(57)【要約】【課題】  光減衰器における信号の損失及び光反射減衰量の劣化を抑制することが可能な光装置を提供すること。【解決手段】  第１レンズ２０と、第１レンズ２０に対してその焦点５１の後方に配置され、第１レンズ２０と光学的に結合する第２レンズ２４と、第１レンズ２０と第２レンズ２４の間の光路上に配置され、入力光の通過量を変化させる光減衰器２２と、を備えることを特徴とする光装置１００。第１レンズ２０の後方における光信号が絞り込まれる位置に光減衰器２２を配置することにより、光減衰器２２の壁面により光信号が遮られることを抑制することができる。【選択図】  図１
2013210495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レンズと、
前記第１レンズに対してその焦点の後方に配置され、前記第１レンズと光学的に結合する第２レンズと、
前記第１レンズと前記第２レンズの間の光路上に配置され、入力光の通過量を変化させる光減衰器と、
を備えることを特徴とする光装置。
【請求項２】
前記光減衰器は、前記第１レンズから出力された光が通過する孔を有するとともに、前記光減衰器は、前記第１レンズと前記第２レンズの間の光のビーム径が、前記光減衰器が有する孔の直径以下となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光装置。
【請求項３】
前記光減衰器の入射面は、前記第１レンズあるいは前記第２レンズの光軸に対し斜めに配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光装置。
【請求項４】
前記光減衰器は、これを収容するパッケージの側壁に固定され、前記第１レンズは前記パッケージの外壁側に配置され、前記第２レンズは前記パッケージ内部に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光減衰器を備えた光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を送信または受信するための光装置において、受光素子の前段または発光素子の後段に光減衰器を挿入し、光信号の強度を調節可能とする構成が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９７８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、光ファイバに接続された光受信機において、光ファイバからの光信号を、２つのレンズを用いた２球結合方式により集光する方式では、前段のレンズをコリメート型、後段のレンズを集光型のレンズとする構成が一般的である。上記の光受信機に、光信号の強度を調節するための光減衰器として、前段と後段のレンズの間にＶＯＡ（可変光アッテネータ：Variable Optical Attenuator）を挿入する。ＶＯＡは、例えば、光信号が通過する孔と、当該孔を覆い隠すためのシャッターとを備え、シャッターの開閉量を調節することにより、光信号の強度を調節することが可能となっている。上記のコリメートレンズは、レンズの直径と等しいビーム径を有する平行光を出力するレンズである。従って、ＶＯＡの孔の直径がレンズの直径より小さい場合、ＶＯＡのシャッターを全開にした場合でも、光信号の一部はＶＯＡを通過することが出来ず、信号の損失が生じると共に、光反射減衰量が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光減衰器における信号の損失及び光反射減衰量の劣化を抑制することが可能な光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１レンズと、前記第１レンズに対してその焦点の後方に配置され、前記第１レンズと光学的に結合する第２レンズと、前記第１レンズと前記第２レンズの間の光路上に配置され、入力光の通過量を変化させる光減衰器と、を備えることを特徴とする光装置である。
【０００７】
