KR20060015242A - 파장 가변 광 필터 - Google Patents

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KR20060015242A
KR20060015242A KR1020057019881A KR20057019881A KR20060015242A KR 20060015242 A KR20060015242 A KR 20060015242A KR 1020057019881 A KR1020057019881 A KR 1020057019881A KR 20057019881 A KR20057019881 A KR 20057019881A KR 20060015242 A KR20060015242 A KR 20060015242A
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KR
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optical filter
dielectric
crystal
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tunable optical
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KR1020057019881A
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마코토 시모코조노
가즈오 후지우라
세이지 도요다
다다유키 이마이
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니뽄 덴신 덴와 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 관한 파장 가변 광 필터(1)는 입방정 구조를 가지고 2차의 전기 광학 효과를 나타내는 유전체 결정으로 형성되는 광투과성의 유전체 결정부(2)와, 유전체 결정부와 함께 패브리-페롯 에타론을 구성하는 미러부(5, 6)와, 전기 광학 효과를 통하여 해당 에타론의 투과광의 파장을 변화시키기 위하여 유전체 결정부에 전압을 인가하기 위한 전극(3, 4)을 가진다. 이 구성에 의하면, 입방정 구조를 가지고 2차의 전기 광학 효과를 나타내는 유전체 결정을 사용하므로, 고속이면서 저전압으로 동작 가능한 파장 가변 광 필터를 실현할 수 있다.
파장 가변 광 필터, 2차의 전기 광학 효과, 유전체 결정부, 패브리-페롯 에타론, 입방정 구조

Description

파장 가변 광 필터{VARIABLE WAVELENGTH OPTICAL FILTER}
본 발명은 광통신, 광 계측 등에 사용하는 파장 가변 광 필터에 관한 것이다.
현재, 광통신 시스템의 대용량화, 고속화 및 고기능화에 더하여 각 가정에까지 광섬유가 도입되는 등, 액세스계 네트워크에도 광통신이 적용되게 되었다. 향후에도, 네트워크의 고기능성이 요구되고, 파장의 유효 이용이 진전될 것으로 기대되고 있다.
고밀도 파장다중통신(D-WDM: Dense Wavelength Division Multiplexing)에서는, 극히 짧은 파장 간격으로 상이한 복수의 광을 다중화하고, 하나의 도파로로 전송함으로써, 통신 용량의 증대를 도모하고 있다. 송신측에서는, 예를 들면, 0.8nm 라는 극히 짧은 간격으로 파장이 상이한 복수의 광이 수십 nm정도의 범위에 걸쳐서 다중화되고 이에 의해 복수의 신호가 고밀도로 송신된다. 거기에 대응하여 수신측에서는, 이들 복수의 광으로부터 소정의 파장을 가지는 광만을 수신함으로써 필요한 신호를 인출한다. 이와 같이 높은 밀도로 송신되어 오는 신호로부터 특정한 신호만을 양호한 정밀도로 얻기 위해서는, 투과 대역을 충분히 확보하고, 또한 인접 채널과의 크로스토크가 충분히 작은 급격한 스펙트럼을 가지는 광 필터를 이용하지 않으면 안 된다.
또, 이와 같은 광 필터는 파장이 상이한 많은 광이 전송되는 네트워크로부터 원하는 파장을 가지는 광의 보고를 인출하는 경우에 한정되지 않고, 복수의 광을 다중화하는 경우, 특정한 파장을 가지는 광의 송신 상황을 감시하는 경우 등에 있어서도 없어서는 안 된다.
지금까지, 파장 가변 광 필터로서, 회절 격자형 필터, 패브리-페롯 에타론(Fabry-Perot etalon)형 필터, 간섭형 필터, 및 음향 광학형 필터 등이 제안되어 있다. 이들 필터는, 그 원리는 각자 상이하지만, 모두 기계적으로 어느 부분의 길이를 변화시키고, 입사광에 대한 각도를 바꾸며, 온도를 변경함으로써 파장을 바꾸기 때문에, 기본적으로 O.1 ~ 1 msec 영역의 가변 속도가 한계였다. 기계적 변화에 따른 필터는, 예를 들면, Staffan Greek, Ram Gupta, and Klas Hjort, "Mechanical Considerations in the Design of a Micromechanical Tuneable InP-Based VDM Filter", JOURNAL OF MICROELECTROMECHNICAL SYSTEMS, (USA), 1999, VOL. 8, NO. 3, pp. 328 - 334에 기재되어 있다.
그러나 상기와 같은 기술에서는, 차세대 광 네트워크에 요구되는 광 패킷의 애드·드롭 등에 필요한 1 ~ 10 nsec의 동작 속도는 원리적으로 실현할 수 없다는 문제가 있었다.
한편, 유전체 결정 또는 강유전체 결정의 전기 광학 효과를 사용하는 파장 가변 광 필터는, 상기의 문제점을 해결하는 유효한 수단인 것으로 고려되고 있다. 그러나 전기 광학 효과를 사용하는 필터에 있어서는, 그 파장 가변 범위가 굴절률 의 변화량에 비례하기 때문에, 예를 들어 1500nm의 파장에 대하여, 30nm의 파장 가변 대역을 실현하려면, 재료의 굴절률도 30/1500, 즉 2% 변화시킬 필요가 있다. 현재, 전기 광학 효과를 가지는 결정으로서 일반적으로 이용되고 있는 LiNbO3는 최대의 전기 광학 정수에서도 r33 = 31 pm/V이므로, 약 2%의 굴절률 변화를 실현하기 위해 필요한 전계는 3×109V/m으로 되어, 실현 불가능하다. 그러므로 이 굴절률 변화를 실현하려면, 더 큰 전기 광학 효과를 가지는 재료가 필요하다.
이와 같은 사정을 감안하여, 본 발명은 전기 광학 결정에 인가하는 단위 두께 근처의 전압을 크게 하는 일없이 충분한 파장 가변 대역을 확보할 수 있는 파장 가변 광 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명의 목적은 저전압으로 구동 가능하고, 또한 넓은 파장 대역에 걸쳐서 파장을 변화시킬 수 있는 파장 가변 광 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동작 속도가 향상된 파장 가변 광 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극의 면적을 작게 함으로써 정전 용량을 저감할 수 있는 파장 가변 광 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 태양에 관한 파장 가변 광 필터는, 입방정(立方晶) 구조를 가지고, 2차의 전기 광학 효과를 나타내는 유전체 결정으로 형성되는 광투과성의 유전체 결정부와, 상기 유전체 결정부와 함께 패브리-페롯 에타론을 구성하는 미러부와, 상기 전기 광학 효과를 통하여 해당 에타론의 투과광의 파장을 변화시키도록 상기 유전체 결정부에 전압을 인가하기 위한 전극을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2 태양에 관한 파장 가변 광 필터는 상기 전극이 상기 투과광에 대하여 투명한 투명 전극임과 동시에 상기 유전체 결정부에 인접하여 배치되고, 상기 미러부가 유전체 다층막으로 형성되는 유전체 다층막 미러부임과 동시에 해당 전극에 인접하여 배치된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3 태양에 관한 파장 가변 광 필터는, 1 이상의 상기 유전체 결정부와 상기 투명 전극을 더 구비한다. 상기 유전체 결정부와 상기 투명 전극이 교대로 배치되고, 해당 교대 배치에 의해 형성된 다층체를 사이에 두도록 상기 유전체 다층막 미러부가 형성된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제4 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 전극이 금속으로 형성되는 금속 전극임과 동시에 유전체 결정부에 인접하여 배치되고, 또한 상기 미러부를 겸한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제5 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 전극이 상기 투명 전극의 표면에 코팅된 금속 박막을 더 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제6 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 전극이 실질적으로 상기 투과광이 통과하는 부분에만 형성되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제7 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 금속 박막이 실질적으로 상기 투과광이 통과하는 부분에만 형성되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제8 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 전극이 상기 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과 방향과 직교하고 또한 서로 직교하는 2개의 방향으로 전계를 발생시키도록 설치된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제9 태양에 관한 파장 가변 광 필터는, 1 이상의 상기 유전체 결정부를 더 구비한다. 상기 유전체 결정부의 각각에 대하여, 상기 전극이 해당 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과 방향과 직교하고 또한, 서로 직교하는 2개의 방향으로 전계를 발생시키도록 형성되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제10 태양에 관한 파장 가변 광 필터는, 상기 유전체 결정부 각각이 상이한 FSR을 가진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제11 태양에 관한 파장 가변 광 필터는 상기 유전체 결정부의 유전율보다도 유전율이 작은 절연체로부터 형성되는 절연층을 더 구비한다. 상기 절연층은 상기 유전체 결정부를 상기 2개의 방향 중 하나의 방향으로 전계가 생기는 제1 부분과, 다른 방향으로 전계가 생기는 제2 부분으로 분할하도록 삽입되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제12 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 절연체는 TeO2를 주성분으로 하는 유리, SiO2, Al2O3, 또는 폴리머 중 어느 하나 또는 이것들의 복합체이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제13 태양에 관한 파장 가변 광 필터는 상기 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 온도를 관리하기 위한 온도 조정 장치를 더 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제14 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정은 단결정이며, 그 하나의 결정축의 축 방향이 상기 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과방향과 일치한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제15 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정은 다결정이며, 적어도 하나의 결정축의 축 방향이 상기 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과방향과 일치한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제16 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 유전체 결정은, K1 - yLiyTa1 - xNbxO3의 화학 조성을 가진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제17 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 유전체 결정은, KTa1 - xNbxO3에 있어서의 K의 모두, 또는 K1 -yLiyTa1-xNbxO3에 있어서의 K 및 Li의 모두를 Ba, Sr, Ca 중 적어도 하나의 원소로 치환하고, 또한 Ta 및 Nb의 모두를 Ti로 치환한 조성을 가진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제18 태양에 관한 파장 가변 광 필터 있어서는, 상기 유전체 결정은, KTa1 - xNbxO3에 있어서의 K의 모두, 또는 K1-yLiyTa1-xNbxO3에 있어서의 K 및 Li의 모두를 Pb와 La 중 적어도 한쪽의 원소로 치환하고, 또한 Ta 및 Nb의 모두를 Ti와 Zr 중 적어도 한쪽의 원소로 치환한 조성을 가진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제19 태양에 관한 파장 가변 광 필터에 있어서는, 상기 유전체 결정의 조성에 있어서의 제1 조성비로서의 상기 x는 O.1 이상 0.5 이하이며, 상기 유전체 결정의 제2 조성비로서의 상기 y는 0보다 크고 O.1 미만이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제20 태양에 관한 다단 구성 파장 가변 광 필터는, 상기의 파장 가변 광 필터를 복수 포함한다. 각 파장 가변 광 필터는 해당 파장 가변 광 필터로 입사해야 할 광의 진행 방향을 따라 설치된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제21 태양에 관한 다단 구성 파장 가변 광 필터에 있어서는, 각 파장 가변 광 필터의 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 결정축과 직교하는 면과, 상기 광의 진행 방향과 직교하는 면이 2도 이상의 각도로 기울고 있다.
본 발명에서는, 입방정 구조를 가지고 2차의 전기 광학 효과를 나타내는 유전체 결정을 사용하므로, 종래 실현할 수 없었던 고속이면서 저전압으로 구동 가능한 파장 가변 광 필터를 실현할 수 있다.
또, 본 발명의 파장 가변 광 필터는 광대역에서 파장을 고속으로 가변할 수 있으므로, 패킷의 애드·드롭 등의 고기능화가 가능한 동시에, 광 계측용의 고속의 파장 스위퍼로서도 이용 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 파장 가변 광 필터에 의하면, FSR의 상이한 2개 이상의 패브리-페롯 에타론형 필터를 사용함으로써, 결정의 단위 두께에 인가하는 전압을 저감할 수 있고, 따라서 무리가 없는 조건으로 원하는 2차의 전기 광학 효과를 발휘한다.
또한, 전극의 면적을 작게 함으로써 정전 용량을 저감할 수 있다. 또한, 전극에는 체적 저항율이 낮은 금속(예를 들면 은)을 사용함으로써, 10 nsec 정도의 고속 동작을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 파장 가변 광 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 파장 가변 광 필터를 구비한 파장 가변 광 필터 모듈의 개략도이다.
도 3은 도 2의 파장 가변 광 필터 모듈을 포함하는 측정계의 개략도이다.
도 4는 도 1의 파장 가변 광 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 파장 가변 광 필터의 3dB 대역을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 파장 가변 광 필터의 파장 가변 특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 파장 가변 광 필터의 고속 응답 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 파장 가변 광 필터의 구성을 나타낸 도 면이다.
도 9는 도 8의 파장 가변 광 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 관한 파장 가변 광 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 관한 파장 가변 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 파장 가변 필터를 구비한 파장 가변 필터 모듈의 구성도이다.
도 13은 도 12의 파장 가변 필터 모듈을 포함하는 측정계의 개략도이다.
도 14는 도 11의 파장 가변 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 11의 파장 가변 필터의 3dB 대역을 나타낸 도면이다.
도 16은 도 11의 파장 가변 필터의 파장 가변 특성을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 11의 파장 가변 필터의 고속 응답 특성을 나타낸 도면이다.
도 18a는 본 발명의 제7 실시예에 관한 파장 가변 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 18b는 도 18a의 파장 가변 광 필터의 상부의 전극을 나타낸 상면도이다.
도 18c는 도 18a의 파장 가변 광 필터의 하부의 전극을 나타낸 상면도이다.
도 19는 도 18a의 파장 가변 필터의 파장 가변 특성을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 제8 실시예에 관한 파장 가변 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 21은 도 20의 파장 가변 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 제11 내지 제13의 실시예에 관한 다단 구성 파장 가변 광 필터를 구성하는 파장 가변 광 필터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 제11의 실시예에 관한 2단 구성 파장 가변 광 필터를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 제12의 실시예에 관한 3단 구성 파장 가변 광 필터를 나타낸 도면이다.
도 25는, 본 발명의 제13의 실시예에 관한 4단 구성 파장 가변 광 필터를 나타낸 도면이다.
도 26은 제14의 실시예에 관한 2단 구성 파장 가변 광 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 27은 본 발명의 제15의 실시예에 관한 파장 가변 광 필터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 28은 본 발명의 제15의 실시예에 관한 파장 가변 광 필터의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 29는 본 발명의 제15의 실시예에 관한 파장 가변 광 필터를 나타낸 도면이다.
도 30은 본 발명의 제16의 실시예에 관한 2단 구성 파장 가변 광 필터를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 파장 가변 광 필터에 대하여, 실시예를 복수로 나누어, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 그리고 실시예를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 이것에 관한 반복 설명은 생략한다.
(제1 내지 제5 실시예)
제1 내지 제5 실시예를 설명하기 전에, 이들 실시예의 기본 원리에 대하여 설명한다.
