JP4563592B2 - 光学フィルタとそれを作る方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は所望のスペクトル応答性を発生させる光学波長フィルタである光学クリーンアップフィルタに関する。そのような所望のスペクトル応答性を達成するために、本発明は所定のスペクトル特性に調和する列状の複数のテーパ付きファイバフィルタを使用している。本発明は、また所望のスペクトル応答性を個々の正弦波に分解した後、所望のスペクトル応答性を達成するためにテーパ付きファイバフィルタを連結する方法を含む。
【０００２】
（発明の背景）
テーパ付き光ファイバフィルタは当該技術分野において周知である。それらはクラディングモードの間の干渉を発生させ、それにより波長とは独立した透過度を発生させるような仕方で単一モードの光ファイバにテーパをつけることによって作られる。
【０００３】
そのようなテーパ付きファイバフィルタが１９９１年５月２１日発行されたカナダ特許第１，２８４，２８２号に記載されている。該フィルタは単一モードファイバに複数の一連の双円錐形のテーパ部分からなる帯域フィルタであって、前記テーパ部分が所望の濾過特性を提供するように種々のプロフィルを有する帯域フィルタを提供する。
【０００４】
ゴンシア他（Ｇｏｎｔｈｉｅｒ ｅｔ ａｌ）による１９９０年８月７日の米国特許第４，９４６，２５０号も各々特定のプロフィルを有し、小さい距離だけ相互から分離されている２個の双円錐形テーパから形成された帯域／停止帯域フィルタを開示している。このことによって、所定の波長の１個の信号を透過し、一方異なる波長の第２の信号を停止することができるようにする。
【０００５】
更に、１９９９年１月６日に出願された、本発明の出願人によるカナダ特許願第２，２５８，１４０号においては、いずれかの所望の正弦波応答性、すなわち変調した正弦応答性を備えた波長フィルタを作る方法が開示されている。その方法によって作られた光ファイバフィルタは細長い中央のビーティングゾーンの極端において２個の結合領域を有する。
【０００６】
しかしながら、前述の引用例はスペクトル応答性を分析し、そこから基本正弦波を抽出し、次に適当なファイバテーパの形態で複数のフィルタを提供し、それらを列状に組立て、その結果得られたクリーンアップフィルタにおいて所望の応答性を達成するようにそれらを組み立てる方法を開示していない。
【０００７】
（発明の目的と要約）
本発明の目的はクリーンアップフィルタ、すなわち所望の応答を複数の個々の応答性に分解し、次に所望の全応答性にぴったり調和した全応答性を達成するために個々の応答性に調和するように特に設計されたテーパ付きファイバフィルタを製造することによって光学システムの波長応答性を修正することを目的としたフィルタを製造することである。
【０００８】
その他の目的や利点は本発明の以下の説明から明らかとなる。
【０００９】
光学システムは所望の機能あるいは作動を達成するために特定の所定のスペクトル応答性を必要とすることがよくある。所望の応答性を達成し易くするために光学フィルタが使用されるが、そのようなフィルタは所定の特性を有することが多く、必要とされた時、より複雑なスペクトル応答性を発生させることができない。本発明は何れかの所望された、あるいは所定の応答性を発生させることが可能なようなクリーンアップフィルタを提供する。この目的を達成するためには、所望のフィルタ応答性は、所望の応答性をそれに分解することが可能で、そして以下の等式の形をとる独立した正弦波を自動的に、あるいは手動でシミュレートすることができるコンピュータプログラムあるいはアルゴリズムによって先ず分析される。
Ｔ＝β［１−αｓｉｎ²（λ−λ₀）Π／Λ］
ここで、Ｔはフィルタの光伝送であり、
αがフィルタの振幅であり、
βが最大透過であり、
λが波長であり、
λ₀がフィルタの基準波長あるいは中心波長であり、
Λが波長周期である。
【００１０】
コンピュータプログラムは、また関数の積を計算する。
Ｆ＝Ｔ₁×Ｔ₂．．．．．．．×Ｔ_N、
ここで、
Ｆは独立した透過度Ｔ₁からＴ_Nまでを有するテーパの連結の結果的なフィルタ関数である。
【００１１】
そのような数式は全応答性Ｆを達成するのに必要とされる複数のテーパ付きの個々のファイバフィルタの連結をシミュレートする。
【００１２】
モデルは、各テーパの間のクラッディング（被覆）モードが抑制され、それは、例えば、連続的なテーパの間で保護ジャケットを備えた十分な長さのファイバを残し、ファイバを曲げ、あるいは単一モードであるテーパを作るなどによって数種の周知の方法によって物理的に達成することができることを前提としている。シミュレーションのパラメータは各正弦関数のパラメータ、すなわちα₁、β₁，λ₁，Λ₁．．．．．，α_N，β_N，λ_N，Λ_Nである。これらのパラメータは所望の応答性からの最小のずれの応答性をシミュレートするように手動で、あるいはコンピュータプログラムの支援によって調整可能である。使用される数学的な方法はモデルと所望のフィルタ応答性との間の差異の平方の最小化に基づけばよいが、その他のアルゴリズムも使用あるいは展開可能である。
