JPS604161Y2 - 光フイルタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は光フアイバ通信における特定の波長の光を選
択するための光フィルタに関する。

光フアイバ通信方式は、従来の電気ケーブルを用いた通
信方式に比較していくつかのすぐれた特長を持っている
ので、様々な分野に適用可能な通信方式として期待され
ている。

中でも光ファイバが光の波長の広い範囲にわたって低損
失であることを利用して、一本の光フアイバ中に波長の
異なる複数の光ビームを伝搬させる光波長多重通信方式
は、伝送容量を増大させたり、新しい回線の増設を容易
にさせたりする等の点で、光フアイバ通信方式の有用性
を増すものとして期待され、実用化へ向けて研究開発が
進められている。

光波長多重通信方式を実現するためには、いくつかの基
本的な光回路や光部品が必要であり、その中に、特定の
波長の光を選択的にとりだすための光フィルタがある。

これは主として受信機の中で用いられ、ある波長のチャ
ンネルへ他の波長のチャンネルの光がもれるのを防ぐた
めに用いられる。

この光フィルタの光学的特性としては、通過させたい波
長の光透過率（あるいは反射率）が高いことと、それ以
外の波長の光を除去する度合が大きいこと等が要求され
る。

従来、このような光フィルタとしては、誘電体の多層膜
からなる干渉フィルタや、これと、通過させたい光の波
長以外で吸収の大きい色ガラスフィルタとを組み合せた
フィルタ等が知られている。

このような従来のフィルタでは、望むところの光風外の
波長の光をよく除去するため、すなわちフィルタ特性を
急峻するためには、誘電体の層の数を多くしなければな
らず、誘電体層の吸収、散乱による損失の増加や、製造
工数の増加にともなう価格の上昇が避けがたい。

また、原理的には層数を増すことによりフィルタ特性を
かなり急峻にできるはずであるが、実際には各層の厚み
や、その屈折率等の設計値からのずれが避けられず、あ
る程度以上急峻な特性のフィルタは得にくいという問題
点がある。

さらに、層数が多い場合には上述のずれ等のために透過
波長の設定値からのずれも大きくなる等、フィルタの製
造に対してはかなりの困難が生ずる。

勿論、比較的製造が容易なそれ程急峻でない特性のフィ
ルタを複数個縦続的に接続して、急峻なフィルタ特性を
得ることもできるが、その場合には部品数の増大による
価格の上昇が避けられない。

この考案の目的は、フィルタ特性が急峻にして、製作が
容易、かつ小形で経済的な光フィルタを提供するにある
。

この考案によれば、中心軸にほぼ垂直な第１および第２
の端面を有し、前記中心軸に垂直な面内で前記中心軸か
ら周辺に向って徐々に減少する屈折率分布を有し、前記
中心軸方向の長さが光ビームの蛇行ピッチＰに対して（
１／４＋１７２ｎ） Ｐ （ｎは零を含む正の整数）に
選定され、互いの前記中心軸をほぼ一直線上に合わせて
縦続的に設置された第１および第２の集束性光伝送体と
、前記第１の集束性光伝送体の前記第２の端面と前記第
２の集束性光伝送体の前記第１の端面の間に挿入された
波長依存性のある反射膜と、前記第１の集束性光伝送体
の前記第１の端面と前記第２の集束性光伝送体の前記第
２の端面の少なくとも一方の近傍に設置され、該端面上
で前記中心軸が該端面と交わる中心点に対してほぼ等距
離を有し、かつその中心点を通る直線上に共に存在しな
いように選定された２点の間を光学的に接続する光導波
手段とによって構成された光フィルタが得られる。

以下に図面を参照してこの考案による光フィルタを詳し
く説明する。

まず、第１図はこの考案の第１の実施例の斜視図をあら
れす。

図において、１および２は、中心軸Ａに垂直な断面内の
屈折率ｎ （ｒ）が、中心軸Ａからの距離をｒ１中心軸
Ａ上での屈折率を馬、正の定数をａとおいたとき、近似
的に であられされる性質を有するそれぞれ第１および第２の
集束性光伝送体であり、それぞれ中心軸Ａにほぼ垂直な
端面１０，１１および１２，１３が形成されている。

その中心軸Ａ方向の長さはどちらも次式で決まる光ビー
ム蛇行ピッチＰの約１７４に設定されている。

この実施例では、第１および第２の集束性光伝送体１お
よび２として、直径１．８肋のガラス丸棒にイオン交換
によりほぼ（１）式であられされる屈折率分布をつけた
ものを用いた。

この場合の中心軸上の屈折率および定数ａはそれぞれｎ
０＝ １．６３． ａ＝０．１２ｍｍ−”となり、光
ビーム蛇行ピッチは約１８１ｍとなった。

従って、第１および第２の集束性光伝送体の長さを４．
５ｍｍとした。

第１の集束性光伝送体１の端面１１と、第２の集束性光
伝送体２の端面１２の間にはＺｎＳとＭｆ２の交互層か
らなる誘電体多層膜の干渉フィルタ膜３を蒸着により形
成した。

