(57)【要約】頂部ミラー、底部ミラーおよび１つまたは複数の介在層を有する波長可変フィルタである。１つまたは複数の介在層は、温度によって変化する屈折率を有していることが好ましい。１つまたは複数の介在層を加熱することにより、光フィルタによって選択される波長を制御することができる。１つまたは複数の介在層は、該１つまたは複数の介在層に電流を流すことによって、あるいは該１つまたは複数の介在層と熱的に結合した個別抵抗層に電流を流すことによって加熱されることが好ましい。このようなフィルタにより、確実でかつ安定した高水準の波長選択性が提供される。
2005502906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記波長可変フィルタのあらゆる部品を物理的に移動させることなく、前記選択された１つまたは複数の波長に同調するようになされ、かつ、選択されない波長を反射する、１つの波長帯域から選択された１つまたは複数の波長を通過させるための波長可変フィルタ
を備えた装置。
【請求項２】
所望の波長を１つの波長帯域から選択するための波長可変フィルタであって、
第１のミラーと、
第２のミラーと、
前記第１のミラーと前記第２のミラーの間に置かれた、前記波長可変フィルタによって選択される波長を少なくとも部分的に決定する、温度によって変化する屈折率を有する層と、
前記層に熱を提供するための加熱手段とを備えた波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記層が空洞中に懸垂された、請求項２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記層が１つまたは複数の支持部材によって機械的に支持された、請求項２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記１つまたは複数の支持部材が、前記層と間隔を隔てた支持構造に接続された、請求項４に記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記１つまたは複数の支持部材が、前記層および前記支持構造に接続された、パターン化された支持層部分である、請求項５に記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記層がシリコンである、請求項６に記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記パターン化された支持層が窒化シリコンである、請求項７に記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
前記パターン化された支持層がポリイミドである、請求項７に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１０】
前記パターン化された支持層がシリコンである、請求項７に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１１】
前記パターン化された支持層が多結晶シリコンである、請求項７に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１２】
前記空洞の圧力が前記空洞の外部圧力より低い、請求項３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１３】
前記空洞が実質的に真空である、請求項１２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１４】
前記波長可変フィルタが真空パッケージ内に密封された、請求項１３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１５】
前記加熱手段が、前記層に熱的に接続された抵抗層を備えた、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１６】
前記抵抗層が酸化バナジウムからなる、請求項１５に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１７】
前記抵抗層が白金からなる、請求項１５に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１８】
前記抵抗層が多結晶シリコンからなる、請求項１５に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１９】
前記加熱手段が、前記層に流れる電流を提供する複数の電気コンタクトを備えた、請求項２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２０】
制御された電流を前記加熱手段に提供するためのコントローラをさらに備えた、請求項２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２１】
前記層の温度を表す出力信号を提供する、前記層と熱的に結合した温度センサをさらに備えた、請求項２０に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２２】
前記層の温度を所望の温度に維持するべく、前記コントローラが前記温度センサの前記出力信号を受け取り、かつ、制御された電流を前記加熱手段に提供する、請求項２１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２３】
前記加熱手段が、温度係数を有する抵抗を有する材料からなる、請求項２０に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２４】
前記コントローラが、前記加熱手段の抵抗をモニタすることによって前記加熱手段の温度を決定する、請求項２３に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２５】
所望の波長を１つの波長帯域から選択するための装置であって、
熱を加えることによって、選択された波長に同調する、選択された波長を通過させるための波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタに熱を提供するための加熱手段と、
