DE69829038T2

DE69829038T2 - Abstimmbares optischer Filter

Info

Publication number: DE69829038T2
Application number: DE69829038T
Authority: DE
Inventors: Takafumi Kawasaki-shi Terahara; Nobuhiro Kawasaki-shi Fukushima
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: US6717730B2; US6493129B2; EP0932068B1; EP0932068A2; US20010010593A1; CN1167970C; DE69829038D1; EP1202106A1; CN1224175A; EP0932068A3; JPH11212044A; US20030016432A1; US6339492B1; JP3779054B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine abstimmbare Optikfiltereinrichtung, die vorzugsweise auf ein System anwendbar ist, wie etwa ein Optikfaser-Kommunikationssystem, und umfassend erste und zweite Polarisierungsmittel, jedes mit einer Übertragungsachse, die eine Polarisationsachse von übertragenem polarisierten Licht bestimmt; ein doppelbrechendes Element, das zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist und eine optische Achse hat, die eine Phasendifferenz bestimmt, die zwischen zwei orthogonalen Komponenten von übertragenem polarisierten Licht gegeben ist; und eine Faraday-Dreheinrichtung, die zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zu übertragenem polarisierten Licht zu ergeben.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren haben sich eine Herstellungstechnik und eine Verwendungstechnik für eine optische Faser mit geringem Verlust (z.B. 0,2 dB/km) etabliert, und es wurde ein Optikfaser-Kommunikationssystem, das die optische Faser als eine Übertragungsleitung verwendet, zur praktischen Verwendung gebracht. Um Verluste in der optischen Faser zu kompensieren und dadurch Langstreckenübertragung zu erlauben, wurde ferner die Verwendung eines optischen Verstärkers zum Verstärken von Signallicht vorgeschlagen oder zur praktischen Verwendung gebracht.
Ein optischer Verstärker, der in der Technik bekannt ist, inkludiert ein optisches Verstärkungsmedium, dem Signallicht, das zu verstärken ist, zugeführt wird, und Mittel zum Pumpen des optischen Verstärkungsmediums, sodass das optische Verstärkungsmedium ein Verstärkungsband inkludierend die Wellenlänge des Signallichts vorsieht. Z.B. inkludiert ein erbiumdotierter Faserverstärker (EDFA, erbium doped fiber amplifier) eine erbium-dotierte Faser (EDF) als das optische verstärkende Medium und eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge zu der EDF. Durch vorheriges Einstellen der Wellenlänge des Pumplichts innerhalb eines 0,98 μm Bandes oder eines 1,48 μm Bandes kann ein Verstärkungsband inkludierend eine Wellenlänge von 1,55 μm erhalten werden. Ferner ist auch ein optischer Verstärker eines anderen Typs mit einem Halbleiterchip als dem optischen verstärkenden Medium bekannt. In diesem Fall wird das Pumpen durch Injizieren eines elektrischen Stroms in den Halbleiterchip durchgeführt.
Als eine Technik zum Erhöhen einer Übertragungskapazität durch eine einzelne optische Faser ist Wellenlängenteilungsmultiplexen (WDM, wavelength division multiplexing) bekannt. In einem System, das WDM annimmt, wird eine Vielzahl von optischen Trägern mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet. Die vielen optischen Träger werden einzeln moduliert, um dadurch eine Vielzahl von optischen Signalen zu erhalten, die durch einen optischen Multiplexer in Wellenlängenteilung multiplext werden, um WDM-Signallicht zu erhalten, das zu einer Optikfaser-Übertragungsleitung ausgegeben wird. Auf der empfangenden Seite wird das empfangene WDM-Signallicht in einzelne optische Signale durch einen optischen Demultiplexer getrennt, und übertragene Daten werden gemäß jedem optischen Signal reproduziert. Entsprechend kann durch Anwenden von WDM die Übertragungskapazität in einer einzelnen optischen Faser gemäß der Zahl von WDM-Kanälen erhöht werden.
In dem Fall einer Einbeziehung eines optischen Verstärkers in ein System, das WDM annimmt, ist ein Übertragungsabstand durch eine Verstärkungscharakteristik (Wellenlängencharakteristik einer Verstärkung) begrenzt, die häufig als eine Verstärkungsneigung (gain tilt) bezeichnet wird. Z.B. wird in einem EDFA eine Verstärkungsabweichung in Wellenlängen in der Nähe von 1,55 μm erzeugt. Wenn eine Vielzahl von EDFAs kaskadiert wird, um Akkumulation von Verstärkungsneigungen zu verursachen, wird ein optisches SRV (Signal-Rausch-Verhältnis) in einem Kanal, der in einem Brand inkludiert ist, was eine geringe Verstärkung ergibt, verschlechtert.
Um die Verstärkungsneigung eines optischen Verstärkers zu bewältigen, kann ein Verstärkungsentzerrer verwendet werden. Bevor eine Verschlechterung vom optischen SRV in einem gewissen Kanal wegen Akkumulation von Verstärkungsneigungen übermäßig wird, wird Verstärkungsentzerrung durch den Verstärkungsentzerrer durchgeführt, der in einer geeigneten Position vorgesehen ist.
Als eine optische Einrichtung, die als der Verstärkungsentzerrer verwendbar ist, ist ein abstimmbares optisches Filter bekannt. In dem abstimmbaren optischen Filter ist eine Wellenlängencharakteristik einer Transmission (oder Verlust) (Wellenlängenabhängigkeit von Transmission) variabel. Z.B. wird die Wellenlängencharakteristik des abstimmbaren optischen Filters so eingestellt oder gesteuert, um die Verstärkungsneigung eines optischen Verstärkers aufzuheben, wobei dadurch eine Zwischenkanalabweichung von Leistungen von optischen Signalen in dem empfangenden Ende reduziert wird.
Konventionell ist ein abstimmbares optisches Filter mit einem mechanisch beweglichen Teil bekannt. In dieser Art eines abstimmbaren optischen Filters wird z.B. ein Winkel eines Einfalls eines Lichtstrahls auf einen optischen Interferenzfilm oder ein Diffraktionsgitter mechanisch geändert, wobei dadurch eine mittlere Wellenlänge in einem Übertragungsband oder eine mittlere Wellenlänge in einem Unterdrückungsband geändert wird. Das heißt die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, ändert sich entlang einer Wellenlängenachse. Ferner wendet ein abstimmbares optisches Filter, das durch Photonics Technologies, Inc. bereitgestellt wird, ein Splitt-Strahl-Fourier-Filter als die Basisprinzipien an, um nicht nur die mittlere Wellenlänge, sondern auch eine Unterdrückungsgröße (Transmission) selbst durch mechanische Mittel variabel zu machen. Das heißt die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, ist nicht nur entlang der Wellenlängenachse, sondern entlang einer Transmissionsachse variabel.
Ferner sind als ein abstimmbares optisches Filter, das zum Ändern einer Wellenlängencharakteristik von Verlust durch elektrische Mittel ohne Verwendung eines beliebigen mechanisch beweglichen Teils, z.B. ein Mach-Zehnder- (MZ) Optikfilter eines Wellenleitertyps und ein akusto-optisches abstimmbares Filter (AOTF, acousto-optic tunable filter) bekannt.
Ferner wurde ein optisches Bandpassfilter, das zum Variieren einer mittleren Wellenlänge fähig ist, das ein doppelbrechendes Filter als die Basisprinzipien anwendet, vorgeschlagen (japanische Patentoffenlegung Veröffentlichungsnummer 6-130339).
Das abstimmbare optische Filter mit einem mechanisch beweglichen Teil hat Mängel derart, dass eine Hochgeschwindigkeitsoperation schwierig ist und Zuverlässigkeit fehlt. Ferner haben das MZ-Optikfilter und das AOTF Mängel derart, dass (1) eine Ansteuerspannung hoch ist, (2) ein Energieverbrauch groß ist, (3) eine temperaturstabilisierende Einrichtung erforderlich ist, die eine unvermeidbare Vergrößerung vom Ausmaß verursacht, und (4) Zuverlässigkeit nicht erhalten werden kann.
Es ist deshalb wünschenswert, ein abstimmbares optisches Filter zu gestalten, das derartige Bedingungen erfüllen kann, dass (1) kein mechanisch bewegliches Teil inkludiert ist, um hohe Zuverlässigkeit zu erhalten, (2) das Filter durch elektrische Mittel steuerbar ist und (3) eine Ansteuerspannung niedrig und ein Energieverbrauch gering ist.
Als ein Kandidat für das abstimmbare optische Filter, das diese Bedingungen erfüllt, ist ein abstimmbares optisches Filter erwähnenswert, das in der japanischen Patentoffenlegung Veröffentlichungsnummer 6-130339 beschrieben wird. Dieses abstimmbare optische Filter hat eine variable Faraday-Dreheinrichtung, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zu ergeben, worin sich die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, entlang der Wellenlängenachse gemäß einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel ändert. Die Form der charakteristischen Kurve kann jedoch nicht entlang der Transmissionsachse geändert werden. In den früheren Anwendungen des Verstärkungsentzerrers ist es z.B. erforderlich, dass eine Verlusttiefe in einem Unterdrückungsband variabel ist, deshalb kann nicht gesagt werden, dass dieses abstimmbare optische Filter stets ein ausreichendes Leistungsverhalten als ein Verstärkungsentzerrer aufweist.
JP 07 120 711 legt eine abstimmbare optische Filtereinrichtung offen, umfassend ein erstes Polarisierungsmittel, das durch eine optische Dämpfungseinrichtung gebildet wird, und ein zweites Polarisierungsmittel, jedes mit einer Übertragungsachse, die eine Polarisationsachse von übertragenem polarisierten Licht bestimmt; ein doppelbrechendes Element, das zwischen dem ersten und zweiten Polarisierungsmittel vorgesehen ist und eine optische Achse aufweist, die eine gegebene Phasendifferenz zwischen zwei orthogonalen Komponenten von übertragenem polarisierten Licht bestimmt; und eine Faraday-Dreheinrichtung, die zwischen dem ersten und zweiten Polarisierungsmittel vorgesehen ist, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zum übertragenen polarisierten Licht zu geben.
JP 06 130 339 legt eine optische Anordnung offen, bestehend aus einer ersten Polarisierungseinrichtung, einer ersten ¼-Wellenlängenplatte, einer Faraday-Dreheinrichtung, einer zweiten ¼-Wellenlängenplatte, die eine Phasendifferenz der ersten ¼-Wellenlängenplatte aufhebt, und einer zweiten Polarisierungseinrichtung. Charakteristika können in einer Wellenlängenachsenrichtung durch Variieren des Faraday-Rotationswinkels der Faraday-Dreheinrichtung variiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein abstimmbares optisches Filter vorzusehen, in dem sich die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, entlang der Transmissionsachse ändert. Die anderen Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Ziel durch eine abstimmbare Optikfiltereinrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Verbesserungen davon sind in den Unteransprüchen spezifiziert.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein abstimmbares optisches Filter vorgesehen, umfassend erste und zweite Polarisierungseinrichtungen, ein doppelbrechendes Element und eine Faraday-Dreheinrichtung. Jede der ersten und zweiten Polarisierungseinrichtungen hat eine Übertragungsachse, die eine Polarisationsachse von übertragenem polarisierten Licht bestimmt. Das doppelbrechende Element ist zwischen den ersten und zweiten Polarisierungseinrichtungen vorgesehen, um eine Phasendifferenz zwischen zwei orthogonalen Komponenten von übertragenem polarisierten Licht zu ergeben. Die Phasendifferenz wird durch eine optische Achse des doppelbrechenden Elementes bestimmt. Die Faraday-Dreheinrichtung ist zwischen den ersten und zweiten Polarisierungseinrichtungen vorgesehen, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zu dem übertragenen polarisierten Licht zu ergeben. Die Reihenfolge einer Anordnung des doppelbrechenden Elementes und der Faraday-Dreheinrichtung und die relative Positionsbeziehung zwischen der optischen Achse des doppelbrechenden Elementes und der Übertragungsachse von jeder der ersten und zweiten Polarisierungseinrichtungen sind z.B. so eingestellt, dass sich die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, entlang einer Transmissionsachse gemäß einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel ändert.
