JP3881264B2 - 可変利得等化器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変の光減衰器に関し、特に光ファイバ増幅器の利得傾斜を補正し、利得の波長特性を平坦にする用途に好適な可変利得等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１つの伝送路に波長の異なる２つ以上の光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。また光ファイバアンプによって、２つ以上の波長の光信号を一括して増幅する技術が広く用いられている。
【０００３】
ここで問題となるのが、光ファイバアンプによって２つ以上の信号を増幅する場合の、増幅度の波長依存性である。
【０００４】
この増幅度の波長依存性により、利得が小さい波長域に含まれる光信号のＳＮ比は悪くなる。特に１．５５μｍ帯で波長依存性が大きいＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ増幅器）を直列に接続する場合には、その影響が大きくなる。
【０００５】
この影響を除去する為に、送信機側の出力を予め変化させるなどの対策が取られるが、伝送システム敷設後入力信号強度の変化などに伴い、増幅度の波長特性は変化する為、伝送路中の信号強度の波長依存性に対応して、能動的にそれを補正するデバイスが求められている。
【０００６】
このような目的に用いられるデバイスとして、例えば、特開２００１−３５６３１０号公報で開示された可変利得等化器がある。図１２は、このデバイスの動作原理を示した図である。すなわち、図１２は、従来の可変利得等化器を示す図である。
【０００７】
図１２において、１０１は偏光分離素子、１０２は偏光面一致制御素子、１０３は第一の偏光角可変素子、１０３ａは第二の偏光角可変素子、１０４は透過率波長特性の可変素子、１０５は偏光面復帰素子、１０６は位相差制御素子、１０７は偏光合成素子、１０８は偏光角制御電流生成手段、１０９及び１０９ａはコリメート系、１０９−１及び１０９−１ａはフェルール、１０９−２及び１０９−２ａはレンズ・ホルダ、１０９−３及び１０９−３ａはコリメート・レンズ、１１０は入力光ファイバ、そして、１１０ａは出力光ファイバである。
【０００８】
図１２において、入力光ファイバ１１０から射出した光束は、コリメート・レンズ１０９−３によって平行光にされた後に、偏光分離素子１０１に入射する。ここで用いられる代表的な偏光分離素子としては平行ルチル板がある。
【０００９】
次に、入力された光は、円偏光、直線偏光、楕円偏光などの任意の偏光状態を有するが、偏光分離素子１０１にて、偏光の振動方向が偏光分離素子１０１の結晶軸を含む面に対して平行な成分（異常光成分）と、垂直な成分（常光成分）とに、空間的に分離されて偏光分離素子１０１を射出する。
【００１０】
ここで、常光は、偏光分離素子１０１の入射面において、屈折することなく直進し、入射面と平行な射出面においても屈折することなく直進する。一方、異常光は、偏光分離素子１０１の入射面で屈折してから直進し、入射面と平行な射出面において再び屈折してから入射光と平行な方向に射出する。
【００１１】
偏光分離素子１０１を射出した光束のうち片方は、偏光面一致制御素子（主に１/２波長板）１０２に入射し、偏光方向（振動面）を回転させられて、もう一方の光束と振動方向を一致させられる。
【００１２】
その後、２本の光束は、偏光角可変素子１０３に入射する。偏光角可変素子は磁界によって光の偏光角を回転させるＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）結晶を用いたファラデー回転子１０３−１と、このファラデー回転子１０３−１に磁界をかける磁石系１０３−２によって構成されている。
【００１３】
磁石系１０３−２は、永久磁石と電磁石によって構成されており、永久磁石で光の進行方向に平行な磁界を、電磁石で光の進行方向に垂直な磁界を形成する。１０８は該電磁石に電流を供給し、磁界の強度を制御する偏光角制御電流生成手段である。
【００１４】
上記状態で該電磁石によって磁界Ｈ１に垂直方向の磁界Ｈ２をかけると、合成磁界の方向は磁界Ｈ１と磁界Ｈ２によって形成される矩形の対角線の方向になる。これにより合成磁界の強度が変化し、偏光の回転角が変化する。
【００１５】
磁界Ｈ２は、偏光角の制御電流生成手段１０８によって制御されるので、偏光の回転角も偏光角の制御電流生成手段１０８によって制御される。
【００１６】
偏光角可変素子１０３を射出した光束は、透過率波長特性の可変素子１０４に入射する。これは、ガラスなどの透明物質による基板１０４−１と、この基板上に異なる屈折率を有する誘電体薄膜を多層に形成した多層誘電体薄膜１０４−２によって形成される。
【００１７】
多層膜誘電体薄膜１０４−２に光が入射される場合、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の大きさ、つまり偏光角によって多層膜誘電体薄膜における光の透過率が異なる。つまり偏光角によって光の透過率が異なる。
【００１８】
従って、偏光角可変素子１０３の偏光回転角を変化させることによって、透過率波長特性の可変素子１０４に入射した光束の、透過率を変化させることが出来る。
【００１９】
さらにこの透過率は、波長依存性を併せ持ち、この特性も入射光の偏光角によって異なる為に、透過率の波長特性を変化させることが出来るものである。
【００２０】
透過率波長特性の可変素子１０４を射出した２本の光束は、偏光角可変素子１０３ａに入射する。これは、光の偏光角を、偏光角可変素子１０３が回転したのとは反対方向に同じ偏光角だけ回転させるものであり、１０３と同様、ＹＩＧ結晶を用いたファラデー回転子１０３−１ａ及び磁石系１０３−２ａによって構成される。
【００２１】
偏光角可変素子１０３ａを射出した２本の光束うちの１本は、偏光面復帰素子１０５に入射する。偏光面復帰素子１０５は、偏光面一致制御素子１０２と同一のものである。なお偏光面復帰素子１０５は、２本の光に対する光路長を一致させるために、偏光分離素子１の射出側で、偏光面一致制御素子１０２を挿入しなかった光束の方に挿入するのが望ましい。
【００２２】
偏光面復帰素子１０５を射出した光束と、偏光面復帰素子１０５に入射しなかった光束の両方は、位相差制御素子１０６に入射する。位相差制御素子１０６は、透過率波長特性の可変素子１０４を透過する際に生じた、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を解消する為のものである。
【００２３】
２本の光束が、透過率波長特性の可変素子１０４を透過する際には、光束のＰ偏光成分とＳ偏光成分とで光路長が異なる為に、透過率波長特性の可変素子１０４が光学活性を有する状態となっており、従って、２本の光束の偏光状態は、透過率波長特性の可変素子１０４への入射前後で異なる。
【００２４】
すなわち、透過率波長特性の可変素子１０４を透過した後の光束の偏光状態は、直線偏光ではなく、楕円偏光の状態になっている。
【００２５】
このような状態になった光束の偏光を、偏光角可変素子１０３ａで回転させ、さらにその一方の偏光方向を、偏光面復帰素子１０５にて回転させても、２つの光束の偏光状態が楕円偏光であることに変わりはない。
【００２６】
次に、位相差制御素子１０６を射出した後の光束は、偏光合成素子１０７に入射する。偏光合成素子１０７は、偏波分離素子１０１と同じ長さを持った素子であり、偏波面がその結晶軸方向に平行な直線偏光と、垂直な直線偏光とを入射させた場合には、双方のビームを合成することが出来る。
【００２７】
しかしながら、仮に位相差制御素子１０６が無かった場合、偏光合成素子１０７に入射する２本の光束の偏波状態が直線偏光ではなく楕円偏光であるために、入射した光束の一部は合波されることがなく、従って意図しないロスとなる。
【００２８】
位相差制御素子１０６は、この透過率波長特性の可変素子１０４で発生した位相差を補償し、偏光合成素子１０７に直線偏光が入射するようにする為のものである。代表的な位相差制御素子としては、波長板や多層誘電体薄膜がある。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の可変利得等化器では、以下のような問題点があった。偏光分離素子１０１にて入力ビームを分離させた後、分離された２つのビームの偏光方向を揃える為に偏光面一致制御素子１０２を設け、かつ透過率波長特性を変化させた後に、ビームを合成して出力光ファイバ１１０ａに結合させる為に、再び偏光面復帰素子１０５を設けている。その為、構成が複雑となっていた。
【００３０】
また、偏光面一致制御素子１０２及び偏光面復帰素子１０５の特性のバラツキにより、偏光面の回転角が９０度からずれる場合があり、特性劣化の要因となっていた。
