JP2010211032A - Parallel translation mirror and optical module using the same - Google Patents

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賢一 中村
Takashi Nakayama
貴司 中山
Shintaro Morimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a parallel translation mirror which is stably translated in parallel with excellent reproducibility, and to provide optical modules such as a variable wavelength optical filter and a variable wavelength light source which have a stable wavelength bandwidth by using the parallel translation mirror. <P>SOLUTION: The parallel translation mirror includes: a base 1 which has a through-hole 2 for the incidence of light; a movable layer 4 facing the base 1; an insulating layer 3 which connects the base 1 and the movable layer 4, which are electrically separated, gives a gap of a predetermined distance between both components, and is disposed not intersecting with the optical path of the light incident from the through-hole 2; an oscillation part 6 formed in the movable layer 4 and composed of a membrane 41 positioned above the through-hole 2 and a movable mirror 5 formed on the surface opposite to the base 1 of the membrane 41; a driving device 10 which oscillates an oscillation part 6 at a frequency equal to the resonant frequency f of the oscillation part 6; a metallic weight part 7 which is formed on the membrane 41 except the part on which the movable mirror 5 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、平行移動ミラーおよびそれを用いた波長可変光フィルタおよび波長可変光源などの光モジュールに関する。   The present invention relates to a translation mirror and an optical module such as a wavelength tunable optical filter and a wavelength tunable light source using the translation mirror.

光通信回線や光通信機器の試験用あるいはFBG(Fiber Bragg Grating)センサなどファイバセンシング用の光源の波長掃引手段として、波長可変光フィルタや波長可変光源が用いられている。   A wavelength tunable optical filter or a wavelength tunable light source is used as a wavelength sweeping means for a fiber sensing light source such as an optical communication line or optical communication device test or an FBG (Fiber Bragg Grating) sensor.

この種のフィルタや光源の中で、ファブリーペロー型の波長可変光フィルタやそれを用いた波長可変光源は、波長可変範囲が狭い範囲に制限されてしまうものの、それ自体を非常に小型に構成することができるという特徴を持っている。   Among these types of filters and light sources, Fabry-Perot type tunable optical filters and tunable light sources using them are limited to a narrow range, but themselves are very small. It has the feature that it can.

このため、図8に示すようなメンブレイン140および凹状の対向ミラー160の一対の互いに対向する反射面からなるファブリーペロー型の波長可変光フィルタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この波長可変光フィルタは、可変電圧源220から電極120とメンブレイン140の間に電圧を印加することによって生じる静電引力により、メンブレイン140を変位させギャップ長180を変化させることで、フィルタリングする光の波長を変えることができる。   For this reason, a Fabry-Perot type tunable optical filter comprising a pair of mutually opposing reflecting surfaces of a membrane 140 and a concave opposing mirror 160 as shown in FIG. 8 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This wavelength tunable optical filter performs filtering by displacing the membrane 140 and changing the gap length 180 by electrostatic attraction generated by applying a voltage between the electrode 120 and the membrane 140 from the variable voltage source 220. The wavelength of light can be changed.

図9に上記メンブレイン構造の一例を示す。メンブレイン140はファブリーペロー型のフィルタの一方の反射面を構成する平板部34Fとその周辺に配されたばね部32Fにより構成されている。平板部34F上で光の通過しない部分には、図8に示した電極120が対向するように配置され、平板部34Fを変位させるための静電引力が発生される。   FIG. 9 shows an example of the membrane structure. The membrane 140 is composed of a flat plate portion 34F constituting one reflecting surface of a Fabry-Perot filter and a spring portion 32F arranged around the flat plate portion 34F. The electrode 120 shown in FIG. 8 is arranged so as to face the portion where light does not pass on the flat plate portion 34F, and an electrostatic attractive force for displacing the flat plate portion 34F is generated.

なお、波長可変光源を実現する場合には、図8の対向ミラー160の代わりに半導体レーザを配置し、該半導体レーザとメンブレイン140との間で外部共振器を形成すればよい。   In order to realize a wavelength tunable light source, a semiconductor laser may be disposed instead of the counter mirror 160 in FIG. 8 and an external resonator may be formed between the semiconductor laser and the membrane 140.

これらフィルタおよび光源いずれの場合でも、メンブレイン140と対向ミラー160の平行度がそれらの特性を決めるため、メンブレイン140の移動には高い平行度が求められる。メンブレインの平行度が低下すると、フィルタの場合であればフィルタ特性の劣化につながり、光源の場合であれば出力光の波長が不安定になってしまうからである。   In any case of these filters and light sources, since the parallelism of the membrane 140 and the counter mirror 160 determines their characteristics, a high parallelism is required for the movement of the membrane 140. This is because if the parallelism of the membrane is lowered, the filter characteristic is deteriorated in the case of a filter, and the wavelength of output light becomes unstable in the case of a light source.

