(57)【要約】【課題】高い電圧を不要とし、シャッタの移動範囲を広くし、減衰量の制御を容易にし、さらに所望の減衰量を安定して得る。【解決手段】光導波路２１の出射端から間隔をあけて、光導波路２２の入射端が配置される。アクチュエータ１３は、光導波路２１の出射端から光導波路２２の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる前記間隔内の位置に、シャッタ１４を移動させる。アクチュエータ１３は、基板３１に対して固定端が固定された板ばねをなす梁部３３ａ，３３ｂと、梁部３３ａ，３３ｂ間に接続された接続部３４とを有する。接続部３４にシャッタ１４が設けられる。接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分が、磁界内に配置されて通電により、梁部３３ａ，３３ｂのバネ力に抗するローレンツ力を生ずる電流経路を構成する。【選択図】        図１
2004191779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を導く第１の光導波路と、
前記第１の光導波路の出射端から間隔をあけて入射端が配置された第２の光導波路と、
前記間隔内に進出可能なシャッタと、
前記第１の光導波路の出射端から前記第２の光導波路の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、前記シャッタを移動させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに位置に応じたバネ力が作用するように設けられた可動部と、を有し、
前記可動部は、磁界内に配置されて通電により前記バネ力に抗するローレンツ力を生ずる電流経路を有し、
前記シャッタが前記可動部に設けられたことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の可変光減衰器と、前記磁界を発生させる磁界発生部と、を備えたことを特徴とする可変光減衰装置。
【請求項４】
前記電流経路の電流及び前記磁界のうちの少なくとも一方を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項３記載の可変光減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からの信号によって減衰量を制御することができる可変光減衰器、及び、これを用いた可変光減衰装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可変光減衰器は、例えば、光通信などで用いられている。可変光減衰器としてはいくつかの方式があるが、下記の特許文献１には、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）を用いた方式の可変光減衰器が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された可変光減衰器を、図７及び図８に示す。図７はその要部を示す側面図、図８はその要部を示す平面図である。この可変光減衰器では、ＭＥＭＳデバイス１１０が用いられている。ＭＥＭＳデバイス１１０は、互いに対向配置された光ファイバ１１１，１１２の端部１１１Ａ，１１２Ａ間のギャップ１１３内に、制御された量だけ挿入されるシャッタ１１４を有している。シャッタ１１４は、てこアーム１１８に接続されている。てこアーム１１８は、バネ力を生ずるフレクチュア部１１７に接続されている。フレクチュア部１１７は、フレキシブルアーム１２２Ａ，１２２Ｂを含んでいる。フレキシブルアーム１２２Ａ，１２２Ｂの一端の拡大部１２５Ａ，１２５Ｂが、支柱１２０Ａ，１２０Ｂにそれぞれ接続されている。フレキシブルアーム１２２Ａ，１２２Ｂの他端は、可動電極としてのトッププレート１１６に接続されている。さらに、固定電極としてのボトムプレート１１５が、トッププレート１１６と対向して、基板１１９上に配置されている。フレキシブルアーム１２２Ａ，１２２Ｂ間に補強部１２３が設けられ、補強部１２３からてこアーム１１８が延びている。トッププレート１１６が下方へ移動すると、てこアーム１１８により、支柱１２０Ａ，１２０Ｂを支点として、シャッタ１１４が上方へ移動するようになっており、てこ構造が採用されている。
【０００４】
この可変光減衰器では、トッププレート１１６とボトムプレート１１５との間に電圧を印加しない場合には、図７に示すように、シャッタ１１４が光ファイバ１１１，１１２間の光路を遮らないため、光ファイバ１１１から光ファイバ１１２に伝送される光量は最大となる。一方、トッププレート１１６とボトムプレート１１５の間に電圧を印加すると、両者の間に生ずる静電力により、両プレート１１６，１１５が引き合い、トッププレート１１６が下方へ移動してシャッタ１１４が上昇し、その結果光ファイバ１１１，１１２間のギャップ１１３内に進出する。このとき、前記静電力とフレクチュア部１１７のバネ力が釣り合う位置でシャッタ１１４が停止する。このシャッタ１１４の停止位置に応じて、光ファイバ１１１，１１２間の光路が遮られる量が定まり、その分だけ光ファイバ１１１から１１２に伝送する光量が減少する。そして、プレート１１６，１１５間に印加する電圧を変えることで、シャッタ１１４の停止位置が変化し、これにより減衰量を変えることができる。
