JP2001311913A - ダブルパス複屈折フィルタ及びその操作方法 - Google Patents
ダブルパス複屈折フィルタ及びその操作方法Info
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Abstract
の改良の提供。 【解決手段】 ダブルパス複屈折フィルタが、外部イン
タフェース装置402と複屈折フィルタ装置401とラ
ップアラウンド装置403とからなる。外部インタフェ
ース装置402が入力光ビームを受光して、第1の方向
にオフセットされ同じ偏光状態を有する平行な第1及び
第2の順方向偏光ビームを生成する。複屈折フィルタ装
置401が、第1及び第2の順方向偏光ビームを受光し
て第1及び第2の楕円偏光ビームを生成する。ラップア
ラウンド装置403が、第1及び第2の楕円偏光ビーム
から4個の逆方向直線偏光ビームを生成する。複屈折フ
ィルタ装置401が4個の逆方向直線偏光ビームから4
個の逆方向楕円偏光ビームを生成する。外部インタフェ
ース装置402が4個の逆方向楕円偏光ビームから周波
数と共に周期的に変化する相補的強度を有する2個の出
力ビームを生成する。
Description
ルタに関し、詳しくは波長分割多重(WDM)信号の偶
数チャネルと奇数チャネルとを分離するためのダブルパ
ス偏光多様化(ダイバーシチ)複屈折フィルタに関す
る。
0世紀への変わり目に天文学者によって、狭帯域スペク
トルウインドウを通して太陽の天体観測を行うことを目
的に開発された。これらのフィルタについては古典的な
文献(文献参照番号[1] [2] [3]) に述べられている
(本説明では文献を文献参照番号[1]- - -を用いて引用
する:[1] B. Loyt, Comptes Rendus vol. 197, pp. 15
93, 1933;[2] J. Evans, J. Opt. Soc. Amer., vol. 3
9, no. 3, pp. 229, 1949;[3] I. Solc, Czech. J.Phy
s. vol. 3, pp. 366, 1953)。 1965年に、複屈折
フィルタ用のフィルタ合成方法が論文に発表された(文
献[4] S. Harris, J. Opt. Soc. Amer., bol.54, no. 1
0, pp. 1267, 1964)。1980年代後半には、光波長
マルチプレクス(多重化)及びデマルチプレクス(多重
化解除)処理用に設計された複屈折フィルタを実例で示
すことによって、複屈折フィルタが光通信界に導入され
た(文献[5] C. Buhrer, Applied Optics, vol. 26, n
o. 17, pp. 3628, 1987; AppliedOptics, vol. 27, no.
15, pp. 3166, 1988; Applied Optics, vol. 33, no.
12, pp. 2249, 1994)。
ィルタ(図1(a))では、フィルタの入力部における
1つの偏光状態をフィルタの出力部における偏光状態か
ら弁別するために、複屈折フィルタ本体の前と後とに偏
光器を用いた。これは、これら文献の著者の用途には充
分だった。その理由は、太陽が強い光源であり、太陽か
らの光の偏光が完全にランダムだからである。
力側偏光器との使用が過剰な偏光依存損失を生じるこ
と、したがって通信用途には不適切であることがビュー
ラー(上記文献[5] Buhrer)によって認識され、代わり
に偏光多様化(偏光ダイバーシチ)の方法が生成され
た。彼は、複屈折フィルタが2つの直交偏光を同時に取
り扱うことを可能にし且つフィルタ出力を2つの相補的
ポートに結合することを可能にするための新しい入出力
ステージを提案した。彼の方式では、偏光に関係なく光
損失が生じない。彼の米国特許第4,987,567号
(文献[6]) には更に、光信号のマルチプレクサ/デマ
ルチプレクサとして複屈折フィルタを用いることが述べ
られている(文献[6]:U.S. patent 4,987,567, issued
to C. Buhrer on Jan. 22, 1991)。
は満足できる性能が得られるように見える。しかし、そ
の偏光ビーム分割器の構成要素内に存在する欠陥が原因
で、偏光状態間のコントラスト比が低いことと偏光依存
損失(PDL)が発生することとの両方の欠点が生じ
る。したがって、これを実用化した場合、クロストーク
及び偏光依存損失という障害が発生することになる。本
発明は上記ビューラー方式に対する2つの重要な改良を
成すものである。第1に、ビューラー発明の入出力偏光
ダイバーシチ装置を置換する改良型入出力偏光ダイバー
シチ装置が開示される。第2に、ここに開示されるフィ
ルタのアーキテクチャがコンパクトな仕方で折り返され
る構成をとり、簡単なダブルパスフィルタが生成され
る。これは、ビューラー特許とは別個のものであり、ビ
ューラー特許に対して更なる発明性を有するものであ
る。
ブルパス複屈折フィルタによれば、従来の技術の設計に
よるフィルタに比べて、偏光感度(偏光に依存し影響さ
れる度合い)が減少し、クロストーク(漏話)の阻止性
