JPH09236784A - 光可変減衰器 - Google Patents

光可変減衰器

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JPH09236784A
JPH09236784A JP8045231A JP4523196A JPH09236784A JP H09236784 A JPH09236784 A JP H09236784A JP 8045231 A JP8045231 A JP 8045231A JP 4523196 A JP4523196 A JP 4523196A JP H09236784 A JPH09236784 A JP H09236784A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 減衰量の温度依存性や波長依存性、及び駆動
電流を低減し、光伝送装置に容易に適用可能な磁気光学
結晶を用いた小型な光可変減衰器を提供する。 【解決手段】 光ビームのパワーを減衰する光可変減衰
器であって、前記光ビームの偏光方向を可変に回転させ
る磁気光学結晶と、前記磁気光学結晶を通過した光ビー
ムをその偏光方向に応じて通過させる検光子とを有し、
前記検光子の偏光方向は、前記磁気光学結晶における偏
光方向の回転が無い場合の前記光ビームの偏光方向と実
質的に直交状態に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光可変減衰器に関
し、特に、磁気光学結晶を使用し、機械的な可動部分の
ない小型な光可変減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムにおいては、光強度（パ
ワー）を必要に応じて調節する必要があり、そのため光
可変減衰器が使用されている。従来の可変減衰器では、
ガラス基板上に物質を透過光強度が連続的に変化するよ
うに付着され、ガラス基板上の透過位置を機械的に移動
されて減衰量が変化される。従来の可変減衰器は、機械
的な構造を有するため、信頼性が低い、応答速度が遅
い、形状の大型である等の問題を有していた。このた
め、このような光可変減衰器を、伝送装置に組み込むこ
とは難しく、主に測定器として使用されてきた。
【０００３】近年、光ファイバ増幅器の技術が進展し、
光強度を比較的簡単に増幅することが可能となってきて
いる。このため、１本の光ファイバ中に波長の異なる多
数の光を伝送させる波長多重通信方式の検討が行われて
いる。図２８に、典型的な波長多重通信方式のシステム
構成図を示す。光ファイバ増幅器を使用すれば、波長多
重された複数の光信号を一括して増幅することが可能で
あり、経済的な光通信システムの構築が可能となる。
【０００４】光ファイバ増幅器を使用した波長多重通信
システムでは、伝送信号の品質は光信号強度と雑音強度
との比（光ＳＮＲ）で決定される。各光信号の光ＳＮＲ
を所定の値以上に保つためには、各光信号の光強度を揃
える必要がある。各光信号のレベルは、光源（一般的に
は、レーザダイオード（ＬＤ）を使用）の出力パワーの
ばらつき、光源毎に備えられる各種光部品の挿入損失の
ばらつき等によって、ばらつく。さらに、光ファイバ増
幅器も、利得の波長依存性を有し、光ファイバ増幅器を
通過すると、各波長毎に光信号のパワーが変化する。こ
のため、光信号のパワーのばらつきを調整し抑圧するた
めの光可変減衰器を、光伝送装置内に組み込む必要があ
る。
【０００５】上記の目的のための光可変減衰器として、
特開平６−５１２５５「光アッテネータ」が提案されて
いる。図２９に、従来の光可変減衰器の第１の構成例を
示す。この光可変減衰器は、磁気光学結晶（ｍａｇｎｅ
ｔｏｏｐｔｉｃａｌ ｃｙｒｉｓｔａｌ）１、偏光子
（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）２、磁気光学結晶１に光軸と平
行に磁界を印加する第１の磁界印加手段３（この場合
は、永久磁石が使用されている）、磁気光学結晶１に光
軸と垂直に磁界を印加する第２の磁界印加手段４から構
成されている。磁気光学結晶１と、第１の磁界印加手段
３と、第２の磁界印加手段４とでファラデー回転子９を
構成する。ここでは、第１の磁界印加手段３には、永久
磁石が使用され、第２の磁界印加手段４には、印加電流
によって発生磁界の強さを調整できる電磁石が使用され
ている。また、図示しない他の偏光子を通過した直線偏
光の光ビーム５は、磁気光学結晶１及び偏光子２をその
順で通過する。
【０００６】この光可変減衰器では、第１の磁界印加手
段３で発生された磁界ベクトルと第２の磁界印加手段４
で発生された磁界ベクトルとの合成ベクトル（合成磁
界）が、磁気光学結晶１に加えられる。このとき、第１
の磁界印加手段３で発生された磁界ベクトルが飽和磁界
よりも大きいとき、合成ベクトルも飽和磁界よりも大き
くなる。この場合、磁気光学結晶１は、実質的に内部の
磁区が１つに統合された状態になり、磁気光学結晶１が
多くの磁区を有する場合に発生する光ビーム５の損失は
低減される。
【０００７】第２の磁界印加手段４の磁界の強さが印加
電流によって調整されると、合成磁界の方向も印加電流
に応じて変化する。合成磁界の光ビーム５と同じ方向の
成分（磁化ベクトル）の強さに応じて、光ビーム５の偏
光方向がファラデー効果によって回転させられる。この
ファラデー回転角θは、一般的に次式で表される。
【０００８】 θ＝Ｖ・Ｌ・Ｈ （１） Ｖは、ヴェルデ定数であり、磁気光学結晶１の材質によ
って決定される。Ｌは、磁気光学結晶１における光路
長、Ｈは、磁界の強さを示す。磁気光学結晶１によって
偏光方向が回転された光ビーム５は、偏光子２に進む。
このとき、偏光子２における偏光方向と、光ビーム５の
偏光方向が一致している場合、全ての光ビーム５は、偏
光子２を通過する。両者の偏光方向が一致しない場合、
光ビーム５の偏光子２の偏光方向の成分のみが通過す
る。両者の偏光方向が９０度の角度差を有するとき、光
ビーム５は偏光子２を通過せず、減衰量が最大となる。
【０００９】また、特開平６−５１２５５「光アッテネ
ータ」には、その他の光可変減衰器が示されている。図
３０に、従来の光可変減衰器の第２の構成例を示す。本
光可変減衰器は、光ファイバ６ａと、レンズ７ａと、ウ
ェッジ状の複屈折結晶８ａと、図２９に示したファラデ
ー回転子９と、ウェッジ状の複屈折結晶８ｂと、レンズ
７ｂと、光ファイバ６ｂとで構成されている。本光可変
減衰器では、光ファイバ６ａから供給された光ビームの
複屈折結晶８ａ，８ｂによる複屈折を利用して、光ビー
ムの一部が光ファイバ６ｂに導かれる。光ファイバ６ｂ
に導く量は、ファラデー回転子９における光ビームの偏
光方向の回転角で調整できるので、光ビームのパワーを
可変に減衰できる。
【００１０】本光可変減衰器は、図２９に示す光可変減
衰器と異なり、光ファイバ６ａから供給される光ビーム
の偏光方向に係わらず動作可能である。上記に示した光
可変減衰器は、機械的な可動部分を有しておらず、小型
化が可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た磁気光学結晶を用いた従来の光可変減衰器には次のよ
うな問題点がある。図２９に示す従来の光可変減衰器の
第１の構成例では、光可変減衰器に使用する磁気光学結
晶（ファラデー素子）として、一般的にＹＩＧやファラ
デー効果を有するガーネット厚膜が良く用いられる。し
かし、このようなファラデー素子は、一般的に回転角度
に対する波長依存性や温度依存性を有する。表１に、フ
ァラデー素子のファラデー回転角の波長依存性及び温度
依存性を示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１は、１５５０ｎｍ帯におけるファラデ
ー回転角が４５度のときの波長及び温度の変化に対する
ファラデー回転角の変化を示している。ガーネット厚膜
は、その組成により特性が変化する。上記の例は、比較
的大きい場合を示している。上記の表１は、波長或いは
温度が増加したとき、ファラデー回転角が減少すること
を示している。
【００１４】また、図３１に、磁界Ｈとファラデー回転
角との関係を示す。図３１では、磁界Ｈを増加すると、
ファラデー回転角は傾きＶ×Ｌで増加し、所定の大きさ
以上の磁界ではファラデー回転角は飽和する。これは磁
気光学結晶の内部の磁区が単一磁区になったことを示
す。図３１では、温度或いは波長が変化すると、傾きＶ
×Ｌが変化する。これは、ヴェルデ定数に、波長依存
性、温度依存性があることを示している。
【００１５】上述したように、従来の磁気光学結晶を用
いた光可変減衰器には、減衰量の温度依存性や波長依存
性が存在する問題があった。さらに、光可変減衰器を光
伝送装置に組み込むためには、光可変減衰器の大きさを
さらに小型化し、駆動電流を低減する必要がある。
【００１６】また、図３１に示す従来の光可変減衰器の
第２の構成例では、僅かな偏光依存性による損失（Ｐｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓ
ｓ：ＰＤＬ）が、まだ生じている。本発明の目的は、上
記の問題点を鑑みて、減衰量の温度依存性や波長依存
性、及び駆動電流を低減し、光伝送装置に容易に適用可
能な磁気光学結晶を用いた小型な光可変減衰器を提供す
る。
【００１７】本発明のその他の目的は、ウェッジ状複屈
折結晶を用いた光可変減衰器における偏光依存性による
損失を低減する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、下記の手段を講じたことを特徴とするも
のである。請求項１記載の発明装置では、光ビームのパ
ワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビームの
偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記磁気
光学結晶を通過した光ビームをその偏光方向に応じて通
過させる検光子とを有し、前記検光子の偏光方向は、前
記磁気光学結晶における偏光方向の回転が無い場合の前
記光ビームの偏光方向と実質的に直交状態に設定されて
いることを特徴とする。
【００１９】請求項２記載の発明装置では、請求項１記
載の光可変減衰器において、前記光ビームを発生する偏
光子をさらに有し、前記検光子の偏光方向は、前記偏光
子の偏光方向と実質的に直交状態に設定されていること
を特徴とする。
【００２０】請求項３記載の発明装置では、請求項１又
は２記載の光可変減衰器において、前記検光子の偏光方
向と、前記磁気光学結晶における偏光方向の回転が無い
場合の前記光ビームの偏光方向とは、８０度±３０度の
角度で設定されていることを特徴とする。
【００２１】請求項４記載の発明装置では、光ビームの
パワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビーム
の偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記磁
気光学結晶に印加するための磁界を電気的に発生する磁
気回路と、前記磁気回路の内部及び近傍のどちらかに設
けられ、前記磁気回路で電気的に発生する磁界と実質的
