JPH0545680A - 光波長フイルタ素子及び光波長フイルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 透過波長の可変範囲を広くしかつ透過波長の
半値幅を狭くできる可変波長フィルタを提供すること。 ［構成］ １×２分岐２２を多段接続して１×４分岐１
０を構成し、分岐１０の各出力にそれぞれ長さの等しい
接続導波路１４を結合する。４つの接続導波路１４のう
ちひとつを直線導波路１６とし及び残りの３つを直線導
波路１６及びこれよりも屈折率の低い直線導波路１７を
結合した直線導波路とする。これら接続導波路１４を平
行配置する。各接続導波路１４から出射する光の位相差
が等差数列を形成するようにするため、直線導波路１６
の長さを等差数列を形成するように異ならせると共に各
直線導波路１６の屈折率を屈折率変化量がそれぞれ等し
くなるように電気的に可変制御する。そして各接続導波
路１４から出射させた光を凸レンズ２４により合波させ
干渉させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は、透過波長を可変制御
できる光波長フィルタ素子及び光波長フィルタ装置に関
する。

【従来の技術】従来より、波長多重された光信号のなか
から特定波長λ_０の光信号を分離するためのフィルタ素
子として、例えば文献Ｉ：ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃ
ａ−ｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ（アイイーイーイー
コミュニケーション マガジン） １９８９年１０月
ｐ５３〜６３に開示されているものがある。文献Ｉに開
示のフィルタ素子は、ａ：ファブリペロ型、ｂ：マッハ
ツェンダ型、ｃ：モード変換型及びｄ：ブラッグ反射型
の４種に分類される。フィルタの透過波長λ_０を設計基
準波長λからλ＋Δλまで変化させることを考えれば、
ａ、ｂ及びｄの型では波長変化量Δλに関し表１の
（１）式が成立し、またｃの型では波長変化量Δλに関
し表１の（２）式が成立する。尚、λ_０＝λ＋Δλと表
せる。式中のΔｎはフィルタ素子が備える導波路に関し
電気的に変化させることのできる屈折率の量、ｎはフィ
ルタ素子が備える導波路の屈折率、δｎはモード間屈折
率差例えばＴＭ及びＴＥモード間の屈折率差を表す。一
般的には、設計基準波長λはフィルタ素子構成要素の形
状、寸法、形成材料等から一義的に決定され定数とな
る。しかしｃ型のなかでも音響光学効果（ＡＯ効果）を
利用したものは、光のモードを変換するためのグレーテ
ィングの周期を電気的に変化させることができるので、
設計基準波長λを可変制御することができる。従って、
電気的に可変制御される屈折率変化量Δｎに上限はある
ものの、透過波長λ_０の可変範囲（チューニング幅）は
ｃの型において最も広くなる。また、上記ａ、ｂ、ｃ及
びｄ型の各フィルタにおける光透過率ピークの半値幅Δ
λ_ＦＷＨＭは、それぞれ表１の（３）式、（４）式、
（５）式及び（６）式で表せる。式中のＬはフィルタ素
子の素子長（電極長）、Ｒはフィルタ素子の入出射端面
の反射率を表す。通常δｎ＜＜ｎであるので、（３）式
〜（６）式からも理解できるようにａ、ｂ及びｄの型で
の半値幅Δλ_ＦＷＨＭは非常に狭くなるが、ｃの型での
半値幅Δλ_ＦＷＨＭは非常に広くなる。ここでフィルタ
素子の１チャネル当たりの透過帯域幅（半値幅）がΔλ
_ＦＷＨＭであるとすれば、チャネル数ＣＨはａの型では
表１の（７）式、ｂ及びｃの型では表１の（８）式、ま
たｄの型では表１の（９）式のように表せる。式中のΔ
ｎ_ｍａｘは変化可能な範囲で最大のΔｎを表す。ただし
ａの型の場合ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒ
ａｎｇｅ）の制限を受けるので、素子単独では、ＣＨ＝
π・Ｒ^１／２／（１−Ｒ）となる。従ってΔｎ_ｍａｘ≒
０．０１とすると、ａの型ではＲ≒０．９としてＦＳＲ
の制限により数１０チャネル（ＦＳＲを無視すれば潜在
的には８０チャネル）となり、ｂの型ではＬ≒１ｃｍと
して８０チャネル、ｃの型ではＬ≒１ｍｍとして８チャ
ネル及びｄの型ではＬ＝５００μｍとして８チャネルと
