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JP3879157B2 - Optical filter and optical module using optical filter - Google Patents

Optical filter and optical module using optical filter Download PDF

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JP3879157B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子、光フィルタ及び光増幅器に係り、特に、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過率の波長特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器に関する。
【0002】
光増幅器は、入力信号光のレベルをモニタする前段モジュールと、該信号光を増幅する光増幅手段と、該光増幅手段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールとから構成される。実用的な光増幅器においては、これらのどの部位も欠くことができないが、光伝送路での信号対雑音比を高く保って、光デジタル通信においては符号誤り率を確保するために、又、光アナログ通信においては雑音自体を少なくするために光増幅手段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールの役割は大きい。
【0003】
後段モジュールにおいて光増幅手段の出力光から該信号光を抽出するために帯域通過型の光フィルタが用いられる。この光フィルタに対しては、波長選択性が良好であることと、良好な波長選択性を得るための構成が簡略なこと及び波長選択性の調整が容易なことが要請される。そして、光フィルタの構成が簡略化され、その調整が容易になれば、光増幅器の構成も簡略化され、その調整も容易になって、そのコストが低減される。
【0004】
従って、このような光フィルタ及び光増幅器を実現することができる光学素子の実用化と、該光学素子を適用することによって構成が簡略化される光フィルタ及び光増幅器の実用化が待たれている。
【0005】
ところで、光増幅器には、稀土類元素のイオン特にエルビウム・イオンを添加した光ファイバを光増幅段に用いる光ファイバ増幅器と、化合物半導体中での光増幅作用を利用した半導体光増幅器とがある。
【0006】
いずれのタイプにおいても、光増幅器は入力信号光のレベルをモニタする前段モジュールと、該信号光を増幅する光増幅段と、該光増幅段の出力光から該信号光を抽出する後段モジュールとから構成される。従って、以降においては、既に実用化が着々と進んでいる光ファイバ増幅器を例にして本発明の技術を説明することにしたい。
【0007】
【従来の技術】
図9は、前方励起型の光ファイバ増幅器の構成を示すものである。
図9において、1は前段モジュールで、入力される信号光の一部を分岐する光カプラ11と、該光カプラ11において分岐される光を変換して入力される信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード12と、光増幅段以降からの反射光や自然放出光を入力側に伝えないためのアイソレータ13とからなる。
【0008】
又、2は光増幅段で、エルビウム・イオンを添加した光増幅ファイバ21と、該光増幅ファイバで信号光を増幅するための励起光を発生するレーザー・ダイオード22と、該信号光と該励起光を結合する光カプラ23とからなる。尚、ここではレーザー・ダイオード22の出力を光増幅ファイバ21に結合する手段としてファイバ融着型のカプラを用いるタイプを想定して図示しているが、該レーザー・ダイオード22の出力を該光増幅ファイバ21に結合する手段として波長多重素子などの素子を用いることもできる。
【0009】
更に、3は後段モジュールで、出力側からの反射光を光増幅段に伝えないためのアイソレータ31と、光増幅段の出力光から励起光と自然放出光を除去して信号光を取り出すための帯域通過型の光フィルタ32と、信号光の一部を分岐する光カプラ38と、該光カプラ38が分岐する信号光を変換して出力される信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード34とからなる。
【0010】
尚、後方励起型の光増幅器においても構成は本質的には変わらず、後段モジュールに光フィルタを備えることが必須である。又、前段モジュールにおいて、アイソレータ13の代わりに、信号光を通過させる一方励起光と自然放出光を阻止する光フィルタを用いることも可能である。
【0011】
図10は、該光フィルタを構成する従来の光学素子の原理的な構成を示すものである。 図10において、50bは光学素子である。該光学素子は、光透過性が良好な物質、最も典型的にはガラスよりなる基板51と、光の波長によって透過率の波長特性が異なるフィルタ膜52と、該基板51と空気との間で光の透過性をよくする透過膜54とによって構成される。
【0012】
ここで、フィルタ膜は、通常、二酸化チタンの薄膜と二酸化シリコンの薄膜を多層に積層して形成され、多層に形成された薄膜の間の反射光と透過光による複合された干渉によって波長によって異なる透過率を呈する。
【0013】
しかし、信号光の透過率に対してそれ以外の波長の光に対する透過率を十分に小さくするには、図10に示した構成の光学素子を複数使用する必要がある。
図8は、従来の光増幅器の後段モジュールの構成例である。
【0014】
図8において、31はアイソレータ、32−2及び32−3は光フィルタを構成する光学素子、32−4及び32─5は該光学素子を接着固定する固定板、32−6及び32─7は該固定板の角度を調整しつつ後述するケースの底面に固定するための捻子、38は出力光の一部を分岐する光カプラ、34は出力される信号光のレベルをモニタする光ダイオード、35は後段モジュールのケース、36−1及び36−2はそれぞれ入力側のコネクタ及び出力側のコネクタ、37−1及び37−2はそれぞれ入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバである。
尚、光フィルタ32は二の光学素子32−2及び32−3と二の固定板32−4及び32−5と二の捻子32−6及び32−7によって構成される。
【0015】
即ち、図8に示した後段モジュールは、光フィルタ32を構成するために図10に示した光学素子を2個使用する例である。
そして、ケース35を水平にした場合に、入力側のコネクタ36−1とアイソレータ31と二の光学素子32−2及び32−3と光カプラ38及び出力側のコネクタ36−2は同一水準に並び、且つ、それらの部品は入力側のコネクタ36−1から出射された光が出力側のコネクタ36−2に入射されるような位置関係を保って固定される。
ケース35の中に描かれている複数の線は、入力側のコネクタ36−1とアイソレータ31と二の光学素子32−2及び32−3と光カプラ38及び出力側のコネクタ36−2を水平線上に並べるためにケース35の底面の高さを変えるように行なわれる切削部の境界を示す。
【0016】
図8の後段モジュールにおける光フィルタ32の透過率の波長特性の調整は、捻子32−6及び32−7を仮固定した状態で信号光の光軸に対する二つの固定板32−4及び32−5の角度を調整する、即ち、信号光の光軸に対する二つの光学素子32−2及び32−3の角度を調整することによって行なう。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、該光学素子32−2及び32−3を構成する基板の寸法は、通常、縦横が2.5mm、厚さが2mm程度であるが、フィルタ膜やカプラ膜の蒸着はこの寸法の基板に直接行なうのではなく、直径2〜8インチ程度のウェハにフィルタ膜とカプラ膜を蒸着した後で切り出して(スクライビングという。)上記の寸法にする。
【0018】
従って、ウェハの大きさは無視できないので、ウェハの中央部と周辺部とでは形成される膜の厚さには必然的なバラツキが生じ、ウェハ上の距離が近い位置からとれた光学素子の間では膜厚のバラツキは小さく、同一の光学素子の上では膜厚のバラツキは無視できる。
【0019】
しかし、このようなウェハをスクライビングして各々の光学素子に分離した後に、ウェハ上の位置関係を保ったままで各々の光学素子を管理することは極めて面倒である。このため、後段モジュールを組み立てる時に選択される光学素子はウェハ上の近傍の位置からとれたものとは限らないということになる。
【0020】
さて、フィルタ膜において波長が異なる光の透過率が異なるのは、多層の二酸化チタンと二酸化シリコンの薄膜の中における透過光と反射光の干渉の複合によるが、光がフィルタ膜を通過する距離にも関係する。
【0021】
