(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域に位置する第１のポートと、
該第１のポートに光ビームにより光学的に結合され第２の領域に位置する第２のポートと、
上記光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、
上記光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段とを備え、
上記磁場を印加する手段は、複数の異なる位置から上記面に垂直に光ビームを上記磁気光学結晶に入射したとき、該複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加し、上記光ビームのファラデー回転角が所望となる位置に上記第１のポートが設けられている光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は複数の磁石からなり、
該複数の磁石は可変の磁場を発生するための少なくとも１つの電磁石を含む光デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は、上記磁気光学結晶の磁化の強さを飽和させる手段と、上記磁化の方向及び強さに変化を与える手段とを含む光デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は上記磁化の方向及び強さを変化させる手段を含む光デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の光デバイスであって、
上記ファラデー回転された光ビームが通過するように設けられる偏光子を更に備えた光デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記第１のポートは並設された第１の複数の光ファイバによって提供され、
上記第２のポートは並設された第２の複数の光ファイバによって提供され、
上記第１の複数の光ファイバの各々は上記第２の複数の光ファイバの対応する各々に光学的に結合される光デバイス。
【請求項７】
第１の領域に位置する第１の複数の光ファイバと、
各々該第１の複数の光ファイバの各々に光ビームにより光学的に結合され第２の領域に位置する第２の複数の光ファイバと、
上記光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、
上記光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段と、
上記第１の複数の光ファイバと上記磁気光学結晶との間に設けられ上記各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する第１の複屈折結晶と、
上記磁気光学結晶と上記第２の複数の光ファイバとの間に設けられ上記常光線成分及び上記異常光線成分を上記各光ビームに結合する第２の複屈折結晶とを備え、
上記磁場を印加する手段は、上記第１の複数の光ファイバからの複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加する光デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の光デバイスであって、
上記第１の複数の光ファイバにそれぞれ光学的に接続され異なる波長を有する複数の光信号を出力するための複数の光源と、
上記第２の複数の光ファイバに光学的に接続され上記複数の光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）してＷＤＭ信号光を出力するための光マルチプレクサとを更に備えた光デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載の光デバイスであって、
上記光マルチプレクサに光学的に接続され上記ＷＤＭ信号光を増幅する光増幅器を更に備えた光デバイス。
【請求項１０】
請求項７に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は複数の磁石からなり、
該複数の磁石は可変の磁場を発生するための少なくとも１つの電磁石を含む光デバイス。
【請求項１１】
請求項７に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は、上記磁気光学結晶の磁化の強さを飽和させる手段と、上記磁化の方向及び強さに変化を与える手段とを含む光デバイス。
【請求項１２】
請求項７に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は磁化の方向及び強さを変化させる手段を含む光デバイス。
【請求項１３】
単一の光ファイバと、
該光ファイバを波長が異なる複数の光ビームに結合する分散素子と、
該複数の光ビームが結合される複数の光ファイバと、
上記複数の光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、
上記複数の光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段と、
上記分散素子と上記磁気光学結晶との間に設けられ上記各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する第１の複屈折結晶と、
上記磁気光学結晶と上記複数の光ファイバとの間に設けられ上記常光線成分及び上記異常光線成分を上記各光ビームに結合する第２の複屈折結晶とを備え、
上記磁場を印加する手段は、上記複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加する光デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光デバイスであって、
上記複数の光ファイバにそれぞれ光学的に接続され異なる波長を有する複数の光信号を出力するための複数の光源を更に備え、
上記複数の光信号は上記光デバイスにより波長分割多重（ＷＤＭ）されてＷＤＭ信号光として上記単一の光ファイバから出力される光デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光デバイスであって、
