往復逓倍光変調器
【課題】環境温度の変化に対しても出力光の強度が安定であって、且つ小型化が可能な往復逓倍光変調器用グレーティングフィルタを提供する。
【解決手段】往復逓倍変調器は、光変調器と、前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲を全て含む第２波長範囲の光を反射する第２グレーティングフィルタと、を備え、前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられている。
【解決手段】往復逓倍変調器は、光変調器と、前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲を全て含む第２波長範囲の光を反射する第２グレーティングフィルタと、を備え、前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ無線システム等に用いられる光変調器用グレーティングフィルタを用いた往復逓倍光変調器に関し、特に低い周波数の電気信号によりミリ波帯の高い周波数で変調された光信号を得る往復逓倍光変調器用グレーティングフィルタを用いた往復逓倍光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ無線システムにおいてミリ波・マイクロ波帯における光変調はキーとなる技術であるが、電極損や位相不整合の影響で高周波帯域での変調効率が低く、変調器をドライブするには大振幅のＲＦ信号が必要となっている。これを解決するために１つの光位相変調器の入力ポート、出力ポートのそれぞれに光フィルタを置き、光高調波を効率よく生成する往復逓倍光変調器が提案されている。往復逓倍光変調器では、変調器に供給する電気信号に比べ数倍高い周波数で変調された光信号を得ることができるため、ドライブ回路の低コスト化が図れる利点がある。従来の往復逓倍光変調器には、これに用いる光フィルタとしてファイバグレーティングが、光変調器チップに直接接続されていた。光フィルタの間隔は１６ｃｍである。往復逓倍光変調器に周波数５．５ＧＨｚ電気信号で変調した場合、往復逓倍光変調器により４９．５ＧＨｚのミリ波信号が生成されている。（例えば、非特許文献１参照。）
【０００３】
また、光フィルタにファイバグレーティングを用いた往復光変調器の出力光の強度は、一般に変動しており、その出力光の変動を例えばフォトダイオードで電気信号に変換し、位相変調器にフィードバックすることによって、出力光を安定に保つことできる。この理由は出力光の変動は、光路の変動による、光の位相が変動するためである。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【非特許文献１】２００３年電子情報通信学会総合大会予稿Ｃ−１４−１１
【特許文献１】特開２００２−６２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような往復逓倍光変調器では、光変調器の入出力側に設けられたそれぞれのファイバグレーティング間の間隔が長いため、僅かな環境変化による温度や応力変化により、２つのファイバグレーティング間の光路長が変化して出力光が安定しない。このため、出力光をモニタしフィードバック制御により安定化する必要があるが、このフィードバック機構が複雑で高コスト化が避けられないという問題点があった。また、光変調器を挟む入出力側の２つのファイバグレーティング間の距離が長いため、機器の小型化を行う際の障害になるといった問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、環境温度の変化に対しても出力光の強度が安定であって、且つ小型化が可能な往復逓倍光変調器用グレーティングフィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るグレーティングフィルタは、
光ファイバのコアに所定長さのグレーティングが形成されているファイバグレーティングであって、前記グレーティングは前記光ファイバの一方の端面の近傍に設けられているファイバグレーティングと、
前記ファイバグレーティングの前記グレーティングの両端を固定すると共に、前記ファイバグレーティングの前記端面と略同一面を構成する端面を有する少なくとも一つの基板と
を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る往復逓倍光変調器は、光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲を全て含む第２波長範囲の光を反射する第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、別例の本発明に係る往復逓倍光変調器は、光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より長波長側の第２波長範囲の光と、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より短波長側の第３波長範囲の光とを透過させる第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るグレーティングフィルタによれば、グレーティングは光ファイバの一方の端面の近傍に設けられている。また、ファイバグレーティングの端面とファイバグレーティングを固定する基板の端面とが略同一面を構成している。これによって、このグレーティングフィルタは、往復逓倍光変調器に用いた場合には、他の部材を介することなく光軸を合せることができて光変調器の入出力端と直接接続でき、光変調器の入出力端とグレーティングフィルタとの間の間隔を短くできる。さらに基板によってグレーティングフィルタが安定に固定されているので光路長変化が小さく光出力が安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係るグレーティングフィルタ及びその製造方法、さらにこれを用いた往復逓倍光変調器について添付図面を用いて説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタについて説明する。図１は、この発明のグレーティングフィルタ１の構成を示す斜視図である。また図２は、このグレーティングフィルタの構成を説明する分解斜視図である。このグレーティングフィルタ１は、ファイバグレーティング２が第１石英基板４のＶ字溝３の中に収納され、該Ｖ字溝３と第２石英基板５との間に挟んで固定されている。ファイバグレーティング２は、光ファイバのコアに長さ１５ｍｍのグレーティングが形成されている。第１石英基板４は、グレーティングファイバ２のグレーティング部分を収納するＶ字溝３が形成されている。また、ファイバグレーティング２は、第１石英基板４のＶ字溝３内に収納されており、グレーティング部分の両端から少し離れた部分で第１石英基板４のＶ字溝３と第２石英基板５とに接着剤６で固定されている。ファイバグレーティング２は、直径１２５μｍのシングルモードファイバの周囲を樹脂などで被覆して直径２５０μｍ、または直径９００μｍ、の光ファイバケーブル７の一部の被覆を除去した、被覆除去光ファイバ部８にファイバグレーティング２を形成したものである。なお、ファイバグレーティング２を形成する光ファイバの直径や種類、被覆した光ファイバケーブルの直径などは一例を示したもので、グレーティングを形成できるものであれば他の仕様であってもよい。またファイバグレーティング２のグレーティングを形成した長さは１５ｍｍとしたが、要求する仕様に合わせて設計した任意の長さであってよい。さらに第１石英基板４にＶ字溝３を形成したが、溝内にファイバグレーティング２を設置する場合の位置精度を重要としない場合はＵ字溝であっても、他の形状の溝であってもよい。
【００１３】
次に、光ファイバの一端のファイバグレーティング２を第１石英基板に固定する光ファイバ固定部９について説明する。第１石英基板４の一端には、Ｖ字溝３を形成した面の一部を削って基板厚みを薄くした光ファイバ固定部９が設けられている。光ファイバ固定部９は樹脂の被覆を施した光ファイバケーブル７を固定用接着剤１０によって固定するための部分で、被覆用の樹脂の厚みによって、被覆除去光ファイバ部８に曲げ応力がかからないように、第１石英基板４の一部を予め削って薄くしたものである。石英基板５はファイバグレーティング２のグレーティング長よりも僅かに長いが、被覆除去光ファイバ部８の長さより短い長さであればよく、例えばここでは１７ｍｍとする。第２石英基板５はファイバグレーティング２を固定し、保護するためのものであるので、グレーティングを形成した部分より両端に１ｍｍ程度の長さがあればよい。第２石英基板５より外側の被覆除去光ファイバ部８と光ファイバケーブル７の光ファイバ固定部９の上の領域は、固定用接着剤１０によって、第１石英基板４の光ファイバ固定部９に固定される。このとき、固定用接着剤１０は石英基板５の上まではみ出してもよいし、第２石英基板５の端面までであってもよいが、被覆除去光ファイバ部８がむき出しにならないように覆う方が信頼性を確保するためにもよい。なお、光ファイバ固定部９の長さは幾らであってもよいが、２〜５ｍｍ程度あれば十分であり、グレーティングフィルタの小型化とファイバ固定の信頼性を考えれば、３〜４ｍｍ程度が妥当である。
【００１４】
さらに、このグレーティングフィルタの端面について説明する。このグレーティングフィルタには、ファイバグレーティング２と第１石英基板４と第２石英基板５の端面が光学研磨され、略同一面の光学研磨面１１が設けられている。これによって、このグレーティングフィルタ１を光変調器等に接続する場合には、他の部材を介することなく光軸を合せることができるので光変調器の入出力端と直接接続でき、光変調器の入出力端とグレーティングフィルタ１との間の間隔を短くできる。なお、ここで光学研磨とは、通常の光ファイバ通信用のコネクタ等で用いられている研磨工程と略同等の研磨のことをいう。また、光学研磨面１１はファイバグレーティング２における光の伝搬方向に垂直な面であってもよいが、光変調器と接続したときに接続面での反射損失を抑えるため、垂直な面から７°など任意の角度を持った面であってもよい。このとき角度の方向はいずれの方向であってもよい。このようにしてグレーティングフィルタ１は構成される。
【００１５】
次に、ファイバグレーティング２と第１石英基板４と第２石英基板５を接着する方法について詳しく述べる。ファイバグレーティング２と第１石英基板４と第２石英基板５は接着剤６によって固定される。接着剤６にはエポキシ樹脂を主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いたが、熱硬化型の接着剤を用いてもよく、他の材料の接着剤を用いてもよい。接着剤６はファイバグレーティングのグレーティングを形成した部分には設けず、グレーティングの両端より外側、及びＶ字溝３から離れた場所の石英基板４と石英基板５の間に設けた。このようにグレーティング部分を避けて接着剤を塗布するので、グレーティングに応力が加わらず良好なフィルタ特性が得られる。ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分に接着剤を塗布した場合には、接着剤が硬化する際、その接着剤を塗布した部分にランダムな伸び縮みが生じて、ランダムな力が加わる。このランダムな応力によって、グレーティングの或る部分ではピッチが伸び、或る部分ではピッチが縮むなどのランダムなピッチの乱れが生じ、グレーティングの光学特性が変化するためである。なお、接着剤６を塗布しないグレーティング部分は、何も設けずそのまま（周囲が空気のまま）でもよいが、例えばシリコーンゲルやシリコーンゴムのようなグレーティングに負荷をかけない柔らかい充填材をグレーティング部分の周囲に設けてもよい。このような材料には例えばＧＥ東芝シリコーン社製の高強度・半透明型取り用付加型液状シリコーンゴムＴＳＥ３４７６Ｔや１成分加熱硬化型接着性液状シリコーンゴムＴＳＥ３２８２−Ｇなどがある。
【００１６】
図３は、グレーティング部分にも接着剤を塗布した場合の、接着前と接着後のグレーティングの反射特性を示す図である。図４は、グレーティングを形成した部分には接着剤を塗布せず、グレーティングの両端より外側とＶ字溝から離れた部分の石英基板間に接着剤を設けた場合の接着前と接着後のグレーティングの反射特性を示す図である。図３から分かるように、グレーティングを形成した部分にも接着剤を塗布した場合は、接着前後でグレーティングの反射特性が大きく変化し、急峻な反射特性から緩慢な反射特性に変化している。これは、グレーティング全長に渡って均一なグレーティングピッチで作製したことにより急峻な反射特性が得られていたものが、接着剤の硬化によって生じたランダムな伸び縮みによって、グレーティングピッチに乱れが生じ、反射特性が緩慢になったためである。接着剤の硬化によって生じたこのようなグレーティングピッチの乱れは位相エラーと呼ばれ、例えば、特開２００２−１９６１５８号公報に記されている。一方、図４から分かるように、グレーティングを形成した部分には接着剤を塗布しなかった場合には、接着前後でグレーティングの反射特性は殆ど変化せず、急峻な反射特性を示している。このグレーティングフィルタを光変調器の両端に設け、往復逓倍光変調器を構成する場合、数１０ＧＨｚの高い光変調信号を得るには、グレーティングフィルタには急峻な反射特性が求められるため、グレーティングを形成した部分には接着剤を設けない方が好ましい。また、ファイバグレーティングのグレーティングピッチの位相を制御して、複数の波長の光が反射するサンプルドグレーティングやスーパーストラクチャグレーティングを用いる場合にも、グレーティングを形成した部分には接着剤を設けない方がよい。なおサンプルドグレーティングやスーパーストラクチャグレーティングについては、例えば、特表２００３−５１０６２７号公報や米国公開特許公報ＵＳ２００３／００２１５３２Ａ１に記載されている。
【００１７】
