(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子のアライメント方法であって、
前記偏向素子に設けられ、前記入力光の波長分離方向に沿った第１の軸および前記入力光の光軸に対して直交する第２の軸を挟んで非対称で、かつ、前記第１の軸と前記第２の軸の交点を中心に点対称となる形状を有し、周囲と異なる反射率を有するアライメントパタンに対して前記第１の軸に沿って波長分離された光を照射する第１のステップと、
前記アライメントパタンからの反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数から高低両側に所定の値だけ離間した第１，第２の周波数における光強度を比較し、この光強度が同一となるように前記偏向素子の前記第２の軸に沿った方向の位置を調整する第２のステップと
を有することを特徴とするアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント方法に関し、特に、アライメントパタンを有する偏向素子のアライメント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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装置として、偏向素子を備えた光スイッチが脚光を浴びている。例えば、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（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）の一例を図１３に示す。
【０００３】
図１３に示す波長選択型光スイッチは、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、４ｆ光学系４と、複数のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー素子を有し、偏向素子として機能するＭＥＭＳミラーアレイチップ１００とがこの順番で１の方向（以下、「Ｚ軸方向」という）に沿って配列された構成を有する。
【０００４】
ファイバアレイ１は、Ｚ軸に平行な光軸を有する複数の光ファイバ（図１３の場合７本）を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有しており、１つの光ファイバ１ａが入力ポートとして用いられ、他の６つの光ファイバ１ｂが出力ポートとして用いられる。
【０００５】
マイクロレンズアレイ２は、複数のマイクロレンズをファイバアレイ１の各光ファイバ端面と対向するように、Ｙ軸方向に沿って並設したものである。
【０００６】
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、回折格子４３、第２レンズ４２の順序で集光レンズ３からＺ軸方向の正の側に互いにｆの間隔で配設される。このうち、第１レンズ４１は、集光レンズ３から集光レンズ３の焦点距離と第１レンズ４１の焦点距離ｆとを合計した距離だけ離間した位置に配設される。
【０００７】
ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００は、図１４に示すように、平面視略矩形の基部１０１と、この基部１０１内部に配設され、Ｘ軸方向に所定の間隔で配列された複数のＭＥＭＳミラー素子１０２とを備える。ＭＥＭＳミラー素子１０２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に回動可能とされたミラー１０２ａを備えている。なお、各ＭＥＭＳミラー素子１０２の構成は、例えば特許文献１に記載されているので、本明細書ではその詳細な説明を省略する。また、上述した波長選択型光スイッチは、１入力多出力の構成を例に説明したが、他入力１出力の構成であってもよい。さらに、回折格子４３については、透過型に限定されず、反射型であってもよい。
【０００８】
このような波長選択型光スイッチにおいて、所定の周波数帯域毎に所定のチャネル数だけ波長分離されたＷＤＭ信号光がファイバアレイ１の入力ポート１ａに入力されると、そのＷＤＭ信号光は、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３を介して４ｆ光学系４に到達し、第１レンズ４１を介して回折格子４３に入射して、所定の周波数帯域毎に所定のチャネルに分波される。分波された光は、それぞれ第２レンズ４２の反対側の焦点上に位置するＭＥＭＳミラーアレイチップ１００上にビームウェストを形成する。したがって、分波された光のビームウェストの配列と、各周波数帯域に対応して適切なピッチでＸ軸方向に配列された各ＭＥＭＳミラー素子１０２とが空間的に一致している状態で、ＭＥＭＳミラー素子１０２がミラー１０２ａをＸ軸回りに所定の角度だけ移動させると、そのＭＥＭＳミラー素子１０２に照射された光をその所定の角度に対応する方向に反射させ、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を介して所定の出力ポート１ｂから出力させることができる。このように、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａ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。
【０００９】
