JPH02262024A - 同調可能なオプチカル・フイルタ - Google Patents
同調可能なオプチカル・フイルタInfo
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- JPH02262024A JPH02262024A JP2028602A JP2860290A JPH02262024A JP H02262024 A JPH02262024 A JP H02262024A JP 2028602 A JP2028602 A JP 2028602A JP 2860290 A JP2860290 A JP 2860290A JP H02262024 A JPH02262024 A JP H02262024A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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-
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- G02F1/213—Fabry-Perot type
-
- G—PHYSICS
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- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/05—Function characteristic wavelength dependent
- G02F2203/055—Function characteristic wavelength dependent wavelength filtering
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
本発明は光通信、レーザ及びスペクトロスコピー(5p
eetroscopy )に使われる同調可能なオプチ
カル・フィルタ、より詳細に言えば、単一の制御信号を
用いてフィルタのキャビティの長さを同時に変化するこ
とによって同調される単純化した同調可能なオプチカル
・フィルタに関する。
eetroscopy )に使われる同調可能なオプチ
カル・フィルタ、より詳細に言えば、単一の制御信号を
用いてフィルタのキャビティの長さを同時に変化するこ
とによって同調される単純化した同調可能なオプチカル
・フィルタに関する。
B、従来の技術及び解決しようとする課題オプチカル・
フィルタの波長を判別する能力を改良するために、即ち
、精巧さ(finesse)を効果的に増加するために
、2つの方法が試みられてきた。即ち、これら2つの方
法とは、(1)ミラーの性質に細心の注意を払うことに
よって単一のキャビティのオプチカル・フィルタの精巧
さを改良する方法と、(2)成る所定の光の波長におい
てだけ、すべてのキャビティが一緒に共振し、そして9
、他の光の波長において、すべてのキャピテイが殆どの
波長の入射光を通過しないような態様で、縦統的(カス
ケード)に結合された複数個のキャビティを通して光を
通過させる方法である。キャビティを縦統的に結合する
時に必要とする精巧さは、どのキャビティが持っている
個々の精巧さよりも道かに高い精巧さが必要である。複
数のキャビティを用いる方法は、効果的であり、しばし
ば用いられるけれども、この方法は、複数個のキャビテ
ィの調節を個々に行わねばならないので、柔軟性に欠け
るという大きな欠点を持っている。単一キャピテイのフ
ァプリー・ペローのオプチカル・フィルタは、例えば1
986年のケンブリッジ大学プレス(cambridg
e Univ、 Press )の「ファプリー・ベロ
ー干渉計J (Fabry−PerotInterfe
rometers )と題するフエルナンデス(G、
Fernandez )の書籍、1987年の「応用光
学J (Applied 0ptics )第26巻第
430頁乃至第436頁の「ファプリー・ベロー干渉計
を使用した単一モードの光ファイバWDMシステムのた
めの波長選択フィルタJ (’Wavelength−
SelectiveFilters for Sing
le−Mode Fiber WDM Systems
using Fabry−Perot Interfe
rometers )と題するマリンソン(S、R,M
alinson)の文献、1963年の「応用光学」第
2巻第873頁乃至第885頁のrPEPsIO3純粋
干渉計の高分解能走査スペクトロメータJ (The
PEPSIOS PurelyInterferome
tric High−Resolution Scan
ningSpeetrome、ter )と題するフッ
ク(J、E、Hack )等の文献、米国特許第337
3651号の発明、1989年2月の光波技術に関する
IEEE誌(IEEEJour、 of Lightw
ave Tech、 )第7巻の「光学FDMAのLA
Nにおけるデマルチプレクサとしての2段のファプリー
・ベロー・フィルタJ(TowSta8e Fabry
−Perot Filter As Demultip
lexors In0ptical FDMA LAN
5 )と題するホゲベーン(S、J、 )ioBeve
en )等などで広く知られている。
フィルタの波長を判別する能力を改良するために、即ち
、精巧さ(finesse)を効果的に増加するために
、2つの方法が試みられてきた。即ち、これら2つの方
法とは、(1)ミラーの性質に細心の注意を払うことに
よって単一のキャビティのオプチカル・フィルタの精巧
さを改良する方法と、(2)成る所定の光の波長におい
てだけ、すべてのキャビティが一緒に共振し、そして9
、他の光の波長において、すべてのキャピテイが殆どの
波長の入射光を通過しないような態様で、縦統的(カス
ケード)に結合された複数個のキャビティを通して光を
通過させる方法である。キャビティを縦統的に結合する
時に必要とする精巧さは、どのキャビティが持っている