제1 내지 제5 실시예는, K1 - yLiyTa1 - xNbxO3(KLTN)의 조성을 가지는 결정 재료로 구성된 패브리-페롯 에타론형 필터를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
KLTN은, 온도의 상승 동시에 정방정(正方晶)으로부터 입방정(立方晶)으로 결정계를 바꾸고, 입방정에 있어서, 큰 2차의 전기 광학 효과를 가진다. 특히, 정방정으로의 상전이온도(相轉移溫度)에 가까운 온도 영역에서는, 비유전률이 발산하는 현상이 일어나, 비유전률의 2승에 비례하는 2차의 전기 광학 효과는 극히 크게 발휘된다.
이 현상은 KTa1 - xNbxO3에도 생긴다. 그러나 KTN의 상전이는 1차의 상전이로 되고, 충분히 높은 비유전률에 도달하기 전에 상전이가 생기고, 높은 효율을 얻는 것이 곤란하다. 또한, 잠열(潛熱)을 수반한 히스테리시스가 있기 위해서 때문에, 온도 관리가 곤란하다는 문제점이 있었다. 즉, 잠열을 수반한 상전이의 경우, 동작 온도가 상전이온도 이하까지 변화해 버리면, 결정 구조가 입방정으로부터 정방 정으로 변화하고, 재차 온도를 동작 온도로 되돌려도 입방정으로 돌아오지 않게 되는 현상(히스테리시스)이 생긴다.
또, 1차의 상전이를 가지는 결정에서는, 이와 같은 히스테리시스에 더하여 상전이를 반복함으로써 결정에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 결정의 엄밀한 온도 관리가 필요하다. 이론적으로는, 동작 온도는 결정의 상전이온도에 한정없이 가까운 것이 바람직하지만, 실용적으로는, 상전이온도로부터 3 ~ 10℃ 높은 온도에 동작 온도를 설정한다.
이와 같은 온도로 설정하는 것은, 펠티어 소자(Peltier device)의 온도 변동(±0.1℃)에 더하여, 온도의 초기설정 때의 오버 슈트(1 ~ 2℃) 등을 고려하기 위해서다. 온도 변동의 영향을 피하기 위해서는, 동작 온도를 상전이온도로부터 멀어지게 할수록 양호하지만, 전기 광학 효과의 효율은(1/(T-Tc))2(T는 동작 온도이며, Tc는 상전이온도이다)에 비례해서 저하되므로, 3℃ 떨어지면 1/9로, 10℃ 떨어지면 1/100로 저하되어 버린다. 따라서, 1차의 상전이를 가지는 결정에서 보이는 것과 같은 현상은, 파장 가변 광 필터의 실용상 큰 문제로 된다. 가능한 한 상전이온도에 가까운 동작 온도를 유지하기 위해서는, 잠열이나 히스테리시스를 수반하지 않는 2차의 상전이를 가지는 재료를 이용할 필요가 있다.
이를 위해, 제1 내지 제5 실시예에 있어서는, KTN의 K의 일부를 Li로 치환한 KLTN를 사용한다. KLTN은, 대략 2차의 가역적인 상전이를 나타내고, 높은 비유전률을 가지므로, 온도 관리가 용이하다는 실용상 큰 개선을 제공할 수 있다.
구체적으로는, 펠티어 소자 등의 초기의 오버 슈트는 고려할 필요는 없고, 이 소자의 온도 변동분의 ±O.1℃만 고려하면 된다. 따라서, 상전이온도로부터 0.2℃ 떼어 놓아두면, 안정적인 동작을 얻을 수 있게 되어, 비유전률의 저하를 무시할 수 있는 만큼 작게 하는 것이 가능해진다.
그 결과, 양호한 효율의 동작이 실현할 수 있고, 파장 가변 광 필터의 파장 가변 대역을 넓게 확보하는데 필요한 굴절률 변화를 비교적 저전압으로 실현되는 것이 가능해진다.
또, 이 2차의 전기 광학 효과를 이용하는 광 디바이스의 동작 온도는, 결정의 입방정으로부터 정방정으로의 상전이온도 근방이 되지만, KLTN 결정은, Ta와 Nb의 조성비를 변화시킴으로써, 상유전성으로부터 강유전성(결정계는, 입방정으로부터 정방정)으로의 상전이온도를 대략 절대 영도로부터 4OO℃까지 변화시키는 것이 가능하다.
그러므로 이 재료를 사용하여 제작한 파장 가변 광 필터의 동작 온도를 실온 부근에 용이하게 설정할 수 있다는 이점도 있다. 더하여, 이 파장 가변 광 필터는, 결정이 입방정으로 되는 영역에서 사용되고, 또, 복굴절이 없고 편파 무의존 동작이 가능하다는 이점도 가진다.
또, 전기 광학 효과를 가지는 패브리-페롯 에타론형 필터인 경우, 파장 가변 대역은 재료의 전기 광학 효과에 의한 굴절률 변화에 의존한다. 즉, 저전압으로 큰 파장 가변 대역을 실현하려면, 큰 전기 광학 효과를 가지는 결정 재료를 사용하는 것이 필수이다. 이 경우, KTN를 시작으로 하는 2차의 전기 광학 결정은, 상기 와 같이 상전이온도 부근에서 큰 전기 광학 효과를 가지고, LiNbO3 등, 1차의 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정으로서 일반적으로 알려진 결정에 비해 충분히 큰 굴절률 변화를 실현할 수 있다. 따라서, 종래의 전기 광학 결정을 사용한 경우보다도, 파장 가변 대역이 넓은 필터를 제작할 수 있다.
그러나 하나의 필터로 실현 가능한 가변 대역은, 통신 파장 대역에서는 50nm 정도가 한계이기 때문에, 대역이 넓은 파장 가변 광 필터가 필요한 경우는, 필터를 다단으로 구성하면 양호하다. 단, 유전체 다층막 미러의 사이의 간격은, 반파장의 정수배가 아니면 안 되며, 그 크기에 따라 광을 투과하는 파장 간격(FSR: Free Spectral Range)이 정해진다. 이 FSR이 상이한 필터를 조합하면, 1개의 필터의 파장 가변폭을 작게 한 채로, 파장 가변 대역이 넓은 파장 가변 광 필터를 실현할 수 있다.
또한, 제1 내지 제5 실시예의 파장 가변 대역은 필터의 유전체 결정 중에 생기는 전계에서 정해지기 때문에, 해당 결정에 인가하는 전압은, 필터에 사용하는 결정의 두께에 의존한다. 작은 파장 가변폭을 얻으려고 하면, FSR을 작게 할 필요가 있고 그 결과 결정이 두껍게 된다. 이것으로는, 필요한 전계는 작아도, 인가 전압을 높고 하지 않으면 안 되어, 전원의 부하의 증대를 초래하는 결과로 된다.
이것에 대하여, 두께의 합계가 원하는 FSR을 얻는데 필요한 값으로 되는 복수의 유전체 결정부를 복수의 투명 전극과 교대로 배치함으로써, 인가 전압을 저감할 수 있다. 즉, 하나의 투명 전극을 통하여 인접하는 2개의 유전체 결정부에 있 어서, 서로 방향이 상이한 전계를 발생시키도록 해당 투명 전극에 전압을 인가할 때, 그 전압은 하나의 유전체 결정부를 가지는 파장 가변 광 필터의 경우에 비하여, 유전체 결정부의 수에서 상기의 필요한 값을 나눈 값으로 저감된다.
또한, 이 파장 가변 광 필터의 동작은 전기 광학 효과에 근거하기 때문에, 원리적으로는 1GHz 이상의 고속 응답이 가능하다.
이상으로부터, 제1 내지 제5 실시예의 파장 가변 광 필터는, 고속 동작, 저구동 전압, 편파 무의존, 광파장 가변 대역이라는, 지금까지의 파장 가변 광 필터에서는 실현할 수 없는, 고기능성을 실현할 수 있다.
다음에, 제1 내지 제5 실시예의 각각에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 실시예는, 어디까지나 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서, 당업자이면, 이들 각 요소 또는 모든 요소를 포함한 각종의 실시예를 채용하는 것이 가능하지만, 이들 실시예도 본 발명의 범위에 포함된다.
(제1 실시예)
제1 실시예에 의한 파장 가변 광 필터의 구성도를 도 1에 나타낸다.
본 실시예에 의한 파장 가변 광 필터(1)의 유전체 결정부(2)는 KLTN 결정으로 형성된다. KLTN은 Li와 Nb의 조성비를 조정함으로써, 상전이온도를 조정할 수 있다.
유전체 결정부(2)를 형성하는 KLTN 결정의 조성은, K0 .97Li0 .03Ta0 .65Nb0 .35O3이며, 상전이온도는 19℃이었다. 본 실시예에서는, Li의 조성비는 0.03이지만, 조성 비가 0.001에서도 2차의 상전이를 얻을 수 있어 0.1까지는, 실용상 적절한 동작 온도 범위에서 입방정을 유지할 수 있다. 따라서, 이 범위이면, 실용상 바람직한 필터를 얻을 수 있다. 특히, 0.01 ~ 0.06의 범위에서는, 결정의 품질이 높고 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다.
또, 상전이온도 19℃에 대하여, 동작 온도는 20℃이며, 20℃에 있어서의 재료의 비유전률은 각각 30000이다.
그리고 상전이온도는 Nb와 Ta의 비에 의해 폭넓은 온도로 설정할 수 있다. 예를 들면, Ta의 조성비가 0.5인 경우는 상전이온도는 100℃이며, 0.9인 경우는 -100℃이다. 따라서, 이 조성 범위에 있으면, 가열·냉각 장치에 의하여, 실용 가능한 필터를 구성할 수 있다. 또한, 펠티어 소자로 온도 제어가 가능한 -20 ~ 80℃의 범위에 상전이를 가지는 결정이 바람직하고, 이 경우는, Ta의 조성비는 0.55 ~ 0.7로 된다. 또한, 펠티어 소자의 소비 전력을 가능한 한 작게 하기 위해서는, 실온 부근의 상전이온도로 설정하는 것이 양호하고, 상전이온도를 10 ~ 40℃에 설정하면, Ta의 조성비는 0.6 ~ 0.67로 된다.
동작 온도와 상전이온도의 관계는, 전술한 바와 같이 그 차가 작을수록, 높은 효율을 얻을 수 있으므로, 가능한 한 일치시키는 것이 바람직하다. 펠티어 소자의 온도 변동 및 전기 광학 효과의 효율의 저하를 1/100까지 허용하면, 0.2℃<(T-Tc)<10℃의 범위를 만족하는 온도로 할 수 있다(여기서, T는 동작 온도, Tc는 상전이온도이다).
도 1을 참조하면, 본 실시예에 있어서의 파장 가변 광 필터(1)는 유리 기판 (7) 상에 형성되어 있고, 유전체 결정으로 형성되는 유전체 결정부(KLTN 결정판)(2)가 ITO(Indium-Tin Oxide) 투명 전극(3 및 4) 사이에 끼이고, 또한 그 외측에 배치한 유전체 다층막 미러(5 및 6)에 패브리-페롯 에타론이 구성되어 있다.
유전체 다층막 미러(5 및 6)는, 일반적인 재료인 SiO2/Nb2O5에 의해 형성되어 있다.
파장 가변 광 필터(1)는 1530 ~ 1570nm의 통신 파장 대역(C 대역)에서의 이용을 상정하고, 무전계에서 153Onm의 파장을 가지는 광을 투과하도록 설계되어 있는 또, 40nm의 가변 대역을 실현하기 위하여, 필터의 FSR도 40nm으로 설정하고 있다. 이 경우, KLTN의 두께는, 약 13㎛로 된다. 투과 대역은, 유전체 다층막 미러(5 및 6)의 반사율에 의해 조정되고 본 실시예에서는 1530nm에 있어서의 반사율이 90%로 되도록, 유전체 다층막 미러(5 및 6)를 설계하고 있다.
본 실시예에서 사용한 KLTN은 전술한 바와 같이 2차의 전기 광학 효과를 가지고 있고, 전계가 인가되었을 때의 굴절률 변화량은,
△n = -1/2 × n0 3 × ε0 2 × εr 2 × g12 × E2 … (1)
로 표현된다. 여기서, △n은 굴절률 변화, no는 전계 인가 전의 굴절률, ε0는 진공의 유전율, εr는 결정의 비유전률, g12는 2차의 전기 광학 정수, E는 인가 전계의 강도이다. 또, KLTN의 전기 광학 정수는, g12 = - 0.0038m4/C2이다. 식 (1)로부터 명백한 바와 같이, 굴절률 변화는 전계 강도의 2승에 비례하게 된다.
도 2에, 도 1의 파장 가변 광 필터를 구비한 파장 가변 광 필터 모듈(10)의 구조를 나타낸다.
파장 가변 광 필터(1)는 배선 패턴이 형성된 기판(15) 상에, 땜납으로 고정되어 있다. 전극(16)은 와이어 본더(wire bonder)에 의해 상자체(casing)(13)에 설치된 상자체 전극(17)에 접속되어 있다.
광섬유(14)로부터 출사된 광(19)은, 콜리메이트 렌즈(12)를 통하여, 파장 가변 광 필터(1)에 입사하고, 파장 가변 광 필터를 투과한 후, 마찬가지로 콜리메이트 렌즈(12)를 통하여 출사 측의 광섬유(18)에 입사한다.
도 3은 도 2의 파장 가변 광 필터 모듈(10)을 포함하는 측정계의 개략도이다.
이 측정계에 있어서는, 먼저, ASE(인코히어런트) 광원(20)으로부터 출사된 광을 파장 가변 광 필터 모듈(10)에 입사시켜, 출사광을 스펙트럼 분석기(21)로 검출한다.
고속 동작 측정을 행할 때는, 펑션 제너레이터(function generator)(22)를 사용하여 발생한 전압을 앰프(23)에 의해 증폭하고, 증폭된 전압을 파장 가변 광 필터 모듈(10) 내의 파장 가변 광 필터(1)(도 2)에 인가하여, 해당 필터(1)로부터의 투과광을 광검출기(Photo Detector: PD)(24)로 검출하고, 오실로스코프(oscilloscope)(25)로 응답 특성을 관측한다.
그리고 유전체 결정부(2)를 형성하는 유전체 결정은, 단결정이어도 다결정이어도 된다. 단결정인 경우에는 그 결정축의 하나가 상기의 광의 투과 방향과 일치 하도록 배치된다. 다결정인 경우에는, 그 결정축 중 적어도 하나가 상기의 광의 투과 방향과 일치하도록 배치된다.
도 4에 파장 가변 광 필터(1)의 광투과 스펙트럼을 나타내고, 또, 도 5에 파장 가변 광 필터(1)의 필터의 투과 대역을 나타낸다.