Mit dieser Konfiguration werden die Reihenfolge einer Anordnung und die relative Positionsbeziehung auf eine spezifische Art und Weise eingestellt, sodass die Form der charakteristischen Kurve entlang der Transmissionsachse variabel ist, somit eine Verlusttiefe in einem Unterdrückungsband geändert werden kann, wobei dadurch eines der Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
In der vorliegenden Spezifikation ist der Begriff von "Transmission" als eine Leistungstransmission definiert.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise für ihre Realisierung werden offensichtlicher, und die Erfindung selbst wird am besten aus einem Studium der folgenden Beschreibung und angefügten Ansprüche mit Verweis auf die angefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines doppelbrechenden Filters im Stand der Technik;
2A und 2B sind Grafiken zum Veranschaulichen einer Charakteristik eines abstimmbaren optischen Filters im Stand der Technik;
3A und 3B sind Grafiken zum Veranschaulichen einer Charakteristik eines erforderlichen abstimmbaren optischen Filters;
4 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen Elementen des doppelbrechenden Filters zeigt, das in 1 gezeigt wird;
5 ist eine Grafik zum Veranschaulichen von (1/λ), angenähert durch eine lineare Funktion;
6 ist eine Grafik, die eine Änderung in einer Wellenlängencharakteristik von Transmission mit einer Änderung in einem Winkel Θ zeigt, der in 4 definiert ist;
7A und 7B sind Ansichten, die jeweils erste und zweite bevorzugte Ausführungsformen des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
8 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen Elementen von jeder bevorzugten Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Grafik, die ein erstes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Grafik zum Veranschaulichen von Verlustneigung;
11 ist eine Grafik, die ein zweites Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
12A und 12B sind Grafiken, die ein drittes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigen;
13 ist eine Grafik, die ein viertes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
14A und 14B sind Ansichten, die jeweils dritte und vierte bevorzugte Ausführungsformen des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
15 ist eine Grafik, die ein fünftes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist eine Grafik, die ein sechstes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist eine Ansicht, die eine fünfte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist eine Grafik, die ein siebtes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist eine Ansicht, die eine sechste bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist eine Grafik, die ein achtes Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission in der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist eine Ansicht, die eine siebte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist eine Ansicht, die eine achte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist eine Ansicht, die eine neunte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
24A und 24B sind Grafiken, die ein Beispiel der Wellenlängencharakteristik von Transmission zeigen, erhalten durch das abstimmbare optische Filter, das in 23 gezeigt wird;
25 ist eine Ansicht, die eine Faraday-Dreheinrichtung zeigt, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
26 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen von magnetischen Feldern und Magnetisierung in 25;
27 ist eine Ansicht, die eine andere Faraday-Dreheinrichtung zeigt, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
28 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen von magnetischen Feldern und Magnetisierung in 27;
29 ist eine Ansicht, die noch eine andere Faraday-Dreheinrichtung zeigt, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
30 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen von magnetischen Feldern und Magnetisierung in 29;
31 ist eine Ansicht, die eine zehnte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
32 ist eine Ansicht, die eine elfte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
33 ist eine Ansicht, die eine zwölfte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
34A ist eine Ansicht, die ein abstimmbares optisches Filter entsprechend dem in 31 gezeigten zeigt; und
34B ist eine Ansicht, die eine dreizehnte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird ein doppelbrechendes Filter mit Verweis auf 1 beschrieben, da es für ein Verständnis der Konfiguration und Operation des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung als nützlich betrachtet wird. Das doppelbrechende Filter, das in 1 gezeigt wird, ist durch Anordnen einer ersten Polarisierungseinrichtung P1, einer doppelbrechenden Platte BP und einer zweiten Polarisierungseinrichtung P2 in dieser Reihenfolge auf einem optischen Pfad OP konfiguriert. Hierin wird ein orthogonales dreidimensionales Koordinatensystem (X, Y, Z) mit einer Z-Achse parallel zu dem optischen Pfad OP angenommen. Es wird vorausgesetzt, dass die X-Achse und die Y-Achse den optischen Achsen (C1-Achse und C2-Achse) der doppelbrechenden Platte BP jeweils parallel sind, und der Winkel, der zwischen der Übertragungsachse der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der Y-Achse gebildet wird, 45° ist. Der Winkel, der zwischen der Übertragungsachse der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 und der Y-Achse gebildet wird, ist beliebig. "Die Übertragungsachse einer Pola risierungseinrichtung" zeigt in einer Richtung einer Vibration von linear polarisiertem Licht, das durch die Polarisierungseinrichtung übertragen wird, und ist allgemein als eine Achse definiert, die die Polarisationsachse von polarisiertem Licht bestimmt, das durch die Polarisierungseinrichtung übertragen wird.
Wenn linear polarisiertes Licht, das durch die erste Polarisierungseinrichtung P1 übertragen wird, in die doppelbrechende Platte BP eintritt, wird das linear polarisierte Licht in eine Komponente mit einer Polarisationsebene parallel zu der C1-Achse und eine Komponente mit einer Polarisationsebene parallel zu der C2-Achse getrennt, und diese beiden Komponenten breiten sich in der doppelbrechenden Platte BP aus. Bei Austritt aus der doppelbrechenden Platte BP werden diese zwei Komponenten bei einer Phasendifferenz kombiniert, die gemäß Wellenlänge bestimmt wird. In dem Fall, dass die Stärke der doppelbrechenden Platte BP ausreichend größer als die Wellenlänge vom einfallenden Licht ist, unterscheidet sich der Polarisationszustand des Lichts, das in dem Ausgang der doppelbrechenden Platte BP kombiniert wird, basierend auf der Wellenlänge. D.h. das kombinierte Licht kann linear polarisiertes Licht, oder kreisförmig oder elliptisch polarisiertes Licht gemäß der Wellenlänge sein. Die Transmission der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 hängt von dem Polarisationszustand vom Licht ab, das auf die zweite Polarisierungseinrichtung P2 einfällt, und unterscheidet sich deshalb gemäß der Wellenlänge. Angenommen z.B., dass die Übertragungsachse der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 so fixiert ist, um linear polarisiertem Licht mit einer gewissen Wellenlänge parallel zu sein, ist die Transmission der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 zu dem Licht dieser Wellenlänge im Prinzip 100%. In einer anderen Wellenlänge ist die Transmission der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 zu linear polarisiertem Licht senkrecht zu der Übertragungsachse der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 im Prinzip 0%. Ferner ist die Transmission der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 zu kreisförmig polarisiertem Licht mit einer anderen Wellenlänge im Prinzip 50%, und die Transmission der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 zu elliptisch polarisiertem Licht mit einer anderen Wellenlänge variiert gemäß Elliptizität des elliptisch polarisierten Lichts. Somit variiert die Transmission dieses doppelbrechenden Filters abhängig von der Wellenlänge vom einfallenden Licht.
2A und 2B sind Grafiken zum Veranschaulichen einer Charakteristik eines konventionellen abstimmbaren optischen Filters. In dem abstimmbaren optischen Filter; das z.B. in der japanischen Patentoffenlegung Veröffentlichungsnummer 6-130339 beschrieben wird, ist eine Phasenschiebeeinrichtung inkludierend eine Faraday-Dreheinrichtung und zwei Viertelwellenplatten an Stelle der doppelbrechenden Platte BP des in 1 gezeigten doppelbrechenden Filters vorgesehen, wobei dadurch eine Wellenlängencharakteristik derart erhalten wird, dass sich die Transmission periodisch mit der Wellenlänge ändert. Wie durch durchgehende und unterbrochene Linien in 2A gezeigt, ist eine charakteristische Kurve, die diese Wellenlängencharakteristik ergibt, in einer Form entlang der Wellenlängenachse variabel. Entsprechend ist es durch Verwenden dieses abstimmbaren optischen Filters möglich, ein optisches Bandpassfilter vorzusehen, dessen charakteristische Kurve in einer Form entlang der Wellenlängenachse variabel ist, wie in 2B gezeigt wird.
3A und 3B sind Grafiken zum Veranschaulichen einer Charakteristik eines abstimmbaren optischen Filters, das durch die vorliegende Erfindung erforderlich ist. In 2A ist die Form der charakteristischen Kurve entlang der Wellenlängenachse variabel. Im Gegensatz dazu hat das abstimmbare optische Filter, das durch die vorliegende Erfindung erforder lich ist, eine charakteristische Kurve, deren Form entlang der Transmissionsachse variabel ist, wie in 3A gezeigt. Spezieller ist es angesichts einer Verwendung als ein Verstärkungsentzerrer erforderlich, ein Sperrfilter zu realisieren, in dem eine Verlusttiefe in einem Unterdrückungsband variabel ist, wie als ein Beispiel in 3B gezeigt wird.
Nun wird eine quantitative Analyse in dem in 1 gezeigten doppelbrechenden Filter durchgeführt und als Nächstes entwickelt, ein Verfahren zum Vorsehen eines abstimmbaren optischen Filters mit einer derartigen Charakteristik zu zeigen, wie in 3A und 3B gezeigt. Es wird nun angenommen, dass in dem in 1 gezeigten doppelbrechenden Filter die Übertragungsachse P1A der ersten Polarisierungseinrichtung P1, die optischen Achsen (C1-Achse und C2-Achse) der doppelbrechenden Platte BP und die Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 in einer Positionsbeziehung zueinander sind, wie in 4 gezeigt wird. Φ soll den Winkel bezeichnen, der zwischen der Übertragungsachse P1A und der C2-Achse gebildet wird, und 0 den Winkel bezeichnen, der zwischen der Übertragungsachse P2A und der C2-Achse gebildet wird.
Wenn linear polarisiertes Licht sin(ωt) in das doppelbrechende Filter in einer Richtung parallel zu der Übertragungsachse P1A eintritt, können eine Komponente E1 von übertragenem Licht durch die doppelbrechende Platte BP parallel zu der C1-Achse und eine Komponente E2 des übertragenen Lichts parallel zu der C2-Achse wie folgt ausgedrückt werden: E1 = sinΦ sin(ωt + ε1) E2 = cosΦ sin(ωt + ε2)wobei ε1 und ε2 die Phasenverzögerungen der Komponenten E1 bzw. E2 sind. Die Amplitude vom Licht, das aus der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 hervortritt, ergibt sich wie folgt: E1sinΘ + E2cosΘ = sinΦ sinΘ sin(ωt + ε1) + cosΦ cosΘ sin(ωt + ε2) = (sinΦ sinΦ cosε1 + cosΦ cosΘ cosε2) sinωt + (sinΦ sinΘ sinε1 + cosΦ cosΘ sinε2) cosωt
Entsprechend ergibt sich die Intensität I von übertragenem Licht wie folgt: I = cos2(Φ + Θ) + sin(2Φ) sin(2Φ) cos2((ε1 – ε2)/2)
Wenn d die Stärke der doppelbrechenden Platte BP bezeichnet, μ die Brechzahldifferenz zwischen einem gewöhnlichen Strahl und einem außergewöhnlichen Strahl in der doppelbrechenden Platte BP bezeichnet und λ die Wellenlänge bezeichnet, gilt die folgende Gleichung. (ε1 – ε2)/2 = π μd/λ.
Entsprechend kann die Intensität I von übertragenem Licht als eine Funktion I(λ) von Wellenlänge λ ausgedrückt werden, um Gleichung (1) zu ergeben. I(λ) = cos2(Φ + Θ) + sin(2Φ) sin(2Φ) cos2(π μd/λ) (1)
Wie aus Gleichung (1) verstanden wird, hat die Übertragungslichtintensität eine Wellenlängenabhängigkeit und ändert sich periodisch mit der Wellenlänge. Falls der Wert von Wellenlänge λ höher als ein tatsächliches Operationswellenlängenband ist, kann 1/λ durch eine lineare Funktion wie folgt angenähert werden: 1/λ = aλ + b
Falls das Wellenlängenband auf einen Bereich von 1500 nm bis 1600 nm gesetzt ist, wie in 5 gezeigt wird, sind z.B. a = –4,165 × 10⁷ (1/nm²) und b = 1,291 × 103 (1/nm).
b vernachlässigend und nur eine relative Wellenlänge betrachtend ergibt sich Gleichung (1)'. I(λ) = cos2(Φ + Θ) + sin(2Φ) sin(2Θ) cos2(π λ/FSR) (1)'wobei FSR (freier Spektralbereich) eine Wellenlängenperiode in einer Wellenlängencharakteristik von Transmission darstellt und wie folgt ausgedrückt wird: FSR = 1/aμd (2)
Entsprechend wird verstanden, dass ein erforderlicher FSR durch Abstimmung der Stärke d der doppelbrechenden Platte BP erhalten werden kann, vorausgesetzt, dass die Brechzahldifferenz μ, die durch das Material der doppelbrechenden Platte BP bestimmt wird, konstant ist.