個々の精巧さよりも道かに高い精巧さが必要である。複
数のキャビティを用いる方法は、効果的であり、しばし
ば用いられるけれども、この方法は、複数個のキャビテ
ィの調節を個々に行わねばならないので、柔軟性に欠け
るという大きな欠点を持っている。単一キャピテイのフ
ァプリー・ペローのオプチカル・フィルタは、例えば1
986年のケンブリッジ大学プレス(cambridg
e Univ、 Press )の「ファプリー・ベロ
ー干渉計J (Fabry−PerotInterfe
rometers )と題するフエルナンデス(G、
Fernandez )の書籍、1987年の「応用光
学J (Applied 0ptics )第26巻第
430頁乃至第436頁の「ファプリー・ベロー干渉計
を使用した単一モードの光ファイバWDMシステムのた
めの波長選択フィルタJ (’Wavelength−
SelectiveFilters for Sing
le−Mode Fiber WDM Systems
using Fabry−Perot Interfe
rometers )と題するマリンソン(S、R,M
alinson)の文献、1963年の「応用光学」第
2巻第873頁乃至第885頁のrPEPsIO3純粋
干渉計の高分解能走査スペクトロメータJ (The
PEPSIOS PurelyInterferome
tric High−Resolution Scan
ningSpeetrome、ter )と題するフッ
ク(J、E、Hack )等の文献、米国特許第337
3651号の発明、1989年2月の光波技術に関する
IEEE誌(IEEEJour、 of Lightw
ave Tech、 )第7巻の「光学FDMAのLA
Nにおけるデマルチプレクサとしての2段のファプリー
・ベロー・フィルタJ(TowSta8e Fabry
−Perot Filter As Demultip
lexors In0ptical FDMA LAN
5 )と題するホゲベーン(S、J、 )ioBeve
en )等などで広く知られている。
従来の技術において、2つ(または、それ以上)のキャ
ビティは、独立して分離した構造であり、通常、2つの
制御電圧が別個に設けられていることと、ただ1つのサ
ーボ・ループだけではなく、2つのサーボ・ループを必
要とした。先ず、ファプリー・ベローのキャビティ■の
ピーク数nが、所定の波長に同調され、ロックされ、そ
して次に、ファプリー・ベローのキャビティIIのピー
ク数mが、同じ波長に同調され、ロックされる。このよ
うな方法は、研究用「光学ベンチ」のような研究施設で
のみ調節可能である。
ビティは、独立して分離した構造であり、通常、2つの
制御電圧が別個に設けられていることと、ただ1つのサ
ーボ・ループだけではなく、2つのサーボ・ループを必
要とした。先ず、ファプリー・ベローのキャビティ■の
ピーク数nが、所定の波長に同調され、ロックされ、そ
して次に、ファプリー・ベローのキャビティIIのピー
ク数mが、同じ波長に同調され、ロックされる。このよ
うな方法は、研究用「光学ベンチ」のような研究施設で
のみ調節可能である。
上述の米国特許第3373651号の装置において、発
明者等は、1つのキャビティではなく、2つのキャビテ
ィを使用することによって、全体的な波長スペクトル転
送機能の改良を分析研究している。この発明において、
キャビティは別個に制御されることに基いている。発明
者は、縦続的(カスケード)に配列され分離された2つ
のミラーを持つキャビティと、2番目の「第3ミラー」
とで構成された構造、即ち左側のキャビティの右側のミ
ラーと、右側のキャビティの左側のミラーとが、上述の
ホゲベーン等で提案された装置と同じミラー構成を持っ
ている装置を分析している。過度な共振ピーク(第1ミ
ラーと第3ミラーとの間の定常波による共振ピーク)を
阻止するために、この3個のミラー装置は、3個のミラ
ーの反射を制御することに依存しているので、これらは
、ある許容範囲内の相互位置に関する成る比率に従わな
ければならない、2つのキャビティにおけるフィルタの
通常4個のミラーの装置においては、成る他の手法(以
下に説明されるように、第1のキャビティに対して相対
的に第2のキャビティを僅かに傾けること)が過度の反
射を抑制するために従来から使用されている。
明者等は、1つのキャビティではなく、2つのキャビテ
ィを使用することによって、全体的な波長スペクトル転
送機能の改良を分析研究している。この発明において、
キャビティは別個に制御されることに基いている。発明
者は、縦続的(カスケード)に配列され分離された2つ
のミラーを持つキャビティと、2番目の「第3ミラー」
とで構成された構造、即ち左側のキャビティの右側のミ
ラーと、右側のキャビティの左側のミラーとが、上述の
ホゲベーン等で提案された装置と同じミラー構成を持っ
ている装置を分析している。過度な共振ピーク(第1ミ
ラーと第3ミラーとの間の定常波による共振ピーク)を
阻止するために、この3個のミラー装置は、3個のミラ
ーの反射を制御することに依存しているので、これらは
、ある許容範囲内の相互位置に関する成る比率に従わな
ければならない、2つのキャビティにおけるフィルタの
通常4個のミラーの装置においては、成る他の手法(以
下に説明されるように、第1のキャビティに対して相対
的に第2のキャビティを僅かに傾けること)が過度の反
射を抑制するために従来から使用されている。
上述のフックのPEPSIO8装置において、同調は、
本発明の同調方法と同じように、間隔を変化することに
よって行われていない。PEPSIO8装置において、
同調は、すべてのキャビティ内のガスの圧力及び量を同
時に変化させ、従って、異なったガスの量によってすべ
てのキャビティ中の屈折率を変化することによって行わ
れている。所望の共振周波数の変化を得るために、ガス
の圧力の変化(間隔を調節するものではない)を使用す
ることは、非常に複雑である。フック等がこのような同
調方法を行った理由は、同調を行うためにピエゾ電気材
