JPH02905A - フィルタ素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測定用または通信用の部品として利用する。特
に、フィルタ素子の改良に関する。本発明は特に光フィ
ルタとして利用するに適するが、マイクロ波、ミリ波そ
の他の電磁波や電気信号のフィルタとしても利用できる
。

〔従来の技術〕

光信号用のフィルタ素子としては、従来がら、プリズム
、回折格子その他の角度分散素子を利用したもの、誘電
体多層膜その他の波長選択性素子を利用したもの等が用
いられている。また、狭帯域のフィルタ素子として、マ
ツハツエンダ干渉計やリング共振器が用いられている。

また、マイクロ波やミリ波用のフィルタ素子としては、
光信号用の場合と同様の原理によるマツハツエンダ干渉
計、リング共振器等が利用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、マツハツエンダ干渉計やリング共振器を利用し
たフィルタ素子は、製造上の制約が多いことから、その
クロストーク特性は必ずしも満足できるものではない。

本発明は、簡単な構成でクロストーク特性の良好なフィ
ルタ素子を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のフィルタ素子は、第一ボートおよび第二ボート
と、第一ポートに信号を入力したときには特定の周波数
成分を出力し、第二ポートに信号を入力したときには上
記特定の周波数成分と異なる周波数成分を出力する第三
ボートと、第一ポートに信号を入力したときには上記異
なる周波数成分と同一の周波数成分を出力し、第二ポー
トに信号を入力したときには上記特定の周波数成分と同
一の周波数成分を出力する第四ポートとを備えたフィル
タ素子において、少なくとも第四ボートと第一ポートと
の間および第四ボートと第二ボートとの間の周波数通過
特性はそれぞれ可逆的であり、第三ポートの出力信号を
第四ボートに入力するアイソレータを備え、第一ポート
および第二ポートの一方が入力ポートに、他方が出力ポ
ートにそれぞれ接続されたことを特徴とする。

〔作　用〕

従来から用いられている２入力２出力構成のフィルタ素
子を利用し、出力ポートとして使用されていた二つのポ
ートをアイソレータで結合する。

また、従来は入力ボートとして使用されていた二つのポ
ートの一方を入力ポート、他方を出力ポートとして使用
する。これにより、フィルタ素子に入力された信号をそ
の素子内で往復させる。したがって、同一特性のフィル
タ素子を縦続に二つ結合したものと同等の効果が得られ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例フィルタ素子の構成を示す。

この実施例は本発明を光フイルタ素子に利用したもので
ある。

このフィルタ素子は、第一ポートＡおよび第二ポートＢ
と、ポートＡに信号を入力したときには特定の周波数成
分を出力し、ポートＢに信号を入力したときには上記特
定の周波数成分と異なる周波数成分を出力する第三ポー
トＣと、ポートＡに信号を入力したときには上記異なる
周波数成分と同一の周波数成分を出力し、ポートＢに信
号を入力したときには上記特定の周波数成分と同一の周
波数成分を出力する第四ボー）Ｄとを備えたマツハツエ
ンダ干渉計により構成され、少なくともポートＤとポー
トＡとの間およびポートＤとポートＢとの間の周波数通
過特性はそれぞれ可逆的であり、ポートＣの出力信号を
ポートＤに入力するアイソレータを備え、ポートＡおよ
びポートＢの一方が入力ボートに、他方が出力ポートに
それぞれ接続される。

マツハツエンダ干渉計は、光合分波器１−１．１−２と
、これらの光合分波器を結合する光導波路２．３とによ
り構成される。

ここで、光合分波器の四つのポートのうちひとつを第一
ポートと定義し、このポートと光信号が結合するポート
を第三ポートおよび第四ボートとし、残りを第二ボート
とする。この定義を用いてマツハツエンダ干渉計の構成
を説明すると、光合分波器１−１の第一ポートはポート
Ａに接続され、第二ポートはポートＢに接続される。光
合分波器１−１の第三ポートは、光導波路２を介して光
合分波器１−２の第一ポートに接続される。光合分波器
１−１の第四ボートは、光導波路３を介して光合分波器
１−２の第二ボートに接続される。光合分波器１−２の
第三ポートがポートＣに接続され、第四ボートがポート
Ｄに接続される。

