(57)【要約】【課題】製作が容易で、製作単価を低減する光通信網の光通信用可変光減衰器を提供する。【解決手段】複数の整列溝151、152、153がパターニングされた基板150と、いずれかの整列溝151に整列され、光信号160を受け入れる入力光ファイバー110と、入力光ファイバー110を通過した光信号160の経路を変更させる可動のリフレクタ140と、いずれかの整列溝152に整列され、経路変更された光信号160を出力させる出力光ファイバー112と、入／出力光ファイバー110、112とリフレクタ140との間でいずれかの整列溝153に整列され、光信号160を基板150に対し垂直方向に視準する第１のレンズ120と、基板150上にパターニングされ、入／出力光ファイバー110、112とリフレクタ140との間で光信号160を基板150に対し水平方向に視準する第２のレンズ130とを含む光通信用可変光減衰器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の整列溝がパターニングされた基板と、
前記複数の整列溝の何れか１つに整列され、光信号を受け入れる入力光ファイバーと、
前記基板上を移動可能に配置され、前記入力光ファイバーを通過した光信号の経路を変更させるリフレクタと、
前記複数の整列溝の何れか１つに整列され、前記経路変更された光信号を出力させる出力光ファイバーと、
前記入／出力光ファイバーと前記リフレクタとの間で前記複数の整列溝の何れか１つに整列され、光信号を前記基板に対して垂直方向に視準する第１のレンズと、
前記基板上にパターニングされ、前記入／出力光ファイバーと前記リフレクタとの間で光信号を前記基板に対して水平方向に視準する第２のレンズと、を含むことを特徴とする光通信用可変光減衰器。
【請求項２】
前記第１のレンズは、前記入／出力光ファイバーの整列方向に対して垂直になるように整列されることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項３】
前記第１のレンズは、前記基板に対して垂直方向に所定の曲率半径を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項４】
前記第１のレンズは、円筒状に形成されることを特徴とする請求項３に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項５】
前記第１のレンズは、光ファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項６】
前記入力光ファイバーと出力光ファイバーとは、互いに平行に整列されることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項７】
前記第２のレンズは、前記入力光ファイバーを通過した光信号を視準するレンズと、前記リフレクタにより経路変更された光信号を視準するレンズとに分離して構成されることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項８】
前記第２のレンズの各レンズは、前記基板に対して水平方向に所定の曲率半径を有するように形成されることを特徴とする請求項７に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項９】
前記第２のレンズは、前記複数の整列溝と同時にパターニングされて形成されることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１０】
前記第２のレンズは、ポリマーであることを特徴とする請求項９に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１１】
前記第２のレンズ及び前記複数の整列溝は、前記基板上に形成された厚膜フォトレジストを、フォトリソグラフィ工程によりパターニングして形成されることを特徴とする請求項９に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１２】
前記第２のレンズ及び前記複数の整列溝は、前記基板上に形成された光感応性多重体膜を、フォトリソグラフィ工程によりパターニングして形成されることを特徴とする請求項９に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１３】
前記リフレクタは、前記基板上で該リフレクタに入射される光信号に対して垂直方向に移動しながら、前記入射される光信号を平行に反射させることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１４】
前記出力光ファイバーは、前記リフレクタから反射される光信号が入射されるように、前記入力光ファイバーと平行に整列されることを特徴とする請求項１３に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１５】
前記リフレクタは、該リフレクタに入射される光信号の経路を変更させるために、所定の開先角度を有するように形成される２つの反射面を有することを特徴とする請求項１３に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１６】
