JP2002023071A - 可変光減衰器および可変光減衰方法 - Google Patents
可変光減衰器および可変光減衰方法Info
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- JP2002023071A JP2002023071A JP2001151167A JP2001151167A JP2002023071A JP 2002023071 A JP2002023071 A JP 2002023071A JP 2001151167 A JP2001151167 A JP 2001151167A JP 2001151167 A JP2001151167 A JP 2001151167A JP 2002023071 A JP2002023071 A JP 2002023071A
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/22—Absorbing filters
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 実質的に波長および偏光に対して独立性を有
する可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 減衰器はその中に複数の開口部を持つ薄
い素子４０を有する。この素子４０は光フィルタの構成
素子とする。複数の開口部は、大部分の開口部の大きさ
が薄い素子４０の距離に沿って増加するように配置され
る。複数の開口部は、透過光の割合がパターンの一端か
ら他端へ向けて変化するように、設計されたパターン配
列と成す。素子４０の一端側は低減衰端部３０と成し、
他端側は高減衰端部２０と成す。素子４０を透過する光
ビームに対し、素子４０を縦軸方向に移動して光透過の
減衰率を可変する。
する可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 減衰器はその中に複数の開口部を持つ薄
い素子４０を有する。この素子４０は光フィルタの構成
素子とする。複数の開口部は、大部分の開口部の大きさ
が薄い素子４０の距離に沿って増加するように配置され
る。複数の開口部は、透過光の割合がパターンの一端か
ら他端へ向けて変化するように、設計されたパターン配
列と成す。素子４０の一端側は低減衰端部３０と成し、
他端側は高減衰端部２０と成す。素子４０を透過する光
ビームに対し、素子４０を縦軸方向に移動して光透過の
減衰率を可変する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光信号を制御可能に
可変減衰する方法とその可変光減衰器に関する。詳細に
は、本発明は実質的に波長独立性および偏光独立性であ
るグレーデッドホールフィルターの形式の可変減衰方法
とその可変光減衰方法とその可変光減衰器に関するもの
である。
可変減衰する方法とその可変光減衰器に関する。詳細に
は、本発明は実質的に波長独立性および偏光独立性であ
るグレーデッドホールフィルターの形式の可変減衰方法
とその可変光減衰方法とその可変光減衰器に関するもの
である。
【０００２】
【背景技術】この技術分野では多数の光減衰器が知られ
ている。理想的には、光減衰器は光の他の特性に影響を
与えることなしに光ビームの強度を制御する手段を提供
する。
ている。理想的には、光減衰器は光の他の特性に影響を
与えることなしに光ビームの強度を制御する手段を提供
する。
【０００３】伝統的に、可変開口部すなわちアイリスは
光ビームの断面を調節し、その全エネルギーを調節する
ために使用されてきた。しかしながら光信号の一部を阻
止するほとんどの単開口減衰器は波長依存性および偏光
依存性であり、このため、多くの適用において、これら
のデバイスの有用性は制限されている。
光ビームの断面を調節し、その全エネルギーを調節する
ために使用されてきた。しかしながら光信号の一部を阻
止するほとんどの単開口減衰器は波長依存性および偏光
依存性であり、このため、多くの適用において、これら
のデバイスの有用性は制限されている。
【０００４】ワイヤーグリッドタイプの光減衰器も知ら
れており、例えばここに参考文献として組み入れたＡｒ
ｔｈｕｒ Ａｓｈｋｉｎへの米国特許No.３，６２０，
５９９に記述されている。これらの形式の光減衰器は、
回折原理の下で動作する。ワイヤーグリッドは均一に等
間隔配置された複数の反射ワイヤーによって構成され、
ここでワイヤー直径とその間の間隔は、減衰されるべき
光放射の波長よりも１〜３のオーダー（ｏｒｄｅｒ）大
きいものに選択される。可変減衰はグリッドを前記ワイ
ヤーに対して平行な軸のまわりに回転させることにより
達成される。これらの光減衰器は高パワー条件下で良く
光減衰を実行するが、多数の問題が散乱および／または
後方反射から生じ、それは伝送の質を劣化させフィード
バック雑音の元になる。これらの減衰器がレーザーに接
近すると、反射もまたレーザーの性能を低減するように
働く。
れており、例えばここに参考文献として組み入れたＡｒ
ｔｈｕｒ Ａｓｈｋｉｎへの米国特許No.３，６２０，
５９９に記述されている。これらの形式の光減衰器は、
回折原理の下で動作する。ワイヤーグリッドは均一に等
間隔配置された複数の反射ワイヤーによって構成され、
ここでワイヤー直径とその間の間隔は、減衰されるべき
光放射の波長よりも１〜３のオーダー（ｏｒｄｅｒ）大
きいものに選択される。可変減衰はグリッドを前記ワイ
ヤーに対して平行な軸のまわりに回転させることにより
達成される。これらの光減衰器は高パワー条件下で良く
光減衰を実行するが、多数の問題が散乱および／または
後方反射から生じ、それは伝送の質を劣化させフィード
バック雑音の元になる。これらの減衰器がレーザーに接
近すると、反射もまたレーザーの性能を低減するように
働く。
【０００５】より一般的に、可変減衰器は連続的に可変
な中性密度のフィルターであり、ここで光密度はフィル
