JP4461918B2 - 可動ミラーデバイス、分散補償器、利得等化器、及び光ａｄｍ装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重光通信等で用いられる可動ミラーデバイス、分散補償器、利得等化器、及び光ＡＤＭ装置に関するものである。

可動ミラーデバイスには、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の可動ミラーデバイスは、可変分散補償器に備えられたものであり、複数の可動反射ミラーの光反射位置が所望の位置となるように各可動反射ミラーを個別に駆動制御する。
特開２００２−３０３８０５号公報

可動ミラーデバイスは、光通信の分野でも様々な機器に用いられつつあるが、機器の小型化のためには、反射ミラー自体を小さくし、かつ各反射ミラーの間隔をできるだけ狭めることが好ましい。特に上記従来技術のように、可動ミラーデバイスを空間的波長分岐素子と組み合わせて、波長毎に信号処理を施すものでは、各チャンネルの帯域幅を稼ぐために、複数の反射ミラーをほぼ隙間なく並べる必要が生じる。一方、上記従来技術のような分散補償器において、大きな分散補償量を与えるためには、反射ミラーの可動範囲を大きくすることが望まれている。

本発明の目的は、複数の反射ミラーを狭ピッチで配列しつつ、反射ミラーの可動範囲を大きくすることができる可動ミラーデバイス、分散補償器、利得等化器、及び光ＡＤＭ装置を提供することである。

本発明の可動ミラーデバイスは、（ａ）信号光を反射する反射ミラーであって、所定の面に沿って一次元方向に配列されている複数の反射ミラーと、（ｂ）前記一次元方向に対して二次元的に配列されており、複数の反射ミラーを各々個別に駆動する複数のミラー駆動部とを備える。複数のミラー駆動部は、前記一次元方向に交差する方向に順に位置する第１の領域及び第２の領域に交互に設けられている。

このように、複数のミラー駆動部を一次元的に配列された複数の反射ミラーに対して二次元的に配列することによって、複数の反射ミラーを狭ピッチで配列した場合でも、ミラー駆動部の幅寸法を反射ミラーの幅寸法に対して十分に大きくすることが可能となる。例えば、ミラー駆動部を可動電極と固定電極とで構成し、可動電極を固定電極に対して変位させることによって、可動電極と接続された反射ミラーを動かす場合には、ミラー駆動部の幅寸法を大きくすれば、可動電極と固定電極との間隔が長くなる。従って、その分だけ可動電極の変位量を大きくとれるようになり、これに伴って反射ミラーの可動範囲が大きくなる。

好ましくは、反射ミラーの配列方向に隣り合うミラー駆動部の中心間距離が、隣り合う反射ミラーの中心間距離よりも大きい。これにより、ミラー駆動部の幅寸法が反射ミラーの幅寸法よりも大きくなるため、複数の反射ミラーを狭ピッチで配列した場合でも、反射ミラーの可動範囲を確実に大きくすることができる。

また、好ましくは、複数のミラー駆動部は、一次元的に配列されるように第１基板上に設けられた第１駆動部と、一次元的に配列されるように第２基板上に設けられた第２駆動部とからなり、複数の反射ミラーは、第１駆動部に対応し第１基板上に設けられた第１ミラーと、第２駆動部に対応し第２基板上に設けられた第２ミラーとからなり、第１ミラーと第２ミラーは交互に配列されている。

また、本発明の可動ミラーデバイスは、互いに対面する第１基板及び第２基板を更に備る。複数の反射ミラーは、第１基板に設けられた第１ミラーと第２基板に設けられた第２ミラーとを含む。複数のミラー駆動部は、第１基板に設けられ第１ミラーを駆動する第１駆動部と、第２基板に設けられ第２ミラーを駆動する第２駆動部とを含む。上記の所定の面は第１の基板及び第２基板に交差する方向に伸びており、上記の一次元方向は、第１基板及び第２基板に実質的に平行な方向である。第１ミラー及び第２ミラーは、第１基板と第２基板との間において交互に配列されている。第１の領域及び第２基板は、第１基板から第２基板に向かう方向に順に位置しており、第１駆動部は第１の領域に位置し、第２駆動部は第２の領域に位置している。第１ミラー及び第２ミラーは、所定の面に沿って第１の領域及び第２の領域に設けられている。

上述したように、第１ミラー及び第１駆動部を第１基板に設けて構成した部品と、第２ミラー及び第２駆動部を第２基板に設けて構成した部品とを組み合わせることによって、一次元方向に配列された複数の反射ミラーと二次元的に配列された複数のミラー駆動部とを有する可動ミラーデバイスを、簡単に形成することができる。

好ましくは、第１基板及び第２基板の少なくとも一方には、第１基板と第２基板とを結合するための複数の支え部材が設けられている。これにより、第１基板に設けられた第１駆動部と第２基板に設けられた第２駆動部との接触を防ぐことが可能となる。従って、例えばミラー駆動部に電気信号を供給して反射ミラーを動かす場合に、反射ミラーを安定して動作させることができる。

好ましくは、支え部材には、第１基板を第２基板に対して位置決めするための位置決め手段が設けられている。これにより、可動ミラーデバイスを組み立てる際に、第１基板と第２基板との位置合わせを容易にかつ確実に行うことができる。

また、好ましくは、反射ミラーは、湾曲状に変形自在であり、ミラー駆動部は、反射ミラーを湾曲状に変形させる構成である。これにより、例えば信号光に位相シフトを与えて信号光の分散を補償するという分散補償器に、可動ミラーデバイスを適用することができる。

このとき、好ましくは、ミラー駆動部は、反射ミラーの両側部分に固定された２本の可動電極と、各可動電極の外側にそれぞれ配置された２本の固定電極とを有し、可動電極と固定電極との間に電圧を印加することにより、反射ミラーを湾曲状に変形させる。この場合には、簡単な構成で、反射ミラーを凹状に撓ませることができる。