前記所望の波長が前記波長可変フィルタによって選択されるよう、制御された電力を前記加熱手段に印加するためのコントローラとを備えた装置。
【請求項２６】
波長可変フィルタを同調させるための方法であって、
前記波長可変フィルタを、前記波長可変フィルタのあらゆる部品を物理的に移動させることなく、１つの波長帯域から選択された１つまたは複数の波長に同調させるステップと、
前記選択された１つまたは複数の波長に前記波長可変フィルタを通過させるステップと、
選択されない波長を反射するステップとを含む方法。
【請求項２７】
それぞれ異なる波長を有する多数の入力信号から１つの信号をドロップするための方法であって、
選択された波長を選択的に通過させ、かつ、他の波長を有する信号を反射する、熱を加えることによって同調する第１の波長可変フィルタを提供するステップと、
前記第１の波長可変フィルタへの第１のドロップ信号を含む前記複数の入力信号のうちの１つまたは複数を提供するステップと、
前記第１の波長可変フィルタが、前記第１のドロップ信号を前記第１の波長可変フィルタを通して第１のコレクタ位置に引き渡し、かつ、他の入力信号を第２のコレクタ位置へ反射するよう、前記第１の波長可変フィルタを加熱するステップとを含む方法。
【請求項２８】
選択された波長を選択的に通過させ、かつ、他の波長を有する信号を反射する、熱を加えることによって同調する第２の波長可変フィルタを、前記第２のコレクタ位置に提供するステップと、
前記第２の波長可変フィルタが、第２のドロップ信号を前記第２の波長可変フィルタを通して第３のコレクタ位置に引き渡し、かつ、残りの入力信号を第４のコレクタ位置へ反射するよう、前記第２の波長可変フィルタを加熱するステップとをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
それぞれ異なる波長を有する多数の入力信号に１つの信号を追加するための方法であって、
選択された波長を選択的に通過させ、かつ、他の波長を有する信号を反射する、熱を加えることによって同調する第１の波長可変フィルタを提供するステップと、
前記第１の波長可変フィルタの第１の側に前記入力信号のうちの１つまたは複数を提供するステップと、
前記第１の波長可変フィルタの第２の側に第１の追加信号を提供するステップと、
前記第１の波長可変フィルタが、前記第１の追加信号を前記第１の波長可変フィルタを通して第１のコレクタ位置に引き渡し、かつ、前記１つまたは複数の入力信号を前記第１のコレクタ位置へ反射するよう、前記第１の波長可変フィルタを加熱するステップとを含む方法。
【請求項３０】
選択された波長を選択的に通過させ、かつ、他の波長を有する信号を反射する、熱を加えることによって同調する第２の波長可変フィルタを提供するステップと、
前記第１のコレクタ位置に存在する信号を前記第２の波長可変フィルタの第１の側に提供するステップと、
第２の追加信号を前記第２の波長可変フィルタの第２の側に提供するステップと、
前記第２の波長可変フィルタが、前記第２の追加信号を前記第２の波長可変フィルタを通して第２のコレクタ位置に引き渡し、かつ、前記第１のコレクタ位置に存在する、前記第１の追加入力信号を含む前記１つまたは複数の入力信号を前記第２のコレクタ位置へ反射するよう、前記第２の波長可変フィルタを加熱するステップとをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
レーザが放出する波長をモニタするための方法であって、
選択された波長を検出器に引き渡し、かつ、選択されない波長を反射する、熱を加えることによって同調する波長可変フィルタに、前記レーザの前記放出を提供するステップと、
前記レーザが放出する波長を選択するべく、前記フィルタに熱を加えるステップと、
前記レーザが放出する波長を、前記波長可変フィルタに加えられる熱をモニタすることによって決定するステップとを含む方法。
【請求項３２】
レーザが放出する波長をモニタするための方法であって、
前記レーザの前記放出の第１の部分を第１のコレクタ位置に導き、かつ、前記放出の第２の部分を第２のコレクタ位置に導くステップと、
選択された波長を検出器に引き渡し、かつ、選択されない波長を反射する、熱を加えることによって特定の波長に同調する波長可変フィルタに、前記放出の前記第２の部分を提供するステップと、
前記レーザの前記放出の前記第２の部分の波長を選択するべく、前記フィルタに熱を加えるステップと、
前記レーザの前記放出の前記第２の部分の前記波長を、前記波長可変フィルタに加えられる熱をモニタすることによって決定するステップとを含む方法。
【請求項３３】
波長可変フィルタを形成するための方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板の少なくとも定義済みフィルタ領域と熱的に結合するよう、ヒータ膜を前記基板に隣接して提供するステップと、
前記基板の前記フィルタ領域および支持領域に機械的に結合されるように支持膜を提供するステップと、
前記基板の前記フィルタ領域の少なくとも一部の上に多層ミラーを提供するステップと、
前記フィルタ領域の周囲の前記基板を選択的に除去し、空間によって分離された前記支持領域と前記フィルタ領域を残すステップと、
前記フィルタ領域の下に多層ミラーを提供するステップとを含む方法。
【請求項３４】
前記基板が、下部シリコン層、中間絶縁層および上部シリコン層を有する絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記フィルタ領域が前記上部シリコン層によって提供される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記フィルタ領域の周囲の前記基板を除去する際に、前記フィルタ領域の下の前記下部シリコン層が除去される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記中間絶縁層が、前記フィルタ領域の下の前記下部シリコン層および前記フィルタ領域の周囲の前記基板を除去する際のエッチ停止として作用する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記フィルタ領域の下の前記下部シリコン層および前記フィルタ領域の周囲の前記基板を除去した後、前記中間絶縁層を除去するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記基板の前記フィルタ領域と前記支持領域の間に展開した１つまたは複数の支持部材を提供するべく、前記支持膜をパターン化するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記基板の前記フィルタ領域と前記支持領域の間に展開した、空間によって分離された複数の支持部材を提供するべく前記支持膜がパターン化される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記フィルタ領域の少なくとも実質的な部分をオーバラップさせるべく、前記支持膜をパターン化するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
