JP4409320B2

JP4409320B2 - 可変光利得等化器および光利得等化装置

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Publication number: JP4409320B2
Application number: JP2004080128A
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Inventors: 恵吉田
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Description

この発明は、可変光利得等化器および光利得等化装置に関し、外部から供給される信号により信号光強度の波長間偏差を補償する可変光利得等化器およびこれを使用した光利得等化装置に関する。

光通信装置の大容量化を実現するためのキーテクノロジーとして、波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送方式がある。この方式は、１本の光伝送路内に波長の異なる複数の信号光を多重化して伝送する方式である。そして、光増幅器として光半導体を用いた光半導体増幅器、或いは、エルビウムドープ光ファイバその他の希土類ドープ光ファイバを増幅媒体とする光ファイバ型光増幅器が開発実用化されている。これらの光増幅器は利得波長帯域の波長光を一括増幅することができるので、この光増幅器をＷＤＭ光伝送装置に適用することにより、大容量長距離伝送装置を実現することができる。

しかし、以上の光増幅器の光利得特性は波長依存性を有している。この波長依存性により生ずる信号チャネル間のレベル偏差を極力低減することが信号帯域の広帯域化、ひいては伝送容量の拡大につながる。従って、信号光強度の波長間偏差を低減するデバイスは、光通信において不可欠のものと言える。
従来、この信号光強度の波長間偏差を補償するために、光等化フィルタを光ファイバ伝送路に挿入することが行われてきた。しかし、信号光強度、光増幅器出力の変化により信号光強度の波長依存性が変化した場合、光等化フィルタによりはその変化にダイナミックに追従することはできない。

上述した問題に対処するに、可変光利得等化器を採用することが検討されている。これを図１１を参照して説明するに、この可変光利得等化器の従来例は、入射光を一度合分波器５１により波長λ₁〜λ_nの波長光に分波し、各波長光を可変光減衰器５０により各別にレベル調整した後に再び合波器５１’により合波する、というものが一般的であった。１５はタップカプラ、１６および１６’はそれぞれ光増幅器、１４はスペクトルモニタ、５２は光減衰素子駆動回路である。
また、複数のフィルタモジュールを直列に接続し、各フィルタモジュールの波長特性を制御して、波長特性の変化にも追従して常に平坦な波長特性を実現する技術も開発されている（特許文献４参照）。

以上の可変光利得等化器について、更に具体的に説明する。
可変光利得等化器は大きく分類して、
（１）波長分割多重ＷＤＭにより信号光を波長毎に分割し、その並列に分割された波長チャネル毎に、動作光波長については可変ではなく光強度減衰率が可変な光減衰素子を適用し再びＷＤＭで合波するタイプの可変光利得等化器と、
（２）波長分割多重ＷＤＭを用いずに、複数個の、動作波長と減衰率とがともに可変である素子を縦続接続したタイプの可変光利得等化器と、
がある。

（１）のタイプの可変光利得等化器中には、
・２つの波長分割多重ＷＤＭと透過型の光減衰素子を用いるタイプのものがある。先に図１１により図示説明されたもの、或いは特許文献６に図示説明されるが如きものはその例である。
・そして、波長分割多重ＷＤＭを１つにし、光サーキュレータと反射型の光減衰素子を用いるタイプのものがある。特許文献２、３、６に図示説明されるものはその例である。
更に、光減衰素子として、単なる受動素子としての可変減衰器、例えば空中伝搬光束に交叉する遮蔽板を変位させるデバイスその他、光利得媒質を含み可変の増幅能を利用していて実質的に可変増幅素子である特許文献３に図示説明されるが如きものがある。
なお、波長利得等化の安定制御を行うには、特許文献２、６に記載される（１）のタイプの可変光利得等化器は、何れも、各波長チャネル毎に光強度をモニタして各光減衰素子を制御しなければならない点、で共通している。

（２）のタイプの可変光利得等化器としては、特許文献４に記載されるものの如く透過型の可変光減衰素子を縦続に接続する構成のもののみが提案されている。（２）のタイプの可変光利得等化器の基礎技術としての、複数個の光フィルタである光減衰素子を縦続に接続して光利得プロファイルを平坦化する技術は特許文献１に開示されているが、これは入力光に対して動作波長および減衰率につき適切に設計された複数の透過型ファブリ・ペロー共振器を用いる固定したデバイスであった。これを、入力光のスペクトラム、光アンプの利得特性の変動に対応することができる様に可変にした技術は特許文献４に記載されている。