光アイソレータ４は、光信号をポートＣからポートＤの
方向にのみ伝える。

第２図および第３図はそれぞれ光アイソレータ４の一例
を示すブロック構成図である。

光アイソレータは、ＹＩＧその他のガーネット結晶を用
いたファラデイ回転子２２を用い、その入力側に偏光子
２１、出力側に検光子２３を配置することにより構成で
きる。

また、偏光子３２を二つの偏光制御装置３１．３３で挟
む構成でも実現できる。この場合に、ボートＣ側の偏光
制御装置３１は、ボートＣから入射する光信号の偏光方
向を偏光子３２の通過軸と一致させる。

また、ボー）Ｄ側の偏光制御装置３３は、ポートＤから
入射する光信号の偏光方向を偏光子３２の通過軸と直交
させる。

第４図は光合分波器１−１．１−２および光導波路２．
３により構成されるマツハツエンダ干渉計の透過率特性
を示す。

マツハツエンダ干渉計は、一つの信号を分岐して異なる
光路を通過させ、これを合波して干渉させるものである
。このとき、光路長差が波長の整数倍であれば信号が強
め合い、半整数倍であれば弱め合うことから、これをフ
ィルタ素子として利用できる。

第１図に示したマツハツエンダ干渉計の場合について説
明すると、ボートＡとポートＣとの間、およびボー）Ｂ
とポートＤとの間の透過率特性は、エネルギ保存則およ
び伝搬特性の相反性を仮定すると、同一特性となる。こ
れを第４図の実線で示す。また、ボートＡとポートＤと
の間、およびボー）Ｂとボー）Ｃとの間の透過率特性は
、第４図に破線で示した特性となる。ここで、最大およ
び最小の透過率をそれぞれＴ、、Ｔ２とする。また、透
過率が極大値をとる光周波数間隔Δｆは、光導波路２と
光導波路３との光路長差に反比例する。

最大透過率と最小透過率との比Ｔ　２　／　Ｔ　＋　が
、このマツハツエンダ干渉計をフィルタとして使用した
ときのクロストークを与える。

光合分波器１−１．１−２の分岐比が１対１であれば、
クロストークは零となる。しかし、製造上の問題から、
第４図に示したようにクロストークが有限の値となる。

そこで、ポートＣとボートＤとの間を光アイソレータ４
により結合する。このとき、ボートＡに入射してボー）
Ｂに出力される光信号は、全く同一の特性（ボートＡか
らボートＣ１ポートＤからボー）Ｂ）をもつマツハツエ
ンダ干渉計を二回通過することになる。

このときのポートＡとポートＢとの間の透過率特性を第
５図に示す。この図において、ボー）ＡからポートＢへ
の透過率特性を実線で示し、逆方向の透過率特性を破線
で示す。したがって、クロストークはＴ　２　／　Ｔ　
ｌから（Ｔ２　／Ｔｌ）２に改善される。

また、ボー）Ｂに光信号を入射した場合には、第５図の
破線で示す透過率特性がボー）Ａで得られる。

このようなりロストークの改善は、同一の透過率特性を
有するマツハツエンダ干渉計を縦続に結合しても実現で
きるが、全く同一特性のマツハツエンダ干渉計を歩留り
よく製造することは困難であり、単なる縦続結合では上
述のようなりロストーク改善は望めない。

第６図は本発明第二実施例フィルタ素子の構成を示す。

このフィルタ素子は、第一実施例におけるマツハツエン
ダ干渉計の光導波路３に、リング共振器５を接続したも
のである。先導波路３ととリング共振器５とは、光合分
波器１−３により結合される。

第７図は第二実施例の透過率特性の例を示す。

ポートＡとボートＣとの間、およびポートＤとボートＢ
との間の透過率特性を実線で示し、ボートＡとボートＢ
との間の透過率特性を破線で示す。

ボー）Ａからボー）Ｂへの透過率特性は、第一実施例と
同じ理由により、第７図に実線で示した透過率特性の二
乗値となる。このとき、リング共振器５と結合したマツ
ハツエンダ干渉計の通過域の周波数特性が平坦であるこ
とから、これを二乗してクロストークを改善しても、通
過域の半値幅を広く保つことができる。