波長可変フィルタを形成するための方法であって、
基板を提供するステップと、
ヒータ膜を前記基板に隣接して提供するステップと、
前記ヒータ膜をパターン化するステップと、
前記基板のフィルタ領域および支持領域に機械的に結合されるように支持膜を提供するステップと、
前記フィルタ領域の少なくとも一部とオーバラップしないように前記支持膜をパターン化するステップと、
前記フィルタ領域の少なくとも一部の上に多層ミラーを提供するステップと、
前記基板の前記支持領域から前記フィルタ領域を開放するべく、前記フィルタ領域の周囲の前記基板を除去するステップと、
前記フィルタ領域の少なくとも一部の下に多層ミラーを提供するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光フィルタに関し、より詳細には波長選択型光フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
広域通信システムの中枢としての光−光ファイバネットワークの使用はますます増加しているが、それは、光ファイバによって提供される極端に広い光伝送帯域によるところが大きく、それにより、例えば通信システムユーザ容量を増やすべく、利用可能な全光ファイバ帯域幅の実際的な利用に対する需要がますます増加している。光ファイバ帯域幅を活用するために広く行われている方法では、それぞれ波長がまったく異なる独立した複数の光データストリームの単一光ファイバ上での同時伝送を可能にするべく、波長分割多重化（ＷＤＭ）技法および波長分割逆多重化（ＷＤＤ）技法が使用されており、波長選択型ＷＤＭ制御およびＷＤＤ制御は、複数のデータストリームを波長特化ベースで光ファイバに結合するべく提供されている。この機能を使用することにより、各々が例えば１０Ｇｂ／ｓを超えることはないが、相俟って例えば１００Ｇｂ／ｓを超える集合体光ファイバ伝送帯域幅を示す複数の光データストリーム、例えば１０個の光データストリームを同時に伝送するべく、単一光ファイバを構成することができる。
【０００３】
光ファイバの集合体伝送帯域幅を広くするためには、より多くのチャネルに適応するべく、同時に伝送する光データストリームの間隔すなわち光データ「チャネル」を密にパックすることが一般的に好ましい。つまり、隣接する２つのチャネルの波長の差が最小化されることが好ましい。光伝送チャネルの間隔を密にするこの欲求が、微細な波長分解能の必要性をもたらし、延いてはチャネルを同時に伝送するために必要な波長選択型ＷＤＭおよびＷＤＤの動作を複雑にしている。
【０００４】
波長選択型ＷＤＭおよびＷＤＤシステムを構築するべく現在利用することができる多くの光デバイスが存在している。これらのデバイスの中には、例えば、極めて狭い波長帯域を反射する薄膜フィルタを備えているものがある。このようなフィルタは、狭帯域フィルタが数百層に渡って積み重ねられていることがしばしばであり、単一狭波長帯域を反射させるべく設計されている。アレイ化された導波路回折格子を利用することも可能である。これらのデバイスの多くが抱えている限界の１つは、波長が可変でないこと、つまり、使用中に異なる光データチャネルを選択するべく、動作波長を動作中に動的に変化させることができないことである。これは、多くの波長選択型ＷＤＭ、ＷＤＤおよび経路指定アプリケーションにとっては好ましいことではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの限界を克服するべく多くのデバイスが開発され、ある程度の波長同調性が提供されているが、所望の同調性を達成するためには、多くのこれらのデバイスには、何らかの形態の物理運動が必要である。例えば、このようなデバイスの１つには、回折格子を備えた基板が含まれている。この回折格子は、入射する光ビームの光路内に設けられている。回折格子を回転させることによって、入射する光ビームが異なる入射角で回折格子に当たり、それにより波長同調性を提供している。入射角の変化が回折格子の選択波長を変化させている。他の例では、ファブリー−ペロ共振器が、介在する空間によって分離された２つのミラーと共に提供されている。このミラーは、介在する空間を変化させるべく、互いに近づく方向あるいは互いに遠ざかる方向に移動し、それによりファブリー−ペロ共振器の選択波長を変化させている。これらのデバイスの多くが抱えている限界の１つは、必要な物理運動により達成可能な分解能が制限される傾向があり、このようなデバイスの信頼性および／または安定性を低下させていることである。これらの限界が、従来の光−光波長選択型技法における、ますます複雑になる光システムの要求事項に合致するための不十分性の一般的な特徴である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明により、可動部のない波長可変光フィルタが提供され、それにより従来技術が抱えている多くの欠点が克服される。一実例実施形態では、互いに間隔を隔てた頂部ミラーおよび底部ミラーを有し、かつ、頂部ミラーと底部ミラーの間に１つまたは複数の層が介在したファブリー−ペロ共振器構造が提供される。１つまたは複数の介在層は、温度によって変化する屈折率を有していることが好ましい。１つまたは複数の介在層を加熱することにより、ファブリー−ペロ共振器によって選択される波長を制御することができ、それにより所望の波長同調性すなわち光ファイバの選択性が提供される。１つまたは複数の介在層は、介在層に電流を流すことによって、あるいは１つまたは複数の介在層と熱的に結合した個別抵抗層に電流を流すことによって加熱されることが好ましい。このようなフィルタによって、確実でかつ安定した高水準の波長選択性が提供されることが分かっている。
