JP4104802B2 - エアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器 - Google Patents
エアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリペロー干渉計であるエアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器に関し、特に、波長特性の温度依存性（以下、波長温度特性）を自在に調整できるエアギャップ型エタロンおよびそれを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信においては、伝送容量の増大に伴い、波長多重（ＷＤＭ）伝送方式が採用されている。このＷＤＭ伝送方式では、伝送容量をさらに増やすために、異なるチャンネルの波長が互いに接近してきている。このように互いに接近した波長を有するチャンネルの信号光を正しく送受信するためには、伝送装置に使用されるエタロン等の光学フィルタの波長特性が、温度などの環境の変化に対して安定していることが必要である。したがって、波長温度特性の非常に小さい光学フィルタが要求される。
【０００３】
また、長距離光伝送においては、伝送距離増大のために、例えばエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器（Erbium-Doped optical Fiber Amplifier、以下ＥＤＦＡとする）等が光中継器として広く用いられている。このＥＤＦＡの利得特性は、一般に光ファイバの組成などに基づく波長特性を有しているため、利得波長特性と逆の損失波長特性を有するエタロンなどの光学フィルタを利得等化装置（Gain-Equa1izer、以下ＧＥＱとする）として用い、上記の利得波長特性を平坦化する技術が実用化されている。
【０００４】
ところで、ＥＤＦＡの利得波長特性は、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）の温度に応じても変化するので、周囲の環境温度変化の影響を受けることになる。このため、ＷＤＭ伝送装置において、各波長の光信号についての光ＳＮＲに偏差が生ずるという問題があった。この問題に対処するためには、温度が変動してＥＤＦＡの利得波長特性が変化しても、受動的に利得波長特性を平坦化できるような利得等化装置が望まれる。しかし、上記のような利得等化装置の実現には、前述した場合とは逆に、波長温度特性の大きい光学フィルタが必要となる。
【０００５】
さらに、海底中継用の超長距離伝送においても、上記ＥＤＦＡが広く用いられている。このような用途では、光ファイバ伝送路の修理や経年変化によりＥＤＦＡへの入力レベルが変化すると、ＥＤＦＡが出力レベルー定制御されている場合、ＥＤＦＡの利得が変化してしまうという問題があった。ＥＤＦＡの利得が変化すると、波長特性に傾斜（チルト）が生じるため、波長特性の傾斜を補償できるような波長特性可変装置が望まれる。しかし、こうした波長特性可変装置の実現には、例えば波長温度特性が大きく、かつ、波長温度特性の変化方向が逆であるような２つの光学フィルタが必要となる。
【０００６】
このように光学フィルタには、透過波長特性のみならず、その温度依存性に対しても用途や目的に応じて様々な要求があり、それらの要求に応じて光学フィルタの設計を行う必要がある。上記のような光学フィルタとしては、一般に、ソリッド（固体）型およびエアギャップ（空隙）型のエタロン（ファブリペロー干渉計）や誘電体多層膜フィルタ、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）などが用いられている。
【０００７】
従来のエタロンの具体的な構成としては、例えば、特開平７−８６６７３号公報、特開平３−１８５４０２号公報、特開平７−２７９４３号公報、特開平９−２５７５６７号公報等に記載されたものが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような光学フィルタの中で、誘電体多層膜フィルタやＦＢＧについては、製造プロセス上使用できる材料が石英（ＳｉＯ2）等に限られており、材料の物性値（膨張係数と屈折率の温度係数）に応じて波長温度特性が決まってしまうため、波長温度特性の設計自由度が極めて低いという欠点がある。
【０００９】
また、ソリッド型エタロンについては、各種の透明な多成分ガラス材料が適用できるが、やはり材料の物性値（膨張係数と屈折率の温度係数）に応じて波長温度特性が決まってしまうため、波長温度特性の設計自由度が限られてしまう。なお、透明な材料としてはアクリルやポリカーボネート等の合成樹脂も考えられる。しかし、上記のような合成樹脂は、吸水性があるため湿度の影響を受け易いことや、加工上良い平面度が得られないこと、耐光性が低く高強度の光が入射すると変質が生じること等の理由のため、エタロンの材料として用いることは困難である。
【００１０】
エアギャップ型エタロンについては、従来、例えば図２１に示すように、２枚のガラス等の透明平行平板の間にギャップ材料を挟む構成となっている。なお、各透明平行平板には、外方側の平面に反射防止膜が形成され、内方側の平面に反射増加膜が形成されている。このような構成では、ギャップ材料として透明な材料だけでなく不透明な材料も適用できることから、材料を選択する自由度はソリッド型に比べてやや高い。しかし、環境に対する安定性や、平面への加工性等を考慮すると、ギャップ材料はガラス材料や一部の金属等に限られてしまい、波長温度特性の設計自由度が十分であるとは言えない現状である。
【００１１】
このように、従来の光学フィルタでは所望の波長温度特性を得ることが現実的には困難となることが多かった。また、所定の波長温度特性を有する光学フィルタを必要とするような波長検出装置、利得等化装置、波長特性可変装置などの各種装置においても、適した光学フィルタが得られないために、所望の性能が得られない等の問題があった。
【００１２】
ここで、前述の各公報に記載された従来のエタロンの問題点を具体的に説明する。
まず、特開平７−８６６７３号公報に記載されたエタロンは、膨張係数が正の材料と負の材料とを接合してギャップ材料を構成したものであって、エアギャップ型エタロンのギャップ長の温度変化を無くし、波長温度特性を無くすことを目的としたものである。このような構成のエタロンでは、波長温度特性が小さいエタロンを実現することは可能であるが、波長温度特性の大きいエタロンまでを実現することは困難である。また、上記従来技術を用いてエタロンを構成する場合、膨張係数が負であるような特殊なセラミックを用いなければならず、波長温度特性の設計自由度が限られてしまうという欠点がある。さらに、２つのギャップ材料の厚さの比が各材料の膨張係数で決まってしまうため、例えば、自由スペクトル領域（Free Spectral Range、以下ＦＳＲとする）が大きくギャップ長が小さい設定の場合には、厚さの薄いギャップ材料が必要となるが、そのようなギャップ材料の実現は製造上困難となることが予想され、実用的ではないという問題がある。
【００１３】
特開平３−１８５４０２号公報または特開平９−２５７５６７号公報に記載されたエタロンは、ソリッド型エタロンの周辺に膨張係数の異なる材料を接合させた構成で、温度が変化したとき、エタロンに熱歪みと熱応力を与えて結果的にソリッドエタロンの光学的厚さ（干渉長）を一定に保つように作用するものである。しかし、このような構成のエタロンでも、波長温度特性の大きなものを実現することは困難であり、また、エタロンに熱歪みと熱応力を積極的に与えているため、エタロンが破壊するなどの虞があった。
【００１４】
特開平７−２７９４３号公報に記載されたエタロンは、ソリッド型エタロンとエアギャップ型エタロンとを組み合わせた構成で、温度が上昇した場合、ソリッド型エタロンの熱膨張と屈折率の増加により光学的厚さ（干渉長）が大きくなるが、その大きくなった分を相殺するようにエアギャップ型エタロンの光学的厚さが小さくなるようにして、結果的にトータルの光学的厚さを一定に保つように作用するものである。しかし、このような構成のエタロンでも、波長温度特性の大きなものを実現することは困難であり、また、ソリッド型エタロンを一部に含むため、上述したように波長温度特性の設計自由度が限られてしまうという欠点があった。
【００１５】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、波長温度特性の設計自由度が高く、波長温度特性を自在に調整できるエアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による利得等化装置は、周期的な透過波長特性が所定の温度で略１／２周期ずれており、かつ、前記透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタを備え、該複数の光学フィルタを合成した透過波長特性が、温度変動に応じて受動的に変化する利得等化装置であって、前記複数の光学フィルタの少なくとも１つが、エアギャップ型エタロンを用いて構成されている。前記エアギャップ型エタロンは、少なくとも１つの平面を有する固定部材と、入射光に対して透明であって、平行な平面を有し、一方の平面が前記固定部材の平面上に接合された第１平行部材と、平行な平面を有し、該平行な平面間の距離が、前記第１平行部材の平行な平面間の距離よりも長く、かつ、前記第１平行部材の膨張係数とは異なる膨張係数を有すると共に、一方の平面が前記第１平行部材の周囲を囲むように前記固定部材の平面上に接合された、少なくとも１つの第２平行部材と、入射光に対して透明であって、対向する平面を有し、一方の平面が、前記第２平行部材の前記固定部材との接合面に対向する他方の平面上に接合された透明部材と、を備え、前記第１平行部材および前記透明部材の互いに対向する平面間に位置するエアギャップを基に、ファブリペロー干渉計が形成され、かつ、前記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、前記第１平行部材の平行な平面間の距離、前記第１平行部材の膨張係数、前記第２平行部材の平行な平面間の距離および前記第２平行部材の膨張係数がそれぞれ設定され、前記ファブリペロー干渉計における透過波長特性の温度特性が所定の値にされている。
【００１７】
かかる構成では、複数の光学フィルタの少なくとも１つがエアギャップ型エタロンを用いて構成されており、該エアギャップ型エタロンに入射された光が、第１平行部材および透明部材の互いに対向する平行な平面で多重反射され、ファブリペロー干渉が生じるようになる。第１平行部材および透明部材の反射面間に形成されるエアギャップの長さは、固定部材の平面を基準にして、第１、２平行部材の厚さ（平行な平面間の距離）の差で決まることになる。これにより、エアギャップの光学的距離が所要の光学特性に応じて決まっていても、第1、２平行部材の厚さおよび膨張係数をそれぞれ設計パラメータとして扱うことができるようになり、これらの設計パラメータを適切に設定することで、透過波長特性の温度依存性を広範囲に調整することが可能になる。本利得等化装置では、上記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように設計パラメータが設定されており、透過波長特性の温度依存性が大きなエアギャップ型エタロンを含んだ複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性に従って、温度変動にも追従した利得等化が行われるようになる。このような利得等化装置は、例えば、利得波長特性の温度依存性が大きな光増幅器から出力される光信号の波長特性を平坦化する補償手段として好適である。
【００１８】
上記エアギャップ型エタロンの具体的な構成として、固定部材は、光が通過する穴部を有し、第１平行部材は、一方の平面に反射防止膜が形成され、該反射防止膜の形成された平面が、固定部材の穴部周辺の平面上に接合され、透明部材は、第２平行部材との接合面に対向する他方の平面に反射防止膜が形成されるようにしてもよい。
【００１９】
あるいは、固定部材は、入射光に対して透明であり、平面に対向する面に反射防止膜が形成され、透明部材は、第２平行部材との接合面に対向する他方の平面に反射防止膜が形成されるようにしても構わない。
【００２０】
さらに、上記エアギャップ型エタロンについては、第１平行部材および透明部材の互いに対向する各平面に、反射増加膜がそれぞれ形成されるようにしてもよい。
【００２１】
かかる構成では、第１平行部材および透明部材の対向する各平面におけるフレネル反射が十分でないときなどに、各々の平面に反射増加膜を形成することによって、所要の最大損失が得られるようになる。
【００２６】
本発明による波長特性可変装置は、周期的な透過波長特性を有し、かつ、該透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタと、該複数の光学フィルタの温度を制御する温度制御手段とを備え、複数の光学フィルタを合成した透過波長特性の傾斜量が、温度制御手段による温度制御により能動的に変化可能な波長特性可変装置であって、さらに複数の光学フィルタが、エアギャップ型エタロンを少なくとも２つ用いて構成されている。前記各エアギャップ型エタロンは、それぞれ、少なくとも１つの平面を有する固定部材と、入射光に対して透明であって、平行な平面を有し、一方の平面が前記固定部材の平面上に接合された第１平行部材と、平行な平面を有し、該平行な平面間の距離が、前記第１平行部材の平行な平面間の距離よりも長く、かつ、前記第１平行部材の膨張係数とは異なる膨張係数を有すると共に、一方の平面が前記第１平行部材の周囲を囲むように前記固定部材の平面上に接合された、少なくとも１つの第２平行部材と、入射光に対して透明であって、対向する平面を有し、一方の平面が、前記第２平行部材の前記固定部材との接合面に対向する他方の平面上に接合された透明部材と、を備え、前記第１平行部材および前記透明部材の互いに対向する平面間に位置するエアギャップを基に、ファブリペロー干渉計が形成され、かつ、前記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、前記第１平行部材の平行な平面間の距離、前記第１平行部材の膨張係数、前記第２平行部材の平行な平面間の距離および前記第２平行部材の膨張係数がそれぞれ設定され、さらに、前記各エアギャップ型エタロンの透過波長特性の温度依存性の変化方向が逆方向とされている。
