(57)【要約】【課題】本発明は可変光アッテネータに関し、温度波長特性の優れた可変光アッテネータを提供することを目的とする。【解決手段】偏光子１０と、偏光子１０の透過偏光方位を基準として透過偏光方位の実効角度がφである偏光子１２と、偏光子１０、１２間に配置され、磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、光の偏光方位を＋θｆ回転させる磁区Ａと、磁区Ａの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、光の偏光方位を−θｆ回転させる磁区Ｂと、磁区Ａ、Ｂの境界となる磁壁とを備えたファラデー回転子２０と、磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、偏光子１０、１２間に配置され、光の偏光方位をδ回転させる波長板２４とを有する可変光アッテネータであって、θｆ、φ及びδは、使用温度波長範囲において、ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≦０  の関係を満たすように構成する。【選択図】図１
2006065027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光子と、
前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、
前記角度θｆ及び前記角度φは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）≦０
の関係を満たすこと
を特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項２】
第１の偏光子と、
前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、
前記角度θｆ及び前記角度φは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）≧０
の関係を満たすこと
を特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項３】
第１の偏光子と、
前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度δ回転させる少なくとも１枚の偏波回転素子とを有する可変光アッテネータであって、
前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≦０
の関係を満たすこと
を特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４】
第１の偏光子と、
前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度δ回転させる少なくとも１枚の偏波回転素子とを有する可変光アッテネータであって、
前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≧０
の関係を満たすこと
を特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５】
第１の偏光子と、
前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度δ回転させる少なくとも１枚の偏波回転素子とを有する可変光アッテネータであって、
前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δが｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＞｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜の関係を満たす場合には、
｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＞｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜
を満足し、
前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δが｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＜｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜の関係を満たす場合には、
｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＜｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜
を満足すること
を特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６】
第１及び第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
コイルを有する電磁石を備え、前記コイルに流す電流に対する光の減衰量の温度依存性を低減するように、前記磁壁の位置を温度により変化させる磁界印加機構と
を有することを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７】
第１及び第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、
使用温度波長範囲の全ての条件において、前記磁壁の位置を変化させた場合に減衰量がピークを有していること
を特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８】
第１及び第２の偏光子と、
前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、
前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、
使用温度波長範囲の全ての条件において、前記磁壁の位置に対して減衰量が単調に変化すること
を特徴とする可変光アッテネータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる可変光アッテネータに関する。
【背景技術】
【０００２】
可変光アッテネータとして、印加した磁界の強度によりファラデー回転角を変化させて光の減衰量を制御するいわゆる磁気光学型可変光アッテネータが知られている。磁気光学型可変光アッテネータは、機械的な可動部がないため信頼性が高く、また小型化し易いという利点を有している。磁気光学型可変光アッテネータでは、電磁石のコイルに流す電流量を変化させて磁気光学結晶に印加する磁界の強度を制御することにより、磁気光学結晶の磁化の強さを変化させてファラデー回転角を制御できるようになっている。
【０００３】
特許文献１には、磁壁移動方式の磁気光学型可変光アッテネータが開示されている。磁壁移動方式の可変光アッテネータは、磁化容易軸を有する磁気光学結晶と、磁気光学結晶に所定の分布の可変磁界を印加する磁界印加機構とを有している。磁気光学結晶には、磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成される磁区Ａと、磁区Ａの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Ｂと、磁区Ａ及び磁区Ｂの境界となる磁壁とが磁界印加機構により形成される。磁気光学結晶に印加される磁界を変化させて磁壁を移動させ、光ビームが透過する光透過領域の磁区構造を変化させることにより、可変のファラデー回転角が得られる。磁壁移動方式を用いることによって、小型、低消費電力で高速な可変光アッテネータが実現できる。
【０００４】
可変光アッテネータは、光量をモニタするＴＡＰデバイスやフィードバック回路と組み合わされて、光量を調整するために用いられる。一般に可変光アッテネータは、以下の３つの条件を満足することが求められる。