【０００５】
このように、この従来の可変光減衰器では、静電力を利用してシャッタ１１４の位置を変えている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６１７３１０５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変光減衰器では、静電力を用いてシャッタの位置を動かしているため、高い電圧が必要であるという問題があった。
【０００８】
また、本発明者らの研究の結果、前記従来の可変光減衰器では、静電力を用いることに起因して、次の問題も生ずることが判明した。第１に、電極間電圧値と電極間隔との間に直線性が無く、調整可能な電極間隔の範囲も狭いため、シャッタを移動させ得る範囲も狭くなり、したがって、可変減衰器を構成する上で設計の自由度が低い。第２に、電極間電圧値と電極間隔との間に直線性が無いため、減衰量の制御が容易ではない。第３に、電気的なノイズや機械的な振動によって電極同士が接触してしまう場合があり、その場合、両電極間が電気的にショートしてしまうとともに、シャッタの位置を安定して所望の位置に保持することができずに所望の減衰量を安定して得ることができない。
【０００９】
ここで、本発明者らの研究の結果として判明したこれらの問題点について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００１０】
本発明者らは、前記従来の可変光減衰器を図９に示すようにモデル化した。そして、図９に示すモデルに従って、プレート（電極）１１５，１１６間の電圧（電極間電圧）を５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、２５Ｖとした場合の、プレート１１５，１１６間の間隔（電極間隔）ｄ１に対するプレート１１５，１１６間の静電力を計算するとともに、電極間隔ｄ１に対するフレクチュア部１１７のバネ力を計算した。その計算結果を図１０に示す。さらに、この計算結果に基づいて、前記静電力と前記バネ力とがどのように釣り合うか（すなわち、プレート１１６がいかなる位置に位置するか）について検討した。
【００１１】
図９に示すモデルでは、プレート１１６には、前記バネ力及び前記静電力のみが正反対の方向にかかるものとした。フレクチュア部１１７は、理想的なバネであるものとした。プレート１１５，１１６は平行平板であるとし、その間の比誘電率は１とした。
【００１２】
前記計算では、プレート１１５，１１６は５０μｍ角の正方形平板であるとし、電極間隔ｄ１の初期値（電極間電圧を印加しない状態での電極間隔であり、前記バネ力がゼロとなる電極間隔である。この状態が図１０中のＳ点に相当している。）を１０μｍ、フレクチュア部１１７のバネ定数を３×１０−２（Ｎ／ｍ）とした。
【００１３】
なお、図１０の縦軸の数値の表記について説明すると、例えば、「３．０Ｅ−０７」は「３．０×１０−０７」の意味である。この点は、後述する図６の縦軸の数値の表記についても同様である。
【００１４】
図１０において、実線が前記静電力を示し、破線が前記バネ力を示している。実線が破線より上にあれば、静電力がバネ力よりも強いため両電極１１５，１１６は引き合って電極間隔ｄ１が狭くなる。例えば、電極間電圧が２５Ｖの場合は、常に実線が破線より上にあるので、電極１１６は１０μｍ間隔の位置からスタートし、電極間隔が狭くなっていくが、常に静電力がバネ力を上回るため両電極１１５，１１６が接触するまで止まらない。
【００１５】
一方、電極間電圧が１５Ｖの場合は、電極間隔が９μｍの時点で実線と破線が交差し、それ以下ではバネ力が上回るため、電極位置は１０μｍからスタートし９μｍで停止する。電極間電圧が２０Ｖの時が、実線と破線が交差するぎりぎりの電圧であり、交差する位置は７μｍ付近である。よって、電極間隔が７μｍ以下で、静電力とバネ力をバランスさせることはできない。つまり、電極間隔としての動作範囲は、１０μｍから７μｍまでしかなく、非常に狭い。また、電極間電圧を５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖとした場合のバランス点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを見ると、電極間電圧値と電極間隔との間に直線性が無いことがわかる。
【００１６】
