(57)【要約】【課題】  構成簡単で且つ電気的に反射率が調整可能な反射率可変ミラー、及びこれを使用した光パワーアッテネーターを提供する。【解決手段】  複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜１９、２３を含む積層膜１３からなり、薄膜１９、２３の状態を制御して積層膜１３の反射率を変化させ、積層膜１３に照射された光の反射エネルギーを調整するようにした反射率可変ミラーを構成する。この反射率可変ミラーを使用して光パワーアッテネーターを構成する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、
前記薄膜の状態を制御して前記積層膜の反射率を変化させ、前記積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する
ことを特徴とする反射率可変ミラー。
【請求項２】
前記薄膜が相変化材料で形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の反射率可変ミラー。
【請求項３】
前記薄膜に供給する熱エネルギーの調整で、前記積層膜の反射率を調整する
ことを特徴とする請求項１記載の反射率可変ミラー。
【請求項４】
前記積層膜が、前記薄膜を発熱させる発熱機能を有する
ことを特徴とする請求項１記載の反射率可変ミラー。
【請求項５】
前記積層膜を構成する前記薄膜の両側に導電性膜が形成されて成る
ことを特徴とする請求項４記載の反射率可変ミラー。
【請求項６】
複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、前記薄膜の状態を制御して前記積層膜の反射率を変化させ、前記積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーが、光路中に配置され、
前記光路で反射する光の光量を調整する
ことを特徴とする光パワーアッテネーター。
【請求項７】
前記薄膜が相変化材料で形成されて成る
ことを特徴とする請求項６記載の光パワーアッテネーター。
【請求項８】
前記薄膜に供給する熱エネルギーで、前記積層膜の反射率及び透過率を変化させる
ことを特徴とする請求項６記載の光パワーアッテネーター。
【請求項９】
前記積層膜が、前記薄膜を発熱させる発熱機能を有する
ことを特徴とする請求項６記載の光パワーアッテネーター。
【請求項１０】
前記積層膜を構成する前記薄膜の両側に導電性膜が形成されて成る
ことを特徴とする請求項６記載の光パワーアッテネーター。
【請求項１１】
複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、前記薄膜の状態を制御して前記積層膜の反射率を変化させ、前記積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーが、１つの基板に複数形成され、
前記各々の反射率可変ミラーが複数の各々の光路中に配置され、
前記各々の光路で反射する光の光量を各々調整する
ことを特徴とする光パワーアッテネーター。
【請求項１２】
前記薄膜が相変化材料で形成されて成る
ことを特徴とする請求項１１記載の光パワーアッテネーター。
【請求項１３】
前記薄膜に供給する熱エネルギーで、前記各々の積層膜の反射率及び透過率を変化させる
ことを特徴とする請求項１１記載の光パワーアッテネーター。
【請求項１４】
前記積層膜が、前記薄膜を発熱させる発熱機能を有する
ことを特徴とする請求項１１記載の光パワーアッテネーター。
【請求項１５】
前記積層膜を構成する前記薄膜の両側に導電性膜が形成されて成る
ことを特徴とする請求項１１記載の光パワーアッテネーター。
【請求項１６】
複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、前記薄膜の状態を制御して前記積層膜の反射率を変化させ、前記積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーに対して、
前記薄膜の状態を電気的にモニタしながら、前記反射率可変ミラーを駆動する
ことを特徴とする反射率可変ミラーの駆動方法。
【請求項１７】
前記薄膜が相変化材料で形成される
ことを特徴とする請求項１６記載の反射率可変ミラーの駆動方法。
【請求項１８】
前記積層膜の反射率の調整は、相変化材料を一旦アモルファス状態に戻した後に他の結晶状態とする
ことを特徴とする請求項１７記載の反射率可変ミラーの駆動方法。
【請求項１９】
前記薄膜の状態を電気的にモニタする方法は、静電容量をモニタする方法よりなる
ことを特徴とする請求項１７記載の反射率可変ミラーの駆動方法。
【請求項２０】
前記薄膜の状態を電気的にモニタして、反射率可変ミラーの状態を検査する
ことを特徴とする反射率可変ミラーの駆動方法。
