(57)【要約】  本発明の実施形態は、可変光減衰器を提供する。可変光減衰器は、コリメータと、切替可能な偏光回折格子と、反射器と、切替可能な偏光回折格子の液晶層の両端における電極間の電圧を調整するための電圧調整器とを含み、コリメータ、切替可能な偏光回折格子、および反射器は、連続して配置され、コリメータは、入射光を受光し、入射光を切替可能な偏光回折格子へ出力するように構成され、切替可能な偏光回折格子は、入射光を１回回折し、次いで、反射器への出射を行うように構成され、切替可能な偏光回折格子は、反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、コリメータは、回折光を受光し、回折光を出力するようにさらに構成される。本発明の実施形態において提供される可変光減衰器は、非常に広い動的に可変の範囲を有し、高い信頼性、小さいサイズ、および低いコストを特徴とする。
2017520787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変光減衰器であって、
コリメータと、切替可能な偏光回折格子ＳＰＧと、反射器と、前記ＳＰＧの液晶層の両端における電極間の電圧を調整するための電圧調整器と
を備え、
前記コリメータ、前記ＳＰＧ、および前記反射器は、連続して配置され、
前記コリメータは、入射光を受光し、前記入射光を前記ＳＰＧへ出力するように構成され、
前記ＳＰＧは、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成され、
前記ＳＰＧは、前記反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、
前記コリメータは、前記回折光を受光し、前記回折光を出力するようにさらに構成されることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記反射器への出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を左円偏光状態／右円偏光状態に反射し、次いで、前記ＳＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＳＰＧが、前記反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を前記コリメータへ出射するようにさらに構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記光軸に対して平行な方向に出射を行うことと
を含み、
前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の前記電圧を高電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態／前記右円偏光状態に対して０次の回折を１回行い、次いで、前記反射器への出射を行うこと
を含み、
前記反射器は、前記ＳＰＧが前記０次の回折を１回行った後に出射される回折光を前記コリメータへ直接反射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の可変光減衰器。
【請求項３】
４分の１波長板は、前記ＳＰＧと前記反射器との間にさらに配置され、前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の前記電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記４分の１波長板を通じて前記反射器への出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記４分の１波長板を通じて前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記４分の１波長板および前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を右円偏光状態／左円偏光状態に反射し、次いで、前記ＳＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＳＰＧが、前記反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと
を含み、
前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の前記電圧を高電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態／前記右円偏光状態に対して０次の回折を１回行い、次いで、前記反射器への出射を行うこと
を含み、
前記反射器は、前記ＳＰＧが前記０次の回折を１回行った後に出射される前記回折光を前記コリメータへ直接反射するように構成さ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。
【請求項４】
液晶部分ＬＣは、前記ＳＰＧと前記４分の１波長板との間にさらに配置され、前記電圧制御器は、前記ＬＣの両端における電極間の電圧を調整するようにさらに構成され、前記ＬＣは、波長依存損失補償を実装するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の可変光減衰器。
【請求項５】
可変光減衰器であって、
コリメータと、ポリマー偏光回折格子ＰＰＧと、液晶部分ＬＣと、反射器と、前記ＬＣの両端における電極間の電圧を調整するための電圧制御器と
を備え、
前記コリメータ、前記ＰＰＧ、前記ＬＣ、および前記反射器は、連続して配置され、
前記コリメータは、入射光を受光し、前記入射光を前記ＰＰＧへ出力するように構成され、
前記ＰＰＧは、前記入射光を１回回折し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うように構成され、
前記ＬＣは、ビームの偏光状態を電圧変化と共に変化させるように構成され、
前記ＰＰＧは、前記反射器によって反射され、その偏光状態が前記ＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、
前記コリメータは、前記回折光を受光し、前記回折光を出力するようにさらに構成されることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項６】
前記ＬＣは、電気制御複屈折ＥＣＢタイプのＬＣであり、前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、４分の１波長板であり、前記ＰＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記ＬＣおよび前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を右円偏光状態／左円偏光状態に反射し、次いで、前記ＰＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＰＰＧが、前記反射器によって反射され、その偏光状態が前記ＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと
を含み、
前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の前記電圧を高電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、その位相差が０である波長板と同様であり、前記ＰＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記ＬＣおよび前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を左円偏光状態／右円偏光状態に反射し、次いで、前記ＰＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＰＰＧが、前記反射器によって反射され、その偏光状態が前記ＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記光軸に対して平行な方向に出射を行うことと
