(57)【要約】【課題】小型化及び集積化を図ることができる光可変減衰器を提供する。【解決手段】光可変減衰器１はベース基板２を有し、このベース基板２には、光可変減衰器１の幅方向に対して略垂直な方向に延びる複数対のＶ溝４が溝部３を挟んで形成され、各対のＶ溝４内には入力用光ファイバ５ａ及び出力用光ファイバ５ｂが配置されている。ベース基板２上には、光ファイバ５ａ，５ｂの軸芯に対して略平行に延在する片持ち梁９及び電極１３が設けられている。片持ち梁９の先端部には、入力用光ファイバ５ａから出射された光を遮断させるシャッタ１２が設けられている。片持ち梁９と電極１３とは電圧源１５を介して接続されている。この電圧源１５により片持ち梁９と電極１３との間に電圧を印加することで、両者間に静電気力を発生させて片持ち梁９を撓ませ、シャッタ１２を光ファイバ５ａ，５ｂの軸芯に対して略垂直なベース基板２の幅方向に移動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
前記ベース部材上に配置された入力用光ファイバ及び出力用光ファイバと、
前記ベース部材上に設けられ、前記入力用光ファイバ及び前記出力用光ファイバの軸芯に対して略平行に延在する可動部材と、
前記可動部材に固定され、前記入力用光ファイバから出射した光を遮断または反射させる光学部品と、
前記光学部品が前記入力用光ファイバ及び前記出力用光ファイバの軸芯に対して略垂直な方向に移動するように前記可動部材を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする光可変減衰器。
【請求項２】
前記ベース部材は、前記入力用光ファイバ及び前記出力用光ファイバを位置決めするためのファイバ溝と、前記ファイバ溝とつながるように形成され、前記光学部品を配置するための凹部とを有することを特徴とする請求項１記載の光可変減衰器。
【請求項３】
前記可動部材は、前記ベース部材に片持ち支持された片持ち梁を有し、
前記駆動手段は、前記ベース部材上に設けられた電極と、前記片持ち梁と前記電極との間に静電気力を発生させる手段とを有することを特徴とする請求項１または２記載の光可変減衰器。
【請求項４】
前記片持ち梁及び前記電極には、それぞれ櫛歯部が対向するように設けられていることを特徴とする請求項３記載の光可変減衰器。
【請求項５】
前記入力用光ファイバと前記出力用光ファイバは、その端面同士が対向するように前記ベース部材上に配置されており、
前記光学部品は、前記入力用光ファイバと前記出力用光ファイバとの間に位置するように前記可動部材に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光可変減衰器。
【請求項６】
前記光学部品はナイフエッジ構造を有していることを特徴とする請求項５記載の光可変減衰器。
【請求項７】
前記入力用光ファイバと前記出力用光ファイバは、前記ベース部材上に並列に配置されており、
前記光学部品は、前記入力用光ファイバから出射した光を前記出力用光ファイバに向けて反射させる光反射面を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等で用いられる光可変減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムで用いられる光可変減衰器としては、例えば非特許文献１に記載されているように、静電アクチュエータにより複数の光ファイバ間にシャッタを出し入れすることにより、出力光の強度を調整するものが知られている。
【０００３】
【非特許文献１】
”Ａ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ”  ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１１，ＮＯ．２，ＦＥＢＲＵＡＲＹ  １９９９
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、光可変減衰器のサイズが大きく、光可変減衰器の集積化が困難である。
【０００５】