도 4에 나타낸 바와 같이 투과 대역의 중심 파장은 설계대로 1530nm에 있고, FSR도 40nm인 것을 알 수 있다. 또, 본 실시예에 있어서는, 도 3의 3dB 커플러에 의해 3dB로 규정되는 투과 스펙트럼폭은, 도 5에 나타낸 바와 같이 13.5GHz이었다. 그리고 저지 대역과의 소광비(消光比)는 -40dB 확보된다.
도 6에, 도 1의 파장 가변 광 필터(1)의 파장 가변 특성을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 파장 가변 광 필터(1)에 있어서는, 32V의 전압 인가로 40nm의 파장 변화가 실현되어 있다.
이어서, 이 파장 가변 광 필터(1)의 고속 응답 특성에 대하여 설명한다. 고속 응답 특성은 다음과 같이 측정되었다. 먼저, 파장 가변 광 필터(1)를 2개의 렌즈를 사용한 콜리메이트 광학계 중에 배치한 후, 파이버 결합 가능한 실장을 행하고, 투명 전극으로부터 인출한 메탈 배선을 상자체에 금선으로 접속하고, 도 2에 나타낸 모듈(10)을 제작하였다. 다음에, ASE 광원(20)(도 3)으로부터의 광을 광섬유(14)(도 2)로 도입하고, 이 광섬유(14)의 출사광을 파장 가변 광 필터(1)(중심 투과 파장 1570nm)에 통한 후, 포토디텍터(24)로 수광하였다. 여기서, 펄스 패턴 제너레이터(22)로부터의 1GHz의 직사각형 전압을 앰프로 증폭하고, 32V의 반복 전압을 파장 가변 광 필터(1)의 전극(3, 4)(도 1)에 인가하여, 파장 가변 광 필터(1) 로부터의 출사광의 파장 변화를 오실로스코프(25)로 관찰했다. 그 결과를 도 7에 나타낸다. 도시한 바와 같이, 파장 가변 광 필터(1)로부터의 출사광은 인가 전압에 응답하고 있고 40nm의 파장 변화가 1GHz(가변 시간: 0.6nsec)로 실현되어 있다.
이와 같이, 본 실시예의 파장 가변 광 필터(1)를 이용하면, 30V 정도의 인가 전압으로, 40nm의 파장 변화를 실현할 수 있고, 패킷의 애드·드롭 가능한 고속성을 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.
(제2 실시예)
제2 실시예에 있어서는, 제1 실시예와 대략 동일한 구성으로, 2개의 패브리-페롯 에타론형 필터를 가지는 파장 가변 광 필터를 예시한다.
도 8을 참조하면, 파장 가변 광 필터(26)는 유리 기판(32) 상에, 유전체 다층막 미러(31)와, 투명 전극(33)과, 유전체 결정부(30)와, 투명 전극(34)과, 유전체 다층막 미러(29)와, 투명 전극(35)과, 유전체 결정부(28)와, 투명 전극(36)과, 유전체 다층막 미러(27)가 이 순서로 적층되어 구성되어 있다. 즉, 2개의 유전체 결정부(28, 30)와 4개(2조)의 전극을 가지고 있다. 또, 실질적으로, 유전체 다층막 미러(29)로 직렬(광의 투과 방향을 따라)로 배치된 2개의 에타론형 필터로 구성되어 있다. 각 에타론형 필터는, 무전계시의 투과 스펙트럼의 중심 파장이 모두 1530nm로 되고, FSR이 각각 10nm 및 8nm으로 되도록 설계했다.
도 9에, 파장 가변 광 필터(26)의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 이 도면으로부터, 1530nm에서 1570nm의 사이에 있어서, 저지 대역에 있어서의 소광비 140dB가 실현되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, FSR이 10nm인 필터와 FSR이 8nm인 필터 의 투과 스펙트럼이 중첩이, 그 FSR의 최소 공배수의 간격에서만 나타나고 있는 것에 기인한다. 이 경우, 최소 공배수는 40nm이므로, 사용하는 파장 대역에, 1개의 투과 피크밖에 존재하지 않는다.
상기와 같은 구성에 의하면, FSR(또는 파장 가변폭)이 원하는 파장 가변 대역보다 좁고, 폭넓은 파장 가변 대역을 가지는 파장 가변 광 필터를 얻을 수 있다. 더하여, 각각의 필터의 파장 가변량을 그 FSR로 함으로써, 폭넓은 가변 대역을 실현할 수 있는 것을 의미하고 있다. 이 경우, FSR 10nm의 필터는, 1530, 1540, 1550, 1560, 1570nm에 투과 대역을 가지고, FSR 8nm의 필터는, 1530, 1538, 1546, 1554, 1562, 1570nm에 투과 대역을 가진다.
예를 들면, 1555nm에 투과 대역을 설정하는 경우는, FSR 10nm의 파장 가변 광 필터를 5nm 시프트시키고(1550nm의 투과 대역을 1555nm로 시프트), FSR 8nm의 파장 가변 광 필터를 1nm 시프트(1554nm의 투과 대역을 1555nm에 시프트)시킨다. 이와 같은 패브리-페롯 에타론형의 파장 필터의 투과 파장은,
λ = C (m ×△υ) … (2)
로 표현된다. 여기서, C는 광속, m는 정수, △υ는 필요로 하는 필터의 FSR을 가리킨다.
또, △υ는,
△υ = C / (2nl) … (3)
로 표현된다. 여기서, n은 굴절률, ㅣ은 결정의 두께를 가리킨다.
식 (3)대로, 파장 가변 광 필터에 사용하는 결정의 두께를 변경함으로써, 원 하는 FSR을 가지는 필터를 설계할 수 있다. 상기의 식으로부터, 원하는 파장에 대하여, 몇 번째의 m에 대응하는 투과 대역을 사용하는지를 결정할 수 있다.
이와 같이, 제2 실시예에 따르면, FSR의 상이한 2종류의 필터를 조합함으로써, 폭넓은 파장 가변 대역을 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다. 또, 각 필터의 응답 속도가 제1 실시예에 의한 파장 가변 광 필터(1)와 대략 마찬가지로 0.5nsec이므로, 제2 실시예에 의한 파장 가변 광 필터(26)도 이 속도에 대략 가까운 응답 속도를 가지는 것이 확인되었다.
단, FSR이 작아지게 되는 KLTN 결정의 두께가 두껍게 되므로, 파장 가변폭은 작기는 하지만, 인가하는 전압은 높아진다. 예를 들어, FSR 10nm의 필터로 10nm의 가변폭을 얻으려면, 65V의 전압이 필요하게 된다.
그리고 필터의 3dB 대역은 유전체 다층막 미러의 반사율에 의해 용이하게 제어할 수 있고, 반사율 99%에 의하여, 2GHz의 대역의 필터를 얻을 수 있다.
또, 제2 실시예에서는 유리 기판을 사용하였지만, 의도한 투과 파장 대역에 있어서 투명하면, 어떠한 기판을 사용해도 필터의 특성에 영향은 주지 않는다.
(제3 실시예)
제3 실시예에 있어서는, 제2 실시예와 마찬가지의 FSR을 가지는 필터를 제작하는 것이며, KLTN 결정과 ITO 전극을 적층하고, 필터를 구성하였다. FSR 10nm의 경우, KLTN 결정의 두께는 약 55㎛가 되었다. 이것은 λ/2의 약 200배로 되고, 이 두께를 5분할하여, 각각에 ITO막을 λ/2의 두께로 적층 했다.
도 10은 이 파장 가변 광 필터(37)의 구성을 나타낸 도면이다. 동도면에서 와 같이, 유리 기판(42) 상에, 유전체층 다층막 미러(39 및 41) 사이에 낀, 3개의 투명 전극(40)(플러스극) 및 3개의 투명 전극(43)(마이너스극) 및 5개의 유전체 결정부(38)가 적층된 다층체가 형성되어 있다.
또, 각 전극(40)이 정전위에 유지되도록 전극(40, 43) 사이에 전압이 인가되고 따라서, 전극을 통하여 인접하는 2개의 유전체 결정부(38)에는 서로 방향이 상이한 전계가 생긴다. 이 경우, KLTN의 전기 광학 효과는 전계의 2차에 비례하기 위하여, 굴절률의 변화는 전계의 방향에 의존하지 않는다. 그러므로 이와 같은 전극 구조를 가지는 파장 가변 광 필터라도 효과적으로 기능한다. KLTN를 사용하는 필터의 경우, 파장 가변폭은 FSR에 의존하지 않고, 전계에 의해 결정된다. 이때의 인가 전압은, 이하의 식:
V = E × d/m … (4)
로 표현된다. 식 (4)에 있어서의 V는 인가 전압, E는 소정의 파장 가변량을 얻는데 필요한 전계의 강도, d는 필요한 KLTN 결정의 두께, m은 분할 수를 가리킨다.
식 (4)로부터 알 수 있는 바와 같이, 인가 전압은 분할 수에 반비례하여 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기의 제2 실시예에서 설명한 바와 같이 FSR 10nm의 필터를 10nm 가변하는데 필요한 전압이 65V인 한편, 유전체 결정부를 5분할 함으로써, 필요한 전압을 13V까지 저감할 수 있다. 마찬가지로, 제2 실시예에서의 FSR 8nm의 필터를 5분할 함으로써, 72V의 동작 전압을 14.4V까지 저감할 수 있고 이 방법을 이용하고 적층 수를 증가시킴으로써, 10V 이하의 구동 전압을 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.
그리고 기들의 전극은 3층 이상 적층하는 것이 가능하며, 유전체 결정은 5층 이상 적층할 수 있다. 즉, 적층 수는 임의로 변경 가능하다.
(제4 실시예)
제4 실시예에 있어서는, KLTN 결정을 BaTiO3결정에 치환하여 것을 제외하고, 제1 실시예와 마찬가지의 구성을 가지는 파장 가변 광 필터를 예시한다.
이 실시예에서의 파장 가변 광 필터는, 상전이온도가 109℃이므로 동작 온도가 110℃으로 높지만, 40nm의 파장 변화를 45V의 구동 전압으로 실현할 수 있다. 응답 속도도 제1 실시예와 거의 마찬가지로, 1GHz의 반복에 응답하는 것을 확인했다. 이 유전체 결정을 사용하여 제작된, 전술한 파장 가변 광 필터(26) 및 파장 가변 광 필터(37)와 동일한 구성을 가지는 파장 가변 광 필터에 의하여, 제2 및 제3 실시예에서 설명한 동작 특성과 거의 마찬가지의 동작 특성을 실현할 수 있다.
(제5 실시예)
제5 실시예에 있어서는, 제4 실시예에서의 BaTiO3결정 대신에, Ba0.73Sr0.27TiO3를 사용한 파장 가변 광 필터를 예시한다. 그리고 본 실시예에 있어서 파장 가변 광 필터와 제4 실시예에서의 파장 가변 광 필터와의 차이는 상기의 점뿐이다.
이 경우, 상전이온도는 9℃, 동작 온도는 10℃이며, Ba의 일부를 Sr로 치환함으로써, 동작 온도를 실온 부근에 설정할 수 있다. 그 외의 특성은, 제4 실시예 에서의 특성과 마찬가지이다. 그 외, PLZT(투과성 세라믹스)를 사용해도, 지금까지의 실시예와 거의 마찬가지의 스펙트럼의 가변폭을 얻을 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 내지 제5 실시예에 있어서는, 2차의 전기 광학 효과를 가지는 결정을 사용하므로, 종래에는 실현할 수 없었던 고속·저전압구동·고속파장 가변 광 필터를 실현할 수 있다. 또, 제1 내지 제5 실시예의 형태에 의한 파장 가변 광 필터는, 넓은 대역에 걸치 파장을 고속으로 변화할 수 있으므로, 패킷의 애드·드롭 등의 고기능화가 가능한 동시에, 광계측용의 고속의 파장 스위퍼(sweeper)로서도 사용 가능하다.
(제6 내지 제10 실시예)
다음에, 제6 내지 제10 실시예에 대하여 설명한다. 개개의 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기 전에, 이들 실시예에 관한 파장 가변 광 필터의 기본 원리에 대하여 설명한다.
제6 내지 제10 실시예에 있어서도, 제1 내지 제3 실시예와 마찬가지로, KLTN 결정으로 형성된 유전체 결정부를 가지는 패브리-페롯 에타론형 필터가 이용된다.
이미 말한 바와 같이, LiNbO3에 비해 큰 전기 광학 효과를 가지는 KLTN이라는 결정을 사용함으로써, 의도하는 굴절률 변화를 얻는데 필요한 전계를 대폭 저감할 수 있다. 본 발명자들의 평가 결과에 의하면, KLTN에 의한 파장 가변 광 필터에서는, LiNbO3에 의한 것에 비하여, 전계 강도를 약 1000분의 1로 저감하는 것이 가능해진다. 그러나 이것에서도 항상, 필요한 전계는 2500kV/m 정도이므로, 인가 전압을 또한 저하할 수 있는 구조가 요구되는 경우도 있다. 제6 내지 제10 실시예에 있어서는, 이러한 구조를 가지는 파장 가변 광 필터를 예시한다.
파장 가변 광 필터가, 2차의 전기 광학 효과를 가지는 결정으로 형성되는 유전체 결정부가 투명 전극에 끼이고, 또한 유전체 다층막 미러부에 끼이도록 구성되는 경우, 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과 방향은, 전압 인가에 의해 해당 유전체 결정부에 생기는 전계(외부 전계)의 방향과 일치하고 있다. 그러므로 광의 전계의 방향과 외부 전계의 방향은 직교하는 관계에 있다. 그런데 KLTN 결정은, 굴절률 변화의 이방성을 가지고, 외부 전계에 수직인 방향에서는 전기 광학 정수가 O.O38m4/C2(절대값)이며, 외부 전계에 평행한 방향에서는 전기 광학 정수가O.136m4/C2(절대값)이다. 따라서, 굴절률 변화의 작은 방위가 이용되는 것으로 된다.
이 방위에서는, 전계에 수직 방향의 굴절률 변화는 등방적이기 때문에, 필터의 편파 의존성이 작아지는 이점이 있다. 따라서, 비교적 파장 가변 대역이 작고(5nm 이하), msec 정도의 저속 영역에서 좋은 경우에는, 이 구조는 바람직하다. 그러나 더 폭넓은 파장 가변 대역을 필요로 하는 경우에는, 전술한 바와 같이 높은 전계를 인가하지 안 되므로, 전기 광학 정수의 큰 방위를 이용하는 것이 바람직하다.
그런데 전기 광학 정수의 큰 방위를 이용하는 경우에는, 이하의 문제가 있다. 즉, 전계를 광의 투과 방향과 직교하는 방향으로 인가하는 경우, 굴절률 변화 의 이방성 때문에, 인가 방향으로 평행한 방향의 굴절률은, 수직인 방향의 굴절률의 약 3.8배로 된다.
