JP3881505B2 - Faraday rotator and optical device using the same - Google Patents

Faraday rotator and optical device using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状の永久磁石の内部と外部にファラデー素子を設けることによりファラデー素子に逆向きの磁界が印加されるようにしたファラデー回転装置及びそれを用いた光デバイスに関するものである。更に詳しく述べると本発明は、貫通穴を有する複数の永久磁石を光路に沿って同じ着磁方向を向くように配列し、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じ複数のファラデー素子の一部を永久磁石の貫通穴内に収容し、残りを永久磁石の間に配置することにより、一部のファラデー素子と残りのファラデー素子に逆向きの磁界が印加されるようにしたファラデー回転装置に関するものである。この装置は、特に限定されるものではないが、光アッテネータに有用である。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムあるいは光計測システムなどでは、光アイソレータ、光サーキュレータ、光スイッチ、光アッテネータなど、様々な光デバイスが用いられている。これらの光デバイスには、偏光面を回転させるファラデー回転装置が組み込まれている。ファラデー回転装置は、ファラデー素子(ファラデー効果を有する磁性ガーネット単結晶)に外部磁界を印加し、それによってファラデー素子を透過する光線のファラデー回転角を制御するように構成されている。その場合、ファラデー素子に固定磁界を印加してファラデー回転角を一定に保つタイプ(ファラデー回転子)と、ファラデー素子に可変磁界を印加してファラデー回転角を可変制御するタイプ(ファラデー回転角可変装置)がある。
【0003】
従来のファラデー回転子は、筒状の永久磁石内にファラデー素子を収容した構造が一般的である。ファラデー回転角可変装置の場合には、2個のリング状の永久磁石の間にファラデー素子を配置して光線方向に平行な固定磁界を印加すると共に、電磁石によって光線方向に直交する可変磁界を印加し、それらによる合成磁界を変えてファラデー素子の磁化方向を変えることでファラデー回転角を可変する構造が一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、波長多重通信が実用化され始めたことにより、光デバイスには波長依存性が小さいことが求められている。ファラデー回転角の波長依存性の低減に関しては、ガーネット単結晶基本膜と、それに対してファラデー回転方向が逆で且つファラデー回転角がほぼ一定のガーネット単結晶補償膜を組み合わせる構成が提案されている。
【0005】
特に、光アッテネータなどに組み込まれるファラデー回転角可変装置においては、波長依存性の低減のみならず、波長依存性損失(波長が変わると減衰量が変化する)を低減する必要がある。そこで、合成磁界の可変によりファラデー回転角が変化するガーネット単結晶基本膜の他に、ファラデー回転角がほぼ一定のガーネット単結晶補償膜を配置し、基本膜と補償膜にはファラデー回転角の符号が異なるものを用い、補償膜により基本膜のファラデー回転角の波長変化分を減少させるようにした構成が提案されている(特開2000−249997参照)。
【0006】
これを実現するためには、基本膜に対応した補償膜が必要となるが、任意の基本膜に対応する適切な補償膜を作製することは必ずしも容易ではない。基本膜と補償膜の波長特性や温度特性をできるだけ相殺する必要があるが、両者の組成が全く異なるために材料設計が限られるからである。
【0007】
本発明の目的は、ファラデー回転方向が同じである複数のファラデー素子を用いていながら、ファラデー回転角の波長係数及び温度係数が逆に作用するような構造とすることで、波長特性及び温度特性を向上させたファラデー回転装置を提供することである。本発明の他の目的は、ファラデー回転方向が同じである複数のファラデー素子を用いていながら、ファラデー回転角の波長係数及び温度係数が逆に作用するような構造とすることで、波長依存性及び温度依存性損失を低減した光アッテネータなど各種の光デバイスを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
発明は、貫通穴を有し且つ該貫通穴の軸方向に着磁されている複数の永久磁石と、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じである複数のファラデー素子と、可変磁界印加手段を具備し、各永久磁石は光路に沿って同じ着磁方向を向くように配列されており、一部のファラデー素子は永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は永久磁石の間に配置され、永久磁石は一部のファラデー素子と残りのファラデー素子に対して逆向きの磁界を印加し、可変磁界印加手段は残りのファラデー素子に対して光線方向とは異なる方向に磁界を印加するように構成され、永久磁石間に位置するファラデー素子による最大回転角をθ 1max 、最小回転角をθ 1min 、永久磁石に内蔵されたファラデー素子による回転角をθ 2 としたとき、
|θ 1min |≦|θ 2 |≦|θ 1max
なる関係を満たすようにしたファラデー回転装置である。このファラデー回転装置は、光スイッチ、光アッテネータ、偏波スクランブラなどなどに利用できる。
【0010】
このように一部のファラデー素子を永久磁石の貫通穴内に収容し、残りのファラデー素子を永久磁石の間に配置することにより、それらのファラデー素子には逆方向の磁界が印加され、それによって同じファラデー回転方向をもつファラデー素子を用いていながら、ファラデー回転角の波長及び温度係数を相殺する機能を持たせることができる。この点に本発明の特徴がある。例えば可変磁界印加手段を有する構成の場合、従来技術と対比すると、永久磁石の間に位置し可変磁界が印加されるファラデー素子が基本膜、永久磁石に内蔵されたファラデー素子が補償膜として機能することになる。
【0011】
典型的な例としては、2個の永久磁石と複数のファラデー素子を有し、一部のファラデー素子は一方の永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は両方の永久磁石の間に配置されている構成、2個の永久磁石と3個以上のファラデー素子を有し、一部のファラデー素子は両方の永久磁石のそれぞれの貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は両方の永久磁石の間に配置されている構成がある。これらにおいては、通常、永久磁石による磁界によって、各ファラデー素子が全て磁気飽和するような状態で用いられる。
【0012】
本発明は、上記のようなファラデー回転装置を用い、その複数のファラデー素子の配列群の入力側に偏光子を、出力側に検光子を配置した光デバイスである。偏光子及び検光子として楔形複屈折板を用い、偏光子の入力側に入力ファイバとコリメートレンズを有する入力ファイバコリメータを、検光子の出力側に出力ファイバとコリメートレンズを有する出力ファイバコリメータを配置する構成がある。
【0013】
また本発明は、貫通穴を有し且つ該貫通穴の軸方向に着磁されている2個の永久磁石と、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じである複数のファラデー素子と、可変磁界印加手段と、偏光子及び検光子を具備し、両方の永久磁石は光路に沿って同じ着磁方向を向くように配列されており、一部のファラデー素子は永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は永久磁石の間に配置され、永久磁石は一部のファラデー素子と残りのファラデー素子に対して逆向きに磁気飽和させる固定磁界を印加し、可変磁界印加手段は残りのファラデー素子に対して光線方向とは異なる方向に可変磁界を印加するようにし、全てのファラデー素子の配列群の入力側に偏光子を、出力側に検光子を配置するように構成し、永久磁石間に位置するファラデー素子による最大回転角をθ 1max 、最小回転角をθ 1min 、永久磁石に内蔵されたファラデー素子による回転角をθ 2 としたとき、
|θ 1min |≦|θ 2 |≦|θ 1max
なる関係を満たすようにした光アッテネータである。
【0014】
前記ファラデー回転装置の使用例としては、このような光アッテネータが最も有効である。その場合、全てのファラデー素子を同一組成・同一特性の磁性ガーネット単結晶で構成するのが好ましい。偏光子の入力側に入力ファイバとコリメートレンズを有する入力ファイバコリメータを、検光子の出力側に出力ファイバとコリメートレンズを有する出力ファイバコリメータを配置することでファイバ型の光アッテネータを構成できる。
【0015】
具体的な例としては、2個の永久磁石と2個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、永久磁石、偏光子、ファラデー素子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、検光子の順に、光路に沿って配設した構成がある。この場合、クロスニコル状態における永久磁石間に位置するファラデー素子による回転角度をθ1kとしたとき、可変磁界印加手段による電磁石磁界方向からの偏光子光学軸角度θf を、
θf ≒−θ1k/2+nπ/2(但し、n=0,1)
とするのが好ましい。
【0016】
