(57)【要約】【課題】低電圧駆動が可能で優れた光損失特性を備えた光アッテネータを提供する。【解決手段】ｚ方向を光軸５０としたｘｙｚ直交座標系において、前後で対向する光ファイバコリメータ間（４０ａ−４０ｂ）にｚ軸に沿って前方から順に、二つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ）を含む偏光部１１０ａ、前方からの直線偏光にｙ方向で対面する電極間（２２−２２）の電圧に応じた所定の位相差を与えて後方から出射する電気光学素子２０、二つの複屈折素（３０ｂ、１０ｂ）を含む検光部１１０ｂが配置されてなる光アッテネータ１０１であって、偏光部は前方からの入力光をｘ軸に平行に離間する第１および第２の光路上から直線偏光を出射し、検光部はＥＯ素子が０°あるいは１８０°のいずれかの位相差を与えている場合、ＥＯ素子から第１および第２の光路を辿ってきた光を後方の光ファイバコリメータの光ファイバＦｂに結合させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ファイバを保持した前方の第１光ファイバコリメータと第２の光ファイバを保持した後方の第２の光ファイバコリメータが前後で対向配置されているとともに、前後方向に延長するｚ軸を光軸として、当該光軸上に前後に光の入出射面を有する複数の光学素子が配置されてなり、第１の光ファイバからの入力光の強度を減衰させて第２の光ファイバに出力する光アッテネータであって、
前記ｚ軸と直交し、かつ互いに直交する二つの軸をｘ軸およびｙ軸として、
前記光学素子として偏光部、電気光学素子部、および検光部が前記第１の光ファイバコリメータから前記第２の光ファイバコリメータに向かってこの順に配置されてなり、
前記偏光部は、ｘｙ面での光学軸の方位が互いにｚ軸周りに９０゜回転させた関係にある第１の複屈折素子と第２の複屈折素子が前方から後方に向かってこの順に並んで配置された構成を含み、
前記第１の複屈折素子は、ｘｙ面での光学軸の方位がｘ軸に対してｚ軸周りに所定の方向に４５°傾いているとともに、前記入力光を常光と異常光の二つの直線偏光に分離するとともに、当該二つの直線偏光をｘｙ面においてｘ軸に対して４５°方向に離間した位置から出射するようにｙｚ面およびｚｘ面での光学軸の方位が設定され、
前記第２の複屈折素子は、前記第１の複屈折素子が出射した前記二つの直線偏光をｘ軸に平行方向に離間する第１の光路上と第２の光路上に出射し、
前記電気光学素子部はｙ軸を法線方向として互いに対面する電極間に電気光学効果を有する電気光学物質が挟持されてなり、外部の駆動回路により当該対面する電極間に電圧が印加されると前記第１および第２の光路を辿って入射してきた光のそれぞれに所定の位相差を与えて後方から出射し、
前記検光部は、ｘｙ面での光学軸の方位がｚ軸周りに９０゜回転させた関係にある第３の複屈折素子と第４の複屈折素子が前方から後方に向かってこの順に並んで配置された構成を含み、
前記電気光学素子部が自身に入射された光に対して前記電気光学効果に基づく０°あるいは１８０°のいずれかの位相差を与えている場合、前記第１および第２の光路を辿ってｘ軸方向に離間しつつ互いに直交する二つの直線偏光が前記第３の複屈折素子の前面に入射され、前記第４の複屈折素子が当該二つの直線偏光を前記第２の光ファイバコリメータの光ファイバに結合させる、
ことを特徴とする光アッテネータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記偏光部は、前記第１の複屈折素子と前記第２の複屈折素子との間に第１の１／２波長板が配置されてなり、当該第１の１／２波長板は光学軸の方位がｘ軸あるいはｙ軸と平行となるように設定され、
前記検光部は、前記第３の複屈折素子と前記第４の複屈折素子との間に第２の１／２波長板が配置されてなり、当該第２の１／２波長板はｘｙ面での光学軸の方位が前記第３及び第４の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位を二分する方向となるように設定されている、
ことを特徴とする光アッテネータ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記電気光学物質は、電界が印加されていない状態で所定の残留位相差による複屈折効果を有する強誘電体からなり、
前記偏光部と前記電気光学素子部との間、あるいは前記電気光学素子部と前記検光部との間に１／４波長板が配置され、
当該１／４波長板は、光学軸のｘｙ面での方位がｘ軸に対してｚ軸周りに４５゜傾いており、前記偏光部から前記第１および第２の光路上に出射された二つの直線偏光のｘｙ面での方位に対してｚ軸周りに角度αだけ傾いた二つの直線偏光を前記検光部に入射させるように前記残留位相差を補償し、
前記第３の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位は、前記１／４波長板から出射された二つの直線偏光のいずれかに一致している、
ことを特徴とする光アッテネータ。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記電気光学物質は、電界が印加されていない状態で所定の残留位相差による複屈折効果を有する強誘電体からなり、
前記第３の複屈折素子の直前に１／２波長板からなる旋光部が配置され、
前記偏光部と前記電気光学素子部との間、あるいは前記電気光学素子部と旋光部との間に１／４波長板が配置され、
当該１／４波長板は、光学軸のｘｙ面での方位がｘ軸に対してｚ軸周りに４５゜傾いており、前記偏光部から前記第１および第２の光路上に出射された二つの直線偏光のｘｙ面での方位に対してｚ軸周りに角度αだけ傾いた二つの直線偏光を前記旋光部に入射させるように前記残留位相差を補償し、
前記第３の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位は、前記第２の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位と一致あるいはｚ軸周りに９０°傾いており、
前記旋光部のｘｙ面での光学軸の方位は、前方から入射した前記角度αだけ傾いた前記二つの直線偏光のｘｙ面での振動方向の方位と前記第３の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位との交差角度を等角度で分割する方向である、
ことを特徴とする光アッテネータ。
【請求項５】
請求項３または４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。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の前記光アッテネータを１チャンネル分の光アッテネータとして、当該１チャンネル分の左右に複数チャンネル分並べたものに相当する構成を一体的に備えたことを特徴とする多チャンネル光アッテネータ。
【請求項７】
請求項６に記載の前記多チャンネル光アッテネータにおいて、
前記複数チャンネル分の光アッテネータを構成する複数個の前記第１および第２の光ファイバコリメータを構成するコリメートレンズは、マイクロレンズアレイとしてｘ軸方向に並べて配置された状態で一体化されていることを特徴とする多チャンネル光アッテネータ。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の前記多チャンネル光アッテネータにおいて、前記第１および第２の光ファイバコリメータ間に配置される光学素子の少なくとも一つが、前記複数チャンネル分の光アッテネータによって形成される複数チャンネル分の光路を横断するように左右に延長して形成されていることを特徴とする多チャンネル光アッテネータ。  
【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物質を互いに対面する二つの電極で狭持した構成の電気光学素子（以下、ＥＯ素子とも言う）、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、ＥＯ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。偏光子と検光子は、光学軸が互いに直交あるいは平行となるように対面して配置されている。また、ＥＯ物質を狭持する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振動方向を維持したまま検光子に入射する。このとき、検光子の光学軸が偏光子の光学軸に対して直交しているときは光が遮断され、平行であるときは光が透過する。一方、駆動回路により電極間に電界を印加すると、ＥＯ物質を透過する光に位相差（リタデーション）が生じ、入射した直線偏光の振動方向が最大で９０゜回転する。その結果、入射光が検光子を透過、あるいは遮断される。また、電界強度に応じて振動方向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」：非特許文献１参照）。
【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、光を透過させるオン状態での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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／１２１８７６号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】フルウチ科学株式会社、”PLZT高速光シャッター”、[online]、[平成２６年５月２７日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.furuchi.co.jp/measurement/shutter.html＞
【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。
【００１０】
その一方で、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、電極間の距離を光の入射面から出射面に向かって徐々に狭くしている。そして出射面側の電極間距離を３０μｍと極めて狭くしている。さらにその狭小な電極間に光ビームを通過させるために集光レンズも必要としている。そのため、ＥＯ物質の形状が複雑となり、ＥＯ物質の加工や複雑な形状のＥＯ物質に電極を形成することが難しく、部品点数もさらに多くなる。したがって製造コストが増加する。
【００１１】
そこで本発明は、より低い電圧での駆動が可能で、かつ優れた光損失特性を有する光アッテネータを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】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明は、第１の光ファイバを保持した前方の第１光ファイバコリメータと第２の光ファイバを保持した後方の第２の光ファイバコリメータが前後で対向配置されているとともに、前後方向に延長するｚ軸を光軸として、当該光軸上に前後に光の入出射面を有する複数の光学素子が配置されてなり、第１の光ファイバからの入力光の強度を減衰させて第２の光ファイバに出力する光アッテネータであって、
前記ｚ軸と直交し、かつ互いに直交する二つの軸をｘ軸およびｙ軸として、
前記光学素子として偏光部、電気光学素子部、および検光部が前記第１の光ファイバコリメータから前記第２の光ファイバコリメータに向かってこの順に配置されてなり、
前記偏光部は、ｘｙ面での光学軸の方位が互いにｚ軸周りに９０゜回転させた関係にある第１の複屈折素子と第２の複屈折素子が前方から後方に向かってこの順に並んで配置された構成を含み、
前記第１の複屈折素子は、ｘｙ面での光学軸の方位がｘ軸に対してｚ軸周りに所定の方向に４５°傾いているとともに、前記入力光を常光と異常光の二つの直線偏光に分離するとともに、当該二つの直線偏光をｘｙ面においてｘ軸に対して４５°方向に離間した位置から出射するようにｙｚ面およびｚｘ面での光学軸の方位が設定され、
前記第２の複屈折素子は、前記第１の複屈折素子が出射した前記二つの直線偏光をｘ軸に平行方向に離間する第１の光路上と第２の光路上に出射し、
前記電気光学素子部はｙ軸を法線方向として互いに対面する電極間に電気光学効果を有する電気光学物質が挟持されてなり、外部の駆動回路により当該対面する電極間に電圧が印加されると前記第１および第２の光路を辿って入射してきた光のそれぞれに所定の位相差を与えて後方から出射し、
前記検光部は、ｘｙ面での光学軸の方位がｚ軸周りに９０゜回転させた関係にある第３の複屈折素子と第４の複屈折素子が前方から後方に向かってこの順に並んで配置された構成を含み、
前記電気光学素子部が自身に入射された光に対して前記電気光学効果に基づく０°あるいは１８０°のいずれかの位相差を与えている場合、前記第１および第２の光路を辿ってｘ軸方向に離間しつつ互いに直交する二つの直線偏光が前記第３の複屈折素子の前面に入射され、前記第４の複屈折素子が当該二つの直線偏光を前記第２の光ファイバコリメータの光ファイバに結合させる、
ことを特徴とする光アッテネータとしている。
【００１３】
前記偏光部は、前記第１の複屈折素子と前記第２の複屈折素子との間に第１の１／２波長板が配置されてなり、当該第１の１／２波長板は光学軸の方位がｘ軸あるいはｙ軸と平行となるように設定され、
