JP4312748B2 - 光波長可変フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、音響光学効果を利用した光波長可変フィルタに関し、特に、光と相互作用する弾性表面波の強度の重み付けを行う光波長可変フィルタに関する。

音響光学効果を利用した光波長可変フィルタ（Acousto-Optic Tunable Filter：ＡＯＴＦ）では、フィルタ特性におけるサイドローブを抑圧するために、光と弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）の相互作用領域におけるＳＡＷ強度の重み付けが行われる場合がある。従来のＡＯＴＦにおける上記重み付けの手法としては、例えば、ＳＡＷの方向性結合器、斜めＳＡＷガイドまたは湾曲ＳＡＷガイドを用いたものが知られている（例えば、下記の特許文献１、２参照）。

図１８は、従来のＳＡＷの方向性結合器を用いたＡＯＴＦの一例を示す構成図である。このＡＯＴＦでは、例えば、ＬｉＮｂＯ_３等からなる基板１０１に偏波無依存（Polarization-Diversity）型の光導波路１０２が形成され、交差指型電極（Interdigital Transducer：ＩＤＴ）１０３により基板１０１の表面に発生するＳＡＷが、光導波路１０２の平行な２本のアーム部に沿って形成された方向性結合器１０４を伝搬し、光導波路１０２の各アーム部を伝搬する光と方向性結合器１０４を伝搬するＳＡＷとが相互作用することで所要のフィルタ特性が得られる。方向性結合器１０４は、光導波路１０２の各アーム部上に形成されたＳＡＷ導波路１０４Ａおよび該ＳＡＷ導波路１０４Ａに対して所定の距離を隔てて形成されたＳＡＷ導波路１０４Ｂを有し、ＩＤＴ１０３からＳＡＷ導波路１０４Ｂに与えられたＳＡＷが方向性結合によりＳＡＷ導波路１０４Ａに移って再びＳＡＷ導波路１０４Ｂに戻ることで、光とＳＡＷの相互作用領域におけるＳＡＷ強度に重み付けを行い、フィルタ特性のサイドローブ抑圧を実現している。

図１９は、従来の斜めＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの一例を示す構成図である。このＡＯＴＦでは、ＩＤＴ１０３により基板１０１の表面に発生するＳＡＷを光導波路１０２に沿って導くＳＡＷ導波路１０５が、光導波路１０２の長手方向に対して斜め方向に形成されており、光導波路１０２の各アーム部を伝搬する光とＳＡＷ導波路１０５を伝搬するＳＡＷとの結合係数に重み付けを行うことで、フィルタ特性のサイドローブ抑圧を実現している。

図２０は、従来の湾曲ＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの一例を示す構成図である。このＡＯＴＦでは、例えば、基板１１１に直線状の光導波路１１２が形成され、ＩＤＴ１１３により基板１１１の表面に発生するＳＡＷが、一組のＳＡＷ障壁１１４Ａ，１１４Ｂに挟まれた湾曲した領域（ＳＡＷガイド）を伝搬し、光導波路１１２を伝搬する光と湾曲ＳＡＷガイドを伝搬するＳＡＷとが相互作用することで所要のフィルタ特性が得られる。上記のような湾曲ＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦでは、光と相互作用するＳＡＷの強度が光の伝搬方向について漸増して最大値に達した後に漸減することで、フィルタ特性のサイドローブ抑圧を実現している。
特開２００４−２１９５８９号公報 特開平８−２１１３４９号公報

しかしながら、上記のような従来のＡＯＴＦについては、光とＳＡＷの結合長がＳＡＷの波長に依存することによって発生するフィルタ特性の波長依存性、偏波無依存型光導波路の各アーム部をそれぞれ伝搬するＴＥ／ＴＭモード光に対する重み付けの非対称性によって発生するフィルタ特性の偏波依存性、または、音速分布の不均一性によって発生するサイドローブの増大といった問題点がある。

具体的に、前述の図１８に示した従来の方向性結合器を用いたＡＯＴＦについては、例えば図２１の上段に示すように、ＡＯＴＦで（ａ）短波長側の光を選択した場合と、（ｂ）長波長側の光を選択した場合とでＳＡＷの波長が異なるために光の伝搬方向（図１８におけるｙ軸方向）に対するＳＡＷの強度分布が相違するようになる。このため、ＡＯＴＦのフィルタ特性は、図２１の下段に示すように、長波長選択時に発生するサイドローブに比べて短波長選択時に発生するサイドローブが大きくなり、波長依存性を持つようになる。

また、前述の図１９に示した従来の斜めＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦについては、偏波無依存型光導波路の各アーム部（ＴＥ導波路およびＴＭ導波路）に対する重み付けに不一致が生じるため、例えば図２２の上段に示すように、ＴＥ導波路上のＳＡＷ強度分布とＴＭ導波路上のＳＡＷ強度分布とが相違するようになる。このため、ＡＯＴＦのフィルタ特性は、光導波路の屈折率分布に起因した偏波依存性を有するようになり、図２２の下段に示すような偏波依存性損失（ＰＤＬ）などが発生することになる。

