JP2002544557A - 振幅可調整フィルタ - Google Patents

振幅可調整フィルタ

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グレン イー． コンク
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Abstract

(57)【要約】 動的可調整フィルタ（１０）は、導波路を可調整屈折率を有するオーバークラッド（２０）で包囲することによって、コア（１６）及びクラッド（１８）モード間の結合の大きさを制御する。かかる結合モードは、所望のスペクトル応答を生じるコアに沿って減じられる。オーバークラッド（２０）の屈折率の調整は、下側にあるクラッド（１８）の屈折率よりも大なる範囲でなされて、バンドの中心波長をシフトさせることなく、減衰波長バンドの大きさを変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、1999年5月17日出願の米国仮特許出願第60/134,565号の利益を請求
する。 光導波路のコア及びクラッド層の間での光のカップリングは、導波路のスペク
トルの伝送特性に影響を与える。外部制御は、カップリングパラメータを修正し
て、伝送特性を変化させるか、若しくは「調整」を行うことである。
【０００２】
【発明の背景】
スペクトルの伝送特性は、導波路（例えば、ファイバ）の材料及びその幾何学
的形状、また、ルータ、フィルタ及び増幅器を含むインライン光学デバイス、及
び、信号とのさまざまな相互作用と同様に環境の要因によっても影響を受ける。
光増幅器は、動作スペクトル範囲に亘って、しばしば実質的に不均一なゲインを
生成し、薄膜、長周期グレーティング及びファイバブラッググレーティングを含
むゲイン平坦化フィルタとペアで使用されて、所望のスペクトル特性を維持する
。
【０００３】 追加のゲイン平坦化がシステムレベル、特に海中でのアプリケーションにおい
てしばしば必要とされる。他のインラインシステムと同様に、一列に継続された
増幅器のゲインリプルは、他のゲイン平坦化フィルタによっても緩和され得るシ
ステムリプルを蓄積、発生する。かかるフィルタは、特定のシステムの必要条件
に適合し得るスペクトル応答に固定されている。しかしながら、いくつかのシス
テムワイドな変化は、局所的なより顕著な他の変化と同様に、時間とともに変化
する。システムの経年を含む環境条件及びシステム摂動の変化は、一時的で予測
できない方法でシステムのスペクトル伝送分布を変化させ得る。スペクトルの動
的な調整は、システムの安定性を維持するために必要である。
【０００４】 可調整フィルタ、特に可調整ファイバブラッググレーティングは、スペクトル
に沿ってシフトさせられ得るスペクトル応答を利用することができる。フィルタ
グレーティングは、例えば、圧縮若しくは応力の如き外力の制御下において、そ
れらの周期性を変化させることで調整される。しかしながら、時間に対して変化
するそのシステムスペクトル伝送特性は、狭い減衰バンドのシフトを行うことに
よっては、容易に反作用を有しない。特にスペクトルに沿って密な間隔を置かれ
た信号に関して、減衰バンドをシフトさせることは、隣接した信号を攪乱し得る
。ある短周期グレーティングは、反射によってスペクトルバンドを減じ、これは
反射された光を調整するか、若しくは除去するための追加のシステムの複雑さを
必要とする。
【０００５】
【発明の概要】
改良されたチューニング能力は、波長の応答をシフトさせることよりも、むし
ろフィルタ応答を拡大・縮小させることで、主として与えられる。予め定められ
た波長領域の中で、減じられたスペクトルバンドの全体の振幅は、減じられたバ
ンドの中心波長を大きく変化させることなく増減させ得る。このバンドは、反射
よりもむしろ消失によって減じられ得る。そして、本発明の新規な振幅可調整フ
ィルタは、他の可調整若しくは受動フィルタと結合され得て、より広いシステム
応答を与えるか、若しくは異なるチャネルの伝送特性を個々に調整する。
【０００６】 本発明による好適な実施例は、現時点で見いだされた動的なチューニング効果
を有する特別な結合メカニズムに依存する。長周期グレーティング、先細り（テ
ーパー）経路、及び他の摂動が、コアからの光を包囲クラッドに結合する光導波
路に沿って使用され得る。このクラッドを包囲する環境条件がクラッドモードに
影響を及ぼす。
【０００７】 例えば、1997年12月1日のオプティクスレター誌（Optics Letters）の第22巻
、第23号に掲載の「周囲の屈折率変化によって引き起こされる長周期ファイバグ
レーティングの応答ピーク移動（Displacements of the resonant peaks of a l
ong-period fiber grating induced by a change of ambient refractive index
）」の論文は、異なる周囲の屈折率を有する媒体によって長周期グレーティング
のクラッドを包囲する効果を論じている。クラッドの屈折率よりも低いと、クラ
ッドモード減衰バンドは、低波長側へシフトし、周囲屈折率がクラッド屈折率に
接近するとともに振幅が減少する。クラッド屈折率に適合する周囲屈折率では、
クラッドモードはもはやガイドされない故に、減衰バンドは実質的に消失する。
クラッドの屈折率よりも高いと、減衰バンドが再び出現し、周囲屈折率の更なる
増加によって振幅が増加するが、波長においてはシフトしない。本発明による新
規な振幅可調整フィルタの好適な実施例は、この後者のスペクトルの結合挙動を
利用している。
【０００８】 本発明による振幅可調整フィルタの実施例は、コアに沿って所望の波長範囲の
光線をガイドするコア及びクラッドを含む導波路を有する。カプラは、コアから