次に、このグレーティングフィルタ１を用いた往復逓倍光変調器について述べる。図５は、この往復逓倍光変調器２０の斜視図を示したものである。この往復逓倍光変調器２０は、光変調器１２と、該光変調器１２の入出力端に接続された第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂとを備えている。なお、図では光変調器１２とグレーティングフィルタ１ａ、１ｂとを分かりやすく説明するために互いに分離して示しているが、実際には光変調器１２の入出力端と第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂの光学研磨面１１とは、それぞれのコアを合わせて接着剤により接着されている。光変調器１２は強度変調器であっても位相変調器であってもよいが、本実施の形態では位相変調器とした。変調器１２はリチウム酸ニオブ（ＬｉＮｂＯ３）基板に形成したＬＮ変調器であって、入出力端の間で２つに分岐した２本の光導波路上にそれぞれ変調電極１３ａ，１３ｂが形成されている。変調電極１３ａ，１３ｂには高周波電気信号源１４から４．４ＧＨｚの高周波電気信号が印加され、２本の光導波路を伝搬する光信号が変調される。
【００１８】
次に、光変調器１２の両端の光信号入出力端と、第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ，１ｂの光学研磨面１１との接続について説明する。光信号入出力端と第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ，１ｂの光学研磨面１１とは接着剤によって接続されている。この接着剤は通常のＬＮ変調器とコネクタの接続などに用いられる市販の光通信デバイス用接着剤で、光伝搬損失が小さくなるように設計・製造されたものである。図５ではグレーティングフィルタ１ａ，１ｂは簡略化して示してあるが、図１に示したものと同一構造であり、その特性は図４に示した接着後のものとほぼ同一である。また、光変調器１２の入出力端面と、グレーティングフィルタ１ａ，１ｂの端面とは、図５に示すように、いずれも光の伝搬方向に対して垂直な面から７°傾けて研磨されている。これによって、光変調器１２とグレーティングフィルタ１ａ，１ｂの接続面での反射を抑えることができる。
【００１９】
さらに、この往復逓倍光変調器２０のサイズについて説明する。まず、光変調器１２の全長は３８ｍｍである。また、グレーティングフィルタ１ａ，１ｂのグレーティングを形成した部分の長さは１５ｍｍであり、グレーティングの一端と光学研磨した端面１１との間隔は１ｍｍである。また、グレーティングフィルタ１ａ、１ｂの端面が光学研磨面であるので、接続部材を介することなく光軸を合せて光変調器１２の入出力端と直接接続できる。すなわち従来の技術で記した非特許文献１に記載された往復逓倍光変調器ではグレーティングフィルタ間の距離は１６ｃｍであるが、本実施の形態のグレーティングフィルタを用いた往復逓倍光変調器では、グレーティングフィルタ間の距離が４０ｍｍとなり、大幅に光路長を短くすることができた。
【００２０】
次に、この往復逓倍光変調器２０の動作原理について説明する。図６は、図５の往復逓倍光変調器２０の動作原理を示す概略図である。ＬＮ変調器１２の光信号入力端に設けた第１グレーティングフィルタ１ａは、光周波数ｆ０の無変調光を光源からＬＮ変調器１２へと透過するが、特定の波長帯域内の光は反射する。一方、ＬＮ変調器１２の光信号出力端に設けた第２グレーティングフィルタ１ｂは特定の波長帯域内の光は反射するが、出力光として得たい光周波数成分の光は透過する。また、光周波数ｆ０の無変調光はＬＮ変調器１２で位相変調される。そこで、光源から光周波数ｆ０の無変調光が第１グレーティングフィルタ１ａに入力され、ＬＮ変調器１２で変調され、第２グレーティングフィルタ１ｂから出力光が得られるまでのステップは以下のようになる。
（ａ）まず、光源から光周波数ｆ０の無変調光が第１グレーティングフィルタ１ａに入力され、透過し、ＬＮ変調器１２に達する。
（ｂ）光周波数ｆ０の無変調光からＬＮ変調器１２で側波帯が生成される。
（ｃ）生成された側波帯のうち、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂの反射帯域に含まれる成分（中間成分と呼ぶ）は、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂで反射され、ＬＮ変調器１２に帰る。一方、側波帯のうち、反射帯域に含まれない成分は出力される。
（ｄ）反射された中間成分からＬＮ変調器１２で側波帯が生成される。
（ｅ）生成された側波帯のうち、入力側の第１グレーティングフィルタ１ａの反射帯域に含まれる成分（中間成分と呼ぶ）は、入力側の第１グレーティングフィルタ１ａで反射され、ＬＮ変調器１２に帰る。
（ｆ）反射された中間成分からＬＮ変調器１２で側波帯が生成される。
（ｇ）さらに、生成された側波帯のうち、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂの反射帯域に含まれる成分（中間成分と呼ぶ）は、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂで反射され、ＬＮ変調器１２に帰る。一方、側波帯のうち、反射帯域に含まれない成分は出力される。
【００２１】
以上のように、２つのグレーティングフィルタ１ａ、１ｂの間を中間成分が往復して、ＬＮ変調器１２で複数回、変調される。その結果、高効率で高次の側波帯を生成することが可能となる。入力側及び出力側の第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂで光周波数成分ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの光を反射するようにグレーティングフィルタの反射帯域幅が設定されていると、第ｎ＋１次高調波成分である光周波数成分ｆ（ｎ＋１）を出力として得ることができる。図６は、光周波数成分ｆ５を生成する場合を例としてあげており、ＬＮ変調器１２の変調周波数ｆｍに対し５倍の変調周波数５ｆｍの光出力が得られる。なお、グレーティングフィルタの反射帯域幅を広くし、両端のグレーティングフィルタ１ａ、１ｂでの反射回数を多くすることにより、より高い周波数成分の光出力を得ることができる。
【００２２】
図７は、この往復逓倍光変調器２０の光出力強度の時間変化を示す図である。なお、ここでは、従来の往復逓倍光変調器で必須であったフィードバック制御による光出力の安定化は行っていない。図５に示した構造の往復逓倍光変調器２０で、４．４ＧＨｚの電気信号により往復逓倍動作を行うことで、６１．６ＧＨｚのミリ波周波数に変調された光信号が得られた。図７に示すように、上記のグレーティングフィルタ１ａ、１ｂを用いた往復逓倍光変調器２０ではフィードバック制御を用いなくても安定した光出力が得られた。これは従来のグレーティングフィルタを用いた場合には、グレーティングフィルタの間隔が１６ｃｍと長かったため、僅かな温度変化で、光ファイバや光導波路の屈折率が変わり、光路長の変化することが問題となっていたが、本実施の形態の往復逓倍光変調器２０では、第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂ間の間隔が４０ｍｍと大幅に短くなったため、温度変化による光路長の変化が極めて小さくなったためである。なお、本実施の形態では、光出力を安定化するためのフィードバック制御を設けていないが、さらにフィードバック制御を設けてもよい。それによってさらに安定な光出力特性を実現できる。この場合においても、往復逓倍光変調器２０自体の出力安定性が優れているため、従来のフィードバック制御機構より簡便で安価な制御機構で済む。
【００２３】
なお、全体サイズを小さくした逓倍光変調器としては、例えば、特開２００２−１４８５７２号公報に記された集積型光逓倍変調装置がある。これは光変調器を形成した半導体基板上にグレーティングフィルタをも形成するもので、全体のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍと非常に小さい。一般に往復逓倍光変調器で高い周波数の光変調信号を得るには、グレーティングフィルタの反射特性は急峻さが求められる。急峻な反射特性を得るためには、グレーティングには少なくとも１０ｍｍ以上の長さが必要となってくる。しかし、このような基板上に形成した光導波路に１０ｍｍ以上の長さのグレーティングを形成して急峻な反射特性を得ることは難しい。その理由は次の通りである。グレーティングで反射される光の波長λは、以下の式で表される。
λ ＝ ２・Ｎｅｆｆ・Λ （１）
ここで、Ｎｅｆｆは実効屈折率といい、光導波路のコアとクラッドの相互作用で決まる光導波路の平均的な屈折率である。またΛはグレーティングピッチである。
【００２４】
上記式（１）から分かるようにグレーティングの全体に渡って、ＮｅｆｆとΛが一定であるほど、波長λに強い反射が得られ、急峻な反射特性が得られる。Ｎｅｆｆは、コアとクラッドの相互作用で決まるので、例えば、光の伝搬方向にコアの屈折率やコア幅に乱れがあった場合、グレーティングの長さ全体に渡って一様なＮｅｆｆを得るのが難しくなる。半導体基板上に作製した光導波路や、基板上に石英を主成分として平面光導波路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）を作製した場合には、屈折率やコア幅を一様に作製するのは難しく、グレーティングの長さ全体に渡って一様なＮｅｆｆを得るのが難しい。このため高い周波数の光変調信号を得るための往復逓倍光変調器に必要な反射特性のグレーティングフィルタを得ることが難しい。一方、本実施の形態ではグレーティングを形成する光導波路は光ファイバであるため、屈折率やコア径の一様性は非常に優れており、急峻な反射特性のグレーティングフィルタを得るには適している。そこで、このグレーティングフィルタを用いることにより、従来の基板上に作製した光導波路に形成したグレーティングフィルタを用いるよりも高性能な往復逓倍光変調器が得られる。
【００２５】
なお、本実施の形態のグレーティングフィルタでは、一方の第１石英基板４にのみ溝３を設けたが、図８及び図９に示すように両方の第１及び第２基板４、５のそれぞれにファイバグレーティング２を収納する溝３ａ、３ｂを設け、そこにファイバグレーティング２を収納し、該溝３ａ、３ｂの間で挟んで固定してもよい。この場合にもグレーティング部分の両端から外側の少し離れた部分で溝３ａ、３ｂに接着剤を塗布し、固定する。このようにグレーティング部分には接着剤を塗布しないことが好ましい。また、基板の材質は石英に限らずシリコン基板などの半導体基板や銅合金などの金属基板、あるいはポリイミドなどの樹脂基板であってもよい。
【００２６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るグレーティングフィルタについて、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、このグレーティングフィルタの斜視図である。また、図１１は、グレーティングフィルタの構成を示すための分解斜視図である。本実施の形態では、グレーティングフィルタ１を構成する第２石英基板５のファイバグレーティング２と接する面に薄膜ヒータ１５が設けられている。第２石英基板５は、Ｖ字溝３を形成した第１石英基板４よりも幅が広くなっており、この幅が広くなった部分に薄膜ヒータ１５に給電する電極１６ａ，１６ｂが設けられている。第１石英基板４と第２石英基板５とファイバグレーティング２とは接着剤６によって固定されており、接着剤６は実施の形態１と同様、グレーティングの両端より外側と、第１石英基板４と第２石英基板５の間に設けられ、ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分には設けていない。ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分には何も設けなくてもよいが、薄膜ヒータ１５の熱がファイバグレーティング２に伝わりやすくするため、伝熱性シリコーンゴム１７が設けられている。このように薄膜ヒータ１５を設けることによりファイバグレーティング２のグレーティングの反射波長を制御できる。これによって、グレーティングフィルタ１として、反射波長を可変させることができる。また、製造上の反射波長のばらつきを調整できる。さらに、薄膜ヒータ１５とファイバグレーティング２とを密着させるので、小さい消費電力でグレーティングの反射波長を制御できる。
【００２７】
次に動作について説明する。電極１６ａ，１６ｂから薄膜ヒータ１５に電力を供給すると、薄膜ヒータ１５は発熱し、その熱がファイバグレーティング２に伝わり、ファイバグレーティング２の温度が上昇する。ファイバグレーティングの材料である石英は温度上昇によって屈折率が上昇し、これを熱光学効果という。グレーティングで反射する光の波長は数式（１）で示したように、実効屈折率Ｎｅｆｆに比例するため、ファイバグレーティングの温度を制御することで反射する波長を制御することができる。反射する波長の変化の割合は約１０ｐｍ／℃である。
【００２８】
なお、図４に示すように、ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分に接着剤６を設けない場合であっても、接着前と接着後ではグレーティングの反射特性は僅かに変化する。反射特性の急峻さには変化がないが、反射特性が全体的に長波長側にシフトしている。これは接着剤硬化によるグレーティングピッチの乱れは生じないが、グレーティングの両端で張力が生じ、グレーティングピッチが均一の割合で伸びたためである。このように接着の前後では僅かに波長が変化し、これを精度よく制御するには高度な製造技術を要する。また反射波長に高い精度が要求される場合には、歩留まりを著しく悪くする恐れがある。そこで、本実施の形態のようにグレーティングフィルタの一部に薄膜ヒータなどの温度制御手段を設け、ファイバグレーティング２の温度制御を行うことで反射波長を制御することができる。これによって接着後に変化する反射特性を補償することができる。
【００２９】
また、ファイバグレーティングを作製するときに予め短めの反射波長となるように作製をしておいてもよい。このファイバグレーティングを第１及び第２基板４、５の間に固定して、グレーティングフィルタ１を作製した後に、薄膜ヒータ１５に供給する電力を調整して、反射波長を要求する波長に調整すればよい。また反射波長はグレーティングフィルタを使用する環境の温度によっても変化するので、グレーティングフィルタを光変調器の入出力端に接続して往復逓倍光変調器を構成したときにも問題となる。そこで、環境温度が変化した場合には、薄膜ヒータ１５によってファイバグレーティング２のグレーティングの温度が常に一定になるように制御することによって、反射波長を一定に保つことができる。さらに、グレーティングの温度を調整して、往復逓倍光変調器の光出力強度などの特性が最も良くなるように調整することもできる。
