JP2014077854A - 光学回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、遮光板における光の通過領域である開口部にはみ出した接着剤が、開口部を通過する光に悪影響を及ぼさない光学回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光回路は、光を透過可能な透明板と、前記透明板に接着剤で接着され、入射光を通過させる開口部を有し、前記開口部では、前記透明板の側と反対側が、オーバーハング状に前記開口部の中央に向けて突出している遮光板と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、光学回路に関する。さらに詳しくは、光を透過可能な透明板と、かかる透明板に接着剤で接着される遮光板を備えた光学回路に関する。
近年、光ファイバ通信業界では、通信データ量の増大に対応するために波長分割多重(Wavelength Division Multiplexer:WDM)技術が利用されている。WDM技術を用いた大容量光通信システムを構築するための光デバイスの1つとして、波長選択スイッチ(Wavelength Selective Switch:WSS)が知られている。
WSSは、入力されたWDM信号から任意の波長を選択して任意の出力に振り分けることができるデバイスである。WSSは、基本的に、WDM信号が入出力される入出力部と、WDM信号を分波及び合波する分散素子と、分波により生成された複数の光ビームを集光する集光素子と、出力を切り替えるために複数の光ビームをそれぞれ偏向する複数の光偏向素子を備えた光偏向デバイスとを有しているのが一般的である。
WSSとしては、光信号の透過帯域特性、光損失、偏波依存性の点で有利なMEMS(Micro Electro Mechanical System)方式が主流となっており、光偏光デバイスとして、MEMSミラーを有する波長選択スイッチが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
一方、このような波長選択スイッチにあっては、未使用のMEMSミラーからの迷光をファイバに結合させないことが課題となっている。この課題に対して、未使用のMEMSミラーを駆動する駆動回路を利用して遮光する手段も検討されているが、本来使用しないMEMSミラーを駆動するための余分な駆動回路が必要とされるため、コスト高となる等の問題があった。よって、MEMSミラー近傍のガラス部材の表面に対して、開口部を設け部分的に光を通過させるとともに、他の部分を遮光する遮光板(マスク)を接着剤で取り付けることにより迷光を抑制している構成を採用している。
図10は、従来の波長選択スイッチモジュール100を示した概略図であり、モジュール100は、光を透過可能な透明板2と、透明板2に接着剤4で接着され、光が通過可能な開口部31が形成され、かかる開口部31を除いて入射光を遮光する遮光板3と、透明板2を介して遮光板3の反対側に配設される、入射光を受光するMEMSミラー6と、MEMSミラー6を搭載する基板7を備えている。なお、図10中、MEMSミラー6のうち、入射光を受光する領域を「使用ミラー領域」、遮光板3により遮光され、入射光を受光しない領域を「未使用ミラー領域」としている。
特開2007−148042号公報
しかしながら、接着剤4によってガラス部材の表面に遮光板3を取り付けるにあたっては、遮光板3の端から光が通過する領域である開口部31に接着剤4がはみ出してしまう場合があった。一方、光が通過する経路である開口部31における接着剤4のはみ出し41は、開口部31を通過する光に対しては悪影響を及ぼすことがあった。例えば、開口部31を通過し、使用ミラー領域に照射される光に損失が生じさせ、MEMSミラー6から反射する光の量が不揃いになる場合があり、加えて、接着剤4のはみ出し41による光損失がノイズの増大に繋がることもあった。また、接着剤4のはみ出し41により光が反射されると、クロストーク(漏話)の原因となってしまうという課題もあった。
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、遮光板における光の通過領域である開口部にはみ出した接着剤が、開口部を通過する光に悪影響を及ぼさない光学回路を提供するものである。
