JP2001249313A

JP2001249313A - ファラデー効果を利用した可変光減衰器

Info

Publication number: JP2001249313A
Application number: JP2000058815A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Ikeda; 誠一池田; Nobuhiro Fukushima; 暢洋福島; Hirohiko Sonoda; 裕彦園田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-14
Also published as: US6384957B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ファラデー回転角の波長依存性を考慮して磁気
光学系の最適化を行い、デバイス全体での波長依存性の
低減を図った可変光減衰器を提供する。【解決手段】本発明による可変光減衰器は、可変のファ
ラデー回転角を与えるファラデー回転子１と、ファラデ
ー回転子１の前後に配置された偏光子２および検光子３
と、を備え、光減衰量の波長依存性が最大になるときの
ファラデー回転角が略０°となるように、偏光子２の光
学軸に対する検光子３の光学軸のなす角度を設定するこ
とで、上記ファラデー回転角での光減衰量の波長依存性
を低減させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファラデー効果を
利用して可変の光学特性を得る光減衰器に関し、特に、
光学特性の波長依存性を低減させた可変光減衰器および
それを用いた光伝送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気光学効果の１つであるファラデー効
果を利用した可変光減衰器は、光伝送システム等の構成
要素として広く用いられている。例えば、ファラデー効
果を用いた可変光減衰器等は、光増幅器を有するシステ
ムなどにおいて、光増幅器の出力レベルを一定に維持す
るために用いられている。このような可変光減衰器は、
一般に、電磁石への印加電流等を変化させることによっ
てファラデー回転子の回転角が変化し、該回転角の設定
に応じて光減衰量が決まるものであって、機械的可動部
分を持たない構成になることが１つの特徴である。

【０００３】従来のファラデー効果を利用した可変光減
衰器の具体的な構成としては、例えば、特開昭６１−３
５４２８号公報、特開平６−５１２５５号公報等に記載
されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の可変光減衰器に適用されるファラデー回転子
は、ファラデー回転角に応じた波長依存性を物性的に有
している。また、特開平６−５１２５５号公報に記載さ
れた従来の可変光減衰器などのように、直交する固定磁
場および可変磁場で形成される合成磁場によりファラデ
ー回転角を可変制御する構成では、その光減衰量につい
てある程度の波長依存性が生じることも知られている。
このため、従来の可変光減衰器では、ファラデー回転角
および光減衰特性のそれぞれの波長依存性によって、出
力光のレベルが波長に応じて異なるようになってしま
う。このような従来の可変光減衰器を用いて、例えば波
長多重（ＷＤＭ）光伝送システム等を構築したとすれ
ば、波長チャンネルごとに光レベルが相違してしまい、
伝送路上での非線形効果を誘発するなどの原因となるた
め好ましくない。

【０００５】本発明は上記の点に着目してなされたもの
で、ファラデー回転角の波長依存性を考慮して磁気光学
系の最適化を行い、デバイス全体での波長依存性の低減
を図った可変光減衰器およびそれを用いた光伝送システ
ムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によるファラデー効果を利用した可変光減衰
器の１つの態様は、透過する偏光に対して可変のファラ
デー回転角を与えるファラデー回転子と、該ファラデー
回転子の前後の光線軸上にそれぞれ配置された直線偏光
を切り出す素子と、を備え、ファラデー回転角の変化に
伴って光減衰量が変化する可変光減衰器であって、光減
衰量の波長依存性が最大になるときのファラデー回転角
が略０°となるように、前記直線偏光を切り出す素子の
うちの一方の素子の光学軸に対する他方の素子の光学軸
のなす角度を設定するものである。

【０００７】かかる構成では、可変光減衰器の光減衰量
について、その波長依存性が最大になるときのファラデ
ー回転角に着目し、ファラデー回転角が小さなとき程そ
の波長依存性が低減されるという傾向を考慮して、光減
衰量の波長依存性が最大になるファラデー回転角が略０
°となるように、直線偏光を切り出す素子のうちの一方
の素子の光学軸に対する他方の素子の光学軸のなす角度
が設定される。これにより、略０°にされたファラデー
回転角における光減衰量の波長依存性が低減されるよう
になる。

【０００８】上記の可変光減衰器については、互いに方
向の異なる固定磁場および可変磁場をファラデー回転子
に与える磁場発生手段を備え、固定磁場および可変磁場
で形成される合成磁場の方向が光線方向に直交する状態
を含むように、固定磁場および可変磁場の各方向を設定
することで、ファラデー回転角を０°に設定可能にする
のが好ましい。具体的には、固定磁場の方向が、光線方
向と平行であるとき、可変磁場の方向が、固定磁場の方
向に対して鈍角をなすようにすればよい。或いは、固定
磁場の方向が、光線方向とは平行でないとき、可変磁場
の方向が、固定磁場の光線方向成分に対して鈍角をなす
ようにしても構わない。

【０００９】かかる構成によれば、固定磁場および可変
磁場で形成される合成磁場の方向が光線方向に直交する
状態のときに、ファラデー回転子の磁化の光線方向成分
が零となるため、ファラデー回転角＝０°が実現される
ようになる。

【００１０】本発明によるファラデー効果を利用した可
変光減衰器の他の態様は、偏光を切り出す２つの偏光素
子と、該偏光素子の間に設けたファラデー回転子と、該
ファラデー回転子を通過する光の軸と同じ軸に平行に磁
場を加える第１磁石と、該第１磁石の磁場の方向に対し
て磁場の方向が鈍角となるように配置した第２磁石とを
設け、該第２磁石は、磁場の強さを調整することができ
るようにしたものである。また、上記可変光減衰器につ
いては、第２磁石の磁場の強さを調整することで、第１
磁石の磁場と第２磁石の磁場との合成磁場の方向が、光
の軸に対して垂直となる位置を取ることができるように
してもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、ファラデー効果を利用した
一般的な可変光減衰器の基本構成および動作原理につい
て簡単に説明する。