【００３０】
なお、薄膜ヒータ１５は第２石英基板５のファイバグレーティングに接する面に設けたが、第２石英基板５の上面や第１石英基板４の下面などに設けて、グレーティングフィルタ全体の温度を制御することもできるが、図１０に示すようにファイバグレーティング２と接する面に設けた方が、薄膜ヒータの消費電量を小さく抑えられるので好適である。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、基板に石英基板を用いたが、これに限るものではなく、アルミナなど他の材料からなる絶縁体基板や、ポリイミドなどの樹脂基板を用いてもよい。また薄膜ヒータと基板との間に絶縁層を設けることで、金属基板や半導体基板など導電性基板を用いることも可能である。
【００３２】
実施の形態３．
本発明の実施の形態に係るグレーティングフィルタについて図１２及び図１３を用いて説明する。実施の形態２ではグレーティングフィルタに一つの薄膜ヒータを設けていたが、本実施の形態では複数の薄膜ヒータ１５１、１５２、・・・１５Ｎを設け、ファイバグレーティングの温度勾配を制御するものである。複数の薄膜ヒータ１５１、１５２、・・・１５Ｎを設けることによってファイバグレーティング２の温度勾配を制御して、グレーティングのチャープ量を制御できる。これによって形成されるチャープグレーティングによって光信号の位相を調整して光出力を制御できる。
【００３３】
図１２は、このグレーティングフィルタ１の斜視図である。また、図１３はグレーティングフィルタの構成を示すための分解斜視図である。本実施の形態ではファイバグレーティング２と接する面に複数の、すなわちＮ個の薄膜ヒータ１５１，１５２，・・・，１５Ｎが設けられている。第２石英基板５は、Ｖ字溝３を形成した第１石英基板４よりも両側に幅が広くなっており、この幅が広くなった部分にＮ個の薄膜ヒータそれぞれに給電する電極１６ａ１，１６ａ２，・・・，１６ａＮと、Ｎ個の電極に共通な電極１６ｂが設けられている。なお、接着剤６や伝熱性シリコーンゴム１７など他の構成要素は実施の形態２と同一である。
【００３４】
次に、このグレーティングフィルタ１の動作について説明する。図示されていない電源からＮ個の薄膜ヒータ１５１，１５２，・・・，１５Ｎにそれぞれ個々に電力が制御されて印加される。個々の薄膜ヒータ１５１，１５２，・・・，１５Ｎに供給する電力をファイバグレーティング２に沿って一次関数的に増加または減少するように電力を供給することによって、ファイバグレーティング２のグレーティング部分には直線的な温度勾配が印加され、個々の薄膜ヒータの電力を制御することによって、温度勾配を制御することができる。実施の形態２で述べたように光ファイバの屈折率は熱光学効果により屈折率を制御することができるので、上記のように温度勾配を設けることで等価屈折率を変化させ、グレーティングで反射する光の波長を制御することができる。本実施の形態に示すようにファイバグレーティング２のグレーティング部に直線的な温度勾配を印加することで、波長によってグレーティングの異なる位置で反射させることができる。例えば、図１２で光学研磨面１１の方向から光を入射するとして考える。個々の薄膜ヒータによってファイバグレーティング２のグレーティング部に、光学研磨面１１側の方が温度が高く、光ファイバケーブル７の被覆部側の方が温度が低くなるような温度勾配を印加すると、グレーティングの屈折率は光学研磨面１１に近い方で大きくなり、光学研磨面１１から遠ざかるに従い小さくなる。この結果、光学研磨面１１に近い方では波長の長い光が反射し、遠い方では波長の短い光が反射する。一方、逆向きの温度勾配を印加した場合は、光学研磨面１１に近い方では波長の短い光が反射し、遠い方では波長の長い光が反射する。すなわち温度勾配を制御することによってグレーティングにチャープ特性を持たせることができる。なお、この温度勾配によってグレーティングのチャープを制御する技術については、光通信で用いられる可変分散補償器に使用されており、例えば特開２００２−１９６１５９号公報に詳細に記されている。このようにグレーティングのチャープ特性を制御することにより、往復逓倍光変調時に生じた分散を補償することができるため、効率を低下させることなく往復逓倍光変調が行える。
【００３５】
なお、グレーティングにはグレーティングピッチがグレーティング全域に渡って一定なユニフォームグレーティングについて示したが、ユニフォームグレーティングに代えてチャープグレーティングを用いてもよい。
【００３６】
また、複数の薄膜ヒータは、図１４に示すように第１石英基板４または第２石英基板５の外側のグレーティングの両端に設けてもよい。この場合、２個の薄膜ヒータ１５１、１５２を制御して、第２石英基板５全体に温度勾配を印加することができ、これによってファイバグレーティングにも温度勾配を印加することができる。この場合、第２石英基板５全体を加熱するため消費電力が大きくなるが、薄膜ヒータの数が少なく構造と制御が簡便になるため低コスト化には優れている。
【００３７】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法について図１５から図２０を用いて説明する。図１５から図２０は、このグレーティングフィルタの製造方法の各工程を示す概略図である。このグレーティングフィルタの作製方法では、まず光ファイバの一端を第１及び第２石英基板４、５の間に挟んで固定し、その後、光ファイバの端面の近傍にグレーティングを形成する。上記実施の形態１に示すように、先にファイバグレーティングを作製して、その後、該ファイバグレーティングを第１及び第２基板４、５の間に挟んで固定して作製してもよいが、本実施の形態に示すように光ファイバを基板内に配置してからグレーティングを形成することにより、グレーティングを精度よく作製することができ、生産性を向上させることができる。なお各部材のサイズなどの詳細は実施の形態１で示したものと同一である。
【００３８】
以下に、このグレーティングフィルタ１の製造方法の各工程について説明する。
（ａ）まず、図１５に示すように、光ファイバケーブル７の一部の被覆を除去した被覆除去光ファイバ部８を、Ｖ字溝３を形成した第１石英基板４のＶ字溝３内に設置する。被覆除去光ファイバ部はＶ字溝３の長さよりも長く、図１５あるいは図１６に示すように、Ｖ字溝３からはみ出すように配置する。なお、Ｖ字溝３はＵ字溝または他の形状の溝であってもよいが、高精度なグレーティングを形成するにはＶ字溝が最適である。第１石英基板４は実施の形態１で述べたように、基板の一端に厚みを薄く削った固定部９を有する。
（ｂ）この固定部９に光ファイバケーブル７の被覆がある部分と被覆を除去した部分の境界がくるように配置する。
（ｃ）次にＶ字溝３内の被覆除去光ファイバ部のグレーティングを形成する部分の両端外側と、第１石英基板４のＶ字溝３を形成した面のＶ字溝３以外の場所に固定用の接着剤６を塗布する。
（ｄ）その後、第２石英基板５を第１石英基板４のＶ字溝３を形成した面の上に配置し、接着剤の硬化処理を行って、グレーティングを形成する部分の両端を第１及び第２石英基板４、５の間に挟んで固定する。
【００３９】
ここで、接着剤６は熱硬化型のものであっても紫外線硬化型のものであっても自然硬化型のものであってもよい。なお、ＰＬＣの光コネクタなどの作製にもっともよく用いられている紫外線硬化型のものが、信頼性が高く最も好ましい。また、接着剤６はＶ字溝３内に流れ込まないようにするため、Ｖ字溝３のすぐ近くまで塗布する必要はない。なお、固定方法は接着剤に限らず、被覆除去光ファイバ部８に第２石英基板５を介して紫外線レーザ光を照射できる構成であれば、ネジ止めなど他の方法であってもよい。またこのあと第２石英基板５を介して紫外線レーザ光の干渉縞を照射してグレーティングを形成するので、第２石英基板５の厚みは１ｍｍ以下がよく、好ましくは０．１〜０．３ｍｍ程度が望ましい。
【００４０】
このようにして第１石英基板４と第２石英基板５と光ファイバケーブル７を固定し、最後に固定部９に光ファイバケーブル７を固定用接着剤１０で固定する。図１６は、このようにして組みあがった状態である。固定部９と反対側の端面には光学研磨していない端面１８があり、被覆を除去した光ファイバの一部がはみ出している。その後、このはみ出した部分の光ファイバを切断し、端面１８を光学研磨して光学研磨面１１を形成する。この光学研磨面１１は、第１及び第２石英基板４、５の端面と光ファイバの端面とが略同一面を構成している。この状態を図１７に示す。なお、光学研磨工程は次のグレーティング形成プロセスを行った後に行っても構わない。
【００４１】
次に、被覆除去光ファイバ部８にグレーティング形成を行う。なお、グレーティング形成方法については、例えば、特開２００２−１９６１５８号公報に記されている。また、一般にグレーティングを形成する場合、光ファイバを１００気圧程度の高圧の水素または重水素内に数日間放置する高圧水素処理を行うが、高圧水素処理は、図１５で組み立てる前の光ファイバケーブルの状態で行っても、図１６あるいは図１７のように光ファイバと基板を固定した状態で行ってもどちらでもよい。
【００４２】
図１８及び図１９は、被覆除去光ファイバ部８にグレーティングを形成するプロセスを示したものである。図のように位相マスク１９を介して紫外レーザ光を照射すると、位相マスク１８によって紫外レーザ光は±１次の方向に回折される。この回折された紫外レーザ光は被覆除去光ファイバ部８のコア内に干渉縞を生じ、干渉縞の分布に従ってコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。紫外レーザ光には、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＮｄ：ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）、Ａｒイオンレーザの第２高調波（波長２４４ｎｍ）などが使用される。紫外レーザ光をグレーティングを形成する部分に一括して照射してもよいが、往復逓倍光変調器では反射特性が急峻なグレーティングフィルタが必要とされるので、通常ビーム径２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下の紫外レーザ光を被覆除去光ファイバ部８の長手方向に沿って所定の照射量分布となるように走査しながら照射することが好ましい。このようにして所望のグレーティングを形成すると、図２０に示すようにグレーティングフィルタ１が完成する。
【００４３】
本実施の形態で示したグレーティングフィルタの製造方法は、光ファイバを基板内に固定してから、グレーティングを形成するため、この基板がぴったり収まる治具を用いてグレーティング形成を行うことにより、グレーティングの位置を高精度に形成することができ、安定に特性の揃ったグレーティングフィルタを量産できる利点がある。
【００４４】
なお、本実施の形態では石英基板のみを用いたが、Ｖ字溝を形成する基板に熱伝導性のよい基板を用いることで、紫外レーザ光照射による光ファイバの局所的な温度上昇を抑えることができる。その結果、局所的な熱膨張を抑えることができ高精度なグレーティングフィルタを作製することができる。このような基板としては金属基板や半導体基板を用いてもよく、また窒化アルミニウムなどは絶縁体であるが高い熱伝導率を有するので好適な基板材質である。
【００４５】
実施の形態５．
本発明の実施の形態に係るグレーティングフィルタ２１ａおよび往復逓倍光変調器３０について図２１から図２８を用いて説明する。実施の形態１の往復逓倍光変調器では入力側および出力側の第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂに特定の波長の光を反射する帯域制限フィルタを用いた場合について示したが、本実施の形態では、図２１に示すように、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａに特定の波長を透過する狭帯域通過フィルタを用いる場合について説明する。なお、グレーティングフィルタの構造は上記実施の形態に示した図１、図２あるいは図８、図９に示した構造であるが、上記実施の形態とはファイバグレーティングが異なる。また図１０に示すような薄膜ヒーターを設け、温度制御によりファイバグレーティングの反射、透過波長を制御するものであってもよい。
【００４６】
図２２は、本実施の形態の入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａに用いるファイバグレーティングのグレーティングの模式図を示したものである。ファイバグレーティングは光ファイバのコアに約５３５ｎｍの周期で屈折率変調を形成したものである。上記実施の形態１に用いたファイバグレーティングでは、図２３に示すように屈折率変調の周期がグレーティングの全長に渡って規則的に変化している。一方、本実施の形態の入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａに用いる狭帯域通過ファイバグレーティングでは、図２２に示すように、グレーティングのほぼ中心で屈折率変調の位相が９０°ずれている。言い換えれば、グレーティングの中心でグレーティングピッチが１／４ピッチ（グレーティングピッチ５３５ｎｍの場合、約１３４ｎｍ）ずれている。なお、位相ずれの角度は９０°であっても２７０°であっても同じであり、一般的に記述すれば、（９０°＋１８０°×ｎ）ずれていればよい。また、９０°丁度の位相ずれが理想であるが、実質的には９０°±３０°程度であれば十分である。このようなファイバグレーティングは、位相マスクのピッチが丁度グレーティングの中心でずれた位相マスクを用いて作製することができるが、通常のファイバグレーティング作製に用いられる位相ずれがない位相マスクを用いても作製することができる。
【００４７】
図２４から図２６は、位相ずれのない位相マスクを用いて略中点で９０°±３０°の位相ずれを有するグレーティングを形成する各工程を示す概略図である。
（ａ）まず、図２４に示すように、位相マスクを光ファイバに近接させて設置する。
（ｂ）次いで、紫外レーザ光を光ファイバの光軸方向に沿って照射範囲の全長の半分まで照射して、半分までグレーティングを形成する。
（ｃ）その後、図２５に示すように、位相マスクを光軸方向に沿って少しずらす。このとき丁度位相ずれが９０°となるように位相マスクをずらすことは、僅か１００ｎｍのずれを制御する必要があるので困難である。そのため実質的には適当にずらせばよい。