なる。

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のａ、
ｂ、ｄの型のフィルタ素子では、１チャネル当たりの透
過帯域幅Δλ_ＦＷＨＭを狭くできてもチューニング幅
（透過波長λ_０の可変範囲）を広くできないためチャネ
ル数（＝チューニング幅／１チャネル当たりの透過帯域
幅）を大きくできない。またｃの型のフィルタ素子で
は、チューニング幅を広くできるが透過帯域幅Δλ
_ＦＷＨＭを狭くできないためチャネル数を増やせない。
チャネル数を増やすことを考えた場合、ａ、ｂ、ｄの型
では素子長Ｌを長くすれば透過帯域幅Δλ_ＦＷＨＭを狭
くでき従ってチャネル数を増やせるが、透過帯域幅Δλ
_ＦＷＨＭが狭くなりすぎるとフィルタ素子が扱いにくく
なり実用的でなくなる。またＣの型では素子長Ｌを極端
に長くしないと（例えばＬ＝１ｍ）チャネル数を増やせ
ない。この発明の目的は、上述した従来の問題点を解決
するため、１チャネル当たりの透過帯域幅を実用的な範
囲で狭くできかつチューニング幅を広くできる光波長フ
ィルタ素子及び光波長フィルタ装置を提供することにあ
る。

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願の第一発明の光波長フィルタ素子は、１×
Ｎ分岐部及びＮ×１干渉部と、相対応する分岐部の出力
ポート及び干渉部の入力ポートの間に設けたＮ個の接続
導波路と、接続導波路に設けた構造的位相差制御部及び
屈折率可変部とを備え、各構造的位相差制御部の長さを
第一の公差で等差数列を形成するように異ならせ、各屈
折率可変部の長さを第二の公差で等差数列を形成するよ
うに異ならせて成ることを特徴とする。また第二発明の
光波長フィルタ装置は、第一発明の光波長フィルタ素子
を多段に接続して成り、これら光波長フィルタ素子の第
一の公差をそれぞれ異ならせることを特徴とする。

【作用】第一発明によれば、１×Ｎ分岐部は波長多重の
光を入力し分岐してＮ個の各出力ポートからそれぞれ波
長多重の光を出力する。Ｎ×１干渉部は接続導波路を介
してＮ個の入力ポートからそれぞれ波長多重の光を入力
し合波して、各入力ポートからの波長多重の光を干渉さ
せる。この干渉により特定波長の光を干渉部の出力ポー
トから出力させる。分岐部の各出力ポートから出力する
光のパワー及び位相は等しい。しかし接続導波路には構
造的位相差制御部及び屈折率可変部を設けているので、
分岐部からの光は構造的位相差制御部及び屈折率可変部
を経て干渉部に入力する。従って光が分岐部から干渉部
に入力するまでの間に構造的位相差制御部及び屈折率可
変部の作用により、光の位相に差を生じる。構造的位相
差制御部によって生じる光の位相差は可変制御されない
ほぼ一定の固定した値である。一方、屈折率可変部によ
って生じる光の位相差は、屈折率可変部の屈折率を電気
的に可変制御することによって変化させることができ、
屈折率可変部の屈折率変化量に応じた量だけ変化する。
従って干渉部に入力する光の位相差は構造的位相差制御
部によって生じた位相差と屈折率可変部によって生じた
位相の変化分とが重畳したものとなる。しかも各構造的
位相差制御部の長さを等差数列を形成するようにそれぞ
れ異ならせると共に各屈折率可変部の長さを等差数列を
形成するようにそれぞれ異ならせている。従ってこのよ
うな長さが等差数列を形成する構造的位相差制御部及び
屈折率可変部によって、干渉部に入力される光の位相差
を等差数列を形成するように異ならせることができる。
このような位相差を生じた波長多重の光を干渉部で干渉
させることによって、特定波長の光を干渉部から出力さ
せそれ以外の波長の光を干渉部から出力させないように
することができる。干渉部から出力する光は、波長が特
定の周期δλで離間する複数の光である。そして屈折率
可変部の屈折率を電気的に変化させると干渉部に入力す
る光の位相差の大きさが変化するので、屈折率可変部の
屈折率を可変制御することによって干渉部から出力する
光の波長を変化させることができる。この際干渉部から
出力する光の波長の周期δλはほぼ一定に保たれたま
ま、光の波長が変化する。また第二発明によれば、第一
発明の光波長フィルタ素子を多段に接続し、多段接続し
たこれら光波長フィルタ素子の第一の公差をそれぞれ異