料の利用には気すかなかったか、またはその時代のピエ
ゾ電気材料の性能が充分でなかったかの何れかであった
ことは明らかであろう。何れにせよ、フック等の装置は
、3つのキャビティが同時に同調されたときの波長にお
いて装置全体を走査するばかりでなく、最初の位置の一
致をセットするために、3つのチャンバのすべてにおい
て異なったガス圧力を使用していた。
本発明の同調方法と同じように、間隔を変化することに
よって行われていない。PEPSIO8装置において、
同調は、すべてのキャビティ内のガスの圧力及び量を同
時に変化させ、従って、異なったガスの量によってすべ
てのキャビティ中の屈折率を変化することによって行わ
れている。所望の共振周波数の変化を得るために、ガス
の圧力の変化(間隔を調節するものではない)を使用す
ることは、非常に複雑である。フック等がこのような同
調方法を行った理由は、同調を行うためにピエゾ電気材
料の利用には気すかなかったか、またはその時代のピエ
ゾ電気材料の性能が充分でなかったかの何れかであった
ことは明らかであろう。何れにせよ、フック等の装置は
、3つのキャビティが同時に同調されたときの波長にお
いて装置全体を走査するばかりでなく、最初の位置の一
致をセットするために、3つのチャンバのすべてにおい
て異なったガス圧力を使用していた。
3つのチャンバ中のガス圧力が、同じでなく、適宜の量
によって変化するのを確実にするために、精密な一連の
ニードル・バルブが用いられていた。
によって変化するのを確実にするために、精密な一連の
ニードル・バルブが用いられていた。
米国特許第4225236号の装置は、本発明と同じ種
類の装置、即ち2つ(または、それ以上)のキャビティ
を同時に制御することの出来るただ1つの制御電圧を持
つ装置に関している。然しながら、この特許で得られる
ものは、簡単で、低価格で高速な復帰が必要な装置では
なく、非常に複雑で、高張る装置であった。この特許の
装置は、垂直方向に向けられた大きな光学ベンチを含み
、この光学ベンチの水平方向がピエゾ電気に基いて制御
されている。光は左側から水平方向に入射し、キャビテ
ィI(間隔=x)t−通って通過する。このキャビティ
の左側ミラーは固定され、右側ミラーはピエゾ電気によ
って動かされる光学ρ上に設けられている。光学段の右
側に、角度θだけ水平方向に対して上方向に傾けられた
角度受光反射する他のミラーがある。反射光は、キャビ
ティIIの右側ミラー(可動)を通って角度θで通過ル
、そして左側ミラー(固定)を通って投射される。この
装置を同調させるために、光学段は、コサインθに比例
した大きさのXの変化量及びyの変化量で移動される。
類の装置、即ち2つ(または、それ以上)のキャビティ
を同時に制御することの出来るただ1つの制御電圧を持
つ装置に関している。然しながら、この特許で得られる
ものは、簡単で、低価格で高速な復帰が必要な装置では
なく、非常に複雑で、高張る装置であった。この特許の
装置は、垂直方向に向けられた大きな光学ベンチを含み
、この光学ベンチの水平方向がピエゾ電気に基いて制御
されている。光は左側から水平方向に入射し、キャビテ
ィI(間隔=x)t−通って通過する。このキャビティ
の左側ミラーは固定され、右側ミラーはピエゾ電気によ
って動かされる光学ρ上に設けられている。光学段の右
側に、角度θだけ水平方向に対して上方向に傾けられた
角度受光反射する他のミラーがある。反射光は、キャビ
ティIIの右側ミラー(可動)を通って角度θで通過ル
、そして左側ミラー(固定)を通って投射される。この
装置を同調させるために、光学段は、コサインθに比例
した大きさのXの変化量及びyの変化量で移動される。
この特許の装置において、1つのピエゾ素子は、可動ミ
ラーに差動的に結合されておらず、大きな可動構造(光
学ベンチ)を介して間接的に結合されているだけである
。この特許に記載されているように、大きな構造の許容
誤差を制御することが、困難な問題である。加えて、角
度θは装置を作った時から固定しているので、本発明と
は異なって、装置を作った後に、キャビティのサイズの
比率を選択する方法はない。上述のような要素のために
、この特許に開示された技術では、小型で、経済的で、
迅速に同調することが出来る構造を持ち、同調可能なレ
ーザ及び光通信に要求されている装置を達成することは
不可能である。
ラーに差動的に結合されておらず、大きな可動構造(光
学ベンチ)を介して間接的に結合されているだけである
。この特許に記載されているように、大きな構造の許容
誤差を制御することが、困難な問題である。加えて、角
度θは装置を作った時から固定しているので、本発明と
は異なって、装置を作った後に、キャビティのサイズの
比率を選択する方法はない。上述のような要素のために
、この特許に開示された技術では、小型で、経済的で、
迅速に同調することが出来る構造を持ち、同調可能なレ
ーザ及び光通信に要求されている装置を達成することは
不可能である。
本発明の目的は、広い範囲の波長に亙って同調すること
が出来、しかも簡単で、経済的な同調可能なオプチカル
・フィルタを提供することにある。
が出来、しかも簡単で、経済的な同調可能なオプチカル
・フィルタを提供することにある。
C6課題を解決するための手段
本発明は複数個の共振キャビティと、単一の制御信号に
応答してほぼ単一の軸に沿って各キャビティの反射面の
1つを同時に移動させる手段とを与えることによって上
述の問題を解決している。
応答してほぼ単一の軸に沿って各キャビティの反射面の
1つを同時に移動させる手段とを与えることによって上
述の問題を解決している。
従って、キャビティは、光学的信号が上述の軸に沿って
通過し、且つキャビティの長さの比率が、相互に関して
所定の整数倍の比率に調節された時、選択された波長に
おいて共振する。
通過し、且つキャビティの長さの比率が、相互に関して
所定の整数倍の比率に調節された時、選択された波長に
おいて共振する。
D、実施例
第1図は本発明に従った同調可能なオプチカル・フィル
タの実施例の図である0図示された装置において、導電
