JP2004012642A - チューナブルフィルタ、その製造方法、及びそれを使用した光スイッチング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ファブリペローエタロン構造のチューナブルフィルタにおいて、2つ以上のキャビティギャップ114〜116を有し、キャビティギャップの間隔を静電駆動、電磁駆動又はピエゾ駆動のいずれかの方式により調節する。この場合に、キャビティギャップは、この部分に犠牲層を形成しておき、複数の光学多層膜100〜103を形成した後、この犠牲層をエッチング除去することにより形成することができる。基板107,109は支柱108を介して貼り合わせる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、波長多重伝送を使用した光通信ネットワークにおいて、多重化された光信号から一部の波長のみを選択し、除去し、又は追加する際に使用されるチューナブルフィルタ、その製造方法及びチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信システムの分野において、波長多重伝送が使用されるようになり、波長多重された光信号から特定の波長を選択して取り出すことが重要になってきている。現在製品として存在する光アドドロップ装置及び光クロスコネクト装置では、波長多重された光信号から選択する波長は固定のものが多く使用されている。この固定波長フィルタは、コストと性能のバランスから誘電体多層膜を使用したファブリペローエタロンフィルタが一般に多く使用されている。
【0003】
また、可変波長のファブリペローエタロンフィルタは、USP4,825,262に開示されており、電圧制御によって波長を可変することができる。更に、選択波長の分解能を高める構造として、MEMS(Micro−Electro−Mechanical−System)技術を使用した半導体/空気構造によるファブリペローエタロンフィルタがUSP5,739,945に開示されている。
【0004】
更に、特開平11−142752号公報には、透過波長可変干渉フィルタが開示されている。この透過波長可変干渉フィルタは、互いに平行に配置された1対の基板の相互に対向する面に、夫々多層膜を相互間に一定間隔が保持されるように形成し、外力により、多層膜間の間隔を変化させるようにしたものである。
【0005】
図11はこの公報に記載された透過波長可変干渉フィルタと同様の従来のチューナブルフィルタを示す図である。Si基板からなる基板1001上に、光学多層膜1003が成膜されている。光学多層膜1003は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した膜である。高屈折率膜としてはTa2O5膜が使用され、低屈折率膜としてはSiO2膜が使用されており、両膜がイオンビーム蒸着法により積層されている。そして、電極1004aとしてAu膜が光学多層膜1003上にスパッタ法により成膜されている。
【0006】
このチューナブルフィルタの製造方法においては、キャビティギャップ1006を犠牲層エッチングにより作製するために、先ず、犠牲層としてポリイミド膜(図示せず)を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極1004bとしてAu膜をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部1005としてSi3N4膜をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜1002として、光学多層膜1003と同様に、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、イオンビーム蒸着法により積層する。また、基板1001の透過光ビーム1009が通る部位を、KOHを使用したSiの結晶異方性エッチングによって選択的に除去する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ1006を形成する。
【0007】
このように構成されたチューナブルフィルタにおいては、電極1004a,1004b間に電圧を印加することにより、光学多層膜1002と光学多層膜1003との間の間隔(キャビティギャップ1006)を静電的に変化させる。このように、キャビティギャップ1006を調整することによって、波長多重光1007は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光1009が得られる。また、残りの波長多重光は反射光1008として反射することになる。これにより、所望の波長の光のみがフィルタを通過し、この透過波長をギャップ1006を調整することにより変更することができる。
【0008】
この従来のチューナブルフィルタの性能を測定したところ、−1dBのバンド幅が0.20nm、隣接チャンネルクロストーク値が−10.5dB、チューニングレンジが1520nm〜1630nm、挿入損失が2.1dBであった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のチューナブルフィルタにあっては、いずれもある特定の使用条件及び制約内では十分に適応することはあるが、今後の波長多重度の増大及び使用波長のフレキシビリティの要求に対しては、種々の問題が発生する。即ち、波長多重度を増大させるためには隣接チャンネルのクロストークを小さくしなければならない。また、光アドドロップ装置でのアドドロップする波長を素早く変更できるようにする必要がある。
【0010】
従来の固定波長フィルタを使用したシステムでは、使用波長のフレキシビリティはほとんどなく、使用波長を変更する場合には、フィルタごと交換するというように時間もコストもかかるという重大な問題点があった。
【0011】
USP4,825,262及びUSP5,739,945に開示されているチューナブルフィルタでは、ファブリペローエタロンのキャビティが一つであることなどの理由から、隣接クロストークが大きくなってしまい、波長多重度を増大することができないという重大な問題点があった。