【００２７】
かかる構成では、透過波長特性の温度依存性が大きく、その変化方向が逆方向となるようなエアギャップ型エタロンを用いて複数の光学フィルタが構成され、該光学フィルタの温度を温度制御手段により変化させるとエアギャップ型エタロンの透過波長特性が互いに逆方向にシフトする。これにより、複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性の傾斜量が温度制御により可変にできるようになる。このような波長特性可変装置は、例えば、動作条件に応じて利得波長特性が変化する光増幅器から出力される光信号の波長特性を平坦化する補償手段として好適である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に用いられるエアギャップ型エタロンの第１実施形態の構成を示す断面図である。
【００２９】
図１において、本エタロン１は、例えば、固定部材としての固定台２、第１平行部材としての透明平行平板３、第２平行部材としての平行平板４および透明部材としての透明平板５と、を備えて構成される。
【００３０】
固定台２は、例えば、光が透過する穴部２Ａを有し、一方の面（図で左側面）が平面となっている。この固定台２は、穴部２Ａ以外の部分を光が透過しないので、入射光に対して必ずしも透明である必要はなく、金属等のように不透明な材料を用いても構わない。また、他方の面（図で右側面）は必ずしも平面である必要はない。
【００３１】
透明平行平板３は、一方の平面（図で右側面）に反射防止膜３Ａが形成され、他方の平面（図で左側面）に反射増加膜３Ｂが形成されている。この透明平行平板３は、入射光に対して透明な材料を用いて形成され、上記一方の平面および他方の平面の間の距離（以下、透明平行平板３の厚さとする）をｄ1とすると共に、線膨張係数をα1とする。また、ここでは反射防止膜３Ａの形成された平面が、固定台２の一方の平面上における穴部２Ａの周辺に接合されている。固定台２との接合方法は、例えばオプティカルコンタクトや熱拡散等の方法を用いることができる。なお、反射防止膜３Ａおよび反射増加膜３Ｂは、例えば誘電体多層膜などにより形成されている。
【００３２】
平行平板４は、その厚さｄ2（平行な平面間の距離）が透明平行平板３の厚さｄ1よりも厚くなるように形成され、透明平行平板３の周囲を囲むように（図の断面では透明平行平板３の上下の位置において）、一方の平面（図で右側面）が固定板２の平面（図で左側面）上に接合されている。この平行平板４は、透明平行平板３の線膨張係数α1とは異なる膨張係数α2を有する材料から形成される。また、平行平板４には光が透過しないので、その材料は必ずしも透明である必要はなく、金属等のように不透明な材料であっても構わない。なお、上記の平行平板４は、透明平行平板３を取り囲む所要の形状を有した一つ（一体）の部材で構成してもよく、あるいは、材料および厚さがそれぞれ同一である複数の平行平板を組み合わせて構成しても構わない。
【００３３】
透明平板５は、一方の平面（図で左側面）に反射防止膜５Ａが形成され、他方の平面（図で右側面）に反射増加膜５Ｂが形成され、該反射増加膜５Ｂの形成されている平面が、平行平板４の固定台２に対向する平面（図で左側面）上に接合されている。この透明平板５は、必ずしも平行平板である必要はなく、例えば、反射防止膜５Ａの形成されている平面と反射増加膜５Ｂの形成されている平面との間におけるファブリペロー干渉を抑制するために、各平面のなす角度を数度程度傾斜させるようにしてもよい。
【００３４】
上記のような構成を有するエアギャップ型エタロン１では、透明平行平板３の反射増加膜３Ｂが形成されている平面と、透明平板５の反射増加膜５Ｂが形成されている平面との間に位置するエアギャップにおいて、ファブリペロー干渉計が形成されている。なお、ここではエアギャップ長をｄ（＝ｄ2−ｄ1）とする。
【００３５】
次に、上記のような構成のエタロン１の作用について説明する。
まず最初に、一般的なエタロンの波長特性について概説しておく。
エタロンの波長特性、すなわち、透過率Ｉｔと波長λの関係は、一般に次の（１）式で与えられる。
【００３６】
Ｉｔ＝１／｛（１＋４Ｒ×sin2（２π×ｎ×ｄ×cosθ／λ）／（１−Ｒ）2｝ …（１）
ただし、Ｒ；反射膜の反射率、ｎ；ギャップの屈折率、ｄ；ギャップの物理的距離、θ；光の入射角度である。
【００３７】
（１）式より、エタロンの波長特性は、透過率が最大となる波長（以下、中心波長λｃとする）が周期的に存在することが分かる。ここで、中心波長λｃは、次の（２）式で与えられる。
【００３８】
λｃ＝２×ｎ×ｄ×cosθ／ｍ …（２）
ただし、ｍ；次数である。
（２）式より、中心波長λｃは、ギャップの屈折率ｎと物理的距離ｄの積ｎ×ｄ（光学的距離）に比例することが分かる。このため、周囲温度が変化することにより、ギャップの屈折率ｎおよび物理的距離ｄが変化すると、光学的距離ｎ×ｄが変化し、中心波長λｃが変化する。すなわち、エタロンの波長特性が波長方向にシフトすることになる。図２には、例えば石英を用いた一般的なソリッド型エタロンの波長温度特性を示しておく。
【００３９】
また、上述の図２１に示したような従来のエアギャップ型エタロンについては、空気の屈折率の温度変化とギャップ材料の厚さ（距離）の温度変化（すなわち熱膨張）とによって、波長温度特性が決まることになる。一般に、温度がΔｔ度変化した場合の屈折率ｎ’および厚さｄ’は、次の（３）式および（４）式のように定義される。
【００４０】
ｎ’＝ｎ＋ｎt×Δｔ …（３）
ｄ’＝ｄ＋ｄ×α×Δｔ …（４）
ただし、ｎt；屈折率の温度係数、α；線膨張係数である。
【００４１】
したがって、エアギャップ型エタロンについての１℃当たりの光学的距離ｎ×ｄの変化量は、上記（３）式および（４）式より、次の（５）式で表される。
ｎ’ｄ’−ｎｄ＝（ｎα＋ｎt＋ｎtα）ｄ＝ｎαｄ＋ｎtｄ …（５）
ただし、ここではｎtα≒０としている。
【００４２】
上記の（５）式において、従来のエアギャップ型エタロンでは、開放空間の空気の屈折率ｎが１．０００２６４、温度係数ｎtが−８．１×１０-7／℃で一義的に決まり、エアギャップの物理的距離ｄは要求される波長特性に応じて決まってしまうが、線膨張係数αは、ギャップ材料の選択によって変えることができる。したがって、従来のエアギャップ型エタロンでは、設計の自由度が線膨張係数αのみとなる。
【００４３】
これに対し、本実施形態のエアギャップ型エタロン１は、上述の図１に示したように、透明平行平板３上の反射増加膜３Ｂと透明平板５上の反射増加膜５Ｂとの間のエアギャップでファブリペロー干渉を生じさせているが、２枚の平板３，５の間でギャップ材料を挟む構成をとっておらず、固定台２の平面を基準にして、平行平板３（厚さｄ1、線膨張率α1）と、平行平板３よりもｄだけ厚い平行平板４（厚さｄ2、線膨張率α2）とを固定しており、エアギャップ長は、各平板３，４の厚さの差ｄ＝ｄ2−ｄ1となっている。このため、エアギャップ長ｄが要求される光学特性で決まっていても、厚さｄ1，ｄ2は自由に変えることができ、また、各平板３，４の線膨張係数α1，α2も２つの設計パラメータとなる。
【００４４】
具体的に、本実施形態のエアギャップ型エタロン１について、１℃当たりの光学的距離ｎ×ｄの変化量は、次の（６）式で表される。
上記（６）式より、前述した（５）式と比較して、パラメータが増えていることが分かる。また、厚さｄ1，ｄ2を大きくする程、温度に対する光学的距離ｎ×ｄの変化量、すなわち、波長温度特性が大きくなることも予想できる。さらに、（６）式の値がちょうど零となるようなパラメータｄ1，α1，ｄ2，α2を選べば、波長温度特性を極めて小さくすることができる。加えて、α1＞α2となるように材料を選べば、負の波長温度特性（温度が上昇すると短波長方向にシフトする）をエタロン１に持たせることも可能となる。
【００４５】
ここで、第１実施形態のエタロン１に要求される光学特性を具体的に設定してさらに詳しく説明する。
本エタロン１の光学特性として、例えば、透過ピーク波長の間隔を示す自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が０．８ｎｍであり、最大損失が−４．５ｄＢとなる波長特性を有し、かつ、波長温度特性が略零となるような設定条件を考えてみる。なお、本発明によるエアギャップ型エタロンの光学特性は、上記の設定に限られるものではない。
【００４６】
まず、ＦＳＲ＝０．８ｎｍ、最大損失＝−４．５ｄＢの条件から、エアギャップ長ｄは１．５ｍｍと決まり、各反射増加膜３Ｂ，５Ｂの反射率は２５％と決まる。本実施形態のエタロン１では、エアギャップ長ｄが透明平行平板３の厚さｄ1と平行平板４の厚さｄ2との差で定まるため、エアギャップ長ｄを１．５ｍｍと決めても、各厚さｄ1，ｄ2には設計自由度がある。また、透明平行平板３と平行平板４とが互いに異なる膨張係数を有する異種材料から形成されているため、各々の膨張係数を自由に組合せることができる。そこで、本実施形態では、エタロン１の波長温度特性を略零とするために、例えば、各パラメータの設計値を次の表１のように設定した。ただし、空気の屈折率ｎを１．０００２６４、温度係数ｎｔを−８．１×１０-7／℃としている。
【００４７】
【表１】
表１において、透明平行平板３と平行平板４の各材料は、共に一般的な市販の光学ガラス（オハラ社製）であり、化学的耐久性の高い材料を選択している。ガラスは、透明性が高い上に機械的研磨や化学的研磨により容易に平行度の高い平行平板を作製可能な材料であり、厚さも０．０００１ｍｍ程度の精度を出すことができるため、好適な材料である。また、透明平板５の材料には特に制限がなく、表１のどちらかのガラス材料を用いることもできる。なお、固定台２には金属等のような不透明材料を用いても良く、ガラスを用いても構わない。
【００４８】
図３は、上記のような設定条件としたエタロン１についての波長温度特性を測定した結果を示す図である。図３に示すように、エタロン１は、０〜６５℃の温度差でも波長シフトが殆ど観察されず、波長温度特性が略零であることが分かる。
【００４９】
ここで、本実施形態のエタロン１の作用効果について、上述の図２１に示した従来のエタロンの場合と比較してみる。
従来のエタロンでは、第１実施形態と同様の光学特性（ＦＳＲ＝０．８ｎｍ、最大損失＝−４．５ｄＢ）を実現させる場合、ギャップ材料の厚さが１．５ｍｍと決まり、反射増加膜の反射率が２５％と決まる。ここで、空気の屈折率ｎ＝１．０００２６４、温度係数ｎt＝−８．１×１０-7／℃とすると、波長温度特性を零にするためには、線膨張係数α＝８．１×１０-7／℃を有する材料がギャップ材料として必要になる。しかし、このような特性を有する材料は一般的には存在しないため、ここでは、上記の特性に最も近い石英（α＝５．５×１０-7／℃）をギャップ材料として用いることにした。
【００５０】
図４は、ギャップ材料に石英を用いた従来のエアギャップ型エタロンの波長温度特性を示す図である。図４に示すように、従来構成のエタロンでは、−１ｐｍ／℃を超える波長温度特性が生じてしまう。このようなエタロンは、温度変化による波長の安定性が厳しく求められる用途では、十分とはいえない。なお、温度が０℃から６５℃へ上昇した時にピーク波長が短波長にシフトしているのは、空気の屈折率が低下しているためである。一方、本実施形態によるエアギャップ型エタロン１では、前述の図３に示したように、０〜６５℃の間で波長温度特性が略零となり、上記のような用途に対しても十分に使用可能である。
【００５１】
上述したように、第１実施形態によれば、波長温度特性が略零のエアギャップ型エタロンを、一般的な材料を用い高い設計自由度を持って容易に実現することが可能である。
【００５２】
次に、本発明によるエアギャップ型エタロンの第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態のエアギャップ型エタロンの構成を示す断面図である。ただし、第１実施形態の構成と同一の部分には同一の符号が付してある。
【００５３】
図５において、本実施形態のエタロン１’は、例えば、固定部材としての透明固定台６、透明平行平板３、平行平板４および透明平板５とを備えて構成される。
【００５４】
透明固定台６は、一方の面が平面となっている平板で、他方の面には、第１実施形態の場合に透明平行平板３の片面に形成されていた反射防止膜３Ａと同様な反射防止膜６Ａが形成されている。なお、反射防止膜６Ａが形成される他方の面は必ずしも平面である必要はない。
【００５５】
透明平行平板３は、第１実施形態の場合と異なり一方の平面（図で右側面）には反射防止膜が形成されずに、他方の平面（図で左側面）にだけ反射増加膜３Ｂが形成されている。この透明平行平板３の一方の平面は、透明固定台６の反射防止膜６Ａが形成されていない平面上に、第１実施形態の場合と同様の方法により接合されている。この透明平行平板３の厚さおよび線膨張係数は、第１実施形態の場合と同様にｄ1およびα1とする。
【００５６】
なお、平行平板４および透明平板５の構成は、第１実施形態の場合と同一である。
上記のような構成のエアギャップ型エタロン１’では、透明平行平板３の反射増加膜３Ｂが形成されている平面と、透明平板５の反射増加膜５Ｂが形成されている平面との間に位置するエアギャップにおいて、ファブリペロー干渉計が形成されている。
【００５７】
ここで、第２実施形態の構成が第１実施形態の構成と異なる点をまとめると、第２実施形態の構成では、透明固定台６に光が透過するためその片面に反射防止膜６Ａが必要になることと、透明固定台６と透明平行平板３との接合部分は屈折率差が小さいため反射がほとんどなく、透明平行平板３の接合面には反射防止膜が特に必要ないことである。
【００５８】
ここで、第２実施形態についても、第１実施形態の場合と同様にして、ＦＳＲが０．８ｎｍであり、最大損失が−４．５ｄＢとなる波長特性を有し、かつ、波長温度特性が略零となるような、具体的な光学特性を設定するものとする。上記のような設定条件では、例えば、各パラメータの設計値が次の表２に示すようなものとなる。
【００５９】
【表２】
