JP3881532B2 - 可変光アッテネータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファラデー回転角可変装置の光軸上の前後に偏光子と検光子を配置した可変光アッテネータに関し、更に詳しく述べると、ファラデー回転角可変装置にファラデー回転方向の異なる複数のファラデー素子を組み込むと共に、それらと波長依存性損失が逆符号の光学フィルタ機能部を設けて、波長依存性を低減した可変光アッテネータに関するものである。この可変光アッテネータは、特に光ファイバ結合型として有用である。
【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、透過光量を制御するための光アッテネータが必要である。この光アッテネータは、ファラデー回転角可変装置の光軸上の前後（入力側と出力側）に偏光子と検光子とを設置することで構成されている。組み込まれるファラデー回転角可変装置は、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等）に２方向以上から外部磁界を印加し、それらの合成磁界を可変することにより、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ものである。可変光アッテネータでは、このファラデー回転角の制御によって、光減衰量を可変制御する。
【０００３】
光アッテネータにおいて、偏光子と検光子には、原理的には複合偏光プリズムを用いてもよいが、複合偏光プリズムを用いると入射光量が偏光子によってほぼ半減することになるために、ファイバ結合型デバイスでは、通常、楔形複屈折結晶（例えばルチル単結晶）を用いて偏波無依存型とする方が実際的である。
【０００４】
入力用ファイバからの入射光は、レンズで平行光となって偏光子、ファラデー回転角可変装置のファラデー素子、検光子の順に通過し、レンズで集光されて出力用ファイバに結合する。ファラデー素子には永久磁石によって光線方向に平行な固定磁界が印加され、電磁石によって光線方向に直交する可変磁界が印加される。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と、ファラデー回転角が可変され、それによって検光子を通過する光量が制御される。
【０００５】
【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、可変光アッテネータにおいても、使用状態に応じて、特に必要とする減衰量の近傍（とりわけ光減衰量が大きな領域）で波長依存性を小さくすることが要求されている。
【０００６】
ファラデー回転角の波長依存性の低減に関しては、ファラデー回転角が変化するガーネット単結晶基本膜と、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とを組み合わせる構成が提案されている。しかし、波長依存性損失（波長が変わると減衰量が変化する）の問題は、未だ解決されていない。
【０００７】
例えば、エルピウム添加光ファイバ増幅器を多段に用いた波長多重伝送システムにおいては、増幅された信号光のレベル調整に可変光アッテネータが用いられている。このとき、合波された信号光が光アッテネータにより波長依存性損失を生じ、波長多重伝送システムの利得平坦化特性を悪化させている。そのため、光減衰時の波長依存性損失を最小限に抑えることは極めて重要な技術的課題となっている。
【０００８】
本発明の目的は、波長依存性損失を低減した可変光アッテネータを提供することである。本発明の他の目的は、入出力の区別を必要としない構造の可変光アッテネータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏光子、ファラデー回転角可変装置、検光子を、その順序で配列した構成の可変光アッテネータ、もしくは入力用ファイバ、レンズ、偏光子、ファラデー回転角可変装置、検光子、レンズ、出力用ファイバを、その順序で配列した構成の可変光アッテネータを前提とするものである。本発明の一つの実施態様として、前記ファラデー回転角可変装置は、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向の異なり且つ該第１のファラデー素子とはファラデー回転角の波長係数の符号が異なる第２のファラデー素子と、それらのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１のファラデー素子のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備し、且つ、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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有する構成がある。
