JPH06130339A

JPH06130339A - チューナブル光学フィルタ

Info

Publication number: JPH06130339A
Application number: JP27865892A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Fukushima; 暢洋福島
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は通過波長帯域の中心波長が可変である
チューナブル光学フィルタに関し、機械的な可動部分を
有しない同フィルタの提供を目的とする。【構成】偏光子１と１／４波長板３１とファラデー回転
角が可変のファラデー回転子３２と１／４波長板３３と
偏光子３とを光路上にこの順に配置し、偏光子１及び３
の透過軸と１／４波長板３１及び３３の光学軸とが特定
の関係を有するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（目次）産業上の利用分野従来の技術発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段作用実施例発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、１つ又はそれ以上の通
過波長帯域を有する帯域通過型の光学フィルタに関し、
さらに詳しくは、通過波長帯域の中心波長が可変である
チューナブル光学フィルタに関する。

【０００３】帯域通過型の光学フィルタは、例えば、希
土類元素がドープされたドープファイバ等の光増幅媒体
と、増幅すべき信号光とともに光増幅媒体に供給する励
起光を出力する励起光源とを備えた光増幅器において、
信号光以外の光（例えば自然放出光や励起光）を遮断す
るために用いられる。この場合、光増幅器のＳ／Ｎ特性
の観点からは、一般的には、光学フィルタの通過波長帯
域は狭い方が良い。

【０００４】しかし、光通信システムの送信側の光源の
温度変化や経時劣化により、信号光の波長が変動するの
で、使用する光学フィルタの通過波長帯域が狭すぎる場
合には、信号光も遮断されてしまう恐れがある。そこ
で、信号光の波長変化に追随して光学フィルタの通過波
長帯域の中心波長を制御するシステムを実現するため
に、通過波長帯域の中心波長が可変であるチューナブル
光学フィルタが要望されている。

【０００５】

【従来の技術】従来、機械的な可動部分を有するチュー
ナブル光学フィルタが知られている。この種のチューナ
ブル光学フィルタにおいては、例えば、光学干渉膜や回
折格子への入射角度を機械的に変化させることで、通過
波長帯域の中心波長を可変にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のチューナブル光
学フィルタは、機械的な可動部分を有しているので、高
速な動作が困難でありまた信頼性に欠けるという欠点を
有している。

【０００７】よって、本発明の目的は、機械的な可動部
分を有しないチューナブル光学フィルタを提供すること
にある。本発明の他の目的は、機械的な可動部分を有し
ない狭帯域なチューナブル光学フィルタを提供すること
にある。

【０００８】本発明の更に他の目的は、機械的な可動部
分を有しない偏光無依存の（透過率が入射光の偏光に依
存しない）チューナブル光学フィルタを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、透過す
る直線偏光の偏光方向に相当する透過軸を有する第１及
び第２の偏光子と、該第１及び第２の偏光子の間に設け
られた第１及び第２の１／４波長板と、該第１及び第２
の１／４波長板の間に設けられたファラデー回転角が可
変のファラデー回転子とを備え、該第１の偏光子、該第
１の１／４波長板、該ファラデー回転子、該第２の１／
４波長板及び該第２の偏光子は光路上にこの順序で配置
され、上記第１の１／４波長板の光学軸は上記第１の偏
光子の透過軸を上記光路の回りに４５°回転させた方向
にあり、上記第２の１／４波長板の光学軸は上記第１の
１／４波長板の光学軸を上記光路の回りに９０°回転さ
せた方向にあるチューナブル光学フィルタが提供され
る。

【００１０】

【作用】本発明では、ファラデー回転角が可変のファラ
デー回転子を用い、このファラデー回転子と、第１及び
第２の偏光子と、第１及び第２の１／４波長板とを特定
の形態で配置しているので、ファラデー回転角の変化を
１／４波長板により直線偏光の位相差に変換して、機械
的な可動部分を含むことなしに通過波長帯域の中心波長
を可変にすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面に基づい
て詳細に説明する。先ず、本発明のチューナブル光学フ
ィルタの構成及び動作を理解するうえで有用と思われる
ので、図１により複屈折フィルタを説明する。複屈折フ
ィルタは、偏光子１と複屈折板２ともう１つの偏光子３
とを透過光の光路上にこの順に配置して構成される。以
下の説明では、透過光の光路に平行なＺ軸を有し、偏光
子１の透過軸（透過する直線偏光の振動方向）に平行な
Ｙ軸を有する直交３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚを採用する。

【００１２】複屈折板２の両端面及び光学軸ＣはＸＹ平
面に平行であり、複屈折板２の光学軸ＣとＹ軸がなす角
度は４５°である。偏光子３の透過軸は例えば偏光子１
の透過軸に平行である。

【００１３】偏光子１を透過した偏光面がＹＺ平面に平
行な直線偏光が複屈折板２に入射すると、この直線偏光
は、偏光面が複屈折板２の光学軸Ｃに平行な異常光線成
分と偏光面が複屈折板２の光学軸Ｃに直交する常光線成
分とに分離されて複屈折結晶２の内部を伝搬する。これ
ら異常光線成分及び常光線成分は複屈折板２から出射す
るときに合成され、その合成の結果は、透過光の波長に
応じて、偏光面がＹＺ平面に平行な直線偏光であるかも
しれないし、偏光面がＸＺ平面に平行な直線偏光である
かもしれないし、円偏光又は楕円偏光であるかもしれな
い。