さらに、２０Ｖ程度で動作させて、７μｍ付近で止めようとした場合、７μｍ付近は非常に不安定な領域で、電気的なノイズや機械的な振動でバランスが一旦崩れ、図１０のＤ点より左側の領域に入ってしまうと、静電力が常にバネ力より大きい状態になり両電極１１５，１１６が接触してしまう。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、（１）高い電圧が不要であること、（２）シャッタを移動させ得る範囲が広くなり、これにより設計の自由度が高くなること、（３）信号とシャッタの位置との関係が直線的となり、これにより減衰量の制御が容易になること、（４）電気的なノイズや機械的な振動によりバランスが崩れるようなことがなく、これにより、電気的にショートが生ずるおそれがないとともに、所望の減衰量を安定して得ることができること、の４つの利点を同時に得ることができる、可変光減衰器及びこれを用いた可変光減衰装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による可変光減衰器は、入射光を導く第１の光導波路と、前記第１の光導波路の出射端から間隔をあけて入射端が配置された第２の光導波路と、前記間隔内に進出可能なシャッタと、前記第１の光導波路の出射端から前記第２の光導波路の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、前記シャッタを移動させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに位置に応じたバネ力が作用するように設けられた可動部と、を有し、前記可動部は、磁界内に配置されて通電により前記バネ力に抗するローレンツ力を生ずる電流経路を有し、前記シャッタが前記可動部に設けられたものである。
【００１９】
本発明の第２の態様による可変光減衰器は、前記第１の態様において、前記可動部が薄膜で構成されたものである。
【００２０】
本発明の第３の態様による可変光減衰装置は、前記第１又は第２の態様による可変光減衰器と、前記磁界を発生させる磁界発生部と、を備えたものである。
【００２１】
本発明の第４の態様による可変光減衰装置は、前記第３の態様において、前記電流経路の電流及び前記磁界のうちの少なくとも一方を制御する制御部を備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による可変光減衰器及びこれを用いた可変光減衰装置について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態による可変光減衰装置を模式的に示す概略平面図である。図１では、平面視での各要素の位置関係を明らかにするため、本来隠れ線（破線）となるべき線も実線で示している。図２乃至図４は、各動作状態をそれぞれ示すもので、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。説明の便宜上、図１及び図２に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。可変光減衰器１の後述する基板３１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。
【００２４】
本実施の形態による可変光減衰装置は、図１乃至図４に示すように、可変光減衰器１と、可変光減衰器１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石２と、減衰量指令信号に応答して、当該減衰量指令信号が示す減衰量を実現するための制御信号（本実施の形態では、電流信号）を可変光減衰器１に供給する制御部３と、を備えている。
【００２５】
可変光減衰器１は、セラミック等からなる支持台１１と、光導波路基板１２と、アクチュエータ１３と、アクチュエータ１３に搭載されたシャッタ１４とを備えている。
【００２６】
光導波路基板１２は、入射光を導く光導波路２１と、減衰後の出射光を導く光導波路２２と、シャッタ１４を受け入れるシャッタ受け入れ凹部としての例えば幅十μｍ程度の溝２３と、を有している。図１に示すように、光導波路２１の一端（光導波路２１の出射端）及び光導波路２２の一端（光導波路２２の入射端）は、互いに間隔をあけて対向するように、溝２３の相対する側面に露出されている。光導波路２１の他端（光導波路２１の入射端）は光導波路基板１２の端面に露出され、この光導波路２１の他端には入射光を導く光ファイバ１５が接続される。同様に、光導波路２２の他端（光導波路２２の出射端）は光導波路基板１２の端面に露出され、この光導波路２２の他端には出射光を導く光ファイバ１６が接続される。
【００２７】