ター領域上の位置の変動関数である。これらは一般に、
フィルターの表面を横切って進むにつれて、増加する密
度を持つ金属被覆を備える光ガラス基板より形成され
る。減衰は、フィルターが光ビームに対して相対的に移
動される時、光信号の吸収と反射によって起こされる。
一般にこのようなフィルターの移動は、減衰されるビー
ムの軸のまわりの回転である。
な中性密度のフィルターであり、ここで光密度はフィル
ター領域上の位置の変動関数である。これらは一般に、
フィルターの表面を横切って進むにつれて、増加する密
度を持つ金属被覆を備える光ガラス基板より形成され
る。減衰は、フィルターが光ビームに対して相対的に移
動される時、光信号の吸収と反射によって起こされる。
一般にこのようなフィルターの移動は、減衰されるビー
ムの軸のまわりの回転である。
【０００６】密度傾斜がその長さにそって変化する連続
的に可変な光ビーム減衰器が、ここに参考文献として組
み入れたＴａｍｕｌｅｖｉｃｈへの米国特許No.４，９
０４，０４４に開示されている。この減衰器は、二つの
光ファイバー間の光結合領域で方向付けされる、可変光
密度のフレキシブルフィルターを使用する。このフィル
ターは光結合領域中のフィルター密度を変化し、それに
よってデバイスを横切る減衰を変化する仕方で配置され
る。減衰器に結合された抵抗は、高度に正確なそして再
生可能な減衰を提供するために、減衰器の較正手段を提
供する。
的に可変な光ビーム減衰器が、ここに参考文献として組
み入れたＴａｍｕｌｅｖｉｃｈへの米国特許No.４，９
０４，０４４に開示されている。この減衰器は、二つの
光ファイバー間の光結合領域で方向付けされる、可変光
密度のフレキシブルフィルターを使用する。このフィル
ターは光結合領域中のフィルター密度を変化し、それに
よってデバイスを横切る減衰を変化する仕方で配置され
る。減衰器に結合された抵抗は、高度に正確なそして再
生可能な減衰を提供するために、減衰器の較正手段を提
供する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】連続的に可変な中性密
度フィルターは満足に動作するけれども、それらは製造
するのに高価であり、スペクトル吸収、反射および屈折
特性にある弱点を示す。
度フィルターは満足に動作するけれども、それらは製造
するのに高価であり、スペクトル吸収、反射および屈折
特性にある弱点を示す。
【０００８】詳細には、中性密度特性は高吸収特性を示
すので、金属被覆の温度は高レベルに達し、こうしてそ
の時間にわたってある程度の損耗（例えば層間剥離、酸
化作用、焼鈍等）を引き起こす。その結果フィルターの
本質的な特性、例えば密度は影響を受ける。更に、フィ
ルターの表面の不均一に起因する反射放射の干渉による
乱れは、特に高光度適用に見られるように、フィルター
の温度が上昇する時、更なる制限を与える。
すので、金属被覆の温度は高レベルに達し、こうしてそ
の時間にわたってある程度の損耗（例えば層間剥離、酸
化作用、焼鈍等）を引き起こす。その結果フィルターの
本質的な特性、例えば密度は影響を受ける。更に、フィ
ルターの表面の不均一に起因する反射放射の干渉による
乱れは、特に高光度適用に見られるように、フィルター
の温度が上昇する時、更なる制限を与える。
【０００９】その上、金属被覆の適用は高度の精度を必
要とし、周波数はバッチからバッチへ変化する。更にフ
ィルターの減衰と位置間の実質的な直線関係を作るよう
に金属層が蒸着される中性密度フィルターを製造するこ
とは、極めて困難である。
要とし、周波数はバッチからバッチへ変化する。更にフ
ィルターの減衰と位置間の実質的な直線関係を作るよう
に金属層が蒸着される中性密度フィルターを製造するこ
とは、極めて困難である。
【００１０】上記の欠点の殆どまたは総てを回避し、お
よび製造の複雑性がなく、かつ、より廉価な可変光減衰
器および可変光減衰方法を提供することが本発明の目的
である。
よび製造の複雑性がなく、かつ、より廉価な可変光減衰
器および可変光減衰方法を提供することが本発明の目的
である。
【００１１】実質的に波長独立性で実質的に偏光独立性
であり、かつ、高パワー適用に有用な可変光減衰器およ
び可変光減衰方法を提供することが本発明の更なる目的
である。
であり、かつ、高パワー適用に有用な可変光減衰器およ
び可変光減衰方法を提供することが本発明の更なる目的
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、以下の光可変減衰器および可変光減衰方法
を提供する。
するために、以下の光可変減衰器および可変光減衰方法
を提供する。
【００１３】本発明は実質的に波長独立性で実質的に偏
光独立性である可変光減衰器を提供する。ワイヤーグリ
ッドタイプの光減衰器と同様に、本発明のグレーデッド
ホールフィルターは回折原理で動作する。特にフィルタ
ーを透過するゼロ次回折光は、波長独立性減衰放射を提
供する。
光独立性である可変光減衰器を提供する。ワイヤーグリ
ッドタイプの光減衰器と同様に、本発明のグレーデッド
ホールフィルターは回折原理で動作する。特にフィルタ
ーを透過するゼロ次回折光は、波長独立性減衰放射を提
供する。
【００１４】本発明によれば、シートの傾斜軸を規定す
る径路に沿って（シートの傾斜軸方向の寸法（長さ）に
沿って）透過傾斜を与えるように分離して配置された複
数の開口部を持つシートを有するフィルターと、予め定
められた角度でフィルターに向けて光ビームを投射する
入力ポートと、フィルターからの実質的に収束された光
を受光する出力ポートと、前記光ビームに対する前記フ
ィルターの相対位置に依存して光ビームの可変減衰を果
たすために光ビームとフィルター間の相対的移動を与え
る手段（制御装置）と、を有し、前記複数の開口部は予
め定められた形状、大きさおよび分布を持つとともに、
光ビームの直径よりも実質的に小さい開口の長さ（開口
部が例えば円形の孔の場合はその孔の直径）とその間の
非開口部分の距離（開口部間の非開口部分の距離）を持
