JP2004045986A - 光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで容易に製作することができる光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置を提供する。
【解決手段】光モジュール１は平面導波路２を有している。この平面導波路２には、２×２クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１で形成された光スイッチ用の光回路３と、２×２クロス光導波路Ａ２〜Ｄ２で形成された光可変減衰器用の光回路４とが設けられている。平面導波路２上にはアクチュエータ構造体５が接合されている。このアクチュエータ構造体５は、光スイッチ用のアクチュエータ部６と、光可変減衰器用のアクチュエータ部７とからなっている。そして、平面導波路２の光回路３とアクチュエータ部６とで光スイッチ８が構成され、平面導波路２の光回路４とアクチュエータ部７とで光可変減衰器９が構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】光モジュール１は平面導波路２を有している。この平面導波路２には、２×２クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１で形成された光スイッチ用の光回路３と、２×２クロス光導波路Ａ２〜Ｄ２で形成された光可変減衰器用の光回路４とが設けられている。平面導波路２上にはアクチュエータ構造体５が接合されている。このアクチュエータ構造体５は、光スイッチ用のアクチュエータ部６と、光可変減衰器用のアクチュエータ部７とからなっている。そして、平面導波路２の光回路３とアクチュエータ部６とで光スイッチ８が構成され、平面導波路２の光回路４とアクチュエータ部７とで光可変減衰器９が構成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で用いられる光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信等で用いられる光モジュールとしては、例えばＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ ＶＯＬ １１．ＮＯ．１．ＪＡＮＵＡＲＹ １９９９に記載されているＷＤＭ ＤＲＯＰモジュールが知られている。このモジュールは、光スイッチと光可変減衰器などの光部品とを光ファイバで接続して筐体に収納した構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、光スイッチ及び光可変減衰器等の光部品を別々に作るため、これら光部品の製作に手間がかかると共に、製作コストが高くなる。
【０００４】
本発明の目的は、低コストで容易に製作することができる光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも１つの光スイッチと少なくとも１つの光可変減衰器とを有する光モジュールにおいて、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光可変減衰器の一部を構成する第２光回路とを有する平面導波路と、平面導波路に接合され、光スイッチの一部を構成する第１アクチュエータ部と光可変減衰器の一部を構成する第２アクチュエータ部とを有するアクチュエータ構造体とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体の第１アクチュエータ部とで光スイッチが構成され、平面導波路の第２光回路とアクチュエータ構造体の第２アクチュエータ部とで光可変減衰器が構成される。このように第１光回路と第２光回路とを一つの平面導波路に集積させることにより、光スイッチの一部と光可変減衰器の一部とが一括して作られるため、光スイッチ及び光可変減衰器の製作を容易にかつ安価で行うことができる。また、そのような第１光回路及び第２光回路を有する平面導波路を用いることにより、光スイッチと光可変減衰器とを接続する必要がある場合に、両者を光ファイバで接続しなくて済む。これにより、接続損失が低減されると共に、光モジュールの小型化を図ることができる。
【０００７】
好ましくは、第１光回路は、平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、第１アクチュエータ部は、溝部内に挿入されるように設けられ、光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、可動ミラーを移動させる駆動手段とを有する。例えば可動ミラーが所定位置にあるときは、光導波路を通る光が可動ミラーで反射して、溝部に対して同じ側に位置する他の光導波路に導かれる。この状態から、駆動手段により可動ミラーを移動させると、光導波路を通る光が溝部をスルーして、溝部に対して反対側に位置する他の光導波路に導かれる。このように第１光回路と第１アクチュエータ部とからなる光スイッチを簡単な構成で実現することができる。
【０００８】
また、好ましくは、第２光回路は、平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、第２アクチュエータ部は、溝部内に挿入されるように設けられ、光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、可動ミラーを移動させる駆動手段とを有する。例えば可動ミラーが所定位置にあるときは、光導波路を通る光が可動ミラーで全反射して、溝部に対して同じ側に位置する他の光導波路に導かれ、その結果として光減衰量が最小となる。この状態から、駆動手段により可動ミラーを移動させると、光導波路を通る光の一部だけが可動ミラーで反射するようになり、その結果として光減衰量が増加していく。このように第２光回路と第２アクチュエータ部とからなる光可変減衰器を、可動ミラーによる光の反射を利用した簡単な構成で実現することができる。
【０００９】
上記の場合、好ましくは、可動ミラーは、平面導波路上に片持ち支持された片持ち梁に取り付けられており、駆動手段は、平面導波路上に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。このように静電気力を利用して可動ミラーを駆動することにより、電流を流さずに済むため、消費電力を小さくすることができる。
【００１０】
さらに、好ましくは、光スイッチ及び光可変減衰器は、それぞれ５００μｍ以下の幅でアレイ状に複数配置されている。これにより、複数の光スイッチ及び複数の光可変減衰器を有する光モジュールの小型化及び高集積化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも１つの光スイッチと少なくとも１つの光カプラとを有する光モジュールにおいて、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光カプラを構成する第２光回路とを有する平面導波路と、平面導波路に接合され、光スイッチの一部を構成するアクチュエータ構造体とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
このような本発明においては、平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体とで光スイッチが構成され、平面導波路の第２光回路で光カプラが構成される。このように第１光回路と第２光回路とを一つの平面導波路に集積させることにより、光スイッチの一部と光カプラとが一括して作られるため、光スイッチ及び光カプラの製作を容易にかつ安価で行うことができる。また、そのような第１光回路及び第２光回路を有する平面導波路を用いることにより、光スイッチと光カプラとを接続する必要がある場合に、両者を光ファイバで接続しなくて済む。これにより、接続損失が低減されると共に、光モジュールの小型化を図ることができる。
【００１３】
好ましくは、第１光回路は、平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、アクチュエータ構造体は、溝部内に挿入されるように設けられ、光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、可動ミラーを移動させる駆動手段とを有する。これにより、上述したように第１光回路とアクチュエータ構造体とからなる光スイッチを簡単な構成で実現することができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、可動ミラーは、平面導波路上に片持ち支持された片持ち梁に取り付けられており、駆動手段は、平面導波路上に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。これにより、電流を流さずに済むため、消費電力を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の光分岐挿入装置は、上述した光モジュールを備えたことを特徴とするものである。例えば光モジュールが光スイッチ及び光可変減衰器を有している場合、光スイッチは平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体の第１アクチュエータ部とで構成され、光可変減衰器は平面導波路の第２光回路とアクチュエータ構造体の第２アクチュエータ部とで構成されるので、上述したように、光スイッチ及び光可変減衰器の製作を容易にかつ安価で行うことができる。
