JP5061876B2 - Bandpass filter - Google Patents

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この発明は、ファブリ・ペロー型共振器を用いたバンドパスフィルタに関するものである。   The present invention relates to a band-pass filter using a Fabry-Perot resonator.

従来、磁気光学体である1次元磁性フォトニック結晶を用いたバンドパスフィルタが考案されている。1次元磁性フォトニック結晶は、数種の誘電体がその厚さに規則性を持って交互に積層された誘電体多層膜と、磁性体からなる不規則層(欠陥層)とを備えたものである(特許文献1参照)。   Conventionally, a bandpass filter using a one-dimensional magnetophotonic crystal which is a magneto-optical body has been devised. A one-dimensional magnetophotonic crystal has a dielectric multilayer film in which several kinds of dielectric materials are alternately stacked with regularity in thickness, and an irregular layer (defect layer) made of a magnetic material. (See Patent Document 1).

図1は、従来の1次元磁性フォトニック結晶の構成を説明する図である。
磁気光学体10は、2種類の誘電体(誘電体薄膜)11,12がその厚さに規則性をもって交互に積層された2つの多層膜13,14と、該2つの多層膜13,14の間に設けた磁性体15(磁気光学薄膜)とからなっている。
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a conventional one-dimensional magnetic photonic crystal.
The magneto-optical body 10 includes two multilayer films 13 and 14 in which two kinds of dielectrics (dielectric thin films) 11 and 12 are alternately stacked with regularity in thickness, and the two multilayer films 13 and 14 It consists of a magnetic body 15 (magneto-optic thin film) provided therebetween.

多層膜13,14は、ファブリ・ペロー共振器の反射鏡の役割を果たすものであり、各誘電体11,12の膜厚は、光学長(実膜厚×屈折率)がλ/4(λは光の波長)となるように設計されている。また、光の局在が生じる磁性体15からなる不規則層(欠陥層)の光学長は、mλ/2(mは正の整数)となっている。   The multilayer films 13 and 14 serve as reflecting mirrors of the Fabry-Perot resonator, and the thicknesses of the dielectrics 11 and 12 are λ / 4 (λ Is designed to be the wavelength of light. Further, the optical length of the irregular layer (defect layer) made of the magnetic material 15 in which the localization of light occurs is mλ / 2 (m is a positive integer).

この磁気光学体10は、偏光子と検光子との間に配置されて光アイソレータを構成する
特開2002−90525号公報
The magneto-optical body 10 is disposed between a polarizer and an analyzer to constitute an optical isolator.
JP 2002-90525 A

磁気光学体10を光アイソレータとして構成した場合、通過帯域の減衰量は偏光子と検光子との位置関係などによって定まる。偏光子と検光子との位置関係は通常は固定されており、そのため、従来は通過帯域の減衰量が固定で、減衰量を調整する機能が要求される用途には用いることができなかった。   When the magneto-optical body 10 is configured as an optical isolator, the amount of attenuation in the pass band is determined by the positional relationship between the polarizer and the analyzer. The positional relationship between the polarizer and the analyzer is usually fixed. Therefore, conventionally, the passband attenuation is fixed and cannot be used for applications that require a function for adjusting the attenuation.

そこで、この発明の目的は、通過帯域の減衰量を調整可能にしたバンドパスフィルタを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bandpass filter that can adjust the attenuation of the passband.

この発明のバンドパスフィルタは、ファブリ・ペロー型共振器と導波管と磁界印加手段と磁界強度変更手段とを備える。ファブリ・ペロー型共振器は、2つの反射器と共振層とを備える。反射器は、低誘電率誘電体層と高誘電率誘電体層とが交互に積層配置されたものである。共振層は、2つの反射器の間に設けた磁性体からなり2つの反射器による阻止帯域内に通過帯域を生じさせる。導波管は、ファブリ・ペロー型共振器を収容し、伝搬する電磁波を電界の振幅方向が特定の方向であるTEモードに制限する。磁界印加手段は、電磁波の伝搬方向に平行な直流磁界を、導波管の外部から共振層に印加する。磁界強度変更手段は、直流磁界の強度を変化させる。   The band-pass filter of the present invention includes a Fabry-Perot resonator, a waveguide, a magnetic field applying means, and a magnetic field strength changing means. The Fabry-Perot resonator includes two reflectors and a resonance layer. The reflector is formed by alternately laminating low dielectric constant dielectric layers and high dielectric constant dielectric layers. The resonant layer is made of a magnetic material provided between the two reflectors, and generates a pass band in the stop band of the two reflectors. The waveguide accommodates a Fabry-Perot resonator, and restricts the propagating electromagnetic wave to the TE mode in which the electric field amplitude direction is a specific direction. The magnetic field applying means applies a DC magnetic field parallel to the propagation direction of the electromagnetic wave to the resonance layer from the outside of the waveguide. The magnetic field strength changing means changes the strength of the DC magnetic field.