クラッドに波長の少なくとも１つのバンドを連結する。オーバークラッドは、少
なくともクラッドの一部を覆い、クラッドの屈折率の最高値よりも高い屈折率を
呈する。加えて、このオーバークラッドの屈折率は、外部制御によって変化させ
ることができる。この目的のためのコントローラは、クラッドの屈折率よりも高
い範囲内のオーバークラッドの屈折率を調整して、バンドの中心波長を大きくシ
フトさせることなしにクラッドの被結合バンドの振幅を変化させる。
【０００９】 カプラは、好ましくは導波路に沿って形成される長周期グレーティングである
が、クラッドモードにコア伝送を連結するテーパー（先細り）若しくは格子フィ
ルタ、溶融ファイバデバイス若しくは他のカップリング構造であってもよい。カ
プラは、オーバークラッドによって覆われる領域内において導波路に沿って位置
し、好ましくは断熱化されて、導波路温度の関数として被結合バンドの中心波長
がシフトされることを抑制する。対照的に、好ましくは、オーバークラッドは、
温度の関数として実質的に変化する屈折率を呈する。好適な実施例において、オ
ーバークラッドは負のｄｎ／ｄＴを有する有機光学材料である。オーバークラッ
ドの特に好適な実施例は、ハイブリッドゾルゲル材料と称される無機-有機ハイ
ブリッド材料であって、これは、典型的なシリカクラッドよりも実質的に高い屈
折率（例えば、1.47-1.55）を有し、約-３×10-4の温度に対する屈折率の変化率
（ｄｎ／ｄＴ）を有する。前記ハイブリッド材料は、好ましくは置換若しくは非
置換炭化水素部分に直接結合する少なくともいくつかのシリコン原子とともに、
シリコン及び酸素原子を含む拡張マトリックスを含む。固体の状態で、このハイ
ブリッド材料は、構造上のサポート及び保護をコア及びクラッドの下層に与え、
グレーティング性能を保護するための曲げ抵抗をも調整し得る。
【００１０】 コントローラは、好ましくは、オーバークラッドの温度を調整する温度コンデ
ィショナを作用させて、クラッドの屈折率よりも高い範囲内でオーバークラッド
の屈折率を変化させる。たとえば、温度コンディショナは、オーバークラッドと
熱接触した電気抵抗のヒーターとして形成され得る。他のヒーター若しくはクー
ラーは、クラッドよりも高いオーバークラッドの屈折率の範囲に対応するオーバ
ークラッドの温度変化の所望のレンジを生じさせるために使用され得る。
【００１１】 本発明は、また、光線の被結合波長を大きくシフトさせることなく、光線のク
ラッドモード被結合波長の振幅を調整するシステムである、と言うこともできる
。かかる調整は、クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有するオーバークラッド
とともに、コア及びクラッド間のカップリングを修正することによって達成され
る。オーバークラッド屈折率は、クラッドの屈折率よりも広い屈折率の範囲内で
、オーバークラッドの屈折率を変化させて与えられる外部制御の関数として変化
する。
【００１２】 好ましくは、ベースラインシステムワイドスペクトル応答は、受動フィルタの
組合せによって与えられる。ベースラインからのシステム応答の変化は、１つ以
上の振幅可調整フィルタによって反対に作用される。好ましくは、複数の振幅可
調整フィルタが受動フィルタとともに直線上に連結されて、結合されたスペクト
ル応答を生じる。好ましくは、振幅可調整フィルタの各々は、システムスペクト
ルの実質的に固有のバンドを減じる。減じられたバンドの振幅は、個々に所望の
スペクトルの伝送特性を維持するように調整されることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び２で示された振幅可調整フィルタ10は、断熱化された導波路14（熱ス
ペクトルシフトを抑制するようにアレンジされた導波路）で形成された長周期グ
レーティング12を含む。断熱化された導波路14の好適な実施例は、1997年12月11
日に出願された米国特許出願第08/989,200号「断熱化副添加光導波路デバイス（
Athermalized Codoped Optical Waveguide Device）」に開示されており、これ
は本願明細書に引用により包含されるものとする。この実施例によれば、導波路
14のコア16及び包囲クラッド18は、主としてシリカにより形成される。しかしな
がら、コア16は、光がガイドされるようにGeO2の如き屈折率を上昇させるドーパ
ントを添加されており、屈折率上昇ドーパントの温度効果と反対に作用するB2O3 の如きドーパントを副次的に添加されている。副ドーパントに対する主たるドー
パントのモル比率は、好ましくは、1.5：1から8：1までの範囲内にあって、導波
路の熱感受性を中性化するように選択される。
【００１４】 断熱化された導波路14は、外付法を使用した炎加水分解によって、GeO2を添加
され、更にB2O3を副添加されたシリカコア16を形成し得る。同様に形成され得る
シリカクラッド18は、好ましくは、より導波路14を安定させるために、更に少量
のB2O3を含む。これらの材料の蒸気貯留レベルは、コア16及びクラッド18の所望
の材料濃度を提供するように炎加水分解バーナーに送られる。他の導波路断熱化
アプローチは、歪みの変化とともに屈折率の熱的に誘発された変化を補償するス
テップを含んで使用され得る。
【００１５】 コア16のGeO2濃度もまた長周期グレーティング12を描画するための感光性をも
与える。コア16は、コア16の交互軸部分22の屈折率を変化させる紫外線の周期的
なバンドに暴露される。交互部分22は、導波路14及び紫外線源を相対的に移動し
て、個々に露光することができる。若しくは、マスキング法によって一度にまと
めて露光することができる。
【００１６】 長周期グレーティング12の領域内で導波路14を包囲は、クラッド18の屈折率よ
