JP6047811B2 - フィルタ、フィルタを製作する方法、およびレーザ波長監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ通信技術の分野に関し、詳細には、フィルタ、フィルタを製作する方法、およびレーザ波長監視装置に関する。

帯域幅に関するユーザの要求が継続して大きくなるにつれ、従来の銅線ブロードバンドアクセスシステムはますます帯域幅に関する障害に直面している。同時に、大きな帯域幅容量を用いる光ファイバ通信技術はますます成熟し、光ファイバアクセスネットワークが、次世代ブロードバンドアクセスネットワークにおける手強い競合技術になっている。特に、ＰＯＮ（passive optical network、受動光ネットワーク）システムがより競争力が高い。

ＰＯＮシステムでは、光学モジュールが、送受信機システムを実装するための物理的な実体として用いられ、光学モジュールの機能は極めて重要である。すなわち、レーザが通信光波の送出装置として用いられ、レーザの機能は最優先事項である。ＰＯＮ分野の多くの応用例の状況では、レーザデバイスの発振波長は特定の値において安定している必要があり、それによって、物理的発振および光通信規格の技術仕様が満足されることが保証される。したがって、多くの応用例の状況では、光学モジュールのレーザは、一般に、波長を調整するために用いられる半導体冷却器または加熱膜を有し、レーザ波長監視装置を用いてフィードバック調整を実施する必要がある。

図１に示すように、従来のレーザ波長監視装置は、コリメーションレンズ１、第１のフォーカスレンズ２、Ｆ−Ｐエタロン３、２つのビームスプリッタ４ａおよび４ｂ、２つの光受信機５ａおよび５ｂ、ならびに２つの第２のフォーカスレンズ６ａおよび６ｂを含み、Ｆ−Ｐエタロン３は櫛形フィルタとして機能し、２つのビームスプリッタ４ａおよび４ｂはそれぞれ固定分割比を有するビームスプリッタである。レーザ７によって放出された光は、コリメーションレンズ１を通過した後でコリメートされた光になる。ビームスプリッタ４ａはコリメートされた光を特定の比に従って分割し、光の一部は第２のフォーカスレンズ６ａを通過した後で光受信機５ａによって受け取られ、光の他の部分はビームスプリッタ４ａを通過した後でＦ−Ｐエタロン３に入射する。ビームスプリッタ４ｂは、特定の比に従って、Ｆ−Ｐエタロン３を通過する光を分割し、光の一部は第２のフォーカスレンズ６ｂを通過した後で光受信機５ｂによって受け取られ、光の他の部分はビームスプリッタ４ｂを通過し、次いで、第１のフォーカスレンズ２を通過した後で伝達ファイバの入射ポート８に入射する。

ＰＤ１０およびＰＤ２０はそれぞれ２つの光受信機５ａおよび５ｂの最初に較正された光強度であり、ＰＤ１およびＰＤ２はそれぞれ２つの光受信機５ａおよび５ｂが実際に受け取る光強度であり、光受信機５ｂが実際に受け取る光強度と光受信機５ａが実際に受け取る光強度との比はＡ＝ＰＤ２／ＰＤ１であるとする。レーザ波長に赤方偏移が生じると、ＰＤ２＝ＰＤ２０＋ΔＰとなり、レーザ波長に青方偏移が生じると、ＰＤ２＝ＰＤ２０−ΔＰとなるが、ＰＤ１はレーザ波長に応じて変化しない。したがって、波長オフセットは下記のようになる。
ΔＡ＝＋ΔＰ／ＰＤ１０ （赤方偏移）、およびΔＡ＝−ΔＰ／ＰＤ１０ （青方偏移） （１）

したがって、レーザ波長の変化状態は波長オフセットΔＡに従って定義され得る。

従来技術は以下のデメリットを有します：２つのビームスプリッタのために、レーザ波長監視装置の全体的なパッケージングサイズが比較的大きくなること、及び、パッケージングコストが比較的高くなり、それが現在の開発傾向である小型化および低コストに合わないこと。さらに、この構造のレーザ波長監視装置の監視精度は十分ではない。