このような波長選択型光スイッチを組み立てる場合、分波された光のビームウェストが対応するＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａ上に位置するように、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を行うことが重要となる。
【００１０】
仮に、分波方向（Ｘ軸方向）にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が位置ずれしていると、ビームウェストが対応するミラー１０２ａからＸ軸方向にずれるために、実効的な通過帯域が狭くなり、高速信号を通過させることが困難となる。
そこで、このようなＸ軸方向の位置ずれを抑制するためには、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の広帯域光源から光を入力ポート１ａに入力し、ＭＥＭＳミラー素子１０２によって反射され、その入力ポート１ａから出力される光のスペクトル形状を観察することによりアライメントを行っている。具体的には、ＡＳＥ光源から入力ポート１ａを介して入力された広帯域光（以下、「ＡＳＥ光」という。）は、集光レンズ３および４ｆ光学系４によって周波数分離され、Ｘ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光となって照射される。この帯状の光をＭＥＭＳミラー素子１０２で反射させて、この反射光を４ｆ光学系４および集光レンズ３を通して入力ポート１ａに入射させ、光スペクトルアナライザによりその反射光の光スペクトル形状を観察する。すると、その光スペクトルアナライザでは、周波数軸と光強度軸とから構成される座標平面上において、各ＭＥＭＳミラー素子１０２によって反射される光の周波数にピークを持つ櫛歯状のスペクトル形状となって観測される。この櫛歯状のスペクトルは、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＸ軸方向に移動させると、周波数軸方向に移動する。したがって、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をＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向のＭＥＭＳミラーアレイチップ１００の位置を調整することができる。
【００１１】
一方、ＭＥＭＳミラー素子１０２の配列方向（Ｘ軸方向）に垂直なＹ軸方向にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が位置ずれすると、ビームウェストの一部がミラーからはみだしてしまい、そのミラーによる反射光量が減少してしまう。このようなＹ軸方向の位置ずれは、上述したような櫛歯状のスペクトルを観察しても、その周波数軸方向の位置が変わるわけではないので、検出することが困難である。
そこで、従来では、図１４に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００において、基部１０１の両側辺と、Ｘ軸方向に配列されたＭＥＭＳミラー素子１０２のうち両端部に位置するＭＥＭＳミラー素子１０２との間の基部１０１上の２つの領域にアライメントパタン１１０を設け、これらのアライメントパタン１１０から反射される光のスペクトル形状を観察することにより、Ｙ軸方向のアライメントを行っている（特許文献２参照。）。
そのアライメントパタン１１０は、例えば金やアルミなど周囲の基部１０１の領域よりも高い反射率を有する材料から構成され、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の平面形状を有している。また、この平行四辺形は、その重心が各ミラー５２ａの中心と同一直線上に位置するように形成されている。
【００１２】
このようなアライメントパタン１１０を用いたＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＹ軸方向のアライメントは、上述したＸ軸方向のアライメントと同様、ＡＳＥ等の広帯域光源から光を入力ポート１ａに入力し、その入力ポート１ａから出力される光のスペクトル形状を観察することにより行っている。具体的には、入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ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を通して周波数分離してＸ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光とし、この帯状の光をアライメントパタン１１０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を通して入力光ファイバ１ａに入射させ、光スペクトルアナライザによりその反射光の光スペクトル形状を観察する。
【００１３】
ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＹ軸方向に位置ずれしていない場合には、帯状の光が、アライメントパタン１１０からＹ軸方向にはみ出さずに平行四辺形のアライメントパタン１１０全体に照射される。すると、光スペクトルアナライザによって観察されるアライメントパタン１１０の反射光の光スペクトル形状は、二等辺三角形となる。
