专利名称：使用偏振可变元件的光器件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及利用电光元件、小型且可低电压驱动的透射光强度可变的光器件。
背最基术作为利用电光元件的克尔效应(Kerr effect)的光器件，使用PLZT作为电光元件的、非专利文献1(セラミックス(ceramics)第26号(1991)No.2 139P-143P)中记载的光闸(optical shutter)已经众所周知，古内化学株式会社正在销售原理与上述相同的“PLZT高速光闸”。在图1中说明光闸的概略。具有用起偏器(polarizer)11和检偏器(analyzer)12夹着电光元件8的结构，所述电光元件8，在光线10照射区域反复配置电极82-PLZT81-电极82的结构。起偏器11和检偏器12各自的透射偏振光成90°的角度地配置，电光元件8的电极方向与起偏器11或检偏器12成45°地配置。
以下，说明如上所述的结构的器件作为光闸发挥作用的原理。具有克尔效应的PLZT，在不施加电压时为各向同性的晶体(crystal)，不具有双折射性。因此，在不外加电压的状态下，透过起偏器11的线偏振光，由于在由PLZT构成的电光元件8不受到偏振光的变化，不能透过检偏器12，因而成为OFF状态。而当具有克尔效应的PLZT元件外加电压时，在电场方向及与其垂直的方向产生双折射。因此，如果施加电场方向及与其垂直的方向的偏振光成分(component)的相位差为180°那样的电压(半波长电压)，就会使得透过起偏器11的线偏振光旋转90°，从而能够透过检偏器12。其变成ON状态。如上所述，通过使半波长电压为ON/OFF，能够实现光的ON/OFF。
在本产品中，通过在光线的照射区域中反复配置多个电极82-PLZT81-电极82的结构，与一对的电极82-PLZT81-电极82的结构相比，能够减小电极间距离，使驱动电压减小到接近70V。
另外，在日本特开2000-85183的激光记录装置中，在光闸部分中，与“PLZT高速光闸”同样地采用起偏器11、由PLZT构成的电光元件8以及检偏器12的结构。图2表示概略图。在此，通过在电光元件8的前级配置聚光透镜7、在聚光透镜7的焦点位置配置电光元件8，能够使夹着PLZT的平行电极82的电极间距离减小，不增大损失地实现了驱动电压的低电压化。
发明内容
在上述“PLZT高速光闸”中，为了实现驱动电压的低电压化，在光线照射部设置电极82，在产生由电极82引起的散射、反射、衍射，施加了半波长电压的ON状态中，透射损失也将增大。另外，如上述那样的起偏器11-电光元件8-检偏器12的结构的器件，也存在部件件数多、难以小型化的缺点。在上述激光记录装置中，与“PLZT高速光闸”相比较，透射损失变小，但在增加了聚光透镜7和准直(collimate)地返回的透镜6后，部件件数进一步增多，小型化和低成本化成为课题。
最近，随着活跃的技术开发，在光通信领域已经取得了实现传送容量的扩大、灵活的联网功能(flexible networking function)等惊人的进步。另一方面，对在传送装置内使用的光器件的要求也逐年严格起来。应用PLZT的光器件，由于高速的响应性等，适用于光通信设备的优点不少，但在如上述那样的现有技术中，透射损失大、部件件数多，因此，除设备尺寸大、成本高等缺点外，驱动电压仍然很大也将成为课题。
本发明鉴于如上所述的实际情况，通过谋求光器件的光学结构和PLZT元件部的改良，不损害透射损失特性地实现光器件的小型化、驱动电压的降低。