(阻止される度合い)が増大し、又挿入損失が低く、コ
ントラストが高く、色分散が少なくなる。その上、シン
グルパスに比べてダブルパス方式では、従来の技術の設
計よりもフィルタ処理が改善される。ダブルパス複屈折
フィルタの中心的用途は、波長分割多重光信号の偶数チ
ャネルと奇数チャネルとを分離するインタリーブ処理フ
ィルタとしての使用である。
タが、外部インタフェース装置(これ自体例えばビーム
変位器要素及びウエーブプレート(光波処理用板部材)
要素とからなる)と、複屈折フィルタ装置(いくつかの
異なる複屈折ウエーブプレートから構成される一連の複
屈折ウエーブプレートからなる)と、ラップアラウンド
装置(ビームの折り返し(ラップアラウンド)処理を行
う)(これ自体例えば、ビーム変位器と逆反射器とを有
する)とからなる。外部インタフェース装置において受
光された入力ビームに応じて、ダブルパス複屈折フィル
タが、外部インタフェース装置から入力ビームの方向と
対向する方向に出る2個の出力ビームを形成(生成)す
る。出力ビームの強度は、強度の合算電力が入力周波数
に対して不変状態を維持するように相補的仕方で変化す
る。
ルタは(1)入力光ビームを受光するための、そして、
そこから、平行な第1及び第2の、順方向に進行する偏
光ビーム(順方向進行偏光ビーム)であって、第1の方
向にオフセット(片寄せ移動)され、マッチング(一
致)する直線偏光状態を有する第1及び第2の順方向進
行偏光ビームを生成するための、外部インタフェース装
置;と、(2)第1及び第2の順方向進行偏光ビームを
受光するための、そして、そこからそれぞれ、第1及び
第2の楕円偏光ビームであってその各々が、入力光ビー
ムの周波数とともに、予め定義された自由スペクトル範
囲(重ならないスペクトル範囲)にわたって周期的に変
化する相補的強度、を有する第1及び第2の直交ビーム
成分からなる第1及び第2の楕円偏光ビームを生成する
ための、複屈折フィルタ装置;と、(3)第1及び第2
の楕円偏光ビームを更に第2の方向に分離して、4個
の、全てが直線偏光状態を有する順方向進行偏光ビーム
を生成するための、そしてこれら4個の順方向進行偏光
ビームの全てについてその方向を逆転して(逆転後の方
向を、逆方向と称する)、複屈折フィルタ装置を再度通
過するように4個の逆方向進行偏光ビームを生成するた
めの、ラップアラウンド装置;と、からなり、複屈折フ
ィルタ装置のフィルタプレートの、クリアなアパーチャ
(障害のない開口部)が、順方向進行偏光ビーム及び逆
方向進行偏光ビームの両方を収容できるほど充分な大き
さを有し、(4)同じ複屈折フィルタ装置が、その各々
が第1及び第2の成分からなるこれら逆方向進行偏光ビ
ームから、4個の楕円偏光ビームを生成し、そして
(5)外部インタフェース装置が、2個の(すなわち第
1及び第2の)順方向進行偏光ビームに加えて4個の逆
方向進行楕円偏光ビームをも収容できるほど充分な大き
さのクリアなアパーチャを有し、この外部インタフェー
ス装置が、4個の逆方向進行楕円偏光ビームから、概し
て2個の相補的直交偏光成分を有する2個の出力光ビー
ム(これらのビームは捕集される)とこれら2個の相補
的直交偏光成分のうち概して1個の成分のみを有する4
個の出力光ビーム(これらのビームは阻止される)とか
らなる6個の平行出力光ビームを生成する。
ス装置が、ビーム変位器とλ/2ウエーブプレートとか
らなり、λ/2ウエーブプレートは、順方向進行偏光ビ
ーム及び逆方向進行偏光ビームの半数のみと交差するよ
うにオフセットされ;複屈折フィルタ装置が、1個以上
の複屈折ウエーブプレートであって当該複屈折ウエーブ
プレートの厚さが前記ダブルパス複屈折フィルタの自由
スペクトル範囲を制御し当該複屈折ウエーブプレートの
相対的方位がフィルタの強度反応の形状を制御するよう
に設計された1個以上の複屈折ウエーブプレートを有
し;ラップアラウンド装置が、複屈折ビーム変位器であ
って外部インタフェース装置内に位置する複屈折ビーム
変位器に関して順方向進行偏光ビームの軸のまわりに9
0度回転された複屈折ビーム変位器と、逆反射器(ミラ
ー)とを有する。別の実施例においては、外部インタフ
ェース装置のビーム変位器が菱形偏光ビーム分割器(P
BS)に置換され、そして/又は逆反射器(ミラー)が
直角の逆反射プリズムに置換される。
型複屈折フィルタの一例を示す。入力側のシート型偏光
器が入射光を直線偏光させる。ウエーブプレートとして
カットされ方向付け(方位設定)された複屈折結晶体の
縦続構成が、周波数の関数として偏光状態(SOP)
(偏光方位)を回転させる。出力側の偏光器が、図示の
ように、垂直軸に投影された偏光状態の電力を水平軸に
投影された偏光状態の電力と弁別する。この仕方で、出
力光の強度が周波数の関数として変調される。強度対周
波数の応答特性の一例を同じく図1(a)に示す。
型複屈折フィルタの一例で入力側及び出力側偏光器のな
い場合を示す。ウエーブプレートとしてカットされ方位
設定された複屈折フィルタ101の1個以上のプレート
(板部材)が相互に順次配置される。一般的な単軸複屈
折材料は、雲母、方解石、ルチル、オルトバナジン酸イ
