(57)【要約】【課題】単純な構成で特性の優れた可変利得等化器を提供すること。【解決手段】第一の光導波路系９と、第一の偏光分離素子１と、第一の偏光方位可変制御素子２と、第二の偏光分離素子３と、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル可変素子からなる多光路型透過率スペクトル可変素子４と、第一の偏光合成素子６と、第二の偏光方位可変制御素子７と、第二の偏光合成素子８と、第二の光導波路系１０を光軸上に順次配置した可変利得透過器において、第二の偏光分離素子３と第一の偏光合成素子６との間の光軸上に偏光方位変換素子５を配置した可変利得等化器とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光導波路系と、第一の偏光分離素子と、第一の偏光方位可変制御素子と、第二の偏光分離素子と、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル可変素子からなる多光路型透過率スペクトル可変素子と、第一の偏光合成素子と、第二の偏光方位可変制御素子と、第二の偏光合成素子と、第二の光導波路系とを光軸上に順次配置した可変利得透過器において、前記第二の偏光分離素子と前記第一の偏光合成素子との間の光軸上に偏光方位変換素子を配置したことを特徴とする可変利得等化器。
【請求項２】
請求項１に記載の可変利得等化器において、第一の偏光分離素子と第二の偏光分離素子との間の光軸上に、第二の偏光方位変換素子を配置し、第一の偏光合成素子と第二の偏光合成素子との間の光軸上に、第三の偏光方位変換素子を配置したことを特徴とする可変利得等化器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の可変利得等化器において、前記多光路型透過率スペクトル可変素子を形成する４つの透過率スペクトル可変素子は、第１の透過率波長特性を有する２つと、第２の透過率波長特性を有する２つとからなり、光軸方向に対して併置された４つのうち、対角線方向に併置された２つの透過率波長特性が等しいことを特徴とする可変利得等化器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の可変利得等化器において、前記透過率スペクトル可変素子は基板上に形成した誘電体多層膜からなることを特徴とする可変利得等化器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の可変利得等化器において、前記偏光方位変換素子は１／２波長の奇数倍に相当する位相差を与える位相差板であることを特徴とする可変利得等化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過率が可変の光減衰器からなる可変利得等化器に関し、特に光ファイバ増幅器の利得傾斜を補正し、利得の波長特性を平坦にするのに好適な可変利得等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光伝送システムの大容量化を実現する方法の一つとして、１つの伝送路に波長の異なる２つ以上の光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。また光ファイバアンプによって、２つ以上の波長の光信号を一括して増幅する技術が注目されている。
【０００３】
ここで問題となるのが、光ファイバアンプによって２つ以上の信号を増幅する場合の、増幅度の波長依存性である。この波長依存性により、利得が小さい波長域に含まれる光信号のＳＮ比は悪くなる。特に１．５５μｍ帯で波長依存性が大きいＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ増幅器）を直列に接続する場合は、その影響が大きくなる。
【０００４】
この影響を除去する為に、送信機側の出力を予め変化させるなどの対策が取られるが、伝送システム敷設後の入力信号強度の変化などに伴い、増幅度の波長特性は変化する為、伝送路中の信号強度の波長依存性に対応して、能動的にそれを補正するデバイスが求められている。
【０００５】
このような目的に用いられるデバイスとして、例えば、特許文献１で開示されたような利得等化器がある。図１４は、従来例として、このデバイスの動作原理を示した図である。
【０００６】
図１４において、１０１は偏光分離素子であり、１０２は偏光面一致制御素子、１０３は第一の偏光方位可変制御素子、１０３ａは第二の偏光方位可変制御素子、１０４は透過率波長特性可変素子、１０５は偏光面復帰素子、１０６は位相差制御素子、１０７は偏光合成素子である。
【０００７】
また１０８は偏光方位制御電流生成手段である。１０９及び１０９ａはコリメート系であり、１０９−１及び１０９−１ａはフェルール、１０９−２及び１０９−２ａはレンズ・ホルダ、１０９−３及び１０９−３ａはコリメート・レンズである。そして１１０は入力光ファイバ、１１０ａは出力光ファイバである。
【０００８】
図１４において、入力光ファイバ１１０から射出した光束は、コリメート・レンズ１０９−３によって平行光にされた後に、偏光分離素子１０１に入射する。代表的な偏光分離素子としては平行ルチル板がある。
【０００９】
この入力された光は、円偏光、直線偏光、楕円偏光などの任意の偏光状態を有するが、偏光分離素子１０１にて、偏光の振動方向が偏光分離素子１０１の結晶軸を含む面に対して平行な成分（異常光成分）と、垂直な成分（常光成分）とに、空間的に分離されて偏光分離素子１０１を射出する。
【００１０】
ここで、常光は偏光分離素子１０１の入射面において屈折することなく直進し、入射面と平行な射出面においても屈折することなく直進する。一方異常光は、偏光分離素子１０１の入射面で屈折してから直進し、入射面と平行な射出面において再び屈折してから入射光と平行な方向に射出する。
【００１１】
偏光分離素子１０１を射出した光束のうち一方は、偏光面一致制御素子１０２に入射し、偏光方向（振動方向）を回転させられて、もう一方の光束と振動方向を一致させられる。
【００１２】
その後２本の光束は、偏光方位可変制御素子１０３に入射する。この偏光方位可変制御素子１０３は磁界によって光の偏光方位を回転させるＹＩＧ（イットリウム・アイアン・ガーネット）結晶を用いたファラデー回転子１０３−１と、このファラデー回転子１０３−１に磁界をかける磁石系１０３−２によって構成されている。更に磁石系１０３−２は永久磁石と電磁石によって構成されており、永久磁石で光の進行方向に平行な磁界を、電磁石で光の進行方向に垂直な磁界を生成する。また、１０８は該電磁石に電流を供給し、磁界の強度を制御する偏光方位制御電流生成手段である。
【００１３】
上記状態で該電磁石によって、該永久磁石による磁界Ｈ１と垂直方向の磁界Ｈ２をかけると、合成磁界の方向は磁界Ｈ１と磁界Ｈ２によって形成される矩形の対角線の方向になる。これにより合成磁界の強度が変化し、偏光の回転角が変化する。磁界Ｈ２は偏光方位制御電流生成手段１０８によって制御されるので、偏光の回転角も偏光方位制御電流生成手段１０８によって制御される。
【００１４】
次に、偏光方位可変制御素子１０３を射出した光束は、透過率波長特性可変素子１０４に入射する。これはガラスなどの透明物質による基板１０４−１と、基板１０４−１上に異なる屈折率を有する誘電体薄膜を多層に形成した多層誘電体薄膜１０４−２に依って形成される。
【００１５】
