JPH0836157A - 可変波長フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の任意の波長・周波数の光信号をロスな
く選択でき、しかも透過スペクトル形状を任意に設定で
きる可変波長フィルタを提供する。 【構成】 複屈折板３２の両面に１／４波長板３３，３
４を設け、さらに一方には反射面３５を設け、他方には
複数の透過スペクトルを有するファブリペロー干渉型フ
ィルタ３６及び偏波面の角度を任意に制御可能な偏光制
御反射素子アレイ３７を設け、ファブリペロー干渉型フ
ィルタ３６の透過スペクトル毎の光に対して、偏光制御
反射素子アレイ３７が与える偏波面の回転角度を制御す
ることにより、複屈折板３２の一端より入射された光の
うち、該一端側に戻ってくる光の波長及びその割合を変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長・周波数多重され
た光信号から任意の複数の波長・周波数の光信号を選択
的に取り出したり、透過スペクトルの形状を任意に設定
可能な可変波長フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバによる光通信は大容量の情報
を高速に伝送することができるため、近年、急速に実用
化されつつある。現時点では、特定の波長・周波数の光
パルスを伝送しているのみであるが、多数の異なる波長
・周波数の光パルスを伝送することができれば、さらに
大容量の情報を伝送することが可能となる。これを波長
多重（ＷＤＭ）・周波数多重（ＦＤＭ）通信と呼び、現
在、活発に研究されている。該波長・周波数多重通信に
おいては多数の異なる波長・周波数の光パルスの中か
ら、任意の波長・周波数の光パルスのみを選択的に取り
出す可変波長フィルタがキーデバイスとなる。このた
め、各種の可変波長フィルタが研究され、実用化されて
いる。

【０００３】しかしながら、これらの多くは波長・周波
数多重された光信号の中から１つの波長・周波数の光信
号しか取り出すことができなかった。また、その透過ス
ペクトルの形状はフィルタの原理によって決ってしま
い、電気的なフィルタのように任意の透過スペクトルを
持つ光のフィルタは形成できなかった。将来の波長・周
波数多重通信においては、複数の任意の波長・周波数の
光信号を取り出したり、任意の透過スペクトルを設定で
きる可変波長フィルタが非常に重要になる。例えば、将
来の交換機は光をそのまま交換する光交換機になること
が予想されるが、その中で複数の任意の波長・周波数の
光信号を同時に選択できるマルチチャンネルフィルタが
重要になる。

【０００４】図１は波長光交換の概念を示すもので、図
中、１は複数の入力光ファイバ、２は複数の光分岐器、
３は複数の可変波長フィルタ、４，７は複数の波長変換
素子、５は複数の光カップラ、６は複数のマルチチャン
ネル可変波長フィルタ、８は複数の光合波器、９は複数
の出力光ファイバである。

【０００５】加入者より入力光ファイバ１を介して送ら
れてきた、波長多重された光信号は光分岐器２で分波さ
れ、可変波長フィルタ３で選択され、波長変換素子４で
各加入者に対応した波長の光に波長変換され、光カップ
ラ５によって波長多重化される。波長多重された光信号
の中からマルチチャンネル可変波長フィルタ６で複数の
波長を選択し、波長変換素子７で次の波長変換を繰り返
すことにより、波長領域での光交換が実現される。

【０００６】また、透過スペクトル形状を任意に制御可
能なフィルタは、光学部品の波長依存性を補正するため
に非常に重要である。例えば、Ｅｒドープ光ファイバ増
幅器は、その光増幅特性に大きな波長依存性がある。こ
のため、 1.536μｍにて２ｎｍの帯域しかなく、また、
1.552μｍにて４ｎｍの帯域しかない。光ファイバ増幅
器の後段に、この増幅特性を補正する光フィルタを置く
ことによって、その帯域を数１０ｎｍまで広げられれ
ば、さらに多くの波長を多重することが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の任意の複数の波
長・周波数の光信号を同時に取り出すことが可能なフィ
ルタとしては、光音響フィルタがある。光音響フィルタ
は、印加する高周波電圧の周波数を変えることにより波
長を変更して選択でき、複数の高周波電圧を一度に印加
すると複数の波長を同時に選択できる。しかしながら、
印加する電圧が複数になると素子の発熱が大きくなり、
実際に選択できる波長の数は高々５つ程度にすぎなかっ
た（例えば、ECOC, 89, Gothenburg, Sweeden, Sept.,
1989, K.W.Cheung et a1., pp10-14）。

【０００８】また、液晶をファブリペローエタロン内に
充填した液晶可変波長フィルタの電極を微細に分離し、
これらを通過するように光ビームを広げて複数の波長を
選択するという報告もあるが、選択波長数が高々４つ程
度であり、波長数が増加するに従ってロスも増加すると
いう問題があった（例えば、IEEE Phon. Tech. Lett.,
vol.3, 1991, J.S.Patel and M.W.Maeda, pp.643-64
4）。

【０００９】また、光導波路によるマッハツェンダ干渉
計と位相シフタとを組み合わせたマルチチャンネルフィ
ルタについて報告されている（例えば、信学技報、pst9
1-46、笹山、奥野、葉原）が、選択周波数の数が増加す
るに従ってロスが増加し、素子の駆動が複雑になるとい
う問題があった。