ットリウム、ホウ酸アルファバリウム、及びニオブ酸リ
チウムである。各プレートの厚さL0 〜4L0 は単位厚
さ又は単位厚さの整数倍である。例えば、200GHz
自由スペクトル範囲1.545μmの縦続型フィルタに
対して、材料を方解石とした場合に最も薄いプレート厚
さは約8.8mmでなければならない。
について2つの固有屈折率を示す。一方の軸を高速軸、
他方の軸を低速軸と称する。ここで「高速」「低速」は
屈折率の「小」「大」にそれぞれ対応する。結晶体プレ
ートの軸が、高速軸と低速軸とを含む平面が入射光ビー
ム103のパス(進路)102に垂直になるような向き
に配置される。この向きで結晶体はウエーブプレートと
して機能する。複屈折フィルタ101内の各プレートの
方位回転位置、例えば104、は従来の技術に述べられ
ているようにフィルタ合成手順に依存する。直線偏光入
力信号である入射光ビーム103の場合、1個以上の単
軸複屈折結晶体は概して、楕円偏光出力信号105を生
成する。オプションとして縦続構成体の最後に設けた半
ウエーブプレート106(厚さが波長λの1/2のλ/
2ウエーブプレート)がフィルタ出力偏光状態を出力ス
テージの軸へ回転させる(出力ステージは図示しな
い)。
号105の出力偏光状態を2つの直線直交偏光軸υ及び
ηに投影したものを示す。フィルタの周波数応答が、2
つの直線直交偏光軸υ及びηへの電力の分割として表さ
れる。これら2軸は図1(b)の複屈折フィルタの出力
「ポート」として機能する。
υ及びηに沿っての相対的光ビーム強度は周波数応答曲
線上方の矢印の長さによって表される。図1のフィルタ
の強度は、図1の最も薄いプレートL0 の自由スペクト
ル範囲(FSR)に等しい自由スペクトル範囲で周期的
に変化する。図示のように、線直交偏光軸υ及びηに沿
っての強度は、2軸それぞれの強度を全周波数について
合算した値が常に一定値であるような相補的仕方で変化
する。図2(b)は、考えられるフィルタ反応曲線の一
例を示すもので、同図で、相対周波数0(ゼロ)GHz
を中心とする第1の周波数帯域においてはη軸上の強度
が最大値に近くυ軸上の強度が最小値に近い。他方、相
対周波数±100GHzを中心とする第2の周波数帯域
においてはη軸上の強度が最小値に近くυ軸上の強度が
最大値に近い。強度応答は周波数に対して周期的で、応
答の形状は、複屈折フィルタ101のプレート方位設定
の結果である。1個のプレートではコサイン方形の応答
が得られるが、プレートの縦続構成ではより鋭いフィル
タ特性曲線が生成されることになり得る。
るインタリーブ処理フィルタとして適切なものにするた
めに必要なステップは、2つの直線直交偏光軸υ及びη
上の光出力電力を2つの別個の出力ポートへ空間的に分
離するための手段を構築することである。
化)]図1の古典的な複屈折フィルタを光通信システム
に用途拡張するには、いずれの出力ポートの電力をも入
力の偏光状態に対して無関係にする必要がある。周波数
のみが唯一の弁別要素でなければならない。偏光ダイバ
ーシチのための手段が必須である。上記文献[6] の米国
特許第4,987,567号に、偏光ダイバーシチのた
めの手段の記述があり、これによれば、図3(a)に示
すように、入力側及び出力側に偏光ビーム分割器(PB
S)と鏡との組み合わせが用いられる。入力側のPBS
1ステージ及び出力側のPBS2ステージが、特別設計
の偏光ビーム分割器を用いて構成される。この偏光ビー
ム分割器には、在来の2個の直角3角形ではなく2個の
45度傾斜の菱形部材が用いられる。インタフェース3
01として、特別設計の多層誘電フィルム(膜)が菱形
部材間に形成配置されて、在来の偏光ビーム分割器と同
じ仕方で入力偏光ビームを分割する。このインタフェー
ス301に平行な2つの菱形面302は鏡面被覆され
る。このようにして、入力偏光ビーム303がインタフ
ェース301に位置合わせされ、インタフェース301
が2つの偏光を分離する。一方の(第1の)偏光ビーム
がインタフェース301を通って第1の出力偏光ビーム
304として継続進行し、他方の偏光ビームが、対向す
る鏡面被覆された菱形面302の方へ反射される。鏡面
であるこの菱形面からの反射によってこの偏光ビームは
第1の出力偏光ビーム304に平行なしかもそれからオ
フセットされた第2の出力偏光ビーム305として進行
する。すなわち、この作用が一体となって偏光ビームの
分離が行われ、平行な2つの出力偏光ビーム304及び
305が生成される。
3(a)のフィルタを通る際の、偏光状態及びその空間
的関係の変遷経過を矢印で示す。入力部では、フレーム
(偏光の位置及び向きをビームに垂直な面で表す)31
0に示すように、入力偏光ビーム303は概して2つの
直交偏光成分V及びHを有する。PBS1ステージの効
果として、フレーム311に示すように、成分Hと成分
Vとが空間的に分離されて2個の別個のビーム304及
び305となる。概して、縦続型複屈折フィルタを通し
ての透過により直線偏光状態の成分V及びHが、その光
周波数によるが楕円偏光状態に変換される。フレーム3
12に示すように、縦続型複屈折フィルタの出力はビー
ム305’上の偏光成分V1及びV2並びにビーム30