っていることを特徴とする、約１ｍｍ未満の直径を持ち
光信号を含む光ビームを減衰する可変光減衰器が提供さ
れる。
る径路に沿って（シートの傾斜軸方向の寸法（長さ）に
沿って）透過傾斜を与えるように分離して配置された複
数の開口部を持つシートを有するフィルターと、予め定
められた角度でフィルターに向けて光ビームを投射する
入力ポートと、フィルターからの実質的に収束された光
を受光する出力ポートと、前記光ビームに対する前記フ
ィルターの相対位置に依存して光ビームの可変減衰を果
たすために光ビームとフィルター間の相対的移動を与え
る手段（制御装置）と、を有し、前記複数の開口部は予
め定められた形状、大きさおよび分布を持つとともに、
光ビームの直径よりも実質的に小さい開口の長さ（開口
部が例えば円形の孔の場合はその孔の直径）とその間の
非開口部分の距離（開口部間の非開口部分の距離）を持
っていることを特徴とする、約１ｍｍ未満の直径を持ち
光信号を含む光ビームを減衰する可変光減衰器が提供さ
れる。
【００１５】本発明によれば更に、単位面積当たり透過
領域の割合がフィルターの寸法（距離長さ）に沿って増
加するように、複数の実質的に不透明な領域と複数の実
質的に透明な領域を分離配置して持つシートを有するフ
ィルターと、予め定めた角度でフィルターに向けて光を
投射する入力ポートと、フィルターから実質的に収束さ
れた光を受光する出力ポートと、前記光ビームに対する
前記フィルターの相対位置に依存して光ビームの可変減
衰を果たすために光ビームとフィルター間の相対的移動
を与える手段（制御装置）と、を有し、前記単位面積は
光ビームの直径と同等な直径を持ち、複数の実質的に透
明な領域は予め定められた形状、大きさおよび分布を持
つとともに、実質的に透明な領域の少なくとも一部は光
ビームの直径よりも実質的に小さい透明部分の長さとそ
の間の非透明部分の距離（透明領域間の非透明部分の距
離）を持つことを特徴とする、約１ｍｍ未満の直径を持
つ光信号を有する光ビームを減衰する可変光減衰器が提
供される。
領域の割合がフィルターの寸法（距離長さ）に沿って増
加するように、複数の実質的に不透明な領域と複数の実
質的に透明な領域を分離配置して持つシートを有するフ
ィルターと、予め定めた角度でフィルターに向けて光を
投射する入力ポートと、フィルターから実質的に収束さ
れた光を受光する出力ポートと、前記光ビームに対する
前記フィルターの相対位置に依存して光ビームの可変減
衰を果たすために光ビームとフィルター間の相対的移動
を与える手段（制御装置）と、を有し、前記単位面積は
光ビームの直径と同等な直径を持ち、複数の実質的に透
明な領域は予め定められた形状、大きさおよび分布を持
つとともに、実質的に透明な領域の少なくとも一部は光
ビームの直径よりも実質的に小さい透明部分の長さとそ
の間の非透明部分の距離（透明領域間の非透明部分の距
離）を持つことを特徴とする、約１ｍｍ未満の直径を持
つ光信号を有する光ビームを減衰する可変光減衰器が提
供される。
【００１６】さらに、本発明によれば、（ａ）単位面積
当たり透過領域の割合がフィルターの寸法（距離長さ）
に沿って増加するように、複数の実質的に不透明な領域
と複数の実質的に透明な領域をシート上に分離配置して
持ち、単位面積は光ビームの直径と同等な直径を持ち、
複数の実質的に透明な領域は予め定められた形状、大き
さおよび分布を持つとともに、実質的に透明な領域の少
なくとも一部は光ビームの直径よりも実質的に小さい透
明部分の長さとその間の非透明部分の距離（透明領域間
の非透明部分の距離）を持つフィルターに光を投射する
ステップと、（ｂ）減衰の要求される度合いに応じて光
ビームの可変減衰を果たすために、光ビームとフィルタ
ーを相対的に移動するステップと、を有することを特徴
とする、約１ｍｍ未満の直径を持つ光信号を有する光ビ
ームを可変に減衰する方法が提供される。
当たり透過領域の割合がフィルターの寸法（距離長さ）
に沿って増加するように、複数の実質的に不透明な領域
と複数の実質的に透明な領域をシート上に分離配置して
持ち、単位面積は光ビームの直径と同等な直径を持ち、
複数の実質的に透明な領域は予め定められた形状、大き
さおよび分布を持つとともに、実質的に透明な領域の少
なくとも一部は光ビームの直径よりも実質的に小さい透
明部分の長さとその間の非透明部分の距離（透明領域間
の非透明部分の距離）を持つフィルターに光を投射する
ステップと、（ｂ）減衰の要求される度合いに応じて光
ビームの可変減衰を果たすために、光ビームとフィルタ
ーを相対的に移動するステップと、を有することを特徴
とする、約１ｍｍ未満の直径を持つ光信号を有する光ビ
ームを可変に減衰する方法が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１には本発明の実施形態例によ
る可変光減衰器を構成する可変光減衰器用フィルターが
示されている。フィルター（例えば図２参照）１０は複
数の「開口部」を持つシートとしての薄い素子４０を含
む。開口部は、減衰材料の存在がなく、かつ、フィルタ
ー１０の長さに沿って変化する大きさを持つ透明な
「孔」または「窓」である。フィルターの高減衰端部２
０では孔は小さくそして離隔されている。低減衰端部３
０では最大透明性のためにより大きな孔が部分的に重な
っている。その結果はグレーデッドホールフィルターで
あり、そこではグレーデッドホールがフィルターの傾斜
軸、すなわち図１に示されるフィルターの縦軸（長手
軸）を規定する径路に沿って透過傾斜を与える。
る可変光減衰器を構成する可変光減衰器用フィルターが
示されている。フィルター（例えば図２参照）１０は複
数の「開口部」を持つシートとしての薄い素子４０を含
む。開口部は、減衰材料の存在がなく、かつ、フィルタ
ー１０の長さに沿って変化する大きさを持つ透明な
「孔」または「窓」である。フィルターの高減衰端部２
０では孔は小さくそして離隔されている。低減衰端部３
０では最大透明性のためにより大きな孔が部分的に重な
っている。その結果はグレーデッドホールフィルターで
