JPS6138907A - フアイバ光学フイルタ - 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】 発明の背景 この発明は一般的には、光学導波信号プロセッサの分野
に関し、より特定的には、信号をフィルタするファイバ
光学装置に関する。

データ処理の応用が益々複雑化するにつれて、より速い
データ処理速度に対する必要性が増大している。たとえ
ば、ロボットの視覚としてのＴＶカメラからのイメージ
を処理するコンピュータシステムにおいて、処理されな
ければならない美大な母の情報が発生する。この美大な
量の情報は、通常のコンピュータを圧倒し、受入れ難い
処理時間をもたらしている。

そのような信号処理の速度を増大する１つの方法は、コ
ンピュータに対するパイプライン構造を通じてなされる
。パイプライン化はハードウェアの構成、すなわちより
高い性能を実説するようにアレイの中にリンクされた複
数のプロセッサを含む、コンピュータのための構成であ
る。これは、複雑で、時間を消費する機能を分解して、
一連のより簡単な、より短いオペレーションにすること
によって実行され、オペレーションの各々は、異なるプ
ロセッサによる異なるデータのセット上の同時計算を伴
なうアセンブリラインの態様で実行され得る。性能に関
する改善は、同時にビジー（ｂｕｓＶ）に保たれてタス
クの一部を実行するアレイ内のパイプラインプロセッサ
の数に正比例している。パイプライン化は、アレイプロ
セッサを用いることができる特定の目的の応用例におい
て最も効果的である。

そのような処理の速度のそれ以上の増大は、任意のシス
テムの伯の信号処理部分とともにパイプライン構造にお
いてファイバ光学システムを使用することによって実現
される。光学装置は、それらの優れた伝播および遅延特
性のために、データ処理速度におけるそのような増大を
達成するために利用される。シングルモードファイバの
低い損失および低い分散は、深刻な減衰または歪を伴な
うことなく、信号を長距離にわたって伝播させることが
できる。

ディジタル信号処理および従来のアナログ信号処理手法
（表面音波装置を用いる手法など）は、それらの有用性
において、１または２　Ｇ　Ｈｚを越える信号帯域幅を
有する応用例に限られるが、それらの手法はより低い周
波数において非常に効果的であるので、シングルモード
ファイバの伝播および遅延特性が特に魅力的である。こ
れらのディジタルおよび従来のアナログ信号処理手法は
、しばしば１０Ｇ　ｌ−Ｉ　Ｚおよびそれ以上の帯域幅
が必要とさる非常に高いデータ速度を必要とする応用例
においては簡単に用いることができない。

広帯域レーダ信号のリアルタイム処理は、高周波帯域幅
を取扱うことができる光学ファイバ装置の利点を用いる
現在の応用例の一例である。他の可能な応用例は、高速
光学通信システムに対するファイバプロセッサの直接イ
ンターフェイスを含んでいる。同様に、ファイバシステ
ムは、ファイバシステムによって処理され得る高いデー
タ速度とマツチするための遅いセンサ出力の時分割多重
化を含む、１つまたはそれ以上のファイバセンサの光学
出力上のリアルタイム処理オペレーションを実行するこ
とができる。いずれの場合にも、電気信号への変換の前
に広帯域光学データを処理する能力は、非常に坦実的な
値であり、多様な状況において応用を見出すことができ
る。

信号がシステムを介して通過するときにデータを計算す
る収縮アレイ（５ｙｓｔｏ＋＋ｃ　ａｒｒａｙ）の概念
が、ネットワーク処理に関する先行技術において提案さ
れている。その゛ような目的のために提案された種々の
光学アレイプロセッサは、先行技術において開示されて
いる。中でも、以下の文献においてプロセッサは開示さ
れている；１９８１年１２月１５日のオプティクスコミ
ュニケーション（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｃｍｍｕｎｉｃａｔｔ
ｏｎｓ）におけるＣａｕｌｆｉｅｌｄｅｔ　ａｌ、によ
る“収縮アレイプロセッサの光学的実施（○ｐＮｃａｌ
　　Ｉ　ｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　　５ｙｓ
ｔｏｌｉｃＡ　ｒｒａｙ　　Ｐ　ｒｏｃｅｓｓｏｒｓ　
）　”　；　１９８２年５月１５日ノ応？″’；　　Ａ
ｐ　ｌ１ｅｄ　　０ｐｔｉｃｓ　）第２１巻第１０号の
ｃ　ａｓａｓｅｎｔによる゛反復光学ベクトルーマトリ
ックスプロセッサにおける音響光学トランスデユーサ（
Ａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃ　７　ｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ
　１ｎＩｔｅｒａｔｉｖｅ　　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｖｅ
ｃｔｏｒ　−Ｍａｔｒｉｘ　Ｐｒ。

ｃｅｓｓｏｒｓ　）　”　：　Ｓ　Ｐ　Ｉ　Ｅ第１７６
巻の導波光学システムおよび装置（Ｑｕｉｄｅｄ　Ｗａ
ｖｅ　Ｑｐｔｉｃａ１３　ｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　　ｏｅ
ＶｉＱｅｓ）のＩＩ　（１９７’９．）の第１７頁ない
し第２７頁のＴａｙ＋ｏｒによる“信号処理のためのフ
ァイバおよび集積光学装置（Ｆ　１ｂｅｒａｎｄ　ｌ　
ｎｔｅｏｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ　ｆｏｒ　　Ｓｉ。

ｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）　”。

これらのシステムの理論および信号処理領域における共
通の問題は、信号のフィルタリングに関する問題である
。特定の応用例に従って、たとえば歪んだ信号を再生し
たりまたは信号および／またはノイズの結合から１つの
信号を抽出するなどの目的のためにフィルタリングが用
いられる。最も簡単に考察すると、フィルタは、入力信
号から望ましくない成分を除去するように機能し、これ
により所望の信号成分のみがフィルタを介して通過させ
られる。はとんどの信号処理領域において、広範囲の複
合周波数応答を提供する能力を有するフィルタを有する
ことが非常に望ましく、これによりフィルタは多くの応
用例のいずれにおいても利用される。

いくつかの異なる光学装置が信号をフィルタするために
用いられている。たとえば、成る装置は、タップ付遅延
ラインのようなトランスバーサルフィルタを備え、その
タップの重量は所望のフィルタリングの選択を実現する
ように調整される。このトランスバーサルフィルタはし
ばしば、非回帰的システムまたは有限持続時間インパル
ス応答・（ＦＩＲ）フィルタと呼ばれている。ＦＩＲフ
ィルタにおいて、それらの入力に与えられたインパルス
信号は、フィルタを介して結局は完全に通過する。これ
らの非回帰フィルタは、システムの伝達関数にゼロのみ
を導入し、それゆえに“全一ゼロ（ａｌｌ−ｚｅｒｏ）
フィルタ″として知られている。

ＦＩＲフィルタの主な欠点は、タップ付遅延ラインであ
るかまたは格子タイプであるかにかかわりなく、鋭いフ
ィルタリングを得るために個々のタップからなるまたは
方向性カプラからなる多くのステージを要求するという
ことである。多くのステージに対するこの必要性は、鋭
いＦＩＲ格子フィルタを製造することを困難にしかつ比
較的高価にしている。さらに、Ｚ−変換手法を用いるこ
の特定のタイプの全−ゼロフィルタの解析は、正の値の
入力信号を用いて、Ｚ−変換平面の楔形の領域における
このフィルタの伝達関数においてゼロを得ることが不可
能であるということを確証し、このＺ−変換平面は、そ
の平面の原点においてその頂点を有し、正の７−軸に関
して対称形である。

さらに、この解析はまた、伝達関数のゼロのすべてが、
負の値の信号がシステムを介してフィルタさせられる場
合にのみＺ−変換平面の右側に制限されるということを
示している。

ＦＩＲタイプのフィルタの１つのタイプは、Ｍａｒｏｍ
に与えられた米国特許第４．１５９，４１８号において
開示されている。この特許は、同一方向に光を伝えかつ
復数の方向性カプラによって交差結合された２つのファ
イバ光学導波管を含むファイバ光学構造を備えた、マツ
チされたフィルタコーディング装置を開示している。フ
ァイバ光学導波管はマルチモードである。この構造は、
マツチされたフィルタ特性を有すると言われていた。

Ｍ　ａｒｏｍの構造は、Ｍ　ａｒｏｍの装置におけるカ
プラ間にフィードバック再循環をもたらさない出力ファ
イバの光の伝播の方向などのような理由によって、この
発明の構造とは異なっている。

ＦＩＲのフィルタに加えて、そのインパルス応答が時間
に関して無限の持続時間を有する他のクラスのフィルタ
が存在する。これらのフィルタは、無限−持続時間イン
パルス応答（Ｉ　ＩＲ）または回帰的フィルタと呼ばれ
ている。一般に、回帰的フィルタは、伝達関数において
極およびゼロ（極−ゼロフィルタ）の双方を導入してい
る。特殊な場合には、回帰的フィルタは、極のみを伝達
関数に導入することができ、この場合゛全−極フィルタ
パという名称が用いられる。ＩＩＲフィルタにおいて、
１つの入力信号はフィードフォワードラインに沿って連
続するカプラに伝播する一方で、他方の信号はフィード
バックワードラインに沿ってフィードフォワードライン
上の先行するカプラに伝播する。したがって、フィード
フォワードライン上の方向性カプラの出力から伝達され
た信号の一部は、全体的なループ遅延時間間隔Ｔの後に
フィードバックワードラインを介して直接連続するカプ
ラから戻るであろう。

ＦＩＲフィルタのように、特定のフィルタ機能は、ファ
イバ間で結合された光信号の量を選択することによって
およびフィルタのステージの各々と関連するループの走
行時間下を選択することによってＩＩＲファイバ光学格
子フィルタから得られる。

ＩＩＲファイバ光学格子フィルタは、少数のステージに
よって極端に鋭い周波数応答を得ることができるなど、
一般的なりラスの非ファイバ光学フ、イルタの長所を示
している。このフィルタの欠点は、フィルタの安定性に
関するその設計の複雑さおよびフィルタの本質的に非線
形の位相応答である。さらに、ＩＩＲファイバ光学格子
フィルタに対する伝達関数の解析は、フィルタが極およ
びゼロの双方を含み、７−変換平面上のそれぞれの位置
が相互依存しているということを確証している。すなわ
ち、このタイプのフィルタに関して特定の入力および出
力が用いられるならば、フィルタの極およびゼロは互い
に独立して調整することができない。代わりに、原点ま
たは無限のいずれかに位置するゼロで全−極伝達関数を
規定するようにフィルタの入力および出力が選択される
ときには、そのゼロの位置のために、フィルタの極はそ
のゼロから独立して調整される。そのような解析はまた
、そのようなファイバ光学格子フィルタが、光の強度が
信号として用いられるという点で正のシステムであるの
で、その極がフィルタにおけるステージの数によって決
定されたＺ−変換平面の特定の領域に限定されるという
ことを示している。

ざらに、伯のフィルタ機能は、格子フィルタであり、こ
れは単にファイバフィルタ構成でありかつここで個々に
描かれるような多数のファイバフィルタ構成をともにＲ
ｈ接続することによって実現される。格子構造は信号処
理オペレーションを実行するのに適した形態であり、そ
れらはモジュール性、一定性、実現の容易さおよび良好
な感度など、他のフィルタの形式に比べていくつかの有
利な特性を有している。格子構造は、格子カプラの結合
係数を変えることによってシステムの伝達関数を調整す
ることができ、したがってフィルタの周波数応答を形成
することができるので、特に望ましい。