従って、フィルタ膜の厚さにバラツキがある場合には、各々の光学素子における透過光の波長にバラツキが生ずる。しかも、各々がどのような透過率の波長特性であるかが判らないまま二つの光学素子が選択されて、1つずつ固定板に固定されることになる。
【0022】
このため、光フィルタとして透過率の調整を行なう際には、二つの光学素子を固定した固定板32−4及び32−5を捻子32─6及び32−7によってケース35に仮固定した後で、双方の固定板32−4及び32−4の光軸に対する角度を別々に調整してみて、所望の透過率の波長特性になる角度を求めるという作業をしなければならない。これでは、所望の透過率の波長特性に収斂させるために各々の光学素子の角度を何回も調整しなければならないということに遭遇することが常である。
【0023】
上記より簡単な調整法として、光学素子を固定した一の固定板だけを後段モジュールに仮固定して、信号光の光軸に対するその角度を調整して透過率の波長特性の最もよい点を探した後で残りの光学素子を固定した固定板も仮固定し、次は後で仮固定した固定板の角度だけを調整して光フィルタ全体としての透過率の波長特性を最適化する方法もある。こうすれば、二つの光学素子に関する角度調整を、いったりきたり何回も行なう必要がなくなるが、これでも2段階の調整が必要である。
【0024】
このように、従来の後段モジュールにおいては、光フィルタの調整に難点がある。
しかも、光学素子を複数使う必要があり、光フィルタ及び光増幅器の構成の簡略化を阻害をする。
【0025】
本発明は、かかる問題点に鑑み、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を解決するものであって、本発明による光モジュールは、入力コネクタからの入力光を反射する反射手段と、対向する平明でありかつ互いに平行でない第1及び第2の面を有し光透過性を有する物質よりなる基板と、該基板の第1の面に形成され入射光に対する透過率の波長特性が該入射光の入射角により異なり、かつ膜厚が一定である第1の膜と、該基板の第2の面に形成され該第1の膜を通じ該第1の面より該基板に入射した光を第2の反射特性により反射するとともに第3の透過特性により透過し出射する第2の膜とを有し、該反射手段の出力光を透過及び反射し、反射光を該入力コネクタと対向する出力コネクタに出力する光フィルタであって、該光フィルタに入力された光は、該第1の膜を通じて該基板に入射され、該第2の膜において該第2の反射特性により反射され該基板及び該第1の膜を通じて出力されるとともに、該第2の膜において該第3の透過特性により透過し出力される光フィルタと、該光フィルタの透過光をモニタする光ダイオードと、該光フィルタの該反射手段の出力光に対する入射角度を調整する調整手段とを備え、該調整手段による入射角度の調整により、該光フィルタの透過帯域の中心波長が調整されることを特徴とする
【0027】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の光学素子の構成を示す原理図である。
図1において、50は光学素子で、透過性が良好な材質、典型的にはガラスからなる基板51と、フィルタ膜52と光カプラ膜53によって構成されている。
そして、基板51は縦横2.5mm、厚さ2mm程度であるから、フィルタ膜52の厚さは基板表面で一定であり、その屈折率も一定にできる。
尚、図1には最も基本的な構成として基板51の厚さが一定な場合を示している。
【0028】
そして、光学素子のフィルタ膜52の側から信号光を入射角θ1 で入射するものとし、光学素子の外側の物質(通常空気である。以降、空気だけを考慮して説明する。)の屈折率をn1 とし、フィルタ膜52の屈折率をn2 とし、基板51の屈折率をn3 とすると、基板51の法線に対するフィルタ膜中の光の角度θ2 は、 n1 Sin θ1 =n2 Sin θ2 (1)
によって求められる角度となる。
【0029】
式(1)によって求められる角度θ2で光が基板51に入射すると、基板51とフィルタ膜52の界面にたてた法線に対する基板51中の光の角度θ3は、
2Sinθ2=n3Sinθ3 (2)
によって求められる角度となる。
【0030】
該基板51中の光は該基板51とカプラ膜53の界面に上記θ3 なる角度で入射し、一部はカプラ膜53を通って空気中に出射され、大部分は基板51とカプラ膜53の界面で反射される。
【0031】
従って、反射光は基板51とフィルタ膜52の界面にたてた法線に対してθ3なる角度で基板51中を伝播してフィルタ膜52に達する。
フィルタ膜52と基板51の屈折率の関係は上記(1)と同じであるから、光は基板51とフィルタ膜52の界面にたてた法線に対して上記θ2の角度でフィルタ膜52中を伝播して空気とフィルタ膜52との界面に達する。
【0032】
フィルタ膜52と空気の屈折率の関係は上記と同じであるから、光はフィルタ52と空気の界面にたてた法線に対して上記θ1の角度で空気中に出射される。
つまり、入射された光はフィルタ膜52を2回通って空気中に出射され、しかも、フィルタ膜52への入射角とフィルタ膜52からの出射角が等しくなる。
【0033】
従って、図1の光学素子を使うことによって、特性が全く同じにできている従来の光学素子を2個使用するのと同じ透過率の波長特性を得ることができる。
即ち、先に述べたように、基板51上のフィルタ膜52の厚さは一定であるから、光が1回目にフィルタ膜52を実際に伝播する距離と、光が1回目にフィルタ膜52を実際に伝播する距離とは等しくなる。従って、光が1回目にフィルタ膜52を通過する際の透過率の波長特性と、光が2回目にフィルタ膜52を通過する際の透過率の波長特性とは等しくなる。
【0034】
つまり、従来のタイプの光フィルタにおいて、二つの光学素子の透過率の波長特性にバラツキがない場合に相当する特性が得られる。
しかも、フィルタ膜を透過する光の波長は、光が該フィルタ膜中を伝搬する距離によって可変にできるので、透過光の波長は光の入射角θ1を調整することによって容易に調整することができる。
【0035】
従って、図1の光学素子を後段モジュールに適用すれば、光学素子の信号光の光軸に対する角度を調整して透過率の波長特性を調整する場合、調整すべき光学素子は1個となり、光学素子への入射角と光学素子からの出射角が必ず等しくなるので、その調整は極めて容易になる。
【0036】
尚、空気の屈折率は約1であり、基板にガラスを使用する場合にその屈折率は約1.5であり、フィルタ膜の等価屈折率は2強であるので、空気から光学素子への入射角θ1 を設定すれば、θ2 及びθ3 の目安をつけることができるので、これらを参照することによって前記光学素子の大きさを設計することが可能になる。
【0037】
図2は、後段モジュールの原理的構成を示すものである。
図2において、31はアイソレータ、32−1は本発明の光学素子、33は光リフレクタ、34は出力光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオードである。尚、後段モジュールを構成する光コネクタや光ファイバは図示を省略している。
【0038】
図2に示した後段モジュールの原理的構成において、後段モジュールに入力される信号光はアイソレータ31を通過した後に光リフレクタ33に入射され、光リフレクタ33によって反射されて光学素子32−1に入射される。
【0039】
尚、光学素子32−1は基板上にフィルタ膜とカプラ膜を形成したものである。
該光リフレクタ33で反射された信号光はフィルタ膜側から光学素子32−1に入射される。該信号光は光学素子32−1の中で屈折と反射をされて、その大部分は光学素子32−1のフィルタ膜側に出射されて出力光となる。
【0040】
従って、光フィルタに入射される光に含まれている励起光成分と光増幅部において発生する自然放出光は減衰を受けて光フィルタから出射され、出力光における信号対雑音比が改善される。
【0041】
一方、該信号光の一部は光学素子32−1のカプラ膜で分岐され、光学素子32−1から出射されて光ダイオード34に入射され、該光ダイオード34によって信号光のレベルをモニタするための電気信号に変換される。
【0042】
従って、従来の後段モジュールにおいては信号光の光軸上に4個の光部品を必要としたのに対して、本発明の後段モジュールにおいては信号光の光軸上に3個の光部品を配置すればよく、後段モジュールの構成を簡略化することができる。
【0043】
尚、後述するように、信号光がフィルタ膜を通過する回数を増やす必要性が高くなるにつれて、上記簡略化の効果は大きくなる。
【0044】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明の光フィルタの特性の実測例である。
図3は、本発明の光学素子を1個使用して構成した光フィルタにおいて、信号光を該光学素子のフィルタ膜を2回通過させる時の総合の透過率の波長特性を、信号光を該光学素子のフィルタ膜を1回通過させる時の単位の透過率の波長特性と共に表示している。透過率をデシベルで表しているので、総合の透過率の波長特性は単位の透過率特性の2倍の透過率になっていることが判る。
【0045】