この構成では、低誘電率誘電体層と高誘電率誘電体層とがファブリ・ペロー干渉を起こし、フォトニック結晶におけるバンドギャップが生じる。これにより反射器が、電磁気的に帯域阻止フィルタとして作用する。共振層がフォトニック結晶における欠陥層として作用し、局在モードの共振を生じさせる。これにより、阻止帯域内に通過帯域が生じる。磁界印加手段が、共振層に電磁波の伝搬方向に平行な直流磁界を印加し、共振層を伝搬する電磁波の偏波面をファラデー効果により旋回させる。磁界強度変更手段が、直流磁界の強度を変化させ、導波管を伝搬する電磁波の偏波面の旋回角を変化させる。導波管が、ファブリ・ペロー型共振器を伝搬する電磁波のモードを、電界の振幅方向が特定方向であるTEモードに制限する。したがって、電磁波の偏波面の旋回角に応じてTEモードの電磁波の減衰量が変化し、通過帯域の電磁波の減衰量が、磁界強度変更手段の設定に応じて任意に可変制御される。   In this configuration, the low dielectric constant dielectric layer and the high dielectric constant dielectric layer cause Fabry-Perot interference, and a band gap occurs in the photonic crystal. As a result, the reflector acts electromagnetically as a band rejection filter. The resonant layer acts as a defect layer in the photonic crystal and causes local mode resonance. This creates a passband within the stopband. The magnetic field applying means applies a DC magnetic field parallel to the propagation direction of the electromagnetic wave to the resonance layer, and rotates the polarization plane of the electromagnetic wave propagating through the resonance layer by the Faraday effect. The magnetic field strength changing means changes the strength of the DC magnetic field and changes the turning angle of the polarization plane of the electromagnetic wave propagating through the waveguide. The waveguide restricts the mode of the electromagnetic wave propagating through the Fabry-Perot resonator to the TE mode in which the electric field amplitude direction is a specific direction. Therefore, the attenuation amount of the electromagnetic wave in the TE mode changes according to the turning angle of the polarization plane of the electromagnetic wave, and the attenuation amount of the electromagnetic wave in the passband is arbitrarily variably controlled according to the setting of the magnetic field strength changing means.

共振層は、その光路長が通過帯域のほぼ中心周波数で1/2波長であると好適である。共振層がファブリ・ペロー型共振器の共振層として作用するのは、その共振層の光路長が1/2波長の整数倍であるときであり、通過帯域の波長をλ、整数をnとすると、共振層の光路長はn・λ/2で表され、nは2,3またはそれ以上であっても共振層として作用する。しかしながら、n=1、すなわち共振層の光路長を1/2波長とすることによって共振層が最も薄くなって、共振層における透過率が最も大きく、すなわち減衰量が最も小さくなるため、磁界強度変更手段の設定による減衰量の制御範囲を大きく確保できる。   The resonance layer preferably has an optical path length of ½ wavelength at approximately the center frequency of the passband. The resonance layer acts as the resonance layer of the Fabry-Perot resonator when the optical path length of the resonance layer is an integral multiple of ½ wavelength, where the wavelength of the passband is λ and the integer is n. The optical path length of the resonance layer is expressed by n · λ / 2, and even if n is 2, 3 or more, it functions as a resonance layer. However, when n = 1, that is, by setting the optical path length of the resonance layer to ½ wavelength, the resonance layer becomes the thinnest and the transmittance in the resonance layer is the largest, that is, the attenuation amount is the smallest. A large control range of the amount of attenuation can be secured by setting the means.

低誘電率誘電体層と高誘電率誘電体層の光路長は前記阻止帯域の波長でそれぞれほぼ1/4波長であると好適である。この場合、低誘電率誘電体層と高誘電率誘電体層とでファブリ・ペロー干渉を起こしながら、各層の厚みを必要最低限に薄くできるので、磁界強度変更手段の設定による減衰量の制御範囲を大きく確保できる。   It is preferable that the optical path lengths of the low dielectric constant dielectric layer and the high dielectric constant dielectric layer are each approximately ¼ wavelength in the stopband wavelength. In this case, the thickness of each layer can be reduced to the minimum necessary while causing Fabry-Perot interference between the low dielectric constant dielectric layer and the high dielectric constant dielectric layer. Can be secured.

低誘電率誘電体層は樹脂であり、ファブリ・ペロー型共振器最外層が樹脂層であると好適である。この場合、ファブリ・ペロー型共振器の成形が光造形法によって容易となるためである。   The low dielectric constant dielectric layer is preferably a resin, and the outermost layer of the Fabry-Perot resonator is preferably a resin layer. This is because the Fabry-Perot resonator can be easily formed by the optical modeling method.

共振層はフェライトからなると好適である。この場合、外部から与える直流磁界の変化に対するファラデー効果による偏波面の旋回角が大きく変化して、通過帯の電磁波の減衰量変化を大きくすることができるためである。   The resonance layer is preferably made of ferrite. In this case, the rotation angle of the polarization plane due to the Faraday effect with respect to a change in the DC magnetic field applied from the outside changes greatly, and the change in the attenuation of electromagnetic waves in the passband can be increased.

この発明によれば、電磁波の伝搬方向に平行な直流磁界を変化させることによって、共振層を伝搬する電磁波の偏波面の、TEモードからの旋回角を変化させ、電磁波の減衰量を任意に可変制御できる。   According to this invention, by changing the DC magnetic field parallel to the propagation direction of the electromagnetic wave, the turning angle from the TE mode of the polarization plane of the electromagnetic wave propagating through the resonance layer is changed, and the attenuation amount of the electromagnetic wave is arbitrarily variable. Can be controlled.