（ｄ）その後、図２６に示すように、照射範囲の残りの半分に紫外レーザ光を照射して残り半分にもグレーティングを形成する。位相マスクを適当にずらすことによって、作製される位相ずれの角度は確率によって決まる。位相ずれの許容範囲を９０°±３０°とすると、１／３の確率で製造することができる。
【００４８】
図２７は、グレーティング長を５ｍｍとして、２．５ｍｍの位置でグレーティングピッチの位相ずれを作製したファイバグレーティングの特性を示したものであり、図２８は、中心波長付近の拡大図を示したものである。図２８から分かるように、グレーティングの中心で位相ずれを形成したファイバグレーティングでは、狭帯域の透過特性が得られる。作製したグレーティングでは全値半値幅（ＦＷＨＭ）で２．５ＧＨｚの通過帯域幅が得られ、透過損失は１．９ｄＢであった。また図２７の反射特性から分かるように、反射率９０％以上の帯域幅は０．５２７ｎｍが得られ、反射帯域幅のほぼ中心で反射率が低下する特性が得られた。このように反射帯域幅のほぼ中心で反射率が低下していることから、位相ずれは９０°に極めて近いことが分かる。位相ずれが９０°以下の場合は、反射率が低下する位置が、反射帯域幅の短波長側にずれ、９０°より大きい場合は長波長側にずれる。反射率が低下する波長が反射帯域幅の中心波長から長短波側にずれても、その両側に反射率９０％以上の波長範囲が十分存在すれば、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａとして使用できる。反射率９０％以上の波長範囲は実用上０．１５ｎｍ以上存在すればよく、０．１５ｎｍ以上得られる位相ずれの範囲が９０°±３０°である。また図２８の透過特性では透過損失が１．９ｄＢとなっている。透過損失は２ｄＢ以下であれば十分であるが、小さい方が良いことは言うまでもない。この原因は、作製したグレーティングでは、位相ずれの位置がグレーティングの真の中心ではなく、いずれか一方にずれているためである。このずれが大きくなるほど、透過損失が増大し、また、透過帯域の全値半値幅が広がる。良好な往復逓倍光変調器を得るためには、全値半値幅は３ＧＨｚ以下が望ましい。透過損失が２ｄＢ以下で、全値半値幅５ＧＨｚを実現するためには、位相ずれの位置はグレーティングの中心から±１０％の位置に作製する必要がある。なお、ここで言う１０％とはグレーティング全長に対するパーセントで、例えば、５ｍｍの場合は±０．５ｍｍである。
【００４９】
次にこのような狭帯域透過特性を持つグレーティングフィルタ２１ａを入力側に用いた往復逓倍光変調器３０の動作原理について、図２１を用いて説明する。出力側グレーティングフィルタ１ｂは実施の形態１で示したものと同一である。往復逓倍光変調器３０の構造は図５と同様であり、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａが狭帯域透過グレーティングフィルタである点で相違する。図２１は、本実施の形態の往復逓倍光変調器３０の動作原理について示したものである。
（１）ＬＮ変調器１２の光信号入力端に設けたグレーティングフィルタ２１ａは狭帯域透過フィルタであるため、光周波数ｆ０の無変調光を光源からＬＮ変調器１２へと透過するが、その両側の波長の光は反射する。
（２）ＬＮ変調器１２の光信号出力端に設けた第２グレーティングフィルタ１ｂは実施の形態１と同様、特定の波長帯域内の光は反射するが、出力光として得たい光周波数成分の光は透過する。
（３）光周波数ｆ０の無変調光がＬＮ変調器１２で位相変調される。
（４）そこで、生成された両側の側波帯は出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂで反射され、ＬＮ変調器１２で変調され、それぞれの成分に対し側波帯が生成される。
（５）その後、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａでは、光周波数ｆ０以外の光が反射され、再度、ＬＮ変調器１２に入力される。このように、実施の形態１同様、２つのグレーティングフィルタの間を中間成分が往復して、複数回、変調される。
（６）入力側及び出力側グレーティングフィルタで光周波数成分ｆ−ｎ、・・・、ｆ−２、ｆ−１、ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの光を反射するようにグレーティングフィルタの反射帯域幅が設定されているため、光周波数成分ｆ（ｎ−１）、ｆ（ｎ＋１）を出力として得ることができる。
【００５０】
図２１は光周波数成分ｆ−５、ｆ５を生成する場合を例としてあげており、ＬＮ変調器１２の変調周波数ｆｍに対し１０倍の変調周波数１０ｆｍの光出力が得られる。すなわち本実施の形態に示した往復逓倍光変調器では、実施の形態１と同一の往復回数で、２倍の変調周波数が得られる。すなわち低い変調周波数の電気信号で、より高い変調周波数の光信号が得られる。さらに、往復回数が増加すると、グレーティングフィルタやＬＮ変調器１２での損失により光出力が低下するため、往復回数を実施の形態１の半分としてもよく、大きい光出力が得られる。
【００５１】
実施の形態６．
本実施の形態６に係る往復逓倍光変調器４０について図２９から図３２を用いて説明する。上記実施の形態５では入力側の第１グレーティングフィルタにのみ狭帯域透過フィルタ２１ａを用いたが、本実施の形態では、出力側にも狭帯域グレーティングフィルタ２１ｂを用いた往復逓倍光変調器４０について図２９を用いて説明する。往復逓倍光変調器４０の構造は図５に示したものと同様であり、ファイバグレーティングの特性のみが異なる。入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａは実施の形態５と同一である。
【００５２】
出力側の第２グレーティングフィルタ２１ｂに狭帯域透過フィルタを用いる場合は、入力側と異なり、２つの波長の光を透過させる必要がある。これはグレーティングの位相ずれを２箇所設けることで作製することができる。図３０は、グレーティング長が１５ｍｍのチャープファイバグレーティングの５〜１０ｍｍの範囲が、０〜５ｍｍ及び１０〜１５ｍｍの部分とは位相が９０°ずれている場合のグレーティングの特性をシミュレーションにより計算した図である。図３１は、その拡大図である。このような２箇所の位相ずれを有するファイバグレーティングは、チャープ位相マスクを用いて、まず０〜５ｍｍおよび１０〜１５ｍｍの範囲に第１グレーティング部を作製し、その後、チャープ位相マスクを適当にずらして、５〜１０ｍｍの範囲に第１グレーティング部とは位相ずれを有する第２グレーティング部を作製することで実現できる。その製造工程は実施の形態５で示したファイバグレーティングの製造工程を利用できる。グレーティングとしては、グレーティングピッチが一定のユニフォームグレーティングやチャープグレーティングを用いることができる。なお、グレーティングをチャープファイバグレーティングとすることによって、ユニフォームグレーティングの場合に比べて、透過させる２つの波長間隔をより広くすることができる。また、チャープ率を制御することにより波長間隔を任意に設計することができる。
【００５３】
次に、この往復逓倍光変調器の動作原理について図２９を用いて説明する。図から分かるように動作原理は実施の形態５とほぼ同一であり、光周波数成分ｆ（ｎ−１）、ｆ（ｎ＋１）の光のみが、出力側グレーティングフィルタ２１ｂを透過し、出力光として得られる。このように出力光のみを取り出し、その他の光は全て遮断されるため、ノイズ光が小さい往復逓倍光変調器が得られる。
【００５４】
出力側グレーティングフィルタ２１ｂに狭帯域透過フィルタを用いる場合、その透過帯域が狭帯域であるため、２つの透過光の波長間隔精度が重要となり、この間隔を調整可能なことが望ましい。これは図１２及び図１３あるいは図１４に示すようなチャープファイバグレーティングに温度勾配を印加することができる構造とすることで実現できる。図３２は、図３０、３１で示したグレーティングフィルタに−２０℃〜＋２０℃の温度勾配を印加した場合の透過特性の変化を示したものである。なお、ここでいうマイナスの温度勾配とは、チャープファイバグレーティングのチャープ率を小さくする向きの温度勾配を言い、プラスの温度勾配はチャープ率を大きくする向きの温度勾配を言う。図３２から分かるように温度勾配を制御することにより、２つの透過波長間隔を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図３】グレーティング部に接着剤を設けた場合の接着前と接着後の反射特性の変化を示す図である。
【図４】グレーティング部に接着剤を設けない場合の接着前と接着後の反射特性の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る往復逓倍光変調器の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る往復逓倍光変調器の動作原理を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る往復逓倍光変調器の光出力の時間変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタの別例を示す斜視図である。
【図９】図８のグレーティングフィルタの分解斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るグレーティングフィルタの構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０のグレーティングフィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るグレーティングフィルタの構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２のグレーティングフィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係るグレーティングフィルタの別例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態５に係る往復逓倍光変調器の動作原理を示す概略図である。
【図２２】グレーティングの全長の略中点で屈折率変調の位相が９０°ずれているグレーティングの屈折率変調を示す図である。
【図２３】グレーティングの全長にわたってグレーティングピッチが一定であって位相ずれを有しないグレーティングの屈折率変調を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの製造工程の一工程を示す概略図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの製造工程の一工程を示す概略図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの製造工程の一工程を示す概略図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの特性を示す図である。
【図２８】図２７の拡大図である。
【図２９】本発明の実施の形態６に係る往復逓倍光変調器の動作原理を示す概略図である。
【図３０】本発明の実施の形態６に係るグレーティングフィルタの特性を示す図である。
【図３１】図３０の拡大図である。
【図３２】本発明の実施の形態６に係るグレーティングフィルタに−２０℃〜＋２０℃の温度勾配を加えた場合の透過特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１ａ、１ｂ グレーティングフィルタ、２ ファイバグレーティング、３ Ｖ字溝、４ 第１石英基板、５ 第２石英基板、６ 接着剤、７ 光ファイバケーブル、８ 被覆除去光ファイバ部、９ 固定部、１０ 固定用接着剤、１１ 光学研磨面、１２ 光変調器、１３ａ、１３ｂ 変調電極、１４ 電気信号源、１５ 薄膜ヒータ、１６ａ、１６ｂ 電極、１７ 伝熱性シリコーンゴム、１８ 端面、１９ 位相マスク、２０、３０、４０ 往復逓倍光変調器、２１ａ 第１グレーティングフィルタ、２１ｂ 第２グレーティングフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ無線システム等に用いられる光変調器用グレーティングフィルタを用いた往復逓倍光変調器に関し、特に低い周波数の電気信号によりミリ波帯の高い周波数で変調された光信号を得る往復逓倍光変調器用グレーティングフィルタを用いた往復逓倍光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ無線システムにおいてミリ波・マイクロ波帯における光変調はキーとなる技術であるが、電極損や位相不整合の影響で高周波帯域での変調効率が低く、変調器をドライブするには大振幅のＲＦ信号が必要となっている。これを解決するために１つの光位相変調器の入力ポート、出力ポートのそれぞれに光フィルタを置き、光高調波を効率よく生成する往復逓倍光変調器が提案されている。往復逓倍光変調器では、変調器に供給する電気信号に比べ数倍高い周波数で変調された光信号を得ることができるため、ドライブ回路の低コスト化が図れる利点がある。従来の往復逓倍光変調器には、これに用いる光フィルタとしてファイバグレーティングが、光変調器チップに直接接続されていた。光フィルタの間隔は１６ｃｍである。往復逓倍光変調器に周波数５．５ＧＨｚ電気信号で変調した場合、往復逓倍光変調器により４９．５ＧＨｚのミリ波信号が生成されている。（例えば、非特許文献１参照。）
【０００３】
また、光フィルタにファイバグレーティングを用いた往復光変調器の出力光の強度は、一般に変動しており、その出力光の変動を例えばフォトダイオードで電気信号に変換し、位相変調器にフィードバックすることによって、出力光を安定に保つことできる。この理由は出力光の変動は、光路の変動による、光の位相が変動するためである。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【非特許文献１】２００３年電子情報通信学会総合大会予稿Ｃ−１４−１１
