JP4020255B2 - Variable optical attenuator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変光減衰器に関するものであり、特にマイクロ電気機械式に駆動されて光減衰を行う、MEMS装置、可変光減衰システム、光減衰方法及びMEMS可変光減衰器及びそれを用いて波長毎に光減衰を行う波長分岐型の光減衰器アレイに適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
<第1の従来技術>
第1の従来技術について、図36に基づきこれを説明する。当該従来技術は、入力用光ファイバ01、出力用光ファイバ02、サーキュレータ03、入力出力兼用光ファイバ04、焦点距離fのレンズ05、回転駆動鏡06から構成される。サーキュレータ03は光の進行方向によって光が出るポートが変わる素子であり、図36において、ポート03−1,03−2,03−3と3つあるが、ポート03−1から入った光はポート03−2へ出て、ポート03−2から入った光はポート03−3へ出るという機能をもつ。
【0003】
入力出力兼用光ファイバ04の端面の中心とレンズ05の中心を結ぶ軸と、レンズ05の中心軸と、回転駆動鏡06の反射鏡面の法線が一致している。入力出力兼用光ファイバ04の端面からレンズ05までの距離はほぼ焦点距離fに等しい。
【0004】
このような光学系において、光の進行方向にそって機能を説明する。入力された光は入力用光ファイバ01を経由してポート03−1からサーキュレータ03に入り、ポート03−2から出て、入力出力兼用光ファイバ04に入る。入力出力兼用光ファイバ04の端面からの発散光は、レンズ05を介してコリメートされる。コリメートされた光は回転駆動鏡06の反射鏡面に照射され、反射鏡面によって反射された後、再びレンズ05を経由して収束光となって入力出力兼用光ファイバ04の端面に結像する。この結果、入力出力兼用光ファイバ04中に入る。入力出力兼用光ファイバ04を経由してポート03−2からサーキュレータ03に入ると、サーキュレータ03の特性によって、ポート03−3に出る。ポート03−3から出力用光ファイバ02に入り、当該装置外へ出る。
【0005】
かかる従来技術において、入力出力兼用光ファイバ04の中心とレンズ05の光軸中心を結ぶ線と回転駆動鏡06の反射鏡面の法線方向とが一致している場合は、収束光の結像位置が入力出力兼用光ファイバ04のコアの位置と一致する結果、出力用光ファイバ02に戻る光は最大となる。ここで、回転駆動鏡06を回転させると、収束光の結像位置と、入力出力兼用光ファイバ04の端面におけるコアの位置がずれて、出力用光ファイバ02に戻る光が減少する。この作用を利用して、回転駆動鏡06の回転角を調整することによって光減衰率を可変制御する。
【0006】
<第2の従来技術>
第2の従来技術について、図37に基づきこれを説明する。当該従来技術は、入力用光ファイバ011、出力用光ファイバ012、焦点距離fのレンズ015、回転駆動鏡016から構成される。ここで、入力用光ファイバ011と出力用光ファイバ012を結ぶ線の中点とレンズ015の中心を結ぶ軸と、レンズ015の中心軸と、回転駆動鏡016の反射鏡面の法線が一致している。また、入力用光ファイバ011及び出力用光ファイバ012からレンズ015までの距離はほぼ焦点距離fに等しい。
【0007】
このような光学系において、入力用光ファイバ011からの発散光はレンズ015を経由して、コリメートされる。コリメートされた光は回転駆動鏡016の反射鏡面上に照射される。その後、反射鏡面上において反射され、再びレンズ015を経由して収束光となって出力用光ファイバ012の端面上に結像され、出力用光ファイバ012に入る。
【0008】
かかる従来技術において、入力用光ファイバ011と出力用光ファイバ012の中心間の中点とレンズ015の光軸中心を結ぶ線と回転駆動鏡016の反射鏡面の法線方向とが一致している場合は、収束光の結像位置が出力用光ファイバ012のコアの位置と一致し、出力用光ファイバ012に戻る光は最大となる。ここで、回転駆動鏡016を回転させると、出力用光ファイバ012の端面におけるコアの位置から収束光の結像位置がずれて出力用光ファイバ012に戻る光が減少する。この作用を利用して、回転駆動鏡016の回転角を調整することによって光減衰率を可変制御する。
【0009】
ここで、焦点距離f=1.2mmのレンズ015を用いた場合の回転駆動鏡016の回転角度と、光の減衰率との関係を図示すると図38のようになる。同図において、縦軸は減衰率(dB)、横軸は回転角度(ラジアン)である。
【0010】
図38を参照すれば明らかな通り、焦点距離fが1.2mmのレンズ015を用いた場合において、約20dBの減衰を行うのに0.005ラジアンの回転を必要とする。また、ここでファイバの開口数(NA)を0.1とすると、この系における反射鏡面上におけるビーム照射面積は、約240μmとなる。
【0011】
<第3の従来技術>
第3の従来技術について図39に基づきこれを説明する。当該従来技術は、第1の従来技術や、第2の従来技術に係る可変光減衰器Iをアレイ化したものであり、第1の従来技術又は第2の従来技術に係る可変光減衰器Iを複数個並列に並べて同一筐体IIに設置し、簡便に使用可能としたものである。なお、図中、IIIは、入力用及び出力用光ファイバ群である。
【0012】
<第4の従来技術>
第4の従来技術について、図40に基づきこれを説明する。当該従来技術は、導波路型の可変光減衰器であり、入力光ポート041と、導波路マッハツェンダ干渉計042と、導波路マッハツェンダ干渉計042の片方の光路を加熱するように設置したヒータ043と、このヒータ043に電流を流す制御線044と、出力ポート045から構成される。この導波路型の可変光減衰器をVOA(Variable Optical Attenuator)と略称する。
【0013】
かかる従来技術において、通常は、両方の光路の温度は同じであるため光路間の光路長差は生じておらず、両方の光路からの光は干渉して、出力ポート045に最大の光強度が得られる。ここで、制御線044に電流を流してヒータ043を加熱することによって、片方の光路の温度が上昇すると、光路長差が生じ、この結果干渉が弱められて出力ポート045において得られる光強度が減少する。半波長の光路長差が生じるような温度差があるとき、二つの光路間の光はお互いに打ち消しあって出力ポート045において得られる光強度は最小となる。
【0014】
図41に、上記温度差に対する出カポート045における光の相対強度の依存性の概略を示す。同図を参照すれば明らかな通り、上記温度差に対してコサイン関数的な依存性をもつ。したがって、ヒータ043の電流により温度差を調整することによって出カポート045において得られる光強度を制御することができる。
【0015】
<第5の従来技術>
第5の従来技術について、図42に基づきこれを説明する。当該従来技術は、第4の従来技術に係る可変光減衰器を一つの導波路基板051上に複数個並設して一体化したものである。かかる第5の従来技術によれば、チャンネル毎にそれぞれ独立に光減衰量を制御することができる。なお、図42中、図40と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0016】
<第6の従来技術>
第6の従来技術について、図43に基づきこれを説明する。当該従来技術は、入力用光ファイバ062と、分波用のアレイ導波路回折格子063と、可変光減衰器アレイ064と、合波用のアレイ導波路回折格子065と、出力用光ファイバ066とを接続したものである。アレイ導波路回折格子は、多くの波長から成る入力された光を波長毎に異なるポートに出力する分波作用や、異なるポートから入力される異なる波長の光を合波して一つのポートに出力する合波作用をもつ光学部品である(以後、AWG(Arrayed Waveguide Grating)と略称する。)。これらは一つの導波路基板061上に配設して一体化されている。また、可変光減衰器アレイ064は、図40に示す導波路マッハツェンダ干渉計042を集合させたものである。また、各可変光導波路マッハツェンダ干渉計042には、それぞれチャンネル毎に光減衰量を制御する制御線044が接続されている。アレイ導波路回折格子063、065は同一の分波・合波性能を持つ。
【0017】
かかる従来技術において、入力用光ファイバ062から入った入力光は分波用のAWG063を通過する際に波長に応じて複数のチャンネルに分波される。次に、それぞれのチャンネル毎に可変光減衰器アレイ064に到達し、それぞれのチャンネル毎に減衰される。ここで、光減衰量の制御線044は、光減衰量を表す電流量で制御している。この可変光減衰器アレイ064を通過した後に合波用のAWG065によって異なる減衰を受けた異なる波長の光を合波し、出力用光ファイバ066から出力する。
【0018】
なお、この種の可変光減衰器を開示する公知文献としては、次の非特許文献1が存在する。
【0019】
【非特許文献1】
C.R Doerr,R.Pafchek,and L.W.Stulz IEEE Photonics Technology Letters,vol.14,No.3 page 334−336(2002)。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
第1及び第2の従来技術の回転駆動鏡06、016のような駆動方式の可変光減衰器においては、光の減衰量を制御する鏡に対して、コリメートされた光を照射するため、鏡面上の広い面積に光が照射される。もし、鏡が湾曲していた場合には、光ファイバの端面に戻った場合において、焦点とならないため、意に反して損失してしまうという欠点があった。また、大面積の鏡を必要とするため、鏡の質量が増大して共振周波数が低下し、高速な回転角変化ができないという欠点もあった。
【0021】
さらに、光減衰作用は、第1の従来技術における入力出力兼用光ファイバ04又は第2の従来技術における出力用光ファイバ012の端面上のコアの位置と、レンズ015から戻ってくる光の位置とのずれによる減衰作用を利用しているため、もし回転駆動鏡016の回転軸と光反射面の法線方向が意図した方向からずれており、鏡の回転によっても反射光が光ファイバの端面に到達できない場合は、光の増減傾向を把握して鏡の最適方向を求める等という調整手段を用いることが困難であるという欠点があった。そのために、鏡の回転軸方向と鏡の光反射面の法線方向とについて微妙な調整を行う手間を必要としていた。
【0022】
第3の従来技術では、個々のチャンネル毎に可変光減衰器を個別に製作し、最後に複数個まとめて設置してアレイ化するという方法をとっており、この方法では小型化及び多チャンネル化に限界があった。
【0023】
さらに、第4乃至第6の従来技術において、可変光減衰器は、光減衰量を制御線044を流れる電流量で制御しており、特定の光減衰量を維持するためには、常に電流を流し続けなければならず、電力消費量が大きい上に、熱の問題が生じ、温度制御のために冷却器を必要とするなど、装置が複雑かつ高価となっていた。さらにまた、第6の従来技術において、入力スペクトルや、出力スペクトルをモニタするために、モニタ用光スペクトラムアナライザが必要であり、高価且つ大型となっていた。
【0024】
本発明は、上記従来技術に鑑み、高速駆動が可能で、製作時の微妙な位置調整等の手間が低減され、さらに小型で電力消費量等も低減し得る可変光減衰器を提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【0026】
【0027】
【0028】
入力用光ファイバと、出力用光ファイバと、サーキュレータと、入力出力兼用光ファイバと、第1の焦点距離f1の第1のレンズと、第2の焦点距離f2の第2のレンズと、並進駆動可能な並進駆動鏡とを有する可変光減衰器において、
前記入力出力兼用光ファイバの端面から前記第1のレンズまでの距離がf1でであり、この第1のレンズから第2のレンズまでの距離がf1+f2であり、この第2のレンズから前記並進駆動鏡までの距離がf2であって、前記並進駆動鏡の鏡面上で焦点を結ぶような配置となっており、
前記入力用光ファイバ及び前記サーキュレータを経由して前記入力出力兼用光ファイバの端面から放射された光が前記第1のレンズ及び前記第2のレンズを経由して前記並進駆動鏡の鏡面上で反射し、再び前記第2のレンズ及び前記第1のレンズを経由して前記入力出力兼用光ファイバの端面上に戻り、再び前記サーキュレータを経由して前記出力用光ファイバヘと向かうように光路を形成する一方、
前記並進駆動鏡を並進駆動することによって、前記入力出力兼用光ファイバの端面における戻り光のこの入力出力兼用光ファイバに対する結合効率を変化させて、前記入力用光ファイバからの光の強度に対する前記出力用光ファイバにおける光の強度の減衰率を制御すること。
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0049】
第1の参考例
図1は第1の参考例に係る可変光減衰器の構成を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該可変光減衰器は、入力用光ファイバ1、出力用光ファイバ2、サーキュレータ3、入力出力兼用光ファイバ(コア径11μm)4、焦点距離fのレンズ5、回転駆動鏡6を有している。
【0050】
ここで、入力出力兼用光ファイバ4の端面の中心とレンズ5の中心を結ぶ軸と、レンズ5の中心軸と、回転駆動鏡6の反射鏡面の法線が一致している。入力出力兼用光ファイバ4の端面からレンズ5までの距離はほぼ2fに等しい。また、レンズ5から回転駆動鏡6の反射鏡面までの距離もほぼ2fに等しい。
【0051】
かかる可変光減衰器の機能を説明する。入力された光は入力用光ファイバ1を経由してポート3−1からサーキュレータ3に入り、ポート3−2から出る。さらに、入力出力兼用光ファイバ4に入る。入力出力兼用光ファイバ4の端面からの発散光はレンズ5を経由して、焦点を回転駆動鏡6の反射鏡面に結ぶ。
【0052】
回転駆動鏡6の反射鏡面上の焦点の大きさは、入力出力兼用光ファイバ4のコア径(11μm)にほぼ等しい。
【0053】
反射鏡面によって反射された光は、発散光となり、再びレンズ5を経由して収束光となって入力出力兼用光ファイバ4の端面に結像する。この結果、この入力出力兼用光ファイバ4に入る。入力出力兼用光ファイバ4を経由してポート3−2からサーキュレータ3に入ると、サーキュレータ3の特性によってポート3−3に出る。ポート3−3から出力用光ファイバ2に入り、外部に出力される。
【0054】
かかる可変光減衰器においては、レンズ5の光軸と同軸上に入力出力兼用光ファイバ4の中心がある場合には、入力出力兼用光ファイバ4のコアの位置に収束光が結像される。特に回転駆動鏡6の反射鏡面がレンズ5の光軸に垂直である場合に、収束光は入力出力兼用光ファイバ4の端面に垂直に入力し、このときに入力出力兼用光ファイバ4に取り込まれる光量は最大となる。この状態から回転駆動鏡6を回転させると、入出力兼用光ファイバ4の端面に対する収束光の入射角が垂直からずれて、出力用光ファイバ2に戻る光が減少する。この作用を利用して、回転駆動鏡6の回転角を調整することによって、光減衰率を可変制御する。
【0055】
図2に当該可変光減衰器における光減衰率の回転角度依存性を測定したデータを示す。このデータでは、光減衰率の回転角度依存性のカーブは、f=700μmとf=1200μmとのデータであるが、重なっており、焦点距離fにほとんど依存しない。よって、レンズ5の選択の自由度がかなり高くなる。
【0056】
例えば、0.096ラジアンの回転角で20dBの損失が得られるような可変光減衰器を設計したい場合は、例えば焦点距離700μmのレンズ5を使用して、所望の小型の可変光減衰器が実現できる。
【0057】