4’上の偏光成分H1及びH2から構成される。V1と
H1とが水平軸ηの偏光成分を表し、V2とH2とが垂
直軸υの偏光成分を表す。V1が水平で、H2が垂直で
あるが、「V1」及び「H2」の符号は、入力偏光ビー
ムに関するこれら成分の絶対的偏光状態を示すのではな
く、これら成分の基点を表すのに用いられる。
の偏光状態を2つの別個のビームに分離したのに対し、
PBS2ステージは、フレーム313に示すように、2
つの相補的出力ポート「出力1」及び「出力2」を形成
するために、ビーム304’及び305’から適切な偏
光成分を組み合わせる必要がある。PBS2ステージ
は、ビーム305’がPBS2上のインタフェース30
1と交差し、ビーム304’がPBS2上の鏡面被覆さ
れた表面302から反射されるように配置される。それ
からPBS2が、偏光成分V2及びH1を組み合わせて
「出力1」を形成し、偏光成分V1及びH2を組み合わ
せて「出力2」を形成する。今述べた装置で、望む動作
性能が達成される。ここで、出力ビーム強度は入力光周
波数のみの関数であり、偏光状態の関数ではない。
ーラーの方法は満足できる性能が得られるように見え
る。しかし、偏光ビーム分割器の構成要素内に存在する
欠陥が原因で、偏光状態間のコントラスト比が低いこと
と偏光依存損失(PDL)が発生することとの両方の欠
点が生じる。したがって、これを実用化した場合、クロ
ストーク及び偏光依存損失という障害が発生することに
なる。
に代わる偏光ダイバーシチ(多様化)複屈折フィルタに
ついて述べる。本発明の偏光ダイバーシチの方法によれ
ば、ビューラーが用いた入力側PBSステージ及び出力
側PBSステージによって得られる偏光分離のコントラ
スト(分離された偏光ビーム間の分離対比)に対して、
一桁改善されたコントラストが得られ、又偏光依存損失
も減少する。ビューラーの方式のPBSステージによっ
て2つの出力直交直線偏光の間に得られるコントラスト
はわずか27dBである。このPBSステージの27d
Bというコントラストの値が生じるのは、充分に偏光感
度があり無色(アクロマチック)で低損失の誘電堆積膜
をPBSのインタフェース301に形成する能力が限ら
れているためである。その上、この誘電性のインタフェ
ース301における2つの直交偏光状態のビームの透過
及び反射は、一般に不均斉である。現在利用可能なPB
Sを用いた場合の一例は、透過が〜95%で反射が〜9
9%である。このような不均斉から偏光依存損失(PD
L)が生じる。
き、図4に示すような、上記に代わる偏光ダイバーシチ
(多様化)複屈折フィルタについて述べる。本発明の偏
光ダイバーシチの方法によれば、ビューラーが用いた入
力側PBSステージ及び出力側PBSステージによって
得られる偏光分離のコントラスト(分離された偏光ビー
ム間の分離対比)に対して、一桁改善されたコントラス
トが得られ、又偏光依存損失も減少する。その上、本明
細書では、簡単でコンパクトなダブルパス複屈折フィル
タのアーキテクチャを開示する。このアーキテクチャ
は、ここで提供される偏光ダイバーシチの改良を継承す
るものであり、且つ特にクロストークのレベルを低くす
ることが肝要であるような用途においてすぐれた性能を
発揮する。
フィルタの設計を、偏光不感の(偏光に依存し影響され
ることのない)1×2(1ポート入力から2ポート出力
を得る)構成の場合の一例について示す。同図の構成
は、図3(a)に示す縦続型複屈折フィルタと同じ複屈
折フィルタを縦続型の複屈折フィルタ装置401として
用いるが、図3(a)の入力側及び出力側の偏光ビーム
分割器(PBS)要素を、本発明による外部インタフェ
ース装置のステージ及びラップアラウンド装置のステー
ジにそれぞれ置換する。更に異なる点は、図3(a)の
ビューラー方式のフィルタにおいて光ビームが1つの方
向にのみ進行するのに対し、本発明のダブルパス方式の
フィルタでは、光ビームが複屈折フィルタ装置401を
通る際に、順方向に進行するものと逆方向に進行するも
のとの両方があることである。
は、第1の複屈折ビーム変位器404(簡単に、第1の
ビーム変位器)及び一体型ののλ/2ウエーブプレート
405を有する。この一体型のλ/2ウエーブプレート
405は、6個の順方向進行偏光ビーム及び逆方向進行
偏光ビームのうちの半数(3個)のみと交差するように
オフセットされる。複屈折フィルタ装置401は、ウエ
ーブプレートとしてカットされ方位設定された1個以上
の複屈折要素408を有する。
直な結晶面上に位置するようにカットされる。それから
各要素が、フィルタ合成アルゴリズムによって定められ
る予め計算された角度までその要素の法線のまわりに回
転される。オプションのλ/2ウエーブプレート409
(厚さが波長λの1/2)が、全ての複屈折要素408
の後に、複屈折フィルタ装置401の座標系をラップア
ラウンド装置403のステージに位置合わせできるよう
に配置される。
は、第2の複屈折ビーム変位器406(簡単に、第2の
ビーム変位器)及び逆反射器407を有する。第2のビ
ーム変位器406の変位の方向は、第1のビーム変位器
404の変位方向に垂直である。逆反射器407は、複
