JP2000214392A - 光波長フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の透過又は遮断特性を有するチューニン
グ可能な光波長フィルタを提供する。 【解決手段】 導波路と第１スラブ導波路と導波路アレ
イと第２スラブ導波路がこの順で接続された導波路基板
と、第２スラブ導波路が導波路アレイに接続された端面
とは反対側の端面近傍の導波路アレイに対する結像焦点
面近傍に配置された反射型空間フィルタと、反射型空間
フィルタの位置調整を行う微動機構とを備え、反射型空
間フィルタの位置調整により周波数プロファイルを制御
するようにした光波長フィルタを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長フィルタに
関し、特に透過特性又は遮断特性を任意に調整可能な光
波長フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エルビウム添加光ファイバ増幅器
の発展に伴い、簡便に光信号を増幅することができるよ
うになった。しかし、光信号伝送においては、エルビウ
ム添加光ファイバ増幅器から発生するインコヒーレント
な自然放出光による雑音増加が問題となるため、信号の
帯域幅と同等又は若干広い帯域幅を有する光波長フィル
タを用いて、不要な自然放出光をカットすることが、一
般的に行われている。従来は、この光波長フィルタにフ
ァブリペロ（Fabry-Perot）タイプの光干渉計を用いて
いる。また、近年光信号伝送の周波数利用効率を高める
ため、伝送方式に単側波帯（ＳＳＢ）方式や残留側波帯
（ＶＳＢ）方式を用いることが検討されている。単側波
帯（ＳＳＢ）方式では急峻な周波数遮断特性を有する光
波長フィルタが必要とされ、残留側波帯（ＶＳＢ）方式
では直線的な周波数遮断特性を有する光波長フィルタが
必要とされる。従来は、このような周波数遮断特性を有
する光波長フィルタを構成することが困難なため、マッ
ハツェンダ（Mach-Zehnder）干渉計の波長透過特性を近
似的に用いることが多かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の光波長フ
ィルタは、周波数特性を制御することが困難なため、周
波数に対して急峻な矩形状透過特性を有する光帯域透過
フィルタや、カットオフ周波数のチューニング可能な光
波長フィルタを構成することができなかった。本発明の
目的は、上記課題を解決するため、任意の透過又は遮断
特性を有するチューニング可能な光波長フィルタを提供
することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の第１の光波長フィルタは、導波路と第
１スラブ導波路と導波路アレイと第２スラブ導波路がこ
の順で接続され、第２スラブ導波路が導波路アレイに接
続された端面とは反対側の端面近傍に導波路アレイに対
する結像焦点面を有し、結像焦点面近傍に反射型空間フ
ィルタが配置されている。また、前述した第１の光波長
フィルタは、反射型空間フィルタの位置調整を行う微動
機構を設けて、反射型空間フィルタの位置調整により周
波数プロファイルを制御するようにしてもよい。この場
合、反射型空間フィルタの第１の構成例は、導波路基板
に垂直な直線で区切られる一方の領域に反射面を有す
る。また、前述した反射型空間フィルタの第２の構成例
は、導波路基板に垂直な２本の直線で挟まれる領域に反
射面を有する。また、前述した反射型空間フィルタの第
３の構成例は、台形領域に反射面を有する。また、前述
した第１の光波長フィルタは、反射型空間フィルタをミ
ラーとなる媒質の膜厚を空間的に変化させることで連続
的に反射率を変化させるようにしてもよい。また、前述
した第１の光波長フィルタは、反射型空間フィルタが、
反射領域の境界で導波路基板に平行方向の位置が、ビー
ム径内で導波路基板に対し垂直方向に周期的に変化する
ようにしてもよい。

