(57)【要約】【課題】波長多重度を増大させても隣接チャンネルのクロストークを低減でき、装置の使用波長を迅速に変更できるチューナブルフィルタ及びその製造方法、更にはこのチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置を提供する。【解決手段】ファブリペローエタロン構造のチューナブルフィルタにおいて、２つ以上のキャビティギャップ１１４〜１１６を有し、キャビティギャップの間隔を静電駆動、電磁駆動又はピエゾ駆動のいずれかの方式により調節する。この場合に、キャビティギャップは、この部分に犠牲層を形成しておき、複数の光学多層膜１００〜１０３を形成した後、この犠牲層をエッチング除去することにより形成することができる。基板１０７，１０９は支柱１０８を介して貼り合わせる。【選択図】　　図１
2004012642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の各対向面上に夫々形成された第１及び第４の光学多層膜と、前記第１の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第１基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第２の光学多層膜と、前記第２の光学多層膜及び前記第４の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第２基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第３の光学多層膜と、前記第１基板と前記第２基板との間隔を変更可能に両者を支持する支持部と、前記第１及び第２の光学多層膜の間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜の間の間隔、前記第１基板と前記第２基板との間の間隔を変更する夫々第１乃至第３の駆動部とを有することを特徴とするチューナブルフィルタ。
【請求項２】
前記第１乃至第３の駆動部は、前記第１及び第２の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第１組の電極と、前記第３及び第４の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第２組の電極と、前記第１及び第２の基板の各対向面に設けられた第３組の電極とを有し、各電極に印加する電圧を変更することにより、前記第１及び第２の光学多層膜間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜間の間隔、並びに前記第１及び第２の基板間の間隔を調整する静電駆動部であることを特徴とする請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項３】
前記第１乃至第３の駆動部は、前記第１及び第２の光学多層膜の各対向面に設けられた第１組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第３及び第４の光学多層膜の各対向面に設けられた第２組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第１及び第２の基板の各対向面に設けられた第３組のコイル膜及び磁性体膜とを有し、各コイル膜に印加する電流を変更することにより、前記第１及び第２の光学多層膜間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜間の間隔、並びに前記第１及び第２の基板間の間隔を調整する電磁駆動部であることを特徴とする請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項４】
前記第１乃至第３の駆動部は、前記第１及び第２の光学多層膜の各対向面間に設けられた第１のピエゾ素子と、前記第３及び第４の光学多層膜の各対向面間に設けられた第２のピエゾ素子と、前記第１及び第２の基板の各対向面間に設けられた第３のピエゾ素子とを有し、各ピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより、前記第１及び第２の光学多層膜間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜間の間隔、並びに前記第１及び第２の基板間の間隔を調整するピエゾ駆動部であることを特徴とする請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項５】
前記第１乃至第３の駆動部は、１対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された２又は３の駆動部の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項６】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の各対向面間に配置された３個以上の光学多層膜と、前記第１基板、前記第２基板及び前記光学多層膜をその隣接するもの同士の間隔を変更可能に相互に支持する複数の支持部と、前記光学多層膜の隣接するもの同士の相互間及び前記第１及び第２基板の相互間の間隔を調整する複数の駆動部とを有することを特徴とするチューナブルフィルタ。
【請求項７】
基板と、前記基板上に形成された第１の光学多層膜と、前記第１の光学多層膜との間及び相互間に夫々間隔を設けて配置され前記基板に弾性変形するバネ部を介して支持された複数の第２の光学多層膜と、前記第１の光学多層膜及び前記第２の光学多層膜の相互に隣接するもの同士の間の間隔を変更する複数の駆動部とを有することを特徴とするチューナブルフィルタ。
【請求項８】
前記駆動部は、１対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項６又は７に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項９】
前記駆動部は、１対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された２又は３の駆動部の組み合わせであることを特徴とする請求項６又は７に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１０】
