JP2003215517A - 光可変減衰装置およびこれを用いた光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より小型で高速動作が可能であり、かつ安価で
信頼性が高い偏光無依存光可変減衰装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 第１光伝送体１と第２光伝送体２とを、
互いに直交する２つの偏光成分に位相差を与える複屈折
手段を介して光接続するようにした光可変減衰装置であ
って、複屈折手段は、与える位相差が可変である可変複
屈折手段４と、与える位相差を固定した固定複屈折手段
３−１，３−２とを備え、第１光伝送体１と可変複屈折
手段４との間、および／または、可変複屈折手段４と第
２光伝送体２との間に、固定複屈折手段３−１，３−２
を配設したことを特徴とする光可変減衰装置とする。

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
れる新規な構造で光可変減衰装置に関するものであり、
小型で高速動作が可能で、かつ安価で信頼性が高く、偏
光に依存しない光可変減衰装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野で用いられる受動部品の一つ
に光減衰器がある。光減衰器には、減衰量が固定された
光固定減衰器と、減衰量を変化させることができる光可
変減衰器とがある。このうち、光可変減衰器は、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
ロールするものとに分けられる。

【０００３】電気的手段で減衰量をコントロールする光
可変減衰器（以下、ＥＶＯＡと表記する）は、挿入損失
や減衰量可変範囲、動作電圧、動作速度が重要な特性で
ある。また、偏光依存性が小さいことも重要な特性であ
る。

【０００４】従来のＥＶＯＡで偏光無依存を実現する方
法としては、マイクロマシンでミラーや光ファイバなど
を駆動する構成や、熱光学効果を利用する構成や、偏光
を予め分離して各々の偏光に対して所望の効果を得るよ
うに素子を配置する構成などがある。

【０００５】マイクロマシンを使用して光の偏向方向を
制御する構成や、熱光学効果を利用した構成では、原理
的に偏光に依存しない。また、磁気光学効果や電気光学
効果を利用したＥＶＯＡにおいても、偏光に依存しない
効果を得られる構成が発明されている。

【０００６】例えば磁気光学効果を利用する場合、特開
平０６−５１２５５号に開示されているように、予め複
屈折結晶を用いて偏光分離した後、各偏光成分をファラ
デー回転子で回転し、再び複屈折結晶を通過させて分離
していた偏光成分を合波する。この際、偏光成分が磁気
光学効果により回転しているため、一部の光が出射側に
結合せず、これによって光を減衰させることができる。

【０００７】従って、ファラデー回転子に印加する磁界
の強度を制御することで偏光回転角を制御することによ
り、偏光無依存光可変減衰器を実現することができる。
なおこの例では、印加磁界強度が小さい状態で磁気光学
結晶の磁化が未飽和なために起こる減衰量の再現性低下
や、磁区の界面における光の散乱による減衰が生じてし
まうことによる実用上不都合を改善するために、２つの
磁石で常に磁化を飽和させておく強度の磁界を印加し、
２つの磁界の合成磁界による偏光回転を与える成分の強
度を制御する構成が示されている。

【０００８】また、電気光学効果を利用する場合、例え
ば特開２００１−２７２６３８号に開示されているよう
に、複屈折結晶により偏光分離し、電気光学素子により
各偏光成分を回転して、偏光成分を複屈折結晶により再
び合波する際に一部の光が結合しないことによって光を
減衰させることができ、この場合も電気光学素子に印加
する電圧を制御することで偏光回転角を制御することに
より、偏光無依存光可変減衰器を実現することができ
る。また、この例では効率良く光を減衰させるために、
複屈折結晶と電気光学素子の間に１／２波長板を挿入す
る構成が示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロマシンを使用した構成では可動部があるため信頼性に
問題がある。

【００１０】また、熱光学効果を利用する構成では熱を
利用しているため応答時間が遅く、消費電力が大きいと
いう欠点がある。

【００１１】また、前述の磁気光学効果を使用した構成
では磁気光学結晶と２個の磁石の光軸合わせに加えて、
複屈折結晶の光軸を合わせる必要があり、部品点数が多
く実装が非常に複雑になる。また、磁界強度の制御に電
流を使用するため消費電力が大きくなる。

【００１２】また、前述の電気光学効果を利用した構成
では効率の良い減衰を行うためには１／２波長板を挿入
しなければならないため、電気光学結晶、複屈折結晶に
加えて１／２波長板の光軸も合わせなければならず、や
はり部品点数が多いため実装が複雑になる。

【００１３】また、予め偏光を分離し再び結合する際に
一部の光が結合しないようにする構成では、充分な減衰
量を確保するためには偏光分離距離を大きくとる必要が
あり、従って素子が大型化する。

【００１４】そこで本発明は、前述したような従来の偏
光無依存光可変減衰器の欠点を改善し、より小型で高速
動作が可能であり、かつ安価で信頼性が高い偏光無依存
光可変減衰装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【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、基本構成として、第１光伝送体と第
２光伝送体とを、互いに直交する２つの偏光成分に位相
差を与える複屈折手段を介して光接続するようにした光
可変減衰装置であって、前記複屈折手段は、与える位相
差が可変である可変複屈折手段と、与える位相差を固定
した固定複屈折手段とを備え、前記第１光伝送体と前記
可変複屈折手段との間、および／または、前記可変複屈
折手段と前記第２光伝送体との間に、前記固定複屈折手
段を配設したことを特徴とするものである。

