(57)【要約】  【課題】  ファラデー素子を用いながらも偏光子、検光子を不要とし、ファラデー素子を用いた従来の可変光減衰器に比べて構造を簡素化する。  【解決手段】  光学素子に対して光ビームを出射する光ファイバ１１と、光ファイバ１１から出射される発散光を平行光にするコリメートレンズ１２と、直線偏光の偏波面が印加された磁界の強度に比例して回転することで光量を変化させるファラデー素子１３と、ファラデー素子１３により回折されない０次回折光を集光するコリメートレンズ１４と、コリメートレンズ１４により集光された光を入射する光ファイバ１５と、ファラデー素子１３に対して光進行方向へ磁界を印加するコイル１６とを備えており、このファラデー素子１３は、磁区内の磁化方向が隣接する磁区で互いに異なり、かつ磁化方向が光の進行方向と平行となるように構成されてなる。  【選択図】  図１
2005208435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射する光強度を調節する可変光減衰器であって、
磁区内の磁化方向が隣接する磁区で互いに異なり、かつ当該磁化方向が光の進行方向と平行となるファラデー素子と、
前記ファラデー素子を透過することにより磁区により回折された０次回折光の光強度を、前記ファラデー素子に磁界を印加することにより変調する光強度変調手段と
を含む可変光減衰器。
【請求項２】
前記ファラデー素子は、希土類鉄ガーネット膜を用いることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項３】
第１の光ファイバから出射された光を平行ビームに変換して前記ファラデー素子に導く第１のコリメートレンズと、
前記ファラデー素子を透過した光ビームを集光して第２の光ファイバに導く第２のコリメートレンズとを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項４】
前記第１の光ファイバおよび前記第１のコリメートレンズと、前記第２のコリメートレンズおよび前記第２の光ファイバとは、前記ファラデー素子を透過する光の進行方向にて当該ファラデー素子を挟んで両側に配置されることを特徴とする請求項３記載の可変光減衰器。
【請求項５】
前記第１の光ファイバおよび前記第１のコリメートレンズと、前記第２のコリメートレンズおよび前記第２の光ファイバとは、前記ファラデー素子を透過する光の進行方向にて当該ファラデー素子の一方の側に共に配置され、当該ファラデー素子の他方の側には当該ファラデー素子を透過した光を反射する反射鏡が配置されることを特徴とする請求項３記載の可変光減衰器。
【請求項６】
光デバイスに供給される光の強度を調整するための光強度調整方法であって、
第１の光ファイバから出射される光を平行光に変換し、
磁区内の磁化方向が隣接する磁区で互いに異なり当該磁化方向が光の進行方向と平行となるファラデー素子に対して、平行光に変換された光を偏光子を介すことなく導き、
前記ファラデー素子を透過し磁区により回折される０次回折光の光強度を当該ファラデー素子に磁界を印加することにより変化させ、
前記ファラデー素子を透過し光強度が変化された光を、検光子を介すことなく第２の光ファイバに入射させることを特徴とする光強度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光量を調整するための可変光減衰器等に係り、より詳しくは、ファラデー素子を用いた可変光減衰器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、本格的なブロードバンドネットワーク時代に突入し、情報伝送の大容量、高速化が著しく進展している。そして、伝送容量の飛躍的拡大のために、大容量伝送が可能な光通信技術が急速に発展している。この光通信技術としては、より大容量化を図るために、波長多重通信(ＷＤＭ：Wavelength Domain Multiplexing)、高密度波長多重通信(ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Domain Multiplexing)という新しい通信方式も提案されており、光部品の高性能化も強く望まれている。
【０００３】
ここで、これらの光通信システムを構築する場合、光増幅器等の光デバイスに供給される光のパワー(光量、強度)を調節するために、可変光減衰器が使用されることがある。この種の光減衰器(光アッテネータ)としては、機械式のバリアブルアッテネータが広く用いられているが、小型化に限界があり、また、応答速度も遅いことが欠点となる。そこで、従来技術として、この機械的可動部分を有しない実用性に優れた可変光減衰器についての提案がある(例えば、特許文献１参照。)。この特許文献１に記載された可変光減衰器は、電磁石への印加電流の変化によりファラデー回転角が変化するファラデー回転子を備えており、減衰量はファラデー回転角の調節により設定される。
