JPH06265729A

JPH06265729A - 光減衰器

Info

Publication number: JPH06265729A
Application number: JP5055254A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Tokoro; 武彦所; Masahiro Goto; 眞宏後藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】光軸の調整を高精度に行える信頼性の高い光
減衰器を提供する。【構成】光減衰器１は、石英基板２及びこの石英基板
２上に形成された曲線状の光導波路３、光導波路３の端
部に接続される光ファイバ４及び５から構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ中を伝達す
る光の強度を調整できる光減衰器に関し、特に、光強度
減衰量の製造ばらつきが小さく、光伝送路の光強度を安
定に減衰させることができる小型で高性能な光減衰器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いて信号伝送するとき、
伝送された光信号が光受信器の最大受信電力より大きい
と、光受信器は過大入力となり増幅器が飽和してしまっ
たり、あるいは受光素子の光電変換能力を超えるなどの
理由で信号を受信することができなくなる。このような
場合に光強度をある強度まで減衰させて光信号を受信で
きるようにする等、光強度を調整するために光減衰器は
使用されている。

【０００３】図６に従来の光減衰器の構成を示す。同図
において、光ファイバ１００より出射させた光ビームａ
を第１のレンズ１０１により平行光ビームｂに変換し、
この平行光ビームｂを光減衰素子１０２に通過させ、更
に第２のレンズ１０３により光ファイバ１０４に集光さ
せるようにしている。光減衰素子１０２は光学ガラス板
に金属を蒸着させたものが使用されている。また、光フ
ァイバ１００より出射した光ビームａを光ファイバ１０
４へ集光させるために、光ファイバ１００、１０４並び
にレンズ１０１、１０３は光軸が整合されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図６に示したようなレ
ンズ１０１、１０３、光減衰素子１０２等の個別部品で
構成された光減衰器においては、光減衰素子１０２の光
強度減衰量ががばらつくという問題があった。またこの
問題に加えて、光ファイバ１００、１０４、レンズ１０
１、１０３等の構成部品の光軸合せの精度により光強度
減衰量が変動するという難点があった。

【０００５】例えば、波長１．３〜１．５μｍ用石英系
シングルモード（ＳＭ）ファイバのコア径は約１０μｍ
と極めて小さい。従って、光減衰器を構成する部品、及
びそれを保持するホルダ等の部品の加工精度を厳しく
し、高度な技術をもって光軸合せを行っても、光結合ば
らつき、即ち光強度減衰量のばらつきを小さくすること
は困難であった。また、光減衰器組立時に光軸調整を行
うにしても、光強度減衰量のばらつきを抑えるためには
厳しい調整精度が要求され、また各光減衰器ごとに個別
に調整する必要があるため、大変手間が掛かっていた。

【０００６】上記の他、温度変化や振動を原因として発
生する、光減衰器の構成部品の位置ずれも光強度減衰量
の変動要因となる。従って、図６に示すような個別部品
を組み合わせて作った光減衰器のばらつきは、必然的に
大きくなるという宿命を負っていた。このように光強度
減衰量のばらつきが大きいと、光受信器に入力される光
強度もばらつき、過大入力あるいは入力不足のため、受
信できない恐れがある。

【０００７】その他、多芯の光ファイバ等、数多くの光
伝送路の光強度を調整する場合、光伝送路の本数と同じ
数の光減衰器が必要となる。即ち、各光伝送路に対し、
図６に示すような個別部品を組み合わせて作った光減衰
器を用いると、光伝送路の数に比例して光減衰器の占め
る場所が大きくなりコストも増大する。更に、光ファイ
バ１００、１０４やレンズ１０１、１０３、光減衰素子
１０２の端面において、入射光の一部が反射するため、
反射減衰量特性が劣化する恐れもあった。

【０００８】本発明は、上記種々の問題を解決するため
のものであり、その目的は、光強度減衰量のばらつきの
小さい、小型で高集積化の可能な光減衰器を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明の光減衰器は、光導波路を有しており、この光導波
路を光ファイバに接続し、入射光強度をこの光導波路の
伝送損失及び放射損失を利用して減衰させる。即ち、こ
れらの損失を生じさせるために、第１発明においては前
記光導波路を曲線状とする。また、第２発明においては
前記光ファイバに接続される第１の光導波路にその一部
が近接する、光ファイバに接続しない第２の光導波路を
並設する。更に、第３発明においては、前記光ファイバ
に接続される光導波路に、光ファイバに接続しない分岐
路を設ける。

