JP2009042521A - 反射型可変光アッテネータ - Google Patents

Abstract

【課題】可変ファラデー回転子における各光路でのファラデー回転角のばらつきを抑え、減衰量特性の安定化、最適化を図る。
【解決手段】２芯フェルール１４と、分離合成用複屈折素子１６と、レンズ１８と、ミラー２０がその順序で配列され、レンズとミラーとの間に可変ファラデー回転子（ファラデー素子２２）を設置し、偏波方向の回転角度を制御することにより反射出力光量を制御する可変光アッテネータである。２芯フェルールは端面を斜め研磨した構造であって、レンズは、その中心が２芯フェルールの中心軸上に位置し、それらによってファイバコリメータが形成され、前記可変ファラデー回転子は、その中心軸がレンズとミラーを往復する光路の中心に一致するように前記ファイバコリメータの中心軸からずれて設置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射型の可変光アッテネータに関し、更に詳しく述べると、斜め研磨した端面を有するフェルールと分離合成用複屈折素子とレンズを同軸上に配列し、それに対して可変ファラデー回転子とミラーが軸ずれした状態で組み合わせられている構造の可変光アッテネータに関するものである。

光通信システムあるいは光計測システムなどでは、透過光量を制御するための可変光アッテネータを必要とする。たとえば波長多重通信では、挿入損失の均等化のために各波長毎に光アッテネータを組み込むことが行われている。この種の可変光アッテネータの典型的な例は、可変ファラデー回転子の光軸上の前後（入力側と出力側）に偏光子と検光子を設置する対向型であるが、小型化並びに低廉化のために、分離合成用複屈折素子と、レンズと、ミラーを順に配列し、入力ファイバと出力ファイバを分離合成用複屈折素子の側に設定して、分離合成用複屈折素子とミラーとの間に設置した可変ファラデー回転子で偏波方向の回転角度を制御することにより入射光の減衰量を調整可能とした反射型（特許文献１参照）も開発されている。

従来の反射型可変光アッテネータでは、組み立てを簡略化するために、各光学部品を同軸上に配列し単一のホルダに収める構造になっており、ミラーの位置と角度の調整で必要な光アッテネータ特性を発現させている。

ところで、入力ファイバと出力ファイバを保持しているフェルールは、反射減衰量低減のため、中心軸に対して垂直面から約８度傾いた面となるように斜め研磨されている。この斜め研磨によって、ファイバから出射される光は、フェルール中心軸から傾いて出射される。この傾きにより、レンズへの入射位置がレンズ中心からずれ、結果として、フェルールとレンズとの間にある複屈折素子を透過した光が結ぶ焦点は、レンズ中心（フェルール中心軸）からずれたところとなる。

そのため、各光学部品を同軸上に配列し単一のホルダに収める従来構造では、光は可変ファラデー回転子の中心からずれた部位を透過することになり、光アッテネータとして減衰量特性にばらつきが生じ、最適化できない問題がある。
特開２００３−１０７４２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、可変ファラデー回転子における各光路でのファラデー回転角のばらつきを抑えて、減衰量特性の安定化、最適化を図る。

本発明は、入力ポートに入力ファイバが位置し出力ポートに出力ファイバが位置する２芯フェルールと、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する平行平面型の分離合成用複屈折素子と、光収束性のレンズと、該レンズの焦点位置に配置したミラーとがその順序で配列され、前記レンズとミラーとの間に可変ファラデー回転子を設置し、該可変ファラデー回転子で偏波方向の回転角度を制御することにより反射出力光量を制御する可変光アッテネータにおいて、前記２芯フェルールは端面を斜め研磨した構造であって、前記レンズは、その中心が前記２芯フェルールの中心軸上に位置し、それらによってファイバコリメータが形成され、前記可変ファラデー回転子は、その中心軸がレンズとミラーを往復する光路の中心に一致するように前記ファイバコリメータの中心軸からずれて設置されていることを特徴とする反射型可変光アッテネータである。

可変ファラデー回転子のファラデー回転角は、厳密にはファラデー素子の全面で一様ではなく、中心に関して左右（もしくは上下）で対称ではあるが、ある分布をもっている。これは、可変光アッテネータに組み込む小型の磁界印加手段では、ファラデー素子の全面にわたって均一な磁界を印加できないためである。磁界分布によって、ファラデー回転角にも分布が生じ、どの位置を光が透過するかによって光アッテネータとして減衰量特性に影響が出る。そこで本発明では、可変ファラデー回転子の中心軸がレンズとミラーを往復する光路の中心に一致するように設定することで、可変ファラデー回転子における各光路でのファラデー回転角のばらつきを抑えて、減衰量特性の安定化、最適化を図ることができる。