ならせる。このように第一の公差はそれぞれ異なる。従
って、多段接続した光波長フィルタ素子の最終段の素子
から出力する光（第二発明の光波長フィルタ装置から出
力する光）は、多段接続した光波長フィルタ素子の全て
の素子を透過した光である。第二発明の光波長フィルタ
装置から出力する光の波長の周期は、多段接続した全て
の光波長フィルタ素子の周期δλに関する最小公倍数と
なる。

【実施例】以下、図面を参照し、第一及び第二発明の実
施例につき説明する。尚、図面はこの発明が理解できる
程度に概略的に示してあるに過ぎず、従ってこの発明を
図示例に限定するものではない。図１は第一発明の光波
長フィルタ素子の第一実施例の構成を概略的に示す平面
図である。第一実施例の光波長フィルタ素子は、１×Ｎ
分岐部１０及びＮ×１干渉部１２と、相対応する分岐部
１０の出力ポート及び干渉部１２の入力ポートの間に設
けたＮ個の接続導波路１４と、接続導波路１４に設けた
構造的位相差制御部１６、１７及び屈折率可変部１８と
を備える。そして各構造的位相差制御部１６、１７の長
さを、第一の公差で等差数列を形成するように異ならせ
ると共に、各屈折率可変部１８の長さを、第二の公差で
等差数列を形成するように異ならせる。この実施例で
は、分岐部１０、接続導波路１４、構造的位相差制御部
１６及び屈折率可変部１８を同一の基板２０に設ける。
基板２０は強誘電体結晶基板或は化合物半導体基板であ
る。分岐部１０は１×２対称Ｙ分岐２２を多段接続して
成り、例えばＹ分岐２２を２段に接続して１×４分岐部
１０を構成する。第ｉ段目のＹ分岐２２の各出力にそれ
ぞれ１個ずつ、第ｉ＋１段目のＹ分岐２２を接続する。
第１段目のＹ分岐２２の入力を分岐部１０の入力ポート
とし、この入力ポートに入力用の光ファイバ２３を結合
させる。最終段の各Ｙ分岐２２の出力をそれぞれ分岐部
１０の出力ポートとする。分岐部１０の入力ポートから
分岐部１０の各出力ポートに至る光の伝搬経路の幾何学
的距離をそれぞれ等しくする。図中、分岐部１０の出力
ポートを設けた出力面を符号Ｘを付して示す。また接続
導波路１４を分岐部１０の出力と同数例えば４つ設け
る。分岐部１０の各出力ポートにそれぞれひとつずつ接
続導波路１４を結合させる。各接続導波路１４は構造的
位相差制御部１６及び１７を任意好適に組み合わせて構
成した導波路であり、接続導波路１４を分岐部１０の出
力面Ｘから基板２０の端面Ｙまで延在させて設ける。構
造的位相制御部１６及び１７の屈折率を異ならせ及び又
は導波路幅を異ならせることによって、各接続導波路１
４の出力面における光の位相差を等差数列を形成するよ
うに異ならせる。この例では、構造的位相差制御部１６
及び１７は導波路幅が等しく屈折率が異なる直線導波路
であり、４つの接続導波路１４のうちひとつは構造的位
相差制御部１６単独で構成した直線導波路、及び残りの
３つは構造的位相差制御部１６及び１７を結合して構成
した直線導波路である。これら構造的位相差制御部１６
及び１７によって形成される光の位相差は可変制御され
ない一定の固定した値である。図において、接続導波路
１４を構成する構造的位相差制御部１６を点線で表し、
及び構造的位相差制御部１７を実線で表した。接続導波
路１４に沿う方向において、各接続導波路１４の長さを
等しくしながら各構造的位相差制御領域１６の長さを等
差数列を形成するように異ならせる。そしてこれら接続
導波路１４を互いに平行に配列する。平行に配列するこ
とによって接続導波路１４の出射面Ｙ（この実施例では
基板２０の端面）から出射された光を平行光とすること
ができる。また接続導波路１４に沿う方向において、各
屈折率可変部１８の長さを等差数列を形成するように異
ならせ、屈折率可変部１８をひとつの接続導波路１４の
一部分又は全体に設ける。例えば、構造的位相差制御部
１６及び屈折率可変部１８の形状、寸法及び配設位置を
同一とし、従って構造的位相差制御部１６、１７及び屈
折率可変部１８の長さが形成する等差数列の公差を等し
い値Ｌとする。図において、屈折率可変部１８を二点鎖
線の矩形枠で囲んで示した。屈折率可変部１８の屈折率
を、図示しない電極を介して電気的に可変制御する。基
板２０として強誘電体基板を用いた場合には屈折率可変
部１８に電界を印加し電気光学効果により屈折率を可変