【特許文献１】特開２００２−６２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような往復逓倍光変調器では、光変調器の入出力側に設けられたそれぞれのファイバグレーティング間の間隔が長いため、僅かな環境変化による温度や応力変化により、２つのファイバグレーティング間の光路長が変化して出力光が安定しない。このため、出力光をモニタしフィードバック制御により安定化する必要があるが、このフィードバック機構が複雑で高コスト化が避けられないという問題点があった。また、光変調器を挟む入出力側の２つのファイバグレーティング間の距離が長いため、機器の小型化を行う際の障害になるといった問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、環境温度の変化に対しても出力光の強度が安定であって、且つ小型化が可能な往復逓倍光変調器用グレーティングフィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るグレーティングフィルタは、
光ファイバのコアに所定長さのグレーティングが形成されているファイバグレーティングであって、前記グレーティングは前記光ファイバの一方の端面の近傍に設けられているファイバグレーティングと、
前記ファイバグレーティングの前記グレーティングの両端を固定すると共に、前記ファイバグレーティングの前記端面と略同一面を構成する端面を有する少なくとも一つの基板と
を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る往復逓倍光変調器は、光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲を全て含む第２波長範囲の光を反射する第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、別例の本発明に係る往復逓倍光変調器は、光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より長波長側の第２波長範囲の光と、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より短波長側の第３波長範囲の光とを透過させる第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るグレーティングフィルタによれば、グレーティングは光ファイバの一方の端面の近傍に設けられている。また、ファイバグレーティングの端面とファイバグレーティングを固定する基板の端面とが略同一面を構成している。これによって、このグレーティングフィルタは、往復逓倍光変調器に用いた場合には、他の部材を介することなく光軸を合せることができて光変調器の入出力端と直接接続でき、光変調器の入出力端とグレーティングフィルタとの間の間隔を短くできる。さらに基板によってグレーティングフィルタが安定に固定されているので光路長変化が小さく光出力が安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係るグレーティングフィルタ及びその製造方法、さらにこれを用いた往復逓倍光変調器について添付図面を用いて説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタについて説明する。図１は、この発明のグレーティングフィルタ１の構成を示す斜視図である。また図２は、このグレーティングフィルタの構成を説明する分解斜視図である。このグレーティングフィルタ１は、ファイバグレーティング２が第１石英基板４のＶ字溝３の中に収納され、該Ｖ字溝３と第２石英基板５との間に挟んで固定されている。ファイバグレーティング２は、光ファイバのコアに長さ１５ｍｍのグレーティングが形成されている。第１石英基板４は、グレーティングファイバ２のグレーティング部分を収納するＶ字溝３が形成されている。また、ファイバグレーティング２は、第１石英基板４のＶ字溝３内に収納されており、グレーティング部分の両端から少し離れた部分で第１石英基板４のＶ字溝３と第２石英基板５とに接着剤６で固定されている。ファイバグレーティング２は、直径１２５μｍのシングルモードファイバの周囲を樹脂などで被覆して直径２５０μｍ、または直径９００μｍ、の光ファイバケーブル７の一部の被覆を除去した、被覆除去光ファイバ部８にファイバグレーティング２を形成したものである。なお、ファイバグレーティング２を形成する光ファイバの直径や種類、被覆した光ファイバケーブルの直径などは一例を示したもので、グレーティングを形成できるものであれば他の仕様であってもよい。またファイバグレーティング２のグレーティングを形成した長さは１５ｍｍとしたが、要求する仕様に合わせて設計した任意の長さであってよい。さらに第１石英基板４にＶ字溝３を形成したが、溝内にファイバグレーティング２を設置する場合の位置精度を重要としない場合はＵ字溝であっても、他の形状の溝であってもよい。
【００１３】
次に、光ファイバの一端のファイバグレーティング２を第１石英基板に固定する光ファイバ固定部９について説明する。第１石英基板４の一端には、Ｖ字溝３を形成した面の一部を削って基板厚みを薄くした光ファイバ固定部９が設けられている。光ファイバ固定部９は樹脂の被覆を施した光ファイバケーブル７を固定用接着剤１０によって固定するための部分で、被覆用の樹脂の厚みによって、被覆除去光ファイバ部８に曲げ応力がかからないように、第１石英基板４の一部を予め削って薄くしたものである。石英基板５はファイバグレーティング２のグレーティング長よりも僅かに長いが、被覆除去光ファイバ部８の長さより短い長さであればよく、例えばここでは１７ｍｍとする。第２石英基板５はファイバグレーティング２を固定し、保護するためのものであるので、グレーティングを形成した部分より両端に１ｍｍ程度の長さがあればよい。第２石英基板５より外側の被覆除去光ファイバ部８と光ファイバケーブル７の光ファイバ固定部９の上の領域は、固定用接着剤１０によって、第１石英基板４の光ファイバ固定部９に固定される。このとき、固定用接着剤１０は石英基板５の上まではみ出してもよいし、第２石英基板５の端面までであってもよいが、被覆除去光ファイバ部８がむき出しにならないように覆う方が信頼性を確保するためにもよい。なお、光ファイバ固定部９の長さは幾らであってもよいが、２〜５ｍｍ程度あれば十分であり、グレーティングフィルタの小型化とファイバ固定の信頼性を考えれば、３〜４ｍｍ程度が妥当である。
【００１４】
さらに、このグレーティングフィルタの端面について説明する。このグレーティングフィルタには、ファイバグレーティング２と第１石英基板４と第２石英基板５の端面が光学研磨され、略同一面の光学研磨面１１が設けられている。これによって、このグレーティングフィルタ１を光変調器等に接続する場合には、他の部材を介することなく光軸を合せることができるので光変調器の入出力端と直接接続でき、光変調器の入出力端とグレーティングフィルタ１との間の間隔を短くできる。なお、ここで光学研磨とは、通常の光ファイバ通信用のコネクタ等で用いられている研磨工程と略同等の研磨のことをいう。また、光学研磨面１１はファイバグレーティング２における光の伝搬方向に垂直な面であってもよいが、光変調器と接続したときに接続面での反射損失を抑えるため、垂直な面から７°など任意の角度を持った面であってもよい。このとき角度の方向はいずれの方向であってもよい。このようにしてグレーティングフィルタ１は構成される。
【００１５】
次に、ファイバグレーティング２と第１石英基板４と第２石英基板５を接着する方法について詳しく述べる。ファイバグレーティング２と第１石英基板４と第２石英基板５は接着剤６によって固定される。接着剤６にはエポキシ樹脂を主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いたが、熱硬化型の接着剤を用いてもよく、他の材料の接着剤を用いてもよい。接着剤６はファイバグレーティングのグレーティングを形成した部分には設けず、グレーティングの両端より外側、及びＶ字溝３から離れた場所の石英基板４と石英基板５の間に設けた。このようにグレーティング部分を避けて接着剤を塗布するので、グレーティングに応力が加わらず良好なフィルタ特性が得られる。ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分に接着剤を塗布した場合には、接着剤が硬化する際、その接着剤を塗布した部分にランダムな伸び縮みが生じて、ランダムな力が加わる。このランダムな応力によって、グレーティングの或る部分ではピッチが伸び、或る部分ではピッチが縮むなどのランダムなピッチの乱れが生じ、グレーティングの光学特性が変化するためである。なお、接着剤６を塗布しないグレーティング部分は、何も設けずそのまま（周囲が空気のまま）でもよいが、例えばシリコーンゲルやシリコーンゴムのようなグレーティングに負荷をかけない柔らかい充填材をグレーティング部分の周囲に設けてもよい。このような材料には例えばＧＥ東芝シリコーン社製の高強度・半透明型取り用付加型液状シリコーンゴムＴＳＥ３４７６Ｔや１成分加熱硬化型接着性液状シリコーンゴムＴＳＥ３２８２−Ｇなどがある。
【００１６】
図３は、グレーティング部分にも接着剤を塗布した場合の、接着前と接着後のグレーティングの反射特性を示す図である。図４は、グレーティングを形成した部分には接着剤を塗布せず、グレーティングの両端より外側とＶ字溝から離れた部分の石英基板間に接着剤を設けた場合の接着前と接着後のグレーティングの反射特性を示す図である。図３から分かるように、グレーティングを形成した部分にも接着剤を塗布した場合は、接着前後でグレーティングの反射特性が大きく変化し、急峻な反射特性から緩慢な反射特性に変化している。これは、グレーティング全長に渡って均一なグレーティングピッチで作製したことにより急峻な反射特性が得られていたものが、接着剤の硬化によって生じたランダムな伸び縮みによって、グレーティングピッチに乱れが生じ、反射特性が緩慢になったためである。接着剤の硬化によって生じたこのようなグレーティングピッチの乱れは位相エラーと呼ばれ、例えば、特開２００２−１９６１５８号公報に記されている。一方、図４から分かるように、グレーティングを形成した部分には接着剤を塗布しなかった場合には、接着前後でグレーティングの反射特性は殆ど変化せず、急峻な反射特性を示している。このグレーティングフィルタを光変調器の両端に設け、往復逓倍光変調器を構成する場合、数１０ＧＨｚの高い光変調信号を得るには、グレーティングフィルタには急峻な反射特性が求められるため、グレーティングを形成した部分には接着剤を設けない方が好ましい。また、ファイバグレーティングのグレーティングピッチの位相を制御して、複数の波長の光が反射するサンプルドグレーティングやスーパーストラクチャグレーティングを用いる場合にも、グレーティングを形成した部分には接着剤を設けない方がよい。なおサンプルドグレーティングやスーパーストラクチャグレーティングについては、例えば、特表２００３−５１０６２７号公報や米国公開特許公報ＵＳ２００３／００２１５３２Ａ１に記載されている。
【００１７】
次に、このグレーティングフィルタ１を用いた往復逓倍光変調器について述べる。図５は、この往復逓倍光変調器２０の斜視図を示したものである。この往復逓倍光変調器２０は、光変調器１２と、該光変調器１２の入出力端に接続された第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂとを備えている。なお、図では光変調器１２とグレーティングフィルタ１ａ、１ｂとを分かりやすく説明するために互いに分離して示しているが、実際には光変調器１２の入出力端と第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂの光学研磨面１１とは、それぞれのコアを合わせて接着剤により接着されている。光変調器１２は強度変調器であっても位相変調器であってもよいが、本実施の形態では位相変調器とした。変調器１２はリチウム酸ニオブ（ＬｉＮｂＯ３）基板に形成したＬＮ変調器であって、入出力端の間で２つに分岐した２本の光導波路上にそれぞれ変調電極１３ａ，１３ｂが形成されている。変調電極１３ａ，１３ｂには高周波電気信号源１４から４．４ＧＨｚの高周波電気信号が印加され、２本の光導波路を伝搬する光信号が変調される。
【００１８】
次に、光変調器１２の両端の光信号入出力端と、第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ，１ｂの光学研磨面１１との接続について説明する。光信号入出力端と第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ，１ｂの光学研磨面１１とは接着剤によって接続されている。この接着剤は通常のＬＮ変調器とコネクタの接続などに用いられる市販の光通信デバイス用接着剤で、光伝搬損失が小さくなるように設計・製造されたものである。図５ではグレーティングフィルタ１ａ，１ｂは簡略化して示してあるが、図１に示したものと同一構造であり、その特性は図４に示した接着後のものとほぼ同一である。また、光変調器１２の入出力端面と、グレーティングフィルタ１ａ，１ｂの端面とは、図５に示すように、いずれも光の伝搬方向に対して垂直な面から７°傾けて研磨されている。これによって、光変調器１２とグレーティングフィルタ１ａ，１ｂの接続面での反射を抑えることができる。
【００１９】
さらに、この往復逓倍光変調器２０のサイズについて説明する。まず、光変調器１２の全長は３８ｍｍである。また、グレーティングフィルタ１ａ，１ｂのグレーティングを形成した部分の長さは１５ｍｍであり、グレーティングの一端と光学研磨した端面１１との間隔は１ｍｍである。また、グレーティングフィルタ１ａ、１ｂの端面が光学研磨面であるので、接続部材を介することなく光軸を合せて光変調器１２の入出力端と直接接続できる。すなわち従来の技術で記した非特許文献１に記載された往復逓倍光変調器ではグレーティングフィルタ間の距離は１６ｃｍであるが、本実施の形態のグレーティングフィルタを用いた往復逓倍光変調器では、グレーティングフィルタ間の距離が４０ｍｍとなり、大幅に光路長を短くすることができた。
【００２０】
次に、この往復逓倍光変調器２０の動作原理について説明する。図６は、図５の往復逓倍光変調器２０の動作原理を示す概略図である。ＬＮ変調器１２の光信号入力端に設けた第１グレーティングフィルタ１ａは、光周波数ｆ０の無変調光を光源からＬＮ変調器１２へと透過するが、特定の波長帯域内の光は反射する。一方、ＬＮ変調器１２の光信号出力端に設けた第２グレーティングフィルタ１ｂは特定の波長帯域内の光は反射するが、出力光として得たい光周波数成分の光は透過する。また、光周波数ｆ０の無変調光はＬＮ変調器１２で位相変調される。そこで、光源から光周波数ｆ０の無変調光が第１グレーティングフィルタ１ａに入力され、ＬＮ変調器１２で変調され、第２グレーティングフィルタ１ｂから出力光が得られるまでのステップは以下のようになる。