第１基板上に第１の光学多層膜を形成する工程と、前記第１の光学多層膜の上に第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の犠牲層上に第２の光学多層膜を形成する工程と、前記第２の光学多層膜と前記第１基板とを接続する第１のバネ部を形成する工程と、前記第１の犠牲層をエッチングにより除去して前記第１及び第２の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、第２基板上に第４の光学多層膜を形成する工程と、前記第４の光学多層膜上に第２の犠牲層を形成する工程と、前記第２の犠牲層上に第３の光学多層膜を形成する工程と、前記第３の光学多層膜と前記第２基板とを接続する第２のバネ部を形成する工程と、前記第２の犠牲層をエッチングにより除去して前記第３及び第４の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記第２の光学多層膜と前記第３の光学多層膜との間に間隔を設けて張り合わせる工程とを有し、前記第１及び第２の光学多層膜間に第１の駆動部を設け、前記第３及び第４の光学多層膜間に第２の駆動部を設け、前記第１及び第２の基板間に第３の駆動部を設けることを特徴とするチューナブルフィルタの製造方法。
【請求項１１】
基板上に第１の光学多層膜を形成する工程と、前記第１の光学多層膜の上に、犠牲層と第２の光学多層膜との積層体を複数形成すると共に、各第２の光学多層膜と前記基板とを接続するバネ部を形成する工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記第１の光学多層膜及び第２の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間にギャップを形成する工程と、を有し、前記第１及び第２の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間に夫々駆動部を設けることを特徴とするチューナブルフィルタの製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、波長多重伝送を使用した光通信ネットワークにおいて、多重化された光信号から一部の波長のみを選択し、除去し、又は追加する際に使用されるチューナブルフィルタ、その製造方法及びチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの分野において、波長多重伝送が使用されるようになり、波長多重された光信号から特定の波長を選択して取り出すことが重要になってきている。現在製品として存在する光アドドロップ装置及び光クロスコネクト装置では、波長多重された光信号から選択する波長は固定のものが多く使用されている。この固定波長フィルタは、コストと性能のバランスから誘電体多層膜を使用したファブリペローエタロンフィルタが一般に多く使用されている。
【０００３】
また、可変波長のファブリペローエタロンフィルタは、ＵＳＰ４，８２５，２６２に開示されており、電圧制御によって波長を可変することができる。更に、選択波長の分解能を高める構造として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）技術を使用した半導体／空気構造によるファブリペローエタロンフィルタがＵＳＰ５，７３９，９４５に開示されている。
【０００４】
更に、特開平１１−１４２７５２号公報には、透過波長可変干渉フィルタが開示されている。この透過波長可変干渉フィルタは、互いに平行に配置された１対の基板の相互に対向する面に、夫々多層膜を相互間に一定間隔が保持されるように形成し、外力により、多層膜間の間隔を変化させるようにしたものである。
【０００５】
図１１はこの公報に記載された透過波長可変干渉フィルタと同様の従来のチューナブルフィルタを示す図である。Ｓｉ基板からなる基板１００１上に、光学多層膜１００３が成膜されている。光学多層膜１００３は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した膜である。高屈折率膜としてはＴａ２Ｏ５膜が使用され、低屈折率膜としてはＳｉＯ２膜が使用されており、両膜がイオンビーム蒸着法により積層されている。そして、電極１００４ａとしてＡｕ膜が光学多層膜１００３上にスパッタ法により成膜されている。
【０００６】
このチューナブルフィルタの製造方法においては、キャビティギャップ１００６を犠牲層エッチングにより作製するために、先ず、犠牲層としてポリイミド膜（図示せず）を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極１００４ｂとしてＡｕ膜をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部１００５としてＳｉ３Ｎ４膜をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜１００２として、光学多層膜１００３と同様に、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、イオンビーム蒸着法により積層する。また、基板１００１の透過光ビーム１００９が通る部位を、ＫＯＨを使用したＳｉの結晶異方性エッチングによって選択的に除去する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ１００６を形成する。
【０００７】
このように構成されたチューナブルフィルタにおいては、電極１００４ａ，１００４ｂ間に電圧を印加することにより、光学多層膜１００２と光学多層膜１００３との間の間隔（キャビティギャップ１００６）を静電的に変化させる。このように、キャビティギャップ１００６を調整することによって、波長多重光１００７は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光１００９が得られる。また、残りの波長多重光は反射光１００８として反射することになる。これにより、所望の波長の光のみがフィルタを通過し、この透過波長をギャップ１００６を調整することにより変更することができる。
【０００８】
