JP4823199B2 - 波長選択型光スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、波長選択型光スイッチに関するものである。

近年、光通信の分野では、１つの波長に１つの光信号を対応させ、波長多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術により、一本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことが実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える光スイッチが脚光を浴びている。なかでも、数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかへ出力可能な波長選択型光スイッチ（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この波長選択型光スイッチの（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）一例を図１に示す。

図１に示す波長選択型光スイッチは、ファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、４ｆ光学系４と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００とを備えており、これらがこの順番で１の方向（以下、「Ｚ軸方向」という）に沿って配列した構成を有する。

ファイバアレイ１は、複数の光ファイバ（図１の場合７本）を、その光軸をＺ軸に沿わせた状態でＺ軸と直交するＸ軸方向に並設した構成を有する。なお、図１においては、１つの入力ポート１ａと６つの出力ポート１ｂが設けられている。

マイクロレンズアレイ２は、複数のマイクロレンズをＸ方向に沿って並設したものである。このようなマイクロレンズアレイ２は、入力ポート１ａの出力側および出力ポート１ｂの入力側、すなわちファイバアレイ１のＺ方向の正の側に、各マイクロレンズが対応するファイバアレイ１の各光ファイバと対向するように配設される。

４ｆ光学系４は、それぞれ焦点距離がｆの第１レンズ４１および第２レンズ４２と、透過型の回折格子４３とから構成され、第１レンズ４１、第２レンズ４２、回折格子４３の順序で集光レンズ３からＺ方向の正の側に配設される。第１レンズ４１は、集光レンズ３から集光レンズ３の焦点距離および第１レンズ４１の焦点距離ｆだけ離間した位置に配設される。回折格子４３は、第１レンズ４１から焦点距離ｆだけ離間した位置に配設される。第２レンズ４２は、回折格子４３から焦点距離ｆだけ離間した位置に配設される。ここで、第１レンズ４１の集光レンズ３側の焦点におけるＸ軸およびＸ軸並びにＺ軸に垂直なＹ軸から構成される平面を第１焦点面、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ１００側の焦点におけるＸ軸およびＹ軸から構成される平面を第２焦点面という。

ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００は、図１８に示すように、平面視略矩形の基部１０１にそれぞれミラー１０２ａを有する複数のＭＥＭＳミラー素子１０２を備え、ミラー１０２ａの中心を通る直線が基部１０１の長手方向、すなわちＸ軸方向に沿うように配列した構成を有する。このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ１００は、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａの主表面を４ｆ光学系４に対向させた状態で、第２焦点面に配設される。ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａは、基部１０１に対して、波長分離軸（Ｘ軸）およびこのＸ軸に直交するＹ軸という二軸方向に回動可能な状態に支持されている。これにより、ミラー１０２ａをＸ軸回りに回動させることによって（符号α）出力ポートの選択が行われる。また、ミラー１０２ａをＹ軸回りに回動させることによって（符号β）、アッテネーションレベルの制御が行われる。

このような波長選択型光スイッチにおいて、例えば波長チャネル間隔１００ＧＨｚで４０波（チャネル）だけ波長分離されたＷＤＭ信号光が入力ポート１ａより入力されると、そのＷＤＭ信号光は、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３および第１レンズ４１を介して回折格子４３に入射し、この回折格子４３によって４０波に分波され、分波されたチャネルのそれぞれが第二の焦点面のＸ軸上に整列してビームウェストを形成する。このビームウェスト位置には、各チャネルに対応して適切なピッチでＭＥＭＳミラー素子１０２が配列されたＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が配置されている。これにより、ＭＥＭＳミラー素子１０２をＸ軸回りに所定の角度だけか移動させると、そのＭＥＭＳミラー素子１０２に入射したチャネルがその所定の角度に対応する方向に反射され、４ｆ光学系４、集光レンズ３およびマイクロレンズアレイ２を介してファイバアレイ１の所定の光ファイバに入射し、所定の出力ポート１ｂから出力される。このように、ＭＥＭＳミラー素子１０２をＸ軸回りに選択的に回動させることにより、チャネル毎の出力ポートの切り替え、いわゆるスイッチングを選択的に行うことができる。

このような波長選択型光スイッチを組み立てる場合、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００と他の光学系との高精度なアライメントが重要となる。例えば、各波長のチャネルを、図１９（ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００上で１００μｍ間隔で整列させる場合において、図１９（ｂ）に示すようにＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＸ軸方向に５０μｍずれてしまうと、１つの信号光（チャネル）Ｂが同時に二つのミラーに照射されることとなり、正しい出力ポート１ｂを選択するのが困難となる。たとえほんの１０μｍずれたとしても、通過帯域は１０％も減少してしまうので、損失が増加してしまう。また、図１９（ｃ）に示すようにＹ方向のずれが発生すると、信号光ＢがＭＥＭＳミラーサイズでクリッピングされるために、過剰損失が発生してしまう。そこで、従来では、広帯域な波長スペクトルを有するＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：自然放出光）光源を入力ポート１ａから入力することにより、Ｘ方向のアライメントを行っていた。具体的には、ＡＳＥ光源から入力された光を、ＭＥＭＳミラー素子１０２で反射させて再び入力ポート１ａに入射させ、スペクトルアナライザにより図２０に示すような櫛歯状のスペクトルを測定し、それぞれの櫛歯状のスペクトルの中央が所望する周波数位置に一致するようにＭＥＭＳミラーアレイチップ１００の位置を調整することにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００と他の光学系とのアライメントを行っていた。なお、図２０において、横軸νは周波数、縦軸は光強度を示す。