【００１０】
このように、ファラデー素子のもつファラデー回転角の波長特性に起因して発生する光アッテネータとしての波長依存性損失に対して、それと逆の特性をもつ光学フィルタ機能部を付加することによって、光アッテネータとしての波長依存性を低減することができる。
【００１１】
第１のファラデー素子と第２のファラデー素子は、第１の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、第２のファラデー素子による回転角をθ₂ としたとき、
｜θ_1min｜≦｜θ₂ ｜≦｜θ_1max｜
なる関係を満たすようにする。
【００１２】
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度をθ_1k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θ_f を、θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
とするのが好ましい。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向を上記θ_f とすることにより、高減衰特性が得られる。
【００１３】
偏光子と検光子としては、楔型複屈折板を使用するのが望ましい。検光子の光学軸を偏光子の光学軸の方位から第１のファラデー素子の回転方向に見て０度以上９０度以下としても、第２のファラデー素子を使用するために、クロスニコル状態へ偏波面を戻すことが可能となる。
【００１４】
第２のファラデー素子が偏光子と第１のファラデー素子に挾まれるように位置する場合には、偏光子の光学軸θ_f が、
θ_f ≒−θ_1k／２−θ₂ ＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
となるように設定する。偏光子の次に第２のファラデー素子があると、その後ろに位置する第１のファラデー素子へ入射する偏波面がθ₂ だけ異なってしまうからである。
【００１５】
本発明の他の実施態様としては、ファラデー回転角可変装置は、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向が異なり且つ該第１のファラデー素子とはファラデー回転角の波長係数の符号が異なる第２のファラデー素子と、前記第１のファラデー素子と同じファラデー回転方向で且つ該第１のファラデー素子とファラデー回転角の波長係数の符号が同じ第３のファラデー素子とをその順序で配列し、それら全てのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１及び第３のファラデー素子のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備し、且つ、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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有する構成がある。第１及び第３のファラデー素子は、同じものであることが望ましい。
【００１６】
順方向又は逆方向から入射した光に対し、クロスニコル状態における第２のファラデー素子による回転角度をθ_1kとしたとき、可変磁界印加手段による電磁界方向からの偏光子光学軸角度θ_f を、
θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
とするのが好ましい。
【００１７】
偏光子と検光子に楔型複屈折板を使用し、偏光子と検光子の光学軸のなす角度を９０度とするのがよい。
【００１８】
これら本発明においては、第２のファラデー素子は、保磁力が高く、可変磁界に対して殆ど回転角が変化しない特性を呈するものを用いるのが好ましい。それによって小型化が可能となるからである。なお、第２のファラデー素子を第１（及び第３）のファラデー素子から離して可変磁界が及ばないように設置れば、必ずしも高保磁力である必要はない。
【００１９】
光学フィルタ機能部は、偏光子、検光子、ファラデー素子のいずれか少なくとも１つ以上の光学面に形成してもよいし、別途ガラス基板に形成して偏光子、ファラデー素子、検光子からなる配列体の内側もしくは外側の空間の少なくとも１箇所以上に挿入してもよい。ファイバ入出力型の場合には、光学フィルタ機能部は、両ファイバ端、両レンズ、偏光子、ファラデー素子、検光子のいずれか少なくとも１つ以上の光学面に形成してもよいし、別途ガラス基板に形成してファイバ端、レンズ、偏光子、ファラデー素子、検光子の間の少なくとも１箇所以上に挿入してもよい。このような光学フィルタ機能部は、例えば誘電体多層膜などにより所定の特性を発現するように設計製作する。
【００２０】
