JP2016018022A - 波長イコライザー - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＤＦＡに適した波長イコライザーを提供する。【解決手段】光ファイバーＦからの順方向の光の光路上に、直交して振動する二つの直線偏光を二つの光路で出射する複屈折素子１０、光学軸２１が直線偏光から４５?方向となる１／４波長板２０、平行光を出射するコリメートレンズＣＬ、入射光を複数の波長の光に分離する回折格子３０、複数の波長の光を複数の平行光束として出射する像側テレセントリックレンズＴＬ、電極間（４２ａー４２ｂ）に強誘電体４１が挟持された空間光変調器４０、入射した光束の位相を反転させる反射板Ｍを備え、光空間変調器が電極間に印加された電圧に応じた位相差を入射光に与え、二つの光路で逆方向から複屈折素子に入射した光が位相差に応じた割合で常光と異常光に分離されて光ファイバーに結合することで損失を可変させる波長イコライザー１としている。【選択図】図２

Description

この発明は波長が異なる複数の光信号の強度を個別に制御する波長イコライザーに関する。

近年、既存の光ファイバーケーブル網を利用しつつ、伝送容量を飛躍的に増大させることができる光波長多重通信が急速に普及してきている。周知のごとく、光波長多重通信は複数の異なる波長の光信号を一本の光ファイバーで伝送することによって高速かつ大容量のデータ伝送が可能となっている。

ところで、光波長多重通信を含め、光ファイバーを用いた光通信ではデータ伝送媒体となる光がその伝搬中に減衰する。そのため一定の間隔で光を増幅させてやる必要があり、その光の増幅を行う装置が光アンプである。光アンプとしては、エルビウムドープファイバー（ＥＤＦ）を用いた自己増幅型の光アンプ（ＥＤＦＡ）がよく知られている。しかし、ＥＤＦはそれ自体の励起準位寿命が長いため、ランダムバースト信号の発生、あるいは光伝送路の各ノードにおける信号の分岐（ドロップ）や合流（アド）に伴う光伝送システムの自動再構築などによる利得の変動といった問題がある。とくに光波長多重通信では、分割された各波長の光信号にとって他の波長の光信号が雑音として作用することになるため、分割された波長ごとに変動する利得を平準化する必要がある。そしてその利得を自動的に平準化する装置が可変光利得等化器（以下、波長イコライザーとも言う）である。

波長イコライザーは基本的に、分波器、空間光変調器、合波器から構成される。分波器と合波器は、光多重信号から各波長の個別の光信号を取り出したり、個別の光信号を多重化したりするための光学部品であり、回折格子やアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）などが用いられる。そして分波器によって分割された波長ごとの光信号について、利得を平準化するための光部品が空間光変調器（ＳＬＭ）である。ＳＬＭとしては微小電気機械素子（ＭＥＭＳ）で構成されたミラー（ＭＥＭＳミラー）を用いたもの、電気光学効果(以下、ＥＯ効果とも言う)を発現する電気光学物質（以下、ＥＯ物質とも言う）を利用した電気光学素子(以下、ＥＯ素子とも言う)を利用したもの、マッハツェンダ型などがある。なお、波長イコライザーやＳＬＭに関する技術については、以下の特許文献１〜３に記載されている。

特開２００３−３２９９９３号公報 特開２００６−２９３０２２号公報 特開２０１３−１４５３３８号公報

波長イコライザーに利用される光学部品において、分波器と合波器には上記のごとく回折格子（グレーティング）やＡＷＧがある。回折格子は比較的安価で効率よくパワーを利用できる。ＡＷＧは周知の平面光回路（ＰＬＣ）で構成されており、回折格子と比較すると小型化が容易であるものの結合損失が大きいという欠点を有する。なおこの欠点は、ＡＷＧに限らずＰＬＣからなる光部品全般に言えることでもある。またＰＬＣからなる光学部品では偏波依存性（ＰＤＬ）が存在し、偏光を扱う場合では消光比が低いといった問題もある。さらにＰＬＣからなる分波器や合波器では、光を波長成分毎に分岐させる際、二つの光路にしか分岐できない。すなわち３以上の出力ポートを備えさせるためには、複数の分波器と合波器を並列に配置させる必要がある。

ＳＬＭとしてはマッハツェンダ型変調器などがよく使われるが、マッハツェンダ型変調器はＰＬＣで構成されており、上述したＰＤＬなどの各種問題があり、そのＰＤＬを考慮すると基板の方位を制御することが必要となる。これは設置の自由度を低下させる要因となる。またＰＬＣはニオブ酸リチウム（ＬＮ）からなる基板を用いて作製されることが多く、ＬＮ基板を用いたＰＬＣではそのＰＬＣを構成する各種光素子を駆動するための電圧が高くなる。ＭＥＭＳミラーはヒンジ、すなわち可動部があるため耐久性などの信頼性に関わる問題がある。また応答速度も低い。ＥＯ素子の一種である液晶も応答速度が低い。しかし同じＥＯ素子でもＰＬＺＴなどの強誘電体では応答速度が高い。

このように、波長イコライザーを構成する分波器と合波器、およびＳＬＭには動作原理が異なる各種光学部品を採用することができるが、上述したＥＤＦＡによる利得変動を平準化するための波長イコライザーであれば、高速応答性やポートの増減に対する柔軟性が特に求められる。また光伝送路上の各所に設置されることになるため低価格で提供できるように製造が容易で簡素な構成であることも求められる。もちろん小型化に適した構成を備えていることも要求される。そこで本発明は、簡素で小型化し易い構成としつつ、高速応答性を有するとともにポートの増減にも柔軟に対応できるＥＤＦＡに適した波長イコライザーを提供することを主な目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、光波長多重通信網から分岐された光ファイバーから出射される入力光に含まれている複数の波長成分の光信号のそれぞれに対して強度を変調した上で光多重通信網へ帰還させる波長イコライザーであって、
前記入力光が辿る順方向の光路上に、複屈折素子、１／４波長板、コリメートレンズ、回折格子、像側テレセントリックレンズ、空間光変調器、および反射板がこの順に配置されてなり、
前記複屈折素子は、前記入力光を振動方向が互いに直交する常光と異常光の二つの直線偏光に分離するととともに、当該二つの直線偏光をそれぞれ互いに離間する第１の光路と第２の光路上に出射し、
前記１／４波長板は、前記第１の光路を順方向から見たときに、光学軸の方位が前記複屈折素子が出射する前記直線偏光の振動方向に対して４５°傾いており、
前記コリメートレンズは、前記入力光を起源として順方向に向かって徐々にスポット径が拡径する光を平行光として出射するとともに、逆方向から入射した平行光を前記光ファイバーの開口に結合させ、
前記回折格子は、前記コリメートレンズから前記第１の光路と第２の光路を順方向に辿って入射した二つの平行光のそれぞれを前記光波長多重通信に用いられている複数の波長成分の光に所定の角度ごとに分離して出射し、
前記像側テレセントリックレンズは、前記回折格子からの所定の角度で出射された各波長成分の光を平行な複数の光束として前記空間光変調器に入射させ、
前記空間変調器は、前記回折格子による光の分離方向に直交する方向に互いに対面する電極間に電気光学効果を有するとともに電界が印加されていない状態で所定の残留位相差による複屈折効果を有する強誘電体からなる電気光学物質が挟持されてなり、
前記互い対面する電極の少なくとも一方の側の電極は、一つの波長成分のみに対応するセル電極が前記光の分離方向に複数配置されてなり、外部の駆動回路により前記セル電極とそれに対面する電極間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射した各波長成分の光に前記電圧に応じた位相差が与えられ、
前記反射板は、波長成分ごとに、前記第１および第２の光路を順方向に辿ってきた光の位相を反転させるとともに、それぞれ当該第１および第２の光路を逆方向に辿る光路に向けて反射し、
前記複屈折素子が前記第１および第２の光路を逆方向に辿って入射した光のそれぞれを前記空間変調器によって与えられた前記位相差に応じた割合で常光と異常光に分離した上で逆方向に出射することで、前記光ファイバーに結合する光の損失を可変させる、
ことを特徴とする波長イコライザーとしている。