さらに、前述の図２０に示した従来の湾曲ＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦについては、ＳＡＷガイドの幅に応じてＳＡＷ伝搬モードの音速が変化し、光の伝搬方向に対して音速分布を有するようになる。このため、ＡＯＴＦのフィルタ特性は、例えば図２３の実線に示すように、ＳＡＷ伝搬モードの音速が均一な点線に示す場合に比べて、音速分布によるサイドローブの増大が生じるようになる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、ＳＡＷ強度の重み付けを行うことで生じるフィルタ特性の波長依存性および偏波依存性を解消し、かつ、ＳＡＷ伝搬モードの音速分布に起因したサイドローブの増大を抑えることで所望のフィルタ特性を得ることのできる、音響光学効果を利用した光波長可変フィルタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光波長可変フィルタは、音響光学効果を有する基板と、前記基板に形成した光導波路と、前記基板に弾性表面波を発生させる弾性表面波発生部と、前記弾性表面波発生部からの弾性表面波が一端に与えられ、該弾性表面波を前記光導波路に沿って伝搬させる単一の弾性表面波導波路と、を備える。この光波長可変フィルタにおいて、前記光導波路は、入力ポートに入力される光を２つの偏波に分離する分離部と、該分離部で分離された光がそれぞれ与えられる平行な２本のアーム部と、該各アーム部を伝搬した光を合成して出力ポートから出力する合成部と、を有する。また、前記弾性表面波導波路は、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速が他の領域よりも相対的に遅くなる湾曲帯状を呈した一対の低音速領域を有し、伝搬する弾性表面波のモード分布を前記光導波路の各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に変化させ、かつ、弾性表面波の音速を一定に保つことが可能な領域を含み、前記光導波路の各アーム部を伝搬する光と相互作用する弾性表面波の強度を光の伝搬方向に対して変化させる。

上記のような構成の光波長可変フィルタでは、弾性表面波発生部で発生した弾性表面波が単一の弾性表面波導波路の一端に与えられ、偏波無依存型光導波路の各アーム部に沿って伝搬する。この弾性表面波導波路を伝搬する弾性表面波は、音速が一定に保たれながら、モード分布が各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に変化することにより、各アーム部を伝搬する光と相互作用する弾性表面波の強度の重み付けが行われるようになる。

また、上記の光波長可変フィルタの一態様として、前記一対の低音速領域は、前記光導波路の各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に位置すると共に、互いの間隔に応じて各々の幅が設定されるようにしてもよい。

このような構成では、湾曲帯状を呈した一対の低音速領域が、光導波路の各アーム部の中間線に対して対称に形成されると共に、各低音速領域の幅が互いの間隔に応じて設定されることにより、光の伝搬方向について低音速領域の間隔が変化して弾性表面波のモード分布が変化しても、音速が一定に保たれるようになる。
上記の光波長可変フィルタの具体的な構成として、前記各低音速領域は、長手方向の中央部分が前記光導波路の各アーム部と重なり、両端部分が前記光導波路の各アーム部の外側か、または内側に位置するようにしてもよい。このような形状とすることで、光導波路の各アーム部と相互作用する弾性表面波の強度が、弾性表面波導波路の長手方向の中央部分で最も大きくなるように重み付けされるようになる。

また、前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上に、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速を遅くする薄膜を形成して得るか、または、前記基板の当該領域に対応した表面上を除く他の表面上に、前記基板の表面を伝搬する弾性表面波の音速を速くする薄膜を形成して得ることが可能である。さらに、前記各低音速領域は、上記弾性表面波の音速を遅くする薄膜と上記弾性表面波の音速を速くする薄膜との組み合わせにより得ることもできる。

加えて、前述した光波長可変フィルタの具体的な構成として、前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に共通に与えられる弾性表面波を励振する１つの交差指型電極を有するようにしてもよい。また、前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に個別に与えられる同相または逆相の弾性表面波を励振する一対の交差指型電極を有するようにしても構わない。弾性表面波発生部が各低音速領域に対応した一対の交差指型電極を有する場合、各交差指型電極から対応する低音速領域の一端に与えられる弾性表面波の結合損を低減できるようになる。

