(57)【要約】  【課題】  簡易な構成で、目的とする光減衰量をより正確に得る。  【解決手段】  可変光減衰器１０は、偏光方向調整素子１４および強誘電体プリズム１３を備えている。偏光方向調整素子１４は、入射してくる光ビームＢｍの偏光方向をＳ方向に揃えた第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2を強誘電体プリズム１３に出射する。強誘電体プリズム１３に電圧を印加すると、その屈折率が低下し、第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2の光路が変わった状態で第２のコリメートレンズ１２に入射する。その結果、出射光用光ファイバ２２の結合効率が低下し、光減衰量が増加する。強誘電体プリズム１３には偏光方向調整素子１４によって偏光方向が揃えられた第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2が入射するので、強誘電体プリズム１３が有する光学的異方性に伴う複屈折が生じず、目的とする光減衰量をより正確に得ることができる。  【選択図】  図１
2005091982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光ビームの偏光方向を調整する偏光方向調整素子と、
前記偏光方向調整素子より出射される光ビームに対して電圧の印加によって屈折率を変化させる光学素子と
を含む光学モジュール。
【請求項２】
前記偏光方向調整素子は、入射する光ビームの偏光方向を一定の方向に揃えることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記光学素子は、強誘電体材料からなることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学素子における光ビームの入射面と出射面とが平行でないことを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記光学素子は、前記光ビームの光路を挟む２つの面に電圧を印加するための電極を備えていることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記光学素子は、前記光ビームの入射面と反射面とに電圧を印加するための電極を備えていることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記電極は、光ビームの波長に対して透明であることを特徴とする請求項６記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記電極は、前記光ビームの光路を除く部位に形成されることを特徴とする請求項６記載の光学モジュール。
【請求項９】
光ビームを入力する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバから出射される光ビームを平行光に変換する第１のコリメートレンズと、
前記第１のコリメートレンズから出射される光ビームの偏光方向を揃える偏光方向揃え部材と、
光学的異方性を有し、前記偏光方向揃え部材から出射される光ビームを傾けて透過するプリズムと、
前記プリズムから出射される光ビームを集光する第２のコリメートレンズと、
前記第２のコリメートレンズから出射される光ビームを出力する第２の光ファイバと、
前記プリズムに電圧を印加する電源と
を含む光減衰器。
【請求項１０】
前記偏光方向揃え部材は、
前記第１のコリメートレンズから出射される光ビームをＰ偏光の光ビームとＳ偏光の光ビームとに分離する分離部と、
前記分離部にて分離されたＰ偏光またはＳ偏光の光ビームを、Ｓ偏光またはＰ偏光の光ビームに変換する変換部と
を備えることを特徴とする請求項９記載の光減衰器。
【請求項１１】
光ビームを入力する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバから出射される光ビームを平行光に変換する第一のコリメートレンズと、
前記第１のコリメートレンズから出射される光ビームの偏光方向を揃える偏光方向揃え部材と、
強誘電体にて構成され、前記偏光方向揃え部材から出射される光ビームの入射面と出射面とが平行でない第１のプリズムと、
前記第１のプリズムから出射される光ビームの入射面と出射面とが平行でない第２のプリズムと、
前記第２のプリズムから出射される光ビームを集光する第２のコリメートレンズと、
前記第２のコリメートレンズから出射される光ビームを出力する第２の光ファイバと
を含む光減衰器。
【請求項１２】
前記第１のプリズムの入射面と前記第２のプリズムの出射面とが略平行であり、且つ、当該第１のプリズムの出射面と当該第２のプリズムの入射面とが略平行であることを特徴とする請求項１１記載の光減衰器。
【請求項１３】
前記第１のプリズムの入射面に形成される第１の電極と、
前記第２のプリズムの出射面に形成される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される可変直流電源と
をさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置等で用いられる光学モジュール、光減衰器に係り、より詳しくは、光減衰量を調整可能な光学モジュール、光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた光通信は、大容量の情報を高速で伝送することができるために、最近急速に実用化されてきている。従来の光ファイバを用いた光通信では、光ファイバの両端に送信機と受信機とを接続した単純な１対１の通信が中心であったが、最近では、異なる複数の波長の光信号を１本の光ファイバで伝送することで伝送容量をさらに増大させたＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)方式が採用されてきている。また、このＷＤＭ方式を用いることにより、伝送容量の大容量化だけでなく、光信号の分岐や挿入をＯ/Ｅ(光/電気)変換することなく、光フィルタ等によって光レベルで行うことができ、信号形態や伝送速度にかかわらず、種々の信号が同時に伝送可能となる利点がある。したがって、簡単な光デバイスで構成された光クロスコネクトや光分岐挿入装置で大容量の信号処理を行うことができ、伝送およびノードの低コスト化も可能になる。
