JP3879157B2 - 光フィルタ及び光フィルタを用いた光モジュール - Google Patents
光フィルタ及び光フィルタを用いた光モジュール Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子、光フィルタ及び光増幅器に係り、特に、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過率の波長特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器に関する。
【０００２】
光増幅器は、入力信号光のレベルをモニタする前段モジュールと、該信号光を増幅する光増幅手段と、該光増幅手段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールとから構成される。実用的な光増幅器においては、これらのどの部位も欠くことができないが、光伝送路での信号対雑音比を高く保って、光デジタル通信においては符号誤り率を確保するために、又、光アナログ通信においては雑音自体を少なくするために光増幅手段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールの役割は大きい。
【０００３】
後段モジュールにおいて光増幅手段の出力光から該信号光を抽出するために帯域通過型の光フィルタが用いられる。この光フィルタに対しては、波長選択性が良好であることと、良好な波長選択性を得るための構成が簡略なこと及び波長選択性の調整が容易なことが要請される。そして、光フィルタの構成が簡略化され、その調整が容易になれば、光増幅器の構成も簡略化され、その調整も容易になって、そのコストが低減される。
【０００４】
従って、このような光フィルタ及び光増幅器を実現することができる光学素子の実用化と、該光学素子を適用することによって構成が簡略化される光フィルタ及び光増幅器の実用化が待たれている。
【０００５】
ところで、光増幅器には、稀土類元素のイオン特にエルビウム・イオンを添加した光ファイバを光増幅段に用いる光ファイバ増幅器と、化合物半導体中での光増幅作用を利用した半導体光増幅器とがある。
【０００６】
いずれのタイプにおいても、光増幅器は入力信号光のレベルをモニタする前段モジュールと、該信号光を増幅する光増幅段と、該光増幅段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールとから構成される。従って、以降においては、既に実用化が着々と進んでいる光ファイバ増幅器を例にして本発明の技術を説明することにしたい。
【０００７】
【従来の技術】
図９は、前方励起型の光ファイバ増幅器の構成を示すものである。
図９において、１は前段モジュールで、入力される信号光の一部を分岐する光カプラ１１と、該光カプラ１１において分岐される光を変換して入力される信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード１２と、光増幅段以降からの反射光や自然放出光を入力側に伝えないためのアイソレータ１３とからなる。
【０００８】
又、２は光増幅段で、エルビウム・イオンを添加した光増幅ファイバ２１と、該光増幅ファイバで信号光を増幅するための励起光を発生するレーザー・ダイオード２２と、該信号光と該励起光を結合する光カプラ２３とからなる。尚、ここではレーザー・ダイオード２２の出力を光増幅ファイバ２１に結合する手段としてファイバ融着型のカプラを用いるタイプを想定して図示しているが、該レーザー・ダイオード２２の出力を該光増幅ファイバ２１に結合する手段として波長多重素子などの素子を用いることもできる。
【０００９】
更に、３は後段モジュールで、出力側からの反射光を光増幅段に伝えないためのアイソレータ３１と、光増幅段の出力光から励起光と自然放出光を除去して信号光を取り出すための帯域通過型の光フィルタ３２と、信号光の一部を分岐する光カプラ３８と、該光カプラ３８が分岐する信号光を変換して出力される信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード３４とからなる。
【００１０】
尚、後方励起型の光増幅器においても構成は本質的には変わらず、後段モジュールに光フィルタを備えることが必須である。又、前段モジュールにおいて、アイソレータ１３の代わりに、信号光を通過させる一方励起光と自然放出光を阻止する光フィルタを用いることも可能である。
【００１１】
図１０は、該光フィルタを構成する従来の光学素子の原理的な構成を示すものである。 図１０において、５０ｂは光学素子である。該光学素子は、光透過性が良好な物質、最も典型的にはガラスよりなる基板５１と、光の波長によって透過率の波長特性が異なるフィルタ膜５２と、該基板５１と空気との間で光の透過性をよくする透過膜５４とによって構成される。
【００１２】
ここで、フィルタ膜は、通常、二酸化チタンの薄膜と二酸化シリコンの薄膜を多層に積層して形成され、多層に形成された薄膜の間の反射光と透過光による複合された干渉によって波長によって異なる透過率を呈する。
【００１３】
しかし、信号光の透過率に対してそれ以外の波長の光に対する透過率を十分に小さくするには、図１０に示した構成の光学素子を複数使用する必要がある。
図８は、従来の光増幅器の後段モジュールの構成例である。
【００１４】
図８において、３１はアイソレータ、３２−２及び３２−３は光フィルタを構成する光学素子、３２−４及び３２─５は該光学素子を接着固定する固定板、３２−６及び３２─７は該固定板の角度を調整しつつ後述するケースの底面に固定するための捻子、３８は出力光の一部を分岐する光カプラ、３４は出力される信号光のレベルをモニタする光ダイオード、３５は後段モジュールのケース、３６−１及び３６−２はそれぞれ入力側のコネクタ及び出力側のコネクタ、３７−１及び３７−２はそれぞれ入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバである。
尚、光フィルタ３２は二つの光学素子３２−２及び３２−３と二つの固定板３２−４及び３２−５と二つの捻子３２−６及び３２−７によって構成される。
【００１５】
即ち、図８に示した後段モジュールは、光フィルタ３２を構成するために図１０に示した光学素子を２個使用する例である。
そして、ケース３５を水平にした場合に、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と二つの光学素子３２−２及び３２−３と光カプラ３８及び出力側のコネクタ３６−２は同一水準に並び、且つ、それらの部品は入力側のコネクタ３６−１から出射された光が出力側のコネクタ３６−２に入射されるような位置関係を保って固定される。
ケース３５の中に描かれている複数の線は、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と二つの光学素子３２−２及び３２−３と光カプラ３８及び出力側のコネクタ３６−２を水平線上に並べるためにケース３５の底面の高さを変えるように行なわれる切削部の境界を示す。
【００１６】
図８の後段モジュールにおける光フィルタ３２の透過率の波長特性の調整は、捻子３２−６及び３２−７を仮固定した状態で信号光の光軸に対する二つの固定板３２−４及び３２−５の角度を調整する、即ち、信号光の光軸に対する二つの光学素子３２−２及び３２−３の角度を調整することによって行なう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、該光学素子３２−２及び３２−３を構成する基板の寸法は、通常、縦横が２．５mm、厚さが２mm程度であるが、フィルタ膜やカプラ膜の蒸着はこの寸法の基板に直接行なうのではなく、直径２〜８インチ程度のウェハにフィルタ膜とカプラ膜を蒸着した後で切り出して（スクライビングという。）上記の寸法にする。
【００１８】
