JP2008151830A - 波長可変フィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】アライメントを複雑化させることなく小型で挿入損失の少ない波長可変フィルタを提供すること。
【解決手段】入射光を回折格子13に入射し、リットマン配置に選択された直角プリズム14に向けて光を照射する。直角プリズムで光を2回反射して入射方向と平行で逆方向に光を再び回折格子に入射して回折格子で選択された光を出力する。これによって入出射光を分離する必要がなくなる。又コリメート光によって2回回折格子を通過させるため、アライメントが容易となり、高性能の波長可変フィルタが実現できる。
【選択図】図4
【解決手段】入射光を回折格子13に入射し、リットマン配置に選択された直角プリズム14に向けて光を照射する。直角プリズムで光を2回反射して入射方向と平行で逆方向に光を再び回折格子に入射して回折格子で選択された光を出力する。これによって入出射光を分離する必要がなくなる。又コリメート光によって2回回折格子を通過させるため、アライメントが容易となり、高性能の波長可変フィルタが実現できる。
【選択図】図4
Description
本発明は複数の波長が含まれる光信号のうち所望の波長の光を選択し、選択波長を変化させることができる波長可変フィルタに関するものである。
現在の波長分割多重通信技術(WDM)を用いた光通信ネットワークにおいては、ITU(インターナショナルテレコミュニケーションユニオン)で定められた波長間隔で多数の波長の光を複数多重化して伝送容量の拡大を実現している。従来のWDM通信では、例えば1550nmの波長帯において、0.8nm間隔の波長多重が実現されており、更により挟帯域の、例えば0.4nmや0.2nmといった狭い波長間隔のシステムの導入が検討されている。多重化されたWDM信号から任意の波長の信号を選択するために、波長可変フィルタが用いられる。又光計測機器や波長可変レーザにおいても波長可変フィルタが用いられる。
波長可変フィルタとしては、屈折率の異なる複数の材料を交互に多数積層した誘電体多層膜フィルタや、光ファイバのコア内に低屈折率と高屈折率のコアを交互に配置して回折格子とした光ファイバグレーティング、2つの反射鏡間の多重干渉を利用したファブリペローエタロンがある。
又特許文献1では、図1に示すように、光ファイバ101、コリメートレンズ102により出射した光ビームをプリズム等の波長分散素子103を用いて分波し、その分波した光をレンズ104で集束してその光の一部を焦点位置に配置したミラー105で反射する。そして反射光をレンズ104を介して反射光を再び分散素子103に入射すると共に、ミラー105を移動させることによって、波長を選択する波長可変フィルタが提案されている。選択された光はコリメートレンズ106を介して光ファイバ107に得られる。
特許文献2では、図2に示すように、2芯の光ファイバ111と集束レンズ112を用いて、レンズ112の中心に対して2つの光ファイバのコア中心を点対称にずらせている。レンズ112の光軸上には偏光子113、偏波回転素子114を配置し、更に偏光子で反射された光を反射するミラー115及び回折格子116を設ける。回折格子116はレンズ112の焦点位置にリトロー配置されたものであり、回転させることによって選択波長を変化させている。そして回折格子116で反射した光を折り返す光の経路をわずかにずらせることで入出力を異なるファイバに連結している。そして回折格子116の角度を変化させて、波長を変化させるようにした波長可変フィルタが提案されている。
更に特許文献3では、特許文献2の2芯ファイバ111に代えて入出力用の光ファイバを共通とし、光サーキュレータを用いて入出射光を分離し、コリメート光を回折格子に入射する波長可変フィルタが提案されている。
特開2005−266625号公報
特開2002−267951号公報
特開2003−167204号公報
しかしながら特許文献1では、狭線幅化のため角度分散を大きくした場合に全ての波長を集光するためのレンズの径が大きくなり、波長可変フィルタ全体の形状が大型化するという問題点があった。又特許文献2では、集束レンズの焦点位置に回折格子を配置しておく必要があり、焦点距離の長いレンズを用いる必要があるという欠点があった。更に特許文献3では、集束レンズの焦点位置に回折格子を配置する必要がなく、焦点距離の長いレンズを用いる必要もないが、高価なサーキュレータを用いる必要があり、又サーキュレータは光ファイバを用いているため、フィルタ全体の形状が大型化し、挿入損失の増大が避けられないという欠点があった。