上記単一の光ファイバに光学的に接続され上記ＷＤＭ信号光を増幅する光増幅器を更に備えた光デバイス。
【請求項１６】
請求項１３に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は複数の磁石からなり、
該複数の磁石は可変の磁場を発生するための少なくとも１つの電磁石を含む光デバイス。
【請求項１７】
請求項１３に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は、上記磁気光学結晶の磁化の強さを飽和させる手段と、上記磁化の方向及び強さに変化を与える手段とを含む光デバイス。
【請求項１８】
請求項１３に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は上記磁化の方向及び強さを変化させる手段を含む光デバイス。
【請求項１９】
第１の光ファイバと、
該第１の光ファイバを波長が異なる複数の光ビームに結合する第１の分散素子と、
第２の光ファイバと、
上記複数の光ビームを上記第２の光ファイバに結合する第２の分散素子と、
上記複数の光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、
上記複数の光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段と、
上記第１の分散素子と上記磁気光学結晶との間に設けられ上記各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する第１の複屈折結晶と、
上記磁気光学結晶及び上記第２の分散素子との間に設けられ上記常光線成分及び上記異常光線成分を上記各光ビームに結合する第２の複屈折結晶とを備え、
上記磁場を印加する手段は、上記複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加する光デバイス。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光デバイスであって、
異なる波長を有する複数の光信号を出力するための複数の光源と、
該複数の光源に光学的に接続され上記複数の光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）してＷＤＭ信号光を出力するための光マルチプレクサとを更に備え、
上記ＷＤＭ信号光が上記第１の光ファイバに供給される光デバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光デバイスであって、
上記ＷＤＭ信号光を増幅するための光増幅器を更に備えた光デバイス。
【請求項２２】
請求項１９に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は複数の磁石からなり、
該複数の磁石は可変の磁場を発生するための少なくとも１つの電磁石を含む光デバイス。
【請求項２３】
請求項１９に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は、上記磁気光学結晶の磁化の強さを飽和させる手段と、上記磁化の方向及び強さに変化を与える手段とを含む光デバイス。
【請求項２４】
請求項１９に記載の光デバイスであって、
上記印加する手段は上記磁化の方向及び強さを変化させる手段を含む光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、磁気光学効果を利用した光デバイスに関し、更に詳しくは、波長分割多重（ＷＤＭ）において各チャネルの光信号に任意のファラデー回転角或いは任意の減衰を与えるための光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁界中に置かれたＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）等の磁気光学結晶内を光ビームが通過すると、磁気光学結晶の磁化ベクトルの大きさ及び方向並びに磁気光学結晶の厚みに応じて、その光ビームに磁気光学効果によりファラデー回転角が与えられる。この原理に従う光デバイスはファラデー回転子と称され、永久磁石により磁気光学結晶に磁界を印加するようにしたファラデー回転子が実用化されている。永久磁石による磁気光学結晶の磁化は一様であるから、このファラデー回転子においては通常はファラデー回転角が不変である。
【０００３】
ファラデー回転子及び偏光子を組み合わせることによって、可変光アッテネータが提供される。例えば、特開平１−２０４０２１号公報には、磁気光学結晶に１つの電磁石のみによって磁場を印加するようにした可変光アッテネータが記載されている。しかし、１つの電磁石のみを用いた場合、磁気光学結晶の磁化が常に飽和しているとは限らない。磁気光学結晶の磁化が飽和していないと、磁気光学結晶内に多数の磁区が生じる。このような多数の磁区の存在は、光アッテネータの減衰の再現性を悪化させるし、良好な再現性が確保されているとしても減衰の連続的な可変を困難にする。また、多数の磁区間の界面における光の散乱が制御困難な減衰を生じさせる。
【０００４】
電磁石及び永久磁石を組み合わせて用いることによって、磁気光学結晶の磁化が飽和したままでファラデー回転角を可変にした光デバイスが、発明者らによって提案されている（フクシマ他、ＯＡＡ，ＦＤＱ，ｐｐ１５４−１５７，１９９６又は特開平６−５１２５５号公報）。この光デバイスは可変光アッテネータであり、駆動電流を０ｍＡ〜４０ｍＡに変化させることによって、減衰が１．６ｄＢ〜２５ｄＢまで連続的に変化する特性が得られている。
【０００５】
近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、信号光を増幅するための光増幅器の使用が提案され或いは実用化されている。
【０００６】