【００１２】図１は、一般的な可変光減衰器の磁気光学
系を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図
である。なお、図１（Ｂ）には、光線追跡を行った結果
も示してある。

【００１３】図１に示すように、一般的な可変光減衰器
では、入射される光の光線方向に沿って、直線偏光を切
り出す素子である偏光子２、ファラデー回転子１、直線
偏光を切り出す検光子３が順に配置される。また、ファ
ラデー回転子１には、図１（Ａ）に示すように、光線方
向に対して、平行方向に固定磁場Ｈｐが印加され、垂直
方向に可変磁場Ｈｅが印加されている。この固定磁場Ｈ
ｐは、例えば、後述するような永久磁石等によって発生
し（第１磁石）、ファラデー回転子の磁化を飽和させる
のに十分な磁場（飽和磁化をＭとする）を与える。ま
た、可変磁場Ｈｅは、例えば、後述するような電磁石等
によって発生し（第２磁石）、該電磁石への印加電流Ｉ
を変化させることで可変となる。したがって、固定磁場
Ｈｐと可変磁場Ｈｅの合成磁場Ｈｐ＋Ｈｅは、印加電流
Ｉの大きさに応じて、その大きさおよび方向を変える。

【００１４】ファラデー回転子のファラデー回転角は磁
場の強さと光線に対する磁場の角度で決まるが、ファラ
デー回転子は光線に平行な磁場Ｈｐにより磁化が飽和に
達しているので、光線に垂直な磁場Ｈｅが変化し、合成
磁場Ｈｐ＋Ｈｅの光線に対する角度が変化することで、
光線方向成分に対する磁化の強さＭ’が変化する。この
光線方向成分に対する磁化の強さＭ’の変化によりファ
ラデー回転が可変できる。

【００１５】上記のような基本構成を有する可変光減衰
器では、図１（Ｂ）の光線追跡に示すように、入力光フ
ァイバーＩＮから出射された光線Ｒが、偏光子２（例え
ば、くさび型ルチル等）において、そのくさび角に従い
常光線ｏと異常光線ｅに分離される。分離された常光線
ｏおよび異常光線ｅは、それぞれ、ファラデー回転子１
において光線方向の磁化成分Ｍ’の大きさに比例したフ
ァラデー回転を受けた後に、検光子３（例えば、くさび
型ルチル等）に入射される。ここでは検光子３の光学軸
が、印加電流Ｉを略零とした時のファラデー回転角に対
してほぼ平行となるように配置されており（光学軸の詳
細については後述する）、偏光子２での常光線ｏのう
ち、検光子３でも常光線に相当する成分（図中のｏ→ｏ
成分）が、出力光ファイバーＯＵＴに結合するようにな
る。また、これと同様にして、偏光子２での異常光線ｅ
のうち、検光子３でも異常光線に相当する成分（図中の
ｅ→ｅ）も出力光ファイバーＯＵＴに結合する。さら
に、偏光子２での常光線ｏおよび異常光線ｅについて、
検光子３で分離される常光線成分と異常光線成分の各比
率は、ファラデー回転角が可変磁場Ｈｅの大きさに応じ
て可変であるので、所要の値に設定することが可能であ
る。つまり、上記の比率はファラデー回転角に応じて変
化するため、出力光ファイバーＯＵＴに結合する光量を
変えることが可能となり可変光減衰器として機能するよ
うになる。

【００１６】ここで、偏光子２と検光子３の光学軸の関
係について説明する。図２は、一般的な光学軸の関係を
示す図である。ただし、各光学軸は、図１（Ａ）の矢印
Ａに示す方向から見た場合を示している。また、図示し
た角度については、偏光子２の光学軸を基準（０°）と
し、反時計回りの方向を正としている。

【００１７】前述したように、入力光線Ｒは偏光子２を
透過することによって、その光学軸に平行な偏波面を持
つ異常光線ｅと、これに垂直な偏波面を持つ常光線ｏと
に分離される。以下の説明では、分離された光線のう
ち、異常光線ｅについての偏波の動きを具体的に考え
る。なお、常光線ｏについては、異常光線ｅと直交した
ものであるので、後述の内容について角度を９０°回転
した場合を想定すればよいため、ここでの説明を省略す
る。

【００１８】偏光子２を透過した異常光線ｅは、次にフ
ァラデー回転子１を透過するが、このとき、可変磁場Ｈ
ｅの大きさに応じた所要のファラデー回転を受ける。例
えば、電磁石への印加電流Ｉが０に設定されて可変磁場
Ｈｅが殆ど発生していないときには、永久磁石による固
定磁場Ｈｐのみとなるため、ファラデー回転子１の磁化
の光線方向成分Ｍ’が飽和磁化Ｍと等しくなって、ファ
ラデー回転角θｆとしては最大値θ_maxが得られる。最
大角度θ_maxのファラデー回転を受けた光線は、検光子
３の光学軸に平行な成分が、検光子３における異常光成
分となって、この成分のみが出力光ファイバーＯＵＴに
結合する。このとき（θｆ＝θ_max，Ｉ＝０）発生する
損失は、出力光ファイバーＯＵＴへの結合効率が最も良
くなるので、可変光減衰器としての挿入損失となる。

