JP2815509B2 - 光アッテネータ - Google Patents
光アッテネータInfo
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Description
る光アッテネータに関する。光通信システムについて実
験や調整を行う場合に、システムを構成している装置の
いずれかに入力する光の強度レベルを調整するために、
光アッテネータが使用されることがある。従来、光アッ
テネータとしては、減衰率を機械的に変化させるように
したものが知られている。もし、光アッテネータをその
減衰率が制御の対象の一つになるようにシステムに組み
込んで使用するとすれば、システムの信頼性を高めるた
めに、機械的な可動部分がない光アッテネータの実用化
が望まれる。
しては、機械的な動作によって減衰率を変化させるよう
にしたものがある。例えば、光路中に挿入される減衰膜
の減衰率に分布をもたせておき、この減衰膜を変位させ
ることで減衰率が調整される。
光アッテネータをその減衰率が制御の対象となるような
制御システムに組み込んで使用することが実用上要求さ
れる場合がある。例えば、希土類元素がドープされた光
ファイバに信号光及び励起光を導波させて信号光の増幅
を行うようにした光増幅器において、所要の特性(例え
ばS/N等)を得るために、信号光及び/又は励起光の
パワーをモニタレベルに応じて制御する場合である。
る光アッテネータの使用は、制御システムの信頼性を確
保する上で避けるべきである。本発明の主たる目的は、
機械的可動部分を有しない光アッテネータを提供するこ
とである。
になる。
は、光の伝搬経路内に設けられた磁気光学結晶と、該磁
気光学結晶の上記光の伝搬方向下流側に設けられ、特定
の偏光方向の光を通過させる偏光子と、互いに異なる方
向の第1及び第2磁界を合成磁界の強さが所定値を超え
るように上記磁気光学結晶に対して印加する磁界印加手
段と、上記第1及び第2磁界の強さの少なくとも一方を
変化させる磁界調整手段とを備える。
る。図1(A)において符号1乃至4はそれぞれ前述の
磁気光学結晶、偏光子、磁界印加手段及び磁界調整手段
を表しており、図1(A)のブロック図により特定され
る構成は請求項1により特定される光アッテネータに相
当している。
た磁気光学結晶1及び偏光子2を用いて比較的容易に発
想し得る、機械的可動部分を有しない光アッテネータの
構成を示すブロック図である。図1(B)において、符
号5は磁気光学結晶1に対して光の伝搬方向と同じ方向
に磁界を印加する手段を表しており、符号6はこの磁界
の強さを調整する手段を表している。
されているか否かは不明ではあるが、図1(A)におけ
る磁界印加手段3及び磁界調整手段4による作用を説明
する上で有用と思われるのでこれを例示した。
を印加した状態で、つまり磁気光学結晶をある磁界の中
においた状態で、直線偏光が磁気光学結晶内を通過する
と、その偏光方向(直線偏光の電場ベクトルを含む平面
の伝搬方向と垂直な平面への投影)は、伝搬方向にかか
わらず常に一定の回転方向に回転される。
方向の回転角の大きさ(ファラデー回転角)は、印加磁
界により生じた磁気光学結晶の磁化の方向及び強さに依
存する。具体的には、ファラデー回転角度は磁気光学結
晶の磁化の強さの光の伝搬方向の成分の大きさによって
決定される。
せた構成において、磁気光学結晶におけるファラデー回
転角を調整すると、偏光子から出力される光の振幅をフ
ァラデー回転角に応じて変化させることができるので、
この構成は直線偏光に対する光アッテネータを実現する
上で有用である。
印加磁界の大きさを調整して、一見すると、磁気光学結
晶1におけるファラデー回転角度を有効に調整すること
ができそうである。しかし、ここで考慮しておくべき点
は、印加磁界の大きさが比較的小さい場合には、印加磁
界による磁気光学結晶1の磁化が飽和状態に達せず、磁
気光学結晶1内に多数の磁区が存在していることであ
る。
ネータにおける減衰率の再現性を悪化させるし、良好な
再現性が確保されているとしても減衰率の連続的な可変
を困難にする。また、磁気光学結晶1に多数の磁区があ
る場合には、各磁区間の界面における光の散乱による減