この従来のチューナブルフィルタの性能を測定したところ、−１ｄＢのバンド幅が０．２０ｎｍ、隣接チャンネルクロストーク値が−１０．５ｄＢ、チューニングレンジが１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失が２．１ｄＢであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のチューナブルフィルタにあっては、いずれもある特定の使用条件及び制約内では十分に適応することはあるが、今後の波長多重度の増大及び使用波長のフレキシビリティの要求に対しては、種々の問題が発生する。即ち、波長多重度を増大させるためには隣接チャンネルのクロストークを小さくしなければならない。また、光アドドロップ装置でのアドドロップする波長を素早く変更できるようにする必要がある。
【００１０】
従来の固定波長フィルタを使用したシステムでは、使用波長のフレキシビリティはほとんどなく、使用波長を変更する場合には、フィルタごと交換するというように時間もコストもかかるという重大な問題点があった。
【００１１】
ＵＳＰ４，８２５，２６２及びＵＳＰ５，７３９，９４５に開示されているチューナブルフィルタでは、ファブリペローエタロンのキャビティが一つであることなどの理由から、隣接クロストークが大きくなってしまい、波長多重度を増大することができないという重大な問題点があった。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、波長多重度を増大させても隣接チャンネルのクロストークを低減でき、装置の使用波長を迅速に変更できるチューナブルフィルタ、その製造方法及びこのチューナブルフィルタを使用した光スイッチング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係るチューナブルフィルタは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の各対向面上に夫々形成された第１及び第４の光学多層膜と、前記第１の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第１基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第２の光学多層膜と、前記第２の光学多層膜及び前記第４の光学多層膜との間に間隔を設けて配置され前記第２基板に弾性変形するバネ部を介して支持された第３の光学多層膜と、前記第１基板と前記第２基板との間隔を変更可能に両者を支持する支持部と、前記第１及び第２の光学多層膜の間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜の間の間隔、前記第１基板と前記第２基板との間の間隔を変更する夫々第１乃至第３の駆動部とを有することを特徴とする。
【００１４】
このチューナブルフィルタにおいて、例えば、前記第１乃至第３の駆動部は、前記第１及び第２の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第１組の電極と、前記第３及び第４の光学多層膜の各対向面に夫々設けられた第２組の電極と、前記第１及び第２の基板の各対向面に設けられた第３組の電極とを有し、各電極に印加する電圧を変更することにより、前記第１及び第２の光学多層膜間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜間の間隔、並びに前記第１及び第２の基板間の間隔を調整する静電駆動部であることを特徴とする。
【００１５】
又は、前記第１乃至第３の駆動部は、前記第１及び第２の光学多層膜の各対向面に設けられた第１組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第３及び第４の光学多層膜の各対向面に設けられた第２組のコイル膜及び磁性体膜と、前記第１及び第２の基板の各対向面に設けられた第３組のコイル膜及び磁性体膜とを有し、各コイル膜に印加する電流を変更することにより、前記第１及び第２の光学多層膜間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜間の間隔、並びに前記第１及び第２の基板間の間隔を調整する電磁駆動部であることを特徴とする。
【００１６】
又は、前記第１乃至第３の駆動部は、前記第１及び第２の光学多層膜の各対向面間に設けられた第１のピエゾ素子と、前記第３及び第４の光学多層膜の各対向面間に設けられた第２のピエゾ素子と、前記第１及び第２の基板の各対向面間に設けられた第３のピエゾ素子とを有し、各ピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより、前記第１及び第２の光学多層膜間の間隔、前記第３及び第４の光学多層膜間の間隔、並びに前記第１及び第２の基板間の間隔を調整するピエゾ駆動部であることを特徴とする。
【００１７】
又は、前記第１乃至第３の駆動部は、１対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された２又は３の駆動部の組み合わせであることを特徴とする。
【００１８】
本願第２発明に係るチューナブルフィルタは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の各対向面間に配置された３個以上の光学多層膜と、前記第１基板、前記第２基板及び前記光学多層膜をその隣接するもの同士の間隔を変更可能に相互に支持する複数の支持部と、前記光学多層膜の隣接するもの同士の相互間及び前記第１及び第２基板の相互間の間隔を調整する複数の駆動部とを有することを特徴とする。
【００１９】
本願第３発明に係るチューナブルフィルタは、基板と、前記基板上に形成された第１の光学多層膜と、前記第１の光学多層膜との間及び相互間に夫々間隔を設けて配置され前記基板に弾性変形するバネ部を介して支持された複数の第２の光学多層膜と、前記第１の光学多層膜及び前記第２の光学多層膜の相互に隣接するもの同士の間の間隔を変更する複数の駆動部とを有することを特徴とする。
【００２０】
これらのチューナブルフィルタにおいて、例えば、前記駆動部は、１対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択されたものであることを特徴とする。
【００２１】
