JPH04345102A

JPH04345102A - 狭帯域フィルタ

Info

Publication number: JPH04345102A
Application number: JP3145304A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Oguchi; 泰介小口; Hiroaki Hanabusa; 花房　広明; Juichi Noda; 野田　寿一
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1992-12-01

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等において用い
られる、狭帯域通過形光フィルタを収納したファイバピ
グテール形フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、光を増幅する半導体光増幅器やフ
ァイバ光増幅器の実用性が確認され、これを光通信に用
いる検討がなされている。この光増幅器では、出力段に
おいて不要な波長帯域の成分も増幅されているので、こ
のなかから必要な信号波長成分のみを取り出すための帯
域フィルタが用いられている。この場合、狭波長スペク
トラムの信号光を用いて、これを狭帯域のフィルタで切
り出せば、この帯域内の不要成分を小さくできるので信
号／雑音比を上げることができる。また、この目的に限
らず、波長多重伝送で漏話光を除去したり、光源に挿入
してスペクトラムを整形する等、広範囲な分野で狭帯域
フィルタが使用される。通常、この種のフィルタは平行
光束中に挿入して用いられていたが、平行光束を得るた
めのレンズが必要である、複数箇所の光軸調整が必要で
ある、寸法が大きいなどの欠点があった。

【０００３】一方、ファイバピグテール形の光フィルタ
の他の構成法に、図９に示すような光フィルタを光ファ
イバの間に挟んだものが提案されている（Ｈ．Ｙａｎａ
ｇａｗａ，ｅｔ．ａｌ．，■Ｆｉｌｔｅｒ−Ｅｍｂｅｄ
ｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｃａ
ｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ＰａｓｓｉｖｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔ
ｓ’，ＩＥＥＥＪ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．，ｖｏｌ．ＬＴ−７，ｐｐ．１６４６−１６５３，
１９８９）　。図９の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ’における断面図であって、１，２は光ファイ
バ、３は薄片状の光フィルタ、４は光フィルタを配設す
る溝、５は光ファイバと光フィルタを固定するための基
板を示している。光ファイバは、６の部分の被覆が除去
されている。この構成によって、例えば光フィルタ３と
して波長λ１　の光を透過させ、波長λ２　の光を反射
させる特性のものを用いれば、光ファイバ１の中を伝搬
する二つの波長成分λ１　，λ２　のうち、不要な波長
成分λ２　のみを除去し、必要な波長成分λ１　のみを
光ファイバ２に伝搬させることができる。また、除去す
る不要な波長成分λ２　と一部の透過しない波長成分λ
１　は、光フィルタ３で反射して光ファイバ１内に再度
結合して、光源方向への戻り光となる。これを防ぐため
に、誘電体多層膜フィルタを光ファイバ１，２の光軸垂
直方向から数度傾けて配設し、反射光を光ファイバ１の
クラッド中に逃がす方法が採られる。以上に述べた構成
は、両端が光ファイバであるので、融着接続やコネクタ
接続により、光ファイバ途中に容易に挿入できるので、
光ファイバ通信に適した部品形態と言える。

【０００４】このファイバピグテール形の光フィルタを
作製するには、まず基板５にあらかじめ設けた溝の中に
、光ファイバ１と光ファイバ２（この状態で両光ファイ
バは切断されていない）を接着剤で固定する。次に、光
ファイバを横断する溝４を形成し、ここに光フィルタ３
を挿入し、接着剤で固定する。この方法からわかるよう
に、光ファイバ１と光ファイバ２はもともと同一のファ
イバであり、また固定された状態で切断されたものであ
るから、両者の光軸は一致している。すなわち、特にフ
ァイバ間の光軸調整を必要としない簡易な製造方法であ
る。従って、狭帯域通過形フィルタに以上の構成が適用
できれば、レンズ、光軸調整を必要としない極めて簡易
で、かつ小形なファイバピグテール形の部品を提供でき
る。

