JP3371346B2 - ２入力２出力光バンドパスフィルタおよび低コヒーレント光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー発振を抑えた
スペクトル幅の狭い、高出力の低コヒーレント光を発生
させるための、２入力２出力光バンドパスフィルタおよ
び光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】光バンドパスフィルタを用いた従来の低
コヒーレント光源としては、たとえば、図１〜図３に示
すものが知られている。

【０００３】図１において、エルビウム添加光ファイバ
増幅器１１からの自然放出光は、光アイソレータ１２を
介して、光バンドパスフィルタ１３に供給され、そこで
フィルタされ、バンド幅が約１ｎｍの光が出力される。
このフィルタ光の中心波長は、光バンドパスフィルタ１
３の透過中心波長を、波長制御装置１４で変化させるこ
とによって、変えることができる。光ファイバ増幅器１
１の未使用の光ファイバ入射端は、８度に斜研磨されて
おり、光アイソレータ１２とともに、光ファイバ増幅器
１１のレーザ発振を抑制している。この構成によれば、
１台の光ファイバ増幅器と、１台の光バンドパスフィル
タとで、可変波長の低コヒーレント光源を構築できる。

【０００４】図２は、フィルタ光を光増幅できる低コヒ
ーレント光源の従来例を示す。光ファイバ増幅器１１か
ら出射され、図の左方向に進む自然放出光は、光バンド
パスフィルタ１３でフィルタされ、バンド幅１ｎｍのフ
ィルタ光が得られる。このフィルタ光は、反射鏡１５で
反射され、光ファイバ増幅器１１に入射され、そこで光
増幅される。この構成では、フィルタ光を１ｍＷ以上に
光増幅することも可能である。

【０００５】図３は、光ファイバ増幅器を２台使用し
た、中心波長可変な低コヒーレント光源の従来例を示
す。光ファイバ増幅器２１からの自然放出光は、光アイ
ソレータ２２を通過して、光バンドパスフィルタ２３で
バンド幅が約１ｎｍの光にフィルタされる。このフィル
タ光は、光ファイバ増幅器２４で増幅されるが、増幅さ
れた光には、光ファイバ増幅器２４で発生した自然放出
光が混入する。そこで、光バンドパスフィルタ２６の透
過中心波長を、フィルタ光の波長、すなわち、光バンド
パスフィルタ２３の透過波長中心に一致させて、増幅さ
れたフィルタ光を通過させ自然放出光を除去する。

【０００６】光アイソレータ２５は、光ファイバ増幅器
２４でのレーザ発振を防ぐために設置してある。また、
光ファイバ増幅器２１の未使用の光ファイバ入射端は、
８度に斜研磨されていて、光アイソレータ２２ととも
に、光ファイバ増幅器２１でのレーザ発振を抑制してい
る。

【０００７】この構成によれば、光バンドパスフィルタ
２３と２６の透過中心波長を、波長制御装置２７で常に
一致させながら可変することによって、中心波長が可
変、かつ光出力が１ｍＷ以上で、自然放出光が除去され
た低コヒーレント光を発生させることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示す低コヒーレント光源では、光ファイバ増幅器１１か
らの自然放出光をフィルタすると、フィルタ光の光パワ
ーが、かなり弱くなってしまうという欠点があった。た
とえば、自然放出光のスペクトル幅が４０ｎｍ、光パワ
ーが１ｍＷの場合、フィルタバンド幅が１ｎｍである
と、フィルタ光のパワーは、１／４０程度、すなわち、
２５μｗ程度に落ちてしまう。このため、１ｎｍ近辺の
バンド幅をもち、かつ１ｍＷ程度の光パワーを得るため
には、光増幅器でフィルタ光を再度増幅する必要があっ
た。

【０００９】さらに、図２に示す低コヒーレント光源で
は、光ファイバ増幅器１１でフィルタ光を光増幅する際
に、光ファイバ増幅器１１で発生し、図２の右方向に進
む自然放出光が、このフィルタ光に混入するという欠点
があった。混入された自然放出光は、広帯域であり、全
光パワーもフィルタ光とほぼ同一なため、この混入した
自然放出光を除去するために、第２の光バンドパスフィ
ルタを直列に接続する必要が生じる。

【００１０】また、図３に示す低コヒーレント光源で
は、光バンドパスフィルタが２台必要であるという欠点
があった。さらに、２台の光バンドパスフィルタ２３お
よび２６の波長チューニング特性は、通常、わずかに異
なっているので、２台の光バンドパスフィルタ２３およ
び２６の中心波長を、常に一致させながら可変するに
は、かなり複雑な制御系が必要であった。また、光バン
ドパスフィルタ素子に、多層膜干渉フィルタを使用し、
このフィルタを回転軸の回りにステップモータで回転さ
せることで、その透過中心波長を変化させる場合、ステ
ップモータの離散的回転のため、波長は離散的にしか変
化しない。このため、２台の光バンドパスフィルタを１
ｎｍ以下の精度で、一致させながら変化させることは困
難であるという問題もあった。

【００１１】以上のように、バックグランドのスペクト
ルが抑制された、波長可変で高出力の低コヒーレント光
源を実現するためには、光増幅器からの自然放出光をフ
ィルタして光増幅し、再度フィルタに通すというプロセ
スが要求される。

【００１２】このため、従来は、光増幅器を１台または
２台使用し、さらに、独立したフィルタを２台使用し
て、各バンドパス波長を高精度に制御する必要があっ
た。

【００１３】このため、２台のフィルタと、高精度な波
長制御系とを用いることなく、簡易な波長可変低コヒー
レント光源を構築することが強く求められてきた。この
目的の成否は、２入力２出力で、透過中心波長が一致し
たまま、可変な光バンドパスフィルタを簡便に構築でき
るかどうかに依存している。

