JP2004191779A - Variable light attenuator and variable light attenuating device using the same - Google Patents

Variable light attenuator and variable light attenuating device using the same Download PDF

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Katsuhiko Kurumada
克彦 車田
Masatoshi Kanetani
正敏 金谷
Toshiaki Tamamura
敏昭 玉村
Keiichi Akagawa
圭一 赤川
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Nikon Corp
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NTT Electronics Corp
Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense a high voltage, to broaden the range of movement of a shutter, to easily control attenuation, and to stably obtain desired attenuation. <P>SOLUTION: The incident end of an optical waveguide 22 is arranged with a space from the emitting end of an optical waveguide 21. An actuator 13 moves the shutter 14 to a location within the space at which the light made incident from the emitting end of the optical waveguide 21 to the incident end of the optical waveguide 22 is attenuated at the desired attenuation. The actuator 13 has beam parts 33a and 33b which form a leaf spring of which the fixed end is fixed on the substrate 31, and a connection part 34 which is connected between the beam parts 33a and 33b. The shutter 14 is provided at the connection part 34. A part of an aluminum film 38 which extends in the Y-axis direction at the connection part 34 is arranged in a magnetic field and composes an electric circuit which generates a Lorentz force to resist against a spring force of the beam parts 33a and 33b by being energized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からの信号によって減衰量を制御することができる可変光減衰器、及び、これを用いた可変光減衰装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
可変光減衰器は、例えば、光通信などで用いられている。可変光減衰器としてはいくつかの方式があるが、下記の特許文献1には、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)を用いた方式の可変光減衰器が開示されている。
【0003】
特許文献1に開示された可変光減衰器を、図7及び図8に示す。図7はその要部を示す側面図、図8はその要部を示す平面図である。この可変光減衰器では、MEMSデバイス110が用いられている。MEMSデバイス110は、互いに対向配置された光ファイバ111,112の端部111A,112A間のギャップ113内に、制御された量だけ挿入されるシャッタ114を有している。シャッタ114は、てこアーム118に接続されている。てこアーム118は、バネ力を生ずるフレクチュア部117に接続されている。フレクチュア部117は、フレキシブルアーム122A,122Bを含んでいる。フレキシブルアーム122A,122Bの一端の拡大部125A,125Bが、支柱120A,120Bにそれぞれ接続されている。フレキシブルアーム122A,122Bの他端は、可動電極としてのトッププレート116に接続されている。さらに、固定電極としてのボトムプレート115が、トッププレート116と対向して、基板119上に配置されている。フレキシブルアーム122A,122B間に補強部123が設けられ、補強部123からてこアーム118が延びている。トッププレート116が下方へ移動すると、てこアーム118により、支柱120A,120Bを支点として、シャッタ114が上方へ移動するようになっており、てこ構造が採用されている。
【0004】
この可変光減衰器では、トッププレート116とボトムプレート115との間に電圧を印加しない場合には、図7に示すように、シャッタ114が光ファイバ111,112間の光路を遮らないため、光ファイバ111から光ファイバ112に伝送される光量は最大となる。一方、トッププレート116とボトムプレート115の間に電圧を印加すると、両者の間に生ずる静電力により、両プレート116,115が引き合い、トッププレート116が下方へ移動してシャッタ114が上昇し、その結果光ファイバ111,112間のギャップ113内に進出する。このとき、前記静電力とフレクチュア部117のバネ力が釣り合う位置でシャッタ114が停止する。このシャッタ114の停止位置に応じて、光ファイバ111,112間の光路が遮られる量が定まり、その分だけ光ファイバ111から112に伝送する光量が減少する。そして、プレート116,115間に印加する電圧を変えることで、シャッタ114の停止位置が変化し、これにより減衰量を変えることができる。
【0005】
このように、この従来の可変光減衰器では、静電力を利用してシャッタ114の位置を変えている。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第6173105号明細書
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変光減衰器では、静電力を用いてシャッタの位置を動かしているため、高い電圧が必要であるという問題があった。
【0008】
また、本発明者らの研究の結果、前記従来の可変光減衰器では、静電力を用いることに起因して、次の問題も生ずることが判明した。第1に、電極間電圧値と電極間隔との間に直線性が無く、調整可能な電極間隔の範囲も狭いため、シャッタを移動させ得る範囲も狭くなり、したがって、可変減衰器を構成する上で設計の自由度が低い。第2に、電極間電圧値と電極間隔との間に直線性が無いため、減衰量の制御が容易ではない。第3に、電気的なノイズや機械的な振動によって電極同士が接触してしまう場合があり、その場合、両電極間が電気的にショートしてしまうとともに、シャッタの位置を安定して所望の位置に保持することができずに所望の減衰量を安定して得ることができない。
【0009】
ここで、本発明者らの研究の結果として判明したこれらの問題点について、図9及び図10を参照して説明する。
【0010】
本発明者らは、前記従来の可変光減衰器を図9に示すようにモデル化した。そして、図9に示すモデルに従って、プレート(電極)115,116間の電圧(電極間電圧)を5V、10V、15V、20V、25Vとした場合の、プレート115,116間の間隔(電極間隔)d1に対するプレート115,116間の静電力を計算するとともに、電極間隔d1に対するフレクチュア部117のバネ力を計算した。その計算結果を図10に示す。さらに、この計算結果に基づいて、前記静電力と前記バネ力とがどのように釣り合うか(すなわち、プレート116がいかなる位置に位置するか)について検討した。
【0011】