【０００５】また、本発明の第２の光波長フィルタは、
第１導波路と第１スラブ導波路と第１導波路アレイと第
２スラブ導波路がこの順で接続され、第３スラブ導波路
と第２導波路アレイと第４スラブ導波路と第２導波路が
この順で接続され、第２スラブ導波路が第１導波路アレ
イに接続された端面とは反対側の端面近傍に第１導波路
アレイに対する結像焦点面を有し、第３スラブ導波路が
第２導波路アレイに接続された端面とは反対側の端面近
傍に第２導波路アレイに対する結像焦点面を有し、第２
スラブ導波路の第１導波路アレイに対する結像焦点面近
傍に、透過型空間フィルタと第３スラブ導波路の第２導
波路アレイに対する結像焦点面が配置されている。ま
た、前述した第２の光波長フィルタは、透過型空間フィ
ルタの位置調整を行う微動機構を設けて、透過型空間フ
ィルタの位置調整により周波数プロファイルを制御する
ようにしてもよい。この場合、透過型空間フィルタの第
１の構成例は、導波路基板に垂直な直線で区切られる一
方の領域に透過面を備えている。また、前述した透過型
空間フィルタの第２の構成例は、導波路基板に垂直な２
本の直線で挟まれる領域に透過面を有する。また、前述
した透過型空間フィルタの第３の構成例は、台形領域に
透過面を有する。また、前述した第２の光波長フィルタ
は、透過型空間フィルタが、透過領域の境界の導波路基
板と平行方向の位置が、ビーム径内で導波路基板に垂直
方向に対し周期的に変化するようにしてもよい。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に図を用いてこの発明の実施
の形態を説明する。はじめに、この発明の第１の実施の
形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施
の形態を示す、反射型光波長フィルタの構成図である。
この第１の実施の形態の反射型光波長フィルタ１は、バ
ンドパスフィルタであり、導波路基板１００と反射型空
間強度フィルタ１０５とから構成されている。導波路基
板１００は、導波路１０１、第１スラブ導波路１０２、
導波路アレイ１０３及び第２スラブ導波路１０４を備え
ており、これらは単結晶シリコン基板１０６上に前記の
順で接続されている。これらの導波路は、コアとその周
囲を囲むクラッドで構成されており、コアとクラッド
は、屈折率の異なる透明なガラス膜で形成されている。
導波路１０１は、幅７μｍ、高さ７μｍの矩形断面を有
するコアで構成され、第１スラブ導波路１０２の円弧状
端部の先端に接続されている。第１スラブ導波路１０２
は、両端が円弧状をした矩形断面のコアで構成されてい
る。導波路アレイ１０３は、幅７μｍ、高さ７μｍの矩
形断面を有するコアからなる導波路３４０本で構成さ
れ、その回折次数（隣接導波路の光路長差を波長で除し
た値）は５９である。これらの導波路は、第１スラブ導
波路１０２と第２スラブ導波路１０４の各円弧状端部に
１対１で接続されている。第２スラブ導波路１０４は、
導波路アレイ１０３に接続された端面が円弧状で、反対
側の端面が平面をした矩形断面のコアで構成されてい
る。

【０００７】反射型空間強度フィルタ１０５は、バンド
パスフィルタであり、図２に示すように、石英基板３０
１表面の中央部に設けられた金ミラー３０２と、その外
側に設けられた無反射コーティング３０３とで構成され
ている。同図において（ａ）は反射型光バンドパスフィ
ルタの構造を示す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図で
ある。石英基板３０１は、表面が平滑で、裏面にすりガ
ラス状の微小な凹凸を有する厚さ１ｍｍ又は１．５ｍｍ
の透明石英である。金ミラー３０２は、３００ｎｍ以上
の厚さを有する矩形をした金の膜であり、この第１の実
施の形態では、周波数透過帯域幅３０４を１００ＧＨｚ
とするため、その幅を５０μｍとしている。無反射コー
ティング３０３は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２が交互に積層さ
れた多層膜である。

【０００８】反射型空間強度フィルタ１０５は、アダプ
タを介してマイクロメータから構成される５軸微動が可
能な微動機構に取り付けられている。この微動機構は、
前後、左右及び上下の移動と、前後軸廻りの回転と、上
下軸廻りの回転とが可能であり、反射型空間強度フィル
タ１０５が第２スラブ導波路１０４の導波路アレイ１０
３に接続された端面と反対側の端面近傍の導波路アレイ
１０３に対する結像焦点面に配置されるように導波路基
板１００と共に共通の基盤に固定されている。

【０００９】このような構成において、導波路１０１に
入射された信号光は、第１スラブ導波路１０２に導か
れ、ここで導波路アレイ１０３の各導波路に分配され
る。導波路アレイ１０３を通過した信号光は、時間−空
間変換されて第２スラブ導波路１０４に入射され、ここ
でフーリエ変換されて、焦点面に結像する。このときの
焦点面における線分散は２ＧＨｚ／μｍであり、周波数
分解能は約１０ＧＨｚである。この後、焦点面に配置さ
れた反射型空間強度フィルタ１０５によって、中心周波
数３０５の上下各５０ＧＨｚ以内の周波数透過帯域幅３
０４内にある波長の信号光が選択的に反射されて入射時
の経路を逆に辿って合波され、導波路１０１から出射さ
れる。この結果、周波数透過帯域幅３０４内にある波長
の光のみからなる信号光が得られる。ここで、微動機構
を用いて反射型空間強度フィルタ１０５を導波路基板１
００に対して平行に微動させると、周波数透過帯域に入
射する光の波長が変わるので、反射型光波長フィルタの
周波数透過帯域の中心周波数を変更することができる。

