JP2014197147A - Optical attenuator - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an optical attenuator for controlling the transmission and blocking of incident light using the electro-optic effect of a substance, and for variably controlling the attenuation of incident light.
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、EO物質)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、平板状のEO物質の両面に電極を形成した電気光学素子、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、光路に沿って、偏光子、電気光学素子、検光子の順で配置された構造となっている。そして、偏光子と検光子は、光学軸が互いに直交するように対面し、互いに平行となるように配置されている。また、EO物質の両面に配置された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。 As an optical attenuator, for example, there is one using a substance having an electrooptic effect (hereinafter referred to as EO substance) such as PLZT (lead lanthanum zirconate titanate). The optical attenuator using this EO material is generally composed of an electro-optic element having electrodes formed on both sides of a flat EO material, a polarizer, an analyzer, and a drive circuit for applying an electric field between the electrodes, It has a structure in which a polarizer, an electro-optic element, and an analyzer are arranged in this order along the optical path. The polarizer and the analyzer are arranged so as to face each other so that their optical axes are orthogonal to each other and to be parallel to each other. The direction of the electric field formed between the two electrodes arranged on both sides of the EO material is inclined 45 ° with respect to the optical axis of the polarizer.
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偏波面を維持したまま検光子に入射し、光が遮断される。一方、駆動回路により電極間に十分な電界を印加すると、その電界方向に偏波面が回転し、入射光が検光子を透過する。なお、この例では、光は透過(オン)か遮断(オフ)かの2状態であり、「光アッテネータ(光減衰器)」の中でも、「光シャッター」として分類されるものであるが、この光シャッターも、電界強度に応じて偏波面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。また、「光シャッター」は、所定の減衰量以上(あるいは以下)となった状態をオン(あるいはオフ)状態として定義しており、「光シャッター」は広義の「光アッテネータ」であると言える。そして、本発明は、このように、光シャッターも含めた「光アッテネータ」を対象としている。 When no electric field is applied between the electrodes, the linearly polarized light transmitted through the polarizer enters the analyzer while maintaining its polarization plane, and the light is blocked. On the other hand, when a sufficient electric field is applied between the electrodes by the driving circuit, the plane of polarization rotates in the direction of the electric field, and the incident light passes through the analyzer. In this example, light has two states, transmission (ON) and blocking (OFF), and among the “optical attenuators”, it is classified as “optical shutter”. The optical shutter can also change the intensity attenuation amount of the light transmitted through the analyzer by controlling the inclination of the polarization plane according to the electric field intensity. In addition, the “optical shutter” is defined as an on (or off) state in which the amount of attenuation is equal to or greater than (or less than) a predetermined attenuation amount, and it can be said that the “optical shutter” is an “optical attenuator” in a broad sense. The present invention is thus directed to the “optical attenuator” including the optical shutter.
なお、上述したEO物質を用いた光アッテネータでは、電極間電界を極めて高くする必要があることから、電圧が高くなり、市販の光アッテネータの中には、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ものもある(例えば、フルウチ化学株式会社製「PLZT高速光シャッター」)。 In the optical attenuator using the EO material described above, since the electric field between the electrodes needs to be extremely high, the voltage becomes high, and a commercially available optical attenuator has a structure in which the EO material is sandwiched between the electrodes. Some adopt a multi-layered structure and operate effectively even at a voltage of about 70 V (for example, “PLZT high-speed optical shutter” manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.).
また、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、透過損失が大きくなる、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。
In addition, since the above-mentioned commercially available “PLZT high-speed optical shutter” uses an optical path between layers of a multilayer structure, there is a problem that diffraction or light scattering or reflection by electrodes occurs, resulting in a large transmission loss. In
光アッテネータとしては、EO物質の電気光学効果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。 The optical attenuator is not limited to the form using the electro-optic effect of the EO substance, and there are forms using various principles and substances. For example, there are MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), Faraday elements, liquid crystals, and the like. Here, considering the use in optical communication, which is the main field of application of optical attenuators, the response speed is slow in a method using MEMS or liquid crystal, and it is difficult to adopt. In the method using the Faraday element, the structure for applying the magnetic field is complicated, and it is difficult to reduce the size if peripheral structures other than the element are included. In addition, an electromagnet is used to variably control the magnetic field, and a relatively large current is required to drive the electromagnet, making it difficult to save power.
一方、EO物質における電気光学効果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、電圧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素子を用いた光アッテネータが最も有望である、と言える。 On the other hand, an optical attenuator that uses the electro-optic effect in an EO material has excellent high-speed response and can be driven simply by applying an electric field. Therefore, the optical attenuator is easy to miniaturize. It is also power. Therefore, it can be said that an optical attenuator using an EO element is most promising.
なお、特許文献1に記載の技術を光アッテネータに適用した場合、駆動電圧を低くすることができ、駆動回路を含めた光アッテネータ全体の構成を小型化することが可能であると思われる。しかし、当該文献に記載の技術では、EO物質を挟持する電極間距離を数十μm程度にまで狭くしている。すなわち、EO物質を薄膜状に加工したり、薄膜状のEO物質に電極を形成したりしている。そのため、製造工程が複雑となり、また、極めて高い加工精度も必要となる。そのため光アッテネータが高価なものとなる。
In addition, when the technique described in
さらに、光アッテネータには、減衰量の調整範囲がより広く、かつ極めて高い精度で所望の減衰量に調整できる性能が必要となる。もちろん、高性能であっても、大型化したり、高価であったりすれば、実用上問題がある。そして、特許文献1に記載の技術は、オンとオフの二状態を切り替える光シャッターへの適用を想定しており、低電圧駆動と、多層電極構造を採用した市販の光スイッチにおける回折や散乱などの光学的な問題を解決することを目的としているため、広い範囲で減衰量を可変制御したり、減衰量を高精度に調整したりする性能が重要視される光アッテネータには適用することが難しい。すなわち、特許文献1に記載の技術をそのまま光アッテネータに転用することができない。
Furthermore, the optical attenuator needs to have a wider adjustment range of attenuation and a performance capable of adjusting to a desired attenuation with extremely high accuracy. Of course, even if it is high performance, there is a problem in practical use if it is large or expensive. And the technique of
そこで本発明は、EO物質の電気光学効果を利用しつつ、製造が容易で、小型化も可能な高性能の光アッテネータを提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-performance optical attenuator that is easy to manufacture and can be downsized while utilizing the electro-optic effect of the EO substance.