衰も生じ、実用上の不都合となる。
を超えるように磁界印加手段3が磁気光学結晶1に対し
て第1及び第2磁界を印加するようにしているので、磁
気光学結晶1における磁化の強さを常に飽和させておく
ことができ、多数の磁区の存在による上記不都合を排除
することができる。尚、磁気光学結晶において磁化の強
さが飽和した状態は、磁区が一つになった状態として理
解することができる。
段4により第1磁界の強さ及び第2磁界の強さの少なく
とも一方を変化させるようにしているので、これにより
第1及び第2磁界の合成磁界の方向を変えることができ
る。合成磁界の方向が変わると、これに伴い磁気光学結
晶1における磁化の方向も変わり、その結果、磁化の強
さが飽和して一定であるにもかかわらず、磁化の強さの
光伝搬方向の成分が変わり、結局磁気光学結晶1におけ
るファラデー回転角が変化するのである。
分がなく、しかも図1(B)の構成に比べて再現性が良
好で実用性に優れた光アッテネータの提供が可能にな
る。
明の第1実施例における光アッテネータの構成図であ
る。この光アッテネータは、ファラデー回転子11と偏
光子12を備えている。偏光子12は例えばグラン・ト
ムソンプリズムである。
3と、磁気光学結晶13に対して互いに直交する方向に
磁界を印加する永久磁石14及び電磁石15と、電磁石
15に駆動電流を与える可変電流源16とからなる。
の比較的薄い磁気光学結晶13を用いることによって、
飽和磁界(磁気光学結晶の磁化を飽和させ或いはファラ
デー回転角を飽和させるのに必要とされる磁界の強さ)
を小さくすることができる。磁気光学結晶13として
は、薄く切り出したYIG(イットリウム・鉄ガーネッ
ト)やエピタキシャル結晶成長させた(GdBi)
3 (FeAlGa)5 O12等を用いることができる。
加される磁界の方向は磁気光学結晶13における光ビー
ム17の透過方向と平行であり、電磁石15により磁気
光学結晶13に印加される磁界の方向は磁気光学結晶1
3における永久磁石14による磁界印加方向及び光ビー
ム17の透過方向に垂直である。
7は直線偏光であり、その偏光方向はファラデー回転子
11によりファラデー回転させられる。磁気光学結晶1
3を透過した光は、偏光子12で互いに偏光方向が直交
する2つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を取り出さ
れ、これがこの光アッテネータの光出力となる。
界の強さは、磁気光学結晶13における飽和磁界よりも
常に大きくなるように設定される。その理由は前述した
通りである。また、可変電流源16の可変範囲は、磁気
光学結晶13から出射する光の偏光方向を、この光アッ
テネータの光出力の偏光方向に一致する方向と該方向に
直交する方向の間で調整し得るような範囲に設定され
る。
系において、Z軸は磁気光学結晶13の透過光の伝搬方
向と平行であり、Y軸は磁気光学結晶13の厚み方向と
平行である。即ち、この例では、永久磁石14による印
加磁界の方向はZ軸に平行であり、電磁石15による印
加磁界の方向はX軸に平行である。
11において磁気光学結晶13に与えられる磁界及び磁
気光学結晶13の磁化の方向及び強さ(大きさ)を説明
するための図である。
結晶13に符号101で示されるように磁界が印加され
ている場合、磁気光学結晶13の磁化は符号102で示
すようにZ軸と平行になる。このときの印加磁界の強さ
(磁界ベクトル101の長さ)は、磁気光学結晶13の
磁化の強さ(磁化ベクトル102の長さ)が飽和するよ
うに設定される。そして、例えば、この状態で光アッテ
ネータの透過率が最大になるようなファラデー回転角が
得られているものとする。
れるようにX軸に平行に印加されると、合成磁界は符号
104で示されるように磁界ベクトル101及び103
の合成ベクトルとなる。この合成磁界104により磁気
光学結晶13には符号105で示されるような磁化が生
じる。磁化ベクトル105と磁界ベクトル104は平行
であり、磁化ベクトル105の長さは磁化ベクトル10
2の長さに一致する。
るからといって、磁気光学結晶13におけるファラデー
回転への寄与度が同じであるとは限らない。ファラデー