【００１０】この反射型光波長フィルタに白色光又はエ
ルビウム添加光ファイバ増幅器の出力を入力して、光ス
ペクトルアナライザでフィルタ特性を評価した結果、図
３に示すように、急峻な遮断特性を持つ、矩形状の周波
数透過特性が得られた。その周波数透過帯域幅３０４は
１０２ＧＨｚであり、周波数分解能の範囲内で設計値の
１００ＧＨｚと一致した。また、中心周波数での入射光
に対する反射率は９８．３％であり、消光比は４０ｄＢ
であった。以上の説明のように、この第１の実施の形態
の反射型光波長フィルタは、矩形状の周波数透過特性を
備え、その中心周波数を可変できるという効果を有す
る。

【００１１】次に、この反射型光波長フィルタ１を構成
する導波路基板１００と反射型空間強度フィルタ１０５
の製作方法について説明する。導波路基板１００は、次
のようにして製作する。まず、単結晶シリコン基板上に
火炎加水分解堆積法を用いて下部クラッド層、コア層の
順でガラス微粒子膜を堆積させた後、アニール炉に入れ
て加熱し、ガラス微粒子膜を透明なガラス膜とする。次
に、コア層上にレジストを塗布した後、フォトリソグラ
フィーにより導波路の形にパターニングを施し、ドライ
エッチングを用いて不要なコア層を除去する。次に、火
炎加水分解堆積法を用いて、上部クラッド層となるガラ
ス微粒子膜を堆積させた後、アニール炉に入れて加熱
し、ガラス微粒子膜を透明なガラス膜とする。

【００１２】反射型空間強度フィルタ１０５は、次のよ
うにして製作する。まず、石英基板上にレジストを塗布
した後、フォトリソグラフィーにより金ミラーパターン
のレジストを除去する。次に、金を３００ｎｍ以上の厚
さに蒸着した後、有機溶剤に浸してレジストとレジスト
上の金膜を除去する。次に、石英基板上にレジストを塗
布した後、フォトリソグラフィーにより金ミラーのパタ
ーン上のみにレジストを残す。次に、スパッタリングに
より、ＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に成膜して多層膜を形
成した後、有機溶剤に浸してレジストとレジスト上の多
層膜を除去する。

【００１３】この第１の実施の形態では、導波路基板に
単結晶シリコン基板上にガラスで導波路を形成したもの
を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、
ＩｎＰなどの半導体層をクラッド層とし、コア層として
ＩｎＧａＡｓＰなどのクラッドよりも屈折率の高い半導
体を用いた、半導体による導波路構造を持つものや、コ
アを重水素化ＰＭＭＡで形成し、クラッドを紫外線硬化
樹脂で形成したポリマーによる導波路構造を持つものを
用いても、同様の機能を持つことはいうまでもない。こ
の場合は、使用する波長域において、材料が十分透明で
あることが望ましい。

【００１４】次に、この発明の第２の実施の形態につい
て説明する。この発明の第２の実施の形態の反射型光波
長フィルタは、バンドエリミネーションフィルタであ
り、第１の実施の形態の反射型光バンドパスフィルタを
反射型光バンドエリミネーションフィルタとした以外
は、第１の実施の形態と同じものである。ここで、導波
路基板と微動機構は、第１の実施の形態と同じものであ
るから説明を省略する。

【００１５】反射型光バンドエリミネーションフィルタ
は、図４に示すように、石英基板４０１表面の中央部に
設けられた無反射コーティング４０３と、その外側に設
けられた金ミラー４０２とで構成されている。同図にお
いて（ａ）は反射型光バンドエリミネーションフィルタ
の構造を示す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図であ
る。石英基板４０１は、表面が平滑で、裏面にすりガラ
ス状の微小な凹凸を有する厚さ１ｍｍ又は１．５ｍｍの
透明石英である。無反射コーティング４０３は、ＳｉＯ
２とＴｉＯ２が交互に積層された多層膜であり、この第
２の実施の形態では、周波数遮断帯域幅４０４を１００
ＧＨｚとするため、幅が５０μｍの矩形をしている。金
ミラー４０２は、３００ｎｍ以上の厚さを有する金の膜
である。

【００１６】このような構成において、導波路基板に入
射された信号光は、焦点面に配置された反射型光バンド
エリミネーションフィルタによって、中心周波数４０５
の上下各５０ＧＨｚ以内の周波数遮断帯域幅４０４内に
ある波長以外の信号光が選択的に反射されて入射時の経
路を逆に辿って合波され、導波路基板から出射される。
この結果、信号光から周波数遮断帯域幅４０４内にある
波長の光が除去される。ここで、微動機構を用いて反射
型光バンドエリミネーションフィルタ４００を導波路基
板に対して平行に微動させると、周波数遮断帯域に入射
する光の波長が変わるので、反射型光波長フィルタの周
波数遮断帯域の中心周波数を変更することができる。