あり、そこではグレーデッドホールがフィルターの傾斜
軸、すなわち図１に示されるフィルターの縦軸（長手
軸）を規定する径路に沿って透過傾斜を与える。
【００１８】ここで使用される用語「透過傾斜」は予め
定められた寸法（距離長さ）、例えば傾斜軸（縦軸）を
規定する寸法に沿う単位面積当たりの透過率の傾斜また
はステップを言う。単位面積はこの例示の実施形態例で
は減衰されるべき光ビームの直径に等価な直径を持つ円
として規定される。
定められた寸法（距離長さ）、例えば傾斜軸（縦軸）を
規定する寸法に沿う単位面積当たりの透過率の傾斜また
はステップを言う。単位面積はこの例示の実施形態例で
は減衰されるべき光ビームの直径に等価な直径を持つ円
として規定される。
【００１９】理想的には薄い素子は狭い「管」を通して
進行する光に関連する現象を避けるために、できるだけ
薄い。従って薄い素子４０は、ガラスのような基板５０
上に支持された薄膜であることが好ましい。薄い素子４
０と基板５０を形成する材料は、それぞれ対象の波長範
囲について不透明および透明である。理想的な場合には
不透明セクションは光を透過せず、透明セクションは透
過光の位相に影響を及ぼさない。
進行する光に関連する現象を避けるために、できるだけ
薄い。従って薄い素子４０は、ガラスのような基板５０
上に支持された薄膜であることが好ましい。薄い素子４
０と基板５０を形成する材料は、それぞれ対象の波長範
囲について不透明および透明である。理想的な場合には
不透明セクションは光を透過せず、透明セクションは透
過光の位相に影響を及ぼさない。
【００２０】例えば透明セクションによって透過される
光の位相は、波長への実質的な影響を持たないでビーム
セクションを均等に横切っても、一定の厚みをそこに持
つ基板５０によって影響される。もし光が不透明セクシ
ョン通過することができるならば、同相で出発し、不透
明および透明セクションによって透過された波はそれぞ
れ波長依存性を発生する相対的位相差を持つであろう。
従って、不透明セクションによって透過された光の量を
低減し、そして不透明領域の厚み、特に開口部の縁部で
の厚みを一定に維持することが重要である。
光の位相は、波長への実質的な影響を持たないでビーム
セクションを均等に横切っても、一定の厚みをそこに持
つ基板５０によって影響される。もし光が不透明セクシ
ョン通過することができるならば、同相で出発し、不透
明および透明セクションによって透過された波はそれぞ
れ波長依存性を発生する相対的位相差を持つであろう。
従って、不透明セクションによって透過された光の量を
低減し、そして不透明領域の厚み、特に開口部の縁部で
の厚みを一定に維持することが重要である。
【００２１】いくつかの適用には吸収材料が適当であろ
うが、薄膜４０は高反射性であることもまた好ましい。
薄膜は如何なる適当な材料からも作られる。特に、金は
その高反射性、耐久性および非常に薄い層に適用された
時の適用の容易性のために極めて適切である。
うが、薄膜４０は高反射性であることもまた好ましい。
薄膜は如何なる適当な材料からも作られる。特に、金は
その高反射性、耐久性および非常に薄い層に適用された
時の適用の容易性のために極めて適切である。
【００２２】孔の形状、大きさおよび分布は、適用に応
じて予め決定される。一般的には、個々の孔の形状は偏
光問題を低減するように設計され、間隔は回折および／
または反射光を制御するように設計される。前者の点に
関して、対称円形状は一般に細長いスリットで生じるの
と同じ偏光問題を導入しない。後者に関して孔は、一般
的に反射された回折パターンを拡張することによって後
方反射を制御するため、共に接近する。しかしながら後
方反射を低減することは、潜在的に複雑な問題である。
後方反射を制御するために、孔の大きさと孔の間隔の両
方がフィルター角度（図２）に依存して選択されるべき
である。
じて予め決定される。一般的には、個々の孔の形状は偏
光問題を低減するように設計され、間隔は回折および／
または反射光を制御するように設計される。前者の点に
関して、対称円形状は一般に細長いスリットで生じるの
と同じ偏光問題を導入しない。後者に関して孔は、一般
的に反射された回折パターンを拡張することによって後
方反射を制御するため、共に接近する。しかしながら後
方反射を低減することは、潜在的に複雑な問題である。
後方反射を制御するために、孔の大きさと孔の間隔の両
方がフィルター角度（図２）に依存して選択されるべき
である。
【００２３】図１に示されるように、孔は円形状を呈
し、均一な分布を持つ（図１では孔の大きさは素子４０
の縦軸方向の距離（寸法）に応じて異なるが、孔の数、
配置は均一な分布を持つ）。分布パターンは隣接する開
口部間の間隔を最小にするように設計される。特に各開
口部は、６個の最接近隣接部を持つように、すなわち各
中央開口部において、前記中央開口部から等価な中心間
距離を持つ６個の隣接開口部があるように設計される。
例えばそれぞれ６個と４個の最接近隣接部の存在を示す
図４の（ａ）と（ｂ）を比較する。一般に孔間の間隔は
約１μｍから１００μｍの間である。約４０μｍの間隔
について、孔の少なくとも幾つかは少なくとも約５００
μｍ２の面積を持つであろう。
し、均一な分布を持つ（図１では孔の大きさは素子４０
の縦軸方向の距離（寸法）に応じて異なるが、孔の数、
配置は均一な分布を持つ）。分布パターンは隣接する開
口部間の間隔を最小にするように設計される。特に各開
口部は、６個の最接近隣接部を持つように、すなわち各
中央開口部において、前記中央開口部から等価な中心間
距離を持つ６個の隣接開口部があるように設計される。
例えばそれぞれ６個と４個の最接近隣接部の存在を示す
図４の（ａ）と（ｂ）を比較する。一般に孔間の間隔は
約１μｍから１００μｍの間である。約４０μｍの間隔
について、孔の少なくとも幾つかは少なくとも約５００
μｍ２の面積を持つであろう。
【００２４】勿論他の形状および／またはパターンも、