【００１６】
本発明の光伝送装置は、上述した光モジュールを備えたことを特徴とするものである。この場合、光モジュールの光スイッチは、平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体とで構成され、光モジュールの光カプラは、平面導波路の第２光回路で構成されるので、上述したように、光スイッチ及び光カプラの製作を容易にかつ安価で行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る光モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。図１において、本実施形態の光モジュール１は平面導波路２を有している。この平面導波路２には、２×２クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１で形成された光スイッチ用の光回路３と、２×２クロス光導波路Ａ２〜Ｄ２で形成された光可変減衰器用の光回路４とが設けられている。光導波路Ｂ１と光導波路Ａ２とは直接接続されている。
【００１９】
平面導波路２上には、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて形成されたチップ状のアクチュエータ構造体５が接合されている。このアクチュエータ構造体５は、光スイッチ用のアクチュエータ部６と、光可変減衰器用のアクチュエータ部７とからなっている。
【００２０】
そして、平面導波路２の光回路３とアクチュエータ部６とで２×２光スイッチ８が構成され、平面導波路２の光回路４とアクチュエータ部７とで光可変減衰器９が構成されている。
【００２１】
光スイッチ８の構成を図２及び図３に示す。これらの図において、平面導波路２には溝部１０が設けられ、この溝部１０を挟んで光導波路Ａ１〜Ｄ１がクロス状に形成されている。
【００２２】
光スイッチ８のアクチュエータ部６は、平面導波路２の上面にフリップチップボンディング等で位置決めして接合されている。アクチュエータ部６は、平面導波路２の上面に片持ち支持された片持ち梁１１を有し、この片持ち梁１１の先端側部分には、複数本の櫛歯１２が設けられている。
【００２３】
片持ち梁１１の先端部には、光導波路Ａ１，Ｃ１を通る光を光導波路Ｂ１，Ｄ１に向けて反射させる可動ミラー１３が固定されている。この可動ミラー１３は、平面導波路２の溝部１０内に入り込んだ状態で溝部１０の長手方向に移動可能となるように構成されている。なお、溝部１０には、可動ミラー１３の移動量を規制するためのストッパ１４が設けられている。また、可動ミラー１３の前面には、位置保持用突起１５が設けられている。
【００２４】
また、アクチュエータ部６は、平面導波路２の上面に設けられた電極１６を有している。この電極１６には、片持ち梁１１の各櫛歯１２間に挿入される複数本の櫛歯１７が設けられている。
【００２５】
なお、片持ち梁１１、可動ミラー１３及び電極１６は、好ましくは、低コスト化の観点から、導電性を有するＳｉで形成されている。
【００２６】
片持ち梁１１と電極１６とは電圧源１８を介して接続されており、この電圧源１８により片持ち梁１１と電極１６との間に所定の電圧（パルス信号）を印可することで、両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって片持ち梁１１の先端側部分が電極１６に引き寄せられて撓み、それに伴って可動ミラー１３が溝部１０内に挿入された状態で電極１６側に移動する（図４参照）。
【００２７】
このように片持ち梁１１と電極１６との間に静電気力を発生させて可動ミラー１３を駆動するので、省電力化を図ることができる。また、片持ち梁１１には櫛歯１２が設けられ、電極１６には櫛歯１７が設けられているので、片持ち梁１１及び電極１６の表面積が全体的に大きくなる。従って、その分だけ片持ち梁１１と電極１６との間に生じる静電気力が増大するため、両者間に印可する電圧を低くすることができる。
【００２８】
さらに、アクチュエータ部６は、可動ミラー１３の前面側に配置された位置保持機構１９を有している。この位置保持機構１９は、可動ミラー１３が光を反射させる遮断位置と可動ミラー１３が光を通過させるスルー位置とにおいて、可動ミラー１３を無電力で自己保持させるものである。
【００２９】
位置保持機構１９はＴ字型の可動部２０を有し、この可動部２０の基端には、複数本の櫛歯２１が設けられている。可動部２０には、可動ミラー１３側に付勢するバネ力をもった弾性体２２が連結され、この弾性体２２の両端部は平面導波路２の上面に固定されている。また、平面導波路２の上面には電極２３が設けられ、この電極２３には、可動部２０の各櫛歯２１間に挿入される複数本の櫛歯２４が設けられている。なお、このような位置保持機構１９の各部も、導電性を有するＳｉで形成されている。
【００３０】
弾性体２２と電極２３とは電圧源２５を介して接続されており、この電圧源２５により弾性体２２と電極２３との間に所定の電圧（パルス信号）を印可することで、両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって弾性体２２が付勢力に抗して収縮しながら、弾性体２２に連結された可動部２０が電極２３側に引き寄せられる。
【００３１】
このような光スイッチ８において、電圧源１８による電圧の供給がオフの状態では、図２に示すように、片持ち梁１１が真っ直ぐに延びており、可動ミラー１３が遮断位置にある。このとき、電圧源２５による電圧の供給もオフ状態にあり、可動部２０の先端が可動ミラー１３の前面の位置保持用突起１５に係止されることで、可動ミラー１３が遮断位置に自己保持されている。
【００３２】
この状態では、光導波路Ａ１から出射された光は、可動ミラー１３で反射して光導波路Ｂ１に入射され、光導波路Ｃ１から出射された光は、可動ミラー１３で反射して光導波路Ｄ１に入射される。
【００３３】
このような初期状態から、電圧源２５により弾性体２２と電極２３との間に電圧を印可すると、可動部２０と電極２３との間に生じる静電気力によって可動部２０が電極２３側に移動し、可動部２０の先端の係止状態が解除される。この状態において、電圧源１８により片持ち梁１１と電極１６との間に電圧を印可すると、図４に示すように片持ち梁１１と電極１６との間に生じる静電気力によって片持ち梁１１が電極１６側に移動し、これに伴って可動ミラー１３がスルー位置まで移動する。そして、電圧源２５による電圧の印可を止めると、図４に示すように、弾性体２２の付勢力によって可動部２０が可動ミラー１３側に移動し、可動部２０の先端が可動ミラー１３の前面の位置保持用突起１５に係止され、可動ミラー１３がスルー位置に自己保持される。
【００３４】
この状態では、光導波路Ａ１から出射された光は、溝部１０をスルーして光導波路Ｄ１に入射され、光導波路Ｃ１から出射された光は、溝部１０をスルーして光導波路Ｂ１に入射される。
【００３５】
次に、光可変減衰器９の構成を図５及び図６に示す。これらの図において、平面導波路２には、上記の溝部１０とは異なる溝部２６が設けられ、この溝部２６を挟んで光導波路Ａ２〜Ｄ２がクロス状に形成されている。
【００３６】
光可変減衰器９のアクチュエータ部７は、平面導波路２の上面にフリップチップボンディング等で位置決めして接合されている。アクチュエータ部７は、平面導波路２の上面に片持ち支持された片持ち梁２７を有し、この片持ち梁２７の先端側部分には、複数本の櫛歯２８が設けられている。
【００３７】
片持ち梁２７の先端部には、光導波路Ａ２を通る光を光導波路Ｂ２に向けて反射させる可動ミラー２９が固定されている。この可動ミラー２９は、平面導波路２の溝部２６内に入り込んだ状態で溝部２６の長手方向に移動可能となるように構成されている。なお、溝部２６には、可動ミラー２９の移動量を規制するためのストッパ３０が設けられている。
【００３８】
また、アクチュエータ部７は、平面導波路２の上面に設けられた電極３１を有している。この電極３１には、片持ち梁２７の各櫛歯２８間に挿入される複数本の櫛歯３２が設けられている。
【００３９】
なお、片持ち梁２７、可動ミラー２９、電極３１は、光スイッチ８のアクチュエータ部６と同様に、導電性を有するＳｉで形成されている。
【００４０】
片持ち梁２７と電極３１とは電圧源３３を介して接続されており、この電圧源３３により片持ち梁２７と電極３１との間に電圧を印可することで、両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって片持ち梁２７の先端側部分が電極３１に引き寄せられて撓み、それに伴って可動ミラー２９が溝部２６内に挿入された状態で電極３１側に移動する（図７参照）。