【００１３】
このように、個々のテーパのパラメータを検出した後、実際の個々のフィルタ要素を実施することができる。必要なテーパの数と型式とは全応答性の所望の形状によって変動する。このため、所望の全応答性を達成するために、テーパを作る過程の間に前述のパラメータを制御できねばならない。単一モードのファイバにテーパを付ける場合、パラメータはそれ自体ファイバを加熱させるために使用される熱源の大きさによって制御される特定のテーパスロープを発生させ、かつ所望のテーパを作るために使用される引張り速度によって制御可能である。小さい炎を使用することによって急な傾斜を形成させ、その結果通常、２個のモード以上の結合をもたらし、例えばカナダ特許第１，２８４，２８２号に示すような変調した正弦応答性を発生させる。そのような変調した正弦応答性は、例えば各モードの振幅およびモードのそれぞれの位相のような別なパラメータを制御することを含むため、モデルにおいては問題である。
【００１４】
この問題を排除するために、テーパすなわち単に２個のモードを備えた正弦波応答性を有するフィルタを作り、振幅の周期と位相とが細長いテーパ付きのゾーンの極端において２個の結合領域を設けることによって適当に制御される。そのようなフィルタとそれらを作る方法とが、１９９９年１月６日に出願され、参考のために本明細書に含めている、本出願人によるカナダ特許第２，２５８，１４０号に開示されている。そのようなテーパプロフィルにより、殆ど何れの正弦応答性も達成可能である。
【００１５】
しかしながら、正弦関数の振幅は５０％未満である場合、より簡単なプロフィル、すなわちカナダ特許第１，２８４，２８２号に開示されているようなプロフィルであるが、炎のより幅広いブラシによって作られるより長いテーパを備えたプロフィルを使用することができる。次に、波長がテーパの長さによって、すなわち伸長部における振動の数によって制御される。望ましくない３次あるいはそれ以上の高次のオーダのモードが険し過ぎるテーパの傾斜によって発生するので、スロープを低減することによってこの作用を減じることができる。このように、０から数ミリメートルの炎のブラシ幅を変更することによって種々の応答性を得ることができる。益々長いブラシ幅のテーパを作ると、変調振幅αが低減する。所定のスペクトル振幅αを得るために使用される適当なブラシ幅はこのようにして一連の試みによって検出することができる。正弦応答性のその他の２個のパラメータ、すなわち周期Λとピーク波長λとはテーパの伸長を制御することによって得られる。伸長の間、光透過における振動が見られる。それらはＬＰ０１とＬＰ０２モードとの間のビート長さの増大に対応する。カナダ特許第１，２８４，２８２号に説明されているように、ビートの数は波長周期に反比例し、このようにテーパが伸長するにつれて、周期が減少する。このように４００ｎｍから１ｎｍ未満までの周期を発生させることができる。製造の間、振幅が適正な炎ブラシ幅によって設定された後、所定の周期と波長特性とが達成されると伸長工程が停止する。
【００１６】
一旦、テーパが前述の方法の何れかの方法によって作られ、所望の形状が得られると、テーパは基板に接続され、保護のために例えば鋼製のチューブに適当にパッケージ化される。各テーパは個々に作られ、そのようなテーパあるいは要素に継ぎ合わされるか、あるいは同じ単一モードのファイバに連続して作ることができる。
【００１７】
要約すると、本発明は、所望のスペクトル応答性を備えた光学フィルタを製造する方法であって、
（ａ）適当なコンピュータプログラムあるいはアルゴリズムを使用して所望のスペクトル応答性を個々のシミュレートした応答性に最初に分解する段階と、
（ｂ）個々のシミュレートした応答性にぴったり調和するパラメータを備えたテーパ付きファイバフィルタを次に製造する段階と、
（ｃ）前記テーパ付きのファイバフィルタを単一モードファイバに連結して所望のスペルトル応答性にぴったり調和する全応答性を備えた光学フィルタを製作する段階とを含むことを特徴とする光学フィルタを製造する方法を提供する。
【００１８】
本発明は、また上記方法によって製作された際、所望のスペクトル応答性を備えた光学フィルタを含む。
３ｄＢ未満の振幅のシミュレートした応答性と調和するテーパ付きファイバフィルタが製作される際、該フィルタはその結果の応答性における高次の変調を最小にするようにされた中央のビーティング領域とテーパスロープを備えたテーパ状プロフィルを有するのが好ましい。
他方、３ｄＢを越えた振幅のシミュレートした応答性と調和するテーパ付きファイバフィルタが製作される際、中央のビーティング領域と該ビーティング領域の各端に、非断熱テーパを備えた連結領域とを備えたテーパ状プロフィルを有するのが好ましく、かくして結果的に得られる応答性における変調を最小にするようにされたテーパ付きフィルタを形成する。
【００１９】
本発明の好適実施例を添付図面を参照して以下説明する。
【００２０】
（好適実施例の詳細説明）
図面を参照すると、図１は光学フィルタにおける所望のスペクトル応答性のグラフ表示を示す。そのような特定な応答性は光学装置において所望の機能を提供するために必要である。