同様に可能である。例えばハニカム状（図４（ａ））、
チェッカー盤状（図４（ｂ））または他の配置におい
て、例えば円形、卵形、三角形、四角形、ダイヤモンド
形、六角形および／または他の多角形状も同様に適切で
ある。代替的には、依然として傾斜軸に沿って円滑な透
過傾斜を提供するのに、分布は実質的にランダムであ
る。
同様に可能である。例えばハニカム状（図４（ａ））、
チェッカー盤状（図４（ｂ））または他の配置におい
て、例えば円形、卵形、三角形、四角形、ダイヤモンド
形、六角形および／または他の多角形状も同様に適切で
ある。代替的には、依然として傾斜軸に沿って円滑な透
過傾斜を提供するのに、分布は実質的にランダムであ
る。
【００２５】孔の大きさと間隔は、本発明では特に重要
である。ある質のレベルが、薄膜４０を形成するのに要
求される。パターン内部の欠陥は、光に影響を与えない
ように減衰されるべき光の波長よりも小さいことが好ま
しい。実際に、非常に小さい孔がそのサイズに関して重
大である欠陥を持つという可能性がある。もし薄膜４０
がかなりの厚みを持つならば、同じものが真っ直ぐな縁
部で構成されることが好ましい。
である。ある質のレベルが、薄膜４０を形成するのに要
求される。パターン内部の欠陥は、光に影響を与えない
ように減衰されるべき光の波長よりも小さいことが好ま
しい。実際に、非常に小さい孔がそのサイズに関して重
大である欠陥を持つという可能性がある。もし薄膜４０
がかなりの厚みを持つならば、同じものが真っ直ぐな縁
部で構成されることが好ましい。
【００２６】ここに記述した実施形態例の各々におい
て、孔は実質的に減衰されるべき光の波長よりも大き
く、分布は与えられた光ビームの断面について多くの孔
があり、光ビームはその中のフィルターの位置に依存し
て色々な程度に減衰されることが好ましい。減衰の度合
いとフィルターの位置間に直線的な関係があることが好
ましい。明らかに、開口部はそれを通して透過される光
に影響を及ぼす如何なる材料も、被膜も存在しない。
て、孔は実質的に減衰されるべき光の波長よりも大き
く、分布は与えられた光ビームの断面について多くの孔
があり、光ビームはその中のフィルターの位置に依存し
て色々な程度に減衰されることが好ましい。減衰の度合
いとフィルターの位置間に直線的な関係があることが好
ましい。明らかに、開口部はそれを通して透過される光
に影響を及ぼす如何なる材料も、被膜も存在しない。
【００２７】フィルター１０は、前述したように、その
中に複数の孔すなわち開口部を持つ薄膜を含むように記
述されているが、それはその表面上に分離した複数の実
質的に不透明な、および実質的に透明な領域を持つ透明
な基板を含むものとして同様に記述される、ということ
に注目されるべきである。後者の記述は、「孔」はフィ
ルターの低減衰端部３０においてであるように視覚的に
明白ではないという事実を説明し、薄膜が透明基板の表
面に適用される本発明の実施形態例を支持する。例えば
薄膜はシートとしての透明基板上に予め定められたパタ
ーンで「塗布され」または「スパッターされ」る。複数
の透明領域が、減衰材料の存在しない複数の光透過性窓
に対応する。後者の記述によれば、複数の実質的に透明
な領域と実質的に不透明な領域は、単位面積当たりの透
明な領域の割合がフィルターの距離（距離長さ）に沿っ
て増加するように配置され、そこで単位面積の大きさは
少なくとも最大の透明領域を包含するのに十分に大きい
ように選択され、そしてここにおいて少なくとも実質的
に透明な領域の一部は減衰されるべき光ビームの直径よ
りも小さい長さ（透明領域の透明部分の長さ）とその間
の距離（透明領域間の非透明部分の距離（寸法））を持
つ。
中に複数の孔すなわち開口部を持つ薄膜を含むように記
述されているが、それはその表面上に分離した複数の実
質的に不透明な、および実質的に透明な領域を持つ透明
な基板を含むものとして同様に記述される、ということ
に注目されるべきである。後者の記述は、「孔」はフィ
ルターの低減衰端部３０においてであるように視覚的に
明白ではないという事実を説明し、薄膜が透明基板の表
面に適用される本発明の実施形態例を支持する。例えば
薄膜はシートとしての透明基板上に予め定められたパタ
ーンで「塗布され」または「スパッターされ」る。複数
の透明領域が、減衰材料の存在しない複数の光透過性窓
に対応する。後者の記述によれば、複数の実質的に透明
な領域と実質的に不透明な領域は、単位面積当たりの透
明な領域の割合がフィルターの距離（距離長さ）に沿っ
て増加するように配置され、そこで単位面積の大きさは
少なくとも最大の透明領域を包含するのに十分に大きい
ように選択され、そしてここにおいて少なくとも実質的
に透明な領域の一部は減衰されるべき光ビームの直径よ
りも小さい長さ（透明領域の透明部分の長さ）とその間
の距離（透明領域間の非透明部分の距離（寸法））を持
つ。
【００２８】光減衰器は、更に光ビーム内でフィルター
１０を移動する手段１１０を含む。例えば自動フィード
バックシステムが、フィルターの位置を適当な減衰と相
関するように構成されるであろう。代替的には駆動器１
１０が、フィルターの位置をそれ相応に歩む（移動す
る，ステップする）ために設けられる。
１０を移動する手段１１０を含む。例えば自動フィード
バックシステムが、フィルターの位置を適当な減衰と相
関するように構成されるであろう。代替的には駆動器１
１０が、フィルターの位置をそれ相応に歩む（移動す
る，ステップする）ために設けられる。
【００２９】動作に当たって、フィルター１０は図２に
点線で記されるように、光径路に沿って注意深く計画さ
れた角度θに配置される。−８０°から８０°に変化す
る角度θは、適用に従って選択される。例えば殆どの場
合、角度は数度未満であるが、反射放射を完全にその源
から外へ導くことが望ましい適用においては４５°まで
伸びる（拡大する）。
点線で記されるように、光径路に沿って注意深く計画さ
れた角度θに配置される。−８０°から８０°に変化す
る角度θは、適用に従って選択される。例えば殆どの場
