JPH07198936A

JPH07198936A - 波長可変光フイルタ

Info

Publication number: JPH07198936A
Application number: JP5338604A
Authority: JP
Inventors: Haruhito Shimizu; 春仁清水
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: US5684632A; JP3033417B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小形・軽量で、しかも高い精度で透過波長の
制御が可能で、応答性、信頼性に優れた波長可変光フィ
ルタを提供する。【構成】片面に曲面形状を有するガラス基板３の曲面
部１１に誘電体多層膜４が形成されており、この誘電体
多層膜４を外部から入射された光が透過する。ガラス基
板３はきょう体に収容された圧電アクチュエータ２によ
り、光軸に垂直な方向に移動する。ガラス基板３の移動
により透過光に対する誘電体多層膜４の角度が変化し、
透過波長を制御することができる。圧電アクチュエータ
２により、ガラス基板３は高精度に位置決めされるので
高い精度で波長制御ができる。上記構成でガラス基板３
の片面を凸形状の曲面にし、反対側の面をこれと同じ形
状の凹形状の曲面とすることで、入射光と出射光の光軸
の角度を一致させ、挿入損失の波長依存性を低減させる
ことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長可変光フィルタに
関し、特に干渉膜フィルタを用いた構成による、小型・
軽量かつ高精度な透過波長の制御が可能で、応答性、信
頼性に優れた波長可変光フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】波長可変光フィルタは、光波長分割多重
装置などにおいて、任意の波長の光を選択するために用
いられる。従来の波長可変光フィルタとして、干渉膜フ
ィルタを用い、干渉膜への光の入射角により光透過波長
を変化させる構成のものが知られている。ここで、伝送
装置などに用いるためには、波長選択動作を電気的に行
えるものが必要となる。このような波長可変光フィルタ
として、例えば１９９３年電子情報通信学会秋季大会講
演論文集に掲載の論文Ｂ−９０４「圧電アクチュエータ
を用いた小型アダプティブ波長可変光フィルタ」記載の
ものがある。図８は、上記文献記載の波長可変光フィル
タの構成図である。この波長可変光フィルタは、干渉膜
フィルタ、干渉膜フィルタに平行光を透過させるための
コリメータ光学系、干渉膜フィルタを回転させるための
圧電アクチュエータおよびローラウェイから構成されて
いる。圧電アクチュエータの直線動作がローラウェイに
より回転動作に変換され、干渉膜フィルタが回転する。
これにより、干渉膜フィルタへの光の入射角が変化し、
光透過波長が変化する。この波長可変光フィルタでは、
干渉膜フィルタを回転させるために圧電アクチュエータ
を用いているため、小型・軽量という特徴を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の波長可変光フィ
ルタでは、圧電アクチュエータの直線動作を回転動作に
変換するために動力伝達機構を用いている。このような
動力伝達機構には、”あそび”や”ずれ”が生じるた
め、干渉膜フィルタの回転角を高精度に制御することが
困難であり、透過波長の制御性が悪くなる。また、信頼
性、応答速度についても実用上十分な性能は得られない
という問題もある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため、本発明の波長可変光フィルタは、互いに対向す
る第１および第２の面を有し、第１の面の一部に第１の
曲面を有する光学的に透明な基板と、基板の第１の曲面
に設けられた干渉膜フィルタと、外部からの光を干渉膜
フィルタに入射させる光入力部と、干渉膜フィルタを通
過した光を外部に出射させる光出力部と、外部からの光
の光軸に対して垂直な方向に、基板を移動させる手段を
備えたことを特徴としている。

【０００５】

【実施例】次に、本説明について図面を参照して詳細に
説明する。

【０００６】図１は、本発明による波長可変光フィルタ
の一実施例を示す構成図である。図１において、筺体１
の内部に、圧電アクチュエータ２がその伸縮方向に垂直
な一端面を接して固定されている。圧電アクチュエータ
２における筺体１に接している側と反対の端面には、ガ
ラス基板３が固定されている。ガラス基板３の片側の面
の一部は、圧電アクチュエータ２の伸縮方向、すなわち
ガラス基板３の移動方向に曲面形状が形成されており、
ここに誘電体多層膜４が設けられている。本実施例で
は、あらかじめ片面にモールド成形により凸形状の曲面
１１が形成されたガラス基板３に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２
が真空状着されて誘電体多層膜４が形成されている。