前記リフレクタの２つの反射面は、一体に形成されることを特徴とする請求項１５に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１７】
前記リフレクタは、前記２つの反射面が個別的に動くように形成されることを特徴とする請求項１５に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１８】
前記２つの反射面間の開先角度は、直角であることを特徴とする請求項１５に記載の光通信用可変光減衰器。
【請求項１９】
前記基板は、シリコン材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光通信用可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用可変光減衰器に関し、詳しくは、製作が容易であると共に製作単価を低減できるように構成された光通信網のインターフェース素子として使用される光通信用可変光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報関連技術は、多量の情報を送受信できる光ファイバーを利用する高速通信技術の発展と共に飛躍的に発展している。特に、動画像、音声信号及び文字信号などの多様な形態のデータを含むマルチメディア情報の伝送が高速化され、双方向対話型通信環境が構築されると共に、使用者が爆発的に増加するにつれて、既存の銅伝送線を使用する通信網は限界に達するようになった。このため、高い搬送周波数を有する光信号形態の通信網がその代案として使用されている。
【０００３】
このような光を情報伝達信号として利用する光通信網において、使用者と中継器または通信事業者とを連結するインターフェースは、既存の銅伝送線を使用する通信網に適用された論理集積回路に代えて、光コネクタモジュールにより構成される。
【０００４】
光通信網用データインターフェースである光コネクタモジュールは、光ファイバーからなる伝送線と、光信号の受信に使用される光受信モジュールと、光信号の送信に使用される光送信モジュールと、光信号の中継に使用される光中継モジュールとを含む。しかしながら、このような光コネクタモジュールは、精密な加工及び細密な組立が要求されるために、その製造費用が高いという欠点があった。
【０００５】
また、上記光コネクタモジュールは、電力消耗が少なく、取り扱いしやすいように軽くて小さいと共に、機械的及び光学的特性が非常に優れているという要求条件を有する。しかしながら、このような条件を全て満足する光コネクタモジュールの製作は容易でなかった。
【０００６】
一方、このような光ファイバー通信用部品のうち、可変光減衰器の重要性が次第に浮び上がっている。これは、それぞれの素子が、送信器や増幅器などから出る高い出力の信号から受信器に入る弱い信号に至るまで、広い範囲の光出力で駆動されるためである。例えば、短距離光ファイバー伝送網においては、受光部の光出力を減少させるために、固定光減衰器(fixed optical attenuator)が使用されており、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplex)光ネットワークで複数のチャネルに対する光信号の大きさを調節するための可変型光減衰器が開発中である。
【０００７】
上記光減衰器を含む光スイッチとしては、バルクオプトメカニカル(bulk optomechanical)スイッチ、液晶スイッチ、ニオブ酸リチウム(lithium niobate)スイッチ、導波路を使用した熱光学スイッチなど多様な方式のスイッチがあるが、低電力を消耗しながら超軽量化された、そして高い機械的及び光学的特性を維持するスイッチの製作には限界があった。
【０００８】
このような限界を克服するために、半導体製造工程及びマイクロマシンニング技術を利用する可変光減衰器及び多様な精密光ファイバー通信用部品が研究されている。
【０００９】
図７ないし図９は、超小型球面レンズを利用した従来の光通信用光減衰器を示す。図７は、従来の可変光減衰器の構成を示す斜視図、図８は、図７の視準レンズ系の構成を示す斜視図、図９は、図８の視準レンズ系の作動原理を示す概略図である。
【００１０】
図に示すように、従来の光通信用光減衰器は、入力される光信号５ａを視準して伝達する第１の視準レンズ系１０と、第１の視準レンズ系１０から出力される光信号５ｂの方向を所定の角度だけ転換させることができるように回動自在に設置されるリフレクタ２０と、リフレクタ２０に入射される光信号５ｂを基準に、第１の視準レンズ系１０と所定の角度αをなすように設置され、リフレクタ２０により反射される光信号５ｃを視準して出力させる第２の視準レンズ系３０とを含む。
【００１１】
第１視準レンズ系１０及び第２視準レンズ系３０は、シリコン基板４０上にパターニングされた受入れ溝４１、４２に設置される。
【００１２】