【００１６】例えば、（１）〜（４）の構成とすること
ができる。すなわち、（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可変複屈折手段と、前記第１
光伝送体と該可変複屈折手段の間、および該可変複屈折
手段と前記第２光伝送体との間に設けられた第１および
第２固定複屈折手段と、から構成され、前記第１光伝送
体からの出射光の第１の部分が第１固定複屈折手段を透
過した後前記可変複屈折手段に入射し、該可変複屈折手
段を透過した後、直接前記第２光伝送体に入射し、か
つ、前記第１光伝送体からの出射光の残りの第２の部分
が直接前記可変複屈折手段に入射し、該可変複屈折手段
を透過した後、第２固定複屈折手段を透過し、その後前
記第２光伝送体に入射するように、第１固定複屈折手段
と第２固定複屈折手段とを配置したことを特徴とする。

【００１７】また、（２）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可変複屈折手段と、前記第１光
伝送体と該可変複屈折手段の間に設けられた固定複屈折
手段と、から構成され、前記第１光伝送体からの出射光
の第１の部分が第１固定複屈折手段を透過した後前記可
変複屈折手段に入射し、該可変複屈折手段を透過した
後、直接前記第２光伝送体に入射し、かつ、前記第１光
伝送体からの出射光の第２の部分が第２固定複屈折手段
を透過した後前記可変複屈折手段に入射し、該可変複屈
折手段を透過した後、直接前記第２光伝送体に入射する
ように設けられた、前記固定複屈折手段として第１固定
複屈折手段と第２固定複屈折手段を有することを特徴と
する。

【００１８】また、（３）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可変複屈折手段と、該可変複屈
折手段と前記第２光伝送体との間に設けられた固定複屈
折手段と、から構成され、前記第１光伝送体からの出射
光の第１の部分が直接前記可変複屈折手段に入射し、該
可変複屈折手段を透過した後、第１固定複屈折手段を透
過し、その後前記第２光伝送体に入射し、かつ、前記第
１光伝送体からの出射光の第２の部分が直接前記可変複
屈折手段に入射し、該可変複屈折手段を透過した後、第
２固定複屈折手段を透過し、その後前記第２光伝送体に
入射するように設けられた、前記固定複屈折手段として
第１固定複屈折手段と第２固定複屈折手段を有すること
を特徴とする。

【００１９】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可変複屈折手段と、前記第１光
伝送体と該可変複屈折手段の間、および該可変複屈折手
段と前記第２光伝送体との間に設けられた固定複屈折手
段と、から構成され、前記第１光伝送体からの出射光の
第１の部分が第１固定複屈折手段を透過した後前記可変
複屈折手段に入射し、該可変複屈折手段を透過した後、
第２固定複屈折手段を透過し、前記第２光伝送体に入射
し、かつ、前記第１光伝送体からの出射光の第２の部分
が第３の固定複屈折手段を透過した後前記可変複屈折手
段に入射し、該可変複屈折手段を透過した後、第４の固
定複屈折手段を透過し、前記第２光伝送体に入射するよ
うに設けられた、前記固定複屈折手段として第１固定複
屈折手段と第２固定複屈折手段と第３の固定複屈折手段
と第４の固定複屈折手段を有することを特徴とする。

【００２０】また、（５）前記固定複屈折手段が１／２
波長板であることを特徴とする。

【００２１】また、（６）前記第１および第２光伝送体
の少なくとも一方が単一モード光ファイバと、コリメー
トレンズと、からなることを特徴とする。

【００２２】また、（７）前記第１および第２光伝送体
の少なくとも一方が単一モード光ファイバと、該単一モ
ード光ファイバに接合されたファイバコリメーターと、
からなることを特徴とする。

【００２３】また、（８）前記第１および第２光伝送体
の少なくとも一方が単一モード光ファイバと、ＧＲＩＮ
レンズと、からなることを特徴とする。

【００２４】また、（９）前記第１および第２光伝送体
の少なくとも一方が単一モード光ファイバと、該単一モ
ード光ファイバに接合された屈折率分布型光ファイバ
と、からなることを特徴とする。

【００２５】また、（１０）前記第１および第２光伝送
体の少なくとも一方が単一モード光ファイバと、該単一
モード光ファイバに接合された屈折率分布型光ファイバ
と、該屈折率分布型光ファイバに接合されたコアレスフ
ァイバと、からなることを特徴とする。

【００２６】また、（１１）前記第１光伝送体および前
記第２光伝送体と、前記可変複屈折手段と、前記固定複
屈折手段とが、基体に固定されていることを特徴とす
る。

【００２７】また、（１２）前記基体は、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
る貫通孔を備えていることを特徴とする。

【００２８】また、（１３）前記基体は、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配設す
る凹部を備えていることを特徴とする。

【００２９】また、（１４）前記可変複屈折手段が電気
光学効果を有する材料からなる部材と、該電気光学効果
を有する材料からなる部材に電界を印加する手段と、か
らなることを特徴とする。

【００３０】また、（１５）前記電気光学効果を有する
材料からなる部材が光軸に平行な面で２等分される２つ
の部分からなることを特徴とする。

【００３１】また、（１６）前記電気光学効果を有する
材料は、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ３、ＳＢＮ、ＬｉＮｂＯ
３、ＬｉＴａＯ３、または液晶からなることを特徴とす
る。

【００３２】また、（１７）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。

【００３３】また、（１８）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機構を
設けたことを特徴とする。

【００３４】また、（１９）本発明の光可変減衰装置の
複数を単一の基板に並設してなる光モジュールを構成す
ることを特徴とする。

【００３５】また、（２０）本発明の光可変減衰装置
と、光接続させる発光素子および／または受光素子とを
備えてなる光モジュールを構成することを特徴とする。

【００３６】

【作用】（１）から（４）の構成において、適切な固定
複屈折手段を選択、配置し、可変複屈折を制御すること
によって、単純な構成で部品点数が少なく従って安価で
実装が比較的容易であり、可動部がないため信頼性が高
く、偏光に依存しない光可変減衰装置を実現することが
できる。