回転角が当該磁化の方向と光の伝搬方向の関係にも依存
するからである。
105が生じている状態を比較すると、磁化102のZ
成分(磁化102そのもの)に対して磁化105のZ成
分106が減少している分だけ、後者のファラデー回転
角が小さくなるのである。
のであるから、後者の状態において最小透過率が得られ
るようにするためには、つまり後者の状態において光の
全成分が偏光子12で除去されるようにするためには、
両者の間のファラデー回転角の差をπ/2(90°)に
設定すればよい。
成磁界104がなす角をθとすると、磁化102と磁化
105がなす角もθとなり、磁化105のZ成分106
と磁化102の比は cosθに等しい。
印加されているときにおける磁気光学結晶13のファラ
デー回転角が2πに設定されている場合には、(1− c
osθ)が0.25になるように可変電流源16の電流可
変幅を設定しておくことによって、最大透過率から最小
透過率の全範囲を網羅することができる。同ファラデー
回転角が4π及び8πである場合には、それぞれ(1−
cosθ)の値は0.25/2及び0.25/4で良いこ
とになる。
囲を網羅するための電流可変幅を小さく抑えるために
は、永久磁石14によってのみ磁界が印加されていると
きのファラデー回転角を2nπ(nは自然数)とすると
きに、nをできるだけ大きくすればよい。尚、説明の便
宜上nが自然数であるとしたが、そうでなくても構わな
い。nの値は入射光の偏光方向と偏光子12の固有偏光
の方向の関係に応じて設定することができる。
過率の全範囲にわたって常に磁気光学結晶13には飽和
磁界が印加されているので、磁気光学結晶13に多数の
磁区が形成されることに起因する不都合が生じない。ま
た、最大透過率から最小透過率までの全範囲について電
気的な調整が可能であるので、応答性が良好で且つ信頼
性の高い光アッテネータの提供が可能になる。
変形例を示す図である。このファラデー回転子11′が
図2のファラデー回転子11と異なる点は、磁気光学結
晶13の相対する対角に互いに平行な平面28及び29
を形成し、光ビーム27がこれらの面28及び29を通
過するようにしている点である。
向と電磁石15による磁界の方向は共に光の伝搬方向に
対して概略45°傾斜している。この例では、XYZ直
交三次元座標系においてY軸が磁気光学結晶13の厚み
方向に平行でZ軸が光の伝搬方向に平行であるとする。
おける磁界及び磁化の説明図である。電磁石15により
印加される磁界は、符号111で示される状態から符号
112で示される状態の範囲で強さ及び向きを調整可能
である。符号113は永久磁石14による印加磁界を示
している。この場合、合成磁界は符号114で表される
状態と符号115で表される状態の範囲で強さ及び方向
が変化する。
号116で表される状態から符号117で表される状態
の範囲で強さ及び方向が変化する。図から明らかなよう
に、図4のファラデー回転子11′を用いると、電磁石
15の駆動電流の可変幅をさほど大きくすることなし
に、前述のθの可変幅を容易に零からπ/2の範囲に設
定することができる。尚、磁化の強さが最小になる符号
118で示される状態(電磁石15による印加磁界が零
の状態)でファラデー回転角が十分に飽和するように、
永久磁石14による印加磁界が設定される。
例を示す図である。このファラデー回転子11″が図2
のファラデー回転子11と異なる点は、図2の永久磁石
14に代えて電磁石31を設け、さらに電磁石31に駆
動電流を与える可変電流源32を設けている点である。
ける磁界及び磁化の説明図である。図6の構成による
と、電磁石15及び31による印加磁界を調整すること
で合成磁界を符号121乃至124で示すように連続的
に且つ飽和磁界を保ったままで変化させることができ
る。これに伴い、磁気光学結晶13の磁化は符号125
乃至128で示すように変化する。
うな複雑な形状の磁気光学結晶を用いることなしに、前
述のθの可変範囲を容易に零乃至π/2に設定すること
ができる。
ネータの構成図である。光ファイバ41と、レンズ43
と、テーパ状の複屈折結晶44と、図2のファラデー回
転子11と、テーパ状の複屈折結晶45と、レンズ46