特開２００７−１４０１６８号公報

しかしながら、従来の方法では、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＹ方向、すなわちＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａの中心を結ぶ直線の方向と直交する方向、言い換えると、回折格子４３により入力光を分波する方向と直交する方向の位置ずれについては、正確なアライメントを行うことが困難であった。すなわち、上述したような波長スペクトルの形状では、Ｙ方向の位置ずれがわからないため、アライメントのしようがなかった。また、選択ポートからの出力光強度が最大になるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をアライメントしたとしても、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａのＹ方向の長さが、図１９（ａ）に示すようにビーム径よりも大きいと、ビームの中心位置の検出が困難なため、正確なアライメントが困難であった。また、ビームがＭＥＭＳミラー素子１０２から大きくはずれるようにＭＥＭＳミラー素子１０２の位置をＹ方向にずらして損失変化を測定しても、回折の影響によりその変化がなだらかかつ非線形であるため、正確なＹ方向のアライメントを行うことができなかった。このように、従来より、ＭＥＭＳミラーアレイチップの正確なアライメントを行うことが困難であった。

そこで、本願発明は、より正確なアライメントを行うことができる波長選択型光スイッチを提供することを目的とする。

上述したような課題を解消するために、本発明に係る波長選択型光スイッチは、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートからなる入出力光学系と、入力ポートから入力される入力光を波長に応じて分離させ、分離させた各波長の光を第１の直線上の異なる位置に集光させる分離集光光学系と、この分離集光光学系で集光された各波長の光の集光位置にそれぞれ回動可能に支持された複数のミラーを備え、ミラーの角度に応じてミラーで反射された光を、分離集光光学系を介して入出力光学系の出力ポートのうちの任意の出力ポートに導くミラーアレイとを備えた波長選択型光スイッチであって、ミラーアレイは、第１の直線上に設けられ、所定の形状のアライメントパタンをさらに備え、このアライメントパタンは、第１の直線に平行な第１，第２の辺と、第１の直線の一端側に位置する第１，第２の辺の一端同士を結ぶ直線または曲線からなる第１の線と、第１，第２の辺の他端同士を結ぶ直線または曲線からなる第２の線とから構成される形状を有し、当該アライメントパタンの周囲と異なる反射率を有し、第１の辺および第２の辺は、それぞれ第１の直線からの距離が等しく、かつ第１の直線を挟んで配置され、第１の線および第２の線は、第１の直線に対して直交しないことを特徴とする。

上記波長選択型光スイッチにおいて、アライメントパタンは、菱形の形状を有し、当該アライメントパタンの周囲よりも高い反射率を有するようにしてもよい。

上記波長選択型光スイッチにおいて、アライメントパタンは、１つの対角線が第１の直線に直交するようにしてもよい。ここで、アライメントパタンは、第１の直線に直交する対角線の長さが、当該アライメントパタンの位置に相当する光周波数グリッドに一致したチャネルが照射される領域の対角線方向の長さと略同一であるようにしてもよい。また、アライメントパタンは、中心が当該アライメントパタンの位置に相当する光周波数グリッドに対応する位置と一致するようにミラーアレイ上に配置されるようにしてもよい。

また、上記波長選択型光スイッチにおいて、アライメントパタンは、両端のスイッチ素子に連設されるようにしてもよい。

また、上記波長選択型光スイッチにおいて、アライメントパタンは、大きさの異なる複数のアライメントパタンから構成されるようにしてもよい。

また、上記波長選択型光スイッチにおいて、アライメントパタンの第１の直線方向に直交する方向の長さは、当該アライメントパタンの位置に相当する光周波数グリッドに一致したチャネルが照射される領域の当該直交する方向の長さよりも長いようにしてもよい。

