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技術 マルチパス光フィルタシステムおよびそのレンズ付光フィルタの配置構造

出願人 ジェイディーエスファイテルインコーポレイテッド
発明者 マールゴットキャンベルミラーブライアンエスカワサキイハオチェンネボシャガリクギャリイポメラント
出願日 1999年4月23日 (21年8ヶ月経過) 出願番号 1999-116755
公開日 1999年11月26日 (21年1ヶ月経過) 公開番号 1999-326686
状態 拒絶査定
技術分野 混合、分岐導波路
主要キーワード 中間点位置 広域フィルタ 光軸オフセット フィルタレンズ 光ファイバ管 交叉位置 ビーム歪 複合ビーム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年11月26日)のものです。
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図面 (13)

課題

光ビーム結合損失が小さく濾過特性に優れたマルチパス光フィルタステムを提供する。

解決手段

2個のGRINレンズ10a、10bの背面間にフィルタ要素8を配して成る2個のレンズ付のフィルタ70a、70bを縦続配置する。フィルタ70aの光軸に対する入力ポート12への入射光ビームオフセットの2倍だけ、フィルタ70bの光軸をフィルタ70aの光軸に対して平行にオフセットする。入力ポート12からフィルタ70aを通して出力ポート16にでるビームは出力ポート16から入力ポート12へ戻る逆行経路と同じフィルタ70bの経路を通してフィルタ70bの出力ポートから出射させる。各フィルタ70a、70bを通るビームはフィルタの光軸73a、73bとの交叉位置でフィルタ要素8を通過させる。

概要

背景

光波長分割多重化WDMフィルタのより共通な構造の一つは、一般的に、二個の実質的に四分の一ピッチグレーデッドインデックス(GRINレンズ間の透明な基板上に蒸着された多層薄膜構造を有するWDMフィルタ要素である。ある例では、薄膜層はレンズの端面の一つにコートされている。この種のレンズは、商標名“セルホック(SELFOC)”の下に生産されている。このマークは日本で登録され、日本板硝子株式会社が所有している。

例えば、端面に略0.25ピッチとして示されたレンズに沿った位置に、入射ビーム視準される。この現象は、二個の整合した四分の一ピッチGRINレンズが背面対背面の関係で配置されている。図5に示されている各GRINレンズは、光ビームを受け、あるいは透過するためにレンズの端面に沿った点、あるいは領域でポートが設けられている。

これらのWDMフィルタはその目的とする機能を発揮するけれども、時折よりシャープな、急峻な矩形波応答が要求される。この望ましい応答は、多重の類似縦続フィルタを通してビームを通過させることにより、あるいは、あまり好ましくはないが、二個のWDMフィルタ要素を一緒に挟むことにより達成される。しかしながら、後者の解決法方は製造するのが困難であり、かつ信頼性のある設計とならない可能性がある。

概要

光ビームの結合損失が小さく濾過特性に優れたマルチパス光フィルタステムを提供する。

2個のGRINレンズ10a、10bの背面間にフィルタ要素8を配して成る2個のレンズ付のフィルタ70a、70bを縦続配置する。フィルタ70aの光軸に対する入力ポート12への入射光ビームオフセットの2倍だけ、フィルタ70bの光軸をフィルタ70aの光軸に対して平行にオフセットする。入力ポート12からフィルタ70aを通して出力ポート16にでるビームは出力ポート16から入力ポート12へ戻る逆行経路と同じフィルタ70bの経路を通してフィルタ70bの出力ポートから出射させる。各フィルタ70a、70bを通るビームはフィルタの光軸73a、73bとの交叉位置でフィルタ要素8を通過させる。

目的

従って、光がフィルタ表面に対して直交しない角度でフィルタを通過する時、光の少なくとも一つの波長チャンネルフィルタ波長の少ない信号損失および最小の歪で、縦続光フィルタを通過させる装置を提供することが、本発明の目的である。

光ビームをフィルタ表面に対して直交しない角度で光フィルタを通過させることに起因するビームの歪を実質的に修正する新規コンパクト光装置を提供することが本発明の次の目的である。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

