JP3923265B2 - 可変光減衰器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光の減衰器として用いられるものであり、特に、光増幅器等に適用される可変光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光通信用の可変光減衰器として、例えば図８に示すような可変光減衰器が用いられている。同図に示す可変光減衰器は、光部品である光ファイバ３，４同士の間で伝搬する光の光路上に、ガラス基板１１と光吸収膜１２を有する光吸収部材１５を配置して形成されている。
【０００３】
前記ガラス基板１１は、光ファイバ３，４の光軸方向をＺ軸方向としたとき、Ｚ軸にほぼ直交するＸＹ平面上に配置され、前記光吸収膜１２はガラス基板１１の表面側に堆積形成されている。光吸収膜１２は、ＸＹ平面上で膜厚分布を有しており、例えばＺ軸方向の厚みがＸ方向において図の右側に向かうにつれて徐々に厚くなるように形成されている。光吸収膜１２の表面側とガラス基板１１の裏面側にはそれぞれ、無反射コート１３，１４が施されている。
【０００４】
この可変光減衰器においては、同図の矢印Ａに示すように、光吸収部材１５を図のＸ方向に移動すると、光ファイバ３，４の光路上における光吸収膜１２の厚みが可変され、それにより、光減衰量が可変される。
【０００５】
図９には、可変光減衰器の別の例が示されている。同図に示す可変光減衰器は、光路上にファラデー回転子１６を設け、このファラデー回転子１６を前記光路方向で両側から挟む複屈折楔板１７と永久磁石１８とを設け、さらに、光路と直交する方向でファラデー回転子１６を両側から挟む電磁石１９を設けて形成されている。なお、図中、２０は波長板を示す。
【０００６】
この可変光減衰器は、電磁石１９に印加する印加電流によってファラデー回転子１６の磁化方向を可変するものであり、ファラデー効果を用いて光減衰量を可変可能としたものであり、この可変光減衰器も実用化されている。
【０００７】
図１０には、可変光減衰器のさらに別の例が示されている。同図に示す可変光減衰器は、光ファイバ３の光路上に配置される直線状のシャッター板２１と、このシャッター板２１の移動機構を有している。この可変光減衰器においては、シャッター板２１を図のＸ方向に移動していき、シャッター板２１による遮光量を可変する。なお、同図に示す可変光減衰器の構成は、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.5,No.1,January/February 1999,pp18-25に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、光通信方式として、波長分割多重伝送が盛んに検討されており、この波長分割多重伝送用として、３０ｄＢ以上の光減衰量を達成でき、かつ、偏波依存性損失が小さく、高光入力パワーに耐えられ、かつ、小型の可変光減衰器が要求されている。
【０００９】
しかしながら、図８に示した可変光減衰器において、光吸収膜１２によって３０ｄＢ以上の光減衰量を得ようとすると、現状の技術では光吸収膜１２の幅（図のＷｘ）を１ｃｍ程度に大きくする必要があり、この光吸収膜１２等の移動のためには、モータ等の移動手段が必要不可欠である。そのため、装置の小型化が困難であった。
【００１０】
また、光吸収膜１２を設けて可変光減衰器を形成すると、入射光パワーが大きい場合に光吸収膜１２が熱を持ち、閾値以上のパワーの光が入射すると光吸収膜１２が破壊されるといった問題もあった。
【００１１】
また、図９に示す可変光減衰器においては、電磁石１９、ファラデー回転子１６、永久磁石１８の他、図示されていない偏光子や検光子を必要とするため、構成が複雑になり、装置の小型化が難しいといった問題があった。
【００１２】
さらに、図１０に示す可変光減衰器においては、光をシャッター板２１により遮るため、受光側の光ファイバ端面では回折によって広がった非点対称の回折パターンが形成される。この回折パターンは光ファイバ端面サイズよりも広がっており、光ファイバ端面の端の方で受光される光は、その偏光方向により反射率が異なり、偏波依存性損失が発生するといった問題があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、光減衰量の偏波依存性損失を小さくすることができ、例えば３０ｄＢ以上の光減衰量を達成でき、高光入力パワーに耐えられ、小型の可変光減衰器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、第１の光部品と、該第１の光部品に対して間隔をおいて対向配置された第２の光部品と、前記第１の光部品から前記第２の光部品へ伝搬する伝搬光の光軸に直交する方向に進退移動して伝搬光の少なくとも一部を遮る遮光板と、前記第１の光部品の光接続端面に設けられる第１レンズと、前記第２の光部品の光接続端面に設けられる第２レンズとを有する可変光減衰器であって、前記遮光板の前記第１レンズ側に対向する面を第１の面とし、遮光板の前記第２レンズ側に対向する面を第２の面とし、該第２の面に対向する側の第２レンズ表面と前記第２の面との伝搬光の光軸方向の距離をｚとし、前記伝搬光のビーム強度が中心強度の１／ｅとなる半径を伝搬光のモードフィールド半径と定義して前記第２の面の位置における前記伝搬光のモードフィールド半径をｒとし、前記伝搬光の波長をλ、虚数単位（−１）０．５をｊとしたとき、ｅｘｐ｛−ｊ・（２π／λ）・（ｔ２／２ｚ）｝におけるｔを−５ｒから５ｒまでの範囲内で変化させたときに計算される実数部と虚数部のそれぞれの振動回数が６０以上となるように前記距離ｚと前記モードフィールド半径ｒが定められている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、第２の発明は、前記第１の発明の構成を備えた上で、前記伝搬光としてガウシアンビームを用いることを特徴とする。さらに、第３の発明は、前記第１の発明の構成を備えたものにおいて、前記第１レンズ及び第２レンズの少なくとも一方は、レンズ機構を有するレンズ型光ファイバからなり、このレンズ型光ファイバは光部品としての光ファイバの光接続端面にレンズが接続されたものであることを特徴とする。さらに、第４の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記第１及び第２の光部品の光接続端部ならびに前記第１及び第２レンズは半導体基板上に固定されることを特徴とする。さらに、第５の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記第１及び第２の光部品の少なくとも一方は光ファイバからなることを特徴とする。さらに、第６の発明は、前記第１の発明の構成に加え、アクチュエータを備え、前記遮光板は、前記アクチュエータに連結されると共に前記伝搬光の光軸に直交する方向に移動可能に配され、前記アクチュエータにより前記遮光板を移動させることにより前記遮光板による前記伝搬光の光減衰量を変化させることを特徴とする。さらに、第７の発明は前記第６の発明の構成に加え、前記遮光板および前記アクチュエータは半導体基板上に形成されることを特徴とする。
【００１８】
本発明者は、図１１に示したような可変光減衰器において生じる偏波依存性損失は、シャッター板により遮る光の量が大きくなると大きくなる傾向があることを見出した。これは、シャッター板により遮る光の量が大きくなるに従い、回折による光モードフィールド形状が対称性を大きく崩して広がり、また、その光パワーが小さくなるため、相対的に偏波依存性損失が大きくなるためと考えられる。
【００１９】
なお、この偏波依存性損失の傾向は、本発明者が上記提案と同様のシャッター挿入方式の可変光減衰器について実験した実験結果において明らかにしたものである。
【００２０】
また、上記光モードフィールド形状の崩れ方は、（数１）に示すフレネル‐キルヒホッフ積分で計算できることを見出した。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ここで、Ｅ（ｘ、ｙ、ｚ、Ｌ）は、図３に示すように、遮光板５と光軸とのＹ軸方向の距離がＬとなる位置に遮光板５を配置して第１の光ファイバ３から第２の光ファイバ４側に伝搬する光を遮光した場合の座標ｘ、ｙ、ｚ地点における電界である。なお、Ｘ、Ｙ座標の原点は、伝搬光の光軸中心線上にある。Ｚ座標の原点は遮光板５の第２の面５ｂの成す面上にある。したがって、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の原点は伝搬光の光軸中心線と遮光板５の第２の面５ｂの成す面との交点にある。また、積分範囲のａは以下で説明する５ｒであり、１・ｉは虚数単位である。