【0012】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、波長多重度を増大させても隣接チャンネルのクロストークを低減でき、装置の使用波長を迅速に変更できるチューナブルフィルタ、その製造方法及びこのチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本願第1発明に係るチューナブルフィルタは、第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の各対向面上に夫々形成された第1及び第4の光学多層膜と、前記第1の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第1基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第2の光学多層膜と、前記第2の光学多層膜及び前記第4の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第2基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第3の光学多層膜と、前記第1基板と前記第2基板との間隔を変更可能に両者を支持する支持部と、前記第1及び第2の光学多層膜の間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜の間の間隔、前記第1基板と前記第2基板との間の間隔を変更する夫々第1乃至第3の駆動部とを有することを特徴とする。
【0014】
このチューナブルフィルタにおいて、例えば、前記第1乃至第3の駆動部は、前記第1及び第2の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第1組の電極と、前記第3及び第4の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第2組の電極と、前記第1及び第2の基板の各対向面に設けられた第3組の電極とを有し、各電極に印加する電圧を変更することにより、前記第1及び第2の光学多層膜間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜間の間隔、並びに前記第1及び第2の基板間の間隔を調整する静電駆動部であることを特徴とする。
【0015】
又は、前記第1乃至第3の駆動部は、前記第1及び第2の光学多層膜の各対向面に設けられた第1組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第3及び第4の光学多層膜の各対向面に設けられた第2組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第1及び第2の基板の各対向面に設けられた第3組のコイル膜及び磁性体膜とを有し、各コイル膜に印加する電流を変更することにより、前記第1及び第2の光学多層膜間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜間の間隔、並びに前記第1及び第2の基板間の間隔を調整する電磁駆動部であることを特徴とする。
【0016】
又は、前記第1乃至第3の駆動部は、前記第1及び第2の光学多層膜の各対向面間に設けられた第1のピエゾ素子と、前記第3及び第4の光学多層膜の各対向面間に設けられた第2のピエゾ素子と、前記第1及び第2の基板の各対向面間に設けられた第3のピエゾ素子とを有し、各ピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより、前記第1及び第2の光学多層膜間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜間の間隔、並びに前記第1及び第2の基板間の間隔を調整するピエゾ駆動部であることを特徴とする。
【0017】
又は、前記第1乃至第3の駆動部は、1対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された2又は3の駆動部の組み合わせであることを特徴とする。
【0018】
本願第2発明に係るチューナブルフィルタは、第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の各対向面間に配置された3個以上の光学多層膜と、前記第1基板、前記第2基板及び前記光学多層膜をその隣接するもの同士の間隔を変更可能に相互に支持する複数の支持部と、前記光学多層膜の隣接するもの同士の相互間及び前記第1及び第2基板の相互間の間隔を調整する複数の駆動部とを有することを特徴とする。
【0019】
本願第3発明に係るチューナブルフィルタは、基板と、前記基板上に形成された第1の光学多層膜と、前記第1の光学多層膜との間及び相互間に夫々間隔を設けて配置され前記基板に弾性変形するバネ部を介して支持された複数の第2の光学多層膜と、前記第1の光学多層膜及び前記第2の光学多層膜の相互に隣接するもの同士の間の間隔を変更する複数の駆動部とを有することを特徴とする。
【0020】
これらのチューナブルフィルタにおいて、例えば、前記駆動部は、1対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択されたものであることを特徴とする。
【0021】
又は前記駆動部は、1対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された2又は3の駆動部の組み合わせであることを特徴とする。
【0022】
本願第4発明に係るチューナブルフィルタの製造方法は、第1基板上に第1の光学多層膜を形成する工程と、前記第1の光学多層膜の上に第1の犠牲層を形成する工程と、前記第1の犠牲層上に第2の光学多層膜を形成する工程と、前記第2の光学多層膜と前記第1基板とを接続する第1のバネ部を形成する工程と、前記第1の犠牲層をエッチングにより除去して前記第1及び第2の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、第2基板上に第4の光学多層膜を形成する工程と、前記第4の光学多層膜上に第2の犠牲層を形成する工程と、前記第2の犠牲層上に第3の光学多層膜を形成する工程と、前記第3の光学多層膜と前記第2基板とを接続する第2のバネ部を形成する工程と、前記第2の犠牲層をエッチングにより除去して前記第3及び第4の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、前記第1の基板と前記第2の基板とを前記第2の光学多層膜と前記第3の光学多層膜との間に間隔を設けて張り合わせる工程とを有し、前記第1及び第2の光学多層膜間に第1の駆動部を設け、前記第3及び第4の光学多層膜間に第2の駆動部を設け、前記第1及び第2の基板間に第3の駆動部を設けることを特徴とする。