【００３７】また、（５）のように固定複屈折手段とし
て１／２波長板を使用することができる。

【００３８】また、（６）の構成にすることによって、
コリメートレンズを用いない場合に比べて、第１光伝送
体、固定複屈折手段、可変屈折率を与える手段、および
第２光伝送体の間の結合効率を改善することができる。

【００３９】また、（７）のように、ファイバとコリメ
ートレンズが一体となったファイバコリメータを用いる
ことができる。

【００４０】また、（８）の構成にすることによって、
光のスポット径を大きくすることができ、従ってエネル
ギー密度を低くすることができるためハイパワーの入力
に耐えることができ、また、固定複屈折手段の実装精度
に余裕ができる。

【００４１】また、（９）の構成にすることによって、
大型のレンズを使用しない小型のコリメート部分を実現
することができ、従ってより小型化することができる。

【００４２】また、（１０）の構成にすることによっ
て、コアレスファイバの長さを予め調整することにより
第１光伝送体と第２光伝送体の間の光軸合わせを簡便に
行うことができる。

【００４３】また、（１１）の構成にすることによっ
て、予め基体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
ができる。

【００４４】また、（１２）の構成にすることによっ
て、本発明の光可変減衰装置を作製するプロセス中や使
用する際にかかる応力によって光ファイバが破損した
り、光ファイバ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。光ファイバ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の成形体が挙
げられる。

【００４５】また、（１３）の構成にすることによっ
て、支持部材のファイバ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。

【００４６】また、（１４）の構成にすることによっ
て、高速動作が可能となる。また、電界強度を印加電圧
で制御できるため、低消費電力を実現することができ
る。

【００４７】また、（１５）の構成にすることによっ
て、固定複屈折手段を接合する際の精度を向上したり、
より容易な実装が可能な製造方法をとることが可能とな
る。加えて、２等分された部材の間に電極を設けること
も可能である。

【００４８】また、（１６）に挙げた材料は電気光学係
数が大きいため、低電圧動作が可能となる。

【００４９】また、本発明の光可変減衰装置は（１７）
のように、不用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。

【００５０】また、本発明の光可変減衰装置は（１８）
のように、伝搬する光をモニターする機構を設けること
ができる。

【００５１】また、本発明の光可変減衰装置は（１９）
のように、複数を一体に実装したアレイを作製すること
ができる。すなわち、上記いずれかの光可変減衰装置の
複数を単一の基板に並設したことを特徴とする光モジュ
ールとすることができる。

【００５２】さらに、（２０）上記いずれかの光可変減
衰装置と、これに光接続させる発光素子および／または
受光素子とを備えてなる光モジュールとすることができ
る。

【００５３】なお、上述の（１）〜（２０）の構成をど
のように組合わせてもよいものとする。

【００５４】

【発明の実施形態】以下、本発明に係る光可変減衰装置
を模式的に示した図面に基づいて説明する。

【００５５】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、互いに直交する２つの偏光成分に
位相差を与える複屈折手段を介して光接続するようにし
た光可変減衰装置であって、前記複屈折手段は、与える
位相差が可変である可変複屈折手段と、与える位相差を
固定した固定複屈折手段とを備え、前記第１光伝送体と
前記可変複屈折手段との間、および／または、前記可変
複屈折手段と前記第２光伝送体との間に、前記固定複屈
折手段を配設した構成を基本構成とする。

【００５６】例えば、図１〜図４に示す光可変減衰装置
とすることができる。それぞれ（ａ）は側面図、（ｂ）
は斜視図であり、固定複屈折手段３−１と３−２、３−
３と３−４、３−５と３−６、および３−７と３−８と
３−９と３−１０、ならびに可変複屈折手段４の位置関
係を示している。なお、第１光伝送体１および第２光伝
送体２は図５および図６にその一例を示したように、単
一モード光ファイバ１−ａおよび２−ａとその端部に設
けられたコリメート部分、例えば屈折率分布型光ファイ
バ１−ｂ１および２−ｂ１やＧＲＩＮレンズ１−ｂ２お
よび２−ｂ２から構成することができる。また、可変複
屈折手段４は図９から図１３にその一例を示したよう
に、電気光学効果を有する材料からなる部材４−ａと電
界を印加する手段である電極４−ｂから構成することが
できる。電気光学効果を有する材料からなる部材は、図
７（ａ）のように４−ａの１つの部分からなっていても
よく、図７（ｂ）のように４−ａ１および４−ａ２の２
つの部分からなっていてもよい。電気光学効果を有する
材料からなる部材４−ａに対する電極の設け方は図９か
ら図１４に示したように複数考えられ、後述するように
図１から図４に示した固定複屈折手段と合わせた素子全
体で所望の特性を得られるよう適宜選択される。なおま
た、特開平１１−５２２９４号公報や特開平１１−２０
２２５９号公報で本発明の光可変減衰装置と類似した構
成の光アイソレーターが開示されているが、これらのア
イソレーターの構成では光可変減衰装置を実現すること
はできない。

【００５７】本発明の動作原理を説明する。まず、一般
にｚ軸方向に伝播する光に対して複屈折手段から与えら
れる偏光成分の位相変化は式（１）のように記述でき
る。

【００５８】

【数１】

【００５９】ここで、Ｖｘは入力光のｘ方向の偏光成
分、Ｖｙは入力光のｙ方向の偏光成分、Ｖｘ’は出力光
のｘ方向の偏光成分、Ｖｙ’は出力光のｙ方向の偏光成
分、αは複屈折手段の結晶軸角度、Δは複屈折手段から
受ける位相変化量である。例えば１／２波長板であれば
Δ＝πとなる。電気光学効果を有する材料からなる部材
においては、以下のように記述できる。