アクチュエータ１３は、光導波路２１の出射端から光導波路２２の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、シャッタ１４を移動させるように構成され、本実施の形態ではＭＥＭＳとして構成されている。アクチュエータ１３は、支持台１１上に搭載された基板３１と、脚部３２ａ，３２ｂと、Ｚ軸方向から見た平面視でＸ軸方向に並行して延びた２本の帯板状の梁部３３ａ，３３ｂと、梁部３３ａ，３３ｂの先端（自由端、＋Ｘ方向の端部）に設けられそれらの間を機械的に接続する平面視で長方形状の接続部３４と、を備えている。本実施の形態では、基板３１としてガラス基板等の絶縁基板が用いられているが、例えば基板３１上に絶縁膜を形成すれば、基板３１としてシリコン基板などの任意の材料の基板を用いることができる。
【００２８】
梁部３３ａの固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板３１上に形成されたＡｌ膜からなる配線パターン３５ａ（図１では省略）を介して基板３１から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部３２ａを介して、基板３１に機械的に接続されている。同様に、梁部３３ｂの固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板３１上に形成されたＡｌ膜からなる配線パターン３５ｂ（図示せず）を介して基板３１から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部３２ｂを介して、基板３１に機械的に接続されている。前述したように、梁部３３ａ，３３ｂの自由端間が接続部３４で機械的に接続され、梁部３３ａ，３３ｂの固定端側が脚部３２ａ，３２ｂをそれぞれ介して基板３１に機械的に接続されている。したがって、本実施の形態では、梁部３３ａ，３３ｂ及び接続部３４が、全体として、片持ち梁構造を持つ可動部を構成している。本実施の形態では、基板３１が固定部を構成している。なお、前記配線パターン３５ａ，３５ｂにおける脚部３２ａ，３２ｂ付近以外の領域の上、及び、その他の基板３１上の領域に、シリコン酸化膜等の保護膜３６が形成されている。
【００２９】
梁部３３ａは、下側のＳｉＮ膜３７と上側のＡｌ膜３８とが積層された薄膜で、板ばねとして作用するように構成されている。梁部３３ａにおけるＡｌ膜３８は、後述するローレンツ力用の電流路への配線の一部として用いられている。
【００３０】
梁部３３ａは、図２に示すように、駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されていない状態において、膜３７，３８の応力によって、上方（基板３１と反対側、＋Ｚ方向）に湾曲している。なお、図２では、便宜上、梁部３３ａは根元で折れ曲がって斜め上方へ直線状に延びるかのように表記しているが、実際には、梁部３３ａが全体的に湾曲する。このような湾曲状態は、膜３７，３８の成膜条件を適宜設定することにより、実現することができる。
【００３１】
本実施の形態では、脚部３２ａは、梁部３３ａを構成するＳｉＮ膜３７及びＡｌ膜３８がそのまま連続して延びることによって構成されている。Ａｌ膜３８は、脚部３２ａにおいてＳｉＮ膜３７に形成された開口を介して配線パターン３５ａに電気的に接続されている。
【００３２】
梁部３３ｂ及び脚部３２ｂは、前述した梁部３３ａ及び脚部３２ａとそれぞれ全く同一の構造を有している。
【００３３】
接続部３４は、梁部３３ａ，３３ｂからそのまま連続して延びたＳｉＮ膜３７及びＡｌ膜３８で構成されている。接続部３４には、Ａｕ、Ｎｉ又はその他の金属あるいはその他の材料からなるシャッタ１４が設けられている。図１に示すように、Ａｌ膜３８における接続部３４上の一部がＹ軸方向に延びている。
【００３４】
前述した説明からわかるように、Ａｌ膜３８によって、脚部３２ａ下の配線パターン３５ａから、梁部３３ａ→接続部３４→梁部３３ｂ→を経て、脚部３２ｂ下の配線パターン３５ｂ（図示せず）へ至る、電流経路が構成されている。この電流経路のうち、接続部３４におけるＹ軸方向に沿った電流経路が、Ｘ軸方向の磁界内に置かれたときに、Ｚ軸方向へ向かうローレンツ力を発生させる部分となっている。この部分が後述するように前記磁石２により生ずるＸ軸方向の磁界内に置かれるので、前記電流経路へ電流（ローレンツ力用電流）を流すと、接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分に、ローレンツ力（駆動力）がＺ方向へ作用する。なお、このローレンツ力の向きが＋Ｚ方向であるか−Ｚ方向であるかは、ローレンツ力用電流の向き及び磁界の向きによって定まるが、本実施の形態では、前述したように、ローレンツ力用電流が供給されていない状態において図２に示すように上方に湾曲しているので、ローレンツ力用電流の向きは、ローレンツ力が−Ｚ方向のみに生ずるように定めておけばよい。もっとも、例えば、ローレンツ力用電流が供給されていない状態において図３に示すように上方にも下方にも湾曲していない場合には、ローレンツ力用電流の向きをいずれの向きにも変え得るようにしておけばよい。また、ローレンツ力用電流が供給されていない状態において図４に示すように下方に湾曲している場合には、ローレンツ力用電流の向きは、ローレンツ力が＋Ｚ方向のみに生ずるように定めておけばよい。