【００１４】偏光子３の透過軸がＹ軸に平行である場
合、偏光面がＹＺ平面に平行な直線偏光に対する偏光子
３の透過率は原理的には１００％であり、偏光面がＸＺ
平面に平行な直線偏光に対する偏光子３の透過率は原理
的には０％であり、円偏光に対する偏光子３の透過率は
原理的には５０％であり、楕円偏光に対する偏光子３の
透過率は楕円偏光の楕円率に応じたものとなる。従っ
て、この複屈折フィルタの透過率は光の波長に依存した
ものとなる。

【００１５】図２は図１の複屈折フィルタの透過率と波
長の関係の一例を示すグラフである。波長の増大に従っ
て透過率の極大値及び極小値が交互に出現している。透
過率が極大値になるのは異常光線と常光線の間の位相差
が２ｎπのときであり、透過率が極小値になるのは異常
光線と常光線の間の位相差が（２ｎ＋１）πのときであ
る。ここでｎは自然数である。図２で示された例では、
波長の変化に対して透過率は周期的には変化しないが、
図１の複屈折板２の厚みが波長に対して十分大きい場合
には、波長の変化に対して透過率はほぼ周期的に変化す
る。

【００１６】図３は狭帯域な光学フィルタとしてのリオ
フィルタを説明するための図である。リオフィルタは、
複数の偏光子１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，・・・）
と、偏光子１１の数よりも１つ少ない複数の複屈折板１
２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，・・・）とを交互に光路
上に配置して構成される。最も外側には偏光子１１が配
置される。

【００１７】各偏光子１１の光学軸は互いに平行であ
り、各複屈折板１２の端面は互いに平行である。また、
各複屈折板１２の厚みは、薄い順に１：２：４：８・・
・である。

【００１８】図４は図３のリオフィルタの動作特性を説
明するための図である。便宜上、３つの複屈折板１２が
用いられているものとする。符号２１は最も薄い複屈折
板１２Ａとこれを挟む形で配置された偏光子１１Ａ及び
１１Ｂとからなる部分についての透過率と波長の関係を
表し、符号２２は次の複屈折板１２Ｂとこれを挟む形で
配置された偏光子１１Ｂ及び１１Ｃとからなる部分につ
いての透過率と波長の関係を表し、符号２３は最も厚い
複屈折板１２Ｃとこれを挟む形で配置された偏光子１１
Ｃ及び１１Ｄとからなる部分についての透過率と波長の
関係を表している。図３に示された例では、複屈折板１
２は薄い順に光路上に配置されているが、複屈折板１２
の配置の順序は任意である。

【００１９】図４において符号２４はリオフィルタの全
体としての透過率と波長の関係を表しており、この特性
は符号２１，２２及び２３で表される特性を合成したも
のに他ならない。このようにリオフィルタにおいては、
最も薄い複屈折板を含む部分についてのチャネルスペク
トルのピークを非常に尖鋭にすることができる。

【００２０】図５は本発明のチューナブル光学フィルタ
の第１実施例を示す図である。この実施例が図１の複屈
折フィルタと異なる点は、偏光子１及び３の間に、複屈
折板２に換えて、１／４波長板３１とファラデー回転角
が可変のファラデー回転子３２ともう１つの１／４波長
板３３とをこの順に配置している点にある。偏光子３の
透過軸は、図１に於けるのと同じように、例えば偏光子
１の透過軸に平行であるが、必ずしもこれに限定されな
い。ファラデー回転子３２の具体的構成例については後
述する。

【００２１】図６は図５の１／４波長板３１及び３３の
光学軸並びに偏光子１及び３の透過軸の説明図である。
偏光子１及び３の透過軸は前述したようにＹ軸に平行で
ある。１／４波長板３１の光学軸Ｃ１は偏光子１の透過
軸を光路の回りに４５°回転させた方向にあり、１／４
波長板３３の光学軸Ｃ２は１／４波長板３１の光学軸Ｃ
１を光路の回りに９０°回転させた方向にある。例え
ば、１／４波長板３１の光学軸Ｃ１がＸＹ平面上におい
てＹ＝−Ｘで表される直線に平行である場合には、１／
４波長板３３の光学軸Ｃ２はＸＹ平面においてＹ＝Ｘで
表される直線に平行である。

【００２２】図５の構成において、例えばファラデー回
転角がθであるファラデー回転子３２の両側に１／４波
長板３１及び３３を配置してなる部分が、偏光面が互い
に直交する２直線偏光間に２θの位相差を与える移相子
（複屈折板）と等価であることは、次に示すジョーンズ
マトリクスから明らかである。

【００２３】

【数１】

【００２４】例えばファラデー回転子３２のファラデー
回転角の可変範囲が±４５°である場合には、１／４波
長板３１とファラデー回転子３２と１／４波長板３３と
からなる部分は、偏光面が互いに直交する２直線偏光間
に±９０°の可変範囲で位相差を与える。

【００２５】従って、図５の第１実施例によると、ファ
ラデー回転子３２のファラデー回転角を変化させること
によって、例えば図２に示されるような特性を波長軸方
向に変位させることができ、機械的可動部分を有しない
チューナブル光学フィルタの提供が可能になる。

【００２６】次に、ファラデー回転角が可変のファラデ
ー回転子の具体的構成例について説明する。一般に、磁
気光学結晶にある磁界（磁場）を印加した状態で、つま
り磁気光学結晶をある磁界の中に置いた状態で、直線偏
光が磁気光学結晶内を通過すると、その偏光方向（直線
偏光の電場ベクトルを含む平面の伝搬方向と垂直な平面
への投影）は、伝搬方向に係わらず常に一定の回転方向
に回転される。