上記構成において、前記光減衰器は、前記第１レンズから出力された光が通過する孔を有するとともに、前記光減衰器は、前記第１レンズと前記第２レンズの間の光のビーム径が、前記光減衰器が有する孔の直径以下となる位置に配置されている構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記光減衰器の入射面は、前記第１レンズあるいは前記第２レンズの光軸に対し斜めに配置されている構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記光減衰器は、これを収容するパッケージの側壁に固定され、前記第１レンズは前記パッケージの外壁側に配置され、前記第２レンズは前記パッケージ内部に配置されてなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本光装置によれば、光減衰器における信号の損失及び光反射減衰量の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る光装置の全体模式図である。
【図２】光検出部及びその後段部分の構成を示すブロック図である。
【図３】信号光側の光学系の構成を示す図である。
【図４】ＶＯＡの正面図である。
【図５】比較例に係る光装置を示す図である。
【図６】ＶＯＡの配置位置を説明するための図である。
【図７】ＶＯＡの配置角度を説明するための図である。
【図８】実施例２に係る光装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係る光装置の全体模式図である。実施例１では、受光素子を備えた光装置として、コヒーレント光通信システムに使用される光受信機１００を例に説明を行う。
【００１３】
図１に示すように、光受信機１００には、信号光（Ｓ）を入力するための第１光ファイバ１０と、局部発振光（ＬＯ）を入力するための第２光ファイバ１２とが、それぞれ接続されている。これらの光ファイバには、例えば偏波保持型の光ファイバを用いることができる。
【００１４】
第１光ファイバ１０に接続される光学系には、第１レンズ２０、ＶＯＡ２２、第２レンズ２４、及び第１ＰＢＳ２６が、それぞれ第１光ファイバ１０に近い側から順に配置されている。第１レンズ２０及び第２レンズ２４は、集光レンズである。ＶＯＡ（可変光アッテネータ（Variable Optical Attenuator））２２は、光の通過量を変更可能な光減衰器の一例であり、第１レンズ２０から第２レンズ２４に至る信号光の光量を調節する。第１ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ（Polarizing
Beam Splitter））２６は、信号光（Ｓ）をＸ方向の偏波（ＳＸ）とＹ方向の偏波（ＳＹ）とに分光する。分光された信号光は、光ハイブリッド４０へと入射される。
【００１５】
第２光ファイバ１２に接続される光学系には、第３レンズ３０、第４レンズ３２、及び第２ＰＢＳ３４が、それぞれ第２光ファイバ１２に近い側から順に配置されている。第３レンズ３０及び第４レンズ３２を通過した発振光（ＬＯ）は、信号光（Ｓ）と同様に、第２ＰＢＳ３４によりＸ方向の偏波（ＬＯ＿Ｘ）とＹ方向の偏波（ＬＯ＿Ｙ）とに分光される。分光された発振光は、光ハイブリッド４０へと入射される。
【００１６】
光ハイブリッド４０は、入力光を遅延・分光・合成するための光回路であり、例えば石英系平面光波回路（ＰＬＣ：Planar  Lightwave  Circuit）により構成されている。信号光ＳＸは、光ハイブリッド４０にて発振光ＬＯ＿Ｘ、ＬＯ＿Ｙと合成された後に、それぞれ同相成分Ｉ（In
Phase）及び直交位相成分Ｑ（Quadrature）に分離され、光信号Ｘ−Ｉｐ、Ｘ−Ｉｎ、Ｘ−Ｑｐ、Ｘ−Ｑｎとして出力される。信号光ＳＹは、光ハイブリッド４０にて発振光ＬＯ＿Ｘ、ＬＯ＿Ｙと合成された後に、それぞれ同相成分Ｉ、直交位相成分Ｑに分離され、光信号Ｙ−Ｉｐ、Ｙ−Ｉｎ、Ｙ−Ｑｐ、Ｙ−Ｑｎとして出力される。なお、上記光信号の添字のｐ及びｎは、それぞれ正及び負の成分であることを示す。例えばＸ−Ｉｐは、信号光ＳＸのＩ成分の正成分の出力信号光であることを示す。
【００１７】
