JPH11194280A

JPH11194280A - 光素子および光フィルタ

Info

Publication number: JPH11194280A
Application number: JP36150997A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kogure; 和男小暮
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れた光素子を提供する。【解決手段】光素子４１は光ファイバ４２の所定箇所
に組み込まれている。光素子４１は、光ファイバ４２内
に形成されたファイバーグレーティング４３と、ファイ
バーグレーティング４３を囲むように設けられた下部電
極層４４と、下部電極４４を囲むように設けられた圧電
体４３と、圧電体４３を囲むように設けられた上部電極
４６と、下部電極４４と上部電極４６との間に所定の電
圧を印加する電源４７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファイバーグレー
ティングを用いた光素子、光フィルタ、光変調装置、光
スイッチおよびレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーのコア部の所定領域にブラ
ッグ回折格子を形成した光フィルタが知られている。こ
のような光フィルタは、光ファイバーのコア部を伝搬し
てブラッグ回折格子に入射した光のうち、ブラッグ回折
格子の屈折率に応じた中心波長周辺の非常に狭い範囲内
の波長を持つ光のみを反射して逆方向に伝搬させ、それ
以外の波長の光を透過させる。ところで、従来から、こ
のようなブラッグ回折格子の屈折率を可変にできる光フ
ィルタの開発が行われている。

【０００３】例えば、特開平９−２１１３４８号公報に
は、図１８に示すように、コア部の所定領域に光回折格
子２を形成した光ファイバ１を、支持部材４，５によっ
て支持し、支持部材４，５の間に圧電トランスデューサ
７を配置した波長可変光フィルタが開示されている。当
該公報の波長可変光フィルタは、圧電トランスデューサ
７を軸方向（光ファイバ１の長手方向）に伸縮させ、一
対の支持部材４，５を介して、光回折格子２を伸縮させ
る。当該伸縮により、光回折格子２の屈折率が変わり、
ブラッグ波長が変化する。また、当該公報には、光回折
格子２の一例として、チャープトグレーティング、すな
わち、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）が開
示されている。このファイバブラッググレーティング
は、光ファイバのコア部の長さ方向に周期的な屈折率分
布を形成したものであり、ブラッグ回折により特定波長
の光を反射する。ここで、光ファイバの長さ方向にｚ軸
をとり、ファイバーグレーティングの位置を０≦ｚ≦Ｌ
とすると、この位置でのコア部の屈折率ｎ（ｚ）は下記
式（１），（２）で示される。

【０００４】

【数１】ｎ（ｚ）＝ｎ₀＋Δｎ・ｃｏｓ（Ｋ・ｚ） …（１）

【０００５】

【数２】Ｋ＝２π／Λ …（２）

【０００６】ここで、上記式（１）におけるｎ₀はファ
イバーグレーティングのコアの平均屈折率を示し、Δｎ
は屈折率変化量を示す。また、上記式（２）におけるΛ
はファイバーグレーティングの周期である。このような
ファイバーグレーティングは、真空中の波長が下記式
（３）で示されるブラッグ波長近傍の光を選択的に反射
する。

【０００７】

【数３】 λ_n＝２ｎ₀・Λ …（３）

【０００８】また、特開平５−５０２９５１号公報に
は、図１９に示すように、ブラッグフィルタを含む光フ
ァイバ１１の一部を、圧電シリンダ１５ｃの外周に巻き
付け、信号源１７から圧電シリンダ１５ｃに電気信号を
印加する光フィルタ構造１０ｃが開示されている。この
光フィルタ構造１０ｃでは、信号源１７からの電気信号
に応じて圧電シリンダ１５ｃを膨張させることで、光フ
ァイバ１１を伸長し、ブラッグフィルタの波長を変動さ
せている。

【０００９】また、ファイバブラッググレーティングを
半導体レーザの外部共振器として用いることにより、レ
ーザ発振波長の安定化および発振スペクトルの狭線幅化
を図る技術が知られている。図２０は、ファイバブラッ
ググレーティングを用いた従来のハイブリッドレーザ２
１の構成図である。図２０に示すハイブリッドレーザ２
１は、光ファイバ２４のコア部２２に固定した屈折率を
持つファイバーグレーティング２３が形成してある。ハ
イブリッドレーザ２１では、ＬＤ素子２５において発生
した光が、ＬＤ素子２５の高反射面２５ｂとファイバー
グレーティング２３との間で共振し、所定の発振スペク
トルを持つ光が、高反射面２５ｂから出射される。すな
わち、ＬＤ素子２５の高反射面２５ｂとファイバーグレ
ーティング２３との間で外部共振器が構成される。