【００６０】

【数２】

【００６１】式（２）において、Δ０は電気光学効果を
有する材料からなる部材の電圧を印加しない状態におけ
る位相変化量（以下、位相変化量の初期値と記述す
る。）であり、結晶の長さによって変化する。また、Δ
（Ｖ）は電圧を印加したことによる位相変化量であり印
加電圧によって制御できる。

【００６２】従って、光が透過する経路に配置された各
複屈折手段についてそれぞれ行列Ｒを求め、それらを掛
け合わせていくことによって、入力光に対する出力光の
変換行列を作成することができる。

【００６３】本発明の光可変減衰装置においては、上記
の式を用いて第１の部分の光と第２の部分の光について
それぞれの変換行列を求め、それぞれの部分について第
２光伝送体に入射する直前までの出力光を求める。それ
ぞれの出力光は第２光伝送体で合波されるが、合波され
た光は合波前のそれぞれの出力光がお互いに打ち消し合
う位相差を持っていた場合にこれによって減衰し、その
減衰量は電気光学効果を有する材料からなる部材から与
えられる可変位相変化量に依存し、可変位相変化量は印
加する電圧で制御することができる。

【００６４】実用に適する光可変減衰装置においては、
直線偏光の入射に対して直線偏光の出力が得られなけれ
ばならない。つまり、第２光伝送体に入射する直前で第
１の部分の光と第２の部分の光に０°または１８０°以
外の位相差があってはならない。また、出力が０から１
の間で任意の値を取ることができる必要がある。これら
の条件を満たす範囲で自由に、固定複屈折手段と可変複
屈折手段の組み合わせを選択することができる。かくし
て偏光に依存しない光可変減衰装置を実現することがで
きる。

【００６５】図１５は本発明の光可変減衰装置の一例を
示すものであり、これを用いて動作例を説明する。図１
５では第１および第２光伝送体として単一モード光ファ
イバ１−ａおよび２−ａとＧＲＩＮレンズ１−ｂ２およ
び２−ｂ２、固定複屈折手段３−１および３−２、可変
複屈折手段として電気光学効果を有する材料からなる部
材４−ａと電極４−ｂ１および４−ｂ２、を用いてい
る。また、図１５では省略しているが、電極に印加する
電圧を制御する制御部を有する。

【００６６】図１５（ａ）に示したように、光伝送体１
−ａおよびＧＲＩＮレンズ１−ｂ２を透過しコリメート
された光のうち、図中Ａの領域に存在する第１の部分
は、まず第１固定複屈折手段３−１を透過し固定位相変
化を与えられる。その後、電気光学効果を有する材料か
らなる部材４−ａに入射し透過する間に、電気光学効果
を有する材料からなる部材４−ａに印加された電界方向
および強度に応じた位相変化を受け、その後ＧＲＩＮレ
ンズ２−ｂ３に入射する。また、図中Ｂの領域に存在す
る残りの第２の部分は、電気光学効果を有する材料から
なる部材４−ａに直接入射し、透過する間に、電気光学
効果を有する材料からなる部材４−ａに印加された電界
方向および強度に応じた位相変化を受け、その後第２固
定複屈折手段３−２を透過し固定位相変化を与えられ
る。その後、ＧＲＩＮレンズ２−ｂ３に入射する。そし
てＧＲＩＮレンズ２−ｂ３でＡの領域を透過してきた第
１の部分の光と、Ｂの領域を透過してきた残りの第２の
部分の光が結合する。結合された光の強度はそれぞれの
領域を透過してきた光の偏光状態によって決定され、単
一モード光ファイバ２−ａに出力される。

【００６７】この構成においては領域Ａ、領域Ｂを通過
する光に対して、それぞれ次の変換行列が適用できる。

【００６８】

【数３】

【００６９】ここで、αＡは固定複屈折手段３−１の結
晶軸角度、ΔＡは固定複屈折手段３−１から受ける位相
変化量、αＢは固定複屈折手段３−２の結晶軸角度、Δ
Ｂは固定複屈折手段３−２から受ける位相変化量、αＥ
Ａは領域Ａにおける電気光学効果を有する材料からなる
部材４−ａの複屈折の主軸角度、ΔＥＡは領域Ａにおけ
る電気光学効果を有する材料からなる部材４−ａから受
ける位相変化量、αＥＢは領域Ｂにおける電気光学効果
を有する材料からなる部材４−ａの複屈折の主軸角度、
ΔＥＢは領域Ｂにおける電気光学効果を有する材料から
なる部材４−ａから受ける位相変化量である。

【００７０】一例として、電気光学効果を有する材料か
らなる部材４−ａに紙面内かつの光軸に対して垂直な方
向に電圧を印加し（αＥＡ＝αＥＢ＝０°）、偏光回転
角の初期値が０°になるように（Δ０＝０°）、電気光
学効果を有する部材４−ａの光の伝播方向の長さを選択
し、固定複屈折手段を１／２波長板で構成し（ΔＡ＝Δ
Ｂ＝１８０°）、第１の１／２波長板３−１および第２
の１／２波長板３−２のｓｌｏｗ軸角度が、電気光学効
果を有する材料からなる部材４−ａの電圧印加方向から
見て４５°傾いている（αＡ＝αＢ＝４５°）場合の偏
光成分を示したものを図１５（ｂ）および（ｃ）に示
す。（ｂ）は電気光学効果を有する材料からなる部材４
−ａに印可される電圧が０の場合を示したものである。
また（ｃ）は電気光学効果を有する材料からなる部材４
−ａに印加される電圧Ｖが、Δ（Ｖ）＝１８０°となる
ような電圧である場合を示したものである。（ｂ）の場
合出力は１に、（ｃ）の場合出力は０になる。電気光学
効果を有する材料からなる部材４−ａに印加する電圧を
０から（ｃ）の状態を与える電圧の間で変化させること
によって図１６（ａ）に示したような印加電圧−出力光
強度特性を得ることができる。この構成によると、第２
光伝送体に入射する直前で第１の部分の光と第２の部分
の光に位相差は無く、また、出力が０から１の間で任意
の値を取ることができ、従って偏光方向に依存しない光
可変減衰装置を実現することができる。