【００２７】この現象はファラデー回転と称され、偏光
方向の回転角の大きさ（ファラデー回転角）は、印加磁
界により生じた磁気光学結晶の磁化の方向及び強さに依
存する。具体的には、ファラデー回転角は磁気光学結晶
の磁化の強さの光の伝搬方向の成分の大きさによって決
定される。

【００２８】従って、磁気光学結晶とこの磁気光学結晶
に対して光の伝搬方向と同じ方向に磁界を印加する手段
とからファラデー回転子を構成すれば、一見すると印加
磁界を調整することによりファラデー回転角を有効に調
整することができそうである。しかし、ここで考慮して
おくべき点は、印加磁界の大きさが比較的小さい場合に
は、印加磁界による磁気光学結晶の磁化が飽和状態に達
せず、磁気光学結晶内に多数の磁区が存在していること
である。

【００２９】このような多数の磁区の存在は、ファラデ
ー回転角の再現性を悪化させるし、良好な再現性が確保
されているとしてもファラデー回転角の連続な可変を困
難にする。また、磁気光学結晶に多数の磁区がある場合
には、各磁区間の界面における光の散乱による減衰も生
じ、実用上の不都合となる。

【００３０】そこで、本発明の実施例では、ファラデー
回転角が可変のファラデー回転子は、光路上に配置され
る磁気光学結晶と、互いに異なる方向の第１及び第２磁
界をこれらの合成磁界の強さが予め定められた値（例え
ば磁気光学結晶のファラデー回転角が飽和するのに必要
とされる磁界の強さに相当する値）よりも大きくなるよ
うに磁気光学結晶に対して印加する磁界印加手段と、第
１及び第２磁界の強さの少なくとも一方を変化させる磁
界調整手段とを含む。尚、磁気光学結晶において磁化の
強さが飽和した状態は、磁区が１つになった状態として
理解することができる。

【００３１】望ましくは、第１及び第２磁界は、磁気光
学結晶を透過する光の伝搬方向を含む平面内の互いに直
交する方向にそれぞれ印加される。図７は本発明の実施
例で使用することができるファラデー回転子の一構成例
を示す図である。ファラデー回転子３２は、磁気光学結
晶４１と、磁気光学結晶４１に対して互いに直交する方
向に磁界を印加する永久磁石４２及び電磁石４３と、電
磁石４３に駆動電流を与える可変電流源４４とを含む。

【００３２】磁気光学結晶４１としては、薄く切り出し
たＹＩＧ（イットリウム・鉄ガーネット）やエピタキシ
ャル結晶成長させた（ＧｄＢｉ）₃（ＦｅＡｌＧａ）₅
Ｏ₁₂等を用いることができる。

【００３３】磁気光学結晶４１の厚み方向は例えばＹ軸
と平行であり、この場合、永久磁石４２及び電磁石４３
により磁気光学結晶４１に印加される磁界の方向はそれ
ぞれＺ軸及びＸ軸と平行である。符号４５は磁気光学結
晶４１を透過する光ビームを表している。

【００３４】図８は、図７に示されたファラデー回転子
３２において磁気光学結晶４１に与えられる磁界並びに
磁気光学結晶４１の磁化の方向及び強さ（大きさ）を説
明するための図である。

【００３５】いま、永久磁石４２のみによって磁気光学
結晶４１に符号５１で示されるように磁界が印加されて
いる場合、磁気光学結晶４１の磁化は符号５２で示され
るようにＺ軸に平行になる。このときの印加磁界の強さ
（磁界ベクトル５１の長さ）は、磁気光学結晶４１の磁
化の強さ（磁化ベクトル５２の長さ）が飽和するように
設定される。そして、例えば、この状態で必要な最大の
ファラデー回転角が得られているものとする。

【００３６】電磁石４３による磁界が符号５３で示され
るようにＸ軸に印加されると、合成磁界は符号５４で示
されるように磁界ベクトル５１及び５３の合成ベクトル
となる。この合成磁界５４により磁気光学結晶４１には
符号５５で示されるような磁化が生じる。磁化ベクトル
５５と磁界ベクトル５４は互いに平行であり、磁化ベク
トル５５の長さは磁化ベクトル５２の長さに一致する。

【００３７】磁気光学結晶４１の磁化の強さが一定であ
るからといって、磁気光学結晶４１におけるファラデー
回転への磁化の寄与度が同じであるとは限らない。ファ
ラデー回転角が当該磁化の方向と光の伝搬方向の関係に
も依存するからである。

【００３８】即ち、磁化５２が生じている状態と磁化５
５が生じている状態を比較すると、磁化５２のＺ成分
（磁化５２そのもの）に対して磁化５５のＺ成分５６が
減少している分だけ、後者のファラデー回転角が小さく
なるのである。

【００３９】本実施例によると、ファラデー回転角の可
変範囲の全範囲にわたって常に磁気光学結晶４１には飽
和磁界が印加されているので、磁気光学結晶４１に多数
の磁区が形成されることに起因する不都合が生じない。

【００４０】また、可変電流源４４から供給される駆動
電流を調整することで、ファラデー回転角を連続的に且
つ再現性良く変化させることができるので、このような
ファラデー回転子を用いることによって、高速動作が可
能でしかも信頼性の高いチューナブル光学フィルタの提
供が可能になる。

