(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を偏光面の異なる第１および第２の光に分離する第１光素子と、
平行な光入射面および光出射面を有し、前記光入射面および前記光出射面にそれぞれ形成した反射膜によりファブリペロー干渉計を形成し、前記第１光素子より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力する第１の磁気光学結晶と、
前記第１の磁気光学結晶より出力された第１の光および第２の光を入力する第２の磁気光学結晶と、
前記第１光素子の偏光分離方向に対応した光学軸を有し、前記第２の磁気光学結晶より出力された前記第１の光および前記第２の光を合成する第２光素子と、
前記第１の磁気光学結晶に対して第１の固定磁界を与える第１の固定磁界発生部と、
前記第１の磁気光学結晶に対して前記第１の固定磁界とは異なる方向に第１の可変磁界を与える第１の可変磁界発生部と、
前記第１の磁気光学結晶で与えられたファラデー回転角に対して、回転方向が反対で、かつ、大きさが略等しいファラデー回転角を第２の磁気光学結晶が与えるように、前記第２の磁気光学結晶にそれぞれ、第２の固定磁界、および、該第２の固定磁界とは異なる方向の第２の可変磁界を与える、第２の固定磁界発生部、および、第２の可変磁界発生部と、を備え、
前記第１および第２の可変磁界の大きさを制御することにより、複数の異なる波長に対する透過波長特性を変化させることを特徴とする波長特性可変装置。
【請求項２】
前記第１および第２の固定磁界の大きさは、前記第１および第２の磁気光学結晶の磁化を飽和させる大きさであることを特徴とする請求項１に記載の波長特性可変装置。
【請求項３】
前記反射膜は、５％以上の反射率を有することを特徴とする請求項２に記載の波長特性可変装置。
【請求項４】
前記反射膜は、５０％以下の反射率を有することを特徴とする請求項３に記載の波長特性可変装置。
【請求項５】
前記第１光素子および前記第２光素子が、複屈折物質からなる第１平板および第２平板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の波長特性可変装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長特性可変装置をモジュール化して複数のモジュールを直列に接続し、該各モジュールの透過波長特性における波長に対する周期を互いに異なるように設定して、各々の透過波長特性の和に対応した可変の透過波長特性が得られるようにしたことを特徴とする波長特性可変装置。
【請求項７】
前記第２光素子を透過した後の光の一部を分岐する光分岐部と、
該光分岐部からの分岐光の波長特性を測定する波長特性測定部と、
該波長特性測定部の測定結果に基づいて、前記第１および第２の磁気光学結晶で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を変化させる制御部とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長特性可変装置。
【請求項８】
前記第１光素子を透過する前の光の一部を分岐する光分岐部と、
該光分岐部からの分岐光の波長特性を測定する波長特性測定部と、
該波長特性測定部の測定結果に基づいて、前記第１および第２の磁気光学結晶で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を変化させる制御部とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つ記載の波長特性可変装置。
【請求項９】
光信号を増幅して出力する光増幅器において、
請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長特性可変装置を備え、利得波長特性の等化が前記波長特性可変装置によって行われることを特徴とする光増幅器。
【請求項１０】
前記波長特性可変装置に入射する光を増幅する光増幅部と、
該光増幅部の利得波長特性に関するデータを測定する測定部と、
該測定部の測定結果に基づいて、前記光増幅部の利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を変化させる制御部とを備えて構成されたことを特徴とする請求項９に記載の光増幅器。
【請求項１１】
前記光増幅部は、希土類元素添加光ファイバ増幅器を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光増幅器。
【請求項１２】
光送信装置から光伝送路を介して光受信装置に光信号を伝送する光伝送システムにおいて、
請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長特性可変装置を前記光伝送路上に備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項１３】
前記光伝送路上に複数の光中継器を備え、
前記波長特性可変装置が、予め設定した中継区間数ごとにそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の光伝送システム。
【請求項１４】
光送信装置から光伝送路および光中継器を介して光受信装置に光信号を中継伝送する光伝送システムにおいて、
前記光中継器が、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の光増幅器を含むことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等の分野で利用される周期的な透過波長特性を有する光学素子について、その透過波長特性を可変にしたエタロン型の光学素子を用いた波長特性可変装置、光増幅器および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光信号を長距離に亘って伝送する光伝送システムにおいては、伝送距離の長距離化のために光増幅中継器の数を増大させると共に、伝送量の増大のために波長の異なる複数の光信号を多重化して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が採用されている。このＷＤＭ光伝送方式では、光増幅中継器においてＷＤＭ光信号が一括増幅されて伝送される。中継器用の光増幅器としては、例えば、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器（Erbium-Doped optical Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）が広く用いられている。
【０００３】
しかし、このＥＤＦＡの利得特性は、一般的に光ファイバの母材の組成に基づく波長依存性を有し、長距離光伝送で用いられる１．５μｍ〜１．６μｍ等の波長帯域で完全に平坦な利得波長特性とはならない。このため、光増幅中継器の数が増加すると、波長依存性が増大し、各波長（チャネル）間で光の信号対雑音比（光ＳＮＲ）の偏差が増大するという問題がある。
【０００４】
上記のような問題を解決するための従来技術として、例えば、ＥＤＦＡの利得波長特性とは逆の透過（または損失）波長特性を有するエタロン型の光学素子（光フィルタ）などを利得等化器（Gain-Equalizer：ＧＥＱ）として光増幅器内部や光伝送路上等に挿入し、利得波長特性を平坦化する技術が知られている（具体的には、「池田他、『エタロンフィルタによる光増幅器の利得平坦化』、１９９５年秋季電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−７５９」や、「水野他、『エタロン型光利得等化器の開発』、古川電工時報第１０５号、平成１２年１月」などを参照のこと）。
【０００５】
また、例えば、特開平１１−１６２０３２号公報等に記載された波長等化装置では、与えられた波長特性とは逆の波長特性をフーリエ級数展開することにより、周期的な透過波長特性を有する複数の光フィルタのパラメータを決定し、それらの光フィルタを直列に接続して波長特性を補償する技術も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したＥＤＦＡの利得波長特性は、周囲の温度変動によって変化することが知られている。また、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）は、母材の組成、特にアルミニウム（Ａｌ）等の添加物の濃度が製造上ばらつくことがあり、Ａｌ濃度によってＥＤＦＡの利得波長特性が変わってしまうことがある。さらに、ＥＤＦＡの利得波長特性は、入力光レベルが変動した場合に利得を変えて出力光レベルを一定に保つような制御（出力一定制御：ＡＬＣ）が行われているときにも変化してしまう。
【０００７】
このようなＥＤＦＡの利得波長特性の変化に対しては、前述した利得等化器の透過波長特性を可変に制御できることが望まれる。しかしながら、従来の利得等化器に用いられるエタロン型の光フィルタは、一般に、ファブリペロー干渉計を構成する平行な反射膜間の距離や各反射膜の反射率等によって透過波長特性が固定されてしまうため、ＥＤＦＡの利得波長特性の変化に応じて利得等化器の損失波長特性を柔軟に変化させることが難しかった。
【０００８】