（ａ）まず、光源から光周波数ｆ０の無変調光が第１グレーティングフィルタ１ａに入力され、透過し、ＬＮ変調器１２に達する。
（ｂ）光周波数ｆ０の無変調光からＬＮ変調器１２で側波帯が生成される。
（ｃ）生成された側波帯のうち、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂの反射帯域に含まれる成分（中間成分と呼ぶ）は、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂで反射され、ＬＮ変調器１２に帰る。一方、側波帯のうち、反射帯域に含まれない成分は出力される。
（ｄ）反射された中間成分からＬＮ変調器１２で側波帯が生成される。
（ｅ）生成された側波帯のうち、入力側の第１グレーティングフィルタ１ａの反射帯域に含まれる成分（中間成分と呼ぶ）は、入力側の第１グレーティングフィルタ１ａで反射され、ＬＮ変調器１２に帰る。
（ｆ）反射された中間成分からＬＮ変調器１２で側波帯が生成される。
（ｇ）さらに、生成された側波帯のうち、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂの反射帯域に含まれる成分（中間成分と呼ぶ）は、出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂで反射され、ＬＮ変調器１２に帰る。一方、側波帯のうち、反射帯域に含まれない成分は出力される。
【００２１】
以上のように、２つのグレーティングフィルタ１ａ、１ｂの間を中間成分が往復して、ＬＮ変調器１２で複数回、変調される。その結果、高効率で高次の側波帯を生成することが可能となる。入力側及び出力側の第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂで光周波数成分ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの光を反射するようにグレーティングフィルタの反射帯域幅が設定されていると、第ｎ＋１次高調波成分である光周波数成分ｆ（ｎ＋１）を出力として得ることができる。図６は、光周波数成分ｆ５を生成する場合を例としてあげており、ＬＮ変調器１２の変調周波数ｆｍに対し５倍の変調周波数５ｆｍの光出力が得られる。なお、グレーティングフィルタの反射帯域幅を広くし、両端のグレーティングフィルタ１ａ、１ｂでの反射回数を多くすることにより、より高い周波数成分の光出力を得ることができる。
【００２２】
図７は、この往復逓倍光変調器２０の光出力強度の時間変化を示す図である。なお、ここでは、従来の往復逓倍光変調器で必須であったフィードバック制御による光出力の安定化は行っていない。図５に示した構造の往復逓倍光変調器２０で、４．４ＧＨｚの電気信号により往復逓倍動作を行うことで、６１．６ＧＨｚのミリ波周波数に変調された光信号が得られた。図７に示すように、上記のグレーティングフィルタ１ａ、１ｂを用いた往復逓倍光変調器２０ではフィードバック制御を用いなくても安定した光出力が得られた。これは従来のグレーティングフィルタを用いた場合には、グレーティングフィルタの間隔が１６ｃｍと長かったため、僅かな温度変化で、光ファイバや光導波路の屈折率が変わり、光路長の変化することが問題となっていたが、本実施の形態の往復逓倍光変調器２０では、第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂ間の間隔が４０ｍｍと大幅に短くなったため、温度変化による光路長の変化が極めて小さくなったためである。なお、本実施の形態では、光出力を安定化するためのフィードバック制御を設けていないが、さらにフィードバック制御を設けてもよい。それによってさらに安定な光出力特性を実現できる。この場合においても、往復逓倍光変調器２０自体の出力安定性が優れているため、従来のフィードバック制御機構より簡便で安価な制御機構で済む。
【００２３】
なお、全体サイズを小さくした逓倍光変調器としては、例えば、特開２００２−１４８５７２号公報に記された集積型光逓倍変調装置がある。これは光変調器を形成した半導体基板上にグレーティングフィルタをも形成するもので、全体のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍと非常に小さい。一般に往復逓倍光変調器で高い周波数の光変調信号を得るには、グレーティングフィルタの反射特性は急峻さが求められる。急峻な反射特性を得るためには、グレーティングには少なくとも１０ｍｍ以上の長さが必要となってくる。しかし、このような基板上に形成した光導波路に１０ｍｍ以上の長さのグレーティングを形成して急峻な反射特性を得ることは難しい。その理由は次の通りである。グレーティングで反射される光の波長λは、以下の式で表される。
λ ＝ ２・Ｎｅｆｆ・Λ （１）
ここで、Ｎｅｆｆは実効屈折率といい、光導波路のコアとクラッドの相互作用で決まる光導波路の平均的な屈折率である。またΛはグレーティングピッチである。
【００２４】
上記式（１）から分かるようにグレーティングの全体に渡って、ＮｅｆｆとΛが一定であるほど、波長λに強い反射が得られ、急峻な反射特性が得られる。Ｎｅｆｆは、コアとクラッドの相互作用で決まるので、例えば、光の伝搬方向にコアの屈折率やコア幅に乱れがあった場合、グレーティングの長さ全体に渡って一様なＮｅｆｆを得るのが難しくなる。半導体基板上に作製した光導波路や、基板上に石英を主成分として平面光導波路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）を作製した場合には、屈折率やコア幅を一様に作製するのは難しく、グレーティングの長さ全体に渡って一様なＮｅｆｆを得るのが難しい。このため高い周波数の光変調信号を得るための往復逓倍光変調器に必要な反射特性のグレーティングフィルタを得ることが難しい。一方、本実施の形態ではグレーティングを形成する光導波路は光ファイバであるため、屈折率やコア径の一様性は非常に優れており、急峻な反射特性のグレーティングフィルタを得るには適している。そこで、このグレーティングフィルタを用いることにより、従来の基板上に作製した光導波路に形成したグレーティングフィルタを用いるよりも高性能な往復逓倍光変調器が得られる。
【００２５】
なお、本実施の形態のグレーティングフィルタでは、一方の第１石英基板４にのみ溝３を設けたが、図８及び図９に示すように両方の第１及び第２基板４、５のそれぞれにファイバグレーティング２を収納する溝３ａ、３ｂを設け、そこにファイバグレーティング２を収納し、該溝３ａ、３ｂの間で挟んで固定してもよい。この場合にもグレーティング部分の両端から外側の少し離れた部分で溝３ａ、３ｂに接着剤を塗布し、固定する。このようにグレーティング部分には接着剤を塗布しないことが好ましい。また、基板の材質は石英に限らずシリコン基板などの半導体基板や銅合金などの金属基板、あるいはポリイミドなどの樹脂基板であってもよい。
【００２６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るグレーティングフィルタについて、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、このグレーティングフィルタの斜視図である。また、図１１は、グレーティングフィルタの構成を示すための分解斜視図である。本実施の形態では、グレーティングフィルタ１を構成する第２石英基板５のファイバグレーティング２と接する面に薄膜ヒータ１５が設けられている。第２石英基板５は、Ｖ字溝３を形成した第１石英基板４よりも幅が広くなっており、この幅が広くなった部分に薄膜ヒータ１５に給電する電極１６ａ，１６ｂが設けられている。第１石英基板４と第２石英基板５とファイバグレーティング２とは接着剤６によって固定されており、接着剤６は実施の形態１と同様、グレーティングの両端より外側と、第１石英基板４と第２石英基板５の間に設けられ、ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分には設けていない。ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分には何も設けなくてもよいが、薄膜ヒータ１５の熱がファイバグレーティング２に伝わりやすくするため、伝熱性シリコーンゴム１７が設けられている。このように薄膜ヒータ１５を設けることによりファイバグレーティング２のグレーティングの反射波長を制御できる。これによって、グレーティングフィルタ１として、反射波長を可変させることができる。また、製造上の反射波長のばらつきを調整できる。さらに、薄膜ヒータ１５とファイバグレーティング２とを密着させるので、小さい消費電力でグレーティングの反射波長を制御できる。
【００２７】
次に動作について説明する。電極１６ａ，１６ｂから薄膜ヒータ１５に電力を供給すると、薄膜ヒータ１５は発熱し、その熱がファイバグレーティング２に伝わり、ファイバグレーティング２の温度が上昇する。ファイバグレーティングの材料である石英は温度上昇によって屈折率が上昇し、これを熱光学効果という。グレーティングで反射する光の波長は数式（１）で示したように、実効屈折率Ｎｅｆｆに比例するため、ファイバグレーティングの温度を制御することで反射する波長を制御することができる。反射する波長の変化の割合は約１０ｐｍ／℃である。
【００２８】
なお、図４に示すように、ファイバグレーティング２のグレーティングを形成した部分に接着剤６を設けない場合であっても、接着前と接着後ではグレーティングの反射特性は僅かに変化する。反射特性の急峻さには変化がないが、反射特性が全体的に長波長側にシフトしている。これは接着剤硬化によるグレーティングピッチの乱れは生じないが、グレーティングの両端で張力が生じ、グレーティングピッチが均一の割合で伸びたためである。このように接着の前後では僅かに波長が変化し、これを精度よく制御するには高度な製造技術を要する。また反射波長に高い精度が要求される場合には、歩留まりを著しく悪くする恐れがある。そこで、本実施の形態のようにグレーティングフィルタの一部に薄膜ヒータなどの温度制御手段を設け、ファイバグレーティング２の温度制御を行うことで反射波長を制御することができる。これによって接着後に変化する反射特性を補償することができる。
【００２９】
また、ファイバグレーティングを作製するときに予め短めの反射波長となるように作製をしておいてもよい。このファイバグレーティングを第１及び第２基板４、５の間に固定して、グレーティングフィルタ１を作製した後に、薄膜ヒータ１５に供給する電力を調整して、反射波長を要求する波長に調整すればよい。また反射波長はグレーティングフィルタを使用する環境の温度によっても変化するので、グレーティングフィルタを光変調器の入出力端に接続して往復逓倍光変調器を構成したときにも問題となる。そこで、環境温度が変化した場合には、薄膜ヒータ１５によってファイバグレーティング２のグレーティングの温度が常に一定になるように制御することによって、反射波長を一定に保つことができる。さらに、グレーティングの温度を調整して、往復逓倍光変調器の光出力強度などの特性が最も良くなるように調整することもできる。
【００３０】
なお、薄膜ヒータ１５は第２石英基板５のファイバグレーティングに接する面に設けたが、第２石英基板５の上面や第１石英基板４の下面などに設けて、グレーティングフィルタ全体の温度を制御することもできるが、図１０に示すようにファイバグレーティング２と接する面に設けた方が、薄膜ヒータの消費電量を小さく抑えられるので好適である。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、基板に石英基板を用いたが、これに限るものではなく、アルミナなど他の材料からなる絶縁体基板や、ポリイミドなどの樹脂基板を用いてもよい。また薄膜ヒータと基板との間に絶縁層を設けることで、金属基板や半導体基板など導電性基板を用いることも可能である。
【００３２】
実施の形態３．
本発明の実施の形態に係るグレーティングフィルタについて図１２及び図１３を用いて説明する。実施の形態２ではグレーティングフィルタに一つの薄膜ヒータを設けていたが、本実施の形態では複数の薄膜ヒータ１５１、１５２、・・・１５Ｎを設け、ファイバグレーティングの温度勾配を制御するものである。複数の薄膜ヒータ１５１、１５２、・・・１５Ｎを設けることによってファイバグレーティング２の温度勾配を制御して、グレーティングのチャープ量を制御できる。これによって形成されるチャープグレーティングによって光信号の位相を調整して光出力を制御できる。
【００３３】
図１２は、このグレーティングフィルタ１の斜視図である。また、図１３はグレーティングフィルタの構成を示すための分解斜視図である。本実施の形態ではファイバグレーティング２と接する面に複数の、すなわちＮ個の薄膜ヒータ１５１，１５２，・・・，１５Ｎが設けられている。第２石英基板５は、Ｖ字溝３を形成した第１石英基板４よりも両側に幅が広くなっており、この幅が広くなった部分にＮ個の薄膜ヒータそれぞれに給電する電極１６ａ１，１６ａ２，・・・，１６ａＮと、Ｎ個の電極に共通な電極１６ｂが設けられている。なお、接着剤６や伝熱性シリコーンゴム１７など他の構成要素は実施の形態２と同一である。
【００３４】
次に、このグレーティングフィルタ１の動作について説明する。図示されていない電源からＮ個の薄膜ヒータ１５１，１５２，・・・，１５Ｎにそれぞれ個々に電力が制御されて印加される。個々の薄膜ヒータ１５１，１５２，・・・，１５Ｎに供給する電力をファイバグレーティング２に沿って一次関数的に増加または減少するように電力を供給することによって、ファイバグレーティング２のグレーティング部分には直線的な温度勾配が印加され、個々の薄膜ヒータの電力を制御することによって、温度勾配を制御することができる。実施の形態２で述べたように光ファイバの屈折率は熱光学効果により屈折率を制御することができるので、上記のように温度勾配を設けることで等価屈折率を変化させ、グレーティングで反射する光の波長を制御することができる。本実施の形態に示すようにファイバグレーティング２のグレーティング部に直線的な温度勾配を印加することで、波長によってグレーティングの異なる位置で反射させることができる。例えば、図１２で光学研磨面１１の方向から光を入射するとして考える。個々の薄膜ヒータによってファイバグレーティング２のグレーティング部に、光学研磨面１１側の方が温度が高く、光ファイバケーブル７の被覆部側の方が温度が低くなるような温度勾配を印加すると、グレーティングの屈折率は光学研磨面１１に近い方で大きくなり、光学研磨面１１から遠ざかるに従い小さくなる。この結果、光学研磨面１１に近い方では波長の長い光が反射し、遠い方では波長の短い光が反射する。一方、逆向きの温度勾配を印加した場合は、光学研磨面１１に近い方では波長の短い光が反射し、遠い方では波長の長い光が反射する。すなわち温度勾配を制御することによってグレーティングにチャープ特性を持たせることができる。なお、この温度勾配によってグレーティングのチャープを制御する技術については、光通信で用いられる可変分散補償器に使用されており、例えば特開２００２−１９６１５９号公報に詳細に記されている。このようにグレーティングのチャープ特性を制御することにより、往復逓倍光変調時に生じた分散を補償することができるため、効率を低下させることなく往復逓倍光変調が行える。