図示のように、中心軸Ａ方向をＺ軸に定せ、第１の集束
性光伝送体１の端面１０上にＸ。

ｙ軸を、第２の集束性光伝送体２の端面１３上にｘｉ、
ｙｌ軸をそれぞれ決める。

Ｘ軸とＸ１軸、ｙ軸とｙ１軸はそれぞれ平行である。

第１の集束性光伝送体１の端面１０上の（Ｘｌ ｙ）
＝ （−０，５，ｏ）の位置に端部を近接させて入射光
ファイバ２１を、端面１０上の（Ｘｌ ｙ） ＝ （ｏ
ｔ−０，５）の位置に端部を近接させて出射光ファイバ
２２をそれぞれｚ軸に平行に設置した。

おおで、座標軸上の寸法の単位は閣、以下同様とする。

さらに、第２の集束性光伝送体２の端面１３上の（ｘｌ
、 ｙｌ）＝ （＋０．５． ０）と（ｘ”ｔ ｙ’）
＝ （ｏｔ ＋０．５）の位置を光学的に結ぶ光導波手
段として、結合光ファイバ２３をその両端部が２軸に平
行になるように設置した。

第２図は、上記のように構成された光フィルタをＸ、Ｘ
ｌおよび２軸を含む面で切った断面図、第３図は同じ＜
ｙｔｙ’および２軸を含む面で切った断面図をそれぞれ
あられす。

これらの図を併用して光ビームの動きを説明すると、ま
ず、入射光ファイバ２１を通じて伝搬光すを第１の集束
性光伝送体１へ入射させると、これはうねりながら第１
の蛇行光ビームＣとなって干渉フィルタ膜３へ斜めに入
射し、そこを透過して第２の集束性光伝送体２中をやは
りうねりながら進み、結合光ファイバ２３へ入射して結
合光ビームｄとなる。

結合光ビームｄは、結合光ファイバ２３により第２の集
束性光伝送体２へ、出射した位置から見て９０°回転し
た角度で入射し、第２の蛇行光ビームｅとなつて進み、
干渉フィルタ膜３へ斜めに入射し、そこを通過した後に
第１の集束性光伝送体１中をやはりうねりながら進んで
出射光ファイバ２２へ結合し、伝搬光ｆとなる。

このように、光ビームは干渉フィルタ膜３を２回通過す
るので、出射光ファイバ２２から出射する光ビームのス
ペクトルは、同じような特性のフィルタを２個通過した
場合と等価な成分をもつことが判る。

周知のように、集束性光伝送体では光ビームの径はその
光ビーム蛇行ピッチＰの１７２の周期で周期的に変化す
る。

従って、この実施例では入射光ファイバ２１、出射光フ
ァイバ２２と結合光ファイバ２３との間の第１、第２の
集束性光伝送体１．２の長さの和は光ビーム蛇行ピッチ
の約１７２になるので、ビーム径は第１の集束性光伝送
体１の端面１０と第２の集束性光伝送体２の端面１３と
でほぼ等しくなる。

このために光ビームは入射光ファイバ２１から結合光フ
ァイバ２３および出射光ファイバ２２に効率良く結合さ
れ、最小挿入損失の小さな光フィルタが得られる。

ここに用いられてる干渉フィルタ膜３は、第１の集束性
光伝送体１の端面１１に直接、蒸着法により形成される
が、単体としてはそれほど急峻なフィルタ特性を要求さ
れないために通常の制御性を損なわない程度の層数で良
く、製作は容易であり、かつ安価であった。

なお、上記の実施例においては、入射光ファイバ２１の
端部と結合光ファイバ２３の一方の端部をｙ軸、Ｘ１軸
、２軸を含む面内に設置し、結合光ファイバ２３のもう
一方の端部と出射光ファイバ２２の端部をｙ軸、ｙ１軸
、２軸を含む面内に設置した。

これによって、第１の蛇行光ビームＣと第２の蛇行光ビ
ームｅは、第１および第２の集束性光伝送体１および２
中の直交した面内を進む。

そして、干渉フィルタ膜３の透過波長以外の光は、干渉
フィルタ膜３で反射されて反射光ビームｇとなるが、こ
れは出射光ファイバ２２へ結合することはなく、そのた
めにフィルタ特性が損なわれることはない。

ただし、第１および第２の蛇行光ビームＣおよびｅのそ
れぞれが通過する面がなす角度は、この実施例のように
９０°に限られることはなく、反射光ビームｇが出射光
ファイバ２２へ結合しない範囲であれば、小さく、ある
いは反対に大きくとも良い。

第４図は、この考案の第２の実施例をす斜視図である。

この実施例においては、第１の実施例の結合光ファイバ
２３のかわりに、中心軸Ａ１方向に光ビームの蛇行ピッ
チＰの約１７４の長さをもった第３の集束性光伝送体４
の一方の端面１５に反射膜５を組み合わせたものを用い
たものである。

前記第１の実施例の場合と比較して説明すると、第２の
集束性光伝送体２の端面１３上において、前に結合光フ
ァイバ２３の両端部が設置されていた位置を結ぶ線上の
中心点ｏ１すなわち（Ｘｌ。