上述のようなファイバ光学フィルタは、他方の、対応す
るクラスの非光学フィルタによって共用されない制限を
被る。特に、ファイバ光学格子フィルタは、それらが信
号を伝える媒体として光の強度を用いるので、正のシス
テムを含んでいる。この信号の媒体によって、タップの
負の加重は実現することができない。ざらに、フィルタ
は、減算的よりもむしろ加算的にのみファイバ間で光信
号を転送することができる方向性結合器を用いているの
で、正の値の信号のみがフィルタに与えられかつフィル
タ内で処理される。これらのファイバ光学格子フィルタ
における負の欠如は、それぞれのフィルタのクラスの極
およびゼロが配置されたＺ−変換平面の領域を制限する
。

上述のことを考慮して、先行技術において必要とされて
いるのは、Ｚ−変換平面におけるフィルタの極およびゼ
ロの位置が独立して確立され、したがって与えられたフ
ィルタの応答の範囲および複雑さを増大するファイバ光
学フィルタ構成であるということが明白となった。負の
欠如によって制限されない全体的なフィルタ機能をもた
らすようなフィルタ構成を提供することが改良点となる
であろう。

穴Ｊし１見」Ｌ この発明は、互いに独立して調整される極およびゼロを
有する伝達関数を伴なうプログラム可能なファイバ光学
格子フィルタを含んでいる。このフィルタは、回帰的フ
ァイバ光学フィルタ部分と、前記回帰的ファイバ光学フ
ィルタ部分に接続された非回帰的ファイバ光学フィルタ
部分とによって特徴付けられ、ここで、前記ファイバ部
分の一方は入力信号を受取りかつ第１のフィルタされた
信号を与え、さらに前記フィルタ部分の他方は前記第１
のフィルタされた信号を受取りかつフィルタされた出力
信号を与える。好ましい形態において、フィルタ部分は
それぞれ、独立して調整可能な全極および全ゼロフィル
タである。

この発明は、ファイバに沿った種々の位置に配置された
複数のファイバ光学方向性カプラによって交差結合され
た２つの単一モード光学導波管を備えている。これらの
２つのファイバは、アレイを介して光信号を伝える。各
カブラエは４つのボートを有しており、各ファイバはこ
れらのボートのうちの２つを介して通過する。これらの
カプラは、　　　　　、他方のファイバに結合された各
ファイバ上のパワーの大きさおよび元のファイバに残っ
ているパワーの大きさによってカップを描く結合および
伝達演算子を変えるように調整され得る。

１つのカプラは、演算子τ、ｒ、ｔ、ρによって表わさ
れる。これらの演算子は、各ファイバ上のカプラを介し
て伝達された光の量および各ファイバから他方のファイ
バに交差結合された光の量によって規定される。これら
のカプラ間の７？イバは螺旋状に巻かれて、カプラ間の
変化する遅延を実現する。巻線の方向は、格子フィルタ
の少なくとも１つの非回帰的部分に順方向結合が与えら
れかつフィルタの少なくとも１つの他方の回帰的部分に
逆方向結合が与えられるように変えられる。

したがって、格子フィルタによってより複雑な周波数応
答を与えるために、独立して調整可能な極およびゼロを
有するＲ餅、接続されたフィルタが形成される。特定の
全一通過フィルタの形状は、１次回帰部分を１次非回帰
部分と縦続接続しかつ非回帰的部分からの２つの出力を
逆の極性の２つのフォトダイオードに与え、減衰器によ
ってフ第１へダイオードからのそれぞれの出力電流の絶
対値を調整しかつ前記調整された出力電流を加算するこ
とによって形成される。

この発明のこれらのおよび他の目的および特徴は、添付
図面に関連する以下の説明および特許請求の範囲からよ
り完全に明らかとなるであろう。

ましい実施例の詳細な説明 この発明は図面を参照することによって最もよく理解さ
れ、ここで、同一部分は同一番号で指定されている。

第１（ａ）図は、２−カブラ再循環遅延ラインの構成を
描いている。この遅延ラインは、第１および第２のシン
グルモードファイバ光学導波管２０および２２と、これ
らのファイバの長さに沿って配置されたいくつかのカプ
ラ２４および２６とを含んでいる。特に、ファイバ２２
は、方向性カブラ２４および２６によってそれ自身の上
で閉じられている一方で、ファイバ２０はカプラ２４お
よび２６の間で直接紙びている。したがって、カプラ２
６は、ファイバ２０からの光の成る部分をファイバ２２
を介してカプラ２４に戻すように機能する。したがって
、ファイバ２０の入力×１に与えられた光学信号は、カ
プラ２４および２６の間でループのまわりを繰返し循環
し、再循環している強度の一部を、ファイバ２２の出力
Ｙ、とともにファイバ２０の出力Ｙ２に送る。第１（ｂ
）図を参照すると、もしも光インパルスが第１（ａ）図
の装置の入力×１に与えられるならば、一般に２８で示
されるループ遅延時間差Ｔの等しい時間間隔で配置され
た一連のゆっくりと減少していくパルスを発生すること
によって、システムが応答するということが示されてい
る。

第２（ａ）図は、２つの光学カブラ３４および３６の間
に並列の形状で接続された第１および第２のシングルモ
ードファイバ光学導波管３０および３２を含む非再循環
（フィードフォワード）遅延ラインを描いている。この
形状において、ファイバ３０および３２上のカプラ３４
からの出力はカプラ３６に順方向に与えられ、ここでカ
プラ３４および３６の間に存在する２つのフィードフォ
ワードファイバライン３０および３２の各部の間に存在
する遅延時間差である遅延時間Ｔの後にこれらの出力【
よ再結合される。第２（ｂ）図を参照すると、このフィ
ードフォワード形状のインパルス応答は、一般に３８で
示されるように、遅延時間Ｔの間隔で配置されたちょう
ど２つのパルスを含んでいることが示されている。

第１図のカプラ２４および２６の間、または第２図のカ
プラ３４および３６の間の光学ファイバの長さと、フィ
ルタにおけるカプラの数と【ま、この構成が用いられる
特定の応用例に依存している。

方向性カプラ２４，２６．３４および３６は、Ｂｅｒａ
ｈ、　Ｋ　ｏｔｔｅｒおよびＳ　ｈａｗによって、１９
８０年３月２７日のエレクトロニツクレターズ（Ｅ　１
ｅｃｔｒｏｎｉｃ　’Ｌ　ｅｔｔｅｒｓ）の第１６巻第
７号の゛シングルモードファイバ光学方向性カブラ（Ｓ
　１ｎａｌｅ　Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ　　０ｐｔｉｃ　
　Ｄｉｒｅｃ口ｏｎａｌ　　ｃｏｕｐｌｅｒ）　”にお
いて、および゛ファイバ光学方向性カプラ（Ｆｉｂｅｒ
　　０ｐｔｉｃ　　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　　Ｃｏｕ
ｐｌｅｒ）”と題された欧州特許第００３８０２３号に
おいて開示されており、その詳細は援用されてここに含
まれている。そのようなカプラは、ファイバの間で結合
された光エネルギの大きさが０％から１゜０％まで変化
し得るように調整可能である。

カプラ２４，２６．３４および３６は、線形の、対称的
な装置であり、その光学特性は、演算子ｔ。

ρ、ｒおよびτによって表わされる。第１図および第２
図におりるすべてのカプラの一例としてカプラ２４を参
照すると、上述の４つの演算子は、カプラ２４からの入
力および出力信号の式で定義される。すなわち： Ｌｊｏｗル　−　　ｒ　　ｊ　　　Ｌ　ｖｐ　十　τ　
＋ＲＪＮへ　　　　　・・・　（１）および Ｒｕｐりｊ＋Ｌｕｐ十ρ１Ｒ山−１・・・（２）方程式
（１）および（２）は、カプラにおける損失を無視して
おり、これは通常５％またはそれ以下である。物理的な
意味で、方程式（１）は、どの瞬間においてもボートＢ
における光波の光パワーは、ボートＡに入ってくる波の
光パワーを調整可能な結合演算子ｒ１で乗算した値に、
ボートＤに入ってくる波の光パワーを伝送演算子τで乗
算した値を加え、さらに損失を無視した値に等しいとい
うことを意味している。カプラは対称形であるので、演
算子ρ１はｒｌに等しい。同様に、ボートＣから出てい
く光波の光パワーは、ボートＡに入ってくる光パワーを
伝送演算子ｔ１で乗算した値に、ボートＤに入ってくる
光パワーをフィードバック結合係数ρ、以下の値で乗算
した値を加え、さらに損失を無視した値に等しい。演算
子ｒ、およびｔｌは、エネルギの保存のために、τ１お
よびρ１が関係付けられているのと同様に関連付けられ
ている。すなわち： ｒ　、　＋ｔ　、−約１００％　　　−（３）および ρ１＋τ１−約１００％　　　・・・（４）カプラにお
ける損失のために、誤差は５％以内となるべきである。

カプラに入って（るエネルギは、作り出されることもな
くまたは破壊されることもなく、したがって、各カプラ
に入ってくる同じ大きさのエネルギは、より小さい損失
で、カプラから出ていかなければならない。したがって
、ｒ、およびρ１がファイバ間でより大きなパワーを結
合するように調整されるときに、演算子ｔ。

およびτ、は、ｒ、およびρ、における増加に比例して
減少する。

第３図は、第１図に描かれたタイプの複数の再循環遅延
ラインを縦続接続することによって構成される無限−持
続時間インパルス応答フィルタ（ＩＩＲ）フィルタを描
いている。特に、このＩＩＲフィルタは、１つの光学フ
ァイバフィードフォワードライン４つを含み、その入力
は×１にありかつその出力はＹ２にある。このフィルタ
はまた、１つの光学ファイバフィードバックワードライ
ン５０を含み、その入力は×２にありかつその出力はＹ
、にある。方向性カプラ５１．５２．５３および５４の
各々において、光信号の一部は、フィードフォワードラ
イン４９とフィードバックワードライン５０との間で結
合される。しかしながら、ＩＴＲフィルタ機能を実現す
るために、カプラの出力から伝送された光信号は、連続
する共通のカプラへ並列に同時に伝播しない。むしろ、
一方の信号は、フィードフォワードライン４９に沿って
連続するカプラに伝播する一方で、他方はフィードバッ
クワードライン５０に冶ってフィードフォワードライン
上の先行するカプラに伝播する。したがって、フィード
フォワードライン４つ上の方向性カブラの出力から伝送
された信号の一部は、全体的なループ遅延時間間隔Ｔの
後にフィードバックワードライン５０を介して直接連続
するカプラから戻るであろう。

ファイバ間で結合された光信号の大きさを選択すること
によっておよびフィ、ルタのステージの各々に関連する
ループの走行時間下を選択することによって、１．　Ｉ
　Ｒファイバ光学格子フィルタから特定のフィルタ機能
が得られる。一般に、異なるループ走行時間Ｔは、Ｉｒ
Ｒフィルタのステージの各々と関連している。このＩＩ
Ｒファイバ光学格子フィルタは、少数のステージで極端
に鋭い周波数応答を得ることができるということを含む
、対応するクラスの非光学フィルタの利点を示している
。このフィルタの欠点は、フィルタの安定性に関するそ
の設計の複雑さ、およびフィルタの本質的に非線形の位
相応答である。