光学フィルタ機能部の波長依存性損失傾斜は、光学フィルタ機能部が無い場合における最大・最小の波長依存性損失傾斜を勘案して決定するが、基本的には光学フィルタ機能部が無い場合の最大・最小の波長依存性損失傾斜の間に収まればよい。より好ましくは、例えば、光学フィルタ機能部無しの光アッテネータの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
となるように設定する。任意の使用減衰域内でのみ十分に波長依存性損失を低減できればよいような場合には、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。このように光学フィルタ機能部の波長依存性損失を設定することで、可変光アッテネータとしての波長依存性損失をより効果的に低減できる。
【００２１】
【実施例】
本発明に係る可変光アッテネータの一実施例を図１に示す。なお、図１のＡでは各光部品の配置状態を分かり易くするために、ファラデー回転角可変装置の磁界印加手段を省いて描いており、ファラデー回転角可変装置の具体的構成については、図１のＢに一例を示す。
【００２２】
可変光アッテネータは、入力用ファイバ１０、レンズ１２、偏光子１４、ファラデー回転角可変装置１６、検光子１８、レンズ２０、出力用ファイバ２２を有し、それらがその順序で配列されている。ここで偏光子１４及び検光子１８は、ともに楔形複屈折結晶板（例えばルチル結晶）からなる。ファラデー回転角可変装置１６は、光路上に位置する第１のファラデー素子３０と第２のファラデー素子３２、それらを磁気飽和させる固定磁界印加手段（一対の永久磁石３４，３６）と、第１のファラデー素子３０のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段（電磁石３８）とからなる。なお、第２のファラデー素子３２は、第１のファラデー素子３０とはファラデー回転方向が異なり、ファラデー回転角の波長係数の符号が異なるものである。
【００２３】
図示のように、永久磁石３４，３６による光線方向に平行な磁界と、電磁石３８による光線方向に直交する磁界の中に、第１のファラデー素子３０と第２のファラデー素子３２を組み込む。第２のファラデー素子３２として垂直磁気異方性が大きい材料あるいは高保磁力材料を用いれば、このように固定磁界と可変磁界の両方が印加される位置に配置しても特に問題はない（垂直磁気異方性が小さい場合あるいは保磁力が低い場合には、固定磁界のみ印加される位置に配置すればよい）。電磁石３８による磁界がゼロの時、第１のファラデー素子３０と第２のファラデー素子３２の磁化方向は光線方向である。電磁石３８による磁界を印加すると、第１のファラデー素子３０の磁化方向は回転するが、第２のファラデー素子３２の磁化方向は回転しない。このため、第１のファラデー素子３０は、永久磁石３４，３６による固定磁界と電磁石３８による可変磁界の合成磁界の変化によりファラデー回転角が変化するが、第２のファラデー素子３２のファラデー回転角は変化せず、結局、第１のファラデー素子３０のファラデー回転角の変化に応じてファラデー回転角可変装置１６のファラデー回転角が変化し、第２のファラデー素子３２によってファラデー回転角の波長依存性が低減するのである。
【００２４】
本発明では、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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設ける。本実施例では、検光子１８とレンズ２０との間に光学フィルタ４０を挿入している。この光学フィルタ４０は、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ものである。
【００２５】
このような光学フィルタは、原理的には、ファイバ端、レンズ、偏光子、検光子、第１及び第２のファラデー素子の間のどこに挿入してもよいし、複数箇所に分散挿入してもよい。光学フィルタ機能部は、上記の光学フィルタのような別部材ではなく、ファイバ端、レンズ、偏光子、検光子、第１及び第２のファラデー素子のいずれか少なくとも１つ以上の光学面に光学フィルタ膜を形成する構成でもよい。しかし、光学フィルタのような別個の部材とする方が、組立に際しての部品の準備や管理が容易となり、製作の自由度が高いなどの点で好ましい。
【００２６】
次に、可変光アッテネータの動作原理について図２により説明する。例えば、偏光子１４と検光子１８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。入力用ファイバ１０から出射しレンズ１２で平行ビームとなった光は、偏光子１４により常光ｏと異常光ｅに分離する。常光ｏと異常光ｅ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１６を通過する際、光軸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１８により常光ｏ₁ と異常光ｅ₁ 、常光ｏ₂ と異常光ｅ₂ とに分離する。検光子１８から出射する常光ｏ₁ と異常光ｅ₂ とは互いに平行で、レンズ２０によって出力側ファイバ２２に結合する（実線で示す）が、検光子１８から出射する異常光ｅ₁ と常光ｏ₂ は互いに平行ではなく広がるために、レンズ２０を通っても出力側ファイバ２２には結合しない（破線で示す）。