まず、第1の実施形態に係るバンドパスフィルタについて説明する。
図2は第1の実施形態に係るバンドパスフィルタに用いるファブリ・ペロー型共振器の断面図である。
本実施形態に係るファブリ・ペロー型共振器20は、高誘電率誘電体層をなすアルミナ層21と、低誘電率誘電体層をなすエポキシ樹脂層22と、最外層をなすエポキシ樹脂層24と、共振層をなすフェライト層23とを備える。各層は、一定方向に積層されている。ファブリ・ペロー型共振器20の積層方向両端にはエポキシ樹脂層24がそれぞれ設けられている。それらの内側には、多層膜25がそれぞれ設けられている。多層膜25は、3層のアルミナ層21と3層のエポキシ樹脂層22とを交互に配列したものである。ファブリ・ペロー型共振器20の中央の、多層膜25に挟まれた位置には、フェライト層23が設けられている。
First, the band pass filter according to the first embodiment will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a Fabry-Perot resonator used in the bandpass filter according to the first embodiment.
The Fabry-Perot resonator 20 according to this embodiment includes an alumina layer 21 that forms a high dielectric constant dielectric layer, an epoxy resin layer 22 that forms a low dielectric constant dielectric layer, and an epoxy resin layer 24 that forms the outermost layer. And a ferrite layer 23 forming a resonance layer. Each layer is laminated in a certain direction. Epoxy resin layers 24 are respectively provided at both ends of the Fabry-Perot resonator 20 in the stacking direction. A multilayer film 25 is provided inside each of them. The multilayer film 25 is formed by alternately arranging three alumina layers 21 and three epoxy resin layers 22. A ferrite layer 23 is provided at the center of the Fabry-Perot resonator 20 and between the multilayer films 25.

ファブリ・ペロー型共振器20は1次元フォトニック結晶であり、アルミナ層21とエポキシ樹脂層22とがファブリ・ペロー干渉を起こし、バンドギャップが生じる。また、フェライト層23はフォトニック結晶における欠陥層として作用し、局在モードの共振を生じさせる。これによりファブリ・ペロー型共振器20は、電磁気的にはバンドギャップの阻止帯域内に欠陥層による通過帯域が存在する。   The Fabry-Perot type resonator 20 is a one-dimensional photonic crystal, and the alumina layer 21 and the epoxy resin layer 22 cause Fabry-Perot interference to generate a band gap. Further, the ferrite layer 23 acts as a defect layer in the photonic crystal and causes local mode resonance. As a result, the Fabry-Perot resonator 20 has a pass band due to a defect layer in the band gap stop band electromagnetically.

アルミナ層21およびエポキシ樹脂層22の厚み寸法は、ファブリ・ペロー型共振器20のバンドギャップの中心周波数においてほぼ1/4波長となる寸法に定める。またフェライト層23の厚み寸法は、通過帯域の中心周波数でほぼ1/2波長となる寸法に定める。なお、バンドギャップの中心周波数と通過帯域の中心周波数とを一致させてもよい。   The thickness dimension of the alumina layer 21 and the epoxy resin layer 22 is set to a dimension that is approximately ¼ wavelength at the center frequency of the band gap of the Fabry-Perot resonator 20. Further, the thickness dimension of the ferrite layer 23 is determined to be a dimension that is approximately ½ wavelength at the center frequency of the pass band. Note that the center frequency of the band gap and the center frequency of the passband may be matched.

また、基本的にエポキシ樹脂層はアルミナ層よりも屈折率が空気に近いため、反射による損失を抑制するために、ファブリ・ペロー型共振器20の両端にアルミナ層21ではなくエポキシ樹脂層24を設けている。また、後述する光造形法で作製することを考慮すると最外層をアルミナ層21ではなくエポキシ樹脂層24にした方が作りやすいので、本構成はコスト的に有利でもある。   In addition, since the refractive index of the epoxy resin layer is basically closer to that of air than the alumina layer, the epoxy resin layer 24 instead of the alumina layer 21 is provided at both ends of the Fabry-Perot resonator 20 in order to suppress loss due to reflection. Provided. Further, considering that it is produced by an optical modeling method to be described later, it is easier to produce the outermost layer by using the epoxy resin layer 24 instead of the alumina layer 21, so that this configuration is advantageous in terms of cost.

また、低誘電率誘電体層であるエポキシ樹脂層22や高誘電率誘電体層であるアルミナ層21は、光路長が1/4波長となる厚みにすることが原則である。そのため、エポキシ樹脂層24もそのような厚みにしてもよい。しかし、空気との境界での反射などの影響によっては、エポキシ樹脂層24の厚みが薄いほうがよい場合があり、そのため、本実施形態では、エポキシ樹脂層24の厚み寸法をエポキシ樹脂層22より薄く形成している。   In principle, the epoxy resin layer 22 which is a low dielectric constant dielectric layer and the alumina layer 21 which is a high dielectric constant dielectric layer have a thickness with an optical path length of ¼ wavelength. Therefore, the epoxy resin layer 24 may have such a thickness. However, depending on the influence such as reflection at the boundary with air, the thickness of the epoxy resin layer 24 may be preferably thin. Therefore, in this embodiment, the thickness dimension of the epoxy resin layer 24 is thinner than that of the epoxy resin layer 22. Forming.