上記の目的を達成するために、開口部の外部側がオーバーハング状となるように加工した遮光板を備える光学回路とした。
具体的には、本発明の光学回路は、光を透過可能な透明板と、前記透明板に接着剤で接着され、入射光を通過させる開口部を有し、前記開口部では、前記透明板の側と反対側が、オーバーハング状に前記開口部の中央に向けて突出している遮光板と、を備えることを特徴とする。
透明板に接着剤で接着される遮光板に形成され、光の通路となる開口部の透明板の側と反対側を、オーバーハング状に開口部の中央に向けて突出している光学回路としたので、突出している部分が、透明板と遮光板を接着剤で接着した場合の接着剤のはみ出しを隠すことになり、接着剤のはみ出しによる光路への悪影響を防止し、設計通りの透過特性を発揮できる光学回路となる。
本発明の光学回路は、前記した本発明において、前記遮光板は、前記開口部側の側面の前記遮光板に垂直な断面形状が、前記透明板の側と反対側の先端から前記透明板の側の先端に向けて直線状であることが好ましい。
このように、突出している部分を鋭角状とすることにより、接着剤のはみ出しを確実に隠すことができ、加えて、開口部の断面を透明板の側と反対側の先端から透明板の側の先端に向けて直線状とすることにより、遮光板の加工を容易に行うことが可能となる。
本発明の光学回路は、前記した本発明において、前記遮光板は、前記開口部側の側面の前記遮光板に垂直な断面形状が、前記透明板の側と反対側の先端から前記透明板の側の先端に向けて交差する2本の直線となり、前記2本の直線の交差する部分は前記開口部の中心に向かって凸状であることが好ましい。
このように、突出している部分を鋭角状とすることにより、接着剤のはみ出しを確実に隠すことができ、加えて、透明板に対向する側と反対側の先端から透明板の側の先端に向けて交差する2本の直線とすることより、エッジの角度を大きくすることができるため、エッジが丈夫となる。また、2本の直線の交差する部分は開口部の中心に向かって凸状となるので、1本の直線状の場合と比較して、接着剤のはみ出しをより隠しやすくなる。
本発明の光学回路は、前記した本発明において、入射光を受光する複数の光学素子と、前記複数の光学素子を搭載する基板と、をさらに備え、前記複数の光学素子が搭載された基板は、前記透明板を介して前記遮光板の反対側に配置され、前記遮光板は、前記開口部を通過する入射光のビームの中心が前記光学素子の中心に投影されるように配置されていることが好ましい。
入射光に対してこのように遮光板を配置することにより、開口部を通過する入射光が効率よくMEMSミラーに照射されることになる。
本発明の光学回路は、前記した本発明において、入射光を受光する複数の光学素子と、前記複数の光学素子を搭載する基板と、をさらに備え、前記複数の光学素子が搭載された基板は、前記透明板を介して前記遮光板の反対側に配置され、前記遮光板は、前記開口部を通過する入射光のビームの入射光端が前記光学素子内に投影されるように配置されていることが好ましい。
入射光に対してこのように遮光板を配置することにより、開口部を通過する入射光が効率よくMEMSミラーに照射されることになる。
本発明の光学回路は、透明板に接着剤で接着される遮光板に形成され、光の通路となる開口部の透明板の側と反対側を、オーバーハング状に開口部の中央に向けて突出しているので、突出している部分が、透明板と遮光板を接着剤で接着した場合の接着剤のはみ出しを隠すことになり、接着剤のはみ出しによる光路への悪影響を防止し、設計通りの透過特性を発揮できる光学回路となる。
本発明の実施形態1に係る波長選択スイッチモジュールの一態様を示した概略図である。 図1の部分拡大図であって、突出部周辺を示した図である。 MEMSミラーの調芯手順を説明する模式図である。 MEMSミラーの調芯手順を説明する模式図である。 MEMSミラーの調芯手順を説明する模式図である。 図1において、遮光板を、開口部を通過する発散光の入射光端がMEMSミラーの間隙に投影されるように配設した状態を示した概略図である。 図1において、遮光板を、開口部を通過する入射光の集束ビームの中心がMEMSミラーに投影されるように配設した状態を示した概略図である。 本発明の実施形態2に係る波長選択スイッチモジュールの一態様を示した概略図である。 図8の部分拡大図であって、突出部周辺を示した図である。 従来の波長選択スイッチモジュールの一態様を示した概略図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
