JP2003215514A - 光可変減衰装置およびその製造方法ならびに光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速動作が可能であり、製造が容易で、小型
で安価であり、さらに安定した光可変減衰装置を提供す
る。 【解決手段】 第１光伝送体１１と第２光伝送体１２と
を、第１光伝送体１１から出力された光の伝搬方向、振
幅、および位相のいずれか一つ以上を変化させる光可変
手段１００を介して、光接続できるように成した光可変
減衰装置であって、第１光伝送体１１および第２光伝送
体１２の少なくとも一方が、グレイデッドインデックス
ファイバ１３を含む光ファイバ体であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信分野で用いら
れる光可変減衰装置に関するものであり、安定した高速
動作が可能であり、製造が容易で、小型化が図れる光可
変減衰装置およびその製造方法ならびに光モジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野で用いられる受動部品の一つ
に光減衰装置がある。光減衰装置には、減衰量が固定さ
れた光固定減衰装置と、減衰量を変化させることができ
る光可変減衰装置がある。このうち、光可変減衰装置
は、手動で減衰量をコントロールするものと、電気的手
段でコントロールするものに分けられる。

【０００３】電気的手段で減衰量をコントロールする光
可変減衰装置（以下、ＥＶＯＡと表記する）は、高速動
作が可能であるが、低い挿入損失、広い減衰量可変範
囲、低い動作電圧を有することが望ましい。また、それ
らに加えて小型で安価であり高い信頼性を有することが
望ましい。

【０００４】従来のＥＶＯＡとして、光導波路で形成し
たマッハツェンダー干渉計などを利用した光集積回路型
のものが存在している。これは、光集積回路型の光変調
器や光スイッチの原理を利用したものであり、素子のア
レイ化や、他の素子との集積化に適している。

【０００５】ところが光集積回路型のＥＶＯＡは、アレ
イ型のデバイスを作る際には非常に有効ではあるが、チ
ャンネル数が少ない場合には１チャンネル当たりの製造
コストが高くなるという欠点を持っていた。また、光集
積回路自体が比較的大型である上に、光ファイバの入出
力部も存在するため、小型化が難しいという欠点もあ
る。さらに、動作原理によっては、安定性を確保するた
めに温度制御装置を使用する必要があり、しかも高価、
大型化するという欠点があった。このため、チャンネル
数が比較的少ないシステムでは、下記に示すインライン
型のＥＶＯＡが使用される傾向がある。

【０００６】インライン型のＥＶＯＡは、光導波路を用
いずに光ファイバの途中に減衰部を設ける方式（例え
ば、米国特許５９６６４９３号を参照）や、光ファイバ
にコリメーターを介して減衰装置を取り付ける方式（例
えば、特開平６−５１２５５号を参照）で光を減衰させ
るものであり、比較的小型で安価であるという特徴を持
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インラ
イン型のＥＶＯＡにおいては、例えば、光ファイバの途
中に減衰部を設ける方式では、光ファイバに非常に微細
な加工を行う必要があるため、製造効率が低く、低価格
化に限界がある。

【０００８】また、磁気光学効果を用いたものは、電磁
石を用いて減衰量のコントロールを行うため小型化が難
しく、さらに素子の実装に高い精度が要求されるため低
価格化に限界があった。

【０００９】図２１に従来のＥＶＯＡの一例を示す。図
中、１６１は入力光ファイバ、１６２はコリメート用の
レンズ、１６５は出力光ファイバ、１６６はマウント用
の基板である。また、ＥＶＯＡの主要部は、ファラデー
回転子１６４および複屈折基板１６３から構成される。
なお、図では省略されているが、ファラデー回転子１６
４の動作をコントロールする電磁石が備え付けられてい
る。

【００１０】このＥＶＯＡを正確に動作させるために
は、光ファイバとレンズによる光学系の調芯をとること
はもちろんのこと、その光軸とファラデー回転子および
複屈折基板の光軸を正確に合わせる必要がある。また、
電磁石との調芯も必要となる。これらの調芯がずれる
と、挿入損失が大きくなり、また最大減衰量が小さくな
るため、ＥＶＯＡの作製には非常に高精度な部品実装作
業が要求される。このことは、ＥＶＯＡの低価格化を妨
げる一因となっていた。また、機械的な衝撃による部品
配置のわずかな変化が、ＥＶＯＡの特性劣化を引き起こ
すという問題もあった。

【００１１】本発明は、光通信分野で用いられる光可変
減衰装置に関するものであり、前述したような従来のＥ
ＶＯＡの欠点を改善し、高速動作が可能であり、製造が
容易で、小型で安価であり、さらに安定した光可変減衰
装置およびこれを用いた光モジュールならびに製造方法
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前述のよう
な問題点を改善するべく、検討を行った結果、以下のよ
うな構成が有効であることがわかった。即ち、本発明の
光可変減衰装置は、第１光伝送体と第２光伝送体とを、
前記第１光伝送体から出力された光の伝搬方向、振幅、
および位相のいずれか一つ以上を変化させる光可変手段
を介して、光接続できるように成した光可変減衰装置で
あって、前記第１光伝送体および第２光伝送体の少なく
とも一方が、グレイデッドインデックスファイバを含む
光ファイバ体であることを特徴とする。具体的には、例
えば（１）第１光伝送体と、該第１光伝送体に対向する
第２光伝送体と、前記第１および第２光伝送体の間に挿
入された、光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１
つを変化させる手段と、から構成された光可変減衰装置
において、前記第１および第２光伝送体の少なくとも一
方が、シングルモードファイバの一端に、グレイデッド
インデックスファイバの一端を接続し、該グレイデッド
インデックスファイバの他端に、焦点距離調節用のコア
レスファイバの一端を接続して成る光ファイバ体である
ことを特徴とする。