従って、ウェハの大きさは無視できないので、ウェハの中央部と周辺部とでは形成される膜の厚さには必然的なバラツキが生じ、ウェハ上の距離が近い位置からとれた光学素子の間では膜厚のバラツキは小さく、同一の光学素子の上では膜厚のバラツキは無視できる。
【００１９】
しかし、このようなウェハをスクライビングして各々の光学素子に分離した後に、ウェハ上の位置関係を保ったままで各々の光学素子を管理することは極めて面倒である。このため、後段モジュールを組み立てる時に選択される光学素子はウェハ上の近傍の位置からとれたものとは限らないということになる。
【００２０】
さて、フィルタ膜において波長が異なる光の透過率が異なるのは、多層の二酸化チタンと二酸化シリコンの薄膜の中における透過光と反射光の干渉の複合によるが、光がフィルタ膜を通過する距離にも関係する。
【００２１】
従って、フィルタ膜の厚さにバラツキがある場合には、各々の光学素子における透過光の波長にバラツキが生ずる。しかも、各々がどのような透過率の波長特性であるかが判らないまま二つの光学素子が選択されて、１つずつ固定板に固定されることになる。
【００２２】
このため、光フィルタとして透過率の調整を行なう際には、二つの光学素子を固定した固定板３２−４及び３２−５を捻子３２─６及び３２−７によってケース３５に仮固定した後で、双方の固定板３２−４及び３２−４の光軸に対する角度を別々に調整してみて、所望の透過率の波長特性になる角度を求めるという作業をしなければならない。これでは、所望の透過率の波長特性に収斂させるために各々の光学素子の角度を何回も調整しなければならないということに遭遇することが常である。
【００２３】
上記より簡単な調整法として、光学素子を固定した一の固定板だけを後段モジュールに仮固定して、信号光の光軸に対するその角度を調整して透過率の波長特性の最もよい点を探した後で残りの光学素子を固定した固定板も仮固定し、次は後で仮固定した固定板の角度だけを調整して光フィルタ全体としての透過率の波長特性を最適化する方法もある。こうすれば、二つの光学素子に関する角度調整を、いったりきたり何回も行なう必要がなくなるが、これでも２段階の調整が必要である。
【００２４】
このように、従来の後段モジュールにおいては、光フィルタの調整に難点がある。
しかも、光学素子を複数使う必要があり、光フィルタ及び光増幅器の構成の簡略化を阻害をする。
【００２５】
本発明は、かかる問題点に鑑み、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を解決するものであって、本発明による光モジュールは、入力コネクタからの入力光を反射する反射手段と、対向する平明でありかつ互いに平行でない第１及び第２の面を有し光透過性を有する物質よりなる基板と、該基板の第１の面に形成され入射光に対する透過率の波長特性が該入射光の入射角により異なり、かつ膜厚が一定である第１の膜と、該基板の第２の面に形成され該第１の膜を通じ該第１の面より該基板に入射した光を第２の反射特性により反射するとともに第３の透過特性により透過し出射する第２の膜とを有し、該反射手段の出力光を透過及び反射し、反射光を該入力コネクタと対向する出力コネクタに出力する光フィルタであって、該光フィルタに入力された光は、該第１の膜を通じて該基板に入射され、該第２の膜において該第２の反射特性により反射され該基板及び該第１の膜を通じて出力されるとともに、該第２の膜において該第３の透過特性により透過し出力される光フィルタと、該光フィルタの透過光をモニタする光ダイオードと、該光フィルタの該反射手段の出力光に対する入射角度を調整する調整手段とを備え、該調整手段による入射角度の調整により、該光フィルタの透過帯域の中心波長が調整されることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光学素子の構成を示す原理図である。
図１において、５０は光学素子で、透過性が良好な材質、典型的にはガラスからなる基板５１と、フィルタ膜５２と光カプラ膜５３によって構成されている。
そして、基板５１は縦横２．５mm、厚さ２mm程度であるから、フィルタ膜５２の厚さは基板表面で一定であり、その屈折率も一定にできる。
尚、図１には最も基本的な構成として基板５１の厚さが一定な場合を示している。
【００２８】
そして、光学素子のフィルタ膜５２の側から信号光を入射角θ1 で入射するものとし、光学素子の外側の物質（通常空気である。以降、空気だけを考慮して説明する。）の屈折率をｎ1 とし、フィルタ膜５２の屈折率をｎ2 とし、基板５１の屈折率をｎ3 とすると、基板５１の法線に対するフィルタ膜中の光の角度θ2 は、 ｎ1 Sin θ1 ＝ｎ2 Sin θ2 （１）
によって求められる角度となる。
【００２９】
式（１）によって求められる角度θ2で光が基板５１に入射すると、基板５１とフィルタ膜５２の界面にたてた法線に対する基板５１中の光の角度θ3は、
ｎ2Sinθ2＝ｎ3Sinθ3 （２）
によって求められる角度となる。
【００３０】
該基板５１中の光は該基板５１とカプラ膜５３の界面に上記θ3 なる角度で入射し、一部はカプラ膜５３を通って空気中に出射され、大部分は基板５１とカプラ膜５３の界面で反射される。
【００３１】
従って、反射光は基板５１とフィルタ膜５２の界面にたてた法線に対してθ3なる角度で基板５１中を伝播してフィルタ膜５２に達する。
フィルタ膜５２と基板５１の屈折率の関係は上記（１）と同じであるから、光は基板５１とフィルタ膜５２の界面にたてた法線に対して上記θ2の角度でフィルタ膜５２中を伝播して空気とフィルタ膜５２との界面に達する。
【００３２】
フィルタ膜５２と空気の屈折率の関係は上記と同じであるから、光はフィルタ５２と空気の界面にたてた法線に対して上記θ1の角度で空気中に出射される。
つまり、入射された光はフィルタ膜５２を２回通って空気中に出射され、しかも、フィルタ膜５２への入射角とフィルタ膜５２からの出射角が等しくなる。
【００３３】
従って、図１の光学素子を使うことによって、特性が全く同じにできている従来の光学素子を２個使用するのと同じ透過率の波長特性を得ることができる。
即ち、先に述べたように、基板５１上のフィルタ膜５２の厚さは一定であるから、光が１回目にフィルタ膜５２を実際に伝播する距離と、光が１回目にフィルタ膜５２を実際に伝播する距離とは等しくなる。従って、光が１回目にフィルタ膜５２を通過する際の透過率の波長特性と、光が２回目にフィルタ膜５２を通過する際の透過率の波長特性とは等しくなる。
【００３４】
つまり、従来のタイプの光フィルタにおいて、二つの光学素子の透過率の波長特性にバラツキがない場合に相当する特性が得られる。
しかも、フィルタ膜を透過する光の波長は、光が該フィルタ膜中を伝搬する距離によって可変にできるので、透過光の波長は光の入射角θ1を調整することによって容易に調整することができる。
【００３５】
従って、図１の光学素子を後段モジュールに適用すれば、光学素子の信号光の光軸に対する角度を調整して透過率の波長特性を調整する場合、調整すべき光学素子は１個となり、光学素子への入射角と光学素子からの出射角が必ず等しくなるので、その調整は極めて容易になる。
【００３６】
尚、空気の屈折率は約１であり、基板にガラスを使用する場合にその屈折率は約１．５であり、フィルタ膜の等価屈折率は２強であるので、空気から光学素子への入射角θ1 を設定すれば、θ2 及びθ3 の目安をつけることができるので、これらを参照することによって前記光学素子の大きさを設計することが可能になる。
【００３７】
図２は、後段モジュールの原理的構成を示すものである。
図２において、３１はアイソレータ、３２−１は本発明の光学素子、３３は光リフレクタ、３４は出力光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオードである。尚、後段モジュールを構成する光コネクタや光ファイバは図示を省略している。