【００４１】図９は本発明のチューナブル光学フィルタ
に使用することができるファラデー回転子の他の構成例
を示す図である。このファラデー回転子３２′が図７の
ファラデー回転子３２と異なる点は、磁気光学結晶４１
の相対する対角に互いに平行な平面６１及び６２を形成
し、光ビーム６３がこれらの面６１及び６２を通過する
ようにしている点である。従って、永久磁石４２による
磁界の方向と電磁石４３による磁界の方向は共に光の伝
搬方向（Ｚ軸に平行）に対して概略４５°傾斜してい
る。

【００４２】図１０は、図９に示されたファラデー回転
子３２′において磁気光学結晶４１に与えられる磁界並
びに磁気光学結晶４１の磁化の方向及び強さ（大きさ）
を説明するための図である。

【００４３】電磁石４３により印加される磁界は、符号
７１で示される状態から符号７２で示される状態の範囲
で強さ及び向きを調整可能である。符号７３は永久磁石
４２による印加磁界を示している。この場合、合成磁界
については、符号７４で表される状態と符号７５で表さ
れる状態の範囲でその強さ及び方向が変化する。これに
伴い、磁気光学結晶４１の磁化についても、符号７６で
示される状態から符号７７で示される状態の範囲でその
強さ及び方向が変化する。

【００４４】このようなファラデー回転子３２′を用い
ると、電磁石４３の駆動電流の可変幅をさほど大きくす
ることなしに、ファラデー回転角の可変範囲を大きくす
ることができる。尚、磁化の強さが最小になる符号７８
で示される状態（電磁石４３による印加磁界が零の状
態）でファラデー回転角が十分飽和するように、永久磁
石４２による印加磁界が設定されている。

【００４５】図１１は本発明のチューナブル光学フィル
タに使用することができるファラデー回転子のさらに他
の構成例を示す図である。このファラデー回転子３２″
が図７のファラデー回転子３２と異なる点は、図７の永
久磁石４２に代えて電磁石８１を設け、さらに電磁石８
１に駆動電流を与える可変電流源８２を設けている点で
ある。

【００４６】図１２は、図１１に示されたファラデー回
転子３２″において磁気光学結晶４１に与えられる磁界
並びに磁気光学結晶４１の磁化の方向及び強さ（大き
さ）を説明するための図である。

【００４７】図１１のファラデー回転子の構成による
と、電磁石４３及び８１による印加磁界を調整すること
で、合成磁界を符号９１乃至９４で示すように連続的に
且つ飽和磁界を保ったままで変化させることができる。
これに伴い、磁気光学結晶４１の磁化は符号９５乃至９
８で示されるように変化する。

【００４８】このように図１１の構成によると、図９に
示されるような複雑な形状の磁気光学結晶を用いること
なしに、ファラデー回転角の可変範囲を容易に大きくす
ることができる。

【００４９】また、図１１のファラデー回転子３２″を
用いた場合、可変電流源４４又は８２の極性を切り替え
ることによって、磁気光学結晶４１の磁化のＺ成分の向
きを変えることができるので、ファラデー回転の方向を
必要に応じて変えることができる。例えば、零度を中心
として±４５ｎ°（ｎは自然数）の範囲でファラデー回
転角を変化させることができる。

【００５０】図１３は本発明のチューナブル光学フィル
タの第２実施例を示す図である。この実施例が図５の第
１実施例と異なる点は、偏光子１と１／４波長板３１の
間に複屈折物質からなる平板１０１を設けている点にあ
る。平板１０１の端面はＸＹ平面に平行であり、平板１
０１の光学軸は１／４波長板３１の光学軸に平行であ
る。平板１０１は１／４波長板３３と偏光子３の間に設
けてもよい。

【００５１】図１の複屈折フィルタの特性を表す図２の
グラフにおいて、透過率の極大値及び極小値が波長に対
して周期的に出現するようにするためには、図１の複屈
折板２がある程度の厚み（例えば透過光の波長の１００
倍程度に相当する厚み）を有していることが要求され
る。これと同等の位相差を図５の第１実施例における１
／４波長板３１及び３３並びにファラデー回転子３２に
より与えるためには、ファラデー回転子３２の光路方向
の厚みを大きくしてファラデー回転角を大きくすること
が要求され、複屈折結晶よりもはるかに高価な磁気光学
結晶を大量に使用することが要求される。

【００５２】図１３の第２実施例によると、付加的に設
けられた平板１０１によって与えられる位相差を固定値
とし、１／４波長板３１及び３３並びにファラデー回転
子３２によって与えられる位相差を可変にしているの
で、ファラデー回転子３２の構成要素である磁気光学結
晶の光路方向の厚みを小さくして、チューナブル光学フ
ィルタの低価格化を図ることができる。

【００５３】図１４は本発明のチューナブル光学フィル
タの第３実施例を示す図である。この実施例は、図１３
の第２実施例の構成に加えて、複屈折物質からなる平板
１１１Ａと偏光子１１２Ａと複屈折物質からよなる平板
１１１Ｂと偏光子１１２Ｂとがこの順に偏光子１の側か
ら配置されている点で特徴付けられる。

【００５４】平板１１１Ａ及び１１１Ｂの端面はＸＹ平
面に平行である。平板１１１Ａ及び１１１Ｂの光学軸は
平板１０１の光学軸に平行である。平板１１１Ａ及び１
１１Ｂの光路方向の厚みは、それぞれ、平板１０１の光
路方向の厚みの１／２及び１／４に相当する。偏光子１
１２Ａ及び１１２Ｂの透過軸は偏光子１の透過軸に平行
である。

