(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＲＩＮレンズに、その軸方向に対して直交する方向へ一つの方向からストレスを付与するためのストレス付与機構を設け、このストレス付与によって、前記ＧＲＩＮレンズの入力端に接続された光ファイバから入射され、前記ＧＲＩＮレンズを透過する光の焦点位置変動を生じさせることにより、出射端に接続された光ファイバに出力される光量を調節することを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記ストレス付与機構は、ねじを操作して前記ＧＲＩＮレンズを押圧する手段であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項３】
前記ストレス付与機構は、ピエゾ素子により前記ＧＲＩＮレンズにストレスを付与する手段であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項４】
前記ストレス付与機構は、ストレス付与物質を温度変化させて、熱膨張によるストレスを前記ＧＲＩＮレンズに付与する手段であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項５】
前記温度変化は、ヒータまたはペルチェ素子によりなされることを特徴とする請求項４記載の可変光減衰器。
【請求項６】
前記ＧＲＩＮレンズの径は、１２５〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項７】
前記ＧＲＩＮレンズの長さは、光経路ピッチの半分の整数倍の長さであることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項８】
光減衰量の大小に応じて前記ＧＲＩＮレンズに付与されるストレス量を制御し、最適な光減衰量が得られるようにしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いられ、光パワーの減衰量を可変とすることができる可変光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年光ファイバ増幅器や高密度波長多重通信システムの開発に伴って、光ファイバ増幅器ステージ間での光パワーの同等化及び多重波長の同時減衰等の目的から、高出力光を制御することが必要となり、可変光減衰器の需要が高まっている。
この可変光減衰器としては、まず、光減衰効果を機械的な手段で実現したものがあり、例えば、光ファイバ端面の分離またはアライメントによるもの、光ファイバのマイクロベンディングによるもの、またはステッピングモーター駆動のブレードやフィルタによる光ビームの機械的干渉法によるものがある。
しかし、これらの機械的手段による可変光減衰器は、光減衰量を変化させるスピードの点で劣るという問題点があった。
【０００３】
一方、非機械的な手段による可変光減衰器として、熱光学効果型可変光減衰器や電気光学効果型可変光減衰器等が開発されている。
この熱光学効果型可変光減衰器の一例を図６に示す。図６中、符号１１は入力用光ファイバであり、この入力用光ファイバ１１は、光導波路１２が形成された基板１３の入力端に接続されている。この基板１３上には、分岐された一方の光導波路１２ａの両側に制御電極１４が設けら、基板１３の出力端には出力用光ファイバ１５が接続されている。
この熱光学効果型可変光減衰器においては、基板１３の屈折率は温度に依存するため、制御電極１４によって加熱された光導波路１２ａは、一方の光導波路１２ｂに対して光路長差を生じ、出力用光ファイバ１５に出力される出力光パワーは、これら２つの光導波路間の温度差に依存して減衰する。このように、制御電極１４による温度制御によって、光減衰量の調節が行われる。
【０００４】
次に、電気光学効果型可変光減衰器の一例を図７に示す。図７中、符号２１は入力用光ファイバであり、この入力用光ファイバ２１は、入力側コリメータ２２ａの入力端に接続されている。符号２２ｂは出力側コリメータであり、この出力側コリメータ２２ｂの出力端には、出力用光ファイバ２３が接続されている。入力側コリメータ２２ａと出力用コリメータ２２ｂとの間には、空間を隔てて電気光学素子２４が配置されている。
この電気光学効果型可変光減衰器においては、入力用光ファイバ２１からの入力光は、入力側コリメータ２２ａによって図７に示すようにコリメートされ、平行ビームとして電気光学素子２４に入射する。この電気光学素子２４の電界を調整することにより、電気光学素子２４を透過する光パワーが変化し、この透過光は出力側コリメータ２２ｂを介して集束されて出力用光ファイバ２３に出力される。このように、電気光学素子２４に加えられる電界の制御によって、光減衰量の調節が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した熱光学効果型可変光減衰器は、熱光学効果を生じさせるための基板を必要とするため、その構成上大型化してしまうという欠点がある。