また一つの波長成分の光についての前記第１の光路と前記第２の光路との離間方向は、前記空間変調器における電界の印加方向に一致することを特徴とする波長イコライザーとしてもよい。

一つの波長成分の光についての前記第１の光路と前記第２の光路との離間方向は、前記光空間変調器における電界の印加方向と直交する方向であることを特徴とする波長イコライザーとすることもできる。この場合、一つの波長についての前記第１の光路と前記第２の光路のそれぞれを辿って前記光空間変調器に入射した光がそれぞれ個別のセル領域に入射されることとしてもよい。あるいは一つの波長についての前記第１の光路と前記第２の光路のそれぞれを辿って前記光空間変調器に入射した光がそれぞれ同じセル領域に入射されることとしてもよい。
前記電気光学物質は一般式Ｋ_１-ｙＭ_ｙＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（但し、Ｍは１価の金属、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される物質であることを特徴とする波長イコライザーとすることもできる。

本発明の波長イコライザーによれば、ＥＤＦＡによる利得変動を平準化するのに適した性能を備えつつ、簡素な構成を備えて低価格での提供も可能となる。また小型化に適した構成を備えている。その他の効果については以下の記載で明らかにする。

本発明の実施例に係る波長イコライザーを構成する空間変調器（ＳＬＭ）の動作原理を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る波長イコライザーの構成を示す図である。 上記第１の実施例に係る波長イコライザーを構成する複屈折素子、１／４波長板、および回折格子の配置関係を示す図である。 上記回折格子の動作を説明するための図である。 上記第１の実施例に係る波長イコライザーを構成する空間光変調器（ＳＬＭ）の構造を示す図である。 上記第１の実施例に係る波長イコライザーの動作を示す図である。 上記第１の実施例に係る波長イコライザーを通過する光の偏光状態の遷移を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る波長イコライザーの設計条件を示す図である 上記第２の実施例に係る波長イコライザーを構成する複屈折素子、１／４波長板、および回折格子の配置関係を示す図である。 上記第２の実施例に係る波長イコライザーを構成するＳＬＭに入射する光の位置を示す図である。 上記第２の実施例に係る波長イコライザーの光損失特性を示す図である。 その他の実施例に係る波長イコライザーを構成する複屈折素子、１／４波長板、および回折格子のその他の配置関係を示す図である。 上記その他の実施例に係る波長イコライザーを構成するＳＬＭにおけるセル電極の配置を示す図である。 上記その他の実施例に係る波長イコライザーを構成するＳＬＭにおけるセル電極のその他の配置を示す図である。

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。

＝＝＝動作原理＝＝＝
本発明の実施例に係る波長イコライザーは、高速応答性やポート数に対する柔軟性、および構成の簡素化などの要求に応えるため、波長イコライザーの主要な光学部品であるＳＬＭの動作原理として、ＥＯ物質の電気光学効果に基づく位相差の変化を用いることとした。図１に本実施例の波長イコライザーを構成するＥＯ素子の動作原理を示した。図１（Ａ）はＥＯ素子１１０の光減衰動作を説明するための原理モデル１００の概略図である。この図１（Ａ）に示したように、前後方向に延長する光軸１２０を設定すると、当該原理モデル１００では前方から偏光子１０１ａ、ＥＯ素子１１０、検光子１０１ｂがこの順に光軸５０に沿って配置された構成となっている。図１（Ｂ）は当該原理モデル１００の構成に含まれる偏光子１０１ａと検光子１０１ｂの光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）の方向を示す図であり、ここでは後方から見たときの光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）の方向を示した。

ＥＯ素子１１０はＥＯ物質１１１を互いに対面する二つの電極（１１２−１１２）で挟持した構造である。図１（Ａ）に示したようにＥＯ物質１１１は光軸１２０を法線方向とした前後の面を光の入出射面とし、外部の駆動回路１０３により二つの電極（１１２−１１２）間に電圧が印加されると、ＥＯ物質１１１内には前後方向に対して直交する方向に電界Ｅが発生する。

偏光子１０１ａと検光子１０１ｂは、光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）を光の透過軸とし、後方から見たときの光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）の方位は、図１（Ｂ）に示したようにＥＯ素子２０に印加される電界Ｅ方向に対して４５゜傾いている。また偏光子１０１ａと検光子１０１ｂは、互いの光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）が直交あるいは平行となるように配置される。ここでは直交している場合を示している。

ここでＥＯ素子１１０における二つの電極（１１２−１１２）の対面方向（電界Ｅの印加方向）を左右方向とするとともに、前方から後方を見た状態で左右の各方向を規定することとする。また前後左右の各方向と直交する方向を上下方向とする。ここでは図１（Ａ）に示したように上下の各方向を規定することとする。つぎにこの原理モデル１００の動作について説明する。

原理モデル１００の前方から光Ｂ０を後方に向かって入射すると、偏光子１０１ａは自身の光学軸１０２ａの方向に振動する直線偏光Ｂ１を後方に向けて出射する。ＥＯ素子１１０の電極間（１１２−１１２）に駆動回路１０３により電圧が印加されて、ＥＯ物質１１１内に電界Ｅが発生していると、ＥＯ物質１１１は、電界Ｅに基づく電気光学効果により、入射した直線偏光Ｂ１を電界Ｅ方向に平行な方向に振動する光（以下、ＴＥ光）Ｂ_ＴＥと電界方向に垂直な方向に振動する光（以下、ＴＭ光）Ｂ_ＴＭに分離する。そしてＴＥ光Ｂ_ＴＥとＴＭ光Ｂ_ＴＭとの間には、印加した電界Ｅと入射した光が出射するまでの光路長Ｌ_ｅｏとに応じた位相差が生じ、その位相差に応じた楕円偏光Ｂ２が後方に向けて出射される。電界Ｅを印加していないときは、入射光Ｂ１の偏光状態を維持した光Ｂ２が出射される。

検光子１０１ｂは、ＥＯ素子１１０から光Ｂ２が入射されると、その光Ｂ２において、自身の光学軸１０２ｂと直交する方向の成分を遮断し、光学軸１０２ｂの方向と一致する成分の直線偏光Ｂ３を後方に出力する。それによって偏光子１０１ａに入射した光Ｂ０の強度が減衰され光損失が生じる。またここに示した原理モデル１００では、偏光子１０１ａと検光子１０１ｂの光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）が互いに直交しているため、電界Ｅを印加していないときにはＥＯ素子１１０から入射した光Ｂ２は検光子１０１ｂを透過できず遮光状態（オフ状態）となる。すなわちここに示した原理モデル１００はノーマリオフ型として構成されている。また電界ＥによりＴＥ光Ｂ_ＴＥとＴＭ光Ｂ_ＴＭとの間でπ（ｒａｄ）＝１８０°の位相差が生じれば、入射した直線偏光Ｂ２が光軸１２０周りに９０°回転した光Ｂ２として後方に出射することになり、その光Ｂ２が検光子１０１ｂを透過しオン状態となる。