【００１０】上記光減衰器は、その光導波路を平面基板
上に複数形成して集積化してもよく、また各光導波路の
間に溝を設けることも好ましい。

【００１１】

【作用】光ファイバに接続した光導波路を曲線状とした
り、光ファイバに接続しない別の光導波路を並設した
り、あるいは光ファイバに接続しない分岐路を光導波路
に設けることによって生じる伝送損失、放射損失を利用
して光強度を減衰させる。

【００１２】また、前記光導波路を、平面基板上に複数
形成して集積化することができ、このとき複数の光導波
路の各間に溝を設ければ、各光導波路間のクロストーク
を防止することが可能である。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１は第１発明に基づく光減衰器の例を示す
模式図である。同図に示すように、光減衰器１は、石英
基板２及びこの石英基板２上に形成された曲線状の光導
波路３、光導波路３の端部に接続される光ファイバ４及
び５から構成されている。

【００１４】上記光減衰器１を形成するには、先ず石英
基板２上に光導波路形成用のコア膜を、例えば高周波ス
パッタ法によって形成し、次に、このコア膜をフォトリ
ソグラフィ加工技術を用いて、上記曲線状の光導波路３
のパターンに加工する。その後、光導波路３を覆うよう
にクラッド膜を堆積して光導波路３を完成する。そし
て、光ファイバ４及び５を光導波路３と融着接続して光
減衰器１とする。

【００１５】この曲線状の光導波路３を有する光減衰器
１は以下の原理で光減衰を生じる。即ち、光ファイバ４
を伝搬してきた光ビームは光導波路３へ入射される。す
ると、この光ビームは光導波路３に沿って曲げられなが
ら光ファイバ５の方向へ進む。このとき、光ビームは光
導波路３の伝送損失と曲げ損失（放射損失）とによって
減衰される。従って、減衰された光ビームが光ファイバ
５に出射することとなる。

【００１６】上記（単位長さ当りの）曲げ損失をαとし
たとき、下記数１の式に示すように、αは光導波路３の
曲り部分の曲率半径（Ｒ）と相関する。従って、光導波
路３の曲げの半径Ｒと長さとを決定することによって、
光減衰量を任意に設定することができる。また、曲げ半
径Ｒを小さくすることにより、短い光導波路３で大きな
光強度減衰量を得ることができる。このため、光減衰器
１を小型化することが可能である。更に、曲げ半径Ｒの
大きさと光導波路３の長さとを統一することにより、光
強度減衰量のばらつきを抑えること、すなわち複数の光
減衰器１間の光減衰量特性を高い精度で揃えることが可
能である。

【００１７】

【数１】

【００１８】図２は第２発明に基づく光減衰器の例を示
す模式図である。同図に示すように、光減衰器６は、光
方向性結合器７及び光ファイバ８、９から構成されてお
り、この光方向性結合器７は、石英基板１０上に形成さ
れた第１の光導波路１１と、この第１の光導波路１１に
その一部を近接させた第２の光導波路１２とからなって
いる。また第１の光導波路１１の端部１１ａは光ファイ
バ８と、端部１１ｂは光ファイバ９と接続され、一方、
第２の光導波路１２の端部１２ａ、１２ｂは無反射コー
ティング膜１３、１４で覆ってある。この光減衰器６の
形成法は、上述した第１発明に係る光減衰器１の形成法
と同様に行うことができる。

【００１９】上記光ファイバ８を伝搬してきた光ビーム
は、端部１１ａより光方向性結合器７の光導波路１１へ
入射される。この光導波路１１の近傍には、光導波路１
２が配置されているため、光の一部がこの光導波路１２
へリークする（分配されたと考えることもできる）。従
って、この分配による伝送損失のため、光導波路１１を
通る光は減衰され、端部１１ｂから光ファイバ９へ出射
する。一方、光導波路１２へ分配された光は、無反射コ
ーティング膜１４により吸収される。

【００２０】本発明に係る光方向性結合器７は、光導波
路１１及び光導波路１２が最も接近した部分の距離（結
合長。図中、ｌで表す。）を変化させることにより、上
述の光強度の分配の比率を０から１００％まで変化させ
ることができる。光方向性結合器７における端部１１ｂ
へ到達する光強度Ｐ_Bは下記数２の式で与えられる。

【００２１】

【数２】

【００２２】従って、本発明に基づく光方向性結合器７
を使用すれば、結合長ｌを変化させることにより光減衰
量を任意に設定することができる。また、結合長ｌを揃
えることにより、光減衰器６の光減衰量特性を高い精度
で揃えることができる。なお、端部１２ａにも無反射コ
ーティング膜１３を設けることにより、光方向性結合器
７は左右対象の構造となるため、端部１１ａ又は端部１
１ｂのどちらから光が入射されても光減衰器６として働
くことができる。すなわち、双方向の光通信用減衰器等
として使用することが可能である。

