JP2004029340A - 可変光減衰器 - Google Patents

Abstract

可変光減衰器
【課題】コンパクトで、精度良く光減衰量を制御することができる可変光減衰器を提供する。
【解決手段】入射光を伝搬する第１の光ファイバ１と、第１の光ファイバ１から出射された光束を反射するミラー４と、ミラー４により反射された光束を伝搬する第２の光ファイバ２と、第１と第２の光ファイバが収納された２芯フェルール８０と、ミラー４と第１の光ファイバ１および第２の光ファイバ２との間に設けられたレンズ３と、第１の光ファイバ１から出射された光束の反射角度を可変にするために該ミラー４に設置された可動部１１とを備え、ミラー４を可動させて、光ファイバ１と光ファイバ２の結合効率を変化させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は所望の光減衰を行うことが出来る可変光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光減衰器は光ファイバあるいは空間を伝搬する光に一定の減衰を与えるデバイスであり、光機器あるいは受光素子の性能評価や伝搬損調整のために用いられている。従来の可変光減衰器は、たとえば、特許公開公報２０００−１３１６２６号に記載されている。
【０００３】
図６は、従来例の可変光減衰器の模式的構成例である。従来の可変光減衰器５０は、入射光を伝搬する第１の光ファイバ５１と、その第１の光ファイバ５１から出射された光束を平行光束に変換するレンズ５２と、そのレンズ５２から出射した平行光束をレンズ５２の方向に反射するミラー５３と、そのミラー５３の角度を光ファイバ５１の光軸に対して変化させる可動部５４と、ミラー５３からの反射光が入射可能な位置に配設された第２の光ファイバ５５とを備え、可動部５４の変位に伴いミラー５３の角度が変化し、反射光の反射方向が変化することによって、第２の光ファイバ５５への入射量が調節され、伝搬される出射光の調整が行われるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の可変光減衰器は、第１、第２の光ファイバの位置をそれぞれ調芯する作業が困難であるという問題があった。また、第１、第２の光ファイバの端面とレンズが平行であるため、リターンロスが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、このような問題点を解決し、各光ファイバの調芯が容易で、リターンロスが少ない可変光減衰器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の可変光減衰器は、入射光を伝搬する第１の光ファイバと、第１の光ファイバから出射された光束を反射するミラーと、ミラーにより反射された光束を伝搬する第２の光ファイバと、第１と第２の光ファイバが収納されたフェルールと、ミラーと第１の光ファイバおよび第２の光ファイバとの間に設けられたレンズと、第１の光ファイバから出射された光束の反射角度を可変にするために該ミラーに設置された可動部とを備えたものである。
【０００７】
また、本発明の可変光減衰器は、別手法として、前記フェルールの端面を、前記レンズに対してテーパ状に成形したものである。
【０００８】
このような構成とすることにより、第１・第２の光ファイバはフェルールに収納されているので、調芯が容易であり、コンパクト化となる。また、フェルールの端面は、レンズに対しテーパ面が形成されているので、フレネル反射が抑制され、またレンズで反射された光束が第１の光ファイバに戻ることがないため、リターンロスを少なくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の可変光減衰器に関する第１実施形態の構成を示す斜視図である。
【００１０】
具体的には、本発明の可変光減衰器は第１の光ファイバ１および第２の光ファイバ２、第１の光ファイバ１と第２の光ファイバ２が収納されているフェルール８０、レンズ３、ならびにミラー４と可動部１１を備えている。光ファイバ１から出射した収束光束８は、レンズ３により平行光束５に変換される。平行光束５はその後、ミラー４の反射面で全反射し、再びレンズ３に戻り、収束光束９に変換され、光ファイバ２に結合する。なお、上述では、光ファイバ１を入射側とし光ファイバ２を出射側として説明したが、光ファイバ２を入射側とし光ファイバ１を出射側とする場合でも、同様の可変光減衰器として機能する。
【００１１】
ミラー４を矢印６の方向に動かすと、平行光束５は矢印７の方向にシフトし、収束光束９は矢印７０の方向にシフトする。
【００１２】