【００２７】
電磁石３８による印加磁界がゼロの時、ファラデー回転角は９０度（磁化が光軸と平行）であり、偏光子１４から出射した常光ｏは検光子１８から異常光ｅ₁ として出射し、偏光子１４から出射した異常光ｅは検光子１８から常光ｏ₂ として出射するために、レンズ２０を通っても出力側ファイバ２２には結合しない。それに対して電磁石３８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１４から出射した常光ｏは殆どそのまま検光子１８から常光ｏ₂ として出射し偏光子１４から出射した異常光ｅは殆どそのまま検光子１８から異常光ｅ₂ として出射するため、両光は平行で全てレンズ２０によって出力側ファイバ２２に結合する。このようにして電磁石３８による印加磁界の強さに応じて、第１のファラデー素子３０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、それに応じて出力側ファイバ２２に結合する光量が異なることになり、可変光アッテネータとして機能することになる。
【００２８】
第１のファラデー素子と第２のファラデー素子の組成と物性の一例を以下に示す。
〔第１のファラデー素子〕
組成：Ｔｂ_1.00Ｙ_0.65Ｂｉ_1.35Ｆｅ_4.05Ｇａ_0.95Ｏ₁₂
電磁石磁界がゼロの時のファラデー回転角：９６度
波長変化率：−０．１５％／nm
〔第２のファラデー素子〕
組成：Ｇｄ_1.00Ｙ_0.75Ｂｉ_1.25Ｆｅ_4.00Ｇａ_1.00Ｏ₁₂
電磁石磁界がゼロの時のファラデー回転角：−１９．７度
波長変化率：＋０．１５％／nm
【００２９】
偏光子と検光子の光学軸のなす角を９０度、第１のファラデー素子による回転角を９６度、第２のファラデー素子による回転角を−１５度（第１のファラデー素子の回転方向を＋とした場合）、光学フィルタの波長特性を−０．４ｄＢの損失傾きとした時の、波長特性（光減衰量に対する波長依存性損失の関係）を図３に示す。比較のために、光学フィルタが無い場合の波長特性を図４に示す。なお波長帯域は１５３０〜１５６０nmである。光学フィルタが無い場合は最大０．６ｄＢであるのに対して、光学フィルタを挿入することで、光減衰量２〜２０ｄＢ以上にわたり±０．２ｄＢ以内に収まっている。
【００３０】
光学フィルタは、使用波長帯域における光学フィルタ無し光アッテネータの波長特性から計算し設計する。その具体的な計算方法は、図４における光学フィルタ無し光アッテネータの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、光学フィルタの波長依存性損失傾斜をＸとした時、Ｘ≒−（WDL1＋WDL2）／２
となるように設定する。波長に対する光学フィルタ、光学フィルタ無し光アッテネータ（従来構造）、光学フィルタ有り光アッテネータ（本発明品）の波長依存性損失の関係を図５に示す。
【００３１】
また、光学フィルタ有り光アッテネータの波長１５４５nmにおける電磁石駆動電流に対する光減衰量と波長依存性損失の関係を図６に示す。
【００３２】
第２のファラデー素子による回転角θ₂ は、第１の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、としたとき、
｜θ_1min｜≦｜θ₂ ｜≦｜θ_1max｜
なる関係を満たすようにする。
【００３３】
例１：θ_1max＝−θ₂ の場合
例えば、電磁石による可変磁界ゼロの時の第１のファラデー素子の回転角を９６度、第２のファラデー素子の回転角を−９６度、偏光子と検光子の光学軸のなす角を９０度、光学フィルタ特性を、前記のように、Ｘ≒−（WDL1＋WDL2）／２、又はＸ≒−（WDL3＋WDL4）／２とした時、第１のファラデー素子と第２のファラデー素子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るから、電磁石磁界ゼロ（電流０ｍＡ）において、高減衰域で温度・ファラデー回転角の波長依存特性が極めて少ない可変光アッテネータが実現可能であり、更に光学フィルタ特性により波長依存性損失は任意の使用減衰域で減少させることが可能となる。光学フィルタの波長依存性損失傾斜を−０．４ｄＢとした時の波長依存性を図７に示す。光減衰量２〜３０ｄＢ間の波長依存性損失は±０．１ｄＢとなる。
【００３４】
例２：−θ₂ ＝θ₁ の場合
