JP4367684B2 - ダイナミックゲインイコライザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅において利得の波長依存性を補償するゲインイコライザ（利得等器）に関し、特に利得補償を動的に行うことができるダイナミックゲインイコライザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野においては、波長多重伝送（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing)方式が知られている。この波長多重伝送方式では、複数の波長の光を光ファイバで伝送し、受信部において波長毎に分波を行うため、他の波長の光が雑音として作用することになる。特に信号光を増幅する光ファイバ増幅器の利得に波長依存性があると、増幅後の信号光強度に大きなばらつきが生じるため、このばらつきを補償する必要がある。
【０００３】
このような光強度のばらつきを補償するために、光ファイバ増幅器の出力側に光ファイバ増幅器用利得等価器を設けることが知られている。この利得等価器では、増幅後の信号光強度の波長依存性を、損失フィルタ装置によって低減し、出力光強度の波長依存性を平準化している。
【０００４】
従来の損失フィルタ装置では、希土類元素ドープ光ファイバ等の利得媒質によって光を増幅した後に、その増幅光に対するフィルタリングを行う。この損失フィルタ装置のフィルタリング特性は、利得媒質全体の最終的な利得特性に応じて定められる。利得媒質全体のゲイン特性が、例えば図１１（ａ）の曲線Ａに示される波長依存性を持つ場合、損失フィルタ装置のフィルタリング特性は図１１（ｂ）の曲線Ｂに示すような波長依存性を持つように設定される。曲線Ｂは、曲線Ａの利得の相対的に高い部分に対してより大きな損失を与えるプロファイルとなるよう設定される。利得媒質によって増幅された光の光強度は、曲線Ａに示すような波長依存性を持つが、損失フィルタ装置により光強度の相対的に高い部分が部分的に減少するため、図１１（ｃ）の曲線Ｃに示される特性の光が得られる。このように、従来の損失フィルタ装置のフィルタリング特性は、利得媒質全体が示す利得の波長依存性に基づいており、また、この波長依存性は変化しない静的なものとして定められている。
【０００５】
しかし、光ファイバや利得媒質の波長依存性は経時変化を起こすため、フィルタリング特性が固定された損失フィルタ装置を用いて波長依存性を補償した場合には、時間変化と共に光強度にずれが生じることになる。また、光ネットワークを構成するには、光ファイバによりリング構造やメッシュ構造を形成する必要があるが、光が通過する経路の切り替え等によって経路長が変化する場合があり、このような場合にも、光強度にずれが生じることになる。
【０００６】
したがって、光の特定波長を選択的に制御することができる利得等価器が求められており、特に高速，大容量，長距離の光ネットワークでは不可欠なものとなる。
【０００７】
このような、波長毎にばらついた光強度を等価する可変アッテネータとしてダイナミックゲインイコライザが提案されている。提案されているダイナミックゲインイコライザは、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems)を利用して、回折効果や反射方向により動的な利得等価を行う。このＭＥＭＳにおいて、回折効果を利用する構成では、アレイ状に配置した微小な平面ミラーを駆動して矩形波状の凹凸を形成し、この凹凸構造により回折格子を形成して光強度を動的に制御している。また、反射方向を利用する構成では、アレイ状に配置した微小な平面ミラーの傾きを変ることにより光強度を各波長毎に動的に制御している。
【０００８】
図１２は、従来提案されているＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザの構成を説明するための概略図である。
ダイナミックゲインイコライザ１０１は、光ファイバ１０２から出射した光は、レンズ１０３を経て回折格子１０４に入射する。回折格子１０４で回折された回折光は、レンズ１０３を経て各波長毎にＭＥＭＳ１０５に入射する。ＭＥＭＳ１０５は、アレイ状に配置した微小な平面ミラーを移動させたり、傾けることにより、反射光の光強度を波長毎に変化させる。ＭＥＭＳ１０５により、波長毎に光強度が変化された反射光は、レンズ１０３，回折格子１０４を経て再び光ファイバ１０２に戻る。ＭＥＭＳ１０５において、光ファイバや利得媒質の波長依存性に応じて反射光の光強度を制御することにより、光ファイバ１０２に戻された光の光強度の波長依存性は平準化される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザにおいて、ＭＥＭＳの微小平面ミラーは制御する波長数と同等の個数が必要であり、また、回折格子及びレンズで回折される分解能と同程度の大きさとする必要があるため、複雑な機構が必要であるという問題がある。また、機械的な可動部があるためステッキングと呼ばれるミラー部分の可動が良好に行われない現象が発生するおそれがあり、良好な制御性や信頼性の点で問題がある。
【００１０】
また、ＭＥＭＳは、微小平面ミラーで反射する光路以外に光の出口がないため、ＭＥＭＳによって光強度を制御した残りの光（入射光と出射光の差の光分）は、ＭＥＭＳ内において散乱してノイズ分となったり、熱に変換されて内部温度が上昇する要因となるという問題がある。この散乱光や発熱の問題は、ダイナミックゲインイコライザの小型化や、光信号の大容量化に伴ってより大きな問題となる。
【００１１】
また、ダイナミックゲインイコライザにおいて、光強度の波長依存性を平準化するには、光強度の波長依存性の変化をモニタし、変化があった場合には、その変化を補償するようにダイナミックゲインイコライザを制御する必要がある。従来のＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザにおいて、光強度の波長依存性の変化をモニタするには、ダイナミックゲインイコライザの装置外部に、ダイナミックゲインイコライザと同様構成で、例えば一例としてＭＥＭＳに代えてフォトダイオードアレイを備えた光スペクトルアナライザを設け、この光スペクトルアナライザにダイナミックゲインイコライザに入射する光を分岐した光を導いて測定する必要がある。
【００１２】
この光スペクトルアナライザは、ダイナミックゲインイコライザと同様の構成とすることができるものの、ダイナミックゲインイコライザと共有することができないため、ダイナミックゲインイコライザと同様な構成が二つ必要となり、装置が大型化する要因となる。また、ダイナミックゲインイコライザには光スペクトルアナライザ用に分岐した残りの光が入射されることになるため、ダイナミックゲインイコライザから出射される光の光強度は、光スペクトルアナライザに分岐される分だけ減少することになるという問題もある。
【００１３】
そこで、本発明は、従来の課題を解決して、ＭＥＭＳ等の機械的可動部を備える機構を用いることなく、特定波長を選択的に制御し、波長毎に光強度を等価することができるダイナミックゲインイコライザを提供することを目的とし、制御性及び信頼性を高めることを目的とする。また、補償によって残余した光による散乱光や発熱の問題を除くことを目的とし、また、光のモニタするために要する別途の光スペクトルアナライザを不要とし、また、光をモニタするための光分岐を不要とすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイナミックゲインイコライザは、光の特定波長を選択的に制御するものであり、光を増幅する利得媒質の利得が波長に依存して変化する場合にその利得の波長依存性を補償するために使用することができる。本発明のダイナミックゲインイコライザでは、波長毎の光強度の変更を液晶光スイッチを用いて行うことにより、アレイ状に配置した微小な平面ミラーを駆動するＭＥＭＳ等の機械的要素が不要な構成とするものである。この機械的要素を除くことにより制御性及び信頼性を高めることができる。
【００１５】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザでは、液晶光スイッチは光強度の変更によって補償した余りの光を液晶光スイッチの外部に取り出すことができる。これによって、液晶光スイッチ内にとどまる光成分がないため、液晶光スイッチ内における散乱光や発熱の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザでは、液晶光スイッチを用いることによって補償により余った光を外部に取り出すことができ、この取り出した光を検出することにより、光の光強度をモニタすることができる。光強度をモニタするために入射光を光分岐すると目的とする光の光強度が減少するが、本発明によれば、このモニタに用いる光は補償した後に余った光であるため、入射光を光分岐する必要がなく、入射光を光分岐することによる光強度の低下を防ぐことができる。
【００１７】
本発明のダイナミックゲインイコライザは、入射端から入射した光を分光する分光器と、分光器で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチと、入射端と分光器との間、及び／又は分光器と液晶光スイッチとの間に配置されるレンズ系とを備えた構成とし、液晶光スイッチは、入射した分光成分の光強度を波長毎に変更して出射する。これにより、光の特定波長を選択的に変更する。なお、入射光は光ファイバから入射し、出射光は光ファイバに出射するようにしてもよく、この場合には、ダイナミックゲインイコライザと各光ファイバとの間は、コリメータ等を介して行うことができる。
【００１８】
液晶光スイッチは複数の液晶光スイッチ素子により構成することができる。この液晶光スイッチ素子の配置は一次元配置あるいは二次元配置とすることができる。
第１の配置態様は一次元配置であり、分光器で分光された光成分に沿ってライン状に配置する。この一次元配置により、分光器で分光された光成分の光強度を各波長毎に変更することができる。
液晶光スイッチ素子の第２の配置態様は二次元配置であり、液晶光スイッチ素子を分光器で分光された光成分に沿うライン方向及びこのライン方向と直交する方向に配置する。この二次元配置では、ライン方向の配置により、分光器で分光された光成分の光強度を各波長毎に変更すると共に、ライン方向と直交する方向の配置により、各波長における光強度をより細かく変更することができる。
【００１９】
本発明に用いる液晶光スイッチ素子は、出射する光の方向により二つの出射態様とすることができる。
第１の出射態様は、光強度を変更した光を入射方向に向けて反射して出射する再帰反射型である。再帰反射型の態様によれば、光強度を変更し補償した光を入射光と同方向に戻すことができる。また、第２の出射態様は、光強度を変更した光を入射方向と異なる方向に向けて出射する通過型である。通過型の態様によれば、光強度を変更し補償した光を入射光と異なる方向に出射することができ、入射光との分離が容易となる。
【００２０】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザに用いる液晶光スイッチの構成は、種々の構成態様とすることができる。
第１の構成態様は、偏光ビームスプリッタの直交する何れか二つの側部に、液晶セルと反射板とを組み合わせた光学素子を配置し、偏光ビームスプリッタの他の一側部を光の入射端及び反射端とする。
【００２１】
第２の構成態様では、液晶光スイッチ素子は、偏光ビームスプリッタと、少なくとも二つの反射板と、偏光方向を制御する液晶セルとを備え、偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光ビームスプリッタに再入射され合成されるように、偏光ビームスプリッタ及び反射板を配置すると共に、光路上に液晶セルを配置する。
【００２２】
第１，２の構成態様において、液晶セルにより各偏光成分の偏光方向を制御することで光強度を変更する。液晶セルの各偏光成分の偏光方向の制御は、二つの制御態様とすることができる。
第１の制御態様は、液晶セルを、入射直線偏光の方位角を０度回転と９０度回転との二つの角度位置、あるいは任意の角度位置で制御する。０度回転と９０度回転との二つの角度位置で制御することで、出射する光をオン，オフ制御し、これによって光強度を変更する。
【００２３】
第２の制御態様は、液晶セルを、入射直線偏光の方位角を任意の角度位置で制御する。任意の角度位置で制御することにより、出射する光の光強度を中間状態で制御し、これによって液晶セルを可変減衰器として使用して光強度を変更する。
【００２４】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザは、光強度をモニタする構成を備えることができる。このモニタを備える構成では、液晶光スイッチに、光強度を変更して出射する出射光の残余の光の光強度を検出する光検出素子を設ける。これにより、光検出素子は出射光の光強度と相補の光強度を波長毎に検出する光スペクトルアナライザを構成する。より詳細には、液晶光スイッチ素子に、偏光ビームスプリッタの出射端の一端に光強度を検出するフォトダイオードアレイを設け、このフォトダイオードアレイにより出射光の光強度と相補の光強度を波長毎に検出する光スペクトルアナライザを構成する。
【００２５】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザは、光スペクトルアナライザの検出出力に基づいて各液晶光スイッチ素子を制御する。本発明の光スペクトルアナライザが検出する光強度は、各液晶光スイッチ素子が出射する光の光強度と相補的であり、例えば、出射する光の光強度が予め定めた大きさとなるように、光スペクトルアナライザが検出する光強度に基づいて各液晶光スイッチ素子を制御する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のダイナミックゲインイコライザの概略構成を説明するための図である。図１に示す構成例は、光強度を変更した光を入射方向に向けて反射して出射する再帰反射型を示している。なお、図１（ａ），（ｂ）は光強度のモニタ機能を備えない構成例であり、図１（ｃ）は光強度のモニタ機能を備えてなる構成例である。
【００２７】
図１（ａ）に示す構成例において、本発明のダイナミックゲインイコライザ１Ａは、入射した光を分光する分光器４と、分光器４で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチ５Ａと、入射端と分光器４との間、分光器４と液晶光スイッチ５との間に配置される光学器３（レンズ３ａ，３ｂ）とを備える。