【００２１】
図２はクラッディングモードフィルタとして作用するジャケットを有する標準的な単一モードのファイバ１０において製造された４個のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，およびＦ４の連結を示す。フィルタ１０は、例えばコーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ）によって供給される標準の適合したクラッディングファイバＳＭＦ−２８でよい。図２に示す配置において、光線は１２で入り、１４で出て行く。
【００２２】
図３において、各々が正弦関数α₁、β₁、λ₁、Λ₁、．．．α₄、β₄、λ₄、Λ₄を有する４個のパラメータのシミュレーションを提供し、可能最小偏移を得るためにこれらのパラメータを調整することによって、図１に示す所望のフィルタ応答性にできる限り近い全応答性を有するフィルタのシミュレーションが示されている。テーパの数はフィルタＦの全応答性に応じて変動可能であることを理解すべきであるが、この実施例においては、０．２５ｄＢの偏移内で所望のプロフィルをモデル化するために４個のテーパＦ１，Ｆ２，Ｆ３およびＦ４が使用される。シミュレーションによって各テーパのパラメータを決定した後、そのようなテーパはこれらのパラメータの制御を可能にする製作工程を使用することによって実施される。
【００２３】
そのようなテーパの一つと該テーパを作る方法とが図４に示されている。単一モードのファイバ１０にテーパを付ける場合、熱源すなわち炎１８のサイズと図４において矢印１９、１９Ａで示す引張り速度とによって制御される。望ましくない三次およびそれより高次のモードは険しすぎる場合のテーパのスロープが起因するので、炎１８のブラシ幅２２を０から数ミリメートルまで増すことによってスロープ１６をより緩やかにすることによってこの変調作用を減ずることができる。このように、全体の振幅と変調の振幅とは低減する。全体の振幅が５０％に制限される場合、変調は数パーセントまで減少し、そのような応答性を完全に正弦波とする。ブラシ幅２２が更に増大する場合、変調は完全に消える。このように、２０％の全体振幅において、余分の変調は見られない。次に、波長周期はテーパ２０の長さ、すなわち伸びにおける振動数によって制御される。前記長さ２０の制御によって４００ｎｍから数ｎｍまでの周期のスペクトル応答性の実現を可能にする。
【００２４】
例えば図４に示すようなテーパは、より高い振幅、例えば２０−３０ｄＢは３個以上のモードを励振するので１から３ｄＢの振幅を備えたフィルタに特に適している。そのような高い振幅の応答性を制御するには、単一モードのファイバ１０にテーパを付けることにより作られたフィルタにおいて何れかの所望のフィルタ振幅および振動周期を有する応答性を達成するのに適した図５に示すテーパを使用することができる。このような構造は中央のビーティング領域２４と非断熱テーパ２６、２８によって提供される極端において２個の結合領域を有する。このような構造体を作る場合、ＬＰ０１とＬＰ０２との間の比が容易に制御される。図４に示すテーパの場合のように、前記周期はビーティング領域２４の長さによって制御される。そのようなフィルタの実施が１９９９年１月６日に出願され、｛光ファイバフィルタと該フィルタを作る方法｝（ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＦＩＬＴＥＲＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ）という名称の本出願人によるカナダ特許願第２，２５８，１４０号に開示されている。
【００２５】
図６は実験的に達成された実際のテーパ応答性を示す。このような構成において、４個のテーパ、すなわちＦ１ ｅｘｐ．，Ｆ２ ｅｘｐ．，Ｆ３ ｅｘｐ．，およびＦ４ ｅｘｐ．が作られ、その中の３個は図４に示すように作られた小さい振幅のテーパF１ ｅｘｐ．，Ｆ２ ｅｘｐ．およびＦ３ ｅｘｐ．であり、最後の４ｄＢの振幅を備えたテーパＦ４ ｅｘｐ．は図５に示すようなプロフィルを有していた。この後者のプロフィルは多大の柔軟性を提供するので、そのパラメータは最初の３個のテーパのエラーを補正するように調整された。第４のテーパＦ４ｅｘｐ．は最初の３個のテーパＦ１ ｅｘｐ．，Ｆ２ ｅｘｐ．，およびＦ３ ｅｘｐ．と直接列状に作られ、その応答性は全応答性Ｆｅｘｐ．ｔｏｔａｌを所望にフィルタ応答性に最良に調和させるように調整された。この場合、実験による全応答性と所望のフィルタ応答性との間のエラーは０．４ｄＢで、テーパの性能がより大きく制御されるため更にぴったりした調和を達成することすら可能であった。このことは、また例えば所望のフィルタ応答性の分解のための新規なツールとして使用しうる例えば変調された正弦応答性のようなより複雑なテーパ応答性を実現することが可能であって、応答性の満足な調和を達成するのに要するテーパ構造体の数を低減する。
【００２６】