一方、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＹ軸方向に位置ずれした場合には、帯状の光が、アライメントパタン１１０からＹ軸方向にはみ出すので、平行四辺形のアライメントパタン１１０の一部に照射されることとなる。すると、光スペクトルアナライザによって観察されるアライメントパタン１１０の反射光の光スペクトル形状は、三角形の頂点が削れた、いわゆる台形状となる。そこで、スペクトル形状が二等辺三角形状になるように、そのスペクトル形状を観察しながらＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＹ軸方向に移動させることによって、そのＹ軸方向のアライメントを行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２２９９１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、光学系の物理的性質等のため、スペクトルアナライザによって観察される反射光のスペクトル形状は必ずしも鋭いピークを有するとは限らない。このため、従来の方法では、Ｙ軸方向のアライメントを正確に調整することが困難であった。
【００１６】
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アライメント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る偏向素子は、波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子であって、入力光の波長分離方向に沿った第１の軸および入力光の光軸に対して直交する第２の軸を挟んで非対称で、かつ、第１の軸と第２の軸の交点を中心に点対称となる形状を有し、周囲と異なる反射率を有するアライメントパタンを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
上記偏向素子において、アライメントパタンは、第２の軸を挟んで設けられた第１パタンおよび第２パタンから構成されるようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明に係るアライメント方法は、波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子のアライメント方法であって、偏向素子に設けられ、入力光の波長分離方向に沿った第１の軸および入力光の光軸に対して直交する第２の軸を挟んで非対称で、かつ、第１の軸と第２の軸の交点を中心に点対称となる形状を有し、周囲と異なる反射率を有するアライメントパタンに対して第１の方向に波長分離された光を照射する第１のステップと、アライメントパタンからの反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数から高低両側に所定の値だけ離間した第１，第２の周波数における光強度を比較し、この光強度が同一となるように偏向素子の第２の方向の位置を調整する第２のステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アライメントパタンの形状を、入力光の波長分離方向に沿った第１の軸および入力光の光軸に対して直交する第２の軸を挟んで非対称とし、かつ、第１の軸と第２の軸の交点を中心に点対称とすることにより、そのアライメントパタンに光を照射したときに、アライメントパタンの第２の軸を挟んで一方の側によって反射される光の光強度と、他方の側によって反射される光の強度とが、偏向素子が第２の軸方向に位置ずれしていない場合には同一となり、位置ずれしている場合には異なるものとなる。そこで、アライメントパタンからの反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数から高低両側に所定の値だけ離間した２つの周波数における光強度を測定し、これらの光強度が同一となるように偏向素子の第２の方向の位置を調整することによって、偏向素子の第２の方向におけるアライメントを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係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。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るマイクロミラーアレイチップの構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図４】図４は、ＭＥＭＳミラーアレイチップをアライメントする際の装置構成を模式的に示す図である。
【図５】図５は、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。