図８に示すように、第１の視準レンズ系１０は、光信号５ａを伝達する光ファイバー１１と、光ファイバー１１の一端と所定の距離だけ離隔されて設置され、光ファイバー１１を通過した光信号５ａを視準する超小型球面レンズ１２とからなる。同様に、第２の視準レンズ系３０は、リフレクタ２０により方向転換された光信号５ｃを視準する超小型球面レンズ３２と、超小型球面レンズ３２と所定の距離だけ離隔されて設置され、超小型球面レンズ３２を通過しながら視準された光信号５ｃを伝達する光ファイバー３１とからなる。
【００１３】
図９に示すように、球面レンズ１２を通過する前の光信号５ａ'は視準されていないが、その視準されていない光信号５ａ'は、球面レンズ１２を通過しながらシリコン基板４０に対して水平及び垂直方向に視準された平行光に変換され、これにより、光密度が増加して光効率が向上する。
【００１４】
以下、このように構成された従来の光通信用光減衰器の動作を説明する。
光信号５ａは、第１の視準レンズ系１０を通過しながら、シリコン基板４０に対して水平及び垂直方向に視準され、その視準された光信号５ｂは、リフレクタ２０により所定の反射角αだけ光進行経路が変更される。リフレクタ２０により経路変更れた光信号５ｃは、第２の視準レンズ系３０の球面レンズ３２及び光ファイバー３１を貫通して出力される。ここで、リフレクタ２０は、回動自在に設置されており、該リフレクタ２０の回動により反射角αを微少に変化させて、反射される光信号５ｃの一部のみが第２の視準レンズ系３０に入射されるように調節することにより、出力される光信号５ｄの強さ、即ち、光量を調節する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、このような従来の光通信用光減衰器においては、第１視準レンズ系と第２視準レンズ系とが所定の反射角をなすように離隔されて設置されることによって、そのサイズが過度に大きくなるため、システム全体のサイズが大きくなり、小型、軽量化の要求条件に応えにくいという問題点があった。
【００１６】
また、光信号を視準するために、高価な直径１ｍｍ未満の超小型球面レンズが使用されることによって、製造費用が上昇するという問題点があった。
【００１７】
さらに、シリコン基板を加工した後に、該シリコン基板上に超小型球面レンズを含む視準レンズ系を整列させるため、組立時に整列誤差が増加するという問題点があった。
【００１８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、製作が容易であると共に製作単価を低減できるように構成された光通信網のインターフェース素子として使用される光通信用可変光減衰器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】
【００１９】
このような目的を達成するために、本発明による光通信用可変光減衰器は、複数の整列溝がパターニングされた基板と、前記複数の整列溝の何れか１つに整列され、光信号を受け入れる入力光ファイバーと、前記基板上に移動可能に配置され、前記入力光ファイバーを通過した光信号の経路を変更させるリフレクタと、前記複数の整列溝の何れか１つに整列され、前記経路変更された光信号を出力させる出力光ファイバーと、前記入／出力光ファイバーと前記リフレクタとの間で前記複数の整列溝の何れか１つに整列され、光信号を前記基板に対して垂直方向に視準する第１のレンズと、前記基板上にパターニングされ、前記入／出力光ファイバーと前記リフレクタとの間で光信号を前記基板に対して水平方向に視準する第２のレンズとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による光通信用可変光減衰器は、光信号の視準レンズとして球面レンズを使用した従来の可変光減衰器とは異なり、基板に対して垂直方向に光信号を視準する第１のレンズと、基板に対して水平方向に光信号を視準し、光ファイバー整列溝構造と同時に半導体一括工程及びマイクロマシニング技術を用いて基板にパターニングされるポリマー材料の第２のレンズとからなる視準レンズシステムを使用している。これにより、比較的サイズの大きい第１のレンズのみを基板上に予めパターニングされた整列溝に整列すればよいので、視準レンズシステムの整列過程が非常に簡単になると共に、整列誤差を大きく減らすことができる。従って、本発明による可変光減衰器は、高周波帯域の光送受信モジュール及び光通信網に適用される小型軽量化された光インターフェース素子として容易かつ安価に製造可能である。
【００２１】
また、本発明は、所定の開先角度(included angle)を有する複数の反射面を備えたリフレクタを採用することにより、入力光ファイバーと出力光ファイバーとを同方向に平行に整列することができ、これにより、光ファイバーの集積が容易になるので、可変光減衰器素子全体のサイズを効果的に減らすことができる。従って、本発明による光通信用可変光減衰器を並列に連結すると、多チャネルの光アド／ドロップマルチプレクサ(Optical Add/Drop Multiplexer；OADM)モジュールを小型に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明による光通信用可変光減衰器の好ましい実施形態について説明する。
【００２３】
図１ないし図６は、本発明の一実施形態による高分子レンズ及び光ファイバーを利用した光通信用可変光減衰器を示すもので、図１は、本発明の一実施形態による可変光減衰器の構成を示し、図２は、図１の視準レンズ系の構成を示し、図３及び図４は、図２の視準レンズ系の作動原理を示し、図５及び図６は、本発明の一実施形態による可変光減衰器の作動原理を示す。
