JPH09218305A - 波長分波素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で優れた分波特性が得られる波長
分波素子の提供。 【解決手段】 入力ポート１０からの入射光を平行光束
とするコリメートレンズ１２と、この平行光束を入射し
て多重反射させる平行平面板（プレート）１４とを具
え、このプレート１４の入力ポート側の第１主表面１４
ａ上の入射領域２２を除く一部領域に全反射鏡２４を具
え、このプレート１４の第２主表面１４ｂ上には、部分
透過鏡２６を具え、部分透過鏡２６を透過した平行光束
２８を光楔状に放散させる位相変換器１６を具え、放散
された放散光３０を放散角によって決まる位置に集光す
る集光レンズ１８を具え、集光される位置に、集光レン
ズ１８によって集光された光を出力するための複数の出
力ポート２０を具えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば波長多重
光通信システムに用いて好適な波長分波素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の平行平面板を用いた光学素子の一
例が、文献：「『光学の原理II』、５１２頁、Ｍ．ボル
ン、Ｅ．ウォルフ著、１９７５年、東海大学出版会刊」
に記載されている。この文献の特に５１２頁の図７．５
７に開示の構成は、光波長フィルタとして機能する。こ
の光波長フィルタは、透明な平行平面板を用いて多光束
等傾角干渉縞を形成することによって、大きな波長分解
能を得ることができる。そして、平行平面板に対する光
の入射角度と平行平面板の厚さとによって、取り出す波
長を選択することができる。このため、この文献に開示
の構成は、光波長フィルタとして、構成が簡単でかつ波
長分解能に優れているという特徴を持っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
文献に開示の技術においては、入射光の波長分解をする
ことはできても、波長分解された異なる波長の光を同時
に出力することはできなかった。このため、上記光フィ
ルタは、例えば波長多重光通信システムにおいて必要と
される波長分波素子として用いることはできなかった。

【０００４】このため、簡単な構成で優れた波長分波特
性の得られる波長分波素子の実現が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願に係る発明の波
長分波素子によれば、入力ポートを具え、この入力ポー
トからの入射光を平行光束にするための平行化手段を具
え、このコリメータによって平行光束となった入射光を
入射して多重反射させる平行平面板を具え、平行平面板
の入力ポート側の第１主表面上の、入射光が最初に入力
される入射領域を除く一部領域に、全反射鏡あるいは部
分反射鏡を具え、平行平面板の、入力ポート側でない側
の第２主表面上に、部分透過鏡あるいは全反射鏡を具
え、部分透過鏡を透過した平行光束を光楔状に放散させ
る位相変換器を具え、この位相変換器によって放散され
た放散光を、放散角によって決まる位置に集光するため
の集光手段を具え、集光手段によって集光された光を出
力するための複数の出力ポートを具えてなることを特徴
とする。

【０００６】また、この発明の波長分波素子において、
好ましくは、位相変換器が、平行平面板に平行に設けて
あると良い。

【０００７】また、この発明の波長分波素子において、
好ましくは、平行平面板の第２主表面あるいは第１主表
面上に設けられた部分透過鏡の反射率が、当該部分透過
鏡上の位置に依存する分布を有してなると良い。

【０００８】また、この発明の波長分波素子において、
好ましくは、平行平面板に、当該平行平面板を透過する
光の位相を制御する位相制御手段を具えてなると良い。

【０００９】また、この位相制御手段としては、平行平
面板の第１主表面あるいは第２主表面上に、液晶膜と、
当該液晶膜の部分毎に個別に電圧を印加する透明電極と
を具えてなることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の波長分波素子の実施の形態について説明する。尚、参
照する図面は、これらの発明が理解できる程度に各構成
成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示してあ
るに過ぎない。従って、この発明は、図示例にのみ限定
されるものではない。

