(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々透過する偏光の偏光軸を決定する透過軸を有する第１及び第２の偏光子と、
上記第１及び第２の偏光子の間に設けられ、透過する直交２偏光成分間に与えられる位相差を決定する光学軸を有する複屈折素子と、
上記第１及び第２の偏光子の間に設けられ、透過する偏光に可変のファラデー回転角を与えるファラデー回転子とを備え、
上記複屈折素子及び上記ファラデー回転子の配列順序並びに上記光学軸及び上記各透過軸の相対的位置関係は、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が上記ファラデー回転角の変化に従って透過率の軸の方向に変化するように設定される可変光学フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
入力光は上記第１の偏光子に供給され、
上記入力光は予め定められた帯域を有しており、
該予め定められた帯域は上記特性曲線の周期を与える波長幅の１／２よりも小さい可変光学フィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
入力光は上記第１の偏光子に供給され、
上記第２の偏光子は部分偏光子からなる可変光学フィルタ。
【請求項４】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記ファラデー回転子は上記複屈折素子及び上記第２の偏光子の間に設けられ、
入力光は上記第１の偏光子、上記複屈折素子、上記可変ファラデー回転子及び上記第２の偏光子の順に通過し、
上記第１の偏光子の透過軸と上記複屈折素子の光学軸とがなす角をφとするときに、φ≠ｎπ／２（ｎは整数）を満足する可変光学フィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載の可変光学フィルタであって、
上記角φはπ／４に等しい可変光学フィルタ。
【請求項６】
請求項５に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子の透過軸は互いに平行である可変光学フィルタ。
【請求項７】
請求項５に記載の可変光学フィルタであって、
上記第２の偏光子の透過軸は上記複屈折素子の光学軸に平行である可変光学フィルタ。
【請求項８】
請求項４に記載の可変光学フィルタであって、
上記角φはπ／４と異なる可変光学フィルタ。
【請求項９】
請求項４に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１の偏光子及び上記複屈折素子の間に設けられる１／４波長板を更に備えた可変光学フィルタ。
【請求項１０】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記ファラデー回転子は上記第１の偏光子及び上記複屈折素子の間に設けられ、
入力光は上記第１の偏光子、上記ファラデー回転子、上記複屈折素子及び上記第２の偏光子の順に通過し、
上記複屈折素子の光学軸と上記第２の偏光子の透過軸とがなす角をθとするときに、θ≠ｎπ／２（ｎは整数）を満足する可変光学フィルタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の可変光学フィルタであって、
上記角θはπ／４に等しい可変光学フィルタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子の透過軸は互いに平行である可変光学フィルタ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第２の偏光子の透過軸は上記複屈折素子の光学軸に平行である可変光学フィルタ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の可変光学フィルタであって、
上記角θはπ／４と異なる可変光学フィルタ。
【請求項１５】
請求項１０に記載の可変光学フィルタであって、
上記複屈折素子及び上記第２の偏光子の間に設けられる１／４波長板を更に備えた可変光学フィルタ。
【請求項１６】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記ファラデー回転子は第１及び第２のファラデー回転子からなり、
上記複屈折素子は上記第１及び第２のファラデー回転子の間に設けられ、
入力光は上記第１の偏光子、上記第１のファラデー回転子、上記複屈折素子、上記第２のファラデー回転子及び上記第２の偏光子の順に通過する可変光学フィルタ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１のファラデー回転子のファラデー回転角と上記第２のファラデー回転子のファラデー回転角とが実質的に等しくなるように上記第１及び第２のファラデー回転子を制御する手段を更に備えた可変光学フィルタ。
【請求項１８】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記複屈折素子は第１及び第２の複屈折素子からなり、
上記ファラデー回転子は上記第１及び第２の複屈折素子の間に設けられ、
入力光は上記第１の偏光子、上記第１の複屈折素子、上記ファラデー回転子、上記第２の複屈折素子及び上記第２の偏光子の順に通過する可変光学フィルタ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の複屈折素子の光学軸は互いに平行である可変光学フィルタ。
【請求項２０】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子の間に設けられる可変移相子を更に備え、
入力光は上記第１の偏光子に供給される可変光学フィルタ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の可変光学フィルタであって、
上記可変移相子は、第１及び第２の１／４波長板と、該第１及び第２の１／４波長板の間に設けられるもう１つの可変ファラデー回転子とを備えている可変光学フィルタ。
【請求項２２】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記ファラデー回転子は、光路上に配置された磁気光学結晶と、互いに異なる方向の第１及び第２磁界をこれらの合成磁界の強さが予め定められた値よりも大きくなるように上記磁気光学結晶に対して印加する磁界印加手段と、上記第１及び第２の磁界の強さの少なくとも一方を変化させる磁界調整手段とを含む可変光学フィルタ。
【請求項２３】
請求項２２に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２磁界は上記磁気光学結晶を透過する光の伝搬方向を含む平面内の互いに直交する方向にそれぞれ印加される可変光学フィルタ。
【請求項２４】
請求項２２に記載の可変光学フィルタであって、
上記磁界印加手段は上記第１及び第２磁界をそれぞれ印加する電磁石及び永久磁石を含み、上記磁界調整手段は上記電磁石の駆動電流を調整する可変光学フィルタ。
【請求項２５】
請求項２２に記載の可変光学フィルタであって、
上記磁界印加手段は上記第１及び第２磁界をそれぞれ印加する第１及び第２の電磁石を含み、
上記磁界調整手段は上記第１及び第２の電磁石の駆動電流の少なくとも一方を調整する可変光学フィルタ。
【請求項２６】
請求項２２に記載の可変光学フィルタであって、
上記予め定められた値は上記磁気光学結晶の磁化が飽和するのに必要とされる磁界の強さに相当する値である可変光学フィルタ。
【請求項２７】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子はそれぞれ複屈折物質からなる第１及び第２のくさび板からなり、
該第１及び第２のくさび板は、該第１のくさび板の頂部及び底部がそれぞれ該第２のくさび板の底部及び頂部に対向し且つ対応する面同士が互いに平行になるように配置され、
第１の光ファイバと、該第１の光ファイバからの光を上記第１のくさび板に供給するための第１のレンズと、
上記第２のくさび板からの光を集束させる第２のレンズと、
該第２のレンズにより集束された光ビームが所定の条件の下に結合する第２の光ファイバとを更に備えた可変光学フィルタ。
【請求項２８】
請求項２７に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２のくさび板の各々の偏光分離角をθ″、上記第２の光ファイバのコアの直径をａ、上記第２のレンズの焦点距離をｆとするときに、
ｆｓｉｎθ″＜ａ
を満足する可変光学フィルタ。
【請求項２９】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１の偏光子は複屈折物質からなる第１のくさび板からなり、
上記第２の偏光子はそれぞれ複屈折物質からなる第２及び第３のくさび板からなり、