（１）使用温度波長範囲において、必要な最大減衰量（又は減衰量のダイナミックレンジ）を確保すること。
（２）多波長の光が使用される場合には、減衰量の波長依存性が低いこと。
（３）フィードバック回路の構成に依存するが、電磁石のコイルに流れる電流の増加とともに減衰量が単調増加又は単調減少すること。
【０００５】
磁壁移動方式の可変光アッテネータの減衰量の温度特性及び波長特性（温度波長特性）について説明する。まず、２枚の偏光子と、それらの間に配置されたファラデー回転子（磁気光学結晶）とを有する磁壁移動方式の可変光アッテネータの減衰量について計算した。光ビームの進行方向にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する面内であって磁壁の移動方向にＸ軸をとった。光ビームの中心軸をＸ＝０とし、光ビームをガウシアンビームと仮定した。図１５は、上記の可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。横軸はビーム径で規格化された磁壁位置のＸ座標（磁壁位置Ｘｗ／ビーム径）を表し、縦軸は減衰量（ｄＢ）を表している。ここで、ファラデー回転子の磁区Ａ、Ｂのファラデー回転角をそれぞれ＋θｆ、−θｆとし、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを４５ｄｅｇとした。θｆの温度係数は−０．２２％／℃とし、θｆの波長係数は−０．１６％／ｎｍとした。使用温度範囲は−１０℃〜６０℃とし、使用波長範囲は１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は４９．９ｄｅｇであり、最小値は４０．１ｄｅｇである。また、２枚の偏光子の各透過偏光方位のなす角度φを４５ｄｅｇとした。
【０００６】
図１５の線Ｌｓは温度−１０℃、波長１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｌｍは−１０℃、１５５０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｌｌは−１０℃、１５７０ｎｍでの減衰量を示している。線Ｍｓは２５℃、１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｍｍは２５℃、１５５０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｍｌは２５℃、１５７０ｎｍでの減衰量を示している。線Ｈｓは６０℃、１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｈｍは６０℃、１５５０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｈｌは６０℃、１５７０ｎｍでの減衰量を示している。
【０００７】
図１５に示すように、この可変光アッテネータでは、温度波長条件によっては減衰量が磁壁位置に対して単調増加ではないため、減衰量のフィードバック制御が困難である。また、温度波長条件によっては最大減衰量が約２１ｄＢしか得られない。したがって、この可変光アッテネータは減衰量の温度波長特性が悪いという問題を有している。
【０００８】
次に、２枚の偏光子と、それらの間に配置されたファラデー回転子と、いずれか一方の偏光子及びファラデー回転子の間に配置された波長板（偏波回転素子）とを有する磁壁移動方式の可変光アッテネータの減衰量について計算した。図１６は、上記の可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。ここで、波長板の材質は例えば水晶とした。偏光子は例えば複屈折板であり、その材質はルチル（ＴｉＯ２）、イットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）、方解石などとした。２枚の偏光子の各透過偏光方位のなす角度φは９０ｄｅｇとした。波長板の光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角度は２２．５ｄｅｇとし、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおける波長板の位相差は１８０ｄｅｇとした。すなわち波長板の回転角δは４５ｄｅｇである。図１６の各線の符号は図１５と同様である。
【０００９】
図１６に示すように、この可変光アッテネータでは、温度波長条件によっては減衰量が磁壁位置に対して単調増加ではなく、また温度波長条件によっては最大減衰量が約２１ｄＢしか得られない。したがって、この可変光アッテネータは減衰量の温度波長特性が悪いという問題を有している。
【００１０】
また、図１７は、上記と同様の可変光アッテネータの減衰量の波長特性を示すグラフである。温度は２５℃とし、波長範囲は１５１０ｎｍ〜１５９０ｎｍとした。図１７の線ｘｓは波長１５１０ｎｍでの減衰量を示し、線ｓは１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線ｍは１５５０ｎｍでの減衰量を示している。線ｌは１５７０ｎｍでの減衰量を示し、線ｘｌは１５９０ｎｍでの減衰量を示している。図１７に示すように、この可変光アッテネータの減衰量は波長依存性が高い。波長１５１０ｎｍ、１５３０ｎｍでは減衰量が磁壁位置に対して単調増加ではなく、波長１５１０ｎｍ、１５９０ｎｍでは約２５ｄＢの最大減衰量しか得られない。
【００１１】
図１８は、２枚の偏光子とそれらの間に配置されたファラデー回転子とを有する、磁壁移動方式の可変光アッテネータの減衰量の温度特性を示すグラフである。波長は１５５０ｎｍとし、温度範囲は−１０℃〜６０℃とした。ファラデー回転子に磁界を印加する永久磁石として、温度係数の小さいＳｍＣｏ磁石（温度係数：−０．０３％／℃）を用いた。図１８の線Ｌは温度−１０℃での減衰量を示し、線Ｍは２５℃での減衰量を示し、線Ｈは６０℃での減衰量を示している。図１８に示すように、可変光アッテネータの減衰量は温度依存性が高く、温度−１０℃、６０℃では約２４ｄＢの最大減衰量しか得られない。
【００１２】
このように、約４５ｄｅｇのファラデー回転角を有するファラデー回転子を備えた磁壁移動方式の可変光アッテネータは、温度特性及び波長特性が悪く、減衰量のフィードバック制御が困難であるか、又は高い減衰量が得られないという問題を有している。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１３３３８７号公報
【特許文献２】特公昭６１−５１２９９号公報
【特許文献３】特公昭６１−５１３０１号公報
【特許文献４】特開平９−２３６７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、温度波長特性の優れた可変光アッテネータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、第１の偏光子と、前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、前記角度θｆ及び前記角度φは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）≦０
の関係を満たすことを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００１６】
また上記目的は、第１の偏光子と、前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、前記角度θｆ及び前記角度φは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）≧０
の関係を満たすことを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００１７】