なお上述した原理モデル１００を波長イコライザーに適用する際には、波長が異なる複数の光を上下方向に並べてＥＯ素子１１０に入射させることになる。概略的には、ＥＯ素子１１０の左右一方の面には共通電極を形成し、他方には入射される光の数に応じて複数のセル電極を上下方向に並列に形成しておく。そしてＥＯ物質１１１内の各セル電極に対応する領域に異なる強度の電界Ｅを印加することで、各波長の光の損失を個別に制御する。

＝＝＝分波器、合波器について＝＝＝
波長イコライザーを構成する主要な光学部品としては、ＳＬＭの他に、分波器と合波器がある。波長イコライザーを構成するのにあたり、分波器と合波器はより簡素な構成であることが望まれる。また本実施例に係る波長イコライザーではＳＬＭの動作原理としてＥＯ素子による可変的な光損失制御を採用していることから、オン状態での光損失は可能な限り小さくしたい。そのためＡＷＧは使いにくい。したがって分波器および合波器としては回折格子が最適である。

＝＝＝光学部品の条件など＝＝＝
以上から本発明の実施例に係る波長イコライザーでは、ＳＬＭにＥＯ素子を用い、分波器および合波器（以下、分波・合波器とも言う）に回折格子を用いることとした。しかしながら、ＥＯ素子を用いたＳＬＭに回折格子を組み合わせただけでは実用的な波長イコライザーを構成することができない。ＳＬＭ、分波・合波器以外の光学部品についても適切なものを用い、かつ波長イコライザーに光が入射して出射するまでの光路上にそれらの光学部品を適切に配置する必要がある。

例えば、本発明の実施例に係る波長イコライザーでは、先に図１に示したＳＬＭの原理モデル１００の動作を利用することとしている。そのため偏光子１０１ａと検光子１０１ｂが必須の構成要件となる。そして上記の原理モデル１００では偏光子１０１ａと検光子１０１ｂに偏光板を用いていた。しかし偏光板は入射した光の光学軸（１０２ａ、１０２ｂ）方向以外の振動成分を吸収することで直線偏光を出射する。そのため理想的な偏光板であっても光透過光強度が半減する。すなわちオン状態での光透過光強度を入射光Ｂ０の５０％よりも大きくすることができない。したがってオン状態とオフ状態の光強度比である光損失を大きくすることができない。偏光子や検光子には偏光板とは異なる原理で直線偏光を出射できる光学部品を採用する必要がある。

また偏光子と検光子を用いること自体にも課題がある。本実施例では分波・合波器に回折格子を用いることとしている。回折格子は偏光依存性がなく自然光を分波することができるものの、回折格子における溝の延長方向に振動する直線偏光、あるいはそれに直交する方向に振動する直線偏光とでは分光特性に差が生じる。そのため直線偏光を直接回折格子に入射させないようにする構成が必要となる。

さらにＥＯ素子を構成するＥＯ物質に起因する問題もある。具体的には、ＥＯ物質は電気光学効果であるカー効果、あるいはボッケルス効果を発現する物質であるが、ＥＯ素子を少なくとも数十Ｖ程度の実用的な電圧で駆動させたいという要求や、より低電圧で駆動したいという要求があることから、ＥＯ物質には必然的に強誘電体を用いることになる。しかし強誘電体は一度でも電界を印加してしまうと、電荷が残留して弱い電界が印加されたときと同じ状態となり、電界を印加していない初期状態でも複屈折効果による位相差（以下、残留位相差とも言う）が生じた状態になってしまう。また、十分に電界を印加した場合でも初期状態における複屈折の影響が残留し、入射した直線偏光が楕円偏光として出射される。そのためオフ状態でより大きな光損失を必要とする用途には使用しづらいという問題がある。そのため残留位相差を補償するための何らかの構成や構造も必要となる。

以上のようにＥＯ素子と回折格子を組み合わせただけでは実用的な波長イコライザーを構成することが難しい。もちろん「実用」には現実的な価格であることも含まれ、より安価に提供できるように部品点数を可能な限り削減するとともに、より簡素な構成であることも必要となる。小型であることも重要な要件となる。そして本発明の実施例に係る波長イコライザーでは、上述した各光学部品に求められる性能や特性を満足しつつ、小型化が容易な構成となっている。またより安価に提供することも期待できる。

＝＝＝第１の実施例＝＝＝
以下では本発明の実施例に係る波長イコライザーの概略構成について説明するとともに、当該波長イコライザーを構成する各種光学部品の構造や動作などについて説明する。

＜概略構成＞
まず本発明の第１の実施例として、基本的な構成や動作を説明するための波長イコライザーを挙げる。図２は第１の実施例に係る波長イコライザー１の構成を示す図である。この図に示したように、光波長分割多重通信網を構成する伝送路２を伝搬する光信号は、光サーキュレーター３によって分岐され、その分岐先の光ファイバーＦの末端から光ビームとして出射し、波長イコライザー１へ案内される。ここに示した波長イコライザー１は、偏光子および検光子として機能する複屈折素子１０、１／４波長板（以下、λ／４板２０とも言う）、コリメートレンズＣＬ、分波・合波器となる回折格子３０、像側テレセントリックレンズＴＬ、ＥＯ素子からなるＳＬＭ４０、および反射板Ｍから構成され、ＳＬＭ４０を駆動するための駆動回路５０が付帯している。そして第１の実施例に係る波長イコライザー１は、上記のＥＯ素子における残留位相差を補償するために反射型としている。

ここで残留位相差の相殺原理を説明すると、残留位相差はＥＯ物質内でＴＥ光とＴＭ光の一方の成分の光の位相がδ（ｄｅｇ）だけ遅れて（あるいは進んで）いることに相当する。そこで何らかの構成を用いて他方の成分の光の位相をδだけ遅らせ（進ませ）ればよい。そこで同じ残留位相差δを有するＥＯ素子を相反的に用いる構成として反射型にすることを考えた。すなわち光は反射に際して位相が反転することから往路で発生した残留位相差δが復路で相殺されることになる。もちろん反射型とすれば、ＳＬＭ４０以外の光学部品を半減させることができ、小型化も達成できる。そして反射型の構成としたことで、ＳＬＭ４０の光の入射面４３が光の出射面を兼ね、偏光子が検光子を兼ね、回折格子３０は分波器であるとともに合波器でもある。以下に当該波長イコライザー１を構成する各種光学部品の構成と動作、および波長イコライザー１の動作などについてより詳しく説明する。

＜複屈折素子、λ／４板、コリメートレンズ、回折格子＞
まず複屈折素子１０について説明すると、図１に示したＳＬＭの原理モデル１では偏光子１０１ａと検光子１０１ｂに偏光板を用いていたが、第１の実施例の波長イコライザー１では検光子を兼ねる偏光子にルチル結晶などからなる周知の複屈折素子１０を用いている。周知のごとく複屈折素子１０は、入射した光を振動方向が互い直交する常光と異常光の二つの直線偏光に分離するとともに、異常光を光学軸１１の方向に屈折させて常光と異常光のそれぞれに対応する二つの直線偏光を個別の光路上に出射する、所謂「ウォークオフプリズム」である。