(実施形態1)
(1)波長選択スイッチモジュール1の構成:
以下、本発明の光学回路として波長選択スイッチモジュール1を例に挙げて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る波長選択スイッチモジュール1の一態様を示した概略図である。図1に示した波長選択スイッチモジュール1は、例えば、波長多重光を波長毎に分波し、分波した各波長を波長毎に光学素子に供給し、各光学素子の偏向する偏向制御量を設定して複数の図示しない出力ポートのいずれかより出力することが可能である。
図1に示した波長選択スイッチモジュール1は、図示しない光源からの光(入射光)に対し、光を透過可能な透明板2と、透明板2に接着剤4で接着され、入射光を通過させる開口部31を有する遮光板3と、透明板2を介して遮光板3の反対側に配設され、入射光を受光する複数の光学素子6であるMEMSミラー6と、かかる複数のMEMSミラー6を搭載する基板7と、を基本構成として備える。
本実施形態の波長選択スイッチモジュール1(以下、単に「モジュール1」とする場合がある。)を構成する、光を透過可能な板状部材である透明板2は、従来公知の透明材料、例えば、ガラス、サファイヤ等の無機材料や、アクリル等のプラスチック材料等を構成材料として採用することができる。
一方、透明板2に接着剤4で接着固定され、入射光を通過させる開口部31を有する板状部材である遮光板3は、光を遮光することが可能な不透明な材料、例えば、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)、タングステン(W)等の金属材料を構成材料とすることができる。あるいは、遮光板3には多層膜ミラーを用いてもよい。また、遮光板3は、図示しないガラス板の突出部32のある側に、前記した金属材料を蒸着したものを使用したり、多層膜ミラーを形成するようにしてもよい。
また、透明板2と遮光板3は接着剤4により接着固定されるが、使用可能な接着剤4としては、特に制限はなく、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、二液混合型接着剤等、従来公知の接着剤4を、遮光板3の形状やモジュール1の用途等に応じて適宜選択して使用することができる。
図1に示すように、遮光板3には、開口部31が形成されており、光が通過可能な領域とされている一方、遮光板3の開口部31以外の領域は、入射する光(入射光)を遮光する。
また、本実施形態に係るモジュール1を構成する遮光板3に形成されている開口部31の透明板2の側と反対側は、図1に示すように、オーバーハング状に開口部31の中央に向けて突出している突出部32を形成している。このように、開口部31に突出部32を形成することにより、透明板2と遮光板3を接着剤4で接着した場合の接着剤のはみ出し41を隠すことになり、接着剤4のはみ出し41による光路への悪影響を防止することができる。
なお、遮光板3をオーバーハング状に加工し、突出部32を形成するには、例えば、ダイシング、研磨(ポリッシング)、エッチング等の手段が考えられる。遮光板3としてガラス板に金属材料からなる遮光膜を蒸着した部材を用いる場合にあっては、ダイシングや研磨を採用することになる一方、金属材料からなる遮光板3を加工する場合には、ダイシング、研磨のほか、エッチングによる加工も可能である。
また、図2は、図1の部分拡大図であって、突出部32周辺を示した図である。図1及び図2に示すように、本実施形態にあっては、突出部32が、鋭角状に開口部31の中央に向けて突出している。このように、突出部32を鋭角状とすることにより、接着剤4のはみ出し41を確実に隠すことができる。なお、鋭角状とされる突出部32の先端の角度は、特に制限はないが、接着剤4の粘性、遮光板3の厚さ、ガラス板2の濡れ性によって決定すればよい。
本実施形態にあっては、図1及び図2に示すように、開口部31の側面の遮光板に垂直な断面の形状は、透明板2の側と反対側の先端から透明板2の側の先端に向けて直線状となるように形成されている。このように直線状とすることにより、遮光板3の加工を容易に行うことが可能となる。