性素子2の両側に対向して導電性素子2と接触している
ピエゾ電気材料製の円筒状スリーブ1がある。剛体のス
ペーサ3はピエゾ電気材料のスリーブ1の端部と接触し
、そして、夫々ミラー8、または11の一方とに接触し
ている。
タの実施例の図である0図示された装置において、導電
性素子2の両側に対向して導電性素子2と接触している
ピエゾ電気材料製の円筒状スリーブ1がある。剛体のス
ペーサ3はピエゾ電気材料のスリーブ1の端部と接触し
、そして、夫々ミラー8、または11の一方とに接触し
ている。
ミラー8及び9の反射面4及び5は、共振キャビティ1
8の内側に面しているが、他方、ミラー10及び11の
反射面6及び7は、夫々、共振キャビティ19の内側に
面している。術語、共振キャビティとは、反射面を持つ
一対のミラーの2つの反射面の間の空間を意味し、他方
、共振キャビティの長さとは、共振キャビティの反射面
の間の距離を意味する。例えば、第1図において、共振
キャビティ18の長さXは、一対の反射面4及び5によ
り形成され、共振キャビティ19の長さyは、一対の反
射面6及び7によって形成されている。
8の内側に面しているが、他方、ミラー10及び11の
反射面6及び7は、夫々、共振キャビティ19の内側に
面している。術語、共振キャビティとは、反射面を持つ
一対のミラーの2つの反射面の間の空間を意味し、他方
、共振キャビティの長さとは、共振キャビティの反射面
の間の距離を意味する。例えば、第1図において、共振
キャビティ18の長さXは、一対の反射面4及び5によ
り形成され、共振キャビティ19の長さyは、一対の反
射面6及び7によって形成されている。
ガラス片8及び9の反射面4及び5は、ガラス片8及び
9の夫々一方の面上の被膜であり、他方の面12及び1
3は、反復した反射(定常波)によろ過度の共振を避け
るために、従来の技術に従って傾けられている。同様に
、ガラス片10及び11の一方の反射面6及び7は、ガ
ラス片10及び11上の被膜であり、ガラス片10及び
11の他方の面14及び15は上述と同じ理由によって
、傾けられている。第1図の左側のスリーブの長さは、
Xであり、他方、右側のスリーブの長さは、Yである。
9の夫々一方の面上の被膜であり、他方の面12及び1
3は、反復した反射(定常波)によろ過度の共振を避け
るために、従来の技術に従って傾けられている。同様に
、ガラス片10及び11の一方の反射面6及び7は、ガ
ラス片10及び11上の被膜であり、ガラス片10及び
11の他方の面14及び15は上述と同じ理由によって
、傾けられている。第1図の左側のスリーブの長さは、
Xであり、他方、右側のスリーブの長さは、Yである。
2つのファプリー・ベロー干渉計の縦続的な結合が、夫
々独立したものよりも、より大きな選択性を有している
ことは、良く知られたアイデアである。若し、キャビテ
ィ18が波長λにおいて共振しているならば、ミラーの
有効間隔は、x=nλ/2である。上式において、nは
正の整数である。ミラーの有効間隔は、ミラー間の実際
の距離と、ミラーの闇にある媒体の有効屈折率とを乗算
したものである。フィルタを通過する光波のスペクトル
のピークは、次式の「自由スペクトル範囲(free
5pectral range即ちFSR)Jによって
分離される。
々独立したものよりも、より大きな選択性を有している
ことは、良く知られたアイデアである。若し、キャビテ
ィ18が波長λにおいて共振しているならば、ミラーの
有効間隔は、x=nλ/2である。上式において、nは
正の整数である。ミラーの有効間隔は、ミラー間の実際
の距離と、ミラーの闇にある媒体の有効屈折率とを乗算
したものである。フィルタを通過する光波のスペクトル
のピークは、次式の「自由スペクトル範囲(free
5pectral range即ちFSR)Jによって
分離される。
FSR1=c/2x=f/n
上式において、Cは光の速度であり、fは光の周波数で
ある。他方、若し、入射光線がキャビティ18を通り、
次にキャビティ19を通過するように、第2のキャビテ
ィ19が第1のキャビティに縦続的に結合されており、
そして、若し、入で共振するキャビティ19のミラーの
有効間隔が、Xと異なるy=mλ/2であるならば、そ
の自由スペクトル範囲は、 FSR2=C/2y=f/m である。
ある。他方、若し、入射光線がキャビティ18を通り、
次にキャビティ19を通過するように、第2のキャビテ
ィ19が第1のキャビティに縦続的に結合されており、
そして、若し、入で共振するキャビティ19のミラーの
有効間隔が、Xと異なるy=mλ/2であるならば、そ
の自由スペクトル範囲は、 FSR2=C/2y=f/m である。
従って、キャビティ18の転送スペクトルは、ティース
(teeth )距離f / nだけ離れ、キャビティ
19に対してはティース距離f/mだけ離れている。こ
こで、m及びnを相互に近い整数に選ぶことによって、
両方のキャビティを通過する光の完全な転送が、大きな
ティース距離で生じるから、キャビティの配列の精巧さ
を非常に高度にすることが出来る。直列結合されたキャ
ビティ全体のFSRは、個々のFSRの最小公倍数とす
ることが出来る。単一のキャビティの精巧さは、ミラー
の平面度、平滑度及び並行度の製造公差によって、通常
、制限されるので、直列結合によるアプローチは、質の
良くない2つ以上の装置から高い分解能の装置を作るた
めの強力な手段である。
(teeth )距離f / nだけ離れ、キャビティ
19に対してはティース距離f/mだけ離れている。こ
こで、m及びnを相互に近い整数に選ぶことによって、
両方のキャビティを通過する光の完全な転送が、大きな
ティース距離で生じるから、キャビティの配列の精巧さ
を非常に高度にすることが出来る。直列結合されたキャ
ビティ全体のFSRは、個々のFSRの最小公倍数とす
ることが出来る。単一のキャビティの精巧さは、ミラー
の平面度、平滑度及び並行度の製造公差によって、通常
、制限されるので、直列結合によるアプローチは、質の
良くない2つ以上の装置から高い分解能の装置を作るた