表２において、透明平行平板３と平行平板４の各材料は、共に一般的な市販の光学ガラス（オハラ社製）であり、化学的耐久性の高い材料であるが、上述の表１に示した第１実施形態の場合とは異なる材料を用いている。このため、透明平行平板３と平行平板４の線膨張係数および厚さは、第１実施形態のときの値とはそれぞれ異なっている。また、透明固定台６および透明平板５の各材料には特に制限がなく、表２のどちらかのガラス材料を用いることもできる。
【００６０】
図６は、上記のような設定条件としたエタロン１’についての波長温度特性を測定した結果を示す図である。図６に示したように、エタロン１’は、０〜６５℃の温度差でもほとんど波長シフトが観察されず、波長温度特性が略零であることが分かる。
【００６１】
このように第２実施形態によっても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
なお、上述した第１、２実施形態では、エアギャップ型エタロン１，１’の波長温度特性が略零となるように各パラメータの値を設定したが、本発明はこれに限られるものではない。上述の（６）式において説明したように、例えば、透明平行平板３および平行平板４の各厚さｄ1，ｄ2を大きくすることによって、エタロンの波長温度特性を大きくすることも可能であり、また、透明平行平板３および平行平板４の各線膨張係数がα1＞α2となるように材料を選べば、負の波長温度特性を有するエタロンを実現することも可能となる。具体的な設定例については、後述する各装置の実施形態において説明することにする。
【００６２】
次に、本発明に関連する一例として、エアギャップ型エタロンを用いた波長検出装置について説明する。
図７は、上記エアギャップ型エタロンを用いた波長検出装置の構成を示す概略図である。
【００６３】
図７において、本波長検出装置１０は、２つの光ファイバ１１Ａ，１１Ｂと、２つのコリメータレンズ１２Ａ，１２Ｂと、第１、２分岐部としての２つのビームスプリッタ１３Ａ，１３Ｂと、光学フィルタ１４と、第１、２受光部としての２つの受光素子１５Ａ，１５Ｂと、上記各部品を所定の位置に保持する筐体１６とを備えて構成される。
【００６４】
光ファイバ１１Ａは、外部からの光信号を波長検出装置１０に導くための光伝送路である。コリメータレンズ１２Ａは、光ファイバ１１Ａのコアから出射された拡散光を平行光として主光路を形成し、該平行光をビームスプリッタ１３Ａに送る。ビームスプリッタ１３Ａは、主光路に対して約４５度傾けて配置され、コリメータレンズ１２Ａを通過した平行光の一部を約９０度方向に分岐して、光学フィルタ１４に送る。
【００６５】
光学フィルタ１４は、上述した第１実施形態のエアギャップ型エタロン１または第２実施形態のエアギャップ型エタロン１’が用いられ、ビームスプリッタ１３Ａで分岐された光信号を所要の波長特性に従って透過し、該透過光を受光素子１５Ａに送る。受光素子１５Ａは、光学フィルタ１４を透過した光信号のパワーに応じた電気信号を発生する。
【００６６】
また、ビームスプリッタ１３Ａを透過した光信号は、ビームスプリッタ１３Ｂに送られる。ビームスプリッタ１３Ｂは、ビームスプリッタ１３Ａと同様に主光路に対して約４５度傾けて配置され、ビームスプリッタ１３Ａを透過した平行光の一部を約９０度方向に分岐して、受光素子１５Ｂに送る。受光素子１５Ｂは、ビームスプリッタ１３Ｂで分岐された光信号のパワーに応じた電気信号を発生する。
【００６７】
さらに、ビームスプリッタ１３Ｂを透過した主光路の光信号は、コリメータレンズ１２Ｂに送られる。コリメータレンズ１２Ｂは、ビームスプリッタ１３Ｂからの透過光を集束光として、光ファイバ１１Ｂのコアに結合させる。光ファイバ１１Ｂは、コリメータレンズ１２Ｂを介して結合された光信号を波長検出装置１０の外部に出力するための光伝送路である。
【００６８】
上記のような構成の波長検出装置１０では、例えば、波長帯域の広い白色光が光ファイバ１１Ａを介して入射された場合、該入射光は、コリメータレンズ１２Ａで平行光とされた後に、その一部がビームスプリッタ１３Ａで分岐され、光学フィルタ１４を透過して受光素子１５Ａで受光される。受光素子１５Ａでは、例えば図８の実線に示すように、光学フィルタ１４として用いられるエアギャップ型エタロンで決まる単峰性の波長特性を有する電気信号が得られる。
【００６９】
一方、ビームスプリッタ１３Ａを透過し、ビームスプリッタ１３Ｂで分岐された光信号は、光学フィルタを介すことなく受光素子１５Ｂで受光される。受光素子１５Ｂでは、例えば図８の破線に示すように、平坦な波長特性（基準波長特性）を有する電気信号が得られる。ただし、各ビームスプリッタ１３Ａ，１３Ｂの反射波長特性と各受光素子１５Ａ，１５Ｂの波長感度特性とは、使用する波長範囲で十分に平坦な特性を有するものとする。
【００７０】
ここで、例えば、単色光を１５５０．２ｎｍから１５５０．８ｎｍまで波長を変化させながら光ファイバ１１Ａに通し、受光素子１５Ａの出力電流を受光素子１５Ｂの出力電流で除算すると、図８に示した受光素子１５Ａの単峰性の波長特性と受光素子１５Ｂの基準波長特性との交点の波長において、除算結果がちょうど１となる。上記交点となる波長は、受光素子１５Ａ，１５Ｂの各出力電流値が抵抗などによりレベル調整可能であるため、受光素子１５Ａ，１５Ｂの一方若しくは両方の電流レベルを変化させることにより電気的に調整可能である。なお、図８には、受光素子１５Ｂの電流レベルを受光素子１５Ａに対して相対的に低下させた場合の一例が示してある。
【００７１】
上記のようにして、各受光素子１５Ａ，１５Ｂの出力電流の除算結果が１になる波長を検出することで、光ファイバ１１Ａを介して入力される光信号の波長が、前述の交点に対応する波長に一致するものであることを検出できるようになる。このような波長検出装置１０の具体的な用途としては、例えば、半導体レーザダイオード等の単色光源の出力光を波長検出装置１０の主光路に導入して、各受光素子１５Ａ，１５Ｂの出力電流の除算結果が１となるようなフィードバック制御を単色光源かけることで、出力光の波長を特定の波長にロックさせることもできる。このような用途で用いられる場合は、いわゆる波長ロッカーとして機能することになる。
【００７２】
上記のような本装置の波長検出機能は、上述した第１実施形態または第２実施形態の場合のような波長温度特性の小さいエアギャップ型エタロンを光学フィルタ１４として用いることにより、検出される波長の温度依存性を略零とすることができ、温度などの環境の変化に対して極めて安定なものとなる。
【００７３】
次に、本発明によるエアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置（ＧＥＱ）について説明する。
図９は、本発明によるＧＥＱの実施形態の構成を示す概略図である。
【００７４】
図９において、本ＧＥＱ２０は、２つのファイバ２１Ａ，２１Ｂと、２つのコリメータレンズ２２Ａ，２２Ｂと、２つの光学フィルタ２３，２４と、上記各部品を所定の位置に保持する筐体２５とを備えて構成される。
【００７５】
光ファイバ２１Ａは、外部からの光信号をＧＥＱ２０に導くための光伝送路である。コリメータレンズ２２Ａは、光ファイバ２１Ａのコアから出射された拡散光を平行光として、各光学フィルタ２３，２４を介してコリメータレンズ２２Ｂに送る。コリメータレンズ２２Ｂは、光学フィルタ２４を通過した光信号を集束光として、光ファイバ２１Ｂのコアに結合させる。光ファイバ２１Ｂは、コリメータレンズ２２Ｂを介して結合された光信号をＧＥＱ２０の外部に出力するための光伝送路である。
【００７６】
各光学フィルタ２３，２４は、それぞれの周期的な透過波長特性が所定の温度で１／２周期程度ずれており、かつ、各々の透過波長特性の温度依存性が互いに異なるものを用いる。このような特性を有する光学フィルタとしては、エタロンが好適である。
【００７７】
ここで、各光学フィルタ２３，２４に用いられるエタロンについて詳細に説明する。
本実施形態において２つのエタロンに要求される光学特性は、例えば、ＦＳＲが共に２８ｎｍ程度であり、最大損失が共に−０．９ｄＢ程度であって、かつ、互いの周期的な透過波長特性が、所定の温度（例えば２５℃等）において１／２周期程度ずれていると共に、一方の波長温度特性が比較的小さく（例えば１３ｐｍ／℃等）、他方の波長温度特性が比較的大きく（例えば８５ｐｍ／℃等）なるような特性が必要となる。ここでは、光学フィルタ２３として波長温度特性の比較的小さいエタロンを用い、光学フィルタ２４として波長温度特性の比較的大きいエタロンを用いることにする。ただし、各光学フィルタ２３，２４の波長温度特性は、上記の場合に限られるものではなく逆の設定であっても構わない。
【００７８】
波長温度特性の比較的小さいエタロン（光学フィルタ２３）としては、図示しないが一般的なソリッド型エタロンを用いることができる。次の表３には、上記ソリッド型エタロンのパラメータの設計値の一例を示しておく。
【００７９】
【表３】
表３に示すようなソリッド型エタロンは、ＦＳＲが２８ｎｍで、波長温度特性が１３ｐｍ／℃となる。ここで、ギャップ材料として用いたガラス（Ｓ−ＢＡＭ９：オハラ社製）の屈折率に応じて生ずるガラスの表面反射（フレネル反射）は５％程度であり、最大損失は−０．９ｄＢ程度となるため、ギャップ材料の表面に反射増加膜を形成する必要は特にない。
【００８０】
なお、ここでは波長温度特性の小さいエタロンとして一般的なソリッド型エタロンを用いることにしたが、本発明はこれに限らず、上述の第１実施形態または第２実施形態で示したエアギャップ型エタロンを用いてもよい。
【００８１】
一方、波長温度特性の比較的大きいエタロン（光学フィルタ２４）としては、本発明によるエアギャップ型エタロンを用いる。このエアギャップ型エタロンの構成は、上述した第１実施形態の構成（図１参照）または第２実施形態の構成（図５参照）と同様であって、波長温度特性を大きくするために各パラメータの値を変更したものである。次の表４には、上記エアギャップ型エタロンのパラメータ設計値の一例を示しておく。
【００８２】
【表４】
表４に示すようなエアギャップ型エタロンは、ＦＳＲが２８ｎｍで、波長温度特性が８５ｐｍ／℃となる。ここでも、上記ソリッド型エタロンの場合と同様に、各平板３，４に用いたガラス（Ｓ−ＢＳＭ９，Ｓ−ＰＢＬ２６：オハラ社製）の屈折率に応じて生ずるガラスの表面反射（フレネル反射）は５％程度であり、最大損失は−０．９ｄＢ程度となるため、各平板３，４の表面に形成される反射増加膜を省略することが可能である。
【００８３】
なお、上記のような波長温度特性の比較的大きいエタロンを従来技術を用いて実現することは難しい。具体的には、波長温度特性が８５ｐｍ／℃と大きいエタロンを従来のソリッド型で構成した場合を考えると、市販されているガラスでは２０ｐｍ／℃程度が限界であり、所望の波長温度特性は得られない。また、図２１に示したような従来のエアギャップ型で構成した場合を考えると、ギャップ材料として、線膨張係数が５×１０-5／℃程度の材料を用いることにより、所望の波長温度特性が大きいエタロンが得られる計算となるが、そのように線膨張係数が大きい材料は一般的には有機物しかない。しかし、有機物では環境に対する安定性や平面への加工性が悪く実用的でないことは、上述したとおりである。
【００８４】
次に、本実施形態のＧＥＱ２０の作用について説明する。ここでは、例えば、ＧＥＱ２０を用いてＥＤＦＡの利得温度特性を受動的に補償する一例を考える。ＥＤＦＡの利得波長特性は、一般に１５３５ｎｍと１５５５ｎｍ付近に利得ピークを持った複雑な形状をしている。この利得波長特性は、従来、例えば逆の透過波長特性を有する固定ＧＥＱを設けることにより相殺（補償）され、所定の温度において平坦な利得波長特性を有するＥＤＦＡが実現されてきた。しかし、上記ＥＤＦＡの利得波長特性は、周囲の温度が変動することによって変化してしまう。
【００８５】
例えば、２５℃においてＥＤＦＡの利得波長特性が完全に平坦化されるように固定ＧＥＱの透過波長特性を最適化したとき、温度が０〜６５℃の間で変動した場合には、図１０に示すようにＥＤＦＡの利得温度特性（２５℃で規格化された利得温度特性）が変化する。すなわち、上記ＥＤＦＡの利得温度特性は、ちょうど特定の波長で固定された定在波の振幅が変化したような振る舞いをしており、波長特性の形状自体が温度変動に応じて変化している。このような利得温度特性を、１つの光学フィルタ（エタロン）を用い、その温度特性（波長シフト）を利用して補償することは困難である。
【００８６】
そこで、本実施形態の利得等化装置２０は、波長特性が異なり、かつ、波長温度特性の異なる２つのエタロンを組み合わせて用いることで、上記のようなＥＤＦＡの利得温度特性の補償を実現する。
【００８７】
図１１は、本利得等化装置２０の光学フィルタ２３，２４として適用される各エタロンについて、２５℃における各々の透過波長特性と、それらを組み合わせて合成した透過波長特性とを示す図である。
【００８８】
図１１に示すように、光学フィルタ２３，２４の各透過波長特性は周期的であり、各々が約１／２周期（π）ずれている。また、合成された透過波長特性は、ＥＤＦＡの波長帯域（ここでは、１５３５〜１５６０ｎｍ程度）でほぼ平坦となっており、２５℃においてＥＤＦＡの利得温度特性に影響を与えないように設計されている。
【００８９】
図１２〜図１４は、温度が変化（０〜６５℃）した場合の透過波長特性を示す図であって、図１２は、光学フィルタ２３（ソリッド型エタロン）の波長温度特性、図１３は、光学フィルタ２４（エアギャップ型エタロン）の波長温度特性、図１４は、各光学フィルタの特性を合成した波長温度特性である。
【００９０】
図１２に示すように、光学フィルタ２３は、温度変化による波長シフト量が比較的小さく（１３ｐｍ／℃程度）、また、図１３に示すように、光学フィルタ２４は、温度変化による波長シフト量が比較的大きい（８５ｐｍ／℃程度）ことが分かる。さらに、図１４に示すように、合成された透過波長特性は、前述の図１０に示したＥＤＦＡの利得温度特性に対して、ほぼ逆の波長特性となっている。すなわち、各光学フィルタ２３，２４を組み合わせた透過波長特性の温度依存性は、特定の波長で固定された定在波の振幅がＥＤＦＡの利得温度特性とは逆に変化するような振る舞いをしている。
【００９１】