に平行に前記磁気光学結晶に印加されるバイアス磁界を
発生する永久磁石とを有し、前記磁気回路で電気的に発
生する磁界が失われた場合でも、前記磁気光学結晶に磁
界が印加され前記光ビームの少なくとも一部は透過され
ることを特徴とする。
【００２２】請求項５記載の発明装置では、光ビームの
パワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビーム
の偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記磁
気光学結晶に印加するための磁界を電気的に発生する磁
気回路と、前記磁気回路で電気的に発生する磁界と実質
的に９０度より小さい角度で前記磁気光学結晶に印加さ
れるバイアス磁界を発生する永久磁石とを有し、前記磁
気回路で電気的に発生する磁界が失われた場合でも、前
記磁気光学結晶に磁界が印加され前記光ビームの少なく
とも一部は透過されることを特徴とする。
【００２３】請求項６記載の発明装置では、請求項４又
は５記載の光可変減衰器において、前記磁気光学結晶を
通過した光ビームをその偏光方向に応じて通過させる検
光子をさらに有し、前記検光子の偏光方向は、前記磁気
光学結晶における偏光方向の回転が無い場合の前記光ビ
ームの偏光方向と実質的に直交状態に設定されているこ
とを特徴とする。
【００２４】請求項７記載の発明装置では、光ビームの
パワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビーム
の偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記磁
気光学結晶に印加するための磁界を発生し、内部のギャ
ップに前記磁気光学結晶が挿入されたヨークを有する磁
気回路とを有し、前記磁気回路のヨークで発生された磁
界が効率良く前記磁気光学結晶に印加されることを特徴
とする。
【００２５】請求項８記載の発明装置では、請求項７記
載の光可変減衰器において、前記磁気回路は、前記ヨー
クのギャップの近傍に設けられ前記ギャップに磁界を電
気的に発生させるための少なくとも１つのコイルをさら
に有することを特徴とする。
【００２６】請求項９記載の発明装置では、請求項７記
載の光可変減衰器において、前記光ビームを収束して前
記磁気光学結晶に入射するための第１のレンズをさらに
有し、前記第１のレンズによって収束された光ビームの
サイズに応じて前記ヨークのギャップの間隔が狭くさ
れ、該ギャップに発生する磁界を前記磁気光学結晶に効
率よく印加することを特徴とする。
【００２７】請求項１０記載の発明装置では、請求項９
記載の光可変減衰器において、前記収束された光ビーム
が前記磁気光学結晶を通過した後、前記収束された光ビ
ームを所定の大きさに設定するための第２のレンズを含
むことを特徴とする。
【００２８】請求項１１記載の発明装置では、所定の波
長帯域を有する光信号を増幅する光増幅装置であって、
波長依存性がある利得特性を有する光増幅器と、磁気光
学結晶における光信号の偏光方向の回転を用いて該光信
号を可変的に減衰し、減衰特性は前記光増幅器における
利得の前記波長依存性と実質的に逆の波長依存性を有す
る光可変減衰器とを有し、前記光可変減衰器において、
前記光信号が減衰されると共に、前記光増幅器における
利得の前記波長依存性が低減されることを特徴とする。
【００２９】請求項１２記載の発明装置では、請求項１
１記載の光増幅装置において、前記光可変減衰器は、前
記光信号の偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶
と、前記磁気光学結晶を通過した光信号をその偏光方向
に応じて通過させる検光子とを有し、前記検光子の偏光
方向、前記光信号の偏光方向、及び前記磁気光学結晶
は、所定の減衰量において、前記逆の波長依存性が実質
的に得られるように設定されていることを特徴とする。
【００３０】請求項１３記載の発明装置では、光増幅器
に接続され前記光増幅器における利得の波長依存性を低
減しかつ光信号を減衰するための光可変減衰器であっ
て、前記光信号の偏光方向を可変に回転させる磁気光学
結晶と、前記磁気光学結晶を通過した光信号をその偏光
方向に応じて通過させる検光子とを有し、前記検光子の
偏光方向、前記光信号の偏光方向、及び前記磁気光学結
晶は、所定の減衰量において、前記光増幅器の利得の波
長依存性と実質的に逆の波長依存性が得られるように設
定されていることを特徴とする。
【００３１】請求項１４記載の発明装置では、光ビーム
のパワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビー
ムの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記
磁気光学結晶を通過した光ビームの少なくとも一部を前
記光可変減衰器の出力に導く検光子と、前記光可変減衰
器の出力光を一部分岐して出力パワーをモニタする出力
側受光器とを有し、前記出力側受光器でモニタした前記
光可変減衰器の出力パワーが所定の値になるように、前
記磁気光学結晶における前記光ビームの偏光方向が制御
されることを特徴とする。
【００３２】請求項１５記載の発明装置では、光ビーム
のパワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビー
ムの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記
磁気光学結晶を通過した光ビームの少なくとも一部を前
記光可変減衰器の出力に導く検光子と、前記磁気光学結
晶に入力される光ビームの入力パワーをモニタする入力
側受光器と、前記光可変減衰器の出力パワーをモニタす
る出力側受光器とを有し、前記入力側受光器でモニタし
た前記光ビームの入力パワーと前記出力側受光器でモニ
タした前記光可変減衰器の出力パワーとの比が所定の値
になるように、前記磁気光学結晶における前記光ビーム
の偏光方向が制御されることを特徴とする。
【００３３】請求項１６記載の発明装置では、請求項１
４又は１５記載の光可変減衰器において、前記検光子は
複屈折結晶を含み、前記検光子おいて偏光を分離された
光ビームの一部を前記出力側受光器に導くアパーチャを
さらに有することを特徴とする。
【００３４】請求項１７記載の発明装置では、光ビーム
のパワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビー
ムの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記
磁気光学結晶に印加するための磁界を内部のギャップに
発生する磁気回路と、前記磁気光学結晶及び前記磁気回
路を収容し基板に実装するための筐体とを有し、前記磁
気回路は、前記ギャップの方向が実質的に前記筐体の高
さ方向であるように筐体に実装されることを特徴とす
る。
【００３５】請求項１８記載の発明装置では、光ビーム
のパワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビー
ムの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、前記
磁気光学結晶に近接して置かれ前記磁気光学結晶に印加
するための磁界を発生する磁気回路であって、前先端部
が他の部分より細くなっている馬蹄形形状のヨークを含
み前記先端部が前記磁気光学結晶を挟むように近接して
いる前記磁気回路とを有することを特徴とする。
【００３６】請求項１９記載の発明装置では、請求項１
８記載の光可変減衰器において、前記磁気回路は永久磁
石で構成され、また前記磁気光学結晶に近接して置かれ
前記磁気光学結晶に印加するための磁界を電気的に発生
する電磁石をさらに有し、前記永久磁石のヨークの先端
部は、前記電磁石よりも前記磁気光学結晶により近接し
ていることを特徴とする。
【００３７】請求項２０記載の発明装置では、光ビーム
のパワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビー
ムの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、少な
くとも一部に半硬質磁性体を含むヨークを有し、前記磁
気光学結晶に印加するための磁界を駆動電流によって電
気的に発生する磁気回路とを有し、前記駆動電流の供給
が停止しても前記磁界は維持されることを特徴とする。
【００３８】請求項２１記載の発明装置では、請求項２
０記載の光可変減衰器において、前記ヨークは、飽和状
態における磁化の異なる複数の半硬質磁性体を部分的に
有し、前記半硬質磁性体毎に磁化を制御することによっ
て前記磁気回路で発生する磁界の大きさを段階的に変更
できることを特徴とする。
【００３９】請求項２２記載の発明装置では、光ビーム
のパワーを減衰する光可変減衰器であって、前記光ビー
ムを複屈折させる第１のウェッジ状複屈折結晶と、前記
第１のウェッジ状複屈折結晶で偏光を分離された前記光
ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶と、
前記磁気光学結晶に前記光ビームと実質的に垂直に印加
するための磁界を発生する磁気回路と、前記磁気光学結
晶から出力される光ビームを複屈折させる第２のウェッ
ジ状複屈折結晶とを有し、前記第１のウェッジ状複屈折
結晶で偏光を分離された前記光ビームで構成される平面
に実質的に垂直に、前記磁気回路の磁界が前記磁気光学
結晶に印加されることを特徴とする。
【００４０】上記の発明装置は、以下のように作用す
る。請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の光可変減
衰器においては、前記検光子の偏光方向は、前記磁気光
学結晶における偏光方向の回転が無い場合の前記光ビー
ムの偏光方向と実質的に直交状態に設定されている。
【００４１】この場合、ファラデー回転角が大きいと、
波長の変化に対するファラデー回転角の変化量も大き
い。しかし、ファラデー回転角の変化に対する減衰量の
変化量は小さいので、波長の変化に対する減衰量の変化
量を低減できる。また、ファラデー回転角が小さいと、
波長の変化に対するファラデー回転角の変化量も小さ
い。従って、この場合、ファラデー回転角の変化に対す
る対する減衰量の変化量が大きいが、波長の変化に対す
る減衰量の変化量を低減できる。
【００４２】従って、本光可変減衰器では、減衰量の波
長依存性を低減できる。また、同様に同様に減衰量の温
度依存性も低減できる。請求項４乃至６のうちいずれか
１項記載の光可変減衰器においては、永久磁石で発生さ
れた磁界或いはその一部が、磁気光学結晶に光ビームと
平行に常に印加されている。従って、本光可変減衰器で
は、故障等で、磁気回路へ印加する電流が流れなくなっ
ても、光ビームを透過することができる。その結果、伝
送装置の動作に与える影響を低減できる。さらに、波長
・温度依存性を低減することもできる。
【００４３】特に、請求項５記載の光可変減衰器では、
より簡易な構成で、上述の効果を得ることができる。請
求項７乃至１０のうちいずれか１項記載の光可変減衰器
においては、磁気光学結晶（ファラデー素子）は、ヨー