【００２８】
入射光は、光ファイバ２ａから入射することができる。光ファイバ２ａを通った光は、光ファイバ２ａの端部に接続されたコリメータ６ａを介し、レンズ３ａを通って分光器４に導かれる。分光器４により各波長に分光された光成分は、レンズ３ｂを通して液晶光スイッチ５Ａに導入される。
【００２９】
再帰反射型の液晶光スイッチ５Ａは、導入された各波長成分の光強度を変更し、強度変更した光を反射する。液晶光スイッチ５Ａで反射された光は、入射して液晶光スイッチ５Ａに至った光路を逆にたどって、レンズ３ｂ，分光器４，レンズ３ａ，及びコリメータ６ａを通り、光ファイバ２ａに戻される。液晶光スイッチ５Ａは各波長毎に光強度を変更することで、光ファイバ２ａに戻す光の光強度を所定の波長特性にすることができる。
【００３０】
例えば、光を増幅する利得媒質の利得が波長に依存して変化するなどによって、光ファイバ２ａから入射される光が変化したときには、液晶光スイッチ５Ａによりこの利得の波長依存性を補償するよう入射した光強度を変更し出射する。なお、光ファイバ２ａに一芯コリメータ６ａが接続される場合には、ダイナミックゲインイコライザ１Ａからの光をサーキュレータ７で分離し、光ファイバ２ｂに出射する。
【００３１】
図１（ｂ）は、二芯コリメータ６ｂを用いた構成例である。この構成例では、図１（ａ）が備えるサーキュレータ７を不要とし、図１（ａ）の一芯コリメータ６ａに代えて二芯コリメータ６ｂを用いる。これにより、光ファイバ２ａからの入射光は、二芯コリメータ６ｂを経てダイナミックゲインイコライザ１Ｂに入射され、ダイナミックゲインイコライザ１Ｂで光強度が変更された光は、二芯コリメータ６ｂからサーキュレータ７を介することなく直接光ファイバ２ｂに出射される。
【００３２】
また、図１（ｃ）は光強度のモニタ機能を備え、このモニタした光強度を用いて液晶光スイッチ５Ａを制御する構成例である。なお、図１（ｃ）では、図１（ａ）のサーキュレータ７及び一芯コリメータ６ａを用いた構成例に適用した場合を示しているが、図１（ｂ）の二芯コリメータ６ｂを用いた構成例に適用することもできる。
【００３３】
図１（ｃ）において、液晶光スイッチ５Ａは、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）８等の光強度検出器を備える。液晶光スイッチ５Ａは、入射光の一部を反射して入射側に戻すと共に、反射方向と異なる方向に導く。フォトダイオードアレイ８は、反射光以外の出射光を取り込み各波長毎の光強度を検出する。
【００３４】
フォトダイオードアレイ８で検出された検出信号はモニタ装置９でモニタされ、モニタ出力は制御手段１０により液晶光スイッチ５Ａを制御する。なお、モニタ出力は、図示しない表示装置に表示してもよく、また、制御手段１０を備えず、モニタ出力のみを表示するようにしてもよい。なお、光ファイバ２ａ，２ｂはシングルモードファイバとする。
【００３５】
次に、液晶光スイッチの構成、及び液晶光スイッチ５による光の波長特性の制御について図２を用いて説明する。なお、液晶光スイッチは、出射光を入射光と同方向に反射する再帰反射型、出射光を入射光と異なる向に導く通過型の何れにも適応することができる。
【００３６】
図２（ａ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の一次元配置を示している。複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎを、分光器が分光する分光成分に沿ってライン状に配置し、各波長λ１，λ２，λ３，…λｎに対応させる。これにより、各液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎは、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，…，λｎの光強度を変更する。 同じく、図２（ｂ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の二次元配置を示している。複数の液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…５−１ｍ，５−２ａ，５−２ｂ，５−２ｃ，…５−２ｍ，５−ｎａ，５−ｎｂ，５−ｎｃ，…，５−ｎｍを、分光器が分光する分光成分のライン方向、及びこのライン方向と直交する方向に沿って配置し、例えば、液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍを波長λ１に対応させ、液晶光スイッチ素子５−２ａ，５−２ｂ，５−２ｃ，…，５−２ｍを波長λ２に対応させる。他の液晶光スイッチ素子についても同様である。
【００３７】
この二次元配置によれば、各波長において同じ波長に対応するの光強度を複数の液晶光スイッチ素子で光強度を変更することにより、各波長の光強度をより細かく変更することができる。
【００３８】
図２（ｃ）は、各液晶光スイッチ素子に入射する光の光強度（図中の実線Ａ）と、光強度を変更した後に出射する光の光強度（図中の破線Ｂ）の概略例を示している。
利得媒質の利得の波長依存性により、図２（ｃ）の実線Ａに示すように波長によって利得が変動したとき、各波長に対応して配置した液晶光スイッチ素子によって波長毎の光強度を減少させることにより、例えば、図２（ｃ）の破線Ｂに示すように、どの波長に対してもほぼ同じ強度特性とすることができる。なお、どのような波長特性とするかは必要に応じて定めることができる。
【００３９】
次に、フォトダイオードアレイを備える液晶光スイッチの構成、及びこの液晶光スイッチによる光の波長特性の制御について図３を用いて説明する。なお、ここでは、液晶光スイッチとして、出射光を入射光と同方向に反射する再帰反射型、出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の何れに適応することができる。
【００４０】
図３（ａ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の一次元配置を示している。この液晶光スイッチは、図２に示した構成と同様の一次元配置の液晶光スイッチにフォトダイオードアレイ８を備える。フォトダイオードアレイ８は液晶光スイッチ素子の一出力端に併設する。
【００４１】
分光器４が分光するラインに沿って配置した複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎに並べて、フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎを併設する。フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎは、液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎが光強度変更して反射した光の残りの光の光強度を各波長λ１，λ２，λ３，…λｎ毎に検出する。
【００４２】
同様に、図３（ｂ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子及びフォトダイオードアレイの二次元配置を示している。液晶光スイッチは、図２に示した構成と同様の二次元配置の液晶光スイッチにフォトダイオードアレイ８を備える。フォトダイオードアレイ８は液晶光スイッチの一出力端に併設する。
【００４３】
分光器４が分光するライン、及びこのラインと直交する方向に沿って配置した、複数の液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍ，５−２ａ，５−２ｂ，５−２ｃ，…，５−２ｍ，５−ｎａ，５−ｎｂ，５−ｎｃ，…，５−ｎｍに並べて、フォトダイオードアレイ８−１ａ，８−１ｂ，８−１ｃ，…８−１ｍ，８−２ａ，８−２ｂ，８−２ｃ，…，８−２ｍ，８−ｎａ，８−ｎｂ，８−ｎｃ，…，８−ｎｍを併設する。フォトダイオードアレイ８−１ａ，８−１ｂ，８−１ｃ，…８−１ｍ，…，８−ｎａ，８−ｎｂ，８−ｎｃ，…，８−ｎｍは、液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…５−１ｍ，…，５−ｎａ，５−ｎｂ，５−ｎｃ，…，５−ｎｍが光強度変更して反射する光に対して残った光の光強度を各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎ毎に検出する。
【００４４】
例えば、液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍをλ１に対応させると、フォトダイオードアレイ８−１ａ，８−１ｂ，８−１ｃ，…，８−１ｍは、各液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍが波長λ１の光について光強度変更した残りの光の光強度を検出する。他の液晶光スイッチ素子についても同様である。
【００４５】
この二次元配置によれば、各波長において同じ波長に対応する光強度を複数のフォトダイオードアレイで光強度を検出することにより、各波長の光強度をより細かく検出し、さらにより細かく変更することができる。
【００４６】
図３（ｃ）は、図２（ｃ）と同様であり、各液晶光スイッチ素子に入射する光の光強度（図中の実線Ａ）と、光強度を変更した後に出射する光の光強度（図中の破線Ｂ）の概略例を示している。
利得媒質の利得の波長依存性により、図３（ｃ）の実線Ａに示すように波長によって利得が変動したとき、各波長に対応する液晶光スイッチ素子によって波長毎の光強度を減少させることにより、例えば、図３（ｃ）の破線Ｂに示すように、どの波長に対してもほぼ同じ強度特性とすることができる。なお、どのような波長特性とするかは必要に応じて定めることができる。
【００４７】
図３（ｄ）はフォトダイオードアレイの出力例を示している。フォトダイオードアレイの検出出力は、液晶光スイッチが光強度変更して出射した残りの光の強度であり、図３（ｃ）中の実線Ａと破線Ｂとの差分に相当する。
【００４８】
例えば、図３（ｃ）の破線Ｂに示すような波長特性となるように液晶光スイッチによる光強度変更を設定した場合は、利得変動等が無く、入射光の光強度に変化が無ければ、図３（ｄ）に示すような特性のフォトダイオードアレイの出力が得られる。逆に、フォトダイオードアレイの出力特性は、図３（ｄ）に示す特性からずれた場合には、入射光の光強度が変化したことを表す。このとき、光の波長特性を設定した特性に合わせるには、フォトダイオードアレイの出力特性が設定時の特性となるように、液晶光スイッチによる光強度の変更を制御する。
【００４９】
次に、本発明の液晶光スイッチに用いる液晶光スイッチ素子について、二つの構成態様を説明する。
第１の構成態様は、偏光ビームスプリッタの直交する何れか二つの側部に、液晶セルと反射板とを組み合わせた光学素子を配置し、偏光ビームスプリッタの他の一側部を光の入射端及び反射端とする構成である。以下、図４を用いて第１の構成態様について説明する。
【００５０】
図４（ａ）において、液晶光スイッチ５は、偏光ビームスプリッタ１１に対して直交する二つの各側に、液晶セル１３と反射板１５とを組み合わせた光学素子、及び液晶セル１４と反射板１６とを組み合わせた光学素子を配置し、偏光ビームスプリッタ１１を挟んで液晶セル１３と対向する側を入射端及び出射端としてコリメータ１７を介して光ファイバ１９を接続する。一方、偏光ビームスプリッタ１１を挟んで液晶セル１４と対向する側は、光強度を変更した残りの光の出射端となり、図示しないコリメータを介して光ファイバを接続する他、フォトダイオードアレイを配置してモニタを構成することができる。
【００５１】
光ファイバ１９側は入射端と出射端とを兼ねているため、サーキュレータ１８を接続することによって入射光と出射光を分離する。液晶セル１３，１４は、電圧の印加によって、入射した光の偏光状態をλ／４波長変化させる。この構成では、反射板と組み合わせることで、入射と出射で合わせて偏光状態がλ／２波長変化することになる。なお、偏光ビームスプリッタ１１は、偏光分離合成膜１２を備えている。
【００５２】
この構成の液晶光スイッチでは、スイッチ動作として入射端側に光が出射しない状態（Exchanging state）と入射端に光が出射する状態（Straight state）の二つの動作をとることができる。
【００５３】
図４（ｂ）はExchanging stateを説明するための図である。この動作状態では、液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧を印加しない。光ファイバ１９から入射した光は偏光面が直交する二つの偏光成分ｐと偏光成分ｓから成り、コリメータ１７で平行ビームとなった後、偏光ビームスプリッタ１１に入って偏光分離合成膜１２により直進する偏光成分ｐと反射する偏光成分ｓに分離される。
【００５４】
液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧が印加されていない場合には、液晶セル１３及び液晶セル１４により偏光状態の変換が行われる。なお、図４（ｂ）では、偏光状態の変換が行われる状態をＯＮで表している。直進する偏光成分ｐは、λ／４波長だけ偏光状態が変化して液晶セル１３を通過した後、反射板１５で反射し再び液晶セル１３を通過する。このとき、さらに偏光状態はλ／４波長変化し入射した偏光成分ｐは偏光成分ｓに変換される。変換された偏光成分ｓは、偏光分離合成膜１２で反射され、入射端と異なる端部から出射される。一方、偏光分離合成膜１２で反射した偏光成分ｓは、λ／４波長だけ偏光状態が変化して液晶セル１４を通過した後、反射板１６で反射し再び液晶セル１４を通過する。このとき、さらに偏光状態はλ／４波長変化し入射した偏光成分ｓは偏光成分ｐに変換される。変換された偏光成分ｐは、偏光分離合成膜１２を通過し、入射端と異なる端部から出射される。これによって、入射した光は入射端とは異なる端部から出射することになる。
【００５５】
また、図４（ｃ）はStraight stateを説明するための図である。この動作状態では、液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧を印加する。液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧が印加されている場合には、液晶セル１３及び液晶セル１４により偏光状態の変換が行われない。なお、図４（ｃ）では、偏光状態の変換が行われない状態をＯＦＦで表している。