【００４１】
このような光可変減衰器９において、電圧源３３による電圧の供給がオフの状態では、図５に示すように片持ち梁２７が真っ直ぐに延びている。この状態では、光導波路Ａ２から出射された光は、可動ミラー２９で全反射して光導波路Ｂ２に入射されるため、光減衰器の機能としては最も小さな光減衰量が得られることになる。
【００４２】
このような初期状態から、電圧源３３により片持ち梁２７と電極３１との間に電圧を印可すると、片持ち梁２７と電極３１との間に生じる静電気力によって可動ミラー２９が電極３１側に移動する。この状態では、光導波路Ａ２から出射された光の一部だけが、可動ミラー２９で反射して光導波路Ｂ２に入射され、残りの光は光導波路Ｄ２に入射されるため、光減衰量が大きくなる。
【００４３】
そして、片持ち梁２７と電極３１との間に印可する電圧を更に上げると、図７に示すように、可動ミラー２９が光導波路Ａ２，Ｂ２から完全に外れる。この状態では、光導波路Ａ２から出射された光は、可動ミラー２９で反射することなく、全て光導波路Ｄ２に入射されるため、光減衰量は無限大（いわゆるシャッター状態）となる。
【００４４】
このように光可変減衰器９では、片持ち梁２７と電極３１との間に印可する電圧をアナログ的に変えて、可動ミラー２９での反射光の光量を可変させることにより、光減衰量を調整する。このとき、片持ち梁２７には櫛歯２８が設けられ、電極３１には櫛歯３２が設けられており、片持ち梁２７の先端側部分と電極３１とが近接している。このため、印加電圧に対する光減衰量の線形性が良好となるので、光減衰量の制御が容易に行えるようになる。
【００４５】
本実施形態の光モジュール１は、上記の光スイッチ８及び光可変減衰器９をそれぞれ複数有している。つまり、平面導波路２には、複数の光スイッチ用の光回路３と複数の光可変減衰器用の光回路４とが設けられている。また、平面導波路２の上面には、複数の光スイッチ用のアクチュエータ部６と複数の光可変減衰器用のアクチュエータ部７とが接合されている。そして、複数の光回路３と複数のアクチュエータ部６とで光スイッチアレイ３４が構成され、複数の光回路４と複数のアクチュエータ部７とで光可変減衰器アレイ３５が構成されている（図８参照）。
【００４６】
ここで、光モジュール１の小型化及び高集積化を図るべく、光スイッチアレイ３４各光スイッチ８及び光可変減衰器アレイ３５の各光可変減衰器９は、５００μｍ以下の幅でアレイ状に配置されている。
【００４７】
光スイッチ８及び光可変減衰器９の一部を構成する平面導波路２の両端面には、図８に示すように、多芯光ファイバテープ心線３６の光ファイバを保持したファイバアレイ３７が調芯接続されており、光ファイバによって外部に光を取り出すようにしている。また、平面導波路２、アクチュエータ構造体５及びファイバアレイ３７は、１個のパッケージ３８内に収納されている。アクチュエータ構造体５の電極端子（図示せず）とパッケージ３８に設けられた外部電極端子３９とは、ワイヤーボンド（図示せず）により接続されている。
【００４８】
図１に戻り、以上のように構成した光モジュール１において、光スイッチ８がオフのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は、光導波路Ｂ１，Ａ２を通り、光可変減衰器９で減衰されて光導波路Ｂ２から出力される。光導波路Ｃ１に入力された光信号は、光導波路Ｄ１から出力される。一方、光スイッチ８がオンのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は、光導波路Ｄ１から出力される。光導波路Ｃ１に入力された光信号は、光導波路Ｂ１，Ａ２を通り、光可変減衰器９で減衰されて光導波路Ｂ２から出力される。
【００４９】
以上のような本実施形態の光モジュール１にあっては、光スイッチ８の一部を構成する光路と光可変減衰器９の一部を構成する光路とを一つの平面導波路２に形成し集積化する構成としたので、光スイッチ８及び光可変減衰器９の光回路を一括して作り上げることができると共に、光スイッチ８及び光可変減衰器９に要する部品が少なくなる。従って、光スイッチ及び光可変減衰器を別々に製作する場合に比べて、光スイッチ及び光可変減衰器の製作が容易にかつ安価に行える。また、光スイッチの光路と光可変減衰器の光路とを光ファイバで接続するのではなく、一つの平面導波路２において光スイッチ８の光路と光可変減衰器９の光路とを接続するようにしたので、接続損失が低減し、光学特性が良くなる。また、この場合には、光ファイバの取り回しのためのスペースが不要となるので、光モジュールを小型にすることができる。
【００５０】
図９は、上述した光モジュール１を応用した光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）の一例を示したものである。光分岐挿入装置は、波長多重化された信号の中から任意波長の信号をＡｄｄ／Ｄｒｏｐする機能を有するものである。
【００５１】
図９において、光分岐挿入装置４０は光モジュール４１を有し、この光モジュール４１は、複数の光スイッチ４２からなる光スイッチアレイ４３と、複数の光可変減衰器４４からなる光可変減衰器アレイ４５とを有している。各光スイッチ４２と各光可変減衰器４４とは、導波路４６を介して接続されている。各光スイッチ４２は、入力用導波路４７を介して分波器４８と接続されている。この分波器４８は、１本の光ファイバ４９を伝搬してきた波長の異なる複数の光信号を各波長毎に分波する。各光可変減衰器４４は、出力用導波路５０を介して合波器５１と接続されている。この合波器５１は、各波長の光信号を合波して１本の光ファイバ５２に導く。各出力用導波路５０には、光可変減衰器４４で減衰された光のパワーを検出する光モニタ５３が設けられている。また、各光スイッチ４２には、Ａｄｄ用導波路５４及びＤｒｏｐ用導波路５５が接続されている。
【００５２】
光スイッチアレイ４３、光可変減衰器アレイ４５及び光モニタ５３は、コントローラ５６と接続されている。このコントローラ５６は、各光スイッチ４２に電圧を供給する複数の電圧源と、各光可変減衰器４４に電圧を供給する複数の電圧源とを有している。コントローラ５６は、各光スイッチ４２に電圧信号を送出し、光導波路４６，４７，５４，５５の光路切換を行う。また、コントローラ５６は、光モニタ５３の検出値に基づいて、出力光量が所望値となるように各光可変減衰器４４に電圧信号を送出する。
【００５３】
図１０は、本発明に係る光モジュールの他の実施形態を示す概略構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
図１０において、本実施形態の光モジュール６０は、互いに並列に配置された光スイッチ８及び光可変減衰器９を有し、これらの光スイッチ８及び光可変減衰器９が独立して使用できるように構成されている。つまり、平面導波路２には、クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１とクロス光導波路Ａ２〜Ｄ２とが並列に設けられている。そして、平面導波路２の上面には、アクチュエータ構造体５のアクチュエータ部６，７が接合されている。
【００５５】
このような光モジュール６０において、光スイッチ８がオフのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は光導波路Ｂ１から出力され、光導波路Ｃ１に入力された光信号は光導波路Ｄ１から出力される。一方、光スイッチ８がオンのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は光導波路Ｄ１から出力され、光導波路Ｃ１に入力された光信号は光導波路Ｂ１から出力される。また、光導波路Ａ２に入力された光信号は、光可変減衰器６２で減衰されて光導波路Ｂ２から出力される。
【００５６】
図１１は、本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
図１１において、本実施形態の光モジュール７０は平面導波路７１を有している。この平面導波路７１には、２×２クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１で形成された光スイッチ用の光回路７２と、２×２クロス光導波路Ａ３〜Ｄ３で形成された光スイッチ用の光回路７３と、光導波路で形成された光カプラ７４とが設けられている。光導波路Ｂ３と光導波路Ｃ１とは直接接続され、光導波路Ｄ１と光カプラ７４とは直接接続されている。平面導波路７１上には、アクチュエータ部７５，７６が接合されている。このアクチュエータ部７５，７６の構成は、上記の光スイッチ用のアクチュエータ部６と同様である。
【００５８】
そして、平面導波路７１の光回路７２とアクチュエータ部７５とで２×２光スイッチ７７が構成され、平面導波路７１の光回路７３とアクチュエータ部７６とで２×１光スイッチ７８が構成されている。
【００５９】