【００３８】
図２に示した後段モジュールの原理的構成において、後段モジュールに入力される信号光はアイソレータ３１を通過した後に光リフレクタ３３に入射され、光リフレクタ３３によって反射されて光学素子３２−１に入射される。
【００３９】
尚、光学素子３２−１は基板上にフィルタ膜とカプラ膜を形成したものである。
該光リフレクタ３３で反射された信号光はフィルタ膜側から光学素子３２−１に入射される。該信号光は光学素子３２−１の中で屈折と反射をされて、その大部分は光学素子３２−１のフィルタ膜側に出射されて出力光となる。
【００４０】
従って、光フィルタに入射される光に含まれている励起光成分と光増幅部において発生する自然放出光は減衰を受けて光フィルタから出射され、出力光における信号対雑音比が改善される。
【００４１】
一方、該信号光の一部は光学素子３２−１のカプラ膜で分岐され、光学素子３２−１から出射されて光ダイオード３４に入射され、該光ダイオード３４によって信号光のレベルをモニタするための電気信号に変換される。
【００４２】
従って、従来の後段モジュールにおいては信号光の光軸上に４個の光部品を必要としたのに対して、本発明の後段モジュールにおいては信号光の光軸上に３個の光部品を配置すればよく、後段モジュールの構成を簡略化することができる。
【００４３】
尚、後述するように、信号光がフィルタ膜を通過する回数を増やす必要性が高くなるにつれて、上記簡略化の効果は大きくなる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の光フィルタの特性の実測例である。
図３は、本発明の光学素子を１個使用して構成した光フィルタにおいて、信号光を該光学素子のフィルタ膜を２回通過させる時の総合の透過率の波長特性を、信号光を該光学素子のフィルタ膜を１回通過させる時の単位の透過率の波長特性と共に表示している。透過率をデシベルで表しているので、総合の透過率の波長特性は単位の透過率特性の２倍の透過率になっていることが判る。
【００４５】
尚、図３においては通過波長に対する透過率を０デシベルとして表示しているが、これは透過率が最高の波長における透過率を基準にして表示しているためで、実際にはフィルタ膜と基板の損失及びカプラ膜における分岐損失を加算した損失が生ずる。この損失は、通常１デシベル以下程度で実現される。
【００４６】
ところで、図１又は図２に示した原理構成においては、本発明の光学素子において信号光がフィルタ膜を２回通過する構成を例示して説明したが、信号光がフィルタ膜を通過する回数は２回には限定されない。
【００４７】
即ち、例えば図２の構成において、信号光が光学素子３２−１から空気中に出射される点の付近に反射膜を形成しておけば、信号光は反射されて再びフィルタ膜５２と基板５１を通ってカプラ膜５３に達し、再びカプラ膜５３にて反射されて基板５１とフィルタ膜５２とを通ってフィルタ膜と空気との界面に達する。この点では反射膜を形成してないものとすれば、信号光は合計４回フィルタ膜を通過して光学素子から出射される。上記のようにすることによって後段モジュールの構成の簡略さと光フィルタの調整の容易さを変えないで光フィルタの透過率特性を更に急峻にすることができる。
【００４８】
尚、信号光がフィルタ膜を通過する回数を増やすための反射膜は、フィルタ膜と空気との界面（フィルタ膜の上）に形成してもフィルタ膜と基板の界面（フィルタ膜の下）に形成してもよいし、フィルタ膜と反射膜を重ねて形成せずに、基板上の領域によってフィルタ膜と反射膜とを選択的に形成してもよい。
【００４９】
又、図１及び図２に示した光学素子において、フィルタ膜を形成する面に対向する面にはカプラ膜を形成する例を示したが、フィルタ膜を形成する面に対向する面に形成する膜はカプラ膜には限定されない。ここにカプラ膜を形成する理由は、カプラ膜を通して信号光の一部をモニタ光として取り出す目的のためであるが、モニタ光を取り出す必要がない場合には、フィルタ膜を形成する面に対向する面には全反射膜を形成すればよい。いずれにしても、フィルタ膜を形成する面と対向する面には反射特性を有する膜を形成すればよい。そして、後者の場合には、反射損失する際に損失が生じないので、光フィルタの通過波長に対する絶対損失は小さくなる。
【００５０】
図４は、本発明の光フィルタを適用した後段モジュールの構成を示すものである。
図４において、３１はアイソレータ、３２−１は本発明の光学素子、３２−４は該光学素子を固定する固定板、３２−６は該固定板を後述するケースに固定する捻子、３３は光リフレクタ、３４は信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード、３５はケース、３６−１及び３６−２はそれぞれ入力側のコネクタ及び出力側のコネクタ、３７−１及び３７−２はそれぞれ入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバである。
【００５１】
そして、ケース３５を水平にした場合に、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と光学素子３２−１と光リフレクタ３３及び出力側のコネクタ３６−２は同一水準に並び、且つ、それらの部品は入力側のコネクタ３６−１から出射された光が出力側のコネクタ３６−２に入射されるような位置関係を保って固定される。ケース３５の中に描かれている複数の線は、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と光学素子３２−１と光リフレクタ３３及び出力側のコネクタ３６−２を同一水準で並べるためにケース３５の底面の高さを変えるように行なう切削部の境界を示している。
【００５２】
従って、図４に示した後段モジュールの構成において、後段モジュールに入力される信号光はアイソレータ３１を通過した後に光リフレクタ３３に入射され、光リフレクタ３３によって反射されて光学素子３２−１に入射される。
【００５３】
そして、信号光はフィルタ膜側から光学素子３２−１に入射され、該信号光は光学素子３２−１の中で屈折と反射をされて、その大部分は光学素子３２−１のフィルタ膜側に出射されて出力光となる。
【００５４】
従って、光フィルタに入射される光に含まれている励起光成分と光増幅部において発生する自然放出光は減衰を受けて光フィルタから出射され、出力光における信号対雑音比が改善される。
【００５５】
一方、該信号光の一部は光学素子３２−１のカプラ膜を通って光学素子３２−１から出射されて光ダイオード３４に入射され、該光ダイオード３４によって信号光のレベルをモニタするための電気信号に変換される。
【００５６】
該光ダイオードに入射される光はフィルタ膜を１回通過している。従って、該光ダイオードに入射される光においても励起光成分と自然放出光は図３の単位の透過率の波長特性に等しい減衰を受けるので、該信号光をモニタするための電気信号においても信号対雑音比が改善されている。
【００５７】
図４に示した後段モジュールにおいて、光フィルタの透過率特性を調整するのは、光学素子３２−１を固定した固定板３２−４を捻子３２−６によって仮固定した状態で、該固定板３２−４が信号光の光軸となす角度だけを調整すればよい。
【００５８】
光学素子３２−１上のフィルタ膜の厚さは一定であり、信号光が実際にフィルタ膜中を伝播する距離は通過の度に同じであるので、該固定板３２−４が信号光の光軸となす角度がどうなっていても、光フィルタとしての透過率の波長特性はフィルタ膜を１回通過する時の透過率の波長特性を加算（透過率をデシベル単位で表現した場合）した特性になる。従って、光フィルタの特性を所望の特性に調整することは極めて容易である。
【００５９】
尚、図４の構成のボーナス的な利点は、光リフレクタ３３によって信号光の光路を折り曲げるために、後段モジュールの入力側から出力側までの長さを短くできる点にある。この、光リフレクタによる光路折り曲げの角度を適切に選択することによって、後段モジュールの幅をあまり大きくしないでもすむので、後段モジュールの小型化が可能である。