Gleichung (1) zeigt, dass sich die Übertragungslichtintensität mit einer Änderung im Winkel Φ und/oder Winkel Θ ändert. Bezug nehmend auf 6 wird eine Änderung in der Wellenlängencharakteristik von Transmission in dem Fall gezeigt, dass sich z.B. der Winkel Θ mit den Winkel Φ fixiert auf π/4 (45°) ändert. In 6 repräsentiert die vertikale Achse Transmission (wahrer Wert) und die horizontale Achse repräsentiert die relative Wellenlänge normalisiert durch FSR. Die Vorzeichen, die den Werten des Winkels Θ mit einem positiven und einem negativen Wert beigefügt sind, sind gedacht, relative Rotationsrichtungen zwischen der C2-Achse und der Übertragungsachse P2A zu zeigen, was hierin nachstehend detailliert beschrieben wird.
Ein direktes Verfahren zum Ändern des Winkels Θ besteht darin, die Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 zu rotieren. In gegenwärtigen Techniken ist irgendeine Polarisierungseinrichtung, die zum Rotieren ihrer Übertragungsachse ohne Verwendung mechanischer Mittel fähig ist, nicht bekannt. Obwohl eine Polarisierungseinrichtung, die zum Rotieren ihrer Übertragungsachse fähig ist, durch Verwendung mechanischer Mittel vorgesehen werden kann, hat ein abstimmbares optisches Filter mit einem mechanisch beweglichen Teil Probleme derart, dass eine Hochgeschwindigkeitsoperation schwierig ist und Zuverlässigkeit fehlt. Angesichts dieser Tatsache hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, das eine variable Faraday-Dreheinrichtung verwendet, wie hierin nachstehend detailliert beschrieben wird.
Der Winkel Θ ist ein Winkel, der zwischen der Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 und der C2-Achse gebildet wird, und es kann gesagt werden, dass der Winkel Θ ein Winkel ist, der zwischen der Polarisationsachse von Licht, das auf die zweite Polarisierungseinrichtung P2 einfällt, und der Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 gebildet wird. Mit anderen Worten ist "Rotieren der Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2" im wesentlichen das gleiche wie "Rotieren der Polarisationsachse von Licht, das auf die zweite Polarisierungseinrichtung P2" einfällt. Entsprechend kann durch Anordnen einer Faraday-Dreheinrichtung, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zwischen der doppelbrechenden Platte BP und der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 zu ergeben, und durch Rotieren eines Azimuts von polarisiertem Licht, das auf die zweite Polarisierungseinrichtung P2 einfällt, die gleiche Bedingung wie die realisiert werden, die durch Ändern des Winkels Θ erhalten wird, und die Übertragungslichtinten sität kann deshalb gemäß der Rotation des Azimuts geändert werden.
Durch Anordnen einer variablen Faraday-Dreheinrichtung zwischen der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der doppelbrechenden Platte BP, und durch Rotieren eines Azimuts von polarisiertem Licht, das auf die doppelbrechende Platte BP einfällt, kann ähnlich die gleiche Bedingung wie die realisiert werden, die durch Ändern des Winkels Φ erhalten wird, und die Übertragungslichtintensität kann deshalb gemäß der Rotation des Azimuts geändert werden.
Bezug nehmend auf 7A und 7B werden jeweils erste und zweite bevorzugte Ausführungsformen des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, ist eine variable Faraday-Dreheinrichtung FR zwischen der doppelbrechenden Platte BP und der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 vorgesehen. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, ist eine variable Faraday-Dreheinrichtung FR zwischen der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der doppelbrechenden Platte BP vorgesehen.
Es werden nun die einfachsten und klarsten Anforderungen zum Ausführen des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung in jeder der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen rückbestätigt. In jeder bevorzugten Ausführungsform sind die doppelbrechende Platte BP und die variable Faraday-Dreheinrichtung FR zwischen der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 vorgesehen. Die erste Polarisierungseinrichtung P1 hat eine Übertragungsachse P1A, die die Polarisationsachse vom übertragenen polarisierten Licht bestimmt, und die zweite Polarisierungseinrichtung P2 hat eine Übertragungsachse P2A, die die Polarisationsachse vom übertragenen polarisierten Licht bestimmt. Die doppelbrechende Platte BP hat optische Achsen (C1-Achse und C2-Achse, oder eine beliebige von ihnen), die eine Phasendifferenz bestimmen, die zwischen zwei orthogonalen Komponenten vom übertragenen polarisierten Licht gegeben ist. Die variable Faraday-Dreheinrichtung FR gibt dem übertragenen polarisierten Licht einen variablen Faraday-Rotationswinkel. Die Reihenfolge einer Anordnung der doppelbrechenden Platte BP und der variablen Faraday-Dreheinrichtung FR, und die relative Positionsbeziehung zwischen der optischen Achse (z.B. C1-Achse) und den Übertragungsachsen P1A und P2A sind so eingestellt, dass sich die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, entlang der Transmissionsachse gemäß einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel ändert.
Ferner ist die Stärke der doppelbrechenden Platte BP so gestaltet, dass ein erforderlicher FSR erhalten werden kann. Um Wellenlängenabhängigkeit von Transmission zu realisieren, wird eine doppelbrechende Platte, die fähig ist, eine Phasendifferenz entsprechend einer Länge von 20 bis 100 Mal einer Betriebswellenlänge zu ergeben, als die doppelbrechende Platte BP angenommen.
In der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, wird Eingangslicht durch die erste Polarisierungseinrichtung P1, die doppelbrechende Platte BP, die variable Faraday-Dreheinrichtung FR und die zweite Polarisierungseinrichtung P2 in dieser Reihenfolge entlang des optischen Pfades OP übertragen.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, wird Eingangslicht durch die erste Polarisierungseinrichtung P1, die variable Faraday-Dreheinrichtung FR, die doppelbrechende Platte BP und die zweite Polarisierungs einrichtung P2 in dieser Reihenfolge entlang des optischen Pfades OP übertragen.
8 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen den Elementen in jeder bevorzugten Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird angenommen, dass in dem orthogonalen dreidimensionalen Koordinatensystem (X, Y, Z) die Z-Achse parallel zu dem optischen Pfad OP ist, und die Y-Achse parallel zu der Übertragungsachse P1A der ersten Polarisierungseinrichtung P1 ist. Ferner werden Φ, 0 und δ neu oder präziser wie folgt definiert:
Φ: Winkel, der zwischen der C1-Achse der doppelbrechenden Platte BP und der Übertragungsachse P1A (Y-Achse) der ersten Polarisierungseinrichtung P1 gebildet wird. Es wird angenommen, dass der Winkel Φ ein positives Vorzeichen annimmt, wenn im Uhrzeigersinn von der Y-Achse zu der C1-Achse rotiert.
Θ: Winkel, der zwischen der C1-Achse der doppelbrechenden Platte BP und der Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 gebildet wird. Es wird angenommen, dass der Winkel Θ ein positives Vorzeichen annimmt, wenn im Uhrzeigersinn von der Übertragungsachse P2A zu der C1-Achse rotiert.
δ: Winkel, der zwischen der Übertragungsachse P1A (Y-Achse) der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der Übertragungsachse P2A der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 gebildet wird. Es wird angenommen, dass der Winkel δ ein positives Vorzeichen annimmt, wenn im Uhrzeigersinn von der Y-Achse zu der Übertragungsachse P2A rotiert.
Entsprechend ist Φ = Θ + δ. Ferner nimmt der Faraday-Rotationswinkel α, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt, ein positives Vorzeichen an, wenn entgegen dem Uhrzeigersinn von der X-Achse zu der Y-Achse rotiert.
In 8 repräsentiert die Gruppe einer Ellipse (inkludierend einen Kreis) und geraden Linien, die durch Bezugszeichen PS dargestellt werden, Wellenlängenabhängigkeit eines Polarisationszustandes in dem Ausgang der doppelbrechenden Platte BP in dem Fall von α = 0.
Um die Übertragungslichtintensität des abstimmbaren optischen Filters dazu zu bringen, Wellenlängenabhängigkeit aufzuweisen, muss die Bedingung, dass "sin(2Φ) sin(2Θ) stets Null ist", vermieden werden, wie aus Gleichung (1) offensichtlich ist. Deshalb muss in dem Fall einer Bereitstellung der gleichen Bedingung wie der, die durch im wesentlichen Ändern des Winkels Θ durch Verwenden der Faraday-Dreheinrichtung FR, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in 7A gezeigt wird, der Winkel Φ Φ ≠ nπ/2 erfüllen (n ist eine ganze Zahl). In dem Fall einer Bereitstellung der gleichen Bedingung wie der, die durch im wesentlichen Ändern des Winkels Φ durch Verwenden der Faraday-Dreheinrichtung FR erhalten wird, wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in 7B gezeigt wird, muss der Winkel Θ des weiteren Θ ≠ nπ/2 erfüllen (n ist eine ganze Zahl).
Entsprechend der optischen Theorie können ein Polarisationszustand von Licht und eine Operation eines optischen Elementes, das in seinem übertragenen Licht agiert, durch eine Matrix 1 × 2, die als der Jones-Vektor bekannt ist, und eine Matrix 2 × 2, die als die Jones-Matrix bekannt ist, dargestellt werden. Ferner kann optische Leistung in jedem Übertragungspunkt als die Summe der Quadrate von zwei Komponenten des Jones-Vektors ausgedrückt werden. Durch Matrixkalkulation unter Verwendung des Jones-Vektors und der Jones-Matrix kann die Transmission (Leistungstransmission) des abstimmbaren op tischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung kalkuliert werden.
9 zeigt die Ergebnisse einer Kalkulation einer Wellenlängencharakteristik von Transmission in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, unter den Bedingungen, dass die Winkel Φ und δ auf Φ = π/4 und δ = 0 gesetzt sind, und der Faraday-Rotationswinkel α geändert wird. In 9 repräsentiert die vertikale Achse Transmission (dB) und die horizontale Achse repräsentiert eine relative Wellenlänge normalisiert durch FSR. Wie aus 9 offensichtlich ist, ändert sich die Form der charakteristischen Kurve, die die Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, entlang der Transmissionsachse (der vertikalen Achse) mit einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel α unter der Bedingung, dass die Punkte entsprechend relativen Wellenlängen von 0,25 und –0,25 fixierte Punkte sind.
Durch Ändern des Faraday-Rotationswinkels α in dem Bereich von –δ < α < π/2 – δ (Bereich von π/2) in dem Fall von Φ = π/4, oder in dem Bereich von –δ > α > –π/2 – δ (Bereich von π/2) in dem Fall von Φ = –π/4 können alle erreichbaren Bedingungen der Wellenlängencharakteristik von Transmission realisiert werden.
Gemäß dieser Beziehung wird verstanden, dass in dem Fall von δ = 0, d.h. in dem Fall, dass die Übertragungsachsen P1A und P2A zueinander parallel gemacht werden, es ausreichend ist, entweder ein positives Vorzeichen oder ein negatives Vorzeichen für den Faraday-Rotationswinkel α auszuwählen, der zu ändern ist. Entsprechend ergibt sich durch Einstellen δ = 0 0 < α < π/2 oder 0 > α > –π/2, sodass eine Faraday-Dreheinrichtung, die einen Faraday-Rotationswinkel α in nur einer Richtung ergibt, verwendet werden kann, wobei dadurch die Konfiguration der Faraday-Dreheinrichtung FR vereinfacht wird.