【００１０】図２１は一般的なファブリ・ペロー型のレ
ーザダイオードの発振スペクトルを示す図、図２２は、
図２０に示すハイブリッドレーザ２１の発振スペクトル
を示す図である。図２１および図２２から、ハイブリッ
ドレーザ２１によれば、ファイバーグレーティング２３
からの波長帰還により、一般的なファブリ・ペロー型の
レーザダイオードに比べて発振スペクトルが狭線幅化で
きることが分かる。また、ハイブリッドレーザ２１によ
れば、所望の発振波長に応じた固定の屈折率を持つファ
イバーグレーティング２３を用いることで、所望の特性
を持つレーザを出射できる。そのため、このようなハイ
ブリッドレーザ２１は、波長多重伝送などで実用化が期
待されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した特
開平９−２１１３４８号公報の波長可変光フィルタで
は、圧電トランスデューサ７を軸方向に伸縮させたとき
に、支持部材４，５が相互の間隔を伸縮し、光ファイバ
１の樹脂被覆３と支持部材４，５との摩擦力によって、
光ファイバ１が軸方向に伸縮される。しかしながら、こ
の波長可変光フィルタでは、圧電トランスデューサ７の
伸縮を繰り返すと、支持部材４，５との間の摩擦によっ
て光ファイバ１の樹脂被覆３が磨耗し、光ファイバ１の
伝送特性が劣化することがあるという問題がある。ま
た、光ファイバ１の樹脂被覆３が磨耗した結果、樹脂被
覆３と支持部材４，５との間の摩擦係数が変化し、圧電
トランスデューサ７の軸方向の伸縮量と光ファイバ１の
伸縮量とが一致しなくなり、圧電トランスデューサ７に
印加された電圧に応じた波長特性が得られなくなるとい
う問題がある。また、圧電トランスデューサ７を伸長さ
せたときに、支持部材４，５によって、光ファイバ１が
軸方向に直接的に引っ張れる。その結果、図１８に示す
ように、光ファイバ１における支持部材４，５と圧電ト
ランスデューサ７との接合点付近の領域Ａの応力集中が
高くなり、当該領域Ａが破損する可能性があるという問
題がある。さらに、圧電トランスデューサ７の伸縮を繰
り返すと、光ファイバ１の当該領域Ａが疲労し、破損す
る可能性がさらに高くなるという問題がある。

【００１２】また、前述した特開平５−５０２９５１号
公報の光フィルタ構造１０ｃでは、図１９に示すよう
に、光ファイバ１１を圧電シリンダ１５ｃに巻き付ける
構造であることから、大規模化してしまうという問題が
ある。また、圧電シリンダ１５ｃに巻き付けられた光フ
ァイバ１１内のブラッグ回折格子領域上の位置によっ
て、圧電シリンダ１５ｃの中心軸との間の距離が異な
り、屈折率の精度が低下してしまうという問題もある。

【００１３】また、上述した従来のハイブリッドレーザ
２１では、ファイバーグレーティング２３を形成した光
ファイバ２４を製造した後は、ファイバーグレーティン
グ２３の屈折率を変えることができないため、発振波長
を可変にできない。そのため、異なる発振波長のレーザ
を得るには、当該発振波長に応じた屈折率を得るのに必
要な異なるファイバーグレーティングを形成したハイブ
リッドレーザを用いる必要がある。

【００１４】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
てなされ、ファイバーグレーティングの屈折率を繰り返
して変更した場合の耐久性に優れた光素子、光フィルタ
を提供することを目的とする。また、本発明は、当該光
素子を応用した光変調装置および光スイッチを提供する
ことを目的とする。さらに、本発明は、レーザの発振波
長を変えることができるハイブリッドレーザを提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の
光素子は、光ファイバ内に形成されたファイバーグレー
ティングと、前記ファイバーグレーティングを囲むよう
に設けられた下部電極層と、前記下部電極を囲むように
設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設け
られた上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層
との間に所定の電圧を印加する電圧印加手段とを有す
る。

【００１６】本発明の光素子では、電圧印加手段によっ
て、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電
圧が印加されると、例えば、圧電体層が膨張し、光ファ
イバが押圧され、長手方向に伸長される。これにより、
ファイバーグレーティングの長手方向における周期的な
屈折率分布が変化し、反射率が変わる。

【００１７】また、本発明の光フィルタは、光ファイバ
内に形成されたファイバーグレーティングと、前記ファ
イバーグレーティングを囲むように設けられた下部電極
層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層
と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層
と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電
圧を印加する電圧印加手段とを有する。

【００１８】また、本発明の変調装置は、光ファイバ内
に形成されたファイバーグレーティングと、前記ファイ
バーグレーティングを囲むように設けられた下部電極層
と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、
前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、所
定の波長の光を、前記光ファイバの前記ファイバーグレ
ーティングが形成された領域に向かって出射する光源
と、変調対象のデジタル信号が第１のレベルのときに前
記ファイバーグレーティングが前記光源から出射される
波長の光を透過し、前記デジタル信号が第２のレベルの
ときに前記ファイバーグレーティングが前記光源から出
射される波長の光を反射するように、前記下部電極層と
前記上部電極層との間に電圧を印加する変調手段とを有
する。

【００１９】また、本発明の第１の観点の光スイッチ
は、第１の光ファイバから分岐した第２の光ファイバに
設けられた第１の光素子と、前記第１の光ファイバから
分岐した第３の光ファイバに設けられた第２の光素子と
を有し、前記第１の光素子および第２の光素子のそれぞ
れは、光ファイバ内に形成されたファイバーグレーティ
ングと、前記ファイバーグレーティングを囲むように設
けられた下部電極層と、前記下部電極を囲むように設け
られた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられ
た上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との
間に所定の電圧を印加する電圧印加手段とを有する。

【００２０】また、本発明の第２の観点の光スイッチ
は、複数の光ファイバを接続し、当該光ファイバから入
力した光を、当該光を入力した光ファイバと所定方向に
隣接する光ファイバに出力する光サーキュレータと、前
記光サーキュレータに接続された少なくとも一つの光フ
ァイバに設けられた光素子とを有し、前記光素子は、光
ファイバ内に形成されたファイバーグレーティングと、
前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧
電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電
極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定
の電圧を印加する電圧印加手段とを有する。

【００２１】また、本発明のレーザ装置は、半導体レー
ザ素子と、コア部の一端が前記半導体レーザ素子に指向
された光ファイバと、前記光ファイバに組み込まれた光
素子とを有し、前記光素子は、光ファイバ内に形成され
たファイバーグレーティングと、前記ファイバーグレー
ティングを囲むように設けられた下部電極層と、前記下
部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体
層を囲むように設けられた上部電極層と、前記下部電極
層と前記上部電極層との間に所定の電圧を印加する電圧
印加手段とを有する。