を含むことを特徴とする請求項５に記載の可変光減衰器。
【請求項７】
４分の１波長板は、前記ＥＣＢタイプのＬＣと前記反射器との間にさらに配置されることを特徴とする請求項６に記載の可変光減衰器。
【請求項８】
前記ＬＣは、垂直整列ＶＡタイプのＬＣであることを特徴とする請求項５に記載の可変光減衰器。
【請求項９】
ＰＰＧは、前記コリメータと前記ＰＰＧとの間にさらに配置され、前記コリメータによって出力された前記入射光が２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、±１次の回折および-/+１次の回折は、別個に１回発生し、
前記反射器および前記ＬＣによって反射された光が２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、-/+１次の回折および±１次の回折は、別個に１回発生することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の可変光減衰器。
【請求項１０】
前記ＬＣは、電気制御複屈折ＥＣＢタイプのＬＣであり、ＰＰＧおよび４分の１波長板は、前記ＥＣＢタイプのＬＣと前記反射器との間に連続してさらに配置され、前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を高電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、前記光の偏光状態を調整せず、
前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の前記電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、半波長板としての役割を果たして、前記光の前記偏光状態を調整し、
前記コリメータによって出力された前記入射光が、２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、±１次の回折および-/+１次の回折は、別個に１回発生し、
前記反射器および前記４分の１波長板によって反射された光が、２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、-/+１次の回折および±１次の回折は、別個に１回発生することを特徴とする請求項５に記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光技術の分野に関し、特に、可変光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変光減衰器（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ、ＶＯＡ）は、光通信において広く適用されており、それは、光信号の減衰を動的に制御する主な機能を有しており、光ネットワークにおける必須の重要な構成要素である。可変光減衰器は、一般に、広い減衰範囲、高い精度、高い安定性、小さいサイズ、および低いコストを有することが求められる。現在、光通信システムにおいては、高性能な可変光減衰器を実装するための２つの主な技術、すなわち、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ、略してＭＥＭＳ）技術と、液晶（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ、略してＬＣ）＋光学楔（ｏｐｔｉｃａｌ  ｗｅｄｇｅ）技術とが利用可能である。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術に基づくＶＯＡは、ＭＥＭＳマイクロ反射器の傾斜角を使用することによって光の減衰範囲を制御し、小さいサイズを有するが、低い耐衝撃性能を有する。複屈折楔の使用に起因して、ＬＣ＋光学楔技術に基づくＶＯＡは、サイズが大きく、高価であり、光路を揃えることが難しいという問題を有する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、既存の可変光減衰器の問題、すなわち、低い耐衝撃性能、大きいサイズ、および高いコストを解決するための可変光減衰器を提供する。
【０００５】
第１の態様によれば、本発明の実施形態は、可変光減衰器であって、
コリメータと、切替可能な偏光回折格子ＳＰＧと、反射器と、ＳＰＧの液晶層の両端における電極間の電圧を調整するための電圧調整器と
を含み、
コリメータ、ＳＰＧ、および反射器は、連続して配置され、
コリメータは、入射光を受光し、入射光をＳＰＧへ出力するように構成され、
ＳＰＧは、入射光を１回回折し、次いで、反射器への出射を行うように構成され、
ＳＰＧは、反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、
コリメータは、回折光を受光し、回折光を出力するようにさらに構成される、可変光減衰器を提供する。
【０００６】
第１の態様の第１の取り得る実装手法において、電圧制御器が、ＳＰＧの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、ＳＰＧが、入射光を１回回折し、次いで、反射器への出射を行うように構成されることは、
ＳＰＧによって、入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、反射器への出射を行うことと、
ＳＰＧによって、入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、反射器への出射を行うことと
を含み、
反射器は、受光された入射光における右円偏光状態／左円偏光状態を左円偏光状態／右円偏光状態に反射し、次いで、ＳＰＧへの出射を行うように構成され、
ＳＰＧが、反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光をコリメータへ出射するようにさらに構成されることは、
ＳＰＧによって、反射器によって反射された左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと、
ＳＰＧによって、反射器によって反射された右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと
を含み、
電圧制御器が、ＳＰＧの両端の電圧を高電圧に調整する場合、ＳＰＧが、入射光を１回回折し、次いで、反射器への出射を行うように構成されることは、
ＳＰＧによって、入射光における左円偏光状態／右円偏光状態に対して０次の回折を１回行い、次いで、反射器への出射を行うこと
を含み、
反射器は、ＳＰＧが０次の回折を１回行った後に出射される回折光をコリメータへ直接反射するように構成される。
【０００７】
第１の態様または第１の態様の第１の取り得る実装手法を参照すると、第１の態様の第２の取り得る実装手法において、４分の１波長板は、ＳＰＧと反射器との間にさらに配置され、電圧制御器が、ＳＰＧの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、ＳＰＧが、入射光を１回回折し、次いで、反射器への出射を行うように構成されることは、
ＳＰＧによって、入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、４分の１波長板を通じて反射器への出射を行うことと、
ＳＰＧによって、入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、４分の１波長板を通じて反射器への出射を行うことと
を含み、
４分の１波長板および反射器は、受光された入射光における右円偏光状態／左円偏光状態を右円偏光状態／左円偏光状態に反射し、次いで、ＳＰＧへの出射を行うように構成され、
ＳＰＧが、反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
ＳＰＧによって、反射器によって反射された左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと、
ＳＰＧによって、反射器によって反射された右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと
を含み、
電圧制御器が、ＳＰＧの両端の電圧を高電圧に調整する場合、ＳＰＧが、入射光を１回回折し、次いで、反射器への出射を行うように構成されることは、
ＳＰＧによって、入射光における左円偏光状態／右円偏光状態に対して０次の回折を１回行い、次いで、反射器への出射を行うこと
を含み、
反射器は、ＳＰＧが０次の回折を１回行った後に出射される回折光をコリメータへ直接反射するように構成される。
【０００８】
第１の態様の第２の取り得る実装手法を参照すると、第１の態様の第３の取り得る実装手法において、液晶部分ＬＣは、ＳＰＧと４分の１波長板との間にさらに配置され、電圧制御器は、ＬＣの両端における電極間の電圧を調整するようにさらに構成され、ＬＣは、波長依存損失補償を実装するように構成される。
【０００９】
第２の態様によれば、本発明の実施形態は、可変光減衰器であって、
コリメータと、ポリマー偏光回折格子ＰＰＧと、液晶部分ＬＣと、反射器と、ＬＣの両端における電極間の電圧を調整するための電圧制御器と
を含み、
コリメータ、ＰＰＧ、ＬＣ、および反射器は、連続して配置され、
コリメータは、入射光を受光し、入射光をＰＰＧへ出力するように構成され、
ＰＰＧは、入射光を１回回折し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うように構成され、
ＬＣは、ビームの偏光状態を電圧変化と共に変化させるように構成され、
ＰＰＧは、反射器によって反射され、その偏光状態がＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、
コリメータは、回折光を受光し、回折光を出力するようにさらに構成される、可変光減衰器を提供する。
【００１０】
第２の態様の第１の取り得る実装手法において、ＬＣは、電気制御複屈折ＥＣＢタイプのＬＣであり、電圧制御器が、ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、４分の１波長板であり、ＰＰＧが、入射光を１回回折し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うように構成されることは、
ＰＰＧによって、入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うことと、
ＰＰＧによって、入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うことと
を含み、
ＬＣおよび反射器は、受光された入射光における右円偏光状態／左円偏光状態を右円偏光状態／左円偏光状態に反射し、次いで、ＰＰＧへの出射を行うように構成され、
ＰＰＧが、反射器によって反射され、その偏光状態がＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
ＰＰＧによって、反射器によって反射された左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと、
ＰＰＧによって、反射器によって反射された右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと
を含み、
電圧制御器が、ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を高電圧に調整する場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、その位相差が０である波長板と同様であり、ＰＰＧが、入射光を１回回折し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うように構成されることは、
ＰＰＧによって、入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うことと、
ＰＰＧによって、入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、ＬＣを通じて反射器への出射を行うことと
を含み、
ＬＣおよび反射器は、受光された入射光における右円偏光状態／左円偏光状態を左円偏光状態／右円偏光状態に反射し、次いで、ＰＰＧへの出射を行うように構成され、
ＰＰＧが、反射器によって反射され、その偏光状態がＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
ＰＰＧによって、反射器によって反射された左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと、
ＰＰＧによって、反射器によって反射された右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと
を含む。
【００１１】
第２の態様の第１の取り得る実装手法を参照すると、第２の態様の第２の取り得る実装手法において、４分の１波長板は、ＥＣＢタイプのＬＣと反射器との間にさらに配置される。
【００１２】
第２の態様を参照すると、第２の態様の第３の取り得る実装手法において、ＬＣは、垂直整列ＶＡタイプのＬＣである。
【００１３】
第２の態様または第２の態様の第１から第３の取り得る実装手法のうちのいずれか１つに係る可変光減衰器を参照すると、第２の態様の第４の取り得る実装手法において、ＰＰＧは、コリメータとＰＰＧとの間にさらに配置され、コリメータによって出力された入射光が２つのＰＰＧを連続して通過する場合、±１次の回折および-/+１次の回折は、別個に１回発生し、
反射器およびＬＣによって反射された光が２つのＰＰＧを連続して通過する場合、
-/+１次の回折および±１次の回折は、別個に１回発生する。
【００１４】
第２の態様を参照すると、第２の態様の第５の取り得る実装手法において、ＬＣは、電気制御複屈折ＥＣＢタイプのＬＣであり、ＰＰＧおよび４分の１波長板は、ＥＣＢタイプのＬＣと反射器との間に連続してさらに配置され、電圧制御器が、ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を高電圧に調整する場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、光の偏光状態を調整せず、
電圧制御器が、ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、半波長板としての役割を果たして、光の偏光状態を調整し、
コリメータによって出力された入射光が、２つのＰＰＧを連続して通過する場合、±１次の回折および-/+１次の回折は、別個に１回発生し、
反射器および４分の１波長板によって反射された光が、２つのＰＰＧを連続して通過する場合、-/+１次の回折および±１次の回折は、別個に１回発生する。
【００１５】
本発明の実施形態において提供される可変光減衰器は、ＳＰＧの３次回折を利用し、コリメータと反射器とを共に使用し、電圧制御器は、ＳＰＧの両端の電圧を調整して、低電圧またはゼロ電圧と高電圧との間で変化させる。プロセス全体において、回折は２回発生し、そのため、ＶＯＡは、非常に広いダイナミックレンジを有し、０〜４０ｄＢの範囲で可変である。本発明の実施形態において、電圧制御器は、ＳＰＧの両端の電圧を調整することによって、ＳＰＧの回折効率を調整し、そのため、従来技術における機械的な調整と比較して、本発明の実施形態におけるＶＯＡは、高い信頼性という利点を有する。また、コリメータおよび反射器と共に使用されるＳＰＧの構造特性が理由で、本発明の実施形態に係るＶＯＡは、小さいサイズおよび低いコストを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の実施形態または従来技術における技術解決策をより明確に説明するために、下記は、実施形態または従来技術を説明するために必要とされる添付の図面を簡単に説明する。明らかに、下記の説明における添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を示しており、当業者は、創作的努力なしに、これらの添付の図面から他の図面をなお導き得る。
【図１】入射光がＳＰＧによって回折される前および回折された後の偏光状態の概略図である。
【図２】入射光がＰＰＧによって回折される前および回折された後の偏光状態の概略図である。