【００３５】
図面には示していないが、配線パターン３５ａ，３５ｂは、通常のシリコン半導体素子の配線方法と同様の方法で外部の制御部３に接続可能になっており、制御部３から、前記電流経路に制御信号としてのローレンツ力用電流が供給されるようになっている。
【００３６】
なお、本実施の形態で用いられているアクチュエータ１３は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。なお、シャッタ１４は、例えば、シャッタ１４に対応する凹所をレジストに形成した後、電解メッキによりシャッタ１４となるべきＡｕ、Ｎｉその他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。
【００３７】
本実施の形態では、磁石２は、図２乃至図４に示すように、Ｘ軸方向の＋側がＮ極に−側がＳ極に着磁された板状の永久磁石であり、支持台１１の下面の＋Ｘ側位置に設けられている。したがって、磁石２は、アクチュエータ１３の接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分（ローレンツ力用電流経路）の付近において、Ｘ軸方向に沿ってその−側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石２に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【００３８】
図１乃至図４に示すように、光導波路基板１２が、枠型のスペーサ１７を介してアクチュエータ１３の基板３１上に接合され、導波路基板１２と基板３１との間においてスペーサ１７に囲まれた空間及びこれに連通する溝２３内の空間内に、屈折率整合液（図示せず）が封入されている。もっとも、屈折率整合液は必ずしも封入しなくてもよいが、屈折率整合液を用いた場合は、光のビームの損失がより少なくなる。なお、基板３１と光導波路基板１２とは、シャッタ１４が溝２３内に挿入できるように位置合わせされている。
【００３９】
図２は、制御部３から前記電流経路にローレンツ力用電流が供給されていない状態を示している。この場合、接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分には、ローレンツ力が作用せず、シャッタ１４が光導波路２１の出射端を完全に遮っている。このため、減衰量は１００％である。
【００４０】
図３は、制御部３から前記電流経路に中程度のローレンツ力用電流が供給されている状態を示している。この場合、接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分には、中程度のローレンツ力が下向きに作用するため、シャッタ１４は、このローレンツ力と梁部３３ａ，３３ｂのバネ力とが釣り合った位置で停止し、光導波路２１の出射端の下半分程度を遮っている。このため、減衰量は５０％程度である。
【００４１】
図４は、制御部３から前記電流経路に大きなローレンツ力用電流が供給されている状態を示している。この場合、接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分には、大きなローレンツ力が下向きに作用するため、シャッタ１４は、このローレンツ力と梁部３３ａ，３３ｂのバネ力とが釣り合った位置で停止し、光導波路２１の出射端を全く遮らない。このため、減衰量はほぼ０％である。
【００４２】
動作状態は図２乃至図４に示す例に限られず、制御部３から前記電流経路に流す電流値を変えてローレンツ力の大きさを変えることで、減衰量をほぼ０％〜１００％まで連続的に任意に変えることができる。
【００４３】
本実施の形態では、制御部３は、外部からの減衰量指令信号に応答して、当該減衰量指令信号が示す減衰量に対応する大きさの電流を前記電流経路に流すように、構成されている。その回路構成自体は、特別のものは必要ではなく、直流電流源もしくは直流電圧源と抵抗の組み合わせで容易に実現できる。また、制御部３は、例えば、予め測定しておいた電流値と減衰量との関係を示すテーブルに従って、オープンループ制御を行ってもよいし、減衰後の光量をモニタする検出器を用い、その検出信号に基づいて、実際の減衰量が、減衰量指令信号が示す減衰量となるように、フィードバック制御を行ってもよい。
【００４４】
なお、本実施の形態では、制御部３は、前記電流経路に流す電流を制御することで前記ローレンツ力を制御するように構成されているが、前記磁石２として例えば電磁石を用い、制御部３は、磁石２が発生する磁界のみを制御するか、あるいは、前記電流経路に流す電流及び磁石２が発生する磁界の両方を制御するように、構成してもよい。