【０００３】
ここで、光クロスコネクトは、多数の経路(光ファイバ)から送られてくる光信号の経路を、光のままそれぞれ異なる経路(光ファイバ)に切り替える中継装置であり、多チャンネル光スイッチが用いられている。この多チャンネル光スイッチでは、スイッチングを行うことにより、光のパスの長さが変化し、また通過する光スイッチ部が変化するため、通過に伴う光減衰量(ロス)が変化する。このため、たとえ入力側に等強度の光が入力したとしても、出力側から出力される出力光の強度は一定にはならず、ばらつきが生じるという問題がある。このため、多チャンネル光スイッチにおける光信号の切り替えに対応して、出力光の強度を一定に保つように調整する可変型の光減衰器が用いられている。
【０００４】
従来、この種の可変光減衰器として、入射側の光ファイバが接続されるコリメートレンズと出射側の光ファイバが接続されるコリメートレンズとの間に、例えばＰＬＺＴ((Pb,La)(Zr,Ti)O3)など電気光学効果(ポッケルス効果)が生じ得る強誘電体材料にて構成したプリズムを配置する技術が存在する(例えば、特許文献１参照。)。この特許文献１の可変光減衰器では、プリズムに印加する電圧を適宜設定することで、プリズムの屈折率、すなわちプリズムから出射される光の方向を変え、出射側の光ファイバに入射する光の量を調整している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５９８４号公報(第３−４頁、図１-３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光ファイバ中を伝送される光は、光ファイバが受ける曲げ、捻り、振動等によって、その偏光方向(Ｐ偏光、Ｓ偏光)がランダムに変動する。このため、上述した可変減衰器にも偏光方向がランダムに変動しながら光が入射する。ここで、一般にＰ偏光とは入射面に対して平行な電界成分のみを持つ直線偏光であり、Ｓ偏光とは入射面に対して垂直な電界成分のみを持つ直線偏光である。一方、上述した特許文献１に記載される可変光減衰器は、強誘電体材料からなるプリズムを用いており、このような強誘電体材料は光学的異方性を有していることから、入射する光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折という現象が生じることが知られている。
したがって、特許文献１に記載される可変減衰器では、プリズムに印加する電圧以外に、入射する光の偏光状態によっても光減衰量が変動してしまうことになる。つまり、この可変光減衰器では、光ファイバ中を伝送される光すなわちランダムに偏光方向が変動する光が入射されると、目的とする光減衰量を得られなくなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、簡易な構成で、目的とする光減衰量をより正確に得ることにある。
また他の目的は、入射する光の偏光方向に関わらず、目的とする光減衰量をより正確に得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明が適用される光学モジュールは、入射される光ビームの偏光方向を調整する偏光方向調整素子と、偏光方向調整素子より出射される光ビームに対して電圧の印加によって屈折率を変化させる光学素子とを含んでいる。
ここで、偏光方向調整素子は、入射する光ビームの偏光方向を一定の方向に揃えることを特徴とすれば、光学素子における複屈折が抑制される点で好ましい。また、光学素子は、強誘電体材料からなることを特徴とすれば、電圧の印加による屈折率変化を大きくできる点で好ましい。さらに、光学素子における光ビームの入射面と出射面とが平行でないことを特徴とすれば、さらに光ビームを傾けて出射しやすくなるという点で好ましい。
【０００９】
さらに、光学素子は、光ビームの光路を挟む２つの面に電圧を印加するための電極を備えていることを特徴とすれば、光学素子に対する電圧印加が容易になり、且つ、光学素子の屈折率を変化させやすくなる点で好ましい。一方、光学素子は、光ビームの入射面と反射面とに電圧を印加するための電極を備えていることを特徴とすれば、電極間距離を小さくでき、同じ屈折率変化を生じさせるために必要な電圧を小さくできる点で好ましい。この場合に、電極は、光ビームの波長に対して透明であること、あるいは、光ビームの光路を除く部位に形成されることを特徴とすれば、光ビームのロスを抑制できる点で好ましい。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明の光減衰器は、光ビームを入力する第１の光ファイバと、第１の光ファイバから出射される光ビームを平行光に変換する第一のコリメートレンズと、第１のコリメートレンズから出射される光ビームの偏光方向を揃える偏光方向揃え部材と、光学的異方性を有し、偏光方向揃え部材から出射される光ビームを傾けて透過するプリズムと、プリズムから出射される光ビームを集光する第２のコリメートレンズと、第２のコリメートレンズから出射される光ビームを出力する第２の光ファイバと、プリズムに電圧を印加する電源とを含んでいる。
【００１１】
ここで、偏光方向揃え部材は、第１のコリメートレンズから出射される光ビームをＰ偏光の光ビームとＳ偏光の光ビームとに分離する分離部と、分離部にて分離されたＰ偏光またはＳ偏光の光ビームを、Ｓ偏光またはＰ偏光の光ビームに変換する変換部とを備えることを特徴とすれば、容易に光ビームの偏光方向を揃えることができる点で好ましい。