また、電気光学効果型可変光減衰器は、独立した３つのパーツ、すなわちレンズ−素子−レンズを正確に且つ長期間安定に固定する必要があるため、構造、工法的にコストが高いという問題点と、光ビームを電気光学素子に透過させる際に光ビームが空気中を伝搬するため、空間にゴミ、湿気等が入らない構造にするため、信頼性を高くするにはコストがかかるといった問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、小型化が可能で、低コストで信頼性の高い可変光減衰器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ＧＲＩＮレンズに、その軸方向に対して直交する方向へ一つの方向からストレスを付与するためのストレス付与機構を設け、このストレス付与によって、前記ＧＲＩＮレンズの入力端に接続された光ファイバから入射され、前記ＧＲＩＮレンズを透過する光の焦点位置変動を生じさせることにより、出射端に接続された光ファイバに出力される光量を調節することを特徴とする可変光減衰器である。これにより、ＧＲＩＮレンズ内の焦点位置が敏感に変動し光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じて光減衰量を調整することができる可変光減衰器を実現することができる。請求項２記載の発明は、請求項１記載の可変光減衰器において、前記ストレス付与機構は、ねじを操作して前記ＧＲＩＮレンズを押圧する手段であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の可変光減衰器において、前記ストレス付与機構は、ピエゾ素子により前記ＧＲＩＮレンズにストレスを付与する手段であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の可変光減衰器において、前記ストレス付与機構は、ストレス付与物質を温度変化させて、熱膨張によるストレスを前記ＧＲＩＮレンズに付与する手段であることを特徴とする。
【０００８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の可変光減衰器において、前記温度変化は、ヒータまたはペルチェ素子によりなされることを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１記載の可変光減衰器において、前記ＧＲＩＮレンズの径は、１２５〜１０００μｍであることを特徴とする。請求項７記載の発明は、請求項１記載の可変光減衰器において、前記ＧＲＩＮレンズの長さは、光経路ピッチの半分の整数倍の長さであることを特徴とする。請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変光減衰器において、光減衰量の大小に応じて前記ＧＲＩＮレンズに付与されるストレス量を制御し、最適な光減衰量が得られるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の可変光減衰器の第１の例の構成を示す。
図１中、符号１は入力用光ファイバであり、この入力用光ファイバ１は、ＧＲＩＮレンズ２の入力端に接続されている。ＧＲＩＮレンズ２の出力端には、出力用光ファイバ３が接続されている。ＧＲＩＮレンズ２として、その径が１２５μｍ〜１０００μｍであり、光ファイバ径とほぼ同程度の太さのＧＲＩＮレンズが用いられる。このＧＲＩＮレンズ２と入力用光ファイバ１及び出力用光ファイバ３とは、光結合率が最大となるように入力用光ファイバ１及び出力用光ファイバ３の位置を調整して、接着または融着により固定されている。
【００１０】
ＧＲＩＮレンズ２は２つの支持具４によって支持され、この支持具４の底部は、ＧＲＩＮレンズ２を収納するケース５に接着等により固定されている。
符号６は、ＧＲＩＮレンズ２の上面側に設けられたねじであり、この例においては、このねじ６をモーターを用いて駆動し、または手動により操作することで直押し可動部７によりＧＲＩＮレンズ２の上面が押圧される。すなわち、この例においては、ねじ６と直押し可動部７によってＧＲＩＮレンズ２に曲げや圧縮応力等のストレスを付与するためのストレス付与機構が構成されている。
【００１１】
次に、この例の可変光減衰器の動作について説明する。
入力用光ファイバ１からＧＲＩＮレンズ２に入力された光は、ＧＲＩＮレンズ２の光軸方向に伝搬する。ＧＲＩＮレンズ２はストレス付与機構によってストレスを受けて、その形状や光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じてＧＲＩＮレンズ２内を透過する光の減衰量が変化する。ここでは、ねじ６の操作により、直押し可動部７からのＧＲＩＮレンズ２に対するストレス付与量が調節される。