従来知られている光増幅器は、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング（励起）する手段とを備えている。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給するためのポンプ光源とを備えている。ポンプ光の波長を０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯に設定しておくことによって、波長１．５５μｍを含む利得帯域が得られる。また、半導体チップを光増幅媒体として有する光増幅器も知られている。この場合、半導体チップに電流を注入することによってポンピングが行われる。
【０００７】
一方、一本の光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、互いに異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離させられ、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤＭを適用することによって、当該多重数に応じて一本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭが適用されるシステムに光増幅器を組み入れる場合、利得傾斜（ゲインチルト）或いは利得偏差で代表される利得の波長依存性によって伝送距離が制限される。例えば、ＥＤＦＡにおいては、波長１．５５μｍの近傍で利得傾斜が生じ、この利得傾斜はＥＤＦＡへのＷＤＭ信号光の入力パワー及びポンプ光のパワーやＥＤＦＡの温度等に従って変化することが知られている。
【０００９】
利得の波長依存性を抑圧するために、各チャネルの光信号を適切な減衰を有する光アッテネータにより減衰させた後に波長分割多重を行うことが提案され得る。この場合、複数の光アッテネータを用いることにより各チャネルの光信号に任意に減衰を与えることができるが、光アッテネータがＷＤＭのチャネル数分だけ必要になり、複雑な構成或いは大型な装置が必要になる。
【００１０】
よって、本発明の目的は、波長分割多重（ＷＤＭ）において各チャネルの光信号に任意の減衰を与えることができる簡単な構成の光デバイスを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、波長分割多重において各チャネルの光信号に任意のファラデー回転角を与えることができる簡単な構成の光デバイスを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のある側面によると、位置的条件に従って任意のファラデー回転角を与えることができるファラデー回転子として使用可能な光デバイスが提供される。この光デバイスは、第１及び第２のポートと、磁気光学結晶と、磁気光学結晶に磁場を印加する手段とを備えている。第１のポートは第１の領域に位置し、第２のポートは第２の領域に位置する。第１及び第２のポートは光ビームにより光学的に結合される。磁気光学結晶は光ビームが通過するように設けられる。印加する手段は、光ビームに垂直な磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように磁気光学結晶に磁場を印加する。そして、印加する手段は、複数の異なる位置から上記面に垂直に光ビームを磁気光学結晶に入射したとき、該複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように磁気光学結晶に磁場を印加し、光ビームのファラデー回転角が所望となる位置に第１のポートが設けられている。
【００１４】
第１のポートが第１の領域内のある位置にあるときに、第１のポートは、第２の領域内の対応する位置にある第２のポートに光学的に結合されている。第１のポートが第１の領域内の他の位置にあるときには、第１のポートは、第２の領域内の対応する他の位置にある第２のポートに光学的に結合されている。光ビームに垂直な磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化し、複数の異なる位置から上記面に垂直に光ビームを磁気光学結晶に入射したとき、該複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように磁気光学結晶に磁場が印加されるので、第１のポートがある位置にあるときと他の位置にあるときとでは、光ビームに与えられるファラデー回転角は異なるものとなる。従って、位置的条件に従って任意のファラデー回転角を与えることができるファラデー回転子としての光デバイスの提供が可能になる。
【００１５】
例えば、第１のポートは並設された第１の複数の光ファイバによって提供され、第２のポートは並設された第２の複数の光ファイバによって提供される。この場合、第１の複数の光ファイバの各々が第２の複数の光ファイバの対応する各々に光学的に結合される。そして、対応するファイバ対を結合する光ビーム毎に異なるファラデー回転角が得られる。従って、第１の複数の光ファイバの各々を波長分割多重における各チャネルの光信号に対応させることによって、各チャネルの光信号に任意のファラデー回転角を与えることができる。また、複数チャネルに対して１つの磁気光学結晶の使用で済むので、光デバイスの構成が簡単になる。
【００１６】
この光デバイスの動作上、磁気光学結晶を通過した光ビームは、当該通過位置及び磁気光学結晶の磁化の分布により決定される回転角でファラデー回転される。従って、ファラデー回転された光ビームが通過するように設けられる偏光子を付加することによって、この光デバイスは光アッテネータとして機能する。
【００１７】
望ましくは、磁気光学結晶に磁場を印加する手段は複数の磁石からなり、複数の磁石は、可変の磁場を発生するための少なくとも１つの電磁石を含む。これにより、少なくとも１つの電磁石によって与えられる磁場を変化させることによって、磁気光学結晶の磁化の分布を容易に任意に設定することができる。
【００１８】
このように磁気光学結晶に磁場を印加する手段が磁化の分布を変化させる手段を含む場合は、第１のポートが第１の領域内で固定された位置にある場合に、光ビームに与えられるファラデー回転角を磁化の分布に従って変化させることができる。
【００１９】