【００６０】
ところで、図４の後段モジュールにおいては、出力光のレベルをモニタするための光ダイオードのみを備えているが、光学素子３２−１から出射される出力光の逆延長上に光ダイオードを備えれば、出力側の光ファイバが断線したり、出力側のコネクタが外れた時の反射光をモニタすることも可能になる。
【００６１】
図５は、光学素子への光の入射角の変動による通過帯域の中心波長の変動、即ち、光学素子への光の入射角の変動による通過帯域のずれを示すものである。
光の入射角の変動によって通過帯域がずれるのは、入射角の変動によって光がフィルタ膜の中を実際に伝播する距離が変わるためである。実は、この通過帯域の変動が、図１０に示した光学素子を複数使った光フィルタにおける透過率の波長特性の調整を困難にしていた。
【００６２】
しかし、本発明の光学素子を使用する光フィルタにおいては、光の入射角の変動によって通過帯域がずれる現象を積極的に使って、光フィルタの透過率の波長特性のフィギャーを自由に決めることができるようになる。このための構成を図６に示す。
【００６３】
図６は、図１の構成において厚さが変化する基板を用いた光学素子を示すものである。
この場合には、基板（５１ａ）とフィルタ膜（５２）の界面にたてた法線に対してカプラ膜（５３）への入射光がなす角と、上記法線に対してカプラ膜（５３）からの反射光がなす角が異なる角度になるために、フィルタ膜から基板への出射角φ3と基板からフィルタ膜への入射角φ5が異なる角度になる。
【００６４】
従って、空気からフィルタ膜への出射角φ2 とフィルタ膜から空気への入射角φ6 が異なる角度になり、空気からフィルタ膜に入射される光がフィルタ膜中を伝搬する距離と、フィルタ膜から空気に出射される光がフィルタ膜中を伝搬する距離が異なるようになる。
【００６５】
即ち、図６の構成によって、異なる透過率の波長特性の光フィルタを２段縦属接続した光フィルタを得ることができる。従って、その透過率の波長特性は図１の構成によって得られる特性とは異なるものになる。
【００６６】
そして、図６に示した光学素子への入射角を変えることによって図５に示した現象を任意に利用することができるので、光フィルタとしての透過率の波長特性を自由に決めることができる。
【００６７】
図７は、図６の構成を適用した光フィルタの透過率の波長特性の例である。
図７において、破線で示した特性は図６における入射側の特性、一点鎖線で示した特性は図６における出射側の特性で、実線で示した特性はその総合特性である。
【００６８】
図７の総合特性を見れば明らかなように、通過波長域は図３の特性より狭くなり、減衰波長域での透過率は図３の特性とほぼ同じになる。この特性は、フィルタ膜を形成する面とカプラ膜を形成する面の角度及びフィルタ膜への光の入射角の特定の値に対応して決まるので、フィルタ膜を形成する面とカプラ膜を形成する面の角度及びフィルタ膜への光の入射角を異なる値にすることによって任意のフィルタ特性を得ることが可能になる。
【００６９】
しかも、フィルタ膜側に反射膜を形成して光がフィルタ膜を通過する回数を増やす構成や、カプラ膜を反射膜にする構成を適用できることは、図１の構成の場合と同じである。
【００７０】
そして、光フィルタや光増幅器の構成を簡略化できること、及び、光フィルタや光増幅器としての調整を容易にすることができることも、図１の構成と全く同じである。
【００７１】
尚、基板の厚さを一定にして、フィルタ膜の厚さを基板表面上で変化させて形成しても同じ作用を実現することができる。しかし、こうするためには蒸着チャンバー中又は基板表面に電位分布を形成するなどの技術が必要であり、光学素子の製造に若干の困難性が生ずる。一方、基板の厚さを基板面上で変化させるには厚さが一定な基板を研磨することによって実現できるので、基板の厚さを変化させてフィルタ膜とカプラ膜を形成する方が容易である。
【００７２】
さて、上記においては一貫して光ファイバ増幅器を例にして本発明の技術を説明してきた。
しかし、光増幅器としては、半導体光増幅器も開発されつつあり、いずれは実用化されよう。その半導体光増幅器においても、増幅中に生ずる雑音成分を除去して出力光の信号対雑音比を高く確保すべきことは光ファイバ増幅器の場合と変わりがない。従って、本発明の光学素子、該光学素子を適用した光フィルタが半導体光増幅器においても同じ効果を奏することは全く同じである。
【００７３】
更に、図９に示した光ファイバ増幅器の構成を主な例にして説明してきたので、光ファイバ増幅器の後段モジュールに本発明の光学素子を適用した光フィルタを設けることを主に想定してきたが、従来の技術の説明の最後に記載したように、図９の前段モジュールにおいてアイソレータ１３の代わりに光フィルタを設けてもよいので、本発明の光学素子を適用した光フィルタを設けることができるのは後段モジュールには限定されない。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過率の波長特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器が実現できる。特に、光フィルタ及び光増幅器としての調整が容易になることは、光フィルタ及び光増幅器のコスト低減に大きく寄与する。
【００７５】
又、本発明によって、光フィルタとしての特性を任意に決めることができるようになる。
しかも、透過率の波長特性が減衰波長域で急峻な光フィルタを実現することも容易に可能になる。この場合には、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化できる効果が大きくなる。
【００７６】
しかも、本発明の技術は、光ファイバ増幅器に限らず、光半導体増幅器にも同様に適用することができる。
従って、本発明は広い範囲の光増幅器の特性の改善と調整の容易化と構成の簡略化のために貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学素子の構成を示す原理図。
【図２】 後段モジュールの原理的構成。
【図３】 本発明の光フィルタの特性の実測例。
【図４】 本発明の光フィルタを適用した後段モジュールの構成。
【図５】 光学素子への光の入射角の変動による通過帯域のずれ。
【図６】 図１の構成において厚さが変化する基板を用いた光学素子。
【図７】 図６の構成を適用した光フィルタの透過率の波長特性の例。
【図８】 従来の光増幅器の後段モジュールの構成例。
【図９】 前方励起型の光ファイバ増幅器の構成。
【図１０】 光フィルタを構成する従来の光学素子の原理的な構成。
【符号の説明】
１ 前段モジュール
２ 光増幅段
３ 後段モジュール
１１ 光カプラ
１２ 光ダイオード
１３ アイソレータ
２１ 光増幅ファイバ
２２ 励起レーザー・ダイオード
２３ 光カプラ
３１ アイソレータ
３２ 光フィルタ
３２−１ 本発明の光学素子
３２−２、３２−３ 従来の光学素子
３２−４、３２−５ 固定板
３２−６、３２−７ 捻子
３４ 光ダイオード
３５ ケース
３６−１ 入力側のコネクタ
３６−２ 出力側のコネクタ
３７−１ 入力側の光ファイバ
３７−２ 出力側の光ファイバ
３８ 光カプラ
５０ 光学素子
５０ａ 光学素子
５０ｂ 光学素子
５１ 基板
５２ フィルタ膜
５３ カプラ膜
５４ 透過膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子、光フィルタ及び光増幅器に係り、特に、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過率の波長特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器に関する。
【０００２】