【００１１】（第１の実施の形態）先ず、図１を参照し
て、第１の実施の形態の波長分波素子について説明す
る。図１は、第１の実施の形態の波長分波素子の説明に
供する構成図である。第１の実施の形態の波長分波素子
は、１つの入力ポート１０、平行化手段としてのコリメ
ートレンズ１２、平行平面板（以下、プレートとも称す
る）１４、位相変換器１６、集光手段としての集光レン
ズ１８、および、複数の出力ポート２０を具えている。

【００１２】そして、入力ポート１０からの入射光は、
このコリメートレンズ１２よって平行光束にとなる。ま
た、このコリメートレンズ１２によって平行光束２８と
なった入射光は、平行平面板（プレート）１４に、プレ
ートの主平面に対して非垂直方向から入射して多重反射
する。

【００１３】この平行平面板１４は、互いに平行な第１
主表面１４ａと第２主表面１４ｂとを具えている。そし
て、このプレート１４の入力ポート１０側の第１主表面
１４ａ上の、平行光束２８の入射光が最初に入力される
入射領域２２を除く一部領域には、全反射鏡２４が設け
られている。ここでは、全反射鏡２４の反射率を１００
％とする。また、平行光束２８は、この第１主表面に対
して非垂直方向から入射する。また、このプレート１４
の入力ポート１０側でない側（即ち出力ポート２０側）
の第２主表面１４ｂ上には、部分透過鏡２６が設けられ
ている。ここでは、部分透過鏡２６の反射率を９５％以
上１００％未満とする。

【００１４】また、位相変換器１６は、部分透過鏡２６
を透過した平行光束２８を光楔状に放散させるために設
けられている。ここでは、平行光束２８の波面を円柱の
側面状に変換するために、凹または凸タイプのマイクロ
レンズアレイ１６を用いている。

【００１５】尚、出力ポート間のロスをより均等とする
ためには、位相変換器１６を透過した放散光が、その放
散角度方向よらず均等なパワーとなるようにすることが
望ましい。そのためには、例えば、位相変換器として、
光の位相分布を記録したキノフォームを用いることがで
きる。このキノフォームは、出力ポートに出力ポートア
レイの全角度方向にわたって開口を設け、ここからの光
と平行平板側からの参照光とを位相変換器を設ける位置
で干渉させて形成したホログラムと等価なものを位相変
換器に形成すると良い。

【００１６】そして、この位相変換器１６によって放散
された放散光３０は、集光レンズ１８によって、放散角
によって決まる位置に集光される。集光される位置に
は、集光レンズ１８によって集光された光を出力するた
めの複数の出力ポート２０が設けられている。

【００１７】次に、図２の（Ａ）を参照して、平行平面
板における光の多重反射よって生じる位相差について説
明する。図２の（Ａ）は、平行平面板の要部拡大図であ
る。尚、図２の（Ａ）においては、説明の理解を容易に
するため平行光束を光線として表す。

【００１８】先ず、空気中の光の屈折率をｎ₁ 、平行平
面板１４中の光の屈折率をｎ₂ とする。そして、厚さｈ
の平行平面板１４の入射領域２２に、第１主表面１４ａ
の法線に対してθ₁ の角度で、光が入射する場合を考え
る。この場合、平行平面板１４中から、光は第２主表面
１４ｂに法線に対し、θ₂ の角度で、部分透過膜２６に
達する。ここで、θ₁ とθ₂ との間には、下記の（１）
式に示すフレネルの法則の関係が成り立っている。

【００１９】 ｎ₁ ｓｉｎθ₁ ＝ｎ₂ ｓｉｎθ₂ ・・・（１） 先ず、平行平面板中で一回余計に反射した平行光束と、
一回余計に反射しなかった平行光束との光路差を求め
る。ここでは、図２中の部分透過膜２６と平行平面板１
４との界面（第２主表面）１４ｂ上のＡ点に到達した平
行光束について、このＡ点において部分透過膜２６を透
過した第１平行光束２８ａと、Ａ点において反射され
て、さらに全反射鏡２４と平行平面板１４との界面（第
１主表面）１４ａ上のＢ点において反射されて、第２表
面１４ｂ上のＣ点において部分透過膜２６を透過した第
２平行光束２８ｂとの光路差ΔＬ₁ を求める。