【００１３】また、前記グレイデッドインデックスファ
イバが下記式を満足する長さに形成されていることを特
徴とする。 ０．５π ［ｒａｄ］ ＜ κＬ ＜ ０．８π ［ｒ
ａｄ］ ０．７５（−λ０／πｎ０κｗ０²） ≧ ｔａｎ（κ
Ｌ） ≧ １．２５（−λ０／πｎ０κｗ０²） （ただし、κ：グレイデッドインデックスファイバの屈
折率分布を決定するパラメータであり、コア半径をａ、
比屈折率差をΔとしたときに、κ＝（２Δ）^0.5／ａで
定義される値、Ｌ：グレイデッドインデックスファイバ
の長さ、λ０：真空中における光の波長、ｎ０：グレイ
デッドインデックスファイバの最大屈折率、ｗ０：グレ
イデッドインデックスファイバに入力される光のスポッ
トサイズ）具体的には、（２）前記グレイデッドインデ
ックスファイバの屈折率分布が半径rの関数として近似
的にｎ（ｒ）＝ｎ０（１−０．５（κｒ）²）で与えら
れ、グレイデッドインデックスファイバの長さＬが、 ０．５π ［ｒａｄ］ ＜ κＬ ＜ ０．８π ［ｒ
ａｄ］ を満足し、且つ、 ｔａｎ （κＬ） ＝ −λ０／（πｎ０κｗ０²） を満足する値を中心として±約２５％以内の範囲にある
ことを特徴とする。

【００１４】また、（３）前記第１および第２光伝送体
の少なくとも一方と、前記光の伝搬方向、振幅及び位相
の少なくとも１つを変化させる手段が、一体の支持部材
に固定されていることを特徴とする。

【００１５】また、（４）第１光伝送体と、該第１光伝
送体に対向する第２光伝送体と、前記第１および第２光
伝送体の間に挿入された、光の伝搬方向、振幅及び位相
の少なくとも１つを変化させる手段と、から構成された
光可変減衰装置において、前記第１および第２光伝送体
が、シングルモードファイバの一端に、グレイデッドイ
ンデックスファイバの一端を接続し、該グレイデッドイ
ンデックスファイバの他端に、焦点距離調節用のコアレ
スファイバの一端を接続し、該コアレスファイバの他端
に、他のグレイデッドインデックスファイバの一端を接
続し、該グレイデッドインデックスファイバの他端に、
他のシングルモードファイバの一端を接続して成る光フ
ァイバ体を、一体の支持部材に固定し、前記コアレスフ
ァイバを２つに分断することにより形成されていること
を特徴とする。

【００１６】また、コアレスファイバの長さは、前記グ
レイデッドインデックスファイバの光出射端面からビー
ムウエストまでの距離Ｌｗの約２倍であって、且つ前記
Ｌｗが下記式を満足することを特徴とする請求項４に記
載の光可変減衰装置。 ０．７５（ｎｃ／２ｎ０κ）（（λ０／（πｎ０κｗ０
²））−（（πｎ０κｗ０²）／λ０）） ≦ Ｌｗ ≦ １．２５（ｎｃ／２ｎ０κ）（（λ０／（πｎ０κｗ０
²））−（（πｎ０κｗ０²）／λ０）） （ただし、ｎｃ：コアレスファイバの屈折率、ｎ０：グ
レイデッドインデックスファイバの最大屈折率、κ：グ
レイデッドインデックスファイバの屈折率分布を決定す
るパラメータであり、コア半径をａ、比屈折率差をΔと
したときに、κ＝（２Δ）^0.5／ａで定義される値、λ
０：真空中における光の波長、ｗ０：グレイデッドイン
デックスファイバに入力される光のスポットサイズ）、
具体的には、（５）前記コアレスファイバの長さは、前
記グレイデッドインデックスファイバの光出射端面から
ビームウエストまでの距離Ｌｗの約２倍であって、前記
Ｌｗが、コアレスファイバの屈折率をｎｃとしたとき、 Ｌｗ＝（ｎｃ／２ｎ０κ）（λ０／（πｎ０κｗ０²）
−πｎ０κｗ０²／λ０） を満足する値を中心として±約２５％以内の範囲にある
ことを特徴とする。

【００１７】また、（６）前記光の伝搬方向、振幅及び
位相の少なくとも１つを変化させる手段が、前記第１お
よび第２光伝送体が固定されている前記一体の支持部材
に固定されていることを特徴とする。

【００１８】また、（７）前記第１および第２光伝送体
と、前記光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１つ
を変化させる手段との間隙に、屈折率整合部材が充填さ
れていることを特徴とする。

【００１９】また、（８）前記一体の支持部材が前記光
伝送体を挿入する貫通孔を有していることを特徴とす
る。

【００２０】また、（９）前記一体の支持部材が前記光
伝送体を載置する凹部（溝を含む）を有していることを
特徴とする。

【００２１】また、（１０）前記光の伝搬方向、振幅及
び位相の少なくとも１つを変化させる手段が、屈折率可
変材料からなる部材と、該屈折率可変材料からなる部材
に制御信号を印加する手段と、からなることを特徴とす
る。

【００２２】また、（１１）前記一体の支持部材に、前
記制御信号を伝える制御用端子を挿入する貫通孔または
載置する溝が形成されていることを特徴とする。

【００２３】また、（１２）前記一体の支持部材の、前
記光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１つを変化
させる手段が実装された部分を覆うように蓋が設けら
れ、気密封止されていることを特徴とする。

【００２４】また、（１３）前記第１および第２光伝送
体と、前記光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１
つを変化させる手段と、前記一体の支持部材とが、それ
らを収納する筐体に格納され、該筐体には制御用端子が
固定されており、該制御用端子と、前記屈折率可変材料
からなる部材に制御信号を印加する手段とが、接続され
ていることを特徴とする。