【０００４】
図３は、従来の可変光減衰器の構成例を示した図である。図３に示す可変光減衰器は、光ビームの入射側から、レンズ１０１、偏光子１０２、ファラデー素子１０３、１０４、１０５、検光子１０６、レンズ１０７、および位相補償プリズム１０８から構成されている。図示されない光ファイバから出射した光は、レンズ１０１により平行ビームとなり、偏光子１０２を透過することにより直線偏光となる。ファラデー素子１０３、１０４、１０５に対して図示しない磁界印加系にて磁界を印加すると、ファラデー効果により直線偏光の偏光面が印加された磁界の強度に比例して回転する。この偏光面が回転された光が検光子１０６を透過すると、検光子１０６を透過後の光量は偏光面の角度により光量が変化し、レンズ１０７により図示されない光ファイバへ集光される。このように、印加磁界の強度を調節することによって光強度の減衰量を任意に設定できる。尚、複数枚のファラデー素子が用いられているのは、温度特性等の性能を向上させるためである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２８９９８号公報(第３〜４頁、図３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の可変光減衰器では、偏光面の回転を光強度に変換することが必要となる。そのために、ファラデー素子１０３、１０４、１０５の両側に偏光子１０２と検光子１０６を配置しなければならず、構造が複雑になってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ファラデー素子を用いながらも偏光子、検光子を用いる必要がなく、従来の可変光減衰器に比べて構造を簡単化できる新規な可変光減衰器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明は、ファラデー素子が有する磁区構造によって、このファラデー素子を透過する光が回折され、かつ、その０次回折光の光強度は、ファラデー素子に磁界を印加して磁区構造、すなわち磁化状態を制御することにより任意に変化させることによって、上記課題を解決している。即ち、本発明は、出射する光強度を調節する可変光減衰器であって、磁区内の磁化方向が隣接する磁区で互いに異なり、かつ磁化方向が光の進行方向と平行となるファラデー素子と、このファラデー素子を透過することにより磁区により回折された０次回折光の光強度を、ファラデー素子に磁界を印加することにより変調する光強度変調手段とを含む。この光強度変調手段としては、実際に磁界を印加するコイルの他、このコイルが電磁石で可変磁界を印加する場合には、コイルへの電流制御のための構成(例えばマイクロプロセッサ)も含む。ここで、このファラデー素子は、希土類鉄ガーネット膜を用いることを特徴とすることができる。
【０００９】
また、第１の光ファイバから出射された光を平行ビームに変換してファラデー素子に導く第１のコリメートレンズと、ファラデー素子を透過した光ビームを集光して第２の光ファイバに導く第２のコリメートレンズとを更に備えたことを特徴とすることができる。ここで、この第１の光ファイバおよび第１のコリメートレンズと、第２のコリメートレンズおよび第２の光ファイバとは、ファラデー素子を透過する光の進行方向にてファラデー素子を挟んで両側に配置されることを特徴とすることができる。更に、この第１の光ファイバおよび第１のコリメートレンズと、第２のコリメートレンズおよび第２の光ファイバとは、ファラデー素子を透過する光の進行方向にてファラデー素子の一方の側に共に配置され、ファラデー素子の他方の側にはファラデー素子を透過した光を反射する反射鏡が配置されることを特徴とすれば、反射鏡を反射する光が再びファラデー素子を透過することで、ファラデー素子の膜厚を約半分にすることができる点で好ましい。
【００１０】
一方、本発明は、光デバイスに供給される光の強度を調整するための光強度調整方法であって、第１の光ファイバから出射される光を平行光に変換し、磁区内の磁化方向が隣接する磁区で互いに異なり磁化方向が光の進行方向と平行となるファラデー素子に対して、平行光に変換された光を偏光子を介すことなく導き、ファラデー素子を透過し磁区により回折される０次回折光の光強度をファラデー素子に磁界を印加することにより変化させ、ファラデー素子を透過し光強度が変化された光を、検光子を介すことなく第２の光ファイバに入射させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の可変光減衰器は、ファラデー素子を用いながらも偏光子、検光子が不要となり、ファラデー素子を用いた従来の可変光減衰器に比べて構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態が適用される可変光減衰器の構成例を示した図である。図１に示す可変光減衰器は、本実施の形態における光学素子に対して光ビームを出射する光ファイバ(第１の光ファイバ)１１、光ファイバ１１から出射される発散光を平行光(平行ビーム)にするコリメートレンズ(第１のコリメートレンズ)１２、直線偏光の偏波面が印加された磁界の強度に比例して回転することで光量を変化させるファラデー素子１３、ファラデー素子１３により回折されない０次回折光を集光するコリメートレンズ(第２のコリメートレンズ)１４、コリメートレンズ１４により集光された光を入射する光ファイバ(第２の光ファイバ)１５、ファラデー素子１３に対して光進行方向へ磁界を印加するための、光強度変調手段を構成するコイル１６を備えている。本実施の形態が適用されるファラデー素子１３は、印加磁界がないときに多磁区構造を有している。