ここで、各部寸法の設計法の一例を説明する。   Here, an example of the design method of each part dimension is demonstrated.

ファブリ・ペロー型共振器によるバンドギャップの設計中心周波数を13GHzとする場合、13GHzの真空中の光路長(1波長)は約23.06mmであり、その1/4波長は約5.77mmである。そこで、光路長(1/4波長)が約5.77mmとなるエポキシ樹脂層22の厚みと、アルミナ層21の厚みとを求める必要がある。求める厚み寸法は、必要とする光路長を、比誘電率の平方根で割った値となる。そのため、エポキシ樹脂層22の比誘電率が約2.8の場合、エポキシ樹脂層22の厚み寸法は約3.5mmとなる。また、アルミナ層21の比誘電率が約8.4の場合、アルミナ層21の厚み寸法は約2.0mmとなる。また、エポキシ樹脂層24の厚み寸法は、エポキシ樹脂層22よりも薄い方がよく、例えば約1.0mmとすることができる。   When the design center frequency of the band gap by the Fabry-Perot resonator is 13 GHz, the optical path length (one wavelength) in a vacuum of 13 GHz is about 23.06 mm, and the quarter wavelength is about 5.77 mm. . Therefore, it is necessary to obtain the thickness of the epoxy resin layer 22 and the thickness of the alumina layer 21 so that the optical path length (¼ wavelength) is about 5.77 mm. The required thickness dimension is a value obtained by dividing the required optical path length by the square root of the relative dielectric constant. Therefore, when the relative dielectric constant of the epoxy resin layer 22 is about 2.8, the thickness dimension of the epoxy resin layer 22 is about 3.5 mm. When the relative dielectric constant of the alumina layer 21 is about 8.4, the thickness dimension of the alumina layer 21 is about 2.0 mm. Moreover, the thickness dimension of the epoxy resin layer 24 should be thinner than the epoxy resin layer 22, and can be about 1.0 mm, for example.

また、ファブリ・ペロー型共振器による通過帯域の設計中心周波数を13GHzとする場合、13GHzの真空中の光路長の1/2波長は約11.53mmである。そこで、光路長(1/2波長)が約11.53mmとなるフェライト層の厚みを求める必要がある。フェライト層の比誘電率が約11.8の場合、フェライト層の厚み寸法は約3.2mmとなる。   When the design center frequency of the pass band by the Fabry-Perot resonator is 13 GHz, the half wavelength of the optical path length in a vacuum of 13 GHz is about 11.53 mm. Therefore, it is necessary to obtain the thickness of the ferrite layer at which the optical path length (1/2 wavelength) is about 11.53 mm. When the relative dielectric constant of the ferrite layer is about 11.8, the thickness dimension of the ferrite layer is about 3.2 mm.

なお、上記したエポキシ樹脂、アルミナ層、フェライト層の比誘電率はSパラ法(Nicorson−Ross法)で測定したものを用いることができる。   In addition, what was measured by S para method (Nicorson-Ross method) can be used for the dielectric constant of the above-mentioned epoxy resin, an alumina layer, and a ferrite layer.

図3はファブリ・ペロー型共振器20の製造工程を説明する図である。
ファブリ・ペロー型共振器20の実際の製造工程では、光造形装置(例えば、株式会社ディーメック製SCS−300P)を用い、紫外線硬化エポキシ樹脂(SCR−730)を材料として、図3(A)に示すような複数のスリット(窪み)41,42を有する直方体形状のエポキシ樹脂構造体40を作成する。
FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing process of the Fabry-Perot resonator 20.
In the actual manufacturing process of the Fabry-Perot resonator 20, an optical modeling apparatus (for example, SCS-300P manufactured by Deemec Co., Ltd.) is used, and an ultraviolet curable epoxy resin (SCR-730) is used as a material. A rectangular parallelepiped epoxy resin structure 40 having a plurality of slits (dents) 41 and 42 as shown in FIG.

続いて図3(B)のように、スリット41に3枚のアルミナ板を挿入しアルミナ層21を構成する。スリット42には2枚のフェライト板を挿入しフェライト層23を構成する。スリット41,42の厚み寸法はアルミナ層21およびフェライト層23の厚み寸法に合わせ、スリット41,42の間隔は、エポキシ樹脂層の厚み寸法に合わせておく。なお、アルミナ板やフェライト板は、複数枚により各層を構成しなくても単板で各層を構成してもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 3B, three alumina plates are inserted into the slit 41 to form the alumina layer 21. Two ferrite plates are inserted into the slit 42 to form the ferrite layer 23. The thickness dimension of the slits 41 and 42 is matched with the thickness dimension of the alumina layer 21 and the ferrite layer 23, and the interval between the slits 41 and 42 is matched with the thickness dimension of the epoxy resin layer. Note that the alumina plate and the ferrite plate may be formed of a single plate without forming each layer by a plurality of sheets.