또한, 굴절률은, 전계 강도의 증대 동시에, 전계와 평행한 방향에 있어서는 감소하는데 대하여, 수직인 방향에 있어서는 증가한다. 따라서, 이 경우는, 편파 의존성을 가지는 필터 밖에 실현할 수 없다.
이 문제를 극복하는 수단으로서, 제6 내지 제10 실시예에서는, 유전체 결정 내에, 광의 투과 방향에 대하여 직교하고, 또한 서로 수직인 2개의 방향으로 전계를 인가하는 구조를 제안한다. 이 구조에 의하면, 전계에 대하여 수직인 방향의 굴절률 변화와 평행한 방향의 굴절률 변화의 가산이 결정 전체에 있어서의 굴절률 변화로 된다. 굴절률 변화의 부호가 반대이므로, 전체적으로의 계수는 0.136 - 0.038 = 0.098로 된다. 따라서, 편파 무의존인 것에 더하여, 광의 투과 방향으로 전계를 인가하는 파장 가변 광 필터(굴절률 변화 O.O38m4/C2)에 비해 약 2.6배 라는 큰 굴절률 변화를 실현할 수 있다.
또한, 전계가 광의 투과 방향으로 인가되는 파장 가변 광 필터의 경우에는, 이하의 문제가 있다. 즉, 유전체 결정부(유전체 결정)의 두께는, 필터로 구해지는 FSR(Free Spectral Range: 파장 간격)에 의해 정해지기 때문에, FSR의 작은 필터를 필요로 하는 경우, 결정이 두꺼워지고, 원하는 전계를 얻기 위해 비교적 큰 전압을 필요로 한다. 그러나 제6 내지 제10 실시예에 의한 파장 가변 광 필터에서는, 전계를 광의 투과 방향으로 수직으로 인가하기 때문에, 원하는 전계를 얻는데 필요한 전압은, 유전체 결정부의 폭에 의존할 뿐이며, 그 두께에는 의존하지 않는다. 따라서, 필터로 구해지는 FSR에 따라 유전체 결정부의 두께를 변화시켜도, 인가 전압을 독립적으로 조정하는 것이 가능해진다.
그리고 이와 같은 2개의 직교 방향의 전계를 결정에 인가하는 경우, 양쪽의 전극이 근접하는 영역에서는, 바람직하지 않은 방향으로 전계가 발생하고, 편파 특성에 영향을 준다는 문제가 발생하는 경우도 있다. 그러므로 제6 내지 제10 실시예에 있어서는, 비유전률의 작은 재료를 사이에 낀 구조를 제안하고 있다. 본 발명에 관한 파장 가변 광 필터는 결정이 가지는 높은 전기 광학 효과를 이용하는 것이며, 높은 전기 광학 효과는 재료의 높은 유전율에 기인하고 있다. 전기력선은 높은 유전율을 가지는 부분을 통과하기 때문에, 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정보다도 유전율이 작은 유전율을 가지는 재료를 삽입함으로써, 서로 직교하는 2개의 전계가 서로 영향을 받는 것이 억제된다.
이상으로부터, 해당 실시예에 예시하는 파장 가변 광 필터는, 저전압으로 동작 가능하고, 또한 광파장 대역으로 파장을 변화시키는 것이 가능한 고기능을 실현할 수 있다.
다음에 제6 내지 제10 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는, 어디까지나 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서, 당업자이면, 이들 각 요소 또는 모든 요소를 포함한 각종의 실시예를 채용하는 것이 가능하지만, 이들 실시예도 본 발명의 범위에 포함된다.
(제6 실시예)
도 11은 제6 실시예에 관한 파장 가변 광 필터(110)의 구성도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 파장 가변 광 필터(110)는 유리 기판(116) 상에 형성되어 있고, 유전체 결정부(112 및 117)(유전체 결정판) 사이에 절연층(113)이 형성되어 있다. 또한, 그 외측에 유전체 다층막 미러(111 및 115)가 배치되어 있다. 이들 구성에 의하여, 패브리-페롯 에타론형의 필터가 구성되어 있다.
또, 유전체 결정부(112)의 측면에는, 서로 대향하는 2개의 전극(118)이 형성되고, 유전체 결정부(1l)7의 측면에는, 서로 대향하는 2개의 전극(114)이 형성되어 있다. 전극(114 및 118)은 금속제이며 증착에 의해 형성된다.
파장 가변 광 필터(110)는 광의 입사 방향으로부터 보면, 한 변의 길이가 50㎛이며, 따라서, 전극(114 및 118) 각각의 간격은 50㎛이다.
전극(114)은 하방의 유전체 결정부(117) 내에, 도 1에 있어서 지면의 좌우방향으로 전계를 생기게 하도록 형성되어 있고, 전극(118)은 지면의 안길이 방향으로 전계가 생기게 하도록 형성되어 있다. 즉, 광의 입사 방향(투과 방향)에 직교하고, 또한 서로 직교하는 2개의 방향으로 전계가 인가된다.
유전체 결정부(112 및 117)는 KLTN 결정으로 형성되고, 그 조성은 K0.97Li0.03Ta0.65Nb0.35O3였다. Li의 조성비는, 본 실시예에서는 0.03이지만, 0.001의 첨가에도 상전이를 2차로 변화시키는 효과가 있고, 0.1까지는 입방정을 유지하고 있고 사용이 가능하다. 특히, 0.01 ~ 0.06의 범위에서는, 결정의 품질이 높고, 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다.
파장 가변 광 필터의 동작 온도는 20℃이며, 20℃에 있어서의 유전체 결정의 비유전률은 30000이었다. 상전이온도는, Nb와 Ta의 조성비를 변경함으로써, 폭넓은 범위로 설정될 수 있다. 예를 들면, Ta의 조성비가 0.5인 경우, 상전이온도는 100℃이며, 0.9인 경우 -100℃이다. 따라서, 이 조성 범위에 있으면, 소정의 냉각·가열 장치에 의하여, 실용 가능한 필터가 구성할 수 있다.
또, 펠티어 소자로 온도 제어가 가능한 -20 ~ 80℃에서의 범위에 상전이를 가지는 결정이 또한 바람직하고, 그 경우는, Ta의 조성비는 0.55 ~ 0.7이다. 또한, 펠티어 소자의 소비 전력을 가능한 한 작게 하는 데는, 상전이온도가 실온 부근인 것으로 하면 바람직하다. 상전이온도를 10 ~ 40℃에 설정하면, Ta의 조성비는 0.6 ~ 0.67로 된다.
전술한 바와 같이, 동작 온도와 상전이온도의 차는, 작은 필터의 효율을 높게 할 수 있으므로, 가능한 한 일치시키는 것이 바람직하다. 펠티어 소자의 온도 변동 및 전기 광학 효과의 효율의 저하를 1/100까지 허용하는 그렇다면, 그 차는 0.2℃ 내지 10℃의 범위(0.2℃<(T-Tc)<10℃)로 된다(여기서, T는 동작 온도, Tc는 상전이온도다).
절연층(113)은 TeO2계 유리로 형성되어 있다. TeO 유리를 사용한 이유는, 굴절률이 KLTN 결정과 대략 동등으로, 조성을 조정함으로써 KLTN와 같은 굴절률이 실현할 수 있고, 계면에서의 광 반사가 억제할 수 있다. 또, 절연층(113)의 두께는 λ/2에 조정되어 있다.
유전체 다층막 미러(111 및 115)는 일반적 재료인 SiO2//Nb2O5로 형성되어 있다.
파장 가변 광 필터(110)는 1530 ~ 1570nm의 통신 파장 대역(C 대역)에서의 이용을 의도하고, 무전계에서 1570nm의 중심 파장을 투과하도록 설계되어 있다. 또, 40nm의 가변 대역을 실현하기 위하여, 필터의 FSR도 40nm에 설정하고 있다. 이 경우, 유전체 결정부(112 및 117)의 두께는, 합계하여 약 13㎛로 된다. 따라서, 유전체 결정부(112 및 117) 각각의 두께는 약 6.5㎛로 되어 있다. 투과 대역은 미러의 반사율로 조정되어 본 실시예에서는, 1570nm에 있어서의 반사율이 90%로 되도록, 유전체 다층막 미러(111 및 115)가 설계되어 있다.
본 실시예에서 사용한 유전체 결정부(112 및 117)(KLTN)는 전술한 바와 같이 2차의 전기 광학 효과를 가지며, 도 1의 구조에 의한 전계의 인가 방향에 대하여, 굴절률 변화량은 하기의 식 (5) 및 식 (6),
△n⊥ = -1/2 × n0 3 × g12 ×ε0 2 × εr 2 × E2 … (5)
△n∥ = -1/2 × n0 3 × g11 ×ε0 2 × εr 2 × E2 … (6)
로 나타낼 수가 있다. 여기서, △n⊥상은 전계에 대하여 수직 방향의 굴절률 변화, △n∥은 전계 방향의 굴절률 변화, n0는 전계 인가 전의 굴절률, ε0는 진공의 유전율, εr는 결정의 비유전률, g11 및 g12 는 2차의 전기 광학 정수, E는 인 가 전계이다. 또, KLTN의 전기 광학 정수는, g11 = O.136m4/C2, g12 = - 0.038m4/C2이다.
식 (5) 및 식 (6)으로부터 명백한 바와 같이, 전계의 인가 방향을 따라서, 굴절률 변화가 상이하고, 광의 진행 방향에 대하여 직교하는 2방향으로 전계를 인가한 경우의 총 굴절률 변화량은, 식 (5) 및 식 (6)의 가산으로 되고,
△n1 = -1/2 × n0 3 × (g11 + g12) ×ε0 2 × εr 2 × E2 … (7)
로 나타낼 수가 있다.
그러므로 광의 진행 방향으로 직교하는 2종류의 편광에 대하여, 굴절률 변화가 동등하게 되어 편파 무의존 동작이 가능하게 된다.
도 12는 도 11의 파장 가변 광 필터(110)를 준비한 파장 가변 광 필터 모듈의 구성도이다.
파장 가변 광 필터(110)는 배선 패턴이 형성된 기판(125) 상에, 땜납으로 고정되어 있고, 전극(126)은 와이어 본더에 의해 상자체(123)에 설치된 상자체 전극(127)에 접속되어 있다.
광섬유(124)로부터 출사된 광(129)은 콜리메이트 렌즈(122)를 통하여 파장 가변 광 필터(11O)에 입사하고, 파장 가변 광 필터를 투과한 후, 마찬가지로 콜리메이트 렌즈(122)를 통하여 출사 측의 광섬유(128)에 입사한다.
도 13은 도 12의 파장 가변 광 필터 모듈(200)을 포함하는 측정계(300)의 개 략도이다. 이 측정계에 있어서는, ASE(인코히어런트) 광원(131)으로부터 출사된 광을 파장 가변 광 필터 모듈(200)에 입사시켜, 출사광을 광 스펙트럼 분석기(132)로 검출한다.
고속 동작 측정을 행할 때는, 펑션 제너레이터(133)를 사용하여 발생한 전압을 앰프(134)에 의해 증폭하고, 증폭된 전압을 파장 가변 광 필터 모듈(200)의 파장 가변 광 필터(110)(도 12)에 인가하여, 해당 필터(110)로부터의 투과광을 광검출기(Photo Detector: PD)(135)로 검출하고, 오실로스코프(136)로 응답 특성을 관측한다.
도 14는 도 11의 파장 가변 광 필터(11O)의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이며, 도 15는 도 11의 파장 가변 광 필터(110)의 3dB 대역을 나타낸 도면이다.
파장 가변 광 필터(110)의 투과 대역의 중심 파장은 설계대로 1570nm에 있고, FSR도 40nm인 것을 알 수 있다. 그리고 본 실시예에 있어서는, 3db 커플러(37)에 의해 3dB로 규정되는 투과 스펙트럼폭은 13.5GHz이다. 또, 저지 대역과의 소광비는 -40dB 확보되어 있다.
도 16은 도 11의 파장 가변 광 필터(110)의 파장 가변 특성을 나타낸 도면이다. 도 116으로부터 알 수 있는 바와 같이, 해당 파장 가변 광 필터(110)는 75V의 전압의 인가에 의하여, 투과역의 파장을 40nm 변화시킬 수 있다.
도 17은 도 11의 파장 가변 광 필터(110)의 고속 응답 특성을 나타낸 도면이다. 고속 응답 특성은 다음과 같이 측정되었다. 먼저, 파장 가변 광 필터(110)가 2개의 렌즈를 사용한 콜리메이트 광학계에 배치된 후, 파이버 결합 가능한 패키지 내에 실장되어 해당 필터의 투명 전극에 접속된 메탈 배선이 상자체에 금선으로 접속되고, 모듈로 조립되었다. 다음에, ASE 광원(131)(도 13)으로부터의 광을, 모듈에 접속된 광섬유를 통해 파장 가변 광 필터에 도입하고, 그 출사광을 1570nm의 밴드 패스 필터를 통한 후, 포토디텍터로 수광하고 이어서, 펄스 패턴 제너레이터(133)로 발생하고, 1GHz의 직사각형 전압을 앰프로 증폭하고, 75V의 반복 전압을 파장 가변 광 필터(11O)의 전극(114, 118)(도 11)에 인가하여, 파장 가변 광 필터(110)로부터의 출사광의 파장 변화를 기록하였다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 출사광은 인가 전압에 응답하고 있고 40nm의 파장 변화가 1GHz(가변 시간: 0.6nsec)로 실현되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서 파장 가변 광 필터(110)를 이용하면, 75V 정도의 인가 전압으로, 40nm의 파장 가변을 실현할 수 있고, 또한 패킷의 애드·드롭 가능한, 고속성을 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.
그리고 절연층(113)으로서 본 실시예에서는 TeO2계 유리를 이용하였지만, SiO2, Al2O3, 폴리머 이것들의 복합체 등의 KLTN보다 비유전률이 낮은 절연 재료를 사용하는 것도 가능하다.
(제7 실시예)
이하, 제7 실시예에 대하여 설명한다. 도 18a는 본 발명의 실시예에 관한 파장 가변 광 필터(180)의 구성을 나타낸 도이며, 도 18b는 도 18a의 전극을 나타낸 상면도이며, 도 18c는 도 18a의 전극을 나타낸 상면도이다.
이 파장 가변 광 필터(180)는 도 18a에 나타낸 바와 같이, 전극의 형상을 제외하여, 제6 실시예에서의 파장 가변 광 필터(110)와 동일한 구성을 가진다. 보다 상세하게는, 파장 가변 광 필터(180)는 유리 기판(186) 상에 배치된 유전체 다층막 미러(185)와, 직사각형의 전극(187)(도 18c 참조)이 배치된 유전체 결정(184)과, 절연층(183)과, 직사각형의 전극(188)(도 18b참조)이 배치된 유전체 결정(182)과, 유전체 다층막 미러(181)를 적층함으로써 구성되어 있다.