一方、これら特許文献１、４に記載される技術が利得プロファイルの波長に対するフーリエ級数成分に対応する光減衰素子を用いるのに対して、特許文献５、７には、より少ない個数の光減衰素子でより正確に利得を平坦化することができる非線形フィッティングの応用技術がが提案されている。但し、特許文献５、７に記載される技術も、特許文献１に記載される技術と同様に、可変性のない固定したデバイスである。
光を波長分割せずに、光減衰素子を縦続接続する利得等化器に用いる減衰素子デバイスとしては、特許文献１、４、５、７に記載されるファブリ・ペロー共振器を透過型に用いるものの他、特許文献４、５、７に記載されるマッハツェンダ型フィルタ、特許文献４に記載されるグレーティングの使用するものが提案されている。

しかし、フーリエ展開によるにせよ、非線形フィッティングによるにせよ、入力光の変動に対応することができる可変デバイスとして利得等化器を構成するには、縦続接続される光減衰素子が動作波長および減衰率：利得の２つの因子について可変制御されることが必要なところから、これを実現するデバイスとして従来具体的に提案されたものは、ファブリ・ペロー共振器或いはグレーティングの何れかに光利得媒質を組み合わせて能動型とし、何れも可変増幅素子として構成した特許文献４の例のみである。
特開平９−２８９３４９号公報特開平１０−１７３５９７号公報特表２００２−５２８９５６号公報特開２０００−１９９８８０号公報特開２０００−２８６４９３号公報特開２００１−８６０６６号公報特開２００１−３１１８２０号公報米国特許第６，３１５，４６２号明細書

しかし、信号光強度の波長間偏差を補償する従来最も一般的であった図１１に図示説明される可変光利得等化器の場合、可変光減衰器５０の前段および後段に波長の分波器５１、合波器５１’が必要である上に、波長チャネル数ｎ分の可変光減衰器５０も必要となる。従って、部品点数の増大に伴うコスト増は免れない。加えて、一度び波長多重光を分波した後に合波するというプロセスを経るために、挿入損失が大きくなるという弊害も生ずる。
また、特許文献１に開示されるものについては、フィルタモジュールの光利得特性を制御する仕方について３通りの実施例が示されているが、フィルタモジュールの位相特性を制御する仕方と、フィルタモジュールの利得特性と位相特性とを独立に制御する仕方については具体的な記述が見られない。これによりは、如何にして信号光強度の波長依存性の変化にダイナミックに追従するというのか判然としない。

この発明は、第１に、ＷＤＭを使わずに波長チャネル毎のモニタおよび制御を要しない比較的簡素な構成であって、しかも接続される複数の減衰素子毎に利得媒質を内蔵して個別に光増幅が制御される設備も不要な、より軽装で部品点数の少ない受動素子のみより成る可変光利得等化器を提供する。即ち、ファブリ・ペロー光共振器は共振器長、即ち、ミラーの光軸方向の変位で動作波長：フィルタの位相特性が制御されるが、対向するミラーの一方を光軸と垂直な方向に変位させて反射面を光スポットから外して行くと、そのミラーにおける反射率の増減に応じて出力光強度の減衰率：フィルタの利得特性も受動共振器として制御することができる。

第２に、波長チャネル毎に分割しない縦続型の構成でありながら、接続される光減衰素子として従来の透過型の素子に替えて反射型を採用することで、素子の生産性、小型化およびアレイ化に有利なマイクロマシニング技術によるＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）デバイスとしてこれを実現することができる。即ち、反射型の素子の一端は全反射ミラーで構成されるところから、後背に光伝送部を設けない全反射ミラーであれば、後述の例の如く微小可動デバイスの可動板に容易に形成することができて、しかもその変位駆動も容易である。反射型素子の縦続はそれらを光サーキュレータに順に接続することで達成される。

請求項１：波長多重信号光の波長に対する信号光強度をその波長間偏差に応じて補償し平坦化する可変光利得等化器において、対向する一対のミラーで構成され、その一方のミラーが光軸方向および入射光スポットに交叉して光軸と垂直な方向にそれぞれ独立に変位し、光軸と垂直な方向への変位により当該一方のミラーでの受光強度が変化する反射型の受動ファブリ・ペロー共振器を、光サーキュレータを介して複数個縦続に接続して構成した可変光利得等化器を構成した。
そして、請求項２：請求項１に記載される可変光利得等化器において、受動ファブリ・ペロー共振器は、表面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバ端面と、シリコンの基板層と活性層とが絶縁層を挟んで形成されたＳＯＩ基板の活性層に設けられた可動電極板の基板板面と平行な面に形成したミラーとが対向配置して構成され、可動電極板は、ＳＯＩ基板の基板層に印加される電圧によりその基板板面と垂直な光軸方向に静電駆動されると共に、活性層に設けられた固定電極に印加される電圧により光軸と垂直な基板板面の面内方向にも静電駆動される可変光利得等化器を構成した。