前記検光部は、前記第３の複屈折素子と前記第４の複屈折素子との間に第２の１／２波長板が配置されてなり、当該第２の１／２波長板はｘｙ面での光学軸の方位が前記第３及び第４の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位を二分する方向となるように設定されている、
ことを特徴とする光アッテネータとしてもよい。
【００１４】
前記電気光学物質は、電界が印加されていない状態で所定の残留位相差による複屈折効果を有する強誘電体からなり、
前記偏光部と前記電気光学素子部との間、あるいは前記電気光学素子部と前記検光部との間に１／４波長板が配置され、
当該１／４波長板は、光学軸のｘｙ面での方位がｘ軸に対してｚ軸周りに４５゜傾いており、前記偏光部から前記第１および第２の光路上に出射された二つの直線偏光のｘｙ面での方位に対してｚ軸周りに角度αだけ傾いた二つの直線偏光を前記検光部に入射させるように前記残留位相差を補償し、
前記第３の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位は、前記１／４波長板から出射された二つの直線偏光のいずれかに一致している、
ことを特徴とする光アッテネータとすることもできる。
【００１５】
あるいは、前記電気光学物質は、電界が印加されていない状態で所定の残留位相差による複屈折効果を有する強誘電体からなり、
前記第３の複屈折素子の直前に１／２波長板からなる旋光部が配置され、
前記偏光部と前記電気光学素子部との間、あるいは前記電気光学素子部と旋光部との間に１／４波長板が配置され、
当該１／４波長板は、光学軸のｘｙ面での方位がｘ軸に対してｚ軸周りに４５゜傾いており、前記偏光部から前記第１および第２の光路上に出射された二つの直線偏光のｘｙ面での方位に対してｚ軸周りに角度αだけ傾いた二つの直線偏光を前記旋光部に入射させるように前記残留位相差を補償し、
前記第３の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位は、前記第２の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位と一致あるいはｚ軸周りに９０°傾いており、
前記旋光部のｘｙ面での光学軸の方位は、前方から入射した前記角度αだけ傾いた前記二つの直線偏光のｘｙ面での振動方向の方位と前記第３の複屈折素子のｘｙ面での光学軸の方位との交差角度を等角度で分割する方向である、
ことを特徴とする光アッテネータとしてもよい。そして前記強誘電体からなる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れば好ましい。
【００１６】
上記いずれかに記載の前記光アッテネータを１チャンネル分の光アッテネータとして、当該１チャンネル分の左右に複数チャンネル分並べたものに相当する構成を一体的に備えたことを特徴とする多チャンネル光アッテネータも本発明の範囲としている。
【００１７】
上記多チャンネル光アッテネータは、
前記複数チャンネル分の光アッテネータを構成する複数個の前記第１および第２の光ファイバコリメータを構成するコリメートレンズは、マイクロレンズアレイとしてｘ軸方向に並べて配置された状態で一体化されていてもよい。
【００１８】
さらに前記第１および第２の光ファイバコリメータ間に配置される光学素子の少なくとも一つが、前記複数チャンネル分の光アッテネータによって形成される複数チャンネル分の光路を横断するように左右に延長して形成されていることを特徴とする多チャンネル光アッテネータとすることもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光アッテネータによれば、低電圧駆動が可能で光減衰特性に優れている。また、簡素な構成で製造が容易であるため、安価に提供することも期待できる。その他の効果については以下の記載で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一般例に係る光アッテネータの構成を示す図である。
【図２】ウォークオフプリズムとして機能する複屈折素子の動作を示す図である。
【図３】本発明の比較例に係る光アッテネータの構成を示す図である。
【図４】上記比較例の動作を示す図である。
【図５】光アッテネータを構成する光ファイバコリメータの光学特性を示す図である。
【図６】上記比較例における各部位のサイズを示す図である。
【図７】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８】上記第１の実施例を構成する複屈折素子の光学軸方位を示す図である。
【図９】上記第１の実施例の動作を示す図である。
【図１０】本発明の第２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１１】上記第２の実施例を構成する複屈折素子と１／２波長板の光学軸方位を示す図である。
【図１２】動作中にある上記第２の実施例の光路を示す図である。
【図１３】動作中にある上記第２の実施例における光ビームの位置と偏光状態を示す図である。
【図１４】強誘電体を用いた電気光学素子の消光比特性を示す図である。
【図１５】本発明の第３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１６】上記第３の実施例を構成する複屈折素子と１／４波長板の光学軸方位を示す図である。
【図１７】上記第３の実施例の動作原理を示す図である。
【図１８】動作中にある上記第３の実施例の光路を示す図である。
【図１９】動作中にある上記第３の実施例における光ビームの位置と偏光状態を示す図である。
【図２０】上記第３の実施例とその変形例に係る光アッテネータにおける各部位のサイズを示す図である。
【図２１】上記比較例、第３の実施例、および変形例の光損失特性を示す図である。
【図２２】本発明の第４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２３】上記第４の実施例を構成する１／２波長板の光学軸方位の一例を示す図である。
【図２４】動作中にある上記第４の実施例の光路を示す図である。
【図２５】動作中にある上記第４の実施例における光ビームの位置と偏光状態を示す
【図２６】実用に供される一般的な光アッテネータに形成される光路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一また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。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
【００２２】
本発明の実施例に係る光アッテネータは、高速応答性、省電力化、小型化などの要求に応えるため、ＥＯ物質の電気光学効果に基づく位相差を動作原理として採用している。そしてより低電圧での駆動を可能としつつ優れた光損失特性を備えている。以下では、まず、ＥＯ物質の電気光学効果に基づく位相差を利用した光アッテネータ（以下、光アッテネータ）の一般的な構成を挙げ、その一般的な構成に係る光アッテネータの動作原理を説明する。その上で従来の光アッテネータの問題点などについて説明する。
【００２３】
＝＝＝光アッテネータの動作原理＝＝＝
図１は光アッテネータの動作原理を説明するための図である。図１（Ａ）は一般的な光アッテネータ１の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は当該構成に含まれる偏光子２ａと検光子２ｂの光学軸（３ａ、３ｂ）の方向を示す図である。図１（Ａ）に示したように、一般的な光アッテネータ（以下、一般例１とも言う）は、前方から後方に向かって光Ｂ０が入射することとし、前後方向で対面する光ファイバコリメータ（図示せず）間に光軸５０を設定すると、一般例１は、前方から偏光子２ａ、ＥＯ素子２０、検光子２ｂがこの順に光軸５０に沿って配置された構造となっている。
【００２４】
ＥＯ素子２０は、光軸５０を法線方向とした前後の面を光の入出射面としたＥＯ物質２１を互いに対面する二つの電極（２２−２２）で挟持した構造である。二つの電極（２２−２２）は光に直交する方向に電界Ｅを印加するように配置されている。ここで、便宜的に電界Ｅの印加方向を上下方向とし、電界Ｅは上方から下方に印加されるものとして上と下の各方向を規定する。また、前後方向から見て上下方向と直交する方向を左右方向とし、後方から前方を見たときの方向によって左と右の各方向を規定することとする。
【００２５】
偏光子２ａと検光子２ｂは、光学軸（３ａ、３ｂ）を光の透過軸として、当該光学軸（３ａ、３ｂ）が図１（Ｂ）に示したように、ＥＯ素子２０に印加される電界Ｅ方向に対して４５゜傾いている。偏光子２ａと検光子２ｂの光学軸（３ａ、３ｂ）は互いに直交あるいは平行であり、ここでは直交している場合を示している。すなわち、図示した一般例１は、ＥＯ素子２０に電界Ｅを印加していない状態（以下、初期状態とも言う）で暗状態となる、所謂ノーマリオフ型となっている。互いに平行である場合では、初期状態で明状態となり、ノーマリオン型となる。
【００２６】
ＥＯ素子２０の電極間（２２−２２）に駆動回路Ｖにより電圧が印加されると、ＥＯ物質２１内に電界Ｅが発生する。ＥＯ物質２１は、この電界Ｅに基づく電気光学効果により、入射した直線偏光Ｂ１を電界Ｅ方向に平行な方向に振動する光（以下、ＴＥ光）ＢＴＥと電界方向に垂直な方向に振動する光（以下、ＴＭ光）ＢＴＭに分離し、ＴＥ光ＢＴＥとＴＭ光ＢＴＭとの間には、印加した電界Ｅと入射した光が出射するまでの光路長とに応じた位相差が生じる。そしてその位相差に応じた楕円偏光Ｂ２が後方に向けて出射される。ＴＥ光ＢＴＥとＴＭ光ＢＴＭとの間でπ（ｒａｄ）＝１８０°の位相差が生じれば、入射した直線偏光Ｂ２が光軸５０周りに９０°回転した光Ｂ２として後方に出射することになる。
【００２７】
検光子２ｂは、ＥＯ素子２０から光Ｂ２が入射されると、その光Ｂ２において、自身の光学軸３ｂと直交する方向の成分を遮断し、光学軸３ｂの方向と一致する成分の直線偏光Ｂ３を後方に出力する。それによって偏光子２に入射した光Ｂ０の強度が減衰されてこの光アッテネータ１から出射される。また、ＥＯ素子２０のＥＯ物質２１に電界Ｅが印加されて１８０゜の位相差が生じた際には、入射した直線偏光Ｂ１が光軸５０周りに９０゜回転した直線偏光Ｂ２が検光子２ｂに入射される。ノーマリオフ型であればこの直線偏光Ｂ２が検光子２ｂの光学軸３ｂと一致して光透過率が最大となるオン状態となる。ノーマリオン型であれば光が遮断されてオフ状態となる。
【００２８】
＝＝＝従来の光アッテネータの問題点＝＝＝
ところで、図１に示した一般例１は、光アッテネータの動作をより簡単に説明するための原理モデルであり、偏光子２ａと検光子２ｂに偏光板を用いることとしていた。しかし偏光板は、直線偏光を出射するために入射した光の光学軸方向以外の振動成分を吸収してしまうため、理想的な偏光板であっても光透過光強度が半減する。すなわち、オン状態での光透過光強度を入射光の５０％よりも大きくすることができない。したがってオン状態とオフ状態の光強度比である光損失を大きくすることができない。そこで入射した光を無駄なく利用するために、偏光子や検光子にルチル結晶などからなる周知の複屈折素子を用いることが考えられる。周知のごとく、複屈折素子は無偏光状態の光が入射されると、振動方向が互いに直交する常光と異常光の二つの直線偏光に分離して出射し、その二つの直線偏光を結合させれば、入射光を無駄なく利用することができる。しかし偏光子と検光子に複屈折素子を用いた場合、光アッテネータを通過する光の進路に起因して低電圧駆動による省電力化と光損失特性の向上とを両立させることが難しいという問題が発生する。以下にこの問題について具体的に説明する。
【００２９】
図２は複屈折素子１０に入射した光の光路や偏光状態を示す図である。この図２においても前後上下左右の各方向を図１と同様に規定している。そして図２（Ａ）は複屈折素子１０を上後方から見たときの斜視図であり、図２（Ｂ）は後方から見たときの平面図である。この図に示したように、複屈折素子１０は前後方向に延長する光軸５０を法線方向とした光の入出射面を有する直方体形状である。光アッテネータに使用される複屈折素子１０は「ウォークオフプリズム」とも呼ばれるものであり、この複屈折素子１０ａを光アッテネータの偏光子および検光子として用いる場合、前後方向から見たときの複屈折素子１０の光学軸１１の方位は、ＥＯ素子に印加される電界方向（上下方向とする）に対して４５゜傾いている。また光学軸１１を左右方向からみると前方から後方に向かって斜めに傾いている。この例では上方に向かって傾斜している。
【００３０】
このような光学軸１１方位を有する複屈折素子１０に前面から無偏光状態の光Ｂ０を入射すると、当該光Ｂ０が前後方向から見て光学軸１１と直交する方向に振動する常光ｏと光学軸１１と平行する方向に振動する異常光ｅとに分離する。そして異常光ｅが前方から後方に向かって光学軸１１方向に屈折する。したがって複屈折素子１０の前面にコリメートされた光を入射すると、上下方向に対して４５度方向に互いに離間する二つの直線偏光（Ｂ１ｏ、Ｂ１ｅ）が後面から出射することになる。それによって、二つの直線偏光（Ｂ１ｏ、Ｂ１ｅ）が後方に向かってそれぞれの光路を辿る。
【００３１】