上記のような光学フィルタ２３，２４を用いて構成したＧＥＱ２０（図９）を、固定ＧＥＱにより所定温度（２５℃）で利得波長特性が平坦化されたＥＤＦＡに接続することによって、ＥＤＦＡの利得温度特性の補償が実現される。
【００９２】
図１５は、ＧＥＱ２０による補償後の波長温度特性（０〜６０℃）を示したものである。ただし、ここでは環境の温度変化に対応してＥＤＦＡおよびＧＥＱ２０の各温度が同じになるものとする。図１５に示すように、ＧＥＱ２０の透過波長特性の温度依存性によって、ＥＤＦＡの利得温度特性が相殺され、波長温度特性がかなり平坦化されている。具体的には、ＧＥＱ２０を接続しない場合のＥＤＦＡの利得温度特性に比べて、波長平坦性（波長帯域における利得偏差）は半分以下に低減される。
【００９３】
上述したように、本実施形態のＧＥＱ２０は、例えばＥＤＦＡに接続して用いることで、温度変化によってＥＤＦＡの利得波長特性が変化しても、その特性を受動的に平坦化することができる。このようなＧＥＱ２０を接続したＥＤＦＡをＷＤＭ伝送装置に適用すれば、各波長の光信号について光ＳＮＲの偏差が生じ難くなり、非常に有用である。
【００９４】
次に、本発明によるエアギャップ型エタロンを用いた波長特性可変装置について説明する。
図１６および図１７は、本発明による波長特性可変装置の実施形態の構成を示す図であって、図１６は上面図、図１７は側方断面図である。
【００９５】
図１６および図１７において、本波長特性可変装置３０は、２つのファイバ３１Ａ，３１Ｂと、２つのコリメータレンズ３２Ａ，３２Ｂと、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂと、温度検出素子３４と、温度制御素子３５と、上記各部品を所定の位置に保持する筐体３６とを備えて構成される。ここでは、温度検出素子３４および温度制御素子３５が温度制御手段として機能する。
【００９６】
光ファイバ３１Ａは、外部からの光信号を波長特性可変装置３０に導くための光伝送路である。コリメータレンズ３２Ａは、光ファイバ３１Ａのコアから出射された拡散光を平行光として、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂを介してコリメータレンズ３２Ｂに送る。コリメータレンズ３２Ｂは、光学フィルタ３３Ｂを通過した光信号を集束光として、光ファイバ３１Ｂのコアに結合させる。光ファイバ３１Ｂは、コリメータレンズ３２Ｂを介して結合された光信号を波長特性可変装置３０の外部に出力するための光伝送路である。
【００９７】
各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂは、本発明によるエアギャップ型エタロンがそれぞれ用いられる。各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂに要求される光学特性については後述する。
【００９８】
温度検出素子３４は、ここでは光学フィルタ３３Ａに取り付けられており、光学フィルタ３３Ａの温度を検出する。この温度検出素子３４としては、例えば白金抵抗センサ等を用いることが可能である。温度制御素子３５は、ここでは筐体３６の上に載置され、該温度制御素子３５の上には２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂが所定位置に載置されている。この温度制御素子３５は、温度検出素子３４で検出された温度に応じて、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を制御するものであり、具体的には、例えばペルチェ素子等を用いることが可能である。ペルチェ素子を用いる場合、温度検出素子３４で検出された温度に従って、ペルチェ素子に流す電流値を制御する図示しない温度制御回路が設けられる。
【００９９】
なお、上記の構成において、光学フィルタ３３Ａにのみ温度検出素子３４を設けた理由は、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの熱伝導率が同程度であり、温度制御素子３５上に載置された２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度がほぼ同じになると考えられるためである。
【０１００】
ここで、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂに用いられるエアギャップ型エタロンについて詳細に説明する。
本波長特性可変装置３０に用いられる２つのエアギャップ型エタロンに要求される光学特性は、例えば、ＦＳＲが１００〜１２０ｎｍ程度であり、最大損失が−４．５ｄＢ程度であって、かつ、波長温度特性が非常に大きなもの（約５００ｐｍ／℃）であると共に、各々の波長温度特性の変化方向（波長シフトの方向）が互いに逆方向になるような特性が必要となる。それぞれのエアギャップ型エタロンの構成は、上述した第１実施形態の構成（図１参照）または第２実施形態の構成（図５参照）と同様であって、波長温度特性を非常に大きくするために各パラメータの値を変更したものである。次の表５には、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂのパラメータ設計値の一例を示しておく。
【０１０１】
【表５】
表５に示すような設定とすることで、光学フィルタ３３Ａは波長温度特性が＋５００ｐｍ／℃となり、光学フィルタ３３Ｂは波長温度特性が−５００ｐｍ／℃となる。なお、最大損失が−４．５ｄＢ程度の光学特性を実現するためには、反射増加膜３Ｂ，５Ｂの反射率を２５％程度とすればよい。
【０１０２】
なお、上記のような波長温度特性の非常に大きいエタロンを従来技術を用いて実現するのが困難であることは、上述のＧＥＱの実施形態で説明した内容と同様である。
【０１０３】
次に、本波長特性可変装置３０の作用について説明する。
本波長特性可変装置３０では、温度検出素子３４の検出結果に従って各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を判断し、温度制御素子３５により各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を能動的に制御することで、可変の透過波長特性を実現する。
【０１０４】
図１８〜図２０は、温度が変化（０〜６５℃）した場合の透過波長特性を示す図であって、図１８は、光学フィルタ３３Ａの波長温度特性、図１９は、光学フィルタ３３Ｂの波長温度特性、図２０は、各光学フィルタの特性を合成した波長温度特性である。
【０１０５】
図１８および図１９に示すように、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂは、温度変化による波長シフト量が非常に大きく（±５００ｐｍ／℃）、各々の波長シフトの方向が互いに逆方向であることが分かる。また、図２０に示すように、合成された透過波長特性は、１５３０〜１５７０ｎｍの波長範囲で波長特性の傾斜が±７ｄＢ程度に変化していることが分かる。
【０１０６】
このように本実施形態の波長特性可変装置３０では、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂにより合成された透過波長特性の傾斜量を、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度制御により能動的に変化させることが可能となる。
【０１０７】
なお、上記の波長特性可変装置３０では、１つの温度検出素子３４と１つの温度制御素子３５を用いて、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂを同じ温度で制御するようにしたが、これ以外にも、例えば２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂごとに温度検出素子および温度制御素子をそれぞれ設けて、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を別々に制御しても構わない。この場合、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂとして、波長シフトの方向が同じエアギャップ型エタロンを適用し、各々の温度を逆方向に制御する応用も可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の利得等化装置は、周期的な透過波長特性が所定の温度で略１／２周期ずれており、かつ、前記透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタの少なくとも１つをエアギャップ型エタロンとし、そのエアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、第１平行部材の平行な平面間の距離、第１平行部材の膨張係数、第２平行部材の平行な平面間の距離および第２平行部材の膨張係数をそれぞれ設定して、波長温度特性の大きなエアギャップ型エタロンとしたことで、複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性に従って、温度変動に追従した利得等化が可能になる。
また、本発明の波長特性可変装置は、周期的な透過波長特性を有し、かつ、該透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタを少なくとも２つのエアギャップ型エタロンを用いて構成し、各々のエアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、第１平行部材の平行な平面間の距離、第１平行部材の膨張係数、第２平行部材の平行な平面間の距離および第２平行部材の膨張係数をそれぞれ設定し、さらに、各エアギャップ型エタロンの透過波長特性の温度依存性の変化方向を逆方向としたことで、複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性の傾斜量が温度制御により可変にすることが可能になる。
さらに、本発明の光増幅器は、上記のような利得等化装置または波長特性可変装置を用いることで、動作条件に応じて変化する利得波長特性の平坦化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエアギャップ型エタロンの第１実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】石英を用いた一般的なソリッド型エタロンの波長温度特性を示す図である。
【図３】第１実施形態のエタロンについての波長温度特性を測定した結果を示す図である。
【図４】石英を用いた従来のエアギャップ型エタロンの波長温度特性を示す図である。
【図５】本発明によるエアギャップ型エタロンの第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態のエタロンについての波長温度特性を測定した結果を示す図である。
【図７】本発明による波長検出装置の実施形態の構成を示す概略図である。
【図８】波長検出装置の実施形態について、各受光素子で得られる電気信号の波長特性を示す図である。
【図９】本発明による利得等化装置（ＧＥＱ）の実施形態の構成を示す概略図である。
【図１０】一般的なＥＤＦＡの利得温度特性を示す図である。
【図１１】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２３，２４の２５℃における透過波長特性と、それらを合成した透過波長特性とを示す図である。
【図１２】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２３の波長温度特性を示す図である。
【図１３】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２４の波長温度特性を示す図である。
【図１４】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２３，２４の特性を合成した波長温度特性を示す図である。
【図１５】利得等化装置の実施形態における補償後のＥＤＦＡの波長温度特性を示す図である。
【図１６】本発明による波長特性可変装置の実施形態の構成を示す上面図である。
【図１７】本発明による波長特性可変装置の実施形態の構成を示す側方断面図である。
【図１８】波長特性可変装置の実施形態について、光学フィルタ３３Ａの波長温度特性を示す図である。
【図１９】波長特性可変装置の実施形態について、光学フィルタ３３Ｂの波長温度特性を示す図である。
【図２０】波長特性可変装置の実施形態について、光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの特性を合成した波長温度特性を示す図である。
【図２１】従来のエアギャップ型エタロンの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１’…エアギャップ型エタロン
２…固定台
２Ａ…穴部
３…透明平行平板
３Ａ，５Ａ，６Ａ…反射防止膜
３Ｂ，５Ｂ…反射増加膜
４…平行平板
５…透明平板
６…透明固定台
１０…波長検出装置
１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ…光ファイバ
１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ…コリメータレンズ
１３Ａ，１３Ｂ…ビームスプリッタ
１４，２３，２４，３３Ａ，３３Ｂ…光学フィルタ
１５Ａ，１５Ｂ…受光素子
１６，２５，３６…筐体
２０…利得等化装置（ＧＥＱ）
３０…波長特性可変装置
３４…温度検出素子
３５…温度制御素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリペロー干渉計であるエアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器に関し、特に、波長特性の温度依存性（以下、波長温度特性）を自在に調整できるエアギャップ型エタロンおよびそれを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信においては、伝送容量の増大に伴い、波長多重（ＷＤＭ）伝送方式が採用されている。このＷＤＭ伝送方式では、伝送容量をさらに増やすために、異なるチャンネルの波長が互いに接近してきている。このように互いに接近した波長を有するチャンネルの信号光を正しく送受信するためには、伝送装置に使用されるエタロン等の光学フィルタの波長特性が、温度などの環境の変化に対して安定していることが必要である。したがって、波長温度特性の非常に小さい光学フィルタが要求される。