さらに上記目的は、第１の偏光子と、前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度δ回転させる少なくとも１枚の偏波回転素子とを有する可変光アッテネータであって、前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≦０
の関係を満たすことを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００１８】
また上記目的は、第１の偏光子と、前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度δ回転させる少なくとも１枚の偏波回転素子とを有する可変光アッテネータであって、前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δは、使用温度波長範囲において、
ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≧０
の関係を満たすことを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００１９】
さらに上記目的は、第１の偏光子と、前記第１の偏光子の透過偏光方位を基準として、透過偏光方位の実効角度がφである第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度δ回転させる少なくとも１枚の偏波回転素子とを有する可変光アッテネータであって、前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δが｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＞｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜の関係を満たす場合には、
｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＞｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜
を満足し、前記角度θｆ、前記角度φ及び前記角度δが｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＜｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜の関係を満たす場合には、
｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＜｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜
を満足することを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００２０】
また上記目的は、第１及び第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、コイルを有する電磁石を備え、前記コイルに流す電流に対する光の減衰量の温度依存性を低減するように、前記磁壁の位置を温度により変化させる磁界印加機構とを有することを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００２１】
さらに上記目的は、第１及び第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、使用温度波長範囲の全ての条件において、前記磁壁の位置を変化させた場合に減衰量がピークを有していることを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【００２２】
また上記目的は、第１及び第２の偏光子と、前記第１及び第２の偏光子の間に配置され、所定の磁化容易軸と、前記磁化容易軸に平行な一方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度＋θｆ回転させる第１の磁区と、前記第１の磁区の磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成され、前記第１の偏光子側から入射する光の偏光方位を角度−θｆ回転させる第２の磁区と、前記第１及び第２の磁区の境界となる磁壁とを備えた磁気光学結晶と、前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有する可変光アッテネータであって、使用温度波長範囲の全ての条件において、前記磁壁の位置に対して減衰量が単調に変化することを特徴とする可変光アッテネータによって達成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、温度波長特性の優れた可変光アッテネータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による可変光アッテネータについて図１乃至図９を用いて説明する。まず、本実施の形態による可変光アッテネータの原理について説明する。図１は、本実施の形態による可変光アッテネータ１の概略構成を示している。図１では、光ビームの進行方向にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する面内で互いに直交する２方向にＸ軸及びＹ軸をとっている。図１に示すように、可変光アッテネータ１は、第１の偏光子１０、波長板（偏波回転素子）２４、ファラデー回転子（磁気光学結晶）２０、及び第２の偏光子１２が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。ファラデー回転子２０は、例えば液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により形成された磁性ガーネット単結晶膜を用いて作製され、膜成長面に垂直な方向（±Ｚ方向）に磁化容易軸が現れる垂直磁化性を有している。ファラデー回転子２０の＋Ｘ方向には永久磁石３０が配置され、ファラデー回転子２０の−Ｘ方向には永久磁石３１が配置されている。永久磁石３０、３１の着磁方向は互いに逆向きになっている。例えば永久磁石３０の磁化の向きは−Ｚ方向であり、永久磁石３１の磁化の向きは＋Ｚ方向である（図１では永久磁石３０、３１の磁化の向きを矢印で示している）。永久磁石３０は、永久磁石３１よりもファラデー回転子２０の光透過領域から近い位置に配置されている。
【００２５】
また、可変光アッテネータ１は、コの字状のヨーク３２ａとヨーク３２ａに巻き回されたコイル３２ｂとを備え、永久磁石３０、３１とともに磁界印加機構として機能する電磁石３２を有している。ヨーク３２ａの両端部には光を透過させるための光導入窓３２ｃが設けられている。各光学素子は、ヨーク３２ａの両端部間に位置している。ヨーク３２ａ一端部の光導入窓３２ｃから入射した光は、光学素子の光軸を通ってヨーク３２ａ他端部の光導入窓３２ｃから出射するようになっている。コイル３２ｂに電流を流すことによりヨーク３２ａとヨーク３２ａ両端部間の光学素子とを通る閉磁路が形成され、ファラデー回転子２０に所望の磁界を印加できるようになっている。
【００２６】
コイル３２ｂに通電していない状態、すなわち永久磁石３０、３１だけでファラデー回転子２０に磁界が印加されている状態では、永久磁石３０の磁界が支配的なファラデー回転子２０の＋Ｘ側の領域には、一様に磁化を＋Ｚ方向にした磁区Ａが形成される。永久磁石３１の磁界が支配的なファラデー回転子２０の−Ｘ側の領域には、一様に磁化を−Ｚ方向にした磁区Ｂが形成される。磁区Ａと磁区Ｂとの境界には、ＹＺ面にほぼ平行な平面状の磁壁が形成される。ここで、永久磁石３０の位置は永久磁石３１の位置よりファラデー回転子２０の光透過領域に近いため、磁壁は光透過領域より−Ｘ方向に位置し、光透過領域は磁区Ａの領域内に包含される。
【００２７】
コイル３２ｂに通電し、電磁石３２により−Ｚ方向の磁界をファラデー回転子２０に印加すると、−Ｚ方向の磁化を有する磁区Ｂの領域が増加し、＋Ｚ方向の磁化を有する磁区Ａの領域が減少する。これにより磁壁が＋Ｘ方向に移動して光透過領域での磁区構造が変化し、ファラデー回転角が変化する。可変光アッテネータ１では、コイル３２ｂに流す電流を徐々に変化させて磁壁を移動させ、光透過領域での磁区構造を変化させることによって、光の減衰量を徐々に変化させることができる。
