(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光強度の変化によって光導波媒質に物理的変化が生じることにより光減衰量の調節を行う可変光減衰器であって、
屈折率分布の異なる複数種類の光ファイバを接続し、該光ファイバへの入射光強度の変化により、前記光ファイバのモードフィールド径に変化を生じさせて、該光ファイバの接続損失を可変とすることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記光強度の変化による光導波媒質の物理量変化は、光カー効果、ポッケルス効果、吸収飽和、またはコットンムートン効果により生じさせ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】
一定値以上の強度の光が入射されたときに、出射光強度が一定値に保たれることを特徴とする請求項１または２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、光通信分野において用いられ、光パワーを減衰させる部品である光減衰器に関し、特に、光減衰量を調整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、光ファイバ伝送技術においては広帯域化の要求に応えるために、波長多重（以下「ＷＤＭ」と略記する）化が進んでいる。ＷＤＭ伝送においてはエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下「ＥＤＦＡ」と略記する）やラマンアンプなどの光アンプによる光増幅が行なわれるが、光アンプの利得が波長依存性を持つために、伝送、増幅を繰り返すうちに波長多重化された信号間に光パワーの差が生じてしまう。これを防ぐために、波長フィルタや光減衰器を用いて光アンプの利得の波長特性を平坦化する必要がある。光アンプの利得波長特性には同種類の光アンプであっても個体差があり、これを個別に平坦化するには可変光減衰器が最も適している。
可変光減衰器としては、軸調心され、間をあけて突き合わされた２本の光ファイバ間に光減衰効果を持つ物質を位置させ、この物質の光減衰効果を電位や熱、または位置変位により変化させるものがある。位置変位を利用する場合には、物質の光減衰効果が位置により変化するようにしておくのが一般的である。あるいは、２本の光ファイバ間に光透過性の物質を配置し、その屈折率を変化させることを利用するものもある。
また、その他にも光ファイバに曲げを与え、その曲率を変化させることにより、光ファイバの曲げ損失を変化させるものや、電界印加によるファラデー回転を利用するもの、クラッド研磨等により増大させたエバネセント波の減衰量を調整するもの等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光可変減衰器では、光減衰量の調整を動的（アクティブ）に行うための手段が必要であり、そのため入力光のパワーが変動したときに可変光減衰器からの出力を一定に保つためには、可変光減衰器への入力パワーモニタとそのモニタ結果を可変光減衰器の光減衰量調節機構へフィードバックする機構が必要不可欠であった。
また、このようなフィードバックを行うことにより、入力光パワーが変動してから可変光減衰器の光減衰量を調整するまでにタイムラグが発生するという問題があった。
また、入力パワー変動時に可変光減衰器からの出力を一定に保つ際に、フィードバック機構への電力などの動力供給が必要であった。また、可変光減衰器への入力パワーモニタにおいて、光パワーが強い場合にはモニタ機構部分が光パワーにより劣化するという問題もあった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、光減衰量調節のためのフィードバック機構を必要とせず、入力パワー変動時に出力パワーを一定に保つことが可能な可変光減衰器を提供することを目的とする。
【０００４】
【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、入射光強度の変化によって光導波媒質に物理的変化が生じることにより光減衰量の調節を行う可変光減衰器であって、屈折率分布の異なる複数種類の光ファイバを接続し、該光ファイバへの入射光強度の変化により、前記光ファイバのモードフィールド径に変化を生じさせて、該光ファイバの接続損失を可変とすることを特徴とする可変光減衰器である。
これにより、光減衰量調節のためのフィードバック機構を必要としないため、光減衰量を調整するまでのタイムラグが発生せず、フィードバック機構への電力などの動力供給も必要としないことから、小型で高性能の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、前記光強度の変化による光導波媒質の物理量変化は、光カー効果、ポッケルス効果、吸収飽和、またはコットンムートン効果により生じさせることを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の可変光減衰器において、一定値以上の強度の光が入射されたときに、出射光強度が一定値に保たれることを特徴とする。