ところで上記の複屈折素子１０を偏光子および検光子として光アッテネータを構成すると、ＥＯ素子は、複屈折素子１０からなる偏光子から出射される互いに離間した二つの直線偏光を透過させるための上下高が必要となる。ＥＯ物質は、自身に発現する電気光学効果の種類（ボッケルス効果、カー効果）により、電極間に印加される電界強度Ｅあるいはその二乗Ｅ２に比例するため、電極間の距離が短いほど大きな強度の電界が印加され、大きな電気光学効果を発現する。しかし上述したように、光の利用効率を上げるために偏光子と検光子に複屈折素子を用いると、ＥＯ素子内に上下方向に離間した二つの直線偏光の光路を形成させる必要があるため、上下方向で対面する電極間の距離を短くすることが難しくなる。
【００３２】
さらに二つの直線偏光は、互いに干渉しないように（クロストークを低減させるために）、離間距離（以下、ウォークシフト量ｗｆとも言う）を闇雲に短くすることもできない。クロストークが生じないウォークシフト量ｗｆを得るためには、複屈折素子１０の前後長Ｌｐを長くする必要がある。しかし、光アッテネータを光通信網のノードなどに設置する場合では、前後で対向する光ファイバコリメータ間に偏光子、ＥＯ素子、および検光子の各光学素子を配置することになり、光アッテネータに光を入射させる側の光ファイバコリメータ（以下、入射側コリメータとも言う）から出射側の光ファイバコリメータ（以下、出射側コリメータとも言う）までの距離は、周知のレーリー距離に基づいて規定されてしまう。すなわち、入出力側の光ファイバの開口端面間には適切な距離（レーリー領域）があり、そのレーリー領域から逸脱すれば、常光ｏと異常光ｅに対応する二つのビームが出射側の光ファイバに結合せず挿入損失（過剰損失）が生じる。ウォークシフト量Ｗｆを確保しつつレーリー領域内に光学素子を配置しようとすればＥＯ素子の前後長を短くせざるを得ない。そしてＥＯ素子の前後長を短くすると電界強度が同じ場合、発生する位相差が小さくなる。したがって、１８０゜の位相差を得るためには、より大きな電界を印加する必要がある。
【００３３】
このように、光の利用効率を向上させるために偏光子と検光子に複屈折素子を用いると、常光と異常光とに分離すること（ウォークオフ）に起因する様々な問題が複雑に関連し合ってＥＯ素子を低電圧で駆動することが難しくなる。
【００３４】
===比較例＝＝＝
本発明の実施例に係る光アッテネータについての説明に先立って、まず、複屈折素子からなる偏光子と検光子を用いた従来の光アッテネータの構成や動作について説明する。また光アッテネータの光学的な設計条件などについても説明する。
【００３５】
＜構成＞
図３は従来の光アッテネータ（以下、比較例１００とも言う）の構成を示す図である。図３では図１や図２と同様に前後上下左右の各方向を規定しており、図３（Ａ）は比較例１００の構成を上後方から見たときの斜視図であり、図３（Ｂ）および（Ｃ）は、後方から前方を見たときの偏光子１０ａの光学軸１１ａの方位および検光子１０ｂの光学軸１１ｂの方位を示している。図３に示したように、比較例１００は前後で互いに対向する二つの光ファイバコリメータ間（４０ａ−４０ｂ）に、前方から後方に向かって偏光子１０ａ、ＥＯ素子２０、検光子１０ｂがこの順に配置された構成となっており、上記一般例１に対し、偏光子１０ａと検光子１０ｂに複屈折素子を用いている点が異なっている。なお図３に示した比較例１００はノーマリオン型であり、後方から見たときに偏光子１０ａと検光子１０ｂの光学軸（１１ａ、１１ｂ）方向が平行であるとともに、左右方向、あるいは上下方向から見たときには互いの光学軸（１１ａ、１１ｂ）が前後で鏡像の関係になっている。
【００３６】
ここで、前方の入射側コリメータ４０ａから出射した光Ｂ１が後方の出射側コリメータに向かって光が進行することとし、その出射光が偏光子に入射した位置を原点として、この原点から前後方向に延長するように光軸５０を設定する。また、原点に対して上下方向にｙ軸、左右方向にｘ軸を設定することとする。偏光子１０ａおよび検光子１０ｂの光学軸（１１ａ、１１ｂ）の方位（θ、φ）については、右方向を０゜として反時計回りの角度で規定する。したがって、ここに示した比較例１００では偏光子１０ａと検光子１０ｂの光学軸（１１ａ、１１ｂ）のｘｙ面での方位は−４５゜および＋４５゜となる。そして、上記構成の比較例１００では、前方の入射側コリメータ４０ａの光ファイバＦａから出射した光（以下、入力光とも言う）がコリメートレンズＣａによって平行光（以下、光ビームとも言う）に整形され、その光ビームが偏光子１０ａ、ＥＯ素子２０、検光子１０ｂを経て後方の出射側コリメータ４０ｂの光ファイバＦｂの開口端に入射する。その入射光（以下、出力光とも言う）の強度に対する入力光の強度の比が光損失となる。以下に比較例１００の動作について説明する。
【００３７】
＜動作＞
図４は比較例１００の動作を説明するための図である。図４（Ａ）は比較例１００を上面から見たときのオンまたはオフ状態における光路を示しており、図４（Ｂ）は左方から見たときの光路を示している。図４（Ｃ）〜（Ｈ）は後方から見たときの光ビームの位置とその光の偏光状態を示す図であり、図４（Ｃ）および（Ｄ）は、偏光子１０ｂの前面および後面における光ビームの位置と偏光状態を示している。図４（Ｅ）および（Ｆ）はオン状態における検光子１０ｂの前面および後面での光ビームの位置と偏光状態を示しており、図４（Ｇ）および（Ｈ）はオフ状態における検光子１０ｂの前面および後面での光ビームの位置と偏光状態を示している。また図４（Ｃ）〜（Ｈ）では光ビームの位置を白丸で示し、振動方向を両矢印で示している。
【００３８】
まず入射側コリメータ４０ａから偏光子１０ａに入射した無偏光状態の入力光Ｂ０は、当該偏光子１０ａ内で振動方向が光学軸１１ａと直交する常光Ｂ１１および平行となる異常光Ｂ１２の二つ直線偏光に分離する。ここに示した例では、左右方向から見たときの偏光子１０ａの光学軸１１ａは前方から後方に向かってｚ軸に対して角度βで上方に延長する方向であり、かつｘｙ面で方位角θ＝−４５゜である。そのため図４（Ｃ）、（Ｄ）に示したように、常光Ｂ１１は偏光子１０ａ内を直進して出射し、異常光Ｂ１２は後方から見て４５゜方向にウォークシフト量ｗｆだけ離間した位置から出射する。そして偏光子１０ａから出射した二つの直線偏光（Ｂ２１、Ｂ２２）がＥＯ素子２０に入射する。
【００３９】
ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないときは、図４（Ｅ）に示したようにＥＯ素子２０に入射した直線偏光（Ｂ２１、Ｂ２２）が偏光状態をほぼ維持したまま出射する。ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されると、入射光（Ｂ２１、Ｂ２２）は、電界Ｅに応じた複屈折効果によりＴＥ光とＴＭ光との位相差に応じた楕円偏光を出射する。位相差が１８０゜である場合は、ＥＯ素子２０に入射した直線偏光（Ｂ２１、Ｂ２２）は振動方向を９０゜回転させて出射する。
【００４０】
検光子１０ｂの光学軸１１ｂのｘｙ面での方位角φは−４５゜であり、上下および左右から見たときの光学軸１１ｂの方向は偏光子１０ａの光学軸１０ｂと前後で対称となる方向である。そのためＥＯ素子２０のＥＯ物質２１に電界Ｅが印加されていない状態では、ＥＯ素子から出射した直線偏光（Ｂ３１０、Ｂ３２０）はＥＯ素子２０を振動方向を変えずに透過する。偏光子１０ａにおける常光Ｂ１および異常光Ｂ２のそれぞれに対応して互いにウォークシフト量ｗｆの距離を隔てた二つの光路のそれぞれを辿ってＥＯ素子２０から出射した二つの直線偏光（Ｂ３１０およびＢ３２０）は、検光子１０ｂでも常光Ｂ４１ｏおよび異常光Ｂ４１ｅとして振る舞う。すなわち、検光子１０ｂ内では常光Ｂ４１ｏが直進し、異常光Ｂ４２ｅは光学軸１１ｂに沿って右下方向に屈折する。そして図４（Ｆ）に示したように、検光子１０ｂの後端で直進してきた常光Ｂ４１ｏと屈折した異常光Ｂ４２ｅとが同じｚ軸上の位置から出射する。その出射光Ｂ５は出力側コリメータ４０ｂに入射し、出射側レンズＣｂにより出射側光ファイバＦｂに結合する。それによって光が透過するオン状態となる。
【００４１】
ＥＯ素子２０において、電気光学効果に基づく位相差が１８０°となるようにＥＯ物質２１に電界Ｅが印加されている場合では、図４（Ｇ）に示したように、検光子１０ｂにはｚ軸に沿いつつ検光子１０ｂの光学軸１１ｂの方位と一致する方向に振動する直線偏光Ｂ３１Ｅと、当該直線偏光と離間する光路辿って光学軸１１ｂの方位と直交する方向に振動する直線Ｂ３２Ｅが入射することになる。そしてｚ軸上から検光子１０ｂに入射した直線偏光Ｂ３１Ｅは、当該検光子１０ｂ内では異常光Ｂ４１ｅとして振る舞い、直線偏光Ｂ３１Ｅとウォークシフト量ｗｆだけ離間して入射した直線偏光Ｂ３２Ｅは、当該検光子１０ｂ内では、常光Ｂ４２ｏとして振る舞う。そのためｚ軸から離間する常光Ｂ４２ｏは直進し、ｚ軸上の異常光Ｂ４１ｅが光学軸１１ｂに沿って常光Ｂ４２ｏに対してさらに離間するように屈折する。そして図４（Ｈ）に示したように、常光Ｂ４２ｏと異常光Ｂ４１ｅに対応する二つの直線偏光Ｂ５２とＢ５１がｚ軸から互いに反対方向に４５°の方位で離間した位置から出射する。すなわち、出射側光ファイバＦｂに光が結合せず結合損失が極大値となるオフ状態となる。ＥＯ素子２０にて１８０゜未満の位相差が発生したときには検光子１０ｂに互いに離間した光路のそれぞれから楕円偏光が入射するため、検光子１０ｂ内では楕円偏光が常光成分と異常光成分にさらに分離し、入射した光の一部が出射側光ファイバＦｂに結合する。つぎに比較例１００を構成する光学素子の設計条件などについて説明する。
【００４２】
＜光学設計条件＞
図５に比較例１００に用いたファイバコリメータの光学特性を示した。ここでは、比較例１００における入出射側の光ファイバコリメータ（４０ａ、４０ｂ）のみを真空中に配置したときの位置関係やコリメート光の特性を示している。光ファイバコリメータ（４０ａ、４０ｂ）は、周知のごとく、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ：Ｆａ、Ｆｂ）とコリメートレンズ（Ｃａ、Ｃｂ）とが筐体（４１ａ、４１ｂ）内に同軸となるように保持された構造である。ここで用いた光ファイバコリメータ（４０ａ、４０ｂ）では、光ファイバ（Ｆａ、Ｆｂ）はモードフィールド径Ｗ０＝１０．４μｍであり、コリメートレンズ（Ｃａ、Ｃｂ）は屈折率分布定数が１．０８７ｍｍ−１、軸上屈折率が１．４５２８であるとともに、レンズ長ＬＬ＝１．４８９ｍｍである。そして入射側コリメータ４０ａからはビーム半径＝２５μｍ（ビームスポット径Ｗ１＝５０μｍ）の光ビームが出射するように設計されている。
【００４３】
前方のコリメートレンズ（以下、入射側レンズ）Ｃａから出射したコリメート光Ｂｃはレーリー距離Ｚｒ０の位置で最も収束し、以降は後方に向かって拡径していく。上記設計の光ファイバコリメータ（４０ａ、４０ｂ）は、屈折率ｎ＝１の媒体中（空気中など）ではレーリー距離Ｚｒ０＝２ｍｍであり、前後で互いに対向するコリメートレンズ間（Ｃａ−Ｃｂ）の距離（以下、レンズ間距離ＬＣ０とも言う）はＬＣ０＝４ｍｍとなる。なお実際の光アッテネータではコリメートレンズ間（Ｃａ、Ｃｂ）に複屈折素子やＥＯ物質などの屈折率が１よりも大きな物質が配置されるため、実際の前後のコリメートレンズ間（Ｃａ―Ｃｂ）の距離（以下、レンズ間距離Ｌｃとも言う）は、図５に示した屈折率ｎ＝１の空間内でのレンズ間距離Ｌｃ０（＝４ｍｍ）よりも大きくなる。
【００４４】
次にコリメートレンズ間（Ｃａ−Ｃｂ）に配置される各種光学素子（１０ａ、２０、１０ｂ）の物性（屈折率など）やサイズについて説明する。上述したように入出射側コリメータ間（４０ａ−４０ｂ）には最大ビームスポット径Ｗ１＝５０μｍの光ビームからなる光路が形成される。しかも偏光子１０ａによってその光ビームが二本に分離するため、その２本の光ビームは互いに干渉しない程度に離間している必要がある。ここでは離間する二本の光ビームを光ファイバコリメータを用いて光ファイバに結合させてみたときに３５ｄＢ以上の結合損失が得られれば十分に離間しているものと見なし、その３５ｄＢの結合損失が得られるときのウォークシフト量Ｗｆは７１μｍであった。そしてそのウォークシフト量Ｗｆは、光アッテネータを構成する複屈折素子（偏光子１０ａ、検光子１０ｂ）の光学軸（１１ａ、１１ｂ）の方向とその前後長（以下、素子長Ｌｐとも言う）とによって調整することができる。比較例１００では、偏光子１０ａは素子長Ｌｐ＝７５６．９μｍで、図４（Ｂ）に示したｙｚ面内でｚ軸と光学軸１１ａとが交差する角度βが５．６３゜となるように設定するとウォークシフト量Ｗｆ＝７１μｍとなる。
【００４５】
ＥＯ素子２０におけるＥＯ物質２１の上下方向の厚さ（以下、電極間距離ｄとも言う）については、ＥＯ物質２１にスポット径Ｗ１＝５０μｍの２本の光ビームがｘｙ面で４５゜方向に上記のウォークシフト量ｗｆ＝７１μｍだけ離間して透過することになる。そのため、ＥＯ物質２１には、光の入出射面でケラレが生じないようにこの２本の光ビームを入出射させるだけの電極間距離ｄが必要となり、比較例１００ではｄ＝１０２．４μｍとしている。
【００４６】
ＥＯ素子２０の前後長（以下、素子長Ｌｅｏとも言う）については、コリメートレンズ間（Ｃａ−Ｃｂ）に挿入される偏光子１０ａ、ＥＯ素子２０におけるＥＯ物質２１、検光子１０ｂのそれぞれの屈折率ｎと、偏光子１０ａと検光子１０ｂの素子長Ｌｐとに基づいて設定することができる。
【００４７】
