(57)【要約】電気光学素子（３３）の屈折率変化を利用して光を偏向させるとともに、反射素子（４）を用いてその光を反射する構造の反射型可変光反射素子（３４）を用いることで、従来よりも高速応答，低挿入損失で、且つ、小型の可変光減衰器，光シャッターおよび光スイッチ等の光デバイスを実現することができる。
2004003652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子（３）と、
該可変光偏向素子（３）の該透過光を反射する反射素子（４）とをそなえたことを特徴とする、反射型可変光偏向器。
【請求項２】
入力コリメート光を集光して該可変光偏向素子へ入射する集光手段（２ａ）と、
該反射素子（４）による反射光を受けてコリメートする出力コリメータ（２ｂ）とをさらにそなえたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の反射型可変光偏向器。
【請求項３】
該可変光偏向素子（３）が、上記外部入力信号に応じて屈折率が変化するとともに、該入力光の進行する平面においてくさび形状を有する屈折率可変素子であることを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の反射型可変光偏向器。
【請求項４】
該屈折率可変素子が、電気光学素子であることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の反射型可変光偏向器。
【請求項５】
該電気光学素子が、ＰＬＺＴ結晶を用いて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の反射型可変光偏向器。
【請求項６】
該反射素子（４）が、該可変光偏向素子（３）の出力面に設けられた反射板又は反射膜であることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器。
【請求項７】
入力光ファイバ（４ａ）と、
該入力光ファイバ（４ａ）から出射される光をコリメートする入力コリメータ（１ｂ）と、
該入力コリメータ（１ｂ）から出射されるコリメート光を集光する入力集光手段（２ａ）と、
該入力集光手段（２ａ）で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子（３）と、該可変光偏向素子（３）の透過光を反射する反射素子（４）とをそなえて成る反射型可変光偏向器（３４）と、
該反射型可変光偏向器（３４）の該反射素子（４）で反射された光をコリメートする出力コリメータ（２ｂ）と、
該出力コリメータ（２ｂ）から出射されるコリメート光を集光する出力集光手段（１ｂ）と、
該出力集光手段（１ｂ）の集光位置にコアが位置するよう設けられた出力光ファイバ（４ｂ）とをそなえたことを特徴とする、反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項８】
該光デバイスが、該外部入力信号を可変することにより該透過光の出力角度を変化させて、該出力集光手段（１ｂ）から該出力光ファイバ（４ｂ）のコアに集光する光量を変化させることで、該出力光ファイバ（４ｂ）の光出力強度を可変にする可変光減衰器として用いられることを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項９】
該光デバイスが、該外部入力信号を可変することにより該透過光の出力角度を変化させて、該出力光ファイバ（４ｂ）のコア以外に該出力集光手段（２ｂ）からの光を集光させることで、該出力光ファイバ（４ｂ）の光出力をシャットダウンする光シャッターとして用いられることを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１０】
該入力光ファイバ（４ａ）及び該出力光ファイバ（４ｂ）が２芯フェルール（４１）により一体固定されるとともに、該入力コリメータ（１ａ）と該出力集光手段（１ｂ）とが単一のレンズ（１）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第７項〜第９項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１１】
該入力光ファイバ（４ａ）及び該出力光ファイバ（４ｂ）が２芯フェルール（４１）により一体固定されるとともに、該入力集光手段（２ａ）と該出力コリメータ（２ｂ）とが単一のレンズ（２）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第７項〜第９項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１２】
該入力光ファイバ（４ａ）及び該出力光ファイバ（４ｂ）が２芯フェルール（４１）により一体固定されるとともに、該入力コリメータ（１ａ）と該出力集光手段（１ｂ）とが単一のレンズ（１）で兼用され、且つ、該入力集光手段（２ａ）と該出力コリメータ（２ｂ）とが単一のレンズ（２）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第７項〜第９項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１３】
該入力光ファイバ及び該出力光ファイバがそれぞれｎ本（ｎは２以上の整数）ずつ設けられ（４ａ−１，４ａ−２，４ｂ−１，４ｂ−２）、これらの（２×ｎ）本の光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２，４ｂ−１，４ｂ−２）が（２×ｎ）芯フェルール（４２）により一体固定されるとともに、上記ｎ本の入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）から出射される光をそれぞれコリメートする該入力コリメータ（１ａ）と、該出力コリメータ（２ｂ）から出射されるｎ本のコリメート光を上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）にそれぞれ集光する該出力集光手段（１ｂ）とが一つのレンズ（１）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第７項〜第９項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１４】
入力光ファイバ（４ａ）と、
該入力光ファイバ（４ａ）から出射される光をコリメートする入力コリメータ（１ａ）と、
該入力コリメータ（１ａ）から出射されるコリメート光を集光する入力集光手段（２ａ）と、
該入力集光手段（２ａ）で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子（３）と、該可変光偏向素子（３）の透過光を反射する反射素子（４）とをそなえて成る反射型可変光偏向器（３４）と、
該反射型可変光偏向器（３４）の該反射素子（４）で反射された光をコリメートする出力コリメータ（２ｂ）と、
該出力コリメータ（２ｂ）から出射されるコリメート光を集光する出力集光手段（１ｂ）と、
該反射型可変光偏向器（３４）での該透過光の出力角度に応じた該出力集光手段（２ｂ）の複数の集光位置にコアがそれぞれ位置するよう設けられたｎ本（ｎは２以上の整数）の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）とをそなえ、
該外部入力信号を所定値に切り替えて該透過光の出力角度を変化させることで、上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）のコアのいずれかに該出力集光手段（２ｂ）からの光を集光させる１×ｎ光スイッチとして用いられることを特徴とする、反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１５】
該入力光ファイバ（４ａ）と上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）とが多芯フェルール（４３）により一体固定されるとともに、該入力コリメータ（１ａ）と該出力集光手段（１ｂ）とが単一のレンズ（１）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１６】
該入力光ファイバ（４ａ）と上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）が多芯フェルール（４３）により一体固定されるとともに、該入力集光手段（２ａ）と該出力コリメータ（２ｂ）とが単一のレンズ（２）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１７】
該入力光ファイバ（４ａ）と上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）が多芯フェルール（４３）により一体固定されるとともに、該入力コリメータ（１ａ）と該出力集光手段（１ｂ）とが単一のレンズ（１）で兼用され、且つ、該入力集光手段（２ａ）と該出力コリメータ（２ｂ）とが単一のレンズ（２）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１８】
該１×ｎ光スイッチが、該外部入力信号を連続的に変化させることにより、１本の出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させて、当該出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰機能を有することを特徴とする、請求の範囲第１４〜第１７項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１９】
該１×ｎ光スイッチが、
該可変光減衰機能を駆動すべく連続的に変化する該外部入力信号を生成する可変光減衰用信号源（９）と、
該所定値の該外部入力信号を生成するスイッチング用信号源（８）とをそなえたことを特徴とする、請求の範囲第１８項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項２０】
ｎ本の入力光ファイバと、
上記ｎ本（ｎは２以上の整数）の入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）からそれぞれ出射される光をそれぞれコリメートするための入力コリメータ（１ａ）と、
該入力コリメータ（１ａ）から出射されるコリメート光を集光する入力集光手段（２ａ）と、
それぞれ、該入力集光手段（２ａ）で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子（３）と、該可変光偏向素子（３）の透過光を反射する反射素子（４）とをそなえて成るｎ個の反射型可変光偏向器（３４−１，３４−２）と、
該反射型可変光偏向器（３４−１，３４−２）の該反射素子（４）で反射された光をコリメートする出力コリメータ（２ｂ）と、
該出力コリメータ（２ｂ）から出射されるコリメート光を集光する出力集光手段（１ａ）と、
該反射型可変光偏向器（３４−１，３４−２）での該透過光の出力角度に応じた該出力集光手段（１ｂ）の１以上の集光位置にコアが位置するよう設けられたｍ本（ｍは１以上の整数）の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）とをそなえ、
該外部入力信号を所定値に切り替えて該透過光の出力角度を変化させることで、該出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）のコアに上記ｎ本の入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）のいずれかについての該出力集光手段（１ｂ）からの光を集光させるｎ×ｍ光スイッチとして用いられることを特徴とする、反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項２１】
上記ｍが２以上である場合に、該入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）と該出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）の配置関係に応じて該入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）と該出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）との間の光路を変更する光路変更手段（５）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲第２０項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項２２】