クのギャップ中に隙間なく挿入できる。従って、ヨーク
で発生した磁界は、外部に洩れることなく効率良く磁気
光学結晶に供給でき、その結果、磁気光学結晶に強い磁
場を均一に印加することができる。よって、磁気光学結
晶とヨークとの間に隙間がある構成に比べて、磁気回路
に供給する電流を低減でき、磁気回路の駆動電力を低減
できる。
【００４４】特に、請求項８記載の光可変減衰器では、
コイルが磁気光学結晶の近傍に設けられていることによ
って、ヨーク中の磁気抵抗の影響が低減され、効率よく
ヨークで発生した磁界を磁気光学結晶に供給することが
できる。従って、電磁石の駆動電力をより低減できる。
さらに、ヨークのループ側の高さを低くできるので、光
可変減衰器の高さも低くでき、その結果、実装の容易性
が向上する。
【００４５】また、請求項９又は１０記載の光可変減衰
器では、ヨークのギャップの間隔を例えば、２００μｍ
程度まで狭くすることができる。従って、ヨークで発生
した磁界を効率よくファラデー素子に印加でき、駆動電
力を一層低減することができる。
【００４６】請求項１１又は１２記載の光増幅装置、及
び請求項１３記載の光可変減衰器においては、検光子の
偏光方向、光信号の偏光方向、及び磁気光学結晶を調節
することによって、減衰量の波長依存性を任意に設定で
きる。従って、利得等化用の光フィルタを使用しない
で、光増幅器の利得の波長依存性を低減することができ
る。また、本光可変減衰器では、減衰量が大きいほど波
長依存性が大きくできる。従って、光励起パワーの上限
値が小さい場合の光増幅器の利得の波長依存性を良好に
キャンセルできる。よって、光ファイバ増幅器の励起光
のパワーを小さく設定することができ、光ファイバ増幅
器の小型化、低消費電力化が可能になる。
【００４７】請求項１４乃至１６のうちいずれか１項記
載の光可変減衰器においては、出力側受光器でモニタし
た光可変減衰器の出力パワーパワーが所定の値になるよ
うに制御されたり、入力側受光器でモニタした光ビーム
のパワーと出力側受光器でモニタした光可変減衰器の出
力パワーとの比が所定の値になるように制御される。従
って、光可変減衰器の減衰量の温度特性、経時劣化、偏
波ロス変動等の補正が可能になる。
【００４８】請求項１７記載の光可変減衰器において
は、磁気回路をリング状ヨークで構成すると、光ビーム
の上側と下側にそれぞれリング状ヨークの半径に相当す
るスペースを確保するだけでよい。従って、光可変減衰
器の高さを低くすることができる。
【００４９】請求項１８又は１９記載の光可変減衰器に
おいては、磁気回路の磁界を効率的に磁気光学結晶に印
加できる。従って、磁気回路は、外部に磁場を漏洩する
ことを防ぐことができ、他の磁石への影響も低減でき
る。請求項２０記載の光可変減衰器においては、ヨーク
は少なくとも一部に半硬質磁性体を含む。従って、パル
ス電流の印加でヨークが磁化され、電流の供給を停止し
てもその磁化は保持される。よって、光可変減衰器の消
費電力を低減できる。
【００５０】請求項２１記載の光可変減衰器において
は、磁化の異なる複数の半硬質磁性体を制御することに
よって、電磁石で発生する磁界を安定に段階的に設定す
ることができる。請求項２２記載の光可変減衰器におい
ては、磁気光学結晶の磁区を単一化するためのバイアス
磁界を屈折平面に実質的に垂直に印加される。それによ
り偏光依存性損失を低減することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】最初に、本発明の第１の原理につ
いて説明する。図１は、本発明に係わる光可変減衰器の
構成例である。この光可変減衰器は、偏光子（Ｐ）１
０、磁気光学結晶であるファラデー素子（ＦＲ）２０、
及び検光子（ａｎａｌｙｚｅｒ）（Ａ）３０より構成さ
れる。光ビーム５は、偏光子１０、ファラデー素子２
０、検光子３０の順に供給される。
【００５２】また、光可変減衰器はさらに、ファラデー
素子２０に磁界を印加するための永久磁石４０と、ヨー
ク５２及びコイル５４からなる電磁石５０を有してい
る。永久磁石４０による磁界は、ファラデー素子２０
に、光ビーム５の方向と垂直の方向に印加され、電磁石
５０による磁界は、ファラデー素子２０に、光ビーム５
の方向と同じ方向に印加される。
【００５３】光ビーム５が偏光子１０に供給されると、
偏光子１０の偏光方向と同じ偏光方向を有する直線偏光
の光が出力される。この直線偏光の光は、ファラデー素
子２０を通過し、このとき、通過光の偏光方向は、光ビ
ーム５の方向に発生した磁化ベクトルの大きさに応じて
ファラデー効果によって回転される。偏光方向が回転さ
れた光ビーム５は、検光子３０へ供給される。
【００５４】永久磁石４０による磁界は、ファラデー素
子２０内の磁区を単一にするくらいに十分大きい。従っ
て、永久磁石４０と電磁石５０との合成磁界も十分大き
く、従ってファラデー素子２０内での光ビーム５の損失
は非常に少なくできる。電磁石５０の磁界の大きさは、
コイル５４に印加する電流によって変化でき、それによ
って、合成磁界の方向も変化できる。このとき、合成磁
界のうちの光ビーム５と同一の方向の成分（磁化ベクト
ル）によって、光ビーム５の偏光方向がファラデー効果
によって回転させられる。ファラデー効果によって回転
された光ビーム５の偏光方向が、検光子３０の偏光方向
と一致しない場合、光ビーム５の一部或いは全部が検光
子３０によって遮断され、光ビーム５は減衰する。
【００５５】以上の動作は、従来の磁気光学結晶を用い
た光可変減衰器の動作と実質的に同じである。本発明で
は、さらに、偏光子１０及び検光子３０は、ファラデー
素子２０におけるファラデー回転が無い状態（光軸方向
の磁界が零）の光ビーム５の偏光方向が、検光子３０の
偏光方向とほぼ直交状態になるように構成されている。
これにより、光可変減衰器の減衰量の温度依存性及び波
長依存性を低減することができる。また、上記の直交状
態は、光路中に、波長板（偏光を回転できる）を挿入し
て、偏光子及び検光子の配置を調整することによっても
設定可能である。例えば、偏光子と検光子は０度配置に
設定しても、波長板を挿入し偏光を９０度回転させるこ
とによって、実質的に９０度配置を設定することができ
る。
【００５６】以下に原理及び動作について説明する。従
来の光可変減衰器では、偏光子１０の偏光方向と検光子
３０の偏光方向との角度差は、任意の値に設定できる
が、ここでは説明を簡単にするため、３種類の角度差
（配置）について検討する。図２に、偏光子（Ｐ）、フ
ァラデー素子（ＦＲ）、検光子（Ａ）の配置例を示す。
図２の（Ａ）は、０度配置と称し、偏光子の偏光方向と
検光子の偏光方向が平行である場合、図２の（Ｂ）は、
４５度配置と称し、偏光子の偏光方向と検光子の偏光方
向との角度差が４５度の場合、図２の（Ｃ）は、９０度
配置と称し、偏光子の偏光方向と検光子の偏光方向が直
交している場合である。図２の（Ｃ）に示す配置が、本
発明に係わる光可変減衰器に適用されている。
【００５７】光可変減衰器の減衰量Ａは、ファラデー素
子により回転した光の偏光方向と検出子の偏光方向との
相対角度をθとすると、以下の式で示される。 Ａ＝１０ log（cos2（９０−θ＋Ｅ））＋Ｌｏ （２） Ｅ：消光比（真数）、Ｌｏ：損失（ｄＢ） ここで、Ｅは、光可変減衰器を構成する光学部品の消光
比、Ｌｏは、光学部品の内部損失である。この式によ
り、光可変減衰器の減衰量Ａは、ｃｏｓ2 θに応じて増
加する。図３に、０度配置の場合のファラデー回転角に
対する減衰量の計算結果を示す。図４に、４５度配置の
場合のファラデー回転角に対する減衰量の計算結果を示
す。図５に、９０度配置の場合のファラデー回転角に対
する減衰量の計算結果を示す。上記の図では、ファラデ
ー回転角をＣｏｎｔｒｏｌ Ａｎｇｌｅ（ｄｅｇ）と称
している。
【００５８】（Ａ）の０度配置では、ファラデー回転角
が０度（印加磁場が零）のとき、減衰量は最も小さく、
ファラデー回転角を増加するに従って、減衰量が増大
し、９０度のファラデー回転角において減衰量は最大と
なる。この場合、２０度付近までのファラデー回転角に
対しては、減衰量の変化は緩やかであり、９０度付近の
ファラデー回転角では、回転角度に対する減衰量の変化
は大きい。上記の制御を達成するためには、ファラデー
素子の長さＬは、９０度以上回転できる長さが必要であ
る。
【００５９】（Ｂ）の４５度配置では、ファラデー回転
角が０度（印加磁場が零）のとき、減衰量は３ｄＢであ
る。回転角を−４５度に設定すると、減衰量は最小とな
り、＋４５度に設定すると減衰量は最大となる。この場
合、４５度付近のファラデー回転角では、回転角度に対
する減衰量の変化が大きい。上記の制御において、逆向
きの電流を印加することによって、逆方向のファラデー
回転を得ることができる。従って、ファラデー素子の長
さＬは、４５度以上回転できる長さでよい。よって、
（Ａ）の場合のファラデー素子の長さの半分でよい。
【００６０】（Ｃ）の９０度配置では、ファラデー回転
角が０度（印加磁場が零）のとき、減衰量は最も大き
く、ファラデー回転角を増加するに従って、減衰量が減
少し、９０度のファラデー回転角において減衰量は最小
となる。この場合、０度付近のファラデー回転角に対し
ては、回転角に対する減衰量の変化は大きく、９０度付
近のファラデー回転角では、回転角度に対する減衰量の
変化は小さい。上記の制御を達成するためには、ファラ
デー素子の長さＬは、９０度以上回転できる長さが必要
である。
【００６１】以上の説明に示した様に、最大減衰量付近
では、僅かなファラデー回転角の変化で急激な減衰量の
変化が生じる。しかし、検討の結果、波長或いは温度の
変化に対するファラデー回転角の変化量は、ファラデー
回転角に依存することがわかった。図６は、ファラデー
回転角と波長或いは温度の変化に対するファラデー回転
角の変化量との模式的な関係図である。ファラデー回転
角の変化量は、ファラデー回転角に比例している。即
ち、ファラデー回転角が０度の場合（印加磁界が零）、
波長或いは温度の変化によるファラデー回転角の変化量
は、零であり、ファラデー回転角が増加するに従ってフ
ァラデー回転角の変化量も増える。
【００６２】従って、ファラデー回転が発生しない状態
（２つの磁石の合成磁界の光ビームと平行の成分が実質
的に零となる状態）のときに、波長或いは温度の変化に
よるファラデー回転角の変化量は最小（実質的に零）で
あり、この状態で、最大減衰量が得られる様に偏光子、
検光子を配置すれば、ファラデー回転角の変化に対する
減衰量の変化も小さくなる。従って、減衰量の温度依存
性や波長依存性を軽減することができる。このような配
置は、上記の（Ｃ）の９０度配置に相当する。
【００６３】すなわち、波長或いは温度の変化によるフ
ァラデー回転角の変化量が最小となるファラデー回転角
が零度のときに、ファラデー回転角に対する減衰量の変
化量の大きい最大減衰量が得られるようにし、ファラデ
ー回転角の変化量が大きくなる大きいファラデー回転角
のときに、緩やかな減衰量の変化を示す小さい減衰量が
得られるようにする。
【００６４】具体的には、ファラデー回転角が０度の場
合、最大減衰が得られる様に偏光子の偏光方向、検光子
の偏光方向の配置を９０度に設定する。この場合、ファ
ラデー回転角が９０度となる最大透過時には、温度或い
は波長の変化によってファラデー回転角が大きく変化す