光学的に配列された第一および第二の実質的に同様のフィルタが配され、これらのフィルタは第一フィルタに入射した光ビームがそこを通して伝搬し、次いで無誘導で第二フィルタに入る配列構成と成し、前記第一および第二フィルタはそれぞれ、光ブーム視準する二個のグレーデッドインデックス棒状レンズ、およびその間に配されたフィルタ要素を有し、光ビームを視準する二個のグレーデッド・インデックス棒状レンズの少なくとも一個は光を受け又は透過するためにその一端面にポートを持ち、第一フィルタの少なくとも一つのレンズ光軸は第二フィルタの少なくとも一つのレンズの光軸からオフセットしていることを特徴とするマルチパス光フィルタステム

請求項2

第一と第二のフィルタのレンズの光軸のオフセットは、第一フィルタに入射した光ビームがそこを通して伝播し、無誘導の自由空間領域を通して伝搬した後第二フィルタに入射可能とするオフセットであることを特徴とする請求項1記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項3

第一および第二フィルタは実質的に平行なオフセット光軸を持ち、その平行な光軸のオフセットはグレーデッド・インデックス棒状レンズの直径よりも実質的に小さいことを特徴とする請求項2記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項4

第一と第二のフィルタの光軸は、フィルタの光学的厚みに依存した角度的偏向をもって第一フィルタを出る光ビームの、前記角度的偏向の修正が第二のフィルタ側で行われるに足る十分のオフセットを有しており、第一および第二フィルタは直列配置されていることを特徴とする請求項1記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項5

それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第一光フィルタ要素を持つ第一光フィルタを備え、前記一対のレンズの一つは入力ポート入力ファイバを持ち、前記一対のレンズの他方は入力ポートに入射して前記第一光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力位置を持ち、前記第一光フィルタは、出力位置で光ファイバを通して測定される、第一光フィルタ要素の光学的厚さと入力ポートの位置にそれぞれ依存して生じる第一光フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応した測定可能信号損失I1を持っており、さらに、それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第二光フィルタ要素を持つ第二光フィルタを備え、前記一対のレンズの一方は入力位置を持ち、前記一対のレンズの他方は入力位置に入射して前記第二光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力ポートを持ち、前記第二光フィルタは、出力位置で光ファイバを通して測定される、第二光フィルタ要素の光学的厚さと入力位置にそれぞれ依存して生じる第二光フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応した出力ポートにおいて測定可能な信号損失I2を持ち、第一光フィルタの入力ポートは第二光フィルタの出力ポートと光学的に結合し、第一光フィルタは第二光フィルタと直列配置されて、光学的に直接結合されるか又は光学的に自由空間領域を通して結合され、第一光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸は、入力ポートから出力ポートへ伝搬するビームに対して実質的にI1+I2よりも少ない信号損失をもたらすように第二光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸に対し平行、かつ、オフセットされていることを特徴とするマルチパス光フィルタシステム。

請求項6

レンズは実質的に四分の一ピッチグレーデッド・インデックスレンズであり、第一光フィルタのレンズの光軸は、入力ポートから出力ポートに伝搬するビームの信号損失がI1又はI2のいずれかよりも実質的に小さい信号損失をもたらすように第二光フィルタのレンズの光軸に対し平行、かつ、オフセットされていることを特徴とする請求項5記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項7

第一光フィルタは実質的に第二光フィルタと同じであることを特徴とする請求項5記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項8

第一および第二光フィルタ要素はそれぞれ多層薄膜光フィルタを有して構成されていることを特徴とする請求項7記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項9

一対の実質的に同一の縦続直列配置フィルタを備え、それぞれのフィルタは間にフィルタ要素を挟み持つ一対のGRINレンズを有し、各フィルタは対のGRINレンズを通してフィルタ要素と交叉した縦光軸を持ち、第一と第二の対のフィルタは第一フィルタの光軸からオフセットしている第一フィルタの入力ポートから該第一フィルタを通して伝播する光が第二フィルタの端面の出力ポートに向かって直接透過されるように構成され、第一と第二のフィルタの各光軸は各フィルタの入力ポートから出力ポートへの直線がフィルタ要素の縦光軸との交叉点でフィルタ要素を通して横切るように実質的に平行かつオフセットされていることを特徴とするマルチパス光フィルタシステム。

請求項10

各フィルタ要素はビームがフィルタ要素に入射する角度によって変化する実質的に同一の出力応答を持つことを特徴とする請求項9記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項11

第一フィルタのポートに入射したビームは各フィルタの光軸に対してでない同じ角度で第一フィルタ要素および第二フィルタ要素の両方と交叉することを特徴とする請求項10記載のマルチパス光フィルタシステム。