りも高い屈折率を有するオーバークラッド20によってなされる。好ましくは、オ
ーバークラッド20の屈折率は、温度変化に感光性を有し、温度の変化に比例した
屈折率を呈する。本発明の好適なオーバークラッドは、ハイブリッドゾルゲル、
好ましくは固体状態であって、米国特許第5,991,493号の「ハイブリッド有機-無
機平面光導波路デバイス(Hybrid Organic-Inorganic Planar Optical Waveguide
Device)」に開示されており、これは、引用により本願明細書中に包含されるも
のとする。また、オーバークラッド20としての用途に適当な類似した材料を開示
する追加の出願は、米国出願第09/494,073号に見ることができ、これは、1999年
2月5日に出願の米国仮出願第60/118,946号及び1997年12月12日に出願の国際出願
PCT/US97/22760号の利益を請求するものである。これらの出願もまた本願明細書
に引用により包含されるものとする。
【００１７】 ゾルゲル材料は、好ましくは置換若しくは非置換炭化水素部分に直接結合され
ている少なくともいくつかのシリコン原子とともに、シリコン及び酸素原子を含
む拡張マトリックスからなる。ゾルゲル材料の屈折率は、シリカ・クラッド18の
屈折率よりも少し上から、588ナノメートルで測定して約1.55の範囲を含む広範
囲にセットされ得る。屈折率に対する調整は、アリールトリアルコキシシラン（
特にフェニルトリアルコキシレート）、若しくはアリルトリフルオロシラン（特
にフェニルトリフルオロシラン）を含むことによって形成され、これは、屈折率
を上げるためにはシリコンに対する割合を増加するように結合され得る。
【００１８】 例えば、1550ナノメートルの波長で摂氏20℃で約1.47の目標屈折率は、ゾルゲ
ル材料で設定され、これは、メチル基に対するフェニル基の比率によって複合的
に決定される。8mol％ のポリジメチルシロキサン、52％のメチルトリエトキシ
シラン、31％のフェニルトリエトキシシラン及び9％のフェニルトリフルオロシ
ランから形成される組成物が結合され、1.47の参照屈折率でのゾルゲル材料を形
成するために加水分解され得る。
【００１９】 異なるクラッドモード上の周囲の媒体の屈折率「ｎ」の離散的な変化の典型的
な効果をプロットする図３Ａ-３Ｄは、1998年9月のライトウェーブテクノロジー
誌(Lightwave Technology)、第16巻第９号の「外部屈折率に対する長周期ファイ
バグレーティングの応答の分析（Analysis of the Response of Long Period Fi
ber Gratings to External Index of Refraction）」なる論文から引用される。
かかる論文は、本願明細書に引用により包含されるものとする。異なるモードフ
ィールド分布のために、より高次のモード「i4-i7」は、より低次のモード「i1-
i3」よりも外部の屈折率変化に影響されやすい。また、特定の重要性において、
全てのバンド「i1-i7」の中心の波長「λ1-λ5」は実質的に不変のままである。
オーバークラッド20の屈折率の変化がクラッド-被結合バンドの振幅の大きな変
化を生ずる範囲内（例えば、i4-i7）で、本発明の可調整フィルタ10は、好まし
くは動作する。
【００２０】 このゾルゲル材料の屈折率は、約-3×10-4／℃ = ｄｎ／ｄＴの変化率で温度
に影響を受ける。ここで、ｄｎは屈折率の変化、ｄＴは摂氏での温度の変化であ
る。オーバークラッド20のゾルゲル材料の温度を上昇させることは、これらのバ
ンドの中心波長をシフトさせることなしに、より長い被結合スペクトルのバンド
の減衰のカップリング強度及び対応量を減じる。
【００２１】 温度の関数として、屈折率に同様の変化を与える他の材料、特にポリマーが、
オーバークラッド20として使われてもよい。温度感受性屈折率を有するポリマー
（例えばＵＶ硬化アクリレート基ポリマー）は、1999年1月7日のエレクトロニク
ス・レターズ(Electronics Letters)の第35巻第１号のアブラモフ（A.A.Abramov
）氏等による「広く調整可能な長周期ファイバグレーティング（Widely tunable
long-period fibre gratings）」の論文に開示され、これは本願明細書に引用
により包含されるものとする。ポリマーの屈折率は、好ましくは、好適なクラッ
ド材料であるシリカの屈折率よりも高い範囲内で変化するように調整される。
【００２２】 温度コンディショナ24、例えば電気抵抗のヒーターは、オーバークラッド20と
熱的に接している。ヒーターへの電流は、オーバークラッド20の温度を調整して
、且つ、オーバークラッド20の屈折率の変化に対応する変化を生じさせるように
制御され得る。より広い範囲に亘ってオーバークラッド温度を変化させるために
、クーラーがヒーターの代わり又は加えて使用されても良い。しかしながら、オ
ーバークラッド温度変化の量は、好ましくは、コア16及びクラッド18の温度変化
によって生じる波長シフトを避けるようにグレーティング12が断熱化される範囲
内にある。グレーティング12の曲がり若しくは他の外乱を防ぐ構造上のサポート
を与えるようにチューブ26の筐体内部に温度コンディショナ24が形成され得る。
他の据え付けは、例えば導波路14を剛性基板（例えばガラス製のプレート）に取
り付けることによって行われてもよい。
【００２３】 減衰量を変化させるために、スペクトルバンドは、いくつかの方法で、波長の
シフトに対して保護されている。グレーティング導波路14は、断熱化されている
。オーバークラッド20の屈折率は、クラッド18の屈折率よりも大なる範囲で変化
する。また、導波路14は、屈曲に対しても支持されている。オーバークラッド20
によって生じる温度変化がスペクトルバンドの振幅を制御するので、導波路14の