【０００５】ところが、前述の従来法を狭帯域形の誘電
体多層膜フィルタに適用する場合には、以下のような問
題が生ずることが発明者らの実験により明らかになった
。実験には、中心波長が１．５５４　μｍ　、帯域幅が
３．５ｎｍ（最大透過率が５０％となる帯域）となるよ
うに設計された帯域通過形フィルタを用い、コア半径が
約５μｍ　、比屈折率差が約０．３　％のファイバ中に
配設した。フィルタの配設角度は、光ファイバの垂直方
向から０度、８度のものを用意した。図１０は得られた
フィルタの特性を示している。測定には分解能１ｎｍの
分光器を使用した。図１０から、フィルタを８度に傾け
たｂは、フィルタを傾けないａのものより通過帯域が広
がり狭帯域フィルタとしての機能を成していないことが
わかる。一方、ａでは帯域幅約４ｎｍ、最大透過率７２
％の良好な特性が得られている。次に、中心が約１．５
５μｍ　、スペクトラム幅が約１００ｎｍ　の光源を用
いて反射減衰量を測定したところ、ｂの場合には４５ｄ
Ｂ以上であって問題はなかったが、ａ　では３ｄＢ近く
であり、反射戻り光の点で問題があった。

【０００６】発明者らは前記の実験結果に対して以下の
考察を行った。通常、狭帯域フィルタは、例えばＧ／／
Ｈ（ＬＨ）ｎ　ＬＬ（ＨＬ）ｎ　Ｈ／／Ｇの構成であっ
て、キャビティ層ＬＬが高反射層Ｈ（ＬＨ）ｎ　、（Ｈ
Ｌ）ｎ　Ｈで挟まれたファブリーペロー共振器をなして
いる。ここで、Ｈ，Ｌはそれぞれ高屈折率、低屈折率の
誘電体で、使用する波長の１／４の光学的厚さをもつ。ｎはＬＨを単位とした積層数を表わし、ｎは大きい程反
射率が大きく、帯域幅は小さい。Ｇは周囲媒質もしくは
基板を示している。公知のように、ファブリーペロー形
のフィルタを透過する光は、図１１に模式的に描くよう
に、キャビティ内を多重反射した後の透過光■，■，■
，■　−−−−−（ｎ以上もある）の干渉光である。理
想的な狭帯域特性は、無限個の透過光■，■，■，■　
−−−−　がすべて干渉した結果得られるが、受光系の
開口が有限の場合には、■，■，■，■　−−−−−（
ｎまで）の有限個の干渉に留まり、帯域特性は劣化する
。従って、前記実験において狭帯域特性が得られなかっ
た理由を以下のように解釈できる。すなわち、狭帯域フ
ィルタをファイバ中に挟んだ従来の構成でフィルタが傾
いていると、多重反射した光が少しずつファイバの光軸
からずれてファイバのコアからはみ出した光は、フィル
タの狭帯域特性に寄与できなくなる。この結果、得られ
る特性は帯域の広がったものになってしまう。これを避
けるために、光フィルタを傾けずに使用すると、反射戻
り光の問題が生じる。すなわち、従来の方法では反射戻
り光と狭帯域特性は両立しない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は低価格で小形
なファイバピグテール形の特性の優れた狭帯域フィルタ
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明者らは、フィルタ配設部分のファイバのモ
ードフィールド径を広げ、これによって受光系の開口を
広げれば、多数の多重反射光を出力ファイバに結合でき
るとの結論を得た。さらにまた、モードフィールド径を
広げることは、反射戻り光を抑えるために好適な手段を
与える。すなわち、反射戻り光に対する減衰量を与える
下記の（Ｉ）式の公知の近似式（例えば、富田他、「光
フィルタ形故障切分け器の設計と特性、１９９０年電子
通信情報秋季全国大会論文集、Ｂ−６９１参照）におい
て、反射減衰量は、モードフィールド径と反射面の傾き
角の積に依存する。（Ｉ）式において、Ｌは反射減衰量
（単位ｄＢ、入力光と反射光の比）、ｗはモードフィー
ルド半径（ｍ）、θは反射面、すなわちフィルタの垂直
からの傾け角（ラジアン）、λは波長（ｍ）、ｎはファ
イバのクラッドの屈折率である。

【０００９】（Ｉ）式から、モードフィールド径が大きければ、規定
の反射減衰量を得るためのフィルタの傾け角はその分小
さくてもよく、従って、多重反射光をさらに効率よく出
力ファイバに結合させることができる。

【００１０】すなわち、本発明では（１）　基板上に固
定された少なくとも１本の光ファイバと、該光ファイバ
のコア部を横断するように形成された少なくとも１個の
溝と、該溝に配設された薄片状光フィルタとからなるフ
ァイバ入出力形フィルタにおいて、前記光フィルタが単
一キャビティ形の帯域通過フィルタであって、前記光フ
ァイバの溝形成部近傍のモードフィールドが拡大してい
る狭帯域フィルタ、（２）　上記狭帯域フィルタであっ
て、前記モードフィールドの拡大が、コアに添加された
不純物の拡散もしくはコア径の縮小に依っている狭帯域
フィルタ、（３）　上記狭帯域フィルタであって、前記
帯域通過フィルタの中心波長が前記溝の角度で規定され
ている狭帯域フィルタを提案する。