【００１７】この反射型光波長フィルタに白色光又はエ
ルビウム添加光ファイバ増幅器の出力を入力して、光ス
ペクトルアナライザでフィルタ特性を評価した結果、図
５に示すように、急峻な遮断特性を持つ、矩形状の周波
数遮断特性が得られた。その周波数遮断帯域幅４０４は
１００ＧＨｚであり、周波数遮断帯域外の周波数での入
射光に対する反射率は９８．３％であった。以上の説明
のように、この第２の実施の形態の反射型光波長フィル
タは、矩形状の周波数遮断特性を備え、その中心周波数
を可変できるという効果を有する。この反射型光波長フ
ィルタを構成する導波路基板と反射型光バンドエリミネ
ーションフィルタの製作方法は第１の実施の形態と同じ
であるから説明を省略する。

【００１８】次に、この発明の第３の実施の形態につい
て説明する。この発明の第３の実施の形態の反射型光波
長フィルタは、ローパスフィルタであり、第１の実施の
形態の反射型光バンドパスフィルタを反射型光ローパス
フィルタとした以外は、第１の実施の形態と同じもので
ある。ここで、導波路基板と微動機構は、第１の実施の
形態と同じものであるから説明を省略する。

【００１９】反射型光ローパスフィルタは、図６に示す
ように、石英基板５０１表面の右半面に設けられた無反
射コーティング５０３と、その左半面に設けられた金ミ
ラー５０２とで構成されている。同図において（ａ）は
反射型光ローパスフィルタの構造を示す平面図、（ｂ）
はそのＡ−Ａ断面図である。石英基板５０１は、表面が
平滑で、裏面にすりガラス状の微小な凹凸を有する厚さ
１ｍｍ又は１．５ｍｍの透明石英である。無反射コーテ
ィング５０３は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２が交互に積層され
た多層膜である。金ミラー５０２は、３００ｎｍ以上の
厚さを有する金の膜である。

【００２０】このような構成において、導波路基板に入
射された信号光は、焦点面に配置された反射型光ローパ
スフィルタによって、遮断周波数５０５以下の低い周波
数の信号光が選択的に反射されて入射時の経路を逆に辿
って合波され、導波路基板から出射される。この結果、
信号光から遮断周波数５０５より高い周波数の光が除去
される。ここで、微動機構を用いて反射型光ローパスフ
ィルタ５００を導波路基板に対して平行に微動させる
と、周波数透過帯域５０４に入射する光の波長が変わる
ので、反射型光波長フィルタの遮断周波数５０５を変更
することができる。

【００２１】この反射型光波長フィルタに白色光又はエ
ルビウム添加光ファイバ増幅器の出力を入力して、光ス
ペクトルアナライザでフィルタ特性を評価した結果、図
７に示すように、急峻な遮断特性を持つ、矩形状の周波
数透過特性が得られた。その周波数透過帯域５０４での
入射光に対する反射率は９８．３％であった。以上の説
明のように、この第３の実施の形態の反射型光波長フィ
ルタは、矩形状の周波数透過特性を備え、その遮断周波
数を可変できるという効果を有する。この反射型光波長
フィルタを構成する導波路基板と反射型光ローパスフィ
ルタの製作方法は第１の実施の形態と同じであるから説
明を省略する。

【００２２】次に、この発明の第４の実施の形態につい
て説明する。この発明の第４の実施の形態の反射型光波
長フィルタは、周波数透過帯域幅が可変できるバンドパ
スフィルタであり、第１の実施の形態の反射型光バンド
パスフィルタを可変帯域幅光バンドパスフィルタとした
以外は、第１の実施の形態と同じものである。ここで、
導波路基板と微動機構は、第１の実施の形態と同じもの
であるから説明を省略する。

【００２３】可変帯域幅光バンドパスフィルタは、図８
に示すように、石英基板６０１表面の中央部に設けられ
た金ミラー６０２と、その外側に設けられた無反射コー
ティング６０３とで構成されている。同図において
（ａ）は可変帯域幅光バンドパスフィルタの構造を示す
平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。石英基板６
０１は、表面が平滑で、裏面にすりガラス状の微小な凹
凸を有する厚さ１ｍｍ又は１．５ｍｍの透明石英であ
る。金ミラー６０２は、３００ｎｍ以上の厚さを有する
金の膜であり、この第４の実施の形態では、周波数透過
帯域幅を２０ＧＨｚから４００ＧＨｚの間で可変とする
ため、形状を台形とし、その短辺を１０μｍ、長辺を２
００μｍとしている。無反射コーティング６０３は、Ｓ
ｉＯ２とＴｉＯ２が交互に積層された多層膜である。