と、光ファイバ47とが図示しない光源の側からこの順
序で配列されている。
チルであり、これらの形状は同じである。複屈折結晶4
4の頂部及び底部はそれぞれ複屈折結晶45の底部及び
頂部に対向し且つ対応する面は互いに平行である。ま
た、複屈折結晶44及び45の光学軸は紙面に垂直な平
面内にあり、各光学軸の位置関係はアッテネータのゼロ
入力時の損失の設定による。以下の説明ではゼロ入力時
に損失が最小になるように定めることとし、複屈折結晶
44の光学軸と複屈折結晶45の光学軸が互いに平行で
あるとする。
りコリメートされて平行光ビームになる。このビームは
ビーム太さを無視して符号130で表されている。ビー
ム130は複屈折結晶44においてその常光線に相当す
るビーム131と異常光線に相当するビーム132に分
離される。ビーム131の偏光方向とビーム132の偏
光方向は互いに直交している。
子11で偏光方向をそれぞれ同じ角度だけ回転されそれ
ぞれビーム133及び134になる。ビーム133は複
屈折結晶45においてその常光線成分であるビーム13
5と異常光線成分であるビーム136に分離される。ま
た、ビーム134は複屈折結晶45においてその異常光
線成分であるビーム137と常光線成分であるビーム1
38に分離される。
きた屈折の履歴と複屈折結晶44及び45の形状及び配
置形態とを考慮すると、ビーム135及び137は互い
に平行であり、ビーム136及び138は互いに平行で
ない。
ーム135及び137のみをレンズ46により絞り込ん
で光ファイバ47に入射させることができる。さて、ビ
ーム135及び137のトータルパワーとビーム136
及び138のトータルパワーの比は、ファラデー回転子
11におけるファラデー回転角に依存する。一方、ファ
ラデー回転子11におけるファラデー回転角が一定であ
る状態においては、ビーム135及び137のトータル
パワーは光ファイバ41の出射光の偏光状態には依存し
ない。
的に且つ連続的に変化させることができしかも入射光の
偏光状態が特定の直線偏光に限定されることのない光ア
ッテネータの提供が可能になる。
ネータの構成図である。光ファイバ51とレンズ52と
平行平板状の複屈折結晶53と図2のファラデー回転子
11と平行平板状の複屈折結晶54とレンズ55と光フ
ァイバ56がこの順序で図示しない光源の側から配置さ
れている。
ら形成され、これらの厚みは等しい。また、複屈折結晶
53の光学軸と複屈折結晶54の光学軸は互いに直交
し、且つ、各光学軸はそれぞれ光の進行方向に対して4
5°傾斜している。
り平行光ビームにコリメートされる。このビームはビー
ム太さを無視して符号140で表される。ビーム140
は複屈折結晶53においてその常光線に相当するビーム
141と異常光線に相当するビーム142に分離され
る。ビーム141及び142は互いに平行であり、ビー
ム141の偏光方向とビーム142の偏光方向は互いに
直交する。
子11で偏光方向を回転されそれぞれビーム143及び
144になる。ビーム143は複屈折結晶54において
その常光線成分に相当するビーム145と異常光線成分
に相当するビーム146に分離される。ビーム144は
複屈折結晶54においてその常光線成分に相当するビー
ム147と異常光線成分に相当するビーム148に分離
される。
りこれらの厚みは等しいので、ビーム145はビーム1
48に一致する。従って、ビーム145乃至148のう
ちビーム145及び148のみをレンズ55により絞り
込んで光ファイバ56に入射させることができる。
パワーとビーム146及び147のトータルパワーの比
は、ファラデー回転子11におけるファラデー回転角に
依存する。一方、ファラデー回転子11におけるファラ
デー回転角が一定である状態においては、ビーム145
及び148のトータルパワーは光ファイバ51の出射光
の偏光状態には依存しない。
的に且つ連続的に変化させることができしかも入射光の
偏光状態が特定の直線偏光に限定されることのない光ア
ッテネータの提供が可能になる。
機械的可動部分を有しない実用性に優れた光アッテネー
タの提供が可能になるという効果を奏する。
成図である。
である。
示す図である。
成図である。