また、請求項３：請求項２に記載される可変光利得等化器において、端面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバと、ミラーを形成した可動電極板を設けたＳＯＩ基板とは、そのミラーを形成した光ファイバを載置する光ファイバ用溝がアレイ状に設けられたベース基板上において、複数個づつそれぞれ対向配置されて固定されている可変光利得等化器を構成した。

ここで、請求項４：対向する一対のミラーで構成され、その一方のミラーが光軸方向および入射光スポットに交叉して光軸と垂直な方向にそれぞれ独立に変位し、光軸と垂直な方向への変位により当該一方のミラーでの受光強度が変化する反射型の受動ファブリ・ペロー共振器を、光サーキュレータを介して複数個縦続に接続して構成し、受動ファブリ・ペロー共振器は、表面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバ端面と、シリコンの基板層と活性層とが絶縁層を挟んで形成されたＳＯＩ基板の活性層に設けられた可動電極板の基板板面と平行な面に形成したミラーとが対向配置して構成され、可動電極板は、ＳＯＩ基板の基板層に印加される電圧によりその基板板面と垂直な光軸方向に静電駆動されると共に、活性層に設けられた固定電極に印加される電圧により光軸と垂直な基板板面の面内方向にも静電駆動される、波長多重信号光の波長に対する信号光強度をその波長間偏差に応じて補償し平坦化する可変光利得等化器を具備し、可変光利得等化器の光信号の入力側または出力側の少なくとも何れか一方に接続される広波長帯域の光アンプを具備し、その可変光利得等化器および光アンプに後続して接続され、信号光の一部を分岐するタップ・カプラを具備し、タップ・カプラから分岐される光を受けて、その光波長スペクトルを同定するスペクトル・モニタを具備し、スペクトル・モニタの出力を受けて、その光波長スペクトルのプロファイルを平坦化する可変光利得等化器に対する制御信号を決定し出力する演算部を具備し、演算部からの制御信号を受けて、可変光利得等化器の複数個の受動ファブリ・ペロー共振器のそれぞれのミラーを形成した可動電極板を、光軸方向および光軸と垂直な方向にそれぞれ変位させる駆動回路１２を具備する光利得等化装置を構成した。

そして、請求項５：請求項４に記載される光利得等化装置において、可変光利得等化器は、更に、端面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバと、ミラーを形成した可動電極板を設けたＳＯＩ基板とは、そのミラーを形成した光ファイバを載置する光ファイバ用溝がアレイ状に設けられたベース基板上において、複数個づつそれぞれ対向配置されて固定されている光利得等化装置を構成した。

この発明による可変光利得等化器は、減衰光の中心波長を決定する共振器長と、減衰光の減衰量を決定する共振効率とを独立に制御する減衰波長可変且つ減衰量可変なファブリ・ペロー共振器より成る光減衰素子を複数個縦続接続し、減衰光の中心波長および減衰量が異なる個々の光利得波長依存性を最適に重畳させて任意の光利得波長依存性を生成する、という構成を有する。この時、減衰波長制御は、ファブリ・ペロー共振器より成る光減衰素子を構成する互いに対向する１対のミラーの内の少なくとも一方のミラーを機械的に駆動し、共振器長を示す対向するミラー間距離を変えることにより行い、そして、減衰量制御は対向する１対のミラーの内の何れか一方を機械的に駆動し、入射光スポットに対する相対的なミラー反射面の面内位置、即ち、ミラー反射面の受光強度を変えることにより行う。

以上のこの発明は、合分波器を介さない光学装置で可変光利得等化器を構成することができる上に、各波長光毎に可変減衰器を設けてレベル調整を図る必要がなくなることから、低損失および低価格化された可変光利得等化器を実現することができる。

［第１の実施例］
次に、発明を実施するための最良の形態を図１の第１の実施例を参照して説明する。
図１（ａ）は可変光利得等化器の主要構成要素である光減衰素子を説明する図である。図１（ｂ）は光減衰素子を複数個縦続接続して構成した可変光利得等化器を説明する図である。
図２は光減衰素子を単独で動作させた場合に減衰光の減衰波長および減衰量を任意に変えられる様子を説明する図である。

