(57)【要約】【課題】制御のための電力消費量が少なく、突発的な利得の変動に対応可能な高速動作が可能であり、制御回路の故障に伴い制御信号が途絶えた場合においても使用傾斜量の範囲から大きく変化することを防止する。【解決手段】本発明のゲインイコライザ１００は、入射光１２の入力側から順に、偏光分離合成素子３と、１／２波長板４，５と、偏光変換部１０２と、高次波長板８と、偏光合成部１０４とが配置されて構成される。偏光変換部１０２は、１／４波長板６と、ニオブ酸リチウム結晶７とが順に配置されて構成される。偏光合成部１０４は、１／２波長板９，１０と、偏光分離合成素子１１とが順に配置されて構成される。１／４波長板もしくは１／２波長板の少なくとも一方の厚みは、使用傾斜量範囲における最大誤差の最大値が低減されるように最適化設計されている。【選択図】図１
2006163335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を偏光成分により光路をシフトさせる偏光分離合成素子と、１／２波長板と、電圧を印加させることにより偏光状態を変換させる偏光変換部と、高次波長板と、異なる偏光成分の光を合成させる偏光合成部とが入射側から出射側に順に配置されたゲインイコライザにおいて、
前記偏光変換部は１／４波長板とニオブ酸リチウム結晶とを備え、前記偏光合成部は１／２波長板と偏光分離合成素子とを備え、１／４波長板もしくは１／２波長板の少なくとも一方の厚みを、使用傾斜量範囲における最大誤差の最大値が低減されるように最適化されていることを特徴とするゲインイコライザ。
【請求項２】
入射された光を偏光成分により光路をシフトさせる偏光分離合成素子と、１／２波長板と、電圧を印加させることにより偏光状態を変換させる偏光変換部と、高次波長板と、異なる偏光成分の光を合成させる偏光合成部とが入射側から出射側に順に配置されたゲインイコライザにおいて、
前記高次波長板は二つの結晶材料から構成され、一方の結晶材料の温度変化による屈折率の変化が、もう一方の厚みによる特性変化で相殺することができるように、二つの結晶材料の厚みが設定されていることを特徴とするゲインイコライザ。
【請求項３】
入射された光を偏光成分により光路をシフトさせる偏光分離合成素子と、１／２波長板と、電圧を印加させることにより偏光状態を変換させる偏光変換部と、高次波長板と、異なる偏光成分の光を合成させる偏光合成部とが入射側から出射側に順に配置されたゲインイコライザにおいて、前記偏光変換部は１／４波長板とニオブ酸リチウム結晶とを備え、ニオブ酸リチウム結晶の表裏面には絶縁材料と電極が順に形成されていることを特徴とするゲインイコライザ。
【請求項４】
前記高次波長板は、その光軸を、入射された光の伝播方向の垂直面内で任意の角度に設定して配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のゲインイコライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送される信号光の利得を補償するためのゲインイコライザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信の分野においては情報通信量の増加に対応するため、一本の光ファイバに波長の異なる信号を多重化し、通信容量を増大させる波長分割多重方式が検討、運用されている。また、この光通信では、EDFA、ラマン増幅器等の光増幅器などを用いることにより、光伝送路の伝送損失を補償し、長距離の光伝送を実現している。
【０００３】
このような光増幅器においては、光増幅の利得が波長により異なり、また、長距離光伝送においてはこのような光増幅器を多数経由するため、最終的な信号到達点においては波長ごとに信号光の光強度が異なってしまう。このような場合、信号光の光量に対するノイズの大きさの比であるＳＮ比が各波長により異なることになるため、実用的な光伝送システムを構成するのは困難である。
【０００４】
信号光を光増幅器により増幅する際に発生する利得の波長依存性を解決するためには、一般的に、光増幅器の利得波長依存性と逆の損失波長特性を持つ誘電体多層膜等の光フィルタを、光増幅器と併用して用いることにより波長ごとの信号光強度を均一にする手法がある。
【０００５】
しかしながら、光増幅器の利得の波長特性は、光伝送路の経年変化、光伝送路の拡張工事時に光ファイバの加工に伴う入力信号光強度の変化、光増幅器の設置環境温度の変化、伝送線路の故障などに伴う光量の変化などに起因して変化する恐れがある。このため、波長毎の減衰（損失）特性が固定である誘電体多層膜等の光フィルタでは、光増幅器の利得の波長特性が変化した際、信号光の利得の波長依存性が補償できないといった問題があった。
【０００６】
このため、光増幅器の利得特性が変化した際は、減衰特性が固定型の光フィルタと、減衰量が波長によって一定の傾斜を持って線形に変化し傾斜量を可変できる可変フィルタとを組み合わせたゲインイコライザを設置させ、変動する光増幅器の利得の波長依存性をキャンセルさせる手法が一般的である。