このような光モジュール７０において、光スイッチ７７，７８が共にオフのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は光導波路Ｂ１から出力される。光導波路Ａ３に入力された光信号は、光導波路Ｂ３，Ｃ１，Ｄ１を通り、光カプラ７４を介して出力される。また、光スイッチ７８がオフ、光スイッチ７７がオンのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は、光導波路Ｄ１を通り、光カプラ７４を介して出力される。光スイッチ７７がオフ、光スイッチ７８がオンのときは、光導波路Ｃ３に入力された光信号は、光導波路Ｂ３，Ｃ１，Ｄ１を通り、光カプラ７４を介して出力される。光スイッチ７７，７８が共にオンのときは、光導波路Ｃ３に入力された光信号は、光導波路Ｂ３，Ｃ１，Ｂ１を通って出力される。
【００６０】
以上のような本実施形態の光モジュール７０にあっては、光スイッチ７７，７８の一部を構成する光回路と光カプラ７４を構成する光回路とを一つの平面導波路７１に集積化したので、これらの光回路を一括して作ることができる。これにより、光スイッチ及び光カプラの製作が容易にかつ安価に行える。
【００６１】
図１２は、上述した光モジュール７０を応用した光分岐挿入装置の一例を示したものである。
【００６２】
図１２において、光分岐挿入装置８０は、複数の光スイッチ８１からなる光スイッチアレイ８２を有している。各光スイッチ８１は、入力用導波路８３を介して分波器（図示せず）と接続されていると共に、出力用導波路８４を介して合波器（図示せず）と接続されている。また、各光スイッチ８１は、Ａｄｄ用導波路８５を介して光スイッチ８６と接続されていると共に、Ｄｒｏｐ用導波路８７を介して光カプラ８８と接続されている。このような構成によって、波長多重化された信号の中から任意波長の信号をＡｄｄ／Ｄｒｏｐすることができる。
【００６３】
図１３は、本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
図１３において、本実施形態の光モジュール９０は、互いに並列に配置された光スイッチ７７及び光カプラ７４を有し、これらの光スイッチ７７及び光カプラ７４が独立して使用できるように構成されている。つまり、平面導波路７１には、クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１と光カプラ７４とが並列に設けられている。そして、平面導波路７１の上面には、光スイッチ７７のアクチュエータ部７５が接合されている。
【００６５】
図１４は、上述した光モジュール９０を応用した光伝送装置の一例を示したものである。
【００６６】
図１４において、光伝送装置９１は、双方向の光伝送を行うものであり、２組の光モジュール９２Ａ，９２Ｂを有している。これらの光モジュール９２Ａ，９２Ｂは、互いに並列に配置された光スイッチ９３及び光カプラ９４を有している。光モジュール９２Ａの光スイッチ９３と光モジュール９２Ｂの光カプラ９４とは光ファイバ９５，９６を介して接続され、光モジュール９２Ａの光カプラ９４と光モジュール９２Ｂの光スイッチ９３とは光ファイバ９７，９８を介して接続されている。
【００６７】
このような光伝送装置９１において、通常は、光モジュール９２Ａ，９２Ｂの光スイッチ９３が共にオン状態となっている。この状態では、光モジュール９２Ａに入力された光信号は、光ファイバ９５を通って光モジュール９２Ｂに送られ、光モジュール９２Ｂに入力された光信号は、光ファイバ９７を通って光モジュール９２Ａに送られる。一方、光ファイバ９５，９７に故障等が発生した場合には、光モジュール９２Ａ，９２Ｂの光スイッチ９３は共にオフ状態となる。この状態では、光モジュール９２Ａに入力された光信号は、光ファイバ９６を通って光モジュール９２Ｂに送られ、光モジュール９２Ｂに入力された光信号は、光ファイバ９８を通って光モジュール９２Ａに送られる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光スイッチ用のアクチュエータ部と光可変減衰器用のアクチュエータ部とを別々のチップで構成するものとしたが、これらのアクチュエータ部を１個の同じチップとして構成してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、光可変減衰器を、可動ミラーによる反射光を利用する反射型としたが、可動ミラーの代わりに、スリットを有する光学素子を設け、この光学素子の透過光量を変えることで光減衰量を可変させる透過型としてもよい。このような透過型の光可変減衰器を採用する場合は、平面導波路に形成する光導波路を、２×２クロス光導波路ではなく直線導波路としてもよい。
【００７０】
さらに、上記実施形態では、光スイッチ及び光可変減衰器がオフ状態のときに、光が可動ミラーで反射するような構成としたが、特にこれに限らず、光スイッチ及び光可変減衰器をオンさせたときに、可動ミラーが光反射位置に移動するような構成としてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、静電アクチュエータにより光スイッチ及び光可変減衰器の可動ミラーを駆動させるものとしたが、電磁力を利用して可動ミラーを駆動させる電磁アクチュエータ等を用いてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光可変減衰器の一部を構成する第２光回路とを有する平面導波路と、光スイッチの一部を構成する第１アクチュエータ部と光可変減衰器の一部を構成する第２アクチュエータ部とを有するアクチュエータ構造体とを接合する構成としたので、光スイッチ及び光可変減衰器を有する光モジュールを、低コストで容易に製作することができる。
【００７３】
また、本発明によれば、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光カプラを構成する第２光回路とを有する平面導波路と、光スイッチの一部を構成するアクチュエータ構造体とを接合する構成としたので、光スイッチ及び光カプラを有する光モジュールを、低コストで容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す光スイッチの平面図である。
【図３】図１に示す光スイッチの垂直方向断面図である。
【図４】図２に示すアクチュエータ部の動作状態を示す平面図である。
【図５】図１に示す光可変減衰器の平面図である。
【図６】図１に示す光可変減衰器の垂直方向断面図である。
【図７】図５に示すアクチュエータ部の動作状態を示す平面図である。
【図８】図１に示す光スイッチ及び光可変減衰器をパッケージに収納した状態を示す断面図である。
【図９】図１に示す光モジュールを応用した光分岐挿入装置の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】図１１に示す光モジュールを応用した光分岐挿入装置の一例を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】図１３に示す光モジュールを応用した光伝送装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…光モジュール、２…平面導波路、３…光回路（光スイッチ用の第１光回路）、４…光回路（光可変減衰器用の第２光回路）、５…アクチュエータ構造体、６…アクチュエータ部（光スイッチ用の第１アクチュエータ部）、７…アクチュエータ部（光可変減衰器用の第２アクチュエータ部）、８…光スイッチ、９…光可変減衰器、１０…溝部、１１…片持ち梁、１３…可動ミラー、１６…電極（駆動手段）、１８…電圧源（駆動手段）、２６…溝部、２７…片持ち梁、２９…可動ミラー、３１…電極（駆動手段）、３３…電圧源（駆動手段）、４０…光分岐挿入装置、４１…光モジュール、６０…光モジュール、７０…光モジュール、７１…平面導波路、７２，７３…光回路（光スイッチ用の第１光回路）、７４…光カプラ（光カプラ用の第２光回路）、７５，７６…アクチュエータ部（アクチュエータ構造体）、７７，７８…光スイッチ、８０…光分岐挿入装置、９０…光モジュール、９１…光伝送装置、９２Ａ，９２Ｂ…光モジュール、Ａ１〜Ｄ１…光導波路、Ａ２〜Ｄ２…光導波路、Ａ３〜Ｄ３…光導波路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で用いられる光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信等で用いられる光モジュールとしては、例えばＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ ＶＯＬ １１．ＮＯ．１．ＪＡＮＵＡＲＹ １９９９に記載されているＷＤＭ ＤＲＯＰモジュールが知られている。このモジュールは、光スイッチと光可変減衰器などの光部品とを光ファイバで接続して筐体に収納した構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、光スイッチ及び光可変減衰器等の光部品を別々に作るため、これら光部品の製作に手間がかかると共に、製作コストが高くなる。