【００１０】本発明は前述した従来の問題点に鑑み、複
数の任意の波長・周波数の光信号をロスなく選択でき、
しかも透過スペクトル形状を任意に設定できる可変波長
フィルタを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、光信号から任意の波長の光信号を選択的に
取り出す可変波長フィルタにおいて、光信号の伝達媒体
となる複屈折板と、該複屈折板を挟み且つ光信号の偏波
面を所定の角度回転させる偏光回転手段と、光信号から
任意の波長の光信号を選択するフィルタと、任意の部分
の偏光回転角度を制御可能な偏光制御素子と、これら全
体を挟むように配置された反射面とを備えた可変波長フ
ィルタを提案する。

【００１２】

【作用】複屈折板に直線偏光の光ビームを垂直に入射し
た場合、複屈折板中の光ビームの光路は該光ビームの偏
光方向によって異なる。

【００１３】例えば、図２に示すように複屈折板１０
（１０ａは光軸の方向）に、紙面に垂直な方向（図中、
●で示す。）１１に電界振動を持つ光ビーム１２を入射
すると、該光ビーム１２は複屈折板１０内を直進する。
この光ビーム１２は常光線（屈折の法則に従う光線）と
呼ばれる。また、紙面に平行な方向（図中、矢印で示
す。）１３に電界振動を持つ光ビーム１４は複屈折板１
０内を斜めに進む。この光ビーム１４は異常光線（屈折
の法則に従わない光線）と呼ばれる。従って、入射光ビ
ームの偏光方向を制御することによって、複屈折板中で
の光の光路を直進又は斜めのどちらかに選択できる。

【００１４】図３に示すように、複屈折板２０の両面に
光の偏光を９０°回転し且つ反射する偏光回転反射手段
２１，２２を設けると、複屈折板２０の一端から入射し
た光を他端に導く光の伝達機構を実現できる。即ち、紙
面に垂直な方向（図中、●で示す。）２３に電界振動を
持つ常光線の光２４を一方の面のＡ点から入射すると、
該光２４は複屈折板２０内を直進し、他方の面のＢ点に
達する。そこで、光２４は偏光回転反射手段２１により
反射され、複屈折板２０内に戻されるとともに９０°偏
波面の回転を受ける。

【００１５】その結果、光２４は紙面に平行な方向（図
中、矢印で示す。）２５に電界振動を持つ異常光線に変
換され（常光線と異常光線の偏波面は互いに直交してい
るため）、前述したように複屈折板２０内を斜めに進
み、Ｂ点からＣ点に進む。また、ここで、光は偏光回転
反射手段２２により、前記同様に反射され且つ９０°偏
波面の回転を受け、再び常光線になる。従って、今度は
複屈折板２０を直進してＤ点に向かう。以下同様にし
て、光は順次、複屈折板２０の両面で反射されながら紙
面の右方向に進んでいき、出力（２６）される。

【００１６】前述した反射機構は、対向する２枚のミラ
ーでも実現できるが、ミラーの平行度を完全とし、その
間隔を制御して入射光の角度を正確に制御しないと、反
射の繰り返しピッチを正確に制御することができない。
このような３次元のアライメントを実行することは困難
である。この点、複屈折板は単結晶であるので、結晶面
が利用でき、完全平行を実現するのは容易であり、ま
た、繰り返しピッチはその厚さによって決まるが、該厚
さを制御するのは容易である。入射光の角度も複屈折板
に垂直に入射すれば良いので容易である。このように、
本構造を採用することにより、アライメントが容易にな
る。

【００１７】次に、前述した複屈折板と偏光回転反射手
段とを組み合わせた光の伝達機構において、図４に示す
ように複屈折板２０と偏光回転反射手段２１との間に、
偏光回転手段２７及びフィルタ、例えばファブリペロー
干渉型フィルタ２８を配置し、偏光回転反射手段２１の
一部分、ここではＤ点に対応する部分２１ａの偏光面の
回転角度を何らかの方法で変化させて０°又は１８０°
の整数倍とする。

【００１８】この場合、Ｄ点に入射された光は、偏光回
転手段２７により円偏光に変換されてファブリペロー干
渉型フィルタ２８に達する。入射した光がファブリペロ
ー干渉型フィルタ２８の透過波長に一致すると、該光は
ファブリペロー干渉型フィルタ２８を通過し、偏光回転
反射手段２１に達する。

【００１９】ここで、偏光回転反射手段２１の部分２１
ａの偏光面の回転角度は０°又は１８０°の整数倍であ
るので、該偏光回転反射手段２１によって反射された光
の偏波状態は変化せず、再度、ファブリペロー干渉型フ
ィルタ２８に入射されることになる。前述したように、
この光はファブリペロー干渉型フィルタ２８の透過波長
に一致しているため、ファブリペロー干渉型フィルタ２
８を通過後、偏光回転手段２７により偏波が直線偏光に
変換されるが、該偏波の方向はＤ点に最初に入射された
時の偏波とは直交しているので異常光となり、Ｅ点に向
かって進む。

【００２０】一方、偏光回転反射手段２１の偏光面の回
転角度を９０°の整数倍とすると、ファブリペロー干渉
型フィルタ２８及び偏光回転手段２７を通過した光は前
記同様、直線偏光に変換されるが、その偏波の方向はＤ
点に最初に入射された時の偏波と平行、即ち常光とな
り、今度はＣ点に向かって進み、入射点Ａに出射（２
９）することになる。