るが、最大透過時は、ファラデー回転角の変化に対して
減衰量の変化が非常に緩やかであるため、減衰量の変動
は非常に小さくできる。
【００６５】表２に、偏光子及び検光子の０度配置、４
５度配置、９０度配置の場合の特徴を示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】０度配置及び９０度配置の場合、入出力ポ
ートの区別は無い。どちらから入力しても、同様の減衰
特性を得ることができる。これに対して、４５度配置の
場合は、入出力ポートを入れ換えると非相反的な動作を
行う。電流が０の場合は、どちらから入力しても３ｄＢ
の減衰となるが、一方から無減衰で光ビームを透過させ
ている場合は、反対方向からは最大減衰となる。即ち、
アイソレータとして動作する。
【００６８】また、図７から図１１に、偏光子と検光子
の偏光方向の角度差がそれぞれ０度、４５度、７０度、
８０度、９０度の場合の、波長に対する減衰特性を示
す。各図の（Ａ）は、波長に対する任意の減衰量の変化
を示し、各図の（Ｂ）は、波長に対する任意の減衰量の
偏差を示している。（Ｂ）では、偏差は、波長１５４５
ｎｍで正規化されている。
【００６９】図７の０度配置では、２０ｄＢ以上の減衰
量を得る場合、波長に対する減衰量の偏差が大きい。こ
れに対して、図１１の９０度配置では、３５ｄＢ以上の
減衰量に対しても、波長に対する減衰量の偏差は非常に
小さい。また、減衰量が１ｄＢの場合、ファラデー回転
角は大きく、例えば、±１５ｎｍの波長変動に対して、
ファラデー回転角の変化は、約±２．５度となる。しか
し、図１１の（Ｂ）で示されるように、その時の減衰量
の偏差は±０．０１ｄＢ以下であり、光伝送の動作に影
響は与えない。
【００７０】光可変減衰器を光伝送装置に適用する場
合、一般的に、０〜２０ｄＢの減衰量がよく使用され
る。従って、０〜２０ｄＢの減衰量に対する偏差を計算
すると、図１０に示す８０度配置の場合の偏差が最も小
さいことが分かった。さらに、一般的な使用条件を考慮
すると、検光子、偏光子の偏光方向の角度差は、８０度
±３０度程度の範囲内に配置すれば、実用上十分に波長
依存性を低減することができる。
【００７１】従って、図１における本発明の光可変減衰
器では、偏光子及び検光子は、ファラデー素子２０にお
けるファラデー回転が無い状態の光ビーム５の偏光方向
が、検光子の偏光方向とほぼ直交状態になるように構成
される。さらに、偏光子及び検光子の偏光方向の角度差
は、８０度±３０度であることが望ましい。
【００７２】本発明は、図１に示す構成例の他に、光可
変減衰器の他の構成例にも適用可能である。図１２は、
本発明に係わる光可変減衰器の他の構成例である。この
光可変減衰器は、図１の光可変減衰器と同様に、偏光子
１０、ファラデー素子２０、及び検光子３０より構成さ
れる。さらに、偏光子１０及び検光子３０は、それぞれ
の偏光方向がほぼ直交状態になるように配置されてい
る。ここでは、説明を簡単にするため、偏光方向の差は
９０度とする。
【００７３】図１２に示す光可変減衰器は、さらに、フ
ァラデー素子２０に磁界を印加するための永久磁石４２
と、ヨーク５７及びコイル５９からなる電磁石５５を有
している。永久磁石４２は、ドーナツ状の穴を有する２
つの磁石で構成されており、光ビーム５は、穴を通過す
る。永久磁石４２による磁界は、ファラデー素子２０
に、光ビーム５の方向と平行の方向に印加され、電磁石
５５による磁界は、ファラデー素子２０に、光ビーム５
の方向と垂直の方向に印加される。
【００７４】偏光子１０から出力された直線偏光を有す
る光ビーム５は、永久磁石４２の穴を介してファラデー
素子２０を通過する。偏光方向がファラデー回転された
光ビーム５は、さらに他の永久磁石４２の穴を介して検
光子３０へ供給される。永久磁石４２による磁界は、フ
ァラデー素子２０内の磁区を単一にするくらいに十分大
きい。従って、永久磁石４２と電磁石５５との合成磁界
も十分大きく、従ってファラデー素子２０内での光ビー
ム５の損失は非常に少なくできる。
【００７５】この光可変減衰器では、コイル５９へ印加
する電流を零にすると、光ビーム５の方向のみに永久磁
石４２の磁界がかかる。このとき、光ビーム５の偏光方
向は大きくファラデー回転し、ファラデー回転角が９０
度の場合、減衰量は最小となる。一方、コイル５９へ印
加する電流を増大すると、光ビーム５の方向の磁化ベク
トルは減少し、ファラデー回転角も減少する。ファラデ
ー回転角が実質的に０度のとき（永久磁石４２と電磁石
５５との合成磁界の方向が、光ビーム５の方向と実質的
に垂直になった場合）、減衰量は最大となる。ファラデ
ー回転角と減衰量との関係は、図５に示す関係と同じで
ある。
【００７６】ファラデー回転角が大きいと、波長の変化
に対するファラデー回転角の変化量も大きい。しかし、
この場合、図５に示すように、ファラデー回転角の変化
に対する減衰量の変化量は小さい。よって、波長の変化
に対する減衰量の変化量を低減できる。
【００７７】また、ファラデー回転角が小さいと、波長
の変化に対するファラデー回転角の変化量も小さい。従
って、この場合、ファラデー回転角の変化に対する対す
る減衰量の変化量が大きいが、波長の変化に対する減衰
量の変化量を低減できる。本光可変減衰器では、温度変
化に対しても、同様に減衰量の変化量を低減できる。ま
た、この光可変減衰器を光伝送装置に適用する場合、図
１に示す光可変減衰器と同様に、偏光子と検光子の偏光
方向の角度差は、８０度±３０度が好ましい。
【００７８】なお、本発明に係わる光可変減衰器におけ
る偏光子及び検光子の偏光方向の配置は、磁気回路の配
置に係わらず、種々の磁気回路の構成に適用可能であ
る。次に、本発明に係わる光可変減衰器の第２の原理に
ついて説明する。本発明に係わる光可変減衰器では、電
磁石に印加する電流が零のときに、常に光可変減衰器は
透過状態にされる。
【００７９】上述した偏光子と検光子の９０度配置は、
波長依存性、温度依存性を非常に小さくできるが、図１
に示す光可変減衰器の磁気回路（永久磁石４０及び電磁
石５０）の構成の場合、電磁石５０のコイル５４に印加
する電流（駆動電流）が零のとき、減衰量は最大とな
る。制御回路の故障等で駆動電流が切れた場合に自動的
に減衰量が最大となり、これはフェールセイフ機能とな
る。しかし、逆に光が透過しないため、装置アセンブリ
に影響を与える恐れがある。実用的には、後者の欠点の
方が多い。
【００８０】図１３は、本発明に係わる光可変減衰器の
第２の原理を説明するための図である。図１３に示す光
可変減衰器は、図１に示す光可変減衰器と比べて、電磁
石５０の代わりに電磁石６０が設けられている。電磁石
６０は、永久磁石６６を内蔵するヨーク６２とコイル６
４とで構成されている。また、説明の都合上、永久磁石
４０は、省略されている。その他の構成は、図１の光可
変減衰器と同じである。従って、偏光子１０及び検光子
３０は、それらの偏光方向の角度差が９０度であるよう
に設置されている。図１の光可変減衰器と同じ機能を有
する要素には同じ参照番号が付されている。
【００８１】図１３の光可変減衰器では、電磁石６０内
の永久磁石６６によって、光ビーム５の方向にバイアス
磁界が印加される。このバイアス磁界の強さは、ファラ
デー素子２０におけるファラデー回転角が９０度である
ように設定されている。さらに、コイル６４に電流を印
加したときに発生する電磁石６０の磁界は、永久磁石６
６のバイアス磁界を打ち消すように動作する。
【００８２】この光可変減衰器において、コイル６４へ
印加される電流が零のとき、永久磁石６６によって、光
ビーム５の方向にバイアス磁界のみが印加され、光ビー
ム５の偏光方向はファラデー素子２０において９０度回
転させられる。よって、回転された光ビーム５の偏光方
向は、検光子３０の偏光方向と一致し、光可変減衰器の
透過率は最大となる。一方、コイル６４へ印加される電
流が増加すると、バイアス磁界は打ち消され、ファラデ
ー回転は減少し、その結果、減衰量が増加する。
【００８３】従って、本光可変減衰器では、故障等で、
電磁石６０へ印加する電流が流れなくなっても、光ビー
ムを透過することができ、かつ波長・温度依存性を低減
することもできる。図１４に、図１３に示す光可変減衰
器の変更例を示す。図１４に示す光可変減衰器では、図
１３に示す光可変減衰器と比べて、ファラデー素子２０
の代わりに、その半分の長さを有するファラデー素子２
２が設けられている。ファラデー素子２２の長さは、電
磁石６０内の永久磁石６６のバイアス磁界によって、−
４５度のファラデー回転が行なわれるように選択されて
いる。その他の構成は、図１３の光可変減衰器と同じで
ある。従って、偏光子１０及び検光子３０は、それらの
偏光方向の角度差が９０度であるように設置されてい
る。図１３の光可変減衰器と同じ機能を有する要素には
同じ参照番号が付されている。
【００８４】この光可変減衰器では、電磁石６０に印加
される電流が零のとき、永久磁石６６によるバイアス磁
界のみファラデー素子２２に印加され、−４５度のファ
ラデー回転が行なわれる。このとき、透過率は約５０％
である。正方向に電流が電磁石６０に印加されると、バ
イアス磁界は、電磁石６０による磁界によって減少し、
ファラデー回転角も減少する。ファラデー回転角が０度
のとき、減衰量は最大となる。
【００８５】一方、負方向に電流が電磁石６０に印加さ
れると、バイアス磁界に、電磁石６０による磁界が加わ
り、ファラデー回転角は負方向に増加する。ファラデー
回転角が−９０度になったとき、透過率は最大となる。
従って、本光可変減衰器においても、故障等で、電磁石
６０へ印加する電流が流れなくなっても、光ビームを約
５０％透過することができ、かつ波長・温度依存性を低
減することもできる。さらに、ファラデー回転角が４５
度に小さくできるので、電磁石に供給する電力を低減で
き、光可変減衰器の低消費電力化も達成できる。
【００８６】上記の図１３及び図１４の光可変減衰器で
は、永久磁石をヨーク中に埋め込む構造を図示してい
る。しかし、ヨークの材料の透磁率は非常に高いため、
永久磁石をヨークに近接させるだけで、同様の効果を得
ることができる。図１５に、図１４に示す光可変減衰器
の変更例を示す。図１５に示す光可変減衰器では、図１
４に示す光可変減衰器と比べて、電磁石６０の代わりに
永久磁石を含まない電磁石５０が設けられ、さらに、フ
ァラデー素子２２に斜めの方向からバイアス磁界を加え
るための永久磁石７０が設けられている。その他の構成
は、図１４の光可変減衰器と同じである。図１４の光可
変減衰器と同じ機能を有する要素には同じ参照番号が付
されている。
【００８７】前述の図１４の光可変減衰器では、ヨーク
６２内に設けられた永久磁石６６によってバイアス磁界
が、光ビーム５と平行に加えられている。この場合、フ
ァラデー素子２２内の磁区を単一にするために、図１の
光可変減衰器と同じように、別の永久磁石によって、光
ビーム５と垂直の方向にバイアス磁界をさらに加えるこ
とができる。このとき、ファラデー素子２２には、これ
らのバイアス磁界がベクトル合成された合成磁界が加え
られる。図１５に示す光可変減衰器では、この合成磁界
を、１つの永久磁石７０によって形成することができ
る。
【００８８】従って、本光可変減衰器は、より簡易な構