めの強力な手段である。
第1図の左側から、コリメートされた光が入射し、相次
ぐ2つのキャビティ18及び19を通過し、そして右側
に放射する。ピエゾ電気材料の円筒形スリーブ1の全体
の長さ(X+Y)は印加電圧Vによって制御される。ス
リーブの長さと印加電圧との間の関係はリニヤである必
要はなく、重要なことは、ピエゾ電気材料のスリーブ1
のピエゾ電気作用による伸長が均一であることである。
ぐ2つのキャビティ18及び19を通過し、そして右側
に放射する。ピエゾ電気材料の円筒形スリーブ1の全体
の長さ(X+Y)は印加電圧Vによって制御される。ス
リーブの長さと印加電圧との間の関係はリニヤである必
要はなく、重要なことは、ピエゾ電気材料のスリーブ1
のピエゾ電気作用による伸長が均一であることである。
導電性シリンダ2は、反射面5及び6の間で一定の間隔
を正確に保つことが要求される。2つのスリーブ1の内
側には、低温度係数の材料で作られた2つの理性の円筒
形状のスペーサ3がある。また、これらのスペーサ3は
スリーブ1の端部の電気的端子としても用いられる。
を正確に保つことが要求される。2つのスリーブ1の内
側には、低温度係数の材料で作られた2つの理性の円筒
形状のスペーサ3がある。また、これらのスペーサ3は
スリーブ1の端部の電気的端子としても用いられる。
共振キャビティ19の反射面6及び7と平行した面は、
例えば共振キャビティ18の左側ミラーと、共振キャビ
ティ19の右側ミラーとの間の過度の定常波の共振の発
生を減衰するために、共振キャビティ18の平行な反射
面4及び5の面から、僅かな量だけ(キャビティの可成
り高い精巧さに対して十分に大きい角度)傾斜される。
例えば共振キャビティ18の左側ミラーと、共振キャビ
ティ19の右側ミラーとの間の過度の定常波の共振の発
生を減衰するために、共振キャビティ18の平行な反射
面4及び5の面から、僅かな量だけ(キャビティの可成
り高い精巧さに対して十分に大きい角度)傾斜される。
この試態が示されている第3図において、軸線16は反
射面4及び5の法線であり、線17は反射面6及び7の
法線である。共振キャビティが単一制御電圧に応答して
長さを変化した時、2つの軸線がその共通軸から僅か傾
斜されているけれども、反射面はほぼ単一の軸に沿って
移動する。
射面4及び5の法線であり、線17は反射面6及び7の
法線である。共振キャビティが単一制御電圧に応答して
長さを変化した時、2つの軸線がその共通軸から僅か傾
斜されているけれども、反射面はほぼ単一の軸に沿って
移動する。
最初の調節の時に、テスト光(転送光)の波長大の半分
の波長に、既知の数nを乗じた距離(即ち、x=nλ/
2)だけ、反射面4及び5を相互に離すことによって、
反射面4及び5がテスト光の波長久と共振するようにセ
ットされる。次に、波長入及び距′fax e一定に保
ち、波長入の半分の波長に、既知の数mを乗じた距離(
即ち、x=mλ/2.)だけ、ミラー面6から離すこと
によって、同様に、反射面7が、テスト光(転送光)と
共振するように調節される。
の波長に、既知の数nを乗じた距離(即ち、x=nλ/
2)だけ、反射面4及び5を相互に離すことによって、
反射面4及び5がテスト光の波長久と共振するようにセ
ットされる。次に、波長入及び距′fax e一定に保
ち、波長入の半分の波長に、既知の数mを乗じた距離(
即ち、x=mλ/2.)だけ、ミラー面6から離すこと
によって、同様に、反射面7が、テスト光(転送光)と
共振するように調節される。
剛性のスペーサ3の長さは重要である。ピエゾ電気材料
のスリーブ1の左側端部と反射面5との間の距離は、X
で表わしている。同様に、ピエゾ電気材料のスリーブ1
の右側端部と反射面6との間の距離はYで示されている
。若し、Xが成る任意に選んだ大きなXの倍数K(K=
10から100)とすれば、同様にYはxyでなければ
ならない。
のスリーブ1の左側端部と反射面5との間の距離は、X
で表わしている。同様に、ピエゾ電気材料のスリーブ1
の右側端部と反射面6との間の距離はYで示されている
。若し、Xが成る任意に選んだ大きなXの倍数K(K=
10から100)とすれば、同様にYはxyでなければ
ならない。
上述の距離において、第1図の装置は以下に説明するよ
うに動作する。この装置を、所定の波長に同調させる場
合、単一の電圧がピエゾ電気材料のスリーブ1に印加さ
れる。この電圧が、共振キャビティ18を新しい波長に
共振させるような、適正な電圧である時、これは、共振
キャビティ18中に定在している新しい波長の半分の波
長が、n個存在していることを意味している。上述した
距S関係の定義に従って、所定のように、X=KXであ
り、従って、Y=(m/n)Kxであり、y=Y/に=
(m/n )xであることが判る。
うに動作する。この装置を、所定の波長に同調させる場
合、単一の電圧がピエゾ電気材料のスリーブ1に印加さ
れる。この電圧が、共振キャビティ18を新しい波長に
共振させるような、適正な電圧である時、これは、共振
キャビティ18中に定在している新しい波長の半分の波
長が、n個存在していることを意味している。上述した
距S関係の定義に従って、所定のように、X=KXであ
り、従って、Y=(m/n)Kxであり、y=Y/に=
(m/n )xであることが判る。
キャビティ18の左側ミラーから、キャビティ19の右
側ミラーまでだけの非常に小さな値のピエゾ電気材料の
スリーブの伸長を使用することなく、ミラー間隔のに倍
の長い距離にピエゾ電気スリーブを装着することには理
由がある。現在のピエゾ電気材料は、その伸長比、Δβ
/βが約1%の小さな値↑あるという弱点を持っている
。従って、若しピエゾ電気材料のスリーブ1が外側のミ
ラー位置に装着されているならば、同調範囲(Δf/f
’)は、1%に制限されざるを得ない。
側ミラーまでだけの非常に小さな値のピエゾ電気材料の
スリーブの伸長を使用することなく、ミラー間隔のに倍
の長い距離にピエゾ電気スリーブを装着することには理
由がある。現在のピエゾ電気材料は、その伸長比、Δβ