具体的な他の例としては、2個の永久磁石と2個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、偏光子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、ファラデー素子、検光子、永久磁石の順に、光路に沿って配設した構成、2個の永久磁石と3個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、偏光子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、ファラデー素子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、検光子の順に、光路に沿って配設した構成がある。これらの場合、クロスニコル状態における永久磁石間に位置するファラデー素子による回転角度をθ1k偏光子とファラデー素子との間に位置する永久磁石に内蔵されたファラデー素子による回転角をθ2 としたとき、可変磁界印加手段による電磁石磁界方向からの偏光子光学軸角度θf を、
θf ≒−θ1k/2−θ2 +nπ/2(但し、n=0,1)
とするのが好ましい。
【0017】
また、これらの光アッテネータにおいて、偏光子と検光子に楔型複屈折板を使用し、検光子の光学軸を偏光子の光学軸の方位から永久磁石間に位置するファラデー素子の回転方向に見て0度以上90度以下とするのがよい。
【0018】
光アッテネータにおいては、ファラデー回転装置により生じる波長依存性損失に対して符号が逆の波長依存性損失をもつ光学フィルタ機能部を付設する構成も有効である。その場合、光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける最大波長依存性損失傾斜をWDL1、最小波長依存性損失傾斜をWDL2としたとき、光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜Xが、
X≒−(WDL1+WDL2)/2
とするか、あるいは光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける任意の使用減衰域での最大波長依存性損失傾斜をWDL3、最小波長依存性損失傾斜をWDL4としたとき、光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜Xが、
X≒−(WDL3+WDL4)/2
とするのがよい。
【0019】
【実施例】
図1は、本発明に係る光アッテネータの一実施例を示す説明図である。フェルール10に装着された入力ファイバ11とコリメートレンズ11を有する入力ファイバコリメータ14と、フェルール16に装着された出力ファイバ17とコリメートレンズ18を有する出力ファイバコリメータ20との間に、ファラデー回転装置22を配置する。ファラデー回転装置22は、2個の永久磁石と2個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、永久磁石24、楔形複屈折板(例えばルチル結晶)からなる偏光子26、第1のファラデー素子28、永久磁石30に内蔵された第2のファラデー素子32、楔形複屈折板(例えばルチル結晶)からなる検光子34の順に、光路に沿って配設し、両永久磁石24,30の間に位置するファラデー素子28に対して光線方向とは異なる方向に磁界を印加する電磁石(可変磁界印加手段)36を設けた構造である。2個の永久磁石24,30は、共に円環状をなし、その貫通穴の軸方向に2極着磁されていて、同じ着磁方向を向くように配置されている。また2個のファラデー素子28,32は、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じものであり、ここでは同一特性・同一組成のものを用いている。
【0020】
両方の永久磁石24,30による磁界は、両方のファラデー素子28,32を逆向きに磁気飽和する大きさである。永久磁石30に内蔵されている第2のファラデー素子32には、該永久磁石30による磁界のみが印加され、両方の永久磁石24,30の間に位置する第1のファラデー素子28には、両永久磁石24,30による光線方向の固定磁界と電磁石36による光線方向とは異なる方向の可変磁界が合成されて印加される。合成磁界の可変により第1のファラデー素子28のファラデー回転角が変化し、第2のファラデー素子32のファラデー回転角はほぼ一定であるので、それらの合計ファラデー回転角が変化することになり、且つ両方のファラデー素子28,32によって波長及び温度係数が相殺されることになる。
【0021】
この光アッテネータの動作原理は、基本的には複屈折結晶板を偏光子、検光子とする従来の光アッテネータと同様である。例えば、偏光子26と検光子34をそれら両複屈折結晶板の光学軸が互いに平行となるように配置した場合、次のように動作する。入力ファイバ11から出射しレンズ12で平行ビームとなった光は、偏光子24により常光と異常光に分離する。常光と異常光の偏光方向は互いに直交している。そして、各々の光はファラデー回転角可変装置22を通過する際、光路に平行方向の磁化の大きさに応じて偏光方向が回転し、それぞれ検光子34により、更に常光と異常光とに分離する。検光子34から出射する一部の常光と異常光は互いに平行であり、レンズ18によって出力ファイバ17に結合するが、検光子34から出射する残りの異常光と常光は互いに平行ではなく広がるために、レンズ18を通っても出力ファイバ17には結合しない。
【0022】
電磁石36による印加磁界がゼロの時、ファラデー回転角は90度(磁化が光線方向と平行)であり、偏光子26から出射した常光は検光子34から異常光として出射し、偏光子26から出射した異常光は検光子34から常光として出射するために、レンズ18を通っても出力ファイバ17には結合しない。それに対して、電磁石36による印加磁界が十分大きいと、ファラデー回転角は0度に近づき、偏光子26から出射した常光は殆どそのまま検光子34から常光として出射し偏光子26から出射した異常光は殆どそのまま検光子34から異常光として出射するため、両光は平行で全てレンズ180によって出力ファイバ17に結合する。このようにして電磁石36による印加磁界の強さに応じて、第1のファラデー素子28の磁化が回転してファラデー回転角は約90度から約0度までの範囲で変化し、それに応じて出力ファイバ17に結合する光量が異なることになり、可変式の光アッテネータとして機能することになる。
【0023】
但し、実際には電磁石に加えるパワーの都合上、ファラデー回転角は、第1のファラデー素子28の磁化が光線方向を向いているとき90度以上になるようにし、且つ90度よりも小さな角度範囲で変化させる。例えば、磁化が光線方向を向いたときファラデー回転角が96度となり、電磁石の磁界を印加して15度まで低減させる。その場合、偏光子、検光子である両複屈折結晶の光学軸のなす角度を105度に設定すれば、ファラデー回転角15度の時、クロスニコル状態になり、大きな減衰量が得られる。従って、このような場合でも、動作原理は上記と同様である。
【0024】
図2は本発明に係る光アッテネータの他の実施例を示す説明図である。基本的な構成は、上記図1と同様であるので、説明を簡略化するために対応する部材には同一符号を付し、それらについての記載は省略する。この実施例では、ファラデー回転装置により生じる波長依存性損失に対して符号が逆の波長依存性損失をもつ光学フィルタ機能部38を付設している。この光学フィルタ機能38は、例えばガラス基板上に誘電体多層膜からなる所望の特性の光学フィルタ膜を形成した光学フィルタである。
【0025】
光学フィルタ機能部の特性は、例えば光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける最大波長依存性損失傾斜をWDL1、最小波長依存性損失傾斜をWDL2としたとき、光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜Xが、
X≒−(WDL1+WDL2)/2
となるか、あるいは光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける任意の使用減衰域での最大波長依存性損失傾斜をWDL3、最小波長依存性損失傾斜をWDL4としたとき、光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜Xが、
X≒−(WDL3+WDL4)/2
となるように設定する。それによって波長依存性損失を低減することができる。
【0026】
ここでは、ファラデー素子28,32として、組成がTb1.000.65Bi1.35Fe4.05Ga0.9512で表され、LPE(液相エピタキシャル)法により非磁性ガーネット単結晶基板上に育成した磁性ガーネット単結晶膜を用いた。なお、磁性ガーネット単結晶膜は非磁性ガーネット単結晶基板を除去し、所定の厚みとなるように両面研磨している。
【0027】
両方の永久磁石24,30の間に位置する第1のファラデー素子28による最大回転角をθ1max、永久磁石30に内蔵された第2のファラデー素子32による回転角をθ2 とし、θ1max=−θ2 の場合、電磁石磁界がゼロの時の第1のファラデー素子28の回転角を96度、第2のファラデー素子32の回転角を−96度、偏光子26と検光子34のなす角を90度、光学フィルタ特性を上記X≒−(WDL1+WDL2)/2又はX≒−(WDL3+WDL4)/2とした時、第1のファラデー素子28と第2のファラデー素子32のファラデー回転角波長係数と温度係数の符号が逆であれば、電磁石磁界ゼロ(電流0mA)において、高減衰域で温度・波長依存特性がゼロの光アッテネータが実現可能となり、更に光学フィルタ特性により波長依存性は任意の使用減衰域で減少させることが可能となる。
【0028】
図3にその温度特性を示し、図4にその波長依存性を示す。これらは、光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける波長依存性損失傾斜が−0.4dBの場合である。減衰量2dBから30dB間の波長依存性損失は±0.1dBとなる。