上記目的を達成するための本発明は、前後方向を光軸として、前方から光軸に沿って入射された所定の波長成分の光の強度を減衰させて出力する光アッテネータであって、
前記光軸に直交する2方向をそれぞれ上下方向、左右方向として、
電気光学効果を有する電気光学物質からなる立体の左右両面に三角形状の電極が面対称となるように形成されてなる二つのプリズム素子が、1/2波長板からなる位相子を介して前後に配置されてなる光偏向器を、光路に沿って一組以上配置してなる光偏向部と、
平板状の電気光学物質の前後両面に電極とミラーが配置されてなるエタロンと、
前記二つのプリズム素子のそれぞれの左右の面に形成されている電極間の電界強度を可変制御するための駆動回路と、
前記エタロンの前記前後両面に形成されている電極間の電界強度を可変制御するための駆動回路と
を含んで構成され、
前記入射した光が出力されるまでの光路上に、第1の前記光偏向部、前記エタロン、第2の前記光偏向部がこの順に介在し、
前記プリズム素子における前記電気光学物質の立体形状は、前記左右の面が互いに平行で、
前記位相子の光学軸は、光軸に沿って前方から見たときに、前記プリズム素子における左右の面の法線方向に対して45゜傾いており、
前記光偏向器は、前記三角形状の電極が前後で対称となるように配置されている、
ことを特徴とする光アッテネータとしている。
The present invention for achieving the above object is an optical attenuator that attenuates and outputs the intensity of light of a predetermined wavelength component incident along the optical axis from the front with the front-rear direction as the optical axis,
Two directions perpendicular to the optical axis are defined as a vertical direction and a horizontal direction, respectively.
Two prism elements formed so that triangular electrodes are symmetrical on both the left and right sides of a three-dimensional body made of an electro-optic material having an electro-optic effect are arranged back and forth via a phaser made of a half-wave plate. An optical deflector formed by arranging one or more sets of optical deflectors arranged along the optical path;
An etalon in which electrodes and mirrors are arranged on both front and rear surfaces of a flat electro-optic material;
A drive circuit for variably controlling the electric field strength between the electrodes formed on the left and right surfaces of each of the two prism elements;
A drive circuit for variably controlling the electric field strength between the electrodes formed on the front and rear surfaces of the etalon,
On the optical path until the incident light is output, the first light deflection unit, the etalon, and the second light deflection unit are interposed in this order,
The three-dimensional shape of the electro-optic material in the prism element is such that the left and right surfaces are parallel to each other,
The optical axis of the phaser is inclined by 45 ° with respect to the normal direction of the left and right surfaces of the prism element when viewed from the front along the optical axis.
The optical deflector is disposed so that the triangular electrodes are symmetric in the front-rear direction.
The optical attenuator is characterized by this.
また、前記エタロンは、前記平板状の電気光学物質の前面に、前方から後方に向かって、透明電極と、ダイクロイックミラーとがこの順に積層されているともに、後面に電極を兼ねる金属ミラーが積層されて、前方から入射した光を前方に出力するように構成されているとともに、前記第1と光偏向部と第2の光偏向部を兼ねる一つの前記光偏向部の後方に前記エタロンが配置されて、前記入射した光は前記金属ミラーによる反射の前後で当該光偏向部を2回通過したうえで前方に出射する光アッテネータとすることもできる。 The etalon has a transparent electrode and a dichroic mirror laminated in this order from the front to the rear of the flat electro-optic material, and a metal mirror that also serves as an electrode is laminated on the rear surface. The etalon is arranged to output the light incident from the front forward, and the etalon is disposed behind one of the light deflection parts serving as the first light deflection part and the second light deflection part. The incident light may be an optical attenuator that passes through the light deflecting unit twice before and after reflection by the metal mirror and then exits forward.
前記プリズム素子は、前後に前記光軸と直交する面を有する直方体状で、前記三角形状の電極は、光軸と平行な底辺を有する二等辺三角形である光アッテネータとすることもでき、この光アッテネータにおいて、前記二等辺三角形の頂角が鈍角であればより好ましい。前記エタロンの光の入射面が、前記光軸に対して傾いている光アッテネータとすることもできる。 The prism element may be a rectangular parallelepiped having front and rear surfaces orthogonal to the optical axis, and the triangular electrode may be an optical attenuator having an isosceles triangle having a base parallel to the optical axis. In the attenuator, it is more preferable that the vertex angle of the isosceles triangle is an obtuse angle. The light incident surface of the etalon may be an optical attenuator that is inclined with respect to the optical axis.
本発明の光アッテネータによれば、大きな光減衰量を極めて精度良く調整することが可能となる。また、小型化も可能である。製造も容易で安価に提供することも可能となる。 According to the optical attenuator of the present invention, it is possible to adjust a large optical attenuation amount with extremely high accuracy. In addition, miniaturization is possible. Manufacturing is also easy and can be provided at low cost.
===本発明に想到するまでの過程===
上述したように、光アッテネータには、高速応答性、省電力化、低電圧駆動、小型化とともに、減衰量の広い範囲に亘って可変制御できる性能と、所望の減衰量に精密に調整できる性能とが求めらめる。そこで本発明者は、上記の市販品「PLZT高速光シャッター」や、上記特許文献1に記載の技術を利用した光アッテネータなど、従来の光アッテネータの技術思想を追求することを諦めるとともに、EO物質が持つ電気光学効果について再考し、全く新規な構成の光アッテネータの実現可能性について検討した。そして、まず、空間変調器(SLM)としてよく利用されているエタロンを用いたファブリペロー共振器に着目した。
=== Process up to the present invention ===
As described above, the optical attenuator has high-speed response, power saving, low-voltage drive, downsizing, performance that can be variably controlled over a wide range of attenuation, and performance that can be precisely adjusted to the desired attenuation. And asked. Therefore, the present inventor has given up pursuing the technical idea of the conventional optical attenuator such as the above-mentioned commercial product “PLZT high-speed optical shutter” and the optical attenuator using the technology described in
図1に、エタロンEの構成や特性を説明するための図を示した。図1(A)は、一般的なエタロンEの構成と動作を示しており、(B)は、当該エタロンEの特性を示している。(A)に示したように、ここに示したエタロンEは、厚さtで所定の屈折率を有する物質をソリッドSとし、そのソリッドSが対向する1対のミラー間(M−M)で挟持された構成となっている。所謂「ソリッドエタロン」と呼ばれる構成である。 FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration and characteristics of the etalon E. 1A shows the configuration and operation of a general etalon E, and FIG. 1B shows the characteristics of the etalon E. As shown in (A), in the etalon E shown here, a material having a thickness t and a predetermined refractive index is a solid S, and the solid S is between a pair of mirrors (MM) facing each other. It is a sandwiched configuration. This is a so-called “solid etalon”.
そして、このエタロンEは、ファブリペロー共振器として動作し、自身に入射した光LinをミラーMで繰り返し反射させながら共振させ、透過光Loutとして出射する。このとき、ミラーMは、光の波長をλとして、ソリッドの厚さtがλ/4の整数倍となるときに選択的に透過する。したがって、(B)に示したように、エタロンEから出射する光Loutの透過光強度は、λ/4の整数倍の波長にて極大値となる。また。ミラーMの反射率に応じてその透過光強度の波長依存特性曲線の先鋭度が変化していく。 The etalon E operates as a Fabry-Perot resonator, resonates the light Lin incident on itself while being reflected by the mirror M, and emits the transmitted light Lout. At this time, the mirror M selectively transmits when the wavelength of light is λ and the thickness t of the solid is an integral multiple of λ / 4. Therefore, as shown in (B), the transmitted light intensity of the light Lout emitted from the etalon E has a maximum value at a wavelength that is an integral multiple of λ / 4. Also. The sharpness of the wavelength-dependent characteristic curve of the transmitted light intensity changes according to the reflectance of the mirror M.