第４図は、非回帰的、ＦＩＲファイバ光学格子フィルタ
を描いている。この第４図のフィルタは、第２図に描か
れたタイプの複数の非回帰的遅延ラインを縦純接続する
ことによって構成される。したがって、このＦＩＲフィ
ルタは、それぞれ入力×１および×２から始まり、それ
ぞれ出力Ｙ、およびＹ２で終わる、２つの光学ファイバ
フィードフォワードライン５５および５６を有している
。

このフィルタの入力×１または×２のいずれかに与えら
れた信号の各部は、出力Ｙ、およびＹ２の双方に向って
ファイバ５５および５６を下方に伝播する。複数の方向
性カブラ５７，５８．５９および６０は、ファイバ５５
および５６の間の結合位置を規定づるために設【プられ
ている。これらの方向性カプラの各々において、ファイ
バ上の信号の一部は他方のファイバ内に結合される。フ
ァイバ間で転送された信号の量は、結合演算子ｒ、に依
存しており、この演算子ｒ、は、それぞれのカプラの特
性の関数である。ファイバ５５および５６の間で結合さ
れなかった信号の部分は、第１のファイバ５５を介して
連続するカブラに伝播し続ける。

一般に、各カプラのそれぞれの特性に従って、および２
つの連続するカブラ、すなわちフィルタにおけるステー
ジを結合するファイバの長さの差に従って、第１のカプ
ラの一方の入力に与えられたパルス化された光信号は、
最終的には、２つの連続する光学パルスとして、第２の
カブラの双方の出力から伝送されるであろう。さらに、
これらのパルス間の遅延時間Ｔは、それぞれのファイバ
の長さによって確立される相互カブラ遅延の差によって
決定される。各ファイバ上のパルスの光学的強度の差は
、方向性カブラのそれぞれの特性に依存している。最後
に、特定のフィルタ機能は、各方向性カプラに対するフ
ァイバ間で結合された光信号の量およびフィルタのステ
ージの各々、すなわち方向性カプラの連続する対および
これらを結合する光学ファイバと関連する遅延時間下の
双方を適当に選択することによって得られる。一般に、
異なる置換時間Ｔは、フィルタのステージの各々と関連
している。

第４図のＦＩＲファイバ光学格子フィルタは、タップ付
遅延ライントランスバーサルフィルタと同等なものであ
る。しかしながら、それは、光学信号がフィルタの光学
ファイバ内で加算されてこれによって集光率を増大しか
つフィルタの出力における検出システムを簡略化すると
いう点で、タップ付遅延ラインフィルタに比べて利点を
有している。さらに、類似しているが同一ではないフィ
ルタ機能が、フィルタの出力Ｙ１からはまたはその出力
Ｙ２から伝送された信号のみを用いて得られる。

第３の、類似しているが同一ではないフィルタ機能は、
第４図のＦＩＲファイバ光学格子フィルタのこれらの出
力Ｙ、およびＹ２から伝送された信号間で差の信号を発
生することによって得られる。ＦＩＲフィルタであるの
で、このファイバ光学装置はまた、固有の安定性および
線形位相フィルタを設計させる良好な位相制御という対
応するクラスの非ファイバ光学フィルタの有利な特性を
示している。ＦＩＲフィルタの主な欠点は、タップ付遅
延ラインであるかまたは格子タイプであるかにかかわり
なく、鋭いフィルタリングを得るために個々のタップか
らなるまたは方向性カプラからなる多くのステージを必
要とするということである。多くのステージに対するこ
の必要性は、鋭いＦＩＲ格子フィルタを製造することを
困難にしかつ比較的高価にしている。

゛マトリクスーベクトル乗算およびフィルタリングのた
めの光学導波信号プロセッサ（ＯｐｔｉｃａｌＧｕｉｄ
ｅｄ　Ｗａｖｅ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　
ｆｏｒ　　ＭａｔｒｉＸ　−Ｖｅｃｔｏｒ　ＭＬｌｌｔ
ｉｌｌｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｌ’ｌｄ　Ｆ　１ｌｔｅｒ
ｉｎＱ）″と題された欧州特許第００９９１９３号にお
いて、第３図および第４図に描かれたフィルタに対応す
るフィルタの形状が説明され、かついくつかの特定の信
号処理の応用例におけるそれらの使用が議論されている
。この応用は、援用されてここに含まれている。

格子フィルタは、それが極およびゼロの双方を有する伝
達関数を提供するという点で、トランスバーサルフィル
タよりもより一般的である。対照的に、トランスバーサ
ルフィルタはゼロのみを有している。伝達関数における
ゼロの物理的な意義は、ゼロが、フィルタがブロックし
ようとする入力信号の周波数を表わしているということ
である。

上述のように、伝達関数は、インパルスの入力に対する
システムの応答、すなわち周波数が異なりかつ振幅が同
一である無限に続く正弦波を表わしている。伝達関数は
、出力の振幅対周波数の式でプロットされている。すな
わち、このシステムの伝達関数は、入力波形を構成する
周波数の各々におけるシステムの出力振幅および位相で
ある。

時間領域におけるすべての信号は、異なる振幅の異なる
周波数の正弦波の組合わせとして考えることができるの
で、伝達関数は有用な概念である。

この一連の正弦波は、どのシステムにも与えることがで
き、さらに各周波数の正弦波に対するそのシステムの応
答は、伝達関数から計算され得る。

この出力はその後、伝達関数によって記号化されている
ように各周波数成分におけるシステムの作用によって対
応する入力正弦波とは異なる振幅および位相を有する正
弦波の組合わせから構成されるであろう。これらの出力
正弦波は結合されて、任意の入力信号をシステムに与え
ることによって生じる、ＦＲ間領領域おける出力信号を
獲得することができる。入力正弦波の連続は、入力信号
のフーリエ変換によって表わされる。

上述の導入された構成の応用を説明する前に、これらの
格子構造の数学的解析を行なう方法が議論されるであろ
う。Ｚ−変換は、これらのシステムの解析を簡略化する
都合のよい数学的手法である。これらのシステムは線形
でありかつ時間によって変化しないので、そしてシステ
ムにおける他のどのような関連するデータも基本的な遅
延の整数倍であるように基本的な個別の遅延時間が規定
され得るので、そのような変換の使用は有効である。す
なわち、システムのインパルス応答は、等しい時間間隔
で配置された一連のインパルスを含んでいる。その結果
、これらのシステムの数学的解析は、時間における個々
の瞬間においてのみシステムの信号の値を考えることに
よって簡略化される。入力および出力は別々のサンプル
によって表わされるので、これらのシステムは、サンプ
ルされたデータシステムと呼ばれる。

システムの入力−出力関係は、入力の２−変換に対する
出力のＺ−変換の比である伝達関数によって表わされる
。信号ｆ（ｋ）のＺ−変換Ｆ（Ｚ）　　　　’は、以下
の表現によって定義される。

ここで、ｋは時間の指数であり、これは基本遅延時間の
整数倍であり（ｋ−ｎ７）、ｚは単位時間の前進を表わ
す変換変数である（ｚ−１は、単位時間の遅延を表わす
）。

入力−出力関係はまた、システムの伝達関数によって表
わされ、これは入力の２−変換に対する出力のＺ−変換
の比を含んでいる。システムの伝達関数の°°極″およ
び゛ゼロ″は、周波数選択的フィルタの設計および解析
において非常に重要である。たとえば、一般的に、極に
対応する入力周波数は、ゼロに対応する周波数よりも少
ない減衰でシステムを通過する。伝達関数が０＝ｅ３″
１において評価されるときに、周波数応答が得られる。

このｅ：）ｕ）Ｔは、Ｚ一平面の原点に中心を置く単位
円を描いている。この単位円はまた、システムの安定性
を予測するために重要な役割を果たしている。

安定性を保証するために、システムの伝達関数のすべて
の極は、単位円の内側に存在しなければならない。受動
素子（利得を有していない素子）を組入れたファイバ格
子フィルタは、確実に安定する。さらに、すべてのゼロ
が単位円の内側にあれば、システムは最小位相システム
と呼ばれるのに対し、いずれかのゼロが単位円の外側に
存在すれば、このシステムは非−最小位相システムと呼
ばれる。最小位相フィルタに対して、位相応答と、絶対
値応答の対数とは、ヒルベルト変換の対である。ところ
が、安定した、因果的システムに対して、周波数応答の
実部および虚部は、互いのヒルベルト変換である。

方程式（５）によって規定されたＺ−変換の関係を用い
て、システムの伝達関数、　Ｈ（Ｚ　）に対する以下の
表現は、第１（ａ）図および第２（ａ）図の２−カプラ
遅延ラインに関して展開される。

（ａ　）　　入力としてのＸ、および出力としてのＹ、
を備えた２−カプラ再循環遅延ライン（第１（ａ）図参
照）： ここでａｌおよびａ。は、カプラの強度結合係数であり
、北、はシステムのループ強度透過率である。方程式（
６）が示すように、このシステムにおいで１つのゼロを
有しかつＺ　＝ａＩａ　ｏ　Ｑｚにおいて１つの極を有
している。

（ｂ）　　入力としての×１および出力としてのＹ２と
を備えた２−カプラ再循環遅延ライン（第１（ａ）図参
照）： ここで庭１１は、順方向のファイバラインの強度伝送フ
ァクタである。この場合、システム【ま、原点において
１つの１口を有しており、Ｚ　＝ａ　、　ａｏｌｌにお
いて１つの極を有している。

（Ｃ）　　入力としての×１および出力としてのＹ、を
備えた２−カプラ非再循環遅延ライン（第２（ａ）図参
照）： Ｈｌｌ（Ｚ）　＝　（１−ｂｌ）　（１−ｂｏ）　ｆ１
□＋　ｂ１ｂｏＡ１□Ｚ　　、（９）ここで、ｂ、およ
びす。はカプラの強度結合係数であり、立畜１および見
、２は、２つのノイードフォワードファイバラインにお
ける強度の透過率である。このシステムは、原点におい
て１つの極を有し、かつ において１つのゼロを有している。

原点に配置されたこれらのゼロおよび極は、線形の位相
ファクタを除いて、システムの周波数応答に影響を及ぼ
さないということに注意すべきである。これにより、出
力としてＹ２を備えた２−カプラ再循環遅延ラインは、
１次（１つの極）全−極システムと呼ばれニ一方で、出
力としてＹｌを備えた、２−カプラ非再循環遅延ライン
および２−カプラ再循環遅延ラインゝ、７”？、ｉ　（
１つのゼロ）全一ゼロおよび１次（１つの極）極−ゼロ
システムと呼ばれる。

この発明に関連するすべての構造は、一般に、２つの入
力と２つの出力とを有しており、したがって２対のシス
テムと呼ばれている。伝達マトリクスの公式化に加えて
、これらのシステムは、樅祷接続された２対システムに
適した特徴付け９方法である連鎖マトリクスの公式化に
よって特徴付けられる。伝達マトリクスの公式化は特に
、縦続接続され″たフィードフォワードの２対のシステ
ムの解析に適しており、一方で連鎖マトリクス方法は、
縦線接続されたフィードバックワードの２対のシステム
の解析に最もよ（利用される。この方法は、Ｉ　Ｅ　Ｅ
　Ｅ　　Ｔｒａｎｓ、　Ａｕ旧ＯＥ　Ｉｅｃｔｒｏａｃ
ｏｕｓｔのＡＬＩ−２１巻の３０ないし３６頁（１９７
３年２月）におけるＦ、　Ｋ、　ＭｉｔｒａおよびＲ，
Ｊ。