図9に示すモデルでは、プレート116には、前記バネ力及び前記静電力のみが正反対の方向にかかるものとした。フレクチュア部117は、理想的なバネであるものとした。プレート115,116は平行平板であるとし、その間の比誘電率は1とした。
【0012】
前記計算では、プレート115,116は50μm角の正方形平板であるとし、電極間隔d1の初期値(電極間電圧を印加しない状態での電極間隔であり、前記バネ力がゼロとなる電極間隔である。この状態が図10中のS点に相当している。)を10μm、フレクチュア部117のバネ定数を3×10−2(N/m)とした。
【0013】
なお、図10の縦軸の数値の表記について説明すると、例えば、「3.0E−07」は「3.0×10−07」の意味である。この点は、後述する図6の縦軸の数値の表記についても同様である。
【0014】
図10において、実線が前記静電力を示し、破線が前記バネ力を示している。実線が破線より上にあれば、静電力がバネ力よりも強いため両電極115,116は引き合って電極間隔d1が狭くなる。例えば、電極間電圧が25Vの場合は、常に実線が破線より上にあるので、電極116は10μm間隔の位置からスタートし、電極間隔が狭くなっていくが、常に静電力がバネ力を上回るため両電極115,116が接触するまで止まらない。
【0015】
一方、電極間電圧が15Vの場合は、電極間隔が9μmの時点で実線と破線が交差し、それ以下ではバネ力が上回るため、電極位置は10μmからスタートし9μmで停止する。電極間電圧が20Vの時が、実線と破線が交差するぎりぎりの電圧であり、交差する位置は7μm付近である。よって、電極間隔が7μm以下で、静電力とバネ力をバランスさせることはできない。つまり、電極間隔としての動作範囲は、10μmから7μmまでしかなく、非常に狭い。また、電極間電圧を5V、10V、15V、20Vとした場合のバランス点A,B,C,Dを見ると、電極間電圧値と電極間隔との間に直線性が無いことがわかる。
【0016】
さらに、20V程度で動作させて、7μm付近で止めようとした場合、7μm付近は非常に不安定な領域で、電気的なノイズや機械的な振動でバランスが一旦崩れ、図10のD点より左側の領域に入ってしまうと、静電力が常にバネ力より大きい状態になり両電極115,116が接触してしまう。
【0017】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、(1)高い電圧が不要であること、(2)シャッタを移動させ得る範囲が広くなり、これにより設計の自由度が高くなること、(3)信号とシャッタの位置との関係が直線的となり、これにより減衰量の制御が容易になること、(4)電気的なノイズや機械的な振動によりバランスが崩れるようなことがなく、これにより、電気的にショートが生ずるおそれがないとともに、所望の減衰量を安定して得ることができること、の4つの利点を同時に得ることができる、可変光減衰器及びこれを用いた可変光減衰装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による可変光減衰器は、入射光を導く第1の光導波路と、前記第1の光導波路の出射端から間隔をあけて入射端が配置された第2の光導波路と、前記間隔内に進出可能なシャッタと、前記第1の光導波路の出射端から前記第2の光導波路の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、前記シャッタを移動させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに位置に応じたバネ力が作用するように設けられた可動部と、を有し、前記可動部は、磁界内に配置されて通電により前記バネ力に抗するローレンツ力を生ずる電流経路を有し、前記シャッタが前記可動部に設けられたものである。
【0019】
本発明の第2の態様による可変光減衰器は、前記第1の態様において、前記可動部が薄膜で構成されたものである。
【0020】
本発明の第3の態様による可変光減衰装置は、前記第1又は第2の態様による可変光減衰器と、前記磁界を発生させる磁界発生部と、を備えたものである。
【0021】
本発明の第4の態様による可変光減衰装置は、前記第3の態様において、前記電流経路の電流及び前記磁界のうちの少なくとも一方を制御する制御部を備えたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による可変光減衰器及びこれを用いた可変光減衰装置について、図面を参照して説明する。
【0023】
図1は、本発明の一実施の形態による可変光減衰装置を模式的に示す概略平面図である。図1では、平面視での各要素の位置関係を明らかにするため、本来隠れ線(破線)となるべき線も実線で示している。図2乃至図4は、各動作状態をそれぞれ示すもので、図1中のX1−X2線に沿った概略断面図である。説明の便宜上、図1及び図2に示すように、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を定義する。可変光減衰器1の後述する基板31の面がXY平面と平行となっている。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。なお、Z軸方向の+側を上側、Z軸方向の−側を下側という場合がある。
【0024】
本実施の形態による可変光減衰装置は、図1乃至図4に示すように、可変光減衰器1と、可変光減衰器1に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石2と、減衰量指令信号に応答して、当該減衰量指令信号が示す減衰量を実現するための制御信号(本実施の形態では、電流信号)を可変光減衰器1に供給する制御部3と、を備えている。
【0025】
可変光減衰器1は、セラミック等からなる支持台11と、光導波路基板12と、アクチュエータ13と、アクチュエータ13に搭載されたシャッタ14とを備えている。
【0026】
光導波路基板12は、入射光を導く光導波路21と、減衰後の出射光を導く光導波路22と、シャッタ14を受け入れるシャッタ受け入れ凹部としての例えば幅十μm程度の溝23と、を有している。図1に示すように、光導波路21の一端(光導波路21の出射端)及び光導波路22の一端(光導波路22の入射端)は、互いに間隔をあけて対向するように、溝23の相対する側面に露出されている。光導波路21の他端(光導波路21の入射端)は光導波路基板12の端面に露出され、この光導波路21の他端には入射光を導く光ファイバ15が接続される。同様に、光導波路22の他端(光導波路22の出射端)は光導波路基板12の端面に露出され、この光導波路22の他端には出射光を導く光ファイバ16が接続される。
【0027】
アクチュエータ13は、光導波路21の出射端から光導波路22の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、シャッタ14を移動させるように構成され、本実施の形態ではMEMSとして構成されている。アクチュエータ13は、支持台11上に搭載された基板31と、脚部32a,32bと、Z軸方向から見た平面視でX軸方向に並行して延びた2本の帯板状の梁部33a,33bと、梁部33a,33bの先端(自由端、+X方向の端部)に設けられそれらの間を機械的に接続する平面視で長方形状の接続部34と、を備えている。本実施の形態では、基板31としてガラス基板等の絶縁基板が用いられているが、例えば基板31上に絶縁膜を形成すれば、基板31としてシリコン基板などの任意の材料の基板を用いることができる。
【0028】
梁部33aの固定端(−X方向の端部)は、基板31上に形成されたAl膜からなる配線パターン35a(図1では省略)を介して基板31から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部32aを介して、基板31に機械的に接続されている。同様に、梁部33bの固定端(−X方向の端部)は、基板31上に形成されたAl膜からなる配線パターン35b(図示せず)を介して基板31から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部32bを介して、基板31に機械的に接続されている。前述したように、梁部33a,33bの自由端間が接続部34で機械的に接続され、梁部33a,33bの固定端側が脚部32a,32bをそれぞれ介して基板31に機械的に接続されている。したがって、本実施の形態では、梁部33a,33b及び接続部34が、全体として、片持ち梁構造を持つ可動部を構成している。本実施の形態では、基板31が固定部を構成している。なお、前記配線パターン35a,35bにおける脚部32a,32b付近以外の領域の上、及び、その他の基板31上の領域に、シリコン酸化膜等の保護膜36が形成されている。
【0029】