成図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 入力ビームが供給される磁気光学結晶
と、 上記入力ビームが上記磁気光学結晶内においてファラデ
ー回転するように、互いに異なる方向の第1及び第2磁
界を上記磁気光学結晶に対して印加する磁界印加手段
と、 上記第1及び第2磁界の少なくとも一方の磁界の強さを
変化させることで上記磁気光学結晶の磁化の方向を一つ
の平面内で任意の方向に調整可能にする磁界調整手段
と、 上記ファラデー回転された入力ビームの偏光成分のうち
一方の偏光成分を取り出す偏光子 とを備え、 上記第1及び第2磁界はこれらの合成磁界が上記磁気光
学結晶の磁化を飽和させるのに十分な強さを有するよう
に設定される光アッテネータ。 - 【請求項2】 上記平面は上記入力ビームの伝搬方向に
実質的に平行な面として定義され、上記第1及び第2磁
界は上記平面内の互いに直交する方向に印加されること
を特徴とする請求項1に記載の光アッテネータ。 - 【請求項3】 上記磁界印加手段は上記第1及び第2磁
界をそれぞれ印加する電磁石及び永久磁石であり、上記
磁界調整手段は上記電磁石を駆動する電流を調整するこ
とを特徴とする請求項2に記載の光アッテネータ。 - 【請求項4】 上記第2磁界は上記入力ビームの伝搬方
向と平行に印加されることを特徴とする請求項3に記載
の光アッテネータ。 - 【請求項5】 上記第1及び第2磁界は上記入力ビーム
の伝搬方向に対して概略45°傾斜した方向に印加され
ることを特徴とする請求項3に記載の光アッテネータ。 - 【請求項6】 上記磁界印加手段は上記第1及び第2磁
界をそれぞれ印加する第1及び第2の電磁石であり、 上記磁界調整手段は上記第1及び第2の電磁石を駆動す
る電流の少なくとも一方を調整することを特徴とする請
求項2に記載の光アッテネータ。 - 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
の光アッテネータから上記偏光子を除いて構成されるフ
ァラデー回転子を含む光アッテネータで あって、 第1及び第2の光ファイバと、 上記第1及び第2の光ファイバの端面にそれぞれ対向し
て設けられ上記第1及び第2の光ファイバを光路により
結合するための第1及び第2のレンズと、 上記光路上に設けられる第1及び第2の複屈折結晶と、 該第1及び第2の複屈折結晶の間に設けられる上記ファ
ラデー回転子とを備え、 上記光路は上記第1の複屈折結晶における常光線及び異
常光線にそれぞれ対応する第1及び第2のビームによっ
て提供され、 上記第1及び第2のビームは上記ファラデー回転子によ
ってファラデー回転され、 該ファラデー回転された第1のビームは上記第2の複屈
折結晶における常光線及び異常光線にそれぞれ対応する
第3及び第4のビームに分離され、 該ファラデー回転された第2のビームは上記第2の複屈
折結晶における常光線及び異常光線にそれぞれ対応する
第5及び第6のビームに分離され、 上記第3及び第6のビームが上記第2の光ファイバに入
射する光アッテネータ。 - 【請求項8】 上記第1及び第2の複屈折結晶の各々が
くさび板形状を有している請求項7に記載の光アッテネ
ータ。 - 【請求項9】 上記第1及び第2の複屈折結晶の各々が
平行平板形状を有している請求項7に記載の光アッテネ
ータ。 - 【請求項10】 入力ビームが供給される磁気光学結晶
と、 上記入力ビームが上記磁気光学結晶内においてファラデ
ー回転するように上記磁気光学結晶に磁界を印加する磁
界印加手段と、 上記ファラデー回転された入力ビームの偏光成分のうち
一方の偏光成分を取り出す偏光手段とを備えた光アッテ
ネータに用いられる磁界印加手段において、 該磁界印加手段は、互いに異なる方向の第1及び第2磁
界を上記磁気光学結晶に対して印加し、上記第1及び第
2磁界の少なくとも一方の磁界の強さを変化させること
で上記磁気光学結晶の磁化の方向を1つの平面内で任意
の方向に調整可 能にし、上記第1及び第2磁界はこれら
の合成磁界が上記磁気光学結晶の磁化を飽和させるのに
十分な強さを有することを特徴とする光アッテネータ用