本実施形態に係るモジュール1は、透明板2から入射光の進行方向には、光学素子6であるMEMSミラー6を搭載した基板7が、透明板2を介して遮光板3の反対側となるように配設されている。MEMSミラー6は、例えば、入射された所定の波長の光を図示しないレンズアレイの出力ポートに偏向して反射させるものである。
なお、図1中、MEMSミラー6のうち、入射光を受光する領域を「使用ミラー領域」、遮光板3により遮光され、入射光を受光しない領域を「未使用ミラー領域」としている。以下、図3〜図7についても同様である。
(2)波長選択スイッチモジュール1の製造方法:
図1に示した構成の波長選択スイッチモジュール1を製造する手段の一例を説明する。なお、本例では、遮光板3として、図示しないガラス板に金属材料からなる遮光膜を蒸着した部材を採用し、遮光板3と透明板2を接着する接着剤4として紫外線硬化型接着剤を使用した例を挙げて示す。
まず、図示しないガラス板にチタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)、タングステン(W)等の金属材料からなる遮光膜を蒸着して遮光板3とする。次に、得られた遮光板3を、波長選択スイッチモジュール1を構成可能な所望のサイズにカットする。
所望のサイズにカットした遮光板3を、図1に示した形状に加工し、オーバーハング状の突出部32を有する開口部31を形成する。オーバーハング状に加工するには、前記したように、例えば、ダイシング、研磨(ポリッシング)、エッチング等の手段が考えられるが、遮光板3として図示しないガラス板に金属材料からなる遮光膜を蒸着した部材を用いる場合にあっては、ダイシングや研磨を採用することになる。ガラス板3に金属材料からなる遮光膜を蒸着する場合は、遮光膜のある側に突出部32を形成する。
ダイシングの場合は、遮光板3の加工面を図示しないダイシングソーを所望の角度で当て、加工するようにする。また、研磨の場合は、研磨板に対して遮光板3を所望の角度で押し付け、加工するようにする。なお、ダイシングや研磨は、片面のみの加工しかできないため、開口部31が開放された部分がない形状(いわゆる窓枠形状)等となる場合は不可能である。
なお、遮光板3を金属材料で構成した場合には、エッチングによる加工も可能である。エッチングの場合は、金属材料からなる遮光板3を図示しないマスキングテープ等でマスクし、不要部分をエッチング液に溶解させて取り除く。
遮光板3を所望の形状に加工した後、遮光板3と透明板2を接着剤4(紫外線硬化型接着剤)により接着する。接着は、接着剤4を透明板に塗布して、塗布面に遮光板3を被着させ、紫外線照射により接着剤を硬化させるようにすればよい。
次に、透明板2に接着剤4で接着された遮光板3とMEMSミラーとの位置決めの方法について説明する。この例は、入射光が平行光の場合である。図3、図4、図5はMEMESミラーの調芯手順を説明する模式図である。図3において、横軸は波長、縦軸は透過率を表す。
MEMSミラーの位置決めには、実際に使用される波長範囲以上の帯域を有するASE(Amplified Spontaneous Emission)光源を使用する。ASE光源をMEMSミラーに照射すると、MEMSミラー6の調芯時には、図3に示すように、本来使用しないミラーも見えており、全てのミラーを確認できる状態になっている。この状態で、所定の波長の光が所定のミラーに当たるように光学系を調芯する。
次に、図4に示すように、使用ミラー領域の最短波長側の2枚及び隣接する未使用ミラー領域のミラー1枚並びに使用ミラー領域の最長波長側の2枚及び隣接する未使用ミラー領域のミラー1枚を反射状態にし、残りを無反射状態にする。これら反射状態のミラーに対応する波長をスペクトラムアナライザでピークサーチして波長を確認する。波長は図4に示すように、6波長が観測される。
この状態で、透明板2にUV接着剤4(紫外線硬化型接着剤)を塗布して遮光板3を仮止めし、MEMSミラー6が搭載された基板7に対して、透明板2を介して遮光板3が反対側となるように配置する。スペクトラムアナライザの波形を観測しながら、遮光板3の波長方向を位置決めする。使用ミラー領域の最短波長側ミラー及び最長波長側のミラーの損失がなく、かつ、未使用ミラー領域のミラーの損失が最大になるように、遮光板3を調芯する。