このように第１の実施例では偏光子と検光子に複屈折素子１０を用いている。しかし複屈折素子１０も直線偏光を出射するため、この直線偏光を回折格子３０からなる分波器に入射するのには問題がある。そこで第１の実施例の波長イコライザー１ではλ／４板２０を用いて直線偏光を円偏光に変換させている。また光ファイバーＦから出射した光は、スポット径が徐々に拡径しながら複屈折素子１０とλ／４板２０を透過することになる。そこでλ／４板２０から出射するスポット径が徐々に拡径していく光をコリメートレンズＣＬを用いて平行光（以下、コリメート光とも言う）に整形し、そのコリメート光を回折格子３０に入射させている。

図３に複屈折素子１０、λ／４板２０、および回折格子３０の配置関係を示した。光ファイバーＦから光が出射する方向を上下方向とすると、第１の実施例の波長イコライザー１では光ファイバーＦの下方に複屈折素子１０から回折格子３０に至る構成が配置されていることになる。そして回折格子３０より上方に配置されている複屈折素子１０、λ／４板２０およびコリメートレンズＣＬは、上下方向を法線とした光の入出斜面を有している。また回折格子３０の溝３１は上下方向に対して直交する方向３２に延長している。以下では、この溝３１の延長方向３２を左右方向とする。さらに上下左右の各方向に対して直交する方向を前後方向とし、回折格子３０は前側に溝３１が形成されていることとする。そして前方から後方を見たときに左右の各方向を規定することとする。したがって図３（Ａ）は右上前方から見たときの斜視図となる。ここではコリメートレンズを省略している。図３（Ｂ）は下方から見たときの複屈折素子１０とλ／４板２０の光学軸（１１、２１）の方位、および回折格子３０における溝３１の延長方向３２を示している。また図３（Ｂ）では、複屈折素子１０の下面から出射される常光ｏと異常光ｅに対応する直線偏光（ｏ、ｅ）の位置も示し、その直線偏光の振動方向を両矢印で示した。

周知のごとく、λ／４板２０は自身の光学軸２１の方位に対して４５度方向に振動する直線偏光を入射して円偏光を出射する。したがって下方から見ると、λ／４板２０の光学軸２１の方位は複屈折素子１０における常光ｏおよび異常光ｅの離間方向に対して４５゜の方向に傾いていることになる。また第１の実施例では複屈折素子１０の光学軸１１が回折格子３０の溝３１の延長方向３２に対して４５°傾いており、λ／４板２０の光学軸２１はその複屈折素子１０の光学軸１１に対して４５度傾いている。ここではλ／４板２０の光学軸（遅相軸または真相軸の一方の軸）２１の方位が前後方向に一致している例を示した。もちろん光学軸２１の方位が左右方向であってもよい。

＜回折格子と像側テレセントリックレンズの動作＞
図４は回折格子３０と像側テレセントリックレンズＴＬの動作を示す図である。この図に示したように、回折格子３０は溝周期Ｐｇのサブ波長構造を有する光学部品であり、第１の実施例では光の入射方向となる上下方向に対して溝３１の延長方向が直交するように配置されている。上述したように回折格子３０の溝３１の延長方向（紙面奥行き方向）を左右方向とすると、回折格子３０は左右方向から見ると上下方向に対して傾いている。またここに示した回折格子３０は透過型であるため、上方から下方に向かうコリメート光Ｌ_ｃは回折格子３０を透過する際に所定の方向へ屈曲し、その屈曲方向に像側テレセントリックレンズＴＬから反射板Ｍに至る構成が配置されることになる。回折格子３０は入射されたコリメート光Ｌ_ｃに多重化されている波長が異なる複数チャンネル分の光信号のそれぞれを各チャンネルに対応する波長の光Ｌ_λごとに分離角αの角度間隔で分波して出射する。

回折格子３０とＳＬＭ４０は、ともに像側テレセントリックレンズＴＬの像側焦点位置に配置されており、像側テレセントリックレンズＴＬは回折格子３０から出射した各波長の光Ｌ_λを互いに平行な光束（平光束）Ｌ_Ｔになるように屈折させた上でＳＬＭ４０に各波長の光Ｌ_Ｔを個別に入射させる。またＳＬＭ４０からの光束Ｌ_Ｔを回折格子３０に集光させる。ここで像側テレセントリックレンズＴＬに対して回折格子３０側の像側焦点位置を前方焦点位置と称することとし、反射板Ｍ側の像側焦点位置を後方焦点位置と称することとする。なお像側テレセントリックレンズＴＬが出射する光束Ｌ_Ｔの進行方向（以下、光軸方向６０とも言う）は、回折格子３０の溝３１の延長方向３２である左右方向とは直交しているものの、前後方向とは必ずしも直交しているとは限らない。そして回折格子３０による分波方向６１はこの光軸方向６０と左右方向とに直交する方向となり、分波方向６１の上側が長波長側となり下側が短波長側となる。

＜ＳＬＭ、反射板＞
図４にも示したように、ＳＬＭ４０と反射板Ｍは像側テレセントリックレンズＴＬからの光束Ｔ_Ｌの進行方向（以下、光軸方向６０とも言う）を法線とした光の入射面を有している。反射板Ｍはその前面が像側テレセントリックレンズＴＬの後方焦点位置に一致するように配置されている。図５にＳＬＭ４０と反射板Ｍの概略構造を示した。第１の実施例の波長イコライザー１では、回折格子３０が光軸方向６０に向かって上下方向にチャンネル数分に分波した各波長の光を出射するためＳＬＭ４０はＥＯ物質４１の左右一方の面に１チャンネル分の波長に対応するセル電極４２ｂが形成され、他方の面に共通電極４２ａが形成された構造を有している。ＳＬＭ４０は、外部の駆動回路５０により特定のセル電極４２ｂと共通電極４２ａとの対向領域（以下、セル領域とも言う）に電界Ｅが発生すると、そのセル領域を通過する光に電界強度に応じた位相差を与える。

ＳＬＭ４０の後方には反射板Ｍが個別の光学部品として配置されている。もちろんＥＯ物質４１の後面に反射膜を形成してこれを反射板Ｍとしてもよい。前方から光軸方向６０に沿ってＳＬＭ４０に入射した光は、ＳＬＭ４０の後方で反射板Ｍにて位相が反転された上で反射され、光軸方向６０に沿って前方に出射される。セル領域に入射した特定の波長の光はそのセル領域に印加されている電界Ｅの強度に応じ、ＳＬＭ４０に入射してから出射するまでに０゜〜１８０゜（１／２波長分）に対応する位相差板を透過するのと同様に振る舞う。

＝＝＝波長イコライザーの動作＝＝＝
図６および図７は第１の実施例の波長イコライザー１の動作を示す図である。これらの図では説明を容易にするために、光波長多重通信における複数の波長成分のうち特定の一つの波長の光信号を減衰させる動作を示した。したがって図中のＳＬＭ４０では一つのセル領域のみが示されている。また前後方向が光軸方向６０に一致するものとしている。そして図６は波長イコライザー１を構成する各光学部品を透過す光の光路を示しており、図６（Ａ）は光ファイバーＦから出射した光ビーム（以下、入力光Ｂ０とも言う）が反射板Ｍにまで至る「順方向」の光路を示しており、図６（Ｂ）は「逆方向」の光路を示している。

図７は図６に示した各面ｓ１〜ｓ１０における光の偏光状態を示す図である。なお面ｓ１〜ｓ５は順方向の光路上に介在する面であり、面ｓ６〜ｓ１０は逆方向の光路上に介在する面である。そして図７（Ａ）〜（Ｊ）はオフ状態における各面ｓ１〜ｓ１０での光の偏光状態を示しており、図７（Ａ）〜（Ｄ）、（Ｋ）〜（Ｐ）はオン状態における各面ｓ１〜ｓ１０での光の偏光状態を示している。なお偏光状態については、直線偏光を両矢印で、円偏光を矢印付きの円弧で示した。また図７では面ｓ１〜ｓ３およびｓ８〜ｓ１０を下方から見ており、面ｓ４〜ｓ７については後方から光軸方向６０に沿って見ている。