【００２２】本発明のレーザ装置では、電圧印加手段に
よって、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定
の電圧が印加されると、例えば、圧電体層が膨張し、光
ファイバが押圧され、長手方向に伸長される。これによ
り、ファイバーグレーティングの長手方向における周期
的な屈折率分布が変化し、反射率が変わる。これによ
り、半導体レーザ素子から出射されるレーザの波長を変
えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係わる
光素子について説明する。光素子図１（Ａ）は光ファイバ４２に組み込まれた本実施形態
の光素子４１の構成図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す
コア部４２ａ、クラッド部４２ｂ、下部電極４４、圧電
体４５および上部電極４６の積層構造を説明するための
図である。図１（Ａ）に示すように、光素子４１は、フ
ァイバーグレーティング４３と、下部電極４４と、圧電
体４５と、上部電極４６と、電源４７と、コントローラ
４８とで構成され、光ファイバ４２の所定箇所に組み込
まれている。

【００２４】ファイバーグレーティング４３は、図１
（Ｂ）に示すように、光ファイバ４２の長手方向（軸方
向）の所定領域において、コア部４２ａに形成されてい
る。ファイバーグレーティング４３は、圧電体４５が膨
張していない状態で、前記式（３）に示す所定の値の平
均屈折率ｎ₀およびグレーティング周期Λを持ち、図３
において実線で示すように、波長１５５０ｎｍ（＝
λ₁）付近の光を最も多く反射する。当該波長λ₁は、
ファイバーグレーティング４３の材質および製造方法な
どによって決定される。

【００２５】また、ファイバーグレーティング４３は、
圧電体４５が膨張すると、光ファイバ４２のクラッド部
４２ｂによって光ファイバ４２の中心軸に向かって押圧
され、当該中心軸の方向に伸びる。これにより、ファイ
バーグレーティング４３における、光ファイバ４２の長
手方向の周期的な屈折率分布が変化し、それに応じて、
前記式（３）に示す平均屈折率ｎ₀およびグレーティン
グ周期Λが変化する。その結果、ファイバーグレーティ
ング４３は、図３において点線で示すように、波長１５
５８ｎｍ（＝λ₂）付近の光を最も多く反射するように
なる。

【００２６】下部電極４４は、前記ファイバーグレーテ
ィング４３に対応する領域において、光ファイバ４２の
クラッド部４３ｂの外周に形成されている。下部電極４
４には、図２に示すように、配線４７ｂがはんだなどで
接続されている。下部電極４４には、電源４７から配線
４７ｂを介して所定の電位が印加される。下部電極４４
は、例えば、層厚が１０ｎｍであり、チタン（Ｔｉ）と
金（Ａｕ）とを混合して蒸着法で形成される。圧電体４
５は、下部電極４４の外周に形成されている。圧電体４
５は、下部電極４４と上部電極４６との間の電圧Ｖに応
じて、光ファイバ４２の中心軸と直交する方向に膨張あ
るいは縮小する。圧電体４５は、例えば、スパッタ法で
ＺｎＯ層を形成して得られる。なお、圧電体４５として
は、例えば強誘電体などを用いてもよい。上部電極４６
は、圧電体４５の外周に形成されている。また、上部電
極４６には、図２に示すように、配線４７ａがはんだな
どで接続されている。上部電極４６には、電源４７から
配線４７ａを介して所定の電位が印加される。上部電極
４６は、層厚が５０ｎｍであり、金を用いて蒸着法で形
成される。

【００２７】電源４７は、コントローラ４８からの制御
信号Ｓ４８に基づいて、引き出し線４７ａおよび４７ｂ
を介して、それぞれ上部電極４６および下部電極４４に
所定の電位を印加する。すなわち、下部電極４４と上部
電極４６との間に、所定の電圧Ｖを発生させる。コント
ローラ４８は、例えば、ユーザによる操作手段（図示せ
ず）の操作に応じた指示信号Ｓ４９に基づいて、電源４
７の電位制御を示す制御信号Ｓ４８を生成し、当該制御
信号Ｓ４８を電源４７に出力する。

【００２８】次に、光素子４１の作用について説明す
る。先ず、電源４７から下部電極４４および上部電極４
６に電位０Ｖが印加される。この状態では、下部電極４
４と上部電極４６との間の電圧は０Ｖであり、圧電体４
５は膨張せず、光ファイバ４２は圧縮されない。このと
き、ファイバーグレーティング４３は、図３において実
線で示すように、波長λ₁の光を最も多く反射する。次
に、電源４７によって、下部電極４４に０Ｖが印加さ
れ、上部電極４６に５Ｖが印加される。これにより、図
４に示すように、下部電極４４と上部電極４６との間に
５Ｖの電圧が発生して圧電体４５が図４中実線矢印の向
きに膨張し、光ファイバ４２が中心軸に向かって押圧さ
れる。これにより、光ファイバ４２およびファイバーグ
レーティング４３は、図４中点線矢印の向きに光ファイ
バ４２の長手方向に向かって伸長し、ファイバーグレー
ティング４３における、光ファイバ４２の長手方向の周
期的な屈折率分布が変化する。すなわち、前記式（３）
に示す平均屈折率ｎ₀およびグレーティング周期Λが変
化する。その結果、ファイバーグレーティング４３は、
図３において点線で示すように、波長λ₂付近の光を最
も多く反射するようになる。