なお、本出願人は、例えば特開平１１−２１２０４４号公報等において、磁気光学効果を利用した可変光学フィルタを開示し、また、例えば特開平１２−１３７６０４号公報等では、上記のような可変光学フィルタを多段接続して利得等化器等を構成する技術を提案している。この利得等化器等に用いられる可変光学フィルタは、前述したようなエタロン型の光フィルタとは異なり、ファラデー回転子を利用することによって、周期的に変化する透過波長特性の形状を透過率の軸の方向に可変にした光学素子である。ファラデー回転子を用いた光学素子に関する技術は、上記の他にも、例えば、特開昭６１−２７９８０６号公報、特開平１１−１４９３９号公報、特開平９−２１６０８号公報、特開昭５９−１５１０６５号公報等に記載された各種の技術が公知である。
【０００９】
上記のようなファラデー回転子を用いた可変光学フィルタを多段接続して利得等化器等を構成する場合、各可変光学フィルタの透過波長特性を設計する１つの手法として前述したフーリエ級数展開による手法は有効である。しかし、フーリエ級数展開した各項のｓｉｎ関数に対して高い精度でマッチングした透過波長特性を有する可変光学フィルタを、磁気光学効果のみを利用して実現することは必ずしも容易ではなかった。
【００１０】
本発明は上記のような点に着目してなされたものであり、温度変動などによる光増幅器等の波長特性の変化をも能動的に等化できる透過波長特性可変の光学素子をエタロン型の構成により容易に実現し、そのような光学素子を用いた波長特性可変装置、光増幅器および光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１１】
なお、本明細書において、「等化」とは、望ましくない透過波長特性について、好ましい透過波長特性と同一になるかまたは近似した特性となるように補償を行うことを意味するものとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる波長特性可変装置は、入射する光を偏光面の異なる第１および第２の光に分離する第１光素子と、平行な光入射面および光出射面を有し、前記光入射面および前記光出射面にそれぞれ形成した反射膜によりファブリペロー干渉計を形成し、前記第１光素子より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力する第１の磁気光学結晶と、前記第１の磁気光学結晶より出力された第１の光および第２の光を入力する第２の磁気光学結晶と、前記第１光素子の偏光分離方向に対応した光学軸を有し、前記第２の磁気光学結晶より出力された前記第１の光および前記第２の光を合成する第２光素子と、前記第１の磁気光学結晶に対して第１の固定磁界を与える第１の固定磁界発生部と、前記第１の磁気光学結晶に対して前記第１の固定磁界とは異なる方向に第１の可変磁界を与える第１の可変磁界発生部と、前記第１の磁気光学結晶で与えられたファラデー回転角に対して、回転方向が反対で、かつ、大きさが略等しいファラデー回転角を第２の磁気光学結晶が与えるように、前記第２の磁気光学結晶にそれぞれ、第２の固定磁界、および、該第２の固定磁界とは異なる方向の第２の可変磁界を与える、第２の固定磁界発生部、および、第２の可変磁界発生部と、を備え、前記第１および第２の可変磁界の大きさを制御することにより、複数の異なる波長に対する透過波長特性を変化させるものである。また、前記第１および第２固定磁界の大きさは、前記第１および第２磁気光学結晶の磁化を飽和させる大きさとするのがよい。
【００１３】
かかる構成の波長特性可変装置では、第１光素子により偏光分離された後に第１の磁気光学結晶の光入射面に入射した第１および第２の光は、ファラデー回転によって偏光方向が一定の方向に回転しながら、反射膜が形成された光入射面と光出射面の間で反射し、光出射面から出射される透過光および反射光が干渉するようになりファブリペロー干渉計として動作する。このときの光の干渉現象は、空間的に重なり合った光の偏光状態に応じて発生するため、各光に与えるファラデー回転角を変化させることで、ファブリペロー干渉計による周期的な透過波長特性を、その透過率の軸方向に変化させることが可能になる。第１の磁気光学結晶内を透過および多重反射する光に与えられるファラデー回転角は、第１の固定磁界および第１の可変磁界で形成される合成磁界に応じて変化するようになり、第１の可変磁界の印加状態を変えることによって、第１光素子の偏光分離方向に対応した光学軸を有する第２光素子で合成される光の波長特性を変化させることが可能になる。また、第１の磁気光学結晶で与えられるファラデー回転角が第２の磁気光学結晶補償されることにより、透過率が入力光の偏光状態に依存しない偏光無依存型の波長特性可変装置が実現可能になる。
【００１５】
上記光学素子の具体的な構成として、反射膜が５％以上５０％以下の反射率を有するようにしてもよい。反射膜の反射率を上記のような範囲内に設定することで、可変の透過波長特性を比較的高い精度でｓｉｎ関数に近似することができるようになる。
【００１８】
また、上記波長特性可変装置の具体的な構成としては、第１光ファイバのコア端面から出射される光を第１光素子に供給するための第１レンズと、第２光素子から出射される光を集束し、その集束光を所定の条件の下で第２光ファイバのコア端面に結合する第２光レンズとを備えるようにしてもよい。さらに、第１光素子および第２光素子としては、偏光子や複屈折物質からなるくさび板または平板とすることが可能である。
【００１９】
加えて、前述したような波長特性可変装置をモジュール化して複数のモジュールを直列に接続し、各モジュールの透過波長特性における波長に対する周期を互いに異なるように設定して、各々の透過波長特性の和に対応した可変の透過波長特性が得られるようにしてもよい。このような構成とすることによって、より複雑な形状の透過波長特性を実現することが可能となる。
【００２０】
また、上述したような波長特性可変装置については、第１光素子を透過する前の光、または、第２光素子を透過した後の光の一部を分岐する光分岐部と、光分岐部からの分岐光の波長特性を測定する波長特性測定部と、波長特性測定部の測定結果に基づいて、第１および第２の磁気光学結晶で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を変化させる制御部とを備えるようにしてもよい。
【００２１】
このような構成では、入力光または出力光の波長特性が測定され、その測定結果を基に波長特性可変装置の透過波長特性がフィードフォワード制御またはフィードバック制御されるようになるため、波長特性の安定した光を出力することが可能になる。
本発明にかかる光増幅器は、上述したような波長特性可変装置を備え、利得波長特性の等化が波長特性可変装置によって行われるようにしたものである。具体的には、波長特性可変装置に入射する光（例えば、ＷＤＭ光信号）を増幅する光増幅部と、光増幅部の利得波長特性に関するデータを測定する測定部と、測定部の測定結果に基づいて、光増幅部の利得波長特性が等化可能となるように、波長特性可変装置の光学素子で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を変化させる制御部とを備えて構成されるようにするのが好ましい。
【００２２】
このような構成の光増幅器では、光増幅部の利得波長特性が温度変動等による変化が生じた場合にも、制御部によって透過波長特性が最適化された波長特性可変装置によって、利得波長特性が能動的に等化されるようになる。
また、上記光増幅器の具体的な構成として、測定部は、光増幅部の温度または出力光の波長特性を測定し、制御部は、測定部の測定結果に基づいた利得波長特性が等化可能となるように波長特性可変装置の透過波長特性を変化させるようにしてもよい。
【００２４】
本発明にかかる光伝送システムは、光送信装置から光伝送路を介して光受信装置に光信号を伝送する光伝送システムにおいて、上述したような本発明による波長特性可変装置を光伝送路上に備えて構成されたものである。また、上記光伝送システムについては、光伝送路上に複数の光中継器を備え、波長特性可変装置が、予め設定した中継区間数ごとにそれぞれ配置されるようにしてもよい。
【００２５】
また、本発明にかかる光伝送システムの他の態様としては、光送信装置から光伝送路および光中継器を介して光受信装置に光信号を中継伝送する光伝送システムにおいて、光中継器が、上述したような本発明による光増幅器を含むようにしたものである。
このような構成の光伝送システムによれば、光送信装置から光受信装置に伝送される光信号の波長依存性が、光伝送路上に配置された本発明による波長特性可変装置または本発明による光増幅器を備えた光中継器において補償（等化）されるようになる。これにより、光受信装置で光ＳＮＲの揃った光信号を受信することが可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる透過波長特性可変の光学素子の基本構成を示す斜視図である。
図１において、本光学素子は、例えば、エタロン（ファブリペロー干渉計）としての機能を備えた磁気光学結晶を有する光干渉部１と、該光干渉部１に対して互いに直交する方向に磁界を印加する永久磁石２ａ，２ｂおよび電磁石３と、電磁石３に駆動電流を与える可変電流源４とを有する。
【００２８】