【０００７】
上述した可変フィルタとしては、ファラデー回転子を用いたものや（特許文献１を参照）、石英ガラスなどを材料とした平面導波路でマッハツェンダー回路を構成し、ヒータなどの過熱手段を用いて光減衰量の波長依存傾斜量を変化させるものがある（特許文献２を参照）。なお、以後、光減衰量の波長依存性が直線的であり傾斜量を変化させることができるものを可変傾斜減衰機能と呼ぶ。
【０００８】
【特許文献１】米国登録公報６３３９４９２号
【特許文献２】米国登録公報６３３３８０７号
【特許文献３】米国登録公報６２６８９５４号
【特許文献４】米国公開公報２００３−００５３１７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら従来のゲインイコライザでは、可変傾斜減衰機能の減衰量の波長依存特性が正弦波形状である物の一部の波長領域を使用領域としているため、損失量の波長依存傾斜特性の線形性が必ずしも十分では無かった。
【００１０】
線形性を増大させるための手法としては、複数の光学制御素子を組み合わせ、所望の損失傾斜特性を得るために、それぞれの光学制御素子の値を最適化するといった手法もある。しかしながら、このような手法を用いると、制御パラメータの増大に応じる電気回路の負荷が大きくなってしまう。また、経時変化等により、各光学制御素子の間に制御パラメータ値のズレが生じてしまうと、線形性が劣化してしまう恐れもある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、波長依存の損失傾斜が単一の制御パラメータによって変化し、傾斜量の線形性が高く、制御のための電力消費量が少なく、突発的な利得の変動に対応可能な高速動作が可能であり、制御回路の故障に伴い制御信号が途絶えた場合においても使用傾斜量の範囲から大きく変化しない可変傾斜減衰機能を備えたゲインイコライザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明の第１の態様は、入射された光を偏光成分により光路をシフトさせる偏光分離合成素子と、１／２波長板と、電圧を印加させることにより偏光状態を変換させる偏光変換部と、高次波長板と、異なる偏光成分の光を合成させる偏光合成部とが入射側から出射側に順に配置され、前記偏光変換部は１／４波長板とニオブ酸リチウム結晶とを備え、前記偏光合成部は１／２波長板と偏光分離合成素子とを備え、１／４波長板もしくは１／２波長板の少なくとも一方の厚みを、使用傾斜量範囲における最大誤差の最大値が低減されるように最適化されたゲインイコライザである。
【００１３】
前記課題を解決するために本発明の第２の態様は、入射された光を偏光成分により光路をシフトさせる偏光分離合成素子と、１／２波長板と、電圧を印加させることにより偏光状態を変換させる偏光変換部と、高次波長板と、異なる偏光成分の光を合成させる偏光合成部とが入射側から出射側に順に配置され前記高次波長板は二つの結晶材料から構成され、一方の結晶材料の温度変化による屈折率の変化が、もう一方の厚みによる特性変化で相殺することができるように、二つの結晶材料の厚みが設定されているゲインイコライザである。
【００１４】
前記課題を解決するために本発明の第３の態様は、入射された光を偏光成分により光路をシフトさせる偏光分離合成素子と、１／２波長板と、電圧を印加させることにより偏光状態を変換させる偏光変換部と、高次波長板と、異なる偏光成分の光を合成させる偏光合成部とが入射側から出射側に順に配置され、前記偏光変換部は１／４波長板とニオブ酸リチウム結晶とを備え、ニオブ酸リチウム結晶の表裏面には絶縁材料と電極が順に形成されているゲインイコライザである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、光通信で使用する波長の領域および必要な傾斜量に合わせて、１／２波長板もしくは１／４波長板の少なくとも一方の厚みを最適化することにより、ξの値を調整することが可能となり、傾斜量が大きい際の誤差の発生量を低減させることができる。この結果、利得を補償する損失特性をより正確に発生させることができる。
【００１６】
また、本発明は、高次波長板８が二つの結晶材料から構成され、この二つの結晶材料の厚みの比を、温度変化による二つの結晶材料の屈折率の変化と厚みの変化とを互いに相殺することができるように設定するので、周囲の温度が変化した場合にも、波形のプロファイルがシフトしない温度無依存なゲインイコライザを作成することができる。
【００１７】
さらに、本発明は、ニオブ酸リチウム結晶と電極との間に絶縁性を有する薄膜材料を形成させるので、電極間に流れる電流を精度良く制御することができる。この結果、応答速度の速いゲインイコライザを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明のゲインイコライザの一実施形態例を図面に基づき説明をする。
