JP2003248206A

JP2003248206A - 可変光アッテネータ

Info

Publication number: JP2003248206A
Application number: JP2002047553A
Authority: JP
Inventors: 清市 ▼高▲山; Seiichi Takayama; Tomohisa Fukuoka; 智久福岡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】低挿入損失かつ低価格な高減衰タイプ磁気光学
型可変光アッテネータを実現すること。【解決手段】同一楔加工ロットから組み合わされた楔形
偏光子８と楔形検光子１０を用いる。また、旋光子１２
を用いてファラデー回転子１への入射偏波角度や検光子
１２への入射偏波角度を調整する。これによりコットン
ムートン効果に基づくファラデー回転子１の消光比の劣
化を防ぐことができる。低挿入損失で高い減衰が得ら
れ、且つ低価格な可変光アッテネータを得ることができ
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、光通信システムに
用いられる磁気光学型可変光アッテネータ（光量可変減
衰器）に関し、特に、高減衰型可変光アッテネータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】可変光アッテネータは、ＷＤＭ光通信シ
ステム（波長多重光通信システム）の光送信機の光パワ
ー調整などに用いられている。可変光アッテネータには
様々な種類があり、モーターやアクチュエータなどを使
って機械的に光軸をずらして光量減衰量を調整するメカ
ニカルタイプや、電界によって屈折率が変化する効果を
利用した電界光学（ＥＯ）タイプがある。また、熱によ
って屈折率が変化する効果を利用した熱光学（ＴＯ）タ
イプや、ファラデー回転子を用いた外部磁界によって偏
波面回転角度が変化する効果を利用した磁気光学（Ｍ
Ｏ）タイプなどがある。

【０００３】磁気光学タイプの可変光アッテネータは、
外部磁界可変制御部に電磁石を用いるため可動部がな
く、高い信頼性が得られると共に応答時間が約３００μ
ｓと高速である等の優位性を有している。

【０００４】磁気光学タイプの可変光アッテネータは、
日本国特許第２８１５５０９号に開示されている構成が
一般に採用されている。この構成は、光の進行方向に沿
って順に偏光子、ファラデー回転子、及び検光子が配置
されている。偏光子及び検光子として一般にはＴｉＯ₂
ルチル結晶のような複屈折結晶が用いられる。当該偏光
子と検光子は偏光角度を分離させるために楔形に形成さ
れている。

【０００５】図１１及び図１２は、ファラデー回転子１
に印加される磁界及び磁化の方向を示している。図１１
は、ファラデー回転子１に対する入射／透過光の進行方
向（図中の矢印Ｌ）に直交する所定断面を表している。
図１２は、ファラデー回転子１の斜視図を示しており、
ファラデー回転子１に対する入射／透過光の進行方向を
図中の矢印Ｌで示している。図１１及び図１２におい
て、不図示の永久磁石からファラデー回転子１に対し、
入射／透過光の進行方向に平行に磁界（以後、平行磁界
（Ｈ‖）と表す）が印加される。また、不図示の電磁石
からファラデー回転子１に対し、入射／透過光の進行方
向に直交する方向に磁界（以後、垂直磁界又は横磁界
（Ｈ⊥）と表す）が印加される。したがって、ファラデ
ー回転子１には平行磁界（Ｈ‖）と垂直磁界（Ｈ⊥）と
の合成磁界が印加される。図１１及び図１２中のＭはフ
ァラデー回転子１内部の磁化を表している。磁化Ｍにお
いて、入射／透過光の進行方向に平行な成分を磁化
Ｍ’、垂直成分を磁化Ｍ’’と表すと、ファラデー回転
角の大きさは磁化Ｍの平行成分磁化Ｍ’に比例する。

【０００６】平行磁界（Ｈ‖）は、ファラデー回転子１
が磁気的に飽和する飽和磁界（約１２（ｋＡ／ｍ））の
強さを有している。電磁石に流す電流が０（ｍＡ）のと
きの垂直磁界（Ｈ⊥）は０（ｋＡ／ｍ）である。したが
って、ファラデー回転子１に外部から印加される合成磁
界は平行磁界（Ｈ‖）方向のみの成分となる。また電磁
石に電流が流れているときの合成磁界は平行磁界（Ｈ
‖）と垂直磁界（Ｈ⊥）のベクトルの和で求められる。
ファラデー回転子１の内部では、合成磁界（Ｈ‖＋Ｈ
⊥）とほぼ同じ方向に磁化Ｍが向き（厳密には、ファラ
デー回転子１は結晶であるため、結晶磁気異方性により
合成磁界（Ｈ‖＋Ｈ⊥）の方向と磁化Ｍの方向は必ずし
も一致しない）、磁化方向の平行成分Ｍ’だけがファラ
デー回転角に寄与する。つまり、電磁石への電流が０ｍ
Ａのときにファラデー回転角は最大で、電磁石へ供給す
る電流値が上昇するに連れてファラデー回転角は小さく
なる。

【０００７】しかしながら、電磁石に流す電流を幾ら大
きくしても、平行磁界（Ｈ‖）が存在するために磁化Ｍ
を垂直磁界（Ｈ⊥）に平行にすることはできない。この
ため、ファラデー回転角を０°にすることはできない。
図１３は、電磁石に供給する電流値とファラデー回転角
との関係を示すグラフである。横軸は電磁石に供給する
電流値（ｍＡ）であり、縦軸はファラデー回転角θｆ
（ｄｅｇ．）である。図１３に示すように、電磁石に通
電する電流値の上限の制約を受けてファラデー回転角θ
ｆの下限は約１０°程度となる。現実の使用を考慮して
可変ファラデー回転角θｆ＝１５°付近を下限として素
子設計がなされている。一方、ファラデー回転角θｆの
最大値はファラデー回転子１の厚さを調整することによ
り任意に調整可能である。ファラデー回転子１の厚さを
厚くすれば最大のファラデー回転角θｆを任意に設定で
きる。