多層膜誘電体薄膜１０４−２に光が入射される場合、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の大きさ、つまり偏光方位によって多層膜誘電体薄膜における光の透過率が異なる。つまり偏光方位によって光の透過率が異なる。従って、偏光方位可変制御素子１０３の偏光回転角を変化させることによって、透過率波長特性可変素子１０４に入射した光束の、透過率を変化させることが出来る。更にこの透過率は、波長依存性を併せ持ち、この特性も入射光の偏光方位によって異なる為に、透過率の波長特性を変化させることが出来るものである。
【００１６】
透過率波長特性可変素子１０４を射出した２本の光束は、偏光方位可変制御素子１０３ａに入射する。これは光の偏光方位を、偏光方位可変制御素子１０３が回転したのとは反対方向に同じ偏光方位だけ回転させるものであり、１０３と同様、ＹＩＧ結晶を用いたファラデー回転子１０３−１ａ及び磁石系１０３−２ａによって構成される。
【００１７】
偏光方位可変制御素子１０３ａを射出した２本の光束うちの１本は、偏光面復帰素子１０５に入射する。偏光面復帰素子１０５は、偏光面一致制御素子１０２と同一のものである。なお偏光面復帰素子１０５は、２本の光に対する光路長を一致させるために、偏光分離素子１０１の射出側において、偏光面一致制御素子１０２を挿入しなかった光束の方に挿入するのが望ましい。
【００１８】
偏光面復帰素子１０５を射出した光束と、偏光面復帰素子１０５に入射しなかった光束の両方は、位相差制御素子１０６に入射する。位相差制御素子１０６は、透過率波長特性可変素子１０４を透過する際に生じた、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を解消する為のものである。すなわち、２本の光束が、透過率波長特性可変素子１０４を透過する際には、光束のＰ偏光成分とＳ偏光成分とで光路長が異なる為に、透過率波長特性可変素子１０４が光学活性を有する状態となっており、従って、２本の光束の偏光状態は、透過率波長特性可変素子１０４への入射前後で異なる。言い換えると、透過率波長特性可変素子１０４を透過した後の光束の偏光状態は、直線偏光ではなく、楕円偏光の状態になっている。このような状態になった光束の偏光を、偏光方位可変制御素子１０３ａで回転させ、更にその一方の偏光方向を、偏光面復帰素子１０５にて回転させたとしても、２つの光束の偏光状態が楕円偏光であることに変わりはない。
【００１９】
ところで、位相差制御素子１０６を射出した後の光束は、偏光合成素子１０７に入射する。この偏光合成素子１０７は偏波分離素子１０１と同じ長さを持った素子であり、偏波面がその結晶軸方向に平行な直線偏光と、垂直な直線偏光とを入射させた場合には、双方の光ビームを合成することが出来る。しかしながら仮に位相差制御素子１０６が無かった場合、偏光合成素子１０７に入射する２本の光束の偏波状態が直線偏光ではなく楕円偏光であるために、入射した光束の一部は合波されることがなく、従って意図しないロスとなる。そこで、位相差制御素子１０６は、この、透過率波長特性可変素子１０４で発生した位相差を補償し、偏光合成素子１０７に直線偏光が入射するようにする為のものである。代表的な位相差補償素子としては、波長板や多層誘電体薄膜がある。
【００２０】
このように合波された光は入射側と同じ構成の光学系によって出力光ファイバ１１０ａに結合される。
【００２１】
【特許文献１】
特開２００１−３５６３１０号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の可変利得等化器では、以下のような問題点があった。すなわち、偏光分離素子１０１にて入力光ビームを分離させた後、分離された２つの光ビームの偏光方向を揃える為に偏光面一致制御素子１０２を設け、かつ透過率波長特性を変化させた後に、光ビームを合成させて出力光ファイバ１１０ａに結合させる為に、再び偏光面復帰素子１０５を設けているので、偏光面一致素子１０２は偏光分離素子１０１の開口部の一部に位置決めした上で設置する必要があり、また偏光面復帰素子１０５は、位相差制御素子１０６の開口部の一部に位置決めした上で設置する必要があり、その為の調整を要し、構成が複雑となっていた。
【００２３】
また偏光面一致制御素子１０２及び偏光面復帰素子１０５の特性のバラツキにより、偏光面の回転角が９０度からずれる場合があり、特性劣化の要因となっていた。
【００２４】
更に、偏光方位可変制御素子１０３及び１０３ａに電流を印加しない場合の、可変利得等化器としての透過率波長特性は、電流無印加時の偏光方位可変制御素子のファラデー回転角で決まってしまい、自由に設定出来ないという欠点があった。
【００２５】
この状況において、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、単純な構成で特性の優れた可変利得等化器を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変利得等化器は、第一の光導波路系と、第一の偏光分離素子と、第一の偏光方位可変制御素子と、第二の偏光分離素子と、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル可変素子からなる多光路型透過率スペクトル可変素子と、第一の偏光合成素子と、第二の偏光方位可変制御素子と、第二の偏光合成素子と、第二の光導波路系とを光軸上に順次配置した可変利得透過器であって、前記第二の偏光分離素子と前記第一の偏光合成素子との間の光軸上に偏光方位変換素子を配置したことを特徴とする。
【００２７】
また、前記可変利得等化器において、第一の偏光分離素子と第二の偏光分離素子との間の光軸上に、第二の偏光方位変換素子を配置し、第一の偏光合成素子と第二の偏光合成素子との間の光軸上に、第三の偏光方位変換素子を配置してもよい。
【００２８】
また、前記多光路型透過率スペクトル可変素子を形成する４つの透過率スペクトル可変素子は、第１の透過率波長特性を有する２つと、第２の透過率波長特性を有する２つとからなり、光軸方向に対して併置された４つのうち、対角線方向に併置された２つの透過率波長特性を等しくするとよい。
【００２９】
また、前記透過率スペクトル可変素子は誘電体多層膜からなるとよい。
【００３０】
そして、前記偏光方位変換素子は１／２波長の奇数倍に相当する位相差を与える位相差板とするとよい。
【００３１】
更に、上記手段について、各素子の機能を補足して、詳しく説明する。なお、本明細書において、偏光方位とは直線偏光における電界（又は磁界）の振幅方向を指している。
【００３２】
第一の発明は、偏光分離素子によって、透過率波長特性を与えようとする光を常光と異常光に分離した後に、第一の偏光方位可変素子によって、光の偏光方位に所定の回転を与え、入射する光の偏光方位によって特性が変化する透過率波長特性可変素子によって、該回転に対応した透過率の波長特性を与え、第二の偏光方位可変素子において、第一の偏光方位可変素子によって与えられた偏光方位の回転とは大きさが等しく逆の回転を与えて、偏光合成素子において合成する可変利得等化器であり、偏光分離素子によって常光と異常光とに分離した後に、常光として射出された光ビームの偏光面と、異常光として射出された光ビームの偏光面とを一致させることなく、透過率波長特性を与える技術である。
【００３３】
また第二の発明は、電流無印加時の偏光方位可変制御素子のファラデー回転角を変更することなく、電流無印加時の透過率波長特性を所望の特性に調整する技術である。
【００３４】