【００２３】
また、ｘ０、ｙ０は、ここでは、それぞれ、Ｘ座標の原点、Ｙ座標の原点としており、Ｅ０はこの座標の原点における遮光板５の第２の面５ｂでの電界である。λは伝搬光の波長であり、ｚは第２レンズ８の受光端（遮光板の第２の面に対向する側の第２レンズ表面）と遮光板５の第２の面５ｂとの距離となる。
【００２４】
本発明者は、様々な検討により、上記フレネル‐キルヒホッフ積分の積分内の位相項の光軸中心点での回折パターンが偏波依存性損失に大きく影響することを見出し、この位相項を、虚数単位（−１）０．５をｊとして（数２）とおきかえることにした。光軸中心での回折パターンを計算するため、（数１）において、（ｘ−ｘ０）、（ｙ−ｙ０）のいずれか一方を０とし、他方をｔとした。
【００２５】
そして、本発明者は、このｔを遮光板５の第２の面５ｂの位置における伝搬光のモードフィールド半径ｒの−５倍から５倍まで変えたときに計算される実数部、虚数部が、積分範囲で振動する回数を適宜の値にすることにより、前記光モードフィールド形状を軸対称に近いものとできることを見出した。
【００２６】
【数２】
【００２８】
前記伝搬光はガウシアンビームで非常によく近似できるので、伝搬光をガウシアンビームと近似して、そのビーム強度が中心強度の１／ｅとなる半径を伝搬光のモードフィールド半径ｒと定義した。また、ガウシアンビームにおいてはモードフィールド半径の約５倍の範囲を越える外側領域ではビーム強度は殆ど０とみなせるので、モードフィールド半径の５倍の範囲、−５ｒから５ｒまでの範囲を前記積分範囲として上記振動回数を求めることにした。
【００２９】
そして、上記振動回数が６０回よりも少ない場合は、回折による光モードフィールド形状（回折パターン）は軸対称から大きくずれた形状となり、大きな偏波依存性損失が発生し、一方、上記振動回数が６０回以上となる場合は、第２レンズの表面に形成される回折パターンは、第２レンズの表面全体に渡って平均化された軸対称に近いものとなり、偏波依存性損失が小さくなることを見出した。
【００３０】
すなわち、伝搬光の回折パターンは、上記位相項（数２）の実数部、虚数部が積分範囲全体に渡って加え合わされた結果であるので、積分範囲での実数部、虚数部の振動が激しい場合には、その回折パターンは平均化されて軸対称に近い形状となり、振動が激しくない場合は、回折パターンが平均化されずに軸対称からずれた形状となり、偏波依存性損失を引き起こすのである。
【００３１】
したがって、（数２）により求められる実数部、虚数部が積分範囲で激しく振動する条件を満たすように、前記距離ｚと、前記モードフィールド半径ｒを定める、言い換えれば、第１、第２の光部品、第１、第２レンズ、遮光板の物理的配置、第１、第２レンズの焦点距離等を定めることで偏波依存性損失を低減できる。
【００３２】
本発明者は、様々なパラメータを用いて、上記振動回数と偏波依存性損失との関係を検討し、上記振動回数が６０回以上の場合は、例えば３０ｄＢ光減衰時において、偏波依存性損失値が約０．７ｄＢ以下にできることを確認した。なお、偏波依存性損失値は、光減衰量が大きくなるにつれて大きくなる傾向があるので、光減衰量が３０ｄＢよりも小さい場合は、偏波依存性損失値を約０．７ｄＢよりも小さくできる。
【００３３】
上記構成の本発明は、上記振動回数が６０回以上となるように前記距離ｚと前記モードフィールド半径を定めたものであるから、３０ｄＢ光減衰時においても偏波依存性損失を約０．７ｄＢに抑制することができる。したがって、本発明の可変光減衰器は、波長分割多重伝送システムなどに適用した場合にも、偏波依存性損失による光伝送特性の劣化を抑制できる優れた可変光減衰器とすることができる。また、本発明は、光吸収膜を用いないため、小型で高光入力パワーに耐えられる。
【００３４】
なお、可変光減衰器の適用は特に限定されるものではないが、本発明者は、その一例として波長分割多重伝送システムに本発明の可変光減衰器を適用することを考えており、現状の波長分割多重伝送システムにおける偏波依存性損失の許容値のうち、最も大きい許容値は０．７ｄＢであることから、これ以下の偏波依存性損失となるように、上記振動回数を６０回以上に設定した。
【００３５】
また、本発明において、上記振動回数を１００回以上とすると、３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失値を０．２ｄＢ以下にすることができるので、より好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係る可変光減衰器の第１実施形態例が平面図により示されている。
【００３７】
これらの図に示されるように、本実施形態例の可変光減衰器は、半導体基板としてのシリコン基板１を有しており、このシリコン基板１には、Ｖ溝２８，２９が形成されている。Ｖ溝２８には、第１レンズ７と第１の光部品としての第１の光ファイバ３が固定されており、Ｖ溝２９には、第２レンズ８と第２の光部品としての第２の光ファイバ４が固定されている。第２の光ファイバ４は前記第１の光ファイバ３と光軸Ｚ方向に間隔を介して対向配置されている。
【００３８】
第１レンズ７、第２レンズ８は、それぞれ、レンズ機構を有するレンズ型光ファイバであり、屈折率分布が軸対称に略２乗分布を持った全コア型のグレーデッドインデックスファイバにより形成されている。図３に示すように、これら第１、第２レンズ７，８は、該レンズ７，８に入射する入射光を平行光にして出射し、伝搬させるレンズである。第１の光ファイバ３、第２の光ファイバ４は、それぞれシングルモード光ファイバにより形成されている。
【００３９】
第１レンズ７は第１の光ファイバ３の光接続端面に融着接続されて第１の光ファイバコリメータが形成され、第２レンズ８が第２の光ファイバ４の光接続端面に融着接続されて第２の光ファイバコリメータが形成されている。
【００４０】
第１の光ファイバコリメータから第２の光ファイバコリメータに伝搬する伝搬光は、直径約７５μｍのほぼ平行なガウシアンビームとなっている。光線行列で計算される最も結合効率のよいコリメータ間距離（第１レンズ７と第２レンズ８の光軸Ｚ方向の間隔Ｓ）は約９９０μｍであるが、本実施形態例では、間隔Ｓを２００μｍとしている。
【００４１】
なお、平行光の場合、光軸方向の軸ずれトレランスが非常に大きく、計算値の９９０μｍを実施形態例のように２００μｍにしても、それによる損失増加分は約０．１ｄＢである。
【００４２】
前記シリコン基板１上には、第１の光ファイバ３から第２の光ファイバ４へ伝搬する伝搬光の少なくとも一部を遮る遮光板５が設けられている。遮光板５は櫛歯状アクチュエーター６の一方の櫛歯部６ａと連結して設けられており、この櫛歯部６ａにはスプリング（梁）２３が接続されている。スプリング２３にはボンディングパッド２４が接続されている。また、櫛歯部６ａに対向して櫛歯部６ｂが設けられて前記櫛歯状アクチュエーター６が形成されており、櫛歯部６ｂにはボンディングパッド２５が接続されている。
【００４３】
上記遮光板５、櫛歯状アクチュエーター６、スプリング２３は、シリコン基板１上に犠牲層堆積、エッチング等を施す周知のマイクロマシン加工技術（半導体微細加工技術）により形成されて、シリコン基板１上に浮設されている。なお、上記犠牲層は、上記遮光板５等を浮いた状態に作製するために、マイクロマシン加工技術によるプロセス最終段階で有機溶剤などで取り除く層をいう。
【００４４】
前記ボンディングパッド２４，２５には、それぞれ、櫛歯状アクチュエーター６を駆動する、図示されていない駆動部が接続されており、この駆動部による電圧印加の有無、および印加電圧の調節によって、遮光板５が図のＹ方向に進退移動する。
【００４５】
遮光板５の前記第１レンズ７側に対向する面は第１の面５ａであり、遮光板５の前記第２レンズ８側に対向する面は第２の面５ｂである。該第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離をｚとすると、本実施形態例において、ｚ＝１００μｍである。