【０００７】入射側光ファイバ５および出射側光ファイ
バ６は，筺体１に固定されており、それぞれの先端部分
にはレンズ７および８が設置されている。

【０００８】図２および図３は、それぞれ誘電体多層膜
４が設けられているガラス基板３の正面図および側面図
である。ガラス基板３の移動方向をｘ、光入射方向をｙ
とする。ガラス基板３における曲面の中心位置をｘおよ
びｙ座標の原点にとった場合、凸形状の曲面１１は、以
下の式で表される。

【０００９】ｙ＝ａｘの２乗（１）ここで、ａ＝９．１×１０のマイナス３乗［１／μｍ］
である。なお、凸形状の曲面１１を形成している領域
は、平行光のビーム径よりも大きくする必要があるのは
言うまでもない。

【００１０】次に図１の波長可変光フィルタの動作につ
いて説明する。入射側光ファイバ５へ入射した光は、レ
ンズ７により平行光に変換され、干渉膜フィルタの機能
を有する誘電体多層膜４に入射する。この入射光のう
ち、誘電体多層膜４における透過波長成分のみが誘電体
多層膜４を透過し、レンズ８により集光されて出射側光
ファイバ６に結合する。ここで、印加電圧により圧電ア
クチュエータ２を伸縮させることにより、ガラス基板３
は光軸に垂直な方向に移動する。したがって、光軸に対
する誘電体多層膜４の角度が変化する。言い換えると、
誘電体多層膜４への光の入射角が変化するため、透過波
長が変化する。光軸と誘電体多層膜４の法線方向のなす
角を光の入射角θとすると、入射角θのときの透過波長
λ0は、以下の式で表される。

【００１１】 λ０＝λ０√１−ｂ・ｓｉｎ２θ （２）ここで、λ０はθ＝０°のときの透過波長、ｂは誘電体
多層膜４に固有の定数で、ｂ＝０．３１５である。この
ような、入射角による透過波長の変化は周知の事実であ
り、例えば特願昭６０−１６１７２０に開示されてい
る。入射光が、図２におけるｘの位置から入射した場
合、誘電体多層膜４に対する光入射角θは以下の式で表
される。

【００１２】 θ＝ｔａｎのマイナス１乗（２ａｘ）（３）したがって、入射光がｘから入射したときの透過波長λ
ｘは、以下の式で表される。

【００１３】 λｘ＝λ０√１−ｂ・ｓｉｎ２｛ｔａｎマイナス１乗（２ａｘ）｝（４）ここで、λ０はｘ＝０における透過波長であり、式
（２）におけるものと同じ値である。

【００１４】式（４）において、λ０＝１５５０ｎｍ、
ｘ＝２０μｍとすると、透過波長は、１５２１ｎｍとな
り、波長可変幅２９ｎｍが得られる。

【００１５】図７は、本発明の上記実施例において、ガ
ラス基板３の位置を圧電アクチュエータ２でｘだけ変位
させたときの、透過波長λｘの理論値と実験値を示した
図である。中心波長を１５５０ｎｍとして、変位ｘに伴
って透過波長λｘが短くなる方向に変化していることが
わかる。本実施例の場合、２０ｎｍの変位で約３０ｎｍ
の範囲で波長制御が可能である。また、実験値は理論値
によく合致しており、精度の高い制御が可能であること
が確認されている。

【００１６】以上のように、本実施例では圧電アクチュ
エータ２を伸縮させて、誘電体多層膜４が設けられたガ
ラス基板３を移動させる。これにより、光の透過波長を
連続的に自在に変化させることが可能であり、波長可変
光フィルタとして動作する。ここで、波長選択動作は、
動力伝達機構を介さずに、圧電アクチュエータの直線動
作で直接行われる。したがって、本発明によれば、小型
・軽量かつ高精度な透過波長の制御が可能で、応答性、
信頼性に優れた波長可変光フィルタが得られる。