ところで、本発明の第一の可変利得等化器は、第一の偏光分離素子と、第一の偏光方位可変素子と、第二の偏光分離素子と、多光路型透過率スペクトル可変素子と、偏光方位変換素子と、第一の偏光合成素子と、第二の偏光方位可変素子と、第二の偏光合成素子とを光軸上に順次配置した可変利得等化器であり、前記多光路型透過率スペクトル可変素子は、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル可変素子からなり、時計回りの順番で、第一の透過率スペクトル可変素子の透過率特性は、第二の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性とは異なり、かつ第三の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性に等しく、更に第二の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性は第四の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性と等しい。また、偏光方位変換素子は、第二の偏光分離素子と、第一の偏光合成素子との間に配置され、入射した光ビームの偏光方位を９０度、回転させる。
【００３５】
また、本発明の第二の可変利得等化器は、第一の偏光分離素子と、第二の偏光方位変換素子と、第一の偏光方位可変素子と、第二の偏光分離素子と、多光路型透過率スペクトル可変素子と、第一の偏光方位変換素子と、第一の偏光合成素子と、第二の偏光方位可変素子と、第三の偏光方位変換素子と、第二の偏光合成素子を光軸上に順次配置した可変利得等化器であり、前記多光路型透過率スペクトル可変素子は、光軸方向に対して併置された４つの透過率スペクトル可変素子からなり、時計回りの順番で、第一の透過率スペクトル可変素子の透過率特性は、第二の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性とは異なり、かつ第三の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性に等しく、更に第二の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性は第四の透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性と等しい。
【００３６】
また、第一の偏光方位変換素子の位置は、第二の偏光分離素子と、第一の偏光合成素子との間であればよく、多光路型透過率スペクトル可変素子の前後を問わない。そして入射した光ビームの偏光方位を９０度、回転させる機能を持つ。
【００３７】
更に、第二の偏光方位変換素子は、第一の偏光分離素子によって偏光分離された２つの光ビームの偏光方位を、所望の角度だけ回転させるものであり、また第三の偏光方位変換素子は、第二の偏光方位可変素子を射出した２つの光ビームの偏光方位を、第二の偏光方位変換素子とは逆の方向に同じ角度だけ回転させるものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図１〜図５に基づいて説明する。
【００３９】
（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１における可変利得等化器の光学的な構成を示す平面図である。図１において、１は第一の偏光分離素子であり、２は第一の偏光方位可変制御素子である。この偏光方位可変制御素子２は、図２（ａ）に平面図で、図２（ｂ）に正面図で示され、ヨーク２Ａ、及びコイル２Ｂ、コイル２Ｃからなる電磁石２Ｄと、永久磁石２Ｅ及び２Ｆ、希土類鉄ガーネット結晶２Ｇから構成されている。また、永久磁石２Ｅ及び２Ｆは、光の進行方向、（図２（ｂ）の紙面に垂直であり、永久磁石２Ｆの中心を通る直線の方向）に平行な磁場を生成し、電磁石２Ｄは光の進行方向に垂直な磁場を生成する。また電磁石２Ｄには、図示しないが、電流値を変化出来る電源によって電流が供給される。
【００４０】
この状態で希土類鉄ガーネット結晶２Ｇに、光の進行方向に平行な磁場と垂直な磁場の２通りの磁場をかけると、２つの磁場による合成磁場が生成される。従って、電磁石２Ｄに供給する電流値を変化させると、合成磁場の方向が変化することとなり、光ビームが希土類鉄ガーネット結晶２Ｇを透過する間にもたらされる偏光面の回転角が変化することとなる。
【００４１】
図１に戻って、３は第二の偏光分離素子である。また４は多光路型透過率スペクトル可変素子であり、図３に示すごとく配置して、４つの透過率スペクトル可変素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの側面同士を接合して一体化した構造となっている。すなわち図３は、多光路型透過率スペクトル可変素子４の構成を表す図であり、光軸方向から見た図である。またその透過率波長特性については、４Ａと４Ｃが同じ特性を有し、４Ｂと４Ｄも同じ特性を有し、かつ、４Ａと４Ｂは異なる特性を有する。言い換えると、４つの透過率スペクトル可変素子は２種類の透過率波長特性を有し、対角線上の２つの透過率波長特性は等しい。
【００４２】
再び、図１に戻って、５は偏光方位変換素子であり、入射した光ビームの偏光方位を９０度、回転する機能を有する。６は第一の偏光合成素子である。７は第二の偏光方位可変制御素子であり、その構成は第一の偏光方位可変制御素子と同様である。８は第二の偏光合成素子である。
【００４３】
また、９は第一の光導波路系であり、レーザー光ビームを射出する。また、１０は第二の光導波路系であり、第二の偏光合成素子８から射出した光ビームを受光する。
【００４４】
次に、図１に基づき、本発明の実施の形態１に係る可変利得等化器の動作について説明する。
【００４５】
第一の光導波路系９を射出した光束は、第一の偏光分離素子１に入射して、互いに直交する振幅方向を有する２つの光ビームに分離される。次に、第一の偏光分離素子１を射出した光束は、第一の偏光方位可変制御素子２に入射し、所望のファラデー回転角を与えられた後に射出する。このとき、２つの光ビームの偏光状態は、両方とも直線偏光であり、かつ入射前の偏光方位から、偏光方位可変制御素子２による回転角θだけ同方向に回転しているものとなっている。
【００４６】
第一の偏光方位可変制御素子２を射出した２つの光ビームは、第二の偏光分離素子３に入射する。ここで、第二の偏光分離素子３の偏光分離方向は、第一の偏光分離素子１の偏光分離方向と直交していて、図１では平面図である為に図示を省略しているが、入射した２つの光ビームの各々は更に直交する振幅方向を有する２つの光ビームに分離される。従って第二の偏光分離素子３を射出する際には、入力光ビームは合計４つに分離している。これら４つの光ビームは、第二の偏光分離素子３を射出する。
【００４７】
ところで、第一の偏光方位可変素子２を射出した光ビームは、偏光方向が互いに直交する直線偏光である為、それら２つの強度が等しいとき、第二の偏光分離素子３を射出する４つの光ビームの強度は、互いに対角線方向に対向する光ビーム同士で等しくなる。また、４つの光ビームの強度比は、第二の偏光分離素子３へ入射した２つの直線偏光を有する光ビームの、偏光方位に依って決まる。
【００４８】
次に、第二の偏光分離素子３を射出した光束は、多光路型透過率スペクトル可変素子４に入射するが、４本の光ビームは各々、図３の、透過率スペクトル可変素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄのいずれか一つに入射する。