米国特許第6373632号明細書US Pat. No. 6,373,632

しかしながら、可動部であるメンブレインを高い平行度で変位させることは難しい。従来型のフィルタなどでは既に述べたように静電引力によりメンブレインを平行移動させているが、印加電圧の不均一性、メンブレインの弾性の経時変化などにより、必ずしもその平行度が保たれているわけではない。平行度を保つためには電極を多電極とし、各電極対に印加する電圧を調整することが考えられるが、電極ごとの印加電圧の制御方法が複雑だという問題があった。また、このため高速な平行移動、つまりは高速な波長掃引が困難である。また、これら従来の構造は、DC駆動が可能であり、幅広い周波数に対して応答できるように設計されているため、外部からの機械的振動だけでなく、電気ノイズの影響も受けやすいという欠点があった。   However, it is difficult to displace the membrane which is a movable part with high parallelism. As already mentioned, in conventional filters, etc., the membrane is moved in parallel by electrostatic attraction. However, the parallelism is not always maintained due to nonuniformity in applied voltage and changes in elasticity of the membrane over time. I don't mean. In order to maintain parallelism, it is conceivable to use multiple electrodes and adjust the voltage applied to each electrode pair. However, there is a problem that the method of controlling the applied voltage for each electrode is complicated. For this reason, high-speed parallel movement, that is, high-speed wavelength sweep is difficult. In addition, these conventional structures are capable of DC driving and are designed to respond to a wide range of frequencies, so that they are not only susceptible to external mechanical vibrations but also susceptible to electrical noise. there were.

これらを回避するための方法として、メンブレインを含む可動部によって決まる共振周波数でフィルタを動作させることが考えられる。メンブレインが平行移動する振動モードを利用できれば、極めて再現性の良い安定した平行移動を実現できる。また、このような構造の場合、機械的振動や電気ノイズなどの外乱にも強くなる。   As a method for avoiding these problems, it is conceivable to operate the filter at a resonance frequency determined by the movable part including the membrane. If a vibration mode in which the membrane moves in parallel can be used, stable translation with extremely good reproducibility can be realized. In addition, such a structure is resistant to disturbances such as mechanical vibration and electrical noise.

ただし、このような安定した平行移動を実現するためには、共振のQ値を高く設定しなければならない。Q値が高いということは、メンブレインに加えられるエネルギーの多くが平行移動の変位の特定の振動モードに集中し、その他の振動モードが抑制されることを意味する。   However, in order to realize such stable translation, the resonance Q value must be set high. A high Q value means that much of the energy applied to the membrane is concentrated in a particular vibration mode of translational displacement and other vibration modes are suppressed.

しかしながら、従来のフィルタなどではこのQ値が極めて低く、共振周波数で動作させたとしても安定した平行移動を実現することが不可能であった。   However, the conventional filter or the like has a very low Q value, and it is impossible to realize a stable translation even when operated at a resonance frequency.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、再現性の良い安定した平行移動が可能な平行移動ミラーを実現するとともに、該平行移動ミラーを用いることで光透過特性が安定した波長可変光フィルタや出力光特性が安定した波長可変光源などの光モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and realizes a translation mirror that is capable of stable translation with good reproducibility, and uses the translation mirror to provide light. An object of the present invention is to provide an optical module such as a wavelength tunable optical filter having stable transmission characteristics and a wavelength tunable light source having stable output light characteristics.