【0023】
本願第5発明に係るチューナブルフィルタの製造方法は、基板上に第1の光学多層膜を形成する工程と、前記第1の光学多層膜の上に、犠牲層と第2の光学多層膜との積層体を複数形成すると共に、各第2の光学多層膜と前記基板とを接続するバネ部を形成する工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記第1の光学多層膜及び第2の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間にギャップを形成する工程と、を有し、前記第1及び第2の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間に夫々駆動部を設けることを特徴とする。
【0024】
更に、本願第6発明に係る光スイッチング装置は、上述のチューナブルフィルタを使用したものである。
【0025】
本発明のチューナブルフィルタは、ファブリペローエタロン構造のチューナブルフィルタにおいて、2つ以上のキャビティギャップを有する。そして、キャビティギャップの間隔を変化させる駆動方式として、例えば、静電駆動、電磁駆動、若しくはピエゾ駆動、又は電磁駆動、静電駆動及びピエゾ駆動の少なくとも2つ以上の組み合わせを採用する。
【0026】
また、ブリペローエタロン構造のチューナブルフィルタの製造方法において、キャビティギャップを犠牲層のエッチングにより形成する。
【0027】
更に、光クロスコネクト装置又は光アドドロップ装置等の光スイッチング装置に、これらのチューナブルフィルタを使用するものである。
【0028】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に係るチューナブルフィルタについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【0029】
[第1実施形態]
図1は本発明の第1実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は、静電駆動によりキャビティギャップを調整するものである。このチューナブルフィルタの製造方法について説明して、このチューナブルフィルタの構造について説明する。Si基板からなる基板107上に、光学多層膜103を成膜する。光学多層膜103は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した膜である。例えば、高屈折率膜としてTa2O5膜を使用し、低屈折率膜としてSiO2膜を使用し、例えば、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電極104aとしてAu膜をスパッタ法により多層膜103上にパターン形成する。
【0030】
その後、キャビティギャップ116を犠牲層エッチングにより形成するために、犠牲層としてポリイミド膜(図示せず)を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極104bとしてAu膜をスパッタ法によりパターン形成する。その後、ばね部106aとしてSi3N4膜をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜102として、光学多層膜103と同様に、例えば、Ta2O5からなる高屈折率膜と、SiO2からなる低屈折率膜とを、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層する。
【0031】
また、電極105aを基板107上にAu膜のスパッタリングにより形成する。その後、支柱108をガラスの陽極接合により形成する。また、基板107の透過光ビーム111が通る部位を、KOHを使用したSiの結晶異方性エッチングによって選択的に除去する。次に、前記犠牲層(ポリイミド膜)を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ116を形成する。
【0032】
次に、別の基板109としてSi基板を用意し、この基板109の縁部の一部をKOHを使用してウエットエッチングすることにより、この縁部にばね部113を形成する。次に、基板109上に光学多層膜100を成膜する。この光学多層膜100は、高屈折率膜としてTa2O5膜を使用し、低屈折率膜としてSiO2膜を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。その後、電極104dとしてAu膜をスパッタリングにより光学多層膜100上に成膜する。
【0033】
そして、キャビティギャップ114を犠牲層エッチングにより形成するために、犠牲層としてポリイミド膜(図示せず)を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極104cとしてAu膜をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部106bとしてSi3N4膜をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜101として、光学多層膜100と同様に、高屈折率膜としてTa2O5膜を使用し、低屈折率膜としてSiO2膜を使用して、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層する。
【0034】
また、電極105bを基板109上にAu膜のスパッタリングにより形成する。次に、前記犠牲層(ポリイミド膜)を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ114を形成する。その後、支柱108上に、光学多層膜101と光学多層膜102とが向かい合わせになるように、基板109を陽極接合により貼り合わせる。これにより、この光学多層膜101と光学多層膜102との間に、キャビティギャップ115が形成される。
【0035】
なお、上記実施形態において、各光学多層膜の層数及び膜材質は一例であり、上述のものに限定されないことは勿論である。
【0036】