図１は本発明の第１実施形態例の光学部品の配置図を示し、図２は図１に示す第１実施形態例に使用される各波長板の結晶軸の方向を示している。本実施形態例では、波長板は高次波長板８を除いて、すべて水晶結晶により構成されるものとするが、水晶以外の他の一軸性結晶を用いても良い。
【００１９】
図１に示すようにゲインイコライザ１００は、入射光１２の入力側から順に、偏光分離合成素子３と、１／２波長板４，５と、偏光変換部１０２と、高次波長板８と、偏光合成部１０４とが配置されて構成される。なお、偏光変換部１０２は、１／４波長板６と、ニオブ酸リチウム結晶７とが順に配置されて構成される。また、偏光合成部１０４は、１／２波長板９，１０と、偏光分離合成素子１１とが順に配置されて構成される。
【００２０】
次に図１を参照して、入射光１２が入射されてから出射光１３として出射されるまでの光の伝播および偏光状態について説明する。入射光１２は、偏光分離合成素子３により、それぞれ直行する二つの偏光成分を持った２つの光路（光路１、光路２）に分離される。次に、光路１および光路２の光は、結晶軸の角度がそれぞれ異なる１／２波長板４，５を通過することにより、同一な直線偏光状態に変換され、その電解成分の振動方向はｘ軸から４５度傾いた方向となる。なお、ｚ軸は入射光の進行方向（図１の紙面に向って左右方向）、ｙ軸は図１の紙面に向って上下方向、ｘ軸は図1の紙面に向って前後方向とする。
【００２１】
次に光路１および光路２の光は、１／４波長板６、ニオブ酸リチウム結晶７の順に通過する。ニオブ酸リチウム結晶７は、結晶のｘ軸方向で切削されて加工されているため、光の伝播方向は結晶のｚ軸方向に伝播する（図１においては結晶軸の座標系の方向で描画されている）。ニオブ酸リチウム結晶７のｘ方向の上下面には電極が配置され、これらの電極間に電圧を印加することにより、出射する光の偏光状態を変化することができる。
【００２２】
次に、図３を参照して、印加電圧に伴うニオブ酸リチウム結晶７の屈折率の変化を示す。伝播される光は結晶のｚ軸の方向に伝播するため、電圧を印加しない場合においては、屈折率が偏光状態に無依存な等方性の媒質を伝播するのと同じ状態となり、偏光状態は変化されない。ここで、ニオブ酸リチウム結晶７の二つの電極１４，１５間に電圧を印加すると、ニオブ酸リチウム結晶７の屈折率の状態が変化し、軸の方向は元の座標系（電圧が印加されない場合の座標系）から４５度回転する。直行する二つの軸における屈折率の変化量は印加電圧の大きさに比例し、その大きさが等しく、方向が逆となる（一方が増加すると他方は減少する）。
【００２３】
ニオブ酸リチウム結晶７の表裏面に配置された電極１４，１５の長さをL、元のｘ方向、及びｙ方向の屈折率をｎｏ、電極１４，１５間の距離をｄとし、電極１４，１５間に印加する電圧をVとすると、前記各軸方向における屈折率の変化量の大きさは、下記の数１で表される。（γ22はニオブ酸リチウム結晶の電気光学効果の係数）
【００２４】
【数１】
2006163335.tif 000003
【００２５】
数１からわかるように、電圧が印加された状態のニオブ酸リチウム結晶７を通過する光は偏光状態が結晶入射時とは変化した状態で出射され、結晶に印加される電圧の大きさ及びその方向によって偏光状態は異なる状態で出射される。
【００２６】
次に、図４を参照して、印加電圧量の変化に伴う、ニオブ酸リチウム結晶７から出射される光の偏光状態を示す。ニオブ酸リチウム結晶７から出射される光の偏光状態は、電圧が印加されていない状態では円偏光状態である。電圧が印加され、印加電圧が増加すると、徐々に楕円偏光に変化する。さらに、印加電圧を増加させると、直線偏光状態を経た後に、回転方向が反転した楕円偏光状態から円偏光状態になる。ここで、ニオブ酸リチウム結晶７から出射される光が一つの円偏光状態から回転方向が逆の他の円偏光状態に変化するために必要な印加電圧量をＶπとする。
【００２７】
なお、上述した偏光変換では、たとえば光通信で一般的に使用される１５５０ｎｍから±数十ｎｍの波長範囲において偏光状態の波長依存性は少ない。しかしながら、ニオブ酸リチウム結晶７から出射された光路１，２（図１を参照）の光は、高次波長板８を通過することにより、高次波長板８から出射される光の偏光状態に波長依存性が現れる。つまり、光路１および光路２の偏光状態は、まず、ニオブ酸リチウム結晶７において印加電圧により変化され、このニオブ酸リチウム結晶７から出射される光の偏光状態に応じて高次波長板８から出射される光の偏光状態が変化する。
【００２８】
高次波長板８では波長に応じて偏光状態が変化するが、高次波長板８から出射された光は、次に配置された１／２波長板９，１０と偏光分離合成素子１１により、一定方向の偏光成分のみが出射されることになり、光路１および光路２の光が合成され出射される。ここで、１／２波長板９，１０の軸の方向は１／２波長板４，５と同様にｘ軸に対して２２．５度傾いており、光路１と光路２ではその傾きの方向が逆である（図２を参照）。