まず図６（Ａ）、図７（Ａ）に示したように、光ファイバーＦからの入力光Ｂ０が複屈折素子１０の上面ｓ１から入射し、複屈折素子１０はその入射光Ｂ０を振動方向が互いに直交する常光Ｂ１ｏと異常光Ｂ１ｅの二つの直線偏光に分離する。常光Ｂ１ｏは下方から見て光学軸１１と直交する方向に振動し、複屈折素子１０内を直進する。一方異常光Ｂ１ｅは、光学軸１１と同じ方向に振動し、常光Ｂ１ｏに対して光学軸１１に沿って離間する方向に屈折する（以下、「ウォークオフする」とも言う）。そして図７（Ｂ）に示したように、複屈折素子１０の下面ｓ２から常光Ｂ１ｏと異常光Ｂ１ｅのそれぞれに対応して互いに直交する方向に振動する直線偏光（Ｂ１１、Ｂ１２）が光軸１１方向に距離Ｗｆ（以下、ウォークオフ量Ｗｆとも言う）だけ離間した位置から出射する。ここで常光Ｂ１ｏに対応して出射した光Ｂ１１がその後に辿る光路を第１の光路とし、異常光Ｂ１ｅに対応して出射した光Ｂ１２がその後に辿る光路を第２の光路とする。

複屈折素子１０の下面ｓ２から出射した直線偏光（Ｂ１１、Ｂ１２）は、λ／４板２０の上面から下面ｓ３に透過する際、それぞれの直線偏光の電場成分の位相が磁場成分に対して所定方向に９０゜ずれる。それによって図７（Ｃ）に示したように互いに逆方向に回転する円偏光（Ｂ２１、Ｂ２２）に変換される。そしてこれらの第１の光路と第２の光路を辿る円偏光（Ｂ２１、Ｂ２２）がコリメートレンズＣＬによりコリメート光（Ｂ３１、Ｂ３２）に整形された上で回折格子３０に入射する。回折格子３０は第１の光路と第２の光路のそれぞれを辿って入射してきたコリメート光（Ｂ３１、Ｂ３２）を個別に複数の波長成分の光ごとに分波する。すなわち分波された各波長の光のそれぞれがさらに第１の光路と第２の光路の辿る光として分波される。このとき入射光（Ｂ３１、Ｂ３２）の偏光状態は維持される。

ここでは一つの波長についての出射光（Ｂ４１、Ｂ４２）について着目しており、この出射光（Ｂ４１、Ｂ４２）は、図７（Ｄ）に示したように偏光状態を維持しつつ像側テレセントリックレンズＴＬを経て他の波長成分の光と平行に進行する光（Ｂ５１、Ｂ５２）としてＳＬＭ４０の前面ｓ４に入射する。ＳＬＭ４０の電極間（４２ａ−４２ｂ）に電界が印加されていない場合では、ＳＬＭ４０内を通過する光（Ｂ６１、Ｂ６２）は偏光状態を維持する。すなわち、図７（Ｅ）に示したように反射板Ｍに入射する光（ｓ７１、ｓ７２）は、λ／４板２０からの出射光（Ｂ２１、Ｂ２２）と同じ偏光状態となっている。

つぎに図６（Ｂ）を参照しつつ逆方向の光路を見ていくと、反射板Ｍは入射光（Ｂ７１、Ｂ７２）を反射すると、その入射光（Ｂ７１、Ｂ７２）の位相を逆転させてＳＬＭ４０の後面ｓ６に逆方向に入射する。すなわち図７（Ｆ）に示したように、順方向に進む入射光（Ｂ７１、Ｂ７２）と逆方向に進む反射光（Ｂ１０１、Ｂ１０２）は、後方から見たときに同じ方向に回転することになる。言い換えれば、順方向と逆方向では光の進行方向が反対向きなので円偏光の回転方向が反対となる。ここではＳＬＭ４０の電極間（４２ａ−４２ｂ）に電界Ｅが印加されていないので、この二つの円偏光（Ｂ１０１、Ｂ１０２）が偏光状態を維持してＳＬＭ４０の前面ｓ７から出射し、さらに図７（Ｇ）、（Ｈ）にも示したように、逆方向に第１および第２の光路（Ｂ１１１〜Ｂ１５１、Ｂ１１２〜Ｂ１５２）を辿ってλ／４板２０の下面ｓ８に入射するまでその偏光状態を維持する。λ／４板２０は順方向において入射した円偏光の回転方向と、逆方向において入射した円偏光の回転方向が反対であるため、順方向において第１および第２の光路から入射した光（Ｂ１１、Ｂ１２）に対し、逆方向において第１および第２の光路から入射した光の位相差は１８０゜となる。

図７（Ｉ）と（Ｊ）は複屈折素子１０を光が逆方向に透過する以前と以後の偏光状態を示しており、複屈折素子１０内では、順方向において異常光Ｂ１ｅとして振る舞って第２の光路を辿ってきた光Ｂ１６２は逆方向では常光Ｂ１７２ｏとして振る舞い、そのまま直進する。それによって複屈折素子１０の後面ｓ１０では入力光Ｂ０の入射位置からウォークオフ量Ｗｆだけ離間した位置から出射する。一方、順方向において常光Ｂ１ｏとして振る舞って第１の光路を辿ってきた光Ｂ１６１は逆方向では異常光Ｂ１７１ｅとして振る舞い、複屈折素子１０内では常光Ｂ１７２ｏに対してさらに離間する方向にウォークオフする。それによって、複屈折素子１０からの出射光（Ｂ１８１、Ｂ１８２）は、入力光Ｂ０に対して対称となるようにウォークオフ量Ｗｆの２倍の距離だけ離間して出射する。その結果、出射光（Ｂ１８１、Ｂ１８２）は光ファイバーＦに結合できず光が遮断されたオフ状態となる。

つぎにオン状態における光路と光の偏光状態の遷移について説明する。まず図６（Ａ）および図７（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、光ファイバーＦから出射した光がＳＬＭ４０の前面ｓ４に至るまでの光路や偏光状態は上述したオフ状態のときと同じである。しかしオン状態ではＳＬＭ４０を透過する光（Ｂ６１、Ｂ６２）には電気光学効果に基づく位相差が与えられる。ここでは１／４波長に相当する位相差が与えられ、ＳＬＭ４０が実質的にλ／４板として機能していることとする。そのため順方向において反射板Ｍに入射した光（Ｂ７１、Ｂ７２）は、図７（Ｋ）に示したように、複屈折素子１０から出射した二つの直線偏光（Ｂ１１、Ｂ１２）に対して位相が１８０゜（１／２波長分）ずれた直線偏光となる。すなわち振動方向が入れ替わる。

以下図６（Ｂ）を参照しつつ逆方向の光路について説明すると、反射板Ｍは入射した二つの直線偏光（Ｂ７１、Ｂ７２）の位相を反転させ、図７（Ｌ）に示したように反射板Ｍは位相がさらに１８０゜ずれた直線偏光（Ｂ１０１、Ｂ１０２）を逆方向に反射する。ＳＬＭ４０は逆方向に入射した光（Ｂ１０１、Ｂ１０２）に対してもλ／４板として機能し、位相を９０゜ずらす。したがってＳＬＭ４０に入射した光（Ｂ５１，Ｂ５２）は往復で３６０゜の位相差、すなわち０゜の位相差が与えられることになり、図７（Ｍ）に示したように、後方から見たときに回転方向が逆転した二つの円偏光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）がＳＬＭ４０から出射される。言い換えれば、光の進行方向に対してはＳＬＭ４０に入射した光（Ｂ５１、Ｂ５２）と同じ方向に回転する円偏光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）が出射される。