【００１４】図４は、従来の、１入力１出力光バンドパ
スフィルタを示す図である。図において、符号３１は、
バンド幅１ｎｍの光バンドパスフィルタであり、ガラス
基板上に誘電体多層膜を蒸着した構造をもっている。こ
の光バンドパスフィルタ３１は、面内の回転軸３２の周
りを回転できるように支持されている。光バンドパスフ
ィルタ３１には、光ビーム３３が入射される。光ビーム
３３は、光ファイバ入力ポートから出射された光ビーム
を、コリメートレンズで平行にして、空間中を伝搬させ
たものである。光ビーム３３は、光バンドパスフィルタ
３１を通過した後、再びコリメートレンズで集光され、
出射側のファイバポートに入射する。

【００１５】光バンドパスフィルタ３１が、回転軸３２
の回りを回転すると、光バンドパスフィルタ３１に入射
する光ビーム３３の入射角度が変化するので、光ビーム
３３が透過できる波長、すなわち、バンドパス波長が変
化する。

【００１６】図５は、従来の、２入力２出力光バンドパ
スフィルタを示す図である。図において、２本の入力ポ
ートからの光ビーム３３および３４は平行にされて、異
なる２点Ｏ，Ｏ′で光バンドパスフィルタ３１に入射す
る。この構成では、２本の光ビームが平行であることか
ら、光バンドパスフィルタ３１が、回転軸３２を中心に
して回転すると、各光ビーム３３および３４の入射角が
等しいまま変化する。

【００１７】しかしながら、図５に示す、バンド幅が１
ｎｍ近辺の狭帯域多層膜フィルタ３１では、多層膜蒸着
時の空間的不均一性のため、光ビームの通過点が異なる
と、透過中心波長がずれるという問題があった。この場
合、光バンドパスフィルタ３１の特定の回転角に対して
は、光ビーム３４の入射角を、光ビーム３３の入射角に
対して若干変化させることで、両光ビームの透過中心波
長を一致させることができる。しかしながら、回転角が
少しでも変化すると、両光ビームの透過中心波長がずれ
てしまう。

【００１８】このため、図５に示す従来の光バンドパス
フィルタでは、一台の光バンドパスフィルタを用いて、
その中心透過波長が可変で、かつ常に一致する、２入力
２出力光バンドパスフィルタを実現することは、きわめ
て困難であった。

【００１９】よって、本発明の目的は、１台の光バンド
パスフィルタを用いて、２本の入力光ビームに対して、
透過中心波長を常に一致させながら可変できる、２入力
２出力光バンドパスフィルタを提供することにある。

【００２０】この発明の他の目的は、１台の光バンドパ
スフィルタを用いて、中心波長が可変で高出力、かつバ
ックグラウンドのスペクトルを抑制した、狭帯域の低コ
ヒーレント光源を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の請求項１に記載の発明は、誘電体多
層膜からなる干渉フィルタであって、該干渉フィルタの
空間的位置を変化させることによって、その透過特性を
変化できる干渉フィルタと、第１の光ビームを前記干渉
フィルタに入射する第１のポートと、第２の光ビームを
前記干渉フィルタに入射する第２のポートと、前記第１
のポートから入射され、前記干渉フィルタを通過した光
ビームを出射する第３のポートと、前記第２のポートか
ら入射され、前記干渉フィルタを通過した光ビームを出
射する第４のポートとを具備し、前記第１から第４の４
つのポートが、前記干渉フィルタ面内の回転軸を含む仮
想平面内に固定配置され、前記第１の光ビームと前記第
２の光ビームとは、前記干渉フィルタ面内の同一入射点
で交わり、かつ該入射点を通る前記干渉フィルタ面の法
線に関して対称であることを特徴とする。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の２入力２出力光バンドパスフィルタにおいて、前記干
渉フィルタの空間的位置変化は、前記回転軸の周りに該
干渉フィルタを回転させることによって与えられること
を特徴とする。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の２入力２出力光バンドパスフィルタにおいて、前記干
渉フィルタの空間的位置変化は、前記干渉フィルタ面に
平行に前記干渉フィルタを移動させることによって与え
られることを特徴とする。

【００２４】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の２入力２出力光バンドパスフィルタにおいて、前記干
渉フィルタの空間的位置変化は、前記干渉フィルタ上の
前記入射点以外の点を通る法線を中心にして、該干渉フ
ィルタを回転させることによって与えられることを特徴
とする。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれかの項に記載の２入力２出力光バンドパスフ
ィルタと、前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第
２のポートに、一端が接続された第１の光アイソレータ
と、前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第１のポ
ートと、前記第１の光アイソレータの他端との間に接続
された第１の光増幅器と、前記２入力２出力光バンドパ
スフィルタの第３のポートに接続された反射鏡とを具備
し、前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第４のポ
ートから出力光を出力することを特徴とする。

【００３４】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の低コヒーレント光源において、前記反射鏡に代えて、
前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第３のポート
に一端が接続された第２の光アイソレータと、前記第２
の光アイソレータの他端に接続された第２の光増幅器と
を具備することを特徴とする。

【００３５】請求項７に記載の発明は、請求項５に記載
の低コヒーレント光源において、前記反射鏡に代えて、
前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第３ポートに
接続された、レーア発振を抑えたスーパールミネッセン
トダイオードまたは端面発光型ダイオードを具備するこ
とを特徴とする。