【００５６】
直進する偏光成分ｐは、λ／４波長だけそのままの偏光状態で液晶セル１３を通過した後、反射板１５で反射し再びそのままの偏光状態で液晶セル１３を通過する。反射後、液晶セル１３を通過した偏光成分ｐは、偏光分離合成膜１２を直進し、コリメータ１７を介して光ファイバ１９に出射される。一方、偏光分離合成膜１２で反射した偏光成分ｓは、そのままの偏光状態で液晶セル１４を通過した後、反射板１６で反射し再びそのままの偏光状態で液晶セル１４を通過する。反射後、液晶セル１４を通過した偏光成分ｓは、偏光分離合成膜１２で反射し、コリメータ１７を介して光ファイバ１９に出射される。これによって、入射した光は入射端と同じ端部から出射することになる。
【００５７】
なお、上記構成の液晶光スイッチと同様の構成により成る２×２光切替スイッチの構成及び２×２光切替スイッチを用いたアドドロップマルチプレクサの構成は、例えば、Optical Engineering,Vol.40 No.8, 1521-1528,August 2001 (Sarun Sumriddetchakajorn, Nabeel A.Riza, Deepak K.Sengupta)
に記載されている。
【００５８】
第２の構成態様は、液晶光スイッチ素子は、偏光ビームスプリッタと、少なくとも二つの反射板と、偏光方向を制御する液晶セルとを備え、偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光ビームスプリッタに再入射され合成されるように、偏光ビームスプリッタ及び反射板を配置すると共に、光路上に液晶セルを配置する。
【００５９】
以下、図５を用いて第２の構成態様について説明する。
図５において、液晶光スイッチ５は、偏光分離合成手段２１と、少なくとも二つの反射手段２２と、偏光方向を制御する偏光制御手段２３とを備える。偏光分離合成手段２１は、入射した光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離し、ｐ偏光成分についてはそのまま直進させ、ｓ偏光成分については反射させる。
【００６０】
反射手段２２（２２Ａ，２２Ｂ）は、偏光分離合成手段２１で分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光分離合成手段２１に再入射するように配置する。図中に示すＴで示される３角形は、偏光分離合成手段２１及び反射手段２２，２３によって形成される光路を示し、図中のａで示す方向から入射した光についてみると、偏光分離合成手段２１を直進し、反射手段２２Ａ及び反射手段２２Ｂの順で反射された後、再び偏光分離合成手段２１に戻る経路ｃと、偏光分離合成手段２１で反射し、反射手段２２Ｂ及び反射手段２２Ａの順で反射された後、再び偏光分離合成手段２１に戻る経路ｄとが形成され、二つの経路ｃ，ｄは同一の光路となる。なお、図中のｂで示す方向から入射した光についてみても、偏光分離合成手段２１，反射手段２２Ａ，２２Ｂの配置は光学的に対称となるため、同様に二つの経路ｃ，ｄは同一の光路となる。
【００６１】
また、この光路上に偏光状態を制御する偏光制御手段２３を配置する。なお、偏光制御手段２３の配置位置は、光路上において種々の態様とすることができる。
この構成により、異なる経路であっても、同一光路長を有し、光路上において通過する反射手段や偏光制御手段等の光学素子も同一とすることができる。
【００６２】
なお、偏光分離合成手段２１は偏光分離合成膜により形成することができ、また、偏光制御手段２３は液晶セルで形成することができる。
【００６３】
上記第２の構成態様に基づく構成例、及びその構成例における動作状態について、図５（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板２２Ａ，２２Ｂを偏光成分の入射角及び出射角が２２．５度となるように配置する。なお、入射角及び出射角は図中においてθで示している。この構成例では、λ／４波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ａを二つの反射板２２ａ，２２ｂの内の一方の反射板（図では反射板２２ａの例を示しているが、反射板２２ｂとすることもできる）の光路上の前方位置に配置する。
【００６４】
図５（ｂ）は前記したExchanging stateに対応する動作を説明するための図である。この動作状態では、偏光制御手段による偏光変換を行わない。偏光制御手段として液晶セルを用いる場合には、液晶セルに電圧を印加することでこの動作状態とすることができる。図ではこの動作状態をＯＦＦで示している。
【００６５】
入射端（図中のＩＮ）から入射した光は偏光面が直交する二つの偏光成分ｐと偏光成分ｓから成り、図示しないコリメータで平行ビームとなった後、偏光分離合成手段２１により直進する偏光成分ｐと反射する偏光成分ｓに分離される。
【００６６】
この動作状態では偏光制御手段２３ａは偏光変換を行わないため、直進する偏光成分ｐは、そのままの偏光状態で偏光制御手段２３ａを通過した後、反射板２２ａで反射されて再び偏光制御手段２３ａを通過する。このとき、偏光状態は変化せずに偏光成分ｐのままである。偏光成分ｐは、さらに反射板２２ｂで反射され、再び偏光分離合成手段２１に達する。このときの偏光成分ｐの進行方向は、入射方向と直交する方向となる。この偏光成分ｐは偏光分離合成手段２１を直進し、入射端と異なる端部から出射される。
【００６７】
一方、偏光分離合成手段２１で反射した偏光成分ｓは反射板２２ｂで反射され、そのままの偏光状態で偏光制御手段２３ａを通過した後、反射板２２ａで反射されて再び偏光制御手段２３ａを通過する。このとき、偏光状態は変化せずに偏光成分ｓのままである。偏光成分ｓは再び偏光分離合成手段２１に達し反射される。このときの反射方向は、入射方向と直交する方向となり、入射端と異なる端部から出射される。これによって、入射した光は入射端とは異なる端部から出射することになる。
【００６８】
図５（ｃ）は前記したStraight stateに対応する動作を説明するための図である。この動作状態では、偏光制御手段による偏光変換を行う。偏光制御手段として液晶セルを用いる場合には、液晶セルに電圧を印加しないことで動作状態とすることができる。図ではこの動作状態をＯＮで示している。
入射端（図中のＩＮ）から入射した光は図示しないコリメータで平行ビームとなった後、偏光分離合成手段２１により直進する偏光成分ｐと反射する偏光成分ｓに分離される。
【００６９】
この動作状態では偏光制御手段２３ａは偏光変換を行うため、直進する偏光成分ｐは偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換された後反射板２２ａで反射し、再び偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換されて偏光成分ｓに変換される。偏光成分ｓは、さらに反射板２２ｂで反射し、再び偏光分離合成手段２１に達する。このときの偏光成分ｓの進行方向は、入射方向と直交する方向となる。この偏光成分ｓは偏光分離合成手段２１で反射され、図示しないコリメータを介して入射端と同じ出射端ＯＵＴから出射される。
【００７０】
一方、偏光分離合成手段２１で反射した偏光成分ｓは反射板２２ｂで反射され、次に偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換された後反射板２２ａで反射し、再び偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換されて偏光成分ｐに変換される。偏光成分ｐは再び偏光分離合成手段２１に達し直進する。このときの進行方向は、入射方向と逆方向となり、図示しないコリメータを介して入射端と同じ出射端ＯＵＴから出射される。これによって、入射した光は入射端とは同じ端部から出射することになる。
【００７１】
第２の構成態様に基づく構成例は、図５に示した構成の他、図６に示す構成とすることができる。
図６（ａ）に示す構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板２２ａ，２２ｂを偏光成分の入射角及び出射角が２２．５度となるように配置する。なお、入射角及び出射角は図中においてθで示している。この構成例では、λ／８波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｂ，２３ｃを二つの反射板２２ａ，２２ｂの光路上の前方位置に配置する。
【００７２】
図６（ｂ）に示す構成例は、偏光分離合成手段に対して対称な位置において、二つの反射板２２ａ，２２ｂを偏光成分の入射角及び出射角を４５度に配置し、さらに、１つの反射板２２ｃを二つの反射板２２ａ，２２ｂを結ぶ光路上であってこれらの反射板２２ａ，２２ｂに対して垂直方向に配置する。この構成例では、λ／４波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｄを反射板２２ｃの光路上の前方位置に配置する。
【００７３】
図６（ｃ）に示す構成例は、偏光分離合成手段に対して対称な位置において、二つの反射板を偏光成分の入射角及び出射角を４５度に配置し、さらに、１つの反射板を二つの反射板を結ぶ光路上であってこれらの反射板に対して垂直方向に配置する。偏光制御手段の他の配置態様は、λ／１２波長の偏光制御を行う偏光制御手段を、３つの各反射板の光路上の前方位置に配置する。この構成例では、λ／１２波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｅ，２３ｆ，２３ｇを各反射板２２ａ，２２ｂ，２２ｃに配置する。
【００７４】
図６（ｄ）に示す構成例は、図６（ｂ），（ｃ）の構成例と同様に、３つの反射板を互いに直交に配置する構成であり、偏光分離合成手段２１と隣接する何れか一方の反射板をプリズム等の全反射ミラーとし、残りの二つの反射板の光路上の前方位置にλ／８波長の偏光制御を行う偏光制御手段を配置する。この構成例では、反射板２２ｂをプリズムとし、反射板２２ａ，２２ｃの光路上の前方位置にλ／８波長の偏光制御を行う偏光制御手段を配置する構成を示している。なお、偏光分離合成手段２１は偏光合成分離膜２１ａを１組のプリズム２１ｂ，２１ｃで挟んで構成している。
【００７５】
図６（ｅ）に示す構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板を偏光成分の入射角及び出射角を２２．５度に配置し、λ／２波長の偏光制御を行う偏光制御手段を二つの反射板間の光路上に配置する。この構成例では、λ／２波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｈを反射板２２ａ，２２ｂの間の光路上に配置する。
【００７６】
図６（ｆ）に示す構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板を偏光成分の入射角及び出射角を２２．５度に配置し、λ／１０波長の偏光制御を行う偏光制御手段を、二つの反射板の光路上の前方位置、及び二つの反射板間の光路上に配置する。この構成例では、λ／１０波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｉ，２３ｊを反射板２２ａ，２２ｂに配置し、λ／１０波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｋを反射板２２ａと反射板２２ｂとの間の光路上に配置する。
【００７７】
一般的に、液晶セルを用いる構成では、ＰＤＬ（偏光依存性損失：Polarization Dependent Loss）や、ＰＭＤ（偏光モード分散：Polarization Mode Disperation）による光損失が問題となる。例えば、ＰＤＬは、液晶セルが備える電極の透過に伴う信号強度の低下によるものがあり、液晶セルを通過する回数が多い構成で各編光に対する光路がわずかに異なると、この偏光依存性損失が大きくなる場合がある。また、ＰＭＤでは、直交する偏光モードによって光パルスの分散の程度が異なるため、光路長が異なればこの光分散による信号劣化が大きくなる。
【００７８】
このような光損失に対して、本発明のダイナミックイコライザに用いる液晶光スイッチ素子では、偏光成分は同じ光路を通過し、結果的に光路長や光学特性を同一とすることができるため、低ＰＤＬ化、低ＰＭＤ化とすることができる。
【００７９】
図７は、本発明の液晶光スイッチに用いる偏光制御手段に適用することができる液晶セルの構成例である。
ここでは、液晶セルと反射板とを組み合わせた構成について説明する。液晶セルと反射板との組み合わせにおいて、光入射側から見たとき、反射板を液晶セルの外側に配置する構成と、反射板を液晶セルの内側に配置する構成がある。図７（ａ）は反射板を液晶セルの外側に配置する構成例を示し、図７（ｂ），７（ｃ）は反射板を液晶セルの内側に配置する構成例を示している。
【００８０】
図７（ａ）において、液晶セル３０は、光入射側から順に、ガラス等の基板３１ａ、ＩＴＯ等の透明電極膜３２ａ、配向膜３３ａ、液晶層３４、配向膜３３ｂ、透明電極膜３２ｂ、基板３１ｂ、外部反射板３５を配置して構成される。ここで、外部反射板３５は、誘電体多層膜、アルミや金等の高反射性材料からなる金属膜とすることができる。
【００８１】
また、図７（ｂ）において、液晶セル３０は、光入射側から順に、ガラス等の基板３１ａ、ＩＴＯ等の透明電極膜３２ａ、配向膜３３ａ、液晶層３４、配向膜３３ｂ、内在反射板３６、導電膜３７、基板３１ｂを配置して構成される。ここで、内在反射板３６は、導電膜３７による電場印加を行うために誘電体多層膜とする。また、導電膜３７はＩＴＯによる透明電極膜を用いることができ、基板３１ｂはガラス等の透明な材料に限らず不透明な材料を用いることもできる。
【００８２】
また、図７（ｃ）において、液晶セル３０は、光入射側から順に、ガラス等の基板３１ａ、ＩＴＯ等の透明電極膜３２ａ、配向膜３３ａ、液晶層３４、配向膜３３ｂ、内在反射板３８、基板３１ｂを配置して構成される。ここで、内在反射板３８は、下部電極を兼ねるため金属膜とする。基板３１ｂはガラス等の透明な材料に限らず不透明な材料を用いることもできる。
【００８３】
上記各構成の液晶セルにおいて、配向膜の下部（あるいは電極の上部）に上下の基板の短絡防止用絶縁膜を形成することもできる。また、液晶セルとプリズムとの間に空気層が介在する構成では、液晶セルの表面において不要な反射を防止するために、誘電体多層膜による反射防止膜（ＡＲ：Antireflection Coating）を形成することが望ましい。