制御し、化合物半導体基板を用いた場合には電気光学効
果により屈折率を可変制御し或は屈折率可変部１８にキ
ャリアを注入しプラズマ効果により屈折率を可変制御す
るようにすればよい。屈折率可変部１８の屈折率の変化
量を零とした状態で、各構造的位相差制御部１６の屈折
率は等しく、各構造的位相差制御部１７の屈折率は等し
く、構造的位相差制御部１６及び１７の屈折率は異な
る。屈折率可変部１８の屈折率を可変制御するときに
は、各屈折率可変部１８の屈折率の変化量を等しくす
る。干渉部１２は光を伝搬する媒質例えば大気とこの大
気中に配置した凸レンズ２４より成る。凸レンズ２４は
各接続導波路１４からの平行光を入力し、その焦点位置
に光を収束させる。従って各接続導波路１４からの光は
凸レンズ２４の焦点位置で合波し干渉する。各接続導波
路１４から出射された光は媒質２６を伝搬して凸レンズ
２４に入射する。そして凸レンズ２４から出射した光は
媒質２６を伝搬して焦点位置へ達する。この例では、出
射面Ｙの接続導波路１４端面に接する媒質２６の部分を
干渉部１２の入力ポートとし及び凸レンズ２４の焦点を
干渉部１２の出力ポートとし、従って４入力及び１出力
の干渉部１２を構成する。凸レンズ２４の焦点に出力用
の光ファイバ２３を結合させる。尚凸レンズ２４及び媒
質２６を基板２０に設けた導波路及び導波型レンズとす
るようにしてもよい。図２（Ａ）及び（Ｂ）は接続導波
路１４を構成する構造的位相差制御部１７及び１６の具
体的な構成の一例を示す断面図である。図２（Ａ）にも
示すように、この例では基板２０をＬｉＮｂＯ_３基板と
し、第一の拡散物質を基板２０に拡散させて第一拡散導
波路を形成し、この拡散導波路を構造的位相差制御部１
７とする。また図２（Ｂ）にも示すように、第一拡散導
波路に第二の拡散物質を拡散させて第一拡散導波路より
も屈折率の高い第二拡散導波路を形成し、この拡散導波
路を構造的位相差制御部１６とする。第一及び第二拡散
物質の種類や拡散濃度そのほかの拡散条件を任意好適に
設定することによって、屈折率の異なる構造的位相差制
御部１６及び１７を形成する。そして構造的位相差制御
部１６及び１７を形成した基板２０上にバッファ層２７
を設ける。さらに屈折率を電気的に可変制御するための
電極２９、３１を屈折率可変部１８と成る構造的位相差
制御部１６に対し設ける。図中、基板２０の第一拡散物
質拡散領域を×印を付して示し及び第二拡散物質拡散領
域を○印を付して示した。尚、接続導波路１４の導波路
構造や屈折率可変部１８の電極構造は基板材料に応じて
任意好適に変更することができる。次にこの実施例の光
波長フィルタ素子の動作特性につき説明する。屈折率可
変部１８の屈折率変化量を零とした場合に干渉部１２の
出力ポートから出力用の光ファイバ２３に入力する光の
波長λは、近似的に表２（１０）式のように表せる。た
だし、ｍは正の整数、Ｌは構造的位相差制御部１６、１
７及び屈折率可変部１８の長さが形成するそれぞれの等
差数列に共通の公差、δｎは屈折率可変部１８の屈折率
変化量を零とした状態での構造的位相差制御部１６及び
１７の屈折率差、及びｎ_Ｐは干渉部１２の媒質２６の屈
折率を表す。波長λはｍ＝１、２、３、……としたそれ
ぞれの場合に（１０）式を満足する波長であり従って複
数個存在する。これら複数個の波長λは周期δλ（ｍ＝
ｊ及びｍ＝ｊ＋１としたときの波長λの差）で離間す
る。周期δλは表２（１１）式のように表せる。尚、周
期δλをＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎ
ｇｅ）とも表す。そして構造的位相差制御部１６及び基
板２０の屈折率差を電気的に変化させてδｎからδｎ＋
Δｎに変化させたときに（Δｎは屈折率可変部１８の屈
折率変化量を表す）、干渉部１２から出力用の光ファイ
バ２３に入力する光の波長がλからλ＋Δλ_ｔに変化す
るものとすれば、波長変化量Δλ_ｔは表２（１２）式の
ように表せる。波長λと同様、波長λ＋Δλ_ｔは複数個
存在しこれら複数個の波長λ＋Δλ_ｔはそれぞれ周期δ
λで離間する。ひとつの波長λの光の透過率の半値幅
（透過帯域幅）及びひとつの波長λ＋Δλ_ｔの光の透過
率の半値幅（透過帯域幅）は等しい値Δλ_ｗとなり、透
過帯域幅Δλ_ｗは表２（１３）式のように表せる。ただ