【００３６】

【作用】本発明による第１の光バンドパスフィルタが、
従来の光バンドパスフィルタと異なる点は、次の２点で
ある。

【００３７】（１）２本の光ビームが、光バンドパスフ
ィルタの同一地点を通過するように、光バンドパスフィ
ルタへの入射光ビームを交差させた点。

【００３８】（２）波長変化に際して、これら２本の光
ビームが、常に光バンドパスフィルタの表面の法線に関
して、対称に入射するようにした点。

【００３９】これらの条件によれば、波長変化に際し
て、光バンドパスフィルタの同一地点に、同一の入射角
で、２本の光ビームが交差状態で入射するので、１台の
光バンドパスフィルタを用いて、各光ビームに対して透
過中心波長が常に一致し、かつ可変である２入力２出力
光バンドパスフィルタを実現することができる。

【００４０】

【００４１】

【００４２】また、この２入力２出力光バンドパスフィ
ルタを使用することによって、中心波長が可変で高出
力、かつバックグランドのスペクトルが抑制された狭帯
域の低コヒーレント光源を提供することができる。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の実施例を詳細に説明する。

【００４４】実施例１ 図６は、本発明による２入力２出力光バンドパスフィル
タの一実施例を示す図である。

【００４５】図において、符号３５は、バンド幅が約１
ｎｍの干渉フィルタである。この干渉フィルタ３５は、
ガラス基板上に誘電帯多層膜を蒸着して作ったものであ
り、その表面３６は蒸着面で形成されている。干渉フィ
ルタ３５の透過中心波長は、基板を光ビームに対して回
転させることで可変できる。すなわち、フィルタの面内
に設けられた回転軸３７を中心として、干渉フィルタ３
５を回転することによって、透過中心波長を可変するこ
とができる。図では、回転角はゼロであるとする。

【００４６】回転軸３７を含み、かつ回転角ゼロのとき
の干渉フィルタ３５のフィルタ表面３６に垂直な仮想平
面３８と、干渉フィルタ３５との交線上には、一点Ｏが
とられている。また、この点Ｏを通り、フィルタ表面３
６と回転軸３７に垂直な法線３９が示されている。

【００４７】点Ｏには、２本の光ビーム４４、４５が入
射されている。すなわち、入射ポートファイバ４０から
出射された光は、コリメータ４２によって平行な光ビー
ム４４とされて、点Ｏに入射する。同様に、入射ポート
ファイバ４１から出射された光は、コリメータ４３によ
って平行な光ビーム４５とされて、点Ｏに入射する。光
ビーム４４は、干渉フィルタ３５でフィルタされ、透過
ビーム４６となり、コリメータ４８で平行な光ビームと
されて、出射ポートファイバ５０に入射される。同様
に、光ビーム４５は、干渉フィルタ３５でフィルタさ
れ、透過ビーム４７となり、コリメータ４９で平行な光
ビームとされて、出射ポートファイバ５１に入射され
る。なお、図中、符号５２は、干渉フィルタ３５を、回
転軸３７の回りにθだけ回転したときの、点Ｏを通る法
線を示している。

【００４８】図６において、光ビーム４４と４５は、仮
想平面３８に含まれ、かつ法線３９に関して対称に、同
一の入射角φ（＝５度）で、点Ｏに入射する配置となっ
ている。ここで、回転軸３７を中心として、干渉フィル
タ３５をθだけ回転させると、法線３９も、回転軸３７
を中心として角度θだけ回転して、法線５２となる。た
だし、回転されるのは、干渉フィルタ３５たけであり、
仮想平面３８上の光ファイバ４０、４１や、光ビーム４
４、４５は回転されない。

【００４９】これら２本の光ビーム４４と４５は、もと
もと法線３９に対して対称に配置されていたので、法線
３９が回転して法線５２となっても、法線５２に対して
同一の角度Θをとる。このΘは、Θ＝ｃｏｓ^-1（ｃｏｓ
φｃｏｓθ）で与えられる。ここで、ｃｏｓ^-1は、逆余
弦関数、すなわち、ｃｏｓ（Θ）＝ｃｏｓ（φ）ｃｏｓ
（θ）を満足するΘの値を示す。

【００５０】このように、２本の光ビーム４４と４５が
交差する配置を採用することで、これらの光ビーム４４
と４５は、干渉フィルタ３５の回転に際しても、入射角
が同一のまま変化し、かつ、常に同一の点Ｏを通過する
ことになる。たとえば、回転角θが０度から３０度まで
変化すると、光ビーム４４と４５の入射角は、５度から
３０．４度まで変化する。

【００５１】このように、２本の光ビーム４４と４５
は、同一地点Ｏに入射し、かつ、入射角が等しいので、
それらの透過中心波長は一致する。また、干渉フィルタ
３５のガラス基板の厚さは、０．２ｍｍなので、回転に
よって透過ビーム４６と４７の方向が変化して、ファイ
バ５０、５１に入射する際の結合効率が低下することは
ない。したがって、図６に示した同一地点Ｏに、法線に
関して対称に、交差状態で２本の光ビーム４４と４５を
入射させることで、透過中心波長の一致した２入力２出
力光バンドパスフィルタを実現できる。

【００５２】図７は、干渉フィルタ３５を回転して、透
過中心波長を変化させたときの、透過バンド幅の変化、
および２本の光ビーム４４および４５の透過中心波長の
ずれの変化を示すグラフである。