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、｜θ_1min｜≦｜θ₂ ｜≦｜θ_1max｜なる範囲内に配置し、偏光子と検光子の光学軸のなす角を調整することにより、任意の光減衰量で決定できる。例えば、電磁石磁界ゼロの時の第１のファラデー素子の回転角９６度、第２のファラデー素子の回転角−１５度、偏光子と検光子の光学軸のなす角を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光減衰量が最大となり、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８のＡ参照）。また上記と同じ条件で、偏光子と検光子の光学軸のなす角を８０度とした場合、波長依存性が相殺されるのは、第１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達しない）であり、光減衰量は１５ｄＢ付近となる（図８のＢ参照）。θ２と、偏光子と検光子の光学軸のなす角を調整することにより、波長依存性損失が平坦な領域を設けることが可能となり、光学フィルタ特性を利用できる。
【００３５】
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度をθ_1k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θ_f を、θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
とするのが好ましい。これによって、コットンムートン効果の影響を受けない方位、つまり第１のファラデー素子へ入射する偏波面の方向を上記θ_f に設定することにより、高減衰特性を得る可変光アッテネータが得られる。例えば、電磁石磁界ゼロの時の第１のファラデー素子のファラデー回転角９６度、偏光子と検光子の光学軸のなす角を１０５度とした場合、θ_1k＝１５度（即ち、１０５度−９０度）であり、θ_f ≒−７．５度＋ｎπ／２となる。
【００３６】
検光子の光学軸は、偏光子の光学軸の方位から第１のファラデー素子の回転方向に見て０度以上９０度以下とすることができる。単一のファラデー素子からなる光アッテネータでファラデー回転角を０度以上９０度以下にした場合には、損失が最小になる領域と高減衰となる領域は同時には得られない。それは、損失が最小になる検光子透過軸よりクロスニコル状態へ偏波面を回転させることができないからである。しかし、第１のファラデー素子の他に第２のファラデー素子を用いることにより、上記０度以上９０度以下にした場合でもクロスニコル状態へ偏波面を戻すことが可能となり、更にコットンムートン効果の影響を受けない方位θ_f に設定することにより高減衰特性の可変光アッテネータが可能となる。例えば、電磁石磁界ゼロ時の第１のファラデー素子のファラデー回転角９６度、第２のファラデー素子のファラデー回転角１５度、偏光子と検光子の光学軸のなす角９０度とした場合の減衰特性を図９に示す。なお、測定波長は１５４５nm、温度２５℃である。
【００３７】
第２のファラデー素子が偏光子と第１のファラデー素子に挾まれるように位置している場合には、偏光子の光学軸θ_f を、
θ_f ≒−θ_1k／２−θ₂ ＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
とするのが好ましい。偏光子と第１のファラデー素子との間に第２のファラデー素子が有る場合と無い場合とでは、第１の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、電磁石磁界ゼロ時の第１のファラデー素子のファラデー回転角９６度、第２のファラデー素子のファラデー回転角−１５度、偏光子と検光子のなす角９０度とした場合、
θ_1k＝１５度（即ち、９０度−（−１５度）−９０度）であり、θ_f ＝７．５度＋ｎπ／２となる。
【００３８】
本発明に係る可変光アッテネータの他の実施例を図１０に示す。この可変光アッテネータは、入力用ファイバ５０、レンズ５２、偏光子５４、ファラデー回転角可変装置、検光子５８、光学フィルタ８０、レンズ６０、出力用ファイバ６２を有する。偏光子５４及び検光子５８は、ともに楔形複屈折結晶板（例えばルチル結晶）からなり、偏光子５４と検光子５８の光学軸のなす角度は９０度に設定する。ファラデー回転角可変装置は、光路上に位置する第１のファラデー素子７１と第２のファラデー素子７２と第３のファラデー素子７３、それらを磁気飽和させる一対の永久磁石７４，７６（固定磁界印加手段）と、第１及び第３のファラデー素子７１，７３のファラデー回転角を変化させる電磁石７８（可変磁界印加手段）とからなる。なお、この実施例では、偏光子５４は永久磁石７４と第１のファラデー素子７１の間に、検光子５８は第３のファラデー素子７３と永久磁石７６との間に挿入している。ここで、第１のファラデー素子７１と第３のファラデー素子７３とは同一であるのに対して、第２のファラデー素子７２は、第１のファラデー素子７１及び第３のファラデー素子７３とはファラデー回転方向が異なり、ファラデー回転角の波長係数の符号が異なるものとする。