また、ミラー駆動部は、２本の可動電極と２本の固定電極とを有する。２本の可動電極は、上記一次元方向における反射ミラーの両側部分に固定されており上記所定の面に交差する方向に伸びている。２本の固定電極は、上記一次元方向における可動電極の外側において上記所定の面に交差する方向に伸びている。反射ミラーの上記一次元方向に交差する中心軸線に沿う部分は支持されており、可動電極と固定電極との間に印加される電圧によって、可動電極が前記固定電極に向けて移動する。この構成によれば、可動電極の移動によって、反射ミラーがその中心軸線を中心に凹面に変形する。

また、ミラー駆動部は、反射ミラーの両側部分に固定された２本の可動電極と、各可動電極間に配置された固定電極とを有し、可動電極と固定電極との間に電圧を印加することにより、反射ミラーを湾曲状に変形させる構成であってもよい。この場合には、簡単な構成で、反射ミラーを凸状に撓ませることができる。

また、ミラー駆動部は、２本の可動電極と固定電極とを有する。２本の可動電極は、上記所定の面に交差する方向に伸びており反射ミラーの一次元方向における両側部分に固定されている。固定電極は、上記所定の面に交差する方向に伸びており可動電極間に配置されている。反射ミラーの上記一次元方向に交差する中心軸線に沿う部分は支持されており、可動電極と固定電極との間に印加される電圧によって、可動電極が固定電極に向けて移動する。この構成によれば、可動電極の移動によって、反射ミラーがその中心軸線を中心に凸面に変形する。

また、本発明の分散補償器は、光分波手段と、上述した可動ミラーデバイスと、光合波手段とを備える。光分波手段は、入力信号光を波長毎に分波することによって複数の信号光を出力する。可動ミラーデバイスに入力した複数の信号光は、当該可動ミラーデバイスによって位相シフトが与えられて反射される。可動ミラーデバイスから反射された複数の信号光は、光合波手段によって合波されて出力される。

このように上述した可動ミラーデバイスを設けることにより、複数の反射ミラーを狭ピッチで配列した場合でも、反射ミラーの可動範囲を大きくすることができる。これにより、分散補償量を大きくし、高精度な分散補償を行うことが可能となる。

また、本発明の利得等化器は、光分波手段と、上述した可動ミラーデバイスと、光合波手段とを備える。光分波手段は、入力信号光を波長毎に分波することによって複数の信号光を出力する。可動ミラーデバイスは、光分波からの複数の信号光の反射方向を変化させる。光合波手段は、可動ミラーデバイスによって反射された複数の信号光を合波して出力する。この利得等化器は、可動ミラーデバイスによって入力信号光の波長毎に反射方向を変化させることによって、光合波手段から出力する信号光を波長成分毎に所望の利得とすることできる。

また、本発明の光ＡＤＭ装置は、入力信号光が供給される入力ポート導波路と、出力信号光が供給される出力ポート導波路と、ａｄｄ信号が供給されるａｄｄポート導波路と、ｄｒｏｐ信号が供給されるｄｒｏｐポート導波路と、光分波手段と、上述した可動ミラーデバイスと、光合波手段とを備える。光分波手段は、入力ポート導波路からの入力信号光を波長毎に分波することによって複数の信号光を出力する。可動ミラーデバイスは、複数の信号光及びａｄｄ信号の反射方向を変化させて、出力する。光合波手段は、可動ミラーデバイスから出力される複数の信号光の一部をｄｒｏｐ信号としてｄｒｏｐポート導波路に出力し、複数の信号光の他の部分とａｄｄ信号とを合波してなる出力信号光を出力ポート導波路に出力する。この光ＡＤＭ装置によれば、入力信号光における所望の波長成分の信号光、或いはａｄｄ信号が所望の導波路に出力されるよう、可動ミラーデバイスが波長毎に信号の反射方向を変化させることができる。

本発明によれば、一次元的に配列された複数の反射ミラーを各々個別に動かす複数のミラー駆動部を、複数の反射ミラーに対して二次元的に配列したので、複数の反射ミラーを狭ピッチで配列しつつ、反射ミラーの可動範囲を大きくすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る可動ミラーデバイスの一実施形態を示す概略斜視図である。同図において、本実施形態の可動ミラーデバイス１は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製された２つのミラーアレイチップ２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成したものである。

図２は、図１に示すミラーアレイチップの一方を示す概略斜視図である。ミラーアレイチップ２Ａは、図２に示すように、矩形状の基板３Ａ（第１基板）を有し、この基板３Ａには、信号光を反射させる複数の反射ミラー４Ａと、これらの反射ミラー４Ａを各々個別に駆動する複数のミラー駆動部５Ａ（第１駆動部）とが設けられている。

各反射ミラー４Ａは、間隔を隔てて一次元方向に配列されている。この一次元方向とは、基板３Ａと実質的に平行な方向である。また、反射ミラー４Ａ（第１ミラー）は、所定の面に沿って、一次元方向に配列されている。この所定の面とは、ミラーアレイチップ２Ａ及びミラーアレイチップ２Ｂの組立時に、基板３Ａ及び基板３Ｂに交差する方向に伸びる仮想の面である。

各反射ミラー４Ａの幅Ｗ₁は、隣り合う反射ミラー４Ａの中心間距離Ｄの１／２以下である。例えば各反射ミラー４Ａの幅Ｗ₁は、隣り合う反射ミラー４Ａの中心間距離Ｄの１／２であり、隣り合う反射ミラー４間の間隔Ｓと同等である。各ミラー駆動部５Ａも、一次元的に配列されている。各ミラー駆動部５Ａの幅Ｗ₂は、隣り合う反射ミラー４Ａの中心間距離Ｄの１／２よりも大きくなっている。例えば各ミラー駆動部５Ａの幅Ｗ₂は、隣り合う反射ミラー４Ａの中心間距離Ｄとほぼ同等であり、反射ミラー４Ａの幅Ｗ₁の約２倍である。また、各反射ミラー４Ａの高さＨ₁は、各ミラー駆動部５Ａの高さＨ₂の約２倍である。

また、基板３Ａの上面には、ミラーアレイチップ２Ｂと結合するための４本の支え部材６が立設されている。この支え部材６の高さは、反射ミラー４Ａの高さＨ₁よりも僅かに大きくなっている。各支え部材６の上面部には、位置決め用突起７が設けられている。