【０００３】
また、長距離光伝送においては、伝送距離増大のために、例えばエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器（Erbium-Doped optical Fiber Amplifier、以下ＥＤＦＡとする）等が光中継器として広く用いられている。このＥＤＦＡの利得特性は、一般に光ファイバの組成などに基づく波長特性を有しているため、利得波長特性と逆の損失波長特性を有するエタロンなどの光学フィルタを利得等化装置（Gain-Equa1izer、以下ＧＥＱとする）として用い、上記の利得波長特性を平坦化する技術が実用化されている。
【０００４】
ところで、ＥＤＦＡの利得波長特性は、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）の温度に応じても変化するので、周囲の環境温度変化の影響を受けることになる。このため、ＷＤＭ伝送装置において、各波長の光信号についての光ＳＮＲに偏差が生ずるという問題があった。この問題に対処するためには、温度が変動してＥＤＦＡの利得波長特性が変化しても、受動的に利得波長特性を平坦化できるような利得等化装置が望まれる。しかし、上記のような利得等化装置の実現には、前述した場合とは逆に、波長温度特性の大きい光学フィルタが必要となる。
【０００５】
さらに、海底中継用の超長距離伝送においても、上記ＥＤＦＡが広く用いられている。このような用途では、光ファイバ伝送路の修理や経年変化によりＥＤＦＡへの入力レベルが変化すると、ＥＤＦＡが出力レベルー定制御されている場合、ＥＤＦＡの利得が変化してしまうという問題があった。ＥＤＦＡの利得が変化すると、波長特性に傾斜（チルト）が生じるため、波長特性の傾斜を補償できるような波長特性可変装置が望まれる。しかし、こうした波長特性可変装置の実現には、例えば波長温度特性が大きく、かつ、波長温度特性の変化方向が逆であるような２つの光学フィルタが必要となる。
【０００６】
このように光学フィルタには、透過波長特性のみならず、その温度依存性に対しても用途や目的に応じて様々な要求があり、それらの要求に応じて光学フィルタの設計を行う必要がある。上記のような光学フィルタとしては、一般に、ソリッド（固体）型およびエアギャップ（空隙）型のエタロン（ファブリペロー干渉計）や誘電体多層膜フィルタ、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）などが用いられている。
【０００７】
従来のエタロンの具体的な構成としては、例えば、特開平７−８６６７３号公報、特開平３−１８５４０２号公報、特開平７−２７９４３号公報、特開平９−２５７５６７号公報等に記載されたものが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような光学フィルタの中で、誘電体多層膜フィルタやＦＢＧについては、製造プロセス上使用できる材料が石英（ＳｉＯ2）等に限られており、材料の物性値（膨張係数と屈折率の温度係数）に応じて波長温度特性が決まってしまうため、波長温度特性の設計自由度が極めて低いという欠点がある。
【０００９】
また、ソリッド型エタロンについては、各種の透明な多成分ガラス材料が適用できるが、やはり材料の物性値（膨張係数と屈折率の温度係数）に応じて波長温度特性が決まってしまうため、波長温度特性の設計自由度が限られてしまう。なお、透明な材料としてはアクリルやポリカーボネート等の合成樹脂も考えられる。しかし、上記のような合成樹脂は、吸水性があるため湿度の影響を受け易いことや、加工上良い平面度が得られないこと、耐光性が低く高強度の光が入射すると変質が生じること等の理由のため、エタロンの材料として用いることは困難である。
【００１０】
エアギャップ型エタロンについては、従来、例えば図２１に示すように、２枚のガラス等の透明平行平板の間にギャップ材料を挟む構成となっている。なお、各透明平行平板には、外方側の平面に反射防止膜が形成され、内方側の平面に反射増加膜が形成されている。このような構成では、ギャップ材料として透明な材料だけでなく不透明な材料も適用できることから、材料を選択する自由度はソリッド型に比べてやや高い。しかし、環境に対する安定性や、平面への加工性等を考慮すると、ギャップ材料はガラス材料や一部の金属等に限られてしまい、波長温度特性の設計自由度が十分であるとは言えない現状である。
【００１１】
このように、従来の光学フィルタでは所望の波長温度特性を得ることが現実的には困難となることが多かった。また、所定の波長温度特性を有する光学フィルタを必要とするような波長検出装置、利得等化装置、波長特性可変装置などの各種装置においても、適した光学フィルタが得られないために、所望の性能が得られない等の問題があった。
【００１２】
ここで、前述の各公報に記載された従来のエタロンの問題点を具体的に説明する。
まず、特開平７−８６６７３号公報に記載されたエタロンは、膨張係数が正の材料と負の材料とを接合してギャップ材料を構成したものであって、エアギャップ型エタロンのギャップ長の温度変化を無くし、波長温度特性を無くすことを目的としたものである。このような構成のエタロンでは、波長温度特性が小さいエタロンを実現することは可能であるが、波長温度特性の大きいエタロンまでを実現することは困難である。また、上記従来技術を用いてエタロンを構成する場合、膨張係数が負であるような特殊なセラミックを用いなければならず、波長温度特性の設計自由度が限られてしまうという欠点がある。さらに、２つのギャップ材料の厚さの比が各材料の膨張係数で決まってしまうため、例えば、自由スペクトル領域（Free Spectral Range、以下ＦＳＲとする）が大きくギャップ長が小さい設定の場合には、厚さの薄いギャップ材料が必要となるが、そのようなギャップ材料の実現は製造上困難となることが予想され、実用的ではないという問題がある。
【００１３】
特開平３−１８５４０２号公報または特開平９−２５７５６７号公報に記載されたエタロンは、ソリッド型エタロンの周辺に膨張係数の異なる材料を接合させた構成で、温度が変化したとき、エタロンに熱歪みと熱応力を与えて結果的にソリッドエタロンの光学的厚さ（干渉長）を一定に保つように作用するものである。しかし、このような構成のエタロンでも、波長温度特性の大きなものを実現することは困難であり、また、エタロンに熱歪みと熱応力を積極的に与えているため、エタロンが破壊するなどの虞があった。
【００１４】
特開平７−２７９４３号公報に記載されたエタロンは、ソリッド型エタロンとエアギャップ型エタロンとを組み合わせた構成で、温度が上昇した場合、ソリッド型エタロンの熱膨張と屈折率の増加により光学的厚さ（干渉長）が大きくなるが、その大きくなった分を相殺するようにエアギャップ型エタロンの光学的厚さが小さくなるようにして、結果的にトータルの光学的厚さを一定に保つように作用するものである。しかし、このような構成のエタロンでも、波長温度特性の大きなものを実現することは困難であり、また、ソリッド型エタロンを一部に含むため、上述したように波長温度特性の設計自由度が限られてしまうという欠点があった。
【００１５】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、波長温度特性の設計自由度が高く、波長温度特性を自在に調整できるエアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置、波長特性可変装置および光増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による利得等化装置は、周期的な透過波長特性が所定の温度で略１／２周期ずれており、かつ、前記透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタを備え、該複数の光学フィルタを合成した透過波長特性が、温度変動に応じて受動的に変化する利得等化装置であって、前記複数の光学フィルタの少なくとも１つが、エアギャップ型エタロンを用いて構成されている。前記エアギャップ型エタロンは、少なくとも１つの平面を有する固定部材と、入射光に対して透明であって、平行な平面を有し、一方の平面が前記固定部材の平面上に接合された第１平行部材と、平行な平面を有し、該平行な平面間の距離が、前記第１平行部材の平行な平面間の距離よりも長く、かつ、前記第１平行部材の膨張係数とは異なる膨張係数を有すると共に、一方の平面が前記第１平行部材の周囲を囲むように前記固定部材の平面上に接合された、少なくとも１つの第２平行部材と、入射光に対して透明であって、対向する平面を有し、一方の平面が、前記第２平行部材の前記固定部材との接合面に対向する他方の平面上に接合された透明部材と、を備え、前記第１平行部材および前記透明部材の互いに対向する平面間に位置するエアギャップを基に、ファブリペロー干渉計が形成され、かつ、前記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、前記第１平行部材の平行な平面間の距離、前記第１平行部材の膨張係数、前記第２平行部材の平行な平面間の距離および前記第２平行部材の膨張係数がそれぞれ設定され、前記ファブリペロー干渉計における透過波長特性の温度特性が所定の値にされている。
【００１７】
かかる構成では、複数の光学フィルタの少なくとも１つがエアギャップ型エタロンを用いて構成されており、該エアギャップ型エタロンに入射された光が、第１平行部材および透明部材の互いに対向する平行な平面で多重反射され、ファブリペロー干渉が生じるようになる。第１平行部材および透明部材の反射面間に形成されるエアギャップの長さは、固定部材の平面を基準にして、第１、２平行部材の厚さ（平行な平面間の距離）の差で決まることになる。これにより、エアギャップの光学的距離が所要の光学特性に応じて決まっていても、第1、２平行部材の厚さおよび膨張係数をそれぞれ設計パラメータとして扱うことができるようになり、これらの設計パラメータを適切に設定することで、透過波長特性の温度依存性を広範囲に調整することが可能になる。本利得等化装置では、上記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように設計パラメータが設定されており、透過波長特性の温度依存性が大きなエアギャップ型エタロンを含んだ複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性に従って、温度変動にも追従した利得等化が行われるようになる。このような利得等化装置は、例えば、利得波長特性の温度依存性が大きな光増幅器から出力される光信号の波長特性を平坦化する補償手段として好適である。
【００１８】
上記エアギャップ型エタロンの具体的な構成として、固定部材は、光が通過する穴部を有し、第１平行部材は、一方の平面に反射防止膜が形成され、該反射防止膜の形成された平面が、固定部材の穴部周辺の平面上に接合され、透明部材は、第２平行部材との接合面に対向する他方の平面に反射防止膜が形成されるようにしてもよい。
【００１９】
あるいは、固定部材は、入射光に対して透明であり、平面に対向する面に反射防止膜が形成され、透明部材は、第２平行部材との接合面に対向する他方の平面に反射防止膜が形成されるようにしても構わない。
【００２０】
さらに、上記エアギャップ型エタロンについては、第１平行部材および透明部材の互いに対向する各平面に、反射増加膜がそれぞれ形成されるようにしてもよい。
【００２１】
かかる構成では、第１平行部材および透明部材の対向する各平面におけるフレネル反射が十分でないときなどに、各々の平面に反射増加膜を形成することによって、所要の最大損失が得られるようになる。
【００２６】
本発明による波長特性可変装置は、周期的な透過波長特性を有し、かつ、該透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタと、該複数の光学フィルタの温度を制御する温度制御手段とを備え、複数の光学フィルタを合成した透過波長特性の傾斜量が、温度制御手段による温度制御により能動的に変化可能な波長特性可変装置であって、さらに複数の光学フィルタが、エアギャップ型エタロンを少なくとも２つ用いて構成されている。前記各エアギャップ型エタロンは、それぞれ、少なくとも１つの平面を有する固定部材と、入射光に対して透明であって、平行な平面を有し、一方の平面が前記固定部材の平面上に接合された第１平行部材と、平行な平面を有し、該平行な平面間の距離が、前記第１平行部材の平行な平面間の距離よりも長く、かつ、前記第１平行部材の膨張係数とは異なる膨張係数を有すると共に、一方の平面が前記第１平行部材の周囲を囲むように前記固定部材の平面上に接合された、少なくとも１つの第２平行部材と、入射光に対して透明であって、対向する平面を有し、一方の平面が、前記第２平行部材の前記固定部材との接合面に対向する他方の平面上に接合された透明部材と、を備え、前記第１平行部材および前記透明部材の互いに対向する平面間に位置するエアギャップを基に、ファブリペロー干渉計が形成され、かつ、前記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、前記第１平行部材の平行な平面間の距離、前記第１平行部材の膨張係数、前記第２平行部材の平行な平面間の距離および前記第２平行部材の膨張係数がそれぞれ設定され、さらに、前記各エアギャップ型エタロンの透過波長特性の温度依存性の変化方向が逆方向とされている。
【００２７】