ここで、２芯フェルールと分離合成用複屈折素子とレンズが同軸上に位置するように筒型ケースに組み込んだファイバコリメータと、該ファイバコリメータを傾き調整した状態で収容可能な第１のホルダと、可変ファラデー回転子とミラーが同軸上に位置するように組み込んだ第２のホルダとからなり、前記第１のホルダと第２のホルダの突き合わせ面を互いに中心軸に垂直な移動可能平面とし、それら移動可能な突き合わせ平面で第１及び第２のホルダを突き合わせ、位置調整した状態で固定する構造が望ましい。

例えば、可変ファラデー回転子は、回転角可変部と回転角固定部からなり、回転角可変部の最大ファラデー回転角と回転角固定部のファラデー回転角が等しくなるように設定されている構成とする。あるいは、可変ファラデー回転子は、回転角可変部と回転角固定部からなり、回転角可変部のファラデー素子と回転角固定部のファラデー素子として、同じ磁界方向に対してファラデー回転方向の異なるものを使用する構成とすることもできる。

本発明の反射型可変光アッテネータは、可変ファラデー回転子の中心軸が、レンズとミラーを往復する光路の中心に一致するようにファイバコリメータの中心軸からずれて設置されているので、可変ファラデー回転子における各光路でのファラデー回転角のばらつきが抑えられ、減衰量特性を安定化、最適化することができる。

図１は、本発明に係る反射型可変光アッテネータの一実施例を示す概略構成図である。説明を分かり易くするために、次のような座標軸を設定する。光学部品の配列方向（入射光が進む方向）をｚ方向（図面では右方向）とし、それに対して直交する２方向をｘ方向（水平方向）、ｙ方向（垂直方向）とする。従って、図１のＡは正面図、Ｂは平面図ということになる。

この反射型可変光アッテネータは、入力ポートに入力ファイバ１０が位置し出力ポートに出力ファイバ１２が位置する２芯フェルール１４と、ｚ方向に向かう偏波方向が直交関係にある同じ光路の光をｙ方向に分離し−ｚ方向に向かう異なる光路の光を−ｙ方向で合成する平行平面型の分離合成用複屈折素子１６と、凸レンズ１８と、該凸レンズ１８の焦点位置に配置したミラー２０とがその順序で配列され、凸レンズ１８とミラー２０との間に可変ファラデー回転子（図１ではファラデー素子２２のみ示している）を設置し、該可変ファラデー回転子で偏波方向の回転角度を制御することにより反射出力光量を制御する方式である。

２芯フェルール１４は端面を垂直から８度の角度で斜め研磨した構造であり、この実施例では、ｚ方向を見て右側光路の入力ポートに入力ファイバ１０が位置し、左側光路の出力ポートに出力ファイバ１２が位置しているものとする。凸レンズ１８は、その中心が前記２芯フェルール１４の中心軸上に位置し、それらによってファイバコリメータ２４が構成される。そして、可変ファラデー回転子（ファラデー素子２２）は、その中心軸Ｏf が凸レンズ１８とミラー２０を往復する光路の中心に一致するようにファイバコリメータ２４の中心軸Ｏc からずれて設置されており、その点に本発明の特徴がある。

ここで分離合成用複屈折素子１６は、平行平板型のルチル結晶からなる。ファラデー素子２２は、２方向からの印加磁界による合成磁界に応じてファラデー回転角が変化するものであり、図示するのを省略するが、光が進む方向に永久磁石により固定磁界を印加し、それに垂直な方向に電磁石によって可変磁界を印加するように磁界印加手段を設置する。

この反射型可変光アッテネータの具体的構造例を図２に示す。２芯フェルール１４と分離合成用複屈折素子１６と凸レンズ１８が同軸上に位置するように円筒型ケース３０に組み込むことでファイバコリメータ２４を構成する。この円筒型ケース３０は、円筒体３０ａの外周側に取り付け用のフランジ部３０ｂが一体的に形成されている構造である。ファイバコリメータ２４は第１のホルダ３２内に収容され、ファイバコリメータ２４の中心軸を第１のホルダ３２の中心軸に対して傾き調整した状態でフランジ部３０ｂで溶接などにより固着する（溶接箇所を符号ｗで示す）。傾き調整は、例えばファイバコリメータ２４の円筒型ケース３０が第１のホルダ３２に遊嵌する構造とすることで対応している。可変ファラデー回転子（ファラデー素子２２）とミラー２０は同軸上に位置するように第２のホルダ３４に組み込まれる。なお、可変ファラデー回転子は、ファラデー素子２２と、該ファラデー素子２２に光軸方向の飽和磁界を印加する永久磁石（図示せず）と、ファラデー素子２２に光軸に垂直な方向に可変磁界を印加する電磁石（図示せず）とからなり、図示していないが、永久磁石及び電磁石も第２のホルダ３４内に組み込まれる。