【００１９】次に、印加電流Ｉを変化させて可変磁場Ｈ
ｅを大きくしていくと、ファラデー回転子１の磁化の光
線方向成分Ｍ’が減少するのに伴いファラデー回転角θ
ｆも小さくなる。これにより、ファラデー回転を受けた
光線についての検光子３の光学軸成分が減少するため、
出力光ファイバーＯＵＴへの結合効率が低下して、可変
の光減衰として観測される。また、ファラデー回転角θ
ｆが検光子３の光学軸と直交したときには、ファラデー
回転を受けた光線についての検光子３の光学軸成分が０
になるため、最大の光減衰量が得られるようになる。こ
のときのファラデー回転角θｆをθ_ATTmaxとする。ここ
で、偏光子２の光学軸２ａに対して、検光子３の光学軸
３ａがファラデー回転子１の回転方向（図２では反時計
回りの方向）になす角度をθｐとすると、θ_ATTmax＝θ
ｐ−９０°の関係が成り立つ。

【００２０】上述した内容に基づいて、可変光減衰器と
しての光減衰量ＡＴＴを数式化すると、次の（１）式に
示す関係で表すことができる。ＡＴＴ［ｄＢ］＝−１０・ｌｏｇ₁₀［ｃｏｓ²（θｐ−θｆ）＋１０^(-ER/10)］…（１）ここで、ＥＲは、ファラデー回転子１として用いられる
光学結晶の消光比を表しており、可変光減衰における最
大値を表すものである。

【００２１】次に、上述したような従来の可変光減衰器
における波長依存性の発生原因について説明する。図３
は、ファラデー回転角θｆの波長依存性を説明する図で
ある。

【００２２】図３において、横軸は、入力光の波長を示
し、縦軸は、波長依存性を表す値として、例えば波長１
５４９ｎｍでのファラデー回転角θｆを基準としたとき
の他波長でのファラデー回転角の偏差を示している。上
述した可変光減衰器において、光減衰量が約０ｄＢとな
るように設定したとき、すなわち、ファラデー回転角θ
ｆが最大値θ_maxとなるようにした場合には、１５３５
〜１５６３ｎｍの波長範囲におけるファラデー回転角θ
ｆの偏差が±２°を超えるようになり、波長依存性の大
きいことが分かる。このファラデー回転角θｆの波長依
存性は、光減衰量を１０ｄＢ、２０ｄＢと大きくする、
すなわち、ファラデー回転角θｆを小さくするのに伴っ
て、小さくなる傾向を有する。具体的には、光減衰量を
２０ｄＢに設定したとき、１５３５〜１５６３ｎｍの波
長範囲におけるファラデー回転角θｆの偏差が±０．５
よりも小さくなり、波長依存性が低減していることが分
かる。

【００２３】上記のようなファラデー回転角の波長依存
性を基に、一般的な可変光減衰器におけるファラデー回
転角θｆと印加電流Ｉの関係を算出すると、図４に示す
ような特性となる。ただし、横軸は印加電流Ｉを示し、
左方の縦軸はファラデー回転角θｆを示し、右方の縦軸
は、ファラデー回転角の波長依存性Δθｆ（波長１５４
９ｎｍでのファラデー回転角θｆを基準としたときの他
波長でのファラデー回転角の偏差）を示している。ま
た、偏光子２と検光子３のなす角度θｐは、例えば１０
５°等に設定した場合を想定している。

【００２４】図４に示すように、ファラデー回転角の波
長依存性Δθｆは、印加電流Ｉが小さなとき程、大きく
なることが分かる。これは、印加電流Ｉが小さなときに
ファラデー回転角θｆが大きくなるためであり、前述の
図３に示した関係と同様の特性を表している。

【００２５】一方、図４に対応させた光減衰量ＡＴＴと
印加電流Ｉの関係を、前述の（１）式を用いて算出する
と、図５に示すような特性となる。ただし、横軸は印加
電流Ｉを示し、左方の縦軸は光減衰量ＡＴＴを示し、右
方の縦軸は光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴ（波長１５４
９ｎｍでの光減衰量ＡＴＴを基準としたときの他波長で
の光減衰量の偏差）を示している。また、光減衰量ＡＴ
Ｔの最大値（前述の（１）式におけるＥＲの値）は、こ
こでは２５ｄＢに設定して計算を行っている。

【００２６】図５に示すように、光減衰量の波長依存性
ΔＡＴＴは、印加電流Ｉを約５０ｍＡに設定した場合に
最も大きくなることが分かる。この場合、具体的には、
光減衰量ＡＴＴが約２１．２ｄＢとなり、１５３５〜１
５６３ｎｍの波長範囲における光減衰量の波長依存性Δ
ＡＴＴが約１．１ｄＢと大きくなる。なお、印加電流Ｉ
を約５０ｍＡとしたときのファラデー回転角θｆは、図
４より約１９°となる。上記のような光減衰量の波長依
存性ΔＡＴＴの発生原因は、次のように説明できる。

【００２７】（１）式より、光減衰量ＡＴＴは、ｌｏｇ
［ｃｏｓ²（θｐ−θｆ）］の項を含んでいる。この項
とθｐ−θｆの関係およびその微分係数は、図６に示す
ようになる。すなわち、ファラデー回転角θｆが大きい
（θｐ−θｆが小さい）とき、ｌｏｇ［ｃｏｓ²（θｐ
−θｆ）］の微分係数は非常に小さい。つまり、ファラ
デー回転の波長依存性によって、θｆが変化しても、ｌ
ｏｇ［ｃｏｓ²（θｐ−θｆ）］は殆ど影響を受けない
ことを意味している。

【００２８】これに対して、ファラデー回転角θｆが小
さい（θｐ−θｆが大きい）ときには、ｌｏｇ［ｃｏｓ
²（θｐ−θｆ）］の微分係数が、非常に大きくなるた
め（特に、θｐ−θｆの値が８５°を超えた所から急激
に立ち上がる）、ｌｏｇ［ｃｏｓ²（θｐ−θｆ）］も
大きく変化する。したがって、上記の図５に示したよう
な光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴを示すようになるので
ある。ただし、光学結晶の消光比によって決定される光
減衰量の最大値ＥＲ付近（図５においてＩ＝６２ｍＡ付
近）では、光減衰量ＡＴＴが頭打ちとなるため、波長依
存性ΔＡＴＴが例外的に略零になっている。

