JP2007524127A - 可変光減衰器 - Google Patents

Abstract

電気可変光減衰器（１００、２００、３００、４００、５００、６０２、６０４、６０６）と、関連する方法が開示される。一態様では、減衰器（１００、２００、３００、４００、５００、６０２、６０４、６０６）は減衰に影響を及ぼす変数に対してセンサ出力を供給する少なくとも一つのセンサ（７１０）を含む。減衰器（１００、２００、３００、４００、５００、６０２、６０４、６０６）を特徴付ける方法は、一組の減衰／感知される変数のデータを取得し、感知される変数を減衰に関連付ける関係（例えば、ルックアップ・テーブルまたは数学関数）を生成することを含む。本発明の態様は、選択される数学関数によって関連付けられる制御入力／減衰出力を特徴付けることを含む。

Description

本発明は、可変光減衰器に関する。

光ネットワーク、例えば、電気通信ネットワークは多数の装置により構成されている。スイッチ、ルータ、カプラ、（デ）マルチプレクサ、および、増幅器は、ネットワークにおいて一般的である。これらの装置は、適切に機能するためには相互に互換性がなくてはならない、即ち、互換性のある信号を送受信できなくてはならない。幾つかのネットワークにおいて、この互換性は、ネットワーク電力レベルを管理する上で非常に重要な制約である、特定の強度範囲内の信号でネットワーク装置が動作することを必要とする。

システム設計者は、ネットワーク電力レベルを適切に管理するために光減衰器をよく使用する。これらの減衰器は、信号強度を制御可能に設定するためには独立型でもよく、また他の装置と一体化されてもよい。強度は、チャネル強度を標準化するために、増幅段のようなシリアル装置間、切換えバンクのような並列装置間、および、既存の波長分割多重方式（ＷＤＭ）に組み込まれる減衰器のような単一の光学装置内で制御される。

多くの用途では、減衰器は、供給者によって製作され、供給者はネットワーク機器（スイッチ、ルータ等）を組立てる製造者に光学装置を供給する。異なるネットワークが異なる信号強度レベルに対して最適化されるようにするため、供給者は同一の光学装置を大量に作成し、その幾つかを、装置の製造者のニーズ、すなわち、特定のネットワークのニーズに合うよう調整する。

減衰量が調節可能である可変光減衰器（ＶＯＡ）は既知である。ＶＯＡは、入力用導波管と出力用導波管との間の自由空間領域に配置されるブロッキング構造（例えば、移動可能な吸収装置、または、部分反射構造）により一般的に形成される。自由空間領域内のブロッキング構造の位置は、減衰量を決定する。シャッタ、ミラー、プリズム、更には、液晶構造がブロッキング構造として用いられる。

使用される別の減衰方法として、機械ばねを介してファイバをずらすものがあるが、同技法は結果として著しく温度に依存するので不安定である。ファイバ端部間の軸方向の分離も提案されているが、同方法は大幅な移動および高価な移動部を必要とする。

他の形態では、大きな切換え／減衰領域を形成するように、捻られて、融着される二つの導波管よりなる連続波減衰装置が開発されている。これら装置の幾つかは、選択的に切換えおよび減衰制御をするために、熱素子を用いる。偏向状態に基づいて減衰するためにファラデー回転装置またはポケットセル状の構造を用いるＶＯＡも開発されている。

上述の技術は、幾つかの用途について有用であるが、製造コストが高くおよび動作が複雑である。更に、装置はかさばり、スペースが主な懸念事項であるネットワーキング環境との互換性がない。ネットワーク内に設置することも困難であるため、その設置によって、相当なネットワークの休止時間あるいは低速化を生ずる。より重要なことは、これらの多くの既知のＶＯＡ装置が相当量の意図しない、かつ、望ましくない損失をもたらす点である。例えば、挿入損失および偏光依存損失（ＰＤＬ）は、既知のＶＯＡ装置の動作を大幅に制限する。更に、既知のＶＯＡは、動作中に移動されるか押されると故障するといった安定性の問題も有する。さらに、ＶＯＡにおける温度変化は、望ましくない影響をもたらす。最後に、ＶＯＡがより微細な減衰制御を提供するようになっているので、いかなる原因によるエラーも益々あってはならなくなっている。

幾つかのＶＯＡ装置は、正確な減衰制御を提供するために、信号サンプリングおよびフィードバックを利用している。しかしながら、信号サンプリング方法はコストがかかり、実施するためにかなりのスペースを必要とする。更に、サンプリング・トランスデューサは、温度変化によって影響を受けるため、温度はサンプリング・トランスデューサを用いるシステムの減衰レベルにも影響を及ぼす。

したがって、過度にかさばらず、部分反射素子、サンプリング・トランスデューサ、または、熱スイッチ等の余分な構成要素を使用せず、製作用のコストが安く、且つ、より少ない損失とより高い安定性で動作するＶＯＡが望まれている。

電気可変光減衰器と、関連する方法が開示される。一態様では、減衰器は減衰に影響を及ぼす変数に対してセンサ出力を供給する少なくとも一つのセンサを含む。減衰器を特徴付ける方法は、一組の減衰／感知される変数のデータを取得し、該感知される変数を減衰に関連付ける関係（例えば、ルックアップ・テーブルまたは数学関数）を生成することを含む。本発明の態様は、選択される数学関数によって関連付けられる制御入力／減衰出力を特徴付けることを含む。

