(57)【要約】【課題】光強度の検知が行えるモニタ機能を備えて、比較的に簡素な構成でコスト面に有利性があり小型化できる光減衰器を提供すること【解決手段】光信号の入出力ポートｐ１，ｐ２を横並びに配置し、対向する反射部材４との間に、複屈折結晶５，収束レンズ６，固定ファラデー回転子７，可変ファラデー回転子８を順に配置して反射型にする。反射部材４は入射光の一部を背面側に透過する性状とし、背面を傾斜面にして入力ポートｐ１側からの透過光が仮想軸Ｌに沿う方向に向かう設定とし、その透過光を受ける位置に集光レンズ１０，光センサ９を配置する。入力ポートｐ１側からの光は反射部材４で一部が透過して光センサ９に結合し、光検知が行われる（ａ）。出力ポートｐ２側からの戻り光も反射部材４で一部が透過するが、この透過する戻り光は出射時の屈折方向が相違し、光センサ９には結合できない（ｂ）。【選択図】        図２
2005025036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の入力ポートと出力ポートを横並びに配置し、前記両ポートに対向する反射部材により入力側からの光を反転させて光路を１８０°折り返す光減衰器であって、
前記光路には入射光を２つの偏光成分に分離する複屈折結晶と、入射光の収束を行う収束レンズと、回転角を固定した固定ファラデー回転子と、回転角を可変する可変ファラデー回転子とを順に配置し、
前記反射部材は入射光の一部を背面側に透過する部分反射部材とし、
当該反射部材の背面側に光センサを設けるとともに、前記入力ポート側からの透過光のみを前記光センサに導く光ガイド手段を設けて前記光センサによる光検知を光入力のモニタ信号にすることを特徴とする光減衰器。
【請求項２】
前記光ガイド手段は、前記入出力ポート両者の光軸の中間にあたる仮想軸に前記収束レンズの軸が概ね一致する配置にし、
前記反射部材の透過面となる背面を傾斜面とし、当該傾斜角は前記入力ポート側からの透過光が前記仮想軸に沿う方向に向かう設定にすることを特徴とする請求項１に記載の光減衰器。
【請求項３】
前記光ガイド手段は、前記入力ポートの光軸に前記収束レンズの軸が概ね一致する配置にし、
前記反射部材は透過面となる背面が反射面に略平行であって前記入力ポートの光軸に対して姿勢を傾斜させ、当該傾斜姿勢は前記出力ポート側からの戻り透過光が前記入力ポートの光軸に対する斜め方向に向かう設定にすることを特徴とする請求項１に記載の光減衰器。
【請求項４】
前記光センサに至る光路に、集光のため入射光の収束を行う集光レンズを設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光減衰器。
【請求項５】
前記複屈折結晶の前記光路における厚みａと、前記収束レンズの焦点距離ｆは、
ｆ＞ａ
という関係にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファラデー回転子を利用して光強度の減衰を可変する光減衰器に関するもので、より具体的には、入力側からの光を反転させて光路を１８０°折り返す反射型における光入力のモニタ検知の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光減衰器（光アッテネータ）は、例えば特許文献１，特許文献２ならびに特許文献３などに見られるように、入射光の偏光面を回転するファラデー回転子と、入射光を２つの偏光（常光，異常光）に空間的に分離する複屈折結晶とを組み合わせた構成により、出力ポートに結合する光を制御し、光の減衰量を可変するようになっている。
【０００３】
係る光減衰器の用途としては、光増幅器の信号レベルを調整することへの利用があり、そのため、光増幅器においてダイナミックに変動する利得レベルを補正する必要から光減衰器により光強度の調節を行う。この光強度の調節では、光増幅器の側で光強度の比較基準が必要になり、このため光減衰器に入力する光強度をモニタし、これを光増幅器側にフィードバックするようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１０７４２０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５８２２９号公報
【特許文献３】