【0029】
また、−θ2 =θ1 (θ1 :永久磁石間に位置する第1のファラデー素子28による回転角、θ2 :永久磁石30に内蔵された第2のファラデー素子32による回転角)の場合には、お互いの波長係数(度/nm)の符号が逆であるため、ファラデー回転角波長依存性が相殺され、波長依存性がゼロとなるポイントが得られる。このゼロとなるポイントは、θ2 を、
|θ1min|≦|θ2 |≦|θ1max
なる関係を満たす範囲内とし、偏光子と検光子光学軸のなす角を調整することにより、任意の減衰量で決定できる。
【0030】
例えば、電磁石磁界ゼロの時の第1のファラデー素子28の回転角が96度、第2のファラデー素子32の回転角が−15度、偏光子と検光子光学軸のなす角を90度とした場合、第1のファラデー素子の回転角が15度の時にクロスニコル状態となり減衰量が最大となり(減衰量25dB)、第2のファラデー素子により波長依存性は相殺される(図5のA参照)。同条件で、偏光子と検光子光学軸のなす角を80度とした場合、波長依存性が相殺されるポイントは、第2のファラデー素子の回転角が15度の時(クロスニコル状態には達しない)減衰量15dB付近となる(図5のB参照)。第2のファラデー素子のファラデー回転角θ2 と偏光子と検光子光学軸のなす角を調整することによって、波長依存性損失がフラットな領域を設けることが可能となり、光学フィルタ特性が利用できる。
【0031】
更に、コットンムートン効果の影響を受けない方位、即ち、第1のファラデー素子へ入射する偏波面の方位(電磁石磁界方向からの偏光子光学軸角度)θf を次式のように設定することにより、高減衰特性が得られる。
θf ≒−θ1k/2+nπ/2(但し、n=0,1)
(θ1kは、クロスニコル状態における第1のファラデー素子による回転角)
例えば、第1のファラデー素子によるファラデー回転角96度、第2のファラデー素子によるファラデー回転角−15度、偏光子と検光子光学軸のなす角90度とした場合、θ1k=15度であり、θf =−7.5度+nπ/2となる。この構成での減衰特性(1545nm、25℃の例)を図6に、温度特性(1545nmの例)を図7に示す。
【0032】
図8は、本発明に係る光アッテネータの他の実施例を示す説明図である。入力ファイバ11とコリメートレンズ12を有する入力ファイバコリメータ14と、出力ファイバ17とコリメートレンズ18を有する出力ファイバコリメータ20との間に、ファラデー回転装置42を配置する。ここでファラデー回転装置は、2個の永久磁石と2個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、楔形複屈折板(例えばルチル結晶)からなる偏光子44、永久磁石46に内蔵されたファラデー素子48、ファラデー素子50、楔形複屈折板(例えばルチル結晶)からなる検光子52、永久磁石54の順に、光路に沿って配設し、両永久磁石46,54の間に位置するファラデー素子50に対して光線方向とは異なる方向に磁界を印加する電磁石(可変磁界印加手段)56を設けた構造である。2個の永久磁石46,54は、円環状をなし、その貫通穴の軸方向に2極着磁されていて、同じ着磁方向を向くように配置されている。
【0033】
図9は、本発明に係る光アッテネータの更に他の実施例を示す説明図である。入力ファイバ11とコリメートレンズ12を有する入力ファイバコリメータ14と、出力ファイバ17とコリメートレンズ18を有する出力ファイバコリメータ20との間に、ファラデー回転装置62を配置する。ここでファラデー回転装置は、2個の永久磁石と3個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、楔形複屈折板(例えばルチル結晶)からなる偏光子64、永久磁石66に内蔵されたファラデー素子68、ファラデー素子70、永久磁石72に内蔵されたファラデー素子74、楔形複屈折板(例えばルチル結晶)からなる検光子76の順に、光路に沿って配設し、両永久磁石66,72の間に位置するファラデー素子70に対して光線方向とは異なる方向に磁界を印加する電磁石(可変磁界印加手段)78を設けた構造である。2個の永久磁石は、共に円環状をなし、その貫通穴の軸方向に着磁されていて、同じ着磁方向を向くように配置されている。本実施例では、永久磁石に内蔵するファラデー素子の厚みを考慮して、2つに分けて設置している。
【0034】
永久磁石に内蔵されたファラデー素子は、従来技術における補償膜の機能を果たしているが、上記図8及び図9に示す実施例のように、これが入力側に位置していると、それに対応した分だけ偏光子の光学軸を変える必要がある。クロスニコル状態における永久磁石間に位置するファラデー素子による回転角をθ1kとしたとき、電磁石磁界方向からの偏光子光学軸角度θf を、
θf ≒−θ1k/2−θ2 +nπ/2(但し、n=0,1)
とするのが好ましい。永久磁石間に位置するファラデー素子と偏光子との間に、永久磁石に内蔵されたファラデー素子が有る場合と無い場合とでは、永久磁石間に位置するファラデー素子へ入射する偏波面が異なるからである。例えば、永久磁石間に位置するファラデー素子のファラデー回転角が96度、入力側に位置している永久磁石に内蔵されたファラデー素子のファラデー回転角が−15度、偏光子と検光子光学軸のなす角を90度とした場合、θ1k=15度であり、θf =7.5度+nπ/2となる。
【0035】
また図8及び図9に示す実施例では光学フィルタ機能部を設けていないが、図2に示すのと同様、ファラデー回転装置により生じる波長依存性損失に対して符号が逆の波長依存性損失をもつ光学フィルタ機能部を任意の位置に付設することもできる。それによって波長依存性損失を低減できる。
【0036】
【発明の効果】
本発明は上記のように、複数の永久磁石が光路に沿って同じ着磁方向を向くように配列されており、一部のファラデー素子は永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は永久磁石の間に配置されているため、一部のファラデー素子と残りのファラデー素子に逆向きの磁界を印加することができ、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じであるファラデー素子を用いていながらファラデー回転角の波長及び温度係数を相殺する機能を持たせることができる。そして、波長依存性損失の低減効果に加え、温度依存性損失の低減効果もある。つまり、各ファラデー素子は同一組成・同一特性でよく、主となるファラデー素子の特性に適合した特性を持つ補償膜となる新たな組成のガーネット単結晶を開発する必要が無くなる利点が生じ、経済的効果は極めて大きい。
【0037】
本発明では、ファラデー回転角の波長及び温度係数を相殺する効果は、特に減衰を大きくとる領域で有効なため、光アッテネータとしての応用の際の特性改善効果が大である。更に、光学フィルタ機能部を設けることで、任意の光減衰域での波長依存性損失を大幅に低減させることが可能となる。
【0038】
これらのことから、本発明の光アッテネータは、EDFA(エルビウム添加光ファイバ増幅器)を多段に用いたWDM(波長多重)伝送システムに特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光アッテネータの一実施例を示す説明図。
【図2】光フィルタ機能部を組み込んだ光アッテネータの他の実施例を示す説明図。
【図3】温度特性を示すグラフ。
【図4】波長依存性を示すグラフ。
【図5】波長依存性を示すグラフ。
【図6】減衰特性を示すグラフ。
【図7】温度特性を示すグラフ。
【図8】本発明に係る光アッテネータの他の実施例を示す説明図。
【図9】本発明に係る光アッテネータの更に他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
11 入力ファイバ
12 コリメートレンズ
14 入力ファイバコリメータ
17 出力ファイバ
18 コリメートレンズ
20 出力ファイバコリメータ
22 ファラデー回転装置
24,30 永久磁石
26 偏光子
28,32 ファラデー素子
34 検光子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Faraday rotation device in which a reverse magnetic field is applied to a Faraday element by providing Faraday elements inside and outside an annular permanent magnet, and an optical device using the same. More specifically, in the present invention, a plurality of permanent magnets having through holes are arranged so as to face the same magnetization direction along the optical path, and a part of the plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction. The Faraday rotation device relates to a Faraday rotation device in which a reverse magnetic field is applied to a part of the Faraday elements and the remaining Faraday elements. is there. This device is not particularly limited, but is useful for an optical attenuator.