【００１３】
光ファイバ１１から出射される反射光は、コリメートレンズ１２により平行ビームに変換され、ファラデー素子１３を透過する。ファラデー素子１３により回折されない０次回折光は、コリメートレンズ１４により集光されて、光ファイバ１５へ入射する。尚、光の波長は１５５０ｎｍで、光ファイバはコア径９ミクロンのシングルモードのものを用いた。また、ファラデー素子１３として、ビスマス置換希土類鉄ガーネット膜を用いた。この膜は垂直磁化膜であり、膜厚を３００μｍとした。
【００１４】
このファラデー素子１３に対して、コイル１６を用いて光進行方向へ磁界を印加した。この印加磁界の強度を０から徐々に大きくすると、ファラデー素子１３による回折効率が低下し、光ファイバ１５への入射光が増加する。磁界を印加しない状態での減衰量は約４０ｄＢであった。徐々に磁界を印加すると、減衰量は徐々に減少し、約１ｋＯｅの印加磁界で減衰量は約１ｄＢとなった。ここで用いられるビスマス置換希土類鉄ガーネット膜は、約１ｋＯｅ(エルステッド)の印加磁界の下では単磁区構造を有するものであり、約１ｄＢの減衰量は非回折時に得られる値である。
【００１５】
本実施の形態にて用いられるファラデー素子１３は、多磁区構造を有する材料で、図１に示すように、ファラデー素子１３に入射する光の進行方向に対して、その磁区内の磁化方向が隣接する磁区で互いに異なっている。このようなファラデー素子１３に光を入射させると、多磁区構造により光回折が生じることがよく知られている。かかる場合に、光回折の効率は、ファラデー素子１３の磁区構造、すなわち磁化状態に大きく依存する。したがって、ファラデー素子１３に磁界を印加して磁化状態を制御すれば回折効率が変化し、それに伴って０次回折光の強度が変化するので可変光減衰器を実現できることになる。
【００１６】
例えば、印加磁界がないときに多磁区構造を有するファラデー素子１３を用いた場合には、印加磁界が０のときには、多磁区構造に基づく回折効率が最大となって０次光の強度が最小となる。印加磁界を増すとファラデー素子１３全体から見た磁化成分の比率に変化が生じ、そのため回折効率が減少して０次光の強度が大きくなる。最終的に飽和磁界以上の磁界を印加すると、ファラデー素子１３の多磁区構造は単磁区構造となるので回折は生じず、０次回折光の強度が最大となる。
【００１７】
この場合、０次回折光に着目したときのファラデー素子１３の光透過率Ｔは、以下の近似式で表される。
Ｔ＝α(ＣＯＳ2θf＋(Ｈ／Ｈｓ)2ＳＩＮ2θf)
ここで、αは単磁区構造時における透過率、θfは単磁区構造時のファラデー回転角、Ｈは印加磁界、Ｈｓは飽和磁界である。したがって、大きな減衰効果を得るためには、単磁区構造時のファラデー回転角θfの大きなファラデー素子１３を用いることが有効である。
【００１８】
単磁区構造時のファラデー回転角θfが大きな多磁区構造を有するファラデー素子１３としては、例えば、希土類鉄ガーネット膜、ビスマス置換希土類鉄ガーネット膜等がある。特に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット膜は単磁区構造時のファラデー回転角θfが大きいため、薄い膜厚で大きな減衰効果が得られるという点からも好適である。
尚、上述した近似式の関係に基づくコイル１６の印加磁界の制御は、図示しない制御部(マイクロプロセッサ等)にて実行される。コイル１６が電磁石で可変磁界を印加する場合には、このコイル１６に供給される電流の制御が制御部にて実行される。
【００１９】
このように、本実施の形態では、ファラデー素子１３が有する磁区構造により、ファラデー素子１３を透過する光が回折され、かつ、その０次回折光の光強度は、ファラデー素子１３に磁界を印加して磁区構造を制御することによって任意に変化させることができる。これにより、ファラデー素子１３を用いながらも、従来のような偏光子、検光子(図３に示す偏光子１０２や検光子１０６)を用いる必要がなく、可変光減衰器の構造を簡単化することが可能となる。
【００２０】
［実施の形態２］
実施の形態２では、ファラデー素子を透過した光を反射プリズムで反射させ、再度、ファラデー素子を透過させる点に特徴がある。