光増幅器は、入力信号光のレベルをモニタする前段モジュールと、該信号光を増幅する光増幅手段と、該光増幅手段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールとから構成される。実用的な光増幅器においては、これらのどの部位も欠くことができないが、光伝送路での信号対雑音比を高く保って、光デジタル通信においては符号誤り率を確保するために、又、光アナログ通信においては雑音自体を少なくするために光増幅手段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールの役割は大きい。
【０００３】
後段モジュールにおいて光増幅手段の出力光から該信号光を抽出するために帯域通過型の光フィルタが用いられる。この光フィルタに対しては、波長選択性が良好であることと、良好な波長選択性を得るための構成が簡略なこと及び波長選択性の調整が容易なことが要請される。そして、光フィルタの構成が簡略化され、その調整が容易になれば、光増幅器の構成も簡略化され、その調整も容易になって、そのコストが低減される。
【０００４】
従って、このような光フィルタ及び光増幅器を実現することができる光学素子の実用化と、該光学素子を適用することによって構成が簡略化される光フィルタ及び光増幅器の実用化が待たれている。
【０００５】
ところで、光増幅器には、稀土類元素のイオン特にエルビウム・イオンを添加した光ファイバを光増幅段に用いる光ファイバ増幅器と、化合物半導体中での光増幅作用を利用した半導体光増幅器とがある。
【０００６】
いずれのタイプにおいても、光増幅器は入力信号光のレベルをモニタする前段モジュールと、該信号光を増幅する光増幅段と、該光増幅段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールとから構成される。従って、以降においては、既に実用化が着々と進んでいる光ファイバ増幅器を例にして本発明の技術を説明することにしたい。
【０００７】
【従来の技術】
図９は、前方励起型の光ファイバ増幅器の構成を示すものである。
図９において、１は前段モジュールで、入力される信号光の一部を分岐する光カプラ１１と、該光カプラ１１において分岐される光を変換して入力される信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード１２と、光増幅段以降からの反射光や自然放出光を入力側に伝えないためのアイソレータ１３とからなる。
【０００８】
又、２は光増幅段で、エルビウム・イオンを添加した光増幅ファイバ２１と、該光増幅ファイバで信号光を増幅するための励起光を発生するレーザー・ダイオード２２と、該信号光と該励起光を結合する光カプラ２３とからなる。尚、ここではレーザー・ダイオード２２の出力を光増幅ファイバ２１に結合する手段としてファイバ融着型のカプラを用いるタイプを想定して図示しているが、該レーザー・ダイオード２２の出力を該光増幅ファイバ２１に結合する手段として波長多重素子などの素子を用いることもできる。
【０００９】
更に、３は後段モジュールで、出力側からの反射光を光増幅段に伝えないためのアイソレータ３１と、光増幅段の出力光から励起光と自然放出光を除去して信号光を取り出すための帯域通過型の光フィルタ３２と、信号光の一部を分岐する光カプラ３８と、該光カプラ３８が分岐する信号光を変換して出力される信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード３４とからなる。
【００１０】
尚、後方励起型の光増幅器においても構成は本質的には変わらず、後段モジュールに光フィルタを備えることが必須である。又、前段モジュールにおいて、アイソレータ１３の代わりに、信号光を通過させる一方励起光と自然放出光を阻止する光フィルタを用いることも可能である。
【００１１】
図１０は、該光フィルタを構成する従来の光学素子の原理的な構成を示すものである。 図１０において、５０ｂは光学素子である。該光学素子は、光透過性が良好な物質、最も典型的にはガラスよりなる基板５１と、光の波長によって透過率の波長特性が異なるフィルタ膜５２と、該基板５１と空気との間で光の透過性をよくする透過膜５４とによって構成される。
【００１２】
ここで、フィルタ膜は、通常、二酸化チタンの薄膜と二酸化シリコンの薄膜を多層に積層して形成され、多層に形成された薄膜の間の反射光と透過光による複合された干渉によって波長によって異なる透過率を呈する。
【００１３】
しかし、信号光の透過率に対してそれ以外の波長の光に対する透過率を十分に小さくするには、図１０に示した構成の光学素子を複数使用する必要がある。
図８は、従来の光増幅器の後段モジュールの構成例である。
【００１４】
図８において、３１はアイソレータ、３２−２及び３２−３は光フィルタを構成する光学素子、３２−４及び３２─５は該光学素子を接着固定する固定板、３２−６及び３２─７は該固定板の角度を調整しつつ後述するケースの底面に固定するための捻子、３８は出力光の一部を分岐する光カプラ、３４は出力される信号光のレベルをモニタする光ダイオード、３５は後段モジュールのケース、３６−１及び３６−２はそれぞれ入力側のコネクタ及び出力側のコネクタ、３７−１及び３７−２はそれぞれ入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバである。
尚、光フィルタ３２は二つの光学素子３２−２及び３２−３と二つの固定板３２−４及び３２−５と二つの捻子３２−６及び３２−７によって構成される。
【００１５】
即ち、図８に示した後段モジュールは、光フィルタ３２を構成するために図１０に示した光学素子を２個使用する例である。
そして、ケース３５を水平にした場合に、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と二つの光学素子３２−２及び３２−３と光カプラ３８及び出力側のコネクタ３６−２は同一水準に並び、且つ、それらの部品は入力側のコネクタ３６−１から出射された光が出力側のコネクタ３６−２に入射されるような位置関係を保って固定される。
ケース３５の中に描かれている複数の線は、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と二つの光学素子３２−２及び３２−３と光カプラ３８及び出力側のコネクタ３６−２を水平線上に並べるためにケース３５の底面の高さを変えるように行なわれる切削部の境界を示す。
【００１６】
図８の後段モジュールにおける光フィルタ３２の透過率の波長特性の調整は、捻子３２−６及び３２−７を仮固定した状態で信号光の光軸に対する二つの固定板３２−４及び３２−５の角度を調整する、即ち、信号光の光軸に対する二つの光学素子３２−２及び３２−３の角度を調整することによって行なう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、該光学素子３２−２及び３２−３を構成する基板の寸法は、通常、縦横が２．５mm、厚さが２mm程度であるが、フィルタ膜やカプラ膜の蒸着はこの寸法の基板に直接行なうのではなく、直径２〜８インチ程度のウェハにフィルタ膜とカプラ膜を蒸着した後で切り出して（スクライビングという。）上記の寸法にする。
【００１８】
従って、ウェハの大きさは無視できないので、ウェハの中央部と周辺部とでは形成される膜の厚さには必然的なバラツキが生じ、ウェハ上の距離が近い位置からとれた光学素子の間では膜厚のバラツキは小さく、同一の光学素子の上では膜厚のバラツキは無視できる。
【００１９】
しかし、このようなウェハをスクライビングして各々の光学素子に分離した後に、ウェハ上の位置関係を保ったままで各々の光学素子を管理することは極めて面倒である。このため、後段モジュールを組み立てる時に選択される光学素子はウェハ上の近傍の位置からとれたものとは限らないということになる。
【００２０】