【００２１】この時、入力光２４のスペクトルが白色光
（２４ａ）の場合、出力光２９のスペクトルはファブリ
ペロー干渉型フィルタ２８を２回通過したのと同じスペ
クトル（２９ａ）になり、シャープな透過スペクトルが
得られる。従って、１回通過の場合に比べてフィルタ特
性は良くなる。

【００２２】また、Ｄ点に入射した光の波長がファブリ
ペロー干渉型フィルタ２８の透過波長に一致しない場合
は、ファブリペロー干渉型フィルタ２８は単にミラーと
して働き、光を反射する。その結果、異常光となり、光
はＥ点の方向に進む。

【００２３】また、Ｄ点に入射した光の波長がファブリ
ペロー干渉型フィルタ２８の透過波長に一致した場合、
偏光回転反射手段２１の偏光面の回転角度を０°，９０
°，１８０°等の９０°の整数倍以外に設定すると、常
光と異常光とが混在することになり、Ｃ点及びＥ点へ出
射する光の割合を任意に変えることができる。従って、
出射側で得られる光の透過スペクトルの透過率を任意に
設定できることになる。

【００２４】また、Ｂ，Ｄ，……点でのファブリペロー
干渉型フィルタ２８のキャビティギャップもしくはキャ
ビティロスあるいはミラーの反射率を変えることによ
り、そのフィルタ特性（透過スペクトル波長、透過率、
バンド幅）を変化させることができる。また、前述した
動作をＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，……点で繰り返すことにより、
それぞれの点での偏光回転反射手段を制御することによ
り、出射点にはそれぞれの点でのフィルタ特性の任意の
和のフィルタ特性が得られることになる。以下、実施例
に従って具体的に説明する。

【００２５】

【実施例】図５，６は本発明の第１の実施例を示すもの
で、図中、３０は偏光ビームスプリッタ、３１はファラ
デー回転子、３２は複屈折板、３３，３４は１／４波長
板（λ／４板）、３５は反射面、３６はファブリペロー
干渉型フィルタ、３７は偏光制御反射素子アレイ、４１
は入力光、４２は出力光、４３は光ビームの進路を示す
線である。また、Ａ〜Ｊは複屈折板３２の表面における
光ビームの入／出射点、Ｂ’〜Ｊ’はλ／４板３３，３
４まで進んだ点、Ｂ”〜Ｊ”はファブリペロー干渉計フ
ィルタ３６まで進んだ点を示す。また、Ｘは光ビームの
入射点、Ｙは光ビームの出射点、実線矢印は往路の光ビ
ームの伝搬方向を示す矢印、破線矢印は復路の光ビーム
の伝搬方向を示す矢印である。複屈折板３２としてはカ
ルサイトを用い、その厚さは 4.6ｍｍであり、ビームの
ピッチは 0.5ｍｍである。

【００２６】ファブリペロー干渉型フィルタ３６の構造
及びそのＢ’〜Ｊ’点での透過スペクトルを図７に示
す。図中、361 は薄いガラス基板であり、テーパ状に研
磨されている。また、362 ，363 は誘電体ミラーであ
る。Ｂ’点におけるガラス基板361 の厚さをＬ、屈折率
をｎとすると、本フィルタ３６のＢ’点での透過ピーク
波長は、 λ_m ＝２ｎＬ／ｍ ………(1) となる。但し、ｍは整数であり、ｍに対応した複数の透
過ピークが現れる。

【００２７】ピーク間隔をＦＳＲと呼ぶが、該ＦＳＲ
は、 ＦＳＲ_m ＝λ_m ／（ｍ＋１） ……(2) となる。ガラス基板361 がテーパ状である場合には、図
示したように、透過スペクトルは点Ｂ’〜Ｊ’によって
異なる。キャビティギャップが増加すると、透過スペク
トル波長が少しづつ長波長にシフトすることがわかる。

【００２８】例えば、Ｌ＝７０μｍ、ｎ＝1.5 、ｍ＝13
5 の場合、λ₁₃₅ は1.55μｍとなり、ＦＳＲは約１１ｎ
ｍとなる。ここで、ファブリペローエタロンのキャビテ
ィギャップが完全平行でなく、１μｍ／ｃｍのテーパを
持つ場合、キャビティギャップが大きくなると、透過ピ
ーク波長はＦＳＲ／５、即ち 2.2ｎｍづつ大きくなる。
スペクトルのバンド幅はミラーの反射率、基板の面精度
に依存するが、通常、９９％程度の反射率のミラー、λ
／２０の面精度の場合、スペクトル幅は約 0.036ｎｍ
（ 4.5ＧＨｚ）程度となり、フィネス（＝ＦＳＲ／スペ
クトル幅）は約 300程度、透過率は９０％となる。

【００２９】図５において、ｐ偏光の入力光４１は偏光
ビームスプリッタ３０を通過してファラデー回転子３１
に入射する。該光はファラデー回転子３１により、その
偏光面が４５°回転し、複屈折板３２に入射する。複屈
折板３２への入射時点において、入射光の偏光方向は紙
面に垂直な方向であり、常光線として振舞うため、複屈
折板３２内を直進してＢ点からλ／４板３３に入射し、
Ｂ’点に達する。

