(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な第１反射面および第２反射面を有し、入射光に対してファブリペロー干渉計を構成する光反射手段と、
前記第１および第２反射面の間で反射される光の偏光方向をファラデー回転して出力する偏光回転手段と、
前記第１および第２反射面の間の距離を変える反射面移動手段と、
を備えて構成され、
前記偏光回転手段は、頂角が互いに等しいくさび型の形状を持ち各々のテーパー面を密着させて配置した一対の磁気光学結晶と、該一対の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、前記一対の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、前記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、を有し、
前記光反射手段は、前記一対の磁気光学結晶の平行な光入射面および光出射面にそれぞれ形成した反射膜を有し、
前記反射面移動手段は、前記一対の磁気光学結晶を各々のテーパー面を密着させながら相対的に移動させて、前記各反射膜の間の距離を変える可動部を有する
ことを特徴とする透過波長特性可変の光学素子。
【請求項２】
請求項１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、
前記透過波長特性可変の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、
前記透過波長特性可変の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、前記透過波長特性可変の光学素子で透過光に対して与えられる偏光方向の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。
【請求項３】
光信号を増幅して出力する光増幅器において、
請求項２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４】
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２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。
【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、並びに、それ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、「武田他、『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】
そこで、本出願人は、ファラデー回転子を用いた可変光学フィルタについてエタロン（ファブリペロー干渉計）として動作する構造を具備させることで、周期的な透過波長特性を可変にする技術を提案している（例えば、特願２００２−７０８７０号等）。この先願発明によれば、光学素子に与えるファラデー回転角に応じて透過波長特性を透過率の軸方向に変化させることができるようになるため、ＥＤＦＡの利得波長特性に対して高い精度でマッチングした透過波長特性を実現することが可能になる。ただし、上記の先願発明は、周期的な透過波長特性を透過率の軸方向に変化させることは可能であるが、その周期特性までを変化させることはできなかった。透過波長特性のマッチングをより高い精度で行う必要がある場合、波長に対する周期特性についても可変にすることが望まれる。
【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。
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、周期的な透過波長特性を透過率の軸方向に変化させることができ、かつ、波長に対する周期特性を変化させることも可能な光学素子をエタロン型の構成により容易に実現すると共に、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。
【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、本発明による透過波長特性可変の光学素子は、互いに平行な第１反射面および第２反射面を有し、入射光に対してファブリペロー干渉計を構成する光反射手段と、第１および第２反射面の間で反射される光の偏光方向をファラデー回転して出力する偏光回転手段と、第１および第２反射面の間の距離を変える反射面移動手段と、を備えて構成されるものである。
【００１３】
上記透過波長特性可変の光学素子について、偏光回転手段は、頂角が互いに等しいくさび型の形状を持ち各々のテーパー面を密着させて配置した一対の磁気光学結晶と、該一対の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、一対の磁気光学結晶に対して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、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、を有するものとする。また、光反射手段は、一対の磁気光学結晶の平行な光入射面および光出射面にそれぞれ形成した反射膜を有し、反射面移動手段は、一対の磁気光学結晶を各々のテーパー面を密着させながら相対的に移動させて、各反射膜の間の距離を変える可動部を有するものとする。
【００１４】
かかる構成の光学素子では、光反射手段の一方の反射面の間に入射した光は、偏光回転手段によって偏光方向が回転されながら各反射面でそれぞれ反射され、透過光および反射光が干渉した光が他方の反射面から出射されるようになり、本光学素子が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、偏光方向の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。また、反射面移動手段によって第１、２反射面の間の距離を変えることで、透過波長特性の周期特性も変化させることが可能になる。
【００１５】
そして、くさび型の一対の磁気光学結晶がテーパー面を密着させて配置されることで平行平板となり、その平行な平面に反射膜が形成されて入射光が多重反射するようになる。このとき磁気光学結晶内を多重反射する光の偏光方向の回転角は、固定磁界および可変磁界で形成される合成磁界に応じて変化し、また、各反射膜の間の距離は、一対の磁気光学結晶の相対的な位置に応じて変化することになる。従って、可変磁界制御部により可変磁界の印加状態を変えることで周期的な透過波長特性を透過率の軸方向に変化させることができ、かつ、可動部により一対の磁気光学結晶を相対的に移動させることで周期特性を変化させることが可能になる。
【００１６】
本発明による波長特性可変装置は、上記のような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、透過波長特性可変の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、透過波長特性可変の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、第１および前記第２光素子の間に配置され、透過波長特性可変の光学素子で透過光に対して与えられる偏光方向の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るものである。
【００１７】
このような構成の波長特性可変装置では、透過波長特性可変の光学素子に対する入射光および出射光の偏光状態が第１、２光素子によって決定されると共に、透過波長特性可変の光学素子で与えられる偏光方向の回転角が可変ファラデー回転子によって補償されるようになる。これにより、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偏光無依存型の波長特性可変装置が実現可能になる。
【００１８】
本発明による光増幅器は、上記の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ものである。かかる構成では、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、その変化に応じて波長特性可変装置の透過波長特性が調整されることにより、利得波長特性が能動的に等化されるようになる。
【００１９】
本発明による光伝送システムの１つの態様としては、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、前述したような波長特性可変装置を光伝送路上に備えて構成されるものである。また、本発明によ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。
【００２０】