【図３】本発明に係るＶＯＡの実施形態１の概略構造図である。
【図４】ＳＰＧの両端の電圧が低電圧またはゼロ電圧である場合の減衰の概略図である。
【図５】ＳＰＧの両端の電圧が高電圧である場合の減衰の概略図である。
【図６】本発明に係るＶＯＡの実施形態２の概略構造図である。
【図７】本発明に係るＶＯＡの実施形態３の概略構造図である。
【図８】本発明に係るＶＯＡの実施形態４の構造および動作原理の概略図である。
【図９】本発明に係るＶＯＡの実施形態５の構造および動作原理の概略図である。
【図１０】本発明に係るＶＯＡの実施形態６の構造および動作原理の概略図である。
【図１１】本発明に係るＶＯＡの実施形態７の構造および（ＬＣに対して高電圧が印加される状態の）動作原理の概略図である。
【図１２】本発明に係るＶＯＡの実施形態７の構造および（ＬＣに対して低電圧またはゼロ電圧が印加される状態の）動作原理の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、下記は、本発明の実施形態における添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態における技術的解決策を明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施形態は、本発明の実施形態の一部ではあるが、全部ではない。当業者によって創作的努力なしに本発明の実施形態に基づいて得られる他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に収まるべきものである。
【００１８】
本発明の実施形態は、可変光減衰器を提供する。液晶技術ベースの回折格子、すなわち、切替可能な偏光回折格子（Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇ、略してＳＰＧ）およびポリマー偏光回折格子（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇ、略してＰＰＧ）を使用することによって、また、波長板と共に液晶部分（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ、略してＬＣ）を使用することによって、ダークタイプＶＯＡおよびブライトタイプＶＯＡが形成される。本発明のこの実施形態において提供されるＶＯＡは、高い性能をもたらし、高い信頼性、小さいサイズ、および低いコストを特徴とし、添付の図面を参照しつつ下記に詳述される。
【００１９】
まず、ＳＰＧの作成および動作原理が説明される。ＳＰＧの構造および作成プロセスは、従来のＬＣ板の作成と非常に類似している。主な相違点は、液晶配向層の作成にある。ＳＰＧの液晶配向層は、ポリマー層をＵＶコヒーレント偏光の２つのビームに対して露光させることによって形成される。ビームのうちの一方が右回り偏光である場合、他方のビームは左回り偏光となる。ＬＣが２枚のガラス基板の間に注入された後、ＬＣの分子配向は、露光後に配向層上に形成されるホログラフィックパターンに従って整えられる。電圧が印加されない場合、ＬＣは液晶回折格子を形成し、液晶回折格子は入射光を回折し得る。ＳＰＧの両端の電源が、特定の閾値電圧よりも高い場合、ＬＣの分子は、電界方向に偏向し始める。電圧が十分に高い場合、ＬＣの分子は、電界方向に従って整えられ、回折格子効果は完全に消失する。
【００２０】
ＳＰＧは、３つの回折次数、すなわち、０次および±１次を有する。入射光の偏光状態に応じて、入射光は、左円偏光状態のビームと、右円偏光状態のビームとに分解され得る。図１は、入射光がＳＰＧによって回折される前および回折された後の偏光状態の概略図である。図１に示されるように、高電圧ＶＨがＳＰＧの両端に印加される場合、任意の偏光状態の入射光は、ＳＰＧを通過した後に０次に回折され、偏光状態および伝搬方向は、不変である。ゼロ電圧または低電圧ＶＬがＳＰＧの両端に印加される場合、左円偏光状態は、＋１次に回折され、右円偏光状態に変化し、右円偏光状態は、−１次に回折され、左円偏光状態に変化する。
【００２１】
ＳＰＧの両端に印加される電圧が、ＶＬとＶＨとの間の値である場合、入射光の左円偏光状態および右円偏光状態を０次および±１次に回折する確率ηは、下記の式によって表される。
【００２２】
０次：
【００２３】
【数１】
2017520787.tif 000003
【００２４】
±１次：
【００２５】
【数２】
2017520787.tif 000004
【００２６】
ただし、Δｎは、ＳＰＧの複屈折であり、ｄは、液晶の厚さであり、λは、光の波長である。
【００２７】
続いて、ＰＰＧの作製および動作原理が説明される。ＰＰＧは、硬化性の液晶層の対を露光させることによって形成される。ＰＰＧの作製プロセスは、まず、ガラス基板が感光性ポリマー材料により覆われ、次いで、ガラス基板がコヒーレント光の２つのビームに露光されて、ホログラムを形成し、感光層が硬化性の液晶により覆われ、次いで、液晶層を硬化させるために、液晶層が均一なＵＶ光に露光される。この場合において、液晶分子は、感光層のホログラムに従って並べられて、固定された回折格子を形成する。ＰＰＧは、固定された回折格子であり、そのため、ＰＰＧの回折効率は、電圧を印加することによって変化され得ない。ＰＰＧは、２つの回折次数、すなわち、±１次のみを有する。図２は、入射光がＰＰＧによって回折される前および回折された後の偏光状態の概略図である。図２に示されるように、左円偏光状態は、＋１次に回折され、右円偏光状態に変化し、右円偏光状態は、−１次に回折され、左円偏光状態に変化する。ＰＰＧは、２つの光出力方向のみを有する。
【００２８】
図３は、本発明に係るＶＯＡの実施形態１の概略構造図である。図３に示されるように、この実施形態におけるＶＯＡは、コリメータ１１と、ＳＰＧ１２と、反射器１３と、ＳＰＧ１２の液晶層の両端における電極間の電圧を調整するための電圧制御器１４とを含み得、ここで、コリメータ１１、ＳＰＧ１２、および反射器１３は連続して配置され、この３つが連続して配置された後に、光路が揃えられる必要があり、反射器１３と光路とは、厳密に垂直に配置される。ＳＰＧ１２と反射器１３との両方は、光路の方向に対して垂直に配置され、電圧制御器１４は、例えば、ＳＰＧ１２の液晶層の両端における電極間に配置され得る。コリメータ１１は、入射光を受光し、入射光をＳＰＧ１２へ出力するように構成される。ＳＰＧ１２は、入射光を１回回折させ、次いで、反射器１３への出射を行うように構成される。ＳＰＧ１２は、反射器１３によって反射されたビームを１回回折させ、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成される。コリメータ１１は、回折光を受光し、回折光を出力するようにさらに構成される。
【００２９】
具体的には、電圧制御器１４は、ＳＰＧ１２の両端の電圧を調整して、低電圧またはゼロ電圧と高電圧ＶＨとの間で変化させる。ＳＰＧ１２の両端の電圧が、低電圧またはゼロ電圧である場合、図４は、ＳＰＧの両端の電圧が低電圧またはゼロ電圧である場合の減衰の概略図である。図４に示されるように、入射光がコリメータから出射され、ＳＰＧ１２に到達すると、入射光における左円偏光状態は、ＳＰＧ１２によって行われる＋１次の回折を１回受け、その結果、右円偏光状態に変化し、反射器を通過する。反射光は、ＳＰＧ１２へ戻る際に、左円偏光状態を形成する。続いて、＋１次の回折がＳＰＧ１２で再度行われ、光は右円偏光状態に変化する。出射される際、右円偏光状態は、入射光の方向に対して反対の方向における平行光として出射される。ＳＰＧ１２の回折角が比較的大きい場合、戻される光は、軸から比較的遠くなり、コリメータ１１に入射することができない。この場合において、光の減衰は最大となる。
【００３０】
入射光における右円偏光状態は、ＳＰＧ１２によって行われる−１次の回折を１回受け、その結果、左円偏光状態に変化し、反射器を通過する。反射光は、ＳＰＧ１２へ戻る際に、右円偏光状態を形成する。続いて、−１次の回折がＳＰＧ１２で再度行われ、光は左円偏光状態に変化する。出射される際、左円偏光状態は、入射光の方向に対して反対の方向における平行光として出射される。ＳＰＧ１２の回折角が比較的大きい場合、戻される光は、軸から比較的遠くなり、コリメータ１１に入射することができない。この場合において、光の減衰は最大となる。