为了解决上述课题，本发明的透射强度可变的光器件具有反射结构，能够在往路、复路利用元件，因此，能够实现由部件件数约减少一半而带来的小型化、低成本化。进而，通过施加由电压产生的外部信号，在聚光透镜的焦点附近设置作为透射光的偏振状态变化的偏振可变元件发挥作用的电光元件。电光元件具有电极间距离越接近聚光部越小的对置电极结构，因此，能够减小电极间距离，能够实现低电压化。
上述光器件，包括由双芯套管固定的输入光纤和输出光纤；聚光透镜；反射光的反射元件；设置在上述聚光透镜的焦点附近的偏振可变元件，透射由上述聚光透镜会聚的光，并且，根据外部输入信号使其透射光的偏振为可变，并且，还包括由平行平板的双折射晶体构成的偏振分离元件，透射从上述输入光纤出射的光，并且，对其透射光进行偏振分离；偏振变换元件，透射从上述偏振分离元件出射的光，并且，改变其透射光的偏振；对从上述偏振变换元件出射的光进行准直的透镜；以及聚光透镜，仅对从上述透镜出射的准直光的波面内的成分中、与连接输入光纤的中心和输出光纤的中心的线垂直的成分进行会聚；上述偏振可变元件设置在上述透镜的焦点附近。
以下，说明使用仅会聚一个成分的聚光透镜作为聚光透镜的理由。使用由双芯套管固定的输入输出光纤的反射式光器件，用准直透镜对从输入光纤输出的光进行准直，当准直光由反射元件反射后，再次输入到上述准直透镜，输入到设置在与输入光纤不同位置的输出光纤。在这种反射式光器件的系统中，除准直透镜外还插入1个聚光透镜时，为了不产生损失，需要在聚光透镜的焦点配置反射元件。但是，根据透镜的性质，通过聚光部的输出角度(反射角度)的变位，反射光再次由准直透镜会聚的位置几乎不变位。即，即使调整反射元件的角度，输入输出也为相同的光纤。因此，如背景技术所示的激光记录装置那样，作为聚光透镜而使用球形透镜那样的全方位均等进行会聚的透镜时，不能输出到与输入光纤不同位置的输出光纤。而当使用仅会聚一个方向的聚光透镜作为聚光透镜时，在反射元件上仅会聚与连接输入输出光纤的中心的方向垂直的成分，与其平行的成分可以在准直的状态下进行反射。与连接输入输出光纤的中心的方向平行的成分，通过调整反射元件的角度，可以输出到与输入光纤不同的位置成分。这意味着通过使用仅会聚一个方向的聚光透镜，即使在使用聚光透镜的情况下双芯式反射器件也能够实现。
通过上述分析，使“反射结构”带来的小型化、低成本化和“会聚”带来的低电压化并存。
进而，作为另一种光器件的方式，也可以使用楔形双折射晶体，以取代上述平行平板的双折射晶体。
另外，作为另一种光器件的方式，也可以兼用聚光透镜和准直透镜。兼用聚光透镜和准直透镜，是指焦点只是输入输出光纤的端面，即具有在输入输出光纤的端面附近设置偏振可变元件的结构。
另外，作为另一种方式，在由输入输出光纤、准直透镜、仅会聚一个方向的透镜、以及反射元件构成的反射系统中，还可以采用两个焦点，即，在反射元件和输入输出光纤的端面附近配置两个偏振可变元件。
在上述光器件中，具有偏振可变元件被配置在焦点附近这样的特征，因此，能够根据被会聚的光线的形状，使偏振可变元件的电极形成其电极间距离越接近焦点越窄、越远离越宽的形状。因此，比需要符合最宽的光线宽度地设定的平行电极时更能实现低电压化。上述结构，除通过“反射结构”和“会聚”的组合得到的小型化、低成本化、低电压化的优点外，还增加了更加低电压化的价值。
本发明所记载的“焦点附近”，是指距焦点±1mm以内的范围。
如上所述，根据本发明，可变光衰减器、光闸、光调制器这样的透射光强度可变光器件，不使透射损失特征变差地实现比现有的结构更加小型化、低电压驱动。
图1是与光路一起表示作为现有技术的一种方式的光闸结构的概略图。
图2是与光路一起表示作为现有技术的另一种方式的光闸结构的概略图。