望ましくは、磁気光学結晶に磁場を印加する手段は、磁気光学結晶の磁化の強さを飽和させる手段と、磁化の方向及び強さに変化を与える手段とを含む。この場合、磁気光学結晶の磁化の強さが飽和していることにより、磁気光学結晶内に多数の磁区が生じることが防止され、ファラデー回転角（又は減衰）の再現性が良好になると共に、ファラデー回転角（又は減衰）の連続的な可変が可能になる。また、多数の磁区間の界面における光の散乱が少なくなり、不所望な減衰の増大が防止される。磁気光学結晶の磁化の強さが飽和した状態で磁化の方向及び強さに変化を与えることによって、磁気光学結晶の磁化の分布を任意に設定し得る。
【００２０】
上述のようなファラデー回転子として使用可能な本発明による光デバイスの動作原理に立脚すると、波長分割多重に適用可能な光アッテネータとして使用可能な光デバイスが提供される。
【００２１】
本発明の他の側面によると、光アッテネータの第１の構成としての光デバイスが提供される。この光デバイスは、第１の領域に位置する第１の複数の光ファイバと、各々該第１の複数の光ファイバの各々に光ビームにより光学的に結合され第２の領域に位置する第２の複数の光ファイバと、上記光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、上記光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段と、上記第１の複数の光ファイバと上記磁気光学結晶との間に設けられ上記各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する第１の複屈折結晶と、上記磁気光学結晶と上記第２の複数の光ファイバとの間に設けられ上記常光線成分及び上記異常光線成分を上記各光ビームに結合する第２の複屈折結晶とを備えている。そして、上記磁場を印加する手段は、上記第１の複数の光ファイバからの上記複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加する。
【００２２】
本発明の更に他の側面によると、光アッテネータの第２の構成としての光デバイスが提供される。この光デバイスは、単一の光ファイバと、該光ファイバを波長が異なる複数の光ビームに結合する分散素子と、該複数の光ビームが結合される複数の光ファイバと、上記複数の光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、上記複数の光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段と、上記分散素子と上記磁気光学結晶との間に設けられ上記各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する第１の複屈折結晶と、上記磁気光学結晶と上記複数の光ファイバとの間に設けられ上記常光線成分及び上記異常光線成分を上記各光ビームに結合する第２の複屈折結晶とを備えている。そして、上記磁場を印加する手段は、上記複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加する
【００２３】
本発明の別の側面によると、光アッテネータの第３の構成としての光デバイスが提供される。この光デバイスは、第１の光ファイバと、該第１の光ファイバを波長が異なる複数の光ビームに結合する第１の分散素子と、第２の光ファイバと、上記複数の光ビームを上記第２の光ファイバに結合する第２の分散素子と、上記複数の光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、上記複数の光ビームに垂直な上記磁気光学結晶の面内で磁化の方向が変化するように上記磁気光学結晶に磁場を印加する手段と、上記第１の分散素子と上記磁気光学結晶との間に設けられ上記各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する第１の複屈折結晶と、上記磁気光学結晶及び上記第２の分散素子との間に設けられ上記常光線成分及び上記異常光線成分を上記各光ビームに結合する第２の複屈折結晶とを備えている。そして、上記磁場を印加する手段は、上記複数の光ビームの光路と該光路上の上記磁気光学結晶の領域の上記磁化の方向とのなす角度の異なるものがあるように上記磁気光学結晶に磁場を印加する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によるファラデー回転子の実施形態を示すブロック図である。このファラデー回転子は、第１の領域２内に位置する第１のポート４と、第２の領域６内に位置する第２のポート８と、磁気光学結晶１０と、磁場印加ユニット１２とを備えている。図示された例では、ポート４及び８の各々は光ファイバの励振端によって提供されている。各ポートが発光素子あるいは受光素子によって提供されていてもよい。
【００２５】
ここでは、ポート４から出力された光ビームは磁気光学結晶１０によってファラデー回転させられ、ファラデー回転されられた光ビームはポート８に入力する。磁場印加ユニット１２は、磁気光学結晶１０の磁化が光ビームに実質的に垂直な平面内で与えられた分布を有するように磁気光学結晶１０に磁場を印加する。第１の領域２及び第２の領域６は、ポート４及び８間の光ビームが磁気光学結晶１０を通過し得るように決定される。
【００２６】
図示された例では、磁場印加ユニット１２によって磁気光学結晶１０に与えられる磁化の分布は、光ビームに実質的に垂直な平面内で図中の上から下に向かうに従って磁化ベクトルが光ビームに対して傾斜していくようになっている。このような磁化の分布によると、光ビームが磁気光学結晶１０の図中の上方部分を通過するときには、磁化ベクトルの光ビームと平行な成分の大きさが比較的大きいので、光ビームには比較的大きなファラデー回転角が与えられ、一方、符号４′及び８′で示されるようにポート４及び８が図中の比較的下方に位置し、光ビームが磁気光学結晶１０の下方部分を通過するときには、磁化ベクトルの光ビームに平行な成分の大きさは比較的小さくなるので、光ビームに与えられるファラデー回転角は前述の場合よりも小さくなる。
【００２７】
