(57)【要約】【課題】低電圧駆動が可能な小型で安価な光アッテネータを提供する。【解決手段】第１の光ファバイバ２３ａを保持する第１の光ファイバコリメータ２０ａと第２の光ファバイバ２３ｂを保持する第２の光ファイバコリメータ２０ｂが対面するように前後に配置され、当該第１と第２の光ファイバコリメータ間には電気光学物質１２が光軸５０と直交する方向に対面する電極１１によって挟持されてなる電気光学素子（１０ａ、１０ｂ）を含んで構成された光偏向部１０が配置され、光偏向部の電気光学素子は、外部の駆動回路により対面する電極間に電圧が印加されると、電気光学物質内に空間電荷制限状態に伴う屈折率分布が発生し、当該電気光学物質に前方から入射した光の光路が印加した電圧よって発生した電界の強度に応じた角度方向に偏向することで、第２の光ファイバに入射する光の結合損失が変化する光アッテネータ１としている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後方向を光軸として、前方に配置された入力側の第１の光ファイバから光軸に沿って後方に向けて出射された光の強度を減衰させて出力側の第２の光ファイバから出射する光アッテネータであって、
前記光軸に直交する２方向をそれぞれ上下方向、左右方向として、
一体的なスリーブ内に前記第１の光ファイバが保持されているとともに、当該第１の光ファイバから出射される光を入射して平行光として出射する第１のコリメートレンズが収納されてなる第１の光ファイバコリメータと、
一体的なスリーブ内に前記第２の光ファイバが保持されているとともに、前記第１のコリメートレンズから出射された前記平行光を前記第２の光ファイバに結合させる第２のコリメートレンズが収納されてなる第２の光ファイバコリメータと、
電気光学効果を有する電気光学物質が前記光軸と直交する方向に対面する電極によって挟持されてなる電気光学素子を含んで構成された光偏向部と、
を備え、
前記第１の光ファイバコリメータと前記第２の光ファイバコリメータは双方のコリメートレンズが対面するように前後に直列配置され、
前記光偏向部は、前記第１および第２のコリメータ間に配置されて、外部の駆動回路により前記電気光学素子における前記対面する電極間に電圧が印加されると、前記電気光学物質内に空間電荷制限状態に伴う屈折率分布が発生し、当該電気光学物質に前方から入射した光の光路が前記印加した電圧よって発生した電界の強度に応じた角度方向に偏向することで、前記第２の光ファイバに入射する光の結合損失を変化させる、
ことと特徴とする光アッテネータ。
【請求項２】
請求項１において、前記光偏向部は、上下方向に対面して電極が形成されてなる第１の電気光学素子と、左右方向に対面して電極が形成されてなる第２の電気光学素子とが前記光軸に沿って直列配置されてなることを特徴とする光アッテネータ。
【請求項３】
請求項１において、前記光偏向部は、電気光学物質の前端から前後方向の中間位置まで上下方向に対面する電極が形成されてなる第１の電気光学素子部と、当該中間位置から後端まで左右方向に対面する電極が形成されてなる第２の電気光学素子部とによって形成されていることを特徴とする光アッテネータ。
【請求項４】
請求項１において、前記光偏向部は、光軸に沿って直列配置されてなる第１および第２の電気光学素子、と当該第１および第２の電気光学素子の間に挿入される１／２波長板とから構成されて、前記第１および第２の電気光学素子の電極は上下方向に対面するように形成され、
前記１／２波長板は、光学軸が上下左右方向に対して４５゜傾いた方向となるように配置されている、
ことを特徴とする光アッテネータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記第１および第２のコリメータは、それぞれに収納されているコリメートレンズの光ファイバ側の焦点位置が、前後方向中央側に向かってずれて配置されていることを特徴とする光アッテネータ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記電気光学物質は、一般式Ｋ１-ｙＭｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（但し、Ｍは１価の金属、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される物質であることを特徴とする光アッテネータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物質の電気光学効果を利用して入射光の透過と遮断を制御したり、入射した光の減衰量を可変制御したりするための光アッテネータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光アッテネータとしては、例えば、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）などの電気光学効果を有する物質（以下、電気光学物質あるいはＥＯ物質と言う）を用いたものがある。このＥＯ物質を用いた光アッテネータは、一般に、対向配置された一対のコリメータと、平板状のＥＯ物質の両面に電極を形成した電気光学素子、偏光子、検光子、および電極間に電界を印加するための駆動回路から構成され、光が入力される側の一方のコリメータから光が出力される側の他方のコリメータに向かって、偏光子、電気光学素子、検光子がこの順に光路に沿って配置された構造となっている。そして、偏光子と検光子は、光学軸が互いに直交するように対面して配置されている。また、ＥＯ物質の両面に配置された二つの電極間にできる電界の方向は、偏光子の光学軸に対して４５゜傾いている。
【０００３】
そして、電極間に電界を印加していないときは、偏光子を透過してきた直線偏光がその偏波面を維持したまま検光子に入射し、光が遮断される。一方、駆動回路により電極間に十分な電界を印加すると、ＥＯ物質を透過する光に位相差（リタデーション）が生じ、その電界方向に偏波面が９０゜回転する。その結果、入射光が検光子を透過する。また、電界強度に応じて偏波面の傾きを制御することで検光子を透過する光の強度減衰量を変化させることができる。
【０００４】
なお、上述したＥＯ物質を用いた光アッテネータでは、原理的にＥＯ物質内の電界強度を極めて高くする必要がある。すなわち、電極間の電圧を高くする必要がある。そこで、電極間の電圧（駆動電圧）を低くするために、ＥＯ物質を電極で挟持した構造を積層させた多層構造を採用し、７０Ｖ程度の電圧でも有効に動作する光アッテネータが実用化された。そして、この光アッテネータは実際に市販品として提供されている（例えば、フルウチ化学株式会社製「ＰＬＺＴ高速光シャッター」）。
【０００５】