【００４９】
ここで透過率スペクトル可変素子４Ａ〜４Ｄは、前述したごとく、対角線上に対向する各素子（４Ａと４Ｃ、そして４Ｂと４Ｄ）が同じ波長特性を有している為に、例えば、第一の偏光分離素子１を射出する異常光と常光の強度が等しい場合には、偏光回転角に依らず、強度が同じ光ビーム同士が、同じ透過率波長特性を有する素子に入射することになる。
【００５０】
このように多光路型透過率スペクトル可変素子４においては、透過率波長特性が与えられるが、全体として与えられる透過率の波長特性は、透過率スペクトル可変素子４Ａ及び４Ｃに入射した光ビームの強度の和と、透過率スペクトル可変素子４Ｂ及び４Ｄに入射した光ビームの強度の和との比によって与えられる。
【００５１】
例えば、第二の偏光分離素子３に入射する２つの光ビームの偏光状態が、一方は、図１において紙面に平行な成分のみであったとする。そうすると、もう一方の光ビームの偏光状態は、それと直交した状態であるので、図１の紙面に垂直な成分のみである。このような偏光状態の２つの光ビームが、第二の偏光分離素子３に入射すると、一方は素子を直進してそのまま射出し、もう一つは異常光線として光ビームシフトを起こして射出する。その結果、第二の偏光分離素子３からの射出光ビームは２本のままであり、対角線上に位置する。
【００５２】
このような位置関係で２本の光ビームが第二の偏光分離素子３を射出した場合、２つの光ビームは多光路型透過率スペクトル可変素子４を構成する透過率スペクトル可変素子４Ａ及び４Ｃ、あるいは４Ｂ及び４Ｄの対角線上に対向した素子へ入射することになる。すなわち、特性の同じ素子同士に全光ビームが入射することとなり、この場合の透過率波長特性は、１種類の透過率スペクトル可変素子の特性によって定まる。
【００５３】
一般の場合には、第一の偏光方位可変素子２の偏光回転角により、第二の偏光分離素子３に入射する２つの光ビームの偏光方向が変化させられるので、殆どの場合においては、透過率スペクトル可変素子４Ａ〜４Ｄの４つに光ビームが入射することになるが、この場合の透過率波長特性は、第二の偏光分離素子３に入射する２つの光ビームの偏光方向に依って決まる。
【００５４】
言い換えると、第一の偏光方位可変制御素子２の偏光方位回転角に依存して、透過率波長特性の異なる２種類の透過率スペクトル可変素子へ分配される光強度の比率が変化する。ところで、第一の偏光分離素子１を射出した常光と異常光の各々において、透過率波長特性の異なる２種類の透過率スペクトル可変素子への光強度の分配比率は等しいので、偏光無依存型の構成になっている。
【００５５】
次に、多光路型透過率スペクトル可変素子４を透過した４つの光ビームは、偏光方位変換素子５に入射する。これは互いに直交する方向の直線偏光成分を有する２つの光ビームを入射した場合に、その２つの光ビーム間の位相差を、以下のように与える。
【００５６】
すなわち、常光成分と異常光成分の光路長の差Δ＝（２ｎ＋１）・λ／２、（但し、ｎは０，１，２，・・・の整数、λは波長）を与える。言い換えると、偏光方位変換素子５は１／２波長の奇数倍に相当する位相差を与える位相差板である。
【００５７】
次に、偏光方位変換素子５に入射した４本の光ビームは、あらかじめ第二の偏光分離素子３にて偏光分離されている為に、いずれも直線偏光の状態を有し、かつその偏光状態は、上下の２つの光ビーム間で直交し合う関係となっている。
【００５８】
これらの光ビームの偏光方位は、偏光方位変換素子５の光学軸を対称軸として、軸対称な方位に変換される。例えば、偏光方位変換素子５への入射前に、紙面に平行な方向の直線偏光であった偏光成分は、偏光方位変換素子５を透過した後は、紙面に垂直な方向の直線偏光となる。また逆に、偏光方位変換素子５への入射前に、紙面に垂直な方向の直線偏光であった偏光成分は、偏光方位変換素子５を透過した後は、紙面に平行な方向の直線偏光となる。
【００５９】
次に、偏光方位変換素子５を透過した４本の光束は、第一の偏光合成素子６に入射し偏光合成される。この場合の合成は、第一の偏光合成素子６の光学軸方向が、第二の偏光分離素子３と同じ方向にある為、４本ある光ビームの上下の対、すなわち第二の偏光分離素子３で分離された対が、再び１つの光ビームに合波されることとなる。但し、各光ビームの偏光状態は、第二の偏光分離素子３を透過してきた時の状態に対して９０度、回転している為に、第二の偏光分離素子３で光ビームシフトを生じて分離した光ビームは、第一の偏光合成素子６の内部においては直進する。逆に第二の偏光分離素子３の内部を直進した光ビームは、第一の偏光合成素子６の内部においては光ビームシフトを生じる。
【００６０】
ここで、光ビームが、第二の偏光分離素子３に入射してから、多光路型透過率スペクトル可変素子４、偏光方位変換素子５を経由して、第一の偏光合成素子６に入射し、内部で偏光合成する迄の経路について説明する。
【００６１】
前述したごとく、第二の偏光分離素子３においては、入射した２本の光ビームの各々が偏光分離を起こす為、光ビームは４つに分割されるが、その各々は、上記の経路中にある２つの複屈折結晶、すなわち、第二の偏光分離素子３と第一の偏光合成素子６とを通過する際、どちらか一方を常光成分として通過し、もう一方を異常光成分として通過することになる。従って、第二の偏光分離素子３に入射してから、第一の偏光合成素子６を射出する迄に、各光ビームが透過する光学距離（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｔｈ  Ｌｅｎｇｔｈ）は、４本の光ビームとも等しくなる。
【００６２】
このように、第二の偏光分離素子３によって分割された光ビームが、第一の偏光合成素子６によって合成される迄、各波の光ビーム間の位相のズレは生じない。従って、第一の偏光合成素子６によって合波された後の光ビームの偏光状態は、第二の偏光分離素子３に入射前の状態と同様、直線偏光となる。但し４つの光ビーム全てが、経路の途中にある偏光方位変換素子５によって、偏光方位を９０度だけ変化されられている為に、第一の偏光合成素子６を透過後の光束の偏光方位は、第二の偏光分離素子３に入射する前の偏光方位に比べて９０度、回転していることになる。
【００６３】
次に、第一の偏光合成素子６を射出した光ビームは、第二の偏光方位可変制御素子７に入射し、偏光方位を回転させられる。その回転量は、第一の偏光分離素子１を射出した２本の光ビームが、第一の偏光方位可変制御素子２を透過した時に与えられた偏光方位変化量と同量で、回転方向は第一の偏光方位可変制御素子２によって与えられる回転方向とは逆方向である。従って、第二の偏光方位可変制御素子７を射出した２本の光ビームの偏光方位は、第一の偏光方位可変制御素子２に入射する前の偏光方位からは９０度ずれた方位になる。
【００６４】
この第二の偏光方位可変制御素子７を透過した２本の光ビームは、第二の偏光合成素子８に入射する。ここで、２本の光ビームの偏光方位は、第一の偏光分離素子１に入射した場合の偏光方位に対して９０度ずれた方位になっている。
【００６５】
また、第二の偏光合成素子８の偏光分離あるいは合成の方向は、第一の偏光分離素子１と同様の方位である為に、第一の偏光分離素子１を伝搬する際に常光として直進した光ビームは、第二の偏光合成素子８を異常光として伝搬し、光ビームシフトを生ずる。これに対して、第一の偏光分離素子１を伝搬する際に異常光として光ビームシフトを生じながら伝搬した光ビームは、第二の偏光合成素子８を常光として伝搬する。従って、第一の偏光分離素子１によって分離され、第二の偏光合成素子８によって合成される２つの光ビームは、第一の偏光分離素子１あるいは第二の偏光合成素子８のいずれか一方を常光として透過し、もう一方を異常光として透過することになる。その結果、２つの光ビームが、第一の偏光分離素子１及び第二の偏光合成素子８を伝搬する間の光学距離の和は、等しくなる。