第１レンズ２０及び第２レンズ２４に対し、光ハイブリッド４０を挟んだ反対側には、フォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）及びトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Transimpedance Amplifier）を含む光検出部４２ａ〜４２ｄが設けられている。また、光ハイブリッド４０の周辺には、配線基板４４、４６が設けられている。
【００１８】
図２は、光受信機１００の光検出部及び光受信機１００の後段に接続する回路の構成を示す図である。光ハイブリッドから出力された光信号は、それぞれ光検出部４２ａ〜４２ｄへと入力される。光検出部４２ａ〜４２ｄは、それぞれ２つのフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤに接続された１つのトランスインピーダンスアンプＴＩＡを含む。２つのフォトダイオードＰＤは、偏波方向と位相成分を同じくする光信号のうち、正の成分及び負の成分にそれぞれ光結合されている。例えば、光検出部４２ａでは、フォトダイオードＰＤが、偏光方向がＸで同相成分Ｉを有する信号光ＳＸ−Ｉにおける正負の成分である出力信号光Ｘ−Ｉｐ、Ｘ−Ｉｎとそれぞれ光結合されている。
【００１９】
トランスインピーダンスアンプＴＩＡは、２つのフォトダイオードＰＤからの合成電流を、電圧信号へと変換し、後段の回路に出力する。光検出部４２ａ〜４２ｄからの出力信号Ｘ−Ｉ〜Ｙ−Ｑは、それぞれ後段のＡＤＣ回路４８ａ〜４８ｄを経てＤＳＰ回路４９に入力され、復調を始めとする所定の信号処理が行われる。これにより、光受信機１００が受信した光信号を電気信号として活用することができる。なお、ＡＤＣ回路４８ａ〜４８ｄ及びＤＳＰ回路４９は、光受信機１００の内部に設けられていてもよい。
【００２０】
図３は、信号光Ｓを入力する第１光ファイバ１０側の光学系の構成を示す模式図である。図示するように、第１レンズ２０の光軸５０と同一の光軸上で、且つ第１レンズ２０に対し焦点５１を挟んで対称となる位置に、第２レンズ２４が配置されている。もっとも、第２レンズ２４は、第１レンズ２０から出力された光を第１ＰＢＳ２６に入力するためのレンズであり、第１レンズ２０からの出力光を受光可能な位置に配置されていればよいが、光信号の伝達効率の点からは図３に示す配置であることが好ましい。
【００２１】
図４は、ＶＯＡ２２の正面図である。ＶＯＡ２２には、光を透過させるための孔５２と、孔５２の一部または全部を覆い隠すためのシャッター５４が設けられている。シャッター５４は、例えば電圧信号の印加により、図中の矢印の方向に移動可能となっており、孔５２（光路）の一部または全部を遮断する。シャッター５４を用いて孔５２の大きさを変更することにより、ＶＯＡ２２で遮断される光の量を変更し、第１ＰＢＳ２６に入力される光の量を調整することが可能となっている。
【００２２】
ここで、信号光Ｓに対する光強度の調整を行わない場合には、ＶＯＡ２２部分における光の損失を抑制するために、シャッター５４が光路を遮断しないようにすることが好ましく、その点を考慮してＶＯＡ２２の設置を行う必要がある。以下、この点について詳細に説明する。
【００２３】
図５は、図３に対する比較例に係る光学系の構成を示す模式図である。図５では、図３の集光型の第１レンズ２０の代わりに、コリメート型のレンズ（以下、「第５レンズ６０」と称する）を用いている。コリメート型のレンズは、レンズの直径と等しいビーム径の平行光を出力するレンズであり、コヒーレント光通信システムにおいて、光ファイバと光受信機とを２球結合方式により結合する場合に一般的に採用されている。コリメート型の第５レンズ６０は、後段の第２レンズ２４レンズに入射する光信号のずれを抑制するために用いられる。
【００２４】
第５レンズ６０はコリメート型レンズであるため、出力される光のビーム径は第５レンズ６０の幅と等しい。また、図５では、第５レンズ６０の幅が孔５２の直径より大きい。このため、シャッター５４を全開（シャッター５４が孔５２を一切遮らない状態）にした場合でも、光信号（Ｓ）がＶＯＡ２２を通過する際に、その一部がＶＯＡ２２の壁面により遮られてしまう。これにより、入力信号に損失が生じると共に、光反射減衰量が劣化してしまうという問題が生じる。