[0002]
[Prior art]
In optical communication systems or optical measurement systems, various optical devices such as optical isolators, optical circulators, optical switches, and optical attenuators are used. These optical devices incorporate a Faraday rotator that rotates the plane of polarization. The Faraday rotator is configured to apply an external magnetic field to a Faraday element (a magnetic garnet single crystal having a Faraday effect), thereby controlling a Faraday rotation angle of a light beam transmitted through the Faraday element. In this case, a Faraday rotation angle is maintained by applying a fixed magnetic field to the Faraday element (Faraday rotator), and a Faraday rotation angle is controlled by applying a variable magnetic field to the Faraday element (Faraday rotation angle variable device). )
[0003]
A conventional Faraday rotator generally has a structure in which a Faraday element is accommodated in a cylindrical permanent magnet. In the case of a Faraday rotation angle variable device, a Faraday element is arranged between two ring-shaped permanent magnets to apply a fixed magnetic field parallel to the light beam direction, and a variable magnetic field orthogonal to the light beam direction is applied by an electromagnet. In general, the Faraday rotation angle is changed by changing the magnetization direction of the Faraday element by changing the resultant magnetic field.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in recent years, since wavelength multiplexing communication has been put into practical use, optical devices are required to have low wavelength dependency. In order to reduce the wavelength dependence of the Faraday rotation angle, a configuration has been proposed in which a garnet single crystal basic film and a garnet single crystal compensation film having a reverse Faraday rotation direction and a substantially constant Faraday rotation angle are proposed.
[0005]
In particular, in a Faraday rotation angle variable device incorporated in an optical attenuator or the like, it is necessary to reduce not only the wavelength dependency, but also the wavelength dependency loss (the attenuation changes as the wavelength changes). Therefore, in addition to the garnet single crystal basic film whose Faraday rotation angle changes due to the change of the synthetic magnetic field, a garnet single crystal compensation film having a substantially constant Faraday rotation angle is arranged, and the sign of the Faraday rotation angle is placed on the basic film and the compensation film. There has been proposed a structure in which the difference in wavelength of the Faraday rotation angle of the basic film is reduced by using a compensation film (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-249997).
[0006]
In order to realize this, a compensation film corresponding to the basic film is required, but it is not always easy to produce an appropriate compensation film corresponding to an arbitrary basic film. This is because the wavelength characteristics and temperature characteristics of the basic film and the compensation film need to be offset as much as possible, but the material design is limited because the compositions of the two are completely different.
[0007]
An object of the present invention is to use a plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction, and to have a structure in which the wavelength coefficient and the temperature coefficient of the Faraday rotation angle work in reverse, so that the wavelength characteristic and the temperature characteristic are improved. An improved Faraday rotator is provided. Another object of the present invention is to employ a structure in which the wavelength coefficient and the temperature coefficient of the Faraday rotation angle work in reverse while using a plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction. It is to provide various optical devices such as an optical attenuator with reduced temperature dependent loss.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  BookThe invention includes a plurality of permanent magnets having a through hole and magnetized in the axial direction of the through hole, a plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction, and variable magnetic field applying means Each permanent magnet is arranged to face the same magnetization direction along the optical path, and some Faraday elements are accommodated in the through holes of the permanent magnet, and the remaining Faraday elements are interposed between the permanent magnets. The permanent magnet applies a reverse magnetic field to a part of the Faraday elements and the remaining Faraday elements, and the variable magnetic field applying means applies a magnetic field to the remaining Faraday elements in a direction different from the light beam direction.The maximum rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets is θ 1max , The minimum rotation angle is θ 1min The rotation angle by the Faraday element built in the permanent magnet is θ 2 When
| Θ 1min | ≦ | θ 2 | ≦ | θ 1max
Satisfy a relationshipThis is the Faraday rotation device. This Faraday rotator can be used for an optical switch, an optical attenuator, a polarization scrambler, and the like.
[0010]
In this way, by accommodating a part of the Faraday elements in the through holes of the permanent magnets and arranging the remaining Faraday elements between the permanent magnets, a reverse magnetic field is applied to the Faraday elements, thereby the same While using the Faraday element having the Faraday rotation direction, it is possible to provide a function of canceling the wavelength and temperature coefficient of the Faraday rotation angle. This is a feature of the present invention. For example, in the case of a configuration having variable magnetic field applying means, as compared with the prior art, a Faraday element that is located between permanent magnets and to which a variable magnetic field is applied functions as a basic film, and a Faraday element built in the permanent magnet functions as a compensation film. It will be.
[0011]
As a typical example, there are two permanent magnets and a plurality of Faraday elements, some Faraday elements are accommodated in the through holes of one permanent magnet, and the rest of the Faraday elements are between both permanent magnets. Arranged configuration, having two permanent magnets and three or more Faraday elements, some Faraday elements are housed in respective through holes of both permanent magnets, and the remaining Faraday elements are both permanent magnets There is a configuration arranged between. These are usually used in a state where all the Faraday elements are magnetically saturated by a magnetic field generated by a permanent magnet.
[0012]
The present invention is an optical device using the Faraday rotator as described above, wherein a polarizer is arranged on the input side and an analyzer is arranged on the output side of the array group of the plurality of Faraday elements. A wedge-shaped birefringent plate is used as a polarizer and an analyzer, an input fiber collimator having an input fiber and a collimator lens is arranged on the input side of the polarizer, and an output fiber collimator having an output fiber and a collimator lens is arranged on the output side of the analyzer. There is a configuration.
[0013]
  The present invention also includes two permanent magnets having through holes and magnetized in the axial direction of the through holes, a plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction, and variable It has a magnetic field applying means, a polarizer and an analyzer, and both permanent magnets are arranged to face the same magnetization direction along the optical path, and some Faraday elements are accommodated in the through holes of the permanent magnets. The remaining Faraday elements are disposed between the permanent magnets, the permanent magnets apply a fixed magnetic field that reversely saturates some of the Faraday elements and the remaining Faraday elements, and the variable magnetic field applying means applies the remaining Faraday elements. A variable magnetic field is applied to the element in a direction different from the light beam direction, and a polarizer is placed on the input side and an analyzer on the output side of all Faraday elements.The maximum rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets is θ 1max , The minimum rotation angle is θ 1min The rotation angle by the Faraday element built in the permanent magnet is θ 2 When
| Θ 1min | ≦ | θ 2 | ≦ | θ 1max
To satisfy the relationshipOptical attenuator.