【００３１】
ＳＰＧ１２の両端の電圧が高電圧である場合、図５は、ＳＰＧの両端の電圧が高電圧である場合の減衰の概略図である。図５に示されるように、偏光状態に関わらず、入射光は０次に回折され、反射器からコリメータ１１へ直接反射され、出力される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最小となる。
【００３２】
ＳＰＧの両端の電圧が、０からＶＨまでの任意の値である場合、０次に回折される入射光の、±１次に回折される入射光に対する比率は、電圧と共に変化する。前述の式（１）および式（２）を参照されたい。ＶＯＡの減衰値は、電圧の増加と共に減少する。
【００３３】
この実施形態において提供されるＶＯＡは、ＳＰＧの３次回折を利用し、コリメータと反射器とを共に使用し、電圧制御器は、ＳＰＧの両端の電圧を調整して、低電圧またはゼロ電圧と高電圧との間で変化させる。プロセス全体において、有効な回折は２回発生し、そのため、ＶＯＡは、非常に広いダイナミックレンジを有し、０〜４０ｄＢの範囲で可変である。本発明のこの実施形態において、電圧制御器は、ＳＰＧの両端の電圧を調整することによって、ＳＰＧの回折効率を調整し、そのため、従来技術における機械的な調整と比較して、本発明のこの実施形態におけるＶＯＡは、高い信頼性という利点を有する。また、コリメータおよび反射器と共に使用されるＳＰＧの構造特性が理由で、本発明のこの実施形態に係るＶＯＡは、小さいサイズおよび低いコストを有する。
【００３４】
前述の実施形態において、ＳＰＧは、異なる偏光については異なる回折効率を有し、それによって、偏光依存損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｌｏｓｓ、以下、ＰＤＬと簡単に称される）を生じさせてもよい。ＰＤＬを低減させるために、さらに、４分の１波長板が含まれてもよい。図６は、本発明に係るＶＯＡの実施形態２の概略構造図である。図６に示されるように、図３に示されるＶＯＡに基づいて、４分の１波長板１５は、ＳＰＧと反射器１３との間にさらに配置される。詳細な動作原理は、下記の通りである。
【００３５】
ＳＰＧ１２の両端の電圧が、低電圧またはゼロ電圧である場合、入射光がコリメータ１１から出射され、ＳＰＧ１２に到達した後、入射光における左円偏光状態は、ＳＰＧ１２によって行われる＋１次の回折を１回受け、その結果、右円偏光状態に変化し、反射器および４分の１波長板を通過する。反射光は、ＳＰＧ１２へ戻る際に右円偏光状態を形成する。続いて、−１次の回折がＳＰＧ１２上でさらに行われ、光は左円偏光状態に変化する。出射される際、左円偏光状態は、コリメータ１１に入射せずに、特定の角度で斜めに出射される。入射光における右円偏光状態は、ＳＰＧ１２によって行われる−１次の回折を１回受け、その結果、左円偏光状態に変化し、反射器および４分の１波長板を通過する。反射光は、ＳＰＧ１２へ戻る際に左円偏光状態を形成する。続いて、＋１次の回折がＳＰＧ１２上でさらに行われ、光は右円偏光状態に変化する。出射される際、右円偏光状態は、コリメータ１１に入射せずに、特定の角度で斜めに出射される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最大となる。
【００３６】
ＳＰＧ１２の両端の電圧が、高電圧である場合、図５と同様に、偏光状態に関わらず、入射光は、０次に回折され、反射器からコリメータ１１へ直接反射され、出力される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最小となる。
【００３７】
ＳＰＧの両端の電圧が、０からＶＨまでの任意の値である場合、０次に回折される入射光の、±１次に回折される入射光に対する比率は、電圧と共に変化する。前述の式（１）および式（２）を参照されたい。ＶＯＡの減衰値は、電圧の増加と共に減少する。
【００３８】
この実施形態において、最終的にコリメータに戻された光は、ＳＰＧによって０次に２回回折された光である。入射光の偏光状態は、Ｐ偏光とＳ偏光とに分解され得る。０次に回折された後、Ｐ偏光状態の光は、反射器および４分の１波長板を通過し、ＳＰＧに戻る際にＳ偏光状態に変化する。これとは反対に、０次に回折された後、Ｓ偏光状態は、反射器および４分の１波長板を通過し、ＳＰＧに戻る際にＰ偏光状態に変化する。そのため、最終的にコリメータに入射する光は、まさに、２つの直交する偏光状態の０次回折効率の積である。任意の入力光偏光状態について、証明された回折効率は同じであり、それによって、ＰＤＬについての自動補正を実装する。
【００３９】
図６に示されるＶＯＡにおいて、式（１）から、ＳＰＧの０次回折効率は波長に依存することが分かる。ＳＰＧの両端の電圧が、０からＶHまでである場合、長波長の０次回折効率は、短波長の損失よりも小さい損失で、短波長の０次回折効率よりも大きく、波長依存損失（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｌｏｓｓ、以下、ＷＤＬと簡単に称される）が生成される。ＷＤＬを低減させるために、本発明は、別のＶＯＡ構造を与える。
【００４０】
図７は、本発明に係るＶＯＡの実施形態３の概略構造図である。図７に示されるように、図６に示されるＶＯＡに基づいて、ＬＣ１６が、切替可能な偏光回折格子と４分の１波長板との間にさらに配置される。この場合において、電圧制御器１４は、ＳＰＧ１２の両端の電圧と、ＬＣ１６の両端の電圧とを調整するように構成される。具体的には、ＬＣ  ｏ／ｅ  光路差によって生成される位相差
【００４１】
【数３】
2017520787.tif 000005
【００４２】
は、長波長と短波長とで変わり、そのため、ＬＣはＷＤＬを生成し得る。波長板の長軸方向および短軸方向と反対のＬＣの長軸方向および短軸方向を選択することによって、ＬＣのＷＤＬは、別の部品のＷＤＬをある程度和らげて、ＷＤＬ補正を実装する。
【００４３】
具体的な動作原理は、下記の通りである。ＳＰＧによって行われる最初の回折後に形成される右／左円偏光状態が、ＬＣ、４分の１波長板、および反射器を通過し、その結果、ＳＰＧに戻る際に右／左円偏光状態を形成する。ＳＰＧは、-/+１次への２回目の回折を行い、斜めの出射を行う。ＬＣと波長板とによって生成された位相差がπ／２に等しくない場合、ＳＰＧに戻された光は、純粋な右円／左円偏光状態ではないが、いくらかの左円／右円偏光状態を含む。いくらかの含まれた光は、±１次の回折を受け、平行に出射され、出力用光ファイバに結合されて、０次光に対する補完としての役割を果たし、それによって、ＷＤＬについての補償を実装する。
【００４４】
光エネルギー出力効率は、下記の式（３）に従って計算され得る。
【００４５】
【数４】
2017520787.tif 000006
【００４６】
【数５】
2017520787.tif 000007
【００４７】
は、２回行われる０次回折の光エネルギーを表し、
【００４８】
【数６】
2017520787.tif 000008
【００４９】
因子は、ＬＣの関数を反映し、斜めに出射される光エネルギーの部分から、一部が抽出されて、ＷＤＬ補償光としての役割を果たすことを意味する。式において、Δｎ1およびΔｎ2は、それぞれＳＰＧおよびＬＣの複屈折差であり、ｄ1およびｄ2は、それぞれＳＰＧおよびＬＣの液晶層厚さであり、ΔＬは、波長板の光路差であり、λは、光の波長であり、Ａは、±１次光およびコリメータの結合比率である。適当なパラメータを選択することによって、およびＳＰＧの電圧に等しい電圧のみをＬＣに対して印加することによって、異なる電圧値を印加することによる付加的な調整を必要とせずに、完全なダイナミックレンジにおけるＷＤＬ補償が行われ得る。そのようなパラメータのグループを用いると、式（３）のシミュレーション結果は、ＷＤＬが、ＶＯＡの０〜３０ｄＢの減衰範囲内において、補償前に存在した３ｄＢから０．６３ｄＢに減少し得ることを示す。
【００５０】
前述の実施形態は全て、ＳＰＧに基づくＶＯＡである。下記は、本発明の実施形態において提供されるＰＰＧベースのＶＯＡを詳細に説明する。
【００５１】
図８は、本発明に係るＶＯＡの実施形態４の構造および動作原理の概略図である。図８に示されるように、この実施形態におけるＶＯＡは、コリメータ２１と、ＰＰＧ２２と、ＬＣ２３と、反射器２４と、ＬＣ２３の両端の電圧を調整するための電圧制御器２５とを含み得、ここで、