該入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）と上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）とが多芯フェルール（４４）により一体固定されるとともに、該入力コリメータ（１ａ）と該出力集光手段（１ｂ）とが単一のレンズ（１）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第２０項又は第２１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項２３】
入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）と上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）が多芯フェルール（４４）により一体固定されるとともに、該入力集光手段（２ａ）と該出力コリメータ（２ｂ）とが単一のレンズ（２）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第２０項又は第２１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項２４】
該入力光ファイバ（４ａ−１，４ａ−２）と上記ｎ本の出力光ファイバ（４ｂ−１，４ｂ−２）が多芯フェルール（４４）により一体固定されるとともに、該入力コリメータ（１ａ）と該出力集光手段（１ｂ）とが単一のレンズで兼用され、且つ、該入力集光手段（２ａ）と該出力コリメータ（２ｂ）とが単一のレンズ（２）で兼用されることを特徴とする、請求の範囲第２０項又は第２２項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、電気光学効果（ポッケルス効果）を有する素子を利用した反射型可変光偏向器及びそれを用いた可変光減衰器や光スイッチ等の光デバイスに関する。
【背景技術】  これまで、光を減衰させる技術として、下記（１）〜（４）に示すような方法が実際に用いられている。
（１）光路上に設置した遮蔽物を機械的に移動させて透過率を変化させる方法
（２）光導波路で作製したマッハツェンダー干渉計の途中に、温度によって屈折率の変化する材料を挿入し、片側の光路のみを加熱または冷却することにより干渉性を変化させて透過率を変化させる方法
（３）偏光子と検光子の間にファラデー回転素子を挿入し、ファラデー回転素子に印加する磁界を変化させることによりファラデー回転を生じさせ、光線の偏光と検光子の偏光のミスマッチを起こすことにより透過率を変化させる方法
（４）光ファイバのクラッドを一部除去して、そこに温度により屈折率の変化する材料を充填し、コアとクラッドの屈折率関係を変化させることにより放射を誘発して透過率を変化させる方法
しかし、上記のいずれの方法においてもせいぜい数百μｓ（マイクロ秒）程度の応答速度であるため、例えば、ＷＤＭシステムにおいて信号波長のアド／ドロップやクロスコネクトがダイナミックに行なわれる際に要求される更なる高速な応答には追随できないという課題があった。
そこで、光変調器等で使用されている高速応答が可能な技術を応用し、電気光学効果を有する素子（例えば、ＬｉＮｂＯ３等）からなる導波路によりマッハツェンダー回路を構成して、片側光路のみに電圧を印加することにより減衰をかける方式も報告されているが、挿入損失や偏光依存損失が大きいという課題がある。また、ＷＤＭ伝送装置に適用する場合には、波長多重数分の可変光減衰器が必要となるが、近年のＷＤＭ伝送技術における波長多重数からみると、適切なサイズになっておらず、ＷＤＭ伝送装置の規模増大を招いてしまう。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、反射型の可変光偏向器を利用して、応答速度が高速で、且つ、挿入損失や偏光依存損失の少ない可変光減衰器や光スイッチ等の光デバイスを、小型に実現することを目的とする。
なお、可変光偏向器自体は、例えば特開平１０−３０７３０７号公報や特開平１０−２８８７９８号公報等に開示されているように、レーザプリンタ，レーザ走査顕微鏡，バーコードリーダ等のスキャナー部に用いられるものとして公知であるが、ＷＤＭ伝送装置に適用するには不向きである。
というのも、上記の公知技術では、入力光学系から可変光偏向器への入射光をその入射面と反対面である出射面へ透過させ、その透過光をそのまま出力光学系で受ける構成、即ち、入力光学系，可変光偏向器及び出力光学系をほぼ一直線上に並べて配置する必要があるため、小型化に限度があり、波長多重数が増えた場合にはやはり装置規模の増大を招く結果となるのである。
【発明の開示】
上記の目的を達成するために、本発明の反射型可変光偏向器は、入力光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえたことを特徴としている。
ここで、本反射型可変光偏向器は、入力コリメート光を集光して上記の可変光偏向素子へ入射する集光手段と、上記の反射素子による反射光を受けてコリメートする出力コリメータとをさらにそなえていてもよい。
そして、上記の可変光偏向素子は、上記外部入力信号に応じて屈折率が変化するとともに、上記入力光の進行する平面においてくさび形状を有する屈折率可変素子であるのが好ましい。
さらに、この屈折率可変素子は、電気光学素子であるのが好ましく、その電気光学素子としては、ＰＬＺＴ｛（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３｝結晶を用いて構成されたものがより好ましい。また、上記の反射素子は、上記可変光偏向素子の出力面に設けられた反射板又は反射膜であるのが好ましい。
次に、本発明の反射型可変光偏向器を用いた光デバイスは、
（１）入力光ファイバと、
（２）この入力光ファイバから出射される光をコリメートする入力コリメータと、
（３）この入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
（４）この入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成る反射型可変光偏向器と、
（５）上記の反射型可変光偏向器の反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
（６）この出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
（７）上記の出力集光手段の集光位置にコアが位置するよう設けられた出力光ファイバとを
そなえたことを特徴としている。
ここで、本光デバイスは、上記の外部入力信号を可変することにより上記の透過光の出力角度を変化させて、上記出力集光手段から出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させれば、上記出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰器として用いることができ、出力光ファイバのコア以外に上記出力集光手段からの光を集光させるようにすれば、出力光ファイバの光出力をシャットダウンする光シャッターとして用いることができる。
なお、上記の反射型可変光偏向器が、入射光を反射する構成となっているので、上記の入力光ファイバ及び出力光ファイバを２芯フェルールにより一体固定するとともに、上記の入力コリメータと出力集光手段とを単一のレンズで兼用することができる。さらに、上記の入力集光手段と出力コリメータとを単一のレンズで兼用することもできる。
また、上記の入力光ファイバ及び出力光ファイバをそれぞれｎ本（ｎは２以上の整数）ずつ設けられる場合にも、これらの（２×ｎ）本の光ファイバを（２×ｎ）芯フェルールにより一体固定するとともに、上記ｎ本の入力光ファイバから出射される光をそれぞれコリメートする上記入力コリメータと、上記出力コリメータから出射されるｎ本のコリメート光を上記ｎ本の出力光ファイバにそれぞれ集光する出力集光手段とを一つのレンズで兼用することが可能である。
次に、本発明の反射型可変光偏向器を用いた光デバイスは、
（１）入力光ファイバと、
（２）この入力光ファイバから出射される光をコリメートする入力コリメータと、
（３）この入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
（４）この入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成る反射型可変光偏向器と、
（５）この反射型可変光偏向器の上記反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
（６）この出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
（７）上記の反射型可変光偏向器での透過光の出力角度に応じた上記出力集光手段の複数の集光位置にコアがそれぞれ位置するよう設けられたｎ本（ｎは２以上の整数）の出力光ファイバとをそなえ、
上記の外部入力信号を所定値に切り替えて上記透過光の出力角度を変化させることで、上記ｎ本の出力光ファイバのコアのいずれかに上記出力集光手段からの光を集光させる１×ｎ光スイッチとして用いられることを特徴としている。
ここで、この場合も、上記の反射型可変光偏向器が、入射光を反射する構成となっているので、上記の入力光ファイバとｎ本の出力光ファイバとを多芯フェルールにより一体固定するとともに、上記の入力コリメータと出力集光手段とを単一のレンズで兼用することができ、さらには、上記の入力集光手段と出力コリメータとを単一のレンズで兼用することができる。
なお、本１×ｎ光スイッチは、上記の外部入力信号を連続的に変化させることにより、１本の出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させて、その出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰機能をさらに有していてもよい。この場合、その可変光減衰機能を駆動すべく連続的に変化する上記の外部入力信号を生成する可変光減衰用信号源と、前記の所定値の外部入力信号を生成するスイッチング用信号源とをそなえるのが好ましい。
次に、本発明の反射型可変光偏向器を用いた光デバイスは、
（１）ｎ本の入力光ファイバと、
（２）上記ｎ本（ｎは２以上の整数）の入力光ファイバからそれぞれ出射される光をそれぞれコリメートするための入力コリメータと、
（３）この入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
（４）それぞれ、上記の入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成るｎ個の反射型可変光偏向器と、
（５）これらの反射型可変光偏向器の反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
（６）この出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
（７）上記反射型可変光偏向器での透過光の出力角度に応じた出力集光手段の１以上の集光位置にコアが位置するよう設けられたｍ本（ｍは１以上の整数）の出力光ファイバとをそなえ、
上記の外部入力信号を所定値に切り替えて上記透過光の出力角度を変化させることで、上記の出力光ファイバのコアに上記ｎ本の入力光ファイバのいずれかについての上記出力集光手段からの光を集光させるｎ×ｍ光スイッチとして用いられることを特徴としている。
ここで、上記ｍが２以上である場合には、上記の入力光ファイバと出力光ファイバの配置関係に応じてそれら入力光ファイバと出力光ファイバとの間の光路を変更する光路変更手段を設けるのが好ましい。
なお、この場合も、上記の反射型可変光偏向器が、入射光を反射する構成となっているので、上記の入力光ファイバとｎ本の出力光ファイバとを多芯フェルールにより一体固定するとともに、上記の入力コリメータと出力集光手段とを単一のレンズで兼用することができ、さらには、上記の入力集光手段と出力コリメータとを単一のレンズで兼用することもできる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の一実施形態としての反射型可変光偏向器の構成を光路も併せて示す模式的斜視図である。
図２は図１に示す反射型可変光偏向器を矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図である。