好ましい実施例および多数のその代替例を以下に説明するが、これらは単なる例示であり、これらに限定されないことは当業者には理解されるであろう。反対に、本明細書に記載の技術は多数の光学装置で使用されることができる。更に、以下の記載は一般的に可変光減衰に関するが、当業者には明らかなように本明細書に記載の技術は他の目的のために導波管を移動させるのに使用されることができる。本明細書に記載の技術は、例示する実施例以外の構造における減衰以外の目的のために、導波管間のずれを修正するまたはずれを発生するために使用されてもよい。更に、静電アクチュエータの形態にある電気駆動アクチュエータが多くの実施例で記載されているが、他の電気駆動アクチュエータが全ての実施例において使用されることができる。電気駆動アクチュエータは、導波管の動きを作動させるために電気信号を受信する。実施例は、静電、電熱、および、電磁アクチュエータを含むが、当業者には他の電気機械アクチュエータを含む他の電気駆動アチュエータも既知であろう。

図１は、入力用導波管１０２を伝播する入力光信号が可変光減衰器１０６を介して出力用導波管１０４に伝播し出力光信号として出力される例示的なレーザ・システム１００を示す。入力光信号は、ダイオード・レーザ、ガス・レーザ、増幅器、トランスポンダ、または、他のレーザあるいは光源からのものでもよい。入力光信号は、レーザ信号、または、代替的には、単一周波数レーザ・エネルギー、パルス化されたまたは連続的な波を運ぶ情報であってもよい。入力光信号は、例えば、光ファイバを介して可変光減衰器１０６に接続される。可変光減衰器１０６は、コントローラ１０８によって制御される。

可変光減衰器１０６は、入力光信号を受信し、コントローラ１０８の制御下で当該信号を減衰する。可変光減衰器１０６は、所望の強度の範囲を有する出力光信号を提供することができる。一般的な電気通信システムでは、０ｄＢ乃至２０ｄＢの減衰を必要とする。本実施例によると、４０ｄＢ以上の減衰が実現される。コントローラ１０８は、可変光減衰器１０６によって提供される減衰量を決定する。一例では、可変光減衰器１０６は、二つの光学的に接続される導波管を有し、その少なくとも一方は他方に対して移動可能である。コントローラ１０８は、移動可能な導波管の位置を調節、設定、および／または決定するために、可変光減衰器１０６中の電気可変アクチュエータ（ＥＶＡ）１１０に制御信号を供給する。電気可変アクチュエータが静電アクチュエータの場合、コントローラ１０８はアクチュエータ電極に駆動電圧を供給する。移動可能な導波管は、電極によって発生される静電気力により移動する。ＥＶＡ１１０は、電熱または電磁アクチュエータでもよい。電熱アクチュエータは、コントローラ１０８から電気制御信号を受信して、減衰器１０６内で熱変化を生じ、例えば、移動可能な導波管の素子を加熱することにより、導波管を膨張させ偏向を生ずる。電磁アクチュエータは、電気信号を磁力に変換し、それにより、導波管を移動させる。

図２Ａは、可変光減衰器１０６として使用され得る例示的な光減衰器２００（図３Ａおよび図３Ｂ参照）の一部分を示す図である。光減衰器２００は、例示する実施例では光ファイバの形態である二つの導波管２０２、２０３を支持するベース部材２０１を含んでいる。ベース部材２０１の材料の例としてシリコンが挙げられる。第１の導波管２０２は、ベース部２０４と、終端２０６を有する移動可能な片持ち梁部２０５とを有する。第２の導波管２０３は、ベース部２０７と、可動でも固定でもよい片持ち梁部２０８とを有する。終端２０９は、片持ち梁部２０８の端部にある。

例示する未作動状態では、終端２０６と終端２０９とは、エネルギーの結合が最大になるように、２つの導波管が軸方向に整列されている。代替的には、終端２０６および２０９は、未作動位置では、ずれていてもよい。

片持ち梁部２０５および２０８は、例えば、フォトリソグラフィ定義または化学エッチング処理により、ベース部材２０１中に形成される凹部２１０上を延伸する。片持ち梁部２０５および２０８が凹部２１０上で懸架された状態では、一方のあるいは両方の終端２０６および２０９が自在に動く。一実施形態では、片持ち梁部２０５および２０８は、構造を元の位置に付勢する復元スプリング力を有する柔軟な材料である溶融石英から形成される。ファイバの例として、終端に角度のついたまたは平坦な端面を有するファイバであるシングル・モードのＣｏｒｎｉｎｇ社製のＳＭＦ−２８（登録商標）が挙げられる。

ベース部２０４および２０７は、接着材料（図示せず）等を用いて第１および第２の支持部２１１および２１２に固定される。ベース部材２０１は、導波管２０２および２０３が溶融石英より形成されている場合に、導波管２０２および２０３の膨張係数と正確に合うよう溶融石英ウェハから製造される。支持部２１１および２１２は、ベース部２０４および２０７を受容する異方性エッチングされたＶ形溝２１４および２１６を有するシリコンウェハより形成される。Ｖ形溝２１４および２１６は、代替的には、機械的に形成されてもよい。Ｖ形溝２１４および２１６を軸方向に整列することにより、未作動位置にある終端２０６および２０９は整列される。しかしながら、Ｖ形溝２１４および２１６は、二つの導波管２０２および２０３が未作動位置において軸方向にずれるようずらされてもよい。導波管２０２および２０３は、軸方向に整列されると最大に結合され、ずらされると未作動の減衰された結合になる。

例示する実施例において、装置２００は、一方の導波管２０２から他方の導波管２０３へ伝搬される信号を減衰するように、一方のあるいは両方の片持ち梁部２０５および２０８が移動される二重片持ち梁装置である。