偏光子１０ａと検光子１０ｂは屈折率ｎ＝２．５６９であり偏光子１０ａと検光子１０ｂが素子長Ｌｐ＝７５６．９μｍである。またＥＯ素子２０の素子長Ｌｅｏを２．１５ｍｍに設定した。図６に比較例１００を構成する各光学素子（１０ａ、２０、１０ｂ）のサイズを示した。前方のコリメートレンズＣａの後面と偏光子１０ａの前面、および検光子１０ｂの後面と後方のコリメートレンズＣｂの前面の距離ＬＭは、組み立ての容易性を考慮したマージンであり、ここではＬＭ＝０．４ｍｍとしている。またＥＯ素子２０とその前後に隣接する偏光子１０ａや検光子１０ｂとの間にもマージンとして０．０５ｍｍのスペースＬＳを設けた。そして各光学素子（１０ａ、２０、１０ｂ）の素子長（Ｌｐ、Ｌｅｏ、Ｌｐ）は上述したようにＬｐ＝７５６．９μｍである。ＥＯ素子２０の素子長Ｌｅｏについては、ＥＯ素子２０を偏光子１０ａと検光子１０ｂとの間隙を採用すればよい。いずれにしても、実際のレンズ間距離Ｌｃ内から上記マージンＬＭを除いた距離に偏光子１０ａ、ＥＯ素子２０、検光子１０ｂが配置できればよい。
【００４８】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
上述したように比較例１００では、ｘ軸に対して４５度方向に離間する二本の光ビームをＥＯ素子２０に入射する必要がある。そのためＥＯ素子２０の電極間（２２−２２）は、二本の光ビームのそれぞれのビームスポット径Ｗ１にウォークシフト量Ｗｆの正弦（Ｗｆ×ｓｉｎ４５゜）に相当する距離を加算した距離が必要となり、その結果、十分な電界強度を得るために高い電圧を電極間（２２−２２）に印加する必要があった。しかし、二本の光ビームをｘ軸方向に並べた状態でＥＯ素子２０に入射させることができれば、電極間（２２−２２）の厚さｄは、実質的にビームスポット径Ｗ１だけあればよく、ＥＯ物質２１の厚さを薄くすることができ、低電圧でも十分な電界をＥＯ物質２１に印加することができる。そこで本発明の第１の実施例として、ＥＯ素子２０にｘ方向に並んだ二本の光ビームを入射させるための基本構成を備えた光アッテネータを挙げる。
【００４９】
＜第１の実施例の構成＞
図７に第１の実施例に係る光アッテネータ（以下、第１実施例１０１とも言う）の構成を示した。なお以下に示す各図では前後上下左右の各方向およびｘ、ｙ、ｚの各軸を上述した比較例１００と同様に規定している。第１実施例１０１はこの図７に示したように偏光子１０ａと検光子１０ｂに加えＥＯ素子２０の前後にも複屈折素子（３０ａ、３０ｂ）が配置されている点が比較例１００と異なっている。またＥＯ素子２０は、比較例１００に対して電極間距離ｄが短くなっており、上下に薄い形状となっている。
【００５０】
ここで第１実施例１０１を含めた本発明の実施例では偏光子１０ａと検光子１０ｂを含めて合計四つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）を備えていることから、最も前方の偏光子１０ａを第１番目として、その偏光子１０ａから後方に向かう順番に従って、偏光子１０ａとＥＯ素子２０の間に配置されている複屈折素子３０ａを第２の複屈折素子３０ａと称し、ＥＯ素子２０と検光子１０ｂとの間に配置されている複屈折素子３０ｂを第３の複屈折素子３０ｂと称することにする。またＥＯ素子２０に対して前方にある二つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ）を含む構成を便宜的に偏光部１１０ａと称し、ＥＯ素子に対して後方にある二つの複屈折素子（３０ｂ、１０ｂ）を含む構成を検光部１１０ｂと称することとする。
【００５１】
図８（Ａ）〜（Ｄ）は、後方から前方を見たときに、第１実施例１０１を構成する四つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）の光学軸（１１ａ、３１ａ、３１ｂ、１１ｂ）の方位を示している。偏光子１０ａと第２の複屈折素子３０ａのｘｙ面での光学軸は互いにｚ軸周りに９０度回転させた方位にあり、後方から見てｘ軸に対して反時計回りの角度を「＋」とすると、偏光子１０ａは方位角θ１＝−４５゜であり、第２の複屈折素子３０ａでは方位角θ２＝＋４５゜なる。また図８に示したように、偏光子１０ａと第２の複屈折素子３０ａの光学軸（１１ａ、３０ａ）のｙｚ面での方位は同じであり、この例では前方に向かって上方に向かっている。したがって偏光子１０ａの光学軸１０ａは右下前方から左上後方に向かう方位となり、第２の複屈折素子３０ａの光学軸３１ａは、左下前方から右上後方に向かう方位となる。
【００５２】
検光部１１０ｂを構成する二つの複屈折素子（３０ｂ、１０ｂ）の光学軸（３１ｂ、１１ｂ）も互いにｚ軸周りに９０゜回転させた関係にあり、図示した例では、第３の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂはｘｙ面で方位角φ１＝＋４５゜であり、検光子１０ｂは方位角φ２＝−４５゜となっている。そして偏光部１１０ａと検光部１１０ｂの光学軸は前後方向で互いに鏡像の関係にあり、比較例１００と同様にノーマリオン型の光アッテネータを構成している。
【００５３】
＜動作＞
図９は第１実施例１０１の動作を示す図である。図９（Ａ）は第１実施例１０１を上面から見たときのオンまたはオフ状態における光路を示しており、図９（Ｂ）は左方から見たときの光路を示している。図９（Ｃ）〜（Ｊ）は後方から見たときの光ビームの位置とその光ビームの偏光状態を示す図であり、図９（Ｃ）および（Ｄ）は、偏光子１０ｂの後面ｓ１および第２の複屈折素子３０ａの後面ｓ２における光ビームの位置と偏光状態を示している。そして図９（Ｅ）〜（Ｇ）はオン状態におけるＥＯ素子２０の後面ｓ３、第３の複屈折素子３０ｂの後面ｓ４、検光子１０ｂの後面ｓ５の各面での光ビームの位置と偏向状態を示している。図９（Ｈ）〜（Ｊ）はオフ状態における上記各面ｓ３〜ｓ５の光ビームの位置と偏向状態を示している。なお図９（Ｃ）〜（Ｊ）においても各位置における光ビームの位置と振動方向を白丸と両矢印で示している。
【００５４】
まずオン状態での動作について説明する。入射側コリメータ４０ａから偏光子１０ａに入射した無偏光状態の入力光Ｂ０は、当該偏光子１０ａ内で振動方向が光学軸１１ａと直交する常光Ｂ１１１および平行となる異常光Ｂ１１２の二つ直線偏光に分離する。ここでは方位角θ＝−４５゜である。そのため、図９（Ｃ）に示したように、常光Ｂ１ｏは偏光子１０ａ内を直進して出射し、異常光Ｂ１ｅは後方から見て４５゜方向にウォークシフト量ｗｆ０だけ離間した位置から出射する。ここまでの動作は比較例１００と同様である。
【００５５】
偏光子１０ａから出射した二つの直線偏光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）は第２の複屈折素子３０ａに入射する。第２の複屈折素子３０ａのｘｙ面での光学軸３１ａの方位は、偏光子１０ａの光学軸１１ａに対してｚ軸周りに９０°回転している。またｙｚ面での光学軸の方位は偏光子１０ａと同様に後方に向かって下方から上方に向かう方向となっている。そのため偏光子１０ａにおける常光Ｂ１１１および異常光Ｂ１１２は、第２の複屈折素子３０ａではそれぞれ異常光Ｂ１３１および常光Ｂ１３２として振る舞う。したがって、偏光子１０ａにおける常光Ｂ１１１に対応して入射した光Ｂ１２１は、第１の複屈折素子３０ａのｘｙ面での光学軸３０ａの方位角θ＝＋４５゜方向に屈折し、図９（Ｄ）に示したように、偏光子１０ａから４５°方向に離間して出射した二つの直線偏光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）が第１の複屈折素子３０ａの後面ｓ２ではｘ軸方向に並んで出射する。そして、第１の実施例では、この第２の複屈折素子３０ａから出射する二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）の光路間の距離を比較例１００におけるウォークシフト量Ｗｆと一致させている。すなわち入力光Ｂ０が偏光子１０ａと第２の複屈折素子３０ａと同じ素子長Ｌｐの二つの複屈折素子（偏光子１０ａ、第２の複屈折素子３０ａ）を透過したときに所望のウォークシフト量Ｗｆとなるようにしている。
【００５６】
偏光子１０ａと第１の複屈折素子３０ａにより構成される偏光部１１０ａから出射した二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）はＥＯ素子２０に入射する。ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないときは、図９（Ｅ）に示したように、その二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）は偏光状態をほぼ維持したまま出射し、この出射光（Ｂ１５１０、Ｂ１５２０）が第３の複屈折素子３０ｂに入射する。なおＥＯ素子２０に入射する二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）は、光軸５０よりも上方で、かつｘ軸に平行に左右に離間する光路を辿ってＥＯ素子２０に入射する。そのため、ＥＯ素子２０におけるＥＯ物質２１は二つの直線偏光（Ｂ１５１０、Ｂ１５２０）のビームスポット径以上の厚さｄがあればよく、比較例１００に対してＥＯ素子２０を薄くすることができる。そしてこの二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）をＥＯ物質２１に確実に入射させるために、ＥＯ素子は光軸５０よりも上方にずらした位置に配置されている。  
第３の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂのｘｙ面での方位は、第２の複屈折素子３０ａと同じであるとともに、ｙｚ面での方位は第２の複屈折素子３０ａに対して前後対称となっている。したがって図９（Ｆ）に示したように、第２の複屈折素子３０ａにおける常光Ｂ１３２および異常光Ｂ１３１は、この第３の複屈折素子３０ｂでも常光Ｂ１６２ｏおよび異常光Ｂ１６１ｅとして振る舞い、異常光Ｂ１６１ｅが当該第３の複屈折素子３０ｂ内で屈折する。すなわち第３の複屈折素子３０ｂの後面ｓ４では第２の複屈折素子３０ａに入射した光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）と同じ位置から同じ偏光状態の光（Ｂ１７１ｅ、Ｂ１７２ｏ）が出射することになる。
【００５７】
検光子１０ｂの光学軸１１ｂのｘｙ面での方位は第３の複屈折素子３０ｂに対してｚ軸周りに９０°回転させた方位であり、ｙｚ面での方位は同じ方向である。すなわちこの例では、偏光子１０ａの光学軸１１ａに対し、ｘｙ面での方位が同じでｙｚ面での方位が前後対称となっている。また上述したように、第３の複屈折素子３０ｂの後面ｓ４からは第２の複屈折素子３０ａに入射した光（Ｂ１２１、Ｂ１２２）と同じ位置から同じ偏光状態の光（Ｂ１７１ｅ、Ｂ１７２ｏ）が出射する。そのため、図９（Ｇ）に示したように、偏光子１０ａで分離した常光Ｂ１１と異常Ｂ１２が逆の光路を辿るように、検光子１０ｂ内で常光として振る舞う光Ｂ１８１ｏがｚ軸上を直進し、異常光として振る舞う光Ｂ１８２ｅがｚ軸上に向かって屈折し、検光子１０ｂの後面ｓ５ではその常光Ｂ１８１ｏと異常光Ｂ１８２ｅがｚ軸上から出射する。そしてその出射光Ｂ１９０が出射側コリメータ４０ｂの光ファイバに結合してオン状態となる。
【００５８】
一方オフ状態では、図９（Ｈ）に示したように、ＥＯ素子２０に入射した二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）は振動方向を９０゜回転させて出射する。そして、その出射光（Ｂ１５１Ｅ、Ｂ１５２Ｅ）は、第３の複屈折素子３０ｂおよび検光子１０ｂにおける常光と異常光の関係がオン状態と逆になる。すなわち図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｉ）、（Ｊ）に示したように、第２の複屈折素子１０ａにおいて常光として振る舞った光Ｂ１３２は、第３の複屈折素子３０ｂでは異常光Ｂ１６２ｅとして振る舞い、検光子１０ｂでは常光Ｂ１８２ｏとして振る舞う。第２の複屈折素子１０ａにおいて異常光として振る舞った光Ｂ１３１は、第３の複屈折素子３０ｂでは常光Ｂ１６１ｏとして振る舞い、検光子１０ｂでは異常光Ｂ１８１ｅとして振る舞う。したがって第２の複屈折素子１０ａにおいて常光として振る舞った光Ｂ１３２は、Ｂ１４２、Ｂ１５２Ｅ、Ｂ１６２ｅ、Ｂ１７２ｅ、Ｂ１８２ｏの光路を経てｚ軸から離間する光Ｂ１９２として検光子１０ｂの後面ｓ５から出射する。第２の複屈折素子１０ａにおいて異常光として振る舞った光Ｂ１３１は、Ｂ１４１、Ｂ１５１Ｅ、Ｂ１６１ｏ、Ｂ１７１ｏ、Ｂ１８１ｅの光路を経てｚ軸から離間しつつ、他方の光路を辿って出射した光Ｂ１９２とはｘｙ面でｚ軸に対称となる光Ｂ１９１として検光子１０ｂの後面ｓ５から出射する。
【００５９】
このように第１の実施例１０１では、ＥＯ素子２０を透過する二つの光ビームがｘ軸に平行に並ぶ。そのため、原理的には、ＥＯ素子２０の電極間（２２−２２）の距離は一つの光ビームのビームスポット径と同じであればよい。そのため、ウォークシフト量Ｗｆの値が同じであれば、比較例１００に対して電極間（２２−２２）の距離を短くすることができる。すなわち電極間（２２−２２）の電圧を低くしてもＥＯ物質２１には同じ強度の電界を印加することができ、同程度の光損失特性をより低い電圧で得ることができる。
