JP2003255237A - 可変光減衰器 - Google Patents

可変光減衰器

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JP2003255237A
JP2003255237A JP2002208439A JP2002208439A JP2003255237A JP 2003255237 A JP2003255237 A JP 2003255237A JP 2002208439 A JP2002208439 A JP 2002208439A JP 2002208439 A JP2002208439 A JP 2002208439A JP 2003255237 A JP2003255237 A JP 2003255237A
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unit
variable optical
optical attenuator
attenuating
light
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JP2002208439A
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English (en)
Inventor
Jung Hyun Lee
▲じゅん▼鉉 李
Ho Nam Kwon
鎬楠 權
Sung Sik Yun
盛▲しく▼ 尹
Shohyun Ri
鐘▲ひゅん▼ 李
Sung Cheon Jung
成天 鄭
Yoon Shik Hong
允植 洪
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの相対的な光軸整列が容易で、光
信号の干渉と挿入損失、波長及び偏光の依存性が低い新
しい構造の可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 光を伝送する伝送ファイバと、転送され
た光を受信する受信ファイバと、前記伝送ファイバ及び
受信ファイバ間で、光を伝送するための伝送部、光を減
衰させる減衰部、減衰部の光を受信する受信部とから形
成された減衰モジュール部と、前記減衰部を駆動させる
ためのアクチュエータと、これを含む基板とから構成さ
れた可変光減衰器に関するもので、前記減衰部は側方向
又は角方向にオフセット駆動して光を減衰することを特
徴とし、前記伝送部、減衰部、受信部が１つのモジュー
ルとして形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＥＭＳ駆動機で
作動する可変光減衰器及びその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、光通信用の光減衰器は、光の
信号の大きさを調節する光部品であり、前記光信号の大
きさは、伝送距離に伴う光ファイバの伝送損失と光ファ
イバの接続部の数、伝送路に使われる仲介機の光分岐・
結合と光部品の結合によって不連続的な要因が発生し、
これによって光信号の大きさは、チャンネルによってそ
れぞれ異なるようになる。このような値の差で、光信号
の増幅が必要な場合、増幅する前に各チャンネルに伴う
利得を同じにして、増幅後に一定の水準の光信号を得る
ために光減衰器を使用するようになる。
【０００３】光減衰器は、用途によって決められた値で
光量を減衰させる固定光減衰器（fixed type attenuato
r）と減衰させることができる値の範囲を調節できる可
変光減衰器（variable optical attenuator）とに分類
される。
【０００４】前記固定光減衰器は、一度設置した後、使
用環境が変化すると、これに対処するために追加的な費
用が必要となる短所があるが、可変光減衰器は、環境に
よって能動的に減衰利得を変化させることができるた
め、大容量又は高速を要求する光ネットワークシステム
に必須な要素となる。
【０００５】また、提案された構造や方式によって部品
のスケールとサイズに影響を及ぼし得るのであるが、最
近、研究されたＭＥＭＳ技術で製作された可変光減衰器
は、性能、価格、スケール及び部品の大きさなどの側面
で既存の機械式可変光減衰器と比較し、小型化及び集積
化に優れた長所を有している。
【０００６】このような可変光減衰器は、作動する間、
波長による値の変化や偏光による影響、挿入損失、光信
号の時間応答のような光通信用光学特性を満たすことが
要求される。
【０００７】従来の可変光減衰器は、大きくシリコン
（silicon）やポリマー（polymer）系材質の熱光効果
（thermo-optic effect）を利用した導波路型減衰器、
機械式コネクタ型の大型減衰器、及びＭＥＭＳアクチュ
エータ（actuator）を利用したＭＥＭＳ減衰器に分けら