本発明の目的は、小型化及び集積化を図ることができる光可変減衰器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光可変減衰器は、ベース部材と、ベース部材上に配置された入力用光ファイバ及び出力用光ファイバと、ベース部材上に設けられ、入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略平行に延在する可動部材と、可動部材に固定され、入力用光ファイバから出射した光を遮断または反射させる光学部品と、光学部品が入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略垂直な方向に移動するように可動部材を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするものである。なお、ここで言う略平行は完全な平行も含み、略垂直は完全な垂直も含むものとする。
【０００７】
以上のような本発明の光可変減衰器では、駆動手段によって光学部品を入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略垂直な方向に移動させることで、入力用光ファイバから出力用光ファイバに導かれる光量を変化させ、光減衰量を調整する。このような光可変減衰器において、光学部品が固定された可動部材を、入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略平行に延在するようにベース部材上に設けることにより、水平面内における入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に垂直な方向（光可変減衰器の幅方向）に対する可動部材の専有スペースを狭くすることができる。これにより、光可変減衰器を幅方向に小型化することが可能となる。また、光可変減衰器を幅方向にアレイ化することで、高集積化を図ることが可能となる。
【０００８】
好ましくは、ベース部材は、入力用光ファイバ及び出力用光ファイバを位置決めするためのファイバ溝と、ファイバ溝とつながるように形成され、光学部品を配置するための凹部とを有する。これにより、光可変減衰器の高さ寸法が小さくなるため、光可変減衰器の更なる小型化が可能となる。
【０００９】
また、好ましくは、可動部材は、ベース部材に片持ち支持された片持ち梁を有し、駆動手段は、ベース部材上に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。この場合には、片持ち梁と電極との間に生じる静電気力によって片持ち梁が電極に引き寄せられ、これに伴って光学部品が入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略垂直な方向に移動する。このように入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略平行に延在する可動部材を、簡単な構造で容易に駆動することができる。また、静電気力を利用して光学部品を動かすことで、ほとんど電流を流さずに済むため、省電力化を図ることができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、片持ち梁及び電極には、それぞれ櫛歯部が対向するように設けられている。このように電極に櫛歯部を設けることにより、電極の表面積が増えるので、片持ち梁と電極との間に生じる静電気力が大きくなる。従って、片持ち梁と電極との間に印加する駆動電圧を低くしたり、片持ち梁を短くした場合でも、十分な駆動力が確保される。また、片持ち梁と電極とが近接するようになるため、駆動電圧に対する光学部品の移動量の線形性が良くなる。これにより、光減衰量の調整が行いすくなる。
【００１１】
また、好ましくは、入力用光ファイバと出力用光ファイバは、その端面同士が対向するようにベース部材上に配置されており、光学部品は、入力用光ファイバと出力用光ファイバとの間に位置するように可動部材に固定されている。この場合には、入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの配置スペースを光可変減衰器の幅方向に大きくとらずに済むため、光可変減衰器を更に幅方向に小型化することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、光学部品はナイフエッジ構造を有している。これにより、光学部品のエッジ部が十分に薄くなるため、光学部品のエッジ部における光の回折の影響による偏波依存損失を低減することができる。
【００１３】