図３は、図１に示すミラーアレイチップの他方を示す概略斜視図である。ミラーアレイチップ２Ｂは、図３に示すように、矩形状の基板３Ｂ（第２基板）を有し、この基板３Ｂには、信号光を反射させる複数の反射ミラー４Ｂ（第２ミラー）と、これらの反射ミラー４Ｂを各々個別に動かす複数のミラー駆動部５Ｂ（第２駆動部）とが設けられている。各反射ミラー４Ｂの構造、寸法、配列ピッチ等は、上記の反射ミラー４Ａと同様であり、各ミラー駆動部５Ｂの構造、寸法、配列ピッチ等は、上記のミラー駆動部５Ａと同様である。また、基板３Ｂには、ミラーアレイチップ２Ａの支え部材６に設けられた位置決め用突起７と嵌合する４つの位置決め用凹部８が設けられている。

このようなミラーアレイチップ２Ａ，２Ｂは、例えばシリコン基板に異方性エッチングを施すことにより形成される。なお、反射ミラー４Ａ，４Ｂの表面には、光反射率を高めるべく、金等がコーティングされている。

ミラー駆動部５Ａ，５Ｂの具体的な構成を図４に示す。図４は、図１に示すミラー駆動部の具体的構成を示す図である。なお、以下では、説明の理解を容易にするために、反射ミラー４Ａ，４Ｂを総称して反射ミラー４、ミラー駆動部５Ａ，５Ｂを総称してミラー駆動部５、基板３Ａ，３Ｂを総称して基板３ということがある。

図４に示すように、ミラー駆動部５は、反射ミラー４の両端部に接続固定されている。ミラー駆動部５は、反射ミラー４の後方（反射面４ａの反対側）に延びる２本の略Ｌ字型の可動電極９と、各可動電極９の外側に可動電極９と対向するように配置された固定電極１０とを有している。反射ミラー４の中心部は、基板（図示せず）に固定されている。これにより、反射ミラー４は、その中心部を軸として湾曲状に変形自在となる（図９（ｂ）参照）。

可動電極９と固定電極１０とは可変電圧源１１を介して接続されている。この可変電圧源１１により可動電極９と固定電極１０との間に電圧を印加することで、両者間に静電気力が発生し、その静電気力により可動電極９が固定電極１０側に引き寄せられ、これに伴って反射ミラー４が凹状に撓むようになる（図９（ｂ）参照）。このとき、可変電圧源１１による印加電圧を変えることで、反射ミラー４の撓み量が変化する。

可動電極９は、固定電極１０側に延びる櫛歯１２を有する櫛歯型電極であり、固定電極１０は、可動電極９側に延びる櫛歯１３を有する櫛歯型電極である。このように電極９，１０を櫛歯型電極とすることにより、電極９，１０間に生じる静電気力が増大するため、その分だけ低電圧で可動電極９を駆動させることができる。

以下、反射ミラー４及びミラー駆動部５の製造方法について説明する。図５は、反射ミラー及びミラー駆動部の製造に用いられる層構造体を示す図である。図６は、図５に示す層構造体を用いて製造された反射ミラー及びミラー駆動部の斜視図である。

図５に示す層構造体２０１は、下部シリコン層２０２、酸化膜層２０３、上部シリコン層２０４からなる３層構造のシリコン基板である。この層構造体２０１の上部シリコン層２０４が積層方向に所定の深さまでエッチングされることによって、反射ミラー４の第２の部分４ｄが形成される。次に、上部シリコン層２０４が更にエッチングされることによって、反射ミラー４の第１の部分４ｃ、可動電極９、固定電極１０が形成される。そして、固定部４ｂを除く反射ミラー４下の酸化膜層２０３、及び可動電極９下の酸化膜層２０３がエッチングされることによって、図６に示す反射ミラー４及び駆動部５が製造される。

このように製造された反射ミラー４では、第１の部分４ｃ及び第２の部分４ｄが、当該基板３に交差する方向に順に位置しており、当該方向において反射ミラー４の第２の部分４ｄがミラー駆動部５より突出している。

また、可動電極９は、本体部と櫛歯１２を有している。可動電極９の本体部は、図６に示すように、上記一次元方向における反射ミラー４の両側に接続しており、反射面４ａの反対側、すなわち上記の所定の面に交差する方向に伸びている。櫛歯１２は、可動電極９の本体部から上記一次元方向に伸びている。固定電極１０は、本体部と櫛歯１３を有している。固定電極１０の本体部は、上記一次元方向における可動電極９の外側において当該可動電極９に対面しており、上記所定の面に交差する方向に伸びている。櫛歯１３は、固定電極１０の本体部から上記一次元方向に伸びる櫛歯１３を有している。また、反射ミラー４の上記一次元方向に交差する中心軸線に沿う部分が、固定部４ｂを介して基板３に支持されている。したがって、反射ミラー４の反射面４ａが、上記中心軸線を中心に、低電圧で撓むようになっている。

図１に示すように可動ミラーデバイス１を組み立てるときは、ミラーアレイチップ２Ａのミラー駆動部５Ａとミラーアレイチップ２Ｂのミラー駆動部５Ｂとを向かい合わせた状態で、ミラーアレイチップ２Ａの各支え部材６に設けた位置決め用突起７を、ミラーアレイチップ２Ｂの基板３Ｂに設けた各位置決め用凹部８に嵌め込む。これにより、ミラーアレイチップ２Ａ，２Ｂ同士を容易に且つ確実に位置合わせして組み付けることができる。

また、ミラーアレイチップ２Ａの基板３Ａとミラーアレイチップ２Ｂの基板３Ｂとは支え部材６を介して結合されているので、ミラー駆動部５Ａ，５Ｂ同士が接触することは無い。これにより、ミラー駆動部５Ａ，５Ｂの可動電極９を安定性良く動作させることができる。