成で、図１４に示す光可変減衰器と同じ効果を有するこ
とができる。また、本発明は、図１４に示す光可変減衰
器だけでなく図１３の光可変減衰器を含む他の構成例に
も適用可能である。次に、本発明に係わる光可変減衰器
の第３の原理について説明する。光可変減衰器を装置に
組み込む場合、装置の低消費電力化を図るため、光可変
減衰器の減衰量を制御する磁気回路のコイルに印加する
駆動電力を低減する必要がある。そのためには、磁気回
路で発生した磁場を効率よくファラデー素子に印加する
必要がある。
【００８９】図１６は、本発明に係わる光可変減衰器の
磁気回路の構成例である。図１６では、ヨーク８２及び
コイル８４で構成される電磁石８０と、ファラデー素子
２０とが示されている。ファラデー素子２０は、ヨーク
８２のギャップ中に隙間なく挿入されている。従って、
ヨーク８２で発生した磁界は、外部に洩れることなく効
率良くファラデー素子２０に供給でき、その結果、ファ
ラデー素子に強い磁場を均一に印加することができる。
従って、ファラデー素子とヨークとの間に隙間がある構
成に比べて、コイルに供給する電流を低減でき、電磁石
の駆動電力を低減できる。
【００９０】図１７は、図１６に示した光可変減衰器の
磁気回路の変更例である。（Ａ）は、上から見た断面
図、（Ｂ）は、横から見た断面図を示す。図１７の光可
変減衰器の磁気回路では、図１６に示す電磁石８０と比
べて、コイル８４の代わりに、分割された２つのコイル
８６−１、８６−２が、ファラデー素子２０の近傍に設
けられている。
【００９１】コイルがファラデー素子２０の近傍に設け
られていることによって、ヨーク中の磁気抵抗の影響が
低減され、効率よくヨークで発生した磁界をファラデー
素子２０に供給することができる。この構成によって
も、電磁石の駆動電力を低減できる。さらに、ヨーク８
２のループ側の高さを低くできるので、光可変減衰器の
高さも低くでき、その結果、実装の容易性が向上する。
【００９２】なお、図１７に示す光可変減衰器では、偏
光子、検光子としてウェッジ状複屈折結晶を使用してお
り、これにより偏光依存性が除去できる。この動作は、
特開平６−５１２５５「光アッテネータ」に開示されて
いる。ヨークで発生した磁界を効率よくファラデー素子
に印加する方法として、以下の方法も考えられる。図１
６及び図１７の磁気回路において、ファラデー素子を挿
入するヨークのギャップは狭いほど、効率良く磁場をフ
ァラデー素子に印加することができる。ファラデー素子
の比透磁率はヨークのそれに比べて大きくないため、フ
ァラデー素子を介して空間中に漏洩磁場が発生する恐れ
がある。
【００９３】このため、ヨークのギャップを出来るだけ
狭く保つ必要がある。ギャップを狭くすると、光ビーム
が透過する面積が減少するため、コリメートされた光ビ
ーム系を小さくする必要がある。この要求は、レンズの
焦点距離を短くすることで実現可能である。例えば、レ
ンズの焦点距離を０．７ｍｍにすると、コリメートされ
たビーム直径は約１４０μｍ程度に小さくできる。この
ため、組立トレランスを考慮してもヨークのギャップを
その約２倍の３００μｍ程度以下に設定することは比較
的容易である。
【００９４】図１８は、本発明の光可変減衰器のその他
の構成例である。説明を簡単化するため、磁気回路は省
略されている。図１８に示す光可変減衰器では、入射側
のレンズにより光ビームがファラデー素子において収束
される。従って、ファラデー素子において、ヨークのギ
ャップをさらに狭くすることができる。光ビームは、１
００μｍ程度まで絞ることができる。この光学系を光可
変減衰器に適用すると、ヨークのギャップの間隔を２０
０μｍ程度まで狭くすることができる。よって、ヨーク
で発生した磁界を効率よくファラデー素子に印加でき、
駆動電力を一層低減することができる。
【００９５】次に、本発明に係わる光可変減衰器の第４
の原理について説明する。本発明に係わる光可変減衰器
では、減衰量の波長依存性を利用することによって、光
ファイバ増幅器の利得の波長依存性を補償することがで
きる。まず、光ファイバ増幅器の問題点について説明す
る。光ファイバ増幅器は、Ｅｒ（エルビウム）添加光フ
ァイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡ
ｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）が良く使用されている。
このＥＤＦＡは、外部から励起（ポンピング）光を供給
することによって、入力光を増幅する構成を有してい
る。
【００９６】図１９に、典型的なＥＤＦＡの増幅特性を
示す。図１９は、１５５０ｎｍ付近において、４つの光
信号が多重化された多重化信号が増幅されている場合を
示している。この図から理解される様に、ＥＤＦＡは、
１５３５ｎｍ近辺に利得のピークを有し、増幅特性は平
坦ではない。従って、通常は、比較的利得が平坦な、１
５４０−１５６０ｎｍ付近の波長帯域が光信号として利
用されている。
【００９７】しかし、この波長帯域においても、光ファ
イバ増幅器の動作状態により、波長依存性が増大する恐
れがある。図１９に示すように、出力パワーを一定制御
している状態で入力パワーを増大したり、もしくは、入
力パワーを一定にして出力パワーを増大すると（図１９
のグラフでは、下側のグラフに相当）、１５６０ｎｍ側
よりも１５４０ｎｍ側の短波長側の利得が低下する。
【００９８】光通信システムでは、光ファイバの長さが
敷設する場所毎に異なるため、光ファイバ増幅器に入力
されるパワーが異なる。従って、入力パワーが敷設場所
ごとに異なる場合、出力パワーの利得の波長依存性が発
生する。この波長依存性を防ぐためには、光ファイバ増
幅器の利得を一定に保つ必要がある。利得が一定に制御
されると、ＥＤＦＡ内のＥｒイオンの反転分布状態のイ
オンの割合が一定になり、波長依存性の変化を低減する
ことができる。この場合、さらに以下の２つの問題が生
じる。
【００９９】第１の問題は、常に光ファイバ増幅器にお
ける利得が一定に制御されると、入力パワーに応じて出
力パワーが変化する。この場合、光ファイバでは、非常
に小さい部分に光を閉じ込めて光の長距離伝搬が行なわ
れるため、非線形光学効果の影響が増大する。従って、
非線形光学効果の影響をさけるため、光ファイバへの入
力パワーを低減するように制御する必要がある。このた
め、従来の第１の方法では、図２０の様に、光出力を一
定に保つために光可変減衰器が光ファイバ増幅器に接続
され、さらに、波長依存性の変化を低減するために、光
ファイバ増幅器の利得が一定に制御されている。この場
合、利得の波長依存性を軽減させるためには、十分な励
起光パワーを入力させる必要があり、消費電力の増大、
装置の大型化等の問題がある。
【０１００】第２の問題は、光ファイバ増幅器の利得を
一定に制御し、利得の波長依存性を低減する場合、励起
パワーを大きくする必要があることである。反転分布状
態を所定の状態に設定すると、１５４０ｎｍ−１５６０
ｎｍの波長域の利得をほぼ平坦にすることができる。し
かし、そのためには、励起パワーを大きくする必要があ
る。もし、励起パワーが低いと、前述したように反転分
布が不完全な状態になり、長波長側の利得が持ち上が
る。そこで、従来の第２の方法では、長波長側の損失が
大きい特性を有する光フィルタが挿入され、少ない励起
パワーで利得の波長依存性を低減できる。しかし、この
方法では、光フィルタを必要とし、装置の構成が複雑に
なる。
【０１０１】以上の問題点を解決するため、前述した本
発明に係わる光可変減衰器を適用できる。具体的には、
図２０に示した構成における光可変減衰器ＡＴＴとし
て、本発明に係わる光可変減衰器を適用できる。この場
合、光ファイバ増幅器の波長依存性（出力パワーが大き
い場合の波長依存性：図１９の下側のグラフ）と逆の波
長依存性を有するように、光可変減衰器の偏光子、検光
子の角度配置、ＦＲ素子長等のパラメータが調整され
る。このような光可変減衰器の減衰特性を図２１に示
す。長波長側において、減衰量が増加している。
【０１０２】本光可変減衰器を伝送装置に適用すること
によって、波長依存性をキャンセルするための光フィル
タを除去できる。また、本光可変減衰器では、減衰量が
大きいほど波長依存性が大きいため、光ファイバ増幅器
の利得の波長依存性を良好にキャンセルできる。
【０１０３】後者の利点について、さらに詳細に説明す
る。もし、入力パワーに関わらず利得を一定に制御でき
る理想的な光ファイバ増幅器が存在すれば、後者の利点
は不要であろう。しかし、実際の光ファイバ増幅器の励
起光パワーは有限である。入力パワーが増大した場合、
利得を一定に制御するために、励起光パワーを上げる必
要がある。この時、光出力を一定に保つため、光可変減
衰器の減衰量が増大される。
【０１０４】しかし、入力パワーがさらに増大して励起
光パワーが上限値に到達すると、反転分布状態を一定に
保つことが不可能になり、光ファイバ増幅器の長波長側
の利得が増大する。励起光パワーの上限値が小さいと、
その傾向はさらに大きくなる。従って、光可変減衰器
が、減衰量が大きい程波長依存性が大きくなるという特
性を有していると、励起光パワーの上限値が小さくても
利得の波長依存性を効果的にキャンセルすることができ
る。よって、光ファイバ増幅器の励起光のパワーを小さ
く設定することができ、光ファイバ増幅器の小型化、低
消費電力化が可能になる。
【０１０５】なお、この様な大きな波長依存性を有する
光可変減衰器では、減衰量の温度依存性も大きい予想さ
れる。従って、この場合、ファラデー素子の温度を一定
に保つ制御回路が付加されていることが望ましい。次
に、本発明に係わる光可変減衰器の第５の原理について
説明する。磁気光学効果を利用した光可変減衰器では、
同一の減衰量に制御する際、減衰量を増加させる制御の
場合と、減衰量を減少させる制御の場合とで、電磁石へ
印加する駆動電流が異なる場合がある。これは、ファラ
デー素子の回転角度や磁気回路のヒステリシス特性に起
因する。
【０１０６】図２２は、本発明に係わる光可変減衰器の
第５の原理を説明するための構成例である。本構成で
は、光可変減衰器への入力パワー変動を抑圧し、出力パ
ワーを一定に保つように制御できる。図２２に示す構成
例では、図３０に示す光可変減衰器が使用されている。
この光可変減衰器では、偏光子及び検光子として、減衰
量の偏光依存性を低減するために、ルチル（ｒｕｔｉ
ｌ：二酸化チタンＴｉＯ2 ）や方解石等の複屈折を有す
る光学材料をウェッジ状に加工したものを使用してい
る。入出力にファイバを設けずに空間ビームを減衰する
場合や、偏波保持ファイバを入出力ファイバとして使用
する場合、直線偏光が光可変減衰器に入力される。この
場合、偏光子、検光子として、通常のプリズムや誘電体
多層膜を使用した偏光分離器を使用することができる。
また、図２２では、説明を簡単化するため、バイアス磁
場を与える永久磁石は省略されている。
【０１０７】図２２の光可変減衰器では、光可変減衰器
の出力側に、複屈折した２つの光ビームの一部を分岐す
る光カプラ１００と、レンズ１０２と、複屈折した２つ
の光ビームの一方を通すアパーチャ１０４と、アパーチ
ャ１０４を通過した光パワーをモニタする受光器１０６
が設けられ、光パワーが所定の値になるように光可変減