전극(187, 188)의 길이 방향의 변은 서로 직교하고 있으므로, 서로 직교하는 둘의 방향으로 전계가 인가되는 것으로 된다. 또, 도 18a에 나타낸 바와 같이, 광의 입사 방향은 미러(181)의 상면에 수직인 방향이며, 상기 2개의 방향으로 인가되는 전계는 또 광의 입사 방향(투과 방향)에 직교한다.
또, 전극(187, 188)은 상기와 같은 구성을 취하기 때문에, 유전체 결정부(182, 184)에 균일하게 전계를 인가할 수 있고, 또, 실장에 필요한 칩 사이즈의 대형화를 방지할 수 있고, 또한 전극 간격을 10㎛까지 축소할 수 있다.
또, 절연층(183)에는, 제6 실시예에서의 파장 가변 광 필터(110)와 마찬가지로 TeO2계 유리가 이용되고 있다.
파장 가변 광 필터(180)의 광투과 특성은 제6 실시예에 의한 파장 가변 광 필터(110)와 같고, 전극의 구조를 변경한 것에 의한 필터 특성의 변화는 볼 수 없다. 이것은 직교하는 2개의 편광 성분에 있어서도 마찬가지이었다.
도 19는 파장 가변 광 필터(8)의 파장 가변 특성을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 있어서는, 파장 가변에 필요한 전계는 제6 실시예와 마찬가지이지만, 전극 간격을 임의로 설정할 수 있고, 또, 실효적으로 인가하는 전압은 전극 간격으로 반비례하여 변화되므로, 전극 간격을 좁게 함으로써 전압을 감소시키는 것이 가능하다. 본 실시예에서는, 동 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 10㎛ 간격의 전극에 15V의 전계를 인가함으로써 40nm의 파장 가변을 실현하고 있다. 또한, 5㎛ 간격의 전극을 사용함으로써, 약 8V 로 40nm의 파장 가변이 실현할 수 있는 것도 확인되었다.
단, 전극 간격을 작게 하면, 유효한 개구 부분의 면적이 작아지므로, 실장의 정밀도가 요구된다. 따라서, 전극 간격을 설정하는데 있어서는, 요구되는 성능에 의하여, 저전압을 실현하는지, 실장의 고정밀도로 폭을 갖게 하는지 선택하는 것이 필요하다.
그리고 절연층(183)으로서, 본 실시예에서는 TeO2계 유리를 사용하였지만, SiO2, Al2O3, 폴리머 이것들의 복합체 등의 KLTN보다도 비유전률이 낮은 절연 재료를 사용해도 필터를 실현할 수 있다.
이상의 제7 실시예에서의 구조를 채용함으로써, 원하는 FSR로부터 독립적으로 전극 간격을 설정할 수 있고 결과로서 저전압 구동 및 광대역에서의 파장 변화가 가능한 파장 가변 광 필터가 실현할 수 있다.
(제8 실시예)
본 실시예에 있어서는, 제7 실시예와 대략 동일한 구성을 가지고 FSR이 각각 10nm와 FSR 8nm인 2개의 파장 가변 광 필터가 유전체 다층막 미러를 통하여, 직렬로 접속된 다단형의 파장 가변 광 필터를 예시한다. 각 파장 가변 광 필터의 무전계시의 투과 스펙트럼의 중심은 1570nmV로 설정했다.
도 20은 다단형의 파장 가변 광 필터(100)의 구성을 나타낸 개략도이다.
파장 가변 광 필터(100)는 유리 기판(211) 상에 배치된 유전체 다층막 미러(209)와, 직사각형의 전극(212)이 배치된 유전체 결정부(208)와, 절연층(207)과, 직사각형의 전극(213)이 배치된 유전체 결정부(206)와, 유전체 다층막 미러(205)와, 직사각형의 전극(214)이 배치된 유전체 결정부(204)와, 절연층(203)과, 직사각형의 전극(215)이 배치된 유전체 결정부(202)와, 유전체 다층막 미러(201)를 적층 함으로써 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시예에 있어서의 파장 가변 광 필터(110)는 제6 실시예에 의한 파장 가변 광 필터(180)를 2개 중첩된 것과 같이 구성되어 있다.
또, 전극(212, 213, 214 및 215)의 길이 방향의 변은 엇갈림으로 직교하고 있으므로, 유전체 결정부(208, 206, 204 및 202)에는, 광의 입사 방향(투과 방향)에 직교하고, 또한 엇갈림으로 두 개의 방향으로 직교하는 전계가 인가되는 것으로 된다.
도 21은 도 20의 파장 가변 광 필터(100)의 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 동 도면으로부터, 1530nm 내지 1570nm의 파장의 사이에 있어서, 저지 대역에 있어서의 소광비 140dB가 실현되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 10nm의 FSR을 가지는 필터와 8nm의 FSR을 가지는 필터의 투과 스펙트럼(피크 파장)은 그 FSR의 최소 공배수의 간격에만 나타나지 않는 것에 기인하고 있다. 본 실시예에서는, 최소 공배수는 40nm이므로, 사용하는 파장 대역에 1개의 투과 피크만 존재하지 않는 것으로 된다.
또, 패브리-페롯 에타론형의 파장 필터의 투과 파장은,
λ = C (m ·△υ) … (8)
로 표현된다. 여기서, C는 광속, m은 정수, △υ는 필요로 하는 필터의 FSR이다.
또, △υ는,
△υ = C / (2nl) … (9)
로 표현된다. 여기서, n은 굴절률, l은 유전체 결정부의 두께이다.
상기의 식으로부터, 파장 가변 광 필터의 유전체 결정부의 두께를 바꾸는 것에 의해 원하는 FSR을 설정하면, 파장 가변 광 필터를 임의로 설계할 수 있고, 이 설계식으로부터, 원하는 파장에 대하여, 몇 번째의 m에 대응하는 투과 대역을 사용하는지를 결정할 수 있다.
이와 같은 구성을 이용하면, FSR(또는 파장 가변폭)이 원하는 파장 가변 대역보다 작은 필터로, 폭넓은 파장 가변 대역을 얻을 수 있다. 종래의 필터 구성에서는, FSR의 상이한 파장 가변 광 필터의 편성에서는, FSR이 작아지면 KLTN 결정의 두께가 두꺼워지므로, 파장 가변폭은 작기는 하지만, 높은 인가 전압이 필요하다.
예를 들면, 10nm의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터로 10nm의 가변폭을 얻으려면, 65V의 전압이 필요하지만, 본 실시예에 있어서의 파장 가변 광 필터(100)가 가지는 전극 구성에 의하면, 7.5V의 인가 전압으로 10nm의 파장 가변 대역을 실현할 수 있다. 이것은, 종래의 약 10분의 1에 상당하여, 본 발명의 유효성을 실증하는 근거가 된다.
(제9 실시예)
제9 실시예에 의한 파장 가변 광 필터는 제7 실시예에 의한 파장 가변 광 필터를 변경한 것이며, KLTN 결정 대신에 BaTiO3 결정으로 형성되는 유전체 결정부를 가진다. 그리고 본 실시예에 있어서의 파장 가변 광 필터와 제7 실시예에서의 파장 가변 광 필터와의 차이는 상기의 점뿐이다.
이 경우, 상전이온도가 109℃이므로, 동작 온도가 110℃로 높지만, 40nm의 파장 가변 범위를 15V의 구동 전압으로 실현할 수 있다.
또, 응답 속도도 제7 실시예에서의 파장 가변 광 필터와 대략 마찬가지로, 1GHz의 반복으로 응답하는 것이 확인되었다.
또, BaTiO3 결정을 사용하여, 제7 실시예와 마찬가지의 파장 가변 광 필터를 제작해도, 이것과 대략 마찬가지의 동작 특성을 실현할 수 있다.
(제10 실시예)
본 실시예에 의한 파장 가변 광 필터는 제9 실시예에 의한 파장 가변 광 필터를 변경한 것이며 BaTiO3 결정 대신에, Ba0 .73Sr0 .27TiO3로부터 형성되는 유전체 결정부를 가진다. 그리고 본 실시예에 있어서의 파장 가변 광 필터와 제9 실시예에서의 파장 가변 광 필터와의 차이는 상기의 점뿐이다.
이 경우, 상전이온도가 9℃이며, 동작 온도는 10℃이다. Ba의 일부를 Sr에 치환함으로써, 동작 온도를 실온 부근에 설정할 수 있다. 그 외의 특성은, 제9 실시예에서의 파장 가변 광 필터와 마찬가지이다. 또, PLZT를 사용해도, 대략 마찬가지의 스펙트럼의 가변폭을 얻을 수 있다.
(제11 내지 제14의 실시예)
제11 내지 제14의 실시예를 설명하는데 앞서, 이들 실시예의 기본 원리에 대하여, 전술한 제1 내지 제10의 실시예의 기본 원리를 근거로 해서 설명한다.
먼저, 패브리-페롯 에타론형의 파장 가변 광 필터의 특성에 대하여 설명한다. 패브리-페롯 에타론의 특성을 나타내는 값으로서, FSR, Finess를 들 수 있다. 패브리-페롯 에타론의 투과 대역의 중심 주파수 레 υm은,
υm = mc/(2nlcosθ) … (10)
로 표현된다. 여기서, n은 굴절률, l은 공진기 길이, θ는 입사광에 대한 에타론의 경사 각도, c는 진공 중의 광 속도이다.
FSR(Free Spectral Range)는 식 (10)으로 표현되는 투과 대역 중심 주파수 소 υm 중, 인접하는 2조의 간격이므로,
FSR = υm+1 - υm = c/(2nlcosθ) … (11)
로 표현된다.
또, Finess는 투과 대역의 확대 상태를 표현하는 값이며,
Finess = FSR / υ1/2 = πR-1/2/(1-R) … (12)
로 표현된다. 여기서, υ1/2는 투과 대역의 반값 전폭, R은 공진기를 구성하고 있는 미러의 반사율이다.
식 (10)으로부터, 투과 대역의 중심 주파수를 변화시키기 위해서는, 굴절률 n, 공진기 길이ㅣ, 에타론의 각도 θ 중 어느 하나를 변화시키면 양호한 것을 알 수 있다. 따라서, 이들 파라미터를 변화시키면, 파장 가변 광 필터를 실현 가능한 것을 알 수 있다. 많은 파장 가변 광 필터가 시판되어 있지만, 공진기 길이를 변화시켜 파장 가변을 행하는 방식이 주류이다. 그 이유는 상기 3개의 파라메터 중 공진기 길이 l을 변화시키면, 가장 넓은 파장 가변 대역을 실현할 수 있기 때문이다.
그러나 공진기 길이 l(및 에타론의 각도 θ를 변화시키기 위해서는, 반드시 기계적인 동작이 필요하다. 그러므로 고속 동작에는 적합하지 않다.
한편, 굴절률 n을 변화시키는 방법에 의하면, 기계적인 동작 없이, 투과 대역의 중심 파장을 변화시킬 수 있다. 굴절률을 변화시키는 방법으로서, 주로 열 광학(Thermo-Optic: TO) 효과, 음악 광학(Acousto-Optic: AO) 효과, 전기 광학(Electro-Optic: EO) 효과를 들 수 있다. 이들 중, 가장 고속 동작에 적절하지 있지 않은 것이 TO 효과로, 수 ms 정도의 응답 속도 밖에 실현할 수 없다. 또, AO 효과는 TO 효과에 비하면, 고속 동작에 적절하기는 있지만, 굴절률의 변화량이 작으므로 충분한 굴절률 변화를 유기할 수가 없다.
이들에 비교하여, EO 효과는 고속 동작에 적절하고 굴절률의 변화량을 충분히 확보할 수 있으므로, 고속 동작이 요구되는 파장 가변 광 필터에 적절하다. 전기 광학 효과에는 1차의 전기 광학 효과(포켈스 효과(Pockels effect))와 2차의 전기 광학 효과(카 효과(Kerr effect))가 있다. 1차의 전기 광학 효과는 전계 강도에 비례하여 효과가 나타나 굴절률 변화는, 식
△n = -n0reffE/2 … (13)
로 표현된다. 여기서, n0는 전계를 인가하고 있지 않은 상태에서의 굴절률, reff는 1차의 전기 광학 계수의 유효치, E는 전계 강도이다.
또, 2차의 전기 광학 효과는 전계 강도의 2승에 비례해서 효과가 나타나고, 굴절률 변화는,
s12 = ε0 2 × εr 2 × g12 … (15)
로 정의된다. εO는 진공의 유전율, εr는 물질에 고유한 비유전률, g12는 물질의 전기 광학 정수이다.
따라서, 2차의 전기 광학 효과를 사용하면, 인가된 전압의 2승에 비례한 굴절률 변화가 야기되므로, 보다 작은 전압을 인가함으로써 원하는 굴절률 변화를 일으킬 수 있다. 또, 전기 광학 효과는 1GHz 정도의 고속 응답은 원리적으로 가능하다.
그러나 물질의 단위 두께 근처에 인가 가능한 전압에는 통상 한계가 있으므 로, 인가하는 전압을 무한하게 크게 하는 것은 불가능하다.
그래서, 제11 내지 제14의 실시예에서는, 제1 내지 제10의 실시예에 있어서 예시한 파장 가변 광 필터를 복수 포함하는 다단 구성 파장 가변 광 필터를 제안한다. 이 타입의 광 필터에 있어서는, 각 파장 가변 광 필터가 유전체 결정부에 입사하는 광의 진행 방향으로 연해서 형성되어 있다. 또, FSR이 상이한 2개 이상의 파장 가변 광 필터를 평행한 배치로부터 2도 이상의 각도로 경사지게 배치함으로써 구성되면 바람직하다. 각 파장 가변 광 필터는 온도 제어되고, 온도 제어를 행한 상태에서, 각 파장 가변 광 필터에 전압을 인가할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 이에 의해, FSR을 변화시켜, 원하는 투과 대역을 얻을 수 있다. 각 파장 가변 광 필터는 전술한 바와 같이, 고속 동작, 저구동 전압, 높은 파장 가변 대역이라는 우수한 특성을 가지므로, 다단 구성 파장 가변 광 필터도 또한 종래의 파장 가변 광 필터에서는 실현할 수 없는 고기능을 실현할 수 있다.
그리고 각 파장 가변 광 필터를 평행의 배치로부터 2도 이상의 각도로 경사지게 배치하면, 유전체 결정에 조사되는 광의 투과 방향으로 직교하는 면과 에타론의 결정 축에 직교하는 면이 2도 이상의 각도를 가지고 기울어져 있는 것을 말한다. 이하의 마찬가지의 표현에 대하여도 같다.
또, 2도 이상의 각도로 기울어져 있는 경우라도, 유전체 결정의 결정축이 광의 투과 방향과 일치함으로써 발휘되는 작용 효과가 크고 손상되는 것은 아니므로, 이하의 설명에 있어서는, 2도 이상의 각도로 경사지게 배치한 경우라도, 유전체 결정의 결정축이 광의 투과 방향과 일치하는 것으로 한다.