【００３５】
なお、グレーティングにはグレーティングピッチがグレーティング全域に渡って一定なユニフォームグレーティングについて示したが、ユニフォームグレーティングに代えてチャープグレーティングを用いてもよい。
【００３６】
また、複数の薄膜ヒータは、図１４に示すように第１石英基板４または第２石英基板５の外側のグレーティングの両端に設けてもよい。この場合、２個の薄膜ヒータ１５１、１５２を制御して、第２石英基板５全体に温度勾配を印加することができ、これによってファイバグレーティングにも温度勾配を印加することができる。この場合、第２石英基板５全体を加熱するため消費電力が大きくなるが、薄膜ヒータの数が少なく構造と制御が簡便になるため低コスト化には優れている。
【００３７】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法について図１５から図２０を用いて説明する。図１５から図２０は、このグレーティングフィルタの製造方法の各工程を示す概略図である。このグレーティングフィルタの作製方法では、まず光ファイバの一端を第１及び第２石英基板４、５の間に挟んで固定し、その後、光ファイバの端面の近傍にグレーティングを形成する。上記実施の形態１に示すように、先にファイバグレーティングを作製して、その後、該ファイバグレーティングを第１及び第２基板４、５の間に挟んで固定して作製してもよいが、本実施の形態に示すように光ファイバを基板内に配置してからグレーティングを形成することにより、グレーティングを精度よく作製することができ、生産性を向上させることができる。なお各部材のサイズなどの詳細は実施の形態１で示したものと同一である。
【００３８】
以下に、このグレーティングフィルタ１の製造方法の各工程について説明する。
（ａ）まず、図１５に示すように、光ファイバケーブル７の一部の被覆を除去した被覆除去光ファイバ部８を、Ｖ字溝３を形成した第１石英基板４のＶ字溝３内に設置する。被覆除去光ファイバ部はＶ字溝３の長さよりも長く、図１５あるいは図１６に示すように、Ｖ字溝３からはみ出すように配置する。なお、Ｖ字溝３はＵ字溝または他の形状の溝であってもよいが、高精度なグレーティングを形成するにはＶ字溝が最適である。第１石英基板４は実施の形態１で述べたように、基板の一端に厚みを薄く削った固定部９を有する。
（ｂ）この固定部９に光ファイバケーブル７の被覆がある部分と被覆を除去した部分の境界がくるように配置する。
（ｃ）次にＶ字溝３内の被覆除去光ファイバ部のグレーティングを形成する部分の両端外側と、第１石英基板４のＶ字溝３を形成した面のＶ字溝３以外の場所に固定用の接着剤６を塗布する。
（ｄ）その後、第２石英基板５を第１石英基板４のＶ字溝３を形成した面の上に配置し、接着剤の硬化処理を行って、グレーティングを形成する部分の両端を第１及び第２石英基板４、５の間に挟んで固定する。
【００３９】
ここで、接着剤６は熱硬化型のものであっても紫外線硬化型のものであっても自然硬化型のものであってもよい。なお、ＰＬＣの光コネクタなどの作製にもっともよく用いられている紫外線硬化型のものが、信頼性が高く最も好ましい。また、接着剤６はＶ字溝３内に流れ込まないようにするため、Ｖ字溝３のすぐ近くまで塗布する必要はない。なお、固定方法は接着剤に限らず、被覆除去光ファイバ部８に第２石英基板５を介して紫外線レーザ光を照射できる構成であれば、ネジ止めなど他の方法であってもよい。またこのあと第２石英基板５を介して紫外線レーザ光の干渉縞を照射してグレーティングを形成するので、第２石英基板５の厚みは１ｍｍ以下がよく、好ましくは０．１〜０．３ｍｍ程度が望ましい。
【００４０】
このようにして第１石英基板４と第２石英基板５と光ファイバケーブル７を固定し、最後に固定部９に光ファイバケーブル７を固定用接着剤１０で固定する。図１６は、このようにして組みあがった状態である。固定部９と反対側の端面には光学研磨していない端面１８があり、被覆を除去した光ファイバの一部がはみ出している。その後、このはみ出した部分の光ファイバを切断し、端面１８を光学研磨して光学研磨面１１を形成する。この光学研磨面１１は、第１及び第２石英基板４、５の端面と光ファイバの端面とが略同一面を構成している。この状態を図１７に示す。なお、光学研磨工程は次のグレーティング形成プロセスを行った後に行っても構わない。
【００４１】
次に、被覆除去光ファイバ部８にグレーティング形成を行う。なお、グレーティング形成方法については、例えば、特開２００２−１９６１５８号公報に記されている。また、一般にグレーティングを形成する場合、光ファイバを１００気圧程度の高圧の水素または重水素内に数日間放置する高圧水素処理を行うが、高圧水素処理は、図１５で組み立てる前の光ファイバケーブルの状態で行っても、図１６あるいは図１７のように光ファイバと基板を固定した状態で行ってもどちらでもよい。
【００４２】
図１８及び図１９は、被覆除去光ファイバ部８にグレーティングを形成するプロセスを示したものである。図のように位相マスク１９を介して紫外レーザ光を照射すると、位相マスク１８によって紫外レーザ光は±１次の方向に回折される。この回折された紫外レーザ光は被覆除去光ファイバ部８のコア内に干渉縞を生じ、干渉縞の分布に従ってコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。紫外レーザ光には、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＮｄ：ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）、Ａｒイオンレーザの第２高調波（波長２４４ｎｍ）などが使用される。紫外レーザ光をグレーティングを形成する部分に一括して照射してもよいが、往復逓倍光変調器では反射特性が急峻なグレーティングフィルタが必要とされるので、通常ビーム径２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下の紫外レーザ光を被覆除去光ファイバ部８の長手方向に沿って所定の照射量分布となるように走査しながら照射することが好ましい。このようにして所望のグレーティングを形成すると、図２０に示すようにグレーティングフィルタ１が完成する。
【００４３】
本実施の形態で示したグレーティングフィルタの製造方法は、光ファイバを基板内に固定してから、グレーティングを形成するため、この基板がぴったり収まる治具を用いてグレーティング形成を行うことにより、グレーティングの位置を高精度に形成することができ、安定に特性の揃ったグレーティングフィルタを量産できる利点がある。
【００４４】
なお、本実施の形態では石英基板のみを用いたが、Ｖ字溝を形成する基板に熱伝導性のよい基板を用いることで、紫外レーザ光照射による光ファイバの局所的な温度上昇を抑えることができる。その結果、局所的な熱膨張を抑えることができ高精度なグレーティングフィルタを作製することができる。このような基板としては金属基板や半導体基板を用いてもよく、また窒化アルミニウムなどは絶縁体であるが高い熱伝導率を有するので好適な基板材質である。
【００４５】
実施の形態５．
本発明の実施の形態に係るグレーティングフィルタ２１ａおよび往復逓倍光変調器３０について図２１から図２８を用いて説明する。実施の形態１の往復逓倍光変調器では入力側および出力側の第１及び第２グレーティングフィルタ１ａ、１ｂに特定の波長の光を反射する帯域制限フィルタを用いた場合について示したが、本実施の形態では、図２１に示すように、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａに特定の波長を透過する狭帯域通過フィルタを用いる場合について説明する。なお、グレーティングフィルタの構造は上記実施の形態に示した図１、図２あるいは図８、図９に示した構造であるが、上記実施の形態とはファイバグレーティングが異なる。また図１０に示すような薄膜ヒーターを設け、温度制御によりファイバグレーティングの反射、透過波長を制御するものであってもよい。
【００４６】
図２２は、本実施の形態の入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａに用いるファイバグレーティングのグレーティングの模式図を示したものである。ファイバグレーティングは光ファイバのコアに約５３５ｎｍの周期で屈折率変調を形成したものである。上記実施の形態１に用いたファイバグレーティングでは、図２３に示すように屈折率変調の周期がグレーティングの全長に渡って規則的に変化している。一方、本実施の形態の入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａに用いる狭帯域通過ファイバグレーティングでは、図２２に示すように、グレーティングのほぼ中心で屈折率変調の位相が９０°ずれている。言い換えれば、グレーティングの中心でグレーティングピッチが１／４ピッチ（グレーティングピッチ５３５ｎｍの場合、約１３４ｎｍ）ずれている。なお、位相ずれの角度は９０°であっても２７０°であっても同じであり、一般的に記述すれば、（９０°＋１８０°×ｎ）ずれていればよい。また、９０°丁度の位相ずれが理想であるが、実質的には９０°±３０°程度であれば十分である。このようなファイバグレーティングは、位相マスクのピッチが丁度グレーティングの中心でずれた位相マスクを用いて作製することができるが、通常のファイバグレーティング作製に用いられる位相ずれがない位相マスクを用いても作製することができる。
【００４７】
図２４から図２６は、位相ずれのない位相マスクを用いて略中点で９０°±３０°の位相ずれを有するグレーティングを形成する各工程を示す概略図である。
（ａ）まず、図２４に示すように、位相マスクを光ファイバに近接させて設置する。
（ｂ）次いで、紫外レーザ光を光ファイバの光軸方向に沿って照射範囲の全長の半分まで照射して、半分までグレーティングを形成する。
（ｃ）その後、図２５に示すように、位相マスクを光軸方向に沿って少しずらす。このとき丁度位相ずれが９０°となるように位相マスクをずらすことは、僅か１００ｎｍのずれを制御する必要があるので困難である。そのため実質的には適当にずらせばよい。
（ｄ）その後、図２６に示すように、照射範囲の残りの半分に紫外レーザ光を照射して残り半分にもグレーティングを形成する。位相マスクを適当にずらすことによって、作製される位相ずれの角度は確率によって決まる。位相ずれの許容範囲を９０°±３０°とすると、１／３の確率で製造することができる。
【００４８】
図２７は、グレーティング長を５ｍｍとして、２．５ｍｍの位置でグレーティングピッチの位相ずれを作製したファイバグレーティングの特性を示したものであり、図２８は、中心波長付近の拡大図を示したものである。図２８から分かるように、グレーティングの中心で位相ずれを形成したファイバグレーティングでは、狭帯域の透過特性が得られる。作製したグレーティングでは全値半値幅（ＦＷＨＭ）で２．５ＧＨｚの通過帯域幅が得られ、透過損失は１．９ｄＢであった。また図２７の反射特性から分かるように、反射率９０％以上の帯域幅は０．５２７ｎｍが得られ、反射帯域幅のほぼ中心で反射率が低下する特性が得られた。このように反射帯域幅のほぼ中心で反射率が低下していることから、位相ずれは９０°に極めて近いことが分かる。位相ずれが９０°以下の場合は、反射率が低下する位置が、反射帯域幅の短波長側にずれ、９０°より大きい場合は長波長側にずれる。反射率が低下する波長が反射帯域幅の中心波長から長短波側にずれても、その両側に反射率９０％以上の波長範囲が十分存在すれば、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａとして使用できる。反射率９０％以上の波長範囲は実用上０．１５ｎｍ以上存在すればよく、０．１５ｎｍ以上得られる位相ずれの範囲が９０°±３０°である。また図２８の透過特性では透過損失が１．９ｄＢとなっている。透過損失は２ｄＢ以下であれば十分であるが、小さい方が良いことは言うまでもない。この原因は、作製したグレーティングでは、位相ずれの位置がグレーティングの真の中心ではなく、いずれか一方にずれているためである。このずれが大きくなるほど、透過損失が増大し、また、透過帯域の全値半値幅が広がる。良好な往復逓倍光変調器を得るためには、全値半値幅は３ＧＨｚ以下が望ましい。透過損失が２ｄＢ以下で、全値半値幅５ＧＨｚを実現するためには、位相ずれの位置はグレーティングの中心から±１０％の位置に作製する必要がある。なお、ここで言う１０％とはグレーティング全長に対するパーセントで、例えば、５ｍｍの場合は±０．５ｍｍである。
【００４９】
次にこのような狭帯域透過特性を持つグレーティングフィルタ２１ａを入力側に用いた往復逓倍光変調器３０の動作原理について、図２１を用いて説明する。出力側グレーティングフィルタ１ｂは実施の形態１で示したものと同一である。往復逓倍光変調器３０の構造は図５と同様であり、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａが狭帯域透過グレーティングフィルタである点で相違する。図２１は、本実施の形態の往復逓倍光変調器３０の動作原理について示したものである。
（１）ＬＮ変調器１２の光信号入力端に設けたグレーティングフィルタ２１ａは狭帯域透過フィルタであるため、光周波数ｆ０の無変調光を光源からＬＮ変調器１２へと透過するが、その両側の波長の光は反射する。
（２）ＬＮ変調器１２の光信号出力端に設けた第２グレーティングフィルタ１ｂは実施の形態１と同様、特定の波長帯域内の光は反射するが、出力光として得たい光周波数成分の光は透過する。