【００２８】
ここで、磁壁移動方式の可変光アッテネータの減衰量について説明する。図２（ａ）は可変光アッテネータ１の光学素子の配置を模式的に示し、図２（ｂ）は光学素子の透過偏光方位及び光学素子を透過した光の偏光方位を示している。図２（ｂ）では、基準となる偏光子１０の透過偏光方位に平行にＸ’軸をとり、Ｘ’軸及びＺ軸（紙面手前方向）に直交する方向にＹ’軸をとっている。図２（ｂ）中の矢印ＥＡは、偏光子１０、波長板２４、及びファラデー回転子２０の磁区Ａを透過した光の偏光方位を示し、矢印ＥＢは、偏光子１０、波長板２４、及びファラデー回転子２０の磁区Ｂを透過した光の偏光方位を示している。矢印Ｐは偏光子１２の透過偏光方位を示している。偏光子１０の透過偏光方位と偏光子１２の透過偏光方位とがなす角度をφとし、波長板２４の偏光回転角度をδとし、磁区Ａのファラデー回転角を＋θｆとし、磁区Ｂのファラデー回転角を−θｆとする。光ビームのうち磁区Ａを通過する割合をＫ（０≦Ｋ≦１）とし、磁区Ｂを通過する割合を（１−Ｋ）とする。このとき、偏光子１２を透過して直進する光（又は出射側光ファイバに結合する光）の透過率Ｔは、次式のようなＫの２次式で表される。
Ｔ＝｛Ｋｃｏｓ（φ−δ−θｆ）＋（１−Ｋ）ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｝２
【００２９】
したがって、Ｋが次式を満たすときに透過率Ｔが０となり、光の減衰量は最大となる（光学素子の消光比などのため実際には透過率Ｔは０にならない）。
Ｋ＝−ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）／（ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）−ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ））
＝１／（１−ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）／ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ））
【００３０】
高減衰の可変光アッテネータを実現するためには、減衰量がピーク（極大値）を持つことが望ましい。０≦Ｋ≦１で減衰量がピークを持つためには、ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）／ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≦０、又は、ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）＝０のいずれかの条件を満たしている必要がある。すなわち、角度φ、δ、θｆが式１の関係を満たすことにより、高減衰の可変光アッテネータが得られる。
ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≦０  ・・・（式１）
【００３１】
ここで、角度θｆ、δには温度依存性及び波長依存性がある。したがって、本実施の形態では、実際に使用される使用温度波長範囲内の全ての条件において式１の関係を満たすようにする。なお、図１６に減衰量の温度波長特性を示した従来の可変光アッテネータでは、ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）は、温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおいて０になっており、使用温度波長範囲内には、ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）が正の値（＞０）になる温度波長条件と負の値（＜０）になる温度波長条件とがある。
【００３２】
また、波長板２４を有さない可変光アッテネータでは、角度φ、θｆが式２の関係を満たすことにより高減衰が得られる。
ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）≦０  ・・・（式２）
ここで、角度θｆには温度依存性及び波長依存性がある。本実施の形態では、上記と同様に使用温度波長範囲内の全ての条件において式２の関係を満たすようにする。なお、図１５に減衰量の温度波長特性を示した従来の可変光アッテネータでは、ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）は、温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおいて０になっており、使用温度波長範囲内には、ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）が正の値（＞０）になる温度波長条件と負の値（＜０）になる温度波長条件とがある。
【００３３】
一方、可変光アッテネータの減衰量のフィードバック制御を行うためには、減衰量がピークを持たず、Ｋの変化に対して単調増加又は単調減少となる必要がある。０≦Ｋ≦１で減衰量がＫに対して単調増加又は単調減少となるためには、角度φ、δ、θｆが式３の関係を満たしている必要がある。
ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）×ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）≧０  ・・・（式３）
本実施の形態では、使用温度波長範囲内の全ての条件において式３の関係を満たすようにする。
【００３４】
また、波長板２４を有さない可変光アッテネータでは、角度φ、θｆが式４の関係を満たすことにより、減衰量がＫに対して単調増加又は単調減少となる。
ｃｏｓ（φ−θｆ）×ｃｏｓ（φ＋θｆ）≧０  ・・・（式４）
本実施の形態では、使用温度波長範囲内の全ての条件において式４の関係を満たすようにする。
【００３５】
ここで、本明細書中における２つの偏光子の透過偏光方位がなす角度φの定義について説明する。図３は、偏波無依存型の可変光アッテネータの光学素子の配置の例を示している。図３に示すように、この可変光アッテネータは、複屈折板１４、波長板２４、ファラデー回転子２０、及び複屈折板１６が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。波長板２４の偏光回転角度を＋４５ｄｅｇとし、ファラデー回転子２０の磁区Ａのファラデー回転角を＋４５ｄｅｇとし、磁区Ｂのファラデー回転角を−４５ｄｅｇとする。複屈折板１４、１６は、互いに同じ方向に光学軸を有し、＋Ｚ方向に進む光のうちＹＺ面に平行な偏光成分を−Ｙ方向に軸ずれさせる。
【００３６】
光入射ポートＰ１から入射した光は、光Ｌ１として複屈折板１４に入射する。複屈折板１４に入射した光Ｌ１は、常光Ｌ２ａと異常光Ｌ２ｂとに分離する。すなわち常光成分の光Ｌ２ａは複屈折板１４を直進し、異常光成分の光Ｌ２ｂは複屈折板１４で−Ｙ方向に軸ずれする。複屈折板１４から出射した２つの光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、波長板２４に入射する。波長板２４に入射した光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれ偏光方位が＋４５ｄｅｇ回転した光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂとして波長板２４から出射し、ファラデー回転子２０に入射する。光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは、それぞれ所定の割合でファラデー回転子２０の磁区Ａ及び磁区Ｂを通過し、光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとしてファラデー回転子２０から出射して複屈折板１６に入射する。