なお、ミラーアレイチップ２Ａ，２Ｂ同士の組み付け方法としては、例えばフリップチップボンディング等が適している。

図７は、図１に示す反射ミラー及びミラー駆動部の配列構造を示す図である。このような組み付け状態では、図１及び図７に示すように、ミラーアレイチップ２Ａの隣り合う反射ミラー４Ａ間にミラーアレイチップ２Ｂの反射ミラー４Ｂが入り込み、反射ミラー４Ａと反射ミラー４Ｂとが上記一次元方向に交互に配列されることになる。また、ミラーアレイチップ２Ａのミラー駆動部５Ａは下段側に位置し、ミラーアレイチップ２Ｂのミラー駆動部５Ｂは上段側に位置する。つまり、これらのミラー駆動部５Ａ，５Ｂは、一次元的に配列された各反射ミラー４Ａ，４Ｂに対して二次元的に配列されることになる。

具体的に、可動ミラーデバイス１には、基板３Ａから基板３Ｂに向かう方向に順に位置する第１の領域５ａ及び第２の領域５ｂが設けられている。ミラー駆動部５Ａが第１の領域５ａに、ミラー駆動部５Ｂが第２の領域５ｂに、交互に設けられることによって、上記一次元方向に配列された各反射ミラー４Ａ，４Ｂに対してミラー駆動部５Ａ及び５Ｂが二次元的に配列されることになる。また、第１の部分４ｃ及びミラー駆動部５より突出する第２の部分４ｄを有しているので、反射ミラー４Ａ及び４Ｂ各々が、上記の所定の面に沿って第１の領域５ａ及び第２の領域５ｂに位置するようになっている。故に、反射ミラー４Ａ及び４Ｂは、交互に一次元方向に配列されるようになっている。

このとき、反射ミラー４Ａ，４Ｂの配列方向に隣り合うミラー駆動部５Ａ及びミラー駆動部５Ｂの中心間距離Ｋ₂は、隣り合う反射ミラー４Ａ，４Ｂの中心間距離Ｋ₁よりも大きくなっている。例えば、隣り合うミラー駆動部５Ａ及びミラー駆動部５Ｂの中心間距離Ｋ₂は、隣り合う反射ミラー４Ａ，４Ｂの中心間距離Ｋ₁の約２倍であり、反射ミラー４Ａ，４Ｂが殆ど隙間無く交互に配列されている。

なお、上記の可動ミラーデバイス１では、ミラーアレイチップ２Ａの各支え部材６に位置決め用突起７を設け、ミラーアレイチップ２Ｂの基板３Ｂに位置決め用凹部８を設ける構成としたが、基板３Ｂに位置決め用突起を設け、支え部材６に位置決め用凹部を設けてもよい。また、ミラーアレイチップ２Ａの基板３Ａ及びミラーアレイチップ２Ｂの基板３Ｂの双方に支え部材を設け、一方の支え部材に位置決め用突起を形成し、他方の支え部材に位置決め用凹部を形成してもよい。

また、ミラーアレイチップ２Ａ，２Ｂ同士を位置決めする手段としては、上記以外にも、例えばミラーアレイチップ２Ａ，２Ｂ同士の接合部分に十字等のマーキングを付しておき、そのマーキングを撮像して画像処理することで、位置合わせを行ってもよい。

図８は、反射ミラー及びミラー駆動部の従来の配列構造を示す図である。図８に示すように、複数のミラー駆動部５を各反射ミラー４に対応して一次元的に配列する構造では、各反射ミラー４をほぼ隙間なく並べるために、ミラー駆動部５の幅Ｗ₂が反射ミラー４の幅Ｗ₁と同等以下にならせざるを得ない。この場合には、ミラー駆動部５のスペースが限られるため、反射ミラー４の可動範囲が制限されたり、反射ミラー４を変形させるのに非常に大きな印加電圧が必要になったりする。図９（ａ）は、図８に示すように配列された反射ミラーとミラー駆動部の動作状態を示す図である。図８に示すようにミラー駆動部が一次元的に配列されている構造では、ミラー駆動部５の可動電極９と固定電極１０との間に電圧を印加した時の可動電極９の変位量が図９（ａ）に示すように小さくなる。したがって、反射ミラー４の撓み量が小さくなる。

これに対し本実施形態では、一次元的に配列された複数の反射ミラー４に対して複数のミラー駆動部５を二次元的に配列した構造となっているので、各反射ミラー４をほぼ隙間なく並べた場合であっても、各ミラー駆動部５の幅Ｗ₂を各反射ミラー４の幅Ｗ₁に対して十分に大きくとれる。従って、図７に示すように配列された反射ミラー及びミラー駆動部の動作状態を示す図９（ｂ）を参照すれば明らかなように、ミラー駆動部５の可動電極９と固定電極１０との間に電圧を印加した時の可動電極９の変位量が大きくなり、これに伴って反射ミラー４の撓み量が大きくなる。したがって、可動ミラーデバイス１の小型化を図りつつ、各反射ミラー４の可動範囲を広くし、各反射ミラー４の制御性を向上させることができる。

図１０は、ミラー駆動部５の他の構成を示す図である。同図に示すミラー駆動部５は、２本の可動電極２０と２本の固定電極２１とを有している。２本の可動電極２０は、反射ミラー４の両端部に接続固定され、反射ミラー４の後方に延びている。２本の固定電極２１は、これらの可動電極２０間に当該可動電極２０と対向するように配置されている。可動電極２０は、固定電極２１側に延びる櫛歯２２を有し、固定電極２１は、可動電極２０側に延びる櫛歯２３を有している。

なお、図１０に示す反射ミラー４及びミラー駆動部５は、層構造体２０１から図４に示す反射ミラー４及びミラー駆動部５と同様に製造される。また、図１０に示す反射ミラー４においても、基板３に交差する方向に第１の部分４ｃ及び第２の部分４ｄが順に設けられており、当該方向において第２の部分４ｄがミラー駆動部５より突出している。したがって、図１０に示す構造のミラー駆動部５を有するミラーアレイチップを組み合わせて、図７に示す配列構造を構成することが可能である。