【０００８】可変光アッテネータの動作として、例え
ば、最大ファラデー回転角θｆｍａｘを９６°（入射光
の波長λ＝１５５０ｎｍ、温度Ｔ＝２５℃）、偏光子と
検光子の光学軸の相対角度を１０５°とすると、電磁石
の電流値が０ｍＡのとき、検光子を透過する光の強度は
最大となり最小アッテネーションが得られる。電磁石に
電流を流して最小ファラデー回転角θｆｍｉｎ＝１５°
にするとファラデー回転子１を通過後の光の偏波面と検
光子の光学軸とのなす角は９０°、つまりクロスニコル
状態となり、検光子を透過する光の強度は最小となり最
大アッテネーションが得られる。

【０００９】電磁石に流す電流値を調整することによ
り、最小アッテネーションと最大アッテネーションの間
でアッテネーションを連続的に調整することができる。
最小アッテネーションと最大アッテネーションとの幅を
ダイナミックレンジと呼ぶ。

【００１０】近年の光通信システムにおいては、ダイナ
ミックレンジが３０ｄＢ以上の高減衰型の可変光アッテ
ネータが求められている。ところが、上述のような偏光
子と検光子の光学軸の相対角度が１０５°で、且つ光学
軸が底辺（水平方向）から５２．５°方向の偏光子及び
検光子を用いた可変光アッテネータでは、最大アッテネ
ーションが約２５ｄＢしか得られないという問題が生じ
ている。最大アッテネーションが２５ｄＢの可変光アッ
テネータを２つ直列に並べて高減衰を達成する２段型可
変減衰器があるが、製造コストも２倍になってしまう。

【００１１】上記従来の可変光アッテネータで最大アッ
テネーションが２５ｄＢしか得られない原因は、ファラ
デー回転子１がコットンムートン効果による磁気複屈折
の影響を受けるためである。コットンムートン効果は、
ファラデー回転子１内の磁化Ｍが光の進行方向に平行で
なく、垂直磁化Ｍ’’成分を含む場合に生じる。図１２
を参照して説明すると、磁化Ｍの垂直成分Ｍ’’とファ
ラデー回転子１への入射光の振動方向（偏波方位）Ｓｐ
とのなす角（入射偏波角度）ｘに依存して磁気複屈折の
大きさが変化する。この磁気複屈折の大きさに依存して
ファラデー回転子１の消光比が劣化する。コットンムー
トン効果が生じると、偏光子で２つの直線偏波に分離さ
れてファラデー回転子１に入射した光は、ファラデー回
転するとともに直線偏波になまりが生じて楕円偏光にな
るため消光比が劣化する。消光比の劣化は最大アッテネ
ーションを低下させ、これによりダイナミックレンジが
低下してしまう。

【００１２】コットンムートン効果によるファラデー回
転子１の消光比の劣化の程度は、磁化Ｍの垂直成分
Ｍ’’の方向（便宜上、垂直磁界（Ｈ⊥）の方向と同じ
とする）を基準０°とするとファラデー回転子１への入
射光の入射偏波角度ｘに依存する。入射偏波角度ｘが垂
直磁界（Ｈ⊥）の方向に平行（＝０°（＝１８０°））
または直角（＝９０°（＝２７０°））であれば消光比
の劣化は小さい。入射偏波角度ｘが垂直磁界（Ｈ⊥）の
方向に対して４５°（＝１３５°、２２５°、３１５
°）で消光比の劣化が最大となる。磁気複屈折効果によ
るファラデー回転子１の消光比の劣化を抑えることがで
きれば、可変光アッテネータの減衰量も大きくすること
ができる。ここで、ファラデー回転子１へ入射する前の
光の偏波角度はファラデー回転子１を通過後にファラデ
ー回転しているため、磁気複屈折効果を低減させるに
は、図１２に示すように、磁化Ｍの垂直成分Ｍ’’とフ
ァラデー回転子１から射出した射出光の振動方向（偏波
方位）Ｓｅとのなす角（射出偏波角度）ｙも考慮しなけ
ればならない。また、コットンムートン効果によるファ
ラデー回転子１の消光比の劣化を抑えてダイナミックレ
ンジを３０ｄＢ以上に保ちたい場合は、最大消光比が得
られる入射偏波角度から±１２°以内に入射偏波を保て
ばよいことが実験的にわかっている。

【００１３】コットンムートン効果によるファラデー回
転子の消光比の劣化を抑える具体的な構造が特開２００
０−３１４８６１号公報に開示されている。図１４を用
いて当該公報に開示されている構造について説明する。
図１４は、ファラデー回転子１の入射／射出光の進行方
向に沿って見た状態を示している。図中左右方向に電磁
石２が配置されている。従って、図中左右方向（右方向
が正）が垂直磁界（Ｈ⊥）の方向（便宜上、磁化Ｍの垂
直成分Ｍ’’の方向と等しいものとする）となり、これ
をａ軸とする。ａ軸に直交する図中上下方向（上方向を
正）をｂ軸とする。また、ａ軸から時計回りに測った角
度を正とする。

