JP2003215520A

JP2003215520A - 光可変減衰装置およびこれを用いた光モジュール

Info

Publication number: JP2003215520A
Application number: JP2002010611A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kishino; 哲也岸野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光通信分野で用いられる光可変減衰器に関す
るものであり、従来よりも小型で高速動作が可能であ
り、かつ安価で信頼性が高い光可変減衰器を提供するこ
と。【解決手段】光伝送路に配置され、入力光の強度を変
化させて出力する光可変減衰装置において、入力光の強
度を変化させる手段として、出力光の光軸を光伝送路の
光軸と異ならせる光偏向器１５を用いるとともに、入力
光および／または出力光を、集光手段またはコリメータ
ーを介して光偏向器１５と光結合させるように成し、か
つ、集光手段またはコリメーターと、光偏向器１５と
が、基体１６に固定されてい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、光伝送路に配置さ
れ、入力光の強度を変化させて出力する光可変減衰装置
に関するものであり、従来よりも小型で高速動作が可能
であり、かつ安価で信頼性の高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
に光減衰器が知られている。この光減衰器には、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と略記する）は、挿入損失
や減衰量可変範囲が重要な特性として挙げられるが、そ
の他に動作電圧や動作速度も重要な特性である。もちろ
ん、小型で低価格、高信頼性であることも必要である。

【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そのまま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
コストが非常に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、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
るために温度コントロール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】一方、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号公報を参照）や、
光ファイバにＧＲＩＮレンズなどのコリメーターを介し
て減衰装置を取りつける方式（例えば、特開平６−５１
２５５号公報を参照）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、減衰
量のコントロールを電磁石を用いて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ことで
低価格化に限界があった。

【０００９】図１０に従来のＥＶＯＡの一例を示す。図
中、６１は入力光ファイバ、６２はコリメート用のレン
ズ、６５は出力光ファイバ、６６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６
４および複屈折基板６３から構成される。なお、ファラ
デー回転子６４の動作は電磁石でコントロールされるが
その図示は省略している。

【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こ
とにより、挿入損失が大きくなったり、最大減衰量が小
さくなったりするため、ＥＶＯＡの作製には非常に高精
度の部品実装作業が必要になる。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、経時変化
による部品のわずかな変化が、ＥＶＯＡの特性劣化を引
き起こすという問題もあった。

【００１１】さらに、前記の磁気光学効果、電気光学効
果、または液晶を利用して光の偏光方向を回転させる原
理で動作するＥＶＯＡや、マッハツェンダー干渉計など
の光の干渉を利用するＥＶＯＡでは、印加電圧と減衰量
の関係が周期的であるという特徴を持っていた。この関
係は、一般的に、下記式（１）のように示すことができ
る。

【００１２】Ｉ ∝ （ｓｉｎ（ａＶ））² ・・・（１）（ただし、Ｉ：出力光のパワー、ａ：比例定数、Ｖ：印
加電圧）このため、減衰量（または透過量）が最大となる電圧は
非常に狭い範囲となり、わずかな電圧のずれで、動作点
が大きく変化するという欠点があった。また、このこと
は、ＥＶＯＡの波長依存性や信頼性劣化の大きな原因と
なっていた。

【００１３】その他、インライン型のＥＶＯＡは熱光学
効果や磁気光学効果を利用しているため、動作速度が遅
いという欠点も持っていた。

【００１４】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、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、上記問題
点を解決し、より小型で高速動作が可能であり、かつ安
価で信頼性が高い光可変減衰装置を実現する手段を検討
した結果、以下のような発明に至った。

【００１６】すなわち、本発明の光可変減衰装置は、光
伝送路に配置され、入力光の強度を変化させて出力する
ものにおいて、前記入力光の強度を変化させる手段とし
て、出力光の光軸を前記光伝送路の光軸と異ならせる光
偏向器を用いるとともに、前記入力光および／または前
記出力光を、集光手段またはコリメーターを介して前記
光偏向器と光結合させるように成し、かつ、基体に前記
集光手段または前記コリメーターと、前記光偏向器とが
一体的に固定されていることを特徴とする。