コリメータ２１、ＰＰＧ２２、ＬＣ２３、および反射器２４は連続して配置され、図８に示されるように、ＰＰＧ２２、ＬＣ２３、および反射器２４は全て、光路に対して垂直な方向に配置され、これら４つが連続して配置された後に、光路が揃えられる必要があり、反射器２４と光路とは、厳密に垂直に配置される。コリメータ２１は、入射光を受光し、入射光をＰＰＧ２へ出力するように構成される。ＰＰＧ２２は、入射光を１回回折させ、次いで、ＬＣ２３を通じて反射器２４上への出射を行うように構成される。ＬＣ２３は、電圧変化と共にビームの偏光状態を変化させるように構成される。ＰＰＧ２２は、反射器２４によって反射され、その偏光状態がＬＣ２３によって変化されるビームを１回回折させ、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成される。コリメータ２１は、回折光を受光し、回折光を出力するようにさらに構成される。
【００５２】
具体的には、ＬＣ２３は、電気制御複屈折（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ、以下、ＥＣＢと簡単に称される）タイプのＬＣまたは垂直整列（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ、以下、ＶＡと簡単に称される）タイプのＬＣであってもよい。
【００５３】
１．ＬＣ２３がＥＣＢタイプのＬＣである場合、電圧制御器１４は、ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を調整して、低電圧またはゼロ電圧と高電圧ＶＨとの間で変化させる。図８に示されるように、ＬＣの両端に電圧を印加することによって、光の位相差が調整され得、それにより、光の偏光状態が調整される。光がコリメータからＰＰＧに入射する場合、左円偏光状態の入射光および右円偏光状態の入射光は、それぞれ＋１次および−１次に回折され、右円偏光状態および左円偏光状態として出射される。ＬＣの両端の電圧が０である場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、光の偏光状態を変化させることができる４分の１波長板である。光が反射器およびＬＣを通過し、ＰＰＧに戻る場合、光は、別個に右円偏光状態および左円偏光状態になる。ＰＰＧで２回目に発生する回折は、-/+１次の回折である。回折光は、コリメータおよび出力ファイバに入射せずに、比較的大きい角度で斜めに出射される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最大となる。高電圧ＶHがＬＣの両端に印加される場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、その位相差が０である波長板に相当する。反射器によってＰＰＧへ反射された光は、左円偏光状態および右円偏光状態であり、ＰＰＧで２回目に回折され、水平方向に±１次として出射され、コリメータおよび出力ファイバへ戻される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最小となる。
【００５４】
ＬＣの両端に印加される電圧が、０〜ＶHの範囲で変化する場合、光の減衰値は、電圧の増加と共に減少する。そのため、ＶＯＡによって引き起こされる光減衰範囲は、ＬＣの両端に印加される電圧を調整することによって制御され得る。
【００５５】
入射光を±１次に回折する確率ηは、下記の式（４）によって表現される。
【００５６】
【数７】
2017520787.tif 000009
【００５７】
式において、Δｎは、ＬＣの複屈折差であり、ｄは、ＬＣの液晶層の厚さであり、λは、光の波長である。光の偏光状態が、ＬＣを制御することによって変化させられた後、回折はＰＰＧで１回だけ発生する。この実施形態において、ＶＯＡのダイナミックレンジは、０〜２５ｄＢの可変範囲である。
【００５８】
さらに、ＬＣがＥＣＢタイプのＬＣである場合、前述の実施形態に基づいて、あるいは、４分の１波長板がＥＣＢタイプのＬＣと反射器との間に追加されて、ブライトタイプＶＯＡが形成されてもよい。図９は、本発明に係るＶＯＡの実施形態５の構造および動作原理の概略図である。図９に示されるように、４分の１波長板２６は、ＥＣＢタイプのＬＣと反射器２４との間にさらに配置される。この場合において、入射光を±１次に回折する確率ηは、下記の式（５）によって表現される。
【００５９】
【数８】
2017520787.tif 000010
【００６０】
式において、Δｎは、ＬＣの複屈折差であり、ｄは、ＬＣの液晶層の厚さであり、ΔＬは、波長板の光路差であり、λは、光の波長である。
【００６１】
この実施形態において、ＶＯＡのダイナミックレンジは、０〜２５ｄＢの可変範囲である。０〜２０ｄＢの減衰範囲において、ＷＤＬは０．７ｄＢ以内となる。この実施形態におけるブライトタイプＶＯＡは、光通信システムによって高性能のブライトタイプＶＯＡに対して課される要件を満たすことができる。
【００６２】
２．ＬＣ２３がＶＡタイプのＬＣである場合、電圧制御器１４は、ＶＡタイプのＬＣの両端の電圧を調整して、低電圧またはゼロ電圧と高電圧ＶＨとの間で変化させる。この場合において、入射光を±１次に回折する確率ηは、下記の式（６）によって表現される。
【００６３】
【数９】
2017520787.tif 000011
【００６４】
式において、Δｎは、ＬＣの複屈折差であり、ｄは、ＬＣの液晶層の厚さであり、λは、光の波長である。
【００６５】
有効な回折はＰＰＧで１回発生するので、この場合におけるＶＯＡのダイナミックレンジは、０〜２５ｄＢの可変範囲である。ＷＤＬ＜０．６ｄＢ＠ＩＬ＝０〜１５ｄＢであり、これは、高性能のブライトタイプＶＯＡについての光通信システムの要件を満たす。
【００６６】
この実施形態において提供されるＶＯＡは、ＰＰＧの２次回折を利用し、ＬＣ、コリメータ、および反射器を共に使用し、電圧制御器は、ＬＣの両端の電圧を調整して、低電圧またはゼロ電圧と高電圧との間で変化させ、ＶＯＡは、０〜２５ｄＢのダイナミックレンジを有する。本発明のこの実施形態において、電圧制御器は、ＬＣの両端の電圧を調整することによって、ＰＰＧの回折効率を調整し、そのため、従来技術における機械的な調整と比較して、本発明のこの実施形態におけるＶＯＡは、高い信頼性という利点を有する。また、ＬＣ、コリメータ、および反射器と共に使用されるＰＰＧの構造特性が理由で、本発明のこの実施形態に係るＶＯＡは、小さいサイズおよび低いコストを有する。
【００６７】
図８および図９に示される実施形態に基づいて、ＶＯＡのダイナミックレンジをさらに広げるために、２つのレベルのＰＰＧが使用され得る。つまり、ポリマー偏光回折格子が、コリメータとポリマー偏光回折格子との間にさらに配置され、これは、ＶＯＡのダイナミックレンジを０〜３５ｄＢに増加させることができる。添付の図面を参照しつつ、一実施形態がここで与えられる。図１０は、本発明に係るＶＯＡの実施形態６の構造および動作原理の概略図である。図１０に示されるように、図８に示される実施形態に基づいて、ポリマー偏光回折格子２８が、コリメータ２１とポリマー偏光回折格子２２との間にさらに配置される。この実施形態におけるＬＣは、ＥＣＢタイプのＬＣであり、広いダイナミックレンジのブライトタイプＶＯＡを形成することができる。さらに、４分の１波長板がＰＰＧ２と反射器との間に追加される場合には、ブライトタイプＶＯＡは、ダークタイプＶＯＡへと変化され得る。
【００６８】
動作原理は、下記の通りである。光がコリメータからＰＰＧ２８へ入射する場合、入射光における左円偏光状態および右円偏光状態は、それぞれ＋１次および−１次に回折され、右円偏光状態／左円偏光状態として出射される。ＰＰＧ２２において、
-/+１次の回折は、別個に１回発生し、左円偏光状態／右円偏光状態は、光軸に対して平行な方向に出射される。
【００６９】