【００２９】
そのため、光路１と光路２では、ｘ軸から４５度傾いた方向の直線偏光成分のみが通過して出射光１３となり、その通過する方向は、光路１と光路２では互いに直行している。このため、光路１と光路２の互いに直行した方向の直線偏光成分が偏光分離合成素子１１により合成され、出射光１３として出射される（図１を参照）。
【００３０】
次に図５を参照して、高次波長板８から出射される偏光状態について説明する。
まず、印加電圧が一定に設定されたニオブ酸リチウム結晶７から出射される光のうち、使用波長範囲内の波長λ1、λ2、・・・λ5における偏光状態を図５に示す。なお、各波長の間隔は一定の間隔とし、λ1からλ5になるにつれ、波長は増加するもの（長波長側）とする。
【００３１】
ニオブ酸リチウム結晶７に電圧を印加しない場合、波長λ1の光は、ｘ軸方向から斜めに４５度傾いた直線偏光状態であるが、波長λ3になるにつれて、長軸方向の傾きは元の直線偏光方向と同一な４５度の傾きを持った楕円偏光に変化し、波長λ3においては円偏光状態になる。さらに波長λ5になるにつれて、波長λ2における偏光状態とはｘ軸に対する傾きが反転した４５度の方向に長軸方向を持った楕円偏光となり、波長λ5においては直線偏光となる。
【００３２】
ここで偏光分離合成素子１１（偏光合成部１０４）から出射される偏光の方向を、電圧無印加時のλ5における偏光方向と同一方向とした場合、λ1の波長においてはすべての光が遮断される。しかしながら、λ1とは直行する偏光状態で出射されるλ5は、透過することになる。また、λ1とλ5の中間の波長であるλ3の光は、５０％の光のみが透過することとなり、これらを波長に対する透過率のグラフを書いた場合には図６のようになる。
【００３３】
ニオブ酸リチウム結晶７に印加する電圧をＶπとした場合、波長λ1においては、電圧無印加時とは直行する直線偏光状態になり、電圧無印加時と同様に楕円偏光、円偏光、楕円偏光状態を経由した後にλ1とは直行する直線偏光状態になる。波長に対する透過率のグラフは図６に示す通りとなる。
【００３４】
ニオブ酸リチウム結晶７に印加する電圧をＶπ／２とした場合、高次波長板８から出射される光の偏光状態は波長に問わずほぼ一定であり、図５に示す通りｘ軸に平行な方向の直線偏光で出射される。偏光分離合成素子１１（偏光合成部１０４）から出力される（切り出される）偏光方向は、ｘ軸に４５度傾いた直線偏光方向であるため、すべての波長において約５０％の光が通過することになる。
【００３５】
なお、上述では、電圧無印加時、Ｖπ／２の電圧印加時およびＶπの電圧印加時の出力特性についてのみ記載したが、電圧を０からＶπ方向に連続的に変化させて行くことによって、図７に示すように透過率特性も連続的に変化することになる。
【００３６】
上述したゲインイコライザの構成および制御方法により、透過率の波長特性を変化させることが可能であり、また、高次波長板８の厚みを設定することにより任意のλ1からλ5の偏光状態を制御することが可能となる。このため、必要な波長領域に応じて高次波長板８の厚みを設定することにより、任意のλ1からλ5の波長領域の一部において（たとえばλ2からλ4の波長領域）、透過率の波長特性を近似的に直線とすることが可能であり、ニオブ酸リチウム結晶７の印加電圧に応じて、透過率の波長依存性が直線の状態で傾きを変化させることができる。
【００３７】
一般的に、偏光子や波長板といった光学部品を通過する際の偏光状態の変化は、２×２のジョーンズ行列によって記述することができる。これらのジョーンズ行列の組み合わせ、記述される系全体の特性行列を計算することにより、出射光の偏光状態や透過率の波長依存性などを計算することができることが知られている。
【００３８】
なお、実際の光学部品においては、波長板や偏光変換に用いるニオブ酸リチウム結晶７などは波長依存性を持ち、その特性が波長により異なる。これら光学部品の波長依存特性の影響は、たとえば通信波長帯である1550nm近傍において、高次波長板８の波長依存性に比べて非常に小さい。このため、出射光１３の波長依存性に影響を及ぼすのは、高次波長板８の波長特性である。
【００３９】
そのため、高次波長板８を除く他の光学部品の波長特性は使用波長領域内では一定と見なせるものとし、波長板及び偏光子は理想的な状態のものを使用すると仮定する。
【００４０】
以下に、それぞれの光学部品のジョーンズ行列を示す。数２はｘ方向偏光子、数３はｙ方向偏光子、数４は１／４波長板、数５は１／２波長板をそれぞれ示している。
【００４１】
【数２】
2006163335.tif 000004
【００４２】
【数３】
2006163335.tif 000005
【００４３】
【数４】
2006163335.tif 000006
【００４４】