合、角度は数度未満であるが、反射放射を完全にその源
から外へ導くことが望ましい適用においては４５°まで
伸びる（拡大する）。
【００３０】フィルター１０は、前面反射表面が近づい
てくる光ビームに面するように配置される。特に、フィ
ルター１０は光ビームの断面が少なくともフィルターの
一部の上にかぶさるように配置される。光ビームは視準
されることが好ましいがしかしながらこのことは必要で
はない。
てくる光ビームに面するように配置される。特に、フィ
ルター１０は光ビームの断面が少なくともフィルターの
一部の上にかぶさるように配置される。光ビームは視準
されることが好ましいがしかしながらこのことは必要で
はない。
【００３１】光ビームは、開口部、またはより一般的に
は複数の開口部を持つ薄膜４０に当たる時、光の一部は
透過され、残りの部分は反射される。透過された光は良
く知られた光原理によって回折される。透過された光の
回折パターンは高次スポットによって囲まれた中心の輝
く「０（ゼロ）次」スポットを含む。回折パターンの角
度幅は開口部の直径に反比例して変化する。透過され
た、実質的に波長独立性、ゼロ次ビームは望ましい減衰
放射に対応する。
は複数の開口部を持つ薄膜４０に当たる時、光の一部は
透過され、残りの部分は反射される。透過された光は良
く知られた光原理によって回折される。透過された光の
回折パターンは高次スポットによって囲まれた中心の輝
く「０（ゼロ）次」スポットを含む。回折パターンの角
度幅は開口部の直径に反比例して変化する。透過され
た、実質的に波長独立性、ゼロ次ビームは望ましい減衰
放射に対応する。
【００３２】フィルターが傾斜軸に平行に、または光径
路に垂直な方向に移動する時、透過された光の割合は、
孔の大きさと分布パターンに依存して、低減衰端部３０
での１００％から高減衰端部２０での０．１％未満の間
で変化する。特に減衰の度合いは光ビームの径路におけ
る孔のパターンに依存する。例えば３０ｄＢの減衰を得
るために、その領域での孔は面積の３．１％をカバーす
るか、それらの間の距離よりも５．６倍小さくする。
路に垂直な方向に移動する時、透過された光の割合は、
孔の大きさと分布パターンに依存して、低減衰端部３０
での１００％から高減衰端部２０での０．１％未満の間
で変化する。特に減衰の度合いは光ビームの径路におけ
る孔のパターンに依存する。例えば３０ｄＢの減衰を得
るために、その領域での孔は面積の３．１％をカバーす
るか、それらの間の距離よりも５．６倍小さくする。
【００３３】これまで記述してきたグレーデッドホール
フィルターは、多くの適用に適している。特にそれは、
フィルターの耐久性、高パワー能力、および実質的な波
長独立性が高度に有利である場合には、ファイバー光学
の分野において高度に適している。
フィルターは、多くの適用に適している。特にそれは、
フィルターの耐久性、高パワー能力、および実質的な波
長独立性が高度に有利である場合には、ファイバー光学
の分野において高度に適している。
【００３４】例示目的用に図３に示されたグレーデッド
ホールフィルターを考慮する。入力ポートとしての第一
入力光導波路７０は入力信号（例えば遠距離通信信号）
を視準レンズ（コリメートレンズ）８０に与え、次に視
準光ビームをフィルター１０へ与える。フィルター１０
を通して透過されるゼロ次光は焦点レンズ９０によって
出力ポートとしての第二出力光導波路１００の端部に焦
点を結ぶ。光ビーム内で（光ビームが照射されている状
態で）フィルター１０を移動する手段（制御装置）１１
０は、望ましい減衰を制御する。一般に、視準光ビーム
は約１ｍｍ未満の直径を持つであろう。
ホールフィルターを考慮する。入力ポートとしての第一
入力光導波路７０は入力信号（例えば遠距離通信信号）
を視準レンズ（コリメートレンズ）８０に与え、次に視
準光ビームをフィルター１０へ与える。フィルター１０
を通して透過されるゼロ次光は焦点レンズ９０によって
出力ポートとしての第二出力光導波路１００の端部に焦
点を結ぶ。光ビーム内で（光ビームが照射されている状
態で）フィルター１０を移動する手段（制御装置）１１
０は、望ましい減衰を制御する。一般に、視準光ビーム
は約１ｍｍ未満の直径を持つであろう。
【００３５】オンタリオ州ネピアンのジェイディーエス
ユニフェイズによって製造されたＪＤＳＵＨＡ９タイ
プの減衰器に搭載された各種グレーデッドホールフィル
ターを使用するプロトタイプ測定の選択された結果が、
図５〜図７に与えられている。そこにおいて、図５の
（ａ），（ｂ）は減衰と波長間の関係を示し、図６は偏
光依存損失と減衰間の関係を示し、図７は減衰とフィル
ターの位置との間の関係を示す。
ユニフェイズによって製造されたＪＤＳＵＨＡ９タイ
プの減衰器に搭載された各種グレーデッドホールフィル
ターを使用するプロトタイプ測定の選択された結果が、
図５〜図７に与えられている。そこにおいて、図５の
（ａ），（ｂ）は減衰と波長間の関係を示し、図６は偏
光依存損失と減衰間の関係を示し、図７は減衰とフィル
ターの位置との間の関係を示す。
【００３６】波長依存性と偏光依存損失に関する観測さ
れた直線性は、それぞれグレーデッドホールフィルター
の格別な性能に貢献している。
れた直線性は、それぞれグレーデッドホールフィルター
の格別な性能に貢献している。
【００３７】本発明の別の実施形態例では、薄膜は別の
ガラス基板で覆われるか、または厚いガラス片の内部に
配置される。この実施形態例は、塵埃または他の障害物
に対する減衰器の如何なる感度をも取り除く追加の利点
を持つ。詳細には外側ガラスは塵埃が膜の表面に直接溜
まることを防止する。外側ガラスへの塵埃の堆積は、多
くの孔を覆うように分散される陰を作る。更にこの実施
形態例において、開口部は透明な接着材または例えば別
の保護層のような別の透明な物体で満たされる。
ガラス基板で覆われるか、または厚いガラス片の内部に
配置される。この実施形態例は、塵埃または他の障害物
に対する減衰器の如何なる感度をも取り除く追加の利点