Dieser Effekt zeigt sich ähnlich auch in der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird.
Durch Verwenden einer variablen Faraday-Dreheinrichtung, die fähig ist, einen Faraday-Rotationswinkel α in entgegengesetzten Richtungen zu ergeben und Einstellen von δ = Φ wird umgekehrt die Transmission ungeachtet einer Wellenlänge konstant, wenn α = 0 ist. In dem Fall z.B., dass das abstimmbare optische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung in ein System einbezogen ist, gibt es einen Fall, dass eine konstante Transmission ungeachtet einer Wellenlänge zu bevorzugen ist, wenn eine Steuerung ausgeschaltet wird, um zu α = 0 zu führen. In diesem Fall gilt –π/4 < α < π/4, sodass der Absolutwert des Faraday-Rotationswinkels α kleiner als π/4 ist. Entsprechend ist es in dem Fall, dass eine variable Faraday-Dreheinrichtung, die einen magneto-optischen Effekt anwendet, verwendet wird, möglich, den Energieverbrauch zu reduzieren, wenn der Faraday-Rotationswinkel α auf einen maximalen Wert gesetzt wird. Ähnliche Erörterungen treffen auch auf die zweite bevorzugte Ausführungsform zu, die in 7B gezeigt wird, in der es ausreichend ist, δ = Θ zu setzen.
Das abstimmbare optische Filter mit einer derartigen Charakteristik, wie in 9 gezeigt, wird z.B. potenziell auf einen Leistungsentzerrer mit einer variablen Verlustneigung angewendet. Der Begriff "Verlustneigung" zeigt eine Steigung einer linearen charakteristischen Kurve an, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, dargestellt durch einen Logarithmus, wie in 10 gezeigt. Ein derartiger Leistungsentzerrer mit einer variablen Verlustneigung ist z.B. beim Entzerren einer Verstärkungsneigung in einem optischen Verstärker oder beim Kompensieren von Verlustneigung in einer optische Faser in einem Optikfaser-Kommunikationssystem effektiv.
In dem Fall einer Verwendung des abstimmbaren optischen Filters mit einer derartigen Charakteristik, wie in 9 gezeigt, als einen Entzerrer mit einer variablen Verlustneigung kann z.B. ein Durchschnitt von Verlusten in einem Betriebswellenlängenband (was hierin nachstehend als "Durchschnittsverlust" bezeichnet wird) durch Auswählen des Betriebswellenlängenbandes auf die folgende Art und Weise konstant gehalten werden. Das heißt ein Mittelwert zwischen benachbarten zwei Wellenlängen von beliebigen Wellenlängen, die einen maximalen Verlust oder einen minimalen Verlust vorsehen, wird als eine mittlere Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenband gewählt, und die Bandbreite des Betriebswellenlängenbandes wird kleiner als 1/2 vom FSR gesetzt.
11 zeigt ein Beispiel, das durch Auswählen eines Punktes C, was einen Mittelwert zwischen einem Punkt A und einem Punkt B ergibt, von denen jeder einen maximalen Verlust oder einen minimalen Verlust vorsieht, in der Grafik, die in 9 gezeigt wird, als eine mittlere Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenband, und durch Einstellen der Bandbreite des Betriebswellenlängenbandes auf 1/5 vom FSR erhalten wird. Wie aus 11 offensichtlich ist, wird eine Charakteristik mit einer variablen Verlustneigung erhalten. Wie auch aus 11 offensichtlich ist, ändert sich ferner der Durchschnittsverlust ungeachtet einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel α nicht. In der Grafik, die in 11 gezeigt wird, zeigt eine perfekte gerade Linie, die durch eine unterbrochene Linie gezeigt wird, klar an, dass jede charakteristische Kurve im wesentlichen linear ist (wie auch in den Fällen von 13 und 16).
Das abstimmbare optische Filter mit der Charakteristik von 11 hat jedoch ein Problem dadurch, dass der Durchschnittsverlust so groß wie 3 dB ist. Um dieses Problem zu lösen, werden die folgenden zwei Verfahren betrachtet.
Das erste Verfahren ist ein Verfahren dazu, den Winkel (Φ oder 0) zwischen einer der Übertragungsachsen P1A und P2A und der C1-Achse der doppelbrechenden Platte BP von ± π/4 verschieden zu machen.
Z.B. ist in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, der Winkel Φ so gesetzt, um 0 < Φ < π/4 zu erfüllen, und der Faraday-Rotationswinkel α wird in dem Bereich von –δ < α < 2Φ –δ geändert. Alternativ wird der Winkel Φ so gesetzt, um –π/4 < Φ < 0 zu erfüllen, und der Faraday-Rotationswinkel α wird in dem Bereich von –δ > α > 2Φ –δ geändert.
12A und 12B zeigen die Ergebnisse einer Kalkulation einer Wellenlängencharakteristik von Transmission unter den Bedingungen, dass die Winkel Φ und δ auf Φ = π/6 und δ = 0 gesetzt sind, und der Faraday-Rotationswinkel α geändert wird. 13 zeigt eine Wellenlängencharakteristik, die durch Vergrößerung eines Teils der Wellenlängencharakteristik erhalten wird, die in 12A und 12B gezeigt wird, in Übereinstimmung mit dem relativen Wellenlängenbereich, der in 11 gezeigt wird. Wie aus 13 offensichtlich ist, ist der Durchschnittsverlust kleiner als der der Wellenlängencharakteristik, die in 11 gezeigt wird. Der Durchschnittsverlust ändert sich jedoch mit einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel α in dem Beispiel von 13.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, ist der Winkel Θ so eingestellt, um 0 < Θ < π/4 zu erfüllen, und der Faraday-Rotationswinkel α wird in dem Bereich von –δ > α > –2Θ – δ geändert. Alternativ wird der Winkel Θ so eingestellt, um –π/4 < Θ < 0 zu erfüllen, und der Faraday-Rotationswinkel α wird in dem Bereich von –δ < α < – 2Θ – δ geändert. Auch in diesem Fall kann ein Effekt ähnlich zu dem in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, erhalten werden.
Auch kann in dem obigen Fall dadurch, dass der Winkel Φ oder Θ von ±π/4 gemäß dem ersten Verfahren verschieden gemacht wird, eine variable Faraday-Dreheinrichtung, die dazu fähig ist, einen Faraday-Rotationswinkel α in nur einer Richtung zu ergeben, durch Einstellen von δ = 0 verwendet werden. Ferner kann durch Einstellen von δ = Φ in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, oder durch Einstellen von δ = Θ in der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, die Transmission ungeachtet einer Wellenlänge konstant gehalten werden, wenn eine Steuerung ausgeschaltet wird, um zu α = 0 zu führen.
Der Effekt, der dadurch erhalten wird, dass der Winkel Φ oder Θ von ±π/4 verschieden gemacht wird, kann auch durch Einfügen einer Viertelwellenplatte in einer richtigen Position mit einem richtigen Winkel realisiert werden, um eine Polarisationsausrichtung zu ändern, wie in jeder von 14A und 14B gezeigt wird.
14A zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, ist die dritte bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass eine Viertelwellenplatte 2 zusätzlich zwischen der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der doppelbrechenden Platte BP vorgesehen ist.
14B zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, ist die vierte bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass eine Viertelwellenplatte 2 zusätzlich zwischen der doppelbrechenden Platte BP und der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 vorgesehen ist.
Das zweite Verfahren ist ein Verfahren zum Verwenden einer Teilpolarisierungseinrichtung als die zweite Polarisierungseinrichtung P2. Der Begriff "Teilpolarisierungseinrichtung" verweist auf eine Polarisierungseinrichtung, die einen Transmissionswert nicht gleich 0 (Antilogarithmus) auf Einfall von linear polarisiertem Licht mit einer Polarisationsebene orthogonal zu der Übertragungsachse hin anzeigt. In der Teilpolarisierungseinrichtung ist die Transmission von linear polarisiertem Licht mit einer Polarisationsebene orthogonal zu der Übertragungsachse als t definiert.
15 zeigt die Ergebnisse einer Kalkulation einer Wellenlängencharakteristik von Transmission durch Verwenden einer Teilpolarisierungseinrichtung mit einer Transmission t = 0,25 (–6dB) als die zweite Polarisierungseinrichtung P2 unter den Bedingungen, dass die Winkel Φ und δ auf Φ = π/4 und δ = 0 gesetzt sind und der Faraday-Rotationswinkel α geändert wird.
16 zeigt eine Wellenlängencharakteristik, die durch Vergrößerung eines Teils der Wellenlängencharakteristik erhalten wird, die in 15 gezeigt wird. Im Vergleich zu der Charakteristik, die in 11 gezeigt wird, ist der Durchschnittsverlust in der Charakteristik, die in 16 gezeigt wird, kleiner. Des weiteren ändert sich der Durchschnittsverlust mit einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel α nicht.
In dem Fall einer Ausführung des zweiten Verfahrens in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, kann eine variable Größe (ein variable Bereich von Transmission in einer gewissen Wellenlänge) durch Einstellen von Φ = ±π/4 maximiert werden, da alle erreichbaren Bedingungen der Wellenlängencharakteristik von Transmission wie zuvor erwähnt realisiert werden können.
In dem Fall einer Ausführung des zweiten Verfahrens in der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, kann ähnlich eine variable Größe durch Einstellen von Θ = ±π/4 maximiert werden.
Auch in dem Fall einer Ausführung des zweiten Verfahrens kann eine variable Faraday-Dreheinrichtung, die fähig ist, einen Faraday-Rotationswinkel in nur einer Richtung zu ergeben, durch Einstellen von δ = 0 verwendet werden. Ferner kann durch Einstellen von δ = Φ in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, oder durch Einstellen von δ = Θ in der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 7B gezeigt wird, die Transmission ungeachtet einer Wellenlänge konstant gehalten werden, wenn die Steuerung ausgeschaltet wird, um zu α = 0 zuführen.
Die ersten und zweiten Verfahren sind auch dabei effektiv, dem maximalen Verlust einen endlichen Wert zu geben. In dem Fall einer Einstellung von Φ = π/4 in der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, nimmt die Leistungstransmission z.B. im Prinzip 0 (Antilogarithmus) an, sodass der maximale Verlust (dB) unendlich wird, wie aus 9 offensichtlich ist. In einigen Fällen ist eine derartige Charakteristik beim Betrieb eines Systems unerwünscht. Durch Verwenden des ersten oder zweiten Verfahrens kann der maximale Verlust (dB) auf einen endlichen Wert gedrückt werden. Dies wird aus 12A und 12B und 15 offensichtlich.
17 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfin dung. In jeder der vorherigen bevorzugten Ausführungsformen wurde eine einzelne variable Faraday-Dreheinrichtung FR verwendet. Im Gegensatz dazu ist die fünfte bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass zwei variable Faraday-Dreheinrichtungen FR1 und FR2 zwischen der ersten Polarisierungseinrichtung P1 und der zweiten Polarisierungseinrichtung P2 vorgesehen sind. Die doppelbrechende Platte BP ist zwischen den zwei Faraday-Dreheinrichtungen FR1 und FR2 vorgesehen. Diese Konfiguration kann eine Wellenlängencharakteristik vorsehen, die sich von jeder oben erwähnten Wellenlängencharakteristik unterscheidet.
Es wird zum Beispiel der Fall einer Rotation eines Faraday-Rotationswinkels α1, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR1 ergibt, und eines Faraday-Rotationswinkels α2, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR2 ergibt, mit der Beziehung von α1 = α2 betrachtet, die unter den Bedingungen aufrechterhalten wird, dass die Winkel Φ und δ auf Φ = ±π/4 und δ = nπ/2 (n ist eine ganze Zahl) eingestellt sind. Eingangslicht wird durch die erste Polarisationseinrichtung P1, die Faraday-Dreheinrichtung FR1, die doppelbrechende Platte BP, die Faraday-Dreheinrichtung FR2 und die zweite Polarisierungseinrichtung P2 in dieser Reihenfolge entlang des optischen Pfades OP übertragen.