【００４５】
本発明者らは、本実施の形態による可変光減衰装置で用いられている可変光減衰器１を、図５に示すようにモデル化した。そして、図５に示すモデルに従って、直線の電線３８’（接続部３４においてＹ軸方向に延びたＡｌ膜３８の部分をモデル化したもの）に流す電流（電線電流）を１０ｍＡ、２０ｍＡ、３０ｍＡ、４０ｍＡ、５０ｍＡとした場合の、電線３８’と基板３１との間の間隔ｄ２に対する電線３８’に作用するローレンツ力を計算するとともに、間隔ｄ２に対する梁部３３ａ，３３ｂのバネ力を計算した。その結果を図６に示す。さらに、この計算結果に基づいて、前記ローレンツ力と前記バネ力とがどのように釣り合うか（すなわち、電線３８’がいかなる位置に位置するか）について検討した。
【００４６】
図５に示すモデルでは、電線３８’には、前記バネ力及び前記ローレンツ力のみが正反対の方向にかかるものとした。梁部３３ａ，３３ｂは、理想的なバネであるものとした。
【００４７】
前記計算では、電線３８’の長さを５０μｍとした。また、前記電線３８’は磁束密度０．１（Ｔ）の均一磁界内にあるものとした。さらに、間隔ｄ２の初期値（電線３８’に電流を流さない状態での間隔であり、前記バネ力がゼロになる間隔である。この状態が図５中のＳ点に相当している。）を１０μｍ、梁部３３ａ，３３ｂのバネ定数を３×１０−２（Ｎ／ｍ）とした。
【００４８】
図６において、実線が前記ローレンツ力を示し、破線が前記バネ力を示している。ローレンツ力は電線３８’と基板３１との間の間隔ｄ２に依存せずに一定であるので、バネ力を表す破線とローレンツ力を表す実線は等間隔で交差する。例えば、電線３８’の電流値が１０ｍＡであれば点Ａで交差しているので、電線３８’はスタート位置Ｓからスタートし、点Ａでバネ力とローレンツ力が釣り合い、その左側ではバネ力の方がローレンツ力より強くなるため点Ａで停止し、その位置が安定して保たれる。電流値を増やしていけば、電線３８’は基板３１に接近する。図６に示すように、各電流値の場合のローレンツ力とバネ力との交点Ａ〜Ｅは等間隔で並び、電流値と間隔ｄ２との間に直線性があることがわかる。
【００４９】
図１０を図６と比較すると、図１０の場合、電流値を変化させることで、電線３８’を広い範囲で自由に制御することができる。したがって、本実施の形態によれば、シャッタ１４を移動させ得る範囲が広くなり、これにより設計の自由度が高くなる。
【００５０】
また、前述したように電流値と間隔ｄ２との間に直線性があるので、本実施の形態によれば、減衰量の制御が容易になる。
【００５１】
さらに、図６に示すローレンツ力とバネ力との関係から、電線３８’がいずれのバランス点に位置していても、電流を変えない限り、当該バランス点に安定して保持されることになる。このため、電気的なノイズや機械的な振動により電線３８’が一旦ずれても、電線３８’が当該バランス点に自動的に復帰し、そのバランスが崩れるようなことがない。したがって、本実施の形態によれば、所望の減衰力を安定して得ることができる。勿論、従来生じていたような電気的なショートも起こり得ない。すなわち、接続部３４の位置を正確に制御できるので、接続部３４が基板３１と接触しないように制御することなど極めて容易であり、接続部３４が基板３１と接触しなければ電気的なショートが起こり得ない。たとえ図４のように接続部３４が基板３１と接触しても、配線としてのＡｌ膜３８が接続部３４に配置されているだけであり、基板３１側にはショートするような電極がない。しかも、基板３１の表面はシリコン酸化膜等の保護膜３６により絶縁されているし、Ａｌ膜３８は絶縁膜であるＳｉＮ膜３７の上側に配置されているので、電気的なショートが起こり得ない。
【００５２】
なお、本実施の形態では、静電力ではなくローレンツ力が用いられているので、高い電圧が不要であることは、言うまでもない。
【００５３】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００５４】
また、前記実施の形態では、アクチュエータ１３は基板上に薄膜構造体を作製する表面ＭＥＭＳ工程で作製した片持ち梁構造を有していたが、本発明では、そのアクチュエータ１３の代わりに、これ以外の、基板をエッチングして構造体を作製する基板ＭＥＭＳ工程で作製したアクチュエータや、両持ち梁構造を有するアクチュエータや、前述した特許文献１に開示された従来の可変光減衰器と同様のてこ構造を有するアクチュエータを用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、（１）高い電圧が不要であること、（２）シャッタを移動させ得る範囲が広くなり、これにより設計の自由度が高くなること、（３）信号とシャッタの位置との関係が直線的となり、これにより減衰量の制御が容易になること、（４）電気的なノイズや機械的な振動によりバランスが崩れるようなことがなく、これにより、電気的にショートが生ずるおそれがないとともに、所望の減衰量を安定して得ることができること、の４つの利点を同時に得ることができる、可変光減衰器及びこれを用いた可変光減衰装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による可変光減衰装置を模式的に示す概略平面図である。
