバ（１０）を経る時、偏光調節器（λ／２）によって、相対的な偏光状態変化を起こし、位相変化により光信号の有効長さとの組み合わせが変わるようになる。

万一、ｎ個の偏光維持光ファイバが繋がれている場合には、２^ｎ−１のチャンネル間隔を持つことができる。

３７ また、偏光調節器（λ／４）を利用するとθを変化させるので波長位置を調節することができるし、透過度を調節することができるので任意の非均一透過スペクトラムの具現を通じて光増幅器の利得平坦化フィルターとして活用することできる。

このような可変多チャンネルフィルター（１００）を図２のように直列で連結しても同一な効果が得られる。

図３は、本実施最良形態例の実際的な実験構成図として、３個の偏光維持光ファイバ（１０）と偏光調節器（２０）（３０）及び３ｄＢカプラ（４０）を用いて構成した機能性可変多チャンネルフィルターを示している。

上記で言及したように、３個の偏光維持光ファイバを用いるため、４個の有効長さの組み合わせにより４個のチャンネル間隔が得られる。実験に使用した偏光維持光ファイバは、長さがそれぞれＬ１＝６ｍ、Ｌ２＝３ｍ、Ｌ３＝１ｍ、Δｎ＝０．０００３であった。

図４では、実験結果を現わしている。すなわち、偏光調節器を用いて多チャンネルフィルターのチャンネル間隔が調節されることを現わしたもので、偏光調節器（λ／２）として、３個の偏光維持光ファイバ部分の有効長さの組み合わせによって、チャンネル間隔が効果的に調節されることが分かる。ここで、（ａ）は３本の偏光維持ファイバの有効長さのそれぞれの値における波長と透過の関係を表し、（ｂ）は偏光維持ファイバの有効長さと波長の間隔Δλの関係をまとめている。

図５では、偏光状態による波長変化を現わしている。すなわち、偏光調節器（λ／４）を利用して光信号のθを変化させて波長位置を変化させた実験結果を示しており、（ａ）は回転角度のそれぞれの値における波長と透過の関係を表し、（ｂ）は回転角度と波長の関係における実験結果と理論値を示している。

特に、電気光学的（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）偏光調節器を利用すると印加された電圧を変化させることにより、偏光状態を調節することができるし、速やかな応答速度を持つ波長可変多チャンネルフィルターを具現できることを現わしている。

図６では、入力信号の偏光変化による出力変化を示している。入力信号の偏光変化の影響を受けないことが分かる。従って、入力偏光変化に無関係な独立的な機能性可変多チャンネルフィルターを具現することができる。

及び は、本実施最良形態例としてｎ個の偏光維持光ファイバを利用した機能性多チャンネルフィルターの構成図である。 は、本発明の実施最良形態例として３個の偏光維持光ファイバと偏光調節器を３ｄＢカプラ内に位置して構成した可変多チャンネルフィルターの構成図である。 は、偏光調節器を利用して本発明の実施最良形態例における可変多チャンネルフィルターのチャンネル間隔が調節されることの説明図であって、（ａ）は３本の偏光維持ファイバの有効長さのそれぞれの値における波長と透過の関係を表し、（ｂ）は偏光維持ファイバの有効長さと波長の間隔Δλの関係をまとめている。 は、本発明の実施最良形態例における偏光状態による波長変化の説明図であって、（ａ）は回転角度のそれぞれの値における波長と透過の関係を表し、（ｂ）は回転角度と波長の関係における実験結果と理論値を示している。 は、本発明の実施最良形態例における入力偏光の状態による出力変化の説明図である。

符号の説明

１０：偏光維持光ファイバ
２０：偏光調節器（λ／２）
３０：偏光調節器（λ／４）
４０：３ｄＢカプラ
１００：可変多チャンネルフィルター

Claims (6)

1. 複数個の偏光維持光ファイバ部分と、
   偏光調節器（λ／２）と、
   偏光調節器（λ／４）と、
   ３ｄＢカプラと、を含み、
   上記それぞれの偏光維持光ファイバ部分を通る光信号の偏光状態を、上記偏光調節器（λ／２）及び偏光調節器（λ／４）で調節して、波長可変及びチャンネル間隔を調節できるように構成された可変多チャンネルフィルターであり、
   入力光信号を、上記３ｄＢカプラを通じて二つの部分に分離し、かつ、時計回り方向及び反時計回り方向でそれぞれ反対方向に進行するようにし、
   分けられた二つの信号が、上記偏光調節器（λ／４）を経た後、それぞれ多重に直列連結された上記偏光維持光ファイバ部分と上記偏光調節器（λ／２）を経て相互に異なる位相変化を生じ、上記３ｄＢカプラを通じて結合することにより多チャンネルフィルター特性を発生させる、
   ことを特徴とする、可変多チャンネルフィルター。
2. 少なくとも一個又は複数個の偏光維持光ファイバ部分と、
   偏光調節器（λ／２）と、
   偏光調節器（λ／４）と、
   ３ｄＢカプラと、を含み、
   上記それぞれの偏光維持光ファイバ部分を通る光信号の偏光状態を、上記偏光調節器（λ／２）及び偏光調節器（λ／４）で調節して、波長可変及びチャンネル間隔を調節できるように構成され、
   入力光信号を、上記３ｄＢカプラを通じて二つの部分に分離し、かつ、時計回り方向及び反時計回り方向でそれぞれ反対方向に進行するようにし、
   分離した二つの信号が、上記偏光調節器（λ／４）を経た後それぞれ多重に直列連結された上記偏光維持光ファイバ部分と上記偏光調節器（λ／２）を経て相互に異なる位相変化を生じ、上記３ｄＢカプラを通じて結合することにより多チャンネルフィルター特性を発生させる、
   可変多チャンネルフィルターが、
   複数個繋がれている、
   ことを特徴とする可変多チャンネルフィルター。
3. 上記偏光維持光ファイバは、
   シリカ光ファイバ、フォトニッククリスタル光ファイバ、バルク（ｂｕｌｋ）偏光維持素子、ポリマー光ファイバ等の複屈折性を持っている素子のうちいずれか一つである、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変多チャンネルフィルター。
4. 上記偏光調節器（λ／２）は、
   光信号のチャンネル間隔を調節することができる、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変多チャンネルフィルター。
5. 上記偏光調節器（λ／４）は、
   光信号の波長位置を調節することができる、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変多チャンネルフィルター。
6. 上記二つの光信号の間には、干渉現象が生じ、この干渉現象によって多チャンネルフィルター特性を現わす、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変多チャンネルフィルター。

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