【０００４】
本発明の目的は、低コストで容易に製作することができる光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも１つの光スイッチと少なくとも１つの光可変減衰器とを有する光モジュールにおいて、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光可変減衰器の一部を構成する第２光回路とを有する平面導波路と、平面導波路に接合され、光スイッチの一部を構成する第１アクチュエータ部と光可変減衰器の一部を構成する第２アクチュエータ部とを有するアクチュエータ構造体とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体の第１アクチュエータ部とで光スイッチが構成され、平面導波路の第２光回路とアクチュエータ構造体の第２アクチュエータ部とで光可変減衰器が構成される。このように第１光回路と第２光回路とを一つの平面導波路に集積させることにより、光スイッチの一部と光可変減衰器の一部とが一括して作られるため、光スイッチ及び光可変減衰器の製作を容易にかつ安価で行うことができる。また、そのような第１光回路及び第２光回路を有する平面導波路を用いることにより、光スイッチと光可変減衰器とを接続する必要がある場合に、両者を光ファイバで接続しなくて済む。これにより、接続損失が低減されると共に、光モジュールの小型化を図ることができる。
【０００７】
好ましくは、第１光回路は、平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、第１アクチュエータ部は、溝部内に挿入されるように設けられ、光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、可動ミラーを移動させる駆動手段とを有する。例えば可動ミラーが所定位置にあるときは、光導波路を通る光が可動ミラーで反射して、溝部に対して同じ側に位置する他の光導波路に導かれる。この状態から、駆動手段により可動ミラーを移動させると、光導波路を通る光が溝部をスルーして、溝部に対して反対側に位置する他の光導波路に導かれる。このように第１光回路と第１アクチュエータ部とからなる光スイッチを簡単な構成で実現することができる。
【０００８】
また、好ましくは、第２光回路は、平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、第２アクチュエータ部は、溝部内に挿入されるように設けられ、光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、可動ミラーを移動させる駆動手段とを有する。例えば可動ミラーが所定位置にあるときは、光導波路を通る光が可動ミラーで全反射して、溝部に対して同じ側に位置する他の光導波路に導かれ、その結果として光減衰量が最小となる。この状態から、駆動手段により可動ミラーを移動させると、光導波路を通る光の一部だけが可動ミラーで反射するようになり、その結果として光減衰量が増加していく。このように第２光回路と第２アクチュエータ部とからなる光可変減衰器を、可動ミラーによる光の反射を利用した簡単な構成で実現することができる。
【０００９】
上記の場合、好ましくは、可動ミラーは、平面導波路上に片持ち支持された片持ち梁に取り付けられており、駆動手段は、平面導波路上に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。このように静電気力を利用して可動ミラーを駆動することにより、電流を流さずに済むため、消費電力を小さくすることができる。
【００１０】
さらに、好ましくは、光スイッチ及び光可変減衰器は、それぞれ５００μｍ以下の幅でアレイ状に複数配置されている。これにより、複数の光スイッチ及び複数の光可変減衰器を有する光モジュールの小型化及び高集積化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも１つの光スイッチと少なくとも１つの光カプラとを有する光モジュールにおいて、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光カプラを構成する第２光回路とを有する平面導波路と、平面導波路に接合され、光スイッチの一部を構成するアクチュエータ構造体とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
このような本発明においては、平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体とで光スイッチが構成され、平面導波路の第２光回路で光カプラが構成される。このように第１光回路と第２光回路とを一つの平面導波路に集積させることにより、光スイッチの一部と光カプラとが一括して作られるため、光スイッチ及び光カプラの製作を容易にかつ安価で行うことができる。また、そのような第１光回路及び第２光回路を有する平面導波路を用いることにより、光スイッチと光カプラとを接続する必要がある場合に、両者を光ファイバで接続しなくて済む。これにより、接続損失が低減されると共に、光モジュールの小型化を図ることができる。
【００１３】
好ましくは、第１光回路は、平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、アクチュエータ構造体は、溝部内に挿入されるように設けられ、光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、可動ミラーを移動させる駆動手段とを有する。これにより、上述したように第１光回路とアクチュエータ構造体とからなる光スイッチを簡単な構成で実現することができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、可動ミラーは、平面導波路上に片持ち支持された片持ち梁に取り付けられており、駆動手段は、平面導波路上に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。これにより、電流を流さずに済むため、消費電力を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の光分岐挿入装置は、上述した光モジュールを備えたことを特徴とするものである。例えば光モジュールが光スイッチ及び光可変減衰器を有している場合、光スイッチは平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体の第１アクチュエータ部とで構成され、光可変減衰器は平面導波路の第２光回路とアクチュエータ構造体の第２アクチュエータ部とで構成されるので、上述したように、光スイッチ及び光可変減衰器の製作を容易にかつ安価で行うことができる。
【００１６】
本発明の光伝送装置は、上述した光モジュールを備えたことを特徴とするものである。この場合、光モジュールの光スイッチは、平面導波路の第１光回路とアクチュエータ構造体とで構成され、光モジュールの光カプラは、平面導波路の第２光回路で構成されるので、上述したように、光スイッチ及び光カプラの製作を容易にかつ安価で行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光モジュール、光分岐挿入装置および光伝送装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る光モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。図１において、本実施形態の光モジュール１は平面導波路２を有している。この平面導波路２には、２×２クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１で形成された光スイッチ用の光回路３と、２×２クロス光導波路Ａ２〜Ｄ２で形成された光可変減衰器用の光回路４とが設けられている。光導波路Ｂ１と光導波路Ａ２とは直接接続されている。
【００１９】
平面導波路２上には、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて形成されたチップ状のアクチュエータ構造体５が接合されている。このアクチュエータ構造体５は、光スイッチ用のアクチュエータ部６と、光可変減衰器用のアクチュエータ部７とからなっている。
【００２０】
そして、平面導波路２の光回路３とアクチュエータ部６とで２×２光スイッチ８が構成され、平面導波路２の光回路４とアクチュエータ部７とで光可変減衰器９が構成されている。
【００２１】
光スイッチ８の構成を図２及び図３に示す。これらの図において、平面導波路２には溝部１０が設けられ、この溝部１０を挟んで光導波路Ａ１〜Ｄ１がクロス状に形成されている。
【００２２】