熱保護が必要である。しかしながら、圧力及び電子的光学機構を含む他のメカニ
ズムが、屈折率を制御するために他のオーバークラッド材料とともに用いられて
も良い。
【００２４】 図４は、波長の領域（ドメイン）でのデシベル損失に関して、３つの異なる温
度における振幅可調整フィルタ10のスペクトル応答をプロットしたものである。
２つのスペクトルのバンド「i'1」及び「i'2」が明瞭である。３つのプロット線
30、32及び34は、摂氏-10℃、20℃及び80℃の温度に対応し、より高いスペクト
ルバンド「i'2」の範囲内で最大の差となる。-10℃でスペクトルバンド「i'2」
は６デシベルのスペクトルの損失を呈し、80℃で損失は４デシベル未満である。
再び、より高次のクラッドモードは温度とともにより顕著な振幅効果を示す。し
かしながら、より高次のモードもまた安定性を次第に減少させるとともに、環境
の相互作用に従属するようになる。故に、中間をとることが振幅制御及びフィル
タ安定性の間で必要である。
【００２５】 バンド除去フィルタとしての振幅可調整フィルタ10の動作範囲は、減衰の所望
の範囲をカバーするようにグレーティング12の設計から選択され得る。オーバー
クラッド20は、好ましくはグレーティング12の全長をカバーするが、応答のチャ
ーピングを与えるためにより短い長さをカバーするものであってもよい。 図５に示される他の振幅可調整フィルタ40は、コア46からクラッド48に強制的
にカップリングさせるように、テーパー付けされた先細りの断面44を有する導波
路42に沿って形成される。例えば、ゾルゲルの如き、温度に敏感なオーバークラ
ッド50は、テーパー断面44を包囲する。オーバークラッド50は、クラッド48の屈
折率よりも高い屈折率を呈し、好ましくはクラッド48の屈折率よりも高く維持さ
れる範囲内で、温度の関数として屈折率が変化する。例えばヒーターやクーラー
の如き、温度コンディショナー52は、オーバークラッド50の温度を制御して、フ
ィルタ40によって減じられるスペクトルバンドの振幅を調整する。チューブ54は
、構造的なサポートを与える。
【００２６】 フィルタ40によって連結されるクラッドモードに対応して、スペクトルのバン
ドは、オーバークラッド50の寸法及び屈折率と同様に、コア46及びクラッド48の
テーパーの寸法及び屈折率分布を含んで、設計上考慮されて影響を及ぼす。しか
しながら、一旦選択されると、バンドのスペクトル位置は、クラッド48の屈折率
よりも大なる屈折率の範囲内にあるオーバークラッド50の温度の変化若しくは屈
折率の変化に対して好ましくは不変である。圧力または電気光学効果を含む他の
メカニズムが、オーバークラッド50の屈折率に亘る所望の制御を提供するために
温度の代わりに使用されてもよい。 波長の範囲を減じ得るフィルタ40及び他のフィルタによって与えられる振幅制
御も使用され得て、フィルタ応答の全体の形（例えば傾斜）に影響を及ぼす。結
果として生じる減衰は、傾斜するフィルタ応答を生ずる波長依存性（例えば、波
長とともに増加する減衰）となり得る。フィルタ応答の形に対する他の効果は、
下流にあるカプラに関して、位置、長さ若しくはオーバークラッドの軸方向の厚
さ分布を調整することで製造され得る。
【００２７】 図６に示すように、本発明による新規な振幅光学フィルタ62は、光学システム
60の全てのスペクトル反応を制御するために従来のフィルタ64とともに使用する
ことができる。従来型フィルタ64は、システム反応エラーの安定状態部分を補償
するとともに、本発明の振幅可調整フィルタが時間に対する変化についてのシス
テムスペクトルの部分をカバーする。フィルタ反応深さが好ましくは制限されて
、偏光依存損失を減じる。しかしながら、振幅変化の所望とするダイナミックレ
ンジは、同じスペクトルバンドを可調整に減じ得る振幅可調整フィルタ62の１つ
以上を結合することで達成され得る。
【００２８】 ファイバ・カプラ67（例えば１パーセントタップ）を介して接続されたシステ
ムスペクトル応答モニタ66は、本発明による新規な振幅可調整フィルタ62を制御
するためのプロセッサ68及びドライバ70（例えばヒータードライバ）と結合され
、これは、ダイナミックイコライザとして共に機能して、システムスペクトルの
振幅変化に応答する。システムスペクトル反応のモニタリング及び次の振幅制御
は、連続的に行われ得る。若しくは、モニタリングは断続的に行われ得て、時々
に本発明による振幅可調整フィルタ62の反応を調整する。
【００２９】 本発明は、図７の光学アンプモジュール80として示される。モジュール80は、
より大なる光学システムの光経路82に沿って挿入可能である（図示せず）。モジ
ュール80の内部には、光増幅器84（例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器）、
スペクトルモニタ86、ゲイン平坦化フィルタ88及びコントローラ90がある。例え
ばロジックボード若しくはプロセッサの如き、コントローラ90の一部は、モジュ
ール80の外部に接続し得る。しかしながら、好ましくは、ゲイン平坦化フィルタ
88の実際の制御は、モジュール80の範囲内で完全に行われる。
【００３０】 例えば、１パーセントタップの如き、ファイバカプラ87を介して光経路82に接
続されたスペクトルモニタ86は、ゲイン平坦化フィルタ88のスペクトルゲイン分
布に関する情報をコントローラ90に供給する。ゲイン平坦化フィルタ88の個々の
構成要素（コンポーネント）92、94及び96は、ゲイン分布の異なるスペクトルバ
ンドを減じるために独立して制御可能である。好ましくは、フィルタコンポーネ
ント92、94及び96は、図１又は５の実施例と同様の構造を有するが、他の振幅可
調整コンポーネントを使用してもよい。コントローラ90は、各々のフィルタコン