【００３１】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、単純な構成で、特性の優れた可変利得等化器を提供することを課題とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏光分離素子によって常光と異常光に分離した後に、第一の偏光角可変素子によって、光の偏光角に所定の回転を与え、透過率波長特性の可変素子によって、該回転に対する透過率の波長特性を与え、第二の偏光角可変素子において、第一の偏光角可変素子によって与えられた偏光角の回転とは逆の回転を与え、偏光合成素子において常光と異常光とを合成する可変利得等化器において、偏光分離素子によって常光と異常光とに分離した後に、常光として射出されたビームと、異常光として射出されたビームとの偏光面を一致させることなく、透過率波長特性を与える技術である。
【００３３】
従って、本発明によれば、従来技術中にあった偏光面一致制御素子を省略することが可能である。その結果、より簡単な構成で可変利得等化器を実現できる。
【００３４】
また、従来技術にて、偏光面一致制御素子である１/２波長板、または偏光面復帰素子である１/２波長板の結晶軸方向がずれた場合、偏光面角度は所望の角度よりずれることになる。これは最終的には過剰な挿入損失となるが、参考技術によれば、偏光面一致素子及び偏光面復帰素子を省略する事が出来る為、過剰な挿入損失の発生を予防することが出来る。
【００３５】
また、本発明も、偏光分離素子から射出された常光及び異常光の偏波面を一致させることなく、透過率波長特性を与える技術である。
【００３６】
すなわち、参考技術の可変利得等化器は、偏光分離素子と、第一の偏光角可変素子と、透過率波長特性の可変素子と、第二の偏光角可変素子と、位相差補償素子と、偏光合成素子とからなる可変利得等化器であって、前記透過率波長特性の可変素子は光軸方向に対して併置される第一の透過率波長特性の可変素子と第二の透過率波長特性の可変素子からなり、この第一及び第二の透過率波長特性の可変素子は、光軸に対して等しい傾き角度を有し、その入射面が互いに直交している。
【００３７】
また、本発明の可変利得等化器は、第一の偏光分離素子と、第一の偏光角可変素子と、第二の偏光分離素子と、透過率スペクトルの可変素子と、第二の偏光合成素子と、第二の偏光角可変素子と、位相差補償素子と、第一の偏光合成素子とからなる可変利得等化器であって、前記透過率スペクトルの可変素子は、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル素子からなり、第一の透過率スペクトル素子の透過率特性は、第二の透過率スペクトル素子の透過率波長特性とは異なり、かつ第三の透過率スペクトル素子の透過率波長特性に等しく、さらに第二の透過率スペクトル素子の透過率波長特性は第四の透過率スペクトル素子の透過率波長特性と等しい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３９】
図１は、参考技術の光学的な構成を示す平面図である。図１において、１は偏光分離素子、２は第一の偏光角可変素子、３は第一の透過率波長特性の可変素子、４は第二の透過率波長特性の可変素子、５は第二の偏光角可変素子、６は偏光合成素子、７は入力ファイバ系、８は出力ファイバ系、９は第一の位相差補償素子、そして、１０は第二の位相差補償素子である。
【００４０】
次に、図１に基づき、第１の発明に係る可変光減衰器の動作について説明する。入力ファイバ系７を射出した光束は、偏光分離素子１に入射して、結晶軸に垂直な方向に振幅を有する成分と、結晶軸に平行な方向に振幅を有する成分とに分離される。
【００４１】
偏光分離素子１を射出した光束は、第一の偏光角可変素子２に入射し、所望のファラデー回転角を与えられた後に射出する。このとき、２つのビームの偏光状態は、いずれも直線偏光であり、互いに直交し、かつ入射前の偏光方向から、偏光角可変素子２による回転角θだけ同方向に回転しているものとなっている。
【００４２】
第一の偏光角可変素子２を透過した光束のうち、第一の光束は第一の透過率波長特性の可変素子３に入射し、第二の光束は第二の透過率波長特性の可変素子４に入射する。
【００４３】
第一の透過率波長特性の可変素子３と、第二の透過率波長特性の可変素子４は、各々の入射面が互いに直交するような関係となっている。すなわち、入射面で定義される偏光状態が、第一の透過率波長特性の可変素子３に対する第一の光束と、第二の透過率波長特性の可変素子４に対する第二の光束とで等しい関係となっている。
【００４４】
従って、透過率波長特性の可変素子が入射ビームに与える透過率波長依存性は、いずれの入射ビームに対しても同一になる。
【００４５】
次に、第一の透過率波長特性の可変素子３と、第二の透過率波長特性の可変素子４とを透過した光束は、第二の偏光角可変素子５にて、第一の偏光角可変素子が与えたのと同量でかつ逆向きの回転角を与えられる。
【００４６】
これにより、第一の光束と第二の光束の偏光方向は、偏光分離素子から射出した時の状態とほぼ等しくなるが、透過率波長特性の可変素子において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とで異なる光学距離を有する為に、完全な直線偏光にはなっていない。
【００４７】
２つのビームは、第二の偏光角可変素子５を射出した後に、各々、第一の位相差補償素子９と第二の位相差補償素子１０に入射する。ここで、各々２つのビームの偏光状態は、完全な直線偏光へと補償されて変換される。
【００４８】
位相差補償素子を射出した光束は、偏光合成素子６により結合されて１つのビームとなり、出力光ファイバ系８に結合される。
【００４９】
以上の構成により、偏光面一致制御素子を用いることなく、可変利得透過動作をもたらすことが可能となる。
【００５０】
引き続き、本発明について説明する。
【００５１】
図２は、本発明の構成を示す平面図である。なお、参考技術と共通の構成要素については、図１と同じ番号を用いて説明を省略する。なお、本発明における、第一の偏光分離素子及び第一の偏光合成素子は、参考技術においては、それぞれ、単に偏光分離素子及び偏光合成素子と呼んだ素子である。
【００５２】
図２において、２１は第二の偏光分離素子であり、入射光を常光と異常光に分離する作用があるが、その分離方向は、第一の偏光分離素子１と直交する方向に分離するように配置されている。
【００５３】
また、２２は第二の偏光合成素子であり、入射した常光ビームと異常光ビームとを１つのビームに合成する作用があるが、その合成方向は、第一の偏光合成素子６の合成方向と直交する方向になるように配置されている。
【００５４】
また、２３は透過率スペクトルの可変素子であるが、図３に示すごとく、４つの透過率スペクトル素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの側面同士を接合して一体化した構成となっている。すなわち、図３は、透過率スペクトルの可変素子の構成を示す図であり、光軸方向から見た図である。
【００５５】
また、その透過率波長特性は、２３ａと２３ｃが同じ特性を有する。また２３ｂと２３ｄとは、２３ａ及び２３ｃとは異なり、かつ同じ特性を有している。
【００５６】
また、２４，２５，２６，２７は位相差補償素子であり、図２が平面図であるため一部を省略しているが、４枚が同一平面上に２×２で並べて配置されている。紙面において、位相差補償素子２４の裏側に位相差補償素子２７が配置され、位相差補償素子２５の裏側に位相差補償素子２６が配置されている。
【００５７】
図２において、入力ファイバ系７から入射したビームが、第一の偏光角可変素子２を通過するまでは参考技術と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
第一の偏光角可変素子２を射出した２つのビームは、第二の偏光分離素子２１に入射する。ここで、第二の偏光分離素子２１の偏光分離方向は、第一の偏光分離素子１と直交している為に、図２では平面図であるため図示を省略しているが、入射した２つのビームの各々は更に常光成分と異常光成分とに分離される。このときの分離方向は、紙面に垂直な方向である。これら４つのビームは、第二の偏光分離素子２１を射出する。
【００５９】
ところで、第一の偏光角可変素子２を射出したビームは、偏光方向が互いに直交する直線偏光であるため、それら２つの強度が等しいとき、第二の偏光分離素子２１を射出する４つのビームの強度は、互いに対角線方向に対向するビーム同士で等しくなる。
【００６０】
また、４つのビームの強度比は、第二の偏光分離素子へ入射した２つの直線偏光を有するビームの、偏光角に依って決まる。
【００６１】
第二の偏光分離素子２１を射出した光束は、透過率スペクトルの可変素子２３に入射するが、４本のビームは各々、透過率スペクトル素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのいずれか一つに入射する。
【００６２】
ここで、素子２３ａ〜２３ｄは、前述したごとく、対向する各素子（２３ａと２３ｃ、２３ｂと２３ｄ）が同じ波長透過率特性を有している為に、例えば、第一の偏光分離素子を射出する異常光と常光の強度が等しい場合には、偏光回転角に依らず、強度が同じビーム同士が、同じ透過率波長特性を有する素子に入射することになる。
【００６３】