【００６０】
具体的には、偏光部１１０ａと検光部１１０ｂを構成する四つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）の素子長Ｌｐを比較例１００の偏光子１０ａおよび検光子１０ｂの素子長Ｌｐ＝７５６．９μｍに対して１／√２の長さにすれば比較例１００と同様のウォークシフト量Ｗｆを確保することができる。例えば、そして、ＥＯ素子２０の電極間距離ｄは原理的にビームスポット径以上あればよく、「ケラレ」を考慮したとしても比較例１００に対して十分にＥＯ素子２０を薄くすることができ、電極間（２２−２２）に印加する電圧も低くしても比較例１００と同等の損失を得ることができる。
【００６１】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
第１の実施例では四つの複屈折素子を用いることでｘ軸に平行に並ぶ２本の光ビームをＥＯ素子に入射することができ、それによってＥＯ素子２０の電極間距離ｄを小さくすることができた。しかしながらその２本の光ビームの光路はｘ軸の上方に形成されるため、上下に薄いＥＯ素子２０を光軸５０に対して上下対称に配置するとケラレが生じる。そのため第１実施例１０１ではＥＯ素子２０を光軸５０に対して上方にずらした位置に配置していた。すなわち第１実施例１０１ではＥＯ素子２０を光軸５０に対して上方にずれた位置に保持するための複雑な構造の筐体が必要となる。そこで本発明の第２の実施例として、ＥＯ素子２０を通過する二本の光ビームがｘ軸上に並ぶような構成を備えた光アッテネータを挙げる。
【００６２】
＜構成＞
図１０に第２の実施例二係る光アッテネータ（以下、第２実施例１０２とも言う）の構造を示した。第２実施例１０２は、第１実施例１０１に対し、偏光部１１０ａおよび検光部１１０ｂのそれぞれに含まれる二つの複屈折素子間（１０ａ−３０ａおよび３０ｂ−１０ｂ）に１／２波長板（６０ａおよび６０ｂ）が挿入されている点が異なっている。そして以下では、偏光部１１０ａにおける１／２波長板（以下、λ／２板とも言う）を第１のλ／２板６０ａと称し、検光部１１０ｂにおけるλ／２板６０ｂを第２のλ／２板６０ｂと称することとする。
【００６３】
図１１（Ａ）〜（Ｆ）は、それぞれ第２実施例１０２を構成する偏光子１０ａ、第１のλ／２板６０ａ、第２の複屈折素子３０ａ、第３の複屈折素子３０ｂ、第２のλ／２板６０ｂ、および検光子１０ｂの光学軸のｘｙ面での方位を示している。当該図１０に示したように、四つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）の光学軸（１１ａ、３１ａ、３１ｂ、１１ｂ）の方位は第１実施例と同じでありノーマリオン型の光アッテネータを構成している。そして第１実施例１０１に対して追加された光学素子である第１のλ／２板６０ａは、偏光子１０ａと第２の複屈折素子３０ａのｘｙ面での光学軸（１１ｂ、３１ｂ）の交差角を等角に二等分する方向にある。すなわちｘ軸あるいはｙ軸方向に一致する。図示した例ではｘ軸方向に一致している。第２のλ／２板６０ｂについても同様である。すなわち第２のλ／２板６０ｂの光学軸６１ｂは、第３の複屈折素子３０ｂと検光子１０ｂの光学軸（３１ｂ、１１ｂ）のｘｙ面での方位を等角に二等分するｘ軸あるいはｙ軸方向に一致する。ここではｘ軸方向に一致する光学軸６１ｂを例示した。つぎに第２実施例１０２の動作について説明する。
【００６４】
＜第２実施例の動作＞
図１２および図１３は第２実施例１０２の動作を示す図である。図１２（Ａ）は第２実施例１０１を上面から見たときのオンまたはオフ状態における光路を示しており、図１２（Ｂ）は左方から見たときの光路を示している。図１３（Ａ）〜（Ｋ）は後方から見たときの光ビームの位置とその光の偏光状態を示す図である。図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ偏光子１０ｂの後面ｓ１、第１のλ／２板の後面ｓ６、および第２の複屈折素子の後面ｓ２における光ビームの位置と偏光状態を示している。図１３（Ｄ）〜（Ｇ）はオン状態におけるＥＯ素子２０の後面ｓ３、第３の複屈折素子の後面ｓ４、第２のλ／２板６０ｂの後面ｓ７、および検光子の後面ｓ５の各面での光ビームの位置と偏向状態を示している。図１３（Ｈ）〜（Ｋ）はオフ状態における上記各面ｓ３，ｓ４、ｓ７、ｓ５の光ビームの位置と偏向状態を示している。また図１３（Ａ）〜（Ｋ）においても各位置における光ビームの位置と振動方向を白丸と両矢印で示している。
【００６５】
まずオン状態での動作について説明する。入射側コリメータ４０ａから偏光子１０ａに入射した無偏光状態の入力光Ｂ０は、図１２（Ａ）、（Ｂ）および図１３（Ａ）に示したように、当該偏光子１０ａ内で振動方向が光学軸１１ａと直交する常光Ｂ２１１および平行となる異常光Ｂ２１２の二つ直線偏光に分離する。ここでは方位角θ＝−４５゜である。そのため、常光Ｂ２１１は偏光子１０ａ内を直進して出射し、異常光Ｂ２１２は後方から見て４５゜方向にウォークシフト量ｗｆ０だけ離間した位置から出射する。ここまでの動作は第１実施例１０１と同様である。ここで偏光子１０ａにおいて常光Ｂ２１１がその後に辿る光路を第１の光路とし、異常光Ｂ２１２が辿る光路を第２の光路とする。
【００６６】
偏光子１０ａから出射した二つの直線偏光（Ｂ２２１、Ｂ２２２）は第１のλ／２板６０ａに入射する。周知のごとくλ／２板は、入射した直線偏光の振動方向を自身の光学軸に対称となる方位となるように回転させて出射する。したがって、図１３（Ｂ）に示したように、第１のλ／２板６０ａは入射した二つの直線偏光（Ｂ２２１、Ｂ２２２）のｘｙ面での振動方向を、それぞれ９０゜回転させて出射する。４５度方向に直線偏光の振動方向を自身の光学軸に対して対称となるように回転させて出射する。そして第１のλ／２板６０ａから出射した光（Ｂ２３１、Ｂ２３２）が第２の複屈折素子３０ａに入射する。
【００６７】
第２の複屈折素子３０ａのｘｙ面での光学軸３１ａの方位は、偏光子１０ａの光学軸１１ａに対してｚ軸周りに９０°回転している。またｙｚ面での光学軸の方位は偏光子１０ａと同様に後方に向かって下方から上方に向かう方向となっている。そして偏光子１０ａから出射した光（Ｂ２２１、Ｂ２２２）のｘｙ面での振動方向が第１のλ／４板６０ａより９０゜回転させられたため、偏光子１０ａにおいて常光Ｂ２１１および異常光Ｂ２１２だった第１および第２の光路を辿ってきた光（Ｂ２３１およびＢ２３２）は、第２の複屈折素子３０ａでも常光Ｂ２４１および異常光Ｂ２４２として振る舞う。したがって、偏光子１０ａにおける異常光Ｂ２１２に対応して第１のλ／２板６０ａから入射した光Ｂ２３２は、第２の複屈折素子３０ａのｘｙ面での光学軸３０ａの方位角θ＝＋４５゜方向に屈折する。それによって図１３（Ｃ）に示したように、ｘ軸上で左右に並ぶ二つの直線偏光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）が第２の複屈折素子３０ｂから出射し、第１と第２の光路が光の時点でｘ軸上でウォークシフト量Ｗｆの間隔で離間するように並ぶ。
【００６８】
つぎに偏光部１１０ａから出射した二つの直線偏光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）がＥＯ素子２０に入射する。この二つの直線偏光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）は互いにｘ軸上に並ぶ光路を辿るため、図１２（Ｂ）に示したように、ＥＯ素子２０を光軸５０に対して上下対称となるように配置することができる。そしてＥＯ物質２１の厚さｄが入射光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）のビームスポット径Ｗ１よりも大きければケラレが生じることがない。ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないときは、図１３（Ｄ）に示したように、その二つの直線偏光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）は偏光状態をほぼ維持したまま出射し、この出射光（Ｂ２６１０、Ｂ２６２０）が第３の複屈折素子３０ｂに入射する。
【００６９】
第２実施例１０２において偏光部１１０ａおよび検光部１１０ｂはそれらを構成する光学素子（１０ａ、６０ａ、３０ａおよび３０ｂ、６０ｂ、１０ａ）の光学軸（１１ａ、６１ａ、３１ａおよび３１ｂ、６１ｂ、１０ｂ）は互いに鏡像関係にあり、偏光部１１０ａの後端に配置されている第２の複屈折素子３０ａから出射する光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）と、検光部１１０ｂの前端に配置されている第３の複屈折素子３０ｂに入射する光（Ｂ２６１０、Ｂ２６２０）はｘｙ面における光路の位置と偏向状態が同じである。したがって検光部１１０ｂに入射した光（Ｂ２６１０およびＢ２６２０）は、偏光部１１０ａを前方から後方に向かう順方向の光路を鏡像にした光路（Ｂ２７１ｏ、Ｂ２８１ｏ、Ｂ２９１ｏ、Ｂ３０１ｏおよびＢ２７２ｅ、Ｂ２８２ｅ、Ｂ２９２ｅ、Ｂ３０２ｅ）を辿り、検光子１０ｂの後面ｓ５からｚ軸に沿って出射した光Ｂ３１０が出射側コリメータ４０ｂの光ファイバに結合してオン状態となる。
【００７０】
一方オフ状態では、図１３（Ｈ）に示したように、ＥＯ素子２０に入射した二つの直線偏光（Ｂ２５１、Ｂ２５２）が振動方向を９０゜回転させて出射する。したがって図１３（Ｉ）〜（Ｋ）に示したように、ＥＯ素子２０からの出射光（Ｂ２６１Ｅ、Ｂ２６２Ｅ）は、オン状態における常光と異常光の関係が逆になり、第１の光路を辿ってきた光が、第２の光路を辿って直進してきた光に対してさらに離間するように第３の複屈折素子３０ｂではｘｙ面で４５゜の方向へ屈折し、検光子１０ｂでは−４５゜の方向へ屈折する。したがって第１の光路（Ｂ２７１ｅ、Ｂ２８１ｅ、Ｂ２９１ｅ、Ｂ３０１ｅ）を辿ってきた光と、第２の光路（Ｂ２７２ｏ、Ｂ２８２ｏ、Ｂ２９２ｏ、Ｂ３０２ｏ）を辿ってきた光は、検光子１０ｂの後面ｓ５ではｘ軸上でｚ軸に対して対称となる位置に二つの光（Ｂ３１１、Ｂ３１２）として出射し、損失が最大となる。
【００７１】
このように第２の実施例では、第１の実施例と同様にＥＯ素子２０を通過する光が左右方向に並ぶためＥＯ素子２０の上下方向の厚さを薄くすることができる。さらに偏光部１１０ａおよび検光部１１０ａにおける二つの複屈折素子（１０ａ、３０ａおよび３０ｂ、１０ｂ）の間に入射した直線偏光を９０゜回転させるλ／２板（６０ａ、６０ｂ）を介在させることで、ＥＯ素子２０内に形成される第１および第２の光路がｘ軸上に並ぶ。それによってＥＯ素子を光軸５０に対して上下対称に配置することが可能となり、第１実施例１０１と同様の光損失特性を維持したままＥＯ素子３０の位置合わせや保持が容易となる構成を実現することができる。また、全ての光学素子を光軸５０に対して上下対称に配置することができ、筐体を含めた上下方向のサイズを縮小することもできる。
【００７２】
＝＝＝第３の実施例＝＝＝
光アッテネータの低電圧で駆動するためにはＥＯ素子２０の電極間距離ｄを小さくすることが有効であり、上記第１および第２実施例（１０１、１０２）では、ウォークシフト量ｗｆが同じであれば、その電極間距離ｄを比較例１００に対して１／√２に短縮できることが可能であることを示した。そして原理的には、ＥＯ素子２０を通過する光ビームのビームスポット径まで電極間距離ｄを小さくすることができることを示した。
【００７３】
その一方で、ビームスポット径を小さくするのには限界があり、電極間距離ｄの狭小化による駆動電圧の低減効果にも限界がある。またＥＯ物質２１を極めて薄くすること自体が難しくなってくる。そこで従来ではＰＬＺＴなどの優れた電気光学効果を有する強誘電体からなるＥＯ物質２１を用いてＥＯ素子２０を構成していた。
【００７４】
しかしながら、強誘電体ではＥＯ素子２０に一度でも電界を印加してしまうと、電荷が残留して弱い電界が印加されたときと同じ状態となり、電界を印加していない初期状態でも複屈折効果による位相差が生じた状態になってしまう。また、十分に電界を印加した場合でも初期状態における複屈折の影響が残留し、入射した直線偏光が楕円偏光として出射される。そのため、オフ状態でより大きな光損失を必要とする用途には使用しづらいという問題がある。そこで本発明の第３の実施例として、第１および第２実施例（１０１、１０２）と同様の原理でＥＯ素子２０の薄型化を達成した上で、強誘電体における上記残留位相差を相殺して極めて優れた光損失特性を有する光アッテネータを挙げる。
【００７５】
＜残留位相差について＞
図１４にＥＯ素子２０に直線偏光を入射したときの消光比特性を概略的に示した。この図には、ＥＯ物質２１に残留位相差がある場合の消光比特性が示されており、ＥＯ素子２０に電界が印加されていない状態（Ｅ＝０）において、ＥＯ素子２０に入射する直線偏光の回転角度と、そのＥＯ素子２０から出射する光の消光比との関係を示している。ここでは直線偏光の回転角度を上下方向に対する角度で表している。なおこの図１４に示した特性は、ＥＯ物質２１として一般式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（以下、ＫＴＮ）を用いたＥＯ素子２０のものである。ＫＴＮは室温で巨大な比誘電率εｒを有する強誘電体として知られているとともに、従来からＥＯ物質としてよく知られたＰＬＺＴとは異なり鉛を含まないため環境に優しいＥＯ物質である。そのためＫＴＮはＰＬＺＴに代替するＥＯ物質２１として有望視されている。またここで用いたＥＯ素子２０は素子長Ｌｅｏ＝２．５５ｍｍであり電極間距離ｄ＝９４μｍである。