衰器の減衰量が制御される。出力側の検光子８ｂ（複屈
折結晶）を通過した光ビームは、光カプラ１００によ
り、光ビームの一部を分離する。分離された光ビーム
は、レンズ１０２及びアパーチャ１０４を介して受光器
１０６に入力される。
【０１０８】光カプラ１００の分岐比は、ファイバ６ｂ
に供給される主信号の減衰量が僅かであり、かつ分岐さ
れた光ビームが受光器１０６で十分モニタできるように
設定される。例えば、分岐比は、１０：１〜２０：１程
度に設定できる。図２２の光可変減衰器では、光カプラ
で分離した光ビームがレンズ１０２及びアパーチャ１０
４を介して受光器１０６に入力される。複屈折テーパ板
を偏光子、検光子として使用した光可変減衰器では、フ
ァラデー回転子９において光ビームの偏光方向が回転
し、光ビームの出力光ファイバ６ｂでの結合位置にずれ
が生じる。従って、光ビームの一部は光ファイバ６ｂに
供給されず、減衰動作が行なわれる。
【０１０９】減衰量が零の場合、出力ファイバ６ｂのコ
アの中央に光ビームが結合される。減衰を生じさせるた
めに光ビームの偏光方向にファラデー回転が与えられる
と、コアからはずれた位置に光ビームが結合し、光パワ
ーが減衰される。従って、分離された光ビームを受光器
１０６で受信する場合においても、光ファイバと同様に
受光面積を十分に小さく絞らないと、全ての光ビームが
受光器１０６に供給され、光ビームのパワーを正確に測
定できない。即ち、結合する位置を変化させても受光径
がその位置ずれより広ければ、減衰量を測定できない。
なお、モニタ側のレンズの焦点距離等を適当に設定すれ
ば、光ファイバのコアよりも大きな面積の受光面を確保
できる。従って、受光器１０６の前面に、アパーチャ１
０４が設けられている。受光面が十分小さい場合は、ア
パーチャは不要である。
【０１１０】次に、図２２の光可変減衰器の外部に設け
られた制御回路の動作について説明する。受光器１０６
で光電変換した電気信号は、増幅器１０８により適当な
レベルの電気信号に増幅される。増幅された電気信号
は、誤差検出回路１１０に入力される。制御電圧発生回
路１１２は、所望の光パワーに対応する電圧を出力す
る。リニアライザ１１４は、光可変減衰器のコイルへの
印加電力と減衰量との関係を補正するために設けられて
いる。ファラデー回転角は印加電力に対して比例する
が、減衰量は、ファラデー回転角のｃｏｓ2 に比例す
る。従って、設定電圧と出力光パワーとの関係を線形或
いは対数の関係になるように、設定電圧が補正される。
この設定電圧は、前述の電気信号と共に誤差検出回路１
１０に入力され、それらの差分の信号が制御すべき誤差
信号として出力される。
【０１１１】誤差検出回路１１０から出力された誤差信
号では、位相補償回路１１６により電気回路の時定数の
調整が行なわれる。ファラデー回転を生じさせる電磁石
のコイルはインダクタンスを有しているため、応答特性
が劣化しリンギングを発生する恐れがある。従って、位
相補償回路１１６では、それらを防止するために制御回
路の周波数特性が調整される。駆動回路１１８は、コイ
ルを駆動するための電力増幅回路である。
【０１１２】上述した制御を使用することによって、制
御電圧発生回路１１２で発生した設定電圧に相当する出
力パワーを常に得ることができる。なお、制御電圧発生
回路１１２は、外部からの制御電圧を与えることでリモ
ート制御が可能となる。本構成例では、光可変減衰器の
温度特性、経時劣化、偏波ロス変動等の補正も可能にな
る。
【０１１３】図２３は、図２２に示す光可変減衰器の変
更例である。本光可変減衰器では、図２２に示す光可変
減衰器と比べて、光ビームの分岐手段と受光手段とが光
可変減衰器の入力側にさらに付加されている。この構成
例では、入力光パワーに関係なく、所定の減衰量を得る
ように制御することができる。図２２と同じ機能を有す
るエレメントには同じ参照番号を付している。
【０１１４】本光可変減衰器では、入力側に出力側と同
様に、光カプラ１００ａと受光器１０６ａとが設けられ
ている。入力光パワーの一部（例えば、１／１０〜１／
２０）が分岐され、受光器１０６ａでモニタされる。入
力側は、複屈折テーパ板からなる偏光子を通過する前に
光パワーの一部が分岐されているため、出力側に設けら
れている受光径を制限するためのアパーチャ１０４は不
要である。
【０１１５】図２３の光可変減衰器では、入力側及び出
力側の受光器１０６ａ，１０６ｂで受光した信号は、増
幅器１０８ａ，１０８ｂで適切なレベルまで増幅され、
割算回路１２０に入力される。この割算回路１２０で
は、出力パワーと入力パワーの比が計算される。この演
算結果は、誤差検出回路１１０に入力される。それと同
時に、減衰量に対応する設定電圧も誤差検出回路１１０
に入力される。誤差検出回路１１０は制御誤差信号を発
生し、その信号は位相補償され、駆動回路１１８を介し
てコイルを駆動する。上記の制御回路によって、入力部
と出力部の光パワーの比が一定になるように制御され、
光可変減衰器の減衰量が一定に制御できる。
【０１１６】次に、本発明に係わる光可変減衰器の第６
の原理について説明する。光可変減衰器を光伝送装置に
実装する場合、光可変減衰器は小型化する必要がある。
特に、プリント板上に実装し、そのプリント板を重ねて
伝送装置を構成する場合があるので、光可変減衰器の高
さを低くする必要がある。さらに、光伝送装置の消費電
力の低減のために、光可変減衰器の消費電力を低減する
ことは重要である。
【０１１７】図２４は、本発明に係わる光可変減衰器の
第６の原理を説明するための構成例である。（Ａ）は、
外観図、（Ｂ）は、ａ方向に見た図、（Ｃ）は、ｂ方向
に見た図である。ただし、図２４では、説明を簡単にす
るため、ファラデー回転子のみ記載しており、偏光子、
検光子は省略されている。
【０１１８】図２４に示すファラデー回転子は、ファラ
デー素子１３０と、ヨーク１３４及びコイル１３６を有
する電磁石１３２と、永久磁石１３８とで構成される。
電磁石１３２のヨーク１３４と永久磁石１３８は、ギャ
ップを有するリング形状（例えば、馬蹄形）を成してい
る。ファラデー素子１３０は、ヨーク１３４のギャップ
の中に設けられている。電磁石１３２は、ファラデー素
子１３０に、光ビーム１４０と垂直の方向に磁界を印加
し、永久磁石１３８は、ファラデー素子１３０に、光ビ
ーム１４０の方向に磁界を印加している。
【０１１９】図２４の（Ｃ）では、特に、光可変減衰器
が筐体１４２に収納されている様子を示している。この
図では、電磁石１３２のギャップの方向が、筐体１４２
の高さ方向に配置されている。従って、光ビーム１４０
が、筐体１４２の高さのほぼ中間に位置することができ
る。
【０１２０】前述したように、実装上の理由により光デ
バイスの高さは低いことが望ましい。光可変減衰器の場
合、電磁石のヨークがリング状の形をしているので、こ
の直径が光可変減衰器の高さに大きく影響する。具体的
には、光ビームの位置が光可変減衰器の高さの中間に設
定されることが、外部とのインタフェース上望ましい。
図２９に示す従来の光可変減衰器では、光ビームの上側
と下側にそれぞれリング状ヨークの直径に相当するスペ
ースが必要であり、光可変減衰器の高さが大きくなる。
しかし、図２４に示す光可変減衰器の構成例では、光ビ
ーム１４０の上側と下側にそれぞれリング状ヨークの半
径に相当するスペースを確保するだけでよい。従って、
光可変減衰器の高さを低くすることができる。
【０１２１】図２４の（Ｂ）では、永久磁石１３８が馬
蹄形の形状を有し、光ビーム１４０を遮らない範囲で、
ファラデー素子１３０にそれを挟むように近接設置され
ている。また、永久磁石１３８のヨークの先は細くなっ
ていることが示されている。上記の構成によって、図２
９に示す従来の光可変減衰器と比べて、永久磁石１３８
の磁界を効率的にファラデー素子１３０に印加できる。
従って、永久磁石１３８は、外部に磁場を漏洩すること
を防ぐことができ、電磁石への影響も低減できる。これ
により、電磁石の制御が複雑になるのを防ぐことができ
る。さらに、この場合、永久磁石１３８の磁力を低減で
きる。
【０１２２】さらに、図２４の（Ａ）に示すように、電
磁石１３２のヨーク１３４は、ギャップに近い部分に半
硬質磁性体１４４を含んでいる。図２９に示す従来の光
可変減衰器では、ヨークが全て軟質磁性体で形成されて
いるので、磁界を供給するために電磁石に常に電流を供
給する必要がある。図２４に示すように電磁石のヨーク
に半硬質磁性体を使用すると、パルス電流の印加でヨー
クが磁化され、電流の供給を停止してもその磁化は保持
される。従って、光可変減衰器の消費電力を低減でき
る。この場合、ヨーク全体を半硬質磁性体で構成する必
要はなく、図２４（Ａ）に示すようにヨーク中に部分的
に半硬質磁性体を設けることによってもその効果は得ら
れる。
【０１２３】しかし、半硬質磁性体は、飽和領域では安
定した磁化が得られるが、未飽和領域では大きなヒステ
リシス特性を示し、安定な磁化を得ることは難しい。従
って、磁界の中間段階での制御は難しい。この問題を解
決するために、図２５に示す構成が考えられる。図２５
は、本発明に係わる光可変減衰器に使用する電磁石の構
成を示す図である。
【０１２４】本電磁石では、電磁石のヨーク中に部分的
にそれぞれの飽和領域での磁力が異なる複数の半硬質磁
性体１４４ａ〜１４４ｅが設けられている。また、各々
の半硬質磁性体には、個別にコイルが設けられており、
各半硬質磁性体を独立的に飽和領域で駆動することがで
きる。従って、これらのコイルに供給する電流をオン／
オフ制御することによって、所望の半硬質磁性体のみを
動作させ、段階的に電磁石で発生する磁界を安定に設定
することができる。
【０１２５】次に、本発明に係わる光可変減衰器の第７
の原理について説明する。ウェッジ状複屈折結晶を利用
した光可変減衰器では、図３０の従来の光可変減衰器で
説明したように、僅かな偏光依存性損失（ＰＤＬ）が発
生する。本発明に係わる光可変減衰器は、この偏光依存
性損失をさらに低減する。
【０１２６】図２６は、本発明に係わる光可変減衰器の
第７の原理を説明するための構成例である。（Ａ）は、
上面図、（Ｂ）は、側面図である。図２７は、本発明に
係わる光可変減衰器の第７の原理を説明するためのバイ
アス磁界の方向パターンを示す図である。（Ａ）は、バ
イアス磁界を屈折平面に垂直に印加する場合、（Ｂ）
は、バイアス磁界を屈折平面と平行に印加する場合であ
る。
【０１２７】図２６に示す光可変減衰器は、図３０に示
す光可変減衰器と比べて、ファラデー素子１５０の磁区
を単一にするためのバイアス磁界１５４が示されてい
る。このバイアス磁界１５４は、光ビームに対して垂直
にファラデー素子１５０に印加される。バイアス磁界１
５４を発生するための磁石１５２は、図２６の（Ｂ）の
みに示されており、（Ａ）では省略されている。また、
実際には、ファラデー回転を発生させるため、光ビーム
と平行な磁界もファラデー素子１５０に印加される。し
かし、これらの図では、説明を簡単にするため、光ビー
ムと平行な磁界の図示は省略されている。その他の構成
は、図３０に示す光可変減衰器と同じであり、同じ機能
を有するエレメントには同じ参照番号を付している。
【０１２８】図２６の光可変減衰器では、光ビームは複
屈折結晶８ａにおいて複屈折され、屈折角度の異なる常
光及び異常光の成分を有する光ビームに変換される。常