さて、フィルタ膜において波長が異なる光の透過率が異なるのは、多層の二酸化チタンと二酸化シリコンの薄膜の中における透過光と反射光の干渉の複合によるが、光がフィルタ膜を通過する距離にも関係する。
【００２１】
従って、フィルタ膜の厚さにバラツキがある場合には、各々の光学素子における透過光の波長にバラツキが生ずる。しかも、各々がどのような透過率の波長特性であるかが判らないまま二つの光学素子が選択されて、１つずつ固定板に固定されることになる。
【００２２】
このため、光フィルタとして透過率の調整を行なう際には、二つの光学素子を固定した固定板３２−４及び３２−５を捻子３２─６及び３２−７によってケース３５に仮固定した後で、双方の固定板３２−４及び３２−４の光軸に対する角度を別々に調整してみて、所望の透過率の波長特性になる角度を求めるという作業をしなければならない。これでは、所望の透過率の波長特性に収斂させるために各々の光学素子の角度を何回も調整しなければならないということに遭遇することが常である。
【００２３】
上記より簡単な調整法として、光学素子を固定した一の固定板だけを後段モジュールに仮固定して、信号光の光軸に対するその角度を調整して透過率の波長特性の最もよい点を探した後で残りの光学素子を固定した固定板も仮固定し、次は後で仮固定した固定板の角度だけを調整して光フィルタ全体としての透過率の波長特性を最適化する方法もある。こうすれば、二つの光学素子に関する角度調整を、いったりきたり何回も行なう必要がなくなるが、これでも２段階の調整が必要である。
【００２４】
このように、従来の後段モジュールにおいては、光フィルタの調整に難点がある。
しかも、光学素子を複数使う必要があり、光フィルタ及び光増幅器の構成の簡略化を阻害をする。
【００２５】
本発明は、かかる問題点に鑑み、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を解決するものであって、本発明による光モジュールは、入力コネクタからの入力光を反射する反射手段と、対向する平明でありかつ互いに平行でない第１及び第２の面を有し光透過性を有する物質よりなる基板と、該基板の第１の面に形成され入射光に対する透過率の波長特性が該入射光の入射角により異なり、かつ膜厚が一定である第１の膜と、該基板の第２の面に形成され該第１の膜を通じ該第１の面より該基板に入射した光を第２の反射特性により反射するとともに第３の透過特性により透過し出射する第２の膜とを有し、該反射手段の出力光を透過及び反射し、反射光を該入力コネクタと対向する出力コネクタに出力する光フィルタであって、該光フィルタに入力された光は、該第１の膜を通じて該基板に入射され、該第２の膜において該第２の反射特性により反射され該基板及び該第１の膜を通じて出力されるとともに、該第２の膜において該第３の透過特性により透過し出力される光フィルタと、該光フィルタの透過光をモニタする光ダイオードと、該光フィルタの該反射手段の出力光に対する入射角度を調整する調整手段とを備え、該調整手段による入射角度の調整により、該光フィルタの透過帯域の中心波長が調整されることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光学素子の構成を示す原理図である。
図１において、５０は光学素子で、透過性が良好な材質、典型的にはガラスからなる基板５１と、フィルタ膜５２と光カプラ膜５３によって構成されている。
そして、基板５１は縦横２．５mm、厚さ２mm程度であるから、フィルタ膜５２の厚さは基板表面で一定であり、その屈折率も一定にできる。
尚、図１には最も基本的な構成として基板５１の厚さが一定な場合を示している。
【００２８】
そして、光学素子のフィルタ膜５２の側から信号光を入射角θ1 で入射するものとし、光学素子の外側の物質（通常空気である。以降、空気だけを考慮して説明する。）の屈折率をｎ1 とし、フィルタ膜５２の屈折率をｎ2 とし、基板５１の屈折率をｎ3 とすると、基板５１の法線に対するフィルタ膜中の光の角度θ2 は、 ｎ1 Sin θ1 ＝ｎ2 Sin θ2 （１）
によって求められる角度となる。
【００２９】
式（１）によって求められる角度θ2で光が基板５１に入射すると、基板５１とフィルタ膜５２の界面にたてた法線に対する基板５１中の光の角度θ3は、
ｎ2Sinθ2＝ｎ3Sinθ3 （２）
によって求められる角度となる。
【００３０】
該基板５１中の光は該基板５１とカプラ膜５３の界面に上記θ3 なる角度で入射し、一部はカプラ膜５３を通って空気中に出射され、大部分は基板５１とカプラ膜５３の界面で反射される。
【００３１】
従って、反射光は基板５１とフィルタ膜５２の界面にたてた法線に対してθ3なる角度で基板５１中を伝播してフィルタ膜５２に達する。
フィルタ膜５２と基板５１の屈折率の関係は上記（１）と同じであるから、光は基板５１とフィルタ膜５２の界面にたてた法線に対して上記θ2の角度でフィルタ膜５２中を伝播して空気とフィルタ膜５２との界面に達する。
【００３２】
フィルタ膜５２と空気の屈折率の関係は上記と同じであるから、光はフィルタ５２と空気の界面にたてた法線に対して上記θ1の角度で空気中に出射される。
つまり、入射された光はフィルタ膜５２を２回通って空気中に出射され、しかも、フィルタ膜５２への入射角とフィルタ膜５２からの出射角が等しくなる。
【００３３】
従って、図１の光学素子を使うことによって、特性が全く同じにできている従来の光学素子を２個使用するのと同じ透過率の波長特性を得ることができる。
即ち、先に述べたように、基板５１上のフィルタ膜５２の厚さは一定であるから、光が１回目にフィルタ膜５２を実際に伝播する距離と、光が１回目にフィルタ膜５２を実際に伝播する距離とは等しくなる。従って、光が１回目にフィルタ膜５２を通過する際の透過率の波長特性と、光が２回目にフィルタ膜５２を通過する際の透過率の波長特性とは等しくなる。
【００３４】
つまり、従来のタイプの光フィルタにおいて、二つの光学素子の透過率の波長特性にバラツキがない場合に相当する特性が得られる。
しかも、フィルタ膜を透過する光の波長は、光が該フィルタ膜中を伝搬する距離によって可変にできるので、透過光の波長は光の入射角θ1を調整することによって容易に調整することができる。
【００３５】
従って、図１の光学素子を後段モジュールに適用すれば、光学素子の信号光の光軸に対する角度を調整して透過率の波長特性を調整する場合、調整すべき光学素子は１個となり、光学素子への入射角と光学素子からの出射角が必ず等しくなるので、その調整は極めて容易になる。
【００３６】
尚、空気の屈折率は約１であり、基板にガラスを使用する場合にその屈折率は約１．５であり、フィルタ膜の等価屈折率は２強であるので、空気から光学素子への入射角θ1 を設定すれば、θ2 及びθ3 の目安をつけることができるので、これらを参照することによって前記光学素子の大きさを設計することが可能になる。
【００３７】
図２は、後段モジュールの原理的構成を示すものである。
図２において、３１はアイソレータ、３２−１は本発明の光学素子、３３は光リフレクタ、３４は出力光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオードである。尚、後段モジュールを構成する光コネクタや光ファイバは図示を省略している。
【００３８】
図２に示した後段モジュールの原理的構成において、後段モジュールに入力される信号光はアイソレータ３１を通過した後に光リフレクタ３３に入射され、光リフレクタ３３によって反射されて光学素子３２−１に入射される。
【００３９】
尚、光学素子３２−１は基板上にフィルタ膜とカプラ膜を形成したものである。
該光リフレクタ３３で反射された信号光はフィルタ膜側から光学素子３２−１に入射される。該信号光は光学素子３２−１の中で屈折と反射をされて、その大部分は光学素子３２−１のフィルタ膜側に出射されて出力光となる。
【００４０】