また、入力用光ファイバと出力用光ファイバは、ベース部材上に並列に配置されており、光学部品は、入力用光ファイバから出射した光を出力用光ファイバに向けて反射させる光反射面を有している構成であってもよい。この場合には、光学部品のエッジ部における光の回折の影響を受けずに済むため、特に光学部品のエッジ部を十分薄くしなくても、光の回折に起因した偏波依存損失を抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光可変減衰器の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る光可変減衰器の第１の実施形態を示す水平方向断面図であり、図２は、その光可変減衰器の垂直方向断面図である。各図において、本実施形態の光可変減衰器１は、アレイ化された光可変減衰器である。
【００１６】
光可変減衰器１は、Ｓｉ等で形成されたベース基板２を有し、このベース基板２には、上面に開口し光可変減衰器１の幅方向に延びる溝部３が形成されている。ベース基板２の上面部には、図１及び図３に示すように、光可変減衰器１の幅方向に対して略垂直な方向に延びる複数対（図１では二対）のファイバ位置決め用Ｖ溝４が溝部３を挟んで形成されている。なお、各Ｖ溝４の深さは、溝部３の深さよりも小さくなっている。
【００１７】
各対のＶ溝４内には、入力用光ファイバ５ａ及び出力用光ファイバ５ｂがそれぞれ配置されている。光ファイバ５ａ，５ｂの端面同士は、溝部３を挟んで同軸上に対向している。
【００１８】
ベース基板２上には、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて形成したＭＥＭＳ構造体６が設けられている。ＭＥＭＳ構造体６は、Ｓｉ等で形成されたＭＥＭＳ基板７を有し、このＭＥＭＳ基板７の表面（下面）には、各対の入力用光ファイバ５ａに対応した複数組（図１では二組）の静電アクチュエータ８が設けられている。静電アクチュエータ８は、例えば導電性を有するＳｉで形成されている。
【００１９】
各静電アクチュエータ８は、ベース基板２及びＭＥＭＳ基板７に片持ち支持された可動部材である片持ち梁９を有し、この片持ち梁９は、光ファイバ５ａ，５ｂの軸芯に対して略平行にベース基板２の溝部３の位置まで延在している。片持ち梁９には、複数の櫛歯からなる櫛歯部１０が設けられている。
【００２０】
片持ち梁９の先端には支持部１１が設けられ、この支持部１１の下面には、入力用光ファイバ５ａから出射された光を遮断させる光学部品であるシャッタ１２が固定されている。このシャッタ１２は、ベース基板２の溝部３内に配置されて光ファイバ５ａ，５ｂの下方位置まで延びている。シャッタ１２は、例えば反射ミラー等で形成されている。また、シャッタ１２で反射した光が入力用光ファイバ５ａに戻らないように、シャッタ１２を入力用光ファイバ５ａに対して所定の角度で傾けたり、シャッタ１２の表面を凹凸状に粗くするのが望ましい。
【００２１】
さらに、シャッタ１２は、好ましくはナイフエッジ構造を有しており、シャッタ１２のエッジ部が十分薄く（例えば１μｍ以下）なっている。これにより、入力用光ファイバ５ａから出射された光がシャッタ１２に当たった時に、シャッタ１２のエッジ部に生じる光の回折の影響が低減される。従って、そのような光の回折効果に起因した偏波依存損失（ＰＤＬ）を低く抑えることができる。
【００２２】
また、ＭＥＭＳ基板７の表面には電極１３が設けられており、この電極１３は、片持ち梁９に対して略平行にベース基板２の溝部３まで延在している。電極１３には、複数の櫛歯からなる櫛歯部１４が片持ち梁９の櫛歯部１０と対向するように設けられている。
【００２３】
片持ち梁９と電極１３とは電圧源１５を介して接続されている。そして、この電圧源１５により片持ち梁９と電極１３との間に電圧を印加することで、図４に示すように、両者間に静電気力を発生させて片持ち梁９を撓ませ、それに伴ってシャッタ１２を光ファイバ５ａ，５ｂの軸芯に対して略垂直なベース基板２の幅方向に移動させる。
【００２４】
このように静電気力によってシャッタ１２を動かすので、ほとんど電流を流さずに済み、省電力化を図ることができる。また、電極１３には櫛歯部１４が設けられているので、電極１３の表面積が全体的に大きくなる。従って、その分だけ片持ち梁９と電極１３との間に生じる静電気力が増大するため、片持ち梁９を低電圧駆動することができる。
【００２５】
以上のように構成した光可変減衰器１において、電圧源１５による印加電圧がゼロの状態では、図４（ａ）に示すように片持ち梁９が真っ直ぐに延びている。この状態では、入力用光ファイバ５ａから出射された光のほとんどがシャッタ１２で遮断され、出力用光ファイバ５ｂに導かれる光はほとんど無く、光減衰量が無限大となる。