ここで、本形態に係る可変光減衰器の製作時における回転駆動鏡6の反射鏡面が初期状態において、レンズ5の光軸に対して垂直からずれていたと仮定する。この場合においても、光学系によって、回転駆動鏡6の鏡面から反射された光が再び集光する焦点位置は、必ず入力出力兼用光ファイバ4の中心位置にあるため、戻り光の増減傾向を把握することによって、戻り光の光量が最大となる回転駆動鏡6の位置を容易に探索することができる。
【0058】
第2の参考例
図3は第2の参考例に係る可変光減衰器の構成を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該可変光減衰器は、入力用光ファイバ11、出力用光ファイバ12、サーキュレータ13、入力出力兼用光ファイバ(コア径11μm)14、焦点距離f1のレンズ15、焦点距離f2のレンズ17、回転駆動鏡16を有している。
【0059】
ここで、入力出力兼用光ファイバ14の端面の中心とレンズ15、17の中心を結ぶ軸と、レンズ15、17の中心軸と、回転駆動鏡16の反射鏡面の法線が一致している。入力出力兼用光ファイバ14の端面からレンズ15までの距離はほぼ焦点距離f1に等しい。また、レンズ15からレンズ17までの距離はほぼf1+f2に等しい。さらにレンズ17から回転駆動鏡16の鏡面までの距離はほぼ焦点距離f2に等しい。
【0060】
かかる可変光減衰器の機能を説明する。入力された光は入力用光ファイバ11を経由してポート13−1からサーキュレータ13に入り、ポート13−2から出る。さらに、入力出力兼用光ファイバ14に入る。入力出力兼用光ファイバ14の端面からの発散光はレンズ15を経由して、コリメート光となり、距離f1+f2を進行してレンズ17に到達する。レンズ17において収束光となり、焦点を回転駆動鏡16の反射鏡面に結ぶ。
【0061】
ここで、回転駆動鏡16の反射鏡面上の焦点の大きさは、入力出力兼用光ファイバ14のコア径(11μm)×(f2/f1)程度である。反射鏡面によって反射された光は、発散光となって再びレンズ17を経由してコリメート光となり、レンズ15に到達し、レンズ15によって収束光となって入力出力兼用光ファイバ14の端面に結像する。この結果、入力出力兼用光ファイバ14中に入る。入力出力兼用光ファイバ14を経由して、ポート13−2からサーキュレータ13に入ると、サーキュレータ13の特性によって、ポート13−3に出る。その後、ポート13−3から出力用光ファイバ12に入り、この可変光減衰器の外部に出る。
【0062】
かかる可変光減衰器においては、レンズ15及びレンズ17の光軸が一致し、同軸上に入力出力兼用光ファイバ14の中心がある場合には、入力出力兼用光ファイバ14のコアの位置に収束光が結像される。特に回転駆動鏡16の反射鏡面がレンズ15及びレンズ17の光軸に垂直である場合、収束光は入力出力兼用光ファイバ14の端面に垂直に入力する。このとき入力出力兼用光ファイバ14に取り込まれる光量は最大となる。この状態から回転駆動鏡16を回転させると、入力出力兼用光ファイバ14の端面に対する収束光の入射角が垂直からずれて、出力用光ファイバ12に戻る光が減少する。この作用を利用して、回転駆動鏡15の回転角を調整することによって光減衰率を可変制御する。
【0063】
図4に当該可変光減衰器における光減衰率の回転角度依存性を測定したデータを示す。このデータから分かるように、本形態における光減衰率の回転角度依存性カーブは、焦点距離の値そのものではなく、二つのレンズ15、17の焦点距離f1、f2の比に依存する。
【0064】
よって、この関係を用いて、ある回転角度である減衰率となるような光学系を構成したい場合は、二つのレンズ15、17の焦点距離f1、f2の比を決めることによって、所望の減衰率と回転角度の関係を得るような可変光減衰器の設計を行うことができる。
【0065】
例えば0.1ラジアンの回転角で20dBの損失が得られるような可変光減衰器を設計したい場合は、レンズ15とレンズ17との焦点距離f1、f2の比を1、例えばレンズ15として焦点距離700μm(=f1)、レンズ17として焦点距離700μm(=f2)のレンズを使用して、所望の可変光減衰器が実現できる。また、0,016ラジアンの回転角で20dBの損失が得られるような可変光減衰器を設計したい場合は、レンズ15とレンズ17の焦点距離の比を0.16、例えばレンズ15として焦点距離115μm(=f1)、レンズ17として焦点距離700μm(=f2)のレンズを使用して、所望の可変光減衰器が実現できる。
【0066】
ここで、本形態に係る可変光減衰器の製作時における回転駆動鏡16の反射鏡面が初期状態においてレンズ15及びレンズ17の光軸に対して垂直からずれていたと仮定する。この場合においても、入力出力兼用光ファイバ14ヘの戻り光の入射角が垂直ではないものの、焦点位置は必ず入力出力兼用光ファイバ14のコア部分にあるため、戻り光の強度の増減傾向を把握することによって、戻り光の光量が最大となる回転駆動鏡16の位置を探索することができる。
【0067】
本発明の実施の形態
図5は本発明の実施の形態に係る可変光減衰器の構成を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該可変光減衰器は、入力用光ファイバ21、出力用光ファイバ22、サーキュレータ23、入力出力兼用光ファイバ(コア径11μm)24、焦点距離f1のレンズ25、焦点距離f2のレンズ27、並進駆動鏡26を有している。
【0068】
ここで、入力出力兼用光ファイバ24の端面の中心とレンズ25の中心を結ぶ軸と、レンズ27の中心軸と、並進駆動鏡26の反射鏡面の法線が一致している。入力出力兼用光ファイバ24の端面からレンズ25までの距離はほぼ焦点距離f1に等しい。また、レンズ25からレンズ27までの距離はほぼf1+f2に等しい。さらにレンズ27から並進駆動鏡26の反射鏡面までの距離はほぼ焦点距離f2に等しい。
【0069】
かかる可変光減衰器の機能を説明する。入力された光は入力用光ファイバ21を経由してポート23−1からサーキュレータ23に入り、ポート23−2から出る。その後、入力出力兼用光ファイバ24に入る。入力出力兼用光ファイバ24の端面からの発散光はレンズ25を経由して、コリメート光となり、焦点距離f1+f2を進行してレンズ27に到達する。レンズ27において収束光となり、焦点を並進駆動鏡26の反射鏡面に結ぶ。反射鏡面上の焦点の大きさは、入力出力兼用光ファイバ24のコア径(11μm)×(f2/f1)程度である。並進駆動鏡で反射された光は、発散光となって再びレンズ27を経由してコリメート光となり、レンズ25に到達し、レンズ25によって収束光となって入力出力兼用光ファイバ24の端面に結像する。この結果、入力出力兼用光ファイバ24内に入る。入力出力兼用光ファイバ24を経由して、ポート23−2からサーキュレータ23に入ると、サーキュレータ23の特性によって、ポート23−3に出る。その後、ポート23−3から出力用光ファイバ22に入り、この可変光減衰器の外部に出力される。
【0070】
かかる可変光減衰器においては、レンズ25及びレンズ27の光軸が一致し、同軸上に入力出力兼用光ファイバ24の中心がある場合には、入力出力兼用光ファイバ24のコアの位置に収束光が結像される。特に並進駆動鏡26の反射鏡面の位置が焦点位置と一致している場合には、入力出力兼用光ファイバ24の端面に入力する収束光は端面位置で焦点を結ぶ状態であり、このときに入力出力兼用光ファイバ24に取り込まれる光量は最大となる。この状態から並進駆動鏡26を移動させると焦点の中心位置は.入力出力兼用光ファイバ24の中心と一致しているものの、焦点位置は入力出力兼用光ファイバ24の端面位置からずれてデフォーカス状態となり、出力用光ファイバ22に戻る光が減少する。この作用を利用して、並進駆動鏡26の移動距離を調整することによって光減衰率を可変制御する。
【0071】
図6に当該可変光減衰器における光減衰率の並進移動距離依存性を測定したデータを示す。このデータから分かるように、本形態における光減衰率の並進移動距離依存性カーブは、焦点距離f1、f2の値そのものではなく、二つのレンズ25、27の焦点距離f1、f2の比に依存する。よって、この関係を用いて、ある並進移動距離で、所定の減衰率となるような光学系を構成したい場合は、二つのレンズ25、27の焦点距離f1、f2の比を決めることによって、所望の減衰率と並進移動距離の関係を得るような可変光減衰器の設計を行うことができる。
【0072】
例えば、17μmの並進移動距離で20dBの損失が得られるような可変光減衰器を設計したい場合は、レンズ25とレンズ27の焦点距離の比を6とすればよい。これは、例えばレンズ25として焦点距離700μm(=f1)、レンズ27として焦点距離115μm(=f2)のレンズを使用することにより、所望の可変光減衰器が実現できる。
【0073】
ここで、本形態に係る可変光減衰器の製作時における並進移動鏡の初期位置が、最大量の戻り光が得られる位置からずれていたと仮定する。この場合においても、戻り光の焦点の中心位置は必ず入力出力兼用光ファイバ24のコアの中心軸上にあるため、戻り光の強度の増減傾向を把握することによって、戻り光の光量が最大となる並進移動鏡26の位置を探索することができる。
【0074】
第3の参考例
図7は第3の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第1の参考例の光減衰原理に基づく可変光減衰器を多数集積した構造を有するものである。
【0075】
図7に示すように、本形態に係る可変光減衰器を多数集積した可変光減衰器アレイは、複数の光ファイバからなる入力用光ファイバ群31と、複数の光ファイバからなる出力用光ファイバ群32と、複数のサーキュレータ33と、複数の光ファイバの端面を揃えて一定間隔で整列した入力出力兼用光ファイバ群34と、ガラス製のスペーサ37と、焦点距離700μmのレンズを複数並列したレンズアレイ35と、光学的距離が1400μm離れた場所に設置された回転駆動鏡アレイであるMEMSアレイ36と、MEMS電極39とを有している。
【0076】
ここで、ガラス製のスペーサ37の厚さは403μm、レンズアレイ35の厚さは530μmであり、入力出力兼用光ファイバ群34からレンズアレイ35までの光学的距離は、ガラスの屈折率を1.5とすると光学的距離は1400μmであり、ガラス製のスペーサ38の厚さは517μm、MEMSミラーアレイ36までの空中の距離は625μmであり、レンズアレイ35からMEMSミラー39までの光学的距離も1400μmである。
【0077】
ここでレンズアレイ35について図8を用いて簡単に説明する。図8(a)はその上面図、図8(b)はその側面図である。両図に示すように、レンズアレイ35は市販されているものであり、ガラス基板35aの表面付近に屈折率分布レンズ35bが中心間の周期250μmで多数形成されており、厚さは530μmである。
【0078】
次に、図9を用いてMEMSミラーアレイ36の構造について説明する。同図(a)はその斜視図、(b)はそのA断面図、(c)はそのB断面図である。これらの図に示すように、MEMSミラーアレイ36は、その上部であるMEMSミラーアレイ基板36aと、下部であるMEMS駆動電極基板36bとからなる。
【0079】
特に、図9(b)及び図9(c)に示すように、MEMS駆動電極基板36bに窪み部分があることによって、MEMSミラーアレイ基板36を構成するミラー36cの単体はMEMSミラーアレイ部36aからバネのみによって支えられて空中に保持されている。さらに、単体のミラー36c間には遮光用の障壁36dが設けられており、隣接したミラー36cからの迷光を遮蔽するような構造となっている。
【0080】
図10は上部のMEMSミラーアレイ基板の上面図である。同図に示すように、MEMSミラーアレイ基板にはミラー36c、遮光用の障壁36d及び捩れバネ36eが一体となって構成してある。
【0081】
図11は下部のMEMS駆動電極基板36bの上面図である。ここで、パッド電極36fと駆動電極36gは上部回転鏡と電気的に絶縁されている。そして、一つの微小回転鏡であるミラー36cに対応する2個で一対の駆動電極36gが設けてあり、これらの駆動電極36gにパッド電極36fを介して電圧を印加することにより静電引力を発生し、ミラー36cを所望の角度に回転駆動する。また、別途にアース電極パッド36iがあり、これは上部回転鏡と電気的に接続されてアースと接続されている。
【0082】
また、この第3の参考例においては、第1の参考例の光減衰原理を用いているため、回転角と減衰率の関係についても第1の参考例と同様の特性が得られる。
【0083】
本形態に示す可変光減衰器における回転駆動鏡アレイは、半導体プロセス技術に基づくマイクロマシニング技術により一括製作することができる。
【0084】
以下製作方法について述べる。はじめに上部のMEMSミラーアレイ基板の製作方法について述べる。
【0085】
図12に使用したマスクを示す。同図(a)は基板側エッチング用パターン、(b)はミラー及びバネ部形成用パターンである。基板側エッチング用パターンは裏面からの彫り込み用のマスクであり、ミラー及びバネ部形成用パターンはミラー36c及び捩れバネ部36eを形成するためのマスクである。
【0086】
図13を用いて上部ミラーアレイ作成プロセスを説明する。
(1)SOI(Si1icon on Insulator)基板を用意する。この基板はシリコン活性層3μm、埋め込みSi酸化物層1μm、厚さ625μmのSi基板で構成される。
(2)第1の上部MEMSミラーアレイマスク(図12(b))を用いてSi活性層に対してフォトリソグラフィー工程を行い、捩れバネ部とMEMSミラーの形成を行う。
(3)基板の上下を反転する。
(4)第2の上部MEMSミラーアレイマスク(図12(a))を用いてSi基板に対してフォトリソグラフィー工程を行い、かつDeep ReactiveIon Etching装置を用いて基板の厚み625μmの深さでエッチングを行う。
(5)ダイシングを行い、チップをそれぞれ切り分けるとともに、埋込Si酸化物層を除去する。
(6)Cr層とAu層とを形成する。
(7)裏面よりCr層とAu層とを形成する。
【0087】
次に下部MEMS駆動電極基板の製作方法について述べる。図14に使用したマスクを示す。同図に示すように、(a)が電極形成用パターンを形成するマスク、及び(b)が異方性エッチングによる彫り込み用のマスクである。同図中、36gが一対の駆動電極、36hが駆動用電極パッド、36iがアース用電極パッド、36jが熱酸化膜用パターンである。
【0088】
図15を用いて下部MEMS駆動電極基板作製プロセスを説明する。
(1)Si(100)基板を用意する。この基板は厚さ625μmである。
(2)Si熱酸化膜を形成する。
(3)第1の下部MEMS駆動電極基板マスク(図14(b))を用いてSi熱酸化膜に対してフォトリソグラフィー工程を行い、パターンの形成を行う。
(4)水酸化カリウム水溶液等を用いて異方性エッチングを行い、深さ40μmの窪みを形成する。
(5)Si熱酸化膜を形成する。
(6)CrおよびAuを蒸着する。
(7)第2の下部MEMS駆動電極基板マスク(図14(a))を用いてフォトリソグラフィー工程を行い、Au及びCr層の電極パターンを形成する。
【0089】
同様の作用を可能とする構造として図16のような構造もとりうる。これは上面図であり、ミラー36kと捩れバネ部36lとの部分で構成される。捩れバネ部36lは開口部分の長手方向に伸びており、捩れバネとして単純な棒を使用する。単純な棒を使用するため、捩れバネとしては柔らかく保ちながら引張バネ定数は固くすることができ、回転以外の動作を抑制することができる。
【0090】
また、MEMS駆動電極基板用のマスクの一部分を図17に示す。同図に示すように、ミラーを、捩れバネの軸を中心に回転させるための駆動電極36m及びパッド電極36nが配置されている。また、別途アース電極パッド36iが設けてあり、上部回転鏡と電気的に接続され、アースと接続されている駆動電極36mとパッド電極36nは上部回転鏡と電気的に絶縁されている。