これにより、入射光パワー変動時に出射光パワーを一定に保つことが可能な可変光減衰器を実現することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光減衰器は、入射光強度の変化によって光導波媒質に生じる物理的変化を用いて光減衰量の調節を行うものであり、その一例として、光強度により光導波媒質の屈折率が変化する光カー効果を利用して光減衰量を調整することができる。
また、入射光強度の変化に伴って、入射光の電界強度も変化することから、電界強度に比例して光導波媒質の屈折率が変化するポッケルス効果を利用して光減衰量を調整することができる。
また、入射光強度の変化に伴って光導波媒質の光吸収率そのものが変化する吸収飽和を利用して、光減衰量を調整することができる。
さらに、入射光強度の変化に伴って、入射光の磁界強度も変化するため、磁界の強度変化に伴って光導波媒質の屈折率が変化し、磁気複屈折を生じるコットンムートン効果を利用しても光減衰量を調整することができる。
このうち、光カー効果を利用して光減衰量を調整する光可変減衰器の例について説明する。
【０００７】
この例の可変光減衰器は、コアの屈折率分布が互いに異なる複数の光ファイバを、融着または接着等により長手方向に接続して形成されている。これらの光ファイバの接続に際しては、一方の光ファイバから他方の光ファイバへ入射する光量が最大となるように位置調整を行う。
図１は、この可変光減衰器において用いられる、互いに屈折率分布の異なるコアを有する２種類の光ファイバの長手方向に対する断面の一例を示しており、図１（ａ）、図１（ｂ）において、符号１ａはコアの高屈折率部、符号１ｂはコアの低屈折率部であり、符号２はコアの周囲に形成されたクラッドである。従って、図１（ａ）に示す光ファイバは単一の屈折率分布を有し、図１（ａ）に示す光ファイバは中心部の屈折率が低く、その周囲の屈折率が高くなっている。
図１（ｃ）は、図１（ａ）に示した光ファイバの屈折率分布を示しており、Ｄ1が光強度を０と仮定した場合のモードフィールド径（以下「ＭＦＤ」と略記する）である。図１（ｄ）は、図１（ｂ）に示した光ファイバの屈折率分布を示しており、図１（ｃ）と同様にＤ1が光強度を０と仮定した場合のＭＦＤである。
【０００８】
入射光強度が増大すると、図１（ｅ）と図１（ｆ）に示すように、光カー効果により光導波部分の屈折率が上昇する。これにより、光ファイバのＭＦＤは小さくなるが、このＭＦＤが小さくなる度合いは光ファイバの屈折率分布に依存する。
図１（ｅ）は、図１（ａ）に示す光ファイバについて、入射光強度が増大したときの屈折率分布とＭＦＤを示しており、このときのＭＦＤであるＤ2は、光強度が０のときのＭＦＤであるＤ1より小さくなっている。これに対し、図１（ｆ）は、図１（ｂ）に示す光ファイバについて、入射光強度が増大したときの屈折率分布とＭＦＤを示しており、このときのＭＦＤであるＤ2は、光強度が増大してもほとんど変化せず、Ｄ1とほぼ等しい。
この例の可変光増幅器は、光強度を０と仮定した場合にほぼ同一のＭＦＤを持ちながら、入射光強度が増大したときにＭＦＤが異なる、互いに屈折率分布の異なる２種類の光ファイバを接続して形成されている。
この可変光減衰器では、入射光強度が増すにつれて２種類のファイバのＭＦＤの差が大きくなり、これに伴って２種類のファイバの接続点における接続損失が増大する。このことは、入射光強度の増大により接続損失が大きくなり、光減衰量が増大することを意味する。
【０００９】
この接続損失の増加の割合は、入射光強度の増加の割合に比べて大きい場合と小さい場合とが考えられる。光カー効果では電界強度の２乗に比例して屈折率が上昇し、また異なるＭＦＤの光ファイバ間接続損失は、シングルモードファイバの場合には、それぞれの光ファイバのＭＦＤをD1、D2として、−20×LOG10（（２×D1×D2）/（D12+D22））〔dB〕と表される。
すなわち、光強度が大きいほど光カー効果による屈折率上昇の影響が大きくなり、同じ比率で光強度が上昇しても、光強度が小さい場合に比べて２種類の光ファイバのＭＦＤの差が大きくなりやすい。また、２種類の光ファイバのＭＦＤの差が小さいうちは接続損失はほとんど生じないが、ＭＦＤの差が大きくなるにつれて接続損失は指数関数的に急激に増大していく。
【００１０】
図２に、入射光強度に対して接続損失が増加する様子を示している。
図２におけるＣ点は、入射光強度の増加率と接続損失の増加率とが等しくなるときの入射光強度であり、入射光強度がＣより大きい場合には、図２の領域Bに示すように、接続損失の増加の割合が入射光強度の増加の割合に比べて大きくなり、また入射光強度がＣより小さい場合には、図２の領域Ａに示すように、接続損失の増加の割合が入射光強度の増加の割合に比べて小さくなる。
図２中の領域Ａにおいては、入射光強度が増大した場合には接続損失の増分はこれよりも小さく、結果として出射光強度が増大する。これに対して領域Ｂにおいては入射光強度の増分よりも接続損失の増分の方が大きくなり、その結果出射光強度は減少する。このようにして光強度が減少した場合には、それに伴って接続損失も減少するため、結果として出射光強度は、入射光強度が図３中に示される値Ｃである場合の出射光強度Ｄに、速やかに収束する。ここで、入射光強度がＣである場合のロスをＬ(Ｃ)として、Ｄ＝Ｃ−Ｌ(Ｃ)の関係が成立する。
