(57)【要約】【課題】損失波長特性を対数表示した場合の直線性を、与えられた広い動作帯域幅にわたり改善する。また、平均挿入損失の変動を低減する。【解決手段】第１の偏光子１０、位相差を生じさせる第１の位相差素子１２、可変のファラデー回転を与える可変ファラデー回転子１４、位相差を生じさせる第２の位相差素子１６、第２の偏光子１８を、その順に光軸に沿って配列した可変光学フィルタである。ファラデー回転子の回転角θの回転方向を正（θ＞０）としたとき、第１の偏光子の偏光透過方位に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＞０、第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＜０、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＜０であり、且つφ１≠φ２に設定されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光子、位相差を生じさせる第１の位相差素子、可変のファラデー回転を与える可変ファラデー回転子、位相差を生じさせる第２の位相差素子、第２の偏光子を、その順に光軸に沿って配列し、前記第１及び第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角をそれぞれφ１及びφ２としたとき、φ１とφ２とを異なる角度に設定したことを特徴とする可変光学フィルタ。
【請求項２】
第１の偏光子、位相差を生じさせる第１の位相差素子、可変のファラデー回転を与える可変ファラデー回転子、位相差を生じさせる第２の位相差素子、第２の偏光子を、その順に光軸に沿って配列し、ファラデー回転子の回転角θの回転方向を正としたとき、第１の偏光子の偏光透過方位に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＞０、第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＜０、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＜０であり、且つφ１≠φ２に設定されていることを特徴とする可変光学フィルタ。
【請求項３】
第１及び第２の位相差素子で生じる位相差をそれぞれΔ１及びΔ２としたとき、それらのうち少なくとも一方は、予め与えられた透過帯域内において（２ｎ＋１）λ／４（但し、λは与えられた透過帯域内の任意の波長）である請求項１又は２記載の可変光学フィルタ。
【請求項４】
与えられた透過帯域の中心波長をλ０としたとき、第１の位相差素子の位相差Δ１が１３／４λ０≦Δ１≦４９／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２が１３／４λ０≦Δ２≦４９／４λ０であり、透過帯域幅４０ｎｍにて波長傾斜−５ｄＢ〜＋５ｄＢにおける平均挿入損失の変動が０．５ｄＢ以下となっている請求項３記載の可変光学フィルタ。
【請求項５】
与えられた透過帯域の中心波長をλ０としたとき、第１の位相差素子の位相差Δ１が１３／４λ０≦Δ１≦４９／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２が１３／４λ０≦Δ２≦４９／４λ０であり、透過帯域幅４０ｎｍにて波長傾斜−５ｄＢ〜＋５ｄＢにおける損失波長特性の直線性が０．２ｄＢ以下となっている請求項３記載の可変光学フィルタ。
【請求項６】
与えられた透過帯域の中心波長をλ０とし、帯域外の波長をλとしたとき、第１の位相差素子の位相差Δ１が１３／４λ０≦Δ１≦４９／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２が１３／４λ≦Δ２≦４９／４λであり、透過帯域幅４０ｎｍにて波長傾斜−５ｄＢ〜＋５ｄＢにおける損失波長特性の直線性が０．２ｄＢ以下であり、且つ可変傾斜範囲を−６．５ｄＢ〜＋６．５ｄＢとした請求項３記載の可変光学フィルタ。
【請求項７】
ファラデー回転子は、光路中に配置された磁気光学結晶と、該磁気光学結晶を磁気飽和させる第１の磁界印加手段と、該第１の磁界印加手段の印加磁界方向に対して非平行な方向に可変磁界を印加する第２の磁界印加手段を具備している請求項１乃至６のいずれかに記載の可変光学フィルタ。
【請求項８】
第１及び第２の偏光子が、複屈折材料からなる楔板であり、それらの頂部と底部が互いに対向するように配置され、第１及び第２の位相差素子が平板状をなしており、第１の偏光子の光学軸方位に対して第１の位相差素子の光学軸方位が光軸方向で見て直交している請求項１乃至７のいずれかに記載の可変光学フィルタ。
【請求項９】