[0014]
Such an optical attenuator is most effective as an example of use of the Faraday rotator. In that case, it is preferable that all the Faraday elements are composed of magnetic garnet single crystals having the same composition and the same characteristics. A fiber type optical attenuator can be configured by arranging an input fiber collimator having an input fiber and a collimator lens on the input side of the polarizer and an output fiber collimator having an output fiber and a collimator lens on the output side of the analyzer.
[0015]
As a concrete example, there are two permanent magnets and two Faraday elements. From the input side to the output side, the permanent magnet, the polarizer, the Faraday element, the Faraday element built in the permanent magnet, the detector There is a configuration in which the photons are arranged along the optical path in order. In this case, the rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets in the crossed Nicols state is θ1kThe polarizer optical axis angle θ from the direction of the electromagnet magnetic field by the variable magnetic field applying meansfThe
θf≒ -θ1k/ 2 + nπ / 2 (where n = 0, 1)
Is preferable.
[0016]
  As another specific example, there are two permanent magnets and two Faraday elements, and from the input side to the output side, a polarizer, a Faraday element built in the permanent magnet, a Faraday element, an analyzer The arrangement of the permanent magnets in the order of the optical path, the two permanent magnets and the three Faraday elements, and the polarizer and the Faraday element built in the permanent magnet from the input side to the output side The Faraday element, the Faraday element built in the permanent magnet, and the analyzer are arranged in this order along the optical path. In these cases, the rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets in the crossed Nicol state is θ1k,Located between the polarizer and the Faraday elementThe rotation angle by the Faraday element built in the permanent magnet is θ2The polarizer optical axis angle θ from the direction of the electromagnet magnetic field by the variable magnetic field applying meansfThe
θf≒ -θ1k/ 2-θ2+ Nπ / 2 (where n = 0, 1)
Is preferable.
[0017]
  In these optical attenuators,sideA wedge-shaped birefringent plate is used for the photon and analyzer, and the optical axis of the analyzer is set to 0 degrees or more and 90 degrees or less when viewed from the direction of the optical axis of the polarizer in the rotation direction of the Faraday element located between the permanent magnets. It is good.
[0018]
In the optical attenuator, it is also effective to add an optical filter function unit having a wavelength dependent loss whose sign is opposite to that of the wavelength dependent loss caused by the Faraday rotator. In that case, when the maximum wavelength-dependent loss gradient in the optical attenuator without the optical filter function unit is WDL1, and the minimum wavelength-dependent loss gradient is WDL2, the wavelength-dependent loss gradient X of the optical filter function unit is
X ≒-(WDL1 + WDL2) / 2
Or the wavelength dependence of the optical filter function section when the maximum wavelength-dependent loss slope is WDL3 and the minimum wavelength-dependent loss slope is WDL4 in any use attenuation region in the optical attenuator without the optical filter function section. Loss slope X is
X ≒-(WDL3 + WDL4) / 2
It is good to do.
[0019]
【Example】
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of an optical attenuator according to the present invention. A Faraday rotator 22 is provided between an input fiber collimator 14 having an input fiber 11 and a collimator lens 11 attached to the ferrule 10, and an output fiber collimator 20 having an output fiber 17 and a collimator lens 18 attached to the ferrule 16. Deploy. The Faraday rotator 22 has two permanent magnets and two Faraday elements. From the input side to the output side, a permanent magnet 24, a polarizer 26 made of a wedge-shaped birefringent plate (for example, a rutile crystal), a first One Faraday element 28, a second Faraday element 32 built in a permanent magnet 30, and an analyzer 34 made of a wedge-shaped birefringent plate (for example, a rutile crystal) are disposed along the optical path in this order. The Faraday element 28 located between 30 is provided with an electromagnet (variable magnetic field applying means) 36 that applies a magnetic field in a direction different from the light beam direction. The two permanent magnets 24 and 30 are both in an annular shape, are two-pole magnetized in the axial direction of the through hole, and are arranged to face the same magnetizing direction. The two Faraday elements 28 and 32 have the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction, and have the same characteristics and the same composition here.
[0020]
The magnetic field generated by both permanent magnets 24 and 30 has a magnitude that magnetically saturates both Faraday elements 28 and 32 in the opposite direction. Only the magnetic field generated by the permanent magnet 30 is applied to the second Faraday element 32 built in the permanent magnet 30, and both of the first Faraday element 28 positioned between the permanent magnets 24 and 30 are A fixed magnetic field in the light beam direction by the permanent magnets 24 and 30 and a variable magnetic field in a direction different from the light beam direction by the electromagnet 36 are combined and applied. Since the Faraday rotation angle of the first Faraday element 28 is changed by changing the composite magnetic field, and the Faraday rotation angle of the second Faraday element 32 is substantially constant, the total Faraday rotation angle thereof will change, and Both Faraday elements 28, 32 will cancel the wavelength and temperature coefficient.
[0021]
The operating principle of this optical attenuator is basically the same as that of a conventional optical attenuator using a birefringent crystal plate as a polarizer and an analyzer. For example, when the polarizer 26 and the analyzer 34 are arranged so that the optical axes of the birefringent crystal plates are parallel to each other, the operation is as follows. The light emitted from the input fiber 11 and converted into a parallel beam by the lens 12 is separated into ordinary light and abnormal light by the polarizer 24. The polarization directions of ordinary light and extraordinary light are orthogonal to each other. When each light passes through the Faraday rotation angle varying device 22, the polarization direction is rotated according to the magnitude of the magnetization parallel to the optical path, and is further separated into ordinary light and abnormal light by the analyzer 34, respectively. . Some ordinary light and extraordinary light emitted from the analyzer 34 are parallel to each other and are coupled to the output fiber 17 by the lens 18, but the remaining extraordinary light and ordinary light exiting from the analyzer 34 are not parallel to each other but spread. Even if it passes through the lens 18, it is not coupled to the output fiber 17.
[0022]
When the magnetic field applied by the electromagnet 36 is zero, the Faraday rotation angle is 90 degrees (magnetization is parallel to the light beam direction), and ordinary light emitted from the polarizer 26 is emitted as abnormal light from the analyzer 34 and emitted from the polarizer 26. The extraordinary light emitted from the analyzer 34 as ordinary light is not coupled to the output fiber 17 even if it passes through the lens 18. On the other hand, when the magnetic field applied by the electromagnet 36 is sufficiently large, the Faraday rotation angle approaches 0 degrees, and the ordinary light emitted from the polarizer 26 is emitted as it is from the analyzer 34 as ordinary light, and the extraordinary light emitted from the polarizer 26 is Since the light exits from the analyzer 34 as abnormal light almost as it is, both lights are parallel and all are coupled to the output fiber 17 by the lens 180. In this manner, the magnetization of the first Faraday element 28 rotates according to the strength of the magnetic field applied by the electromagnet 36, and the Faraday rotation angle changes in the range from about 90 degrees to about 0 degrees, and the output is accordingly generated. The amount of light coupled to the fiber 17 will be different and will function as a variable optical attenuator.
[0023]
However, in reality, for the convenience of the power applied to the electromagnet, the Faraday rotation angle is set to 90 degrees or more when the magnetization of the first Faraday element 28 is directed in the light beam direction, and an angle range smaller than 90 degrees. Change with. For example, when the magnetization is directed in the direction of the light beam, the Faraday rotation angle is 96 degrees, and the magnetic field of the electromagnet is applied to reduce it to 15 degrees. In this case, if the angle formed by the optical axes of the birefringent crystals that are the polarizer and the analyzer is set to 105 degrees, when the Faraday rotation angle is 15 degrees, a crossed Nicols state is obtained, and a large amount of attenuation is obtained. Accordingly, even in such a case, the operating principle is the same as described above.