光干渉部１は、例えば図２の上方断面図に示すように、磁気光学結晶１Ａの平行な２つの平面に、誘電体多層膜等からなる所要の反射率の反射膜１Ｂ，１Ｂをそれぞれ形成したものである。磁気光学結晶１Ａは、結晶内を透過する光に可変のファラデー回転角を与える公知の磁気光学結晶である。一般にファラデー回転は、磁気光学結晶をある磁界の中においた状態で光が磁気光学結晶内を通過すると、その偏光方向が光の伝搬方向に係わらず常に一定の方向に回転する現象である。偏光方向の回転角の大きさ（ファラデー回転角）は、印加磁界により生じた磁気光学結晶の磁化の方向および強さに依存する。反射膜１Ｂ，１Ｂは、磁気光学結晶１Ａの平行な一方の平面に入射した光を他方の平面との間で多重反射し相互に干渉した光を出射する、いわゆるファブリペロー干渉計を構成するものである。上記の反射膜１Ｂ，１Ｂはそれぞれ異なる反射率を有する膜を形成してもよく、光の入射面に形成される反射膜の反射率を出射面に形成される反射膜の反射率よりも大きくすると、透過波長特性の透過率が大きくなることがある。
【００２９】
永久磁石２ａ，２ｂは、光干渉部１に入射する光の伝搬方向（光線方向）に対して平行方向に固定磁界Ｈｐを印加する。この固定磁界Ｈｐは、磁気光学結晶１Ａの磁化を飽和させるのに十分な磁場を与えるものとする。なお、この永久磁石２ａ，２ｂは電磁石であってもよい。また、電磁石を用いる場合、その電磁石により飽和の磁界あるいは可変の磁界を与えるようにしてもよい。
【００３０】
電磁石３は、入射光の光線方向に対して垂直方向に、可変電流源４の電流値に応じた強さの可変磁界Ｈｅを印加する。従って、固定磁界Ｈｐと可変磁界Ｈｅの合成磁界Ｈｐ＋Ｈｅは、可変電流源４の電流値を調整することによって、その方向および強さが変化するようになる。なお、ここでは永久磁石２ａ，２ｂおよび電磁石３の組み合わせにより磁気光学結晶１Ａに可変の磁界を与える一例を示したが、本発明における磁界の印加方法はこれに限られるものではない。また、直交する方向に固定磁界および可変磁界を印加するようにしたが、各磁界の方向は、直交方向に限らず互いに異なるように設定しておけばよい。
【００３１】
ここで、上記のような基本構成を有する光学素子の透過波長特性について説明する。
図３は、本光学素子の透過波長特性を説明するための図であって、（Ａ）が光干渉部１における光の多重反射の様子を模式的に示した図、（Ｂ）が多重反射された各光のファラデー回転角を説明する図、（Ｃ）が本光学素子の透過波長特性をファラデー回転角に応じて示した図である。
【００３２】
本光学素子では、光干渉部１に光が入射すると、その入射光は、磁気光学結晶１Ａ内部でのファラデー回転によって偏光方向が一定の方向に回転しながら多重反射して干渉する。このときの光の干渉現象は、空間的に重なり合った光において、偏光が同一方向にあるものに対して最も大きく発生し、直交方向にあるものに対しては発生しない。このため、光干渉部１から出射される多重反射光は、磁気光学結晶１Ａ内部で与えられるファラデー回転角に応じて各々の偏光方向が異なるようになるため、ファラデー回転角を与えない従来のエタロンに比べて光干渉の効果が小さくなる。
【００３３】
具体的には、図３（Ａ）において、磁気光学結晶１Ａ内部で反射せずに透過した光をＴ０、結晶端部の各反射膜１Ｂ，１Ｂでそれぞれ１回（合計２回）反射した後に出射した光をＴ１、結晶端部の各反射膜１Ｂ，１Ｂでそれぞれ２回（合計４回）反射した後に出射した光をＴ２とし、また、一方の反射膜１Ｂから他方の反射膜１Ｂに光が伝搬する間に与えられるファラデー回転角をθとすると、各光Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２の偏光方向は、図３（Ｂ）の左側に示す磁気光学結晶１Ａに入射した光の偏光方向に対して、図３（Ｂ）の中央に示すように、光Ｔ０の偏光方向がθとなり、光Ｔ１の偏光方向が３θ（＝θ＋２θ）となり、光Ｔ２の偏光方向が５θ（＝θ＋２θ＋２θ）となる。
【００３４】
光Ｔ０に対する光Ｔ１の干渉効果は、図３（Ｂ）の右側に示すように、光Ｔ１の振幅（強度）を偏光方向に対応させて表したベクトルを、光Ｔ０の偏光方向に斜影した成分（ｃｏｓ２θ成分）に応じて生じ、また、光Ｔ０に対する光Ｔ２の干渉効果も、光Ｔ２の振幅を偏光方向に対応させて表したベクトルを、光Ｔ０の偏光方向に斜影した成分（ｃｏｓ４θ成分）に応じて生じる。さらに、光Ｔ１，Ｔ２の各振幅（強度）は、反射回数と反射率の２乗の積に比例して減少する。このため、反射膜１Ｂの反射率が５０％以下では、反射回数４回の光Ｔ２の強度は光Ｔ０の強度に対して最大でも６％程度にしか達しないので、多重反射による透過波長特性には光Ｔ０と光Ｔ１の干渉効果が支配的なものになる。
【００３５】
本光学素子における多重反射光の干渉効果は、図３（Ｃ）に示すように、各々の偏光方向が平行となるファラデー回転角θ＝０°で最大となり、従来のエタロンと同様の透過波長特性が得られ、ファラデー回転角θを徐々に大きくすることで光Ｔ０，Ｔ１の干渉効果が減少し、光Ｔ０，Ｔ１の各偏光方向が直交するファラデー回転角θ＝４５°に達すると干渉効果が実質的に零となって、透過波長特性が平坦なものとなる。
【００３６】
このように本光学素子は、可変電流源４の電流値を調整して磁気光学結晶１Ａにおけるファラデー回転角θを変化させることによって、反射膜１Ｂ，１Ｂ間で多重反射した光の干渉現象により生ずる周期的な透過波長特性を、その透過率の軸方向に変化させることが可能になる。また、このような可変の透過波長特性における波長に対する周期、すなわち自由スペクトル領域（Free Spectral Range：ＦＳＲ）については、光の波長をλ、磁気光学結晶１Ａの屈折率をｎ、磁気光学結晶１Ａの厚さ（反射膜１Ｂ，１Ｂ間の距離）をｄとすると、次の（１）式で与えられる。
【００３７】
ＦＳＲ＝λ2／（２ｎｄ）  …（１）
従って、本光学素子について所要のＦＳＲを得るためには、磁気光学結晶１Ａの屈折率および厚さを上記の（１）式に従って設計すればよい。また、本光学素子は、磁気光学結晶１Ａに形成する反射膜１Ｂ，１Ｂの反射率を適切な範囲内に設計することで、透過波長特性を比較的高い精度でｓｉｎ関数に近似することでき、そのような透過波長特性の振幅をファラデー回転角θに応じて調整することが可能である。このため、例えば、上述したような公知のフーリエ級数展開による手法を用いて設計した透過波長特性に高い精度でマッチングする光学素子を容易に実現することが可能である。具体的に、光学素子の透過波長特性を比較的高い精度でｓｉｎ関数に近似させるためには、反射膜１Ｂ，１Ｂの反射率を例えば５％以上５０％以下の範囲内に設定するのが望ましい。なお、本発明に用いる反射膜の反射率は上記の範囲に限定されるものではない。ただし、本発明の反射膜は有意な反射を生じ得ることが必要であるため、例えば、一般に反射防止膜として利用されている反射率０．１％以下の膜を含むものではない。
【００３８】
次に、本発明による透過波長特性可変の光学素子を用いた波長特性可変装置について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態にかかる波長特性可変装置の構成を示す斜視図である。また、図５は、図４の磁気光学系を示す上面図である。なお、図５には光線追跡を行った結果も示してある。また、図４および図５において、上述の図１に示した光学素子の基本構成と同様の部分には同一の符号が付してあり、以下、他の図面についても同様とする。
【００３９】
図４において、本波長特性可変装置は、例えば、第１光ファイバ５ａから出射される光の光線方向に沿って、第１レンズ６ａ、第１くさび板７ａ、波長透過特性可変の光学素子１０、可変ファラデー回転子５０、第２くさび板７ｂおよび第２レンズ６ｂを、この順に配置したものである。
第１レンズ６ａは、第１光ファイバ５ａから出射される光のビームパラメータを変更（例えばコリメート等）して第１くさび板７ａに供給するためのレンズである。また、第２レンズ６ｂは、第２くさび板６ｂからのビームを集光して第２光ファイバ５ｂに結合するためのレンズである。
【００４０】
第１くさび板７ａおよび第２くさび板７ｂは、複屈折物質からなるテーパー板である。第１くさび板７ａは、入射した任意の偏光状態の光を直線偏光状態の２つの光に分離し、分離した２つの光を光学素子１０に入力する。第２くさび板７ｂは、光学素子１０から送られてくる光が入射され、光学軸（高屈折率軸）と同一の偏光成分の光と、光学軸と直交する軸と同一の偏光成分の光を互いに平行な光にしてレンズ６ｂに出射し、レンズ６ｂはその光を集束する。このとき、その他の光（光学軸およびその光学軸に直交する軸以外の偏光成分の光）は拡散してレンズ６ｂに入射しないようにする。このようにするため、第１くさび板７ａの頂部および底部がそれぞれ第２くさび板７ｂの底部および頂部に対向し、かつ、対応する面同士が互いに平行になるように配置される。また、第１くさび板７ａおよび第２くさび板７ｂの各光学軸はそれぞれＸ軸とＹ軸からなる面に任意の角度に設けられる。なお、第１くさび板７ａおよび第２くさび板７ｂの各透過軸に対して同一偏光状態の光は異常光線として定義され、また、垂直な偏光状態の光は常光線として定義される。
【００４１】
波長透過特性可変の光学素子１０は、上述の図１に示した基本構成を有する。ここでは、光干渉部１の磁気光学結晶１Ａに与える固定磁界Ｈｐの方向が、光の入射側から出射側に向かう方向（Ｚ軸の正方向）となるように、各永久磁石２ａ，２ｂが配置されている。