【００４６】
また、伝搬光の波長λは１５５０ｎｍであり、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径（伝搬光を図の破線Ａの位置で切断した場合のモードフィールド半径）をｒとすると、ｒ＝３７．５μｍと計算される。
【００４７】
そこで、本実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまでの範囲で変化させて計算すると（ここでは−５×３７．５μｍから５×３７．５μｍまでの積分範囲で計算すると）、この計算結果は図２に示すようになり、図の実線で示す実数部Ｒｅ、同図の破線で示す虚数部Ｉｍとも振動回数が百数十回となることが分かった。
【００４８】
本実施形態例は、以上のように、本発明者の検討に基づき、前記振動回数が百数十回となるように、遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚおよび、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒを定めたものであるから、偏波依存性損失の非常に小さい可変光減衰器とすることができる。例えば、本実施形態例の可変光減衰器における３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失値は０．１ｄＢ以下となった。
【００４９】
したがって、本発明の可変光減衰器は、波長分割多重伝送システムなどに適用した場合にも、偏波依存性損失による光伝送特性の劣化を抑制できる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態例の可変光減衰器は、図１０に示した従来の可変光減衰器のように光吸収膜を使用しないため、高光入力パワーに耐えることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態例によれば、半導体微細加工技術を用いて、シリコン基板１上に、遮光板５、櫛歯状アクチュエーター６、スプリング２３等を形成しているので、可変光減衰器を小型化することができるし、遮光板５を、櫛歯状アクチュエーター６によって、正確に静電力により移動させることができ、光減衰量を正確に調節できる。
【００５２】
さらに、本実施形態例によれば、第１の光ファイバ３と第２の光ファイバ４のそれぞれの光接続端部および第１、第２レンズ７，８をシリコン基板１に形成したＶ溝２８，２９上に固定しているので、第１、第２の光ファイバ３，４の光軸合わせを容易に、かつ、正確にできる。
【００５３】
なお、本発明者は、図１０に示した従来例の可変光減衰器において、前記振動回数を調べてみた。その結果、図１１に示すようになり、振動回数は、実数部、虚数部ともに５７回程度となった。
【００５４】
なお、この従来例においては、本実施形態例において第１、第２の光ファイバ３，４の光接続端面に設けた第１、第２のレンズ７，８を用いず、第１の光ファイバ３と第２の光ファイバ４との間隔を２０μｍとしているので、同様の構成として上記振動回数を求めた。また、この従来例の場合、遮光板５の第２の面５ｂの位置におけるモードフィールド半径は約６μｍと計算されるので、（数２）において、ｔを−５×６μｍから５×６μｍまでの積分範囲で計算した。
【００５５】
上記のように、前記振動回数が５７回程度である場合、第２の光ファイバ４の受光端面には軸対称からずれた回折パターンが形成され、偏波依存性損失が大きくなり、例えば３０ｄＢの光減衰時には偏波依存性損失が約０．７５ｄＢとなった。
【００５６】
さらに、この従来例において、第１の光ファイバ３と第２の光ファイバ４との間隔のみを４０μｍにして、この間隔の中央部に遮光板５を配設した場合には、振動回数の計算結果は図１２に示すように２９回程度となり、３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失は約１．５ｄＢとなって、光減衰量の約５％にもなった。
【００５７】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第２実施形態例について説明する。本第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なることは、第１レンズ７と遮光板５と第２レンズ８の配置間隔を異なる間隔としたことである。
【００５８】
すなわち、本第２実施形態例では、第１レンズ７と第２レンズ８の間隔を４００μｍとし、その中央に遮光板５を配置した。遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚは２００μｍである。また、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１実施形態例と同様に３７．５μｍと計算される。
【００５９】
本第２実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は図４に示すようになり、同図の実線で示す実数部Ｒｅ、図の破線で示す虚数部Ｉｍとも振動回数が１２０回程度となることが分かった。
【００６０】
本第２実施形態例も上記第１実施形態例とほぼ同様の効果を奏することができる。すなわち、本第２実施形態例は、３０ｄＢの光減衰時の偏波依存性損失値を０．１５ｄＢ以下にでき、偏波依存性損失の非常に小さい可変光減衰器とすることができ、また、高光入力パワーに耐えることができ、さらに、小型で正確に光減衰量調節ができる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００６１】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第３実施形態例について説明する。本第３実施形態例は上記第１、第２実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第３実施形態例が上記第１、第２実施形態例と異なることは、第１レンズ７と遮光板５と第２レンズ８の配置間隔を異なる間隔としたことである。
【００６２】
すなわち、本第３実施形態例では、第１レンズ７と第２レンズ８の間隔を５００μｍとし、その中央に遮光板５を配置した。遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚは２５０μｍである。また、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１、第２実施形態例と同様に３７．５μｍと計算される。
【００６３】
本第３実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は図５に示すようになり、同図の実線で示す実数部Ｒｅ、図の破線で示す虚数部Ｉｍとも振動回数が９２回となることが分かった。
【００６４】
本第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例とほぼ同様の効果を奏することができる。すなわち、本第３実施形態例は、約３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失を約０．２ｄＢとして偏波依存性損失の非常に小さい可変光減衰器とすることができ、また、高光入力パワーに耐えることができ、さらに、小型で正確に光減衰量調節ができる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００６５】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第４実施形態例について説明する。本第４実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されているが、本第４実施形態例では上記第１実施形態例における遮光板５の位置よりも遮光板５を第２のレンズ８側に近づけ、遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚを５０μｍとした。
【００６６】