本発明の平行移動ミラーは、光を入射させるための貫通孔を有する基台と、前記基台と対向する可動層と、前記基台と前記可動層を電気的に分離した状態で連結させるとともに、両者間に所定距離のギャップを与え、前記貫通孔から入射した光の光路と非交差となるように配置された絶縁層と、前記可動層内に形成され前記貫通孔上に位置する可動薄膜および該可動薄膜の前記基台とは反対側の表面に形成された可動ミラーからなる振動部と、前記振動部の共振周波数に等しい周期で前記基台と前記可動層との間に静電引力を発生させることにより前記振動部を振動させる駆動装置と、を備え、前記振動部は、前記可動ミラーが形成された箇所を除く前記可動薄膜上に形成された金属からなるおもり部をさらに備え、前記可動ミラーをその平行度を保ったまま前記共振周波数で振動させる構成を有している。   The translation mirror of the present invention includes a base having a through-hole for allowing light to enter, a movable layer facing the base, and the base and the movable layer being connected in an electrically separated state. An insulating layer arranged to give a gap of a predetermined distance between the two and not to intersect the optical path of the light incident from the through hole, and a movable thin film formed in the movable layer and positioned on the through hole And an electrostatic attractive force between the base and the movable layer at a period equal to the resonance frequency of the vibration part, and a vibration part formed of a movable mirror formed on a surface of the movable thin film opposite to the base A drive device that vibrates the vibration part by generating the vibration part, the vibration part further comprises a weight part made of a metal formed on the movable thin film excluding a place where the movable mirror is formed, The movable mirror is It has a structure that vibrates at the resonant frequency while maintaining a degree.

この構成により、振動部の共振のQ値を高めるためのおもり部を備えることにより、再現性の良い安定した平行移動を実現することができる。   With this configuration, by providing the weight part for increasing the Q value of resonance of the vibration part, it is possible to realize stable parallel movement with good reproducibility.

また、本発明の平行移動ミラーは、前記可動層内に前記可動薄膜を支持する弾性変形可能な支持部が形成された構成を有している。
この構成により、可動層が変形しやすくなるため、可動ミラーの振動幅を拡大することができる。
The translation mirror of the present invention has a configuration in which an elastically deformable support portion for supporting the movable thin film is formed in the movable layer.
With this configuration, the movable layer is easily deformed, so that the vibration width of the movable mirror can be expanded.

また、本発明の平行移動ミラーは、可動ミラーの反射面が凹面状である構成を有していてもよい。   Moreover, the translation mirror of this invention may have the structure by which the reflective surface of a movable mirror is concave shape.

本発明の光モジュールは、上記のいずれかの平行移動ミラーと、前記平行移動ミラーと対向する対向板と、前記対向板上の前記可動ミラーと対向する位置に形成された固定ミラーと、前記可動ミラーと前記対向板を連結させるとともに、両者間に所定距離のギャップを与え、前記貫通孔から入射した光と非交差となるように配置されたギャップ層と、を備えた構成を有している。   An optical module according to the present invention includes any one of the above-described translation mirrors, a counter plate facing the translation mirror, a fixed mirror formed at a position facing the movable mirror on the counter plate, and the movable mirror The mirror and the counter plate are connected to each other, and a gap of a predetermined distance is provided between the two and the gap layer is disposed so as not to intersect the light incident from the through hole. .

この構成により、上記のいずれかの平行移動ミラーを用いることで光透過特性が安定した波長可変光フィルタなどの光モジュールを実現できる。   With this configuration, an optical module such as a wavelength tunable optical filter having stable light transmission characteristics can be realized by using any one of the above-described translation mirrors.

本発明の光モジュールは、前記固定ミラーの代わりに半導体レーザを備える構成を有している。
この構成により、上記のいずれかの平行移動ミラーを用いることで出力光特性の安定した波長可変光源などの光モジュールを実現できる。
The optical module of the present invention has a configuration including a semiconductor laser instead of the fixed mirror.
With this configuration, an optical module such as a wavelength tunable light source having stable output light characteristics can be realized by using any one of the above-described translation mirrors.

本発明は、再現性の良い安定した平行移動が可能な平行移動ミラーを実現するとともに、該平行移動ミラーを用いることで光透過特性が安定した波長可変光フィルタや出力光特性が安定した波長可変光源などの光モジュールを提供するものである。   The present invention realizes a translating mirror capable of stable translation with good reproducibility, and using the translating mirror, a wavelength tunable optical filter with stable light transmission characteristics and a wavelength tunable with stable output light characteristics. An optical module such as a light source is provided.

本発明の第1の実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows the 1st Embodiment of this invention 振動部の構造例を示す上面図および断面図Top view and cross-sectional view showing a structural example of the vibration part 振動部の他の構造例を示す上面図Top view showing another structural example of the vibration part 本発明の第1の実施形態の製造工程の一部を示す断面図Sectional drawing which shows a part of manufacturing process of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の製造工程の一部を示す断面図Sectional drawing which shows a part of manufacturing process of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態の他の構成例を示す断面図Sectional drawing which shows the other structural example of the 2nd Embodiment of this invention. 従来の波長可変光フィルタの構成例を示す断面図Sectional drawing which shows the structural example of the conventional wavelength tunable optical filter 従来の波長可変光フィルタの要部の構成例を示す断面図Sectional drawing which shows the structural example of the principal part of the conventional wavelength tunable optical filter

以下、本発明に係る平行移動ミラーおよびそれを用いた光モジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of a translation mirror and an optical module using the translation mirror according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本発明に係る平行移動ミラーの実施形態を図1に示す。図1は、本実施形態の平行移動ミラー20の断面図である。
(First embodiment)
An embodiment of a translation mirror according to the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the translation mirror 20 of the present embodiment.