図３Ａおよび図３Ｂは、ベース部材２０１およびこれに取り付けられた上部材２２２を有する、組立てられた光減衰器２００の断面図である。上部材２２２は、ベース部材２０１と略同一の構造である。上部材２２２は、電極２１８と同様の第３の電極２２６を有する凹部２２４を有する。凹部２２４および２１０により、例示する実施例では均一の深さを有する空洞２２５が形成される。第３の電極２２６および片持ち梁部２０８上の第４の電極２２８は、第２の電気可変アクチュエータを形成する。図３Ｂは、２つの間を伝搬する信号の所望の減衰を実現するために、図３Ａにおいて、二つの片持ち梁部２０５および２０８がそれぞれの静電アクチュエータ電極２１８および２２６に向かって反対方向に偏向させた構造を示す。つまり、図３Ａは、減衰が最小量となる第１の光減衰位置を示し、図３Ｂは所望の減衰量を実現するようにシステムを調節した第２の光減衰位置を示す。

図３Ｂでは、終端２０６および２０９は、光学的に接続されるが、距離ｄだけずらされているため光減衰を生ずる。光学的に接続される終端２０６および２０９の間の減衰は、軸方向のオフセットの関数、即ち、同軸上に整列される位置からのオフセットの関数として非線形に変化する。好ましい実施例では、終端２０６および２０９は、エネルギー伝達のために常に光学的に接続されている。

図３Ａおよび図３Ｂは例示的な減衰状態を示す。片持ち梁部２０５の作動は、凹部２１０中の第１の電極２１８と、片持ち梁部２０５の第２の電極２２０とによって実現される。電極２１８および２２０は、第１の電子可変アクチュエータを形成する。第１の電極２１８は、凹部２１０に配置され、第２の電極２２０は片持ち梁部２０５のクラッディングの周りに配置される。片持ち梁部２０５は、ファイバの柔軟性が増加するように、細くなったファイバ部、つまり、クラッディングが減少されたまたはクラッディングがない部分を有してもよい。片持ち梁部２０５は、拡大されたコア部を有してもよい。例示する実施例では、片持ち梁部２０５および２０８は、温度および加速エラーをキャンセルするために長さおよび直径について幾何学的に整合されている。

動作において、コントローラ１０８のような制御装置は、終端２０６を凹部２１０内へ移動させるために電極２１８から電極２２０に静電アクチュエータ駆動信号を供給する。別の駆動信号が、片持ち梁部２０８を凹部２２４内へ移動させるために電極２２６および電極２２８に印加されてもよい。二つの駆動信号は、各片持ち梁部２０５、２０８を同じ大きさで反対方向に移動させる共通の駆動電圧でもよい。当然のことながら、二つの駆動信号は異なってもよい。一実施形態では、駆動信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）された電圧である。更に、駆動信号は、駆動信号電圧対所望の減衰値を記憶するルックアップ・テーブルから得られてもよい。ルックアップ・テーブルを作成するために組立体２００に対して較正が行われる。更に、以下に更に説明するように、駆動信号はフィードバック・ループから得られてもよく、そこでは、駆動信号値は測定された減衰値または、例えば、容量、電圧、電流、インピーダンス、または、周波数のような電気量である偏向依存の測定パラメータ値に応答して決定される。

図４Ａおよび図４Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂの構造２００と同様の例示的な構造２００’を示し、同一または同等物には、プライムが付けられた同一の参照番号が付与されている。図４Ａおよび図４Ｂの実施例は、深さの変化する凹部２１０’を有するベース部材２０１’、および、深さの変化する凹部２２４’を有する上部材２２２’を含む。凹部２１０’および２２４’は、変化する深さを有する空洞２２５’を形成する。変化する深さの空洞は、所与の偏向をさせるための電圧の大きさを低下させる。

図５は、二つのＶ形溝支持部３０４および３０６と、凹部３０８とを有するベース部材３０２よりなる別の実施例の光減衰器３００の一部分を示す図である。凹部３０８は、二つの側壁３１０、３１２を有する。電極３１４および３１６は、それぞれ、導波管３２０の片持ち梁部３１８に隣接する側壁３１０、３１２に配置されている。これらの電極３１４および３１６、並びに、本明細書に記載の他の同様の電極は、ベース部材３０２と直接的に接触しないように電気的に絶縁されている。本実施例では、導波管３２０は、終端３２１、および、支持部３０４で定位置に保持されるベース部３２３から少なくとも部分的に延伸する導電層３２２を有する光ファイバである。二つの電極３２４および３２６は、終端３３１、導電層３３２、および、支持部３０６で定位置に保持されるベース部３３３を有する光ファイバ３３０の片持ち梁部３２８に隣接する、凹部３０８の反対側の端部で位置決めされる。導電層３２２および３３２は、ファイバ３２０および３３０それぞれの周りに金属層を塗布または堆積することで形成される。化学的前駆体ステップ、または、物理的堆積処理を用いる無電解メッキ処理が使用されてもよい。光ファイバ３２０および３３０は、それぞれの片持ち梁部３１８および３２８が凹部３０８上を延伸した状態で位置決めされる。

図５には上部材３３４も示されている。上部材３３４は、二つの側壁３３８、３４０を有する凹部３３６を含む。凹部３３６と凹部３０８は、空洞３４２を形成し（図６参照）、その中で片持ち梁部３１８および３２８は偏向される。空洞３４２は、断面がダイアモンド形状でもよく、または、他の形状でもよい。ベース部材３０２と上部材３３４とは、図８に示す単一の構造を形成するために、接着、溶着、クランプ、あるいは、他の装着をされてもよい。電極３４４、３４６は、電極３１４および３１６のように、片持ち梁部３１８に対して作用するように側壁３３８、３４０に形成される。他方の電極３４８および３５０は、凹部３３６に形成され、電極３２４および３２６のように、片持ち梁部３２８に対して作用する。