【００１２】
さらに、他の観点から捉えると、本発明の光減衰器は、光ビームを入力する第１の光ファイバと、第１の光ファイバから出射される光ビームを平行光に変換する第１のコリメートレンズと、第１のコリメートレンズから出射される光ビームの偏光方向を揃える偏光方向揃え部材と、強誘電体にて構成され、偏光方向揃え部材から出射される光ビームの入射面と出射面とが平行でない第１のプリズムと、第１のプリズムから出射される光ビームの入射面と出射面とが平行でない第２のプリズムと、第２のプリズムから出射される光ビームを集光する第２のコリメートレンズと、第２のコリメートレンズから出射される光ビームを出力する第２の光ファイバとを含んでいる。
【００１３】
ここで、第１のプリズムの入射面と第２のプリズムの出射面とが略平行であり、且つ、第１のプリズムの出射面と第２のプリズムの入射面とが略平行であることを特徴とすれば、第１のコリメートレンズからの出射光と第２のコリメートレンズへの入射光とを略平行にでき、各光学部品を略直列に配置できるという点で好ましい。また、第１のプリズムの入射面に形成される第１の電極と、第２のプリズムの出射面に形成される第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接続される可変直流電源とをさらに備えることを特徴とすれば、第１のプリズムに均一な電界を形成でき、その結果均一な屈折率分布を形成できるという点で好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構成で、目的とする光減衰量をより正確に得ることができる。
また、本発明によれば、入射する光の偏光方向に関わらず、目的とする光減衰量をより正確に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
―実施の形態１―
図１は、波長多重伝送方式の光通信機器等で使用される光学部品モジュールの一種である可変光減衰器(ＶＯＡ:Variable Optical Attenuator)１０を示す図であり、図１(ａ)は可変光減衰器１０の上面図、図１(ｂ)は図１(ａ)のIb−Ib’断面図である。この可変光減衰器１０は、光ビームが入射される第１の光ファイバとしての入射光用光ファイバ２１が接続される第１のコリメートレンズ１１と、光ビームが出射される第２の光ファイバとしての出射光用光ファイバ２２が接続されると共に第１のコリメートレンズ１１に対して傾斜して配置される第２のコリメートレンズ１２と、これら第１のコリメートレンズ１１と第２のコリメートレンズ１２との間に配設される光学素子としての強誘電体プリズム１３と、第１のコリメートレンズ１１と強誘電体プリズム１３との間に配設される偏光方向揃え部材としての偏光方向調整素子１４とを備えている。なお、入射光用光ファイバ２１および第１のコリメートレンズ１１は、これら両者を一体化したファイバコリメータユニットとして構成することができ、出射光用光ファイバ２２および第２のコリメートレンズ１２は、これら両者を一体化したファイバコリメータユニットとして構成することができる。
【００１６】
また、上述した入射光用光ファイバ２１、第１のコリメートレンズ１１、偏光方向調整素子１４、強誘電体プリズム１３、第２のコリメートレンズ１２、出射光用光ファイバ２２は、長方形状の基板３０に取り付けられている。基板３０は例えば石英ガラスからなり、基板３０にはこれら各光学部品を固定するための凹溝３１が形成されている。各光学部品は、紫外線硬化型の接着剤によって基板３０に固定される。
【００１７】
入射光用光ファイバ２１および出射光用光ファイバ２２としては、シングルモード光ファイバが用いられている。また、第１のコリメートレンズ１１および第２のコリメートレンズ１２としては、レンズの曲面が中心部と周辺部とで曲率が異なる所謂非球面レンズが用いられている。これら第１のコリメートレンズ１１および第２のコリメートレンズ１２は共に、例えば光学ガラスＢＫ７を加熱しプレスして成型したものからなり、その有効口径は０.９ｍｍである。
【００１８】
図２は、偏光方向調整素子１４を示している。この偏光方向調整素子１４は、第１のコリメートレンズ１１(図１参照)から出射された光ビームＢｍを偏光方向によってＰ偏光成分ＢｍＰ(Ｐ波)およびＳ偏光成分ＢｍＳ(Ｓ波)に分離する分離部としての偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)４２と、この偏光ビームスプリッタ４２にて分離されたＳ偏光成分ＢｍＳを反射する反射部４３とを備えた分離素子４１と、この分離素子４１に取り付けられ、偏光ビームスプリッタ４２にて分離されたＰ偏光成分ＢｍＰの偏光方向を回転させることでＳ波に変換する変換部としての１/２波長板４４とを有している。なお、分離素子４１において、偏光ビームスプリッタ４２および反射部４３は、光学ガラス等からなる基材４５中に形成されている。
【００１９】
ここで、偏光ビームスプリッタ４２は、例えば屈折率が異なる二つの誘電体薄膜を順次複数層重ねた誘電体多層膜によって構成される。そして、偏光ビームスプリッタ４２は、光ビームＢｍ中のＰ偏光成分ＢｍＰがブリュースター角(誘電体多層膜を構成する二つの誘電体薄膜の屈折率の関係によって定まる)において完全透過する原理を利用し、光ビームＢｍのうちＰ偏光成分ＢｍＰを透過させ、またＳ偏光成分ＢｍＳを反射させる機能を有している。
また、反射部４３は、偏光ビームスプリッタ４２にて反射されたＳ偏光成分ＢｍＳを、偏光ビームスプリッタ４２を透過したＰ偏光成分ＢｍＰと平行な方向に反射させるものである。さらに、１/２波長板４４は、例えば光学的異方性を有する複屈折結晶によって構成され、分離素子４１のＰ偏光成分ＢｍＰが出射される部位に取り付けられている。