次に、図3(C)に示すように図における上部にエポキシ樹脂を続けて造形してスリット41,42の隙間およびアルミナ層21およびフェライト層23の上部を樹脂封止する。   Next, as shown in FIG. 3C, an epoxy resin is continuously formed on the upper portion in the drawing, and the gap between the slits 41 and 42 and the upper portions of the alumina layer 21 and the ferrite layer 23 are resin-sealed.

その後、図3(D)に示すように、アルミナ層21およびフェライト層23の端縁周囲の不要な樹脂をそれぞれ切断除去する。これによって四側面にアルミナ層21およびフェライト層23が露出した、アルミナ層21、フェライト層23およびエポキシ樹脂層22,24からなるファブリ・ペロー型共振器20が構成されことになる。   Thereafter, as shown in FIG. 3D, unnecessary resins around the edges of the alumina layer 21 and the ferrite layer 23 are cut and removed. As a result, a Fabry-Perot resonator 20 composed of the alumina layer 21, the ferrite layer 23, and the epoxy resin layers 22 and 24 with the alumina layer 21 and the ferrite layer 23 exposed on the four side surfaces is formed.

なお、使用した部材の寸法・組成・特性の一例は次のとおりである。
アルミナ板
組成:純度96%のアルミナ
寸法:18.8×9.3×0.635mm
比誘電率:8.4
フェライト板
組成:YIG (Y Ca)(Fe V Al In)O12系のフェライト
寸法:18.95×9.45×1.962mm
比誘電率:11.8
エポキシ樹脂
比誘電率:2.8
なお、フェライト板としては、スピネル系フェライト(Mg−Mnフェライト、Mg−Mn−Alフェライト、Ni−Znフェライト、Ni−Alフェライト、Li−Feフェライト)や、ガーネット系フェライト(Y−Feフェライト、Gd−Feフェライト)なども使用可能である。
Examples of the dimensions, composition, and characteristics of the members used are as follows.
Alumina plate
Composition: 96% pure alumina
Dimensions: 18.8 × 9.3 × 0.635mm
Dielectric constant: 8.4
Ferrite plate
Composition: YIG (Y Ca) (Fe V Al In) O 12 ferrite of
Dimensions: 18.95 x 9.45 x 1.962 mm
Dielectric constant: 11.8
Epoxy resin
Dielectric constant: 2.8
As ferrite plates, spinel ferrite (Mg—Mn ferrite, Mg—Mn—Al ferrite, Ni—Zn ferrite, Ni—Al ferrite, Li—Fe ferrite) and garnet ferrite (Y—Fe ferrite, Gd) are used. -Fe ferrite) can also be used.

図4はファブリ・ペロー型共振器20を備えたバンドパスフィルタ全体の構成を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the entire band-pass filter including the Fabry-Perot resonator 20.

バンドパスフィルタ100は方形導波管50とファブリ・ペロー型共振器20と電磁石60と磁界制御部70とを備えている。   The bandpass filter 100 includes a rectangular waveguide 50, a Fabry-Perot resonator 20, an electromagnet 60, and a magnetic field controller 70.

方形導波管50は、伝搬する電磁波の電界振幅方向が上下方向であるTEモードのみを伝搬する。すなわち、電界の方向は同図中の上下方向であり、磁界ループの面は紙面に垂直な方向である。また、この方形導波管50はAl、Cu、または樹脂にCuやAgをメッキしたものを用いる。   The rectangular waveguide 50 propagates only the TE mode in which the electric field amplitude direction of the propagating electromagnetic wave is the vertical direction. That is, the direction of the electric field is the vertical direction in the figure, and the surface of the magnetic field loop is a direction perpendicular to the paper surface. The rectangular waveguide 50 is made of Al, Cu, or resin plated with Cu or Ag.

ファブリ・ペロー型共振器20は、方形導波管50の内部に挿入(充填)されている。また、方形導波管50の両端には信号入出力のためのプローブ51をそれぞれ配置していて、同軸コネクタで信号の入出力を行うように構成している。   The Fabry-Perot resonator 20 is inserted (filled) into the rectangular waveguide 50. Further, a probe 51 for signal input / output is disposed at both ends of the rectangular waveguide 50, and a signal is input / output by a coaxial connector.

磁界制御部70は、電磁石60への入力電力を制御する。電磁石60は、方形導波管50の外部からファブリ・ペロー型共振器20のフェライト層23に対して直流磁界Hを印加する。直流磁界Hの方向は、方形導波管50内部を伝搬する電磁波の伝搬方向である。このように方形導波管50の外部から直流磁界Hを印加する都合上、方形導波管50の少なくとも両端部は、例えばFe等の磁気シールド性のある材質は基本的に使用できない。   The magnetic field control unit 70 controls input power to the electromagnet 60. The electromagnet 60 applies a DC magnetic field H to the ferrite layer 23 of the Fabry-Perot resonator 20 from the outside of the rectangular waveguide 50. The direction of the DC magnetic field H is the propagation direction of the electromagnetic wave propagating through the rectangular waveguide 50. Thus, for the convenience of applying the DC magnetic field H from the outside of the rectangular waveguide 50, at least both ends of the rectangular waveguide 50 cannot basically use a magnetic shielding material such as Fe.