【００２５】また、（１４）前記第２光伝送体の少なく
とも一部分にクラッドモードの光の伝搬を妨げる機構を
設けたことを特徴とする。

【００２６】また、（１５）前記一体の支持部材表面ま
たは前記蓋の少なくとも一部分に、光吸収部材を取り付
けたことを特徴とする。

【００２７】また、（１６）前記第１および第２光伝送
体の少なくとも一方を伝搬する光をモニターする手段を
設けたことを特徴とする。

【００２８】また、（１７）本発明の光可変減衰装置を
２つ以上、一体に実装してモジュールを形成することを
特徴とする。

【００２９】また、（１８）本発明の光可変減衰装置
と、発光素子と受光素子の少なくとも一方とを、一体に
実装してモジュールを形成することを特徴とする。

【００３０】また、本発明の光可変減衰装置の製造方法
として、以下のような方法が有効であることが分かっ
た。即ち、本発明の光可変減衰装置の製造方法は、（１
９）シングルモードファイバの一端に、グレイデッドイ
ンデックスファイバの一端を接続し、該グレイデッドイ
ンデックスファイバの他端に、焦点距離調節用のコアレ
スファイバの一端を接続し、該コアレスファイバの他端
に、他のグレイデッドインデックスファイバの一端を接
続し、該グレイデッドインデックスファイバの他端に、
他のシングルモードファイバの一端を接続して光ファイ
バ体を作製する工程と、前記光伝送体を一体の支持部材
に固定する工程と、前記一体の支持部材に固定された前
記光伝送体を２つに分断して第１および第２光伝送体を
作製する工程と、前記第１および第２光伝送体の間に、
光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１つを変化さ
せる手段を配置する工程と、を含むことを特徴とする。

【００３１】また、（２０）前記第１および第２光伝送
体の間に、光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１
つを変化させる手段を配置する工程において、前記光の
伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１つを変化させる
手段を、基板に固定し、該基板を前記一体の支持部材に
固定する工程を含むことを特徴とする。

【００３２】また、（２１）前記第１および第２光伝送
体の間に、光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１
つを変化させる手段を配置する工程において、前記一体
の支持部材に、光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくと
も１つを変化させる手段を固定するための溝を形成する
工程を含むことを特徴とする。

【００３３】

【作用】（１）の構成により、光軸に対して垂直方向の
位置ずれを抑制し、また適切な長さのコアレスファイバ
を選択することにより、焦点方向の調整を容易または不
要にすることができ、製造が容易で、小型で安価な光可
変減衰装置を実現することができる。

【００３４】また、（２）の構成により、対向する第１
および第２光伝送体どうしの距離を最大にすることがで
き、また、グレイデッドインデックスファイバの屈折率
分布ｎ（ｒ）や長さＬが設計値からずれた場合において
も、前記第１および第２光伝送体どうしの距離に対する
影響を小さく抑えることが可能であり、製造上のばらつ
きに対して比較的鈍感で、製造が容易な光可変減衰装置
を実現することができる。

【００３５】また、（３）の構成により、予め一体の支
持部材に光軸合わせのための精度の高い加工を施すこと
ができるため、光軸合わせをより簡便に行うことがで
き、また機械的強度が向上する。

【００３６】また、（４）の構成により、光軸に対して
垂直方向の位置ずれを抑制し、焦点方向の調整を容易ま
たは不要にすることができ、製造が容易で、小型で安価
な光可変減衰装置を実現することができる。

【００３７】また、（５）の構成により、対向する第１
および第２光伝送体どうしの距離を最大にすることがで
き、また、グレイデッドインデックスファイバの屈折率
分布ｎ（ｒ）や長さＬが設計値からずれた場合において
も、前記第１および第２光伝送体どうしの距離に対する
影響を小さく抑えることが可能であり、製造上のばらつ
きに対して比較的鈍感で、製造が容易な光可変減衰装置
を実現することができる。

【００３８】また、（６）の構成により、予め一体の支
持部材に光軸合わせのための精度の高い加工を施すこと
ができるため、光軸合わせをより簡便に行うことがで
き、また機械的強度が向上する。

【００３９】また、（７）の構成により、屈折率差によ
る界面での反射が減少し、結合損失を小さくすることが
できる。

【００４０】また、（８）の構成により、本発明の光可
変減衰装置を作製するプロセスや使用する際にかかる応
力によって光伝送体が破損したり、光伝送体が移動して
光軸がずれたりする不具合を防止することができる。光
伝送体を挿入する貫通孔を有している一体の支持部材と
しては、例えばフェルールや、貫通孔を有するガラスや
プラスチック等の成型体が挙げられる。

【００４１】また、（９）の構成により、支持部材の光
伝送体を載置する溝の形成面に電気配線を施したり、ア
ラインメントマーカーを作製したりする工程を簡便に行
うことができる。

【００４２】また、（１０）の構成により、機械的な移
動を伴う部品を不要にし、信頼性を向上させることがで
き、屈折率可変材料として電気光学効果を有する材料を
使用すれば、高速な動作が可能である。電気光学効果を
有する材料としては、例えばＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ3、
ＳＢＮ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、液晶等がある。

【００４３】また、（１１）の構成により、外部からの
制御信号の入力を可能としながら、光路とその周辺部を
外界から遮断することができる。

【００４４】また、（１２）の構成により、光路とその
周辺部を保護し、機械的な強度を向上させることができ
る。

【００４５】また、（１３）の構成により、外部からの
制御信号の入力を可能としながら、光路とその周辺部を
外界から遮断し、また機械的な強度を向上させることが
できる。

【００４６】また、本発明の光可変減衰装置は（１４）
の構成により、不要で場合によっては有害であるクラッ
ドモードを除去することができる。

【００４７】また、本発明の光可変減衰装置は（１５）
の構成により、第２の伝送体に結合しない光を吸収し、
迷光を防止することができる。

【００４８】また、本発明の光可変減衰装置は（１６）
の構成により、伝搬する光をモニターする機構を設ける
ことができる。

【００４９】また、本発明の光可変減衰装置は（１７）
の構成により、複数を一体に実装したアレイを作製する
ことができる。

【００５０】また、本発明の光可変減衰装置は（１８）
の構成により、発光素子や受光素子と一体に実装したモ
ジュールを構成することができる。

【００５１】また、（１９）の光可変減衰装置の製造方
法により、予め光軸と焦点距離を合わせた部材から、本
発明の光可変減衰装置を効率よく作製することができ
る。

【００５２】また、（２０）の光可変減衰装置の製造方
法により、光の伝搬方向、振幅及び位相の少なくとも１
つを変化させる手段を一体の支持部材に配置する際に、
基板を保持して作業することができ、作業中に素子に損
傷を与える危険を回避することができる。また、基板に
電極が形成されていれば、光軸合わせの作業を行う際に
電気信号を供給しながら作業を実施することが可能であ
る。