次に、本実施形態のチューナブルフィルタの動作について説明する。電極104aと電極104bとの間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ116を調整し、電極104cと電極104dとの間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ114を調整し、電極105aと電極105bとの間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ115を調整する。このように、各キャビティギャップ114、115、116を調整することによって、波長多重光110は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光111が得られる。また、残りの波長多重光は反射光112として反射することになる。本実施形態においては、3個のキャビティギャップ114,115,116を有するので、透過波長の波長選択の幅が著しく広くなり、使用波長のフレキシビリティが広がる。
【0037】
次に、本発明によるチューナブルフィルタの性能を確かめるために、キャビティギャップを1550nmに調節し、選択光の波長依存性を測定した結果について説明する。図2は横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとって、選択光の波長依存性を示す。この測定結果は、上述の各材質及び層数の光学多層膜を使用した場合のものである。−1dBのバンド幅は0.22nmであり、波長多重通信の100GHz(0.8nm間隔)仕様値であるバンド幅>0.2nmをクリアしている。また、波長多重通信の100GHzでの隣接チャンネルクロストーク値は、一般には−25dB以下が望ましいが、図2では−29.1dBとなっており、この値も規格を十分に満足していることがわかる。また、チューニングレンジは1520nm〜1630nm、挿入損失は1.5dB、チューニングスピードは5msecであった。
【0038】
[第2実施形態]
図3は本発明の第2実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は、電磁駆動によりキャビティギャップを調整するものである。基板307にはSi基板を使用し、その上に光学多層膜303を成膜する。光学多層膜303は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した膜である。高屈折率膜としてTa2O5膜、低屈折率膜としてSiO2膜を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電磁石304aとしてAuをスパッタ法によりコイル状に成膜する。図4はこの電磁石304aのコイル形状を示す。
【0039】
次いで、キャビティギャップ316を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミドを蒸着する。このポリイミド膜上に更に磁性体319aとしてCoNiFe系材料をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部306aとしてSi3N4をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜302として、光学多層膜303と同様に、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層する。また、下地層305としてSiO2膜を、スパッタ法により基板307上に形成する。この下地層305上に電磁石318を電磁石304と同様に形成する。その後、支柱308を基板307上にガラスの陽極接続により形成する。また、基板307の透過光ビーム311が通るところを、KOHを使用したSiの結晶異方性エッチングによって選択的に除去する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ316を形成する。
【0040】
次に、別の基板309としてSi基板を用意し、基板309の縁部をKOHを使用してウエットエッチングすることによりばね部313を形成する。次に、基板309上に光学多層膜300を成膜する。光学多層膜300は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。その後、電磁石304bとしてAuをスパッタ法によりコイル状に成膜する。次いで、キャビティギャップ314を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミド(図示せず)を蒸着する。このポリイミド膜上に更に磁性体319bとしてCoNiFe系材料をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部306bを、Si3N4をスパッタリングすることにより成膜する。更に、光学多層膜301を、光学多層膜300と同様にして形成する。この光学多層膜301は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。また、磁性体317として、CoNiFe系材料(図示せず)をスパッタ法により基板309上に形成する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ314を形成する。その後、支柱308上に、光学多層膜301と光学多層膜302とが向かい合わせになるように、基板309を陽極接合により貼り合わせる。これにより、光学多層膜301と光学多層膜302との間に、キャビティギャップ315が形成される。
【0041】
このように構成された本実施形態のチューナブルフィルタにおいては、電磁石304a、304b及び電磁石318に印加する電流を変化させることによって、キャビティギャップ314、315、316を変化させることができる。キャビティギャップを調整することによって、波長多重光310は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光311が得られる。また、残りの波長多重光は反射光312として反射されることになる。なお、本実施形態においても、各層の構成材料及び層数は上述のものに限らないことは勿論である。