【0091】
第4の参考例
図18は第4の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第2の参考例の光減衰原理に基づく可変光減衰器を多数集積した構造を有するものである。
【0092】
図18に示すように、本形態に係る可変光減衰器を多数集積した可変光減衰器アレイは、複数の光ファイバからなる入力用光ファイバ群41と、複数の光ファイバからなる出力用光ファイバ群42と、複数のサーキュレータ43と、複数の光ファイバの端面を揃えて一定間隔で整列した入力出力兼用光ファイバ群44と、ガラス製のスペーサ48と、焦点距離700μmのレンズを複数並列したレンズアレイ45と、焦点距離700μmのレンズを複数並列したレンズアレイ47と、距離625μm離れた場所に設置された回転駆動鏡アレイであるMEMSミラーアレイ46と、MEMS電極49とを有している。
【0093】
ここで、ガラス製のスペーサ48の厚さは595μm、レンズアレイ45、47の厚さは530μmであり、入力出力兼用光ファイバ群44からレンズアレイ45までの光学的距離は、ガラスの屈折率を1.5とすると700μmであり、レンズアレイ47からMEMSミラーアレイ46中のミラーまでの空中の距離は625μmである。
【0094】
本形態におけるMEMSミラーアレイ46については、第3の参考例におけるMEMSミラーアレイ36(図9)と同じ構造とする。また、回転鏡の上面図についても第3の参考例における図11又は図16と同じであり、回転駆動用の電極についても第3の参考例における図11又は図17と同じである。
【0095】
本形態におけるMEMSミラーアレイ46の構造及び製作方法は第3の参考例で述べられているため、ここでは省略する。
【0096】
本形態における光減衰率の回転角依存性のデータを図19に示す。ここでは、第2の参考例にかかる光減衰器を用いているため、回転角と減衰率の関係についても第2の参考例と同様のデータが得られる。
【0097】
第5の参考例
図20は第5の参考例に係る可変光減衰器アレイの構造を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、本発明の実施の形態の光減衰原理に基づく可変光減衰器を多数集積した構造を有するものである。
【0098】
図20に示すように、本形態に係る可変光減衰器を多数集積した可変光減衰器アレイは、複数の光ファイバからなる入力用光ファイバ群51と、複数の光ファイバからなる出力用光ファイバ群52と、複数のサーキュレータ53と、複数の光ファイバの端面を揃えて一定間隔で整列した入力出力兼用光ファイバ群54と、ガラス製のスペーサ58と、焦点距離700μmのレンズを複数並列したレンズアレイ55と、焦点距離115μmのレンズを複数並列したレンズアレイ57と、距離115μm離れた場所に設置された並進駆動鏡アレイであるMEMSミラーアレイ56と、MEMS電極59とを有している。
【0099】
ここで、ガラス製のスペーサ58の厚さは595μm、レンズアレイ55、57の厚さは530μmであり、入力出力兼用光ファイバ群54からレンズアレイ55までの光学的距離は、ガラスの屈折率を1.5とすると700μmであり、レンズアレイ57からMEMSミラーアレイ56中のミラーまでの空中の距離は115μmである。
【0100】
本形態で用いられている上部のMEMSミラーアレイ56及び下部駆動電極基板のマスクパターンの上面図の一部を図21に示す。同図に示すように、MEMSミラーアレイ56におけるミラー56aは4方向から引っ張りバネ56bで支持されて空中に保持されている。このミラー56aをその直下にある駆動電極56cにパッド電極56dを介して電圧を印加することにより静電引力を生じさせ、駆動電極56cの方へ引き寄せてミラー56aの並進移動を生じさせる。
【0101】
このように並進移動を生じさせるMEMSミラーアレイ56の製作方法は第3の参考例で述べられている方法と同じであり、パターンが異なるのみであるため、ここでは省略する。
【0102】
本形態における減衰率の並進移動距離依存性を図23に示す。本形態においては、本発明の実施の形態に係る光減衰原理を用いているため、並進移動距離と減衰率の関係についても本発明の実施の形態と同様なデータが得られる。
【0103】
第6の参考例
図23は第6の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第1の従来技術の光減衰原理に基づく可変光減衰器を多数集積した構造を有するものである。
【0104】
図23に示すように、本形態に係る可変光減衰器を多数集積した可変光減衰器アレイは、複数の光ファイバからなる入力用光ファイバ群61と、複数の光ファイバからなる出力用光ファイバ群62と、複数のサーキュレータ63と、複数の光ファイバの端面を揃えて一定間隔で整列した入力出力兼用光ファイバ群64と、ガラス製のスペーサ67と、焦点距離fのレンズを複数並列したレンズアレイ65と、空中で一定の距離離れた場所に設置された回転駆動鏡アレイであるMEMSアレイ66と、MEMS電極69とを有している。
【0105】
ここで、レンズアレイ65の焦点距離fを700μmとした場合は、ガラス製のスペーサ67の厚さは467μm、レンズアレイ65の厚さは530μmであり、MEMSミラーアレイ66の基板の厚さは115μmである。よって入力出力兼用光ファイバ群64からレンズアレイ65までの光学的距離は700μmであり、レンズアレイ65からMEMSミラーアレイ66までの光学的距離は、レンズアレイ65の厚さ530μmと空中の距離115μmの和であり、968μmである。
【0106】
また、レンズアレイ65の焦点距離fを115μmとした場合は、ガラス製のスペーサ67の厚さは77μm、レンズアレイ65の厚さは530μmであり、MEMSミラーアレイ66の基板の厚さは115μmである。よって入力出力兼用光ファイバ群64からレンズアレイ65までの光学的距離は、115μmであり、レンズアレイ65からMEMSミラーアレイ66までの光学的距離は、レンズアレイ65の厚さ530μmと空中の距離115μmの和であり、968μmである。
【0107】
本形態における上部のMEMSミラーアレイ66用のマスクパターンと、下部駆動電極基板用のマスクパターンは、図24又は図25に示すものの何れかを使用する。なお、図24中、66aはミラー、66bは捩れバネ、66cは駆動電極、66dはパッド電極、66eはミラー、66fは捩れバネ、66gは駆動電極、66hはパッド電極である。
【0108】
上記MEMSミラーアレイ66の製作方法は第3の参考例で述べられている方法と同じであるため、ここでは省略する。
【0109】
本形態における回転角と減衰率の関係を、レンズアレイ65の焦点距離が115μmである場合と700μmである場合の二通りについて図26に示す。光減衰方式は第1の従来技術と同様であるので、減衰率の回転角依存性も同様の振る舞いを示す。
【0110】
第7の参考例
図27は第7の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第2の従来技術の光減衰原理に基づく可変光減衰器を多数集積した構造を有するものである。
【0111】
図27に示すように、本形態に係る可変光減衰器を多数集積した可変光減衰器アレイは、複数の光ファイバからなる入力用光ファイバ群71と、複数の光ファイバからなる出力用光ファイバ群72と、ガラス製のスペーサ77と、焦点距離fのレンズを複数並列したレンズアレイ75と、空中で一定の距離離れた場所に設置された回転駆動鏡アレイであるMEMSアレイ76と、MEMS電極79とを有している。
【0112】
ここで、レンズアレイ75の焦点距離fを700μmとした場合は、ガラス製のスペーサ77の厚さは467μm、レンズアレイ75の厚さは530μmであり、MEMSミラーアレイ76の基板の厚さは115μmである。よって入力及び出力用光ファイバ群71、72からレンズアレイ75までの光学的距離は、スペーサ77の厚さ467μmに屈折率1.5を乗じた距離で700μmであり、レンズアレイ75からMEMSミラーアレイ76までの光学的距離は、レンズアレイ75の厚さ530μmに屈折率1.5を乗じた距離795μmと空中の距離115μmの和であり、968μmである。
【0113】
ここで、本形態における上部のMEMSミラーアレイ76用のマスクパターンと下部駆動電極基板用のマスクパターンは図28に示すものを使用する。同図中、76aはミラー、76bは捩れバネ、76cは駆動電極、76dはパッド電極である。
【0114】
本形態に係るMEMSミラーアレイ76の製作方法は第3の参考例で述べられている方法と同じであるため、ここでは省略する。
【0115】
本形態における回転角と減衰率の関係を、レンズアレイ75の焦点距離が115μmである場合と700μmである場合の二通りについて図29に示す。光減衰方式は第2の従来技術と同様であるので、減衰率の回転角依存性も同様の振る舞いを示す。
【0116】
第8の参考例
図30は第8の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、入力用光ファイバ81と、出力用光ファイバ82と、サーキュレータ83と、入力出力兼用光ファイバ84と、導波路基板85と、第3乃至第6の参考例で述べた方法で光減衰を行うような可変光減衰器アレイ86で構成され、導波路基板85には入力出力兼用導波路85a、分波合波兼用アレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)85b、分波合波兼用AWG85bと可変光減衰器アレイ86を接続する光導波路群85cが形成されている。これらの素子は全て接触固定されており、外部の衝撃等に対してもアライメントがずれることはない。
【0117】
本形態に係る可変光減衰器アレイにおいて、複数の波長(λ1,・・・・・λN)で構成された入力光を入力用光ファイバ81から入れる。この光はサーキュレータ83及び入力出力兼用光ファイバ84及び入力出力兼用導波路85aを経由して分波合波兼用AWG85bに入る。入力光は分波合波兼用AWG85bによって、波長毎に分離され、異なるチャンネル(Ch1,・・・・・,ChN)に出力される。
【0118】
光導波路群85cから可変光減衰器アレイ86を経由することによって、それぞれのチャンネル毎に独立に減衰される。光導波路群85cを経由して再び分波合波兼用AWG85bに戻り、合波されて入力出力兼用光導波路85a、入力出力兼用光ファイバ84、サーキュレータ83を経由して出力用光ファイバ82から出力される。
【0119】
本形態によって、複数の波長から成る入力光について、波長毎に独立に減衰操作を行い、出力光として得ることができる。
【0120】
<第9の参考例>
図31は第9の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第8の参考例に係る可変光減衰器アレイに対して出力スペクトルモニタ機能を付加したものである。すなわち、本形態に係る可変光減衰器は、モニタ用の方向性結合器95aと、出力光モニタ用の光導波路95dと、出力光モニタ用AWG95bと、出力光モニタ用の光導波路群95cと、光検出器アレイ96を第8の参考例に係る可変光減衰器アレイに付加したものである。これらのうち、方向性結合器95aと、光導波路95dと、出力光モニタ用AWG95bと、光導波路群95cは同一の導波路基板95上に設置されている。また、方向性結合器95aは出力用の光導波路95dの中間に設置されており、その分離比はA対(1−A)(A<1)である。Aの値としては、例えば0.99である。
【0121】
本形態に係る可変光減衰器アレイにおいて、複数の波長(λ1・・・・・λN)で構成された入力光を入力用光ファイバ81から入れる。この光はサーキュレータ83及び入力出力兼用光ファイバ84及び入力出力兼用導波路85a及び方向性結合器95aを経由して分波合波用AWG85bに入る。入力光は分波合波用AWG85bによって、波長毎に分離され、異なるチャンネル(Ch1,・・・・・ChN)に出力され、可変光減衰器アレイ86を経由することによって、それぞれのチャンネル毎に独立に減衰される。その後、再び分波合波用AWG85bに戻り、逆に合波されて方向性結合器95aに到達する。
【0122】
方向性結合器95aにおいては、戻ってきた光の光量のうち、A(例えば99%)を入力出力兼用光導波路85aへ通過させ、(1−A)(例えば1%)を出力光モニタ用AWG95bへ送る。出力光モニタ用AWG95bの分波機能は、分波合波兼用AWG85bと同一である。出力光モニタ用AWG95bで波長毎(λ1・・・・・λN)に分離された光は、それぞれ光検出器アレイ96ヘ到達し、波長毎の光強度を測定することができる。このため、出力用光ファイバ82ヘ出力されたスペクトルをモニタすることができる。これにより精度の高い光減衰作用を行うことができる。出力スペクトルをモニタする以外の機能は第8の参考例と同等である。
【0123】
第10の参考例
図32は第10の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態は、第9の参考例に対して入力スペクトルモニタ機能を付加したものである。すなわち、第9の参考例に対して入力光モニタ用の方向性結合器105aと、入力光モニタ用の光導波路105dと、入力光モニタ用AWG105bと、入力光モニタ用の光導波路群105cと、入力光モニタ用の光検出器アレイ106が付加されており、入力光モニタ用AWG105bの性能・仕様は第9の参考例における分波合波兼用AWG85b及び出力光モニタ用AWG95bと同一である。
【0124】
入力光モニタ用の方向性結合器105aにおける分離比はA対(1−A)(A<1)であり、Aの値としては例えば0.99である。入力光の一部(1−A)(例えば1%)を入力光モニタ用AWG105bに送る。入力光モニタ用AWG105bの分波機能は分波合波兼用AWG85bと同一であるため、波長毎(λ1,・・・・・,λN)に分離されて光検出器アレイ106で検出され、入力スペクトルをモニタすることができる。この機能を第9の参考例に対して付加することにより光減衰前と光減衰後のスペクトルを双方ともモニタできるため、より精度が高い光減衰作用を行うことができる。
【0125】
なお、図32中、第9及び第10の参考例と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0126】
第11の参考例
図33は第11の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、入力用光ファイバ111と、出力用光ファイバ112と、導波路基板113と、第7の参考例で述べた方法で光減衰を行うような可変光減衰器アレイ114とを有している。
【0127】
ここで、導波路基板113には、入力用光導波路113aと、分波用AWG113bと、分波用AWG113bと可変光減衰器アレイ114とを接続する入力用光導波路群113cと、可変光減衰器アレイ114と合波用AWG113dとを接続する出力用光導波路群113eと、合波用AWG113dと、出力用光導波路113fとが形成してある。
【0128】
本形態に係る可変光減衰器アレイにおいて、複数の波長(λ1,・・・・・,λN)で構成された入力光を入力用光ファイバ111から入れる。この光は、入力用光ファイバ111及び入力用光導波路113aを経由して分波用AWG113bに入る。入力光は分波用AWG113bによって、波長毎に分離され、異なるチャンネル(Ch1,・・・・・,ChN)に出力される。
【0129】
その後、可変光減衰器アレイ114を経由することによって、それぞれのチャンネル毎に独立に減衰され、合波用AWG113dを経由して合波され、出力用光導波路113fを経由して出力用光ファイバ112から出力される。
【0130】
本形態に係る可変光減衰器アレイによって、波長毎に独立に光強度を減衰することができる。また、これらの素子は全て接触固定されており、外部の衝撃等に対してもアライメントがずれることはない。