【図６Ａ】図６Ａは、ＭＥＭＳミラーアレイチップがＹ軸方向に位置ずれしていない場合のビームウェストとアライメントパタンの位置関係による光波長スペクトル形状の変化を説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、ＭＥＭＳミラーアレイチップがＹ軸方向に位置ずれしている場合のビームウェストとアライメントパタンの位置関係による光波長スペクトル形状の変化を説明するための図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、ＭＥＭＳミラーアレイチップがＹ軸方向に位置ずれしている場合のビームウェストとアライメントパタンの位置関係による光波長スペクトル形状の変化を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る他のアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、図７のアライメントパタンによる反射光の光波長スペクトル形状の測定結果を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る他のアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る他のアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る他のアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態に係る他のアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図１３】図１３は、従来の波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、従来のＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
＜偏向素子の構成＞  
図１に示すように、本実施の形態に係る偏向素子は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５である。このＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、図２に示すように、平面視略矩形の基部５１と、この基部５１内部に配設され、Ｘ軸方向に周波数に応じたミラーピッチＰｃｈで配列された複数のＭＥＭＳミラー素子５２と、基部５１上に設けられたアライメントパタン６とを備える。
【００２４】
ここで、ＭＥＭＳミラー素子５２は、可撓性を有するばね（図示せず）と、このばねによって基部５１に連結されたミラー５２ａと、このミラー５２ａとＺ軸方向に対向配置された電極（図示せず）とを備えている。このミラー５２ａは、その電極に電圧を印加することで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。ミラー５２ａをＸ軸回りに回動させると、ミラー５２ａに入射してそのミラー５２ａにより反射された反射光の光軸がＹ軸方向に変化する。これにより、出力ポートの選択を実現することができる。また、ミラー５２ａをＹ軸回りに回動させると、ミラー５２ａによる反射光の光軸がＸ軸方向に変化する。これにより、アッテネーションレベルの制御を実現することができる。本実施の形態において、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心は、Ｘ軸に沿った一直線上に位置している。なお、ＭＥＭＳミラー素子５２は、上述した平行平板型に限定されず、例えば、垂直櫛歯構造などを適用することもできる。また、アッテネーションレベルの制御としては、Ｙ軸回りの回動に限定されず、Ｘ軸回りの回動によって制御するようにしてもよい。
【００２５】
このような偏向素子として機能するＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、例えば、波長選択型光スイッチに用いられる。この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、上述したＭＥＭＳミラーアレイチップ５とがこの順番でＺ軸方向に沿って配列されたものである。なお、本実施の形態において、図１３を参照して説明した従来の波長選択型光スイッチと同一の構成要素については、同一の名称および同一の符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
図１において、第１レンズ４１および第２レンズ４２の焦点距離がｆ１［ｍｍ］、回折格子４３の分散能力がｄθ／ｄｖ［ｒａｄ／ＧＨｚ］、入力ポート１ａより入力されるＷＤＭ信号光の周波数グリッド間隔がνｃｈ［ＧＨｚ］の場合、回折格子４３で分波されて第２の焦点面上に結像される各波長（チャネル）のビームウェストは、約ｆ１・ｔａｎ（ｄθ／ｄｖ・νｃｈ）［ｍｍ］ピッチで整列する。ここで、θは回折角度、ｖは波長である。ＭＥＭＳミラーアレイチップ５におけるミラーピッチＰｃｈ、すなわちＭＥＭＳミラー素子５２の間隔は、その各チャネルのビームウェストが整列するピッチと整合するように設定される。なお、第１レンズ４１の集光レンズ３側の焦点面におけるビームウェストのサイズが幅Ｗｘ［μｍ］、高さＷｙ［μｍ］であるとすれば、４ｆ光学系４の特性から、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ５側の焦点面においても同じビームウェストの形状が再現される。
【００２７】