【００１７】図４は、本発明による波長可変光フィルタ
の他の実施例を示す構成図である。図４において図１と
異なる部分は、ガラス基板１０の誘電体多層膜が形成さ
れた面とは反対側の面の形状のみであり、他の部分は全
て図１と同じである。図５に示されるガラス基板３で
は、誘電体多層膜４が形成された面と相対する面は平面
であるのに対して、図６では、誘電体多層膜が形成され
た面と同じ形状の凹形状の曲面１２が形成されている。

【００１８】図５および図６は、それぞれガラス基板３
および１０の正面図である。図５において、ガラス基板
３に入射した光は、透過の際に屈折を受けて方向が変わ
る。その方向は、光の入射位置により変化するため、出
射側光ファイバ６への結合率が変化する。すなわち、図
１に示す光可変波長フィルタの挿入損失は、透過波長依
存性を有する。一方、図６において、ガラス基板１０の
誘電体多層膜４の設けられていない側の面は、誘電体多
層膜４の設けられている側の面と平行な曲面になってい
る。したがって、ガラス基板１０に入射した光は、同じ
方向へ出射するため、挿入損失の透過波長依存性が小さ
い。

【００１９】以上に述べた波長可変光フィルタにおい
て、誘電体多層膜４を設けたガラス基板３および１０の
曲面は、式（１）で表されるものに限定されず、任意の
形状にあってよい。また、その形状は凸面だけでなく凹
面でもよい。ガラス基板３の代わりに基板は、光学的に
透明な材料であれば、誘電体やプラスチックなどでもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による波長
可変光フィルタでは、曲面状のガラス基板上に設けた干
渉膜フィルタを用いているため、波長選択動作は、動力
伝達機構を介さずに、圧電アクチュエータの直線動作で
直接行われる。したがって、小型・軽量かつ高精度な透
過波長の制御が可能で、応答性、信頼性に優れるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による波長可変光フィルタの一実施例を
示す構成図。

【図２】誘電体多層膜が設けられているガラス基板の正
面図。

【図３】誘電体多層膜が設けられているガラス基板の側
面図。

【図４】本発明による波長可変フィルタの他の実施例を
示す構成図。

【図５】ガラス基板の正面図。

【図６】ガラス基板の正面図。

【図７】本発明の一実施例の波長可変光フィルタの透過
波長λの理論値と実験値を示す図。

【図８】従来の波長可変光フィルタの構成図。

【符号の説明】

１・・・筺体２・・・圧電アクチュエータ３、１０・・・ガラス基板４・・・誘電体多層膜５・・・入射側光ファイバ６・・・出射側光ファイバ７、８・・・レンズ１１・・・凸形状の曲面１２・・・凹形状の曲面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する第１および第２の面を有
し、前記第１の面の一部に第１の曲面を有する光学的に
透明な基板と、該基板の前記第１の曲面に形成された干
渉膜フィルタと、外部からの光を前記干渉膜フィルタに
入射させる光入力部と、前記干渉膜フィルタを透過した
光を外部に出射させる光出力部と、前記外部からの光の
光軸に対してほぼ垂直な方向に、前記基板を移動させる
手段を備えたことを特徴とする波長可変光フィルタ。
【請求項２】前記基板の第２の面が平面であることを
特徴とする「請求項１」記載の波長可変光フィルタ。
【請求項３】前記基板の前記第１の曲面は凸形状であ
って、前記第２の面は、前記第１の曲面と同一形状であ
って、前記外部からの光の光軸方向に前記第１の曲面か
らの距離が一様に等しい凹形状の曲面からなることを特
徴とする「請求項１」記載の波長可変光フィルタ。
【請求項４】前記１の曲面は、前記基板の移動方向と
前記外部からの光の光軸を含む平面における断面形状が
放物線となる曲面であることを特徴とする「請求項２」
記載の波長可変光フィルタ。
【請求項５】前記１の曲面は、前記基板の移動方向と
前記外部からの光の光軸を含む平面における断面形状が
放物線となる曲面であることを特徴とする「請求項３」
記載の波長可変光フィルタ。
【請求項６】前記基板を移動させる手段が、圧電アク
チュエータを用いて構成されていることを特徴とする
「請求項１」記載の波長可変光フィルタ。