18 zeigt eine Wellenlängencharakteristik von Transmission in dem Fall einer Rotation des Faraday-Rotationswinkels α (α1 und α2) in dem Bereich von 0 < α < π/4 unter den Bedingungen, dass die Winkel Φ und δ auf Φ = π/4 und δ = 0 eingestellt sind. In diesem Fall wird eine Teilpolarisierungseinrichtung als die zweite Polarisierungseinrichtung P2 verwendet. Wie aus 18 offensichtlich ist, ist der minimale Verlust in der Wellenlängencharakteristik von Transmission ungeachtet des Faraday-Rotationswinkels α stets Null.
Um jeden Faraday-Rotationswinkel zu ändern, wobei die Relation von α1 = α2 aufrechterhalten wird, setzt die fünfte bevorzugte Ausführungsform, die in 17 gezeigt wird, eine Steuereinheit 4 ein, die mit den Faraday-Dreheinrichtungen FR1 und FR2 verbunden ist. Die Steuereinheit 4 steuert die Faraday-Dreheinrichtungen FR1 und FR2 so, dass der Faraday-Rotationswinkel α1, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR1 ergibt, und der Faraday-Rotationswinkel α2, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR2 ergibt, im wesentlichen gleich zueinander werden.
19 zeigt eine sechste bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. In jeder der vorherigen bevorzugten Ausführungsformen wurde eine einzelne doppelbrechende Platte BP verwendet. Im Gegensatz dazu ist die sechste bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass zwei doppelbrechende Platten BP1 und BP2 zwischen der ersten Polarisationseinrichtung P1 und der zweiten Polarisationseinrichtung P2 vorgesehen sind. Die variable Faraday-Dreheinrichtung FR ist zwischen den doppelbrechenden Platten BP1 und BP2 vorgesehen. Eingangslicht wird durch die erste Polarisationseinrichtung P1, die doppelbrechende Platte BP1, die Faraday-Dreheinrichtung FR, die doppelbrechende Platte BP2 und die zweite Polarisationseinrichtung P2 in dieser Reihenfolge entlang des optischen Pfades OP übertragen.
Durch Verwenden der zwei doppelbrechenden Platten BP1 und BP2 kann eine Wellenlängencharakteristik wie die Wellenlängencharakteristik, die in 18 gezeigt wird, erhalten werden. Z.B. sind Winkel Φ1 und Φ2 in Bezug auf die optischen Achsen der doppelbrechenden Platten BP1 bzw. BP2 definiert, wie ähnlich zu dem oben erwähnten Winkel Φ, und die Winkel Φ1 und Φ2 sind gleich zueinander gesetzt (Φ1 = Φ2). Ferner sind die Winkel Φ1, Φ2 und δ sind auf Φ1 = ±π/4, Φ2 = ±π/4 und δ = nπ/2 (n ist eine ganze Zahl) eingestellt.
20 zeigt eine Wellenlängencharakteristik von Transmission in dem Fall einer Rotation des Faraday-Rotationswinkels α, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt, in dem Bereich von 0 < α < π/2 unter den Bedingungen, dass die Winkel Φ1, Φ2 und δ auf Φ1 = Φ2 = π/4 und δ = 0 eingestellt sind. In diesem Fall wird eine Teilpolarisierungseinrichtung als die zweite Polarisierungseinrichtung P2 verwendet. Wie aus 20 offensichtlich ist, ist der minimale Verlust in der Wellenlängencharakteristik von Transmission ungeachtet des Faraday-Rotationswinkels α stets Null.
Auch kann in der sechsten bevorzugten Ausführungsform, die in 19 gezeigt wird, eine Faraday-Dreheinrichtung, die dazu fähig ist, einen variablen Faraday-Rotationswinkel in nur einer Richtung zu ergeben, durch Einstellen von δ = 0 verwendet werden.
21 zeigt eine siebte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Phasenschiebeeinrichtung 6 zusätzlich zwischen der ersten Polarisationseinrichtung P1 und der zweiten Polarisationseinrichtung P2 vorgesehen ist. Die variable Phasenschiebeeinrichtung 6 ergibt eine Phasendifferenz (Verzögerung) zwischen einer Polarisationskomponente parallel zu ihrer optischen Achse und einer Polarisationskomponente orthogonal zu ihrer optischen Achse. Die Phasendifferenz wird durch ein Steuersignal, das der variablen Phasenschiebeeinrichtung 6 zugeführt wird, variabel gemacht. Die erste Polarisationseinrichtung P1, die doppelbrechende Platte BP, die variable Faraday-Dreheinrichtung FR und die zweite Polarisationseinrichtung P2 sind in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 7A gezeigt wird, angeordnet. Ferner ist die variable Phasenschiebeeinrichtung 6 zwischen der ersten Polarisationseinrichtung P1 und der doppelbrechenden Platte BP vorgesehen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform, die in 21 gezeigt wird, ändert sich die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, nicht nur mit einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel, der sich durch die variable Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt, entlang der Transmissionsachse, sondern auch mit einer Änderung in der Phasendifferenz, die sich durch die variable Phasenschiebeeinrichtung 6 ergibt, entlang der Wellenlängenachse. Folglich kann nicht nur die Charakteristik des abstimmbaren optischen Filters, beschrieben mit Bezug auf 3A und 3B, sondern auch die Charakteristik des abstimmbaren optischen Filters, beschrieben mit Bezug auf 2A und 2B, erhalten werden.
Um die Form der charakteristischen Kurve entlang der Wellenlängenachse am effektivsten zu ändern, ist es wünschenswert, den Winkel zwischen der optischen Achse der variablen Phasenschiebeeinrichtung 6 und der optischen Achse der doppelbrechenden Platte BP auf nπ/2 (n ist eine ganze Zahl) einzustellen.
Als die variable Phasenschiebeeinrichtung 6 kann ein optisches Element angenommen werden, das einen elektro-optischen Effekt anwendet, wie etwa LiNbO₃. Eine derartige variable Phasenschiebeeinrichtung, die einen elektro-optischen Effekt anwendet, erfordert jedoch im allgemeinen eine hohe Ansteuerspannung.
22 zeigt eine achte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfin dung. Diese bevorzugte Ausführungsform setzt eine variable Phasenschiebeeinrichtung 6 mit einer spezifischen Konfiguration ein, um auf eine Verringerung der Ansteuerspannung für die variable Phasenschiebeeinrichtung 6 abzuzielen. Die variable Phasenschiebeeinrichtung 6, die in 22 gezeigt wird, inkludiert zwei Viertelwellenplatten 10 und 12 und eine andere variable Faraday-Dreheinrichtung 8, die zwischen den Viertelwellenplatten 10 und 12 vorgesehen ist. Der Winkel, der zwischen der optischen Achse der Viertelwellenplatte 10 und der optischen Achse der Viertelwellenplatte 12 gebildet wird, ist auf π/2 eingestellt. Durch Einstellen des Winkels zwischen der optischen Achse von jeder der Viertelwellenplatten 10 und 12 und der optischen Achse der doppelbrechenden Platte BP auf nπ/2 (n ist eine ganze Zahl) kann die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission dieses abstimmbaren optischen Filters ergibt, mit einer Änderung in dem Faraday-Rotationswinkel, der sich durch die variable Faraday-Dreheinrichtung 8 ergibt, entlang der Wellenlängenachse geändert werden.
In dem Fall, dass der Faraday-Rotationswinkel, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung 8 ergibt, β ist, wird die Phasendifferenz zwischen zwei orthogonalen Komponenten von polarisiertem Licht, gegeben durch die variable Phasenschiebeeinrichtung 6, 2β. Das Prinzip dessen ist aus dem Inhalt, der in der japanischen Patentoffenlegung Veröffentlichungsnummer 6-130339 offengelegt wird, und aus dem Stand der Technik offensichtlich, sodass die Beschreibung davon hierin weggelassen wird.
23 zeigt eine neunte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu der achten bevorzugten Ausführungsform, die in 22 gezeigt wird, ist die neunte bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filtereinheit zusätzlich zwischen der ersten Polarisationseinrichtung P1 und der zweiten Polarisationseinrichtung P2 vorgesehen ist. Genauer sind N Menge (N ist eine ganze Zahl größer als 1) von Filtereinheiten 14 (#1 bis #N) vorgesehen. Von diesen Filtereinheiten 14 (#1 bis #N) inkludiert die i-te (i ist eine ganze Zahl, die 1 ≤ i ≤ N erfüllt) Filtereinheit 14 (#i) eine Polarisierungseinrichtung P1 (#i), eine variable Phasenschiebeeinrichtung 6 (#i), eine doppelbrechende Platte BP (#i) und eine Faraday-Dreheinrichtung FR (#i) entsprechend der ersten Polarisierungseinrichtung P1, der variablen Phasenschiebeeinrichtung 6, der doppelbrechenden Platte BP bzw. der variablen Faraday-Dreheinrichtung FR.
Die Wellenlängencharakteristik von Transmission dieses abstimmbaren optischen Filters als ein ganzes ergibt sich als die Summe der Wellenlängencharakteristik von Transmission des abstimmbaren optischen Filters, das in 22 gezeigt wird, und der Wellenlängencharakteristik von Transmission von jeder Filtereinheit 14 (#1 bis #N). Entsprechend kann die Wellenlängencharakteristik von Transmission leicht beliebig eingestellt werden.
In dem Fall z.B., dass drei charakteristische Kurven, die jede eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergeben, in dem abstimmbaren optischen Filter von 23 erhalten werden, wie in 24A gezeigt, ergibt sich die gesamte Wellenlängencharakteristik von Transmission als die Summe der drei charakteristischen Kurven, sodass eine gewünschte Wellenlängencharakteristik von Transmission erhalten werden kann, wie in 24B gezeigt wird.
Während jede Filtereinheit 14 (#i) mit der variablen Phasenschiebeeinrichtung 6 (#i) zum Ändern einer charakteristischen Kurve entlang der Wellenlängenachse und der doppelbrechenden Platte BP (#i) und der Faraday-Dreheinrichtung FR (#i) zum Ändern einer charakteristischen Kurve entlang der Transmissionsachse in dieser bevorzugten Ausführungsform genutzt werden, können je nach Erfordernis entweder die variable Phasenschiebeeinrichtung 6 (#i) oder die doppelbrechende Platte BP (#i) und die Faraday-Dreheinrichtung FR (#i) weggelassen werden.
Es werden nun einige spezifische Ausführungsformen der Faraday-Dreheinrichtung, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zu ergeben, beschrieben.
Wenn im allgemeinen z.B. linear polarisiertes Licht einen magneto-optischen Kristall unter der Bedingung durchläuft, wo ein gewisses magnetisches Feld auf den magneto-optischen Kristall angewendet wird, d.h. unter der Bedingung, wo der magneto-optische Kristall in einem gewissen Magnetfeld platziert ist, wird eine Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts (definiert als eine Projektion einer Ebene, die einen elektrischen Feldvektor des linear polarisierten Lichts auf eine Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des linear polarisierten Lichts enthält) stets in einer festen Richtung ungeachtet der Ausbreitungsrichtung rotiert. Dieses Phänomen wird Faraday-Rotation genannt, und die Größe eines Winkels einer Rotation der Polarisationsrichtung (Faraday-Rotationswinkel) hängt von einer Richtung und Stärke von Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls, generiert durch das angelegte Magnetfeld, ab. Genauer wird der Faraday-Rotationswinkel durch eine Größe einer Komponente der Stärke von Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls in der Lichtausbreitungsrichtung bestimmt. Durch Konfigurieren einer Faraday-Dreheinrichtung mit einem magneto-optischen Kristall und Mitteln zum Anlegen eines Magnetfeldes an den magneto-optischen Kristall in der gleichen Richtung wie die Lichtausbreitungsrichtung erscheint es entsprechend, dass der Fara day-Rotationswinkel durch Abstimmen des angelegten Magnetfeldes effektiv abgestimmt werden kann.