アライメントパタン６は、周囲と異なる反射率を有し、図２に示すようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５における基部５１の両側辺と、Ｘ軸方向に配列されたＭＥＭＳミラー素子５２のうち両端部に位置するＭＥＭＳミラー素子５２との間の基部５１上の２つの領域に設けられ、図３に示すように略同一形状の２つのパタンから構成される。本実施の形態において、アライメントパタン６は、それぞれ平面視略長方形の第１，第２パタン６１，６２からなり、この第１，第２パタン６１，６２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などアライメントパタン６よりも低い反射率を有する材料から構成されている。また、第１，第２パタン６１，６２は、Ｙ軸に沿った第１の直線を挟んで非対称で、かつ、その第１の直線とＸ軸に沿った第２の直線との交点を中心に点対称に配置されている。具体的には、第１，第２パタン６１，６２は、上辺および下辺がＸ軸、側辺がＹ軸にそれぞれ平行に配置され、Ｘ軸方向に所定間隔離間するとともに、第１パタン６１が第２パタン６２よりもＹ軸方向の正の側に位置している。また、第１パタン６１の下辺および第２パタン６２の上辺は、それぞれＸ軸に沿い、かつ、各ミラー５２ａの中心を通る一直線上に配置されている。ここで、第１パタン６１の上辺と、第２パタン６２の下辺との距離は、入力ポート１ａからＡＳＥ光が入力された場合に照射される帯状の光におけるＹ軸方向の長さＷｙ以下に設定されるのが望ましい。
【００２８】
このような２つのアライメントパタン６は、隣り合うＭＥＭＳミラー素子５２から任意の距離だけ離して形成してよいが、ＩＴＵ−Ｔが規定する光周波数グリッドに対応した位置に合わせて配置することが望ましい。例えば、図２中のＰｃｈ’を周波数グリッドに合わせて配置したり、第１パタン６１と第２パタン６２の中央位置を周波数グリッドに合わせて配置したりすることによって、あらかじめアライメントパタンに対応する周波数が明らかとなるので、アライメントが容易になる。
【００２９】
このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、公知のＭＥＭＳ技術によって形成することができる。また、アライメントパタン６は、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成することができる。
【００３０】
＜アライメント方法＞
次に、図４，図５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。
【００３１】
まず、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向およびＹ軸方向のアライメントを行うには、図４に示すように、入力光ファイバ１ａに対してＡＳＥ光を出力する広帯域光源７と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５を保持するホルダならびにこのホルダをＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させるステージを備えた調芯ステージ８と、その入力光ファイバ１ａから出力される光のスペクトルを測定するスペクトルアナライザ９とを用意する。なお、波長選択スイッチの光学系では、一般的に、Ｙ軸方向のビーム径がＸ軸方向のビーム径に比べて大きい。これは、通過帯域を確保するために、Ｘ軸方向のビーム径を小さく絞っているためである。したがって、Ｘ軸方向のスペクトル形状を観測して、その通過帯域が広くなるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＺ軸方向の調整を行えば、Ｙ軸方向のビーム長さは、自ずと最良点にアライメントされることとなる。
【００３２】
このような状態とした後、Ｘ軸方向のアライメントを行うために、図５に示すように、従来と同様に広帯域光源７からＡＳＥ光を波長選択型光スイッチに入力し、ＭＥＭＳミラー素子５２からの反射光のスペクトルをスペクトルアナライザ９により観測する（ステップＳ１）。具体的には、広帯域光源７から入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光は、集光レンズ３および４ｆ光学系４によって周波数分離され、Ｘ軸に平行な帯状の光となって照射される。この帯状の光をＭＥＭＳミラー素子５２で反射させて、この反射光を４ｆ光学系４および集光レンズ３を通して入力ポート１ａに入射させ、光スペクトルアナライザ９によりその反射光の光スペクトル形状を観察する。すると、その光スペクトルアナライザ９では、周波数軸と光強度軸とから構成される座標平面上において、各ＭＥＭＳミラー素子５２によって反射される光の周波数にピークを持つ櫛歯状のスペクトル形状となって観測される。
【００３３】
櫛歯状のスペクトルが出力されると、従来と同様、そのスペクトルを観測しながら、各ミラー素子５２の中心が対応する周波数位置と一致するように、調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向の位置を調整する（ステップＳ２）。
【００３４】
Ｘ軸方向のアライメントを完了すると、Ｙ軸方向のアライメントを行うために、光スペクトルアナライザ９により、アライメントパタン６による反射光の周波数帯域に含まれる２点の周波数ｆ１，ｆ２における光強度を測定し（ステップＳ３）、これらが一致するようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整する（ステップＳ４）。この調整は、スペクトルアナライザ９により周波数ｆ１，ｆ２の光強度を観察しながら、調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向に位置を調整することにより行われる。
このように周波数ｆ１，ｆ２を測定することによりＹ軸方向のアライメントを行う原理について、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。