尚、図3においては通過波長に対する透過率を0デシベルとして表示しているが、これは透過率が最高の波長における透過率を基準にして表示しているためで、実際にはフィルタ膜と基板の損失及びカプラ膜における分岐損失を加算した損失が生ずる。この損失は、通常1デシベル以下程度で実現される。
【0046】
ところで、図1又は図2に示した原理構成においては、本発明の光学素子において信号光がフィルタ膜を2回通過する構成を例示して説明したが、信号光がフィルタ膜を通過する回数は2回には限定されない。
【0047】
即ち、例えば図2の構成において、信号光が光学素子32−1から空気中に出射される点の付近に反射膜を形成しておけば、信号光は反射されて再びフィルタ膜52と基板51を通ってカプラ膜53に達し、再びカプラ膜53にて反射されて基板51とフィルタ膜52とを通ってフィルタ膜と空気との界面に達する。この点では反射膜を形成してないものとすれば、信号光は合計4回フィルタ膜を通過して光学素子から出射される。上記のようにすることによって後段モジュールの構成の簡略さと光フィルタの調整の容易さを変えないで光フィルタの透過率特性を更に急峻にすることができる。
【0048】
尚、信号光がフィルタ膜を通過する回数を増やすための反射膜は、フィルタ膜と空気との界面(フィルタ膜の上)に形成してもフィルタ膜と基板の界面(フィルタ膜の下)に形成してもよいし、フィルタ膜と反射膜を重ねて形成せずに、基板上の領域によってフィルタ膜と反射膜とを選択的に形成してもよい。
【0049】
又、図1及び図2に示した光学素子において、フィルタ膜を形成する面に対向する面にはカプラ膜を形成する例を示したが、フィルタ膜を形成する面に対向する面に形成する膜はカプラ膜には限定されない。ここにカプラ膜を形成する理由は、カプラ膜を通して信号光の一部をモニタ光として取り出す目的のためであるが、モニタ光を取り出す必要がない場合には、フィルタ膜を形成する面に対向する面には全反射膜を形成すればよい。いずれにしても、フィルタ膜を形成する面と対向する面には反射特性を有する膜を形成すればよい。そして、後者の場合には、反射損失する際に損失が生じないので、光フィルタの通過波長に対する絶対損失は小さくなる。
【0050】
図4は、本発明の光フィルタを適用した後段モジュールの構成を示すものである。
図4において、31はアイソレータ、32−1は本発明の光学素子、32−4は該光学素子を固定する固定板、32−6は該固定板を後述するケースに固定する捻子、33は光リフレクタ、34は信号光のレベルをモニタするための電気信号を生成する光ダイオード、35はケース、36−1及び36−2はそれぞれ入力側のコネクタ及び出力側のコネクタ、37−1及び37−2はそれぞれ入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバである。
【0051】
そして、ケース35を水平にした場合に、入力側のコネクタ36−1とアイソレータ31と光学素子32−1と光リフレクタ33及び出力側のコネクタ36−2は同一水準に並び、且つ、それらの部品は入力側のコネクタ36−1から出射された光が出力側のコネクタ36−2に入射されるような位置関係を保って固定される。ケース35の中に描かれている複数の線は、入力側のコネクタ36−1とアイソレータ31と光学素子32−1と光リフレクタ33及び出力側のコネクタ36−2を同一水準で並べるためにケース35の底面の高さを変えるように行なう切削部の境界を示している。
【0052】
従って、図4に示した後段モジュールの構成において、後段モジュールに入力される信号光はアイソレータ31を通過した後に光リフレクタ33に入射され、光リフレクタ33によって反射されて光学素子32−1に入射される。
【0053】
そして、信号光はフィルタ膜側から光学素子32−1に入射され、該信号光は光学素子32−1の中で屈折と反射をされて、その大部分は光学素子32−1のフィルタ膜側に出射されて出力光となる。
【0054】
従って、光フィルタに入射される光に含まれている励起光成分と光増幅部において発生する自然放出光は減衰を受けて光フィルタから出射され、出力光における信号対雑音比が改善される。
【0055】
一方、該信号光の一部は光学素子32−1のカプラ膜を通って光学素子32−1から出射されて光ダイオード34に入射され、該光ダイオード34によって信号光のレベルをモニタするための電気信号に変換される。
【0056】
該光ダイオードに入射される光はフィルタ膜を1回通過している。従って、該光ダイオードに入射される光においても励起光成分と自然放出光は図3の単位の透過率の波長特性に等しい減衰を受けるので、該信号光をモニタするための電気信号においても信号対雑音比が改善されている。
【0057】
図4に示した後段モジュールにおいて、光フィルタの透過率特性を調整するのは、光学素子32−1を固定した固定板32−4を捻子32−6によって仮固定した状態で、該固定板32−4が信号光の光軸となす角度だけを調整すればよい。
【0058】
光学素子32−1上のフィルタ膜の厚さは一定であり、信号光が実際にフィルタ膜中を伝播する距離は通過の度に同じであるので、該固定板32−4が信号光の光軸となす角度がどうなっていても、光フィルタとしての透過率の波長特性はフィルタ膜を1回通過する時の透過率の波長特性を加算(透過率をデシベル単位で表現した場合)した特性になる。従って、光フィルタの特性を所望の特性に調整することは極めて容易である。
【0059】
尚、図4の構成のボーナス的な利点は、光リフレクタ33によって信号光の光路を折り曲げるために、後段モジュールの入力側から出力側までの長さを短くできる点にある。この、光リフレクタによる光路折り曲げの角度を適切に選択することによって、後段モジュールの幅をあまり大きくしないでもすむので、後段モジュールの小型化が可能である。
【0060】
ところで、図4の後段モジュールにおいては、出力光のレベルをモニタするための光ダイオードのみを備えているが、光学素子32−1から出射される出力光の逆延長上に光ダイオードを備えれば、出力側の光ファイバが断線したり、出力側のコネクタが外れた時の反射光をモニタすることも可能になる。
【0061】
図5は、光学素子への光の入射角の変動による通過帯域の中心波長の変動、即ち、光学素子への光の入射角の変動による通過帯域のずれを示すものである。
光の入射角の変動によって通過帯域がずれるのは、入射角の変動によって光がフィルタ膜の中を実際に伝播する距離が変わるためである。実は、この通過帯域の変動が、図10に示した光学素子を複数使った光フィルタにおける透過率の波長特性の調整を困難にしていた。
【0062】
しかし、本発明の光学素子を使用する光フィルタにおいては、光の入射角の変動によって通過帯域がずれる現象を積極的に使って、光フィルタの透過率の波長特性のフィギャーを自由に決めることができるようになる。このための構成を図6に示す。
【0063】
図6は、図1の構成において厚さが変化する基板を用いた光学素子を示すものである。
この場合には、基板(51a)とフィルタ膜(52)の界面にたてた法線に対してカプラ膜(53)への入射光がなす角と、上記法線に対してカプラ膜(53)からの反射光がなす角が異なる角度になるために、フィルタ膜から基板への出射角φ3と基板からフィルタ膜への入射角φ5が異なる角度になる。
【0064】
従って、空気からフィルタ膜への出射角φ2 とフィルタ膜から空気への入射角φ6 が異なる角度になり、空気からフィルタ膜に入射される光がフィルタ膜中を伝搬する距離と、フィルタ膜から空気に出射される光がフィルタ膜中を伝搬する距離が異なるようになる。
【0065】
即ち、図6の構成によって、異なる透過率の波長特性の光フィルタを2段縦属接続した光フィルタを得ることができる。従って、その透過率の波長特性は図1の構成によって得られる特性とは異なるものになる。
【0066】
そして、図6に示した光学素子への入射角を変えることによって図5に示した現象を任意に利用することができるので、光フィルタとしての透過率の波長特性を自由に決めることができる。
【0067】
図7は、図6の構成を適用した光フィルタの透過率の波長特性の例である。
図7において、破線で示した特性は図6における入射側の特性、一点鎖線で示した特性は図6における出射側の特性で、実線で示した特性はその総合特性である。
【0068】
図7の総合特性を見れば明らかなように、通過波長域は図3の特性より狭くなり、減衰波長域での透過率は図3の特性とほぼ同じになる。この特性は、フィルタ膜を形成する面とカプラ膜を形成する面の角度及びフィルタ膜への光の入射角の特定の値に対応して決まるので、フィルタ膜を形成する面とカプラ膜を形成する面の角度及びフィルタ膜への光の入射角を異なる値にすることによって任意のフィルタ特性を得ることが可能になる。
【0069】
しかも、フィルタ膜側に反射膜を形成して光がフィルタ膜を通過する回数を増やす構成や、カプラ膜を反射膜にする構成を適用できることは、図1の構成の場合と同じである。
【0070】
そして、光フィルタや光増幅器の構成を簡略化できること、及び、光フィルタや光増幅器としての調整を容易にすることができることも、図1の構成と全く同じである。
【0071】