低電圧またはゼロ電圧がＬＣ２３に対して印加される場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、４分の１波長板としての役割を果たして、光の偏光状態を調整する。反射器によってＰＰＧ２２へ戻される場合、光は、なお左円偏光状態／右円偏光状態にある。±１次の回折および-/+１次の回折は、それぞれＰＰＧ２８およびＰＰＧ２２において発生し、光は、コリメータおよび出力ファイバ内へ直接出射される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最小となる。
【００７０】
高電圧ＶHがＬＣ２３に対して印加される場合、偏光状態は、光がＬＣ２３を通過した後に変化しない。偏光属性は、光が反射器を通じてＰＰＧ２２へ再度戻る際に変化する。
-/+１次の回折および±１次の回折は、それぞれＰＰＧ２２およびＰＰＧ２８において発生し、光は、軸から遠く離れて平行に出射され、コリメータ２１および出力ファイバに戻ることができない。この場合において、ＶＯＡの減衰は最大となる。
【００７１】
ＬＣ２３の両端に印加される電圧が、低電圧／ゼロ電圧からＶHまでの範囲内で変化する場合、光の減衰値は、電圧の増加と共に増加し、それによって、ＶＯＡの減衰範囲を調整する。
【００７２】
この実施形態においては、２つのレベルのＰＰＧが使用され、コリメータに戻された光は、ＰＰＧによって２回回折され、そのため、広いダイナミックレンジの減衰が実装され得る。この実施形態において、ＶＯＡのダイナミックレンジは、０〜３５ｄＢである。
【００７３】
さらに、図８に示される実施形態に基づいて、ＶＯＡのダイナミックレンジを最大で０〜３５ｄＢにするために、図１１は、本発明に係るＶＯＡの実施形態７の構造および（ＬＣに対して高電圧が印加される状態の）動作原理の概略図であり、図１２は、本発明に係るＶＯＡの実施形態７の構造および（ＬＣに対して低電圧またはゼロ電圧が印加される状態の）動作原理の概略図である。図１１および図１２に示されるように、ＬＣは、ＥＣＢタイプのＬＣであり、ＰＰＧ３０および４分の１波長板３１が、ＬＣ２３と反射器との間に連続してさらに配置される。
【００７４】
動作原理は、下記の通りである。
【００７５】
光がコリメータ２１からＰＰＧ２２へ入射する場合、入射光における左円偏光状態成分および右円偏光状態成分は、それぞれ＋１次および−１次に回折され、右円偏光状態／左円偏光状態として出射される。
【００７６】
図１１に示されるように、高電圧ＶHがＬＣ２３に対して印加される場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、光の偏光状態を調整せず、光は、右円偏光状態／左円偏光状態としてＰＰＧ３０に到達し、-/+１次の回折を受ける。左円偏光状態／右円偏光状態は、光軸に平行な方向の角度で出射される。４分の１波長板および反射器を通過し、ＰＰＧ３０に再度戻る場合、光は、なお左円偏光状態／右円偏光状態にある。ＰＰＧ３０では、±１次の回折が発生する。ＰＰＧ２２に到達する際、出射された右円偏光状態／左円偏光状態は、もう１回-/+１次に回折され、光軸に対して平行な方向に出射され、出力コリメータ２１へ戻される。この場合において、ＶＯＡの減衰は最小となる。
【００７７】
図１２に示されるように、低電圧ＶＬがＬＣ２３に対して印加される場合、ＥＣＢタイプのＬＣは、半波長板としての役割を果たし、光の偏光状態を調整する。光は左円偏光状態／右円偏光状態としてＰＰＧ３０に到達し、±１次の回折をもう１回受け、大きな角度で出射され、もはやコリメータ２１に戻ることはできない。この場合において、ＶＯＡの減衰は最大となる。
【００７８】
ＬＣ２３の両端に印加される電圧が、ＶL〜ＶHの範囲内で変化する場合、光の減衰値は、電圧の増加と共に減少し、それによって、ＶＯＡの減衰範囲を調整する。この場合において、入射光を±１次に回折する確率ηは、下記の式（７）によって表現される。
【００７９】
【数１０】
2017520787.tif 000012
【００８０】
この実施形態においては、２つのレベルのＰＰＧも使用され、回折は２回発生し、ＩＬは最大で０〜３５ｄＢとなり得る。
【００８１】
当業者は、方法実施形態の全部または一部のステップが、関連するハードウェアに命令するプログラムによって実装されてもよいことを理解し得る。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよい。プログラムが実行されると、方法実施形態のステップが行われる。前述の記憶媒体は、プログラムコードを記憶することができる任意の媒体、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気ディスク、または光ディスクなどを含む。
【００８２】
最後に、前述の実施形態は、本発明の技術的解決策を説明するために意図されたものにすぎず、本発明を限定することを意図されたものではないことが留意されるべきである。本発明は、前述の実施形態を参照しつつ詳細に説明されているが、当業者は、本発明の実施形態の技術的解決策の範囲から逸脱することなく、前述の実施形態において説明された技術的解決策に対して変形を行い得ること、または、その一部もしくは全部の技術的特徴に対して均等な置換を行い得ることを理解すべきである。
【図１】
2017520787.tif 000013
【図２】
2017520787.tif 000014
【図３】
2017520787.tif 000015
【図４】
2017520787.tif 000016
【図５】
2017520787.tif 000017
【図６】
2017520787.tif 000018
【図７】
2017520787.tif 000019
【図８】
2017520787.tif 000020
【図９】
2017520787.tif 000021
【図１０】
2017520787.tif 000022
【図１１】
2017520787.tif 000023
【図１２】
2017520787.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変光減衰器であって、
コリメータと、切替可能な偏光回折格子（ＳＰＧ）と、反射器と、前記ＳＰＧの液晶層の両端における電極間の電圧を調整するための電圧調整器と
を備え、
前記コリメータ、前記ＳＰＧ、および前記反射器は、連続して配置され、
前記コリメータは、入射光を受光し、前記入射光を前記ＳＰＧへ出力するように構成され、
前記ＳＰＧは、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成され、
前記ＳＰＧは、前記反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、
前記コリメータは、前記回折光を受光し、前記回折光を出力するようにさらに構成されることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記反射器への出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を左円偏光状態／右円偏光状態に反射し、次いで、前記ＳＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＳＰＧが、前記反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を前記コリメータへ出射するようにさらに構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記光軸に対して平行な方向に出射を行うことと
を含み、
前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の前記電圧を高電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態／前記右円偏光状態に対して０次の回折を１回行い、次いで、前記反射器への出射を行うこと
を含み、
前記反射器は、前記ＳＰＧが前記０次の回折を１回行った後に出射される回折光を前記コリメータへ直接反射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の可変光減衰器。
【請求項３】