ここで、エタロンのソリッドにEO物質を用い、ミラーMの内面側に透明電極を形成したり、あるいはミラーM自体を金属で形成して、ミラーMを電極と兼用させたりした構成にすると、対向する電極間に印加する電界に応じて物質の屈折率が変化し、エタロンEのソリッドSの厚さが光学的に変化することと同様の効果が得られる。すなわち、電極間に電界が印加されると、EO物質の層(以下、EO層)において、これらの電極間に挟持された部分の屈折率が電気光学効果によって変化する。これは、図1におけるエタロンEにおいて対面するミラー間(M−M)にあるソリッドSの厚さtが変化するのと同等の作用である。そして、図2に示したように、ピーク波長λ1の波長成分の光がこのエタロンに入射したとき、EO層の屈折率を変化させると、当初のピーク波長λ1の波長成分(図中、実線の曲線)からピーク波長λ2の波長成分(図中、点線の曲線)へシフトする。つまり、波長λ1における透過光強度が当初のI1からI2へと変化する。そして、波長がλ1を入射し、電極間に印加する電界を制御すると、この波長λ1の光の強度を可変制御することができる。もちろん、エタロン単体だけでは、十分な減衰量が得られず、実用的な光アッテネータを得ることができない。しかしながら、エタロンを用いたファブリペロー共振器は、入射した光の波形(フリンジ)を整えて、先鋭度の高い光を出力することができる、という利点がある。 Here, when an EO substance is used for the solid of the etalon and a transparent electrode is formed on the inner surface side of the mirror M, or the mirror M itself is formed of a metal and the mirror M is also used as an electrode, The refractive index of the substance changes according to the electric field applied between the electrodes, and the same effect as that of the optical change of the thickness of the solid S of the etalon E is obtained. That is, when an electric field is applied between the electrodes, the refractive index of the portion sandwiched between these electrodes in the EO material layer (hereinafter referred to as the EO layer) changes due to the electro-optic effect. This is the same action as the thickness t of the solid S between the mirrors (MM) facing each other in the etalon E in FIG. Then, as shown in FIG. 2, when light having a wavelength component of peak wavelength λ1 is incident on the etalon, if the refractive index of the EO layer is changed, the wavelength component of the initial peak wavelength λ1 (indicated by the solid line in the figure). The curve shifts from the curve) to the wavelength component of the peak wavelength λ2 (dotted curve in the figure). That is, the transmitted light intensity at the wavelength λ1 changes from the initial I1 to I2. When the wavelength λ1 is incident and the electric field applied between the electrodes is controlled, the intensity of the light having the wavelength λ1 can be variably controlled. Of course, a single etalon alone cannot provide a sufficient amount of attenuation, and a practical optical attenuator cannot be obtained. However, the Fabry-Perot resonator using an etalon has an advantage that it can output light with high sharpness by adjusting the waveform (fringe) of incident light.
つぎに本発明者は、エタロンにおける光減衰作用、すなわち、エタロンにおけるソリッドの屈折率を変えてソリッドの厚さを擬似的に変化させる、という作用を増幅することができれば、光減衰量を大きく可変させることができる、と考えた。しかし、エタロンを低電圧でエタロンを駆動させ、さらに製造容易性を考えてソリッドの厚さをミリ単位にしようとすれば、屈折率の可変範囲は極めて小さなものとなり、広い範囲に亘って光減衰量を調整することが困難となる。そこで、エタロン単体で光アッテネータを構成するのではなく、発想を転換し、電気光学効果以外の原理によってさらに広範囲に亘ってソリッドの厚さを擬似的に可変制御することができれば、より大きな減衰量が得られる、と考えた。 Next, if the present inventor can amplify the light attenuating action in the etalon, that is, the action of changing the refractive index of the solid in the etalon and changing the thickness of the solid in a pseudo manner, the light attenuation can be greatly varied. I thought it was possible to However, if the etalon is driven at a low voltage and the thickness of the solid is set to millimeters in consideration of manufacturability, the variable range of the refractive index becomes extremely small, and light attenuation over a wide range It becomes difficult to adjust the amount. Therefore, if the etalon alone is not used to construct an optical attenuator, the idea can be changed and the solid thickness can be variably controlled over a wider range by principles other than the electro-optic effect. I thought that would be obtained.
そして、EO物質を三角形の平面形状を有する電極で挟持し、電極間に電界を印加することで、その電極間にあるEO物質が実質的にプリズムとして動作する「電気光学プリズム」などと呼ばれる光学素子に着目した。この光学素子(以下、便宜的に「プリズム素子」と称す)と類似する構成については、例えば、特開2006−154145号公報(特許文献2)などに記載されており、この特許文献2には、プリズム素子を用いて光を任意に偏向させることで、入射ポートからの入射光を任意の出射ポートに切り替える光スイッチについて記載されている。なお、当該特許文献2に記載の光スイッチは、プリズム素子単体では大きな屈折角度が得られないため、プリズム素子を光路に沿って複数配置し、屈折角度を積算させて最終的にポートを切り替える程度の偏向角を得ている。したがって、プリズム素子単体でも、光スイッチや光アッテネータなどの何らかの光学装置を構成しようとしても、その光学部品を小型化することが難しい。
An EO substance is sandwiched between electrodes having a triangular planar shape, and an electric field is applied between the electrodes so that the EO substance between the electrodes substantially operates as a prism. Focused on the element. A configuration similar to this optical element (hereinafter referred to as “prism element” for convenience) is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-154145 (Patent Document 2). An optical switch that switches incident light from an incident port to an arbitrary output port by arbitrarily deflecting light using a prism element is described. Since the optical switch described in
このように、エタロンやプリズム素子など、それ単体では、実用的な光アッテネータとして機能させることができず、その主な用途も、波形整形やピーク波長のシフト、あるいは光の偏向である。しかし、エタロンのソリッド厚を擬似的に増減させる、という原理に着目すると、単体では機能せず、また主な用途も異なる光学素子であっても、それらを巧妙に組み合わせれば、実用的な光アッテネータを構成できるのではないか、と考えた。すなわち、本発明者は、ここで、エタロンとプリズム素子という、動作も用途も全く異なる光学素子を用いて光アッテネータを構成する、という発想の飛躍を試みた。概略的には、プリズム素子の後段にエタロンを配置すれば、エタロンへの光の入射角度が変化し、その角度によって、エタロンのソリッド内の光路長が増減する。すなわち、擬似的にソリッドの厚さが可変する。そして、このプリズム素子による光の偏向角度の変化と、エタロンのソリッドにおける屈折率変化との相乗効果により、入射光の波長の移動量が増大し、結果的に大きな減衰量が得られると考えた。 Thus, etalon and prism elements alone cannot function as a practical optical attenuator, and their main applications are waveform shaping, peak wavelength shift, or light deflection. However, paying attention to the principle of artificially increasing or decreasing the solid thickness of the etalon, even if optical elements that do not function alone and have different main uses are combined skillfully, practical light I thought that an attenuator could be constructed. In other words, the present inventor has tried to make a leap in the idea that an optical attenuator is configured by using optical elements having completely different operations and uses, such as an etalon and a prism element. Schematically, if an etalon is arranged after the prism element, the incident angle of light on the etalon changes, and the optical path length in the solid of the etalon increases or decreases depending on the angle. That is, the thickness of the solid varies in a pseudo manner. And, by the synergistic effect of the change in the deflection angle of light by this prism element and the change in the refractive index of the etalon solid, the shift amount of the wavelength of the incident light is increased, and as a result, a large attenuation is obtained. .