【００２３】図３は第３発明に基づく光減衰器の例を示
す模式図である。同図に示すように、光減衰器１５は、
光方向性結合器１６及び光ファイバ１７、１８から構成
されており、この光方向性結合器１６の石英基板１９上
に設けられた、光ファイバ１７、１８に接続された導波
路２０には、分岐路２１、２２が設けてある。このよう
に導波路２０に分岐路を設けることによっても、光を分
配させて光ファイバ１８へ出射する光強度を減衰させる
ことが可能である。

【００２４】図４は、前記第１発明に係る光導波路を平
面基板上に複数形成して小型集積化した光減衰器の例を
示す模式図である。本発明においては光導波路を用いて
光減衰器を形成しているため、基板上に光導波路を多数
配置することによって容易に集積化した光減衰器とする
ことができる。この光減衰器２３は、石英基板２４及び
この石英基板２４上に形成された複数の曲線状光導波路
２５、この光導波路２５の端部に接続される複数の光フ
ァイバ２６及び２７から構成されている。

【００２５】上記集積化光減衰器２３は、光導波路２５
の曲げによる放射損失を利用している。従って、光導波
路２５同士の距離が小さくなると、光減衰器２３内で光
導波路２５から放射した光が隣接の光導波路２５へ洩れ
込み、クロストークを生じる。このクロストークを防止
するために、各光導波路２５の間には溝２８を設けるこ
とが好ましい。この溝２８は、エッチング、または機械
的加工により形成することができる。

【００２６】図５は、前記第２発明に係る光導波路を平
面基板上に複数形成して小型集積化した光減衰器の例を
示す模式図である。この光減衰器２９は、複数の光方向
性結合器３０及び光ファイバ３１、３２から構成されて
おり、この光方向性結合器３０は、石英基板３３上に形
成された第１の光導波路３４と、この第１の光導波路３
４にその一部を近接させた第２の光導波路３５とからな
っている。

【００２７】また第１の光導波路３４の端部３４ａは光
ファイバ３１と、端部３４ｂは光ファイバ３２と接続さ
れている。一方、光導波路３５の端部３５ａ、３５ｂに
は、分配された光が反射により再び光導波路３４へ戻る
ことを防ぐため、光を放射、拡散、又は吸収させる等の
機能を有する光無反射終端処理を施す。更に、集積化に
より、前記曲線状光導波路２５を有する光減衰器の場合
と同様、クロストークを生じる恐れがあるため、溝３６
を設けることが好ましい。

【００２８】前記図４及び図５に示した集積化光減衰器
を、複数の光伝送路の光強度調整に用いれば、複数の光
減衰器を単一化し、小型化することができる。また、１
枚の基板上に光減衰器を集積したことにより、製造コス
トの抑制が可能となる。従って、光データバス等の光並
列伝送路に適用すると特に有効である。

【００２９】本発明に基づく光減衰器は、上記各実施例
に述べたものに限らず、例えば、伝送損失の大きい光導
波路を形成することにより目的を達成することもでき
る。この伝送損失の大きい光導波路は、コア膜形成時に
気泡を混入させたり、伝送損失の増加する不純物をコア
膜に拡散させたり、光導波路のコア形成時にコアの側面
を故意に荒らす等の方法で得ることができる。そして、
この光導波路の長さを変化させることにより、光強度の
減衰量をコントロールする。

【００３０】また、前記第２及び第３の発明に係る光方
向性結合器７に関しては、光強度を分配できるものであ
ればどのような光方向性結合器又は光分岐器であっても
よい。

【００３１】更に、本発明に係る光減衰機能を有する光
導波路同士を、光ファイバ又は光ファイバの先端に取り
付けた光コネクタを介して接続することにより、段階的
に光強度減衰量を変えることのできる光減衰器を、前記
集積化光減衰器と同様の大きさで実現することができ
る。この場合、光強度減衰量の異なる光導波路を多数同
一基板上に作成しておけば、光減衰量の可変範囲を広く
することができる。更に、光導波路間の接続を光スイッ
チを用いて行えば、より一層、小型、高性能な可変光減
衰器を実現できる。

【００３２】なお、本発明に係る光導波路及び基板の材
料は前記石英に限らず、半導体、誘電体等から発する光
を導波路内に閉じ込め、伝送できるものであればどのよ
うなものでもよい。

【００３３】上述の各実施例に示した本発明に基づく光
減衰器は、その他以下のような優れた特性を有してい
る。すなわち、光導波路には入射光を反射する物質が含
まれていないため、反射減衰量特性を向上させることが
できる。特に、光導波路の素材として光ファイバの素材
と同じものを用い、かつ光導波路と光ファイバとを融着
接続すれば、接続部における反射を防止することもでき
る。