４分の１波長板は、前記ＳＰＧと前記反射器との間にさらに配置され、前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の前記電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記４分の１波長板を通じて前記反射器への出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記４分の１波長板を通じて前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記４分の１波長板および前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を右円偏光状態／左円偏光状態に反射し、次いで、前記ＳＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＳＰＧが、前記反射器によって反射されたビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと、
前記ＳＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと
を含み、
前記電圧制御器が、前記ＳＰＧの両端の前記電圧を高電圧に調整する場合、前記ＳＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＳＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態／前記右円偏光状態に対して０次の回折を１回行い、次いで、前記反射器への出射を行うこと
を含み、
前記反射器は、前記ＳＰＧが前記０次の回折を１回行った後に出射される前記回折光を前記コリメータへ直接反射するように構成さ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。
【請求項４】
液晶部分（ＬＣ）は、前記ＳＰＧと前記４分の１波長板との間にさらに配置され、前記電圧制御器は、前記ＬＣの両端における電極間の電圧を調整するようにさらに構成され、前記ＬＣは、波長依存損失補償を実装するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の可変光減衰器。
【請求項５】
可変光減衰器であって、
コリメータと、ポリマー偏光回折格子（ＰＰＧ）と、液晶部分（ＬＣ）と、反射器と、前記ＬＣの両端における電極間の電圧を調整するための電圧制御器と
を備え、
前記コリメータ、前記ＰＰＧ、前記ＬＣ、および前記反射器は、連続して配置され、
前記コリメータは、入射光を受光し、前記入射光を前記ＰＰＧへ出力するように構成され、
前記ＰＰＧは、前記入射光を１回回折し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うように構成され、
前記ＬＣは、ビームの偏光状態を電圧変化と共に変化させるように構成され、
前記ＰＰＧは、前記反射器によって反射され、その偏光状態が前記ＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成され、
前記コリメータは、前記回折光を受光し、前記回折光を出力するようにさらに構成されることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項６】
前記ＬＣは、電気制御複屈折（ＥＣＢ）タイプのＬＣであり、前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、４分の１波長板であり、前記ＰＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記ＬＣおよび前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を右円偏光状態／左円偏光状態に反射し、次いで、前記ＰＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＰＰＧが、前記反射器によって反射され、その偏光状態が前記ＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、特定の角度で斜めの出射を行うことと
を含み、
前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の前記電圧を高電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、その位相差が０である波長板と同様であり、前記ＰＰＧが、前記入射光を１回回折し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うように構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記入射光における前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記ＬＣを通じて前記反射器への出射を行うことと
を含み、
前記ＬＣおよび前記反射器は、前記受光された入射光における前記右円偏光状態／前記左円偏光状態を左円偏光状態／右円偏光状態に反射し、次いで、前記ＰＰＧへの出射を行うように構成され、
前記ＰＰＧが、前記反射器によって反射され、その偏光状態が前記ＬＣによって変化させられるビームを１回回折し、次いで、結果として得られる回折光を出射するようにさらに構成されることは、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記左円偏光状態に対して＋１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が右円偏光状態に変化し、次いで、光軸に対して平行な方向に出射を行うことと、
前記ＰＰＧによって、前記反射器によって反射された前記右円偏光状態に対して−１次の回折を１回行い、それにより、前記偏光状態が左円偏光状態に変化し、次いで、前記光軸に対して平行な方向に出射を行うことと
を含むことを特徴とする請求項５に記載の可変光減衰器。
【請求項７】
４分の１波長板は、前記ＥＣＢタイプのＬＣと前記反射器との間にさらに配置されることを特徴とする請求項６に記載の可変光減衰器。
【請求項８】
前記ＬＣは、垂直整列ＶＡタイプのＬＣであることを特徴とする請求項５に記載の可変光減衰器。
【請求項９】
ＰＰＧは、前記コリメータと前記ＰＰＧとの間にさらに配置され、前記コリメータによって出力された前記入射光が２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、±１次の回折および-/+１次の回折は、別個に１回発生し、
前記反射器および前記ＬＣによって反射された光が２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、-/+１次の回折および±１次の回折は、別個に１回発生することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の可変光減衰器。
【請求項１０】
前記ＬＣは、電気制御複屈折（ＥＣＢ）タイプのＬＣであり、ＰＰＧおよび４分の１波長板は、前記ＥＣＢタイプのＬＣと前記反射器との間に連続してさらに配置され、前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の電圧を高電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、前記光の偏光状態を調整せず、
前記電圧制御器が、前記ＥＣＢタイプのＬＣの両端の前記電圧を低電圧またはゼロ電圧に調整する場合、前記ＥＣＢタイプのＬＣは、半波長板としての役割を果たして、前記光の前記偏光状態を調整し、
前記コリメータによって出力された前記入射光が、２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、±１次の回折および-/+１次の回折は、別個に１回発生し、
前記反射器および前記４分の１波長板によって反射された光が、２つの前記ＰＰＧを連続して通過する場合、-/+１次の回折および±１次の回折は、別個に１回発生することを特徴とする請求項５に記載の可変光減衰器。
【国際調査報告】
2017520787.tif 000025
2017520787.tif 000026
2017520787.tif 000027
2017520787.tif 000028