Ｓ　ｈｅｒｗｏｏｄによる“ディジタル梯子型ネットワ
ーク（Ｄ　１ｏｉｔａｌ　　Ｌ　ａｄｄｅｒ　Ｎｅｔｗ
ｏｒｋｓ　＞　”において詳細に説明されており、これ
は援用されてここに含まれている。

上述の文献に記載された周知の手順を用いることによっ
て、第３図および第４図のフィルタの基本格子部分の連
鎖および伝達マトリクスは、より高次の格子構造の全体
の連鎖および伝達マトリクスを計算するために用いるこ
とができるということに注意すべきである。Ｚ〜変換手
法とともにこの方法を用いて、格子構造の伝達関数に対
する一般的な表現もまた、もしも望むならば、得ること
ができる。

第３図および第４図を再度参照して、そこに描かれたフ
ァイバ光学格子フィルタの２つの物理的実施例が次によ
り詳細に説明される。第３図は、出力ファイバ５０の巻
線の方向による逆方向結合を備えたフィルタのＩＩＲ実
施例を示している。

第４図は、第３図の実施例に比べて、ファイバ５００巻
線の反対方向による順方向の結合を備えたフィルタのＦ
ＩＲ実施例を示している。第３図および第４図において
、出力ファイバ５０および５６は、カプラ５１−５４お
よび５７−６０を介して同一方向に光を伝えるというこ
とが示されている。しかしながら、出力ファイバ５０お
よび５６の巻線の方向は、第３図において、第４図にお
いて出力信号がフィルタから出ていく方向とは反対の方
向に出力信号がフィルタを出ていくようにされている。

特に、第３図の実施例において、カプラ５２において入
力ファイバ４９から出力ファイバ５０に結合されたエネ
ルギはファイバ５０に戻りかつ係数ρ、に比例してカプ
ラ５１の入力ファイバ４９に戻るように結合されている
。カプラ５１から、フィードバックエネルギは、カプラ
５２に向って順方向に伝わり、係数ｒ２に比例して出力
ファイバ５０内に再度結合される。カプラ５２−５４の
各々において出力ファイバ５０内に結合されたエネルギ
についても同様であり、すなわちエネルギは先のカプラ
に戻される。この構造は、成る範囲までその位置におい
てプログラム可能である伝達関数の極またはピークを提
供しているので、この構造は、格子フィルタを作り出す
のに有利に用いることができるフィードバック結合を作
り出している。

プログラム可能な格子フィルタは、利用可能な伝達関数
の数に関して設計者により大きな自由をもたらし、すな
わち伝達関数は特定の応用例に対して適合され得るので
、プログラム可能な格子フィルタは非常に望ましい。第
３図の実施例において、あるクラスの格子フィルタが実
現され得る。

真に普遍的な光学的格子フィルタ構造は、係数ｔ。

τ、ｒおよびρの完全に独立した選択を必要とし、これ
により、カプラを描くこれら４つの演算子のいずれかが
、正または負の、そして１以上または１以下のいずれか
の成る数になるであろう。ここで指定されたタイプの公
知のカプラでは、係数ｔ。

τ、ｒおよびρは独立ではないが、代わりに、これらの
係数は、結合演算子ｒが一旦確立されると互いに関連し
てすべて決定され；すなわち結合演算子ｒがρを確立し
かつエネルギの保存によってもおよびτを確立する。さ
らに、カプラ５０−５４は受動的であるので、カプラに
おいて増幅は利用できない。それゆえに、係数ｒ、ρ、
ｔおよびτのすべては正であり、かつＯと１との間に存
在する。

それにもかかわらず、成る格子フィルタの伝達関数は、
第３図の構造によって実現可能であり、伝達関数におけ
る調整がなされ得る。これらの調整は、カプラ５１−５
４の間で出力ファイバ５０の長さを変えることによって
、およびカプラ５１−５４の間で入力ファイバの長さを
変えることによってなされる。伝達関数におけるそれ以
上の調整は、カプラ５１−５４のいずれかまたＧ、ｔず
べてにおいて結合演算子ｒを調整することによってなさ
れ得る。

カブラ間のファイバ長における散乱および再循環効果は
、第３図のシステムを、レッドヘーフ７（Ｒｅｄｈｅｆ
ｆｅｒ）の散乱の形式によって描かれた物理現象を形成
するために使用させる。一連の平面、２−ウェイの部分
的反射および部分的透過ミラーを介して通過する光のよ
うな物理的システムがレッドへ一ファの形式によって描
かれており、かつ第３図の実施例のフィードバックと類
似している。

第３図の実施例とは対照的に、第４図のフィルタにおい
て、出力ファイバ５６に結合されたエネルギは、次のカ
プラに向って順方向に送られる。

より正確にいうと、第４図において、フィードフォワー
ドエネルギは、入力ファイバ５５から出力ファイバ５６
へ係数ｒ、によってカプラ５７において結合されるとい
うことが示されている。このエネルギは、ファイバ５６
の延長された長さを介して伝わり、さらにボートＤにお
いてカプラ５８に入る。カプラ５８において、エネルギ
は、結合係数ρ２に比例して、入力ファイバ５５に結合
されて戻される。カプラ５９から、このエネルギは出力
ファイバ５６に再結合されて戻される。各結合において
、このエネルギの量は、常に１よりも小さい結合係数に
よって減少される。それゆえに、このエネルギは、各結
合ごとに小さくなり続ける。

第４図の実施例は、カプラの数に等しい数のタップを有
するトランスバーサルフィルタとして用いることができ
る。

トランスバーサルフィルタは先行技術において周知であ
り、光学タップ付遅延ラインはそれらを実現するために
用いられている。たとえば、ＨｏＦ、　Ｔａｙ＋Ｏｒは
、５ＰＩＦの第１７６巻の導波光学システムおよび装　
（Ｑｕｉｄｅｄ　Ｗａｖｅ　０ｐＮｃａｌＳ　ｓｔｅｍ
ｓ　　＆Ｄ　ｅｖｉｃｅｓ）の第１７頁において公表さ
れた゛信号処理のためのファイバおよび集積された光学
装置（Ｆ　１ｂｅｒ　ａｎｄ　　ｌ　ｎｔｅａｒａｔｅ
ｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　Ｆｏｒ　　
５ｉａｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｔｎａ　）”においてフ
ァイバ光学トランスバーサルフィルタについて説明した
。Ｔａｙｌｏｒによって説明されたように、信号処理の
応用において、狭い帯域のフィルタおよびマツチされた
フィルタを実現するためにトランスバーサルフィルタが
用いられているＴａｙｌｏｒのタップ付遅延ライントラ
ンスバーサルフィルタは、異なる長さのファイバ上の個
々の変調器を使用し、単一の光検出器における光学出力
を結合する。個々の変調器はタップの重量を変えかつ個
々のファイバの長さは、タップ間の遅延を決定し、さら
にタップの間隔を決定する。Ｔａｙｌ。

ｒのフィルタは、単一の光検出器を必要とし、この光検
出器は、束にされた個々のファイバのすべての端部に光
学的に結合され、この検出器は必然的に、物理的に大き
な寸法のものになるであろう。

第４図の実施例を利用するトランスバーサルフィルタは
、そのような大きな光検出器を必要としないが、小さな
光検出器は大きな光検出器より速く作動し得るので、す
なわち大きな光検出器よりもより高い周波数において作
動し得るので、有意義な利点を有している。

ＥｌＭａｒａｍは、米国特許第４，１５９．４１８号に
おける光学遅延ラインにおいてマツチされたフィルタを
実現する、第４図の構造に類似した構造を提案した。Ｍ
　ａｒｏｍｃ）構造は、可変方向性カプラを用いず、２
つのマルチモードファイバを使用したが、これらの双方
は同一方向に光信号を伝える。これとは対照的に、第４
図の本件出願人の構成は、カプラ５７−６０の位置にお
いて可変結合を提供し、さらに単一モードファイバを使
用し、これによってマルチモードファイバによって引起
こされる分散効果を除去している。第４図において用い
られる可変カプラは、システムの伝達関数をプログラム
させる。すなわち、伝達関数におけるゼロおよび極は、
カプラの調整を変えることによって、フィルタの周波数
特性を変えるように移動され得る。さらに、カプラ間の
ファイバの長さは、伝達関数を多少変えるように変化さ
れ得る。

伝達関数のそのようなプログラム可能性は、設計者に、
設計におけるより大きな融通性を与える。

第５図ないし第８図を参照すると、カプラ５１−５４；
！３よび５７−６０の実施例の説明が与えられている。

第５図ないし第８図に描かれているように、この発明の
カプラは、長方形のベースまたはブロック６６ａおよび
６６ｂのそれぞれの平坦な、向い合っている表面６４ａ
および６４ｂに形成された、長手方向の弓形の溝６３ａ
および６３ｂに装着されたシングルモードのファイバ光
学材料からなる２つのストランド４５および４６を含ん
でいる。ストランド４５が溝６３ａに装着されたブロッ
ク６６ａは半カブラ７０ａと呼ばれ、ストランド４６が
溝６３ｂに装着されたブロック６６ｂは半カプラ７０ｂ
と呼ばれる。

ストランド４５および４６の各々は、中心のコアと外側
のクラッドとを有するようにドープされた石英ガラスの
商業的に入手可能なファイバを含んでいる。この発明は
、典型的には１０ミクロンまたはそれ以下のオーダのコ
アの直径および１２５ミクロンのオーダのクラッドの直
径を有しているシングルモードファイバの使用に特に有
利であるということが以下に示されるであろう。しかし
ながら、この発明はまた、マルチモードファイバのよう
な、他のタイプのファイバにも用いることができる。開
示された実施例において、シングルモードファイバが利
用されているが、しかしながら、説明を明確にするため
に、ストランド４５および４６の直径と、それぞれのコ
アの直径とは誇張されている。さらに、ここに開示され
たテストの結果は、シングルモードファイバを利用した
カプラに関するものである。

弓状の溝６３ａおよび６３ｂは、ファイバ４５および４
６の直径に比べて非常に大きい曲率の半径を有しており
、かつファイバの直径よりもわずかに大きい幅を有して
おり、ファイバ４５および４６を、そこに装着されたと
きに、溝６３の底面によって規定される経路に適合させ
る。溝６３ａおよび６３１１の深さは、ブロック６６ａ
および６６ｂのそれぞれの中心における最小値からブロ
ック６６ａ、ｔｊよび６６ｔ）のそれぞれのエツジにお
ける最大値まで変化する。これは有利なことに、フアイ
バ光学ストランド４５および４６を、それらが溝４５お
よび４６にそれぞれ装着されたときに、ブロック６６ａ
、６６ｂの中心に向って徐々に集めさせかつブロック６
６ａ　、６６ｂのエツジに向って別れさせ、これによっ
てモードの摂動を介してパワーの損失を引起こすファイ
バ４５および４６の方向におけるどのような鋭い曲がり
または突然の変化をも取除くことができる。第６図に示
された実施例において、溝６３は、その断面が長方形と
して描かれているが、しかしながら、Ｕ字状の断面やＶ
字状の断面など、ファイバを収容することができる他の
適当な断面の輪郭もまた、代わりに用いることができる
ということが理解されるであろう。