磁界印加手段。 - 【請求項11】 第1及び第2の光ファイバと、 上記第1及び第2の光ファイバの端面にそれぞれ対向し
て設けられ上記第1及び第2の光ファイバを光路により
結合するための第1及び第2のレンズと、 上記光路上に設けられた第1及び第2の複屈折結晶と、 該第1及び第2の複屈折結晶の間に設けられた磁気光学
結晶と、 該磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加手段とを備え
た光アッテネータに用いられる磁界印加手段において、 該磁界印加手段は、互いに異なる方向の第1及び第2磁
界を上記磁気光学結晶に対して印加し、上記第1及び第
2磁界の少なくとも一方の磁界の強さを変化させること
で上記磁気光学結晶の磁化の方向を1つの平面内で任意
の方向に調整可能にし、上記第1及び第2磁界はこれら
の合成磁界が上記磁気光学結晶の磁化を飽和させるのに
十分な強さを有することを特徴とする光アッテネータ用
磁界印加手段。 - 【請求項12】 光ファイバとレンズと複屈折結晶から
成り偏光方向が直交する直線偏光を取り出す第1偏光手
段と、 該偏光手段からの光の偏光方向をファラデー回転させる
偏光回転手段と、 互いに異なる方向の第1及び第2磁界を上記偏光回転手
段に対して印加し、上記第1及び第2磁界の少なくとも
一方の磁界の強さを変化させることで上記偏光回転手段
の磁化の方向を一つの平面内で任意の方向に調整可能に
し、上記第1及び第2磁界はこれらの合成磁界が上記偏
光回転手段の磁化を飽和させるのに十分な強さを有する
磁気印加手段と、 複屈折結晶とレンズと光ファイバから成り特定の直線偏
光を取り出す第2偏光手段と、 を備えたことを特徴とする光アッテネータ。 - 【請求項13】 入力光ビームを偏光方向が直交する第
1光ビームと第2光ビームとに分離する手段と、 該第1光ビームと該第2光ビームの偏光方向を回転する
磁気光学結晶と、 互いに異なる方向の第1及び第2磁界を上記磁気光学結
晶に対して印加し、上記第1及び第2磁界の少なくとも
一方の磁界の強さを変化させることで上記磁気光学結晶
の磁化の方向を一つの平面内で任意の方向に調整可能に
し、上記第1及び第2磁界はこれらの合成磁界が上記磁
気光学結晶の磁化を飽和させるのに十分な強さを有する
磁気印加手段と、 上記磁気光学結晶から出力される第1光ビーム及び第2
光ビームをそれぞれ偏光方向が直交する複数の光ビーム
に分離し、該分離した光ビームのうち一方の偏光方向の
ビームを取り出す手段と、 を備えたことを特徴とする光アッテネータ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4205044A JP2815509B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 光アッテネータ |
US08/789,178 US5889609A (en) | 1992-07-31 | 1997-01-24 | Optical attenuator |
US09/184,281 US6018412A (en) | 1992-07-31 | 1998-11-02 | Optical attenuator |
US09/205,686 US6275323B1 (en) | 1992-07-31 | 1998-12-04 | Optical attenuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4205044A JP2815509B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 光アッテネータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0651255A JPH0651255A (ja) | 1994-02-25 |
JP2815509B2 true JP2815509B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
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