【００８４】
また、液晶素子の配向は、アンチパラレル配向又はパラレル配向とすることができる。また、液晶は強誘電体液晶やツイストネマチック液晶等を使用することができる。
【００８５】
上記液晶セルにおいて、本発明の液晶光スイッチは、入射直線偏光の方位角を９０度回転と、そのままの状態による０度回転の二つの状態で制御するスイッチ動作を行うことができる。また、階調制御を行うことができる液晶を用いることで、中間状態の偏光によって可変光減衰器を構成することもできる。
【００８６】
また、液晶セルのスイッチ動作を利用して光の切替を行う場合には、この液晶セルの応答速度は液晶セルの厚みに依存する。本発明の液晶光スイッチでは、λ／２波長の偏光変換を行うために複数の液晶セルを用いる構成とすることで各液晶の厚みを薄くして応答速度を速めることができる。
【００８７】
また、応答速度は２乗で反映されるため、例えば、同一の反射型の液晶セルで比較したとき、各液晶セルの厚みを１／２とすることで４倍となり、各液晶セルの厚みを１／３とすることで応答速度は９倍となる。
【００８８】
次に、光強度を変更した光を入射方向とは異なる方向に出射する通過型のダイナミックゲインイコライザについて、図８を用いて説明する。なお、図８（ａ）は光強度のモニタ機能を備えない構成例であり、図８（ｂ）は光強度のモニタ機能を備えなる構成例である。
【００８９】
図８（ａ）に示す構成例において、本発明のダイナミックゲインイコライザ１Ｄは、入射した光を分光する分光器４と、分光器４で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチ５Ｂと、液晶光スイッチ５Ｂで光強度を変更され通過した光の各波長を合波する合波器２０と、入射端と分光器４との間、分光器４と液晶光スイッチ５Ｂとの間に配置される光学器３（レンズ３ａ，３ｂ）とを備える。合波器２０は、分波した後にそれぞれ合波させる機能を有する例えば薄膜フィルタを使った構成、あるいは、レンズ３ｂ，分光器４，レンズ３ａ，コリメータ６ａを配置して、分波した光を光ファイバ２ｂに結像させる構成とすることができる。
【００９０】
入射光は、光ファイバ２ａから入射することができる。光ファイバ２ａを通った光は、光ファイバ２ａの端部に接続されたコリメータ６ａを介し、レンズ３ａを通って分光器４に導かれる。分光器４により各波長に分光された光成分は、レンズ３ｂを通して液晶光スイッチ５Ｂに導入される。
【００９１】
通過型の液晶光スイッチ５Ｂは、導入された各波長成分の光強度を変更し、強度変更した光を通過させる。液晶光スイッチ５Ｂを通過した光は、合波器２０により集められ光ファイバ２ｂに導かれる。液晶光スイッチ５Ｂは各波長毎に光強度を変更することで、光ファイバ２ｂに導かれた光の光強度を所定の波長特性にすることができる。例えば、光ファイバ２ａから入射される光が、光を増幅する利得媒質の利得が波長に依存して変化する場合には、液晶光スイッチ５Ｂによりこの利得の波長依存性を補償するよう、入射した光強度を変更し出射する。
【００９２】
通過型の液晶光スイッチ５Ｂによれば、入射端と出射端を異ならせることができるため、光を分離するサーキュレータや二芯コリメータを不要とすることができる。
【００９３】
また、図８（ｂ）は光強度のモニタ機能を備え、このモニタした光強度を用いて液晶光スイッチ５Ｂを制御する構成例である。
図８（ｂ）において、液晶光スイッチ５Ｂは、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）８等の光強度検出器を備える。液晶光スイッチ５Ｂは、入射光の光強度を変更して入射方向と異なる方向に出射すると共に、さらに、光強度変更した残りの光を入射方向及び出射方向と異なる方向に導く。フォトダイオードアレイ８は、出射光以外の光を取り込み各波長毎の光強度を検出する。フォトダイオードアレイ８で検出された検出信号はモニタ装置９でモニタされ、モニタ出力は制御手段１０により液晶光スイッチ５Ｂを制御する。なお、モニタ出力は、図示しない表示装置に表示してもよく、また、制御手段１０を備えず、モニタ出力のみを表示することもできようにしてもよい。なお、光ファイバ２ａ，２ｂはシングルモードファイバとする。
【００９４】
次に、出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の液晶光スイッチの構成について図９を用いて説明する。通過型の液晶光スイッチについても、前記した反射型の液晶光スイッチと同様に、一次元配置及び二次元配置とすることができる。以下、一次元配置を例として説明し、二次元配置については説明を省略する。
【００９５】
図９（ａ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の一次元配置を示している。複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎを、分光器が分光するラインに沿って配置し、各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎに対応させる。これにより、各液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎは、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，…，λｎの光強度を変更し、光強度変更した光を入射方向と異なる所定方向に出射する（例えば、図９中のＰの矢印）。また、残りの光は入射方向及び出射方向と異なる方向に導かれる（例えば、図９中のＱの矢印）。なお、図９に示すＰの方向とＱの方向の位置関係は、説明のために便宜上示したに過ぎず、この位置関係に限られるものではない。また、複数の液晶光スイッチ素子を二次元配置して液晶光スイッチを構成することもできるが、ここでは説明を省略する。
【００９６】
次に、フォトダイオードアレイを備える通過型の液晶光スイッチの構成について図９（ｂ）を用いて説明する。なお、ここでは、複数の液晶光スイッチ素子を一次元配置の例を示している。この液晶光スイッチは、図９（ａ）に示した構成と同様に一次元配置した各液晶光スイッチにフォトダイオードアレイ８を備える。フォトダイオードアレイ８は液晶光スイッチ素子の一出力端に併設する。
【００９７】
分光器が分光するラインに沿って、複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎを並べて配置し、この液晶光スイッチ素子に、フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎを併設する。液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎは、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，…λｎの光強度を変更し、光強度変更した光を入射方向と異なる所定方向に出射する（例えば、図９中のＰの矢印）。残りの光は入射方向及び出射方向と異なる方向に導かれ、フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎは、この残りの光の光強度を各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎ毎に検出し、検出信号（例えば、図９中のＲの矢印）を出力する。
【００９８】
次に、出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の液晶光スイッチに用いる液晶光スイッチ素子の構成態様を、図１０を用いて説明する。
図１０は、片偏光のみを用いて液晶光スイッチを構成する例である。図１０に示す液晶光スイッチは、図６（ｄ）に示すように、液晶光スイッチ素子５が備える偏光分離合成手段２１−１の一端に偏光分離合成手段２１−２を配置し、偏光分離合成手段２１−２の一端を入力端（ＩＮ）とし、偏光分離合成手段２１−１の他端及び偏光分離合成手段２１−２の他端を出力端（それぞれ、ＯＵＴ２，ＯＵＴ１）とする。この構成によれば、例えば入力端ＩＮから入力した場合には、液晶光スイッチ５による偏光変換を行わない状態では出力端ＯＵＴ１から出力し、液晶光スイッチ５による偏光変換を行う状態では出力端ＯＵＴ２から出力する。この出力端ＯＵＴ１又は出力端ＯＵＴ２の何れか一方を出射端とし、他方をモニタ用の端部とする。
【００９９】
本発明のダイナミックイコライザは、例えば、長距離伝送用の１．５５μｍ帯やメトロエリアなどに用いられるＥＤＦＡ（エリビウム添加ファイバ増幅器）の利得媒質の利得が波長に依存して変化する場合の利得の波長依存性の補償に適用することができる。
【０１００】
また、本発明は、光強度の変更にＭＥＭＳ等の機械的要素に代えて液晶光スイッチを用いることにより、部品点数や調整箇所を削減することができ、コストを下げることができる。
【０１０１】
また、本発明のダイナミックイコライザに用いる液晶光スイッチ素子において、偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を通ることにより、低ＰＤＬ化、低ＰＭＤ化することができる。
【０１０２】
また、本発明のダイナミックイコライザに用いる液晶光スイッチによれば、フォトダイオードアレイを出力の片側に設けることにより、光スペクトルアナライザ機能を備えることができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のダイナミックゲインイコライザによれば、ＭＥＭＳ等の機械的可動部を備える機構を用いることなく、特定波長を選択的に制御し、波長毎に光強度を等価することができる。機械的可動部を備えていないため、制御性及び信頼性を高めることができる。
【０１０４】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザによれば、補償によって残余した光は、外部に取り出すことができるため、散乱光や発熱の問題を除くことができる。
【０１０５】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザは、補償によって残余した光をモニタするため、光をモニタするために別途に光スペクトルアナライザを設ける必要がない。また、光をモニタするための光分岐を不要であるため、光分岐による光強度の減少を防ぐことができる。
【０１０６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイナミックゲインイコライザの概略構成を説明するための図である。
【図２】液晶光スイッチの構成、及び液晶光スイッチによる光の波長特性の制御を説明するための図である。
【図３】フォトダイオードアレイを備える液晶光スイッチの構成、及び液晶光スイッチによる光の波長特性の制御を説明するための図である。
【図４】本発明に用いる液晶光スイッチ素子の第１の構成態様を説明するための図である。
【図５】本発明に用いる液晶光スイッチ素子の第２の構成態様を説明するための図である。
【図６】本発明に用いる液晶光スイッチ素子の第２の構成態様を説明するための図である。
【図７】本発明のダイナミックゲインイコライザの他の概略構成を説明するための図である。
【図８】光強度を変更した光を入射方向とは異なる方向に出射する通過型のダイナミックゲインイコライザを説明する図である。。
【図９】出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の液晶光スイッチの構成例を示す図である。
【図１０】片偏光のみを用いて液晶光スイッチを構成する例を示す図である。
【図１１】従来の損失フィルタ装置のフィルタリング特性を説明するための図である。
【図１２】従来提案されているＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザの構成を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｅ ダイナミックゲインイコライザ
２，２ａ，２ｂ 光ファイバ
３ 光学器
３ａ，３ｂ レンズ
４ 分光器
５，５Ａ，５Ｂ 液晶光スイッチ
５−１〜５−ｎ，５−１ａ〜５−１ｍ，５−２ａ〜５−２ｍ，５−ｎａ〜５−ｎｍ 液晶光スイッチ素子
６ コリメータ
６ａ 一芯コリメータ
６ｂ 二芯コリメータ
７ サーキュレータ
８，８−１〜８−ｎ フォトダイオードアレイ
９ モニタ装置
１０ 制御装置
１１ 偏光ビームスプリッタ
１３，１４ 液晶セル
１５，１６ 反射板
１７ コリメータ
１８ サーキュレータ
１９ 光ファイバ
２０ 合波器
２１，２１−１，２１−２ 偏光分離合成手段
２１ａ 偏光合成分離膜
２１ｂ，２１ｃ プリズム
２２Ａ，２２Ｂ，２２ａ〜 反射板
２３，２３ａ〜２３ｋ 偏光制御手段
３０ 液晶セル
３１ａ，３１ｂ 基板
３２ａ，３２ｂ 透明導電極
３３ａ，３３ｂ 配向膜
３４ 液晶層
３５ 外部反射板
３６，３８ 内在反射板
３７ 導電膜
１０１ ダイナミックイコライザ
１０２ 光ファイバ
１０３ レンズ
１０４ 回折格子
１０５ ＭＥＭＳ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅において利得の波長依存性を補償するゲインイコライザ（利得等器）に関し、特に利得補償を動的に行うことができるダイナミックゲインイコライザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野においては、波長多重伝送（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing)方式が知られている。この波長多重伝送方式では、複数の波長の光を光ファイバで伝送し、受信部において波長毎に分波を行うため、他の波長の光が雑音として作用することになる。特に信号光を増幅する光ファイバ増幅器の利得に波長依存性があると、増幅後の信号光強度に大きなばらつきが生じるため、このばらつきを補償する必要がある。
【０００３】
このような光強度のばらつきを補償するために、光ファイバ増幅器の出力側に光ファイバ増幅器用利得等価器を設けることが知られている。この利得等価器では、増幅後の信号光強度の波長依存性を、損失フィルタ装置によって低減し、出力光強度の波長依存性を平準化している。
【０００４】