このように、透過率スペクトルの可変素子２３においては、透過率波長特性が与えられるが、全体として与えられる透過率波長特性は、透過率スペクトル素子２３ａ及び２３ｃに入射したビームの強度の和と、透過率スペクトル素子２３ｂ及び２３ｄに入射したビームの強度の和との比によって与えられる。
【００６４】
例えば、第二の偏光分離素子２１に入射する２つのビームの偏光状態が、片方は常光成分のみであったとすると、もう一方のビームの偏光状態は、それと直交した状態であるので、異常光成分のみである。
【００６５】
このような偏光状態の２つのビームが第二の偏光分離素子２１に入射すると、片方は素子を直進してそのまま射出し、もう一方は異常光線としてビームシフトを起こして射出する（この場合は、第二の偏光分離素子２１からの射出ビームは２本のままである）。
【００６６】
このような位置関係で２つのビームが第二の偏光分離素子２１を射出した場合、２つのビームは２３ａ及び２３ｃ、あるいは２３ｂ及び２３ｄの対向した素子へ入射することになる。すなわち、特性の同じ素子同士に全ビームが入射することとなり、この場合の透過率波長特性は、１種類の透過率スペクトル素子の特性によって定まる。
【００６７】
第一の偏光角可変素子２の偏光回転角により、第二の偏光分離素子２１に入射する２つのビームの偏光方向が変化させられるので、ほとんどの場合においては、透過率スペクトル素子２３ａ〜２３ｄの４つにビームが入射することになるが、この場合の透過率波長特性は、第二の偏光分離素子２１に入射する２つのビームの偏光方向によって定まる。
【００６８】
言い換えると、第一の偏光角可変素子２の偏光回転角に依存して、透過率波長特性の異なる２種類の透過率スペクトル素子へ分配される光強度の比率が変化する。また、第一の偏光分離素子を射出した常光と異常光の各々において、透過率波長特性の異なる２種類の透過率スペクトル素子への光強度の分配比率は等しいので、偏光無依存型の構成になっている。
【００６９】
次に、透過率スペクトルの可変素子２３を透過したビームは、第二の偏光合成素子２２に入射し偏光合成される。この場合の合成は、第二の偏光合成素子２２の結晶軸方向が、第一の偏光合成素子６と直交する方向にある為、紙面に垂直な方向２つのビームとなる。
【００７０】
第二の偏光合成素子２２を射出したビームは、第二の偏光角度可変素子に入射するが、これ以降の作用は参考技術の場合と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
以上の構成により、偏光面一致制御素子を用いることなく、可変利得等化動作をもたらすことが可能となる。
【００７２】
【実施例】
実施例によって、本発明を更に詳しく説明する。
【００７３】
図４は、参考技術の実施例を示す平面図である。図４において、１１は光入力用ファイバ系であり、シングルモードファイバ１１ａ、フェルール１１ｂ、レンズ１１ｃとからなる。
【００７４】
１２は偏光分離素子であるルチル平板であり、結晶軸の方向は矢印１２ａの方向である。
【００７５】
１３は第一の偏光角可変素子であり、ガーネット結晶１３ａ、永久磁石１３ｂ、及び電磁石１３ｃからなる。
【００７６】
１４は第一の透過率波長特性の可変素子であり、溶融石英基板上に、二酸化シリコンと五酸化タンタルの薄膜を交互に積層したものである。
【００７７】
１５は第二の透過率波長特性の可変素子であり、溶融石英基板上に、二酸化シリコンと五酸化タンタルの薄膜を交互に積層したものである。
【００７８】
第一の透過率波長特性の可変素子１４と、第二の透過率波長特性の可変素子１５の透過率特性は、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる特性を持っている。図５は、透過率波長特性の可変素子におけるＰ偏光に対する透過率波長特性を示す図であり、図６は、透過率波長特性の可変素子におけるＳ偏光に対する透過率波長特性を示す図である。
【００７９】
すなわち、Ｐ偏光に対しては、波長１５３０〜１５７０ｎｍの波長域内で損失がなく、図５のごとくフラットな透過率特性であり、Ｓ偏光に対しては、波長１５３０〜１５７０ｎｍの波長域内で図６のごとく、波長が大きくなるほど小さくなる（損失が大きくなる）透過率特性となっている。
【００８０】
１６は第二の偏光角可変素子であり、ガーネット結晶１６ａ、永久磁石１６ｂ、電磁石１６ｃとからなる。
【００８１】
１７ａ及び１７ｂは位相差補償素子である水晶波長板である。
【００８２】
１８は偏光合成素子であるルチル平板であり、結晶軸の方向は矢印１８ａの方向である。
【００８３】
１９は光出力用ファイバ系であり、シングルモードファイバ１９ａ、フェルール１９ｂ、レンズ１９ｃとからなる。
【００８４】
また、２０は、電磁石１３ｃ及び１６ｃに電流を供給し、第一の偏光角可変素子１３及び第二の偏光角可変素子１６の偏光回転角を制御する為の定電流電源である。
【００８５】
次に、図４に基づいて、本実施例の動作を説明する。
【００８６】
シングルモードファイバ１１ａから射出したレーザービームは、レンズ１１ｃによってコリメート光となり、偏光分離素子であるルチル平板１２に入射する。
【００８７】
ここで、入射レーザービームのうち、異常光成分は矢印１２ａの方向に分離する。また、常光成分は直進する。ルチル平板１２を射出する時には、レーザービームは常光成分と異常光成分とに分離し、２つのビームとなって射出する。
【００８８】
２つのビームは、第一の偏光角可変素子１３に入射する。ここでは、ガーネット結晶には、永久磁石１３ｂによる磁界と電磁石１３ｃによる磁界が印加されており、その２つの合成磁界により、ガーネットによるファラデー回転角の大きさが定まる。
【００８９】
電磁石１３ｃに印加される電流により、光軸に垂直な方向の磁界の大きさが決まる為、これにより合成磁場の方向及び大きさが決まるが、この大きさにより、ビームがガーネット結晶１３ａを透過した時の偏光回転角度が決定される。
【００９０】
ガーネット結晶１３ａに入射する際の、２つのビームの偏光状態は、互いに直交した直線偏光となっている。
【００９１】
第一の偏光角可変素子を透過した２つのレーザービームのうち、異常光成分は第一の透過率波長特性の可変素子に、常光成分は第二の透過率波長特性の可変素子にそれぞれ入射する。
【００９２】
第一及び第二の透過率波長特性の可変素子での各ビームの透過率は、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子の透過特性が図５及び図６の特性を有する為に、入射した２つのビームの偏光比によって定まる。
【００９３】
すなわち、入射偏光がＰ偏光である場合には、透過率に波長依存性はなくフラットな透過率となり、また逆に入射偏光状態がＳ偏光状態である場合には、波長が大きくなるに従って透過率が低下する特性を有する事となる。
【００９４】
また、この偏光状態は、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子の面の法線と、ビームの入射方向によって決まる面（これを入射面という）に対して、振動方向が平行な方向がＰ偏光、垂直な方向がＳ偏光と定義されるが、２つのビームの偏光状態は前述した通り、互いに９０度直交した直線偏光であり、また第一及び第二の透過率波長特性の可変素子の入射面は互いに直交している為に、２つのビームが、各々の透過率波長特性の可変素子に入射するときの偏光状態は等しくなる。
【００９５】
すなわち、２つのビームは、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子にて、同じ透過率波長特性を与えられる事となる。
【００９６】
第一及び第二の透過率波長特性の可変素子を透過した光束は、第二の偏光角可変素子に入射する。ここで２つの入射光は、第一の偏光角可変素子で与えられたのと同じ大きさで、逆向きのファラデー回転を与えられる。
【００９７】
第二の偏光角可変素子を射出した２つの光束は、位相差補償素子１７ａ及び１７ｂに入射する。
【００９８】
２つのビームは、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子を透過する際に、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる光学距離を伝播する事となり、その結果、Ｐ偏光とＳ偏光との間で位相のずれを生ずる事となる。
【００９９】
位相差補償素子１７ａ及び１７ｂにおいては、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子を透過する際に、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる光学距離を伝搬することによって生じた位相のずれをキャンセルされるような位相差が、入射ビームに与えられる。
【０１００】
その結果、２つのビームは、位相差補償素子１７ａ及び１７ｂを射出する時点で直線偏光となり、その偏光方向は、偏光分離素子１２を射出した直後と同じ状態となる。
【０１０１】
位相差制御素子１７ａ及び１７ｂを射出したビームは、偏光合成素子１８で合波され、光出力用ファイバ系１９に結合する。
【０１０２】
また、本実施例においては、定電流電源は１つであるが、第一の偏光角可変素子と第二の偏光角可変素子の電流対ファラデー回転角の特性が異なる場合には、定電流電源を２つ用意し、各々独立に電流を制御する事により、所望の特性により近い特性を得る事が出来る。