【００２９】以上説明したように、光素子４１によれ
ば、コントローラ４８および電源４７によって、ファイ
バーグレーティング４３の屈折率を変化させることがで
きる。また、光素子４１によれば、圧電体４５が膨張し
たときに、図４に示すように、光ファイバ４２が中心軸
に向かって押圧される構造であり、光ファイバ４２は当
該押圧方向に対しては強度が高いことから、光ファイバ
４２が破損することを効果的に抑制できる。すなわち、
光素子４１によれば、図１８に示す従来の波長可変光フ
ィルタの光素子のように、強度が弱い軸方向の引っ張り
力を光ファイバ４に加えないことから、当該従来の波長
可変光フィルタに比べて寿命を長くできる。さらに、光
素子４１によれば、図１９に示す光フィルタ構造に比べ
て、大幅な小規模化を図ることができる。

【００３０】光フィルタ図１に示した光素子４１は、光フィルタとして用いるこ
とができる。図５は、本実施形態の光フィルタ５１を説
明するための図である。光フィルタ５１は、前述した図
１に示す光素子４１と同じ構成をしている。すなわち、
下部電極４４および上部電極４６にそれぞれ０Ｖを印加
した場合には図３の実線で示すように波長λ₁の光を反
射し、下部電極４４および上部電極４６にそれぞれ０Ｖ
および５Ｖを印加した場合には図３の点線で示すように
波長λ₂の光を反射する。

【００３１】光フィルタ５１の作用について説明する。
先ず、図１に示す下部電極４４および上部電極４６に、
それぞれ０Ｖが印加され、図５（Ａ）に示すように、波
長λ₁〜λ_nの光を含む入力光５２が光ファイバ４２を
介して光フィルタ５１に入射される。この場合には、図
１に示すファイバーグレーティング４３の平均屈折率ｎ
₀およびグレーティング周期Λは、製造時のままであ
り、ファイバーグレーティング４３にて波長λ₁の光の
みが最も多く反射され、入射方向と逆方向に伝搬する。
一方、入力光５２のうち、波長λ₁以外の波長λ₂〜λ
_nの光は、ファイバーグレーティング２３にて反射され
ないで、光フィルタ５１を透過して、透過光５４として
伝搬される。

【００３２】次に、光フィルタの特性を変更するため
に、ユーザによる操作手段の操作に応じた指示信号Ｓ４
９がコントローラ４８に入力される。そして、コントロ
ーラ４８において、指示信号Ｓ４９に基づいて、下部電
極４４および上部電極４６にそれぞれ０Ｖおよび５Ｖを
印加することを示す制御信号Ｓ４８が生成され、制御信
号Ｓ４８が電源４７に出力される。

【００３３】そして、電源４７から、下部電極４４に０
Ｖが印加され、上部電極４６に５Ｖが印加される。これ
により、下部電極４４と上部電極４６との間に５Ｖの電
圧が生じ、ファイバーグレーティング４３が図４に示す
実線矢印の向きに膨張し、光ファイバ４２が点線矢印の
向きに押圧される。その結果、光ファイバ４２およびフ
ァイバーグレーティング４３が、図４中点線矢印の向き
に光ファイバ４２の長手方向に向かって伸長し、ファイ
バーグレーティング４３における、光ファイバ４２の長
手方向の周期的な屈折率分布が変化し、波長λ₂付近の
光を最も多く反射するようになる。そのため、図５
（Ｂ）に示すように、波長λ₂の光のみが最も多くファ
イバーグレーティング４３にて反射され、反射光５５と
して、入射方向と逆方向に伝搬する。一方、入力光５２
のうち、波長λ２以外の波長λ₁，λ₃〜λ_nの光は、
ファイバーグレーティング２３にて反射されずに、光フ
ィルタ５１を透過して、透過光５６として伝搬される。

【００３４】以上説明したように、光フィルタ５１は、
光フィルタとして機能を有し、下部電極４４および上部
電極４６に印加する電位を変えることでフィルタ特性を
変更できる。また、光フィルタ５１によれば、前述した
光素子４１の効果も同様に得ることができる。

【００３５】光変調装置図１に示す光素子４１は、光変調装置にも応用できる。
図６は、本実施形態の変調装置６１の構成図である。図
６に示すように、変調装置６１は、変調器６３、光源６
４、アイソレータ６５および光素子４１によって構成さ
れる。光源６４は、光ファイバ６８の一端部に設けら
れ、光ファイバ６８のコア部に波長λ₁の光を出射す
る。アイソレータ６５は、光ファイバ６８上の光源６４
と光素子４１との間に設けられ、光素子４１からの反射
光を遮光し、当該反射光が光源６４に入射することを阻
止する。光素子４１は、下部電極４４および上部電極４
６にそれぞれ配線４７ｂおよび４７ａを介して変調器６
３から電位を印加する点を除いて、図１に示す光素子４
１と同じである。

【００３６】信号源６２は、所定のデジタル信号Ｓ６２
を変調器６３に出力する。変調器６３は、信号源６２か
らのデジタル信号Ｓ６２のレベルに応じて、配線４７ａ
および４７ｂを介して、それぞれ光素子４１の上部電極
４６および下部電極４４に所定の電位を印加する。具体
的には、例えば、信号源６２は、デジタルＳ６２がハイ
レベルのときに、下部電極４４に０Ｖを印加し、上部電
極４６に５Ｖを印加する。また、信号源６２は、デジタ
ルＳ６２がローレベルのときに、下部電極４４に０Ｖを
印加し、上部電極４６に０Ｖを印加する。