【００２４】このような構成において、導波路基板の焦
点面に配置された可変帯域幅光バンドパスフィルタが微
動機構によって、導波路基板に垂直な方向に移動するこ
とにより、入射された信号光が反射される金ミラー６０
２の幅が短辺６０４ａの１０μｍから長辺６０４ｂの２
００μｍの間で変化する。このことにより、周波数透過
帯域幅を２０ＧＨｚから４００ＧＨｚの間で変化させる
ことができる。また、第１の実施の形態と同様に微動機
構によって可変帯域幅光バンドパスフィルタフィルタを
導波路基板に対して平行に微動させると周波数透過帯域
の中心周波数を変更することができる。

【００２５】以上の説明のように、この第４の実施の形
態の反射型光波長フィルタは、矩形状の周波数透過特性
を備え、その中心周波数と周波数透過帯域幅を可変でき
るという効果を有する。この反射型光波長フィルタを構
成する導波路基板と可変帯域幅光バンドパスフィルタの
製作方法は第１の実施の形態と同じであるから説明を省
略する。

【００２６】次に、この発明の第５の実施の形態につい
て説明する。この発明の第５の実施の形態の反射型光波
長フィルタは、周波数に対して直線的に変化する透過率
を有するハイパスフィルタであり、第１の実施の形態の
反射型光バンドパスフィルタを反射率が直線的に変化す
るフィルタとした以外は、第１の実施の形態と同じもの
である。ここで、導波路基板と微動機構は、第１の実施
の形態と同じものであるから説明を省略する。

【００２７】反射率を直線的に変化させる方法として、
金における光反射率の膜厚依存性を利用できる。図９
は、金における光反射率の膜厚依存特性を示すグラフで
ある。このグラフによれば、金の光反射率は膜厚に対し
て対数的に増加し、３００ｎｍ以上の膜厚で一定値（９
８．３％）に飽和することがわかる。

【００２８】この方法を用いた周波数に対して直線的に
変化する透過率を有するハイパスフィルタ７００は、図
１０に示すように、石英基板７０１表面の中央部に設け
られた膜厚が位置により異なる領域７０５と膜厚が一定
の領域とからなる金ミラー７０２と、膜厚が一定の領域
の外側に設けられた無反射コーティング７０３ａと、膜
厚が位置により異なる領域７０５から膜厚が一定の領域
と同じ幅を隔てて設けられた無反射コーティング７０３
ｂとで構成されており、金ミラー７０２の膜厚が位置に
より異なる領域７０５と無反射コーティング７０３ｂの
間には石英基板７０１が露出している。同図において
（ａ）は周波数に対して直線的に変化する透過率を有す
るハイパスフィルタの構造を示す平面図、（ｂ）はその
Ａ−Ａ断面図である。石英基板７０１は、表面が平滑
で、裏面にすりガラス状の微小な凹凸を有する厚さ１ｍ
ｍ又は１．５ｍｍの透明石英である。金ミラー７０２
は、膜厚が一定の領域では３００ｎｍ以上の厚さを有
し、膜厚が位置により異なる領域７０５では中心周波数
で５０％の反射率を有し、反射率が領域内で直線的に変
わるように膜厚が制御された金の膜である。無反射コー
ティング７０３ａ，７０３ｂは、ＳｉＯ２とＴｉＯ２が
交互に積層された多層膜である。

【００２９】このような構成において、導波路基板に入
射された信号光は、焦点面に配置されたハイパスフィル
タ７００によって、周波数により直線的に変化する反射
率で反射されて入射時の経路を逆に辿って合波され、導
波路基板から出射される。この結果、信号光から遮断周
波数７０７より低い周波数の光が除去されると共に、膜
厚が位置により異なる領域７０５に入射した周波数の光
が減衰される。ここで、微動機構を用いてハイパスフィ
ルタ７００を導波路基板に対して平行に微動させると、
周波数透過帯域７０４に入射する光の波長が変わるの
で、ハイパスフィルタ７００の中心周波数７０５を変更
することができる。

【００３０】この反射型光波長フィルタに白色光又はエ
ルビウム添加光ファイバ増幅器の出力を入力して、光ス
ペクトルアナライザでフィルタ特性を評価した結果、図
１１に示すように、直線的な遮断特性を持つ周波数透過
特性が得られた。このフィルタの周波数透過帯域幅は、
３２００ＧＨｚで直線的な遮断特性を示す領域の帯域は
１００ＧＨｚであった。