【００７１】前述したように実用に適する本発明の光可
変減衰装置を実現するためのαＥＡ、αＥＢ、Δ０、α
Ａ、αＢ、ΔＡ、ΔＢの組み合わせには、表１にその一
例を示すように複数の解があり、それぞれ図１６
（ａ）、（ｂ）のいずれかの出力特性を示す。ただし、
ΔＡ１およびαＡ１は図４における３−９のパラメー
タ、ΔＡ２およびαＡ２は３−１０のパラメータ、ΔＢ
１およびαＢ１は図４における３−７のパラメータ、Δ
Ｂ２およびαＢ２は３−８のパラメータであり、各単位
は「°」である。なお、表１が全ての解では無く、上述
の議論によって導かれる全ての組み合わせが本発明の範
囲とする。また、ここでは固定複屈折手段として１／２
波長板を用いたが、１／４波長板や旋光子を用いても良
い。また、ここでは可変複屈折手段として電気光学効果
を有する材料からなる部材を用いたが、液晶を用いても
良い。また、本発明の光可変減衰装置は変調器やスイッ
チとしても使用することができる。

【００７２】

【表１】

【００７３】光伝送体としてはここでは単一モード光フ
ァイバとＧＲＩＮレンズを用いたが、これらの他に基板
上に作製した光導波路や、屈折率分布型ファイバ（ＧＩ
ファイバ）、ファイバコリメータ、球面レンズ、非球面
レンズ等を用いることもできる。特に、単一モード光フ
ァイバに所定の長さのＧＩファイバを接続した第１光伝
送体と、同様の構成の第２光伝送体とを、ＧＩファイバ
端面で対向させ、その間を焦点距離を調節するための所
定の長さのコアレスファイバで接続したものを基体に固
定し、その後コアレスファイバ部分を切断し、前述の可
変複屈折手段と固定複屈折手段を挿入することによっ
て、光軸調整を非常に簡便に行うことができる。このよ
うな簡便な光軸合わせを実現する工程は、平面光導波路
と平面レンズや可変複屈折手段と固定複屈折手段を挿入
するための凹部を作りつけることによっても可能であ
る。つまり簡便な光軸合わせにおいて重要な点は、第１
光伝送体と第２光伝送体の光軸を如何に予め合わせた状
態で作製するか、ということである。なお、光伝送体と
可変複屈折手段および固定複屈折手段の間に屈折率整合
剤を充填することにより、より良い結合効率を得ること
ができる。また、光伝送体、可変複屈折手段、固定複屈
折手段のそれぞれ向かい合う端面に、反射防止膜を設け
ても良い。

【００７４】基体としては、光伝送体として光ファイバ
を使用する場合にはフェルールや、その他光ファイバを
挿入する貫通孔を有するガラスやプラスチックからなる
成形体や、光ファイバを載置するための凹部を有してい
る部材、例えばダイシングやエッチングにより凹部を形
成したＳｉ基板や石英基板等、を使用することができ
る。もちろん、光導波路を作りつけた基板を使用するこ
ともできる。特に、貫通孔を有するフェルールや成形体
を用いたものでは光伝送体は光ファイバによって構成さ
れるが、前述のように予め光軸を合わせて接続したもの
を固定し一部分を切断して凹部を形成する場合に、光フ
ァイバ外周と貫通孔の間を接着剤や半田等で充填してお
くことで光ファイバが全方向から均等な圧力で固定でき
ているため、溝を形成する際に光ファイバを破損する可
能性が低くなる。また、光ファイバを載置するための凹
部を有している基板を用いる場合、溝自体はもちろん、
光可変減衰装置の制御のために必要な電気配線やアライ
ンメントマーク等もウェハープロセスで作製することが
でき、量産に向いている。加えて複数の本発明の光可変
減衰装置をアレイ化することも容易に行える点で優れて
いる。これらの支持部材に加えて、前述の可変複屈折手
段と固定複屈折手段を挿入した部分や、凹部に載置した
ファイバを保護するための部材を設けても良い。

【００７５】また、本発明の光可変減衰装置では原理的
にクラッドモードが発生する。即ち、前述の動作原理を
説明した例で「出力が０になる」が意味するところは、
「第２光伝送体中の伝搬モードに結合しないモードに結
合した」ということである。この伝搬モードでないモー
ドはクラッドを伝搬し、長い距離を伝搬するうちに消失
するが、例えば本発明の光可変減衰装置の直後に受光素
子があった場合にクラッドモードの光が伝搬モードの光
と同時に受光されてしまい、誤作動の原因となる。従っ
て本発明の光可変減衰装置の使用用途によってはクラッ
ドモードの光の伝搬を妨げる機構を設ける必要がある。
クラッドモードの光の伝搬を妨げる機構の例としては、
第２光伝送体の一部のクラッド部分に切りかきを設け、
該切りかきにカーボン等の光を吸収する材料を充填しク
ラッドモードの光を吸収させる方法や、クラッドより屈
折率の高い樹脂等を充填しクラッドモードの光を外部へ
導くといった方法が挙げられる。

【００７６】また、図１５の例では省略したが、本発明
の光可変減衰装置には伝搬する光をモニターする機構を
設けることができる。その手段としては、例えば第１ま
たは第２光伝送体の一部に入射光の一部を反射し残りを
透過するミラーを設けたり、カプラーを用いたりして、
一部の光をフォトダイオードに導く方法が挙げられる。
なお、モニターする光は伝搬モードの光でもクラッドモ
ードの光でも良い。第２光伝送体のクラッドモードの光
をモニター用に取り出すことが効率的である。

