JP4657441B2 - マイクロ電子機械可変光学遅延線 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ電子機械システム（micro electro-mechanical systems（ＭＥＭＳ））デバイスに関し、特に、光学システムにおいて信号パスの遅延を補償するＭＥＭＳ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新の光学（光波）システムは、光学ラインを通って情報を送受信する際に、ある種の補償を行っている。この補償の一例が波長分割多重化送信機と光学時分割多重化送信機（optically time-division multiplexed（ＯＴＤＭ)）において、偏光モード分散（polarization mode dispersion（ＰＭＤ））と光学パルスタイミングを補償することである。このようなアプリケーションにおいては、光学パス長において、僅かな調整（ＰＭＤ補償機においては数ビットの期間とＯＴＤＭの送信機においては単一のビット期間に相当する）が信号パス遅延を補償するために必要である。例えば、４０Ｇｂ／ｓデータレートシステムにおいては、２５ｐｓビット期間は、ｃＴ＝７．５ｍｍの自由空間ビット長さを有する。
【０００３】
データと情報が伝送されるスピードが光学システムで増加するにつれて、伝播遅延もまた増加する。一定の遅延素子を有するシステムにおいてさえ、パス遅延量は、少量ではあるが変化する。このパス遅延は、例えば、光学伝送ラインの温度が変化するにつれて熱膨張係数の影響により引き起こされる。
【０００４】
従来の可変の光学遅延線は、入力点から出力点へのパス長さを変化させるために、往復型の反射機を移動させるモータ駆動の線形トランスレーション段からなる。デジタル的に設定可能な光ファイバ遅延線は、光ファイバの別の部分を選択するために光学スイッチを用いて構成される。等価の機能は、集積回路光学デバイスでも得ることができる。これらの遅延補償システムの欠点は、電力需要が高いことコスト高であること物理的に大きいことそして速度が遅いことである。
【０００５】
マイクロマシーンあるいはマイクロ電気機械システムを用いることは、光学伝送の技術分野でますます用いられている。これが用いられることは、既存のシステムの構成素子に対しＭＥＭＳデバイスが提供できる利点、例えば小型、高速応答、低電力消費等の結果である。かくして、ＭＥＭＳデバイスを用いて可変の光遅延線を実現することが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来システムの欠点を解決するＭＥＭＳの可変光学遅延線を提供することである。さらに本発明の別の目的は、可変の減衰器調整可能な光学フィルタと光学スイッチとして機能できるＭＥＭＳ可変光学遅延線を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一実施例においては、ＭＥＭＳ可変光学遅延線は、光波信号を受信する入力と遅延パス補償を行った光波信号を提供する出力とを有する。マイクロマシーンリニアラックは、入力光波信号を受信し、それを出力点に向けて反射させる所定の距離にある出力（点）と入力（点）から離れた位置にある反射機とを有する。反射機と入力点および／または出力点との間の距離は、所定量の遅延パス補償により選択的に可変である。このマイクロマシーンリニアラックに接続されたコントローラが、必要とされる所定量の遅延パス補償にしたがって反射機と入力点および／または出力点との間の距離を選択的に制御する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１Ａは、入力導波路１２ａと出力導波路１４ａとを有するＭＥＭＳ可変光学遅延線１０を示す。導波路は光ファイバでもよい。ミラー１６ａ，１６ｂにより構成されるマイクロ往復型反射機がマイクロマシーンリニアラック１８の上に配置され、入力導波路１２ａから送信された光波が反射され出力導波路１４ａに戻ってくる。マイクロマシーンリニアラック１８は、例えば数ｍｍ程度移動可能なシリコン製のマイクロマシーンリニアラックである。
【０００９】