【００３７】
複屈折板１６に入射した光Ｌ４ａは常光Ｌ５ａａと異常光Ｌ５ａｂとに分離し、光Ｌ４ｂは常光Ｌ５ｂａと異常光Ｌ５ｂｂとに分離する。常光成分の光Ｌ５ａａ、Ｌ５ｂａは複屈折板１６を直進し、異常光成分の光Ｌ５ａｂ、Ｌ５ｂｂは複屈折板１６で−Ｙ方向に軸ずれする。複屈折板１４、１６の軸ずれ方向及び軸ずれ量は等しいため、２つの光Ｌ５ａｂ、Ｌ５ｂａは合波し、光出射ポートＰ２に入射して外部に出射する。ただし、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがファラデー回転子２０の磁区Ｂのみを通過した場合には、光Ｌ５ａｂ、Ｌ５ｂａが存在せず、光は外部に出射しない。一方、光Ｌ５ａａ、Ｌ５ｂｂは、光出射ポートＰ２に入射せず、外部に出射しない。光入射ポートＰ１から入射して光出射ポートＰ２から出射し得る２つの光路についてそれぞれ考えると、複屈折板１４を透過した後の光Ｌ２ａの偏光方位（±Ｘ方向）と、複屈折板１６を透過した後の光Ｌ５ａｂの偏光方位（±Ｙ方向）とのなす角度は９０ｄｅｇである。また、複屈折板１４を透過した後の光Ｌ２ｂの偏光方位（±Ｙ方向）と、複屈折板１６を透過した後の光Ｌ５ｂａの偏光方位（±Ｘ方向）とのなす角度は９０ｄｅｇである。単に複屈折板１４、１６のみに注目すると、それぞれ常光と異常光の２通りの透過偏光方位があり、互いの常光同士、異常光同士の偏光方位は平行であり、また、常光と異常光の偏光方位は直交している。しかし、図３の例では光出射ポートＰ２に結合するのは、一方が常光で他方が異常光の場合なので、本明細書中ではこのような場合、複屈折板１４の透過偏光方位と複屈折板１６の透過偏光方位とがなす角度（実効角度）φは９０ｄｅｇである、と表現する。すなわち、２つの偏光子の透過偏光方位がなす角度φとは、入射した光が外部に出射し得る一光路上において、一方の偏光子を透過した後の光の偏光方位と、他方の偏光子を透過した後の光の偏光方位とのなす角度のことをいう。
以下、本実施の形態による可変光アッテネータについて、実施例を用いてより具体的に説明する。実施例１−１〜１−６において、使用温度範囲は−１０℃〜６０℃とし、使用波長範囲は１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍとした。
【００３８】
（実施例１−１）
本実施の形態の実施例１−１による可変光アッテネータについて説明する。本実施例の可変光アッテネータは、偏光子、２磁区構造を有するファラデー回転子、及び偏光子が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。ファラデー回転子の磁区Ａ、Ｂのファラデー回転角をそれぞれ＋θｆ、−θｆとし、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを５１ｄｅｇとした。θｆの温度係数は−０．２２％／℃とし、θｆの波長係数は−０．１６％／ｎｍとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は５６．６ｄｅｇであり、最小値は４５．４ｄｅｇである。また、２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを４５ｄｅｇとした。本実施例による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において式２の関係を満たしている。
【００３９】
図４は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。横軸はビーム径で規格化された磁壁位置のＸ座標（磁壁位置Ｘｗ／ビーム径）を表し、縦軸は減衰量（ｄＢ）を表している。光ビームの中心軸をＸ＝０とし、光ビームをガウシアンビームと仮定した。ここで、ビーム径は、光ビームの強度のピーク値の１／ｅ２（≒１３．５％）の強度を有する範囲の幅である。図４の線Ｌｓは温度−１０℃、波長１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｌｍは−１０℃、１５５０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｌｌは−１０℃、１５７０ｎｍでの減衰量を示している。線Ｍｓは２５℃、１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｍｍは２５℃、１５５０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｍｌは２５℃、１５７０ｎｍでの減衰量を示している。線Ｈｓは６０℃、１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｈｍは６０℃、１５５０ｎｍでの減衰量を示し、線Ｈｌは６０℃、１５７０ｎｍでの減衰量を示している。
【００４０】
図４に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁の位置を変化させた場合に減衰量がピークを有している。図１５に示したグラフと比較すると、本実施例による可変光アッテネータでは高い減衰量が得られ、全ての条件で３０ｄＢ以上の最大減衰量が得られた。磁壁位置は、電磁石のコイルに流れる電流にほぼ比例して移動するので、図４のグラフの横軸は、電流に対応すると考えてよく、結局、図４は、減衰量の電流依存性を示すグラフとみなすことができる。後に示す図５乃至図１１、図１３及び図１４、並びに既に示した図１５乃至図１８についても同様である。
【００４１】
（実施例１−２）
本実施の形態の実施例１−２による可変光アッテネータについて説明する。本実施例では実施例１−１と異なり、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを４５ｄｅｇとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は４９．９ｄｅｇであり、最小値は４０．１ｄｅｇである。また、２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを５０ｄｅｇとした。本実施例による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において式２の関係を満たしている。
【００４２】
図５は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。グラフの横軸、縦軸、及び各線の符号は、図４に示したグラフと同様である。図５に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁の位置を変化させた場合に減衰量がピークを有している。したがって、本実施例によれば高い減衰量が得られ、全ての条件で３０ｄＢ以上の最大減衰量が得られた。
【００４３】
（実施例１−３）
本実施の形態の実施例１−３による可変光アッテネータについて説明する。本実施例では、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを４０ｄｅｇとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は４４．４ｄｅｇであり、最小値は３５．６ｄｅｇである。また、２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを４５ｄｅｇとした。本実施例による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において式４の関係を満たしている。
【００４４】
図６は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。グラフの横軸、縦軸、及び各線の符号は、図４に示したグラフと同様である。図６に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁位置の変化に対し減衰量が単調に変化（増加）している。磁壁位置は電流量により制御可能であるため、本実施例によれば減衰量のフィードバック制御が容易になる。