かかる構成では、透過波長特性の温度依存性が大きく、その変化方向が逆方向となるようなエアギャップ型エタロンを用いて複数の光学フィルタが構成され、該光学フィルタの温度を温度制御手段により変化させるとエアギャップ型エタロンの透過波長特性が互いに逆方向にシフトする。これにより、複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性の傾斜量が温度制御により可変にできるようになる。このような波長特性可変装置は、例えば、動作条件に応じて利得波長特性が変化する光増幅器から出力される光信号の波長特性を平坦化する補償手段として好適である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に用いられるエアギャップ型エタロンの第１実施形態の構成を示す断面図である。
【００２９】
図１において、本エタロン１は、例えば、固定部材としての固定台２、第１平行部材としての透明平行平板３、第２平行部材としての平行平板４および透明部材としての透明平板５と、を備えて構成される。
【００３０】
固定台２は、例えば、光が透過する穴部２Ａを有し、一方の面（図で左側面）が平面となっている。この固定台２は、穴部２Ａ以外の部分を光が透過しないので、入射光に対して必ずしも透明である必要はなく、金属等のように不透明な材料を用いても構わない。また、他方の面（図で右側面）は必ずしも平面である必要はない。
【００３１】
透明平行平板３は、一方の平面（図で右側面）に反射防止膜３Ａが形成され、他方の平面（図で左側面）に反射増加膜３Ｂが形成されている。この透明平行平板３は、入射光に対して透明な材料を用いて形成され、上記一方の平面および他方の平面の間の距離（以下、透明平行平板３の厚さとする）をｄ1とすると共に、線膨張係数をα1とする。また、ここでは反射防止膜３Ａの形成された平面が、固定台２の一方の平面上における穴部２Ａの周辺に接合されている。固定台２との接合方法は、例えばオプティカルコンタクトや熱拡散等の方法を用いることができる。なお、反射防止膜３Ａおよび反射増加膜３Ｂは、例えば誘電体多層膜などにより形成されている。
【００３２】
平行平板４は、その厚さｄ2（平行な平面間の距離）が透明平行平板３の厚さｄ1よりも厚くなるように形成され、透明平行平板３の周囲を囲むように（図の断面では透明平行平板３の上下の位置において）、一方の平面（図で右側面）が固定板２の平面（図で左側面）上に接合されている。この平行平板４は、透明平行平板３の線膨張係数α1とは異なる膨張係数α2を有する材料から形成される。また、平行平板４には光が透過しないので、その材料は必ずしも透明である必要はなく、金属等のように不透明な材料であっても構わない。なお、上記の平行平板４は、透明平行平板３を取り囲む所要の形状を有した一つ（一体）の部材で構成してもよく、あるいは、材料および厚さがそれぞれ同一である複数の平行平板を組み合わせて構成しても構わない。
【００３３】
透明平板５は、一方の平面（図で左側面）に反射防止膜５Ａが形成され、他方の平面（図で右側面）に反射増加膜５Ｂが形成され、該反射増加膜５Ｂの形成されている平面が、平行平板４の固定台２に対向する平面（図で左側面）上に接合されている。この透明平板５は、必ずしも平行平板である必要はなく、例えば、反射防止膜５Ａの形成されている平面と反射増加膜５Ｂの形成されている平面との間におけるファブリペロー干渉を抑制するために、各平面のなす角度を数度程度傾斜させるようにしてもよい。
【００３４】
上記のような構成を有するエアギャップ型エタロン１では、透明平行平板３の反射増加膜３Ｂが形成されている平面と、透明平板５の反射増加膜５Ｂが形成されている平面との間に位置するエアギャップにおいて、ファブリペロー干渉計が形成されている。なお、ここではエアギャップ長をｄ（＝ｄ2−ｄ1）とする。
【００３５】
次に、上記のような構成のエタロン１の作用について説明する。
まず最初に、一般的なエタロンの波長特性について概説しておく。
エタロンの波長特性、すなわち、透過率Ｉｔと波長λの関係は、一般に次の（１）式で与えられる。
【００３６】
Ｉｔ＝１／｛（１＋４Ｒ×sin2（２π×ｎ×ｄ×cosθ／λ）／（１−Ｒ）2｝ …（１）
ただし、Ｒ；反射膜の反射率、ｎ；ギャップの屈折率、ｄ；ギャップの物理的距離、θ；光の入射角度である。
【００３７】
（１）式より、エタロンの波長特性は、透過率が最大となる波長（以下、中心波長λｃとする）が周期的に存在することが分かる。ここで、中心波長λｃは、次の（２）式で与えられる。
【００３８】
λｃ＝２×ｎ×ｄ×cosθ／ｍ …（２）
ただし、ｍ；次数である。
（２）式より、中心波長λｃは、ギャップの屈折率ｎと物理的距離ｄの積ｎ×ｄ（光学的距離）に比例することが分かる。このため、周囲温度が変化することにより、ギャップの屈折率ｎおよび物理的距離ｄが変化すると、光学的距離ｎ×ｄが変化し、中心波長λｃが変化する。すなわち、エタロンの波長特性が波長方向にシフトすることになる。図２には、例えば石英を用いた一般的なソリッド型エタロンの波長温度特性を示しておく。
【００３９】
また、上述の図２１に示したような従来のエアギャップ型エタロンについては、空気の屈折率の温度変化とギャップ材料の厚さ（距離）の温度変化（すなわち熱膨張）とによって、波長温度特性が決まることになる。一般に、温度がΔｔ度変化した場合の屈折率ｎ’および厚さｄ’は、次の（３）式および（４）式のように定義される。
【００４０】
ｎ’＝ｎ＋ｎt×Δｔ …（３）
ｄ’＝ｄ＋ｄ×α×Δｔ …（４）
ただし、ｎt；屈折率の温度係数、α；線膨張係数である。
【００４１】
したがって、エアギャップ型エタロンについての１℃当たりの光学的距離ｎ×ｄの変化量は、上記（３）式および（４）式より、次の（５）式で表される。
ｎ’ｄ’−ｎｄ＝（ｎα＋ｎt＋ｎtα）ｄ＝ｎαｄ＋ｎtｄ …（５）
ただし、ここではｎtα≒０としている。
【００４２】
上記の（５）式において、従来のエアギャップ型エタロンでは、開放空間の空気の屈折率ｎが１．０００２６４、温度係数ｎtが−８．１×１０-7／℃で一義的に決まり、エアギャップの物理的距離ｄは要求される波長特性に応じて決まってしまうが、線膨張係数αは、ギャップ材料の選択によって変えることができる。したがって、従来のエアギャップ型エタロンでは、設計の自由度が線膨張係数αのみとなる。
【００４３】
これに対し、本実施形態のエアギャップ型エタロン１は、上述の図１に示したように、透明平行平板３上の反射増加膜３Ｂと透明平板５上の反射増加膜５Ｂとの間のエアギャップでファブリペロー干渉を生じさせているが、２枚の平板３，５の間でギャップ材料を挟む構成をとっておらず、固定台２の平面を基準にして、平行平板３（厚さｄ1、線膨張率α1）と、平行平板３よりもｄだけ厚い平行平板４（厚さｄ2、線膨張率α2）とを固定しており、エアギャップ長は、各平板３，４の厚さの差ｄ＝ｄ2−ｄ1となっている。このため、エアギャップ長ｄが要求される光学特性で決まっていても、厚さｄ1，ｄ2は自由に変えることができ、また、各平板３，４の線膨張係数α1，α2も２つの設計パラメータとなる。
【００４４】
具体的に、本実施形態のエアギャップ型エタロン１について、１℃当たりの光学的距離ｎ×ｄの変化量は、次の（６）式で表される。
【００４５】
ここで、第１実施形態のエタロン１に要求される光学特性を具体的に設定してさらに詳しく説明する。
本エタロン１の光学特性として、例えば、透過ピーク波長の間隔を示す自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が０．８ｎｍであり、最大損失が−４．５ｄＢとなる波長特性を有し、かつ、波長温度特性が略零となるような設定条件を考えてみる。なお、本発明によるエアギャップ型エタロンの光学特性は、上記の設定に限られるものではない。
【００４６】
まず、ＦＳＲ＝０．８ｎｍ、最大損失＝−４．５ｄＢの条件から、エアギャップ長ｄは１．５ｍｍと決まり、各反射増加膜３Ｂ，５Ｂの反射率は２５％と決まる。本実施形態のエタロン１では、エアギャップ長ｄが透明平行平板３の厚さｄ1と平行平板４の厚さｄ2との差で定まるため、エアギャップ長ｄを１．５ｍｍと決めても、各厚さｄ1，ｄ2には設計自由度がある。また、透明平行平板３と平行平板４とが互いに異なる膨張係数を有する異種材料から形成されているため、各々の膨張係数を自由に組合せることができる。そこで、本実施形態では、エタロン１の波長温度特性を略零とするために、例えば、各パラメータの設計値を次の表１のように設定した。ただし、空気の屈折率ｎを１．０００２６４、温度係数ｎｔを−８．１×１０-7／℃としている。
【００４７】
【表１】
【００４８】
図３は、上記のような設定条件としたエタロン１についての波長温度特性を測定した結果を示す図である。図３に示すように、エタロン１は、０〜６５℃の温度差でも波長シフトが殆ど観察されず、波長温度特性が略零であることが分かる。
【００４９】
ここで、本実施形態のエタロン１の作用効果について、上述の図２１に示した従来のエタロンの場合と比較してみる。
従来のエタロンでは、第１実施形態と同様の光学特性（ＦＳＲ＝０．８ｎｍ、最大損失＝−４．５ｄＢ）を実現させる場合、ギャップ材料の厚さが１．５ｍｍと決まり、反射増加膜の反射率が２５％と決まる。ここで、空気の屈折率ｎ＝１．０００２６４、温度係数ｎt＝−８．１×１０-7／℃とすると、波長温度特性を零にするためには、線膨張係数α＝８．１×１０-7／℃を有する材料がギャップ材料として必要になる。しかし、このような特性を有する材料は一般的には存在しないため、ここでは、上記の特性に最も近い石英（α＝５．５×１０-7／℃）をギャップ材料として用いることにした。
【００５０】
図４は、ギャップ材料に石英を用いた従来のエアギャップ型エタロンの波長温度特性を示す図である。図４に示すように、従来構成のエタロンでは、−１ｐｍ／℃を超える波長温度特性が生じてしまう。このようなエタロンは、温度変化による波長の安定性が厳しく求められる用途では、十分とはいえない。なお、温度が０℃から６５℃へ上昇した時にピーク波長が短波長にシフトしているのは、空気の屈折率が低下しているためである。一方、本実施形態によるエアギャップ型エタロン１では、前述の図３に示したように、０〜６５℃の間で波長温度特性が略零となり、上記のような用途に対しても十分に使用可能である。
【００５１】
上述したように、第１実施形態によれば、波長温度特性が略零のエアギャップ型エタロンを、一般的な材料を用い高い設計自由度を持って容易に実現することが可能である。
【００５２】
次に、本発明によるエアギャップ型エタロンの第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態のエアギャップ型エタロンの構成を示す断面図である。ただし、第１実施形態の構成と同一の部分には同一の符号が付してある。
【００５３】
図５において、本実施形態のエタロン１’は、例えば、固定部材としての透明固定台６、透明平行平板３、平行平板４および透明平板５とを備えて構成される。
【００５４】
透明固定台６は、一方の面が平面となっている平板で、他方の面には、第１実施形態の場合に透明平行平板３の片面に形成されていた反射防止膜３Ａと同様な反射防止膜６Ａが形成されている。なお、反射防止膜６Ａが形成される他方の面は必ずしも平面である必要はない。
【００５５】
透明平行平板３は、第１実施形態の場合と異なり一方の平面（図で右側面）には反射防止膜が形成されずに、他方の平面（図で左側面）にだけ反射増加膜３Ｂが形成されている。この透明平行平板３の一方の平面は、透明固定台６の反射防止膜６Ａが形成されていない平面上に、第１実施形態の場合と同様の方法により接合されている。この透明平行平板３の厚さおよび線膨張係数は、第１実施形態の場合と同様にｄ1およびα1とする。
【００５６】
なお、平行平板４および透明平板５の構成は、第１実施形態の場合と同一である。
上記のような構成のエアギャップ型エタロン１’では、透明平行平板３の反射増加膜３Ｂが形成されている平面と、透明平板５の反射増加膜５Ｂが形成されている平面との間に位置するエアギャップにおいて、ファブリペロー干渉計が形成されている。
【００５７】
ここで、第２実施形態の構成が第１実施形態の構成と異なる点をまとめると、第２実施形態の構成では、透明固定台６に光が透過するためその片面に反射防止膜６Ａが必要になることと、透明固定台６と透明平行平板３との接合部分は屈折率差が小さいため反射がほとんどなく、透明平行平板３の接合面には反射防止膜が特に必要ないことである。
【００５８】
ここで、第２実施形態についても、第１実施形態の場合と同様にして、ＦＳＲが０．８ｎｍであり、最大損失が−４．５ｄＢとなる波長特性を有し、かつ、波長温度特性が略零となるような、具体的な光学特性を設定するものとする。上記のような設定条件では、例えば、各パラメータの設計値が次の表２に示すようなものとなる。
【００５９】
【表２】
【００６０】
図６は、上記のような設定条件としたエタロン１’についての波長温度特性を測定した結果を示す図である。図６に示したように、エタロン１’は、０〜６５℃の温度差でもほとんど波長シフトが観察されず、波長温度特性が略零であることが分かる。
【００６１】
このように第２実施形態によっても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
なお、上述した第１、２実施形態では、エアギャップ型エタロン１，１’の波長温度特性が略零となるように各パラメータの値を設定したが、本発明はこれに限られるものではない。上述の（６）式において説明したように、例えば、透明平行平板３および平行平板４の各厚さｄ1，ｄ2を大きくすることによって、エタロンの波長温度特性を大きくすることも可能であり、また、透明平行平板３および平行平板４の各線膨張係数がα1＞α2となるように材料を選べば、負の波長温度特性を有するエタロンを実現することも可能となる。具体的な設定例については、後述する各装置の実施形態において説明することにする。
【００６２】
次に、本発明に関連する一例として、エアギャップ型エタロンを用いた波長検出装置について説明する。
図７は、上記エアギャップ型エタロンを用いた波長検出装置の構成を示す概略図である。
【００６３】
図７において、本波長検出装置１０は、２つの光ファイバ１１Ａ，１１Ｂと、２つのコリメータレンズ１２Ａ，１２Ｂと、第１、２分岐部としての２つのビームスプリッタ１３Ａ，１３Ｂと、光学フィルタ１４と、第１、２受光部としての２つの受光素子１５Ａ，１５Ｂと、上記各部品を所定の位置に保持する筐体１６とを備えて構成される。
【００６４】