又は前記駆動部は、１対の電極間に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する静電駆動部と、コイル膜と磁性膜との組に対して前記コイル膜に印加する電流を変更することにより駆動対象物の間隔を変更する電磁駆動部と、駆動対象物間に設けたピエゾ素子に印加する電圧を変更することにより駆動対象物の間隔を変更するピエゾ駆動部とからなる群から選択された２又は３の駆動部の組み合わせであることを特徴とする。
【００２２】
本願第４発明に係るチューナブルフィルタの製造方法は、第１基板上に第１の光学多層膜を形成する工程と、前記第１の光学多層膜の上に第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の犠牲層上に第２の光学多層膜を形成する工程と、前記第２の光学多層膜と前記第１基板とを接続する第１のバネ部を形成する工程と、前記第１の犠牲層をエッチングにより除去して前記第１及び第２の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、第２基板上に第４の光学多層膜を形成する工程と、前記第４の光学多層膜上に第２の犠牲層を形成する工程と、前記第２の犠牲層上に第３の光学多層膜を形成する工程と、前記第３の光学多層膜と前記第２基板とを接続する第２のバネ部を形成する工程と、前記第２の犠牲層をエッチングにより除去して前記第３及び第４の光学多層膜の間にギャップを形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記第２の光学多層膜と前記第３の光学多層膜との間に間隔を設けて張り合わせる工程とを有し、前記第１及び第２の光学多層膜間に第１の駆動部を設け、前記第３及び第４の光学多層膜間に第２の駆動部を設け、前記第１及び第２の基板間に第３の駆動部を設けることを特徴とする。
【００２３】
本願第５発明に係るチューナブルフィルタの製造方法は、基板上に第１の光学多層膜を形成する工程と、前記第１の光学多層膜の上に、犠牲層と第２の光学多層膜との積層体を複数形成すると共に、各第２の光学多層膜と前記基板とを接続するバネ部を形成する工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記第１の光学多層膜及び第２の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間にギャップを形成する工程と、を有し、前記第１及び第２の光学多層膜の隣接するもの同士の相互間に夫々駆動部を設けることを特徴とする。
【００２４】
更に、本願第６発明に係る光スイッチング装置は、上述のチューナブルフィルタを使用したものである。
【００２５】
本発明のチューナブルフィルタは、ファブリペローエタロン構造のチューナブルフィルタにおいて、２つ以上のキャビティギャップを有する。そして、キャビティギャップの間隔を変化させる駆動方式として、例えば、静電駆動、電磁駆動、若しくはピエゾ駆動、又は電磁駆動、静電駆動及びピエゾ駆動の少なくとも２つ以上の組み合わせを採用する。
【００２６】
また、ブリペローエタロン構造のチューナブルフィルタの製造方法において、キャビティギャップを犠牲層のエッチングにより形成する。
【００２７】
更に、光クロスコネクト装置又は光アドドロップ装置等の光スイッチング装置に、これらのチューナブルフィルタを使用するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に係るチューナブルフィルタについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は、静電駆動によりキャビティギャップを調整するものである。このチューナブルフィルタの製造方法について説明して、このチューナブルフィルタの構造について説明する。Ｓｉ基板からなる基板１０７上に、光学多層膜１０３を成膜する。光学多層膜１０３は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した膜である。例えば、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５膜を使用し、低屈折率膜としてＳｉＯ２膜を使用し、例えば、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電極１０４ａとしてＡｕ膜をスパッタ法により多層膜１０３上にパターン形成する。
【００３０】
その後、キャビティギャップ１１６を犠牲層エッチングにより形成するために、犠牲層としてポリイミド膜（図示せず）を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極１０４ｂとしてＡｕ膜をスパッタ法によりパターン形成する。その後、ばね部１０６ａとしてＳｉ３Ｎ４膜をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜１０２として、光学多層膜１０３と同様に、例えば、Ｔａ２Ｏ５からなる高屈折率膜と、ＳｉＯ２からなる低屈折率膜とを、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層する。
【００３１】
また、電極１０５ａを基板１０７上にＡｕ膜のスパッタリングにより形成する。その後、支柱１０８をガラスの陽極接合により形成する。また、基板１０７の透過光ビーム１１１が通る部位を、ＫＯＨを使用したＳｉの結晶異方性エッチングによって選択的に除去する。次に、前記犠牲層（ポリイミド膜）を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ１１６を形成する。
【００３２】
次に、別の基板１０９としてＳｉ基板を用意し、この基板１０９の縁部の一部をＫＯＨを使用してウエットエッチングすることにより、この縁部にばね部１１３を形成する。次に、基板１０９上に光学多層膜１００を成膜する。この光学多層膜１００は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５膜を使用し、低屈折率膜としてＳｉＯ２膜を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。その後、電極１０４ｄとしてＡｕ膜をスパッタリングにより光学多層膜１００上に成膜する。
【００３３】