【００３０】入射した光の波長がＢ’点におけるファブ
リペロー干渉型フィルタ３６の透過波長に一致しない場
合には、ファブリペロー干渉型フィルタ３６は１００％
近い反射率を持つ反射面として働き、光はＢ点へ反射さ
れる。この時、λ／４板を２回通過するので、１／２波
長板（λ／２板）を１回通過したのと等価になり、光の
偏波面は９０°回転する。このため、複屈折板３２に入
射した光は異常光となり、Ｃ点に達する。Ｃ点において
もλ／４板３４及び反射面３５により同様に反射され、
以下、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点、……と反射を繰り返す。

【００３１】しかしながら、入射光の波長がファブリペ
ロー干渉型フィルタ３６の透過波長と一致した場合は、
この限りではない。例えば、Ｄ’点で光の波長とファブ
リペロー干渉型フィルタ３６の波長が一致した場合、該
光はファブリペロー干渉型フィルタ３６を通過し、Ｄ”
点に達し、偏光制御反射素子アレイ３７に入射する。

【００３２】偏光制御反射素子アレイ３７の構造を図８
に示す。偏光制御反射素子アレイ３７は偏光制御反射素
子を複数個、１次元的に配列したものである。各偏光制
御反射素子のピッチは 500μｍであり、光のビームの反
射繰り返しピッチと一致している。偏光制御反射素子ア
レイ３７は外部から加わる制御信号（例えば、電界や磁
界）に従い、その偏光回転特性が変化する。具体例とし
て、液晶を用いた偏光制御反射素子を考える。

【００３３】図８において、371 はホモジニアス配向し
たネマチック液晶（入射した偏波に対して４５°の角度
で配向している）、372 は反射膜電極、373 は透明電
極、374 ，375 はガラス板、376 ，377 はスペーサであ
る。本素子では電極間に電圧を印加すると、その複屈折
性が変化する。透明電極373 又は反射膜電極372 はスト
ライプ状に分離されており、それぞれに印加する電圧を
個別に制御でき、 500μｍピッチでそれぞれの複屈折性
を制御することが可能である。

【００３４】図９に前記偏光制御反射素子の印加電圧と
位相変化量との関係を示す。なお、ここに示した位相変
化量は光の１回のパスに対しての値である。

【００３５】π／４の位相変化量を与える電圧を印加
し、Ｂ”点において光を反射させるとλ／２板を通した
のと等価となる。その結果、λ／４板３３を通過した時
には最初に入射した偏波と同じ（常光）に戻り、光はＡ
点に反射される。一方、π／２の位相変化量を与える電
圧を印加し、Ｂ”点において光を反射させると、Ｂ’点
で偏波は元に戻り、今度はλ／４板３３に入射して、Ｂ
点において異常光となり、斜めに進行してＣ点に達す
る。その他の位相を与える電圧を印加すると、反射して
戻る成分と進行する成分とを任意に調整することが可能
となる。

【００３６】入力光４１のスペクトルが白色光の場合、
出力側で得られるスペクトルを図１０に示す。同図(a)
は入射した白色光、同図(b) は全ての偏光制御反射素子
の位相変化量をπ／４に設定した場合、同図(c) は偏光
制御反射素子の位相変化量をπ／４あるいはπ／２に設
定した場合、同図(d) は偏光制御反射素子に任意の電圧
を印加した場合である。

【００３７】同図(b) ではファブリペロー干渉型フィル
タ３６に入射した光は全て反射されて戻る。その結果、
各点の透過スペクトルの合計のスペクトルが得られる。
同図(c) では選択した部分の波長のみが戻り、同図(d)
では各電圧を調整することにより、透過スペクトルの透
過率を任意に設定できる。

【００３８】図１０ではファブリペロー干渉型フィルタ
のミラーの反射率を高くしてフィネスを高くし、各点の
透過スペクトルピーク同士は互いに重ならないように設
定した場合の透過スペクトルを示したが、ミラーの反射
率を落としてフィネスを下げ、各点の透過ピークが重な
るようにした場合の透過スペクトルを図１１に示す。

【００３９】同図(a)(a)’は偏光制御反射素子の位相変
化量を全てπ／４に調整した場合の透過スペクトルであ
る。同図(a) は個々の点の透過スペクトルを分けて示し
たものであり、同図 (a)’は合計したスペクトルであ
る。また、同図(b)(b)’は偏光制御素子を調整して、Ｅ
ｒドープ光ファイバ増幅器の光増幅特性の波長依存性を
補正するようにした場合の透過スペクトルである。同図
(b) は個々の点の透過スペクトルを分けて示したもので
あり、同図 (b)’は合計したスペクトルである。このよ
うに任意の形の透過スペクトルを持つ光フィルタを実現
できるため、光ファイバ増幅器の波長依存性を補正で
き、光ファイバ増幅器の帯域を数１０ｎｍまで広げるこ
とができる。

【００４０】前記実施例では、キャビティギャップが面
内で変化するファブリペロー干渉型フィルタを用いた
が、面内でキャビティロスやミラーの反射率が異なるフ
ァブリペロー干渉型フィルタを用いても同様の効果があ
る。

【００４１】第１の実施例では、素子内にレンズを含ん
でいない。通常、光ファイバからのコリメート（平行）
光は伝搬距離とともにビームの径が広がる。従って、反
射の回数が増加するとビームサイズが大きくなり、特性
が劣化する。また、出射した光のビーム径が大きいと、
出力側の光ファイバにカップリングさせる際に大きなロ
スを発生させる原因となる。