を持つ。詳細には外側ガラスは塵埃が膜の表面に直接溜
まることを防止する。外側ガラスへの塵埃の堆積は、多
くの孔を覆うように分散される陰を作る。更にこの実施
形態例において、開口部は透明な接着材または例えば別
の保護層のような別の透明な物体で満たされる。
【００３８】別の実施形態例では、フィルターは様々な
形状に構成される。例えばフィルターは丸く構成され、
グレーデッドホールは環状傾斜を形成する。減衰の度合
いはフィルターを回転することによって変えられる。
形状に構成される。例えばフィルターは丸く構成され、
グレーデッドホールは環状傾斜を形成する。減衰の度合
いはフィルターを回転することによって変えられる。
【００３９】本発明の更に別の実施形態例では、孔の大
きさは変化しない。分布パターンは単位面積当たりの孔
の数がフィルターの距離に沿って変化するようなもので
あるので、可変減衰は達成される。
きさは変化しない。分布パターンは単位面積当たりの孔
の数がフィルターの距離に沿って変化するようなもので
あるので、可変減衰は達成される。
【００４０】更に別の実施形態例では、一つ以上のグレ
ーデッドホールフィルターが減衰を増加するために光ビ
ームの径路に配置される。代替的には光学的配置によっ
て光ビームは減衰の度合いを増加するために一回以上フ
ィルターを通過するようにする。
ーデッドホールフィルターが減衰を増加するために光ビ
ームの径路に配置される。代替的には光学的配置によっ
て光ビームは減衰の度合いを増加するために一回以上フ
ィルターを通過するようにする。
【００４１】要約すると、グレーデッドホールフィルタ
ーの利点は多数ある。フィルターは高度に耐久性があ
り、高パワー適用に良く性能を発揮する。これまで記述
してきたフィルターで、その非透過性領域での高度な反
射性がある実施形態例において、フィルターはこの光の
吸収を実質的に防止し、そこに入射する高パワー光に耐
える。その上、上昇温度の結果としてのフィルターに対
する小さな変化は、その性能を重大に変化させない。
ーの利点は多数ある。フィルターは高度に耐久性があ
り、高パワー適用に良く性能を発揮する。これまで記述
してきたフィルターで、その非透過性領域での高度な反
射性がある実施形態例において、フィルターはこの光の
吸収を実質的に防止し、そこに入射する高パワー光に耐
える。その上、上昇温度の結果としてのフィルターに対
する小さな変化は、その性能を重大に変化させない。
【００４２】製造において、そのコストは適正であり、
再現性は高い。更にフィルターは広範囲なスペクトルに
亘って良く性能を発揮する。
再現性は高い。更にフィルターは広範囲なスペクトルに
亘って良く性能を発揮する。
【００４３】その上、本発明は高パワー適用に適し、か
つ実質的に波長に不感応である簡易なフィルターを提供
する。詳細には、孔の大きさ、孔の形状および間隔、並
びに薄膜の厚みの適正な寸法取りは、減衰が実質的に入
射放射の波長および／または偏光に独立性であるフィル
ターを提供する。
つ実質的に波長に不感応である簡易なフィルターを提供
する。詳細には、孔の大きさ、孔の形状および間隔、並
びに薄膜の厚みの適正な寸法取りは、減衰が実質的に入
射放射の波長および／または偏光に独立性であるフィル
ターを提供する。
【００４４】勿論多数の他の実施形態例が本発明の意図
とその範囲から逸脱せずに考えることができる。例えば
開口部の様々な大きさ、形状、間隔および／または分布
の如何なる組合せを持つフィルター構成が可能である。
とその範囲から逸脱せずに考えることができる。例えば
開口部の様々な大きさ、形状、間隔および／または分布
の如何なる組合せを持つフィルター構成が可能である。
【図１】本発明の一実施形態例の可変光減衰器を構成す
るグレーデッドホールフィルターの前面図である。
るグレーデッドホールフィルターの前面図である。
【図２】グレーデッドホールフィルターの側部断面図で
ある。
ある。
【図３】二つの光導波路間に配置されたグレーデッドホ
ールフィルターの側部断面図である。
ールフィルターの側部断面図である。
【図４】隣接開口部を持つ中央開口部の模式図であり、
（ａ）は最も近い隣接開口部が６個の図であり、（ｂ）
は最も近い隣接開口部が４個の図である。
（ａ）は最も近い隣接開口部が６個の図であり、（ｂ）
は最も近い隣接開口部が４個の図である。
【図５】減衰率と波長との関係を示すグラフであり、そ
のうち、（ａ）は減衰率１０ｄＢの波長依存性を示すグ
ラフであり、（ｂ）は減衰率２０ｄＢの波長依存性を示
すグラフである。
のうち、（ａ）は減衰率１０ｄＢの波長依存性を示すグ
ラフであり、（ｂ）は減衰率２０ｄＢの波長依存性を示
すグラフである。
【図６】偏光依存損失対減衰率のグラフである。
【図７】減衰率対フィルター位置のグラフである。
フロントページの続き (71)出願人 500003660 570 Ｗｅｓｔ Ｈｕｎｔ Ｃｌｕｂ Ｒ ｏａｄ， Ｎｅｐｅａｎ， Ｏｎｔａｒｉ ｏ， Ｃａｎａｄａ Ｋ２Ｇ５Ｗ８ (72)発明者 フィッリップ ロンジョ カナダ オンタリオ州 Ｋ２Ｍ ２Ｈ５ カナタ セダロックドライブ 93 Ｆターム(参考） 2H038 AA21 BA23 BA32 2H041 AA02 AB07 AC01 AZ02 2H042 AA05 AA11 AA14 AA30
Claims (19)
- 【請求項１】 シートの傾斜軸を規定する径路に沿って
透過傾斜を与えるように分離して配置された複数の開口
部を持つシートを有するフィルターと、予め定められた
角度でフィルターに向けて光ビームを投射する入力ポー
トと、フィルターからの実質的に収束された光を受光す
る出力ポートと、前記光ビームに対する前記フィルター
の相対位置に依存して光ビームの可変減衰を果たすため
に光ビームとフィルター間の相対的移動を与える制御装
置と、を有し、前記複数の開口部は予め定められた形
状、大きさおよび分布を持つとともに、光ビームの直径
よりも実質的に小さい開口の長さとその間の非開口部分
の距離を持っていることを特徴とする、約１ｍｍ未満の