従来の損失フィルタ装置では、希土類元素ドープ光ファイバ等の利得媒質によって光を増幅した後に、その増幅光に対するフィルタリングを行う。この損失フィルタ装置のフィルタリング特性は、利得媒質全体の最終的な利得特性に応じて定められる。利得媒質全体のゲイン特性が、例えば図１１（ａ）の曲線Ａに示される波長依存性を持つ場合、損失フィルタ装置のフィルタリング特性は図１１（ｂ）の曲線Ｂに示すような波長依存性を持つように設定される。曲線Ｂは、曲線Ａの利得の相対的に高い部分に対してより大きな損失を与えるプロファイルとなるよう設定される。利得媒質によって増幅された光の光強度は、曲線Ａに示すような波長依存性を持つが、損失フィルタ装置により光強度の相対的に高い部分が部分的に減少するため、図１１（ｃ）の曲線Ｃに示される特性の光が得られる。このように、従来の損失フィルタ装置のフィルタリング特性は、利得媒質全体が示す利得の波長依存性に基づいており、また、この波長依存性は変化しない静的なものとして定められている。
【０００５】
しかし、光ファイバや利得媒質の波長依存性は経時変化を起こすため、フィルタリング特性が固定された損失フィルタ装置を用いて波長依存性を補償した場合には、時間変化と共に光強度にずれが生じることになる。また、光ネットワークを構成するには、光ファイバによりリング構造やメッシュ構造を形成する必要があるが、光が通過する経路の切り替え等によって経路長が変化する場合があり、このような場合にも、光強度にずれが生じることになる。
【０００６】
したがって、光の特定波長を選択的に制御することができる利得等価器が求められており、特に高速，大容量，長距離の光ネットワークでは不可欠なものとなる。
【０００７】
このような、波長毎にばらついた光強度を等価する可変アッテネータとしてダイナミックゲインイコライザが提案されている。提案されているダイナミックゲインイコライザは、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems)を利用して、回折効果や反射方向により動的な利得等価を行う。このＭＥＭＳにおいて、回折効果を利用する構成では、アレイ状に配置した微小な平面ミラーを駆動して矩形波状の凹凸を形成し、この凹凸構造により回折格子を形成して光強度を動的に制御している。また、反射方向を利用する構成では、アレイ状に配置した微小な平面ミラーの傾きを変ることにより光強度を各波長毎に動的に制御している。
【０００８】
図１２は、従来提案されているＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザの構成を説明するための概略図である。
ダイナミックゲインイコライザ１０１は、光ファイバ１０２から出射した光は、レンズ１０３を経て回折格子１０４に入射する。回折格子１０４で回折された回折光は、レンズ１０３を経て各波長毎にＭＥＭＳ１０５に入射する。ＭＥＭＳ１０５は、アレイ状に配置した微小な平面ミラーを移動させたり、傾けることにより、反射光の光強度を波長毎に変化させる。ＭＥＭＳ１０５により、波長毎に光強度が変化された反射光は、レンズ１０３，回折格子１０４を経て再び光ファイバ１０２に戻る。ＭＥＭＳ１０５において、光ファイバや利得媒質の波長依存性に応じて反射光の光強度を制御することにより、光ファイバ１０２に戻された光の光強度の波長依存性は平準化される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザにおいて、ＭＥＭＳの微小平面ミラーは制御する波長数と同等の個数が必要であり、また、回折格子及びレンズで回折される分解能と同程度の大きさとする必要があるため、複雑な機構が必要であるという問題がある。また、機械的な可動部があるためステッキングと呼ばれるミラー部分の可動が良好に行われない現象が発生するおそれがあり、良好な制御性や信頼性の点で問題がある。
【００１０】
また、ＭＥＭＳは、微小平面ミラーで反射する光路以外に光の出口がないため、ＭＥＭＳによって光強度を制御した残りの光（入射光と出射光の差の光分）は、ＭＥＭＳ内において散乱してノイズ分となったり、熱に変換されて内部温度が上昇する要因となるという問題がある。この散乱光や発熱の問題は、ダイナミックゲインイコライザの小型化や、光信号の大容量化に伴ってより大きな問題となる。
【００１１】
また、ダイナミックゲインイコライザにおいて、光強度の波長依存性を平準化するには、光強度の波長依存性の変化をモニタし、変化があった場合には、その変化を補償するようにダイナミックゲインイコライザを制御する必要がある。従来のＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザにおいて、光強度の波長依存性の変化をモニタするには、ダイナミックゲインイコライザの装置外部に、ダイナミックゲインイコライザと同様構成で、例えば一例としてＭＥＭＳに代えてフォトダイオードアレイを備えた光スペクトルアナライザを設け、この光スペクトルアナライザにダイナミックゲインイコライザに入射する光を分岐した光を導いて測定する必要がある。
【００１２】
この光スペクトルアナライザは、ダイナミックゲインイコライザと同様の構成とすることができるものの、ダイナミックゲインイコライザと共有することができないため、ダイナミックゲインイコライザと同様な構成が二つ必要となり、装置が大型化する要因となる。また、ダイナミックゲインイコライザには光スペクトルアナライザ用に分岐した残りの光が入射されることになるため、ダイナミックゲインイコライザから出射される光の光強度は、光スペクトルアナライザに分岐される分だけ減少することになるという問題もある。
【００１３】
そこで、本発明は、従来の課題を解決して、ＭＥＭＳ等の機械的可動部を備える機構を用いることなく、特定波長を選択的に制御し、波長毎に光強度を等価することができるダイナミックゲインイコライザを提供することを目的とし、制御性及び信頼性を高めることを目的とする。また、補償によって残余した光による散乱光や発熱の問題を除くことを目的とし、また、光のモニタするために要する別途の光スペクトルアナライザを不要とし、また、光をモニタするための光分岐を不要とすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイナミックゲインイコライザは、光の特定波長を選択的に制御するものであり、光を増幅する利得媒質の利得が波長に依存して変化する場合にその利得の波長依存性を補償するために使用することができる。本発明のダイナミックゲインイコライザでは、波長毎の光強度の変更を液晶光スイッチを用いて行うことにより、アレイ状に配置した微小な平面ミラーを駆動するＭＥＭＳ等の機械的要素が不要な構成とするものである。この機械的要素を除くことにより制御性及び信頼性を高めることができる。
【００１５】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザでは、液晶光スイッチは光強度の変更によって補償した余りの光を液晶光スイッチの外部に取り出すことができる。これによって、液晶光スイッチ内にとどまる光成分がないため、液晶光スイッチ内における散乱光や発熱の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザでは、液晶光スイッチを用いることによって補償により余った光を外部に取り出すことができ、この取り出した光を検出することにより、光の光強度をモニタすることができる。光強度をモニタするために入射光を光分岐すると目的とする光の光強度が減少するが、本発明によれば、このモニタに用いる光は補償した後に余った光であるため、入射光を光分岐する必要がなく、入射光を光分岐することによる光強度の低下を防ぐことができる。
【００１７】
本発明のダイナミックゲインイコライザは、入射端から入射した光を分光する分光器と、分光器で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチと、入射端と分光器との間、及び／又は分光器と液晶光スイッチとの間に配置されるレンズ系とを備えた構成とし、液晶光スイッチは、入射した分光成分の光強度を波長毎に変更して出射する。これにより、光の特定波長を選択的に変更する。なお、入射光は光ファイバから入射し、出射光は光ファイバに出射するようにしてもよく、この場合には、ダイナミックゲインイコライザと各光ファイバとの間は、コリメータ等を介して行うことができる。
【００１８】
液晶光スイッチは複数の液晶光スイッチ素子により構成することができる。この液晶光スイッチ素子の配置は一次元配置あるいは二次元配置とすることができる。
第１の配置態様は一次元配置であり、分光器で分光された光成分に沿ってライン状に配置する。この一次元配置により、分光器で分光された光成分の光強度を各波長毎に変更することができる。
液晶光スイッチ素子の第２の配置態様は二次元配置であり、液晶光スイッチ素子を分光器で分光された光成分に沿うライン方向及びこのライン方向と直交する方向に配置する。この二次元配置では、ライン方向の配置により、分光器で分光された光成分の光強度を各波長毎に変更すると共に、ライン方向と直交する方向の配置により、各波長における光強度をより細かく変更することができる。
【００１９】
本発明に用いる液晶光スイッチ素子は、出射する光の方向により二つの出射態様とすることができる。
第１の出射態様は、光強度を変更した光を入射方向に向けて反射して出射する再帰反射型である。再帰反射型の態様によれば、光強度を変更し補償した光を入射光と同方向に戻すことができる。また、第２の出射態様は、光強度を変更した光を入射方向と異なる方向に向けて出射する通過型である。通過型の態様によれば、光強度を変更し補償した光を入射光と異なる方向に出射することができ、入射光との分離が容易となる。
【００２０】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザに用いる液晶光スイッチの構成は、種々の構成態様とすることができる。
第１の構成態様は、偏光ビームスプリッタの直交する何れか二つの側部に、液晶セルと反射板とを組み合わせた光学素子を配置し、偏光ビームスプリッタの他の一側部を光の入射端及び反射端とする。
【００２１】
第２の構成態様では、液晶光スイッチ素子は、偏光ビームスプリッタと、少なくとも二つの反射板と、偏光方向を制御する液晶セルとを備え、偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光ビームスプリッタに再入射され合成されるように、偏光ビームスプリッタ及び反射板を配置すると共に、光路上に液晶セルを配置する。
【００２２】
第１，２の構成態様において、液晶セルにより各偏光成分の偏光方向を制御することで光強度を変更する。液晶セルの各偏光成分の偏光方向の制御は、二つの制御態様とすることができる。
第１の制御態様は、液晶セルを、入射直線偏光の方位角を０度回転と９０度回転との二つの角度位置、あるいは任意の角度位置で制御する。０度回転と９０度回転との二つの角度位置で制御することで、出射する光をオン，オフ制御し、これによって光強度を変更する。
【００２３】
第２の制御態様は、液晶セルを、入射直線偏光の方位角を任意の角度位置で制御する。任意の角度位置で制御することにより、出射する光の光強度を中間状態で制御し、これによって液晶セルを可変減衰器として使用して光強度を変更する。
【００２４】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザは、光強度をモニタする構成を備えることができる。このモニタを備える構成では、液晶光スイッチに、光強度を変更して出射する出射光の残余の光の光強度を検出する光検出素子を設ける。これにより、光検出素子は出射光の光強度と相補の光強度を波長毎に検出する光スペクトルアナライザを構成する。より詳細には、液晶光スイッチ素子に、偏光ビームスプリッタの出射端の一端に光強度を検出するフォトダイオードアレイを設け、このフォトダイオードアレイにより出射光の光強度と相補の光強度を波長毎に検出する光スペクトルアナライザを構成する。
【００２５】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザは、光スペクトルアナライザの検出出力に基づいて各液晶光スイッチ素子を制御する。本発明の光スペクトルアナライザが検出する光強度は、各液晶光スイッチ素子が出射する光の光強度と相補的であり、例えば、出射する光の光強度が予め定めた大きさとなるように、光スペクトルアナライザが検出する光強度に基づいて各液晶光スイッチ素子を制御する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のダイナミックゲインイコライザの概略構成を説明するための図である。図１に示す構成例は、光強度を変更した光を入射方向に向けて反射して出射する再帰反射型を示している。なお、図１（ａ），（ｂ）は光強度のモニタ機能を備えない構成例であり、図１（ｃ）は光強度のモニタ機能を備えてなる構成例である。
【００２７】
図１（ａ）に示す構成例において、本発明のダイナミックゲインイコライザ１Ａは、入射した光を分光する分光器４と、分光器４で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチ５Ａと、入射端と分光器４との間、分光器４と液晶光スイッチ５との間に配置される光学器３（レンズ３ａ，３ｂ）とを備える。
【００２８】
入射光は、光ファイバ２ａから入射することができる。光ファイバ２ａを通った光は、光ファイバ２ａの端部に接続されたコリメータ６ａを介し、レンズ３ａを通って分光器４に導かれる。分光器４により各波長に分光された光成分は、レンズ３ｂを通して液晶光スイッチ５Ａに導入される。
【００２９】
再帰反射型の液晶光スイッチ５Ａは、導入された各波長成分の光強度を変更し、強度変更した光を反射する。液晶光スイッチ５Ａで反射された光は、入射して液晶光スイッチ５Ａに至った光路を逆にたどって、レンズ３ｂ，分光器４，レンズ３ａ，及びコリメータ６ａを通り、光ファイバ２ａに戻される。液晶光スイッチ５Ａは各波長毎に光強度を変更することで、光ファイバ２ａに戻す光の光強度を所定の波長特性にすることができる。
【００３０】
例えば、光を増幅する利得媒質の利得が波長に依存して変化するなどによって、光ファイバ２ａから入射される光が変化したときには、液晶光スイッチ５Ａによりこの利得の波長依存性を補償するよう入射した光強度を変更し出射する。なお、光ファイバ２ａに一芯コリメータ６ａが接続される場合には、ダイナミックゲインイコライザ１Ａからの光をサーキュレータ７で分離し、光ファイバ２ｂに出射する。
【００３１】