ポーネント92、94及び96に関連するドライバ98、100及び102を駆動して、バンド
の中心波長を大きくシフトさせること無しにスペクトルバンドの振幅を調整する
。結果として生じるフィルタ反応分布は、モニタされたゲイン分布における不必
要な変化を補償する。
【００３１】 受動フィルタ（図示せず）もモジュール80に組み込むことができて、可制御コ
ンポーネント92、94及び96によって更に修正され得る基線スペクトルの修正を与
える。ゲイン平坦化フィルタ88も動的等化を与えるように制御され得て、ここで
、モニタされたゲイン分布は、コンポーネント若しくはファイバの挿入損失変化
を含むシステム変化、入力信号パワーにおける変化、アド若しくはドロップチャ
ンネルに関する変化、環境変化、及び径年劣化や他の累積する影響に関連する変
化を反映する。
【００３２】 格子フィルタや溶融ファイバデバイス装置を含む他のフィルタは、同様に本発
明から利益を得ることができて、特にコア及びクラッドモード間のカップリング
は、外周オーバークラッドの屈折率の変化によって影響を受け得る。屈折率可変
オーバークラッドは、格子フィルタコンポーネント内部及びそれらの間の双方に
取り付けられ得て、更に、スペクトルの反応を管理する。ファイバ構造の本発明
による新規な振幅可調整フィルタを実行することに加えて、類似の利益を平面構
造体の中にも得ることができる。好ましくは、オーバークラッド及び制御層は、
偏光依存損失を管理するためにコア層を挟んでクラッドの２つの層に対抗して配
置される。
【００３３】 当業者であれば、他の変更態様及びバリエーションは、本発明の精神若しくは
観点から逸脱することなく、本発明の構造、組成及び方法によってなされ得るこ
とであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 オーバークラッド及び熱コンディショナによって包囲された断熱化さ
れたファイバグレーティングを含む本発明による振幅可調整フィルタの軸方向の
断面図である。
【図２】 図１の線２−２に沿ったフィルタの断面図である。
【図３Ａ】 下層クラッドの屈折率よりも高い範囲内の異なるオーバークラッド
の屈折率の効果を比較するポテンシャルフィルタ応答のグラフである。
【図３Ｂ】 下層クラッドの屈折率よりも高い範囲内の異なるオーバークラッド
の屈折率の効果を比較するポテンシャルフィルタ応答のグラフである。
【図３Ｃ】 下層クラッドの屈折率よりも高い範囲内の異なるオーバークラッド
の屈折率の効果を比較するポテンシャルフィルタ応答のグラフである。
【図３Ｄ】 下層クラッドの屈折率よりも高い範囲内の異なるオーバークラッド
の屈折率の効果を比較するポテンシャルフィルタ応答のグラフである。
【図４】 オーバークラッドの３つの異なる温度の効果を比較する波長のより短
い領域に亘るフィルタ応答のグラフである。
【図５】 温度調整オーバークラッドによって包囲された振幅可調整テーパーフ
ィルタの軸方向の断面図である。
【図６】 複数の従来型フィルタとともに複数の本発明による振幅可調整フィル
タを含む光学システムの図である。
【図７】 振幅可調整フィルタモジュールとともにゲイン平坦化フィルタを含む
光増幅器モジュールの図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＬ，Ａ Ｍ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，Ｈ Ｕ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 コンク グレン イー． アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870 ペインテッドポスト ウエストハイスト リート 310 (72)発明者 ウェラー−ブロフィー ローラ エイ． アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング パインレーン ６ Ｆターム(参考） 2H038 AA22 AA31 BA25 BA27 2H050 AB42Y AC36 AC82 AC83 AC84 AD00 2H079 AA06 BA01 CA04 CA07 DA07 EA09 EB27 KA08 KA11

Claims (70)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コア及びクラッドを含み、前記コアに沿ってある波長範囲の光線
    をガイドする導波路と、 前記コアからの前記波長のうちの少なくとも１つであって中心波長を有する
    バンドを前記クラッドに連結するカプラと、 前記クラッドの屈折率よりも高く且つ外部制御によって変化する屈折率を有
    し、少なくとも前記クラッドの一部分を包囲するオーバークラッドと、 前記クラッドの屈折率よりも高い範囲中で前記オーバークラッドの屈折率を
    調整し、前記バンドの前記中心波長を実質的に移動させることなしに前記バンド
    の前記中心波長の振幅を変化させるコントローラと、からなることを特徴とする
    振幅可調整フィルタ。
  2. 【請求項２】 前記バンドの前記中心波長の変化が導波路の温度の関数として抑
    制されるように前記カプラが断熱されていることを特徴とする請求項１記載のフ
    ィルタ。
  3. 【請求項３】 前記オーバークラッドは、温度の関数として変化する屈折率を有
    することを特徴とする請求項２記載のフィルタ。
  4. 【請求項４】 前記オーバークラッドは、無機-有機ハイブリッド材料であるこ
    とを特徴とする請求項３記載のフィルタ。
  5. 【請求項５】 前記ハイブリッド材料は、置換若しくは非置換炭化水素部分に直
    接結合したシリコン原子の少なくともいくつかを有するシリコン及び酸素原子を