梁部33aは、下側のSiN膜37と上側のAl膜38とが積層された薄膜で、板ばねとして作用するように構成されている。梁部33aにおけるAl膜38は、後述するローレンツ力用の電流路への配線の一部として用いられている。
【0030】
梁部33aは、図2に示すように、駆動信号(ローレンツ力用電流)が供給されていない状態において、膜37,38の応力によって、上方(基板31と反対側、+Z方向)に湾曲している。なお、図2では、便宜上、梁部33aは根元で折れ曲がって斜め上方へ直線状に延びるかのように表記しているが、実際には、梁部33aが全体的に湾曲する。このような湾曲状態は、膜37,38の成膜条件を適宜設定することにより、実現することができる。
【0031】
本実施の形態では、脚部32aは、梁部33aを構成するSiN膜37及びAl膜38がそのまま連続して延びることによって構成されている。Al膜38は、脚部32aにおいてSiN膜37に形成された開口を介して配線パターン35aに電気的に接続されている。
【0032】
梁部33b及び脚部32bは、前述した梁部33a及び脚部32aとそれぞれ全く同一の構造を有している。
【0033】
接続部34は、梁部33a,33bからそのまま連続して延びたSiN膜37及びAl膜38で構成されている。接続部34には、Au、Ni又はその他の金属あるいはその他の材料からなるシャッタ14が設けられている。図1に示すように、Al膜38における接続部34上の一部がY軸方向に延びている。
【0034】
前述した説明からわかるように、Al膜38によって、脚部32a下の配線パターン35aから、梁部33a→接続部34→梁部33b→を経て、脚部32b下の配線パターン35b(図示せず)へ至る、電流経路が構成されている。この電流経路のうち、接続部34におけるY軸方向に沿った電流経路が、X軸方向の磁界内に置かれたときに、Z軸方向へ向かうローレンツ力を発生させる部分となっている。この部分が後述するように前記磁石2により生ずるX軸方向の磁界内に置かれるので、前記電流経路へ電流(ローレンツ力用電流)を流すと、接続部34においてY軸方向に延びたAl膜38の部分に、ローレンツ力(駆動力)がZ方向へ作用する。なお、このローレンツ力の向きが+Z方向であるか−Z方向であるかは、ローレンツ力用電流の向き及び磁界の向きによって定まるが、本実施の形態では、前述したように、ローレンツ力用電流が供給されていない状態において図2に示すように上方に湾曲しているので、ローレンツ力用電流の向きは、ローレンツ力が−Z方向のみに生ずるように定めておけばよい。もっとも、例えば、ローレンツ力用電流が供給されていない状態において図3に示すように上方にも下方にも湾曲していない場合には、ローレンツ力用電流の向きをいずれの向きにも変え得るようにしておけばよい。また、ローレンツ力用電流が供給されていない状態において図4に示すように下方に湾曲している場合には、ローレンツ力用電流の向きは、ローレンツ力が+Z方向のみに生ずるように定めておけばよい。
【0035】
図面には示していないが、配線パターン35a,35bは、通常のシリコン半導体素子の配線方法と同様の方法で外部の制御部3に接続可能になっており、制御部3から、前記電流経路に制御信号としてのローレンツ力用電流が供給されるようになっている。
【0036】
なお、本実施の形態で用いられているアクチュエータ13は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。なお、シャッタ14は、例えば、シャッタ14に対応する凹所をレジストに形成した後、電解メッキによりシャッタ14となるべきAu、Niその他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。
【0037】
本実施の形態では、磁石2は、図2乃至図4に示すように、X軸方向の+側がN極に−側がS極に着磁された板状の永久磁石であり、支持台11の下面の+X側位置に設けられている。したがって、磁石2は、アクチュエータ13の接続部34においてY軸方向に延びたAl膜38の部分(ローレンツ力用電流経路)の付近において、X軸方向に沿ってその−側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石2に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【0038】
図1乃至図4に示すように、光導波路基板12が、枠型のスペーサ17を介してアクチュエータ13の基板31上に接合され、導波路基板12と基板31との間においてスペーサ17に囲まれた空間及びこれに連通する溝23内の空間内に、屈折率整合液(図示せず)が封入されている。もっとも、屈折率整合液は必ずしも封入しなくてもよいが、屈折率整合液を用いた場合は、光のビームの損失がより少なくなる。なお、基板31と光導波路基板12とは、シャッタ14が溝23内に挿入できるように位置合わせされている。
【0039】
図2は、制御部3から前記電流経路にローレンツ力用電流が供給されていない状態を示している。この場合、接続部34においてY軸方向に延びたAl膜38の部分には、ローレンツ力が作用せず、シャッタ14が光導波路21の出射端を完全に遮っている。このため、減衰量は100%である。
【0040】
図3は、制御部3から前記電流経路に中程度のローレンツ力用電流が供給されている状態を示している。この場合、接続部34においてY軸方向に延びたAl膜38の部分には、中程度のローレンツ力が下向きに作用するため、シャッタ14は、このローレンツ力と梁部33a,33bのバネ力とが釣り合った位置で停止し、光導波路21の出射端の下半分程度を遮っている。このため、減衰量は50%程度である。
【0041】
図4は、制御部3から前記電流経路に大きなローレンツ力用電流が供給されている状態を示している。この場合、接続部34においてY軸方向に延びたAl膜38の部分には、大きなローレンツ力が下向きに作用するため、シャッタ14は、このローレンツ力と梁部33a,33bのバネ力とが釣り合った位置で停止し、光導波路21の出射端を全く遮らない。このため、減衰量はほぼ0%である。
【0042】
動作状態は図2乃至図4に示す例に限られず、制御部3から前記電流経路に流す電流値を変えてローレンツ力の大きさを変えることで、減衰量をほぼ0%〜100%まで連続的に任意に変えることができる。
【0043】
本実施の形態では、制御部3は、外部からの減衰量指令信号に応答して、当該減衰量指令信号が示す減衰量に対応する大きさの電流を前記電流経路に流すように、構成されている。その回路構成自体は、特別のものは必要ではなく、直流電流源もしくは直流電圧源と抵抗の組み合わせで容易に実現できる。また、制御部3は、例えば、予め測定しておいた電流値と減衰量との関係を示すテーブルに従って、オープンループ制御を行ってもよいし、減衰後の光量をモニタする検出器を用い、その検出信号に基づいて、実際の減衰量が、減衰量指令信号が示す減衰量となるように、フィードバック制御を行ってもよい。
【0044】
なお、本実施の形態では、制御部3は、前記電流経路に流す電流を制御することで前記ローレンツ力を制御するように構成されているが、前記磁石2として例えば電磁石を用い、制御部3は、磁石2が発生する磁界のみを制御するか、あるいは、前記電流経路に流す電流及び磁石2が発生する磁界の両方を制御するように、構成してもよい。
【0045】
本発明者らは、本実施の形態による可変光減衰装置で用いられている可変光減衰器1を、図5に示すようにモデル化した。そして、図5に示すモデルに従って、直線の電線38’(接続部34においてY軸方向に延びたAl膜38の部分をモデル化したもの)に流す電流(電線電流)を10mA、20mA、30mA、40mA、50mAとした場合の、電線38’と基板31との間の間隔d2に対する電線38’に作用するローレンツ力を計算するとともに、間隔d2に対する梁部33a,33bのバネ力を計算した。その結果を図6に示す。さらに、この計算結果に基づいて、前記ローレンツ力と前記バネ力とがどのように釣り合うか(すなわち、電線38’がいかなる位置に位置するか)について検討した。
【0046】
図5に示すモデルでは、電線38’には、前記バネ力及び前記ローレンツ力のみが正反対の方向にかかるものとした。梁部33a,33bは、理想的なバネであるものとした。
【0047】
前記計算では、電線38’の長さを50μmとした。また、前記電線38’は磁束密度0.1(T)の均一磁界内にあるものとした。さらに、間隔d2の初期値(電線38’に電流を流さない状態での間隔であり、前記バネ力がゼロになる間隔である。この状態が図5中のS点に相当している。)を10μm、梁部33a,33bのバネ定数を3×10−2(N/m)とした。
【0048】