【０１０３】
また、本構成においては、透過率波長特性の可変素子として、誘電体多層膜を使用したが、この代わりに、水晶板等の複屈折結晶を用いても、複屈折結晶の波長分散を利用して同様の効果を得ることが可能である。
【０１０４】
次に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【０１０５】
図７は、本発明の実施例を示す平面図である。この図７において、参考技術の実施例を示す図４と共通の部材には共通の符号（番号）が与えられているので、説明を省略する。
【０１０６】
図７において、３１は第二の偏光分離素子であるルチル平板であり、その結晶軸は、第一の偏光分離素子と直交する方向に配置されている。
【０１０７】
３２は第二の偏光合成素子であるルチル平板であり、その結晶軸は、第一の偏光合成素子と直交する方向に配置されている。
【０１０８】
３３は透過率スペクトルの可変素子であり、図８のように、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの、４つの透過率スペクトル素子の側面を接合した構成となっている。
【０１０９】
なお、図８は、透過率スペクトルの可変素子の構造を示す斜視図である。また、透過率スペクトルの可変素子を構成する素子の特性として、図９は、波長が長くなるに従って透過率が大きくなる透過スペクトル素子の特性を示す図であり、図１０は、波長が長くなるに従って透過率が小さくなる透過スペクトル素子の特性を示す図である。
【０１１０】
透過率スペクトル素子３３ａ〜３３ｄは、溶融石英基板にＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とからなる誘電体多層膜が形成されている。また、透過率波長特性は、３３ａと３３ｃは、図９のごとく波長が長くなるに従って透過率が大きくなる（損失が小さくなる）特性を有し、また３３ｂと３３ｄは、図１０のごとく波長が長くなるにつれて透過率が小さくなる（損失が大きくなる）特性を有している。
【０１１１】
入射したビームが、第一の偏光角可変素子１３を射出するところまでは、参考技術の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１１２】
第一の偏光角可変素子１３を射出した２つの光束は、第二の偏光分離素子３１に入射する。ここで、第二の偏光分離素子３１の結晶軸は、第一の偏光分離素子１２と直交している為に、入射した２つのビームの各々は更に常光成分と異常光成分とに分離され、４つのビームとなって第二の偏光分離素子３１を射出する。
【０１１３】
図１１は、第二の偏光分離素子を射出したビームの断面を表し、４３ａ〜４３ｄはそれぞれビームの断面であるが、第一の偏光角可変素子１３を射出したビームは、偏光方向が互いに直交する直線偏光であるため、第二の偏光分離素子３１を射出した４つのビームの強度は、第一の偏光分離素子を射出する常光と異常光の強度が等しい場合には、互いに対向するビーム同士（図１１における４３ａと４３ｃ，４３ｂと４３ｄ）で等しくなる。
【０１１４】
また、４つのビームの強度比は、第二の偏光分離素子３１へ入射した２つの直線偏光を有するビームの、偏光角に依って決まる。
【０１１５】
第二の偏光分離素子３１を射出した光束は、透過率波長特性の可変素子３３に入射するが、４本のビームは各々、素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのいずれか一つに入射する。
【０１１６】
ここで、透過スペクトル素子３３ａ〜３３ｄは、前述したごとく、対向する各素子（３３ａと３３ｃ、３３ｂと３３ｄ）が同じ波長透過率特性を有している為に、第一の偏光分離素子に入射する常光成分と異常光成分の強度が等しい場合に、強度が同じビーム同士が、同じ透過率波長特性を有する透過率スペクトル素子に入射することになる。
【０１１７】
このように、透過率スペクトルの可変素子３３においては、透過率波長特性が与えられるが、全体として与えられる透過率波長特性は、素子３３ａ及び３３ｃに入射したビームの強度の和と、素子３３ｂ及び３３ｄに入射したビームの強度の和との比によって与えられる。
【０１１８】
例えば、第二の偏光分離素子３１に入射する２つのビームの偏光状態が、片方のビームでは常光成分のみであったとすると、もう一方のビームの偏光状態はそれと直交した状態であるので、異常光成分のみである。
【０１１９】
このような偏光状態の２つのビームが第二の偏光分離素子３１に入射すると、片方は常光として素子を直進してそのまま射出し、もう一方は異常光線としてビームシフトを起こして射出する（この場合は、第二の偏光分離素子３１からの射出ビームは２本のままである）。
【０１２０】
このような位置関係で２つのビームが第二の偏光分離素子３１を射出した場合、２つのビームは３３ａ及び３３ｃ、あるいは３３ｂ及び３３ｄの対向した素子へ入射することになる。すなわち、特性の同じ素子同士に全ビームが入射することとなり、この場合の透過率波長特性は、１種類の素子特性によって定まる。
【０１２１】
素子３３ａ及び３３ｃのみにビームが入射した場合には、与えられる透過率波長特性は図９のようになり、また逆に素子３３ｂ及び３３ｄのみにビームが入射した場合には、与えられる透過率波長特性は図１０のようになる。
【０１２２】
一般の場合には、第一の偏光角可変素子１３の偏光回転角により、第二の偏光分離素子３１に入射する２つのビームの偏光方向が変化させられるので、ほとんどの場合においては、素子３３ａ〜３３ｄの４つにビームが入射することになるが、この場合の透過率波長特性は、第二の偏光分離素子３１に入射する２つのビームの偏光方向によって定まる。
【０１２３】
第二の偏光分離素子３１を射出した光束は、透過率スペクトルの可変素子３３に入射するが、ビーム４３ａは素子３３ａに、ビーム４３ｂは素子３３ｂに、ビーム４３ｃは素子３３ｃに、ビーム４３ｄは素子３３ｄにそれぞれ入射する。
【０１２４】
ここで、透過率スペクトル素子３３ａ〜３３ｄは、前述したごとく、対向する各素子が同じ透過率波長特性を有している為に、第一の偏光分離素子に入射する常光成分と異常光成分の強度が等しい場合に、同じ強度のビーム同士が同じ特性を有する素子に入射することになる。
【０１２５】
透過率スペクトルの可変素子３３においては、透過率の波長依存性が与えられる。透過率スペクトルの可変素子３３を透過したビームは、第二の偏光合成素子３２に入射し、偏光合成される。この場合の合成は、第二の偏光合成素子３２の結晶軸方向が、第一の偏光合成素子１８と直交する方向にある為、図１１における４３ａと４３ｂ、４３ｃと４３ｄとが合成されて２つのビームとなる。
【０１２６】
第二の偏光合成素子３２を射出した２本のビームは、第二の偏光角可変素子１６に入射する。これ以降の動作は、参考技術の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１２７】
上述のように、第１及び第２のいずれの発明によっても、偏光分離素子を射出したビームの偏光面を一致させることなく、可変利得等化器を構成できる。その結果、部材コストと組立工数の低減が可能となった。
【０１２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、偏光面一致制御素子を不要とし、より簡易な構成で特性のよい、可変利得等化器を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考技術の光学的な構成を示す平面図。
【図２】 本発明の光学的な構成を示す平面図。
【図３】 透過率スペクトルの可変素子の構成を示す図。
【図４】 参考技術の実施例を示す平面図。
【図５】 透過率波長特性の可変素子におけるＰ偏光に対する透過率波長特性を示す図。
【図６】 透過率波長特性の可変素子におけるＳ偏光に対する透過率波長特性を示す図。
【図７】 本発明の実施例を示す平面図。
【図８】 透過率スペクトルの可変素子の構造を示す斜視図。
【図９】 波長が長くなるに従って透過率が大きくなる透過率スペクトル素子の特性を示す図。
【図１０】 波長が長くなるに従って透過率が小さくなる透過率スペクトル素子の特性を示す図。
【図１１】 第二の偏光分離素子を射出したビームの断面を示す図。
【図１２】 従来の可変利得等化器を示す図。
【符号の説明】
１，２１ 偏光分離素子
２，５ 偏光角可変素子
３，４ 透過率波長特性の可変素子
６，２２ 偏光合成素子
７ 入力ファイバ系
８ 出力ファイバ系
９，１０，２４，２５，２６，２７ 位相差補償素子
２３ 透過率スペクトルの可変素子
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 透過率スペクトル素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変の光減衰器に関し、特に光ファイバ増幅器の利得傾斜を補正し、利得の波長特性を平坦にする用途に好適な可変利得等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１つの伝送路に波長の異なる２つ以上の光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。また光ファイバアンプによって、２つ以上の波長の光信号を一括して増幅する技術が広く用いられている。