そして、上記考えに基づいて、エタロンとプリズム素子を用いた光アッテネータについて検討したところ、エタロンとプリズム素子を光路上に単純に配置しても有効な光アッテネータとして動作しないことが、確認された。一例を挙げると、印加電界によって物質の屈折率が変化する電気光学効果では、入射した光において、電界方向と平行な成分のTMモードの光(以下、TM偏光)に対しては、屈折率を大きく変化させることはできるが、電界方向と垂直な成分のTEモードの光(以下、TE偏光)に対する屈折率については、大きく変化させることができない。すなわち、EO層において、電気光学効果によって擬似的な三角プリズムとして機能する領域に入射した光は、そのTM偏光については効果的に屈折するが、TE偏光については屈折し難い。また、光アッテネータには、大きな減衰量とともに、その減衰量を極めて精密に制御する、とういう相反する性能も求められている。 Based on the above idea, an optical attenuator using an etalon and a prism element was examined, and it was confirmed that even if the etalon and the prism element are simply arranged on the optical path, they do not operate as an effective optical attenuator. For example, in the electro-optic effect in which the refractive index of a substance changes depending on an applied electric field, the refractive index is changed for incident mode of TM mode light (hereinafter referred to as TM polarized light) having a component parallel to the electric field direction. The refractive index for TE mode light (hereinafter, TE polarized light) having a component perpendicular to the electric field direction cannot be changed greatly. That is, in the EO layer, the light incident on the region functioning as a pseudo triangular prism due to the electro-optic effect is effectively refracted with respect to the TM polarized light but hardly refracted with respect to the TE polarized light. Further, the optical attenuator is required to have a contradictory performance of controlling the attenuation amount with high precision as well as a large attenuation amount.
そして本発明者は、主要な光学部品としてエタロンとプリズム素子を含んで構成される実用的で高性能な光アッテネータを実現すべく鋭意研究を重ね、本発明者に想到した。 The inventor has intensively studied to realize a practical and high-performance optical attenuator that includes an etalon and a prism element as main optical components, and has arrived at the inventor.
===光アッテネータの構成と動作===
<利用形態>
図3は、本発明の実施例に係る光アッテネータの利用形態を示す図である。この図3に示したように、光通信網の伝送路Lを伝搬する光は、光サーキュレーターCによって分岐され、その分岐先の光ファイバFBの先端に接続されたコリメータ2を介して光アッテネータ1に入射する。そして、本発明の対象となる光アッテネータ1は、入射した光の強度を適切なレベルに減衰し、その減衰後の光を出力する。なお、こに示した光アッテネータ1は反射型であり、光アッテネータ1によって強度が減衰された光が入射方向に出射するようになっている。そしてコリメータ2は、光ファイバFBからの光を出射したり、当該光ファイバFBへ光を入射するためのポート3と、ポート3からの出射光を平行光に変換して光アッテネータ1に入射させたり、光アッテネータ1からの出射光をポート3に結合させたりするためのコリメートレンズ4とから構成されている。
=== Configuration and operation of optical attenuator ===
<Usage form>
FIG. 3 is a diagram illustrating a usage form of the optical attenuator according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the light propagating through the transmission line L of the optical communication network is branched by the optical circulator C, and the
したがって、図3に示した利用形態では、光アッテネータ1からの出射光は、入射光と逆の光路を辿り、コリメートレンズ4によりポート3に結合し、光ファイバFBを通って最終的に光サーキュレーターCを介して伝送路Lに戻される。以下に、この光アッテネータ1の具体的な構成と動作について説明する。
Therefore, in the usage mode shown in FIG. 3, the light emitted from the
<構成>
図4は、本発明の実施例に係る光アッテネータ1の概略構造図である。なお、図4では、当該光アッテネータ1に前方から後方に向かう光50が入射するものとし、その入射光50の進路を延長させた方向を光軸80として規定する。この図では、紙面左方向を前方として、光アッテネータ1には、紙面左方向から右方向に向かう光50が入射することになる。また、前方から見たときに互いに直交する所定の2方向を、上下および左右方向として規定している。そして、図4(A)は、当該光アッテネータ1を右方から見たときの側面図であり、(B)は、上方から見たときの平面図である。
<Configuration>
FIG. 4 is a schematic structural diagram of the
ここに示した本実施例に係る光アッテネータ1は、光軸80方向を法線とした前面と後面が正方形となる直方体状のEO物質(12a,12b)の左右の面(16aL−16aR,16bL−16bR)に三角形の電極(以下、三角電極:13a,13b)を形成してなる二つのプリズム素子(11a,11b)と、1/2波長板からなる位相子20と、ファブリペロー共振器として動作するエタロン30と、当該光アッテネータ1を動作させるための駆動回路(14a,14b,35)とから構成されている。
The
二つのプリズム素子(11a,11b)は、前方から後方に向かって直列に配置され、後方のプリズム素子11bのさらに後方にエタロン30が配置されている。前後二つのプリズム素子(11a,11b)の間には位相子20が配置されている。
The two prism elements (11a, 11b) are arranged in series from the front to the rear, and the
各プリズム素子(11a,11b)には、前後方向と平行で、かつ互いに対面する二つの面(ここでは、左面16aL−16aRと右面16bL−16bR)に三角電極(13a,13b)が面対称となるように形成されているとともに、この三角電極間(13a−13a,13b−13b)に電界を印加するための駆動回路(14a,14b)が接続されている。なお、前後のプリズム素子(11a,11b)における三角電極(13a,13b)は、合同であり、直方体状のEO物質(12a,12b)の同じ面(左面16aLと16bL、または右面16aRと16bR)に形成されている三角電極(13a,13b)は、前後のプリズム素子(11a,11b)において、倒立の関係となっている。すなわち、当該三角電極(13a,13b)が形成されている面(16aL−16aR,16bL−16bR)の法線方向を軸として互いに180゜回転させた関係となっている。 In each prism element (11a, 11b), the triangular electrodes (13a, 13b) are symmetrical with respect to two surfaces (here, the left surface 16aL-16aR and the right surface 16bL-16bR) parallel to the front-rear direction and facing each other. A drive circuit (14a, 14b) for applying an electric field is connected between the triangular electrodes (13a-13a, 13b-13b). The triangular electrodes (13a, 13b) in the front and rear prism elements (11a, 11b) are congruent, and are the same surface (left surface 16aL and 16bL or right surface 16aR and 16bR) of the rectangular parallelepiped EO material (12a, 12b). The triangular electrodes (13a, 13b) formed in the above are inverted in the front and rear prism elements (11a, 11b). That is, they are in a relation of being rotated by 180 ° with respect to the normal direction of the surfaces (16aL-16aR, 16bL-16bR) on which the triangular electrodes (13a, 13b) are formed.