    含む拡張マトリックスからなることを特徴とする請求項４記載のフィルタ。
  6. 【請求項６】 前記オーバークラッドは、ポリマーであることを特徴とする請求
    項３記載のフィルタ。
  7. 【請求項７】 前記コントローラは、前記オーバークラッドの温度を調整する温
    度コンディショナを駆動させて、前記クラッドの屈折率よりも高い範囲内で前記
    オーバークラッドの屈折率を変化させることを特徴とする請求項３記載のフィル
    タ。
  8. 【請求項８】 前記温度コンディショナは、前記オーバークラッドと熱接触した
    電気抵抗ヒーターであることを特徴とする請求項７記載のフィルタ。
  9. 【請求項９】 前記温度コンディショナは、前記オーバークラッドと熱接触した
    クーラーであることを特徴とする請求項７記載のフィルタ。
  10. 【請求項10】 前記カプラは、前記オーバークラッドによって覆われた領域内の
    前記導波路内に位置することを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
  11. 【請求項11】 前記カプラは、前記コアから前記クラッドに連結されるバンドに
    対応する減じられた波長のうちの少なくとも１つのバンドとスペクトル応答を示
    すフィルタとして機能することを特徴とする請求項10記載のフィルタ。
  12. 【請求項12】 前記カプラは、長周期グレーティングであることを特徴とする請
    求項11記載のフィルタ。
  13. 【請求項13】 前記カプラは、光伝播軸方向に沿って減少するコア寸法を有する
    前記導波路のテーパー部分であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
  14. 【請求項14】 前記オーバークラッドは、前記導波路の前記テーパー部分を覆う
    ことを特徴とする請求項13記載のフィルタ。
  15. 【請求項15】 前記導波路は、固定されて、曲げが防止されていること特徴とす
    る請求項１記載のフィルタ。
  16. 【請求項16】 前記カプリングは、前記導波路に沿って形成された複数のカップ
    リングのうちの１つであって、少なくともそのうちの一部分が前記クラッドの屈
    折率よりも高い屈折率を有する他のオーバークラッドによって覆われていること
    特徴とする請求項１記載のフィルタ。
  17. 【請求項17】 前記カプリングの各々は、各々が中心波長を有する複数のスペク
    トルバンドのうちの少なくとも１つを前記コアから前記クラッドまで連結するこ
    とを特徴とする請求項16記載のフィルタ。
  18. 【請求項18】 前記コントローラは、前記クラッドの屈折率よりも高い範囲内の
    前記オーバークラッドの屈折率を調整する複数のドライバを駆動し、同じバンド
    の中心波長を大きくシフトさせることなく、複数のバンドの中心波長の振幅を変
    化させることを特徴とする請求項17記載のフィルタ。
  19. 【請求項19】 前記オーバークラッドは、前記カプラが形成された前記導波路の
    部分に構造上のサポートを与える固体材料であることを特徴とする請求項１記載
    のフィルタ。
  20. 【請求項20】 コア及びクラッド間のカップリングを前記クラッドの屈折率より
    も高い屈折率を有するオーバークラッドで修正し、且つ、前記クラッドの屈折率
    よりも大なる屈折率の範囲内で前記オーバークラッドの屈折率を変化させて与え
    られる外部制御の関数としての変化に従い、被結合バンドの波長を大きくシフト
    させることなく、光線のクラッドモード被結合バンドの振幅を調整することを特
    徴とするシステム。
  21. 【請求項21】 前記コア、前記クラッド、前記オーバークラッド及び前記外部コ
    ントローラは、時間の関数として変化するシステムスペクトル特性を補償する振
    幅可調整フィルタを形成することを特徴とする請求項20記載のシステム。
  22. 【請求項22】 前記振幅可調整フィルタは、前記システムによる伝送を目的とし
    たスペクトルの異なるスペクトルバンドの振幅を変化させる複数の振幅可調整フ
    ィルタのうちの１つであることを特徴とする請求項21記載のシステム。
  23. 【請求項23】 時間の関数として変化しない非等価システムスペクトル伝送特性
    を補償する少なくとも１つの受動フィルタを含むことを特徴とする請求項22記載
    のシステム。
  24. 【請求項24】 前記カップリングは、前記コアの摂動によって形成されることを
    特徴とする請求項20記載のシステム。
  25. 【請求項25】 前記コア摂動は、長周期グレーティングであることを特徴とする
    請求項24記載のシステム。
  26. 【請求項26】 前記コア摂動は、徐々に前記コアの大きさを減じるテーパーであ
    ることを特徴とする請求項24記載のシステム。
  27. 【請求項27】 前記カプリングは、システムスペクトルの異なるバンドを連結す
    るコア摂動の連続によって形成されることを特徴とする請求項20記載のシステム
    。
  28. 【請求項28】 前記外部コントローラは、前記バンドの中心波長をシフトさせる
    ことなしに被結合バンドの振幅を変化させる複数の外部制御のうちの１つである
    ことを特徴とする請求項27記載のシステム。
  29. 【請求項29】 前記カプリングは、前記コアの温度変化の結果として、被結合バ
    ンドの波長を大きくシフトさせることのないように断熱化されていることを特徴
    とする請求項20記載のシステム。
  30. 【請求項30】 前記オーバークラッドは、曲げを防止する構造上のサポートを前