【００２０】そして、第１平行光束２８ａに対してＣ点
から降ろした垂線の足をＮ点とすると、この第１平行光
束２８ａと第２平行光束２８ｂとの光路差ΔＬ₁ は、下
記の（２）式で表せる。

【００２１】 ΔＬ₁ ＝ｎ₂ （ＡＢ＋ＢＣ）−ｎ₁ ＡＮ・・・（２） ここで、ＡＢ＝ＢＣ＝ｈ／ｃｏｓθ₂ ・・（３） また、ＡＮ＝ＡＣｓｉｎθ₁ ＝２ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎθ₁ ・・・（４） 従って、（２）式は、下記の（５）式で表すことができ
る。

【００２２】 ΔＬ₁ ＝ｎ₂ （２ｈ／ｃｏｓθ₂ ）−ｎ₁ ２ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎθ₁ ＝ｎ₂ （２ｈ／ｃｏｓθ₂ ）−ｎ₂ ２ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎθ₂ ＝２ｎ₂ ｈｃｏｓθ₂ ・・・（５） そして、光路差がΔＬ₁ ときの位相差Δψ₁ は、平行光
束の波数をｋとすると、下記の（６）式で与えられる。

【００２３】 Δψ₁ ＝ｋ・２ｎ₂ ｈｃｏｓθ₂ ・・・（６） 但し、波数ｋは、平行光束の波長をλとすると、下記の
（７）式で与えられる。

【００２４】ｋ＝２π／λ・・・（７） 次に、図２の（Ｂ）を参照して、位相変換器１６を透過
して放散した放散光の放散角による光路差ΔＬ₂ を求め
る。図２の（Ｂ）は、位相変換器付近の拡大図であり、
上述した平行平板１４を透過した、第１平行光束２８ａ
および第２平行光束２８ｂが、位相変換器１６に入射し
てそれぞれ放散される様子を示す。

【００２５】尚、図２の（Ｂ）においても、光束を光線
として表す。

【００２６】位相変換器１６のＥ点およびＦ点にそれぞ
れ入射した第１平行光束２８ａおよび第２平行光束２８
ｂは、それぞれ放散されて、第１放散光３０ａおよび第
２放散光３０ｂとなる。ここでは、放散角度φの第１お
よび第２放散光の光路差ΔＬ₂ を求める。尚、図２の
（Ｂ）においては、平行光束の進行方向に対する放散光
の進行方向の傾きを放散角各φとし、特に、第１平行光
束から第２平行光束側へ向かって屈折した場合の放散角
を正とする。

【００２７】そして、光路差ΔＬ₂ は、Ｆ点から第１放
散光に降ろした垂線の足をＧ点とすると、下記の（８）
式で表せる。

【００２８】 ΔＬ₂ ＝ＥＧ＝ＥＦｓｉｎφ・・・（８） ここで、位相変換器のＥＦ線に対して平行光束が垂直に
入射する場合、ＥＦ＝ＡＣであるので、光路差ΔＬ₂
は、下記の（９）式で表せる。

【００２９】 ΔＬ₂ ＝−２ｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ・・・（９） そして、光路差がΔＬ₂ のときの位相差Δψ₂ は、下記
の（１０）式で表せる。

【００３０】 Δψ₂ ＝ｋΔＬ₂ ＝−ｋ・２ｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ・・・（１ ０） 従って、平行平面板１４で多重反射をしかつ位相変換器
１６で放散された光の位相差Δψは下記の（１１）式で
与えられる Δψ＝Δψ₁ ＋Δψ₂ ＝ｋ・２ｎ₂ ｈｃｏｓθ₂ −ｋ・２ｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ ＝２ｋｎ₂ ｈ（ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ（ｎ₁ ／ｎ₂ ））・・・（１１） そこで、放散角φの方向へ進行する放散光の光強度Ｉ
（φ）は、下記の（１２）式で求められる。