【００１４】上記公報に開示された可変光アッテネータ
は、偏光子の光学軸（ファラデー回転子１への入射光の
偏波方位に等しい）Ｓｐがａ軸に対して＋７．５°傾
き、検光子の光学軸Ｓａがａ軸に対して−９７．５°傾
くようにそれぞれの光学軸が調整されている。この構成
によれば、偏光子の光学軸Ｓｐと検光子の光学軸Ｓａと
のなす角Ｙ＝１０５°になる。また、ファラデー回転角
θｆ＝ｚ＝１５°のときに、ファラデー回転子１からの
射出光の偏波方位Ｓｅと検光子の光学軸Ｓａとの間の角
が９０°になり、クロスニコル状態になるので最大アッ
テネーションを得ることができる。また、最大アッテネ
ーション時の入射偏波角度ｘと射出偏波角度ｙの絶対値
がそれぞれ１２°以下であるため、消光比の劣化も最小
限に抑えることができるので高減衰型可変光アッテネー
タを得ることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
開示された高減衰型可変光アッテネータの構成では、ａ
軸に対して偏光子の光学軸Ｓｐが＋７．５°傾き、検光
子の光学軸Ｓａが−９７．５°傾くようにする必要があ
る。従って、偏光子と検光子のａ軸（例えば光学素子底
辺）から測った光学軸の方向が異なるので両者は同一の
楔加工ロットで製造された楔形ルチルを組み合わせて使
用することができず、別々の楔加工ロットで製造された
楔形ルチルを組み合わせて使用せざるを得ないという問
題が生じている。

【００１６】図１５乃至図１７を用いて楔形ルチルにつ
いて説明する。図１５は、楔形ルチル４を側面から見た
状態を示している。図１５に示すように、楔形ルチル４
は、側面からみて直角プリズム（台形）状をなしてお
り、両側辺を延長した交線のなす角が所定の楔頂角θ１
となるように加工されている。図１６は、光学軸を偏光
子及び検光子内にある基準辺（例えば、底辺)から５
２．５°に設定して楔加工した楔形ルチル４の１ロット
を示している。同一楔加工ロットを図中の切断線６に沿
って切断することにより複数の同一形状の楔形ルチル４
を作製できる。図１７は、図１６に示す同一楔加工ロッ
トから得られた楔形ルチル４を２つ選び、ファラデー回
転子１の両側に配置して偏光子８及び検光子１０として
用いた例を示している。図１７（ａ）はファラデー回転
子１の両側に偏光子８及び検光子１０を配置した状態を
示し、図１７（ｂ）は、偏光子８の光入射面を示し、矢
印で光学軸Ｓｐを示している。図１７（ｃ）は、検光子
１０の光入射面を示し、矢印で光学軸Ｓａを示してい
る。

【００１７】偏光子８と検光子１０の光学軸の相対角度
を１０５°に設定した場合、底辺(水平面)から測った光
学軸の角度が５２．５°となる同一楔加工ロットを作製
すれば、当該同一楔加工ロットの中から偏光子と検光子
の組み合わせを選ぶことができ、同一楔加工であるがゆ
えに楔頂角θ１はほとんど等しく、組み合わせを選ぶた
めの検査が必要なく生産性がよい。図７（ａ）に示すよ
うに偏光子８と検光子１０は、同一ロットから切り出し
た２つの楔形ルチル４を一方に対して他方の上下を逆に
して配置する。こうすることにより偏光子８と検光子１
０の光学軸の相対角度を１０５°に設定できる。

【００１８】組み合わせる偏光子８と検光子１０の楔頂
角θ１を等しくすると、電磁石２の電流値０ｍＡにおけ
る最低アッテネーションでの挿入損失を小さくすること
ができる。例えば、楔頂角θ１の絶対値が４°±０．１
５°で、偏光子８と検光子１０の楔頂角θ１のずれが
０．２°であるとし、直径４００μｍのコリメート光が
入射するものとすると、当該ずれによって引き起こされ
る余剰損失は約０．１４ｄＢとなる。この値は磁気光学
型可変光アッテネータを製造する上で挿入損失の歩留ま
りに影響する。ところが、同一楔加工ロット内での組み
合わせの場合には、楔頂角θ１のずれは約０．０３°以
下であり、余剰損失は０．００５ｄＢ以下と無視できる
レベルになる。しかしながら上述のように光学軸が水平
面から５２．５°傾いた方向では、ファラデー回転子１
の消光比の劣化が著しいため、３０ｄＢ以上の高いアッ
テネーションを得ることができない。

【００１９】上記特開２０００−３１４８６１号公報に
開示された構成では、別々の楔加工ロットから偏光子８
と検光子１０を製造して組み合わせているため、楔頂角
θ１の合わせが難しい。同一楔加工ロットからの組み合
わせであれば、無作為に組み合わせても楔頂角θ１のず
れは０．０３°以下に収まる。別々の楔加工ロットから
組み合わせる場合には、無作為に選択すると楔頂角θ１
の絶対値４°±０．１５°の最大許容値同士で０．３°
の楔頂角θ１のずれが生じる可能性がある。これは可変
光アッテネータとしての挿入損失の歩留まりを悪化させ
る。また個別に楔頂角θ１を測定して、楔頂角θ１の等
しいルチル同士を組み合わせることも可能だが、楔頂角
θ１の個別測定は手間がかかり過ぎるという問題が生じ
る。また、組み合わせに向かない楔形ルチルが残ってし
まい楔形ルチルの製造コストが増加してしまうという問
題が生じる。

【００２０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、低損失且つ低コストな高減衰型可変光ア
ッテネータを提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、磁界を印加
して磁化の方向を変えることにより、入射光の偏波面を
所定角度回転させて射出するファラデー回転子と、前記
ファラデー回転子に前記磁界を印加する磁界印加部と、
前記ファラデー回転子の光入射側に配置される偏光子
と、前記ファラデー回転子の光射出側に配置される検光
子とを有し、前記入射光の進行方向に直交する前記ファ
ラデー回転子内の磁化の垂直成分方向と前記ファラデー
回転子に入射する光の入射偏波面とのなす角度ｘと、最
大アッテネーションが得られる状態でのファラデー回転
角ｚとが、［（−ｚ／２）＋９０×ｎ］−１２≦ｘ≦
［（−ｚ／２）＋９０×ｎ］＋１２（但し、ｎは０，
１，２，３のいずれか）の関係を満たすことを特徴とす
る可変光アッテネータによって達成される。