示された実施例のブロック６６の中心において、ストラ
ンド４５および４６を装着する溝６３の深さはストラン
ドの直径よりも小さい一方で、ブロック６６のエツジに
おいて、溝の深さは好ましくは、ストランドの直径と少
なくとも同じ大きさである。ファイバ光学材料は、第８
図における７８ｂにおいて示されたストランド４５およ
び４６の各々から除去されて、それぞれ同一の楕円状の
平面７８ａ　、７８ｂを形成し、これらはそれぞれ向い
合った表面６４ａ　、６４ｂと共面である。これらの表
面７８ａ　、７８ｂは、ここではファイバの゛向い合っ
た表面″と呼ばれるであろう。したがって、除去された
ファイバ光学材料の量は、ブロック６６のエツジの０か
らブロックの中心の最大値まで徐々に増大する。このフ
ァイバ光学材料の傾斜した除去は、ファイバを徐々に集
めかつ別れさせることを可能にしており、これは後方反
射および光エネルギの過度の損失を避けるのに有利であ
る。

示された実施例において、半カプラ７０ａおよび７０ｂ
は同一であり、ブロック６６ａおよび６６ｂの向い合っ
た表面６４ａおよび６４ｂを共に配置することによって
組立てられ、これによりストランド４５および４６の表
面７８ａおよび７８ｂは向い合った関係になる。

屈折率整合オイルのような屈折率整合物質（図示せず）
が、向い合った表面６４の間に与えられている。この物
質は、クラッドの屈折率にほぼ等しい屈折率を有してお
り、さらに光学的に平坦な表面６４が共に永続的に固定
されるようになることを防ぐように機能する。このオイ
ルは、毛細管現象によってブロック６６の間に導入され
る。

ストランド４５および４６の接合部に干渉領域７２が形
成され、そこで、光は、エバネセントフィールド結合に
よってストランド間で転送される。

適正なエバネセントフィールド結合を確保するために、
ファイバから除去される材料の量は、ストランド４５お
よび４６のコアの部分の間の間隔が所定の゛臨界ゾーン
′°内になるように注意深く制御されなければならない
ということが見出されている。エバネセントフィールド
はクラッドの中まで延び、それぞれのコアの外側の距離
に従って急速に減少する。した毒って、各々のコアを、
実質的に他方のエバネセントフィールド内に配置させる
のに十分な材料が除去されるべきである。

もしもあまりに少量の材料しか除去されなければ、コア
は、案内されたモードの所望の相互作用をエバネセント
フィールドに引起こさせるのに十分なだけ接近せず、そ
の結果不充分な結合がもたらされるであろう。逆に、も
しもあまりに多量の材料が除去されると、ファイバの伝
播特性が変化し、モードの摂動による光エネルギの損失
をもたらすであろう。しかしながら、ストランド４５お
よび４６のコアの間の間隔が臨界ゾーン内にあるときに
、各ストランドは、他方のストランドからエバネセント
フィールドエネルギの有意義な部分を受取り、エネルギ
の深刻な損失を伴なうことなく、最適の結合が達成され
る。

臨界ゾーンは第９図に概略的に描かれており、参照番号
７３で示された領域を含んでおり、ここで参照番号７４
ａおよび７４ｂによって指定された、ファイバ４５およ
び４６のエバネセントフィールドはそれぞれ、結合を与
えるのに十分な強度で重なり合い、すなわち各コアは他
方のコアの中を伝わる光によって作り出されるエバネセ
ントフィールド内にある。しかしながら、前述のように
。

コアが共に非常に接近させられたときに、モードの摂動
が、領域７３の中で発生する。たとえば、シングルモー
ドファイバにおけるＨＥ＋　＋モード、またはマルチモ
ードファイバにおける高次モードのような、弱く案内さ
れたモードに対して、そのようなモードの摂動は、それ
らのコアを露出するのに充分な材料がファイバから除去
されるときに、発生し始める。したがって、臨界ゾーン
は、エバネセントフィールド７４が十分な強さで重なり
合って実質的にモード摂動によって誘起されたパワーの
損失を伴なうことなく結合を引起こす領域として規定さ
れる。

特定のカプラに対する臨界ゾーンの範囲は、ファイバ自
身のパラメータやカプラの形状など、いくつかの相互に
関連するファクタに依存している。

さらに、ステップ−インデックスプロフィルを有するシ
ングルモードファイバに対して、臨界ゾーンは極めて狭
くなることができる。たとえば、第５図ないし第８図に
示されたタイプのシングルモードファイバカプラにおい
て、第７図に示されたようにカプラの中心におけるスト
ランド４５および４６の間の必要とされる中心−中心の
間隔は典型的には、数個の（たとえば、２７３個の）コ
アの直径以下である。

好ましくは、ストランドは、（１）互いに同一であり、
（２）干渉領域３２において同じ曲率の半径を有してお
り、（３）そこから等しい量のファイバ光学材料が除去
されてそれぞれ向い合った表面７８ａおよび７８ｂを形
成している。したがって、ファイバ４５および４６は、
向い合った表面７８の平面内において、干渉領域７２を
介して対称形であり、これにより向い合った表面７８は
、もしも重ね合わせられると同一の拡がりを持つように
なる。これは、２つのファイバ４５および４６が干渉領
域７２において同一の伝播特性を有し、これによって類
似していない伝播特性と関連する結合の減衰を避けるこ
とができるということを確実にしている。

ブロックまたはベース６６ａおよび６６ｂは、いずれか
の適切な剛体材料で製造される。好ましい一実施例にお
いて、ベースは、はぼ１インチの長さ、１インチの幅、
および０．４インチの厚さの溶融石英ガラスの一般的に
長方形のブロックを備えている。この実施例において、
ファイバ光学ストランド４５および４６は、エポキシ接
着剤のような適切なセメント７９によってスロット６３
に確実に固定される。溶融石英ブロック６６の１つの利
点は、それらがグラスファイバの熱膨張係数に類似した
熱膨張係数を有しているということであり、この利点は
、もしもブロック６６とファイバ４５および４６とが製
造工程において何らかの熱処理を受けるならば特に重要
である。ブロック６６のための他の適切な材料はシリコ
ンであり、これはまたこの応用例に対して優れた熱特性
を有している。

カプラは、第５図においてＡ、Ｂ、ＣおよびＤとして表
示された４つのボートを含んでいる。第５図を斜めから
観察すると、ストランド４５および４６にそれぞれ対応
するボートＡおよびＢは、カプラの左側上にある一方で
、ストランド４５および４６にそれぞれ対応するボート
ＢおよびＣは、カプラの右側上に存在する。議論のため
に、入力光はボートＡに与えられるものと仮定する。こ
の光は、カプラを介して通過し、ストランド４５および
４６の間で結合されたパワーの大きさに従って、ボート
Ｃおよび／またはボートＢに出力される。この点につい
ては、゛正規化され結合されたパワー″という言葉は、
全出力パワーに対する結合されたパワーの比として定義
され、る。

上述の例において、正規化され結合されたパワーは、ボ
ートＢにおけるパワーの、ボートＢおよびＣにおけるパ
□ワー出力の合計に対する比に等しくなるであろう。こ
の比率はまた、゛結合係数″と呼ばれ、そしてそのよう
に用いられるときに、典型的には％で表現される。した
がって、パ正規化され結合されたパワー″という用語が
ここで用いられる場合には、対応する結合係数が正規化
され結合されたパワーの１００倍に等しいということが
理解されるべきである。この点について、第５図に示さ
れたタイプのカプラは１００％に達する結合係数を有し
ているということをテストは示している。しかしながら
、カプラは、０と、１００％のパワー結合の最大値との
間でどのような所望の値にも結合係数を調整するように
、ブロック１６ａおよび１６ｂの向い合った表面を偏ら
せることによって調整され得る。

カプラの調整は、結合係数を変え、さらに結合および伝
送演算子ｒ、ρ、τおよびｔを変化させる。すなわち、
結合係数が低くされたときには、より少ないパワーが第
５図の部分Ａから部分Ｂに結合される。これは、カプラ
が対称形であるのでｒおよびρが減少されかつより少な
いエネルギがファイバから他方の手段に出て行きより大
きなエネルギが元のファイバに残りエネルギの保存によ
ってカプラを介して伝送されるためにｔおよびτが増大
するということを意味している。そのような調整は好ま
しくは、第７図の矢印の方向に、ブロック６６ａおよび
６６ｂを互いに対して横方向に摺動させることによって
実行される。

カプラは、第７図の矢印の方向のように、平面を横方向
に偏らせる方向のファイバの変位に対し敏感である。し
かしながら、カプラは、平面を長手方向に偏らせる変位
、すなわち第７図の矢印に対し垂直でかつ直交する態様
でこの頁から出ていく方向の変位に対してはより敏感で
はない。このカプラは、表面を回転的に偏らせるファイ
バの変位に対しては比較的感度が弱い。ファイバの変位
に対する結合演算子の感度は、ファイバが重ね合わされ
たときのファイバのコアの間隔に依存している。

カプラは高度の指向性を有しており、カプラの一方の側
面に与えらたパワーの実質的にすべては、カプラの他方
の側部に伝えられる。づ−なわち、入力ポートＡに与え
られた光の実質的にすべては、ボートＤに反対向きに結
合することなく、出力ボートＢおよびＣに伝えられる。

同様に、入力ポートＤにあたえられた光の実質的にすべ
ては、出力ボートＢおよびＣに伝えられる。さらに、こ
の指向性は対称的である。したがって、入力ポートＣま
たは入力ポートＢのいずれかに与えられた光は、それぞ
れ出力ボートＤまたはＡに伝えられ、さらにボートＡま
たはボートＤのいずれかに与えられた光は、それぞれボ
ートＢまたはＣのいずれかに限定される。さらに、この
カプラは、光の偏光に関しては本質的に識別的ではなく
、さらにパワーの伝達期間中に結合された光の偏光を保
つ。したがって、たとえば垂直偏光を有する光ビームが
ボートＡに入力されるならば、ボートＡからボートＣに
一直線に通過する光とともにボートＡからボートＢに結
合された光は、垂直に偏光された状態に留まるであろう
。

第１０図ないし第１２図を参照すると、第３図および第
４図に描かれたフィルタを実現するために用いられるフ
ァイバ光学タップ付遅延ラインの構成が示されている。

タップにおいて共に光学的に結合された、第１０図に示
された構造のうちの２つは、以下の議論から明らかとな
るように第３図および第４図のアレイを実現することが
できる。

第１０図において、光源８２から光入力信号が与えられ
る入力端部８０から始まり、出力端部８４で終わる、光
学ファイバ４５の単一のエレメントが用いられている。

光学ファイバ４５は、その中にＶ字形の溝９０ａ−９０
Ｖが形成されたチップ８６のまわりに巻かれている。チ
ップ８６は、溝９０ａ−９０Ｖがその中にフォトリソグ
ラフィ的にエツチングされたシリコンの薄片であり、後
でより詳細に説明されるであろう。チップ上のファイバ
の第１の部分は第１の巻線８６ａと指定され、チップ８
６上に装着されたファイバ４５の第２の部分は８６ｂと
指定される。ファイバセグメント８６ａ−８６ｎの長手
方向の軸に対して垂直な横方向のライン８８において、
タップは、光学ファイバ４５の各回転が横方向のライン
８８においてタップを有するように、構成されている。