（３）光周波数ｆ０の無変調光がＬＮ変調器１２で位相変調される。
（４）そこで、生成された両側の側波帯は出力側の第２グレーティングフィルタ１ｂで反射され、ＬＮ変調器１２で変調され、それぞれの成分に対し側波帯が生成される。
（５）その後、入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａでは、光周波数ｆ０以外の光が反射され、再度、ＬＮ変調器１２に入力される。このように、実施の形態１同様、２つのグレーティングフィルタの間を中間成分が往復して、複数回、変調される。
（６）入力側及び出力側グレーティングフィルタで光周波数成分ｆ−ｎ、・・・、ｆ−２、ｆ−１、ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの光を反射するようにグレーティングフィルタの反射帯域幅が設定されているため、光周波数成分ｆ（ｎ−１）、ｆ（ｎ＋１）を出力として得ることができる。
【００５０】
図２１は光周波数成分ｆ−５、ｆ５を生成する場合を例としてあげており、ＬＮ変調器１２の変調周波数ｆｍに対し１０倍の変調周波数１０ｆｍの光出力が得られる。すなわち本実施の形態に示した往復逓倍光変調器では、実施の形態１と同一の往復回数で、２倍の変調周波数が得られる。すなわち低い変調周波数の電気信号で、より高い変調周波数の光信号が得られる。さらに、往復回数が増加すると、グレーティングフィルタやＬＮ変調器１２での損失により光出力が低下するため、往復回数を実施の形態１の半分としてもよく、大きい光出力が得られる。
【００５１】
実施の形態６．
本実施の形態６に係る往復逓倍光変調器４０について図２９から図３２を用いて説明する。上記実施の形態５では入力側の第１グレーティングフィルタにのみ狭帯域透過フィルタ２１ａを用いたが、本実施の形態では、出力側にも狭帯域グレーティングフィルタ２１ｂを用いた往復逓倍光変調器４０について図２９を用いて説明する。往復逓倍光変調器４０の構造は図５に示したものと同様であり、ファイバグレーティングの特性のみが異なる。入力側の第１グレーティングフィルタ２１ａは実施の形態５と同一である。
【００５２】
出力側の第２グレーティングフィルタ２１ｂに狭帯域透過フィルタを用いる場合は、入力側と異なり、２つの波長の光を透過させる必要がある。これはグレーティングの位相ずれを２箇所設けることで作製することができる。図３０は、グレーティング長が１５ｍｍのチャープファイバグレーティングの５〜１０ｍｍの範囲が、０〜５ｍｍ及び１０〜１５ｍｍの部分とは位相が９０°ずれている場合のグレーティングの特性をシミュレーションにより計算した図である。図３１は、その拡大図である。このような２箇所の位相ずれを有するファイバグレーティングは、チャープ位相マスクを用いて、まず０〜５ｍｍおよび１０〜１５ｍｍの範囲に第１グレーティング部を作製し、その後、チャープ位相マスクを適当にずらして、５〜１０ｍｍの範囲に第１グレーティング部とは位相ずれを有する第２グレーティング部を作製することで実現できる。その製造工程は実施の形態５で示したファイバグレーティングの製造工程を利用できる。グレーティングとしては、グレーティングピッチが一定のユニフォームグレーティングやチャープグレーティングを用いることができる。なお、グレーティングをチャープファイバグレーティングとすることによって、ユニフォームグレーティングの場合に比べて、透過させる２つの波長間隔をより広くすることができる。また、チャープ率を制御することにより波長間隔を任意に設計することができる。
【００５３】
次に、この往復逓倍光変調器の動作原理について図２９を用いて説明する。図から分かるように動作原理は実施の形態５とほぼ同一であり、光周波数成分ｆ（ｎ−１）、ｆ（ｎ＋１）の光のみが、出力側グレーティングフィルタ２１ｂを透過し、出力光として得られる。このように出力光のみを取り出し、その他の光は全て遮断されるため、ノイズ光が小さい往復逓倍光変調器が得られる。
【００５４】
出力側グレーティングフィルタ２１ｂに狭帯域透過フィルタを用いる場合、その透過帯域が狭帯域であるため、２つの透過光の波長間隔精度が重要となり、この間隔を調整可能なことが望ましい。これは図１２及び図１３あるいは図１４に示すようなチャープファイバグレーティングに温度勾配を印加することができる構造とすることで実現できる。図３２は、図３０、３１で示したグレーティングフィルタに−２０℃〜＋２０℃の温度勾配を印加した場合の透過特性の変化を示したものである。なお、ここでいうマイナスの温度勾配とは、チャープファイバグレーティングのチャープ率を小さくする向きの温度勾配を言い、プラスの温度勾配はチャープ率を大きくする向きの温度勾配を言う。図３２から分かるように温度勾配を制御することにより、２つの透過波長間隔を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図３】グレーティング部に接着剤を設けた場合の接着前と接着後の反射特性の変化を示す図である。
【図４】グレーティング部に接着剤を設けない場合の接着前と接着後の反射特性の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る往復逓倍光変調器の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る往復逓倍光変調器の動作原理を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る往復逓倍光変調器の光出力の時間変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るグレーティングフィルタの別例を示す斜視図である。
【図９】図８のグレーティングフィルタの分解斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るグレーティングフィルタの構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０のグレーティングフィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るグレーティングフィルタの構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２のグレーティングフィルタの構成を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係るグレーティングフィルタの別例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係るグレーティングフィルタの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態５に係る往復逓倍光変調器の動作原理を示す概略図である。
【図２２】グレーティングの全長の略中点で屈折率変調の位相が９０°ずれているグレーティングの屈折率変調を示す図である。
【図２３】グレーティングの全長にわたってグレーティングピッチが一定であって位相ずれを有しないグレーティングの屈折率変調を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの製造工程の一工程を示す概略図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの製造工程の一工程を示す概略図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの製造工程の一工程を示す概略図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係るグレーティングフィルタの特性を示す図である。
【図２８】図２７の拡大図である。
【図２９】本発明の実施の形態６に係る往復逓倍光変調器の動作原理を示す概略図である。
【図３０】本発明の実施の形態６に係るグレーティングフィルタの特性を示す図である。
【図３１】図３０の拡大図である。
【図３２】本発明の実施の形態６に係るグレーティングフィルタに−２０℃〜＋２０℃の温度勾配を加えた場合の透過特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１ａ、１ｂ グレーティングフィルタ、２ ファイバグレーティング、３ Ｖ字溝、４ 第１石英基板、５ 第２石英基板、６ 接着剤、７ 光ファイバケーブル、８ 被覆除去光ファイバ部、９ 固定部、１０ 固定用接着剤、１１ 光学研磨面、１２ 光変調器、１３ａ、１３ｂ 変調電極、１４ 電気信号源、１５ 薄膜ヒータ、１６ａ、１６ｂ 電極、１７ 伝熱性シリコーンゴム、１８ 端面、１９ 位相マスク、２０、３０、４０ 往復逓倍光変調器、２１ａ 第１グレーティングフィルタ、２１ｂ 第２グレーティングフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲を全て含む第２波長範囲の光を反射する第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする往復逓倍光変調器。
【請求項２】
光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より長波長側の第２波長範囲の光と、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より短波長側の第３波長範囲の光とを透過させる第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする往復逓倍光変調器。
【請求項３】
前記第１グレーティングフィルタは、グレーティングの長手方向の略中点において、グレーティングピッチの位相が変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項４】
前記第１グレーティングフィルタの前記中点における前記位相の変化は{（９０°＋１８０°×ｎ）±３０°｝（ここで、ｎは整数）であることを特徴とする請求項３に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項５】
前記第１グレーティングフィルタのグレーティングは、グレーティングピッチが線形に変化するチャープグレーティングであって、
前記チャープグレーティングの長手方向に沿った異なる２箇所でグレーティングピッチの位相が、｛（９０°＋１８０°×ｎ）±３０°｝（ここで、ｎは整数）で変化することを特徴とする請求項２に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項６】
前記第１グレーティングフィルタ又は前記第２グレーティングフィルタの少なくとも一方に温度勾配制御手段をさらに備え、
前記温度勾配制御手段により前記第１又は第２グレーティングフィルタのグレーティングの温度勾配を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項１】
光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲を全て含む第２波長範囲の光を反射する第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする往復逓倍光変調器。
【請求項２】
光変調器と、
前記光変調器の入力端に光軸を合せて接続されており、第１波長範囲の光を透過させる第１グレーティングフィルタと、
前記光変調器の出力端に光軸を合せて接続されており、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より長波長側の第２波長範囲の光と、前記第１波長範囲とは重ならない前記第１波長範囲より短波長側の第３波長範囲の光とを透過させる第２グレーティングフィルタと
を備え、
前記第１及び第２グレーティングフィルタは、前記光変調器の入出力端との接続部の近傍にグレーティングが設けられていることを特徴とする往復逓倍光変調器。
【請求項３】
前記第１グレーティングフィルタは、グレーティングの長手方向の略中点において、グレーティングピッチの位相が変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項４】
前記第１グレーティングフィルタの前記中点における前記位相の変化は{（９０°＋１８０°×ｎ）±３０°｝（ここで、ｎは整数）であることを特徴とする請求項３に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項５】
前記第１グレーティングフィルタのグレーティングは、グレーティングピッチが線形に変化するチャープグレーティングであって、
前記チャープグレーティングの長手方向に沿った異なる２箇所でグレーティングピッチの位相が、｛（９０°＋１８０°×ｎ）±３０°｝（ここで、ｎは整数）で変化することを特徴とする請求項２に記載の往復逓倍光変調器。
【請求項６】
前記第１グレーティングフィルタ又は前記第２グレーティングフィルタの少なくとも一方に温度勾配制御手段をさらに備え、
前記温度勾配制御手段により前記第１又は第２グレーティングフィルタのグレーティングの温度勾配を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の往復逓倍光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２００８−９０３１８（Ｐ２００８−９０３１８Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９０７６６（Ｐ２００７−２９０７６６）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【分割の表示】特願２００３−３２９６２８（Ｐ２００３−３２９６２８）の分割
【原出願日】平成１５年９月２２日（２００３．９．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【分割の表示】特願２００３−３２９６２８（Ｐ２００３−３２９６２８）の分割
【原出願日】平成１５年９月２２日（２００３．９．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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