【０００７】
１つまたは複数の介在層の加熱に必要な電力を低減するために、１つまたは複数の介在層をその周囲から熱的に分離するステップが含まれている。一実例実施形態では、１つまたは複数の介在層は、パターン化された支持層によって共振器内に機械的に懸垂されている。パターン化された支持層は、その熱伝導係数が小さいことが好ましく、また、横方向の断面積が比較的狭くなるようにパターン化されることが好ましい。熱伝導係数を小さくし、かつ、横方向の断面積を狭くすることにより、デバイスを通して横方向に失われる熱の量を少なくすることができる。デバイスは、熱の対流および／または伝導による熱損失を小さくするために、必要に応じて真空パッケージ中に取り付けることができる。
【０００８】
１つまたは複数の介在層を加熱するために印加される電流を制御するためのコントローラが提供されていることが好ましい。このコントローラには、所望の波長を選択するための特定の量の電流すなわち電力を提供する開ループコントローラを使用することができる。別法としては、このコントローラは、温度センサを使用してコントローラにフィードバックを提供し、それにより介在する材料層の温度を所望の温度に維持する閉ループコントローラであっても良い。
【０００９】
また、波長可変フィルタを製造するための多くの方法が意図されている。一実例方法では、最初に基板が提供される。次に、ヒータ膜が基板に隣接して提供される。このヒータ膜は、基板の定義済みフィルタ領域の少なくとも一部と熱的に結合するように提供される。また、支持膜が、基板のフィルタ領域および支持領域に機械的に結合されるように提供される。支持領域は、必ずしも必要ではないが、フィルタ領域から間隔を隔て、かつ、フィルタ領域を取り囲むことが好ましい。上部多層ミラーは、フィルタ領域の少なくとも一部に隣接して提供されることが好ましい。好ましくは保護層を使用して上部多層ミラーを保護することにより、フィルタ領域の周囲の基板が選択的に除去され、基板の支持領域と基板のフィルタ領域の間に空間が残される。次に、フィルタ領域の下に下部多層ミラーが提供される。
【００１０】
一実例実施形態では、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板が使用されている。ＳＯＩ基板は、下部シリコン層、中間絶縁層および上部シリコン層を有している。この実施形態では、上部シリコン層中にフィルタ領域が形成されることが好ましく、また、下部シリコン層は、フィルタ領域の下から除去されている。中間絶縁層は、下部シリコン層を除去する際のエッチ停止として使用することができる。中間絶縁層は、除去することも、あるいは必要に応じてフィルタ領域をさらに支持するべく、所定の位置に残すこともできる。下部シリコン層をフィルタ領域の下から除去することにより、フィルタ領域の熱質量を最小化することができ、それにより、フィルタ領域内の介在材料層の加熱に必要な電力が低減される。下部シリコン層が除去されると、下部多層ミラーがフィルタ領域内の上部シリコン層に隣接して提供される。上記実例実施形態では、本発明の範囲を逸脱することなくステップの順序を変更することができる。
【００１１】
本発明による波長可変フィルタは、ＷＤＭ、ＷＤＤおよび経路指定アプリケーションなどの電気通信アプリケーションを始めとする広範囲に渡るアプリケーションを有している。一実施例では、本発明による波長可変フィルタは、多重チャネルデータストリームから特定の波長信号すなわち「チャネル」をドロップする信号ドロップアプリケーションに使用されている。このアプリケーションでは、多重チャネルデータストリームが波長可変フィルタに提供されている。波長可変フィルタは、波長可変フィルタが所望のドロップ信号すなわちチャネルを第１のコレクタ位置に引き渡し、かつ、残りの信号すなわちチャネルを第２のコレクタ位置へ反射するように加熱される。
【００１２】
第２のコレクタ位置に第２の波長可変フィルタを提供することにより、他の信号すなわちチャネルをドロップすることができる。上記と同様、この第２の波長可変フィルタも、波長可変フィルタが所望する他のドロップ信号すなわちチャネルを第３のコレクタ位置に引き渡すように加熱される。第２の波長可変フィルタは、残りの信号すなわちチャネルを第４のコレクタ位置へ反射することができる。以下、多重チャネルデータストリームからドロップする必要のある信号すなわちチャネルの数に応じて第３、第４等の波長可変フィルタを提供することができる。
【００１３】
多重チャネルデータストリームに特定の波長信号すなわち「チャネル」を追加する信号追加アプリケーションでは、多重チャネルデータストリームが波長可変フィルタの第１の側に提供される。追加すべき信号すなわちチャネルは、波長可変フィルタの反対側に提供される。波長可変フィルタは、波長可変フィルタが追加すべき信号すなわちチャネルを第１のコレクタ位置に引き渡すように加熱される。また、波長可変フィルタは、多重チャネルデータストリームを第１のコレクタ位置へ反射している。
【００１４】
第１のコレクタ位置に第２の波長可変フィルタを提供することにより、他の信号すなわちチャネルを追加することができる。第１のコレクタ位置に存在する信号すなわちチャネルが第２の波長可変フィルタの第１の側に提供される。追加すべき他の信号すなわちチャネルは、第２の波長可変フィルタの反対側に提供される。第２の波長可変フィルタは、波長可変フィルタが追加すべき第２の信号すなわちチャネルを第２のコレクタ位置に引き渡すように加熱される。また、第２の波長可変フィルタは、第１の波長可変フィルタによって提供される信号を第２のコレクタ位置へ反射することが好ましい。以下、多重チャネルデータストリームに追加する必要のある信号すなわちチャネルの数に応じて第３、第４等の波長可変フィルタを提供することができる。
【００１５】
本発明による波長可変フィルタの他の実例アプリケーションは、レーザの放出波長をモニタすることである。レーザの放出波長が温度等によって常に変動することは知られている。放出波長をモニタするためには、本発明による波長可変フィルタは、レーザと検出器の間に配置される。波長可変フィルタが比較的狭い波長帯域のみを通過させる一方で、検出器は、比較的広範囲の波長を検出することができることが好ましい。レーザがターンオンされると、波長可変フィルタは、波長可変フィルタがレーザのその時点における動作波長を検出器に引き渡すまで加熱される。検出器が放出を検出すると、コントローラに通知される。波長可変フィルタに印加された熱を通知することにより、コントローラは、その時点におけるレーザの動作波長を決定することができる。