上部材３３４は、支持部３０４および３０６とそれぞれ組み合わされるＶ形溝支持部３５２および３５４を含み、それぞれは、光ファイバ３２０および３３０のベース部３２３および３３３を囲む。

装置３００の組立てられた部分の動作の実施例は、図６に部分的に示されている。この図は、図５の線ＢＢに沿って切られた導波管３３０を終端３３１を背にして見た断面図であり、光ファイバ３２０の終端３２１を示している。装置３００は、導波管の位置を制御するために多数の横方向のステアリング電極を用いている。電極３１４、３１６、３４６、および、３４４は、光ファイバ３２０を偏向するよう構成されている。図６に示す実施例では、３２０’はファイバ・コア３５６が未作動位置から距離ｄ’だけオフセットされるよう第１の方向に偏向されたファイバ３２０を表す。３２０’’はファイバ・コア３５６が未作動位置から距離ｄ’’だけオフセットされるよう第２の方向に偏向されたファイバ３２０を表す。ファイバ３２０は、図示する以外の方向に偏向されてもよい。例えば、図７は、垂直方向の位置３２０’および３２０’’に偏向される光ファイバ３２０を示す。図７に例示するように、導波管を移動させるのに隣接する電極を用いることで、静電駆動信号値を著しく減少させることができる。図６および図７では、ファイバ３２０は平行な第１および第２の方向（位置３２０’および３２０’’の方向）に移動されている。しかしながら、様々な方向への全範囲での移動が可能である。例示するように、装置３００は、複数の電極３１４、３１６、３４４、３４６、および、３２４、３２６、３４８、および、３５０を含み、その幾つかは同一のまたは異なる駆動信号を受信する。更に、駆動信号は、ファイバ３２０および３３０間で、例えば、「フルオン」、「フルオフ」、または、「部分的減衰」位置のような、所望の未作動位置を実現するために固定の付勢電圧を有することができる。

光ファイバ３３０の偏向は、ファイバ３２０について図６及び図７に示す実施例と同様である。図６および図７の光ファイバ位置３２０が未偏向の軸方向に整列された位置であり、位置３２０’および３２０’’がずれた位置である。更に、Ｖ形溝の対３０４／３５２および３０６／３５４は軸方向に整列される一方で、その対は軸方向にずらされ、装置３００にオフセットを組み入れてもよい。

光ファイバ３２０のベース部３２３は、支持部３０４および３５２中に配置される。支持部３０４は、金属層３２２と接触する電極３６０を有する。導電パッド３６２および３６４は、層３２２を電気的に励起するために使用される。電極３１４および３１６は、それぞれ導電パッド３６６および３６８に接続される。例えば、光ファイバ３２０を下方に偏向させるためには、駆動信号が、導電パッド３６２（および／または３６４）と導電パッド３６６および３６８の一方または両方とに印加される。上電極３４４および３４６は、上部材３３４がベース部材３０２上に搭載されると、それぞれ導電リード線３７０および３７２に接続される。図８に示すように、これらリード線は組立てられた装置３００から露出されている。光ファイバ３２０を上方に偏向させるためには、パッド３６２（および／または３６４）とリード線３７０、および／またはリード線３７２に電圧が印加される。光ファイバ３３０の偏向は、リード線３７４および３７６、並びに、導電パッド３７８、３８０、３８２、および、３８４を用いて同様に実現される。

図９は、六つの壁４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、および、４１４よりなる空洞４０２を有する別の光減衰器４００の断面図である。ベース部材４１６および上部材４１８は、装置４００を形成する。例示する実施例では、終端４２１を有する光ファイバ４２０は三つの異なる位置４２０、４２０’、および、４２０’’で示される。電極４２２、４２４、４２６、および、４２８は、ファイバ４２０上の導電性電極（図示せず）と共に、ファイバ４２０を偏向させる電気駆動アクチュエータを構成することに用いられる。制御は、図５について上述した方法と同様の方法で実現される。

図１０は、三つの側壁５０４、５０６、および、５０８よりなる空洞５０２を有する別の光減衰器５００の断面図である。ベース部材５１０および上部材５１２は、装置５００を形成する。例示する実施例では、光ファイバ５１４は三つの異なる位置５１４、５１４’、５１４’’で示される。電極５１６、５１８、および、５２０は、ファイバ５１４上の導電性電極（図示せず）と共に、ファイバ５１４を偏向する電気駆動アクチュエータを構成することに用いられる。制御は、図５について上述した方法と同様ほ方法で実現される。

上述の実施例は、異なる方向に自在に偏向可能な一対の対称的な片持ち梁の導波管部分を使用すると、各導波管の偏向が少なくても、所与の減衰を実現できることを示している。その結果、導波管の片持ち梁の長さをより短くすること、共振周波数をより高くすること、および、応答時間をより早くすることが実現される。更に、エラーを引き起こす共通モードの加速偏向の取消が実現され、エラーを引き起こす温度は低減される。更に、自在に支持される片持ち梁の可動部分は、有底またはローリング接触領域がないためヒステリシスが少ないあるいは有さず、それにより、他の装置に影響を与える摩擦およびこすれが回避される。

前記空洞および凹部には他の幾何学的形状が使用されてもよい。例えば、凹部は、断面が湾曲されてもよく、即ち、半円形状でもよい。更に、代替的な電極の幾何学的形状またはパターンが使用されてもよい。電極の幾何学的形状および制御スキームは、例えば、不安定な静電スナップ・ダウン位置に到達する前に偏向量を増大させることに使用されてもよい。