尚、基板の厚さを一定にして、フィルタ膜の厚さを基板表面上で変化させて形成しても同じ作用を実現することができる。しかし、こうするためには蒸着チャンバー中又は基板表面に電位分布を形成するなどの技術が必要であり、光学素子の製造に若干の困難性が生ずる。一方、基板の厚さを基板面上で変化させるには厚さが一定な基板を研磨することによって実現できるので、基板の厚さを変化させてフィルタ膜とカプラ膜を形成する方が容易である。
【0072】
さて、上記においては一貫して光ファイバ増幅器を例にして本発明の技術を説明してきた。
しかし、光増幅器としては、半導体光増幅器も開発されつつあり、いずれは実用化されよう。その半導体光増幅器においても、増幅中に生ずる雑音成分を除去して出力光の信号対雑音比を高く確保すべきことは光ファイバ増幅器の場合と変わりがない。従って、本発明の光学素子、該光学素子を適用した光フィルタが半導体光増幅器においても同じ効果を奏することは全く同じである。
【0073】
更に、図9に示した光ファイバ増幅器の構成を主な例にして説明してきたので、光ファイバ増幅器の後段モジュールに本発明の光学素子を適用した光フィルタを設けることを主に想定してきたが、従来の技術の説明の最後に記載したように、図9の前段モジュールにおいてアイソレータ13の代わりに光フィルタを設けてもよいので、本発明の光学素子を適用した光フィルタを設けることができるのは後段モジュールには限定されない。
【0074】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化し、光フィルタと光増幅器の透過率の波長特性の調整を容易にする光学素子と、該光学素子を適用することにより構成が簡略化され、且つ調整が容易になる光フィルタ及び光増幅器が実現できる。特に、光フィルタ及び光増幅器としての調整が容易になることは、光フィルタ及び光増幅器のコスト低減に大きく寄与する。
【0075】
又、本発明によって、光フィルタとしての特性を任意に決めることができるようになる。
しかも、透過率の波長特性が減衰波長域で急峻な光フィルタを実現することも容易に可能になる。この場合には、光フィルタと光増幅器の構成を簡略化できる効果が大きくなる。
【0076】
しかも、本発明の技術は、光ファイバ増幅器に限らず、光半導体増幅器にも同様に適用することができる。
従って、本発明は広い範囲の光増幅器の特性の改善と調整の容易化と構成の簡略化のために貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光学素子の構成を示す原理図。
【図2】 後段モジュールの原理的構成。
【図3】 本発明の光フィルタの特性の実測例。
【図4】 本発明の光フィルタを適用した後段モジュールの構成。
【図5】 光学素子への光の入射角の変動による通過帯域のずれ。
【図6】 図1の構成において厚さが変化する基板を用いた光学素子。
【図7】 図6の構成を適用した光フィルタの透過率の波長特性の例。
【図8】 従来の光増幅器の後段モジュールの構成例。
【図9】 前方励起型の光ファイバ増幅器の構成。
【図10】 光フィルタを構成する従来の光学素子の原理的な構成。
【符号の説明】
1 前段モジュール
2 光増幅段
3 後段モジュール
11 光カプラ
12 光ダイオード
13 アイソレータ
21 光増幅ファイバ
22 励起レーザー・ダイオード
23 光カプラ
31 アイソレータ
32 光フィルタ
32−1 本発明の光学素子
32−2、32−3 従来の光学素子
32−4、32−5 固定板
32−6、32−7 捻子
34 光ダイオード
35 ケース
36−1 入力側のコネクタ
36−2 出力側のコネクタ
37−1 入力側の光ファイバ
37−2 出力側の光ファイバ
38 光カプラ
50 光学素子
50a 光学素子
50b 光学素子
51 基板
52 フィルタ膜
53 カプラ膜
54 透過膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an optical element, an optical filter, and an optical amplifier. In particular, the configuration of the optical filter and the optical amplifier is simplified.Wavelength characteristics of transmittanceThe present invention relates to an optical element that facilitates adjustment of the optical filter, and an optical filter and an optical amplifier that are simplified in configuration and easy to adjust by applying the optical element.
[0002]
The optical amplifier includes a front module that monitors the level of the input signal light, an optical amplifier that amplifies the signal light, and a rear module that extracts the signal light from the output light of the optical amplifier. In practical optical amplifiers, none of these parts are indispensable, but in order to maintain a high signal-to-noise ratio in the optical transmission line and to ensure a code error rate in optical digital communication, it is also necessary to In analog communication, in order to reduce noise itself, the role of the post-stage module that extracts the signal light from the output light of the optical amplifying means is large.
[0003]
A band pass type optical filter is used to extract the signal light from the output light of the optical amplifying means in the subsequent module. This optical filter is required to have good wavelength selectivity, a simple configuration for obtaining good wavelength selectivity, and easy adjustment of wavelength selectivity. If the configuration of the optical filter is simplified and the adjustment is facilitated, the configuration of the optical amplifier is also simplified and the adjustment is facilitated, and the cost is reduced.
[0004]
Therefore, the practical use of an optical element capable of realizing such an optical filter and an optical amplifier, and the practical use of an optical filter and an optical amplifier whose configuration is simplified by applying the optical element are awaited. .
[0005]
By the way, as optical amplifiers, there are optical fiber amplifiers that use optical fibers doped with rare earth ions, particularly erbium ions, in the optical amplification stage, and semiconductor optical amplifiers that use the optical amplification effect in compound semiconductors.