【００４５】
（実施例１−４）
本実施の形態の実施例１−４による可変光アッテネータについて説明する。本実施例では、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを４５ｄｅｇとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は４９．６ｄｅｇであり、最小値は４０．１ｄｅｇである。また、２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを４０ｄｅｇとした。本実施例による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において式４の関係を満たしている。
【００４６】
図７は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。グラフの横軸、縦軸、及び各線の符号は、図４に示したグラフと同様である。図７に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁位置の変化に対し減衰量が単調に変化している。したがって本実施例によれば、減衰量のフィードバック制御が容易になる。
【００４７】
（実施例１−５）
本実施の形態の実施例１−５による可変光アッテネータについて説明する。本実施例では、実施例１−１乃至１−４による可変光アッテネータの光学素子の構成に加え、入射側の偏光子とファラデー回転子との間に波長板が配置されている。また本実施例では、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを５１ｄｅｇとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は５６．６ｄｅｇであり、最小値は４５．４ｄｅｇである。２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φは９０ｄｅｇとした。波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が２２．５ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける波長板の位相差を１８０ｄｅｇとした。また、温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける波長板の回転角δを４５ｄｅｇとし、δの温度係数を−０．０３％／℃とし、δの波長係数を−０．１０％／ｎｍとした。なお、波長板は出射側の偏光子とファラデー回転子との間に配置してもよい。本実施例による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において式１の関係を満たしている。
【００４８】
図８は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。グラフの横軸、縦軸、及び各線の符号は、図４に示したグラフと同様である。図８に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁の位置を変化させた場合に減衰量がピークを有している。図１６に示したグラフと比較すると、本実施例による可変光アッテネータでは高い減衰量が得られ、全ての条件で３０ｄＢ以上の最大減衰量が得られた。
【００４９】
（実施例１−６）
本実施の形態の実施例１−６による可変光アッテネータについて説明する。本実施例では実施例１−５と異なり、温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるθｆを４０ｄｅｇとした。すなわち、使用温度波長範囲におけるθｆの最大値は４４．４ｄｅｇであり、最小値は３５．６ｄｅｇである。本実施例による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において式３の関係を満たしている。
【００５０】
図９は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。グラフの横軸、縦軸、及び各線の符号は、図４に示したグラフと同様である。図９に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁位置の変化に対し減衰量が単調に変化している。したがって本実施例によれば、減衰量のフィードバック制御が容易になる。
【００５１】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態による可変光アッテネータについて図１０及び図１１を用いて説明する。第１の実施の形態で説明したように、偏光子１２を透過して直進する光（又は出射側光ファイバに結合する光）の透過率Ｔは、
Ｔ＝｛Ｋｃｏｓ（φ−δ−θｆ）＋（１−Ｋ）ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｝２
で表される。ここで、角度φには波長依存性がないが、角度δ及びθｆには波長依存性がある。これらの波長依存性を低減する方法として、２枚の波長板を組み合わせ、角度δ及びθｆの波長係数を打ち消すように設定する方法が知られている（例えば特許文献３参照）。この方法を用いることにより、（φ−δ−θｆ）又は（φ−δ＋θｆ）のいずれかの波長依存性を低減できる。しかしながら、これら両方の波長依存性を同時に低減することはできない。
【００５２】
通常の可変光アッテネータでは、ｄＢ単位で表される減衰量の波長変化が問題となる。減衰量（ｄＢ）は、減衰量＝−１０ｌｏｇ１０Ｔで表される。この場合、透過率Ｔの小さい領域で、角度変化に対する減衰量変化が大きくなるので、その領域で波長依存性を低減することが重要である。したがって、｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＞｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜である場合には、
｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＞｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜
となるようにする。すなわち、（φ−δ＋θｆ）の波長係数を低減するように２枚の波長板の組合せを設定する。
【００５３】
逆に、｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＜｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜である場合には、
｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＜｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜
となるようにする。すなわち、（φ−δ−θｆ）の波長係数を低減するように２枚の波長板の組合せを設定する。
以下、本実施の形態による可変光アッテネータについて、実施例を用いてより具体的に説明する。
【００５４】
（実施例２−１）