従って、光フィルタに入射される光に含まれている励起光成分と光増幅部において発生する自然放出光は減衰を受けて光フィルタから出射され、出力光における信号対雑音比が改善される。
【００４１】
一方、該信号光の一部は光学素子３２−１のカプラ膜で分岐され、光学素子３２−１から出射されて光ダイオード３４に入射され、該光ダイオード３４によって信号光のレベルをモニタするための電気信号に変換される。
【００４２】
従って、従来の後段モジュールにおいては信号光の光軸上に４個の光部品を必要としたのに対して、本発明の後段モジュールにおいては信号光の光軸上に３個の光部品を配置すればよく、後段モジュールの構成を簡略化することができる。
【００４３】
尚、後述するように、信号光がフィルタ膜を通過する回数を増やす必要性が高くなるにつれて、上記簡略化の効果は大きくなる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の光フィルタの特性の実測例である。
図３は、本発明の光学素子を１個使用して構成した光フィルタにおいて、信号光を該光学素子のフィルタ膜を２回通過させる時の総合の透過率の波長特性を、信号光を該光学素子のフィルタ膜を１回通過させる時の単位の透過率の波長特性と共に表示している。透過率をデシベルで表しているので、総合の透過率の波長特性は単位の透過率特性の２倍の透過率になっていることが判る。
【００４５】
尚、図３においては通過波長に対する透過率を０デシベルとして表示しているが、これは透過率が最高の波長における透過率を基準にして表示しているためで、実際にはフィルタ膜と基板の損失及びカプラ膜における分岐損失を加算した損失が生ずる。この損失は、通常１デシベル以下程度で実現される。
【００４６】
ところで、図１又は図２に示した原理構成においては、本発明の光学素子において信号光がフィルタ膜を２回通過する構成を例示して説明したが、信号光がフィルタ膜を通過する回数は２回には限定されない。
【００４７】
即ち、例えば図２の構成において、信号光が光学素子３２−１から空気中に出射される点の付近に反射膜を形成しておけば、信号光は反射されて再びフィルタ膜５２と基板５１を通ってカプラ膜５３に達し、再びカプラ膜５３にて反射されて基板５１とフィルタ膜５２とを通ってフィルタ膜と空気との界面に達する。この点では反射膜を形成してないものとすれば、信号光は合計４回フィルタ膜を通過して光学素子から出射される。上記のようにすることによって後段モジュールの構成の簡略さと光フィルタの調整の容易さを変えないで光フィルタの透過率特性を更に急峻にすることができる。
【００４８】
尚、信号光がフィルタ膜を通過する回数を増やすための反射膜は、フィルタ膜と空気との界面（フィルタ膜の上）に形成してもフィルタ膜と基板の界面（フィルタ膜の下）に形成してもよいし、フィルタ膜と反射膜を重ねて形成せずに、基板上の領域によってフィルタ膜と反射膜とを選択的に形成してもよい。
【００４９】
又、図１及び図２に示した光学素子において、フィルタ膜を形成する面に対向する面にはカプラ膜を形成する例を示したが、フィルタ膜を形成する面に対向する面に形成する膜はカプラ膜には限定されない。ここにカプラ膜を形成する理由は、カプラ膜を通して信号光の一部をモニタ光として取り出す目的のためであるが、モニタ光を取り出す必要がない場合には、フィルタ膜を形成する面に対向する面には全反射膜を形成すればよい。いずれにしても、フィルタ膜を形成する面と対向する面には反射特性を有する膜を形成すればよい。そして、後者の場合には、反射損失する際に損失が生じないので、光フィルタの通過波長に対する絶対損失は小さくなる。
【００５０】
図４は、本発明の光フィルタを適用した後段モジュールの構成を示すものである。
図４において、３１はアイソレータ、３２−１は本発明の光学素子、３２−４は該光学素子を固定する固定板、３２−６は該固定板を後述するケースに固定する捻子、３３は光リフレクタ、３４は信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード、３５はケース、３６−１及び３６−２はそれぞれ入力側のコネクタ及び出力側のコネクタ、３７−１及び３７−２はそれぞれ入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバである。
【００５１】
そして、ケース３５を水平にした場合に、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と光学素子３２−１と光リフレクタ３３及び出力側のコネクタ３６−２は同一水準に並び、且つ、それらの部品は入力側のコネクタ３６−１から出射された光が出力側のコネクタ３６−２に入射されるような位置関係を保って固定される。ケース３５の中に描かれている複数の線は、入力側のコネクタ３６−１とアイソレータ３１と光学素子３２−１と光リフレクタ３３及び出力側のコネクタ３６−２を同一水準で並べるためにケース３５の底面の高さを変えるように行なう切削部の境界を示している。
【００５２】
従って、図４に示した後段モジュールの構成において、後段モジュールに入力される信号光はアイソレータ３１を通過した後に光リフレクタ３３に入射され、光リフレクタ３３によって反射されて光学素子３２−１に入射される。
【００５３】
そして、信号光はフィルタ膜側から光学素子３２−１に入射され、該信号光は光学素子３２−１の中で屈折と反射をされて、その大部分は光学素子３２−１のフィルタ膜側に出射されて出力光となる。
【００５４】
従って、光フィルタに入射される光に含まれている励起光成分と光増幅部において発生する自然放出光は減衰を受けて光フィルタから出射され、出力光における信号対雑音比が改善される。
【００５５】
一方、該信号光の一部は光学素子３２−１のカプラ膜を通って光学素子３２−１から出射されて光ダイオード３４に入射され、該光ダイオード３４によって信号光のレベルをモニタするための電気信号に変換される。
【００５６】
該光ダイオードに入射される光はフィルタ膜を１回通過している。従って、該光ダイオードに入射される光においても励起光成分と自然放出光は図３の単位の透過率の波長特性に等しい減衰を受けるので、該信号光をモニタするための電気信号においても信号対雑音比が改善されている。
【００５７】
図４に示した後段モジュールにおいて、光フィルタの透過率特性を調整するのは、光学素子３２−１を固定した固定板３２−４を捻子３２−６によって仮固定した状態で、該固定板３２−４が信号光の光軸となす角度だけを調整すればよい。
【００５８】
光学素子３２−１上のフィルタ膜の厚さは一定であり、信号光が実際にフィルタ膜中を伝播する距離は通過の度に同じであるので、該固定板３２−４が信号光の光軸となす角度がどうなっていても、光フィルタとしての透過率の波長特性はフィルタ膜を１回通過する時の透過率の波長特性を加算（透過率をデシベル単位で表現した場合）した特性になる。従って、光フィルタの特性を所望の特性に調整することは極めて容易である。
【００５９】
尚、図４の構成のボーナス的な利点は、光リフレクタ３３によって信号光の光路を折り曲げるために、後段モジュールの入力側から出力側までの長さを短くできる点にある。この、光リフレクタによる光路折り曲げの角度を適切に選択することによって、後段モジュールの幅をあまり大きくしないでもすむので、後段モジュールの小型化が可能である。
【００６０】
ところで、図４の後段モジュールにおいては、出力光のレベルをモニタするための光ダイオードのみを備えているが、光学素子３２−１から出射される出力光の逆延長上に光ダイオードを備えれば、出力側の光ファイバが断線したり、出力側のコネクタが外れた時の反射光をモニタすることも可能になる。
【００６１】
図５は、光学素子への光の入射角の変動による通過帯域の中心波長の変動、即ち、光学素子への光の入射角の変動による通過帯域のずれを示すものである。