[0006]
In any type, the optical amplifier includes a front module for monitoring the level of the input signal light, an optical amplification stage for amplifying the signal light, and a rear module for extracting the signal light from the output light of the optical amplification stage. Composed. Therefore, hereinafter, the technique of the present invention will be described by taking an optical fiber amplifier that has been steadily put into practical use as an example.
[0007]
[Prior art]
FIG. 9 shows a configuration of a forward pumping type optical fiber amplifier.
In FIG. 9, reference numeral 1 denotes a front-stage module for monitoring an optical coupler 11 for branching a part of input signal light and a level of the input signal light by converting the light branched by the optical coupler 11. And an isolator 13 for preventing the reflected light and spontaneously emitted light from the optical amplification stage and beyond from being transmitted to the input side.
[0008]
An optical amplification stage 2 includes an optical amplification fiber 21 to which erbium ions are added, a laser diode 22 that generates excitation light for amplifying signal light using the optical amplification fiber, and the signal light and the excitation light. And an optical coupler 23 for coupling light. Note that, here, it is assumed that the output of the laser diode 22 is coupled to the optical amplification fiber 21 by using a fiber fusion type coupler, but the output of the laser diode 22 is assumed to be the optical amplification. An element such as a wavelength multiplexing element can also be used as means for coupling to the fiber 21.
[0009]
Further, reference numeral 3 denotes a rear module for isolating the reflected light from the output side to the optical amplification stage, and for removing the excitation light and the spontaneous emission light from the output light of the optical amplification stage to extract the signal light. A band-pass optical filter 32, an optical coupler 38 for branching a part of the signal light, and an electric signal for monitoring the level of the signal light output by converting the signal light branched by the optical coupler 38 And a photodiode 34 to be generated.
[0010]
The configuration of the backward pumping optical amplifier is essentially the same, and it is essential to provide an optical filter in the subsequent module. In the former module, instead of the isolator 13, it is possible to use an optical filter that allows signal light to pass while blocking excitation light and spontaneous emission light.
[0011]
  FIG. 10 shows the principle configuration of a conventional optical element constituting the optical filter. In FIG. 10, reference numeral 50b denotes an optical element. The optical element has a light-transmitting substance, most typically a substrate 51 made of glass, and the wavelength of light.Wavelength characteristics of transmittanceAre formed by a filter film 52 having a different thickness and a transmission film 54 that improves the light transmission between the substrate 51 and the air.
[0012]
Here, the filter film is usually formed by laminating a thin film of titanium dioxide and a thin film of silicon dioxide, and varies depending on the wavelength due to combined interference between reflected light and transmitted light between the thin films formed in the multilayer. Presents transmittance.
[0013]
However, in order to sufficiently reduce the transmittance with respect to the light of other wavelengths than the transmittance of the signal light, it is necessary to use a plurality of optical elements having the configuration shown in FIG.
FIG. 8 shows an example of the configuration of a subsequent module of a conventional optical amplifier.
[0014]
  In FIG. 8, 31 is an isolator, 32-2 and 32-3 are optical elements constituting an optical filter, 32-4 and 32-5 are fixing plates for bonding and fixing the optical elements, and 32-6 and 32-7 are A screw for fixing to the bottom surface of the case, which will be described later, while adjusting the angle of the fixing plate, 38 is an optical coupler for branching a part of the output light, 34 is a photodiode for monitoring the level of the output signal light, Is a case of a rear module, 36-1 and 36-2 are an input side connector and an output side connector, and 37-1 and 37-2 are an input side optical fiber and an output side optical fiber, respectively.
  The optical filter 32 has twoOneOptical elements 32-2 and 32-3OneFixed plates 32-4 and 32-5OneOf the screws 32-6 and 32-7.
[0015]
  In other words, the latter module shown in FIG. 8 is an example in which two optical elements shown in FIG.
  When the case 35 is leveled, the input side connector 36-1 and the isolator 31OneThe optical elements 32-2 and 32-3, the optical coupler 38, and the output-side connector 36-2 are arranged at the same level, and the light emitted from the input-side connector 36-1 is the output side of these components. The position is fixed so as to be incident on the connector 36-2.
  A plurality of lines drawn in the case 35 are connected to the input side connector 36-1 and the isolator 31.OneThe boundary of the cutting part performed so that the height of the bottom face of the case 35 may be changed in order to arrange the optical elements 32-2 and 32-3, the optical coupler 38, and the output side connector 36-2 on the horizontal line is shown.
[0016]
  The optical filter 32 in the latter module of FIG.Wavelength characteristics of transmittanceIs adjusted by adjusting the angles of the two fixing plates 32-4 and 32-5 with respect to the optical axis of the signal light while the screws 32-6 and 32-7 are temporarily fixed. This is done by adjusting the angles of the two optical elements 32-2 and 32-3.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the dimensions of the substrates constituting the optical elements 32-2 and 32-3 are usually about 2.5 mm in length and width and about 2 mm in thickness. Not directly, but after depositing a filter film and a coupler film on a wafer having a diameter of about 2 to 8 inches, it is cut out (referred to as scribing) to the above dimensions.
[0018]
Accordingly, since the size of the wafer cannot be ignored, the thickness of the film formed between the central portion and the peripheral portion of the wafer will inevitably vary, and the optical elements taken from close positions on the wafer will be affected. Then, the film thickness variation is small, and the film thickness variation is negligible on the same optical element.
[0019]
However, after scribing such a wafer and separating it into optical elements, it is extremely troublesome to manage the optical elements while maintaining the positional relationship on the wafer. For this reason, the optical element selected when assembling the latter module is not necessarily taken from a position near the wafer.
[0020]
Now, the transmittance of light with different wavelengths in the filter film is different because of the combined interference of transmitted light and reflected light in the multilayered titanium dioxide and silicon dioxide thin films, but the distance that light passes through the filter film. Also related.
[0021]
  Therefore, when the thickness of the filter film varies, the wavelength of transmitted light in each optical element varies. And what each isWavelength characteristics of transmittanceThus, two optical elements are selected without knowing whether or not they are fixed to the fixing plate one by one.
[0022]
  For this reason, when adjusting the transmittance as an optical filter, the fixing plates 32-4 and 32-5 to which the two optical elements are fixed are temporarily fixed to the case 35 by the screws 32-6 and 32-7. Try adjusting the angles of the fixed plates 32-4 and 32-4 with respect to the optical axis separately to obtain the desired transmittance.WavelengthYou have to work to find the angle that will be characteristic. This is the desired transmittanceWavelengthIt is common to encounter that the angle of each optical element must be adjusted many times in order to converge on the characteristics.
[0023]
  As a simpler adjustment method, only one fixed plate with an optical element fixed is temporarily fixed to the subsequent module, and its angle with respect to the optical axis of the signal light is adjusted to adjust the transmittance.WavelengthAfter searching for the best point of the characteristics, the fixing plate to which the remaining optical elements are fixed is also temporarily fixed. Next, only the angle of the fixing plate to which the optical elements are temporarily fixed is adjusted, and the transmittance of the entire optical filter is adjusted.WavelengthThere are also ways to optimize the properties. In this case, it is not necessary to adjust the angle of the two optical elements, and it is not necessary to perform the adjustment several times, but this still requires a two-stage adjustment.
[0024]
As described above, the conventional post-stage module has a difficulty in adjusting the optical filter.
In addition, it is necessary to use a plurality of optical elements, which hinders simplification of the configuration of the optical filter and the optical amplifier.