【０００３】
ここで問題となるのが、光ファイバアンプによって２つ以上の信号を増幅する場合の、増幅度の波長依存性である。
【０００４】
この増幅度の波長依存性により、利得が小さい波長域に含まれる光信号のＳＮ比は悪くなる。特に１．５５μｍ帯で波長依存性が大きいＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ増幅器）を直列に接続する場合には、その影響が大きくなる。
【０００５】
この影響を除去する為に、送信機側の出力を予め変化させるなどの対策が取られるが、伝送システム敷設後入力信号強度の変化などに伴い、増幅度の波長特性は変化する為、伝送路中の信号強度の波長依存性に対応して、能動的にそれを補正するデバイスが求められている。
【０００６】
このような目的に用いられるデバイスとして、例えば、特開２００１−３５６３１０号公報で開示された可変利得等化器がある。図１２は、このデバイスの動作原理を示した図である。すなわち、図１２は、従来の可変利得等化器を示す図である。
【０００７】
図１２において、１０１は偏光分離素子、１０２は偏光面一致制御素子、１０３は第一の偏光角可変素子、１０３ａは第二の偏光角可変素子、１０４は透過率波長特性の可変素子、１０５は偏光面復帰素子、１０６は位相差制御素子、１０７は偏光合成素子、１０８は偏光角制御電流生成手段、１０９及び１０９ａはコリメート系、１０９−１及び１０９−１ａはフェルール、１０９−２及び１０９−２ａはレンズ・ホルダ、１０９−３及び１０９−３ａはコリメート・レンズ、１１０は入力光ファイバ、そして、１１０ａは出力光ファイバである。
【０００８】
図１２において、入力光ファイバ１１０から射出した光束は、コリメート・レンズ１０９−３によって平行光にされた後に、偏光分離素子１０１に入射する。ここで用いられる代表的な偏光分離素子としては平行ルチル板がある。
【０００９】
次に、入力された光は、円偏光、直線偏光、楕円偏光などの任意の偏光状態を有するが、偏光分離素子１０１にて、偏光の振動方向が偏光分離素子１０１の結晶軸を含む面に対して平行な成分（異常光成分）と、垂直な成分（常光成分）とに、空間的に分離されて偏光分離素子１０１を射出する。
【００１０】
ここで、常光は、偏光分離素子１０１の入射面において、屈折することなく直進し、入射面と平行な射出面においても屈折することなく直進する。一方、異常光は、偏光分離素子１０１の入射面で屈折してから直進し、入射面と平行な射出面において再び屈折してから入射光と平行な方向に射出する。
【００１１】
偏光分離素子１０１を射出した光束のうち片方は、偏光面一致制御素子（主に１/２波長板）１０２に入射し、偏光方向（振動面）を回転させられて、もう一方の光束と振動方向を一致させられる。
【００１２】
その後、２本の光束は、偏光角可変素子１０３に入射する。偏光角可変素子は磁界によって光の偏光角を回転させるＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）結晶を用いたファラデー回転子１０３−１と、このファラデー回転子１０３−１に磁界をかける磁石系１０３−２によって構成されている。
【００１３】
磁石系１０３−２は、永久磁石と電磁石によって構成されており、永久磁石で光の進行方向に平行な磁界を、電磁石で光の進行方向に垂直な磁界を形成する。１０８は該電磁石に電流を供給し、磁界の強度を制御する偏光角制御電流生成手段である。
【００１４】
上記状態で該電磁石によって磁界Ｈ１に垂直方向の磁界Ｈ２をかけると、合成磁界の方向は磁界Ｈ１と磁界Ｈ２によって形成される矩形の対角線の方向になる。これにより合成磁界の強度が変化し、偏光の回転角が変化する。
【００１５】
磁界Ｈ２は、偏光角の制御電流生成手段１０８によって制御されるので、偏光の回転角も偏光角の制御電流生成手段１０８によって制御される。
【００１６】
偏光角可変素子１０３を射出した光束は、透過率波長特性の可変素子１０４に入射する。これは、ガラスなどの透明物質による基板１０４−１と、この基板上に異なる屈折率を有する誘電体薄膜を多層に形成した多層誘電体薄膜１０４−２によって形成される。
【００１７】
多層膜誘電体薄膜１０４−２に光が入射される場合、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の大きさ、つまり偏光角によって多層膜誘電体薄膜における光の透過率が異なる。つまり偏光角によって光の透過率が異なる。
【００１８】
従って、偏光角可変素子１０３の偏光回転角を変化させることによって、透過率波長特性の可変素子１０４に入射した光束の、透過率を変化させることが出来る。
【００１９】
さらにこの透過率は、波長依存性を併せ持ち、この特性も入射光の偏光角によって異なる為に、透過率の波長特性を変化させることが出来るものである。
【００２０】
透過率波長特性の可変素子１０４を射出した２本の光束は、偏光角可変素子１０３ａに入射する。これは、光の偏光角を、偏光角可変素子１０３が回転したのとは反対方向に同じ偏光角だけ回転させるものであり、１０３と同様、ＹＩＧ結晶を用いたファラデー回転子１０３−１ａ及び磁石系１０３−２ａによって構成される。
【００２１】
偏光角可変素子１０３ａを射出した２本の光束うちの１本は、偏光面復帰素子１０５に入射する。偏光面復帰素子１０５は、偏光面一致制御素子１０２と同一のものである。なお偏光面復帰素子１０５は、２本の光に対する光路長を一致させるために、偏光分離素子１の射出側で、偏光面一致制御素子１０２を挿入しなかった光束の方に挿入するのが望ましい。
【００２２】
偏光面復帰素子１０５を射出した光束と、偏光面復帰素子１０５に入射しなかった光束の両方は、位相差制御素子１０６に入射する。位相差制御素子１０６は、透過率波長特性の可変素子１０４を透過する際に生じた、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を解消する為のものである。
【００２３】
２本の光束が、透過率波長特性の可変素子１０４を透過する際には、光束のＰ偏光成分とＳ偏光成分とで光路長が異なる為に、透過率波長特性の可変素子１０４が光学活性を有する状態となっており、従って、２本の光束の偏光状態は、透過率波長特性の可変素子１０４への入射前後で異なる。
【００２４】
すなわち、透過率波長特性の可変素子１０４を透過した後の光束の偏光状態は、直線偏光ではなく、楕円偏光の状態になっている。
【００２５】
このような状態になった光束の偏光を、偏光角可変素子１０３ａで回転させ、さらにその一方の偏光方向を、偏光面復帰素子１０５にて回転させても、２つの光束の偏光状態が楕円偏光であることに変わりはない。
【００２６】
次に、位相差制御素子１０６を射出した後の光束は、偏光合成素子１０７に入射する。偏光合成素子１０７は、偏波分離素子１０１と同じ長さを持った素子であり、偏波面がその結晶軸方向に平行な直線偏光と、垂直な直線偏光とを入射させた場合には、双方のビームを合成することが出来る。
【００２７】
しかしながら、仮に位相差制御素子１０６が無かった場合、偏光合成素子１０７に入射する２本の光束の偏波状態が直線偏光ではなく楕円偏光であるために、入射した光束の一部は合波されることがなく、従って意図しないロスとなる。
【００２８】
位相差制御素子１０６は、この透過率波長特性の可変素子１０４で発生した位相差を補償し、偏光合成素子１０７に直線偏光が入射するようにする為のものである。代表的な位相差制御素子としては、波長板や多層誘電体薄膜がある。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の可変利得等化器では、以下のような問題点があった。偏光分離素子１０１にて入力ビームを分離させた後、分離された２つのビームの偏光方向を揃える為に偏光面一致制御素子１０２を設け、かつ透過率波長特性を変化させた後に、ビームを合成して出力光ファイバ１１０ａに結合させる為に、再び偏光面復帰素子１０５を設けている。その為、構成が複雑となっていた。
【００３０】
また、偏光面一致制御素子１０２及び偏光面復帰素子１０５の特性のバラツキにより、偏光面の回転角が９０度からずれる場合があり、特性劣化の要因となっていた。
【００３１】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、単純な構成で、特性の優れた可変利得等化器を提供することを課題とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏光分離素子によって常光と異常光に分離した後に、第一の偏光角可変素子によって、光の偏光角に所定の回転を与え、透過率波長特性の可変素子によって、該回転に対する透過率の波長特性を与え、第二の偏光角可変素子において、第一の偏光角可変素子によって与えられた偏光角の回転とは逆の回転を与え、偏光合成素子において常光と異常光とを合成する可変利得等化器において、偏光分離素子によって常光と異常光とに分離した後に、常光として射出されたビームと、異常光として射出されたビームとの偏光面を一致させることなく、透過率波長特性を与える技術である。