該第１乃至第３のくさび板は、該第１のくさび板の頂部及び底部がそれぞれ該第２のくさび板の底部及び頂部に対向し、該第２のくさび板の頂部及び底部がそれぞれ該第３のくさび板の底部及び頂部に対向するように配置され、
第１の光ファイバと、
該第１の光ファイバからの光を上記第１のくさび板に供給するための第１のレンズと、
上記第３のくさび板からの光を集束させる第２のレンズと、
該第２のレンズにより集束された光ビームが所定の条件の下に結合する第２の光ファイバとを更に備えた可変光学フィルタ。
【請求項３０】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子はそれぞれ複屈折物質からなる第１及び第２の平板からなり、
第１の光ファイバと、
該第１の光ファイバからの光を上記第１の平板に供給するための第１のレンズと、
上記第２の平板からの光を集束させる第２のレンズと、
該第２のレンズにより集束された光ビームが所定の条件の下に結合する第２の光ファイバとを更に備えた可変光学フィルタ。
【請求項３１】
請求項１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子の間に設けられる少なくとも１つのフィルタユニットを更に備え、
該少なくとも１つのフィルタユニットの各々は、上記第１の手段、上記複屈折素子及び上記ファラデー回転子にそれぞれ相当するエレメントを含む可変光学フィルタ。
【請求項３２】
請求項３１に記載の可変光学フィルタであって、
上記第１及び第２の偏光子の間に設けられる可変移相子を更に備え、
上記各フィルタユニットは上記可変移相子に相当するエレメントを更に含む可変光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に光ファイバ通信システム等のシステムに適用可能な可変光学フィルタに関し、特に、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が透過率の軸の方向に変化する可変光学フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ファイバ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あるいは実用化されている。
【０００３】
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。０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、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用い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。
【０００４】
一方、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、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へ送出される。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よる伝送容量を増大させることができる。
【０００５】
ＷＤＭが適用されるシステムに光増幅器を組み入れる場合、しばしば利得傾斜（ゲインチルト）と称される利得特性（利得の波長特性）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の近傍で利得偏差が生じる。カスケード接続された複数のＥＤＦＡについて利得傾斜が累積すると、利得が小さい帯域に含まれるチャネルの光ＳＮＲ（信号対雑音比）が悪くなる。
【０００６】
光増幅器の利得傾斜に対処するために、利得等化器を用いることができる。利得傾斜の累積によりあるチャネルの光ＳＮＲの劣化が過剰になるよりも前に、適切な位置に設けられた利得等化器によって利得等化が行われる。
【０００７】
利得等化器として使用可能な光デバイスとして、可変光学フィルタがある。可変光学フィルタにおいては、透過率（又は損失）の波長特性（透過率の波長依存性）が可変である。例えば、光増幅器の利得傾斜を相殺するように可変光学フィルタの波長特性が設定されあるいは制御され、それにより、受信側における光信号のパワーのチャネル間偏差が小さくなる。
【０００８】
従来、機械的な可動部分を有する可変光学フィルタが知られている。この種の光学フィルタにおいては、例えば、光学干渉膜や回折格子への光ビームの入射角度が機械的に変化させられ、それにより、透過波長帯域の中心波長あるいは阻止波長帯域の中心波長が変化する。即ち、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が波長の軸の方向に変化する。また、フォトニクステクノロジーズ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）社から提供されている可変光学フィルタは、スプリットビームフーリエフィルタ（Ｓｐｌｉｔ−Ｂｅａｍ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ）を基本原理としており、機械的な手段により、中心波長だけでなく阻止量（透過率）そのものも可変にしている。即ち、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が波長の軸の方向だけでなく透過率の軸の方向にも可変である。
【０００９】
また、機械的な可動部分がなく電気的手段によって損失の波長特性を変化させることのできる可変光学フィルタとして、導波路型のマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）光学フィルタやアコーストオプティックチューナブルフィルタ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＡＯＴＦ）等が知られている。
【００１０】
更に、複屈折フィルタを基本原理とした中心波長可変の光バンドパスフィルタが提案されている（特開平６−１３０３３９号）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
機械的な可動部を有している可変光学フィルタは、高速な動作が困難であり、また信頼性に欠けるという欠点を有している。また、ＭＺ光学フィルタやＡＯＴＦには、現在のところ、（１）駆動電圧が高い、（２）消費電力が大きい、（３）温度安定化装置が必要であり大規模化を避けられない、（４）信頼性が得られていない、等の欠点がある。
【００１２】
このため、（１）機械的な可動部を有しておらず、従って高い信頼性が得られること、（２）電気的手段によって制御が可能なこと、（３）駆動電圧が低く消費電力が小さいこと等の条件を満たす可変光学フィルタが要望されている。
【００１３】
これらの条件を満たす可変光学フィルタの候補としては、特開平６−１３０３３９号公報に記載されている可変光学フィルタが挙げられる。この可変光学フィルタは可変なファラデー回転角を与える可変ファラデー回転子を備えており、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状がファラデー回転角の変化に従って波長の軸の方向に変化するようにされている。しかし、特性曲線の形状は、透過率の軸の方向に変化されることはできない。前述した利得等化器の用途では、例えば阻止波長帯域の損失深さが可変であることが要求されているので、この可変光学フィルタは利得等化器として必ずしも十分な性能を有しているとはいえない。
【００１４】
よって、本発明の目的は、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が透過率の軸の方向に変化するような可変光学フィルタを提供することにある。本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のある側面によると、第１及び第２の偏光子と、複屈折素子と、ファラデー回転子とを備えた可変光学フィルタが提供される。第１及び第２の偏光子の各々は、透過する偏光の偏光軸を決定する透過軸を有している。複屈折素子は、第１及び第２の偏光子の間に設けられ、透過する直交２偏光成分間に位相差を与える。位相差は複屈折素子の光学軸によって決定される。ファラデー回転子は、第１及び第２の偏光子の間に設けられ、透過する偏光に可変のファラデー回転角を与える。複屈折素子及びファラデー回転子の配列順序と、複屈折素子の光学軸と第１及び第２の偏光子の各々の透過軸との相対的位置関係とは、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状がファラデー回転角の変化に従って透過率の軸の方向に変化するように設定される。
【００１６】
この構成によると、配列順序及び相対的位置関係が特定の形態に設定されているので、特性曲線の形状が透過率の軸の方向に可変になり、例えば、阻止波長帯域の損失深さを変化させることができるようになり、本発明の目的の１つが達成される。
【００１７】