可動電極２０と固定電極２１とは可変電圧源２４を介して接続されている。この可変電圧源２４により電極２０，２１間に電圧を印加すると、両者間に生じる静電気力によって可動電極２０が固定電極２１側に引き寄せられ、これに伴って反射ミラー４が凸状に撓むようになる（図１１（ｂ）参照）。

図１０に示す複数のミラー駆動部５が各反射ミラー４に対応して一次元的に配列された構造（図８参照）では、ミラー駆動部５の幅寸法が限られることになる。図１１（ａ）は、図８に示すように配列された反射ミラーとミラー駆動部の動作状態を示す図である。図８に示すようにミラー駆動部５が配列された場合には、電極２０，２１間に電圧を印加した時の可動電極２０の変位量が図１１（ａ）に示すように小さくなるので、反射ミラー４の撓み量が小さくなる。

これに対し、一次元的に配列された複数の反射ミラー４に対して複数のミラー駆動部５を二次元的に配列する構造（図７参照）では、各ミラー駆動部５の幅Ｗ₂を各反射ミラー４の幅Ｗ₁に対して十分に大きくとれる。図１１（ｂ）は、図７に示すように配列された反射ミラー及びミラー駆動部の動作状態を示す図である。図７に示すように反射ミラー及びミラー駆動部が配列された場合には、電極２０，２１間に電圧を印加した時の可動電極２０の変位量が、図１１（ｂ）に示すように大きくなり、これに伴って反射ミラー４の撓み量が大きくなる。

なお、図１０に示すミラー駆動部５は、２本の固定電極２１を有しているが、固定電極を１本とし、その固定電極の両側に櫛歯を設ける構成としてもよい。

また、図４及び図１０に示すミラー駆動部５では、電圧を印加しない初期状態において反射ミラー４が平板状となっているが、初期状態時には反射ミラー４が凹状または凸状に撓んでおり、電圧を印加すると、反射ミラー４が反対方向に撓むような構成としてもよい。

図１２は、ミラー駆動部５の更に他の構成を示す図である。同図において、ミラー駆動部５は、２本の可動電極３０、２本の固定電極３１、及び２本の固定電極３２を有している。２本の可動電極３０は、反射ミラー４の両端部に接続固定され、反射ミラー４の後方に延びている。２本の固定電極３１は、これらの可動電極３０間に配置されている。２本の固定電極３２は、各可動電極３０の外側に配置されている。可動電極３０は、両側つまり固定電極３１，３２側に延びる櫛歯３３を有し、固定電極３１は、可動電極３０側に延びる櫛歯３４を有し、固定電極３２は、可動電極３０側に延びる櫛歯３５を有している。可動電極３０と固定電極３１とは可変電圧源３６を介して接続され、可動電極３０と固定電極３２とは可変電圧源３７を介して接続されている。なお、固定電極３１の数は、１本であってもよい。

なお、図１２に示す反射ミラー４及びミラー駆動部５は、層構造体２０１から図４に示す反射ミラー４及びミラー駆動部５と同様に製造される。また、図１２に示す反射ミラー４においても、基板３に交差する方向に第１の部分４ｃ及び第２の部分４ｄが順に設けられており、当該方向において第２の部分４ｄがミラー駆動部５より突出している。したがって、図１２に示す構造のミラー駆動部５を有するミラーアレイチップを組み合わせて、図７に示す配列構造を構成することが可能である。

図１３（ａ）は、図１２に示す反射ミラー及びミラー駆動部の初期状態を示す図である。図１３（ｂ）は、図１２に示す反射ミラーを凸状に変形させた場合の、反射ミラー及びミラー駆動部の状態を示す図である。図１３（ｃ）は、図１２に示す反射ミラーを凹状に変形させた場合の、反射ミラー及びミラー駆動部の状態を示す図である。図１２及び図１３（ａ）に示す初期状態において、可変電圧源３６により可動電極３０と固定電極３１との間に電圧を印加すると、図１３（ｂ）に示すように、両者間に生じる静電気力によって可動電極３０が固定電極３１側に引き寄せられ、これに伴って反射ミラー４が凸状に撓むようになる。一方、可変電圧源３７により可動電極３０と固定電極３２との間に電圧を印加すると、図１３（ｃ）に示すように、両者間に生じる静電気力によって可動電極３０が固定電極３２側に引き寄せられ、これに伴って反射ミラー４が凹状に撓むようになる。

このようなミラー駆動部５においては、反射ミラー４に大きな応力を発生させることなく、反射ミラー４を双方向に安定して撓ませることができる。

図１４は、図１に示すミラー駆動部の更に他の具体的構成を示す図である。図１４に示すミラー駆動部５は、反射ミラー４の反射面４ａに対して裏側のスペースに設けられており、可動電極５１と、当該可動電極５１に対面する固定電極５４とを有している。可動電極５１は、初期状態において上記の所定の面に実質的に平行な本体部と、当該本体部から上記所定の面に交差する方向かつ固定電極５４側へ伸びる櫛歯５２を有している。可動電極５１の本体部の一端下部は、固定部５３を介して基板３に支持されている。また、可動電極５１には、当該可動電極５１の本体部から上記所定の面に交差する方向に伸びる接続部５６を介して、反射ミラー４が支持されている。固定電極５４は、可動電極５１の本体部に対面する本体部と、当該本体部から上記所定の面に交差する方向かつ可動電極５１側へ伸びる櫛歯５５を有している。

図１４に示すミラー駆動部５によれば、可動電極５１及び固定電極５４に印加される電圧によって、基板３に交差する方向に伸びており固定部２０３を通過する軸線中心に、可動電極５１が傾斜可能となっている。したがって、可動電極５１の傾斜に伴って、反射ミラー４が傾斜するようになっている。

なお、図１４に示す反射ミラー４及びミラー駆動部５は、層構造体２０１から図４に示す反射ミラー４及びミラー駆動部５と同様に製造される。また、図１４に示す反射ミラー４においても、基板３に交差する方向に第１の部分４ｃ及び第２の部分４ｄが順に設けられており、当該方向において第２の部分４ｄがミラー駆動部５より突出している。したがって、図１４に示す構造のミラー駆動部５を有するミラーアレイチップを組み合わせて、図７に示す配列構造を構成することが可能である。