【００５３】また、（２１）の光可変減衰装置の製造方
法により、実装される素子の形状に合わせた溝が形成さ
れていれば、素子に対する光軸合わせの作業を不要にす
ることが可能である。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光可変減衰装置を
模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。

【００５５】図１は、本発明による光可変減衰装置の実
施形態の一例を示すものである。第１光伝送体１０１
は、第１シングルモードファイバ１１の一端に、第１グ
レイデッドインデックスファイバ１３の一端を接続し、
第１グレイデッドインデックスファイバ１３の他端に、
焦点距離調節用のコアレスファイバ１５の一端を接続し
て成る光ファイバ体であり、第２光伝送体１０２は、第
１シングルモードファイバ１２の一端に、第２グレイデ
ッドインデックスファイバ１４の一端を接続し、第２グ
レイデッドインデックスファイバ１４の他端に、焦点距
離調節用のコアレスファイバ１６の一端を接続して成る
光ファイバ体である。

【００５６】第１および第２シングルモードファイバ１
１,１２には、例えばモードフィールド径１０μｍの伝
送用のシングルモードファイバを使用することができ、
第１および第２グレイデッドインデックスファイバ１
３,１４には、屈折率分布がファイバ半径の多項式で表
される光ファイバを使用することができる。焦点距離調
節用の第１および第２コアレスファイバ１５,１６の長
さは、結合が最大になるように決めればよい。なお、第
１および第２シングルモードファイバ１１，１２の代わ
りにマルチモードファイバを使用してもよい。

【００５７】このような構成において、第１および第２
グレイデッドインデックスファイバ１３,１４は、ファ
イバコリメータとして働き、モードフィールド径あるい
はビーム径を変換し、大きさの異なるビーム径を有する
ビームを高効率で結合させる機能を有する。なお、これ
ら光ファイバはいずれも石英ガラスや樹脂等で構成さ
れ、光ファイバどうしの接続には融着や透光性の接着剤
を用いることができる。

【００５８】また、第１および第２グレイデッドインデ
ックスファイバ１３,１４としては一般的に屈折率分布
が半径rの次のような２次多項式： ｎ（ｒ）＝ｎ０（１−０．５ （κｒ）²） で与えられるものが広く用いられており、本発明におい
ては、真空中における光の波長をλ０、前記シングルモ
ードファイバのスポットサイズをｗ０としたとき、第１
および第２グレイデッドインデックスファイバ１３,１
４の長さＬが、 ０．５π （ｒａｄ） ＜ κＬ ＜ ０．８π （ｒ
ａｄ） を満足し、且つ、 ｔａｎ（κＬ） ＝ −λ０／（πｎ０κｗ０²） を満足する値を中心として±約２５％以内の範囲にある
ことを特徴とする。ここで、０．５π （ｒａｄ） ＜
κＬであるのは、グレイデッドインデックスファイバ
中でビーム径が周期的に変化し、シングルモードファイ
バから入射したビームが徐々に拡大され、最大のビーム
径になる長さよりも長いことを要求している。０．５π
（ｒａｄ） ＝ κＬであるときには、ビームウエス
トがグレイデッドインデックスファイバの端面に一致し
てしまい、グレイデッドインデックスファイバからコア
レスファイバに入ったビームのスポットサイズが拡大す
る一方であるからである。そして、グレイデッドインデ
ックスファイバがさらに長くなると、ビーム径が小さく
なり始めるが、κＬ ＝ πにおいて最小値になる。こ
の場合も、ビームウエストがグレイデッドインデックス
ファイバの端面に一致するので、望ましくない。したが
って、κＬ ＜ πであることが望ましい。グレイデッ
ドインデックスファイバ中では、ビーム径が周期的に変
化するので、κＬの値がπだけ異なる場合はコリメータ
として同じ機能を果たすが、κＬ ＜πのときに、長さ
を最も短くすることができるので、小型化の点で望まし
い。さらに、κＬ ＜ ０．８π （ｒａｄ）とするの
は、以下の事柄に基づいている。グレイデッドインデッ
クスファイバをコリメータとして利用する場合、対向す
るコリメータ間の距離をコリメータの端面からビームウ
エストまでの距離の２倍にしたとき、結合効率が最大に
なる。コリメータ端面からビームウエストまでの距離Ｌ
ｗは、コリメータの長さＬによって決まる。Ｌｗを最大
にするＬの値Ｌ０は、 ｔａｎ κＬ０ ＝ −λ０／（πｎ０κｗ０²） によって与えられ、ＬがＬ０からΔＬだけずれたときの
Ｌｗの相対的な変化ΔＬｗ／Ｌｗは ΔＬｗ／Ｌｗ ＝ − （０．５／ｓｉｎ⁴κＬ０）
（ΔＬ／Ｌ０）² である。したがって、コリメータの長さのばらつきはＬ
０の近傍ではＬｗに対して２次の大きさで寄与すること
がわかる。このことは、Ｌｗを最大にするＬの値Ｌ０の
近傍では、長さのばらつきに対して比較的鈍感なコリメ
ータであることを意味し、製造が容易になる利点があ
る。また、コリメータの長さの相対誤差ΔＬ／Ｌ０がΔ
Ｌｗ／Ｌｗに伝搬する大きさを表す係数０．５／ｓｉｎ
⁴（κＬ０）は、κＬ０＝０．８πのとき約４．２にな
り、ΔＬ／Ｌ０＝０．２５のとき、ΔＬｗ／Ｌｗ≒０．
２６となって、Ｌｗの相対的な誤差がコリメータの長さ
の相対的な誤差と同じ程度になる。