このマイクロマシーンリニアラック１８は、歯車１９を有し、駆動ギア２０の歯車２１と噛み合っている。駆動ギア２０は駆動モータ２４に接続された駆動アーム２２により駆動される。駆動モータ２４は、コンピュータコントローラ（図示せず）に接続され、制御信号を駆動モータ２４に与えマイクロマシーンリニアラック１８の動きを制御し、これにより入力導波路１２ａと出力導波路１４ａとの間の信号パスの長さを制御している。ミラー１６ａ、１６ｂにより構成されるマイクロマシーン往復型反射機と、入力導波路１２ａと出力導波路１４ａとの間の距離を選択的に変えることにより伝送中の信号パス遅延損失を補償することができる。
【００１０】
図１Ｂは、本発明のＭＥＭＳ可変光学遅延線の他の実施例を示す。この実施例においては、遅延線の信号パスは、ミラー３２ａ，３２ｂにより構成される固定ミラー段とダブルパス往復型反射機３０を用いて延長することができる。しかし、遅延線の信号パスを延長することは、信号損失を増加させることになり、ミラー３２ａ，３２ｂとミラー３４ａ−３４ｄのミラーの回折とミラー歪みに起因し、これにより最大ミラーイクスカージョンとパスの折れ曲がり点の数を制限することになる。
【００１１】
例えば、１００μｍのミラーと１ｃｍの全パス長は、約４ｄＢの信号損失となる。このような信号特性を改善するために、非平面型の反射機のような他の画像光学装置を様々な平面型のミラーの代わりに用い、そして他の適用形の光学装置をそれぞれ入力導波路１２ａおよび／または出力導波路１４ｂで用いることができる。コリメート光学装置と受光光学装置を入力導波路１２ａと出力導波路１４ａと一体に構成して遅延が補償された光波を光ファイバに結合することができる。
【００１２】
遅延線の性能（例えば挿入損失と遅延時間）を監視し制御するために光学検出器と光学ソースを組み込むこともできる。マイクロマシーン遅延線はまた可変の減衰器としても同時に機能することもできる。
【００１３】
図２ａ，２ｂは、ミラーを用いた可変光学遅延線４０の他の実施例を示す。これらのミラーは、ＭＥＭＳミラーあるいは他の適宜の公知のピボット駆動可能なミラーである。図２Ａを参照すると、光波は可変光学遅延線４０に光学サーキュレータ４２を介して与えられる。光学サーキュレータ４２が入力段の位置に場合には、光波は光ファイバ４４から出てピボット点４８を軸に可動する第１ミラー４６に向けられる。
【００１４】
この第１ミラー４６はピボット４８で動かされ、第２ミラー５０の長さ方向に沿って反射されたビームをスキャンする。第２ミラー５０は一端５２でピボットで係止され、反射されたビームを調整して入力ポートに（第１ミラー４６を介して）戻し、そこで光学サーキュレータ４２を用いて出力ビームを取り出す。他の画像スキームも同様に用いて出力ビームを別のポートに向けてこれにより光学サーキュレータ４２を出力線をなくすこともできる。
【００１５】
【発明の効果】
図２Ａに示すように、光ファイバ４４と第１ミラー４６との間の伝播距離（Ｌ₁）と、第１ミラー４６と第２ミラー５０との間の伝播距離（Ｌ₂）との組合せが可変光学遅延線４０により与えられる遅延補償の長さを決定する。図２Ｂで分かるように、第１ミラー４６と第２ミラー５０をピボットでそれぞれ動かすことにより第１ミラー４６と第２ミラー５０との間の距離Ｌ₃ を長くすることができ、これにより遅延補償の量を増加させることができる。それにより、この遅延線の所定の範囲内に遅延線の有限の補償量が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ 本発明の一実施例によるＭＥＭＳ可変光学遅延線の平面図
Ｂ 本発明の他の実施例によるＭＥＭＳ可変光学遅延線の平面図
【図２】Ａ 本発明のさらに別の実施例による短いパス構成のＭＥＭＳ可変光学遅延線の平面図
Ｂ ＡのＭＥＭＳ可変光学遅延線の長いパス構成の平面図
【符号の説明】
１０ ＭＥＭＳ可変光学遅延線
１２ａ，１２ｂ 入力導波路
１４ａ，１４ｂ 出力導波路
１６ａ，ｂ ミラー
１８ マイクロマシーンリニアラック
１９，２１ 歯車
２０ 駆動ギア
２２ 駆動アーム
２４ 駆動モータ
３０ ダブルパス往復型反射機
３２，３２ｂ，３４，３４ｂ ミラー
４０ 可変光学遅延線
４２ 光学サーキュレータ
４４ 光ファイバ
４６ 第１ミラー
４８ ピボット点
５０ 第２ミラー
５２ 一端
図１Ａ 入力 出力
図１Ｂ 遅延増量方式
図２Ａ，Ｂ 入力 出力

Claims (7)

1. 入力光波を受光し遅延線に入力する入力点（１２ａ）と、
   前記遅延線から受光し出力パス遅延補償光波信号を出力する出力点（１４ａ）と、
   入力光波信号を受光し、この受光した光波信号を前記出力点の方向に反射させる入力点から所定の距離にある反射機（１６）および第１の歯車（１９）を有するマイクロマシーンリニアラック（１８）であって、前記距離が、光学遅延線による所定のパス遅延補償に応じて可変である、マイクロマシーンリニアラック（１８）と、