【００５５】この実施例における動作原理は、図３のリ
オフィルタの動作原理に準じて理解することができる。
これを図４により説明する。図１４の構成のうち、偏光
子１と平板１０１と１／４波長板３１及び３３とファラ
デー回転子３２と偏光子３とからなる部分についての特
性は、図４の符号２３により表される特性に相当し、偏
光子１と平板１１１Ａと偏光子１１２Ａとからなる部分
についての特性は符号２２で表される特性に相当し、偏
光子１１２Ａと平板１１１Ｂと偏光子１１２Ｂとからな
る部分についての特性は符号２１で表される特性に相当
している。

【００５６】符号２１乃至２３で表される特性のうち、
透過率の極大値及び極小値の出現する波長周期が最も短
い符号２３で表される特性は、図１３における動作原理
に従って、ファラデー回転子３２におけるファラデー回
転角を変化させることによって、図４の波長軸方向にシ
フトする。その結果、合成された特性２４についても波
長軸方向にシフトさせることができ、機械的な可動部分
を有しない狭帯域なチューナブル光学フィルタの提供が
可能になる。

【００５７】機械的な可動部分を有しない狭帯域なチュ
ーナブル光学フィルタを実現する本発明の実施の態様を
より一般的に表現すれば次の通りである。即ち、例えば
図１３の第２実施例の構成において、平板１０１の複屈
折物質と同じ物質からなり予め定められた厚みを有する
少なくとも一つの平板１１１（１１１Ａ及び／又は１１
１Ｂ）と、少なくとも一つの偏光子１１２（１１２Ａ及
び／又は１１２Ｂ）とを付加的に設け、平板１１１及び
偏光子１１２が光路上で偏光子１及び３の外側に位置す
るようにし、平板１１１の光学軸を平板１０１の光学軸
と平行にし、偏光子１１２の透過軸を偏光子１の透過軸
と平行にするのである。

【００５８】平板１１１及び偏光子１１２がそれぞれ１
つずつある場合には、平板１１１の厚みは平板１０１の
厚みの１／２に等しくされ、平板１１１及び偏光子１１
２は、平板１１１が偏光子１１２と偏光子１又は３との
間に位置するように配置される。

【００５９】一方、平板１１１が複数ある場合には、偏
光子１１２も平板１１１と同数設けられ、平板１１１の
最も厚いもの厚みは平板１０１の厚みの１／２に等しく
され、平板１１１の最も厚いものから第ｎ番目（ｎは２
以上の自然数）のものの厚みは第（ｎ−１）番目のもの
のの厚みの１／２に等しくされ、平板１１１及び偏光子
１１２は、偏光子１１２のいずれかが最も外側に位置す
るように交互に配置される。従って、例えば図１４の第
３実施例では、平板１０１，１１１Ａ及び１１１Ｂの配
列順序は任意である。

【００６０】機械的な可動部分を有しない狭帯域なチュ
ーナブル光学フィルタの実施例において、通過波長帯域
が波長軸上で複数出現することがチューナブル光学フィ
ルタを実用する上で不都合になる場合（図４の符号２４
で表される特性を参照）がある。このような場合には、
チューナブル光学フィルタの通過帯域よりもわずかに広
い帯域で且つ通過帯域の中心波長が固定されている光学
フィルタを例えば図１４の各構成部品の間或いはそれら
の外側に配置するとよい。こうすることで、複数の通過
波長帯域の１つを選択することができ、チューナブル光
学フィルタの実用性が向上する。光学フィルタとしては
誘電体多層膜を用いた干渉フィルタ等を用いることがで
きる。

【００６１】図１５は本発明のチューナブル光学フィル
タの第４実施例を示す図である。この実施例では、第１
及び第２の偏光子として、図５の第１実施例における偏
光子１及び３に代えてそれぞれ複屈折物質からなるくさ
び板１２１及び１２２を用い、これに伴って、光ファイ
バ１２３と、光ファイバ１２３の励振端から放射された
光をコリメートしてくさび板１２１に供給するレンズ１
２４と、くさび板１２２からの光ビームを集束させるレ
ンズ１２５と、レンズ１２５により集束された光ビーム
が所定の条件の下に結合する光ファイバ１２６とを付加
的に設けている。

【００６２】くさび板１２１及び１２２は、くさび板１
２１の頂部及び底部がそれぞれくさび板１２２の底部及
び頂部に対向し且つ対応する面同士が互いに平行になる
ように配置される。くさび板１２１の光学軸はＹ軸に平
行であり、くさび板１２２の光学軸は例えばＹ軸に平行
である。偏光子としてのくさび板１２１及び１２２の透
過軸は、偏光面が光学軸に平行な異常光線の偏光方向或
いは偏光面が光学軸に垂直な常光線の偏光方向のことを
言う。

【００６３】光ファイバ１２３の励振端から放射された
光は、レンズ１２４によりコリメートされて平行光ビー
ムになる。このビームはビーム太さを無視して符号１３
０で表される。ビーム１３０は、くさび板１２１におい
てその常光線に相当するビーム１３１と異常光線に相当
するビーム１３２に分離される。

【００６４】ビーム１３１及び１３２は、１／４波長板
３１とファラデー回転子３２と１／４波長板３３とをこ
の順に通過してそれぞれビーム１３３及び１３４にな
る。ビーム１３３及び１３４の偏光状態は、ファラデー
回転子３２におけるファラデー回転角に応じて決定され
る。