可変ファラデー回転子５０は、光学素子１０でファラデー回転された光信号の偏光状態を、光学素子１０に入射される前の偏光状態に回復させるためのものであり、ファラデー回転角を変化させることのできる公知の構成のファラデー回転子が用いられる。ここでは、例えば図４に示したように、可変ファラデー回転子５０が、光学素子１０からの光が入射される磁気光学結晶５１と、該磁気光学結晶５１に対して互いに直交する方向に磁界を印加する永久磁石５２ａ，５２ｂおよび電磁石５３とを有し、電磁石５３に駆動電流を与える可変電流源が光学素子１０の可変電流源４と共有化されている。可変ファラデー回転子５０に用いられる磁気光学結晶５１は、光学素子１０の光干渉部１に用いられる磁気光学結晶１Ａとは異なり、光の入射面および出射面に特に何も形成していないか、または、反射防止膜を形成して光の反射を抑えるようにしたものである。従って、可変ファラデー回転子５０の磁気光学結晶５１では、光の多重反射が発生せず、結晶内を透過する光に可変のファラデー回転のみが与えられる。このとき与えられるファラデー回転角θ’は、光学素子１０によって与えられたファラデー回転角θに対して回転方向が反対で、かつ、大きさが実質的に等しくなるように設定される。ここでは、例えば、磁気光学結晶５１に与える固定磁界Ｈｐ’の方向が、光学素子１０における固定磁界Ｈｐとは反対方向、すなわち、光の出射側から入射側に向かう方向（Ｚ軸の負方向）となるように、各永久磁石５２ａ，５２ｂを配置することで、上記のようなファラデー回転角θ’を実現している。
【００４２】
上記のような構成の波長特性可変装置では、第１光ファイバ５ａから出射された光が、第１レンズ６ａによりコリメート等されて平行光ビームになる。この平行光ビームは、図５ではビームの太さを無視して符号Ｂ１で表されている。ビームＢ１は、第１くさび板７ａにおいてその常光線に相当するビームＢ２と異常光線に相当するビームＢ３とに分離される。ビームＢ２およびビームＢ３は、透過波長特性可変の光学素子１０および可変ファラデー回転子５０をこの順に通過して、それぞれビームＢ４およびビームＢ５になり、第２くさび板７ｂに送られる。このとき、ビームＢ４およびビームＢ５の偏光状態は、透過波長特性可変の光学素子１０によって与えられたファラデー回転角θが相殺されるようなファラデー回転角θ’をファラデー回転子５０が与えることによって、ビームＢ２およびビームＢ３の偏光状態にそれぞれ回復している。
【００４３】
そして、ビームＢ４は、第２くさび板７ｂにおいて、その常光線に相当するビームＢ６と異常光線に相当するビームＢ６’とに分離される。また、ビームＢ５も、第２くさび板７ｂにおいて、その異常光線に相当するビームＢ７と常光線に相当するビームＢ７’とに分離される。ここで、ビームＢ６およびビームＢ７がそれぞれ受けてきた屈折の履歴、並びに、各くさび板７ａ，７ｂの形状および配置形態を考慮すると、ビームＢ６およびビームＢ７は互いに平行となる。従って、ビームＢ６およびビームＢ７は、第２レンズ６ｂによって絞り込まれて第２光ファイバ５ｂのコア端面に結合するようになる。
【００４４】
このように第２実施形態の波長特性可変装置によれば、透過波長特性可変の光学素子における透過率が入力光の偏光状態に依存しないようにすることができる。すなわち、透過波長特性可変の光学素子を用いた偏光無依存型の波長特性可変装置を提供することが可能になる。
次に、本発明の第３実施形態にかかる波長特性可変装置について説明する。
【００４５】
図６は、第３実施形態の波長特性可変装置における磁気光学系を示す上面図である。
図６において、第３実施形態における磁気光学系の構成が、前述の図５に示した第２実施形態の場合の磁気光学系の構成と異なる部分は、第１くさび板７ａおよび第２くさび板７ｂに代えて、第１光素子および第２光素子としてそれぞれ複屈折物質からなる第１平板８ａおよび第２平板８ｂを用いるようにした部分である。上記以外の他の部分の構成は、図４および図５に示した第２実施形態の場合と同様である。
【００４６】
第１平板８ａおよび第２平板８ｂは、Ｚ軸方向についての厚みが等しく、また、各々の光学軸が、例えば、互いに平行で、かつ、Ｚ軸に対して４５°傾斜するようにそれぞれ設定されている。さらに、ここでは第１平板８ａには、光学素子１０の光干渉部１に対向する平面上で、異常光線が出射される部分（図６における第１平板８ａの右上部分）にλ／２波長板９ａが設けてあり、また、第２平板８ｂには、ファラデー回転子５０の磁気光学結晶５１に対向する平面上で、常光線が入射される部分にλ／２波長板９ｂが設けてある。
【００４７】
上記のような構成の波長特性可変装置では、第１光ファイバ５ａから出射された光が、第１レンズ６ａによりコリメート等されて平行光ビームＢ１１になる。このビームＢ１１は、第１平板８ａにおいてその常光線に相当するビームＢ１２と、異常光線に相当するビームＢ１３とに分離される。また、異常光線に相当するビームＢ１３については、λ／２波長板９ａを通過することにより偏光方向が９０度回転されてビームＢ１３’となり、その偏光方向が常光線に相当するビームＢ１２の偏光方向と平行に揃えられる。なお、ビームＢ１２およびビームＢ１３’の各伝搬方向は互いに平行になる。そして、ビームＢ１２およびビームＢ１３’は、透過波長特性可変の光学素子１０および可変ファラデー回転子５０をこの順に通過してそれぞれビームＢ１４およびビームＢ１５になり、第２平板８ｂに送られる。このとき、ビームＢ１４およびビームＢ１５の偏光状態は、透過波長特性可変の光学素子１０によって与えられたファラデー回転角θが相殺されるようなファラデー回転角θ’をファラデー回転子５０が与えることによって、ビームＢ１２およびビームＢ１３’の偏光状態にそれぞれ回復している。
【００４８】
そして、ビームＢ１５は、第２平板８ｂの光学軸が第１平板８ａの光学軸と平行であるため、第２平板８ｂにおいてその常光線に相当するビームＢ１７の光路を通る。一方、ビームＢ１４は、λ／２波長板９ｂを通過することにより偏光方向が９０度回転された後に、第２平板８ｂにおける異常光線に相当するビームＢ１６の光路を通る。第１平板８ａおよび第２平板８ｂは、各々の光学軸が互いに平行でＺ軸方向の厚みが等しいので、ビームＢ１６はビームＢ１７に略一致した位置から出射される。従って、ビームＢ１６およびビームＢ１７は、第２レンズ６ｂにより絞り込まれて第２光ファイバ５ｂのコア端面に結合するようになる。
【００４９】
このように第３実施形態の波長特性可変装置によれば、第２実施形態の場合と同様にして、透過波長特性可変の光学素子を用いた偏光無依存型の波長特性可変装置を提供することが可能になる。また、第３実施形態では、第１平板８ａで常光線および異常光線に分岐された各ビームが第２平板８ｂでそれぞれ異常光線および常光線の光路を通過するように、λ／２波長板９ａ，９ｂをそれぞれ設けたことで、本波長特性可変装置における偏波モード分散を無くすことが可能になる。
【００５０】
なお、磁気光学結晶１Ａにおいて偏波モード分散の影響が少ない場合は、１／２波長板９ａ，９ｂを省略することも可能である。また、図５および図６では、光学素子に入射する光の偏光状態を決定する第１光素子と、光学素子からの光より特定の偏光状態の光を切り出す第２光素子とを、複屈折くさび板および複屈折平板で説明したが、第１光素子は入射した光を特定の偏光状態にすればよいので、偏光子を用いることができる。また、第２光素子は、光学素子からの光より特定の偏光成分を切り出せばよいので、検光子を用いることができる。
【００５１】
次に、本発明の第４実施形態にかかる波長特性可変装置について説明する。
図７は、第４実施形態の波長特性可変装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
図７において、本波長特性可変装置は、上述した第２または第３実施形態の波長特性可変装置と同様の構成をモジュール化した波長特性可変モジュール１００と、波長特性可変モジュール１００からの出力光の一部を分岐する光分岐器１１０と、光分岐器１１０からの分岐光についての波長特性を測定する波長特性測定部１１１と、波長特性測定部１１１の測定結果に基づいて、波長特性可変モジュール１００の透過波長特性をフィードバック制御する制御部１１２とを有する。
【００５２】
上記のような波長特性可変装置では、波長特性可変モジュール１００に入射された光は、可変電流源４の電流値に応じた透過波長特性に従って等化されて光分岐器１１０に出力される。光分岐器１１０では、波長特性可変モジュール１００からの出力光の一部が分岐され、モニタ光として波長特性測定部１１１に送られる。波長特性測定部１１１では、光分岐器１１０で分岐されたモニタ光についての波長に対する光パワーが測定され、その測定結果が制御部１１２に伝えられる。制御部１１２では、波長特性測定部１１１で測定された光パワーの波長特性が略平坦化されるように、波長特性可変モジュール１００内の可変電流源４の電流値を調整することで波長特性可変モジュール１００の透過波長特性がフィードバック制御される。
【００５３】
このように第４実施形態の波長特性可変装置によれば、波長特性可変モジュール１００から出力される光の波長特性をモニタし、そのモニタ結果を基に波長特性可変モジュール１００の透過波長特性をフィードバック制御するようにしたことで、平坦な波長特性の光を安定して出力できる波長特性可変装置を実現することが可能である。
【００５４】
なお、上記の第４実施形態では、波長特性測定部１１１で測定されるモニタ光の波長特性が平坦化されるように、波長特性可変モジュール１００の透過波長特性をフィードバック制御するようにしたが、本発明はこれに限らず、モニタ光の波長特性が所要の波長プロファイルとなるように、波長特性可変モジュール１００の透過波長特性をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００５５】