   前記マイクロマシーンリニアラックに接続され、前記反射機と入力点との間の距離を所定のパス遅延補償に基づいて制御するよう選択的に変化するコントローラと
   駆動モータ（２４）と、
   前記駆動モータに接続された一端と他端とを有するアーム（２２）と、
   前記アームの他端に接続され、前記マイクロマシーンリニアラックに係合する第２の歯車（２１）とを備え、
   前記駆動モータを駆動することにより、前記アームが前記歯車をマイクロマシーンリニアラックを移動させるよう駆動し、
   これにより所定のパス遅延補償を達成するために対応する入力点と反射機との間の距離が変化し、
   前記反射機は、ＭＥＭＳミラーを含み、
   前記マイクロマシーンリニアラックの第１の歯車（１９）は、前記第２の歯車（２１）とかみあうことを特徴とするマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）可変光学遅延線。
2. 前記反射機は、前記マイクロマシーンリニアラック上に搭載された第１ミラー（１６ａ）と第２ミラー（１６ｂ）とを有し、
   前記第１ミラー（１６ａ）は、前記入力点からの入力光波を受光し、この受光した入力光波を前記第２ミラーの方向に反射させ、
   前記第２ミラー（１６ｂ）は、前記第１ミラーから反射した光波をさらに前記出力点の方向に反射させる
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロ電子機械システム可変光学遅延線。
3. 前記反射機は、
   前記マイクロマシーンリニアラックと共に、移動するよう配置された可動のミラーステージと、
   前記マイクロマシーンリニアラックの動きに反して固定位置に配置された固定ミラーステージとを有し、
   前記可動ミラーステージと固定ミラーステージは、前記入力点から受領した入力光波を所定のパス遅延補償に基づいて前記出力点の方向に反射させることを特徴とする請求項１記載のマイクロ電子機械システム可変光学遅延線。
4. 第１ピボット（４８）及び第２ピボット（５２）と、
   入力光波を受光する入力点と、
   光学遅延線により生成されたパス遅延補償された光波信号を受光し出力する出力点と、
   前記第１ピボットに取り付けられ、前記入力点から受領した入力光波信号を所定の方向に反射させるよう前記入力点から所定の距離離れた位置にある第１ミラー（４６）であって、前記第１ミラーの位置は前記第１ピボットにより制御される、第１ミラー（４６）と、
   前記第２ピボットに取り付けられ、前記第１ミラーから反射された光波信号を受領し、この受領した光波信号を前記出力点の方向に反射させるように、前記第１ミラーに対し配置された第２ミラー（５０）であって、前記第２ミラーの位置は前記第２ピボットにより制御される、第２ミラー（５０）とを備え、
   前記第１ミラー及び第２ミラーの位置は、それぞれ前記第１ピボット及び第２ピボットによって選択的に制御され、
   前記入力光波信号の選択的可変パス遅延補償を可能にする、前記第１及び第２ミラー間に規定される可変光学距離を提供することによって、前記出力点でパス遅延補償された光波信号を生成するために、前記第１ミラー及び第２ミラーをピボット駆動することで、前記入力光波信号のパス遅延補償を選択的に制御するようになっており、
   前記第１及び第２ミラーは、ＭＥＭＳミラーを含むことを特徴とするマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）可変光学遅延線（４０）。
5. 前記入力点と出力点の間を切り換える光学サーキュレータ（４２）をさらに有し、
   これにより光学遅延線へ単一の光波信号の接続を行うことを特徴とする請求項４記載のマイクロ電子機械システム可変光学遅延線。
6. 前記ＭＥＭＳミラーの寸法が、１００μｍであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ電子機械システム可変光学遅延線。
7. 全パス長が１ｃｍであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ電子機械システム可変光学遅延線。

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