このように、領域２及び６内におけるポート４及び８の位置的条件に応じて、ポート４及び８間を結合する光ビームに任意のファラデー回転角を与えることができる。また、磁場印加ユニット１２が磁気光学結晶１０の磁化の分布を変化させるようにすることによって、ポート４及び８の位置に関わらず光ビームに任意のファラデー回転角を与えることができる。
【００２８】
図２の（Ａ）〜（Ｃ）は磁場印加ユニット１２の実施形態を示す図である。図２の（Ａ）〜（Ｃ）の各々において、光ビームは磁気光学結晶１０を図中の左から右に向かう方向或いは右から左に向かう方向に通過するものとする。
【００２９】
図２の（Ａ）に示される例では、磁場印加ユニット１２は、磁気光学結晶１０に磁場を図中の上下方向に印加するための磁石１３と、磁気光学結晶１０に磁場を図中の左右方向に印加するための磁石１４とを含む。磁石１４は磁気光学結晶１０の一方の端部に対向している。
【００３０】
この構成によると、磁気光学結晶１０によって光ビームに与えられるファラデー回転角θは、磁気光学結晶１０の磁石１４に対向する部分から離れるに従ってなだらかに減少する。これは、磁気光学結晶１０内における局部的な磁化の方向が、図中に矢印で示されるような分布を有することに起因する。
【００３１】
図２の（Ｂ）に示される例では、磁場印加ユニット１２は、磁気光学結晶１０に図中の上下方向の磁場を印加するための磁石１３と、磁気光学結晶１０に図中の左右方向に磁場をそれぞれ印加するための２つの磁石１６及び１８とを含む。磁石１６は磁気光学結晶１０の一方の端部に対向しており、磁石１８は磁気光学結晶１０の他方の端部に対向している。
【００３２】
この構成によると、磁気光学結晶１０における磁石１６及び１８にそれぞれ対応する位置でファラデー回転角θは最大となり、磁気光学結晶１０の概略中央部でファラデー回転角θは最小となる。
【００３３】
図２の（Ｃ）に示される例では、磁場印加ユニット１２は、磁気光学結晶１０に図中の上下方向の磁場を印加するための磁石１３と、磁気光学結晶１０に図中の左右方向にそれぞれ磁場を印加するための３つの磁石２０，２２及び２４とを含む。磁石２０は磁気光学結晶１０の一方の端部に対向しており、磁石２４は磁気光学結晶１０の他方の端部に対向しており、磁石２２は磁気光学結晶１０の概略中央部に対向している。
【００３４】
この構成によると、磁気光学結晶１０の両端部及び概略中央部でファラデー回転角θは最大となり、磁気光学結晶１０の図中の上下方向における４分の１の部分と４分の３の部分とでファラデー回転角θは最小となる。
【００３５】
図２の（Ａ）〜（Ｃ）の各々において、磁石１３のみによって与えられる磁場により磁気光学結晶１０の磁化の強さが飽和されるようにしておくことによって、ファラデー回転角θと位置との関係を表す曲線を連続的なものとすることができ、しかも、同関係の再現性を良好にすることができる。
【００３６】
図３は磁場印加ユニット１２の他の実施形態を示す斜視図である。ここでは、磁場印加ユニット１２は、磁気光学結晶１０に磁場を印加する１つの永久磁石２６と複数の電磁石２８とを含む。
【００３７】
符号３０は磁気光学結晶１０を通過する光ビームの伝搬方向を示している。永久磁石２６によって磁気光学結晶１０に印加される磁場の方向は光ビームの伝搬方向３０と概略垂直であり、永久磁石２８の各々によって磁気光学結晶１０に印加される磁場の方向は光ビームの伝搬方向３０と概略平行である。
【００３８】
この構成によると、永久磁石２６によって磁気光学結晶１０に有効に磁場を印加することができるので、磁気光学結晶１０の磁化の強さを容易に飽和させることができる。また、電磁石２８の各々に供給される電流をオン／オフ又は調節することによって、磁気光学結晶１０の各部分における磁化の方向及び強さを容易に変化させることができるので、磁気光学結晶１０の磁化の分布を容易に任意に設定することができる。
【００３９】
図４は本発明によるファラデー回転子の他の実施形態を示すブロック図である。複数のファイバコリメータ３２（＃１，…，＃ｎ）と、それぞれファイバコリメータ３２（＃１，…，＃ｎ）に平行光ビームにより光学的に結合される複数のファイバコリメータ３４（＃１，…，＃ｎ）とが設けられている。ファイバコリメータ３２（＃１，…，＃ｎ）の各々は図１の第１のポート４として機能し、ファイバコリメータ３４（＃１，…，＃ｎ）の各々は図１の第２のポート８として機能する。
【００４０】
各ファイバコリメータは、例えば、光ファイバと、レンズと、光ファイバの励振端及びレンズが予め定められた位置関係を有するように光ファイバ及びレンズを保持するためのスリーブとから構成される。
【００４１】
この実施形態によると、ファイバコリメータ３２（＃１，…，＃ｎ）をＷＤＭ信号光の各チャネルの光信号に対応させると共に、磁場印加ユニット１２として例えば図３の実施形態を採用することによって、各チャネルの光信号に任意のファラデー回転角を与えることができる。また、複数チャネルに対して共通の磁気光学結晶１０を適用することができるので、装置構成を簡略化することができる。
【００４２】
図５は本発明による光アッテネータの第１実施形態を示すブロック図である。この光アッテネータは、図４に示されるファラデー回転子と対比して、磁気光学結晶１０によりファラデー回転された光ビームが通過するように設けられる偏光子３６を付加的に備えている点で特徴付けられる。
【００４３】
ファイバコリメータ３２（＃１，…，＃ｎ）の各々とファイバコリメータ３４（＃１，…，＃ｎ）の対応する各々との間の結合効率、即ち減衰は、偏光子３６を通過する光の偏波面と磁気光学結晶１０によりファラデー回転させられた各光ビームの偏波状態とによって決定される。従って、この光アッテネータをＷＤＭに適用することによって、各チャネルの光信号に任意の減衰を与えることができる。
【００４４】
図６は本発明によるＷＤＭ用光送信機の第１実施形態を示すブロック図である。ここでは、図５に示される光アッテネータの第１実施形態に対応する光アッテネータモジュール３８が用いられている。
【００４５】
光アッテネータモジュール３８のファイバコリメータ３２（＃１，…，＃ｎ）にはそれぞれ光源４０（＃１，…，＃ｎ）が光学的に接続されている。光源４０（＃１，…，＃ｎ）はそれぞれ波長λ1 ，…，λn の光信号を出力する。各光信号を得るための変調には、各光源に対する直接変調或いは外部光変調器を用いた間接変調を適用し得る。