[0025]
In view of such problems, the present invention simplifies the configuration of an optical filter and an optical amplifier, makes it easy to adjust the transmission characteristics of the optical filter and the optical amplifier, and simplifies the configuration by applying the optical element. It is an object of the present invention to provide an optical filter and an optical amplifier which can be easily adjusted.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention solves the above problems,An optical module according to the present invention includes a reflecting means for reflecting input light from an input connector, a substrate made of a light-transmitting material having opposing first and second surfaces that are flat and not parallel to each other, and Formed on the second surface of the substrate, the first film formed on the first surface of the substrate, the wavelength characteristic of the transmittance with respect to the incident light is different depending on the incident angle of the incident light, and the film thickness is constant A second film that reflects the light incident on the substrate from the first surface through the first film by the second reflection characteristic and transmits and emits the light by the third transmission characteristic. An optical filter that transmits and reflects the output light of the means and outputs the reflected light to an output connector facing the input connector, and the light input to the optical filter is incident on the substrate through the first film The second reflection characteristic in the second film. An optical filter that is reflected and output through the substrate and the first film, and is transmitted through the second film according to the third transmission characteristic, and an optical diode that monitors the transmitted light of the optical filter And adjusting means for adjusting the incident angle of the optical filter with respect to the output light of the reflecting means, and adjusting the incident angle by the adjusting means adjusts the center wavelength of the transmission band of the optical filter. Be.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 1 is a principle diagram showing the configuration of the optical element of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 50 denotes an optical element, which is composed of a substrate 51 made of a material having good transparency, typically glass, a filter film 52 and an optical coupler film 53.
  Since the substrate 51 is about 2.5 mm in length and width and about 2 mm in thickness, the thickness of the filter film 52 is constant on the surface of the substrate, and its refractive index can also be made constant.
  FIG. 1 shows a case where the thickness of the substrate 51 is constant as the most basic configuration.
[0028]
Then, the signal light is incident from the filter film 52 side of the optical element on the incident angle θ.1The refractive index of the substance outside the optical element (usually air, which will be described in consideration of only air) is n.1And the refractive index of the filter film 52 is n2And the refractive index of the substrate 51 is nThreeThen, the angle θ of the light in the filter film with respect to the normal line of the substrate 512Is n1Sin θ1= N2Sin θ2          (1)
The angle obtained by.
[0029]
  Angle θ found by equation (1)2When light is incident on the substrate 51, the substrate 51And filter membrane 52 interfaceThe angle θ of the light in the substrate 51 with respect to the established normalThreeIs
  n2Sinθ2= NThreeSinθThree      (2)
The angle obtained by.
[0030]
The light in the substrate 51 is incident on the interface between the substrate 51 and the coupler film 53.ThreeIs incident at an angle, part of which is emitted into the air through the coupler film 53, and most of the light is reflected at the interface between the substrate 51 and the coupler film 53.
[0031]
  Accordingly, the reflected light is reflected from the substrate 51.And filter membrane 52 interfaceΘ relative to the normalThreeIt propagates through the substrate 51 at an angle to reach the filter film 52.
  The relationship between the refractive index of the filter film 52 and the substrate 51 is as described above.(1)The light is the same as the substrate 51.And filter membrane 52 interfaceThe above θ with respect to the normal2It propagates through the filter film 52 at an angle of and reaches the interface between the air and the filter film 52.
[0032]
  Since the relationship between the filter film 52 and the refractive index of air is the same as described above, the light isInterface between filter 52 and airThe above θ with respect to the normal1It is emitted into the air at an angle of.
  That is, the incident light passes through the filter film 52 twice and is emitted into the air, and the incident angle to the filter film 52 is equal to the emission angle from the filter film 52.
[0033]
  Therefore, by using the optical element of FIG. 1, the same transmittance as using two conventional optical elements whose characteristics are exactly the same.WavelengthCharacteristics can be obtained.
  That is, as described above, since the thickness of the filter film 52 on the substrate 51 is constant, the distance that the light actually propagates through the filter film 52 at the first time and the light through the filter film 52 at the first time. The actual propagation distance is equal. Therefore, the transmittance when light passes through the filter film 52 for the first time.WavelengthCharacteristics and transmittance when light passes through the filter film 52 for the second timeWavelengthIt becomes equal to the characteristic.
[0034]
  In other words, in the conventional type optical filter, the transmittance of two optical elementsWavelengthA characteristic corresponding to the case where there is no variation in the characteristic can be obtained.
  In addition, since the wavelength of the light transmitted through the filter film can be made variable according to the distance that the light propagates through the filter film, the wavelength of the transmitted light can be easily adjusted by adjusting the incident angle θ1 of the light. .
[0035]
  Therefore, if the optical element of FIG. 1 is applied to a subsequent module, the transmittance is adjusted by adjusting the angle of the optical element with respect to the optical axis of the signal light.WavelengthWhen adjusting the characteristics, the number of optical elements to be adjusted is one, and the incident angle to the optical element is always equal to the emission angle from the optical element, so that the adjustment becomes extremely easy.
[0036]
Note that the refractive index of air is about 1, and when glass is used for the substrate, the refractive index is about 1.5, and the equivalent refractive index of the filter film is a little more than 2. Incident angle θ1If you set2And θThreeTherefore, it is possible to design the size of the optical element by referring to them.
[0037]
FIG. 2 shows the basic configuration of the latter module.
In FIG. 2, 31 is an isolator, 32-1 is an optical element of the present invention, 33 is an optical reflector, and 34 is a photodiode that generates an electrical signal for monitoring the level of output light. In addition, the optical connector and optical fiber which comprise a back | latter stage module are abbreviate | omitting illustration.
[0038]
In the principle configuration of the rear module shown in FIG. 2, the signal light input to the rear module passes through the isolator 31 and then enters the optical reflector 33, is reflected by the optical reflector 33, and enters the optical element 32-1. The
[0039]
The optical element 32-1 has a filter film and a coupler film formed on a substrate.
The signal light reflected by the optical reflector 33 enters the optical element 32-1 from the filter film side. The signal light is refracted and reflected in the optical element 32-1, and most of the signal light is emitted to the filter film side of the optical element 32-1 and becomes output light.
[0040]
Therefore, the excitation light component contained in the light incident on the optical filter and the spontaneous emission light generated in the optical amplification section are attenuated and emitted from the optical filter, and the signal-to-noise ratio in the output light is improved.
[0041]
On the other hand, a part of the signal light is branched by the coupler film of the optical element 32-1, is emitted from the optical element 32-1, enters the optical diode 34, and the optical diode 34 monitors the level of the signal light. Is converted into an electrical signal.
[0042]
Therefore, in the conventional rear module, four optical components are required on the optical axis of the signal light, whereas in the rear module of the present invention, three optical components are arranged on the optical axis of the signal light. It is sufficient to simplify the configuration of the subsequent module.
[0043]
As will be described later, as the necessity of increasing the number of times signal light passes through the filter film increases, the simplification effect increases.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 3 is an actual measurement example of the characteristics of the optical filter of the present invention.
  FIG. 3 shows the total transmittance when the signal light is passed through the filter film of the optical element twice in the optical filter constituted by using one optical element of the present invention.WavelengthThe characteristic is the unit transmittance when the signal light passes through the filter film of the optical element once.WavelengthIt is displayed together with the characteristics. Transmittance is expressed in decibels, so total transmittanceWavelengthIt can be seen that the characteristic is twice the transmittance of the unit.
[0045]
In FIG. 3, the transmittance with respect to the passing wavelength is displayed as 0 dB, but this is because the transmittance is displayed with reference to the transmittance at the wavelength with the highest transmittance. Loss and the branching loss in the coupler film are added. This loss is usually realized at about 1 dB or less.