れる。
【０００８】以下、前記各減衰器について説明する。
【０００９】導波路型可変光減衰器は、シリコンやポリ
マーなどの材質で平板型導波路を形成し、電極を利用し
て導波路の温度分布を変化させながら、導波路材質の光
吸収率を調節して光信号を減衰させる原理を利用する。
導波路型可変光減衰器は、小型化製品には適合するが、
偏光依存損失及び波長依存性が大きい、という性能上の
短所がある。
【００１０】機械式コネクタ型減衰器は、光ファイバに
直接変形を与え、マクロベンディング（macro bendin
g）による伝送損失を起こす方法と、伝送と受信の光フ
ァイバ間の接続距離に変化を与えて挿入損失を発生させ
る方法などを利用している。しかし、機械式大型可変光
減衰器は、波長依存性がなく、使用可能波長の範囲は広
いが、製品の大きさが大きくなって高価格化になる、と
いう短所がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】したがって、前記短所
を克服するためにＭＥＭＳアクチュエータを利用した可
変光減衰器の開発が進行している。最近になって研究開
発されたＭＥＭＳ可変光減衰器は、遮断膜（shutter）
型と微少回転ミラー（tilting micro mirror）型、及び
ＭＡＲＳ（Mechanical Anti-Reflection Switch）型な
どがある。
【００１２】まず、ＭＡＲＳ可変光減衰器は、Fabry-Pe
rot原理を利用した機械的アンチ−リフレクションスイ
ッチ（Mechanical Anti-Reflection Switch）の薄膜（m
embrane）をＯＮやＯＦＦ状態でない任意の変位に位置
させることによって、減衰量を調節する機能を遂行する
ものである。しかし、ＭＡＲＳ可変光減衰器は、波長に
よって減衰量が変わる、という短所を有する。
【００１３】次に、遮断膜（shutter）型ＭＥＭＳ可変
光減衰器は、一組の送受信光ファイバ間に遮断膜を位置
させて遮断膜の変位によって２つの光ファイバ間の接続
面積を調節することによって挿入損失を制御する。とこ
ろが、この遮断膜型可変光減衰器の場合、遮断膜から反
射されて戻ってくる光信号の影響を最小化しなければな
らない、という問題点がある。
【００１４】最後に、微少回転ミラー型可変光減衰器
は、送受信光ファイバをミラーの反射を利用して接続
し、ミラーの角変位で挿入損失を制御する方式を利用す
る。微少回転ミラー型可変光減衰器は、ミラーを基板に
平行となるように製作するために、光ファイバを基板に
垂直に整列（alignment）して組み立てなければなら
ず、このようなパッケージング（packaging）作業が難
しい、ということが問題点として指摘されている。
【００１５】本発明では、上述したような問題点を解決
するため、ＭＥＭＳ技術を利用して可変光減衰器を製作
し、光ファイバの相対的な光軸整列が容易で、光信号の
干渉と挿入損失、波長及び偏光依存性が低い新しい構造
の可変光減衰器を提供することをその目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、光を伝送する
伝送ファイバと、転送された光を受信する受信ファイ
バ、前記伝送ファイバ及び受信ファイバ間で光を減衰さ
せるために伝送部と、光を減衰させる減衰部、及び前記
伝送部と同軸に位置した受信部とから形成された減衰モ
ジュール部と、前記減衰部を駆動させるためのアクチュ
エータと、これを含む基板とから構成された可変光減衰
器をその特徴とする。
【００１７】本発明の望ましい実施形態として、前記減
衰モジュール部は、伝送部、減衰部、及び受信部が１つ
のモジュールとして形成されて光軸の相対的な整列が容
易であることを特徴とする。
【００１８】本発明の望ましい実施形態として、前記減
衰モジュール部は、導波路として製作されて、伝送部、
減衰部、及び受信部間の整列の誤差の減少によって光伝
送損失が減少されることを特徴とする。
【００１９】本発明の望ましい実施形態として、前記減
衰部は、側方向にオフセット駆動して光を減衰すること
を特徴とする可変光減衰器であることを特徴とする。場
合によっては、本発明の他の実施形態として、前記減衰
部は角方向にオフセット駆動して光を減衰することを特
徴とする。
【００２０】また、本発明は、このような上述した可変
光減衰器とは異なる、もう１つの実施形態として、光を
伝送する伝送ファイバと、転送された光を受信する受信
ファイバと、前記伝送ファイバ及び受信ファイバ間で光
を伝送する伝送部と、光を減衰させる減衰部、及び前記
伝送部とオフセットされるように位置して減衰部の光を
受信する受信部とから形成された減衰モジュール部と、
前記減衰部を駆動させるためのアクチュエータと、これ
を含む基板とから構成された可変光減衰器をその特徴と