【００６５】ビーム１３３はくさび板１３２においてそ
の常光線及び異常光線にそれぞれ相当するビーム１３５
及び１３６に分離される。また、ビーム１３４はくさび
板１２２においてその異常光線及び常光線にそれぞれ相
当するビーム１３７及び１３８に分離される。

【００６６】ビーム１３５乃至１３８がそれぞれ受けて
きた屈折の履歴並びにくさび板１２１及び１２２の形状
及び配置形態を考慮すると、ビーム１３５及び１３７は
互いに平行であり、ビーム１３６及び１３８は互いに平
行でない。従って、ビーム１３５乃至１３８のうちビー
ム１３５及び１３７のみをレンズ１２５により絞り込ん
で光ファイバ１２６に結合することができる。

【００６７】さて、ビーム１３５及び１３７のトータル
パワーとビーム１３６及び１３８のトータルパワーの比
は、ファラデー回転子３２におけるファラデー回転角に
依存する。例えば、ビーム１３３及び１３４がそれぞれ
ビーム１３１及び１３２と同じ偏光面を有する直線偏光
である場合には、ビーム１３３及び１３４のそれぞれ全
部がビーム１３５及び１３７に変換される。

【００６８】また、ビーム１３３及び１３４がそれぞれ
ビーム１３１及び１３２の偏光面に直交する偏光面を有
する直線偏光である場合には、ビーム１３３及び１３４
はそれぞれ全部ビーム１３６及び１３８に変換される。

【００６９】一方、ファラデー回転子３２におけるファ
ラデー回転角が一定である状態においては、ビーム１３
５及び１３７のトータルパワーは、レンズ１２４により
コリメートされた光の偏光状態に依存しない。ビーム１
３５及び１３７のトータルパワーがそれらの波長に依存
することはこれまでの説明から明らかである。

【００７０】従って、本実施例によると、機械的な可動
部分を有しない偏光無依存のチューナブル光学フィルタ
の提供が可能になる。図１６は本発明のチューナブル光
学フィルタの第５実施例を示す図である。本実施例にお
いては、第１の偏光子は複屈折物質からなるくさび板１
４１であり、第２の偏光子は複屈折物質からなる２つの
くさび板１４２及び１４３である。

【００７１】くさび板１４１の頂部及び底部はそれぞれ
くさび板１４２の底部及び頂部に対向し、くさび板１４
３の頂部及び底部はそれぞれくさび板１４２の底部及び
頂部に対向している。

【００７２】そして、くさび板１４１，１４２及び１４
３のくさび角をそれぞれθ₁，θ₂及びθ₃とし、くさ
び板１４１及び１４２間の距離をｄ₁とし、くさび板１
４２及び１４３間の距離をｄ₂とするときに、次の２つ
の式を満足するように各くさび板が作製され配置されて
いる。

【００７３】θ₂＝θ₁＋θ₃，ｄ₁ ｓｉｎθ₁＝ｄ
₂ｓｉｎθ₃ くさび板１４１の光学軸はＹ軸に平行であり、くさび板
１４２及び１４３の光学軸は互いに平行である。くさび
板１４２及び１４３の光学軸は例えばＹ軸に平行であ
る。

【００７４】図１５の第４実施例では、くさび板１２１
及び１２２間に１／４波長板３１とファラデー回転子３
２と１／４波長板３３を介在させるためにくさび板１２
１及び１２２間の距離を比較的大きくした場合、ビーム
１３５及び１３７間の距離も比較的大きくなり、レンズ
１２５の球面収差等の収差の影響を受けやすくなる。

【００７５】図１６の第５実施例による場合、レンズ１
２４でコリメートされた光をくさび板１４１で偏光分離
してくさび板１４２及び１４３により偏光合成したとき
に、くさび板１４３から出射する常光線成分及び異常光
線成分の光路はほぼ一致するので、この同一光路上の常
光線成分及び異常光線成分をレンズ１２５により収差の
影響を受けることなしに効率良く光ファイバ１２６に入
射させることができる。

【００７６】図１７は本発明のチューナブル光学フィル
タの第６実施例を示す図である。この実施例では、第１
及び第２の偏光子として、図１５の第４実施例における
くさび板１２１及び１２２に代えて、それぞれ複屈折結
晶からなる平板１５１及び１５２が用いられている。平
板１５１及び１５２の厚みは等しい。平板１５１及び１
５２の光学軸は、例えば、互いに直交し且つ各光学軸が
それぞれ光の伝搬方向に対して４５°傾斜するように設
定される。

【００７７】光ファイバ１２３の励振端から放射された
光は、レンズ１２４により平行光ビームにコリメートさ
れる。このビームはビーム太さを無視して符号１６０で
表される。ビーム１６０は平板１５１においてその常光
線及び異常光線にそれぞれ相当するビーム１６１及び１
６２に分離される。ビーム１６１及び１６２は互いに平
行である。

【００７８】ビーム１６１及び１６２は、１／４波長板
３１とファラデー回転子３２と１／４波長板３３とをこ
の順に通過してそれぞれビーム１６３及び１６４にな
る。ビーム１６３及び１６４の偏光状態はファラデー回
転子３２におけるファラデー回転角に応じて決定され
る。

【００７９】ビーム１６３は平板１５２においてその常
光線及び異常光線に相当するビーム１６５及び１６６に
分離される。ビーム１６４は平板１５２においてその常
光線及び異常光線に相当するビーム１６７及び１６８に
分離される。