光の入射角の変動によって通過帯域がずれるのは、入射角の変動によって光がフィルタ膜の中を実際に伝播する距離が変わるためである。実は、この通過帯域の変動が、図１０に示した光学素子を複数使った光フィルタにおける透過率の波長特性の調整を困難にしていた。
【００６２】
しかし、本発明の光学素子を使用する光フィルタにおいては、光の入射角の変動によって通過帯域がずれる現象を積極的に使って、光フィルタの透過率の波長特性のフィギャーを自由に決めることができるようになる。このための構成を図６に示す。
【００６３】
図６は、図１の構成において厚さが変化する基板を用いた光学素子を示すものである。
この場合には、基板（５１ａ）とフィルタ膜（５２）の界面にたてた法線に対してカプラ膜（５３）への入射光がなす角と、上記法線に対してカプラ膜（５３）からの反射光がなす角が異なる角度になるために、フィルタ膜から基板への出射角φ3と基板からフィルタ膜への入射角φ5が異なる角度になる。
【００６４】
従って、空気からフィルタ膜への出射角φ2 とフィルタ膜から空気への入射角φ6 が異なる角度になり、空気からフィルタ膜に入射される光がフィルタ膜中を伝搬する距離と、フィルタ膜から空気に出射される光がフィルタ膜中を伝搬する距離が異なるようになる。
【００６５】
即ち、図６の構成によって、異なる透過率の波長特性の光フィルタを２段縦属接続した光フィルタを得ることができる。従って、その透過率の波長特性は図１の構成によって得られる特性とは異なるものになる。
【００６６】
そして、図６に示した光学素子への入射角を変えることによって図５に示した現象を任意に利用することができるので、光フィルタとしての透過率の波長特性を自由に決めることができる。
【００６７】
図７は、図６の構成を適用した光フィルタの透過率の波長特性の例である。
図７において、破線で示した特性は図６における入射側の特性、一点鎖線で示した特性は図６における出射側の特性で、実線で示した特性はその総合特性である。
【００６８】
図７の総合特性を見れば明らかなように、通過波長域は図３の特性より狭くなり、減衰波長域での透過率は図３の特性とほぼ同じになる。この特性は、フィルタ膜を形成する面とカプラ膜を形成する面の角度及びフィルタ膜への光の入射角の特定の値に対応して決まるので、フィルタ膜を形成する面とカプラ膜を形成する面の角度及びフィルタ膜への光の入射角を異なる値にすることによって任意のフィルタ特性を得ることが可能になる。
【００６９】
しかも、フィルタ膜側に反射膜を形成して光がフィルタ膜を通過する回数を増やす構成や、カプラ膜を反射膜にする構成を適用できることは、図１の構成の場合と同じである。
【００７０】
そして、光フィルタや光増幅器の構成を簡略化できること、及び、光フィルタや光増幅器としての調整を容易にすることができることも、図１の構成と全く同じである。
【００７１】
尚、基板の厚さを一定にして、フィルタ膜の厚さを基板表面上で変化させて形成しても同じ作用を実現することができる。しかし、こうするためには蒸着チャンバー中又は基板表面に電位分布を形成するなどの技術が必要であり、光学素子の製造に若干の困難性が生ずる。一方、基板の厚さを基板面上で変化させるには厚さが一定な基板を研磨することによって実現できるので、基板の厚さを変化させてフィルタ膜とカプラ膜を形成する方が容易である。
【００７２】
さて、上記においては一貫して光ファイバ増幅器を例にして本発明の技術を説明してきた。
しかし、光増幅器としては、半導体光増幅器も開発されつつあり、いずれは実用化されよう。その半導体光増幅器においても、増幅中に生ずる雑音成分を除去して出力光の信号対雑音比を高く確保すべきことは光ファイバ増幅器の場合と変わりがない。従って、本発明の光学素子、該光学素子を適用した光フィルタが半導体光増幅器においても同じ効果を奏することは全く同じである。
【００７３】
更に、図９に示した光ファイバ増幅器の構成を主な例にして説明してきたので、光ファイバ増幅器の後段モジュールに本発明の光学素子を適用した光フィルタを設けることを主に想定してきたが、従来の技術の説明の最後に記載したように、図９の前段モジュールにおいてアイソレータ１３の代わりに光フィルタを設けてもよいので、本発明の光学素子を適用した光フィルタを設けることができるのは後段モジュールには限定されない。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過率の波長特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器が実現できる。特に、光フィルタ及び光増幅器としての調整が容易になることは、光フィルタ及び光増幅器のコスト低減に大きく寄与する。
【００７５】
又、本発明によって、光フィルタとしての特性を任意に決めることができるようになる。
しかも、透過率の波長特性が減衰波長域で急峻な光フィルタを実現することも容易に可能になる。この場合には、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化できる効果が大きくなる。
【００７６】
しかも、本発明の技術は、光ファイバ増幅器に限らず、光半導体増幅器にも同様に適用することができる。
従って、本発明は広い範囲の光増幅器の特性の改善と調整の容易化と構成の簡略化のために貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学素子の構成を示す原理図。
【図２】 後段モジュールの原理的構成。
【図３】 本発明の光フィルタの特性の実測例。
【図４】 本発明の光フィルタを適用した後段モジュールの構成。
【図５】 光学素子への光の入射角の変動による通過帯域のずれ。
【図６】 図１の構成において厚さが変化する基板を用いた光学素子。
【図７】 図６の構成を適用した光フィルタの透過率の波長特性の例。
【図８】 従来の光増幅器の後段モジュールの構成例。
【図９】 前方励起型の光ファイバ増幅器の構成。
【図１０】 光フィルタを構成する従来の光学素子の原理的な構成。
【符号の説明】
１ 前段モジュール
２ 光増幅段
３ 後段モジュール
１１ 光カプラ
１２ 光ダイオード
１３ アイソレータ
２１ 光増幅ファイバ
２２ 励起レーザー・ダイオード
２３ 光カプラ
３１ アイソレータ
３２ 光フィルタ
３２−１ 本発明の光学素子
３２−２、３２−３ 従来の光学素子
３２−４、３２−５ 固定板
３２−６、３２−７ 捻子
３４ 光ダイオード
３５ ケース
３６−１ 入力側のコネクタ
３６−２ 出力側のコネクタ
３７−１ 入力側の光ファイバ
３７−２ 出力側の光ファイバ
３８ 光カプラ
５０ 光学素子
５０ａ 光学素子
５０ｂ 光学素子
５１ 基板
５２ フィルタ膜
５３ カプラ膜
５４ 透過膜
Claims (1)
- 入力コネクタからの入力光を反射する反射手段と、
対向する平面でありかつ互いに平行でない第１及び第２の面を有し光透過性を有する物質よりなる基板と、該基板の第１の面に形成され入射光に対する透過率の波長特性が該入射光の入射角により異なり、かつ膜厚が一定である第１の膜と、該基板の第２の面に形成され該第１の膜を通じ該第１の面より該基板に入射した光を第２の反射特性により反射するとともに第３の透過特性により透過し出射する第２の膜とを有し、該反射手段の出力光を透過及び反射し、反射光を該入力コネクタと対向する出力コネクタに出力する光フィルタであって、該光フィルタに入力された光は、該第１の膜を通じて該基板に入射され、該第２の膜において該第２の反射特性により反射され該基板及び該第１の膜を通じて出力されるとともに、該第２の膜において該第３の透過特性により透過し出力される光フィルタと、
該光フィルタの透過光をモニタする光ダイオードと、
該光フィルタの該反射手段の出力光に対する入射角度を調整する調整手段とを備え、
該調整手段による入射角度の調整により、該光フィルタの透過帯域の中心波長が調整されることを特徴とする光モジュール。
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