【００２５】
この問題を解決するためには、例えば、第５レンズ６０から出力される光のビーム径が、ＶＯＡ２２の孔５２の直径より小さくなるように設計を行えばよい。具体的には、第１光ファイバ１０のモードフィールド径を小さくする、第１光ファイバ１０と第１レンズ２０間の距離を小さくする、第２レンズ２４と第１ＰＢＳ２６との距離を小さくする等の方法が考えられる。しかし、上記のいずれの方法も、組立精度等の関係から実現することは困難であり、ＶＯＡ２２における光信号の損失を抑制することは難しい。
【００２６】
これに対し、実施例１の図３では、第１レンズ２０が集光レンズであるため、出力される光のビーム径は、焦点５１に近づくに従って小さくなる。これにより、コリメート型のレンズを用いる場合に比べて、ＶＯＡ２２における光信号のビーム径を小さくすることができるため、光信号がＶＯＡ２２の壁面により遮られることを抑制することができる。
【００２７】
以上のように、実施例１に係る光受信機１００によれば、第１レンズ２０の焦点５１の後方に第２レンズ２４が配置されると共に、第１レンズ２０から第２レンズ２４に至る光路上にＶＯＡ２２が配置されている。これにより、ＶＯＡ２２のシャッター５４すなわち、ＶＯＡの光量制御のための作用部に効果的に光信号を絞りこむことができる。これにより、ＶＯＡ２２の壁面などで光信号が遮断されてしまうことを抑制し、信号の損失及び光反射減衰量の劣化を抑制することができる。なお、本発明は、ＶＯＡの光量制御のための作用部以外に光が照射されることを排除するものではない。
【００２８】
図１に示すように、ＶＯＡ２２はパッケージの側壁に固定されており、また、第１レンズ２０はパッケージの外壁側、第２レンズ２４はパッケージの内側に配置されている。配置スペースあるいはレイアウトの関係から、ＶＯＡ２２をパッケージの側壁に配置する場合、そのＶＯＡ２２は小型のものが要求される。
【００２９】
また、実施例１に係る光受信機１００によれば、ビーム径を絞って孔５２に入射する構成を有している。コリメート型の第５レンズ６０を用いる場合であれば、たとえばビーム径が孔５２と同じであると、孔５２に有効にビームを照射するには高い組立精度が要求される。いっぽう、実施例１ではビーム径を絞ることにより、ビーム径と孔５２の相対的な位置関係の精度を緩和することができる。また、ＶＯＡ２２及び光受信機１００を小型化することも容易である。例えば、第１レンズ２０と第２レンズ２４の間隔を２０ｍｍ、ＶＯＡ２２における孔５２の直径を１．５ｍｍとし、光受信機１００モジュールサイズを４０ｍｍ×３７ｍｍ程度とすることができる。
【００３０】
次に、ＶＯＡ２２の好ましい配置位置及び配置角度について説明する。
【００３１】
図６は、ＶＯＡ２２を様々な位置（Ａ〜Ｅ）に配置した場合の模式図である。位置Ａは、第１レンズ２０と焦点５１との間で、ビーム径が孔５２の直径より大きくなる位置である。位置Ｂは、第１レンズ２０と焦点５１との間で、ビーム径が孔５２の直径より小さくなる位置である。位置Ｃは、第１レンズ２０の焦点５１上の位置である。位置Ｄは、焦点５１と第２レンズ２４との間で、ビーム径が孔５２の直径より小さくなる位置である。位置Ｅは、焦点５１と第２レンズ２４との間で、ビーム径が孔５２の直径より大きくなる位置である。なお、図６では、シャッター５４の記載を省略している。
【００３２】
図示するように、位置Ａ及び位置Ｅにおいては、孔５２の直径よりもビーム径の方が大きいため、シャッター５４を全開にした場合でも光信号の一部が遮られてしまう。従って、ＶＯＡ２２は、第１レンズ２０から出力される光のビーム径が、孔５２の直径より小さくなる位置に配置されていることが好ましい。
【００３３】
また、焦点５１（位置Ｃ）においては、ビーム径が極小となるため、シャッター５４の開閉により光量調節を行うことが難しい。従って、ＶＯＡ２２は、焦点５１を除く位置に配置されていることが好ましい。なお、ＶＯＡ２２の光量調節を精度良く行うためには、ビーム径がＶＯＡ２２の孔の５０％以上になるような位置に配置されていることが好ましい。さらに、ビーム径がＶＯＡ２２の孔の７０％以上になるような位置に配置されていることが好ましい。
【００３４】