なお、本第４実施形態例でも第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１実施形態例と同様に３７．５μｍと計算される。そして、本第４実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は図６に示すようになり、図の実線で示す実数部Ｒｅ、図の破線で示す虚数部Ｉｍとも上記第１実施形態例と同様の振動回数となることが分かった。
【００６７】
本第４実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第５実施形態例について説明する。本第５実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されているが、本第５実施形態例では上記第１実施形態例における遮光板５の位置よりも遮光板５を第１のレンズ７側の極近傍に近づけ、遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚを約１９７〜１９８μｍとした。
【００６９】
本第５実施形態例でも、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１実施形態例と同様に３７．５μｍと計算され、本第５実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は上記第２実施形態例と同様になる。
【００７０】
本第５実施形態例も、上記第２実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、第１レンズ７、第２レンズ６、遮光板５の配置間隔は上記各実施形態例に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、前記振動回数を６０回以上として偏波依存性損失を低減できるように、前記距離ｚと前記モードフィールド半径ｒを適宜設定すればよい。
【００７２】
また、上記各実施形態例では、第１、第２レンズ７，８と第１、第２の光ファイバ３，４によりコリメータを形成し、第１レンズ７から第２レンズ８側に伝搬する伝搬光を平行光としたが、第１、第２レンズ７，８は光を平行光にして伝搬するレンズとするとは限らない。
【００７３】
なお、上記各実施形態例のように、第１レンズ７から第２レンズ８に伝搬する伝搬光が平行光となる場合は、モードフィールド半径は光軸Ｚ方向で一定となるが、図７に示すように、第１、第２レンズ７，８として集光レンズを適用した場合は、モードフィールド半径は第１、第２レンズの焦点距離等に起因するＺ軸方向の距離ｚの関数となる。
【００７４】
さらに、上記各実施形態例では、第１、第２レンズ７，８は対応する第１、第２の光ファイバ３、４の光接続端面に融着接続されていたが、第１レンズ７が第１の光ファイバ３の光接続端面に接続される接続方式および第２レンズ８が第２の光ファイバ４の光接続端面に接続される接続方式は、融着接続に限定されるものではなく、第１、第２レンズ７，８を第１、第２の光ファイバ３，４の光接続端面と間隔を介して配置して光結合してもよい。ただし、低接続損失の観点からは上記接続方式を融着接続とすることが好ましい。
【００７５】
さらに、上記各実施形態例では、第１、第２レンズ７，８はレンズ型光ファイバにより形成したが、第１、第２レンズ７，８は必ずしもレンズ型光ファイバとするとは限らず、光ファイバと異なるレンズにより形成してもよい。
【００７６】
さらに、上記各実施形態例では、静電力を利用して櫛歯状アクチュエーター６により遮光板５を移動させる構成としたが、例えば磁性膜堆積とエッチングなどの半導体微細加工技術を用いてマイクロ電磁石を形成し、電磁力によって遮光板５を移動させる電磁力駆動方式としてもよい。
【００７７】
さらに、上記各実施形態例では、第１、第２の光部品として第１、第２の光ファイバ３，４を適用したが、第１、第２の光部品は、光ファイバ以外の光部品としてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の光部品から第２の光部品に伝搬する伝搬光の少なくとも一部を遮光する遮光板と第２レンズとの間隔や、遮光板の位置における伝搬光のモードフィールド半径を適切に定めることにより、偏波依存性損失を低減するように構成したものであるから、例えば３０ｄＢ光減衰時においても偏波依存性損失を約０．７ｄＢ以下に抑制することができ、偏波依存性損失による光伝送特性の劣化を抑制できる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００７９】
また、本発明は、遮光板を用いて光を減衰させる構成であるので、光吸収膜を用いる場合と異なり、高光入力パワーに耐えることができるし、小型の可変光減衰器とすることができる。
【００８０】
また、本発明において、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方はレンズ機構を有するレンズ型光ファイバであり、該レンズ型光ファイバが対応する第１又は第２の光部品の光接続端面に接続されている構成によれば、第１、第２レンズと対応する光部品との光接続損失を小さくすることができる。
【００８１】
さらに、本発明において、第１の光部品と第２の光部品の光接続端面部と、第１１、第２レンズを半導体基板上に固定した構成によれば、第１、第２の光部品と第１、第２レンズとの光軸合わせを容易に、かつ、正確にすることができるし、可変光減衰器の小型化を図ることができる。
【００８２】
さらに、本発明において、第１の光部品と第２の光部品の少なくとも一方は光ファイバとした構成によれば、可変光減衰器と他の光部品との接続作業性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る可変光減衰器の第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】 上記実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図３】 上記実施形態例における伝搬光と遮光板との関係を示す説明図である。
【図４】 本発明に係る可変光減衰器の第２、第５実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図５】 本発明に係る可変光減衰器の第３実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図６】 本発明に係る可変光減衰器の第４実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図７】 本発明に係る可変光減衰器の他の実施形態例における伝搬光と遮光板との関係を示す説明図である。
【図８】 従来の可変光減衰器の例を示す説明図である。
【図９】 従来の可変光減衰器の別の例を示す説明図である。
【図１０】 従来の可変光減衰器のさらに別の例を示す説明図である。
【図１１】 図１０に示した可変光減衰器における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図１２】 図１０に示した可変光減衰器において、光ファイバ間隔を２倍にした場合の（数２）の計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ シリコン基板
３ 第１の光ファイバ（第１の光部品）
４ 第２の光ファイバ（第２の光部品）
５ 遮光板
５ａ 第１の面
５ｂ 第２の面
７ 第１レンズ
８ 第２レンズ
２３ スプリング
２８，２９ Ｖ溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光の減衰器として用いられるものであり、特に、光増幅器等に適用される可変光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光通信用の可変光減衰器として、例えば図８に示すような可変光減衰器が用いられている。同図に示す可変光減衰器は、光部品である光ファイバ３，４同士の間で伝搬する光の光路上に、ガラス基板１１と光吸収膜１２を有する光吸収部材１５を配置して形成されている。
【０００３】
前記ガラス基板１１は、光ファイバ３，４の光軸方向をＺ軸方向としたとき、Ｚ軸にほぼ直交するＸＹ平面上に配置され、前記光吸収膜１２はガラス基板１１の表面側に堆積形成されている。光吸収膜１２は、ＸＹ平面上で膜厚分布を有しており、例えばＺ軸方向の厚みがＸ方向において図の右側に向かうにつれて徐々に厚くなるように形成されている。光吸収膜１２の表面側とガラス基板１１の裏面側にはそれぞれ、無反射コート１３，１４が施されている。