【００３３】
従って、本発明によれば、従来技術中にあった偏光面一致制御素子を省略することが可能である。その結果、より簡単な構成で可変利得等化器を実現できる。
【００３４】
また、従来技術にて、偏光面一致制御素子である１/２波長板、または偏光面復帰素子である１/２波長板の結晶軸方向がずれた場合、偏光面角度は所望の角度よりずれることになる。これは最終的には過剰な挿入損失となるが、参考技術によれば、偏光面一致素子及び偏光面復帰素子を省略する事が出来る為、過剰な挿入損失の発生を予防することが出来る。
【００３５】
また、本発明も、偏光分離素子から射出された常光及び異常光の偏波面を一致させることなく、透過率波長特性を与える技術である。
【００３６】
すなわち、参考技術の可変利得等化器は、偏光分離素子と、第一の偏光角可変素子と、透過率波長特性の可変素子と、第二の偏光角可変素子と、位相差補償素子と、偏光合成素子とからなる可変利得等化器であって、前記透過率波長特性の可変素子は光軸方向に対して併置される第一の透過率波長特性の可変素子と第二の透過率波長特性の可変素子からなり、この第一及び第二の透過率波長特性の可変素子は、光軸に対して等しい傾き角度を有し、その入射面が互いに直交している。
【００３７】
また、本発明の可変利得等化器は、第一の偏光分離素子と、第一の偏光角可変素子と、第二の偏光分離素子と、透過率スペクトルの可変素子と、第二の偏光合成素子と、第二の偏光角可変素子と、位相差補償素子と、第一の偏光合成素子とからなる可変利得等化器であって、前記透過率スペクトルの可変素子は、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル素子からなり、第一の透過率スペクトル素子の透過率特性は、第二の透過率スペクトル素子の透過率波長特性とは異なり、かつ第三の透過率スペクトル素子の透過率波長特性に等しく、さらに第二の透過率スペクトル素子の透過率波長特性は第四の透過率スペクトル素子の透過率波長特性と等しい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３９】
図１は、参考技術の光学的な構成を示す平面図である。図１において、１は偏光分離素子、２は第一の偏光角可変素子、３は第一の透過率波長特性の可変素子、４は第二の透過率波長特性の可変素子、５は第二の偏光角可変素子、６は偏光合成素子、７は入力ファイバ系、８は出力ファイバ系、９は第一の位相差補償素子、そして、１０は第二の位相差補償素子である。
【００４０】
次に、図１に基づき、第１の発明に係る可変光減衰器の動作について説明する。入力ファイバ系７を射出した光束は、偏光分離素子１に入射して、結晶軸に垂直な方向に振幅を有する成分と、結晶軸に平行な方向に振幅を有する成分とに分離される。
【００４１】
偏光分離素子１を射出した光束は、第一の偏光角可変素子２に入射し、所望のファラデー回転角を与えられた後に射出する。このとき、２つのビームの偏光状態は、いずれも直線偏光であり、互いに直交し、かつ入射前の偏光方向から、偏光角可変素子２による回転角θだけ同方向に回転しているものとなっている。
【００４２】
第一の偏光角可変素子２を透過した光束のうち、第一の光束は第一の透過率波長特性の可変素子３に入射し、第二の光束は第二の透過率波長特性の可変素子４に入射する。
【００４３】
第一の透過率波長特性の可変素子３と、第二の透過率波長特性の可変素子４は、各々の入射面が互いに直交するような関係となっている。すなわち、入射面で定義される偏光状態が、第一の透過率波長特性の可変素子３に対する第一の光束と、第二の透過率波長特性の可変素子４に対する第二の光束とで等しい関係となっている。
【００４４】
従って、透過率波長特性の可変素子が入射ビームに与える透過率波長依存性は、いずれの入射ビームに対しても同一になる。
【００４５】
次に、第一の透過率波長特性の可変素子３と、第二の透過率波長特性の可変素子４とを透過した光束は、第二の偏光角可変素子５にて、第一の偏光角可変素子が与えたのと同量でかつ逆向きの回転角を与えられる。
【００４６】
これにより、第一の光束と第二の光束の偏光方向は、偏光分離素子から射出した時の状態とほぼ等しくなるが、透過率波長特性の可変素子において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とで異なる光学距離を有する為に、完全な直線偏光にはなっていない。
【００４７】
２つのビームは、第二の偏光角可変素子５を射出した後に、各々、第一の位相差補償素子９と第二の位相差補償素子１０に入射する。ここで、各々２つのビームの偏光状態は、完全な直線偏光へと補償されて変換される。
【００４８】
位相差補償素子を射出した光束は、偏光合成素子６により結合されて１つのビームとなり、出力光ファイバ系８に結合される。
【００４９】
以上の構成により、偏光面一致制御素子を用いることなく、可変利得透過動作をもたらすことが可能となる。
【００５０】
引き続き、本発明について説明する。
【００５１】
図２は、本発明の構成を示す平面図である。なお、参考技術と共通の構成要素については、図１と同じ番号を用いて説明を省略する。なお、本発明における、第一の偏光分離素子及び第一の偏光合成素子は、参考技術においては、それぞれ、単に偏光分離素子及び偏光合成素子と呼んだ素子である。
【００５２】
図２において、２１は第二の偏光分離素子であり、入射光を常光と異常光に分離する作用があるが、その分離方向は、第一の偏光分離素子１と直交する方向に分離するように配置されている。
【００５３】
また、２２は第二の偏光合成素子であり、入射した常光ビームと異常光ビームとを１つのビームに合成する作用があるが、その合成方向は、第一の偏光合成素子６の合成方向と直交する方向になるように配置されている。
【００５４】
また、２３は透過率スペクトルの可変素子であるが、図３に示すごとく、４つの透過率スペクトル素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの側面同士を接合して一体化した構成となっている。すなわち、図３は、透過率スペクトルの可変素子の構成を示す図であり、光軸方向から見た図である。
【００５５】
また、その透過率波長特性は、２３ａと２３ｃが同じ特性を有する。また２３ｂと２３ｄとは、２３ａ及び２３ｃとは異なり、かつ同じ特性を有している。
【００５６】
また、２４，２５，２６，２７は位相差補償素子であり、図２が平面図であるため一部を省略しているが、４枚が同一平面上に２×２で並べて配置されている。紙面において、位相差補償素子２４の裏側に位相差補償素子２７が配置され、位相差補償素子２５の裏側に位相差補償素子２６が配置されている。
【００５７】
図２において、入力ファイバ系７から入射したビームが、第一の偏光角可変素子２を通過するまでは参考技術と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
第一の偏光角可変素子２を射出した２つのビームは、第二の偏光分離素子２１に入射する。ここで、第二の偏光分離素子２１の偏光分離方向は、第一の偏光分離素子１と直交している為に、図２では平面図であるため図示を省略しているが、入射した２つのビームの各々は更に常光成分と異常光成分とに分離される。このときの分離方向は、紙面に垂直な方向である。これら４つのビームは、第二の偏光分離素子２１を射出する。
【００５９】
ところで、第一の偏光角可変素子２を射出したビームは、偏光方向が互いに直交する直線偏光であるため、それら２つの強度が等しいとき、第二の偏光分離素子２１を射出する４つのビームの強度は、互いに対角線方向に対向するビーム同士で等しくなる。
【００６０】
また、４つのビームの強度比は、第二の偏光分離素子へ入射した２つの直線偏光を有するビームの、偏光角に依って決まる。
【００６１】
第二の偏光分離素子２１を射出した光束は、透過率スペクトルの可変素子２３に入射するが、４本のビームは各々、透過率スペクトル素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのいずれか一つに入射する。
【００６２】
ここで、素子２３ａ〜２３ｄは、前述したごとく、対向する各素子（２３ａと２３ｃ、２３ｂと２３ｄ）が同じ波長透過率特性を有している為に、例えば、第一の偏光分離素子を射出する異常光と常光の強度が等しい場合には、偏光回転角に依らず、強度が同じビーム同士が、同じ透過率波長特性を有する素子に入射することになる。
【００６３】
このように、透過率スペクトルの可変素子２３においては、透過率波長特性が与えられるが、全体として与えられる透過率波長特性は、透過率スペクトル素子２３ａ及び２３ｃに入射したビームの強度の和と、透過率スペクトル素子２３ｂ及び２３ｄに入射したビームの強度の和との比によって与えられる。
【００６４】
例えば、第二の偏光分離素子２１に入射する２つのビームの偏光状態が、片方は常光成分のみであったとすると、もう一方のビームの偏光状態は、それと直交した状態であるので、異常光成分のみである。
【００６５】