[0024]
FIG. 2 is an explanatory view showing another embodiment of the optical attenuator according to the present invention. Since the basic configuration is the same as that in FIG. 1, the same reference numerals are given to corresponding members for the sake of simplicity, and descriptions thereof are omitted. In this embodiment, an optical filter function unit 38 having a wavelength dependent loss whose sign is opposite to that of the wavelength dependent loss caused by the Faraday rotator is provided. The optical filter function 38 is an optical filter in which an optical filter film having a desired characteristic made of a dielectric multilayer film is formed on a glass substrate, for example.
[0025]
The characteristics of the optical filter function unit are, for example, the wavelength-dependent loss slope X of the optical filter function unit when the maximum wavelength-dependent loss gradient is WDL1 and the minimum wavelength-dependent loss gradient is WDL2 in an optical attenuator without the optical filter function unit. But,
X ≒-(WDL1 + WDL2) / 2
If the maximum wavelength-dependent loss slope is WDL3 and the minimum wavelength-dependent loss slope is WDL4 in an arbitrary attenuation range in an optical attenuator without an optical filter function section, the wavelength dependence of the optical filter function section Loss slope X is
X ≒-(WDL3 + WDL4) / 2
Set to be. Thereby, the wavelength dependent loss can be reduced.
[0026]
Here, as the Faraday elements 28 and 32, the composition is Tb.1.00Y0.65Bi1.35Fe4.05Ga0.95O12A magnetic garnet single crystal film grown on a nonmagnetic garnet single crystal substrate by the LPE (liquid phase epitaxial) method was used. The magnetic garnet single crystal film is polished on both sides so as to have a predetermined thickness after removing the non-magnetic garnet single crystal substrate.
[0027]
The maximum rotation angle by the first Faraday element 28 located between both permanent magnets 24 and 30 is θ1maxThe rotation angle of the second Faraday element 32 built in the permanent magnet 30 is θ2And θ1max= −θ2In this case, when the electromagnetic field is zero, the rotation angle of the first Faraday element 28 is 96 degrees, the rotation angle of the second Faraday element 32 is -96 degrees, and the angle formed by the polarizer 26 and the analyzer 34 is 90 degrees. When the optical filter characteristic is X≈− (WDL1 + WDL2) / 2 or X≈− (WDL3 + WDL4) / 2, the Faraday rotation angle wavelength coefficient and temperature coefficient of the first Faraday element 28 and the second Faraday element 32 are calculated. If the sign is reversed, it is possible to realize an optical attenuator with zero temperature and wavelength dependence in an electromagnet magnetic field zero (current 0 mA), and further, wavelength dependence due to optical filter characteristics in an arbitrary attenuation range. It becomes possible to decrease.
[0028]
FIG. 3 shows the temperature characteristics, and FIG. 4 shows the wavelength dependence. These are cases where the wavelength dependent loss slope in the optical attenuator without the optical filter function part is −0.4 dB. The wavelength dependent loss between the attenuation 2 dB and 30 dB is ± 0.1 dB.
[0029]
2= Θ11: Rotation angle by first Faraday element 28 located between permanent magnets, θ2: In the case of the rotation angle by the second Faraday element 32 built in the permanent magnet 30), the signs of the mutual wavelength coefficients (degrees / nm) are opposite, so that the Faraday rotation angle wavelength dependence is offset, A point where the wavelength dependence becomes zero is obtained. This zero point is θ2The
| Θ1min| ≦ | θ2| ≦ | θ1max
By adjusting the angle between the polarizer and the analyzer optical axis, it can be determined with an arbitrary amount of attenuation.
[0030]
For example, when the electromagnet magnetic field is zero, the rotation angle of the first Faraday element 28 is 96 degrees, the rotation angle of the second Faraday element 32 is -15 degrees, and the angle formed by the polarizer and the analyzer optical axis is 90 degrees. In this case, when the rotation angle of the first Faraday element is 15 degrees, the crossed Nicol state is reached and the attenuation is maximized (attenuation 25 dB), and the wavelength dependence is canceled by the second Faraday element (see A in FIG. 5). . Under the same conditions, when the angle between the polarizer and the analyzer optical axis is 80 degrees, the point at which the wavelength dependence is canceled is when the rotation angle of the second Faraday element is 15 degrees (in the crossed Nicols state) (Not reached) near attenuation of 15 dB (see B in FIG. 5). Faraday rotation angle θ of the second Faraday element2By adjusting the angle between the polarizer and the analyzer optical axis, it is possible to provide a region having a flat wavelength-dependent loss, and the optical filter characteristics can be used.
[0031]
Further, the direction not affected by the Cotton Mouton effect, that is, the direction of the polarization plane incident on the first Faraday element (polarizer optical axis angle from the direction of the electromagnetic field) θfBy setting as shown in the following equation, high attenuation characteristics can be obtained.
θf≒ -θ1k/ 2 + nπ / 2 (where n = 0, 1)
1kIs the rotation angle by the first Faraday element in the crossed Nicol state)
For example, when the Faraday rotation angle by the first Faraday element is 96 degrees, the Faraday rotation angle by the second Faraday element is -15 degrees, and the angle between the polarizer and the analyzer optical axis is 90 degrees, θ1k= 15 degrees and θf= −7.5 degrees + nπ / 2. FIG. 6 shows the attenuation characteristics (example of 1545 nm, 25 ° C.) in this configuration, and FIG. 7 shows the temperature characteristics (example of 1545 nm).
[0032]
FIG. 8 is an explanatory view showing another embodiment of the optical attenuator according to the present invention. A Faraday rotator 42 is disposed between the input fiber collimator 14 having the input fiber 11 and the collimator lens 12 and the output fiber collimator 20 having the output fiber 17 and the collimator lens 18. Here, the Faraday rotator has two permanent magnets and two Faraday elements. From the input side to the output side, a polarizer 44 made of a wedge-shaped birefringent plate (for example, a rutile crystal) and a permanent magnet 46 are provided. The built-in Faraday element 48, Faraday element 50, analyzer 52 made of a wedge-shaped birefringent plate (for example, rutile crystal), and permanent magnet 54 are arranged in this order along the optical path, and are positioned between the permanent magnets 46 and 54. The Faraday element 50 is provided with an electromagnet (variable magnetic field applying means) 56 for applying a magnetic field in a direction different from the light beam direction. The two permanent magnets 46 and 54 have an annular shape, and are two-pole magnetized in the axial direction of the through hole, and are arranged so as to face the same magnetization direction.
[0033]
FIG. 9 is an explanatory view showing still another embodiment of the optical attenuator according to the present invention. A Faraday rotator 62 is disposed between the input fiber collimator 14 having the input fiber 11 and the collimator lens 12 and the output fiber collimator 20 having the output fiber 17 and the collimator lens 18. Here, the Faraday rotator has two permanent magnets and three Faraday elements. From the input side to the output side, a polarizer 64 made of a wedge-shaped birefringent plate (for example, a rutile crystal) and a permanent magnet 66 are provided. A built-in Faraday element 68, a Faraday element 70, a Faraday element 74 built in a permanent magnet 72, and an analyzer 76 made of a wedge-shaped birefringent plate (for example, rutile crystal) are arranged along the optical path in this order. In this structure, an electromagnet (variable magnetic field applying means) 78 for applying a magnetic field in a direction different from the light beam direction is provided for the Faraday element 70 positioned between 66 and 72. The two permanent magnets are both in an annular shape, are magnetized in the axial direction of the through hole, and are arranged so as to face the same magnetization direction. In this embodiment, the thickness of the Faraday element incorporated in the permanent magnet is taken into consideration and the two are installed in two.