前後のプリズム素子(11a,11b)の間に介在している位相子20は、前後に互いに平行な面を有する平板状で、この面を光の入出射面としている。ここでは、位相子20の前後面の法線方向が光軸80と一致する。また、位相子20の光学軸は、光軸80に沿って前方から見たときに、二つのプリズム素子(11a,11b)において三角電極が形成されている面の法線方向に対して45゜の角度で交差するように設定されている。すなわち、三角電極間に電圧を印加したときに発生する電界方向と45゜の角度で交差するように設定されている。そして、この位相子20と、その前後に直列配置されている二つのプリズム素子(11a,11b)と、それぞれのプリズム素子(11a,11b)とからなる構成が光偏向器10であり、二つのプリズム素子(11a,11b)を駆動回路(14a,14b)によって駆動すると、光偏光器10は、前方、あるいは後方から入射した光をその進行方向に対して屈曲した方向に出射する。
The
光偏向器10の後方には、平板状のEO物質をソリッド31とし、そのソリッド31の前後両面にミラー(32,34)と電極(33,34)を配置したエタロン30が配置されている。このエタロン30にも、電極間(32−34)に電界を印加するための駆動回路35が接続されている。そして、このエタロン30は、駆動回路35によって駆動されることで、自身に入射した光の波形を整形するとともに、駆動回路35によって電極間(32−34)に印加されたの電界強度に応じて当該入射光のピーク波長をシフトさせる可変型のファブリペロー共振器として機能する。以上が光アッテネータ1の概略構造である。以下では、当該光アッテネータ1を構成する各光学部品(11a,11b,20,30)の構造をさらに詳しく説明する。
Behind the
まず、プリズム素子(11a,11b)は、EO物質(12a,12b)として直方体形状のPLZTを用い、その直方体において、互いに対面する左右二つの面(16aL−16aR,16bL−16bR)に平面形状が二等辺三角形となる三角電極(13a,13b)を対向配置した構造となっている。三角電極(13a,13b)を形成する二等辺三角形の底辺は前後方向と平行である。したがって、前後二つのプリズム素子(11a,11b)の三角電極(13a,13b)は、二等辺三角形の頂角が互いに上下に反転するように配置されている。 First, the prism elements (11a, 11b) use a rectangular parallelepiped PLZT as the EO substance (12a, 12b), and in the rectangular parallelepiped, the two left and right surfaces (16aL-16aR, 16bL-16bR) facing each other have a planar shape. It has a structure in which triangular electrodes (13a, 13b) that are isosceles triangles are arranged to face each other. The bases of the isosceles triangles forming the triangular electrodes (13a, 13b) are parallel to the front-rear direction. Therefore, the triangular electrodes (13a, 13b) of the two front and rear prism elements (11a, 11b) are arranged so that the apex angles of the isosceles triangles are inverted up and down.
一方、エタロン30は、ソリッド31が平板状のPLZTからなり、そのソリッド31の前後両面に電極(33,34)とミラー(32,34)を配置した構成である。前方のミラー32は、多層誘電体膜を用いたダイクロイックミラー32であり、例えば、SiO2とTa2O5の薄膜を積層したブラッグミラーを1層分の誘電体薄膜として、その誘電体薄膜をさらに複数層分積層したものを採用することができる。ダイクロイックミラー32の後面にはITO(Indium Tin Oxide)などからなる透明電極33が形成されている。また、後方のミラー34は、AuやAgなどの金属からなり、電極を兼ねた金属ミラー34となっている。そして、このエタロン30は、自身に入射した光をEO物質からなるソリッド31内で多重反射させて、波形を整形し、波長をシフトさせて前方から出射するように構成されている。
On the other hand, the
<動作>
つぎに、本実施例の光アッテネータ1の動作について説明する。図5、図6は、本実施例の光アッテネータ1の動作を示す図である。図5は、当該光アッテネータ1を左方から見たときの光路図であり、図6は、プリズム素子(11a,11b)による光の偏向動作を説明するための図である。図6(A)は、前方のプリズム素子11aにおける光の屈折状態を示しており、(B)は、後方のプリズム素子11bにおける光の屈折状態を示している。
<Operation>
Next, the operation of the
まず、前方から所定の波長(例えば1550nm)にピークを有する光50を前方のプリズム素子11aに入射させることとする。この際、三角電極間(13a−13a)に電界を印加しておくと、この三角電極間(13a−13a)の領域(以下、プリズム領域)の屈折率が電気光学効果によって変化する。すなわち、擬似的な三角プリズムがEO物質12aの内部に形成される。プリズム素子(11a,11b)の本体となるEO物質(1)は直方体状で、その前後面は光軸80と直交するため、前方のプリズム素子11aに入射した光50は、そのまま直進し、その直進する光51がプリズム領域に入射する。PLZTからなるプリズム素子11aは、三角電極間(13a−13a)に電界が印加されると、そのプリズム領域での屈折率が減少するので、プリズム領域に入射した光51は屈折率の高い物質から低い物質に入射することになる。そして、前方のプリズム素子11aの三角電極13aは、上方を頂角とした二等辺三角形であることから、入射光51は、プリズム領域で上方に屈折し、前方のプリズム素子11aからは、斜め上方に向かう光60として出射する。しかし、入射光51のTE偏光は、電気光学効果によってほとんど屈折せず微量な屈折光70として出射する。
First, it is assumed that light 50 having a peak at a predetermined wavelength (for example, 1550 nm) is incident on the
より具体的には、図6(A)に示したように、三角電極13aを形成する二等辺三角形の頂角の角度を2aとすると、前方からプリズム領域に入射する光51は、三角電極13aを形成する三角形の斜辺82、すなわち、プリズム領域の外側と内側との界面82からの垂線81に対し、角度aでプリズム領域に入射し、このプリズム素子11aにおけるプリズム領域の外側と内側との界面82、プリズム領域の内側と外側の界面83、およびプリズム素子とその外側との界面84で、それぞれ、角度b、c、dで順次屈折していく。そして、これらの角度b〜dは、プリズム領域への入射角度aと、各界面(82〜84)を挟んで対面する物質の屈折率n1〜n3が解れば、周知のフレネルの式に基づいて求めることができる。
More specifically, as shown in FIG. 6A, assuming that the apex angle of the isosceles triangle forming the
しかし、EO物質12aを用いたプリズム素子11aでは、プリズム領域の内外の界面82で屈折するのは光のTM偏光52のみであるため、TE偏光53は、プリズム領域に侵入しても屈折せずに光軸80に沿って直進してしまう。すなわち、前方のプリズム素子11a内では、後方に向かって屈折しながら光軸80に対して斜め上方に進行するTM偏光(52,54)と、光軸80に沿って直進するTE偏光(53,55)と、に分離され、前方のプリズム素子11aからは、進行方向が異なる二つのモードの光(60,70)が出射する。
However, in the
前方のプリズム素子11aから出射した進路方向が異なるTM偏光60とTE偏光70は、それぞれ位相子20に入射する。周知のごとく、位相子20は、光の偏波面を90゜回転させるので、振動方向が互いに直交するTE偏光とTM偏光(60,70)は、それぞれ、偏波面が90゜回転し、位相子20から後方に出射する。すなわち、後方に向かって斜めに上方に進行するTM偏光60はTE偏光61に変換され、光軸80に沿って直進するTE偏光70がTM偏光71に変換される。そして、この位相子20からの光(61,71)が後方のプリズム素子11bに入射する。
TM polarized
後方のプリズム素子11bの三角電極13bは、図6(B)に詳しく示したように、前方のプリズム素子11aと同一の形状で、かつ左右方向を軸として180゜回転させた倒立関係にある。そのため、光軸80に沿って入射してくるTM偏光71については前方のプリズム素子11aとは、その光路(57〜59)が上下対称となる。すなわち、前面85から光軸80にそって入射したTM偏光71は、そのまま直進し、角度aでプリズム領域に入射する。そして、このプリズム領域との界面82、プリズム領域の内側と外側との界面、およびプリズム素子11bの内側と外側との界面84で、それぞれ角度b、c、dで屈折する。