図３は光減衰素子を４個縦続接続して構成した可変光利得等化器の実施例について、４つの減衰波形を重畳して任意の利得波長依存性（利得等化プロファイル）を生成する様子を説明する図である。
図１（ａ）を参照するに、可変光利得等化器１０の主要な構成要素である光減衰素子１１は、３つの光入出力ポートｐ₁、ｐ₂、ｐ₃を備えた光サーキュレータ２と、光サーキュレータ２の第２の光入出力ポートｐ₂に結合された光ファイバ４と、光ファイバ４の０度研磨端面に形成された誘電体多層膜より成る反射層３と、反射層３と空気より成る媒質を隔てて平行に対向するミラーデバイス１とにより構成される。ここで、ミラーデバイス１は光軸方向と光軸に垂直な方向に並進移動する可動機構を有する。

図１（ｂ）において、鎖線で囲まれた部分はこの発明の可変光利得等化器１０に相当する部分を示す。この可変光利得等化器１０は図１（ａ）で示した光減衰素子１１が複数個縦続接続された光減衰素子アレイと、それらを制御する光減衰素子駆動回路１２およびＣＰＵ１３で構成される演算部より成る。
次に、可変光利得等化器１０の動作について説明する。図１（ａ）に示される光減衰素子１１において、先ず、光サーキュレータ２の第１のポートｐ₁より入力された波長多重光である信号光は、光サーキュレータ２の第２のポートｐ₂を経て光ファイバ４に導かれる。光ファイバ４を導波した信号光は光ファイバ４の０度研磨端面に形成された反射層３により反射され、再び光ファイバ４と光サーキュレータ２の第２のポートｐ₂を経由して、光サーキュレータ２の第３のポートｐ₃より出射される。

この時、光ファイバ４の０度研磨端面に形成された反射層３とこれに対向配置されるミラー・デバイス１とは、ファブリ・ペロー共振器を形成しており、この共振器の共振器長と位相条件の合致する波長、即ち、（０．５λ／ｎ）の整数倍が共振器長と等しくなる波長を有する信号光のみ共振器で反射されないこととなる。ここで、λ：光波長、ｎ：媒質の屈折率である。従って、仮に、互いに信号レベルの等しい波長多重光が光減衰素子１１に入力された場合、出力される信号光の利得プロファイルは図２の２０に示される如く、ファブリ・ペロー共振器の共振器長と位相条件の合う波長を有する信号光のみが減衰を受けた形状を示す。

ここで、ミラー・デバイス１が光軸方向に反射層３から遠ざかる並進移動をすれば、ファブリ・ペロー共振器の共振器長が拡がり、減衰光の減衰波長は長波長側にシフトする。逆に、ミラー・デバイス１が光軸方向に反射層３に近づく並進移動をすれば、減衰波長は短波長側にシフトする。また、ミラー・デバイス１が光軸に垂直な方向に並進移動して、光ファイバ４の端面からのエバネッセント光を最大限受光することができる位置にあるときは、ファブリ・ペロー共振器の共振効率は最大となり、減衰光の減衰量も最大となる。ミラー・デバイス１のエバネッセント光受光量が減少するに伴い、共振効率は低減して減衰光の減衰量も低下する。図２における減衰波形２１は、減衰波形２０の状態と比較してファブリ・ペロー共振器の共振器長が長く、なお、且つ、共振効率が低下した状態を表す。以上の通り、光ファイバ４の０度研磨端面に形成された反射層３とミラー・デバイス１とにより形成されるファブリ・ペロー共振器の共振器長と共振効率を制御することにより、減衰波形の減衰波長および減衰量を任意に操作することができる。

図１（ｂ）に示される可変光利得等化器１０において、光減衰素子１１は複数個、一例として４個縦続接続される。その個数はこの発明の可変光利得等化器が使用される光伝送装置の要求する仕様により異なり、光減衰素子１１の個数が多い程、より精度の高い利得等化を実現することができる。タップ・カプラ１５により分岐された信号光の波長スペクトルはスペクトル・モニタ１４により同定され、ＣＰＵ１３はその同定された利得プロファイルを相殺する形状を有する利得等化プロファイルを非線形フィッティングに基づいて光減衰素子１１の個数に応じた数の減衰波形に分解する。この時、個々の光減衰素子１１による減衰波形はファブリ・ペロー共振器により生成される波形であるところから、ローレンツ波形を仮定することができる。また、その半値幅は、光減衰素子１１のファブリ・ペロー共振器を構成する対向する２つのミラーを構成する反射層３とミラー・デバイス１の反射率により決定されるところから、ＣＰＵ１３により導出すべきパラメータは各減衰波形の減衰波長と減衰量、即ち、光ファイバ端面の反射層３に対するミラー・デバイス１の光軸方向と光軸に垂直な方向の変位量となる。光減衰素子駆動回路１２はこれらのパラメータに基づいて各光減衰素子１１を制御する。