【0042】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、各層構成等を上述のものにした場合に、−1dBのバンド幅が0.23nm、隣接チャンネルクロストーク値が−28.4dB、チューニングレンジが1520nm〜1630nm、挿入損失が1.7dB、チューニングスピードが5msecであった。
【0043】
[第3実施形態]
図5は本発明の第3実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は静電駆動と電磁駆動とを併用してキャビティギャップを調整するものである。Si基板507上に光学多層膜503を成膜する。光学多層膜503は高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層膜である。高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電極504aとしてAuをスパッタ法により成膜する。次いで、キャビティギャップ516を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミド(図示せず)を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極504bをAuのスパッタリングにより成膜する。その後、ばね部506aとしてSi3N4をスパッタリングにより成膜する。更に、光学多層膜502を、光学多層膜503と同様にして形成する。即ち、光学多層膜502を、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層することにより形成する。また、下地層505としてSiO2をスパッタ法により形成する。この下地層505上に電磁石518としてAuをスパッタ法によりコイル状に成膜する。その後、支柱508をガラスの陽極接続により形成する。また、基板507の透過光ビーム511が通る部位を、KOHを使用したSiの結晶異方性エッチングによって除去する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ516を形成する。
【0044】
次に、別の基板509としてSi基板を用意し、ばね部513をKOHを使用したウエットエッチングにより形成する。次に、この基板509上に光学多層膜500を成膜する。光学多層膜500は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。その後、電極504dとしてAuをスパッタ法により成膜する。次いで、キャビティギャップ514を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミドを蒸着する。そのポリイミド膜上に更に電極504cとしてAuをスパッタ法により成膜する。その後、ばね部506bとしてSi3N4を使スパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜501を、光学多層膜500と同様にして形成する。この光学多層膜501は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。また、磁性体517を、基板509上にCoNiFe系材料をスパッタリングすることにより形成する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ514を形成する。その後、支柱508上に光学多層膜501と光学多層膜502が向かい合わせになるように、基板509を陽極接合により貼り合わせる。これにより、光学多層膜501と光学多層膜502との間に、キャビティギャップ515が形成される。
【0045】
このように構成された本実施形態のチューナブルフィルタにおいては、電極504a、504b間に印加する電圧及び電極504c、504d間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ516、514を変化させることができる。また、電磁石518に電流を流すことによって、キャビティギャップ515を変化させることができる。このように、キャビティギャップを調整することによって、波長多重光510は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光ビーム511が得られる。また、残りの波長多重光は反射光512として反射されることになる。
【0046】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、前述の層構成の場合に、−1dBのバンド幅は0.23nm、隣接チャンネルクロストーク値は−28.3dB、チューニングレンジは1520nm〜1630nm、挿入損失は1.9dB、チューニングスピードは5msecであった。なお、静電駆動と電磁駆動とを組み合わせは上記実施形態の逆でもよい。
【0047】
[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態に係るチューナブルフィルタを示す断面図である。この第4実施形態に係るチューナブルフィルタは、ピエゾ駆動によりキャビティギャップを調整するものであり、図1に示した第1実施形態に対し、電極105a、105bの替わりにピエゾ素子605を使用している点のみが異なる。従って、図6において、図1と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。ピエゾ素子605としてはチタン酸ジルコン酸鉛を使用し、基板607と基板609に対してはんだ接合により接着する。
【0048】
本実施形態のチューナブルフィルタにおいては、キャビティギャップ114,116は電極10a〜10dに印加する電圧を制御することにより、静電駆動で調整し、キャビティギャップ115はピエゾ素子605に印加する電圧を制御することにより、その高さを調節して、ピエゾ駆動で調節する。
【0049】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、各層構成が上述のものである場合に、−1dBのバンド幅は0.21nm、隣接チャンネルクロストーク値は−26.2dB、チューニングレンジは1520nm〜1630nm、挿入損失は2.3dB、チューニングスピードは5msecであった。なお、全ての駆動部をピエゾ駆動にしてもよい。即ち、電極104a〜104dの代わりに、ピエゾ素子605と同様のピエゾ素子を、光学多層膜103と光学多層膜102との間と、光学多層膜100と光学多層膜101との間に設ければよい。