平行移動ミラー20は、図1に示すように、光を入射させるための貫通孔2を有する基台1と、基台1と対向する可動層4と、基台1と可動層4を電気的に分離した状態で連結させるとともに、両者間に所定距離のギャップを与え、貫通孔2から入射した光の光路と非交差となるように配置された絶縁層3と、可動層4内に形成され貫通孔2上に位置する可動薄膜としてのメンブレイン41およびメンブレイン41の基台1とは反対側の表面に形成された可動ミラー5からなる振動部6と、振動部6の共振周波数fに等しい周期で振動部6を振動させる駆動装置10と、を備える。   As shown in FIG. 1, the translation mirror 20 includes a base 1 having a through hole 2 for allowing light to enter, a movable layer 4 facing the base 1, and the base 1 and the movable layer 4 electrically. Are formed in the movable layer 4 and the insulating layer 3 disposed so as not to intersect the optical path of the light incident from the through hole 2. The vibration part 6 which consists of the movable mirror 5 formed on the surface opposite to the base 1 of the membrane 41 as a movable thin film located on the through-hole 2 and the membrane 41, and the resonance frequency f of the vibration part 6 And a driving device 10 that vibrates the vibration unit 6 at an equal cycle.

なお、平行移動ミラー20は、可動層4内に形成されメンブレイン41を支持する弾性変形可能な支持部42をさらに備えていてもよい。   The translation mirror 20 may further include an elastically deformable support portion 42 that is formed in the movable layer 4 and supports the membrane 41.

基台1および可動層4は例えばSiからなり、絶縁層3は例えばSiO2からなる。ここで、少なくとも可動層4は入射光に対して十分に透明である必要がある。可動ミラー5は、誘電体多層膜の高反射(HR)コートでなり、その反射面は凹面状であっても、平面状であってもよい。 The base 1 and the movable layer 4 are made of, for example, Si, and the insulating layer 3 is made of, for example, SiO 2 . Here, at least the movable layer 4 needs to be sufficiently transparent to incident light. The movable mirror 5 is made of a highly reflective (HR) coat of a dielectric multilayer film, and its reflecting surface may be concave or planar.

振動部6は、メンブレイン41上の可動ミラー5以外の部分に形成され、振動部6の共振のQ値を改善するための円環状のおもり部7をさらに備える。おもり部7は例えばAuなどの比較的密度の高い金属からなることが好ましい。Auなどの金属は、蒸着、スパッタリングおよびメッキなどにより、容易にメンブレイン41上に堆積させることができる。   The vibration part 6 is further provided with an annular weight part 7 formed on the membrane 41 other than the movable mirror 5 and for improving the Q value of resonance of the vibration part 6. The weight portion 7 is preferably made of a metal having a relatively high density such as Au. A metal such as Au can be easily deposited on the membrane 41 by vapor deposition, sputtering, plating, or the like.

駆動装置10は、振動部6の共振周波数fに等しい周波数の交流電圧を基台1と可動層4の間に印加することにより、基台1と可動層4との間に共振周波数fに対応した周期で静電引力を発生させる。これにより、少ない電力で振動部6を大きな振幅で振動させることができる。   The drive device 10 responds to the resonance frequency f between the base 1 and the movable layer 4 by applying an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency f of the vibration unit 6 between the base 1 and the movable layer 4. An electrostatic attractive force is generated at the cycle. Thereby, the vibration part 6 can be vibrated with a large amplitude with a small electric power.

図2は、振動部6の構造の一例を示す図であり、図2(a)は可動層4および振動部6の上面を、図2(b)は図2(a)のA−A線断面を示している。また、振動部6の構造の他の例を図3に示す。   2A and 2B are diagrams illustrating an example of the structure of the vibrating portion 6, in which FIG. 2A is a top view of the movable layer 4 and the vibrating portion 6, and FIG. 2B is an AA line in FIG. A cross section is shown. Another example of the structure of the vibration unit 6 is shown in FIG.