다음에, 제11 내지 제14의 실시예의 각각에 대해 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는, 어디까지나 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서, 당업자이면, 이들의 각 요소 또는 모든 요소를 포함한 각종의 실시예를 채용하는 것이 가능하지만, 이들 실시예도 본 발명에 포함된다.
(제11의 실시예)
도 22는 제11의 실시예에 의한 다단 구성 파장 가변 광 필터를 구성하는 파장 가변 광 필터의 구조를 나타낸 개략도이다. 파장 가변 광 필터(201)는 박편화된 유전체 결정으로 형성되는 유전체 결정부(2011)의 양측에 투명 전극(2012, 2013)을 배치하고, 또한 그 외측에 유전체 다층막 미러(2014, 2015)를 배치함으로써 구성된다. 즉, 제1 내지 제5 실시예에 의한 파장 가변 광 필터와 동일한 구성을 가진다.
도 23은 제11의 실시예에 의한 2단 구성 파장 가변 광 필터의 구성도이다. 도 23에 있어서, 파장 가변 광 필터(2021, 2022)는 도 22에서 나타내고, 파장 가변 광 필터(201)와 마찬가지의 구조를 가지고 있다.
파장 가변 광 필터(2021, 2022)의 유전체 결정부(2011)는 KLTN로부터 형성되어 있다. KLTN은 Li와 Nb의 조성비를 조정하는 것에 의하여, 상전위온도는 -15℃로 조정되는 것이 가능하다.
구체적으로는, 유전체 결정의 조성은 K0 .96Li0 .04Ta0 .77Nb0 .23O3으로 하였다. Li의 조성비는 본 실시예에서는 0.04이지만, O.001의 첨가로도 상전위를 2차로 변화 시키는 효과가 있다. 또, Li의 조성비가 0.1까지는 입방정을 유지하고 있고 실용상 사용 가능하다. 특히, 0.01 ~ 0.06의 범위에서는, 결정의 품질이 높고, 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다.
또, 파장 가변 광 필터(2021, 2022)의 동작 온도는 -15℃이며, -15℃ 부근에 있어서의 재료의 비유전률은 25000이다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 사용하는 파장 가변 광 필터(201)는 유전체 결정(KLTN 결정판)으로 형성되는 유전체 결정부(2011)를 ITO 투명 전극(2012 및 2013) 사이에 두고, 또한 그 외측에 유전체 다층막 미러(2014 및 2015)를 배치함으로써 파장 가변 광 필터(201)가 구성되어 있다.
유전체 다층막 미러(2014 및 2015)는 일반적인 재료인 SiO2/Nb2O5로부터 형성되어 있다.
도 23을 참조하면서, 제11의 실시예에 의한 2단 구성 파장 가변 광 필터(2020)에 대하여 상세하게 설명한다. 2단 구성 파장 가변 광 필터(2020)는 FSR이 상이한 2개의 파장 가변 광 필터(2021, 2022)를 가진다. 파장 가변 광 필터(2021)의 FSR는 600GHz이며, 파장 가변 광 필터(2022)의 FSR는 700GHz이다. 이들 파장 가변 광 필터를 조합하는 것에 의하여, FSR = 4.2THz가 이하의 설명대로 실현된다.
4, 2THz의 FSR을 실현하기 위해서는, 각 파장 가변 광 필터(2021, 2022)의 투과 대역의 중심 주파수를 FSR분만큼 시프트할 필요가 있다. 투과 대역의 중심 주파수는 식 (10)에 의해 표현된다. 이 식 중의 n을 전기 광학 효과를 사용하여 변화시키는 일에 의하여, 중심 주파수를 시프트시킨다. KLTN에 있어서는, g12 = - 0.038m4/C2, εr = 25000이며, 또, ε0 = 8.854×10-12이므로, 이들 값을 식 (10), 식 (14) 및 식 (15)에 대입하는 것에 의하여, 600GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터(2021)의 경우는, KLTN의 두께가 115㎛이며, 인가 전압을 111V로 하면 되고, 700GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터(2022)의 경우는, KLTN의 두께가 99㎛이며, 인가 전압을 96V로 하면 된다는 것을 알 수 있다.
각 파장 가변 광 필터에 대하여, 두께와 인가 전압값으로부터 1㎛의 두께 근처에 인가해야 할 전압을 계산하면, 파장 가변 광 필터(2021)(FSR = 600GHz)에서는 0.96V/㎛, 파장 가변 광 필터(2022)(FSR = 700GHz)에서는 0.97V/㎛의 전압을 인가하면 양호하다는 것을 알 수 있다.
이들 2개의 파장 가변 광 디바이스를 도 23에 나타낸 바와 같이 광의 진행 방향을 따라 배치함으로써, 본 실시예에 의한 2단 구성 파장 가변 광 디바이스를 얻을 수 있으며, 도 23에 있어서, 참조 부호 2023과 2024는 미소 렌즈, 참조 부호2025와 2026은 싱글 모드 파이바를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 2개의 파장 가변 광 필터(2021, 2022)는, 서로 평행하게 2도의 각도로 기울어져 서로 간의 거리를 2mm로 배치되어 있다. 파이버를 통해 도입하여, 1.55㎛의 광을 미소 렌즈(2023)(2024)에 의해 250㎛ 폭의 광속으로 하여, 파장 가변 광 필터(2021, 2022)에 도입했다. 전체를 펠티어 소자로 -13℃에 유지하여 특성을 도모한 바, FSR = 4.1THz이었다.
다음에, 파장 가변 광 필터(2021 및 2022)에 전압을 인가하여, 투과 대역의 중심 파장의 시프트를 측정했는데, FSR = 4.1THz분의 시프트를 관측할 수 있었다. 이상으로부터, 본 실시예에 관한 다단 구성 파장 가변 광 필터는, 4.1THz이라는 넓은 FSR을 가지는 필터로 기능하고 있는 것을 알았다.
(제12의 실시예)
도 24는 제12의 실시예에 의한 3단 구성 파장 가변 광 필터의 개략도이다. 도시한 바와 같이, 3단 구성 파장 가변 광 필터(2030)는 3개의 파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)를 포함한다.
이들 3개의 파장 가변 광 필터는 도 22에서 나타낸 파장 가변 광 필터와 마찬가지의 구조를 가진다.
즉, 파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)는 유전체 결정(KLTN 결정판)으로 형성되는 유전체 결정부(2011)를 ITO 투명 전극(2012 및 2013) 사이에 두고, 또한 그 양측에 유전체 다층막 미러(2014 및 2015)를 배치하여 패브리-페롯 에타론을 구성함으로써 얻어진다.
이들 파장 가변 광 필터의 유전체 결정부(2011)는 KLTN에 의해 형성되고, Li의 농도와 Nb의 농도를 조정하는 것에 의하여, 상전위 온도는 -15℃로 조정된다.
구체적으로는, 해당 유전체 결정의 조성은 K0 .96Li0 .04Ta0 .77Nb0 .23O3으로 하였다. Li의 조성비는, 본 실시예에서는, 0.04이지만, 0.0O1의 첨가에도 상전위를 2차로 변화시키는 효과가 있어, O.1까지는 입방정을 유지하고 있어 사용이 가능하다. 특 히, 0.01 ~ 0.06의 범위에서는, 결정의 품질이 높고, 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다.
또, 파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)의 동작 온도는 -15℃이며, -15℃부근에 있어서의 재료의 비유전률은 25000이다.
유전체 다층막 미러(2014 및 2015)는 일반적인 재료인 SiO2/Nb2O5로부터 형성된다.
파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)는 각각 상이한 FSR을 가진다. 즉, 파장 가변 광 필터(2031)는 300GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(2032)는400GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(2033)는 500HGz의 FSR을 가진다. 이들을 조합하는 것에 의하여, 이하의 설명한 바와 같이, FSR = 6.0THz가 실현되는 것이 가능하다.
6.0THz의 FSR을 실현하기 위해서는, 각 파장 가변 광 필터의 투과 대역의 중심 주파수를 FSR분 시프트할 필요가 있다. 투과 대역의 중심 주파수는 식 (10)에 의해 표현된다. 이 항 중의 n을 전기 광학 효과를 사용하여 변화시키는 것에 의하여, 중심 주파수를 시프트시킨다. KLTN에 있어서는 g12 = - 0.038m4/C2, εr = 25000이며, 또, ε0 = 8.854×10-12이므로, 이들 값을 식 (10), 식 (14) 및 식 (15)에 대입하는 것에 의하여, 300GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터(2031)의 경우는, KLTN의 두께가 230㎛이며, 인가 전압을 94V로 하면 되고, 400GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터(2032)의 경우는, KLTN의 두께가 173㎛이며, 인가 전압을 112V로 하면 되고, 500GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터(2033)의 경우는, KLTN의 두께가 138㎛이며, 인가 전압 113V로 하면 된다는 것을 알 수 있다.
각 파장 가변 광 필터에 대하여, 두께와 인가 전압으로부터 1㎛의 두께 근처에 인가해야 할 전압을 계산하면, 파장 가변 광 필터(2031)(FSR = 300GHz)에는 0.41V/㎛, 파장 가변 광 필터(2032)(FSR = 400GHz)에는 0.65V/㎛, 파장 가변 광 필터(2033)(FSR = 500GHz)에는 0.82V/㎛의 전압을 인가하면 양호는 것을 알 수 있다.
이들 파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)를 도 24에 나타낸 바와 같이 광의 진행 방향을 따라 배치함으로써, 본 실시예에 관한 3단 구성 파장 가변 광 필터를 얻을 수 있다. 그리고 도 24에 있어서, 참조 부호(2034 및 2035)는 미소 렌즈를 나타내고, 참조 부호(2036 내지 2037)는 싱글 모드 파이바를 나타낸다.
또, 도시한 바와 같이, 3개의 파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)는 각각, 서로 평행한 배치로부터 2도의 각도로 기울어져 있다. 즉, 각 파장 가변 광 필터의 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 결정축과 직교하는 면과, 상기 광의 진행 방향과 직교하는 면이 2도 이상의 각도로 기울고 있다. 또, 각 파장 필터의 사이의 거리는 각각 2mm이다. 파이버를 통해 도입한 1.55㎛의 광을 미소 렌즈(2034)(2035)에 의해 250㎛폭의 광속으로 하여, 3단 구성 파장 가변 광 필터(2030)에 도입했다. 전체를 펠티어 소자로 -13℃로 유지하여 특성을 도모한 바, 5.8THz의 FSR을 얻을 수 있었다.
다음에, 파장 가변 광 필터(2031, 2032, 2033)에 전압을 인가하고, 투과 대 역의 중심 파장의 시프트를 측정했는데, FSR = 4.1THz의 시프트를 관측할 수 있어 본 실시예에 의한 다단 구성 파장 가변 광 필터는, 필터로서 기능하고 있다는 것을 알았다.
FSR = 5.8THz 및 4.1THz 라는 값은, 충분히 크고, 정상적으로 기능하는 범위이다. 따라서, 300GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터, 400GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터, 및 500GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터를 사용함으로써, 정상적으로 기능하고, 고속 동작하는 필터가 실현할 수 있다.
(제13의 실시예)
도 25는 제13의 실시예에 의한 4단 구성 파장 가변 광 필터의 개략도이다. 도시한 바와 같이, 4단 구성 파장 가변 광 필터는 4개의 파장 가변 광 필터(2041, 2042, 2043, 2044)를 포함한다.
이들 4개의 파장 가변 광 필터는, 도 11에서 나타낸 파장 가변 광 필터와 마찬가지의 구조를 가진다.
즉, 파장 가변 광 필터(2041, 2042, 2043, 2044)는, 유전체 결정(KLTN 결정판)으로 형성되는 유전체 결정부(2011)를 ITO 투명 전극(2012 및 2013) 사이에 두고, 또한 그 외측에 유전체 다층막 미러(2014) 및 (2015)를 배치하여 패브리-페롯 에타론을 구성함으로써 얻어진다.
유전체 결정부(2011)는 KLTN로부터 형성된 유전체 결정부를 가지고, Li의 농도와 Nb의 농도를 조정하는 것에 의하여, 상전위온도는 -15℃로 조정되는 것이 가능하다.
구체적으로는, 해당 유전체 결정의 조성은 K0 .96Li0 .04Ta0 .77Nb0 .23O3이었다. Li의 조성비는 본 실시예에서는, 0.O4이지만, O.O01의 첨가에도 상전이를 2차로 변화시키는 효과가 있어, 0.1까지는 입방정을 유지하고 있고 실용 가능하다. 특히, 001 ~ 0.06의 범위에서는, 결정의 품질이 높고, 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다.
또, 파장 가변 광 필터(2041, 2042, 2043, 2044)의 동작 온도는 -15℃이며, -15℃ 부근에 있어서의 재료의 비유전률은 25000이다.
유전체 다층막 미러(2014 및 (2015)는, 일반적인 재료인 SiO2/Nb2O5에 의해 형성되어 있다.
파장 가변 광 필터(2041, 2042, 2043, 2044)는 각각 상이한 FSR을 가진다. 즉 파장 가변 광 필터(2041)는 200GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(2042)는300GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(2043)는 500GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(4044)는 700GHz의 FSR을 가진다. 이들 파장 가변 광 필터를 조합하는 것에 의하여, 이하의 설명한 바와 같이, FSR = 21.0THz가 실현되는 것이 가능하다.
21.0THz의 FSR을 실현하기 위해서는, 각 파장 가변 광 필터의 투과 대역의 중심 주파수를 FSR분 시프트할 필요가 있다. 투과 대역의 중심 주파수는 식 (10)에 의해 표현된다. 이 식 중의 n을 전기 광학 효과를 이용하여 변화시키는 것에 의하여, 중심 주파수를 시프트시킨다. KLTN에 있어서는 g12 = - 0.038m4/C2 = 25000 이며, 또, εr = 25000이며, 또, ε0 = 8.854×10-12이므로, 이들 값을 식 (10), 식 (14), 식 (15)에 대입하는 것에 의하여, 파장 가변 광 필터(2041)(FSR = 200GHz)의 경우는, KLTN의 두께가 345㎛이며, 인가 전압을 134V로 하면 되고, 파장 가변 광 필터(2042)(FSR = 300GHz)의 경우는, KLTN의 두께가 230㎛이며, 인가 전압을 94V로 하면 되고, 파장 가변 광 필터(2043)(FSR = 500GHz)의 경우는, KLTN의 두께가 138㎛이며, 인가 전압 113V로 하면 되고, 파장 가변 광 필터(2044)(FSR = 700GHz)의 경우는, KLTN의 두께가 99㎛이며, 인가 전압을 112V로 하면 된다는 것을 알 수 있다.