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。
【００２１】
【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。
【００２２】
光干渉部１は、例えば図２の側方断面図に示すように、くさび型に成形された一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’と、磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’の互いに平行な平面に形成された反射膜１Ｂ，１Ｂ’と、各磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’を相対的に移動させて反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離を変化させる可動部１Ｃ，１Ｃ’および支持部材１Ｄ，１Ｄ’を有する。
【００２３】
磁気光学結晶１Ａ，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を頂角の互いに等しいくさび型にそれぞれ加工したものである。ここでは、一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’のテーパー面が互いに密着するように配置されて１枚の平行平面板が形成される。各磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’は、頂角に対向する平面に支持部材１Ｄ，１Ｄ’の一端がそれぞれ固定され、支持部材１Ｄ，１Ｄ’の他端に設けられた可動部１Ｃ，１Ｃ’の駆動動作により互いのテーパー面を密着させながら相対的に移動することが可能である。上記のような一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’において透過光に与えられるファラデー回転は、一般に、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。
【００２４】
反射膜１Ｂ，１Ｂ’は、例えば誘電体多層膜等からなり所要の反射率を有し、磁気光学結晶１Ａの平行平面に入射した光を磁気光学結晶１Ａ’の平行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い。
【００２５】
可動部１Ｃ，１Ｃ’は、支持部材１Ｄ，１Ｄ’を介して磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’を所要の位置に支持すると共に、その支持位置を相対的に移動させることで、図２の左側および右側に示すように、光が多重反射する空間の平行度を保ったままその間隔を変化させるものである。具体的に可動部１Ｃは、例えば図３の斜視図に示すように、２本のネジ等からなる支持部材１Ｄを上下方向に連動させることが可能であると同時に、各支持部材１Ｄの付け根部分が左右方向に自由度を持たせて取り付けられている。これにより、可動部１Ｃは支持部材１Ｄを介して磁気光学結晶１Ａを上下および左右の各方向に所要の範囲で自由に移動させることができる。なお、可動部１Ｃ’の具体的な構成については、可動部１Ｃの構成を上下反転させたものとなるためここでの説明を省略する。
【００２６】
上記のような可動部１Ｃ，１Ｃ’の駆動動作により、例えば図２の左側に示した状態から右側に示した状態に一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’を移動させる場合、可動部１Ｃは支持部材１Ｄを下方に移動させ、可動部１Ｃ’は支持部材１Ｄ’を上方に移動させる。これにより、一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’は上下に引き離される方向に移動することになるが、このとき各磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’は、例えば図４の概念図に示すように、永久磁石２ａ，２ｂによって与えられる磁界によってＮ極およびＳ極がそれぞれ発生するため、互いを引き寄せる向きの磁力が加わる。各可動部１Ｃ，１Ｃ’と各支持部材１Ｄ，１Ｄ’の付け根部分は左右方向に自由度を持たせてあるため、上記の磁力により、磁気光学結晶１Ａに固定された支持部材１Ｄは右方に移動し、磁気光学結晶１Ａ’に固定された支持部材１Ｄ’は左方に移動する。これにより、一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’は、互いのテーパー面を密着させながら相反する方向に移動するようになって、光の多重反射面の平行度を保ったままでその間隔が短くなる。
【００２７】
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、一対の磁気光学結晶１Ａ，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。
【００２８】
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。この電磁石３のヨーク３Ａは、光干渉部１を格納するための空間を確保することが可能な形状に予め設計され、具体的には、Ｃ字形の中央に位置する空洞領域が比較的広くなるように設計されている。このように空洞領域を広くしたヨーク３Ａを用いて電磁石３を構成した場合においても、コイルを流れる電流により発生する磁場はヨークの中を伝わるので、一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’に印加される可変磁界Ｈｅの強さがヨークの形状に依存して変わることはない。
【００２９】
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一対の磁気光学結晶１Ａ，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。
【００３０】
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５は、本光学素子の光干渉部１における光の多重反射の様子を模式的に示した図である。また、図６は、多重反射された各光のファラデー回転角を説明するための図である。さらに、図７は、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。加えて、図８は、本光学素子の透過波長特性を反射面間の距離に応じて示した図である。
【００３１】
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、一対の磁気光学結晶１Ａ，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，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一般的なエタロンに比べて光干渉の効果が小さくなる。
【００３２】
具体的には、図５において、一対の磁気光学結晶１Ａ，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６の左側に示す磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’に入射した光の偏光方向に対して、図６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。
【００３３】
光Ｔ０に対する光Ｔ１の干渉効果は、図６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。
【００３４】
本光学素子における多重反射光の干渉効果は、図７の一例に示すように、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、一般的な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。
【００３５】
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一対の磁気光学結晶１Ａ，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、上記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特性、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，１Ａ’の屈折率をｎ、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。
【００３６】
ＦＳＲ＝λ2／（２ｎｄ）  …（１）