プローブ51から方形導波管を伝搬する電磁波のモードは、電界の振幅方向が特定方向であるTEモードに制限される。一方、フェライト層23に直流磁界Hが印加されることで、ファラデー効果により共振層で電磁波の偏波面が旋回し、前記モードの減衰量が変化する。直流磁界Hの大きさを磁界制御部70にて制御することにより、ファラデー効果による電磁波の偏波面の旋回角が変化し、前記モードの減衰量が調整できる。   The mode of electromagnetic waves propagating from the probe 51 through the rectangular waveguide is limited to the TE mode in which the electric field amplitude direction is a specific direction. On the other hand, when the DC magnetic field H is applied to the ferrite layer 23, the polarization plane of the electromagnetic wave rotates in the resonance layer due to the Faraday effect, and the attenuation of the mode changes. By controlling the magnitude of the DC magnetic field H by the magnetic field controller 70, the turning angle of the polarization plane of the electromagnetic wave due to the Faraday effect is changed, and the attenuation of the mode can be adjusted.

次に、本実施形態のファブリ・ペロー型共振器20の性能を確認するために行った、性能シミュレーションと実性能測定の結果を説明する。   Next, the results of performance simulation and actual performance measurement performed to confirm the performance of the Fabry-Perot resonator 20 of this embodiment will be described.

図5は比較例として示すファブリ・ペロー型共振器30の断面図である。
ファブリ・ペロー型共振器30は、上述のフェライト層に代えてアルミナ層を備えた構成である。ファブリ・ペロー型共振器30の両端にはエポキシ樹脂層34が設けられる。それらの内側にはアルミナ層31とエポキシ樹脂層32とを交互に13層配置した周期構造体である。換言すると比較例のファブリ・ペロー型共振器30は、上述のファブリ・ペロー型共振器20において中央のフェライト層23を、高誘電率誘電体層であるアルミナ層31に置換したものに等しい。比較例のファブリ・ペロー型共振器30のアルミナ層31およびエポキシ樹脂層32,34の厚み寸法は、ファブリ・ペロー型共振器20と同様である。このファブリ・ペロー型共振器30は、ファブリ・ペロー型共振器20と同様に光造形法によりエポキシ樹脂製の構造体を作成し、中央のスリットにフェライト層ではなくアルミナ層31を挿入することで構成する。
FIG. 5 is a sectional view of a Fabry-Perot resonator 30 shown as a comparative example.
The Fabry-Perot resonator 30 has an alumina layer instead of the above-described ferrite layer. Epoxy resin layers 34 are provided at both ends of the Fabry-Perot resonator 30. Inside thereof, a periodic structure in which 13 layers of alumina layers 31 and epoxy resin layers 32 are alternately arranged. In other words, the Fabry-Perot resonator 30 of the comparative example is equivalent to the Fabry-Perot resonator 20 described above in which the central ferrite layer 23 is replaced with an alumina layer 31 that is a high dielectric constant dielectric layer. The thickness dimension of the alumina layer 31 and the epoxy resin layers 32 and 34 of the Fabry-Perot resonator 30 of the comparative example is the same as that of the Fabry-Perot resonator 20. The Fabry-Perot resonator 30 is formed by forming an epoxy resin structure by stereolithography in the same manner as the Fabry-Perot resonator 20, and inserting an alumina layer 31 instead of a ferrite layer into the central slit. Constitute.

次に、バンドパスフィルタの特性について説明する。
図6(A)はバンドパスフィルタ100の伝送線路理論に基づくシミュレーションによる透過特性S21を示す図である。同図(B)は、比較例のファブリ・ペロー型共振器30を用いたバンドパスフィルタのシミュレーションによる透過特性S21を示す図である。
Next, the characteristics of the bandpass filter will be described.
FIG. 6A is a diagram showing the transmission characteristic S21 by simulation based on the transmission line theory of the bandpass filter 100. FIG. FIG. 5B is a diagram showing transmission characteristics S21 by simulation of a bandpass filter using the Fabry-Perot resonator 30 of the comparative example.

同図(B)のように、フェライト層23による欠陥層が存在しない場合には、約11.0〜16.0GHzの帯域で、フォトニック結晶におけるバンドギャップが観測された。また、ギャップ中心周波数は約13.5GHzで約−35dBであった。これに対しフェライト層23を備えたファブリ・ペロー型共振器20を挿入した場合には、同図(A)に示すように、約10.0〜16.5GHzの帯域で、フォトニック結晶におけるバンドギャップが観測された。また、欠陥層により生じる通過帯域の中心周波数、即ち欠陥周波数は約13.1GHzで約−12dBであった。   As shown in FIG. 5B, when there is no defect layer due to the ferrite layer 23, a band gap in the photonic crystal was observed in a band of about 11.0 to 16.0 GHz. The gap center frequency was about 13.5 GHz and about -35 dB. On the other hand, when the Fabry-Perot resonator 20 having the ferrite layer 23 is inserted, as shown in FIG. 5A, the band in the photonic crystal is in the range of about 10.0 to 16.5 GHz. A gap was observed. Further, the center frequency of the pass band generated by the defect layer, that is, the defect frequency was about −12 dB at about 13.1 GHz.