【００５３】ここで、干渉フィルタ３５の回転角θに対
して、ファイバ４０からの出射光が、干渉フィルタ３５
を通過して、ファイバ５０に入射するときの透過中心波
長をλ₁ （θ）、そのときの透過バンド幅（半値全幅）
をδλ₁ （θ）とし、同様に、ファイバ４１からの出射
光が、干渉フィルタ３５を通過して、ファイバ５１に入
射するときの透過中心波長をλ₂ （θ）、そのときの透
過バンド幅（半値全幅）をδλ₂ （θ）とする。このと
き、図７は、干渉フィルタ３５を回転させて、透過中心
波長λ₁ （θ）を変化させたときの、（ａ）透過バンド
幅δλ₁ （θ）の変化、および（ｂ）２本の光ビームの
透過中心波長のずれλ₁ （θ）−λ₂ （θ）の変化を示
す。

【００５４】図７に示すように、透過中心波長が変化し
ても、バンド幅は、ほぼ一定（約１ｎｍ）であり、透過
中心波長のずれは、±０．３５ｎｍ以内であった。この
ずれの原因は、２本の光ビーム４４と４５が干渉フィル
タ３５を通過する実際の地点が、わずかにずれているた
めであると考えられる。しかし、バンド幅が１ｎｍであ
るから、このずれは、ほぼ無視できるほど小さいもので
ある。また、２つの透過バンド幅δλ₁ （θ）とδλ₂
（θ）とは、測定誤差内で一致した。

【００５５】この実施例では、干渉フィルタ３５とし
て、光バンドパスフィルタを用いたが、長波長側を透過
する光ハイパスフィルタや、短波長側を透過する光ロー
パスフィルタに対しても、２入力２出力のモジュールを
構成することができる。

【００５６】実施例２ 図８は、本発明による光バンドパスフィルタを適用し
た、中心波長可変な低コヒーレント光源の一実施例を示
す。

【００５７】低コヒーレント光源とは、発光ダイオード
やスーパールミネッセントダイオードのように、低コヒ
ーレント光、すなわち、レーザ発振が抑制され、レーザ
光と比較して時間的コヒーレンスが劣化した、スペクト
ル幅の広い光を出射する光源を意味する。

【００５８】図８において、光ファイバ増幅器５６から
出力された自然放出光は、入射ポート４０から干渉フィ
ルタ３５に入射し、約１ｎｍの狭帯域の光にフィルタさ
れる。このフィルタ光は、ポート５０に入射した後、全
反射鏡５７で反射され、ポート５０、および干渉フィル
タ３５を逆方向に通過する。その後、ポート４０を伝搬
し、光ファイバ増幅器５６で光増幅される。

【００５９】光増幅されたフィルタ光は、光アイソレー
タ５８を通過して、ポート４１から三たび干渉フィルタ
３５に入射する。このときの透過中心波長は、フィルタ
光の中心波長と一致する。したがって、フィルタ光は、
ポート５１側へ通過できる一方、光増幅の際に生じた自
然放出光は、干渉フィルタ３５によって除去される。光
アイソレータ５８は、レーザ発振を抑制するために設置
してある。この低コヒーレント光源においても、干渉フ
ィルタ３５を回転することによって、フィルタ光の波
長、すなわち、出力光の波長を変化させることができ
る。

【００６０】前述したように、図１の低コヒーレント光
源では、光ファイバ増幅器１１からの自然放出光をフィ
ルタすると、フィルタ光の光パワーが、かなり弱くなっ
てしまうという欠点があった。また、図２の低コヒーレ
ント光源では、光ファイバ増幅器１１でフィルタ光を光
増幅する際に、このフィルタ光に自然放出光が混入する
という欠点があった。さらに、図３の低コヒーレント光
源では、光バンドパスフィルタが２台必要であるという
欠点があった。

【００６１】これに対して、この実施例によれば、一台
のフィルタで２回のフィルタ作用をまかなうことによっ
て、１台の光ファイバ増幅器で２回の光増幅作用を行う
ことが可能となる。

【００６２】図９は、干渉フィルタ３５をスキャナで回
転させて、透過中心波長を１ｎｍ間隔で変化させたとき
の、ポート５１からの出射光のスペクトルを対数表示し
たものである。干渉フィルタ３５の回転角は、スキャナ
に加えた電圧に比例する。したがって、図９の縦軸は、
干渉フィルタ３５の回転角を、印加電圧で表しものであ
り、横軸は、出射光の波長を表している。

【００６３】光ファイバ増幅器５６に加える励起パワー
を変化させることで、１５３５ｎｍ−１５６０ｎｍの波
長域で、４ｄＢｍの光出力が得られた。さらに、各中心
波長に対して、光増幅したフィルタ光を、再度、光バン
ドパスフィルタに通しているので、光ファイバ増幅器５
６で発生する自然放出光によるバックグラウンドは、ピ
ーク値に対して、４０ｄＢも抑圧されていることが、図
から分かる。

【００６４】実施例３ 図１０は、本発明による光バンドパスフィルタを用い
た、中心波長可変な低コヒーレント光源の他の実施例を
示す。この実施例が、図８に示す第２実施例と異なる点
は、ポート５０に、全反射鏡５７の代わりに、光アイソ
レータ６２を介して、光ファイバ増幅器６１の一端が接
続されている点である。この光ファイバ増幅器６１の他
端は終端されている。具体的には、その他端のファイバ
を折るか、斜めに研磨するかして終端している。