ＳＬＭ４０から前方に向かって出射された二つの円偏光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）は、図７（Ｎ）にも示したように、逆方向に第１および第２の光路（Ｂ１３１〜Ｂ１５１、Ｂ１１２〜Ｂ１５２）を辿ってλ／４板２０の下面ｓ８に入射する。λ／４板２０は入射した光（Ｂ１５１、Ｂ１５２）にさらに９０゜（１／４波長分）の位相差を与えるため、λ／４板２０に順方向に入射した光（Ｂ１１、Ｂ１２）は、第１および第２の光路を辿って再び戻ってきてλ／４板を逆方向に出射されるまでに所定の方向に１波長分の位相差が与えられることになる。すなわち順方向および逆方向では振動方向が同じ直線偏光が入射および出射されることになる。

図７（Ｏ）に示したように、複屈折素子１０に逆方向から入射された二つの直線偏光（Ｂ１６１、Ｂ１６２）は、順方向において出射した光（Ｂ１１、Ｂ１２）と振動方向が同じであるため、複屈折素子１０内では、順方向において常光Ｂ１ｏとして振る舞って第１の光路を辿ってきた光Ｂ１６１は逆方向でも常光Ｂ１７１ｏとして振る舞いそのまま直進する。順方向において異常光Ｂ１ｅとして振る舞って第２の光路を辿ってきた光Ｂ１６２は逆方向でも異常光Ｂ１７２ｅとして振る舞い、順方向での光路を逆に辿るようにウォークオフする。それによって複屈折素子１０に入射した光（Ｂ１６１、Ｂ１６２）は、図７（Ｐ）に示したように入力光Ｂ０の入射位置から出射し、その出射光１８０が光ファイバーに結合してオン状態となる。そしてＳＬＭ４０に往復で０゜〜１８０゜の範囲の位相差を発生させることで光損失をオン状態からオフ状態の値の範囲で可変制御することができる。

＝＝＝波長イコライザーの特性＝＝＝
本発明の実施例に係る波長イコライザーの性能を評価するために、図２に示した第１の実施例１と同様の構成を備えた波長イコライザーを作製し、その波長イコライザーの光損失特性を測定した。図８に作製した波長イコライザー（以下、第２の実施例に係る波長イコライザー１ａとも言う）における各部位のサイズや光学的な設計条件（焦点距離など）を示した。また図中では円Ｃ内を拡大した図も併せて示している。

ここに示した第２の実施例に係る波長イコライザー１ａでは、まず回折格子３０に入射されたコリメート光が所定の光通信規格方式に基づく波長間隔（分解能）で分光されるように、回折格子３０の溝周期ＰｇとコリメートレンズＣＬの焦点距離ｆｃやコリメート径φ_ｃを設定する必要がある。ここでは光通信におけるＣバンド（１５２８ｎｍ〜１５６４ｎｍ）の光を複数チャンネル分（例えば４５チャンネル分）の光信号に分波することとし、１００ＧＨｚでの通信方式に準拠した０．８ｎｍの分解能でコリメート光Ｌ_ｃを分光している。そして、その分解能を得るために、回折格子１２の溝周期Ｐｇ＝１μｍ、コリメートレンズＣＬの焦点距離ｆｃ＝９．８ｍｍ、コリメート径φ_ｃ＝１．９ｍｍとした。なお回折格子３０は、コリメート光Ｌ_ｃが入射角θ_１＝５０゜で入射したときにプラス１次の回折に光強度を集中できるものとなっている。また光ファーバーＦにはコア径φ_ｆ＝１０μｍのシングルモードファイバーを使用した。

回折格子３０は、０．８ｎｍピッチで分光された各波長成分の光Ｌ_λを、分離角α＝０．０７゜ごとに出射する。また分離した最も短い波長成分の光と最も長い波長成分の光とは角度β＝３．８６゜で分離している。集光レンズとして機能する像側テレセントリックレンズＴＬは焦点距離ｆｔ＝９．８ｍｍである。そして上述したように当該レンズＴＬの前側焦点位置ｆｆに回折格子３０が配置され、後側焦点位置ｆｂに反射板Ｍが配置されることで、回折格子３０から角度α＝０．０７゜ごとに出射された波長成分ごとの光Ｌ_λが互いに平行な光束Ｌ_Ｔとして出射される。そしてこの光束Ｌ_Ｔの出射方向が光軸方向６０であり、上記の最短波長から最長波長までの角度βの等角二等分線６２の延長方向でもある。上下方向とこの等角二等分線６２との公差角度θ_２は５１．６°であり、光軸方向６０が前後方向に対して１．６°傾いている。なお以下では説明を容易にするために、上記の等角二等分線６２を光軸６２と称し、便宜的に光軸方向６０を前後方向と見なして説明する。

上下方向で隣接する光束間（Ｌ_Ｔ−Ｌ_Ｔ）はピッチＰ_Ｔ＝１２μｍ（≒ｆｔ×ｔａｎα）であり、円Ｃ内の拡大図に示したように、ビームウエスト部となる後側焦点位置ｆｂでは各光束Ｌ_Ｔのスポット径（ビームウエスト径）φ_ｗ＝１０μｍである。ここで上記光軸方向６０と最短波長あるいは最長波長の光の分離方向とのなす角度を画角γ（＝β／２＝１．９３゜）とする。

ＳＬＭ４０は一般式Ｋ_１-ｙＭ_ｙＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（但し、Ｍは１価の金属、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される強誘電体（以下、ＫＴＮとも言う）をＥＯ物質４１とし、そのＥＯ物質４１の左右両面にＰｔ（白金）薄膜からなる電極（４２ａ、４２ｂ）を形成したものである。ＫＴＮは室温において巨大な誘電率を有するとともに、鉛を含まないため環境にも優しい物質である。そしてここで用いたＫＴＮでは、温度２５℃のときに比誘電率εｒ＝２００００であった。また２５℃の温度で波長λ=１５５０ｎｍの光に対し、屈折率n＝２．１８５であった。また電気光学定数ｇ_１１およびｇ_１２は、それぞれｇ_１１＝０．０８０９ｍ^４／Ｃ^２、ｇ_１２＝−０．０２２７ｍ^４／Ｃ^２であった。

テレセントリックレンズＴＬからＳＬＭ４０に向けて出射する各光束Ｌ_Ｔは、隣接する光束Ｌ_Ｔの波長λが異なっている。そのため各光束Ｌ_Ｔは、ＥＯ物質４１内で電気的に分離する必要があり、一つのセル領域４３には一つの波長成分の光束Ｌ_Ｔのみが入射されなくてはならない。すなわちテレセントリックレンズＴＬから出射した光束Ｌ_Ｔは、その出射時点でのスポット径（＝φｃ＝１．９ｍｍ）が像側テレセントリックレンズの後側焦点ｆｂとなる反射板Ｍの位置でウエスト径φ_ｗ＝１０μｍにまで収束し、その収束の途上でＳＬＭ４０に入射する。そのため各光束Ｌ_Ｔのスポット径φ_Ｔは、ＳＬＭ４０の前面４４では隣接する光束間（Ｌ_Ｔ−Ｌ_Ｔ）のピッチＰ_Ｔ（≒１２μｍ）以下にまで収束していなくてはならない。そして光束Ｌ_Ｔが収束していく状態は周知のガウスの伝播則から求められ、ＳＬＭ４０の前面４４と反射板Ｍの位置である後面４５までの距離を屈折率ｎ＝１の媒質中（空気中など）では３３．７μｍに設定する必要がある。ここではＥＯ物質４１であるＫＴＮの屈折率を考慮してＳＬＭ４０の前後長Ｌｅｏを７３．６μｍに設定した。