する。
【００２１】本発明の望ましい実施形態として、前記減
衰モジュール部は、伝送部、減衰部、及び受信部が１つ
のモジュールとして形成されて光軸の相対的な整列が容
易であることを特徴とする。
【００２２】本発明の望ましい実施形態として、前記減
衰モジュール部は、導波路として製作されて、伝送部、
減衰部、及び受信部間の整列の誤差が減少されることで
光伝送損失が減少されることを特徴とする。
【００２３】このような可変光減衰器において、前記減
衰部は、側方向又は角方向にオフセットされて駆動して
減衰することを特徴とする。
【００２４】また、本発明では、前記可変光減衰器を製
造するため、次の製造工程を共に提供する。
【００２５】すなわち、本発明は、基板に犠牲層を蒸着
する段階と、前記蒸着された犠牲層上にシリコン素子層
を形成する段階と、前記形成されたシリコン素子層に平
面導波路層を形成する段階と、前記平面導波路層をエッ
チングでパターニングして、３つの部分に分ける段階
と、前記シリコン素子層をエッチングでパターニングし
て３つの部分に分ける段階と、前記３つの部分に区分さ
れた部分のうちで、真ん中の部分に対応する犠牲層を蝕
刻する段階と、前記３つの部分に区分された部分のう
ち、残り両側の部分に光ファイバをボンディングする段
階とを含む可変光減衰器の製造方法を同時に提供するこ
とを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、図面を通して本発明の実施
形態を説明する。
【００２７】図１は、本発明に係る可変光減衰器の構成
を示す斜視図であり、図２及び３は、上述したようなＭ
ＥＭＳ可変光減衰器の構造を示すための概念図である。
【００２８】図１に図示したとおり、可変光減衰器は、
前記伝送ファイバ及び受信ファイバ間で光を減衰させる
ために、伝送部Ｔ、オフセット位置で動作される減衰部
Ａ及び受信部Ｒで構成された減衰モジュール部を有す
る。
【００２９】前記減衰モジュール部は、伝送部Ｔ、減衰
部Ａ及び受信部Ｒが１つのモジュールとして形成され
て、光軸の相対的な整列が容易となる構成が可能であ
る。
【００３０】また、前記減衰モジュール部は、導波路で
形成され、光伝送損失が減って、伝送効率が高まる。
【００３１】前記減衰モジュール部は、平面基板に対し
て水平整列が可能で、前記減衰モジュール部には平面導
波路（planar waveguide）などが使われる。前記減衰モ
ジュール部は、それぞれの平面導波路との間隔を調節す
れば、挿入損失を改善でき、熱効果や反射のない構造で
あるため、偏光や波長に伴う依存性が少なく、１つのモ
ジュールとして作ることで小型化及び集積化できるとい
う長所がある。
【００３２】一般的に、光減衰器は、導波路間の整列が
伝送と受信部の接続効率（couplingefficiency）に影響
を及ぼすため、重要な性能である挿入損失を決定するこ
とができる。
【００３３】ところが、従来のＭＥＭＳ光減衰器は、送
受信の光ファイバ間の整列及び光ファイバとアクチュエ
ータ間の整列など、パッケージング工程で微細な整列を
要するようになる反面、本発明に係る光減衰器は、減衰
モジュール部のＭＥＭＳアクチュエータが同一の露光工
程によって製作されるため、減衰モジュール部及びアク
チュエータ間の整列がチップ製造工程で同時に隨行され
る。また、パッケージング工程から手動で光ファイバを
整列する場合に比べて減衰モジュール部が単一のチップ
工程で製作されるため、光ファイバ間の整列がより一層
精密に隨行される。
【００３４】減衰原理は、２つに大きく分類されるが、
最初の方式は、図２に示したとおり、最初には伝送部
Ｔ、減衰部Ａ及び受信部Ｒを一直線に整列させた状態で
減衰部Ａに該当する光導波路を伝送部Ｔと受信部Ｒの整
列に対して、側方向（lateralmotion）や角方向（angul
ar motion）にオフセット（offset）されるように駆動
して光量を減衰させる方法である。
【００３５】第２の方式は、図３に示したとおり、はじ
めから伝送部Ｔと受信部Ｒを一直線に整列せずに初期に
外れた状態で整列し、最初の方式と共に側方向又は角方
向に減衰部Ａをオフセット（offset）（各々δ、θとし
て表す）駆動して光量を減衰させる。
【００３６】最初の方式に比べて第２の方式は、光量を
最小化する最大オフセットの場合に、逆反射の影響を最
小化して光量減衰領域を増加させることができる、とい
う長所を有する。
【００３７】図４は、本発明に係る前記可変光減衰器を
製造する方法である工程を順に示している。
【００３８】図４に示したとおり、本発明は、まず、基
板１に犠牲層２を蒸着させる。前記蒸着された犠牲層２
上にシリコン素子層３を形成して前記形成されたシリコ
ン素子層３に平面導波路層４を形成する。
【００３９】前記平面導波路層４をエッチングでパター