図１５は、図１に示すミラー駆動部の更に他の具体的構成を示す図である。図１５に示すミラー駆動部５は、可動電極５１の本体部の両端下部が固定部５３を介して基板３に支持されている点が、図１４に示すミラー駆動部５と異なる。したがって、図１５に示すミラー駆動部５では、可動電極５１及び固定電極５４に印加される電圧によって、可動電極５１が上記所定の面に交差する方向（前後方向）に撓み、これに伴って反射ミラー４が、当該方向に移動する。

図１６は、反射ミラー及びミラー駆動部の他の配列構造を示す図である。図１６に示す配列構造を有する可動ミラーデバイス１では、反射ミラー４Ａ及び４Ｂが沿っている上記の所定の面に交差する方向に、第１の領域５ａ及び第２の領域５ｂが順に位置している。

図１６に示す可動ミラーデバイス１には、図４に示す構造と同様のミラー駆動部が用いられている。すなわち、図１６に示すように、ミラー駆動部５Ａは反射ミラー４Ａに交差する方向に伸びる本体部の長さが短い可動電極９を有しており、ミラー駆動部５Ｂは反射ミラー４Ｂに交差する方向に伸びる本体部の長さが長い可動電極９を有している。ミラー駆動部５Ａでは、固定電極１０、櫛歯１２、及び櫛歯１３が第１の領域５ａに位置しており、ミラー駆動部５Ｂでは、固定電極１０、櫛歯１２、及び櫛歯１３が第２の領域５ｂに位置している。

このように、上記の所定の面に交差する方向に順に位置する第１の領域５ａ及び第２の領域５ｂに、ミラー駆動部５Ａ及びミラー駆動部５Ｂを交互に設けることによって、ミラー駆動部を二次元的に配列してもよい。

図１７は、本発明の実施の形態に係る可動ミラーデバイスを備えた分散補償器の一例を示す構成図である。同図において、分散補償器４０は、入力された信号光に対して位相シフトを与えて、信号光の分散補償を行うものである。

分散補償器４０は、回折格子４１と、上記の可動ミラーデバイス１と、回折格子４１と可動ミラーデバイス１との間に配置されたレンズ４２とを有している。回折格子４１は、分散補償用光伝送路４３からの信号光を波長成分（チャンネル）毎に分波する。可動ミラーデバイス１の各反射ミラー４は、連続的な波長帯域空間をとるために、ほぼ隙間なく配列されている。各反射ミラー４は、回折格子４１で波長成分毎に分波された信号光を反射する。

分散補償用光伝送路４３は、光サーキュレータ４４を介して入力用光伝送路４５及び出力用光伝送路４６と接続されている。光サーキュレータ４４は、光の進行方向を切り換える光部品である。

このような分散補償器４０において、入力用光伝送路４５に入力された信号光は、光サーキュレータ４４を通って分散補償用光伝送路４３から出射され、回折格子４１において波長帯域毎に分波される。そして、この分波された信号光は、レンズ４２を介して可動ミラーデバイス１まで伝搬され、各反射ミラー４で反射される。

このとき、各反射ミラー４は、チャンネル毎に分波された信号光に対して所望の位相差を与えて分散を補償するように、撓み量（曲率）が制御されている。各反射ミラー４で反射された信号光は、再びレンズ４２を介して回折格子４１まで伝搬され、回折格子４１において合波される。そして、その合波された信号光は、分散補償用光伝送路４３、光サーキュレータ４４及び出力用光伝送４６を通って出力される。

ここで、反射ミラー４の可動範囲は、上述したように十分に大きいので、大きな分散補償量を与えることが可能となる。このため、各チャンネル毎の分散補償の制御性が良好になると共に、各チャンネル毎の分散補償を高精度に行うことができる。

図１８は、本発明の実施の形態に係る可動ミラーデバイスを備えた利得等化器の一例を示す構成図である。図１８に示す利得等化器６０は、入力信号光の各波長成分の利得を均等にする装置である。

利得等化器６０は、入力光導波路ＩＮ、出力光導波路ＯＵＴ、合分波器６１、及び可動ミラーデバイス１を備える。合分波器６１は、透過型の回折格子素子６２、及びレンズ６３を備えている。利得等化器６０では、図１４或いは図１５に示す構造のミラー駆動部を有する可動ミラーデバイス１を用いることができる。

利得等化器６０では、入力光導波路ＩＮに入力された入力信号光が、回折格子素子６２によって波長毎に分波されることによって、複数の信号光となる。当該複数の信号光は、レンズ６３を介して、波長毎に異なる反射ミラー４に入射する。反射ミラー４によって反射された複数の信号光は、レンズ６３を介して、回折格子素子６２に入射して、合波された後、出力光導波路ＯＵＴに出力される。

図１４に示す構造のミラー駆動部５を用いる場合に、利得等化器６０は、反射ミラー４の反射方向を各々変更することによって、出力光導波路ＯＵＴに出力される信号光の波長成分毎の利得を均等にすることができる。また、図１５に示す構造のミラー駆動部５を用いる場合に、利得等化器６０は、反射ミラー４を前後に移動させることによって、出力光導波路ＯＵＴに出力される信号光の波長成分毎の利得を均等にすることができる。

このように、本実施の形態の可動ミラーデバイス１は、狭ピッチで配列された反射ミラー４の傾斜角度、或いは位置を個別に調整できる。また、反射ミラー４の可動範囲が大きくなっている。したがって、可動ミラーデバイス１は、利得等化器の一構成要素として好適に用いられる。

図１９は、本発明の実施の形態に係る可動ミラーデバイスを備えた光ＡＤＭ装置の一例を示す構成図である。図１９に示す光ＡＤＭ装置７０は、入力信号光に含まれる所望の波長成分の信号光（Ｄｒｏｐ信号光）を任意のＤｒｏｐポートに出力し、任意のＡｄｄポートからのＡｄｄ信号光を共通出力ポートに出力することができる。