また、上記波長選択型光スイッチにおいて、アライメントパタンは、当該アライメントパタンの周囲よりも低い反射率を有するようにしてもよい。

また、本発明に係る他の波長選択型光スイッチは、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートからなる入出力光学系と、入力ポートから入力される入力光を波長に応じて分離させ、分離させた各波長の光を第１の直線上の異なる位置に集光させる分離集光光学系と、この分離集光光学系で集光された各波長の光の集光位置にそれぞれ回動可能に支持された複数のミラーを備え、ミラーの角度に応じてミラーで反射された光を、分離集光光学系を介して入出力光学系の出力ポートのうちの任意の出力ポートに導くミラーアレイとを備えた波長選択型光スイッチであって、ミラーアレイは、第１の直線上に設けられ、所定の形状のアライメントパタンをさらに備え、このアライメントパタンは、高い反射率を有する領域と、この領域内に形成され、領域よりも低くかつアライメントパタンの周囲と同等の反射率を有し、同一の二等辺三角形の形状を有する第１，第２のパタンとを備え、第１，第２のパタンは、斜辺を対向させた状態で対向配置され、かつ、斜辺以外の辺のうちの一方が第１の直線に沿うように配設され、第１の直線に沿うように配設された第１，２のパタンの斜辺以外の辺は、それぞれ第１の直線からの距離が等しいことを特徴とする。

本発明によれば、分離させた各波長の光が異なる位置に集光する第１の直線上にアライメントパタンを設けることにより、例えば、入力ポートからＡＳＥを入力し、上記アライメントパタンで反射された光のスペクトル形状を観察し、スペクトル形状が三角形となるようにミラーアレイの上記第１の直線と直交する方向の位置を調整することにより、ミラーアレイの高精度なアライメントを実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明に係る波長選択型光スイッチの第１の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態に係る波長選択型光スイッチは、図１，図２を参照して背景技術の欄で説明した波長選択型光スイッチにおいて、ＭＥＭＳミラーアレイチップにさらにアライメントパタンを設けたものである。したがって、本実施の形態において、図１，図２に示す波長選択型光スイッチと同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し適宜説明を省略する。

＜波長選択型光スイッチ＞
図１に示すように、本実施の形態に係る波長選択型光スイッチは、入出力光学系として機能するファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、分離集光光学系として機能する４ｆ光学系４と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５とを備えており、これらがこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。

なお、図１に示す入力出力光学系は、ファイバアレイ１のうち、その配列の中心に位置する光ファイバ１ａを入力ポート、それ以外の光ファイバ１ｂを出力ポートとすることにより、１×６の波長選択型光スイッチを構成している。しかしながら、入力ポートの位置は、図１に示すように、ファイバアレイ１の中心に限定される必要はない。また、ファイバアレイ１のうち、ある１つの光ファイバを出力ポートとし、これ以外の光ファイバを入力ポートとすることにより、６×１の波長選択型光スイッチとして用いるようにしてもよい。このように本願発明は、入出力光学系の構成で限定されるものではなく、各種入出力光学系に適用することができる。

≪ＭＥＭＳミラーアレイチップ≫
図２に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、平面視略矩形の基部５１と、この基部５１の長手方向、すなわちＺ軸と直交するＸ軸方向に沿って一列に、かつミラーピッチＰｃｈで均等に配列された複数のＭＥＭＳミラー素子５２と、両端のＭＥＭＳミラー素子５２と基部５１の長手方向の縁部との間に形成されたアライメントパタン６とを備える。

ＭＥＭＳミラー素子５２は、Ｘ軸またはＹ軸に沿って設けられたばね（図示せず）により基部５１に連結されたミラー５２ａを備えている。このミラー５２ａは、対向配置された電極に電圧を印加することによって生じる静電引力によってＸ軸およびＹ軸回りに回動可能となっている。なお、本実施の形態において、Ｘ軸は、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心を通っているものとする。

アライメントパタン６は、図３に示すように、対向する一対の辺がＸ軸に平行で、かつ一方の対角線がＹ軸に沿った略平行四辺形または略菱形の平面形状を有する。ここで、Ｘ軸に平行な２辺は、Ｘ軸に対して同じ距離に位置している。アライメントパタン６のＹ方向の長さはビーム幅Ｗｙとほぼ等しい値に、Ｘ方向の長さはビーム幅Ｗｘの約５倍に、それぞれ設定されている。この二つのアライメントパタン６は、端部のＭＥＭＳミラー素子５２から２・Ｐｃｈだけ離れた位置に形成される。すなわち、端部のＭＥＭＳミラー素子５２が対応する光周波数が、ＩＴＵ−Ｔが規定する光周波数グリッド上のν１、νｎとすれば、両アライメントパタン６のＸ軸方向の位置は、それぞれν１−２νｃｈ、νｎ＋２νｃｈとなり、これらはＩＴＵ−Ｔが規定する周波数グリッドに対応している。ここで、νｃｈは、周波数グリッド間隔を表している。このようなアライメントパタン６は、例えば金やアルミなどの高い反射率を有する材料から構成されている。なお、アライメントパタン６の周囲の基部５１の領域は、例えばＳｉ，ＳｉＯ₂，Ｔｉ，Ｃｒなどの低い反射率を有する材料から構成されている。