【数５】
2006163335.tif 000007
【００４５】
ここでθは、波長板の屈折率が小さい方向の軸である速軸方向の角度であり、ｘ軸からｙ軸方向に向かう角度を正の方向とする。また、水晶を波長板として用いる場合は、水晶のｃ軸方向の屈折率は他の軸方向の屈折率よりも低いため、速軸の方向はｃ軸と直行するように配置させる。
【００４６】
また、ニオブ酸リチウム結晶７にＶの電圧を印加した際、ジョーンズ行列は以下の数６の形式で表すことができる。
【００４７】
【数６】
2006163335.tif 000008
【００４８】
ここで、αは、以下の数７で表される。
【００４９】
【数７】
2006163335.tif 000009
【００５０】
さらに、高次波長板８のジョーンズ行列は以下の数８で表される。
【００５１】
【数８】
2006163335.tif 000010
【００５２】
ここでλは波長、Δｎは高次波長板８の二つの軸の屈折率の差であり、またｔは高次波長板８の厚みである。図１のゲインイコライザの構成では、複数の光学部品が配置され、それぞれの光学部品が上述の式で表される特性を有する場合、光路１のジョーンズ行列は以下の数９で表される。
【００５３】
【数９】
2006163335.tif 000011
【００５４】
また、光路１の入射光Einは、ｘ軸の偏光子を通過した光であるため、以下の数１０で表される。
【００５５】
【数１０】
2006163335.tif 000012
【００５６】
また、光路１を伝播した後、出射される光の電界強度成分Eoutは、以下の数１１となる。
【００５７】
【数１１】
2006163335.tif 000013
【００５８】
ここで最終的な出射光の透過率波長特性Poutは、E*outをEoutの複素共役とした場合、以下の数１２で表される。
【００５９】
【数１２】
2006163335.tif 000014
【００６０】
ここで、使用波長領域が光通信の使用波長帯域である１５５０ｎｍ近傍である場合、使用波長帯域幅は数十ｎｍのレベルであり、波長の値（１５５０ｎｍ）が波長の変化量（数十ｎｍ）に比べて非常に大きい。このような場合、1／λの値は近似的にλの値に比例するため、定数ａ，ｂを用いて透過率波長特性をｄＢ値で表すと数１２は近似的に以下の数１３の形式になる。
【００６１】
【数１３】
2006163335.tif 000015
【００６２】
なお、上述では、光路１の伝播における透過率波長特性について求めたが、光路２の透過率波長特性について計算を行った場合にも出射光の透過率波長特性は光路１の結果と同じ式を得ることができる。光路１の初期の入射光と、光路２の初期の入射光は入射光１２を直行する偏光状態に分割したものであり、光路１および光路２を伝播した後に直行する偏光状態で合成されるため、入射光１２に対する出射光１３の透過率波長特性も同様に数１３で表すことができる。なお、初期の入射光とは偏光分離合成素子３を通過した直後の光である。
【００６３】
数１３より求められる透過率波長特性のグラフを図８に示す。高次波長板８の厚みｔを調節することによりλ１からλ５のそれぞれの波長において、波長の逆数の値であるΔｎ・ｔ・（a・λ＋ｂ）が０．７５＋ｋ、および０．２５＋ｋになるものとする（ｋは正の整数）。
【００６４】
ここで、使用波長領域をλ２からλ４の波長範囲とし、印加電圧範囲を１／４Ｖπから３／４Ｖπとする。この際の透過率波長特性のグラフを図９に示す。また、図９の波形に最も近い直線の波形を最小二乗法により求め、この最小二乗法により求めた直線波形と数１２の計算式との誤差を図１０に示す。
【００６５】
図１０からわかるように、直線波形と数１２の計算式と誤差が最も小さいのは、印加電圧がＶπ／２の場合である。透過率波長特性は、図９に示すように、全波長領域で−３ｄBであり、印加電圧がＶπ／２を中心として大小に変化するにつれ傾斜量が大きくなり、図１０に示すように、誤差も大きくなる。なお、数１３からわかるように、透過率波長特性の波形はｓｉｎの波形によって示されるため、傾斜量が大きくなればなるほど中央部の波長であるλ３からずれた波長においては、正弦波関数形により直線性からのズレが生じる。
【００６６】
図１１は、印加電圧量の変化に伴う傾斜量の変化と、この傾斜量の変化により発生する最大誤差との関係を示すものである。なお、最大誤差とは、印加電圧量を変化させた場合、使用波長範囲内において、線形関数からの誤差の発生量の最大値と最小値の差を求めたものである。また、傾斜量の変化とは、印加電圧の変化に伴い生じる傾斜量を求めたものである。最大誤差の発生量は傾斜量が０の時に最小であり、傾斜量の増大、減少に伴い最大誤差の値は増加して行く。
【００６７】
図１１に示すように、傾斜量を変化させ、透過率波長特性の線形性が要求される場合は、傾斜量の増大、減少に伴う最大誤差の増加の影響により、使用可能な傾斜量の範囲が制限される場合がある。
【００６８】