【００１７】また特に、前記集光手段または前記コリメ
ーターは、ＧＲＩＮレンズ、ファイバコリメーター、ま
たはＧＩファイバであることとする。また、前記光偏向
器の入力側および／または出力側に、前記光伝送路に光
接続される光ファイバを配設するとともに、前記集光手
段または前記コリメーターとしてＧＩファイバを用いて
もよい。なお、この光ファイバとしては、マルチモード
光ファイバ、コアレスファイバが使用できるが、光学設
計の容易さ、反射防止の点から、該ＧＩファイバと屈折
率が概略同一の材料から作成したコアレスファイバが最
適である。

【００１８】また特に、前記基体が、少なくとも前記集
光手段または前記コリメーターを挿入する貫通孔を備え
ているものとする。また、前記基体が、少なくとも前記
集光手段または前記コリメーターを載置する凹部（一般
の溝やＶ溝等の溝形状も含む）を備えていてもよい。ま
た、前記光偏向器の出力側に光ファイバを配設し、該光
ファイバにクラッドモードの光の伝搬を妨げる機構を設
けてもよい。

【００１９】さらに、上述の構成において、前記光偏向
器は、電気光学効果を有する基板に電極を形成し、該電
極に電圧を印加することによって発生する屈折率差を用
いた屈折効果を利用することを特徴とする。特に、前記
電気光学効果を有する基板材料として、ＰＬＺＴ（チタ
ン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＢａＴｉＯ３、またはＳ
ＢＮ（ニオブ酸ストロンチウムバリウム；タングステン
ブロンズ）を用いることを特徴とする請求項７に記載の
光可変減衰装置。

【００２０】また、本発明の光モジュールは、上述の光
可変減衰装置の複数を一体的に接続するように成したこ
とを特徴とする。また、上述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
えたことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光可変減衰装置を
模式的に示した図面に基づいて詳説する。なお、同一構
成要素については同一符号を付すものとし、その説明を
省略する。

【００２２】図１は請求項１に係る光可変減衰装置を説
明する斜視図である。図中、１１，１２はそれぞれ光伝
送路中に配設された入力用および出力用の光ファイバで
あり、１３，１４は光を集光する集光手段、またはコリ
メータとしてのレンズである。また、１５は光偏向器で
あり、１６はそれらの部品を実装するための一体の支持
部材（基体）である。

【００２３】図２に図１の光可変減衰装置の動作原理を
示す。光ファイバ１１からの入力光は、レンズ１３によ
ってコリメートされ、光偏向器１５に導かれる。光偏向
器１５では、その光にある偏向角度が与えられて、レン
ズ１４を通して光ファイバ１２へ出力される。ここで、
光偏向器１５による偏向角度を変化させることにより、
出力する光ファイバ１２への光の結合度が変化し、出力
光の強度を連続的に変化させることができる。

【００２４】これらの構造は、基体である支持部材に一
体的に配置、固定されているため、一度作製されると、
その後の工程や使用中に位置ずれを起こして特性が劣化
することがない。

【００２５】図２では、偏向角度が０°（無偏向）の場
合の光線を実線矢印で、ほぼ最大減衰となるときの光線
を破線矢印で示した。このように、無偏向時は減衰量が
最小（透過量が最大）となり、十分に偏向させることに
より減衰量が最大（透過量が最小）となる。また、出力
の光軸をあらかじめシフトさせることにより、逆特性を
持つ減衰装置（無偏向時に減衰量が最大）とすることも
できる。請求項１の光可変減衰装置では、光偏向器１５
の原理、構造は特に限定していないが、動作速度の点か
ら誘電体の電気光学効果を用いたものが最適である。

【００２６】図２からわかるように、本発明の光可変減
衰装置では、光が出力される光ファイバ１２へ結合しな
い程度に偏向角度を十分に大きくすれば最大減衰が得ら
れ、それ以上に偏向させても減衰量はほぼ一定となる。
このため、印加電圧に対する出力光強度の変化は、周期
的ではなくなる。