合鏡で、2個の鏡が90度の角度で相対するように配置
される。したがって、順方向進行光ビームがオフセット
され、反射されて逆方向進行光ビームとなる。
を示し、図4(a)の第1のビーム変位器404が菱形
偏光ビーム分割器480(菱形PBS)に置換される。
図4(c)は、更に別の実施例を示し、図4(a)の逆
反射器407が逆反射プリズム490に置換される。
を通る光ビームのパスを示し、図5(b)は、フィルタ
を通る際の、偏光及びその空間的変遷経過を矢印で示す
ブロック線図である。入力光ビームは概して楕円偏光処
理される。図5(b)のフレーム501は、入力光ビー
ム410に水平(H)及び垂直(V)の両偏光成分が存
在することを示す。
02に示すように、水平及び垂直の偏光成分を空間的に
分離する。変位の方向は「上向き」である。分離された
2個の順方向進行成分は平行に進行する。2個のビーム
のうちの低い方の光ビーム411は次いでオフセット用
の一体型のλ/2ウエーブプレート405を通る(尚、
この符号411は2個の順方向進行ビームのうちの低い
方のビーム専用ではなくて、逆方向進行ビームにも用い
られる)。
ム503に示すように、低い方の光ビーム411の偏光
状態(SOP)(偏光方位)を90度回転させる。これ
で今や、両光ビームが平行且つ同じ偏光状態で進行する
ことになる。
ビームが、外部インタフェース装置402のステージか
ら出力されて複屈折フィルタ装置401を通る。概し
て、複屈折フィルタ装置401は、フレーム504に示
すように、ビームの直線偏光状態を水平及び垂直の両偏
光成分を有する楕円偏光状態に変換する。直線から楕円
への偏光状態の変換は、入力光ビーム410の周波数と
フィルタ設計との関数である。
のビームの2個の直交偏光成分は、第2のビーム変位器
406によって空間的に分離される。変位の方向は、4
個の光ビーム413が第2の変位器406から矩形上の
4つの角点を形成する形で現れるようにする方向であ
る。
化されている。これら4個のビームは全て、先ず逆反射
器407上の鏡表面407aから反射されてその向きを
90度変える。次に4個のビームは全て、逆反射器40
7上の鏡表面407bから反射されて、再度その向きを
90度変える。その結果現れるビームは、その向きが反
射に先立つ通過の向きと反対になるように折り返された
ことになる。
の向きに進行する。その上、フレーム506に示すよう
に、これら4個の光ビームの相対的位置は逆反射器40
7によって変えられている。すなわち、互いに上下に位
置するビームからなる一方のビーム対510の位置が、
互いに上下に位置するビームからなる他方のビーム対5
20の位置と入れ替わっていて、4個のビームの位置全
てが光ビーム413の位置から変換されている。これら
4個の直線偏光共同進行のビーム414は全て、次に再
度第2のビーム変位器406を通り、ビーム対510と
520との間の分離は倍増される。
のビーム414は再度、複屈折フィルタ装置401に入
る。フレーム503から504への、フィルタ装置内の
順方向通過の経過と同様に、直線偏光ビームは各々、概
して楕円偏光ビームに変換され、各ビームは、フレーム
507に示すように、水平及び垂直両方の偏光成分を有
する。
光ビーム410の周波数と複屈折フィルタ装置401の
設計との関数である。複屈折フィルタ装置401から現
れたビーム415は最後に、外部インタフェース装置4
02を通る。
ース装置402の目的は、2度フィルタ処理された偏光
成分を有する2個のビームを形成することであり、これ
らのビームは捕集されることになる。4個のビームが残
ることになり、これらのビームは阻止される。阻止され
た光ビームにおける電力は概して、2回目の通過時に複
屈折フィルタ装置401によって阻止された光ビームの
電力と一致する。阻止されたビーム内の電力は、別の目
的のために捕集される。
成するために、フレーム507に示すビーム511及び
512が最初にオフセット用のλ/2ウエーブプレート
405を通過する。ビーム511及び512の両偏光成
分が90度回転されて現れる(フレーム508)。次に
4個のビーム全てが、前のように、一方の偏光成分が下
方へ位置移動され且つ他方の偏光成分は位置が変更され
ないように方位設定された第1のビーム変位器404を
通る。
直偏光成分530が下方へ位置移動され、2個のビーム
560の垂直偏光成分540が下方へ位置移動され、残
る水平偏光成分は影響されず不変である。その結果とし
て、フレーム509に示すように、逆方向進行で平行な
6個のビームが得られる。
ィルタの出力として捕集される。残りのビーム550及
び540は阻止されるものとして示されているが、信号
をモニタする動作又は他の目的に利用される。
05の欠陥は、シート型偏光器405’を追加すること
によって矯正される。このシート型偏光器405’は、
λ/2ウエーブプレート405の後で複屈折フィルタ装
置401の前に配置され、6個のビーム全てを偏光処理
する。シート型偏光器405’は、垂直偏光成分を透過
させて水平偏光成分を阻止するように、又は設計によっ
てはその逆になるように、位置合わせ調整される。
光入力ビームを与えられた場合の、複屈折フィルタ装置