【００２２】上記本発明の可変光アッテネータにおい
て、前記磁界印加部は、前記入射光の進行方向に平行に
印加される平行磁界と、前記入射光の進行方向に直交す
る垂直磁界との合成磁界を前記ファラデー回転子に印加
することを特徴とする。

【００２３】上記本発明の可変光アッテネータにおい
て、前記ファラデー回転子と前記偏光子との間に旋光子
が配置されていることを特徴とする。

【００２４】上記本発明の可変光アッテネータにおい
て、前記ファラデー回転子と前記検光子との間に旋光子
が配置されていることを有することを特徴とする。

【００２５】上記本発明の可変光アッテネータにおい
て、前記ファラデー回転子と前記偏光子との間に配置さ
れる第１旋光子と、前記ファラデー回転子と前記検光子
との間に配置される第２旋光子とを有することを特徴と
する。

【００２６】上記本発明の可変光アッテネータにおい
て、前記偏光子及び前記検光子は、基準辺から測った光
学軸の傾きがほぼ同一であることを特徴とする。

【００２７】上記本発明の可変光アッテネータにおい
て、前記旋光子は、１枚または複数枚の水晶板からなる
１／２波長板であることを特徴とする。

【００２８】以上のような構成をとることにより、コッ
トンムートン効果による消光比劣化を回避した高減衰型
可変光アッテネータが得られる。

【００２９】

【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕本発明の第
１の実施の形態による可変光アッテネータについて図１
乃至図６を用いて説明する。まず、本実施の形態による
可変光アッテネータの概略の構成を図１を用いて説明す
る。可変光アッテネータの光学素子として、図中矢印Ｌ
で示す光入射方向に見て、偏光子８、旋光子１２、ファ
ラデー回転子１、及び検光子１０がこの順に配置されて
いる。図１での図示は省略しているが、磁界印加部とし
て、ファラデー回転子１に平行磁界（Ｈ‖）を発生する
リング型永久磁石が、ファラデー回転子１の光入射側及
び光射出側にそれぞれ配置されている。また、図１の紙
面に垂直方向の垂直磁界（Ｈ⊥）をファラデー回転子１
に印加する電磁石２（図２参照）も配置されている。

【００３０】ファラデー回転子１は、ビスマス・イット
リウム・鉄・ガーネットを含むガーネット単結晶からな
る低飽和磁界タイプである。温度２５℃で入射光の波長
が１５５０ｎｍにおいて、ファラデー回転角θｆの絶対
値が９６°になるようにファラデー回転子１の厚さは調
整されている。１枚のガーネット単結晶で絶対値９６°
のファラデー回転角θｆが得られない場合には、ガーネ
ット単結晶を複数枚重ねて使用すればよい。本例では単
板厚さ約０．３ｍｍのガーネット単結晶を３枚重ねで使
用している。

【００３１】本実施の形態による可変光アッテネータ
は、磁界を印加して磁化の方向を変えることにより、入
射光の偏波面を所定角度回転させて射出するファラデー
回転子１と、ファラデー回転子１に磁界を印加する磁界
印加部と、ファラデー回転子１の光入射側に配置される
偏光子８と、ファラデー回転子１の光射出側に配置され
る検光子１０とを有し、入射光の進行方向に直交するフ
ァラデー回転子１内の磁化の垂直成分方向とファラデー
回転子１に入射する光の入射偏波面とのなす角度ｘと、
最大アッテネーションが得られる状態でのファラデー回
転角ｚとが、［（ −ｚ／２）＋９０×ｎ］−１２≦ｘ≦［（−ｚ／２）＋
９０×ｎ］＋１２・・・（式Ａ）（但し、ｎは０，１，２，３のいずれか）の関係を満た
すことを特徴とする。

【００３２】各光学素子の光学軸について、図２の模式
図を用いて説明する。図２は、ファラデー回転子１の入
射／射出光の進行方向に沿って見た状態を示している。
図中左右方向に電磁石２が配置されている。従って、図
中左右方向（右方向が正）が垂直磁界（Ｈ⊥）の方向
（便宜上、磁化Ｍの垂直成分Ｍ’’の方向と等しいもの
とする）となり、これをａ軸とする。ａ軸に直交する図
中上下方向（上方向を正）をｂ軸とする。また、ａ軸か
ら時計回りに測った角度を正とする。なお光の振動振幅
に正負の区別はなく、図中の光学軸を示す矢印は本来的
には座標原点を中心とする両矢印にすべきであるが、こ
こでは図を見易くするために片矢印としている。

【００３３】最大アッテネーションは、ファラデー回転
子１の射出光の偏波方位Ｓｅと検光子の光学軸Ｓａとの
間の角が９０°となるいわゆるクロスニコル状態で得ら
れる。このときのファラデー回転角θｆ＝ｚとする。ま
た、偏光子８とファラデー回転子１との間に配置された
旋光子１２による旋光角度をθｈ１とし、偏光子及び検
光子内にある基準辺（例えば、底辺)から測った光学軸
の傾きが同一になる例えば同一楔加工ロットから組み合
わせた偏光子８と検光子１０において、それらの光学軸
Ｓｐと光学軸Ｓａのなす角をＹ’とすると、式Ａを満た
すためには、ｚ＝Ｙ’−θｈ１−９０・・・（式Ｂ）でなければならない。