【００２４】
図に示すように、本発明の一実施形態による光通信用可変光減衰器は、複数の整列溝１５１、１５２、１５３がパターニングされた基板１５０と、これら複数の整列溝の何れか１つの整列溝１５１に整列され、光信号１６０を受け入れる入力光ファイバー１１０と、基板１５０上に動き自在に形成され、入力光ファイバー１１０を通過した光信号１６０の経路を変更させるリフレクタ１４０と、複数の整列溝の何れか１つの整列溝１５２に整列され、経路変更された光信号１６０を出力させる出力光ファイバー１１２と、入／出力光ファイバー１１０、１１２とリフレクタ１４０との間で複数の整列溝の何れか１つの整列溝１５３に整列され、光信号１６０を基板１５０に対して垂直方向(Ｘ方向)に視準する第１のレンズ１２０と、基板１５０上にパターニングされ、入／出力光ファイバー１１０、１１２とリフレクタ１４０との間で光信号１６０を基板１５０に対して水平方向(Ｙ方向)に視準する第２のレンズ１３０とを含む。
【００２５】
通常、基板１５０は、シリコン材料からなり、基板１５０上には、半導体工程技術を応用した微細加工方法により、複数の整列溝１５１、１５２、１５３がパターニングされる。
入力光ファイバー１１０及び出力光ファイバー１１２は、整列溝１５１、１５２にそれぞれ安着されて互いに平行に整列されており、第１のレンズ１２０は、入／出力光ファイバー１１０、１１２の整列方向に対して垂直になるように整列される。このとき、第１のレンズ１２０は、入／出力光ファイバー１１０、１１２の一端と所定の間隔をおいて整列され、光信号１６０は、第１のレンズ１２０を通過しながら基板１５０に対して垂直方向に視準される。
【００２６】
このような第１のレンズ１２０は、基板１５０に対して垂直方向に所定の曲率半径を有する円筒状に形成されることが好ましい。
第１のレンズ１２０は、従来の球面レンズよりそのサイズが相当大きいため、整列誤差に大きくこだわることなく、基板１５０上に予めパターニングされた整列溝１５３内に容易に受け入れることができる。
【００２７】
このような第１のレンズ１２０としては、透明な材質の光ファイバーが使用されることが好ましい。
【００２８】
一方、第１のレンズ１２０とリフレクタ１４０との間に形成されている第２のレンズ１３０は、入力光ファイバー１１０を通過した光信号１６０を基板１５０に対して水平方向に視準するために、入力光ファイバー１１０の整列軸に沿って基板１５０に形成された入力光レンズ１３０ａと、リフレクタ１４０により経路変更された光信号１６０を基板１５０に対して水平方向に視準するために、出力光ファイバー１１２の整列軸に沿って基板１５０に形成された出力光レンズ１３０ｂとに分離されて形成されている。
【００２９】
入力光レンズ１３０ａ及び出力光レンズ１３０ｂにより構成された第２のレンズ１３０は、各レンズ１３０ａ、１３０ｂの一面が基板１５０に対して水平方向に所定の曲率半径を有するように形成されて、基板１５０に対して水平方向に光信号１６０を視準することにより、第１のレンズ１２０と共に、光信号１６０を効果的に収束させる役割をする。
入力光レンズ１３０ａ及び出力光レンズ１３０ｂの機能及び形態は全て同様であるので、以下では、これらを区分せず第２のレンズ１３０に統一して説明する。
【００３０】
即ち、光信号１６０が第１のレンズ１２０を通過しながら、基板１５０に対して垂直方向に光信号１６０の垂直発散角が小さくなり、かつ、光信号１６０が第２のレンズ１３０を通過しながら、基板１５０に対して水平方向に光信号１６０の水平発散角が小さくなる。
第２のレンズ１３０は、基板１５０にパターニングされた複数の整列溝１５１、１５２、１５３と同時にパターニングされることが好ましい。
【００３１】
即ち、第２のレンズ１３０及び複数の整列溝１５１、１５２、１５３の構造は、シリコンウェハーにＭＥＭＳ技術を利用した一括工程を通して非常に簡単かつ容易に製作可能である。
【００３２】
より詳しくは、第２のレンズ１３０及び複数の整列溝１５１、１５２、１５３の構造は、基板１５０上に厚膜フォトレジストを形成した後、フォトリソグラフィ工程により容易にパターニングすることができ、他の方法として、基板１５０上に光感応性多重体膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程により容易にパターニングすることもできる。
【００３３】
即ち、第２のレンズ１３０は、厚膜フォトレジスト及び光感応性多重体のようなポリマーからなる。もちろん、レンズの役割を実現可能な他の如何なる材質も、ＭＥＭＳ技術を利用した一括工程を適用可能であれば第２のレンズ１３０の材質として使用可能である。
【００３４】
一方、リフレクタ１４０は、出力光ファイバー１１２を通して出力される光信号１６０の量、即ち、光信号１６０の強さを調節できるように、基板１５０上で入力光ファイバー１１０からの光信号１６０の進行方向に対して垂直方向(Ｘ軸方向)に移動自在に形成される。
【００３５】