【００３１】 Ｉ（φ）＝｜ΣＴ_i ｅｘｐ［ｊｉ｛２ｋｈｎ₂ （ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏ ｓθ₁ ｓｉｎφ（ｎ₁ ／ｎ₂ ））｝］｜² ・・・（１２） 但し、ｊは虚数を表し、ｉは１以上の整数であり、平行
光束の部分透過膜で反射された回数＋１を表す。また、
Ｔ_i は、部分透過膜２６において、ｉ回反射された平行
光束が部分透過膜２６を透過する位置での当該部分透過
膜の透過率を表す。

【００３２】そして、位相差Δψ＝２πｍ（ｍは整数）
となるときに各放散光どうしが強め合って上記のＩ
（φ）が極大となる。従って、高い波長分解能を得るこ
とができる。そして、放散角φの方向で強め合うための
波数ｋの条件は、下記の（１３）で与えられる。

【００３３】 ｋ＝ｍπ／｛ｎ₂ ｈ（ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ（ｎ₁ ／ｎ ₂ ））｝・・・（１３） また、上記の（１３）式は、ｋ＝２π／λより、波長λ
について下記の（１４）式で表すことができる。

【００３４】 λ／（２ｎ₂ ｈ）＝（ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ（ｎ₁ ／ｎ ₂ ））／ｍ・・・（１４） そして、上記の（１４）式の両辺の増分を取り、θ₁ を
固定した場合にΔψ＝２πｍを満たす波長間隔をΔλ、
放散角間隔をΔφとし、ｃｏｓφ〜１と近似すると、下
記の（１５）式が得られる。

【００３５】 Δφ＝−ｍΔλ／（２ｎ₂ ｈｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ （ｎ₁ ／ｎ₂ ））・・・（ １５） 次に、上記の（１４）式において、ｓｉｎφ〜φと近似
してφ＝Δφｐ（ｐは整数）を代入すると、下記の（１
６）式が得られる。

【００３６】 λ／（２ｎ₂ ｈ）＝（ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ Δφｐ（ｎ₁ ／ｎ₂ ））／ｍ・・・（１６） そして、この（１６）式中のΔφに上記の（１５）式を
代入すると、下記の（１７）式が得られる。

【００３７】 λ＝（２ｈｎ₂ ｃｏｓθ₂ ）／ｍ−Δλｐ・・・（１７） ここで、ｐは、互いに異なる放散角の延長にある出力ポ
ートの番号に相当する。上述の（１７）式から、各出力
ポートから、放散角間隔Δφ毎に、その放散角で強め合
う波長が出力されることが分かる。従って、この発明の
波長分波素子によれば、同時に複数の波長を分波して出
力することができる。また、分波して出力される光の波
長は、平行平面板に対する入射光の入射角度θ₁ （従っ
て、θ₂）を変えることにより変えることができる。

【００３８】（第２の実施の形態）次に、図３を参照し
て、第２の実施の形態の波長分波素子について説明す
る。図３は、第２の実施の形態の波長分波素子の説明に
供する構成図である。第２の実施の形態においては、位
相変換器が、平行平面板に平行に設けられている場合に
ついて説明する。尚、第２の実施の形態においては、第
１の実施の形態と同一の構成成分については、第１の実
施例で用いた符号と同一の符号を付して、その詳細な説
明を省略する。

【００３９】第２の実施の形態の場合は、位相変換器が
平行平面板に平行に設けられている。

【００４０】次に、図４を参照して、第２の実施例にお
いて、平行平面板１４で多重反射をしかつ位相変換器１
６で放散された光の位相差Δψを求める。図４は、平行
平面板１４および位相変換器１６付近の拡大図であり、
平行平面板１４を透過した、第１平行光束２８ａおよび
第２平行光束２８ｂが、平行平面板１４と平行に設けら
れた位相変換器１６に入射してそれぞれ放散される様子
を示す。尚、図４においては、全反射鏡２４および部分
透過鏡２６の図示を省略する。また、図４においても、
平行光束を光線として表す。