図３は図１に示す反射型可変光偏向器を矢印Ｂ方向から見た場合の模式的平面図である。
図４は本実施形態に係る印加電圧（Ｖ）に対する偏向角（ｄｅｇｒｅｅ）の関係を示す図である。
図５は本実施形態の可変光偏向器を用いた光デバイスとしての可変光減衰器の構成を光路も併せて示す模式的斜視図である。
図６は図５に示す可変光減衰器を矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図である。
図７は図５に示す可変光減衰器を矢印Ｂ方向から見た場合の模式的平面図である。
図８は図５〜図７に示す可変光減衰器の特性例（印加電圧に対する減衰量）を示す図である。
図９及び図１０は図５〜図７に示す可変光減衰器の変形例を示す模式的斜視図である。
図１１は図１０に示す可変光減衰器の光路（往路）を説明するための模式的側面図である。
図１２は図１０に示す可変光減衰器の光路（復路）を説明するための模式的側面図である。
図１３は本実施形態の可変光偏向器を用いた光デバイスとしての光シャッターを実現するための構成を示すブロック図である。
図１４は図１〜図３に示す可変光偏向器を用いた光デバイスとしての１×２光スイッチの構成を光路も併せて示す模式的斜視図である。
図１５は図１４に示す光スイッチに可変光減衰機能をもたせる場合の構成を示すブロック図である。
図１６は図１４に示す光スイッチの変形例を示す模式的斜視図である。
図１７は図１６に示す光スイッチの光路を説明すべく図１６に示す光スイッチを矢印Ａ方向から見た模式的側面図である。
図１８は図１〜図３に示す可変光偏向器を用いた光デバイスとしての２×２光スイッチの構成を光路も併せて示す模式的斜視図である。
図１９は図１８に示す光スイッチの光路（往路）を説明すべく図１８に示す光スイッチを矢印Ａ方向から見た模式的側面図である。
図２０は図１８に示す光スイッチの光路（復路）を説明すべく図１８に示す光スイッチを矢印Ａ方向から見た模式的側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （Ａ）反射型可変光偏向器の説明
図１は本発明の一実施形態としての反射型可変光偏向器の構成を光路も併せて示す模式的斜視図、図２は同じ反射型可変光偏向器を図１の矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図、図３は同じ反射型可変光偏向器を図１の矢印Ｂ方向から見た場合の模式的平面図である。
これらの図１〜図３に示すように、本実施形態の反射型可変光偏向器は、例えば、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂと、電極３１，３２及び電気光学素子３３から成る可変光偏向素子３と、この可変光偏向素子３の光入射面とは反対の面（出力面）に設けられた反射素子４とをそなえて構成されている。なお、可変光偏向素子３と反射素子４とで構成される素子を反射型可変光偏向素子３４と表記する。
ここで、第１レンズであるシリンドリカルレンズ（入力集光手段）２ａは、例えば図２に示すように、入射光（コリメート光）の光線面の一方向（可変光偏向素子の厚み方向）だけを集光するもので、その焦点位置が反射素子４に位置するよう配置されている。
また、可変光偏向素子３は、図１及び図３に示すように、入力光の進行する平面（図１のＸＹ平面）においてくさび形状（台形形状）を有し、上記シリンドリカルレンズ２ａで集光された入力光を透過するとともに、電極３１，３２への印加電圧（外部入力信号）に応じて電気光学素子（屈折率変化素子）３３の屈折率が変化することにより、その透過光の出力角度が変化する（つまり、反射素子４での反射光の反射角が変化する）ものである。
さらに、第２レンズであるシリンドリカルレンズ２ｂは、この反射素子４による反射光をコリメートする出力コリメータとして機能するもので、図１に示すＸ軸方向に上記の角度変化に応じた範囲で出射される光を受光できるだけの幅（Ｘ軸方向）を有している。
上記の電気光学素子３３は、その台形面が図１におけるＸＹ平面と平行となるように配置され、電圧印加を図１のＺ方向で行なうため、電気光学素子３３を挟む形でその両面（Ｚ方向）に電気光学素子３３と同じ台形形状を有する電極３１，３２が配置されている。電気光学素子３３としては、例えば、ＰＬＺＴ｛（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３｝結晶を用いるが、同様の電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ３結晶やＧａＡｓ，ＩｎＰといった化合物半導体，電気光学効果を有するポリマー（例えば、エポキシ系ＥＯポリマー）等を適用することもできる。
なお、本実施形態では、入射光がシリンドリカルレンズ２ａでＺ方向に集光されているため、電極３１，３２間の距離は１０〜３０μｍ程度と狭くすることができ、電気光学素子３３に対して電圧を有効に印加することができる。また、反射素子４は、可変光偏向素子３の３３ａ入射面とは反対の面３３ｂに接合した平板状の反射板３４でもよいし、その面３３ｂに成膜した反射膜でもよい。
さらに、少なくとも電極３１，３２の形状をくさび形状（台形形状）あるいは三角形状にすれば、印加電圧に応じてその部分の電気光学素子３３の屈折率を変化させて透過光の出力角度（反射光角）を変化させることができるので、電気光学素子３３自体の形状は電極３１，３２と同じ形状でなくともよく、例えば、長方形としてもよい。また、電極３１，３２と反射素子４とは必ずしも接している必要はない。さらに、可変光偏向素子３の光線入出力面は、特別な光線波面整形のための取り込み口は必要としないため、直線的に切り出された、または研磨されたシンプルな形状でよい。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の反射型可変光偏向器（以下、単に「可変光偏向器」と略することがある）の動作について説明する。
まず、入射光（コリメート光）は、シリンドリカルレンズ２ａに入力されると、その光線面の一方向（図１におけるＺ軸方向）だけが集光されて、可変光偏向素子３の電気光学素子３３に入射する。そして、電極３１，３２に対して電圧を印加すると、電気光学素子３３の屈折率が変化する。
ここで、図１の矢印Ａ方向から見た場合（図２）では、可変光偏向素子３が平行平板となっているため、電圧印加の結果生じる屈折率の変化により光線方向は変化しない。しかし、図１の矢印Ｂ方向から見た場合（図３）では、可変光偏向素子３がＸＹ平面において台形形状を有しているため、電圧印加の結果生じる屈折率の変化により光線方向（反射素子４からシリンドリカルレンズ２ｂへの光路）が変化する。
なお、図４に印加電圧（Ｖ）に対する偏向角（ｄｅｇｒｅｅ）の関係を示す。この図４に示すように、０〜８Ｖの印加電圧変化に対して、約０．７５°の角度変化が得られる。ただし、本実施形態における台形形状の可変光偏向素子３のテーパー角α（図３参照）は７０°に設定している。また、上述のごとく屈折率が変化する素子としては、電気光学素子３３の他、熱により屈折率が変化する素子、磁気により屈折率が変化する素子、応力付加により屈折率が変化する素子などが挙げられるが、波長多重数の多い高速伝送を行なうＷＤＭ伝送装置に適用する場合には、高速応答及びサイズの面では不向きである。
（Ｂ）反射型可変光偏向器を用いた光デバイスの説明
次に、以下では、上述した可変光偏向器（反射型可変光偏向素子３４）を用いた光デバイス（可変光減衰器，光シャッター，光スイッチ等）について説明する。
（Ｂ１）可変光偏向器を用いた可変光減衰器の説明
図５は上述した可変光偏向器を用いた光デバイスとしての可変光減衰器の構成を光路も併せて示す模式的斜視図、図６はこの可変光減衰器を図５の矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図、図７は同じ可変光減衰器を図５の矢印Ｂ方向から見た場合の模式的平面図で、これらの図５〜図７に示すように、本実施形態の可変光減衰器は、図１〜図３により上述した構成に加えて、入力光ファイバ４ａ，出力光ファイバ４ｂ，入力コリメートレンズ（球面又は非球面レンズ）１ａ，出力コリメートレンズ（球面又は非球面レンズ）１ｂをさらにそなえて構成されている。
ここで、第３レンズである入力コリメートレンズ（入力コリメータ）１ａは、入力光ファイバ４ａから出射される光をコリメートするためのものであり、そのコリメート光はシリンドリカルレンズ２ａに入力されるようになっている。また、第４レンズである出力コリメートレンズ（出力集光手段）１ａは、シリンドリカルレンズ２ｂから出射される光（反射素子４による反射光）を集光して出力光ファイバ４ｂのコアに集光するためのものである。
なお、本例においては、コリメートレンズ１ａ（１ｂ）として、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が４．０ｍｍの非球面レンズを用い、シリンドリカルレンズ２ａ（２ｂ）として、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が１．８ｍｍのレンズを用いている。
上述のごとく構成された本可変光減衰器の動作は次のようになる。
即ち、入力光ファイバ４ａを出射した光は、第３レンズである入力コリメートレンズ１ａによりコリメートされ、第１レンズ（シリンドリカルレンズ）２ａに入射し、前述したのと同様に、そのシリンドリカルレンズ２ａにより入力コリメート光の光波面の一方向（図５のＺ軸方向）のみが集光されて、可変光偏向素子３（電気光学素子３３）を透過し、反射素子４で反射される。
反射素子４で反射された光は、入力側のシリンドリカルレンズ２ａと同等の性質をもつ第２レンズ（シリンドリカルレンズ）２ｂによりコリメートされたのち、入力コリメートレンズ１ａと同等の性質をもつ第４レンズ（コリメートレンズ）１ｂを通じて出力ファイバ４ｂのコアに集光される。
ここで、可変光偏向素子３（電極３１，３２）への電圧無印加時に最高効率で光結合するように、コリメートレンズ１ｂと出力光ファイバ４ｂの位置を調整しておけば、電圧印加により可変光結合素子３での透過光の出力角度が変化してシリンドリカルレンズ２ｂ，コリメートレンズ１ｂへの入射角度が変わるため、光線は出力光ファイバ４ｂのコア中心とは異なる位置に集光され、出力光ファイバ４ｂへの光結合効率は下がることになる。
このようにして、印加電圧（外部入力信号）を可変にして可変光結合素子３での透過光の出力角度を変化させて、出力光ファイバ４ｂのコアに集光する光量を変化させることで、出力光ファイバ４ｂの光出力強度を可変にすることができる。図８に本可変光減衰器の特性例（印加電圧に対する減衰量）を示す。この図８に示すように、本可変光減衰器では、０〜８Ｖの印加電圧変化に対して、５０ｄＢ以上の減衰量が得られる。
なお、本実施形態では、電圧無印加時に出力光ファイバ４ｂへの光結合効率が最大となるような設計としているため、印加電圧増加に伴い減衰量が増加する特性となっているが、逆に、最大電圧印加時に出力光ファイバ４ｂへの光結合効率が最大となるような設計とすれば、電圧無印加時に減衰量が最大となり、印加電圧増加に従い減衰量が減少する特性となる。
ところで、本実施形態では、可変光偏向素子３４が反射素子４により電気光学素子３３を透過する光を反射する構造となっているので、入力光ファイバ４ａからの光の出射面と出力光ファイバ４ｂへの光の入射面とを同一平面内に位置することができる。
したがって、例えば図９に示すように、入力光ファイバ４ａ及び出力光ファイバ４ｂを２芯フェルールに設置して一体固定することができる。また、入力光ファイバ４ａから反射素子４への光路（入力光路；往路）と反射素子４から出力光ファイバ４ｂへの光路（出力光路；復路）とで個別に設けられている上記コリメートレンズ１ａ及び１ｂ（入力コリメータ及び出力集光手段）を単一のコリメートレンズ１により共通化（兼用）し、同様に、上述したシリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂ（入力集光手段及び出力コリメータ）を単一のシリンドリカルレンズ２により共通化（兼用）することもできる。
これにより、レンズを入力光路と出力光路とでそれぞれ個別に設ける場合に比して、大幅な小型化を図ることができる。なお、勿論、コリメートレンズ１ａ及び１ｂと、シリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂとのいずれか一方についてのみ、このような共通化を行なうこともできる。
