可変光減衰器（VOA）の概要

可変光減衰器(VOA) は光通信において幅広い用途があり、その主な機能は光信号を低減または制御することです。

光ファイバーネットワーク の基本特性は可変性であり、特にDWDM伝送システムやEDFAを光通信に適用する場合、複数の光信号伝送チャネルにおける利得平坦化または等化、光受信器におけるチャネルパワー制御が必須となります。また、光ネットワークでは他の信号に対する制御も必要となるため、VOAは不可欠な主要コンポーネントとなっています。さらに、VOAは他の光通信コンポーネントと組み合わせることも可能であり、これが高レベルモジュールの特性向上に大きく貢献しています。

近年、機械式 VOA、磁気光学式 VOA、LCD VOA、MEMS VOA、熱光学式 VOA、音響光学式 VOA など、可変光減衰器の製造に関する多くの技術が登場しています。

機械式 VOA の
原理は、ステッピング モーターのドラッグ ニュートラル グラディエント フィルタを使用し、その出力光パワーが所定の減衰規則で変化して、異なる位置の光線がフィルタを通過するときに、減衰量を調整するという目的を達成することです。 また、機械式偏光光減衰器もあります。 その基本原理は、入力ポートから放射された光線が反射シートによってポートに反射され、反射シートの傾斜角度によって 2 つのポート間の反射器結合効率が制御され、光の減衰を調整できることです。 反射シートの傾斜は、さまざまな異なるメカニズムによって制御されます。 機械式光減衰器はより伝統的なソリューションであり、これまで、VOA アプリケーション システムで最も多く使用されているのは機械的な方法で減衰を実現しています。 このタイプの光減衰器は、成熟した技術、光学特性、低挿入損失、偏光依存損失、温度制御なしなどを備えています。欠点は、コンポーネントの構造が大きく複雑になり、応答率が高くなく、生産の自動化が難しく、統合に役立たないことです。

磁気光学VOA
磁気光学VOAは、磁場中の物質の光学特性の変化、例えば磁気回転効果（ファラデー効果）を利用して光エネルギーの減衰を実現し、光信号を調整するという目的を達成します。この物質の磁気光学効果と他の技術を組み合わせることで、高性能、小型、高応答性、そして比較的シンプルな構造の光減衰器を実現できます。これは、ディスクリート技術を用いて光減衰器を製造するLLLデバイスであり、この分野の更なる発展を目指しています。

LCD用VOAは
、液晶の屈折率異方性を利用した複屈折特性を持つ光減衰器です。外部電界を印加すると、液晶分子の配向が変化し、透過特性が変化します。液晶内の2つの電極に印加する電圧制御によって光強度を変化させ、減衰量を変化させます。液晶光減衰器VOAは、小型化と高応答性を実現できます。しかし、液晶材料の損失が大きいため、製造プロセスが比較的複雑で、特に環境要因の影響を受けやすいという欠点があります。その利点は、低コストで商用ロットが入手可能なことです。

MEMS VOA
MEMSはこの分野における新たな応用技術であり、数年にわたる開発を経て、MEMSチップ製造プロセスはより成熟し、MEMS光減衰器の応用に大きな推進力を与えています。光ネットワーク応用において、MEMS技術ベースの製品は価格と性能の面でも明らかな優位性を持っています。MEMS VOAは非常に成熟しており、大量生産と大規模応用が進んでいます。しかし、歩留まりの問題により、価格面でも課題に直面しています。さらに、微小電気機械部品の信頼性は理想的とは言えません。初期のMEMS VOAはレーザー溶接を採用しており、デバイスが大型化すると生産効率が低く、組み立てコストが高くなるという問題がありました。現在、市場にはこの問題に対する優れた解決策として、MEMS VOAプラスチック技術も導入されています。

熱光学VOA
熱光学VOAは、主に材料の温度場特性、例えば温度変化に伴う熱光学屈折率変化といった光学特性の変化を利用します。構造の違いにより、リーク型VOAとオープン型VOAの2種類に分類されます。熱光学VOAは、加熱・冷却装置が比較的複雑であるため、温度場と光伝導媒体の屈折率との間の数学的関係が複雑で、正確な定量化と制御が困難です。特に、応答時間が長いことが、現代の光通信への応用を妨げています。

音響光学VOAの
基本原理は、周期的な歪みを利用して屈折率の周期的な変化を生じさせることです。これは、超音波の作用下で音響光学結晶に位相格子を形成するのと等しく、ラスタービームを用いて変調することができます。いくつかの企業は既に、音響光学結晶可変減衰器（AVOAと呼ばれる）を開発したと主張しています。音響光学結晶材料の入手は容易であると理解されていますが、現段階では総コストが約4～5ドルと高額です。

結論：

可変光減衰器は、光通信システムにおける重要な光デバイスの一つです。長年にわたり、機械的なレベルに留まっていました。そのサイズは集積化に適さないため、通常は単一チャネルの減衰にしか適していません。DWDMシステムの発展に伴い、市場は柔軟性とアップグレード性を兼ね備えた再構成可能光アドドロップマルチプレクサ（ROADM）の潜在的需要が高まっており、より多くのチャネルと小型の可変光減衰器アレイ、特に集積型VOA製品が求められています。従来の機械的な方法ではこれらの問題を解決できません。光ファイバーネットワークの発展に伴い、VOAの開発傾向は、低コスト、高集積、高速応答、そして他の光通信デバイスとのハイブリッドな統合へと進んでいます。