【００２０】
なお、以下の説明では、偏光ビームスプリッタ４２および１/２波長板４４を通過して出射される光ビームを第１の光ビームＢｍ1、偏光ビームスプリッタ４２および反射部４３を反射して出射される光ビームを第２の光ビームＢｍ2とよぶ。本実施の形態では、第１のコリメートレンズ１１から平行光として出射される光ビームＢｍの直径(＝第１の光ビームＢｍ1、第二の光ビームＢｍ2の直径)が０.３ｍｍであり、偏光方向調整素子１４より平行に出射される第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2の中心間隔が０.５ｍｍに設定される。また、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ４２と反射部４３との間の光路長を適宜設定することで、第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2の位相を整合させた状態で出射できるように構成されている。
【００２１】
図３は、強誘電体プリズム１３を示している。この強誘電体プリズム１３は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)の単結晶を台形柱状に切り出したものからなる。ニオブ酸リチウムは三方晶系の結晶構造を有しているが、この強誘電体プリズム１３ではニオブ酸リチウム単結晶の結晶軸のｃ軸方向が図中上側 (図１(ａ)では図中紙面垂直方向、図１(ｂ)では図中上側) となるように配置されている。また、強誘電体プリズム１３では、分離素子４１から出射された２本の光ビーム(第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2)が入射される入射面１３ａと、これら第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2が出射される出射面１３ｂとが非平行になっている。さらに、強誘電体プリズム１３は、その入射面１３ａが入射する第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2に対して垂直となるように配置される。これに伴い、出射面１３ｂは、第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2に対して、所定の角度θをもって配置されることになる。これら入射面１３ａおよび出射面１３ｂは光学研磨されており、各表面にはスパッタ法等によって図示しない反射防止膜が形成されている。強誘電体プリズム１３のサイズは、可変光減衰器１０の設計によって任意に選択することが可能であるが、入射面１３ａの大きさは入射する平行光束(第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2)の直径よりも大きくする必要があり、上述したビーム径やビーム間隔に基づき、入射面１３ａの幅ａを１.５ｍｍ、高さｂを０.５ｍｍとしている。なお、強誘電体プリズム１３の奥行き(短辺側)は１.０ｍｍである。
【００２２】
また、強誘電体プリズム１３の第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2の光路を挟む２つの台形面１３ｃ,１３ｄには、Ａｕ等の無電解めっきあるいは真空製膜法による薄膜状の電極５１,５２がそれぞれの全面に形成されている。さらに各電極５１,５２には、配線を介して電源としての可変直流電源５３が接続されている。この可変直流電源５３は可変光減衰器１０とは別個に配置される。
【００２３】
次に、図１〜図３を参照しながら、本実施の形態に係る可変光減衰器１０の基本的な動作について説明する。
入射光用光ファイバ２１から出射された光ビームは、第１のコリメートレンズ１１に入射し、平行光に変換された後に第１のコリメートレンズ１１より光ビームＢｍとして出射される。そして、第１のコリメートレンズ１１より出射された光ビームＢｍは偏光方向調整素子１４に入射する。偏光方向調整素子１４に入射した光ビームＢｍは、偏光ビームスプリッタ４２によってＳ偏光成分ビームＢｍＳとＰ偏光成分ビームＢｍＰとに分離される。これらのうち、Ｐ偏光成分ビームＢｍＰは１/２波長板４４を通過することでＳ波に変換されて第１の光ビームＢｍ1として出射され、Ｓ偏光成分ビームＢｍＳは反射部４３にて反射され、そのままＳ波である第２の光ビームＢｍ２として出射される。つまり、偏光方向調整素子１４を通過した第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、共にＳ波として出射される。
【００２４】
偏光方向調整素子１４より出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａに入射し、出射面１３ｂより出射される。このとき、強誘電体プリズム１３の出射面１３ｂは入射面１３ａに対して角度θだけ傾斜しており、出射面１３ｂから出射される第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、スネルの法則に従って平行状態を維持しながら所定角度だけ方向を変えて強誘電体プリズム１３より出射される。さらに、強誘電体プリズム１３より出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、第２のコリメートレンズ１２に入射し、それぞれ集束光に変換されて第２のコリメートレンズ１２より出射される。そして、第２のコリメートレンズ１２より出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、集光された状態で出射光用光ファイバ２２に入射し、出射光用光ファイバ２２内を伝送されていく。
【００２５】