図7(A)は、バンドパスフィルタ100の透過特性S21を示す実測結果である。同図(B)は、比較例のファブリ・ペロー型共振器30を用いたバンドパスフィルタの透過特性S21を示す実測結果である。図6に示したシミュレーションの場合とほぼ同様の特性が観測された。なお、実測結果では、約16GHz付近に急峻な不透過スペクトルが生じているが、これは導波管の特性によるものである。   FIG. 7A is an actual measurement result showing the transmission characteristic S21 of the bandpass filter 100. FIG. FIG. 5B is an actual measurement result showing the transmission characteristic S21 of a bandpass filter using the Fabry-Perot resonator 30 of the comparative example. Characteristics similar to those in the simulation shown in FIG. 6 were observed. In the actual measurement result, a steep non-transmission spectrum occurs in the vicinity of about 16 GHz, which is due to the characteristics of the waveguide.

次に、電磁石60によって、ファブリ・ペロー型共振器20に直流磁界Hを印加した場合について説明する。   Next, a case where a DC magnetic field H is applied to the Fabry-Perot resonator 20 by the electromagnet 60 will be described.

図8は、直流磁界Hとして、磁束密度を0.38Tとした例でのバンドパスフィルタ100の透過特性S21を示す実測結果である。図9は、磁束密度を0.40Tとした例でのバンドパスフィルタ100の透過特性S21を示す実測結果である。図10は、磁束密度を0.42Tとした例でのバンドパスフィルタ100の透過特性S21を示す実測結果である。図11は、磁束密度を0.00T、0.38T、0.40T、および0.42Tとした各例を比較する図である。   FIG. 8 is an actual measurement result showing the transmission characteristic S21 of the band-pass filter 100 in the example in which the magnetic flux density is 0.38T as the DC magnetic field H. FIG. 9 is an actual measurement result showing the transmission characteristic S21 of the band-pass filter 100 in an example in which the magnetic flux density is 0.40T. FIG. 10 is an actual measurement result showing the transmission characteristic S21 of the bandpass filter 100 in an example in which the magnetic flux density is 0.42T. FIG. 11 is a diagram comparing each example in which the magnetic flux density is 0.00T, 0.38T, 0.40T, and 0.42T.

磁束密度を0.00Tとした例では、欠陥周波数は約13.1GHzで約−12dBであった。磁束密度を0.38Tとした例では、欠陥周波数は約13.2GHzで約−12dBであり、周波数13.1GHzでの減衰量は約−15dBであった。磁束密度を0.40Tとした例では、欠陥周波数は約13.3GHzで約−16dBであり、周波数13.1GHzでの減衰量は約−26dBであった。磁束密度を0.38Tとした例では、通過帯域がほとんど無くなり、周波数13.1GHzでの減衰量は約−28dBであった。   In the example in which the magnetic flux density was 0.00T, the defect frequency was about −12 dB at about 13.1 GHz. In the example in which the magnetic flux density is 0.38T, the defect frequency is about −12 dB at about 13.2 GHz, and the attenuation at the frequency of 13.1 GHz is about −15 dB. In the example in which the magnetic flux density is 0.40 T, the defect frequency is about −16 dB at about 13.3 GHz, and the attenuation at the frequency of 13.1 GHz is about −26 dB. In the example in which the magnetic flux density is 0.38 T, the pass band is almost lost, and the attenuation at the frequency of 13.1 GHz is about −28 dB.

このように、直流磁界Hを印加していない状態での欠陥周波数約13.1GHzでは、直流磁界Hにより印加される磁束密度が大きくなるに従い減衰量が増加していき、例えば、磁束密度0.38Tから磁束密度0.40Tに変化させた場合に減衰量が−15dBから−26dBへと変化したように、ある磁束密度で急峻な変化をすることが観測された。また、同様の結果はシミュレーションにても確認できた。このことは、誘電体の周期構造によって多重反射が生じて、主にフェライト層でファラデー効果によって大きな偏波面の旋回が得られ、導波管内の電磁波の伝搬が阻止されることによると考えられる。   Thus, at a defect frequency of about 13.1 GHz when the DC magnetic field H is not applied, the amount of attenuation increases as the magnetic flux density applied by the DC magnetic field H increases. It was observed that when the magnetic flux density was changed from 38T to 0.40T, the attenuation changed sharply at a certain magnetic flux density, as the attenuation changed from -15 dB to -26 dB. Similar results were confirmed by simulation. This is considered to be due to the fact that multiple reflections occur due to the periodic structure of the dielectric, and a large swirl of the polarization plane is obtained mainly by the Faraday effect in the ferrite layer, thereby preventing propagation of electromagnetic waves in the waveguide.

なお、実施形態では13.0GHz帯で利用する例を挙げたが、この発明は1GHz〜100GHz程度の周波数帯に適用できる。この周波数帯の主な用途は通信であり、周波数可変バンドバスフィルタはマルチバンド送信機のフィルタに利用できる。   In addition, although the example used in 13.0 GHz band was given in embodiment, this invention is applicable to a frequency band about 1 GHz-100 GHz. The main use of this frequency band is communication, and the frequency variable band-pass filter can be used as a filter of a multiband transmitter.