しかし、上記市販の「ＰＬＺＴ高速光シャッター」では、多層構造の層間を光路としているため、回折、あるいは電極による光散乱や反射が生じ、透過損失が大きくなる、という問題があることから、以下の特許文献１では、ＥＯ物質を薄膜化しつつ、集光レンズを用いて、その焦点近傍にＥＯ物質を配置することで、電極間距離を小さくして１５Ｖ程度の低電圧での駆動を実現しつつ、上述の多層構造に由来する光学的な各種問題を解決している。なお、本発明に関連する文献としては以下の特許文献２や非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００５／１２１８７６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１８４３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】日本電信電話株式会社、”ＮＴＴ技術ジャーナル”、[online]、[平成２５年５月１０  日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.ntt.co.jp/journal/0712/files/jn200712050.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光アッテネータとしては、ＥＯ物質の電気光学効果に基づくリタデーションを利用した形態に限らず、種々の原理や物質を利用した形態が存在する。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ファラデー素子、液晶などの光学素子を用いたものである。ここで、光アッテネータの主要な利用分野である光通信での用途を考えると、ＭＥＭＳや液晶を光学素子として用いた方式では応答速度が遅く、採用し難い。ファラデー素子を用いた方式では、磁界を印加するための構造が複雑であり、素子以外の周辺構成を含めると小型化が難しくなる。また、磁界を可変制御するために電磁石を用いており、その電磁石を駆動するために比較的大きな電流が必要となり省電力化が難しい。
【０００９】
一方、ＥＯ物質によるリタデーションを利用した光アッテネータでは、高速応答性に優れ、電界を印加するだけで駆動できるため、小型化し易く、また、電界強度によって制御するため、電流がほとんど流れず、省電力でもある。したがって、ＥＯ物質を光学素子として用いた光アッテネータは他の素子を用いた光アッテネータよりも省電力化と小型化に有利であると言える。しかし、ＥＯ物質を用いた従来の光アッテネータではリタデーションを利用するため光路上に偏向素子を配置することが必須の条件となる。そのため、光路の延長後方を前後方向とすると、その前後方向の長さを縮小することが難しい。また部品点数の増加によるコストアップも問題となる。また、上述した市販の光アッテネータではそれ以前の光アッテネータよりは低電圧で駆動できるものの、それでも７０Ｖの高電圧で駆動する必要がある。上記特許文献１に記載の光アッテネータでは、駆動電圧を１５Ｖまで下げるために、電極間の距離を極めて狭くしている。また、集光レンズも必要としている。そのため、ＥＯ物質の加工が難しく、部品点数もさらに多くなり製造コストが増加する。
【００１０】
そこで本発明は、ＥＯ物質を光学素子としつつ、さらなる小型化が可能な光アッテネータを大きなコストアップを伴わずに提供することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明は、前後方向を光軸として、前方に配置された入力側の第１の光ファイバから光軸に沿って後方に向けて出射された光の強度を減衰させて出力側の第２の光ファイバから出射する光アッテネータであって、
前記光軸に直交する２方向をそれぞれ上下方向、左右方向として、
一体的なスリーブ内に前記第１の光ファイバが保持されているとともに、当該第１の光ファイバから出射される光を入射して平行光として出射する第１のコリメートレンズが収納されてなる第１の光ファイバコリメータと、
一体的なスリーブ内に前記第２の光ファイバが保持されているとともに、前記第１のコリメートレンズから出射された前記平行光を前記第２の光ファイバに結合させる第２のコリメートレンズが収納されてなる第２の光ファイバコリメータと、
電気光学効果を有する電気光学物質が前記光軸と直交する方向に対面する電極によって挟持されてなる電気光学素子を含んで構成された光偏向部と、
を備え、
前記第１の光ファイバコリメータと前記第２の光ファイバコリメータは双方のコリメートレンズが対面するように前後に直列配置され、
前記光偏向部は、前記第１および第２のコリメータ間に配置されて、外部の駆動回路により前記電気光学素子における前記対面する電極間に電圧が印加されると、前記電気光学物質内に空間電荷制限状態に伴う屈折率分布が発生し、当該電気光学物質に前方から入射した光の光路が前記印加した電圧よって発生した電界の強度に応じた角度方向に偏向することで、前記第２の光ファイバに入射する光の結合損失を変化させる、
ことと特徴とする光アッテネータとしている。
【００１２】
また、前記光偏向部が、上下方向に対面して電極が形成されてなる第１の電気光学素子と、左右方向に対面して電極が形成されてなる第２の電気光学素子とが前記光軸に沿って直列配置されてなる光アッテネータとしてもよい。
【００１３】
前記光偏向部が、電気光学物質の前端から前後方向の中間位置まで上下方向に対面する電極が形成されてなる第１の電気光学素子部と、当該中間位置から後端まで左右方向に対面する電極が形成されてなる第２の電気光学素子部とによって形成されている光アッテネータとすることもできる。
【００１４】
あるいは、前記光偏向部が、光軸に沿って直列配置されてなる第１および第２の電気光学素子、と当該第１および第２の電気光学素子の間に挿入される１／２波長板とから構成されて、前記第１および第２の電気光学素子の電極は上下方向に対面するように形成され、
前記１／２波長板が、光学軸が上下左右方向に対して４５゜傾いた方向となるように配置されている光アッテネータとすることもできる。
【００１５】
上記いずれかに記載の光アッテネータにおいて、前記第１および第２のコリメータは、それぞれに収納されているコリメートレンズの光ファイバ側の焦点位置が、前後方向中央側に向かってずれて配置されている光アッテネータとしてもよい。
【００１６】
上記いずれかに記載の光アッテネータにおいて、前記電気光学物質が一般式Ｋ１-ｙＭｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（但し、Ｍは１価の金属、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される物質である光アッテネータとすればより好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光アッテネータによれば、低電圧駆動が可能で減衰特性に優れている。また、製造の容易性を確保しつつ小型化が可能であり、安価に提供することも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電気光学物質内の空間電荷制限状態を説明するための図である。