次に、可変光利得等化器の第１の実施例の動作を、図１（ｂ）に示される２段アンプ構成を含む光伝送装置の利得等化に適用した例に基づいて、具体的に説明する。なお、この実施例においては、光減衰素子１１を４個縦続接続して可変光利得等化器１０を構成している。
図１（ｂ）において、２段アンプを含む光伝送装置を通過した波長多重光は、タップ・カプラ１５により全光量の１／１００がスペクトル・モニタ１４に分岐される。スペクトル・モニタ１４によりシステムを通過する信号光の利得波長依存性が同定され、その分析結果はＣＰＵ１３へと渡される。ＣＰＵ１３は非線形フィッティングに基づいて、同定された利得波長依存性を光減衰素子１１の個数に相当する４つのローレンツ波形に分解する。個々のローレンツ波形の中心波長（減衰波長）と利得（減衰量）はそれぞれ光減衰素子１１におけるミラー・デバイス１の光軸方向の変位量と光軸に垂直方向の変位量に変換された後、光減衰素子駆動回路１２を介して光減衰素子１１を制御する。この実施例においては、個々の光減衰素子１１が生成する減衰波形は図３の３０〜３３に示される通りであり、これら４つの減衰波形を重畳することにより、図３の３４に見られる利得等化プロファイルが得られる。また、この時、可変光利得等化器としての挿入損失は僅か４．５ｄＢである。なお、波長間利得偏差は、光減衰素子１１の個数を増すことによりより低減することができ、この場合の挿入損失は光減衰素子１個増加する度び毎に約１ｄＢ増大することが確認されている。

他方、図１１に示される可変光利得等化器の従来例においては、波長間利得偏差こそ±０．２５ｄＢ未満とこの発明の可変光利得等化器に匹敵する性能を示したものの、挿入損失に関しては１０ｄＢ以上という大きな値を示すことが明らかとされている。
［第２の実施例］
図４および図６を参照して第２の実施例を説明する。第２の実施例は請求項２に記載される発明に対応している。
図４は、ファブリ・ペロー共振器の全反射ミラーを構成するＭＥＭＳデバイスのミラー面を含む上面図である。即ち、シリコンの基板層と活性層とが絶縁層を挟んで形成されたＳＯＩ基板の活性層に設けられた可動電極板の基板板面と平行な面に形成されたミラー側であり、対向する他方のミラーを構成する光ファイバ断面の射影位置が描かれている。図６は第２の実施例における１点鎖線で示した位置での断面を示す。

図４において、６はシリコン基板を示す。このシリコン基板６には、酸化物層を介してアンカ６１が対向形成されている。更に、シリコン基板６には、対向形成されるアンカ６１それぞれの内側に、酸化物層を介して固定電極６２が対向形成されている。対向する固定電極６２には、それぞれの互いに対向する側に固定電極櫛歯部６２１が突出形成されている。６３は可動電極であり、枠状本体６３０を有している。この枠状本体６３０は、一方のアンカ６１に対して２本の可撓性のヒンジ６４を介して結合すると共に、他方のアンカ６１に対して、同様に、２本の可撓性のヒンジ６４を介して結合し、宙づりに保持されている。そして、可動電極６３の枠状本体６３０には、固定電極６２の固定電極櫛歯部６２１に対応する側の双方に可動電極櫛歯部６３１が突出形成されている。固定電極６２と可動電極６３は、互いに対応する固定電極櫛歯部６２１と可動電極櫛歯部６３１とを、櫛歯を交互にインターリーブした状態で組み立てられる。

７はシングルモード光ファイバを示す。この光ファイバ７は、図においては紙面の垂直上方から垂下し、先端面を先の可動ミラー１７に対向して固定したものとして図示されている。
可動電極６３の枠状本体６３１には、更に、反射ミラーが形成されており、これは可動電極６３に形成されていることで、可動ミラー１７を構成している。即ち、可動電極６３の表面の内の光ファイバ７の先端面に対向する領域には、Ａｕの如き高反射材料が被覆されて可動ミラー１７を構成している。

以上の固定電極６２と可動電極６３との間には電圧が印加される。これにより、固定電極６２の固定電極櫛歯部６２１と可動電極６３の可動電極櫛歯部６３１との間には静電力が作用し、固定電極６２を基準として可動電極６３が変位する。可動電極６３が変位することにより、これに形成される可動ミラー１７は電圧の極性に対応して紙面上下方向に変位する。
可動ミラー１７が紙面上下方向に変位して、可動ミラー１７の辺縁が光ファイバ７の中心にあるコア７１に対向する入射光スポットを出入りすると、その量に対応して光共振効率が変化し、光減衰素子としての減衰率が変化する。