また、波長特性可変モジュール１００から出力される光の波長特性をモニタしてフィードバック制御を行うようにしたが、本発明はこれ以外にも、例えば図８に示すように、波長特性可変モジュール１００の入力側に光分岐器１１０を設け、波長特性可変モジュール１００に入力される光の波長特性をモニタし、そのモニタ結果に基づいて波長特性可変モジュール１００の透過波長特性をフィードフォワード制御するようにしてもよい。
【００５６】
次に、本発明の第５実施形態にかかる波長特性可変装置について説明する。
図９は、第５実施形態の波長特性可変装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
図９において、本波長特性可変装置は、上述の図７に示した第４実施形態の構成について、複数（ここではｎ個）の波長特性可変モジュール１００1〜１００nを直列に接続し、ｎ段目の波長特性可変モジュール１００nから出力される光の波長特性を光分岐器１１０および波長特性測定部１１１を用いてモニタし、そのモニタ結果に基づいて、制御部１１２により各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をそれぞれフィードバック制御するようにしたものである。
【００５７】
各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性は、波長に対する周期（ＦＳＲ）が互いに異なるように設計されていて、各々の周期的な波長特性の振幅が可変電流源４の電流値に応じて可変制御されることで、すべての波長特性可変モジュール１００1〜１００nを組み合わせたときの透過波長特性の和が、所望のプロファイルとなるように設定されている。
【００５８】
このように第５実施形態の波長特性可変装置によれば、複数の波長特性可変モジュール１００1〜１００nを直列に接続するようにしたことで、より複雑な形状の透過波長特性を実現することが可能となる。また、波長特性可変モジュール１００nから出力される光の波長特性をモニタし、そのモニタ結果を基に各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をそれぞれフィードバック制御することで、安定した波長特性の光を出力できる波長特性可変装置を実現することが可能である。
【００５９】
なお、上記第５実施形態でも、波長特性可変モジュール１００nから出力される光の波長特性をモニタして各波長特性可変モジュール１００1〜１００nをフィードバック制御するようにしたが、例えば図１０に示すように、波長特性可変モジュール１００1の前段に光分岐器１１０を配置し、波長特性可変モジュール１００に入力される光の波長特性をモニタして各波長特性可変モジュール１００1〜１００nをフィードフォワード制御するようにしてもよい。
【００６０】
次に、本発明による波長特性可変装置を用いた光増幅器について説明する。
図１１は、本発明の第６実施形態にかかる光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。
図１１において、第６実施形態の光増幅器は、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２００と、ＥＤＦＡ２００の後段に直列に接続された複数（ここではｎ個）の波長特性可変モジュール１００1〜１００nと、ＥＤＦＡ２００の温度を測定する温度測定部１１３と、温度測定部１１３で測定されたＥＤＦＡ２００の温度に基づいて、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードフォワード制御する制御部１１２とを有する。
【００６１】
ＥＤＦＡ２００は、公知のＥＤＦＡを同様の構成を備え、ここでは例えば図１２に示すような利得波長特性を示すものとする。なお、図１２において、符号ＣNで示す特性は常温時における利得波長特性の一例であり、符号ＣHで示す特性は高温時における利得波長特性の一例であり、符号ＣLで示す特性は低温時における利得波長特性の一例である。図１２の一例からも分かるように、ＥＤＦＡ２００の利得波長特性は温度に応じて変化し、そのような温度変化までを考慮した利得波長特性の等化（平坦化）が後段の波長特性可変モジュール１００1〜１００nによって行われる。
【００６２】
各波長特性可変モジュール１００1〜１００nは、上述の図４〜図６に示した第２または第３実施形態の波長特性可変装置の構成をモジュール化したものである。各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性は、ＥＤＦＡ２００の利得波長特性とは逆の波長特性について、例えば従来のフーリエ級数展開による手法等を利用することによって、所要の温度ごとに予め設計される。
【００６３】
図１３は、常温について、フーリエ級数展開により求めた波長特性可変モジュール１００1〜１００nの各透過波長特性およびそれらを合成した透過波長特性の一例を示す図である。図１３では、常温時におけるＥＤＦＡ２００の利得波長特性の逆特性をフーリエ級数展開し、第１項から第５項までのｓｉｎ関数に対してマッチングするように、各波長特性可変モジュール１００1〜１００5の透過波長特性Ｃ1〜Ｃ5が設計される。そして、各波長特性可変モジュール１００1〜１００5を直列に接続することで合成した透過波長特性Ｃ1-5が得られることになる。さらに、常温時の各波長特性可変モジュール１００1〜１００5の透過波長特性Ｃ1〜Ｃ5について各々の振幅を変化させることによって、高温時および低温時におけるＥＤＦＡ２００の利得波長特性の逆特性に対応した透過波長特性が得られるようになる。図１４には、常温時、高温時、低温時における波長特性可変モジュール１００1〜１００5の透過波長特性を合成した特性Ｃ1-5(N)，Ｃ1-5(H)，Ｃ1-5(L)の一例を示しておく。
【００６４】
温度測定部１１３は、ＥＤＦＡ２００の温度を測定し、その測定結果を示す信号を制御部１１２に出力する。
制御部１１２は、例えば、前述したようにフーリエ級数展開等により設計された各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性に対応する制御値（可変電流源４の電流値）が所要の温度に対応させて記憶されていて、温度測定部１１３で測定された温度に対応して制御値を読み出し、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの可変電流源４の電流値を制御する。
【００６５】
上記のような構成の光増幅器では、ＥＤＦＡ２００に入力された光信号は、前述の図１２に示したような利得波長特性に従って増幅され、１段目の波長特性可変モジュール１００1に出力される。このとき、ＥＤＦＡ２００の温度が温度測定部１１３によって測定され、その測定結果が制御部１１２に送られることで、測定温度に対応した制御値に従って、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性がフィードフォワード制御される。そして、ＥＤＦＡ２００から出力された光信号が、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nを順に通過することで、前述の図１３や図１４に示したような透過波長特性に従って利得等化されることにより、平坦化された波長特性の光信号が波長特性可変モジュール１００nから出力されるようになる。例えば、図１５は、本光増幅器における利得等化の結果を示した一例である。前述の図１２に示した利得等化前には利得偏差が常温、高温および低温で最大５ｄＢ程度あったが、図１５に示す利得透過後には残留偏差が１ｄＢ程度に抑圧されていることが分かる。
【００６６】
このように第６実施形態の光増幅器によれば、ＥＤＦＡ２００の後段に複数の波長特性可変モジュール１００1〜１００nを直列に接続し、ＥＤＦＡ２００の温度に応じて各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性を制御するようにしたことで、ＥＤＦＡ２００の利得波長特性をその温度変化をも含めて能動的に補償することができる。これにより、平坦な利得波長特性を安定して実現できる光増幅器を提供することが可能になる。
【００６７】
次に、本発明の第７実施形態にかかる光増幅器について説明する。
図１６は、第７実施形態の光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。
図１６において、本光増幅器の構成が前述の図１１に示した第６実施形態の光増幅器の構成と異なる部分は、温度測定部１１３に代えて、光分岐器１１０および波長特性測定部１１１を設けた部分であり、上記以外の他の部分の構成は、第６実施形態の場合と同様である。
【００６８】
光分岐器１１０は、ＥＤＦＡ２００から波長特性可変モジュール１００nに出力される光信号の一部を分岐し、モニタ光として波長特性測定部１１１に出力する。波長特性測定部１１１は、光分岐器１１０からのモニタ光について、波長に対する光パワーを測定し、その測定結果を制御部１１２に伝える。
このような構成の光増幅器では、ＥＤＦＡ２００で増幅された光信号の一部がモニタ光として光分岐器１１０により分岐されて波長特性測定部１１１に送られ、ＥＤＦＡ２００の利得波長特性が実測されて、その測定結果が制御部１１２に伝えられる。制御部１１２では、例えば、波長特性測定部１１１で実測されたＥＤＦＡ２００の利得波長特性の逆特性をフーリエ級数展開等することで、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性が演算され、その演算結果に従って各波長特性可変モジュール１００1〜１００nがフィードフォワード制御される。そして、ＥＤＦＡ２００から出力された光信号が、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nを順に通過することで、略平坦な波長特性の光信号が波長特性可変モジュール１００nから出力されるようになる。