図１において、焦点距離ｆ１［ｍｍ］の第１レンズ４１および第２レンズ４２を用い、また分散能力ｄθ／ｄｖ［ｄｅｇ／ＧＨｚ］の回折格子４３を用いると、入力ポート１ａより入力されたνｃｈ［ＧＨｚ］間隔のＷＤＭ信号光は、回折格子４３で分波され、各波長（チャネル）の信号光は、第２の焦点面上のＸ軸上に約ｆ１・ｔａｎ（ｄθ／ｄｖ・νｃｈ）［μｍ］ピッチでＰｃｈで整列する。第１の焦点面におけるビームサイズがＸ方向に関して幅Ｗｘ［μｍ］Ｙ方向に関しては幅Ｗｙ［μｍ］であるとすれば、４ｆ光学系４の特性から、第２の焦点面においても同じビーム形状が再現される。そこで、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のアレイピッチ、すなわちＭＥＭＳミラー素子５２の間隔Ｐｃｈは、各チャネルのビーム整列間隔と整合するように設定される。

このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、公知のＭＥＭＳ技術によって形成される。

＜アライメント方法＞
次に、図４を参照して、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５と光学系とのアライメント方法を説明する。

まず、従来と同様に、ＡＳＥ光源を用いてＸ方向のアライメントを行う（ステップＳ１）。具体的には、ＡＳＥ光源から入力ポート１ａに光を入力し、この入射光をマイクロレンズアレイ２、集光レンズ３および４ｆ光学系４を介してマイクロミラーアレイ５の対応するＭＥＭＳミラー素子５２で反射させ、この反射光を４ｆ光学系４、集光レンズ３およびマイクロレンズアレイ２を介して再び入力ポート１ａに入射させ、この反射光のスペクトルをスペクトルアナライザを用いて測定し、この測定結果に基づいてマイクロミラーアレイチップ５のＸ方向の位置を調整する。これにより、図５（ａ）に示すような、光スペクトルを得ることができる。なお、図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＡＳＥ光がＭＥＭＳミラー素子５２により反射され入力ポート１ａから出力される光スペクトルの一例を示している。図５（ａ）〜（ｃ）では、説明を簡略化するため、一方のアライメントパタン、すなわち図２の光周波数グリッド「ν１−２νｃｈ」に相当する位置に配置されたアライメントパタン６で反射された光スペクトルのみを記載している。

このとき、図６（ａ）に示すように、アライメントパタン６の位置に相当する光周波数グリッドに一致した信号光が照射される位置ＢがＹ軸方向に位置ずれがなく、アライメントパタン６の中心を通るＹ軸上にあれば、アライメントパタン６に対応する波長スペクトルは、図６（ｂ）で太線で示すような二等辺三角形の形状となる。この理由について、図７、図８を参照して説明する。

本実施の形態では、光源として広帯域なＡＳＥ光を用いているため、実際にＭＥＭＳミラーアレイチップ５に照射されるＡＳＥ光は、図７（ａ）に示すように、Ｘ軸に平行な帯状で（符号Ｏ）となる。この帯状のＡＳＥ光のうち、ＭＥＭＳミラー素子５２およびアライメントパタン６で反射された光が入力ポート１ａより出力される。この出力された光スペクトルは、図７（ｂ）に示すように、横軸が周波数、縦軸がＭＥＭＳミラー素子５２およびアライメントパタン６に照射されているＡＳＥ光の光強度として出力される。

図７（ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に対して正確に配置されている場合、ＡＳＥ光はアライメントパタン６全体をＹ軸方向にははみ出さずに照射される。この結果、図７（ｂ）に示すような三角形状のスペクトルが得られる。一方、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向にずれている場合、図８（ａ）に示すように、アライメントパタンの一部にＡＳＥ光が照射される。このような場合、ＡＳＥ光のアライメントパタン６の部分から得られる光スペクトルは、図８（ｂ）に示すように、三角形の頂点が削れた台形状となる。したがって、アライメントパタン６での反射から得られるＡＳＥ光の光スペクトルが三角形になるようＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整することにより、Ｙ軸方向の高精度なアライメントが可能となる。

なお、図７（ａ），図８（ａ）において、符号Ｂで示す楕円形状の部分は、各周波数グリッドに一致した信号光（チャネル）が照射される位置を示している。楕円の短軸（Ｘ軸方向）および長軸（Ｙ軸方向）は、マイクロレンズアレイ２や４ｆ光学系４などのＷＳＳ内の空間光学系の構成によって変わるが、本実施の形態では、ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの形状を長方形としているので、そのミラー５２ａの形状に合わせてビーム形状を楕円形としている。ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＸ軸およびＹ軸方向に正確に配置されていると、図７（ａ）に示すように、アライメントパタン６上には、アライメントパタン６の対角線のうちＭＥＭＳミラー素子５２の配列方向に垂直な方向に沿った対角線上に、アライメントパタン６に相当する周波数のチャネルが集光されることとなる。