【００３９】
永久磁石７４，７６による光線方向に平行な磁界と、電磁石７８による光線方向に直交する磁界中に、第１のファラデー素子７１と第２のファラデー素子７２と第３のファラデー素子７３とが、その順序で組み込まれる。第２のファラデー素子７２としては、保磁力が高い材料（あるいは垂直磁気異方性が大きい材料）を用い、可変磁界に対して殆ど回転角が変化しない特性を呈するものとする。
【００４０】
電磁石７８による磁界がゼロの時、第１及び第３のファラデー素子７１，７３と第２のファラデー素子７２の磁化方向は光線方向である。電磁石７８による磁界を印加すると、第１及び第３のファラデー素子７１，７３の磁化方向は回転するが、第２のファラデー素子７２の磁化方向は高保磁力のため回転しない。このため、第１及び第３のファラデー素子７１，７３は、永久磁石７４，７６による固定磁界と電磁石７８による可変磁界の合成磁界の変化によりファラデー回転角が変化するが、第２のファラデー素子７２のファラデー回転角は変化せず、結局、第１及び第３のファラデー素子７１，７３のファラデー回転角の変化に応じてファラデー回転角可変装置のファラデー回転角が変化し、第２のファラデー素子７２によってファラデー回転角の波長依存性が低減するのである。
【００４１】
順方向又は逆方向から入射した光に対し、クロスニコル状態における第２のファラデー素子７２による回転角度をθ_1kとしたとき、可変磁界印加手段による電磁界方向からの偏光子光学軸角度θ_f を、
θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
とする。
【００４２】
このような構成にすると、順方向及び逆方向における偏光子の光学軸をコットンムートン効果に影響されない位置に設定することができ、それにより、順方向及び逆方向それぞれにおいて高減衰が得られる。また、入力側と出力側が対称となるために、入出力の区別を必要としない構造となる。
【００４３】
光学フィルタ８０は、前記実施例と同様、光学フィルタ無しの構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも符号が逆の波長依存性損失をもつものである。本実施例では、永久磁石７６とレンズ６０との間に挿入している。この光学フィルタ８０は、前記実施例と同様、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ものである。
【００４４】
例えば、各ファラデー素子の組成と物性の一例を以下のようなものとする。
〔第１のファラデー素子〕
組成：Ｔｂ_1.00Ｙ_0.65Ｂｉ_1.35Ｆｅ_4.05Ｇａ_0.95Ｏ₁₂
電磁石磁界がゼロの時のファラデー回転角：４８度
波長変化率：−０．１５％／nm
〔第２のファラデー素子〕
組成：Ｇｄ_1.00Ｙ_0.75Ｂｉ_1.25Ｆｅ_4.00Ｇａ_1.00Ｏ₁₂
電磁石磁界がゼロの時のファラデー回転角：−１５度
波長変化率：＋０．１５％／nm
〔第３のファラデー素子〕
組成：Ｔｂ_1.00Ｙ_0.65Ｂｉ_1.35Ｆｅ_4.05Ｇａ_0.95Ｏ₁₂
電磁石磁界がゼロの時のファラデー回転角：４８度
波長変化率：−０．１５％／nm
【００４５】
このような組み合わせとした場合、順方向の入射光については、第１及び第３のファラデー素子７１，７３の合計の回転角が１５度の時にクロスニコル状態となり、３５ｄＢ以上の減衰量が得られた。同時に、逆方向の入射光についても、３５ｄＢ以上の減衰量が得られた。そして、前記実施例と同様の特性が得られ、波長依存性及び温度特性が改善された。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記のように、従来の（光学フィルタ機能部無しの）光アッテネータにより生じる波長依存性損失に対して少なくとも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設けたことにより、従来特性に比べて高い光減衰域での波長依存性損失を大幅に低減することができる。
【００４７】
エルビウム添加光ファイバ増幅器を多段に用いた波長多重伝送システムにおいては、増幅された信号光のレベル調整に光アッテネータが用いられている。このとき、合波された信号光が光アッテネータ等の光デバイスにより波長依存性損失を生じ、波長多重伝送システムの利得平坦化特性を悪化させている。そのため、光減衰時の波長依存性損失を最小限に抑えることができる本発明の可変光アッテネータは、特にこのような用途に有効である。
【００４８】