光及び異常光は、ファラデー素子１５０においてバイア
ス磁界１５４を供給される。このバイアス磁界１５４
は、常光１５６及び異常光１５８で構成される平面（屈
折平面と称する）に対して垂直に印加されている。この
様子は、図２７の（Ａ）にも示されている。従って、常
光１５６及び異常光１５８共に、同じ大きさのバイアス
磁界１５４が印加される。
【０１２９】これに対して、図２７の（Ｂ）に示すよう
に、バイアス磁界は、屈折平面に対して平行に印加する
こともできる。ただし、バイアス磁界は、光ビームに対
して実質的に垂直に印加される。この場合、常光１５６
及び異常光１５８は異なる屈折角を有しているため、各
光に印加されるバイアス磁界は、僅かに異なる。この磁
界の大きさの差によって、偏光依存性損失が発生すると
考えられる。
【０１３０】従って、図２６や図２７（Ａ）に示すよう
に、バイアス磁界を屈折平面に実質的に垂直に印加する
ことによって、偏光依存性損失を低減することができ
る。この明細書において上述した本発明に係わる光可変
減衰器では、２種類の磁気回路を利用して減衰量の制御
が行なわれるため、光可変減衰器の外部に磁気回路の磁
場が漏洩する恐れがある。特に、永久磁石の磁場は強
く、外部への影響が大きい。この影響を軽減させるため
に、永久磁石にも電磁石と同様にヨークを設けたり、筐
体を磁気シールドする方法が有効である。
【０１３１】以上、本発明の実施例により説明したが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本
発明の範囲内で改良及び変形が可能であることは言うま
でもない。
【０１３２】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば以下に
示す効果を有する。請求項１乃至３のうちいずれか１項
記載の光可変減衰器においては、前記検光子の偏光方向
は、前記磁気光学結晶における偏光方向の回転が無い場
合の前記光ビームの偏光方向と実質的に直交状態に設定
されている。
【０１３３】この場合、ファラデー回転角が大きいと、
波長の変化に対するファラデー回転角の変化量も大き
い。しかし、ファラデー回転角の変化に対する減衰量の
変化量は小さいので、波長の変化に対する減衰量の変化
量を低減できる。また、ファラデー回転角が小さいと、
波長の変化に対するファラデー回転角の変化量も小さ
い。従って、この場合、ファラデー回転角の変化に対す
る対する減衰量の変化量が大きいが、波長の変化に対す
る減衰量の変化量を低減できる。
【０１３４】従って、本光可変減衰器では、減衰量の波
長依存性を低減できる。また、同様に同様に減衰量の温
度依存性も低減できる。請求項４乃至６のうちいずれか
１項記載の光可変減衰器においては、永久磁石で発生さ
れた磁界或いはその一部が、磁気光学結晶に光ビームと
平行に常に印加されている。従って、本光可変減衰器で
は、故障等で、磁気回路へ印加する電流が流れなくなっ
ても、光ビームを透過することができる。その結果、伝
送装置の動作に与える影響を低減できる。さらに、波長
・温度依存性を低減することもできる。
【０１３５】特に、請求項５記載の光可変減衰器では、
より簡易な構成で、上述の効果を得ることができる。請
求項７乃至１０のうちいずれか１項記載の光可変減衰器
においては、磁気光学結晶（ファラデー素子）は、ヨー
クのギャップ中に隙間なく挿入できる。従って、ヨーク
で発生した磁界は、外部に洩れることなく効率良く磁気
光学結晶に供給でき、その結果、磁気光学結晶に強い磁
場を均一に印加することができる。よって、磁気光学結
晶とヨークとの間に隙間がある構成に比べて、磁気回路
に供給する電流を低減でき、磁気回路の駆動電力を低減
できる。
【０１３６】特に、請求項８記載の光可変減衰器では、
コイルが磁気光学結晶の近傍に設けられていることによ
って、ヨーク中の磁気抵抗の影響が低減され、効率よく
ヨークで発生した磁界を磁気光学結晶に供給することが
できる。従って、電磁石の駆動電力をより低減できる。
さらに、ヨークのループ側の高さを低くできるので、光
可変減衰器の高さも低くでき、その結果、実装の容易性
が向上する。
【０１３７】また、請求項９又は１０記載の光可変減衰
器では、ヨークのギャップの間隔を例えば、２００μｍ
程度まで狭くすることができる。従って、ヨークで発生
した磁界を効率よくファラデー素子に印加でき、駆動電
力を一層低減することができる。
【０１３８】請求項１１又は１２記載の光増幅装置、及
び請求項１３記載の光可変減衰器においては、検光子の
偏光方向、光信号の偏光方向、及び磁気光学結晶を調節
することによって、減衰量の波長依存性を任意に設定で
きる。従って、利得等化用の光フィルタを使用しない
で、光増幅器の利得の波長依存性を低減することができ
る。また、本光可変減衰器では、減衰量が大きいほど波
長依存性が大きくできる。従って、光励起パワーの上限
値が小さい場合の光増幅器の利得の波長依存性を良好に
キャンセルできる。よって、光ファイバ増幅器の励起光
のパワーを小さく設定することができ、光ファイバ増幅
器の小型化、低消費電力化が可能になる。
【０１３９】請求項１４乃至１６のうちいずれか１項記
載の光可変減衰器においては、出力側受光器でモニタし
た光可変減衰器の出力パワーパワーが所定の値になるよ
うに制御されたり、入力側受光器でモニタした光ビーム
のパワーと出力側受光器でモニタした光可変減衰器の出
力パワーとの比が所定の値になるように制御される。従
って、光可変減衰器の減衰量の温度特性、経時劣化、偏
波ロス変動等の補正が可能になる。
【０１４０】請求項１７記載の光可変減衰器において
は、磁気回路をリング状ヨークで構成すると、光ビーム
の上側と下側にそれぞれリング状ヨークの半径に相当す
るスペースを確保するだけでよい。従って、光可変減衰
器の高さを低くすることができる。
【０１４１】請求項１８又は１９記載の光可変減衰器に
おいては、磁気回路の磁界を効率的に磁気光学結晶に印
加できる。従って、磁気回路は、外部に磁場を漏洩する
ことを防ぐことができ、他の磁石への影響も低減でき
る。請求項２０記載の光可変減衰器においては、ヨーク
は少なくとも一部に半硬質磁性体を含む。従って、パル
ス電流の印加でヨークが磁化され、電流の供給を停止し
てもその磁化は保持される。よって、光可変減衰器の消
費電力を低減できる。
【０１４２】請求項２１記載の光可変減衰器において
は、磁化の異なる複数の半硬質磁性体を制御することに
よって、電磁石で発生する磁界を安定に段階的に設定す
ることができる。請求項２２記載の光可変減衰器におい
ては、磁気光学結晶の磁区を単一化するためのバイアス
磁界を屈折平面に実質的に垂直に印加される。それによ
り偏光依存性損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光可変減衰器の構成例。
【図２】偏光子（Ｐ）、ファラデー素子（ＦＲ）、検光
子（Ａ）の配置例。（Ａ）は、０度配置と称し、偏光子
の偏光方向と検光子の偏光方向が平行である場合、
（Ｂ）は、４５度配置と称し、偏光子の偏光方向と検光
子の偏光方向との角度差が４５度の場合、（Ｃ）は、９
０度配置と称し、偏光子の偏光方向と検光子の偏光方向
が直交している場合。
【図３】０度配置の場合のファラデー回転角に対する減
衰量の計算結果。
【図４】４５度配置の場合のファラデー回転角に対する
減衰量の計算結果。
【図５】９０度配置の場合のファラデー回転角に対する
減衰量の計算結果。
【図６】ファラデー回転角と波長或いは温度の変化に対
するファラデー回転角の変化量との模式的な関係図。
【図７】偏光子と検光子の偏光方向の角度差が０度の場
合の、波長に対する減衰特性。（Ａ）は、波長に対する
任意の減衰量の変化、（Ｂ）は、波長に対する任意の減
衰量の偏差。
【図８】偏光子と検光子の偏光方向の角度差が４５度の
場合の、波長に対する減衰特性。（Ａ）は、波長に対す
る任意の減衰量の変化、（Ｂ）は、波長に対する任意の
減衰量の偏差。
【図９】偏光子と検光子の偏光方向の角度差が７０度の
場合の、波長に対する減衰特性。（Ａ）は、波長に対す
る任意の減衰量の変化、（Ｂ）は、波長に対する任意の
減衰量の偏差。
【図１０】偏光子と検光子の偏光方向の角度差が８０度
の場合の、波長に対する減衰特性。（Ａ）は、波長に対
する任意の減衰量の変化、（Ｂ）は、波長に対する任意
の減衰量の偏差。
【図１１】偏光子と検光子の偏光方向の角度差が９０度
の場合の、波長に対する減衰特性。（Ａ）は、波長に対
する任意の減衰量の変化、（Ｂ）は、波長に対する任意
の減衰量の偏差。
【図１２】本発明に係わる光可変減衰器の他の構成例。
【図１３】本発明に係わる光可変減衰器の第２の原理を
説明するための図。
【図１４】図１３に示す光可変減衰器の変更例。
【図１５】図１４に示す光可変減衰器の変更例。
【図１６】本発明に係わる光可変減衰器の磁気回路の構
成例。
【図１７】図１６に示した光可変減衰器の磁気回路の変
更例。（Ａ）は、上から見た断面図、（Ｂ）は、横から
見た断面図。
【図１８】本発明の光可変減衰器のその他の構成例。
【図１９】典型的なＥＤＦＡの増幅特性。
【図２０】光可変減衰器が組み込まれた光伝送装置の構
成例。
【図２１】光ファイバ増幅器の波長依存性をキャンセル
するために調整された光可変減衰器の減衰特性。
【図２２】本発明に係わる光可変減衰器の第５の原理を
説明するための構成例。
【図２３】図２２に示す光可変減衰器の変更例。
【図２４】本発明に係わる光可変減衰器の第６の原理を
説明するための構成例。（Ａ）は、外観図、（Ｂ）は、
上面図、（Ｃ）は、正面図。
【図２５】本発明に係わる光可変減衰器に使用する電磁
石の構成を示す図。
【図２６】本発明に係わる光可変減衰器の第７の原理を
説明するための構成例。（Ａ）は、上面図、（Ｂ）は、
側面図。
【図２７】本発明に係わる光可変減衰器の第７の原理を
説明するためのバイアス磁界の方向パターンを示す図。
【図２８】典型的な波長多重通信方式のシステム構成
図。
【図２９】従来の光可変減衰器の第１の構成例。
【図３０】従来の光可変減衰器の第２の構成例。
【図３１】磁界Ｈとファラデー回転角との関係。
【符号の説明】
１ 磁気光学結晶（ファラデー素子） ２ 偏光子 ３ 永久磁石 ４ 電磁石 ５ 光ビーム ６ａ、６ｂ 光ファイバ ７ａ、７ｂ レンズ ８ａ、８ｂ 複屈折結晶 ９ ファラデー回転子 １０ 偏光子 ２０、２２ 磁気光学結晶（ファラデー素子） ３０ 検光子 ４０、４２ 永久磁石 ５０、５５、６０、８０ 電磁石 ５２、５７、６２、８２ ヨーク ５４、５９、６４、８４ コイル ６６ 永久磁石 ７０ 永久磁石 ８６−１、８６−２ コイル １００、１００ａ、１００ｂ 光カプラ １０２ レンズ １０４ アパーチャ １０６、１０６ａ、１０６ｂ 受光器 １０８、１０８ａ、１０８ｂ 増幅器 １１０ 誤差検出回路 １１２ 制御電圧発生回路 １１４ リニアライザ １１６ 位相補償回路 １１８ 駆動回路 １２０ 割算回路 １３０ ファラデー素子 １３２ 電磁石 １３４ ヨーク １３６ コイル １３８ 永久磁石 １４０ 光ビーム １４２ 筐体 １５０ ファラデー素子 １５２ 磁石 １５４ バイアス磁界 １５６ 常光 １５８ 異常光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/06