【００２７】さらに、光可変減衰装置をこのような構造
とすることにより、部品の作製精度、実装精度の要求が
大幅に緩和される。例えば干渉を用いた光可変減衰器の
場合、光ファイバおよびレンズの光軸を完全に合わせた
場合でも、干渉部品のわずかな作製誤差や位置ずれが完
全干渉を阻害するので、減衰量の最大値が小さくなって
しまう。また、偏光回転を用いた光可変減衰器の場合、
二枚の複屈折結晶板とファラデー回転子、電磁石の光軸
を完全に一致させなければ、正確な動作が行えない。

【００２８】これに対して、本発明の光可変減衰装置で
は、光偏向器１５の実装時に位置ずれが起こっても、光
可変減衰装置の特性には原理的に影響を与えない。ま
た、光偏向器１５の実装角度のずれによって、最大減衰
となる電圧値がわずかに変化するが、最大減衰量にはほ
ぼ影響しない。一般的に、実装角度のずれは位置ずれよ
りもはるかに小さく、制御しやすいため、本発明の光可
変減衰装置では、実装時の精度が大幅に緩和され、安価
に作製することができる。また、この特徴により、使用
時の環境変化や経時変化によって生じる位置ずれに対し
ても強く、信頼性の高いデバイスとなる。

【００２９】本発明の光可変減衰装置は上記のような特
性を持つため、光可変減衰器としてのみではなく、光強
度変調器や光スイッチ、光シャッターとしても使用する
こともできる。

【００３０】図１および図２では、入力及び出力とも
に、光ファイバである場合を例にとり動作原理を説明し
たが、もちろんこの例だけに限定されるものではない。
例えば、図１に示す入力側がレーザーダイオードや他の
光部品から直接入力される構造であってもよいし、出力
側がフォトダイオードや他の部品に直接出力される場合
であってもよい。実際、本発明の光可変減衰装置とレー
ザーダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）を
一体化することは、部品点数削減や低価格化、信頼性向
上に有効である。ＬＤ、ＰＤとの一体化の方法として
は、同じ筐体に配置することのほかに、光可変減衰装置
と、ＬＤもしくはＰＤモジュールを別体で作製した後に
組み合わせる方法であってもよい。また、光を集光す
る、またはコリメートするためのレンズとして、ロッド
レンズが使用されているが、もちろんこれに限らず、球
レンズやフレネルレンズ、またＧＲＩＮレンズやＧＩフ
ァイバを用いたコリメーターなども使用できる。さら
に、光偏向器の形状、原理も、上述のものに限定されな
い。

【００３１】次に、図３に基づいて、特に請求項２およ
び３の光可変減衰装置の動作原理をさらに詳細に解説す
る。図３は、光可変減衰装置を構成する光偏向器１５
と、出力側のコリメーター１４、光ファイバ１２の詳細
な配置図である。図３において、光偏向器１５による偏
向角度をθ、光偏向器１５とコリメーター１４の距離を
Ｌ、コリメーター１４の有効開口径をＤとしている。こ
の光可変減衰装置では、下記式（２）の条件が満たされ
るとき、出力側のコリメーター１４への光の結合はほぼ
０となる。

【００３２】ｔａｎθ ＞Ｄ／Ｌ・・・（２）つまり、光偏向器１５の偏向角度を０°から上式で示さ
れる値まで変化させることにより、減衰量最小から完全
減衰まで連続的に変化させることができる。例えば、請
求項２の光可変減衰装置における、ＧＲＩＮレンズを使
用したコリメート系では、一般的にＤ＝１ｍｍ、Ｌ＝１
ｃｍ程度である。また、ＧＩファイバを使ったコリメー
ト系では、Ｄ＝０．１ｍｍ、Ｌ＝１ｍｍ程度である。こ
れらの場合、上式の条件を達成するために必要な偏向角
度は約５．７°となる。また、Ｌを大きくすることによ
り、必要な偏向角度を小さくすることもできる。実際に
は、コリメート光の回折や散乱の効果が存在するので、
完全減衰を達成するためにはさらに散乱角を大きくする
必要がある。