【００１６】
このようなシステムを使用して、例えばレーザの波長を制御することができる。例えば、コントローラによって決定されたその時点におけるレーザの動作波長が定義済みの波長範囲内にない場合、コントローラは、レーザの放出波長が定義済みの波長範囲内に到達するまでその放出波長を変化させるべく、レーザに印加される電力を調整することができる。波長可変フィルタにレーザ放出を直接印加することが意図されている。別法としては、ビームスプリッタ等を使用して、レーザ放出の一部のみを波長可変フィルタに印加することもできる。
【００１７】
本発明の他の目的および本発明に付随する多くの利点については、以下の詳細な説明を参照し、かつ、添付の図面と共に考察することにより、より良く理解されよう。添付の図において、同一参照数表示は、すべての図を通して同一部品を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明による実例波長可変光フィルタ１０の平面図である。実例波長可変光フィルタは、フィルタ領域１２、支持ボディ１４および１つまたは複数の支持脚１６ａ〜１６ｄを備えている。支持脚１６ａ〜１６ｄは、フィルタ領域１２を支持領域１４から間隔を隔てて懸垂していることが好ましく、したがって図１に示すように、フィルタ領域１２は、支持ボディ１４からのフィルタ領域の熱的分離を促進しているエアギャップ１８ａ〜１８ｄによって支持ボディ１４から間隔を隔てていることが好ましい。
【００１９】
支持脚１６ａ〜１６ｄは、Ｓｉ3Ｎ4、ポリイミドまたは他の任意の適切な材料など、熱伝導率の小さい材料で形成されていることが好ましい。シリコンおよび／または多結晶シリコンは、容易に使用することができる材料の他の例である。支持脚１６ａ〜１６ｄの断面積を比較的狭くすることにより、フィルタ領域１２と支持ボディ１４の間の熱伝導をさらに小さくすることができる。
【００２０】
フィルタ領域１２は、選択された波長または波長帯域を通過させ、かつ、他の重要なすべての波長を反射するようになされていることが好ましい。これは、屈折率が温度によって変化する少なくとも１つの層を有するファブリー−ペロ共振器構造を提供することによって達成される。図１では、ファブリー−ペロ共振器構造は、互いに間隔を隔てた第１（例えば頂部）のミラー２０および第２（例えば底部）のミラー２２（図２）を有している。ファブリー−ペロ共振器構造を加熱することにより、少なくとも１つの層の屈折率が変化し、延いてはファブリー−ペロ共振器によって選択される波長が変化し、それにより、図１に示す実例光フィルタの波長同調性すなわち選択性が提供される。
【００２１】
適切な任意の方法でファブリー−ペロ共振器構造を加熱することが意図されている。実例方法の１つは、ファブリー−ペロ共振器構造と熱的に結合した抵抗層に電流を流すことである。図１に示す実例実施形態では、抵抗層２４は、フィルタ領域１２内の第１（例えば頂部）のミラー２０の下に提供されている。この抵抗層２４は、必ずしも必要ではないが、支持脚１６ｂと１６ｄに渡って展開している。抵抗層２４には、温度によって変化する屈折率を持たせることができ、あるいは屈折率が温度によって変化する層に抵抗層２４を熱的に結合することができる。
【００２２】
コントローラ３０は、線路３６および３８を介して抵抗層２４に供給される電流すなわち電力を制御するべく提供されていることが好ましい。コントローラ３０には、所望の温度を生成するための特定の量の電流すなわち電力を抵抗層２４に提供する開ループコントローラを使用することができる。所望の温度を較正することによって所望の波長が選択される。別法としては、このコントローラ３０は、温度センサ４０を使用してコントローラ３０にフィードバックを提供し、それにより抵抗層２４の温度を所望の温度に選択し、かつ、維持する閉ループコントローラであっても良い。選択する温度を較正することによって所望の波長が選択される。図１に示す個別の温度センサ４０を使用する代わりに、抵抗の温度係数が比較的大きい材料を使用して抵抗層２４を構築することも意図されている。多結晶シリコンは、実例材料の１つである。抵抗層２４がこのような材料で提供される場合、抵抗層の温度は、抵抗層２４の抵抗をモニタすることによって決定される。別法としては、抵抗層２４と熱連絡した、抵抗の温度係数が比較的大きい個別層を提供することもできる。この場合、抵抗層２４の温度は、この個別層の抵抗をモニタすることによって決定される。このようなデバイスを真空パッケージ内に配置することにより、熱の対流および伝導による熱損失を小さくすることができ、延いてはデバイスが消費する電力を低減することができる。
【００２３】
図２は、図１に示す波長可変光フィルタの線２−２に沿って取った横側断面図を示したものである。図を簡潔にするために、任意選択の温度センサ４０は省略されている。波長可変光フィルタ１０は、一括して１２で示すフィルタ領域を備えている。このフィルタ領域には、互いに間隔を隔てた頂部ミラー２０および底部ミラー２２を備えたファブリー−ペロ共振器構造が含まれている。頂部ミラー２０は、ミラー層５０および５２などの複数のミラー層を備えており、相俟って反射器を形成している。この複数のミラー層５０および５２には、所望の波長スペクトルまたはその近傍の波長スペクトルの反射率を提供する任意のタイプのミラー層を使用することができる。好ましい実施形態では、ミラー層５０および５２は、それぞれシリコンおよび酸化シリコンであるが、好ましくは赤外吸収の小さい任意の高屈折率膜または低屈折率膜を使用することができる。必要に応じて他の材料系を使用することも可能である。図２には２つのミラー層しか示されていないが、もっと多くのミラー層を提供し、波長の弁別を向上させることができる。
【００２４】