【００７７】また、本発明の光可変減衰装置は複数を単
一の基板に並設しモジュール化することができる。例え
ば、支持部材として多芯フェルールや複数の貫通孔が設
けられた成形体を用いる方法や、前述のように基板上に
複数の光可変減衰装置を同時に作りつける方法が挙げら
れる。

【００７８】また、本発明の光可変減衰装置と発光素子
や受光素子とを一体に実装しモジュール化することがで
きる。例えば支持部材としてフェルールを用いた場合に
は、発光素子のパッケージの光の出射側開口部にコネク
タを用いて簡単に実装することができる。

【００７９】

【実施例】＜実施例１＞本発明の光可変減衰装置の実施
例１を以下の手順で作製した。光伝送体として、第１の
単一モード光ファイバ、第１の所定の長さのＧＩファイ
バ、所定の長さのコアレスファイバ、第２のＧＩファイ
バ、第２の単一モードファイバをこの順序で融着し、フ
ェルールに挿入後熱硬化性樹脂を充填し、オーブンで熱
硬化性樹脂を完全に硬化した。次にコアレスファイバの
中心付近で３ｍｍの幅で、コアレスファイバを切断しか
つフェルールを完全には分断しない深さの溝をダイシン
グによって作製した。前記単一モード光ファイバのＧＩ
ファイバに融着されていない端部にはコネクターを取り
付け、評価系に接続できるようにしている。この光学系
は、単一モードファイバ中を伝搬する入力光を約０．１
ｍｍのスポットサイズにコリメートすることができるよ
うに設計されており、上記切断部に屈折率マッチング樹
脂を充填することにより、挿入損失１ｄＢ以下となるこ
とが確認されている。一方で、所定の長さに切り出され
電極を蒸着によって作製した電気光学結晶ＰＬＺＴと、
１／２波長板の光軸を合わせ、接着剤を用いて接合し
た。これを前述の切断部に挿入し、光軸を合わせて、屈
折率整合樹脂を充填し紫外線により仮固定した後、熱硬
化により完全に固定した。その後、電極をワイヤーボン
ドで取り出し、電源に接続し、光可変減衰装置とした。
この光可変減衰装置の印加電圧−出力光強度の関係を図
１７に示す。ただし出力光強度は入力光強度で規格化し
た値を示している。図１７に示すように、印加電圧１５
Ｖで出力光をほぼ消光することができ、偏光によらない
光可変減衰装置が実現できた。また、この光可変減衰装
置において、電圧０Ｖと１５Ｖの間を１ＭＨｚで振動す
るデジタル波の入力に対する特性を観測した。その結
果、本発明の光可変減衰装置が、光変調器としても十分
動作することを確認した。

【００８０】＜実施例２＞実施例１において、前述の切
断部に挿入する素子を図８に示す工程して作製した。つ
まり、まずＰＬＺＴと結晶軸が４５°傾いた１／２波長
板を接合し、それを２つに切断した。その後、一方の部
分を反転し、残るもう一方の部分と接合した。この工程
によって、ＰＬＺＴと結晶軸が４５°傾いた１／２波長
板の光軸調整が容易になった。なお、この素子を用いた
場合、電圧を印加しない状態での出力が０、１５Ｖ印加
した場合の出力が１となり、実施形態１に対して動作が
反転する。

【００８１】＜実施例３＞図１８に示すように実施例１
において、フェルール２６内に光伝送体を固定し、コア
レスファイバを切断しかつフェルールを完全には分断し
ない深さの溝２６ｂを設けた後、この溝２６ｂ内でかつ
ＰＬＺＴと１／２波長板からなる素子が挿入される部分
から外れた部分に、光可変減衰装置の外部の回路と接続
するための端子３０を固定し、また、溝２６ｂ内にＰＬ
ＺＴと１／２波長板からなる素子とこの端子３０を接続
するための配線２８，２９を行い、その後ＰＬＺＴと１
／２波長板からなる素子を挿入し、ＰＬＺＴと１／２波
長板からなる素子の電極と配線部分を半田によって接続
すると同時に固定した。最後に、溝内を屈折率整合樹脂
２７で充填した。この実施例にすることで、本発明の光
可変減衰器を外部の回路に簡単に取りつけることができ
た。なお、図中２６ａはフェルール２６の貫通孔であ
り、これに光伝送体が挿入されている。また、８３は光
伝送体の端部に融着されたコアレスファイバである。

【００８２】＜実施例４＞図１９に示すように単結晶Ｓ
ｉの基板３６に、通常のウェハープロセスで光伝送体を
載置するＶ溝３７と、外部の回路と接続するための端子
５２，４３，４４を載置する溝５３と、ＰＬＺＴと１／
２波長板からなる素子を実装するための凹部３９を基板
３６の異方性エッチングで作製し、更にこの凹部３９内
に配線２８と、凹部３９の周囲に半田で封止するための
金属パターンを作製した。

【００８３】次に、光伝送体およびＰＬＺＴと１／２波
長板とを光軸を合わせて実装し、半田で固定した。ここ
で、光伝送体としては単一モードの金属コート光ファイ
バ１１と所定の長さに切断したＧＩファイバ８１を融着
したものを２本対向させてを使用しこれを基板３６に異
方性エッチングで形成したＶ溝３７に搭載した。また、
ＧＩファイバ８１のＰＬＺＴと１／２波長板からなる素
子と対向する端面には反射防止膜（図１９では図示を省
略している）を設けた。同様にＰＬＺＴおよび１／２波
長板の対向するそれぞれの面にも反射防止膜を設けた。
次に、外部の回路と接続するための端子を実装し、最後
に前述の凹部を保護するための蓋５１を半田４０によっ
て固定した。なお、端子は図１９中で示すとおり導電部
の周りに一部絶縁部４３を設け、さらにこの絶縁部の一
部に半田封止のための金属コート部分５２を設けた。こ
の実施例によれば完全に樹脂を使用しない封止を実現す
ることができた。