１／４波長板による位相差の発生量は、π／２であるが、図１に記載された構成で用いられる１／４波長板６を位相差がπ／２から多少ズレて、π／２＋２ξを持った波長板とする。この際の伝達関数を数１２と同様に計算して求めると、以下の数１４となる。
【００６９】
【数１４】
2006163335.tif 000016
【００７０】
また、数１３の時と同様にｄＢ値表示にして、１／λの近似を行うと、以下の数１５となる。
【００７１】
【数１５】
2006163335.tif 000017
【００７２】
ここでξの値を−０．０２πから＋０．０２πと変化させた場合、図１０の場合と同様に、数１５によって求められる透過率波長特性と、最小二乗法により求められた近似直線との最大誤差の傾斜量依存性を求めると、図１２に示すグラフとなる。
【００７３】
図１２に示すように、ξの値が正の場合は、傾斜量の変化に伴う最大誤差の（発生量の）変化の度合いは変化しないが、ξの値が大きくなるにつれ、最大誤差の値が増加する。ξの値が負の場合、傾斜量が小さい範囲では、（線形性からの）最大誤差の発生量はξ＝０の時に比べて増加するが、傾斜量が大きい範囲では、最大誤差の値はξ＝０の時に比べて小さくなっている。
【００７４】
なお、ξの値を０以外の他の値に変化させた場合、傾斜量が０の近傍では、ξの値が正、負に関係なく、ξ＝０の時に比べて大きくなっている。また、傾斜量がさらに大きい範囲においてξの値が負の場合、傾斜量が０近傍での最大誤差の値は、傾斜量が大きくなる両端側での最大誤差の値よりも大きくなることになる。
【００７５】
上述の結果から、使用する波長の領域、及び必要な傾斜量に合わせてξの値を調整することにより、傾斜量が大きい際の最大誤差の発生量を低減させることができる。また、使用傾斜量の範囲全体における直線性からの誤差の発生量を分散させることもできる。言い換えると、使用傾斜量の範囲全体で発生する最大誤差の値の最大値が最も小さくなるように調整することもできる。ξの値を増減させる手法としては、図１のゲインイコライザを例にあげると、１／２波長板４，５もしくは１／４波長板６の厚みを増減させることにより可能である。また、ξの値を増加させるためには、１／４波長板６の厚みを元の厚みよりも厚くすればよい。
【００７６】
このように使用波長範囲と使用傾斜範囲に応じて、１／２波長板、１／４波長板の厚みを最適化することにより、使用傾斜量範囲全体に直線性からの誤差の発生量を分散させ、誤差の発生量が小さい（可変傾斜減衰機能を備えた）ゲインイコライザを作成することができる。
【００７７】
なお、上述した例では、ξの値を負の値に設定することで全体的な最大誤差の発生量を低減させることができ、ξの値を正の値に設定することで全体的な最大誤差の発生量が大きくなっていた。しかしながら、高次波長板８の厚みを調節しλ1からλ5のそれぞれの波長においてΔｎ・ｔ・（ａ・λ＋ｂ）の値が１．２５＋ｋ、および０．７５＋ｋ（ｋは正の整数）になるように設定を行うと、図１３に示すように、ξの値を正に設定することで全体的な最大誤差の発生量が低減し、ξの値を負に設定することで全体的な最大誤差の発生量が大きくなる。
【００７８】
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第２の実施形態例を示す。図１４のゲインイコライザ２００においては、図1の構成に加えて、１／４波長板６とニオブ酸リチウム結晶７との間に１／４波長板１６が追加されている。この１／４波長板１６は、その軸の方向がニオブ酸リチウム結晶７に電圧を印加した際の軸の方向と同様であり、ｘ軸に対して４５度傾いた角度で配置されている。
【００７９】
図１に示すゲインイコライザ１００では、印加電圧が０およびＶπの場合に正負の最大の傾斜量が発生し、印加電圧がＶπ／２の場合に傾斜量が０であったが、図１４に示すゲインイコライザ２００では、結晶軸の角度がｘ軸に対し４５度傾いた１／４波長板１６を追加することにより、印加電圧に対する傾斜発生量のオフセットを行うことができる。すなわち、１／４波長板１６を追加した場合では波長板の位相差量がπ／２となり、印加電圧が±Ｖπ／２の場合に正負の最大傾斜量が発生し、電圧無印加時には傾斜量が０になる。
【００８０】
図１４に示すように、１／４波長板１６を追加した構成とすることにより、必要な傾斜量が正負両方向である場合においては、必要な最大電圧の絶対値を下げることができ、電気回路の負荷を低減することができる。また、図１４の構成を用いることにより、ゲインイコライザ（可変傾斜減衰機能）の駆動回路が突発的に停止し、供給電圧が０になったとしても、発生傾斜量は０であり、非常に大きな傾斜量を発生することがなく、伝送特性に大きな影響を与えることがない。
【００８１】