し、Ｎは接続導波路１４の総配設個数を表す。ここまで
の解析は回折格子に関する解析に基づいた類推から導か
れる（参考文献１：Ｗｏｌｆ著「光学の原理」）。チャ
ネル数を最も効率良く増やすためには干渉部１２から出
力用の光ファイバ２３に入力する光の波長をλからλ＋
δλまで変化させるのが好ましく、従って最大変化させ
たときの波長変化量Δλ_ｔをΔλ_ｔｍａｘと表せばΔλ
_ｔｍａｘ＝δλとするのがよい。最大波長変化量Δλ
_ｔｍａｘは表２（１４）式のように表せ、（１４）式よ
り（１５）式が得られる。Δλ_ｔｍａｘ＝δλのときの
最大チャネル数ＣＨ_ｍａｘは表２（１６）式のように表
せる。（１６）式からも明らかなように、最大チャネル
数ＣＨ_ｍａｘは接続導波路１４の総配設個数Ｎと等し
く、従って接続導波路１４の総配設個数Ｎを増加させる
ことによって最大チャネル数ＣＨ_ｍａｘを増加させるこ
とができる。また波長変化量Δλ_ｔは（１２）式で与え
られ、この実施例の光波長フィルタ素子と類似の動作特
性を有するファブリペロ型及びリング共振器型の光波長
フィルタと比較して波長変化量をｎ／δｎ倍（ｎは基板
の屈折率）だけ大きくすることができる。図３は第一発
明の第二実施例の構成を概略的に示す平面図である。
尚、第一発明の第一実施例の構成成分に対応する構成成
分については同一の符号を付して示す。以下の説明で
は、第一発明の第一実施例と相違する点につき説明し、
第一発明の第一実施例と同様の点についてはその詳細な
説明を省略する。第二実施例の光波長フィルタ素子は、
干渉部１２の構成が異なるほかは第一発明の第一実施例
と同様の構成を有する。この実施例では、分岐部１０及
び接続導波路１４に加え、干渉部１２を同一の基板２０
に設ける。干渉部１２は基板２０に直線導波路２８及び
平面導波路３０を設けて成る。平面導波路３０はその出
力面Ｐから入力面Ｑに向けて広がる扇状の形状を有し、
平面導波路３０の入力面Ｑを円弧状にしている。各接続
導波路１４の出力にそれぞれひとつずつ直線導波路２８
の入力を接続し、直線導波路２８の出力を平面導波路３
０の入力面Ｑにそれぞれ接続する。出力面Ｑに光の集束
点Ｏを設け、直線導波路２８の軸の延長線がそれぞれ集
束点Ｏを通過するように、直線導波路２８を放射状に配
置する。直線導波路２８から平面導波路３０に入射した
光により集束点Ｏを中心とする同心円波を発生させる。
この同心円波を集束点Ｏに収束させて合波し干渉させ
る。出力用の光ファイバ２３を出力面Ｑの集束点Ｏ及び
その近傍部分に結合させる。この実施例の動作特性は、
原理的には、第一発明の第一実施例の場合と同様であ
る。図４は第一発明の第三実施例の構成を概略的に示す
平面図である。尚、第一発明の第一実施例の構成成分に
対応する構成成分については同一の符号を付して示す。
以下の説明では、第一発明の第一実施例と相違する点に
つき説明し、第一発明の第一実施例と同様の点について
はその詳細な説明を省略する。第三実施例の光波長フィ
ルタ素子は、干渉部１２の構成が異なるほかは第一発明
の第一実施例と同様の構成を有する。この実施例では、
分岐部１０及び接続導波路１４に加え、干渉部１２を同
一の基板２０に設ける。干渉部１２は２×１対称Ｙ分岐
３２を多段接続して成り、例えばＹ分岐３２を２段に接
続して４×１干渉部１２を構成する。第ｉ＋１段目のＹ
分岐３２の各入力にそれぞれ１個ずつ、第ｉ段目のＹ分
岐３２を接続する。第１段のＹ分岐３２の入力をそれぞ
れ干渉部１２の入力ポートとし、これら入力ポートにそ
れぞれひとつずつ接続導波路１４を結合させる。最終段
のＹ分岐３２の出力を干渉部１２の出力ポートとし、こ
の出力ポートに出力用の光ファイバ２３を結合させる。
干渉部１２の各入力ポートから干渉部１２の出力ポート
に至る光の伝搬経路の幾何学的距離をそれぞれ等しくす
る。干渉部１２の各入力ポートに入力した光は各段の分
岐３２で順次に合波され、干渉部１２の各入力ポートに
入力した光のすべてが最終段の分岐３２で合波し干渉す
る。この実施例の動作特性は、原理的には、第一発明の
第一実施例の場合と同様であるが、干渉部１２から出力
用の光ファイバ２３に入射する波長λの光の出力強度Ｋ
は表２（１７）式のように表せる。図５は第一発明の第
四実施例の構成を概略的に示す平面図である。尚、第一