従って、本光学素子について透過波長特性の周期特性を可変にするためには、磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’の屈折率を変化させるか、または、反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離ｄを変化させればよい。ここでは、前述したように可動部１Ｃ，１Ｃ’により支持部材１Ｄ，１Ｄ’を介して各磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’を相対的に移動させて反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離ｄを調整することによって、例えば図８の一例に示すように、透過波長特性の周期特性を可変にしている。なお、図８では、一定のファラデー回転角に対して反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離をｄ１，ｄ２，ｄ３（ただし、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３とする）に変化させた場合の透過波長特性の一例が示してある。
【００３７】
上記のように本光学素子は、可変電流源４の電流値を制御して一対の磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’におけるファラデー回転角θを調整することで、周期的な透過波長特性を透過率の軸方向に変化させることができ、かつ、可動部１Ｃ，１Ｃ’により磁気光学結晶１Ａ，１Ａ’を相対的に移動させて反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離ｄを調整することで透過波長特性の周期特性を変化させることができる。これにより、本光学素子は、周期的な透過波長特性を従来に比べてより広い範囲で調整することが可能になる。
【００３８】
また、本光学素子は、磁気光学結晶１Ａ，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ができる。そのような透過波長特性の振幅またはＦＳＲをファラデー回転角θまたは反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離ｄに応じて調整すれば、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非常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。
【００３９】
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９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１０は、図９の磁気光学系を示す上面図である。なお、図１０には光線追跡を行った結果も示してある。また、図９および図１０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。
【００４０】
図９および図１０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。
【００４１】
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から可変ファラデー回転子５０を介して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。
【００４２】
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の一対の磁気光学結晶１Ａ，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９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に用いられる一対の磁気光学結晶１Ａ，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。
【００４３】
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１０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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
図１１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１１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１０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９および図１０に示した第２実施形態の場合と同様である。
【００４７】
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１１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１０および図１１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。
【００５２】
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１２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１２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。
【００５３】
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の電流値または可動部１Ｃ，１Ｃ’の駆動状態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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１３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。
【００５７】
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１４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１４において、本波長特性可変装置は、上述の図１２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。
【００５８】
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反射膜１Ｂ，１Ｂ’間の距離が調整されていて、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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１５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。
【００６１】
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１６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１６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。
【００６２】
ＥＤＦＡ２００は、公知のＥＤＦＡと同様の構成を備え、ここでは例えば図１７に示すような利得波長特性を示すものとする。なお、図１７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１７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。
【００６３】
各波長特性可変モジュール１００1〜１００nは、上述の図９〜図１１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。
【００６４】
図１８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１８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または周期特性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１９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。
【００６５】
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の電流値および可動部１Ｃ，１Ｃ’の駆動状態）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および可動部１Ｃ，１Ｃ’を制御する。