【００３７】次に、変調装置６１の作用について説明す
る。ここでは、図６に示す信号源６２から図７（Ａ）に
示す波形のデジタル信号Ｓ６２が変調器６３に出力され
ている場合について説明する。図７（Ａ）に示すよう
に、デジタル信号Ｓ６２は、所定期間だけハイレベルと
なるパルスを含むパルス信号である。デジタル信号Ｓ６
２がハイレベルになると、変調器６３において、配線４
７ａおよび４７ｂを介して、光素子４１の上部電極４６
および下部電極４４に、それぞれ５Ｖおよび０Ｖが印加
される。これにより、ファイバーグレーティング４３が
膨張し、図８に示すように、光源６４から出射された波
長λ₁の入力光７０が、ファイバーグレーティング４３
を透過して透過光７１として伝搬し、フォトダイオード
６６に結像する。これにより図７（Ｂ）に示すように、
フォトダイオード６６から出力される強度信号Ｓ４６の
振幅が、フォトダイオード６６に結像した透過光７１の
光強度に応じて高くなる。そして、復調器６７におい
て、強度信号Ｓ４６の振幅が検出され、復調信号がハイ
レベルになる。

【００３８】一方、デジタル信号Ｓ６２がローレベルに
なると、変調器６３において、配線４７ａおよび４７ｂ
を介して、光素子４１の上部電極４６および下部電極４
４に、それぞれ０Ｖおよび０Ｖが印加される。これによ
り、ファイバーグレーティング４３は縮小して元の大き
さになり、光源６４から出射された波長λ₁の入力光７
０が、ファイバーグレーティング４３にて反射され、図
９に示すように、反射光７２としてアイソレータ６５に
入射する。すなわち、入力光７０は光素子４１において
遮光され、フォトダイオード６６には結像しない。その
ため、図７（Ｂ）に示すように、強度信号Ｓ４６の振幅
が０になる。そして、復調器６７において、強度信号Ｓ
４６の振幅が検出され、復調信号がローレベルになる。

【００３９】以上説明したように、変調装置６１によれ
ば、信号源６２から出力されるデジタル信号Ｓ６２のレ
ベルに応じた強度の光がフォトダイオード６６で検出さ
れ、復調器６７において、フォトダイオード６６からの
強度信号Ｓ６６の振幅に基づいて、デジタル信号を復調
できる。

【００４０】光スイッチ図１に示す光素子４１は、光スイッチにも応用できる。
図１０は、本実施形態の光スイッチ８１の構成図であ
る。図１０に示すように、光スイッチ８１は、光素子８
３および８４を備えている。光素子８３および８４は、
図１に示す光素子４１と同じである。光ファイバ８５
は、フォトカプラ８８によって、光ファイバ８６および
８７に分岐されている。光素子８３は、光ファイバ８６
に組み込まれている。また、光素子８４は、光ファイバ
８６に組み込まれている。光ファイバ８５の一端部に
は、光源６４が設けられ、光源６４とフォトカプラ８８
との間にアイソレータ６５が設けられている。ここで、
光源６４およびアイソレータ６５は、図９に示すものと
同じである。

【００４１】次に、光スイッチ８１の作用について説明
する。図１１（Ａ）に示すように、光素子８３および８
４において、図１に示すコントローラ４８による制御信
号Ｓ４８に応じて、電源４７から、配線４７ｂを介して
下部電極４４に０Ｖが印加され、配線４７ａを介して上
部電極４６に０Ｖが印加されている。この場合には、光
源６４から出射された波長λ₁の入力光８２が、光素子
８３および８４のファイバーグレーティング２３にて反
射され、アイソレータ６５に向かって伝搬される。すな
わち、入力光８２は、光素子８３および８４の双方を透
過しない。

【００４２】次に、図１１（Ｂ）に示すように、光素子
８３において、図１に示すコントローラ４８による制御
信号Ｓ４８に応じて、電源４７から、配線４７ｂを介し
て下部電極４４に０Ｖが印加され、配線４７ａを介して
上部電極４６に５Ｖが印加されている。また、光素子８
４において、図１に示すコントローラ４８による制御信
号Ｓ４８に応じて、電源４７から、配線４７ｂを介して
下部電極４４に０Ｖが印加され、配線４７ａを介して上
部電極４６に０Ｖが印加されている。この場合には、光
源６４から出射された波長λ₁の入力光８２のうち光素
子８３に入射したものが、光素子８３を透過し、透過光
９１として伝搬される。一方、光源６４から出射された
波長λ₁の入力光８２のうち光素子８４に入射したもの
が、光素子８４のファイバーグレーティング２３にて反
射され、アイソレータ６５に向かって伝搬される。な
お、透過光９１の光強度は、入力光８２の光強度の略半
分である。

【００４３】次に、図１１（Ｃ）に示すように、光素子
８４において、図１に示すコントローラ４８による制御
信号Ｓ４８に応じて、電源４７から、配線４７ｂを介し
て下部電極４４に０Ｖが印加され、配線４７ａを介して
上部電極４６に５Ｖが印加されている。また、光素子８
３において、図１に示すコントローラ４８による制御信
号Ｓ４８に応じて、電源４７から、配線４７ｂを介して
下部電極４４に０Ｖが印加され、配線４７ａを介して上
部電極４６に０Ｖが印加されている。この場合には、光
源６４から出射された波長λ₁の入力光８２のうち光素
子８４に入射したものが、光素子８４を透過し、透過光
９１として伝搬される。一方、光源６４から出射された
波長λ₁の入力光８２のうち光素子８３に入射したもの
が、光素子８３のファイバーグレーティング２３にて反
射され、アイソレータ６５に向かって伝搬される。