【００７６】
図１４に示したように、入射した直線偏光の回転角度が上下方向、すなわち電界Ｅの印加方向と平行にあるとき、あるいは左右方向（電界Ｅと直交する）にあるときに消光比が最大となり、４５°傾いているときに最小となる。しかし、残留位相差が存在するため消光比の最小値が約０にならず、この例では６ｄＢとなっており、強誘電体からなるＥＯ素子２０を用いて上記各実施例に係る光アッテネータ（１０１、１０２）を構成すると、ＥＯ素子２０から出射する光が必ず互いに直交する２成分を有する楕円偏光となることがわかる。したがって、第１あるいは第２実施例（１０１、１０２）では、ＥＯ物質２１に強誘電体を用いると、電気光学効果に基づく位相差を１８０゜にするための電圧をさらに低くすることができても、光損失特性をさらに向上させることが難しくなる。言い換えれば、ＥＯ素子２０における残留位相差を相殺することができれば、低電圧駆動を可能としつつさらに光損失特性を向上させることができる。
【００７７】
＜第３実施例の構成＞
図１５に第３の実施例に係る光アッテネータ（以下、第３実施例１０３とも言う）の概略構造を示した。ここに示した第３実施例１０３はノーマリオン型となっている。そしてこの第３実施例１０３は、第１の実施例に対しＥＯ素子２０の直後に１／４波長板（以下、λ／４板７０とも言う）が配置されている点と、検光部１１０ｂがｚ軸に対して所定の角度αだけ回転している点が異なっている。図１６は当該第３実施例１０３を構成する偏光子１０ａ、第２の複屈折素子３０ａ、λ／４板７０、第３の複屈折素子３０ｂ、および検光子１０ｂを後方から見たときのｘｙ面での光学軸（１１ａ、３１ａ、７１、３１ｂ、１０ｂ）の方位を示している。図１６（Ａ）（Ｂ）に示したように、偏光部１１０ａを構成する二つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ）の光学軸（１１ａ、３１ａ）の方位は第１の実施例と同様である。図１６（Ｃ）（Ｄ）は、第１実施例１０１に対して追加された構成であるλ／４板７０の光学軸７１の方位を示しており、ＥＯ素子２０における電界Ｅの印加方向に対してｘｙ面での方位角ω＝±４５゜となっており、図１６（Ｃ）（Ｄ）のいずれかに示した方位であればよい。すなわち後方から見てｘ軸をｚ軸周りに反時計回りに４５゜（ω＝＋４５゜）、あるいは時計回りに４５゜（ω＝−４５゜）となる方位であればよい。そして図１６（Ｅ）（Ｆ）に示したように、検光部１１０ｂを構成する二つの複屈折素子（１０ｂ、３０ｂ）の光学軸（１１ａ、３１ａ）の方位は第１の実施例の検光部１１０ｂに対してｚ軸周りに同じ方向に角度αだけ傾いている。
【００７８】
＜残留位相差の相殺原理＞
図１７に第３実施例１０３の構成による残留位相差の相殺原理を示した。ここでは説明を平易にするために、複屈折素子が偏光子１０ａと検光子１０ｂの二つのみで構成される比較例１００にλ／４板７０をＥＯ素子２０の直後に配置した構成の光アッテネータを例に挙げている。ＥＯ素子２０は前後長Ｌｅｏ＝９４μｍ、電極間距離ｄ＝９４μｍのＫＴＮをＥＯ物質２１とし、ウォークシフト量Ｗｆ＝６４μｍとしている。そして残留位相差δ（ｄｅｇ）をパラメータとして、ＥＯ素子２０に電界Ｅを印加していない初期状態にあるときの検光子１０ｂの光学軸１１ｂの方位角φと光損失（ｄＢ）との関係を示している。この図１７に示したように、残留位相差δがどのような値であっても検光子１０ｂを光軸５０周りに適宜に回転させることで、損失が０ｄＢから光通信の用途で実用上十分とされる３０ｄＢよりも大きな値まで可変する。これは、ＥＯ素子２０に電界が印加されていない初期状態において、ノーマリオン型で損失０ｄＢ、ノーマリオフ型で実用上十分な損失３０ｄＢ以上となる方位角φが存在することを意味する。
【００７９】
そして第１の実施例１０１は、比較例１００に対し、偏光子１０ａによってｘｙ面で４５゜方向に離間した二つの光路をｘ軸方向に並べるための第２の複屈折素子３０ａと、その並べた光路をｘｙ面で４５度方向に離間するように元に戻すための第３の複屈折素子３０ｂが追加されているだけで光路を辿る光の振動方向は変わらない。したがって図１５に示した第３実施例でも図１７に示した原理に基づいて残留位相差δを相殺することができる。すなわち残留位相差を相殺するための角度αが存在する。
【００８０】
＜第３実施例の動作＞
図１８、図１９に図１５に示した第３実施例１０３の動作を示した。  図１８（Ａ）は第３実施例１０１を上面から見たときのオンまたはオフ状態における光路を示しており、図１８（Ｂ）は左方から見たときの光路を示している。図１９（Ａ）〜（Ｊ）は後方から見たときの光ビームの位置とその光ビームの偏光状態を示す図であり、図１９（Ａ）および（Ｂ）は、偏光子１０ｂの後面ｓ１および第２の複屈折素子の後面ｓ２における光ビームの位置と偏光状態を示している。図１９（Ｃ）〜（Ｆ）はオン状態におけるＥＯ素子２０の後面ｓ３、λ／４板７０の後面ｓ８、第３の複屈折素子の後面ｓ４、検光子の後面ｓ５の各面での光ビームの位置と偏向状態を示している。図１９（Ｈ）〜（Ｊ）はオフ状態における上記各面ｓ４〜ｓ６の光ビームの位置と偏向状態を示している。
【００８１】
図１８、図１９（Ａ）（Ｂ）に示したように、入射側コリメータ４０ａから偏光子１０ａ、第２の複屈折素子３０ａ、ＥＯ素子２０に至る光の光路や偏光状態は第１実施例１０１と同様である。図１８、図１９では入力光Ｂ０からＥＯ素子２０に入射する光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）までの光については図９と同じ符号で示した。しかし第３実施例１０３では、ＥＯ素子２０と第３の複屈折素子３０ｂとの間にλ／４板７０が配置されており、ＥＯ素子２０から出射した光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）の偏向状態、および以後の出射側コリメータ４０ｂに至る光路や光の偏向状態が第１の実施例１０１とは異なっている。そしてここでも偏光子１０ａにおいて常光Ｂ１１１だった光がその後に辿る光路を第１の光路とし、異常光Ｂ１１２だった光がその後に辿る光路を第２の光路とする。
【００８２】
まずオン状態の動作について説明すると、ＥＯ素子２０のＥＯ物質２１は残留位相差δを有し、ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないときは、図１９（Ｃ）に示したように、ＥＯ素子２０に入射した二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）のそれぞれが自身の振動方向を長軸としつつ残留位相差δに応じた消光比の楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）として出射される。λ／４板７０はＥＯ素子２０からの楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）が入射されて、図１９（Ｄ）に示したように、それぞれの楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）の消光比に応じた長軸方向と短軸方向の合成ベクトル方向に振動する直線偏光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０）を出射する。そしてこの直線偏光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０）のｘｙ面での振動方向は、ＥＯ素子２０に入射された直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）に対して角度αだけ傾いている。図示した例では、時計回りに角度αだけ傾いている。
【００８３】
第３の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂの方位角φ１は、後方から見たときに反時計回りに４５゜方向に対し時計回りに角度αだけ傾いた角度（φ１＝４５゜―α）となっている。そのため第３の複屈折素子３０ｂには自身の光学軸３１ｂと平行な方向に振動して異常光Ｂ３７１ｅとして振る舞う直線偏光Ｂ３６１０が第１の光路を辿って入射するとともに、光学軸３１ｂと直交して常光Ｂ３７２ｏとして振る舞う直線偏光Ｂ３６２０が第２の光路を辿って入射することになる。そして、図１９（Ｅ）に示したように第１の光路を辿って第３の複屈折素子３０ｂに入射した直線偏光Ｂ３６１０が直進し、第２の光路を辿って第３の複屈折素子３０ｂに入射した直線偏光Ｂ３６２０が光学軸方向に屈折して後面ｓ４から出射し、これらの出射光（Ｂ３８１ｅ、Ｂ３８２ｏ）が検光子１０ｂに入射する。
【００８４】
検光子１０ｂの光学軸１１ｂのｘｙ面での方位φ２は第３の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂと直交している（φ２＝−４５゜―α）。またｙｚ面での方位は第３の複屈折素子３０ｂと一致している。そのため第３の複屈折素子３０ｂにおける常光Ｂ３７２ｏおよび異常光Ｂ３７１ｅは、検光子１０ｂでは異常光Ｂ３９２ｅおよび常光Ｂ３９１ｏとなる。したがって、図１９（Ｆ）に示したように、第３の複屈折素子３０ｂにて屈折して出射した光Ｂ３８１ｅは、光学軸１１ｂ内を直進して後面ｓ５から出射する。第３の複屈折素子３０ｂ内を直進して出射した光Ｂ３８２ｏは、検光子１０ｂ内を常光として直進する光Ｂ３９１ｏに近接するように光学軸１１ｂに沿って屈折する。それによって検光子１０ｂの後面ｓ５からはｚ軸近傍の狭小な領域Ｂ４００にてｘｙ面での振動方向が互いに直交する光（Ｂ４０１、Ｂ４０２）が出射し、それらの光（Ｂ４０１、Ｂ４０２）が出射側光ファイバＦｂに結合し、ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないときにオン状態となるノーマリオン型の光アッテネータの動作となる。
【００８５】
以上がＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないときの動作であった。オン状態でのオフ状態での動作について説明する。図１９（Ｇ）に示したように、ＥＯ素子２０に入射した二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）のそれぞれが自身の振動方向と直交する方向を長軸としつつ残留位相差δに応じた消光比の楕円偏光（Ｂ３５１Ｅ、Ｂ３５２Ｅ）として出射される。λ／４板７０にはＥＯ素子２０からの楕円偏光（Ｂ３５１Ｅ、Ｂ３５２Ｅ）が入射されて、図１９（Ｈ）に示したように、それぞれの楕円偏光（Ｂ３５１Ｅ、Ｂ３５２Ｅ）の消光比に応じた長軸方向と短軸方向の合成ベクトル方向に振動する直線偏光（Ｂ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）を出射する。そしてこの直線偏光（Ｂ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）のｘｙ面での振動方向は、ＥＯ素子２０に入射された直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）に対して９０゜回転させた方位から角度αだけ傾いている。第３の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂの方位角φ１は、後方から見たときに反時計回りに４５゜方向に対し時計回りに角度αだけ傾いた角度（φ１＝４５゜―α）となっている。そのため第３の複屈折素子３０ｂには自身の光学軸３１ｂと平行な方向に振動して異常光Ｂ３７２ｅとして振る舞う直線偏光Ｂ３６２Ｅが第２の光路を辿って入射するとともに、光学軸３１ｂと直交して常光Ｂ３７１ｏとして振る舞う直線偏光Ｂ３６１Ｅが第１の光路を辿って入射することになる。そして、図１９（Ｉ）に示したように第１の光路を辿って第３の複屈折素子３０ｂに入射した直線偏光Ｂ３６１Ｅが直進し、第２の光路を辿って第３の複屈折素子３０ｂに入射した直線偏光Ｂ３６２Ｅが光学軸３１ｂ方向に屈折して後面ｓ４から出射し、これらの出射光（Ｂ３８１ｏ、Ｂ３８２ｅ）が検光子１０ｂに入射する。
【００８６】
検光子１０ｂの光学軸１１ｂのｘｙ面での方位は第3の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂと直交している（φ２＝−４５゜―α）。またｙｚ面での方位は第３の複屈折素子３０ｂと一致している。そのため第３の複屈折素子３０ｂにおける常光Ｂ３７２ｏおよび異常光Ｂ３７１ｅは、検光子１０ｂでは異常光Ｂ３９２ｅおよび常光Ｂ３９１ｏとなる。したがって、図１９（Ｆ）に示したように、第３の複屈折素子３０ｂにて屈折して出射した光Ｂ３８１ｅは、光学軸１１ｂ内を直進して後面ｓ５から出射する。第３の複屈折素子３０ｂ内を直進して出射した光Ｂ３８２ｏは、検光子１０ｂ内を常光として直進する光Ｂ３９１ｏに近接するように光学軸１１ｂに沿って屈折する。それによって検光子１０ｂの後面ｓ５からはｚ軸近傍の狭小な領域Ｂ４００にてｘｙ面での振動方向が互いに直交する光（Ｂ４０１、Ｂ４０２）が出射し、それらの光（Ｂ４０１、Ｂ４０２）が出射側光ファイバＦｂに結合しオン状態となる。