以上のような本発明の光波長可変フィルタによれば、光導波路の各アーム部を伝搬する光に対して実質的に同一の重み付けがなされた弾性表面波が相互作用するようになり、かつ、単一の弾性表面波導波路を伝搬する弾性表面波の音速も一定に保たれるようになるため、従来問題となっていたフィルタ特性の波長依存性および偏波依存性、並びに、弾性表面波の音速分布に起因したサイドローブの増大を解消することができ、所望のフィルタ特性を容易に実現することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による光波長可変フィルタの構成を示す上面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面の構成を示す図である。
図１および図２において、本実施形態の音響光学効果を利用した光波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）は、例えば、ｘカットのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板等の音響光学効果を有する基板１と、該基板１に形成した偏波無依存型の光導波路２と、基板１に弾性表面波（ＳＡＷ）を発生させる弾性表面波発生部としての交差指型電極（ＩＤＴ）３と、ＩＤＴ３からのＳＡＷが一端に与えられ、該ＳＡＷを光導波路２に沿って伝搬させる単一のＳＡＷ導波路４と、を備える。

光導波路２は、例えばチタン（Ｔｉ）拡散等により基板１内の表面付近に形成された一般的な光導波路である。この光導波路２は、入力ポートＩＮに入力される光を２つの偏波に分離する分離部２１と、該分離部２１で分離された光がそれぞれ与えられる平行な２本のアーム部２２，２３と、該各アーム部２２，２３を伝搬した光を合成して出力ポートＯＵＴから出力する合成部２４と、を有する。

ＩＤＴ３は、光導波路２の分離部２１付近に位置する基板１の表面上に形成されており、ＡＯＴＦの選択波長に対応させて設定された周波数を有するＲＦ信号（図示省略）が外部から印加されることにより、該ＲＦ信号の周波数に応じた波長を有するＳＡＷを発生する。
ＳＡＷ導波路４は、例えば、光導波路２の各アーム部２２，２３から所要の距離を隔てた基板１内に、チタン（Ｔｉ）拡散等により形成した１組のＳＡＷ障壁４１，４２を設け、該各ＳＡＷ障壁４１，４２に挟まれた単一の領域をＩＤＴ３からのＳＡＷの導波路としている。このＳＡＷ障壁４１，４２に挟まれた領域内に位置する基板１の表面上には、湾曲帯状を呈する１組の薄膜４３，４４が、光導波路２の各アーム部２２，２３の中間を通る直線Ｍを軸として対称に形成されている。各薄膜４３，４４は、ここでは、長手方向の中央部分が光導波路２の各アーム部２２，２３上に位置し、両端部分が光導波路２の各アーム部２２，２３の外側に位置する。上記各薄膜４３，４４の材料としては、例えばインジウム（Ｉｎ）をドープしたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等が用いられる。このような薄膜４３，４４を基板１の表面に形成することにより、各々の下方に位置する基板１内を伝搬するＳＡＷの音速は、薄膜４３，４４の形成されていない部分を伝搬するＳＡＷの音速よりも遅くなる。このため、基板１の各薄膜４３，４４に対応した湾曲帯状の領域は、ＳＡＷの音速が他の領域よりも相対的に遅くなる低音速領域となる。

ここで、ＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布について詳しく説明する。
ＩＤＴ３で発生したＳＡＷは、ＳＡＷ障壁４１，４２に挟まれた領域の一端に導かれ、光導波路２の各アーム部２２，２３に沿って伝搬する。このとき、ＳＡＷが伝搬する領域内には、基板１の表面に形成した各薄膜４３，４４によって湾曲帯状の低音速領域が形成されているため、ＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布がその伝搬方向について変化するようになる。具体的には、上記図１の左上に示したように光導波路２の各アーム部２２，２３を伝搬する光の伝搬方向をｙ軸とすると、ＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布、すなわち、ｙ軸に垂直なｘ−ｚ平面内でのＳＡＷの分布がｙ軸方向について連続的に変化することになる。

図３は、図１のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面におけるＳＡＷのモード分布を例示したものである。Ａ−Ａ’断面においては、図３の左上に示すように、基板１内に形成される一対の低音速領域Ｒ_ＬＯＷが光導波路２２，２３の外側に位置している。このため、ＳＡＷのモード分布は、図３の左下に示すように、ｚ軸方向の各低音速領域Ｒ_ＬＯＷに対応した位置にピークが存在するようになり、光導波路２２，２３を伝搬する光と相互作用するＳＡＷの強度は比較的低くなる。一方、Ｂ−Ｂ’断面においては、図３の右上に示すように、一対の低音速領域Ｒ_ＬＯＷが光導波路２２，２３と重なっている。このため、ＳＡＷのモード分布は、図３の右下に示すように、ｚ軸方向の光導波路２２，２３に対応した位置にピークが存在するようになり、光導波路２２，２３を伝搬する光と相互作用するＳＡＷの強度は最大となる。

図４は、ＳＡＷのモード分布をＡ−Ａ’断面からＢ−Ｂ’断面まで連続的に計算した一例である。ただし、ここでのモード分布の計算は、各低音速領域Ｒ_ＬＯＷが中央部分で屈曲した略直線的な形状を想定して行っている。図に示すように、本ＡＯＴＦではＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布がｙ軸方向について連続的に変化していくことが分かる。なお、Ｂ−Ｂ’断面からＡ−Ａ’断面とは反対側の端部までのモード分布の変化は図４と対称の関係になるため、ここでの図示を省略している。