図6において、実線が前記ローレンツ力を示し、破線が前記バネ力を示している。ローレンツ力は電線38’と基板31との間の間隔d2に依存せずに一定であるので、バネ力を表す破線とローレンツ力を表す実線は等間隔で交差する。例えば、電線38’の電流値が10mAであれば点Aで交差しているので、電線38’はスタート位置Sからスタートし、点Aでバネ力とローレンツ力が釣り合い、その左側ではバネ力の方がローレンツ力より強くなるため点Aで停止し、その位置が安定して保たれる。電流値を増やしていけば、電線38’は基板31に接近する。図6に示すように、各電流値の場合のローレンツ力とバネ力との交点A〜Eは等間隔で並び、電流値と間隔d2との間に直線性があることがわかる。
【0049】
図10を図6と比較すると、図10の場合、電流値を変化させることで、電線38’を広い範囲で自由に制御することができる。したがって、本実施の形態によれば、シャッタ14を移動させ得る範囲が広くなり、これにより設計の自由度が高くなる。
【0050】
また、前述したように電流値と間隔d2との間に直線性があるので、本実施の形態によれば、減衰量の制御が容易になる。
【0051】
さらに、図6に示すローレンツ力とバネ力との関係から、電線38’がいずれのバランス点に位置していても、電流を変えない限り、当該バランス点に安定して保持されることになる。このため、電気的なノイズや機械的な振動により電線38’が一旦ずれても、電線38’が当該バランス点に自動的に復帰し、そのバランスが崩れるようなことがない。したがって、本実施の形態によれば、所望の減衰力を安定して得ることができる。勿論、従来生じていたような電気的なショートも起こり得ない。すなわち、接続部34の位置を正確に制御できるので、接続部34が基板31と接触しないように制御することなど極めて容易であり、接続部34が基板31と接触しなければ電気的なショートが起こり得ない。たとえ図4のように接続部34が基板31と接触しても、配線としてのAl膜38が接続部34に配置されているだけであり、基板31側にはショートするような電極がない。しかも、基板31の表面はシリコン酸化膜等の保護膜36により絶縁されているし、Al膜38は絶縁膜であるSiN膜37の上側に配置されているので、電気的なショートが起こり得ない。
【0052】
なお、本実施の形態では、静電力ではなくローレンツ力が用いられているので、高い電圧が不要であることは、言うまでもない。
【0053】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【0054】
また、前記実施の形態では、アクチュエータ13は基板上に薄膜構造体を作製する表面MEMS工程で作製した片持ち梁構造を有していたが、本発明では、そのアクチュエータ13の代わりに、これ以外の、基板をエッチングして構造体を作製する基板MEMS工程で作製したアクチュエータや、両持ち梁構造を有するアクチュエータや、前述した特許文献1に開示された従来の可変光減衰器と同様のてこ構造を有するアクチュエータを用いてもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、(1)高い電圧が不要であること、(2)シャッタを移動させ得る範囲が広くなり、これにより設計の自由度が高くなること、(3)信号とシャッタの位置との関係が直線的となり、これにより減衰量の制御が容易になること、(4)電気的なノイズや機械的な振動によりバランスが崩れるようなことがなく、これにより、電気的にショートが生ずるおそれがないとともに、所望の減衰量を安定して得ることができること、の4つの利点を同時に得ることができる、可変光減衰器及びこれを用いた可変光減衰装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による可変光減衰装置を模式的に示す概略平面図である。
【図2】所定の動作状態を示す、図1中のX1−X2線に沿った概略断面図である。
【図3】他の動作状態を示す、図1中のX1−X2線に沿った概略断面図である。
【図4】更に他の動作状態を示す、図1中のX1−X2線に沿った概略断面図である。
【図5】図1乃至図4に示す可変光減衰器のモデルを示す図である。
【図6】図5に示すモデルに基づいて計算した特性を示す図である。
【図7】従来の可変光減衰器の要部を示す側面図である。
【図8】図7に示す従来の可変光減衰器の要部を示す平面図である。
【図9】図7及び図8に示す従来の可変光減衰器のモデルを示す図である。
【図10】図9に示すモデルに基づいて計算した特性を示す図である。
【符号の説明】
1 可変光減衰器
2 磁石
3 制御部
11 支持台
12 光導波路基板
13 アクチュエータ
14 シャッタ
15,16 光ファイバ
17 スペーサ
21,22 導波路
23 溝
32a,32b 脚部
33a,33b 梁部
34 接続部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable optical attenuator whose attenuation can be controlled by an external signal, and a variable optical attenuator using the same.
[0002]
[Prior art]
Variable optical attenuators are used, for example, in optical communications and the like. There are several types of variable optical attenuators, and Patent Literature 1 below discloses a variable optical attenuator using a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System).
[0003]
The variable optical attenuator disclosed in Patent Document 1 is shown in FIGS. FIG. 7 is a side view showing the main part, and FIG. 8 is a plan view showing the main part. In this variable optical attenuator, a MEMS device 110 is used. The MEMS device 110 has a shutter 114 that is inserted into the gap 113 between the ends 111A and 112A of the optical fibers 111 and 112 facing each other by a controlled amount. The shutter 114 is connected to the lever arm 118. The lever arm 118 is connected to a flexure portion 117 that generates a spring force. The flexure part 117 includes flexible arms 122A and 122B. The enlarged portions 125A, 125B at one ends of the flexible arms 122A, 122B are connected to the columns 120A, 120B, respectively. The other ends of the flexible arms 122A and 122B are connected to a top plate 116 as a movable electrode. Further, a bottom plate 115 as a fixed electrode is disposed on the substrate 119 so as to face the top plate 116. A reinforcing portion 123 is provided between the flexible arms 122A and 122B, and a lever arm 118 extends from the reinforcing portion 123. When the top plate 116 moves downward, the shutter 114 is moved upward by the lever arm 118 about the supporting columns 120A and 120B, and a lever structure is adopted.