【００４２】図１２は前述した点を解決した本発明の第
２の実施例を示すものである。図中、３８はマイクロレ
ンズアレイであり、このようにビームの広がりを抑える
ようにレンズを挿入する方法が有効である。一般に、こ
のような機能のレンズをリレーレンズと呼ぶ。ここでは
ビームの広がり方を模式的に示してある。

【００４３】図１３は図１２の等価光学回路を示す。複
屈折板３２、λ／４板３３、ファブリペロー干渉型フィ
ルタ３６及び偏光制御反射素子アレイ３７の合計の厚さ
に相当する焦点距離ｆを持つレンズを用いることによ
り、常にビームウエストがレンズの中間に来るようにな
り、光の伝搬距離が長くなってもビームウエストは広が
らず一定となる。

【００４４】第１及び第２の実施例では、入力光として
特定方向の偏波面を持つ直線偏光しか扱えないという制
限がある。

【００４５】図１４は前述した点を解決した本発明の第
３の実施例、即ちどのような光（任意の方向の直線偏
光、楕円偏光、無偏光）に対しても使用可能な偏光無依
存の可変波長フィルタを示す。図中、５０は第１の実施
例において入出力分離手段、即ち偏光ビームスプリッタ
３０及びファラデー回転子３１を除いた部分（以下、フ
ィルタ本体と称す。）、５１はλ／２板、５２は複屈折
板、５３は入出力分離手段である。

【００４６】本実施例では、偏光無依存とするため、複
屈折板の入射面に対して偏光方向毎に光の成分を２つの
光ビームに分割し、それぞれ独立にフィルタ本体５０に
光ビームを通す。但し、フィルタの特性はその場所によ
って変化するため、２本に分けられた光ビームは近接
（１ｍｍ以下）させている。以下、図面に従って詳細に
説明する。

【００４７】任意の偏光状態を持つ入力光４１は、入出
力分離手段５３を通過して複屈折板５２に入射する。複
屈折板５２により、入力光４１は常光及び異常光に分離
される。異常光はλ／２板５１により常光に変換され、
フィルタ本体５０に入力される。複屈折板５２に入力さ
れた２つの常光は平行に近接しながら、第１及び第２の
実施例で説明したように反射を繰り返し、所定のフィル
タ動作を行った後、出射側に出力される。出射側では入
射側と同様にλ／２板５１、複屈折板５２及び入出力分
離手段５３を通り、Ｙ点に出力される。

【００４８】入出力分離手段５３としては偏光依存性の
ないものが必要であり、例えばハーフミラーが使用でき
るが、３ｄＢの原理的な損失を生じる。このような損失
を除くためには、公知のサーキュレータを用いれば良
い。

【００４９】図１５はサーキュレータの一例を示すもの
で、任意の偏光面を持つ入力光４１を、偏光ビームスプ
リッタ６１により直交する２つの偏光成分に分離し、そ
れぞれ独立にファラデー回転子６２及び１／２波長板
（λ／２板）６３を通過させる。各々の偏光成分はファ
ラデー回転子（偏光面を４５°回転する）６２及びλ／
２板６３を通過する際に９０°偏光面が回転し、ｐ偏波
はｓ偏波に、ｓ偏波はｐ偏波に変換される。さらにこれ
らを偏光ビームスプリッタ６４により再び合成し、Ｖ点
から複屈折板５２（図示せず）に入射する。

【００５０】一方、出射光はＶ点から偏光ビームスプリ
ッタ６４に入射し、ｐ偏光とｓ偏光に分離され、λ／２
板６３とファラデー回転子６２を通過する。この時、フ
ァラデー回転子６２では進行方向に対して往路と同方向
に４５°偏光面が回転するのに対して、λ／２板６３で
は進行方向に対して往路と逆方向に４５°偏光面が回転
する。このため、ファラデー回転子６２とλ／２板６３
による偏光回転が打ち消され、結果として、ｐ偏光はｐ
偏光のまま、ｓ偏光はｓ偏光のまま、偏光ビームスプリ
ッタ６１に入射し、Ｙ点から出射する。このようにし
て、入射光と出射光を分離することができる。なお、６
５，６６は直角プリズムである。

【００５１】図１６は損失のない入出力分離手段のさら
に別の例を示すもので、同図(a) は平面図、同図(b) は
正面図、同図(c) は側面図である。

【００５２】任意の偏光面を持つ入力光４１は、複屈折
板７１によりｐ偏光（ここでは常光線）とｓ偏光（異常
光）に分離される。複屈折板７１に対して直角に配置さ
れた複屈折板７２中で、ｐ偏光は斜めに、ｓ偏光は直進
する。ｐ偏光は分割１／２波長板（分割λ／２板）７３
中のλ／２板の部分により偏光面が９０°回転し、ｓ偏
光に変換される。また、複屈折板７２中のｓ偏光は分割
λ／２板７３の透明媒質部分をｓ偏光のまま通過する。
これらは偏光ビームスプリッタ７４，７５により、ファ
ラデー回転子７６に送られる。ファラデー回転子７６を
通過する際、これらの光の偏波面は４５°回転し、これ
らはＶ点とＷ点から複屈折板５２（図示せず）に入射す
る。