【図２】空間電荷制限状態における電気光学物質内の位置と電界強度との関係を示す図である。
【図３】電気光学物質に印加される電圧と光の偏向角度の関係を示す図である。
【図４】空間電荷制限状態に基づく光の偏向作用を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る光アッテネータの構成を示す図である。
【図６】上記第１の実施例に係る光アッテネータのオン動作を示す図である。
【図７】上記第１の実施例に係る光アッテネータのオフ動作を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係る光アッテネータにおける結合損失を説明するための図である。
【図９】上記結合損失とビーム径との関係を示す図である。
【図１０】上記第１の実施例に係る光アッテネータにおける各部位のサイズを説明するための図である。
【図１１】上記第１の実施例に係る光アッテネータにおける光路の長さとビーム径との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る光アッテネータにおけるレンズ間距離の短縮原理を示す図である。
【図１３】上記レンズ間距離の短縮原理を説明するための図である。
【図１４】上記第１または第２の実施例に係る光アッテネータを構成するＥＯ素子のその他の例を示す図である。
【図１５】上記第３の実施例に係る光アッテネータの構造と動作を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係る光アッテネータの駆動方法の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＝＝＝光アッテネータの動作原理＝＝＝
上述したように、光アッテネータには、高速応答性、省電力化、低電圧駆動、小型化などの性能が求められる。そして本発明者は、さらなる小型化や低電圧駆動を実現するために、上記の市販品「ＰＬＺＴ高速光シャッター」や、上記特許文献１に記載の技術を利用した光アッテネータなど、ＥＯ物質の電気光学効果に基づく位相差（リタデーション）を用いた光アッテネータを改良することを考え、鋭意研究を重ねた。
【００２０】
しかしながら、従来のリタデーションを動作原理とした光アッテネータを始め、現存する光アッテネータの延長線上では、さらなる小型化や低電力駆動の実現が極めて困難であることが判明した。そこでＥＯ物質が持つ電気光学効果について再考し、全く新規な構成の光アッテネータの実現可能性について検討した。そして、電界強度の傾斜に起因するＥＯ物質内の屈折率分布による光の偏向作用に注目した。
【００２１】
図１にＥＯ物質ｅｏ内に屈折率分布が発生する原理を示した。なお当該図１では、（Ａ）〜（Ｃ）の順に、電界印加に伴うＥＯ物質ｅｏ内の電子（ｅ、ｅ１〜ｅ４）の分布の推移を示している。ＥＯ物質ｅｏを用いた電気光学素子（ＥＯ素子）１０ｃは、対向する電極間（Ａｄ−Ｃｄ）にＥＯ物質ｅｏを配置した構成であり、その電極（Ａｄ、Ｃｄ）となる金属と誘電体であるＥＯ物質ｅｏとがオーミック接触である場合、対向する電極間（Ａｄ−Ｃｄ）に電圧を与えると、（Ａ）に示したように、マイナス極側となるカソード電極Ｃｄから放出された電荷（電子）ｅがプラス極となるアノード電極Ａｄに向かって加速される。ここで電極間（Ａｄ−Ｃｄ）に電圧を印加し続けると、（Ｂ）に示したように、カソード電極Ｃｄから次々に電子ｅ２が放出されるとともに、先に放出されたそれぞれの電子ｅ１は、自身に向かうように放射方向の電場Ｅｅを発生させる。そして、カソード電極Ｃｄから次々に放出される電子ｅ２と先に放出された電子ｅ１が発生する電場Ｅｅとの間で斥力が働き、後から放出された電子ｅ２が減速し、局所的にさきに放出された電子ｅ１の密度が高くなっていく。その局所的な電子ｅ１の密度が十分に高くなると、（Ｃ）に示した余に、電子ｅ１が高密度で存在する領域ｅ４における電場が強大となり、一部の電子ｅ３がカソード電極Ｃｄ側に反射される。それによって、ＥＯ物質ｅｏ内に電子ｅが空間電荷として溜まり、ＥＯ物質ｅｏ内ではカソード電極Ｃｄからアノード電極Ａｄに向かって電子ｅの密度に傾斜が発生する。すなわち、電界強度がＥＯ物質ｅｏ内の位置で一様でなくなり、所謂「空間電荷制限状態」となる。そして、カソード電極ＣｄとＥＯ物質ｅｏとの境界からアノード電極Ａｄへ向かう距離をｘとすると、当該空間電荷制限状態における距離ｘと電界強度Ｅとの関係は図２に示したようになる。また、ＥＯ物質ｅｏの電気光学効果は電界強度に依存し、例えば、ボッケルス効果であれば電界強度に比例し、カー効果であれば電界強度の二乗に比例する。したがって、ＥＯ物質ｅｏ内の屈折率は上記距離ｘの位置に応じて変化し、その結果として、ＥＯ物質に入射した光は当該ＥＯ物質内で電荷密度が高いところから低いところに向けて曲がる（偏向する）とともに、図３に示したように、電極間（Ｃｄ−Ａｄ）に印加した電圧Ｖに応じてその偏向角度θが大きくなる。そして、この光の偏向状態は、ＥＯ物質ｅｏ内に溜まった空間電荷が自由電荷として放出されるまで持続する。
【００２２】
図４は、ＥＯ素子１０ｃによる光の偏向動作を示す図であり、この図ではＥＯ物質ｅｏの内外を通る光（ビーム）の中心が辿る軌跡（光路）を示している。ＥＯ物質ｅｏは複屈折性を有し、当該ＥＯ物質ｅｏに入射した光Ｂｉｎは電界Ｅの方向と平行なＴＥ成分の光（ＴＥ光）ＢＴＥと、電界Ｅの方向と直交する成分の光（ＴＭ光）ＢＴＭとに分離する。ＥＯ物質ｅｏはそれぞれの成分の光（ＢＴＥ、ＢＴＭ）に対して異なる屈折率を有しているため、ＥＯ物質ｅｏが空間電荷制限状態にあると、それぞれの成分の光（ＢＴＥ、ＢＴＭ）が入射光Ｂｉｎの進行方向に対してそれぞれ異なる角度（θＥ、φＭ）の方向に偏向する。  この図４に示した例では、カー効果に起因する電気光学効果を発現し、そのカー定数の絶対値と負号がＴＥ光ＢＴＥとＴＭ光ＢＴＭとによって異なるＥＯ物質ｅｏを例に挙げており、ＴＥ光ＢＴＥとＴＭ光ＢＴＭは入射光Ｂｉｎに対して反対方向に偏向している。そして、ＥＯ物質ｅｏ内の各成分の光（ＢＴＥ、ＢＴＭ）はＥＯ物質ｅｏの内外の境界にて屈折し、最終的に偏波面が互いに直交する光（ＢｏＥ、ＢｏＭ）として互いに異なる角度（θ、φ）方向に向かって出射する。
【００２３】
なお、この空間電荷制限状態の発現原理や、空間電荷制限状態とＥＯ物質ｅｏ内での屈折率分布との関係などについては、上記特許文献２や非特許文献１になどに詳しく記載されている。そしてこれらの文献には空間電荷制限状態に伴うＥＯ物質内の屈折率分布を利用し、レーザープリンターの感光体に潜像を形成するためのスキャナなどに適用する実施形態について記載されている。
【００２４】