このようにして位置決め及び調芯が終わったら、介在される接着剤4に紫外線を照射して接着剤4を硬化させ、透明板2に接着剤4で接着された遮光板3をモジュール1に固定する。
なお、位置決めにあたっては、例えば、入射光が平行光である場合を想定すると、下記のようにして遮光板3を配設するようにしてもよい。図1において、遮光板3は、開口部31を通過する入射光のビームの中心がMEMSミラー6の中心に投影されるように配置されていることが望ましい。さらに、遮光板3は、開口部31を通過する入射光のビームの入射光端がMEMSミラー6内に投影されるように配置されていることがより望ましいが、入射光端がMEMSミラー6の端に投影されるように配置されていてもよい。
例えば、入射光が発散光である場合を想定した例を図6に示す。遮光板3は、開口部31を通過する入射光のビームの中心がMEMSミラー6の中心に投影されるように配置されていることが望ましい。さらに、遮光板3は、開口部31を通過する入射光のビームの入射光端がMEMSミラー6内に投影されるように配置されていることがより望ましいが、入射光端がMEMSミラー6の端に投影されるように配置されていてもよい。図6は、図1の選択スイッチモジュールにおいて、遮光板3を、開口部31を通過する発散光の入射光端がMEMSミラー6の端に投影されるように配置した状態を示した概略図である。発散光に対しては、このように遮光板3を配設することにより、遮光板3の開口部31を通過する発散光が効率よくMEMSミラー6に照射されることになる。
例えば、入射光が集束光である場合を想定した例を図7に示す。遮光板3は、開口部31を通過する入射光のビームの中心がMEMSミラー6の中心に投影されるように配置されていることが望ましい。さらに、遮光板3は、開口部31を通過する入射光のビームの入射光端がMEMSミラー6内に投影されるように配置されていることがより望ましいが、入射光端がMEMSミラー6の端に投影されるように配置されていてもよい。図7は、図1の選択スイッチモジュールにおいて、遮光板3を、開口部31を通過する入射光のビームの中心及び入射光の入射光端がMEMSミラー6の中心に投影されるように配置した状態を示した概略図である。集束光に対しては、このように遮光板3を配設することにより、遮光板3の開口部31を通過する集束光が効率よくMEMSミラー6に照射されることになる。
以上説明した本実施形態に係る光学回路である波長選択スイッチモジュール1は、透明板2に接着剤4で接着される遮光板3に形成された光の通路となる開口部31の、透明板2の側と反対側をオーバーハング状に開口部31の中央に向けて突出させる突出部32を形成したので、かかる突出部32が、透明板2と遮光板3を接着剤4で接着した場合の接着剤4のはみ出し41を隠すことになり、接着剤4のはみ出し41による光路への悪影響を防止し、設計通りの透過特性を発揮できる波長選択スイッチモジュール1となる。
(実施形態2)
図8は、実施形態2に係る波長選択スイッチモジュール1の一態様を示した概略図である。また、図9は、図8の部分拡大図であって、突出部32周辺を示した図である。
実施形態1に係る波長選択スイッチモジュール1は、遮光板3の形状について、遮光板3に形成される開口部31の透明板2の側と反対側が、鋭角状に開口部31の中央に向けて突出し、また、開口部31の側面の遮光板に垂直な断面の形状は、透明板2の側と反対側の先端から透明板2の側の先端に向けて直線状である態様を例に示して説明した。
一方、図8及び図9に示した実施形態2に係る波長選択スイッチモジュール1は、遮光板3の形状について、開口部31の透明板2の側と反対側は、鋭角状に開口部31の中央に向けて突出する点について実施形態1と共通するが、開口部31の側面の遮光板に垂直な断面の形状が、透明板2の側と反対側の先端から透明板2の側の先端に向けて交差する2本の直線となり、また、2本の直線の交差する部分は開口部31の中心に向かって凸状である点で実施形態1と相違する。