請求項12

二個の実質的に同一のレンズ付光フィルタが配置され、その二個のレンズ付光フィルタは、その二個のフィルタ間の位置が、一方のフィルタの一方のレンズの入力ポートから他方のフィルタの別のレンズの出力ポートへ通過する線のフィルタ間の中間点位置であるように、実質的に平行でかつオフセットしている縦光軸を持ち、前記オフセットは、光ビームが中間点から入力ポートに通過する時と、同一の特性を持つビームが中間点から出力ポートに向かう時とで同じ光学的経路長および屈折率変化を経るように決められていることを特徴とする二個の実質的に同等なレンズ付光フィルタの配置構造

請求項13

レンズはグレーデッド・インデックスレンズであり、各フィルタは一対の背面対背面視準GRINレンズ間に配された実質的に同一のフィルタ要素を有することを特徴とする請求項12記載の二個の実質的に同等なレンズ付光フィルタの配置構造。

請求項14

それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第一光フィルタ要素を持つ第一光フィルタを備え、前記一対のレンズの一つは入力ポートに入力ファイバを持ち、前記一対のレンズの他方は入力ポートに入射して前記第一光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力位置を持ち、前記第一光フィルタは、出力位置で光ファイバを通して測定される、第一光フィルタ要素の光学的厚さと入力ポートの位置にそれぞれ依存して生じる第一光フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応した測定可能な信号伝搬方向をフィルタの光軸に対して傾斜して持っており、さらに、それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第二光フィルタ要素を持つ第二光フィルタを備え、前記一対のレンズの一方は入力位置を持ち前記一対のレンズの他方は入力位置に入射して前記第二光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力ポートを持ち、前記第二光フィルタは、第二光フィルタ要素の光学的厚さと光ビームの入力位置にそれぞれ依存して生じる第二フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応する伝搬方向を入力位置に持ち、第一光フィルタの入力ポートは第二光フィルタの出力ポートと光学的に結合し、第一光フィルタは第二光フィルタと直列配置されて、光学的に直接結合されるか又は光学的に自由空間領域を通して結合され、第一光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸は、光ビームの伝搬方向と、その伝搬方向を持って第一フィルタを出る光の位置と、第二フィルタに入る光の位置とを実質的に整合させて二個の光フィルタを通した全体的な損失を最小にするように、第二光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸に対し、平行、かつ、オフセットされていることを特徴とするマルチパス光フィルタシステム。

技術分野

0001

本発明は一般的にレンズを通した光の結合に関し、より詳細には複数の縦続光フィルタを配列したマルチパス光フィルタシステムおよびそのシステムに使用されるレンズ付光フィルタの配置構造に関するものである。

背景技術

0002

光波長分割多重化WDMフィルタのより共通な構造の一つは、一般的に、二個の実質的に四分の一ピッチグレーデッドインデックス(GRIN)レンズ間の透明な基板上に蒸着された多層薄膜構造を有するWDMフィルタ要素である。ある例では、薄膜層はレンズの端面の一つにコートされている。この種のレンズは、商標名“セルホック(SELFOC)”の下に生産されている。このマークは日本で登録され、日本板硝子株式会社が所有している。

0003

例えば、端面に略0.25ピッチとして示されたレンズに沿った位置に、入射ビーム視準される。この現象は、二個の整合した四分の一ピッチGRINレンズが背面対背面の関係で配置されている。図5に示されている各GRINレンズは、光ビームを受け、あるいは透過するためにレンズの端面に沿った点、あるいは領域でポートが設けられている。

0004

これらのWDMフィルタはその目的とする機能を発揮するけれども、時折よりシャープな、急峻な矩形波応答が要求される。この望ましい応答は、多重の類似縦続フィルタを通してビームを通過させることにより、あるいは、あまり好ましくはないが、二個のWDMフィルタ要素を一緒に挟むことにより達成される。しかしながら、後者の解決法方は製造するのが困難であり、かつ信頼性のある設計とならない可能性がある。

発明が解決しようとする課題

0005

最近、利用可能な光導波路の数に制限される光システムの帯域を増加する試みにおいて、超狭チャンネル間隔を持つ光システムに対する標準が案出され、採用されてきている。例えば、国際電気通信連合ITU)は、チャンネル100および200GHz間隔用の標準を発展させてきており、これらの標準に適合させる試みにおいて、低信号損失を持つ狭域光フィルタに対して益々高まる要求がある。