一方、図９（ａ）に示すように、光ビームがＹ軸の正の方向に位置ずれしている場合には、アライメントパタン６に対応する波長スペクトルは、図９（ｂ）の太線で示すような形状となる。すなわち、図６（ｂ）の三角形をν軸の正の方向に移動させ、かつ、その三角形の頂点が削れた台形の形状となる。このように、光ビームがＹ軸の正の方向に位置ずれしている場合、アライメントパタン６から得られる波長スペクトルは、長波長側にシフトし、かつ、その形状も台形に変化する。

逆に、図１０（ａ）に示すように、光ビームがＹ軸の負の方向に位置ずれした場合には、アライメントパタン６に対応する波長スペクトルは、図１０（ｂ）の太線で示すような形状となる。すなわち、図６（ｂ）の三角形をν軸の負の方向に移動させ、かつ、その三角形の頂点が削れた台形の形状となる。このように、光ビームがＹ軸の負の方向に位置ずれしている場合、アライメントパタン６から得られる波長スペクトルは、短波長側にシフトし、かつ、その形状も台形に変化する。

そこで、本実施の形態では、波長スペクトルが三角形になるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整することにより、波長選択型光スイッチのＹ方向のアライメントを行う（ステップＳ２）。すなわち、図５（ｂ）に示すようなスペクトルが得られるよう、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整する。このようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を正確な位置に調整することにより、図５（ｂ）に示すように、光強度を増加させることができる。

なお、この場合のアライメント精度は、ビーム幅とアライメントパタン６のサイズの相対関係によって決まり、アライメントパタン６の幅（Ｘ方向）をビーム幅のおよそ２〜５倍程度に設定すると三角形のスペクトルが認識しやすいので、適当である。アライメントパタン６の幅がビーム幅の２倍以下と狭い場合は、スペクトルに見られる台形形状の上底と下底の値が近くなり、三角形状への変化を判定することが困難となる。反対に、アライメントパタン６の幅がビーム幅の５倍以上と大きい場合には、スペクトルのスロープが緩やかになりすぎるため、やはり三角形状への変化の判定が困難となる。さらに、アライメントパタン６の幅を大きくすることは、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５の面積を大きくすることにつながるため、製造コストを上昇させる。一方、アライメントパタン６の高さ（Ｙ方向）に関しては、Ｙ軸方向のビーム幅とほぼ等しい程度が望ましい。アライメントパタン６の高さがＹ軸方向のビーム幅よりも大きくなると、Ｙ軸方向のアライメントが正しく行われた場合でも、得られるスペクトルが台形の形状となるため、アライメントの精度が低下する。また、アライメントパタン６の高さがＹ軸方向のビーム幅以下となると、Ｙ軸方向に多少のミスアライメントがあったとしても同じ三角形状のスペクトルが得られるため、やはりアライメント精度が低下してしまう。

アライメントパタン６からの反射光から三角形のスペクトル形状を取得すると、そのスペクトル形状のピーク周波数が、予めアライメントパタン６に割り当てた光周波数グリッド（例えば、「ν１−２νｃｈ」）になるように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向の位置調整を行う（ステップＳ３）。これにより、図５（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向の位置が調整されたスペクトルを得ることができる。

各ＭＥＭＳミラー素子５２からの出力スペクトル形状は、通常フラットトップ（ピークが平坦な形状）となるため、従来のＸ軸方向のアライメントでは、高精度なアライメントが困難であった。しかしながら、本実施の形態のようにアライメントパタン６を用いることにより、アライメントパタン６からの出力スペクトルが急峻なピークを有する形状となるので、そのピーク周波数を光スペクトルアナライザなどで測定しながら調整することにより、従来のＸ軸方向のアライメントと比べて高精度なアライメントが可能となる。

これらの調整をもって、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置調整が完了となる。このように、本実施の形態によれば、ミラーの中心を結ぶ第１の直線、すなわちＸ軸上にアライメントパタン６を設けることにより、例えば、入力ポート１ａからＡＳＥ光を入力し、アライメントパタン６で反射された光のスペクトル形状を観察し、スペクトル形状が三角形となるように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整するという非常に簡単な方法により、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５の高精度なアライメントを実現することができる。なお、さらに精度の高いアライメントが必要な場合には、上述したステップＳ２とステップＳ３とを、所望の精度が得られるまで繰り返し行うようにしてもよい。

また、図２に示したように、二つのアライメントパタン６をＭＥＭＳミラーアレイチップ５の基部５１の両側に配置することにより、それらのスペクトル形状を同時に観測して比較しながらＭＥＭＳミラーアレイチップ５の位置のアライメントを行うことによって、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５の回転ずれ（光軸回りの回転）をも補正することができる。なお、本実施の形態では、基部５１の両側にアライメントパタン６を配置するようにしたが、基部５１の端部の何れか一方にアライメントパタン６を設けるようにしてもよい。