図５は、ｙ軸方向についてのＳＡＷ強度の変化を示したものである。このように、本ＡＯＴＦでは、光導波路２の各アーム部２２，２３を伝搬する光と相互作用するＳＡＷの強度がｙ軸方向について漸増して最大値に達した後に漸減するようになる。すなわち、フィルタ特性のサイドローブを抑圧可能なＳＡＷ強度の重み付けが行われる。本ＡＯＴＦにおけるＳＡＷ強度の重み付けは、湾曲帯状の一対の低音速領域Ｒ_ＬＯＷが各アーム部２２，２３の中間線Ｍに対して対称に形成されているため、従来の方向性結合器を用いたＡＯＴＦの場合のように光とＳＡＷの結合長がＳＡＷの波長に依存するようなことがなく、選択波長に依存しないフィルタ特性が得られる。また、従来の斜めＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの場合のように各アーム部に対する重み付けに非対称性が生じるようなこともないので、偏波に依存しないフィルタ特性が実現される。

ところで、上述の湾曲ＳＡＷガイドを用いた従来のＡＯＴＦで説明したように、単一のＳＡＷ導波路の幅を変化させた場合、ＳＡＷの音速（伝搬速度）が変わってしまうことになる。このようなＳＡＷの音速の変化は、本ＡＯＴＦにおいて一対の低音速領域Ｒ_ＬＯＷの間隔を変化させる場合にも生じ得るものであり、サイドローブ増大などのフィルタ特性の劣化要因となる。そこで、本ＡＯＴＦでは、一対の低音速領域Ｒ_ＬＯＷの間隔に応じて各低音速領域Ｒ_ＬＯＷの幅を最適化することでＳＡＷの音速を一定に保つ構成が適用される。

図６は、一対の低音速領域Ｒ_ＬＯＷの幅および間隔を変化させたときのＳＡＷの音速の変化を例示した図である。ただし、ここでは各低音速領域Ｒ_ＬＯＷの幅をＷｔ、低音速領域Ｒ_ＬＯＷ間の間隔をＧｔとし、Ｗｔ＝３０μｍ、Ｇｔ＝１００μｍのときの音速を基準（音速差０）として他の条件での音速差を百分率（％）で表している。
図６より、低音速領域Ｒ_ＬＯＷの幅Ｗｔが一定の場合、間隔Ｇｔが狭くなるにつれて音速差が大きくなることが分かる。しかし、間隔Ｇｔに応じて幅Ｗｔを変化させることで音速が一定になる条件を求めることも可能である。例えば、光導波路２の各アーム部２２，２３の間隔を５５μｍとし、ＳＡＷの音速が２．５％遅くなる低音速領域Ｒ_ＬＯＷを形成した場合に、ＳＡＷの音速を一定に保つための低音速領域Ｒ_ＬＯＷの幅Ｗｔおよび間隔Ｇｔを計算すると、図７に示すような関係を導き出すことができる。ただし、本発明が上記の一例に限定されることを意味するものではない。このような関係に従って、低音速領域Ｒ_ＬＯＷの幅Ｗｔおよび間隔Ｇｔ、具体的には基板１の表面上に形成する各薄膜４３，４４の幅および間隔の設計を行い、ＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷの音速を一定にすることにより、サイドローブの増大を抑えて良好なフィルタ特性を得ることが可能になる。

上記のような構成を有する本ＡＯＴＦでは、入力ポートＩＮに与えられる光が光導波路２の分離部２１でＴＥモード光およびＴＭモード光に分離され、各モード光が各アーム部２２，２３をそれぞれ伝搬する。このとき、所望の選択波長に対応した周波数を有するＲＦ信号がＩＤＴ３に印加されることで基板１内にＳＡＷが励振されており、そのＩＤＴ３からのＳＡＷが前述したようなｙ軸方向に変化するモード分布でＳＡＷ導波路４を伝搬する。これにより、光導波路２の各アーム部２２，２３を伝搬する光は、図５に示したようなＳＡＷ強度の重み付けが行われ、かつ、音速が一定に保たれたＳＡＷと相互作用する。そして、各アーム部２２，２３を通過した各々の光が合成部２４で合成されることにより、所望の選択波長の光が出力ポートＯＵＴから出力されるようになる。

以上のように第１実施形態のＡＯＴＦによれば、選択波長に依存することなくＳＡＷ強度の重み付けが行われるようになるため、フィルタ特性の波長依存性を解消することができる。また、各アーム部２２，２３を伝搬するＴＥ／ＴＭモード光に対して同一の重み付けが施されたＳＡＷが相互作用するようになるため、フィルタ特性の偏波依存性を解消することもできる。さらに、ＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷの音速が一定に保たれるようになるため、ＳＡＷ伝搬モードの音速分布に起因したサイドローブの増大を解消することもできる。したがって、優れたフィルタ特性を有するＡＯＴＦを実現することが可能になる。