第１の実施形態例および第２の実施形態例においては、偏光状態の波長依存特性を有する高次波長板８が一つの光学結晶材料により構成されている。このような単一結晶材料で高次波長板８を作成する場合は、温度変化に伴い高次波長板材料を構成する結晶の常・異常光方向の屈折率および波長板の厚みが周囲の温度によって変化するため、全体的な透過率波長特性が温度によって波長方向にシフトすることになる。
【００８２】
このような透過率波長特性の温度による波長方向へのシフトを防ぐためには、図１６に示す高次波長板８を用いればよい。図１６に示す高次波長板８は、複屈折結晶が互いに異なる二つの結晶材料１７，１８が光の伝播方向に順に並べて配置されている。なお、この二つの結晶材料１７，１８は、その結晶軸の方向が、互いに平行、もしくは垂直となるように配置されている。
【００８３】
図１６に示す構成の高次波長板８では、二つの結晶材料１７，１８の厚みの比を以下に示す数１６で設定することにより、温度変化による結晶材料１７，１８の屈折率の変化と厚みの変化とを互いに相殺することができる。その結果、周囲の温度が変化した場合にも、波形のプロファイルがシフトしない温度無依存なゲインイコライザ（可変傾斜減衰機能）を作成することができる。
【００８４】
【数１６】
2006163335.tif 000018
【００８５】
ここでＬ1は結晶材料１７の長さ、Ｌ2は結晶材料１８の長さ、ｎ１ｏは結晶材料１７の常光の屈折率、ｎ１ｅは結晶材料１７の異常光の屈折率、ｎ２ｏは結晶材料１８の常光の屈折率、ｎ２ｅは結晶１８の異常光の屈折率である。また、σ１ｏは結晶材料１７の常光の屈折率温度依存係数、λσ１ｅは結晶材料１７の異常光の屈折率温度依存係数、σ２ｏは結晶材料１８の常光の屈折率温度依存係数、σ２ｅは結晶材料１８の異常光の屈折率温度依存係数である。ここで屈折率の温度依存係数は、単位温度の増加に伴う屈折率の変化量の値である。
【００８６】
また、数１６では、図１６（ａ）に示すようにRatioの値が負である場合は、二つの結晶材料１７，１８がそれぞれの常光・異常光の軸が互いに平行になるように配置し、図１６（ｂ）に示すようにRatioの値が正である場合は、常光・異常光の軸が互いに垂直になるように配置する。
【００８７】
次に、図１７にニオブ酸リチウム結晶７を用いた偏光変換器の構成例を示す。ニオブ酸リチウム結晶７は電気を通さない不導体であるのが好ましい。しかしながら、ニオブ酸リチウム結晶７の結晶育成時に不純物が混入する等の恐れがあり、その不純物が導電性の物質であると、僅かながら電気を通すことになってしまう。このような場合においては、一定の電圧を印加した場合でも、ニオブ酸リチウム結晶７から出射される出射光の偏光状態が、電圧印加直後の状態から時間の経過につれて徐々に変化して行くことになってしまう。
【００８８】
このため、ニオブ酸リチウム結晶７の絶縁性が高いときに比べて出射される偏光状態が安定になるまでの時間が多く掛かることになる。その結果、ゲインイコライザからの応答速度が劣化する（遅くなる）ことになる。このため、ニオブ酸リチウム結晶７を用いたゲインイコライザの応答速度を改善させるための一つの手法としては、ニオブ酸リチウム結晶７の表面に直接電極１４，１５を配置するのではなく、図１７に示すようにニオブ酸リチウム結晶７と電極１４，１５の間に、電気的に絶縁性を有する絶縁材料１９，２０を介在させることによって上記の問題を改善することができる。
【００８９】
上記の絶縁性を有する絶縁材料１９，２０の作成方法としては、たとえばＳｉＯ２薄膜などを蒸着によってニオブ酸リチウム結晶７の表面に施し、その上に金属電極１４，１５を作成することにより電極間に流れる電流を抑制することができる。その結果、応答速度の速いゲインイコライザを作成することができる。
【００９０】
上述したゲインイコライザは、図示しないが、光伝送路に配置され、特に光増幅器の後段もしくは、光増幅器間に配置するのが好ましい。これは、伝播されてきた信号光が光増幅器により増幅されると、波長による利得偏差が発生するからである。この利得偏差を上述したゲインイコライザで小さくする、もしくはゼロにすることにより、信号光の光強度はフラットな状態で伝播されることになる。
【００９１】
次に、図１８および図１９を参照して、本発明の第３の実施形態例を示す。
図１８のゲインイコライザにおいては、図1の構成の高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度（軸角度）を、図１８に示すように、デフォルトの状態（図２を参照；ｘ軸方向に高次波長板の光軸を合わせた状態。）から変化させた構成となっている。この高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度（軸角度）を変化させると、図１９に示すように、リップル値が変化する。
【００９２】