【００２９】ここで重要なことは、光減衰量の波長依存
性ΔＡＴＴは、ファラデー回転子１自体の波長依存性で
発生するものの、ファラデー回転角の波長依存性Δθｆ
が必ずしも最大の時に、光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴ
が最大になるわけではないことである。

【００３０】そこで、本発明では、上述したような一般
的な基本構成の可変光減衰器について、ファラデー回転
角および光減衰量の各波長依存性Δθｆ，ΔＡＴＴを考
慮して、磁気光学系を最適化することで波長依存性の低
減された可変光減衰器を実現可能にする。

【００３１】具体的には、図１および図２に示したよう
な磁気光学系を有する可変光減衰器では、図４および図
５で示したようにファラデー回転角θｆが約１９°の時
に、光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴが最大となる。一方
で、図３から分かるように、ファラデー回転角θｆが十
分小さければ、ファラデー回転角の波長依存性Δθｆは
小さくなる。つまり、光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴが
最大となる状態でのファラデー回転角θｆが、ファラデ
ー回転角の波長依存性Δθｆの小さい領域に移るように
（すなわち、ファラデー回転角θｆが０°に近づくよう
に）、偏光子２の光学軸２ａと検光子３の光学軸３ａと
の関係（なす角度θｐ）を最適化することで、光減衰量
の波長依存性ΔＡＴＴを低減できる。

【００３２】しかしながら、光減衰量の波長依存性ΔＡ
ＴＴが最大になるファラデー回転角θΔ_ATTmaxを略０°
にまで小さくすることは、図１および図２に示したよう
な磁気光学系では不可能である。なぜなら、図１に示し
たように、一般的な基本構成においては、固定磁場Ｈｐ
と可変磁場Ｈｅが互いに直交しており、ファラデー回転
角θｆを略０°にするためには、可変磁場Ｈｅの大きさ
を無限大にしなければならないが、可変磁場Ｈｐの大き
さが有限であるので、それは困難であることによる。し
たがって、本発明では、光線方向に対する固定磁場Ｈｐ
および可変磁場Ｈｅの各方向の最適化を行うことで、光
減衰量の波長依存性ΔＡＴＴのさらなる低減を図ってい
る。

【００３３】以下、本発明による可変光減衰器の実施形
態を図面に基づいて説明する。図７は、本実施形態にか
かる可変光減衰器の磁気光学系を示す図であって、
（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

【００３４】図７に示すように、本可変光減衰器の磁気
光学系は、上述の図１に示した一般的な基本構成の場合
と同様にして、入力光ファイバＩＮから出射される光線
Ｒの伝搬方向に沿って、偏光子２、ファラデー回転子
１、検光子３が順に配置される。本可変光減衰器では、
光線方向に対する偏光子および検光子の各光学軸の位置
関係、並びに、ファラデー回転子１に与えられる固定磁
場Ｈｐおよび可変磁場Ｈｅの各方向が、一般的な基本構
成の場合とはそれぞれ異なるものとなっている。

【００３５】ファラデー回転子１は、磁気光学効果の１
つであるファラデー効果を有する磁気光学結晶である。
この磁気光学結晶としては、例えば、液相エピタキシャ
ル法で作製した（ＲＢｉ）₃（ＦｅＭ）₅Ｏ₁₂または（Ｒ
Ｂｉ）₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂（ただし、Ｒはイットリウムを含む希
土類元素から選ばれた１種以上の元素、Ｍは鉄と置換で
きる１種以上の元素）等が知られており、典型的には、
Ｔｂ_1.00Ｙ_0.65Ｂｉ_1. ₃₅Ｆｅ_4.05Ｇａ_0.95Ｏ₁₂なる組成
である。また、Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂なる組成のガーネット単結
晶であってもよい。

【００３６】偏光子２および検光子３は、例えば、くさ
び型ルチル等を用いてそれぞれ形成され、各々の光学軸
が次に示すような位置関係を保つように配置されてい
る。図８は、本可変光減衰器における偏光子２および検
光子３の各光学軸の位置関係を示す図である。ここで
も、上述の図２に示した場合と同様にして、各光学軸
は、図７（Ａ）の矢印Ａに示す方向から見た場合を示し
ている。また、図示した角度については、偏光子２の光
学軸を基準（０°）とし、反時計回りの方向を正として
いる。

【００３７】図８に示すように、本可変光減衰器では、
光減衰量の波長依存性が最大となるファラデー回転角θ
Δ_ATTmaxが略０°に一致するように、偏光子２の光学軸
２ａに対する検光子３の光学軸３ａの配置が決定されて
いる。具体的には、図８で破線に示した一般的な基本構
成（対応する符号は括弧付きで示す）における検光子の
光学軸（３ａ）を、偏光子の光学軸２ａに近づく方向、
すなわち、なす角度θｐが小さくなる方向に回転して、
光減衰量の波長依存性が最大となるファラデー回転角
（θΔ_ATTmax）を示す破線を偏光子２の光学軸２ａ上に
略一致させる。このときのなす角度θｐを、ここでは最
適化したなす角度θｐ_optとする。

【００３８】ただし、本可変光減衰器の各パラメータの
設定によっては、一般的な基本構成における光減衰量の
波長依存性が最大となるファラデー回転角θΔ_ATTmaxが
略０°となるようになす角度θｐを最適化しても、光減
衰量の波長依存性が最小にはならない場合もあり得る。
このような場合には、トータルの減衰量波長依存性が最
小になるようになす角度θｐ_optを最適化するのが望ま
しい。