【００４１】位相変換器に入射する段階での第１平行光
束２８ａと第２平行光束２８ｂとの光路差ΔＬ₁₁は、上
記の（２）式の代わりに下記の（１８）式で与えられ
る。

【００４２】 ΔＬ₁₁＝ｎ₂ （ＡＢ＋ＢＣ）＝２ｎ₂ ｈ／ｃｏｓθ₂ ・・・（１８） 従って、この段階での第１平行光束２８ａと第２平行光
束２８ｂとの位相差Δψ₁₁は、下記の（１９）式で与え
られる。

【００４３】 Δψ₁₁＝ｋ・２ｎ₂ ｈ／ｃｏｓθ₂ ・・・（１９） そして、位相変換器１６のＥ点およびＦ点にそれぞれ入
射した第１平行光束２８ａおよび第２平行光束２８ｂ
は、それぞれ放散されて、第１放散光３０ａおよび第２
放散光３０ｂとなる。

【００４４】また、位相変換器１６を透過した後に生ず
る放散角φの放散光φの光路差ΔＬ₂₂は、Ｆ点から第１
放散光に降ろした垂線の足をＧ点とすると、下記の（２
０）式で表せる。

【００４５】 ΔＬ₂₂＝ＥＧ＝ＥＦｓｉｎ（θ₁ ＋φ）・・・（２０） 位相変換器１６が平行平面板１４に平行な場合、ＥＦ＝
ＡＣであるので、上記の（２０）式は、下記の（２１）
式で表される。

【００４６】 ΔＬ₂₂＝−２ｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎ（θ₁ ＋φ）・・・（２１） そして、位相変換器１６を透過した後に生ずる第１およ
び第２放散光の位相差は、下記の（２２）で与えられ
る。

【００４７】 Δψ₂₂＝−ｋ・２ｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎ（θ₁ ＋φ）・・・（２２） 従って、放散角φの場合の第１および第２放散光の位相
差Δψは下記の（２３）式で与えられる。

【００４８】 Δψ＝Δψ₁₁＋Δψ₂₂ ＝２ｋｎ₂ ｈ／ｃｏｓθ₂ −２ｋｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎ（θ₁ ＋φ） ＝２ｋｎ₂ ｈ／ｃｏｓθ₂ −２ｋｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎθ₁ ｃｏｓφ −２ｋｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｓｉｎφｃｏｓθ₁ ＝２ｋｎ₂ ｈ（１−ｓｉｎ² θ₂ ｃｏｓφ） −２ｋｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ・・・（２３） ここで、φ〜０とすると、上記の（２３）は、下記の
（２４）式に近似することができる。

【００４９】 Δψ＝２ｋｎ₂ ｈｃｏｓθ₂ −２ｋｎ₁ ｈｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ ＝２ｋｎ₂ ｈ（ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ( ｎ₁/ｎ₂)) ・・・（２４） この（２４）式は、前述の第１の実施の形態で導いた
（１１）式と同一である。このため、第２の実施の形態
の場合の放散角φの方向へ進行する放散光の光強度Ｉ
（φ）も、上記の（１２）式で与えられる。従って、第
２の実施の形態の場合も、実質的に、第１の実施の形態
の場合と同様に波長分波素子として機能することが分か
る。

【００５０】また、第２の実施の形態では、位相変換器
を平行平面板と平行に設けてあるため、第１の実施の形
態の場合のように、位相変換器に対して平行光束を垂直
に入射させるための角度合わせが不要である。

【００５１】（第３の実施の形態）次に、図５を参照し
て、第３の実施の形態の波長分波素子について説明す
る。図５は、第３の実施の形態の波長分波素子の説明に
供する図であり、平行平面板の拡大図である。第３の実
施の形態においては、平行平面板の第２主表面上に設け
られた部分透過鏡３６の反射率が、当該部分透過鏡上の
位置に依存する分布を有している場合について説明す
る。