【００５３】一方、出射光はＶ点とＷ点からファラデー
回転子７６に入射する。その際、それぞれ偏光面が４５
°回転し、共にｐ偏光になり、偏光ビームスプリッタ７
５を通過する。さらに複屈折板７２，７１により、これ
らは合成され（往路と逆の手順で）、Ｙ点から出射され
る。このようにして、入射光と出射光を分離することが
できる。

【００５４】図１５又は図１６に示した入出力分離手段
を、図１４における入出力分離手段５３として用いるこ
とにより、無損失且つ偏光無依存化が可能となる。図１
７は本発明の第４の実施例を示すもので、図中、８１は
コリメートレンズ付き入力光ファイバ、８２はコリメー
トレンズ付き出力光ファイバ、８３，８４は複屈折板、
８５，８６，８７，８８は１／４波長板（λ／４板）、
８９，９０はフィルタ、９１，９２，９３はガラス板、
９４，９５は反射膜、９６は液晶、９７，９８は透明電
極、９９は入力光、１００は出力光である。

【００５５】フィルタ８９，９０は多層膜によって形成
した干渉膜フィルタであり、蒸着膜の形成時に基板を傾
けて形成することにより、透過波長に面内分布を持たせ
たものである。ここでは約１ｎｍ／ｍｍで波長が変化す
るフィルタを用いた。液晶９６はホモジニアス配向され
たネマチック液晶であり、一方の透明電極９７はストラ
イプ状にパターニングされており、全面がパターニング
された他方の透明電極９８上には反射膜９５が形成され
ている。ここでは通常のネマチック液晶を用いたが、高
速な切り替えを行うためには強誘電性液晶を用いること
が有効となる。即ちネマチック液晶ではｍsec 程度の速
度であったものが、強誘電性液晶を用いるとμsec 程度
の高速が実現できる。

【００５６】本実施例が第１乃至第３の実施例と大きく
異なる点は、１／４波長板で挟んだ複屈折板とフィルタ
とからなる回路を２段重ね合わせた点である。また、第
１乃至第３の実施例では入力光と出力光とが同一な光路
上にあり、これらを分離する必要があったが、本実施例
では光は下側から入力されて上側に出力されるため、入
力光と出力光とを分離する必要はない。

【００５７】次に、本実施例の動作について説明する。
光ファイバ８１から入力された入力光９９はＡ点を通っ
てＢ点に達する。ここで、Ｂ点でのフィルタ８９の透過
波長をλ_B とすると、λ_B の波長の光のみが該フィルタ
８９を通過してＣ’点に達する。Ｃ’点に達した光はフ
ィルタ８９の前後で１／４波長板を２回（１／４波長板
８６，８７）を通過しているので偏波面が９０°回転さ
れ、Ｂ’点の方向へ曲げられる。Ｂ’点から光は１／４
波長板８８、フィルタ９０、ガラス板９２、透明電極９
７を通して液晶９６に入射し、反射膜９５によって反射
される（なお、フィルタ９０はそのＢ’，Ｄ’，Ｆ’，
Ｈ’……点での透過波長が、フィルタ８９のＢ，Ｄ，
Ｆ，Ｈ……点での透過波長とそれぞれ一致する如く設定
されているものとする。）。

【００５８】ここで、この部分のストライプ状の透明電
極９７に適当な電圧を印加して液晶９６の複屈折性を制
御すると、Ｂ’点からの光の偏波面を制御することがで
き、これによって反射される光の進行方向及び２つの方
向における光の強度比を変化することができる。

【００５９】即ち、液晶９６がＢ’点からの光の偏波状
態に何ら影響を及ぼさない場合、反射された光はＢ’点
からＡ’点に向い、Ａ’点で反射されて出力光１００と
なり、光ファイバ８２にカップリングする。なお、Ａ’
点で出力側に反射されるのはＡ’点のフィルタ８９の透
過波長λ_A ’とλ_B とが異なるためである（即ち、フィ
ルタ８９，９０は透過する波長に対しては透明である
が、それ以外の波長に対してはミラーとして働く。）。
また、液晶９６がＢ’点からの光の偏波面を９０°回転
するように作用する場合、光はＢ’点からＣ’点へ戻
り、フィルタ８９を再度通過して入力側へ戻る。

【００６０】一方、最初の点Ｂにおいて、λ_B 以外の波
長の光はフィルタ８９で反射され、Ｂ点に戻るが、１／
４波長板８６を２回通過することになるため、その方向
が曲げられてＣ点に達し、さらに１／４波長板８５を通
過して反射膜９４のＣ’点で反射されて再びＣ点に達す
るが、この場合も１／４波長板８５を２回通過すること
になるため、直進してＤ点に達する。このＤ点ではλ_D
の波長の光のみがフィルタ８９を通過し、以下、波長λ
_B の光の場合と同様に伝搬する。

【００６１】このように本実施例によれば、フィルタ８
９．９０を通過した光の進行方向及びその強度比を、ス
トライプ状の透明電極９７に加える電圧によって制御す
ることができ、これによって出力光ファイバ８２にカッ
プリングする光の波長及びその強度分布を調整すること
ができ、任意の波長・周波数の光信号を同時に取り出す
こと、つまり複数の波長を同時に選択したり、全く選択
しなかったり、また、選択した波長の光の強度を制御す
ることが可能となる。また、理想的な透過スペクトルを
持つフィルタを実現することが可能となる。

【００６２】本実施例では透過波長特性が場所によって
異なる干渉膜フィルタを用いたが、ファブリペロー干渉
計の中に液晶を充填した液晶可変波長フィルタを用いて
も同様の効果を持たせることができる。