３／’）＝ （０，２５，０，２５）の点を中心軸Ａ１
が通るように、第３の集束性光伝送体４がその端面１４
を第２の集束性光伝送体２の端面１３に近接させて固定
されている。

第１の集束性光伝送体１、入射光ファイバ２１および出
射光ファイバ２２等の位置関係は第１の実施例の場合と
ほぼ同様である。

この構造によれば、第１の蛇行光ビームＣは、中心軸Ａ
１に対してずれた位置から第３の集束性光伝送体４へ入
射するので、やはりその中を蛇行して入射結合光ビーム
ｄ□となって進み、さらに反射膜５で反射されて、反射
結合ビームｄ２となって第２の集束性光伝送体２へ入射
し、第２の蛇行光ビームｅとなる。

第３の集束性光伝送体４の長さは光ビーム蛇行ピッチＰ
の１７４にとっであるので、入射結合光ビームｄ１と反
射結合光ビームらとが往復で通過する中心軸Ｎ方向の長
さは光ビーム蛇行ピッチＰの１／２になり、第３の集束
性光伝送体４の端面１４で光ビーム径が入射光と同じに
保たれる。

したがって、前に述べたように第１の集束性光伝送体１
の端面１０と第２の集束性光伝送体２の端面１３との間
でも光ビーム径が保存されているから、光ビームは入射
光ファイバ２１から出射光ファイバ２２に効率良く結合
され、最小挿入損失の小さな光フィルタが得られる。

この考案は上記の実施例の他にいくつかの変形が考えら
れる。

例えば、上記の実施例においては、干渉フィルタ膜３を
光ビームが２回通過するようにしが、さらに急峻なフィ
ルタ特性を得るために、もつと多数回の光ビームがフィ
ルタ膜を通過するようにしても良い。

それには、第１の集束性光伝送体１の端面１０における
出射光ファイバ２２のもう一方の端部を再び端面１０の
ｙ軸およびｙ軸上以外で、中心軸から０．５ｍｍ離れた
位置へ結合し、第２の集束性光伝送体２の端面１３の対
応する位置へ別の光ファイバの端部を結合することによ
り、干渉フィルタ膜３を光ビームが３回通過するように
なることができる。

さらに上記の実施例においては、光ビームを折り返すた
めの光導波手段として、光ファイバや集束性光伝送体等
を用いたが、これらに限られることはなく、誘電体層等
による光導波路や、小形のプリズム等の全反射を利用し
たものも用いることができる。

また、干渉フィルタ膜としては、中心透過型の他に短波
長透過型や長波長透過型等のフィルタ膜を用いることが
できる。

入射光ファイバ２１や出射光ファイバ２２は必ずしも必
要ではなく、直接光源や受光器を近接して設置しても良
い。

集束性光伝送体の長さは光ビーム蛇行ピッチＰの１７４
に限られず、その奇数倍であっても良いし、これらの長
さよりもやや短くしても光フアイバ位置を調整すること
により支障なく用いることができる。

以上の説明によって明らかなように、この考案によれば
、小形の集束性光伝送体を主要な構成要素としているた
めに、フィルタ全体が小形トなり、安価に製作できる。

また、光導波手段を介して集束性光伝送体間に挿入され
たフィルタ膜に角度を変えて何回も繰返し光ビームを通
すことができるから、フィルタ膜自身それ程良い特性を
もっていなくとも、結果的には急峻なフィルタ特性が容
易に得られる点において大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１の実施例を示す斜視図、第２図
は、第１図におけるｘ、 ｘｉおよび２軸を含む面の断
面図、第３図は、同じく第１図におけるｙ、ｙｌおよび
ｚ軸を含む面の断面図、第４図はこの考案の第２の実施
例を示す斜視図である。 図において、１．２．４は集束性光伝送体、３は干渉フ
ィルタ膜、５は反射膜、１０〜１５は端面、２１〜２３
は光ファイバである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 中心軸にほぼ垂直な第１および第２の端面を有し、前記
   中心軸に垂直な面内で前記中心軸から周辺に向って徐々
   に減少する屈折率分布を有し、前記中心軸方向の長さが
   光ビームの蛇行ピッチＰに対して（１／４＋１７２ｎ）
   Ｐ （ｎは零を含む正の整数）に選定され、互いの前
   記中心軸をほぼ一直線上に合わせて縦続的に設置された
   第１および第２の集束性光伝送体と、前記第１の集束性
   光伝送体の前記第２の端面と前記第２の集束性光伝送体
   の前記第１の端面の間に挿入された波長依存性のある反
   射膜と、前記第１の集束性光伝送体の前記第１の端面と
   前記第２の集束性光伝送体の前記第２の端面の少なくと
   も一方の近傍に設置され、該端面上で前記中心軸が該端
   面と交わる中心点に対してほぼ等距離を有し、かつその
   中心点を通る直線上に共に存在しないように選定された
   ２点の間を光学的に接続する光導波手段とによって構成
   された光フィルタ。