【0131】
第12の参考例
図34は第12の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第11の参考例に対して出力スペクトルモニタ機能を付加したものである。
【0132】
すなわち、本形態に係る可変光減衰器アレイは、第11の参考例に対して、出力光モニタ用の方向性結合器123aと、出力光モニタ用の光導波路123dと、分波用AWG113b及び合波用AWG113dと同一の分波機能をもつ出力光モニタ用AWG123bと、出力モニタ用の光導波路群123cとを同一光導波路基板123上に追加して形成したものである。方向性結合器123aは光導波路123dの中間部分に設置されており、方向性結合器123aにおける分離比はA対(1−A)(A<1)であり、Aの値としては例えば0.99である。また、出力光モニタ用AWG123bにおいて分波された光は、出力光モニタ用の光導波路群123cを経由して、出力光モニタ用の光検出器アレイ126に入射し、チャンネル毎に検出される。
【0133】
本形態に係る可変光減衰器アレイによれば、波長毎に独立に光強度を減衰することができるとともに、出力スペクトルをモニタできるため、精度の高い光減衰操作を行うことができる。また、各素子は全て接触固定されており、外部の衝撃等に対してもアライメントがずれることはない。
【0134】
なお、図34中、第11の参考例と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0135】
第13の参考例
図35は第13の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。本形態に係る可変光減衰器アレイは、第12の参考例に対して入力スペクトルモニタ機能を付加したものである。
【0136】
すなわち、本形態に係る可変光減衰器アレイは、第12の参考例に対して、入力光モニタ用の方向性結合器133aと、入力光モニタ用の光導波路133dと、分波用AWG113b等と同一の分波機能をもつ入力光モニタ用AWG133bと、入力光モニタ用の光導波路群133cとを同一光導波路基板133上に追加して形成したものである。入力光モニタ用の方向性結合器133aは、光導波路133dの中問部分に設置されており、この方向性結合器133aにおける分離比はA対(1−A)(A<1)であり、Aの値としては例えば0.99である。また、入力光モニタ用AWG133bにおいて分波された光は、入力光モニタ用の光導波路群133cを経由して、入力光モニタ用の光検出器アレイ136に入射し、チャンネル毎に検出される。
【0137】
本形態に係る可変減衰器アレイによれば、波長毎に独立に光強度を減衰することができるとともに、光減衰前と光減衰後のスペクトルを双方ともモニタできるため、より精度が高い光減衰作用を行うことができる。また、各素子は全て接触固定されており、外部の衝撃等に対してもアライメントがずれることはない。
【0138】
なお、図35中、第11及び第12の参考例と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0139】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明したように、本発明によれば、反射鏡の湾曲の影響を受けず、高速で駆動可能で、製作時の微妙な位置調整の手間が低減された光減衰器が実現できる。また、小型で電力消費が少ない光減衰器アレイが実現できる。
【0140】
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の参考例に係る可変光減衰器の構成を概念的に示す説明図である。
【図2】 第1の参考例に係る可変光減衰器における光減衰率の回転角度依存性を示す特性図である。
【図3】 第2の参考例に係る可変光減衰器の構成を概念的に示す説明図である。
【図4】 第2の参考例に係る可変光減衰器における光減衰率の回転角度依存性を示す特性図である。
【図5】 本発明の実施の形態に係る可変光減衰器の構成を概念的に示す説明図である。
【図6】 本発明の実施の形態に係る可変光減衰器における光減衰率の並進距離依存性を示す特性図である。
【図7】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図8】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおけるレンズアレイを示す図で、(a)はその上面図、(b)はその側面図である。
【図9】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおけるMEMSミラーアレイを示す図で、(a)はその斜視図、(b)はそのA断面図、(c)はそのB断面図である。
【図10】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける上部MEMSミラーアレイ基板を示す上面図である。
【図11】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける下部MEMS駆動電極基板を示す上面図である。
【図12】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける上部MEMSミラーアレイマスクを示す図で、(a)は基板側エッチング用パターンを示す上面図、(b)はミラー及びバネ部形成用パターンを示す上面図である。
【図13】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける上部MEMSミラーアレイの作製プロセスを示す説明図である。
【図14】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける下部MEMS駆動電極基板マスクを示す図で、(a)は電極形成用パターンを形成するマスクを示す上面図、(b)は異方性エッチングによる彫り込み用マスクを示す上面図である。
【図15】 第3の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける下部MEMS駆動電極基板作製プロセスを示す説明図である。
【図16】 第3の参考例に係る横回転の可変光減衰器アレイの説明図である。
【図17】第3の参考例に係る可変光減衰器アレイの横回転の電極パターンを示す説明図である。
【図18】 第4の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図19】 第4の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける減衰率の回転角度依存性を示す特性図である。
【図20】 第5の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図21】 第5の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける上部MEMSミラーアレイ及び下部駆動電極基板のマスクパターンを示す説明図である。
【図22】 第5の参考例に係る減衰率の並進移動距離依存性を示す特性図である。
【図23】 第6の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図24】 第6の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける上部MEMSミラーアレイ及び下部駆動電極基板の第1のマスクパターンを示す説明図である。
【図25】 第6の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける上部MEMSミラーアレイ及び下部駆動電極基板の第2のマスクパターンを示す説明図である。
【図26】 第6の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける減衰率の回転角依存性を示す特性図である。
【図27】 第7の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図28】 第7の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける下部駆動電極基板のパターンを示す説明図である。
【図29】 第7の参考例に係る可変光減衰器アレイにおける減衰率の回転角依存性を示す説明図である。
【図30】 第8の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図31】 第9の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図32】 第10の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図33】 第11の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図34】 第12の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図35】 第13の参考例に係る可変光減衰器アレイの構成を概念的に示す説明図である。
【図36】 第1の従来技術に係る可変光減衰器を概念的に示す説明図である。
【図37】 第2の従来技術に係る可変光減衰器を概念的に示す説明図である。
【図38】 第2の従来技術に係る可変光減衰器における回転駆動鏡との回転角度と、光の減衰率との関係を示す特性図である。
【図39】 第3の従来技術に係る可変光減衰器アレイを概念的に示す説明図である。
【図40】 第4の従来技術に係る可変光減衰器を概念的に示す説明図である。
【図41】 第4の従来技術に係る可変光減衰器における温度差と出力ポートの光の相対強度との関係を示す特性図である。
【図42】 第5の従来技術に係る可変光減衰器を示す概念図である。
【図43】 第6の従来技術に係る可変光減衰器を示す概念図である。
【符号の説明】
1、11、21、81、111 入力光ファイバ
2、12、22、82、112 出力光ファイバ
3、13、23、83 サーキュレータ
4、14、24、84 入力出力兼用光ファイバ
5、15、17、25、27 レンズ
6、16 回転駆動鏡
26 並進駆動鏡
31、41、51、61、71 入力用光ファイバ群
32、42、52、62、72 出力用光ファイバ群
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention Variable optical attenuator In particular, a MEMS device, a variable optical attenuation system, an optical attenuation method, an MEMS variable optical attenuator, and a wavelength branch that performs optical attenuation for each wavelength using the same, driven by a microelectromechanical system to perform optical attenuation It is useful when applied to a type of optical attenuator array.
[0002]
[Prior art]
<First prior art>
The first conventional technique will be described with reference to FIG. The prior art includes an input optical fiber 01, an output optical fiber 02, a circulator 03, an input / output optical fiber 04, a lens 05 with a focal length f, and a rotary drive mirror 06. The circulator 03 is an element whose light output port varies depending on the traveling direction of light. In FIG. 36, there are three ports 03-1, 03-2, and 03-3. The light that goes out to 03-2 and enters from the port 03-2 has a function of going out to the port 03-3.
[0003]
The axis connecting the center of the end face of the input / output optical fiber 04 and the center of the lens 05, the center axis of the lens 05, and the normal of the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 06 coincide. The distance from the end face of the input / output optical fiber 04 to the lens 05 is substantially equal to the focal length f.
[0004]
In such an optical system, functions will be described along the light traveling direction. The input light enters the circulator 03 from the port 03-1 through the input optical fiber 01, exits from the port 03-2, and enters the input / output optical fiber 04. The divergent light from the end face of the input / output optical fiber 04 is collimated through the lens 05. The collimated light is applied to the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 06, reflected by the reflecting mirror surface, and then converges again through the lens 05 and forms an image on the end surface of the input / output optical fiber 04. As a result, the input / output optical fiber 04 is entered. When the circulator 03 is entered from the port 03-2 via the input / output optical fiber 04, it exits to the port 03-3 due to the characteristics of the circulator 03. It enters the output optical fiber 02 from the port 03-3 and goes out of the apparatus.