【００６３】図１８は前述した液晶可変波長フィルタの
一例、ここではIEEE Photon Technol. Lett., vol.3, 1
991, K.Hirabayashi, H.Tsuda and T.Kurokawa, Narrow
-Band Tunable Wavelength-Selective Filters of Fabr
y-Perot Interferometers with a Liquid Crystal Intr
acavitu, P213 に記載された液晶可変波長フィルタを示
すもので、図中、１０１，１０２はガラス基板、１０
３，１０４は透明電極、１０５，１０６は誘電体ミラ
ー、１０７，１０８は液晶用配向膜、１０９は液晶であ
る。

【００６４】前記透明電極１０３は全面にパターニング
されているが、透明電極１０４はストライプ状にパター
ニングされており、それぞれの電極に印加する電圧を調
整することにより、平行配向された液晶１０９の屈折率
を変化させ、透過スペクトルの波長に面分布を持たせる
ようになしている。従って、この液晶可変波長フィルタ
を本発明の可変波長フィルタに適用すると、任意の数、
任意の強度、任意の波長の透過スペクトルを選択可能な
フィルタを実現できる。

【００６５】また、短冊状に切り出した異なる波長を有
するフィルタをアレイ状に並べても透過波長に面分布を
持つフィルタを実現することができる。このようなフィ
ルタでは予めフィルタの透過絶対波長を指定できるの
で、例えば１ｍｍ間隔で波長が階段状に変化するフィル
タも容易に実現できる。

【００６６】さらにまた、本実施例では、通常のネマチ
ック液晶を用いて光の進路を変更したが、強誘電性液晶
を用いることにより、切り替え時間がμsec まで高速化
できる。従って、高速に波長を切り替えることができ、
さらにその波長は絶対安定であるフィルタが実現でき
る。

【００６７】図１９は本発明の第５の実施例を示すもの
で、図中、１１１はコリメートレンズ付き入力光ファイ
バ、１１２はコリメートレンズ付き出力光ファイバ、１
１３，１１４は複屈折板、１１５，１１６，１１７，１
１８は１／４波長板（λ／４板）、１１９，１２０はフ
ィルタ、１２１，１２２はガラス板、１２３，１２４は
反射膜、１２５は液晶、１２６，１２７は透明電極、１
２８は入力光、１２９は出力光である。

【００６８】フィルタ１１９，１２０は第４の実施例の
ものと同様の約１ｎｍ／ｍｍで波長が変化する面内分布
を持つ多層膜干渉フィルタである。本実施例が第４の実
施例と大きく異なる点は、１／４波長板で挟まれた複屈
折板とフィルタとからなる回路を２段重ね合わせる接合
部に偏光制御部を設けた点である。また、第４の実施例
では選択される波長により入力から出力までの光路長が
異なるが、本実施例では入力から出力までの光路長は光
のパスに依存しないので、選択チャネルによってロスが
変化することはない。

【００６９】以下、本実施例の動作について説明する。
光ファイバ１１１から入力された光１２８はＡ点を通
り、Ｂ点に達する。ここで、Ｂ点でのフィルタ１１９の
透過波長をλ_B とすると、λ_B の波長の光のみが該フィ
ルタ１１９を通過し、Ｂ´点に達する（なお、フィルタ
１２０はそのＢ´，Ｄ´，Ｆ´，Ｈ´，……点での透過
波長が、フィルタ１１９のＢ，Ｄ，Ｆ，Ｈ，……点での
透過波長とそれぞれ一致する如く設定されているものと
する。）。

【００７０】Ｂ´点に達した光はフィルタ１１９とフィ
ルタ１２０との間のガラス板１２１、透明電極１２６、
液晶１２５、透明電極１２７及びガラス板１２２からな
る偏光制御部を通過しているので、この部分のストライ
プ状の透明電極１２６に適当な電圧を印加し、液晶１２
５の複屈折性を制御すると、Ｂ点からの光の偏波面を制
御することができ、これにより通過光の進行方向及び２
つの方向における光の強度比を変化することができる。

【００７１】即ち、液晶１２５がＢ点からの光の偏波状
態に何ら影響を及ぼさない場合、透過した波長λ_B の光
はＢ−Ｂ´点間で１／４波長板１１６，１１７を通過す
るため、偏波面が９０度回転され、光軸が曲げられ、Ｃ
´点に達し、Ｃ´点での反射の際に１／４波長板１１８
を２回通過するため、偏波面が９０度回転され、直進し
てＤ´点へ達する。

【００７２】Ｄ´点では透過波長が異なるため、フィル
タ１２０はミラーとして働き、波長λ_B の光は反射され
ることになる。この場合の反射光も１／４波長板１１７
を２回通過するため、偏波面が９０度回転され、Ｅ´点
へ向かい、以後、波長λ_B の光はフィルタ１２０と反射
膜１２４との間で偏波面の回転と反射を繰返し、Ｚ´点
から出力され、光ファイバ１１２にカップリングする。
また、液晶１２５がＢ点からの光の偏波面を９０度回転
するように作用する場合、光はＢ´点からＡ´点に達
し、出力側とは逆方向へ反射を繰返し、複屈折板１１４
外へ出ることになり、光ファイバ１１２にはカップリン
グされない。