尚、本願明細書では、「透過率」は電力透過率として定義される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
まず、本発明による可変光学フィルタの構成及び動作を理解する上で有用と思われるので、図１を参照して複屈折フィルタについて説明する。複屈折フィルタは、第１の偏光子Ｐ１と、複屈折板ＢＰと、第２の偏光子Ｐ２とを、透過光の光路ＯＰ上にこの順に配置して構成される。ここでは、光路ＯＰに平行なＺ軸を有する直交三次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が採用されている。ここでは、Ｘ軸及びＹ軸は、それぞれ、複屈折板ＢＰの光学軸（Ｃ１軸及びＣ２軸）に平行であり、第１偏光子Ｐ１の透過軸とＹ軸とがなす角度は４５°であるとする。第２の偏光子Ｐ２の透過軸とＹ軸とがなす角度は任意である。尚、「偏光子の透過軸」は、透過する直線偏光の振動方向に一致し、より一般的には、その偏光子を透過する偏光の偏光軸を決定する軸として定義される。
【００１９】
第１の偏光子Ｐ１を透過した直線偏光が複屈折板ＢＰに入射すると、この直線偏光は、Ｃ１軸に平行な偏光面を有する成分とＣ２軸に平行な偏光面を有する成分とに分離されて複屈折板ＢＰの内部を伝搬する。これらの２成分は複屈折板ＢＰから出力されるときに、波長に従って決定される位相差の下で合成される。複屈折板ＢＰの厚みが入射光の波長に比べて十分大きい場合、複屈折板ＢＰの出力において合成される光の偏光状態は波長に応じて異なる。即ち、合成された光は、波長によって、直線偏光であるかも知れないし、円偏光又は楕円偏光であるかも知れない。第２の偏光子Ｐ２の透過率は、第２の偏光子Ｐ２に入射する光の偏光状態に依存するため、波長によって異なる。例えば、第２の偏光子Ｐ２の透過軸がある波長の直線偏光に平行になるように固定されているとすると、その波長の光に対する第２の偏光子Ｐ２の透過率は原理的に１００％となる。これとは異なる波長においては、第２の偏光子Ｐ２の透過軸と直交する直線偏光に対しては、第２の偏光子Ｐ２の透過率は原理的には０％となる。更に、他の波長の円偏光に対する第２の偏光子Ｐ２の透過率は原理的には５０％であり、別の波長の楕円偏光に対する第２の偏光子Ｐ２の透過率は楕円偏光の楕円率に応じたものとなる。このようにして、この複屈折フィルタの透過率は光の波長に依存して変化することになる。
【００２０】
図２の（Ａ）及び（Ｂ）は従来の可変光学フィルタの特性の例を説明するための図である。例えば、特開平６−１３０３３９号公報に記載されている可変光学フィルタでは、図１の複屈折フィルタの複屈折板ＢＰに代えて、ファラデー回転子及び２つの１／４波長板を含む移相子を設け、これにより透過率が波長に対して周期的に変化するような波長特性が得られている。この波長特性を与える特性曲線の形状は、図２の（Ａ）に実線及び破線で示されるように波長の軸の方向に可変である。
【００２１】
従って、この可変光学フィルタを用いることにより、図２の（Ｂ）に示されるように、特性曲線の形状が波長の軸の方向に可変である光バンドパスフィルタを提供することができる。
【００２２】
図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に要求されている可変光学フィルタの特性の例を説明するための図である。図２の（Ａ）では特性曲線の形状が波長の軸の方向に可変であるのに対して、図３の（Ａ）に示されるように、特性曲線の形状が透過率の軸の方向に可変である可変光学フィルタが要求されているものである。具体的には、利得等化器としての使用を考慮して、例えば図３の（Ｂ）に示されるように、阻止波長帯域における損失深さが可変であるノッチフィルタの実現が要求されているのである。
【００２３】
次に、図１の複屈折フィルタについての定量的な解析を行った上でこれを発展させて、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるような特性を有する可変光学フィルタを提供するための方法を示す。今、図１の複屈折フィルタにおいて、第１の偏光子Ｐ１の透過軸Ｐ１Ａと、複屈折板ＢＰの光学軸（Ｃ１軸及びＣ２軸）と、第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２Ａとが、図４に示されるような位置関係にあると仮定する。即ち、透過軸Ｐ１ＡとＣ２軸とがなす角をφとし、透過軸Ｐ２ＡとＣ２軸とがなす角をθとする。
【００２４】
透過軸Ｐ１Ａに平行に、直線偏光ｓｉｎ（ωｔ）が入射した時、複屈折板ＢＰを通過した光のＣ１軸に平行な成分Ｅ１とＣ２軸に平行な成分Ｅ２は、両成分の位相遅れをそれぞれε１及びε２とすると、それぞれ、
Ｅ１＝ｓｉｎφｓｉｎ（ωｔ＋ε１）
Ｅ２＝ｃｏｓφｓｉｎ（ωｔ＋ε２）
と書ける。第２の偏光子Ｐ２を出た光の振幅は、
0003779054.tif 000002
となる。従って、透過光の強度Ｉは、
Ｉ＝ cos２(φ＋θ) ＋ sin(2φ)  sin(2θ) cos２((ε1-ε2)/2)
となる。複屈折板ＢＰの厚みをｄ、複屈折板ＢＰにおける常光線および異常光線の屈折率差をμ、波長をλとすると、
（ε１−ε２）／２＝πμｄ／λ
となる。従って、透過光の強度Ｉは波長λの関数Ｉ（λ）となり、
I(λ) ＝ cos２(φ＋θ)+ sin(2φ)  sin(2θ)  cos２(πμd/λ) ………(1)
と表すことができる。（１）式により、透過光強度は、波長依存性を持ち、波長に対して周期的に変化することが分かる。ここで、実際に使用する波長帯域に比べて、波長の値が大きいと、１／λは、次のように一次関数で近似することができる。
【００２５】
１／λ＝ａλ＋ｂ
例えば、図５に示される様に、波長帯域を１５００ｎｍ〜１６００ｎｍとすると、ａ＝−４．１６５×１０−７（1/ｎｍ２)，ｂ＝１．２９１×１０−３（1/ｎｍ）となる。
【００２６】
従って、ｂを無視して相対波長のみを考えると、
I(λ) ＝ cos2(φ＋θ)+ sin(2φ)  sin(2θ)  cos2(πλ/FSR) ……(1) ′
が得られる。ここで、ＦＳＲ(Free Spectral Range) は、透過率の波長特性における波長周期を表し、次式で与えられる。
【００２７】
ＦＳＲ＝１／ａμｄ  ………（２）
従って、所要のＦＳＲを得るためには、複屈折板ＢＰの材料によって決定される屈折率差μが一定であるとすると、複屈折板ＢＰの厚みｄを調整すればよいことがわかる。
【００２８】
さて、（１）式により、角φ及び／又は角θを変化させると、透過光強度も変化することがわかる。図６を参照すると、例えば、角φをπ／４（４５°）とし、角θの値を変化させたときの透過率の波長特性の変化の様子が示されている。縦軸は透過率（真値）であり、横軸はＦＳＲで規格化された相対波長である。また、角θの値として正の値と負の値があるのは、Ｃ２軸と透過軸Ｐ２Ａとの間の相対的な回転方向を示すためであり、これについては後で詳しく説明する。
【００２９】
角θを変化させる直接的な方法は、第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２Ａを回転することである。現状の技術では、機械的手段を用いずに透過軸が回転することができる偏光子はない。また、機械的な手段を用いれば透過軸を回転する偏光子を提供することができるが、機械的可動部を有している可変光学フィルタは、高速動作が困難であり又信頼性に欠ける等の問題を有している。そこで、本発明では、以下に詳しく説明するように、可変ファラデー回転子を用いる方法が提案される。
【００３０】
角θは、第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２ＡがＣ２軸となす角度であり、第２の偏光子Ｐ２へ入射される光の偏光軸と第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２Ａとがなす角度であるということもできる。即ち、「第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２Ａを回転すること」は、「第２の偏光子Ｐ２へ入射される光の偏光軸を回転すること」と実質的に同じである。従って、可変のファラデー回転角を与えるファラデー回転子を例えば複屈折板ＢＰと第２の偏光子Ｐ２との間に配置し、第２の偏光子Ｐ２に入射される偏光の方位角を回転すれば、角θが変化したのと同じ状態を実現することができ、その回転に応じて透過光強度を変化させることが可能である。
【００３１】
また、同じように、可変ファラデー回転子を第１の偏光子Ｐ１と複屈折板ＢＰの間に配置し、複屈折板ＢＰに入射される偏光の方位角を回転すれば、角φが変化したのと同じ状態を実現することができ、その回転に応じて透過光強度を変化させることが可能である。
【００３２】
図７の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、それぞれ本発明による可変光学フィルタの第１及び第２実施形態が示されている。図７の（Ａ）に示される第１実施形態では、可変ファラデー回転子ＦＲは複屈折板ＢＰと第２の偏光子Ｐ２との間に設けられており、図７の（Ｂ）に示される第２実施形態では、可変ファラデー回転子ＦＲは第１の偏光子Ｐ１と複屈折板ＢＰとの間に設けられている。