本発明の実施形態は、フィルタ、フィルタを製作する方法、およびレーザ波長監視装置を提供し、それによって、レーザ波長監視装置の体積およびコストを低減させ、さらに監視精度を向上させる。

本発明の第１の態様によれば、フィルタが提供される。このフィルタは、２つの半透明体であって、半透明体はそれぞれ、第１の面、第１の面に対してくさび角を形成する第２の面、ならびに第１の面および第２の面の両方と交差する第３の面を有し、２つの半透明体の第１の面は互いに平行であり、２つの半透明体の第２の面は互いに平行である、半透明体と、
ビーム分割膜であって、両側の面がそれぞれ２つの半透明体の第１の面と結合される、ビーム分割膜と、
２つの反射膜であって、それぞれ２つの半透明体の第２の面と結合される、反射膜と、を備える。

第１の態様の可能な実装形態では、くさび角が４５°±λであり、λは設定された許容可能な誤差である。

第１の態様の可能な実装形態では、２つの半透明体の第３の面が互いに平行または非平行である。

第１の態様の可能な実装形態では、２つの半透明体において、半透明体の一方は少なくとも２つの半透明基板を含み、反射防止被覆が２つの隣接する半透明基板の間に配設される。

本発明の第２の態様によれば、前述の技術的解決策のいずれか１つによるフィルタを製作する方法が提供される。この方法は、２つの半透明体の第２の面に別々に反射膜をメッキし、一方の半透明体の第１の面にビーム分割膜をメッキするステップと、
他方の半透明体の第１の面をビーム分割膜と結合するステップと、を含む。

第２の態様の可能な実装形態では、他方の半透明体の第１の面をビーム分割膜と結合するステップは、具体的に、
他方の半透明体の第１の面をビーム分割膜に接合するステップである。

本発明の第３の態様によれば、レーザ波長監視装置が提供される。この装置は、２つの光受信機および前述の技術的解決策のいずれか１つによるフィルタを備え、
フィルタの２つの反射膜はそれぞれレーザの送出ポートおよび伝達ファイバの入射ポートに対向し、フィルタの２つの第３の面はそれぞれ２つの光受信機の受信ポートに対向する。

第３の態様の可能な実装形態では、レーザ波長監視装置は、レーザの送出ポートと、レーザの送出ポートに対向する、フィルタの反射膜との間に配置されるコリメーションレンズをさらに含む。

第３の態様の可能な実装形態では、コリメーションレンズの一方の側は平面であり、コリメーションレンズのこの側に対向する、フィルタの反射膜と結合される。

第３の態様の可能な実装形態では、レーザ波長監視装置は、伝達ファイバの入射ポートと、伝達ファイバの入射ポートに対向する、フィルタの反射膜との間に配置される第１のフォーカスレンズをさらに含む。

第３の態様の可能な実装形態では、第１のフォーカスレンズの一方の側は平面であり、第１のフォーカスレンズのこの側に対向する、フィルタの反射膜と結合される。

第３の態様の可能な実装形態では、レーザ波長監視装置は、フィルタの２つの第３の面と、フィルタの２つの第３の面に対向する、光受信機の受信ポートとの間にそれぞれ配置される２つの第２のフォーカスレンズをさらに含む。

第３の態様の可能な実装形態では、フィルタにおいて、少なくとも２つの半透明基板を含む半透明体が、ビーム分割膜の一方の側で、伝達ファイバの入射ポートの近傍に配置される。

本発明の実施形態の技術的解決策では、ビーム分割膜が２つの半透明体の第１の面間に配設され、そのため、レーザ波長監視装置の波長監視光路が従来技術の光路と比較して大幅に短くなり、レーザ波長監視装置の体積が比較的小さくなり、小型パッケージングを実現することができ、それによって製品のパッケージングコストが大幅に低くなる。さらに、フィルタを有するレーザ波長監視装置は、透過強度および反射強度を監視することができ、また、波長オフセットの監視精度が２倍になる。したがって、レーザ波長監視装置は、監視精度が従来技術の精度と比較して高くなる。