また、可変直流電源５３を用いて強誘電体プリズム１３に直流電圧を印加すると、ポッケルス効果により強誘電体プリズム１３を構成するニオブ酸リチウム単結晶の屈折率が変わり、強誘電体プリズム１３から出射される第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2の出射方向が図１に示すＡ方向にずれる。すると、第２のコリメートレンズ１２に対する第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2の入射角度が変わり、出射光用光ファイバ２２の端面上で結像位置および形状が変化して結合効率が変化する。したがって、この可変光減衰器１０では、可変直流電源５３による印加電圧を調整することにより、光減衰量を調整することができる。なお、強誘電体プリズム１３に電圧を印加しない状態では、ほとんど光の損失は生じない。
【００２６】
図４は、可変直流電源５３により強誘電体プリズム１３に印加される印加電圧と、入射光用光ファイバ２１から入射される光ビームと出射光用光ファイバ２２より出射される光ビームとの結合損失との関係を示すグラフ図である。なお、この測定では、強誘電体プリズム１３の出射面１３ｂと入射面１３ａとのなす角度θを２０°としている。強誘電体プリズム１３を構成するニオブ酸リチウムの屈折率は、電圧を印加しない状態で２.２であり、この電圧を印加しない状態での結合効率が最大となるように可変光減衰器１０の各部品を配置している。可変直流電源５３を用いて強誘電体プリズム１３に電圧を印加すると、ニオブ酸リチウムの屈折率が低下する。これに伴って強誘電体プリズム１３から出射される第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2の光路はＡ方向(図１参照)にずれ、電圧を印加しない場合に比べ結合損失が大きくなっていく。この変化のカーブは、角度θが大きいほど大きくなる。つまり、印加電圧と角度θとによって結合損失の大きさや変化度合いを決定することができ、要求される減衰範囲、印加可能な電圧の範囲、モジュールの形状といった因子により任意に決定することができる。本実施の形態では、例えば角度θとして２０°を選択し、可変直流電源５３による印加電圧範囲を０〜２０ｋＶとすることで、減衰量を０〜４５ｄＢの範囲で設定できる可変光減衰器１０を構成している。
【００２７】
次に、第１のコリメートレンズ１１と強誘電体プリズム１３との間に偏光方向調整素子１４を配設した理由について説明する。
入射光用光ファイバ２１を構成する材料であるガラスやプラスチックは、等方的な材料であるために通常は複屈折が生じない。しかし、光ファイバのように可とう性を有する構成を採用した場合には、光ファイバを少し動かしただけで外部応力が発生し、発生した外部応力によって複屈折が生じてしまう。入射光用光ファイバ２１に複屈折が生じると、入射光用光ファイバ２１中を搬送される光ビームの偏光状態が変化する。したがって、入射光用光ファイバ２１から出射される光ビームは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが混在した状態であり、しかも常にその成分比が変動していると考えられる。
【００２８】
一方、強誘電体プリズム１３を構成するニオブ酸リチウム単結晶は、その結晶構造から明らかなように光学的異方性を有しており、入射光の偏光方向(Ｓ偏光、Ｐ偏光)によって屈折率が異なる複屈折性を有している。したがって、入射光用光ファイバ２１から出射され、第１のコリメートレンズ１１にて平行光に変換した光ビーム、すなわち、偏光状態が混在した光ビームＢｍをそのまま強誘電体プリズム１３に入射させた場合には、光ビームＢｍのＰ偏光成分とＳ偏光成分とで、強誘電体プリズム１３からの出射方向が異なってしまうという問題がある。すなわち、図１に示すように、可変光減衰器１０を構成した状態で電圧を印加しない段階において、第２のコリメートレンズ１２から出射した光が出射用光ファイバ２２の端面に、Ｓ偏光をＰ偏光のそれぞれの集光点を解離してあるいはいずれかを変形させて結像することになる。これによって、結合効率の低い素子となってしまう。また、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との成分比の変動によって出射量のバランスが変動してしまうという問題もある。つまり、光ビームＢｍの偏光状態の変動に伴って、強誘電体プリズム１３の光学的異方性に起因して変動するファクターが複数あり、光減衰量の制御が非常に困難なものとなってしまう。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、偏光方向調整素子１４を用いることで、入射光用光ファイバ２１から出射され、第１のコリメートレンズ１１にて平行光に変換した光ビームＢｍを、共にＳ波である第１の光ビームＢｍ1と第２の光ビームＢｍ2とに揃えている。これら第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、それぞれ単一の偏光方向を有しているため、強誘電体プリズム１３において複屈折することなく出射される。しかも、第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は共に常にＳ波であるため、平行に屈折して出射される。これにより、本実施の形態に係る可変光減衰器１０では、光ビームＢｍの偏光状態の変動に伴って、強誘電体プリズム１３の光学的異方性に起因して変動するファクターがなくなるために、光減衰量の制御が容易になる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、偏光方向調整素子１４において、１/２波長板４４にＰ偏光成分ビームＢｍＰを通過させることで共にＳ波である第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2を得ていたが、これに限られるものではなく、１/２波長板４４にＳ偏光成分ビームＢｍＳを通過させることで共にＰ波である第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2を得るようにしてもよい。