頂部ミラー２０と同様、底部ミラー２２も、ミラー層５４および５６などの複数のミラー層を備えており、相俟って反射器を形成している。この複数のミラー層５４および５６には、所望の波長スペクトルまたはその近傍の波長スペクトルの反射率を提供する任意のタイプのミラー層を使用することができる。好ましい実施形態では、ミラー層５４および５６は、それぞれシリコンおよび酸化シリコンであるが、好ましくは赤外吸収の小さい任意の高屈折率膜または低屈折率膜を使用することができる。必要に応じて他の材料系を使用することも可能である。図２には２つのミラー層しか示されていないが、もっと多くのミラー層を提供し、波長の弁別を向上させることができる。頂部ミラー２０および底部ミラー２２は、相俟ってファブリー−ペロ共振器構造を形成することが好ましい。
【００２５】
頂部ミラー２０と底部ミラー２２の間に、１つまたは複数の層を配置することができる。実例実施形態では、介在層６０が頂部ミラー２０と底部ミラー２２の間に提供されている。介在層６０は、温度によって変化する屈折率を有していることが好ましい。好ましい実施形態では、介在層６０はシリコンである。このシリコン層６０を加熱することにより、シリコン層６０の屈折率が変化し、それによりファブリー−ペロ共振器構造の共振波長が変化し、延いてはフィルタ領域の透過波長が変化する。このようなシステムを使用することにより、例えば０．２ｎｍなどの高波長分解能が達成される。これは、稠密波長分割多重化（ＤＷＤＭ）アプリケーションを始めとする多くのアプリケーションにとって大いに望ましいことである。
【００２６】
適切な任意の方法でシリコン層６０を加熱することが意図されている。図２に示す実例実施形態では、シリコン層６０は、シリコン層６０と熱的に結合した抵抗層２４を介して加熱されている。この実例実施形態では、抵抗層２４は、頂部ミラー２０とシリコン層６０の間に提供されている。抵抗層２４は、酸化バナジウム、白金または他のいくつかの抵抗材料でできていることが好ましい。抵抗層２４は、抵抗層２４に電流を流すことによって加熱される。熱は抵抗層２４からシリコン層６０へ伝達され、それにより、上で説明したようにファブリー−ペロ共振器構造の共振波長が変化する。図に示す個別抵抗層２４を提供する代わりに、必要に応じてシリコン層６０自体に電流を流すことも意図されている。その場合、シリコン層６０は、所望の抵抗率を提供するべく適切にドープされることになる。
【００２７】
フィルタの駆動に必要な電力を低減するためには、フィルタ領域１２は、支持ボディ１４から熱的に分離されていることが好ましい。好ましい実施形態では、この熱的分離は、支持脚１６ａおよび１６ｃなどの１つまたは複数の支持脚を使用して、フィルタ領域１２をボディ領域１４から懸垂することによって達成されている。支持脚１６ａ〜１６ｄは、熱伝導率の小さい窒化シリコンなどの材料でできていることが好ましい。また、支持脚１６ａ〜１６ｄは、横方向の断面積を比較的狭くするべくパターン化し、それによりフィルタ領域１２と支持ベース１４の間の熱伝導をさらに小さくすることができる。図５に略図の形で示すように、デバイス全体を真空パッケージ内に取り付け、それにより、熱の対流および伝導による熱損失をさらに小さくすることが意図されている。
【００２８】
本発明による波長可変フィルタを製造するための多くの方法が意図されている。図３Ａ〜３Ｈは、図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法の１つを横側断面図で示したものである。図３Ａに示すように、この実例方法では、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェハが開始点になっている。ＳＯＩウェハは、下部シリコン基板層７０、中間絶縁層７２および上部シリコン層７４を有していることが好ましい。上部シリコン層７４の厚さは、約２０μｍであることが好ましい。
【００２９】
次に、図３Ｂに示すように、上部シリコン層７４の頂部に抵抗膜２４が提供され、引き続いてパターン化される。次に、図３Ｃに示すように、フィルタ領域１２の少なくとも中央部分を覆うことがないように支持層７６が加えられ、かつ、パターン化される。支持層７６は、図１および２に示す支持脚１６ａ〜１６ｄを形成するべくパターン化されることが好ましい。次に、図３Ｄに示すように、フィルタ領域１２内の抵抗層２４の上に、シリコン層５０と二酸化シリコン層５２の交番層が蒸着され、かつ、パターン化される。シリコン層５０と二酸化シリコン層５２の交番層は、上部多層ミラー２０を形成している。
【００３０】
次に、図３Ｅに示すように、上部多層ミラー２０の上に保護層８０が提供される。続いて、図３Ｆに示すように、ＫＯＨ、ＥＤＰまたは他のいくつかの適切な選択エッチングを使用したウェハのエッチングにより、フィルタ領域１２が開放される。このエッチング工程によって、下部シリコン基板層７０が中間絶縁層７２まで除去され、ＳＯＩウェハ中に空洞８２が残される。いくつかの実施形態では、この中間絶縁層７２は、エッチ停止として作用している。また、図の８４および８６で示すように、エッチングによって、フィルタ領域１２の周りの上部シリコン層７４が除去される。フィルタ領域１２内の上部シリコン層７４の残りの部分は、図２に示すシリコン層６０に対応している。シリコン層６０は、支持層７６とオーバラップし、かつ、界面９０に沿って支持層７６に結合されることが好ましい。
【００３１】
次に、図３Ｇに示すように、別のエッチング工程を使用して中間絶縁層７２が除去される。いくつかの実施形態では、この中間絶縁層７２は除去されず、支持ボディ１４とフィルタ領域１２の間をさらに支持している。次に、図３Ｈに示すように、シリコン層６０の背面にシリコン層５４と二酸化シリコン層５６の交番層が蒸着され、かつ、パターン化される。これらの層は、底部多層ミラー２２を形成している。
【００３２】
図４Ａ〜４Ｆは、本発明による波長可変光フィルタを製造するためのさらに他の実例方法を示したものである。この実施形態では、基板１００が提供される。次に、図４Ａに示すように、基板１００の上に犠牲層１０２が提供される。次に、図４Ｂに示すように、犠牲層１０２がパターン化され、それにより空洞が画定される。次に、図４Ｃに示すように、支持部材１０４ａおよび１０４ｂが形成される。次に、図４Ｄに示すように、支持層１０６が加えられ、かつ、パターン化され、続いて抵抗層１０８が加えられ、かつ、パターン化される。上で説明した支持層７６と同様、この支持層１０６も、図１および２に示す支持脚１６ａ〜１６ｄと同様の支持脚を形成するべくパターン化されることが好ましい。次に、図４Ｅに示すように、フィルタ領域１２内の抵抗層２４の上に、一括して１１０で示すシリコン層と二酸化シリコン層の交番層が蒸着され、かつ、パターン化される。シリコン層と二酸化シリコン層の交番層１１０は、底部多層ミラーを形成している。