Es sollte hierin jedoch betrachtet werden, dass wenn die Größe des angelegten Magnetfeldes relativ klein ist, die Stärke von Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls durch das angelegte Magnetfeld eine gesättigte Bedingung nicht erreicht, sondern viele magnetische Domänen in dem magneto-optischen Kristall vorhanden sind. Das Vorhandensein von derartigen vielen magnetischen Domänen verschlechtert Reproduzierbarkeit des Faraday-Rotationswinkels oder macht es schwierig, den Faraday-Rotationswinkel kontinuierlich zu variieren, obwohl gute Reproduzierbarkeit sichergestellt wird. Wenn viele magnetische Domänen in dem magneto-optischen Kristall vorhanden sind, tritt des weiteren Dämpfung wegen Lichtstreuung in einer Schnittstelle zwischen beliebigen benachbarten magnetischen Domänen auf, was einen Nachteil bei praktischer Verwendung verursacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zum Lösen dieses Problems gedacht ist, inkludiert die variable Faraday-Dreheinrichtung einen magneto-optischen Kristall, der sich in einem optischen Pfad befindet, Magnetfeld-Anwendungsmittel zum Anlegen erster und zweiter magnetischer Felder mit unterschiedlichen Richtungen an den magnetooptischen Kristall, sodass die Stärke eines synthetischen Magnetfeldes der ersten und zweiten magnetischen Felder größer als ein vorbestimmter Wert wird (z.B. ein Wert entsprechend der Stärke eines Magnetfeldes, das erforderlich ist, die Stärke von Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls zu sättigen) und Magnetfeld-Abstimmungsmittel zum Ändern mindestens eines der ersten und zweiten Magnetfelder.
Die Bedingung, wo die Stärke von Magnetisierung des magnetooptischen Kristalls gesättigt wurde, kann als eine Bedingung verstanden werden, wo die magnetischen Domänen in dem magneto-optischen Kristall eine einzelne magnetische Domäne geworden sind.
Vorzugsweise werden die ersten und zweiten Magnetfelder in orthogonalen Richtungen in einer Ebene angelegt, die eine Ausbreitungsrichtung von Licht enthält, das den magneto-optischen Kristall durchläuft.
25 zeigt eine variable Faraday-Dreheinrichtung 32, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Die variable Faraday-Dreheinrichtung 32 ist als die variable Faraday-Dreheinrichtung FR oder die variable Faraday-Dreheinrichtung 8 verwendbar. Die Faraday-Dreheinrichtung 32 inkludiert einen magneto-optischen Kristall 41, einen Permanentmagneten 42 und einen Elektromagneten 43 zum Anlegen magnetischer Felder in orthogonalen Richtungen an den magneto-optischen Kristall 41 und eine variable Stromquelle 44, um einen Ansteuerstrom zu dem Elektromagneten 43 zu geben.
Durch Verwenden einer dünnen Scheibe von YIG (Yttrium-Eisen-Granat) oder eines epitaxial gezüchteten Kristalls aus (GdBi)₃(FeAlGa)₅O₁₂ als den magneto-optischen Kristall 41 z.B. kann der Ansteuerstrom reduziert werden.
Die Stärkerichtung des magneto-optischen Kristalls 41 ist z.B. der Y-Achse parallel. In diesem Fall sind die Richtungen der Magnetfelder, die an den magneto-optischen Kristall 41 durch den Permanentmagneten 42 und den Elektromagneten 43 angelegt werden, der Z-Achse bzw. der X-Achse parallel. Bezugszeichen 45 bezeichnet einen Lichtstrahl, der den magneto-optischen Kristall 41 durchläuft.
26 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Richtung und Stärke (Größe) des Magnetfeldes, das an den magneto-opti schen Kristall 41 angelegt wird, und der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 in der Faraday-Dreheinrichtung 32, die in 25 gezeigt wird.
In dem Fall, dass ein Magnetfeldvektor 51 an den magneto-optischen Kristall 41 nur durch den Permanentmagneten 42 angelegt wird, ist ein Magnetisierungsvektor in dem magneto-optischen Kristall 41 der Z-Achse parallel, wie durch Bezugszeichen 52 gezeigt. In diesem Fall ist die Stärke des angelegten Magnetfeldes (die Länge des Magnetfeldvektors 51) so eingestellt, dass die Stärke der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 (die Länge des Magnetisierungsvektors 52) gesättigt ist. Es wird angenommen, dass unter dieser Bedingung ein erforderlicher maximaler Faraday-Rotationswinkel erhalten wird.
Wenn ein Magnetfeldvektor 53 parallel zu der X-Achse durch den Elektromagneten 43 angelegt wird, ergibt sich das synthetische Magnetfeld als ein synthetischer Vektor der Magnetfeldvektoren 51 und 53, wie durch Bezugszeichen 54 gezeigt. Dieses synthetische Magnetfeld 54 generiert einen Magnetisierungsvektor 55 in dem magneto-optischen Kristall 41. Der Magnetisierungsvektor 55 und der Magnetfeldvektor 54 sind einander parallel, und die Länge des Magnetisierungsvektors 55 ist gleich der Länge des Magnetisierungsvektors 52.
Obwohl die Stärke der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 fixiert ist, ist ein Grad eines Beitrags der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 zu dem Faraday-Rotationswinkel nicht immer der gleiche, da der Faraday-Rotationswinkel auch von der Beziehung zwischen der Richtung der Magnetisierung und der Lichtausbreitungsrichtung abhängt. D.h. im Vergleich zu der Bedingung des Magnetisierungsvektors 52 mit der Bedingung des Magnetisierungsvektors 55 ist eine Z-Komponente 56 des Magnetisierungsvektors 55 kleiner als eine Z-Komponente (der Magnetisierungsvektor 52 selbst) des Magnetisierungsvektors 52. Übrigens ist der Faraday-Rotationswinkel entsprechend dem Magnetisierungsvektor 55 kleiner als der entsprechend dem Magnetisierungsvektor 52.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Stärke der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 über den gesamten variablen Bereich des Faraday-Rotationswinkels stets gesättigt, wobei dadurch der Nachteil beseitigt wird, der durch Bildung vieler magnetischer Domänen in dem magneto-optischen Kristall 41 verursacht wird. D.h. Reproduzierbarkeit des Faraday-Rotationswinkels kann verbessert werden, und der Faraday-Rotationswinkel kann kontinuierlich geändert werden. Durch Abstimmen des Ansteuerstroms, der von der variablen Stromquelle 44 zugeführt wird, kann des weiteren der Faraday-Rotationswinkel mit guter Reproduzierbarkeit kontinuierlich geändert werden. Durch Anwenden der Faraday-Dreheinrichtung 32 auf die vorliegende Erfindung ist es entsprechend möglich, ein abstimmbares optisches Filter vorzusehen, das bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden kann und hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Entsprechend ist es durch Anwenden einer derartigen variablen Faraday-Dreheinrichtung auf die vorliegende Erfindung möglich, ein abstimmbares optisches Filter vorzusehen, dessen Wellenlängencharakteristik von Transmission gut reproduzierbar und kontinuierlich variabel ist.
27 zeigt eine andere Faraday-Dreheinrichtung 32', die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Die Faraday-Dreheinrichtung 32' unterscheidet sich von der Faraday-Dreheinrichtung 32, in 25 gezeigt wird, in dem Punkt, dass die Parallelebenenflächen 61 und 62 in entgegengesetzten Kanten eines rechteckigen magneto-optischen Kristalls 41 gebildet sind und dass ein Lichtstrahl 63 die Ebenenflächen 61 und 62 durchläuft. Entsprechend sind sowohl die Richtung eines Magnetfeldes durch den Permanentmagneten 42 als auch die Richtung eines Magnetfeldes durch den Elektromagneten 43 ungefähr 45° zu einer Lichtausbreitungsrichtung (parallel zu der Z-Achse) geneigt.
28 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Richtung und Stärke des Magnetfeldes, das an den magneto-optischen Kristall 41 angelegt wird, und der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 in der Faraday-Dreheinrichtung 32', die in 27 gezeigt wird. Das Magnetfeld, das durch den Elektromagneten 43 angelegt wird, ist in Stärke und Richtung in dem Bereich zwischen einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 71 gezeigt wird, und einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 72 gezeigt wird, abstimmbar. Bezugszeichen 73 bezeichnet ein Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten 42 angelegt wird. In diesem Fall ändert sich das synthetische Magnetfeld in Stärke und Richtung in dem Bereich zwischen einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 74 gezeigt wird, und einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 75 gezeigt wird. In Verbindung damit ändert sich die Magnetisierung des magnetooptischen Kristalls 41 in Stärke und Richtung in dem Bereich zwischen einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 76 gezeigt wird, und einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 77 gezeigt wird. Durch Verwenden der Faraday-Dreheinrichtung 32' kann der variable Bereich des Faraday-Rotationswinkels ohne starke Erhöhung des variablen Bereichs für den Ansteuerstrom des Elektromagneten 43 erhöht werden.
Das angelegte Magnetfeld durch den Permanentmagneten 42 ist so eingestellt, dass die Stärke der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 in einer Bedingung, die durch Bezugszeichen 78 gezeigt wird, wo die Stärke der Magnetisierung minimiert ist (das angelegte Magnetfeld durch den Elektromagneten 43 ist Null), ausreichend gesättigt ist.
29 zeigt noch eine andere variable Faraday-Dreheinrichtung 32'' , die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Die Faraday-Dreheinrichtung 32'' unterscheidet sich von der Faraday-Dreheinrichtung 32, die in 25 gezeigt wird, in dem Punkt, dass ein Elektromagnet 81 an Stelle des Permanentmagneten 42, der in 25 gezeigt wird, vorgesehen ist, und dass eine variable Stromquelle 82 zusätzlich vorgesehen ist, um einen Ansteuerstrom an den Elektromagneten 81 anzulegen.
30 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Richtung und Stärke des Magnetfeldes, das an den magneto-optischen Kristall 41 angelegt wird, und der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 in der Faraday-Dreheinrichtung 32'', die in 29 gezeigt wird. Gemäß der in 29 gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann das synthetische Magnetfeld als aufrechterhaltende Sättigungsmagnetisierung, wie durch Bezugszeichen 91 bis 94 gezeigt, durch Abstimmen der angelegten Magnetfelder durch die Elektromagneten 43 und 81 kontinuierlich geändert werden. In Verbindung damit ändert sich die Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 kontinuierlich, wie durch Bezugszeichen 95 bis 98 gezeigt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform, die in 30 gezeigt wird, kann der variable Bereich des Faraday-Rotationswinkels ohne Verwenden eines komplex-geformten magneto-optischen Kristalls leicht erhöht werden, wie in 27 gezeigt wird.
In dem Fall einer Verwendung der Faraday-Dreheinrichtung 32'' kann die Richtung einer Z-Komponente der Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls 41 durch Ändern der Polarität der variablen Stromquelle 44 oder 82 geändert werden. Entsprechend kann die Richtung von Faraday-Rotation je nach Erfordernis geändert werden. Z.B. kann der Faraday-Rotationswinkel in dem Bereich von ±45n° (n ist eine positive ganze Zahl) in Bezug auf 0° geändert werden. Entsprechend kann z.B. durch Anwenden der Faraday-Dreheinrichtung 32'' auf die vorliegende Erfindung und Einstellen des Winkels δ auf δ = Φ oder δ = Ώ wie zuvor erwähnt die Transmission ungeachtet einer Wellenlänge konstant gehalten werden, wenn der Faraday-Rotationswinkel 0° ist. Wenn z.B. die Faraday-Dreheinrichtung 32'' in ein System einbezogen ist und Steuerung ausgeschaltet wird, um die variablen Stromquellen 44 und 82 abzuschalten, wird der Faraday-Rotationswinkel 0°. Entsprechend wird die Transmission ungeachtet einer Wellenlänge konstant, wobei dadurch ein Neustart des Systems erleichtert wird.
31 zeigt eine zehnte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden Keilplatten 121 und 122, die jede aus einem doppelbrechenden Material gebildet sind, als die erste Polarisierungseinrichtung P1 bzw. die zweite Polarisierungseinrichtung P2 verwendet. In Verbindung damit inkludiert diese bevorzugte Ausführungsform ferner eine optische Faser 123, eine Linse 124 zum Ändern eines Strahlenparameters von Licht, das aus der optischen Faser 123 hervorgeht (z.B. Kollimation des hervortretenden Lichts), um den Lichtstrahl der Keilplatte 121 zuzuführen, eine Linse 125 zum Konvergieren eines Lichtstrahls von der Keilplatte 122 und eine optische Faser 126, zu der der Lichtstrahl, der durch die Linse 125 konvergiert wird, unter gegebenen Bedingungen gekoppelt ist.