【００３１】以上の説明のように、この第５の実施の形
態の反射型光波長フィルタは、周波数に対して直線状の
周波数透過特性を備え、その中心周波数を可変できると
いう効果を有する。このようなフィルタは光残留側波帯
（ＶＳＢ）方式に適用することができる。この反射型光
波長フィルタを構成する導波路基板と反射型光ハイパス
フィルタの製作方法は第１の実施の形態と同じであるか
ら説明を省略する。

【００３２】次に、この発明の第６の実施の形態につい
て説明する。この発明の第６の実施の形態の反射型光波
長フィルタは、周波数に対して直線的に変化する透過率
を有するハイパスフィルタであり、第１の実施の形態の
反射型光バンドパスフィルタを反射率が直線的に変化す
るフィルタとした以外は、第１の実施の形態と同じもの
である。ここで、導波路基板と微動機構は、第１の実施
の形態と同じものであるから説明を省略する。

【００３３】反射率を直線的に変化させる方法として、
光の反射面積を空間的に変化させて、反射率プロファイ
ルを制御することができる。この方法を用いた周波数に
対して直線的に変化する透過率を有するハイパスフィル
タ８００は、図１２に示すように、石英基板８０１表面
の中央部に設けられた櫛歯状の金ミラー８０２と、無反
射コーティング８０３とで構成されており、金ミラー８
０２の櫛歯部分の間には石英基板８０１が露出してい
る。同図において（ａ）は周波数に対して直線的に変化
する透過率を有するハイパスフィルタの構造を示す平面
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。石英基板８０１
は、表面が平滑で、裏面にすりガラス状の微小な凹凸を
有する厚さ１ｍｍ又は１．５ｍｍの透明石英である。金
ミラー８０２は、櫛歯状で垂直方向に周期的面積が変化
する金の膜である。無反射コーティング８０３は、Ｓｉ
Ｏ２とＴｉＯ２が交互に積層された多層膜である。

【００３４】このような構成において、導波路基板に入
射された信号光は、焦点面に配置されたハイパスフィル
タ８００によって、周波数により直線的に変化する反射
率で反射されて入射時の経路を逆に辿って合波され、導
波路基板から出射される。この結果、信号光から遮断周
波数より低い周波数の光が除去されると共に、櫛歯状の
領域に入射した周波数の光が減衰される。ここで、微動
機構を用いてハイパスフィルタ８００を導波路基板に対
して平行に微動させると、周波数透過帯域８０４に入射
する光の波長が変わるので、ハイパスフィルタ８００の
中心周波数８０６を変更することができる。

【００３５】以上の説明のように、この第６の実施の形
態の反射型光波長フィルタは、周波数に対して直線状の
周波数透過特性を備え、その中心周波数を可変できると
いう効果を有する。この反射型光波長フィルタを構成す
る導波路基板と反射型光ハイパスフィルタの製作方法は
第１の実施の形態と同じであるから説明を省略する。

【００３６】次に、この発明の第７の実施の形態につい
て説明する。図１３は、この発明の第７の実施の形態を
示す、透過型光波長フィルタの構成図である。この第７
の実施の形態の透過型光波長フィルタ２は、バンドパス
フィルタであり、第１導波路基板１００と透過型空間強
度フィルタ２０５と第２導波路基板２００とから構成さ
れている。第１導波路基板１００は、第１の実施の形態
と同じであるから説明を省略する。第２導波路基板２０
０は、第３スラブ導波路２０６、第２導波路アレイ２０
７、第４スラブ導波路２０８及び第２導波路２０９を備
えており、これらは単結晶シリコン基板２０１上に前記
の順で接続されている。第２導波路基板２００の構造は
第１導波路基板１００と同じなので説明を省略する。

【００３７】透過型空間強度フィルタ２０５は、バンド
パスフィルタであり、図１４に示すように、金属薄板９
０１の中央部に矩形の開口部９０２が設けられている。
同図において（ａ）は透過型光バンドパスフィルタの構
造を示す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。透
過型空間強度フィルタ２０５は、アダプタを介してマイ
クロメータから構成される５軸微動が可能な微動機構に
取り付けられている。この微動機構は、前後、左右及び
上下の移動と、前後軸廻りの回転と、上下軸廻りの回転
とが可能であり、透過型空間強度フィルタ２０５が第２
スラブ導波路１０４の導波路アレイ１０３に接続された
端面と反対側の端面近傍の導波路アレイ１０３に対する
結像焦点面に配置されるように第１導波路基板１００と
共に共通の基盤に固定されている。また、第２導波路基
板２００が、第３スラブ導波路の第２導波路アレイに接
続された端面とは反対側の端面近傍の第２導波路アレイ
に対する結像焦点面に透過型空間強度フィルタ２０５が
配置されるように共通の基盤に固定されている。