また、図１１に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５の基部５１の両側または片側に、大きさの異なる複数のアライメントパタン６を形成するようにしてもよい。これにより、例えば、光ビームが設計値からずれていた場合であっても、何れかのアライメントパタン６で明確な三角形のスペクトルピークを得ることが可能となるので、正確なアライメントを行うことができる。また、何れのアライメントパタン６により明確な三角形ピークが見られたか否かということから、ビームプロファイラや赤外カメラ等の測定機器を用いずに、スペクトルアナライザだけで実際のビームサイズを検出することも可能となる。

また、本実施の形態では、アライメントパタン６として略平行四辺形または略菱形の平面形状を有するものとして説明したが、上下の二つの辺がともにＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心を結ぶ軸（図２のＸ軸）に関して平行かつ当該軸を挟んで等距離にある直線で、対角線の１つが整列軸に対して垂直で、かつ、それらのＸ方向の正の側の一端同士およびＸ方向の負の側の他端同士を結ぶ直線または曲線（以下、スロープという）が単調に増加または減少する形状であれば、アライメントパタン６の形状は略平行四辺形または略菱形の形状に限定されず、適宜自由に設定するとができる。例えば、図１２（ａ）に示すように、二つのスロープが凹んだ糸巻き型のアライメントパタン６１を用いることにより、先鋭なスペクトルピークが得られるので、アライメント精度の観点で有利になる。また、図１２（ｂ）に示すような、図１２（ａ）とは逆に二つのスロープが突出した楕円状のアライメントパタン６２や、図１２（ｃ）に示すような台形形状のアライメントパタン６３を用いても、本実施の形態の場合と同等の作用効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態とアライメントパタンの構成が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し適宜説明を省略する。

図１３に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、平面視略矩形の基部５１と、この基部５１の長手方向、すなわちＺ軸と直交するＸ軸方向に沿って一列に配列された複数のＭＥＭＳミラー素子５２と、両端のＭＥＭＳミラー素子５２と基部５１の長手方向の縁部との間に形成されたアライメントパタン７とを備える。

アライメントパタン７は、図１４によく示すように、平面視略矩形の高反射領域７１と、この高反射領域７１内部に設けられ二つの直角三角形からなる第１，第２のパタン７２ａ，７２ｂから構成される。この第１，第２のパタン７２ａ，７２ｂは、それぞれ高さ、すなわちＹ方向の位置が揃えられており、符号ａ，ｂで示す二つの頂点がＹ軸に平行な１つの直線状に位置している。高反射領域７１は、例えば金やアルミ等から構成される。一方、第１，第２のパタン７２ａ，７２ｂは、例えばＳｉ，ＳｉＯ₂，Ｔｉ，Ｃｒ等から構成され、高反射領域７１よりも低い反射率を有する。このようなアライメントパタン７を用いることによっても、第１の実施の形態と同様に、Ｙ軸方向のアライメントを行うことができる。

このようなアライメントパタン７の構成は、アライメントパタン７をＭＥＭＳミラーアレイチップ５と同一平面上に形成する場合に適用することができる。一般に、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５を作成する工程において、ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａ表面は、金などを蒸着することによって高反射率を有するようにしているが、このときにミラー５２ａの周囲にも金を一括して蒸着することが行われている。また、ミラー５２ａの下面は犠牲層エッチングによって除去されるため、ミラー５２ａは、周囲の基部５１からつながる細いばねによって吊られた構造体となる。したがって、図３または図１２に示すようなアライメントパタンは、実際にはミラー５２ａの表面と同一平面上には作成することは困難であり、犠牲層の下にある電極上に形成されることとなる。この場合、ミラー５２ａの表面とアライメントパタンの表面は、光軸方向（Ｚ軸方向）に関して僅かな差がある。この差は、焦点ぼけをもたらすため、アライメント精度が若干劣化する恐れがある。しかしながら、本実施の形態のように図１４に示すようなアライメントパタン７を用いることにより、アライメントパタン７の第１，第２のパタン７２ａ，７２ｂをＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの表面と同じ平面上に作成することができるので、焦点ぼけの問題が発生しない。第１，第２のパタン７２ａ，７２ｂは、ＭＥＭＳミラー素子５２のパタニング工程で同時に作成することが可能であるので、容易に実現することができる。

アライメントパタン７を用いると、Ｙ軸方向の位置ずれがない場合、図１５（ａ）に示すような三角形状のスペクトルを得ることができる。もし、Ｙ軸方向の正の方向に位置ずれが発生している場合、図１５（ｂ）に示すように、スペクトルは台形状に変化する。なお、本実施の形態では、第１，第２のパタン７２ａ，７２ｂから上（または下）に向けられた光ビームも高反射率の基部５１面で反射されるため、台形状のスペクトルの高さは低くなる。同様に、Ｙ軸方向の負の方向に位置ずれした場合であっても台形状のスペクトルを得ることができ、その高さが低くなる。本実施の形態では、ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａと同じ平面内にアライメントパタンを形成することができるため、より高精度なアライメントを実現することができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態とアライメントパタンの構成が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し適宜説明を省略する。