【０００４】
この可変光減衰器においては、同図の矢印Ａに示すように、光吸収部材１５を図のＸ方向に移動すると、光ファイバ３，４の光路上における光吸収膜１２の厚みが可変され、それにより、光減衰量が可変される。
【０００５】
図９には、可変光減衰器の別の例が示されている。同図に示す可変光減衰器は、光路上にファラデー回転子１６を設け、このファラデー回転子１６を前記光路方向で両側から挟む複屈折楔板１７と永久磁石１８とを設け、さらに、光路と直交する方向でファラデー回転子１６を両側から挟む電磁石１９を設けて形成されている。なお、図中、２０は波長板を示す。
【０００６】
この可変光減衰器は、電磁石１９に印加する印加電流によってファラデー回転子１６の磁化方向を可変するものであり、ファラデー効果を用いて光減衰量を可変可能としたものであり、この可変光減衰器も実用化されている。
【０００７】
図１０には、可変光減衰器のさらに別の例が示されている。同図に示す可変光減衰器は、光ファイバ３の光路上に配置される直線状のシャッター板２１と、このシャッター板２１の移動機構を有している。この可変光減衰器においては、シャッター板２１を図のＸ方向に移動していき、シャッター板２１による遮光量を可変する。なお、同図に示す可変光減衰器の構成は、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.5,No.1,January/February 1999,pp18-25に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、光通信方式として、波長分割多重伝送が盛んに検討されており、この波長分割多重伝送用として、３０ｄＢ以上の光減衰量を達成でき、かつ、偏波依存性損失が小さく、高光入力パワーに耐えられ、かつ、小型の可変光減衰器が要求されている。
【０００９】
しかしながら、図８に示した可変光減衰器において、光吸収膜１２によって３０ｄＢ以上の光減衰量を得ようとすると、現状の技術では光吸収膜１２の幅（図のＷｘ）を１ｃｍ程度に大きくする必要があり、この光吸収膜１２等の移動のためには、モータ等の移動手段が必要不可欠である。そのため、装置の小型化が困難であった。
【００１０】
また、光吸収膜１２を設けて可変光減衰器を形成すると、入射光パワーが大きい場合に光吸収膜１２が熱を持ち、閾値以上のパワーの光が入射すると光吸収膜１２が破壊されるといった問題もあった。
【００１１】
また、図９に示す可変光減衰器においては、電磁石１９、ファラデー回転子１６、永久磁石１８の他、図示されていない偏光子や検光子を必要とするため、構成が複雑になり、装置の小型化が難しいといった問題があった。
【００１２】
さらに、図１０に示す可変光減衰器においては、光をシャッター板２１により遮るため、受光側の光ファイバ端面では回折によって広がった非点対称の回折パターンが形成される。この回折パターンは光ファイバ端面サイズよりも広がっており、光ファイバ端面の端の方で受光される光は、その偏光方向により反射率が異なり、偏波依存性損失が発生するといった問題があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、光減衰量の偏波依存性損失を小さくすることができ、例えば３０ｄＢ以上の光減衰量を達成でき、高光入力パワーに耐えられ、小型の可変光減衰器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、第１の光部品と、該第１の光部品に対して間隔をおいて対向配置された第２の光部品と、前記第１の光部品から前記第２の光部品へ伝搬する伝搬光の光軸に直交する方向に進退移動して伝搬光の少なくとも一部を遮る遮光板と、前記第１の光部品の光接続端面に設けられる第１レンズと、前記第２の光部品の光接続端面に設けられる第２レンズとを有する可変光減衰器であって、前記遮光板の前記第１レンズ側に対向する面を第１の面とし、遮光板の前記第２レンズ側に対向する面を第２の面とし、該第２の面に対向する側の第２レンズ表面と前記第２の面との伝搬光の光軸方向の距離をｚとし、前記伝搬光のビーム強度が中心強度の１／ｅとなる半径を伝搬光のモードフィールド半径と定義して前記第２の面の位置における前記伝搬光のモードフィールド半径をｒとし、前記伝搬光の波長をλ、虚数単位（−１）０．５をｊとしたとき、ｅｘｐ｛−ｊ・（２π／λ）・（ｔ２／２ｚ）｝におけるｔを−５ｒから５ｒまでの範囲内で変化させたときに計算される実数部と虚数部のそれぞれの振動回数が６０以上となるように前記距離ｚと前記モードフィールド半径ｒが定められている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、第２の発明は、前記第１の発明の構成を備えた上で、前記伝搬光としてガウシアンビームを用いることを特徴とする。さらに、第３の発明は、前記第１の発明の構成を備えたものにおいて、前記第１レンズ及び第２レンズの少なくとも一方は、レンズ機構を有するレンズ型光ファイバからなり、このレンズ型光ファイバは光部品としての光ファイバの光接続端面にレンズが接続されたものであることを特徴とする。さらに、第４の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記第１及び第２の光部品の光接続端部ならびに前記第１及び第２レンズは半導体基板上に固定されることを特徴とする。さらに、第５の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記第１及び第２の光部品の少なくとも一方は光ファイバからなることを特徴とする。さらに、第６の発明は、前記第１の発明の構成に加え、アクチュエータを備え、前記遮光板は、前記アクチュエータに連結されると共に前記伝搬光の光軸に直交する方向に移動可能に配され、前記アクチュエータにより前記遮光板を移動させることにより前記遮光板による前記伝搬光の光減衰量を変化させることを特徴とする。さらに、第７の発明は前記第６の発明の構成に加え、前記遮光板および前記アクチュエータは半導体基板上に形成されることを特徴とする。
【００１８】
本発明者は、図１１に示したような可変光減衰器において生じる偏波依存性損失は、シャッター板により遮る光の量が大きくなると大きくなる傾向があることを見出した。これは、シャッター板により遮る光の量が大きくなるに従い、回折による光モードフィールド形状が対称性を大きく崩して広がり、また、その光パワーが小さくなるため、相対的に偏波依存性損失が大きくなるためと考えられる。
【００１９】
なお、この偏波依存性損失の傾向は、本発明者が上記提案と同様のシャッター挿入方式の可変光減衰器について実験した実験結果において明らかにしたものである。
【００２０】
また、上記光モードフィールド形状の崩れ方は、（数１）に示すフレネル‐キルヒホッフ積分で計算できることを見出した。
【００２１】
【数１】
ここで、Ｅ（ｘ、ｙ、ｚ、Ｌ）は、図３に示すように、遮光板５と光軸とのＹ軸方向の距離がＬとなる位置に遮光板５を配置して第１の光ファイバ３から第２の光ファイバ４側に伝搬する光を遮光した場合の座標ｘ、ｙ、ｚ地点における電界である。なお、Ｘ、Ｙ座標の原点は、伝搬光の光軸中心線上にある。Ｚ座標の原点は遮光板５の第２の面５ｂの成す面上にある。したがって、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の原点は伝搬光の光軸中心線と遮光板５の第２の面５ｂの成す面との交点にある。また、積分範囲のａは以下で説明する５ｒであり、１・ｉは虚数単位である。
【００２３】
また、ｘ０、ｙ０は、ここでは、それぞれ、Ｘ座標の原点、Ｙ座標の原点としており、Ｅ０はこの座標の原点における遮光板５の第２の面５ｂでの電界である。λは伝搬光の波長であり、ｚは第２レンズ８の受光端（遮光板の第２の面に対向する側の第２レンズ表面）と遮光板５の第２の面５ｂとの距離となる。
【００２４】
本発明者は、様々な検討により、上記フレネル‐キルヒホッフ積分の積分内の位相項の光軸中心点での回折パターンが偏波依存性損失に大きく影響することを見出し、この位相項を、虚数単位（−１）０．５をｊとして（数２）とおきかえることにした。光軸中心での回折パターンを計算するため、（数１）において、（ｘ−ｘ０）、（ｙ−ｙ０）のいずれか一方を０とし、他方をｔとした。