この例においては、ＧＲＩＮレンズ２内での光経路ピッチの半分、すなわち０.５ピッチの整数倍の長さのＧＲＩＮレンズを使用することが好ましい。ＧＲＩＮレンズ２に入射した光はＧＲＩＮレンズ２中で広がり、０．２５ピッチの位置で光ビーム径が最大となる。光はその後集束し、０．５ピッチのところで焦点を結び、出力用光ファイバ３に出力される。
【００１２】
長さが０．５ピッチの整数倍のＧＲＩＮレンズを使用するのは、以下の理由のためである。通常のＧＲＩＮレンズを使用した光部品の場合には０．２５ピッチのレンズを使用するが、それは、ＧＲＩＮレンズのピッチ長が０．２５ピッチのときに光ファイバからＧＲＩＮレンズに入射した光が平行光となり、光機能素子をレンズ間に挟み込んでも損失増が少ないためである。
しかし、この例の可変光減衰器の場合、ＧＲＩＮレンズ間に光機能素子を挟み込むのではなく、ＧＲＩＮレンズ自体に可変光減衰機能をもたせているため、ＧＲＩＮレンズのピッチ長としては、０．５ピッチの整数倍のものを用いることによって、集束された光を出力用光ファイバに出力することができる。
ＧＲＩＮレンズ２にストレスがかかっていない場合には、理想的には、挿入損失は０ｄＢとなる。ただし、実際には、ＧＲＩＮレンズ２中での散乱、吸収等による損失や、光ファイバとＧＲＩＮレンズ２との接続時の位置ずれなどの要因により、０．２ｄＢ程度の挿入損失を生じる。
【００１３】
一方、ＧＲＩＮレンズ２にストレスがかかっている場合には、ＧＲＩＮレンズ２中において光が減衰するが、その理由について以下に説明する。
曲げ等のストレスによって光減衰量が変化する例として、光ファイバが知られている。光ファイバの場合、光導波構造があるため、光は導波路内に閉じ込められ、コアとの境界面で全反射しながら進行するが、これに曲げを生じると、光の全反射条件を満たさなくなるため光損失を生じる。
ＧＲＩＮレンズの場合にも、ストレスが付与されると、その形状が変化し、これによって焦点位置変動を生じて光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じてＧＲＩＮレンズ２の出力端から出力用光ファイバ３に出力される光量が変化する。また、ストレスをＧＲＩＮレンズ２に加えることにより、レンズ内部の屈折率分布が乱れることから、結果的に集光端での光ビーム形状が崩れることによる損失増が発生して光量変化をおこす。
【００１４】
ＧＲＩＮレンズ内では、ＧＲＩＮレンズの屈折率分布によって光ビーム径が拡大、集束する。このとき、光ビーム径が大きいほど、曲げ角度による焦点位置変動が大きくなる。
図２は、２つの対向するＧＲＩＮレンズ間に角度折れを生じる場合の光損失の計算結果をモードフィールド径が４２０μｍの場合について示したものであり、図３は、光ファイバとＧＲＩＮレンズ間に角度折れを生じる場合の光損失の計算結果をモードフィールド径が１０μｍの場合について示したものである。
これらの計算結果から、角度折れ量が０．１度の場合、光ビーム径が420μｍでは、６dBの損失増になるのに対し、光ビーム径が10μｍでは、0.00028dBしか損失増とならない。
【００１５】
このように、２つの対向するレンズ間に角度折れを生じる場合に、光ビーム径が大きいほど損失増加量が大きくなることから、１本の連続したＧＲＩＮレンズにストレスを付与して曲げ角度を生じさせることによっても、ＧＲＩＮレンズ内のビーム拡大部の波面に角度がつくことから、損失増加量が増大する。
従って、ＧＲＩＮレンズ２内において、光ビーム径が拡大されている領域では、曲げ角度に対する損失増加量が大きくなり、少しの角度変化で大きく光を減衰させることが可能となる。
【００１６】
次に、本発明の可変光減衰器の第２の例について説明する。
図４に、本発明の可変光減衰器の第２の例の構成を示す。
この例の可変光減衰器は、入力用光ファイバ１と出力用光ファイバ３とが接続されたＧＲＩＮレンズ２が、２つの支持具４によって支持されてケース５に収納されている点は第１の例と同様であるが、ストレス付与機構の構成が第１の例とは異なっている。
符号６はねじであり、このねじ６を操作することでスライド式可動部８によりＧＲＩＮレンズ２の上面のほぼ中央部が押圧される。すなわち、この例においては、ねじ６とスライド式可動部７とによってストレス付与機構が構成されている。
この例においても、光ファイバ径とほぼ同程度の径を有し、０.５ピッチの整数倍の長さのＧＲＩＮレンズを使用することが好ましい。
この例においては、ねじ６の操作により、スライド式可動部８からのＧＲＩＮレンズ２に対するストレス付与量が調節される。ＧＲＩＮレンズ２はその中央部においてストレス付与機構によってストレスを受けて、その形状や光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じてＧＲＩＮレンズ２内を透過する光の減衰量が変化する。
【００１７】
次に、本発明の可変光減衰器の第３の例について説明する。
図５に、本発明の可変光減衰器の第３の例の構成を示す。