/βが約1%の小さな値↑あるという弱点を持っている
。従って、若しピエゾ電気材料のスリーブ1が外側のミ
ラー位置に装着されているならば、同調範囲(Δf/f
’)は、1%に制限されざるを得ない。
広範囲の装着間隔、K:1の「機械的利益」を使用する
ことによって、約に%の同調率を得ることが出来る。大
多数の従来の単一フアプリ−・ベローの同調可能なオプ
チカル・フィルタは、上述した理由のために、この機械
的な利益を利用している。
ことによって、約に%の同調率を得ることが出来る。大
多数の従来の単一フアプリ−・ベローの同調可能なオプ
チカル・フィルタは、上述した理由のために、この機械
的な利益を利用している。
第4図及び第5図は、本発明の他の実施例を示す図であ
る。この実施例は1.第1図、第2図及び第3図に示し
た上述の4個のミラーの装置の代りに、「3個のミラー
」を使用した装置である。第4図及び第5図のピエゾ電
気素子のスリーブ21は、正確に中央に位置付けられね
ばならないミラー構造が設けられた第1の実施例におい
て要求された導電性シリンダ2を持たない連続し一体的
な構造のものである。第1図のように、2つのミラーの
間に中央構造体を設ける代りに、第4図においては、両
方の方向に反射する単一のミラー26が設けられており
、これにより、ミラー24及び26を含む共振キャビテ
ィと、ミラー26及び25を含む共振キャビティ29と
が形成されている。
る。この実施例は1.第1図、第2図及び第3図に示し
た上述の4個のミラーの装置の代りに、「3個のミラー
」を使用した装置である。第4図及び第5図のピエゾ電
気素子のスリーブ21は、正確に中央に位置付けられね
ばならないミラー構造が設けられた第1の実施例におい
て要求された導電性シリンダ2を持たない連続し一体的
な構造のものである。第1図のように、2つのミラーの
間に中央構造体を設ける代りに、第4図においては、両
方の方向に反射する単一のミラー26が設けられており
、これにより、ミラー24及び26を含む共振キャビテ
ィと、ミラー26及び25を含む共振キャビティ29と
が形成されている。
第4図において、ミラー26は細い線で示されているが
、実際には、このミラーは薄いガラス板であり、一方の
面には反射薄膜が設けられ、他方の面には無反射薄膜が
設けられている。第1図と同様に、第4図の装置にもミ
ラー24及び25を含むスペーサ23が設けられている
。キャピテイ28の長さXは、ミラー24の反射面22
からミラー26の反射面までの距離であり、キャビティ
29の長さyは、ミラー26の反射面からミラー25の
反射面27までの距離である。また、スリーブ21の左
端からミラー26までの距離Xと、ミラー26からスリ
ーブ21の右端までの距離Yは、第4図に示されている
。特に、単一の制御信号(■ボルト)がスリーブ21に
印加されていることは注意を要する。再度説明すると、
距離関係、X/y=n/m=X/Y及びX / x =
Y / y = Kは維持されねばならず、この位置
関係を保つことによって、単一の制御電圧によって、広
い波長範囲に亙って同調可能な装置が与えられる。また
、本発明は2つ以上のキャビティを持つオプチカル・フ
ィルタに適用することが出来、また、共焦ミラーのよう
な非平面ミラーにも適用することが出来る。
、実際には、このミラーは薄いガラス板であり、一方の
面には反射薄膜が設けられ、他方の面には無反射薄膜が
設けられている。第1図と同様に、第4図の装置にもミ
ラー24及び25を含むスペーサ23が設けられている
。キャピテイ28の長さXは、ミラー24の反射面22
からミラー26の反射面までの距離であり、キャビティ
29の長さyは、ミラー26の反射面からミラー25の
反射面27までの距離である。また、スリーブ21の左
端からミラー26までの距離Xと、ミラー26からスリ
ーブ21の右端までの距離Yは、第4図に示されている
。特に、単一の制御信号(■ボルト)がスリーブ21に
印加されていることは注意を要する。再度説明すると、
距離関係、X/y=n/m=X/Y及びX / x =
Y / y = Kは維持されねばならず、この位置
関係を保つことによって、単一の制御電圧によって、広
い波長範囲に亙って同調可能な装置が与えられる。また
、本発明は2つ以上のキャビティを持つオプチカル・フ
ィルタに適用することが出来、また、共焦ミラーのよう
な非平面ミラーにも適用することが出来る。
2つのキャビティを持つ装置の実施例の数値例を以下に
示す。
示す。
それらは、波長=1.5ミクロン、整数n=100、x
=50X1.5=75ミクロン、1.5ミクロンにおけ
る第1キヤビテイの自由スペクトル範囲=1.5”/2
x=0.15ミクロン、整数m = 104、y=78
ミクロン、1.5ミクロンに・おける第2キヤビテイの
自由スペクトル範囲=1.52/2y=0.14423
ミクロン、有効な合計自由スペクトル範囲=26XO,
014423埃25X0.015嬌0.375ミクロン
、K(レバー・アーム係数)=100である。代表的な
材料として、PZT (鉛ジルコ酸塩−チタン酸塩)の
積層1.またはピエゾ電気材料のスリーブ用のシリンダ
と、円筒形スペーサ用の不変□鋼と、ミラー構造のため
の光学用のガラスとが使用される。
=50X1.5=75ミクロン、1.5ミクロンにおけ
る第1キヤビテイの自由スペクトル範囲=1.5”/2
x=0.15ミクロン、整数m = 104、y=78
ミクロン、1.5ミクロンに・おける第2キヤビテイの
自由スペクトル範囲=1.52/2y=0.14423
ミクロン、有効な合計自由スペクトル範囲=26XO,
014423埃25X0.015嬌0.375ミクロン
、K(レバー・アーム係数)=100である。代表的な
材料として、PZT (鉛ジルコ酸塩−チタン酸塩)の
積層1.またはピエゾ電気材料のスリーブ用のシリンダ
と、円筒形スペーサ用の不変□鋼と、ミラー構造のため
の光学用のガラスとが使用される。
代表的な制御用電圧は、0ボルトから500ボルトであ
る。
る。
E8発明の効果