【００３９】上記のような検光子３の光学軸３ａの移動
に伴って、最大のファラデー回転角θ_maxおよび光減衰
量が最大となるファラデー回転角θ_ATTmaxも小さくな
る。図８の例では、光減衰量が最大となるファラデー回
転角θ_ATTmaxが負の領域に位置するようになる。このよ
うなファラデー回転角θｆの可変制御を実現するために
は、ファラデー回転子１に印加される磁場の状態を規定
する必要がある。

【００４０】図９は、図７の可変光減衰器における光線
方向Ｒ、固定磁場Ｈｐおよび可変磁場Ｈｅの関係を示す
図である。この図示した関係は、図７（Ａ）に示した磁
場の関係を具体的に表したものに対応する。

【００４１】図９に示すように、可変光減衰器では、例
えば、固定磁場Ｈｐが光線方向Ｒに対して平行に与えら
れると共に、可変磁場Ｈｅが光線方向Ｒに対して９０＋
θ₀°（θ₀＞０）なる角度を有するものとする。角度θ
₀の具体的な値としては、例えば１５°等とすることが
できる。ただし、本発明における角度θ₀の値はこれに
限られるものではなく、０°よりも大きな任意の角度に
設定可能である。

【００４２】上記のような固定磁場Ｈｐおよび可変磁場
Ｈｅによって形成される合成磁場Ｈｅ＋Ｈｐのベクトル
が、光線方向Ｒに対して直交すれば、磁化の光線方向成
分Ｍ’＝０となるため、ファラデー回転角θｆ＝０°が
実現されて、ファラデー回転の波長依存性Δθｆ＝０に
なる。

【００４３】具体的に、可変磁場Ｈｅの大きさの変化に
対応させて説明すると、可変磁場Ｈｅの大きさが０のと
きには、ファラデー回転子１に対して固定磁場Ｈｐのみ
が与えられ、光線軸と平行な飽和磁化Ｍによって最大の
ファラデー回転角θ_maxが得られる。可変磁場Ｈｅの大
きさがＨｅ１に増大したときには、ファラデー回転子１
に対して合成磁場Ｈｅ１＋Ｈｐが与えられ、磁化Ｍの光
線方向成分Ｍ’（＞０）に応じた正のファラデー回転角
θｆ（＜θ_max）が得られる。また、可変磁場Ｈｅの大
きさがＨｅ２に増大したときには、光線軸に直交する合
成磁場Ｈｅ２＋Ｈｐがファラデー回転子１に対して与え
られ、磁化Ｍの光線方向成分Ｍ’が０となってファラデ
ー回転角θｆも０となる。この可変磁場Ｈｅ２の状態に
おいて、ファラデー回転角の波長依存性Δθｆが最も小
さくなる。さらに、可変磁場Ｈｅの大きさがＨｅ３に増
大したときには、ファラデー回転子１に対して合成磁場
Ｈｅ３＋Ｈｐが与えられ、磁化Ｍの光線方向成分Ｍ’
（＜０）に応じた負のファラデー回転角θｆが得られ
る。ここでは、前述の図８に示したように、ファラデー
回転角θｆが負になる領域において、最大の光減衰量が
実現される。

【００４４】ここで、上記のような固定磁場Ｈｐおよび
可変磁場Ｈｅをファラデー回転子１に与えるための磁場
発生手段としての構成について簡単に説明する。図１０
は、本可変光減衰器において、ファラデー回転子１に磁
場を与える具体的な構成例を示す斜視図である。

【００４５】図１０の構成例では、例えば、円形の永久
磁石１１，１２が、ファラデー回転子１の前後に位置す
る光線軸上に極性を揃えてそれぞれ配置され、固定磁場
Ｈｐを発生する。また、電磁石１３のヨークが、ファラ
デー回転子１を挟むように配置され、この電磁石１３へ
の印加電流Ｉに応じて、所要の大きさの可変磁場Ｈｅが
発生する。

【００４６】このような構成の可変光減衰器では、上述
したような動作原理に基づいて、電磁石１３への印加電
流Ｉが可変制御されることにより、ファラデー回転角θ
ｆが調整されて、出力光ファイバーＯＵＴに結合する光
量が制御される。このとき、本可変光減衰器における光
減衰量の波長依存性ΔＡＴＴは、前述したようにファラ
デー回転角の波長依存性を考慮して磁気光学系が最適化
されているため、大幅に低減されることになる。

【００４７】図１１は、本実施形態の可変光減衰器にお
けるファラデー回転角θｆと印加電流Ｉの関係を算出し
た結果を示す図である。また、図１２は、図１１に対応
させた光減衰量ＡＴＴと印加電流Ｉの関係を、上述の
（１）式を用いて算出した結果を示す図である。ただ
し、図１１の横軸および縦軸に示す値は、上述した図４
の場合と同様であり、図１２の横軸および縦軸に示す値
は、上述した図５の場合と同様である。

【００４８】各図に示した関係の算出にあたっては、例
えば、角度θ₀を１５°として光線方向に対する可変磁
場Ｈｅのなす角度を１０５°に設定し、光減衰量の最大
値ＥＲを２５ｄＢに設定した。また、偏光子２および検
光子３の各光学軸２ａ，３ａがなす角度θｐは、図５に
示した光減衰量の温度依存性ΔＡＴＴを基に最適化を図
った角度θｐ_optを用いた。