    記コア及び前記クラッドの下層に与える固体材料であることを特徴とする請求項
    20記載のシステム。
  31. 【請求項31】 前記オーバークラッドは、温度の関数として変化する屈折率を有
    することを特徴とする請求項20記載のシステム。
  32. 【請求項32】 前記オーバークラッドは、無機-有機ハイブリッド材料であるこ
    とを特徴とする請求項31記載のシステム。
  33. 【請求項33】 前記ハイブリッド材料は、置換若しくは非置換炭化水素部分に直
    接結合される少なくともいくつかのシリコン原子とシリコン及び酸素原子を含む
    拡張マトリックスからなることを特徴とする請求項32記載のシステム。
  34. 【請求項34】 前記ハイブリッド材料は、ポリマーであることを特徴とする請求
    項32記載のシステム。
  35. 【請求項35】 前記外部コントローラは、前記オーバークラッドの温度を調整す
    る温度コンディショナによって与えられて、前記クラッドの屈折率よりも高い範
    囲内で前記オーバークラッドの前記屈折率を変化させることを特徴とする請求項
    31記載のシステム。
  36. 【請求項36】 前記外部コントローラは、前記オーバークラッドの屈折率の適切
    な調整を決定するシステムスペクトル応答モニタ及びプロセッサを含むことを特
    徴とする請求項20記載のシステム。
  37. 【請求項37】 前記カプリングは、複数のカップリングのうちの１つであって、
    前記外部コントローラは、前記プロセッサによって決定される前記調整に従って
    前記カプリングの大きさを調整するためのドライバを含むことを特徴とする請求
    項36記載のシステム。
  38. 【請求項38】 時間の関数として変化するスペクトルの伝送特性を補償する方法
    であって、 時間とともに伝送特性が変化する少なくとも１つのスペクトルバンドを含む
    スペクトル範囲を有するシステムのスペクトル伝送特性をモニターするステップ
    と、 伝送特性の変化を補償するように、前記バンドの中心波長を大きく移すこと
    なく、前記スペクトルバンドの振幅を調整するステップと、を含むことを特徴と
    する方法。
  39. 【請求項39】 クラッドによって包囲されたコアを有する導波路に沿って、前記
    スペクトルバンドの光をガイドするステップを更に含むことを特徴とする請求項
    38記載の方法。
  40. 【請求項40】 前記減じるステップは、前記包囲クラッドに前記スペクトルバン
    ドを連結するステップを含むことを特徴とする請求項39記載の方法。
  41. 【請求項41】 前記クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有するオーバークラッ
    ドで前記クラッドの少なくとも一部を覆う前記クラッドを覆う更なるステップを
    含むことを特徴とする請求項40記載の方法。
  42. 【請求項42】 前記調整するステップは、前記クラッドの屈折率よりも高い範囲
    内で前記オーバークラッドの屈折率を変化させ、前記バンドの中心波長を大きく
    シフトさせることなく、前記スペクトルバンドの前記振幅を変化させるステップ
    を含むことを特徴とする請求項41記載の方法。
  43. 【請求項43】 前記変化させるステップは、前記オーバークラッドの温度を変化
    させて、前記クラッドの屈折率よりも高い範囲内で前記オーバークラッドの屈折
    率を変化させるステップを含むことを特徴とする請求項42記載の方法。
  44. 【請求項44】 前記オーバークラッドは、無機-有機ハイブリッド材料であるこ
    とを特徴とする請求項43記載の方法。
  45. 【請求項45】 前記ハイブリッド材料は、置換若しくは非置換炭化水素部分に直
    接結合されている少なくともいくつかのシリコン原子とシリコン及び酸素原子を
    含む拡張マトリックスからなることを特徴とする請求項44記載の方法。
  46. 【請求項46】 前記オーバークラッドは、ポリマーであることを特徴とする請求
    項43記載の方法。
  47. 【請求項47】 前記ガイドするステップは、前記オーバークラッドの温度の変化
    に依存することなく前記バンドの前記中心波長を保存するステップを含むことを
    特徴とする請求項43記載の方法。
  48. 【請求項48】 前記減じるステップは、時間とともに伝送特性が変化する異なる
    複数のスペクトルバンドを減じるステップを含むことを特徴とする請求項38記載
    の方法。
  49. 【請求項49】 前記調整するステップは、前記バンドの中心波長を大きくシフト
    させることなく、前記スペクトルバンドの振幅を個々に調節して、前記バンドの
    伝送特性の変化を補償するステップを含むことを特徴とする請求項48記載の方法
    。
  50. 【請求項50】 前記複数の異なるスペクトルバンドを減じるステップは、異なる
    量だけいくつかのバンドを受動的に減じるステップを含むことを特徴とする請求
    項49記載の方法。
  51. 【請求項51】 コア及びクラッドを含み、前記コアに沿ってある範囲の波長の光
    線をガイドする導波路と、 前記導波路の長さ方向に沿って前記クラッドの一部分を覆い、且つ、前記ク
    ラッドの屈折率よりも高い屈折率を有するオーバークラッドと、 前記オーバークラッドによって覆われた前記導波路の部分内に位置し、各々
    中心波長を有する波長の複数のバンドを前記コアから前記クラッドに連結するカ
    プラの配列と、 外部制御によって変化する前記オーバークラッドの屈折率と、 前記クラッドの屈折率よりも高い範囲内で前記オーバークラッドの屈折率を