ここで本発明者は、ＥＯ物質における上記光の偏向作用を光アッテネータに利用することを考えた、しかし、上記特許文献２や非特許文献１に記載されている技術は、ＥＯ物質に直線偏光を入射させることを前提としている。すなわち、動作原理が異なるだけで構造的には従来の光アッテネータと同じとなり、低電力駆動、小型化などの要請に十分に応えることができない。そこで本発明者は、光アッテネータの構造自体を根本的に見直すこととし、本発明に想到した。
【００２５】
＝＝＝本発明に係る実施例＝＝＝
本発明の実施例に係る光アッテネータは、二つのコリメータを光軸に沿って対面させて、入力側の光ファイバから出射した光をコリメータによって平行光に整形しつつ、その平行光を再度コリメータを介して出力側の光ファイバに結合させる基本構成を有しつつ、コリメータ間にＥＯ素子を含んで構成される光偏向部を配置した構成となっている。光偏向部は、自身を構成するＥＯ素子の電極間に電圧が印加されて駆動されると、ＥＯ物質に空間電荷制限状態に基づく光偏向効果を発現する。そして、実施例に係る光アッテネータは、その光の偏向角度を制御することで出力側の光ファイバに結合する光ビームの強度を可変制御するように構成されている。以下では、本発明の実施例として、光アッテネータを構成する各種光学素子の配置などに応じて幾つかの具体例を挙げる。なお、以下の説明において同一又は類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。
【００２６】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
図５に本発明の第１の実施例に係る光アッテネータ１の概略構造を示した。図５（Ａ）および（Ｂ）は、光軸５０方向を前後方向として、当該前後方向に直交する二つの方向の一方および他方から見たときの図である。ここでは、（Ａ）を右方から見たときの側面図とし、前後方向と左右方向とに直交する方向を上下方向として、（Ｂ）を当該光アッテネータ１を上方から見たときの平面図としている。そして以下では、光アッテネータ１における前後左右上下の各方向を当該図５に示したように規定する。
【００２７】
当該光アッテネータ１は、円筒状の筐体１００の両端に入力側の光ファイバ（以下、入力側ファイバ）２３ａを保持するコリメータ（以下、入力側コリメータ）２０ａと、出力側の光ファイバ（以下、出力側ファイバ）２３ｂを保持するコリメータ（以下、出力側コリメータ）２０ｂとを対面させるように接続した構成を基本とし、入出力側のコリメートレンズ間（２２ａ−２２ｂ）に二つのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）が前後方向に直列配置された構成となっている。そしてこの直列配置された二つのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）によって光偏向部１０が構成されている。
【００２８】
コリメータ（２０ａ、２０ｂ）は、シングルモード光ファイバ（以下、光ファイバ：２３ａ、２３ｂ）の端部を保持するフェルール（２１ａ、２１ｂ）とコリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）とを円筒状のスリーブ（２４ａ、２４ｂ）内に配置したものであり、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）は、互いに対面する薄膜状の金属からなる電極間（１１−１１）にＥＯ物質（ＥＯ層とも言う）１２を配置した構成である。そして、その電極１１には、駆動回路との接続経路となる電極端子（図示せず）が取り付けられている。なお、この例では、電極１１はスパッタリングなどによって形成されたチタン薄膜で構成されており、ＥＯ層１２はニオブ酸タンタル酸カリウム（ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３、以下、ＫＴＮ）によって構成されている。
【００２９】
そして、第１の実施例に係る光アッテネータ１は、コリメータ間（２０ａ−２０ｂ）に二つのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）が直列配置されているとともに、各ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）における電極１１の形成面が互いに直交している。すなわち、前後二つのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）は、それぞれの電極間（１１−１１）に駆動回路により電位差が与えられてＥＯ層１２に電界が印加されると、その電界方向が前後のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）で互いに直交することになる。
【００３０】
ところで、ＥＯ層１２を構成するＫＴＮは、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３:ＫＮ）とタンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３:ＫＴ）とからなる無色透明の結晶であり、温度が上昇すると結晶構造が菱面体晶、斜方晶、正方晶、立方晶と四つの結晶相に変化することで知られている。そして、立方晶の状態から正方晶へ転移する相転移温度に近づけていくと，誘電率εが著しく大きくなる。すなわち、カー効果が相転移温度付近で著しく大きくなる。それによって大きな屈折率が誘発される。相転移温度は組成（ＫＮとＫＴの混合比率）によって変化するので、室温付近で相転移するような組成を選べば、室温で巨大なカー効果が得られることになる。また、ＫＴＮを含む一般式Ｋ１-ｙＭｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（Ｍは１価の金属、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される物質は優れた電気光学特性を有するとともに、鉛（Ｐｂ）を含まない環境に優しいＥＯ物質でもある。なお第１の実施例におけるＥＯ素子１０では、ＫＴＮの比誘電率が２５℃で２０，０００であった。
【００３１】
＜動作＞