【００４９】図１１に示すように、本可変光減衰器で
は、光線方向に対する可変磁場Ｈｅのなす角度を１０５
°に設定したことで、ファラデー回転角θｆが０°とな
る点が生じていることが分かる。具体的には、印加電流
Ｉを約４０ｍＡ付近に設定したときにファラデー回転角
θｆが０°となり、その波長依存性Δθｆが最小になっ
ている。これにより、図１２に示すように、印加電流Ｉ
を約４０ｍＡ付近に設定したときに、光減衰量の波長依
存性ΔＡＴＴが一旦最小になっていることが分かる。ま
た、偏光子２および検光子３の各光学軸２ａ，３ａのな
す角度をθｐ_optとしたことで、光減衰量が最大となる
状態は、約６０ｍＡに設定したときに実現するようにな
り、この状態におけるファラデー回転角θ_ATTmaxは、図
１１より−７°程度の負の値になっている。

【００５０】一般に、可変光減衰器は、光減衰量が単調
増加（または減少）している範囲が使用域となるため、
図１２のような光減衰特性では、印加電流Ｉがおよそ０
〜６０ｍＡの範囲が使用域に相当することになる。この
ような使用域についての光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴ
は、使用域中間の４０ｍＡ付近で一旦０ｄＢとなり、最
大でも約０．２６ｄＢという小さな値になっている。図
５に示した光減衰量の温度依存性ΔＡＴＴの使用域内で
の最大値が約１．１ｄＢであったのに比べて、本可変光
減衰器の波長依存性が大幅に低減されていることが分か
る。

【００５１】上述したように本実施形態によれば、ファ
ラデー回転角θｆの波長依存性Δθｆを考慮して、偏光
子２および検光子３の各光学軸２ａ，３ａの配置を最適
化することで、光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴの低減化
を図ることができる。また、光線方向に対する固定磁場
Ｈｐおよび可変磁場Ｈｅの方向を規定することで、ファ
ラデー回転角θｆを０°することが可能になる。このフ
ァラデー回転角θｆが０°となる状態は、光減衰量が０
から最大値まで単調に変化する範囲内で実現されるた
め、可変光減衰器の使用域すべてに亘る光減衰量の波長
依存性ΔＡＴＴを小さくすることができる。このような
波長依存性の低減された可変光減衰器を用いて各種の光
伝送システムを構築することは有用である。

【００５２】なお、上述した実施形態では、光減衰量の
波長依存性が最大になるファラデー回転角θΔ_ATTmaxが
略０°となるように偏光子２および検光子３の各光学軸
２ａ，３ａの最適化を行ったが、本発明はこれに限られ
るものではなく、一般的な基本構成におけるファラデー
回転角θΔ_ATTmaxが少しでも小さくなるように各光学軸
２ａ，３ａの配置を変更することによって、光減衰量の
波長依存性の低減効果を得ることが可能である。

【００５３】例えば、偏光子２および検光子３のなす角
度θｐを１０５°（図２の構成）から１００°に変更し
て、ファラデー回転角θΔ_ATTmaxを０°方向に５°だけ
近づけた場合を考えてみる。

【００５４】図１３は、上記の場合におけるファラデー
回転角θｆと印加電流Ｉの関係を算出した結果を示す図
である。また、図１４は、図１３に対応させた光減衰量
ＡＴＴと印加電流Ｉの関係を、上述の（１）式を用いて
算出した結果を示す図である。

【００５５】図１３に示すように、なす角度θｐを１０
０°に小さくしただけでは、ファラデー回転角θΔ
_ATTmaxを０°とすることができていないが、図１４に示
すように、使用域内での光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴ
を約０．８ｄＢ以下にまで低減できることが分かる。

【００５６】また、上述した実施形態では、光線方向
Ｒ、固定磁場Ｈｐおよび可変磁化Ｈｅを図９に示したよ
うな関係となるように設定したが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、例えば、図１５または図１６に示す
ような応用も可能である。

【００５７】図１５の例では、光線方向Ｒおよび固定磁
場Ｈｐが、ファラデー回転子１の中心軸（図の一点鎖
線）に対してθ₀°傾けられると共に、可変磁場Ｈｅ
が、ファラデー回転子１の中心軸に直交する方向とされ
ている。このような磁場の関係としても、図９に示した
場合と同様に、可変磁場Ｈｅの大きさがＨｅ２となった
とき、光線方向に直交する合成磁場Ｈｅ２＋Ｈｐがファ
ラデー回転子１に対して与えられ、磁化Ｍの光線方向成
分が０となってファラデー回転角θｆも０となる。

【００５８】図１６の例では、光線方向Ｒが、ファラデ
ー回転子１の中心軸（図の一点鎖線）に対してθ₀°傾
けられ、固定磁場Ｈｐが、ファラデー回転子１の中心軸
と平行な方向とされ、可変磁場Ｈｅが、ファラデー回転
子１の中心軸に直交する方向とされている。すなわち、
光線方向Ｒをθ₀°傾ける場合、固定磁場Ｈｐの方向は
必ずしも傾ける必要はないという一例である。これは、
ファラデー回転角θｆが光線方向に沿った磁化の大きさ
によって決まり、固定磁場Ｈｐの光線方向成分Ｈｐ’が
ファラデー回転子１の磁化を飽和させるのに十分であれ
ば、固定磁場Ｈｐを傾けなくてもよいことを示してい
る。

【００５９】上述の図９、図１５または図１６に示した
磁場の配置は、本可変光減衰器をデバイス化する際、そ
れぞれの特徴を考慮して適宜に選択すればよい。具体的
には、光線方向を傾かせる方式（図１５、図１６）は、
入出力光ファイバーをも傾かせることを意味しており、
デバイスとして実装し難くなる虞があるので注意する。
また、可変磁場Ｈｅをファラデー回転子１に対して傾か
せる方式（図９）は、ファラデー回転子１に対して、電
磁石１３の磁場が斜方より最適に印加されるようにヨー
クの形状等を工夫する必要がある。例えば、ヨークを大
きくするなど措置が必要となり、デバイスが大きくなる
可能性があるため注意する。なお、光線方向のみを傾か
せる方式（図１６）は、図１０に示したようなリング状
の永久磁石ではなく、円柱状または直方体などの形状の
永久磁石を用いてデバイス化することが可能となる。例
えば円柱状の永久磁石は、一般にその中心線上で磁場が
安定しているため、永久磁石による固定磁場Ｈｐが安定
し易く、これは可変光減衰器の特性の安定化につながる
という利点がある。