【００６６】
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１７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１８や図１９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。
【００６７】
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。
【００６８】
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２０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２０において、本光増幅器の構成が前述の図１６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。
【００６９】
光分岐器１１０は、ＥＤＦＡ２００から波長特性可変モジュール１００1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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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２１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２１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。
【００７３】
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測定部１１３とを有するものとする。
【００７４】
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測定部１１３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。
【００７５】
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。
【００７６】
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２２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２２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２２に示した第８実施形態の光増幅器を備えている。
【００７７】
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。
【００７８】
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７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。
【００７９】
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２３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２３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。
【００８０】
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１４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。
【００８１】
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の透過波長特性がフィードバック制御される。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。
【００８２】
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２４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。
【００８３】
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。
【００８４】
（付記１）  光に対する透過波長特性を可変にした光学素子であって、
互いに平行な第１反射面および第２反射面を有し、入射光に対してファブリペロー干渉計を構成する光反射手段と、
前記第１および第２反射面の間で反射される光の偏光方向を回転して出力する偏光回転手段と、
前記第１および第２反射面の間の距離を変える反射面移動手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする透過波長特性可変の光学素子。
【００８５】
（付記２）  付記１に記載の光学素子であって、
前記偏光回転手段は、頂角が互いに等しいくさび型の形状を持ち各々のテーパー面を密着させて配置した一対の磁気光学結晶と、該一対の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、前記一対の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、前記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、を有し、
前記光反射手段は、前記一対の磁気光学結晶の平行な光入射面および光出射面にそれぞれ形成した反射膜を有し、
前記反射面移動手段は、前記一対の磁気光学結晶を各々のテーパー面を密着させながら相対的に移動させて、前記各反射膜の間の距離を変える可動部を有することを特徴とする透過波長特性可変の光学素子。
【００８６】
（付記３）  付記２に記載の光学素子であって、
前記可動部は、前記一対の磁気光学結晶のそれぞれについて、頂角に対向する面に一端が固定された支持部材を上下方向に移動することが可能であり、かつ、前記支持部材の他端との取り付け状態が左右方向に自由度を持つ可動機構を備えたことを特徴とする透過波長特性可変の光学素子。
【００８７】
（付記４）  付記２に記載の光学素子であって、
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透過波長特性可変の光学素子。
【００８８】
（付記５）  付記４に記載の光学素子であって、
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透過波長特性可変の光学素子。
【００８９】
（付記６）  付記１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、
前記透過波長特性可変の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、
前記透過波長特性可変の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、前記透過波長特性可変の光学素子で透過光に対して与えられる偏光方向の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。
【００９０】
（付記７）  付記６に記載の波長特性可変装置であって、
前記可変ファラデー回転子は、前記透過波長特性可変の光学素子における回転角に対して、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波長特性可変装置。
【００９１】
（付記８）  付記６に記載の波長特性可変装置であって、
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波長特性可変装置。
【００９２】
（付記９）  付記６に記載の波長特性可変装置であって、
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波長特性可変装置。
【００９３】
（付記１０）  付記６に記載の波長特性可変装置であって、
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波長特性可変装置。
【００９４】
（付記１１）  付記６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。
【００９５】
（付記１２）  付記６に記載の波長特性可変装置であって、
前記透過波長特性可変の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、前記透過波長特性可変の光学素子で透過光に対して与えられる偏光方向の回転角および前記光学素子の各反射面間の距離の少なくとも一方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波長特性可変装置。