図７は、ＶＯＡ２２の角度を変えて配置した場合（Ｆ、Ｇ）の模式図である。位置Ｆでは、第１レンズ２０の光軸５０に対してＶＯＡ２２の入射面が直角になるようにＶＯＡ２２を配置しているが、実際には位置Ｇのように、ＶＯＡ２２の入射面を光軸５０に対して少し傾けて配置することが好ましい。これにより、シャッター５４等により反射された光による光信号への干渉を抑制し、光信号の劣化を抑制することができる。なお、ＶＯＡ２２は、第１レンズ２０の光軸５０に対してではなく、第２レンズ２４の光軸に対して斜めに傾けて配置するようにしてもよい。
【００３５】
以上のことから、ＶＯＡ２２の配置位置としては、第１レンズ２０及び第２レンズ２４の間の光路上で、且つビーム系が孔５２の直径より小さくなる位置で、且つ第１レンズ２０の焦点５１を除く位置であることが好ましい。また、ＶＯＡ２２の配置角度としては、ＶＯＡ２２の入射面が第１レンズ２０または第２レンズ２４の光軸に対し、３°〜１０°程度（例えば、５°）傾くような角度であることが好ましい。
【００３６】
なお、実施例１ではＶＯＡ２２による光通過量の調整方法として、機械的に駆動されるシャッター５４を使用する方法について説明したが、光通過量を調整できる機構を有していれば、これに限らない。
【実施例２】
【００３７】
実施例２は、発光素子を備えた光装置の例である。
【００３８】
図８は、実施例２に係る光装置の模式図である。実施例２では、発光素子を備えた光装置として、レーザダイオード（ＬＤ：laser diode）７０を例に説明を行う。
【００３９】
図８に示すように、レーザダイオード７０の光軸５０上には、第１レンズ２０、ＶＯＡ２２、及び第２レンズ２４が、レーザダイオード７０から近い順に配置されている。第１レンズ２０、ＶＯＡ２２、及び第２レンズ２４の機能、構成、及び配置関係は、実施例１の図３にて説明したものと同様であり、詳細な説明を省略する。レーザダイオード７０から発光された光は、第１レンズ２０により集光され、ＶＯＡ２２を介して焦点５１において反転した上で第２レンズ２４に到達する。ＶＯＡ２２では、シャッター５４の開閉量の変更により、光信号の強度の調整が行われる。
【００４０】
実施例２に係る光装置によれば、実施例１と同様に、集光レンズである第１レンズ２０及び第２レンズ２４の間に、ＶＯＡ２２が配置されている。これにより、レーザダイオード７０から発光された光信号の強度をＶＯＡ２２を用いて調節する場合に、ＶＯＡ２２部分における光信号の損失及び光反射減衰量の劣化を抑制することができる。なお、実施例２では、発光素子としてレーザダイオード７０を例に説明を行ったが、発光素子にはレーザダイオード以外の発光体を用いてもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０            第１光ファイバ
１２            第２光ファイバ
２０            第１レンズ
２２            ＶＯＡ
２４            第２レンズ
２６            第１ＰＢＳ
３０            第３レンズ
３２            第４レンズ
３４            第２ＰＢＳ
４０            光ハイブリッド
４２            光検出部
４４、４６      配線基板
４８            ＡＤＣ回路
４９            ＤＳＰ回路
５０            光軸
５１            焦点
５２            孔
５４            シャッター
６０            第５レンズ
７０            レーザダイオード
１００          光受信装置
【図１】
2013210495.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013210495.tif 000005
【図４】
2013210495.tif 000006
【図５】
2013210495.tif 000007
【図６】
2013210495.tif 000008
【図７】
2013210495.tif 000009
【図８】
2013210495.tif 000010