ニングして３つの部分に分けるのだが、このとき、前記
部分の間の間隔は、２〜１０μｍとする。また、前記シ
リコン素子層３をエッチングでパターニングし、３つの
部分に分け、間隔は、前記２〜１０μｍ水準とし、この
とき駆動部が製作される。
【００４０】前記３つの部分として区分されたシリコン
素子層３と平面導波路層４のうち、真ん中の部分３ｂ，
４ｂに対応する犠牲層を蝕刻する段階を介して駆動部が
完成される。
【００４１】最後に、前記３つの部分に区分されたシリ
コン素子層３及び平面導波路層４のうち、真ん中の部分
を除外した残りの両側の部分３ａ，３ｃ及び４ａ，４ｃ
に光ファイバ５，６をボンディングすると、前記図１に
示されたとおり、伝送部Ｔ、減衰部Ａ及び受信部Ｒを具
備した可変光減衰器が完成する。
【００４２】このとき、前記導波路の減衰部は、基板か
ら離れ、動きが可能であるため、送受信部の整列に対す
る側方向のスライド移動や角方向の回転運動が可能なよ
うにして、導波路の伝送部及び受信部は、チップ工程で
露光精密度として整列されて製作されることを特徴とす
る。
【００４３】上述したように、ＭＥＭＳ可変光減衰器
は、他の駆動方式の可変光減衰器に比べて損失特性、波
長依存性、小型化の可能性などでたいへん優れた性能を
有する。
【００４４】本発明のＭＥＭＳ可変光減衰器は、光導波
路がオフセットされる量に従い、減衰が生じる。したが
って、既存の熱光学的な性質による屈折率の変化で光減
衰が生じる可変光減衰器や回転ミラーを利用した可変光
減衰器とは異なり、波長や偏光による影響が改善され、
減衰モジュール部として伝送部、減衰部、及び受信部間
の整列が１つの露光工程で製造されるため、整列効率に
優れ、挿入損失を改善できる構造となるのである。
【００４５】図３は、伝送部と受信部の初期オフセット
で減衰部が傾き、減衰部で逆反射（back reflection）
の影響が小さく、光量減衰の領域が大きい。図２の場
合、逆反射の影響は屈折率に合わせた溶液などを使用し
て改善できる。
【００４６】前記図２と図３で逆反射の影響を減らすた
め、伝送部と受信部と減衰部の終端にアングルクリビン
グ（angle cleaving）を与えることが可能で、普通、臨
界角以上の角を与えるのだが、実験的に約８゜の角度を
有するようにして逆反射の影響を減らすことができる。
【００４７】また、小型化や容易なパッケージングのた
めに基板に平行するように光導波路を配列でき、コリメ
ータ（collimator）が必要でないように近くに配置する
ことができるため、回転ミラー型ＭＥＭＳ可変光減衰器
が有する構造上の複雑性を回避する効果を有する。した
がって、機械式可変光減衰器に比べて低価格及び小型化
された商品としての開発が可能になる。
【００４８】以上のように、本発明は、特定の実施形態
と関連して図示及び説明したが、特許請求の範囲に記載
された事項以外にもこれにより示された発明の思想及び
領域から逸脱しない限度内で多様な改造及び変化が可能
であるということを当業界で通常の知識を有するもので
あれば、誰でも容易に理解することができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明に係る可変光減衰器は、ＭＥＭＳ
駆動機として作動し、挿入損失、偏光による影響、波長
の独立性などの優れた光学特性と耐久性を具備すること
で、既存の機械式光減衰器に比べて小型化及び大量生産
が可能で、ＭＥＭＳ技術の長所を最大限生かし、競争力
のある商品を開発できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における可変光減衰器の構成を示す斜
視図である。
【図２】 本発明における一実施形態の可変光減衰器の
導波路を示す概略図である。
【図３】 本発明における他の実施形態の可変光減衰器
の導波路を示す概略図である。
【図４】 （ａ）〜（ｆ）は本発明における可変光減衰
器の製造工程を順に示す図面である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 犠牲層 ３ シリコン素子層 ４ 平面導波路層 ５ 伝送ファイバ ６ 受信ファイバ ７ ＭＥＭＳアクチュエータ Ｔ 伝送部 Ａ 減衰部 Ｒ 受信部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 權 鎬楠 大韓民国京畿道高陽市徳陽区幸信洞644− １ 19／９ 薔薇アパートメント・エヌエ イ棟1013号 (72)発明者 尹 盛▲しく▼ 大韓民国全羅南道木浦市陽洞11番地２／３ (72)発明者 李 鐘▲ひゅん▼ 大韓民国光州広域市光山区月係洞573−３ 動富アパートメント101棟801号 (72)発明者 鄭 成天 大韓民国ソウル市瑞草区良才洞14−10 201号 (72)発明者 洪 允植 大韓民国京畿道城南市盆唐区西▲ひゅん▼ 洞 漢陽アパートメント301棟307号 Ｆターム(参考） 2H038 AA21 BA29 2H041 AA02 AB00 AC01 AZ02 AZ08