    調整し、被結合バンドの中心波長を大きくシフトすることなく前記被結合バンド
    の中心波長の振幅を変化させるコントローラと、からなることを特徴とするゲイ
    ン平坦化フィルタ。
  52. 【請求項52】 前記カプラは、前記バンドの中心波長の前記導波路の温度の関数
    としてのシフトを防止するように断熱されていることを特徴とする請求項51記載
    のフィルタ。
  53. 【請求項53】 前記オーバークラッドは、温度の関数として変化する屈折率を有
    することを特徴とする請求項52記載のフィルタ。
  54. 【請求項54】 前記オーバークラッドは、無機-有機ハイブリッド材料であるこ
    とを特徴とする請求項53記載のフィルタ。
  55. 【請求項55】 前記オーバークラッドは、ポリマーであることを特徴とする請求
    項53記載のフィルタ。
  56. 【請求項56】 前記コントローラは、前記オーバークラッドの温度を調整する複
    数の温度コンディショナを駆動させ、前記クラッドの屈折率よりも高い範囲内で
    前記オーバークラッドの屈折率を変化させることを特徴とする請求項53記載のフ
    ィルタ。
  57. 【請求項57】 前記コントローラは、増幅器のゲイン分布に関するスペクトルモ
    ニタから情報を受け取って、他のオーバークラッドの屈折率を調整して、ゲイン
    のスペクトル変化を補償する複数のドライバを駆動することを特徴とする請求項
    51記載のフィルタ。
  58. 【請求項58】 前記カプラは、少なくとも１つの長周期グレーティングを含むこ
    とを特徴とする請求項51記載のフィルタ。
  59. 【請求項59】 前記カプラは、少なくとも１つのテーパーカプラを含むことを特
    徴とする請求項51記載のフィルタ。
  60. 【請求項60】 モジュール内で相互接続された複数のコンポーネントを有する光
    増幅器モジュールであって、前記コンポーネントは、 スペクトルのゲイン分布を呈する光増幅器と、 前記光増幅器の前記スペクトルのゲイン分布をモニタするスペクトルモニタ
    と、 前記ゲイン分布の異なるスペクトルバンドを減じる複数の個々に制御可能な
    フィルタコンポーネントを含むゲイン平坦化フィルタと、 前記バンドの中心波長を大きくシフトさせることなく前記スペクトルバンド
    の振幅を調整し、前記ゲイン分布の不必要な変化を補償するコントローラと、か
    らなることを特徴とする光増幅器モジュール。
  61. 【請求項61】 制御可能な前記フィルタコンポーネントは、導波路に沿って、コ
    アと、クラッドと、及び前記導波路の長さ方向に沿って前記クラッドの部分を覆
    うオーバークラッドと、を含む前記導波路に沿って形成されることを特徴とする
    請求項60記載のモジュール。
  62. 【請求項62】 前記オーバークラッド部分は、前記クラッドの屈折率よりも高い
    屈折率を有することを特徴とする請求項61記載のモジュール。
  63. 【請求項63】 カプラの配置は、前記オーバークラッドによって覆われた前記導
    波路の部分の範囲内に位置し、前記クラッドに前記コアから複数の前記スペクト
    ルバンドを連結することを特徴とする請求項62記載のモジュール。
  64. 【請求項64】 前記コントローラは、前記クラッドの屈折率よりも高い範囲内で
    前記オーバークラッド部の屈折率を調整して、前記被結合バンドの前記中心波長
    を大きくシフトさせることなく、前記被結合バンドの前記中心波長の振幅を変化
    させることを特徴とする請求項63記載のモジュール。
  65. 【請求項65】 ファイバ光システムのスペクトルの振幅変化を減じる動的なイコ
    ライザであって、 コア及びクラッドを含み、前記コアに沿ってある範囲の波長の光線を導く導
    波路と、 前記導波路の長さ方向に沿って前記クラッドの部分を覆い、且つ、前記クラ
    ッドの屈折率よりも高い屈折率を有するオーバークラッドと、 前記オーバークラッドによって覆われた前記導波路の部分内に位置し、各々
    中心波長を有する波長の複数のバンドを前記コアから前記クラッドに連結するカ
    プラの配列と、 外部制御によって変化する前記オーバークラッドの屈折率と、 前記ファイバ光システムのスペクトル増幅器の変化をモニタするスペクトル
    モニタと、 モニタされたスペクトルの振幅変化に応答して、前記クラッドの屈折率より
    も高い範囲内で前記オーバークラッドの屈折率を調整し、被結合バンドの中心波
    長を大きくシフトすることなく前記被結合バンドの中心波長の振幅を変化させる
    コントローラと、からなることを特徴とするイコライザ。
  66. 【請求項66】 前記カプラは断熱化されて、導波路の温度の関数として前記バン
    ドの前記中心波長が変化することを抑制されることを特徴とする請求項65記載の
    イコライザ。
  67. 【請求項67】 前記オーバークラッドは、温度の関数として変化する屈折率を有
    することを特徴とする請求項66記載のイコライザ。
  68. 【請求項68】 前記オーバークラッドは、無機-有機ハイブリッド材料であるこ
    とを特徴とする請求項67記載のイコライザ。
  69. 【請求項69】 前記オーバークラッドがポリマーであることを特徴とする請求項
    67記載のイコライザ。
  70. 【請求項70】 前記コントローラは、前記オーバークラッドの温度を調整する複
    数の温度コンディショナを作動させ、前記クラッドの前記屈折率よりも高い範囲
    内で前記オーバークラッドの前記屈折率を変化させることを特徴とする請求項67
    記載のイコライザ。
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