【００３５】
図６Ａ〜図６Ｃに示すように、入力ポート１ａにＡＳＥ光を入射してアライメントパタン６に帯状の光を照射した場合、そのアライメントパタン６による反射光の光スペクトル形状は、アライメントパタン６のＹ軸方向の位置によって変化する。
【００３６】
図６Ａに示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしていなければ、Ｘ軸上に位置する帯状の光の中心軸と第１パタン６１の下辺および第２パタン６２の上辺とが同一直線状に位置するので、その帯状の光が第１パタン６１に照射される領域６１−１と、第２パタン６２に照射される領域６２−１とは、面積が等しくなる。すると、光スペクトルアナライザ９により観察される第１パタン６１および第２パタン６２による反射光の光スペクトル形状Ｓ１は、略矩形状となり、その第１パタン６１および第２パタン６２によってそれぞれ反射される光の周波数帯域において同一の光強度を示す。
このように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしていない場合、アライメントパタン６の反射光の光強度は、第１パタン６１による反射光の周波数帯域と、第２パタン６２による反射光の周波数帯域とで等しくなる。
【００３７】
一方、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしていると、帯状の光が第１パタン６１に照射される領域６１−２または６１−３と、第２パタン６２に照射される領域６２−２または６２−３とは、面積が異なる。すると、光スペクトルアナライザ９により観察される光スペクトル形状Ｓ２，Ｓ３は、面積が大きい方の領域（６１−２，６２−３）による反射光に対応する周波数帯域の光強度が高く、面積が小さい方の領域（６２−２，６１−３）による反射光に対応する周波数帯域の光強度が低くなる。具体的には、図６Ｂに示すように、帯状の光における低周波側の成分が照射される第１パタン６１の領域６１−２の方が、帯状の光における高周波側の成分が照射される第２パタン６２の領域６２−２よりも面積が大きい場合には、光スペクトル形状Ｓ２のように、低周波側が高周波側よりも光強度が高い光スペクトル形状となる。同様に、図６Ｃに示すように、領域６２−３の方が領域６１−３よりも面積が大きい場合には、光スペクトル形状Ｓ３のように高周波側が低周波側よりも光強度が高い光スペクトル形状となる。
このように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしている場合、アライメントパタン６による反射光の光強度は、この反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数を挟んで異なるものとなる。すなわち、その反射光の光強度は、第１パタン６１により反射される光の周波数帯域と、第２パタン６２により反射される光の周波数帯域とで異なるものとなる。ここで、アライメントパタン６による反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数は、Ｘ軸方向における第１のパタン６１と第２のパタン６２との境界により反射される光の周波数に対応している。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、アライメントパタン６からの反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数から高低両側に所定の値だけ離間した２つの周波数、すなわち、第１パタン６１により反射される光の周波数帯域に含まれる周波数ｆ１と、第２パタン６２により反射される光の周波数帯域に含まれる周波数ｆ２とを設定し、これらの光強度が同一となるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調芯ステージ８により調整する。これにより、周波数ｆ１，ｆ２における光強度が等しくなれば、第１パタン６１と第２パタン６２とに照射される帯状の光の面積が等しくなるので、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしていないこととなる。一方、周波数ｆ１，ｆ２における光強度が等しくならなければ、第１パタン６１と第２パタン６２とに照射される帯状の光の面積が等しくないので、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしていることとなる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、第１，第２パタン６１，６２から構成されるアライメントパタン６を設けることにより、アライメントパタン６にＸ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光を照射したときに、第１パタン６１によって反射される光の光強度と、第２パタン６２によって反射される光の光強度とが、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸方向に位置ずれしていない場合には同一となり、位置ずれしている場合には異なるものとなる。そこで、アライメントパタン６からの反射光の波長スペクトルにおける中央の周波数から高低両側に所定の値だけ離間した２つの周波数、すなわち、第１パタン６１により反射される光の周波数帯域に含まれる第１の周波数ｆ１と、第２パタン６２により反射される光のの周波数帯域に含まれる第２の周波数ｆ２とにおける光強度を測定し、これらの光強度が同一となるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整することによって、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【００４０】