本発明はこのような従来の欠点に鑑みてなされたものであって、アライメントを複雑化させることなく小型で挿入損失の少ない波長可変フィルタを提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明の波長可変フィルタは、入力ポートと、前記入力ポートから光が入射され、入射された光を入射方向とは異なった方向に出射する回折格子と、前記回折格子から出射された光を受光する位置に配置され、少なくとも2回の反射によりその入射方向に平行で且つ入射方向とは逆方向に光を前記回折格子に向けて反射する反射部と、前記入力ポートと平行に配置され、前記反射部で反射され、前記回折格子で選択された光を出力する出力ポートと、前記回折格子及び反射部のうちの一方を回転させることにより、前記回折格子への入射角を変化させて選択波長を変化させる回転駆動部と、を有するものである。
ここで前記反射部は、直角プリズムとしてもよい。
ここで前記反射部は、直角をなすように配置した2枚のミラーで構成されるようにしてもよい。
ここで前記回折格子と、前記入力ポート及び出力ポートとの間に挿入され、光のビーム幅を拡大するビーム幅拡大部を更に有するようにしてもよい。
ここで前記回転駆動部は、ウエッジと、外部からの信号に応じて前記ウエッジを直線的に駆動する直線駆動部と、前記回折格子及び反射部のうちの一方に一旦が連結され、他端が前記ウエッジに付勢されて回動するアームと、具備するようにしてもよい。
以上詳細に説明したように本発明によれば、リットマン配置を用いて回折格子に光を2回入射するようにしているため、フィルタの波長分解能を向上させることができる。又光軸を変えて逆方向に光を反射する反射部を用いて入出射光の経路を分離しているため、集束レンズが不要となり、コリメート光を用いて回折格子や直角プリズムを通過させるため、アライメントが容易になる。更に高価なサーキュレータを用いる必要がなく、安価で高性能な波長可変フィルタを実現することができる。
(第1の実施の形態)
図3は本発明の第1の実施の形態による波長可変フィルタの構成を示すY軸方向から見た側面図、図4はこの実施の形態のZ軸方向から見た側面図である。これらの図において、光ファイバ11はWDM通信方式の入射用の光ファイバとする。ここでは波長多重光信号として波長λ1〜λxまで0.4μm間隔で多数のチャンネルの波長が多重されている信号とする。光ファイバ11からの出力はコリメートレンズ12を介して透過型回折格子13に入射される。コリメートレンズ12は入射光を一定の径の平行光とするものである。光ファイバ11、コリメートレンズ12は光を入射する入力ポートである。透過型回折格子13はその表面に所定のピッチで等間隔の格子が形成され、入射光をその波長に応じて異なった角度で透過するものである。この回折格子13はリットマン配置で用いられ、光分波素子を構成している。透過型回折格子13からの波長に応じて分波した光が入射する位置に直角プリズム14が設けられる。
図3は本発明の第1の実施の形態による波長可変フィルタの構成を示すY軸方向から見た側面図、図4はこの実施の形態のZ軸方向から見た側面図である。これらの図において、光ファイバ11はWDM通信方式の入射用の光ファイバとする。ここでは波長多重光信号として波長λ1〜λxまで0.4μm間隔で多数のチャンネルの波長が多重されている信号とする。光ファイバ11からの出力はコリメートレンズ12を介して透過型回折格子13に入射される。コリメートレンズ12は入射光を一定の径の平行光とするものである。光ファイバ11、コリメートレンズ12は光を入射する入力ポートである。透過型回折格子13はその表面に所定のピッチで等間隔の格子が形成され、入射光をその波長に応じて異なった角度で透過するものである。この回折格子13はリットマン配置で用いられ、光分波素子を構成している。透過型回折格子13からの波長に応じて分波した光が入射する位置に直角プリズム14が設けられる。
直角プリズム14は三角柱状のプリズムであって、3つの側面14a,14b,14cのうち14aが入射面、14b,14cが反射面となり、反射面14b,14cが互いに直角となっている。そしてこの直角プリズム14は図3,図4に示すようにY軸を中心に回転駆動部により回動するように構成される。
次に直角プリズム14の回転駆動部について説明する。直角プリズム14は保持部15A,15Bとシャフト16によってY軸に沿って回転自在に保持されている。更にこの直角プリズム14の下面には図3に示すようにアーム17が連結されており、アーム17の下端には円形の回転ガイド18が回転自在に設けられる。回転ガイド18がウエッジ板19の斜面に当接するように、アーム17にはばね20によってX軸方向に与圧が与えられている。そしてこのウエッジ板19には直線駆動ユニット21が設けられる。このユニット21には、めねじが切られた移動部22、そのめねじに噛合するリードスクリュー23、ステッピングモータ24が設けられる。ステッピングモータ24は外部からの入力信号に応じて回転し、リードスクリュー23を駆動するものである。