図１（ｂ）は、二芯コリメータ６ｂを用いた構成例である。この構成例では、図１（ａ）が備えるサーキュレータ７を不要とし、図１（ａ）の一芯コリメータ６ａに代えて二芯コリメータ６ｂを用いる。これにより、光ファイバ２ａからの入射光は、二芯コリメータ６ｂを経てダイナミックゲインイコライザ１Ｂに入射され、ダイナミックゲインイコライザ１Ｂで光強度が変更された光は、二芯コリメータ６ｂからサーキュレータ７を介することなく直接光ファイバ２ｂに出射される。
【００３２】
また、図１（ｃ）は光強度のモニタ機能を備え、このモニタした光強度を用いて液晶光スイッチ５Ａを制御する構成例である。なお、図１（ｃ）では、図１（ａ）のサーキュレータ７及び一芯コリメータ６ａを用いた構成例に適用した場合を示しているが、図１（ｂ）の二芯コリメータ６ｂを用いた構成例に適用することもできる。
【００３３】
図１（ｃ）において、液晶光スイッチ５Ａは、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）８等の光強度検出器を備える。液晶光スイッチ５Ａは、入射光の一部を反射して入射側に戻すと共に、反射方向と異なる方向に導く。フォトダイオードアレイ８は、反射光以外の出射光を取り込み各波長毎の光強度を検出する。
【００３４】
フォトダイオードアレイ８で検出された検出信号はモニタ装置９でモニタされ、モニタ出力は制御手段１０により液晶光スイッチ５Ａを制御する。なお、モニタ出力は、図示しない表示装置に表示してもよく、また、制御手段１０を備えず、モニタ出力のみを表示するようにしてもよい。なお、光ファイバ２ａ，２ｂはシングルモードファイバとする。
【００３５】
次に、液晶光スイッチの構成、及び液晶光スイッチ５による光の波長特性の制御について図２を用いて説明する。なお、液晶光スイッチは、出射光を入射光と同方向に反射する再帰反射型、出射光を入射光と異なる向に導く通過型の何れにも適応することができる。
【００３６】
図２（ａ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の一次元配置を示している。複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎを、分光器が分光する分光成分に沿ってライン状に配置し、各波長λ１，λ２，λ３，…λｎに対応させる。これにより、各液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎは、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，…，λｎの光強度を変更する。 同じく、図２（ｂ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の二次元配置を示している。複数の液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…５−１ｍ，５−２ａ，５−２ｂ，５−２ｃ，…５−２ｍ，５−ｎａ，５−ｎｂ，５−ｎｃ，…，５−ｎｍを、分光器が分光する分光成分のライン方向、及びこのライン方向と直交する方向に沿って配置し、例えば、液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍを波長λ１に対応させ、液晶光スイッチ素子５−２ａ，５−２ｂ，５−２ｃ，…，５−２ｍを波長λ２に対応させる。他の液晶光スイッチ素子についても同様である。
【００３７】
この二次元配置によれば、各波長において同じ波長に対応するの光強度を複数の液晶光スイッチ素子で光強度を変更することにより、各波長の光強度をより細かく変更することができる。
【００３８】
図２（ｃ）は、各液晶光スイッチ素子に入射する光の光強度（図中の実線Ａ）と、光強度を変更した後に出射する光の光強度（図中の破線Ｂ）の概略例を示している。
利得媒質の利得の波長依存性により、図２（ｃ）の実線Ａに示すように波長によって利得が変動したとき、各波長に対応して配置した液晶光スイッチ素子によって波長毎の光強度を減少させることにより、例えば、図２（ｃ）の破線Ｂに示すように、どの波長に対してもほぼ同じ強度特性とすることができる。なお、どのような波長特性とするかは必要に応じて定めることができる。
【００３９】
次に、フォトダイオードアレイを備える液晶光スイッチの構成、及びこの液晶光スイッチによる光の波長特性の制御について図３を用いて説明する。なお、ここでは、液晶光スイッチとして、出射光を入射光と同方向に反射する再帰反射型、出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の何れに適応することができる。
【００４０】
図３（ａ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の一次元配置を示している。この液晶光スイッチは、図２に示した構成と同様の一次元配置の液晶光スイッチにフォトダイオードアレイ８を備える。フォトダイオードアレイ８は液晶光スイッチ素子の一出力端に併設する。
【００４１】
分光器４が分光するラインに沿って配置した複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎに並べて、フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎを併設する。フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎは、液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎが光強度変更して反射した光の残りの光の光強度を各波長λ１，λ２，λ３，…λｎ毎に検出する。
【００４２】
同様に、図３（ｂ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子及びフォトダイオードアレイの二次元配置を示している。液晶光スイッチは、図２に示した構成と同様の二次元配置の液晶光スイッチにフォトダイオードアレイ８を備える。フォトダイオードアレイ８は液晶光スイッチの一出力端に併設する。
【００４３】
分光器４が分光するライン、及びこのラインと直交する方向に沿って配置した、複数の液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍ，５−２ａ，５−２ｂ，５−２ｃ，…，５−２ｍ，５−ｎａ，５−ｎｂ，５−ｎｃ，…，５−ｎｍに並べて、フォトダイオードアレイ８−１ａ，８−１ｂ，８−１ｃ，…８−１ｍ，８−２ａ，８−２ｂ，８−２ｃ，…，８−２ｍ，８−ｎａ，８−ｎｂ，８−ｎｃ，…，８−ｎｍを併設する。フォトダイオードアレイ８−１ａ，８−１ｂ，８−１ｃ，…８−１ｍ，…，８−ｎａ，８−ｎｂ，８−ｎｃ，…，８−ｎｍは、液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…５−１ｍ，…，５−ｎａ，５−ｎｂ，５−ｎｃ，…，５−ｎｍが光強度変更して反射する光に対して残った光の光強度を各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎ毎に検出する。
【００４４】
例えば、液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍをλ１に対応させると、フォトダイオードアレイ８−１ａ，８−１ｂ，８−１ｃ，…，８−１ｍは、各液晶光スイッチ素子５−１ａ，５−１ｂ，５−１ｃ，…，５−１ｍが波長λ１の光について光強度変更した残りの光の光強度を検出する。他の液晶光スイッチ素子についても同様である。
【００４５】
この二次元配置によれば、各波長において同じ波長に対応する光強度を複数のフォトダイオードアレイで光強度を検出することにより、各波長の光強度をより細かく検出し、さらにより細かく変更することができる。
【００４６】
図３（ｃ）は、図２（ｃ）と同様であり、各液晶光スイッチ素子に入射する光の光強度（図中の実線Ａ）と、光強度を変更した後に出射する光の光強度（図中の破線Ｂ）の概略例を示している。
利得媒質の利得の波長依存性により、図３（ｃ）の実線Ａに示すように波長によって利得が変動したとき、各波長に対応する液晶光スイッチ素子によって波長毎の光強度を減少させることにより、例えば、図３（ｃ）の破線Ｂに示すように、どの波長に対してもほぼ同じ強度特性とすることができる。なお、どのような波長特性とするかは必要に応じて定めることができる。
【００４７】
図３（ｄ）はフォトダイオードアレイの出力例を示している。フォトダイオードアレイの検出出力は、液晶光スイッチが光強度変更して出射した残りの光の強度であり、図３（ｃ）中の実線Ａと破線Ｂとの差分に相当する。
【００４８】
例えば、図３（ｃ）の破線Ｂに示すような波長特性となるように液晶光スイッチによる光強度変更を設定した場合は、利得変動等が無く、入射光の光強度に変化が無ければ、図３（ｄ）に示すような特性のフォトダイオードアレイの出力が得られる。逆に、フォトダイオードアレイの出力特性は、図３（ｄ）に示す特性からずれた場合には、入射光の光強度が変化したことを表す。このとき、光の波長特性を設定した特性に合わせるには、フォトダイオードアレイの出力特性が設定時の特性となるように、液晶光スイッチによる光強度の変更を制御する。
【００４９】
次に、本発明の液晶光スイッチに用いる液晶光スイッチ素子について、二つの構成態様を説明する。
第１の構成態様は、偏光ビームスプリッタの直交する何れか二つの側部に、液晶セルと反射板とを組み合わせた光学素子を配置し、偏光ビームスプリッタの他の一側部を光の入射端及び反射端とする構成である。以下、図４を用いて第１の構成態様について説明する。
【００５０】
図４（ａ）において、液晶光スイッチ５は、偏光ビームスプリッタ１１に対して直交する二つの各側に、液晶セル１３と反射板１５とを組み合わせた光学素子、及び液晶セル１４と反射板１６とを組み合わせた光学素子を配置し、偏光ビームスプリッタ１１を挟んで液晶セル１３と対向する側を入射端及び出射端としてコリメータ１７を介して光ファイバ１９を接続する。一方、偏光ビームスプリッタ１１を挟んで液晶セル１４と対向する側は、光強度を変更した残りの光の出射端となり、図示しないコリメータを介して光ファイバを接続する他、フォトダイオードアレイを配置してモニタを構成することができる。
【００５１】
光ファイバ１９側は入射端と出射端とを兼ねているため、サーキュレータ１８を接続することによって入射光と出射光を分離する。液晶セル１３，１４は、電圧の印加によって、入射した光の偏光状態をλ／４波長変化させる。この構成では、反射板と組み合わせることで、入射と出射で合わせて偏光状態がλ／２波長変化することになる。なお、偏光ビームスプリッタ１１は、偏光分離合成膜１２を備えている。
【００５２】
この構成の液晶光スイッチでは、スイッチ動作として入射端側に光が出射しない状態（Exchanging state）と入射端に光が出射する状態（Straight state）の二つの動作をとることができる。
【００５３】
図４（ｂ）はExchanging stateを説明するための図である。この動作状態では、液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧を印加しない。光ファイバ１９から入射した光は偏光面が直交する二つの偏光成分ｐと偏光成分ｓから成り、コリメータ１７で平行ビームとなった後、偏光ビームスプリッタ１１に入って偏光分離合成膜１２により直進する偏光成分ｐと反射する偏光成分ｓに分離される。
【００５４】
液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧が印加されていない場合には、液晶セル１３及び液晶セル１４により偏光状態の変換が行われる。なお、図４（ｂ）では、偏光状態の変換が行われる状態をＯＮで表している。直進する偏光成分ｐは、λ／４波長だけ偏光状態が変化して液晶セル１３を通過した後、反射板１５で反射し再び液晶セル１３を通過する。このとき、さらに偏光状態はλ／４波長変化し入射した偏光成分ｐは偏光成分ｓに変換される。変換された偏光成分ｓは、偏光分離合成膜１２で反射され、入射端と異なる端部から出射される。一方、偏光分離合成膜１２で反射した偏光成分ｓは、λ／４波長だけ偏光状態が変化して液晶セル１４を通過した後、反射板１６で反射し再び液晶セル１４を通過する。このとき、さらに偏光状態はλ／４波長変化し入射した偏光成分ｓは偏光成分ｐに変換される。変換された偏光成分ｐは、偏光分離合成膜１２を通過し、入射端と異なる端部から出射される。これによって、入射した光は入射端とは異なる端部から出射することになる。
【００５５】
また、図４（ｃ）はStraight stateを説明するための図である。この動作状態では、液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧を印加する。液晶セル１３及び液晶セル１４に電圧が印加されている場合には、液晶セル１３及び液晶セル１４により偏光状態の変換が行われない。なお、図４（ｃ）では、偏光状態の変換が行われない状態をＯＦＦで表している。
【００５６】
直進する偏光成分ｐは、λ／４波長だけそのままの偏光状態で液晶セル１３を通過した後、反射板１５で反射し再びそのままの偏光状態で液晶セル１３を通過する。反射後、液晶セル１３を通過した偏光成分ｐは、偏光分離合成膜１２を直進し、コリメータ１７を介して光ファイバ１９に出射される。一方、偏光分離合成膜１２で反射した偏光成分ｓは、そのままの偏光状態で液晶セル１４を通過した後、反射板１６で反射し再びそのままの偏光状態で液晶セル１４を通過する。反射後、液晶セル１４を通過した偏光成分ｓは、偏光分離合成膜１２で反射し、コリメータ１７を介して光ファイバ１９に出射される。これによって、入射した光は入射端と同じ端部から出射することになる。
【００５７】
なお、上記構成の液晶光スイッチと同様の構成により成る２×２光切替スイッチの構成及び２×２光切替スイッチを用いたアドドロップマルチプレクサの構成は、例えば、Optical Engineering,Vol.40 No.8, 1521-1528,August 2001 (Sarun Sumriddetchakajorn, Nabeel A.Riza, Deepak K.Sengupta)
に記載されている。
【００５８】
第２の構成態様は、液晶光スイッチ素子は、偏光ビームスプリッタと、少なくとも二つの反射板と、偏光方向を制御する液晶セルとを備え、偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光ビームスプリッタに再入射され合成されるように、偏光ビームスプリッタ及び反射板を配置すると共に、光路上に液晶セルを配置する。