また、本実施の形態では、強誘電体プリズム１３に電圧を印加しない状態での結合効率が最大となるように可変光減衰器１０の各部品を配置していたが、これに限られるものではなく、強誘電体プリズム１３に電圧を印加しない状態での結合効率が最小となるようにしてもよい。
さらに、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ４２として誘電体多層膜を用いていたが、これに限られるものではなく、例えば複屈折結晶や高分子フィルム等、入射する光ビームＢｍをＰ波とＳ波とに分離する機能を有するものであれば、適宜設計変更することができる。
【００３１】
―実施の形態２―
本実施の形態は、実施の形態１と略同様であるが、強誘電体プリズム１３に電圧を印加するための電極配置を異ならせるようにしたものである。なお、本実施の形態に係る可変光減衰器１０の基本構成は、実施の形態１で説明した図１に示したものと同じであり、その詳細な説明を省略する。
図５は、本実施の形態で用いられる強誘電体プリズム１３を示している。この強誘電体プリズム１３は、実施の形態１と同様、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)の単結晶を台形柱状に切り出したものからなる。ニオブ酸リチウムは三方晶系の結晶構造を有しているが、この強誘電体プリズム１３ではニオブ酸リチウム単結晶の結晶軸のｃ軸方向が図中上側となるように配置されている。また、強誘電体プリズム１３では、分離素子４１から出射された２本の光ビーム(第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2)が入射される入射面１３ａと、これら第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2が出射される出射面１３ｂとが非平行になっている。さらに、強誘電体プリズム１３は、その入射面１３ａが入射する第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2に対して垂直となるように配置される。これに伴い、出射面１３ｂは、第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2に対して、所定の角度θ(本実施の形態では２０°)をもって配置されることになる。
【００３２】
そして、本実施の形態では、これら入射面１３ａおよび出射面１３ｂが光学研磨されており、各表面にはスパッタ法等によってＩＴＯ(インジウム錫酸化物)からなる薄膜状の透明電極６１,６２がそれぞれの全面に形成されている。この透明電極６１,６２の膜厚は１０μｍとした。この透明電極６１,６２は、可視光および入射してくる第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2に対しても透明である。また、透明電極６１,６２の表面にはスパッタ法等によって図示しない反射防止膜を形成した。さらに、各透明電極６１,６２には、配線を介して可変直流電源５３が接続されている。強誘電体プリズム１３のサイズは、入射面１３ａの幅ａを１.５ｍｍ、高さｂを１.５ｍｍとしている。なお、強誘電体プリズム１３の奥行き(短辺側)は１００μｍである。
【００３３】
本実施の形態に係る可変光減衰器１０では、可変直流電源５３を用いて強誘電体プリズム１３に電圧を印加することで、実施の形態１と同様に光減衰量を調整することができる。また、入射光用光ファイバ２１から入射される光ビームを、偏光方向調整素子１４を用いて共にＳ波の第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2としているため、強誘電体プリズム１３で複屈折等が生じることもない。
【００３４】
さらに、本実施の形態では、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａおよび出射面１３ｂに電圧印加用の透明電極６１,６２を形成している。強誘電体プリズム１３の第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2の光路を挟む２つの台形面１３ｃ,１３ｄに電極を形成する場合、これら電極間の距離は光ビームの径よりも大きくなってしまう。これに対し、本実施の形態では、入射面１３ａと出射面１３ｂとの間隔を狭め、電極間の距離を小さく、透明電極６１,６２を近づけて配置することが可能になる。その結果、強誘電体プリズム１３に対し屈折率変化を生じさせるために印加する電圧を実施の形態１の場合よりも小さくすることができ、電源の小型化を図ることが可能となると共に、安全性を高めることができる。具体的には、減衰量を０〜４５ｄＢに設定するための可変直流電源５３による印加電圧の範囲を、０〜２ｋＶと低くすることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、光ビームの透過を考慮し、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａおよび出射面１３ｂに透明電極６１,６２を形成していたが、これに限られるものではなく、実施の形態１で説明した金属製の薄膜状の電極を形成することも可能である。ただし、この場合は、例えば図６に示すように、入射面１３ａに形成する電極６３の光ビームの通過部位には、薄膜形成を行わないスポットを形成することが好ましい。具体的には、第１の光ビームＢｍ1が透過するスポット６３ａおよび第２の光ビームＢｍ2が透過するスポット６３ｂを形成し、また、出射面１３ｂに形成する電極６４には、屈折率変化による光路変更を考慮して横方向に長いスポット６４ａを形成することが好ましい。