第８図は本発明第三実施例フィルタ素子の構成を示す。

この実施例は、多数（Ｎ個）のマツハツエンダ干渉計を
縦続に接続したフィルタで本発明を実施したものである
。

すなわち、光合分波器１−１の第三ボートおよび第四ポ
ートが、先導波路２−１．３−１を介して、それぞれ光
合分波器１−２の第一ポートおよび第二ポートに接続さ
れ、光合分波器１−２の第三ボートおよび第四ポートが
、光導波路２−２．３−２を介して、それぞれ光合分波
器１−３の第一ポートおよび第二ポートに接続される。

以下同様にして、光合分波器１−（Ｎ−１）　の第三ボ
ートおよび第四ポートが、先導波路２−（Ｎ−１）　、
３−（Ｎ−１）を介して、それぞれ光合分波器１−Ｎの
第一ポートおよび第二ポートに接続される。光合分波器
１−Ｎの第三ボートと第四ポートとの間には、光アイソ
レータ４が接続される。

この構成において、光合分波器１−１の第一ポートと第
二ポートとの一方を入力ポートとし、他方を出力ポート
とする。

第９図は本発明第四実施例フィルタ素子の構成を示す。

この実施例は、多数（Ｎ／２個、Ｎは偶数）のリング共
振器５−１〜５−　（Ｎ／２）を直列に並べた構成のフ
ィルタ素子に本発明を実施したものである。

すなわち、光合分波器１−１の第二ポートおよび第四ポ
ートは、リング共振器５−１を介して、それぞれ光合分
波器１−２の第一ポートおよび第三ボートに接続される
。光合分波器１−１の第三ボートは光合分波器１−３の
第一ポートに接続され、光合分波器１−２の第四ポート
は光合分波器１−４の第二ポートに接続される。光合分
波器１−３．１−４は同様にして光合分波器１−５．１
−６に接続され、以下、光合分波器１−（Ｎ−１）　、
１−Ｎまでが同様に接続される。光合分波器１−（Ｎ−
１）の第三ボートと、光合分波器１−２の第二ポートと
の間には、光アイソレータ４が接続される。

この構成において、光合分波器１−１の第一ポートおよ
び光合分波器１−Ｎの第四ポートの一方が入力ポート、
他方が出力ポートにそれぞれ接続される。

第１０図は本発明第五実施例フィルタ素子の構成を示す
。この実施例は、リング共振器を多重に構成したフィル
タ素子に本発明を実施したものである。

すなわち、光合分波器１−１の第二ポートおよび第四ポ
ートは、リング共振器５−１を介して、それぞれ光合分
波器１−２の第一ポートおよび第三ボートに接続される
。光合分波器１−２の第二ポートおよび第四ポートは、
リング共振器５−２を介して、それぞれ光合分波器１−
３の第一ポートおよび第三ボートに接続される。以下同
様にして、Ｎ個の光合分波器が接続される。光合分波器
１−１の第三ボートと、光合分波器１−Ｎの第四ポート
との間には、光アイソレータ４が接続される。

この構成において、光合分波器１−１の第一ポートおよ
び光合分波器１−Ｎの第二ポートの一方が入力ボート、
他方が出力ポートにそれぞれ接続される。

第１１図はリング共振器と光合分波器との接続例を示す
。上述の実施例では第１１図（ａ）に示した通過型の接
続例を示したが、第１１図（ｂ）に示した結合型の接続
でもその動作は同等である。