【００３３】
次に、シリコン層と二酸化シリコン層の交番層１１０の上にシリコン層１１２が提供され、引き続いてパターン化される。最後に、シリコン層１１２の上に、一括して１１４で示すシリコン層と二酸化シリコン層の交番層が蒸着され、かつ、パターン化される。シリコン層と二酸化シリコン層の交番層１１４は、頂部多層ミラーを形成している。図から分かるように、この実例実施形態では、シリコン層１１２は、シリコン層と二酸化シリコン層の交番層１１０を通して抵抗層１０８から間接的に加熱される。次に、図４Ｆに示すように、犠牲層１０２が除去されて基板が開放される。最後に、必要に応じて、点線１２０ａおよび１２０ｂで示すように、基板１００を貫通して孔が穿たれる。
【００３４】
図３Ａ〜３Ｈおよび４Ａ〜４Ｆには、本発明による波長可変光フィルタを製造するための２つの実例方法が示されているが、他の様々な方法が意図されている。例えば、フィルタ領域を開放するための上で説明したような犠牲層を使用する代わりに、フィルタ領域の真下の空洞すなわちピットを支持基板中にエッチングすることによってフィルタ領域を開放することが意図されている。このエッチングは、任意の様々な方法、例えば異方性エッチングを使用して達成することができる。
【００３５】
図６は、図１および２に示す波長可変フィルタの反射率対フィルタ領域の３つの異なる温度に対する波長をグラフで示したものである。１から反射率を引いた透過率がグラフの右側に沿って示されている。上で指摘したように、ファブリー−ペロ共振器構造の頂部ミラーと底部ミラーの間に配置される介在層の屈折率は温度によって変化するため、この介在層を加熱することによって屈折率が変化し、延いてはファブリー−ペロ共振器構造の共振波長が変化する。実例実施形態では、ファブリー−ペロ共振器構造の共振波長の変化が、フィルタ領域の透過波長を変化させている。図６に示すように、０℃では、ファブリー−ペロ共振器構造の透過率は、約１５４９．５ｎｍの波長においてほぼ１００％に上昇している。１００℃では、ファブリー−ペロ共振器構造の透過率は、約１５５７ｎｍの波長においてほぼ１００％に上昇している。また、２００℃では、ファブリー−ペロ共振器構造の透過率は、約１５６４ｎｍの波長においてほぼ１００％に上昇している。図から容易に分かるように、これは、稠密波長分割多重化（ＤＷＤＭ）アプリケーションでは典型的な帯域である約０．２ｎｍの帯域を仮定すると、１００℃当たり約３０帯域をもたらしている。
【００３６】
本発明による波長可変フィルタは、例えば、ＷＤＭ、ＤＷＤＭ、ＷＤＤおよび経路指定アプリケーションなどの電気通信アプリケーションを始めとする広範囲に渡るアプリケーションを有している。一実施例では、本発明による波長可変フィルタは、多重チャネルデータストリームに特定の波長信号すなわち「チャネル」を追加する信号追加アプリケーションに使用されている。図７は、このようなアプリケーションを示したものである。実例実施形態では、波長可変フィルタ１３０の第１の側１２８に多重チャネルデータストリーム１２６が提供されている。一括して１３２で示す追加すべき信号すなわちチャネルは、波長可変フィルタ１３０の反対側１３４に提供されている。波長可変フィルタ１３０、より詳細には、頂部ミラーと底部ミラーの間の介在層は、波長可変フィルタが追加すべき信号すなわちチャネル１３２を第１のコレクタ位置１３６に引き渡すように加熱されている。また、波長可変フィルタは、１３８で示すように、多重チャネルデータストリーム１２６を第１のコレクタ位置１３６へ反射している。
【００３７】
第１のコレクタ位置１３６に第２の波長可変フィルタ（図示せず）を提供することにより、他の信号すなわちチャネルを追加することができる。第１のコレクタ位置１３６に存在する、実例実施形態では多重チャネルデータストリーム１２６と信号すなわちチャネル１３２を含んだ信号すなわちチャネルが、第２の波長可変フィルタの第１の側に提供される。追加すべき他の信号すなわちチャネルは、上で説明した波長可変フィルタ１３０の場合と同様、第２の波長可変フィルタの反対側に提供される。第２の波長可変フィルタは、波長可変フィルタが追加すべき第２の信号すなわちチャネルを第２のコレクタ位置に引き渡すように加熱される。また、第２の波長可変フィルタは、第１の波長可変フィルタ１３０によって提供される信号を第２のコレクタ位置へ反射することが好ましい。以下、多重チャネルデータストリームに追加する必要のある信号すなわちチャネルの数に応じて第３、第４等の波長可変フィルタを提供することができる。
【００３８】
図８は、選択された波長信号すなわち「チャネル」を多重チャネルデータストリームからドロップするべく、本発明による波長可変フィルタを使用するための実例方法を略図で示したものである。実例実施形態では、波長可変フィルタ１５２に多重チャネルデータストリーム１５０が提供されている。波長可変フィルタ１５２は、波長可変フィルタ１５２が所望のドロップ信号すなわちチャネル１５４を第１のコレクタ位置１５６に引き渡し、かつ、残りの信号すなわちチャネルを第２のコレクタ位置１５８へ反射するように加熱されている。
【００３９】
次に図９を参照すると、第２のコレクタ位置１５８に第２の波長可変フィルタ１６０を提供することにより、他の信号すなわちチャネルをドロップすることができる。上記と同様、この第２の波長可変フィルタ１６０も、波長可変フィルタ１６０が所望する他のドロップ信号すなわちチャネル１６２を第３のコレクタ位置１６４に引き渡すように加熱されている。第２の波長可変フィルタ１６０は、残りの信号すなわちチャネル１６６を第４のコレクタ位置１６８へ反射することができる。以下、多重チャネルデータストリーム１５０からドロップする必要のある信号すなわちチャネルの数に応じて第３、第４等の波長可変フィルタを提供することができる。
【００４０】