なお、上記の第１実施形態では、１組のＳＡＷ障壁４１，４２に挟まれた領域をＳＡＷの導波路とする構成例を示したが、例えば図８に示すように、ＳＡＷ障壁４１，４２を省略することにより、ＡＯＴＦの構成の簡略化を図ることができる。ただし、ＳＡＷ障壁４１，４２を設ければＳＡＷの閉じ込め効果が大きくなるため、ＳＡＷの励振パワーの低減と集積型デバイスにおけるＳＡＷ漏洩の抑制、高集積化が可能となる。

また、基板１の内部にＳＡＷ障壁４１，４２を形成する一例を示したが、例えば図９に示すように、基板１を伝搬するＳＡＷの音速を相対的に速くする薄膜４１’，４２’（例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）膜等）を基板１の表面上に形成し、各薄膜４１’，４２’の下方に位置する基板１を伝搬するＳＡＷの音速が相対的に速くなるようにしてＳＡＷ障壁を形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態によるＡＯＴＦの構成を示す図である。
図１０において、本実施形態のＡＯＴＦは、例えば前述の図１に示した第１実施形態の構成について、薄膜４３，４４に代えて、薄膜４５，４６，４７を基板１の表面上に設けることで基板１内に低音速領域を形成するようにしたものである。なお、ここでは前述の図８に示した構成の場合と同様に１組のＳＡＷ障壁４１，４２を省略した構成を示すが、薄膜４５，４７の外側にＳＡＷ障壁を形成するようにしてもよい。

各薄膜４５，４６，４７は、前述した第１実施形態において基板１のＳＡＷ導波路４に対応する表面上で薄膜４３，４４が形成されていた部分を除く他の部分に形成されている。各薄膜４５〜４７の材料としては、例えばアルミナ膜等が用いられる。このような薄膜４５〜４７を基板１の表面に形成することにより、各々の下方に位置する基板１内を伝搬するＳＡＷの音速は、薄膜４５〜４７の形成されていない部分を伝搬するＳＡＷの音速よりも速くなる。このため、基板１の各薄膜４５〜４７が形成されていない部分に対応した湾曲帯状の領域は、ＳＡＷの音速が他の領域よりも相対的に遅くなる低音速領域となる。したがって、前述した第１実施形態の場合と実質的に同一のＳＡＷ導波路４が構成されるようになり、上記のような各薄膜４５〜４７を用いても第１実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

なお、上記の第２実施形態の応用例として、例えば図１１に示すように、第１実施形態との組み合わせを考えることも可能である。すなわち、基板１の表面上に音速を遅くする薄膜４３，４４および音速を速くする薄膜４５〜４７の両方を設けることで、基板１内にＳＡＷの音速が他の領域よりも相対的に遅くなる低音速領域が形成されるようにしてもよい。このような構成は、ＳＡＷの音速がより遅くなる領域を基板１内に精度良く形成するのに有効である。すなわち、上述した第１実施形態において基板１を伝搬するＳＡＷの音速をより遅くするためには、基板１の表面上に形成する薄膜４３，４４の厚さを増加させればよい。しかしながら、膜厚の増加はパターン精度を低下させてしまう。そこで、薄膜４３，４４の厚さを増加させる代わりに薄膜４５〜４７を形成するようにすれば、膜厚の増加を抑えながら相対的な音速をより遅くすることが可能になる。音速がより遅い領域はＳＡＷの閉じ込め効果が大きいので、ＳＡＷの励振パワーを小さくできるなどの利点がある。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１２は、本発明の第３実施形態によるＡＯＴＦの構成を示す図である。
図１２において、本実施形態のＡＯＴＦは、例えば前述の図１に示した第１実施形態の構成について、各薄膜４３，４４に対応させてＩＤＴ３を２つに分割した１組のＩＤＴ３１，３２を基板１の表面上に形成したものである。なお、ここでも前述の図８に示した構成の場合と同様に１組のＳＡＷ障壁４１，４２を省略した構成を示すが、薄膜４３，４４の外側にＳＡＷ障壁を形成するようにしてもよい。

各ＩＤＴ３１，３２は、各薄膜４３，４４の一端近傍に位置する基板１の表面上にそれぞれ形成されており、ＡＯＴＦの選択波長に対応させて設定された周波数を有するＲＦ信号（図示省略）が外部から印加されることにより、該ＲＦ信号の周波数に応じた波長を有するＳＡＷをそれぞれ発生する。各ＩＤＴ３１，３２に印加されるＲＦ信号は、同相または逆相の関係となるように各々の位相が調整されている。また、各ＩＤＴ３１，３２の配置は、基板１の光導波路上とは異なる表面上となるように設計するのが好ましい。