【００３３】
ここで、第１及び第２実施形態の各々において、本発明による可変光学フィルタを実施するための最も単純で且つ明確な要件を再確認しておく。各実施形態では、複屈折板ＢＰ及び可変ファラデー回転子ＦＲは、第１の偏光子Ｐ１と第２の偏光子Ｐ２との間に設けられる。第１の偏光子Ｐ１は、透過する偏光の偏光軸を決定する透過軸Ｐ１Ａを有しており、第２の偏光子Ｐ２は、透過する偏光の偏光軸を決定する透過軸Ｐ２Ａを有している。複屈折板ＢＰは、透過する直交２偏光成分間に与えられる位相差を決定する光学軸（Ｃ１軸及びＣ２軸あるいはそのいずれか一方）を有している。可変ファラデー回転子ＦＲは、透過する偏光に可変のファラデー回転角を与える。そして、複屈折板ＢＰ及び可変ファラデー回転子ＦＲの配列順序と光学軸（例えばＣ１軸）並びに透過軸Ｐ１Ａ及びＰ２Ａの相対的位置関係とは、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状がファラデー回転角の変化に従って透過率の軸の方向に変化するように設定される。
【００３４】
また、複屈折板ＢＰの厚みは、所要のＦＳＲが得られるように設計される。透過率の波長依存性を実現するために、複屈折板ＢＰとしては、１／４波長板や１／２波長板と呼ばれる複屈折板に比べて厚く、具体的には使用される波長よりも十分大きい厚みを有する複屈折板が用いられる。更に具体的には、２０波長乃至１００波長に相当する位相差を与えることができる複屈折板が採用される。
【００３５】
図７の（Ａ）に示される第１実施形態では、入力光は、光路ＯＰに沿って第１の偏光子Ｐ１、複屈折板ＢＰ、可変ファラデー回転子ＦＲ及び第２の偏光子Ｐ２をこの順に通過する。
【００３６】
図７の（Ｂ）に示される第２実施形態では、入力光は、光路ＯＰに沿って第１の偏光子Ｐ１、可変ファラデー回転子ＦＲ、複屈折板ＢＰ及び第２の偏光子Ｐ２をこの順に通過する。
【００３７】
図８は本発明による可変光学フィルタの各実施形態における部材間の位置関係を示す図である。ここでは、直交三次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｚ軸は光路ＯＰに平行であるとし、Ｙ軸は第１の偏光子Ｐ１の透過軸Ｐ１Ａに平行であるとする。また、φ、θ及びδを新たにあるいは更に明確に次のように定義する。
【００３８】
φ：複屈折板ＢＰのＣ１軸と第１の偏光子Ｐ１の透過軸Ｐ１Ａ（Ｙ軸）とがなす角。符号は、Ｙ軸からＣ１軸に向かって回転するときに右回りとなる角を正とする。
【００３９】
θ：複屈折板ＢＰのＣ１軸と第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２Ａとがなす角。符号は、透過軸Ｐ２ＡからＣ１軸に向かって回転するときに右回りとなる角を正とする。
【００４０】
δ：第１の偏光子Ｐ１の透過軸Ｐ１Ａ（Ｙ軸）と第２の偏光子Ｐ２の透過軸Ｐ２Ａとがなす角。符号は、Ｙ軸から透過軸Ｐ２Ａに向かって回転するときに右回りとなる角を正とする。
【００４１】
従って、φ＝θ＋δとなる。また、ファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角αの符号は、Ｘ軸からＹ軸に向かって回転するときに左回りとなる角を正とする。
【００４２】
尚、図８において、符号ＰＳで表される楕円（円を含む）及び直線の群は、α＝０であるとしたときにおける複屈折板ＢＰの出力における偏光状態の波長依存性を表している。
【００４３】
可変光学フィルタの透過光強度に波長依存性を持たせるためには、（１）式から明らかなように、「 sin(2φ)  sin(2θ) が常に０である」という条件を避ける必要がある。このため、図７の（Ａ）に示される第１実施形態のようにファラデー回転子ＦＲを用いて角θを実質的に変化させたのと同じ状態を提供する場合には、φ≠ｎπ／２（ｎは整数）とする。また、図７の（Ｂ）に示される第２実施形態のように、ファラデー回転子ＦＲを用いて角φを実質的に変化させたのと同じ状態を提供する場合には、θ≠ｎπ／２（ｎは整数）とする。
【００４４】
光学理論によれば、光の偏光状態及び光素子がその通過光に及ぼす作用は、１×２行列で表されるジョーンズベクトル（Ｊｏｎｅｓ  Ｖｅｃｔｏｒ）及び２×２行列で表されるジョーンズマトリックス（Ｊｏｎｅｓ  Ｍａｔｒｉｘ）により表現される。また、各通過点における光電力は、ジョーンズベクトルの２成分の二乗和で表される。ジョーンズベクトル及びジョーンズマトリックスを用いた行列計算により、本発明による可変光学フィルタの透過率（電力透過率）を計算可能である。
【００４５】
図９は、図７の（Ａ）に示される第１実施形態における透過率の波長特性を計算した結果を表している。ここでは、φ＝π／４，δ＝０とし、ファラデー回転角αを変化させている。縦軸は透過率（ｄＢ）、横軸はＦＳＲで規格化された相対波長を表している。ここでは、波長特性を与える特性曲線の形状が、相対波長が０．２５及び−０．２５である点を不動点として、ファラデー回転角αに従って透過率の軸（縦軸）の方向に変化していることが明らかである。
【００４６】
φ＝π／４とした場合には、−δ＜α＜π／２−δの範囲（π／２の範囲）で、又は、φ＝−π／４とした場合には、−δ＞α＞−π／２−δの範囲（π／２の範囲）でファラデー回転角αを変化されば、透過率の波長特性がとり得る全ての状態を実現することができる。
【００４７】
また、この関係により、δ＝０、即ち透過軸Ｐ１Ａ及びＰ２Ａを互いに平行にすると、変化させるファラデー回転角αの符号は正負どちらか一方だけを選べばよいことがわかる。従って、δ＝０とすることにより、０＜α＜π／２又は０＞α＞−π／２となり、ファラデー回転角αを一方向だけに与える可変ファラデー回転子を用いることができるようになり、ファラデー回転子ＦＲの構成を簡単にすることができる。このことは、図７の（Ｂ）に示される実施形態においても同様である。
【００４８】
これとは逆に、ファラデー回転角αを両方向に与えることができる可変ファラデー回転子を用いれば、δ＝φと設定することにより、α＝０のときに透過率が波長によらず一定になる。例えば、本発明による可変光学フィルタをシステムに組み込んだ場合において、制御オフとなりα＝０となったときに、透過率が波長によらず一定となっていることが望ましい場合がある。また、このときには−π／４＜α＜π／４となるため、ファラデー回転角αの絶対値はπ／４より小さくなり、磁気光学効果を応用した可変ファラデー回転子等が用いられている場合に、ファラデー回転角αを最大値に設定しているときの消費電力を低減することが可能になる。図７の（Ｂ）に示される第２実施形態においても同様の議論が成り立ち、その場合には、δ＝θとすればよい。
【００４９】
図９のような特性を有する可変光学フィルタは、例えば、損失傾斜が可変であるパワー等化器としての応用が考えられる。ここで、「損失傾斜」は、図１０に示されるように、透過率を対数表示で表したときの透過率の波長特性を与える特性曲線が直線的であるときに、その傾きを指す。損失傾斜が可変であるパワー等化器は、例えば、光ファイバ通信システムにおいて、光増幅器の利得傾斜を等化する場合や、光ファイバの損失傾斜を補償する場合等に有効である。
【００５０】
図９に示される特性を有する可変光学フィルタを損失傾斜が可変である等化器として用いる場合には、例えば、次のように使用波長帯域を選ぶことによって、波長帯域内の損失の平均値（以下、「平均損失」と称する。）を一定に保つことが可能になる。即ち、最大損失又は最小損失が得られる幾つかの波長のうち、隣り合う２つの波長の中心値を使用波長帯域の中心波長に選び、且つ、使用波長帯域の帯域幅をＦＳＲの１／２よりも小さく設定する。
【００５１】
図１１は、図９に示されるグラフにおいて各々最大損失又は最小損失が得られるＡ点及びＢ点の中心値を与えるＣ点を使用波長帯域の中心波長とし、ＦＳＲの１／５を使用波長帯域の帯域幅として選んだ例である。損失傾斜が可変である特性が得られていることがわかる。また、この例では、ファラデー回転角αを変化させても平均損失は変化しないことがわかる。尚、図１１のグラフにおいては、各特性曲線が直線的であることを明らかにするために、完全な直線が破線で示されている（図１３及び１６においても同様）。
【００５２】
しかしながら、図１１の特性を有する可変光学フィルタでは、平均損失が３ｄＢという大きな値となることが欠点である。この問題を解決するためには、以下の２つの方法が考えられる。
【００５３】
まず、第１の方法は、透過軸Ｐ１Ａ及びＰ２Ａのいずれか一方と複屈折板ＢＰのＣ１軸とがなす角（φ又はθ）を±π／４と異ならせる方法である。
例えば、図７の（Ａ）に示される第１実施形態においては、０＜φ＜π／４が満たされるように角φを設定し、且つ、−δ＜α＜２φ−δの範囲でファラデー回転角αを変化させるか、あるいは、−π／４＜φ＜０が満たされるように角φを設定し、且つ、−δ＞α＞２φ−δの範囲でファラデー回転角αを変化させる。