【００３４】偏光子８の光学軸Ｓｐはａ軸に対して＋９
７．５°傾いている。検光子１０は偏光子８を上下ひっ
くり返して配置してあり、検光子１０の光学軸Ｓａは、
ａ軸に対して−９７．５°傾いている。よって偏光子８
の光学軸Ｓｐと検光子１０の光学軸Ｓａのなす角Ｙ’＝
１９５°になる。また、検光子１０の光学軸Ｓａの方向
がａ軸に対して−９７．５°であるから、最大アッテネ
ーション時のファラデー回転子１からの射出光の偏波方
位Ｓｅの射出偏波角度ｙはａ軸に対して−７．５°とな
る。また、最大アッテネーション時のファラデー回転角
θｆ＝ｚ＝１５°とすると、ファラデー回転子１への入
射光の偏波方位Ｓｐ’の入射偏波角度ｘはａ軸に対して
＋７．５°となる。

【００３５】旋光子１２は、例えば水晶板を用いた１／
２波長板である。式Ｂを満たすために旋光子１２の光学
軸Ｓｒはａ軸に対して＋５２．５°に設定する。一般に
１／２波長板は、その光学軸に対して入射偏波角度θで
入射した光の偏波方位を旋光角θｈ１＝２θだけ回転さ
せる。偏光子８を通過してａ軸に対して＋９７．５°傾
いた偏波方位の光は、旋光子１２の光学軸に対して入射
偏波角度θ＝４５°で入射する。従って、旋光子（１／
２波長板）１２に入射した光は、旋光角θｈ１＝９０°
だけ偏波面が回転させられて、ファラデー回転子１への
入射光の偏波方位Ｓｐ’がａ軸に対して＋７．５°の入
射偏波角度ｘとなってファラデー回転子１に射出される
ことになる。

【００３６】各光学素子の光学軸について、角度の方向
を表す符号まで考慮してまとめると次のようになる。（１）クロスニコル状態でのファラデー回転角θｆ＝ｚ
＝１５°；（２）ファラデー回転子１への入射偏波角度ｘ＝＋７．
５°；（３）偏光子８の光学軸Ｓｐと検光子１０の光学軸Ｓａ
のなす角Ｙ’＝１９５°；（４）旋光子１２の旋光角θｈ１＝９０°。上記（１）、（２）、（３）、及び（４）は、式Ａと式
Ｂとを満たしている。

【００３７】次に本実施の形態による可変光アッテネー
タの動作について説明する。実験として、楔形ルチル偏
光子８と検光子１０の代わりにグラントムソンプリズム
を用い、図２に示すのと同様の光学軸の配置にしてアッ
テネーションを測定したところ、温度２５℃、光の波長
１５５０ｎｍにおいて４５ｄＢの最大アッテネーション
が得られた。

【００３８】本実施の形態では、旋光子１２として水晶
１／２波長板を用いているが、水晶１／２波長板１２も
ファラデー回転角と同様に消光比特性を有している。そ
して、水晶１／２波長板１２の消光比は、波長依存性と
温度依存性を有しており、これらの依存性がアッテネー
タのアッテネーション特性にも影響する。加えてファラ
デー回転子１の回転角も温度依存性と波長依存性を有す
る。ここで水晶１／２波長板１２とファラデー回転子１
の双方を含んだ消光比の波長依存性と温度依存性を、グ
ラントムソンプリズムを用いた実験系から求めた。図３
および表１は、温度が０℃、２５℃、及び６５℃におけ
る水晶１／２波長板１２とファラデー回転子１の双方を
含む消光比の波長依存性を示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】消光比の測定時には垂直磁界（Ｈ⊥）を調
整して各測定点での最大消光比を読み取った。グラント
ムソンプリズムや楔形ルチル偏光子もそれ自体に消光比
特性を有するが、これらの消光比は通常５０ｄＢ以上で
あり、波長依存性や温度依存性が小さく消光比特性がほ
とんど変化しない。従って、図１０と表１の値は、水晶
１／２波長板１２とファラデー回転子１のみの消光比特
性を表している。楔形ルチル偏光子８、１０を用いて作
製した実際のアッテネータのアッテネーション特性も、
水晶１／２波長板１２とファラデー回転子１の消光比に
よってほとんど決定される。

【００４１】次に、本実施の形態による可変光アッテネ
ータで得られる最大アッテネーションがどの程度かにつ
いて説明する。アッテネーションＡＴＴは以下の式Ｃで
求められる。ＡＴＴ（ｄＢ）＝−１０ｌｏｇ₁₀［ｃｏｓ²（Ｙ’−θｈ１−θｆ）＋１０^(-ER/ ¹⁰⁾ ］・・・（式Ｃ）ここで、Ｙ’は偏光子８と検光子１０の光学軸Ｓｐ、Ｓ
ａのなす角であり、Ｙ’＝１９５°である。 θｆはファラデー回転角であり、 θｆ＝θｆｍａｘ×ｓｉｎα ・・・（式Ｄ）である。αは磁化の方向であり、垂直磁界（Ｈ⊥）の強
さすなわち電磁石２に流す電流値で変化する量である
（図１１参照）。ＥＲは消光比を表し、表１の値を用い
る。最大ファラデー回転角θｆｍａｘと消光比ＥＲは、
波長依存性と温度依存性を有する係数である。消光比Ｅ
Ｒは実験値を代入する。最大ファラデー回転角θｆｍａ
ｘは、 θｆｍａｘ（°）＝９６＋Ａ（λ−１５５０）＋Ｂ（Ｔ−２５）・・・（式Ｅ）で与えられ、Ａはファラデー回転角の波長依存性係数、
Ｂは温度依存性係数であり、材料特性からそれぞれ−
０．１３、−０．２０を用いる。λは波長（ｎｍ）、Ｔ
は温度（℃）を表す。

【００４２】θｈ１は水晶１／２波長板１２による旋光
角を表し、ここでは９０°である。水晶１／２波長板１
２は中心条件λ＝１５５０ｎｍ、Ｔ＝２５℃で位相差が
１８０°になるよう設計してあるが、波長や温度が中心
条件から外れると位相差が１８０°からずれるため、旋
光角は９０°であるが消光比が劣化する。本実施形態で
の計算では旋光角θｈ１を９０°に固定して、波長依存
性と温度依存性による消光比劣化の影響は実験値から求
めたＥＲに含めることとする。