第２の実施例は、固定電極６２と可動電極６３との間に電圧を印加すると、可動電極６３の可動電極櫛歯部６３１と固定電極６２の固定電極櫛歯部６２１との間の間隔のより狭い方の間隙においてより強い静電引力が作用し、その狭い方の間隙が更に狭まる方向に可動電極６３が変位する。この実施例においては、電極間に電圧無印加の状態で可動ミラー１７が光スポットのすべて或いは最大部分を反射して、共振効率最大、減衰率最大とする構成部材の配置位置決めがなされている。

［第３の実施例］
図５を参照して第３の実施例を説明する。第３の実施例も、第２の実施例と同様に、請求項２に記載される発明に対応している。第３の実施例において、第２の実施例における部材と共通する部材には、共通する参照符合を付与している。
第３の実施例は、固定電極６２と可動電極６３との間に電圧を印加すると、可動電極６３の可動電極櫛歯部６３１と固定電極６２の固定電極櫛歯部６２１とは両電極の櫛歯部同士に静電引力が作用して互いにより深く噛み合う方向に可動電極６３が固定電極６２に対して変位する。この実施例は、電極間に電圧無印加の状態で可動ミラー１７の光スポット反射が最小となる、共振効率最小、減衰率最小とする構成部材の配置位置決めがなされている。
第２の実施例および第３の実施例は、その何れにおいても、可動ミラー１７が形成されている可動電極６３はＧＮＤに接地して駆動される。そして、固定電極６２から酸化物層で絶縁された下側のシリコン基板６に電圧を印加することで、可動ミラー１７をシリコン基板６板面垂直方向に変位させ、共振器長、即ち、動作波長を変えることができる。

図７は、図４および図５に示されるＭＥＭＳデバイスと光ファイバ７の端面とを対向させてファブリ・ペロー共振器を構成するベース基板８を説明する図である。
ここで、ベース基板８に形成される光ファイバ載置用の溝は断面Ｖ字溝８１となっている。この場合、光ファイバの多層膜ミラーを成膜された垂直断面がＶ溝端部の段部の縁に一致してアライメントされる様に上方からの画像認識により軸方向の位置決めがなされると好適である。ＭＥＭＳデバイスは、ベース基板の所定の位置に設けられたマーカを基準に位置決め固定することができる。実際は、これらＭＥＭＳデバイスおよびベース基板は、ＳＯＩ、シリコンのウエハにより構成されるので、そのまま、この発明の可変光利得等化器に必要なファブリ・ペロー共振器の個数分の連なりで、それぞれ切り出せば容易にアレイとして製造する作製することができてデバイスの集積・小型化に有利である。

［第４の実施例］
図８は第４の実施例を説明する図である。第４の実施例は請求項３に記載される発明に対応している。
図９はベース基板の構成の他の例を説明する図である。この場合、断面Ｖ字溝に替えて断面矩形溝を採用している。これはＳＯＩ基板に例えば特許文献８に記載されるDeep-RIE（深堀りの反応性イオンエッチング）による異方性エッチングで加工形成される。この利点は、図示される如く光ファイバ端面の突き当て部および光ファイバ軸部を横方向に安定保持する押圧ばねを同時に形成することができる点にあり、特に、突き当て部により光ファイバの軸方向の位置決めが画像認識によるアライメントの不要なパッシブなものとなる。

図１０はこの発明のＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する図である。
（工程１）シリコン基板層６０１とシリコン活性層６０３とがシリコン酸化物絶縁層６０２を挟んで形成されたＳＯＩウェハ６０を準備して、上方のシリコン単結晶層であるシリコン活性層６０３に酸化膜マスク層６０４を形成する。
（工程２）フォトリソグラフィにより酸化膜マスク層６０４をパターニングする。
（工程３）パターニングされた酸化膜マスク層６０４をマスクとしてDeep-RIE等のドライエッチング技術によりシリコン活性層６０３を垂直方向に異方性エッチングする。

（工程４）シリコン酸化物絶縁層６０２をエッチング除去して可動電極６３をリリースする。この際に、シリコン酸化物絶縁層６０２はエッチング除去される犠牲層として動作する。残存する幅狭のシリコン活性層６０３部分に覆われているシリコン酸化物絶縁層６０２の領域は犠牲層となって完全に除去されて可動電極６３が形成される一方、残存するより幅広のシリコン活性層６０３部分に覆われているシリコン酸化物絶縁層６０２の領域はその周辺の一部のみが犠牲層となって除去されるが、大部分は残留してアンカ６１および固定電極６２が形成される。シリコン活性層６０３の上面に残存する酸化膜マスク層６０４も同時にエッチング除去される。エッチング時間を適切に設定して酸化物層除去工程を完了する。