さらには、例えば図１０に示すように、複数本（図１０では３本）の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２，４ａ−３及び出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２，４ｂ−３を２列に並べて６（＝２×３）芯フェルール４２により一体固定し、６芯フェルール４２のファイバ列と平行に可変光偏向素子３及び反射素子４から成る反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２，３４−３を３段に並べる構造とすることにより、３連可変光減衰器を構成することができる。
なお、本例では、例えば図１１（図１０に示す可変光減衰器を矢印Ａ方向から見た図）に示すように、コリメートレンズ１には、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が４．０ｍｍの非球面レンズを用い、シリンドリカルレンズ２には、屈折率が１．８７で焦点距離が１．８ｍｍのレンズを用いており、コリメートレンズ１の中心と反射型可変光偏向素子３４−１〜３４−３の各反射素子４との間の距離は４ｍｍ、シリンドリカルレンズ２の中心と反射素子４との間の距離は１．８ｍｍ、シリンドリカルレンズ２の厚み（図１０のＹ軸方向）は約１．６ｍｍ、可変光偏向素子３４−１〜３４−３の奥行き（図１０のＹ軸方向）は０．５ｍｍとしている。
また、この場合の光路は図１１及び図１２に示すようになる。即ち、図１１中に示すように、６芯フェルール４２の最上段に位置する入力光ファイバ４ａ−１から出射された光は、コリメートレンズ１でコリメートされた後、シリンドリカルレンズ２にて集光されるとともに下向き（図１０の矢印Ｂ方向）に回折されて、シリンドリカルレンズ２の上部から最下段に位置する反射型可変光偏向素子３４−１へ入射する。
逆に、６芯フェルール４２の最下段に位置する入力光ファイバ４ａ−３から出射された光は、コリメートレンズ１でコリメートされた後、シリンドリカルレンズ２にて集光されるとともに上向き（図１０の矢印Ｂとは逆方向）に回折されて、シリンドリカルレンズ２の下部から最上段に位置する反射型可変光偏向素子３４−３へ入射する。なお、６芯フェルール４２の中段に位置する入力光ファイバ４ａ−２から出射された光は、コリメートレンズ１及びシリンドリカルレンズ２の中心部分を通って中段の反射型可変光偏向素子３４−２へ入射する。
そして、図１２に示すように、最下段に位置する反射型可変光偏向素子３４−１の反射素子４で反射された光は、シリンドリカルレンズ２の下部に入射し、そこでコリメートされるとともに上向きに回折されてコリメートレンズ１に入射し、コリメートレンズ１から６芯フェルール４２の最上段に位置する出力光ファイバ４ｂ−１のコアに集光される。
また、最上段に位置する反射型可変光偏向素子３４−３の反射素子４で反射された光は、シリンドリカルレンズ２の上部に入射し、そこでコリメートされるとともに下向きに回折されてコリメートレンズ１に入射し、コリメートレンズ１から６芯フェルール４２の最下段に位置する出力光ファイバ４ｂ−３のコアに集光される。
さらに、中段に位置する反射型可変光偏向素子３４−２の反射素子４で反射された光は、シリンドリカルレンズ２及びコリメートレンズ１の中心部分を通って、６芯フェルール４２の中段に位置する出力光ファイバ４ｂ−２のコアに集光される。
以上のようにして、３連可変光減衰器の場合も、反射型可変光偏向素子３４−１〜３４−３への入力光路（往路）及び出力光ファイバ４ｂ−１〜４ｂ−３への出力光路（復路）に対して共通で、且つ、反射型可変光偏向素子３４−１〜３４−３に共通のコリメートレンズ１及びシリンドリカルレンズ２を用いて、個々の可変光減衰機能を正常に実現することができる。したがって、さらなる光デバイス（可変光減衰器）の小型化を図ることができる。
（Ｂ２）可変光偏向器を用いた光シャッターの説明
図５又は図９（もしくは図１０）により上述した構成（光デバイス）において、例えば図１３に示すように、定電圧電源（例えば、８Ｖ）６と電気スイッチ７とを用いて、可変光偏向素子３の電極３１，３２に対する印加電圧を連続的に変えるのではなくＯＮ／ＯＦＦ切り替えすることにより、シャットダウン減衰量が４０ｄＢ以上の光シャッター（３連光シャッター）として使用することが可能となる。
即ち、電極３１，３２に対する印加電圧を可変することにより可変光偏向素子３の透過光（反射光）の出力角度を変化させて、出力光ファイバ４ｂ（４ｂ−１〜４ｂ−３）のコア以外にコリメートレンズ１ｂ（１）からの光を集光させることで、出力光ファイバ４ｂ（４ｂ−１〜４ｂ−３）の光出力をシャットダウンすることができるのである。
（Ｂ３）可変光偏向器を用いた１×２光スイッチの説明
図１４は図１〜図３により上述した可変光偏向器を用いた光デバイスとしての１×２光スイッチの構成を光路も併せて示す模式的斜視図で、この図１４に示すように、本１×２光スイッチは、１本の入力光ファイバ４ａと、ｎ（＝２）本の出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２と、図５〜図７により前述したものと同様のコリメートレンズ１ａ，１ｂ，シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂと、図１〜図３により前述したものと同様の可変光偏向素子３及び反射素子４から成る反射型可変光偏向素子３４とをそなえて構成されている。
ここで、上記の出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２は、２芯フェルール４１により隣接して一体固定されており、反射型可変光偏向素子３４での透過光（反射光）の出力角度に応じたコリメートレンズ１ｂの複数の集光位置にコアがそれぞれ位置するよう配置されている。なお、この場合も、コリメートレンズ１ａ，１ｂには、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が４．０ｍｍの非球面レンズを用い、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂには、屈折率が１．８７で焦点距離が１．８ｍｍのものを用いている。
上述の構成により、可変光偏向素子３の電極３１，３２に対する印加電圧を所定値に切り替えて透過光（反射光）の出力角度を変化させることで、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２のコアのいずれかにコリメートレンズ１ｂからの光を集光させる（スイッチングする）ことができる。なお、本実施形態においては例えば、２０Ｖの印加電圧変化により約１．８°の偏向角が得られる（図４参照）ので、上記の配置条件では、コリメートレンズ１ｂの集光位置が図１４のＸ軸方向に約１２５μｍシフトすることになる。したがって、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２間の距離を１２５μｍ以下にしておけば、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２間のスイッチングが可能となる。
即ち、例えば、電圧無印加時にコリメートレンズ１ｂから出射される光が一方の出力光ファイバ４ｂ−１（又は４ｂ−２）のコアに集光するよう各出力光ファイバ４ｂ−１及び４ｂ−２を配置しておき、電圧（２０Ｖ）印加により他方の出力光ファイバ４ｂ−２（又は４ｂ−１）のコアにコリメートレンズ１ｂからの出射光を集光させることができるのである。
この場合、電極３１，３２に対する印加電圧を上記所定値（例えば、０Ｖ又は２０Ｖ）を中心に連続的に変化させれば、それに伴い偏向角も連続して変わるため、上述したスイッチング機能に加えて可変光減衰機能をもたせることが可能となる。この際、例えば図１５に示すように、上記スイッチング機能のための所定値の印加電圧を発生する電圧源（スイッチング用信号源）８と、上記の可変光減衰機能を駆動すべく連続的に変化する印加電圧を生成する電圧源（可変光減衰用信号源）９とを個別に設けてもよいし、これらの機能を兼用する電圧源により上記のスイッチング機能と可変減衰機能とを実現してもよい。
なお、２芯ではなく多芯（ｎ芯）フェルールを使用すれば、１×ｎ光スイッチも上記と同様に実現できる。また、図９により前述した可変光減衰器と同様、例えば図１６に示すように、入力光ファイバ４ａと出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２とを３芯以上の多芯フェルール４３に設置し、コリメートレンズ１ａ及び１ｂを単一のコリメートレンズ１で兼用し、シリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂを単一のシリンドリカルレンズ２で兼用することも可能である。
この場合の光スイッチの各要素の配置及び光路を図１７に示す。なお、この図１７は図１６に示す光スイッチを矢印Ｂの方向から見た模式的平面図である。
（Ｂ４）可変光偏向器を用いた２×２光スイッチの説明
図１８は図１〜図３により上述した可変光偏向器を用いた光デバイスとしての２×２光スイッチの構成を光路も併せて示す模式的斜視図で、この図１８に示す２×２光スイッチは、ｍ（＝２）本の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２と、ｎ（＝２）本の出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２と、コリメートレンズ１と、シリンドリカルレンズ２と、プリズム５と、それぞれ図１〜図３により前述したものと同様の可変光偏向素子３及び反射素子４から成る２組の反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２とをそなえて構成されている。
そして、上記の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２は図１８のＺ軸方向に隣接して、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２は図１８のＸ軸方向に隣接してそれぞれ４芯フェルール４４により固定されている。また、この４芯フェルール４４は、反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２での透過光（反射光）の出力角度に応じたコリメートレンズ１の集光位置にそれぞれ出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２のコアが位置するよう配置されている。
ここで、上記のプリズム（光路変更手段）５は、入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２と出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２の配置関係に応じて入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２と出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２との間の光路を変更するためのもので、ここでは、例えば図２０に示すように、シリンドリカルレンズ２でコリメートされた２本のコリメート光（反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２で反射された光）の進行方向が図１８のＹＺ平面において平行となるように、その形状，寸法，配置が設定されている。なお、図２０は図１８に示す２×２光スイッチを図１８の矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図である。
なお、上記のコリメートレンズ１は、図９や図１０，図１６に示す光デバイスと同様に、小型化のために入力光路（往路）と出力光路（復路）とでコリメートレンズ１ａ及び１ｂを兼用したものに相当し、シリンドリカルレンズ２も、小型化のために入力光路と出力光路とでシリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂを兼用したものに相当するが、勿論、入力光路と出力光路とで各レンズを個別に配置してもよい。
さて、上述のごとく構成された２×２光スイッチの動作を説明すると、まず、図１９に示すように、図１８のＺ軸方向に並べた２本の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２から出射された光は、コリメートレンズ１の上部及び下部にそれぞれ入射しコリメートされて進行方向の異なる（図１８のＹＺ平面内において交差する方向）２本のコリメート光となる。
これら２本のコリメート光はそれぞれシリンドリカルレンズ２によりその光波面がＺ軸方向のみそれぞれ集光され、その焦点位置に反射素子４が設置された反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２に入射する。そして、反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２の反射素子４で反射された２本の光は、図２０に示すように、シリンドリカルレンズ２によりコリメート光となりプリズム５に入射する。