特開平１０−１６１０７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光減衰器のフィードバックは、例えば図１に示す構成により実現している。すなわち、図１に示すように、光減衰器１００の入力側に、一部の光を反射するビームスプリッタ１０１を、光軸に対して略４５°傾けて配置する。これにより、このビームスプリッタ１０１の表面で反射した反射光は、光路が略９０°変更されて横方向へ導き、収束レンズ１０２で集光して光センサ１０３に入射される用に構成する。そして、その光センサ１０３による光検知信号を、図示省略した光増幅器に向けて出力するようになっている。こうした光強度のモニタ機能は、光減衰器１００とは別体に構成したり、あるいは光減衰器１００とともに一つのケースに一体に構成することも行われている。
【０００６】
しかしながら、係る光強度のモニタ機能にあっては、光を導く方向が光軸から略９０°向きを変えた横方向であるため、光センサ１０３の部分が横に張り出てしまい大型化することは避けられないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、光強度の検知が行えるモニタ機能を備えるとともに、比較的に簡易な構成でコスト面に有利性があり小型化できる光減衰器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る光減衰器では、光信号の入力ポートと出力ポートを横並びに配置し、前記両ポートに対向する反射部材により入力側からの光を反転させて光路を１８０°折り返す光減衰器であって、前記光路には入射光を２つの偏光成分に分離する複屈折結晶と、入射光の収束を行う収束レンズと、回転角を固定した固定ファラデー回転子と、回転角を可変する可変ファラデー回転子とを順に配置し、前記反射部材は入射光の一部を背面側に透過する部分反射部材とし、当該反射部材の背面側に光センサを設けるとともに、前記入力ポート側からの透過光のみを前記光センサに導く光ガイド手段を設けて前記光センサによる光検知を光入力のモニタ信号にするように構成した。
【０００９】
また、前記光ガイド手段は、前記入出力ポート両者の光軸の中間にあたる仮想軸に前記収束レンズの軸が概ね一致する配置において、前記反射部材の背面を傾斜面とし、当該傾斜角は前記入力ポート側からの透過光が前記仮想軸に沿う方向に向かう設定としたり、前記入力ポートの光軸に前記収束レンズの軸が概ね一致する配置において、前記反射部材は透過面となる背面が反射面に略平行であって前記入力ポートの光軸に対して姿勢を傾斜させ、当該傾斜姿勢は前記出力ポート側からの戻り透過光が前記入力ポートの光軸に対する斜め方向に向かう設定にしたりすることができる。
【００１０】
また、前記光センサに至る光路に、集光のため入射光の収束を行う集光レンズを設けるとよい。さらにまた、前記複屈折結晶の前記光路における厚みａと、前記収束レンズの焦点距離ｆは、ｆ＞ａという関係にするとよい。
【００１１】
したがって本発明では、反射部材が入射光の一部を背面側に透過し、その透過光を光ガイド手段が光センサに導くことから、光センサの配置を適宜に設定でき、反射部材の背面側となる位置に配置することができる。すなわち、光強度のモニタ機能を行う構成要素は光路から横方向に張り出すことなく配置できる。また、光減衰器の基本構成は変わりなく、反射部材を光透過性にすればよいのでシンプルである。
なお、前記複屈折結晶は傾き姿勢に配置し、前記入力ポートからの出射光に対して傾斜させることができる。さらに、前記収束レンズの焦点距離ｆは、
１＜ｆ＜３
にする。
【００１２】
また、前記複屈折結晶は異常光の偏波方向が、前記入出力ポート両者の光軸が含まれる平面に一致しない設定とし、さらに限定するならば前記複屈折結晶は異常光の偏波方向が、前記入出力ポート両者の光軸が含まれる平面に垂直に交差する設定にすることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、光減衰器は、光信号の入力ポートｐ１と出力ポートｐ２を横並びに配置し、両ポートｐ１，ｐ２に対向する反射部材４により入力側からの光を反転させて光路を１８０°折り返す構成を採っている。さらに、光路には入射光を２つの偏光成分に分離する複屈折結晶（複屈折素子とも称する）５と、入射光の収束を行う収束レンズ６と、回転角を固定した固定ファラデー回転子７と、回転角を可変する可変ファラデー回転子８とを、その順に配置している。入出力ポートｐ１，ｐ２には、それぞれ光ファイバ１，２を接続し、これらは２芯のフェルール３で保持する。係る基本的な構成は、特許文献１に開示された発明と同様である。
【００１４】