上記のような構成のＡＯＴＦでは、各ＩＤＴ３１，３２で発生するＳＡＷが、各薄膜４３，４４に対応して基板１内に形成される各々の低音速領域の一端にそれぞれ独立に与えられる。このとき、同相（位相差０または２π）のＲＦ信号が各ＩＤＴ３１，３２に印加される場合、上述した第１実施形態の場合と同様のモード分布（図３および図４参照）を有するＳＡＷがＳＡＷ導波路４を伝搬して光導波路２の各アーム部２２，２３を伝搬する光と相互作用し、第１実施形態の場合と同様のフィルタ特性が得られるようになる。

また、逆相（位相差π）のＲＦ信号が各ＩＤＴ３１，３２に印加される場合には、ＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布が、例えば図１３の中段に示すように１次モードとなり、該モード分布がｙ軸方向に沿って第１実施形態の場合と同様に変化する。このようなモード分布を持つＳＡＷの強度は、図１３の下段に示すように各低音速領域Ｒ_ＬＯＷに対応した位置で最大となり、光導波路２の各アーム部２２，２３の中央線Ｍで略零となる。したがって、光導波路２を伝搬する光と相互作用するＳＡＷ強度は、ｙ軸方向について、前述の図５に示した場合と同様となり、同相のＲＦ信号が印加された場合と同じ重み付けが行われることになる。よって、第１実施形態の場合と同様のフィルタ特性が得られるようになる。

上記のように第３実施形態のＡＯＴＦによれば、上述した第１実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、各薄膜４３，４４に個別に対応したＩＤＴ３１，３２を設けたことで、各薄膜４３，４４に対応した低音速領域Ｒ_ＬＯＷの一端に導かれるＳＡＷの結合損を第１実施形態の場合よりも低減することができる。これにより、ＳＡＷの励振パワーを抑えることが可能になる。また、図１３に示したように各ＩＤＴ３１，３２に逆相のＲＦ信号を印加するようにすれば、光導波路２を伝搬する光との相互作用に実質的に寄与しない中央線Ｍ付近のＳＡＷ強度が最小になるため、ＳＡＷの励振パワーをより効果的に抑えることが可能になる。さらに、各ＩＤＴ３１，３２を基板１の光導波路上とは異なる表面上に配置したことによって、ＡＯＴＦで発生する雑音を低減することも可能になる。すなわち、ＩＤＴ下でモード変換（選択）される光の波長は、ＳＡＷ導波路４においてモード変換される光の波長とは異なるため、ＩＤＴを基板１の光導波路上に配置することは雑音の要因となるが、ＩＤＴを２つに分割した本ＡＯＴＦでは上記のような雑音の要因を排除した構成が可能である。

なお、上記の第３実施形態では、第１実施形態の構成についてＩＤＴを２分割する一例を示したが、これと同様にして第２実施形態の構成にも応用することが可能である。また、各ＩＤＴ３１，３２を基板１の光導波路上とは異なる表面上に配置するようにしたが、雑音が問題にならないレベルにあるときには、各ＩＤＴを基板１の光導波路上と重なる位置に配置するようにしても構わない。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態によるＡＯＴＦの構成を示す上面図である。また、図１５は、図１４のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面の構成を示す図である。
図１４および図１５において、本実施形態のＡＯＴＦは、例えば前述の図１に示した第１実施形態の構成について、薄膜４３，４４の湾曲形状を変形させた薄膜４３’，４４’を基板１の表面上に形成するようにした変形例である。

各薄膜４３’，４４’は、長手方向の中央部分が光導波路２の各アーム部２２，２３上に位置し、両端部分が光導波路２の各アーム部２２，２３の内側に位置しており、光導波路２の各アーム部２２，２３の中央線Ｍに対して対称に配置された一対の形状が略樽形となっている。このような形状の薄膜４３’，４４’では、各々の下方に形成される各低音速領域を伝搬するＳＡＷの音速を一定に保つために、例えば図１６に示すような関係に従って一対の低音速領域の間隔Ｇｔと各々の幅Ｗｔを設計すればよい。なお、図１６の一例は、光導波路２の各アーム部２２，２３の間隔を８０μｍとし、ＳＡＷの音速が２．５％遅くなる低音速領域Ｒ_ＬＯＷを形成した場合の計算結果を示したものである。ただし、本発明が上記の具体例に限定されることを意味するものではない。