【００４６】
光源４０（＃１，…，＃ｎ）から出力された光信号は、光アッテネータモジュール３８において前述した原理に従って例えば異なる減衰を受け、減衰された複数の光信号は光マルチプレクサ４２によって波長分割多重される。波長分割多重の結果得られたＷＤＭ信号光は、光増幅器４４により増幅されて図示しない光ファイバ伝送路に送出される。
【００４７】
ＷＤＭ信号光の波長が１．５５μｍ帯（１．５０乃至１．６０μｍ）に含まれる場合、光増幅器４４としては、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を採用し得る。ＥＤＦＡは、エルビウムがドープされたエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、ポンプ光を出力するポンプ光源と、ポンプ光及び増幅すべきＷＤＭ信号光をＥＤＦに供給するための光回路とを備えている。ポンプ光の波長は例えば０．９８μｍ帯（０．９７乃至０．９９μｍ）或いは１．４８μｍ帯（１．４７乃至１．４９μｍ）に含まれる。
【００４８】
図７は光増幅器の利得の波長特性の例を示す図である。縦軸は光パワー、横軸は波長を示しており、ＥＤＦＡにより増幅されたＷＤＭ信号光のスペクトルが示されている。このスペクトルは、ＥＤＦＡにおいて発生したＡＳＥ（増幅された自然放出光）の比較的なだらかなスペクトルに各チャネルの光信号の急峻なスペクトルが重畳された形状を有している。
【００４９】
ＥＤＦＡにおいては、波長１５５０ｎｍの近傍で比較的単純な利得傾斜が生じることが知られており、この利得傾斜はＡＳＥのスペクトルの形状に反映される。ここでは、波長が長くなるに従って利得が小さくなる利得傾斜が示されている。
【００５０】
このような利得傾斜の存在によって、例えば、図６の光源４０（＃１，…，＃ｎ）から出力される光信号のパワー及び各接続部分における損失が等しいとしても、図７に示されるように、利得傾斜に従って光信号のパワーはチャネル毎に異なるものとなる。
【００５１】
本発明による光アッテネータはこのような利得傾斜に対処するために極めて有効である。即ち、比較的単純な利得傾斜を補償するためには、磁気光学結晶１０の磁化の分布を容易に設定し得るので、図６の光アッテネータモジュール３８に本発明を適用することによって、ＷＤＭ用光送信機から出力される増幅されたＷＤＭ信号光のチャネル間レベル偏差を効果的に小さくすることができる。
【００５２】
図８を参照すると、ＷＤＭ用光送信機の従来技術が示されている。ここでは、図６の本発明が適用される光アッテネータ３８に代えて、複数の光アッテネータＡＴＴが示されている。
【００５３】
この従来技術によっても、各光アッテネータの減衰を適切に設定することによって、増幅されたＷＤＭ信号光のチャネル間レベル偏差を小さくすることはできるが、光アッテネータがチャネル数分だけ必要になるので、装置構成が複雑になる。
【００５４】
これに対して、本発明を適用した場合には、例えば図６の実施形態では、光アッテネータモジュール３８はＷＤＭの複数チャネルに共通に適用することができるので、装置構成が簡単になる。
【００５５】
図９は本発明による光アッテネータの第２実施形態を示すブロック図である。この光アッテネータを図６の光アッテネータモジュール３８として使用可能にするために、第１の光ファイバアレイ４６と第２の光ファイバアレイ４８とが設けられている。第１の光ファイバアレイ４６の各光ファイバは図１の第１のポート４として機能し、第２の光ファイバアレイ４８の各光ファイバは図１の第２のポート８として機能する。
【００５６】
第１の光ファイバアレイ４６の各光ファイバと第２の光ファイバアレイ４８の各光ファイバとを集束光ビームにより光学的に結合するために、光ファイバアレイ４６に対向するレンズ５０と光ファイバアレイ４８に対向するレンズ５２とが設けられている。
【００５７】
磁気光学結晶１０及び磁場印加ユニット１２が用いられているのはこれまでの実施形態と同様である。磁気光学結晶１０は各光ビームが通過するように設けられている。
【００５８】
レンズ５０と磁気光学結晶１０との間には第１の複屈折結晶５４が設けられ、磁気光学結晶１０とレンズ５２との間には第２の複屈折結晶５６が設けられている。複屈折結晶５４及び５６の各々は、ここではルチル等の複屈折物質からなる平板であり、各々の光学軸は図中に矢印で示されるように、各光ビームに対して概略４５°傾斜している。
【００５９】
複屈折結晶５４及び５６の各々としては、複屈折物質からなるくさび板を用いることもできる（以下同様）。この場合には、集束光ビームではなく平行光ビームが得られるようにレンズ５０及び５２が選択される。
【００６０】
第１の複屈折結晶５４は、各光ビームを常光線成分及び異常光線成分に結合する。第２の複屈折結晶５６は、常光線成分及び異常光線成分を各光ビームに結合する。
【００６１】
図１０は図９に示される光アッテネータの動作原理を示す図である。符号５８は光ファイバアレイ４６におけるある光ファイバを表しており、符号６０は光ファイバアレイ４８における光ファイバ５８に結合される光ファイバを表している。
【００６２】
光ファイバ５８及び６０間の光結合の状況により、図９の光アッテネータの動作を理解することができる。
光ファイバ５８の励振端５８Ａから放射された光は、レンズ５０によってビーム６２となる。ビーム６２は、第１の複屈折結晶５４においてその常光線及び異常光線にそれぞれ相当するビーム６４及び６６に分離される。
【００６３】
ビーム６４及び６６は互いに平行であり、複屈折結晶５４の僅かに異なる位置から出力する。ビーム６４及び６６は、磁気光学結晶１０によってほぼ同じファラデー回転角を与えられ、それぞれビーム６８及び７０として出力される。
【００６４】
ビーム６８は、第２の複屈折結晶５６においてその常光線及び異常光線にそれぞれ相当するビーム７２及び７４に分離される。ビーム７０は、複屈折結晶５６においてその常光線及び異常光線にそれぞれ相当するビーム７６及び７８に分離される。
【００６５】
複屈折結晶５４及び５６が互いに平行でありこれらの厚みが等しいとすると、ビーム７２及び７８は互いに重なり合っている。