As shown in detail in FIG. 6B, the
一方、前方から斜め上方に向かって入射するTE偏光61については、プリズム領域で屈折しないことから、プリズム素子11bの内外の界面(85,84)でのみ屈折する。すなわち、後方のプリズム素子11bに入射したTE偏光61は、プリズム素子11bの外側と内側を隔てる界面85で屈折した後、その屈折光56がそのままプリズム領域内を直進し、プリズム素子11bの内外の界面84にて再度屈折して後方に出射する。それによって、後方のプリズム素子11bから出射するTE偏光62は、その入射光61と同じ角度dでエタロン30に入射する。
On the other hand, the TE polarized light 61 incident obliquely upward from the front is not refracted in the prism region, and is refracted only at the inner and outer interfaces (85, 84) of the
図5に示したように、エタロン30のミラー(32,34)は、光軸80方向に法線を有しており、後方のプリズム素子11bからのTE偏光62とTM偏光72は、それぞれ、光軸80に対して上下に同じ角度でこのエタロン80に斜めに入射する。そして、エタロン30へ斜めに光が入射することは、エタロン30のソリッド31内を通る光路長が長くなることであり、実質的にソリッド31が厚くなることと同じ作用を及ぼす。そのため、エタロン30に入射した光(62,72)は、ピーク波長がより大きくシフトすることになる。
As shown in FIG. 5, the mirrors (32, 34) of the
エタロン30に入射した光(62,72)は、エタロン30内で多重反射し、波形が整形されるとともに、そのピーク波長がシフトされた上で、前方に向かうTE偏光63とTM偏光73とし出射する。そして、これらの出射光(63,73)は、それぞれの入射光(62,72)の光路を(62→61→60→51→50,72→71→70→51→50の順で)逆に辿り、図3に示したコリメートレンズ4を介して光ファイバFBのポート3に結合する。このとき、光ファイバFBのポート3には、光アッテネータ1に向かう入射光50に対し、より大きく波長がシフトした光が入射されることになり、先に図2に示した原理に基づいて、光アッテネータ1に入射した当初の光50のピーク波長における強度が減衰することになる。
The light (62, 72) incident on the
<特性>
ここで、図6に基づいて、本実施例の光アッテネータ1の特性を向上させるための条件、および実際に作製した光アッテネータ1における各種条件について説明する。まず、本実施例の光アッテネータ1では、前後のプリズム素子(11a,11b)のそれぞれから出射するTE偏光(60,72)の角度をより大きくすることで、より大きな減衰量が得られることになる。すなわち、図6における角度dが大きくなるようにする。そのためには、プリズム領域からの出射角度Δcをより小さくする必要がある。すなわち、三角電極(13a,13b)を形成する二等辺三角形の頂角2aをより大きくする必要がある。しかしながら、この角度2aを大きくし過ぎると、プリズム領域に入射してきた光(51,57)が全反射してしまい、その入射角度aが臨界角に達してしまう。したがって、より大きな減衰量を得るためには、入射角度aが臨界角未満で、より臨界角に近くなるように頂角2aを設定することになる。
<Characteristic>
Here, based on FIG. 6, conditions for improving the characteristics of the
つぎに、実際の光アッテネータ1を作成するのに当たり、プリズム素子(11a,11b)の製造容易性、低電圧駆動などを考慮し、プリズム素子(11a,11b)についての製造、および駆動の条件を決定した。まず、プリズム素子(11a,11b)の本体であるPLZTからなるEO物質(12a,12b)の加工容易性に鑑み、図4(B)に示した三角電極間(13a−13a,13b−13b)の距離dをd=250μmとした。また、駆動電圧Vを0≦V≦15Vとした。電気光学効果に関わる条件としては、光学部品が設置される空間の屈折率n1=1、PLZTの屈折率n2=2.2、およびPLZTのボッケルス係数r=41.5pm/Vを採用した。
Next, in producing the actual
そして、プリズム領域での屈折率n3は、以上の電気光学効果に関わる条件と、以下の式1、式2とによって求めることができる。
n3=n2+Δn・・・式1
Δn=−n2 3rE/2・・・式2
Then, the refractive index n 3 in the prism region can be obtained by the above conditions relating to the electro-optic effect and the following
n 3 = n 2 +
Δn = −n 2 3 rE / 2
上記式1、式2より、プリズム領域における屈折率n3は、駆動電圧を最大にしたときV=15Vで最少となり、そのとき、屈折率n3は、n3≒2.199987となる。したがって、プリズム領域の屈折率n3は、プリズム素子(11a,11b)の駆動電圧範囲0≦V≦15Vで、2.2≧n3≧2.199987となる。さらに、n3≒2.199987であるときの臨界角θcを周知のθc=arcsin(n3/n2)の関係から求め、θc=89.80303゜を得た。したがって、三角電極(13a,13b)の頂角2aは、2a<2θc≒179.6061゜であればよいことになる。しかし、頂角2aが直線(2a=180゜)に近いと、三角電極(13a,13b)の底辺15が極めて長くなり、プリズム素子(11a,11b)の前後長w1も長くなる。そのため、光アッテネータの小型化が難しくなる。そこで、2a=175゜とするとともに、二等辺三角形の底辺15からの高さh2をプリズム素子(11a,11b)の高さh1と同じにした(h1=h2)。その結果、当該底辺15の長さw2を十分に短いw2≒11.45mmとすることができた。そして、プリズム素子(11a,11b)の前後長w1もこの底辺の長さw2(=w1)とした。
From the
つぎに、エタロン30の製造条件としては、PLZTからなるソリッド31の前後の厚さを10mmとし、そのソリッド31の後方にスパッタリングなどによって反射率97%の金属ミラー34を形成した。また、ソリッド31の前面には、ITOかならなる透過率92.3%の透明電極33を同様にスパッタリングなどによって形成し、その前方に、SiO2とTa2O5とをその順番で連続蒸着するなどして形成される一層分のブラッグミラーをさらに積層して反射率97%の多層誘電体膜からなるダイクロイックミラー32を形成した。なお、ブラッグミラーを構成するSiO2とTa2O5の膜厚は、ピーク波長λが1550nmの光に対してλ/4となるように設定されている。それによって、当該エタロン30は、前方から入射した光(62,72)を前方に出力する反射型となっている。そして、二つのプリズム素子(11a,11b)、位相子20、エタロン30を、それれぞれの光の入出射面の法線方向が光軸80と一致するように空間に配置して上記実施例の光アッテネータ1を構成した。
Next, as manufacturing conditions of the
つぎに、上記光アッテネータ1の性能を評価するために、ピーク波長λ=1550nmで、フィネスが103の光をシングルモード光ファイバによりコリメータに案内し、焦点距離1.3mm、有効径256μmのコリメートレンズを介して平行光にした。そして、その平行光を入射光50として、光軸80に沿って前方のプリズム素子11aに入射し、二つのプリズム素子(11a,11b)の三角電極間(13a−13a,13b−13b)、およびエタロン30の電極間(33−34)に、0Vあるいは15Vの電圧を、それぞれの駆動回路(14a,14b,35)により選択的に印加し、光偏向器10とエタロン30を個別に駆動した。そして、様々な駆動状態において、入射光50と出力された光の分光強度を測定するとともに、その入出射光の分光強度の比を光損失として、その光損失の波長依存特性を求めた。なお、光偏向器10を駆動する際には、二つのプリズム素子(11a,11b)の三角電極間(13a−13a,13b−13b)に同じ電圧を印加して、二つのプリズム素子(11a,11b)のプリズム領域の屈折率n3が同じになるようにした。
Next, in order to evaluate the performance of the
図7に、光アッテネータ1の駆動状態に応じた光損失の波長依存特性を示した。図中の特性曲線101は、光偏向器もエタロン30も駆動していないオフ状態のときの光損失特性である。このオフ状態では、波長λ1において約−40dbの損失のピーク値を示した。また、曲線102は、エタロン30を駆動せず、光偏向器10のみを駆動したときの特性であり、曲線103は、光偏向器10とエタロン30の双方を駆動したときの特性である。
FIG. 7 shows the wavelength dependence characteristics of the optical loss according to the driving state of the