又光ファイバ11、コリメートレンズ12の側方の直角プリズム14から透過型回折格子14を介して透過された光を受光する位置に、コリメートレンズ25及び光ファイバ26が設けられる。これらは選択された波長の光を出力する出力ポートである。
次に第1の実施の形態による波長可変フィルタの動作について説明する。光ファイバ11には波長多重光が入射するものとする。波長多重光は波長λ1〜λxまでの例えば100チャンネル分の波長多重光が0.4nm間隔で等間隔に多重されている光とする。この光はコリメートレンズ12によって平行光に変換され、透過型回折格子13に加わる。回折格子13では波長毎に透過方向が異なるため、波長λ1〜λxの光が互いに異なった角度に透過される。透過された光のうち、直角プリズム14の入射面14aに垂直に入射する波長の光のみが反射面14b,14cで夫々反射されて、そして入射光と平行な光が透過型回折格子13に再び逆方向に入射する。そしてその光はコリメートレンズ12からの入射方向と平行に逆方向に透過され、コリメータ25を介して光ファイバ26に戻る。透過型回折格子13によって波長が選択されるが、同一角度での入射、出射が2回行われるため、波長選択性を高めることができる。
さて選択波長を変化させる場合には、図示のようにステッピングモータ24を駆動してリードスクリュー23を回転させる。こうすれば移動部22がZ軸方向に移動し、それに伴ってウエッジ板19をZ軸方向に移動させる。これにより+X軸方向に付勢されているアーム17がX軸方向に移動し、直角プリズム14をわずかにY軸を中心に回動させることができる。これによって直角プリズム14に垂直に入射する光の波長が変化し、選択波長を変化させることができる。
ここで直角プリズム14の回転角度と選択波長の関係について説明する。直角プリズム14の回転角度(deg)に対する波長の変化を例えば12.8nm/deg.とし、WDMでの波長の選択に必要な波長精度を例えば±0.016nm、波長では±2GHzであると仮定する。もし波長を±0.016nm変化させるためにパルスモータで直接駆動するとすれば、0.00125deg./パルスのステッピングモータが必要となる。通常ステッピングモータにリードスクリューを組み合わせると、1パルス当たり10μm直線的に移動させることができる。しかるにこの直線運動をアームを介して回転運動に変換して直角プリズムを回動させたとしても、アーム長が大きくなりすぎ実用的でない。そのため本実施の形態では、ウエッジ板19による減速機構を用いている。例えばウエッジ板19の頂角を5°、3°、1°に変化させたときに、アーム17の長さに対する必要な角度分解能を図5に示す。このようにウエッジ板19の頂角の角度を小さくすれば、アーム長を短くして必要分解能を得ることができる。例えばウエッジ板19の頂角を1°とし、1パルス当たり10μm変化するステッピングモータを用いる場合には、アーム長は約8mmで足りる。
尚、この実施の形態では直角プリズム14を反射部として用いているが、直角に設定された2枚のミラーを固定して回折格子からの光を入射方向と平行に逆方向に反射する反射部としてもよい。
ここでウエッジ板の斜面はこの実施の形態では直線状としているが、直角プリズムの回動の角度に応じて波長が非線形に変化する場合には、この変化を補正してステッピングモータへのパルス入力に応じて直線的に変化するようにウエッジ板の斜面を非直線的な傾きとすることができる。
(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態について説明する。この実施の形態では、透過型回折格子に代えて反射型回折格子を用いたものである。図6Aは第2の実施の形態の上面の概略図、図6Bはその概略斜視図であり、同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この場合には光ファイバ11、コリメートレンズ12と出射用のコリメートレンズ25、光ファイバ26を反射型回折格子31に向けて同様に配置し、直角プリズム14は反射型回折格子31からの反射光を受光する位置に図示の点14dを中心として回動自在に配置しておく。これにより反射型回折格子31で選択され直角プリズム14の入射面14aに直角に入射する光を選択して光ファイバ26に出力することができる。そして直角プリズム14を回動させることにより、選択波長を変化させることができる。その他の構成は前述した第1の実施の形態と同様である。