[0005]
In such a conventional technique, when the line connecting the center of the input / output optical fiber 04 and the center of the optical axis of the lens 05 coincides with the normal direction of the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 06, the image formation position of the convergent light As a result, the light returning to the output optical fiber 02 is maximized. Here, when the rotary drive mirror 06 is rotated, the imaging position of the convergent light is shifted from the position of the core on the end face of the input / output optical fiber 04, and the light returning to the output optical fiber 02 decreases. Using this action, the light attenuation rate is variably controlled by adjusting the rotation angle of the rotary drive mirror 06.
[0006]
<Second prior art>
The second conventional technique will be described with reference to FIG. The prior art includes an input optical fiber 011, an output optical fiber 012, a lens 015 having a focal length f, and a rotary drive mirror 016. Here, the axis connecting the midpoint of the line connecting the input optical fiber 011 and the output optical fiber 012 and the center of the lens 015, the center axis of the lens 015, and the normal of the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 016 coincide. ing. The distances from the input optical fiber 011 and the output optical fiber 012 to the lens 015 are substantially equal to the focal length f.
[0007]
In such an optical system, divergent light from the input optical fiber 011 is collimated via the lens 015. The collimated light is irradiated on the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 016. Thereafter, the light is reflected on the reflecting mirror surface, is again converged through the lens 015, is focused on the end face of the output optical fiber 012, and enters the output optical fiber 012.
[0008]
In such prior art, the line connecting the midpoint between the centers of the input optical fiber 011 and the output optical fiber 012 and the optical axis center of the lens 015 coincides with the normal direction of the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 016. In this case, the image forming position of the convergent light coincides with the position of the core of the output optical fiber 012, and the light returning to the output optical fiber 012 is maximized. Here, when the rotary drive mirror 016 is rotated, the light that returns to the output optical fiber 012 is reduced by shifting the focusing light imaging position from the position of the core on the end face of the output optical fiber 012. Using this action, the light attenuation rate is variably controlled by adjusting the rotation angle of the rotary drive mirror 016.
[0009]
Here, FIG. 38 shows the relationship between the rotation angle of the rotary drive mirror 016 and the light attenuation rate when the lens 015 having a focal length f = 1.2 mm is used. In the figure, the vertical axis represents the attenuation rate (dB), and the horizontal axis represents the rotation angle (radian).
[0010]
As is apparent from FIG. 38, when a lens 015 having a focal length f of 1.2 mm is used, a rotation of 0.005 radians is required to attenuate about 20 dB. If the numerical aperture (NA) of the fiber is 0.1, the beam irradiation area on the reflecting mirror surface in this system is about 240 μm.
[0011]
<Third prior art>
The third prior art will be described with reference to FIG. The prior art is an array of variable optical attenuators I according to the first prior art and the second prior art, and the variable optical attenuator I according to the first prior art or the second prior art. Are arranged in parallel and installed in the same housing II so that they can be used easily. In the figure, III is an input and output optical fiber group.
[0012]
<Fourth prior art>
The fourth conventional technique will be described with reference to FIG. The related art is a waveguide-type variable optical attenuator, and includes an input optical port 041, a waveguide Mach-Zehnder interferometer 042, and a heater 043 installed to heat one optical path of the waveguide Mach-Zehnder interferometer 042. The control line 044 for supplying current to the heater 043 and the output port 045 are configured. This waveguide-type variable optical attenuator is abbreviated as VOA (Variable Optical Attenuator).
[0013]
In such a conventional technique, since the temperature of both optical paths is usually the same, there is no optical path length difference between the optical paths, and light from both optical paths interferes, and the output port 045 has the maximum light intensity. can get. Here, when the current of the control line 044 is passed to heat the heater 043 and the temperature of one optical path rises, an optical path length difference is generated. As a result, the interference is weakened and the light intensity obtained at the output port 045 is Decrease. When there is a temperature difference that causes a half-wavelength optical path length difference, the light between the two optical paths cancel each other, and the light intensity obtained at the output port 045 is minimized.
[0014]
FIG. 41 shows an outline of the dependence of the relative intensity of light at the output port 045 on the temperature difference. As is apparent from the figure, it has a cosine function dependence on the temperature difference. Therefore, the light intensity obtained at the output port 045 can be controlled by adjusting the temperature difference with the current of the heater 043.
[0015]
<Fifth prior art>
The fifth prior art will be described with reference to FIG. This prior art is obtained by integrating a plurality of variable optical attenuators according to the fourth prior art on a single waveguide substrate 051. According to the fifth prior art, the optical attenuation can be controlled independently for each channel. In FIG. 42, the same parts as those in FIG. 40 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0016]
<Sixth Prior Art>
The sixth conventional technique will be described with reference to FIG. The prior art includes an input optical fiber 062, a demultiplexing array waveguide diffraction grating 063, a variable optical attenuator array 064, a multiplexing array waveguide diffraction grating 065, and an output optical fiber 066. Are connected. The arrayed waveguide grating demultiplexes the input light consisting of many wavelengths to a different port for each wavelength, and combines the light of different wavelengths input from different ports and outputs it to one port (Hereinafter, abbreviated as AWG (Arrayed Waveguide Grating)). These are arranged and integrated on one waveguide substrate 061. The variable optical attenuator array 064 is a collection of waveguide Mach-Zehnder interferometers 042 shown in FIG. Each variable optical waveguide Mach-Zehnder interferometer 042 is connected to a control line 044 for controlling the optical attenuation for each channel. The arrayed waveguide diffraction gratings 063 and 065 have the same demultiplexing / multiplexing performance.
[0017]
In such a conventional technique, input light entering from the input optical fiber 062 is demultiplexed into a plurality of channels according to the wavelength when passing through the demultiplexing AWG063. Next, the variable optical attenuator array 064 is reached for each channel and attenuated for each channel. Here, the light attenuation amount control line 044 is controlled by a current amount representing the light attenuation amount. After passing through this variable optical attenuator array 064, light of different wavelengths that have undergone different attenuation by the multiplexing AWG 065 is multiplexed and output from the output optical fiber 066.
[0018]
The following non-patent document 1 exists as a known document disclosing this type of variable optical attenuator.
[0019]
[Non-Patent Document 1]
C. R Doerr, R.A. Pafchek, and L.L. W. Stulz IEEE Photonics Technology Letters, vol. 14, no. 3 page 334-336 (2002).
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In the variable optical attenuator of the drive system such as the first and second prior art rotary drive mirrors 06 and 016, the mirror surface is irradiated with collimated light to the mirror that controls the amount of light attenuation. Light is irradiated to the wide area above. If the mirror is curved, there is a disadvantage that it will be lost unexpectedly because it will not become a focal point when it returns to the end face of the optical fiber. In addition, since a mirror having a large area is required, the mass of the mirror is increased, the resonance frequency is lowered, and the rotation angle cannot be changed at high speed.
[0021]
Further, the light attenuation action is caused by the position of the core on the end face of the input / output optical fiber 04 in the first prior art or the output optical fiber 012 in the second prior art, and the position of the light returning from the lens 015. Therefore, if the rotation axis of the rotary drive mirror 016 and the normal direction of the light reflecting surface are deviated from the intended direction, the reflected light is also incident on the end face of the optical fiber by the rotation of the mirror. If it cannot be reached, there is a drawback that it is difficult to use an adjustment means such as obtaining the optimum direction of the mirror by grasping the light increasing / decreasing tendency. For this purpose, it is necessary to make fine adjustments with respect to the rotation axis direction of the mirror and the normal direction of the light reflecting surface of the mirror.
[0022]
In the third prior art, a variable optical attenuator is individually manufactured for each channel, and finally, a plurality of optical attenuators are collectively installed and arrayed. In this method, downsizing and multi-channeling are adopted. There was a limit.
[0023]
Further, in the fourth to sixth prior arts, the variable optical attenuator controls the optical attenuation amount by the amount of current flowing through the control line 044, and in order to maintain a specific optical attenuation amount, the current is always changed. The apparatus must be kept flowing, the power consumption is large, a heat problem occurs, and a cooler is required for temperature control, which makes the apparatus complicated and expensive. Furthermore, in the sixth prior art, in order to monitor the input spectrum and the output spectrum, an optical spectrum analyzer for monitoring is necessary, which is expensive and large.
[0024]
In view of the above-described conventional technology, the present invention can be driven at high speed, can reduce the trouble of fine position adjustment at the time of manufacture, and can be reduced in size and power consumption. Variable optical attenuator The purpose is to provide.
[0025]
[Means for solving the problems]
The configuration of the present invention that achieves the above object is characterized by the following points.
[0026]
[0027]
[0028]
input Optical fiber, output optical fiber, circulator, input / output optical fiber, first lens with a first focal length f1, and second lens with a second focal length f2, can be translated. In a variable optical attenuator having a translational mirror,
The distance from the end face of the input / output optical fiber to the first lens is f1, and the distance from the first lens to the second lens is f1 + f2, from the second lens to the translation drive. The distance to the mirror is f2, and it is arranged to focus on the mirror surface of the translation drive mirror,
Light radiated from the end face of the input / output optical fiber via the input optical fiber and the circulator is reflected on the mirror surface of the translation drive mirror via the first lens and the second lens. Then, the optical path is again formed so as to return to the end face of the input / output optical fiber via the second lens and the first lens, and again toward the output optical fiber via the circulator. on the other hand,
By driving the translation drive mirror in translation, the coupling efficiency of the return light at the end face of the input / output optical fiber to the input / output optical fiber is changed, and the output with respect to the intensity of light from the input optical fiber is changed. To control the attenuation factor of light intensity in optical fiber.
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0049]
< First reference example >
Figure 1 First reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator which concerns on. As shown in the figure, the variable optical attenuator includes an input optical fiber 1, an output optical fiber 2, a circulator 3, an input / output optical fiber (core diameter 11 μm) 4, a lens 5 with a focal length f, and a rotational drive. It has a mirror 6.
[0050]
Here, the axis connecting the center of the end face of the input / output optical fiber 4 and the center of the lens 5, the center axis of the lens 5, and the normal of the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 6 coincide. The distance from the end face of the input / output optical fiber 4 to the lens 5 is substantially equal to 2f. The distance from the lens 5 to the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 6 is also approximately equal to 2f.
[0051]
The function of such a variable optical attenuator will be described. The input light enters the circulator 3 from the port 3-1 via the input optical fiber 1 and exits from the port 3-2. Further, it enters the input / output optical fiber 4. The divergent light from the end face of the input / output optical fiber 4 passes through the lens 5 and is focused on the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 6.
[0052]
The size of the focal point on the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 6 is substantially equal to the core diameter (11 μm) of the input / output optical fiber 4.
[0053]
The light reflected by the reflecting mirror surface becomes divergent light, and again forms convergent light via the lens 5 and forms an image on the end face of the input / output optical fiber 4. As a result, the input / output optical fiber 4 is entered. When the circulator 3 is entered from the port 3-2 via the input / output optical fiber 4, it exits to the port 3-3 due to the characteristics of the circulator 3. The light enters the output optical fiber 2 from the port 3-3 and is output to the outside.
[0054]
In such a variable optical attenuator, when the center of the input / output optical fiber 4 is coaxial with the optical axis of the lens 5, convergent light is imaged at the core position of the input / output optical fiber 4. In particular, when the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 6 is perpendicular to the optical axis of the lens 5, the convergent light is input perpendicularly to the end surface of the input / output optical fiber 4 and is taken into the input / output optical fiber 4 at this time. The light intensity is maximized. When the rotary drive mirror 6 is rotated from this state, the incident angle of the convergent light with respect to the end face of the input / output optical fiber 4 deviates from the vertical, and the light returning to the output optical fiber 2 decreases. By utilizing this action, the light attenuation rate is variably controlled by adjusting the rotation angle of the rotary drive mirror 6.
[0055]
FIG. 2 shows data obtained by measuring the rotation angle dependence of the optical attenuation factor in the variable optical attenuator. In this data, the curve of the rotation angle dependence of the light attenuation factor is data of f = 700 μm and f = 1200 μm, but they are overlapped and hardly depend on the focal length f. Therefore, the degree of freedom in selecting the lens 5 is considerably increased.
[0056]
For example, when designing a variable optical attenuator capable of obtaining a loss of 20 dB at a rotation angle of 0.096 radians, a desired small variable optical attenuator is realized by using, for example, the lens 5 having a focal length of 700 μm. it can.
[0057]
Here, it is assumed that the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 6 at the time of manufacturing the variable optical attenuator according to the present embodiment is deviated from perpendicular to the optical axis of the lens 5 in the initial state. Even in this case, the focus position where the light reflected from the mirror surface of the rotary drive mirror 6 is again collected by the optical system is always at the center position of the input / output optical fiber 4, so the increasing / decreasing tendency of the return light can be grasped. By doing so, it is possible to easily search for the position of the rotary drive mirror 6 at which the amount of return light is maximized.
[0058]
< Second reference example >
Figure 3 Second reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator which concerns on. As shown in the figure, the variable optical attenuator includes an input optical fiber 11, an output optical fiber 12, a circulator 13, an input / output optical fiber (core diameter 11 μm) 14, a lens 15 having a focal length f1, a focal length. An f2 lens 17 and a rotary drive mirror 16 are provided.