【００６５】光ファイバ増幅器６１から出力された広帯
域自然放出光は、光アイソレータ６２を通過して、ポー
ト５０から干渉フィルタ３５に入射し、スペクトル幅１
ｎｍ近辺の狭帯域な光にフィルタされる。このフィルタ
光は、ポート４０を介して光ファイバ増幅器５６に入力
され、そこで増幅される。増幅されたフィルタ光には、
広帯域自然放出光が混入するので、光アイソレータ５８
およびポート４１を介して、このフィルタ光を、干渉フ
ィルタ３５に再び通す。このときの透過中心波長は、フ
ィルタ光の中心波長と一致するので、フィルタ光は、干
渉フィルタ３５を通過して、ポート５１から出力され
る。このとき、光増幅の際に生じた自然放出光は、この
干渉フィルタ３５で除去される。

【００６６】実験の結果、ポート５１からの出射光のス
ペクトルは、図９に示したスペクトルと同様、自然放出
光によるバックグラウンドのレベルは、ピーク値に対し
て−４０ｄＢであった。

【００６７】図１０の配置は、図８の配置に比べて、光
ファイバ増幅器が１台余分に必要であるが、光フィード
バックが、図８の構成に比べて極端に抑制されているた
め、高光出力が期待できる。以下、この点について説明
する。

【００６８】図８の構成では、反射鏡５７でフィルタ光
を反射しているので、リターンロスはほぼ０ｄＢであ
る。これに対して、光ファイバ増幅器５６および光アイ
ソレータ５８のリターンロスは、通常６０ｄＢ程度であ
る。一般に、光ファイバ増幅器のゲインが片道３０ｄＢ
以上になると、往復で６０ｄＢ以上になり、損失を上回
るようになる。その結果、光ファイバ増幅器は、レーザ
発振してしまう。このため、光ファイバ増幅器のゲイン
は上げられず、光出力は４ｄＢｍ程度に制限される。

【００６９】図１０の構成では、光アイソレータを２箇
所に使用することによって、各光ファイバ増幅器から見
たリターンロスを１００ｄＢ程度にまで増加させること
ができる。光ファイバ増幅器の往復のゲインは、せいぜ
い８０ｄＢであるので、レーザ発振することなく、光フ
ァイバ増幅器への励起パワーを増大させることができ
る。したがって、励起パワーに比例した光出力が得られ
る。具体的には、１５ｄＢｍ程度の光出力が得られる。

【００７０】なお、本実施例では、光ファイバ増幅器６
１および光アイソレータ６２を用いたが、これに代えて
スペクトル幅の広い光を出射する（レーザ発振を抑え
た）スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）や端
面発光型ダイオード等の低コヒーレント光源を用いても
よい。

【００７１】実施例４ 図１１は、本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの一実施例を示す図である。

【００７２】この実施例が図６に示す第１実施例と異な
る点は、干渉フィルタ３５を回転させるかわりに、図１
１の矢印Ａの方向に平行移動させるようにした点であ
る。矢印Ａの方向は、法線３９に垂直な方向、すなわ
ち、フィルタ面に平行な方向である。この実施例は、蒸
着の際の空間的不均一性により、光バンドパスフィルタ
の入射地点が異なると、透過中心波長が異なることを利
用して、この光バンドパスフィルタを、フィルタ面に対
して平行な矢印Ａ方向に移動せしめることにより透過中
心波長を変化させることができる。

【００７３】すなわち、干渉フィルタ３５を、そのフィ
ルタ表面３６に平行な方向Ａに移動させると、両光ビー
ム４４と４５の入射角φは変化しないが、入射点Ｏの位
置が変化する。干渉フィルタ３５は、入射地点によって
透過中心波長が異なるので、この干渉フィルタの移動に
よって、両光ビームの透過中心波長は等しいまま変化す
ることになる。

【００７４】図１２は、干渉フィルタ３５を移動させ
て、光ビーム４４と４５の透過中心波長λ₁ とλ₂ を変
化させたときの、λ₁ とλ₁ −λ₂ の関係を示す。図の
横軸はλ₁ を示す。図に示す通り、本構成によって、１
５３０〜１５６０ｎｍの波長範囲で、透過中心波長のず
れを±０．２ｎｍ以内に抑えることができた。

【００７５】なお、入射点Ｏ以外の点を通る、干渉フィ
ルタ３５の法線を中心に、干渉フィルタ３５を回転させ
ることによっても同様の作用、効果をあげることができ
る。

【００７６】図１３は、従来の２入力２出力光バンドパ
スフィルタを示す図である。図において、１０９はバン
ド幅１ｎｍの光バンドパスフィルタであり、ガラス基板
上に誘電体多層膜を蒸着した構造をもっている。この光
バンドパスフィルタ１０９は、面内の回転軸１１０（紙
面に垂直）の周りを回転できるように支持されている。
光ファイバポート１１１を伝搬してコリメータ１１２で
平行にされた光ビーム１１３と、光ファイバポート１１
４を伝搬してコリメータ１１５で平行にされた光ビーム
１１６は、互いに平行にされて、異なる点Ｏ，Ｏ′で多
層膜光フィルタ１０９に入射する。フィルタ１０９を透
過した各光ビームは各々コリメータ１１７と１１８によ
り、光ファイバポート１１９と１２０に入射する。２本
の光ビーム１１３と１１６が平行であるため、フィルタ
１０９が回転軸１１０を中心にして回転すると、各光ビ
ーム１１３と１１６の入射角が等しいまま変化するの
で、各ビームの透過中心波長が一致するものと期待され
る。

【００７７】図１４は、多層膜フィルタ１０９を軸１１
０の周りに回転させて、光ビーム１１３と１１６の透過
中心波長λ₁ とλ₂ を変化させたときの、λ₁ とλ₁ −
λ₂関係を示す。透過中心波長のずれは、１５３０〜１
５６０ｎｍの波長範囲でほぼ±２ｎｍであった。