【００４３】可変垂直磁界用電磁石２は、電流値Ｉ＝５
０ｍＡで７５．６（ｋＡ／ｍ）の磁界を発生する。平行
磁界発生部としてリング型の永久磁石を用い、固定磁界
の強さを１１．９（ｋＡ／ｍ）とした。計算を容易にす
るために外部印加磁界とファラデー回転子１の磁化の方
向は一致するものとした。

【００４４】実測のＥＲと（式Ｄ）及び（式Ｅ）を（式
Ｃ）へ代入して計算し得られたアッテネーションと電磁
石２へ流す電流値との関係を図４乃至図６に示す。図４
乃至図６より、温度Ｔ＝０〜６５℃、且つ光の波長λ＝
１５３０〜１５７０ｎｍの範囲内において、アッテネー
ション値３０ｄＢ以上を達成できることがわかる。

【００４５】上記の結果は、ファラデー回転子１への入
射光の偏波方位Ｓｐ’の入射偏波角度ｘが０°付近の場
合を示しているが、当該入射偏波角度ｘが９０°付近、
１８０°付近、２７０°付近の場合でも同様の結果が得
られる。

【００４６】ファラデー回転子１への入射偏波角度ｘ＝
＋７．５°はファラデー回転子１のみの消光比が最大に
なる角度であるが、ｘ＝＋７．５±１２°以内であれ
ば、ファラデー回転子１自体の消光比は３０ｄＢを保つ
ことができ、水晶１／２波長板１２を組み合わせた光ア
ッテネータでは、λ＝１５５０ｎｍ、Ｔ＝２５℃におい
て３０ｄＢ以上のアッテネーションが得られる。

【００４７】〔第２の実施の形態〕本発明の第２の実施
の形態による可変光アッテネータについて図７及び図８
を用いて説明する。まず、本実施の形態による可変光ア
ッテネータの概略の構成を図７を用いて説明する。可変
光アッテネータの光学素子として、図中矢印Ｌで示す光
入射方向に見て、偏光子８、ファラデー回転子１、旋光
子１２、及び検光子１０がこの順に配置されている。第
１の実施の形態では、偏光子８とファラデー回転子１と
の間に旋光子１２を配置していたが、本実施の形態で
は、ファラデー回転子１と検光子１０との間に旋光子１
２を配置した点に特徴を有している。本実施形態による
構成では、旋光子１２がファラデー回転子１の後に位置
しているため、ファラデー回転角の変化につれて、旋光
子（水晶１／２波長板）１２への入射偏波角度が変わる
ため旋光角θｈ２は一定にならないが、可変光アッテネ
ータとして動作させることができる。

【００４８】第１の実施の形態における図２と同様の図
８を用いて、本実施の形態におけるファラデー回転子１
の入射／射出光の進行方向に沿って見た状態について説
明する。図８において、図２に示された構成要素と同一
の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してそ
の説明は省略する。ファラデー回転子１と検光子１０と
の間に配置された旋光子１２による旋光角度をθｈ２と
し、基準辺から測った光学軸の傾きがほぼ同一になるよ
うに、例えば同一楔加工ロットから組み合わせた偏光子
８と検光子１０において、それらの光学軸Ｓｐと光学軸
Ｓａのなす角をＹ’とすると、式Ａを満たすためには、ｚ＝Ｙ’−θｈ２−９０・・・（式Ｆ）でなければならない。

【００４９】偏光子８の光学軸Ｓｐはａ軸に対して＋
７．５°傾いている。検光子１０は偏光子８を上下ひっ
くり返して配置してあり、検光子１０の光学軸Ｓａは、
ａ軸に対して−７．５°傾いている。よって偏光子８の
光学軸Ｓｐと検光子１０の光学軸Ｓａのなす角Ｙ’＝１
５°になる。また、検光子１０の光学軸Ｓａの方向がａ
軸に対して−７．５°であるから、最大アッテネーショ
ン時の検光子１２からの射出光の偏波方位Ｓｅの射出偏
波角度ｙはａ軸に対して−９７．５°となる。

【００５０】旋光子１２は、例えば水晶板を用いた１／
２波長板である。式Ｆを満たすために旋光子１２の光学
軸Ｓｒはａ軸に対して−５２．５°に設定する。上述の
ように１／２波長板は、その光学軸に対して入射偏波角
度θで入射した光の偏波方位を旋光角θｈ２＝２θだけ
回転させる。ファラデー回転子１を通過してａ軸に対し
て−７．５°傾いた偏波方位の光は、旋光子１２の光学
軸に対して入射偏波角度θ＝４５°で入射する。従っ
て、旋光子（１／２波長板）１２に入射した光は、旋光
角θｈ２＝９０°だけ偏波面が回転させられて、検光子
１２への入射光の偏波方位Ｓｅがａ軸に対して−９７．
５°の入射偏波角度となる。

【００５１】各光学素子の光学軸について、角度の方向
を表す符号まで考慮してまとめると次のようになる。（１）クロスニコル状態でのファラデー回転角θｆ＝ｚ
＝１５°；（２）ファラデー回転子１への入射偏波角度ｘ＝＋７．
５°；（３）偏光子８の光学軸Ｓｐと検光子１０の光学軸Ｓａ
のなす角Ｙ’＝１５°；（４）旋光子１２の旋光角θｈ２＝９０°。上記（１）、（２）、（３）、及び（４）は、式Ａと式
Ｆとを満たしている。本実施の形態による可変光アッテ
ネータの場合にも、第１の実施の形態と同様の効果を奏
することができ、第１の実施の形態における図３乃至図
６及び表１に示すものと同じアッテネーション特性を得
ることができる。