スナップ・ダウンとは、ファイバ端部が引き寄せ電極（pulling electrode）と直接的に接触するように実際に移動するまでは、未制御に偏向されている状態である。この状態は次のことより生ずる。被覆される光ファイバと隣接する電極との間の静電力は、その二つの間の間隙の略逆二乗で増大する。つまり、該間隙の略二乗に反比例する。しかしながら、光ファイバにおける復元スプリング力は、偏向に対してリニアに増大する。駆動電圧が増加し、ファイバとこれに隣接する電極との間の間隙が減少すると、指数関数的に増大する静電力がファイバ中の線形に増大するスプリング力を超える不安定な点に到達し、ファイバは引き寄せ電極上に突然スナップ・ダウンされる。

スナップ・ダウン点は、凹部内の電極を、異なる駆動電圧を受ける多数の電極で置き換えることで調節される。好適なインターレース、または、インターデジタルな電極パターンは、本明細書で参照として組み込む“可変光減衰器（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）”なる名称の２００２年９月３０日に出願された同時継続出願である米国特許出願第１０／２６１，１１１号に記載される。

多数の他の代替例が当業者には明らかであろう。例えば、誘電体油充填材料は、駆動電圧を減少し、振動を減衰し、且つ、端面反射を除去するために、装置２００、３００、４００、および、５００の空洞に用いられてもよい。最大で２ｋＨｚの環境振動の存在により、片持ち梁部はその共振周波数で振動する。片持ち梁部、即ち、ベース部から延伸する長さは、このような共振を防止するよう設計されている。充填材料を用いると、システムは、共振を除去または非常に減衰することができ、片持ち梁部に対してより長いアスペクト比を可能にする。

充填材料を有しても有さなくても、各可動部分に対して終端に角度を作ることが望ましい。例えば、８°の角度は、ファイバに戻る端面反射を減少させるために使用される。更に、各終端に対する反射防止コーティングは、伝達損失を減少させるために使用される。

図１１は、個々に制御される可変光減衰器６０２、６０４、および、６０６よりなる可変減衰アレイ装置６００を示す。アレイ装置６００は、三つの異なる光通信路に同様のまたは異なる減衰レベルを設定するために用いられる。単一のコントローラは、装置６０２、６０４、および、６０６それぞれを個別に作動することができる。アレイ装置６００は、追加的な、または、より少ない光減衰器を含んでもよい。各減衰器６０２、６０４、および、６０６は、装置２００、３００、４００、５００、または、本明細書に記載の他の装置のいずれであってもよい。

図１２は、光減衰器を作動する例示的な処理システム７００のブロック図である。制御ブロック７０２は、所望の減衰レベルを設定する入力信号またはコマンドを受信する。制御ブロック７０２は、メモリおよび読み取り可能且つ実行可能なソフトウェア・ルーチンを含む。制御ブロック７０２は、駆動電圧対減衰レベルを表すデータのルックアップ・テーブルを記憶またはアクセスする。制御信号はＥＶＡ（電子可変アクチュエータ）およびＶＯＡ（可変光減衰器）ブロック７０４に供給される。制御ブロック７０２は、組立体２００、３００、４００、および／または５００を含むＥＶＡおよびＶＯＡブロック７０４を制御する。ブロック７０４は、更に多数のアクチュエータを含む。ブロック７０４は、入力用導波管７０５ａを介して光信号を受信し、その出力用導波管７０５ｂは、光出力電力を測定し、測定ブロック７０８に信号を供給する任意の光検出ブロック７０６に接続されている。

例えば、光減衰器２００を有するシステム７００を用いると、可動部分２０５は、電極２１８に印加されるＤＣ信号によって偏向される。減衰が容量等の電気パラメータによって制御される場合、制御ブロック７０２は、電気パラメータの検出可能な値を検出するために、ＥＶＡおよびＶＯＡブロック７０４を介して、電極２１８および電極２２０にＡＣ信号を供給する。つまり、ＡＣ信号が、電極２１８、２２０間の実際の容量を検出するために用いられる。容量、電流、インダクタンス、周波数、および、他の電気パラメータは同様の方法で検出される。したがって、単一の電極対は、導波管の可動部分を偏向するために用いられ、且つ、フィードバック制御のために可動部分の位置に関連する電気パラメータの検出可能な値を決定または感知するために使用されることができる。代替的には、別個の電極が移動用および検出用に使用されてもよい。

一つの構成では、ブロック７０４からの検出可能な値は、実際のパラメータ値を得る（例えば、ファラッド単位で容量値を計算する）測定ブロック７０８に供給され、ブロック７０８は検出可能な値に基づいて距離または減衰を計算する。測定ブロック７０８は、図１２に示す他のブロックを含むコントローラまたはプロセッサの一部でもよい。電気パラメータの検出された値は、ブロック７０８によって制御ブロック７０２に供給され、検出された値が所望の電気パラメータ値と等しいか否か判断される。制御ブロック７０２は、所望のずれまたは位置の値が得られたか否かを判断してもよい。二つの値が一致しない場合、制御ブロック７０２は、二つの値が一致するまで、一方のあるいは両方の可動部分を移動するようブロック７０４に指示する。二つの値が一致しても、所望の減衰が実現されない場合には、（即ち、判断がブロック７０６によって示される分離された光検出器と制御ブロック７０２に供給される入力を用いてなされた場合には、）制御ブロック７０２は所望の減衰が実現されるまでシステムにおける終端の位置を調節する。このような場合には、記憶されている減衰対電気パラメータ・データがもはや正確でないことを示すため、制御ブロック７０２は、ルックアップ・テーブルのデータを更新することができる。