（工程５）加工形成された可動電極６３の表面をＡｕ等の反射率の高い金属膜で被覆し、可動ミラー１７と電極パッドを同時に形成し、ＭＥＭＳデバイスの製造工程は終了する。
以上の工程４に係る酸化膜マスクの幅に従って可動部および固定部を同時に製造する技術は、特許文献８に記載されている。また、図４に図示説明される例において、ミラーとされる可動電極は、何れの実施例においても、それぞれ四辺形の孔部が形成されているが、これは可動電極板を軽くすると共にこれを幅狭の線分で構成し、工程４によりリリースするためである。図５の実施例において、例えば、幅α＝２０〜３０μｍ、β＞５０μｍに設けることで、一方を可動部に、他方を固定部にすることができる。

図４および図５の例で、幅のごく狭い線分で描かれたヒンジは断面縦長の薄い板ばね状に製造され、基板板面方向には可動範囲が大きく板面垂直方向には可動範囲が小さい。
図４および図５にそれぞれ示される第２、第３の実施例において、共振効率を変える際には光スポットのサイズに応じて例えば１０μｍ程度の可動範囲で駆動される。共振器長を変える際には動作波長のレンジに応じて例えば１０ｎｍ程度の可動範囲で駆動される。
請求項４の発明に対応する制御装置を具備する光利得等化装置においては、特許文献４に記載される如く高速フーリエ変換を用いてフーリエ展開に基づく各光共器の反射特性の振り分けを行ってもよいが、例えば、特許文献５、７に記載されるが如き非線形フィッティングの応用による特性の振り分けの方が、より少ない個数の光共振器で正確な利得平坦化をすることができ、装置の小型化と高性能化に好適である。

この発明は、以下の実施の態様で実施することができる。
（実施の態様１）
信号光強度の波長間偏差を補償する光利得等化器において、減衰光の中心波長を決定する共振器長と減衰光の減衰量を決定する共振効率とが独立に制御可能であるところの減衰波長可変かつ減衰量可変なファブリ・ペロー共振器から成る光減衰素子を複数個縦続接続し、減衰光の中心波長および減衰量が異なる個々の利得波長依存性を最適に重畳させて任意の利得波長依存性（利得等化プロファイル）を生成する可変光利得等化器。

（実施の態様２）
実施の態様１に記載の可変光利得等化器において、前記ファブリ・ペロー共振器から成る光減衰素子を構成する対向した一対のミラーのうち少なくともいずれか一方のミラーが機械的に可動で、対向するミラー間距離を変えることにより共振器長を制御することを特徴とする可変光利得等化器。
（実施の態様３）
実施の態様１および実施の態様２の内の何れかに記載される可変光利得等化器において、前記ファブリ・ペロー共振器から成る光減衰素子を構成する対向した一対のミラーのうち少なくともいずれか一方のミラーが機械的に可動で、入射光スポットに対する相対的なミラー反射面の面内位置（即ち、ミラー反射面の受光強度）を変えることにより共振効率を制御することを特徴とする可変光利得等化器。

（実施の態様４）
実施の態様１ないし実施の態様３の内の何れかに記載される可変光利得等化器において、前記ファブリ・ペロー共振器から成る光減衰素子を構成する対向した一対のミラーのうち一方が共振器長と共振効率を独立に制御可能な可動機構を備えたミラー・デバイスで、他方が光ファイバの０度研磨端面であり、尚且つ、前記光ファイバの他端が光入射ポートおよび光出射ポートを備えた光路制御素子もしくは光結合素子に結合されたことを特徴とする可変光利得等化器。

（実施の態様５）
実施の態様４に記載される可変光利得等化器において、前記光ファイバ０度研磨端面に誘電体多層膜から成る反射膜を形成したことを特徴とする可変光利得等化器。
（実施の態様６）
実施の態様４および実施の態様５の内の何れかに記載される可変光利得等化器において、前記光入射ポートおよび光出射ポートを備えた光路制御素子が光サーキュレータであることを特徴とする可変光利得等化器。

第１の実施例を説明する図。第１の実施例の光減衰素子により減衰光の減衰波長および減衰量を任意に調節する様子を示す波長−光減衰量特性図。光減衰素子を４個縦続接続した場合の減衰光の減衰波長および減衰量を任意に調節する様子を示す波長−光減衰量特性図。第２の実施例を説明する図。第３の実施例を説明する図。第２の実施例における１点鎖線で示した位置での断面を示す図。ファブリ・ペロー共振器を構成するベース基板を説明する図。第４の実施例を説明する図。ベース基板の構成の他の例を説明する図。ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する図。従来例を説明する図。