発明の第三実施例の構成成分に対応する構成成分につい
ては同一の符号を付して示す。以下の説明では、第一発
明の第三実施例と相違する点につき説明し、第一発明の
第三実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略
する。第四実施例の光波長フィルタ素子は、接続導波路
１４の構成が異なるほかは第一発明の第三実施例と同様
の構成を有する。この実施例では、４つの接続導波路１
４のすべてを構造的位相差制御部１６及び１７を結合し
て構成した直線導波路とする。そして構造的位相差制御
部１７及び屈折率可変部１８の形状、寸法及び配設位置
を同一とする。この実施例でも、構造的位相差制御部１
６、１７及び屈折率可変部１８の長さが形成する等差数
列の公差は等しい。この実施例の動作特性は、原理的に
は、第一発明の第三実施例の場合と同様である。図６は
第二発明の一実施例の構成を概略的に示す平面図であ
る。尚、第一発明の第三実施例の構成成分に対応する構
成成分については同一の符号を付して示す。以下の説明
では、第一発明の第三実施例と同様の点についてはその
詳細な説明を省略する。この実施例の光波長フィルタ装
置は、第一発明の光波長フィルタ素子を多段に接続して
成る。そしてこれら多段接続した光波長フィルタ素子の
第一の公差をそれぞれ異ならせる。この実施例では、例
えば第一発明の第三実施例の光波長フィルタ素子３４及
び３６を多段接続した例である。前段の光波長フィルタ
素子３４の干渉部１２の出力と後段の光波長フィルタ素
子３６の分岐部１０の入力を結合し、前段の光波長フィ
ルタ素子３４の分岐部１０の入力に入力用の光ファイバ
２３を及び後段の光波長フィルタ素子３６の干渉部１２
の出力に出力用の光ファイバ２３を結合する。前段の光
波長フィルタ素子３４の構造的位相差制御部１６、１７
及び屈折率可変部１８の長さが形成する等差数列の公差
は等しい値Ｌ１であり、後段の光波長フィルタ素子３６
の構造的位相差制御部１６、１７及び屈折率可変部１８
の長さが形成する等差数列の公差は等しい値Ｌ２であ
り、そしてこれら公差Ｌ１及びＬ２を異ならせる。例え
ば、これら公差Ｌ１及びＬ２を、表２（１８）式を満足
するように定める。ただし、Δは接続導波路１４の総配
設個数Ｎよりも小さな正の整数を表す。次にこの実施例
の動作特性につき説明する。まず透過波長の粗調整につ
き説明する。図７（Ａ）〜（Ｃ）は図６の光波長フィル
タ装置（ただしＮ＝４、Ｌ２＝Ｌ１・Ｎ／（Ｎ−１）と
する）において透過波長の粗調整を行なう場合の説明図
であり、図７（Ａ）は前段の光波長フィルタ素子３４単
独の光透過特性、図７（Ｂ）は後段の光波長フィルタ素
子３６単独の光透過特性及び図７（Ｃ）はこれら光波長
フィルタ素子３４及び３６を合わせてみた場合の合成光
透過特性（図６の光波長フィルタ装置の光透過特性）を
示す。図７（Ａ）〜（Ｃ）の縦軸に光出力強度及び横軸
に波長を取って示した。図７（Ａ）にも示すように、前
段の光波長フィルタ素子３４単独でみた場合の光透過特
性においては、光出力強度のピークがこの素子３４の透
過波長の周期δλ１毎に現れる。また図７（Ｂ）にも示
すように、後段の光波長フィルタ素子３６単独でみた場
合の光透過特性においては、光出力強度のピークがこの
素子３６の透過波長の周期δλ２（δλ２＜δλ１）毎
に現れる。粗調整を行なう場合には、図７（Ａ）及び
（Ｂ）にも示すように、前段の光波長フィルタ素子３４
単独の透過波長と後段の光波長フィルタ素子３６単独の
透過波長とをある波長で一致させた状態から、後段の光
波長フィルタ素子３６の屈折率可変部１８の屈折率を電
気的に変化させてこの素子３６の透過波長をΔλ_ｔ１＝
δλ２・（１／Ｎ）だけ変化させる。すると、図７
（Ｃ）にも示すように、前段及び後段の光波長フィルタ
素子３４及び３６の双方を透過する光の波長はδΔλ１
だけ変化する。後段の光波長フィルタ素子３６の透過波
長をＪ・Δλ_ｔ１（Ｊは自然数）だけ変化させると前段
及び後段の光波長フィルタ素子の双方を透過する光の波
長はＪ・δΔλ１だけ変化する。次に透過波長の微調整
につき説明する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は図６の光波長フ
ィルタ装置（ただしＮ＝４、Ｌ２＝Ｌ１・Ｎ／（Ｎ−