次に第2の実施の形態について説明する。この実施の形態では、透過型回折格子に代えて反射型回折格子を用いたものである。図6Aは第2の実施の形態の上面の概略図、図6Bはその概略斜視図であり、同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この場合には光ファイバ11、コリメートレンズ12と出射用のコリメートレンズ25、光ファイバ26を反射型回折格子31に向けて同様に配置し、直角プリズム14は反射型回折格子31からの反射光を受光する位置に図示の点14dを中心として回動自在に配置しておく。これにより反射型回折格子31で選択され直角プリズム14の入射面14aに直角に入射する光を選択して光ファイバ26に出力することができる。そして直角プリズム14を回動させることにより、選択波長を変化させることができる。その他の構成は前述した第1の実施の形態と同様である。
(第3の実施の形態)
次に第3の実施の形態について図7を用いて説明する。ここで第1の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では、透過型回折格子13を入射部分13aを回転中心として微小角度回動自在とすると共に、直角プリズム14を固定したものである。この場合にも透過型回折格子13から直角プリズム14の入射面14aに対して直角に入射する光ファイバのみを逆方向に反射させることによって、特定の波長を選択することができる。そして選択波長は透過型回折格子13の回転角度によって変化させることができる。この場合にも透過型回折格子13を回転駆動部によって減速することによって、アームを長くすることなく必要な角度分解能を得ることができる。
次に第3の実施の形態について図7を用いて説明する。ここで第1の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では、透過型回折格子13を入射部分13aを回転中心として微小角度回動自在とすると共に、直角プリズム14を固定したものである。この場合にも透過型回折格子13から直角プリズム14の入射面14aに対して直角に入射する光ファイバのみを逆方向に反射させることによって、特定の波長を選択することができる。そして選択波長は透過型回折格子13の回転角度によって変化させることができる。この場合にも透過型回折格子13を回転駆動部によって減速することによって、アームを長くすることなく必要な角度分解能を得ることができる。
(第4の実施の形態)
次に本発明の第4の実施の形態について説明する。この実施の形態では、コリメートレンズと回折格子との間にビーム径を拡大するためのプリズムを配置したものである。本発明では、回折格子に対して反射部をリットマン配置としている。リットマン配置においては、波長可変フィルタのスペクトルのフィルタ半値全幅Δλは、以下の式(1)のように記述することができる。
Δλ=λ2/(4・π・wG・tanθi) ・・・(1)
λ:フィルタの中心波長
wG:入射ビーム径
θi:回折格子入射角度
次に本発明の第4の実施の形態について説明する。この実施の形態では、コリメートレンズと回折格子との間にビーム径を拡大するためのプリズムを配置したものである。本発明では、回折格子に対して反射部をリットマン配置としている。リットマン配置においては、波長可変フィルタのスペクトルのフィルタ半値全幅Δλは、以下の式(1)のように記述することができる。
Δλ=λ2/(4・π・wG・tanθi) ・・・(1)
λ:フィルタの中心波長
wG:入射ビーム径
θi:回折格子入射角度
この式より明らかなように、入射ビームスポットサイズが大きくなれば半値全幅Δλは小さくなる。この実施の形態ではコリメートレンズと回折格子に入射するビーム径wGを拡大することによって、波長選択特性を改善するようにしたものである。図8は2つのプリズム41,42をコリメートレンズ12と回折格子13との間に挿入した状態を示している。このとき図8に示すように回折格子13と直角プリズム14との間にλ/4波長板43を設けておいてもよい。その他の構成については第1の実施の形態と同様である。
又図9は2つのプリズム41,42によるビーム径拡大の状態を示す図である。本実施の形態において前述した第1の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。図8に示すように、光ファイバ11から入射される出射光はコリメートレンズ12によって平行光に変換され、プリズム41の斜面に入射される。このとき、プリズム41の斜面で反射した光はビーム径が拡大されてプリズム41の他の面を垂直に透過し、第2のプリズム42に斜面に入射する。そしてここで反射した光はビーム径が更に拡大されて回折格子13に入射される。又回折格子13を透過した光が直角プリズムで反射され波長が選択されて再び回折格子13に加わる。この場合にはプリズム42,41を介してビーム径が縮小され、コリメートレンズ25を介して光ファイバ26に戻る。このようにプリズムを用いてビーム径を拡大して回折格子に入射することによって、式(1)に示す波長分解能Δλを小さくすることができ、波長選択性を高めることができる。又λ/4波長板43は光が通過する際に光の偏波方向が変化するため、全体として入射光の偏波依存性を解消することができる。