图3是表示作为本发明的第一实施方式的光器件的结构的俯视图。
图4是表示作为本发明的第一实施方式的光器件的结构的侧视图。
图5是表示本实施方式的偏振可变元件的一种实施方式的图。
图6是表示本实施方式的偏振可变元件的相位差(degree)相对于外加电压(V)的关系的图。
图7是表示本实施方式的偏振可变元件的另一个实施方式的图。
图8是表示本实施方式的偏振可变元件的另一个实施方式的图。
图9是表示使本实施方式的光器件为ON后的、透射光线的偏振状态的原理说明图。
图10是表示使本实施方式的光器件为OFF后的、透射光线的偏振状态的原理说明图。
图11是表示本实施方式的光器件的透射强度(dB)相对于外加电压(V)的图。
图12是表示作为本发明的第二实施方式的光器件的结构的俯视图。
图13是表示作为本发明的第二实施方式的光器件的结构的侧视图。
图14是表示本发明的第二实施方式的类似方式的光器件结构的俯视图。
图15是表示本发明的第二实施方式的类似方式的光器件结构的侧视图。
图16是表示作为本发明的第三实施方式的光器件的结构的俯视图。
图17是表示作为本发明的第三实施方式的光器件的结构的侧视图。
图18是表示作为本发明的第四实施方式的光器件的结构的俯视图。
图19是表示作为本发明的第四实施方式的光器件的结构的侧视图。
具体实施例方式
以下，根据
本发明的实施方式。
图3、图4是表示本发明的光器件的第一实施方式的结构图。图3是从上面观察器件的剖视图，图4是从侧面观察的剖视图。由用双芯套管(duplex ferrule)3固定的输入光纤(fiber)1和输出光纤2、作为偏振分离元件发挥作用的平行平板式双折射性晶体元件41、作为偏振变换元件5发挥动作的λ/4板、作为准直透镜6发挥作用的非球面透镜、作为仅使一个方向会聚的聚光透镜7发挥作用的圆柱形透镜(cylindrical lens)、由被一对电极82夹着的PLZT81构成的作为偏振可变元件发挥作用的电光元件8、以及被蒸镀到PLZT的作为反射元件发挥作用的全反射膜9构成。作为平行平板式双折射性晶体元件41的材料使用金红石(rutile)，作为λ/4板的材料使用水晶，但只要是具有相同功能的元件就不用限定材料。在本实施例中，作为偏振可变元件，使用被一对电极82夹着的PLZT81，但只要是能使偏振可变的元件就限定于PLZT或电光元件。另外，使用的非球面透镜、聚光透镜也可以用GRIN透镜等进行替换。
首先，说明由电光元件8构成的偏振可变元件的动作，所述电光元件8由被一对电极82夹着的PLZT81构成。
作为偏振可变元件，优选的是，在使用PLZT时作为二次电光效应的克尔效应大。大的克尔效应是指克尔常数为1×10-16(m/V)2以上。用(Pb1-x、Lax)(Zry、Tiz)1-x/4O3表示的PLZT的组成中，(x，y，z)＝(9、65、35)左右成为适合的组成。在克尔效应大的PLZT中，通过在电压外加方向及与其垂直的方向产生相位差，能够具有使偏振可变的功能。详细情况将在后面说明，但为了使光器件的透射光强度从最大变化到最小，相位差至少需要从0°变化到180°。
=180λ×L×12×n3×R×(Vd)2]]>图5表示由电光元件8构成的偏振可变元件的实施例。PLZT81成为被互相平行的电极81夹着的结构。当入射光线波长为λ、外加电压为V、PLZT的折射率为n、PLZT的克尔常数为R、电极间距离为d、PLZT元件长度为L时，PLZT元件透射前后的与电场平行的偏振光成分和与其垂直的偏振光成分间的相位差能够如下述那样地表示。