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を伝送する伝送ファイバ、光を受信す
    る受信ファイバ及びその間で光を減衰する減衰モジュー
    ル部を含んで構成された可変光減衰器であり、前記減衰
    モジュール部は、伝送部、減衰部及び受信部を含んで構
    成されることを特徴とする可変光減衰器。
  2. 【請求項２】 前記減衰モジュール部における伝送部、
    減衰部及び受信部は、導波路として形成されることを特
    徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
  3. 【請求項３】 前記減衰モジュール部は、伝送部、減衰
    部及び受信部が１つのモジュールとして形成され、光軸
    の相対的な整列が容易であることを特徴とする、請求項
    １記載の可変光減衰器。
  4. 【請求項４】 前記減衰モジュール部は、前記減衰部を
    駆動するＭＥＭＳアクチュエータをさらに含んで構成さ
    れることを特徴とする、請求項１記載の可変光減衰器。
  5. 【請求項５】 前記伝送部は、前記伝送ファイバと連結
    し、前記受信部は、前記受信ファイバと連結し、前記減
    衰部は、前記伝送部と前記受信部の間でＭＥＭＳアクチ
    ュエータにより駆動されて、光を減衰することを特徴と
    する、請求項１記載の可変光減衰器。
  6. 【請求項６】 前記受信部は、伝送部と同軸に位置する
    ことを特徴とする、請求項１記載の可変光減衰器。
  7. 【請求項７】 前記受信部は、伝送部とオフセット（of
    fset）されるように位置することを特徴とする、請求項
    １記載の可変光減衰器。
  8. 【請求項８】 前記減衰部は、側オフセット（lateral
    offset）方向に駆動して光を減衰することを特徴とす
    る、請求項１記載の可変光減衰器。
  9. 【請求項９】 前記減衰部は、角方向にオフセット駆動
    して光を減衰することを特徴とする、請求項１記載の可
    変光減衰器。
  10. 【請求項１０】 光を伝送する伝送ファイバと、 前記伝送ファイバで転送された光を受信する受信ファイ
    バと、 前記伝送ファイバ及び受信ファイバ間で光を減衰させる
    ために伝送部、減衰部、及び受信部とから形成された減
    衰モジュール部と、 前記減衰部を駆動させるためのアクチュエータと、 これを含む基板とから構成された可変光減衰器。
  11. 【請求項１１】 前記減衰モジュール部は、伝送部、減
    衰部及び受信部が１つのモジュールとして形成されて光
    軸の相対的な整列が容易なことを特徴とする、請求項１
    ０記載の可変光減衰器。
  12. 【請求項１２】 前記減衰モジュール部において伝送
    部、受信部、及び減衰部は、導波路として形成されたこ
    とを特徴とする、請求項１０記載の可変光減衰器。
  13. 【請求項１３】 前記受信部は、伝送部と同軸に位置す
    ることを特徴とする、請求項１０記載の可変光減衰器。
  14. 【請求項１４】 前記受信部は、伝送部とオフセット
    （offset）されるように位置することを特徴とする、請
    求項１０記載の可変光減衰器。
  15. 【請求項１５】 前記減衰部は、側方向にオフセット駆
    動して光を減衰することを特徴とする、請求項１０記載
    の可変光減衰器。
  16. 【請求項１６】 前記減衰部は、角方向にオフセット駆
    動して光を減衰することを特徴とする、請求項１０記載
    の可変光減衰器。
  17. 【請求項１７】 基板に犠牲層を蒸着する段階と、 前記蒸着された犠牲層上にシリコン素子層を形成する段
    階と、 前記形成されたシリコン素子層に平面導波路層を形成す
    る段階と、 前記平面導波路層をエッチングでパターニングして３つ
    の部分に分ける段階と、 前記シリコン素子層をエッチングでパターニングして３
    つの部分に分ける段階と、 前記３つの部分に区分された部分のうち、真ん中の部分
    に対応する犠牲層を除去する段階と、 前記３つの部分に区分された部分のうち、残りの両側の
    部分に光ファイバをボンディングする段階とを含む可変
    光減衰器の製造方法。
JP2002208439A 2002-03-05 2002-07-17 可変光減衰器 Pending JP2003255237A (ja)

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