【００５９】また、コリメータの長さの設計はグレイデ
ッドインデックスファイバの屈折率分布に基づいて行わ
れるので、その屈折率分布を表すパラメータκが正確で
ある必要がある。κは、コア半径aと比屈折率差Δによ
り、κ＝（２Δ）^0.5／aと表されるので、aとΔの正確
さによってκの精度が決まる。パラメータaとΔの誤差
が１０％程度であれば容易に作成できるが、このときκ
の誤差は１５％程度になる。またグレイデッドインデッ
クスファイバの長さは１０％程度の精度では容易に作製
できるので、これらのことを考慮して、グレイデッドイ
ンデックスファイバの長さは最適な長さＬ０を中心とし
て±約２５％以内の範囲にあることが望ましい。

【００６０】また、第１シングルモードファイバ１１の
一端に、短いコアレスファイバのように屈折率が一様な
媒質を挟んで、第２グレイデッドインデックスファイバ
１３の一端を接続する場合には、近似的に第２グレイデ
ッドインデックスファイバ１３に入力されるビームのス
ポットサイズｗ０が大きくなったように考えることがで
きる。

【００６１】図１に示す第１光伝送体１０１および第２
光伝送体１０２は、例えば、図２に示すような第１シン
グルモードファイバ２１の一端に、第１グレイデッドイ
ンデックスファイバ２３の一端を融着や透光性の接着剤
等により接続し、第１グレイデッドインデックスファイ
バ２３の他端に、焦点距離調節用のコアレスファイバ２
５の一端を同様に接続し、コアレスファイバ２５の他端
に、第２グレイデッドインデックスファイバ２４の一端
を同様に接続し、第２グレイデッドインデックスファイ
バ２４の他端に、第２シングルモードファイバ２２の一
端を同様に接続して成る光ファイバ体１０３を、基体で
ある一体の支持部材に固定し、コアレスファイバ２５を
２つに分断することにより形成することができる。

【００６２】前記一体の支持部材としては、例えば、図
３に示すような単結晶シリコンの基板３１に、異方性エ
ッチングにより断面Ｖ形の溝３２を形成したものや、図
４に示すようなセラミック製等のフェルール３３を使用
することができる。なお、図４の３４は光ファイバ体を
挿入する貫通孔である。フェルール３３には、予め、光
学素子実装用の溝をダイシング等により形成しておくこ
とが望ましい。

【００６３】また、基板３１としては、Ｓｉ基板の他に
ガラスやセラミックス等の基板を用いることができ、Ｖ
形の溝３２を形成する方法としては、ダイシングや予め
成型したものの焼結体を利用してもよい。また、溝３２
の断面形状としては、Ｖ形の他に、Ｕ字形や角型の形状
を用いてもよい。また、一体の支持部材に固定する方法
としては、接着剤や低融点ガラスまたははんだを用いれ
ばよい。作業の精度と信頼性の観点から、Ｖ形の溝とは
んだを用いることが望ましい。

【００６４】図２におけるコアレスファイバ２５の長さ
は、第１グレイデッドインデックスファイバ２３の光出
射端面からビームウエストまでの距離Ｌｗの２倍であっ
て、Ｌｗは、コアレスファイバの屈折率をｎｃとしたと
き、 Ｌｗ ＝ （ｎｃ／２ｎ０κ）（（λ０／πｎ０κｗ０
²）−（πｎ０κｗ０²）／λ０）） を満足する値を中心として±約２５％以内の範囲にある
ことが望ましい。ここで与えられるＬｗは、グレイデッ
ドインデックスファイバの屈折率分布を決めるκの値に
対して最大となるように決められたものであり、グレイ
デッドインデックスファイバの長さのばらつきに対して
比較的鈍感であるという利点がある。グレイデッドイン
デックスファイバの長さの相対誤差が２５％であると
き、誤差の伝搬により、Ｌｗの相対誤差は約２６％にな
る。より望ましくは、Ｌｗの値が上記の値を中心として
±約２５％以内の範囲とする。

【００６５】また、第１シングルモードファイバ２１の
一端に、短いコアレスファイバのように屈折率が一様な
媒質を挟んで、第１グレイデッドインデックスファイバ
２３の一端を接続する場合には、近似的に第１グレイデ
ッドインデックスファイバ２３に入力されるビームのス
ポットサイズｗ０が大きくなったように考えることがで
きる。

【００６６】図１８,図１９は、本発明の光可変減衰装
置の製造方法を説明するものである。図１８（ａ）に示
す光伝送体１０３は、第１シングルモードファイバ２１
の一端に、第１グレイデッドインデックスファイバ２３
の一端を融着や透光性の接着剤等により接続し、第１グ
レイデッドインデックスファイバ２３の他端に、焦点距
離調節用のコアレスファイバ２５の一端を同様に接続
し、コアレスファイバ２５の他端に、他の第２グレイデ
ッドインデックスファイバ２４の一端を同様に接続し、
第２グレイデッドインデックスファイバ２４の他端に、
他の第２シングルモードファイバ２２の一端を同様に接
続して作製することができる。

【００６７】一体的に構成した光ファイバ体である光伝
送体１０３を、図１８（ｂ）に示すように、光ファイバ
を配置するための貫通孔または溝と、光学素子を配置す
るための溝９５と、制御用端子を配置するための貫通孔
９６とを設けた一体の支持部材５１に配置し、光伝送体
１０３と支持部材５１とを熱硬化性樹脂、低融点ガラ
ス、またははんだにより固定する。さらに図１８（ｃ）
に示すように、光伝送体１０３をダイシングにより分断
する。

【００６８】さらに図１９（ｄ）に示すように、支持部
材５１の溝９５上に光学素子１００を配置し、光学素子
１００を支持部材５１に紫外線硬化型接着剤等により固
定し、図１９（ｅ）に示すように、溝９５内に形成され
ている電極または制御用端子７１にボンディングワイヤ
６１により接続する。さらに、図１９（ｆ）において、
光学素子１００を覆うように溝９５内に屈折率が調整さ
れた紫外線硬化型の樹脂（屈折率整合部材９０）を充填
し、固化させる。