λ＝1.55μm、n＝2.5、R＝8×10-16(m/V)2图6表示电极间距离d为60μm、PLZT元件长度L为0.8mm时，与电场平行的偏振光成分和与其垂直的偏振光成分间的相位差与外加电压的关系。相位差180°的半波长电压为24V左右。
图7是表示另一个方式的偏振可变元件的实施例的结构图。电极81由八字形的电光元件8构成，焦点附近电极间距离窄，距焦点越远电极间距离越宽。取宽口部d1为60μm、窄口部d2为30μm、PLZT元件长度L为1mm时，与图5的实施方式相比，能够利用电极结构有效地对光线施加电场，因此，能够使半波长电压减小到接近16V。
图8是表示另一个方式的实施例的结构图。形成将电极82做成台阶形状来改变电极间距离的结构。低电压效果基于台阶数量，如图8所示，作为3阶结构取宽口部d1为60μm、中间部d2为40μm、窄口部d3为30μm时，半波长电压变为接近17V，可实现与图7的实施例大致相等的低电压化。
接着，使用图3、图4、图9、图10，说明使用上述可变偏振元件的光器件的第一实施方式中、从输入光纤1至输出光纤2的光路和透射光强度可变的原理。从输入光纤1出射的光线，入射到由金红石构成的平行平板式双折射性晶体元件41，偏振分离成在x方向振动的线偏振光A(普通光)、和在y方向振动的线偏振光B(异常光)。偏振分离后的两条光线，透射作为偏振变换元件5发挥作用的由水晶构成的λ/4板，转换成互相反转的圆形偏振光。通过作为准直透镜6发挥作用的非球面透镜，两条光线成为不同出射角度的准直光，入射到作为聚光透镜7发挥作用的圆柱形透镜。从圆柱形透镜出射的两条光线A、B，仅被会聚与偏振分离方向垂直的成分(图4的x方向)，入射到由被电极82夹着的PLZT82构成的电光元件8。电光元件8是图5、图7和图8所示的任意一中结构，对一面施加反射防止膜(AR涂层)，对其反面施加高反射膜(HR涂层)。因此，从AR涂层面入射到电光元件8的光线，在HR涂层面9被反射，往返于电光元件8，再从AR涂层面出射。也可以施加AR涂层以取代HR涂层，靠近地配置另一个HR元件。从PLZT元件8出射的两条光线，根据外加在电光元件8的电压使偏振状态变化。两条光线在被作为聚光透镜7发挥作用的圆柱形透镜恢复成准直光后，再次透射作为准直透镜6发挥作用的非球面透镜、平行平板式双折射性晶体元件41，由此，平行平板式双折射性晶体元件41的光线A中的异常光成分(A1)和光线B中的普通光成分(B2)，在与输入光纤1距离250μm的位置向由双芯套管3固定的输出光纤2进行会聚。
接着，使用图9说明不施加电压时的光线的偏振状态的动作。在未施加电压的状态下，PLZT81不具有双折射性，因此输入输出光的偏振状态不变化。因此，透射了λ/4板的光线A、B透射了电光元件8后，也按相同的圆形偏振光那样再次透射λ/4板，光线A转换成y方向的线偏振光，光线B转换成x方向的线偏振光。作为y方向的线偏振光的光线A在平行平板式双折射性晶体元件41中受到异常光折射(A1)，作为x方向的线偏振光的光线B受到普通光折射(B2)。因此，通过在图3所示的位置设置输出光纤2，任何光线都能够耦合，因此，可以大体无损失地耦合。
接着，在图10中说明施加了半波长电压时的光线的偏振状态的动作。透射了λ/4板的圆形偏振光A、B，通过往返于电光元件8，x方向与y方向的成分产生180°的相位差，因此变成与输入时反转的圆形偏振光。当从电光元件8出射的光线透射λ/4板时，光线A转换成x方向的线偏振光，光线B转换成y方向的线偏振光。作为x方向的线偏振光的光线A，在平行平板式双折射性晶体元件41中受到普通光折射(A2)，作为y方向的线偏振光的光线B受到异常光折射(B1)。如图3所示，输出光纤2被设置在耦合A1和B2的位置，因此，光线A2、光线B1均不耦合。因此，在施加半波长电压时变成不输出光线的OFF状态。