これらの図に示すように、振動部6の構造は複雑であり、その共振周波数fは、メンブレイン41およびおもり部7の形状および材質など様々なパラメータによって決まる。そこで、ここでは簡単のためにばね定数kのばねと質量mのおもりからなる最も単純な振動系に置き換えて、振動部6のおもり部7の役割を説明する。   As shown in these drawings, the structure of the vibration part 6 is complicated, and the resonance frequency f is determined by various parameters such as the shape and material of the membrane 41 and the weight part 7. Therefore, for the sake of simplicity, the role of the weight part 7 of the vibration part 6 will be described by replacing it with the simplest vibration system comprising a spring having a spring constant k and a weight m.

このとき、振動部6の共振周波数fは次式で与えられる。

Figure 2010211032
At this time, the resonance frequency f of the vibration part 6 is given by the following equation.
Figure 2010211032

同振動系で生じる抵抗成分を表す変数をRとすると、共振のQ値は次式で与えられる。

Figure 2010211032
When the variable representing the resistance component generated in the vibration system is R, the resonance Q value is given by the following equation.
Figure 2010211032

[数2]から明らかなように、Q値を高めるためには、質量mもしくはばね定数kを大きくすればよい。実際には、所望の共振周波数fを得るために、その共振周波数に合わせた適切なmとkの組み合わせを選べばよく、fを10Hz〜数10kHzの任意の値に設定することができる。   As apparent from [Equation 2], in order to increase the Q value, the mass m or the spring constant k may be increased. Actually, in order to obtain a desired resonance frequency f, an appropriate combination of m and k matched with the resonance frequency may be selected, and f can be set to an arbitrary value from 10 Hz to several tens of kHz.

ばね定数を増加させる手段としては、可動層4の層厚を増す方法がある。また、振動部6が支持部42を有する場合には、支持部42の形状を変更してもよい。   As a means for increasing the spring constant, there is a method of increasing the layer thickness of the movable layer 4. Moreover, when the vibration part 6 has the support part 42, the shape of the support part 42 may be changed.

また、質量mを変える方法には、上記の可動層4の層厚を増す方法も考えられるが、同方法ではばね定数kも同時に変わってしまう。このため、可動層4とは別に適切な質量のおもり部7を設けることにより、ばね定数kと独立に質量mを調整することができる。   Further, as a method of changing the mass m, a method of increasing the thickness of the movable layer 4 can be considered, but in this method, the spring constant k is also changed at the same time. For this reason, the mass m can be adjusted independently of the spring constant k by providing the weight portion 7 having an appropriate mass separately from the movable layer 4.

さらに、おもり部7をAuなどの密度の高い金属とすれば、密度の低い金属より質量mの可変幅を大きくできるため、共振周波数fおよびQ値の選択幅を広げることができる。   Furthermore, if the weight portion 7 is made of a metal having a high density such as Au, the variable width of the mass m can be made larger than that of a metal having a low density, so that the selection range of the resonance frequency f and the Q value can be expanded.

また、選択できる共振の振動モードは、振動部6の平行移動が保証されるものであれば1つに限られない。   The resonance vibration mode that can be selected is not limited to one as long as the parallel movement of the vibration unit 6 is guaranteed.

また、メンブレイン41もしくは支持部42の加工精度に問題が生じた場合には、おもり部7の一部をレーザなどでトリミングすることで、振動部6全体の構造のバランスをとり、その変位の平行度を修正することもできる。これにより、歩留まりを改善することができる。   In addition, when a problem occurs in the processing accuracy of the membrane 41 or the support portion 42, a part of the weight portion 7 is trimmed with a laser or the like to balance the structure of the entire vibration portion 6 and the displacement is reduced. Parallelism can also be corrected. Thereby, a yield can be improved.

なお、上記では、駆動装置10が静電引力によって振動部6を振動させる例を示したが、支持部42などに圧電材料を堆積したり、支持部42そのものを圧電材料として、それに電圧を印加することで発生される機械的振動を用いることもできる。また、磁性体、磁石や電磁石の任意の組み合わせによる磁力を使うこともできる。   In the above description, the driving device 10 vibrates the vibration part 6 by electrostatic attraction. However, a piezoelectric material is deposited on the support part 42 or the like, or the support part 42 itself is a piezoelectric material and a voltage is applied thereto. It is also possible to use mechanical vibrations generated by doing so. Moreover, the magnetic force by arbitrary combinations of a magnetic body, a magnet, and an electromagnet can also be used.