[0046]
By the way, in the principle configuration shown in FIG. 1 or FIG. 2, the configuration in which the signal light passes through the filter film twice in the optical element of the present invention has been described as an example, but the number of times the signal light passes through the filter film is described. It is not limited to twice.
[0047]
That is, for example, in the configuration of FIG. 2, if a reflection film is formed in the vicinity of the point where the signal light is emitted from the optical element 32-1 into the air, the signal light is reflected and again the filter film 52 and the substrate 51. It passes through the coupler film 53 and is reflected by the coupler film 53 again, passes through the substrate 51 and the filter film 52, and reaches the interface between the filter film and air. In this respect, if the reflecting film is not formed, the signal light passes through the filter film a total of four times and is emitted from the optical element. By doing so, the transmittance characteristics of the optical filter can be made steeper without changing the simplicity of the configuration of the subsequent module and the ease of adjustment of the optical filter.
[0048]
Even if the reflection film for increasing the number of times signal light passes through the filter film is formed at the interface between the filter film and air (on the filter film), it is formed at the interface between the filter film and the substrate (under the filter film). Alternatively, the filter film and the reflection film may be selectively formed depending on the region on the substrate without forming the filter film and the reflection film in an overlapping manner.
[0049]
In the optical element shown in FIGS. 1 and 2, an example is shown in which a coupler film is formed on the surface facing the surface on which the filter film is formed, but it is formed on the surface facing the surface on which the filter film is formed. The film is not limited to a coupler film. The reason for forming the coupler film here is for the purpose of extracting a part of the signal light as monitor light through the coupler film, but when it is not necessary to extract the monitor light, it faces the surface on which the filter film is formed. A total reflection film may be formed on the surface. In any case, a film having reflection characteristics may be formed on the surface facing the surface on which the filter film is formed. In the latter case, no loss occurs when reflection loss occurs, so the absolute loss with respect to the pass wavelength of the optical filter is small.
[0050]
FIG. 4 shows a configuration of a rear module to which the optical filter of the present invention is applied.
In FIG. 4, 31 is an isolator, 32-1 is an optical element of the present invention, 32-4 is a fixing plate for fixing the optical element, 32-6 is a screw for fixing the fixing plate to a case described later, and 33 is a light. Reflector 34 is a photodiode for generating an electric signal for monitoring the level of signal light, 35 is a case, 36-1 and 36-2 are an input side connector and an output side connector, and 37-1 and 37-, respectively. Reference numeral 2 denotes an input side optical fiber and an output side optical fiber.
[0051]
When the case 35 is horizontal, the input-side connector 36-1, the isolator 31, the optical element 32-1, the optical reflector 33, and the output-side connector 36-2 are arranged at the same level and their components. Is fixed while maintaining a positional relationship such that light emitted from the input-side connector 36-1 is incident on the output-side connector 36-2. A plurality of lines drawn in the case 35 are arranged in order to arrange the input side connector 36-1, the isolator 31, the optical element 32-1, the optical reflector 33, and the output side connector 36-2 at the same level. The boundary of the cutting part performed so that the height of the bottom face of 35 may be changed is shown.
[0052]
Therefore, in the configuration of the rear module shown in FIG. 4, the signal light input to the rear module is incident on the optical reflector 33 after passing through the isolator 31, reflected by the optical reflector 33, and incident on the optical element 32-1. The
[0053]
The signal light is incident on the optical element 32-1 from the filter film side, and the signal light is refracted and reflected in the optical element 32-1, and most of the signal light is on the filter film side of the optical element 32-1. To output light.
[0054]
Therefore, the excitation light component contained in the light incident on the optical filter and the spontaneous emission light generated in the optical amplification section are attenuated and emitted from the optical filter, and the signal-to-noise ratio in the output light is improved.
[0055]
On the other hand, a part of the signal light passes through the coupler film of the optical element 32-1, is emitted from the optical element 32-1, and enters the photodiode 34, and the level of the signal light is monitored by the photodiode 34. It is converted into an electrical signal.
[0056]
  Light incident on the photodiode passes through the filter film once. Therefore, even in the light incident on the photodiode, the excitation light component and the spontaneous emission light are transmitted in the unit of FIG.WavelengthSince the attenuation is equal to the characteristic, the signal-to-noise ratio is improved also in the electric signal for monitoring the signal light.
[0057]
In the latter module shown in FIG. 4, the transmittance characteristic of the optical filter is adjusted in a state where the fixing plate 32-4 to which the optical element 32-1 is fixed is temporarily fixed by a screw 32-6. It is only necessary to adjust the angle between -4 and the optical axis of the signal light.
[0058]
  Since the thickness of the filter film on the optical element 32-1 is constant and the distance that the signal light actually propagates through the filter film is the same every time it passes, the fixed plate 32-4 is light of the signal light. Transmittance as an optical filter no matter what the angle with the axis isWavelengthCharacteristic is transmittance when passing once through filter membraneWavelengthThe characteristic is added (when the transmittance is expressed in decibels). Therefore, it is very easy to adjust the characteristics of the optical filter to the desired characteristics.
[0059]
The bonus advantage of the configuration of FIG. 4 is that the length from the input side to the output side of the rear module can be shortened because the optical path of the signal light is bent by the optical reflector 33. By appropriately selecting the angle of the optical path bending by the optical reflector, it is not necessary to increase the width of the rear module so that the rear module can be reduced in size.
[0060]
Incidentally, the latter module of FIG. 4 includes only a photodiode for monitoring the level of output light. However, if a photodiode is provided on the reverse extension of the output light emitted from the optical element 32-1. It is also possible to monitor the reflected light when the output side optical fiber is disconnected or the output side connector is disconnected.
[0061]
  FIG. 5 shows a change in the center wavelength of the pass band due to a change in the incident angle of light to the optical element, that is, a shift in the pass band due to a change in the incident angle of light to the optical element.
  The reason why the pass band is shifted due to the variation of the incident angle of light is that the distance that the light actually propagates through the filter film varies due to the variation of the incident angle. Actually, the fluctuation of the pass band is the transmittance in the optical filter using a plurality of optical elements shown in FIG.WavelengthIt was difficult to adjust the characteristics.
[0062]
  However, in the optical filter using the optical element of the present invention, the transmittance of the optical filter is positively used by using the phenomenon that the pass band is shifted due to the change in the incident angle of light.WavelengthThe figure of the characteristic can be decided freely. A configuration for this is shown in FIG.
[0063]
  FIG. 6 shows an optical element using a substrate whose thickness varies in the configuration of FIG.
  In this case, the substrate(51a)And filter membrane(52)Coupler film against normal line at the interface(53)Incident toLightHorns and, Against the above normalCoupler film(53)Reflection fromLightBecause the angle is different, the output angle φ from the filter film to the substrateThreeAnd the incident angle φ from the substrate to the filter membraneFiveAre at different angles.
[0064]
Therefore, the emission angle φ from the air to the filter membrane2And the incident angle φ from the filter membrane to the air6Are different from each other, and the distance that the light incident on the filter film from the air propagates through the filter film is different from the distance that the light emitted from the filter film to the air propagates through the filter film.
[0065]
  That is, depending on the configuration of FIG.WavelengthIt is possible to obtain an optical filter in which optical filters having characteristics are cascade-connected in two stages. Therefore, its transmittanceWavelengthThe characteristics are different from those obtained by the configuration of FIG.
[0066]
  The phenomenon shown in FIG. 5 can be arbitrarily utilized by changing the incident angle to the optical element shown in FIG.WavelengthThe characteristics can be determined freely.