【００７８】この波長のずれが生じる原因は、バンド幅
が１ｎｍの狭帯域多層膜フィルタでは、多層膜蒸着時の
空間的不均一性のために、５ｍｍ離れた地点Ｏ，Ｏ′で
の光ビームの透過特性が異なるためである。多層膜フィ
ルタ１０９の回転に際して、両光ビームの透過波長のず
れを最小限に留めるためは、ビームを平行のまま近づけ
て、多層膜フィルタの入射点Ｏ，Ｏ′をできるだけ近づ
ければよい。しかしながら、この従来例では、コリメー
タ１１２と１１５の直径は通常３ｍｍ程度であり、ま
た、固定することを考慮すれば、コリメータ１１２と１
１５の間隔を５ｍｍ以下に接近させることは難しい。そ
こで、本発明は、入射点Ｏ，Ｏ′をできるだけ近づける
構成とした。

【００７９】実施例５ 図１５は本発明による２入力２出力の光バンドパスフィ
ルタの実施例である。図において、１２１はコリメータ
１１２からの光ビーム、１２２はコリメータ１１５から
の光ビーム、１２３と１２４はプリズムである。光ビー
ム１２１は、多層膜フィルタ１０９を通過してプリズム
１２４で反射され、コリメータ１１７を通って出射ポー
ト１１９に入射する。コリメータ１１５からの光ビーム
１２２は、プリズム１２３で反射されて光ビーム１２１
と平行となり、多層膜フィルタ１０９を通過して、コリ
メータ１１８を介して出射ポート１２０に入射する。ビ
ーム１２１と１２２のビーム径はいずれも２５０μｍで
ある。プリズム１２３をビーム１２１に接近させ、か
つ、プリズムのへりでビーム１２２を反射させることに
より、ビーム１２１と１２２の距離を１ｍｍにすること
ができた。

【００８０】図１６は、ステッピングモータを用いて、
多層膜フィルタ１０９を軸１１０の周りに回転させ、光
ビーム１２１と１２２の透過中心波長λ₁ とλ₂ を変化
させたときの、λ₁ とλ₁ −λ₂ 関係を示す。２本の光
ビームが非常に接近した結果、透過中心波長のずれは、
１５３０〜１５６０ｎｍの波長範囲でほぼ±０．２ｎｍ
以下であった。

【００８１】実施例６ 図１７は、本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの実施例である。図において、コリメータ１１２お
よび１１５は、それらから出力された光ビームが一直線
となるように配置されている。また、コリメータ１１２
および１１５の中間には、プリズム１２３が配置されて
いる。これによって、コリメータ１１２および１１５か
らの光ビームは、プリズム１２３によって直角に反射さ
れ、近接した２本の平行な光ビーム１２１および１２２
とされて、多層膜フィルタ１０９に入射される。多層膜
フィルタ１０９を通過した２本の平行な光ビーム１２１
および１２２は、プリズム１２４によって直角に反対方
向に反射される。反射された光ビーム１２１は、コリメ
ータ１１７を通って出射ポート１１９に入射する。一
方、反射された光ビーム１２２は、コリメータ１１８を
通って出射ポート１２０に入射する。このように、プリ
ズム１２３と１２４の両側の縁で、ビーム１２１と１２
２を反射させることで、間隔１ｍｍの平行光ビームをつ
くる。光ビーム間隔が図１５の実施例と同じなので、透
過中心波長のずれは±０．２ｎｍであった。

【００８２】実施例７ 図１８は、本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの実施例である。図において、１２５，１２６はウ
ォラストンプリズムである。ここで、光ビーム１２１お
よび１２２は、互いに直交した直線偏光状態に設定して
あり、損失なく、ウォラストンプリズム１２５で直交偏
波状態で合波されて、１本の光ビームとなり、多層膜フ
ィルタ１０９を通過する。ウオラストンプリズム１２６
は、ウォラストンプリズム１２５とフィルタ１０９に関
して対称に配置されている。多層膜フィルタ１０９を通
過した光ビームは、ウォラストンプリズム１２６によっ
てそれぞれの光ビームに空間的に分離され、それぞれの
出射ポートに入射する。本実施例では、入射ポートから
の２本の光ビームは、一本となって多層膜フィルタの同
一地点を通過するので、フィルタの回転に際しても同一
のバンド特性となる。実験の結果、波長のずれは±０．
１ｎｍ程度であった。

【００８３】実施例８ 図１９は、図１５に示す光バンドパスフィルタを用い
た、中心波長可変な低コヒーレント光源の実施例を示
す。図において、１２７は、図１５に示した２入力２出
力の光バンドパスフィルタであり、１２８は光ファイバ
増幅器、１２９は光アイソレータ、１３０は反射鏡、１
３１は波長制御装置である。光ファイバ増幅器１２８か
らの自然放出光は、入射ポート１１１から光バンドパス
フィルタ１２７に入射し、約１ｎｍの狭帯域な光にフィ
ルタされる。このフィルタ光は、ポート１１９に入射し
た後、反射鏡１３０で反射され、ポート１１９から再び
光バンドパスフィルタ１２７を通過し、ポート１１１を
伝搬し、光ファイバ増幅器１２８で光増幅される。光増
幅されたフィルタ光は、光アイソレータ１２９を通過し
て、ポート１１４から三たび、光バンドパスフィルタ１
２７に入射する。この時の透過中心波長は、フィルタ光
の中心波長と一致するので、フィルタ光はポート１２０
へ通過できる。一方、光増幅の際に生じた自然放出光は
このフィルタ１２７で除去される。光アイソレータ１２
９は、レーザ発振を抑制するために設置してある。フィ
ルタ１２７を回転する波長制御装置１３１により、フィ
ルタ光の中心波長を変化させる。光出力は１５３０〜１
５６０ｎｍの波長域で３ｄＢｍであった。