[0004]
In this variable optical attenuator, when no voltage is applied between the top plate 116 and the bottom plate 115, the shutter 114 does not block the optical path between the optical fibers 111 and 112 as shown in FIG. The amount of light transmitted from the fiber 111 to the optical fiber 112 becomes maximum. On the other hand, when a voltage is applied between the top plate 116 and the bottom plate 115, the two plates 116, 115 are attracted by the electrostatic force generated between them, the top plate 116 moves downward, and the shutter 114 rises. As a result, the light enters the gap 113 between the optical fibers 111 and 112. At this time, the shutter 114 stops at a position where the electrostatic force and the spring force of the flexure portion 117 are balanced. The amount by which the optical path between the optical fibers 111 and 112 is blocked is determined according to the stop position of the shutter 114, and the amount of light transmitted from the optical fibers 111 to 112 is reduced by that amount. Then, by changing the voltage applied between the plates 116 and 115, the stop position of the shutter 114 is changed, whereby the amount of attenuation can be changed.
[0005]
As described above, in the conventional variable optical attenuator, the position of the shutter 114 is changed using the electrostatic force.
[0006]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,173,105
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional variable optical attenuator has a problem that a high voltage is required because the position of the shutter is moved using electrostatic force.
[0008]
In addition, as a result of the study of the present inventors, it has been found that the following problem occurs in the conventional variable optical attenuator due to the use of electrostatic force. First, since there is no linearity between the inter-electrode voltage value and the electrode interval and the range of the adjustable electrode interval is narrow, the range in which the shutter can be moved is also narrowed. Low degree of freedom in design. Second, since there is no linearity between the inter-electrode voltage value and the electrode interval, it is not easy to control the amount of attenuation. Third, there is a case where the electrodes come into contact with each other due to electric noise or mechanical vibration. In this case, both the electrodes are electrically short-circuited and the position of the shutter is stably adjusted to a desired value. The desired attenuation cannot be stably obtained because the position cannot be held.
[0009]
Here, these problems found as a result of the study of the present inventors will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
[0010]
The present inventors modeled the conventional variable optical attenuator as shown in FIG. Then, according to the model shown in FIG. 9, when the voltage between the plates (electrodes) 115 and 116 (voltage between the electrodes) is 5 V, 10 V, 15 V, 20 V and 25 V, the interval between the plates 115 and 116 (electrode interval) The electrostatic force between the plates 115 and 116 for d1 was calculated, and the spring force of the flexure portion 117 for the electrode interval d1 was calculated. FIG. 10 shows the calculation results. Further, based on the calculation results, how the electrostatic force and the spring force are balanced (that is, where the plate 116 is located) was examined.
[0011]
In the model shown in FIG. 9, only the spring force and the electrostatic force are applied to the plate 116 in exactly opposite directions. The flexure portion 117 is an ideal spring. The plates 115 and 116 are parallel plates, and the relative dielectric constant between them is 1.
[0012]
In the above calculation, it is assumed that the plates 115 and 116 are square flat plates of 50 μm square, and the initial value of the electrode interval d1 (the electrode interval when no inter-electrode voltage is applied, and the electrode interval where the spring force becomes zero). This state corresponds to the point S in FIG. 10) is 10 μm, and the spring constant of the flexure portion 117 is 3 × 10 -2 (N / m).
[0013]
In addition, the notation of the numerical value on the vertical axis of FIG. 10 will be described. For example, “3.0E-07” is changed to “3.0 × 10 −07 It means "." This is the same for the notation of numerical values on the vertical axis in FIG. 6 described later.
[0014]
In FIG. 10, a solid line indicates the electrostatic force, and a broken line indicates the spring force. If the solid line is above the broken line, the electrostatic force is stronger than the spring force, and the electrodes 115 and 116 are attracted to each other, and the electrode gap d1 is reduced. For example, when the voltage between the electrodes is 25 V, the solid line is always above the broken line, so the electrode 116 starts from the position of 10 μm interval and the electrode interval becomes narrower, but the electrostatic force always exceeds the spring force. It does not stop until both electrodes 115 and 116 come into contact.
[0015]
On the other hand, when the voltage between the electrodes is 15 V, the solid line and the dashed line intersect at the time when the electrode interval is 9 μm, and when it is less than that, the spring force is greater. When the voltage between the electrodes is 20 V, the voltage is just before the solid line and the broken line intersect, and the intersection is near 7 μm. Therefore, when the electrode spacing is 7 μm or less, the electrostatic force and the spring force cannot be balanced. That is, the operating range as the electrode interval is only 10 μm to 7 μm, which is very narrow. Further, when looking at the balance points A, B, C, and D when the inter-electrode voltage is set to 5 V, 10 V, 15 V, and 20 V, it can be seen that there is no linearity between the inter-electrode voltage value and the electrode interval.
[0016]
Further, when the device is operated at about 20 V and it is tried to stop at around 7 μm, the vicinity is very unstable around 7 μm, and the balance is temporarily lost due to electric noise or mechanical vibration. Once in the left area, the electrostatic force is always greater than the spring force, and the electrodes 115 and 116 come into contact.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and (1) a high voltage is not required, and (2) a range in which a shutter can be moved is widened, thereby increasing design flexibility. (3) The relationship between the signal and the position of the shutter becomes linear, thereby facilitating the control of the amount of attenuation, and (4) preventing the balance from being lost due to electrical noise or mechanical vibration. A variable optical attenuator and a variable light using the variable optical attenuator, which can simultaneously obtain the four advantages of being able to obtain a desired amount of attenuation stably without the risk of causing an electrical short circuit. It is an object to provide a damping device.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a variable optical attenuator according to a first aspect of the present invention includes a first optical waveguide for guiding incident light, and an incident end disposed at a distance from an output end of the first optical waveguide. The second optical waveguide, a shutter that can advance into the space, and attenuate light incident from the output end of the first optical waveguide to the input end of the second optical waveguide with a desired attenuation. An actuator that moves the shutter at a position, the actuator includes a fixed portion, and a movable portion that can move with respect to the fixed portion and that is provided so that a spring force according to the position acts. Wherein the movable section has a current path arranged in a magnetic field to generate a Lorentz force against the spring force when energized, and the shutter is provided in the movable section.