図２は、実施の形態２における可変光減衰器の構成例を示した図である。図２に示す光学系では、ファラデー素子２３の一方の側に２本の光ファイバ２１、２６(第１の光ファイバ２１と第２の光ファイバ２６)およびコリメートレンズ２２、２５(第１のコリメートレンズ２２と第２のコリメートレンズ２５)が設けられ、他方の側に反射プリズム２４が配置されている。また、ファラデー素子２３に対して光進行方向へ磁界を印加するための、光強度変調手段を構成するコイル２７を備えている。実施の形態２のファラデー素子２３は、実施の形態１のファラデー素子１３と同様に、印加磁界がないときに多磁区構造を有している。
【００２１】
図２において、光ファイバ(第１の光ファイバ)２１から出射した光は、コリメートレンズ(第１のコリメートレンズ)２２で平行ビームとなり、ファラデー素子２３を透過後、反射プリズム２４で反射される。反射プリズム２４にて反射された反射光は、再びファラデー素子２３を透過し、コリメートレンズ(第２のコリメートレンズ)２５により光ファイバ２６(第２の光ファイバ)へ集光される。実施の形態２の場合も実施の形態１と同様、ファラデー素子２３により回折されない０次回折光のみがコリメートレンズ２５にて集光され、光ファイバ２６へ入射する。
【００２２】
但し、実施の形態２では、光ファイバ２１から出射した光は、ファラデー素子２３を２回透過するので、実施の形態１と比較してファラデー素子２３の膜厚を約半分にすることができるという利点がある。そのため、実施の形態１で用いたものと同様なビスマス置換希土類鉄ガーネット膜の膜厚は、１５０μｍ程度で済んだ。尚、光の波長は１５５０ｎｍで、光ファイバはコア径９ミクロンのシングルモードのものを用いた。反射プリズム２４としては光反射面にアルミ膜を設けている。
【００２３】
このファラデー素子２３に対して、コイル２７を用いて光進行方向へ磁界を印加した。磁界を印加しない状態での減衰量は約４０ｄＢであった。徐々に磁界を印加すると減衰量は徐々に減少し、約１ｋＯｅの印加磁界で減衰量は約１ｄＢとなった。用いたビスマス置換希土類鉄ガーネット膜は、約１ｋＯｅの印加磁界の下では単磁区構造を有するものであり、約１ｄＢの減衰量は非回折時に得られる値である。
【００２４】
実施の形態２においても実施の形態１と同様に、ファラデー素子２３が有する磁区構造により、ファラデー素子２３を透過する光が回折され、かつ、その０次回折光の光強度は、ファラデー素子２３に磁界を印加して磁区構造を制御することによって任意に変化させることができる。これによって、ファラデー素子２３を用いながらも、従来のような偏光子、検光子(図３に示す偏光子１０２や検光子１０６)を用いる必要がなく、可変光減衰器の構造を簡単化することが可能となる。
【００２５】
以上、詳述したように、本実施の形態(実施の形態１および実施の形態２)では、磁気光学素子を用いた可変光減衰器にて、この磁気光学素子に対する印加磁界強度を変調することにより、磁気光学素子により生じる透過光の偏光面の回転角度を制御している。このとき、磁気光学素子における多磁区構造からなる磁化状態を制御することによって磁気光学素子に対する印加磁界強度を変調する点で、従来のものとは大きく異なる。この磁気光学素子を透過する光回折の効率は、ファラデー素子１３、２３の磁区構造、すなわち磁化状態に大きく依存する。そこで、ファラデー素子１３、２３に磁界を印加して磁化状態を制御すれば、回折効率が変化し、それに伴って０次回折光の強度が変化するので、この０次光を検出すれば可変光減衰器を実現できる。従って、本実施の形態によれば、従来の必須部品であった偏光子および検光子を用いる必要がなく、可変光減衰器の構成を簡素化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の活用例としては、光伝送通信システムや、光伝送通信システムに用いられる可変光減衰器等への活用がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態が適用される可変光減衰器の構成例を示した図である。
【図２】実施の形態２における可変光減衰器の構成例を示した図である。
【図３】従来の可変光減衰器の構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１…光ファイバ(第１の光ファイバ)、１２…コリメートレンズ(第１のコリメートレンズ)、１３…ファラデー素子、１４…コリメートレンズ(第２のコリメートレンズ)、１５…光ファイバ(第２の光ファイバ)、１６…コイル、２１…光ファイバ(第１の光ファイバ)、２２…コリメートレンズ(第１のコリメートレンズ)、２３…ファラデー素子、２４…反射プリズム、２５…コリメートレンズ(第２のコリメートレンズ)、２６…光ファイバ(第２の光ファイバ)、２７…コイル
【図１】
2005208435.tif 000003
【図２】
2005208435.tif 000004
【図３】
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