したがって、図１２は、光導波管の移動可能な片持ち梁部に対して閉ループの位置の安定化を実施するシステムを示している。制御システム７００の多数の代替例は、当業者には既知であろう。実施例として、測定ブロック７０８は、温度を測定し、制御ブロック７０２と共にあるいは単独で、所与の所望の光減衰に必要な制御パラメータを決定するに使用される温度補償係数を提供する。図示するように、センサ７１０がＶＯＡに接続されている。センサ７１０は、ＶＯＡの減衰に影響を及ぼす状態を感知するいかなる好適なセンサでもよい。好適なセンサ７１０は、好適な感知トランスデューサを用いて、温度、加速度、振動、および／または圧力を感知するために使用される。センサ７１０が温度センサを含む実施形態では、センサ７１０はＶＯＡに熱的に接続されていることが好ましい。センサ７１０は、測温抵抗装置（ＲＴＤ）、熱電対、サーミスタ、温度感知コンデンサ、または、ＶＯＡに隣接して配置される、あるいは、一体的に製作されるいかなる他の好適なタイプの温度センサでもよい。

センサがＶＯＡと一体的に製造される実施形態では、幾つかの製造オプションが使用されることができ、例えば、薄膜抵抗器がＶＯＡ上に配置されることができる。代替的には、温度感知抵抗器がＶＯＡ基板に拡散配置されてもよい。更に別の実施形態では、温度感知コンデンサが、ＶＯＡ基板上に作成されてもよい。これらの場合には、センサの電気特性（例えば、温度感知コンデンサの容量）は、温度により引き起こされる減衰に対するいかなる影響も改善されるように、測定ブロック７０８、および／または制御ブロック７０２によってモニタされる。これは、標準温度状態から温度センサによって測定される温度差の大きさおよび符号に基づいて、ＥＶＡ７０４に供給される制御信号を制御ブロック７０２により増減させることで実現される。温度補正の精度は、各用途のニーズによって異なる。

波長依存損失（ＷＤＬ）も本発明の実施形態により補償されることができる。図１２は、制御ブロック７０２に入力波長の値を供給するＷＤＬブロック７１４と、ＷＤＬブロック７１４に入る入力波長７１２を示す。本発明の実施形態は、ＷＤＬ補償のみ、温度補償できるＷＤＬ補償、温度補償のみ、または、ＷＤＬ補償、温度補償、および／またはＶＯＡの近傍および／またはその中に配置される一つ以上のセンサを用いる他のタイプの補償の全ての組み合わせを利用することができる。ブロック７１４によって供給される波長信号は、基準波長と比較され、その比較は、移動可能な片持ち梁部の位置を調節するために用いられる。

図１２の処理は、制御回路および記憶装置を有する光減衰器チップ上で実現される、または、この処理は外部の構成要素からなされてもよい。図示する処理は、更に、追加的な処理ブロック、および／またはキーボード、タッチ・スクリーン、または、他の手動の入力あるいはユーザ・インタフェース装置等の入力装置、並びに、コンピュータ・モニタのような出力装置を含むことは当業者には理解されるであろう。

図１３は、光減衰器の代替的な処理システム８００を示す図である。図示されているように、制御ブロック８０２は、記憶装置、または、ブロック８０２がＥＶＡブロック８０４に駆動信号を供給するときに、導波管の可動部分を偏向する所望の駆動信号を決定するための、アクセスおよび読み取り可能な且つ実行可能なソフトウェア・ルーチンを有する。ブロック８０４は、ＶＯＡブロック８０６内で導波管または多数の導波管を偏向する。入力用導波管８０７ａおよび出力用導波管８０７ｂは、ＶＯＡ８０６に接続された状態で示されている。

図１３は、更に、一定の駆動信号電圧がブロック８０４に印加されることを確実にする電力バックアップ・ブロック８０８を含み、制御ブロック８０２またはブロック８０４への電力が何らかの理由により除去された場合に、電力バックアップ・ブロック８０８がブロック８０４に電力を供給し、アクチュエータ電極に駆動信号を保持して、終端および可動部分をそのプレフォルト位置（ｐｒｅ−ｆａｕｌｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）で保持する。図１３の処理は、障害の際でも所与の値に光減衰を維持する定位置保持制御である。代替的には、システム・ブロック８００は、例えば、移動可能な導波管の減衰位置を、「フルオン」、「フルオフ」、または、「部分減衰」位置等の安定状態位置にリセットしてもよい。

電力バックアップ・ブロック８０８は、既知の方法で実現される。例えば、電池バックアップ、または、スーパーコンデンサのような制御された遅い漏洩の下で電力を供給するいかなる電源でもよい。電力バックアップ・ブロック８０８には様々な応答時間が使用され、好ましい実施形態では、電力バックアップ・ブロック８０８は、障害の際に終端位置が偏向されないように、電気接続８１０を介してＥＶＡブロック８０４に連続的に接続される。

図１４は、本発明の実施形態によるＶＯＡを特徴付ける方法の略図である。方法９００は、温度等の全ての変数に対してＶＯＡを特徴付けるために実施される。更に、方法９００は、追加的な変数に対してＶＯＡを特徴付けるために繰り返される。この繰り返しは、特徴付けられるパラメータが互いに対して完全に独立するまで行われるべきである。例えば、方法９００は、温度を特徴付けるために最初に実行され、その後、波長依存損失（ＷＤＬ）を特徴付けるために実行される。同方法は、ブロック９０２から開始され、一つ以上の外部変数が決定される。変数の決定は、外部変数の測定、このような変数を一定レベルに維持する、または、このような変数を所望の設定値に設定することを含む。例えば、ＶＯＡが温度に対して特徴付けられるとき、外部変数（特徴付けの対象でない全ての変数）を決定する一例は、幾らかの固定の設定値に単一の波長強度を保持することによる。ブロック９０４では、特徴付けられた変数は初期設定で設定されるまたは測定される。ブロック９０６では、ＶＯＡ減衰レベルが測定される。ブロック９０８では、特徴付けの対象が変更され測定される。ステップ９０８の実施例は、温度の特徴付けの際にＶＯＡ温度を単に増加することである。ステップ９１０では、同方法は、特徴付けを完了するに十分に変数が変更されたか否かをチェックする。特徴付けがまだ完全でない場合、制御は、ブロック９０６に戻り、減衰が測定され、記録される。この処理は、特徴付けが適切な間隔で変数の好適な範囲をスパンするまで続けられる。