【００３４】本発明に係る光減衰器は、従来の光減衰器
と異なってレンズを使用することがないため部品点数を
削減することができる。また、レンズを使用しないた
め、レンズと光ファイバとの距離を調整する必要がな
い。従って、組み立て時の手間を省くことができるとと
もに、光軸合わせの精度も向上し、光軸ずれによる光強
度減衰量のばらつきを抑えることができる。更に、レン
ズを用いず、光ファイバと光導波路を直接接続できるた
め、温度変動あるいは振動による結合のずれが生じな
い。従って、光強度減衰量の変動を抑えることができ、
光減衰器の信頼性も向上する。

【００３５】上記のように光軸調整の手間を大幅に削減
することができるため、製造コストの低減が図れるとと
もに、光強度減衰量のばらつきを小さくできるため、光
受信器のダイナミックレンジを小さくすることができ、
常に最良の受信特性を得ることが可能である。また、光
減衰器の光強度減衰量のばらつきを考慮しなくてもよい
ため、光受信器のダイナミックレンジを光ファイバの伝
送損失やコネクタ接続損失等へ回すことができる。従っ
て、伝送距離やコネクタ接続数等の制限を緩和すること
ができる。

【００３６】本発明に基づく光減衰器を製造する際に、
大面積の基板を用い、フォトリソグラフィ技術を利用す
れば、光導波路を精度良く一度に大量に作ることが可能
であり、低コスト化を図ることができる。また、光減衰
器の他に、同じく光導波路を用いた光合分波器、光分岐
器等もともに作成することができるため、これらととも
に一体化した光集積回路を構成することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
光導波路の伝送損失及び放射損失により光強度を減衰さ
せるため、従来のレンズを使用する光減衰器と比較して
光軸の調整を各段に高精度に行うことができる。従っ
て、光減衰器の信頼性が向上する。

【００３８】また、光導波路を、光ファイバに接続され
る曲線状導波路とした場合には、曲げ半径を変化させる
ことにより光減衰量を調節することができる。

【００３９】また、光導波路を、光ファイバに接続され
る第１の光導波路と、この第１の光導波路にその一部を
近接させた、光ファイバに接続しない第２の光導波路と
からなるものとすれば、上記接近部の長さを変化させる
ことにより光減衰量を調節することができる。

【００４０】また、光導波路を、光ファイバに接続され
る光導波路に分岐路を設けたものとした場合にも、光減
衰器としての機能を実現できる。

【００４１】更に、光導波路を平面基板上に複数形成し
て集積化すれば、光減衰器全体を小型化することができ
る。

【００４２】また、前記複数形成した各光導波路の間に
溝を設けることにより、各光導波路間のクロストークを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１発明に基づく光減衰器の例を示す
模式図

【図２】同、第２発明に基づく光減衰器の例を示す模式
図

【図３】同、第３発明に基づく光減衰器の例を示す模式
図

【図４】図１の光導波路を集積化した光減衰器の例を示
す模式図

【図５】図２の光導波路を集積化した光減衰器の例を示
す模式図

【図６】従来の光減衰器の構成を示す模式図

【符号の説明】

１，６，１５，２３，２９…光減衰器、２，１０，１
９，２４，３３…石英基板、３，１１，１２，２０，２
５，３４，３５…光導波路、４，５，８，９，１７，１
８，２６，２７，３１，３２…光ファイバ、７，１６，
３０…光方向性結合器、２１，２２…分岐路、２８，３
６…溝。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバに接続して入射光強度を減衰
させる光減衰器であって、この光減衰器は光導波路を有
し、この光導波路の伝送損失及び放射損失により光強度
を減衰させることを特徴とする光減衰器。
【請求項２】前記光導波路は、光ファイバに接続され
る曲線状光導波路であることを特徴とする請求項１に記
載の光減衰器。
【請求項３】前記光導波路は、光ファイバに接続され
る第１の光導波路と、この第１の光導波路にその一部を
近接させた、光ファイバに接続しない第２の光導波路と
からなることを特徴とする請求項１に記載の光減衰器。
【請求項４】前記光導波路は、光ファイバに接続され
る光導波路に分岐路を設けたものであることを特徴とす
る光減衰器。
【請求項５】前記光導波路を、平面基板上に複数形成
して集積化したことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項に記載の光減衰器。
【請求項６】前記複数形成した各光導波路の間に、溝
を設けたことを特徴とする請求項５に記載の光減衰器。