【００６９】また、図２０に示すように、光学素子１０
０を基板９３に固定し、基板９３に固定された光学素子
１００を一体の支持部材５１に固定してもよい。なお、
図中５９,６０は電極、９１,９２ははんだである。

【００７０】

【実施例】＜実施例１＞図５〜図７は、本発明の実施例
１を示すものである。

【００７１】第１および第２光伝送体１０１,１０２の
作製には、モードフィールド径が約１０μｍの石英系シ
ングルモードファイバ、ｎ０＝１．４６、比屈折率差Δ
＝０．８５％、コア径１０５μｍ、長さＬ＝７２０μｍ
のグレイデッドインデックスファイバ、屈折率ｎｃ＝
１．４６のコアレスファイバを用い、放電による融着加
工で接続した。

【００７２】図５に示すように、直径１．２５ｍｍのジ
ルコニアセラミック製のフェルール（５１）に、図１１
に示すような光学素子１００を実装するための溝をダイ
シングにより形成し、光学素子１００を制御する信号を
伝送するための端子７１を挿入する貫通孔を設けた。ま
た、溝上に電気配線を作製し、光学素子に形成されてい
る電極５５から５８と端子７１との電気的な接続が可能
となるようにした。第１光伝送体１０１および第２光伝
送体１０２を貫通孔に挿入し、熱硬化型エポキシ接着剤
を用いて固定した。そして、光学素子１００を溝に配置
して、電気配線を行い、屈折率１．４６の紫外線硬化型
接着剤を充填し、固定した。

【００７３】なお、本実施例では光伝送体と支持部材の
固定にはエポキシ系樹脂である熱硬化型接着剤を用いた
が、より信頼性の高い低融点ガラスやハンダを用いても
よい。これに、図１２に示すように、さらに蓋７２を形
成した。

【００７４】このようにして、良好な特性を有する小型
の光可変減衰装置を容易に作製することができた。

【００７５】＜実施例２＞図８〜図１０は、本発明の実
施例２を示すものである。

【００７６】この実施例では、一体の支持部材として、
ミラー指数で（１００）面を主面とする単結晶シリコン
からなる基板を用い、ＫＯＨ水溶液による異方性エッチ
ングにより（１１１）面を斜面とするＶ形の溝を形成
し、図３に示すような基体を作製し、光学素子搭載用の
溝をダイシングにより形成した。第１光伝送体１０１お
よび第２光伝送体１０２を溝に載置し、光学素子１００
を配置して、光軸を合わせて固定した。

【００７７】次に、光ファイバのクラッド部分に達する
溝を設け、その中にクラッドとは屈折率の異なる部材を
充填する等の方法によりクラッドモードの伝搬を妨げる
機構を設けた。

【００７８】次に、図１６に示すように、一体の支持部
材５１の表面と蓋６２の内側に光吸収部材８１を取り付
けた。

【００７９】次に、図１３に示すように、さらに蓋７３
を形成した。

【００８０】これをさらに、図１４および１５に示すよ
うに筐体７５に収納し、光学素子１００と制御信号を伝
達するための電極５９および６０とを接続し、電極５９
および６０と制御用端子７４とを接続した。

【００８１】このようにして、良好な特性を有する小型
の光可変減衰装置を容易に作製することができた。

【００８２】＜実施例３＞図１７は、本発明の実施例３
を示すものであり、実施例２と類似の構成で光伝送体と
光学素子が複数実装された一例である。

【００８３】単結晶シリコンからなる基板５１に、実施
例２と同様にして光伝送体を載置する溝を形成し、ま
た、エッチングにより光学素子を載置する溝を形成し、
第１の光伝送体１０１および第２の光伝送体を溝に載置
し、光学素子１００を配置して、光軸を合わせて固定
し、電気配線を行った後に、屈折率１．４６の紫外線硬
化型接着剤を充填し固定した。

【００８４】このようにして、良好な特性を有する小型
の光可変減衰装置アレイを容易に作製することができ
た。

【００８５】本実施例では、光学素子搭載用の溝をエッ
チングにより形成したが、ダイシングにより形成するこ
ともでき、その場合には複数の光学素子搭載用の溝を一
度のダイシングにより形成することができる。

【００８６】また、このような構成にすることにより、
単体の光可変減衰装置を複数並べるよりも、高い密度で
素子を配置することが容易であり小型化に有利である。
また一体に形成されているので、取扱いが容易で、機械
的な強度も高いという利点がある。光学素子を複数近接
して並べることにより、電極を共有することができ、更
に小型化が可能である。

【００８７】

【発明の効果】以上に示した通り、本発明により、高速
動作が可能であり、製造が容易で、小型で安価であり、
さらに信頼性が高い光可変減衰装置を実現することがで
きる。

【００８８】特に請求項１の光可変減衰装置によれば、
光軸に対して垂直方向の位置ずれを抑制し、また適切な
長さのコアレスファイバを選択することにより、焦点方
向の調整を容易または不要にすることができ、製造が容
易で、小型で安価な光可変減衰装置を実現することがで
きる。

【００８９】また、請求項２の光可変減衰装置によれ
ば、対向する第１および第２光伝送体どうしの距離を最
大にすることができ、また、グレイデッドインデックス
ファイバの屈折率分布ｎ（ｒ）や長さＬが設計値からず
れた場合においても、前記第１および第２光伝送体どう
しの距離に対する影響を小さく抑えることが可能であ
り、製造上のばらつきに対して比較的鈍感で、製造が容
易な光可変減衰装置を実現することができる。

【００９０】また、請求項３の光可変減衰装置によれ
ば、予め一体の支持部材に光軸合わせのための精度の高
い加工を施すことができるため、光軸合わせをより簡便
に行うことができ、また機械的強度が向上する。