【００５２】尚、図５においては、部分透過鏡３６の反
射率が部分毎に異なる様子を示すため、部分透過鏡３６
の部分毎に異なるハッチングを付している。

【００５３】上記の（１１）式または（２４）式に下記
の（２５）式を代入すると、（２６）式で表せる。

【００５４】 ｆ（θ₁ 、φ）＝２ｎ₂ ｈ（ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ( ｎ ₁ /ｎ₂)) ・・・（２５） Ｉ（φ）＝｜ΣＴ_i ｅｘｐ［ｊｉｋｆ（θ₁ 、φ）｜² ・・・（２６） 上記の（２６）式はフーリエ級数の形である。従って、
（２６）式をフーリエ変換して得られる、波数ｋの関数
としてのＩ（ｋ）は、Ｔ_i をｉの適当な関数とすれば、
分波された出力光強度が所望の波長特性を有するように
最適化することができる。ここで最適化とは、例えば、
出力端子毎に、それぞれガウス分布の波長特性の光強度
が得られるようにすることを言う。

【００５５】次に、平行平面板１４の第２主表面１４ｂ
に設けられた部分透過鏡２６の透過率について検討す
る。ここで、Ｔ_i は、プレート１４に入射した平行光束
が、部分透過鏡２６でｉー１回反射された後、部分透過
鏡２６にｉ回目に到達して透過した地点の透過率を表
す。また、その地点での反射率をＲ_i と表わすと、下記
の（２７）式が得られる。

【００５６】 Ｔ_i ＝（１−Ｒ_i ）ΠＲ_T ・・・（２７） 但し、（２７）式中の「ΠＲ_T 」は、Ｔ＝１からＴ＝ｉ
−１までのＲ_T の乗算、即ち、「×Ｒ₁ Ｒ₂ …Ｒ_i-1 」
を表わす。

【００５７】また、Ｔ_i-1 の場合は、下記の（２８）式
で与えられる。

【００５８】 Ｔ_i-1 ＝（１−Ｒ_i-1 ）ΠＲ_T ・・・（２８） 但し、（２８）式中の「ΠＲ_T 」は、Ｔ＝１からＴ＝ｉ
−２までのＲ_T の乗算を表わす。

【００５９】そして、上記の（２７）式を（２８）式で
除算すると、下記の（２９）式が得られる。

【００６０】 Ｔ_i ＝Ｔ_i-1 （１−Ｒ_i ）Ｒ_i-1 ／（１−Ｒ_i-1 ）・・・（２９） 上記の（２９）式を変形して、下記の（３０）式を得
る。

【００６１】 （１−Ｒ_i ）＝Ｔ_i （１−Ｒ_i-1 ）／（Ｔ_i-1 Ｒ_i-1 ）・・・（３０） 上記の（３０）式より逐次法によってＲ_i が決定され
る。ここで、Ｒ_i-1 〜１とすると、上記の（３０）式は
下記の（３１）式で表わされる。

【００６２】 （１−Ｒ_i ）／（１−Ｒ_i-1 ）＝Ｔ_i ／Ｔ_i-1 ・・・（３１） 従って、例えば、ガウス分布状のピークを有する波長分
布が必要な場合は、部分透過膜の反射率分布を、反射プ
レートの中心付近（例えば、ｉ＝１〜１０ならばｉ＝５
付近）に向ってプレート周囲からガウス分布状に反射率
が低下する分布とすれば良い。そして、各出力ポートか
らのそれぞれの出力光の光強度の波長特性をガウス分布
とすることによって、クロストークを抑制することがで
きる。

