特開 2025-8920 光フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025008920

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】光フィルタ

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/39 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

G02F1/39

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111548

(22)【出願日】2023-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石村 昇太

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA05

2K102BA01

2K102BA16

2K102BB01

2K102BB02

2K102BC01

2K102DA01

2K102DD03

2K102EB06

2K102EB20

(57)【要約】

【課題】通過帯域を変化させることができ、かつ、通過帯域の中心周波数を変化させることができる光フィルタを提供する。
【解決手段】光フィルタは、連続光を生成する生成手段であって、前記連続光の周波数を変化させることが可能な様に構成された前記生成手段と、前記連続光を変調可能に構成された変調手段と、フィルタ対象光と前記変調手段が出力するポンプ光とを周波数領域において多重することで、前記フィルタ対象光と前記ポンプ光とを含む多重光を出力する多重手段と、前記多重光を通過させる非線形媒体と、前記非線形媒体を通過した前記多重光の内の前記フィルタ対象光の帯域幅の成分を通過させるフィルタ手段と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続光を生成する生成手段であって、前記連続光の周波数を変化させることが可能な様に構成された前記生成手段と、
前記連続光を変調可能に構成された変調手段と、
フィルタ対象光と前記変調手段が出力するポンプ光とを周波数領域において多重することで、前記フィルタ対象光と前記ポンプ光とを含む多重光を出力する多重手段と、
前記多重光を通過させる非線形媒体と、
前記非線形媒体を通過した前記多重光の内の前記フィルタ対象光の帯域幅の成分を通過させるフィルタ手段と、
を備えている、光フィルタ。

【請求項2】

前記変調手段は、前記連続光を変調することで生成した変調光を前記ポンプ光として出力し、前記連続光の変調方式又は変調速度を変化させることで、前記ポンプ光の帯域幅を変化させることができる様に構成されている、請求項１に記載の光フィルタ。

【請求項3】

前記変調手段は、前記連続光を変調することで生成した前記変調光を帯域制限して前記ポンプ光を出力する、請求項２に記載の光フィルタ。

【請求項4】

前記変調手段は、前記連続光を前記ポンプ光として出力できる様に構成されている、請求項２に記載の光フィルタ。

【請求項5】

前記非線形媒体は、前記多重光に含まれる前記ポンプ光に基づく光パラメトリック発振が生じる様に構成されている、請求項１に記載の光フィルタ。

【請求項6】

前記変調光に基づく前記光パラメトリック発振が４次以上の分散に基づき生じる様に前記非線形媒体は構成されている、請求項５に記載の光フィルタ。

【請求項7】

前記生成手段は、前記連続光の周波数を第１周波数から第２周波数の範囲で変化させることが可能であり、
前記連続光の周波数を前記第１周波数から前記第２周波数の範囲で変化させた場合、前記ポンプ光に基づく前記光パラメトリック発振で生じるシグナル光又はアイドラ光の周波数が変化する範囲は、前記フィルタ対象光の帯域を含む様に前記非線形媒体は構成されている、請求項５に記載の光フィルタ。

【請求項8】

前記非線形媒体は、光集積デバイス又は光ファイバである、請求項１に記載の光フィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンやシリコンナイトライド等の集積デバイスにおける光パラメトリック発振に関して、近年多くの報告がなされている。非特許文献１及び非特許文献２は、光パラメトリック発振により、ポンプ光に対して数百ＴＨｚ離れたシグナル光及びアイドラ光を生成する構成を開示している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Ｘｉｙｕａｎ Ｌｕ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｍｉｌｌｉｗａｔｔ－ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｉｓｉｂｌｅ－ｔｅｌｅｃｏｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ"，Ｏｐｔｉｃａ ６，１５３５－１５４１，２０１９年

【非特許文献2】Ｒｅｎａｔｏ Ｒ．Ｄｏｍｅｎｅｇｕｅｔｔｉ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｓｉｄｅｂａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ＣＭＯＳ－ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ ｆｒｏｍ ｖｉｓｉｂｌｅ ｔｏ ｔｅｌｅｃｏｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ"，Ｏｐｔｉｃａ ８，３１６－３２２，２０２１年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、通過帯域を変化させることができ、かつ、通過帯域の中心周波数を変化させることができる光フィルタを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によると、光フィルタは、連続光を生成する生成手段であって、前記連続光の周波数を変化させることが可能な様に構成された前記生成手段と、前記連続光を変調可能に構成された変調手段と、フィルタ対象光と前記変調手段が出力するポンプ光とを周波数領域において多重することで、前記フィルタ対象光と前記ポンプ光とを含む多重光を出力する多重手段と、前記多重光を通過させる非線形媒体と、前記非線形媒体を通過した前記多重光の内の前記フィルタ対象光の帯域幅の成分を通過させるフィルタ手段と、を備えている。

【発明の効果】

【0006】

本開示によると、通過帯域を変化させることができ、かつ、通過帯域の中心周波数を変化させることができる光フィルタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】位相不整合量の周波数による変化の一例を示す図。