光ファイバ１および光ファイバ２の間の結合損失は、収束光束９のシフト量に依存して変化する。また、収束光束９のシフト量は、ミラー４のシフト量に依存するため、ミラー４のシフト量を制御することにより、光ファイバ１と光ファイバ２との間の結合損失を制御できる。この結果、可変光減衰器として機能する。
【００１３】
本発明の具体的な構成例を、図１を用いて詳細に説明する。光ファイバ１および光ファイバ２はシングルモード光ファイバである。レンズ３は、ファイバ１からの出射光である収束光束８を平行光束５に変換し、また平行光束５を収束光束９に変換するレンズである。レンズ３は非球面レンズであり、その焦点距離は１．０ｍｍ〜３．９ｍｍである。なお、平行光束５のビーム径は、レンズ３の焦点距離により決定されるが、約１００〜４００μｍである。
【００１４】
レンズ３の焦点距離は、可動部１１の可動距離と光減衰量の関係から１．８ｍｍ〜３．０ｍｍが最も好ましい。これは、レンズ３の焦点距離が小さいと、光減衰量を大きくさせるために可動部１１の可動距離を大きくする必要がある。また、レンズ３の焦点距離が大きいと、可動部１１の可動距離が微小の場合でも、光減衰量が大きくなり、可動部１１と光減衰量の制御が困難となる。
【００１５】
可動部１１は、シリコンマイクロマシンで構成され、このマイクロマシンにミラー４が設置されている。可動部１１は、軸１１ａを中心に回転する方向、つまり矢印６の方向に可動する構造となっている。なお、図１では、矢印６の方向は一方方向しか記載していないが、逆向きに可動させることも可能である。可動部１１は、回転軸１１ａを中心に回転が可能であるため、レンズ３への平行光束５の反射角度を制御することができ、収束光束９の光ファイバ２への入射位置を制御することができる。
【００１６】
なお、シリコンマイクロマシンの構造と動作の詳細については、たとえば、発行所　株式会社　産業技術サービスセンター、監修　江刺　正喜、著書名　マイクロマシンなどに記載されているように、半導体製造技術を応用して小型で精密に製作される。
【００１７】
ミラー４は、母材であるシリコン基板に誘電体膜で形成した光反射ミラーを蒸着してあり、入射光を全反射する。
【００１８】
フェルール８０は、エンジニアプラスチック等からなる樹脂成形体、もしくはジルコニア、ガラス等からなる成形体である。光ファイバ１のコアと光ファイバ２のコアとのピッチ間は、樹脂成形体の場合１２７μｍであり、ジルコニア、ガラス等の成形体の場合２５０μｍである。光ファイバ１と光ファイバ２のピッチ間は、小さい方が光減衰量の波長依存性が少ないため、フェルール８０は樹脂成形体からなる方が好ましい。
【００１９】
フェルール８０には、光ファイバ１と光ファイバ２が収納されているが、この光ファイバ１、２の配置は特に限定されない。図１では、光ファイバ１がレンズ光軸と同軸で、光ファイバ２がレンズ光軸とは異なる位置に配置されているが、レンズ光軸に対し、光ファイバ１と光ファイバ２が対称に配置されている構造にしてもよい。いずれの構造の場合でも、光ファイバ１のコアと、光ファイバ２のコアの距離は、フェルール８０が樹脂成形体の場合、約１２７μｍであり、ガラス、ジルコニアからなる成形体の場合は２５０μｍである。
【００２０】
次に、本発明の動作を、図１および図２を用いて説明する。図１および図２はいずれも本発明の第１実施形態の可変光減衰器を示す模式的斜視図であり、図１は、可動部１１の非動作時の状態を示し、図２は、可動部１１の動作時の状態を示している。
【００２１】
光ファイバ１から出射した収束光束８は、レンズ３により平行光束５に変換される。平行光束５はその後、ミラー４の反射面で全反射し、再びレンズ３に戻り、変換された後に収束光束９となり、光ファイバ２に結合する。
【００２２】
図２を参照して、マイクロマシンとミラー４からなる可動部１１を駆動させ、ミラー４を軸１１ａを中心に矢印６の方向へ動かした際の動作を説明する。光ファイバ１から出射した収束光束８は、レンズ３により平行光束５に変換される。平行光束５はその後、ミラー４の反射面で全反射されるが、ミラー４が矢印６の方向へ回転されているので、反射した平行光束５は矢印７の方向へシフトし、また収束光束９は矢印７０の方向にシフトするため、光ファイバ２への結合効率が変化する。つまり、結合損失が大きくなる。
【００２３】
平行光束５のシフト量は、ミラー４の角度変位量に依存する。また、光ファイバ１と光ファイバ２との間の結合損失は、ミラー４の角度変位量とレンズ３の焦点距離により決定される。図３にこの関係を示す。なお、図３では、結合損失の値を光減衰量で表した。図３では、ミラー４の角度変位量を０°〜０．５°とした場合、レンズ３の焦点距離が大きい方が、ミラー４の角度変位量が小さくても、光減衰量が増加する結果を示している。言い換えると、ミラー４の角度変位量が小さい場合、焦点距離の大きいレンズ３を使用すると、光減衰量も大きくすることができる。つまり、本発明は、ミラー４の角度変位量を変化させることで、光ファイバ１と光ファイバ２との間の結合損失を変化させ、光減衰量を制御することができるため、可変光減衰器として動作する。