図１０は、本発明による波長可変フィルタの他の実例アプリケーションを示したものである。この実施形態では、選択された波長信号すなわち「チャネル」を多重チャネルデータストリームからドロップし、ドロップした波長信号すなわちチャネルを修正し、かつ、多重チャネルデータストリーム中に再度追加している。実例実施形態では、波長可変フィルタ１５２に多重チャネルデータストリーム１５０が提供されている。波長可変フィルタ１５２は、波長可変フィルタ１５２が所望のドロップ信号すなわちチャネル１５４をコントローラ１７０に引き渡し、かつ、残りの信号すなわちチャネルを第２のコレクタ位置１５８へ反射するように加熱されている。コントローラ１７０は、ドロップした信号すなわちチャネル１５４を修正し、かつ、図に示すように、修正した信号すなわちチャネル１７２を波長可変フィルタ１５２に戻している。コントローラ１７０は、修正信号すなわちチャネル１７２を提供するべく、例えば、ドロップした信号すなわちチャネル１５４を増幅し、遅延し、あるいは変更することができる。修正信号すなわちチャネル１７２は、波長可変フィルタ１５２を通って移動し、第２のコレクタ位置１５８で受信される。
【００４１】
本発明による波長可変フィルタの他の実例アプリケーションは、レーザまたは他の光源の放出波長をモニタすることである。レーザの放出波長が温度等によって常に変動することは知られている。放出波長をモニタするためには、図１１に示すように、レーザ１８０と検出器１８２の間に、本発明による波長可変フィルタ１７８が配置される。波長可変フィルタ１７８が図６に示すような比較的狭い波長帯域のみを通過させる一方で、検出器１８２は、比較的広範囲の波長を検出することができることが好ましい。レーザ１８０がターンオンされると、波長可変フィルタ１７８は、波長可変フィルタがレーザ１８０の動作波長を検出器１８２に引き渡すまで加熱される。検出器がレーザの放出を検出すると、コントローラ（図示せず）に通知される。波長可変フィルタに印加された熱および／または電力を通知することにより、コントローラは、レーザ１８０の動作波長を決定することができる。
【００４２】
このようなシステムを使用して、例えばレーザの波長を制御することができる。例えば、コントローラによって決定されたレーザ１８０の動作波長が定義済みの波長範囲内にない場合、コントローラは、レーザの放出波長が定義済みの波長範囲内に到達するまでその放出波長を変化させるべく、レーザ１８０に印加される電力を調整することができる。波長可変フィルタ１７８にレーザ放出を直接印加することが意図されている。別法としては、図１２に示すように、ビームスプリッタ１９０等を使用して、レーザ放出の一部のみを波長可変フィルタ１７８に印加することもできる。最後に、図１３に示すように、検出器１８２を波長可変フィルタ１７８に取り付けることが意図されている。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本明細書における教示は、特許請求の範囲の各請求項の範囲内において、さらに他の実施形態に適用することができることは、当分野の技術者には容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による実例波長可変光フィルタの平面図である。
【図２】図１に示す波長可変光フィルタの線２−２に沿って取った横側断面図である。
【図３Ａ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す横側断面図である。
【図３Ｂ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図３Ｃ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図３Ｄ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図３Ｅ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図３Ｆ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図３Ｇ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図３Ｈ】図１および図２に示す波長可変光フィルタを形成するための実例方法を示す他の横側断面図である。
【図４Ａ】本発明による波長可変光フィルタを形成するための他の実例方法を示す横側断面図である。
【図４Ｂ】本発明による波長可変光フィルタを形成するための他の実例方法を示す他の横側断面図である。
【図４Ｃ】本発明による波長可変光フィルタを形成するための他の実例方法を示す他の横側断面図である。
【図４Ｄ】本発明による波長可変光フィルタを形成するための他の実例方法を示す他の横側断面図である。
【図４Ｅ】本発明による波長可変光フィルタを形成するための他の実例方法を示す他の横側断面図である。
【図４Ｆ】本発明による波長可変光フィルタを形成するための他の実例方法を示す他の横側断面図である。
【図５】真空パッケージの内部に配置された図１に示す波長可変光フィルタの略図である。
【図６】図１および２に示す波長可変フィルタの反射率対フィルタ領域の３つの異なる温度に対する波長を示すグラフである。
【図７】選択された波長信号すなわち「チャネル」を多重チャネルデータストリームに追加するべく、本発明による波長可変フィルタを使用するための実例方法を示す略図である。
【図８】選択された波長信号すなわち「チャネル」を多重チャネルデータストリームからドロップするべく、本発明による波長可変フィルタを使用するための実例方法を示す略図である。
【図９】選択された複数の信号すなわち「チャネル」を多重チャネルデータストリームからドロップするべく、本発明による複数の波長可変フィルタを使用するための実例方法を示す略図である。
【図１０】選択された波長信号すなわち「チャネル」を多重チャネルデータストリームからドロップし、ドロップした信号すなわちチャネルを修正し、かつ、修正した信号すなわちチャネルを多重チャネルデータストリーム中に再度追加して戻すべく、本発明による複数の波長可変フィルタを使用するための実例方法を示す略図である。
【図１１】レーザなどの光源の放出波長をモニタするための実例方法を示す略図である。
【図１２】レーザなどの光源の放出波長をモニタするための他の実例方法を示す略図である。
【図１３】レーザなどの光源の放出波長をモニタするためのさらに他の実例方法を示す略図である。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2005502906.tif 000047
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