【００３８】このような構成において、導波路１０１に
入射された信号光は、第１スラブ導波路１０２に導か
れ、ここで導波路アレイ１０３の各導波路に分配され
る。導波路アレイ１０３を通過した信号光は、時間−空
間変換されて第２スラブ導波路１０４に入射され、ここ
でフーリエ変換されて、焦点面に結像する。この後、焦
点面に配置された透過型空間強度フィルタ２０５によっ
て、中心周波数９０５の上下各５０ＧＨｚ以内の周波数
透過帯域幅９０４内にある波長の信号光が選択的に透過
されて第３スラブ導波路２０６に入射され、第２導波路
アレイ２０７、第４スラブ導波路２０８を経て合波され
第２導波路２０９から出射される。この結果、周波数透
過帯域幅９０４内にある波長の光のみからなる信号光が
得られる。ここで、微動機構を用いて透過型空間強度フ
ィルタ２０５を第１導波路基板１００に対して平行に微
動させると、周波数透過帯域に入射する光の波長が変わ
るので、透過型光波長フィルタの周波数透過帯域の中心
周波数を変更することができる。以上の説明のように、
この第７の実施の形態の透過型光波長フィルタは、矩形
状の周波数透過特性を備え、その中心周波数を可変でき
るという効果を有する。

【００３９】また、透過型光波長フィルタにおいても、
反射型光波長フィルタと同様に光エリミネーションフィ
ルタ、光ローパスフィルタおよび光ハイパスフィルタを
実現できる。例えば、図２のフィルタを用いれば光エリ
ミネーションフィルタ、図４のフィルタを用いれば光バ
ンドパスフィルタ、図６のフィルタを反転させれば光ロ
ーパスフィルタが得られる。また、図８のフィルタの金
ミラーと無反射コーティングの関係を逆にすることによ
り、可変帯域幅光バンドパスフィルタが得られる。ま
た、図１２のフィルタの金ミラーのパターンを反転する
ことにより周波数に対して直線状の周波数透過特性を備
えたハイパスフィルタが得られる。なお、これらのフィ
ルタを用いるに当たっては、石英基板の裏面を平滑にし
ておくことが必要である。

【００４０】また、本実施の形態では、微動機構によっ
て空間フィルタを微動させることで、可変波長フィルタ
を構成したが、微動機構を用いずに焦点面にフィルタを
接着したり、焦点面に直接パターニングを施して金など
の金属を蒸着することでパタンミラーを配置すれば、波
長可変性は失われるものの、非常に安定性の高い固定フ
ィルタを安価に得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波路アレイと空間強度フィルタを組み合わせること
で、従来困難であった任意の周波数透過特性を持つ光波
長フィルタを得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態である反射型波長
フィルタの構成図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態の反射型光バンド
パスフィルタの構造図である。

【図３】 本発明の第１の実施の形態である反射型波長
フィルタの特性図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態の反射型光エリミ
ネーションフィルタの構造図である。