チップ８６およびＶ字形の溝の構成と、光学ファイバ４
５がチップ８６のＶ字形の溝に配置される態様とは、″
゛タップ付光学ファイバ遅延ライン（Ｔａｐｐｅｄ　０
ｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅｒ　　Ｄｅｌａｙ　　Ｌｉｎ
ｅ　）　”と題された欧州特許第００８１２９６号にお
いてより詳細に説明されている。半導体産業において知
られている標準的なフォトリソグラフィックエツチング
手法が、チップ８６のＶ字形の溝を形成するために用い
られる。

７字形の溝の構造においては、溝におけるファイバ４５
のファイバセグメントが共面でなければならないので、
それらがすべて幅および深さにおいて同一となるように
高度の正確さが必要とされる。レーザまたは他の化学的
または機械的加工によるなど、そのような基準と適合す
るどのような手法も用いることができる。半導体製造技
術において周知のフォトリソグラフィック手法による化
学エツチングを伴なう１００−配向シリコン（１００ｏ
ｒｉｅｎｔｅｄ　５ｉｌｉｃｏｎ）の使用が満足できる
ということが見出されている。１００−配向のシリコン
は、５４．７４°の角度の壁を備えたＶ字形の溝を作り
出す。

７字形の溝を形成する第１のステップは、７字形の溝に
必要とされる深さによって決定された平坦な溝の幅で、
平坦な溝をフォトリソグラフィックにエツチングするこ
とである。必要とされるＶ字形の溝の深さは、用いられ
るファイバの寸法に依存している。

第１０図を参照すると、光学タップを構成する好ましい
方法は、光学ファイバの表面を湾曲した形状で装着させ
、これにより光学ファイバの平坦な部分が重ねられて平
面を形成しファイバ内を伝わる光のタップを提供するこ
とである。この湾曲した形状をもたらすために、シリコ
ンチップ８６は、湾曲した上部表面を有する石英８７の
ブロック上に装着される。標準的な厚さく０．２５ｍｍ
）および約３ｃｍの長さのシリコンチップは、１２イン
チの半径のまわりで、折れることなく曲げられ得るとい
うことが見出されている。ワックスのような接着物質が
、第１０図に示されるような湾曲した形状で石英ブロッ
ク８７上にシリコンチップ８６を保持するために用いら
れる。次に、光学ファイバ４５はシリコンチップ８５上
に装着される。

光学ファイバ４５がシリコンチップ８５の７字形の溝に
装着され得る以前に、７字形の溝に装着されるべき光学
ファイバ４５の各部は好ましくは、保護ジャケットを除
去させている。ＩＴＴタイプの単一モードファイバは、
プラスチックのジャケットを有しており、このジャケッ
トは、硫酸に浸すことによって除去され得る。プラスデ
ックジャケットの弾性は、重ね合わせ作業における正確
さを妨げるので、それは除去されるべきである。コーニ
ングタイプのファイバは、ラッカージャケットを有して
おり、このジャケットはアセトンに浸すことによって除
去され得る。ラッカージャケットはプラスチックジャケ
ットよりもさらに固いので、その除去は、強制的である
というよりはむしろ選択的である。

シリコンチップ８５のＶ字形の溝におけるファイバ４５
の設置は、第１１図に最もよく示されており、この第１
１図は第１０図のライン１１−１１に沿った断面図を示
している。第１２図は、最初の３つの溝の断面をより詳
細に示している。ファイバの入力端部８０の近くの光学
ファイバの一部分８６ａは、シリコンチップ８５の第２
のＶ字形の溝９０ａ内に装着されている。光学ファイバ
４５を受取るために用いられていないが、整列させる目
的で用いられている第１のＶ字形の溝９０Ｘが存在する
ことに注意すべきである。第１２図に示されているよう
に、７字形の溝９０ａ内にファイバが装着される前に、
接着物質９２がＶ字形の溝９０ａの底部に配置される。

それゆえに、光学ファイバ４５の部分８６ａがＶ字形の
満９０ａ内に配置されかつ光学ファイバ４５の底部がＶ
字形の溝９０ａの側部に達するときに、この部分８６ａ
は接着剤９２によってそこに永続的に保持されるであろ
う。

第１のＶ字形の溝９０ａ内へのファイバ部分８６ａの配
置に続いて、長さＬの光学ファイバが、光学ファイバ４
５のファイバ部分８６ａの中心と第２のファイバ部分８
６ｂの中心との間に残され、これは第２のＶ字形の溝９
０ｂに装着される。この長さ１−は、第１０図において
ファイバ４５のループを形成するファイバの１つとして
示された光学ファイバの長さである。それは、トランス
バーサルフィルタの所望の基本周波数の周期または第１
０図の構成を用いて構成されるべきマトリクス−ベクト
ル乗算器に対する所望のループ遅延に等しい遅延時間を
もたらしている。

光学ファイバ４５はシリコンチップ８６のまわりに巻か
れ、これにより、それぞれの連続する回転ごとに次の連
続するＶ字形の溝に嵌合されかつ接着剤９２によってそ
こに固定されるということが、第１０図ないし第１２図
から理解されるであろう。光学ファイバ４５の最後の部
分８６ｎがシリコンチップの最後の７字形の溝９０ｎ内
に嵌合されたときに、光学ファイバ４５は第１０図に示
されているように端部８４において終了する。

次のステップは、横方向のライン８８において光学ファ
イバ４５の部分８６の上部表面を機械的にラップ仕上げ
することである。接着剤９２によってシリコンチップに
機械的に装着されている光学ファイバ４５の部分８６は
、クラッドの各部をラップ仕上げによって除去させるに
は十分安定している。このラップ仕上げ作業は、クラッ
ド９２の一部を取除いて第８図に示された表面７８ｂに
類似した平面を形成する。光学ファイバのコア９４（第
１２図の９４ａ　−ｃ　）のまわりのクラッド材料９２
（第１２図の９２８−Ｃ）のすべてが除去されるわけで
はないということに注目することが重要である。７字形
の溝におけるファイバセグメント８６の各々のコア９４
とラップ仕上げされた表面９６との間の距離は、それぞ
れのタップにおいてファイバから取除かれるべき光の量
に依存している。少量の光が抽出されているときに、ラ
ップ仕上げされた表面９６は、ファイバセグメント８６
のコア９４から離れているべきである。一定の応用例に
ついては多数のタップを有することが望ましいので、各
タップにおいて少量の光のみが除去され得る。それゆえ
に、ファイバセグメント８６の各々のラップ仕上げされ
た表面９６とコア９４との間で、はぼ５ミクロンおよび
１０ミクロンの間のクラッドが残されるであろう。

第３図および第４図のアレイを実現するために、ライン
８８におけるファイバセグメント８６のラップ仕上げさ
れた部分において光学的に結合された、第１０図に示さ
れるような２つの構造が用いられなければならない。こ
れは、第１３図および第１４図に描かれている。第１３
図は、７字形の溝におけるファイバ４５および４６の巻
数に等しい数のカプラを備えた、第３図または第４図の
いずれかの構造を表わす結合された構造を示している。

第１３図の構造が第３図または第３図の構造のいずれを
表わしているかは、ファイバ４６の巻線の方向に従って
いる。すなわち、もしもファイバ４６が、結合された光
を次の先行するタップに伝えて戻すように、すなわち入
力ファイバ４５における光がそこから来る方向に巻かれ
ているならば、そのときはフィードバックまたはバック
ワード結合が存在し、かつその構造は格子フィルタとし
て機能することができる。もしも巻線の方向が反対であ
れば、トランスバーサルフィルタまたはマツチされたフ
ィルタが実現されるであろう。

第１４図は、第１０図および第１３図におけるライン８
８に対応する、第１３図のライン１４−１４に沿った、
第１３図の構造の断面図を示している。この構造は単に
、その中にＶ字形の溝を備え、共に取付けられた湾曲し
た石英ブロック８７ａおよび８７ｂによって支持された
２つのチップ８６ａおよび８６ｂであり、これによりチ
ップ８６ａにおけるＶ字形の溝９０８−９Ｏｎは、チッ
プ８５ｂにおけるＶ字形の溝９０ａ　−−９０ｎ　−と
予め定められたように整列させられる。チップ８６ａお
よび８６ｂの反対側の端部における整列　　　゛溝１０
０および１００−と、１０２および１０２−とは、整列
ビード１０４および１０６を含んでいる。これらの整列
ビード１０４および１０６と、それらの対応する整列溝
は、固定された基準ポイントを確立し、そのポイントか
らＶ字形の溝９０ａ−９０ｎおよび９０ａ　−−９Ｏｎ
　−の各々は正確に配置され得る。１対のＶ字形の溝に
よって形成された各カプラが他方のカブラの各々と同じ
結合演算子ｒおよびρを有していることが望ましいなら
ば、そのときは、カブラを形成する溝の各々の対は、整
列溝に、対の一方の溝の他方の溝に対する選択された差
の偏り（ｏｆｆｓｅｔ＞を加えた位置から同一距離に配
置されるべぎであり、これにより各ファイバの対は、各
他方の対と同一の相対的な偏りを有する。格子またはト
ランスバーサルフィルタリングのいくつかの応用例にお
いて、このタップの等しい加重は望ましいであろう。

第１３図および第１４図の構造を用いて各タップにおい
て等しくない結合を備えたカブラを形成することもまた
可能である。そのような応用例において、対向する溝の
ファイバ対の各々の相対的な偏りは、向い合ったＶ字状
の溝に対する整列溝への距離に対し、整列溝からの対向
する溝の一方の距離を女えることによって確立され得る
。上述のフォトリソグラフィック作業は、合理的な許容
範囲内に制御され得るので、７字形の溝を偏らせるその
ような方法は、加重されたタップをフィルタに与えるこ
とができる。

もちろん、ブロック８７ａおよび８７ｂを互いに対して
移動させることによって、重量はすべて同時に変えるこ
とができるが、すべてのカブラは、それらのファイバ対
の偏りに同じ大ぎさだけ等しく影響を受けさせるが、こ
れは、元の重量に共通の偏りを加えたものによって決定
される新しい重量をもたらすであろう。結合係数のどの
ような個別的制御も不可能である。一定の応用例に対し
てはもちろん、そのような調整不能なカブラの状況は、
たとえば、伝達関数において固定された極およびゼロの
位置を要求するフィルタなどにおいては満足できるもの
である。アレイにおけるそれぞれのカブラの結合係数の
個別的制御のために、第３図および第４図の実施例が用
いられなければならない。第１３図および第１４図の実
施例の利点は、非常に複雑な伝達関数を実現しかつ多く
の異なるタップの重量によって格子およびトランスバー
サルフィルタの通過および停止帯域を正確に適合させる
多くのカブラが安価に構成され得るということである。

この点で、回帰的および非回帰的ファイバ光学格子フィ
ルタの双方の動作を数学的に表わしかつ解析する方法と
ともに、これらのフィルタの使用の構成および方法が議
論されている。さらに、第１図および第２図に描かれた
２−カブラの再循環および非−再循環ファイバ光学遅延
フィルタを表わす伝達関数が展開されている。