【００２４】
なお、上述の説明からわかるように、任意の光減衰量を得る場合、レンズ３の焦点距離を大きくすることにより、ミラー４の角度変位量を小さくすることができる。特に、可動部１１の構造が、印加電圧により変位量が決定されるマイクロマシンを使用する場合、ミラー４の角度変位量が小さいと、可動部１１への印加電圧を低くすることができ、省電力が可能となる。
【００２５】
具体的な実施例で説明すると、レンズ３の焦点距離が１．８ｍｍの場合、マイクロマシン可動部１１への印加電圧が０Ｖの時は、ミラー４の変位はなく、光ファイバ１と光ファイバ２との結合効率は約１００％である。このため、光ファイバ１と光ファイバ２との結合損失は約０ｄＢである。これに対し、マイクロマシン可動部１１への印加電圧を０．４８Ｖの時には、ミラー４は矢印６の方向へ０．２１°シフトし、その結果、光ファイバ１と光ファイバ２の結合効率は低下し、結合損失は２５ｄＢとなった。なお、レンズ３の焦点距離が３．０ｍｍの場合、結合損失２５ｄＢを得るためには、印加電圧０．２９Ｖでよい。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態を、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）を参照して説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）は本発明の第２実施形態の可変光減衰器を示す模式的斜視図であり、フェルール８０の端面をテーパ状に成形したものである。
【００２７】
第２実施形態では、第１実施形態のフェルール８０の端面をテーパに成形した構造以外は、第１実施形態と同じである。フェルール８０の端面は、レンズ３の主平面に対し、約８°の角度で研磨されているが、６°〜１０°の範囲であれば特に限定されない。図４（ａ）では、フェルール８０の端面は、そのテーパ方向が、レンズ３から光ファイバ１、２の端面まで等距離になるように成形されている。
【００２８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から可動部１１を駆動させ、ミラー４を回転軸１１ａを中心に矢印６の方向へ動かした際の構成図である。図２と同様に、光ファイバ１から出射した収束光束８は、レンズ３により平行光束５に変換される。平行光束５はその後、ミラー４の反射面で全反射されるが、ミラー４が矢印６の方向へ回転されているので、反射した平行光束５は矢印７の方向へシフトし、また収束光束９は矢印７０の方向にシフトするため、光ファイバ２への結合損失が変化する。
【００２９】
なお、図４（ｂ）では、矢印６の方向は一方方向しか記載していないが、逆向きに稼動させることも可能である。しかしながら、平行光束５は、レンズ３の中心に近い部分を透過した方が光減衰量の波長依存性が低いため、矢印６の方向にミラー４を回転させた方が好ましい。また、図４（ｂ）では、光ファイバ１から光束が入射され光ファイバ２から出射される構成としたが、逆の光路としてもよい。すなわち、光ファイバ２から入射され、光ファイバ１から出射させても、可変光減衰器として機能する。
【００３０】
図４（ｃ）は、ミラー４の回転軸１１ｂが、図４（ｂ）の回転軸１１ａと垂直に交わる方向とした構成を示す構成図である。ミラー４を、回転軸１１ｂを中心として矢印６の方向に回転させることにより、平行光束５は矢印７の方向にシフトし、また収束光束９は矢印７０の方向にシフトするため、光ファイバ１から光ファイバ２への結合損失が変化する。
【００３１】
なお、図４（ｃ）の構成の場合、ミラー４の回転方向は、矢印６の方向のみである。これは、ミラー４の回転方向が矢印６と逆転方向に回転すると、平行光束５は矢印７と逆の方向にシフトし、収束光束９は矢印７０と逆の方向にシフトする。この結果、光ファイバ１から出射された光は、再度光ファイバ１に入射される恐れがあるためである。
【００３２】
図４（ｂ）、図４（ｃ）では、ミラー４の回転軸１１ａ、１１ｂと矢印６の回転方向について説明したが、回転軸および回転方向はこれらに限られない。つまり、光ファイバ１から出射された光がミラー４で反射され、光ファイバ１に入射されないように回転軸および回転方向を設定すればよい。
【００３３】