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ビームのパワーを減衰する光可変減衰
    器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶を通過した光ビームをその偏光方向に
    応じて通過させる検光子とを有し、前記検光子の偏光方
    向は、前記磁気光学結晶における偏光方向の回転が無い
    場合の前記光ビームの偏光方向と実質的に直交状態に設
    定されていることを特徴とする光可変減衰器。
  2. 【請求項２】 前記光ビームを発生する偏光子をさらに
    有し、前記検光子の偏光方向は、前記偏光子の偏光方向
    と実質的に直交状態に設定されていることを特徴とする
    請求項１記載の光可変減衰器。
  3. 【請求項３】 前記検光子の偏光方向と、前記磁気光学
    結晶における偏光方向の回転が無い場合の前記光ビーム
    の偏光方向とは、８０度±３０度の角度で設定されてい
    ることを特徴とする請求項１又は２記載の光可変減衰
    器。
  4. 【請求項４】 光ビームのパワーを減衰する光可変減衰
    器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶に印加するための磁界を電気的に発生
    する磁気回路と、 前記磁気回路の内部及び近傍のどちらかに設けられ、前
    記磁気回路で電気的に発生する磁界と実質的に平行に前
    記磁気光学結晶に印加されるバイアス磁界を発生する永
    久磁石とを有し、前記磁気回路で電気的に発生する磁界
    が失われた場合でも、前記磁気光学結晶に磁界が印加さ
    れ前記光ビームの少なくとも一部は透過されることを特
    徴とする光可変減衰器。
  5. 【請求項５】 光ビームのパワーを減衰する光可変減衰
    器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶に印加するための磁界を電気的に発生
    する磁気回路と、 前記磁気回路で電気的に発生する磁界と実質的に９０度
    より小さい角度で前記磁気光学結晶に印加されるバイア
    ス磁界を発生する永久磁石とを有し、前記磁気回路で電
    気的に発生する磁界が失われた場合でも、前記磁気光学
    結晶に磁界が印加され前記光ビームの少なくとも一部は
    透過されることを特徴とする光可変減衰器。
  6. 【請求項６】 前記磁気光学結晶を通過した光ビームを
    その偏光方向に応じて通過させる検光子をさらに有し、
    前記検光子の偏光方向は、前記磁気光学結晶における偏
    光方向の回転が無い場合の前記光ビームの偏光方向と実
    質的に直交状態に設定されていることを特徴とする請求
    項４又は５記載の光可変減衰器。
  7. 【請求項７】 光ビームのパワーを減衰する光可変減衰
    器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶に印加するための磁界を発生し、内部
    のギャップに前記磁気光学結晶が挿入されたヨークを有
    する磁気回路とを有し、前記磁気回路のヨークで発生さ
    れた磁界が効率良く前記磁気光学結晶に印加されること
    を特徴とする光可変減衰器。
  8. 【請求項８】 前記磁気回路は、前記ヨークのギャップ
    の近傍に設けられ前記ギャップに磁界を電気的に発生さ
    せるための少なくとも１つのコイルをさらに有すること
    を特徴とする請求項７記載の光可変減衰器。
  9. 【請求項９】 前記光ビームを収束して前記磁気光学結
    晶に入射するための第１のレンズをさらに有し、前記第
    １のレンズによって収束された光ビームのサイズに応じ
    て前記ヨークのギャップの間隔が狭くされ、該ギャップ
    に発生する磁界を前記磁気光学結晶に効率よく印加する
    ことを特徴とする請求項７記載の光可変減衰器。
  10. 【請求項１０】 前記収束された光ビームが前記磁気光
    学結晶を通過した後、前記収束された光ビームを所定の
    大きさに設定するための第２のレンズを含むことを特徴
    とする請求項９記載の光可変減衰器。
  11. 【請求項１１】 所定の波長帯域を有する光信号を増幅
    する光増幅装置であって、 波長依存性がある利得特性を有する光増幅器と、 磁気光学結晶における光信号の偏光方向の回転を用いて
    該光信号を可変的に減衰し、減衰特性は前記光増幅器に
    おける利得の前記波長依存性と実質的に逆の波長依存性
    を有する光可変減衰器とを有し、前記光可変減衰器にお
    いて、前記光信号が減衰されると共に、前記光増幅器に
    おける利得の前記波長依存性が低減されることを特徴と
    する光増幅装置。
  12. 【請求項１２】 前記光可変減衰器は、 前記光信号の偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶
    と、 前記磁気光学結晶を通過した光信号をその偏光方向に応
    じて通過させる検光子とを有し、前記検光子の偏光方
    向、前記光信号の偏光方向、及び前記磁気光学結晶は、
    所定の減衰量において、前記逆の波長依存性が実質的に
    得られるように設定されていることを特徴とする請求項
    １１記載の光増幅装置。
  13. 【請求項１３】 光増幅器に接続され前記光増幅器にお
    ける利得の波長依存性を低減しかつ光信号を減衰するた
    めの光可変減衰器であって、 前記光信号の偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶
    と、 前記磁気光学結晶を通過した光信号をその偏光方向に応
    じて通過させる検光子とを有し、前記検光子の偏光方
    向、前記光信号の偏光方向、及び前記磁気光学結晶は、
    所定の減衰量において、前記光増幅器の利得の波長依存
    性と実質的に逆の波長依存性が得られるように設定され
    ていることを特徴とする光可変減衰器。
  14. 【請求項１４】 光ビームのパワーを減衰する光可変減
    衰器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶を通過した光ビームの少なくとも一部
    を前記光可変減衰器の出力に導く検光子と、 前記光可変減衰器の出力光を一部分岐して出力パワーを
    モニタする出力側受光器とを有し、前記出力側受光器で
    モニタした前記光可変減衰器の出力パワーが所定の値に
    なるように、前記磁気光学結晶における前記光ビームの
    偏光方向が制御されることを特徴とする光可変減衰器。
  15. 【請求項１５】 光ビームのパワーを減衰する光可変減
    衰器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶を通過した光ビームの少なくとも一部
    を前記光可変減衰器の出力に導く検光子と、 前記磁気光学結晶に入力される光ビームの入力パワーを
    モニタする入力側受光器と、 前記光可変減衰器の出力パワーをモニタする出力側受光
    器とを有し、前記入力側受光器でモニタした前記光ビー
    ムの入力パワーと前記出力側受光器でモニタした前記光
    可変減衰器の出力パワーとの比が所定の値になるよう
    に、前記磁気光学結晶における前記光ビームの偏光方向
    が制御されることを特徴とする光可変減衰器。
  16. 【請求項１６】 前記検光子は複屈折結晶を含み、前記
    検光子おいて偏光を分離折された光ビームの一部を前記
    出力側受光器に導くアパーチャをさらに有することを特
    徴とする請求項１４又は１５記載の光可変減衰器。
  17. 【請求項１７】 光ビームのパワーを減衰する光可変減
    衰器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶に印加するための磁界を内部のギャッ
    プに発生する磁気回路と、 前記磁気光学結晶及び前記磁気回路を収容し基板に実装
    するための筐体とを有し、前記磁気回路は、前記ギャッ
    プの方向が実質的に前記筐体の高さ方向であるように筐
    体に実装されることを特徴とする光可変減衰器。
  18. 【請求項１８】 光ビームのパワーを減衰する光可変減
    衰器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 前記磁気光学結晶に近接して置かれ前記磁気光学結晶に
    印加するための磁界を発生する磁気回路であって、前先
    端部が他の部分より細くなっている馬蹄形形状のヨーク
    を含み前記先端部が前記磁気光学結晶を挟むように近接
    している前記磁気回路とを有することを特徴とする光可
    変減衰器。
  19. 【請求項１９】 前記磁気回路は永久磁石で構成され、
    また前記磁気光学結晶に近接して置かれ前記磁気光学結
    晶に印加するための磁界を電気的に発生する電磁石をさ
    らに有し、前記永久磁石のヨークの先端部は、前記電磁
    石よりも前記磁気光学結晶により近接していることを特
    徴とする請求項１８記載の光可変減衰器。
  20. 【請求項２０】 光ビームのパワーを減衰する光可変減
    衰器であって、 前記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結
    晶と、 少なくとも一部に半硬質磁性体を含むヨークを有し、前
    記磁気光学結晶に印加するための磁界を駆動電流によっ
    て電気的に発生する磁気回路とを有し、前記駆動電流の
    供給が停止しても前記磁界は維持されることを特徴とす
    る光可変減衰器。
  21. 【請求項２１】 前記ヨークは、飽和状態における磁化
    の異なる複数の半硬質磁性体を部分的に有し、前記半硬
    質磁性体毎に磁化を制御することによって前記磁気回路
    で発生する磁界の大きさを段階的に変更できることを特
    徴とする請求項２０記載の光可変減衰器。
  22. 【請求項２２】 光ビームのパワーを減衰する光可変減
    衰器であって、 前記光ビームの偏光分離を行う第１のウェッジ状複屈折
    結晶と、 前記第１のウェッジ状複屈折結晶で偏光を分離された前
    記光ビームの偏光方向を可変に回転させる磁気光学結晶
    と、 前記磁気光学結晶に前記光ビームと実質的に垂直に印加
    するための磁界を発生する磁気回路と、 前記磁気光学結晶から出力される光ビームを複屈折させ
    る第２のウェッジ状複屈折結晶とを有し、前記第１のウ
    ェッジ状複屈折結晶で偏光を分離された前記光ビームで
    構成される平面に実質的に垂直に、前記磁気回路の磁界
    が前記磁気光学結晶に印加されることを特徴とする光可
    変減衰器。
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