第１図および第２図の遅延フィルタの使用を通じて、第
３図および第４図のファイバー光学格子フィルタは構成
されている。特に第４図の非回帰的ファイバ光学格子フ
ィルタを参照すると、Ｚ−変換手法Ｃ”）　！：：Ｉは
、このフィルタの伝達関数として以下の表現を提供して
るニ ヤ（１□−１）（１ｚ−１）９０．（１−ＺＮｚ−１）
。

ここで、Ｃ１−は、正の値であり、かつ結合係数の関数
であり、さらにＺ、−は伝達関数のゼロである。この伝
達関数は、全一ゼロタイプであり、その極は原点または
無限のいずれかに位置している。

方程式（１１）を実部および虚部に展開することおよび
Ｃ７−が負ではない変数であるという事実を用いること
によって、我々は、正の非回帰的フィルタに対して、角
セクタ１θ１〈π／Ｎの中に伝達関数のどのゼロも存在
することができないという結論を下すことができ、ここ
でθは７一平面における極の角度を表わし、Ｎはシステ
ムの次数を表わしている。この不等性はまた、任意のゼ
ロパターンを実現するために必要であるシステムの最小
次数を評価するために用いることができる。

さらに、そのようなシステムに対して、負の値を許容す
るセクションが組入れられていなければ、すべてのゼロ
が右側の７一平面内に位置するとは限らない。

非回帰的ファイバ格子フィルタの周波数応答は、トラン
スバーサルフィルタ（タップ付遅延ライン）の周波数応
答に類似している。たとえば、双方のカブラの結合係数
が０．５のときの、１次非回帰的ファイバ格子フィルタ
の周波数応答は、第１５図に示されている。このフィル
タは、ωＴ−πの付近の周波数をブロックづ−るノツチ
フィルタとして使用することができ、ここでＴは、２つ
のフィードフォワードファイバライン間の遅延時間の差
である。

これらの非回帰的ファイバ格子フィルタは、前述の格子
構造のすべての特徴に加えて、白石の安定性および良好
な位相制御特性など、非回帰的システムのＪべての有利
な特徴を有している。特に。

ファイバ内で加算が光学的に実行されるという事実は、
ファイバトランスバーサルフィルタに比較してその検出
システムを簡略化し、また集光率を増大している。

トランスバーサルタイプであるかまたは格子タイプであ
るかにかかわりなく、非回帰的フィルタの最も好ましく
ない特徴は、フィルタの次数Ｎが非常に高くなければ、
それらが非常に鋭いフィルタリングを提供することがで
きないということである。より高い次数のフィルタは製
造することが困難でありかつより高価であるので、これ
は望ましくない。

次に、第３図を参照すると、上述の連鎖マトリクス方法
は、×１からＹｌへの伝達関数Ｈ１（Ｚ）が、互いに依
存する極およびゼロの双方を有しているということを示
しでいる。換言すると、極およびゼロは、互いに独立し
て調整することができないということである。一般に、
これは、フィードフォワードライン４９上の出力Ｙ２を
用いて除去することかできない、望ましくない特徴であ
る。

連鎖マトリクスの方法の使用を通じて、×１からＹ２へ
の伝達関数８２（Ｚ）は、全−極伝達関数である。これ
は、すべてのゼロが原点または無限のいずれかに位置し
、これにより、極が独立して調整され得るということを
意味している。それゆえに、フィルタリングの応用例に
対して、全−極フィルタを実現するように出力Ｙ２を用
いることが好ましい。この全−極フィルタの伝達関数は
、一定の比例ファクタの中で、以下のように表現され得
る。

ここでｐｌ　−は、伝達関数の極である。

もしもフィルタの位相応答が重要でなければ、第３図の
ＩＩＲ構成を用いてより良好なフィルタが設計され得る
。極−、ゼロＦＩＲフィルタの極は、周波数応答の絶対
値を成る特定の周波数範囲内において平坦に保つような
方法で配列され、さらにその後周波数応答をゼロに強制
するようにゼロが用いられるので、このことは真実であ
る。その結果、低い次数のＩＩＲフィルタが、極端に鋭
い周波数応答を生じるために用いられる。これはＩＩＲ
の通常の構成の最も有利な特徴である。フィードバック
ループの存在から生じる不利な特徴は、設計の複雑さ、
安定性および非線形位相応答であり、ここでこの構成は
、線形に任意に接近するように等化され得るが、本質的
に、極とゼロとの接近のために、過渡領域において大さ
な位相変化が存在し得る。

第３図および第４図の双方のファイバ光学格子フィルタ
に関する他の制限は、それらが正のシステムであるとい
うことである。すなわち、これらの格子フィルタは、信
号を伝える媒体として光強度を用い、負の信号の値はこ
の媒体においては不可能である。さらに、これらのフィ
ルタは、減算的よりもむしろ加算的にのみファイバ間で
光信号を伝達することができる方向性カプラを用いてい
る。したがって、正の値の信号のみがフィルタに与えら
れかつフィルタ内で処理される。第３図および第４図の
これらのファイバ光学格子フィルタの負の欠如は、それ
ぞれのフィルタのクラスの極およびゼロが配置される２
−変換平面の領域を制限している。

対照的に、ディジタルフィルタリング手法を用いる格子
フィルタは、正および負の双方の値を仮定することがで
きるパラメータを有しており、それゆえに、それらはＺ
一平面のより多くの領域をカバーすることができる。こ
のファイバ光学領域における望ましくない状態は、正の
フィルタ部分を、負の値を許容する部分と結合すること
によって克服される。これらの問題点を克服する前述の
フィルタ構成要素を利用するシステムは、第１５図に関
連して説明される。

第１５図は、第３図のフィルタの構成に対応する、全−
極の、回帰的ファイバ光学格子フィルタを含むフィルタ
部分１００を備える組合わされたフィルタシステムのブ
ロック図を示している。全−極フィルタ１００からの出
力は、縦続接続された形の全−ゼロフィルタ部分１０２
に送られる。

フィルタ部分１０２は、第４図において描かれた全一ゼ
ロ非回帰的ファイバ光学格子フィルタの構成に対応して
いる。フィルタ部分１０２からの出力は、検出システム
１０４に伝送され、このシステム１０４は、出力信号を
検出しかつシステムに負の値を与えるように機能し、以
下により完全に議論されるであろう。

第１５図の縦続接続されたフィルタ構成において、組合
わされたシステムの極およびゼロは、互いに独立して調
整される。その結果、Ｚ一平面における望ましい極−ゼ
ロパターンは、より複雑な周波数応答を実現するために
構成される。

第１５図の縦続接続されたフィルタの部分１００および
１０２のエレメントは、簡単な、１次の、全一通過フィ
ルタを描（第１６図を参照することによってより詳細に
説明されるであろう。特に、部分１００は、第３図のカ
ブラ５１および５２と、関連する光学ファイバ４９およ
び５０との物理的配列に対応する１次の全−極格子フィ
ルタを含んでいる。部分１０２は、第４図のカブラ５７
と、関連する光学ファイバ５５および５６とに対応する
１次の、全一ゼロ格子フィルタを備えている。

第１６図の実施例において、入力信号は、全−極フィル
タ１００のＸ、入力において受取られる。

この部分からの出力は、第３図の全−極フィルタ構成の
Ｙ２出力に対応している。部分１００からの出力は、第
４図のフィルタの×１人力に対応する、全−ゼロフィル
タ部分１０２の入力に接続されている。部分１０２から
のフィルタされた信号は、ライン５５および５６を介し
て出力Ｙ１およびＹ２上に向って外向きに伝送され、こ
れらの出力Ｙ、およびＹ２は減算検出システム１０４に
相互接続され、このシステム１０４は、光学信号を処理
してライン１０６上に電気出力信号を与える。

１０６上の信号は、負の値を含むフィルタされた信号を
有している。

第１６図の部分１００および１０２によって示されたフ
ィルタに対する全体の伝達関数は、２つのサブシステム
の伝達関数の積として与えられる。

したがって、一定の遅延）７クタによって、どのような
数の縦続接続されたフィードフォワードおよびフィード
バックワードステージをも備えた一般的な場合に対する
伝達関数は次のように表わされる： Ｈ（ｚ）　＝Ｈ（ｚ）　ＩＩＨ（ｚ） ｔｏｔａｌ　　　　ａｚ　　　　ａｐ ここでＫは定数であり、７１′はゼロであり、１）＋−
は伝達関数の極である。分子および分母の′多項式の程
度は等しいものと推定される。

第１５図および第１６図によって説明されるフィルタは
、簡単な、１次の、全一通過フィルタである。これは、
フィルタの周波数応答の絶対値が一定であり、極および
ゼロの位置が変わるときに位相応答のみが変化するよう
な、ＩＩＲフィルタの特殊なケースである。フィルタス
テージ１００幻トｒｔ１ｎつのノゝツバＪＩＪフｒＦ、
体は一檜出システム１０４において処理されることなく
、第１７（ａ）図に示されている。

第１７　（ａ　）図を参照すると、より多くなければ全
一ファイバの、全一通過フィルタがこの態様で実現され
得ないということは明白である。これは、インパルス応
答が常に正ではないという事実によるものである。第１
７　（ａ　）図において明白なように、インパルス応答
は原点において正であり、他の時間においてはゼロまた
は負の値である。

既に議論したように、信号を伝える媒体として光の強度
が利用されるので、負の値は可能ではなく、したがって
正の値の信号のみがフィルタに与えられかつフィルタ内
で処理される。

２一平面における極−ゼロの位置に関して、第１７（ａ
）図のインパルス応答は、ｚ＝ｒｅｊθにおけるすべて
の極に対して、（１／ｒ）・ｅｊｏにおいてゼロが存在
しなければならないということを示している。すなわち
、第１７　（ｂ　）図に示されるように、極１１０およ
びゼロ１１２は、簡単な１次の場合については単位円１
１４に関する相互の反射である。それゆえに、１次の全
一通過フィルタに対して、伝達関数は比例ファクタを伴
なって次のように与えられる： ここで、パラメータは前述のように定義される。

上述の伝達間、数から、我々は次の結論を得ることがで
きる。

この式は、固定された極−ゼロ位置に対して一定である
一方で、位相はωの非線形の関数である。

極とゼロとの間の反射状態を克服するために、第１６図
の検出システム１０４は、負の欠如を取り除くために含
まれている。これは、全−ゼロフィルタ部分１０２のＹ
、およびＹ２出力からのそれぞれの出力信号を、それら
の間で異なる信号を発生するレシーバに与えて所望の負
の関数を提供することによって実現される。第１８図は
、検出システム１０４を含む回路の好ましい実施例を描
いている。

第１８図を参照すると、端子Ｙ、からの部分１０２のラ
イン５５上の出力信号は、正のバイアスを有する非反転
フォトダイオード１２０に伝送されることが示されてい
る。フォトダイオード１２０からの電気信号は、ライン
１２２を介して減衰器１２４に伝送され、この減衰器１
２４はライン１２２からの出力電流の絶対値を調整する
ために用いられる。減衰器１２４から、出力信号はライ
ン１２６を介してパワー結合器１２８に伝送される。