本発明は、小型で、経済的で、広い範囲に亙って迅速に
同調することが出来る構造を持ち、同調可能なレーザ及
び光通信に要求されているオプチカル・フィルタを提供
する。
同調することが出来る構造を持ち、同調可能なレーザ及
び光通信に要求されているオプチカル・フィルタを提供
する。
第1図は本発明の同調可能なオプチカル・フィルタの第
1の実施例の側面を示す断面図、第2図は第1図の破線
で切断した本発明の第1の実施例の断面図、第3図は2
つのキャビティの間の過度な共振を回避するために、左
側の共振キャビティの平行ミラーに関して、右側の共振
キャビティの平行ミラーを僅かに傾けた構造を説明する
ための図、第4図は4個のミラーを使用しない第2の実
施例の側面を示す断面図、第5図は第4図の破線で切断
した第2の実施例の断面図である。 1・・・・ピエゾ電気材料のスリーブ、2・・・・導電
性素子、3・・・・剛体のスペーサ、4.5.6.7・
・・・反射面、8.9.10.11・・・・反射面、1
8・・・・第1の共振キャビティ、19・・・・第2の
共振キャビティ、X・・・・左側のスリーブの長さ、Y
・・・・右側のスリーブの長さ、X・・・・第1の共振
キャビティの長さ、y・・・・第2の共振キャビティの
長さ。 出 願 人 インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション
1の実施例の側面を示す断面図、第2図は第1図の破線
で切断した本発明の第1の実施例の断面図、第3図は2
つのキャビティの間の過度な共振を回避するために、左
側の共振キャビティの平行ミラーに関して、右側の共振
キャビティの平行ミラーを僅かに傾けた構造を説明する
ための図、第4図は4個のミラーを使用しない第2の実
施例の側面を示す断面図、第5図は第4図の破線で切断
した第2の実施例の断面図である。 1・・・・ピエゾ電気材料のスリーブ、2・・・・導電
性素子、3・・・・剛体のスペーサ、4.5.6.7・
・・・反射面、8.9.10.11・・・・反射面、1
8・・・・第1の共振キャビティ、19・・・・第2の
共振キャビティ、X・・・・左側のスリーブの長さ、Y
・・・・右側のスリーブの長さ、X・・・・第1の共振
キャビティの長さ、y・・・・第2の共振キャビティの
長さ。 出 願 人 インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション
Claims (4)
- (1)(a)各キャビティがその長さ方向の2つの対向
する端部の夫々に反射面を有する複数個の共振キャビテ
ィと、 (b)ただ1つの制御信号に応答して、ほぼ単一の軸に
沿つて各上記共振キャビティの上記反射面の1つを同時
に動かす手段とからなり、 光学的信号が上記軸に沿つて上記キャビティを通過し、
且つキャビティの長さの比率が所定の比率まで調節され
た時、選択された波長において共振することを特徴とす
る同調可能なオプチカル・フィルタ。 - (2)(a)各キャビティがその長さ方向の2つの対向
する端部の夫々に反射面を有する複数個の共振キャビテ
ィと、 (b)ただ1つの制御信号に応答して、ほぼ単一の軸に
沿つて各上記共振キャビティの上記反射面の1つを同時
に動かす手段とからなり、 (c)光学的信号が、上記軸に沿つて上記キャビティを
通過し、且つキャビティの長さの比率が、相互の長さの
整数倍の比率まで調節された時、選択された波長におい
て共振するようにしたことを特徴とする、 同調可能なオプチカル・フィルタ。 - (3)(a)複数個の共振キャビティであつて、各共振
キャビティがその長さ方向で対向する2つの両端部に反
射面を有し、上記反射面は上記共振キャビティの内部に
向いており、且つ上記反射面は上記共振キャビティの上
記長さ方向に沿つた軸に対してほぼ垂直であることから
なる複数個の共振キャビティと、 (b)上記共振キャビティを取り囲むピエゾ電気材料の
一対のスリーブであつて、2つのスリーブの長手方向は
上記軸にほぼ平行であり、上記スリーブは、2つのスリ
ーブの間にある導電性素子の対向する面と接触しており
、上記スリーブの一方の端部には、単一の制御電圧が印
加され、且つ上記スリーブの他方の端部が接地された時
、長さを変化するピエゾ電気材料の一対のスリーブと、
(c)1対のスペーサであつて、各スペーサは一方の上
記スリーブ及び上記反射面の1つに接触し、上記スペー
サは、上記スリーブが上記制御電圧に応答して長さを変
化する時、上記共振キャビティの各々に上記反射面の1
つを、上記軸に沿つて反対方向に移動させる1対のスペ
ーサとからなり、光学的信号が上記軸に沿つて上記共振
キャビティを通過し、且つ共振キャビティの長さの比率
が、それぞれの共振キャビティの長さに対して整数とな
る所定の比率に調節された時、上記共振キャビティが選
択された波長で共振することを特徴とする同調可能なオ
プチカル・フィルタ。 - (4)(a)一対の共振キャビティであつて、各キャビ
ティは、その長さ方向で相対する両端に夫々反射面を有
し、上記反射面は上記キャビティの内部を向いており、
そして上記反射面は上記キャビティの上記長さ方向に沿
つた軸にほぼ垂直である一対の共振キャビティと、 (b)両方の上記キャビティを取り囲むピエゾ電気材料
の一対のスリーブであつて、上記スリーブの長さ方向は
上記軸の方向と平行であり、上記スリーブは、単一の制
御電圧が上記スリーブの一方の端部に印加され、且つ上
記スリーブの他方の端部が接地された時、長さを変化す
るピエゾ電気材料の一対のスリーブと、 (c)各スペーサの一方の端部が上記スリーブの一方の
端部に接触しており、且つ上記スペーサの他方の端部が
上記スリーブの他方の端部に接触しており、上記スリー
ブが上記単一の制御電圧に応答して長さを変化した時、
上記スペーサは上記キャビティの各々の上記反射面の1
つを上記軸に沿つて反対方向に移動される一対のスペー
サとからなり、 (d)上記共振キャビティは、光学的信号が上記軸に沿
つて上記キャビティを通過し、且つキャビティの長さの
比率が相互の長さに対して整数である所定の比率に調節