そして、キャビティギャップ１１４を犠牲層エッチングにより形成するために、犠牲層としてポリイミド膜（図示せず）を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極１０４ｃとしてＡｕ膜をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部１０６ｂとしてＳｉ３Ｎ４膜をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜１０１として、光学多層膜１００と同様に、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５膜を使用し、低屈折率膜としてＳｉＯ２膜を使用して、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層する。
【００３４】
また、電極１０５ｂを基板１０９上にＡｕ膜のスパッタリングにより形成する。次に、前記犠牲層（ポリイミド膜）を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ１１４を形成する。その後、支柱１０８上に、光学多層膜１０１と光学多層膜１０２とが向かい合わせになるように、基板１０９を陽極接合により貼り合わせる。これにより、この光学多層膜１０１と光学多層膜１０２との間に、キャビティギャップ１１５が形成される。
【００３５】
なお、上記実施形態において、各光学多層膜の層数及び膜材質は一例であり、上述のものに限定されないことは勿論である。
【００３６】
次に、本実施形態のチューナブルフィルタの動作について説明する。電極１０４ａと電極１０４ｂとの間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ１１６を調整し、電極１０４ｃと電極１０４ｄとの間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ１１４を調整し、電極１０５ａと電極１０５ｂとの間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ１１５を調整する。このように、各キャビティギャップ１１４、１１５、１１６を調整することによって、波長多重光１１０は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光１１１が得られる。また、残りの波長多重光は反射光１１２として反射することになる。本実施形態においては、３個のキャビティギャップ１１４，１１５，１１６を有するので、透過波長の波長選択の幅が著しく広くなり、使用波長のフレキシビリティが広がる。
【００３７】
次に、本発明によるチューナブルフィルタの性能を確かめるために、キャビティギャップを１５５０ｎｍに調節し、選択光の波長依存性を測定した結果について説明する。図２は横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとって、選択光の波長依存性を示す。この測定結果は、上述の各材質及び層数の光学多層膜を使用した場合のものである。−１ｄＢのバンド幅は０．２２ｎｍであり、波長多重通信の１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ間隔）仕様値であるバンド幅＞０．２ｎｍをクリアしている。また、波長多重通信の１００ＧＨｚでの隣接チャンネルクロストーク値は、一般には−２５ｄＢ以下が望ましいが、図２では−２９．１ｄＢとなっており、この値も規格を十分に満足していることがわかる。また、チューニングレンジは１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失は１．５ｄＢ、チューニングスピードは５ｍｓｅｃであった。
【００３８】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は、電磁駆動によりキャビティギャップを調整するものである。基板３０７にはＳｉ基板を使用し、その上に光学多層膜３０３を成膜する。光学多層膜３０３は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した膜である。高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５膜、低屈折率膜としてＳｉＯ２膜を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電磁石３０４ａとしてＡｕをスパッタ法によりコイル状に成膜する。図４はこの電磁石３０４ａのコイル形状を示す。
【００３９】
次いで、キャビティギャップ３１６を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミドを蒸着する。このポリイミド膜上に更に磁性体３１９ａとしてＣｏＮｉＦｅ系材料をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部３０６ａとしてＳｉ３Ｎ４をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜３０２として、光学多層膜３０３と同様に、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層する。また、下地層３０５としてＳｉＯ２膜を、スパッタ法により基板３０７上に形成する。この下地層３０５上に電磁石３１８を電磁石３０４と同様に形成する。その後、支柱３０８を基板３０７上にガラスの陽極接続により形成する。また、基板３０７の透過光ビーム３１１が通るところを、ＫＯＨを使用したＳｉの結晶異方性エッチングによって選択的に除去する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ３１６を形成する。
【００４０】