次に、本発明に係る他の実施の形態のアライメントパタンについて説明する。
【００４１】
図７に示すアライメントパタン６ａは、それぞれ長方形の第１，第２パタン６１ａ，６２ａから構成され、上辺および下辺がＸ軸、側辺がＹ軸にそれぞれ平行に配置される。また、第１，第２パタン６１ａ，６２ａは、第１パタン６１ａのＸ軸方向における正の側の側辺と、第２パタン６２ａのＸ軸方向における負の側の側辺とが同一直線上に位置し、かつ、第１パタン６１ａが第２パタン６２ａよりもＹ軸方向の正の側に位置している。
本実施の形態においては、第１パタン６１ａの上辺から第２パタン６２ａの下辺までの高さＬを６００μｍ、第１パタン６１ａのＸ軸方向における負の側の側辺から第２パタン６２ａのＸ軸方向における正の側の側辺までの幅Ｗを３００μｍとした上で、第１パタン６１ａの下辺から第２パタン６２ａの上辺までの距離Ｄを０μｍ、１００μｍ、２００μｍとした３種類のアライメントパタンを用意した。そして、これらのアライメントパタン６ａに対して、ビームウェストのＸ軸方向の半径ωｘが２０μｍ、Ｙ軸方向の半径が２００μｍ、周波数帯域が１９３．６４〜１９３．７６［ＴＨｚ］の光を照射した。このときに光スペクトルアナライザ９によって観察された光スペクトル形状を図８に示す。
【００４２】
図８の符号ａ〜ｃで示す光スペクトル形状は、第１パタン６１ａの下辺から第２パタン６２ａの上辺までの距離Ｄが０μｍ、すなわち、第１パタン６１ａと第２パタン６２ａとがＸ軸方向に重なっていないアライメントパタンによる反射光の光強度を示すものである。このうち、符号ａはアライメントパタン６ａがＹ軸方向に位置ずれしていない場合、符号ｂはアライメントパタン６ａがＹ軸方向の正の側に１０μｍ位置ずれした場合、符号ｃはアライメントパタン６ａがＹ軸方向の負の側に１０μｍ位置ずれした場合の光スペクトル形状を示すものである。
また、図８の符号ｄ〜ｆで示す光スペクトル形状は、第１パタン６１ａの下辺から第２パタン６２ａの上辺までの距離Ｄが１００μｍ、すなわち、同一直線上に位置する第１パタン６１ａと第２パタン６２ａの側辺がＹ軸方向に１００μｍ重なったアライメントパタンによる反射光の光強度を示すものである。このうち、符号ｄはアライメントパタン６ａがＹ軸方向に位置ずれしていない場合、符号ｅはアライメントパタン６ａがＹ軸方向の正の側に１０μｍ位置ずれした場合、符号ｆはアライメントパタン６ａがＹ軸方向の負の側に１０μｍ位置ずれした場合の光スペクトル形状を示すものである。
さらに、図８の符号ｇ〜ｉで示す光スペクトル形状は、第１パタン６１ａの下辺から第２パタン６２ａの上辺までの距離Ｄが２００μｍ、すなわち、同一直線上に位置する第１パタン６１ａと第２パタン６２ａの側辺がＹ軸方向に２００μｍ重なったアライメントパタンによる反射光の光強度を示すものである。このうち、符号ｇはアライメントパタン６ａがＹ軸方向に位置ずれしていない場合、符号ｈはアライメントパタン６ａがＹ軸方向の正の側に１０μｍ位置ずれした場合、符号ｉはアライメントパタン６ａがＹ軸方向の負の側に１０μｍ位置ずれした場合の光スペクトル形状を示すものである。
【００４３】
符号ａで示すように、アライメントパタン６ａがＹ軸方向に位置ずれしていなければ、ビームウェストが照射される面積が、第１パタン６１ａと第２パタンａとで等しくなる。すると、光スペクトルアナライザ９により観察される第１パタン６１ａおよび第２パタン６２ａによる反射光の光スペクトル形状は、符号ａで示すように略矩形状となり、その第１パタン６１ａおよび第２パタン６２ａによって反射される光の周波数帯域において同一の光強度を示す。
【００４４】
一方、符号ｂ、ｃで示すように、アライメントパタン６ａがＹ軸方向に位置ずれしていると、ビームウェストが照射される面積が、第１パタン６１ａと第２パタンａとで異なる。すると、光スペクトルアナライザ９により観察される第１パタン６１ａおよび第２パタン６２ａによる反射光の光スペクトル形状は、ビームウェストが照射される面積が大きい方のパタンによる反射光に対応する周波数帯域の光強度が高く、面積が小さい方のパタンによる反射光に対応する周波数帯域の光強度が低くなる。具体的には、アライメントパタン６ａがＹ軸方向の正の側に位置ずれた場合、ビームウェストが照射される面積が、低周波側の成分が照射される第１パタン６１ａの方が、高周波側の成分が照射される第２パタン６２ａよりも小さくなるので、符号ｂで示す光スペクトル形状のように、低周波側が高周波側よりも光強度が低くなる。逆に、アライメントパタン６ａがＹ軸方向の負の側に位置ずれた場合、ビームウェストが照射される面積が、低周波側の成分が照射される第１パタン６１ａの方が、高周波側の成分が照射される第２パタン６２ａよりも大きくなるので、符号ｃで示す光スペクトル形状のように、低周波側が高周波側よりも光強度が高くなる。
【００４５】