【００１１】

【作用】本発明によると、光ファイバ間に狭帯域フィル
タを挟んだ構成において、狭帯域フィルタを配設する部
分の光ファイバコア部のモードフィールドが拡大されて
いるので、多重反射光を効率よく出力ファイバに結合さ
せ、この結果、従来見られたフィルタの狭帯域特性の劣
化を避けることができる。また、モードフィールドが拡
大されているので、反射戻り光を小さくできる。従って
、量産性があり、小形、安価なファイバピグテール形の
狭帯域フィルタを提供できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。実施例１図１は本発明の第１の実施例の構造を示す図であって、
７，８はコア半径約５μｍ　、比屈折率差約０．３　％
、波長１．５５μｍ　におけるモードフィールド半径が
約４．８　μｍ　の光ファイバ、９は中心波長が１．５
４μｍ　、帯域幅が約３．５ｎｍ　になるように設計さ
れた狭帯域形の薄片状の誘電体多層膜フィルタで、その
厚さは基板部も含めて約２０μｍ　、１０はフィルタを
配設する幅約３０μｍ　の溝、１１は光ファイバとフィ
ルタを固定するための基板、１２は光ファイバの被覆が
除去された部分、１３はモードフィールド径が拡大して
いる領域である。溝の傾き角θは光ファイバ７，８の光
軸垂直方向から４度とした。モードフィールド径の拡大
には、公知のマイクロバーナ加熱法によって長手方向約
８ｍｍの領域を１５分程度加熱処理し、コア部分にドー
プされているＧｅを拡散させ、モードフィールド半径を
１１μｍ　程度にした（花房他、「マイクロバーナ加熱
法で作製したコア拡大光ファイバ」、１９９１年電子通
信情報春季全国大会論文集、Ｃ−２７６）。この特性を
図２に示している。測定は分解能１ｎｍの光スペクトル
アナライザを用い、カットバック法によって損失の零点
を校正した。帯域幅が４．４ｎｍ　、中心波長における
損失が１．４ｄＢ　の狭帯域フィルタが得られた。中心
波長が約１．５５μｍ　、スペクトラム幅が約１００ｎ
ｍ　の光源を用いて測定した反射減衰量は約４４ｄＢで
あった。

【００１３】比較例１モードフィールド径の拡大処理を施さない点を除いては
、第１の実施例と同様にしてフィルタを作製した。この
ものは、図３に分光特性を示すように著しく特性が劣化
した。反射減衰量は約２７ｄＢであり、これも第１の実
施例のものより著しく劣っていた。

【００１４】実施例２本発明の第２の実施例では、コア半径が約１．５　μｍ
　、比屈折率差が約２．３　％、波長１．５５μｍ　に
おけるモードフィールド半径が約２．７　μｍ　のファ
イバを用い、溝傾け角θを２度にした。この光ファイバ
ではＧｅの総添加量が大きいので、実施例１の場合の１
／２の加熱時間でモードフィールド半径は１５μｍ　ま
で拡大された。このももの特性は図４に示すようであり
、モードフィールド径が大きく、かつフィルタの傾け角
が小さいので、第１の実施例よりもさらに狭帯域な特性
が得られ、その帯域幅は約４ｎｍ、中心波長における損
失は１ｄＢであった。また、反射減衰量は３９ｄＢであ
った。この特性は、レンズを使用した平行光束中にフィ
ルタを挿入する通常の光学系での特性とほぼ同じであっ
た。

【００１５】比較例２モードフィールド径の拡大処理を施さない点を除いては
、第２の実施例と同様にしてフィルタを作製した。この
ものは、図５に分光特性を示すように著しく特性が劣化
した。反射減衰量は約１４ｄＢであり、これも第２の実
施例のものより著しく劣っていた。

【００１６】以上の実施例および比較例によって、本発
明の効果が確認された。さらに、この効果はファイバの
種類によらず、モードフィールド径の拡大によって得ら
れることが同時に確認された。このモードフィールド径
の拡大は、実施例に挙げたマイクロバーナ加熱法に限ら
ない他の方法、例えばヒータでコア添加物を拡散させる
方法、また拡散によらずファイバをテーパ状に延伸して
コア径を小さくする方法（例えば、早川他、「低損失フ
ィルタ入り光ファイバ」、１９８９年電子通信情報秋季
全国大会論文集、Ｃ−２１７）等が適用できる。