ＳＬＭ４０の分光方向６１の高さ（以下、素子高Ｈｅｏとも言う）は光軸６２と最短波長（あるいは最長波長）の光束Ｌ_Ｔまでの距離（以下、分光距離Ｈ_λとも言う）に基づいて設定することができる。分光距離Ｈ_λは上記の画角γと像側テレセントリックレンズＴＬの焦点距離ｆｔとからＨ_λ＝ｆｔ×ｔａｎγ≒３２９．４μｍとなる。したがって素子高Ｈｅｏは、ＳＬＭ４０の前面４４における光束Ｌ_Ｔのスポット径φ_Ｔが１２μｍ以下である条件を考慮して、例えば分光距離Ｈ_λの２倍の長さにこのスポット径φ_Ｔ＝１２μｍを加算してＨｅｏ＝３４１．４μｍとすればよい。もちろんＨｅｏ＞３４１．４μｍであってもよい。

ＳＬＭ４０において左右で対面する電極間（４２ａ−４２ｂ）の距離は複屈折素子１０によるウォークオフ量Ｗｆに基づいて設定される。具体的には、光束Ｌ_Ｔは反射板Ｍの位置でビームウエスト径φｗ＝１０μｍとなる。そしてＳＬＭ４０には一つの波長について第１の光路と第２の光路を辿ってきた二つの光束Ｌ_Ｔが入射することになる。そこで、一つの波長の光について、第１の光路を辿ってＳＬＭ４０に入射する光束Ｌ_Ｔと、第２の光路を辿ってＳＬＭ４０に入射する光束Ｌ_Ｔとのクロストークによる光損失に基づいてウォークオフ量Ｗｆを設定する。ここでは互いに平行な二つの光束Ｌ_Ｔを一つの光ファイバーに入射したときの光損失が３０ｄＢ以上であれば十分に二つの光束が離間していると見なし、そのときのウォークオフ量Ｗｆは１３．２μmであった。複屈折素子１０は、このウォークオフ量Ｗｆ＝１３．２μｍとなるようにルチル結晶を切り出したものであり、そのときの複屈折素子１０の上下長Ｌｐは０．１３２ｍｍであった。

なお第２の実施例に係る波長イコライザー１ａでは、図２に示した波長イコライザー１に対し、複屈折素子１０とλ／４板２０を上下方向を軸として回転させて第１の光路と第２の光路がＳＬＭに４０おける電界Ｅの方向に離間するようにしている。図９に第２の実施例に係る波長イコライザー１ａにおける複屈折素子１０、λ／４板２０および回折格子３０の配置関係を示した。図９（Ａ）は、当該配置を示す斜視図であり、ここではコリメートレンズＣＬを省略している。図９（Ｂ）は下方から見たときの複屈折素子１０とλ／４板２０の光学軸（１１、２１）の方位と、回折格子３０における溝３１の延長方向３２を示している。また図９（Ｃ）に複屈折素子１０の光学軸１１の立体的な方位を示した。

図９（Ａ）（Ｂ）に示したように、複屈折素子１０によるウォークオフの方向が回折格子３０の溝３１に対して直交している。また図９（Ｃ）に示したように、上下方向をＺ軸とし、直方体状の複屈折素子１０の上面をＸＹ面とすると、複屈折素子１０は光学軸１１の立体的な方位が∠ＸＯＡ＝４７゜（＝∠ＡＯＹ）となるようにルチル結晶から切り出されたものである。それによって上記のウォークオフ量Ｗｆ＝１３．２μｍが上記の上下長Ｌｐ＝０．１３２ｍｍによって得られるようになっている。そしてここに示した複屈折素子１０、λ／４板２０および回折格子３０の配置では、ＳＬＭ４０には一つのセル領域４３に第１および第２の光路に対応して左右に離間した二本の光束Ｌ_Ｔが入射されることになる。したがってＳＬＭ４０の電極間（４２ａ−４２ｂ）の距離は、この二本の光束Ｌ_Ｔが「ケラレ」を生じることなく一つのセル領域４３に入射するサイズに設定されている必要がある。

図１０にＳＬＭ４０における電極間距離Ｄの設定条件を示した。当該図１０ではＳＬＭ４０における光の入射面（以下、前面４４とも言う）を光軸方向６０に沿って前方から見たときの平面図を示している。ＳＬＭ４０の前面４４には波長（図中ではλ_１〜λ_３）ごとに最大１２μｍのスポット径φを有して第１の光路上を辿って入射した光束Ｌ_Ｔ１と第２の光路を辿って入射した光束Ｌ_Ｔ２とが左右にウォークオフ量Ｗｆ＝１３．２μｍだけ離間して入射される。そのためＳＬＭ４０の電極間距離ＤはＤ＝２５．２μｍに設定されている。

＜光減衰特性＞
図１１に第２の実施例に係る波長イコライザー１ａの光損失特性を示した。ＳＬＭ４０の電極間（４２ａ−４２ｂ）に２０Ｖの電圧を印加したときにＳＬＭ４０に入射した光Ｌ_Ｔは出射するまでの１往復で１８０°の位相差が与えられるようになっている。すなわちオン状態にするための電圧が２０Ｖであった。そして電圧が０Ｖのときのオフ状態では十分に大きな３５ｄＢ以上の光損失が得られた。またオン状態における過剰ロスもなくＥＯ物質４１における残留位相差が相殺されていることも確認できた。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
図２に示した第１の実施例に係る波長イコライザー１では、複屈折素子１０とλ／４板２０の光学軸（１１、２１）の方向、および回折格子３０の溝３１の延長方向３２の相対的な角度から、ＳＬＭ４０の一つのセル領域４３には第１光路と第２光路を辿ってきた同じ波長の２本の光束Ｌ_Ｔが上下方向に対して４５°の方向にウォークオフ量Ｗｆだけ離間した状態で入射することになる。また第２の実施例に係る波長イコライザー１ａでは、図９、図１０にも示したように、複屈折素子１０によるウォークオフの方向が回折格子３０の溝３１に対して直交する方向、すなわちＳＬＭ４０における電界Ｅの印加方向となるように設定されていた。そのため第２の実施例の波長イコライザー１ａは、ＳＬＭ４０の上下幅Ｈｅｏを最も小さくできる構成であった。ＳＬＭ４０の前後長ＬｅｏはＳＬＭ４０の前面４４に光束Ｌ_Ｔが入射するときのスポット径φから規定されており、素子高Ｈｅｏが電極間距離Ｄより一桁大きいことから素子高Ｈｅｏを小さくすることは波長イコライザー（１、１ａ）の小型化に大きく寄与する。