ブロック９１０では、記録対または減衰レベル／測定変数が、測定された変数にＶＯＡ減衰を関連付ける特徴付けを発生するために使用される。好ましくは、この特徴付けは、特徴付けが行われた変数の範囲に対して使用される。しかしながら、本発明の実施形態は、特徴付け中に受ける以上に可変範囲に特徴付けを外挿することを含む。特徴付けは、ルックアップ・テーブルの生成、および／または特徴付けられた変数の関数として減衰レベル分散を近似することができる数学的関数に対する係数の計算を含む。一旦特徴付けが完了すると、特徴付けられた変数の変化は、効果的に補償される。複数の変数を特徴付けるために同方法９００が数回にわたって実行される実施形態では、ルックアップ・テーブルが、全ての特徴付けに対応できるよう全ての好適な数のディメンジョンを有するようになる。例えば、温度およびＷＤＬに対して特徴付けられるＶＯＡは、入力波長および温度がＶＯＡ減衰補償レベルを得るために使用され得るように、二次元ルックアップ・テーブルを有することができる。

図１４は、温度等の所与の変数に対してＶＯＡを特徴付けることに注目しているが、同方法は、いかなる所望の関数にも当てはまるようにするために、可変制御入力に対するＶＯＡの応答を測定するために使用されることができる。例えば、制御／減衰は、どの曲線にも特徴付けられる。減衰は、制御入力の線型関数、制御入力の対数関数、制御入力の指数関数、または、いかなる他の所望の関数でもよい。減衰レベルは、デシベルの単位で特徴付けられることが好ましい。本明細書に記載するように、デシベル（ｄｂ）単位の減衰＝１０ｌｏｇ１０（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）であり、％単位の減衰＝（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）＊１００％である。

入力／出力特徴性の一例は以下の通りである。特徴付けされていないＶＯＡが制御入力スパンの７５％に対して出力スパンの５０％を提供すると仮定する。制御入力からの出力の特徴付けから結果として生ずる伝達関数は、入力対出力の非線形性を補正することができる。伝達関数は、制御入力に対して５０％が供給される場合に５０％の出力状態にＶＯＡを駆動することができる。この補正は、適宜ルックアップ・テーブル、または、数学適合を用いて行われる。

特徴付けは、装置レベルおよび／またはモデル・レベルに対して実施され得る。例えば、各装置は、設置前および／または製造中に特徴付けされることができる。装置特定情報が補償に使用されることもできる。さらに、モデル・ベース情報は、当該モデル・タイプの全ての装置に対して少なくとも幾らかの特徴付けを提供するために製造中に得られる。

特徴付け情報を利用する補償計算は、ＶＯＡに位置する、または、それに近接する全ての好適な処理装置、または、全ての好適な外部装置によって実施される。さらに、処理装置がどのセンサ入力も受信することなく補償を行うことができるように、処理装置には、波長、温度等の予想される変数値が供給されてもよい。

本発明の教示により構成されるある装置を本明細書で記載したが、本特許が包含する範囲はそれに制限されない。反対に、本特許は、文字通り、または、均等論の下で添付の特許請求の範囲内に相当する本発明の教示の全ての実施形態を包含する。例えば、本発明の実施形態は減衰に影響を及ぼす変数に対して電気的に可変の光減衰器を補償することについて記載したが、本発明は、このような変数によって影響を及ぼされる全てのＭＥＭＳベースの光学装置に適用可能である。したがって、本発明は、ＭＥＭＳベースの光スイッチ、および、ＭＥＭＳベースの光マルチプレクサ等の装置に有用である。

レーザと受信器との間に配置される可変光減衰器を有する光減衰システムの概要を示すブロック図である。 ベース部材に配置される第１の導波管と第２の導波管とを示す光減衰器の一実施形態を示す図である。 図２Ａの導波管支持部の構造を示す図である。 ある減衰状態を示す、上部材を含む光減衰器の断面図である。 別の減衰状態を示す、上部材を含む光減衰器の断面図である。 ある減衰状態を示す、上部材を含む別の光減衰器の断面図である。 別の減衰状態を示す、上部材を含む別の光減衰器の断面図である。 別の例示的な光減衰器の分解図である。 図５の線Ｂ−Ｂに沿って切られた図５の（組み立てられた）構造の断面図であり、導波管の移動可能な片持ち梁部の例示的な位置を示す図である。 図５の線Ｂ−Ｂに沿って切られた図５の（組み立てられた）構造の断面図であり、導波管の移動可能な片持ち梁部の他の例示的な位置を示す図である。 組立てられた図５の構造を示す図である。 別の例示的な光減衰器を示す、図６および７と同様の断面図である。 別の例示的な光減衰器を示す、図６、７、および、９と同様の断面図である。 可変光減衰器アレイを示す図である。 光減衰器を動作する例示的な閉ループ制御システムを示すブロック図である。 光減衰器を動作する例示的な電力バックアップ・システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態によるＶＯＡを特徴付ける方法を示す概略図である。