[0059]
Here, the axis connecting the center of the end face of the input / output optical fiber 14 and the centers of the lenses 15 and 17, the central axis of the lenses 15 and 17, and the normal of the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 16 coincide. The distance from the end face of the input / output optical fiber 14 to the lens 15 is substantially equal to the focal length f1. The distance from the lens 15 to the lens 17 is substantially equal to f1 + f2. Furthermore, the distance from the lens 17 to the mirror surface of the rotary drive mirror 16 is substantially equal to the focal length f2.
[0060]
The function of such a variable optical attenuator will be described. The input light enters the circulator 13 from the port 13-1 via the input optical fiber 11, and exits from the port 13-2. Further, the optical fiber enters the input / output optical fiber 14. The divergent light from the end face of the input / output optical fiber 14 passes through the lens 15 to become collimated light, travels a distance f1 + f2, and reaches the lens 17. The light is converged by the lens 17 and is focused on the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 16.
[0061]
Here, the size of the focal point on the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 16 is about the core diameter (11 μm) × (f2 / f1) of the input / output optical fiber 14. The light reflected by the reflecting mirror surface becomes divergent light and again becomes collimated light via the lens 17, reaches the lens 15, and becomes convergent light by the lens 15 and forms an image on the end face of the input / output optical fiber 14. To do. As a result, the input / output optical fiber 14 is entered. When entering the circulator 13 from the port 13-2 via the input / output optical fiber 14, it exits to the port 13-3 due to the characteristics of the circulator 13. Thereafter, the light enters the output optical fiber 12 from the port 13-3 and exits from the variable optical attenuator.
[0062]
In such a variable optical attenuator, when the optical axes of the lens 15 and the lens 17 coincide and the center of the input / output optical fiber 14 is on the same axis, the convergent light is positioned at the core position of the input / output optical fiber 14. Is imaged. In particular, when the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 16 is perpendicular to the optical axes of the lens 15 and the lens 17, the convergent light is input perpendicularly to the end surface of the input / output optical fiber 14. At this time, the amount of light taken into the input / output optical fiber 14 is maximized. When the rotary drive mirror 16 is rotated from this state, the incident angle of the convergent light with respect to the end face of the input / output optical fiber 14 deviates from the vertical, and the light returning to the output optical fiber 12 decreases. By utilizing this action, the light attenuation rate is variably controlled by adjusting the rotation angle of the rotary drive mirror 15.
[0063]
FIG. 4 shows data obtained by measuring the rotation angle dependence of the optical attenuation factor in the variable optical attenuator. As can be seen from this data, the rotation angle dependence curve of the light attenuation rate in this embodiment depends not on the value of the focal length itself but on the ratio of the focal lengths f1 and f2 of the two lenses 15 and 17.
[0064]
Therefore, when it is desired to construct an optical system that has an attenuation factor of a certain rotation angle using this relationship, a desired attenuation factor is determined by determining the ratio of the focal lengths f1 and f2 of the two lenses 15 and 17. The variable optical attenuator can be designed so as to obtain the relationship between the rotation angle and the rotation angle.
[0065]
For example, when designing a variable optical attenuator that can obtain a loss of 20 dB at a rotation angle of 0.1 radians, the ratio of the focal lengths f1 and f2 between the lens 15 and the lens 17 is set to 1, for example, the focal length is set as the lens 15. A desired variable optical attenuator can be realized by using a lens having a focal length of 700 μm (= f2) as the lens 17 and 700 μm (= f1). Further, when designing a variable optical attenuator that can obtain a loss of 20 dB at a rotation angle of 0,016 radians, the ratio of the focal length of the lens 15 and the lens 17 is 0.16, for example, the focal length is 115 μm as the lens 15. (= F1) By using a lens having a focal length of 700 μm (= f2) as the lens 17, a desired variable optical attenuator can be realized.
[0066]
Here, it is assumed that the reflecting mirror surface of the rotary drive mirror 16 at the time of manufacturing the variable optical attenuator according to the present embodiment is deviated from perpendicular to the optical axes of the lens 15 and the lens 17 in the initial state. Even in this case, although the incident angle of the return light to the input / output optical fiber 14 is not vertical, the focus position is always in the core portion of the input / output optical fiber 14, so that the tendency of increase / decrease in the intensity of the return light can be grasped. By doing so, it is possible to search for the position of the rotary drive mirror 16 at which the amount of return light is maximized.
[0067]
< Embodiment of the present invention >
FIG. Embodiment of the present invention It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator which concerns on. As shown in the figure, the variable optical attenuator includes an input optical fiber 21, an output optical fiber 22, a circulator 23, an input / output optical fiber (core diameter 11 μm) 24, a lens 25 having a focal length f1, a focal length. An f2 lens 27 and a translational drive mirror 26 are provided.
[0068]
Here, the axis connecting the center of the end face of the input / output optical fiber 24 and the center of the lens 25, the center axis of the lens 27, and the normal line of the reflecting mirror surface of the translation drive mirror 26 coincide. The distance from the end face of the input / output optical fiber 24 to the lens 25 is substantially equal to the focal length f1. The distance from the lens 25 to the lens 27 is substantially equal to f1 + f2. Further, the distance from the lens 27 to the reflecting mirror surface of the translation drive mirror 26 is substantially equal to the focal length f2.
[0069]
The function of such a variable optical attenuator will be described. The input light enters the circulator 23 from the port 23-1 via the input optical fiber 21, and exits from the port 23-2. Thereafter, the input / output optical fiber 24 is entered. The divergent light from the end face of the input / output optical fiber 24 passes through the lens 25 to become collimated light, travels through the focal length f1 + f2, and reaches the lens 27. The light is converged by the lens 27 and is focused on the reflecting mirror surface of the translation drive mirror 26. The size of the focal point on the reflecting mirror surface is about the core diameter (11 μm) × (f2 / f1) of the input / output optical fiber 24. The light reflected by the translational drive mirror becomes divergent light and again becomes collimated light via the lens 27, reaches the lens 25, is converged by the lens 25, and is connected to the end face of the input / output optical fiber 24. Image. As a result, the optical fiber 24 enters the input / output optical fiber 24. When the circulator 23 is entered from the port 23-2 via the input / output optical fiber 24, it exits to the port 23-3 due to the characteristics of the circulator 23. Thereafter, the light enters the output optical fiber 22 from the port 23-3 and is output to the outside of the variable optical attenuator.
[0070]
In such a variable optical attenuator, when the optical axes of the lens 25 and the lens 27 coincide and the center of the input / output optical fiber 24 is on the same axis, the convergent light is positioned at the core position of the input / output optical fiber 24. Is imaged. In particular, when the position of the reflecting mirror surface of the translation drive mirror 26 coincides with the focal position, the convergent light input to the end face of the input / output optical fiber 24 is in a state of focusing at the end face position. The amount of light taken into the output combined optical fiber 24 is maximized. When the translation drive mirror 26 is moved from this state, the center position of the focal point becomes. Although it coincides with the center of the input / output optical fiber 24, the focal position deviates from the position of the end face of the input / output optical fiber 24 and is defocused, and the light returning to the output optical fiber 22 decreases. Using this action, the light attenuation rate is variably controlled by adjusting the moving distance of the translation drive mirror 26.
[0071]
FIG. 6 shows data obtained by measuring the translational distance dependency of the optical attenuation factor in the variable optical attenuator. As can be seen from this data, the translational distance dependency curve of the light attenuation rate in this embodiment depends on the ratio of the focal lengths f1 and f2 of the two lenses 25 and 27, not the values of the focal lengths f1 and f2. . Therefore, when it is desired to configure an optical system that has a predetermined attenuation rate at a certain translational distance by using this relationship, the ratio of the focal lengths f1 and f2 of the two lenses 25 and 27 is determined to be desired. It is possible to design a variable optical attenuator that obtains the relationship between the attenuation rate of the light source and the translational movement distance.
[0072]
For example, when it is desired to design a variable optical attenuator that can obtain a loss of 20 dB at a translational distance of 17 μm, the ratio of the focal lengths of the lens 25 and the lens 27 may be set to 6. For example, by using a lens having a focal length of 700 μm (= f1) as the lens 25 and a lens having a focal length of 115 μm (= f2) as the lens 27, a desired variable optical attenuator can be realized.
[0073]
Here, it is assumed that the initial position of the translation mirror at the time of manufacturing the variable optical attenuator according to the present embodiment is shifted from the position where the maximum amount of return light can be obtained. Even in this case, since the center position of the focal point of the return light is always on the central axis of the core of the input / output optical fiber 24, the amount of the return light can be maximized by grasping the increasing / decreasing tendency of the intensity of the return light. The position of the translation movable mirror 26 can be searched.
[0074]
< Third reference example >
FIG. Third reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment is First reference example It has a structure in which a large number of variable optical attenuators based on the optical attenuation principle are integrated.
[0075]
As shown in FIG. This form A variable optical attenuator array in which a large number of variable optical attenuators are integrated includes an input optical fiber group 31 composed of a plurality of optical fibers, an output optical fiber group 32 composed of a plurality of optical fibers, and a plurality of circulators 33. , An optical fiber group 34 for both input and output in which end faces of a plurality of optical fibers are aligned and arranged at regular intervals, a glass spacer 37, a lens array 35 in which a plurality of lenses having a focal length of 700 μm are arranged in parallel, and an optical distance of 1400 μm Remote place A MEMS array 36 which is a rotationally driven mirror array, and a MEMS electrode 39.
[0076]
Here, the glass spacer 37 has a thickness of 403 μm, the lens array 35 has a thickness of 530 μm, and the optical distance from the input / output optical fiber group 34 to the lens array 35 has a refractive index of 1. 5, the optical distance is 1400 μm, the thickness of the glass spacer 38 is 517 μm, the distance in the air to the MEMS mirror array 36 is 625 μm, and the optical distance from the lens array 35 to the MEMS mirror 39 is also 1400 μm. It is.
[0077]
Here, the lens array 35 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 8A is a top view thereof, and FIG. 8B is a side view thereof. As shown in both figures, the lens array 35 is commercially available, and a number of refractive index distribution lenses 35b are formed in the vicinity of the surface of the glass substrate 35a with a period of 250 μm between the centers, and the thickness is 530 μm. .
[0078]
Next, the structure of the MEMS mirror array 36 will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a perspective view thereof, FIG. 2B is a sectional view thereof A, and FIG. As shown in these drawings, the MEMS mirror array 36 includes a MEMS mirror array substrate 36a as an upper portion and a MEMS drive electrode substrate 36b as a lower portion.
[0079]
In particular, as shown in FIG. 9B and FIG. 9C, since the MEMS drive electrode substrate 36b has a recessed portion, the mirror 36c constituting the MEMS mirror array substrate 36 is separated from the MEMS mirror array portion 36a. It is supported by the spring only and held in the air. Further, a light blocking barrier 36d is provided between the single mirrors 36c so that stray light from adjacent mirrors 36c is blocked.
[0080]
FIG. 10 is a top view of the upper MEMS mirror array substrate. As shown in the figure, a mirror 36c, a light blocking barrier 36d, and a torsion spring 36e are integrally formed on the MEMS mirror array substrate.
[0081]
FIG. 11 is a top view of the lower MEMS drive electrode substrate 36b. Here, the pad electrode 36f and the drive electrode 36g are electrically insulated from the upper rotating mirror. A pair of drive electrodes 36g corresponding to the mirror 36c, which is one micro rotating mirror, is provided, and electrostatic attraction is generated by applying a voltage to the drive electrodes 36g via the pad electrode 36f. Then, the mirror 36c is rotationally driven to a desired angle. In addition, there is a separate ground electrode pad 36i, which is electrically connected to the upper rotary mirror and connected to the ground.
[0082]
Also this Third reference example In First reference example The relationship between the rotation angle and the attenuation rate is also First reference example The same characteristics can be obtained.
[0083]
The rotary drive mirror array in the variable optical attenuator shown in this embodiment can be manufactured in a batch by a micromachining technique based on a semiconductor process technique.
[0084]
The production method is described below. First, a method for manufacturing the upper MEMS mirror array substrate will be described.
[0085]
FIG. 12 shows the mask used. FIG. 5A shows a substrate-side etching pattern, and FIG. 5B shows a mirror and spring portion forming pattern. The substrate side etching pattern is a mask for engraving from the back surface, and the mirror and spring part forming pattern is a mask for forming the mirror 36c and the torsion spring part 36e.
[0086]
The upper mirror array creation process will be described with reference to FIG.
(1) An SOI (Si1 icon on Insulator) substrate is prepared. This substrate is composed of a Si substrate having a silicon active layer of 3 μm, a buried Si oxide layer of 1 μm, and a thickness of 625 μm.
(2) A photolithography process is performed on the Si active layer using the first upper MEMS mirror array mask (FIG. 12B) to form a torsion spring portion and a MEMS mirror.
(3) The substrate is turned upside down.
(4) A photolithography process is performed on the Si substrate using the second upper MEMS mirror array mask (FIG. 12A), and etching is performed at a depth of 625 μm using the Deep Reactive Ion Etching apparatus. Do.
(5) Dicing is performed to divide each chip, and the embedded Si oxide layer is removed.
(6) A Cr layer and an Au layer are formed.
(7) A Cr layer and an Au layer are formed from the back surface.