【００６９】
上記のように第７実施形態の光増幅器によれば、波長特性測定部１１１で実測したＥＤＦＡ２００の利得波長特性に応じて各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性を制御するようにしても、前述した第６実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能になる。また、ＥＤＦＡ２００の利得波長特性を実際に測定することにより、温度変動による利得波長特性の変化だけでなく、例えば、ＥＤＦの添加物濃度が変化した場合の利得波長特性の変化や、ＡＬＣ動作時に入力光レベルが変動した場合の利得波長特性の変化などに対しても、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性を最適化できるため、より安定した利得等化を実現することが可能になる。
【００７０】
なお、上記第７実施形態では、光分岐器１１０をＥＤＦＡ２００と波長特性可変モジュール１００1の間に配置し、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードフォワード制御するようにしたが、これ以外にも、光分岐器１１０を波長特性可変モジュール１００nの後段に配置して、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００７１】
次に、本発明の第８実施形態にかかる光増幅器について説明する。
図１７は、第８実施形態の光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。
図１７において、本光増幅器は、ＥＤＦＡ２００の後段に直列に接続された各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードフォワード制御する制御部１１２が、ＥＤＦＡ２００の入力光パワー、励起光パワーおよび温度のモニタ結果に基づいて、ＥＤＦＡ２００の利得波長特性の逆特性を判断し、その逆特性に応じて各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの可変電流源４の電流値を制御するようにしたものである。
【００７２】
具体的には、ここではＥＤＦＡ２００が、例えば、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）２０１と、励起光を発生する励起光源２０２と、その励起光をＥＤＦ２０１に供給する光合波器２０３と、光合波器２０３の後段に配置された光アイソレータ２０４と、ＥＤＦ２０１で増幅され光合波器２０３および光アイソレータ２０４を通過してきた光信号の一部を分岐する光分岐器２０５と、光分岐器２０５からの分岐光を受光して出力光パワーを検出する受光器２０６と、受光器２０６で検出される出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように励起光源２０２の駆動状態を制御するＡＬＣ回路２０７と、ＥＤＦ２０１に入力される光信号の一部を分岐する光分岐器２０８と、光分岐器２０８からの分岐光を受光して入力光パワーを検出する受光器２０９と、ＥＤＦ２０１の温度を測定する温度センサからなる温度測定部１１３とを有するものとする。
【００７３】
制御部１１２には、ＥＤＦＡ２００の受光器２０９で検出された入力光パワー、励起光源２０２から出力される励起光パワーおよび温度センサで測定された温度に関する情報がそれぞれ入力され、それらの入力情報を基に制御部１１２ではＥＤＦＡ２００の利得波長特性の逆特性が判断される。この逆特性の判断方法は、例えば、入力光パワー、励起光パワーおよび温度に対応したＥＤＦＡ２００の利得波長特性を制御部１１２に予め記憶しておき、ＥＤＦＡ２００からの入力情報に従い該当する利得波長特性を読み出して、その逆特性を決めることが可能である。そして、制御部１１２では、判断した逆特性をフーリエ級数展開等することで、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性が演算され、その演算結果に従って各波長特性可変モジュール１００1〜１００nがフィードフォワード制御される。
【００７４】
このように第８実施形態の光増幅器によれば、ＥＤＦＡ２００の入力光パワー、励起光パワーおよび温度に基づいて判断した利得波長特性に応じて、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性を制御するようにしても、前述した第７実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
なお、上記の第８実施形態では、ＥＤＦＡ２００として後方励起型の構成を例示したが、本発明におけるＥＤＦＡの構成はこれに限られるものではなく、前方励起型や双方向励起型の構成としてもよい。また、複数のＥＤＦを直列または並列に接続して多段増幅構成としたＥＤＦＡに対しても本発明は適用可能である。さらに、本発明の光増幅器はＥＤＦＡを用いたものに限定されるものではなく、エルビウム以外の他の希土類元素を添加した希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅器を用いることが可能である。
【００７５】
次に、本発明による波長特性可変装置または光増幅器を用いた光伝送システムについて説明する。
図１８は、本発明の第９実施形態にかかる光伝送システムの構成を示すブロック図である。
図１８において、本光伝送システムは、例えば、光送信装置３００と光受信装置３０１の間を光ファイバ伝送路３０２で接続すると共に、その光ファイバ伝送路３０２上に複数の光中継器３０３を所要の間隔で配置した構成であり、各光中継器３０３が、例えば上述の図１７に示した第８実施形態の光増幅器を備えている。
【００７６】
このような光伝送システムでは、光送信装置３００から光ファイバ伝送路３０２に送信された波長多重（ＷＤＭ）信号光が、各光中継器３０３で所要のレベルに増幅されながら光受信装置３０１まで中継伝送される。このとき各光中継器３０３では、上述した第８実施形態の場合と同様にして、ＥＤＦＡ２００の利得等化が行われているため、各光中継器３０３で温度変化等が生じた場合などでも平坦な波長特性のＷＤＭ信号光が各光中継器３０３から光ファイバ伝送路３０２に出力されるようになる。これにより、光受信装置３０１では、光ＳＮＲの揃った各チャネルの光信号を受信処理することができ、優れた伝送特性を実現した光伝送システムを提供することが可能になる。
【００７７】
なお、上記第９実施形態の光伝送システムでは、各光中継器３０３が第８実施形態の光増幅器を備える場合を示したが、本発明はこれに限らず、第６または第８実施形態の光増幅器を各光中継器３０３が備えるようにしてもよい。また、光ファイバ伝送路３０２上に複数の光中継器３０３を配置するようにしたが、１台の光中継器３０３を光ファイバ伝送路３０２上に配置した構成であっても構わない。
【００７８】
次に、本発明の第１０実施形態にかかる光伝送システムについて説明する。
図１９は、第１０実施形態の光伝送システムの構成を示すブロック図である。図１９において、本光伝送システムは、例えば、光送信装置３００と光受信装置３０１の間を光ファイバ伝送路３０２で接続し、その光ファイバ伝送路３０２上に複数の光中継器３０４および複数の波長特性可変装置３０５を配置したシステム構成である。
【００７９】
各光中継器３０４は、前述した第９実施形態の場合とは異なり、従来と同様の構成の光中継器を光ファイバ伝送路３０２上に所要の間隔で設けたものである。また、波長特性可変装置３０５は、例えば上述の図９に示した第５実施形態と同様の構成の波長特性可変装置を、予め設定した中継区間数ごとに配置したものである。
【００８０】
このような光伝送システムでは、光送信装置３００から光ファイバ伝送路３０２に送信された波長多重（ＷＤＭ）信号光が、各光中継器３０４で所要のレベルに増幅されると共に、所要の中継区間ごとに配置された波長特性可変装置３０５を通過することで、光ファイバ伝送路３０２および光中継器３０４で発生する波長依存性（各チャネルの光信号間の光パワー偏差）が等化され、略平坦な波長特性のＷＤＭ信号光が光受信装置３０１まで中継伝送される。各波長特性可変装置３０５では、具体的には上述した第９実施形態の場合と同様にして、伝送光の一部を分岐したモニタ光の波長特性を測定し、その測定結果を基に、ここでは解析部１１４において、モニタ光の波長特性の逆特性をフーリエ級数展開等することで、各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性が演算され、その演算結果に従って、制御部１１２が各波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードバック制御する。これにより、光受信装置３０１では、光ＳＮＲの揃った各チャネルの光信号を受信処理することができ、優れた伝送特性を実現した光伝送システムを提供することが可能になる。
【００８１】