これにより、２本のコリメート光は、ＹＺ平面においてその進行方向が平行となり、平行光としてコリメートレンズ１に入射する。従って、コリメートレンズ１によって、各コリメート光は、図１８のＺ方向においては２本とも同じ位置に集光されることになる。
そして、可変光偏向素子３の電極３１，３２に対する印加電圧を変化させることにより図１８のＸＹ平面における光の進行角度が変化するため、コリメートレンズ１による集光位置は図１８のＸ軸に対して平行にシフトすることになる。従って、入力光ファイバ４ａ−１又は４ａ−２から出射した光は、それぞれ反射型可変光偏向素子３４−１又は３４−２に所定電圧を印加することにより、出力光ファイバ４ｂ−１及び４ｂ−２のいずれかに選択的に出力（スイッチング）させることができる。つまり、２×２光スイッチが実現される。
なお、上述した例では、入力光ファイバ４ａ−１，４ｂ−１及び出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２を一つの４芯フェルール４４に固定した例を示したが、入力光ファイバ４ａ−１及び４ａ−２をまとめて固定する入力側フェルールと、出力光ファイバ４ｂ−１及び４ｂ−２をまとめて固定する出力側フェルールとにより別体とすることも可能である。この構造により、製造時の組立が容易になるというメリットがある。
また、上述した例では２×２光スイッチの例を示したが、入力光ファイバ及び出力光ファイバの本数を増やして、ｍ×ｎ光スイッチを構成することも原理的に可能である。さらに、ｍ本の入力光ファイバの出射光のいずれかを１本の出力光ファイバに集光（スイッチング）するｍ×１（つまり、ｎ≧１）スイッチ（光セレクタ）を構成することもできる。
以上のように、本実施形態によれば、可変光偏向器を、電気光学素子３３の屈折率変化を利用して光を偏向させるとともに、反射素子４を用いてその光を反射する構造としているので、従来よりも高速応答で、且つ、小型の可変光減衰器，光シャッターおよび光スイッチ等の光デバイスを実現することができる。また、マイクロオプティクス技術の応用であるため、挿入損失も従来よりも大幅に低減することができる。
従って、近年の波長多重数が極めて多く高速伝送を行なうＷＤＭ伝送装置に対しても十分に対応できる光デバイスを提供することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明によれば、反射型の可変光偏向器を用いることで、従来よりも高速応答，低挿入損失で、且つ、小型の可変光減衰器，光シャッターおよび光スイッチ等の光デバイスを実現することができるので、光伝送技術、特に、近年の波長多重数が極めて多く高速伝送を行なうＷＤＭ伝送技術に十分に対応することができ、その有用性は極めて高いものと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月6日(2004.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  入力光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、
該可変光偏向素子の該透過光を反射する反射素子とをそなえ、
該可変光偏向素子が、上記外部入力信号に応じて屈折率が変化するとともに、該入力光の進行する平面においてくさび形状を有する屈折率可変素子であることを特徴とする、反射型可変光偏向器。
【請求項２】  入力光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、
該可変光偏向素子の該透過光を反射する反射素子と、
入力コリメート光を集光して該可変光偏向素子へ入射する集光手段と、
該反射素子による反射光を受けてコリメートする出力コリメータとをそなえ、
該可変光偏向素子が、上記外部入力信号に応じて屈折率が変化するとともに、該入力光の進行する平面においてくさび形状を有する屈折率可変素子であることを特徴とする、反射型可変光偏向器。
【請求項３】  入力光ファイバと、
該入力光ファイバから出射される光をコリメートする入力コリメータと、
該入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
該入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、該可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成る反射型可変光偏向器と、
該反射型可変光偏向器の該反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
該出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
該出力集光手段の集光位置にコアが位置するよう設けられた出力光ファイバとをそなえたことを特徴とする、反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項４】  該光デバイスが、該外部入力信号を可変することにより該透過光の出力角度を変化させて、該出力集光手段から該出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させることで、該出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰器として動作することを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項５】  該光デバイスが、該外部入力信号を可変することにより該透過光の出力角度を変化させて、該出力光ファイバのコア以外に該出力集光手段からの光を集光させることで、該出力光ファイバの光出力をシャットダウンする光シャッターとして動作することを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項６】  該入力光ファイバ及び該出力光ファイバが２芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力コリメータと該出力集光手段とが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第３項〜第５項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項７】  該入力光ファイバ及び該出力光ファイバが２芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力集光手段と該出力コリメータとが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第３項〜第５項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項８】  該入力光ファイバ及び該出力光ファイバが２芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力コリメータと該出力集光手段とが単一のレンズで兼用され、且つ、該入力集光手段と該出力コリメータとが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第３項〜第５項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項９】  該入力光ファイバ及び該出力光ファイバがそれぞれｎ本（ｎは２以上の整数）ずつ設けられ、これらの（２×ｎ）本の光ファイバが(２×ｎ)芯フェルールにより一体固定されるとともに、上記n本の入力光ファイバから出射される光をそれぞれコリメートする該入力コリメータと、該出力コリメータから出射されるｎ本のコリメート光を上記n本の出力光ファイバにそれぞれ集光する該出力集光手段とが一つのレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第３項〜第５項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１０】  入力光ファイバと、
該入力光ファイバから出射される光をコリメートする入力コリメータと、
該入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
該入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、該可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成る反射型可変光偏向器と、
該反射型可変光偏向器の該反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
該出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
該反射型可変光偏向器での該透過光の出力角度に応じた該出力集光手段の複数の集光位置にコアがそれぞれ位置するよう設けられたｎ本（ｎは２以上の整数）の出力光ファイバとをそなえ、
該外部入力信号を所定値に切り替えて該透過光の出力角度を変化させることで、上記ｎ本の出力光ファイバのコアのいずれかに該出力集光手段からの光を集光させる１×ｎ光スイッチとして動作することを特徴とする、反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１１】  該入力光ファイバと上記ｎ本の出力光ファイバとが多芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力コリメータと該出力集光手段とが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１２】  該入力光ファイバと上記ｎ本の出力光ファイバが多芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力集光手段と該出力コリメータとが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１３】  該入力光ファイバと上記ｎ本の出力光ファイバが多芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力コリメータと該出力集光手段とが単一のレンズで兼用され、且つ、該入力集光手段と該出力コリメータとが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１４】  該１×ｎ光スイッチが、該外部入力信号を連続的に変化させることにより、１本の出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させて、当該出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰機能を有することを特徴とする、請求の範囲第１０〜第１３項のいずれか１項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１５】  該１×ｎ光スイッチが、
該可変光減衰機能を駆動すべく連続的に変化する該外部入力信号を生成する可変光減衰用信号源と、
該所定値の該外部入力信号を生成するスイッチング用信号源とをそなえたことを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１６】  ｎ本の入力光ファイバと、
上記ｎ本（ｎは２以上の整数）の入力光ファイバからそれぞれ出射される光をそれぞれコリメートするための入力コリメータと、
該入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
それぞれ、該入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、該可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成るｎ個の反射型可変光偏向器と、
該反射型可変光偏向器の該反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
該出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
該反射型可変光偏向器での該透過光の出力角度に応じた該出力集光手段の１以上の集光位置にコアが位置するよう設けられたｍ本（ｍは１以上の整数）の出力光ファイバとをそなえ、