以下、本発明に係る平行移動ミラー20の製造方法の一例を図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the translation mirror 20 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、図4(a)に示すSOI基板の可動層4の上にマスク(図示せず)を施し、エッチング処理により凹面部4aを形成する(図4(b))。ここで、基板1はSi、絶縁層3はSiO2、可動層4はSiからなっている。なお、エッチング処理の代わりに研磨などによって凹面部4aを形成してもよい。 First, a mask (not shown) is applied on the movable layer 4 of the SOI substrate shown in FIG. 4A, and a concave surface portion 4a is formed by etching (FIG. 4B). Here, the substrate 1 is made of Si, the insulating layer 3 is made of SiO 2 , and the movable layer 4 is made of Si. In addition, you may form the concave surface part 4a by grinding | polishing etc. instead of an etching process.

次に、凹面部4aを有する可動層4の上面にマスク(図示せず)を施す。そして、エッチング処理により、可動層4に支持部42を形成する(図4(c))。   Next, a mask (not shown) is applied to the upper surface of the movable layer 4 having the concave surface portion 4a. And the support part 42 is formed in the movable layer 4 by an etching process (FIG.4 (c)).

次に、共振のQ値を向上させるためのAuなどの金属からなる円環状のおもり部7をメンブレイン41上に形成する(図5(a))。その後、エッチング処理により、貫通孔2を形成するとともに、メンブレイン41および支持部42と接する部分の絶縁層3をエッチングで除去する(図5(b))。   Next, an annular weight portion 7 made of a metal such as Au for improving the Q value of resonance is formed on the membrane 41 (FIG. 5A). Thereafter, the through hole 2 is formed by etching, and the insulating layer 3 in contact with the membrane 41 and the support portion 42 is removed by etching (FIG. 5B).

そして、凹面部4aに高反射(HR)コートを施して可動ミラー5を形成する。さらに、メンブレイン41の下面側に無反射(AR)コート8を施す(図5(c))。このARコート8により、メンブレイン41の下面側での無用な光の反射を抑制できる。   The movable mirror 5 is formed by applying a high reflection (HR) coat to the concave surface portion 4a. Further, a non-reflective (AR) coat 8 is applied to the lower surface side of the membrane 41 (FIG. 5C). This AR coating 8 can suppress unnecessary reflection of light on the lower surface side of the membrane 41.

このように構成された本実施形態の平行移動ミラー20は、マイケルソン干渉計をはじめとする各種干渉計の可動ミラーとして利用することができる。さらに、同ミラーをアレイ状に配置すれば、同一ビーム断面における光の位相調整も可能になるため、所謂ビームプロファイラとして用いることもできる。   The translation mirror 20 of the present embodiment configured as described above can be used as a movable mirror of various interferometers including a Michelson interferometer. Furthermore, if the mirrors are arranged in an array, the phase of light in the same beam cross section can be adjusted, so that it can also be used as a so-called beam profiler.

また、第2の実施形態で説明するように、本実施形態の平行移動ミラー20は、波長可変光フィルタまたは波長可変光源の可動ミラーとしても利用することができる。   Further, as will be described in the second embodiment, the translation mirror 20 of this embodiment can also be used as a movable mirror of a wavelength tunable optical filter or a wavelength tunable light source.

以上説明したように、本実施形態の平行移動ミラーは、振動部の共振のQ値を改善するためのおもり部を備えることにより、再現性の良い安定した平行移動を実現することができる。   As described above, the translation mirror according to the present embodiment includes the weight part for improving the resonance Q value of the vibration part, thereby realizing stable translation with good reproducibility.

(第2の実施形態)
以下、第1の実施形態の平行移動ミラー20を備えた波長可変光フィルタの実施形態について図面を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a wavelength tunable optical filter including the translation mirror 20 of the first embodiment will be described with reference to the drawings. Note that a description of the same configuration as in the first embodiment is omitted.

本実施形態の波長可変光フィルタ50は、図6に示すように、第1の実施形態の構成に加えて、可動層4と対向する対向板12と、可動ミラー5と対向板12を連結させるとともに、両者間に所定距離のギャップを与え、貫通孔2から入射した光と非交差となるように配置されたギャップ層11と、対向板12上の可動ミラー5と対向する位置に形成された固定ミラー13と、を備える。   As shown in FIG. 6, the tunable optical filter 50 according to the present embodiment connects the counter plate 12 facing the movable layer 4, the movable mirror 5, and the counter plate 12 in addition to the configuration of the first embodiment. In addition, a gap of a predetermined distance is provided between them, and the gap layer 11 is disposed so as not to intersect the light incident from the through hole 2 and the movable mirror 5 on the opposing plate 12 is opposed to the movable mirror 5. A fixed mirror 13.