401の周波数依存(対応)の偏光強度応答(相対的光
ビーム強度)の一例を示す。外部インタフェース402
が周波数対応の偏光強度応答を出力部「出力1」及び
「出力2」における振幅応答に翻訳変換する。図2
(b)の相対的周波数0(ゼロ)GHzの場合を考え
る。ここでは複屈折フィルタ装置401の出力は水平方
向に強く垂直方向に弱い。
に示すビーム412(図5(a))の偏光成分の強さ
は、成分V1及びH1が強く、成分V2及びH2が弱
い。ラップアラウンド装置403での処理で変位後、フ
レーム506に示すビーム510は弱く、ビーム520
は強い。逆方向進行の向きで2回目に複屈折フィルタ装
置401を通過後、楕円偏光ビームが生成され(フレー
ム507)、ここでは水平成分が相対的に強く、垂直成
分が相対的に弱い。
電力はビーム512及び512’の合算電力に比べて相
対的に弱い。次に外部インタフェース装置402で処理
後得られる捕集されるビーム(捕集ビーム)516の強
度は捕集ビーム515に対して相対的に強い。その結
果、「出力1」は明暗度が強く「出力2」は弱い。図2
(b)の別の相対的周波数±100GHzにおいては、
複屈折フィルタ装置401の出力は垂直方向に強く水平
方向に弱い。上記と同じ解析の結果、ダブルパス複屈折
フィルタから、明暗度が強い「出力2」及び明暗度が弱
い「出力1」が生成される。
電力合算値は常に一定で、全ての周波数において一定に
保たれる。「出力1」と「出力2」との間の相対的強度
は周波数とともに周期的に変化するが、入力ビーム41
0の入力偏光状態とは無関係である。変化の周期は複屈
折フィルタ装置401の自由スペクトル範囲(FSR)
である。
設計が与えられると、図4(a)(b)及び(c)に示
す本発明全体を、インタリーブ処理フィルタとして用い
ることができる。その結果として(図6を参照)、もし
入力信号が、自由スペクトル範囲を周期とする周波数に
おいて均一間隔を置いたチャネルを有する波長分割多重
(WDM)信号である場合、本発明のダブルパス複屈折
フィルタ(図4(a)(b)及び(c))は、WDM信
号をインタリーブ解除処理して、奇数番号のチャネルが
「出力1」に出力され、偶数番号のチャネルが「出力
2」に出力されることになる。
(a)(b)及び(c))の1つの用途は、配列型導波
器ルータ(アレイド・ウエーブガイド・ルータ)(AW
G)を利用する光マルチプレクサ及び光デマルチプレク
サにおいて処理が可能なWDMチャネル数を増加させる
用途である。AWGに基づくマルチプレクサ及び/又は
デマルチプレクサに供給されるWDMチャネルの周波数
間隔は、もしこれらのチャネルが最初に本発明の複屈折
フィルタによって偶数及び奇数のWDMチャネルを分離
するフィルタ処理をされてから個別のAWGによって処
理される場合には、同じ与えられたAWG周波数分離能
力に対して、本発明の複屈折フィルタを用いないときに
比べて、倍増させることが可能である。
て、もし入力信号が、FSR(自由スペクトル範囲)の
間隔で分離された波長分割多重(WDM)信号の場合、
ダブルパス複屈折フィルタ601が、奇数番号の波長
(チャネル)が「出力1」に出力され、偶数番号の波長
が「出力2」に出力されるようにWDM信号を細分割
(スライス)する。
々(図示しない)に接続された個別のAWG(配列型導
波器ルータ)を用いて、1つ以上の偶数及び奇数の波長
が更に選択される。
タは、特によい応答を示す。フィルタ損失が低く、ステ
ージ当たり0.1dBよりも低くできる。充分なフィル
タ合成及びステージ数により、鋭い、平坦なフィルタ応
答を達成できる。インパルス応答が有限でその持続時間
が短いため、位相応答は、ファブリーペロー又はファイ
バ・ブラッグ・グレーチング方式のフィルタに比べて優
秀である。
信の用途に用いるときは、偏光不感度(偏光に依存し影
響されることのない度合い)を最適化する必要がある。
そうする際に、できればクロストークレベルを増すべき
ではない。ビューラーは、2つの特殊な偏光ビーム分割
器(PBS)ステージを設けその1つずつを入力側と出
力側とに配置して偏光不感フィルタを形成してみせた。
よいPBS要素に対するクロストークレベルは現在、約
−27dBである。これらのステージは又相対的に無色
(アクロマチック)である。
折のスライス型フィルタは、クロストークレベルを−2
7dBから−40dBに低減でき、又本質的に無色であ
る。
及び出力ステージ方式は、必須のλ/2プレートの欠陥
に対する許容度を備えている。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を
制限するよう解釈されるべきではない。
来の技術の設計による複屈折フィルタに比べて、偏光感
度が減少し、クロストークの阻止性が増大し、又フィル
タ損失が低く、コントラストが高く、色分散の少ない複
屈折フィルタが得られる。その上、従来の技術の設計よ
りもフィルタ処理が改善され、優れたフィルタ応答を達
成できる。透過と反射とを適切に組み合わせた光ビーム
折り返し方式の光学構成を用いるので、簡単でコンパク
トなダブルパス複屈折フィルタが得られる。更に、本発