該外部入力信号を所定値に切り替えて該透過光の出力角度を変化させることで、該出力光ファイバのコアに上記ｎ本の入力光ファイバのいずれかについての該出力集光手段からの光を集光させるｎ×ｍ光スイッチとして動作することを特徴とする、反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１７】  上記ｍが２以上である場合に、該入力光ファイバと該出力光ファイバの配置関係に応じて該入力光ファイバと該出力光ファイバとの間の光路を変更する光路変更手段が設けられていることを特徴とする、請求の範囲第１６項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１８】  該入力光ファイバと上記ｍ本の出力光ファイバとが多芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力コリメータと該出力集光手段とが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１６項又は第１７項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項１９】  該入力光ファイバと上記ｍ本の出力光ファイバが多芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力集光手段と該出力コリメータとが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１６項又は第１７項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【請求項２０】  該入力光ファイバと上記ｍ本の出力光ファイバが多芯フェルールにより一体固定されるとともに、該入力コリメータと該出力集光手段とが単一のレンズで兼用され、且つ、該入力集光手段と該出力コリメータとが単一のレンズで兼用されることを特徴とする、請求の範囲第１６項又は第１８項に記載の反射型可変光偏向器を用いた光デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電気光学効果（ポッケルス効果）を有する素子を利用した反射型可変光偏向器及びそれを用いた可変光減衰器や光スイッチ等の光デバイスに関する。
背景技術
これまで、光を減衰させる技術として、下記(1)〜(4)に示すような方法が実際に用いられている。
(1)光路上に設置した遮蔽物を機械的に移動させて透過率を変化させる方法
(2)光導波路で作製したマッハツェンダー干渉計の途中に、温度によって屈折率の変化する材料を挿入し、片側の光路のみを加熱または冷却することにより干渉性を変化させて透過率を変化させる方法
(3)偏光子と検光子の間にファラデー回転素子を挿入し、ファラデー回転素子に印加する磁界を変化させることによりファラデー回転を生じさせ、光線の偏光と検光子の偏光のミスマッチを起こすことにより透過率を変化させる方法
(4)光ファイバのクラッドを一部除去して、そこに温度により屈折率の変化する材料を充填し、コアとクラッドの屈折率関係を変化させることにより放射を誘発して透過率を変化させる方法
しかし、上記のいずれの方法においてもせいぜい数百μｓ（マイクロ秒）程度の応答速度であるため、例えば、ＷＤＭシステムにおいて信号波長のアド／ドロップやクロスコネクトがダイナミックに行なわれる際に要求される更なる高速な応答には追随できないという課題があった。
そこで、光変調器等で使用されている高速応答が可能な技術を応用し、電気光学効果を有する素子（例えば、LiNbO3等）からなる導波路によりマッハツェンダー回路を構成して、片側光路のみに電圧を印加することにより減衰をかける方式も報告されているが、挿入損失や偏光依存損失が大きいという課題がある。また、ＷＤＭ伝送装置に適用する場合には、波長多重数分の可変光減衰器が必要となるが、近年のＷＤＭ伝送技術における波長多重数からみると、適切なサイズになっておらず、ＷＤＭ伝送装置の規模増大を招いてしまう。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、反射型の可変光偏向器を利用して、応答速度が高速で、且つ、挿入損失や偏光依存損失の少ない可変光減衰器や光スイッチ等の光デバイスを、小型に実現することを目的とする。
なお、可変光偏向器自体は、例えば特開平１０−３０７３０７号公報や特開平１０−２８８７９８号公報等に開示されているように、レーザプリンタ，レーザ走査顕微鏡，バーコードリーダ等のスキャナー部に用いられるものとして公知であるが、ＷＤＭ伝送装置に適用するには不向きである。
というのも、上記の公知技術では、入力光学系から可変光偏向器への入射光をその入射面と反対面である出射面へ透過させ、その透過光をそのまま出力光学系で受ける構成、即ち、入力光学系，可変光偏向器及び出力光学系をほぼ一直線上に並べて配置する必要があるため、小型化に限度があり、波長多重数が増えた場合にはやはり装置規模の増大を招く結果となるのである。
発明の開示
上記の目的を達成するために、本発明の反射型可変光偏向器は、入力光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえたことを特徴としている。
ここで、本反射型可変光偏向器は、入力コリメート光を集光して上記の可変光偏向素子へ入射する集光手段と、上記の反射素子による反射光を受けてコリメートする出力コリメータとをさらにそなえていてもよい。
そして、上記の可変光偏向素子は、上記外部入力信号に応じて屈折率が変化するとともに、上記入力光の進行する平面においてくさび形状を有する屈折率可変素子であるのが好ましい。
さらに、この屈折率可変素子は、電気光学素子であるのが好ましく、その電気光学素子としては、PLZT[(Pb,La)(Zr,Ti)O3]結晶を用いて構成されたものがより好ましい。また、上記の反射素子は、上記可変光偏向素子の出力面に設けられた反射板又は反射膜であるのが好ましい。
次に、本発明の反射型可変光偏向器を用いた光デバイスは、
(1)入力光ファイバと、
(2)この入力光ファイバから出射される光をコリメートする入力コリメータと、
(3)この入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
(4)この入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成る反射型可変光偏向器と、
(5)上記の反射型可変光偏向器の反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
(6)この出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
(7)上記の出力集光手段の集光位置にコアが位置するよう設けられた出力光ファイバとを
そなえたことを特徴としている。
ここで、本光デバイスは、上記の外部入力信号を可変することにより上記の透過光の出力角度を変化させて、上記出力集光手段から出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させれば、上記出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰器として動作することができ、出力光ファイバのコア以外に上記出力集光手段からの光を集光させるようにすれば、出力光ファイバの光出力をシャットダウンする光シャッターとして動作することができる。
なお、上記の反射型可変光偏向器が、入射光を反射する構成となっているので、上記の入力光ファイバ及び出力光ファイバを２芯フェルールにより一体固定するとともに、上記の入力コリメータと出力集光手段とを単一のレンズで兼用することができる。さらに、上記の入力集光手段と出力コリメータとを単一のレンズで兼用することもできる。
また、上記の入力光ファイバ及び出力光ファイバがそれぞれｎ本（ｎは２以上の整数）ずつ設けられる場合にも、これらの（２×ｎ）本の光ファイバを(２×ｎ)芯フェルールにより一体固定するとともに、上記n本の入力光ファイバから出射される光をそれぞれコリメートする上記入力コリメータと、上記出力コリメータから出射されるｎ本のコリメート光を上記n本の出力光ファイバにそれぞれ集光する出力集光手段とを一つのレンズで兼用することが可能である。
次に、本発明の反射型可変光偏向器を用いた光デバイスは、
(1)入力光ファイバと、
(2)この入力光ファイバから出射される光をコリメートする入力コリメータと、
(3)この入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
(4)この入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成る反射型可変光偏向器と、
(5)この反射型可変光偏向器の上記反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
(6)この出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
(7)上記の反射型可変光偏向器での透過光の出力角度に応じた上記出力集光手段の複数の集光位置にコアがそれぞれ位置するよう設けられたｎ本（ｎは２以上の整数）の出力光ファイバとをそなえ、
上記の外部入力信号を所定値に切り替えて上記透過光の出力角度を変化させることで、上記ｎ本の出力光ファイバのコアのいずれかに上記出力集光手段からの光を集光させる１×ｎ光スイッチとして動作することを特徴としている。
ここで、この場合も、上記の反射型可変光偏向器が、入射光を反射する構成となっているので、上記の入力光ファイバとｎ本の出力光ファイバとを多芯フェルールにより一体固定するとともに、上記の入力コリメータと出力集光手段とを単一のレンズで兼用することができ、さらには、上記の入力集光手段と出力コリメータとを単一のレンズで兼用することができる。
なお、本１×ｎ光スイッチは、上記の外部入力信号を連続的に変化させることにより、１本の出力光ファイバのコアに集光する光量を変化させて、その出力光ファイバの光出力強度を可変にする可変光減衰機能をさらに有していてもよい。この場合、その可変光減衰機能を駆動すべく連続的に変化する上記の外部入力信号を生成する可変光減衰用信号源と、前記の所定値の外部入力信号を生成するスイッチング用信号源とをそなえるのが好ましい。
次に、本発明の反射型可変光偏向器を用いた光デバイスは、
(1)ｎ本の入力光ファイバと、
(2)上記ｎ本（ｎは２以上の整数）の入力光ファイバからそれぞれ出射される光をそれぞれコリメートするための入力コリメータと、
(3)この入力コリメータから出射されるコリメート光を集光する入力集光手段と、
(4)それぞれ、上記の入力集光手段で集光された光を透過するとともに、その透過光の出力角度が外部入力信号に応じて変化する可変光偏向素子と、この可変光偏向素子の透過光を反射する反射素子とをそなえて成るｎ個の反射型可変光偏向器と、
(5)これらの反射型可変光偏向器の反射素子で反射された光をコリメートする出力コリメータと、
(6)この出力コリメータから出射されるコリメート光を集光する出力集光手段と、
(7)上記反射型可変光偏向器での透過光の出力角度に応じた出力集光手段の１以上の集光位置にコアが位置するよう設けられたｍ本（ｍは１以上の整数）の出力光ファイバとをそなえ、
上記の外部入力信号を所定値に切り替えて上記透過光の出力角度を変化させることで、上記の出力光ファイバのコアに上記ｎ本の入力光ファイバのいずれかについての上記出力集光手段からの光を集光させるｎ×ｍ光スイッチとして動作することを特徴としている。
ここで、上記ｍが２以上である場合には、上記の入力光ファイバと出力光ファイバの配置関係に応じてそれら入力光ファイバと出力光ファイバとの間の光路を変更する光路変更手段を設けるのが好ましい。
なお、この場合も、上記の反射型可変光偏向器が、入射光を反射する構成となっているので、上記の入力光ファイバとｍ本の出力光ファイバとを多芯フェルールにより一体固定するとともに、上記の入力コリメータと出力集光手段とを単一のレンズで兼用することができ、さらには、上記の入力集光手段と出力コリメータとを単一のレンズで兼用することもできる。
発明を実施するための最良の形態
（Ａ）反射型可変光偏向器の説明
図１は本発明の一実施形態としての反射型可変光偏向器の構成を光路も併せて示す模式的斜視図、図２は同じ反射型可変光偏向器を図１の矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図、図３は同じ反射型可変光偏向器を図１の矢印Ｂ方向から見た場合の模式的平面図である。