【００３３】図２及び図３では、光偏向器１５としてプ
リズム形状の光偏向器による屈折効果を利用したものが
例示されているが、もちろん本発明の光可変減衰装置で
は、他の方式の光偏向器、たとえば回折格子や複屈折を
用いたものでもよい。また、偏向方向を変化させる原理
としては、誘電体、液晶、もしくは半導体の電気光学効
果のほかに、磁気光学効果や熱光学効果を用いることが
できる。

【００３４】実際の光可変減衰装置の作製工程では、光
偏向器の実装精度に限界がある。このため、実際に光を
通しながら調芯を行うなどして動作を最適化する必要が
ある。しかし、本発明の光可変減衰装置では、光偏向器
１５を実際の光線幅よりも若干幅広に作製することで、
図３における紙面上下方向および表裏方向に実装ずれを
起こしても、光可変減衰装置としての特性には理論的に
影響を与えないという特徴を持っている。また、光偏向
器１５の実装角度および紙面左右方向のずれに対して
は、所定の減衰量を達成する印加電圧に変化が起こるの
みで、光減衰装置としての挿入損失、最大減衰量などの
特性には影響を与えない。よって、実装時の精度が大幅
に緩和され、光可変減衰装置を安価で大量に製造するこ
とができるようになる。

【００３５】光可変減衰装置では、入力光の偏光方向が
変化しても減衰量が変化しないことが要求されるケース
が多い。しかしながら、前記光偏向器の屈折率変化手段
として、例えば一次の横方向電気光学効果を用いた場
合、印加電場の方向の屈折率のみが変化することにな
る。すなわち、その方向から９０°傾いた偏光方向を持
つ光に対しては、光偏向器としては動作しないこととな
る。

【００３６】この問題を解決するため、図５に示すよう
に、それぞれの偏向方向に対応した光偏向器１５Ａ，１
５Ｂを直列に接続してデバイスを構成することにより、
偏光方向に依存しない光可変減衰装置とすることができ
る。ここで、図５の場合は、同一の電極構造を持つ光偏
向器１５Ａ，１５Ｂを二つ直列に接続したものである
が、このほかに、異なった方向の電場を印加することが
できる二種類の電極構造を、同一平面上に形成したもの
も使用できる。なお、実際の光可変減衰装置では、異な
った偏光方向の光に対して同一の減衰量を確保するため
に、前記二つの光偏向器の長さなどを精密に調整して作
製する必要がある。

【００３７】本発明によって、高速、低消費電力、高信
頼性の光可変減衰装置を、精度良く、安価に製造できる
が、請求項３の光可変減衰装置における光学系を使用す
ることにより、さらに低価格、かつ高信頼性の光可変減
衰装置を提供できる。図６に請求項３の光可変減衰装置
に使用するコリメート光学系の一例を示す。

【００３８】まず、図６（ａ）に示すように、入力側光
伝送路に配設した光ファイバ（例えば、シングルモード
ファイバ）１１に、所定長さの前記光ファイバと同径の
ＧＩファイバ８１を接続する。さらに、そのＧＩファイ
バ８１に、これと同径のコアレスファイバ（ガラスロッ
ド）８３を接続し、これにもう一つのＧＩファイバ８２
を接続する。最後に、ＧＩファイバ８２と出力側光伝送
路に配設した光ファイバ（例えば、シングルモードファ
イバ）１２を接続して、一本のファイバ状の光学部材
（光ファイバ体Ｆ）を構成する。ここで、ＧＩファイバ
８１は、光ファイバ１１から射出された光が、図示のよ
うに平行光に近くなるような長さである、所謂１／４ピ
ッチのものを使用する。また、ＧＩファイバ８２は、図
に示したように、コリメート光を出力側の光ファイバ１
２に集光する役割を果たすので、ＧＩファイバ８１と同
様のものとなる。