각 파장 가변 광 필터에 대하여, 두께와 인가 전압값으로부터 1㎛의 두께 근처에 인가할 전압을 계산하면, 파장 가변 광 필터(2041)(FSR = 200GHz)에는 0.39V/㎛, 파장 가변 광 필터(2042)(FSR = 300GHz)에는 0.4V/㎛, 파장 가변 광 필터(2043)(FSR = 500GHz)에는 0.9V/㎛, 파장 가변 광 필터(2044)(FSR = 700GHz)에는 0.97V/㎛의 전압을 인가하면 양호하다는 것을 알 수 있다.
이들 파장 가변 광 필터(2041, 2042, 2043, 2044)를 도 25에 나타낸 바와 같이 광의 진행 방향을 따라 배치함으로써, 본 실시예에 관한 다단 구성 파장 가변 광 필터를 얻었다. 그리고 도 14에 있어서 참조 부호 2045 및 2046은 미소 렌즈를 나타내고, 참조 부호 2047 내지 2048은 싱글 모드 파이바를 나타낸다.
또, 도시한 바와 같이, 4개의 파장 가변 광 필터, (2O41, 2042, 2043, 2044)는 각각 서로 평행한 배치로부터 2도의 각도로 기울어져 있다. 즉, 각 파장 가변 광 필터의 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 결정축과 직교하는 면과, 상기 광의 진행 방향과 직교하는 면이 2도 이상의 각도로 기울고 있다. 또, 각 파장 가변 광 필터의 사이의 거리는 2mm이다. 파이버를 통해 도입한 1.55㎛의 광을 미소 렌즈에 의해 250㎛폭의 광속으로 하여, 다단 구성 파장 가변 광 필터에 도입하였다. 전체를 펠티어 소자로 -13℃로 유지하여 특성을 도모한 바, 20.0THz의 FSR을 얻을 수 있었다.
다음에, 파장 가변 광 필터(2041, 2042, 2043, 2044)에 전압을 인가하여, 투과 대역의 중심 파장의 시프트를 측정했는데, FSR = 20.0THz 분의 시프트를 관측할 수 있어 필터로서 기능하고 있다는 것을 알았다.
이들 값은, 충분히 작고, 정상적으로 기능하는 범위인 것을 알 수 있다. 따라서, 200GHz의 FSR을 갖는 파장 가변 광 필터, 300GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터, 500GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터, 및 700GHz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터를 포함하는 4단 구성 파장 가변 광 필터는, 필터로서 정상적으로 기능하고, 고속 동작하는 것이 확인되었다.
(제14의 실시예)
제11 내지 제13의 실시예에 있어서는, 유전체 결정 부내의 광의 진행 방향과 평행한 방향으로 전계가 발생하는 파장 가변 광 필터를 복수 포함하는 다단 구성 파장 가변 필터에 대하여 설명하였다. 이어서, 광의 진행 방향과 직교하는 방향으로 전계가 발생하는 파장 가변 광 필터를 복수 포함하는 다단 구성 파장 가변 광 필터에 대하여 설명한다.
도 26은 본 실시예에 관한 2단 구성 파장 가변 광 필터의 개략도이다. 다단 구성 파장 가변 광 필터(2050)는 파장 가변 광 필터(2051, 2052)를 가지고, 이들은 펠티어 소자라는 온도 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 온도 제어된다. 파장 가변 광 필터(2051, 2052)는 각각이 가지는 FSR과 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 조성을 제외하고, 제6 실시예에 의한 파장 가변 필터(110)(도 11)와 대략 동일한 구성을 가진다. 먼저, 도 11을 참조하면서, 본 실시예에 관한 파장 가변 광 필터를 설명한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 관한 2단 구성 파장 가변 광 필터(2050)는 유리 기판(116) 상에, 유전체 다층막 미러(115), 유전체 결정부(117), 절연층(113), 유전체 결정부(112), 유전체 다층막 미러(111)를 이 순서대로 적층함으로써 제작되어 있다. 또, 해당 파장 가변 광 필터는 유전체 결정부(117)의 대향하는 2개의 측면에 전극(114)을 가지고, 유전체 결정부(112)의 대향하는 2개의 측면에 전극(118)을 가진다.
유전체 결정부(112, 117)를 형성하는 유전체 결정의 조성은, K0.966Li0.04T0.77Nb0.23O3으로 하였다. Li의 조성비는, 본 실시예에서는 O.04이지만, 0.001의 첨가에도 상전이를 2차로 변화시키는 효과가 있다. 또, Li의 조성비가 0.01까지는 입방정을 유지하고 있어 충분히 실용 가능하다. 특히, 0.01 ~ 006의 범위에서는, 결정의 품질이 높고, 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다. 상기 조성의 유전체 결정을 가지는 파장 가변 광 필터의 동작 온도는 -15℃이며, -15℃ 에 있어서의 재료의 비유전률은 각각 25000이었다.
본 실시예로 사용한 KLTN 결정은 전술한 바와 같이 2차의 전기 광학 효과를 가지고 있고, 도 11의 구조에 의한 전계의 인가 방향에 대하여, 굴절률 변화량은 상술한 식 (5), 식 (6)에 의해 나타낼 수가 있다.
이들 식으로부터 명백한 바와 같이, 전계의 인가 방향을 따라서, 굴절률 변화가 상이하고, 광의 진행 방향에 대하여 직교하는 2방향으로 전계를 인가한 경우, 총 굴절률 변화량은 식 (5), 식(6)의 가산으로 되고, 식 (7)으로 나타낼 수 있다. 광의 진행 방향으로 직교하는 2종류의 편광에 대하여, 굴절률 변화가 동등하게 되고, 편파 무의존 동작이 가능해진다.
2단 구성 파장 가변 광 필터(2050)가 1530nm ~ 1570nm의 통신 파장 대역(C 대역)에서 이용되는 것을 상정하고, 파장 가변 광 필터(2051, 2052)는 무전계에서 1570nm의 중심 파장을 투과하도록 설계되어 있다. 또, 40nm의 가변 대역을 실현하기 위해 파장 가변 광 필터(2051)는 600GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(2052)는 700GHz의 FSR을 가지도록 설계되어 있다. 이 경우, 파장 가변 광 필터(2051)(FSR 600GHz)에 있어서의 유전체 결정(KLTN)의 두께는, 전체로 약 115㎛이며, 따라서, 유전체 결정부 각각의 두께는 약 57㎛이다. 또, 파장 가변 광 필터(2052)(FSR 700GHz)에 있어서의 유전체 결정(KLTN)의 두께는, 전체로 약 99㎛로 된다. 따라서, 유전체 결정부 각각의 두께는 약 49㎛이다.
다시 도 11을 참조하면, 파장 가변 광 필터(2051, 2052)가 각각 가지는 절연 층(113)은 TeO2계 유리로부터 형성되어 있다. TeO2계 유리를 사용한 이유는 굴절률이 KLTN 결정과 대략 동등하게, 조성을 조정함으로써 KLTN와 같은 굴절률이 실현할 수 있고 따라서 계면에서의 광 반사를 억제할 수 있기 때문이다. 이 경우, TeO2계 유리의 두께는 λ/2로 조정되어 있다. 그리고 절연층(113)으로서, TeO2 계 유리를 사용하였지만, SiO2, Al2O3, 폴리머 등 KLTN보다 비유전률이 낮은 절연 재료를 사용해도, 필터를 실현할 수 있다.
유전체 결정부(112, 117) 각각의 측면의 전극(114, 118)은 금속을 증착함으로써 형성되어 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 이들 전극(114, 118)은 유전체 결정부(12)에는 지면에 수직인 방향으로 전계가 발생하도록, 유전체 결정부(117)에는 지면에 수평인 방향으로 전계가 발생하도록 배치되어 있다.
유전체 다층막 미러(111, 115)는 일반적으로 사용되는 SiO2/Nb2O5에 의해 형성되어 있다. 이들 유전체 다층막 미러(111, 115)가 유전체 결정부(112, 117)(및 그 사이의 유전체 결정부(112))를 사이에 두도록 배치되어, 패브리-페롯 에타론이 구성되어 있다. 또, 유전체 다층막 미러(111, 115)는 1570nm에 있어서의 반사율을 90%로 되도록 설계되어 있다.
이상의 구성을 가지는 파장 가변 광 필터(2051, 2052)는 도 26에 나타낸 바와 같이, 광의 진행 방향 L에 따라 보통 설치되어 다단 구성 파장 가변 광 필터(2)를 얻을 수 있다. 또, 동 도면 중, 참조 부호 2053 내지 2054는 미소 렌즈, 참조 부호 2055 및 2056은 싱글 모드 파이바를 나타낸다. 이들 미소 렌즈와 싱글 모드 파이바에 의해 콜리메이트 광학계가 형성되고, 이 광학계 내에 해당 다단 구성 파장 가변 광 필터(2050)가 배치되어 있다.
이어서, 2단 구성 파장 가변 광 필터(2050)의 광투과 특성의 측정 결과에 대하여 설명한다. 측정에는 도 13에 나타낸 측정계를 사용하였다. 즉, ASE 광원(131)으로부터의 광을 해당 광 필터(2050)가 실장된 필터 모듈(200)에 입사하고, 출사광을 스펙트럼 분석기(132)로 검출하였다. 고속 동작 측정을 행할 때는, 펑션 제너레이터(133)를 사용하여 발생한 전압 패턴을 앰프(134)를 사용하여 증폭하고, 필터에 인가하고, 광 출력을 포토디텍터(135)로 검출하고, 오실로스코프(136)로 응답 특성을 관측한다.
그리고 필터 모듈은, 2단 구성 파장 가변 광 필터를 콜리메이트 광학계 중에 실장하고, 전극으로부터 메탈 배선을 인출하여 상자체에 금선으로 접속함으로써, 제작되었다.
고속 응답 특성을 측정하는데 있어서는, 구체적으로는, 펄스 패턴 제너레이터(133)로부터의 1GHz의 주파수를 가지는 직사각형파 전압을 앰프(134)로 증폭하고, 30V의 전압을 2단 구성 파장 가변 광 필터에 인가하였다. 광원으로서는 ASE 광원(131)을 사용하였다. 해당 광원으로부터의 파장 1570nm의 출사광을 2단 구성 파장 가변 광 필터로 도입하고, 이 파장 가변 광 필터로부터의 출사광을 1570nm의 밴드 패스 필터를 통한 후, 포토디텍터(135)로 수광하였다.
그 결과, 본 실시예에 의한 2단 구성 파장 가변 광 필터의 고속 응답 특성은 제1 실시예에 의한 파장 가변 광 필터(도 7 참조)와 동등인 것을 알았다. 즉, 본 실시예에 의한 2단 구성 파장 가변 광 필터(2050)의 투과광은 인가 전계에 대하여, 응답하고 있고 40nm의 파장 가변이, 1GHz(가변 시간: 0.6n)sec)로 실현되어 있는 것이 분명해졌다.
이와 같이, 본 실시예의 2단 구성 파장 가변 광 필터를 이용하면, 30V 정도의 인가 전압으로, 40nm의 파장 가변을 실현할 수 있고, 또한 패킷의 애드·드롭이 가능하고, 고속성을 실현할 수 있다는 것이 분명해졌다.
또, FSR이 상이한 파장 가변 광 필터를 복수 조합한 것에 의하여, 단독의 파장 가변 광 필터를 사용하는 경우에 비하여, 개개의 파장 가변 광 필터에 요구되는 파장 가변폭이 적어지고, 따라서, 결과적으로 저전압 구동이 가능해진다.
그리고 제14의 실시예에서는, 파장 가변 광 필터가 2개인 경우에 대하여 기술했지만, FSR의 상이한 파장 가변 광 필터가 3개 이상인 경우도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 제11 내지 제14의 실시예에 따르면, FSR의 상이한 2개 이상의 파장 가변 광 필터를 사용한 다단 구성 파장 가변 광 필터에 의하여, 결정의 단위 두께 근처에 인가하는 전압을 저감할 수 있고, 따라서 무리 없는 2차의 전기 광학 효과를 꺼낼 수가 있다. 또, 2차의 전기 광학 효과를 가지는 결정을 사용하므로, 고속·광대역 파장 가변 광 필터를 실현할 수 있다. 또, 본 발명의 파장 가변 광 필터는, 광대역을 고속으로 가변할 수 있으므로, 패킷의 애드·드롭 등의 고기능화가 가능한 동시에, 광 계측용의 고속의 파장 스위퍼로서도 사용 가능하다. 또, 도 8에 나타낸 파장 가변 광 필터(26)에 있어서는, 다중 반사가 생길 수 있지만 제11 내지 제14의 실시예에 의한 다단 구성 파장 가변 광 필터에서는 다중 반사를 방지할 수 있다.
(제15 및 제16의 실시예)
제15 및 제16의 실시예를 설명하기 전에, 이들 실시예의 기본 원리에 대하여, 전술한 제1 내지 제14의 실시예의 기본 원리를 근거로 해서 설명한다.
디바이스의 고속 응답성을 고려할 때는, 그 디바이스의 시정수를 고려하지 않으면 안 된다. 패브리-페롯 에타론형 필터는 유전체를 전극 사이에 둠으로써 제작되므로 정전 용량 및 저항을 가진다. 정전 용량 C는,
C = εoεr S/d … (16)
로 부여된다. 그리고, 식 (16) 중, d는 유전체의 두께, εO는 진공의 유전율, εr는 유전체의 비유전률, S는 전극의 면적이다.
식 (16)으로부터, 정전 용량 C를 저감하기 위해서는, 전극의 면적 S의 값을 작게 하고, d를 크고 취하면 양호하다는 것을 알 수 있다.
또, 전극에 의한 전기 저항 R은,
R = ρvl/a … (17)
로 부여된다. 식 (17) 중, ρv는 전극의 체적 저항율, l은 전극의 길이, a는 전극의 단면적(두께)이다.
체적 저항율 ρv는 물질 고유의 값이며, 해당 실시예에 관한 파장 가변 광 필터에 사용하는 투명 전극은, 10-2Ωm 오더의 체적 저항율을 가지므로, 전극의 저항이 작게 되어 버린다. 그러므로, 시정수 RC가 커지고, 고속 응답을 실현하기 위해서는 불리하다. 이것을 극복하기 위해서는, 투명 전극의 표면을 금속 박막으로 코팅한 구조, 또는 금속 박막 자체를 전극과 미러 양쪽의 목적을 위해 사용하는 방법이 생각할 수 있다.
이상과 같이, 에타론의 실효 표면적을 가능한 한 작게 하고, 또 전극의 저항값을 내리는 것에 의하여, ns 오더의 고속 동작을 실현할 수 있다.
다음에, 제15 및 제16의 실시예 각각에 대하여 설명한다. 아래의 실시예는, 어디까지나 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서, 당업자이면, 이들 각 요소 또는 모든 요소를 포함한 각종의 실시예를 채용하는 것이 가능하지만, 이들 실시예도 본 발명에 포함된다.