【００５９】
以下、図５を用いて第２の構成態様について説明する。
図５において、液晶光スイッチ５は、偏光分離合成手段２１と、少なくとも二つの反射手段２２と、偏光方向を制御する偏光制御手段２３とを備える。偏光分離合成手段２１は、入射した光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離し、ｐ偏光成分についてはそのまま直進させ、ｓ偏光成分については反射させる。
【００６０】
反射手段２２（２２Ａ，２２Ｂ）は、偏光分離合成手段２１で分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光分離合成手段２１に再入射するように配置する。図中に示すＴで示される３角形は、偏光分離合成手段２１及び反射手段２２，２３によって形成される光路を示し、図中のａで示す方向から入射した光についてみると、偏光分離合成手段２１を直進し、反射手段２２Ａ及び反射手段２２Ｂの順で反射された後、再び偏光分離合成手段２１に戻る経路ｃと、偏光分離合成手段２１で反射し、反射手段２２Ｂ及び反射手段２２Ａの順で反射された後、再び偏光分離合成手段２１に戻る経路ｄとが形成され、二つの経路ｃ，ｄは同一の光路となる。なお、図中のｂで示す方向から入射した光についてみても、偏光分離合成手段２１，反射手段２２Ａ，２２Ｂの配置は光学的に対称となるため、同様に二つの経路ｃ，ｄは同一の光路となる。
【００６１】
また、この光路上に偏光状態を制御する偏光制御手段２３を配置する。なお、偏光制御手段２３の配置位置は、光路上において種々の態様とすることができる。
この構成により、異なる経路であっても、同一光路長を有し、光路上において通過する反射手段や偏光制御手段等の光学素子も同一とすることができる。
【００６２】
なお、偏光分離合成手段２１は偏光分離合成膜により形成することができ、また、偏光制御手段２３は液晶セルで形成することができる。
【００６３】
上記第２の構成態様に基づく構成例、及びその構成例における動作状態について、図５（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板２２Ａ，２２Ｂを偏光成分の入射角及び出射角が２２．５度となるように配置する。なお、入射角及び出射角は図中においてθで示している。この構成例では、λ／４波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ａを二つの反射板２２ａ，２２ｂの内の一方の反射板（図では反射板２２ａの例を示しているが、反射板２２ｂとすることもできる）の光路上の前方位置に配置する。
【００６４】
図５（ｂ）は前記したExchanging stateに対応する動作を説明するための図である。この動作状態では、偏光制御手段による偏光変換を行わない。偏光制御手段として液晶セルを用いる場合には、液晶セルに電圧を印加することでこの動作状態とすることができる。図ではこの動作状態をＯＦＦで示している。
【００６５】
入射端（図中のＩＮ）から入射した光は偏光面が直交する二つの偏光成分ｐと偏光成分ｓから成り、図示しないコリメータで平行ビームとなった後、偏光分離合成手段２１により直進する偏光成分ｐと反射する偏光成分ｓに分離される。
【００６６】
この動作状態では偏光制御手段２３ａは偏光変換を行わないため、直進する偏光成分ｐは、そのままの偏光状態で偏光制御手段２３ａを通過した後、反射板２２ａで反射されて再び偏光制御手段２３ａを通過する。このとき、偏光状態は変化せずに偏光成分ｐのままである。偏光成分ｐは、さらに反射板２２ｂで反射され、再び偏光分離合成手段２１に達する。このときの偏光成分ｐの進行方向は、入射方向と直交する方向となる。この偏光成分ｐは偏光分離合成手段２１を直進し、入射端と異なる端部から出射される。
【００６７】
一方、偏光分離合成手段２１で反射した偏光成分ｓは反射板２２ｂで反射され、そのままの偏光状態で偏光制御手段２３ａを通過した後、反射板２２ａで反射されて再び偏光制御手段２３ａを通過する。このとき、偏光状態は変化せずに偏光成分ｓのままである。偏光成分ｓは再び偏光分離合成手段２１に達し反射される。このときの反射方向は、入射方向と直交する方向となり、入射端と異なる端部から出射される。これによって、入射した光は入射端とは異なる端部から出射することになる。
【００６８】
図５（ｃ）は前記したStraight stateに対応する動作を説明するための図である。この動作状態では、偏光制御手段による偏光変換を行う。偏光制御手段として液晶セルを用いる場合には、液晶セルに電圧を印加しないことで動作状態とすることができる。図ではこの動作状態をＯＮで示している。
入射端（図中のＩＮ）から入射した光は図示しないコリメータで平行ビームとなった後、偏光分離合成手段２１により直進する偏光成分ｐと反射する偏光成分ｓに分離される。
【００６９】
この動作状態では偏光制御手段２３ａは偏光変換を行うため、直進する偏光成分ｐは偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換された後反射板２２ａで反射し、再び偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換されて偏光成分ｓに変換される。偏光成分ｓは、さらに反射板２２ｂで反射し、再び偏光分離合成手段２１に達する。このときの偏光成分ｓの進行方向は、入射方向と直交する方向となる。この偏光成分ｓは偏光分離合成手段２１で反射され、図示しないコリメータを介して入射端と同じ出射端ＯＵＴから出射される。
【００７０】
一方、偏光分離合成手段２１で反射した偏光成分ｓは反射板２２ｂで反射され、次に偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換された後反射板２２ａで反射し、再び偏光制御手段２３ａを通過することでλ／４波長変換されて偏光成分ｐに変換される。偏光成分ｐは再び偏光分離合成手段２１に達し直進する。このときの進行方向は、入射方向と逆方向となり、図示しないコリメータを介して入射端と同じ出射端ＯＵＴから出射される。これによって、入射した光は入射端とは同じ端部から出射することになる。
【００７１】
第２の構成態様に基づく構成例は、図５に示した構成の他、図６に示す構成とすることができる。
図６（ａ）に示す構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板２２ａ，２２ｂを偏光成分の入射角及び出射角が２２．５度となるように配置する。なお、入射角及び出射角は図中においてθで示している。この構成例では、λ／８波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｂ，２３ｃを二つの反射板２２ａ，２２ｂの光路上の前方位置に配置する。
【００７２】
図６（ｂ）に示す構成例は、偏光分離合成手段に対して対称な位置において、二つの反射板２２ａ，２２ｂを偏光成分の入射角及び出射角を４５度に配置し、さらに、１つの反射板２２ｃを二つの反射板２２ａ，２２ｂを結ぶ光路上であってこれらの反射板２２ａ，２２ｂに対して垂直方向に配置する。この構成例では、λ／４波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｄを反射板２２ｃの光路上の前方位置に配置する。
【００７３】
図６（ｃ）に示す構成例は、偏光分離合成手段に対して対称な位置において、二つの反射板を偏光成分の入射角及び出射角を４５度に配置し、さらに、１つの反射板を二つの反射板を結ぶ光路上であってこれらの反射板に対して垂直方向に配置する。偏光制御手段の他の配置態様は、λ／１２波長の偏光制御を行う偏光制御手段を、３つの各反射板の光路上の前方位置に配置する。この構成例では、λ／１２波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｅ，２３ｆ，２３ｇを各反射板２２ａ，２２ｂ，２２ｃに配置する。
【００７４】
図６（ｄ）に示す構成例は、図６（ｂ），（ｃ）の構成例と同様に、３つの反射板を互いに直交に配置する構成であり、偏光分離合成手段２１と隣接する何れか一方の反射板をプリズム等の全反射ミラーとし、残りの二つの反射板の光路上の前方位置にλ／８波長の偏光制御を行う偏光制御手段を配置する。この構成例では、反射板２２ｂをプリズムとし、反射板２２ａ，２２ｃの光路上の前方位置にλ／８波長の偏光制御を行う偏光制御手段を配置する構成を示している。なお、偏光分離合成手段２１は偏光合成分離膜２１ａを１組のプリズム２１ｂ，２１ｃで挟んで構成している。
【００７５】
図６（ｅ）に示す構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板を偏光成分の入射角及び出射角を２２．５度に配置し、λ／２波長の偏光制御を行う偏光制御手段を二つの反射板間の光路上に配置する。この構成例では、λ／２波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｈを反射板２２ａ，２２ｂの間の光路上に配置する。
【００７６】
図６（ｆ）に示す構成例は、偏光分離合成手段２１に対して対称な位置において、二つの反射板を偏光成分の入射角及び出射角を２２．５度に配置し、λ／１０波長の偏光制御を行う偏光制御手段を、二つの反射板の光路上の前方位置、及び二つの反射板間の光路上に配置する。この構成例では、λ／１０波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｉ，２３ｊを反射板２２ａ，２２ｂに配置し、λ／１０波長の偏光制御を行う偏光制御手段２３ｋを反射板２２ａと反射板２２ｂとの間の光路上に配置する。
【００７７】
一般的に、液晶セルを用いる構成では、ＰＤＬ（偏光依存性損失：Polarization Dependent Loss）や、ＰＭＤ（偏光モード分散：Polarization Mode Disperation）による光損失が問題となる。例えば、ＰＤＬは、液晶セルが備える電極の透過に伴う信号強度の低下によるものがあり、液晶セルを通過する回数が多い構成で各編光に対する光路がわずかに異なると、この偏光依存性損失が大きくなる場合がある。また、ＰＭＤでは、直交する偏光モードによって光パルスの分散の程度が異なるため、光路長が異なればこの光分散による信号劣化が大きくなる。
【００７８】
このような光損失に対して、本発明のダイナミックイコライザに用いる液晶光スイッチ素子では、偏光成分は同じ光路を通過し、結果的に光路長や光学特性を同一とすることができるため、低ＰＤＬ化、低ＰＭＤ化とすることができる。
【００７９】
図７は、本発明の液晶光スイッチに用いる偏光制御手段に適用することができる液晶セルの構成例である。
ここでは、液晶セルと反射板とを組み合わせた構成について説明する。液晶セルと反射板との組み合わせにおいて、光入射側から見たとき、反射板を液晶セルの外側に配置する構成と、反射板を液晶セルの内側に配置する構成がある。図７（ａ）は反射板を液晶セルの外側に配置する構成例を示し、図７（ｂ），７（ｃ）は反射板を液晶セルの内側に配置する構成例を示している。
【００８０】
図７（ａ）において、液晶セル３０は、光入射側から順に、ガラス等の基板３１ａ、ＩＴＯ等の透明電極膜３２ａ、配向膜３３ａ、液晶層３４、配向膜３３ｂ、透明電極膜３２ｂ、基板３１ｂ、外部反射板３５を配置して構成される。ここで、外部反射板３５は、誘電体多層膜、アルミや金等の高反射性材料からなる金属膜とすることができる。
【００８１】
また、図７（ｂ）において、液晶セル３０は、光入射側から順に、ガラス等の基板３１ａ、ＩＴＯ等の透明電極膜３２ａ、配向膜３３ａ、液晶層３４、配向膜３３ｂ、内在反射板３６、導電膜３７、基板３１ｂを配置して構成される。ここで、内在反射板３６は、導電膜３７による電場印加を行うために誘電体多層膜とする。また、導電膜３７はＩＴＯによる透明電極膜を用いることができ、基板３１ｂはガラス等の透明な材料に限らず不透明な材料を用いることもできる。
【００８２】
また、図７（ｃ）において、液晶セル３０は、光入射側から順に、ガラス等の基板３１ａ、ＩＴＯ等の透明電極膜３２ａ、配向膜３３ａ、液晶層３４、配向膜３３ｂ、内在反射板３８、基板３１ｂを配置して構成される。ここで、内在反射板３８は、下部電極を兼ねるため金属膜とする。基板３１ｂはガラス等の透明な材料に限らず不透明な材料を用いることもできる。
【００８３】
上記各構成の液晶セルにおいて、配向膜の下部（あるいは電極の上部）に上下の基板の短絡防止用絶縁膜を形成することもできる。また、液晶セルとプリズムとの間に空気層が介在する構成では、液晶セルの表面において不要な反射を防止するために、誘電体多層膜による反射防止膜（ＡＲ：Antireflection Coating）を形成することが望ましい。
【００８４】
また、液晶素子の配向は、アンチパラレル配向又はパラレル配向とすることができる。また、液晶は強誘電体液晶やツイストネマチック液晶等を使用することができる。
【００８５】
上記液晶セルにおいて、本発明の液晶光スイッチは、入射直線偏光の方位角を９０度回転と、そのままの状態による０度回転の二つの状態で制御するスイッチ動作を行うことができる。また、階調制御を行うことができる液晶を用いることで、中間状態の偏光によって可変光減衰器を構成することもできる。
【００８６】
また、液晶セルのスイッチ動作を利用して光の切替を行う場合には、この液晶セルの応答速度は液晶セルの厚みに依存する。本発明の液晶光スイッチでは、λ／２波長の偏光変換を行うために複数の液晶セルを用いる構成とすることで各液晶の厚みを薄くして応答速度を速めることができる。
【００８７】
また、応答速度は２乗で反映されるため、例えば、同一の反射型の液晶セルで比較したとき、各液晶セルの厚みを１／２とすることで４倍となり、各液晶セルの厚みを１／３とすることで応答速度は９倍となる。
【００８８】
次に、光強度を変更した光を入射方向とは異なる方向に出射する通過型のダイナミックゲインイコライザについて、図８を用いて説明する。なお、図８（ａ）は光強度のモニタ機能を備えない構成例であり、図８（ｂ）は光強度のモニタ機能を備えなる構成例である。
【００８９】