[0067]
  FIG. 7 shows the transmittance of the optical filter to which the configuration of FIG. 6 is applied.WavelengthIt is an example of a characteristic.
  In FIG. 7, the characteristic indicated by the broken line is the characteristic on the incident side in FIG. 6, the characteristic indicated by the alternate long and short dash line is the characteristic on the outgoing side in FIG. 6, and the characteristic indicated by the solid line is the total characteristic.
[0068]
As is apparent from the overall characteristics of FIG. 7, the pass wavelength range is narrower than the characteristics of FIG. 3, and the transmittance in the attenuation wavelength range is substantially the same as the characteristics of FIG. This characteristic is determined according to the angle between the surface on which the filter film is formed and the surface on which the coupler film is formed and the specific angle of incidence of light on the filter film, so the surface on which the filter film is formed and the coupler film are formed. Arbitrary filter characteristics can be obtained by making the angle of the surface to be incident and the angle of incidence of light on the filter film different.
[0069]
Moreover, a configuration in which a reflection film is formed on the filter film side to increase the number of times light passes through the filter film and a structure in which a coupler film is used as the reflection film can be applied, as in the case of the configuration in FIG.
[0070]
The configuration of the optical filter and the optical amplifier can be simplified, and the adjustment as the optical filter and the optical amplifier can be facilitated, which is exactly the same as the configuration of FIG.
[0071]
The same effect can be realized even when the thickness of the filter film is changed on the substrate surface while the thickness of the substrate is constant. However, in order to do this, a technique such as forming a potential distribution in the vapor deposition chamber or on the surface of the substrate is required, which causes some difficulty in manufacturing the optical element. On the other hand, changing the substrate thickness on the substrate surface can be realized by polishing a substrate having a constant thickness, so it is easier to form the filter film and the coupler film by changing the substrate thickness. is there.
[0072]
In the above description, the technique of the present invention has been described consistently using an optical fiber amplifier as an example.
However, as optical amplifiers, semiconductor optical amplifiers are being developed and will eventually be put into practical use. Even in the semiconductor optical amplifier, the noise component generated during amplification should be removed to ensure a high signal-to-noise ratio of the output light, as in the case of the optical fiber amplifier. Therefore, it is exactly the same that the optical element of the present invention and the optical filter to which the optical element is applied have the same effect in the semiconductor optical amplifier.
[0073]
Furthermore, since the configuration of the optical fiber amplifier shown in FIG. 9 has been described as a main example, it has mainly been assumed that an optical filter to which the optical element of the present invention is applied is provided in a subsequent module of the optical fiber amplifier. As described at the end of the description of the prior art, since an optical filter may be provided instead of the isolator 13 in the former module of FIG. 9, an optical filter to which the optical element of the present invention is applied can be provided. Is not limited to the latter module.
[0074]
【The invention's effect】
  As described above in detail, the present invention simplifies the configuration of the optical filter and the optical amplifier,Wavelength characteristics of transmittanceAn optical element that facilitates the adjustment of the optical filter, and an optical filter and an optical amplifier that are simplified in configuration and easy to adjust by applying the optical element. In particular, the ease of adjustment as an optical filter and optical amplifier greatly contributes to cost reduction of the optical filter and optical amplifier.
[0075]
  Further, according to the present invention, the characteristics as an optical filter can be arbitrarily determined.
  Moreover, the transmittanceWavelengthIt is also possible to easily realize an optical filter whose characteristics are steep in the attenuation wavelength region. In this case, the effect of simplifying the configuration of the optical filter and the optical amplifier is increased.
[0076]
Moreover, the technique of the present invention can be applied not only to an optical fiber amplifier but also to an optical semiconductor amplifier.
Therefore, the present invention can contribute to the improvement of characteristics of a wide range of optical amplifiers, the ease of adjustment, and the simplification of the configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram showing a configuration of an optical element of the present invention.
FIG. 2 shows the principle configuration of a rear module.
FIG. 3 is an actual measurement example of characteristics of the optical filter of the present invention.
FIG. 4 shows a configuration of a subsequent module to which the optical filter of the present invention is applied.
FIG. 5 shows a shift in the pass band due to a change in the incident angle of light to the optical element.
6 is an optical element using a substrate whose thickness varies in the configuration of FIG.
7 is a transmittance of an optical filter to which the configuration of FIG. 6 is applied.WavelengthExamples of characteristics.
FIG. 8 shows a configuration example of a subsequent module of a conventional optical amplifier.
FIG. 9 shows a configuration of a forward pumping type optical fiber amplifier.
FIG. 10 shows a principle configuration of a conventional optical element constituting an optical filter.
[Explanation of symbols]
  1 First module
  2 Optical amplification stage
  3 Later module
  11 Optical coupler
  12 Photodiode
  13 Isolator
  21 Optical amplification fiber
  22 Excitation laser diode
  23 Optical coupler
  31 Isolator
  32 Optical filter
  32-1 Optical Element of the Present Invention
  32-2 and 32-3 Conventional optical elements
  32-4, 32-5 fixed plate
  32-6, 32-7 screw
  34 Photodiode
  35 cases
  36-1 Input side connector
  36-2 Output side connector
  37-1 Optical fiber on the input side
  37-2 Optical fiber on the output side
  38 Optical coupler
  50 Optical elements
  50a Optical element
  50b Optical element
  51 substrates
  52 Filter membrane
  53 Coupler membrane
  54 Permeation membrane

Claims (1)

入力コネクタからの入力光を反射する反射手段と、
対向する平面でありかつ互いに平行でない第1及び第2の面を有し光透過性を有する物質よりなる基板と、該基板の第1の面に形成され入射光に対する透過率の波長特性が該入射光の入射角により異なり、かつ膜厚が一定である第1の膜と、該基板の第2の面に形成され該第1の膜を通じ該第1の面より該基板に入射した光を第2の反射特性により反射するとともに第3の透過特性により透過し出射する第2の膜とを有し、該反射手段の出力光を透過及び反射し、反射光を該入力コネクタと対向する出力コネクタに出力する光フィルタであって、該光フィルタに入力された光は、該第1の膜を通じて該基板に入射され、該第2の膜において該第2の反射特性により反射され該基板及び該第1の膜を通じて出力されるとともに、該第2の膜において該第3の透過特性により透過し出力される光フィルタと、
該光フィルタの透過光をモニタする光ダイオードと、
該光フィルタの該反射手段の出力光に対する入射角度を調整する調整手段とを備え、
該調整手段による入射角度の調整により、該光フィルタの透過帯域の中心波長が調整されることを特徴とする光モジュール。
Reflecting means for reflecting input light from the input connector;
A substrate made of a light-transmitting material having first and second surfaces that are opposed to each other and not parallel to each other, and a wavelength characteristic of transmittance with respect to incident light formed on the first surface of the substrate is Unlike the incident angle of the incident light, and is incident on the first film and, said substrate from said first surface through a second formed on the surface first layer of the substrate is a film thickness constant light Is reflected by the second reflection characteristic and transmitted and emitted by the third transmission characteristic, and transmits and reflects the output light of the reflecting means, and the reflected light faces the input connector. An optical filter that outputs to an output connector, and the light input to the optical filter is incident on the substrate through the first film, and is reflected by the second reflection characteristic on the second film. And output through the first film, and to the second film. An optical filter to be transmitted and outputs the transmission characteristics of the third Te,
A photodiode for monitoring the transmitted light of the optical filter;
Adjusting means for adjusting the incident angle of the optical filter with respect to the output light of the reflecting means,
An optical module characterized in that the center wavelength of the transmission band of the optical filter is adjusted by adjusting the incident angle by the adjusting means .
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