ファラデー回転角可変装置として、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向が異なる第２のファラデー素子と、前記第１のファラデー素子と同じファラデー回転方向の第３のファラデー素子とをその順序で配列し、それら全てのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１及び第３のファラデー素子の回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備する構成とすると、順方向と逆方向でほぼ同一特性となり、入出力の区別不要となる。そのため、使い易く、設置の間違いが生じないばかりでなく、光信号双方向において高特性で使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変光アッテネータの一実施例を示す説明図。
【図２】その動作説明図。
【図３】本発明に係る光アッテネータの波長依存性損失特性の一例を示すグラフ。
【図４】光学フィルタ無し光アッテネータの波長依存性損失特性の一例を示すグラフ。
【図５】光学フィルタ機能部の設計手法の説明図。
【図６】本発明に係る光アッテネータの特性例を示すグラフ。
【図７】第１及び第２のファラデー素子の回転角と波長依存性の関係を示すグラフ。
【図８】第１及び第２のファラデー素子の回転角と波長依存性の関係を示すグラフ。
【図９】光アッテネータの減衰特性の説明図。
【図１０】本発明に係る可変光アッテネータの他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１０ 入力側ファイバ
１２ レンズ
１４ 偏光子
１６ ファラデー回転角可変装置
１８ 検光子
２０ レンズ
２２ 出力側ファイバ
３０ 第１のファラデー素子
３２ 第２のファラデー素子
３４，３６ 永久磁石
３８ 電磁石
４０ 光学フィルタ

Claims (16)

1. 偏光子、ファラデー回転角可変装置、検光子を、その順序で配列した可変光アッテネータにおいて、
   前記ファラデー回転角可変装置は、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向が異なり且つ該第１のファラデー素子とはファラデー回転角の波長係数の符号が異なる第２のファラデー素子と、それらのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１のファラデー素子のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備し、且つ、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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有することを特徴とする可変光アッテネータ。
2. 入力用ファイバ、レンズ、偏光子、ファラデー回転角可変装置、検光子、レンズ、出力用ファイバを、その順序で配列した可変光アッテネータにおいて、
   前記ファラデー回転角可変装置は、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向が異なり且つ該第１のファラデー素子とはファラデー回転角の波長係数の符号が異なる第２のファラデー素子と、それらのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１のファラデー素子のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備し、且つ、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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有することを特徴とする可変光アッテネータ。
3. 第１の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、第２のファラデー素子による回転角をθ₂ としたとき、
   ｜θ_1min｜≦｜θ₂ ｜≦｜θ_1max｜
   なる関係を満たす請求項１又は２記載の可変光アッテネータ。
4. 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第１の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１乃至３のいずれかに記載の可変光アッテネータ。
5. 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度をθ_1k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θ_f を、
   θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