【００８４】図２０は、図１９の２入力２出力の光バン
ドパスフィルタ１２７の多層膜フィルタ１０９を、波長
制御装置１３１で回転させて、透過中心波長を１ｎｍ間
隔で変化させたときの、ポート１２０からの出射光のス
ペクトルを対数表示した結果を示す。光増幅器に加える
励起パワーを変化させることで、１５３５〜１５６０ｎ
ｍの波長域で３ｄＢｍの光出力が得られた。さらに、各
中心波長に対して、光増幅したフィルタ光を再度光バン
ドパスフィルタに通過させているので、図に示すよう
に、光増幅器で発生する自然放出光によるバックグラン
ドは、ピーク値に対して４０ｄＢも抑圧されていること
が分かる。

【００８５】実施例９ 図２１は、図１５に示す光バンドパスフィルタを用い
た、中心波長可変な低コヒーレント光源の他の実施例を
示す。図において、１３２は光ファイバ増幅器、１３３
は光アイソレータである。光増幅器１３２からの広帯域
自然放出光は、光アイソレータ１３３を通過して、ポー
ト１１９から光バンドパスフィルタ１２７に入射して、
スペクトル幅１ｎｍ近辺の狭帯域な光にフィルタされ
る。このフィルタ光は、光増幅器１２８で増幅される
が、増幅されたフィルタ光には広帯域な自然放出光が混
入するので、ポート１１４を介して、再び光バンドパス
フィルタ１２７に通過させる。この時の透過中心波長
は、フィルタ光の中心波長と一致するので、フィルタ光
はポート１２０へ通過できる。一方、光増幅の際に生じ
た自然放出光は、このフィルタ１２７で除去される。

【００８６】実験の結果、ポート１２０からの出射光の
スペクトルは、図２０に示したスペクトルと同様、自然
放出光によるバックグランドレベルは、ピーク値に比べ
て−４０ｄＢであった。

【００８７】なお、本実施例では、光ファイバ増幅器１
３２およびアイソレータ１３３を用いたが、これに代え
てスペクトル幅の広い光を出射する（レーザ発振を抑え
た）スーパールミネッセントダイオード（略してＳＬ
Ｄ）や端面発光型ダイオード等の低コヒーレント光源を
用いてもよい。

【００８８】図２１の配置は、図１９に比べて光増幅器
が一台余分であるが、光フィードバックの効果が、図１
９の構成に比べて極端に抑圧されており、高光出力化が
期待できる。すなわち、図１９の構成では、反射鏡１３
０でフィルタ光を反射させているので、リターンロスは
ほぼ０ｄＢである。一方、光増幅器１２８や光アイソレ
ータ１２９のリターンロスは通常６０ｄＢ程度なので、
光増幅器のゲインが片道３０ｄＢ以上になると、ゲイン
は往復で６０ｄＢ以上となり、損失を上回るようになる
ので、レーザ発振してしまう。このため、光増幅器のゲ
インは上げられず、その結果、光出力は０ｄＢｍ程度に
制限される。一方、図２１の構成では、光アソレータを
多用することにより、各光増幅器からみたリターンロス
を、１００ｄＢ程度まで増加させることができる。一
方、光増幅器の往復のゲインはせいぜい８０ｄＢである
ので、レーザ発振することなく、光増幅器への励起パワ
ーを増大させることができ、励起パワーに比例した光出
力が得られる。光出力は、１５３０〜１５６０ｎｍの波
長域で８ｄＢｍであった。

【００８９】なお、上記実施例２および３の低コヒーレ
ント光源においては、図６に示す光バンドパスフィルタ
を用い、実施例８および９の低コヒーレント光源におい
ては、図１５に示す光バンドパスフィルタを用いたが、
これに限定されるものではない。すなわち、これらの低
コヒーレント光源には、実施例１，４〜７の任意の光バ
ンドパスフィルタを用いることができる。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、２本の入力光ビームに
対して、透過中心波長が常に一致した、波長可変光バン
ドパスフィルタを提供することができる。また、この光
バンドパスフィルタを使用して、中心波長が可変で、バ
ックグラウンドのスペクトルが抑制された、高出力、狭
帯域の低コヒーレント光源を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の低コヒーレント光源を示すブロック図で
ある。

【図２】従来の他の低コヒーレント光源を示すブロック
図である。

【図３】従来のさらに他の低コヒーレント光源を示すブ
ロック図である。

【図４】従来の１入力１出力光バンドパスフィルタを示
す概略図である。

【図５】従来の２入力２出力光バンドパスフィルタを示
す概略図である。

【図６】本発明による２入力２出力光バンドパスフィル
タの実施例を示す斜視図である。

【図７】図６に示す２入力２出力光バンドパスフィルタ
の透過バンド幅と、２つの光ビームの中心波長のずれと
を示すグラフである。

【図８】本発明による２入力２出力光バンドパスフィル
タを使用した、波長可変低コヒーレント光源の実施例を
示す斜視図である。

【図９】図８に示す低コヒーレント光源の特性を示すグ
ラフである。

【図１０】本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタを使用した、波長可変低コヒーレント光源の他の実
施例を示す斜視図である。

【図１１】本発明による２入力２出力バンドパスフィル
タの実施例を示す斜視図である。

【図１２】図１１に示す２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの各透過中心波長における、２つの光ビームの中心
波長のずれとを示すグラフである。