本実施の形態の実施例２−１による可変光アッテネータについて説明する。本実施例の可変光アッテネータは、偏光子、第１の波長板、第２の波長板、２磁区構造を有するファラデー回転子、及び偏光子が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるファラデー回転子のθｆを４５ｄｅｇとし、θｆの波長係数は−０．１６％／ｎｍとした。使用温度は２５℃とし、使用波長範囲は１５１０ｎｍ〜１５９０ｎｍとした。２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを９０ｄｅｇとした。第１の波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が２２．５ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第１の波長板の位相差を１８０ｄｅｇとした。第２の波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が−４５ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第２の波長板の位相差を９０ｄｅｇとした。また、温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第１及び第２の波長板の回転角δを４５ｄｅｇとし、δの波長係数を−０．１０％／ｎｍとした。なお、第１及び第２の波長板は、出射側の偏光子とファラデー回転子との間に配置してもよい。
【００５５】
本実施例では｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＞｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜であるため、（φ−δ＋θｆ）の波長係数の絶対値が（φ−δ−θｆ）の波長係数の絶対値より小さくなるように２枚の波長板の組合せを設定した。（φ−δ−θｆ）の波長係数は＋０．１１６ｄｅｇ／ｎｍであり、（φ−δ＋θｆ）の波長係数は−０．０２４ｄｅｇ／ｎｍである。
【００５６】
図１０は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の波長特性を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸は、図４に示したグラフと同様である。線ｘｓは波長１５１０ｎｍでの減衰量を示し、線ｓは１５３０ｎｍでの減衰量を示し、線ｍは１５５０ｎｍでの減衰量を示している。線ｌは１５７０ｎｍでの減衰量を示し、線ｘｌは１５９０ｎｍでの減衰量を示している。図１７に示したグラフと比較すると、本実施例による可変光アッテネータでは、減衰量の波長特性が改善されるとともに、使用波長範囲の全ての条件において、最低でも約３５ｄＢの最大減衰量が得られた。
【００５７】
（実施例２−２）
本実施の形態の実施例２−２による可変光アッテネータについて説明する。本実施例では、第１の波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が２５．７ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第１の波長板の位相差を４８２ｄｅｇとした。第２の波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が−８２．８ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第２の波長板の位相差を３１６．８ｄｅｇとした。また、温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第１及び第２の波長板の回転角δを４５ｄｅｇとし、δの波長係数を−０．１６％／ｎｍとした。
【００５８】
本実施例では｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＞｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜であるため、（φ−δ＋θｆ）の波長係数の絶対値が（φ−δ−θｆ）の波長係数の絶対値より小さくなるように２枚の波長板の組合せを設定した。（φ−δ−θｆ）の波長係数は＋０．１４ｄｅｇ／ｎｍであり、（φ−δ＋θｆ）の波長係数は０．００ｄｅｇ／ｎｍである。
【００５９】
図１１は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の波長特性を示すグラフである。グラフの横軸、縦軸、及び各線の符号は、図１０に示したグラフと同様である。図１１に示すように、本実施例による可変光アッテネータでは、波長板の組合せを最適化することによって減衰量の波長依存性が極めて低くなり、優れた波長特性が得られた。
【００６０】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態による可変光アッテネータについて図１２及び図１３を用いて説明する。本実施の形態では、磁壁の位置を温度により変化させることにより、減衰量の温度依存性を低減している。まず、磁壁位置を温度により変化させる方法について図１を参照しつつ説明する。通常、永久磁石３０、３１の残留磁化は高温になるほど小さくなる。そのため、永久磁石３０、３１によりファラデー回転子２０に印加される磁界の勾配は、高温時の方が低温時より小さくなる。図１２（ａ）は、コイル３２ｂに電流を流していない場合の磁界勾配を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、コイル３２ｂに電流を流した場合の磁界勾配を示すグラフである。横軸はＸ方向の位置を表し、縦軸は磁界のＺ方向成分Ｈｚを表している。線ａは高温時の磁界勾配を示し、線ｂは低温時の磁界勾配を示している。図１２（ａ）に示すように、Ｈｚ＝０となるＸ方向の位置（磁壁の位置）は、高温時及び低温時ともに同じである。磁界勾配は、高温時の方が低温時よりも小さくなっている。
【００６１】
一方、電磁石３２によりファラデー回転子２０に印加される磁界は、温度に依存せず、コイル３２ｂに流す電流にほぼ依存する。このためコイル３２ｂに電流を流すと、図１２（ｂ）に示すように、Ｈｚ＝０となるＸ方向の位置は、高温時の方が低温時よりも＋Ｘ側に移動する。すなわち、コイル３２ｂに電流を流したときの磁壁の移動量は温度により異なり、高温になるほど移動量が大きいことになる。磁壁移動量の温度係数は、おおよそ、永久磁石の温度係数に−１を乗じた値になる。例えば、温度係数−０．１８％／℃のフェライト磁石を用いた場合の磁壁移動量の温度係数は＋０．１８％／℃となり、温度係数−０．０３％／℃のＳｍＣｏ磁石を用いた場合の磁壁移動量の温度係数は＋０．０３％／℃となる。このような磁壁位置の温度変化を利用して、減衰量の温度依存性を低減することができる。
【００６２】
図１８に示したグラフにおいて、磁壁位置Ｘｗ／ビーム径が−０．５〜０．５の範囲について着目すると、磁壁位置に対する減衰量変化は、低温時（線Ｌ）の方が大きく、高温時（線Ｈ）の方が小さいことがわかる。これは、低温時より高温時の方がファラデー回転子２０のファラデー回転角が小さいことに起因している。温度係数の小さい磁性材料を用いて磁気回路を構成した場合、コイル３２ｂに流す電流に対する磁壁位置は、温度によりあまり変化しない。したがってこの場合、図１８に示したグラフの横軸は電流に対応すると考えてよく、電流に対する減衰量変化の温度依存性が大きいことになるため問題となる。
【００６３】
これに対して、ファラデー回転角の温度依存性に起因する、磁壁位置に対する減衰量変化の温度依存性（低温時の方が、磁壁位置に対する減衰量変化が大きい）と、磁気回路に用いる磁性材料（例えば、永久磁石）の温度依存性（低温時の方が、コイル３２ｂに流す電流に対する磁壁移動量が小さい）とを相殺させることにより、温度補償（電流に対する減衰量変化の温度依存性を小さくすること）が可能になる。
【００６４】
なお、本実施の形態の磁気回路としては、図１に示した構成に限られず、温度補償が可能であればあらゆる構成を用いることができる。例えば、図１に示した構成では永久磁石３０、３１を同材質と考えているが、温度係数の異なる材質を用いれば、コイル３２ｂに電流を流していないときの磁壁位置も温度により変化させることができる。
以下、本実施の形態による可変光アッテネータについて、実施例を用いてより具体的に説明する。
【００６５】
（実施例３−１）