【００４４】次に、図１１（Ｄ）に示すように、光素子
８３および８４において、図１に示すコントローラ４８
による制御信号Ｓ４８に応じて、電源４７から、配線４
７ｂを介して下部電極４４に０Ｖが印加され、配線４７
ａを介して上部電極４６に５Ｖが印加されている。この
場合には、光源６４から出射された波長λ₁の入力光８
２のうち光素子８３および８４に入射したものが、それ
ぞれ光素子８３および８４を透過し、透過光９１として
伝搬される。

【００４５】以上説明したように、光スイッチ８１によ
れば、図１に示す構造の２個の光素子８３，８４を用い
ることで、スイッチ機能を発揮できる。また、光スイッ
チ８１によれば、光ファイバの分岐のパターンを多様化
することで、複雑なスイッチング動作を実現できる。さ
らに、光スイッチ８１を、光論理素子として用いること
で、論理回路を構築することができる。

【００４６】光スイッチのその他の実施形態図１２は、その他の光スイッチ２００の構成図である。
図１２に示すように、光スイッチ２００は、光ファイバ
２０２，２０４，２０５に接続された光サーキュレータ
２０３と、前述した図１に示す光素子４１とで構成され
る。光サーキュレータ２０３は、光ファイバから入力し
た光を、当該光ファイバに矢印の向きに隣接した光ファ
イバに向かって出力する。具体的には、光ファイバ２０
２から入力した入力光２０１を光ファイバ２０４に向か
って出力する。また、光ファイバ２０４から入力した光
を、光ファイバ２０５に向かって出力する。さらに、光
ファイバ２０５から入力した光を光ファイバ２０２に向
かって出力する。

【００４７】以下、光スイッチ２００の作用について説
明する。先ず、図１３（Ａ）に示すように、光素子４１
において、配線４７ａを介して上部電極４６に０Ｖが印
加され、配線４７ｂを介して下部電極４４に０Ｖが印加
されている場合について述べる。この場合には、光ファ
イバ２０２を介して伝搬した入力光２０１が光サーキュ
レータ２０３において光ファイバ２０４に向かって出力
され、光素子４１で反射され、反射光２１０として光サ
ーキュレータ２０３に戻る。この反射光２１０は、光サ
ーキュレータ２０３において、光ファイバ２０５に向か
って出力される。すなわち、入力光２０１が光ファイバ
２０４にそのまま出力され、光強度が低下することは殆
どない。

【００４８】また、図１３（Ｂ）に示すように、光素子
４１において、配線４７ａを介して上部電極４６に５Ｖ
が印加され、配線４７ｂを介して下部電極４４に０Ｖが
印加されている場合について述べる。この場合には、光
ファイバ２０２を介して伝搬した入力光２０１が光サー
キュレータ２０３において光ファイバ２０４に向かって
出力され、光素子４１を透過して、そのまま光ファイバ
２０４を伝搬する。従って、入力光２０１は、光ファイ
バ２０５には伝搬されない。

【００４９】以上説明したように、光スイッチ２００に
よれば、光サーキュレータ２０３および光素子４１を用
いることで、スイッチ機能を発揮できる。また、光スイ
ッチ２００によれば、複数の光サーキュレータ２０３を
組み合わせて使用したり、光サーキュレータ２０３に対
しての光ファイバの接続形態を多様化することで、複雑
なスイッチング動作を実現できる。さらに、光スイッチ
２００を、光論理素子として用いることで、論理回路を
構築することができる。

【００５０】ハイブリッドレーザ本実施形態では、図１に示す光素子４１を半導体レーザ
に適用し、ファイバブラッググレーティングを半導体レ
ーザの外部共振器として用いたハイブリッドレーザにつ
いて説明する。図１４は、本実施形態のハイブリッドレ
ーザ１０１の構成図である。図１４に示すハイブリッド
レーザ１０１は、光ファイバ１０２の所定箇所に、図１
に示す光素子４１と同じ構造の光素子１０３が組み込ま
れている。但し、光素子１０３では、ファイバーグレー
ティングとして、外力が加わっていない状態で、波長１
５４８ｎｍの光を反射するファイバーグレーティング１
４３が用いられている。光ファイバ１０２のコア部の一
端は先球レンズ１０４になっている。この先球レンズ１
０４は、ＬＤ素子２５の低反射面２５ａに指向されてい
る。ＬＤ(Laser Diode) 素子２５としては、例えば、Ａ
ｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰなど半導体レーザ素子が用
いられる。図１４に示すハイブリッドレーザ１０１で
は、図１に示すコントローラ４８からの制御信号Ｓ４８
に基づいて、電源４７から配線４７ａおよび４７ｂを介
して、下部電極４４および上部電極４６に印加される電
位を変えることで、ファイバーグレーティング２３の屈
折率を変える。これにより、ＬＤ素子２５の高反射面２
５ｂとファイバーグレーティング４３との間の共振周波
数を変えることができ、その結果、レーザ発振波長を変
えることができる。

【００５１】次に、ハイブリッドレーザ１０１の作用に
ついて説明する。先ず、図１５（Ａ）に示すように、コ
ントローラ４８からの制御信号Ｓ４８に基づいて、電源
４７から配線４７ａおよび４７ｂを介して、下部電極４
４および上部電極４６に０Ｖが印加されている場合に
は、ファイバーグレーティング１４３は波長１５４８ｎ
ｍの光を反射する。この場合には、ＬＤ素子２５で発生
した光が、高反射面２５ｂとファイバーグレーティング
１４３との間で共振し、図１６に示すように、波長１５
４８ｎｍの光強度が最も強い発振スペクトルを持つレー
ザ光が、高反射面２５ｂを透過して出射される。すなわ
ち、ＬＤ素子２５の高反射面２５ｂとファイバーグレー
ティング２３との間で外部共振器が構成される。