【図2】ポンプ光の周波数と位相不整合量が０となる周波数との関係を示す図。

【図3】光フィルタの構成図。

【図4】非線形媒体の前後における多重光を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0009】

実施形態の説明を行う前に、光パラメトリック発振の概要について説明する。

【0010】

シリコン（Ｓｉ）やシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）を用いた光集積デバイス等の非線形媒体に周波数ｆｐのポンプ光を入射することで、周波数ｆｓのシグナル光と周波数ｆｉのアイドラ光を生成するのが光パラメトリック発振である。光パラメトリック発振は、ポンプ光と、シグナル光と、アイドラ光の３つの光の位相不整合量が０に近い周波数（波長）領域で生じる。なお、シグナル光とアイドラ光の周波数の和（ｆｓ＋ｆｉ）は、ポンプ光の周波数ｆｐの２倍となる。位相不整合量は、光パラメトリック発振に使用する非線形媒体の伝送パラメータ、例えば、分散値等により決定される。つまり、光パラメトリック発振で生じるシグナル光の周波数ｆｓとアイドラ光の周波数ｆｉは、光パラメトリック発振で使用する非線形媒体と、ポンプ光の周波数ｆｐとにより決定される。なお、光集積デバイス以外にも光ファイバの非線形性を利用して光パラメトリック発振を生じさせることができる。

【0011】

例えば、図１に示す様に、所定の非線形媒体に固定的な周波数ｆｐのポンプ光を入力するものとすると、位相不整合量は、周波数ｆｐとの周波数差が大きくなるに従い０から離れてゆくが、その後、０に近づいてゆく。周波数ｆｐの両側にある位相不整合量が０から離れた第１周波数領域において光パラメトリック発振は生じず、よって、第１周波数領域内の周波数のシグナル光／アイドラ光は生成されない。しかしながら、第１周波数領域より周波数ｆｐとの周波数差が大きく、位相不整合量が０に近い第２周波数領域においては、光パラメトリック発振が生じ、よって、第２周波数領域内の周波数のシグナル光／アイドラ光が生成され得る。なお、第２周波数領域において位相不整合量が０に近くなるのは、非線形媒体における４次以上の分散によるものである。この４次以上の分散による光パラメトリック発振により、ポンプ光の周波数ｆｐとは数百ＴＨｚだけ離れた周波数ｆｓのシグナル光と周波数ｆｉのアイドラ光を生成することを非特許文献１及び非特許文献２は開示している。

【0012】

なお、第２周波数領域の周波数範囲は極めて狭く、よって、シグナル光（アイドラ光）は極めて狭帯域、例えば、数百ＭＨｚのオーダとなる。また、ポンプ光の周波数ｆｐと、４次以上の分散により位相不整合量が０となる周波数との関係を計算すると、図２に示す様に、傾きが１より大きくなる。これは、ポンプ光の周波数をΔｆだけ変化させると、シグナル光（アイドラ光）の周波数がαΔｆ（αは図２の傾きに対応し、１より大きい）だけ変化することを意味する。つまり、ポンプ光の周波数をΔｆだけ変化させると、シグナル光（アイドラ光）の周波数の変化はΔｆより大きくなる。

【0013】

本発明者は、上記の知見に基づき本発明を完成させた。以下に、本実施形態の詳細について説明する。

【0014】

図３は、本実施形態による光フィルタの構成図である。可変光源１０は、周波数ｆｐの連続光を生成して変調部５０に出力する。可変光源１０は、生成する連続光の周波数ｆｐを変化させることができる。つまり、周波数ｆｐは、固定値ではなく、変更可能な値である。変調部５０は、周波数ｆｐの連続光を任意のデータ、例えば、０と１を繰り返すデータで変調することで変調光を生成し、変調光を合波部２０に出力する。変調部５０における変調方式は、強度変調、角度変調等の任意の変調方式を使用できる。変調光の帯域幅は、変調速度や、変調方式等に依存する。なお、変調部５０に変調光の帯域幅を制限するフィルタを設け、帯域制限した変調光を合波部２０に出力する構成とすることもできる。さらに、変調部５０は、連続光をそのまま合波部２０に出力できる様にも構成される。例えば、連続する０又は１で連続光を変調することで、変調部５０の出力は、実質的に無変調となる。以下では、変調部５０が出力する光については、変調されていなくても"変調光"と表記する。フィルタ対象の光（以下、フィルタ対象光）は、偏波制御部６０を介して合波部２０に入力される。偏波制御部６０は、フィルタ対象光の偏波面を、変調光の偏波面に一致させるために設けられている。なお、偏波制御部６０を、可変光源１０と変調部５０との間や、変調部５０と合波部２０との間に配置し、連続光や変調光の偏波面を調整することで、変調光の偏波面とフィルタ対象光の偏波面を一致させる構成であっても良い。また、可変光源１０の配置を調整して変調光の偏波面と観測対象光の偏波面を一致させる構成であっても良く、この場合、偏波制御部６０は省略され得る。