【００８７】
一方オフ状態では、ＥＯ素子２０での電気光学効果に基づく位相差が１８０゜となるようにＥＯ物質２１に電界Ｅが印加されることになる。この場合においても、図１９（Ｇ）に示したようにＥＯ素子２０からは残留位相差δに起因して互いに長軸方向が直交する二つの楕円偏光（Ｂ３５１Ｅ、Ｂ３５２Ｅ）が出射される。そして、この二つの楕円偏光（Ｂ３５１Ｅ、Ｂ３５２Ｅ）はオン状態での楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）とは長軸が互いに直交している。そのため図１９（Ｈ）、λ／４板７０からの出射光（Ｂ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）は、オン状態における常光と異常光の関係が逆になり、図１８および図１９（Ｉ）（Ｊ）に示したように、第１の光路を辿って第３の複屈折素子３０ｂに入射した光Ｂ３６１Ｅが常光Ｂ３７２ｏとして直進し、第２の光路を辿って入射した光Ｂ３６２Ｅが異常光Ｂ３７２ｅとして常光Ｂ３７１ｏに対して離間するように光学軸３１ｂに沿って屈折する。検光子１０ｂでは第２の光路を辿ってきた光Ｂ３８２ｅが常光Ｂ３９２ｏとして直進し、第１の光路を辿ってきた光Ｂ３８１ｏが異常光Ｂ３９１ｅとして光学軸１１ｂに沿って常光Ｂ３９２ｏに対してさらに離間するように屈折する。それによって、検光子１０ｂの後面ｓ５ではｘ軸に対して角度αの方向に離間する二つの光（Ｂ４１１、Ｂ４１２）が出射し、損失が最大となる。
【００８８】
このように第３の実施例では、ＥＯ素子２０における残留位相差δに起因する楕円偏光をλ／４板７０を用いて直線偏光に戻している。そして、その直線偏光のｘｙ面での振動方向に一致および直交する方向に光学軸（３１ｂ、１１ｂ）を有する二つの複屈折素子（３０ｂ、１０ｂ）からなる検光部１１０ｂをλ／４板７０の後方に配置している。それによって、オン状態での光の一部がオフ状態と同じ振動状態を維持して結合強度が減少することがない。同様にオフ状態においても検光部１１０ｂに入射した光の一部がオン状態と同じ振動状態を維持して一部の光が出射側光ファイバＦｂに結合してしまうこともない。したがって、第３実施例１０３は、強誘電体からなるＥＯ物質を採用したＥＯ素子と四つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）とを備えて低電圧駆動が可能であり、光損失とオンオフ比がともに優れた光損失特性を有する。なお当然のことながら、第３実施例１０３は、偏光部１１０ａと検光部１１０ｂにλ／２板（６０ａ、６０ｂ）を設けた第２実施例１０２と同様の構成に変更することができる。
【００８９】
＜光損失特性＞
第３の実施例１０３は、ＥＯ素子２０のＥＯ物質２１に強誘電体を用いた場合に、そのＥＯ物質２１における残留位相差δを補償することでオン状態での光透過特性やオフ状態での光損失特性を向上させるものである。したがって、ＥＯ素子２０にて電気光学効果に基づく１８０°の位相差を生じさせるための電圧は、第１実施例１０１や第２実施例１０２と同等となる。そこで、比較例１００と第３実施例１０３のそれぞれの構成を備えた光アッテネータをサンプルとして作製した。また第３の実施例１０３に第２実施例１０２の構成を追加した光アッテネータ（以下、変形例とも言う）もサンプルとして作製した。全てのサンプルにおいてＥＯ物質２１にはＫＴＮを採用し、そのＫＴＮの上下両面にＰｔ薄膜からなる電極２２を形成してＥＯ素子２０を形成した。なおここで用いたＫＴＮは、比誘電率εr＝１５０００であり、波長λ＝１５５０ｎｍにおいて屈折率ｎ＝２．１８５、電気光学定数がｇ１１＝０．０８０９ｍ４／ｃ２、ｇ１２＝０．００２３ｍ４／ｃ２である。
【００９０】
図２０に第３実施例１０３に対応するサンプルと変形例１０２ｂに対応するサンプルを構成する各光学素子のサイズを示した。比較例１００を構成する光学素子のサイズについては先に図６に示した。図２０に示した各光学素子（１０ａ、３０ａ、２０、３０ｂ、１０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７０）のサイズは、図５に示した光ファイバコリメータ（４０ａ、４０ｂ）の光学設計条件に基づいて決定される屈折率ｎ＝１の空間内でのレンズ間距離Ｌｃ０と、比較例１００において採用したクロストークを考慮したウォークシフト量Ｗｆ、および各光学素子の屈折率ｎとに基づいて決定している。
【００９１】
上述したように、比較例１００では複屈折素子（１０ａ、１０ｂ）の素子長Ｌｐは７５６．９μｍである。第３実施例１０３および変形例１０３ｂにおける複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）の素子長Ｌｐは比較例１００における素子長Ｌｐ＝７５６．９μｍの１／√２に相当するＬｐ＝５３９μｍとしている。
【００９２】
第３実施例１０３と変形例１０３ｂに用いたλ／４板７０は平板状の水晶からなり、屈折率ｎ＝１．５３である。また前後の厚さＬｑ＝１００μｍであり、この厚さにおいて光が透過する前後で３／４波長分の位相差が生じるように設計されている。変形例１０３ｂに用いたλ／２板８０は前後長Ｌｈ＝８０μｍである。そしてマージンＬＭや光学素子間のスペースＬＳを含めた実際のレンズ間距離Ｌｃを光学素子（１０ａ、３０ａ、２０、３０ｂ、１０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７０）で充填するようにＥＯ素子２０を配置した。結果として、比較例１００、第３実施例１０３、および変形例１０３ｂにおけるＥＯ素子２０の素子長Ｌｅｏは、それぞれ２．１５ｍｍ、２．０５ｍｍ、１．８４５ｍｍとなった。ＥＯ素子２０の電極間距離ｄは比較例では上述したようにｄ＝１０２．４μｍであり、第３実施例１０３および変形例１０３ｂではビームスポット径Ｗ１（＝５０μｍ）同じであればよいが、ケラレを考慮してｄ＝７０μｍに設定した。
【００９３】
図２１に各サンプルの光損失特性を示した。比較例１００の構成を備えたサンプルではＥＯ素子２０の電極間（２２−２２）に２２．８Ｖの電圧を印加したところＥＯ素子２０における電気光学効果に基づく位相差が１８０゜となった。第３実施例１０３およびその変形例１０３ｂの構成を備えたサンプルでは、それぞれＥＯ素子２０の電極間（２２−２２）に１４．０Ｖおよび１４，７Ｖの電圧を印加したところＥＯ素子２０における電気光学効果に基づく位相差が１８０゜となった。そしてオン状態での過剰損失がゼロとなりオフ状態での光損失も向上した。なお、第３実施例１０３のサンプルに対して変形例１０３ｂのサンプルの方がオフ状態にするための電圧が高かったのは、光学素子の点数が他のサンプルよりも多いのにも拘わらず他のサンプルと同じようにマージンＬＭやスペースＬｓを確保したため、上記のレーリー距離Ｚ０の制限からＥＯ素子２０の素子長Ｌｅｏが短縮されたためである。
【００９４】
＝＝＝第４の実施例＝＝＝
上記第３実施例では、検光子１０ｂを回転させることで優れた光損失特性を得ていた。この検光子１０ｂを回転させるという構成は、λ／４板７０が残留位相差δに起因する楕円偏光を直線偏光に変換するとともに、その直線偏光の振動方向を回転させるという効果（以下、便宜的に旋光効果とも言う）を利用して残留位相差δを補償するものである。例えば、第１および第２実施例では、λ／４板３０の旋光効果による直線偏光の振動方向に一致あるいは直交するように検光子１０ｂの光学軸１１ｂの方位角を設定することで残留位相差を相殺している。
【００９５】
しかしながら、第１および第２実施例では、偏光子１０ａと検光子１０ｂとの光軸５０周りの相対的な回転角度を精密に調整する必要がある。とくに偏光子１０ａと検光子１０ｂに上述した平行ルチル複屈折結晶からなるウォークオフプリズムを用いる場合では、偏光子１０ａと検光子１０ｂが直方体形状の立体的な形状を有し、その立体的な形状の検光子１０ｂを偏光子１０ａに対して光軸５０周りに回転させた状態で保持する必要がある。そのため、検光子１０ｂを含めた各種光学素子を収納する筐体の構造が複雑となる。また検光子１０ｂを偏光子１０ａに対して回転させることで、検光子１０ｂの上下および左右方向のサイズが偏光子１０ａに対して実質的に大きくなる。これは、光アッテネータの小型化を阻む要因となる。もちろん、光学軸１１ｂが上記αだけ傾くように複屈折結晶を切り出して検光子１０ｂを作製することも考えられるが、使用するＥＯ素子２０の残留位相差δに個体差があれば、その個体差に応じた検光子１０ｂを用意しなくてはならない。また偏光子と検光子の光学軸が互いに平行あるいは直交する以外の角度で配置されると、先に図１８、図１９にて示したように、オン状態において、検光子１０ｂの後端で常光と異常光とが完全に一致した位置から出射せず、原理的に結合損失が生じることになる。所謂偏光依存損失（ＰＤＬ）と同じ現象が生じる。
【００９６】
そこで本発明の第４の実施例として、検光部１１０ｂにおける複屈折素子（３０ｂ、１０ａ）の光学軸（３１ｂ、１１ｂ）のｘｙ面での方位がｘ軸に対して４５゜方向となるように配置しても、確実にＥＯ素子２０の残留位相差δを相殺してより優れた光損失特性を有する光アッテネータを挙げる。
【００９７】
＜構成＞
図２２に第４の実施例に係る光アッテネータ（以下、第４実施例１０４とも言う）の構成を示した。ここに示した第４実施例１０４はノーマリオン型となっている。図２２（Ａ）は当該第４実施例１０４の構成を上後方から見たときの斜視図であり、この第４実施例１０４は、第３実施例１０３に対し１／２波長板（以下、λ／２板８０とも言う）がλ／４板７０の直後に配置されている点と、検光部１１０ｂを構成する二つの複屈折素子（３０ｂ、１０ｂ）の光学軸（３１ｂ、１１ｂ）の方位が第１実施例と同様である点が異なっている。また図２２（Ｂ）は第３実施例１０３に対して追加された構成である上記λ／２板８０を後方から見たときのｘｙ面での光学軸８１の方位を示している。
【００９８】
第４実施例１０４において、偏光部１１０ａと検光部１１０ｂを構成する四つの複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）の光学軸（１１ａ、３１ａ、３１ｂ、１１ｂ）の方位は第１実施例１０１と同様であり、λ／４板７０の光学軸７１の方位は第３実施例１０３と同様でありｘ軸をｚ軸周りに＋４５゜あるいは−４５゜回転させた方向である。
【００９９】
λ／２板８０の光学軸８１の方位は、第３実施例１０３においてλ／４板から出射する直線偏光のｘｙ面での振動方向に基づいて設定されている。具体的には、図２２（Ｂ）に示したように、λ／４板７０は、偏光子１０ａにて分離された常光と異常光に対応する互いに直交して方位角が±４５゜となる二つの直線偏光を角度αだけ傾けた二つの直線偏光Ｐを出射する。ここでは後方から見て角度αがｚ軸周りに時計回り（マイナス方向）に回転することとしており、この直線偏光Ｐの方位角±４５°―αと第３の複屈折素子３０ｂの光学軸３１ｂの方位角φ１あるいは当該方位角φ１と直交する方位角との等角二等分線がλ／２板７０の光学軸７１の方位となる。図２２（Ｂ）に示した構成では、λ／２板８０の光学軸８１の方位角ω２を、ω２＝４５゜−α／２に設定した例を示している。もちろん図２３に示したようにω２＝−４５゜−α／２に設定してもよい。なお第４実施例１０４においても、第２実施例１０２と同様に、偏光部１１０ａと検光部１１０ｂに光路を光軸５０近傍にシフトさせるためのλ／２板（６０ａ、６０ｂ）を設けてもよい。
【０１００】
以上の構成を備えた第４実施例１０４では、λ／２板８０がλ／４板７０から入射した直線偏光Ｐの振動方向を自身の光学軸８１に対称となる方位となるように回転させて出射する。そのため、ＥＯ素子２０に電界Ｅが印加されていないとき、あるいはＥＯ素子２０に電界Ｅを印加して電気光学効果による位相差が１８０°になっているときに、λ／４板３０から出射した直線偏光Ｐの振動方向と検光子１０ｂの光学軸１１ｂの方位とが直交あるいは平行となるようにλ／２板７０の光学軸７１の方位を設定すれば実質的に検光子１０ｂを光軸５０周りにαの角度で回転させたことと同じになる。以下に第４実施例１０４の動作について説明する。
【０１０１】
＜動作＞
第４実施例１０４は、図２２に示したように入射側コリメータ４０ａから後方に向かってλ／４板７０までの構成が第３の実施例と同じである。すなわち第４実施例１０４において偏光子１０ａに入射した光がλ／４板を出射するまでの動作は、図１８、図１９に示した第３実施例１０３の動作における入力光Ｂ０からλ／４板７０から出射する光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０、あるいはＢ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）までの光路や偏光状態の変化と同様である。そこで以下では、第４実施例１０４の動作として、主にλ／４板７０から後方の光学素子における光路や偏向状態の変化を説明する。
【０１０２】