次に第１の実施例に係る光アッテネータ１の動作について説明する。図６は、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）のＥＯ物質１２に電界を印加していないときの光アッテネータ１の動作を示しており、図６（Ａ）はこの光アッテネータ１内を通る光（以下、ビームとも言う）の光路を右方から見たときの状態を示している。また（Ｂ）は（Ａ）における円２００内を拡大した図である。なお図示した光路はビーム（Ｂ１〜Ｂ７）の中心の軌跡に対応している。すなわち（Ｂ）に示したように、入力側ファイバ２３ａの開口端２６ａから出射したビーム（入力光とも言う）Ｂ１は開口角αで後方に向かって円錐状に拡がり、コリメートレンズを経た平行光のビーム断面はある径を有する円である。なお、実際のフェルール（２１ａ、２１ｂ）の端面（２５ａ、２５ｂ）は光軸５０に対して僅かに傾斜している。それによって、外部から光ファイバ（２３ａ、２３ｂ）内に意図した方向とは逆方向に進行する光が入射する「戻り光」が発生しないようになっている。したがって、入力側ファイバ２３ａから出射したビームＢ１は、厳密にはフェルール２１ａの端面２５ａで屈折する。しかし、図６（Ａ）を含め、以下の各実施例に係る光アッテネータの動作を示す図では、その動作が理解し易いようにビームの軌跡（光路）を簡略化している。
【００３２】
まず図６（Ａ）に示したように、ＥＯ素子１０に電界を印加していないときは、入力側ファイバ２３ａから出射したビーム（以下、入力光とも言う）Ｂ１が入力側コリメートレンズ２２ａに入射する。周知のごとく、一般的な光ファイバコリメータ（２０ａ、２０ｂ）では光ファイバ（２３ａ、２３ｂ）の開口端面（２６ａ、２６ｂ）がコリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）の焦点位置となるため、入力側ファイバ２３ａから所定の開口角αで後方に進行するビームＢ１がコリメートレンズ２２ａに入射すると、そのビームＢ１は、光軸５０に沿って進行する平行光Ｂ２として出射する。この平行光Ｂ２は、入力側ＥＯ素子１０ａ、出力側ＥＯ素子１０ｂを経て出力側コリメートレンズ２２ｂに入射し、出力側ファイバ２３ｂの開口端２６ｂに結合する（Ｂ２〜Ｂ７）。この結合位置を出力側ファイバ２３ｂの開口端２６ｂの位置に一致させておけば、結合損失が最小となり、光アッテネータ１は入力光Ｂ１を透過させる「オン」状態となる。
【００３３】
つぎに、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）のＥＯ物質１２に電界を印加したときの動作について説明する。図７にＥＯ物質１２に電界を印加したときの光アッテネータ１の動作を示した。図７（Ａ）は、光アッテネータ１を右方から見たときの光路を示しており、（Ｂ）は上方から見たときの光路を示している。そして入力側のＥＯ素子１０ａには上方から下方向へ電界が印加されるものとし、出力側ＥＯ素子１０ｂには、右方から左方向へ電界が印加されるものとする。そして、電界の方向とＴＥ光およびＴＭ光の偏向方向との関係は、図４に示した例に従っているものとする。
【００３４】
入出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）の電極間（１１−１１）に電圧を印加すると、それぞれのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）のＥＯ物質１２内が空間電荷制限状態となる。入力側ファイバ２３ａから出射した入力光Ｂ１が入力側コリメートレンズ２２ａを経て入力側ＥＯ素子１０ａに平行光Ｂ２として入射すると、その光Ｂ２はＥＯ物質１２内で振動方向が互いに直交するＴＥ光Ｂ３ｅとＴＭ光Ｂ３ｍに分離されるとともに、それぞれが異なる角度で上下方向に偏向する。すなわち偏光依存性を有する２本のビーム（Ｂ３ｅ、Ｂ３ｍ）に分離する。そして、そのＴＥ光Ｂ３ｅとＴＭ光Ｂ３ｍがＥＯ素子１０ａの後端にてＥＯ物質１２の内外のそれぞれの屈折率に応じて屈折し、その方向に進行するビーム（Ｂ４ｅ、Ｂ４ｍ）が出力側ＥＯ素子１０ｂに入射する。
【００３５】
このとき、（Ａ）に示したように、入射光（Ｂ４ｅ、Ｂ４ｍ）の進行方向において、出力側ＥＯ素子１０ｂの電界方向に平行な方向については、ＥＯ物質１２の外側と内側のそれぞれの屈折率に応じて屈折し、電界方向と直交する方向については、（Ｂ）に示したように空間電荷制限状態基づいて偏向する。なお出力側ＥＯ素子１０ｂのＥＯ物質１２には入力側ＥＯ素子１０ａと直交する方向に同じ強度の電界が印加されており、出力側ＥＯ素子１０ｂに入射したビーム（Ｂ４ｅ、Ｂ４ｍ）は、偏波面が入れ替わったビーム（Ｂ５ｍ、Ｂ５ｅ）として電界と平行方向に偏向しながら後方に進行する。これら二本のビーム（Ｂ５ｍ、Ｂ５ｅ）は出力側ＥＯ素子１０ｂの後端にてＥＯ物質１２の内外のそれぞれの屈折率に応じて屈折し、それぞれの角度に応じた方向に進行するビーム（Ｂ６ｍ、Ｂ６ｅ）として当該出力側ＥＯ素子１０ｂから出射する。そして、出力側コリメートレンズ２２ｂからの出射光（Ｂ７ｍ、Ｂ７ｅ）は、平行光が出射側光ファイバ２３ｂの開口端２６ｂに結合する際の角度となるように、入射光（Ｂ６ｍ、Ｂ６ｅ）に対して屈折する。すなわち、入出力側の各ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）におけるＴＥ光およびＴＭ光の偏向角度に応じた角度ずれに相当する強度で出力側ファイバ２３ｂの開口端に入射する。このとき、入力側および出力側ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）の電極間（１１−１１）に印加した電圧に応じた結合損失となる。そして、入出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）に十分に大きな電界を掛けると、結合損失が増加し、入力光Ｂ１が十分に遮断された「オフ」状態となる。
【００３６】
ここで、図７に示した光アッテネータ１の動作における結合損失の概念を図８に示した。この図８では、出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）におけるＴＥ光とＴＭ光の偏向状態が図４に従うこととして、光アッテネータ１における結合損失を定性的に説明しており、例えば、前後方向をＺ軸方向とするとともに、入力側のＥＯ素子１０ａおよび出力側のＥＯ素子１０ｂのそれぞれにおいて、電界がＸ軸方向およびＹ軸方向に印加された場合、ＴＥ光であれば、入力側ＥＯ素子１０ａにてＸ軸方向に角度θで偏向し、ＴＭ光が角度φでＹ軸方向に偏向する。それによって、ＥＯ素子１０ａおよび出力側ＥＯ素子１０ｂのそれぞれにおいて、角度θと角度φの立体角βに相当する軸ずれが生じる。
【００３７】
そして、入力側ファイバ２３ａの開口端２６ａから出射した光Ｂ１が入力側コリメートレンズ２２ａ、入力側ＥＯ素子１０ａ、出力側ＥＯ素子１０ｂ、出力側コリメートレンズ２２ｂを経て出力側ファイバ２３ｂの開口端２６ｂに結合する際、図９に示したように、コリメートレンズ間（２２ａ−２２ｂ）間のビームの径Ｗｂが上記立体角β分だけずれたときの損失が発生する。そしてその損失Ｌｏｓｓは以下の数式１
【００３８】
【数１】
2015001593.tif 000003
で求められる。
【００３９】