【図２】所定の動作状態を示す、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【図３】他の動作状態を示す、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【図４】更に他の動作状態を示す、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【図５】図１乃至図４に示す可変光減衰器のモデルを示す図である。
【図６】図５に示すモデルに基づいて計算した特性を示す図である。
【図７】従来の可変光減衰器の要部を示す側面図である。
【図８】図７に示す従来の可変光減衰器の要部を示す平面図である。
【図９】図７及び図８に示す従来の可変光減衰器のモデルを示す図である。
【図１０】図９に示すモデルに基づいて計算した特性を示す図である。
【符号の説明】
１  可変光減衰器
２  磁石
３  制御部
１１  支持台
１２  光導波路基板
１３  アクチュエータ
１４  シャッタ
１５，１６  光ファイバ
１７  スペーサ
２１，２２  導波路
２３  溝
３２ａ，３２ｂ  脚部
３３ａ，３３ｂ  梁部
３４  接続部
【図１】
2004191779.tif 000003
【図２】
2004191779.tif 000004
【図３】
2004191779.tif 000005
【図４】
2004191779.tif 000006
【図５】
2004191779.tif 000007
【図６】
2004191779.tif 000008
【図７】
2004191779.tif 000009
【図８】
2004191779.tif 000010
【図９】
2004191779.tif 000011
【図１０】
2004191779.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月5日(2003.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号によって光の減衰量を連続的に変え得る可変光減衰器であって、
入射光を導く第１の光導波路と、
前記第１の光導波路の出射端から間隔をあけて入射端が配置された第２の光導波路と、
前記間隔内に進出可能なシャッタと、
前記第１の光導波路の出射端から前記第２の光導波路の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、前記シャッタを移動させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに位置に応じたバネ力が作用するように設けられた可動部と、を有し、
前記可動部は、磁界内に配置されて通電により前記バネ力に抗する前記制御信号に応じた大きさのローレンツ力を生ずる電流経路を有し、
前記シャッタは、前記可動部に設けられて、前記バネ力と前記ローレンツ力とが釣り合う位置で停止されることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の可変光減衰器と、前記磁界を発生させる磁界発生部と、を備えたことを特徴とする可変光減衰装置。
【請求項４】
前記電流経路の電流及び前記磁界のうちの少なくとも一方を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項３記載の可変光減衰装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による可変光減衰器は、制御信号によって光の減衰量を連続的に変え得る可変光減衰器であって、入射光を導く第１の光導波路と、前記第１の光導波路の出射端から間隔をあけて入射端が配置された第２の光導波路と、前記間隔内に進出可能なシャッタと、前記第１の光導波路の出射端から前記第２の光導波路の入射端へ入射する光を所望の減衰量で減衰させる位置に、前記シャッタを移動させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに位置に応じたバネ力が作用するように設けられた可動部と、を有し、前記可動部は、磁界内に配置されて通電により前記バネ力に抗する前記制御信号に応じた大きさのローレンツ力を生ずる電流経路を有し、前記シャッタは、前記可動部に設けられて、前記バネ力と前記ローレンツ力とが釣り合う位置で停止されるものである。