【００３６】
―実施の形態３―
図７は、実施の形態３に係る可変光減衰器１０を示す図であり、図７(ａ)は可変光減衰器１０の上面図、図７(ｂ)は図７(ａ)のVIIb−VIIb’断面図である。実施の形態１と略同様であるが、第１のプリズムとしての強誘電体プリズム１３と第２のコリメートレンズ１２との間に、第２のプリズムとしての光路補正用のプリズム１５を挿入している点が異なっている。なお、本実施の形態において、例えば強誘電体プリズム１３や偏光方向調整素子１４など、実施の形態１と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態において、プリズム１５は強誘電体プリズム１３と同様に台形状の形状を有するものであって、傾斜面である入射面１５ａが強誘電体プリズム１３の傾斜面である出射面１３ｂと平行となるように、また、プリズム１５の出射面１５ｂは、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａと平行となるように配置されている。また、プリズム１５は、強誘電体プリズム１３を構成するニオブ酸リチウムと略同じ屈折率(電圧を印加しない状態における屈折率)を有する透明材料にて構成されている。さらに、プリズム１５の入射面１５ａおよび出射面１５ｂは光学研磨されており、各表面にはスパッタ法等によって図示しない反射防止膜が形成されている。プリズム１５のサイズは、可変光減衰器１０の設計によって任意に選択することが可能であるが、本実施の形態では強誘電体プリズム１３と同じ大きさとしている。なお、プリズム１５を構成する透明材料は、強誘電体プリズム１３と異なり、光学的異方性を有していないものあるいは有しているもののいずれをも使用することができる。
【００３８】
次に、図７、図２、図３を参照しながら、本実施の形態に係る可変光減衰器１０の基本的な動作について説明する。
入射光用光ファイバ２１から出射された光ビームは、第１のコリメートレンズ１１に入射し、平行光に変換された後に第１のコリメートレンズ１１より光ビームＢｍとして出射される。そして、第１のコリメートレンズ１１より出射された光ビームＢｍは偏光方向調整素子１４に入射する。偏光方向調整素子１４に入射した光ビームＢｍは、偏光ビームスプリッタ４２によってＳ偏光成分ビームＢｍＳとＰ偏光成分ビームＢｍＰとに分離される。これらのうち、Ｐ偏光成分ビームＢｍＰは１/２波長板４４を通過することでＳ波に変換されて第１の光ビームＢｍ1として出射され、Ｓ偏光成分ビームＢｍＳは反射部４３にて反射され、そのままＳ波である第２の光ビームＢｍ2として出射される。つまり、偏光方向調整素子１４を通過した第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、共にＳ波として出射される。
【００３９】
偏光方向調整素子１４より出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａに入射し、出射面１３ｂより出射される。このとき、強誘電体プリズム１３の出射面１３ｂは入射面１３ａに対して角度θだけ傾斜しており、出射面１３ｂから出射される第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、スネルの法則に従って平行状態を維持しながら所定角度だけ方向を変えて強誘電体プリズム１３より出射される。
【００４０】
また、強誘電体プリズム１３から出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、プリズム１５の入射面１５ａに入射し、出射面１５ｂより出射される。このとき、プリズム１５の出射面１５ｂは入射面１５ａに対して角度θだけ傾斜しており、出射面１５ｂから出射される第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、スネルの法則に従って平行状態を維持しながら所定角度だけ方向を変えてプリズム１５より出射される。ここで、本実施の形態では、強誘電体プリズム１３とプリズム１５とを上述したように構成、配置しているため、強誘電体プリズム１３に入射してプリズム１５から出射されるまで、第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2がそれぞれ平行になる。
【００４１】
さらに、プリズム１５より出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、第２のコリメートレンズ１２に入射し、それぞれ集束光に変換されて第２のコリメートレンズ１２より出射される。そして、第２のコリメートレンズ１２より出射された第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2は、集光された状態で出射光用光ファイバ２２に入射し、出射光用光ファイバ２２内を伝送されていく。
【００４２】
また、可変直流電源５３を用いて強誘電体プリズム１３に直流電圧を印加すると、ポッケルス効果により強誘電体プリズム１３を構成するニオブ酸リチウム単結晶の屈折率が変わり(小さくなり)、強誘電体プリズム１３から出射され、その後プリズム１５から出射される第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2の出射方向が図７に示すＡ方向にずれる。すると、第２のコリメートレンズ１２に対する第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2の入射角度が変わり、出射光用光ファイバ２２の端面上で結像位置および形状が変化して結合効率が変化する。したがって、この可変光減衰器１０では、可変直流電源５３による印加電圧を調整することにより、光減衰量を調整することができる。
【００４３】