[0087]
Next, a manufacturing method of the lower MEMS drive electrode substrate will be described. FIG. 14 shows the mask used. As shown in the figure, (a) is a mask for forming an electrode forming pattern, and (b) is a mask for engraving by anisotropic etching. In the figure, 36g is a pair of drive electrodes, 36h is a drive electrode pad, 36i is a ground electrode pad, and 36j is a thermal oxide film pattern.
[0088]
The lower MEMS drive electrode substrate manufacturing process will be described with reference to FIG.
(1) A Si (100) substrate is prepared. This substrate has a thickness of 625 μm.
(2) A Si thermal oxide film is formed.
(3) A photolithography process is performed on the Si thermal oxide film using the first lower MEMS drive electrode substrate mask (FIG. 14B) to form a pattern.
(4) An anisotropic etching is performed using an aqueous potassium hydroxide solution or the like to form a recess having a depth of 40 μm.
(5) A Si thermal oxide film is formed.
(6) Evaporate Cr and Au.
(7) A photolithography process is performed using the second lower MEMS drive electrode substrate mask (FIG. 14A) to form electrode patterns of Au and Cr layers.
[0089]
A structure as shown in FIG. 16 may be used as a structure that enables the same action. This is a top view, and includes a mirror 36k and a torsion spring portion 36l. The torsion spring 36l extends in the longitudinal direction of the opening, and a simple bar is used as the torsion spring. Since a simple rod is used, the tension spring constant can be hardened while keeping the torsion spring soft, and operations other than rotation can be suppressed.
[0090]
FIG. 17 shows a part of the mask for the MEMS drive electrode substrate. As shown in the figure, a drive electrode 36m and a pad electrode 36n for rotating the mirror around the axis of the torsion spring are arranged. Further, a separate ground electrode pad 36i is provided, and is electrically connected to the upper rotary mirror, and the drive electrode 36m and the pad electrode 36n connected to the ground are electrically insulated from the upper rotary mirror.
[0091]
< Fourth reference example >
FIG. Fourth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment is Second reference example It has a structure in which a large number of variable optical attenuators based on the optical attenuation principle are integrated.
[0092]
As shown in FIG. 18, a variable optical attenuator array in which a large number of variable optical attenuators according to this embodiment are integrated includes an input optical fiber group 41 composed of a plurality of optical fibers and an output optical fiber composed of a plurality of optical fibers. A lens in which a group 42, a plurality of circulators 43, an input / output optical fiber group 44 in which end faces of a plurality of optical fibers are aligned and arranged at a constant interval, a glass spacer 48, and a plurality of lenses having a focal length of 700 μm are arranged in parallel. An array 45, a lens array 47 in which a plurality of lenses having a focal length of 700 μm are arranged in parallel, a MEMS mirror array 46 that is a rotationally driven mirror array installed at a distance of 625 μm, and a MEMS electrode 49 are provided.
[0093]
Here, the thickness of the glass spacer 48 is 595 μm, the thickness of the lens arrays 45 and 47 is 530 μm, and the optical distance from the input / output optical fiber group 44 to the lens array 45 is the refractive index of the glass. 1.5 is 700 μm, and the distance in the air from the lens array 47 to the mirror in the MEMS mirror array 46 is 625 μm.
[0094]
Regarding the MEMS mirror array 46 in this embodiment, Third reference example The same structure as the MEMS mirror array 36 in FIG. Also for the top view of the rotating mirror Third reference example 11 or 16 in FIG. 16, and the electrode for rotation drive Third reference example The same as FIG. 11 or FIG.
[0095]
The structure and manufacturing method of the MEMS mirror array 46 in this embodiment are as follows: Third reference example Are omitted here.
[0096]
FIG. 19 shows data on the rotation angle dependency of the light attenuation rate in this embodiment. Here, since the optical attenuator according to the second reference example is used, the relationship between the rotation angle and the attenuation rate is also described. Second reference example Similar data is obtained.
[0097]
< Fifth reference example >
FIG. Fifth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment is Embodiment of the present invention It has a structure in which a large number of variable optical attenuators based on the optical attenuation principle are integrated.
[0098]
As shown in FIG. 20, the variable optical attenuator array in which many variable optical attenuators according to this embodiment are integrated includes an input optical fiber group 51 composed of a plurality of optical fibers and an output optical fiber composed of a plurality of optical fibers. A lens in which a group 52, a plurality of circulators 53, an input / output optical fiber group 54 in which end faces of a plurality of optical fibers are aligned at a constant interval, a glass spacer 58, and a plurality of lenses having a focal length of 700 μm are arranged in parallel. An array 55, a lens array 57 in which a plurality of lenses having a focal length of 115 μm are arranged in parallel, a MEMS mirror array 56 which is a translational drive mirror array installed at a distance of 115 μm, and a MEMS electrode 59 are provided.
[0099]
Here, the thickness of the glass spacer 58 is 595 μm, the thickness of the lens arrays 55 and 57 is 530 μm, and the optical distance from the input / output optical fiber group 54 to the lens array 55 is the refractive index of the glass. 1.5 is 700 μm, and the distance in the air from the lens array 57 to the mirror in the MEMS mirror array 56 is 115 μm.
[0100]
FIG. 21 shows a part of a top view of the mask pattern of the upper MEMS mirror array 56 and the lower drive electrode substrate used in this embodiment. As shown in the figure, the mirror 56a in the MEMS mirror array 56 is supported by a tension spring 56b from four directions and held in the air. By applying a voltage to the drive electrode 56c directly below the mirror 56a via the pad electrode 56d, an electrostatic attractive force is generated, and the mirror 56a is drawn toward the drive electrode 56c to cause a translational movement of the mirror 56a.
[0101]
The manufacturing method of the MEMS mirror array 56 that causes the translational movement as described above is as follows. Third reference example Since the method is the same as that described in the above and only the pattern is different, it is omitted here.
[0102]
FIG. 23 shows the translational distance dependency of the attenuation rate in this embodiment. In this form, Embodiment of the present invention The relationship between translational distance and attenuation rate is also Embodiment of the present invention Similar data is obtained.
[0103]
< Sixth reference example >
FIG. Sixth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment has a structure in which a large number of variable optical attenuators based on the optical attenuation principle of the first prior art are integrated.
[0104]
As shown in FIG. This form A variable optical attenuator array in which a large number of variable optical attenuators are integrated includes an input optical fiber group 61 composed of a plurality of optical fibers, an output optical fiber group 62 composed of a plurality of optical fibers, and a plurality of circulators 63. , A group of optical fibers 64 for both input and output, in which end faces of a plurality of optical fibers are aligned at a constant interval, a glass spacer 67, a lens array 65 in which a plurality of lenses having a focal length f are arranged in parallel, and a constant distance in the air It has a MEMS array 66 which is a rotary drive mirror array installed at a distant place, and a MEMS electrode 69.
[0105]
Here, when the focal length f of the lens array 65 is 700 μm, the thickness of the glass spacer 67 is 467 μm, the thickness of the lens array 65 is 530 μm, and the thickness of the substrate of the MEMS mirror array 66 is 115 μm. It is. Therefore, the optical distance from the input / output optical fiber group 64 to the lens array 65 is 700 μm, and the optical distance from the lens array 65 to the MEMS mirror array 66 is 530 μm in thickness of the lens array 65 and 115 μm in the air. The sum is 968 μm.
[0106]
When the focal length f of the lens array 65 is 115 μm, the thickness of the glass spacer 67 is 77 μm, the thickness of the lens array 65 is 530 μm, and the thickness of the substrate of the MEMS mirror array 66 is 115 μm. is there. Therefore, the optical distance from the input / output optical fiber group 64 to the lens array 65 is 115 μm, and the optical distance from the lens array 65 to the MEMS mirror array 66 is 530 μm in thickness of the lens array 65 and 115 μm in the air. The sum is 968 μm.
[0107]
As the mask pattern for the upper MEMS mirror array 66 and the mask pattern for the lower drive electrode substrate in this embodiment, either one shown in FIG. 24 or FIG. 25 is used. In FIG. 24, 66a is a mirror, 66b is a torsion spring, 66c is a drive electrode, 66d is a pad electrode, 66e is a mirror, 66f is a torsion spring, 66g is a drive electrode, and 66h is a pad electrode.
[0108]
The manufacturing method of the MEMS mirror array 66 is as follows. Third reference example Since it is the same as the method described in, it is omitted here.
[0109]
FIG. 26 shows the relationship between the rotation angle and the attenuation rate in this embodiment for two cases, when the focal length of the lens array 65 is 115 μm and when it is 700 μm. Since the optical attenuation method is the same as the first prior art, the dependency of the attenuation rate on the rotation angle also exhibits the same behavior.
[0110]
< Seventh reference example >
FIG. Seventh reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment has a structure in which many variable optical attenuators based on the optical attenuation principle of the second prior art are integrated.
[0111]
As shown in FIG. 27, a variable optical attenuator array in which many variable optical attenuators according to this embodiment are integrated includes an input optical fiber group 71 composed of a plurality of optical fibers and an output optical fiber composed of a plurality of optical fibers. A group 72, a glass spacer 77, a lens array 75 in which a plurality of lenses having a focal length f are arranged in parallel, a MEMS array 76 which is a rotationally driven mirror array installed at a certain distance in the air, and a MEMS electrode 79.
[0112]
Here, when the focal length f of the lens array 75 is 700 μm, the thickness of the glass spacer 77 is 467 μm, the thickness of the lens array 75 is 530 μm, and the thickness of the substrate of the MEMS mirror array 76 is 115 μm. It is. Therefore, the optical distance from the input and output optical fiber groups 71 and 72 to the lens array 75 is 700 μm, which is a distance obtained by multiplying the thickness of the spacer 77 by 467 μm and the refractive index 1.5, and the lens array 75 to the MEMS mirror array. The optical distance up to 76 is 968 μm, which is the sum of the distance 795 μm obtained by multiplying the thickness 530 μm of the lens array 75 by the refractive index 1.5 and the distance 115 μm in the air.
[0113]
here, This form As shown in FIG. 28, the mask pattern for the upper MEMS mirror array 76 and the mask pattern for the lower drive electrode substrate in FIG. In the figure, 76a is a mirror, 76b is a torsion spring, 76c is a drive electrode, and 76d is a pad electrode.
[0114]
The manufacturing method of the MEMS mirror array 76 according to this embodiment is as follows. Third reference example Since it is the same as the method described in, it is omitted here.
[0115]
FIG. 29 shows the relationship between the rotation angle and the attenuation rate in this embodiment for two cases, when the focal length of the lens array 75 is 115 μm and when it is 700 μm. Since the optical attenuation method is the same as the second prior art, the dependency of the attenuation rate on the rotation angle also exhibits the same behavior.
[0116]
< Eighth reference example >
Figure 30 Eighth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment includes an input optical fiber 81, an output optical fiber 82, a circulator 83, an input / output optical fiber 84, a waveguide substrate 85, Third to sixth reference examples A variable optical attenuator array 86 that performs optical attenuation by the method described in the above section. The waveguide substrate 85 includes an input / output waveguide 85a and a demultiplexing / multiplexing array waveguide diffraction grating (AWG: Arrayed Waveguide Grating). ) 85b, an optical waveguide group 85c for connecting the demultiplexing / multiplexing AWG 85b and the variable optical attenuator array 86 is formed. All of these elements are fixed in contact with each other, and the alignment does not shift even with external impacts.
[0117]
In the variable optical attenuator array according to this embodiment, input light composed of a plurality of wavelengths (λ1,... ΛN) is input from the input optical fiber 81. This light enters the demultiplexing / multiplexing AWG 85b via the circulator 83, the input / output optical fiber 84, and the input / output waveguide 85a. The input light is separated for each wavelength by the demultiplexing / multiplexing AWG 85b and output to different channels (Ch1,..., ChN).
[0118]
By passing through the variable optical attenuator array 86 from the optical waveguide group 85c, each channel is attenuated independently. It returns to the demultiplexing / multiplexing AWG 85b again via the optical waveguide group 85c, and is multiplexed and output from the output optical fiber 82 via the input / output optical waveguide 85a, the input / output optical fiber 84, and the circulator 83. The
[0119]
According to this embodiment, input light composed of a plurality of wavelengths can be obtained as output light by performing an attenuation operation independently for each wavelength.
[0120]
<Ninth Reference Example>
FIG. Ninth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment is Eighth reference example An output spectrum monitoring function is added to the variable optical attenuator array according to the above. That is, the variable optical attenuator according to this embodiment includes a directional coupler 95a for monitoring, an optical waveguide 95d for output light monitoring, an AWG 95b for output light monitoring, an optical waveguide group 95c for output light monitoring, The photodetector array 96 is added to the variable optical attenuator array according to the eighth reference example. Among these, the directional coupler 95a, the optical waveguide 95d, the output light monitoring AWG 95b, and the optical waveguide group 95c are installed on the same waveguide substrate 95. The directional coupler 95a is installed in the middle of the output optical waveguide 95d, and the separation ratio is A vs. (1-A) (A <1). The value of A is, for example, 0.99.
[0121]
In the variable optical attenuator array according to this embodiment, input light composed of a plurality of wavelengths (λ1... ΛN) is input from the input optical fiber 81. This light enters the demultiplexing / multiplexing AWG 85b via the circulator 83, the input / output optical fiber 84, the input / output waveguide 85a, and the directional coupler 95a. The input light is separated for each wavelength by the demultiplexing / multiplexing AWG 85b, output to different channels (Ch1,. Attenuated independently. After that, the signal returns to the demultiplexing / multiplexing AWG 85b, and is reversely combined to reach the directional coupler 95a.