【００６３】また、Ｔ_i の分布をｓｉｎｅ関数とすれ
ば、透過波長のフラット化を図ることができる。

【００６４】（第４の実施の形態）次に、図６を参照し
て、第４の実施の形態の波長分波素子について説明す
る。図６は、第４の実施の形態の波長分波素子の説明に
供する構成図であり、平行平面板拡大図である。第４の
実施の形態においては、平行平面板を透過する光の位相
を制御する位相制御手段を具えている場合について説明
する。尚、第４実施例において、平行平面板以外の構成
成分は、第１実施例のものと同一とし、その詳細な説明
を省略する。

【００６５】この実施の形態では、位相制御手段とし
て、平行平面板の第１主表面１４ａと全反射鏡２４との
間に、液晶膜４０と、当該液晶膜の部分毎に個別に電圧
を印加する透明電極４２とを具えている。

【００６６】ここで、液晶膜４０の膜厚をｈ₀ 、屈折率
をｎ₀ とすると、液晶膜４０を一往復した場合の位相差
Φは、下記の（３２）式で与えられる。

【００６７】Φ＝ｋｎ₀ ｈ₀ ・・・（３２） そして、位相膜４０を設けた場合の、放散角φの方向へ
進行する放散光の光強度Ｉ（φ）は、下記の（３３）式
で求められる。

【００６８】 Ｉ（φ）＝｜ΣＴ_i ｅｘｐ［ｊｉ｛２ｋｈｎ₂ （ｃｏｓθ₂ −ｔａｎθ₂ ｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ（ｎ₁/ｎ₂)) ＋ｋｈ₀ ｎ₀}]|² ・・・（３３） そして、第１実施例において、（１２）式から（１７）
式を導いたのと同様にして、下記の（３４）式を得る。

【００６９】 λ＝（２ｈｎ₂ ｃｏｓθ₂ ＋２ｈ₀ ｎ₀ ）／ｍ−Δλｐ・・・（３４） この（３４）式から、液晶膜４０に電極４２により電圧
を印加することによって液晶膜４０の屈折率ｎ₀ を調整
できることが分かる。そして、液晶膜の屈折率を部分毎
に個別に調整して反射回数毎の位相差を個別に電気的に
制御することにより波長チューニングをすることが可能
である。

【００７０】尚、平行平面板ではなく、集光系において
多重反射を行わせる波長分波素子の場合は、液晶膜を設
けると、液晶膜中の光が平行光束でなく光楔状であっ
た。このため、集光系においては、液晶膜を設けるとこ
の光楔形状および幅が変化してしまうため、液晶の屈折
率による波長特性の制御が困難であった。その結果、集
光系においては、液晶膜を設けて波長チューニングを行
うことは困難であった。この点、本発明の波長分波素子
においては、多重反射を行う平行平板中において、光が
平行光束であるため、液晶膜を利用した波長チューニン
グの実現を図ることができる。

【００７１】上述した各実施の形態では、これらの発明
を特定の条件で構成した例についてのみ説明したが、こ
れらの発明は多くの変更および変形を行うことができ
る。例えば、上述した第３実施の形態では、平行平面板
の部分透過膜の透過率に分布を持たせ、一方、第４の実
施の形態では、平行平板に液晶膜を設けたが、この発明
では、例えば、図７に示すように、平行平板の部分透過
膜の透過率に分布を持たせ、かつ、液晶膜を設けて組合
せてプレートを用いることもできる。図７は、変形例の
説明に供する図である。さらに、このプレートに位相変
換器を平行に設けた場合を組合せることもできる。

【００７２】また、上述した各実施の形態においては、
位相変換器と集光レンズとを個別に設けたが、この発明
では、ホログラムを用いれば、位相変換器と集光レンズ
とを一体化することもできる。

【００７３】また、上述した各実施の形態では、第１主
表面上に全反射鏡を設け、第２主表面上に部分透過鏡を
設けた例について説明したが、この発明では、第２主表
面上に部分透過鏡を設け、第１主表面上に全反射鏡を設
けても良い。その場合、平行平面板に入射した平行光束
は、平行平面板の第１主表面側へ出射される。従って、
位相変換器および集光レンズおよび出力ポートも、平行
平面板の第１主表面側に設けるようにすると良い。