このような現象は、符号ｄ〜ｉで示す光スペクトル形状からもわかるように、第１パタン６１ａの下辺から第２パタン６２ａの上辺までの距離Ｄ、すなわち、同一直線上に位置する第１パタン６１ａと第２パタン６２ａの側辺がＹ軸方向に重なる長さに関わらず観察される。ただし、その距離Ｄが長ければ長いほど、アライメントパタン６ａに照射されるビームウェストの面積が大きくなるので、全体の光強度が高くなる。また、Ｄを調整することによって、Ｙ軸方向の位置ずれに対する検出感度を変えることができる。例えば、Ｄ＝２００μｍの場合、符号ｇとｈで示す光スペクトル形状のレベルの違いから、位置ずれに対する検出感度は、０．５ｄＢ／１０μｍ＝０．０５ｄＢ／μｍとなり、１μｍレベルの位置合わせは困難である。一方、Ｄ＝０μｍの場合には、検出感度は、１．５ｄＢ／１０μｍ＝０．１５ｄＢ／μｍとなり、１μｍレベルの調芯も十分可能となる。
【００４６】
このようなアライメントパタン６ａを形成した場合、例えば図８に示すように、周波数ｆ１を第１パタン６１ａによる反射光の周波数帯域に含まれる１９３．６８［ＴＨｚ］、周波数ｆ２を第２パタン６２ａによる反射光の周波数帯域に含まれる１９３．７２［ＴＨｚ］に設定し、これらの周波数ｆ１，ｆ２における光強度が等しくなるよう調芯ステージ８によってそのアライメントパタン６ａが形成されたＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整する。これによって、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向のアライメントをより正確に行うことができる。
【００４７】
なお、以上においては、長方形の２つのパタンからなるアライメントパタン６，６ａを設ける場合を例に説明したが、その第１，第２パタン６１，６２と同様、２つパタンがＹ軸を挟んで非対称で、かつ、Ｘ軸およびＹ軸の交点を中心に点対称に配置されているのであれば、アライメントパタンの形状を適宜自由に設定することができる。例えば、図９に示すアライメントパタン６ｂのように、２つの正方形から構成されるようにしてもよい。また、図１０に示すアライメントパタン６ｃのように、２つの長方形を接続したような形状にしてもよい。また、図１１に示すアライメントパタン６ｄのように、２つの小判形から構成されるようにしてもよい。さらに、図１２に示すアライメントパタン６ｅのように、２つの小判形を接続したような形状にしてもよい。
【００４８】
このような２つのパタンからなるアライメントパタンを備えたＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸の正の側に移動させると、第１パタンに対応する周波数帯域の光強度が増加し、第２パタンに対応する周波数帯域の光強度が減少する。逆に、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸の負の側に移動させると、上述した正の側に移動させたときと逆の傾向を示す。このように、２つのパタンからなるアライメントパタンを設けることにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向に対する反射光の光強度の変化率が大きくなるので、より高精度にアライメントを行うことができる。
【００４９】
また、上述した実施の形態では、アライメントパタン６，６ａ〜６ｅ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。
【００５０】
また、上述した実施の形態では、アライメントパタン６，６ａ〜６ｅを２つ設ける場合を例に説明したが、１つまたは３つ以上設けるようにしてもよい。
【００５１】
また、上述した実施の形態では、アライメントパタン６，６ａ〜６ｅが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。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、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。
【００５３】
また、上述した実施の形態では、ミラー素子５２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、本実施の形態と同等の作用効果を実現することができる。
【００５４】
さらに、上述した実施の形態では、波長選択型光スイッチに適用した場合を例に説明したが、波長分離された入力光を偏向する素子やこの素子を備える光学系であるならば、適宜自由に適用できることは言うまでもない。また、その素子は、所定の軸回りに回動可能であるか否かを問わず、適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、波長分離された入力光を偏向する素子やこの素子を備える各種光学系に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
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、６，６ａ〜６ｅ…アライメントパタン、７…広帯域光源、８…調芯ステージ、９…スペクトルアナライザ、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、６１，６１ａ…第１パタン、６２，６２ａ…第２パタン、６１−１〜６１−３，６２−１〜６２−３…領域、ｆ１，ｆ２…周波数。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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