【００２６】
その状態において、電圧源１５による印加電圧を上げていくと、片持ち梁９と電極１３との間に生じる静電気力によって、図４（ｂ）に示すように、片持ち梁９の先端側部分が電極１３に引き寄せられて撓み、櫛歯部１４の各櫛歯間に櫛歯部１０の櫛歯が入り込み、これに伴ってシャッタ１２が電極１３側に移動する。これにより、入力用光ファイバ５ａから出射された光のうちシャッタ１２で遮断される光が減少し、入力用光ファイバ５ａから出力用光ファイバ５ｂに導かれる光が増大する。従って、シャッタ１２の移動量に応じて光減衰量が小さくなる。
【００２７】
そして、印加電圧を更に上げると、シャッタ１２が入力用光ファイバ５ａ及び出力用光ファイバ５ｂから完全に外れ、入力用光ファイバ５ａから出射された光の大部分が出力用光ファイバ５ｂに導かれる。この状態では、光減衰量が最小となる。
【００２８】
このように光可変減衰器１においては、片持ち梁９と電極１３との間に供給する駆動電圧を変えて、シャッタ１２の移動量を変えることにより、光減衰量を調整する。このとき、片持ち梁９には櫛歯部１０が設けられ、電極１３には櫛歯部１４が設けられており、片持ち梁９と電極１３とが近接している。このため、駆動電圧に対するシャッタ１２の移動量の線形性、つまり駆動電圧に対する光減衰量の線形性が良好となるので、光減衰量を制御しやすくなる。
【００２９】
以上のような本実施形態の光可変減衰器１にあっては、静電アクチュエータ８の片持ち梁９及び電極１３を光ファイバ５ａ，５ｂの軸芯に対して略平行に延在するように構成したので、静電アクチュエータ８のスペースを光可変減衰器１の幅方向に大きくとらずに済む。これにより、光可変減衰器１の幅サイズを小さくできるため、小型化及び高集積化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、光ファイバ５ａ，５ｂの軸芯方向に対して静電アクチュエータ８のサイズの制約を受けない場合には、片持ち梁９及び電極１３をある程度長くすることで、片持ち梁９の駆動力を十分に確保することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、電圧源１５による印加電圧がゼロの時に、入力用光ファイバ５ａからの光のほとんどをシャッタ１２で遮断させるものとしたが、特にその構成には限られない。例えば、電圧源１５による印加電圧がゼロの時には、シャッタ１２が光ファイバ５ａ，５ｂから完全に外れ、片持ち梁９と電極１３との間に電圧を印加させた時に、入力用光ファイバ５ａからの光をシャッタ１２で遮断させるようにしても良い。
【００３２】
図５は、本発明に係る光可変減衰器の第２の実施形態を示す水平方向断面図であり、図６は、その光可変減衰器の垂直方向断面図である。図中、第１の実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の光可変減衰器２０はベース基板２を有し、このベース基板２の上面部には、光可変減衰器２０の幅方向に対して略垂直な方向に延びる複数本のファイバ位置決め用Ｖ溝４が溝部３を挟んで形成されている。このＶ溝４は、４本一組で複数組（図５では二組）設けられている。
【００３４】
溝部３に対して一側の各Ｖ溝４内には、入力用光ファイバ５ａ及び出力用光ファイバ５ｂが配置され、溝部３に対して他側の各Ｖ溝４内には、補助用光ファイバ５ｃ，５ｄが配置されている。光ファイバ５ａ，５ｂは互いに平行に延び、光ファイバ５ｃ，５ｄは互いに平行に延びている。また、光ファイバ５ａ，５ｃの端面同士は、溝部３を挟んで同軸上に対向し、光ファイバ５ｂ，５ｄの端面同士は、溝部３を挟んで同軸上に対向している。
【００３５】
また、光可変減衰器２０は、ベース基板２上に配置されたＭＥＭＳ構造体２１を有し、このＭＥＭＳ構造体２１のＭＥＭＳ基板７の表面（下面）には、各組の光ファイバ５ａ，５ｂに対応した複数組（図５では二組）の静電アクチュエータ２２が設けられている。各静電アクチュエータ２２は、第１の実施形態と同等の片持ち梁９及び電極１３を有している。
【００３６】
片持ち梁９の先端に設けられた支持部１１の下面には、ミラー部２３が固定されている。このミラー部２３は、ベース基板２の溝部３内に配置されて光ファイバ５ａ〜５ｄの下方位置まで延びている。ミラー部２３は、Ｖ字型の光反射面２４を有する光学部品であり、入力用光ファイバ５ａから出射された光を出力用光ファイバ５ｂに向けて反射させる。光反射面２４には、入力用光ファイバ５ａからの光をほぼ全反射させるべく、例えばＡｕがコーティングされている。