【００３９】上記の光ファイバ体Ｆを、筐体もしくは基
板などに固定後、図６（ｂ）に示すように、コアレスフ
ァイバ８３の中央部分で切断して溝を形成することによ
り、非常に小型で高精度なコリメート光学系を構成する
ことができる。このコリメート光学系は、上記した製造
工程ですでに調芯が完了しているため、この状態で光軸
調整が完了したものとなっている。つまり、煩雑な光軸
調整工程が省略され、安価で信頼性の高いコリメート光
学系が実現される。

【００４０】このように、光偏向器１５の入力側および
／または出力側に、光伝送路に光接続される光ファイバ
を配設するとともに、集光手段またはコリメーターとし
てＧＩファイバを用いる構成をとるとよい。この光ファ
イバとしては、マルチモード光ファイバ、コアレスファ
イバが使用できるが、光学設計の容易さ、反射防止の点
から、該ＧＩファイバと屈折率が概略同一の材料から作
成したコアレスファイバが最適である。

【００４１】最後に、図６（ｃ）に示すように、光偏向
器１５をこのコリメート光学系に挿入して調芯し、樹脂
で固定することにより、本発明の光可変減衰装置を構成
することができる。この時、コアレスファイバと光偏向
器１５の間隙を屈折率整合樹脂で埋めることにより、結
合効率が良い、つまり反射および透過特性の良い光可変
減衰装置とすることができる。

【００４２】本発明の光可変減衰装置は、上記した光学
系および光偏向器を一体の支持部材に固定されているこ
とを特徴としている。請求項４および請求項５の光可変
減衰装置において、支持部材として光伝送路に配設した
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、セラミッ
クス、プラスチック等からなる成形体や、光ファイバを
載置するための溝を有している部材、例えばダイシング
やエッチングにより溝を形成した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路は光フ
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溝を形
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
を載置するための溝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、
前述の光偏向器を挿入した部分や、溝に載置したファイ
バを保護するための部材を設けても良い。

【００４３】また、本発明の光可変減衰装置において、
出力側の光伝送路１２にシングルモードの光ファイバを
使用した場合、不要光が光ファイバのクラッド層に侵入
して伝播される、所謂クラッドモードが発生する恐れが
ある。クラッドモードは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
子があった場合には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。

【００４４】従って本発明の光可変減衰装置の使用用途
によっては、請求項６の光可変減衰装置のように、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、光伝送路１２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
し不要光を吸収させる方法や、前記した支持部材の光フ
ァイバを挿入する貫通孔や溝に、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。また、クラッドにドープを行
い、光吸収機能を持たせたものを使用することもでき
る。これにより、より精度の高い光可変減衰装置が実現
できる。

【００４５】請求項７の光可変減衰装置の基本形は、図
１〜３に示したものと同様である。図４は、請求項７の
光可変減衰装置を構成する光偏向器１５の概略図であ
る。図中、４１は電気光学効果を有する基板、４２は電
極であり、少なくともこれらにより光偏向器１５が構成
される。電極４２は、基板４１の裏面にも同形状のもの
が形成されており、この電極４２に電圧を印加すること
により、電気光学効果によって、基板４１中に電極４２
と同形状の屈折率が変化した部分が誘起される。つま
り、全体としてプリズムと同様の動作をすることにな
る。このプリズムで曲げられた光は、基板４１の界面で
さらに屈折し、より大きな角度で光偏向器１５から出力
される。

【００４６】この光偏向器１５では、印加電圧を変化さ
せることにより、基板４１中に誘起されるプリズムと基
板４１の間の屈折率差を変化させることができるため、
偏向角度を連続的に変えることができる。すなわち、図
１〜図３におけるコリメーター１４に結合する光の量を
印加電圧によって連続的に変化させ、光可変減衰装置と
して動作させることができる。電気光学効果は非常に高
速な現象であり、また、電圧のみで動作する。