0006

光フィルタ製造者に対するこれらの要求は、極超狭通過域応答を持つフィルタを作らなければならないということにより、益々強まりつつあるので、薄膜層あるいは光境界面の数は増加するであろう。その結果、基板の光学的厚さ、およびこれらのフィルタのフィルタ層もまた増加し、そこを通過する光は薄い光境界面を通過する光ビームとは異なる影響を受ける。従って、厚い光学的厚さを持つフィルタを通過する光の結合は、更に困難になってくる。

0007

従って、光がフィルタ表面に対して直交しない角度でフィルタを通過する時、光の少なくとも一つの波長チャンネルフィルタ波長の少ない信号損失および最小の歪で、縦続光フィルタを通過させる装置を提供することが、本発明の目的である。

0008

光ビームをフィルタ表面に対して直交しない角度で光フィルタを通過させることに起因するビームの歪を実質的に修正する新規コンパクト光装置を提供することが本発明の次の目的である。

課題を解決するための手段

0009

本発明によれば、下記構成を有するマルチパス光フィルタシステムが提供されている。すなわち、光学的に配列された第一および第二の実質的に同様のフィルタが配され、これらのフィルタは第一フィルタに入射した光ビームがそこを通して伝搬し、次いで無誘導で第二フィルタに入る配列構成と成し、前記第一および第二フィルタはそれぞれ、光ブームを視準する二個のグレーデッド・インデックス棒状レンズ、およびその間に配されたフィルタ要素を有し、光ビームを視準する二個のグレーデッド・インデックス棒状レンズの少なくとも一個は光を受け又は透過するためにその一端面にポートを持ち、第一フィルタの少なくとも一つのレンズの光軸は第二フィルタの少なくとも一つのレンズの光軸からオフセットしている。

0010

本発明によれば、更に下記構成を有するマルチパス光フィルタシステムが提供されている。すなわち、それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第一光フィルタ要素を持つ第一光フィルタを備え、前記一対のレンズの一つは入力ポート入力ファイバを持ち、前記一対のレンズの他方は入力ポートに入射して前記第一光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力位置を持ち、前記第一光フィルタは、出力位置で光ファイバを通して測定される、第一光フィルタ要素の光学的厚さと入力ポートの位置にそれぞれ依存して生じる第一光フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応した測定可能な信号損失I1を持っており、さらに、それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第二光フィルタ要素を持つ第二光フィルタを備え、前記一対のレンズの一方は入力位置を持ち、前記一対のレンズの他方は前記入力位置に入射して第二光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力ポートを持ち、前記第二光フィルタは、出力位置で光ファイバを通して測定される、第二光フィルタ要素の光学的厚さと入力位置にそれぞれ依存して生じる第二光フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応した出力ポートにおいて測定可能な信号損失I2を持ち、第一光フィルタの入力ポートは第二光フィルタの出力ポートと光学的に結合し、第一光フィルタは第二光フィルタと直列配置されて、光学的に直接結合されるか又は光学的に自由空間領域を通して結合され、第一光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸は、入力ポートから出力ポートへ伝搬するビームに対して実質的にI1+I2よりも少ない信号損失をもたらすように第二光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸に対し平行、かつ、オフセットされている。

0011

本発明によれば、更に下記構成を有するシステムが提供されている。すなわち、一対の実質的に同一の縦続直列配置フィルタを備え、それぞれのフィルタは間にフィルタ要素を挟み持つ一対のGRINレンズを有し、各フィルタは対のGRINレンズを通してフィルタ要素と交叉した縦光軸を持ち、第一と第二の対のフィルタは第一フィルタの光軸からオフセットしている第一フィルタの入力ポートから該第一フィルタを通して伝播する光が第二フィルタの端面の出力ポートに向かって直接透過されるように構成され、第一と第二のフィルタの各光軸は各フィルタの入力ポートから出力ポートへの直線がフィルタ要素の縦光軸との交叉点でフィルタ要素を通して横切るように実質的に平行かつオフセットされている。