[0122]
In the directional coupler 95a, A (for example, 99%) of the amount of returned light is passed through the input / output optical waveguide 85a, and (1-A) (for example, 1%) is sent to the output light monitoring AWG 95b. Send to. The demultiplexing function of the output light monitoring AWG 95b is the same as the demultiplexing / multiplexing AWG 85b. The light separated by the output light monitoring AWG 95b for each wavelength (λ1... ΛN) reaches the photodetector array 96, and the light intensity for each wavelength can be measured. Therefore, the spectrum output to the output optical fiber 82 can be monitored. As a result, it is possible to perform a light attenuation action with high accuracy. Functions other than monitoring the output spectrum Eighth reference example Is equivalent to
[0123]
< Tenth reference example >
Figure 32 Tenth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. This form Ninth reference example Is added with an input spectrum monitor function. That is, Ninth reference example On the other hand, a directional coupler 105a for input light monitoring, an optical waveguide 105d for input light monitoring, an AWG 105b for input light monitoring, an optical waveguide group 105c for input light monitoring, and light detection for input light monitoring. Is added, and the performance and specifications of the input light monitoring AWG 105b are the same as the demultiplexing / multiplexing AWG 85b and the output light monitoring AWG 95b in the ninth reference example.
[0124]
The separation ratio in the directional coupler 105a for monitoring input light is A vs. (1-A) (A <1), and the value of A is, for example, 0.99. A part (1-A) (for example, 1%) of the input light is sent to the input light monitoring AWG 105b. Since the demultiplexing function of the input light monitoring AWG 105b is the same as that of the demultiplexing / multiplexing AWG 85b, it is separated for each wavelength (λ1,..., ΛN), detected by the photodetector array 106, and input spectrum Can be monitored. This feature Ninth reference example Since both the spectrum before light attenuation and the spectrum after light attenuation can be monitored, it is possible to perform a light attenuation action with higher accuracy.
[0125]
In FIG. 32, Ninth and tenth reference examples The same numbers are assigned to the same parts as in FIG.
[0126]
< Eleventh reference example >
FIG. Eleventh reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment includes an input optical fiber 111, an output optical fiber 112, a waveguide substrate 113, Seventh reference example And a variable optical attenuator array 114 that performs optical attenuation by the method described in (1).
[0127]
The waveguide substrate 113 includes an input optical waveguide 113a, a demultiplexing AWG 113b, an input optical waveguide group 113c that connects the demultiplexing AWG 113b and the variable optical attenuator array 114, and a variable optical attenuator. An output optical waveguide group 113e that connects the array 114 and the multiplexing AWG 113d, a multiplexing AWG 113d, and an output optical waveguide 113f are formed.
[0128]
In the variable optical attenuator array according to this embodiment, input light composed of a plurality of wavelengths (λ1,..., ΛN) is input from the input optical fiber 111. This light enters the demultiplexing AWG 113b via the input optical fiber 111 and the input optical waveguide 113a. The input light is separated for each wavelength by the demultiplexing AWG 113b and output to different channels (Ch1,..., ChN).
[0129]
After that, the light is attenuated independently for each channel by passing through the variable optical attenuator array 114, multiplexed through the multiplexing AWG 113d, and output optical fiber 112 through the output optical waveguide 113f. Is output from.
[0130]
The variable optical attenuator array according to this embodiment can attenuate the light intensity independently for each wavelength. In addition, all these elements are fixed in contact with each other, so that the alignment does not shift even with an external impact or the like.
[0131]
< Twelfth reference example >
FIG. Twelfth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment is Eleventh reference example Is added with an output spectrum monitor function.
[0132]
That is, the variable optical attenuator array according to this embodiment is Eleventh reference example On the other hand, a directional coupler 123a for output light monitoring, an optical waveguide 123d for output light monitoring, an output light monitoring AWG 123b having the same demultiplexing function as the demultiplexing AWG 113b and the multiplexing AWG 113d, The optical waveguide group 123c for output monitoring is added to the same optical waveguide substrate 123 and formed. The directional coupler 123a is installed in the middle part of the optical waveguide 123d, and the separation ratio in the directional coupler 123a is A vs. (1-A) (A <1). 99. The light demultiplexed in the output light monitoring AWG 123b is incident on the output light monitoring photodetector array 126 via the output light monitoring optical waveguide group 123c, and is detected for each channel.
[0133]
According to the variable optical attenuator array of the present embodiment, the light intensity can be attenuated independently for each wavelength, and the output spectrum can be monitored, so that a highly accurate optical attenuation operation can be performed. In addition, all the elements are fixed in contact with each other, so that the alignment does not shift even with an external impact or the like.
[0134]
In FIG. 34, Eleventh reference example The same numbers are assigned to the same parts as in FIG.
[0135]
< 13th reference example >
FIG. 13th reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on. The variable optical attenuator array according to this embodiment is Twelfth reference example Is added with an input spectrum monitor function.
[0136]
That is, the variable optical attenuator array according to this embodiment is Twelfth reference example On the other hand, a directional coupler 133a for input light monitoring, an optical waveguide 133d for input light monitoring, an input light monitoring AWG 133b having the same demultiplexing function as the demultiplexing AWG 113b, and the like, The optical waveguide group 133c is additionally formed on the same optical waveguide substrate 133. The directional coupler 133a for monitoring input light is installed in the middle part of the optical waveguide 133d, and the separation ratio in the directional coupler 133a is A vs. (1-A) (A <1). The value of A is, for example, 0.99. The light demultiplexed by the input light monitoring AWG 133b is incident on the input light monitoring photodetector array 136 via the optical waveguide group 133c for input light monitoring, and is detected for each channel.
[0137]
According to the variable attenuator array according to the present embodiment, the light intensity can be attenuated independently for each wavelength, and both the spectrum before and after the light attenuation can be monitored, so that the light attenuation action with higher accuracy can be achieved. It can be performed. In addition, all the elements are fixed in contact with each other, so that the alignment does not shift even with an external impact or the like.
[0138]
In FIG. 35, Eleventh and twelfth reference examples The same numbers are assigned to the same parts as in FIG.
[0139]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiment, according to the present invention, the light that is not affected by the bending of the reflecting mirror, can be driven at a high speed, and the fine adjustment of position during the manufacturing is reduced. An attenuator can be realized. Further, it is possible to realize an optical attenuator array that is small and consumes less power.
[0140]
[Brief description of the drawings]
[Figure 1] First reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator which concerns on.
[Figure 2] First reference example It is a characteristic view which shows the rotation angle dependence of the optical attenuation factor in the variable optical attenuator concerning.
[Fig. 3] Second reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator which concerns on.
[Fig. 4] Second reference example It is a characteristic view which shows the rotation angle dependence of the optical attenuation factor in the variable optical attenuator concerning.
[Figure 5] Embodiment of the present invention It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator which concerns on.
[Fig. 6] Embodiment of the present invention It is a characteristic view which shows the translation distance dependence of the optical attenuation factor in the variable optical attenuator concerning.
[Fig. 7] Third reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
[Fig. 8] Third reference example It is a figure which shows the lens array in the variable optical attenuator array which concerns on this, (a) is the top view, (b) is the side view.
FIG. 9 Third reference example It is a figure which shows the MEMS mirror array in the variable optical attenuator array which concerns on this, (a) is the perspective view, (b) is the A sectional drawing, (c) is the B sectional drawing.
FIG. 10 Third reference example It is a top view which shows the upper MEMS mirror array board | substrate in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 11 Third reference example It is a top view which shows the lower MEMS drive electrode board | substrate in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. Third reference example 4A and 4B are views showing an upper MEMS mirror array mask in the variable optical attenuator array according to the first embodiment, wherein FIG. 4A is a top view showing a substrate-side etching pattern, and FIG. 4B is a top view showing a mirror and a spring portion forming pattern.
FIG. 13 Third reference example It is explanatory drawing which shows the preparation process of the upper MEMS mirror array in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 14 Third reference example 4A and 4B are diagrams showing a lower MEMS drive electrode substrate mask in the variable optical attenuator array according to FIG. 5A, a top view showing a mask for forming an electrode forming pattern, and FIG. 5B showing a mask for engraving by anisotropic etching. It is a top view.
FIG. 15 Third reference example It is explanatory drawing which shows the lower MEMS drive electrode board | substrate production process in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 16 Third reference example It is explanatory drawing of the variable optical attenuator array of the horizontal rotation which concerns on.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a laterally rotating electrode pattern of a variable optical attenuator array according to a third reference example.
FIG. 18 Fourth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 19 Fourth reference example It is a characteristic view which shows the rotation angle dependence of the attenuation factor in the variable optical attenuator array concerning.
FIG. 20 Fifth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 21 Fifth reference example It is explanatory drawing which shows the mask pattern of the upper MEMS mirror array and lower drive electrode board | substrate in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 22 Fifth reference example It is a characteristic view which shows the translation movement distance dependence of the attenuation factor which concerns on.
FIG. 23 Sixth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 24 Sixth reference example It is explanatory drawing which shows the 1st mask pattern of the upper MEMS mirror array and lower drive electrode board | substrate in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 25 Sixth reference example It is explanatory drawing which shows the 2nd mask pattern of the upper MEMS mirror array and lower drive electrode board | substrate in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 26 Sixth reference example It is a characteristic view which shows the rotation angle dependence of the attenuation factor in the variable optical attenuator array concerning.
FIG. 27 Seventh reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 28 Seventh reference example It is explanatory drawing which shows the pattern of the lower drive electrode board | substrate in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 29 Seventh reference example It is explanatory drawing which shows the rotation angle dependence of the attenuation factor in the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 30 Eighth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 31 Ninth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 32 Tenth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 33 Eleventh reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 34 Twelfth reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 35 13th reference example It is explanatory drawing which shows notionally the structure of the variable optical attenuator array which concerns on.
FIG. 36 is an explanatory diagram conceptually showing a variable optical attenuator according to the first conventional technique.
FIG. 37 is an explanatory diagram conceptually showing a variable optical attenuator according to a second conventional technique.
FIG. 38 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotary drive mirror and the light attenuation rate in the variable optical attenuator according to the second prior art.
FIG. 39 is an explanatory diagram conceptually showing a variable optical attenuator array according to a third conventional technique.
FIG. 40 is an explanatory diagram conceptually showing a variable optical attenuator according to a fourth conventional technique.
FIG. 41 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature difference and the relative intensity of light at the output port in the variable optical attenuator according to the fourth prior art.
FIG. 42 is a conceptual diagram showing a variable optical attenuator according to a fifth prior art.
FIG. 43 is a conceptual diagram showing a variable optical attenuator according to a sixth prior art.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 81, 111 Input optical fiber
2, 12, 22, 82, 112 Output optical fiber
3, 13, 23, 83 Circulator
4, 14, 24, 84 Input / output combined optical fiber
5, 15, 17, 25, 27 Lens
6, 16 Rotating mirror
26 Translational drive mirror
31, 41, 51, 61, 71 Input optical fiber group
32, 42, 52, 62, 72 Output optical fiber group

Claims (1)

入力用光ファイバと、出力用光ファイバと、サーキュレータと、入力出力兼用光ファイバと、第1の焦点距離f1の第1のレンズと、第2の焦点距離f2の第2のレンズと、並進駆動可能な並進駆動鏡とを有する可変光減衰器において、
前記入力出力兼用光ファイバの端面から前記第1のレンズまでの距離がf1であり、この第1のレンズから第2のレンズまでの距離がf1+f2であり、この第2のレンズから前記並進駆動鏡までの距離がf2であって、前記並進駆動鏡の鏡面上で焦点を結ぶような配置となっており、
前記入力用光ファイバ及び前記サーキュレータを経由して前記入力出力兼用光ファイバの端面から放射された光が前記第1のレンズ及び前記第2のレンズを経由して前記並進駆動鏡の鏡面上で反射し、再び前記第2のレンズ及び前記第1のレンズを経由して前記入力出力兼用光ファイバの端面上に戻り、再び前記サーキュレータを経由して前記出力用光ファイバヘと向かうように光路を形成する一方、
前記並進駆動鏡を並進駆動することによって、前記入力出力兼用光ファイバの端面における戻り光のこの入力出力兼用光ファイバに対する結合効率を変化させて、前記入力用光ファイバからの光の強度に対する前記出力用光ファイバにおける光の強度の減衰率を制御することを特徴とする可変光減衰器。
An input optical fiber, an output optical fiber, a circulator, an input / output optical fiber, a first lens having a first focal length f1, a second lens having a second focal length f2, and a translation drive In a variable optical attenuator with possible translation drive mirrors,
The distance from the end face of the input / output optical fiber to the first lens is f1, and the distance from the first lens to the second lens is f1 + f2, from the second lens to the translation drive mirror. The distance is f2, and the focal point is placed on the mirror surface of the translation drive mirror.
Light radiated from the end face of the input / output optical fiber via the input optical fiber and the circulator is reflected on the mirror surface of the translation drive mirror via the first lens and the second lens. Then, the optical path is again formed so as to return to the end face of the input / output optical fiber via the second lens and the first lens, and again toward the output optical fiber via the circulator. on the other hand,
By driving the translation drive mirror in translation, the coupling efficiency of the return light at the end face of the input / output optical fiber to the input / output optical fiber is changed, and the output with respect to the intensity of light from the input optical fiber is changed. A variable optical attenuator for controlling an attenuation rate of light intensity in an optical fiber for use.
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