なお、出力側ＥＯ素子１０ｂの電極間（１１−１１）には、入力側ＥＯ素子１０ａにおけるＴＥ光Ｂ２ｅとＴＭ光Ｂ２ｍの偏向角度と一致するように電圧を印加すればよく、電圧と偏向角度との関係が入力側と出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）で一致していない場合は、フィードバック制御などを用いて入力側と出力側ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）のいずれか、あるいは双方の電極間（１１−１３）に印加する電圧値を調整すればよい。
【００４０】
以上、第１の実施例に係る光アッテネータ１の構造と動作について説明した。以下では、実際に作製した光アッテネータ１について、サイズや特性などを具体的に説明する。
【００４１】
＜サイズと特性について＞
図１０に実際に作製した第１の実施例に係る光アッテネータ１における各部位のサイズを示した。図１０（Ａ）は当該光アッテネータ１を右方から見たときの側面図であり、（Ｂ）は光アッテネータ１の前方部分を拡大した図である。また（Ｂ）ではビームスポット径を考慮したオン状態における光路の一部（Ｂ１、Ｂ２）も示している。作製した光アッテネータ１は光通信用途に供されるものであり、その光通信分野では光学部品をラックボードに実装してシステム化していることから、円筒状の筐体１００のサイズの特に外径φ２をこのラックボードへの実装を想定して設定している。具体的には、円筒状の筐体１００の外径φ２を３．０ｍｍとしている。
【００４２】
またコリメータ（２０ａ、２０ｂ）に内蔵されるコリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）については、焦点距離ｆと径φ１、およびレンズの厚さを考慮した作動距離ＷＤがコリメータ（２０ａ、２０ｂ）内に収納可能な数値であればよい。さらに、コリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）は光アッテネータ１を構成する他の部品よりも相対的に高価な部品でもあるので、安価に入手可能な市販の汎用非球面レンズを採用することが望ましい。ここでは、ｆ＝１．８１ｍｍ、ＷＤ＝１．１４ｍｍの非球面レンズを用いた。もちろん、レンズはコリメータ（２０ａ、２０ｂ）のスリーブ（２４ａ、２４ｂ）内に収納可能な外径を有するものを採用している。
【００４３】
ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）については、入力側コリメートレンズ２２ａから後方に向かうビームＢ２が二つのＥＯ素子（２２ａ、２２ｂ）におけるＥＯ物質１２を通過して出力側コリメートレンズ２２ｂに至る光路を辿るように、その前後両端の上下および左右方向のサイズを決定する必要がある。ここで、光ファイバ（２３ａ、２３ｂ）のモードフィールド半径ω０が５μｍ（ビーム径Ｗ０＝１０μｍ）であり、入力光の波長λが１５５０ｎｍであるので、コリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）として使用した非球面レンズの焦点距離ｆ＝１．８１ｍｍから、入力側レンズ２２ａの主面における入力光Ｂ１のビームスポット半径ω１は、
ω１＝λｆ／πω０
によって求められ、そのビームスポット半径ω１は、Ｗ１≒１７８．６μｍであった。そして、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）における光の入出斜面となる前後の端面の上下方向の高さｄと左右方向の幅Ｗは、前方から入射した平行光がＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）内で偏向して後端から出射するため、その前端面から後端面に至るまでに、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）内のビームの径方向外側の縁の部分がＥＯ物質の端面に接触してビームの周辺光量が低下しないようにすることが必要となる。所謂「ケラレ」を考慮する必要がある。そこで、ここでは、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）における高さｄと幅Ｗをビームスポット半径ω１の２倍とした。すなわち、オン状態においてビームスポットがその直径Ｗ１（＝２ω１）で通過できるサイズとし、ｄ＝Ｗ＝２ω１＝Ｗ１≒３５７μｍとした。
【００４４】
ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）の長さ（素子長）Ｌｅｏについては、光通信における光信号の伝送路において光バーストが発生した際に光アッテネータをオフにするような場合を想定し、応答時間τ＝１μｓとして素子長Ｌｅｏを求めた。具体的には、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）をＲＬＣ等価回路と見なしたときの遅延時間を計算し、その遅延時間が１μｓとなる条件に基づいて素子長Ｌｅｏを求めた。
【００４５】
まずＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）のキャパシタンスＣは、電極１１の面積ＳとＥＯ物質１２の厚さｄとＥＯ物質の誘電率εから
Ｃ＝εＳ／ｄ（＝ε０εｒＳ／ｄ）
の式で求めることができる。ここではｄ＝Ｗ（＝３５８μｍ）であるから、Ｓ＝ｄ×Ｌｅｏとなり、Ｃ＝εＬｅｏとなる。なお、ＫＴＮの比誘電率εｒは２００００である。さらに電極間（１１−１１）に上記数式２により求めたキャパシタンスＣを１００％として、キャパシタンスが１０％から９０％になるまでの遅延時間ｔが１μｓとなる条件を求めた。なおこの遅延時間ｔは、電極１１から端子を経て駆動装置に至る抵抗Ｒと上記キャパシタンスＣを用いて、以下の式
ｔ＝ＲＣ（Ｉｎ０．１−Ｉｎ０．９）
＝ＲεＬｅｏ（Ｉｎ０．１−Ｉｎ０．９）＝１μｓ
によって求められる。そして、Ｒ＝２００Ωであったので、Ｌｅｏ＝１２．８５ｍｍとなり、この値を実際の素子長Ｌｅｏとして採用した。
【００４６】
また、光アッテネータ１自体の前後長Ｌに大きく左右する入出力コリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）の主面間（１２２ａ−１２２ｂ）の距離（以下、レンズ間距離）Ｄについては、レイリー条件に基づいて設定することができる。具体的には、図１１に示したように、入力側コリメートレンズ２２ａから出射した平行光Ｂのビームスポットの半径は、入力側コリメートレンズ１０ａの主面１２２ａからの距離Ｚにおいて最小となる。すなわちビームウエストＢｗの位置となる。周知のごとく、レイリー条件では、そのビームウエストＢｗの半径ω２が入力側コリメートレンズ１０ａの主面１２２ａにおけるビームスポット半径ω１の１／（√２）となり、このときの上記距離Ｚ（以下、ビームウエスト距離Ｚとも言う）がレイリー距離Ｚｒである。
【００４７】