これらの図１〜図３に示すように、本実施形態の反射型可変光偏向器は、例えば、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂと、電極３１，３２及び電気光学素子３３から成る可変光偏向素子３と、この可変光偏向素子３の光入射面とは反対の面（出力面）に設けられた反射素子４とをそなえて構成されている。なお、可変光偏向素子３と反射素子４とで構成される素子を反射型可変光偏向素子３４と表記する。
ここで、第１レンズであるシリンドリカルレンズ（入力集光手段）２ａは、例えば図２に示すように、入射光（コリメート光）の光線面の一方向（可変光偏向素子の厚み方向）だけを集光するもので、その焦点位置が反射素子４に位置するよう配置されている。
また、可変光偏向素子３は、図１及び図３に示すように、入力光の進行する平面（図１のＸＹ平面）においてくさび形状（台形形状）を有し、上記シリンドリカルレンズ２ａで集光された入力光を透過するとともに、電極３１，３２への印加電圧（外部入力信号）に応じて電気光学素子（屈折率変化素子）３３の屈折率が変化することにより、その透過光の出力角度が変化する（つまり、反射素子４での反射光の反射角が変化する）ものである。
さらに、第２レンズであるシリンドリカルレンズ２ｂは、この反射素子４による反射光をコリメートする出力コリメータとして機能するもので、図１に示すＸ軸方向に上記の角度変化に応じた範囲で出射される光を受光できるだけの幅（Ｘ軸方向）を有している。
上記の電気光学素子３３は、その台形面が図１におけるＸＹ平面と平行となるように配置され、電圧印加を図１のＺ方向で行なうため、電気光学素子３３を挟む形でその両面（Ｚ方向）に電気光学素子３３と同じ台形形状を有する電極３１，３２が配置されている。電気光学素子３３としては、例えば、PLZT[(Pb,La)(Zr,Ti)O3]結晶を用いるが、同様の電気光学効果を有するLiNbO3結晶やGaAs，InPといった化合物半導体，電気光学効果を有するポリマー（例えば、エポキシ系EOポリマー）等を適用することもできる。
なお、本実施形態では、入射光がシリンドリカルレンズ２ａでＺ方向に集光されているため、電極３１，３２間の距離は１０〜３０μm程度と狭くすることができ、電気光学素子３３に対して電圧を有効に印加することができる。また、反射素子４は、可変光偏向素子３の３３ａ入射面とは反対の面３３ｂに接合した平板状の反射板３４でもよいし、その面３３ｂに成膜した反射膜でもよい。
さらに、少なくとも電極３１，３２の形状をくさび形状（台形形状）あるいは三角形状にすれば、印加電圧に応じてその部分の電気光学素子３３の屈折率を変化させて透過光の出力角度（反射光角）を変化させることができるので、電気光学素子３３自体の形状は電極３１，３２と同じ形状でなくともよく、例えば、長方形としてもよい。また、電極３１，３２と反射素子４とは必ずしも接している必要はない。さらに、可変光偏向素子３の光線入出力面は、特別な光線波面整形のための取り込み口は必要としないため、直線的に切り出された、または研磨されたシンプルな形状でよい。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の反射型可変光偏向器（以下、単に「可変光偏向器」と略することがある）の動作について説明する。
まず、入射光（コリメート光）は、シリンドリカルレンズ２ａに入力されると、その光線面の一方向（図１におけるＺ軸方向）だけが集光されて、可変光偏向素子３の電気光学素子３３に入射する。そして、電極３１，３２に対して電圧を印加すると、電気光学素子３３の屈折率が変化する。
ここで、図１の矢印Ａ方向から見た場合（図２）では、可変光偏向素子３が平行平板となっているため、電圧印加の結果生じる屈折率の変化により光線方向は変化しない。しかし、図１の矢印Ｂ方向から見た場合（図３）では、可変光偏向素子３がＸＹ平面において台形形状を有しているため、電圧印加の結果生じる屈折率の変化により光線方向（反射素子４からシリンドリカルレンズ２ｂへの光路）が変化する。
なお、図４に印加電圧（Ｖ）に対する偏向角（degree）の関係を示す。この図４に示すように、０〜８Ｖの印加電圧変化に対して、約０．７５°の角度変化が得られる。ただし、本実施形態における台形形状の可変光偏向素子３のテーパー角α（図３参照）は７０°に設定している。また、上述のごとく屈折率が変化する素子としては、電気光学素子３３の他、熱により屈折率が変化する素子、磁気により屈折率が変化する素子、応力付加により屈折率が変化する素子などが挙げられるが、波長多重数の多い高速伝送を行なうＷＤＭ伝送装置に適用する場合には、高速応答及びサイズの面では不向きである。
（Ｂ）反射型可変光偏向器を用いた光デバイスの説明
次に、以下では、上述した可変光偏向器（反射型可変光偏向素子３４）を用いた光デバイス（可変光減衰器，光シャッター，光スイッチ等）について説明する。
（Ｂ１）可変光偏向器を用いた可変光減衰器の説明
図５は上述した可変光偏向器を用いた光デバイスとしての可変光減衰器の構成を光路も併せて示す模式的斜視図、図６はこの可変光減衰器を図５の矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図、図７は同じ可変光減衰器を図５の矢印Ｂ方向から見た場合の模式的平面図で、これらの図５〜図７に示すように、本実施形態の可変光減衰器は、図１〜図３により上述した構成に加えて、入力光ファイバ４ａ，出力光ファイバ４ｂ，入力コリメートレンズ（球面又は非球面レンズ）１ａ，出力コリメートレンズ（球面又は非球面レンズ）１ｂをさらにそなえて構成されている。
ここで、第３レンズである入力コリメートレンズ（入力コリメータ）１ａは、入力光ファイバ４ａから出射される光をコリメートするためのものであり、そのコリメート光はシリンドリカルレンズ２ａに入力されるようになっている。また、第４レンズである出力コリメートレンズ（出力集光手段）１ｂは、シリンドリカルレンズ２ｂから出射される光（反射素子４による反射光）を集光して出力光ファイバ４ｂのコアに集光するためのものである。
なお、本例においては、コリメートレンズ１ａ（１ｂ）として、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が４．０ｍｍの非球面レンズを用い、シリンドリカルレンズ２ａ（２ｂ）として、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が１．８ｍｍのレンズを用いている。
上述のごとく構成された本可変光減衰器の動作は次のようになる。
即ち、入力光ファイバ４ａを出射した光は、第３レンズである入力コリメートレンズ１ａによりコリメートされ、第１レンズ（シリンドリカルレンズ）２ａに入射し、前述したのと同様に、そのシリンドリカルレンズ２ａにより入力コリメート光の光波面の一方向（図５のＺ軸方向）のみが集光されて、可変光偏向素子３（電気光学素子３３）を透過し、反射素子４で反射される。
反射素子４で反射された光は、入力側のシリンドリカルレンズ２ａと同等の性質をもつ第２レンズ（シリンドリカルレンズ）２ｂによりコリメートされたのち、入力コリメートレンズ１ａと同等の性質をもつ第４レンズ（コリメートレンズ）１ｂを通じて出力ファイバ４ｂのコアに集光される。
ここで、可変光偏向素子３（電極３１，３２）への電圧無印加時に最高効率で光結合するように、コリメートレンズ１ｂと出力光ファイバ４ｂの位置を調整しておけば、電圧印加により可変光結合素子３での透過光の出力角度が変化してシリンドリカルレンズ２ｂ，コリメートレンズ１ｂへの入射角度が変わるため、光線は出力光ファイバ４ｂのコア中心とは異なる位置に集光され、出力光ファイバ４ｂへの光結合効率は下がることになる。
このようにして、印加電圧（外部入力信号）を可変にして可変光結合素子３での透過光の出力角度を変化させて、出力光ファイバ４ｂのコアに集光する光量を変化させることで、出力光ファイバ４ｂの光出力強度を可変にすることができる。図８に本可変光減衰器の特性例（印加電圧に対する減衰量）を示す。この図８に示すように、本可変光減衰器では、０〜８Ｖの印加電圧変化に対して、５０ｄＢ以上の減衰量が得られる。
なお、本実施形態では、電圧無印加時に出力光ファイバ４ｂへの光結合効率が最大となるような設計としているため、印加電圧増加に伴い減衰量が増加する特性となっているが、逆に、最大電圧印加時に出力光ファイバ４ｂへの光結合効率が最大となるような設計とすれば、電圧無印加時に減衰量が最大となり、印加電圧増加に従い減衰量が減少する特性となる。
ところで、本実施形態では、可変光偏向素子３４が反射素子４により電気光学素子３３を透過する光を反射する構造となっているので、入力光ファイバ４ａからの光の出射面と出力光ファイバ４ｂへの光の入射面とを同一平面内に位置することができる。
したがって、例えば図９に示すように、入力光ファイバ４ａ及び出力光ファイバ４ｂを２芯フェルールに設置して一体固定することができる。また、入力光ファイバ４ａから反射素子４への光路（入力光路；往路）と反射素子４から出力光ファイバ４ｂへの光路（出力光路；復路）とで個別に設けられている上記コリメートレンズ１ａ及び１ｂ（入力コリメータ及び出力集光手段）を単一のコリメートレンズ１により共通化（兼用）し、同様に、上述したシリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂ（入力集光手段及び出力コリメータ）を単一のシリンドリカルレンズ２により共通化（兼用）することもできる。
これにより、レンズを入力光路と出力光路とでそれぞれ個別に設ける場合に比して、大幅な小型化を図ることができる。なお、勿論、コリメートレンズ１ａ及び１ｂと、シリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂとのいずれか一方についてのみ、このような共通化を行なうこともできる。
さらには、例えば図１０に示すように、複数本（図１０では３本）の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２，４ａ−３及び出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２，４ｂ−３を２列に並べて６(＝２×３)芯フェルール４２により一体固定し、６芯フェルール４２のファイバ列と平行に可変光偏向素子３及び反射素子４から成る反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２，３４−３を３段に並べる構造とすることにより、３連可変光減衰器を構成することができる。
なお、本例では、例えば図１１（図１０に示す可変光減衰器を矢印Ａ方向から見た図）に示すように、コリメートレンズ１には、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が４．０ｍｍの非球面レンズを用い、シリンドリカルレンズ２には、屈折率が１．８７で焦点距離が１．８ｍｍのレンズを用いており、コリメートレンズ１の中心と反射型可変光偏向素子３４−１〜３４−３の各反射素子４との間の距離は４ｍｍ、シリンドリカルレンズ２の中心と反射素子４との間の距離は１．８ｍｍ、シリンドリカルレンズ２の厚み（図１０のＹ軸方向）は約１．６ｍｍ、可変光偏向素子３４−１〜３４−３の奥行き（図１０のＹ軸方向）は０．５ｍｍとしている。
また、この場合の光路は図１１及び図１２に示すようになる。即ち、図１１中に示すように、６芯フェルール４２の最上段に位置する入力光ファイバ４ａ−１から出射された光は、コリメートレンズ１でコリメートされた後、シリンドリカルレンズ２にて集光されるとともに下向き（図１０の矢印Ｂ方向）に回折されて、シリンドリカルレンズ２の上部から最下段に位置する反射型可変光偏向素子３４−１へ入射する。
逆に、６芯フェルール４２の最下段に位置する入力光ファイバ４ａ−３から出射された光は、コリメートレンズ１でコリメートされた後、シリンドリカルレンズ２にて集光されるとともに上向き（図１０の矢印Ｂとは逆方向）に回折されて、シリンドリカルレンズ２の下部から最上段に位置する反射型可変光偏向素子３４−３へ入射する。なお、６芯フェルール４２の中段に位置する入力光ファイバ４ａ−２から出射された光は、コリメートレンズ１及びシリンドリカルレンズ２の中心部分を通って中段の反射型可変光偏向素子３４−２へ入射する。
そして、図１２に示すように、最下段に位置する反射型可変光偏向素子３４−１の反射素子４で反射された光は、シリンドリカルレンズ２の下部に入射し、そこでコリメートされるとともに上向きに回折されてコリメートレンズ１に入射し、コリメートレンズ１から６芯フェルール４２の最上段に位置する出力光ファイバ４ｂ−１のコアに集光される。
また、最上段に位置する反射型可変光偏向素子３４−３の反射素子４で反射された光は、シリンドリカルレンズ２の上部に入射し、そこでコリメートされるとともに下向きに回折されてコリメートレンズ１に入射し、コリメートレンズ１から６芯フェルール４２の最下段に位置する出力光ファイバ４ｂ−３のコアに集光される。