【００５２】また、図１５（Ｂ）に示すように、コント
ローラ４８からの制御信号Ｓ４８に基づいて、電源４７
から配線４７ａおよび４７ｂを介して、上部電極４６お
よび下部電極４４に、それぞれ５Ｖおよび０Ｖが印加さ
れている場合には、ファイバーグレーティング１４３は
波長１５５２ｎｍの光を反射する。この場合には、ＬＤ
素子２５で発生した光が、高反射面２５ｂとファイバー
グレーティング１４３との間で共振し、図１７に示すよ
うに、波長１５５２ｎｍの光強度が最も強い発振スペク
トルを持つレーザ光が、高反射面２５ｂを透過して出射
される。ハイブリッドレーザ１０１によれば、図１に示
すコントローラ４８からの制御信号Ｓ４８に応じて、高
反射面２５ｂから射出されるレーザ光の波長を変えるこ
とができる。また、ハイブリッドレーザ１０１によれ
ば、一般的なファブリ・ペロー型のレーザダイオードに
比べて、発振スペクトルの安定化および狭線幅化を図れ
る。

【００５３】本発明は上述した実施形態には限定されな
い。例えば、上述した実施形態では、図１に示す光素子
４１において、下部電極４４に０Ｖを印加し、上部電極
４６に０Ｖおよび５Ｖを選択的に印加したが、下部電極
４４および上部電極４６に印加する電位は任意である。
例えば、上部電極４６に、−５Ｖを印加してもよいし、
また、上部電極４６を０Ｖにし、下部電極４４に０Ｖ、
５Ｖ、−５Ｖを選択的に印加してもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光素子、
光フィルタ、光変調装置および光スイッチによれば、優
れた耐久性を持つことができ、ファイバーグレーティン
グの屈折率を繰り返して変更しても光ファイバが損傷す
ることがない。また、本発明の光素子、光フィルタ、光
変調装置および光スイッチによれば、小規模化が図れ
る。また、本発明のレーザ装置によれば、レーザの発振
波長を容易に変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、光ファイバに組み込まれた本発明の実
施形態の光素子の構成図である。