光スイッチ８のアクチュエータ部６は、平面導波路２の上面にフリップチップボンディング等で位置決めして接合されている。アクチュエータ部６は、平面導波路２の上面に片持ち支持された片持ち梁１１を有し、この片持ち梁１１の先端側部分には、複数本の櫛歯１２が設けられている。
【００２３】
片持ち梁１１の先端部には、光導波路Ａ１，Ｃ１を通る光を光導波路Ｂ１，Ｄ１に向けて反射させる可動ミラー１３が固定されている。この可動ミラー１３は、平面導波路２の溝部１０内に入り込んだ状態で溝部１０の長手方向に移動可能となるように構成されている。なお、溝部１０には、可動ミラー１３の移動量を規制するためのストッパ１４が設けられている。また、可動ミラー１３の前面には、位置保持用突起１５が設けられている。
【００２４】
また、アクチュエータ部６は、平面導波路２の上面に設けられた電極１６を有している。この電極１６には、片持ち梁１１の各櫛歯１２間に挿入される複数本の櫛歯１７が設けられている。
【００２５】
なお、片持ち梁１１、可動ミラー１３及び電極１６は、好ましくは、低コスト化の観点から、導電性を有するＳｉで形成されている。
【００２６】
片持ち梁１１と電極１６とは電圧源１８を介して接続されており、この電圧源１８により片持ち梁１１と電極１６との間に所定の電圧（パルス信号）を印可することで、両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって片持ち梁１１の先端側部分が電極１６に引き寄せられて撓み、それに伴って可動ミラー１３が溝部１０内に挿入された状態で電極１６側に移動する（図４参照）。
【００２７】
このように片持ち梁１１と電極１６との間に静電気力を発生させて可動ミラー１３を駆動するので、省電力化を図ることができる。また、片持ち梁１１には櫛歯１２が設けられ、電極１６には櫛歯１７が設けられているので、片持ち梁１１及び電極１６の表面積が全体的に大きくなる。従って、その分だけ片持ち梁１１と電極１６との間に生じる静電気力が増大するため、両者間に印可する電圧を低くすることができる。
【００２８】
さらに、アクチュエータ部６は、可動ミラー１３の前面側に配置された位置保持機構１９を有している。この位置保持機構１９は、可動ミラー１３が光を反射させる遮断位置と可動ミラー１３が光を通過させるスルー位置とにおいて、可動ミラー１３を無電力で自己保持させるものである。
【００２９】
位置保持機構１９はＴ字型の可動部２０を有し、この可動部２０の基端には、複数本の櫛歯２１が設けられている。可動部２０には、可動ミラー１３側に付勢するバネ力をもった弾性体２２が連結され、この弾性体２２の両端部は平面導波路２の上面に固定されている。また、平面導波路２の上面には電極２３が設けられ、この電極２３には、可動部２０の各櫛歯２１間に挿入される複数本の櫛歯２４が設けられている。なお、このような位置保持機構１９の各部も、導電性を有するＳｉで形成されている。
【００３０】
弾性体２２と電極２３とは電圧源２５を介して接続されており、この電圧源２５により弾性体２２と電極２３との間に所定の電圧（パルス信号）を印可することで、両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって弾性体２２が付勢力に抗して収縮しながら、弾性体２２に連結された可動部２０が電極２３側に引き寄せられる。
【００３１】
このような光スイッチ８において、電圧源１８による電圧の供給がオフの状態では、図２に示すように、片持ち梁１１が真っ直ぐに延びており、可動ミラー１３が遮断位置にある。このとき、電圧源２５による電圧の供給もオフ状態にあり、可動部２０の先端が可動ミラー１３の前面の位置保持用突起１５に係止されることで、可動ミラー１３が遮断位置に自己保持されている。
【００３２】
この状態では、光導波路Ａ１から出射された光は、可動ミラー１３で反射して光導波路Ｂ１に入射され、光導波路Ｃ１から出射された光は、可動ミラー１３で反射して光導波路Ｄ１に入射される。
【００３３】
このような初期状態から、電圧源２５により弾性体２２と電極２３との間に電圧を印可すると、可動部２０と電極２３との間に生じる静電気力によって可動部２０が電極２３側に移動し、可動部２０の先端の係止状態が解除される。この状態において、電圧源１８により片持ち梁１１と電極１６との間に電圧を印可すると、図４に示すように片持ち梁１１と電極１６との間に生じる静電気力によって片持ち梁１１が電極１６側に移動し、これに伴って可動ミラー１３がスルー位置まで移動する。そして、電圧源２５による電圧の印可を止めると、図４に示すように、弾性体２２の付勢力によって可動部２０が可動ミラー１３側に移動し、可動部２０の先端が可動ミラー１３の前面の位置保持用突起１５に係止され、可動ミラー１３がスルー位置に自己保持される。
【００３４】
この状態では、光導波路Ａ１から出射された光は、溝部１０をスルーして光導波路Ｄ１に入射され、光導波路Ｃ１から出射された光は、溝部１０をスルーして光導波路Ｂ１に入射される。
【００３５】
次に、光可変減衰器９の構成を図５及び図６に示す。これらの図において、平面導波路２には、上記の溝部１０とは異なる溝部２６が設けられ、この溝部２６を挟んで光導波路Ａ２〜Ｄ２がクロス状に形成されている。
【００３６】
光可変減衰器９のアクチュエータ部７は、平面導波路２の上面にフリップチップボンディング等で位置決めして接合されている。アクチュエータ部７は、平面導波路２の上面に片持ち支持された片持ち梁２７を有し、この片持ち梁２７の先端側部分には、複数本の櫛歯２８が設けられている。
【００３７】
片持ち梁２７の先端部には、光導波路Ａ２を通る光を光導波路Ｂ２に向けて反射させる可動ミラー２９が固定されている。この可動ミラー２９は、平面導波路２の溝部２６内に入り込んだ状態で溝部２６の長手方向に移動可能となるように構成されている。なお、溝部２６には、可動ミラー２９の移動量を規制するためのストッパ３０が設けられている。
【００３８】
また、アクチュエータ部７は、平面導波路２の上面に設けられた電極３１を有している。この電極３１には、片持ち梁２７の各櫛歯２８間に挿入される複数本の櫛歯３２が設けられている。
【００３９】
なお、片持ち梁２７、可動ミラー２９、電極３１は、光スイッチ８のアクチュエータ部６と同様に、導電性を有するＳｉで形成されている。
【００４０】
片持ち梁２７と電極３１とは電圧源３３を介して接続されており、この電圧源３３により片持ち梁２７と電極３１との間に電圧を印可することで、両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって片持ち梁２７の先端側部分が電極３１に引き寄せられて撓み、それに伴って可動ミラー２９が溝部２６内に挿入された状態で電極３１側に移動する（図７参照）。
【００４１】
このような光可変減衰器９において、電圧源３３による電圧の供給がオフの状態では、図５に示すように片持ち梁２７が真っ直ぐに延びている。この状態では、光導波路Ａ２から出射された光は、可動ミラー２９で全反射して光導波路Ｂ２に入射されるため、光減衰器の機能としては最も小さな光減衰量が得られることになる。
【００４２】
このような初期状態から、電圧源３３により片持ち梁２７と電極３１との間に電圧を印可すると、片持ち梁２７と電極３１との間に生じる静電気力によって可動ミラー２９が電極３１側に移動する。この状態では、光導波路Ａ２から出射された光の一部だけが、可動ミラー２９で反射して光導波路Ｂ２に入射され、残りの光は光導波路Ｄ２に入射されるため、光減衰量が大きくなる。
【００４３】
そして、片持ち梁２７と電極３１との間に印可する電圧を更に上げると、図７に示すように、可動ミラー２９が光導波路Ａ２，Ｂ２から完全に外れる。この状態では、光導波路Ａ２から出射された光は、可動ミラー２９で反射することなく、全て光導波路Ｄ２に入射されるため、光減衰量は無限大（いわゆるシャッター状態）となる。
【００４４】
このように光可変減衰器９では、片持ち梁２７と電極３１との間に印可する電圧をアナログ的に変えて、可動ミラー２９での反射光の光量を可変させることにより、光減衰量を調整する。このとき、片持ち梁２７には櫛歯２８が設けられ、電極３１には櫛歯３２が設けられており、片持ち梁２７の先端側部分と電極３１とが近接している。このため、印加電圧に対する光減衰量の線形性が良好となるので、光減衰量の制御が容易に行えるようになる。
【００４５】
本実施形態の光モジュール１は、上記の光スイッチ８及び光可変減衰器９をそれぞれ複数有している。つまり、平面導波路２には、複数の光スイッチ用の光回路３と複数の光可変減衰器用の光回路４とが設けられている。また、平面導波路２の上面には、複数の光スイッチ用のアクチュエータ部６と複数の光可変減衰器用のアクチュエータ部７とが接合されている。そして、複数の光回路３と複数のアクチュエータ部６とで光スイッチアレイ３４が構成され、複数の光回路４と複数のアクチュエータ部７とで光可変減衰器アレイ３５が構成されている（図８参照）。
【００４６】
ここで、光モジュール１の小型化及び高集積化を図るべく、光スイッチアレイ３４各光スイッチ８及び光可変減衰器アレイ３５の各光可変減衰器９は、５００μｍ以下の幅でアレイ状に配置されている。