このような偏光状態の２つのビームが第二の偏光分離素子２１に入射すると、片方は素子を直進してそのまま射出し、もう一方は異常光線としてビームシフトを起こして射出する（この場合は、第二の偏光分離素子２１からの射出ビームは２本のままである）。
【００６６】
このような位置関係で２つのビームが第二の偏光分離素子２１を射出した場合、２つのビームは２３ａ及び２３ｃ、あるいは２３ｂ及び２３ｄの対向した素子へ入射することになる。すなわち、特性の同じ素子同士に全ビームが入射することとなり、この場合の透過率波長特性は、１種類の透過率スペクトル素子の特性によって定まる。
【００６７】
第一の偏光角可変素子２の偏光回転角により、第二の偏光分離素子２１に入射する２つのビームの偏光方向が変化させられるので、ほとんどの場合においては、透過率スペクトル素子２３ａ〜２３ｄの４つにビームが入射することになるが、この場合の透過率波長特性は、第二の偏光分離素子２１に入射する２つのビームの偏光方向によって定まる。
【００６８】
言い換えると、第一の偏光角可変素子２の偏光回転角に依存して、透過率波長特性の異なる２種類の透過率スペクトル素子へ分配される光強度の比率が変化する。また、第一の偏光分離素子を射出した常光と異常光の各々において、透過率波長特性の異なる２種類の透過率スペクトル素子への光強度の分配比率は等しいので、偏光無依存型の構成になっている。
【００６９】
次に、透過率スペクトルの可変素子２３を透過したビームは、第二の偏光合成素子２２に入射し偏光合成される。この場合の合成は、第二の偏光合成素子２２の結晶軸方向が、第一の偏光合成素子６と直交する方向にある為、紙面に垂直な方向２つのビームとなる。
【００７０】
第二の偏光合成素子２２を射出したビームは、第二の偏光角度可変素子に入射するが、これ以降の作用は参考技術の場合と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
以上の構成により、偏光面一致制御素子を用いることなく、可変利得等化動作をもたらすことが可能となる。
【００７２】
【実施例】
実施例によって、本発明を更に詳しく説明する。
【００７３】
図４は、参考技術の実施例を示す平面図である。図４において、１１は光入力用ファイバ系であり、シングルモードファイバ１１ａ、フェルール１１ｂ、レンズ１１ｃとからなる。
【００７４】
１２は偏光分離素子であるルチル平板であり、結晶軸の方向は矢印１２ａの方向である。
【００７５】
１３は第一の偏光角可変素子であり、ガーネット結晶１３ａ、永久磁石１３ｂ、及び電磁石１３ｃからなる。
【００７６】
１４は第一の透過率波長特性の可変素子であり、溶融石英基板上に、二酸化シリコンと五酸化タンタルの薄膜を交互に積層したものである。
【００７７】
１５は第二の透過率波長特性の可変素子であり、溶融石英基板上に、二酸化シリコンと五酸化タンタルの薄膜を交互に積層したものである。
【００７８】
第一の透過率波長特性の可変素子１４と、第二の透過率波長特性の可変素子１５の透過率特性は、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる特性を持っている。図５は、透過率波長特性の可変素子におけるＰ偏光に対する透過率波長特性を示す図であり、図６は、透過率波長特性の可変素子におけるＳ偏光に対する透過率波長特性を示す図である。
【００７９】
すなわち、Ｐ偏光に対しては、波長１５３０〜１５７０ｎｍの波長域内で損失がなく、図５のごとくフラットな透過率特性であり、Ｓ偏光に対しては、波長１５３０〜１５７０ｎｍの波長域内で図６のごとく、波長が大きくなるほど小さくなる（損失が大きくなる）透過率特性となっている。
【００８０】
１６は第二の偏光角可変素子であり、ガーネット結晶１６ａ、永久磁石１６ｂ、電磁石１６ｃとからなる。
【００８１】
１７ａ及び１７ｂは位相差補償素子である水晶波長板である。
【００８２】
１８は偏光合成素子であるルチル平板であり、結晶軸の方向は矢印１８ａの方向である。
【００８３】
１９は光出力用ファイバ系であり、シングルモードファイバ１９ａ、フェルール１９ｂ、レンズ１９ｃとからなる。
【００８４】
また、２０は、電磁石１３ｃ及び１６ｃに電流を供給し、第一の偏光角可変素子１３及び第二の偏光角可変素子１６の偏光回転角を制御する為の定電流電源である。
【００８５】
次に、図４に基づいて、本実施例の動作を説明する。
【００８６】
シングルモードファイバ１１ａから射出したレーザービームは、レンズ１１ｃによってコリメート光となり、偏光分離素子であるルチル平板１２に入射する。
【００８７】
ここで、入射レーザービームのうち、異常光成分は矢印１２ａの方向に分離する。また、常光成分は直進する。ルチル平板１２を射出する時には、レーザービームは常光成分と異常光成分とに分離し、２つのビームとなって射出する。
【００８８】
２つのビームは、第一の偏光角可変素子１３に入射する。ここでは、ガーネット結晶には、永久磁石１３ｂによる磁界と電磁石１３ｃによる磁界が印加されており、その２つの合成磁界により、ガーネットによるファラデー回転角の大きさが定まる。
【００８９】
電磁石１３ｃに印加される電流により、光軸に垂直な方向の磁界の大きさが決まる為、これにより合成磁場の方向及び大きさが決まるが、この大きさにより、ビームがガーネット結晶１３ａを透過した時の偏光回転角度が決定される。
【００９０】
ガーネット結晶１３ａに入射する際の、２つのビームの偏光状態は、互いに直交した直線偏光となっている。
【００９１】
第一の偏光角可変素子を透過した２つのレーザービームのうち、異常光成分は第一の透過率波長特性の可変素子に、常光成分は第二の透過率波長特性の可変素子にそれぞれ入射する。
【００９２】
第一及び第二の透過率波長特性の可変素子での各ビームの透過率は、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子の透過特性が図５及び図６の特性を有する為に、入射した２つのビームの偏光比によって定まる。
【００９３】
すなわち、入射偏光がＰ偏光である場合には、透過率に波長依存性はなくフラットな透過率となり、また逆に入射偏光状態がＳ偏光状態である場合には、波長が大きくなるに従って透過率が低下する特性を有する事となる。
【００９４】
また、この偏光状態は、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子の面の法線と、ビームの入射方向によって決まる面（これを入射面という）に対して、振動方向が平行な方向がＰ偏光、垂直な方向がＳ偏光と定義されるが、２つのビームの偏光状態は前述した通り、互いに９０度直交した直線偏光であり、また第一及び第二の透過率波長特性の可変素子の入射面は互いに直交している為に、２つのビームが、各々の透過率波長特性の可変素子に入射するときの偏光状態は等しくなる。
【００９５】
すなわち、２つのビームは、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子にて、同じ透過率波長特性を与えられる事となる。
【００９６】
第一及び第二の透過率波長特性の可変素子を透過した光束は、第二の偏光角可変素子に入射する。ここで２つの入射光は、第一の偏光角可変素子で与えられたのと同じ大きさで、逆向きのファラデー回転を与えられる。
【００９７】
第二の偏光角可変素子を射出した２つの光束は、位相差補償素子１７ａ及び１７ｂに入射する。
【００９８】
２つのビームは、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子を透過する際に、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる光学距離を伝播する事となり、その結果、Ｐ偏光とＳ偏光との間で位相のずれを生ずる事となる。
【００９９】
位相差補償素子１７ａ及び１７ｂにおいては、第一及び第二の透過率波長特性の可変素子を透過する際に、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる光学距離を伝搬することによって生じた位相のずれをキャンセルされるような位相差が、入射ビームに与えられる。
【０１００】
その結果、２つのビームは、位相差補償素子１７ａ及び１７ｂを射出する時点で直線偏光となり、その偏光方向は、偏光分離素子１２を射出した直後と同じ状態となる。
【０１０１】
位相差制御素子１７ａ及び１７ｂを射出したビームは、偏光合成素子１８で合波され、光出力用ファイバ系１９に結合する。
【０１０２】
また、本実施例においては、定電流電源は１つであるが、第一の偏光角可変素子と第二の偏光角可変素子の電流対ファラデー回転角の特性が異なる場合には、定電流電源を２つ用意し、各々独立に電流を制御する事により、所望の特性により近い特性を得る事が出来る。
【０１０３】
また、本構成においては、透過率波長特性の可変素子として、誘電体多層膜を使用したが、この代わりに、水晶板等の複屈折結晶を用いても、複屈折結晶の波長分散を利用して同様の効果を得ることが可能である。
【０１０４】
次に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【０１０５】