第１の実施例に係る光アッテネータ１では、上記レイリー距離Ｚｒをレンズ間距離Ｄとし、Ｄ＝Ｚ＝Ｚｒ＝３７．８ｍｍであった。また、レイリー条件でのビームウエスト半径ω２はω２＝ω１／（√２）＝１２６．３μｍとなる。そして、上述した各部位のサイズを有する第１の実施例に係る光アッテネータ１では、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）の電極間（１１−１１）に２９．１Ｖの電圧を印加したときに、３０ｄＢの最大減衰量が得られ、光通信用途において実用上十分な特性を低電圧で達成できることが確認できた。また、対向配置された入出力側のコリメータ間に二つのＥＯ素子を直列配置するだけの簡素な構成を採用でき、汎用のコリメータを採用したり、ＥＯ素子のリタデーションを利用した従来の光アッテネータ用の筐体を転用したりすることも可能となり、高電圧信号を発生させる駆動回路も不要なことから、製造コストを低減させる効果も期待できる。
【００４８】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
上記第１の実施例に係る光アッテネータでは、コリメータをレイリー条件となるように調整し、２９．１Ｖの電圧で３０ｄＢの減衰量が得られた。しかし、第１の実施例に係る光アッテネータ１では、先に図５に示したように、コリメートレンズ間（２２ａ−２２ｂ）の距離（レンズ間距離）Ｄが３７．８ｍｍであり、入力側コリメートレンズ１０ａからビームウエストＢｗまでのの距離Ｚは、入力側と出力側のＥＯ素子の素子長の合計距離２Ｌｅｏ（＝２５．７ｍｍ）よりも長く、コリメートレンズ（１０ａ、１０ｂ）の前後方向の厚さを考慮したとしてもレンズ間距離Ｄ（＝３７．８ｍｍ）と素子長の合計距離２Ｌｅｏとの差分の多くが余分となる。そこで第２の実施例に係る光アッテネータでは、入力側と出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）を前後に密接させた上で、その入力側ＥＯ素子１０ａと出力側ＥＯ素子１０ｂの連結位置でビームウエスト半径が最小となるようにコリメータ（２０ａ、２０ｂ）の光学系を調整することで、レンズ間距離Ｄをより短くし、結果として、光アッテネータの全長を大幅に短縮することが可能な光アッテネータを挙げる。
【００４９】
図１２に第２の実施例に係る光アッテネータ２におけるレンズ間距離Ｄの短縮原理を示した。なおこの図では、光アッテネータ２の前方側が示されており、また出力側のＥＯ素子１０ｂを省略している。そしてこの図に示したように、入力側コリメータ１０ａにおける光ファイバ２３ａの開口端２６ａとコリメートレンズとの距離ｄ０を焦点距離ｆよりも長さΔｚ（以下、焦点ズレΔｚ）分だけ大きくなっている。すなわち、入出力側のコリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）における光ファイバ（２３ａ、２３ｂ）側の焦点位置が前後方向中央側に向かってずれている。そして、それによって、ビームウエストＢｗの半径ω２を拡径し、それに伴ってビームウエスト距離Ｚを短縮させている。そして、コリメートレンズ（２２ａ、２２ｂ）の厚さなどを無視した原理的な光学系では、ビームウエスト距離Ｚを素子長Ｌｅｏに一致させるともに、入力側コリメータ２０ａと出力側コリメータ２０ａとをビームウエストＢｗの位置に対して前後対称となるように配置すれば、レンズ間距離Ｄを入力側と出力側のＥＯ素子の素子長Ｌｅｏの２倍の距離２Ｌｅｏにまで短縮することができる。もちろん、実際には、コリメートレンズ（１０ａ、１０ｂ）には厚さがあるため、レンズ間距離Ｄは２Ｌｅｏよりは若干長くなる。
【００５０】
なお、焦点ズレΔＺとビームウエスト半径ω２とは、以下の数式２に示す関係がある。
【００５１】
【数２】
2015001593.tif 000004
また、入力側ファイバ２３ａの開口端２６ａと入力側コリメートレンズ２２ａとの距離ｄ０（＝ｆ＋Δｚ）とビームウエスト距離Ｚとの関係は、以下の数式３で示される。
【００５２】
【数３】
2015001593.tif 000005
図１３に、上記数式２および数式３の関係を、ビームウエスト距離Ｚと焦点ズレΔｚとの関係１０１、およびビームウエスト距離Ｚとビームウエスト半径ω２との関係１０２として示した。そしてこの図１３に示したビームウエスト距離Ｚと焦点ズレΔｚとの関係１０１から、ビームウエスト距離Ｚを素子長Ｌｅｏ＝１２．８５ｍｍとすると、そのときの焦点ズレΔｚは８．９μｍとなった。そこで、第２の実施例に係る光アッテネータ２の入力側と出力側のコリメータ（２０ａ、２０ｂ）の焦点ズレΔｚを８．９μｍに調整したところ、２４．４Ｖで３０ｄＢの減衰量を得た。すなわち、第１の実施例に係る光アッテネータ１と同じ減衰量をより低電圧で得ることができた。これは、より拡径されたビームウエストＢｗの位置が入力側ＥＯ素子１０ａの後端近傍となるため、入力側ＥＯ素子１０ａ内の光を偏向させると、ケラレによって大きく減光したためと思われる。もちろん、第１の実施例に係る光アッテネータ１に対してレンズ間距離Ｄを大きく短縮することもできた。
【００５３】
＝＝＝ＥＯ素子の構成について＝＝＝
ところで、第２の実施例に係る光アッテネータ２では、入力側ＥＯ素子１０ａと出力側ＥＯ素子１０ｂが間隙を介さずに前後に密接した状態で配置することとしている。もちろん、第１の実施例に係る光アッテネータ１においても入力側と出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）を密接配置することができる。そこで、上記第１あるいは第２の実施例におけるＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）の前後長がＬｅｏであったのに対し、図１４に示したように、２倍の前後長２Ｌｅｏを有するＥＯ物質１２の前方半分の部分（１２−１３）に上下に対向する電極（１１ａ−１１ａ）を形成するとともに、後方半分の部分（１３−１４）に左右に対向する電極（１１ｂ−１１ｂ）を形成することで、一つのＥＯ素子１１０を入力側ＥＯ素子１０ａに相当する領域１１０ａと、出力側のＥＯ素子１０ｂに相当する領域１１０ｂとに区分させるように構成してもよい。
【００５４】
＝＝＝第３の実施例＝＝＝
第１および２の実施例では、入力側ＥＯ素子１０ａに電界を印加した際のビームの偏光依存性を解消するために入出力側のそれぞれのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）における電界方向を直交させていた。すなわち、電極１１の形成面が光軸５０に対して９０°回転していた。そのため、電極１１に取り付けられる端子が入力側ＥＯ素子１０ａと出力側ＥＯ素子１０ｂとで異なる方向に配置されることになり、端子から駆動回路に至る配線の引き回しが煩雑となる可能性がある。そこで、第３の実施例として、二つのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）の電極（１１、１３）が同じ方向となるように配置された光アッテネータを挙げる。