つぎに、これらの曲線(101〜103)において、まず、曲線101と曲線102より、光偏向器10のみを駆動するとオフ状態の曲線101の波形を維持しつつ損失のピーク波長λ1が大きく短波長側にシフトした。そして、光偏向器10とエタロン30の双方を駆動した状態(全駆動状態)にすると、曲線103の特性となり、最終的に、ピーク波長が当初のλ1からλ2までシフトした。しかし、曲線102と曲線103を見ると、ほとんど損失のピーク波長がシフトしていないことが解る。すなわち、エタロン30のみを駆動した場合には、大きな減衰量を得ることができない、ということが解った。いずれにしても、この光アッテネータ1では、オフ状態でのピーク波長λ1が、全駆動状態におけるピーク波長λ2までの波長の差Δλ=0.00031nmだけ、損失のピーク波長をシフトさせることができた。そして、オフ状態における波長λ1での損失が約−40dbであったのに対し、全駆動状態で−2.3dbとなり、本実施例の光アッテネータ1では、この損失差が減衰量の可変範囲となり、大きな減衰量が得られる、とうことが解った。
Next, in these curves (101 to 103), from the
ところで、曲線102と曲線103から、エタロン30は、光減衰動作に対してほとんど寄与していないように見える。しかし、光アッテネータ1には、大きな減衰量を得ることともに、減衰量を精密に制御することも要求される。ここで、再度、曲線101と102を見ると、確かに、光偏向器10の駆動電圧を0Vから15Vまで可変制御すれば、損失のピーク波長を曲線101のピーク波長λ1から曲線102のピーク波長までの広い波長範囲内で設定できる。しかし、このことは、極めて小さな電圧変化でも損失のピーク波長が大きくシフトし、減衰量が大きく変化してしまうことを意味する。そのため、光偏向器10のみを駆動した場合には減衰量を正確に設定することが難しい。
By the way, from the
一方、エタロン30は、曲線102と曲線103からも解るように、駆動電圧を大きく変化させても、損失のピーク波長が大きくシフトしない。言い換えれば、大きな電圧差で、損失のピーク波長を極めて短い波長分だけシフトさせることができ、減衰量の調整量を極めて細かく設定することができる。したがって、光偏向器10とエタロン30の駆動電圧を個別に変化させれば、図に示した曲線101におけるピーク波長λ1から曲線103におけるピーク波長λ2までの波長領域で、損失のピーク波長を精密に可変制御することが可能となる。すなわち、本実施例の光アッテネータ1によれば、大きな減衰量の獲得と精密な減衰量制御とを両立することができる。
On the other hand, as can be seen from the
また、本実施例の光アッテネータ1は、自身を構成する各種光学部品が空間内に配置されている、いう利点もある。例えば、光アッテネータをPLC(Planar Lightwave Circuit)によって構成すると、基板上に各種光学部品に相当する構造を形成することになるため、光学部品の配置を変更することができない。すなわち、光アッテネータを構成する各光学部品同士の光学的な配置関係を調整することができない。一方、本実施例の光アッテネータ1では、光学部品の設置の自由度が高く、各光学部品の配置を調整することで、光学的な特性を調整することができる。
Further, the
さらに、本実施例の光アッテネータ1では、光偏向器10を構成するプリズム素子(11a,11b)の形状が直方体で、さらに前後のプリズム素子(11a,11b)間で、三角電極(13a,13b)が上下で反転している。そのため、光偏向器10からは、光軸80に対して上下対称にTM偏光72とTE偏光62が出射し、光偏向器10とエタロン30を直線的に配置することを可能にしている。すなわち、小型化、とくに上下方向の高さを抑えるのに適した構造や構成となっている。
Furthermore, in the
===その他の実施例===
上記実施例の光アッテネータ1では、エタロン30が反射型であり、光の入射から出射までの光路長に対し、光アッテネータ1自体の前後長をほぼ半分にすることができ、極めた小型にすることに成功している。もちろん、エタロンを透過型としてもよい。この場合は、エタロンにおける後方のミラーと電極を、前方と同じダイクロイックミラーと透明電極で構成し、エタロンに対して光偏向器を前後で対象となるように配置すればよい。すなわち、光路がエタロンを中心にして前後で対象となるように、エタロンの前後にそれぞれ光偏向器を一組ずつ配置すればよい。
=== Other Embodiments ===
In the
また、上記実施例では、三角電極(13a,13b)の頂角2aを直線に近い角度にして、一つのプリズム素子で大きな屈折角度を得ていた。その反面、EO物質の前後長Lが左右および上下幅に対して40倍程度まで長くなっていた。もちろん、三角電極(13a,13b)の頂角2aを直線に近い角度にしなくても、複数の光偏光器を光路上に連続的に配置すれば、最終的には大きな屈折角度が得られる。そこで、プリズム素子の三角電極の頂角を鋭くして前後長を短くするとともに、二つのプリズム素子(11a,11b)と位相子20とからなる一組の光偏向器を前後に連続的に配置してもよい。この場合、部品点数が多くなるものの、頂角が直線に近く極めて扁平な三角電極を形成する必要がないため、プリズム素子単体では製造コストを抑えることができる。いずれにしても、一組以上の光偏光器からなる構成(以下、光偏向部)を用い、光路上に光偏向部、エタロン、光偏向部の順に配置して光アッテネータを構成すればよい。
In the above embodiment, the
上記実施例では、プリズム素子(11a,11b)は直方体状であり、前後面が光軸80と直交していた。もちろん、プリズム素子の前面や後面の向きは任意に設定することができる。しかし、プリズム素子に入射した光の進行方向とプリズム素子から出射した光の進行方向とがねじれの関係にあると、各光学部品間の配置関係が複雑になるので、現実的には、少なくとも上下両面と左右両面の一組が互いに面対象であればよい。例えば、上下方向や左右方向からの投影形状が、三角形、台形、平行四辺形などとなる場合である。
In the above embodiment, the prism elements (11a, 11b) have a rectangular parallelepiped shape, and the front and rear surfaces are orthogonal to the
上記実施例では、三角電極(11a,11b)は二等辺三角形であり、その底辺15が光軸80と平行であったが、三角電極は、二等辺三角形に限るものでもなく、三角形の全ての辺が光軸80に対して傾いていてもよい。また、上記実施例では光軸80とエタロン30における光の入射面とが直交していたが、光軸80に対し斜めに配置すれば、さらに、光の入射角度が大きくなり、実質的なソリッドの厚さがより厚くなり、より大きな減衰量を得ることができる。しかし、エタロンを傾けすぎるとエタロンへの入射光の進路とエタロンからの出射光の進路とが大きく異なり、最終的にコリメートレンズを介して光ファイバのポートに結合しなくなる可能性がある。また、エタロンから出射する光のビーム形状が楕円になる。さらに、光通信用途では、パルス状の光信号の遅延が波長成分によって異なる周知の群遅延による影響が無視できなくなる。したがって、エタロンを傾ける場合は、少なくとも、群遅延による影響を無視できる程度に傾けることが必要となる。
In the above embodiment, the triangular electrodes (11a, 11b) are isosceles triangles, and the
いずれにしても、本発明の光アッテネータは、エタロンに入射させる光の角度を光偏向器によって増加させる、という従来の光アッテネータの原理とは異質の技術思想に基づいて構成されており、その技術思想により、極めて大きな減衰量と、より精密な減衰量制御とを両立することが可能になった。さらに、光アッテネータを構成する各光学部品の配置自由度が高く、小型で高性能の光アッテネータをより安価に提供することが可能となる。もちろん、光アッテネータ内の各光学部品間での相対的な配置関係に限らず、光アッテネータの前段や後段に配置されるコリメートレンズなどの他の光学部品との相対的な配置関係についても容易に調整することができる。 In any case, the optical attenuator of the present invention is configured based on a technical idea different from the principle of the conventional optical attenuator that increases the angle of light incident on the etalon by the optical deflector. The idea makes it possible to achieve both extremely large attenuation and more precise attenuation control. Furthermore, it is possible to provide a small and high-performance optical attenuator at a lower cost because the degree of freedom of arrangement of each optical component constituting the optical attenuator is high. Of course, not only the relative positional relationship among the optical components in the optical attenuator but also the relative positional relationship with other optical components such as collimating lenses disposed in the front and rear stages of the optical attenuator can be easily performed. Can be adjusted.