Die Keilplatten 121 und 122 sind so angeordnet, dass ein oberer Abschnitt und ein unterer Abschnitt der Keilplatte 121 einem unteren Abschnitt und einem oberen Abschnitt der Keilplatte 122 jeweils entgegenliegen, und entsprechende Flächen der Keilplatten 121 und 122 zueinander parallel sind. D.h. die Keilplatten 121 und 122 haben die gleiche Form.
Z.B. ist die optische Achse der Keilplatte 121 der Y-Achse parallel, und die optische Achse der Keilplatte 122 ist der Y-Achse parallel.
Die Transmissionsachse von jeder der Keilplatten 121 und 122 als Polarisierungseinrichtungen ist als eine Polarisationsrichtung eines außerordentlichen Strahls definiert, dessen Polarisationsebene der optischen Achse parallel ist, oder eine Polarisationsrichtung eines gewöhnlichen Strahls, dessen Polarisationsebene der optischen Achse senkrecht ist.
Licht, das aus einem Erregungsende der optischen Faser 123 auftaucht, wird durch die Linse 124 kollimiert, um ein paralleler Lichtstrahl zu werden. Dieser Lichtstrahl wird durch Bezugszeichen 130 bezeichnet, wobei seine Strahlenstärke vernachlässigt wird. Der Lichtstrahl 130 wird in einen Strahl 131 entsprechend dem gewöhnlichen Strahl und einen Strahl 132 entsprechend dem außergewöhnlichen Strahl in der Keilplatte 121 getrennt.
Die Strahlen 131 und 132 werden durch die doppelbrechende Platte BP und die variable Faraday-Dreheinrichtung FR in dieser Reihenfolge übertragen, um Strahlen 133 bzw. 134 zu werden. Die Polarisationszustände der Strahlen 133 und 134 werden durch den Faraday-Rotationswinkel bestimmt, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt.
Der Strahl 133 wird in Strahlen 135 bzw. 136 entsprechend dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl in der Keilplatte 122 getrennt. Der Strahl 134 wird in Strahlen 137 bzw. 138 entsprechend dem außergewöhnlichen Strahl und dem gewöhnlichen Strahl in der Keilplatte 122 getrennt.
In Anbetracht der Historie von Brechungen in der Vergangenheit der Strahlen 135 bis 138 und der Form und Anordnung der Keilplatten 121 und 122 sind die Strahlen 135 und 137 zueinander parallel und die Strahlen 136 und 138 sind einander nicht parallel. Entsprechend können nur die Strahlen 135 und 137 durch die Linse 125 fokussiert werden, um mit einem Erregungsende der optischen Faser 126 gekoppelt zu werden.
Das Verhältnis der Gesamtleistung der Strahlen 135 und 137 und der Gesamtleistung der Strahlen 136 und 138 hängt von dem Faraday-Rotationswinkel ab, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt. In dem Fall z.B., dass die Strahlen 133 und 134 linear polarisiertes Licht mit den gleichen Polarisationsebenen wie jenen der Strahlen 131 bzw. 132 sind, werden die Strahlen 133 und 134 gänzlich in die Strahlen 135 bzw. 137 konvertiert. In dem Fall, dass die Strahlen 133 und 134 linear polarisiertes Licht mit Polarisationsebenen orthogonal zu den Polarisationsebenen der Strahlen 131 bzw. 132 sind, werden die Strahlen 133 und 134 gänzlich in die Strahlen 136 bzw. 138 konvertiert.
Wenn der Faraday-Rotationswinkel, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt, konstant ist, hängt die Gesamtleistung der Strahlen 135 und 137 nicht von dem Polarisationszustand des Strahls 130 ab. Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, hängt die Gesamtleistung der Strahlen 135 und 137 von ihren Wellenlängen ab.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform kann die Transmission des abstimmbaren optischen Filters deshalb von dem Polarisationszustand vom Eingangslicht unabhängig gemacht werden. D.h. es ist möglich, ein polarisationsunabhängiges abstimmbares optisches Filter vorzusehen.
32 zeigt eine elfte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird eine Keil platte 141, die aus einem doppelbrechenden Material gebildet ist, als die erste Polarisierungseinrichtung P1 verwendet, und zwei Keilplatten 142 und 143, jede aus einem doppelbrechenden Material gebildet, werden als die zweite Polarisationseinrichtung P2 verwendet. Ein oberer Abschnitt und ein unterer Abschnitt der Keilplatte 141 liegen jeweils einem unteren Abschnitt und einem oberen Abschnitt der Keilplatte 142 gegenüber. Ein oberer Abschnitt und ein unterer Abschnitt der Keilplatte 143 liegen jeweils dem unteren Abschnitt und dem oberen Abschnitt der Keilplatte 142 gegenüber.
Wenn Θ1, Θ2 und Θ3 die Keilwinkel der Keilplatten 141, 142 und 143 bezeichnen; d1 den Abstand zwischen den Keilplatten 141 und 142 bezeichnet und d2 den Abstand zwischen den Keilplatten 142 und 143 bezeichnet, ist jede Keilplatte ausgebildet und angeordnet, die folgenden zwei Gleichungen zu erfüllen. Θ2 = Θ1 + Θ3, d1sinΘ1 = d2sinΘ3.
Die optische Achse der Keilplatte 141 ist der Y-Achse parallel, und die optischen Achsen der Keilplatten 142 und 143 sind einander parallel. Die optischen Achsen der Keilplatten 142 und 143 sind z.B. der Y-Achse parallel.
In der bevorzugten Ausführungsform, die in 31 gezeigt wird, ist der Abstand zwischen den Keilplatten 121 und 122 notwendigerweise relativ groß, da die doppelbrechende Platte BP und die Faraday-Dreheinrichtung FR zwischen den Keilplatten 121 und 122 vorgesehen sind. Entsprechend wird der Abstand zwischen den Strahlen 135 und 137 relativ groß, sodass die Strahlen 135 und 137 durch die Abweichung der Linse 125, wie etwa sphärische Abweichung, leicht beeinflusst werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform, die in 32 gezeigt wird, wird ein Strahl von der Linse 124 durch die Keilplatte 141 getrennt und als Nächstes durch die Keilplatten 142 und 143 kombiniert. Zu dieser Zeit werden die optischen Pfade einer gewöhnlichen Strahlenkomponente und einer außergewöhnlichen Strahlenkomponente, die von der Keilplatte 143 ausgegeben werden, veranlasst, im wesentlichen miteinander übereinzustimmen. Folglich können diese Komponenten effizient in die optische Faser 126 durch die Linse 125 nahezu ohne Einfluss ihrer Abweichung eingegeben werden.
33 zeigt eine zwölfte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden zwei Parallelebenenplatten 151 und 152, jede aus einem doppelbrechenden Material gebildet, als die erste Polarisierungseinrichtung P1 bzw. die zweite Polarisierungseinrichtung P2 verwendet. Die Parallelebenenplatten 151 und 152 haben die gleiche Stärke. Die optischen Achsen der Parallelebenenplatten 151 und 152 sind so eingestellt, dass sie zueinander orthogonal sind und jede optische Achse ist 45° zu der Z-Achse geneigt.
Die Übertragungsachse von jeder der Parallelebenenplatten 151 und 152 als Polarisierungseinrichtungen wird als eine Polarisationsrichtung eines außergewöhnlichen Strahls, dessen Polarisationsebene der optischen Achse parallel ist, oder als eine Polarisationsrichtung eines gewöhnlichen Strahls, dessen Polarisationsebene der optischen Achse senkrecht ist, definiert.
Licht, das von dem Erregungsende der optischen Faser 123 austritt, wird in seinem Strahlenparameter durch die Linse 124 geändert, um z.B. ein konvergierender Strahl 160 zu werden. Der Strahl 160 wird in Strahlen 161 bzw. 162 entsprechend dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl in der Parallelebenenplatte 151 getrennt. Die Strahlen 161 und 162 sind einander parallel. Die Strahlen 161 und 162 werden durch die doppelbrechende Platte BP und die Faraday-Dreheinrichtung FR in dieser Reihenfolge übertragen, um die Strahlen 163 bzw. 164 zu werden. Die Polarisationszustände der Strahlen 163 und 164 werden gemäß dem Faraday-Rotationswinkel bestimmt, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt. Der Strahl 163 wird in Strahlen 165 bzw. 166 entsprechend dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl in der Parallelebenenplatte 152 getrennt. Der Strahl 164 wird in Strahlen 167 bzw. 168 entsprechend dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl in der Parallelebenenplatte 152 getrennt.
Der Strahl 165 kommt mit dem Strahl 168 in Übereinstimmung, da die Parallelebenenplatten 151 und 152 einander parallel sind und die gleiche Stärke entlang der Z-Achse aufweisen. Entsprechend können nur die Strahlen 165 und 168 durch die Linse 125 konvergiert werden, um in die optische Faser 126 einzutreten. Das Verhältnis zwischen der Gesamtleistung der Strahlen 165 und 168 und der Gesamtleistung der Strahlen 166 und 167 hängt von dem Faraday-Rotationswinkel ab, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt.
Wenn der Faraday-Rotationswinkel, der sich durch die Faraday-Dreheinrichtung FR ergibt, konstant ist, hängt die Gesamtleistung der Strahlen 165 und 168 nicht von dem Polarisationszustand des Strahls 160 ab. Wie aus der vorherigen Beschreibung offensichtlich ist, hängt die Gesamtleistung der Strahlen 165 und 168 von ihren Wellenlängen ab.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist es auch möglich, ein polarisationsunabhängiges abstimmbares optisches Filter vorzusehen.
In dem Fall einer Verwendung einer Parallelebenenplatte, die aus einem doppelbrechenden Material gebildet ist, als jede Polarisationseinrichtung können verschiedene Anordnungen durch zusätzliches Bereitstellen einer Halbwellenplatte angenommen werden.
34A und 34B veranschaulichen eine dreizehnte bevorzugte Ausführungsform des abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung. 34A entspricht der zehnten bevorzugten Ausführungsform, die in 31 gezeigt wird, und 34B zeigt die dreizehnte bevorzugte Ausführungsform.
In der Konfiguration, die in 34A gezeigt wird, hat jede der Keilplatten 121 und 122 einen Polarisationstrennungswinkel oder Keilwinkel Θ'. Die Strahlen 135 und 137 sind mit der optischen Faser 126 durch die Linse 125 gekoppelt, aber die Strahlen 136 und 138 sind nicht mit der optischen Faser 126 gekoppelt.
In der dreizehnten bevorzugten Ausführungsform, die in 34B gezeigt wird, werden Keilplatten 121' und 122' jede mit einem Keilwinkel Θ'', der kleiner als der Keilwinkel Θ' ist, verwendet. Strahlen 135' bis 138' werden von der Keilplatte 122' ausgegeben. Die Strahlen 135' und 137' sind im Prinzip gänzlich mit der optischen Faser 126 durch die Linse 125 gekoppelt. Da der Keilwinkel Θ'' kleiner als der Keilwinkel Θ' ist, können die Strahlen 136' und 138', von denen ursprünglich nicht erwartet wird, mit der optischen Faser 126 gekoppelt zu sein, teilweise mit der optischen Faser 126 gekoppelt werden. Falls eine derartige teilweise Kopplung der Strahlen 136' und 138' auftritt, ist es möglich, eine Wirkung zu erhalten, die ähnlich der ist, die durch Verwenden einer Teilpolarisierungseinrichtung als die zweite Polarisierungseinrichtung P2 erhalten wird.
Die Bedingung für eine teilweise Kopplung der Strahlen 136' und 138' mit der optischen Faser 126 ergibt sich durch a > fsinΘ'', wobei a der Kerndurchmesser der optischen Faser 126 ist und f die Brennweite der Linse 125 ist. Durch Erfüllen dieser Bedingung kann der Durchschnittsverlust des abstimmbaren optischen Filters wie in dem Fall einer Verwendung einer Teilpolarisierungseinrichtung als die zweite Polarisierungseinrichtung P2 reduziert werden.