光ファイバ１１Ａは、外部からの光信号を波長検出装置１０に導くための光伝送路である。コリメータレンズ１２Ａは、光ファイバ１１Ａのコアから出射された拡散光を平行光として主光路を形成し、該平行光をビームスプリッタ１３Ａに送る。ビームスプリッタ１３Ａは、主光路に対して約４５度傾けて配置され、コリメータレンズ１２Ａを通過した平行光の一部を約９０度方向に分岐して、光学フィルタ１４に送る。
【００６５】
光学フィルタ１４は、上述した第１実施形態のエアギャップ型エタロン１または第２実施形態のエアギャップ型エタロン１’が用いられ、ビームスプリッタ１３Ａで分岐された光信号を所要の波長特性に従って透過し、該透過光を受光素子１５Ａに送る。受光素子１５Ａは、光学フィルタ１４を透過した光信号のパワーに応じた電気信号を発生する。
【００６６】
また、ビームスプリッタ１３Ａを透過した光信号は、ビームスプリッタ１３Ｂに送られる。ビームスプリッタ１３Ｂは、ビームスプリッタ１３Ａと同様に主光路に対して約４５度傾けて配置され、ビームスプリッタ１３Ａを透過した平行光の一部を約９０度方向に分岐して、受光素子１５Ｂに送る。受光素子１５Ｂは、ビームスプリッタ１３Ｂで分岐された光信号のパワーに応じた電気信号を発生する。
【００６７】
さらに、ビームスプリッタ１３Ｂを透過した主光路の光信号は、コリメータレンズ１２Ｂに送られる。コリメータレンズ１２Ｂは、ビームスプリッタ１３Ｂからの透過光を集束光として、光ファイバ１１Ｂのコアに結合させる。光ファイバ１１Ｂは、コリメータレンズ１２Ｂを介して結合された光信号を波長検出装置１０の外部に出力するための光伝送路である。
【００６８】
上記のような構成の波長検出装置１０では、例えば、波長帯域の広い白色光が光ファイバ１１Ａを介して入射された場合、該入射光は、コリメータレンズ１２Ａで平行光とされた後に、その一部がビームスプリッタ１３Ａで分岐され、光学フィルタ１４を透過して受光素子１５Ａで受光される。受光素子１５Ａでは、例えば図８の実線に示すように、光学フィルタ１４として用いられるエアギャップ型エタロンで決まる単峰性の波長特性を有する電気信号が得られる。
【００６９】
一方、ビームスプリッタ１３Ａを透過し、ビームスプリッタ１３Ｂで分岐された光信号は、光学フィルタを介すことなく受光素子１５Ｂで受光される。受光素子１５Ｂでは、例えば図８の破線に示すように、平坦な波長特性（基準波長特性）を有する電気信号が得られる。ただし、各ビームスプリッタ１３Ａ，１３Ｂの反射波長特性と各受光素子１５Ａ，１５Ｂの波長感度特性とは、使用する波長範囲で十分に平坦な特性を有するものとする。
【００７０】
ここで、例えば、単色光を１５５０．２ｎｍから１５５０．８ｎｍまで波長を変化させながら光ファイバ１１Ａに通し、受光素子１５Ａの出力電流を受光素子１５Ｂの出力電流で除算すると、図８に示した受光素子１５Ａの単峰性の波長特性と受光素子１５Ｂの基準波長特性との交点の波長において、除算結果がちょうど１となる。上記交点となる波長は、受光素子１５Ａ，１５Ｂの各出力電流値が抵抗などによりレベル調整可能であるため、受光素子１５Ａ，１５Ｂの一方若しくは両方の電流レベルを変化させることにより電気的に調整可能である。なお、図８には、受光素子１５Ｂの電流レベルを受光素子１５Ａに対して相対的に低下させた場合の一例が示してある。
【００７１】
上記のようにして、各受光素子１５Ａ，１５Ｂの出力電流の除算結果が１になる波長を検出することで、光ファイバ１１Ａを介して入力される光信号の波長が、前述の交点に対応する波長に一致するものであることを検出できるようになる。このような波長検出装置１０の具体的な用途としては、例えば、半導体レーザダイオード等の単色光源の出力光を波長検出装置１０の主光路に導入して、各受光素子１５Ａ，１５Ｂの出力電流の除算結果が１となるようなフィードバック制御を単色光源かけることで、出力光の波長を特定の波長にロックさせることもできる。このような用途で用いられる場合は、いわゆる波長ロッカーとして機能することになる。
【００７２】
上記のような本装置の波長検出機能は、上述した第１実施形態または第２実施形態の場合のような波長温度特性の小さいエアギャップ型エタロンを光学フィルタ１４として用いることにより、検出される波長の温度依存性を略零とすることができ、温度などの環境の変化に対して極めて安定なものとなる。
【００７３】
次に、本発明によるエアギャップ型エタロンを用いた利得等化装置（ＧＥＱ）について説明する。
図９は、本発明によるＧＥＱの実施形態の構成を示す概略図である。
【００７４】
図９において、本ＧＥＱ２０は、２つのファイバ２１Ａ，２１Ｂと、２つのコリメータレンズ２２Ａ，２２Ｂと、２つの光学フィルタ２３，２４と、上記各部品を所定の位置に保持する筐体２５とを備えて構成される。
【００７５】
光ファイバ２１Ａは、外部からの光信号をＧＥＱ２０に導くための光伝送路である。コリメータレンズ２２Ａは、光ファイバ２１Ａのコアから出射された拡散光を平行光として、各光学フィルタ２３，２４を介してコリメータレンズ２２Ｂに送る。コリメータレンズ２２Ｂは、光学フィルタ２４を通過した光信号を集束光として、光ファイバ２１Ｂのコアに結合させる。光ファイバ２１Ｂは、コリメータレンズ２２Ｂを介して結合された光信号をＧＥＱ２０の外部に出力するための光伝送路である。
【００７６】
各光学フィルタ２３，２４は、それぞれの周期的な透過波長特性が所定の温度で１／２周期程度ずれており、かつ、各々の透過波長特性の温度依存性が互いに異なるものを用いる。このような特性を有する光学フィルタとしては、エタロンが好適である。
【００７７】
ここで、各光学フィルタ２３，２４に用いられるエタロンについて詳細に説明する。
本実施形態において２つのエタロンに要求される光学特性は、例えば、ＦＳＲが共に２８ｎｍ程度であり、最大損失が共に−０．９ｄＢ程度であって、かつ、互いの周期的な透過波長特性が、所定の温度（例えば２５℃等）において１／２周期程度ずれていると共に、一方の波長温度特性が比較的小さく（例えば１３ｐｍ／℃等）、他方の波長温度特性が比較的大きく（例えば８５ｐｍ／℃等）なるような特性が必要となる。ここでは、光学フィルタ２３として波長温度特性の比較的小さいエタロンを用い、光学フィルタ２４として波長温度特性の比較的大きいエタロンを用いることにする。ただし、各光学フィルタ２３，２４の波長温度特性は、上記の場合に限られるものではなく逆の設定であっても構わない。
【００７８】
波長温度特性の比較的小さいエタロン（光学フィルタ２３）としては、図示しないが一般的なソリッド型エタロンを用いることができる。次の表３には、上記ソリッド型エタロンのパラメータの設計値の一例を示しておく。
【００７９】
【表３】
【００８０】
なお、ここでは波長温度特性の小さいエタロンとして一般的なソリッド型エタロンを用いることにしたが、本発明はこれに限らず、上述の第１実施形態または第２実施形態で示したエアギャップ型エタロンを用いてもよい。
【００８１】
一方、波長温度特性の比較的大きいエタロン（光学フィルタ２４）としては、本発明によるエアギャップ型エタロンを用いる。このエアギャップ型エタロンの構成は、上述した第１実施形態の構成（図１参照）または第２実施形態の構成（図５参照）と同様であって、波長温度特性を大きくするために各パラメータの値を変更したものである。次の表４には、上記エアギャップ型エタロンのパラメータ設計値の一例を示しておく。
【００８２】
【表４】
【００８３】
なお、上記のような波長温度特性の比較的大きいエタロンを従来技術を用いて実現することは難しい。具体的には、波長温度特性が８５ｐｍ／℃と大きいエタロンを従来のソリッド型で構成した場合を考えると、市販されているガラスでは２０ｐｍ／℃程度が限界であり、所望の波長温度特性は得られない。また、図２１に示したような従来のエアギャップ型で構成した場合を考えると、ギャップ材料として、線膨張係数が５×１０-5／℃程度の材料を用いることにより、所望の波長温度特性が大きいエタロンが得られる計算となるが、そのように線膨張係数が大きい材料は一般的には有機物しかない。しかし、有機物では環境に対する安定性や平面への加工性が悪く実用的でないことは、上述したとおりである。
【００８４】
次に、本実施形態のＧＥＱ２０の作用について説明する。ここでは、例えば、ＧＥＱ２０を用いてＥＤＦＡの利得温度特性を受動的に補償する一例を考える。ＥＤＦＡの利得波長特性は、一般に１５３５ｎｍと１５５５ｎｍ付近に利得ピークを持った複雑な形状をしている。この利得波長特性は、従来、例えば逆の透過波長特性を有する固定ＧＥＱを設けることにより相殺（補償）され、所定の温度において平坦な利得波長特性を有するＥＤＦＡが実現されてきた。しかし、上記ＥＤＦＡの利得波長特性は、周囲の温度が変動することによって変化してしまう。
【００８５】
例えば、２５℃においてＥＤＦＡの利得波長特性が完全に平坦化されるように固定ＧＥＱの透過波長特性を最適化したとき、温度が０〜６５℃の間で変動した場合には、図１０に示すようにＥＤＦＡの利得温度特性（２５℃で規格化された利得温度特性）が変化する。すなわち、上記ＥＤＦＡの利得温度特性は、ちょうど特定の波長で固定された定在波の振幅が変化したような振る舞いをしており、波長特性の形状自体が温度変動に応じて変化している。このような利得温度特性を、１つの光学フィルタ（エタロン）を用い、その温度特性（波長シフト）を利用して補償することは困難である。
【００８６】
そこで、本実施形態の利得等化装置２０は、波長特性が異なり、かつ、波長温度特性の異なる２つのエタロンを組み合わせて用いることで、上記のようなＥＤＦＡの利得温度特性の補償を実現する。
【００８７】
図１１は、本利得等化装置２０の光学フィルタ２３，２４として適用される各エタロンについて、２５℃における各々の透過波長特性と、それらを組み合わせて合成した透過波長特性とを示す図である。
【００８８】
図１１に示すように、光学フィルタ２３，２４の各透過波長特性は周期的であり、各々が約１／２周期（π）ずれている。また、合成された透過波長特性は、ＥＤＦＡの波長帯域（ここでは、１５３５〜１５６０ｎｍ程度）でほぼ平坦となっており、２５℃においてＥＤＦＡの利得温度特性に影響を与えないように設計されている。
【００８９】
図１２〜図１４は、温度が変化（０〜６５℃）した場合の透過波長特性を示す図であって、図１２は、光学フィルタ２３（ソリッド型エタロン）の波長温度特性、図１３は、光学フィルタ２４（エアギャップ型エタロン）の波長温度特性、図１４は、各光学フィルタの特性を合成した波長温度特性である。
【００９０】
図１２に示すように、光学フィルタ２３は、温度変化による波長シフト量が比較的小さく（１３ｐｍ／℃程度）、また、図１３に示すように、光学フィルタ２４は、温度変化による波長シフト量が比較的大きい（８５ｐｍ／℃程度）ことが分かる。さらに、図１４に示すように、合成された透過波長特性は、前述の図１０に示したＥＤＦＡの利得温度特性に対して、ほぼ逆の波長特性となっている。すなわち、各光学フィルタ２３，２４を組み合わせた透過波長特性の温度依存性は、特定の波長で固定された定在波の振幅がＥＤＦＡの利得温度特性とは逆に変化するような振る舞いをしている。
【００９１】
上記のような光学フィルタ２３，２４を用いて構成したＧＥＱ２０（図９）を、固定ＧＥＱにより所定温度（２５℃）で利得波長特性が平坦化されたＥＤＦＡに接続することによって、ＥＤＦＡの利得温度特性の補償が実現される。
【００９２】
図１５は、ＧＥＱ２０による補償後の波長温度特性（０〜６０℃）を示したものである。ただし、ここでは環境の温度変化に対応してＥＤＦＡおよびＧＥＱ２０の各温度が同じになるものとする。図１５に示すように、ＧＥＱ２０の透過波長特性の温度依存性によって、ＥＤＦＡの利得温度特性が相殺され、波長温度特性がかなり平坦化されている。具体的には、ＧＥＱ２０を接続しない場合のＥＤＦＡの利得温度特性に比べて、波長平坦性（波長帯域における利得偏差）は半分以下に低減される。
【００９３】
上述したように、本実施形態のＧＥＱ２０は、例えばＥＤＦＡに接続して用いることで、温度変化によってＥＤＦＡの利得波長特性が変化しても、その特性を受動的に平坦化することができる。このようなＧＥＱ２０を接続したＥＤＦＡをＷＤＭ伝送装置に適用すれば、各波長の光信号について光ＳＮＲの偏差が生じ難くなり、非常に有用である。
【００９４】
次に、本発明によるエアギャップ型エタロンを用いた波長特性可変装置について説明する。
図１６および図１７は、本発明による波長特性可変装置の実施形態の構成を示す図であって、図１６は上面図、図１７は側方断面図である。
【００９５】
図１６および図１７において、本波長特性可変装置３０は、２つのファイバ３１Ａ，３１Ｂと、２つのコリメータレンズ３２Ａ，３２Ｂと、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂと、温度検出素子３４と、温度制御素子３５と、上記各部品を所定の位置に保持する筐体３６とを備えて構成される。ここでは、温度検出素子３４および温度制御素子３５が温度制御手段として機能する。
【００９６】
光ファイバ３１Ａは、外部からの光信号を波長特性可変装置３０に導くための光伝送路である。コリメータレンズ３２Ａは、光ファイバ３１Ａのコアから出射された拡散光を平行光として、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂを介してコリメータレンズ３２Ｂに送る。コリメータレンズ３２Ｂは、光学フィルタ３３Ｂを通過した光信号を集束光として、光ファイバ３１Ｂのコアに結合させる。光ファイバ３１Ｂは、コリメータレンズ３２Ｂを介して結合された光信号を波長特性可変装置３０の外部に出力するための光伝送路である。
【００９７】
各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂは、本発明によるエアギャップ型エタロンがそれぞれ用いられる。各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂに要求される光学特性については後述する。
【００９８】