【0050】
[第5実施形態]
図7は本発明の第5実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。基板700にはSi基板を使用し、その上に光学多層膜701を成膜する。光学多層膜701は高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層膜である。高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電極706としてAuをスパッタ法により成膜する。次いで、キャビティギャップ708を犠牲層エッチングにより形成するために、犠牲層としてポリイミド膜(図示せず)を蒸着し、このポリイミド膜上に更に電極707としてAuをスパッタ法により成膜する。その後、ばね部705としてSi3N4をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜702を、光学多層膜701と同様にして形成する。この光学多層膜702は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚でトータル35層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。
【0051】
次に、電極713をAuをスパッタリングすることにより形成する。その後、犠牲層としてポリイミドを蒸着し、このポリイミド膜上に更に電極714としてAuをスパッタ法により成膜する。そして、ばね部711としてSi3N4をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜703を、光学多層膜702と同様にして形成する。この光学多層膜703は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全35層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。次に、電極715をAuをスパッタリングすることにより形成する。その後、犠牲層としてポリイミドを蒸着する。次いで、このポリイミド膜上に更に電極716としてAuをスパッタ法により成膜する。更に、ばね部712としてSi3N4をスパッタ法により成膜する。その後、光学多層膜704を、光学多層膜701と同様にして形成する。この光学多層膜704は、高屈折率膜としてTa2O5、低屈折率膜としてSiO2を使用し、夫々1/4光学波長の膜厚で全17層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。また、基板700の透過光ビームが通る部位を、KOHを使用したSiの結晶異方性エッチングによって除去する。最後に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ708、709,710を形成する。
【0052】
電極706、707及び電極713〜716に電圧を印加することによって、各キャビティギャップ708、709、710を変化させることができる。このようにして、キャビティギャップを調整することによって、波長多重光は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光が得られる。また、残りの波長多重光は反射光として反射されることになる。
【0053】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、例えば、−1dBのバンド幅は0.21nm、隣接チャンネルクロストーク値は−25.2dB、チューニングレンジは1520nm〜1630nm、挿入損失は2.8dB、チューニングスピードは5msecであった。
【0054】
[第6実施形態]
図8は、本発明の第6実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は、図1に示したキャビティ数が3個の第1実施形態に対して、キャビティ数を2個にした点のみが相違する。各層の形成方法は第1実施形態と同様である。従って、本実施形態において、図1と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0055】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、−1dBのバンド幅は0.20nm、隣接チャンネルクロストーク値は−21.3dB、チューニングレンジは1520nm〜1630nm、挿入損失は1.8dB、チューニングスピードは5msecであった。
【0056】
[第7実施形態]
図9は本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタを光スイッチング装置として光アドドロップ装置に適用した構成を示すブロック図である。波長多重光信号803がサーキュレータ801に入り、その後、光スイッチング装置としてのチューナブルフィルタ800に入る。チューナブルフィルタ800に入った波長多重光信号は、設定した特定の波長だけがドロップポート804から出ていき、残りの波長の光信号は再びサーキュレータ801に戻り、その後カップラ802に入る。また、波長多重光信号に加えたい信号光はアドポート805から入り、カップラ802で合波され、出力ポート806から出ていく。
【0057】
本実施形態においては、光スイッチング装置として本発明のチューナブルフィルタを使用しているために、ドロップ光及びアド光の隣接チャンネルクロストークを小さくでき、信号光のS/Nを大きくすることができる。また、チューニングスピードは例えば9msecと高速にチューニングすることができる。
【0058】
[第8実施形態]
図10は本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタを光スイッチング装置として光クロスコネクト装置に適用した構成を示すブロック図である。複数の波長多重光信号(WDM)900が本発明の実施形態のチューナブルフィルタを使用した光スイッチ901に入る。この場合に、波長多重光信号の光多重度は1であってもよい。この光スイッチ901の形式は、マイクロミラーを使用する形式及び光−電気変換を行ってから電気によるスイッチングを行う形式等、どのようなものであってもよい。光スイッチ901に入射した波長多重光信号900の一部をチューナブルフィルタ902に入れ、任意の光信号のみをチューニングしてドロップポート903からドロップし、任意の光信号をアドポート904から入れて合波し、その後、光スイッチ901に戻し、再びスイッチングして出力ポート905から出力させる。