【００３７】
このような光可変減衰器２０において、電圧源１５による印加電圧がゼロの状態では、図７（ａ）に示すように片持ち梁９が真っ直ぐに延びている。この状態では、入力用光ファイバ５ａから出射された光は、ミラー部２３の光反射面２４で全反射されて出力用光ファイバ５ｂに導かれ、これにより光減衰量は最小となる。
【００３８】
その状態において、電圧源１５による印加電圧を上げていくと、片持ち梁９と電極１３との間に生じる静電気力によって、図７（ｂ）に示すように、片持ち梁９の先端側部分が電極１３に引き寄せられ、これに伴ってミラー部２３が電極１３側に移動する。これにより、入力用光ファイバ５ａから出射された光のうちミラー部２３の光反射面２４で全反射されて出力用光ファイバ５ｂに向かう光が減少し、入力用光ファイバ５ａから補助用光ファイバ５ｃに導かれる光が増大する。従って、ミラー部２３の移動量に応じて光減衰量が大きくなる。
【００３９】
このように本実施形態の光可変減衰器２０は、ミラー部２３での光の反射を利用したものであるため、ミラー部２３のエッジ部分に生じる光の回折の影響を受けることは無い。従って、光の回折効果に起因した偏波依存損失（ＰＤＬ）を低く抑えることができる。また、光の回折を低減すべくミラー部２３のエッジ部分を十分薄くする必要は無いので、ミラー部２３の製作が容易に行える。
【００４０】
なお、上記実施形態では、電圧源１５による印加電圧がゼロの時に、入力用光ファイバ５ａからの光をミラー部２３で反射させるものとしたが、特にその構成には限られない。例えば、電圧源１５による印加電圧がゼロの時には、ミラー部２３が入力用光ファイバ５ａから完全に外れ、片持ち梁９と電極１３との間に電圧を印加させた時に、入力用光ファイバ５ａからの光をミラー部２３で反射させるようにしても良い。
【００４１】
以上、本発明に係る光可変減衰器の実施形態について幾つか説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、シャッタ１２及びミラー部２３といった光学部品を光可変減衰器の幅方向に動かすようにしたが、そのような光学部品を光可変減衰器の高さ（上下）方向に動かす構成としてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、静電アクチュエータにより光学部品を動かすようにしたが、電磁力を利用して光学部品を駆動させる電磁アクチュエータ等を用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、可動部材をベース部材上に入力用光ファイバ及び出力用光ファイバの軸芯に対して略平行に延在するように設け、入力用光ファイバから出射した光を遮断または反射させる光学部品を可動部材に固定したので、光可変減衰器の小型化及び集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光可変減衰器の第１の実施形態を示す水平方向断面図である。
【図２】図１に示す光可変減衰器の垂直方向断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図１に示す光可変減衰器の動作状態を示す図である。
【図５】本発明に係る光可変減衰器の第２の実施形態を示す水平方向断面図である。
【図６】図５に示す光可変減衰器の垂直方向断面図である。
【図７】図５に示す光可変減衰器の動作状態を示す図である。
【符号の説明】
１…光可変減衰器、２…ベース基板（ベース部材）、３…溝部（凹部）、４…ファイバ位置決め用Ｖ溝（ファイバ溝）、５ａ…入力用光ファイバ、５ｂ…出力用光ファイバ、８…静電アクチュエータ、９…片持ち梁（可動部材）、１０…櫛歯部、１１…支持部、１２…シャッタ（光学部品）、１３…電極（駆動手段）、１４…櫛歯部、１５…電圧源（駆動手段）、２０…光可変減衰器、２２…静電アクチュエータ、２３…ミラー部（光学部品）、２４…光反射面。
【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６】
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【図７】
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