本発明は前述した特定実施例に限定されるのではなく、当該技術分野の専門家に自明の種々の変更が本発明と特許請求の範囲とから逸脱することなく可能であることに注目すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フィルタの所望のスペクトル応答性を示すグラフである。
【図２】 図１に示す所望のスペクトル応答性を示す数式をシミュレートするためのテーパ付きフィルタの連結を図式で示す。
【図３】 所望の応答性からの可能最小の偏向でフィルタシミュレーションを提供するように調整可能な個々のフィルタの４個のパラメータを示すグラフである。
【図４】本発明の目的に対して実施可能な一型式のテーパを示す。
【図５】本発明の目的に対して実施可能な別な型式のテーパを示す。
【図６】モデルと比較した、実現されたテーパ応答性のグラフである。

Claims (7)

1. 所望のスペクトル応答性を備えた光ファイバフィルタを製造する方法において、前記光ファイバフィルタは、単一モードの光ファイバに列状に連結された複数のテーパ付きファイバフィルタを含み、前記テーパ付きファイバフィルタのそれぞれは、実際の正弦波のスペクトル応答性を有し、前記方法は、
   （ａ）適当なコンピュータプログラムあるいはアルゴリズムを使用して所望のスペクトル応答性を一連のシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性に最初に分解する段階と、
   （ｂ）前記テーパ付きファイバフィルタの実際の正弦波のスペクトル応答性が、シミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性にぴったり調和するように、パラメータを備えたテーパ付きファイバフィルタを次に製造する段階と、
   （ｃ）前記テーパ付きファイバフィルタを前記単一モードの光ファイバに連結して所望のスペルトル応答性にぴったり調和する全スペクトル応答性を備えた光ファイバフィルタを製作する段階とを含むことを特徴とする光ファイバフィルタを製造する方法。
2. 前記一連のシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性に所望のスペクトル応答性を分解するコンピュータプログラムが以下の等式を使用し、
   Ｔ＝β［１−αｓｉｎ²（λ−λ₀）Π／Λ］
   ここで、Ｔはフィルタの光伝送、
   αはフィルタの振幅、
   βは最大透過、
   λは波長、
   λ₀はフィルタの基準波長あるいは中心波長であり、
   Λは波長周期であり、
   複数のそのようなシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性に対する積の関数が以下の等式を使用して計算され、
   Ｆ＝Ｔ₁×Ｔ_{2．．．．．．．．．}×Ｔ_N,
   ここで、Ｆは独立した光伝送Ｔ₁からＴ_Nを有するテーパ付きファイバフィルタの連結の結果のフィルタ関数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ３ｄＢ未満の振幅のシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性と調和するように製造されたテーパ付きファイバフィルタが、結果的に得られる実際の正弦波のスペクトル応答性において、３次以上のモードによって引き起こされる変調を最小にするようにされた中央のビーティング領域とテーパスロープを有するテーパ状プロフィルで作られることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. ３ｄＢを越えた振幅のシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性と調和するように製造されたテーパ付きファイバフィルタが中央のビーティング領域と該ビーティング領域の各端に、非断熱テーパを備えた連結領域とを有するテーパ状プロフィルで作られ、それによって結果的に得られる実際の正弦波のスペクトル応答性における変調を最小にするようにされたテーパ付きフィルタを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
5. テーパ付きファイバフィルタが別々に作られてシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性とそれぞれ調和し、次に該フィルタを前記単一モードの光ファイバに重ね継ぎすることによって列状に連結されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記テーパ付きファイバフィルタが前記単一モードの光ファイバに列状に製作されシミュレートされた個々の正弦波のスペクトル応答性にそれぞれ調和することを特徴とする請求項１または４に記載の方法。
7. 製造の際、前記テーパ付きファイバフィルタが基板に接合され、保護パッケージにパッケージ化されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。

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