図１７は、上記のような各薄膜４３’，４４’が形成されたＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布をＡ−Ａ’断面からＢ−Ｂ’断面まで連続的に計算した一例である。ただし、ここでのモード分布の計算は、各薄膜４３’，４４’（低音速領域）が各々の中央部分で屈曲した略直線的な形状を想定して行っている。このようにＳＡＷ導波路４を伝搬するＳＡＷのモード分布は、Ａ−Ａ’断面においてｚ軸方向の中央にピークが存在し、光導波路２２，２３を伝搬する光と相互作用するＳＡＷの強度は比較的低くなる。そして、ＳＡＷがｙ軸方向に伝搬していくと、モード分布のピークが２つに別れて間隔が徐々に広がり、Ｂ−Ｂ’断面において各々のピークが光導波路２２，２３上に位置するようになる。なお、Ｂ−Ｂ’断面からＡ−Ａ’断面とは反対側の端部までのモード分布の変化は図１７と対称の関係になるため、ここでの図示を省略している。

上記のように第４実施形態のＡＯＴＦによれば、基板１の表面上に略樽形を呈した一対の薄膜４３’，４４’を形成するようにしても、上述した第１実施形態の場合と同様に、フィルタ特性の波長依存性および偏波依存性、並びに、ＳＡＷ伝搬モードの音速分布に起因したサイドローブの増大を解消することができる。また、ＳＡＷ導波路４の一端に位置する低音速領域がＩＤＴ３の中心付近に配置されるようになるため、ＩＤＴ３から低音速領域に導かれるＳＡＷの結合損の低減を図ることも可能になる。

なお、上記の第４実施形態では、第１実施形態の構成について一対の薄膜（低音速領域）の形状を樽形とする変形例を示したが、上述した第２実施形態の構成についても同様の変形が可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）音響光学効果を有する基板と、
前記基板に形成した光導波路と、
前記基板に弾性表面波を発生させる弾性表面波発生部と、
前記弾性表面波発生部からの弾性表面波が一端に与えられ、該弾性表面波を前記光導波路に沿って伝搬させる単一の弾性表面波導波路と、を備えた光波長可変フィルタにおいて、
前記光導波路は、入力ポートに入力される光を２つの偏波に分離する分離部と、該分離部で分離された光がそれぞれ与えられる平行な２本のアーム部と、該各アーム部を伝搬した光を合成して出力ポートから出力する合成部と、を有し、
前記弾性表面波導波路は、伝搬する弾性表面波のモード分布を前記光導波路の各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に変化させ、かつ、弾性表面波の音速を一定に保つことが可能な領域を含み、前記光導波路の各アーム部を伝搬する光と相互作用する弾性表面波の強度を光の伝搬方向に対して変化させることを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記２）付記１に記載の光波長可変フィルタであって、
前記弾性表面波導波路は、前記光導波路の各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に位置し、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速が他の領域よりも相対的に遅くなる湾曲帯状を呈した一対の低音速領域を有し、前記弾性表面波導波路内を伝搬する弾性表面波の音速が一定となるように、前記一対の低音速領域の間隔に応じて前記各低音速領域の幅が設定されることを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記３）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記各低音速領域は、長手方向の中央部分が前記光導波路の各アーム部と重なり、両端部分が前記光導波路の各アーム部の外側に位置することを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記４）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記各低音速領域は、長手方向の中央部分が前記光導波路の各アーム部と重なり、両端部分が前記光導波路の各アーム部の内側に位置することを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記５）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上に、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速を遅くする薄膜を形成して得られることを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記６）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上を除く他の表面上に、前記基板の表面を伝搬する弾性表面波の音速を速くする薄膜を形成して得られることを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記７）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上に、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速を遅くする薄膜を形成すると共に、前記基板の他の表面上に、前記基板の表面を伝搬する弾性表面波の音速を速くする薄膜を形成して得られることを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記８）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に共通に与えられる弾性表面波を励振する１つの交差指型電極を有することを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記９）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に個別に与えられる同相の弾性表面波を励振する一対の交差指型電極を有することを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記１０）付記９に記載の光波長可変フィルタであって、
前記一対の交差指型電極は、前記基板の前記光導波路上とは異なる表面上に配置されることを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記１１）付記２に記載の光波長可変フィルタであって、
前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に個別に与えられる逆相の弾性表面波を励振する一対の交差指型電極を有することを特徴とする光波長可変フィルタ。

（付記１２）付記１１に記載の光波長可変フィルタであって、
前記一対の交差指型電極は、前記基板の前記光導波路上とは異なる表面上に配置されることを特徴とする光波長可変フィルタ。