[0019]
A variable optical attenuator according to a second aspect of the present invention is the variable optical attenuator according to the first aspect, wherein the movable portion is formed of a thin film.
[0020]
A variable optical attenuator according to a third aspect of the present invention includes the variable optical attenuator according to the first or second aspect, and a magnetic field generator that generates the magnetic field.
[0021]
A variable optical attenuator according to a fourth aspect of the present invention is the variable optical attenuator according to the third aspect, further comprising a control unit for controlling at least one of the current in the current path and the magnetic field.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a variable optical attenuator according to the present invention and a variable optical attenuator using the same will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a variable optical attenuator according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a line that should be a hidden line (broken line) is also indicated by a solid line in order to clarify the positional relationship between the elements in a plan view. 2 to 4 show respective operation states, and are schematic cross-sectional views along line X1-X2 in FIG. For convenience of explanation, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined as shown in FIGS. 1 and 2. The surface of a later-described substrate 31 of the variable optical attenuator 1 is parallel to the XY plane. In the Z-axis direction, the direction of the arrow is called + Z direction or + Z side, and the opposite direction is called -Z direction or -Z side, and the same applies to the X-axis direction and Y-axis direction. The + side in the Z-axis direction may be referred to as an upper side, and the − side in the Z-axis direction may be referred to as a lower side.
[0024]
As shown in FIGS. 1 to 4, the variable optical attenuator according to the present embodiment includes a variable optical attenuator 1 and a magnet as a magnetic field generating unit that generates a magnetic field for the variable optical attenuator 1 as described later. 2 and a control unit 3 that supplies a control signal (current signal in the present embodiment) for realizing the attenuation indicated by the attenuation command signal to the variable optical attenuator 1 in response to the attenuation command signal. And
[0025]
The variable optical attenuator 1 includes a support 11 made of ceramic or the like, an optical waveguide substrate 12, an actuator 13, and a shutter 14 mounted on the actuator 13.
[0026]
The optical waveguide substrate 12 includes an optical waveguide 21 that guides incident light, an optical waveguide 22 that guides outgoing light after attenuation, and a groove 23 having, for example, a width of about 10 μm as a shutter receiving recess that receives the shutter 14. I have. As shown in FIG. 1, one end of the optical waveguide 21 (the output end of the optical waveguide 21) and one end of the optical waveguide 22 (the input end of the optical waveguide 22) are opposed to the groove 23 so as to face each other at an interval. The side that is exposed. The other end of the optical waveguide 21 (the incident end of the optical waveguide 21) is exposed on the end face of the optical waveguide substrate 12, and the other end of the optical waveguide 21 is connected to an optical fiber 15 for guiding incident light. Similarly, the other end of the optical waveguide 22 (the emission end of the optical waveguide 22) is exposed on the end face of the optical waveguide substrate 12, and the other end of the optical waveguide 22 is connected to the optical fiber 16 for guiding the emitted light.
[0027]
The actuator 13 is configured to move the shutter 14 to a position where the light incident from the output end of the optical waveguide 21 to the input end of the optical waveguide 22 is attenuated by a desired attenuation amount, and is configured as a MEMS in the present embodiment. Have been. The actuator 13 includes a substrate 31 mounted on the support base 11, legs 32a and 32b, and two band-shaped beam portions extending in parallel in the X-axis direction in plan view as viewed in the Z-axis direction. 33a and 33b, and a connecting portion 34 which is provided at the distal end (free end, end in the + X direction) of the beam portions 33a and 33b and mechanically connects between them and has a rectangular shape in plan view. In this embodiment, an insulating substrate such as a glass substrate is used as the substrate 31. For example, if an insulating film is formed over the substrate 31, a substrate of any material such as a silicon substrate may be used as the substrate 31. it can.
[0028]
The fixed end (the end in the −X direction) of the beam 33 a is a leg 32 a having a rising portion that rises from the substrate 31 via a wiring pattern 35 a (not shown in FIG. 1) made of an Al film formed on the substrate 31. Is mechanically connected to the substrate 31 via the. Similarly, the fixed end (the end in the −X direction) of the beam portion 33b has a leg having a rising portion that rises from the substrate 31 via a wiring pattern 35b (not shown) made of an Al film formed on the substrate 31. It is mechanically connected to the substrate 31 via the portion 32b. As described above, the free ends of the beams 33a and 33b are mechanically connected by the connecting portion 34, and the fixed ends of the beams 33a and 33b are mechanically connected to the substrate 31 via the legs 32a and 32b, respectively. Have been. Therefore, in the present embodiment, the beam portions 33a and 33b and the connection portion 34 as a whole constitute a movable portion having a cantilever structure. In the present embodiment, the substrate 31 forms a fixing part. Note that a protective film 36 such as a silicon oxide film is formed on regions other than the vicinity of the legs 32a and 32b in the wiring patterns 35a and 35b, and on other regions on the substrate 31.
[0029]
The beam portion 33a is a thin film in which a lower SiN film 37 and an upper Al film 38 are laminated, and is configured to function as a leaf spring. The Al film 38 in the beam 33a is used as a part of a wiring to a current path for Lorentz force described later.
[0030]
As shown in FIG. 2, the beam 33a bends upward (opposite to the substrate 31, in the + Z direction) due to the stress of the films 37 and 38 when the drive signal (the current for Lorentz force) is not supplied. ing. In FIG. 2, for convenience, the beam portion 33a is described as if it is bent at the base and extends obliquely upward in a straight line. However, actually, the beam portion 33a is entirely curved. Such a curved state can be realized by appropriately setting the film forming conditions of the films 37 and 38.
[0031]
In the present embodiment, the leg 32a is configured by the SiN film 37 and the Al film 38 constituting the beam 33a extending continuously as they are. The Al film 38 is electrically connected to the wiring pattern 35a via an opening formed in the SiN film 37 at the leg 32a.
[0032]
The beam 33b and the leg 32b have exactly the same structure as the beam 33a and the leg 32a, respectively.
[0033]
The connecting portion 34 is composed of a SiN film 37 and an Al film 38 which extend continuously from the beam portions 33a and 33b. The connection portion 34 is provided with a shutter 14 made of Au, Ni, another metal, or another material. As shown in FIG. 1, a part of the Al film 38 above the connection portion 34 extends in the Y-axis direction.