【００５４】
図１２の（Ａ）及び（Ｂ）の各々は、φ＝π／６，δ＝０とし、ファラデー回転角αを変化させながら透過率の波長特性を計算した結果である。また、図１３は図１１における相対波長の範囲に準じて図１２の（Ａ）及び（Ｂ）の各々に示される波長特性を拡大して得られた波長特性を示している。
【００５５】
図１３から明らかなように、図１１に示される波長特性と比較して平均損失が小さくなっていることがわかる。但し、図１３の例では、ファラデー回転角αの変化に応じて平均損失が変化することになる。
【００５６】
図７の（Ｂ）に示される第２実施形態においては、０＜θ＜π／４が満たされるようにθを設定し、且つ、−δ＞α＞−２θ−δの範囲でファラデー回転角αを変化させるか、あるいは、−π／４＜θ＜０が満たされるようにθを設定し、且つ、−δ＜α＜−２θ−δの範囲でファラデー回転角αを変化させることによって、図７の（Ａ）の第１実施形態におけるのと同様の効果が得られる。
【００５７】
尚、第１の方法により角φ又は角θを±π／４と異なるように設定した場合にも、角δ＝０とすることにより、ファラデー回転角αを一方向だけに与える可変ファラデー回転子を用いることができるようになる。また、図７の（Ａ）に示される第１実施形態においてはδ＝φとすることにより、また、図７の（Ｂ）に示される第２実施形態においてはδ＝θとすることにより、制御オフとしてα＝０となったときに透過率が波長によらず一定となる効果が得られる。
【００５８】
角φ又は角θを±π／４と異ならせることにより得られる効果は、図１４の（Ａ）及び（Ｂ）の各々に示されるように、１／４波長板を適切な位置に適切な角度で挿入し、偏光方位をずらすことによっても実現できることは明らかである。
【００５９】
図１４の（Ａ）に示される本発明による可変光学フィルタの第３実施形態は、図７の（Ａ）に示される第１実施形態と対比して、第１の偏光子Ｐ１と複屈折板ＢＰとの間に１／４波長板２が付加的に設けられている点で特徴付けられる。
【００６０】
図１４の（Ｂ）に示される本発明による可変光学フィルタの第４実施形態は、図７の（Ｂ）に示される第２実施形態と対比して、複屈折板ＢＰと第２の偏光子Ｐ２との間に１／４波長板２が付加的に設けられている点で特徴付けられる。
【００６１】
第２の方法は、第２の偏光子Ｐ２として部分偏光子を用いる方法である。ここで、「部分偏光子」は、透過軸と直交する偏光面を有する直線偏光の入射に対して、透過率が０（真数）ではないある値を示す偏光子を指す。部分偏光子において、透過軸と直交する偏光面を有する直線偏光の透過率をｔと定義する。
【００６２】
図１５は、第２の偏光子Ｐ２としてｔ＝０．２５（−６ｄＢ）の部分偏光子を用い、φ＝π／４，δ＝０として、ファラデー回転角αを変化させながら透過率の波長特性を計算した結果を示している。また、図１６は図１５に示される波長特性の一部を拡大して得られた波長特性を示している。図１６に示される特性を図１１に示される特性と比較すると、平均損失が小さくなっており、しかも、ファラデー回転角αの変化に対して平均損失が変化していないことが明らかである。
【００６３】
図７の（Ａ）に示される第１実施形態において第２の方法を実施する場合には、φ＝±π／４に設定することにより、可変量（ある波長における透過率の可変範囲）を最大にすることができる。前述したように、透過率の波長特性がとり得る全ての状態を実現することができるからである。また、図７の（Ｂ）に示される第２実施形態において第２の方法を実施する場合には、θ＝±π／４に設定することにより、同じく可変量を最大にすることができる。
第２の方法を実施する場合にも、δ＝０とすることにより、一方向にファラデー回転角αを与える可変ファラデー回転子を用いることができるようになる。また、図７の（Ａ）に示される第１実施形態においてはδ＝φとすることにより、また、図７の（Ｂ）に示される第２実施形態においてはδ＝θとすることにより、制御オフとしてα＝０となったときに透過率が波長によらず一定となる効果が得られる。
【００６４】
第１及び第２の方法は、最大損失に有限の値を与えるためにも有効である。例えば、図７の（Ａ）に示される第１実施形態においてφ＝π／４とした場合、原理的には電力透過率が０（真数）の値をとり得るため、図９から明らかなように、最大損失（ｄＢ）は無限大になる。このような特性はシステム運用上好ましくない場合がある。そこで、第１又は第２の方法を用いることにより、最大損失（ｄＢ）を有限の値に抑えることが可能となる。このことは、図１２の（Ａ）及び（Ｂ）並びに図１５から明らかである。
【００６５】
図１７は本発明による可変光学フィルタの第５実施形態を示す図である。この実施形態は、これまでに説明した実施形態において１つの可変ファラデー回転子ＦＲが用いられているのと対比して、第１の偏光子Ｐ１及び第２の偏光子Ｐ２の間に２つの可変ファラデー回転子ＦＲ１及びＦＲ２が設けられている点で特徴付けられる。複屈折板ＢＰはファラデー回転子ＦＲ１及びＦＲ２の間に設けられる。
【００６６】
この構成によると、これまでに説明した波長特性と異なる波長特性を得ることができる。
例えば、φ＝±π／４，δ＝ｎπ／２（ｎは整数）とし、ファラデー回転子ＦＲ１によって与えられるファラデー回転角α1 とファラデー回転子ＦＲ２によって与えられるファラデー回転角α2 を、α1 ＝α2 を保ちながら回転させる場合を考える。
【００６７】
入力光は、光路ＯＰに沿って、第１の偏光子Ｐ１、ファラデー回転子ＦＲ１、複屈折板ＢＰ、ファラデー回転子ＦＲ２及び第２の偏光子Ｐ２をこの順に通過する。
【００６８】
図１８は、φ＝π／４，δ＝０とし、ファラデー回転角α（α1 及びα2 ）を、０＜α＜π／４の範囲で回転させた場合の透過率の波長特性を示している。ここでは、第２の偏光子Ｐ２としては部分偏光子が用いられている。
【００６９】
図１８から明らかなように、透過率の波長特性における最小損失が、ファラデー回転角αによらず常に０となる特性が得られている。
このようにα1 ＝α2 を保ちながら各ファラデー回転角を変化させるために、図１７の第５実施形態では、制御ユニット４がファラデー回転子ＦＲ１及びＦＲ２に接続されている。制御ユニット４は、ファラデー回転子ＦＲ１によって与えられるファラデー回転角α1 とファラデー回転子ＦＲ２によって与えられるファラデー回転子α2 とが実質的に等しくなるようにファラデー回転子ＦＲ１及びＦＲ２を制御する。
【００７０】
図１９は本発明による可変光学フィルタの第６実施形態を示す図である。この実施形態は、これまでの実施形態では１つの複屈折板ＢＰが用いられているのと対比して、２つの複屈折板ＢＰ１及びＢＰ２が第１の偏光子Ｐ１と第２の偏光子Ｐ２との間に設けられている点で特徴付けられる。
【００７１】
可変ファラデー回転子ＦＲは複屈折板ＢＰ１及びＢＰ２の間に設けられている。
入力光は、光路ＯＰに沿って、第１の偏光子Ｐ１、複屈折板ＢＰ１、ファラデー回転子ＦＲ、複屈折板ＢＰ２及び第２の偏光子Ｐ２をこの順に通過する。
【００７２】
このように２つの複屈折板ＢＰ１及びＢＰ２を用いることにより、図１８に示される波長特性に似た波長特性を得ることができる。
例えば、複屈折板ＢＰ１及びＢＰ２の光学軸について前述の角φと同様にそれぞれ定義される角φ1 及び角φ2 を等しくし（φ1 ＝φ2 ）、また、φ1 ＝±π／４，φ2 ＝±π／４，δ＝ｎπ／２（ｎは整数）とする。
【００７３】
図２０は、φ＝π／４，δ＝０とし、ファラデー回転子ＦＲの回転角αを０＜α＜π／２の範囲で回転させた場合における透過率の波長特性を示している。ここでは、第２の偏光子Ｐ２として部分偏光子を用いている。
【００７４】
図２０から明らかなように、透過率の波長特性における最小損失がファラデー回転角αによらず常に０となる波長特性が得らている。
また、図１９の第６実施形態においても、δ＝０とすることにより、一方向に可変のファラデー回転角αを与えるファラデー回転子を用いることができるようになる。
【００７５】
図２１は本発明による可変光学フィルタの第７実施形態を示す図である。この実施形態は、第１の偏光子Ｐ１と第２の偏光子Ｐ２との間に設けられる可変移相子６を付加的に備えていることで特徴付けられる。可変移相子６は、その光学軸に平行な偏光成分とそれに直交する偏光成分との間に位相差（リタデーション）を与え、その位相差は可変移相子６に供給される制御信号により可変である。
【００７６】
第１の偏光子Ｐ１、複屈折板ＢＰ、可変ファラデー回転子ＦＲ及び第２の偏光子Ｐ２は図７の（Ａ）に示される第１実施形態に準じて配置されており、ここでは、可変移相子６は第１の偏光子Ｐ１と複屈折板ＢＰとの間に設けられている。
【００７７】
図２１の実施形態によると、透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が可変ファラデー回転子ＦＲにより与えられるファラデー回転角の変化に従って透過率の軸の方向に変化するだけでなく、特性曲線の形状は、可変移相子６によって与えられる位相差の変化に従って、波長の軸の方向にも変化するようになる。従って、図３の（Ａ）及び（Ｂ）により説明した可変光学フィルタの特性だけでなく、図２の（Ａ）及び（Ｂ）により説明した可変光学フィルタの特性も得られることとなる。