明のダブルパス複屈折フィルタは、波長分割多重(WD
M)光信号の偶数チャネルと奇数チャネルとを分離する
インタリーブ処理フィルタとしての使用が可能である。
の後の括弧内の符号は、構成要件と実施例と対応づけて
発明を容易に理解させる為のものであり、特許請求の範
囲の解釈に用いるべきのものではない。
明図で、早期の天文学者が用いたように入力側偏光器及
び出力側偏光器を設けた場合を図1(a)に、又設けな
い場合を図1(b)に示す。
光入力信号に応じての出力偏光信号を示す説明図で、2
つの直線直交偏光軸(υ及びη)に関する説明を図2
(a)に示し、その出力信号の、周波数に関するη偏光
軸及びυ偏光軸に沿っての相対的強度変化を図2(b)
に示す。
による従来の技術の縦続型複屈折フィルタの一例の説明
図で、その配置を図3(a)に示し、入力信号に応じて
のフィルタの種々の位置における、η偏光軸(H)及び
υ偏光軸(V)に沿っての相対的ビーム強度を矢印で図
3(b)に示す。
型)フィルタの一実施例の説明図で、その配置を図4
(a)に示し、図4(a)の外部インタフェース装置の
ビーム変位器を菱形偏光ビーム分割器(PBS)に置換
した例を図4(b)に示し、図4(a)の逆反射器(ミ
ラー)を逆反射プリズムに置換した例を図4(c)に示
す。
イス型)フィルタを1個の入力ビームが通過進行する際
に入力ビームに及ぼされる効果の説明図で、その効果を
平面図及び側面図で図5(a)に示し、図4(a)のダ
ブルパス周期複屈折スライス・フィルタをビーム成分が
通過進行する際のビーム成分の位置を表すブロック線図
を図5(b)に示す。
複屈折(スライス型)フィルタによる波長分割多重(W
DM)信号のスライス(細分割)処理を示す説明図であ
る。
Claims (16)
- 【請求項1】 ダブルパス複屈折フィルタであって、 (A)入力光ビームを受光するための、そして、当該受
光ビームから、第1の方向にオフセットされ、互いに一
致する直線偏光状態を有する、平行な第1及び第2の順
方向進行偏光ビームを生成する(502,503)ため
の、外部インタフェース装置(402)と、 (B)当該第1及び第2の順方向進行偏光ビームを受光
するための、そして、当該受光ビームから、それぞれ、
第1及び第2の楕円偏光ビームであってその各々が、当
該入力光ビームの周波数とともに、予め定義された自由
スペクトル範囲にわたって周期的に変化する相補的強
度、を有する第1及び第2のビーム成分からなる第1及
び第2の楕円偏光ビームを生成する(504)ための、
複屈折フィルタ装置(401)と、 (C)当該第1及び第2の楕円偏光ビームを更に第2の
方向に分離して、4個の、全てが直線偏光状態を有する
順方向進行偏光ビームを生成するための、そして当該4
個の順方向進行偏光ビームの全てについてその方向を逆
転して、当該複屈折フィルタ装置を再度通過する4個の
逆方向進行偏光ビームを生成する(505、506)た
めの、ラップアラウンド装置(403)と、からなり、 当該複屈折フィルタ装置(B)のクリアなアパーチャ
が、当該順方向進行偏光ビーム及び当該逆方向進行偏光
ビームの両方を収容できるほど充分な大きさを有し、 当該複屈折フィルタ装置(B)が、その各々が第1及び
2の成分からなる当該逆方向進行偏光ビームから、4個
の楕円偏光ビームを生成し(507)、 当該外部インタフェース装置(A)が、当該第1及び第
2の順方向進行偏光ビーム及び当該4個の逆方向進行楕
円偏光ビームを収容できるほど充分な大きさのクリアな
アパーチャを有する、ことを特徴とするダブルパス複屈
折フィルタ。 - 【請求項2】 前記外部インタフェース装置(A)(4
02)が、 (A1)前記入力光ビームを受光するための、そして、
当該受光ビームから、第1の方向にオフセットされた、
平行な第1及び第2の順方向進行偏光ビームを生成する
(502)ための、ビーム変位器(404)と、 (A2)前記第1の順方向進行偏光ビームの偏光状態を
前記第2の順方向進行偏光ビームの偏光状態と同じ偏光
状態に変える(503)ためのλ/2ウエーブプレート
(405)と、からなることを特徴とする請求項1のフ
ィルタ。 - 【請求項3】 前記λ/2ウエーブプレート(A2)の
後に続いてシート型偏光器(405’)が設けられるこ
とを特徴とする請求項2のフィルタ。 - 【請求項4】 前記ビーム変位器(A1)が、方解石、
ルチル、オルトバナジン酸イットリウム、ホウ酸アルフ
ァバリウム、並びにニオブ酸リチウムからなるグループ
から選択された材料を用いて構築されることを特徴とす
る請求項2のフィルタ。 - 【請求項5】 前記ビーム変位器(A1)が、相互に取
り付けられた2個の3角形プリズムを用いて構築されて
矩形形状を形成することを特徴とする請求項2のフィル
タ。 - 【請求項6】 前記ビーム変位器(A1)の結晶カット
が、前記複屈折フィルタ装置(B)に用いられる複屈折
ウエーブプレートの結晶カットと異なることを特徴とす
る請求項2のフィルタ。 - 【請求項7】 前記外部インタフェース装置(A)(4
02)が、 (A11)前記入力光ビームを受光するための、そし
て、当該受光された入力光ビームから、第1の方向にオ