ここで本発明では、反射部材４は、入射光の一部を背面側に透過する性状とした。換言すると、ビームスプリッタを構成するとも言え、具体的には、例えば、ガラス板等の透明な板材の表面に誘電体多層膜を成膜することにより形成することができる。そして、反射部材４の光透過性は例えば入射光の２〜５％を透過する設定でよい。
【００１５】
さらに、この反射部材４の背面側に光センサ９を設けるとともに、入力ポートｐ１側からの透過光のみを光センサ９に導く光ガイド手段を設ける。この光センサ９による光検知信号は、図示省略した光増幅器に出力し、光入力のモニタ信号にする。
【００１６】
本実施の形態においては、入出力ポートｐ１，ｐ２両者の光軸の中間にあたる仮想軸Ｌに収束レンズ６の軸が概ね一致する配置を採り、光ガイド手段としては、反射部材４の背面を傾斜面４ａとし、当該傾斜面４ａの傾斜角は入力ポートｐ１側からの透過光が仮想軸Ｌに沿う方向（平行）に向かうように設定する。そして、その透過光を受ける位置に光センサ９を配置し、光センサ９に至る光路には、集光のため入射光の収束を行う集光レンズ１０を設ける。
【００１７】
複屈折結晶５は、所定の傾き姿勢に配置し、入力ポートｐ１からの入射光に対して傾斜させる。このとき、複屈折結晶５は異常光の偏波方向が、入出力ポートｐ１，ｐ２両者の光軸が含まれる平面に一致しない設定としている。そしてここでは異常光の偏波方向が、入出力ポートｐ１，ｐ２両者の光軸が含まれる平面に垂直に交差する設定にする。
【００１８】
入出力ポートｐ１，ｐ２に対して、複屈折結晶５における異常光の偏波方向を上記のように設定することは、常光，異常光の分離面を、入出力ポートｐ１，ｐ２両者の光軸が含まれる平面に一致させない設定であり、これによりノイズ成分の再結合を防いでいる。つまり、複屈折結晶５では異常光の偏波方向が常光，異常光の分離面になるので、この分離面がポート光軸の側の平面と一致すると、減衰制御のため屈折させた光（ノイズ成分）が出力ポートｐ２に一部戻ってしまうことが起きる。しかし、本実施の形態では、異常光の分離面をポート光軸の側の平面と垂直に交差する設定にするので、そうしたノイズ成分が再結合することを防止できる。
【００１９】
また、複屈折結晶５の光路における厚みａと、収束レンズ６の焦点距離ｆとは、
ｆ＞ａ
という関係に設定し、収束レンズ６の焦点距離ｆは、
１＜ｆ＜３
にする。
【００２０】
入力ポートｐ１からの入射光は、図２（ａ）に示すように、複屈折結晶５，収束レンズ６，２つのファラデー回転子７，８を通過して反射部材４の表面で反射し、光路を１８０°折り返して前記した光学要素を逆にたどり、２つのファラデー回転子７，８でのファラデー回転を複屈折結晶５における複屈折に整合させる減衰の制御によって出力ポートｐ２に結合する。このとき、入射光の大部分は反射部材４で反射して出力ポートｐ２に向かうが、一部は反射部材４を透過して集光レンズ１０を通過して光センサ９に結合する。したがって、入力側から出力側へ向かう順方向の光は、光センサ９によって光検知が行われる。
【００２１】
一方、出力ポートｐ２側からの戻り光は、図２（ｂ）に示すように、複屈折結晶５，収束レンズ６，２つのファラデー回転子７，８を通過して反射部材４の表面で反射し、光束の大部分は入力ポートｐ１の側に向かうが、一部は反射部材４を透過する。しかしこの透過する戻り光は光センサ９には結合しない。これは、反射部材４の背面の傾斜角を入力ポートｐ１側からの透過光が仮想軸Ｌに沿う方向に向かう設定とし、これを受ける位置に光センサ９を配置してあることにより、出力ポートｐ２側からの戻り光は出射時の屈折方向が相違し、光センサ９には結合できない。
【００２２】
光センサ９は入力ポートｐ１側からの透過光を結合させる配置であり、これには出力ポートｐ２側からの戻り光などのノイズ成分を結合させることは避けたい。戻り光などのノイズ成分に対する感度を下げるには、例えば図４（ｂ）に示すように、光センサを受光サイズが小さいもの（光センサ９４）にすることが考えられる。しかしそれでは、センサ自体で感知面積が減り本来検知するべき光ビームの全体を捕らえることができず、変換効率が低下する問題がある。
【００２３】
ここでは前述したように、光センサ９に至る光路には集光レンズ１０を設けるので、当該光路では図４（ａ）に示すように、光ビームを収束することができる。このため、入力ポートｐ１側からの透過光はその全体を捕らえた検知ができ、変換効率の低下を生じない。そして、出力ポートｐ２側からの戻り光などのノイズ成分は光ビームの径が小さくなり光センサ９の外に集光して検知から外れる。したがって、光センサ９は受光サイズを適正に小さくでき、変換効率の低下がなくノイズ成分の除外を十分に行える。