【００４７】このため、本発明の光可変減衰装置を使用
することにより、高速かつ低消費電力で光のパワーをコ
ントロールできるようになる。電極の平面形状は、図示
のように二等辺三角形であることが有効であるが、この
ほかに、楔形や直角三角形型も使用できる。また、面積
の異なった電極や位置をずらした電極を表裏に配置する
ことによって、誘電体内部にプリズム形状の屈折率変化
部分を誘起することもできる。また、電極をアレイ状に
したり、電極と電気光学誘電体を積層したものを使用す
ることによって、低電圧化を測ることもできる。

【００４８】請求項８の光可変減衰装置は、光偏向器１
５に電気光学効果を有する基板４１として、特に高い電
気光学効果を持つＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタ
ン鉛）、ＢａＴｉＯ３、またはＳＢＮ（ニオブ酸ストロ
ンチウムバリウム；タングステンブロンズ）等の単結晶
体やセラミックス、または膜を用いることにより、同じ
印加電圧でも高い屈折率差を誘起することができる。こ
のため、より小型で、低電圧で動作する光可変減衰装置
を実現できる。

【００４９】また、本発明の光可変減衰装置は複数を一
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。
波長多重した光伝送装置や、多チャンネルの光伝送装置
では、多くの光ファイバを一括して処理する必要がある
が、そのような用途の場合、請求項９の光可変減衰装置
のように、複数の光可変減衰装置を一体に実装しモジュ
ール化したものを使用することにより、より小型で、信
頼性の高い光可変減衰装置モジュールを実現できる。

【００５０】また、請求項１０の光可変減衰装置のよう
に、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
ジの光出射側の開口部にコネクタを用いて簡単に実装す
ることが可能である。

【００５１】

【実施例】次に、本発明をより具体化した実施例につい
て説明する。

【００５２】＜実施例１＞以下のようにして、光可変減
衰装置を作製した。まず、光の入出力系としては、２本
のシングルモード光ファイバの間にＧＩファイバを融着
し、基板に接着後、ＧＩファイバの中心付近を３ｍｍの
幅で切断したものを作製した。上記光ファイバの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、シングルモードファイバ中を伝搬する入力光を約
０．１ｍｍ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。また、出力側のＧＩファイ
バの側面にはカーボン含有樹脂を塗布して、不要光を吸
収できるようにした。

【００５３】光偏向器は、０．０５ｍｍ厚のＰＬＺＴ基
板上に、図４に示した形状の金電極をアレイ状にしたも
のをスパッタにより形成し、それを３層積層して作製し
た。上記した全ての金電極の厚みは０．３μｍであり、
光の透過特性にはほぼ影響ないことを確認した。また、
光偏向器の幅（Ａ１）×長さ（Ａ２）は１ｍｍ×１ｍｍ
とした。この構成で、光偏向器と屈折率マッチング樹脂
の間の屈折を考慮すると、約２１Ｖの印加電圧で、減衰
量を１０ｄＢ程度とすることができる。また、各光偏向
器の側面には、不要光を吸収するためにカーボンの被膜
を蒸着した。

【００５４】このようにして作製した光偏向器を、上述
した光学系の所定の位置に実装し、電極をワイヤーボン
ドによって取り出した後に、屈折率マッチング樹脂を充
填して光可変減衰装置とした。これらの光可変減衰装置
の減衰量と電圧の関係を図７に示す。図から明らかなよ
うに、実用十分な減衰量が現実的な動作電圧で得られ、
かつ偏波依存性が非常に小さい光可変減衰装置を得るこ
とができた。

【００５５】また、これらの光可変減衰装置、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
器が、光変調器としても十分動作することを確認した。

【００５６】＜実施例２＞図８（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、請求項４の光可変減衰装置を以下のように作製し
た。まず、シングルモードファイバ１１，１２に１／４
ピッチのＧＩファイバ８１，８２を融着したものを作製
し（２組）、それらのＧＩファイバの端面どうしを、間
に２ｍｍのコアレスファイバを挟んで融着し、請求項３
の光可変減衰装置のように、ファイバ状の光学部材（図
６における光ファイバ体Ｆ）を作製した。