[0034]
As can be understood from the above description, the Al film 38 causes the wiring pattern 35b under the leg 32b (not shown) from the wiring pattern 35a under the leg 32a to the beam 33a → the connecting portion 34 → the beam 33b →. ) Is formed. Of these current paths, the current path along the Y-axis direction at the connection portion 34 is a portion that generates Lorentz force toward the Z-axis direction when placed in a magnetic field in the X-axis direction. Since this portion is placed in the magnetic field in the X-axis direction generated by the magnet 2 as described later, when a current (current for Lorentz force) is passed through the current path, the Al film extending in the Y-axis direction at the connection portion 34 A Lorentz force (driving force) acts on the portion 38 in the Z direction. Whether the direction of the Lorentz force is the + Z direction or the −Z direction is determined by the direction of the Lorentz force current and the direction of the magnetic field. In the present embodiment, as described above, the Lorentz force current In the state in which the Lorentz force is not supplied, as shown in FIG. 2, the direction of the Lorentz force current may be determined so that the Lorentz force is generated only in the −Z direction. However, for example, in a state where the Lorentz force current is not supplied, if the current does not curve upward or downward as shown in FIG. 3, the direction of the Lorentz force current can be changed to any direction. It is good to keep it. When the current for the Lorentz force is curved downward as shown in FIG. 4 in a state where the current for the Lorentz force is not supplied, the direction of the current for the Lorentz force is determined so that the Lorentz force is generated only in the + Z direction. Just fine.
[0035]
Although not shown in the drawings, the wiring patterns 35a and 35b can be connected to an external control unit 3 in the same manner as a normal silicon semiconductor element wiring method. A Lorentz force current is supplied as a control signal.
[0036]
The actuator 13 used in the present embodiment can be manufactured by using a semiconductor manufacturing technique such as film formation and patterning, etching, and formation / removal of a sacrificial layer. The shutter 14 may be formed, for example, by forming a recess corresponding to the shutter 14 in a resist, growing Au, Ni, or another metal to be the shutter 14 by electrolytic plating, and then removing the resist. Can be formed.
[0037]
In the present embodiment, the magnet 2 is a plate-shaped permanent magnet in which the + side in the X-axis direction is magnetized to the N pole and the − side to the S pole, as shown in FIGS. It is provided at a position on the + X side of the lower surface. Therefore, the magnet 2 has a substantially uniform magnetic field directed to the negative side along the X-axis direction near the portion of the Al film 38 (the Lorentz force current path) extending in the Y-axis direction at the connection portion 34 of the actuator 13. Has occurred. Of course, instead of the magnet 2, a permanent magnet having another shape, an electromagnet, or the like may be used as the magnetic field generator.
[0038]
As shown in FIGS. 1 to 4, the optical waveguide substrate 12 is bonded on the substrate 31 of the actuator 13 via the frame-shaped spacer 17, and is surrounded by the spacer 17 between the waveguide substrate 12 and the substrate 31. A refractive index matching liquid (not shown) is sealed in the space formed and the space in the groove 23 communicating therewith. Needless to say, the refractive index matching liquid does not necessarily have to be sealed, but when the refractive index matching liquid is used, the loss of the light beam is further reduced. The substrate 31 and the optical waveguide substrate 12 are aligned so that the shutter 14 can be inserted into the groove 23.
[0039]
FIG. 2 shows a state in which a current for Lorentz force is not supplied from the control unit 3 to the current path. In this case, the Lorentz force does not act on the portion of the Al film 38 extending in the Y-axis direction at the connection portion 34, and the shutter 14 completely blocks the emission end of the optical waveguide 21. Therefore, the attenuation is 100%.
[0040]
FIG. 3 shows a state in which a moderate Lorentz force current is supplied from the control unit 3 to the current path. In this case, since a moderate Lorentz force acts downward on the portion of the Al film 38 extending in the Y-axis direction at the connection portion 34, the shutter 14 applies the Lorentz force and the spring force of the beams 33a and 33b to each other. Stop at a position where the light beams are balanced, and block about the lower half of the emission end of the optical waveguide 21. Therefore, the attenuation is about 50%.
[0041]
FIG. 4 shows a state in which a large Lorentz force current is supplied from the control unit 3 to the current path. In this case, since a large Lorentz force acts downward on the portion of the Al film 38 extending in the Y-axis direction at the connection portion 34, the shutter 14 balances this Lorentz force with the spring force of the beam portions 33a and 33b. And stops at the outgoing end of the optical waveguide 21 at all. For this reason, the attenuation is almost 0%.
[0042]
The operation state is not limited to the examples shown in FIGS. 2 to 4, and the amount of Lorentz force is changed by changing the value of the current flowing from the control unit 3 to the current path to continuously reduce the attenuation from approximately 0% to 100%. Can be changed arbitrarily.
[0043]
In the present embodiment, the control unit 3 is configured to allow a current having a magnitude corresponding to the attenuation indicated by the attenuation command signal to flow through the current path in response to an external attenuation command signal. ing. The circuit configuration itself does not require a special one, and can be easily realized by a combination of a DC current source or a DC voltage source and a resistor. Further, the control unit 3 may perform open-loop control according to a table indicating a relationship between a current value and an attenuation amount measured in advance, or may use a detector that monitors the amount of light after attenuation, Based on the detection signal, feedback control may be performed such that the actual amount of attenuation is equal to the amount of attenuation indicated by the attenuation amount command signal.
[0044]
In this embodiment, the control unit 3 is configured to control the Lorentz force by controlling the current flowing through the current path. However, for example, an electromagnet is used as the magnet 2 and the control unit 3 May be configured to control only the magnetic field generated by the magnet 2 or to control both the current flowing through the current path and the magnetic field generated by the magnet 2.
[0045]
The present inventors modeled the variable optical attenuator 1 used in the variable optical attenuator according to the present embodiment as shown in FIG. Then, according to the model shown in FIG. 5, currents (wire currents) flowing through the straight electric wires 38 ′ (modeled portions of the Al film 38 extending in the Y-axis direction at the connection portions 34) are 10 mA, 20 mA, 30 mA, The Lorentz force acting on the electric wire 38 'with respect to the distance d2 between the electric wire 38' and the substrate 31 at the time of 40 mA and 50 mA was calculated, and the spring force of the beam portions 33a and 33b with respect to the distance d2 was calculated. FIG. 6 shows the result. Further, based on the calculation result, how the Lorentz force and the spring force are balanced (that is, where the electric wire 38 'is located) was examined.
[0046]
In the model shown in FIG. 5, only the spring force and the Lorentz force are applied to the electric wire 38 'in opposite directions. The beams 33a and 33b are ideal springs.