本実施の形態では、強誘電体プリズム１３と第２のコリメートレンズ１２との間にプリズム１５を配設しているために、強誘電体プリズム１３の出射面１３ｂから出射された第１の光ビームＢｍ1、第２の光ビームＢｍ2の傾斜がプリズム１５にて修正された後に第２のコリメートレンズ１２に入射する。これにより、本実施の形態では、実施の形態１で説明した効果に加え、第１のコリメートレンズ１１(入射光用光ファイバ２１)の光軸と、第２のコリメートレンズ１２(出射光用光ファイバ２２)の光軸とが略平行になるよう、第１のコリメートレンズ１１および第２のコリメートレンズ１２を基板３０上に配置することが可能になる。また、このような配置が可能となるため、基板３０としてシリコン光学ベンチ(ＳｉＯＢ)を使用することができる。このＳｉＯＢは、シリコン板に異方性エッチングなどの手法によってＶ字型や台形型の凹部を高い精度で形成できる基板であり、光学部品を搭載した光学モジュール用の基板として有効に利用され得る部材である。なお、ＳｉＯＢの加工手順としては、最初に入射光用光ファイバ２１および出射光用光ファイバ２２用のＶ字型溝と、第１のコリメートレンズ１１および第２のコリメートレンズ１２用の台形型溝とを異方性エッチングにより形成し、次に各凹型の溝部をダイシングによって形成することができる。
【００４４】
―実施の形態４―
本実施の形態は、実施の形態３と略同様であるが、強誘電体プリズム１３に電圧を印加するための電極配置を異ならせるようにしたものである。なお、本実施の形態に係る可変光減衰器１０の基本構成は、実施の形態１で説明した図１に示したものと同じであり、その詳細な説明を省略する。
図８は、本実施の形態に係る可変光減衰器１０を示している。本実施の形態では、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａに例えばＩＴＯからなる透明電極７１を形成すると共に、プリズム１５の出射面１５ｂに例えばＩＴＯからなる透明電極７２を形成し、これら透明電極７１,７２に可変直流電源５３を接続している。
【００４５】
本実施の形態では、上述したように透明電極７１,７２を形成することにより、平行に配置される強誘電体プリズム１３の入射面１３ａとプリズム１５の出射面１５ｂとの間に電界が形成されるようようにしたので、強誘電体プリズム１３内に形成される電界を均一にすることができ、電圧印加時の強誘電体プリズム１３内における屈折率分布を小さくすることができる。また、透明電極７１,７２は第１の光ビームＢｍ1および第２の光ビームＢｍ2の波長に対して透明であるため、光損失の要因となることはない。さらに、本実施の形態では、強誘電体プリズム１３の入射面１３ａに透明電極７１をプリズム１５の出射面１５ｂに透明電極７２を形成するようにしたので、これら強誘電体プリズム１３およびプリズム１５のトータルの厚さを薄く構成することができる。
【００４６】
なお、実施の形態１〜４では、強誘電体プリズム１３を構成する材料としてニオブ酸リチウムを用いていたが、これに限られるものではなく、例えばタンタル酸リチウム(LiTaO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)等の強誘電性を有する材料を用いて適宜設定することが可能である。また、実施の形態１〜４では、基板３０として石英ガラスやＳｉＯＢを用いる例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、他にもセラミックスやプラスチックなどの硬質材料を利用することができる。さらに、実施の形態１〜４では、各光学部品を紫外線硬化型の接着剤を用いて基板３０に固定していたが、これに限られるものではなく、他の手法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態１に係る可変光減衰器を示す図であり、(ａ)は可変光減衰器の上面図、(ｂ)は(ａ)のIb−Ib’断面図である。
【図２】偏光方向調整素子を示す図である。
【図３】実施の形態１で用いた強誘電体プリズムを示す図である。
【図４】強誘電体プリズムに対する印加電圧と、入射光用光ファイバから入射される光ビームと出射光用光ファイバより出射される光ビームとの結合損失との関係を示すグラフ図である。
【図５】実施の形態２で用いた強誘電体プリズムを示す図である。
【図６】他の強誘電体プリズムの例を示す図である。
【図７】実施の形態３に係る可変光減衰器を示す図であり、(ａ)は可変光減衰器の上面図、(ｂ)は(ａ)のVIIb−VIIb’断面図である。
【図８】実施の形態４に係る可変光減衰器を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…可変光減衰器、１１…第１のコリメートレンズ、１２…第２のコリメートレンズ、１３…強誘電体プリズム、１３ａ…入射面、１３ｂ…出射面、１４…偏光方向調整素子、
１５…プリズム、２１…入射光用光ファイバ、２２…出射光用光ファイバ、３０…基板、３１…凹溝、４１…分離素子、４２…偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)、４３…反射部、４４…１/２波長板、４５…基材、５１,５２…電極、５３…可変直流電源、６１,６２…透明電極、７１,７２…透明電極、Ｂｍ…光ビーム、ＢｍＳ…Ｓ偏光成分ビーム、ＢｍＰ…Ｐ偏光成分ビーム、Ｂｍ1…第１の光ビーム、Ｂｍ2…第２の光ビーム
【図１】
2005091982.tif 000003
【図２】
2005091982.tif 000004
【図３】
2005091982.tif 000005
【図４】
2005091982.tif 000006
【図５】
2005091982.tif 000007
【図６】
2005091982.tif 000008
【図７】
2005091982.tif 000009
【図８】
2005091982.tif 000010