本発明の第１実施形態による光波長可変フィルタの構成を示す上面図である。 図１のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面の構成を示す図である。 上記第１実施形態についてＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面でのＳＡＷのモード分布を示す図である。 上記第１実施形態におけるＳＡＷのモード分布をＡ−Ａ’断面からＢ−Ｂ’断面まで連続的に計算した結果を示す図である。 上記第１実施形態におけるｙ軸方向についてのＳＡＷ強度の変化を示す図である。 上記第１実施形態について一対の低音速領域の幅および間隔を変化させたときのＳＡＷの音速の変化を例示した図である。 上記第１実施形態についてＳＡＷの音速を一定に保つための低音速領域の幅および間隔の関係を計算した一例を示す図である。 上記第１実施形態に関連してＳＡＷ障壁を省略した他の構成例を示す図である。 上記第１実施形態に関連してＳＡＷ障壁を薄膜で形成した別の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態による光波長可変フィルタの構成を示す図である。 上記第２実施形態に関連して第１実施形態との組み合わせを考えた応用例を示す図である。 本発明の第３実施形態による光波長可変フィルタの構成を示す図である。 上記第３実施形態について逆相のＲＦ信号を各ＩＤＴに印加した場合のＳＡＷのモード分布および強度を示す図である。 本発明の第４実施形態による光波長可変フィルタの構成を示す上面図である。 図１４のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面の構成を示す図である。 上記第４実施形態についてＳＡＷの音速を一定に保つための低音速領域の幅および間隔の関係を計算した一例を示す図である。 上記第４実施形態におけるＳＡＷのモード分布をＡ−Ａ’断面からＢ−Ｂ’断面まで連続的に計算した結果を示す図である。 従来のＳＡＷの方向性結合器を用いたＡＯＴＦの一例を示す構成図である。 従来の斜めＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの一例を示す構成図である。 従来の湾曲ＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの一例を示す構成図である。 従来のＳＡＷの方向性結合器を用いたＡＯＴＦの問題点を説明する図である。 従来の斜めＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの問題点を説明する図である。 従来の湾曲ＳＡＷガイドを用いたＡＯＴＦの問題点を説明する図である。

符号の説明

１…基板
２…光導波路
２１…分離部
２２，２３…アーム部
２４…合成部
３，３１，３２…交差指型電極（ＩＤＴ）
４…ＳＡＷ導波路
４１，４２…ＳＡＷ障壁
４３〜４７…薄膜
Ｒ_ＬＯＷ…低音速領域
Ｇｔ…低音速領域の間隔
Ｗｔ…低音速領域の幅
Ｍ…中央線

Claims (10)

1. 音響光学効果を有する基板と、
   前記基板に形成した光導波路と、
   前記基板に弾性表面波を発生させる弾性表面波発生部と、
   前記弾性表面波発生部からの弾性表面波が一端に与えられ、該弾性表面波を前記光導波路に沿って伝搬させる単一の弾性表面波導波路と、を備えた光波長可変フィルタにおいて、
   前記光導波路は、入力ポートに入力される光を２つの偏波に分離する分離部と、該分離部で分離された光がそれぞれ与えられる平行な２本のアーム部と、該各アーム部を伝搬した光を合成して出力ポートから出力する合成部と、を有し、
   前記弾性表面波導波路は、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速が他の領域よりも相対的に遅くなる湾曲帯状を呈した一対の低音速領域を有し、伝搬する弾性表面波のモード分布を前記光導波路の各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に変化させ、かつ、弾性表面波の音速を一定に保ち、前記光導波路の各アーム部を伝搬する光と相互作用する弾性表面波の強度を光の伝搬方向に対して変化させることを特徴とする光波長可変フィルタ。
2. 請求項１に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記一対の低音速領域は、前記光導波路の各アーム部の中間を通る直線を軸として対称に位置すると共に、互いの間隔に応じて各々の幅が設定されることを特徴とする光波長可変フィルタ。
3. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記各低音速領域は、長手方向の中央部分が前記光導波路の各アーム部と重なり、両端部分が前記光導波路の各アーム部の外側に位置することを特徴とする光波長可変フィルタ。
4. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記各低音速領域は、長手方向の中央部分が前記光導波路の各アーム部と重なり、両端部分が前記光導波路の各アーム部の内側に位置することを特徴とする光波長可変フィルタ。
5. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上に、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速を遅くする薄膜を形成して得られることを特徴とする光波長可変フィルタ。
6. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上を除く他の表面上に、前記基板の表面を伝搬する弾性表面波の音速を速くする薄膜を形成して得られることを特徴とする光波長可変フィルタ。
7. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記各低音速領域は、前記基板の当該領域に対応した表面上に、前記基板を伝搬する弾性表面波の音速を遅くする薄膜を形成すると共に、前記基板の他の表面上に、前記基板の表面を伝搬する弾性表面波の音速を速くする薄膜を形成して得られることを特徴とする光波長可変フィルタ。
8. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に共通に与えられる弾性表面波を励振する１つの交差指型電極を有することを特徴とする光波長可変フィルタ。
9. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
   前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に個別に与えられる同相の弾性表面波を励振する一対の交差指型電極を有することを特徴とする光波長可変フィルタ。
10. 請求項２に記載の光波長可変フィルタであって、
    前記弾性表面波発生部は、前記各低音速領域の一端に個別に与えられる逆相の弾性表面波を励振する一対の交差指型電極を有することを特徴とする光波長可変フィルタ。