[0034]
The Faraday element incorporated in the permanent magnet functions as a compensation film in the prior art. However, if it is located on the input side as in the embodiments shown in FIGS. Only the optical axis of the polarizer needs to be changed. The rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets in the crossed Nicol state is θ1kThe polarizer optical axis angle θ from the direction of the electromagnetic field isfThe
θf≒ -θ1k/ 2-θ2+ Nπ / 2 (where n = 0, 1)
Is preferable. The polarization plane incident on the Faraday element located between the permanent magnets differs depending on whether or not there is a Faraday element built in the permanent magnet between the Faraday element and the polarizer located between the permanent magnets. is there. For example, the Faraday rotation angle of the Faraday element positioned between the permanent magnets is 96 degrees, the Faraday rotation angle of the Faraday element built in the permanent magnet positioned on the input side is -15 degrees, and the polarizer and analyzer optical axes When the angle formed is 90 degrees, θ1k= 15 degrees and θf= 7.5 degrees + nπ / 2.
[0035]
8 and 9, the optical filter function unit is not provided. However, as shown in FIG. 2, the wavelength-dependent loss whose sign is opposite to the wavelength-dependent loss caused by the Faraday rotator is shown. It is also possible to attach an optical filter function unit having an arbitrary position. Thereby, the wavelength dependent loss can be reduced.
[0036]
【The invention's effect】
In the present invention, as described above, a plurality of permanent magnets are arranged so as to face the same magnetization direction along the optical path, some Faraday elements are accommodated in the through holes of the permanent magnets, and the remaining Faraday elements are Since it is arranged between permanent magnets, it is possible to apply a reverse magnetic field to some Faraday elements and the remaining Faraday elements, and use Faraday elements that have the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction. However, the function of canceling the wavelength and temperature coefficient of the Faraday rotation angle can be provided. In addition to the wavelength-dependent loss reduction effect, there is also a temperature-dependent loss reduction effect. In other words, each Faraday element may have the same composition and the same characteristics, and there is an advantage that it is not necessary to develop a garnet single crystal having a new composition as a compensation film having characteristics suitable for the characteristics of the main Faraday element. The effect is extremely large.
[0037]
In the present invention, since the effect of canceling the wavelength and temperature coefficient of the Faraday rotation angle is effective particularly in a region where the attenuation is large, the effect of improving characteristics in application as an optical attenuator is great. Furthermore, by providing the optical filter function unit, it is possible to significantly reduce the wavelength-dependent loss in an arbitrary light attenuation region.
[0038]
For these reasons, the optical attenuator of the present invention is particularly effective for a WDM (wavelength multiplexing) transmission system using EDFA (erbium-doped optical fiber amplifier) in multiple stages.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of an optical attenuator according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing another embodiment of an optical attenuator incorporating an optical filter function unit.
FIG. 3 is a graph showing temperature characteristics.
FIG. 4 is a graph showing wavelength dependence.
FIG. 5 is a graph showing wavelength dependence.
FIG. 6 is a graph showing attenuation characteristics.
FIG. 7 is a graph showing temperature characteristics.
FIG. 8 is an explanatory view showing another embodiment of the optical attenuator according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing still another embodiment of the optical attenuator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Input fiber
12 Collimating lens
14 Input fiber collimator
17 Output fiber
18 Collimating lens
20 output fiber collimator
22 Faraday rotator
24, 30 Permanent magnet
26 Polarizer
28, 32 Faraday element
34 Analyzer

Claims (18)

貫通穴を有し該貫通穴の軸方向に着磁されている複数の永久磁石と、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じである複数のファラデー素子と、可変磁界印加手段を具備し、各永久磁石は光路に沿って同じ着磁方向を向くように配列されており、一部のファラデー素子は永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は永久磁石の間に配置され、永久磁石は一部のファラデー素子と残りのファラデー素子に対して逆向きの磁界を印加し、可変磁界印加手段は残りのファラデー素子に対して光線方向とは異なる方向に磁界を印加するように構成され、永久磁石間に位置するファラデー素子による最大回転角をθ 1max 、最小回転角をθ 1min 、永久磁石に内蔵されたファラデー素子による回転角をθ 2 としたとき、
|θ 1min |≦|θ 2 |≦|θ 1max
なる関係を満たすようにしたことを特徴とするファラデー回転装置。
A plurality of permanent magnets having a through hole and magnetized in the axial direction of the through hole, a plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction, and a variable magnetic field applying means, Each permanent magnet is arranged so as to face the same magnetization direction along the optical path. Some Faraday elements are accommodated in the through holes of the permanent magnet, and the remaining Faraday elements are arranged between the permanent magnets. The magnet applies a reverse magnetic field to some Faraday elements and the remaining Faraday elements, and the variable magnetic field applying means is configured to apply a magnetic field in a direction different from the light beam direction to the remaining Faraday elements. When the maximum rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets is θ 1max , the minimum rotation angle is θ 1min , and the rotation angle by the Faraday element built in the permanent magnet is θ 2 ,
| Θ 1min | ≦ | θ 2 | ≦ | θ 1max |
A Faraday rotator characterized by satisfying the following relationship .
2個の永久磁石と複数のファラデー素子を有し、一部のファラデー素子は一方の永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は両方の永久磁石の間に配置されている請求項1記載のファラデー回転装置。Has two permanent magnets and a plurality of Faraday element, a part of the Faraday element is housed in the through hole of one of the permanent magnet, according to claim is disposed between both the remaining Faraday element of the permanent magnet 1 serial mounting Faraday rotation device. 2個の永久磁石と3個以上のファラデー素子を有し、一部のファラデー素子は両方の永久磁石のそれぞれの貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は両方の永久磁石の間に配置されている請求項1記載のファラデー回転装置。It has two permanent magnets and three or more Faraday elements, some of the Faraday elements are accommodated in the respective through holes of both permanent magnets, and the remaining Faraday elements are arranged between both permanent magnets. Faraday rotation device of claim 1 Symbol placement are. 永久磁石による磁界によって、各ファラデー素子が全て磁気飽和している請求項1乃至のいずれかに記載のファラデー回転装置。The Faraday rotator according to any one of claims 1 to 3 , wherein each Faraday element is magnetically saturated by a magnetic field generated by a permanent magnet. 請求項1乃至のいずれかに記載のファラデー回転装置を用い、その複数のファラデー素子の配列群の入力側に偏光子を、出力側に検光子を配置した光デバイス。Using the Faraday rotation device according to any one of claims 1 to 4, a polarizer on the input side of the sequence group of the plurality of Faraday elements, the optical device placing the analyzer at the output side. 偏光子及び検光子として楔形複屈折板を用い、偏光子の入力側に入力ファイバとコリメートレンズを有する入力ファイバコリメータを、検光子の出力側に出力ファイバとコリメートレンズを有する出力ファイバコリメータを配置した請求項記載の光デバイス。A wedge-shaped birefringent plate is used as a polarizer and an analyzer, an input fiber collimator having an input fiber and a collimator lens is arranged on the input side of the polarizer, and an output fiber collimator having an output fiber and a collimator lens is arranged on the output side of the analyzer. The optical device according to claim 5 . 貫通穴を有し該貫通穴の軸方向に着磁されている2個の永久磁石と、同一磁界方向に対してファラデー回転方向が同じである複数のファラデー素子と、可変磁界印加手段と、偏光子及び検光子を具備し、両方の永久磁石は光路に沿って同じ着磁方向を向くように配列されており、一部のファラデー素子は永久磁石の貫通穴内に収容され、残りのファラデー素子は永久磁石の間に配置され、永久磁石は一部のファラデー素子と残りのファラデー素子に対して逆向きに磁気飽和させる固定磁界を印加し、可変磁界印加手段は残りのファラデー素子に対して光線方向とは異なる方向に可変磁界を印加するようにし、全てのファラデー素子の配列群の入力側に偏光子を、出力側に検光子を配置するように構成し、永久磁石間に位置するファラデー素子による最大回転角をθ 1max 、最小回転角をθ 1min 、永久磁石に内蔵されたファラデー素子による回転角をθ 2 としたとき、
|θ 1min |≦|θ 2 |≦|θ 1max
なる関係を満たすようにしたことを特徴とする光アッテネータ。
Two permanent magnets having a through hole and magnetized in the axial direction of the through hole, a plurality of Faraday elements having the same Faraday rotation direction with respect to the same magnetic field direction, variable magnetic field applying means, polarization And both permanent magnets are arranged so as to face the same magnetization direction along the optical path, some Faraday elements are accommodated in the through holes of the permanent magnets, and the remaining Faraday elements are Located between the permanent magnets, the permanent magnet applies a fixed magnetic field that reversely saturates some Faraday elements and the rest of the Faraday elements, and the variable magnetic field applying means applies the light beam direction to the remaining Faraday elements. Faraday element so as to apply a variable magnetic field, a polarizer on the input side of the sequence group of all the Faraday element, and configured to position an analyzer on the output side, located between the permanent magnets in a direction different from the Maximum rotation angle theta 1max by the minimum rotation angle theta 1min, when the rotation angle is theta 2 by Faraday element incorporated in the permanent magnet,
| Θ 1min | ≦ | θ 2 | ≦ | θ 1max |
An optical attenuator characterized by satisfying the following relationship .