外加电压为0V和半波长电压之间时，根据外加电压，作为耦合成分的光线A1与非耦合成分的光线A2的强度比、和作为耦合成分的光线B2与作为非耦合成分的光线B1的强度比发生变化，因此，能够改变对光线的输出光纤2的透射量。图11表示对本实施例的光器件施加电压时的透射光量的变化。电光元件8采用PLZT和电极如图7那样的结构，取PLZT长度L为0.8mm、窄口部的电极间距离d1为30μm、宽口部d2为60μm。由于光线往返于电光元件，因而半波电压降低到12V。在半波长电压中透射光量变成最小，因此，通过在0～12V内自由地改变电压，本实施例的光器件可作为可变光衰减器发挥作用。由于能够自由地控制透射率，因此，可作为输出波形发生器使用。另外，通过使12V的电压为ON/OFF，也可作为光闸发挥作用。进而，还能够用0～12V中合适的电压，反复进行ON/OFF形成信号，由此作为光强度调制器发挥作用。
另外，作为偏振变换元件5，也可以通过使用λ/2板以取代λ/4板，具有如0V时透射光强度最小，透射光强度按照施加电压变大那样的、电压-透射光强度特性。
图12、图13表示本发明的第二实施方式。图12是从上面观察器件的剖视图，图13是从侧面观察的剖视图。代替用平行平板式双折射性晶体元件进行偏振分离，而用楔式双折射性晶体元件42来进行。在本实施例中，电光元件8形成了图7所示的实施例的形状，但也可以用图5、图8所示的实施例来实现。楔式双折射性晶体元件42的配置与平行平板式双折射性晶体元件时的不同，变成在由圆柱形透镜构成的聚光透镜7和电光元件8之间。上述实施例，具有0V时衰减量最大的特性，但如图14、图15所示，通过在楔式双折射性晶体元件42和电光元件8之间插入如45度旋转的法拉第转子、λ/4板那样的偏振变换元件5，可以具有0V时衰减量为最小的特性。
进而，图16、图17表示第三实施方式。图16是从上面观察器件的剖视图，图17是从侧面观察的剖视图。
通过在作为准直透镜6发挥作用的非球面透镜的焦点位置，即输入光纤1、输出光纤2的端面(end face)附近设置电光元件8，带来如下特征兼用聚光透镜和准直透镜，减少了部件件数。为了不产生损失，需要使准直透镜6的焦点成为光纤端面，还需要在光纤端面和电光元件8之间插入平行平板式双折射性晶体元件41和由λ/4板构成的偏振变换元件5。因此，在与还具有聚光透镜功能的准直透镜6的焦点位置分离的位置配置电光元件8，由此，电极间距离相对地变大，对低电压化略微不利。但是，在部件件数少、结构简单上是有利的，成为对低成本化有效的结构。
另外，作为第四实施方式，如图18、图19所示，也可以是图3(或图4)和图16(或图17)所示的实施例的复合系统。在本实施例中，电光元件8的有效长度约为图3(或图4)、图16(或图17)的2倍，因此，低电压化的效果变成1/左右。由于电光元件8的数量变为2个，成为成本增加的主要原因，但却是对低电压化有效的结构。
与上述图3(或图4)所示的实施例相同，图12～图19所示的光器件中，也能够利用电压的施加方法，作为可变光衰减器、光闸、光调制器发挥作用。
另外，在上述图3、图4、图12～图19所示的光器件的实施例中，作为准直透镜6发挥作用的非球面透镜的焦距为6mm，作为聚光透镜7发挥作用的圆柱形透镜的焦距为4mm。另外，由PLZT构成的电光元件8，使用图5、图7、图8中的任意一个实施例所示的元件。输入光纤1、输出光纤2都是单模光纤，但也可为多模光纤、偏振保持光纤。
本发明不限于上述实施方式，可以基于不超出发明主旨的范围内的变形来实施。
<工业上的可利用性>
根据本发明，能够实现可变光衰减器、光闸、光调制器，因此，可作为光通信设备使用。