アライメントパタン８は、図１６に示すように、平面視略平行四辺形の形状を有する。このようなアライメントパタン８は、第１，第２の実施の形態と同様、両端のＭＥＭＳミラー素子５２と基部５１の長手方向の縁部との間、すなわち両端のＭＥＭＳミラー素子５２に連設される。

アライメントパタン８は、上述した第１，第２の実施の形態のアライメントパタン６，７と同じく周囲よりも高反射率を有するように形成されているが、中心線（対角線）がＹ軸と平行になっていない。また、アライメントパタン８は、全体の総高さＹ１がビーム幅（Ｙ方向）よりも約２〜１０倍となっており、かなり大きく形成されている。この場合においても、アライメントパタン８をＹ軸で切断したときの高さ（Ｙ２）は、常にビーム幅と同程度に設定されている。このようなアライメントパタン８を用いた場合、スペクトルは図１７（ａ）に示すように三角形状となる。Ｙ方向に位置ずれがあった場合も、図１７（ｂ）に示すように、スペクトルは常に三角形状を保つ。したがって、アライメントパタン８を用いてＹ方向のアライメントを行う場合には、三角形のビーム位置に相当する波長が、設計波長位置と一致するようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ方向に移動させることとなる。なお、図１７の横軸ν、光の周波数を表し、ミラーアレイチップ５のＸ軸に対応する。

本実施の形態では、スペクトルが常に三角形状であるので、回折光の影響を強く受ける光学系であったり、またはアライメントパタンの縁が荒れていて回折光を多く発生させるような場合には、より正確なアライメントを実現することができる。

なお、上述した第１〜第３の実施の形態では、菱形形状を高反射面としているが、反対にアライメントパタンを低反射領域としその周囲を高反射面とするようにしてもよい。この場合、Ｙ方向のアライメントは、スペクトルにおける三角形状のピークではなく、谷の部分で判断することにより実現することができる。

また、第１〜第３の実施の形態のアライメントパタン６〜８は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５上の固定された場所に形成されるため、ＭＥＭＳミラー素子５２が初期傾きを有していた場合においても、正確にＭＥＭＳミラーチップ６をアライメントすることができる。

また、上記第１〜３の実施の形態では、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に適用した場合を例に説明したが、例えば透過型および反射型液晶スイッチアレイなど、他の微小スイッチアレイを用いたＷＳＳにも適用することができる。

また、上記第１〜第３の実施の形態では、ミラー素子５１が一次元に配列されたＭＥＭＳミラーアレイチップ５について説明したが、二次元に配列されたＭＥＭＳミラーアレイについても適用できることは言うまでもない。この場合、回折格子による分波されたチャネルの何れかの位置に上述したアライメントパタンを配置することにより、上述した第１〜第３の実施の形態と同等の作用効果を実現することができる。

本発明は、微小スイッチアレイを用いた各種装置に適用することができる。

波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。 本発明のマイクロミラアレイチップの構成を示す平面図である。 本発明のアライメントパタン６の構成を示す平面図である。 ＭＥＭＳミラーアレイチップのアライメント方法を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）図４の各ステップで取得できるスペクトルを示す図である。 （ａ）光ビームがＹ軸方向に位置ずれしていない状態を示す模式図、（ｂ）（ａ）の状態で取得したスペクトルを示す図である。 （ａ）ＭＥＭＳミラーアレイチップにＡＳＥ光を照射した状態を示す模式図、（ｂ）（ａ）のときに取得したスペクトルを示す図である。 （ａ）Ｙ軸方向にずれたＭＥＭＳミラーアレイチップにＡＳＥ光を照射した状態を示す模式図、（ｂ）（ａ）のときに取得したスペクトルを示す図である。 （ａ）光ビームがＹ軸の正の方向に位置ずれしている状態を示す模式図、（ｂ）（ａ）の状態で取得したスペクトルを示す図である。 （ａ）光ビームがＹ軸の負の方向に位置ずれしている状態を示す模式図、（ｂ）（ａ）の状態で取得したスペクトルを示す図である。 ＭＥＭＳミラーアレイチップの変形例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）アライメントパタンの変形例を示す図である。 本発明に係る他のＭＥＭＳミラーアレイチップを示す平面図である。 本発明に係る他のアライメントパタンを示す平面図である。 （ａ）図１３のＭＥＭＳミラーアレイチップが位置ずれしていないときのアライメントパタンに対応するスペクトル、（ｂ）図１３のＭＥＭＳミラーアレイチップが位置ずれしているときの図１４のアライメントパタンに対応するスペクトルを示す図である。 本発明に係る他のアライメントパタンを示す平面図である。 （ａ）ＭＥＭＳミラーアレイチップが位置ずれしていないときの図１６のアライメントパタンに対応するスペクトル、（ｂ）ＭＥＭＳミラーアレイチップが位置ずれしているときの図１６のアライメントパタンに対応するスペクトルを示す図である。 従来のＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）光ビームのＭＥＭＳミラー素子のミラーとの位置関係を示す図である。 ＡＳＥ光源を波長選択型光スイッチに入力したさいに取得したスペクトルを示す図である。