図２４、図２５に第４実施例１０４の動作を示した。図２４（Ａ）は第４実施例１０４を上面から見たときのオンまたはオフ状態における光路を示しており、図２４（Ｂ）は左方から見たときの光路を示している。図２５は第４実施例１０４における特徴的な動作を示す図であり、この図２５では後方から見たときのＥＯ素子２０から検光子１０ｂに至る光路と偏向状態の変化を示した。図２５（Ａ）〜（Ｅ）はオン状態におけるＥＯ素子２０、λ／４板７０、λ／２板８０、第３の複屈折素子３０ｂ、検光子１０ｂのそれぞれの後面（ｓ３、ｓ８、ｓ９、ｓ４、ｓ５）における光ビームの位置と偏光状態を示しており、図２５（Ｆ）〜（Ｊ）はオフ状態における上記各面（ｓ３、ｓ８、ｓ９、ｓ４、ｓ５）における光ビームの位置と偏光状態を示している。
【０１０３】
そして図２４（Ａ）（Ｂ）に示したように、入射側コリメータ４０ａから偏光子１０ａ、第２の複屈折素子３０ａ、ＥＯ素子２０を経てλ／４板７０から出射するまでの光の光路や偏光状態は第３実施例１０１と同様である。そこで図２４、図２５では入力光Ｂ０からλ／４板７０から出射するまでの光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０、あるいはＢ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）については図１８、図１９と同じ符号を付した。以下、オン状態とオフ状態のそれぞれについて、ＥＯ素子２０の後面ｓ３から検光子１０ｂの後面ｓ５に至る光の光路と偏光状態について具体的に説明する。
【０１０４】
まずオン状態の動作について説明すると、ＥＯ素子２０に入射した二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）は、図２５（Ａ）に示したように、その入射光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）の振動方向を長軸としつつ残留位相差δに応じた消光比の楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）として出射される。λ／４板７０はＥＯ素子２０からの楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）が入射されて、図２５（Ｂ）に示したように、それぞれの楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）の消光比に応じた長軸方向と短軸方向の合成ベクトル方向に振動する直線偏光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０）を出射する。そしてこの直線偏光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０）のｘｙ面での振動方向は、ＥＯ素子２０に入射された直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）に対して角度αだけ傾いている。
【０１０５】
λ／２板８０は、λ／４板７０から入射された二つの直線偏光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０）のｘｙ面での振動方向を自身の光学軸８１の方位を等角二等分線とした方位となるように回転させる。すなわち図２５（Ｃ）に示したように、入射した直線偏光（Ｂ３６１０、およびＢ３６２０）のそれぞれのｘｙ面での振動方向と同じ−４５°および４５°の方位角となるように回転させる。そしてλ／２板８０から出射した光（Ｂ４７１０、およびＢ４７２０）の光路の位置と偏光状態は、第１実施例１０１においてオン状態のときに第３の複屈折素子３０ｂに入射する光と同じである。したがって、以後は第１実施例１０１と同様の光路と偏光状態となり、図２５（Ｄ）、（Ｅ）に示したように、第１の光路を辿る光Ｂ４７１０、Ｂ４８１ｅ、Ｂ４９１ｅ、Ｂ５０１ｏ、および第２の航路を辿る光Ｂ４７２０、Ｂ４８１ｏ、Ｂ４９１ｏ、Ｂ５０１ｅを経て検光子１０ｂの後面で二つの光路を辿ってきた光が同じ位置から出射し、その光Ｂ５１０が出射側光ファイバＦｂに結合してオン状態となる。
【０１０６】
一方電界が印加されて、電気光学効果に基づく位相差が１８０゜であるときは、ＥＯ素子２０に入射した二つの直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）は、図２５（Ｆ）に示したように、その入射光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）は、振動方向を９０゜回転させた方向に長軸を有する楕円偏光（Ｂ３５１Ｅ、Ｂ３５２Ｅ）として出射される。λ／４板７０は、図２５（Ｇ）に示したように、入射された楕円偏光（Ｂ３５１０、Ｂ３５２０）の消光比に応じた長軸方向と短軸方向の合成ベクトル方向に振動する直線偏光（Ｂ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）を出射する。この直線偏光（Ｂ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）のｘｙ面での振動方向もＥＯ素子２０に入射された直線偏光（Ｂ１４１、Ｂ１４２）に対して角度αだけ傾いている。そして図２５（Ｂ）に示したオン状態における出射光（Ｂ３６１０、Ｂ３６２０）の振動方向に対して９０゜回転した方向に振動している。
【０１０７】
λ／２板８０は、図２５（Ｈ）に示したように、λ／４板７０から入射された二つの直線偏光（Ｂ３６１Ｅ、Ｂ３６２Ｅ）のｘｙ面での振動方向を自身の光学軸８１の方位を等角二等分線とした方位となるように回転させる。すなわち図２５（Ｃ）に示したオン状態におけるλ／２板８０からの出射光（Ｂ４７１０、Ｂ４７２０）の振動方向に対して９０゜回転した方向に振動する二つの直線偏光を出射する。そしてλ／２板８０から出射した光（Ｂ４７１Ｅ、およびＢ４７２Ｅ）の光路の位置と偏光状態は、第１実施例１０１においてオフ状態のときの第３の複屈折素子３０ｂに入射する光と同じである。したがって、以後は第１実施例１０１と同様の光路と偏光状態となり、図２５（Ｉ）、（Ｊ）に示したように、第１の光路を辿る光Ｂ４７１Ｅ、Ｂ４８１ｏ、Ｂ４９１ｏ、Ｂ５０１ｅ、および第２の航路を辿る光Ｂ４７２Ｅ、Ｂ４８１ｅ、Ｂ４９１ｅ、Ｂ５０１ｏを経て検光子１０ｂの後面ｓ５から出射する。そしてその後面ｓ５からの出射光（Ｂ５１１、Ｂ５１２）は、ｘ軸上で互いにｚ軸に対称となるように離間した位置から出射する。それによって当該出射光（Ｂ５１１、Ｂ５１２）は出射側光ファイバＦｂに結合せず、最大の光損失となるオフ状態となる。
【０１０８】
このように第４実施例１０４では、オン状態において、偏光子１０ａにて分離した光が検光子１０ｂの後面の同じ位置から出射する光路が形成されるため、高強度の光を入射する場合にも対応して、低損失でその高強度の光を透過させることができる。また偏光子１０ａと検光子１０ｂをそれぞれの光学軸（１１ａ、１１ｂ）の方位が一致あるいは直交するように配置することができ第３実施例１０３のように検光子１０ａを光軸５０回りに回転させる必要がない。平板状のλ／２板４０であれば、ｚ軸方向を法線としてこのｚ軸周りにλ／２板４０を回転させるだけで容易に光学軸の方向を調整することができる。
【０１０９】
そして偏光部１１０ａと検光部１１０ｂにおいて立体的な形状を有する複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）のそれぞれの光学軸（１１ａ、３１ａ、３１ｂ、１１ｂ）の相対的な方位を厳密に調整する必要がなくなる。光アッテネータの組み立ても容易になり、光学素子を保持する筐体の構造も簡素にすることができる。全ての複屈折素子（１０ａ、３０ａ、３０ｂ、１０ｂ）を実質的に同一のもので構成することもでき、部品の種類を少なくすることもできる。なお第４実施例１０４も第２実施例１０２や上記変形例１０３と同様に偏光部１１０ａと検光部１１０ｂに、二つの光路をｘ軸方向に並べるためのλ／２板を設けてもよい。
【０１１０】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
第３、第４実施例（１０３、１０４）では、λ／４板７０をＥＯ素子２０の直後に配置していたが、λ／４板７０はＥＯ素子２０における残留位相差δを補償するだけの位相差を発生させるように動作するので、λ／４板７０はＥＯ素子２０の直前に配置しても同様の効果が得られる。すなわちＥＯ素子２０に入射する光は、残留位相差δを補償する分の位相差があらかじめ与えられており、ＥＯ素子２０は自身の残留位相差δによってその入射光をｘｙ面で振動方向が±４５゜方向から上記の角度αだけ傾いた光として出射する。
【０１１１】
上記第各実施例１０１〜１０４では前後で対向する一対の光ファイバコリメータ間（４０ａ−４０ｂ）に各種各光学素子（１０ａ、１０ｂ、２０、３０ａ、３０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）を配置して光アッテネータを構成していた。そしてこれらの光アッテネータは、多チャンネル光アッテネータの１チャンネル分であってもよい。すなわち、各実施例の光アッテネータ１０１〜１０４を多チャンネル光アッテネータの１チャンネル分としてもよい。
【０１１２】
なお実際に多チャンネル光アッテネータを構成する場合には、複数本の光ファイバが並んだ状態で保持されているテープ心線とマイクロレンズアレイを用いることで実質的に複数個のコリメータと同じ構成とすることができる。また、各種光学素子（１０ａ、１０ｂ、２０、３０ａ、３０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７０、８０）は、チャンネルと同じ数だけ左右に並べてもよいし、少なくとも一つの光学素子が複数チャンネル分の光路間に亘って介在するように、左右方向に延長する一体的な形状であってもよい。もちろん、光学素子の全てが複数チャンネル分の光路間に亘って介在する形状に形成されていてもよい。
【０１１３】
光通信網内では、光アッテネータは、室内など温度変化が少ない場所に設置されることが多いため、上記各実施例（１０１〜１０４）では、周囲の温度変化を考慮した構成を備えていなかった。しかし、とくに強誘電体を用いたＥＯ素子２０を備えた第３、第４実施例（１０３、１０４）では、残留位相差δが周囲の温度によって変化する可能性がある。そこでこれらの光アッテネータに温度調整機構を付加してもよい。あるいはＥＯ素子２０の電極間（２２−２２）にあらかじめバイアス電圧を印加しておき、ＥＯ物質に所定のリタデーションを発生させ、そのリタデーションを維持するようにしてもよい。もちろんバイアス電圧を印加することで電圧変化に対して光損失特性の変化を緩やかにしてより「リニア」な特性に改善することもできる。この場合は第１および第２の実施例（１０１、１０２）にも適用可能である。
【０１１４】
なお、前後で対向する光ファイバコリメータ間に各種光学素子を配置した構成の光アッテネータでは、光ファイバに戻り光が入射するのを防止するために、普通、光ファイバの端面が一方向に研磨されている。すなわち端面が光軸に対して傾いている。したがって、実用に供する光アッテネータでは、前後で対向する光ファイバの端面同士を結ぶ線を光軸として設定したとき、入射側ファイバコリメータからの出射光は、光軸に対してわずかに傾いている。そこで一般的には、光路が前後対称となるようにＥＯ素子の前後両面を光軸に対して傾くように研磨している。図２６に、光ファイバ（Ｆａ、Ｆｂ）の端面が研磨されているときの光アッテネータの構造を示した。なお、この図では、説明に不要な光学素子を省略し、光ファイバ（Ｆａ、Ｆｂ）における端面の研磨方向と、ＥＯ素子２０における光の入出射面の傾斜方向、および光ファイバ間（Ｆａ−Ｆｂ）の光路のみを模式的に示した。図２６に示したように、対向する光ファイバ（Ｆａ、Ｆｂ）は、端面の研磨方向が互いに反対方向である。そしてＥＯ素子２０は左右方向から見ると台形状に形成されて、光の入出射面とそれに対向する光ファイバ（Ｆａ、Ｆｂ）の端面が互いに反対方向に傾斜している。この図では、入射側光ファイバから光軸５０に対して斜め上方に光が出射している。そしてこの光がＥＯ素子内では光軸５０と平行な光路を辿るように屈折し、ＥＯ素子から出射した光は斜め下方に向かう光路を経て後方の光ファイバに至る。したがって、光アッテネータ内にはＥＯ素子に対して前後対称の光路が形成される。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１００，１０１,１０２，１０３，１０３ｂ，１０４  光アッテネータ、
１ａ  偏光子（偏光板）、１ｂ  検光子（偏光板）、１０  複屈折素子、
１０ａ  偏光子（第１の複屈折素子）、１０ｂ  検光子（第４の複屈折素子）、
１１，１１ａ，１１ｂ，３１ａ，３１ｂ  複屈折素子の光学軸、
２０  電気光学素子（ＥＯ素子）、２１  電気光学物質（ＥＯ物質、ＫＴＮ）、
２２  電極（Ｐｔ薄膜電極）、３０ａ  第２の複屈折素子、３０ｂ  第３の複屈折素子、４０ａ，４０ｂ  光ファイバコリメータ、５０  光軸、
６０ａ、６０ｂ、８０  １／２波長板（λ／２板）、
６１ａ，６１ｂ，８１  １／２波長板の光学軸、７０  １／４波長板（λ／４板）、
７１  １／４波長板の光学軸、Ｃａ，Ｃｂ  コリメートレンズ、
Ｆａ，Ｆｂ  光ファイバ（シングルモード光ファイバ）
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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