(제15 실시예)
도 27은 제15 실시예에 의한 파장 가변 광 필터의 구성도이다. 또, 도 28은 이 파장 가변 광 필터를 광의 진행 방향으로부터 본 평면도이다. 파장 가변 광 필터(301)는 박편화된 유전체 결정부(3011)의 양측에 금속 박막 전극(3012, 3013)을 배치함으로써 구성된다. 이 금속 박막 전극은 동시에 미러의 역할을 가진다.
파장 가변 광 필터(301)의 유전체 결정부(3011)는 KLTN로 형성된다. KLTN은 Li의 농도와 Nb의 농도를 조정하는 것에 의하여, 상전위온도는 -15℃로 조정된다.
구체적으로는, 유전체 결정부(3011)의 조성은 K0 .96Li0 .04Ta0 .77Nb0 .23O3이었다. Li의 조성비는, 본 실시예에서는, 0.04이지만, 0.001의 첨가에도 상전위를 2차로 변화시키는 효과가 있어, 0.1까지는 입방정을 유지하고 있고 사용이 가능하다. 특히, 0.01 ~ 0.06의 범위에서는, 결정의 품질이 높고 20000 이상의 비유전률을 실현할 수 있다.
또, 동작 온도는 -15℃이며, -15℃ 부근에 있어서의 재료의 비유전률은 25000이다.
금속 박막 전극(3012, 3013)는 광이 통과하는 부분만의 필요 최소한의 면적을 가지도록 증착법에 의해 형성하였다. 구체적으로는, 전극(3012, 3013)은, 은을 증착함으로써 형성되고, 유전체 결정부(3011)의 3mm×3mm의 사이즈에 대하여, 반경 10㎛의 원형부와 3㎛폭의 전극 인출부를 가진다. 또, 유전체 결정부(3011)의 두께는 50㎛이며, 은의 박막의 두께는 10nm이다.
파장 가변 광 필터(301)는 그 광투과 특성의 측정에 즈음하여, 도 29와 같은 광학계에 실장되었다. 이 때, 직경 10㎛ 이하의 광속을 얻기 위하여, 파이바 콜리메이트 부착의 싱글 모드 파이버(3032, 3033)를 사용하였다.
또, 실제로 해당 필터(301)의 정전 용량과 전기 저항을 측정하였는 바, 각각 60pF와 6Ω이었다. 이들 값으로부터, 시정수를 구하면 360psec로 된다.
상기 구성으로부터, 1.3THz의 FSR을 가지는 파장 가변 광 필터를 제작할 수 있었다. 이 필터에 대하여, 40V의 고주파 신호 전압을 인가하였는 바, 38Opsec로 동작하는 것을 알고, 고속 동작이 확인되었다.
따라서, 본 실시예에 관한 파장 가변 광 필터(301)에 따르면, 38nsec라는 고속 동작을 행할 수 있는 것을 알았다.
그리고 본 실시예에 있어서는, 금속 박막 전극(3012, 3013)이 광이 통과하는 부분만의 필요 최소한의 면적을 가지도록 형성되었지만, 전극의 저항을 저감하기 위한 방책으로서 투명 전극의 표면을 금속 박막으로 코팅한 구조를 채용한 경우라도, 이들 투명 전극 및 금속 박막을 광의 통과하는 부분만의 필요 최소한의 면적을 가지도록 형성해야 하는 것은 분명하다.
(제16의 실시예)
제16의 실시예에 있어서는, 제11의 실시예와의 차이를 설명한다.
제16의 실시예에서는, 제15의 실시예에 관한 파장 가변 광 필터(301)와 같은 파장 가변 광 필터(3041) 및 파장 가변 광 필터(3042)를 사용한다. 이들은, FSR이 상이한 2개의 패브리-페롯 에타론형의 광 필터이다. 구체적으로는, 파장 가변 광 필터(3041)는 600GHz의 FSR을 가지고, 파장 가변 광 필터(3042)는 700GHz의 FSR을 가진다. 이들 2개의 에타론을 조합하는 것에 의하여, 이하와 같이, FSR = 4.2THz가 실현된다.
4.2THz의 FSR을 실현하기 위해서는, 파장 가변 광 필터(3041, 3O42)의 각각에 있어서, 투과 대역의 중심 주파수를 FSR분 시프트할 필요가 있다. 투과 대역의 중심 주파수는 식 (10)에 의해 표현된다. 이 항 중의 n을 전기 광학 효과를 사용 하여 변화시키는 것에 의하여, 중심 주파수를 시프트시킨다. KLTN에 있어서는 g12 = - 0.038m4/C2, εr = 250O0이며, 또, εO = 8.854 × 10-12이므로, 이들 값을 식 (10), 식 (14), 식 (15)에 대입함으로써, 파장 가변 광 필터(3041)(FSR 600GHz)의 경우는, KLTN의 두께가 115㎛이며, 인가 전압을 111V 로 하면 되고, 파장 가변 광 필터(3042)(FSR 700GHz)의 경우는, KLTN의 두께가 99㎛이며, 인가 전압을 96V로 하면 된다 것을 알 수 있다. 두께와 인가 전압으로부터 1㎛의 두께 근처로 인가하는 전압을 계산하면, 파장 가변 광 필터(3041)에는 0.96V/㎛, 파장 가변 광 필터(3042)에는 0.97V/㎛의 전압을 인가하면 양호하다는 것을 알 수 있다. 정전 용량과 저항값의 측정을 행했던 바, 파장 가변 광 필터(3041)에서는 C = 25pF, R = 50Ω이며, 파장 가변 광 필터(3042)에서는 C = 33pF, R = 50Ω이었다.
다음에, 이들 파장 가변 광 필터(3041, 3042)를 도 30에 나타낸 바와 같은 실장함으로써, 2단 구성 파장 가변 광 필터(202)를 구성하였다. 도 30에 있어서, 참조 부호(3043, 3044)는 파이버 콜리메이터 부착 싱글 모드 파이버를 나타내고 있다. 2개의 파장 가변 광 필터(3041, 3042)를 서로 평행한 배치로부터 2도의 각도로 기울여 각 파장 가변 광 필터 사이의 거리가 2mm로 되도록 배치했다. 파이바 콜리메이트를 통해 도입한 1.55㎛의 광을 직경 10㎛ 이하의 광속으로 하여, 다단 구성 파장 가변 광 필터(202)에 도입했다. 전체를 펠티어 소자로 -13℃로 유지하여 특성을 측정하였는 바, 4.1THz의 FSR을 얻을 수 있었다. 다음에, 파장 가변 광 필터(3041, 3042)에 전압을 인가하여, 투과 대역의 중심 파장의 시프트를 측정했는 데, FSR = 4.1THz 분의 시프트를 관측할 수 있어 필터로서 기능하고 있다는 것이 분명하였다.
또한, 이들에 대하여, 고속 동작을 확인하기 위한 실험을 행했던 바, FSR 4.1THz의 2단 구성 파장 가변 광 필터를 제작할 수 있었다. 또, 파장 가변 광 필터(3041)에 대하여 30V의 고주파 신호 전압을 인가하고, 파장 가변 광 필터(3042)에 대하여 25V의 고주파 신호 전압을 인가하였는 바, 10O psec로 동작하는 것을 알 수 있고, 고속 동작이 확인되었다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 100psec라는 고속 동작을 행할 수 있는 것을 알았다.
이상 설명한 바와 같이, 제15 및 제16의 실시예에 따르면, 광이 통과하는 부분에만 전극을 형성함으로써, 전극의 면적을 작게 하고, 이로써 정전 용량을 저감하고, 또한 전극에는 체적 저항율이 낮은 은을 사용하는 것에 의해 100psec 오더의 고속 동작을 실현할 수 있다. 따라서, 제15 및 제16의 실시예의 파장 가변 광 필터는, 광대역을 고속으로 가변할 수 있으므로 패킷의 애드·드롭 등의 고기능화가 가능한 동시에, 광 계측용의 고속의 파장 스위퍼로도 사용 가능하다. 그리고, 투명 전극에도 마찬가지의 실장이 가능하다.
이상이 많은 실시예를 참조하면서, 본 발명에 관한 파장 가변 광 필터를 설명하였다. 이들 실시예에 있어서는, 예시한 것에 한정되지 않고, 어느 실시예에 있어서도 「K1 - yLiyTa1 - xNbxO3의 조성을 가지는 결정 재료」, 「KTa1 - xNbxO3에 있어서의 K의 모두, 또는 K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서의 K 및 Li의 모두를 Ba, Sr, Ca 중 적어도 하나의 원소로 치환하고, 또한 Ta 및 Nb의 모두를 Ti로 치환한 조성을 가지는 결정 재료」, 「KTa1 - xNbxO3에 있어서의 K의 모두, 또는 K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서의 K 및 Li의 모두를 Pb와 La 중 적어도 한쪽의 원소로 치환하고, 또한 Ta 및 Nb의 모두를 Ti와 Zr 중 적어도 한쪽의 원소로 치환한 조성을 가지는 결정 재료」를 사용할 수 있다.
또, 상기의 화학식 중의 조성비 x는, O.1 ≤ x ≤ 0.5의 범위 내에서 임의로 조정 가능하며, 조성비 y는, 0 < y < 0.1의 범위 내에서 임의로 조정 가능하다.
본 발명은 광통신, 광계측 등에 사용되는 파장 가변 광 필터에 관한 것이며, 저전압으로 고속 동작이 가능하고, 또한 넓은 파장 대역에 걸쳐서 파장을 변화시킬 수 있는 파장 가변 광 필터를 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. 입방정(立方晶) 구조를 가지고 2차의 전기 광학 효과를 나타내는 유전체 결정으로 형성되는 광투과성의 유전체 결정부(2; 28, 30; 38; 112, 117; 182, 184; 202, 204, 206, 208; 2011; 3011)와,
    상기 유전체 결정부와 함께 패브리-페롯 에타론(Fabry-Perot etalon)을 구성하는 미러부(5, 6; 27, 29, 31; 39, 41; 111, 115; 181, 185; 201, 205, 209; 2014, 2015)와,
    상기 전기 광학 효과를 통하여, 해당 에타론의 투과광의 파장을 변화시키기 위하여 상기 유전체 결정부에 전압을 인가하기 위한 전극(3, 4; 33 ~ 36; 40, 43; 114, 118; 187, 188; 212 ~ 215; 2012, 2013; 3012, 3013)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극(3, 4; 33 ~ 36; 40, 43; 2012, 2013)이 상기 투과광에 대하여, 투명한 투명 전극임과 동시에 상기 유전체 결정부에 인접하여 배치되고 상기 미러부(5, 6; 27, 29, 31; 39, 41; 2014, 2015)가 유전체 다층막으로 형성되는 유전체 다층막 미러부임과 동시에 해당 전극에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    1 이상의 상기 유전체 결정부와 상기 투명 전극을 더 구비하고, 상기 유전체 결정부(38)와 상기 투명 전극(40, 43)이 교대로 배치되고, 해당 교대 배치에 의해 형성된 다층체를 사이에 두도록 상기 유전체 다층막 미러부(39, 41)가 형성되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    추가의 상기 유전체 다층막 미러부를 구비하고, 상기 유전체 결정부의 모두가 상기 투명 전극에 의해 끼이고, 상기 추가의 유전체 다층막 미러부는 해당 투명 전극에 의해 끼이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극(3012, 3013)이, 금속으로 형성되는 금속 전극임과 동시에 유전체 결정부에 인접하여 배치되고, 또한 상기 미러부를 겸하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전극이, 상기 투명 전극의 표면에 코팅된 금속 박막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전극(3012, 3013)이, 실질적으로 상기 투과광이 통과하는 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 금속 박막이, 실질적으로 상기 투과광이 통과하는 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극(114, 118; 187, 188; 212 ~ 215)이, 상기 유전체 결정부(112, 117; 182), 184; 202, 204, 206, 208)를 투과하는 광의 투과 방향과 직교하고 또한 서로 직교하는 2개의 방향으로 전계를 발생시키도록 설치되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  10. 제1항에 있어서,
    1 이상의 상기 유전체 결정부를 더 구비하고, 상기 유전체 결정부의 각각 (202, 204, 206, 208)에 대하여, 상기 전극(212 ~ 215)이 해당 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과 방향과 직교하고 또한 서로 직교하는 2개의 방향으로 전계를 발생시키도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  11. 제3항 또는 제10항에 있어서,
    상기 유전체 결정부 각각은 상이한 FSR을 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정부의 유전율보다도 유전율이 작은 절연체로 형성되는 절연층(113; 183; 203, 207)을 더 포함하고, 상기 절연층은 상기 유전체 결정부를 상기 2개의 방향 중 하나의 방향으로 전계가 생기는 제1 부분과 다른 방향으로 전계가 생기는 제2 부분으로 분할하도록 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연체는 TeO2를 주성분으로 하는 유리, SiO2, Al2O3, 또는 폴리머 중 어느 하나 또는 이것들의 복합체인 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 온도를 관리하기 위한 온도 조정 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  15. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정은 단결정이며, 그 하나의 결정축의 축 방향이 상기 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과 방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  16. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정은 다결정이며, 적어도 하나의 결정축의 축 방향이 상기 유전체 결정부를 투과하는 광의 투과 방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정은, K1 - yLiyTa1 - xNbxO3의 화학 조성을 구비한 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정은, KTa1 - xNbxO3에 있어서의 K의 모두, 또는 K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서의 K 및 Li의 모두를 Ba, Sr, Ca 중 적어도 하나의 원소로 치환하고, 또한 Ta 및 Nb의 모두를 Ti로 치환한 조성을 구비한 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정은, KTa1 - xNbxO3에 있어서의 K의 모두, 또는 K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서의 K 및 Li의 모두를 Pb와 La 중 적어도 한쪽의 원소로 치환하고, 또한 Ta 및 Nb의 모두를 Ti와 Zr 중 적어도 한쪽의 원소로 치환한 조성을 구비한 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 결정의 조성에 있어서의 제1 조성비로서의 상기 x는 0.1 이상 0.5 이하이며, 상기 유전체 결정의 제2 조성비로서의 상기 y는 0보다 크고 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 필터.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 파장 가변 광 필터를 복수 포함하고, 각 파장 가변 광 필터는 해당 파장 가변 광 필터로 입사해야 할 광의 진행 방향을 따라 설치되는, 다단 구성 파장 가변 광 필터.
  22. 제21항에 있어서,
    각 파장 가변 광 필터의 유전체 결정부를 형성하는 유전체 결정의 결정축과 직교하는 면과, 상기 광의 진행 방향과 직교하는 면이 2도 이상의 각도로 기울어 있는 것을 특징으로 하는 다단 구성 파장 가변 광 필터.
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