符号の説明

１…ファイバアレイ、１ａ…入力ポート、１ｂ…出力ポート、２…マイクロレンズアレイ、３…集光レンズ、４…４ｆ光学系、５…ＭＥＭＳミラーアレイチップ、６〜８，６１〜６３…アライメントパタン、４１…第１レンズ、４２…第２レンズ、４３…回折格子、５１…基部、５２…ＭＥＭＳミラー素子、５２ａ…ミラー、７１…高反射領域、７２ａ…第１のパタン、７２ｂ…第２のパタン。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートからなる入出力光学系と、
   前記入力ポートから入力される入力光を波長に応じて分離させ、分離させた各波長の光を第１の直線上の異なる位置に集光させる分離集光光学系と、
   この分離集光光学系で集光された各波長の光の集光位置にそれぞれ回動可能に支持された複数のミラーを備え、前記ミラーの角度に応じて前記ミラーで反射された光を、前記分離集光光学系を介して前記入出力光学系の出力ポートのうちの任意の出力ポートに導くミラーアレイと
   を備えた波長選択型光スイッチであって、
   前記ミラーアレイは、前記第１の直線上に設けられ、所定の形状のアライメントパタンをさらに備え、
   このアライメントパタンは、前記第１の直線に平行な第１，第２の辺と、前記第１の直線の一端側に位置する前記第１，第２の辺の一端同士を結ぶ直線または曲線からなる第１の線と、前記第１，第２の辺の他端同士を結ぶ直線または曲線からなる第２の線とから構成される形状を有し、当該アライメントパタンの周囲と異なる反射率を有し、
   前記第１の辺および前記第２の辺は、それぞれ前記第１の直線からの距離が等しく、かつ前記第１の直線を挟んで配置され、
   前記第１の線および前記第２の線は、前記第１の直線に対して直交しない
   ことを特徴とする波長選択型光スイッチ。
2. 前記アライメントパタンは、菱形の形状を有し、当該アライメントパタンの周囲よりも高い反射率を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の波長選択型光スイッチ。
3. 前記アライメントパタンは、一方の対角線が前記第１の直線に直交する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択型光スイッチ。
4. 前記アライメントパタンは、前記第１の直線に直交する対角線の長さが、当該アライメントパタンの位置に相当する光周波数グリッドに一致したチャネルが照射される領域の前記対角線方向の長さと略同一である
   ことを特徴とする請求項３記載の波長選択型光スイッチ。
5. 前記アライメントパタンは、中心が当該アライメントパタンの位置に相当する光周波数グリッドに対応する位置と一致するように前記ミラーアレイ上に配置される
   ことを特徴とする請求項３記載の波長選択型光スイッチ。
6. 前記アライメントパタンは、両端の前記スイッチ素子に連設される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択型光スイッチ。
7. 前記アライメントパタンは、大きさの異なる複数のアライメントパタンから構成される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択型光スイッチ。
8. 前記アライメントパタンの前記第１の直線方向に直交する方向の長さは、当該アライメントパタンの位置に相当する光周波数グリッドに一致したチャネルが照射される領域の当該直交する方向の長さよりも長い
   ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択型光スイッチ。
9. 前記アライメントパタンは、当該アライメントパタンの周囲よりも低い反射率を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の波長選択型光スイッチ。
10. 少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートからなる入出力光学系と、
    前記入力ポートから入力される入力光を波長に応じて分離させ、分離させた各波長の光を第１の直線上の異なる位置に集光させる分離集光光学系と、
    この分離集光光学系で集光された各波長の光の集光位置にそれぞれ回動可能に支持された複数のミラーを備え、前記ミラーの角度に応じて前記ミラーで反射された光を、前記分離集光光学系を介して前記入出力光学系の出力ポートのうちの任意の出力ポートに導くミラーアレイと
    を備えた波長選択型光スイッチであって、
    前記ミラーアレイは、前記第１の直線上に設けられ、所定の形状のアライメントパタンをさらに備え、
    このアライメントパタンは、
    高い反射率を有する領域と、
    この領域内に形成され、前記領域よりも低くかつ前記アライメントパタンの周囲と同等の反射率を有し、同一の二等辺三角形の形状を有する第１，第２のパタンとを備え、
    前記第１，第２のパタンは、斜辺を対向させた状態で対向配置され、かつ、斜辺以外の辺のうちの一方が前記第１の直線に沿うように配設され、
    前記第１の直線に沿うように配設された前記第１，２のパタンの斜辺以外の辺は、それぞれ前記第１の直線からの距離が等しい
    ことを特徴とする波長選択型光スイッチ。

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