【0059】
このときに、本発明のチューナブルフィルタを使用しているために、ドロップ光及びアド光の隣接チャンネルクロストークを小さくでき、信号光のS/Nを大きくすることができる。また、チューニングスピードは9msecと高速にチューニングすることができる。
【0060】
上記各実施形態に関し、光学多層膜は半透過ミラーの機能を有するものであれば、どのようなものでもよく、その形成方法も上記各実施形態に限定するものではない。例えば、光学多層膜は、シリコンのような半導体、又は金のような金属等でもよい。基板に関しては、Si基板に限らず、ガラス等のセラミックス材料及びGaAs等の半導体材料など、特に限定するものではない。犠牲層エッチングによりキャビティギャップを形成する方法に関しても、ポリイミドを使用する方法に限定されるものではなく、Al等の金属を使用する方法及び他の有機物を使用する方法でも良く、犠牲層を除去する方法もウエット法などでもよい。また、キャビティの数に関しても、2以上ならば特に限定されるものではない。
【0061】
各実施形態1〜8の特性試験結果と、従来のチューナブルフィルタの特性試験結果とを比較すると、次のことがわかる。即ち、従来のチューナブルフィルタでは隣接チャンネルクロストークが極端に大きくなるのに対して、本発明のチューナブルフィルタでは極めて小さな隣接チャンネルクロストークを実現できる。また、従来の固定波長フィルタを使用しているスイッチングシステムでは、波長切り替えに数分から数時間以上必要なのに対して、本発明のスイッチングシステムでは数msecで波長を切り替えることができることがわかる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長多重度を増大させても隣接チャンネルのクロストークを低減でき、装置の使用波長を素早く変更できるチューナブルフィルタ及びこのチューナブルフィルタを使用した光スイッチングシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【図2】本第1実施形態のチューナブルフィルタのチューニング波形特性を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【図4】本第2実施形態のチューナブルフィルタに使用する電磁駆動用電磁コイルを示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【図6】本発明の第4実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す図である。
【図7】本発明の第5実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す図である。
【図8】本発明の第6実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す図である。
【図9】本発明のチューナブルフィルタを使用した光アドドロップ装置のブロック図である。
【図10】本発明のチューナブルフィルタを使用した光クロスコネクト装置のブロック図である。
【図11】従来のチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
100〜103、300〜303、500〜503、701〜704:光学多層膜
104a〜104d、105a、105b、504a〜504d、706〜707、713〜716:電極
106a、106b、306a、306b、506a、506b、705、711〜712:ばね部
107、109、307、309、507、509、700:基板
108、308、508:支柱
110、310、510:波長多重光
111、311、511:透過光ビーム
112、312、512:反射光
113、313、513:ばね部
114〜116、314〜316、514〜516、708〜710:キャビティギャップ
304a、304b、318、518:電磁石
305、315、505:下地層
317、319a、319b、517:磁性体
605:ピエゾ素子
800、902:チューナブルフィルタ
801:サーキュレータ
802:カップラ
803:波長多重光信号
804、903:ドロップポート
805、904:アドポート
806、905:出力ポート
900:波長多重光信号
901:光スイッチ
902:チューナブルフィルタ
1001:基板
1002〜1003:光学多層膜
1004:電極
1005:ばね部
1006:キャビティギャップ
1007:波長多重光
1008:反射光
1009:透過光ビーム
Claims (12)
- 第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の各対向面上に夫々形成された第1及び第4の光学多層膜と、前記第1の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第1基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第2の光学多層膜と、前記第2の光学多層膜及び前記第4の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第2基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第3の光学多層膜と、前記第1基板と前記第2基板との間隔を変更可能に両者を支持する支持部と、前記第1及び第2の光学多層膜の間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜の間の間隔、前記第1基板と前記第2基板との間の間隔を変更する夫々第1乃至第3の駆動部とを有することを特徴とするチューナブルフィルタ。