図８（ａ）に示す構成例において、本発明のダイナミックゲインイコライザ１Ｄは、入射した光を分光する分光器４と、分光器４で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチ５Ｂと、液晶光スイッチ５Ｂで光強度を変更され通過した光の各波長を合波する合波器２０と、入射端と分光器４との間、分光器４と液晶光スイッチ５Ｂとの間に配置される光学器３（レンズ３ａ，３ｂ）とを備える。合波器２０は、分波した後にそれぞれ合波させる機能を有する例えば薄膜フィルタを使った構成、あるいは、レンズ３ｂ，分光器４，レンズ３ａ，コリメータ６ａを配置して、分波した光を光ファイバ２ｂに結像させる構成とすることができる。
【００９０】
入射光は、光ファイバ２ａから入射することができる。光ファイバ２ａを通った光は、光ファイバ２ａの端部に接続されたコリメータ６ａを介し、レンズ３ａを通って分光器４に導かれる。分光器４により各波長に分光された光成分は、レンズ３ｂを通して液晶光スイッチ５Ｂに導入される。
【００９１】
通過型の液晶光スイッチ５Ｂは、導入された各波長成分の光強度を変更し、強度変更した光を通過させる。液晶光スイッチ５Ｂを通過した光は、合波器２０により集められ光ファイバ２ｂに導かれる。液晶光スイッチ５Ｂは各波長毎に光強度を変更することで、光ファイバ２ｂに導かれた光の光強度を所定の波長特性にすることができる。例えば、光ファイバ２ａから入射される光が、光を増幅する利得媒質の利得が波長に依存して変化する場合には、液晶光スイッチ５Ｂによりこの利得の波長依存性を補償するよう、入射した光強度を変更し出射する。
【００９２】
通過型の液晶光スイッチ５Ｂによれば、入射端と出射端を異ならせることができるため、光を分離するサーキュレータや二芯コリメータを不要とすることができる。
【００９３】
また、図８（ｂ）は光強度のモニタ機能を備え、このモニタした光強度を用いて液晶光スイッチ５Ｂを制御する構成例である。
図８（ｂ）において、液晶光スイッチ５Ｂは、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）８等の光強度検出器を備える。液晶光スイッチ５Ｂは、入射光の光強度を変更して入射方向と異なる方向に出射すると共に、さらに、光強度変更した残りの光を入射方向及び出射方向と異なる方向に導く。フォトダイオードアレイ８は、出射光以外の光を取り込み各波長毎の光強度を検出する。フォトダイオードアレイ８で検出された検出信号はモニタ装置９でモニタされ、モニタ出力は制御手段１０により液晶光スイッチ５Ｂを制御する。なお、モニタ出力は、図示しない表示装置に表示してもよく、また、制御手段１０を備えず、モニタ出力のみを表示することもできようにしてもよい。なお、光ファイバ２ａ，２ｂはシングルモードファイバとする。
【００９４】
次に、出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の液晶光スイッチの構成について図９を用いて説明する。通過型の液晶光スイッチについても、前記した反射型の液晶光スイッチと同様に、一次元配置及び二次元配置とすることができる。以下、一次元配置を例として説明し、二次元配置については説明を省略する。
【００９５】
図９（ａ）は、液晶光スイッチを構成する複数の液晶光スイッチ素子の一次元配置を示している。複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎを、分光器が分光するラインに沿って配置し、各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎに対応させる。これにより、各液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎは、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，…，λｎの光強度を変更し、光強度変更した光を入射方向と異なる所定方向に出射する（例えば、図９中のＰの矢印）。また、残りの光は入射方向及び出射方向と異なる方向に導かれる（例えば、図９中のＱの矢印）。なお、図９に示すＰの方向とＱの方向の位置関係は、説明のために便宜上示したに過ぎず、この位置関係に限られるものではない。また、複数の液晶光スイッチ素子を二次元配置して液晶光スイッチを構成することもできるが、ここでは説明を省略する。
【００９６】
次に、フォトダイオードアレイを備える通過型の液晶光スイッチの構成について図９（ｂ）を用いて説明する。なお、ここでは、複数の液晶光スイッチ素子を一次元配置の例を示している。この液晶光スイッチは、図９（ａ）に示した構成と同様に一次元配置した各液晶光スイッチにフォトダイオードアレイ８を備える。フォトダイオードアレイ８は液晶光スイッチ素子の一出力端に併設する。
【００９７】
分光器が分光するラインに沿って、複数の液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎを並べて配置し、この液晶光スイッチ素子に、フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎを併設する。液晶光スイッチ素子５−１，５−２，５−３，…，５−ｎは、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，…λｎの光強度を変更し、光強度変更した光を入射方向と異なる所定方向に出射する（例えば、図９中のＰの矢印）。残りの光は入射方向及び出射方向と異なる方向に導かれ、フォトダイオードアレイ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎは、この残りの光の光強度を各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎ毎に検出し、検出信号（例えば、図９中のＲの矢印）を出力する。
【００９８】
次に、出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の液晶光スイッチに用いる液晶光スイッチ素子の構成態様を、図１０を用いて説明する。
図１０は、片偏光のみを用いて液晶光スイッチを構成する例である。図１０に示す液晶光スイッチは、図６（ｄ）に示すように、液晶光スイッチ素子５が備える偏光分離合成手段２１−１の一端に偏光分離合成手段２１−２を配置し、偏光分離合成手段２１−２の一端を入力端（ＩＮ）とし、偏光分離合成手段２１−１の他端及び偏光分離合成手段２１−２の他端を出力端（それぞれ、ＯＵＴ２，ＯＵＴ１）とする。この構成によれば、例えば入力端ＩＮから入力した場合には、液晶光スイッチ５による偏光変換を行わない状態では出力端ＯＵＴ１から出力し、液晶光スイッチ５による偏光変換を行う状態では出力端ＯＵＴ２から出力する。この出力端ＯＵＴ１又は出力端ＯＵＴ２の何れか一方を出射端とし、他方をモニタ用の端部とする。
【００９９】
本発明のダイナミックイコライザは、例えば、長距離伝送用の１．５５μｍ帯やメトロエリアなどに用いられるＥＤＦＡ（エリビウム添加ファイバ増幅器）の利得媒質の利得が波長に依存して変化する場合の利得の波長依存性の補償に適用することができる。
【０１００】
また、本発明は、光強度の変更にＭＥＭＳ等の機械的要素に代えて液晶光スイッチを用いることにより、部品点数や調整箇所を削減することができ、コストを下げることができる。
【０１０１】
また、本発明のダイナミックイコライザに用いる液晶光スイッチ素子において、偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を通ることにより、低ＰＤＬ化、低ＰＭＤ化することができる。
【０１０２】
また、本発明のダイナミックイコライザに用いる液晶光スイッチによれば、フォトダイオードアレイを出力の片側に設けることにより、光スペクトルアナライザ機能を備えることができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のダイナミックゲインイコライザによれば、ＭＥＭＳ等の機械的可動部を備える機構を用いることなく、特定波長を選択的に制御し、波長毎に光強度を等価することができる。機械的可動部を備えていないため、制御性及び信頼性を高めることができる。
【０１０４】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザによれば、補償によって残余した光は、外部に取り出すことができるため、散乱光や発熱の問題を除くことができる。
【０１０５】
また、本発明のダイナミックゲインイコライザは、補償によって残余した光をモニタするため、光をモニタするために別途に光スペクトルアナライザを設ける必要がない。また、光をモニタするための光分岐を不要であるため、光分岐による光強度の減少を防ぐことができる。
【０１０６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイナミックゲインイコライザの概略構成を説明するための図である。
【図２】液晶光スイッチの構成、及び液晶光スイッチによる光の波長特性の制御を説明するための図である。
【図３】フォトダイオードアレイを備える液晶光スイッチの構成、及び液晶光スイッチによる光の波長特性の制御を説明するための図である。
【図４】本発明に用いる液晶光スイッチ素子の第１の構成態様を説明するための図である。
【図５】本発明に用いる液晶光スイッチ素子の第２の構成態様を説明するための図である。
【図６】本発明に用いる液晶光スイッチ素子の第２の構成態様を説明するための図である。
【図７】本発明のダイナミックゲインイコライザの他の概略構成を説明するための図である。
【図８】光強度を変更した光を入射方向とは異なる方向に出射する通過型のダイナミックゲインイコライザを説明する図である。。
【図９】出射光を入射光と異なる方向に導く通過型の液晶光スイッチの構成例を示す図である。
【図１０】片偏光のみを用いて液晶光スイッチを構成する例を示す図である。
【図１１】従来の損失フィルタ装置のフィルタリング特性を説明するための図である。
【図１２】従来提案されているＭＥＭＳを用いたダイナミックゲインイコライザの構成を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｅ ダイナミックゲインイコライザ
２，２ａ，２ｂ 光ファイバ
３ 光学器
３ａ，３ｂ レンズ
４ 分光器
５，５Ａ，５Ｂ 液晶光スイッチ
５−１〜５−ｎ，５−１ａ〜５−１ｍ，５−２ａ〜５−２ｍ，５−ｎａ〜５−ｎｍ 液晶光スイッチ素子
６ コリメータ
６ａ 一芯コリメータ
６ｂ 二芯コリメータ
７ サーキュレータ
８，８−１〜８−ｎ フォトダイオードアレイ
９ モニタ装置
１０ 制御装置
１１ 偏光ビームスプリッタ
１３，１４ 液晶セル
１５，１６ 反射板
１７ コリメータ
１８ サーキュレータ
１９ 光ファイバ
２０ 合波器
２１，２１−１，２１−２ 偏光分離合成手段
２１ａ 偏光合成分離膜
２１ｂ，２１ｃ プリズム
２２Ａ，２２Ｂ，２２ａ〜 反射板
２３，２３ａ〜２３ｋ 偏光制御手段
３０ 液晶セル
３１ａ，３１ｂ 基板
３２ａ，３２ｂ 透明導電極
３３ａ，３３ｂ 配向膜
３４ 液晶層
３５ 外部反射板
３６，３８ 内在反射板
３７ 導電膜
１０１ ダイナミックイコライザ
１０２ 光ファイバ
１０３ レンズ
１０４ 回折格子
１０５ ＭＥＭＳ
Claims (10)
- 入射した光を分光する分光器と、
前記分光器で分光された分光成分を入射する液晶光スイッチと、
前記分光器の入射側と出射側の少なくとも何れか一方に配置されるレンズ系とを備え、
前記液晶光スイッチは、前記入射した分光成分を直交する２つの直線偏光成分に分離するための偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタにより分離された前記各直線偏光成分を制御する少なくとも一つの反射型の液晶セルを有し、これにより、前記入射した分光成分の光強度を波長毎に変更して出射することを特徴とする、ダイナミックゲインイコライザ。 - 前記液晶光スイッチは、複数の液晶光スイッチ素子を備え、
当該液晶光スイッチ素子は、前記分光器が分光する波長に沿ってライン状に一次元配置することを特徴とする、請求項１に記載のダイナミックゲインイコライザ。 - 前記液晶光スイッチは、複数の液晶光スイッチ素子を備え、
前記液晶光スイッチ素子は、前記分光器が分光する波長に沿ったライン方向及び前記ライン方向と直交する方向の二次元配置することを特徴とする、請求項１に記載のダイナミックゲインイコライザ。 - 前記液晶光スイッチ素子は、光強度を変更した光を入射方向に向けて反射して出射することを特徴とする、請求項２又は３に記載のダイナミックゲインイコライザ。
- 前記液晶光スイッチは、偏光ビームスプリッタの直交する何れか二つの側部に、液晶セルと反射板とを組み合わせた光学素子を配置し、前記偏光ビームスプリッタの他の一側部を光の入射端及び反射端とし、当該液晶セルにより各偏光成分の偏光方向を制御することを特徴とする、請求項４に記載のダイナミックゲインイコライザ。
- 前記液晶光スイッチは、偏光ビームスプリッタと、少なくとも二つの反射板と、偏光方向を制御する液晶セルとを備え、
偏光ビームスプリッタで分離された二つの偏光成分が同一光路を互いに進行方向を異にして偏光ビームスプリッタに再入射され合成されるように、前記偏光ビームスプリッタ及び反射板を配置すると共に、当該光路上に前記液晶セルを配置し、当該液晶セルにより各偏光成分の偏光方向を制御することを特徴とする、請求項４に記載のダイナミックゲインイコライザ。 - 前記液晶セルは入射直線偏光の方位角を０度回転と９０度回転との二つの角度位置、又は任意の角度位置に制御することを特徴とする、請求項５又は６に記載のダイナミックゲインイコライザ。
- 前記液晶光スイッチは、前記光強度を変更して出射する出射光の残余の光の光強度を検出する光検出素子を備え、
当該光検出素子は前記出射光の光強度と相補の光強度を波長毎に検出する光スペクトルアナライザを構成することを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載のダイナミックゲインイコライザ。 - 前記液晶光スイッチは、偏光ビームスプリッタの出射端の一端に光強度を検出するフォトダイオードアレイを備え、
当該フォトダイオードアレイは前記出射光の光強度と相補の光強度を波長毎に検出する光スペクトルアナライザを構成することを特徴とする、請求項５から７の何れか一つに記載のダイナミックゲインイコライザ。 - 前記光スペクトルアナライザの検出出力に基づいて前記各液晶光スイッチ素子を制御することを特徴とする、請求項８又は９に記載のダイナミックゲインイコライザ。
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