0012

有利なことに本発明は次の構成の二個の実質的に同等なレンズ付光フィルタの配置構造を提供する。すなわち、二個の実質的に同一のレンズ付光フィルタが配置され、その二個のレンズ付光フィルタは、その二個のフィルタ間の位置が、一方のフィルタの一方のレンズの入力ポートから他方のフィルタの別のレンズの出力ポートへ通過する線のフィルタ間の中間点位置であるように、実質的に平行でかつオフセットしている縦光軸を持ち、前記オフセットは、光ビームが中間点から入力ポートに通過する時と、同一の特性を持つビームが中間点から出力ポートに向かう時とで同じ光学的経路長および屈折率変化を経るように決められている。

0013

本発明の別の面によれば、更に下記構成を有する多光岐濾過システムが提供されている。すなわち、それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第一光フィルタ要素を持つ第一光フィルタを備え、前記一対のレンズの一つは入力ポートに入力ファイバを持ち、前記一対のレンズの他方は入力ポートに入射して前記第一光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力位置を持ち、前記第一光フィルタは、出力位置で光ファイバを通して測定される、第一光フィルタ要素の光学的厚さと入力ポートの位置にそれぞれ依存して生じる第一光フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応した測定可能な信号伝搬方向をフィルタの光軸に対して傾斜して持っており、さらに、それぞれ光軸を持つ一対のレンズを有してそのレンズ間に第二光フィルタ要素を持つ第二光フィルタを備え、前記一対のレンズの一方は入力位置を持ち前記一対のレンズの他方は入力位置に入射して前記第二光フィルタ要素を通した光ビームを受ける出力ポートを持ち、前記第二光フィルタは、第二光フィルタ要素の光学的厚さと光ビームの入力位置にそれぞれ依存して生じる第二フィルタ要素の透過ビームの横方向のオフセットに対応する伝搬方向を入力位置に持ち、第一光フィルタの入力ポートは第二光フィルタの出力ポートと光学的に結合し、第一光フィルタは第二光フィルタと直列配置されて、光学的に直接結合されるか又は光学的に自由空間領域を通して結合され、第一光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸は、光ビームの伝搬方向と、その伝搬方向を持って第一フィルタを出る光の位置と、第二フィルタに入る光の位置とを実質的に整合させて二個の光フィルタを通した全体的な損失を最小にするように、第二光フィルタのレンズの少なくとも一つの光軸に対し、平行、かつ、オフセットされている。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。なお、下記の記述において、異なる図面に示される同じ要素は同じ参照番号が割り当てられている。説明の都合上、本実施形態例の説明に先立って、まず、関連する先行技術について説明する。先行技術の図5に示される光フィルタは、波長λ1の光を反射し波長λ2の光を通過するように設計され、レンズの視準端面14aおよび14b間に挟まれた二色性フィルタ(二色性フィルタ要素)8を持つ棒状(ロッド状)の一対の四分の一ピッチGRINレンズ10aおよび10bが示されている。入力ポート12および出力ポート13がレンズ10aの焦点端面に設けられている。レンズ10bは、その焦点端面に入力ポート12と光学的に結合する出力ポート16を持つ。本明細書における用語「ポート」の意味は、光がレンズに入射されあるいはレンズから受光されるGRINレンズの端面での位置を意味している。

0015

一般の二色性フィルタ要素は、典型的な一対の四分の一ピッチグレーデッド・インデックス(GRIN)レンズが付いており、それらはその内側端面の一つが複数の薄膜層を有するフィルタでコートされているか、あるいは対のGRINレンズの内向端面間に配された薄膜層でコートされた透明な基板を持つ。

0016

波長λ1およびλ2を含む光の複合ビームが入力ポート12に入射した時、波長λ1の光はフィルタ8からGRINレンズ10aの出力ポート13へ向かって後方に反射される。波長λ2の光はフィルタ8を透過しレンズ10bの出力ポート16に向かう。

0017

図6は、図5のフィルタ8に対する波長対振幅透過応答グラフである。図5のフィルタの応答の傾斜を改善する一つの方法は、出力ポート16での出力光濾過を2回反復することで、それにより図8に示されるようなかなり急峻な出力応答を作り出す。このことは、同じフィルタを通して出力ポート16で再度信号を通過させることにより行われ、このような構成が図7に示してある。

0018

図7において、第一フィルタ30の出力16は、光ファイバをGRINレンズに結合するために光ファイバ管(図示せず)のような従来の結合手段を用いて第二フィルタ32の入力ポート12に接続される。縦続光フィルタの別のもう一つの構成が図9に示されているが、後で説明するようにこの装置は望ましくない効果を持つ(この望ましくない効果は本発明によって修正される)。従って、これらの光フィルタ縦続装置はその意図する機能(λ1、λ2の波長の一方を反射し、他方を透過するという2色性フィルタの機能)を発揮するけれども、従来の縦続フィルタ設計に関連する結合損失は顕著なものとなり得る。