従来のレーザ波長監視装置の概略構造図である。 本発明の第１の実施形態によるフィルタの第１の実装形態の概略構造図である。 本発明の第１の実施形態によるフィルタの第２の実装形態の概略構造図である。 本発明の第５の実施形態によるフィルタを製作する方法の概略フローチャートである。 本発明の或る実施形態によるフィルタを製作するプロセスの概略図である。 本発明の第７の実施形態によるレーザ波長監視装置の概略構造図である。 本発明の第８の実施形態によるレーザ波長監視装置の概略構造図である。 本発明の第９の実施形態によるレーザ波長監視装置の概略構造図である。 本発明の第１０の実施形態によるレーザ波長監視装置の概略構造図である。 本発明の第１１の実施形態によるレーザ波長監視装置の概略構造図である。

レーザ波長監視装置の体積を小さくし、コストを下げ、さらに監視精度を改善するために、本発明の実施形態では、フィルタ、フィルタを製作する方法、およびレーザ波長監視装置が提供される。本発明の実施形態の技術的解決策では、ビーム分割膜が２つの半透明体の第１の面間に配設され、そのため、レーザ波長監視装置の波長監視光路が従来技術の光路と比較して大幅に短くなり、レーザ波長監視装置の体積が比較的小さくなり、小型パッケージングを実現することができ、それによってパッケージングコストが比較的低くなる。さらに、フィルタを有するレーザ波長監視装置は、透過強度および反射強度を監視することができ、また、波長オフセットの監視精度が２倍になる。したがって、レーザ波長監視装置はさらに、監視精度が従来技術の精度と比較して高くなる。本発明のこれらの目的、技術的解決策、および利点をよりわかりやすくするために、以下に具体的な実施形態を列挙することによって本発明をさらに詳細に説明する。

図２ａに示すように、本発明の第１の実施形態におけるフィルタは、
２つの半透明体９であって、半透明体９はそれぞれ、第１の面１０、第１の面１０に対してくさび角を形成する第２の面１１、ならびに第１の面１０および第２の面１１の両方と交差する第３の面１２を有し、２つの半透明体９の第１の面１０は互いに平行であり、２つの半透明体９の第２の面１１は互いに平行である、半透明体９と、
ビーム分割膜１３であって、両側の面がそれぞれ２つの半透明体９の第１の面１０と結合されるビーム分割膜１３と、
２つの反射膜１４であって、それぞれ２つの半透明体９の第２の面１１と結合される反射膜１４と、を含む。

半透明体９は、半透明基板を１つだけ含むか、または、２つ以上の半透明基板を含み得る。図２ｂに示す実施形態では、２つの半透明体９において、半透明体９の一方は少なくとも２つの半透明基板１６を含み、反射防止被覆１７が２つの隣接する半透明基板１６の間に配設される。反射防止被覆１７を配置することによって、光の損失が低減され得る。半透明基板１６の材料は限定されないが、ガラスなどの材料が選択され使用され得、半透明基板の断面形状は三角形、台形などとされ得る。

平行干渉共鳴モード（Ｆ−Ｐ干渉およびＧ−Ｔ干渉を含むが、これらに限定されるものではない）を用いてフィルタリング機能を実現するために、２つの半透明体９の第１の面１０は互いに平行であり、２つの半透明体９の第２の面１１は互いに平行である。ビーム分割膜１３は固定分割比を有し、この比に従って入射レーザ光を分割し得、一方の部分は反射され、他方の部分は透過する。まず一方の半透明体９の第１の面１０上にビーム分割膜１３がメッキされ、次いで他方の半透明体９の第１の面１０がビーム分割膜１３に接合され、それによって、安定な平行干渉共鳴がフィルタ内に形成され得ることが保証される。反射膜１４は、一般に、異なる厚さの複数の膜の層が交互に配置されている。これらの膜の層は二酸化シリコン膜の層、二酸化タンタル膜の層などとし得る。これらの膜の層の特定の構造の設計は従来技術であり、本明細書では詳細を重ねて説明しない。

くさび角は特定の値に限定されない。本発明の第２の実施形態におけるフィルタではくさび角が４５°±λであり、ここでλは設定された許容可能な誤差であり、例えば１°である。この値の範囲内でくさび角を選択し用いることによって、フィルタの光路の設計が比較的簡単かつ好都合となり得、それによって、レーザ波長監視装置の内部の機械的な部分のレイアウトが容易になる。