【００４７】
光スイッチ８及び光可変減衰器９の一部を構成する平面導波路２の両端面には、図８に示すように、多芯光ファイバテープ心線３６の光ファイバを保持したファイバアレイ３７が調芯接続されており、光ファイバによって外部に光を取り出すようにしている。また、平面導波路２、アクチュエータ構造体５及びファイバアレイ３７は、１個のパッケージ３８内に収納されている。アクチュエータ構造体５の電極端子（図示せず）とパッケージ３８に設けられた外部電極端子３９とは、ワイヤーボンド（図示せず）により接続されている。
【００４８】
図１に戻り、以上のように構成した光モジュール１において、光スイッチ８がオフのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は、光導波路Ｂ１，Ａ２を通り、光可変減衰器９で減衰されて光導波路Ｂ２から出力される。光導波路Ｃ１に入力された光信号は、光導波路Ｄ１から出力される。一方、光スイッチ８がオンのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は、光導波路Ｄ１から出力される。光導波路Ｃ１に入力された光信号は、光導波路Ｂ１，Ａ２を通り、光可変減衰器９で減衰されて光導波路Ｂ２から出力される。
【００４９】
以上のような本実施形態の光モジュール１にあっては、光スイッチ８の一部を構成する光路と光可変減衰器９の一部を構成する光路とを一つの平面導波路２に形成し集積化する構成としたので、光スイッチ８及び光可変減衰器９の光回路を一括して作り上げることができると共に、光スイッチ８及び光可変減衰器９に要する部品が少なくなる。従って、光スイッチ及び光可変減衰器を別々に製作する場合に比べて、光スイッチ及び光可変減衰器の製作が容易にかつ安価に行える。また、光スイッチの光路と光可変減衰器の光路とを光ファイバで接続するのではなく、一つの平面導波路２において光スイッチ８の光路と光可変減衰器９の光路とを接続するようにしたので、接続損失が低減し、光学特性が良くなる。また、この場合には、光ファイバの取り回しのためのスペースが不要となるので、光モジュールを小型にすることができる。
【００５０】
図９は、上述した光モジュール１を応用した光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）の一例を示したものである。光分岐挿入装置は、波長多重化された信号の中から任意波長の信号をＡｄｄ／Ｄｒｏｐする機能を有するものである。
【００５１】
図９において、光分岐挿入装置４０は光モジュール４１を有し、この光モジュール４１は、複数の光スイッチ４２からなる光スイッチアレイ４３と、複数の光可変減衰器４４からなる光可変減衰器アレイ４５とを有している。各光スイッチ４２と各光可変減衰器４４とは、導波路４６を介して接続されている。各光スイッチ４２は、入力用導波路４７を介して分波器４８と接続されている。この分波器４８は、１本の光ファイバ４９を伝搬してきた波長の異なる複数の光信号を各波長毎に分波する。各光可変減衰器４４は、出力用導波路５０を介して合波器５１と接続されている。この合波器５１は、各波長の光信号を合波して１本の光ファイバ５２に導く。各出力用導波路５０には、光可変減衰器４４で減衰された光のパワーを検出する光モニタ５３が設けられている。また、各光スイッチ４２には、Ａｄｄ用導波路５４及びＤｒｏｐ用導波路５５が接続されている。
【００５２】
光スイッチアレイ４３、光可変減衰器アレイ４５及び光モニタ５３は、コントローラ５６と接続されている。このコントローラ５６は、各光スイッチ４２に電圧を供給する複数の電圧源と、各光可変減衰器４４に電圧を供給する複数の電圧源とを有している。コントローラ５６は、各光スイッチ４２に電圧信号を送出し、光導波路４６，４７，５４，５５の光路切換を行う。また、コントローラ５６は、光モニタ５３の検出値に基づいて、出力光量が所望値となるように各光可変減衰器４４に電圧信号を送出する。
【００５３】
図１０は、本発明に係る光モジュールの他の実施形態を示す概略構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
図１０において、本実施形態の光モジュール６０は、互いに並列に配置された光スイッチ８及び光可変減衰器９を有し、これらの光スイッチ８及び光可変減衰器９が独立して使用できるように構成されている。つまり、平面導波路２には、クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１とクロス光導波路Ａ２〜Ｄ２とが並列に設けられている。そして、平面導波路２の上面には、アクチュエータ構造体５のアクチュエータ部６，７が接合されている。
【００５５】
このような光モジュール６０において、光スイッチ８がオフのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は光導波路Ｂ１から出力され、光導波路Ｃ１に入力された光信号は光導波路Ｄ１から出力される。一方、光スイッチ８がオンのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は光導波路Ｄ１から出力され、光導波路Ｃ１に入力された光信号は光導波路Ｂ１から出力される。また、光導波路Ａ２に入力された光信号は、光可変減衰器６２で減衰されて光導波路Ｂ２から出力される。
【００５６】
図１１は、本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
図１１において、本実施形態の光モジュール７０は平面導波路７１を有している。この平面導波路７１には、２×２クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１で形成された光スイッチ用の光回路７２と、２×２クロス光導波路Ａ３〜Ｄ３で形成された光スイッチ用の光回路７３と、光導波路で形成された光カプラ７４とが設けられている。光導波路Ｂ３と光導波路Ｃ１とは直接接続され、光導波路Ｄ１と光カプラ７４とは直接接続されている。平面導波路７１上には、アクチュエータ部７５，７６が接合されている。このアクチュエータ部７５，７６の構成は、上記の光スイッチ用のアクチュエータ部６と同様である。
【００５８】
そして、平面導波路７１の光回路７２とアクチュエータ部７５とで２×２光スイッチ７７が構成され、平面導波路７１の光回路７３とアクチュエータ部７６とで２×１光スイッチ７８が構成されている。
【００５９】
このような光モジュール７０において、光スイッチ７７，７８が共にオフのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は光導波路Ｂ１から出力される。光導波路Ａ３に入力された光信号は、光導波路Ｂ３，Ｃ１，Ｄ１を通り、光カプラ７４を介して出力される。また、光スイッチ７８がオフ、光スイッチ７７がオンのときは、光導波路Ａ１に入力された光信号は、光導波路Ｄ１を通り、光カプラ７４を介して出力される。光スイッチ７７がオフ、光スイッチ７８がオンのときは、光導波路Ｃ３に入力された光信号は、光導波路Ｂ３，Ｃ１，Ｄ１を通り、光カプラ７４を介して出力される。光スイッチ７７，７８が共にオンのときは、光導波路Ｃ３に入力された光信号は、光導波路Ｂ３，Ｃ１，Ｂ１を通って出力される。
【００６０】
以上のような本実施形態の光モジュール７０にあっては、光スイッチ７７，７８の一部を構成する光回路と光カプラ７４を構成する光回路とを一つの平面導波路７１に集積化したので、これらの光回路を一括して作ることができる。これにより、光スイッチ及び光カプラの製作が容易にかつ安価に行える。
【００６１】
図１２は、上述した光モジュール７０を応用した光分岐挿入装置の一例を示したものである。
【００６２】
図１２において、光分岐挿入装置８０は、複数の光スイッチ８１からなる光スイッチアレイ８２を有している。各光スイッチ８１は、入力用導波路８３を介して分波器（図示せず）と接続されていると共に、出力用導波路８４を介して合波器（図示せず）と接続されている。また、各光スイッチ８１は、Ａｄｄ用導波路８５を介して光スイッチ８６と接続されていると共に、Ｄｒｏｐ用導波路８７を介して光カプラ８８と接続されている。このような構成によって、波長多重化された信号の中から任意波長の信号をＡｄｄ／Ｄｒｏｐすることができる。
【００６３】
図１３は、本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
図１３において、本実施形態の光モジュール９０は、互いに並列に配置された光スイッチ７７及び光カプラ７４を有し、これらの光スイッチ７７及び光カプラ７４が独立して使用できるように構成されている。つまり、平面導波路７１には、クロス光導波路Ａ１〜Ｄ１と光カプラ７４とが並列に設けられている。そして、平面導波路７１の上面には、光スイッチ７７のアクチュエータ部７５が接合されている。
【００６５】
図１４は、上述した光モジュール９０を応用した光伝送装置の一例を示したものである。
【００６６】