【００１７】実施例３図６は本発明の第３の実施例を示し、第１、第２の実施
例とは、同じ基板上に複数のファイバを有する点が異な
る。

【００１８】実施例４図７は本発明の第４の実施例を示し、第１、第２、第３
の実施例とは、複数の狭帯域フィルタを配設する点が異
なる。

【００１９】実施例５本発明の第５の実施例では、狭帯域フィルタの中心波長
λが、図１に示すフィルタを配設する溝の角度θで微調
されていることを特徴とする。このために、まず、使用
するフィルタ薄片の中心波長λと溝の角度、すなわちフ
ィルタへの入射角度θとの関係を実測から求め、図８を
得た。図８において、○印は実測値、実線はこれらを内
挿したもの、横軸は入射角θ、縦軸は中心波長λであっ
て入射角０度における中心波長λ０　で規格化している
。実測結果によると、中心波長λの変化は入射角θに対し
てｃｏｓ　θにほぼ一致して減少しており、このことは
公知の事実とも一致するものであった。なお、図８では
λ０　＝１５４２ｎｍ、半値幅が３．５ｎｍのフィルタ
の実測から求めたが、中心波長１３００ｎｍ等、別の中
心波長のものでも図８と同様の特性を示した。次いで、
０度入射時においては中心波長が１５３７．０〜１５４
１．５ｎｍの間でばらついている５個（Ａ〜Ｅ）のフィ
ルタ薄片を、中心波長が１５３６．０ｎｍに一致するよ
うな角度の溝に配設した。溝角度は、例えば、Ａのフィ
ルタに対しては１５３６／１５３７＝０．９９９３を算
出し、図８によって対応するθ＝２．４　度を読み取り
、この値を用いた。この結果表−１に示す示すように、
目標波長１５３６ｎｍに対して、±０．４ｎｍ　以下の
精度で中心波長が揃った５個のファイバピグテール形の
狭帯域フィルタが得られた。

【００２０】

【００２１】表−１において、（ａ）は５個のフィルタ
の０度入射時における中心波長、（ｂ）はそれぞれのフ
ィルタを配設した溝の角度、（ｃ）は得られたファイバ
ピグテール形フィルタの中心波長を示している。通常、
狭帯域形の誘電体多層膜フィルタの中心波長は製造誤差
等で設計値からずれるが、この実施例によって、中心波
長が長波長側に多少ずれたフィルタであれば使用するこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
量産性があり、低価格、小形で優れた特性を有するファ
イバピグテール形の狭帯域フィルタが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の狭帯域フィルタの構造
を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の狭帯域フィルタの特性
図である。

【図３】本発明の第１の実施例と比較するための比較例
１のフィルタの特性図である。

【図４】本発明の第２の実施例の狭帯域フィルタの特性
図である。

【図５】本発明の第２の実施例と比較するための比較例
２のフィルタの特性図である。

【図６】本発明の第３の実施例の狭帯域フィルタの構造
を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施例の狭帯域フィルタの構造
を示す図である。

【図８】フィルタ薄片の中心波長λとフィルタへの入射
角度θとの関係を示す図である。

【図９】（ａ）は、従来のファイバピグテール形フィル
タの平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。

【図１０】従来の狭帯域フィルタの特性図である。

【図１１】従来のファブリーペロー形のフィルタの透過
光を説明する図である。

【符号の説明】

１，２，７，８，１４，　１５，　２１，　２２　　光
ファイバ９，１６，　２３　　薄片状のフィルタ４，１
０，　１７，　２４　　溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　基板上に固定された少なくとも１本の
光ファイバと、該光ファイバのコア部を横断するように
形成された少なくとも１個の溝と、該溝に配設された薄
片状の光フィルタとからなるファイバ入出力形フィルタ
において、前記光フィルタが単一キャビティ形の帯域通
過フィルタであって、前記光ファイバの溝形成部近傍の
モードフィールドが拡大していることを特徴とする狭帯
域フィルタ。
【請求項２】　　請求項１に記載の狭帯域フィルタにお
いて、前記モードフィールドの拡大が、コアに添加され
た不純物の拡散もしくはコア径の縮小に依っていること
を特徴とする狭帯域フィルタ。
【請求項３】　　請求項１に記載の狭帯域フィルタにお
いて、前記帯域通過フィルタの中心波長が前記溝の角度
で規定されていることを特徴とする狭帯域フィルタ。