【００５７】このファイバ状の光学部材をフェルール２
６の貫通孔２６ａ内に固定し、コアレスファイバ８３の
中央部分を切断しかつフェルール２６を完全には分断し
ない深さの溝２６ｂを設けた。ここで、ファイバ状の光
学部材をフェルール２６の貫通孔２６ａ内に固定するた
めに、屈折率がファイバ素材よりも大きい熱硬化性樹脂
を用いた。このため、光ファイバを伝播するクラッドモ
ードはこの樹脂部に吸収され、光可変減衰装置外部まで
は伝播できない。

【００５８】さらに、フェルール２６の溝２６ｂ内でか
つ光偏向器１５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内に光偏向器１５とこの端子２
８をボンディングワイヤ２９で接続するための配線２８
を行い、その後、光偏向器１５を挿入し、電極と配線２
８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２６ｂ内を屈折率整合樹脂２７で充填した。この
実施例によれば、本発明の光可変減衰装置を外部の回路
に簡単に取りつけることができた。また、実施例１と同
様の特性を得ることができた。

【００５９】＜実施例３＞請求項５の光可変減衰装置を
以下のように作製した。まず、図９に示すように、異方
性エッチングが可能なＳｉ単結晶基板３６に通常のウェ
ハープロセスで光ファイバを載置する溝３７と、外部の
回路と接続するための端子４２〜４４を載置する溝３８
と、光偏向器１５を実装するための凹部３９を異方性エ
ッチングで作製し、さらにこの凹部３９内に配線２８
と、凹部３９の周囲に後記する半田で封止するための金
属パターンを作製した。

【００６０】次に、金属コートしたシングルモードファ
イバ１１，１２に、１／４ピッチのＧＩファイバ８１，
８２を融着したコリメート光学系（２組）を作製し、光
偏向器１５と光軸を合わせて上記基板３６に実装し、半
田４０で固定した。ここで、ＧＩファイバの光偏向器１
５と対向する端面および光偏向器１５の両端面には反射
防止膜（図示を省略）を設けている。次に、外部の回路
と接続するための端子４２（金属コート部）、４３（絶
縁部）、４４（導電部）を実装し、最後に前述の凹部３
９を保護するための蓋４１を半田４０によって固定し
た。なお、端子は図示のとおり導電部の周りに一部絶縁
部４３を設けており、さらにこの絶縁部４３の一部に半
田封止のための金属コート部分４２を設けている。この
実施例によれば完全に樹脂を使用しない封止となり、信
頼性の高い光可変減衰装置が実現できた。また、実施例
１と同様の特性を得ることができた。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の光可変
減衰装置によれば、入力光の強度を変化させる手段とし
て、出力光の光軸を前記光伝送路の光軸と異ならせる光
偏向器を用いるとともに、入力光および／または出力光
を、集光手段またはコリメーターを介して光偏向器と光
結合させるように成し、かつ、基体に集光手段またはコ
リメーターと、光偏向器とが一体的に固定されている。
これにより、各部品の作製精度、実装精度の要求が大幅
に緩和され、安価に作製することができ、使用時の環境
変化や経時変化によって生じる位置ずれに対しても強
く、信頼性の高い光可変減衰装置を提供できる。

【００６２】また、請求項２〜３の光可変減衰装置のＧ
ＲＩＮレンズ、ファイバコリメーター、またはＧＩファ
イバ等の光ファイバによる光学系を使用することによ
り、煩雑な光軸調整工程が省略され、安価で信頼性の高
い光可変減衰装置が実現される。

【００６３】さらに、請求項４〜５の光可変減衰装置に
よれば、上記した光学系および光偏向器が同一基体に固
定されており、その基体に光学系を配置する手段が形成
されているので、信頼性が高く、量産性に優れた光可変
減衰装置を提供することができる。