【００６６】
この様に、第二の偏光合成素子８によって、２つの光ビームは合波されて１つの光ビームとなり、第二の光導波路系１０に入射、結合して出力となる。
【００６７】
以上の構成により、従来例では必須であった偏光面一致制御素子を用いることなく、所望の可変利得透過動作をもたらすことが可能となる。
【００６８】
なお図１においては、偏光方位変換素子５を、多光路型透過率スペクトル可変素子４の後方に配置したが、多光路型透過率スペクトル可変素子４の前方に配置しても効果は同様である。なぜなら、多光路型透過率スペクトル可変素子４は透過光の偏光方位を変化させない素子だからである。
【００６９】
（実施の形態２）図４は、本発明の実施の形態２における光学的な構成を示す平面図である。なお実施の形態１と共通の構成要素については、図１と同じ番号を用いて説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態２においては、さらに２つの偏光方位変換素子を用いる。図４において、１１は第二の偏光方位変換素子であり、第一の偏光分離素子１を射出した光ビームの偏光方位を変換するものである。また１２は第三の偏光方位変換素子であり、第二の偏光方位可変制御素子７を射出した光ビームの偏光方位を変換するものである。
【００７１】
図４において、第一の光導波路系９から射出した光ビームが、第一の偏光分離素子１を透過する迄は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
第一の偏光分離素子１を射出した２つの光ビームは、第二の偏光方位変換素子１１に入射する。ここで第二の偏光方位変換素子１１は、入射した、互いに直交する偏光方位成分を有する２つの光ビームの偏光方位を変換するが、変換の際には、図５のような方位にある偏光方向変換軸（光学軸）を対称軸として変換する。すなわち入射した２つの光ビームの偏光方位は、第二の偏光方位可変制御素子１１の光学軸を対称軸として軸対称な方位に変換させられる。このように偏光方位を変換させられた２つの光ビームは、第一の偏光方位可変制御素子２に入射する。これ以降、第二の偏光方位可変制御素子７を透過する迄の動作は、第一の発明と同様であるので説明を省略する。
【００７３】
第二の偏光方位可変制御素子７を射出した光ビームは、第三の偏光方位変換素子１２に入射する。ここで第三の偏光方位変換素子１２の光学軸は、図５のような方位にある為に、入射した２つの光ビームの偏光方位は、第二の偏光方位変換素子１１を透過する場合と同様、偏光方向変換軸（光学軸）を対称軸とした軸対称な方位に変換させられる。この時、第三の偏光方位変換素子１２の光学軸の方向は、第二の偏光方位変換素子１１の軸と同じ方向に位置している為、第三の偏光方位変換素子１２を射出した光ビームの偏光方位は、第二の偏光合成素子８の偏光分離あるいは合成の方向に対して、平行あるいは垂直な成分のみとなる。この様に、第三の偏光方位変換素子１２を射出した２つの光ビームは、第二の偏光合成素子６に入射するが、これ以降の動作は、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００７４】
このように本実施の形態２においては、第二の偏光方位変換素子１１及び第三の偏光方位変換素子１２の光学軸の角度を一体として調整することにより、第一及び第二の偏光方位可変制御素子２及び７に電流を印加しない場合において、多光路型透過率スペクトル可変制御素子４を構成する透過率スペクトル可変素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄへの入射光量の比率を予め設定することができる。すなわち、所望の透過率波長特性を設定することができる。
【００７５】
ところで、本実施の形態２においては、第二の偏光方位変換素子１１を偏光方位可変制御素子２の前に置き、第三の偏光方位変換素子１２を偏光方位可変制御素子７の後に置いたが、偏光方位可変制御素子は透過光の偏光方位を変えないので、偏光方位可変制御素子の前後のいずれの位置に偏光方位変換素子を配置してもよい。
【００７６】
【実施例】
次に、実施例によって、本発明を更に詳しく説明する。
【００７７】
（実施例１）図６は、本発明の実施例１の可変利得等化器を示す平面図である。この図６において、２１は光ビームを入射する為の第一の光導波路系であり、シングルモードファイバ２１Ａ、フェルール２１Ｂ、ボールレンズ２１Ｃとからなる。シングルモードファイバ２１ＡのＮＡは０．１であり、またボールレンズ２１Ｃの焦点距離は２ｍｍである。フェルール２１Ｂの先端はボールレンズ２１Ｃの焦点位置付近に配置され、従ってボールレンズ２１Ｃからはほぼ平行な光ビームが射出する。
【００７８】
２２は第一の偏光分離素子であるルチル平板であり、光学軸の方向が矢印２２Ａによって模式的に示される方向にある。正確には図示しないが、光学軸は図６の紙面に平行な面内にあり、その方位は光ビームの進行方向に対して４３．１度、傾斜している。またその厚みは８ｍｍであり、このルチル平板２２内を透過する光ビームのうち、異常光に相当する偏光成分を有する光ビームは、ルチル平板２２内で光ビームシフトを０．８ｍｍ生じる。
【００７９】
２３は第一の偏光方位可変制御素子であり、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶２３Ａ、永久磁石２３Ｂ、電磁石２３Ｃからなる。ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶２３Ａは、ガドリニウム、ビスマス、鉄、アルミニウムを含むガーネット結晶である。永久磁石２３Ｂはサマリウム及びコバルトを主成分とする希土類磁石である。また電磁石２３Ｃは、図示しないが純鉄のヨークとコイルとからなり、コイルは銅線を１２００ターン程度巻いたものをヨークの両端に合計２個用いる。
【００８０】
２９は第二の偏光分離素子であるルチル平板である。その光学軸は、第一の偏光分離素子であるルチル平板２２と、偏光分離する方向が直交する方向に配置されている。すなわち、光ビームがルチル平板２９内を透過する際、その異常光成分は、図６において紙面に垂直な方向に光ビームシフトを生じる。ルチル平板２９の光学軸は、ルチル平板２２と同様、光ビームの進行方向に対して４３．１度、傾斜している。またルチル平板２９の厚みは、ルチル平板２２と同様に８ｍｍであり、従ってルチル平板２９内での異常光の光ビームシフト量は０．８ｍｍとなる。
【００８１】
２４は第一の透過率スペクトル可変素子であり、溶融石英基板上に、二酸化シリコンと五酸化タンタルの薄膜を交互に積層、合計１００層としたものである。
【００８２】
また、２５は第二の透過率スペクトル可変素子であり、溶融石英基板上に、二酸化シリコンと五酸化タンタルの薄膜を交互に積層、合計１００層としたもので、２４の透過率スペクトル可変素子とは透過率波長特性が異なる。
【００８３】