された時、選択された波長において共振するようにした
ことを特徴とする、同調可能なオプチカル・フィルタ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/312,284 US5103340A (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Multiple-cavity optical filter using change of cavity length |
US312284 | 1989-02-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02262024A true JPH02262024A (ja) | 1990-10-24 |
JP2528533B2 JP2528533B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=23210740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2028602A Expired - Lifetime JP2528533B2 (ja) | 1989-02-21 | 1990-02-09 | 同調可能なオプチカル・フイルタ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5103340A (ja) |
EP (1) | EP0384116A3 (ja) |
JP (1) | JP2528533B2 (ja) |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625638A (en) * | 1993-05-28 | 1997-04-29 | Coherent, Inc. | Sealed crystalline windows for hollow laser fibers |
US5710655A (en) * | 1993-07-21 | 1998-01-20 | Apeldyn Corporation | Cavity thickness compensated etalon filter |
US5799231A (en) * | 1996-07-25 | 1998-08-25 | International Business Machines Corporation | Variable index distributed mirror |
US6407851B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-06-18 | Mohammed N. Islam | Micromechanical optical switch |
US6718086B1 (en) * | 2000-02-10 | 2004-04-06 | Agere Systems, Inc. | Article comprising a tunable filter |
US6795605B1 (en) * | 2000-08-01 | 2004-09-21 | Cheetah Omni, Llc | Micromechanical optical switch |
US7339714B1 (en) | 2001-02-02 | 2008-03-04 | Cheetah Omni, Llc | Variable blazed grating based signal processing |
US7145704B1 (en) * | 2003-11-25 | 2006-12-05 | Cheetah Omni, Llc | Optical logic gate based optical router |
US6721473B1 (en) | 2001-02-02 | 2004-04-13 | Cheetah Omni, Llc | Variable blazed grating based signal processing |
FR2820513B1 (fr) | 2001-02-05 | 2004-05-21 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif optoelectronique a filtrage de longueur d'onde par couplage de cavites |
GB2375184A (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-06 | Marconi Caswell Ltd | Wavelength selectable optical filter |
US7110671B1 (en) | 2001-12-03 | 2006-09-19 | Cheetah Omni, Llc | Method and apparatus for scheduling communication using a star switching fabric |
US7034975B1 (en) | 2001-12-03 | 2006-04-25 | Cheetah Onmi, Llc | High speed MEMS device |
US7209657B1 (en) | 2001-12-03 | 2007-04-24 | Cheetah Omni, Llc | Optical routing using a star switching fabric |
US7260655B1 (en) | 2001-12-03 | 2007-08-21 | Cheetah Omni, Llc | Optical routing using star switching fabric with reduced effective switching time |
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