フセットされた、平行な第1及び第2の順方向進行偏光
ビームを生成する(502)ための、菱形偏光ビーム分
割器(480)と、 (A12)当該第1の順方向進行偏光ビームの偏光状態
を当該第2の順方向進行偏光ビームの偏光状態と同じ偏
光状態に変化させる(503)ためのλ/2ウエーブプ
レート(405)とからなることを特徴とする請求項1
のフィルタ。 - 【請求項8】 前記複屈折フィルタ装置(B)が、方解
石、ルチル、オルトバナジン酸イットリウム、ホウ酸ア
ルファバリウム、並びにニオブ酸リチウムからなるグル
ープから選択された材料を用いるいくつかの異なる複屈
折ウエーブプレートから構成される一連の複屈折ウエー
ブプレートからなることを特徴とする請求項1のフィル
タ。 - 【請求項9】 前記ラップアラウンド装置(C)(40
3)が、 (C1)前記第1及び第2の楕円偏光ビームを第2の方
向に分離して、その全てが直線偏光状態を有するような
4個の順方向進行偏光ビームを生成する(505)ため
の、ビーム変位器(406)と、 (C2)当該4個の順方向進行偏光ビームについてその
方向を逆転して、4個の逆方向進行偏光ビームを生成す
る(506)ための逆反射器(407)と、からなるこ
とを特徴とする請求項1のフィルタ。 - 【請求項10】 前記ビーム変位器(C1)の結晶カッ
トが、前記複屈折フィルタ装置(B)に用いられる複屈
折平面の結晶カットと異なることを特徴とする請求項9
のフィルタ。 - 【請求項11】 前記複屈折フィルタ装置(B)が、1
個以上の複屈折ウエーブプレートであって当該複屈折ウ
エーブプレートの厚さが前記ダブルパス複屈折フィルタ
の自由スペクトル範囲を制御し当該複屈折ウエーブプレ
ートの相対的方位がフィルタの強度反応の形状を制御す
るように設計された1個以上の複屈折ウエーブプレート
を有することを特徴とする請求項9のフィルタ。 - 【請求項12】 前記ラップアラウンド装置(C)(4
03)が、 (C11)前記第1及び第2の楕円偏光ビームを第2の
方向に分離して、その全てが直線偏光状態を有するよう
な4個の順方向進行偏光ビームを生成する(505)た
めの、ビーム変位器(406)と、 (C12)当該4個の順方向進行偏光ビームについてそ
の方向を逆転して、4個の逆方向進行偏光ビームを生成
する(506)ための逆反射プリズム(490)と、か
らなることを特徴とする請求項1のフィルタ。 - 【請求項13】 前記フィルタが、入力の波長分割多重
信号を、当該波長分割多重信号の偶数波長を有する第1
の出力ビームと当該波長分割多重信号の奇数波長を有す
る第2の出力ビームとからなる2個の出力ビームを生成
するように多重化解除するのに用いられるデマルチプレ
クサであることを特徴とする請求項12のフィルタ。 - 【請求項14】 前記2個の出力ビームが、入力ビーム
の周波数の周期関数として変化する強度を有し、前記2
個の出力ビームの当該強度は、当該強度の合算電力が前
記入力周波数に対して不変状態を維持するように相補的
仕方で変化することを特徴とする請求項1のフィルタ。 - 【請求項15】 ダブルパス複屈折フィルタ操作方法で
あって、 (a)入力光ビームを第1の光装置(402)において
受光して、当該受光ビームから、第1の方向にオフセッ
トされ、互いに一致する直線偏光状態を有する平行な第
1及び第2の順方向進行偏光ビームを生成するステップ
(502、503)と、 (b)当該第1及び第2の順方向進行偏光ビームを第2
の光装置(401)において受光して、当該受光ビーム
からそれぞれ、第1及び第2の楕円偏光ビームであって
その各々が、当該入力光ビームの周波数で、予め定義さ
れた自由スペクトル範囲にわたって周期的に変化する相
補的強度、を有する第1及び第2のビーム成分からなる
第1及び第2の楕円偏光ビームを生成するステップ(5
04)と、 (c)当該第1及び第2の楕円偏光ビームを第3の光装
置(403)において更に第2の方向に分離して、その
全てが直線偏光状態を有する4個の順方向進行偏光ビー
ムを生成し、そして当該4個の順方向進行偏光ビームの
全てについてその方向を逆転して、再度当該第2の光装
置を通過する4個の逆方向進行偏光ビームを生成するス
テップ(505、506)と、 (d)当該第2の光装置(401)において、その各々
が第1及び第2の成分からなる当該逆方向進行偏光ビー
ムから、4個の楕円偏光ビームを生成するステップ(5
07)と、 (e)当該第1の光装置(402)において、当該4個
の逆方向進行楕円偏光ビームから、2個の相補的直交偏
光成分を有する2個の出力ビームと当該2個の相補的直
交偏光成分のうちの実質上1個の成分のみを有する4個
の出力ビームとからなる6個の平行出力光ビームを生成
するステップ(508、509)と、からなることを特
徴とする、ダブルパス複屈折フィルタ操作方法。 - 【請求項16】 前記6個の平行出力光ビームが、前記
第2の光装置(401)の前側に設けられたシート型偏
光器(405’)によって2個の平行出力光ビームに削
減されることを特徴とする請求項15の方法。
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