符号の説明

１ミラー・デバイス２光サーキュレータ
３誘電体多層膜から成る反射層４光ファイバ
１０可変光利得等化器１１光減衰素子
１２光減衰素子駆動回路１３ＣＰＵ
１４スペクトル・モニタ１５タップ・カプラ
１６光アンプ２０減衰波形
２１減衰波形３０第１の光減衰素子による減衰波形
３１第２の光減衰素子による減衰波形３２第３の光減衰素子による減衰波形
３３第４の光減衰素子による減衰波形３４第１〜４の光減衰素子による減衰波形を重畳して生成された２段アンプ構成における利得等化プロファイル
４０ミラー・デバイス５０可変光減衰器アレイ
５１合分波器５２可変光減衰器制御部

Claims

波長多重信号光の波長に対する信号光強度をその波長間偏差に応じて補償し平坦化する可変光利得等化器において、
対向する一対のミラーで構成され、その一方のミラーが光軸方向および入射光スポットに交叉して光軸と垂直な方向にそれぞれ独立に変位し、光軸と垂直な方向への変位により当該一方のミラーでの受光強度が変化する反射型の受動ファブリ・ペロー共振器を、光サーキュレータを介して複数個縦続に接続して構成したことを特徴とする可変光利得等化器。
請求項１に記載される可変光利得等化器において、
受動ファブリ・ペロー共振器は、表面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバ端面と、シリコンの基板層と活性層とが絶縁層を挟んで形成されたＳＯＩ基板の活性層に設けられた可動電極板の基板板面と平行な面に形成したミラーとが対向配置して構成され、
可動電極板は、ＳＯＩ基板の基板層に印加される電圧によりその基板板面と垂直な光軸方向に静電駆動されると共に、活性層に設けられた固定電極に印加される電圧により光軸と垂直な基板板面の面内方向にも静電駆動されることを特徴とする可変光利得等化器。
請求項２に記載される可変光利得等化器において、
端面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバと、ミラーを形成した可動電極板を設けたＳＯＩ基板とは、そのミラーを形成した光ファイバを載置する光ファイバ用溝がアレイ状に設けられたベース基板上において、複数個づつそれぞれ対向配置されて固定されていることを特徴とする可変光利得等化器。
対向する一対のミラーで構成され、その一方のミラーが光軸方向および入射光スポットに交叉して光軸と垂直な方向にそれぞれ独立に変位し、光軸と垂直な方向への変位により当該一方のミラーでの受光強度が変化する反射型の受動ファブリ・ペロー共振器を、光サーキュレータを介して複数個縦続に接続して構成し、受動ファブリ・ペロー共振器は、表面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバ端面と、シリコンの基板層と活性層とが絶縁層を挟んで形成されたＳＯＩ基板の活性層に設けられた可動電極板の基板板面と平行な面に形成したミラーとが対向配置して構成され、可動電極板は、ＳＯＩ基板の基板層に印加される電圧によりその基板板面と垂直な光軸方向に静電駆動されると共に、活性層に設けられた固定電極に印加される電圧により光軸と垂直な基板板面の面内方向にも静電駆動される、波長多重信号光の波長に対する信号光強度をその波長間偏差に応じて補償し平坦化する可変光利得等化器を具備し、
可変光利得等化器の光信号の入力側または出力側の少なくとも何れか一方に接続される広波長帯域の光アンプを具備し、
その可変光利得等化器および光アンプに後続して接続され、信号光の一部を分岐するタップ・カプラを具備し、
タップ・カプラから分岐される光を受けて、その光波長スペクトルを同定するスペクトル・モニタを具備し、
スペクトル・モニタの出力を受けて、その光波長スペクトルのプロファイルを平坦化する可変光利得等化器に対する制御信号を決定し出力する演算部を具備し、
演算部からの制御信号を受けて、可変光利得等化器の複数個の受動ファブリ・ペロー共振器のそれぞれのミラーを形成した可動電極板を、光軸方向および光軸と垂直な方向にそれぞれ変位させる駆動回路を具備することを特徴とする光利得等化装置。
請求項４に記載される光利得等化装において、
可変光利得等化器は、更に、端面に誘電体多層膜より成るミラーを形成した光ファイバと、ミラーを形成した可動電極板を設けたＳＯＩ基板とは、そのミラーを形成した光ファイバを載置する光ファイバ用溝がアレイ状に設けられたベース基板上において、複数個づつそれぞれ対向配置されて固定されていることを特徴とする光利得等化装置。