この例の可変光減衰器は、入力用光ファイバ１と出力用光ファイバ３とが接続されたＧＲＩＮレンズ２が、支持具４によって支持されてケース５に収納されている点と、ストレス付与機構がねじ６とスライド式可動部８とからなる点は第２の例と同様であるが、ＧＲＩＮレンズ２の支持の手段とスライド式可動部８が設けられる位置が第２の例とは異なっている。
この例においては、支持具４はＧＲＩＮレンズ２下面の一端のみを支持している。また、スライド式可動部８はＧＲＩＮレンズ２の上面の他の一端を押圧することにより、ストレス付与機構として機能する。
この例においても、光ファイバ径とほぼ同程度の径を有し、０.５ピッチの整数倍の長さのＧＲＩＮレンズを使用することが好ましい。
この例においては、ねじ６の操作により、スライド式可動部８からのＧＲＩＮレンズ２に対するストレス付与量が調節される。ＧＲＩＮレンズ２は例えば入力端に近い側においてストレス付与機構によってストレスを受けて、その形状や光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じてＧＲＩＮレンズ２内を透過する光の減衰量が変化する。
【００１８】
ＧＲＩＮレンズ２にストレスを付与するためのストレス付与機構としては、以上説明した例の他にも、以下の例を用いることができる。
その１つは、ピエゾ素子を用いてストレスを付与する手段であり、ピエゾ素子に電界を付加することにより、ＧＲＩＮレンズ２にストレスを付与することができる。
他の１つは、ＧＲＩＮレンズ２にストレスを付与するためのストレス付与物質として金属等の熱膨張係数の大きい物質を用い、この物質をヒータまたはペルチェ素子等を用いて温度変化させて熱膨張によるストレスを生じさせるものである。
また、以上に説明した以外の手段によっても、ＧＲＩＮレンズ２にストレスを付与することができるものであれば、他の例によってもよい。
さらに、光減衰量に関する情報をフィードバックして、光減衰量の大小に応じてＧＲＩＮレンズ２に付与されるストレス量を制御し、最適な光減衰量を得るようにすることも可能である。
【００１９】
この例の可変光減衰器によると、ＧＲＩＮレンズ２にストレスを付与するためのストレス付与機構を設け、光ファイバ径と同程度の径を持つＧＲＩＮレンズ２に対しストレスを付与することによって、ＧＲＩＮレンズ２内の焦点位置が敏感に変動し光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じて光減衰量を調節することができる可変光減衰器を実現することができる。
また、光ファイバ径と同程度の径を持つＧＲＩＮレンズ２を用いるため、小型化が可能で、低コストの可変光減衰器を実現することができる。
また、光ビームが空気中を伝搬することがないため、信頼性の高い可変光減衰器を実現することができる。
さらに、付与されるストレスに対して敏感に光減衰量を調節することができるため、小さなストレス量で光減衰を実現することが可能であり、ストレス付与部を制御するための電力等の動力を少なくして所望の光減衰量が得られる可変光減衰器を実現することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ＧＲＩＮレンズにストレスを付与するためのストレス付与機構を設け、光ファイバ径と同程度の径を持つＧＲＩＮレンズに対しストレスを付与することによって、ＧＲＩＮレンズ内の焦点位置が敏感に変動し光ビーム集光位置が変化するため、ストレス付与量に応じて光減衰量を調節することができる可変光減衰器を実現することができる。
また、光ファイバ径と同程度の径を持つＧＲＩＮレンズを用いるため、小型化が可能で、低コストの可変光減衰器を実現することができる。
また、光ビームが空気中を伝搬することがなく、構成部品を少なくできることから、信頼性の高い可変光減衰器を実現することができる。
さらに、付与されるストレスに対して敏感に光減衰量を調節することができるため、小さなストレス量で光減衰を実現することが可能であり、ストレス付与部を制御するための電力等の動力を少なくして所望の光減衰量が得られる可変光減衰器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変光減衰器の第１の例を示す図である。
【図２】ＧＲＩＮレンズ間の角度折れによる光損失を示す図である。
【図３】光ファイバとＧＲＩＮレンズ間の角度折れによる光損失を示す図である。
【図４】本発明の可変光減衰器の第２の例を示す図である。
【図５】本発明の可変光減衰器の第３の例を示す図である。
【図６】従来の可変光減衰器の一例を示す図である。
【図７】従来の可変光減衰器の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…入力用光ファイバ、２…ＧＲＩＮレンズ、３…出力用光ファイバ、
４…支持具、５…ケース、６…ねじ、７…直押し可動部、８…スライド式可動部
【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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