リフレクタ１４０は、入力光ファイバー１１０からの光信号１６０を反射させてその経路を変更させる第１の反射面１４１と、第１の反射面１４１により反射された光信号１６０が出力光ファイバー１１２を通して出力されるようにその経路を再度変更させる第２の反射面１４２とを有する。
【００３６】
即ち、リフレクタ１４０は、その第１及び第２の反射面１４１、１４２が「Ｖ字」状に形成され、好ましくは、第１の反射面１４１と第２の反射面１４２とがなす角度は９０゜であることが良い。
【００３７】
一方、入力される光信号１６０と、第１及び第２の反射面１４１、１４２により経路変更されて出力される光信号１６１とは、互いに平行をなすことが好ましい。即ち、リフレクタ１４０により、入力光ファイバー１１０と出力光ファイバー１１２とは互いに平行に整列される。
【００３８】
また、リフレクタ１４０は、入力光ファイバー１１０から出力光ファイバー１１２にその経路が屈折されて伝達される光信号１６０の強さ、即ち、光量を調節することができるように、静電気力や電磁気力駆動手段(図示せず)により、基板上で光信号１６０の進行方向に対して垂直方向に駆動される。
【００３９】
ここで、リフレクタ１４０は、第１の反射面１４１と第２の反射面１４２とが一体に形成されて、出力される光信号１６１の光量を調節できるように、これらの第１及び第２の反射面１４１、１４２が同時に移動自在に構成されている。
【００４０】
一方、図示していないが、リフレクタ１４０の第１及び第２の反射面１４１、１４２は、互いに個別的に駆動されるように構成しても良い。例えば、リフレクタ１４０の第１の反射面１４１と第２の反射面１４２とを分離可能に構成して、第２の反射面１４２のみが基板１５０上で入／出力される光信号１６０、１６１の進行方向に対して垂直方向に移動しながら、入力される光信号１６０の出力強度を調節することもできる。
【００４１】
以下、本発明の一実施形態による光通信用可変光減衰器の動作を説明する。
【００４２】
光信号１６０は、入力光ファイバー１１０を通過し、光信号１６０の進行方向に対して垂直方向に基板１５０に設置された第１のレンズ１２０を通過する。このとき、図３に示すように、光信号１６０は、基板１５０に対して垂直方向に視準され、さらに、第２のレンズ１３０(入力光レンズ１３０ａ)を通過しながら、図４に示すように、基板１５０に対して水平方向に視準されることによって、リフレクタ１４０に流入する光量が増加し、これにより、光信号１６０の光伝達効率が高くなる。
【００４３】
ここで、図５及び図６に示すように、第１のレンズ１２０及び第２のレンズ１３０を通過した光信号１６０は、リフレクタ１４０の第１の反射面１４１により、該第１の反射面１４１に入射される経路に対して垂直方向に反射されて、第２の反射面１４２に入射される。そして、第２の反射面１４２に入射される光信号１６０は、さらに該第２の反射面１４２により反射されて、第２のレンズ１３０(出力光レンズ１３０ｂ)、第１のレンズ１２０及び出力光ファイバー１１２を通過して出力される。
【００４４】
このとき、図６に示すように、リフレクタ１４０を第１の反射面１４１により反射される光信号１６０の方向に水平移動させると、リフレクタ１４０から反射される光信号１６０のうち、ｄ１−ｄ２に該当する光量のみが出力光ファイバー１１２に伝達されるので、ｄ２だけの光量が減少した効果が得られる。即ち、入力光ファイバー１１０を通過したｄ１に該当するだけの光量を有する光信号１６０は、リフレクタ１４０の水平移動により、出力光ファイバー１１２に伝達される光量がｄ２に該当するだけ減少するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による可変光減衰器の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の視準レンズ系の構成を示す斜視図である。
【図３】図２の視準レンズ系の作動原理を示す側面図である。
【図４】図２の視準レンズ系の作動原理を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態による可変光減衰器の作動原理を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による可変光減衰器の作動原理を示す概略図である。
【図７】従来の可変光減衰器の構成を示す斜視図である。
【図８】図７の視準レンズ系の構成を示す斜視図である。
【図９】図８の視準レンズ系の作動原理を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１０  入力光ファイバー
１１２  出力光ファイバー
１２０  第１のレンズ
１３０  第２のレンズ
１４０  リフレクタ
１５０  基板
１５１，１５２，１５３  整列溝
１６０  光信号
【図１】
2005234569.tif 000003
【図２】
2005234569.tif 000004
【図３】
2005234569.tif 000005
【図４】
2005234569.tif 000006
【図５】
2005234569.tif 000007
【図６】
2005234569.tif 000008
【図７】
2005234569.tif 000009
【図８】
2005234569.tif 000010
【図９】
2005234569.tif 000011