尚この実施の形態では2つのプリズム41,42を用いており、これによって入射光と同一方向の光軸とし、且つビーム径を拡大できるようにしている。これに対して1つ又は3以上のプリズムを用いてビーム径を拡大することができることはいうまでもない。
尚前述した各実施の形態では、回折格子又は反射部の一方をウエッジ板を用いた減速機構によって微小角度回転可能としているが、これらの回転角度を微小に制御できるものであれば、他の形態の回転機構を用いることができる。
11,26 光ファイバ
12,25 コリメートレンズ
13 透過型回折格子
14 直角プリズム
14a 入射面
14b,14c 反射面
15a,15b 保持部
16 シャフト
17 アーム
18 回転ガイド
19 ウエッジ板
20 ばね
21 直線駆動ユニット
22 移動部
23 リードスクリュー
24 ステッピングモータ
31 反射型回折格子
41,42 プリズム
43 λ/4波長板
12,25 コリメートレンズ
13 透過型回折格子
14 直角プリズム
14a 入射面
14b,14c 反射面
15a,15b 保持部
16 シャフト
17 アーム
18 回転ガイド
19 ウエッジ板
20 ばね
21 直線駆動ユニット
22 移動部
23 リードスクリュー
24 ステッピングモータ
31 反射型回折格子
41,42 プリズム
43 λ/4波長板
Claims (5)
- 入力ポートと、
前記入力ポートから光が入射され、入射光を入射方向とは異なった方向に出射する回折格子と、
前記回折格子から出射された光を受光する位置に配置され、少なくとも2回の反射によりその入射方向に平行で且つ入射方向とは逆方向に光を前記回折格子に向けて反射する反射部と、
前記入力ポートと平行に配置され、前記反射部で反射され、前記回折格子で選択された光を出力する出力ポートと、
前記回折格子及び反射部のうちの一方を回転させることにより、前記回折格子への入射角を変化させて選択波長を変化させる回転駆動部と、を有する波長可変フィルタ。 - 前記反射部は、直角プリズムである請求項1記載の波長可変フィルタ。
- 前記反射部は、直角をなすように配置した2枚のミラーで構成される請求項1記載の波長可変フィルタ。
- 前記回折格子と、前記入力ポート及び出力ポートとの間に挿入され、光のビーム幅を拡大するビーム幅拡大部を更に有する請求項1記載の波長可変フィルタ。
- 前記回転駆動部は、
ウエッジと、
外部からの信号に応じて前記ウエッジを直線的に駆動する直線駆動部と、
前記回折格子及び反射部のうちの一方に一旦が連結され、他端が前記ウエッジに付勢されて回動するアームと、具備する請求項1記載の波長可変フィルタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006336740A JP2008151830A (ja) | 2006-12-14 | 2006-12-14 | 波長可変フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006336740A JP2008151830A (ja) | 2006-12-14 | 2006-12-14 | 波長可変フィルタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2008151830A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105823761A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-08-03 | 吉林大学 | 一种滤波*** |
JP2022057669A (ja) * | 2020-09-30 | 2022-04-11 | サンテック株式会社 | 波長可変フィルタ |
-
2006
- 2006-12-14 JP JP2006336740A patent/JP2008151830A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022057669A (ja) * | 2020-09-30 | 2022-04-11 | サンテック株式会社 | 波長可変フィルタ |
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