0019

図10の(a)には、内側に向く視準端部および外側に向く焦点端部を持つ棒状の一対の四分の一GRINレンズ10aおよび10bが示されている。点線で示されるレンズ10aおよび10bの光軸に沿ってレンズと同軸で、かつ、それに結合している二個の光導波路(例えば光ファイバ)11aおよび11bが示されている。光が導波路11aおよび11bの一つからそれぞれのレンズに入射したかのように、ビームプロフィールがレンズ10aおよび10b内に示されている。二個のレンズ間の境界面におけるビームプロフィールが周辺の2点である点12aおよび12bによって示されるレンズの周辺に拡張する、ということに注目すべきである。

0020

図10の(b)は同図の(a)と同じ対のGRINレンズを図示するが、二本の光導波路11aおよび11bはレンズ10aおよび10bの共通光軸から同一の光学距離だけ上下にオフセットしているのが示されている。ここで、二個のレンズ間の境界面におけるビームプロフィールは図10の(a)と同じ周辺に拡張するが、ビームの角度は変化している。二個のレンズ間に分離(分離間隔)がないこと、および光導波路はそれぞれのレンズと直接結合することを確実にすることにより、導波路が二個のレンズによって分担する共通光軸に平行である時、光は一つの導波路11aから他の11bに(あるいは逆に)最も効率的に結合される。同様の配置が図10の(c)に示され、ここでは出力/入力導波路11aおよび11bは、レンズの光軸に関して図10の(b)のそれとは反対側に置かれている。

0021

図11に示すものは、図10の(c)に示されたレンズがある固定距離だけ離隔配置されている。導波路11aの光軸は、レンズ10aの光軸OAと平行であるように示されている。しかしながら、出力導波路11bからの光を効率的に結合するためにそれは入力導波路11aとは非平行で、かつ、分離の大きさ(レンズ10aと10bの分離間隔の大きさ)に依存し、レンズ10bの光軸に対して角度θでなければならない。二個のレンズ間の分離(分離間隔)が増加するに従い、出力ビームはレンズ10bの光軸から逸れてゆく。

0022

この現象はまた図9に示される構造においても発生し、光の結合に有害となる。この問題を更に容易に評価するために、図12は対のGRINレンズ10aおよび10b間の光フィルタ要素60が比較的厚い場合の光フィルタを図示している。しかしながら、フィルタの光学的厚み物理的厚みよりも実質的に大きい、ということを理解すべきである。両方の場合、かなり大きな物理的厚みあるいは光学的厚みは、同じ問題(前記光の結合に有害となる問題)に帰着する。

0023

図5に示された光フィルタ構成と同様の構成の図12を参照するが、図12では、狭域フィルタ60は図5に示された広域フィルタ8の厚みよりもかなり厚い光学的厚みを持っている。ここで、波長λ1を持つ出力信号は、点線62で示される経路を通った直線に沿って出ずに、ビームがフィルタ60を出る時に存在する波長依存オフセットによって線62に対して角度θ—、θ、θ+の複数で出るのが見られる。

0024

点線62からのこの複数の拡散は、お互いから僅かにオフセットされ(スミアされ)、レンズを通した点線として示される光軸(縦光軸)OAから中心ずれした状態でレンズ10bに入射するサブビームによる。その外形線が61bおよび61aで示されるレンズ10aを出るビームは、光軸OA付近に集中させられる、ということに注目すべきである。フィルタ60の厚みにより、63aおよび63bおよび波長λ1の表示によって示されるビームの中心軸は、光軸OAに対して偏心している。

0025

このように、線OAからその中心がオフセットしているレンズ10bに入射する波長λ1のビームは、線62に対して角度θ—、θ、θ+で出る。更に、フィルタ60の光学的厚みによって、僅かなオフセットビームへの望ましくない偏移が波長に従って生じ、その結果、図示したフィルタ構成からの光信号の結合に非常に悪影響を及ぼすスミアリング(smearing)となる。本発明はこの望ましくないスミアリングを、あたかも線62に対して角度θ—、θ、θ+で出る同じ歪光線がそこからそれらがそれぞれ透過される経路に沿った逆方向に入射されるように、前方向に効果的に元に戻す手段を提供する。有利なことに、本発明は更に光の2回の濾過の利益を提供し、それによって最適な結合を得ながら全体的に希望する結果を果たす。