【００８０】平板１５１及び１５２は互いに平行であり
これらの光路方向の厚みは等しいので、ビーム１６５は
ビーム１６８に一致する。従って、ビーム１６５乃至１
６８のうちビーム１６５及び１６８のみをレンズ１２５
により絞り込んで光ファイバ１２６に入射させることが
できる。さて、ビーム１６５及び１６８のトータルパワ
ーとビーム１６６及び１６７のトータルパワーの比は、
ファラデー回転子３２におけるファラデー回転角に依存
する。一方、ファラデー回転子３２におけるファラデー
回転角が一定である状態においては、ビーム１６５及び
１６８のトータルパワーは、レンズ１２４によりコリメ
ートされた光の偏光状態には依存しない。ビーム１６５
及び１６８のトータルパワーがそれらの波長に依存する
ことはこれまでの説明から明らかである。

【００８１】従って、本実施例によると、図１５の第４
実施例による場合と同様にして、機械的な可動部分を有
しない偏光無依存のチューナブル光学フィルタの提供が
可能になる。

【００８２】１／４波長板３３と平板１５２の間に必要
に応じて１／２波長板を挿入してもよい。本発明は以上
説明した実施例の詳細に限定されない。例えば、図１５
の第４実施例又は図１７の第６実施例に図１４の第３実
施例を適用することにより、機械的な可動部分を有しな
い狭帯域で偏光無依存のチューナブル光学フィルタの提
供が可能になる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
機械的な可動部分を有しないチューナブル光学フィルタ
の提供が可能になるという効果を奏する。

【００８４】また、本発明の特定の実施態様によると、
機械的な可動部分を有しない狭帯域なチューナブル光学
フィルタの提供が可能になるという効果を奏する。さら
に、本発明の他の特定の実施態様によると、機械的な可
動部分を有しない偏光無依存のチューナブル光学フィル
タの提供が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】複屈折フィルタの説明図である。