符号の説明

１０２…入力光信号，１０４…出力光信号，１０６…可変光減衰器，１０８…コントローラ，１１０…電気可変アクチュエータ，２０１…ベース部材，２０２，２０３…導波管，２０５，２０８…片持ち梁部，２０６，２０９…終端，２１０，２２４…凹部，２１８…第１の電極，２２０…第２の電極，２１１，２１２…支持部，２２５…空洞，２２６…第３の電極，２２８…第４の電極，７００…処理システム，７０２…制御ブロック，７０４…ＥＶＡおよびＶＯＡブロック，７０５ａ…入力用導波管，７０５ｂ…出力用導波管，７０６…光検出ブロック，７０８…測定ブロック，７１２…入力波長，７１４…ＷＤＬブロック

Claims (39)

1. 終端をそれぞれが有し、電気駆動アクチュエータからの駆動により少なくとも一方の終端が他方の終端に対して移動可能である一対の導波管と、
   減衰に影響を及ぼす変数を感知するために前記一対の導波管に対して配置され、前記変数に関連するセンサ出力を提供するセンサと、を備える電気可変光減衰器。
2. 前記センサが温度センサである、請求項１記載の減衰器。
3. 前記温度センサが少なくとも一方の導波管に近接して配置される、請求項２記載の減衰器。
4. 前記温度センサが前記減衰器と一体的に形成される、請求項２記載の減衰器。
5. 前記温度センサが可変コンデンサである、請求項４記載の減衰器。
6. 前記温度センサが測温抵抗装置である、請求項４記載の減衰器。
7. 第２の変数を感知するために配置された第２のセンサを更に備える、請求項２記載の減衰器。
8. 前記第２のセンサが入力波長センサである、請求項７記載の減衰器。
9. 前記センサが波長センサである、請求項１記載の減衰器。
10. 前記センサが加速度センサである、請求項１記載の減衰器。
11. 前記センサが振動センサである、請求項１記載の減衰器。
12. 終端をそれぞれが有し、電気駆動アクチュエータからの駆動により少なくとも一方の終端が他方の終端に対して移動可能である一対の導波管と、
    減衰に影響を及ぼす変数を感知するために前記一対の導波管に対して配置され、前記変数に関連するセンサ出力を提供するセンサと、
    前記感知される変数に基づいて減衰レベルを補償するように構成されるコントローラと、を備える電気可変光減衰システム。
13. 前記センサが温度センサである、請求項１２記載のシステム。
14. 前記温度センサが少なくとも一方の導波管に近接して配置される、請求項１３記載のシステム。
15. 前記温度センサが前記減衰器と一体的に形成される、請求項１３記載のシステム。
16. 前記温度センサが可変コンデンサである、請求項１５記載のシステム。
17. 前記温度センサが測温抵抗装置である、請求項１５記載のシステム。
18. 第２の変数を感知するよう配置される第２のセンサを更に備える、請求項１３記載のシステム。
19. 前記第２のセンサが入力波長センサである、請求項１８記載のシステム。
20. 前記コントローラが前記感知される変数を減衰に関連付けるルックアップ・テーブルを含むメモリを有する、請求項１２記載のシステム。
21. 前記ルックアップ・テーブルが多次元である、請求項２０記載のシステム。
22. 前記コントローラが前記感知される変数を減衰に関連付ける関数に対する係数を含むメモリを有する、請求項１２記載のシステム。
23. 前記センサが波長センサである、請求項１２記載のシステム。
24. 前記センサが加速度センサである、請求項１２記載のシステム。
25. 前記センサが振動センサである、請求項１２記載のシステム。
26. 電気可変光減衰システムを特徴付ける方法であって、
    ａ）特徴付けられるべき変数の初期値を決定するステップと、
    ｂ）前記システムの光減衰を測定するステップと、
    ｃ）前記特徴付けられるべき変数を変化させ測定するステップと、
    ｄ）一組の減衰／変数対を生成するためにステップｂ）およびｃ）を繰り返すステップと、
    ｅ）前記一組の減衰／変数対で前記電気可変光減衰システムを特徴付けるステップと、を備える方法。
27. 前記特徴付けステップが、前記一組の減衰／変数対に対してルックアップ・テーブルを記憶することを含む、請求項２６記載の方法。
28. 前記の方法が特徴付けられるべき第２の変数に対して繰り返される、請求項２６記載の方法。
29. 前記特徴付けステップが、前記一組の減衰／変数対に対して多次元のルックアップ・テーブルを記憶することを含む、請求項２８記載の方法。
30. 前記変数が温度である、請求項２６記載の方法。
31. 前記変数が前記システムに入力される光の波長である、請求項２６記載の方法。
32. 外部変数を決定するステップを更に備える、請求項２６記載の方法。
33. 電気可変光減衰システムを特徴付ける方法であって、
    ａ）前記システムの光減衰を測定するステップと、
    ｂ）前記光減衰システムへの制御入力を変化させるステップと、
    ｃ）一組の減衰／変数対を生成するためにステップｂ）およびｃ）を繰り返すステップと、
    ｄ）所望の関係に従う制御信号を電気可変アクチュエータに供給するよう前記一組の減衰／変数対で前記電気可変光減衰システムを特徴付けるステップと、を備える方法。
34. 前記減衰が前記制御入力の線型関数である、請求項３３記載の方法。
35. 前記減衰が前記制御入力の対数関数である、請求項３３記載の方法。
36. 前記減衰が前記制御入力の指数関数である、請求項３３記載の方法。
37. 終端をそれぞれが有し、電気駆動アクチュエータからの駆動により少なくとも一方の終端が他方の終端に対して移動可能である一対の導波管と、
    予想パラメータの値を受信し、前記予想パラメータに基づいて減衰レベルを補償するように構成されるコントローラと、を備える電気可変光減衰システム。
38. 前記予想パラメータが前記システムの動作温度である、請求項３７記載のシステム。
39. 前記予想パラメータが前記導波管を通過する光の波長である、請求項３７記載のシステム。

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