[0047]
In the above calculation, the length of the electric wire 38 ′ was set to 50 μm. The electric wire 38 'is in a uniform magnetic field having a magnetic flux density of 0.1 (T). Further, an initial value of the interval d2 (an interval in a state where no current flows through the electric wire 38 ', an interval at which the spring force becomes zero. This state corresponds to a point S in FIG. 5). Is set to 10 μm, and the spring constant of the beam portions 33a and 33b is set to 3 × 10 -2 (N / m).
[0048]
In FIG. 6, a solid line indicates the Lorentz force, and a broken line indicates the spring force. Since the Lorentz force is constant without depending on the distance d2 between the electric wire 38 'and the substrate 31, the broken line representing the spring force and the solid line representing the Lorentz force intersect at equal intervals. For example, if the current value of the electric wire 38 'is 10 mA, the electric wire 38' crosses at the point A, so that the electric wire 38 'starts from the start position S, and the spring force and the Lorentz force are balanced at the point A. The stop at the point A because the force becomes stronger than the Lorentz force, and the position is stably maintained. As the current value increases, the electric wire 38 'approaches the substrate 31. As shown in FIG. 6, the intersections A to E of the Lorentz force and the spring force for each current value are arranged at equal intervals, and it can be seen that there is linearity between the current value and the interval d2.
[0049]
When FIG. 10 is compared with FIG. 6, in the case of FIG. 10, the electric wire 38 'can be freely controlled in a wide range by changing the current value. Therefore, according to the present embodiment, the range in which the shutter 14 can be moved is widened, thereby increasing the degree of freedom in design.
[0050]
Further, as described above, since there is linearity between the current value and the interval d2, according to the present embodiment, the control of the amount of attenuation is facilitated.
[0051]
Further, from the relationship between the Lorentz force and the spring force shown in FIG. 6, even if the electric wire 38 'is located at any balance point, the electric wire 38' is stably held at the balance point unless the current is changed. . For this reason, even if the electric wire 38 'is once shifted due to electric noise or mechanical vibration, the electric wire 38' automatically returns to the balance point, and the balance is not broken. Therefore, according to the present embodiment, a desired damping force can be stably obtained. Needless to say, an electrical short as conventionally occurred cannot occur. That is, since the position of the connection portion 34 can be accurately controlled, it is extremely easy to control the connection portion 34 so as not to contact the substrate 31. If the connection portion 34 does not contact the substrate 31, an electrical short circuit may occur. Can't happen. Even if the connecting portion 34 comes into contact with the substrate 31 as shown in FIG. 4, only the Al film 38 as a wiring is arranged on the connecting portion 34, and there is no short-circuited electrode on the substrate 31 side. In addition, since the surface of the substrate 31 is insulated by the protective film 36 such as a silicon oxide film, and the Al film 38 is disposed above the SiN film 37 which is an insulating film, no electrical short circuit can occur. .
[0052]
In this embodiment, since a Lorentz force is used instead of an electrostatic force, it goes without saying that a high voltage is not required.
[0053]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this Embodiment.
[0054]
In the above-described embodiment, the actuator 13 has a cantilever structure manufactured by a surface MEMS process for manufacturing a thin film structure on a substrate. However, in the present invention, instead of the actuator 13, , An actuator manufactured by a substrate MEMS process of manufacturing a structure by etching a substrate, an actuator having a doubly supported structure, and a lever structure similar to the conventional variable optical attenuator disclosed in Patent Document 1 described above. May be used.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, (1) no high voltage is required, (2) the range in which the shutter can be moved is widened, and the degree of freedom in design is increased, and (3) The relationship between the signal and the position of the shutter becomes linear, thereby facilitating the control of the amount of attenuation. (4) The balance is not lost due to electrical noise or mechanical vibration. Provided is a variable optical attenuator and a variable optical attenuator using the variable optical attenuator, which can simultaneously obtain the four advantages that there is no possibility that an electrical short circuit occurs and that a desired amount of attenuation can be obtained stably. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a variable optical attenuator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a predetermined operation state, taken along line X1-X2 in FIG.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line X1-X2 in FIG. 1, showing another operation state.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line X1-X2 in FIG. 1, showing still another operation state.
FIG. 5 is a diagram showing a model of the variable optical attenuator shown in FIGS. 1 to 4;
FIG. 6 is a diagram showing characteristics calculated based on the model shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a side view showing a main part of a conventional variable optical attenuator.
FIG. 8 is a plan view showing a main part of the conventional variable optical attenuator shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a model of the conventional variable optical attenuator shown in FIGS. 7 and 8;
FIG. 10 is a diagram showing characteristics calculated based on the model shown in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 Variable optical attenuator
2 magnet
3 control part
11 Support
12 Optical waveguide substrate
13 Actuator
14 Shutter
15, 16 optical fiber
17 Spacer
21,22 waveguide
23 grooves
32a, 32b leg
33a, 33b beams
34 Connection

Claims (4)

入射光を導く第1の光導波路と、
前記第1の光導波路の出射端から間隔をあけて入射端が配置された第2の光導波路と、
前記間隔内に進出可能なシャッタと、
前記第1の光導波路の出射端から前記第2の光導波路の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、前記シャッタを移動させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに位置に応じたバネ力が作用するように設けられた可動部と、を有し、
前記可動部は、磁界内に配置されて通電により前記バネ力に抗するローレンツ力を生ずる電流経路を有し、
前記シャッタが前記可動部に設けられたことを特徴とする可変光減衰器。
A first optical waveguide for guiding incident light;
A second optical waveguide having an incident end disposed at a distance from an output end of the first optical waveguide;
A shutter that can advance within the interval,
An actuator for moving the shutter to a position for attenuating light incident from the emission end of the first optical waveguide to the incidence end of the second optical waveguide with a desired attenuation amount;
With
The actuator has a fixed part, and a movable part that is movable with respect to the fixed part and is provided such that a spring force according to the position acts thereon,
The movable portion has a current path that is arranged in a magnetic field and generates a Lorentz force against the spring force when energized,
The variable light attenuator, wherein the shutter is provided in the movable part.
前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求項1記載の可変光減衰器。The variable optical attenuator according to claim 1, wherein the movable portion is formed of a thin film. 請求項1又は2記載の可変光減衰器と、前記磁界を発生させる磁界発生部と、を備えたことを特徴とする可変光減衰装置。3. A variable optical attenuator, comprising: the variable optical attenuator according to claim 1; and a magnetic field generator configured to generate the magnetic field. 前記電流経路の電流及び前記磁界のうちの少なくとも一方を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項3記載の可変光減衰装置。4. The variable optical attenuator according to claim 3, further comprising a control unit that controls at least one of the current in the current path and the magnetic field.
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