以上より、入射光強度と出射光強度の関係は図３に示すようになる。すなわち、入射光強度がＣより大きい場合には出射光強度は必ずＤとなり、可変光減衰器として作用する。
なお、図１（ａ）、（ｂ）に示した光ファイバの屈折率分布は一例であって、入射光強度の変化によってＭＦＤの変化の程度が異なる光ファイバの組みあわせであればこの例に限定されるものではなく、他の屈折率分布を持つ光ファイバを用いてもよい。
【００１１】
この例の可変光減衰器によると、屈折率分布の異なる複数種類の光ファイバを接続し、光ファイバへの入射光強度の変化により光導波媒質に物理的変化を生じさせて、光ファイバの接続損失を可変とすることにより、光減衰量調節のためのフィードバック機構を必要としないため、光減衰量を調整するまでのタイムラグが発生せず、フィードバック機構への電力などの動力供給も必要としないことから、小型で高性能の可変光減衰器を実現することができる。
また、一定値以上の強度の光が入射されたときに、出射光強度が一定値となるように光減衰量を調整することができるため、入射光パワー変動時に出射光パワーを一定に保つことが可能な可変光減衰器を実現することができる。
【００１２】
以上の説明においては、光ファイバの光導波媒質に物理的変化を生じさせて光減衰量の調整を行う例について説明したが、光導波媒質に物理的変化を生じさせることができれば本発明の目的を達成することができるため、他のものを用いてもよい。例えば、平面光回路の光導波部の屈折率又は断面積を光導波方向に対して変化させることにより、平面光回路の光導波媒質に物理的変化を生じさせることができ、これにより平面光回路の損失を可変として可変光減衰器を構成することも可能である。
また、光導波媒質に物理的変化を生じさせる例として光カー効果を利用した場合について説明したが、入射光強度の変化によって光導波媒質に物理的変化が生じるものであればよく、これに限定されるものではない。
【００１３】
以下、具体例を示す。
光カー効果を利用した可変光減衰器を作製した。
光カー効果を用いる場合には、光カー効果定数の大きい材料で光導波路を構成することが好ましい。この例では、光カー効果定数の大きい材料として、ＫＴＮ（ＫＴａ0.65Ｎｂ0.35Ｏ3）を使用して光導波路を作製した。
このＫＴＮの光カー効果定数は、波長１．５５μｍの光に対して、１．２７×１０-12ｍ2／Ｗであり、屈折率は２．２９である。ＫＴＮで直径１μｍの円形コアを形成し、このコアの周囲をより低屈折率である屈折率２．０８のクラッドで覆うことにより、比屈折率差Δが１０％の光導波路を作製した。
この光導波路の波長１．５５μｍでのＭＦＤは１．３０２μｍとなる。この光導波路に０．１Ｗの光を入射した場合、コア内に均一の光が分布すると仮定すると、光カー効果により、コアの屈折率が０．１６２上昇する。その結果、波長１．５５μｍでのＭＦＤは１．０３８μｍとなる。
一方、光カー効果定数がＫＴＮと比較して遥かに小さい材料でコアを形成するか、リング型屈折率プロファイルを有するコアを形成する等の方法により、光強度が上がってもＭＦＤがほとんど変化しないようにした光導波路（ＭＦＤ１．３０２μｍ、クラッド屈折率２．０８、比屈折率差Δ１０％）を作製し、前述の光導波路と０．７２μｍ軸ずれさせて接続したときの、接続損失を考慮した入射光強度と出射光強度との相関を図４に示す。
図４から、入射光強度が０．３Ｗ以上の領域で出射光強度がほぼ一定となっており、パッシブな可変光減衰器として機能することが確認された。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、入射光強度の変化によって光導波媒質に物理的変化が生じることにより光減衰量の調節を行うことにより、光減衰量調節のためのフィードバック機構を必要としないため、光減衰量を調整するまでのタイムラグが発生せず、フィードバック機構への電力などの動力供給も必要としないことから、小型で高性能の可変光減衰器を実現することができる。
また、一定値以上の強度の光が入射されたときに、出射光強度が一定値となるように光減衰量を調整することができるため、入射光パワー変動時に出射光パワーを一定に保つことが可能な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】互いに屈折率分布の異なる光ファイバについて、入射光強度の増大に伴ってＭＦＤが変化する様子を示す図である。
【図２】入射光強度に対する光ファイバの接続損失の増加率を示す図である。
【図３】本発明の可変光減衰器の入射光強度に対する出射光強度の依存性を示す図である。
【図４】光カー効果を用いて可変光減衰器を形成したときの、入射光強度に対する出射光強度の依存性の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ａ…コアの高屈折率部、１ｂ…コアの低屈折率部、２…クラッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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