第１及び第２の位相差素子は、材質が異なり、その屈折率変化の温度特性が互いに反対符号の特性を呈する請求項１乃至８のいずれかに記載の可変光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等で使用する可変光学フィルタに関し、更に詳しく述べると、光路中で可変ファラデー回転子の前後に位相差素子を配置し、２つの位相差素子の光学軸を異なる方位に設定することで、広い動作傾斜範囲において非直線性（透過率の対数表示したときの直線性）を改善した可変光学フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ）通信では、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の１個もしくは複数個の光増幅器を中継器毎に組み込み信号の減衰を増幅することで長距離の伝送を行っている。この場合、ＥＤＦＡの増幅波長特性が通信品質に影響を及ぼしている。各ＥＤＦＡによる波長特性は、個々のＥＤＦＡ毎に固定の光利得等化器で補正を行っているが、経時変化や入力信号光の変動によって波長特性に傾斜が生じる。縦続接続された複数のＥＤＦＡについて、この傾斜が累積すると、損失の大きいチャンネルの光信号対ノイズが悪化する。
【０００３】
この傾斜を補正するために、可変光学フィルタが用いられる。従来技術としては、例えば、第１の偏光子、位相差素子、可変ファラデー回転子、第２の偏光子を、その順に光軸に沿って配列した構造の可変光学フィルタがある（特開平１１−２１２０４４号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような可変光学フィルタは、波長傾斜特性を補償する場合、透過率が可変ファラデー回転子の回転角波長依存性、及び位相差素子の波長特性が三角関数的に変化する。しかし、一般にＥＤＦＡの傾斜は、波長特性を対数で表示した場合に直線に乗るように変化することが知られており、これを可能な限り正確に補償することが求められるが、従来技術では必ずしも十分ではない。
【０００５】
本発明の目的は、損失波長特性を対数表示した場合の直線性を、与えられた広い動作帯域幅にわたり改善できる可変光学フィルタを提供することである。また本発明の目的は、平均挿入損失の変動を、与えられた広い動作帯域幅にわたり低減できる可変光学フィルタを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の偏光子、位相差を生じさせる第１の位相差素子、可変のファラデー回転を与える可変ファラデー回転子、位相差を生じさせる第２の位相差素子、第２の偏光子を、その順に光軸に沿って配列し、前記第１及び第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角をそれぞれφ１及びφ２としたとき、φ１とφ２とを異なる角度に設定したことを特徴とする可変光学フィルタである。
【０００７】
また本発明は、第１の偏光子、位相差を生じさせる第１の位相差素子、可変のファラデー回転を与える可変ファラデー回転子、位相差を生じさせる第２の位相差素子、第２の偏光子を、その順に光軸に沿って配列し、ファラデー回転子の回転角θの回転方向を正方向（θ＞０）としたとき、第１の偏光子の偏光透過方位に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＞０、第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＜０、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＜０であり、且つφ１≠φ２に設定されていることを特徴とする可変光学フィルタである。
【０００８】
本発明においては、第１及び第２の位相差素子で生じる位相差をそれぞれΔ１及びΔ２としたとき、それらのうち少なくとも一方は、予め与えられた透過帯域内において、（２ｎ＋１）λ／４（但し、λは与えられた透過帯域内の任意の波長）とするのが好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい例としては、与えられた透過帯域の中心波長をλ０としたとき、第１の位相差素子の位相差Δ１が１３／４λ０≦Δ１≦４９／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２が１３／４λ０≦Δ２≦４９／４λ０であり、透過帯域幅４０ｎｍにて波長傾斜−５ｄＢ〜＋５ｄＢにおける平均挿入損失の変動が０．５ｄＢ以下となっている可変光学フィルタがある。
【００１０】
本発明の他の好ましい例としては、与えられた透過帯域の中心波長をλ０としたとき、第１の位相差素子の位相差Δ１が１３／４λ０≦Δ１≦４９／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２が１３／４λ０≦Δ２≦４９／４λ０であり、透過帯域幅４０ｎｍにて波長傾斜−５ｄＢ〜＋５ｄＢにおける損失波長特性の直線性が０．２ｄＢ以下となっている可変光学フィルタがある。
【００１１】