本発明の第３の実施形態におけるフィルタでは、２つの半透明体９の第３の面１２が互いに平行ではない。本発明の第４の実施形態におけるフィルタでは、２つの半透明体９の第３の面１２が互いに平行である。２つの半透明体９の第３の面１２を互いに平行に配設することによって、レーザ波長監視装置の２つの光受信機が対称位置に配設され得、それによって、光路の設計ならびに製品の簡潔さおよび小型化がさらに容易になり、製品のパッケージングコストがさらに低減される。

図３および図４に示すように、本発明の第５の実施形態におけるフィルタを製作する方法は、下記のステップを含む。

ステップ１０１：２つの半透明体の第２の面に別々に反射膜をメッキし、一方の半透明体の第１の面上にビーム分割膜をメッキする。

ステップ１０２：他方の半透明体の第１の面をビーム分割膜と結合する。

本発明の第６の実施形態におけるフィルタを製作する方法では、ステップ１０２で、具体的には接合技術を用いることによって他方の半透明体の第１の面をビーム分割膜と結合する。好ましくは光学接合剤接合技術が用いられる。光学接合剤接合は、別の結合剤および高圧が必要とされない場合には、一連の表面処理を実施した後で２つの同種または異種材料を緊密に貼り合わせて室温で光学接合剤を形成し、次いで、この光学接合剤に熱処理を施して恒久的な接合を得ることである。レーザ応用例の態様では、この技術は、レーザの温度性能およびビームの質を大幅に改善するだけでなく、レーザシステムの統合を容易にする。

図５に示すように、本発明の第７の実施形態におけるレーザ波長監視装置は、２つの光受信機５ａおよび５ｂならびに前述の実施形態のいずれか１つによるフィルタ１５を含む。

フィルタ１５の２つの反射膜１４はそれぞれレーザ７の送出ポートおよび伝達ファイバの入射ポート８に対向し、フィルタ１５の２つの第３の面１２はそれぞれ２つの光受信機５ａおよび５ｂの受信ポートに対向する。

光受信機５ａおよび５ｂは、フォトダイオードを用いて、受け取ったレーザ光の強度を検出し得る。

図６に示す第８の好ましい実施形態を参照すると、レーザ波長監視装置は、レーザ７の送出ポートと、レーザ７の送出ポートに対向する、フィルタ１５の反射膜１４との間に配置されるコリメーションレンズ１と、伝達ファイバの入射ポート８と、伝達ファイバの入射ポート８に対向する、フィルタ１５の反射膜１４との間に配置される第１のフォーカスレンズ２とをさらに含む。コリメーションレンズ１および第１のフォーカスレンズ２は、レーザ７および伝達ファイバの入射ポート８の構造内でそれぞれ設計されてもよい。ただし、この場合、レーザ７および伝達ファイバの入射ポート８のサイズが比較的大きく、レーザ７および伝達ファイバの入射ポート８の構造がやや複雑になり、コリメーションレンズ１および第１のフォーカスレンズ２の位置を調整することも不便である。

図６に示す好ましい実施形態をさらに参照すると、レーザ波長監視装置は、フィルタ１５の２つの第３の面１２と光受信機５ａおよび５ｂの受信ポートとの間にそれぞれ配置され、フィルタ１５の２つの第３の面１２に対向する２つの第２のフォーカスレンズ６ａおよび６ｂをさらに含む。上記同様、代わりに、第２のフォーカスレンズ６ａおよび６ｂは、光受信機５ａおよび５ｂの構造内でそれぞれ設計され得る。光受信機５ａおよび５ｂの受信面の面積が特定の条件を満たす場合、第２のフォーカスレンズ６ａおよび６ｂの配設が省かれ得ることに留意されたい。

図７に示すように、本発明の第９の実施形態におけるレーザ波長監視装置では、コリメーションレンズ１の一方の側は平面であり、コリメーションレンズ１のこの側に対向する、フィルタ１５の反射膜１４と結合される。この場合、レーザ波長監視装置のパッケージングサイズは比較的小さく、第１のフォーカスレンズ２の位置は自由に調整され得る。