【図２】図２は、図１に示す光ファイバの下部電極およ
び上部電極に対しての配線の接続形態を説明するための
図である。

【図３】図３は、図１に示す光素子の特性を説明するた
めの図である。

【図４】図４は、図１に示す光素子の作用を説明するた
めの図である。

【図５】図５は、本発明の実施形態の光フィルタを説明
するための図である。

【図６】図６は、本発明の実施形態の変調装置の構成図
である。

【図７】図７は、図６に示す信号源から出力されるデジ
タル信号およびフォトダイオードから出力される強度信
号の波形図である。

【図８】図８は、図６に示す変調装置の作用を説明する
ための図である。

【図９】図９は、図６に示す変調装置の作用を説明する
ための図である。

【図１０】図１０は、本発明の実施形態の光スイッチの
構成図である。

【図１１】図１１は、図１０に示す光スイッチの作用を
説明するための図である。

【図１２】図１２は、本発明の実施形態のその他の光ス
イッチの構成図である。

【図１３】図１３は、図１２に示す光スイッチの作用を
説明するための図である。

【図１４】図１４は、本発明の実施形態のハイブリッド
レーザの構成図である。

【図１５】図１５は、図１４に示すハイブリッドレーザ
の作用を説明するための図である。

【図１６】図１６は、図１４に示すハイブリッドレーザ
から出射されるレーザ光の波長を説明するための図であ
る。

【図１７】図１７は、図１４に示すハイブリッドレーザ
から出射されるレーザ光の波長を説明するための図であ
る。

【図１８】図１８は、従来の波長可変フィルタの構成図
である。

【図１９】図１９は、従来のその他の波長可変フィルタ
の構成図である。

【図２０】図２０は、ファイバブラッググレーティング
を用いた従来のハイブリッドレーザの構成図である。

【図２１】図２１は、一般的なファブリ・ペロー型のレ
ーザダイオードの発振スペクトルを示す図である。

【図２２】図２２は、図２０に示すハイブリッドレーザ
の発振スペクトルを示す図である。

【符号の説明】

２５…ＬＤ素子、４１，８３，８４…光素子、４２…光
ファイバ、４２ａ…コア部、４２ｂ…クラッド部、４
３，１４３…ファイバーグレーティング、４４…下部電
極、４５…圧電体、４６…上部電極、４７…電源、４７
ａ，４７ｂ…配線、４８…コントローラ、５１…光フィ
ルタ、６１…変調装置、６２…信号源、６３…変調器、
６４…光源、６５…アイソレータ、６６…フォトダイオ
ード、６７…復調器、８１…光スイッチ、８８…フォト
カプラ、１０１…ハイブリッドレーザ、１０２…光ファ
イバ、１０４…先球レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ内に形成されたファイバーグレ
ーティングと、前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を
印加する電圧印加手段とを有する光素子。
【請求項２】前記ファイバーグレーティングは、前記光
ファイバのコア部に形成されており、前記下部電極は前記光ファイバのクラッド部の外周に形
成されている請求項１に記載の光素子。
【請求項３】前記電圧印加手段は、前記ファイバーグレ
ーティングが所望の屈折率を持つように、前記下部電極
層と前記上部電極層との間に所定の電圧を印加する請求
項１または請求項２に記載の光素子。
【請求項４】前記電圧印加手段は、前記下部電極層と前
記上部電極層との間に、複数の電圧を選択的に印加する
請求項３に記載の光素子。
【請求項５】前記下部電極層、前記圧電体層および上部
電極層は筒型をしている請求項１〜４のいずれかに記載
の光素子。
【請求項６】光ファイバ内に形成されたファイバーグレ
ーティングと、前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を
印加する電圧印加手段とを有する光フィルタ。
【請求項７】前記ファイバーグレーティングは、前記光
ファイバのコア部に形成されており、前記下部電極は前記光ファイバのクラッド部の外周に形
成されている請求項６に記載の光フィルタ。
【請求項８】前記電圧印加手段は、前記ファイバーグレ
ーティングが所望の屈折率を持つように、前記下部電極
層と前記上部電極層との間に所定の電圧を印加する請求
項６または請求項７に記載の光フィルタ。
【請求項９】前記電圧印加手段は、前記下部電極層と前
記上部電極層との間に、複数の電圧を選択的に印加する
請求項８に記載の光フィルタ。
【請求項１０】前記下部電極層、前記圧電体層および上
部電極層は筒型をしている請求項６〜９のいずれかに記
載の光フィルタ。
【請求項１１】光ファイバ内に形成されたファイバーグ
レーティングと、前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、所定の波長の光を、前記光ファイバの前記ファイバーグ
レーティングが形成された領域に向かって出射する光源
と、変調対象のデジタル信号が第１のレベルのときに前記フ
ァイバーグレーティングが前記光源から出射される波長
の光を透過し、前記デジタル信号が第２のレベルのとき
に前記ファイバーグレーティングが前記光源から出射さ
れる波長の光を反射するように、前記下部電極層と前記
上部電極層との間に電圧を印加する変調手段とを有する
変調装置。
【請求項１２】前記ファイバーグレーティングは、前記
光ファイバのコア部に形成されており、前記下部電極は前記光ファイバのクラッド部の外周に形
成されている請求項１１に記載の変調装置。
【請求項１３】前記下部電極層、前記圧電体層および上
部電極層は筒型をしている請求項１１または請求項１２
に記載の変調装置。
【請求項１４】第１の光ファイバから分岐した第２の光
ファイバに設けられた第１の光素子と、前記第１の光ファイバから分岐した第３の光ファイバに
設けられた第２の光素子とを有し、前記第１の光素子および第２の光素子のそれぞれは、光ファイバ内に形成されたファイバーグレーティング
と、前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を
印加する電圧印加手段とを有する光スイッチ。
【請求項１５】前記ファイバーグレーティングは、前記
光ファイバのコア部に形成されており、前記下部電極は前記光ファイバのクラッド部の外周に形
成されている請求項１４に記載の光スイッチ。
【請求項１６】前記電圧印加手段は、前記ファイバーグ
レーティングが所望の屈折率を持つように、前記下部電
極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を印加する請
求項１４または請求項１５に記載の光スイッチ。
【請求項１７】前記電圧印加手段は、前記下部電極層と
前記上部電極層との間に、複数の電圧を選択的に印加す
る請求項１６に記載の光スイッチ。
【請求項１８】前記下部電極層、前記圧電体層および上
部電極層は筒型をしている請求項１４〜１７のいずれか
に記載の光スイッチ。
【請求項１９】複数の光ファイバを接続し、当該光ファ
イバから入力した光を、当該光を入力した光ファイバと
所定方向に隣接する光ファイバに出力する光サーキュレ
ータと、前記光サーキュレータに接続された少なくとも一つの光
ファイバに設けられた光素子とを有し、前記光素子は、光ファイバ内に形成されたファイバーグレーティング
と、前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を
印加する電圧印加手段とを有する光スイッチ。
【請求項２０】前記ファイバーグレーティングは、前記
光ファイバのコア部に形成されており、前記下部電極は前記光ファイバのクラッド部の外周に形
成されている請求項１９に記載の光スイッチ。
【請求項２１】前記電圧印加手段は、前記ファイバーグ
レーティングが所望の屈折率を持つように、前記下部電
極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を印加する請
求項１９または請求項２０に記載の光スイッチ。
【請求項２２】前記電圧印加手段は、前記下部電極層と
前記上部電極層との間に、複数の電圧を選択的に印加す
る請求項２１に記載の光スイッチ。
【請求項２３】前記下部電極層、前記圧電体層および上
部電極層は筒型をしている請求項１９〜２２のいずれか
に記載の光スイッチ。
【請求項２４】半導体レーザ素子と、コア部の一端が前記半導体レーザ素子に指向された光フ
ァイバと、前記光ファイバに組み込まれた光素子とを有し、前記光素子は、光ファイバ内に形成されたファイバーグレーティング
と、前記ファイバーグレーティングを囲むように設けられた
下部電極層と、前記下部電極を囲むように設けられた圧電体層と、前記圧電体層を囲むように設けられた上部電極層と、前記下部電極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を
印加する電圧印加手段とを有するレーザ装置。
【請求項２５】前記半導体レーザ素子は、高反射面と、
当該高反射面と対向して位置する低反射面とを有し、前記光フィイバは、前記半導体レーザ素子の低反射面に
指向されており、前記半導体レーザ素子の高反射面と、前記ファイバーグ
レーティングとで外部発振器が構成される請求項２４に
記載のレーザ装置。
【請求項２６】前記電圧印加手段は、前記ファイバーグ
レーティングが所望の屈折率を持つように、前記下部電
極層と前記上部電極層との間に所定の電圧を印加する請
求項２４または２５に記載のレーザ装置。
【請求項２７】前記電圧印加手段は、前記下部電極層と
前記上部電極層との間に、複数の電圧を選択的に印加す
る請求項２４〜２６のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項２８】前記下部電極層、前記圧電体層および上
部電極層は筒型をしている請求項２４〜２７のいずれか
に記載のレーザ装置。