本発明の更に他の好ましい例としては、与えられた透過帯域の中心波長をλ０とし、帯域外の波長をλとしたとき、第１の位相差素子の位相差Δ１が１３／４λ０≦Δ１≦４９／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２が１３／４λ≦Δ２≦４９／４λであり、透過帯域幅４０ｎｍにて波長傾斜−５ｄＢ〜＋５ｄＢにおける損失波長特性の直線性が０．２ｄＢ以下であり、且つ可変傾斜範囲を−６．５ｄＢ〜＋６．５ｄＢとした可変光学フィルタがある。
【００１２】
なお、これら好ましい例における位相差Δ１及びΔ２の範囲は、透過率を対数表示したときの直線性が極めて良好となる組み合わせを、条件を変えてシミュレーションした結果から求めたときの必要条件として得られたものである。この位相差Δ１及びΔ２の範囲内で他のパラメータ（φ１、φ２、δ）を適切に設定することにより、最適の特性を発現させることができる。
【００１３】
本発明において、ファラデー回転子としては、光路中に配置された磁気光学結晶と、該磁気光学結晶を磁気飽和させる第１の磁界印加手段と、該第１の磁界印加手段の印加磁界方向に対して非平行な方向に可変磁界を印加する第２の磁界印加手段を具備している構成が好ましい。また第１及び第２の偏光子が、複屈折材料からなる楔板であり、それらの頂部と底部が互いに反対向きとなるように配置され、第１及び第２の位相差素子が平板状をなしている構成も可能である。その場合、第１の偏光子の光学軸方位に対して第１の位相差素子の光学軸方位が光軸方向で見て直交するように組み合わせるのがよい。第１及び第２の位相差素子の材質を変えて、その屈折率変化の温度特性が互いに反対符号の特性を呈するようにすると、全体としての温度特性を改善できる。
【００１４】
本発明では、第１及び第２の位相差素子として、例えば水晶、バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ４）、モリブデン酸鉛（ＰｂＭｏＯ４）、ルチル（ＴｉＯ２）などが使用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可変光学フィルタの基本構成を図１に示す。この可変光学フィルタは、第１の偏光子１０、位相差を生じさせる第１の位相差素子１２、可変のファラデー回転を与える可変ファラデー回転子１４、位相差を生じさせる第２の位相差素子１６、第２の偏光子１８が、その順に光軸に沿って配列されている。そして図２に示すように、第１及び第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角を、それぞれφ１及びφ２としたとき、φ１とφ２とを異なる角度（即ちφ１≠φ２）に設定する。より好ましくは、ファラデー回転子の回転角θの回転方向を正方向（θ＞０）としたとき、第１の偏光子の偏光透過方位に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＞０、第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＜０、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＜０とする。
【００１６】
第１の偏光子１０、第１の位相差素子１２、可変ファラデー回転子１４、第２の位相差素子１６、第２の偏光子１８の順に光は透過する。この構成で、ファラデー回転角が変化すると、それに応じて透過光強度の波長依存性が変化する。このとき、第１の位相差素子と第２の位相差素子の光学軸方位差の条件と、位相差の波長依存性、可変ファラデー回転子の回転角波長依存性、第１の偏光子と第２の偏光子の透過偏光方位の組み合わせにより、第２の偏光子を透過した透過光強度波長依存性は使用範囲の任意のファラデー回転角で、真数で表した場合に非線形性をもち、対数表示したときに直線に近くなる。第１の位相差素子の波長特性と第２の位相差素子の波長特性は合成されるが、合成の結果、直線性が最適になる組み合わせが少なくとも１組は存在するためである。ここでプラスの傾きの場合とマイナスの傾きの場合、打ち消す方向が逆になるため、位相差素子を可変ファラデー回転子の前後に配置して、それぞれの場合に光学軸のなす角度が異なるようにする。
【００１７】
【実施例】
図３に示す本発明の構成において、可変ファラデー回転子の磁気光学結晶にＢｉ置換希土類鉄ガーネットを用い、第１及び第２の位相差素子に水晶を用いた。なお、図３中の符号は図１の符号に対応している。偏光の回転方向は反時計回りを正（従ってファラデー回転子の回転角θの回転方向も正）とする。透過帯域は１５３０〜１５７０ｎｍ（帯域幅は４０ｎｍ、中心波長λ０＝１５５０ｎｍ）である。第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＝−６°、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＝−３４°、第１の偏光子に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＝８°とする。そして、第１の位相差素子の位相差Δ１がΔ１＝３３／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２がΔ２＝２１／４λ０の場合の損失波長特性を図４及び図５に示す。なお、図５は損失偏差（直線性からのずれ）を表している。