また、実施形態では方形導波管を利用する例を挙げたが、本発明は、それ以外にも、特定の方向に電界の振幅方向が向くTEモードが立ち、偏波面の旋回角に応じて減衰量を変化させられる導波管であれば、円形状等の導波管であってもよく、多様な形状の導波管に適用できる。   Moreover, although the example which utilizes a rectangular waveguide was given in the embodiment, the present invention has a TE mode in which the amplitude direction of the electric field is directed in a specific direction, depending on the turning angle of the polarization plane. A waveguide having a circular shape or the like may be used as long as the attenuation can be changed, and the present invention can be applied to waveguides having various shapes.

特許文献1に示されている光アイソレータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical isolator shown by patent document 1. FIG. 第1の実施形態に係るバンドパスフィルタに用いるファブリ・ペロー型共振器の断面図である。It is sectional drawing of the Fabry-Perot type | mold resonator used for the band pass filter which concerns on 1st Embodiment. 同ファブリ・ペロー型共振器の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the same Fabry-Perot type | mold resonator. 同バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the same band pass filter. 比較例のファブリ・ペロー型共振器の断面図である。It is sectional drawing of the Fabry-Perot type | mold resonator of a comparative example. バンドパスフィルタの透過特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the transmission characteristic of a band pass filter. バンドパスフィルタの透過特性の実測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the transmission characteristic of a band pass filter. 外部から直流磁界を印加する場合のバンドパスフィルタの透過特性の実測結果を示す図である。It is a figure which shows the actual measurement result of the transmission characteristic of a band pass filter in the case of applying a DC magnetic field from the outside. 外部から直流磁界を印加する場合のバンドパスフィルタの透過特性の実測結果を示す図である。It is a figure which shows the actual measurement result of the transmission characteristic of a band pass filter in the case of applying a DC magnetic field from the outside. 外部から直流磁界を印加する場合のバンドパスフィルタの透過特性の実測結果を示す図である。It is a figure which shows the actual measurement result of the transmission characteristic of a band pass filter in the case of applying a DC magnetic field from the outside. 外部から印加する直流磁界を変化させた場合のバンドパスフィルタの透過特性の実測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the transmission characteristic of a band pass filter at the time of changing the direct current magnetic field applied from the outside.

符号の説明Explanation of symbols

21…アルミナ層
22…エポキシ樹脂層
22,24…エポキシ樹脂層
23…フェライト層
24…エポキシ樹脂層
25…多層膜
40…エポキシ樹脂構造体
41,42…スリット
50…方形導波管
51…プローブ
60…電磁石
70…磁界制御部
100…バンドパスフィルタ
H…直流磁界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Alumina layer 22 ... Epoxy resin layer 22, 24 ... Epoxy resin layer 23 ... Ferrite layer 24 ... Epoxy resin layer 25 ... Multilayer film 40 ... Epoxy resin structure 41, 42 ... Slit 50 ... Rectangular waveguide 51 ... Probe 60 ... Electromagnet 70 ... Magnetic field controller 100 ... Band pass filter H ... DC magnetic field

Claims (5)

低誘電率誘電体層と高誘電率誘電体層とを交互に積層配置した2つの反射器と、この2つの反射器の間に設けた磁性体からなり前記2つの反射器による阻止帯域内に通過帯域を生じさせる共振層と、を備えるファブリ・ペロー型共振器と、
前記ファブリ・ペロー型共振器を収容し、伝搬する電磁波を電界の振幅方向が特定の方向であるTEモードに制限する導波管と、
前記電磁波の伝搬方向に平行な直流磁界を、前記導波管の外部から前記共振層に印加する磁界印加手段と、
前記直流磁界の強度を変化させる磁界強度変更手段と、を備えるバンドパスフィルタ。
It consists of two reflectors in which a low dielectric constant dielectric layer and a high dielectric constant dielectric layer are alternately stacked, and a magnetic material provided between the two reflectors, and within the stop band of the two reflectors. A Fabry-Perot resonator comprising a resonant layer that produces a passband;
A waveguide that houses the Fabry-Perot resonator and restricts the propagating electromagnetic wave to a TE mode in which the amplitude direction of the electric field is a specific direction;
A magnetic field applying means for applying a DC magnetic field parallel to the propagation direction of the electromagnetic wave to the resonance layer from the outside of the waveguide;
A band-pass filter comprising: a magnetic field intensity changing unit that changes the intensity of the DC magnetic field.
前記共振層は、その光路長が前記通過帯域のほぼ中心周波数で1/2波長である請求項1に記載のバンドパスフィルタ。   2. The bandpass filter according to claim 1, wherein the resonance layer has an optical path length of ½ wavelength at a substantially center frequency of the passband. 前記低誘電率誘電体層と前記高誘電率誘電体層の光路長は前記阻止帯域のほぼ中心周波数でそれぞれ1/4波長である請求項1または2に記載のバンドパスフィルタ。   3. The bandpass filter according to claim 1, wherein optical path lengths of the low dielectric constant dielectric layer and the high dielectric constant dielectric layer are each ¼ wavelength at a substantially central frequency of the stop band. 前記低誘電率誘電体層は樹脂であり、前記ファブリ・ペロー型共振器の最外層が樹脂層である請求項1〜3のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。   The band pass filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the low dielectric constant dielectric layer is a resin, and the outermost layer of the Fabry-Perot resonator is a resin layer. 前記共振層はフェライトからなる請求項1〜4のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。   The band-pass filter according to claim 1, wherein the resonance layer is made of ferrite.
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