第一の透過率スペクトル可変素子２４及び第二の透過率スペクトル可変素子２５が、図７のように、合計４枚を並べられて、多光路型透過率スペクトル可変素子となり、対角方向に同じ特性を有する素子が配置されている。第一の透過率スペクトル可変素子２４と、第２の透過率スペクトル可変素子２５の透過率特性は、異なる波長依存性を有する。すなわち、１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおいて、第一の透過率スペクトル可変素子２４は、図８（ａ）のように１５３０ｎｍにおいて透過率が１０％、１５７０ｎｍにおいて透過率が９０％であり、その間の波長においては透過率が波長に対して直線で増加する特性を有しており、第二の透過率スペクトル可変素子２５は、図８（ｂ）のように１５３０ｎｍにおいて透過率が９０％、１５７０ｎｍにおいて透過率が１０％であり、その間の波長においては透過率が波長に対して直線で減少する特性を有する。
【００８４】
図６の３１は偏光方位変換素子の水晶板である。その光学軸の方位は図９に示すようであり、図６の紙面に垂直な方向及び紙面に水平な方向のいずれとも４５度の角度をなす方位を向いている。また厚みは、水晶板３１に入射した光ビームの常光成分と異常光成分とが、水晶板３１を透過する間に半波長分に相当する位相差を生じるような厚みとなっている。使用帯域の中心、及び１５５０ｎｍにて、この関係が成り立つよう、厚みを９３μｍとしてある。
【００８５】
３０は第一の偏光合成素子であるルチル平板である。その光学軸は第二の偏光分離素子であるルチル平板２９の光学軸と平行な方向に配置されている。またルチル平板３０の厚みは、ルチル平板２９と同様に８ｍｍであり、従ってルチル平板３０内での異常光の光ビームシフト量は０．８ｍｍとなる。
【００８６】
２６は第二の偏光方位可変制御素子であり、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶２６Ａ、永久磁石２６Ｂ、電磁石２６Ｃとからなる。構成は第一の偏光方位可変制御素子２３と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
２７は第二の偏光合成素子であるルチル平板であり、結晶軸の方向が矢印２７Ａで模式的に示される方向にある。正確には図示しないが、光学軸は図６の紙面に平行な面内にあり、その方位は光ビームの進行方向に対して４３．１度、傾斜している。またその厚みは８ｍｍであり、ルチル平板２７内を透過する光ビームのうち、異常光に相当する偏光成分を有する光ビームは、ルチル平板２７内で光ビームシフトを０．８ｍｍ生じる。
【００８８】
２８は第二の光導波路系であり、シングルモードファイバ２８Ａ、フェルール２８Ｂ、ボールレンズ２８Ｃとからなる。ボールレンズ２８Ｃの焦点距離等の光学的仕様、フェルール２８Ｂの位置は、第一の光導波路系２１と同様である。
【００８９】
また図１０は、本実施例１の可変利得等化器の光軸上に配置された各部品を光ビームが透過した直後の各光ビームの位置と偏光状態を示す図である。図１０（ａ）は平板ルチル２２の透過後、図１０（ｂ）は偏光方位可変制御素子２３の透過後、図１０（ｃ）は平板ルチル２９の透過後、図１０（ｄ）は透過率スペクトル可変素子２４又は２５の透過後、図１０（ｅ）は水晶板３１の透過後、図１０（ｆ）はルチル平板３０の透過後、図１０（ｇ）は偏光方位可変制御素子２６の透過後、図１０（ｈ）はルチル平板２７の透過後の各光ビームの位置及びその偏光状態を表した図である。
【００９０】
次に、図６から図１０を用いて、本実施例１の動作を説明する。
【００９１】
図６において、シングルモードファイバ２１Ａから射出したレーザー光ビームは、ボールレンズ２１Ｃによってコリメート光となり、第一の偏光分離素子であるルチル平板２２に入射する。ここで入射レーザー光ビームのうち、異常光成分は矢印２２Ａの方向に分離する。また常光成分は直進する。ルチル平板２２を射出する時には、レーザー光ビームは図１０（ａ）のように常光成分と異常光成分とに分離し、２つの光ビームとなって射出する。
【００９２】
この２つの光ビームは、第一の偏光方位可変制御素子２３に入射する。ここではビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶２３Ａには、永久磁石２３Ｂによる磁界と電磁石２３Ｃによる磁界が印加されており、その２つの合成磁界により、ガーネットによるファラデー回転角の大きさが定まる。電磁石２３Ｃに印加される電流により、光軸に垂直な方向の磁界の大きさが決まる為、これにより合成磁場の方向及び大きさが決まるが、この大きさにより、光ビームがビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶２３Ａを透過した時の偏光回転角度が決定される。図１０（ｂ）では、第一の偏光方位可変制御素子２３によって、入射光ビームの偏光方位が時計回りにθ＝４５度、回転させられた状態を示している。
【００９３】
次に、第一の偏光方位可変制御素子２３を透過した２つのレーザー光ビームは、第二の偏光分離素子であるルチル平板２９に入射する。ここで入射レーザー光ビームのうち、異常光成分は紙面に垂直な方向にシフトする。また常光成分は直進する。ルチル平板２９を射出する時には、入射した２つのレーザー光ビームの各々が常光成分と異常光成分とに分離し、図１０（ｃ）のように４つの光ビームとなって射出する。
【００９４】
ルチル平板２９を射出した４つの光ビームは、透過率スペクトル可変素子２４又は２５に入射する。すなわち４つの透過率スペクトル可変素子に４つの光ビームが入射する。この４つの光ビームの強度は、入射光ビームの偏光方位によって定まる。入射光ビームの偏光方向を、図１０（ｂ）におけるθのように定義すると、図１０（ｃ）における、２×２に分割された４本の光ビームの強度は以下の通りである。
【００９５】
左上の光ビームの強度は、Ｉｅ・ｓｉｎ２（θ＋９０）、左下の光ビームの強度は、Ｉｅ・ｃｏｓ２（θ＋９０）、右上の光ビームの強度は、Ｉｏ・ｓｉｎ２（θ）、右下の光ビームの強度は、Ｉｏ・ｃｏｓ２（θ）、である。但し、ここで、Ｉｅは第一の偏光分離素子であるルチル平板２２の透過時に、異常光として光ビームシフトした光ビームの強度であり、Ｉｏは第一の偏光分離素子であるルチル平板透過時に、常光として透過した光ビームの強度である。
【００９６】
図１０（ｃ）のように分割された４本の光ビームは、透過率スペクトル可変素子２４又は２５に入射する。すなわち、図１０（ｃ）において、左上の光ビーム及び右下の光ビームは透過率スペクトル可変素子２４に、左下及び右上の光ビームは透過率スペクトル可変素子２５に入射する。
【００９７】
このとき、第一及び第二の透過率スペクトル可変素子での各光ビームの透過率は、図７及び図８にそれぞれ示された透過率波長特性によって定められる。ここで、第一の透過率スペクトル可変素子２４の透過率をＴ２４（λ）、第二の透過率スペクトル可変素子２５の透過率をＴ２５（λ）と表記すると、第一又は第二の透過率スペクトル可変素子を透過した後の各光ビームの強度は、以下の通りに表すことが出来る。なおＴ２５（λ）は波長λに依存する透過率であることを示している。
【００９８】
図１０（ｄ）において、左上の光ビーム強度は、Ｔ２４（λ）・Ｉｅ・ｓｉｎ２（θ＋９０）、左下の光ビーム強度は、Ｔ２５（λ）・Ｉｅ・ｃｏｓ２（θ＋９０）、右上の光ビーム強度は、Ｔ２５（λ）・Ｉｏ・ｓｉｎ２（θ）、右下の光ビーム強度は、Ｔ２４（λ）・Ｉｏ・ｃｏｓ２（θ）、となる。
【００９９】