【００７８】
特性曲線の形状を最も有効に波長の軸の方向に変化させるためには、可変移相子６の光学軸と複屈折板ＢＰの光学軸とのなす角度がｎπ／２（ｎは整数）となっていることが望ましい。
【００７９】
可変移相子６としては、例えばＬｉＮｂＯ3 等の電気光学効果を応用したものを採用することができる。しかしながら、電気光学効果を応用した可変位相子は、一般に、高い駆動電圧を必要とする。
【００８０】
図２２は本発明による可変光学フィルタの第８実施形態を示す図である。この実施形態では、特定構成の可変移相子６を採用し、可変移相子６の駆動電圧の低減を図っている。
【００８１】
可変移相子６は、２枚の１／４波長板１０及び１２と、１／４波長板１０及び１２間に設けられるもう１つの可変ファラデー回転子８とを備えている。１／４波長板１０の光学軸と１／４波長板１２の光学軸とのなす角はπ／２に設定されている。
【００８２】
１／４波長板１０及び１２の各々の光学軸と複屈折板ＢＰの光学軸とのなす角をｎπ／２（ｎは整数）に設定することによって、この可変光学フィルタの透過率の波長特性を与える特性曲線の形状が可変ファラデー回転子８によって与えられるファラデー回転角の変化に従って波長の軸の方向に変化するようになる。
【００８３】
尚、ファラデー回転子８によって与えられるファラデー回転角がβである場合、可変移相子６によって直交２偏光成分間に与えられる位相差は２βになる。この原理は、特開平６−１３０３３９号公報の開示内容及び周知技術により自明であるので、その説明を省略する。
【００８４】
図２３は本発明による可変光学フィルタの第９実施形態を示す図である。この実施形態は、図２２の第８実施形態と対比して、第１の偏光子Ｐ１と第２の偏光子Ｐ２との間に少なくとも１つのフィルタユニットが付加的に設けられている点で特徴付けられる。
【００８５】
ここでは、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）台のフィルタユニット１４（＃１，…，＃Ｎ）が設けられている。ｉ（ｉは１≦ｉ≦Ｎを満たす整数）番目のフィルタユニット１４（＃ｉ）は、それぞれ第１の偏光子Ｐ１、可変移相子６、複屈折板ＢＰ及び可変ファラデー回転子ＦＲに対応する偏光子Ｐ１（＃ｉ）、可変移相子６（＃ｉ）、複屈折板ＢＰ（＃ｉ）及びファラデー回転子ＦＲ（＃ｉ）を含む。
【００８６】
この可変光学フィルタの全体としての透過率の波長特性は、図２２に示される可変光学フィルタの透過率の波長特性と、フィルタユニット１４（＃１，…，＃Ｎ）のそれぞれの透過率の波長特性との和によって与えられるので、透過率の波長特性を任意に設定するのが容易になる。
【００８７】
例えば、図２４の（Ａ）に示されるように、図２３の可変光学フィルタにおいて各々透過率の波長特性を与える３つの特性曲線が得られている場合、全体としての透過率の波長特性は３つの特性曲線の和によって与えられるので、図２４の（Ｂ）に示されるような所望の透過率の波長特性を得ることができるようになる。
【００８８】
ここでは、各フィルタユニット１４（＃ｉ）が、特性曲線を波長の軸の方向に変化させるための可変移相子６（＃ｉ）と、特性曲線を透過率の軸の方向に変化させるための複屈折板ＢＰ（＃ｉ）及びファラデー回転子ＦＲ（＃ｉ）とを有しているとしたが、必要に応じて、可変移相子６（＃ｉ）あるいは複屈折板ＢＰ（＃ｉ）及びファラデー回転子ＦＲ（＃ｉ）を省略するようにしてもよい。
【００８９】
次に、可変のファラデー回転角を与えるためのファラデー回転子の具体的構成例について説明する。一般に、磁気光学結晶にある磁界（磁場）を印加した状態で、つまり磁気光学結晶をある磁界の中においた状態で、例えば直線偏光が磁気光学結晶内を通過すると、その偏光方向（直線偏光の電場ベクトルを含む平面の当該伝搬方向と垂直な平面への投影によって与えられる方向）は、直線偏光の伝搬方向に係わらず常に一定の方向に回転される。
【００９０】
この現象はファラデー回転と称され、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及び強さに依存する。具体的には、ファラデー回転角は、磁気光学結晶の磁化の強さの光の伝搬方向の成分の大きさによって決定される。
【００９１】
従って、磁気光学結晶とこの磁気光学結晶に対して光の伝搬方向と同じ方向に磁界を印加する手段とからファラデー回転子を構成すれば、一見すると印加磁界を調整することによりファラデー回転角を有効に調整することができそうである。
【００９２】
しかし、ここで考慮しておくべき点は、印加磁界の大きさが比較的小さい場合には、印加磁界による磁気光学結晶の磁化の強さが飽和状態に達せず、磁気光学結晶内に多数の磁区が存在していることである。
【００９３】
このような多数の磁区の存在は、ファラデー回転角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、ファラデー回転角の連続な可変を困難にする。また、磁気光学結晶に多数の磁区がある場合には、各磁区間の界面における光の散乱による減衰も生じ、実用上の不都合となる。
【００９４】
そこで、本発明の望ましい実施形態では、可変ファラデー回転子は、光路上に配置される磁気光学結晶と、互いに異なる方向の第１及び第２磁界をこれらの合成磁界の強さが予め定められた値（例えば磁気光学結晶の磁化の強さが飽和するのに必要とされる磁界の強さに相当する値）よりも大きくなるように磁気光学結晶に対して印加する磁界印加手段と、第１及び第２磁界の強さの少なくとも一方を変化させる磁界調整手段とを含む。
【００９５】
尚、磁気光学結晶において磁化の強さが飽和した状態は、磁区が１つになった状態として理解することができる。
望ましくは、第１及び第２磁界は、磁気光学結晶を透過する光の伝搬方向を含む平面内の互いに直交する方向にそれぞれ印加される。
【００９６】
図２５は、本発明に適用可能な可変ファラデー回転子３２の一構成例を示す図である。可変ファラデー回転子３２は、可変ファラデー回転子ＦＲあるいは可変ファラデー回転子８として用いることができる。
【００９７】
ファラデー回転子３２は、磁気光学結晶４１と、磁気光学結晶４１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４２及び電磁石４３と、電磁石４３に駆動電流を与える可変電流源４４とを含む。
【００９８】
磁気光学結晶４１として、薄く切り出したＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）やエピタキシャル結晶成長させた（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12等を用いることにより、駆動電流を小さく抑えることができる。
【００９９】
磁気光学結晶４１の厚み方向は例えばＹ軸と平行であり、この場合、永久磁石４２及び電磁石４３により磁気光学結晶４１に印加される磁界の方向はそれぞれＺ軸及びＸ軸と平行である。符号４５は磁気光学結晶４１を透過する光ビームを表している。
【０１００】
図２６は、図２５に示されるファラデー回転子３２において磁気光学結晶４１に与えられる磁界及び磁気光学結晶４１の磁化の方向及び強さ（大きさ）を説明するための図である。
【０１０１】
今、永久磁石４２のみによって磁気光学結晶４１に磁界ベクトル５１が印加されている場合、磁気光学結晶４１の磁化ベクトルは符号５２で示されるようにＺ軸に平行になる。このときの印加磁界の強さ（磁界ベクトル５１の長さ）は、磁気光学結晶４１の磁化の強さ（磁化ベクトル５２の長さ）が飽和するように設定されている。
【０１０２】
そして、例えばこの状態で必要な最大のファラデー回転角が得られているものとする。
電磁石４３により磁界ベクトル５３がＸ軸に平行に印加されると、合成磁界は、符号５４で示されるように磁界ベクトル５１及び５３の合成ベクトルとなる。この合成磁界５４により磁気光学結晶４１には磁化ベクトル５５が生じる。磁化ベクトル５５と磁界ベクトル５４は互いに平行であり、磁化ベクトル５５の長さは磁化ベクトル５２の長さに一致する。
【０１０３】
磁気光学結晶４１の磁化の強さが一定であるからといって、磁気光学結晶４１が与えるファラデー回転角への磁化の寄与度が同じであるとは限らない。ファラデー回転角が当該磁化の方向と光の伝搬方向との関係にも依存するからである。
【０１０４】
即ち、磁化ベクトル５２が生じている状態と磁化ベクトル５５が生じている状態とを比較すると、磁化ベクトル５２のＺ成分（磁化ベクトル５２そのもの）に対して磁化ベクトル５５のＺ成分５６が減少している分だけ、後者のファラデー回転角が小さくなるのである。
【０１０５】
この実施形態によると、ファラデー回転角の可変範囲の全範囲に渡って常に磁気光学結晶４１の磁化の強さは飽和することになるので、磁気光学結晶４１に多数の磁区が形成されることに起因する不都合が生じない。即ち、ファラデー回転角の再現性が良好になり、ファラデー回転角の連続な可変が可能になる。