【００９１】また、請求項４の光可変減衰装置によれ
ば、光軸に対して垂直方向の位置ずれを抑制し、焦点方
向の調整を容易または不要にすることができ、製造が容
易で、小型で安価な光可変減衰装置を実現することがで
きる。

【００９２】また、請求項５の光可変減衰装置によれ
ば、対向する第１および第２光伝送体どうしの距離を最
大にすることができ、また、グレイデッドインデックス
ファイバの屈折率分布ｎ（ｒ）や長さＬが設計値からず
れた場合においても、前記第１および第２光伝送体どう
しの距離に対する影響を小さく抑えることが可能であ
り、製造上のばらつきに対して比較的鈍感で、製造が容
易な光可変減衰装置を実現することができる。

【００９３】また、請求項６の光可変減衰装置によれ
ば、屈折率差による界面での反射が減少し、結合損失を
小さくすることができる。

【００９４】また、請求項７の光可変減衰装置によれ
ば、本発明の光可変減衰装置を作製するプロセスや使用
する際にかかる応力によって光伝送体が破損したり、光
伝送体が移動して光軸がずれたりする不具合を防止する
ことができる。光伝送体を挿入する貫通孔を有している
一体の支持部材としては、例えばフェルールや、貫通孔
を有するガラスやプラスチック等の成型体が挙げられ
る。

【００９５】また、請求項８の光可変減衰装置によれ
ば、支持部材の光伝送体を載置する溝の形成面に電気配
線を施したり、アラインメントマーカーを作製したりす
る工程を簡便に行うことができる。

【００９６】また、請求項９の光可変減衰装置によれ
ば、機械的な移動を伴う部品を不要にし、信頼性を向上
させることができ、屈折率可変材料として電気光学効果
を有する材料を使用すれば、高速な動作が可能である。
電気光学効果を有する材料としては、例えばＰＬＺＴ、
ＢａＴｉＯ3、ＳＢＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、
液晶等がある。

【００９７】また、請求項１０の光可変減衰装置によれ
ば、光路とその周辺部を保護し、機械的な強度を向上さ
せることができる。

【００９８】また、請求項１１の光可変減衰装置によれ
ば、外部からの制御信号の入力を可能としながら、光路
とその周辺部を外界から遮断し、また機械的な強度を向
上させることができる。

【００９９】また、請求項１２の光可変減衰装置によれ
ば、不要で場合によっては有害であるクラッドモードを
除去することができる。

【０１００】また、請求項１３の光可変減衰装置によれ
ば、伝搬する光をモニターする機構を設けることができ
る。

【０１０１】また、請求項１４の光可変減衰装置の製造
方法によれば、予め光軸と焦点距離を合わせた部材か
ら、本発明の光可変減衰装置を効率よく作製することが
できる。

【０１０２】また、請求項１５の光モジュールによれ
ば、複数を一体に実装したアレイを作製することができ
る。

【０１０３】さらに、請求項１６の光モジュールによれ
ば、発光素子や受光素子と一体に実装したモジュールを
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光可変減衰装置を模式的に説明する断
面図である。

【図２】本発明の光可変減衰装置において使用される光
伝送体を模式的に説明する断面図である。

【図３】本発明の光可変減衰装置において使用される一
体の支持部材の例を模式的に説明する斜視図である。

【図４】本発明の光可変減衰装置において使用される一
体の支持部材の他の例を模式的に説明する斜視図であ
る。

【図５】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【図６】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【図７】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【図８】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【図９】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【図１０】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１１】本発明の光可変減衰装置において使用される
光学素子の例を模式的に説明する斜視図である。

【図１２】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１３】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１４】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１５】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１６】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１７】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図１８】本発明の光可変減衰装置の製造工程を模式的
に説明する断面図である。

【図１９】本発明の光可変減衰装置の製造工程を模式的
に説明する断面図である。

【図２０】本発明の光可変減衰装置の実施形態を模式的
に説明する断面図である。

【図２１】従来の光可変減衰装置の実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【符号の説明】

１１：シングルモードファイバ １２：シングルモードファイバ １３：グレイデッドインデックスファイバ １４：グレイデッドインデックスファイバ １５：コアレスファイバ １６：コアレスファイバ ２１：シングルモードファイバ ２２：シングルモードファイバ ２３：グレイデッドインデックスファイバ ２４：グレイデッドインデックスファイバ ２５：コアレスファイバ ３１：単結晶シリコン基板 ３２：ファイバ固定用溝 ３３：ジルコニアセラミック製フェルール ３４：ファイバ固定用貫通孔 ４１：ファイバを押さえるための部材 ４２：ファイバを押さえるための部材 ５１：一体の支持部材 ５４：電気光学効果を有する光学素子材料 ５５：電極 ５６：電極 ５７：電極 ５８：電極 ５９：電極 ６０：電極 ６１：ワイヤ ６２：蓋 ７１：制御用端子 ７２：蓋 ７３：蓋 ７４：制御用端子 ７５：筐体 ８０：クラッドモード防止機構 ８１：光吸収部材 ９０：屈折率整合部材 ９１：はんだ ９２：はんだ ９３：基板 ９５：光学素子設置用溝 ９６：制御用端子を配置する貫通孔 １００：光学素子 １０１：第１光伝送体 １０２：第２光伝送体 １０３：光伝送体 １６１：入力光ファイバ １６２：コリメート用レンズ １６３：複屈折基板 １６４：ファラデー回転子 １６５：出力光ファイバ １６６：マウント用の基板

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 CA04 DA04 2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 CA24 DA03 DA08 EA11 EA32 EA33 EA34 FA01 KA11