この発明は、光通信における光伝送路に介在して、光信号の波形を整えつつ、適切な光強度に減衰する用途に好適である。 The present invention is suitable for an application for attenuation to an appropriate light intensity while adjusting the waveform of an optical signal through an optical transmission line in optical communication.
1 光アッテネータ、2 コリメータ、3 ポート、4 コリメートレンズ、
10 光偏向器、11a,11b プリズム素子、
12a,12b,31 電気光学物質(EO物質)、13a,13b 三角電極、
14a,14b プリズム素子用駆動回路、20 位相子、30,E エタロン、
S エタロンのソリッド、M ミラー、32 ダイクロイックミラー、
33 透明電極、34 金属ミラー、35 エタロン用駆動回路 50 入射光、
80 光軸、C 光サーキュレーター、FB 光ファイバ、L 光伝送路
1 optical attenuator, 2 collimator, 3 port, 4 collimating lens,
10 optical deflector, 11a, 11b prism element,
12a, 12b, 31 Electro-optical material (EO material), 13a, 13b Triangular electrode,
14a, 14b Prism element drive circuit, 20 phaser, 30, E etalon,
S etalon solid, M mirror, 32 dichroic mirror,
33 Transparent electrode, 34 Metal mirror, 35
80 optical axis, C optical circulator, FB optical fiber, L optical transmission line
Claims (5)
前記光軸に直交する2方向をそれぞれ上下方向、左右方向として、
電気光学効果を有する電気光学物質からなる立体の左右両面に三角形状の電極が面対称となるように形成されてなる二つのプリズム素子が、1/2波長板からなる位相子を介して前後に配置されてなる光偏向器を、光路に沿って一組以上配置してなる光偏向部と、
平板状の電気光学物質の前後両面に電極とミラーが配置されてなるエタロンと、
前記二つのプリズム素子のそれぞれの左右の面に形成されている電極間の電界強度を可変制御するための駆動回路と、
前記エタロンの前記前後両面に形成されている電極間の電界強度を可変制御するための駆動回路と
を含んで構成され、
前記入射した光が出力されるまでの光路上に、第1の前記光偏向部、前記エタロン、第2の前記光偏向部がこの順に介在し、
前記プリズム素子における前記電気光学物質の立体形状は、前記左右の面が互いに平行で、
前記位相子の光学軸は、光軸に沿って前方から見たときに、前記プリズム素子における左右の面の法線方向に対して45゜傾いており、
前記光偏向器は、前記三角形状の電極が前後で対称となるように配置されている、
ことを特徴とする光アッテネータ。 An optical attenuator that attenuates and outputs the intensity of light of a predetermined wavelength component that is incident along the optical axis from the front with respect to the front-rear direction,
Two directions perpendicular to the optical axis are defined as a vertical direction and a horizontal direction, respectively.
Two prism elements formed so that triangular electrodes are symmetrical on both the left and right sides of a three-dimensional body made of an electro-optic material having an electro-optic effect are arranged back and forth via a phaser made of a half-wave plate. An optical deflector formed by arranging one or more sets of optical deflectors arranged along the optical path;
An etalon in which electrodes and mirrors are arranged on both front and rear surfaces of a flat electro-optic material;
A drive circuit for variably controlling the electric field strength between the electrodes formed on the left and right surfaces of each of the two prism elements;
A drive circuit for variably controlling the electric field strength between the electrodes formed on the front and rear surfaces of the etalon,
On the optical path until the incident light is output, the first light deflection unit, the etalon, and the second light deflection unit are interposed in this order,
The three-dimensional shape of the electro-optic material in the prism element is such that the left and right surfaces are parallel to each other,
The optical axis of the phaser is inclined by 45 ° with respect to the normal direction of the left and right surfaces of the prism element when viewed from the front along the optical axis.
The optical deflector is disposed so that the triangular electrodes are symmetric in the front-rear direction.
An optical attenuator characterized by that.
Priority Applications (1)
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JP2013073248A JP2014197147A (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Optical attenuator |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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JP2013073248A Pending JP2014197147A (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Optical attenuator |
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2013
- 2013-03-29 JP JP2013073248A patent/JP2014197147A/en active Pending
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