従って、ビーム７２及び７８はレンズ５２により集束させられて、光ファイバ６０の励振端６０Ａに結合することができる。ビーム７４及び７６はビーム７２及び７８からそれて除去される。
【００６６】
ビーム７２及び７８のトータルパワーの入力ビームのパワーに対する比（即ち減衰）は、磁気光学結晶１０におけるファラデー回転角に依存する。このファラデー回転角は、磁場印加ユニット１２による磁気光学結晶１０の磁化の分布並びにビーム６４及び６６の位置により決定される。従って、図９の光アッテネータを図６の光アッテネータモジュール３８として用いることによって、ＷＤＭにおける各チャネルの光信号に任意の減衰を与えることができる。
【００６７】
また、磁気光学結晶１０によって与えられるファラデー回転角が同じであれば、ビーム７２及び７８のトータルパワーは入力ビームの偏波状態には依存しない。従って、各チャネルの光信号の偏波状態に関わらず所望の減衰を当該光信号に与えることができる。
【００６８】
このように、図９の実施形態によると、偏波無依存の光アッテネータモジュール３８（図６参照）の提供が可能になる。
図９の実施形態では、光ファイバアレイ４６から光ファイバアレイ４８に向かう方向で動作を説明したが、光ファイバアレイ４８から光ファイバアレイ４６に向かう方向でも同じように動作することはいうまでもない。
【００６９】
図１１は本発明による光アッテネータの第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、図６の光アッテネータモジュール３８の機能に光マルチプレクサ４２の機能を加えるために、１つのポートと複数のポートとを結合するようにしている。
【００７０】
そのために、図９の第１の光ファイバアレイ４６に代えて単一の光ファイバ８０が設けられ、レンズ５０と第１の複屈折結晶５４との間には、分散素子８２が設けられている。分散素子８２は、光ファイバ８０を波長が異なる複数の光ビームに結合する。複数の光ビームの各々と光ファイバアレイ４８の各光ファイバとの減衰を伴った結合については、図１０の動作原理に準じて理解することができるので、その説明は省略する。
【００７１】
図１２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、図１１の分散素子８２として使用することができる分散素子の実施形態が示されている。
図１２の（Ａ）に示される分散素子は反射型のグレーティング８４であり、グレーティング８４は、ＷＤＭ信号光により与えられる入力ビームを光信号の波長毎に異なる角度で回折させる。具体的には、比較的短波長の光信号と入力ビームとがなす角は比較的長波長の光信号と入力ビームとがなす角よりも小さい。
【００７２】
図１２の（Ｂ）に示される分散素子はプリズム８６である。プリズム８６は、ＷＤＭ信号光によって与えられる入力ビームを光信号の波長毎に異なる屈折角で屈折させる。具体的には、比較的短波長の光信号の屈折角は比較的長波長の光信号の屈折角よりも大きい。
【００７３】
このように分散素子を用いることによって、波長に従って光ビームを空間的に分離することができるので、本発明に従って磁気光学結晶１０の磁化の分布を設定することによって、波長に応じて異なる減衰を光ビームに与えることができる。
【００７４】
尚、図１１においては、各光ビームの伝搬方向を表す矢印は光ファイバ８０から光ファイバアレイ４８に向かっているが、図１１の光アッテネータが可逆的に動作することは図９の実施形態と同じである。
【００７５】
図１３は本発明によるＷＤＭ用光送信機の第２実施形態を示すブロック図である。ここでは、図１１に示される光アッテネータが光アッテネータ／光マルチプレクサモジュール８８として用いられており、光ファイバアレイ４８は光源４０（＃１，…，＃ｎ）に光学的に接続され、光ファイバ８０は光増幅器４４に光学的に接続されている。
【００７６】
この実施形態によると、図６に示される光アッテネータモジュール３８及び光マルチプレクサ４２の機能を図１１に示される光アッテネータのみにより行うことができるので、ＷＤＭ用光送信機の構成を簡単にすることができる。
【００７７】
図１４は本発明による光アッテネータの第４実施形態を示すブロック図である。ここでは、１つのポートと他の１つのポートとを磁気光学結晶１０を通過する波長が異なる複数の光ビームにより結合するために、図１１の光ファイバアレイ４８に代えて単一の光ファイバ９０を用いている。そして、分散素子８２によって与えられた複数の光ビームを光ファイバ９０に結合するために、もう１つの分散素子９２を第２の複屈折結晶５６とレンズ５２との間に設けている。
【００７８】
複数の光ビームの各々に与えられる減衰については、図１０の動作原理に準じて理解することができるので、その説明は省略する。
光ファイバ８０と光ファイバ９０との間の結合損失を小さく押さえるために、分散素子９２としては分散素子８２と同じものを用いるのが望ましい。
【００７９】
尚、図１４では、各光ビームの伝搬方向を表す矢印は光ファイバ８０から光ファイバ９０に向いているが、図１４に示される光アッテネータが可逆的に動作するのは図１１の実施形態と同じである。
図１５は本発明によるＷＤＭ用光送信機の第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、図１４に示される光アッテネータが光デマルチプレクサ／光アッテネータ／光マルチプレクサモジュール９４として用いられている。
【００８０】
光源４０（＃１，…，＃ｎ）から出力された光信号は直接光マルチプレクサ４２によって波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光は光増幅器４４により増幅される。増幅されたＷＤＭ信号光はモジュール９４を通って図示しない光ファイバ伝送路に送出される。
【００８１】
モジュール９４では、ＷＤＭ信号光の各チャネルの光信号に対して、磁気光学結晶１０を通過する位置に応じた減衰が与えられる。従って、磁気光学結晶１０の磁化の分布を本発明に従って適切に設定しておくことによって、各光信号に所望の減衰を与えることができる。従って、モジュール９４は光イコライザとして機能することになる。
【００８２】