- 前記第1乃至第3の駆動部は、前記第1及び第2の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第1組の電極と、前記第3及び第4の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第2組の電極と、前記第1及び第2の基板の各対向面に設けられた第3組の電極とを有し、各電極に印加する電圧を変更することにより、前記第1及び第2の光学多層膜間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜間の間隔、並びに前記第1及び第2の基板間の間隔を調整する静電駆動部であることを特徴とする請求項1に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記第1乃至第3の駆動部は、前記第1及び第2の光学多層膜の各対向面に設けられた第1組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第3及び第4の光学多層膜の各対向面に設けられた第2組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第1及び第2の基板の各対向面に設けられた第3組のコイル膜及び磁性体膜とを有し、各コイル膜に印加する電流を変更することにより、前記第1及び第2の光学多層膜間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜間の間隔、並びに前記第1及び第2の基板間の間隔を調整する電磁駆動部であることを特徴とする請求項1に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記第1乃至第3の駆動部は、前記第1及び第2の光学多層膜の各対向面間に設けられた第1のピエゾ素子と、前記第3及び第4の光学多層膜の各対向面間に設けられた第2のピエゾ素子と、前記第1及び第2の基板の各対向面間に設けられた第3のピエゾ素子とを有し、各ピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより、前記第1及び第2の光学多層膜間の間隔、前記第3及び第4の光学多層膜間の間隔、並びに前記第1及び第2の基板間の間隔を調整するピエゾ駆動部であることを特徴とする請求項1に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記第1乃至第3の駆動部は、1対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された2又は3の駆動部の組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載のチューナブルフィルタ。
- 第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の各対向面間に配置された3個以上の光学多層膜と、前記第1基板、前記第2基板及び前記光学多層膜をその隣接するもの同士の間隔を変更可能に相互に支持する複数の支持部と、前記光学多層膜の隣接するもの同士の相互間及び前記第1及び第2基板の相互間の間隔を調整する複数の駆動部とを有することを特徴とするチューナブルフィルタ。
- 基板と、前記基板上に形成された第1の光学多層膜と、前記第1の光学多層膜との間及び相互間に夫々間隔を設けて配置され前記基板に弾性変形するバネ部を介して支持された複数の第2の光学多層膜と、前記第1の光学多層膜及び前記第2の光学多層膜の相互に隣接するもの同士の間の間隔を変更する複数の駆動部とを有することを特徴とするチューナブルフィルタ。
- 前記駆動部は、1対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項6又は7に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記駆動部は、1対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された2又は3の駆動部の組み合わせであることを特徴とする請求項6又は7に記載のチューナブルフィルタ。
- 第1基板上に第1の光学多層膜を形成する工程と、前記第1の光学多層膜の上に第1の犠牲層を形成する工程と、前記第1の犠牲層上に第2の光学多層膜を形成する工程と、前記第2の光学多層膜と前記第1基板とを接続する第1のバネ部を形成する工程と、前記第1の犠牲層をエッチングにより除去して前記第1及び第2の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、第2基板上に第4の光学多層膜を形成する工程と、前記第4の光学多層膜上に第2の犠牲層を形成する工程と、前記第2の犠牲層上に第3の光学多層膜を形成する工程と、前記第3の光学多層膜と前記第2基板とを接続する第2のバネ部を形成する工程と、前記第2の犠牲層をエッチングにより除去して前記第3及び第4の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、前記第1の基板と前記第2の基板とを前記第2の光学多層膜と前記第3の光学多層膜との間に間隔を設けて張り合わせる工程とを有し、前記第1及び第2の光学多層膜間に第1の駆動部を設け、前記第3及び第4の光学多層膜間に第2の駆動部を設け、前記第1及び第2の基板間に第3の駆動部を設けることを特徴とするチューナブルフィルタの製造方法。
- 基板上に第1の光学多層膜を形成する工程と、前記第1の光学多層膜の上に、犠牲層と第2の光学多層膜との積層体を複数形成すると共に、各第2の光学多層膜と前記基板とを接続するバネ部を形成する工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記第1の光学多層膜及び第2の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間にギャップを形成する工程と、を有し、前記第1及び第2の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間に夫々駆動部を設けることを特徴とするチューナブルフィルタの製造方法。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載のチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置。
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