次に、別の基板３０９としてＳｉ基板を用意し、基板３０９の縁部をＫＯＨを使用してウエットエッチングすることによりばね部３１３を形成する。次に、基板３０９上に光学多層膜３００を成膜する。光学多層膜３００は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。その後、電磁石３０４ｂとしてＡｕをスパッタ法によりコイル状に成膜する。次いで、キャビティギャップ３１４を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミド（図示せず）を蒸着する。このポリイミド膜上に更に磁性体３１９ｂとしてＣｏＮｉＦｅ系材料をスパッタ法により成膜する。その後、ばね部３０６ｂを、Ｓｉ３Ｎ４をスパッタリングすることにより成膜する。更に、光学多層膜３０１を、光学多層膜３００と同様にして形成する。この光学多層膜３０１は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。また、磁性体３１７として、ＣｏＮｉＦｅ系材料（図示せず）をスパッタ法により基板３０９上に形成する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ３１４を形成する。その後、支柱３０８上に、光学多層膜３０１と光学多層膜３０２とが向かい合わせになるように、基板３０９を陽極接合により貼り合わせる。これにより、光学多層膜３０１と光学多層膜３０２との間に、キャビティギャップ３１５が形成される。
【００４１】
このように構成された本実施形態のチューナブルフィルタにおいては、電磁石３０４ａ、３０４ｂ及び電磁石３１８に印加する電流を変化させることによって、キャビティギャップ３１４、３１５、３１６を変化させることができる。キャビティギャップを調整することによって、波長多重光３１０は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光３１１が得られる。また、残りの波長多重光は反射光３１２として反射されることになる。なお、本実施形態においても、各層の構成材料及び層数は上述のものに限らないことは勿論である。
【００４２】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、各層構成等を上述のものにした場合に、−１ｄＢのバンド幅が０．２３ｎｍ、隣接チャンネルクロストーク値が−２８．４ｄＢ、チューニングレンジが１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失が１．７ｄＢ、チューニングスピードが５ｍｓｅｃであった。
【００４３】
［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は静電駆動と電磁駆動とを併用してキャビティギャップを調整するものである。Ｓｉ基板５０７上に光学多層膜５０３を成膜する。光学多層膜５０３は高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層膜である。高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電極５０４ａとしてＡｕをスパッタ法により成膜する。次いで、キャビティギャップ５１６を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミド（図示せず）を蒸着する。このポリイミド膜上に更に電極５０４ｂをＡｕのスパッタリングにより成膜する。その後、ばね部５０６ａとしてＳｉ３Ｎ４をスパッタリングにより成膜する。更に、光学多層膜５０２を、光学多層膜５０３と同様にして形成する。即ち、光学多層膜５０２を、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層することにより形成する。また、下地層５０５としてＳｉＯ２をスパッタ法により形成する。この下地層５０５上に電磁石５１８としてＡｕをスパッタ法によりコイル状に成膜する。その後、支柱５０８をガラスの陽極接続により形成する。また、基板５０７の透過光ビーム５１１が通る部位を、ＫＯＨを使用したＳｉの結晶異方性エッチングによって除去する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ５１６を形成する。
【００４４】
次に、別の基板５０９としてＳｉ基板を用意し、ばね部５１３をＫＯＨを使用したウエットエッチングにより形成する。次に、この基板５０９上に光学多層膜５００を成膜する。光学多層膜５００は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。その後、電極５０４ｄとしてＡｕをスパッタ法により成膜する。次いで、キャビティギャップ５１４を犠牲層エッチングにより作製するために、犠牲層としてポリイミドを蒸着する。そのポリイミド膜上に更に電極５０４ｃとしてＡｕをスパッタ法により成膜する。その後、ばね部５０６ｂとしてＳｉ３Ｎ４を使スパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜５０１を、光学多層膜５００と同様にして形成する。この光学多層膜５０１は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。また、磁性体５１７を、基板５０９上にＣｏＮｉＦｅ系材料をスパッタリングすることにより形成する。次に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ５１４を形成する。その後、支柱５０８上に光学多層膜５０１と光学多層膜５０２が向かい合わせになるように、基板５０９を陽極接合により貼り合わせる。これにより、光学多層膜５０１と光学多層膜５０２との間に、キャビティギャップ５１５が形成される。
【００４５】
このように構成された本実施形態のチューナブルフィルタにおいては、電極５０４ａ、５０４ｂ間に印加する電圧及び電極５０４ｃ、５０４ｄ間に印加する電圧を変化させることにより、キャビティギャップ５１６、５１４を変化させることができる。また、電磁石５１８に電流を流すことによって、キャビティギャップ５１５を変化させることができる。このように、キャビティギャップを調整することによって、波長多重光５１０は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光ビーム５１１が得られる。また、残りの波長多重光は反射光５１２として反射されることになる。
【００４６】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、前述の層構成の場合に、−１ｄＢのバンド幅は０．２３ｎｍ、隣接チャンネルクロストーク値は−２８．３ｄＢ、チューニングレンジは１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失は１．９ｄＢ、チューニングスピードは５ｍｓｅｃであった。なお、静電駆動と電磁駆動とを組み合わせは上記実施形態の逆でもよい。