   とした請求項４記載の可変光アッテネータ。
6. 第２のファラデー素子が偏光子と第１のファラデー素子に挾まれるように位置し、第２のファラデー素子の回転角をθ₂ としたとき、偏光子の光学軸θ_f が、
   θ_f ≒−θ_1k／２−θ₂ ＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
   である請求項４記載の可変光アッテネータ。
7. 偏光子、ファラデー回転角可変装置、検光子を、その順序で配列した可変光アッテネータにおいて、
   前記ファラデー回転角可変装置は、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向が異なり且つ該第１のファラデー素子とはファラデー回転角の波長係数の符号が異なる第２のファラデー素子と、前記第１のファラデー素子と同じファラデー回転方向で且つ該第１のファラデー素子とファラデー回転角の波長係数の符号が同じ第３のファラデー素子とをその順序で配列し、それら全てのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１及び第３のファラデー素子のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備し、且つ、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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有することを特徴とする可変光アッテネータ。
8. 入力用ファイバ、レンズ、偏光子、ファラデー回転角可変装置、検光子、レンズ、出力用ファイバを、その順序で配列した可変光アッテネータにおいて、
   前記ファラデー回転角可変装置は、第１のファラデー素子と、該第１のファラデー素子とはファラデー回転方向が異なり且つ該第１のファラデー素子とはファラデー回転角の波長係数の符号が異なる第２のファラデー素子と、前記第１のファラデー素子と同じファラデー回転方向で且つ該第１のファラデー素子とファラデー回転角の波長係数の符号が同じ第３のファラデー素子とをその順序で配列し、それら全てのファラデー素子を磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第１及び第３のファラデー素子のファラデー回転角を変化させる可変磁界印加手段とを具備し、且つ、上記の構成により生じる波長依存性損失に対して少なくとも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有することを特徴とする可変光アッテネータ。
9. 順方向又に入射した光に対し、クロスニコル状態における第２のファラデー素子による回転角度をθ_1k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θ_f を、
   θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
   とした請求項７又は８記載の可変光アッテネータ。
10. 逆方向に入射した光に対し、クロスニコル状態における第２のファラデー素子による回転角度をθ_1k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θ_f を、
    θ_f ≒−θ_1k／２＋ｎπ／２（但し、ｎ＝０，１）
    とした請求項７又は８記載の可変光アッテネータ。
11. 偏光子と検光子に楔型複屈折板を使用し、偏光子と検光子の光学軸のなす角度を９０度とした請求項７乃至１０のいずれかに記載の可変光アッテネータ。
12. 第２のファラデー素子は、保磁力が高く、可変磁界に対して殆ど回転角が変化しない特性を呈するものである請求項７乃至１１のいずれかに記載の可変光アッテネータ。
13. 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乃至１２のいずれかに記載の可変光アッテネータ。
14. 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乃至１２のいずれかに記載の可変光アッテネータ。
15. 偏光子、検光子、ファラデー素子のいずれか少なくとも１つ以上の光学面に光学フィルタ機能部を形成した請求項１乃至１４のいずれかに記載の可変光アッテネータ。
16. 光学フィルタ機能部が、ガラス基板に光学フィルタ膜を形成した光学フィルタであり、該光学フィルタを、偏光子、ファラデー素子、検光子の配列体の内側もしくは外側の空間の少なくとも１箇所以上に挿入した請求項１乃至１４のいずれかに記載の可変光アッテネータ。

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