【図２】図１の複屈折フィルタの動作特性の例を説明す
るための図である。

【図３】リオフィルタの説明図である。

【図４】図３のリオフィルタの動作特性の例を説明する
ための図である。

【図５】本発明のチューナブル光学フィルタの第１実施
例を示す図である。

【図６】図５における偏光子の透過軸及び１／４波長板
の光学軸の説明図である。

【図７】本発明のチューナブル光学フィルタに適用可能
なファラデー回転子の一構成例を示す図である。

【図８】図７における磁界及び磁化の説明図である。

【図９】本発明のチューナブル光学フィルタに適用可能
なファラデー回転子の他の構成例を示す図である。

【図１０】図９における磁界及び磁化の説明図である。

【図１１】本発明のチューナブル光学フィルタに適用可
能なファラデー回転子のさらに他の構成例を示す図であ
る。

【図１２】図１１における磁界及び磁化の説明図であ
る。

【図１３】本発明のチューナブル光学フィルタの第２実
施例を示す図である。

【図１４】本発明のチューナブル光学フィルタの第３実
施例を示す図である。

【図１５】本発明のチューナブル光学フィルタの第４実
施例を示す図である。

【図１６】本発明のチューナブル光学フィルタの第５実
施例を示す図である。

【図１７】本発明のチューナブル光学フィルタの第６実
施例を示す図である。

【符号の説明】

１，３，１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ），１
１２（１１２Ａ，１１２Ｂ）偏光子３１，３３１／４波長板３２，３２′，３２″ ファラデー回転角が可変のファ
ラデー回転子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過する直線偏光の偏光方向に相当する
透過軸を有する第１及び第２の偏光子(1,3) と、該第１及び第２の偏光子(1,3) の間に設けられた第１及
び第２の１／４波長板(31,33) と、該第１及び第２の１／４波長板(31,33) の間に設けられ
たファラデー回転角が可変のファラデー回転子(32)とを
備え、該第１の偏光子(1) 、該第１の１／４波長板(31)、該フ
ァラデー回転子(32)、該第２の１／４波長板(33)及び該
第２の偏光子(3) は光路上にこの順序で配置され、上記第１の１／４波長板(31)の光学軸は上記第１の偏光
子(1) の透過軸を上記光路の回りに４５°回転させた方
向にあり、上記第２の１／４波長板(33)の光学軸は上記第１の１／
４波長板(31)の光学軸を上記光路の回りに９０°回転さ
せた方向にあることを特徴とするチューナブル光学フィ
ルタ。
【請求項２】上記第２の偏光子(33)の透過軸は上記第
１の偏光子(31)の透過軸に平行であることを特徴とする
請求項１に記載のチューナブル光学フィルタ。
【請求項３】上記第１の偏光子(1) と上記第１の１／
４波長板(31)の間又は上記第２の偏光子(3) と上記第２
の１／４波長板(33)の間に配置され上記第１の１／４波
長板(31)の光学軸に平行な光学軸を有する複屈折物質か
らなる第１の平板(101) をさらに備えたことを特徴とす
る請求項１に記載のチューナブル光学フィルタ。
【請求項４】上記第１の平板(101) の複屈折物質と同
じ物質からなり予め定められた厚みを有する少なくとも
１つの第２の平板(111) と、少なくとも１つの第３の偏
光子(112) とをさらに備え、該第２の平板(111) 及び該第３の偏光子(112) は上記光
路上で上記第１及び第２の偏光子(1,3) の外側に位置す
るように配置され、該第２の平板(111) の光学軸は上記第１の平板(101) の
光学軸に平行であり、該第３の偏光子(112) の透過軸は上記第１の偏光子(1)
の透過軸に平行であることを特徴とする請求項３に記載
のチューナブル光学フィルタ。
【請求項５】上記第２の平板(111) 及び上記第３の偏
光子(112) はそれぞれ１つずつあり、上記第２の平板(111) の厚みは上記第１の平板(101) の
厚みの１／２に等しく、上記第２の平板(111) 及び上記第３の偏光子(112) は、
該第２の平板(111) が該第３の偏光子(112) と上記第１
又は第２の偏光子(1,3) との間に位置するように配置さ
れることを特徴とする請求項４に記載のチューナブル光
学フィルタ。
【請求項６】上記第２の平板(111) は複数あり、上記
第３の偏光子(112)は上記第２の平板(111) と同数あ
り、上記第２の平板(111) の最も厚いもの(111A)の厚みは上
記第１の平板(101) の厚みの１／２に等しく、上記第２の平板(111) の最も厚いものから第ｎ番目（ｎ
は２以上の自然数）のものの厚みは第（ｎ−１）番目の
ものの厚みの１／２に等しく、上記第２の平板(111) 及び上記第３の偏光子(112) は、
該第３の偏光子(112)のいずれかが最も外側に位置する
ように交互に配置されることを特徴とする請求項４に記
載のチューナブル光学フィルタ。
【請求項７】上記ファラデー回転子(32)は、上記光路
上に配置された磁気光学結晶(41)と、互いに異なる方向
の第１及び第２磁界をこれらの合成磁界の強さが予め定
められた値よりも大きくなるように上記磁気光学結晶(4
1)に対して印加する磁界印加手段と、上記第１及び第２
磁界の強さの少なくとも一方を変化させる磁界調整手段
とを含むことを特徴とする請求項１に記載のチューナブ
ル光学フィルタ。
【請求項８】上記第１及び第２磁界は上記磁気光学結
晶(41)を透過する光の伝搬方向を含む平面内の互いに直
交する方向にそれぞれ印加されることを特徴とする請求
項７に記載のチューナブル光学フィルタ。
【請求項９】上記磁界印加手段は上記第１及び第２磁
界をそれぞれ印加する電磁石(43)及び永久磁石(42)であ
り、上記磁界調整手段は上記電磁石(43)の駆動電流を調
整することを特徴とする請求項８に記載のチューナブル
光学フィルタ。
【請求項１０】上記磁界印加手段は上記第１及び第２
磁界をそれぞれ印加する第１及び第２の電磁石(43,81)
であり、上記磁界調整手段は上記第１及び第２の電磁石
(43,81) の駆動電流の少なくとも一方を調整することを
特徴とする請求項８に記載のチューナブル光学フィル
タ。
【請求項１１】上記予め定められた値は上記磁気光学
結晶(41)のファラデー回転角が飽和するのに必要とされ
る磁界の強さに相当する値であることを特徴とする請求
項７に記載のチューナブル光学フィルタ。
【請求項１２】上記第１及び第２の偏光子はそれぞれ
複屈折物質からなる第１及び第２のくさび板(121,122)
であり、該第１及び第２のくさび板(121,122) は、該第１のくさ
び板(121) の頂部及び底部がそれぞれ該第２のくさび板
(122) の底部及び頂部に対向し且つ対応する面同士が互
いに平行になるように配置され、第１の光ファイバ(123) と、該第１の光ファイバ(123) の励振端から放射された光を
コリメートして上記第１のくさび板(121) に供給する第
１のレンズ(124) と、上記第２のくさび板(122) からの光ビームを集束させる
第２のレンズ(125) と、該第２のレンズ(125) により集束された光ビームが所定
の条件の下に結合する第２の光ファイバ(126) とをさら
に備えたことを特徴とする請求項１に記載のチューナブ
ル光学フィルタ。
【請求項１３】上記第１の偏光子は複屈折物質からな
る第１のくさび板(141) であり、上記第２の偏光子はそれぞれ複屈折物質からなる第２及
び第３のくさび板(142,143) であり、該第１乃至第３のくさび板(141,142,143) は、該第１の
くさび板(141) の頂部及び底部がそれぞれ該第２のくさ
び板(142) の底部及び頂部に対向し、該第２のくさび板
(142) の頂部及び底部がそれぞれ該第３のくさび板(14
3) の底部及び頂部に対向するように配置され、第１の光ファイバ(123) と、該第１の光ファイバ(123) の励振端から放射された光を
コリメートして上記第１のくさび板(141) に供給する第
１のレンズ(124) と、上記第３のくさび板(143) からの光ビームを集束させる
第２のレンズ(125) と、該第２のレンズ(125) により集束された光ビームが所定
の条件の下に結合する第２の光ファイバ(126) とをさら
に備えたことを特徴とする請求項１に記載のチューナブ
ル光学フィルタ。
【請求項１４】上記第１及び第２の偏光子はそれぞれ
複屈折物質からなる第１及び第２の平板(151,152) であ
り、第１の光ファイバ(123) と、該第１の光ファイバ(123) の励振端から放射された光を
コリメートして上記第１の平板(151) に供給する第１の
レンズ(124) と、上記第２の平板(152) からの光ビームを集束させる第２
のレンズ(125) と、該第２のレンズ(125) により集束された光ビームが所定
の条件の下に結合する第２の光ファイバ(126) とをさら
に備えたことを特徴とする請求項１に記載のチューナブ
ル光学フィルタ。
【請求項１５】複数の通過波長帯域の１つを選択する
帯域通過フィルタをさらに備えたことを特徴とする請求
項４に記載のチューナブル光学フィルタ。