さらに、中段に位置する反射型可変光偏向素子３４−２の反射素子４で反射された光は、シリンドリカルレンズ２及びコリメートレンズ１の中心部分を通って、６芯フェルール４２の中段に位置する出力光ファイバ４ｂ−２のコアに集光される。
以上のようにして、３連可変光減衰器の場合も、反射型可変光偏向素子３４−１〜３４−３への入力光路（往路）及び出力光ファイバ４ｂ−１〜４ｂ−３への出力光路（復路）に対して共通で、且つ、反射型可変光偏向素子３４−１〜３４−３に共通のコリメートレンズ１及びシリンドリカルレンズ２を用いて、個々の可変光減衰機能を正常に実現することができる。したがって、さらなる光デバイス（可変光減衰器）の小型化を図ることができる。
（Ｂ２）可変光偏向器を用いた光シャッターの説明
図５又は図９（もしくは図１０）により上述した構成（光デバイス）において、例えば図１３に示すように、定電圧電源（例えば、８Ｖ）６と電気スイッチ７とを用いて、可変光偏向素子３の電極３１，３２に対する印加電圧を連続的に変えるのではなくＯＮ／ＯＦＦ切り替えすることにより、シャットダウン減衰量が４０ｄＢ以上の光シャッター（３連光シャッター）として使用することが可能となる。
即ち、電極３１，３２に対する印加電圧を可変することにより可変光偏向素子３の透過光（反射光）の出力角度を変化させて、出力光ファイバ４ｂ（４ｂ−１〜４ｂ−３）のコア以外にコリメートレンズ１ｂ（１）からの光を集光させることで、出力光ファイバ４ｂ（４ｂ−１〜４ｂ−３）の光出力をシャットダウンすることができるのである。
（Ｂ３）可変光偏向器を用いた１×２光スイッチの説明
図１４は図１〜図３により上述した可変光偏向器を用いた光デバイスとしての１×２光スイッチの構成を光路も併せて示す模式的斜視図で、この図１４に示すように、本１×２光スイッチは、１本の入力光ファイバ４ａと、ｎ（＝２）本の出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２と、図５〜図７により前述したものと同様のコリメートレンズ１ａ，１ｂ，シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂと、図１〜図３により前述したものと同様の可変光偏向素子３及び反射素子４から成る反射型可変光偏向素子３４とをそなえて構成されている。
ここで、上記の出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２は、２芯フェルール４１により隣接して一体固定されており、反射型可変光偏向素子３４での透過光（反射光）の出力角度に応じたコリメートレンズ１ｂの複数の集光位置にコアがそれぞれ位置するよう配置されている。なお、この場合も、コリメートレンズ１ａ，１ｂには、屈折率が１．８７で焦点距離（ｆ）が４．０ｍｍの非球面レンズを用い、シリンドリカルレンズ２ａ，２ｂには、屈折率が１．８７で焦点距離が１．８ｍｍのものを用いている。
上述の構成により、可変光偏向素子３の電極３１，３２に対する印加電圧を所定値に切り替えて透過光（反射光）の出力角度を変化させることで、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２のコアのいずれかにコリメートレンズ１ｂからの光を集光させる（スイッチングする）ことができる。なお、本実施形態においては例えば、２０Ｖの印加電圧変化により約１．８°の偏向角が得られる（図４参照）ので、上記の配置条件では、コリメートレンズ１ｂの集光位置が図１４のＸ軸方向に約１２５μmシフトすることになる。したがって、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２間の距離を１２５μm以下にしておけば、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２間のスイッチングが可能となる。
即ち、例えば、電圧無印加時にコリメートレンズ１ｂから出射される光が一方の出力光ファイバ４ｂ−１（又は４ｂ−２）のコアに集光するよう各出力光ファイバ４ｂ−１及び４ｂ−２を配置しておき、電圧（２０Ｖ）印加により他方の出力光ファイバ４ｂ−２（又は４ｂ−１）のコアにコリメートレンズ１ｂからの出射光を集光させることができるのである。
この場合、電極３１，３２に対する印加電圧を上記所定値（例えば、０Ｖ又は２０Ｖ）を中心に連続的に変化させれば、それに伴い偏向角も連続して変わるため、上述したスイッチング機能に加えて可変光減衰機能をもたせることが可能となる。この際、例えば図１５に示すように、上記スイッチング機能のための所定値の印加電圧を発生する電圧源（スイッチング用信号源）８と、上記の可変光減衰機能を駆動すべく連続的に変化する印加電圧を生成する電圧源（可変光減衰用信号源）９とを個別に設けてもよいし、これらの機能を兼用する電圧源により上記のスイッチング機能と可変減衰機能とを実現してもよい。
なお、２芯ではなく多芯(ｎ芯)フェルールを使用すれば、1×n光スイッチも上記と同様に実現できる。また、図９により前述した可変光減衰器と同様、例えば図１６に示すように、入力光ファイバ４ａと出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２とを３芯以上の多芯フェルール４３に設置し、コリメートレンズ１ａ及び１ｂを単一のコリメートレンズ１で兼用し、シリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂを単一のシリンドリカルレンズ２で兼用することも可能である。
この場合の光スイッチの各要素の配置及び光路を図１７に示す。なお、この図１７は図１６に示す光スイッチを矢印Ｂの方向から見た模式的平面図である。
（Ｂ４）可変光偏向器を用いた２×２光スイッチの説明
図１８は図１〜図３により上述した可変光偏向器を用いた光デバイスとしての２×２光スイッチの構成を光路も併せて示す模式的斜視図で、この図１８に示す２×２光スイッチは、ｍ（＝２）本の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２と、ｎ（＝２）本の出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２と、コリメートレンズ１と、シリンドリカルレンズ２と、プリズム５と、それぞれ図１〜図３により前述したものと同様の可変光偏向素子３及び反射素子４から成る２組の反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２とをそなえて構成されている。
そして、上記の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２は図１８のＺ軸方向に隣接して、出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２は図１８のＸ軸方向に隣接してそれぞれ４芯フェルール４４により固定されている。また、この４芯フェルール４４は、反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２での透過光（反射光）の出力角度に応じたコリメートレンズ１の集光位置にそれぞれ出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２のコアが位置するよう配置されている。
ここで、上記のプリズム（光路変更手段）５は、入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２と出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２の配置関係に応じて入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２と出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２との間の光路を変更するためのもので、ここでは、例えば図２０に示すように、シリンドリカルレンズ２でコリメートされた２本のコリメート光（反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２で反射された光）の進行方向が図１８のＹＺ平面において平行となるように、その形状，寸法，配置が設定されている。なお、図２０は図１８に示す２×２光スイッチを図１８の矢印Ａ方向から見た場合の模式的側面図である。
なお、上記のコリメートレンズ１は、図９や図１０，図１６に示す光デバイスと同様に、小型化のために入力光路（往路）と出力光路（復路）とでコリメートレンズ１ａ及び１ｂを兼用したものに相当し、シリンドリカルレンズ２も、小型化のために入力光路と出力光路とでシリンドリカルレンズ２ａ及び２ｂを兼用したものに相当するが、勿論、入力光路と出力光路とで各レンズを個別に配置してもよい。
さて、上述のごとく構成された２×２光スイッチの動作を説明すると、まず、図１９に示すように、図１８のＺ軸方向に並べた２本の入力光ファイバ４ａ−１，４ａ−２から出射された光は、コリメートレンズ１の上部及び下部にそれぞれ入射しコリメートされて進行方向の異なる（図１８のＹＺ平面内において交差する方向）２本のコリメート光となる。
これら２本のコリメート光はそれぞれシリンドリカルレンズ２によりその光波面がＺ軸方向のみそれぞれ集光され、その焦点位置に反射素子４が設置された反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２に入射する。そして、反射型可変光偏向素子３４−１，３４−２の反射素子４で反射された２本の光は、図２０に示すように、シリンドリカルレンズ２によりコリメート光となりプリズム５に入射する。
これにより、２本のコリメート光は、ＹＺ平面においてその進行方向が平行となり、平行光としてコリメートレンズ１に入射する。従って、コリメートレンズ１によって、各コリメート光は、図１８のＺ方向においては２本とも同じ位置に集光されることになる。
そして、可変光偏向素子３の電極３１，３２に対する印加電圧を変化させることにより図１８のＸＹ平面における光の進行角度が変化するため、コリメートレンズ１による集光位置は図１８のＸ軸に対して平行にシフトすることになる。従って、入力光ファイバ４ａ−１又は４ａ−２から出射した光は、それぞれ反射型可変光偏向素子３４−１又は３４−２に所定電圧を印加することにより、出力光ファイバ４ｂ−１及び４ｂ−２のいずれかに選択的に出力（スイッチング）させることができる。つまり、２×２光スイッチが実現される。
なお、上述した例では、入力光ファイバ４ａ−１，４ｂ−１及び出力光ファイバ４ｂ−１，４ｂ−２を一つの４芯フェルール４４に固定した例を示したが、入力光ファイバ４ａ−１及び４ａ−２をまとめて固定する入力側フェルールと、出力光ファイバ４ｂ−１及び４ｂ−２をまとめて固定する出力側フェルールとにより別体とすることも可能である。この構造により、製造時の組立が容易になるというメリットがある。
また、上述した例では２×２光スイッチの例を示したが、入力光ファイバ及び出力光ファイバの本数を増やして、ｍ×ｎ光スイッチを構成することも原理的に可能である。さらに、ｍ本の入力光ファイバの出射光のいずれかを１本の出力光ファイバに集光（スイッチング）するｍ×１（つまり、ｎ≧１）スイッチ（光セレクタ）を構成することもできる。
以上のように、本実施形態によれば、可変光偏向器を、電気光学素子３３の屈折率変化を利用して光を偏向させるとともに、反射素子４を用いてその光を反射する構造としているので、従来よりも高速応答で、且つ、小型の可変光減衰器，光シャッターおよび光スイッチ等の光デバイスを実現することができる。また、マイクロオプティクス技術の応用であるため、挿入損失も従来よりも大幅に低減することができる。
従って、近年の波長多重数が極めて多く高速伝送を行なうＷＤＭ伝送装置に対しても十分に対応できる光デバイスを提供することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができることはいうまでもない。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、反射型の可変光偏向器を用いることで、従来よりも高速応答，低挿入損失で、且つ、小型の可変光減衰器，光シャッターおよび光スイッチ等の光デバイスを実現することができるので、光伝送技術、特に、近年の波長多重数が極めて多く高速伝送を行なうＷＤＭ伝送技術に十分に対応することができ、その有用性は極めて高いものと考えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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