【００６０】さらに、上述した実施形態では、角度θ₀
を１５°に設定した場合を示したが、本発明はこの設定
に限られるものではない。例えば、θ₀を大きくして２
０°に変更し、その他の設定を同一とした場合を考えて
みる。

【００６１】図１７は、上記の場合におけるファラデー
回転角θｆと印加電流Ｉの関係を算出した結果を示す図
である。また、図１８は、図１７に対応させた光減衰量
ＡＴＴと印加電流Ｉの関係を、上述の（１）式を用いて
算出した結果を示す図である。

【００６２】図１８に示すように、θ₀＝２０°とした
ときの光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴは、θ₀＝１５°
としたときのそれと殆ど変化はないが、最大の光減衰量
ＡＴＴを発生する電流値が約６０ｍＡから４０ｍＡに減
少している。これは、光減衰量ＡＴＴの可変制御に要求
される精度を確保できる範囲内で、角度θ₀をできるだ
け大きく設定することにより、可変光減衰器としての消
費電力の低減が図られることを意味している。

【００６３】加えて、最大の光減衰量ＥＲを２５ｄＢに
設定した場合を示したが、この設定についても任意に設
定することが可能である。例えば、最大の光減衰量ＥＲ
を３０ｄＢとし、その他の設定を同一とした場合を考え
てみる。

【００６４】図１９は、上記の場合におけるファラデー
回転角θｆと印加電流Ｉの関係を算出した結果を示す図
である。また、図２０は、図１９に対応させた光減衰量
ＡＴＴと印加電流Ｉの関係を、上述の（１）式を用いて
算出した結果を示す図である。

【００６５】図２０に示すように、ＥＲ＝３０ｄＢとし
たときの光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴの最大値は、約
０．５７ｄＢとなっていて、ＥＲ＝２５ｄＢとしたとき
（図１２）に比べて増大している。しかしながら、この
波長依存性ΔＡＴＴの増大につても、最適化したなす角
度θｐ_optを再び最適化することで低減できる。具体的
には、なす角度θｐ_optを数°程度大きく設定すること
で、ＥＲを大きくしたときの光減衰量の波長依存性ΔＡ
ＴＴの増大を低減できる。

【００６６】図２１および図２２は、ＥＲ＝３０ｄＢと
して、なす角度θｐ_optを再度最適化したときの特性を
示す図である。また、図２３および図２４には、ＥＲ＝
４０ｄＢとして、なす角度θｐ_optを再度最適化したと
きの特性も示しておく。各図に示すように、最大光減衰
量ＥＲの設定を変更した場合においても、該設定に応じ
て偏光子２および検光子３の各光学軸がなす角度θｐを
最適化することによって、光減衰量の波長依存性ΔＡＴ
Ｔを十分に低減することが可能である。ただし、最大光
減衰量ＥＲを大きくするほど、光減衰量の波長依存性Δ
ＡＴＴが増大する傾向があることには注意する。最大光
減衰量ＥＲの各設定に応じた波長依存性ΔＡＴＴの最大
値は、例えば、０．２６ｄＢ（ＥＲ＝２５ｄＢ）、０．
３１ｄＢ（ＥＲ＝３０ｄＢ）、０．３４ｄＢ（ＥＲ＝４
０ｄＢ）等のようになる。

【００６７】なお、上記の傾向に関連して、光減衰量の
波長依存性ΔＡＴＴを０ｄＢから最大減衰量ＥＲの範囲
全てにおいて低減する必要がない場合も考えられること
を簡単に説明しておく。

【００６８】例えば、最大光減衰量ＥＲ＝４０ｄＢは、
光伝送機器の緊急時等におけるシャットダウン機能に用
い、通常運用時に用いる光レベル調整は、光減衰量が２
０ｄＢ程度である場合が想定できる。このような場合、
光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴを考慮すべき範囲は、０
〜２０ｄＢの間であり、光のシャットダウン時に波長依
存性ΔＡＴＴの大小は問われない。したがって、可変光
減衰器として、光減衰量の波長依存性ΔＡＴＴを考慮す
る、光減衰量ＡＴＴの範囲を決めることが有用である場
合も考えられる。

【００６９】図２５および図２６は、上記のような場合
を想定し、ＥＲ＝４０ｄＢにおいて光減衰量の波長依存
性の低減範囲を０〜２０ｄＢに限定して特性の算出を行
った結果を示す図である。図２６に示すように、光減衰
量ＡＴＴが２０ｄＢ以下の範囲における、光減衰量の波
長依存性ΔＡＴＴの最大値が約０．２４ｄＢになってお
り、図２４に示した設定の場合と比較して、波長依存性
ΔＡＴＴの低減化が図られていることが分かる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のファラデ
ー効果を利用した可変光減衰器は、ファラデー回転角の
波長依存性を考慮して、直線偏光を切り出す素子の各光
学軸のなす角度を設定することで、光減衰量の波長依存
性の低減化を図ることができる。また、磁場発生手段に
ついて固定磁場および可変磁場の各方向を規定すること
で、ファラデー回転角を０°に設定可能になるため、光
減衰量の波長依存性をより低減することができる。この
ような波長依存性の低減された可変光減衰器を用いてＷ
ＤＭ光伝送システム等の各種光伝送システムを構成すれ
ば、安定した光伝送を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な可変光減衰器の磁気光学系を示す図で
あって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