0026

本発明の好ましい実施形態例が図1に示され、そこでは、フィルタ70aと70bは同じもので共に一対の棒状の四分の一ピッチのレンズ(GRINレンズ)10a、10bを有し(この図1の例ではレンズ10aと10bは同じレンズが使用されている)、そのレンズの対向背面間に同じフィルタ要素8を配した構成であり、フィルタ70aのポート12に入射した光ビームあるいは光線が光軸(フィルタ70aの縦光軸)73aにおいてフィルタ要素8と交叉し、次いでフィルタ70bと結合し、そして光軸(フィルタ70bの縦光軸)73bにおいてフィルタ要素8と交叉するように、二個の直列配置縦続光フィルタ70aおよび70bが、入射ビームのフィルタ70aの光軸からのオフセットの略2倍に等しい距離だけオフセットした、平行なそれぞれの光軸73aおよび73bを持つ。すなわち、この図1の例では、第一光フィルタ70aの入力ポート12へ入射する入射光ビームフィルタ光軸73aに対してオフセットしている分の2倍だけ第二光フィルタ70bの光軸73bが第一フィルタ70aの光軸73aに対してオフセットされている。この状態で、フィルタ70aの出力ポート16からフィルタ70bの入力ポートに至る光線の中間点は互いに平行なフィルタ光軸73aと73bの間隔の中間点に一致する。

0027

この構成とすることにとり、入力ポート12に入射してフィルタ要素(第一光フィルタ要素)8を通してフィルタ(第一光フィルタ)70aの出力ポート16から出る光は、この出力ポート16からフィルタ70aの入力ポートに逆行して戻る経路と同じ経路を経てフィルタ(第二光フィルタ)70bの入力ポートからフィルタ要素(第二光フィルタ要素)8を通ってフィルタ70bの出力ポートから出る。

0028

つまり、フィルタ70aの出力ポートとフィルタ70bの入力ポートとの間の光ビームの中間点を境として、その中間点から光ビームがフィルタ70aの入力ポートまで戻る経路の光学的経路長および屈折率変化は、前記中間点から光ビームがフィルタ70bの出力ポートに至る進行経路の光学的経路長および屈折率変化と等しくなるように、フィルタ光軸73aと73bの平光軸のオフセットが決められている。

0029

なお、本明細書において上記用語「直列配置」は、光を一つのフィルタレンズから別のフィルタレンズに誘導する光ファイバのような光導波路を使用することなく、一方のフィルタから光を受光するように他方のフィルタが配置されるように置かれている一対のフィルタをいう。フィルタ70aおよび70bは、フィルタ70aを出た光が誘導されずに自由空間領域を通ってフィルタ70bに伝搬(直接伝搬)するように、離隔配置され、直列配置している。勿論、自由空間領域はその中に一方のレンズ端面から他方のレンズ端面への光の結合を改善する屈折率整合材料を持つ。あるいは代わりに、自由空間領域はビームが出る付近のGRINレンズの屈折率と実質的に同じ屈折率を持つ固体材料である。

0030

この実施形態例の縦続オフセットフィルタの配列構造を提供することにより、スミアリングおよび出口角度拡散の望ましくない影響は反転され、装置の入力から出力へ光の卓越した結合を提供するように実質的に元に戻される。つまり、フィルタ70aの入力ポート12からフィルタ要素8を通ってフィルタ70aの出力ポート16から出る光(光ビーム)に生じるスミアリングおよび出口角度拡散の望ましくない影響はその逆行経路と同じフィルタ70bの進行経路を通ることによって、反転されて解消し、フィルタ70bの出力ポートを出る光(光ビーム)はスミアリングや出口角度拡散の望ましくない影響を持たない(ビーム歪を持たない)元の正常状態に戻されて出射する。