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１光伝送体と第２光伝送体とを、前記
   第１光伝送体から出力された光の伝搬方向、振幅、およ
   び位相のいずれか一つ以上を変化させる光可変手段を介
   して、光接続できるように成した光可変減衰装置であっ
   て、前記第１光伝送体および第２光伝送体の少なくとも
   一方が、グレイデッドインデックスファイバを含む光フ
   ァイバ体であることを特徴とする光可変減衰装置。
2. 【請求項２】 前記グレイデッドインデックスファイバ
   が下記式（Ｅ１）及び（Ｅ２）を満足する長さに形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の光可変減衰
   装置。 ０．５π ［ｒａｄ］ ＜ κＬ ＜ ０．８π ［ｒａｄ］ ・・・（Ｅ１） ０．７５（−λ０／πｎ０κｗ０²） ≧ ｔａｎ（κＬ） ≧ １．２５（−λ０／πｎ０κｗ０²） ・・・（Ｅ２） （ただし、κ：グレイデッドインデックスファイバの屈
   折率分布を決定するパラメータであり、コア半径をａ、
   比屈折率差をΔとしたときに、κ＝（２Δ）^0.5／ａで
   定義される値、Ｌ：グレイデッドインデックスファイバ
   の長さ、λ０：真空中における光の波長、ｎ０：グレイ
   デッドインデックスファイバの最大屈折率、ｗ０：グレ
   イデッドインデックスファイバに入力される光のスポッ
   トサイズ）
3. 【請求項３】 前記第１光伝送体および前記第２光伝送
   体の少なくとも一方と前記光可変手段とが、基体に一体
   的に配設されていることを特徴とする請求項１または２
   に記載の光可変減衰装置。
4. 【請求項４】 前記第１光伝送体および前記第２光伝送
   体は、第１光ファイバの一端に第１グレイデッドインデ
   ックスファイバの一端を接続し、該第１グレイデッドイ
   ンデックスファイバの他端に焦点距離調節用のコアレス
   ファイバの一端を接続し、該コアレスファイバの他端に
   第２グレイデッドインデックスファイバの一端を接続
   し、該第２グレイデッドインデックスファイバの他端に
   第２光ファイバの一端を接続した光ファイバ体におい
   て、前記コアレスファイバを２つに分断して構成される
   ものとし、前記コアレスファイバを２つに分断した箇所
   に、前記光可変手段を配設したことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載の光可変減衰装置。
5. 【請求項５】 前記コアレスファイバの長さは、前記グ
   レイデッドインデックスファイバの光出射端面からビー
   ムウエストまでの距離Ｌｗの約２倍であって、且つ前記
   Ｌｗが下記式（Ｅ３）を満足することを特徴とする請求
   項４に記載の光可変減衰装置。 ０．７５（ｎｃ／２ｎ０κ）（（λ０／（πｎ０κｗ０²））−（（πｎ０κｗ ０²）／λ０）） ≦ Ｌｗ ≦ １．２５（ｎｃ／２ｎ０κ）（（λ０／（πｎ０κｗ０²））−（（πｎ０κｗ ０²）／λ０）） ・・・ （Ｅ３） （ただし、ｎｃ：コアレスファイバの屈折率、ｎ０：グ
   レイデッドインデックスファイバの最大屈折率、κ：グ
   レイデッドインデックスファイバの屈折率分布を決定す
   るパラメータであり、コア半径をａ、比屈折率差をΔと
   したときに、κ＝（２Δ）^0.5／ａで定義される値、λ
   ０：真空中における光の波長、ｗ０：グレイデッドイン
   デックスファイバに入力される光のスポットサイズ）
6. 【請求項６】 前記第１光伝送体と前記光可変手段との
   間、および前記光可変手段と前記第２光伝送体との間
   に、屈折率整合部材が充填されていることを特徴とする
   請求項１〜５のいずれかに記載の光可変減衰装置。
7. 【請求項７】 前記基体に前記第１光伝送体および前記
   第２光伝送体の少なくとも一方を挿入する貫通孔を有し
   ていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の光可変減衰装置。
8. 【請求項８】 前記基体に前記第１光伝送体および前記
   第２光伝送体の少なくとも一方を載置する凹部が形成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記
   載の光可変減衰装置。
9. 【請求項９】 前記光可変手段は屈折率可変部材を備え
   ていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載
   の光可変減衰装置。
10. 【請求項１０】 前記光可変手段の周囲が気密封止され
    ていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載
    の光可変減衰装置。
11. 【請求項１１】 前記第１光伝送体、前記第２光伝送
    体、および前記光可変手段は筐体内に収容されていると
    ともに、該筐体に前記光可変手段を制御する制御用端子
    が設けられ、該制御用端子と前記光可変手段とが電気的
    に接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のい
    ずれかに記載の光可変減衰装置。
12. 【請求項１２】 前記第１光伝送体または前記第２光伝
    送体にクラッドモードの光の伝搬を妨げる手段を設けた
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光
    可変減衰装置。
13. 【請求項１３】 前記第１光伝送体および第２光伝送体
    の少なくとも一方を伝搬する光をモニターする手段を備
    えたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載
    の光可変減衰装置。
14. 【請求項１４】 光ファイバの一端に第１グレイデッド
    インデックスファイバの一端を接続し、該第１グレイデ
    ッドインデックスファイバの他端に焦点距離調節用のコ
    アレスファイバの一端を接続し、該コアレスファイバの
    他端に第２グレイデッドインデックスファイバの一端を
    接続し、該第２グレイデッドインデックスファイバの他
    端に第２光ファイバの一端を接続して一体の光ファイバ
    体を作製する工程と、前記光ファイバ体を基体に固定す
    る工程と、前記光ファイバ体を２つに分断して第１光伝
    送体および第２光伝送体を作製する工程と、前記第１光
    伝送体および前記第２光伝送体の間に、光の伝搬方向、
    振幅、および位相のいずれか一つ以上を変化させる光可
    変手段を配設する工程と、を含むことを特徴とする光可
    変減衰装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１６のいずれかに記載の光
    可変減衰装置の複数を同一基板上に配設して成ることを
    特徴とする光モジュール。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１６のいずれかに記載の光
    可変減衰装置と、該光可変減衰装置に光接続させる発光
    素子および／または受光素子とを、同一基板上に配設し
    て成ることを特徴とする光モジュール。