次に、第一又は第二の透過率スペクトル可変素子２４又は２５を透過した光ビームは、偏光方位変換素子である水晶板３１に入射する。この水晶板３１は、常光と異常光の光路差が半波長（１／２波長）となるような厚みに設定されているので、入射した４つの光ビームの偏波方向が、水晶板３１の光学軸（結晶軸）を対称軸とした軸対称な方向に変換される。この水晶板３１の光学軸は、図９に示すようであり、図６では紙面に平行な方向からも紙面に垂直な方向からも４５度傾いた方向に指向している為、４本の光ビームの偏光方位は、図１０（ｄ）から図１０（ｅ）への変化のように、９０度回転することになる。すなわち、図６において、透過率スペクトル可変素子２４又は２５を射出した際の偏光方位が、紙面に垂直な方向であった場合は、水晶板３１を透過後には紙面に平行な方向となり、逆に紙面に平行な方向であった場合には、水晶板３１を透過後には紙面に垂直な方向となる。
【０１００】
水晶板３１を射出した光ビームは、第一の偏光合成素子であるルチル平板３０に入射する。ルチル平板３０においては、入射した４本の光ビームのうち、異常光に相当する２本の光ビームは図６において紙面に垂直な方向にシフトし、ルチル平板３０の射出時に常光成分と合成されて、図１０（ｆ）のごとく２本の光ビームがルチル平板を射出することとなる。
【０１０１】
この際、合成される各々２本の光ビームは、いずれか一方はルチル平板２９を常光として透過し、ルチル平板３０を異常光として透過する。また、もう一方はルチル平板２９を異常光として透過し、ルチル平板３０を常光として透過する。
従って各光ビームが、ルチル平板２９及びルチル平板３０を、常光として一度、異常光として一度通過している為に、各光ビームの経路の光学距離は等しくなる。従って、ルチル平板３０によって合成された光ビームの偏光状態は、ルチル平板２９によって偏光分離される前と同様、直線偏光の状態を維持している。
【０１０２】
その結果、ルチル平板３０を射出した２本の光ビームの強度は、簡単に計算出来、以下の通りとなる。図１０（ｆ）にて、左上に射出してくる光ビームの強度は、Ｔ２４（λ）・Ｉｅ・ｓｉｎ２（θ＋９０）＋Ｔ２５（λ）・Ｉｅ・ｃｏｓ２（θ＋９０）であり、右上に射出してくる光ビームの強度は、Ｔ２５（λ）・Ｉｏ・ｓｉｎ２（θ）＋Ｔ２４（λ）・Ｉｏ・ｃｏｓ２（θ）、となる。
【０１０３】
なお、水晶板３１の効果により、ルチル平板２９を射出した２つの光ビームの偏光方向と、ルチル平板３０に入射する前の偏光方向とは９０度異なる。
【０１０４】
次に、ルチル平板３０を射出した２本の光ビームは、第二の偏光方位可変制御素子２６に入射する。ここで２つの入射光ビームは、第一の偏光方位可変制御素子２３で与えられたのと大きさが同じで逆向きの、すなわち反時計回りの方向に４５度のファラデー回転を与えられる。次に、第二の偏光方位可変制御素子２６を射出した２つの光ビームは、第二の偏光合成素子であるルチル平板２７に入射する。ここで入射した２本の光ビームのうち、異常光成分は紙面に平行な方向（矢印２７Ａの方向）にシフトし、ルチル平板２７射出時に１本の光ビームとなって射出する。
【０１０５】
ルチル平板２７を射出した光ビームは、第二の光導波路系のボールレンズ２８Ｃに入射、収束されてシングルモードファイバ２８Ａに結合されて出力する。
【０１０６】
ここで、ルチル平板２７を射出してきた２つの光ビームの位相を比較すると、ルチル平板２２を常光として透過した光ビームは、ルチル平板２７を異常光として透過し、逆に、ルチル平板２２を異常光として透過してきた光ビームは、ルチル平板２７を常光として透過する。従って、２つの光ビームの、ルチル平板２２を透過する際の光学距離とルチル平板２７を透過する際の光学距離の和は等しい。すなわち、ルチル平板２７で偏光合成され射出してきた光ビームの偏光状態は、ルチル平板２２に入射する前の光ビームの偏光状態を維持していることになる。例えば、ルチル平板２２に入射する前の偏光状態が直線偏光であったとすると、ルチル平板２７を射出してきた光ビームの偏光状態も直線偏光となる。
【０１０７】
ルチル平板２２へ入射前の光ビームが直線偏光であったとすると、ルチル平板２７を射出した光ビームの強度Ｉは、容易に計算することが出来て、Ｉ＝Ｔ２４（λ）・Ｉｅ・ｓｉｎ２（θ＋９０）＋Ｔ２５（λ）・Ｉｅ・ｃｏｓ２（θ＋９０）＋Ｔ２５（λ）・Ｉｏ・ｓｉｎ２（θ）＋Ｔ２４（λ）・Ｉｏ・ｃｏｓ２（θ）＝Ｔ２４（λ）・Ｉｅ・ｃｏｓ２（θ）＋Ｔ２５（λ）・Ｉｅ・ｓｉｎ２（θ）＋Ｔ２５（λ）・Ｉｏ・ｓｉｎ２（θ）＋Ｔ２４（λ）・Ｉｏ・ｃｏｓ２（θ）＝  Ｔ２４（λ）・ｃｏｓ２（θ）・（Ｉｏ＋Ｉｅ）＋Ｔ２５（λ）・ｓｉｎ２（θ）・（Ｉｏ＋Ｉｅ）＝（Ｉｏ＋Ｉｅ）｛Ｔ２４（λ）・ｃｏｓ２（θ）＋Ｔ２５（λ）・ｓｉｎ２（θ）｝、となる。
【０１０８】
この式において最終的な透過光量は、偏光方位可変制御素子の動作によって決まるθと、透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性Ｔ２４（λ）、Ｔ２５（λ）によって決まることになる。従って、偏光方位可変制御素子のファラデー回転角を、電磁石に印加する電流を制御することにより変化させれば、本実施例１の可変利得等化器の透過率波長特性を制御できる。
【０１０９】
本実施例１においては、ルチル平板２２、２９、３０、２７を用いて、光ビームの分離及び合成を行っているが、光路の中央部、すなわち透過率スペクトル可変素子を射出した直後に偏波方位を９０度回転されている為に、４つのルチル平板を透過する際の偏光状態は、４本の光ビーム毎に以下のいずれかの状態となる。
【０１１０】
【表１】
2004317770.tif 000003
【０１１１】
従って４つの光ビームはいずれも、本実施例１の可変利得等化器の光学系を透過する間に、４つのルチル平板のうち、２枚を常光、２枚を異常光として透過する。すなわち４つの光ビームの光学距離は全て等しくなる。かつ、光ビームの分離及び合成は、ルチル平板２２とルチル平板２７、ルチル平板２９とルチル平板３０を対として行われているが、４本の光ビームにとっての偏光状態は、ルチル平板の対において、一方は常光として、もう一方は異常光として透過することになる為に、この対毎に、４つの光ビーム全ての光学距離が等しくなる関係となっている。従って、光ビームが本実施例１の可変利得等化器の光学系を透過する際、４つの光ビーム間での光学距離差は生じないこととなり、入射時の偏光状態を維持して出力されることになり、偏波合成に伴う損失は発生しない。
【０１１２】
本実施例１においては、第一及び第二の光導波路系にボールレンズを用いているが、非球面レンズ、ＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）などを用いても構わない。また、光ビームの形状についても、本実施例１においては第一の光導波路系からほぼ平行な光ビームが射出するような構成としているが、光学系の途中で収束するような光ビーム形状を射出するような構成としても構わない。
【０１１３】
また本実施例１においては、偏光方位変換素子として水晶板を用いているが、雲母などの２軸性光学結晶を用いても構わない。またブリュースター角を応用したフレネルロムプリズムを用いても構わない。
【０１１４】
また希土類鉄ガーネット結晶として、ガドリニウム、ビスマス、鉄、アルミニウムを含むガーネット結晶を用いているが、ガドリニウムの代わりにテルビウムやイットリウムを添加したもの、アルミニウムの代わりにガリウムなどを添加したものを用いても構わない。
【０１１５】
また、透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性であるが、本実施例１においては波長に比例して透過率が変化する特性を与えたが、所望の損失波長特性を得る為に、波長に比例して対数領域で比例の関係になるような特性とするなどの透過率波長特性を与えても構わない。
【０１１６】