【００５２】〔第３の実施の形態〕本発明の第３の実施
の形態による可変光アッテネータについて図９及び図１
０を用いて説明する。まず、本実施の形態による可変光
アッテネータの概略の構成を図９を用いて説明する。可
変光アッテネータの光学素子として、図中矢印Ｌで示す
光入射方向に見て、偏光子８、第１旋光子１２、ファラ
デー回転子１、第２旋光子１４、及び検光子１０がこの
順に配置されている。第１及び第２の実施の形態では、
偏光子８とファラデー回転子１との間、あるいはファラ
デー回転子１と検光子１０との間に旋光子１２を配置し
たが、本実施の形態では偏光子８とファラデー回転子１
との間に第１検光子１２を配置し、ファラデー回転子１
と検光子１０との間に第２旋光子１４を配置した点に特
徴を有している。

【００５３】第１及び第２の実施の形態における図２お
よび図８と同様の図１０を用いて、本実施の形態におけ
るファラデー回転子１の入射／射出光の進行方向に沿っ
て見た状態について説明する。図１０において、図２及
び図８に示された構成要素と同一の作用機能を有する構
成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。偏
光子８とファラデー回転子１との間に配置された第１旋
光子１２による旋光角度をθｈ１とし、ファラデー回転
子１と検光子１０との間に配置された第２旋光子１４に
よる旋光角度をθｈ２とする。また、基準辺から測った
光学軸の傾きがほぼ同一になる、例えば同一楔加工ロッ
トから組み合わせた偏光子８と検光子１０の光学軸Ｓｐ
と光学軸Ｓａのなす角をＹ’とすると、式Ａを満たすた
めには、ｚ＝Ｙ’−θｈ１−θｈ２−９０・・・（式Ｇ）でなければならない。

【００５４】偏光子８の光学軸Ｓｐはａ軸に対して＋５
２．５°傾いている。検光子１０は偏光子８を上下ひっ
くり返して配置してあり、検光子１０の光学軸Ｓａは、
ａ軸に対して−５２．５°傾いている。よって偏光子８
の光学軸Ｓｐと検光子１０の光学軸Ｓａのなす角Ｙ’＝
１０５°になる。最大アッテネーションを得るためのフ
ァラデー回転角θｆ＝ｚ＝１５°である。第１及び第２
旋光子１２、１４は、例えば水晶板を用いた１／２波長
板である。式Ｇを満たすために第１旋光子１２の光学軸
Ｓｒ１はａ軸に対して＋２２．５°であり旋光角θｈ１
は４５°である。第２旋光子１４の光学軸Ｓｒ２はａ軸
に対して−７５°であり旋光角θｈ２は１３５°であ
る。

【００５５】各光学素子の光学軸について、角度の方向
を表す符号まで考慮してまとめると次のようになる。（１）クロスニコル状態でのファラデー回転角θｆ＝ｚ
＝１５°；（２）ファラデー回転子１への入射偏波角度ｘ＝＋７．
５°；（３）偏光子８の光学軸Ｓｐと検光子１０の光学軸Ｓａ
のなす角Ｙ’＝１０５°；（４）第１旋光子１２の旋光角θｈ１＝４５°；（５）第２旋光子１４の旋光角θｈ２＝１３５°。上記（１）、（２）、（３）、（４）、及び（５）は、
式Ａと式Ｇとを満たしている。

【００５６】本実施の形態による可変光アッテネータの
場合にも、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を奏
することができるが、ファラデー回転子１と２つの旋光
子１２、１４を用いた構成であるため、水晶１／２波長
板による消光比劣化が第１及び第２実施の形態より大き
く、中心条件から光の波長λと温度Ｔとが外れた条件で
は最大アッテネーションが小さくなるが、λ＝１５５０
ｎｍ、Ｔ＝２５℃の中心条件では最大アッテネーション
として４５ｄＢを得ることができる。

【００５７】挿入損失については、上述のように偏光子
８と検光子１０の楔頂角θ１をどこまで精度よく測定し
て最適組み合わせを取ることができるかという測定精度
上の問題と、検査工数の増加に絡むコストアップの問題
があるが、上記第１乃至第３の実施の形態のように同一
楔加工ロットから用いた偏光子８と検光子１０の組み合
わせならば無検査でも楔頂角θ１の相対角度差を０．０
３°以下にでき、楔頂角θ１の不一致による余剰損失を
確実に０．００５ｄＢ以下にできる。

【００５８】旋光子１２、１４としてフレネルロムタイ
プの波長板を用いれば、旋光子の消光比の波長依存性と
温度依存性を小さくでき、アッテネータとしての波長依
存性や温度依存性を小さくすることもできる。また、旋
光子１２、１４として、水晶以外の複屈折物質を用いた
１／２波長板を用いることも可能である。

【００５９】また、水晶板を２枚貼り合わせたタイプの
１／２波長板を旋光子１２、１４に用いれば、消光比の
波長依存性と温度依存性を小さくできるため、Ｔ＝０
℃、λ＝１５２８ｎｍ、またはＴ＝６５℃、λ＝１５７
０ｎｍなど使用条件の上下限側においても（式Ｃ）中の
ＥＲ部を大きくすることができ、アッテネータとして図
４乃至図６に示した値よりさらに大きなピーク減衰量を
得ることができる。

【００６０】楔形偏光子として、ＴｉＯ₂ルチルの他に
ＹＶＯ₄結晶やＬＮ結晶などの複屈折物質を用いること
もできる。

【００６１】光アッテネータとしての価格については、
本実施の形態では旋光子１２、１４を用いる分だけ高コ
ストとなるが、例えば水晶１／２波長板はＴｉＯ₂ルチ
ルに比べ１／５以下の低価格で入手することができる。
したがって、別々の楔加工ロットから偏光子８と検光子
１０とを切り出して、楔頂角θ１の検査をして組み合わ
せる楔形偏光子８と検光子１０を選択する工程を経るよ
り、同一ロット楔加工から組み合わされた楔形偏光子８
と検光子１０と水晶１／２波長板１２、１４の組み合わ
せを用いた方が安価に高減衰型可変光アッテネータを製
造できる。