ギャップ層11は、例えばSiO2などの絶縁層、Si基板、ガラス板あるいは、可動層4上に対向板12を固定するために用いられる、はんだ、エポキシ系やアクリル系等の接着剤を硬化させたものであってもよい。接着剤の場合、その硬化の方法としては、紫外線硬化、熱硬化あるいはそれらを併用してもよい。対向板12は、入射光に対して十分に透明である必要がある。例えば、1.5μm帯など通信帯の光であれば、Siを対向板とすることができる。 The gap layer 11 is formed by, for example, curing an insulating layer such as SiO 2 , an Si substrate, a glass plate, or an adhesive such as solder, epoxy, or acrylic used to fix the counter plate 12 on the movable layer 4. It may be. In the case of an adhesive, the curing method may be ultraviolet curing, thermal curing, or a combination thereof. The counter plate 12 needs to be sufficiently transparent to incident light. For example, in the case of light in a communication band such as a 1.5 μm band, Si can be used as a counter plate.

第1の実施形態で述べたように、ARコート8はメンブレイン41の下面側での無用な光の反射を抑制するため、例えば、固定ミラー13とメンブレイン41の下面側の間に一対のミラー面からなる光波長フィルタが形成されることを避けることができ、波長可変光フィルタ50の出射光の単色性を向上させることができる。   As described in the first embodiment, since the AR coat 8 suppresses unnecessary light reflection on the lower surface side of the membrane 41, for example, a pair of the AR coat 8 is provided between the fixed mirror 13 and the lower surface side of the membrane 41. Formation of an optical wavelength filter composed of a mirror surface can be avoided, and the monochromaticity of light emitted from the wavelength tunable optical filter 50 can be improved.

固定ミラー13は、例えばHRコートからなり、その反射面は凹面状であっても、平面状であってもよい。可動ミラー5および固定ミラー13の反射面が共に凹面状の場合は、可動ミラー5および固定ミラー13によって構成される光フィルタ内で光が干渉する時間が長くなることにより、波長可変光フィルタ50の出射光の単色性が向上するため特に好ましい。   The fixed mirror 13 is made of, for example, an HR coat, and the reflection surface thereof may be concave or flat. When the reflecting surfaces of the movable mirror 5 and the fixed mirror 13 are both concave, the time during which light interferes in the optical filter constituted by the movable mirror 5 and the fixed mirror 13 is increased, so that the wavelength variable optical filter 50 This is particularly preferable because the monochromaticity of the emitted light is improved.

以上のように構成された本実施形態の波長可変光フィルタ50において、駆動装置10によって所望の共振周波数fに等しい周波数の交流電圧が基台1と可動層4の間に印加されると、可動ミラー5を有するメンブレイン41が波長可変光フィルタ50の厚さ方向に共振周波数fで振動する。   In the wavelength tunable optical filter 50 of the present embodiment configured as described above, when an AC voltage having a frequency equal to the desired resonance frequency f is applied between the base 1 and the movable layer 4 by the driving device 10, it is movable. The membrane 41 having the mirror 5 vibrates at the resonance frequency f in the thickness direction of the wavelength tunable optical filter 50.

このとき、基台1の貫通孔2から入射した光は、メンブレイン41を透過し、可動ミラー5および固定ミラー13によって構成される光フィルタ内を往復する。そして、共振周波数fで振動する可動ミラー5と固定ミラー13との距離に応じた波長の光が、対向板12を透過して外部に出射される。   At this time, the light incident from the through hole 2 of the base 1 passes through the membrane 41 and reciprocates in the optical filter constituted by the movable mirror 5 and the fixed mirror 13. Then, light having a wavelength corresponding to the distance between the movable mirror 5 that vibrates at the resonance frequency f and the fixed mirror 13 passes through the counter plate 12 and is emitted to the outside.

本実施形態の波長可変光フィルタ50は、再現性の良い安定した平行移動が可能な平行移動ミラーを備えるため、共振周波数fの掃引周期ごとのフィルタ特性の再現性も極めて高く、安定した動作を実現できる。   Since the wavelength tunable optical filter 50 according to the present embodiment includes a translation mirror that is capable of stable translation with good reproducibility, the reproducibility of the filter characteristics for each sweep cycle of the resonance frequency f is extremely high, and the operation is stable. realizable.