直径を持ち光信号を含む光ビームを減衰する可変光減衰
器。 - 【請求項２】 シートは低減衰端部と高減衰端部を有
し、低減衰端部と高減衰端部は傾斜軸の反対側となる端
部に配置されている、請求項１記載の可変光減衰器。 - 【請求項３】 開口部は減衰材料の存在しない開口であ
る、ことを特徴とする、請求項２記載の可変光減衰器。 - 【請求項４】 開口部の少なくとも一つは約５００μｍ
２よりも大きい面積を持つことを特徴とする、請求項３
記載の可変光減衰器。 - 【請求項５】 開口部は実質的に均一な分布を持つこと
を特徴とする、請求項３記載の可変光減衰器。 - 【請求項６】 各開口部は実質的に同じ形状を持つこと
を特徴とする請求項５記載の可変光減衰器。 - 【請求項７】 実質的に同じとした形状は円形であるこ
とを特徴とする、請求項６記載の可変光減衰器。 - 【請求項８】 開口部の大きさは高減衰端部から低減衰
端部へ増加することを特徴とする請求項７記載の可変光
減衰器。 - 【請求項９】 各開口部は６個の隣接する開口部を持
ち、各隣接開口部は等しい中心間距離を持つことを特徴
とする、請求項８記載の可変光減衰器。 - 【請求項１０】 シートは金属膜であることを特徴とす
る請求項９記載の可変光減衰器。 - 【請求項１１】 フィルターは金属膜を支持する透明な
基板を有することを特徴とする、請求項１０記載の可変
光減衰器。 - 【請求項１２】 金属膜は高反射性であることを特徴と
する、請求項１１記載の可変光減衰器。 - 【請求項１３】 金属膜は金であり、不連続にかつ予め
定められた配列で透明基板上の低減衰端部に蒸着されて
いることを特徴とする、請求項１２記載の可変光減衰
器。 - 【請求項１４】 透過傾斜は高減衰端部における０．１
％透過性から低減衰端部における１００％透過性までの
傾斜範囲を有することを特徴とする、請求項１３記載の
可変光減衰器。 - 【請求項１５】 入力ポートに光学的に結合され光ビー
ムがフィルターに到達する前に光ビームを視準する視準
レンズと、視準レンズに光学的に結合され回折されたゼ
ロ次光をフィルターから出力ポート上に収束する焦点レ
ンズと、を有することを特徴とする、請求項１４記載の
可変光減衰器。 - 【請求項１６】 単位面積当たり透過領域の割合がフィ
ルターの寸法に沿って増加するように、複数の実質的に
不透明な領域と複数の実質的に透明な領域を分離配置し
て持つシートを有するフィルターと、予め定めた角度で
フィルターに向けて光を投射する入力ポートと、フィル
ターから実質的に収束された光を受光する出力ポート
と、前記光ビームに対する前記フィルターの相対位置に
依存して光ビームの可変減衰を果たすために光ビームと
フィルター間の相対的移動を与える制御装置と、を有
し、前記単位面積は光ビームの直径と同等な直径を持
ち、複数の実質的に透明な領域は予め定められた形状、
大きさおよび分布を持つとともに、実質的に透明な領域
の少なくとも一部は光ビームの直径よりも実質的に小さ
い透明部分の長さとその間の非透明部分の距離を持つこ
とを特徴とする、約１ｍｍ未満の直径を持つ光信号を有
する光ビームを減衰する可変光減衰器。 - 【請求項１７】 シートは透明基板であり、実質的に透
明な領域は透明基板の表面上に材料の存在がない開口部
である、ことを特徴とする請求項１６記載の可変光減衰
器。 - 【請求項１８】 複数の実質的に不透明な領域は透明な
基板の表面上の開口部の周囲に蒸着された膜であり、光
信号は通信信号であることを特徴とする請求項１７記載
の可変光減衰器。 - 【請求項１９】 （ａ）単位面積当たり透過領域の割合
がフィルターの寸法に沿って増加するように、複数の実
質的に不透明な領域と複数の実質的に透明な領域をシー
ト上に分離配置して持ち、単位面積は光ビームの直径と
同等な直径を持ち、複数の実質的に透明な領域は予め定
められた形状、大きさおよび分布を持つとともに、実質
的に透明な領域の少なくとも一部は光ビームの直径より
も実質的に小さい透明部分の長さとその間の非透明部分
の距離を持つフィルターに光を投射するステップと、
（ｂ）減衰の要求される度合いに応じて光ビームの可変
減衰を果たすために、光ビームとフィルターを相対的に
移動するステップと、を有することを特徴とする、約１
ｍｍ未満の直径を持つ光信号を有する光ビームを可変に
減衰する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/575,620 US6404970B1 (en) | 2000-05-22 | 2000-05-22 | Variable optical attenuator |
| US09/575,620 | 2000-05-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002023071A true JP2002023071A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=24301040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001151167A Pending JP2002023071A (ja) | 2000-05-22 | 2001-05-21 | 可変光減衰器および可変光減衰方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6404970B1 (ja) |
| EP (1) | EP1158330A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002023071A (ja) |
| CN (1) | CN1175286C (ja) |
| CA (1) | CA2344113C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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