【００４７】
［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態に係るチューナブルフィルタを示す断面図である。この第４実施形態に係るチューナブルフィルタは、ピエゾ駆動によりキャビティギャップを調整するものであり、図１に示した第１実施形態に対し、電極１０５ａ、１０５ｂの替わりにピエゾ素子６０５を使用している点のみが異なる。従って、図６において、図１と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。ピエゾ素子６０５としてはチタン酸ジルコン酸鉛を使用し、基板６０７と基板６０９に対してはんだ接合により接着する。
【００４８】
本実施形態のチューナブルフィルタにおいては、キャビティギャップ１１４，１１６は電極１０ａ〜１０ｄに印加する電圧を制御することにより、静電駆動で調整し、キャビティギャップ１１５はピエゾ素子６０５に印加する電圧を制御することにより、その高さを調節して、ピエゾ駆動で調節する。
【００４９】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、各層構成が上述のものである場合に、−１ｄＢのバンド幅は０．２１ｎｍ、隣接チャンネルクロストーク値は−２６．２ｄＢ、チューニングレンジは１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失は２．３ｄＢ、チューニングスピードは５ｍｓｅｃであった。なお、全ての駆動部をピエゾ駆動にしてもよい。即ち、電極１０４ａ〜１０４ｄの代わりに、ピエゾ素子６０５と同様のピエゾ素子を、光学多層膜１０３と光学多層膜１０２との間と、光学多層膜１００と光学多層膜１０１との間に設ければよい。
【００５０】
［第５実施形態］
図７は本発明の第５実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。基板７００にはＳｉ基板を使用し、その上に光学多層膜７０１を成膜する。光学多層膜７０１は高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層膜である。高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層する。その後、電極７０６としてＡｕをスパッタ法により成膜する。次いで、キャビティギャップ７０８を犠牲層エッチングにより形成するために、犠牲層としてポリイミド膜（図示せず）を蒸着し、このポリイミド膜上に更に電極７０７としてＡｕをスパッタ法により成膜する。その後、ばね部７０５としてＳｉ３Ｎ４をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜７０２を、光学多層膜７０１と同様にして形成する。この光学多層膜７０２は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚でトータル３５層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。
【００５１】
次に、電極７１３をＡｕをスパッタリングすることにより形成する。その後、犠牲層としてポリイミドを蒸着し、このポリイミド膜上に更に電極７１４としてＡｕをスパッタ法により成膜する。そして、ばね部７１１としてＳｉ３Ｎ４をスパッタ法により成膜する。更に、光学多層膜７０３を、光学多層膜７０２と同様にして形成する。この光学多層膜７０３は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全３５層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。次に、電極７１５をＡｕをスパッタリングすることにより形成する。その後、犠牲層としてポリイミドを蒸着する。次いで、このポリイミド膜上に更に電極７１６としてＡｕをスパッタ法により成膜する。更に、ばね部７１２としてＳｉ３Ｎ４をスパッタ法により成膜する。その後、光学多層膜７０４を、光学多層膜７０１と同様にして形成する。この光学多層膜７０４は、高屈折率膜としてＴａ２Ｏ５、低屈折率膜としてＳｉＯ２を使用し、夫々１／４光学波長の膜厚で全１７層をイオンビーム蒸着法により積層したものである。また、基板７００の透過光ビームが通る部位を、ＫＯＨを使用したＳｉの結晶異方性エッチングによって除去する。最後に、前記犠牲層を酸素プラズマアッシングにより除去し、キャビティギャップ７０８、７０９，７１０を形成する。
【００５２】
電極７０６、７０７及び電極７１３〜７１６に電圧を印加することによって、各キャビティギャップ７０８、７０９、７１０を変化させることができる。このようにして、キャビティギャップを調整することによって、波長多重光は、キャビティギャップに合った波長だけが選択的に透過し、透過光が得られる。また、残りの波長多重光は反射光として反射されることになる。
【００５３】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、例えば、−１ｄＢのバンド幅は０．２１ｎｍ、隣接チャンネルクロストーク値は−２５．２ｄＢ、チューニングレンジは１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失は２．８ｄＢ、チューニングスピードは５ｍｓｅｃであった。
【００５４】
［第６実施形態］
図８は、本発明の第６実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。本実施形態は、図１に示したキャビティ数が３個の第１実施形態に対して、キャビティ数を２個にした点のみが相違する。各層の形成方法は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態において、図１と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５５】
本実施形態のチューナブルフィルタの性能は、−１ｄＢのバンド幅は０．２０ｎｍ、隣接チャンネルクロストーク値は−２１．３ｄＢ、チューニングレンジは１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍ、挿入損失は１．８ｄＢ、チューニングスピードは５ｍｓｅｃであった。
【００５６】
［第７実施形態］