高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度（軸角度）をプラス方向（図１８の向って左側の図の方向）１度からマイナス方向（図１８の向って右側の図の方向）９度まで変化させ、リップル値の測定を行った。図１９から明らかなように、高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度（軸角度）を０度から８度まで変化させた場合、第一の実施形態（設定角度が０度；デフォルト状態）よりもリップル値が低くなる。つまり、高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度は、デフォルト状態よりも大きく、マイナス８度未満とすることにより、リップルを低減させることができる。なお、高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度（軸角度）をマイナス４度に設定することにより、リップル値が最も低くすることができる。
【００９３】
第三の実施形態のゲインイコライザでは、高次波長板８のｘ−ｙ方向の設定角度（軸角度）を０度（デフォルト状態）から８度まで変化させることにより、リップル値を低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の一実施形態の構成図である。
【図２】図１の一部拡大構成図である。
【図３】本発明の一実施形態の印加電圧と偏光状態の変化を示す概略説明図である。
【図４】本発明の一実施形態の印加電圧と偏光状態の変化を示す概略説明図である。
【図５】本発明の一実施形態の偏印加電圧と光状態の変化を示す概略説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の透過率と波長の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態の透過率と波長の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態の透過率と波長の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態の透過率と波長の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態の誤差と波長の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態の最大誤差と傾斜量の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態の最大誤差と傾斜量の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態の最大誤差と傾斜量の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明のその他の実施形態の構成図である。
【図１５】図１４の一部拡大構成図である。
【図１６】図１もしくは図１４の一部拡大構成図である。
【図１７】図１もしくは図１４の一部拡大構成図である。
【図１８】本発明のその他の実施形態の一部拡大構成図である。
【図１９】図１８の一実施形態の回転角度とリップルの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１，２  光路
３，１１  偏光分離合成素子
４，５  １／２波長板
６  １／４波長板
７  ニオブ酸リチウム結晶
８  高次波長板
９，１０  １／２波長板
１２  入射光
１３  出射光
１４，１５  電極
１６  １／４波長板
１７，１８  結晶材料
１９，２０  絶縁材料
２１  オシロスコープ
２２  パルス発生器
２５，２６  ＤＣ電源
２８，２８ａ  ３ｄＢカプラ
２９  フォトディテクタ
１００，２００  ゲインイコライザ
１０２  偏光変換部
１０４  偏光合成部
【図１】
2006163335.tif 000019
【図２】
2006163335.tif 000020
【図３】
2006163335.tif 000021
【図４】
2006163335.tif 000022
【図５】
2006163335.tif 000023
【図６】
2006163335.tif 000024
【図７】
2006163335.tif 000025
【図８】
2006163335.tif 000026
【図９】
2006163335.tif 000027
【図１０】
2006163335.tif 000028
【図１１】
2006163335.tif 000029
【図１２】
2006163335.tif 000030
【図１３】
2006163335.tif 000031
【図１４】
2006163335.tif 000032
【図１５】
2006163335.tif 000033
【図１６】
2006163335.tif 000034
【図１７】
2006163335.tif 000035
【図１８】
2006163335.tif 000036
【図１９】
2006163335.tif 000037