【図５】 本発明の第２の実施の形態である反射型波長
フィルタの特性図である。

【図６】 本発明の第３の実施の形態の反射型光ローパ
スフィルタの構造図である。

【図７】 本発明の第３の実施の形態である反射型波長
フィルタの特性図である。

【図８】 本発明の第４の実施の形態である可変帯域幅
光バンドパスフィルタの構造図である。

【図９】 金薄膜の反射率の膜厚依存性を示すグラフで
ある。

【図１０】 本発明の第５の実施の形態の反射型光ハイ
パスフィルタの構造図である。

【図１１】 本発明の第５の実施の形態である反射型波
長フィルタの特性図である。

【図１２】 本発明の第６の実施の形態の反射型光ハイ
パスフィルタの構造図である。

【図１３】 本発明の第７の実施の形態である透過型型
波長フィルタの構成図である。

【図１４】 本発明の第７の実施の形態の透過型光バン
ドパスフィルタの構造図である。

【符号の説明】

１…反射型光波長フィルタ、２…透過型光波長フィルタ
チ、１００，２００…導波路基板、１０１，２０９…導
波路、１０２，１０４，２０６，２０８…スラブ導波
路、１０３，２０７…導波路アレイ、１０５…反射型空
間強度フィルタ、１０６，２０１…単結晶シリコン基
板、２０５…透過型空間強度フィルタ、３００…反射型
光バンドパスフィルタ、３０１，４０１，５０１，６０
１，７０１，８０１…石英基板、３０２，４０２，５０
２，６０２，７０２，８０２…金ミラー、３０３，４０
３，５０３，６０３，７０３ａ、７０３ｂ，８０３…無
反射コーティング、３０４，６０４ａ、６０４ｂ，７０
４，８０４…周波数透過帯域幅、３０５，４０５，６０
５，７０６，８０６，９０５…中心周波数、３０６，４
０６，５０６，７０８…フィルタ波形、４００…反射型
光エリミネーションフィルタ、４０４…周波数遮断帯域
幅、５００…反射型光ローパスフィルタ、５０５，７０
７…遮断周波数、６００…可変帯域幅光バンドパスフィ
ルタ、７００，８００…反射型光ハイパスフィルタ、９
００…透過型光バンドパスフィルタ、９０１…金属薄
板、９０２…開口部。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導波路と第１スラブ導波路と導波路アレ
   イと第２スラブ導波路がこの順で接続され、 前記第２スラブ導波路が前記導波路アレイに接続された
   端面とは反対側の端面近傍に前記導波路アレイに対する
   結像焦点面を有し、 前記結像焦点面近傍に反射型空間フィルタが配置された
   ことを特徴とする光波長フィルタ。
2. 【請求項２】 前記反射型空間フィルタの位置調整を行
   う微動機構を有し、前記反射型空間フィルタの位置調整
   により周波数プロファイルを制御することを特徴とする
   請求項１記載の光波長フィルタ。
3. 【請求項３】 第１導波路と第１スラブ導波路と第１導
   波路アレイと第２スラブ導波路がこの順で接続され、第
   ３スラブ導波路と第２導波路アレイと第４スラブ導波路
   と第２導波路がこの順で接続され、 前記第２スラブ導波路が前記第１導波路アレイに接続さ
   れた端面とは反対側の端面近傍に前記第１導波路アレイ
   に対する結像焦点面を有し、 前記第３スラブ導波路が前記第２導波路アレイに接続さ
   れた端面とは反対側の端面近傍に前記第２導波路アレイ
   に対する結像焦点面を有し、 前記第２スラブ導波路の前記第１導波路アレイに対する
   結像焦点面近傍に、透過型空間フィルタと前記第３スラ
   ブ導波路の前記第２導波路アレイに対する結像焦点面が
   配置されたことを特徴とする光波長フィルタ。
4. 【請求項４】 前記透過型空間フィルタの位置調整を行
   う微動機構を有し、前記透過型空間フィルタの位置調整
   により周波数プロファイルを制御することを特徴とする
   請求項３記載の光波長フィルタ。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の光波長フィルタ
   において、前記反射型空間フィルタが、導波路基板に垂
   直な直線で区切られる一方の領域で反射面を有すること
   を特徴とする光波長フィルタ。
6. 【請求項６】 請求項３または４記載の記載の光波長フ
   ィルタにおいて、前記透過型空間フィルタが、導波路基
   板に垂直な直線で区切られる一方の領域で透過面を有す
   ることを特徴とする光波長フィルタ。
7. 【請求項７】 請求項１、２記載の記載の光波長フィル
   タにおいて、前記反射型空間フィルタが、導波路基板に
   垂直な２本の直線で挟まれる領域に反射面を有すること
   を特徴とする光波長フィルタ。
8. 【請求項８】 請求項３、４記載の記載の光波長フィル
   タにおいて、前記透過型空間フィルタが、導波路基板に
   垂直な２本の直線で挟まれる領域に透過面を有すること
   を特徴とする光波長フィルタ。
9. 【請求項９】 請求項１、２記載の光波長フィルタにお
   いて、前記反射型空間フィルタが、台形領域に反射面を
   有することを特徴とする光波長フィルタ。
10. 【請求項１０】 請求項３、４記載の光波長フィルタに
    おいて、前記透過型空間フィルタが、台形領域に透過面
    を有することを特徴とする光波長フィルタ。
11. 【請求項１１】 請求項１、２記載の光波長フィルタに
    おいて、前記反射型空間フィルタが、ミラーとなる媒質
    の膜厚を空間的に変化させることで連続的に反射率を変
    化させることを特徴とする光波長フィルタ。
12. 【請求項１２】 請求項１、２記載の光波長フィルタに
    おいて、前記反射型空間フィルタが、反射領域の境界の
    導波路基板と平行方向の位置が、ビーム径内で導波路基
    板に垂直方向に対し周期的に変化することを特徴とする
    光波長フィルタ。
13. 【請求項１３】 請求項３、４記載の光波長フィルタに
    おいて、前記透過型空間フィルタが、透過領域の境界の
    導波路基板と平行方向の位置が、ビーム径内で導波路基
    板に垂直方向に対し周期的に変化することを特徴とする
    光波長フィルタ。