【０１０６】
また、可変電流源４４から供給される駆動電流を調整することで、ファラデー回転角を連続的に且つ再現性良く変化させることができるので、ファラデー回転子３２を本発明に適用することによって、高速動作が可能でしかも信頼性の高い可変光学フィルタの提供が可能になる。
【０１０７】
従って、このような可変ファラデー回転子を本発明に適用することによって、透過率の波長特性の再現性が良く且つ波長特性の連続的な可変が可能な可変光学フィルタの提供が可能になる。
【０１０８】
図２７は、本発明に適用可能な他のファラデー回転子３２′を示す図である。ファラデー回転子３２′が図２５に示されるファラデー回転子３２と異なる点は、磁気光学結晶４１の相対する対角に互いに平行な平面６１及び６２を形成し、光ビーム６３がこれらの平面６１及び６２を通過するようにしている点である。従って、永久磁石４２による磁界の方向と電磁石４３による磁界の方向は共に光の伝搬方向（Ｚ軸に平行）に対して概略４５°傾斜している。
【０１０９】
図２８は、図２７に示されるファラデー回転子３２′において磁気光学結晶４１に与えられる磁界及び磁気光学結晶４１の磁化の方向及び強さを説明するための図である。
【０１１０】
電磁石４３により印加される磁界は、符号７１で示される状態から符号７２で示される状態の範囲で強さ及び向きを調整可能である。符号７３は永久磁石４２による印加磁界を示している。
【０１１１】
この場合、合成磁界については、符号７４で表される状態と符号７５で表される状態の間の範囲でその強さ及び方向が変化する。
これに伴い、磁気光学結晶４１の磁化についても、符号７６で示される状態から符号７７で示される状態の範囲でその強さ及び方向が変化する。
【０１１２】
このようなファラデー回転子３２´を用いると、電磁石４３の駆動電流の可変幅をさほど大きくすることなしに、ファラデー回転角の可変範囲を大きくすることができる。
【０１１３】
尚、磁化の強さが最小になる符号７８で示される状態（電磁石４３による印加磁界が０の状態）で磁気光学結晶４１の磁化の強さが十分飽和するように、永久磁石４２による印加磁界が設定されている。
【０１１４】
図２９は、本発明に適用可能な更に他の可変ファラデー回転子３２″を示す図である。ファラデー回転子３２″が図２５のファラデー回転子３２と異なる点は、図２５の永久磁石４２に代えて電磁石８１を設け、更に電磁石８１に駆動電流を与える可変電流源８２を設けている点である。
【０１１５】
図３０は、図２９に示されるファラデー回転子３２″において磁気光学結晶４１に与えられる磁界及び磁気光学結晶４１の磁化の方向及び強さを説明するための図である。
【０１１６】
図２９の実施形態によると、電磁石４３及び８１による印加磁界を調整することで、合成磁界を符号９１乃至９４で示すように連続的に且つ飽和磁化を保ったままで変化させることができる。これに伴い、磁気光学結晶４１の磁化は符号９５乃至９８で示されるように連続的に変化する。
【０１１７】
このように図３０の実施形態によると、図２７に示されるような複雑な形状の磁気光学結晶を用いることなしに、ファラデー回転角の可変範囲を容易に大きくすることができる。
【０１１８】
また、ファラデー回転子３２″を用いた場合、可変電流源４４又は８２の極性を切り換えることによって、磁気光学結晶４１の磁化のＺ成分の向きを変えることができるので、ファラデー回転の方向を必要に応じて変えることができる。例えば、０°を中心として±４５ｎ°（ｎは自然数）の範囲でファラデー回転角を変化させることができる。
【０１１９】
従って、ファラデー回転子３２″を本発明に適用することによって、例えば前述したようにδ＝φ又はδ＝θに設定することによって、ファラデー回転角が０°のときに透過率が波長によらず一定となる。例えば、ファラデー回転子３２″をシステムに組み込んだ場合、制御オフとなり可変電流源４４及び８２がオフとなったときに、ファラデー回転角は０°となるので、透過率が波長によらず一定となり、システムの再立ち上げ等が容易になる。
【０１２０】
図３１は本発明による可変光学フィルタの第１０実施形態を示すである。この実施形態では、第１の偏光子Ｐ１及び第２の偏光子Ｐ２としてそれぞれ複屈折物質からなるくさび板１２１及び１２２を用いている。これに伴い、光ファイバ１２３と、光ファイバ１２３から放射された光をそのビームパラメータを変更して（例えばコリメートして）くさび板１２１に供給するためのレンズ１２４と、くさび板１２２からのビームを集束させるためのレンズ１２５と、レンズ１２５により集束された光ビームが所定の条件の下に結合する光ファイバ１２６とを付加的に設けている。
【０１２１】
くさび板１２１及び１２２は、くさび板１２１の頂部及び底部がそれぞれくさび板１２２の底部及び頂部に対向し且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。即ち、くさび板１２１及び１２２は同じ形状を有している。
【０１２２】
くさび板１２１の光学軸はＹ軸に平行であり、くさび板１２２の光学軸は例えばＹ軸に平行である。偏光子としてのくさび板１２１及び１２２の透過軸は、偏光面が光学軸に平行な異常光線の偏光方向あるいは偏光面が光学軸に垂直な常光線の偏光方向として定義される。
【０１２３】
光ファイバ１２３の励振端から放射された光は、レンズ１２４によりコリメートされて平行光ビームになる。このビームはビーム太さを無視して符号１３０で表される。ビーム１３０はくさび板１２１においてその常光線に相当するビーム１３１と異常光線に相当するビーム１３２とに分離される。
【０１２４】
ビーム１３１及び１３２は複屈折板ＢＰ及び可変ファラデー回転子ＦＲをこの順に通過してそれぞれビーム１３３及び１３４になる。ビーム１３３及び１３４の偏光状態は、ファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角に応じて決定される。
【０１２５】
ビーム１３３はくさび板１２２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１３５及び１３６に分離される。ビーム１３４はくさび板１２２においてその異常光線及び常光線にそれぞれ相当するビーム１３７及び１３８に分離される。
【０１２６】
ビーム１３５乃至１３８がそれぞれ受けてきた屈折の履歴並びにくさび板１２１及び１２２の形状及び配置形態を考慮すると、ビーム１３５及び１３７は互いに平行であり、ビーム１３６及び１３８は互いに平行でない。従って、ビーム１３５及び１３７だけをレンズ１２５により絞り込んで光ファイバ１２６の励振端に結合することができる。
【０１２７】
さて、ビーム１３５及び１３７のトータルパワーとビーム１３６及び１３８のトータルパワーの比は、ファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角に依存する。例えば、ビーム１３３及び１３４がそれぞれビーム１３１及び１３２と同じ偏光面を有する直線偏光である場合には、ビーム１３３及び１３４のそれぞれ全部がビーム１３５及び１３７に変換される。
【０１２８】
また、ビーム１３３及び１３４がそれぞれビーム１３１及び１３２の偏光面に直交する偏光面を有する直線偏光である場合には、ビーム１３３及び１３４はそれぞれ全部ビーム１３６及び１３８に変換される。
【０１２９】
一方、ファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角が一定である状態においては、ビーム１３５及び１３７のトータルパワーは、ビーム１３０の偏光状態に依存しない。ビーム１３５及び１３７のトータルパワーがそれらの波長に依存することはこれまでの説明から明らかである。
【０１３０】
従って、この実施形態によると、可変光学フィルタの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。
即ち、偏光無依存の可変光学フィルタの提供が可能になる。
【０１３１】
図３２は本発明による可変光学フィルタの第１１実施形態を示す図である。ここでは、第１の偏光子Ｐ１として複屈折物質からなるくさび板１４１が用いられ、第２の偏光子Ｐ２として複屈折物質からなる２つのくさび板１４２及び１４３が用いられている。
【０１３２】
くさび板１４１の頂部及び底部はそれぞれくさび板１４２の底部及び頂部に対向し、くさび板１４３の頂部及び底部はそれぞれくさび板１４２の底部及び頂部に対向している。
【０１３３】
そして、くさび板１４１，１４２及び１４３のくさび角をそれぞれθ１，θ２及びθ３とし、くさび板１４１及び１４２間の距離をｄ１とし、くさび板１４２及び１４３間の距離をｄ２とするときに、次の２つの式を満足するように各くさび板が作製され配置されている。
【０１３４】
θ２＝θ１＋θ３，  ｄ１ sinθ１＝ｄ２ sinθ３
くさび板１４１の光学軸はＹ軸に平行であり、くさび板１４２及び１４３の光学軸は互いに平行である。くさび板１４２及び１４３の光学軸は例えばＹ軸に平行である。
【０１３５】