【００８４】

【発明の効果】以上示した通り、請求項１の光可変減衰
装置では、固定複屈折手段と、可変複屈折手段とによ
り、単純な構成で部品点数が少なく従って安価で実装が
比較的容易であり可動部がないため、小型で高速動作が
可能であり、かつ信頼性が高い偏光無依存光可変減衰装
置を実現することができる。

【００８５】また、請求項２の光可変減衰装置では、高
速動作が可能となり、電界強度を印加電圧で制御できる
ため、低消費電力を実現することができる。

【００８６】また、請求項３の光可変減衰装置では、固
定複屈折手段を接合する際の精度を向上したり、より容
易な実装が可能な製造方法をとることが可能となる。加
えて、２等分された部材の間に電極を設けることも可能
である。

【００８７】また、請求項４の光可変減衰装置では、電
気光学係数が大きいため、低電圧動作が可能となる。

【００８８】また、請求項５の光可変減衰装置では、固
定複屈折手段として１／２波長板を使用することができ
る。

【００８９】また、請求項６の光可変減衰装置では、コ
リメートレンズを用いない場合に比べて、第１光伝送
体、固定複屈折手段、可変屈折率を与える手段、および
第２光伝送体の間の結合効率を改善することができる。

【００９０】また、請求項７の光可変減衰装置では、フ
ァイバとコリメートレンズが一体となったファイバコリ
メータを用いることができる。

【００９１】また、請求項８の光可変減衰装置では、光
のスポット径を大きくすることができ、従ってエネルギ
ー密度を低くすることができるためハイパワーの入力に
耐えることができ、また、固定複屈折手段の実装精度に
余裕ができる。

【００９２】また、請求項９の光可変減衰装置では、大
型のレンズを使用しない小型のコリメート部分を実現す
ることができ、従ってより小型化することができる。

【００９３】また、請求項１０の光可変減衰装置では、
コアレスファイバの長さを予め調整することにより第１
光伝送体と第２光伝送体の間の光軸合わせを簡便に行う
ことができる。

【００９４】また、請求項１１の光可変減衰装置では、
予め基体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
きる。

【００９５】また、請求項１２の光可変減衰装置では、
光可変減衰装置を作製するプロセス中や使用する際にか
かる応力によって光ファイバが破損したり、光ファイバ
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。光ファイバを挿入する貫通孔を有している基体
としては例えばフェルールや、貫通孔を有するガラスや
プラスチックの成形体が挙げられる。

【００９６】また、請求項１３の光可変減衰装置では、
基体のファイバ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。

【００９７】また、請求項１４の光可変減衰装置では、
有害なクラッドモードを除去することができる。

【００９８】また、請求項１５の光可変減衰装置では、
伝搬する光をモニターする機構を設けることができる。

【００９９】また、請求項１６の光モジュールでは、複
数を単一の基板に並設したアレイを小型化を図って作製
することができる。

【０１００】また、請求項１７の光モジュールでは、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】（ａ）は本発明の請求項１の一実施形態を示す
側面図、（ｂ）は本発明の請求項１の実施例における固
定複屈折手段と、可変複屈折手段の斜視図である。

【図２】（ａ）は本発明の請求項１の一実施形態を示す
側面図、（ｂ）は本発明の請求項１の実施形態における
固定複屈折手段と、可変複屈折手段の斜視図である。

【図３】（ａ）は本発明の請求項１の一実施形態例を示
す側面図、（ｂ）は本発明の請求項１の実施形態におけ
る固定複屈折手段と、可変複屈折手段の斜視図である。

【図４】（ａ）は本発明の請求項１の一実施形態を示す
側面図、（ｂ）は本発明の請求項１の実施形態における
固定複屈折手段と、可変複屈折手段の斜視図である。

【図５】本発明の請求項６の一実施形態を示す側面図で
ある。

【図６】本発明の請求項７の一実施形態を示す側面図で
ある。

【図７】（ａ）は本発明の請求項９を説明するための斜
視図、（ｂ）は本発明の請求項９を説明するための斜視
図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の固定複屈折
手段と可変複屈折手段からなる素子を作製する工程の一
例を示した斜視図である。

【図９】（ａ）は本発明の電気光学効果を有する部材に
設ける電極の配置を一例を示す正面図、（ｂ）は本発明
の電気光学効果を有する部材に設ける電極の配置を一例
を示す斜視図である。

【図１０】（ａ）は本発明の電気光学効果を有する部材
に設ける電極の配置を一例を示す正面図、（ｂ）は本発
明の電気光学効果を有する部材に設ける電極の配置を一
例を示す斜視図である。

【図１１】（ａ）は本発明の電気光学効果を有する部材
に設ける電極の配置を一例を示す正面図、（ｂ）は本発
明の電気光学効果を有する部材に設ける電極の配置を一
例を示す斜視図である。

【図１２】（ａ）は本発明の電気光学効果を有する部材
に設ける電極の配置を一例を示す正面図、（ｂ）は本発
明の電気光学効果を有する部材に設ける電極の配置を一
例を示す斜視図である。

【図１３】（ａ）は本発明の電気光学効果を有する部材
に設ける電極の配置を一例を示す正面図、（ｂ）は本発
明の電気光学効果を有する部材に設ける電極の配置を一
例を示す斜視図である。