【００２４】
入力ポートｐ１側からの光は複屈折結晶５において常光，異常光に分離しているので、光センサ９には図５（ａ），（ｂ）に示すように、異なった角度で向かってくる。この場合、変換効率の偏光依存性をなくすためには、図５（ｂ）に示すように、なるべく大きな光センサ９５を設けたい。これについても図５（ａ）に示す集光レンズ１０があることで光ビームを収束でき、このため光センサ９は比較的小さくできる。
【００２５】
例えば光センサ９は、開口サイズ８０μｍで光ビームが直径３００μｍ（１／ｅ２）のときは、集光レンズ１０が無しの構成では変換効率は反射部材４の透過率が２％で０．３ｍＡ／Ｗ程度しかとれない。これに対して、集光レンズ１０では光ビームは８０ｕｍ以下に絞ることができ、変換効率は１９ｍＡ／Ｗを得られる。なお、光ビームの９５％の大きさは約２倍の６００μｍの直径に相当するため、開口サイズ８０μｍの光センサ９との結合効率は１．７％しか得られない。ここで反射部材４の透過率が２％とすると、０．３％＝３ｍＡ／Ｗに相当する。
【００２６】
このように、反射部材４が入射光の一部を背面側に透過し、その透過光を光ガイド手段が光センサ９に導くことから、光センサ９の配置を適宜に設定でき、反射部材４の背面側となる位置に配置することができる。すなわち、光強度のモニタ機能を行う構成要素は光路から横方向に張り出すことなく配置でき、小型化できる。また、光減衰器の基本構成は変わりなく、反射部材４を光透過性にすればよいのでシンプルであり、比較的に簡素な構成でコスト面に有利性がある。
【００２７】
２つのファラデー回転子７，８は、偏光面の回転方向を互いに逆向きに設定する。そして、可変ファラデー回転子８は、所定向きに固定した定磁場により磁気飽和させるとともに、定磁場と一致しない向きで可変する可変磁場を加えて、これら両磁場の合成により磁化に傾きを与える。
【００２８】
具体的には、可変ファラデー回転子８については、図６（ａ）に示すように、所定向きの定磁場Ｈｓを加えることとし、定磁場Ｈｓは可変ファラデー回転子８が磁気飽和するのに充分な大きさに設定し、さらに定磁場Ｈｓと直交する向きで可変する可変磁場Ｈｖを加える。このとき、可変ファラデー回転子８には定磁場Ｈｓ，可変磁場Ｈｖを合成した傾きαの磁場Ｈが作用し、磁化Ｍは図６（ｂ）に示すように、傾きαの磁場Ｈに対応して傾いていく。このため、ファラデー回転に係る磁化成分Ｍｆが減り、この磁化成分Ｍｆは、
Ｍｆ＝Ｍｓ×ｃｏｓα
になる。これはファラデー回転に係る回転角θｆと対応するので、磁化Ｍをそのまま回転角θｆに置き換えて図６（ｃ）のように考えることができ、ファラデー回転に係る回転角θｆは定磁場Ｈｓによる（最大）回転角θｓと磁化Ｍの傾きαから、
θｆ＝θｓ×ｃｏｓα
となる。ここで光強度の減衰量が最大になるのは、
θｆ＝０，１８０，…，ｎπ（ｎは整数）
であり、逆に減衰量が最小になるのは、
θｆ＝９０，２７０，…，（２ｎ＋１）π／２（ｎは整数）
である。本実施の形態の光減衰器は反射型なので、入射光はファラデー回転子を２回通過する。したがって、ここで言う回転角θｆは２回通過する際のトータルの回転角である。
【００２９】
ファラデー回転子は波長に対する回転角の依存性があるので、波長依存性を最小にするには、回転角は０〜９０°の範囲で可変することがよい。これを可変ファラデー回転子８のみを用いた構成で実現するには、図６（ａ）に示す可変磁場Ｈｖを非常に大きくしなければならない。しかしここでは、固定ファラデー回転子７について、その回転角を可変側とは逆向きのθ２に固定していて、この固定側の回転角θ２が加わるので回転角θｆは、
θｆ＝θｓ×ｃｏｓα−θ２
となり、範囲を考えると、
−θ２＜θｆ＜θｓ−θ２
で可変となる。したがって、光強度の減衰量は、
θｓ×ｃｏｓα＝θ２
で最大になり、θｓとθ２を適宜にとることで最小にできる。
【００３０】
例えば、θｓ＝１２０°，θ２＝３０°にした場合は、最大減衰量が得られる磁化Ｍは図６（ｄ）に示すように傾き、これは、
ｃｏｓα＝３０／１２０
となる。したがって、磁化Ｍの傾きαは約７５．５°となり図７に示すように、このとき光強度の減衰量が最大になる。同図には可変ファラデー回転子８のみを用いてθｓ＝９０°とした動作特性も示してあり、その場合は磁化Ｍの傾きαを大きくしなと減衰量を大きく得られず、可変磁場Ｈｖを非常に大きくすることになるので効率が悪い。