図８に示すように、本発明の第１０の実施形態におけるレーザ波長監視装置では、第１のフォーカスレンズ２の一方の側は平面であり、第１のフォーカスレンズ２のこの側に対向する、フィルタ１５の反射膜１４と結合される。この場合、レーザ波長監視装置のパッケージングサイズは比較的小さく、コリメーションレンズの位置は自由に調整され得る。

図９に示すように、本発明の第１１の実施形態におけるレーザ波長監視装置では、コリメーションレンズ１の一方の側は平面であり、コリメーションレンズ１のこの側に対向する、フィルタ１５の反射膜１４と結合され、第１のフォーカスレンズ２の一方の側は平面であり、フィルタ１５の反射膜１４と結合される。この場合、レーザ波長監視装置のパッケージングサイズは第９および第１０の実施形態におけるレーザ波長監視装置のパッケージングサイズと比較して最も小さいが、コリメーションレンズおよび第１のフォーカスレンズの位置は自由に調整され得ない。

フィルタ１５では、半透明体９の一方が少なくとも２つの半透明基板１６を含む場合、入射光の損失を低減させるために、少なくとも２つの半透明基板１６を含む半透明体９は、好ましくは、伝達ファイバの入射ポート８の近傍の、ビーム分割膜１３の一方の側に設計される。

図６に示す実施形態を例として用いる。レーザ波長監視装置の作動原理は下記のとおりである。レーザ７によって送出されるレーザ光は、コリメーションレンズ１を通過した後でコリメートされた光になり、コリメートされた光はフィルタ１５の一方の側の反射膜１４に入射し、ビーム分割膜１３は受け取ったレーザ光を比に従って分割し、一部は反射されフィルタ１５から放出されて第１の光受信機５ａに至り、他の部分はフィルタ１５の他方の側の反射膜１４を透過し、次いで、一部は反射してビーム分割膜１３に戻り、ビーム分割膜１３は受け取ったレーザ光を比に従って再度分割し、一部は反射してフィルタから放出されて第２の光受信機５ｂに至る。

ビーム分割膜は２つの半透明体の第１の面間に配設され、そのため、レーザ波長監視装置の波長監視光路は従来技術の光路と比較して大幅に短くなり、レーザ波長監視装置の体積は比較的小さくなり、小型のパッケージングが実現され得、それによって製品のパッケージングコストが大幅に低減される。例えば、従来技術の波長監視装置は一般にＸＭＤパッケージングを用い、パッケージングコストが比較的高い。しかし、この解決策における波長監視装置はＴＯパッケージングを用い得、それによってパッケージングコストが大幅に低減される。

ＰＤ１およびＰＤ２はそれぞれ２つの光受信機５ａおよび５ｂが実際に受け取る光強度であり、フィルタ１５の全体的な反射光強度はＰｆであり、フィルタ１５の全体的な透過光強度はＰｔであるとする。レーザ波長に赤方偏移が生じると、フィルタ１５の全体的な透過光強度はＰｔ＋ΔＰになり、レーザ波長に青方偏移が生じると、フィルタ１５の全体的な反射光強度はＰｆ−ΔＰになり、ＰＤ１はレーザ波長に応じて変化しない。したがって、波長オフセットは下記のようになる。
ΔＡ＝＋２ΔＰ／（Ｐｆ＋Ｐｔ） （赤方偏移）、およびΔＡ＝−２ΔＰ／（Ｐｆ＋Ｐｔ） （青方偏移） （２）

フィルタ全体としては、Ｐｆ＋Ｐｔ＝Ｐ０となり、ここでＰ０は一定値であり、レーザ波長に応じて変化しない。したがって、レーザ波長の変化状態はやはり波長オフセットΔＡに従って定義され得る。

式（２）を従来技術の式（１）と比較することによって、レーザ波長監視装置は透過強度および反射強度を監視し得、波長オフセットの監視精度は２倍になることがわかる。したがって、従来技術のレーザ波長監視装置と比較すると、本レーザ波長監視装置は監視精度がより高く、監視能力がより高い。

当業者が本発明の範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変および変形をなし得ることは明らかである。本発明は、これらの改変および変形を、これらが下記の特許請求の範囲およびこれらに等価な技術によって定義される保護範囲に含まれる限り、包含することを意図している。