なお、上記第１０実施形態の光伝送システムでは、各波長特性可変装置３０５として、波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードバック制御する構成を示したが、例えば図２０に示すように、波長特性可変モジュール１００1〜１００nの透過波長特性をフィードフォワード制御する構成の波長特性可変装置３０５’を用いるようにしてもよい。
【００８２】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００８３】
（付記１）  透過光に対して可変のファラデー回転角を与えることが可能であり、かつ、光入射面および光出射面でそれぞれ光の反射が発生してファブリペロー干渉計として動作する構造を備え、周期的な透過波長特性を可変にしたことを特徴とする光学素子。
【００８４】
（付記２）  平行な光入射面および光出射面を有する磁気光学結晶と、
該磁気光学結晶の光入射面および光出射面にそれぞれ形成した反射膜と、
前記磁気光学結晶に対して固定磁界を与える固定磁界発生部と、
前記磁気光学結晶に対して前記固定磁界とは異なる方向に可変磁界を与える可変磁界発生部と、
該可変磁界発生部で発生する可変磁界を制御する可変磁界制御部とを備え、
前記固定磁界および前記可変磁界で形成される合成磁界に応じて、前記磁気光学結晶内を伝搬する光に与えるファラデー回転角を変えることにより、前記反射膜間で多重反射する光の干渉によって生じる透過波長特性を変化させるようにしたことを特徴とする付記１に記載の透過波長特性可変の光学素子。
【００８５】
（付記３）  前記反射膜は、５％以上の反射率を有することを特徴とする付記２に記載の透過波長特性可変の光学素子。
【００８６】
（付記４）  前記反射膜は、５０％以下の反射率を有することを特徴とする付記３に記載の透過波長特性可変の光学素子。
【００８７】
（付記５）  付記１〜４のいずれか１つに記載の透過波長特性可変の光学素子を用いた波長特性可変装置であって、
前記光学素子に入射する光の偏光状態を決定する第１光素子と、
前記光学素子から出射した光より特定の偏光状態の光を切り出す第２光素子と、
前記第１光素子および前記第２光素子の間に配置され、前記光学素子で透過光に対して与えられるファラデー回転角に応じたファラデー回転角を与える可変ファラデー回転子とを備えて構成されたことを特徴とする波長特性可変装置。
【００８８】
（付記６）  前記可変ファラデー回転子は、前記光学素子におけるファラデー回転角に対して、回転方向が反対で、かつ、大きさが略等しいファラデー回転角を透過光に与えることを特徴とする付記５に記載の波長特性可変装置。
【００８９】
（付記７）  第１光ファイバのコア端面から出射される光を前記第１光素子に供給するための第１レンズと、
前記第２光素子から出射される光を集束し、該集束光を所定の条件の下で第２光ファイバのコア端面に結合する第２光レンズとを備えたことを特徴とする付記５に記載の波長特性可変装置。
【００９０】
（付記８）  前記第１光素子が、複屈折物質からなる第１くさび板であり、
前記第２光素子が、複屈折物質からなる第２くさび板であって、該第２くさび板の頂部および底部が、それぞれ前記第１くさび板の底部および頂部に対向し、かつ、対応する面同士が互いに平行になるように配置されたことを特徴とする付記５に記載の波長特性可変装置。
【００９１】
（付記９）  前記第１光素子および前記第２光素子が、複屈折物質からなる第１平板および第２平板であることを特徴とする付記５に記載の波長特性可変装置。
【００９２】
（付記１０）  付記５に記載の波長特性可変装置をモジュール化して複数のモジュールを直列に接続し、該各モジュールの透過波長特性における波長に対する周期を互いに異なるように設定して、各々の透過波長特性の和に対応した可変の透過波長特性が得られるようにしたことを特徴とする波長特性可変装置。
【００９３】
（付記１１）  前記光学素子を透過した後の光の一部を分岐する光分岐部と、
該光分岐部からの分岐光の波長特性を測定する波長特性測定部と、
該波長特性測定部の測定結果に基づいて、前記光学素子で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を制御する制御部とを備えたことを特徴とする付記５に記載の波長特性可変装置。
【００９４】
（付記１２）  前記光学素子を透過する前の光の一部を分岐する光分岐部と、
該光分岐部からの分岐光の波長特性を測定する波長特性測定部と、
該波長特性測定部の測定結果に基づいて、前記光学素子で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を制御する制御部とを備えたことを特徴とする付記５に記載の波長特性可変装置。
【００９５】
（付記１３）  光信号を増幅して出力する光増幅器において、
付記５〜１２のいずれか１つに記載の波長特性可変装置を備え、利得波長特性の等化が前記波長特性可変装置によって行われることを特徴とする光増幅器。
【００９６】
（付記１４）  前記波長特性可変装置に入射する光を増幅する光増幅部と、
該光増幅部の利得波長特性に関するデータを測定する測定部と、
該測定部の測定結果に基づいて、前記光増幅部の利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置の光学素子で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を制御する制御部とを備えて構成されたことを特徴とする付記１３に記載の光増幅器。
【００９７】
（付記１５）  前記測定部は、前記光増幅部の温度を測定し、
前記制御部は、前記測定部で測定された温度に応じた前記光増幅部の利得波長特性を判断して、該利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置の透過波長特性を制御することを特徴とする付記１４に記載の光増幅器。
【００９８】
（付記１６）  前記測定部は、前記光増幅部の出力光を用いて利得波長特性を測定し、
前記制御部は、前記測定部で測定された利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置の透過波長特性を制御することを特徴とする付記１４に記載の光増幅器。
【００９９】
（付記１７）  前記制御部は、前記光増幅部の利得波長特性の逆特性をフーリエ級数展開して求めた波長特性に従って、前記波長特性可変装置の透過波長特性を制御することを特徴とする付記１４に記載の光増幅器。
【０１００】
（付記１８）  前記光増幅部は、希土類元素添加光ファイバ増幅器を含むことを特徴とする付記１４に記載の光増幅器。
【０１０１】
（付記１９）  前記測定部は、前記光増幅部についての入力光パワー、励起光パワーおよび温度を測定し、
前記制御部は、前記測定部で測定された入力光パワー、励起光パワーおよび温度を基に前記光増幅部の利得波長特性を判断して、該利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置の透過波長特性を制御することを特徴とする付記１８に記載の光増幅器。
【０１０２】
（付記２０）光送信装置から光伝送路を介して光受信装置に光信号を伝送する光伝送システムにおいて、
付記５〜１２のいずれか１つに記載の波長特性可変装置を前記光伝送路上に備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０３】
（付記２１）  前記光伝送路上に複数の光中継器を備え、
前記波長特性可変装置が、予め設定した中継区間数ごとにそれぞれ配置されたことを特徴とする付記２０に記載の光伝送システム。
【０１０４】
（付記２２）  光送信装置から光伝送路および光中継器を介して光受信装置に光信号を中継伝送する光伝送システムにおいて、
前記光中継器が、付記１３〜１９のいずれか１つに記載の光増幅器を含むことを特徴とする光伝送システム。
【０１０５】
（付記２３）  第１反射手段および第２反射手段と、該第１および第２反射手段の間で反射する光の偏光状態を回転して出力する素子とを備えたことを特徴とする光学素子。
【０１０６】
（付記２４）  第１反射面および第２反射面の間の光の多重反射により周期的な透過波長特性を発生させるステップと、
該透過波長特性の周期を変えることなく透過率を可変に制御するステップとを有することを特徴とする透過波長特性の制御方法。
【０１０７】
（付記２５）  透過する光に対して、第１反射面および第２反射面を有してファブリペロー干渉計として動作する構造を備え、前記第１反射面および前記第２反射面の間で繰り返し反射をしながら進行する光にファラデー回転を与えることを特徴とする光学素子。
【０１０８】
（付記２６）  磁気光学結晶を備え、前記第１反射面および前記第２反射面は、前記磁気光学結晶の光の入射面および出射面であり、該入射面および出射面のそれぞれに反射膜を形成したことを特徴とする付記２５に記載の光学素子。
【０１０９】
（付記２７）  磁気光学結晶を透過する光に可変のファラデー回転角を与えることが可能であり、かつ、前記磁気光学結晶の光の入射面と反射面のそれぞれに反射膜を形成し、該反射膜の間を繰り返し反射しながら光が進行するファブリペロー干渉計の構造を備えることを特徴とする光学素子。
【０１１０】
（付記２８）  付記２５〜２７のいずれか１つに記載の光学素子を用いた波長特性可変装置であって、
前記光学素子の前後に、前記透過する光の偏光を一定の状態にする偏光子および検光子を備えることを特徴とする波長特性可変装置。
【０１１１】