これら第１のホルダ３２と第２のホルダ３４は、互いに突き合わせられるように組み合わされ、それらの突き合わせ面は、それぞれ中心軸に垂直な移動可能平面とし、それら移動可能な突き合わせ平面で相対的に移動して位置調整した状態で溶接などにより固定する（溶接箇所を符号ｗで示す）。

次に、この可変光アッテネータの動作について説明する。各光学部品間での偏波状況を図３に示す。図３のａ〜ｄで示す偏波状況は、図１のＡのａ〜ｄで示す位置での光が進む方向に見た図である。

（ファラデー回転角：４５度）
まず、ファラデー素子２２によるファラデー回転角が４５度の場合を図３のＡに示す。入力ファイバ１０からｚ方向に入射する光は、分離合成用複屈折素子１６で常光は直進し、異常光は屈折してｙ方向に光分離する。そして凸レンズ１８で集光し、ファラデー素子２２を通過する。ファラデー回転角が４５度に設定されているので、偏波方向が４５度回転し、レンズ焦点位置のミラー２０に達して反射する。−ｚ方向に戻る反射光は、再びファラデー素子２２を通過し、その際に偏波方向が更に４５度（従って合計９０度）回転し、凸レンズ１８で平行光になる。分離合成用複屈折素子１６で下段光路の常光は直進し、上段光路の異常光は−ｙ方向に屈折するため、すべての光が偏波合成され出力ファイバ１２に結合する。このようにして、ファラデー回転角が４５度の場合は、入力ファイバ１０からの入射光量は、殆ど減衰することなくほぼ全光量が出力ファイバ１２へと出射することになる。

（ファラデー回転角：０度）
次に、ファラデー素子２２によるファラデー回転角が０度の場合を図３のＣに示す。入力ファイバ１０からｚ方向に入射する光は、分離合成用複屈折素子１６で常光は直進し、異常光は屈折してｙ方向に光分離する。そして凸レンズ１８で集光し、ファラデー素子２２を通過する。ファラデー回転角が０度に設定されているので、偏波方向は回転せず、レンズ焦点位置のミラー２０に達し反射する。−ｚ方向に戻る反射光は、再びファラデー素子２２を通過するが、その際も偏波方向は回転せず、凸レンズ１８で平行光になる。そして、分離合成用複屈折素子１６で、上段光路の常光は直進し、下段光路の異常光は−ｙ方向に屈折する。従って、入力ファイバ１０からの入射光は、殆ど出力ファイバ１２には結合しない。つまり、入力ファイバからの入射光量の殆ど全てが減衰することになる。

（ファラデー回転角：２２．５度）
ファラデー素子２２によるファラデー回転角が０〜４５度の間の任意の角度の時は、次のようになる。例えば２２．５度の時を図３のＢに示す。入力ファイバ１０からｚ方向に入射する光は、分離合成用複屈折素子１６で常光は直進し、異常光は屈折してｙ方向に光分離する。そして凸レンズ１８で集光し、ファラデー素子２２を通過する。偏波方向は、ファラデー素子２２とによって任意の角度（図３のＢでは２２．５度）回転し、レンズ焦点位置のミラー２０に達して反射する。−ｚ方向に戻る反射光は、再びファラデー素子２２を通過し、その際にも偏波方向が更に同じ角度（ここでは２２．５度：従って合計で４５度）回転し、凸レンズ１８で平行光になる。そして分離合成用複屈折素子１６で下段光路の常光成分は直進し、上段光路の異常光成分は−ｙ方向に屈折するため、それらの成分は偏波合成されて出力ファイバ１２に結合する。しかし、上段光路の常光成分は直進し、下段光路の異常光成分は−ｙ方向に屈折するため、これらの成分は出力ファイバには結合しない。従って、入力ファイバ１０からの入射光は減衰して（ファラデー回転角を２２．５度に設定した場合は、入射光量がほぼ半減して）出力ファイバ１２へと出射することになる。

このようにして、ファラデー素子２２で偏波方向の回転角度を制御することによって、入射光の減衰量（言い換えれば反射出力光量）を自由に調整できることになる。

図３から分かるように、ファラデー素子２２を透過する光は、４つの光路に分離している。ところが図４に示すように、可変ファラデー回転子のファラデー回転角は、厳密にはファラデー素子の全面で一様ではなく、中心に関して左右（もしくは上下）で対称ではあるが、ある分布をもっている。他方、前述のように、入力ファイバと出力ファイバを保持しているフェルールの端面は、反射減衰量低減のため、中心軸に対して垂直面から約８度傾いた面となるように斜め研磨されている。この斜め研磨によって、ファイバから出射される光は、フェルール中心軸から傾いて出射される。この斜め端面のために、ファイバから出射される光は、フェルール中心軸から傾いて出射される。この傾きにより、レンズへの入射位置がレンズ中心からずれ、結果として、フェルールとレンズとの間にある複屈折素子を透過した光が結ぶ焦点は、レンズ中心（フェルール中心軸）からずれたところとなる。