【００６４】請求項６の光可変減衰装置によれば、出力
光ファイバに、クラッドモードを妨げる機構を設けてい
るため、より精度の高い光可変減衰装置が実現できる。

【００６５】また、電気光学効果を用いた請求項７の光
可変減衰装置により、高速かつ低消費電力で光のパワー
をコントロールできるようになる。

【００６６】また、請求項８の光可変減衰装置によれ
ば、光偏向器に電気光学効果を有する基板として、特に
高い電気光学効果を持つＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸
ランタン鉛）、ＢａＴｉＯ３、またはＳＢＮ（ニオブ酸
ストロンチウムバリウム；タングステンブロンズ）等の
単結晶体やセラミックス、または膜を用いることによ
り、同じ印加電圧でも高い屈折率差を誘起することがで
き、より小型で、低電圧で動作する光可変減衰装置を実
現できる。

【００６７】また、請求項９の光モジュールによれば、
光可変減衰装置の複数を一体に実装しモジュール化する
ことができ、より小型で、信頼性の高い光モジュールを
実現できる。

【００６８】さらに、請求項１０の光モジュールによれ
ば、光可変減衰装置と発光素子や受光素子とを一体に実
装した小型で信頼性の高い光モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光可変減衰装置の実施形態を模式
的に説明する斜視図である。

【図２】本発明に係る光可変減衰装置の実施形態を模式
的に説明する平面図である。

【図３】本発明に係る光可変減衰装置の動作原理を模式
的に説明する平面図である。

【図４】本発明に係る光偏向器の実施形態を模式的に説
明する斜視図である。

【図５】本発明に係る他の光偏向器の実施形態を模式的
に説明する斜視図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明に係る光可
変減衰装置の組み立ての様子を模式的に説明する平面図
である。

【図７】本発明に係る光可変減衰装置の電圧−減衰量曲
線である。

【図８】本発明の実施例２を模式的に説明する図であ
り、（ａ）は光可変減衰装置の平面図、（ｂ）は側面図
である。

【図９】本発明の実施例３を模式的に説明する平面図で
ある。

【図１０】従来の光可変減衰器の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１：入力用の光ファイバ１２：出力用の光ファイバ１３：入力側のコリメーター１４：出力側のコリメーター１５：光偏向器１６：基板４１：電気光学効果を持った基板４２：電圧印加用の電極８１：入力側のＧＩファイバ８２：出力側のＧＩファイバ８３：コアレスファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送路に配置され、入力光の強度を変
化させて出力する光可変減衰装置において、前記入力光
の強度を変化させる手段として、出力光の光軸を前記光
伝送路の光軸と異ならせる光偏向器を用いるとともに、
前記入力光および／または前記出力光を、集光手段また
はコリメーターを介して前記光偏向器と光結合させるよ
うに成し、かつ、基体に前記集光手段または前記コリメ
ーターと、前記光偏向器とが一体的に固定されているこ
とを特徴とする光可変減衰装置。
【請求項２】前記集光手段または前記コリメーター
は、ＧＲＩＮレンズ、ファイバコリメーター、またはＧ
Ｉファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光
可変減衰装置。
【請求項３】前記光偏向器の光入力側および／または
光出力側に、前記光伝送路に光接続される光ファイバを
配設するとともに、前記集光手段または前記コリメータ
ーとしてＧＩファイバを用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。
【請求項４】前記基体は貫通孔を備え、該貫通孔内に
少なくとも前記集光手段または前記コリメーターを挿入
して成ることを特徴とする請求項１に記載の光可変減衰
装置。
【請求項５】前記基体は凹部を備え、該凹部に少なく
とも前記集光手段または前記コリメーターを載置して成
ることを特徴とする請求項１に記載の光可変減衰装置。
【請求項６】前記光偏向器の光出力側に光ファイバを
配設し、該光ファイバ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請求項１に記載の光
可変減衰装置。
【請求項７】前記光偏向器は、電気光学効果を有する
基板に電極を形成し、該電極に電圧を印加することによ
って発生する屈折率差を用いた屈折効果を利用すること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光可変
減衰装置。
【請求項８】前記電気光学効果を有する基板材料とし
て、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ３、またはＳＢＮを用いるこ
とを特徴とする請求項７に記載の光可変減衰装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の光可
変減衰装置の複数を一体的に接続するように成したこと
を特徴とする光モジュール。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の光
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たことを特徴とする光モジュー
ル。