しかしその一方で、ＳＬＭ４０の駆動電圧をより低くしたいという要求もある。この要求に応えるためには、ＳＬＭ４０の電極間距離Ｄを小さくすればよい。具体的には第１の光路と第２の光路とを電界Ｅの方向に対して直交させれば電極間距離Ｄは実質的に光束Ｌ_Ｔのスポット径φだけあればよいことになり、電極間距離Ｄを最小にすることができる。図１２に電極間距離Ｄを最小にするための複屈折素子１０、λ／４板２０、および回折格子３０の配置を示した。図１２（Ａ）はその配置を右上前方から見たときの斜視図であり、図１２（Ｂ）は下方から見たときの複屈折素子１０とλ／４板２０の光学軸（１１、２１）の方位、および回折格子３０の溝３１の延長方向３２を示している。この図に示したように、下方から見たときの複屈折素子１０の光学軸１１の方位が回折格子３０の溝３１の延長方向３２と直交するように配置している。それによって第１の光路と第２の光路がＳＬＭ４０における電界Ｅの方向と直交する上下方向に離間する。

図１３、図１４にＳＬＭ４０に上下方向に離間する２本の光束（Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｔ２）を入射させる場合のセル電極４２ｂの配置を示した。図１３、図１４では前方から見たときのＳＬＭ４０の平面図を示しており、三つの波長λ_１〜λ_３のそれぞれについて、第１の光路と第２の光路を辿る２本の光束（Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｔ２）がＳＬＭ４０の前面４４に入射することとしている。図１３は同じ波長（λ_１、λ_２、λ_３のいずれか）で第１の光路と第２の光路のそれぞれを辿る２本の光束（Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｔ２）を一つのセル領域４３に入射させる場合を示している。この場合は同じ波長（λ_１、λ_２、λ_３のいずれか）の光束（Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｔ２）を同じセル領域４３で減衰させるので駆動制御が容易である。図１４は第１の光路と第２の光路を辿る同じ波長（λ_１、λ_２、λ_３のいずれか）の２本の光束（Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｔ２）を個別のセル領域４３に入射させる場合を示している。この場合は（λ_１、λ_２、λ_３のいずれか）の光束（Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｔ２）を異なるセル領域４３で同期的に制御するため、セル電極間（４２ｂ−４２ｂ）の配線の引き回しや駆動制御が図１３に示した構成に対して複雑になるものの、ウォークシフト量Ｗｆが大きく、クロストークを極めて低くすることができる。いずれにしても波長イコライザーに求められるサイズや必要とする性能に合わせて複屈折素子によるウォークオフの方向やウォークシフト量を設定するとともに、ＳＬＭにおけるセグメント領域の配置をそのウォークシフトの状態に応じて設定すればよい。

上記各実施例に係る波長イコライザー（１、１ａ）では透過型の回折格子３０をコリメート光Ｌ_ｃの入射方向に対して斜めに設置することで波長イコライザー（１、１ａ）内に屈曲した光路を形成していたが、回折格子は反射型であってもよい。この場合は回折格子からＳＬＭに至る光学部品が図２に示した構成に対して前後対称に配置されることになる。もちろん屈曲した光路を形成せず、直線的な光路が形成されるように複屈折素子からＳＬＭに至る光学部品を直線的に配置してもよい。光ファイバーから出射した光の光路上に複屈折素子、λ／４板、コリメートレンズ、回折格子、像側テレセントリックレンズ、ＳＬＭ、および反射板がこの順に配置されていればよい。

この発明は、光波長多重通信網内に設置されるＥＤＦＡによる利得変動を平準化するための波長イコライザーに適用することができる。

１，１ａ 波長イコライザー、２ 光伝送路、３ 光サーキュレーター、
１０ 複屈折素子、１１ 複屈折素子の光学軸、２０ １／４波長板（λ／４板）、
２１ λ／４板の光学軸、３０ 回折格子、３１、回折格子の溝、
４０ 光空間変調器（ＳＬＭ）、４１ 電気光学物質（ＥＯ物質）、
４２ａ 共通電極、４２ｂ セル電極、ＣＬ コリメートレンズ、Ｆ 光ファイバー、
Ｌ_ｃ コリメート光、Ｌ_Ｔ 光束、Ｍ 反射板、ＴＬ 像側テレセントリックレンズ

Claims (6)

1. 光波長多重通信網から分岐された光ファイバーから出射される入力光に含まれている複数の波長成分の光信号のそれぞれに対して強度を変調した上で光多重通信網へ帰還させる波長イコライザーであって、
   前記入力光が辿る順方向の光路上に、複屈折素子、１／４波長板、コリメートレンズ、回折格子、像側テレセントリックレンズ、空間光変調器、および反射板がこの順に配置されてなり、
   前記複屈折素子は、前記入力光を振動方向が互いに直交する常光と異常光の二つの直線偏光に分離するととともに、当該二つの直線偏光をそれぞれ互いに離間する第１の光路と第２の光路上に出射し、
   前記１／４波長板は、前記第１の光路を順方向から見たときに、光学軸の方位が前記複屈折素子が出射する前記直線偏光の振動方向に対して４５°傾いており、
   前記コリメートレンズは、前記入力光を起源として順方向に向かって徐々にスポット径が拡径する光を平行光として出射するとともに、逆方向から入射した平行光を前記光ファイバーの開口に結合させ、
   前記回折格子は、前記コリメートレンズから前記第１の光路と第２の光路を順方向に辿って入射した二つの平行光のそれぞれを前記光波長多重通信に用いられている複数の波長成分の光に所定の角度ごとに分離して出射し、
   前記像側テレセントリックレンズは、前記回折格子からの所定の角度で出射された各波長成分の光を平行な複数の光束として前記空間光変調器に入射させ、
   前記空間変調器は、前記回折格子による光の分離方向に直交する方向に互いに対面する電極間に電気光学効果を有するとともに電界が印加されていない状態で所定の残留位相差による複屈折効果を有する強誘電体からなる電気光学物質が挟持されてなり、
   前記互い対面する電極の少なくとも一方の側の電極は、一つの波長成分のみに対応するセル電極が前記光の分離方向に複数配置されてなり、外部の駆動回路により前記セル電極とそれに対面する電極間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射した各波長成分の光に前記電圧に応じた位相差が与えられ、
   前記反射板は、波長成分ごとに、前記第１および第２の光路を順方向に辿ってきた光の位相を反転させるとともに、それぞれ当該第１および第２の光路を逆方向に辿る光路に向けて反射し、
   前記複屈折素子が前記第１および第２の光路を逆方向に辿って入射した光のそれぞれを前記空間変調器によって与えられた前記位相差に応じた割合で常光と異常光に分離した上で逆方向に出射することで、前記光ファイバーに結合する光の損失を可変させる、
   ことを特徴とする波長イコライザー。
2. 請求項１において、一つの波長成分の光についての前記第１の光路と前記第２の光路との離間方向は、前記空間変調器における電界の印加方向に一致することを特徴とする波長イコライザー。
3. 請求項１において、一つの波長成分の光についての前記第１の光路と前記第２の光路との離間方向は、前記光空間変調器における電界の印加方向と直交する方向であることを特徴とする波長イコライザー。
4. 請求項３において、一つの波長についての前記第１の光路と前記第２の光路のそれぞれを辿って前記光空間変調器に入射した光は、それぞれ個別のセル領域に入射されることを特徴とする波長イコライザー。
5. 請求項３において、一つの波長についての前記第１の光路と前記第２の光路のそれぞれを辿って前記光空間変調器に入射した光は、それぞれ同じセル領域に入射されることを特徴とする波長イコライザー。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記電気光学物質は一般式Ｋ_１-ｙＭ_ｙＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（但し、Ｍは１価の金属、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される物質であることを特徴とする波長イコライザー。
   

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