【0015】

合波部２０は、変調光とフィルタ対象光を合波して、第１多重光を非線形媒体３０に出力する。図４（Ａ）は、変調部５０において変調を行わず、可変光源が生成する周波数ｆｐの連続光をそのまま合波部２０に出力した場合に、非線形媒体３０に入力される第１多重光を示している。本実施形態では、変調部５０が出力する変調光をポンプ光として使用する。したがって、図４（Ａ）に示す様に、第１多重光は、ポンプ光８０と、フィルタ対象光９０と、を含む。図４（Ａ）において、参照符号８１は周波数ｆｐのポンプ光８０により非線形媒体３０における光パラメトリック発振で生成されるシグナル光を示している。

【0016】

非線形媒体３０における光パラメトリック発振により、フィルタ対象光９０の内の、シグナル光８１が生じる帯域以外の成分は減衰するため、非線形媒体３０からは、シグナル光８１の帯域に対応する成分のみが出力される。したがって、非線形媒体３０から出力される第２多重光は、図４（Ｂ）に示す様になる。図４（Ｂ）において、参照符号８２は、フィルタ対象光９０の内の、シグナル光８１が生じる帯域部分が切り出されたフィルタ済光である。上述した様に、シグナル光８１の帯域幅は数百ＭＨｚのオーダであり、よって、フィルタ済光８２の帯域幅も数百ＭＨｚのオーダである。なお、図４においては、第１多重光（図４（Ａ））のポンプ光８０のパワーと、第２多重光（図４（Ｂ））のポンプ光８０のパワーを同じ様に示しているが、ポンプ光８０のパワーも非線形媒体３０において変動し得る。

【0017】

分離部４０は、第２多重光の内の少なくともフィルタ対象光９０の帯域幅を含む所定帯域の成分を通過させる様に構成される。なお、所定帯域は、ポンプ光８０と、アイドラ光（図４には示さず）を含まない様に設定される。言い換えると、分離部４０は、第２多重光に含まれるポンプ光８０と、アイドラ光（図４には示さず）を減衰させる（除去する）フィルタリングを行って、フィルタ後の第２多重光を出力する。第２多重光は、フィルタ済光８２のみを含む。この様に、変調部５０において、変調することなく連続光を通過させることで狭帯域のフィルタリングを行うことができる。

【0018】

また、上記の通り、ポンプ光８０の周波数を変化させることで、シグナル光８１の周波数ｆｓも変化する。したがって、可変光源１０が生成する連続光の周波数を変化させることで、光フィルタの通過帯域の中心周波数を変化させることができる。なお、上記の通り、ポンプ光８０の周波数をΔｆだけ変化させると、シグナル光８１の周波数、つまり、フィルタ済光８２の周波数は、αΔｆ（αは１より大きい）だけ変化する。したがって、フィルタの通過帯域の中心周波数の可変幅は、可変光源１０において周波数を変化させることができる範囲より大きくなる。つまり、可変光源１０が生成する連続光の周波数の可変幅は、フィルタ対象光９０の帯域幅より狭くて良い。

【0019】

ここで、変調部５０において変調を行って変調光を出力すると、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のポンプ光８０の帯域幅が広がる。したがって、シグナル光８１の帯域幅もそれに応じて広がる。なお、ポンプ光８０の帯域幅をＸ倍にすると、シグナル光８１の帯域幅はαＸ倍だけ広がる。ここで、αは図２の傾きに対応する。シグナル光８１の帯域幅が広がることにより、フィルタ済光８２の帯域幅も広がる。つまり、変調部５０における変調速度、変調方式、変調するか否かを制御する等によりポンプ光８０の帯域幅を制御することで、フィルタの通過帯域幅を制御することができる。

【0020】

なお、本実施形態では、シグナル光８１によりフィルタリングを行ったが、アイドラ光によりフィルタリングを行うこともできる。

【0021】

以上、非線形媒体３０における光パラメトリック発振を利用することで、通過帯域を変化させることができ、かつ、通過帯域の中心周波数を変化させることができる光フィルタが実現される。非線形媒体３０は、第１多重光に含まれるポンプ光８０に基づく光パラメトリック発振が生じる様に構成される、なお、好ましくは、非線形媒体３０は、４次以上の分散に基づく光パラメトリック発振が生じる様に構成される。また、可変光源１０は、連続光の周波数を第１周波数から第２周波数の範囲で変化させることが可能な様に構成される。ここで、可変光源１０が連続光の周波数を第１周波数から第２周波数の範囲で変化させた場合、ポンプ光８０に基づく光パラメトリック発振で生じるシグナル光又はアイドラ光の周波数が変化する範囲は、フィルタ対象光９０の帯域を含む様に非線形媒体３０は構成される。或いは、ポンプ光８０に基づく光パラメトリック発振で生じるシグナル光又はアイドラ光の周波数をフィルタ対象光９０の帯域を含む範囲で変化させることができる様に、可変光源１０における周波数の可変範囲は設定される。

【0022】

以上の構成により、通過帯域を変化させることができ、かつ、通過帯域の中心周波数を変化させることができる光フィルタを提供することができる。したがって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

【0023】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0024】

１０：可変光源、５０：変調部、２０：合波部、３０：非線形媒体、４０：分離部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】