図１９に示す光ＡＤＭ装置７０は、共通入力ポート導波路ＩＮ、共通出力ポート導波路ＯＵＴ、Ａｄｄポート導波路Ａ１、Ａｄｄポート導波路Ａ２、Ｄｒｏｐポート導波路Ｄ１、Ｄｒｏｐポート導波路Ｄ２、合分波器７１、可動ミラーデバイス１を備えている。合分波器７１は、透過型の回折格子素子７２及びレンズ７３を備えている。

図１９に示す状態の光ＡＤＭ装置７０では、共通入力ポート導波路ＩＮからの入力信号光が、回折格子素子７２によって波長成分毎に分波されて、複数の信号光となっている。波長λ_２の信号光Ｌ１は、反射ミラー４によって反射された後、レンズ７３を介してＤｒｏｐポート導波路Ｄ１に出力されている。波長λ_３の信号光Ｌ２は、反射ミラー４によって反射された後、レンズ７３を介してＤｒｏｐポート導波路Ｄ２に出力されている。

また、Ａｄｄポート導波路Ａ１からの波長λ_２の信号光Ｌ３、及びＡｄｄ導波路Ａ２からの波長λ_３の信号光Ｌ４は各々、対応の反射ミラー４によって反射された後、レンズ７３を介して回折格子素子７２に入射している。信号光Ｌ３、信号光Ｌ４、入力信号光の波長λ_２及び波長λ_３以外の他の成分の信号光は、回折格子素子７２によって合波されて、出力信号光として共通出力ポート導波路ＯＵＴに出力される。

このように、本実施の形態の可動ミラーデバイス１は、狭ピッチで配列された反射ミラー４の反射方向を個別に調整できる。また、反射ミラー４の可動範囲が大きくなっている。したがって、可動ミラーデバイス１は、光ＡＤＭ装置の一構成要素として好適に用いられる。

また、上記実施形態は、可動ミラーデバイスを分散補償器、利得等化器、及び光ＡＤＭ装置に適用したものであるが、本発明の可動ミラーデバイスは、そのような分散補償器、利得等化器、及び光ＡＤＭ装置に限らず、各反射ミラーの配列ピッチを狭くしつつ、反射ミラーの可動範囲を広くする必要がある光学機器であれば、適用可能である。

図１は、本発明に係る可動ミラーデバイスの一実施形態を示す概略斜視図である。 図２は、図１に示すミラーアレイチップの一方を示す概略斜視図である。 図３は、図１に示すミラーアレイチップの他方を示す概略斜視図である。 図４は、図１に示すミラー駆動部の具体的構成を示す図である。 図５は、反射ミラー及びミラー駆動部の製造に用いる層構造体を示す図である。 図６は、図５に示す層構造体を用いて製造された反射ミラー及びミラー駆動部の斜視図である。 図７は、図１に示す反射ミラー及びミラー駆動部の配列構造を示す図である。 図８は、反射ミラー及びミラー駆動部の従来の配列構造を示す図である。 図９は、反射ミラーとミラー駆動部の動作状態を示す図であり、（ａ）は図８に示すように配列された反射ミラーとミラー駆動部の動作状態を示しており、（ｂ）は図７に示すように配列された反射ミラー及びミラー駆動部の動作状態を示している。 図１０は、図１に示すミラー駆動部の他の具体的構成を示す図である。 図１１は、反射ミラーとミラー駆動部の動作状態を示す図であり、（ａ）は図８に示すように配列された反射ミラーとミラー駆動部の動作状態を示しており、（ｂ）は図７に示すように配列された反射ミラー及びミラー駆動部の動作状態を示している。 図１２は、図１に示すミラー駆動部の更に他の具体的構成を示す図である。 図１３は、反射ミラー及びミラー駆動部の状態を示す図であり、（ａ）は図１２に示す反射ミラー及びミラー駆動部の初期状態を示しており、（ｂ）は、図１２に示す反射ミラーを凸状に変形させた場合の、反射ミラー及びミラー駆動部の状態を示しており、（ｃ）は、図１２に示す反射ミラーを凹状に変形させた場合の、反射ミラー及びミラー駆動部の状態を示している。 図１４は、図１に示すミラー駆動部の他の具体的構成を示す図である。 図１５は、図１に示すミラー駆動部の他の具体的構成を示す図である。 図１６は、反射ミラー及びミラー駆動部の他の配列構造を示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態に係る可動ミラーデバイスを備えた分散補償器の一例を示す構成図である。 図１８は、本発明の実施の形態に係る可動ミラーデバイスを備えた利得等化器の一例を示す構成図である。 図１９は、本発明の実施の形態に係る可動ミラーデバイスを備えた光ＡＤＭ装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１…可動ミラーデバイス、２Ａ，２Ｂ…ミラーアレイチップ、３Ａ…基板（第１基板）、３Ｂ…基板（第２基板）、４…反射ミラー、４Ａ…反射ミラー（第１ミラー）、４Ｂ…反射ミラー（第２ミラー）、５…ミラー駆動部、５Ａ…ミラー駆動部（第１駆動部）、５Ｂ…ミラー駆動部（第２駆動部）、６…支え部材、７…位置決め用突起（位置決め手段）、８…位置決め用凹部、９…可動電極、１０…固定電極、１１…可変電圧源、２０…可動電極、２１…固定電極、２４…可変電圧源、３０…可動電極、３１，３２…固定電極、３６，３７…可変電圧源、４０…分散補償器、４１…回折格子（光合波手段）。

Claims (14)