図４（ｄ）は、図４（ａ）の変形例を示す斜視図である。図４（ａ）の形状に限らず、図４（ｄ）に示すように、フェルール８０の端面のテーパ方向は、レンズ３から光ファイバ１、２の端面まで距離が異なるように成形されていてもよい。具体的に説明すると、光ファイバ１の端面からレンズ３までの距離は、レンズ３の焦点距離とするが、光ファイバ２の端面からレンズ３までの距離は、レンズ３の焦点距離よりも長くした構成としている。
【００３４】
この場合、光ファイバ２の端面では、レンズ３からの収束光束９の焦点が合わないため、必ず結合損失が発生する。つまり、ミラー３の傾き角度に関係なく、常に一定の結合損失が発生している。ある一定以上の光減衰量で、精度良く制御を行う場合は、図４（ｄ）の方が好ましい。一方、光減衰量を０ｄＢから可変制御を行う場合は、図４（ａ）の方が好ましい。
【００３５】
また、図４（ｄ）は、図４（ｂ）と同様で、光ファイバ１、光ファイバ２のいずれでも入射側、出射側のファイバになり得るということである。つまり、光束は、光ファイバ１もしくは光ファイバ２のどちらからでも入射させることができ、図４（ｄ）に示す回転軸１１ａ、矢印６の回転方向で稼動させることにより、光減衰器として機能する。さらに、図４（ｄ）では、図４（ｂ）とは異なり、矢印６の反対方向にミラー４を稼動した場合でも、矢印６の方向と場合と同様の光減衰特性が得られる。
【００３６】
図４（ａ）から図４（ｄ）に示すように、フェルール８０の端面をテーパ状に成形したことにより、光ファイバ１から出射された収束光束８は、フレネル反射の影響が少なくなり、またレンズ３に対し垂直な位置関係で透過されないので戻り光が発生せず、リターンロスの影響がなくなる。
【００３７】
次に、図５により、光減衰量の波長特性を説明する。図５は、本発明の図１に示した構造および図４（ａ）に示した構造で、光減衰量が０ｄＢから５ｄＢごとに２５ｄＢまで光減衰させた際の波長と光減衰量の関係を示すものである。図５から明らかなように、０ｄＢ〜２５ｄＢまで、光減衰量の波長依存性が低い結果が得られた。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の効果は、小型で低価格なことである。その理由は、一つのフェルールに入射・出射ファイバを収納しているからである。また、この構成により、調芯作業が容易となる。
【００３９】
第２の効果は、入射側の光ファイバが接続されている光モジュール、例えば光源の制御機構を精度良く、安定させることができる。その理由は、フェルール端面をテーパ状としたので、フレネル反射、もしくはレンズで発生する戻り光によるリターンロスを抑制することが出来るからである。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の可変光減衰器を示す模式的斜視図であり、ミラーが非可動の状態を示す。
【図２】本発明の第１実施形態の可変光減衰器を示す模式的斜視図であり、ミラーを
可動させた状態を示す。
【図３】本発明の可変光減衰器のミラー回転角度と光減衰量の関係を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は本発明の第２実施形態の可変光減衰器を示す模式的斜視図であり図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態からミラーを可動させた状態を示す模式的斜視図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のミラーの回転軸を９０°ずらした状態を示す模式的斜視図であり、図４（ｄ）は図４（ａ）のフェルール端面の変形例を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明の可変光減衰器の波長と光減衰量の関係を示すグラフである。
【図６】従来の可変光減衰器を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
１、２　光ファイバ
３　レンズ
４　ミラー
５　平行光束
６、７、７０　移動方向
８、９　収束光束
１１　可動部
１１ａ　可動部の回転軸
８０　フェルール

Claims (2)

1. 入射光を伝搬する第１の光ファイバと、第１の光ファイバから出射された光束を反射するミラーと、ミラーにより反射された光束を伝搬する第２の光ファイバと、第１と第２の光ファイバが収納されたフェルールと、ミラーと第１の光ファイバおよび第２の光ファイバとの間に設けられたレンズと、第１の光ファイバから出射された光束の反射角度を可変にするために該ミラーに設置された可動部とを備えたことを特徴とする可変光減衰器。
2. 前記２芯フェルールは、その端面が前記レンズに対してテーパ状に成形されていることを特徴とする請求項１記載の光減衰器。

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