【図２】一般的な可変光減衰器における偏光子および検
光子の各光学軸の関係を示す図である。

【図３】一般的な可変光減衰器におけるファラデー回転
角の波長依存性を説明する図である。

【図４】一般的な可変光減衰器のファラデー回転角と印
加電流の関係を算出した結果を示す図である。

【図５】図４に対応させて光減衰量と印加電流の関係を
算出した結果を示す図である。

【図６】一般的な可変光減衰器における光減衰量の波長
依存性の発生原因を説明する図である。

【図７】本発明の実施形態にかかる可変光減衰器の磁気
光学系を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側
面図である。

【図８】本発明の実施形態における偏光子および検光子
の各光学軸の位置関係を示す図である。

【図９】本発明の実施形態における光線方向、固定磁場
および可変磁場の関係を示す図である。

【図１０】本発明の実施形態において、ファラデー回転
子に磁場を与える具体的な構成例を示す斜視図である。

【図１１】本発明の実施形態におけるファラデー回転角
と印加電流の関係を算出した結果を示す図である。

【図１２】図１１に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図１３】本発明の実施形態に関連して、角度θｐを１
００°に設定した場合のファラデー回転角と印加電流の
関係を算出した結果を示す図である。

【図１４】図１３に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図１５】本発明の実施形態に関連する光線方向、固定
磁場および可変磁場の他の関係を示す図である。

【図１６】本発明の実施形態に関連する光線方向、固定
磁場および可変磁場のさらに別の関係を示す図である。

【図１７】本発明の実施形態に関連して、角度θ₀を２
０°に設定した場合のファラデー回転角と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図１８】図１７に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図１９】本発明の実施形態に関連して、最大光減衰量
ＥＲを３０ｄＢに設定した場合のファラデー回転角と印
加電流の関係を算出した結果を示す図である。

【図２０】図１９に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図２１】本発明の実施形態に関連して、最大光減衰量
ＥＲを３０ｄＢに設定し、角度θｐ_optを再度最適化し
た場合のファラデー回転角と印加電流の関係を算出した
結果を示す図である。

【図２２】図２１に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図２３】本発明の実施形態に関連して、最大光減衰量
ＥＲを４０ｄＢに設定し、角度θｐ_optを再度最適化し
た場合のファラデー回転角と印加電流の関係を算出した
結果を示す図である。

【図２４】図２３に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【図２５】本発明の実施形態に関連して、光減衰量が０
〜２０ｄＢの範囲で波長依存性が低減されるように設定
した場合のファラデー回転角と印加電流の関係を算出し
た結果を示す図である。

【図２６】図２５に対応させて光減衰量と印加電流の関
係を算出した結果を示す図である。

【符号の説明】

１…ファラデー回転子２…偏光子３…検光子２ａ，３ａ…光学軸１１，１２…永久磁石１３…電磁石Ｈｐ…固定磁場Ｈｅ，Ｈｅ１〜Ｈｅ３…可変磁場Ｉ…印加電流 θｆ…ファラデー回転角 θｐ…各光学軸のなす角度Ｍ，Ｍ’…磁化Ｒ…光線方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者園田裕彦北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１富士通北海道ディジタル・テクノロジ株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA03 BA01 CA04 DA12 EA11 HA11 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過する偏光に対して可変のファラデー回
転角を与えるファラデー回転子と、該ファラデー回転子
の前後の光線軸上にそれぞれ配置された直線偏光を切り
出す素子と、を備え、前記ファラデー回転角の変化に伴
って光減衰量が変化する可変光減衰器であって、光減衰量の波長依存性が最大になるときのファラデー回
転角が略０°になるように、前記直線偏光を切り出す素
子のうちの一方の素子の光学軸に対する他方の素子の光
学軸のなす角度を設定することを特徴とするファラデー
効果を利用した可変光減衰器。
【請求項２】請求項１に記載の可変光減衰器であって、互いに方向の異なる固定磁場および可変磁場を前記ファ
ラデー回転子に与える磁場発生手段を備え、前記固定磁場および前記可変磁場で形成される合成磁場
の方向が光線方向に直交する状態を含むように、前記固
定磁場および前記可変磁場の各方向を設定することで、
ファラデー回転角を０°に設定可能にしたことを特徴と
するファラデー効果を利用した可変光減衰器。
【請求項３】請求項２に記載の可変光減衰器であって、前記固定磁場の方向が、光線方向と平行であるとき、前記可変磁場の方向が、前記固定磁場の方向に対して鈍
角をなすことを特徴とするファラデー効果を利用した可
変光減衰器。
【請求項４】請求項２に記載の可変光減衰器であって、前記固定磁場の方向が、光線方向とは平行でないとき、前記可変磁場の方向が、前記固定磁場の光線方向成分に
対して鈍角をなすことを特徴とするファラデー効果を利
用した可変光減衰器。
【請求項５】偏光を切り出す２つの偏光素子と、該偏光素子の間に設けたファラデー回転子と、該ファラデー回転子を通過する光の軸と同じ軸に平行に
磁場を加える第１磁石と、該第１磁石の磁場の方向に対して磁場の方向が鈍角とな
るように配置した第２磁石とを設け、該第２磁石は、磁場の強さを調整することができること
特徴とするファラデー効果を利用した可変光減衰器。
【請求項６】請求項５に記載の可変光減衰器であって、前記第２磁石の磁場の強さを調整することで、前記第１
磁石の磁場と前記第２磁石の磁場との合成磁場の方向
が、前記光の軸に対して垂直となる位置を取ることがで
きるようにしたことを特徴とするファラデー効果を利用
した可変光減衰器。