（付記２９）  前記光学素子から出射される光に対して、前記ファラデー回転角と反対方向で、かつ、略同じファラデー回転角を与えることを特徴とする付記２８に記載の波長特性可変装置。
【０１１２】
（付記３０）  付記２５〜２７のいずれか１つに記載の光学素子の前後に、前記透過する光の偏光を一定の状態にする偏光子および検光子を備える波長特性可変装置をモジュール化して複数のモジュールを直列に接続し、少なくとも２つ以上のモジュールは、自由スペクトル領域の異なる前記光学素子を備えたことを特徴とする波長特性可変装置。
【０１１３】
（付記３１）  付記３０に記載の波長特性可変装置をモジュール化して複数のモジュールを直列に接続し、少なくとも１つ以上のモジュールは、前記光学素子から出射される光に対して、前記ファラデー回転角と反対方向で、かつ、略同じファラデー回転角を与えることを特徴とする波長特性可変装置。
【０１１４】
（付記３２）  光信号を増幅して出力する光増幅器において、
付記３０または３１に記載の波長特性可変装置を備え、該波長特性可変装置によって利得波長特性の等化が行われることを特徴とする光増幅器。
【０１１５】
（付記３３）  前記波長特性可変装置に入射する光を増幅する光増幅部と、
該光増幅部の利得波長特性に関するデータを測定する測定部と、
該測定部の測定結果に基づいて、前記光増幅部の利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置の光学素子で透過光に対して与えられるファラデー回転角を調整して透過波長特性を制御する制御部とを備えて構成されたことを特徴とする付記３２に記載の光増幅器。
【０１１６】
（付記３４）  前記制御部は、前記光増幅部の利得波長特性の逆特性をフーリエ級数展開して求めた波長特性に従って、前記波長特性可変装置の透過波長特性を制御することを特徴とする付記３３に記載の光増幅器。
【０１１７】
（付記３５）  前記測定部は、前記光増幅部についての入力光パワー、励起光パワーおよび温度を測定し、
前記制御部は、前記測定部で測定された入力光パワー、励起光パワーおよび温度を基に前記光増幅部の利得波長特性を判断して、該利得波長特性が等化可能となるように、前記波長特性可変装置の透過波長特性を制御することを特徴とする付記３４に記載の光増幅器。
【０１１８】
（付記３６）  光送信装置から光伝送路を介して光受信装置に光信号を伝送する光伝送システムにおいて、
付記３０または３１に記載の波長特性可変装置を前記光伝送路上に備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１９】
（付記３７）  前記光伝送路上に複数の光中継器を備え、
前記波長特性可変装置が、予め設定した中継区間数ごとにそれぞれ配置されたことを特徴とする付記３６に記載の光伝送システム。
【０１２０】
（付記３８）  光送信装置から光伝送路および光中継器を介して光受信装置に光信号を中継伝送する光伝送システムにおいて、
前記光中継器が、付記３２〜３５のいずれか１つに記載の光増幅器を含むことを特徴とする光伝送システム。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による波長特性可変装置によれば、エタロン（ファブリペロー干渉計）による周期的な透過波長特性を、ファラデー回転角に応じてその透過率の軸方向に変化させることが可能で、かつ、透過率が入力光の偏光状態に依存しない偏光無依存型の波長特性可変装置が実現可能になる。
【０１２２】
また、上記の波長特性可変装置をモジュール化して複数のモジュールを直列に接続することで、より複雑な形状の透過波長特性を実現することが可能となる。加えて、波長特性可変装置に対する入射光または出射光の波長特性を測定して透過波長特性を制御するようにすれば、波長特性の安定した光の出力が可能になる。
【０１２３】
また、上記のような波長特性可変装置を用いた本発明による光増幅器によれば、光増幅部の利得波長特性が温度変動等による変化が生じた場合にも、透過波長特性が最適化された波長特性可変装置によって、利得波長特性を能動的に等化することができる。
また、上記のような波長特性可変装置あるいは光増幅器を用いた本発明による光伝送システムによれば、光伝送路上に配置された波長特性可変装置または光増幅器を備えた光中継器により伝送光に生じた波長依存性が補償（等化）されるようになるため、光ＳＮＲの揃った光信号を光受信装置で受信でき、優れた伝送特性を有する光伝送システムの実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる透過波長特性可変の光学素子の基本構成を示す斜視図である。
【図２】同上第１実施形態における光干渉部の上方断面図である。
【図３】同上第１実施形態における透過波長特性を説明するための図であって、（Ａ）が光干渉部における光の多重反射の様子を模式的に示した図、（Ｂ）が多重反射された各光のファラデー回転角を説明する図、（Ｃ）が本光学素子の透過波長特性をファラデー回転角に応じて示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる波長特性可変装置の構成を示す斜視図である。
【図５】同上第２実施形態における磁気光学系を示す上面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる波長特性可変装置の磁気光学系を示す上面図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる波長特性可変装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図８】同上第４実施形態に関連する他の構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】本発明の第５実施形態にかかる波長特性可変装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】同上第５実施形態に関連する他の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第６実施形態にかかる光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】同上第６実施形態について、ＥＤＦＡの利得波長特性を説明する図である。
【図１３】同上第６実施形態について、フーリエ級数展開により求めた常温時の各波長特性可変モジュールの透過波長特性およびそれらを合成した透過波長特性の一例を示す図である。
【図１４】同上第６実施形態について、合成した透過波長特性の温度特性の一例を示す図である。
【図１５】同上第６実施形態における利得等化の結果の一例を示す図である。
【図１６】本発明の第７実施形態にかかる光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。
【図１７】本発明の第８実施形態にかかる光増幅器の構成を示す機能ブロック図である。
【図１８】本発明の第９実施形態にかかる光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第１０実施形態にかかる光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２０】同上第１０実施形態に関連する他の構成例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１    光干渉部
１Ａ，５１    磁気光学結晶
１Ｂ    反射膜
２ａ，２ｂ，５２ａ，５２ｂ    永久磁石
３，５３    電磁石
４    可変電流源
５ａ，５ｂ    光ファイバ
６ａ，６ｂ    レンズ
７ａ，７ｂ    くさび板
８ａ，８ｂ    平板
１０    透過波長特性可変の光学素子
５０    可変ファラデー回転子
１００，１００1〜１００n    波長特性可変モジュール
１１０    光分岐器
１１１    波長特性測定部
１１２    制御部
１１３    温度測定部
１１４    解析部
２００    ＥＤＦＡ
３００    光送信装置
３０１    光受信装置
３０２    光ファイバ伝送路
３０３，３０４    光中継器
３０５    波長特性可変装置
【図１】
0003933965.tif 000002
【図２】
0003933965.tif 000003
【図３】
0003933965.tif 000004
【図４】
0003933965.tif 000005
【図５】
0003933965.tif 000006
【図６】
0003933965.tif 000007
【図７】
0003933965.tif 000008
【図８】
0003933965.tif 000009
【図９】
0003933965.tif 000010
【図１０】
0003933965.tif 000011
【図１１】
0003933965.tif 000012
【図１２】
0003933965.tif 000013
【図１３】
0003933965.tif 000014
【図１４】
0003933965.tif 000015
【図１５】
0003933965.tif 000016
【図１６】
0003933965.tif 000017
【図１７】
0003933965.tif 000018
【図１８】
0003933965.tif 000019
【図１９】
0003933965.tif 000020
【図２０】
0003933965.tif 000021