【００９６】
（付記１３）  付記６に記載の波長特性可変装置であって、
前記透過波長特性可変の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、前記透過波長特性可変の光学素子で透過光に対して与えられる偏光方向の回転角および前記光学素子の各反射面間の距離の少なくとも一方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波長特性可変装置。
【００９７】
（付記１４）  光信号を増幅して出力する光増幅器において、
付記６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。
【００９８】
（付記１５）  付記１４に記載の光増幅器であって、
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偏光方向の回転角および前記光学素子の各反射面の間の距離の少なくとも一方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光増幅器。
【００９９】
（付記１６）  付記１５に記載の光増幅器であって、
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光増幅器。
【０１００】
（付記１７）  付記１５に記載の光増幅器であって、
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光増幅器。
【０１０１】
（付記１８）  付記１５に記載の光増幅器であって、
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光増幅器。
【０１０２】
（付記１９）  付記１５に記載の光増幅器であって、
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光増幅器。
【０１０３】
（付記２０）  付記１９に記載の光増幅器であって、
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光増幅器。
【０１０４】
（付記２１）  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６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。
【０１０５】
（付記２２）  付記２１に記載の光伝送システムであって、
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光伝送システム。
【０１０６】
（付記２３）  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１４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。
【０１０７】
（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、
前記第１および第２反射面の間で多重反射される光の偏光方向を回転することにより波長に対する透過率を可変に制御するステップと、
前記第１および第２反射面の間の距離を変えることにより波長に対する周期特性を可変に制御するステップと、
を含んでなることを特徴とする透過波長特性の制御方法。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による透過波長特性可変の光学素子は、偏光回転手段によって第１、２反射面で反射される光の偏光方向を回転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透過率の軸方向に変化させることができ、かつ、反射面移動手段によって第１、２反射面の間の距離を変えることで透過波長特性の周期特性も変化させることが可能になる。
【０１０９】
上記のような透過波長特性可変の光学素子を用いた本発明による波長特性可変装置によれば、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偏光無依存型の波長特性可変装置が実現可能になる。
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、その変化に応じて波長特性可変装置の透過波長特性を調整することで、利得波長特性を能動的に等化することができる。
【０１１０】
さらに、前述したような波長特性可変装置また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、伝送光に生じた波長依存性が光伝送路上に配置された波長特性可変装置または光中継器により補償（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】上記第１実施形態における光干渉部の側方断面図である。
【図３】上記第１実施形態における可動部の具体例を示す斜視図である。
【図４】上記第１実施形態について一対の磁気光学結晶に働く磁力を示す概念図である。
【図５】上記第１実施形態について光干渉部における光の多重反射の様子を模式的に示す図である。
【図６】図５において多重反射された各光のファラデー回転角を説明する図である。
【図７】図５における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８】図５における透過波長特性を反射面間の距離に応じて示した図である。
【図９】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１０】上記第２実施形態における磁気光学系を示す上面図である。
【図１１】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１２】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１３】上記第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１４】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１５】上記第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１６】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１７】上記第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１８】上記第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１９】上記第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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】上記第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，１Ａ’，５１    磁気光学結晶
１Ｂ，１Ｂ’    反射膜
１Ｃ，１Ｃ’    可動部
１Ｄ，１Ｄ’    支持部材
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】
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【図２】
0004166036.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004166036.tif 000007
【図７】
0004166036.tif 000008
【図８】
0004166036.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004166036.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004166036.tif 000013
【図１３】
0004166036.tif 000014
【図１４】
0004166036.tif 000015
【図１５】
0004166036.tif 000016
【図１６】
0004166036.tif 000017
【図１７】
0004166036.tif 000018
【図１８】
0004166036.tif 000019
【図１９】
0004166036.tif 000020
【図２０】
0004166036.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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