0031

驚くべきことに、二個のフィルタ70aおよび70bの角度的不良配列による信号損失は、単一段の光フィルタからの角度的不良配列による信号損失よりも実質的に少ない。このことが、一般的な200GHzフィルタに対して図2図3および図4のグラフに例示してあり、そこではdBsで表示した角度的不良配列による損失がμmで表示した光ファイバ分離に対してプロットしてある。図3において、一個のフィルタに対する角度的不良配列による損失は、300μmのファイバ分離に対して略0.9dBであり、図4において、オフセットしていない図9に示されたような二個の縦続直列配置フィルタに対する角度的不良配列は実質的に同じであり、300μmのファイバ分離に対して略0.9dBである。対照的に、本実施形態例の図1の光学的構成は、図2に示す応答を持ち、ここでは300μmのファイバ分離に対する角度的不良配列による損失は、2×10−8dBである。なお、これら図2図4において、ファイバ分離とは、図1図5に示すように、フィルタの一端側の入力ポート12と出力ポート13にそれぞれ接続されるファイバの間隔である。

0032

要約すると本発明は、フィルタの光軸に対して傾斜して第一フィルタを出る同じビームが第二フィルタのGRINレンズの入力端面における予め定めた同じ位置のポートに入射するように、実質的に同じ第二フィルタを第一フィルタからオフセットさせて配置し、第一フィルタのGRINレンズの予め定めた入力端位置に光ビームを入射してその光ビームを第一フィルタと第二フィルタによって2回濾過することにより、良好な光結合と光の濾過を果たす。更に、効率の良い良好な光結合を提供することに加えて、本発明は、そこを通過する光信号のより狭い狭域フィルタを達成するために、二個の廉価な、より広い縦続広域フィルタの利用を許容している。

0033

なお、第一フィルタ70aの光軸73aと第二フィルタ70bの光軸73bとのオフセット量の調整は、第一フィルタ70aへのビーム入力位置と第一フィルタ要素8の厚みに依存する第一フィルタ透過ビームのオフセットに起因する信号損失の測定値I1と、第二フィルタ70bへのビーム入力位置と第二フィルタ要素8の厚みに依存する第二フィルタ透過ビームのオフセットに起因する信号損失の測定値I2との和I1+I2又はI1とI2の何れか一方よりも第一および第二の両フィルタを伝搬する信号損失が小さくなるように調整してもよいものである。

0034

また、この第一フィルタ70aの光軸73aと第二フィルタ70bの光軸73bとのオフセット量の調整は、光ビームの伝搬方向とその伝搬方向を持って第一フィルタを出る光の位置と、第二フィルタに入る位置とを実質的に整合させて、第一および第二の両フィルタ70a、70bを通した(伝搬した)全体的な信号損失が最小となるように調整してもよいものである。

0035

さらに、付言すれば、第一フィルタ70aの光軸73aと第二フィルタ70bの光軸73bとの平行軸間のオフセットの量はフィルタに使用されている棒状レンズ10a、10bの直径よりも小さいことが好ましい。

0036

多数の他の実施の形態例が本発明の意図とその範囲から逸脱せずに考えられる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の実施形態例に係るマルチパス光フィルタシステムを光軸オフセットを持つ二個のレンズ付フィルタの配置構造で示す側面図である。
図2図1の構成におけるフィルタの入力端面での光ファイバの分離に対する角度的不良配列に因る損失を示すグラフである。
図3一般的な200GHzに対して図12に示された一個の光フィルタにおける光ファイバの分離に対する角度的不良配列に因る損失を示すグラフである。
図4図8に示された構成を持つフィルタの入力端面における光ファイバの分離に対する角度的不良配列に因る損失を示すグラフである。
図5二個の四分の一ピッチGRINレンズを用いたWDMフィルタの先行技術のブロック図である。
図6図5に示したフィルタの出力応答のグラフである。
図7波長λ2の入力信号の二度の濾過を提供する一対の縦続WDMフィルタの先行技術のブロック図である。
図8図7に示したフィルタの出力応答のグラフである。
図9光軸を共通にして2個のフィルタをオフセットせずに縦続配列した先行技術の説明図である。
図10一対の背面対背面四分の一ピッチGRINレンズと入力/出力導波路との各種結合関係を示す先行技術の説明図である。
図11レンズの光軸からオフセットして配置された入力/出力導波路を持つ一対の背面対背面離隔配置GRINレンズの構成の側面図である。
図12二個のGRINレンズ間に実質的に厚い光フィルタ要素が配されたフィルタの側面図である。

--

0038

8フィルタ要素(光フィルタ要素)
10a、10bレンズ(GRINレンズ)
12入力ポート
16出力ポート
70aフィルタ(第一光フィルタ)
70b フィルタ(第二光フィルタ)
73a、73bフィルタ光軸

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