【００７４】

【発明の効果】この発明の波長分波素子によれば、平行
平面板によって多重反射された平行光束群を、位相変換
器によってそれぞれ光楔状に放散させる。その結果、こ
の放散角度に依存して、この放散光を、波長によって異
なる位置に集光することができる。その結果、簡単な構
造で高い分解能の波長分波素子の実現を図ることができ
る。

【００７５】また、位相変換器を平行平面板に平行に設
ければ、位相変換器を設置する際の、平行光束の入射角
について角度合わせをする必要がない。

【００７６】また、平行平面板の部分透過鏡の透過率に
分布を持たせれば、例えば、ガウス分布にすることによ
ってクロストークを抑制して、分波特性の向上を図るこ
とができる。

【００７７】また、平行平面板に液晶膜およびこの液晶
膜の部分毎に個別に電圧を印加するための透明電極を設
ければ、液晶膜の屈折率を部分毎に個別に調整すること
によって、波長チューニングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の波長分波素子の構成の説明
に供する図である。

【図２】（Ａ）は、平行平面板の要部拡大図であり、
（Ｂ）は、位相変換器付近の拡大図である。

【図３】第２の実施の形態の波長分波素子の構成の説明
に要する図である。

【図４】第２の実施の形態の説明に供する図であり、平
行平面板および位相変換器の要部拡大図である。

【図５】第３の実施の形態の説明に供する図であり、平
行平面板の拡大図である。

【図６】第４の実施の形態の説明に供する図であり、平
行平面板の拡大図である。

【図７】変形例の説明に供する図である。

【符号の説明】

１０：入力ポート １２：コリメートレンズ １４：平行平面板 １４ａ：第１主表面 １４ｂ：第２主表面 １６：位相変換器 １８：集光レンズ ２０：出力ポート ２２：入射領域 ２４：全反射鏡 ２６、３６：部分透過鏡 ２８：平行光束 ２８ａ：第１平行光束 ２８ｂ：第２平行光束 ３０：放散光 ３０ａ：第１放散光 ３０ｂ：第２放散光 ４０：液晶膜 ４２：透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/31 Ｇ０２Ｂ 6/28 Ｃ Ｈ０４Ｂ 10/02 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｕ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポートを具え、 該入力ポートからの入射光を平行光束にするための平行
   化手段を具え、 該コリメータによって平行光束となった入射光を入射し
   て多重反射させる平行平面板を具え、 前記平行平面板の、前記入力ポート側の第１主表面上
   の、前記入射光が最初に入力される入射領域を除く一部
   領域に、全反射鏡あるいは部分透過鏡を具え、 前記平行平面板の、前記入力ポート側でない側の第２主
   表面上に、部分透過鏡あるは全反射鏡を具え、 前記部分透過鏡を透過した平行光束を光楔状に放散させ
   る位相変換器を具え、 該位相変換器によって放散された放散光を、放散角によ
   って決まる位置に集光するための集光手段を具え、 前記集光手段によって集光された光を出力するための複
   数の出力ポートを具えてなることを特徴とする波長分波
   素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の波長分波素子におい
   て、 前記位相変換器が、前記平行平面板に平行に設けてある
   ことを特徴とする波長分波素子。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の波長分波素子におい
   て、 前記平行平面板の前記第２主表面あるいは前記第１主表
   面上に設けられた前記部分透過鏡の反射率が、当該部分
   透過鏡上の位置に依存する分布を有してなることを特徴
   とする波長分波素子。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の波長分波素子におい
   て、 前記平行平面板に、当該平行平面板を透過する光の位相
   を制御する位相制御手段を具えてなることを特徴とする
   波長分波素子。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の波長分波素子におい
   て、 前記位相制御手段として、前記平行平面板の前記第１主
   表面あるいは第２主表面上に、液晶膜と、当該液晶膜の
   部分毎に個別に電圧を印加する透明電極とを具えてなる
   ことを特徴とする波長分波素子。