従来構造のように各光学部品が同軸上に配列され単一のホルダに組み込まれた場合、４本の光路の光は、図４のＡで破線円で示すようにファラデー素子を透過し、レンズとミラーを往復する４本の光路の中心は、可変ファラデー回転子の中心部位（ファラデー素子の中心）からずれた部分を透過することになる。そのため、ファラデー回転角の分布により減衰量特性に悪影響が生じる。それに対して本発明のように第１のホルダ３２と第２のホルダ３４を突き合わせ平面で相対的に移動して位置調整すると、図４のＢで破線円で示すように、レンズとミラーを往復する４本の光路の中心は、可変ファラデー回転子の中心部位（ファラデー素子の中心）を透過することになる。つまり、４つの光路を透過する光の偏波面のファラデー回転角が互いにほぼ等しくなり、そのため、ファラデー回転角の分布があっても減衰量特性に悪影響が生じることはなくなる。

上記の実施例では、可変ファラデー回転子を回転角可変部のみで構成しているが、可変ファラデー回転子を回転角可変部と回転角固定部とから構成してもよい。例えば、回転角可変部は、典型的には、２方向から磁界を印加しそれらの合成磁界を変化させることができる可変磁界印加手段と、その合成磁界に応じてファラデー回転角が変化するファラデー素子で構成する。他方、回転角固定部は、典型的には、印加される合成磁界によらずファラデー回転角が一定であるファラデー素子で構成する。これら可変偏波回転手段と固定偏波回転手段の磁界印加手段は、少なくとも一部を共用するのが好ましいが、個別に構成してもよい。ここで、回転角可変部の最大ファラデー回転角と回転角固定部のファラデー回転角が等しくなるように設定してもよい。回転角可変部のファラデー素子と回転角固定部のファラデー素子として、同じ磁界方向に対してファラデー回転方向の異なるものを使用すると、高減衰量を実現できる。

本発明に係る反射型可変光アッテネータの一実施例を示す概略構成図。 この反射型可変光アッテネータの具体的構造例を示す説明図。 各光学部品間での偏波状況を示す説明図。 ファラデー回転角の分布と光路の位置を示す説明図。

符号の説明

１０ 入力ファイバ
１２ 出力ファイバ
１４ ２芯フェルール
１６ 分離合成用複屈折素子
１８ 凸レンズ
２０ ミラー
２２ ファラデー素子
２４ ファイバコリメータ
３０ 円筒型ケース
３２ 第１のホルダ
３４ 第２のホルダ

Claims (4)

1. 入力ポートに入力ファイバが位置し出力ポートに出力ファイバが位置する２芯フェルールと、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する平行平面型の分離合成用複屈折素子と、光収束性のレンズと、該レンズの焦点位置に配置したミラーとがその順序で配列され、前記レンズとミラーとの間に可変ファラデー回転子を設置し、該可変ファラデー回転子で偏波方向の回転角度を制御することにより反射出力光量を制御する可変光アッテネータにおいて、
   前記２芯フェルールは端面を斜め研磨した構造であって、前記レンズは、その中心が前記２芯フェルールの中心軸上に位置し、それらによってファイバコリメータが形成され、前記可変ファラデー回転子は、その中心軸がレンズとミラーを往復する光路の中心に一致するように前記ファイバコリメータの中心軸からずれて設置されていることを特徴とする反射型可変光アッテネータ。
2. ２芯フェルールと分離合成用複屈折素子とレンズが同軸上に位置するように筒型ケースに組み込んだファイバコリメータと、該ファイバコリメータを傾き調整した状態で収容可能な第１のホルダと、可変ファラデー回転子とミラーが同軸上に位置するように組み込んだ第２のホルダとからなり、前記第１のホルダと第２のホルダの突き合わせ面を互いに中心軸に垂直な移動可能平面とし、それら移動可能な突き合わせ平面で第１及び第２のホルダを突き合わせ、位置調整した状態で固定されている請求項１記載の反射型可変光アッテネータ。
3. 可変ファラデー回転子は、回転角可変部と回転角固定部からなり、回転角可変部の最大ファラデー回転角と回転角固定部のファラデー回転角が等しくなるように設定されている請求項１又は２記載の反射型可変光アッテネータ。
4. 可変ファラデー回転子は、回転角可変部と回転角固定部からなり、回転角可変部のファラデー素子と回転角固定部のファラデー素子として、同じ磁界方向に対してファラデー回転方向の異なるものを使用する請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型可変光アッテネータ。

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