【００１８】
損失波長特性を示す図４及び図５から分かるように、傾斜（両端の波長での損失差で定義する）が大きくなっても直線性が保たれている。図４及び図５において、系列１〜５は異なるファラデー回転角に対応しており、それぞれ傾斜＋５ｄＢ，＋２．５ｄＢ，０ｄＢ，−２．５ｄＢ，−５ｄＢに対応している。損失波長特性の直線性は、各傾斜において両端の波長での損失値を結んだ直線と、各波長での損失との差で評価している。傾斜範囲＋５ｄＢ〜−５ｄＢにおいて直線性は±０．２ｄＢが実現されている。
【００１９】
比較のために、図９で示す従来技術の構成では、図１０及び図１１に示すように、同様の範囲で直線性は＋０．２ｄＢ〜−０．６ｄＢである。
【００２０】
図３に示す本発明の構成において、平均挿入損失の傾斜依存性（挿入損失変動−損失傾斜）の一例を図６に示す。なお、平均挿入損失とは、各波長での損失の値の平均値のことである。透過帯域は１５３０〜１５７０ｎｍ（帯域幅は４０ｎｍ、中心波長λ０＝１５５０ｎｍ）である。第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＝−１４°、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＝−３３°、第１の偏光子に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＝８°とする。そして、第１の位相差素子の位相差Δ１がΔ１＝４５／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２がΔ２＝２９／４λ０の場合、−５ｄＢ〜＋５ｄＢの傾斜範囲で、平均挿入損失の変動が０．３ｄＢとなっており、従来技術における平均挿入損失の変動（図１２では０．５ｄＢ）よりも抑えられていることがわかる。
【００２１】
更に、図３に示す本発明の構成において、波長傾斜直線性（直線性−波長傾斜）の一例を図７に示す。なお、直線性とは、損失波長特性を対数表示した場合の直線性のことである。透過帯域は１５３０〜１５７０ｎｍ（帯域幅は４０ｎｍ、中心波長λ０＝１５５０ｎｍ）である。第１の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ１はφ１＝−１３°、第２の位相差素子の光学軸が第１の偏光子の透過偏光方位となす角φ２はφ２＝−５２°、第１の偏光子に対する第２の偏光子の偏光透過方位のなす角δはδ＝８°に設定する。そして、第１の位相差素子の位相差Δ１がΔ１＝３３／４λ０、第２の位相差素子の位相差Δ２がΔ２＝２１／４λ（波長λ＝１５９０ｎｍ）の場合、−５ｄＢ〜＋５ｄＢの傾斜範囲で、直線性が０．２ｄＢ以下に抑えられていることがわかる。
【００２２】
また、図７を得たのと同じ条件において求めたファラデー回転角と波長傾斜の関係を図８に示す。ファラデー回転角を可変することで波長傾斜を連続的に変化させうることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は上記のように、光路中で可変ファラデー回転子の前後に位相差素子を配置し、２つの位相差素子の光学軸を異なる方位に設定した構成であるので、広い動作傾斜範囲における非直線性（透過率を対数表示したときの直線性）が良好な（＜±０．２ｄＢ）可変光学フィルタが得られる。これにより、制御可能な波長範囲が拡大され、より広い波長領域まで信号光範囲として使用でき、結果として大容量伝送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変光学フィルタの基本構成を示す説明図。
【図２】その透過偏光方位及び光学軸の関係を示す説明図。
【図３】本発明の構成図。
【図４】本発明による損失波長特性の一例を示すグラフ。
【図５】本発明による損失波長特性直線性を示すグラフ。
【図６】本発明による損失傾斜と平均挿入損失の関係を示すグラフ。
【図７】本発明による波長傾斜と直線性の関係を示すグラフ。
【図８】本発明によるファラデー回転角と波長傾斜の関係を示すグラフ。
【図９】従来技術の構成図。
【図１０】従来技術による損失波長特性の一例を示すグラフ。
【図１１】従来技術による損失波長特性直線性を示すグラフ。
【図１２】従来技術による損失傾斜と平均挿入損失の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０　第１の偏光子
１２　第１の位相差素子
１４　可変ファラデー回転子
１６　第２の位相差素子
１８　第２の偏光子
【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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