図９は本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタを光スイッチング装置として光アドドロップ装置に適用した構成を示すブロック図である。波長多重光信号８０３がサーキュレータ８０１に入り、その後、光スイッチング装置としてのチューナブルフィルタ８００に入る。チューナブルフィルタ８００に入った波長多重光信号は、設定した特定の波長だけがドロップポート８０４から出ていき、残りの波長の光信号は再びサーキュレータ８０１に戻り、その後カップラ８０２に入る。また、波長多重光信号に加えたい信号光はアドポート８０５から入り、カップラ８０２で合波され、出力ポート８０６から出ていく。
【００５７】
本実施形態においては、光スイッチング装置として本発明のチューナブルフィルタを使用しているために、ドロップ光及びアド光の隣接チャンネルクロストークを小さくでき、信号光のＳ／Ｎを大きくすることができる。また、チューニングスピードは例えば９ｍｓｅｃと高速にチューニングすることができる。
【００５８】
［第８実施形態］
図１０は本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタを光スイッチング装置として光クロスコネクト装置に適用した構成を示すブロック図である。複数の波長多重光信号（ＷＤＭ）９００が本発明の実施形態のチューナブルフィルタを使用した光スイッチ９０１に入る。この場合に、波長多重光信号の光多重度は１であってもよい。この光スイッチ９０１の形式は、マイクロミラーを使用する形式及び光−電気変換を行ってから電気によるスイッチングを行う形式等、どのようなものであってもよい。光スイッチ９０１に入射した波長多重光信号９００の一部をチューナブルフィルタ９０２に入れ、任意の光信号のみをチューニングしてドロップポート９０３からドロップし、任意の光信号をアドポート９０４から入れて合波し、その後、光スイッチ９０１に戻し、再びスイッチングして出力ポート９０５から出力させる。
【００５９】
このときに、本発明のチューナブルフィルタを使用しているために、ドロップ光及びアド光の隣接チャンネルクロストークを小さくでき、信号光のＳ／Ｎを大きくすることができる。また、チューニングスピードは９ｍｓｅｃと高速にチューニングすることができる。
【００６０】
上記各実施形態に関し、光学多層膜は半透過ミラーの機能を有するものであれば、どのようなものでもよく、その形成方法も上記各実施形態に限定するものではない。例えば、光学多層膜は、シリコンのような半導体、又は金のような金属等でもよい。基板に関しては、Ｓｉ基板に限らず、ガラス等のセラミックス材料及びＧａＡｓ等の半導体材料など、特に限定するものではない。犠牲層エッチングによりキャビティギャップを形成する方法に関しても、ポリイミドを使用する方法に限定されるものではなく、Ａｌ等の金属を使用する方法及び他の有機物を使用する方法でも良く、犠牲層を除去する方法もウエット法などでもよい。また、キャビティの数に関しても、２以上ならば特に限定されるものではない。
【００６１】
各実施形態１〜８の特性試験結果と、従来のチューナブルフィルタの特性試験結果とを比較すると、次のことがわかる。即ち、従来のチューナブルフィルタでは隣接チャンネルクロストークが極端に大きくなるのに対して、本発明のチューナブルフィルタでは極めて小さな隣接チャンネルクロストークを実現できる。また、従来の固定波長フィルタを使用しているスイッチングシステムでは、波長切り替えに数分から数時間以上必要なのに対して、本発明のスイッチングシステムでは数ｍｓｅｃで波長を切り替えることができることがわかる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長多重度を増大させても隣接チャンネルのクロストークを低減でき、装置の使用波長を素早く変更できるチューナブルフィルタ及びこのチューナブルフィルタを使用した光スイッチングシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【図２】本第１実施形態のチューナブルフィルタのチューニング波形特性を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【図４】本第２実施形態のチューナブルフィルタに使用する電磁駆動用電磁コイルを示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係るチューナブルフィルタの基本構成を示す図である。
【図９】本発明のチューナブルフィルタを使用した光アドドロップ装置のブロック図である。
【図１０】本発明のチューナブルフィルタを使用した光クロスコネクト装置のブロック図である。
【図１１】従来のチューナブルフィルタの基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１００〜１０３、３００〜３０３、５００〜５０３、７０１〜７０４：光学多層膜
１０４ａ〜１０４ｄ、１０５ａ、１０５ｂ、５０４ａ〜５０４ｄ、７０６〜７０７、７１３〜７１６：電極
１０６ａ、１０６ｂ、３０６ａ、３０６ｂ、５０６ａ、５０６ｂ、７０５、７１１〜７１２：ばね部
１０７、１０９、３０７、３０９、５０７、５０９、７００：基板
１０８、３０８、５０８：支柱
１１０、３１０、５１０：波長多重光
１１１、３１１、５１１：透過光ビーム
１１２、３１２、５１２：反射光
１１３、３１３、５１３：ばね部
１１４〜１１６、３１４〜３１６、５１４〜５１６、７０８〜７１０：キャビティギャップ
３０４ａ、３０４ｂ、３１８、５１８：電磁石
３０５、３１５、５０５：下地層
３１７、３１９ａ、３１９ｂ、５１７：磁性体
６０５：ピエゾ素子
８００、９０２：チューナブルフィルタ
８０１：サーキュレータ
８０２：カップラ
８０３：波長多重光信号
８０４、９０３：ドロップポート
８０５、９０４：アドポート
８０６、９０５：出力ポート
９００：波長多重光信号
９０１：光スイッチ
９０２：チューナブルフィルタ
１００１：基板
１００２〜１００３：光学多層膜
１００４：電極
１００５：ばね部
１００６：キャビティギャップ
１００７：波長多重光
１００８：反射光
１００９：透過光ビーム
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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