【００７３】一方、最初のＢ点において、λ_B 以外の波
長の光はフィルタ１１９で反射され、Ｂ点に戻るが、そ
の時、１／４波長板１１６を２回通過するため、偏波面
が９０度回転され、光軸が曲げられ、Ｃ点に達し、ここ
で偏波面の回転と反射を受けてＤ点に向かう。このＤ点
では波長λ_D の光のみがフィルタ１１９を通過し、以
下、波長λ_B の光の場合と同様に伝搬する。

【００７４】図２０は本実施例によって得られた光の透
過スペクトルを示すものである。図中、左側は１本ある
いは多数本のスペクトルを選択した例を示し、右側は多
数本のスペクトルの透過率を制御した例を示している。
干渉膜フィルタを２回通過するので消光比は良く、１８
ｄＢ以上の消光比を実現できる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
よれば、光信号から任意の波長の光信号を選択的に取り
出す可変波長フィルタにおいて、光信号の伝達媒体とな
る複屈折板と、該複屈折板を挟み且つ光信号の偏波面を
所定の角度回転させる偏光回転手段と、光信号から任意
の波長の光信号を選択するフィルタと、任意の部分の偏
光回転角度を制御可能な偏光制御素子と、これら全体を
挟むように配置された反射面とを備えたため、入力光を
フィルタを順次伝搬させて出力光の透過スペクトルを制
御でき、複数の波長の光を同時に選択したり、また、こ
れらの複数の透過スペクトルの透過率を任意に設定した
り、さらにまた、任意の透過スペクトルを有する可変波
長フィルタを実現できる。

【００７６】また、本発明の請求項２によれば、複数の
レンズを備えたため、ビームサイズの増加を防止するこ
とができ、特性の劣化やカップリングロスを減少させる
ことができる。

【００７７】また、本発明の請求項３によれば、入出射
端で光信号を直交する２つの偏波成分に分離又は合成す
る入出力分離手段と、これらの直交する偏波成分を平行
及びその逆とする偏波制御手段とを備えたため、光信号
を直交する２つの平行な偏波成分に分離してフィルタ中
を伝搬させ、出射時に合成することができ、どのような
偏光状態の光に対しても使用可能な可変波長フィルタを
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】波長光交換の概念を示す図

【図２】複屈折板に対する常光及び異常光の進行のよう
すを示す図

【図３】複屈折板と偏光回転反射手段とを一体化した回
路を示す図

【図４】複屈折板と偏光回転反射手段とファブリペロー
干渉型フィルタとを一体化した回路を示す図

【図５】本発明の可変波長フィルタの第１の実施例を示
す構成図

【図６】図５中の入出力分離手段の拡大側面図

【図７】ファブリペロー干渉型フィルタの構造及び透過
スペクトルを示す図

【図８】偏光制御反射素子アレイの具体的な構造を示す
図

【図９】図８の偏光制御反射素子アレイの印加電圧と位
相変化量との関係を示す図

【図１０】第１の実施例における入力光及び出力光のス
ペクトルの一例を示す図

【図１１】第１の実施例における入力光及び出力光のス
ペクトルの他の例を示す図

【図１２】本発明の可変波長フィルタの第２の実施例を
示す構成図

【図１３】図１２の等価光学回路を示す図

【図１４】本発明の可変波長フィルタの第３の実施例を
示す構成図

【図１５】第３の実施例における入出力分離手段の一例
を示す図

【図１６】第３の実施例における入出力分離手段の他の
例を示す図

【図１７】本発明の可変波長フィルタの第４の実施例を
示す構成図

【図１８】第４の実施例におけるフィルタの他の例を示
す図

【図１９】本発明の可変波長フィルタの第５の実施例を
示す構成図

【図２０】第５の実施例における光の透過スペクトルの
一例を示す図

【符号の説明】

３０…偏光ビームスプリッタ、３１…ファラデー回転
子、３２，５２，８３，８４，１１３，１１４…複屈折
板、３３，３４，８５，８６，８７，８８，１１５，１
１６，１１７，１１８…λ／４板、３５…反射面、３６
…ファブリペロー干渉型フィルタ、３７…偏光制御反射
素子アレイ、３８…マイクロレンズアレイ、５１…λ／
２板、５３…入出力分離手段、８９，９０，１１９，１
２０…フィルタ、９４，９５，１２３，１２４…反射
膜、９６，１２５…液晶、９７，９８，１２６，１２７
…透明電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号から任意の波長の光信号を選択的
   に取り出す可変波長フィルタにおいて、 光信号の伝達媒体となる複屈折板と、 該複屈折板を挟み且つ光信号の偏波面を所定の角度回転
   させる偏光回転手段と、 光信号から任意の波長の光信号を選択するフィルタと、 任意の部分の偏光回転角度を制御可能な偏光制御素子
   と、 これら全体を挟むように配置された反射面とを備えたこ
   とを特徴とする可変波長フィルタ。
2. 【請求項２】 複数のレンズを備えたことを特徴とする
   請求項１記載の可変波長フィルタ。
3. 【請求項３】 入出射端で光信号を直交する２つの偏波
   成分に分離又は合成する入出力分離手段と、これらの直
   交する偏波成分を平行及びその逆とする偏波制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の可変波
   長フィルタ。
4. 【請求項４】 透過スペクトル波長もしくは透過率ある
   いはバンド幅が面内で不均一な分布を持つフィルタを用
   いたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の可
   変波長フィルタ。