【００５５】
図１５（Ａ）〜（Ｃ）に第３の実施例に係る光アッテネータ３の構造と動作を示した。図１５（Ａ）は当該光アッテネータ３を右方から見たときの構造を示しており、入力側と出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）のそれぞれの電極１１の形成面を直交させる代わりに、コリメートレンズ間（２２ａ―２２ｂ）に１／２波長板３０を配置している。すなわち、入力側と出力側のＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）と、それらのＥＯ素子間（１０ａー１０ｂ）に介在する１／２波長板とによって光偏向部１１０が構成されている。
【００５６】
図１５（Ｂ）は１／２波長板３０を前方から見たときの図であり、当該１／２波長板３０の光学軸３１の方向を示している。そして、１／２波長板３０の光学軸３１は、光軸５０に沿って前方から見たときに、ＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）において電極（１１、１３）が形成されている面の法線方向に対して４５゜の角度で交差するように設定されている。すなわち、電極間（１１−１３）に電圧を印加したときに発生する電界方向と４５゜の角度で交差するように設定されている。
【００５７】
図１５（Ｃ）は第３の実施例に係る光アッテネータ３のオフ状態における動作を示している。この図に示したように、入力光Ｂ１が入力側コリメータ２０ａを経て入力側ＥＯ素子１０ａに入射するまでの光路（Ｂ１→Ｂ２）は第２の実施例の光アッテネータ２と同様であり、また入力側ＥＯ素子１０ａに入射したビームＢ２が、ＴＥ光およびＴＭ光に対応する２本のビーム（Ｂ３ｅ、Ｂ３ｍ）に分離し、当該ＥＯ素子１０ａから上下方向に異なる角度で出射する２本のビーム（Ｂ４ｅ、Ｂ４ｍ）として後方に向かうまでの光路も同じである。第３の実施例に係る光アッテネータ３では、入力側ＥＯ素子１０ａから出射したビーム（Ｂ４ｅ、Ｂ４ｍ）が１／２波長板３０に入射すると、それぞれのビーム（Ｂ４ｅ、Ｂ４ｍ）の偏波面が９０°回転したビーム（Ｂ１５ｍ、Ｂ１５ｅ）に変換されて出力側ＥＯ素子１０ｂに入射する。出力側ＥＯ素子１０ｂには入力側ＥＯ素子１０ａと同じ強度の電界が同じ方向に印加されており、出力側ＥＯ素子１０ｂ内のＴＭ光とＴＥ光のそれぞれに対応する二本のビーム（Ｂ１６ｍ、Ｂ１６ｅ）は、入射したビーム（１５ｍ、１５ｅ）偏波面と電界の印加方向とに従って偏向しながら後方に進行し、出力側ＥＯ素子１０ｂの後端で、ＥＯ物質１２の内外のそれぞれの屈折率に応じて屈折し、その屈折した２本のビーム（Ｂ１７ｍ、Ｂ１７ｅ）が出力側コリメートレンズ２２ｂに入射する。そして、そして、出力側コリメートレンズ２２ｂからの出射光（Ｂ１８ｍ、Ｂ１８ｅ）は、平行光が出射側光ファイバ２３ｂの開口端２６ｂに結合する際の角度となるように、入射光（Ｂ１７ｍ、Ｂ１７ｅ）に対して屈折し出力側ファイバ２３ｂの開口端に入射する。それによって、入出力側のそれぞれのＥＯ素子（１０ａ、１０ｂ）における偏向角度に応じた強度の光が出力側ファイバ２３ｂに入射する。なお、第３の実施例においても、第２の実施例に係る光アッテネータ２におけるレンズ間距離Ｄの短縮原理を利用することができる。例えば、１／２波長板３０の位置をビームウエストＢｗの位置に一致させれば、入力側ＥＯ素子１０ａ、１／２波長板３０，出力側ＥＯ素子１０ｂを前後に密着させて配置することができ、レンズ間距離Ｄを短縮させることができる。
【００５８】
＝＝＝駆動について＝＝＝
上述した各実施例に係る光アッテネータ（１〜３）では、ＥＯ素子（１０、１０ａ、１０ｂ）が空間電荷制限状態に制御されていることが前提となる。ところで、ＥＯ素子において電荷を担うキャリアは電子であるが、その電子の移動速度は遅く、電荷移動度としては３．３（ｃｍ２／ｖ・ｓ）程度である。したがって、光通信用途で要求される１μｓ程度の応答時間で常時駆動させるためには、空間電荷制限状態を発現させてそれを維持し続けることが必要となる。具体的には、先に図１（Ｃ）に示したように、ＥＯ物質ｅｏ内に電子密度の高い領域ｅ４が偏在しつつ、カソード電極Ｃｄ側からＥＯ物質ｅｏに順次供給された電子ｅがアノード電極Ａｄに順次到達してＥＯ物質ｅｏ内に電流が流れ続けている状態を維持することが必要である。
【００５９】
電流を流し続けるためには、例えば、低速な周波数（例えば４０Ｈｚ）で掃引すればよい。その上で、所定の結合損失が得られる電圧を印加すればよい。そこで、上記各実施例に係る光アッテネータ１〜５の実用的な駆動方法として、空間電荷制御状態となる準位に電荷がトラップされた状態とする駆動方法（以下、トラップ電荷制御モード）を例示する。図１６にトラップ電荷制御モードによるＥＯ素子の駆動波形を示した。ＤＣバイアスＶｄｃに振幅（Ｖｓ−Ｖｄｃ）の低周波（例えば４０Ｈｚ）ＡＣ変調信号を重畳した駆動信号ａｃとしている。例えば、第２の実施例に係る光アッテネータ２をラップ電荷制御モードにて駆動する場合では、Ｖｄｃ＝１２．２ＶのＤＣバイアスを印加して振幅１２．２Ｖの低周波信号をＥＯ素子（１１０ａ、１１０ｂ）の電極間（１１１−１１１）に印加する。それによって第２の実施例に係る光アッテネータ２は最大電位差Ｖｓ＝２４．４Ｖで駆動されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明は、光ファイバ網を用いた光通信に適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１〜３  光アッテネータ、１０，１０ａ，１０ｂ  電気光学素子（ＥＯ素子）、
１１  電極、１２  電気光学物質（ＥＯ物質、ＥＯ層）、３０  １／２波長板、
５０  光軸、１００  光偏向部
【図１】
2015001593.tif 000006
【図２】
2015001593.tif 000007
【図３】
2015001593.tif 000008
【図４】
2015001593.tif 000009
【図５】
2015001593.tif 000010
【図６】
2015001593.tif 000011
【図７】
2015001593.tif 000012
【図８】
2015001593.tif 000013
【図９】
2015001593.tif 000014
【図１０】
2015001593.tif 000015
【図１１】
2015001593.tif 000016
【図１２】
2015001593.tif 000017
【図１３】
2015001593.tif 000018
【図１４】
2015001593.tif 000019
【図１５】
2015001593.tif 000020
【図１６】
2015001593.tif 000021