１）とする）において透過波長の微調整を行なう場合の
説明図であり、図８（Ａ）は前段の光波長フィルタ素子
３４単独の光透過特性、図８（Ｂ）は後段の光波長フィ
ルタ素子３６単独の光透過特性及び図７（Ｃ）はこれら
光波長フィルタ素子３４及び３６を合わせてみた場合の
合成光透過特性を示す。図８（Ａ）〜（Ｃ）の縦軸に光
出力強度及び横軸に波長を取って示した。微調整を行な
う場合には、図８（Ａ）及び（Ｂ）にも示すように、前
段の光波長フィルタ素子３４単独の透過波長と後段の光
波長フィルタ素子３６単独の透過波長とをある波長で一
致させた状態から、前段及び後段の光波長フィルタ素子
３４及び３６の屈折率可変部１８の屈折率をそれぞれ電
気的に変化させてこれら素子３４及び３６の透過波長を
それぞれΔλ_ｔ２（Δλ_ｔ２＜Δλ_ｔ１）だけ変化させ
る。すると図８（Ｃ）にも示すように、前段及び後段の
光波長フィルタ素子３４及び３６の双方を透過する光の
波長は△λ_ｔ２だけ変化する。この実施例では、透過波
長の可変範囲を第一発明の波長フィルタ素子単独の場合
の透過波長の可変範囲のＮ−１倍に増加させることがで
きる。この実施例の最大チャネル数ＣＨ_ｍａｘはＣＨ
_ｍａｘ＝Ｎ（Ｎ−１）と表せ、従ってチャネル数を所望
の個数Ｎ_Ｔとするためには接続導波路１４の総配設個数
ＮをＮ≒Ｎ_Ｔ ^１／２とすればよい。この実施例では、第
一発明の光波長フィルタ素子を２段接続した場合を考え
たが、第一発明の光波長フィルタ素子を３段以上に多段
接続してもよい。次に第一及び第二発明の実施例の大き
さ、チャネル数及び温度ゆらぎについて具体的数値例を
挙げて説明する。例えば、Δｎ＝１０^−３、δｎ＝１０
^−１、ｎ_Ｐ＝１及びλ＝１．３μｍとすると、Ｌ＝０．
６５ｍｍ及びｍ＝１、２、３、…、１００とすることが
できる。Ｎ＝３２とすれば、接続導波路１４の全長を
２．１ｃｍとすることができる。従って第一及び第二発
明の実施例の素子及び装置を充分に小型化することがで
き、第一発明では３２チャネル及び第二発明では９９２
チャネルが実現できる。透過波長帯域の半値幅Δλ_ｗは
Δλ_ｗ＝０．４ｎｍとなる。第一及び第二発明におい
て、温度ゆらぎに対する感度Δλ_ｆはΔλ_ｆ＝λ・（δ
Ｌ／Ｌ）、及びΔλ_ｆ／Δλ_ｗはΔλ_ｆ／Δλ_ｗ＝Ｎ・
ｍ・（δＬ／Ｌ）と表せる。ここでδＬ／Ｌは接続導波
路１４の熱膨張率を表す。第一発明及び第二発明におけ
る感度Δλ_ｆはファブリペロ型のフィルタと同じである
が、第一及び第二発明の半値幅Δλ_ｗがファブリペロ型
のものより大きいのでΔλ_ｆ／Δλ_ｗを小さくできるこ
とが重要である。第一及び第二発明におけるΔλ_ｆ／Δ
λ_ｗは、δＬ／Ｌ＝１０^−５とすればΔλ_ｆ／Δλ_ｗ＝
０．０３２／℃であり、実用上問題ない。第一及び第二
発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく、
従って各構成成分の構成、形状、配設位置、寸法及びそ
のほかの条件を任意好適に変更することができる。例え
ば各接続導波路の出力面における光の位相差が等差数列
を形成するのであれば、構造的位相差制御部の長さが形
成する等差数列の公差と屈折率可変部の長さが形成する
等差数列の公差とが等しくなくてもよいし、構造的位相
差制御部１６又は１７の形状、配設位置及び長さと屈折
率可変部１８の形状、配設位置及び長さとを一致させな
くともよくこれら形状、配設位置及び長さを任意好適に
変更することができる。

【表１】

【表２】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、第
一発明の光波長フィルタ素子によれば、１×Ｎ分岐部は
波長多重の光を入力し分岐してＮ個の各出力ポートから
それぞれ波長多重の光を出力する。Ｎ×１干渉部は接続
導波路を介してＮ個の入力ポートからそれぞれ波長多重
の光を入力し合波して、各入力ポートからの波長多重の
光を干渉させる。接続導波路には構造的位相差制御部及
び屈折率可変部を設けており、これら構造的位相差制御
部及び屈折率可変部の作用により各接続導波路から出射
される光に位相差を生じさせる。構造的位相差制御部の
長さを等差数列を形成するようにそれぞれ異ならせると
共に屈折率可変部の長さを等差数列を形成するようにそ