【図１３】従来の２入力２出力光バンドパスフィルタを
示すブロック図である。

【図１４】図１３の従来例における２ポート間の波長の
ずれを示すグラフである。

【図１５】本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの実施例を示すブロック図である。

【図１６】図１５の実施例における２ポート間の波長の
ずれを示すグラフである。

【図１７】本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの実施例を示すブロック図である。

【図１８】本発明による２入力２出力光バンドパスフィ
ルタの実施例を示すブロック図である。

【図１９】本発明による波長可変低コヒーレント光源の
実施例を示すブロック図である。

【図２０】図１９に示す実施例光源からの出射光のスペ
クトルを対数表示で示すグラフである。

【図２１】本発明による波長可変低コヒーレント光源の
実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１ 光ファイバ増幅器 １２ 光アイソレータ １３ 光バンドパスフィルタ １４ 波長制御装置 １５ 反射鏡 ２１ 光ファイバ増幅器 ２２ 光アイソレータ ２３ 光バンドパスフィルタ ２４ 光ファイバ増幅器 ２５ 光アイソレータ ２６ 光バンドパスフィルタ ２７ 波長制御装置 ３１ 干渉フィルタ ３２ 干渉フィルタの回転軸 ３３ 光ビーム ３４ 光ビーム ３５ 干渉フィルタ ３６ 干渉フィルタの表面 ３７ 干渉フィルタの回転軸 ３８ 干渉フィルタの表面に垂直な仮想平面 ３９ 点Ｏを通り、干渉フィルタの表面と回転軸とに垂
直な法線 ４０ 入射ポートファイバ ４１ 入射ポートファイバ ４２ コリメータ ４３ コリメータ ４４ 入射光ビーム ４５ 入射光ビーム ４６ 透過ビーム ４７ 透過ビーム ４８ コリメータ ４９ コリメータ ５０ 出射ポート ５１ 出射ポート ５２ 干渉フィルタをθだけ回転させたときのフィルタ
表面の点Ｏを通る法線 ５６ 光ファイバ増幅器 ５７ 反射鏡 ５８ 光アイソレータ ６１ 光ファイバ増幅器 ６２ 光アイソレータ １０９ 誘電体多層膜干渉フィルタ １１０ 干渉フィルタの回転軸（紙面に垂直） １１１，１１４ 入射ポート １１２，１１５，１１７，１１８ コリメータ １１６，１２５ ウォラストンプリズム １１９，１２０ 出射ポート １２１，１２２ 光ビーム １２３，１２４ プリズム １２７ ２入力２出力光バンドパスフィルタ １２８ 光ファイバ増幅器 １２９ 光アイソレータ １３０ 反射鏡 １３１ 波長制御装置 １３２ 光ファイバ増幅器 １３３ 光アイソレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−5806（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257068（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5805（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/28 G02B 26/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体多層膜からなる干渉フィルタであ
   って、該干渉フィルタの空間的位置を変化させることに
   よって、その透過特性を変化できる干渉フィルタと、 第１の光ビームを前記干渉フィルタに入射する第１のポ
   ートと、 第２の光ビームを前記干渉フィルタに入射する第２のポ
   ートと、 前記第１のポートから入射され、前記干渉フィルタを通
   過した光ビームを出射する第３のポートと、 前記第２のポートから入射され、前記干渉フィルタを通
   過した光ビームを出射する第４のポートとを具備し、 前記第１から第４の４つのポートが、前記干渉フィルタ
   面内の回転軸を含む仮想平面内に固定配置され、前記第
   １の光ビームと前記第２の光ビームとは、前記干渉フィ
   ルタ面内の同一入射点で交わり、かつ該入射点を通る前
   記干渉フィルタ面の法線に関して対称であることを特徴
   とする２入力２出力光バンドパスフィルタ。
2. 【請求項２】 前記干渉フィルタの空間的位置変化は、
   前記回転軸の周りに該干渉フィルタを回転させることに
   よって与えられることを特徴とする請求項１に記載の２
   入力２出力光バンドパスフィルタ。
3. 【請求項３】 前記干渉フィルタの空間的位置変化は、
   前記干渉フィルタ面に平行に前記干渉フィルタを移動さ
   せることによって与えられることを特徴とする請求項１
   に記載の２入力２出力光バンドパスフィルタ。
4. 【請求項４】 前記干渉フィルタの空間的位置変化は、
   前記干渉フィルタ上の前記入射点以外の点を通る法線を
   中心にして、該干渉フィルタを回転させることによって
   与えられることを特徴とする請求項１に記載の２入力２
   出力光バンドパスフィルタ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかの項に記載
   の２入力２出力光バンドパスフィルタと、 前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第２のポート
   に、一端が接続された第１の光アイソレータと、 前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第１のポート
   と、前記第１の光アイソレータの他端との間に接続され
   た第１の光増幅器と、 前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第３のポート
   に接続された反射鏡とを具備し、 前記２入力２出力光バンドパスフィルタの第４のポート
   から出力光を出力することを特徴とする低コヒーレント
   光源。
6. 【請求項６】 前記反射鏡に代えて、前記２入力２出力
   光バンドパスフィルタの第３のポートに一端が接続され
   た第２の光アイソレータと、前記第２の光アイソレータ
   の他端に接続された第２の光増幅器とを具備することを
   特徴とする請求項５に記載の低コヒーレント光源。
7. 【請求項７】 前記反射鏡に代えて、前記２入力２出力
   光バンドパスフィルタの第３ポートに接続された、レー
   ザ発振を抑えたスーパールミネッセントダイオードまた
   は端面発光型ダイオードを具備することを特徴とする請
   求項５に記載の低コヒーレント光源。