なお、本実施形態では、対向板12に固定ミラー13が形成された波長可変光フィルタ50を例としたが、図7に示すように、固定ミラー13の代わりに面発光レーザなどの半導体レーザ14を配置すれば、ファブリーペロー型の波長掃引可能な外部共振器レーザ60を実現することもできる。   In this embodiment, the wavelength tunable optical filter 50 in which the fixed mirror 13 is formed on the counter plate 12 is taken as an example. However, as shown in FIG. 7, a semiconductor laser 14 such as a surface emitting laser is used instead of the fixed mirror 13. , A Fabry-Perot type wavelength-swept external resonator laser 60 can also be realized.

1 基台
2 貫通孔
3 絶縁層
4 可動層
5 可動ミラー
6 振動部
7 おもり部
10 駆動装置
11 ギャップ層
12 対向板
13 固定ミラー
14 半導体レーザ
20 平行移動ミラー
41 メンブレイン(可動薄膜)
42 支持部
50 波長可変光フィルタ(光モジュール)
60 外部共振器レーザ(光モジュール)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Through-hole 3 Insulating layer 4 Movable layer 5 Movable mirror 6 Vibrating part 7 Weight part 10 Drive apparatus 11 Gap layer 12 Opposite plate 13 Fixed mirror 14 Semiconductor laser 20 Translation mirror 41 Membrane (movable thin film)
42 Supporting Section 50 Wavelength Tunable Optical Filter (Optical Module)
60 External cavity laser (optical module)

Claims (5)

光を入射させるための貫通孔(2)を有する基台(1)と、
前記基台と対向する可動層(4)と、
前記基台と前記可動層を電気的に分離した状態で連結させるとともに、両者間に所定距離のギャップを与え、前記貫通孔から入射した光の光路と非交差となるように配置された絶縁層(3)と、
前記可動層内に形成され前記貫通孔上に位置する可動薄膜(41)および該可動薄膜の前記基台とは反対側の表面に形成された可動ミラー(5)からなる振動部(6)と、
前記振動部の共振周波数に等しい周期で前記基台と前記可動層との間に静電引力を発生させることにより前記振動部を振動させる駆動装置(10)と、を備え、
前記振動部は、前記可動ミラーが形成された箇所を除く前記可動薄膜上に形成された金属からなるおもり部(7)をさらに備え、前記可動ミラーをその平行度を保ったまま前記共振周波数で振動させることを特徴とする平行移動ミラー。
A base (1) having a through hole (2) for allowing light to enter;
A movable layer (4) facing the base;
The insulating layer is arranged so that the base and the movable layer are connected in an electrically separated state, a gap of a predetermined distance is provided therebetween, and the optical path of the light incident from the through hole is not crossed. (3) and
A vibrating portion (6) comprising a movable thin film (41) formed in the movable layer and positioned on the through hole, and a movable mirror (5) formed on the surface of the movable thin film opposite to the base; ,
A drive device (10) that vibrates the vibration part by generating an electrostatic attractive force between the base and the movable layer at a period equal to the resonance frequency of the vibration part;
The oscillating portion further includes a weight portion (7) made of metal formed on the movable thin film excluding a portion where the movable mirror is formed, and the movable mirror is maintained at the resonance frequency while maintaining its parallelism. A translation mirror characterized by vibrating.
前記可動層内に前記可動薄膜を支持する弾性変形可能な支持部(42)が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の平行移動ミラー。   The translation mirror according to claim 1, wherein an elastically deformable support portion (42) for supporting the movable thin film is formed in the movable layer. 前記可動ミラーの反射面が凹面状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の平行移動ミラー。   The translation mirror according to claim 1, wherein a reflecting surface of the movable mirror is concave. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の平行移動ミラー(20)と、
前記平行移動ミラーと対向する対向板(12)と、
前記対向板上の前記可動ミラーと対向する位置に形成された固定ミラー(13)と、
前記可動ミラーと前記対向板を連結させるとともに、両者間に所定距離のギャップを与え、前記貫通孔から入射した光と非交差となるように配置されたギャップ層(11)と、を備えたことを特徴とする光モジュール。
The translation mirror (20) according to any one of claims 1 to 3,
An opposing plate (12) facing the translation mirror;
A fixed mirror (13) formed at a position facing the movable mirror on the counter plate;
The movable mirror and the counter plate were connected, and a gap layer (11) was provided so as to give a gap of a predetermined distance between the movable mirror and the light incident from the through hole. An optical module characterized by
前記固定ミラーの代わりに半導体レーザ(14)を備えることを特徴とする請求項4に記載の光モジュール。   5. The optical module according to claim 4, further comprising a semiconductor laser (14) instead of the fixed mirror.
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