更に、偏光方位変換素子は、本実施例１においては透過率スペクトル可変素子の後方に配置されているが、透過率スペクトル可変素子の前方に配置しても構わない。
【０１１７】
（実施例２）図１１は、本発明の実施例２の可変利得等化器を示す平面図である。図１１において、実施例１を示す図４と共通の部材には共通の符号（番号）が与えられているので、説明を省略する。
【０１１８】
図１１において、３２及び３３は第二及び第三の偏光方位変換素子である水晶板であり、その光学軸は図１２に示すようであり、図１１においては紙面に垂直な方向から、１５度傾いた方位に向いている。またその厚みは、入射した光ビームの常光成分と異常光成分とが、この水晶板の透過時に半波長分の位相のずれを生じるよう、９３μｍとなっている。
【０１１９】
また図１３は、本実施例２の利得等化器の光軸上に配置されている各部品を光ビームが透過した直後の各光ビームの位置と偏光状態を示す図である。図１３（ａ）はルチル平板２２の透過後、図１３（ｂ）は水晶板３２の透過後、図１３（ｃ）は偏光方位可変制御素子２３の透過後、図１３（ｄ）はルチル平板２９の透過後、図１３（ｅ）は透過率スペクトル可変素子２４又は２５の透過後、図１３（ｆ）は水晶板３１の透過後、図１３（ｇ）はルチル平板３０の透過後、図１３（ｈ）は偏光方位可変制御素子２６の透過後、図１３（ｉ）は水晶板３３の透過後、図１３（ｊ）は平板ルチル２７の透過後の各光ビームの位置及びその偏光状態を表した図である。
【０１２０】
次に図１１から図１３に基づき、本実施例２の可変利得等化器の動作について説明する。
【０１２１】
第一の光導波路系のボールレンズから光ビームが入射し、第一の偏光分離素子であるルチル平板で、常光成分と異常光成分とに分離されるところまでは、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【０１２２】
第一の偏光分離素子であるルチル平板２２を射出した２本の光ビームは、第二の偏光方位変換素子である水晶板３２に入射する。この、直線偏光を有する２つの光ビームは、その偏光方位を、水晶板３２の光学軸を対称軸とした、軸対称な方向に変換させられる。すなわち、水晶板３２の光学軸の方向は図１２に示すとおりであり、図１１において紙面に垂直な方位の偏光を有する光ビームは、紙面に対して６０度の方位を有する方位の直線偏光に変換させられ、また図１１において紙面に平行な方位の偏光を有する光ビームは、紙面に対して３０度の方位を有する方位の直線偏光に変換させられる。
【０１２３】
第二の偏光方位変換素子である水晶板３２を射出した２本の光ビームは、第一の偏光方位可変制御素子２３に入射する。以下第一の偏光方位可変制御素子２３から、透過率スペクトル可変素子２４又は２５、第一の偏光方位変換素子である水晶板３１、第一の偏光合成素子であるルチル平板３０、及び第二の偏光方位可変制御素子２６を透過するまでは、実施例１と同様の動作を行うので説明を省略する。
【０１２４】
第二の偏光方位可変制御素子２６を透過した２本の光ビームは、第三の偏光方位変換素子である水晶板３３に入射する。ここで、入射光ビームは、第二の偏光方位変換素子である水晶板３２を透過する場合と同様、水晶板３３の光学軸を対称軸とする方位に、偏光方位を変換させられる。この水晶板３３の光学軸の方位は図１２に示すとおりであり、図１１において、偏光方位が紙面に平行な方位に対して６０度の方位をなす角度を有する光ビームは、その偏光方位を、紙面に垂直な方位に変換せられ、また偏光方位が紙面に対して３０度の方位をなす角度を有する光ビームは、紙面に平行な方位に変換せられる。
【０１２５】
次に、第三の偏光方位変換素子である水晶板３３を透過した２本の光ビームは、第二の偏光合成素子であるルチル平板２７に入射する。これ以降の動作も実施例１と同様であるので説明を省略する。
【０１２６】
本実施例２においては、第二の偏光方位変換素子である水晶板３２によって、第一の偏光方位可変制御素子２３へ入射する光ビームの偏光方位が一定量変化されている。これによって、透過率スペクトル可変素子２４又は２５に分配される光ビーム強度の比が変化することとなる。従って、偏光方位可変制御素子２３に電流を全く印加しない状態での、透過率波長特性を変化させることが出来る。また偏光方位可変制御素子２３の偏光方位回転範囲は変化されないので、透過率波長特性の可変範囲を全体として、ずらすことが出来る。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複雑な位置決めが必要な偏光面一致制御素子及び偏光面復帰素子を省略し、より簡易な構成で特性のよい、可変利得等化器を提供する事が出来る。
【０１２８】
また、本発明によれば、透過率波長特性の可変範囲を維持したままで、初期値の透過率波長特性を所望の特性に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の可変利得等化器の光学的な構成を示す平面図。
【図２】偏光方位可変制御素子を示す図。図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその正面図。
【図３】実施の形態１及び２における透過率スペクトル可変素子の配置を示す図。
【図４】実施の形態２の可変利得等化器の光学的な構成を示す平面図。
【図５】実施の形態２の偏光方位変換素子の光学軸の方向を示す図。
【図６】実施例１の可変利得等化器を示す平面図。
【図７】実施例１及び２における透過率スペクトル可変素子の配置を示す図。
【図８】実施例１及び２における透過率スペクトル可変素子の透過率波長特性を示す図。図８（ａ）は第一の透過率スペクトル可変素子の場合、図８（ｂ）は第二の透過率スペクトル可変素子の場合。
【図９】水晶板の光学軸の方位を示す図。
【図１０】実施例１における、入射光ビームの偏光方位の変化を示す図。図１０（ａ）〜図１０（ｈ）は各光ビームの位置及びその偏光状態を示す図。
【図１１】実施例２の可変利得等化器を示す平面図。
【図１２】他の水晶板の光学軸の方位を示す図。
【図１３】実施例２における、入射光ビームの偏光方位の変化を示す図。図１３（ａ）〜図１３（ｊ）は各光ビームの位置及びその偏光状態を示す図。
【図１４】従来の可変利得等化器を示す図。
【符号の説明】
１，３    偏光分離素子
２，７，２３，２６    偏光方位可変制御素子
２Ａ    ヨーク
２Ｂ，２Ｃ    コイル
２Ｄ，２３Ｃ，２６Ｃ    電磁石
２Ｅ，２３Ｂ，２６Ｂ  永久磁石
２Ｆ  永久磁石
２Ｇ  希土類鉄ガーネット結晶
４    多光路型透過率スペクトル可変素子
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，２４，２５    透過率スペクトル可変素子
５，１１，１２    偏光方位変換素子
６，８    偏光合成素子
９，２１    第一の光導波路系
１０，２８    第二の光導波路系
２１Ａ，２８Ａ    シングルモードファイバ
２１Ｂ，２８Ｂ    フェルール
２１Ｃ，２８Ｃ    ボールレンズ
２２，２７，２９，３０    ルチル平板
２２Ａ，２７Ａ    矢印
２３Ａ，２６Ａ    ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶
３１，３２，３３    水晶板
【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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