【図１４】（ａ）は本発明の電気光学効果を有する部材
に設ける電極の配置を一例を示す正面図、（ｂ）は本発
明の電気光学効果を有する部材に設ける電極の配置を一
例を示す斜視図である。

【図１５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の動作原理
を説明するための図である。

【図１６】（ａ）は本発明の光可変減衰装置の出力特性
の一例を示す図である。（ｂ）本発明の光可変減衰装置
の出力特性の一例を示す図である。

【図１７】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の実施
例１の光可変減衰装置の出力特性図である。

【図１８】（ａ）は本発明の実施例３の光可変減衰装置
を示す上面図、（ｂ）は本発明の実施例３の光可変減衰
装置を示す側面図である。

【図１９】本発明の実施例４の光可変減衰装置を示す上
面図である。

【符号の説明】 １・・・第１光伝送体 １−ａ・・・単一モード光ファイバ １−ｂ１・・・屈折率分布型ファイバ １−ｂ２・・・ＧＲＩＮレンズ ２・・・第２光伝送体 ２−ａ・・・単一モード光ファイバ ２−ｂ１・・・屈折率分布型ファイバ ２−ｂ２・・・ＧＲＩＮレンズ ３−１・・・固定複屈折手段 ３−２・・・固定複屈折手段 ３−３・・・固定複屈折手段 ３−４・・・固定複屈折手段 ３−５・・・固定複屈折手段 ３−６・・・固定複屈折手段 ３−７・・・固定複屈折手段 ３−７１・・・固定複屈折手段 ３−７２・・・固定複屈折手段 ３−８・・・固定複屈折手段 ３−８１・・・固定複屈折手段 ３−８２・・・固定複屈折手段 ３−９・・・固定複屈折手段 ３−９１・・・固定複屈折手段 ３−９２・・・固定複屈折手段 ３−１０・・・固定複屈折手段 ３−１０１・・・固定複屈折手段 ３−１０２・・・固定複屈折手段 ４・・・可変複屈折手段 ４１・・・可変複屈折手段 ４２・・・可変複屈折手段 ４−ａ・・・電気光学効果を有する材料からなる部材 ４−ａ１・・・電気光学効果を有する材料からなる部材 ４−ａ２・・・電気光学効果を有する材料からなる部材 ４−ｂ１・・・電極 ４−ｂ１１・・・電極 ４−ｂ１２・・・電極 ４−ｂ２・・・電極 ４−ｂ３・・・電極 ４−ｂ３１・・・電極 ４−ｂ３２・・・電極 ４−ｂ４・・・電極 ４−ｂ４１・・・電極 ４−ｂ４２・・・電極 ４−ｂ５・・・電極 １１・・・金属コート光ファイバ ３７・・・Ｖ溝 ８１・・・ＧＩファイバ ２６・・・フェルール ２６ａ・・・貫通孔 ２６ｂ・・・凹部 ２７・・・屈折率整合樹脂 ２８・・・配線 ２９・・・配線 ３０・・・端子 ３９・・・凹部 ４０・・・半田 ５１・・・蓋 ５２・・・金属コート部 ５３・・・溝 ４３・・・絶縁部 ４４・・・端子 ８３・・・コアレスファイバ

Claims (17)

【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、互い
   に直交する２つの偏光成分に位相差を与える複屈折手段
   を介して光接続するようにした光可変減衰装置であっ
   て、前記複屈折手段は、与える位相差が可変である可変
   複屈折手段と、与える位相差を固定した固定複屈折手段
   とを備え、前記第１光伝送体と前記可変複屈折手段との
   間、および／または、前記可変複屈折手段と前記第２光
   伝送体との間に、前記固定複屈折手段を配設したことを
   特徴とする光可変減衰装置。
2. 【請求項２】 前記可変複屈折手段は、電気光学効果を
   有する材料からなる部材と、該部材に電界を印加する手
   段とを備え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。
3. 【請求項３】 前記電気光学効果を有する材料からなる
   部材は、光軸に平行な面で２等分される２つの部分から
   なることを特徴とする請求項２に記載の光可変減衰装
   置。
4. 【請求項４】 前記電気光学効果を有する材料は、ＰＬ
   ＺＴ、ＢａＴｉＯ３、ＳＢＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａ
   Ｏ３、または液晶からなることを特徴とする請求項２ま
   たは３に記載の光可変減衰装置。
5. 【請求項５】 前記固定複屈折手段が１／２波長板であ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光
   可変減衰装置。
6. 【請求項６】 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が、単一モード光ファイバとコリメ
   ートレンズとを備えていることを特徴とする請求項１〜
   ５に記載の光可変減衰装置。
7. 【請求項７】 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が、単一モード光ファイバと該単一
   モード光ファイバに接合されたファイバコリメーターと
   を備え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が単一モード光ファイバと、ＧＲＩ
   Ｎレンズとを備え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が、単一モード光ファイバと該単一
   モード光ファイバに接合された屈折率分布型光ファイバ
   と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が、単一モード光ファイバと、該
    単一モード光ファイバに接合された屈折率分布型光ファ
    イバと、該屈折率分布型光ファイバに接合されたコアレ
    スファイバとを備えていることを特徴とする請求項９に
    記載の光可変減衰装置。
11. 【請求項１１】 前記第１光伝送体および前記第２光伝
    送体と、前記可変複屈折手段と、前記固定複屈折手段と
    が、基体に固定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】 前記基体は、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
    備えている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】 前記基体は、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配設する凹部を備
    えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに
    記載の光可変減衰装置。
14. 【請求項１４】 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
    １〜１３のいずれかに記載の光可変減衰装置。
15. 【請求項１５】 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設
    けたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載
    の光可変減衰装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれかに記載の光
    可変減衰装置の複数を単一の基板に並設したことを特徴
    とする光モジュール。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１５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備えてなる光モジュー
    ル。