Nachdem so verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, können zwei oder mehr der obigen bevorzugten Ausführungsformen kombiniert werden, um die vorliegende Erfindung auszuführen.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein abstimmbares optisches Filter vorzusehen, worin sich die Form einer charakteristischen Kurve, die eine Wellenlängencharakteristik von Transmission ergibt, entlang der Transmissionsachse ändert. Die anderen Wirkungen durch die vorliegende Erfindung werden aus der obigen Beschreibung offensichtlich.

Claims

Abstimmbare Optikfiltereinrichtung, umfassend erste und zweite Polarisierungsmittel (P1, P2; 121, 122; 141, 142, 143), jedes mit einer Übertragungsachse, die eine Polarisationsachse von übertragenem polarisierten Licht bestimmt; ein doppelbrechendes Element (BP; BP1, BP2), das zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist und eine optische Achse hat, die eine Phasendifferenz bestimmt, die zwischen zwei orthogonalen Komponenten von übertragenem polarisierten Licht gegeben ist; und eine Faraday-Dreheinrichtung (FR; FR1, FR2), die zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zu übertragenem polarisierten Licht zu geben; gekennzeichnet dadurch, dass das doppelbrechende Element fähig ist, eine Phasendifferenz entsprechend einer Länge von 20 bis 100 Mal einer Wellenlänge des polarisierten Lichts zu geben, das durch das doppelbrechende Element übertragen wird; und die relative Positionsbeziehung zwischen der optischen Achse des doppelbrechenden Elementes und den Übertragungsachsen der ersten und zweiten Polarisierungsmittel derart angeordnet ist, dass eine Variation des Faraday- Rotationswinkels die Form einer Übertragungscharakterisierungskurve entlang einer Übertragungsachse in Übereinstimmung mit der Variation des Faraday-Rotationswinkels ändert.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Faraday-Dreheinrichtung zwischen dem doppelbrechenden Element und dem zweiten Polarisierungsmittel vorgesehen ist; das erste Polarisierungsmittel, das doppelbrechende Element, die Faraday-Dreheinrichtung und das zweite Polarisierungsmittel in dieser Reihenfolge eines nach dem anderen entlang einer optischen Achse der abstimmbaren Optikfiltereinrichtung angeordnet sind; und ein Winkel Φ, der zwischen einer Übertragungsachse des ersten Polarisierungsmittels und der optischen Achse des doppelbrechenden Elementes gebildet wird, die Bedingung Φ ≠ nΠ/2 erfüllt, wobei n eine ganze Zahl ist.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Winkel Φ die Bedingung Φ = Π/4 erfüllt.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Übertragungsachsen der ersten und zweiten Polarisierungsmittel parallel zueinander sind.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Übertragungsachse des zweiten Polarisierungsmittels parallel zu der optischen Achse des doppelbrechenden Elementes ist.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Winkel Φ die Bedingung Φ ≠ Π/4 erfüllt.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Viertel-Wellenplatte (2), die zwischen dem ersten Polarisierungsmittel und dem doppelbrechenden Element vorgesehen ist.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Faraday-Dreheinrichtung zwischen dem ersten Polarisierungsmittel und dem doppelbrechenden Element vorgesehen ist; das erste Polarisierungsmittel, die Faraday-Dreheinrichtung, das doppelbrechende Element und das zweite Polarisierungsmittel in dieser Reihenfolge eines nach dem anderen entlang einer optischen Achse der abstimmbaren Optikfiltereinrichtung angeordnet sind; und ein Winkel Θ, der zwischen der optischen Achse des doppelbrechenden Elementes und einer Übertragungsachse des zweiten Polarisierungsmittels gebildet wird, die Bedingung Θ ≠ nΠ/2 erfüllt, wobei n eine ganze Zahl ist.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Winkel Θ die Bedingung Θ= Π/4 erfüllt.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Übertragungsachsen der ersten und zweiten Polarisierungsmittel parallel zueinander sind.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Übertragungsachse des zweiten Polarisierungsmittels der optischen Achse des doppelbrechenden Elementes parallel ist.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Winkel Θ die Bedingung Θ ≠ Π/4 erfüllt.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Viertel-Wellenplatte (2), die zwischen dem doppelbrechenden Element und dem zweiten Polarisierungsmittel vorgesehen ist.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Faraday-Dreheinrichtung erste und zweite Faraday-Dreheinrichtungen (FR1, FR2) inkludiert; das doppelbrechende Element zwischen den ersten und zweiten Faraday-Dreheinrichtungen vorgesehen ist; und das erste Polarisierungsmittel, die erste Faraday-Dreheinrichtung, das doppelbrechende Element, die zweite Faraday-Dreheinrichtung und das zweite Polarisierungsmittel in dieser Reihenfolge eines hinter dem anderen entlang einer optischen Achse der abstimmbaren Optikfiltereinrichtung angeordnet sind.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend Steuermittel (4) zum Steuern der ersten und zweiten Faraday-Dreheinrichtungen, sodass ein Faraday-Rotationswinkel durch die erste Faraday-Dreheinrichtung im wesentlichen gleich einem Faraday-Rotationswinkel durch die zweite Faraday-Dreheinrichtung wird.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: das doppelbrechende Element erste und zweite doppelbrechende Elemente (BP1, BP2) inkludiert; die Faraday-Dreheinrichtung zwischen den ersten und zweiten doppelbrechenden Elementen vorgesehen ist; und das erste Polarisierungsmittel, das erste doppelbrechende Element, die Faraday-Dreheinrichtung, das zweite doppelbrechende Element und das zweite Polarisierungsmittel in dieser Reihenfolge eines hinter dem anderen entlang einer optischen Achse der abstimmbaren Optikfiltereinrichtung angeordnet sind.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 16, wobei die ersten und zweiten doppelbrechenden Elemente eine optische Achse parallel zueinander aufweisen.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine variable Phasenschiebeeinrichtung (6), die zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist; wobei eingegebenes Licht zu dem ersten Polarisierungsmittel zugeführt wird.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 18, wobei die variable Phasenschiebeeinrichtung (6) erste und zweite Viertel-Wellenplatten (10, 12) und eine andere Faraday-Dreheinrichtung (8) inkludiert, die zwischen den ersten und zweiten Viertel-Wellenplatten vorgesehen ist, um einen variablen Faraday-Rotationswinkel zu ergeben.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens eine Filtereinheit (14(#1),..., 14(#N)), die zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist; wobei die mindestens eine Filtereinheit Elemente umfasst, die jeweils dem ersten Polarisierungsmittel, dem doppelbrechenden Element und der Faraday-Dreheinrichtung entsprechen.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 20, ferner umfassend: eine variable Phasenschiebeeinrichtung (6), die zwischen den ersten und zweiten Polarisierungsmitteln vorgesehen ist; wobei die Filtereinheit ferner ein Element entsprechend der variablen Phasenschiebeeinrichtung umfasst.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, die ein Sperrfilter mit variablem Verlust bildet, wobei sich eine Wellenlängencharakteristik einer Transmission entlang einer Transmissionsachse gemäß einer Änderung in dem Faraday-Winkel ändert.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 22, wobei. eingegebenes Licht dem ersten Polarisierungsmittel zugeführt wird; das eingegebene Licht ein vorbestimmtes Band aufweist; und das vorbestimmte Band enger als 1/2 einer spektralen Breite ist, was eine Periode einer Kurve der Wellenlängencharakteristik einer Transmission ergibt.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: die ersten und zweiten Polarisierungsmittel erste und zweite Keilplatten (121, 122) umfassen, die jede jeweils aus einem doppelbrechenden Material gebildet sind; und die ersten und zweiten Keilplatten angeordnet sind, sodass ein oberer Abschnitt und ein unterer Abschnitt der ersten Keilplatte einem unteren Abschnitt bzw. einem oberen Abschnitt der zweiten Keilplatte entgegengesetzt sind, und dass entsprechende Flächen der ersten und zweiten Keilplatten parallel zueinander sind.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: das erste Polarisierungsmittel eine erste Keilplatte (141) umfasst, die aus einem doppelbrechenden Material gebildet ist; das zweite Polarisierungsmittel zweite und dritte Keilplatten (142, 243) umfasst, jede aus einem doppelbrechenden Material gebildet; die ersten, zweiten und dritten Keilplatten angeordnet sind, sodass ein oberer Abschnitt und ein unterer Abschnitt der ersten Keilplatte einem unteren Abschnitt bzw. einem oberen Abschnitt der zweiten Keilplatte entgegengesetzt sind, und der obere Abschnitt und der untere Abschnitt der zweiten Keilplatte einem unteren Abschnitt bzw. einem oberen Abschnitt der dritten Keilplatte entgegengesetzt sind.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 24 oder 25, ferner umfassend: eine erste Linse (124) zum Zuführen von Licht von einer ersten optische Faser (123) zu der ersten Keilplatte; eine zweite Linse (125) zum Konvergieren eines Lichtstrahls jeweils von der zweiten oder dritten Keilplatte; und eine zweite optische Faser (126), mit der der Lichtstrahl gekoppelt ist, der durch die zweite Linse konvergiert wird.
Abstimmbare Optikfiltereinrichtung nach Anspruch 26, die eine Bedingung f sin Θ'' < a erfüllt, wobei: Θ'': ein Polarisationstrennungswinkel von jeder der Keilplatten ist; a: ein Kerndurchmesser der zweiten optischen Faser ist; und f: die Brennweite der zweiten Linse ist.
Abstimmbares optisches Filter nach Anspruch 1, wobei: eingegebenes Licht dem ersten Polarisierungsmittel zugeführt wird; und das zweite Polarisierungsmittel ein Teilpolarisierungsmittel inkludiert.
Abstimmbares optisches Filter nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Polarisierungsmittel erste und zweite Parallelebenenplatten umfassen, jede jeweils aus einem doppelbrechenden Material gebildet; das abstimmbare optische Filter ferner umfassend: eine erste optische Faser; eine erste Linse zum Zuführen von Licht von der ersten optischen Faser zu der ersten Parallelebenenplatte; eine zweite Linse zum Konvergieren eines Lichtstrahls von der zweiten Parallelebenenplatte; und eine zweite optische Faser, mit der der Lichtstrahl, der durch die zweite Linse konvergiert wird, unter gegebenen Bedingungen gekoppelt ist.
Abstimmbares optisches Filter nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Faraday-Dreheinrichtung inkludiert einen magneto-optischen Kristall, der sich in einem optischen Pfad befindet, Magnetfeld-Anwendungsmittel zum Anwenden erster und zweiter magnetischer Felder mit unterschiedlichen Richtungen auf den magneto-opti schen Kristall, sodass die Stärke eines synthetischen magnetischen Feldes der ersten und zweiten Magnetfelder größer als ein vorbestimmter Wert wird, und Magnetfeld-Abstimmungsmittel zum Ändern der Stärke mindestens eines der ersten und zweiten Magnetfelder.
Abstimmbares optisches Filter nach Anspruch 30, wobei die ersten und zweiten Magnetfelder in orthogonalen Richtungen in einer Ebene angewendet werden, die eine Ausbreitungsrichtung des Lichts enthält, das den magneto-optischen Kristall durchläuft.
Abstimmbares optisches Filter nach Anspruch 30, wobei: das Magnetfeld-Anwendungsmittel einen Elektromagnet und einen Permanentmagnet zum Anwenden der ersten bzw. zweiten Magnetfelder inkludiert; und das Magnetfeld-Abstimmungsmittel einen Ansteuerstrom des Elektromagneten abstimmt.
Abstimmbares optisches Filter nach Anspruch 30, wobei: das Magnetfeld-Anwendungsmittel erste und zweite Elektromagnete zum Anwenden der ersten bzw. zweiten Magnetfelder inkludiert; und das Magnetfeld-Abstimmungsmittel einen Ansteuerstrom von mindestens einem der ersten und zweiten Elektromagneten abstimmt.
Abstimmbares optisches Filter nach Anspruch 30, wobei der vorbestimmte Wert ein Wert entsprechend einer Magnetfeldstärke ist, die erforderlich ist, um Magnetisierung des magneto-optischen Kristalls zu sättigen.