なお、以下の説明においては、前記した実施形態1と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図8及び図9に示す実施形態2に係る波長選択スイッチモジュール1は、開口部31の側面の遮光板に垂直な断面の形状が、透明板2の側と反対側の先端から透明板2の側の先端に向けて交差する2本の直線(直線X及び直線Yのこと。図9参照。)となるように構成されている。前記した実施形態1では、開口部31の断面は、透明板2に対向する側と反対側の先端から透明板2の側の先端に向けて直線状となるようにされていたが、本実施形態では、交差する2本の直線X、Yとすることにより、直線Yの形成するエッジの角度を大きくすることができるため、エッジが丈夫となる。
また、2本の直線X,Yの交差する部分は開口部31の中心に向かって凸状となるので、直線状の場合と比較して、接着剤4のはみ出し41をより隠しやすくすることができる。なお、2本の直線X,Yの長さは、両者に差があってもよく、等しくてもよい。
(実施形態の変形)
なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に載せるような変更等は、本発明の範囲に含まれるものである。
例えば、前記した実施形態では、本発明の光学回路1を波長選択スイッチモジュール1に適用した例を示して説明したが、本発明の光学回路1は、透明板2及び光の通路となる開口部31を形成した遮光板3が接着剤4で接着された構成を含む光学回路1であれば広く使用することができる。
また、前記した実施形態では、光学素子6としてMEMSミラー6を例として説明したが、光学素子6としてはレンズアレイ、Liquid Crystal On Silicon、波長ブロッカー等を使用するようにしてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等については、前記した実施形態等に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に変形等するようにしてもよい。
本発明は、例えば、波長選択スイッチモジュール等に搭載される光学回路として、通信産業分野やエレクトロニクス産業分野等で利用することができ、産業上の利用可能性は高い。
1 光学回路(波長選択スイッチモジュール)
2 透明板
3 遮光板
31 開口部
32 突出部
4 接着剤
41 接着剤のはみ出し
6 MEMSミラー(光学素子)
7 基板
100 従来の波長選択スイッチモジュール
X、Y 直線

Claims (5)

  1. 光を透過可能な透明板と、
    前記透明板に接着剤で接着され、入射光を通過させる開口部を有し、前記開口部では、前記透明板の側と反対側が、オーバーハング状に前記開口部の中央に向けて突出している遮光板と、
    を備えることを特徴とする光学回路。
  2. 前記遮光板は、前記開口部側の側面の前記遮光板に垂直な断面形状が、前記透明板の側と反対側の先端から前記透明板の側の先端に向けて直線状であることを特徴とする請求項1に記載の光学回路。
  3. 前記遮光板は、前記開口部側の側面の前記遮光板に垂直な断面形状が、前記透明板の側と反対側の先端から前記透明板の側の先端に向けて交差する2本の直線となり、前記2本の直線の交差する部分は前記開口部の中心に向かって凸状であることを特徴とする請求項1に記載の光学回路。
  4. 入射光を受光する複数の光学素子と、
    前記複数の光学素子を搭載する基板と、
    をさらに備え、
    前記複数の光学素子が搭載された基板は、前記透明板を介して前記遮光板の反対側に配置され、
    前記遮光板は、前記開口部を通過する入射光のビームの中心が前記光学素子の中心に投影されるように配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光学回路。
  5. 入射光を受光する複数の光学素子と、
    前記複数の光学素子を搭載する基板と、
    をさらに備え、
    前記複数の光学素子が搭載された基板は、前記透明板を介して前記遮光板の反対側に配置され、
    前記遮光板は、前記開口部を通過する入射光のビームの入射光端が前記光学素子内に投影されるように配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光学回路。
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