【００６２】第３の実施の形態にように２つの第１及び
第２旋光子１２、１４を用いる場合にはさらに製造コス
トが高くなってしまうが、一方で、楔形偏光子８、１０
の光学軸の方向を自由に選ぶことができる利点が生じ
る。楔形偏光子８、１０の光学軸を自由に選べるので、
例えば光アイソレータとして一般的に使われている光学
軸の方向が底辺に対し２２．５°の楔形偏光子を光アッ
テネータに用いることも可能である。光学軸の方向が底
辺に対し２２．５°の一般的な楔形偏光子は大量生産さ
れていて安価に入手することができ、旋光子を２つ用い
たとしても可変光アッテネータ全体として安価に製造す
ることが可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、例えば同
一楔加工ロットから切り出されて組み合わされた基準辺
から測った光学軸の傾きがほぼ同一である楔形偏光子と
楔形検光子を用い、且つ旋光子を用いてファラデー回転
子への入射偏波角度や検光子への入射偏波角度を調整す
ることにより、コットンムートン効果に起因するファラ
デー回転子の消光比の劣化を防ぐことができる。これに
より、低挿入損失で且つ低コストな高減衰型可変光アッ
テネータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテ
ネータの概略の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテ
ネータの各光学素子の光学軸について、ファラデー回転
子１の入射／射出光の進行方向に沿って見た状態を示す
図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテ
ネータにおいて、温度が０℃、２５℃、及び６５℃にお
ける水晶１／２波長板１２とファラデー回転子１の双方
を含む消光比の波長依存性を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテ
ネータにおいて、得られるアッテネーションＡＴＴと電
磁石２へ流す電流値との関係を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテ
ネータにおいて、得られるアッテネーションＡＴＴと電
磁石２へ流す電流値との関係を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテ
ネータにおいて、得られるアッテネーションＡＴＴと電
磁石２へ流す電流値との関係を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態による可変光アッテ
ネータの概略の構成を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態による可変光アッテ
ネータの各光学素子の光学軸について、ファラデー回転
子１の入射／射出光の進行方向に沿って見た状態を示す
図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態による可変光アッテ
ネータの概略の構成を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態による可変光アッ
テネータの各光学素子の光学軸について、ファラデー回
転子１の入射／射出光の進行方向に沿って見た状態を示
す図である。

【図１１】ファラデー回転子１に印加される磁界及び磁
化の方向を示す図である。

【図１２】ファラデー回転子１に印加される磁界及び磁
化の方向を示す斜視図である。

【図１３】電磁石に供給する電流値とファラデー回転角
との関係を示すグラフである。

【図１４】特開２０００−３１４８６１号公報に開示さ
れている可変光アッテネータの構造を説明する図であ
る。

【図１５】楔形ルチルについて説明する図である。

【図１６】楔形ルチルについて説明する図である。

【図１７】楔形ルチルについて説明する図である。

【符号の説明】

１ファラデー回転子２電磁石４楔形ルチル６切断線８偏光子１０検光子１２、１４旋光子Ｓａ検光子の光学軸Ｓｐファラデー回転子１への入射光の偏波方位Ｓｅファラデー回転子１から射出した射出光の偏波方
位Ｓｒ旋光子１２の光学軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA02 BA08 BB01 BB03 BB05 BC25 2H079 AA03 BA01 BA02 CA04 CA24 DA12 KA05 KA17 2H099 AA01 CA11 DA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界を印加して磁化の方向を変えることに
より、入射光の偏波面を所定角度回転させて射出するフ
ァラデー回転子と、前記ファラデー回転子に前記磁界を印加する磁界印加部
と、前記ファラデー回転子の光入射側に配置される偏光子
と、前記ファラデー回転子の光射出側に配置される検光子と
を有し、前記入射光の進行方向に直交する前記ファラデー回転子
内の磁化の垂直成分方向と前記ファラデー回転子に入射
する光の入射偏波面とのなす角度ｘと、最大アッテネー
ションが得られる状態でのファラデー回転角ｚとが、［（−ｚ／２）＋９０×ｎ］−１２≦ｘ≦［（−ｚ／
２）＋９０×ｎ］＋１２（但し、ｎは０，１，２，３のいずれか）の関係を満た
すことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項２】請求項１記載の可変光アッテネータにおい
て、前記磁界印加部は、前記入射光の進行方向に平行に印加
される平行磁界と、前記入射光の進行方向に直交する垂
直磁界との合成磁界を前記ファラデー回転子に印加する
ことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項３】請求項１又は２に記載の可変光アッテネー
タにおいて、前記ファラデー回転子と前記偏光子との間に旋光子が配
置されていることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４】請求項１又は２に記載の可変光アッテネー
タにおいて、前記ファラデー回転子と前記検光子との間に旋光子が配
置されていることを有することを特徴とする可変光アッ
テネータ。
【請求項５】請求項１又は２に記載の可変光アッテネー
タにおいて、前記ファラデー回転子と前記偏光子との間に配置される
第１旋光子と、前記ファラデー回転子と前記検光子との間に配置される
第２旋光子とを有することを特徴とする可変光アッテネ
ータ。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可
変光アッテネータにおいて、前記偏光子及び前記検光子は、基準辺から測った光学軸
の傾きがほぼ同一であることを特徴とする可変光アッテ
ネータ。
【請求項７】請求項３乃至５のいずれか１項に記載の可
変光アッテネータにおいて、前記旋光子は、１又は複数の水晶板からなる１／２波長
板であることを特徴とする可変光アッテネータ。