端子Ｙ２から伝送されたライン５６上の出力信号は、非
反転フォトダイオード１２０の極性とは反対の極性を有
する反転フォトダイオード１３０によって受取られる。

フォトダイオード１３０からの反転された電気出力信号
は、ライン１３２を介して減衰器１３４に伝送され、こ
こでライン１３２上の出力信号の絶対値が調整される。

減衰器１３４から、出力信号はライン１３６を介してパ
ワー結合器１２８に伝送される。

パワー結合器１２８は、ライン１２６および１３６から
受取られた信号を加算して、その総和を表わす出力信号
を増幅器１３８に与えるように機能する。この出力信号
は増幅器１３８によって増幅されかつ出力ライン１０６
を介して従来の信号プロセッサ（図示せず）またはこの
フィルタが用いられている特定の応用例において必要と
される同様の装置に伝送される。

減衰器１２４および１３４は、パワー結合器において結
合されるべき検出された光強度の比率を設定するために
調整される。この手段によって、負の値の欠如によって
制限されない全体的なフィルタリング機能が得られる。

上述のような全一通過フィルタは、任意の位相またはグ
ループ遅延を等化するために用いることができるので、
実際面では重要である。第１９図は、第１５図および第
１６図の完全に縦続接続されたフィルタシステムの理論
上の周波数応答のグラフとともに、正規化された絶対値
に関して、遅延時間が増大するときのシステムのフィル
タ部分の理論上の周波数応答のグラフを表わしている。

特に、全−極フィルタ部分１００の絶対値の応答が１３
０において示されている一方で、全−ゼロフィルタ部分
１０２の絶対値の応答が１３２において描かれている。

完全な、縦続接続されたシステムの絶対値の応答は１３
４において描かれている。

第２０図はさらに、縦続接続されたシステムおよびその
フィルタ部分の位相応答を描いている。

特に、全−極フィルタ部分１００の応答は１３６におい
て描かれている一方で、全−ゼロフィルタ部分１０２の
応答は１３８において描かれている。

全体的な、縦続接続されたシステムの応答は１４　　　
　　′０において描かれている。

ここに開示された、縦続接続されたフィルタ構成は、負
の値を伴なってまたは負の値を伴なわずに多様なフィル
タリング能力をもたらすために、種々の組合わせにおい
てファイバ光学全一ゼロおよび全−極フィルタ部分を用
いる独自のおよび簡単な手段を提供している。このフィ
ルタの設計は、単により多くのステージを格子に加える
ことによってより高次に直接拡張される。そのような高
次フィルタは、より複雑な周波数応答の設計により高度
の自由をもたらしている。さらに、これらのファイバ光
学格子フィルタにインライン光学増幅器を組入れること
によって、伝播および結合損失に対する補償が提供され
、これによって、特に■ＩＲセクションにおいて非常に
多数のステージを許容している。

したがって、ここに開示された発明は、互いに独立して
調整されるゼロおよび極を有する伝達関数を規定するの
で、複雑なフィルタリングを要求する多くの応用例にお
いて使用することができるファイバ光学格子フィルタを
提供している。さらに、フィルタシステムは、フィルタ
における正および負の双方の値の取扱いを提供しており
、したがって先行技術のファイバ光学フィルタ装置の無
力さを克服して負の値およびより複雑な極−ゼロの図を
含む応用例において機能することができる。

【図面の簡単な説明】

第１（ａ）図は、２−カプラ再循環（フィードバックワ
ード）ファイバ光学遅延ラインを示す概略図である。 第１（ｂ）図は、与えられた光インパルス信号に対する
第１（ａ）図のシステムの応答のグラフを示す図である
。 第２（ａ）図は、２−カプラの非−再循環（フィードフ
ォワード）ファイバ光学遅延ラインを示す概略図である
。 第２（ｂ）図は、与えられた光インパルス信号に対する
第２（ａ）図のシステムの応答のグラフを示す図である
。 第３図は、Ｎ＋１個のカプラとＮ個の遅延エレメントと
を備えたフィードバックワード形状のＮ次ファイバ光学
格子構造を示す概略図である。 第４図は、Ｎ＋１個のカプラとＮ個の遅延エレメントと
を備えたフィードフォワード形状のＮ次ファイバ光学格
子構造を示す概略図である。 第５図は、この発明に用いられる好ましい実施例および
光学カプラの側部断面図である。 第６図は、第５図の断面ライン６−６に沿った、第５図
のカプラの断面図である。 第７図は、第５図の断面ライン７−７に沿った、第５図
のカプラの断面図である。 第８図は、ファイバクラッドの一部がラップ仕上げによ
り取除かれる態様を示す、第５図のカプラの１つのプレ
ートの斜視図である。 第９図は、この発明に用いられる光学カプラにおける結
合の臨界ゾーンを示す図である。 第１０図は、他方のタイプとの組合わせにおいて、第１
図ないし第４図のフィルタにおける個々のカプラの代わ
りに用いられてこれらのフィルタを実現するタップ付遅
延ラインを示す図である。 第１１図は、第１０図におけるライン１１−１１に沿っ
た、第１０図のタップ付遅延ライン構造の断面図である
。 第１２図は、第１１図の最初の３つの溝の断面を拡大し
た図である。 第１３図は、第１図および第２図の構成のいずれかに対
する他の実施例を示す図である。 第１４図は、ライン１４−１４に沿った、光学結合領域
における第１３図の構成の断面図である。 第１５図は、回帰的および非回帰的フィルタ部分を含む
、この発明の縦続接続されたファイバ光学格子フィルタ
の好ましい実施例を示すブロック図である。 第１６図は、この発明の縦続接続された、１次の全一通
過ファイバ光学フィルタの概略図である。 第１７　（ａ　＞図は、第１６図の１次の全一通過フィ
ルタのインパルス応答のグラフを示す図である。 第１７（ｂ）図は、第１６図の１次の全一通過フィルタ
の伝達関数の極−ゼロを示す図である。 第１８図は、この発明に用いられる電子的減算検出シス
テムの好ましい実施例のブロック図である。 第１９図は、回帰的および非回帰的部分のグラフととも
に、この発明の縦続接続されたフ・イルタに対する遅延
によって乗算された周波数に対する、正規化された絶対
値のグラフを示す図である。 第２０図は、回帰的および非回帰的部分のグラフととも
に、この発明の縦続接続されたフィルタに対する遅延に
よって乗算された周波数に対する位相のグラフを示す図
である。 図において、２０．２２．３０．３２はシングルモード
ファイバ光学導波管、２４．２６．３４゜３６は光学カ
プラ、４５．４６はシングルモードファイバ光学材料の
ストランド、４９．５５．５６は光学ファイバフィード
フォワードライン、５０は光学ファイバフィードバック
ワードライン、５１’、５２，５３，５４，５７．５８
．５９．６０は方向性カプラ、６３ａ　、６３ｂは弓状
の溝、６４ａ　、６４ｂは対向する表面、６６ａ　、６
６ｂは長方形ブロック、７０ａ　、７０ｂは半カプラ、
７２は干渉領域を示す。 図面の浄書（内容に変更なし） ェコピでコーーヨシ−１く２７ンノ ー、二Ｃ戸 −で８（−ｔ４ ｊヂヴｈ− ）よｓ−１４− 巖、ｊ９・ −２：一ν Ｎ５−一一 手続補正ｉｔ（方式） 昭和６０年７月２０日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）回帰的ファイバ光学フィルタ部分と、前記回帰的
   ファイバ光学フィルタ部分に接続された非回帰的ファイ
   バ光学フィルタ部分とを備え、前記ファイバ部分の一方
   は入力信号を受取りかつ第１のフィルタされた信号を与
   え、前記フィルタ部分の他方は前記第１のフィルタされ
   た信号を受取りかつフィルタされた出力信号を与える、
   ファイバ光学フィルタ。
2. （２）前記回帰的および非回帰的フィルタ部分は、増大
   したフィルタ応答を与えるように独立して調整可能であ
   る、特許請求の範囲第１項記載のファイバ光学フィルタ
   。
3. （３）どの選択された周波数も実質的に前記ファイバ光
   学フィルタを通過するように前記フィルタされた出力信
   号を処理する検出システムをさらに備えた、特許請求の
   範囲第１項記載のファイバ光学フィルタ。
4. （４）前記ファイバ光学フィルタの他方は、２つのファ
   イバ光学出力導波管上に出力信号として前記フィルタさ
   れた出力信号を与え、前記検出システムは、 前記２つのファイバ光学出力導波管の一方に接続されて
   前記導波管の一方の上の信号に対応する信号を与える第
   １の光センサと、 前記第１の光センサからの信号を調整する第１の減衰器
   と、 前記２つのファイバ光学導波管の他方に接続されて前記
   導波管の他方の上の信号に対応する信号を与える第２の
   光センサと、 前記第２の光センサからの信号を調整する第２の減衰器
   と、 前記第１および第２の減衰器からの調整された信号を結
   合して前記フィルタを介して通過させられる実質的にど
   のような選択された信号の周波数をも表わす範囲内の出
   力信号を与える装置とを含む、特許請求の範囲第３項記
   載のファイバ光学フィルタ。
5. （５）光波に対する光学経路を規定する第１のファイバ
   光学導波管と、 光波に対する他方の光学経路を規定する第２のファイバ
   光学導波管と、 光波に対する光学経路を規定する第３のファイバ光学導
   波管と、 光波に対する他方の光学経路を規定する第４のファイバ
   光学導波管とをさらに備え、 前記回帰的ファイバ光学フィルタ部分は、前記第１の導
   波管上の第１および第２の結合位置において前記第１お
   よび第２の導波管をそれぞれ並置する第１および第２の
   カプラを含み、前記結合位置は、前記第１の導波管の中
   を伝わる光学信号が前記第２の結合位置より先に前記第
   １の結合位置に出会うように配向され、前記第２のカプ
   ラは、前記第２の結合位置において前記第１の導波管か
   ら前記第２の導波管へ光を結合し、前記第１のカプラは
   、前記第１の結合位置において前記第２の導波管から前
   記第１の導波管へ光を結合して前記第２の結合位置から
   前記第１の結合位置へ光学フィードバックをもたらし、 前記非回帰的ファイバ光学フィルタ部分は、前記第３お
   よび第４の導波管上の選択された結合位置において前記
   第３および第４のファイバ光学導波管を並置して前記第
   ３および第４の導波管の間で光を結合する第３のカプラ
   を含む、特許請求の範囲第４項記載のファイバ光学フィ
   ルタ。
6. （６）前記第１、第２、第３および第４のファイバ光学
   導波管は単一モードの光学ファイバである、特許請求の
   範囲第５項記載のファイバ光学フィルタ。
7. （７）前記カプラは、所望の特性の伝達関数を生じるよ
   うに選択された量だけ前記第１および第３の導波管に沿
   って一定間隔を保って配置されている、特許請求の範囲
   第６項記載のファイバ光学フィルタ。
8. （８）前記回帰的フィルタ部分は、全−極フィルタを形
   成しかつ前記非回帰的フィルタ部分は、全−ゼロフィル
   タを形成する、特許請求の範囲第１項記載のファイバ光
   学格子フィルタ。
9. （９）前記全−極フィルタの極および前記全−ゼロフィ
   ルタのゼロは独立して調整される、特許請求の範囲第８
   項記載のファイバ光学格子フィルタ。
10. （１０）どの選択された周波数も実質的に前記ファイバ
    光学格子フィルタを通過するように前記第２のフィルタ
    された出力信号を処理する検出システムをさらに備えた
    、特許請求の範囲第８項記載のファイバ光学格子フィル
    タ。