【００２５】
そして、本発明者は、このｔを遮光板５の第２の面５ｂの位置における伝搬光のモードフィールド半径ｒの−５倍から５倍まで変えたときに計算される実数部、虚数部が、積分範囲で振動する回数を適宜の値にすることにより、前記光モードフィールド形状を軸対称に近いものとできることを見出した。
【００２６】
【数２】
前記伝搬光はガウシアンビームで非常によく近似できるので、伝搬光をガウシアンビームと近似して、そのビーム強度が中心強度の１／ｅとなる半径を伝搬光のモードフィールド半径ｒと定義した。また、ガウシアンビームにおいてはモードフィールド半径の約５倍の範囲を越える外側領域ではビーム強度は殆ど０とみなせるので、モードフィールド半径の５倍の範囲、−５ｒから５ｒまでの範囲を前記積分範囲として上記振動回数を求めることにした。
【００２９】
そして、上記振動回数が６０回よりも少ない場合は、回折による光モードフィールド形状（回折パターン）は軸対称から大きくずれた形状となり、大きな偏波依存性損失が発生し、一方、上記振動回数が６０回以上となる場合は、第２レンズの表面に形成される回折パターンは、第２レンズの表面全体に渡って平均化された軸対称に近いものとなり、偏波依存性損失が小さくなることを見出した。
【００３０】
すなわち、伝搬光の回折パターンは、上記位相項（数２）の実数部、虚数部が積分範囲全体に渡って加え合わされた結果であるので、積分範囲での実数部、虚数部の振動が激しい場合には、その回折パターンは平均化されて軸対称に近い形状となり、振動が激しくない場合は、回折パターンが平均化されずに軸対称からずれた形状となり、偏波依存性損失を引き起こすのである。
【００３１】
したがって、（数２）により求められる実数部、虚数部が積分範囲で激しく振動する条件を満たすように、前記距離ｚと、前記モードフィールド半径ｒを定める、言い換えれば、第１、第２の光部品、第１、第２レンズ、遮光板の物理的配置、第１、第２レンズの焦点距離等を定めることで偏波依存性損失を低減できる。
【００３２】
本発明者は、様々なパラメータを用いて、上記振動回数と偏波依存性損失との関係を検討し、上記振動回数が６０回以上の場合は、例えば３０ｄＢ光減衰時において、偏波依存性損失値が約０．７ｄＢ以下にできることを確認した。なお、偏波依存性損失値は、光減衰量が大きくなるにつれて大きくなる傾向があるので、光減衰量が３０ｄＢよりも小さい場合は、偏波依存性損失値を約０．７ｄＢよりも小さくできる。
【００３３】
上記構成の本発明は、上記振動回数が６０回以上となるように前記距離ｚと前記モードフィールド半径を定めたものであるから、３０ｄＢ光減衰時においても偏波依存性損失を約０．７ｄＢに抑制することができる。したがって、本発明の可変光減衰器は、波長分割多重伝送システムなどに適用した場合にも、偏波依存性損失による光伝送特性の劣化を抑制できる優れた可変光減衰器とすることができる。また、本発明は、光吸収膜を用いないため、小型で高光入力パワーに耐えられる。
【００３４】
なお、可変光減衰器の適用は特に限定されるものではないが、本発明者は、その一例として波長分割多重伝送システムに本発明の可変光減衰器を適用することを考えており、現状の波長分割多重伝送システムにおける偏波依存性損失の許容値のうち、最も大きい許容値は０．７ｄＢであることから、これ以下の偏波依存性損失となるように、上記振動回数を６０回以上に設定した。
【００３５】
また、本発明において、上記振動回数を１００回以上とすると、３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失値を０．２ｄＢ以下にすることができるので、より好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係る可変光減衰器の第１実施形態例が平面図により示されている。
【００３７】
これらの図に示されるように、本実施形態例の可変光減衰器は、半導体基板としてのシリコン基板１を有しており、このシリコン基板１には、Ｖ溝２８，２９が形成されている。Ｖ溝２８には、第１レンズ７と第１の光部品としての第１の光ファイバ３が固定されており、Ｖ溝２９には、第２レンズ８と第２の光部品としての第２の光ファイバ４が固定されている。第２の光ファイバ４は前記第１の光ファイバ３と光軸Ｚ方向に間隔を介して対向配置されている。
【００３８】
第１レンズ７、第２レンズ８は、それぞれ、レンズ機構を有するレンズ型光ファイバであり、屈折率分布が軸対称に略２乗分布を持った全コア型のグレーデッドインデックスファイバにより形成されている。図３に示すように、これら第１、第２レンズ７，８は、該レンズ７，８に入射する入射光を平行光にして出射し、伝搬させるレンズである。第１の光ファイバ３、第２の光ファイバ４は、それぞれシングルモード光ファイバにより形成されている。
【００３９】
第１レンズ７は第１の光ファイバ３の光接続端面に融着接続されて第１の光ファイバコリメータが形成され、第２レンズ８が第２の光ファイバ４の光接続端面に融着接続されて第２の光ファイバコリメータが形成されている。
【００４０】
第１の光ファイバコリメータから第２の光ファイバコリメータに伝搬する伝搬光は、直径約７５μｍのほぼ平行なガウシアンビームとなっている。光線行列で計算される最も結合効率のよいコリメータ間距離（第１レンズ７と第２レンズ８の光軸Ｚ方向の間隔Ｓ）は約９９０μｍであるが、本実施形態例では、間隔Ｓを２００μｍとしている。
【００４１】
なお、平行光の場合、光軸方向の軸ずれトレランスが非常に大きく、計算値の９９０μｍを実施形態例のように２００μｍにしても、それによる損失増加分は約０．１ｄＢである。
【００４２】
前記シリコン基板１上には、第１の光ファイバ３から第２の光ファイバ４へ伝搬する伝搬光の少なくとも一部を遮る遮光板５が設けられている。遮光板５は櫛歯状アクチュエーター６の一方の櫛歯部６ａと連結して設けられており、この櫛歯部６ａにはスプリング（梁）２３が接続されている。スプリング２３にはボンディングパッド２４が接続されている。また、櫛歯部６ａに対向して櫛歯部６ｂが設けられて前記櫛歯状アクチュエーター６が形成されており、櫛歯部６ｂにはボンディングパッド２５が接続されている。
【００４３】
上記遮光板５、櫛歯状アクチュエーター６、スプリング２３は、シリコン基板１上に犠牲層堆積、エッチング等を施す周知のマイクロマシン加工技術（半導体微細加工技術）により形成されて、シリコン基板１上に浮設されている。なお、上記犠牲層は、上記遮光板５等を浮いた状態に作製するために、マイクロマシン加工技術によるプロセス最終段階で有機溶剤などで取り除く層をいう。
【００４４】
前記ボンディングパッド２４，２５には、それぞれ、櫛歯状アクチュエーター６を駆動する、図示されていない駆動部が接続されており、この駆動部による電圧印加の有無、および印加電圧の調節によって、遮光板５が図のＹ方向に進退移動する。
【００４５】
遮光板５の前記第１レンズ７側に対向する面は第１の面５ａであり、遮光板５の前記第２レンズ８側に対向する面は第２の面５ｂである。該第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離をｚとすると、本実施形態例において、ｚ＝１００μｍである。
【００４６】
また、伝搬光の波長λは１５５０ｎｍであり、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径（伝搬光を図の破線Ａの位置で切断した場合のモードフィールド半径）をｒとすると、ｒ＝３７．５μｍと計算される。
【００４７】
そこで、本実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまでの範囲で変化させて計算すると（ここでは−５×３７．５μｍから５×３７．５μｍまでの積分範囲で計算すると）、この計算結果は図２に示すようになり、図の実線で示す実数部Ｒｅ、同図の破線で示す虚数部Ｉｍとも振動回数が百数十回となることが分かった。
【００４８】
本実施形態例は、以上のように、本発明者の検討に基づき、前記振動回数が百数十回となるように、遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚおよび、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒを定めたものであるから、偏波依存性損失の非常に小さい可変光減衰器とすることができる。例えば、本実施形態例の可変光減衰器における３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失値は０．１ｄＢ以下となった。