温度検出素子３４は、ここでは光学フィルタ３３Ａに取り付けられており、光学フィルタ３３Ａの温度を検出する。この温度検出素子３４としては、例えば白金抵抗センサ等を用いることが可能である。温度制御素子３５は、ここでは筐体３６の上に載置され、該温度制御素子３５の上には２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂが所定位置に載置されている。この温度制御素子３５は、温度検出素子３４で検出された温度に応じて、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を制御するものであり、具体的には、例えばペルチェ素子等を用いることが可能である。ペルチェ素子を用いる場合、温度検出素子３４で検出された温度に従って、ペルチェ素子に流す電流値を制御する図示しない温度制御回路が設けられる。
【００９９】
なお、上記の構成において、光学フィルタ３３Ａにのみ温度検出素子３４を設けた理由は、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの熱伝導率が同程度であり、温度制御素子３５上に載置された２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度がほぼ同じになると考えられるためである。
【０１００】
ここで、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂに用いられるエアギャップ型エタロンについて詳細に説明する。
本波長特性可変装置３０に用いられる２つのエアギャップ型エタロンに要求される光学特性は、例えば、ＦＳＲが１００〜１２０ｎｍ程度であり、最大損失が−４．５ｄＢ程度であって、かつ、波長温度特性が非常に大きなもの（約５００ｐｍ／℃）であると共に、各々の波長温度特性の変化方向（波長シフトの方向）が互いに逆方向になるような特性が必要となる。それぞれのエアギャップ型エタロンの構成は、上述した第１実施形態の構成（図１参照）または第２実施形態の構成（図５参照）と同様であって、波長温度特性を非常に大きくするために各パラメータの値を変更したものである。次の表５には、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂのパラメータ設計値の一例を示しておく。
【０１０１】
【表５】
【０１０２】
なお、上記のような波長温度特性の非常に大きいエタロンを従来技術を用いて実現するのが困難であることは、上述のＧＥＱの実施形態で説明した内容と同様である。
【０１０３】
次に、本波長特性可変装置３０の作用について説明する。
本波長特性可変装置３０では、温度検出素子３４の検出結果に従って各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を判断し、温度制御素子３５により各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を能動的に制御することで、可変の透過波長特性を実現する。
【０１０４】
図１８〜図２０は、温度が変化（０〜６５℃）した場合の透過波長特性を示す図であって、図１８は、光学フィルタ３３Ａの波長温度特性、図１９は、光学フィルタ３３Ｂの波長温度特性、図２０は、各光学フィルタの特性を合成した波長温度特性である。
【０１０５】
図１８および図１９に示すように、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂは、温度変化による波長シフト量が非常に大きく（±５００ｐｍ／℃）、各々の波長シフトの方向が互いに逆方向であることが分かる。また、図２０に示すように、合成された透過波長特性は、１５３０〜１５７０ｎｍの波長範囲で波長特性の傾斜が±７ｄＢ程度に変化していることが分かる。
【０１０６】
このように本実施形態の波長特性可変装置３０では、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂにより合成された透過波長特性の傾斜量を、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度制御により能動的に変化させることが可能となる。
【０１０７】
なお、上記の波長特性可変装置３０では、１つの温度検出素子３４と１つの温度制御素子３５を用いて、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂを同じ温度で制御するようにしたが、これ以外にも、例えば２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂごとに温度検出素子および温度制御素子をそれぞれ設けて、各光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの温度を別々に制御しても構わない。この場合、２つの光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂとして、波長シフトの方向が同じエアギャップ型エタロンを適用し、各々の温度を逆方向に制御する応用も可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の利得等化装置は、周期的な透過波長特性が所定の温度で略１／２周期ずれており、かつ、前記透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタの少なくとも１つをエアギャップ型エタロンとし、そのエアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、第１平行部材の平行な平面間の距離、第１平行部材の膨張係数、第２平行部材の平行な平面間の距離および第２平行部材の膨張係数をそれぞれ設定して、波長温度特性の大きなエアギャップ型エタロンとしたことで、複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性に従って、温度変動に追従した利得等化が可能になる。
また、本発明の波長特性可変装置は、周期的な透過波長特性を有し、かつ、該透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタを少なくとも２つのエアギャップ型エタロンを用いて構成し、各々のエアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、第１平行部材の平行な平面間の距離、第１平行部材の膨張係数、第２平行部材の平行な平面間の距離および第２平行部材の膨張係数をそれぞれ設定し、さらに、各エアギャップ型エタロンの透過波長特性の温度依存性の変化方向を逆方向としたことで、複数の光学フィルタを合成して得られる透過波長特性の傾斜量が温度制御により可変にすることが可能になる。
さらに、本発明の光増幅器は、上記のような利得等化装置または波長特性可変装置を用いることで、動作条件に応じて変化する利得波長特性の平坦化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエアギャップ型エタロンの第１実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】石英を用いた一般的なソリッド型エタロンの波長温度特性を示す図である。
【図３】第１実施形態のエタロンについての波長温度特性を測定した結果を示す図である。
【図４】石英を用いた従来のエアギャップ型エタロンの波長温度特性を示す図である。
【図５】本発明によるエアギャップ型エタロンの第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態のエタロンについての波長温度特性を測定した結果を示す図である。
【図７】本発明による波長検出装置の実施形態の構成を示す概略図である。
【図８】波長検出装置の実施形態について、各受光素子で得られる電気信号の波長特性を示す図である。
【図９】本発明による利得等化装置（ＧＥＱ）の実施形態の構成を示す概略図である。
【図１０】一般的なＥＤＦＡの利得温度特性を示す図である。
【図１１】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２３，２４の２５℃における透過波長特性と、それらを合成した透過波長特性とを示す図である。
【図１２】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２３の波長温度特性を示す図である。
【図１３】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２４の波長温度特性を示す図である。
【図１４】利得等化装置の実施形態について、光学フィルタ２３，２４の特性を合成した波長温度特性を示す図である。
【図１５】利得等化装置の実施形態における補償後のＥＤＦＡの波長温度特性を示す図である。
【図１６】本発明による波長特性可変装置の実施形態の構成を示す上面図である。
【図１７】本発明による波長特性可変装置の実施形態の構成を示す側方断面図である。
【図１８】波長特性可変装置の実施形態について、光学フィルタ３３Ａの波長温度特性を示す図である。
【図１９】波長特性可変装置の実施形態について、光学フィルタ３３Ｂの波長温度特性を示す図である。
【図２０】波長特性可変装置の実施形態について、光学フィルタ３３Ａ，３３Ｂの特性を合成した波長温度特性を示す図である。
【図２１】従来のエアギャップ型エタロンの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１’…エアギャップ型エタロン
２…固定台
２Ａ…穴部
３…透明平行平板
３Ａ，５Ａ，６Ａ…反射防止膜
３Ｂ，５Ｂ…反射増加膜
４…平行平板
５…透明平板
６…透明固定台
１０…波長検出装置
１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ…光ファイバ
１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ…コリメータレンズ
１３Ａ，１３Ｂ…ビームスプリッタ
１４，２３，２４，３３Ａ，３３Ｂ…光学フィルタ
１５Ａ，１５Ｂ…受光素子
１６，２５，３６…筐体
２０…利得等化装置（ＧＥＱ）
３０…波長特性可変装置
３４…温度検出素子
３５…温度制御素子
Claims (4)
- 周期的な透過波長特性が所定の温度で略１／２周期ずれており、かつ、前記透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタを備え、該複数の光学フィルタを合成した透過波長特性が、温度変動に応じて受動的に変化する利得等化装置であって、
前記複数の光学フィルタの少なくとも１つが、エアギャップ型エタロンを用いて構成されており、
前記エアギャップ型エタロンは、
少なくとも１つの平面を有する固定部材と、
入射光に対して透明であって、平行な平面を有し、一方の平面が前記固定部材の平面上に接合された第１平行部材と、
平行な平面を有し、該平行な平面間の距離が、前記第１平行部材の平行な平面間の距離よりも長く、かつ、前記第１平行部材の膨張係数とは異なる膨張係数を有すると共に、一方の平面が前記第１平行部材の周囲を囲むように前記固定部材の平面上に接合された、少なくとも１つの第２平行部材と、
入射光に対して透明であって、対向する平面を有し、一方の平面が、前記第２平行部材の前記固定部材との接合面に対向する他方の平面上に接合された透明部材と、を備え、
前記第１平行部材および前記透明部材の互いに対向する平面間に位置するエアギャップを基に、ファブリペロー干渉計が形成され、かつ、前記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、前記第１平行部材の平行な平面間の距離、前記第１平行部材の膨張係数、前記第２平行部材の平行な平面間の距離および前記第２平行部材の膨張係数がそれぞれ設定され、前記ファブリペロー干渉計における透過波長特性の温度特性が所定の値にされたことを特徴とする利得等化装置。 - 請求項１に記載の利得等化装置を用いた光増幅器であって、
前記利得等化装置が、温度変動による利得の波長特性とは逆の透過波長特性を有し、温度変動に拘わらず利得の波長特性が平坦化されたことを特徴とする光増幅器。 - 周期的な透過波長特性を有し、かつ、該透過波長特性の温度依存性が互いに異なる複数の光学フィルタと、該複数の光学フィルタの温度を制御する温度制御手段とを備え、前記複数の光学フィルタを合成した透過波長特性の傾斜量が、前記温度制御手段による温度制御により能動的に変化可能な波長特性可変装置であって、
前記複数の光学フィルタが、エアギャップ型エタロンを少なくとも２つ用いて構成されており、
前記各エアギャップ型エタロンは、それぞれ、
少なくとも１つの平面を有する固定部材と、
入射光に対して透明であって、平行な平面を有し、一方の平面が前記固定部材の平面上に接合された第１平行部材と、
平行な平面を有し、該平行な平面間の距離が、前記第１平行部材の平行な平面間の距離よりも長く、かつ、前記第１平行部材の膨張係数とは異なる膨張係数を有すると共に、一方の平面が前記第１平行部材の周囲を囲むように前記固定部材の平面上に接合された、少なくとも１つの第２平行部材と、
入射光に対して透明であって、対向する平面を有し、一方の平面が、前記第２平行部材の前記固定部材との接合面に対向する他方の平面上に接合された透明部材と、を備え、
前記第１平行部材および前記透明部材の互いに対向する平面間に位置するエアギャップを基に、ファブリペロー干渉計が形成され、かつ、前記エアギャップの光学的距離の温度依存性が２５ｐｍ／℃以上となるように、前記第１平行部材の平行な平面間の距離、前記第１平行部材の膨張係数、前記第２平行部材の平行な平面間の距離および前記第２平行部材の膨張係数がそれぞれ設定され、さらに、
前記各エアギャップ型エタロンの透過波長特性の温度依存性の変化方向が逆方向であることを特徴とする波長特性可変装置。 - 請求項３に記載の波長特性可変装置が用いられると共に、動作条件に応じて利得の波長特性が異なる光増幅器であって、
前記波長特性可変装置が、前記動作条件に応じた利得の波長特性の変化とは逆に変化するような透過波長特性を有し、動作条件に拘わらず利得の波長特性が平坦化されたことを特徴とする光増幅器。
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