1. 信号光を反射する反射ミラーであって、所定の面に沿って一次元方向に配列されている複数の反射ミラーと、
   前記一次元方向に対して二次元的に配列されており、前記複数の反射ミラーを各々個別に駆動する複数のミラー駆動部と、
   を備え、
   前記複数のミラー駆動部は、前記反射ミラーの反射面の後側に位置し且つ前記一次元方向に交差する方向に順に位置する第１の領域及び第２の領域に交互に設けられており、
   前記反射ミラーの配列方向に隣り合う前記ミラー駆動部の中心間距離が、隣り合う前記反射ミラーの中心間距離よりも大きく、
   前記複数のミラー駆動部は、前記反射ミラーの両側部分に固定された２本の可動電極と該２本の可動電極間に配置された固定電極とを有し、
   前記２本の可動電極は、前記反射ミラーの後方に延びており、
   前記可動電極と前記固定電極の間に電圧を印加しない初期状態での前記一次元方向における前記２本の可動電極の後方側の端部間の距離が、隣り合う反射ミラーの中心間距離よりも大きい、
   可動ミラーデバイス。
2. 信号光を反射する反射ミラーであって、所定の面に沿って一次元方向に配列されている複数の反射ミラーと、
   前記一次元方向に対して二次元的に配列されており、前記複数の反射ミラーを各々個別に駆動する複数のミラー駆動部と、
   を備え、
   前記複数のミラー駆動部は、前記反射ミラーの反射面の後側に位置し且つ前記一次元方向に交差する方向に順に位置する第１の領域及び第２の領域に交互に設けられており、
   前記反射ミラーの配列方向に隣り合う前記ミラー駆動部の中心間距離が、隣り合う前記反射ミラーの中心間距離よりも大きく、
   前記複数のミラー駆動部は、前記反射ミラーの両側部分に固定された２本の可動電極と前記一次元方向において該２本の可動電極間の外側に配置された２本の固定電極とを有し、
   前記一次元方向における前記２本の固定電極間の距離が、隣り合う反射ミラーの中心間距離よりも大きい、
   可動ミラーデバイス。
3. 前記複数のミラー駆動部は、一次元的に配列されるように第１基板上に設けられた第１駆動部と、一次元的に配列されるように第２基板上に設けられた第２駆動部とからなり、
   前記複数の反射ミラーは、前記第１駆動部に対応し前記第１基板上に設けられた第１ミラーと、前記第２駆動部に対応し前記第２基板上に設けられた第２ミラーとからなり、
   前記第１ミラーと前記第２ミラーは交互に配列されている、請求項１又は２に記載の可動ミラーデバイス。
4. 互いに対面する第１基板及び第２基板を更に備え、
   前記複数の反射ミラーは、前記第１基板に設けられた第１ミラーと前記第２基板に設けられた第２ミラーとを含み、
   前記複数のミラー駆動部は、前記第１基板に設けられ前記第１ミラーを駆動する第１駆動部と、前記第２基板に設けられ前記第２ミラーを駆動する第２駆動部とを含み、
   前記所定の面は前記第１基板及び第２基板に交差する方向に伸びており、前記一次元方向は、前記第１基板及び前記第２基板に実質的に平行な方向であり、前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、前記第１基板と前記第２基板との間において交互に配列されており、
   前記第１の領域及び前記第２基板は、前記第１基板から前記第２基板に向かう方向に順に位置しており、前記第１駆動部は前記第１の領域に位置し、前記第２駆動部は前記第２の領域に位置している、
   請求項１又は２に記載の可動ミラーデバイス。
5. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、前記所定の面に沿って前記第１の領域及び前記第２の領域に設けられている、請求項４に記載の可動ミラーデバイス。
6. 前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方には、前記第１基板と前記第２基板とを結合するための複数の支え部材が設けられている、請求項３又は４に記載の可動ミラーデバイス。
7. 前記支え部材には、前記第１基板を前記第２基板に対して位置決めするための位置決め手段が設けられている、請求項６記載の可動ミラーデバイス。
8. 前記反射ミラーは、湾曲状に変形自在であり、
   前記ミラー駆動部は、前記反射ミラーを湾曲状に変形させる、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の可動ミラーデバイス。
9. 前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加することにより、前記反射ミラーを湾曲状に変形させる、請求項２記載の可動ミラーデバイス。
10. 前記２本の可動電極及び前記２本の固定電極は、前記所定の面に交差する方向に伸びており、
    前記反射ミラーの前記一次元方向に交差する中心軸線に沿う部分が支持されており、
    前記可動電極と固定電極との間に印加される電圧によって、前記可動電極が前記固定電極に向けて移動して、前記反射ミラーを湾曲状に変形させる、
    請求項２に記載の可動ミラーデバイス。
11. 前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加することにより、前記反射ミラーを湾曲状に変形させる、請求項１記載の可動ミラーデバイス。
12. 入力信号光を波長毎に分波することによって複数の信号光を出力する光分波手段と、
    前記複数の信号光が入力され、該複数の信号光に位相シフトを与えて反射する請求項１〜１１の何れか一項記載の可動ミラーデバイスと、
    前記可動ミラーデバイスから反射された複数の信号光を合波し、合波した信号を出力する光合波手段と、
    を備える分散補償器。
13. 入力信号光を波長毎に分波することによって複数の信号光を出力する光分波手段と、
    前記複数の信号光が入力され、該複数の信号光の反射方向を変化させる請求項１〜１１の何れか一項記載の可動ミラーデバイスと、
    前記可動ミラーデバイスによって反射される前記複数の信号光を合波して、合波した信号を出力する光合波手段と、
    を備える利得等化器。
14. 入力信号光が供給される入力ポート導波路と、
    出力信号光が供給される出力ポート導波路と、
    ａｄｄ信号が供給されるａｄｄポート導波路と、
    ｄｒｏｐ信号が供給されるｄｒｏｐポート導波路と、
    前記入力ポート導波路からの前記入力信号光を波長毎に分波することによって複数の信号光を出力する光分波手段と、
    前記複数の信号光及び前記ａｄｄ導波路からの前記ａｄｄ信号が入力され、前記複数の信号光及び前記ａｄｄ信号の反射方向を変化させて、出力する請求項１〜１１の何れか一項記載の可動ミラーデバイスと、
    前記可動ミラーデバイスから出力される前記複数の信号光の一部をｄｒｏｐ信号として前記ｄｒｏｐポート導波路に出力し、前記複数の信号光の他の部分と前記ａｄｄ信号とを合波してなる前記出力信号光を前記出力ポート導波路に出力する光合波手段と、
    を備える光ＡＤＭ装置。

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