図１４において、光伝送装置９１は、双方向の光伝送を行うものであり、２組の光モジュール９２Ａ，９２Ｂを有している。これらの光モジュール９２Ａ，９２Ｂは、互いに並列に配置された光スイッチ９３及び光カプラ９４を有している。光モジュール９２Ａの光スイッチ９３と光モジュール９２Ｂの光カプラ９４とは光ファイバ９５，９６を介して接続され、光モジュール９２Ａの光カプラ９４と光モジュール９２Ｂの光スイッチ９３とは光ファイバ９７，９８を介して接続されている。
【００６７】
このような光伝送装置９１において、通常は、光モジュール９２Ａ，９２Ｂの光スイッチ９３が共にオン状態となっている。この状態では、光モジュール９２Ａに入力された光信号は、光ファイバ９５を通って光モジュール９２Ｂに送られ、光モジュール９２Ｂに入力された光信号は、光ファイバ９７を通って光モジュール９２Ａに送られる。一方、光ファイバ９５，９７に故障等が発生した場合には、光モジュール９２Ａ，９２Ｂの光スイッチ９３は共にオフ状態となる。この状態では、光モジュール９２Ａに入力された光信号は、光ファイバ９６を通って光モジュール９２Ｂに送られ、光モジュール９２Ｂに入力された光信号は、光ファイバ９８を通って光モジュール９２Ａに送られる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光スイッチ用のアクチュエータ部と光可変減衰器用のアクチュエータ部とを別々のチップで構成するものとしたが、これらのアクチュエータ部を１個の同じチップとして構成してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、光可変減衰器を、可動ミラーによる反射光を利用する反射型としたが、可動ミラーの代わりに、スリットを有する光学素子を設け、この光学素子の透過光量を変えることで光減衰量を可変させる透過型としてもよい。このような透過型の光可変減衰器を採用する場合は、平面導波路に形成する光導波路を、２×２クロス光導波路ではなく直線導波路としてもよい。
【００７０】
さらに、上記実施形態では、光スイッチ及び光可変減衰器がオフ状態のときに、光が可動ミラーで反射するような構成としたが、特にこれに限らず、光スイッチ及び光可変減衰器をオンさせたときに、可動ミラーが光反射位置に移動するような構成としてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、静電アクチュエータにより光スイッチ及び光可変減衰器の可動ミラーを駆動させるものとしたが、電磁力を利用して可動ミラーを駆動させる電磁アクチュエータ等を用いてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光可変減衰器の一部を構成する第２光回路とを有する平面導波路と、光スイッチの一部を構成する第１アクチュエータ部と光可変減衰器の一部を構成する第２アクチュエータ部とを有するアクチュエータ構造体とを接合する構成としたので、光スイッチ及び光可変減衰器を有する光モジュールを、低コストで容易に製作することができる。
【００７３】
また、本発明によれば、光スイッチの一部を構成する第１光回路と光カプラを構成する第２光回路とを有する平面導波路と、光スイッチの一部を構成するアクチュエータ構造体とを接合する構成としたので、光スイッチ及び光カプラを有する光モジュールを、低コストで容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す光スイッチの平面図である。
【図３】図１に示す光スイッチの垂直方向断面図である。
【図４】図２に示すアクチュエータ部の動作状態を示す平面図である。
【図５】図１に示す光可変減衰器の平面図である。
【図６】図１に示す光可変減衰器の垂直方向断面図である。
【図７】図５に示すアクチュエータ部の動作状態を示す平面図である。
【図８】図１に示す光スイッチ及び光可変減衰器をパッケージに収納した状態を示す断面図である。
【図９】図１に示す光モジュールを応用した光分岐挿入装置の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】図１１に示す光モジュールを応用した光分岐挿入装置の一例を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る光モジュールの更に他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】図１３に示す光モジュールを応用した光伝送装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…光モジュール、２…平面導波路、３…光回路（光スイッチ用の第１光回路）、４…光回路（光可変減衰器用の第２光回路）、５…アクチュエータ構造体、６…アクチュエータ部（光スイッチ用の第１アクチュエータ部）、７…アクチュエータ部（光可変減衰器用の第２アクチュエータ部）、８…光スイッチ、９…光可変減衰器、１０…溝部、１１…片持ち梁、１３…可動ミラー、１６…電極（駆動手段）、１８…電圧源（駆動手段）、２６…溝部、２７…片持ち梁、２９…可動ミラー、３１…電極（駆動手段）、３３…電圧源（駆動手段）、４０…光分岐挿入装置、４１…光モジュール、６０…光モジュール、７０…光モジュール、７１…平面導波路、７２，７３…光回路（光スイッチ用の第１光回路）、７４…光カプラ（光カプラ用の第２光回路）、７５，７６…アクチュエータ部（アクチュエータ構造体）、７７，７８…光スイッチ、８０…光分岐挿入装置、９０…光モジュール、９１…光伝送装置、９２Ａ，９２Ｂ…光モジュール、Ａ１〜Ｄ１…光導波路、Ａ２〜Ｄ２…光導波路、Ａ３〜Ｄ３…光導波路。
Claims (10)
- 少なくとも１つの光スイッチと少なくとも１つの光可変減衰器とを有する光モジュールにおいて、
前記光スイッチの一部を構成する第１光回路と前記光可変減衰器の一部を構成する第２光回路とを有する平面導波路と、
前記平面導波路に接合され、前記光スイッチの一部を構成する第１アクチュエータ部と前記光可変減衰器の一部を構成する第２アクチュエータ部とを有するアクチュエータ構造体とを備えることを特徴とする光モジュール。 - 前記第１光回路は、前記平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、
前記第１アクチュエータ部は、前記溝部内に挿入されるように設けられ、前記光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、前記可動ミラーを移動させる駆動手段とを有することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。 - 前記第２光回路は、前記平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、
前記第２アクチュエータ部は、前記溝部内に挿入されるように設けられ、前記光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、前記可動ミラーを移動させる駆動手段とを有することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。 - 前記可動ミラーは、前記平面導波路上に片持ち支持された片持ち梁に取り付けられており、
前記駆動手段は、前記平面導波路上に設けられた電極と、前記片持ち梁と前記電極との間に静電気力を発生させる手段とを有することを特徴とする請求項２または３記載の光モジュール。 - 前記光スイッチ及び前記光可変減衰器は、それぞれ５００μｍ以下の幅でアレイ状に複数配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光モジュール。
- 少なくとも１つの光スイッチと少なくとも１つの光カプラとを有する光モジュールにおいて、
前記光スイッチの一部を構成する第１光回路と前記光カプラを構成する第２光回路とを有する平面導波路と、
前記平面導波路に接合され、前記光スイッチの一部を構成するアクチュエータ構造体とを備えることを特徴とする光モジュール。 - 前記第１光回路は、前記平面導波路に設けられた溝部を挟んでクロス状に形成された光導波路を有し、
前記アクチュエータ構造体は、前記溝部内に挿入されるように設けられ、前記光導波路を通る光を反射させる可動ミラーと、前記可動ミラーを移動させる駆動手段とを有することを特徴とする請求項６記載の光モジュール。 - 前記可動ミラーは、前記平面導波路上に片持ち支持された片持ち梁に取り付けられており、
前記駆動手段は、前記平面導波路上に設けられた電極と、前記片持ち梁と前記電極との間に静電気力を発生させる手段とを有することを特徴とする請求項７記載の光モジュール。 - 請求項１〜８のいずれか一項記載の光モジュールを備えたことを特徴とする光分岐挿入装置。
- 請求項６〜８のいずれか一項記載の光モジュールを備えたことを特徴とする光伝送装置。
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