【００３１】
このように、２つのファラデー回転子７，８を固定，可変に組み合わせる構成は、θｓを９０°よりも大きく設定でき、同一の減衰量が得られる磁化の傾きαが小さくなり効率がよくなる。
【００３２】
図８（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態では、入力ポートｐ１の光軸に収束レンズ６の軸が概ね一致する配置を採る。また、光ガイド手段としては、反射部材４０は背面が反射面に略平行であって入力ポートｐ１の光軸に対して姿勢を傾斜させ、当該傾斜姿勢は出力ポートｐ２側からの戻り光が入力ポートｐ１の光軸に対する斜め方向に向かう設定にする。そして、光センサ９は入力ポートｐ１側からの透過光を受ける位置に配置する。なお、前述した第１の実施の形態と同様な構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
この場合も動作は第１の実施の形態と同様であり、入力ポートｐ１からの入射光は、図８（ａ）に示すように、大部分が反射部材４０で反射して出力ポートｐ２に向かうが、一部は反射部材４０を透過して集光レンズ１０を通過して光センサ９に結合する。したがって、入力側から出力側へ向かう順方向の光は、光センサ９によって光検知が行われる。
【００３４】
一方、出力ポートｐ２側からの戻り光も図８（ｂ）に示すように、反射部材４０の表面で反射し、光束の大部分は入力ポートｐ１の側に向かうが、一部は反射部材４０を透過する。しかしこの透過する戻り光は光センサ９には結合せず、出力ポートｐ２側からの戻り光は反射部材４０の傾斜姿勢のため出射時の屈折方向が相違し、光センサ９には結合できない。
【００３５】
この形態でも反射部材４０が入射光の一部を背面側に透過し、その透過光を光ガイド手段が光センサ９に導くことから、光センサ９の配置は反射部材４０の背面側となり、光強度のモニタ機能を行う構成要素は光路から横方向に張り出すことなく配置でき、小型化できる。そして、光減衰器の基本構成は変わりなく、反射部材４０を光透過性にするものであって比較的に簡素な構成でコスト面に有利性がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光減衰器では、反射部材が入射光の一部を背面側に透過し、その透過光を光ガイド手段が光センサに導くことから、光センサの配置を反射部材の背面側にすることができる。すなわち、光強度のモニタ機能を行う構成要素は光路から横方向に張り出すことなく配置でき、小型化できる。
【００３７】
また、光減衰器の基本構成は変わりなく、反射部材を光透過性にすればよいのでシンプルであり、比較的に簡素な構成でコスト面に有利性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】光減衰器に付設する光強度のモニタ機能を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態を示す光減衰器の側面図であり、（ａ）は入力側から出力側へ向かう順方向の光を示し、（ｂ）は逆に出力側から入力側へ向かう逆方向の戻り光を示している。
【図３】複屈折結晶による偏光を示す側面図である。
【図４】光センサによる常光成分の光検知を示す側面図である。
【図５】光センサによる異常光成分の光検知を示す側面図である。
【図６】可変ファラデー回転子における磁化と回転角を説明するベクトル図である。
【図７】ファラデー回転子の動作特性を示すグラフ図である。
【図８】第２の実施の形態を示す光減衰器の側面図であり、（ａ）は入力側から出力側へ向かう順方向の光を示し、（ｂ）は逆に出力側から入力側へ向かう逆方向の戻り光を示している。
【符号の説明】
１，２  光ファイバ
３  フェルール
４，４０  反射部材
５  複屈折結晶
６  収束レンズ
７  固定ファラデー回転子
８  可変ファラデー回転子
９  光センサ
１０  集光レンズ
ｐ１  入力ポート
ｐ２  出力ポート
【図１】
2005025036.tif 000003
【図２】
2005025036.tif 000004
【図３】
2005025036.tif 000005
【図４】
2005025036.tif 000006
【図５】
2005025036.tif 000007
【図６】
2005025036.tif 000008
【図７】
2005025036.tif 000009
【図８】
2005025036.tif 000010