図７は、本発明の実施例を示す平面図である。この図７において、参考技術の実施例を示す図４と共通の部材には共通の符号（番号）が与えられているので、説明を省略する。
【０１０６】
図７において、３１は第二の偏光分離素子であるルチル平板であり、その結晶軸は、第一の偏光分離素子と直交する方向に配置されている。
【０１０７】
３２は第二の偏光合成素子であるルチル平板であり、その結晶軸は、第一の偏光合成素子と直交する方向に配置されている。
【０１０８】
３３は透過率スペクトルの可変素子であり、図８のように、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの、４つの透過率スペクトル素子の側面を接合した構成となっている。
【０１０９】
なお、図８は、透過率スペクトルの可変素子の構造を示す斜視図である。また、透過率スペクトルの可変素子を構成する素子の特性として、図９は、波長が長くなるに従って透過率が大きくなる透過スペクトル素子の特性を示す図であり、図１０は、波長が長くなるに従って透過率が小さくなる透過スペクトル素子の特性を示す図である。
【０１１０】
透過率スペクトル素子３３ａ〜３３ｄは、溶融石英基板にＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とからなる誘電体多層膜が形成されている。また、透過率波長特性は、３３ａと３３ｃは、図９のごとく波長が長くなるに従って透過率が大きくなる（損失が小さくなる）特性を有し、また３３ｂと３３ｄは、図１０のごとく波長が長くなるにつれて透過率が小さくなる（損失が大きくなる）特性を有している。
【０１１１】
入射したビームが、第一の偏光角可変素子１３を射出するところまでは、参考技術の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１１２】
第一の偏光角可変素子１３を射出した２つの光束は、第二の偏光分離素子３１に入射する。ここで、第二の偏光分離素子３１の結晶軸は、第一の偏光分離素子１２と直交している為に、入射した２つのビームの各々は更に常光成分と異常光成分とに分離され、４つのビームとなって第二の偏光分離素子３１を射出する。
【０１１３】
図１１は、第二の偏光分離素子を射出したビームの断面を表し、４３ａ〜４３ｄはそれぞれビームの断面であるが、第一の偏光角可変素子１３を射出したビームは、偏光方向が互いに直交する直線偏光であるため、第二の偏光分離素子３１を射出した４つのビームの強度は、第一の偏光分離素子を射出する常光と異常光の強度が等しい場合には、互いに対向するビーム同士（図１１における４３ａと４３ｃ，４３ｂと４３ｄ）で等しくなる。
【０１１４】
また、４つのビームの強度比は、第二の偏光分離素子３１へ入射した２つの直線偏光を有するビームの、偏光角に依って決まる。
【０１１５】
第二の偏光分離素子３１を射出した光束は、透過率波長特性の可変素子３３に入射するが、４本のビームは各々、素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのいずれか一つに入射する。
【０１１６】
ここで、透過スペクトル素子３３ａ〜３３ｄは、前述したごとく、対向する各素子（３３ａと３３ｃ、３３ｂと３３ｄ）が同じ波長透過率特性を有している為に、第一の偏光分離素子に入射する常光成分と異常光成分の強度が等しい場合に、強度が同じビーム同士が、同じ透過率波長特性を有する透過率スペクトル素子に入射することになる。
【０１１７】
このように、透過率スペクトルの可変素子３３においては、透過率波長特性が与えられるが、全体として与えられる透過率波長特性は、素子３３ａ及び３３ｃに入射したビームの強度の和と、素子３３ｂ及び３３ｄに入射したビームの強度の和との比によって与えられる。
【０１１８】
例えば、第二の偏光分離素子３１に入射する２つのビームの偏光状態が、片方のビームでは常光成分のみであったとすると、もう一方のビームの偏光状態はそれと直交した状態であるので、異常光成分のみである。
【０１１９】
このような偏光状態の２つのビームが第二の偏光分離素子３１に入射すると、片方は常光として素子を直進してそのまま射出し、もう一方は異常光線としてビームシフトを起こして射出する（この場合は、第二の偏光分離素子３１からの射出ビームは２本のままである）。
【０１２０】
このような位置関係で２つのビームが第二の偏光分離素子３１を射出した場合、２つのビームは３３ａ及び３３ｃ、あるいは３３ｂ及び３３ｄの対向した素子へ入射することになる。すなわち、特性の同じ素子同士に全ビームが入射することとなり、この場合の透過率波長特性は、１種類の素子特性によって定まる。
【０１２１】
素子３３ａ及び３３ｃのみにビームが入射した場合には、与えられる透過率波長特性は図９のようになり、また逆に素子３３ｂ及び３３ｄのみにビームが入射した場合には、与えられる透過率波長特性は図１０のようになる。
【０１２２】
一般の場合には、第一の偏光角可変素子１３の偏光回転角により、第二の偏光分離素子３１に入射する２つのビームの偏光方向が変化させられるので、ほとんどの場合においては、素子３３ａ〜３３ｄの４つにビームが入射することになるが、この場合の透過率波長特性は、第二の偏光分離素子３１に入射する２つのビームの偏光方向によって定まる。
【０１２３】
第二の偏光分離素子３１を射出した光束は、透過率スペクトルの可変素子３３に入射するが、ビーム４３ａは素子３３ａに、ビーム４３ｂは素子３３ｂに、ビーム４３ｃは素子３３ｃに、ビーム４３ｄは素子３３ｄにそれぞれ入射する。
【０１２４】
ここで、透過率スペクトル素子３３ａ〜３３ｄは、前述したごとく、対向する各素子が同じ透過率波長特性を有している為に、第一の偏光分離素子に入射する常光成分と異常光成分の強度が等しい場合に、同じ強度のビーム同士が同じ特性を有する素子に入射することになる。
【０１２５】
透過率スペクトルの可変素子３３においては、透過率の波長依存性が与えられる。透過率スペクトルの可変素子３３を透過したビームは、第二の偏光合成素子３２に入射し、偏光合成される。この場合の合成は、第二の偏光合成素子３２の結晶軸方向が、第一の偏光合成素子１８と直交する方向にある為、図１１における４３ａと４３ｂ、４３ｃと４３ｄとが合成されて２つのビームとなる。
【０１２６】
第二の偏光合成素子３２を射出した２本のビームは、第二の偏光角可変素子１６に入射する。これ以降の動作は、参考技術の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１２７】
上述のように、第１及び第２のいずれの発明によっても、偏光分離素子を射出したビームの偏光面を一致させることなく、可変利得等化器を構成できる。その結果、部材コストと組立工数の低減が可能となった。
【０１２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、偏光面一致制御素子を不要とし、より簡易な構成で特性のよい、可変利得等化器を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考技術の光学的な構成を示す平面図。
【図２】 本発明の光学的な構成を示す平面図。
【図３】 透過率スペクトルの可変素子の構成を示す図。
【図４】 参考技術の実施例を示す平面図。
【図５】 透過率波長特性の可変素子におけるＰ偏光に対する透過率波長特性を示す図。
【図６】 透過率波長特性の可変素子におけるＳ偏光に対する透過率波長特性を示す図。
【図７】 本発明の実施例を示す平面図。
【図８】 透過率スペクトルの可変素子の構造を示す斜視図。
【図９】 波長が長くなるに従って透過率が大きくなる透過率スペクトル素子の特性を示す図。
【図１０】 波長が長くなるに従って透過率が小さくなる透過率スペクトル素子の特性を示す図。
【図１１】 第二の偏光分離素子を射出したビームの断面を示す図。
【図１２】 従来の可変利得等化器を示す図。
【符号の説明】
１，２１ 偏光分離素子
２，５ 偏光角可変素子
３，４ 透過率波長特性の可変素子
６，２２ 偏光合成素子
７ 入力ファイバ系
８ 出力ファイバ系
９，１０，２４，２５，２６，２７ 位相差補償素子
２３ 透過率スペクトルの可変素子
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 透過率スペクトル素子
Claims (1)
- 第一の偏光分離素子と、第一の偏光角可変素子と、第二の偏光分離素子と、透過率スペクトルの可変素子と、第二の偏光合成素子と、第二の偏光角可変素子と、位相差補償素子と、第一の偏光合成素子とからなる可変利得等化器において、前記透過率スペクトルの可変素子は、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル素子からなり、第一の透過率スペクトル素子の透過率特性は、第二の透過率スペクトル素子の透過率波長特性とは異なり、かつ第三の透過率スペクトル素子の透過率波長特性に等しく、さらに第二の透過率スペクトル素子の透過率波長特性は第四の透過率スペクトル素子の透過率波長特性と等しいことを特徴とする可変利得等化器。
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