図１５の実施形態では、光増幅器４４により増幅されたＷＤＭ信号光がモジュール９４に供給されているが、モジュール９４及び光増幅器４４の接続順序を逆にして、各光信号に所望の減衰を与えた後にＷＤＭ信号光を光増幅器４４により増幅するようにしてもよい。
【００８３】
図１５の実施形態では、モジュール９４がＷＤＭ用光送信機内に設けられているが、モジュール９４を光ファイバ伝送路の途中に設けて、各々光増幅器を含む複数の線形光中継器の使用により累積したＷＤＭのチャネル間レベル偏差を抑圧するようにしてもよい。
【００８４】
このように、図１４に示されるように２つの分散素子８２及び９２を用いることによって、本発明による光アッテネータの機能に加えて光デマルチプレクサ及び光マルチプレクサの機能が得られる。
【００８５】
図１６は本発明による光アッテネータの第５実施形態を示すブロック図である。ここでは、図１４の光アッテネータの主要部が磁気光学結晶１０の中央の面に対して幾何学的に対称であることに鑑み、磁気光学結晶１０′の一方の面にミラー９３を設けて、図１４の複屈折結晶５６、分散素子９２、レンズ５２及び光ファイバ９０を省略している。
【００８６】
分散素子８２として、グレーティング定数の等しい一対の反射型グレーティング９４及び９６が用いられ、これにより、分散素子８２への入力ビームが平行ビームである場合に出力ビームも平行ビームになるようにしている。
【００８７】
また、平行ビームに適合させるために、ルチル等の複屈折物質からなるくさび板が複屈折結晶５４′として用いられている。光ファイバ８０に供給されたＷＤＭ信号光と光ファイバ８０から出力される、各チャネルの光信号に所望の減衰を与えられたＷＤＭ信号光とを空間的に分離するために、光サーキュレータ１００が用いられている。
【００８８】
光サーキュレータ１００は３つのポート１００Ａ，１００Ｂ及び１００Ｃを有し、ポート１００Ａに供給された光をポート１００Ｂから出力し、ポート１００Ｂに供給された光をポート１００Ｃから出力するように機能する。
【００８９】
磁場印加ユニット１２としては、図３に示される磁場印加ユニットが採用されている。各電磁石２８には制御回路９８により制御された駆動電流が供給される。
【００９０】
この実施形態によると、磁気光学結晶１０′の厚みは図１４の実施形態１０の厚みに対して実質的に半分で済むので、高価な磁気光学結晶の使用量を削減して低コスト化が可能になる。また、部品点数が少なくて済むので、更なる低コスト化が可能になる。
【００９１】
更に、磁気光学結晶１０′の一方の面にミラー９３を設けて、光ビームがミラー９３で反射して磁気光学結晶１０′内を往復するようにしているので、特に各ビームと同じ向きに磁場を印加するための電磁石２８の配置形態の自由度が増す。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、波長分割多重（ＷＤＭ）において各チャネルの光信号に任意のファラデー回転角或いは任意の減衰を与えることができる簡単な構成の光デバイスの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明によるファラデー回転子の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２の（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に適用可能な磁場印加ユニットの実施形態を示す図である。
【図３】図３は本発明に適用可能な磁場印加ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図４は本発明によるファラデー回転子の他の実施形態を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明による光アッテネータの第１実施形態を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明によるＷＤＭ用光送信機の第１実施形態を示すブロック図である。
【図７】図７は光増幅器の利得の波長特性の例を示す図である。
【図８】図８はＷＤＭ用光送信機の従来技術を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明による光アッテネータの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は図９の光アッテネータの動作原理を示す図である。
【図１１】図１１は本発明による光アッテネータの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に適用可能な分散素子の実施形態を示す図である。
【図１３】図１３は本発明によるＷＤＭ用光送信機の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１４は本発明による光アッテネータの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明によるＷＤＭ用光送信機の第３実施形態をブロック図である。
【図１６】図１６は本発明による光アッテネータの第５実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２  第１の領域
４  第１のポート
６  第２の領域
８  第２のポート
１０  磁気光学結晶
１２  磁場印加ユニット
【図１】
0003919905.tif 000002
【図２】
0003919905.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003919905.tif 000006
【図６】
0003919905.tif 000007
【図７】
0003919905.tif 000008
【図８】
0003919905.tif 000009
【図９】
0003919905.tif 000010
【図１０】
0003919905.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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