【００４９】
したがって、本発明の可変光減衰器は、波長分割多重伝送システムなどに適用した場合にも、偏波依存性損失による光伝送特性の劣化を抑制できる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態例の可変光減衰器は、図１０に示した従来の可変光減衰器のように光吸収膜を使用しないため、高光入力パワーに耐えることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態例によれば、半導体微細加工技術を用いて、シリコン基板１上に、遮光板５、櫛歯状アクチュエーター６、スプリング２３等を形成しているので、可変光減衰器を小型化することができるし、遮光板５を、櫛歯状アクチュエーター６によって、正確に静電力により移動させることができ、光減衰量を正確に調節できる。
【００５２】
さらに、本実施形態例によれば、第１の光ファイバ３と第２の光ファイバ４のそれぞれの光接続端部および第１、第２レンズ７，８をシリコン基板１に形成したＶ溝２８，２９上に固定しているので、第１、第２の光ファイバ３，４の光軸合わせを容易に、かつ、正確にできる。
【００５３】
なお、本発明者は、図１０に示した従来例の可変光減衰器において、前記振動回数を調べてみた。その結果、図１１に示すようになり、振動回数は、実数部、虚数部ともに５７回程度となった。
【００５４】
なお、この従来例においては、本実施形態例において第１、第２の光ファイバ３，４の光接続端面に設けた第１、第２のレンズ７，８を用いず、第１の光ファイバ３と第２の光ファイバ４との間隔を２０μｍとしているので、同様の構成として上記振動回数を求めた。また、この従来例の場合、遮光板５の第２の面５ｂの位置におけるモードフィールド半径は約６μｍと計算されるので、（数２）において、ｔを−５×６μｍから５×６μｍまでの積分範囲で計算した。
【００５５】
上記のように、前記振動回数が５７回程度である場合、第２の光ファイバ４の受光端面には軸対称からずれた回折パターンが形成され、偏波依存性損失が大きくなり、例えば３０ｄＢの光減衰時には偏波依存性損失が約０．７５ｄＢとなった。
【００５６】
さらに、この従来例において、第１の光ファイバ３と第２の光ファイバ４との間隔のみを４０μｍにして、この間隔の中央部に遮光板５を配設した場合には、振動回数の計算結果は図１２に示すように２９回程度となり、３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失は約１．５ｄＢとなって、光減衰量の約５％にもなった。
【００５７】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第２実施形態例について説明する。本第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なることは、第１レンズ７と遮光板５と第２レンズ８の配置間隔を異なる間隔としたことである。
【００５８】
すなわち、本第２実施形態例では、第１レンズ７と第２レンズ８の間隔を４００μｍとし、その中央に遮光板５を配置した。遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚは２００μｍである。また、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１実施形態例と同様に３７．５μｍと計算される。
【００５９】
本第２実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は図４に示すようになり、同図の実線で示す実数部Ｒｅ、図の破線で示す虚数部Ｉｍとも振動回数が１２０回程度となることが分かった。
【００６０】
本第２実施形態例も上記第１実施形態例とほぼ同様の効果を奏することができる。すなわち、本第２実施形態例は、３０ｄＢの光減衰時の偏波依存性損失値を０．１５ｄＢ以下にでき、偏波依存性損失の非常に小さい可変光減衰器とすることができ、また、高光入力パワーに耐えることができ、さらに、小型で正確に光減衰量調節ができる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００６１】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第３実施形態例について説明する。本第３実施形態例は上記第１、第２実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第３実施形態例が上記第１、第２実施形態例と異なることは、第１レンズ７と遮光板５と第２レンズ８の配置間隔を異なる間隔としたことである。
【００６２】
すなわち、本第３実施形態例では、第１レンズ７と第２レンズ８の間隔を５００μｍとし、その中央に遮光板５を配置した。遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚは２５０μｍである。また、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１、第２実施形態例と同様に３７．５μｍと計算される。
【００６３】
本第３実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は図５に示すようになり、同図の実線で示す実数部Ｒｅ、図の破線で示す虚数部Ｉｍとも振動回数が９２回となることが分かった。
【００６４】
本第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例とほぼ同様の効果を奏することができる。すなわち、本第３実施形態例は、約３０ｄＢ光減衰時の偏波依存性損失を約０．２ｄＢとして偏波依存性損失の非常に小さい可変光減衰器とすることができ、また、高光入力パワーに耐えることができ、さらに、小型で正確に光減衰量調節ができる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００６５】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第４実施形態例について説明する。本第４実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されているが、本第４実施形態例では上記第１実施形態例における遮光板５の位置よりも遮光板５を第２のレンズ８側に近づけ、遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚを５０μｍとした。
【００６６】
なお、本第４実施形態例でも第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１実施形態例と同様に３７．５μｍと計算される。そして、本第４実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は図６に示すようになり、図の実線で示す実数部Ｒｅ、図の破線で示す虚数部Ｉｍとも上記第１実施形態例と同様の振動回数となることが分かった。
【００６７】
本第４実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
次に、本発明に係る可変光減衰器の第５実施形態例について説明する。本第５実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されているが、本第５実施形態例では上記第１実施形態例における遮光板５の位置よりも遮光板５を第１のレンズ７側の極近傍に近づけ、遮光板５の第２の面５ｂと該第２の面５ｂに対向する側の第２レンズ８の表面との距離ｚを約１９７〜１９８μｍとした。
【００６９】
本第５実施形態例でも、第２の面５ｂの位置における前記伝搬光のモードフィールド半径ｒは、上記第１実施形態例と同様に３７．５μｍと計算され、本第５実施形態例において、前記（数２）におけるｔを−５ｒから５ｒまで計算すると、この計算結果は上記第２実施形態例と同様になる。