１ コリメーションレンズ
２ 第１のフォーカスレンズ
３ Ｆ−Ｐエタロン
４ａ、４ｂ ビームスプリッタ
５ａ、５ｂ 光受信機
６ａ、６ｂ 第２のフォーカスレンズ
７ レーザ
８ 入射ポート
９ 半透明体
１０ 第１の面
１１ 第２の面
１２ 第３の面
１３ ビーム分割膜
１４ 反射膜
１５ フィルタ
１６ 半透明基板

Claims (13)

1. ２つの半透明体であって、前記２つの半透明体はそれぞれ、第１の面、前記第１の面に対してくさび角を形成する第２の面、ならびに前記第１の面および前記第２の面の両方と交差する第３の面を有し、前記２つの半透明体の第１の面は互いに平行であり、前記２つの半透明体の第２の面は互いに平行である、半透明体と、
   ビーム分割膜であって、両側の面がそれぞれ前記２つの半透明体の前記第１の面と結合される、ビーム分割膜と、
   ２つの反射膜であって、それぞれ前記２つの半透明体の前記第２の面と結合される、反射膜と、
   を備えることを特徴とするフィルタ。
2. 前記くさび角が４５°±λであり、λは設定された許容可能な誤差である、請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記２つの半透明体の第３の面が互いに平行または非平行である、請求項１または２に記載のフィルタ。
4. 前記２つの半透明体において、前記半透明体の一方は少なくとも２つの半透明基板を含み、反射防止被覆が２つの隣接する半透明基板の間に配設される、請求項３に記載のフィルタ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルタの製作方法であって、
   前記２つの半透明体の第２の面に別々に反射膜をメッキし、一方の前記半透明体の第１の面にビーム分割膜をメッキするステップと、
   他方の前記半透明体の第１の面を前記ビーム分割膜と結合するステップと、
   を含むことを特徴とする製作方法。
6. 他方の前記半透明体の第１の面を前記ビーム分割膜と結合する前記ステップは、具体的に、
   他方の前記半透明体の前記第１の面を前記ビーム分割膜に接合するステップである、請求項５に記載の製作方法。
7. ２つの光受信機および請求項１から４のいずれか一項に記載の前記フィルタを備え、
   前記フィルタの２つの反射膜はそれぞれレーザの送出ポートおよび伝達ファイバの入射ポートの管オリフィスに対向し、前記フィルタの前記２つの第３の面はそれぞれ前記２つの光受信機の受信ポートに対向することを特徴とするレーザ波長監視装置。
8. 前記レーザの前記送出ポートと、前記レーザの前記送出ポートに対向する、前記フィルタの前記反射膜との間に配置されるコリメーションレンズをさらに備える、請求項７に記載のレーザ波長監視装置。
9. 前記コリメーションレンズの一方の側は平面であり、前記コリメーションレンズの前記側に対向する、前記フィルタの反射膜と結合される、請求項８に記載のレーザ波長監視装置。
10. 前記伝達ファイバの前記入射ポートの前記管オリフィスと、前記伝達ファイバの前記入射ポートの前記管オリフィスに対向する、前記フィルタの前記反射膜との間に配置される第１のフォーカスレンズをさらに備える、請求項７から９のいずれか一項に記載のレーザ波長監視装置。
11. 前記第１のフォーカスレンズの一方の側は平面であり、前記第１のフォーカスレンズの前記側に対向する、前記フィルタの前記反射膜と結合される、請求項１０に記載のレーザ波長監視装置。
12. 前記フィルタの前記２つの第３の面と、前記フィルタの前記２つの第３の面に対向する、前記光受信機の前記受信ポートとの間にそれぞれ配置される２つの第２のフォーカスレンズをさらに備える、請求項７から１１のいずれか一項に記載のレーザ波長監視装置。
13. 前記フィルタにおいて、少なくとも２つの半透明基板を備える半透明体が、前記伝達ファイバの前記入射ポートの近傍の、ビーム分割膜の一方の側に配置される、請求項７から１２のいずれか一項に記載のレーザ波長監視装置。

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