図３１の実施形態では、くさび板１２１及び１２２間に複屈折板ＢＰ及びファラデー回転子ＦＲを設けるためにくさび板１２１及び１２２間の距離を比較的大きくせざるを得ない。従って、ビーム１３５及び１３７間の距離も比較的大きくなり、レンズ１２５の球面収差等の収差の影響を受けやすくなる。
【０１３６】
図３２の実施形態による場合、レンズ１２４からのビームをくさび板１４１で偏光分離してくさび板１４２及び１４３により偏光合成したときに、くさび板１４３から出力する常光線成分及び異常光線成分の光路はほぼ一致するので、これらをレンズ１２５によりその収差の影響をほとんど受けることなしに効率よく光ファイバ１２６に入射させることができる。
【０１３７】
図３３は本発明による可変光学フィルタの第１２実施形態を示す図である。ここでは、第１の偏光子Ｐ１及び第２の偏光子Ｐ２としてそれぞれ複屈折物質からなる平板１５１及び１５２が用いられている。
【０１３８】
平板１５１及び１５２の厚みは等しい。平板１５１及び１５２の光学軸は、例えば、互いに直交し且つ各光学軸がそれぞれＺ軸に対して４５°傾斜するように設定されている。
【０１３９】
偏光子としての平板１５１及び１５２の各々の透過軸は、偏光面が光学軸に平行な異常光線の偏光方向あるいは偏光面が光学軸に垂直な常光線の偏光方向として定義される。光ファイバ１２３の励振端から放射された光は、レンズ１２４によりそのビームパラメータを変更されて、例えば収束しつつあるビーム１６０になる。ビーム１６０は平板１５１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１６１及び１６２に分離される。ビーム１６１及び１６２は互いに平行である。
【０１４０】
ビーム１６１及び１６２は、複屈折板ＢＰ及びファラデー回転子ＦＲをこの順に通過してそれぞれビーム１６３及び１６４になる。ビーム１６３及び１６４の偏光状態はファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角に応じて決定される。
【０１４１】
ビーム１６３は平板１５２においてその常光線及び異常光線に相当するビーム１６５及び１６６に分離される。ビーム１６４は平板１５２においてその常光線及び異常光線に相当するビーム１６７及び１６８に分離される。
【０１４２】
平板１５１及び１５２は互いに平行でありこれらのＺ軸方向の厚みは等しいので、ビーム１６５はビーム１６８に一致する。従って、ビーム１６５及び１６８だけをレンズ１２５により絞り込んで光ファイバ１２６に入射させることができる。
【０１４３】
さて、ビーム１６５及び１６８のトータルパワーとビーム１６６及び１６７のトータルパワーの比は、ファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角に依存する。
【０１４４】
一方、ファラデー回転子ＦＲによって与えられるファラデー回転角が一定である状態においては、ビーム１６５及び１６８のトータルパワーは、ビーム１６０の偏光状態には依存しない。ビーム１６５及び１６８のトータルパワーがそれらの波長に依存することはこれまでの説明から明らかである。
【０１４５】
従って、この実施形態によっても、偏光無依存の可変光学フィルタの提供が可能になる。
尚、各偏光子として複屈折物質からなる平板を用いる場合には、１／２波長板を付加的に設けることにより種々の配置形態を採用することができる。
【０１４６】
図３４の（Ａ）及び（Ｂ）は本発明による可変光学フィルタの第１３実施形態を説明するための図である。図３４の（Ａ）に示されているのは、図３１の第１０実施形態に対応しており、図３４の（Ｂ）に示されているが第１３実施形態である。
【０１４７】
図３４の（Ａ）では、くさび板１２１及び１２２の各々の偏光分離角度あるいはくさび角はθ′であり、ビーム１３５及び１３７はレンズ１２５により光ファイバ１２６に結合するのに対してビーム１３６及び１３８は光ファイバ１２６には結合しない。
【０１４８】
ここで、図３４の（Ｂ）に示されるように、各々角θ′よりも小さい角θ″を有するくさび板１２１′及び１２２′を用いるものとする。このとき、くさび板１２２′からはビーム１３５′乃至１３８′が出力している。ビーム１３５′及び１３７′は原理的には全部レンズ１２５により光ファイバ１２６に結合する。ここでは、角θ″が角θ′よりも小さいことにより、本来光ファイバ１２６に結合させることが予定されていないビーム１３６′及び１３８′の一部も光ファイバ１２６に結合するかも知れない。もしそうであれば、第２の偏光子Ｐ２として部分偏光子を用いたのと同様の効果が生じることとなる。
【０１４９】
ビーム１３６′及び１３８′の一部が光ファイバ１２６に結合する条件は、光ファイバ１２６のコア径をａ、レンズ１２５の焦点距離をｆとするときに、
ａ＞ｆｓｉｎθ″で与えられる。
【０１５０】
この条件を満足することにより、第２の偏光子Ｐ２として部分偏光子を用いたのと同じように、可変光学フィルタの平均損失を小さくすることができる。
以上、本発明を種々の実施形態に基づいて説明したが、これまでの実施形態の２つ又はそれ以上を組み合わせて本発明を実施してもよい。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、透過率の波長特性を与える特性直線の形状が透過率の軸の方向に変化するような可変光学フィルタの提供が可能になるという効果が生じる。本発明による他の効果は以上の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は複屈折フィルタ（従来技術）の説明図である。
【図２】図２の（Ａ）及び図２の（Ｂ）は従来の可変光学フィルタの特性の例を説明するための図である。
【図３】図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）は要求されている可変光学フィルタの特性の例を説明するための図である。
【図４】図４は図１に示される複屈折フィルタの部材間の位置関係を示す図である。
【図５】図５は一次関数で近似された（１／λ）の説明図である。
【図６】図６は図４で定義されるθを変化させたときの透過率の波長特性の変化を示す図である。
【図７】図７の（Ａ）及び図７の（Ｂ）はそれぞれ本発明による可変光学フィルタの第１及び第２実施形態を示す図である。
【図８】図８は本発明による可変光学フィルタの各実施形態における部材間の位置関係を示す図である。
【図９】図９は透過率の波長特性の第１の例を示すグラフである。
【図１０】図１０は損失傾斜の説明図である。
【図１１】図１１は透過率の波長特性の第２の例を示すグラフである。
【図１２】図１２の（Ａ）及び図１２の（Ｂ）は透過率の波長特性の第３の例を示すグラフである。
【図１３】図１３は透過率の波長特性の第４の例を示すグラフである。
【図１４】図１４の（Ａ）及び図１４の（Ｂ）はそれぞれ本発明による可変光学フィルタの第３及び第４実施形態を示す図である。
【図１５】図１５は透過率の波長特性の第５の例を示すグラフである。
【図１６】図１６は透過率の波長特性の第６の例を示すグラフである。
【図１７】図１７は本発明による可変光学フィルタの第５実施形態を示す図である。
【図１８】図１８は透過率の波長特性の第７の例を示す図である。
【図１９】図１９は本発明による可変光学フィルタの第６実施形態を示す図である。
【図２０】図２０は透過率の波長特性の第８の例を示す図である。
【図２１】図２１は本発明による可変光学フィルタの第７実施形態を示す図である。
【図２２】図２２は本発明による可変光学フィルタの第８実施形態を示す図である。
【図２３】図２３は本発明による可変光学フィルタの第９実施形態を示す図である。
【図２４】図２４の（Ａ）及び図２４の（Ｂ）は図２３に示される可変光学フィルタによる得られる透過率の波長特性の例を示すグラフである。
【図２５】図２５は本発明に適用可能なファラデー回転子を示す図である。
【図２６】図２６は図２５における磁界及び磁化の説明図である。
【図２７】図２７は本発明に適用可能な他のファラデー回転子を示す図である。
【図２８】図２８は図２７における磁界及び磁化の説明図である。
【図２９】図２９は本発明に適用可能な更に他のファラデー回転子を示す図である。
【図３０】図３０は図２９における磁界及び磁化の説明図である。
【図３１】図３１は本発明による可変光学フィルタの第１０実施形態を示す図である。
【図３２】図３２は本発明による可変光学フィルタの第１１実施形態を示す図である。
【図３３】図３３は本発明による可変光学フィルタの第１２実施形態を示す図である。
【図３４】図３４の（Ａ）は図３１に対応する可変光学フィルタを示す図であり、図３４の（Ｂ）は本発明による可変光学フィルタの第１３実施形態を示す図である。
【符号の説明】
Ｐ１  第１の偏光子
Ｐ２  第２の偏光子
ＢＰ  複屈折板
ＦＲ  可変ファラデー回転子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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