第１２図は本発明第六実施例フィルタ素子の構成を示す
。この実施例は、誘電体多層膜フィルタを用いて本発明
を実施したものである。

誘電体多層膜フィルタ１２１は、波長λ１の信号は通過
させ、波長λ２の信号は反射する。このとき、ボートＡ
から光信号を入射すると、波長λ１の信号は、誘電体多
層膜フィルタ１２１、ボー）Ｃ１光アイソレータ４、ボ
ー）Ｄおよび誘電体多層膜フィルタ１２１を経由してボ
ー）Ｂに達する。すなわち、この信号は二回にわたり誘
電体多層膜フィルタ１２１を通過し、波長λ２の成分が
十分に減衰する。また、ボートＡから入射され波長λ２
の信号は、誘電体多層膜フィルタ１２１で反射され、ボ
ー）Ｄを経由して光アイソレータ４に達するが、そこで
減衰してしまう。したがって、ボー）Ｂでは波長λ、の
信号だけを取り出すことができる。

以上の説明では光信号用のフィルタ素子を例に説明した
が、電気信号に対するフィルタ素子でも本発明を同様に
実施できる。例えば、ミリ波用のフィルタ素子の場合に
は、アイソレータとしてフェライトを用い、光合分波器
の代わりに導波管を用いた方向性結合器、またはマジッ
クＴを用いることにより本発明を同様に実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のフィルタ素子は、一方向
だけに信号を伝搬する素子を用いて二つのボートを接続
するだけで、フィルタ素子のクロストーク特性を大幅に
改善できる効果がある。この素子は、構造が小型で一定
の特性に製造することが困難なフィルタ素子、例えば光
ＦＤＭ通信用フィルタ、光周波数フィルタその他に利用
して特に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第五実施例フィルタ素子の構成を示す図
。 第２図は光アイソレータの一例を示すブロック構成図。 第３図は光アイソレータの一例を示すブロック構成図。 第４図はマツハツエンダ干渉計の透過率特性を示す図。 第５図はポートＡとポートＢとの間の透過率特性を示す
図。 第６図は本発明第二実施例フィルタ素子の構成を示す図
。 第７図は第二実施例の透過率特性を示す図。 第８図は本発明第三実施例フィルタ素子の構成を示す図
。 第９図は本発明第四実施例フィルタ素子の構成を示す図
。 第１０図は本発明第五実施例フィルタ素子の構成を示す
図。 第１１図はリング共振器の接続を示す図。 第１２図は本発明第六実施例フィルタ素子の構成を示す
図。 １．１−１〜１−Ｎ・・・光合分波器、２．２−１〜２
−（Ｎ−１）、３．３−１〜３−（Ｎ−１）・・・先導
波路、４・・・光アイソレータ、５．５−１〜５−（Ｎ
−１）　・・・リング共振器、２１．３２・・・偏光子
、２２・・・ファラデイ回転子、２３・・・検光子、３
１．３３・・・偏光制御装置、１２１・・・誘電体多層
膜フィルタ。 壓−実脂例 、￥１１　ロ マー２八′ツエンダ干渉訂へ送置牽Ｍ狂烹　４　図 克アイソ糾−夕 、Ｙ１２　　匣 扇　３　口 Ａ−８間の韮率符性 昂　５　口 累二夷２例 ￥ｌ　６　図 回 萬五実にり１」 扇１０回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．第一ポート（Ａ）および第二ポート（Ｂ）と、この
   第一ポートに信号を入力したときには特定の周波数成分
   を出力し、上記第二ポートに信号を入力したときには上
   記特定の周波数成分と異なる周波数成分を出力する第三
   ポート（Ｃ）と、上記第一ポートに信号を入力したとき
   には上記異なる周波数成分と同一の周波数成分を出力し
   、上記第二ポートに信号を入力したときには上記特定の
   周波数成分と同一の周波数成分を出力する第四ポート（
   Ｄ）と を備えたフィルタ素子において、 少なくとも上記第四ポート（Ｄ）と上記第一ポート（Ａ
   ）との間および上記第四ポート（Ｄ）と上記第二ポート
   （Ｂ）との間の周波数通過特性はそれぞれ可逆的であり
   、 上記第三ポートの出力信号を上記第四ポートに入力する
   アイソレータを備え、 上記第一ポートおよび上記第二ポートの一方が入力ポー
   トに、他方が出力ポートにそれぞれ接続された ことを特徴とするフィルタ素子。