【００７０】
本第５実施形態例も、上記第２実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、第１レンズ７、第２レンズ６、遮光板５の配置間隔は上記各実施形態例に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、前記振動回数を６０回以上として偏波依存性損失を低減できるように、前記距離ｚと前記モードフィールド半径ｒを適宜設定すればよい。
【００７２】
また、上記各実施形態例では、第１、第２レンズ７，８と第１、第２の光ファイバ３，４によりコリメータを形成し、第１レンズ７から第２レンズ８側に伝搬する伝搬光を平行光としたが、第１、第２レンズ７，８は光を平行光にして伝搬するレンズとするとは限らない。
【００７３】
なお、上記各実施形態例のように、第１レンズ７から第２レンズ８に伝搬する伝搬光が平行光となる場合は、モードフィールド半径は光軸Ｚ方向で一定となるが、図７に示すように、第１、第２レンズ７，８として集光レンズを適用した場合は、モードフィールド半径は第１、第２レンズの焦点距離等に起因するＺ軸方向の距離ｚの関数となる。
【００７４】
さらに、上記各実施形態例では、第１、第２レンズ７，８は対応する第１、第２の光ファイバ３、４の光接続端面に融着接続されていたが、第１レンズ７が第１の光ファイバ３の光接続端面に接続される接続方式および第２レンズ８が第２の光ファイバ４の光接続端面に接続される接続方式は、融着接続に限定されるものではなく、第１、第２レンズ７，８を第１、第２の光ファイバ３，４の光接続端面と間隔を介して配置して光結合してもよい。ただし、低接続損失の観点からは上記接続方式を融着接続とすることが好ましい。
【００７５】
さらに、上記各実施形態例では、第１、第２レンズ７，８はレンズ型光ファイバにより形成したが、第１、第２レンズ７，８は必ずしもレンズ型光ファイバとするとは限らず、光ファイバと異なるレンズにより形成してもよい。
【００７６】
さらに、上記各実施形態例では、静電力を利用して櫛歯状アクチュエーター６により遮光板５を移動させる構成としたが、例えば磁性膜堆積とエッチングなどの半導体微細加工技術を用いてマイクロ電磁石を形成し、電磁力によって遮光板５を移動させる電磁力駆動方式としてもよい。
【００７７】
さらに、上記各実施形態例では、第１、第２の光部品として第１、第２の光ファイバ３，４を適用したが、第１、第２の光部品は、光ファイバ以外の光部品としてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の光部品から第２の光部品に伝搬する伝搬光の少なくとも一部を遮光する遮光板と第２レンズとの間隔や、遮光板の位置における伝搬光のモードフィールド半径を適切に定めることにより、偏波依存性損失を低減するように構成したものであるから、例えば３０ｄＢ光減衰時においても偏波依存性損失を約０．７ｄＢ以下に抑制することができ、偏波依存性損失による光伝送特性の劣化を抑制できる優れた可変光減衰器とすることができる。
【００７９】
また、本発明は、遮光板を用いて光を減衰させる構成であるので、光吸収膜を用いる場合と異なり、高光入力パワーに耐えることができるし、小型の可変光減衰器とすることができる。
【００８０】
また、本発明において、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方はレンズ機構を有するレンズ型光ファイバであり、該レンズ型光ファイバが対応する第１又は第２の光部品の光接続端面に接続されている構成によれば、第１、第２レンズと対応する光部品との光接続損失を小さくすることができる。
【００８１】
さらに、本発明において、第１の光部品と第２の光部品の光接続端面部と、第１１、第２レンズを半導体基板上に固定した構成によれば、第１、第２の光部品と第１、第２レンズとの光軸合わせを容易に、かつ、正確にすることができるし、可変光減衰器の小型化を図ることができる。
【００８２】
さらに、本発明において、第１の光部品と第２の光部品の少なくとも一方は光ファイバとした構成によれば、可変光減衰器と他の光部品との接続作業性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る可変光減衰器の第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】 上記実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図３】 上記実施形態例における伝搬光と遮光板との関係を示す説明図である。
【図４】 本発明に係る可変光減衰器の第２、第５実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図５】 本発明に係る可変光減衰器の第３実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図６】 本発明に係る可変光減衰器の第４実施形態例における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図７】 本発明に係る可変光減衰器の他の実施形態例における伝搬光と遮光板との関係を示す説明図である。
【図８】 従来の可変光減衰器の例を示す説明図である。
【図９】 従来の可変光減衰器の別の例を示す説明図である。
【図１０】 従来の可変光減衰器のさらに別の例を示す説明図である。
【図１１】 図１０に示した可変光減衰器における（数２）の計算結果を示すグラフである。
【図１２】 図１０に示した可変光減衰器において、光ファイバ間隔を２倍にした場合の（数２）の計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ シリコン基板
３ 第１の光ファイバ（第１の光部品）
４ 第２の光ファイバ（第２の光部品）
５ 遮光板
５ａ 第１の面
５ｂ 第２の面
７ 第１レンズ
８ 第２レンズ
２３ スプリング
２８，２９ Ｖ溝
Claims (7)
- 第１の光部品と、該第１の光部品に対して間隔をおいて対向配置された第２の光部品と、前記第１の光部品から前記第２の光部品へ伝搬する伝搬光の光軸に直交する方向に進退移動して伝搬光の少なくとも一部を遮る遮光板と、前記第１の光部品の光接続端面に設けられる第１レンズと、前記第２の光部品の光接続端面に設けられる第２レンズとを有する可変光減衰器であって、前記遮光板の前記第１レンズ側に対向する面を第１の面とし、遮光板の前記第２レンズ側に対向する面を第２の面とし、該第２の面に対向する側の第２レンズ表面と前記第２の面との伝搬光の光軸方向の距離をｚとし、前記伝搬光のビーム強度が中心強度の１／ｅとなる半径を伝搬光のモードフィールド半径と定義して前記第２の面の位置における前記伝搬光のモードフィールド半径をｒとし、前記伝搬光の波長をλ、虚数単位（−１）０．５をｊとしたとき、ｅｘｐ｛−ｊ・（２π／λ）・（ｔ２／２ｚ）｝におけるｔを−５ｒから５ｒまでの範囲内で変化させたときに計算される実数部と虚数部のそれぞれの振動回数が６０以上となるように前記距離ｚと前記モードフィールド半径ｒが定められている可変光減衰器。
- 伝搬光としてガウシアンビームを用いることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
- 前記第１レンズ及び第２レンズの少なくとも一方は、レンズ機構を有するレンズ型光ファイバからなり、このレンズ型光ファイバは光部品としての光ファイバの光接続端面にレンズが接続されたものである請求項１記載の可変光減衰器。
- 前記第１及び第２の光部品の光接続端部ならびに前記第１及び第２レンズは半導体基板上に固定される請求項１記載の可変光減衰器。
- 前記第１及び第２の光部品の少なくとも一方は光ファイバからなる請求項１記載の可変光減衰器。
- アクチュエータを備え、前記遮光板は、前記アクチュエータに連結されると共に前記伝搬光の光軸に直交する方向に移動可能に配され、前記アクチュエータにより前記遮光板を移動させることにより前記遮光板による前記伝搬光の光減衰量を変化させる請求項１記載の可変光減衰器。
- 前記遮光板および前記アクチュエータは半導体基板上に形成される請求項６記載の可変光減衰器。
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