本実施の形態の実施例３−１による可変光アッテネータについて説明する。本実施例の可変光アッテネータは、偏光子、２磁区構造を有するファラデー回転子、及び偏光子が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるファラデー回転子のθｆを４５ｄｅｇとし、θｆの温度係数は−０．２２％／℃とした。使用温度範囲は−１０℃〜６０℃とし、使用波長は１５５０ｎｍとした。２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを４５ｄｅｇとした。ファラデー回転子に固定磁界を印加する永久磁石として、温度係数の絶対値が比較的大きい（−０．１８％／℃）フェライト磁石を用いた。
【００６６】
図１３は、本実施例による可変光アッテネータの減衰量の温度特性を示すグラフである。横軸は２５℃における磁壁位置Ｘｗ／ビーム径を表し、縦軸は減衰量（ｄＢ）を表している。線Ｌは温度−１０℃での減衰量を示し、線Ｍは２５℃での減衰量を示し、線Ｈは６０℃での減衰量を示している。−１０℃における磁壁位置／ビーム径は、（−１＋（２５℃における磁壁位置／ビーム径＋１）×０．９３７）で表され、６０℃における磁壁位置／ビーム径は、（−１＋（２５℃における磁壁位置／ビーム径＋１）×１．０６３）で表される。図１８に示したグラフと比較すると、本実施例による可変光アッテネータでは、０ｄＢ〜２０ｄＢの減衰量範囲における温度依存性が大幅に低減されている。
【００６７】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態による可変光アッテネータについて図１４を用いて説明する。本実施の形態による可変光アッテネータは、上記第１乃至第３の実施の形態を組み合わせた構成を有している。本実施の形態による可変光アッテネータは、偏光子、第１の波長板、第２の波長板、２磁区構造を有するファラデー回転子、及び偏光子が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。温度２５℃及び波長１５５０ｎｍにおけるファラデー回転子のθｆを５０ｄｅｇとし、θｆの温度係数を−０．２２％／℃とし、θｆの波長係数を−０．１６％／ｎｍとした。使用温度範囲は−１０℃〜６０℃とし、使用波長範囲は１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍとした。２枚の偏光子の透過偏光方位のなす角度φを９０ｄｅｇとした。第１の波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が２２．５ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第１の波長板の位相差を１８０ｄｅｇとした。第２の波長板は、その光学軸と入射側の偏光子の透過偏光方位とのなす角が−４５ｄｅｇになるように配置した。温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第２の波長板の位相差を９０ｄｅｇとした。また、温度２５℃、波長１５５０ｎｍにおける第１及び第２の波長板の回転角δを４５ｄｅｇとし、δの波長係数を−０．１０％／ｎｍとし、δの温度係数を−０．０３％／℃とした。
【００６８】
本実施の形態による可変光アッテネータは、使用温度波長範囲内の全ての条件において第１の実施の形態の式１の関係を満たしている。また、本実施の形態による可変光アッテネータでは｜ｃｏｓ（φ−δ−θｆ）｜＞｜ｃｏｓ（φ−δ＋θｆ）｜であるため、第２の実施の形態と同様に、｜（φ−δ−θｆ）の波長係数｜＞｜（φ−δ＋θｆ）の波長係数｜となるように２枚の波長板の組合せを設定した。さらに、第３の実施の形態と同様に、磁壁の位置を温度により異ならせることにより、減衰量の温度依存性を低減している。
【００６９】
図１４は、本実施の形態による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸は図１３と同様であり、各線の符号は図４と同様である。図１４に示すように、本実施の形態による可変光アッテネータでは、０ｄＢ〜２５ｄＢの減衰量範囲における温度依存性が極めて低く、優れた波長特性が得られている。また、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁の位置を変化させた場合に減衰量がピークを有しているため、高い減衰量が得られている。なお、本実施の形態では使用温度波長範囲内の全ての条件において式１の関係を満たしているが、使用温度波長範囲内の全ての条件において式２の関係を満たすようにしてもよい。この場合、使用温度波長範囲内の全ての条件において、磁壁位置に対して減衰量が単調に変化することになる。
【００７０】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ＬＰＥ法により形成された磁性ガーネット単結晶膜を用いたファラデー回転子を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば、フラックス法、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法、固相法などで作製した磁性ガーネットやオルソフェライトなどを用いてファラデー回転子を作製してもよい。
【００７１】
また、使用温度波長範囲が変わった場合には、θｆの変動範囲が変わるので、ファラデー回転子の材料を変えて温度係数や波長係数を変えたり、ファラデー回転子の厚さを変えたり、偏光子の実効角度φを変えるなどして、本発明を実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による可変光アッテネータの概略構成を示す図である。
【図２】磁壁移動方式の可変光アッテネータの減衰量について説明する図である。
【図３】可変光アッテネータの光学素子の配置の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態の実施例１−２による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の実施例１−４による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態の実施例１−５による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態の実施例１−６による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による可変光アッテネータの減衰量の波長特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の実施例２−２による可変光アッテネータの減衰量の波長特性を示すグラフである。
【図１２】ファラデー回転子２０に印加される磁界の勾配を示すグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の実施例３−１による可変光アッテネータの減衰量の温度特性を示すグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施の形態による可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図１５】従来の可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図１６】従来の可変光アッテネータの減衰量の温度波長特性を示すグラフである。
【図１７】従来の可変光アッテネータの減衰量の波長特性を示すグラフである。
【図１８】従来の可変光アッテネータの減衰量の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１  可変光アッテネータ
１０、１２  偏光子
１４、１６  複屈折板
２０  ファラデー回転子
２４  波長板
３０、３１  永久磁石
３２  電磁石
３２ａ  ヨーク
３２ｂ  コイル
３２ｃ  光導入窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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