权利要求
1.一种光器件，其特征在于，包括由双芯套管固定的输入光纤和输出光纤；聚光透镜；反射光的反射元件；以及设置在上述聚光透镜的焦点附近的偏振可变元件，透射用上述聚光透镜会聚的光，并且，根据外部输入信号使其透射光的偏振为可变。
2.根据权利要求1所述的光器件，其特征在于上述偏振可变元件是被对置电极夹着的电光元件。
3.根据权利要求1～2中的任意一项所述的光器件，其特征在于还包括由平行平板的双折射晶体构成的偏振分离元件，透射从上述输入光纤出射的光，并且，对其透射光进行偏振分离；偏振变换元件，透射从上述偏振分离元件出射的光，并且，改变其透射光的偏振；对从上述偏振变换元件出射的光进行准直的透镜；聚光透镜，仅对从上述透镜出射的准直光的波面内的成分中、与连接输入光纤的中心和输出光纤的中心的线垂直的成分进行会聚；上述偏振可变元件；以及上述反射元件；上述偏振可变元件设置在上述聚光透镜的焦点附近。
4.根据权利要求1～2中的任意一项所述的光器件，其特征在于还包括对从上述输入光纤出射的光进行准直的透镜；聚光透镜，仅对从上述透镜出射的准直光的波面内的成分中、与连接输入光纤的中心和输出光纤的中心的线垂直的成分进行会聚；由楔形双折射晶体构成的偏振分离元件，透射从上述聚光透镜出射的光，并且，对其透射光进行偏振分离；上述偏振可变元件；上述反射元件；上述偏振可变元件设置在上述聚光透镜的焦点附近。
5.根据权利要求1～2中的任意一项所述的光器件，其特征在于上述光器件是透射光强度可变的光器件，还包括由平行平板的双折射晶体构成的偏振分离元件，透射从上述输入光纤出射的光，并且，对其透射光进行偏振分离；偏振变换元件，透射从上述偏振分离元件出射的光，并且，改变其透射光的偏振；上述偏振可变元件；对从上述偏振可变元件出射的光进行准直的透镜；以及上述反射元件；上述偏振可变元件设置在上述透镜的焦点附近。
6.根据权利要求1～2中的任意一项所述的光器件，其特征在于还包括由平行平板的双折射晶体构成的偏振分离元件，透射从上述输入光纤出射的光，并且，对其透射光进行偏振分离；偏振变换元件，透射从上述偏振分离元件出射的光，并且，改变其透射光的偏振；第一偏振可变元件；对从上述第一偏振可变元件出射的光进行准直的透镜；聚光透镜，仅对从上述透镜出射的准直光的波面内的成分中、与连接输入光纤的中心和输出光纤的中心的线垂直的成分进行会聚；以及第二偏振可变元件；上述第一偏振可变元件设置在上述透镜的焦点附近，上述第二偏振可变元件设置在上述聚光透镜的焦点附近。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的光器件，其特征在于在上述偏振可变元件中，上述对置电极的电极间距离不恒定，在光的焦点附近最小。
全文摘要
本发明提供一种使用偏振可变元件的光器件，由于具有高速的响应性等，因而工业上的利用价值很大。在现有技术中，存在部件件数多、成本高、器件尺寸大、驱动电压大等问题，使用部件件数的减少、器件的小型化、驱动电压的降低成为课题。本发明的光器件包括由用双芯套管3固定的输入光纤(1)和输出光纤(2)、准直透镜(6)、以及反射光的反射元件(9)构成的反射结构，并且，还包括作为聚光透镜(7)发挥作用的圆柱形透镜和电光元件(8)，上述电光元件(8)设置在上述聚光透镜(7)的焦点附近。上述电光元件(8)的电极，电极间距离越接近聚光部越小。
文档编号G02F1/03GK1961243SQ200580017129
公开日2007年5月9日 申请日期2005年5月16日 优先权日2004年5月28日
发明者长枝浩, 志贺代康 申请人:株式会社垂马提兹