れぞれ異ならせているので、各接続導波路から出射され
る光の位相差は等差数列を形成する。このように等差数
列を形成する位相差を有する光を干渉させると、干渉部
からは特定の波長の光が出射されそれ以外の波長の光は
出射されないので、波長多重の光のなかから特定波長の
光を分離することができる。屈折率可変部の屈折率を電
気的に可変制御することにより干渉部から出射する光の
波長を変化させることができる。干渉部から出射される
光の波長はある一定の周期δλで離間する。しかも分岐
部により光を分岐し構造的位相差制御部及び屈折率可変
部により分岐した光に位相差を生じさせるようにしてい
るので、光波長フィルタ素子を小型化することができ
る。また等差数列を形成する位相差を有する光を干渉さ
せることによって特定波長の光を選択的に分離するの
で、分離する光の波長の可変範囲を広くしかつ特定波長
の光の透過帯域幅を狭くすることができる。従ってチャ
ネル数を増やせる。さらに第二発明の光波長フィルタ装
置によれば、第一発明の光波長フィルタ素子を多段に接
続し、多段接続したこれら光波長フィルタ素子の第一の
公差をそれぞれ異ならせる。多段接続した光波長フィル
タ素子の第一の公差はそれぞれ異なるので、各光波長フ
ィルタ素子の干渉部から出力する光の波長の周期δλが
それぞれ異なる。従って多段接続した光波長フィルタ素
子の最終段の素子から出力する光（第二発明の光波長フ
ィルタ装置から出力する光）は、多段接続した光波長フ
ィルタ素子の全ての素子を透過した光である。第二発明
の光波長フィルタ装置から出力する光の波長の周期は、
多段接続した全ての光波長フィルタ素子の周期δλに関
する最小公倍数となり、その結果、第二発明の光波長フ
ィルタ装置から出力する光の波長の可変範囲をより広げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一発明の第一実施例の構成を概略的に示す平
面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は接続導波路の具体的構成の一
例を示す図である。

【図３】第一発明の第二実施例の構成を概略的に示す平
面図である。

【図４】第一発明の第三実施例の構成を概略的に示す平
面図である。

【図５】第一発明の第四実施例の構成を概略的に示す平
面図である。

【図６】第二発明の一実施例の構成を概略的に示す平面
図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は第二発明の実施例において透
過波長の粗調整を行なう場合の説明図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は第二発明の実施例において透
過波長の微調整を行なう場合の説明図である。

【符号の説明】

１０：分岐部 １２：干渉部 １４：接続導波路 １６、１７：構造的位相差制御部 １８：屈折率可変部 ３４、３６：光波長フィルタ素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １×Ｎ分岐部及びＮ×１干渉部と、相対
   応する分岐部の出力ポート及び干渉部の入力ポートの間
   に設けたＮ個の接続導波路と、該接続導波路に設けた構
   造的位相差制御部及び屈折率可変部とを備え、 各構造的位相差制御部の長さを、第一の公差で等差数列
   を形成するように異ならせ、 各屈折率可変部の長さを、第二の公差で等差数列を形成
   するように異ならせて成ることを特徴とする光波長フィ
   ルタ素子。
2. 【請求項２】 各屈折率可変部の屈折率変化量をそれぞ
   れ等しくすることを特徴とする請求項１に記載の光波長
   フィルタ素子。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光波長フィルタ素子を
   多段に接続して成り、これら光波長フィルタ素子の第一
   の公差をそれぞれ異ならせることを特徴とする光波長フ
   ィルタ装置。
4. 【請求項４】多段接続した光波長フィルタ素子の第二の
   公差をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項３に
   記載の光波長フィルタ装置。