全てのファラデー素子が同一組成で同一特性の磁性ガーネット単結晶からなる請求項記載の光アッテネータ。The optical attenuator according to claim 7, wherein all Faraday elements are made of magnetic garnet single crystals having the same composition and the same characteristics. 偏光子の入力側に入力ファイバとコリメートレンズを有する入力ファイバコリメータを、検光子の出力側に出力ファイバとコリメートレンズを有する出力ファイバコリメータを配置した請求項又は記載の光アッテネータ。An input fiber collimator having an input fiber and collimating lens to the input side of the polarizer, optical attenuator according to claim 7 or 8, wherein placing the output fiber collimator with an output fiber and collimating lens on the output side of the analyzer. 2個の永久磁石と2個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、永久磁石、偏光子、ファラデー素子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、検光子の順に、光路に沿って配設した請求項乃至のいずれかに記載の光アッテネータ。It has two permanent magnets and two Faraday elements. From the input side to the output side, the permanent magnet, the polarizer, the Faraday element, the Faraday element built in the permanent magnet, and the analyzer are arranged along the optical path in this order. optical attenuator according to any one of claims 7 to 9 is disposed Te. 2個の永久磁石と2個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、偏光子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、ファラデー素子、検光子、永久磁石の順に、光路に沿って配設した請求項乃至のいずれかに記載の光アッテネータ。It has two permanent magnets and two Faraday elements. From the input side to the output side, the polarizer, the Faraday element built in the permanent magnet, the Faraday element, the analyzer, and the permanent magnet follow the optical path in this order. optical attenuator according to any one of claims 7 to 9 is disposed Te. 2個の永久磁石と3個のファラデー素子を有し、入力側から出力側に向かって、偏光子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、ファラデー素子、永久磁石に内蔵されたファラデー素子、検光子の順に、光路に沿って配設した請求項乃至のいずれかに記載の光アッテネータ。It has two permanent magnets and three Faraday elements. From the input side to the output side, polarizer, Faraday element built in permanent magnet, Faraday element, Faraday element built in permanent magnet, analyzer The optical attenuator according to any one of claims 7 to 9 , wherein the optical attenuator is disposed along an optical path in the order of. クロスニコル状態における永久磁石間に位置するファラデー素子による回転角度をθ1kとしたとき、可変磁界印加手段による電磁石磁界方向からの偏光子光学軸角度θf を、
θf ≒−θ1k/2+nπ/2(但し、n=0,1)
とした請求項1記載の光アッテネータ。
When the rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets in the crossed Nicol state is θ 1k , the polarizer optical axis angle θ f from the electromagnet magnetic field direction by the variable magnetic field applying means is
θ f ≈ −θ 1k / 2 + nπ / 2 (where n = 0, 1)
And claims 1 0 optical attenuator according.
クロスニコル状態における永久磁石間に位置するファラデー素子による回転角度をθ1kとし、偏光子とファラデー素子との間に配置されている永久磁石に内蔵されたファラデー素子による回転角をθ2 としたとき、可変磁界印加手段による電磁石磁界方向からの偏光子光学軸角度θf を、
θf ≒−θ1k/2−θ2 +nπ/2(但し、n=0,1)
とした請求項1又は1記載の光アッテネータ。
When the rotation angle by the Faraday element located between the permanent magnets in the crossed Nicol state is θ 1k, and the rotation angle by the Faraday element built in the permanent magnet arranged between the polarizer and the Faraday element is θ 2 , The polarizer optical axis angle θ f from the electromagnetic field direction by the variable magnetic field applying means,
θ f ≈−θ 1k / 2−θ 2 + nπ / 2 (where n = 0, 1)
And claims 1 1 or 1 2 optical attenuator according.
偏光子と検光子に楔型複屈折板を使用し、検光子の光学軸を偏光子の光学軸の方位から永久磁石間に位置するファラデー素子の回転方向に見て0度以上90度以下とした請求項乃至1のいずれかに記載の光アッテネータ。A wedge-type birefringent plate is used for the polarizer and the analyzer, and the optical axis of the analyzer is 0 degrees or more and 90 degrees or less when viewed from the direction of the optical axis of the polarizer in the rotation direction of the Faraday element located between the permanent magnets. optical attenuator according to any one of claims 7 to 1 4 and. ファラデー回転装置により生じる波長依存性損失に対して符号が逆の波長依存性損失をもつ光学フィルタ機能部を付設した請求項乃至1のいずれかに記載の光アッテネータ。The optical attenuator according to any one of claims 7 to 15, further comprising an optical filter function unit having a wavelength dependent loss having a sign opposite to that of the wavelength dependent loss caused by the Faraday rotator. 光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける最大波長依存性損失傾斜をWDL1、最小波長依存性損失傾斜をWDL2としたとき、光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜Xが、
X≒−(WDL1+WDL2)/2
である請求項1記載の光アッテネータ。
In an optical attenuator without an optical filter function unit, when the maximum wavelength-dependent loss gradient is WDL1, and the minimum wavelength-dependent loss gradient is WDL2, the wavelength-dependent loss gradient X of the optical filter function unit is
X ≒-(WDL1 + WDL2) / 2
The optical attenuator according to claim 16, wherein
光学フィルタ機能部無しの光アッテネータにおける任意の使用減衰域での最大波長依存性損失傾斜をWDL3、最小波長依存性損失傾斜をWDL4としたとき、光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜Xが、
X≒−(WDL3+WDL4)/2
である請求項1記載の光アッテネータ。
In an optical attenuator without an optical filter function unit, when the maximum wavelength dependent loss slope in an arbitrary use attenuation region is WDL3 and the minimum wavelength dependent loss slope is WDL4, the wavelength dependent loss slope X of the optical filter function unit is
X ≒-(WDL3 + WDL4) / 2
The optical attenuator according to claim 16, wherein
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