【請求項２１】
前記薄膜の状態を電気的にモニタして、反射率可変ミラーで反射する光の光量を調整する
ことを特徴とする請求項１７記載の反射率可変ミラーの駆動方法。
【請求項２２】
複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、前記薄膜の状態を制御して前記積層膜の反射率を変化させ、前記積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーが、光路中に配置され、前記光路で反射する光の光量を調整する光パワーアッテネーターに対して、
前記薄膜を電気的にモニタしながら、前記光パワーアッテネーターを駆動する
ことを特徴とする光パワーアッテネーターの駆動方法。
【請求項２３】
前記薄膜が相変化材料で形成される
ことを特徴とする請求項２２に記載の光パワーアッテネーターの駆動方法。
【請求項２４】
前記光パワーアッテネーターの出力調整は、相変化材料を一旦アモルファス状態に戻した後に他の結晶状態とする
ことを特徴とする請求項２３記載の光パワーアッテネーターの駆動方法。
【請求項２５】
前記薄膜の状態を電気的にモニタする方法は、静電容量をモニタする方法よりなる
ことを特徴とする請求項２３記載の光パワーアッテネーターの駆動方法。
【請求項２６】
前記薄膜の状態を電気的にモニタして、光パワーアッテネーターの状態を検査する
ことを特徴とする請求項２３記載の光パワーアッテネーターの駆動方法。
【請求項２７】
前記薄膜の状態を電気的にモニタして、光パワーアッテネーターの光量を調整する
ことを特徴とする請求項２３記載の光パワーアッテネーターの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射率可変ミラー及びその駆動方法に関する。
本発明は、光量を調整するための装置、いわゆる光パワーアッテネーターに関し、特に、反射率可変ミラーを用いた光パワーアッテネーター、マルチ配列の反射率可変ミラーを用いた光パワーアッテネーター、及び光パワーアッテネーターの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、国と国とを結ぶ幹線への利用がほとんどであった光ファイバを用いた通信は、近年のインターネットの普及とともに、幹線だけでなく、一般家庭にも普及されるようになってきた。そして、光ファイバの敷設が進と共に、光ファイバ単体も含め、光通信に用いる各部品などの高性能化が要求されるだけでなく、低コスト化も要求されるようになっている。更には、光通信系全体の高転送レート化を目的として、光信号を電気信号に置き換える中継点の数を減らし、光スイッチ及び光ディストリビュータ等を用い光のまま光路の切替え、分岐の実用化も開始されるようになってきた。
【０００３】
更には近年光ファイバへの情報伝送量を増やすために、光の直交性を利用して１つの光ファイバに異なる波長の光信号を伝搬させる波長多重伝送（ＷＤＭ，ＣＷＤＭ，ＤＷＤＭ）の試みも多くなされている。
【０００４】
１本の光ファイバに多くの情報を長距離まで伝送するためには、光ファイバに入射する前の光信号の品質を高めることが望ましい。すなわち、波長多重伝送系の場合だけでなく、光ファイバに入射する光の強度を揃えることが望ましい。光エネルギーは、光スイッチ及び光ディストリビュータ等の光学部品を通過することにより、その光量が変化してしまう。光ファイバに入射する光の強度を揃えるためには、光アンプ及び光アッテネーターによりその光量の調整がなされる。
【０００５】
図１７は、光アッテネーターの構成例を示す。この光アッテネーター１は、電気信号の入力によりその光量の調整がなされる構成例である。光アッテネーター１は、基板５の主面に光６の入射部分と出射部分との間で分岐された光導波路２及び３が形成され、分岐された一方の光導波路２の上部にヒータが配置され、ヒータ４の加熱、すなわち電気信号の入力により一方の光導波路２の温度が上昇してその屈折率が変化し、この光導波路２の屈折率の変化で分岐された光の位相が異なることになり、２つの光導波路２及び３を導波してきた光の合波のエネルギーが減少するよう構成される。
【０００６】
特許文献１には、入射光の偏波状態に制限を受けることなく、安定的な光位相変調を行う光位相変調器が記載されている。
特許文献２には、比較的低い駆動電圧と、低いマイクロ波減衰量と、広い帯域幅を達成することができる導波型光デバイスが記載されている。
【特許文献１】特開平９−２４３９７６号公報
【特許文献２】特開平９−３０４７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、  この光導波路２、３を用いた光アッテネーター１の動作特性は、ヒータ４による加熱により２つの光導波路２及び３を導波する光の位相差がλ／２になった場合において出力が０となり、ヒータ４による加熱がない場合、即ち位相の変化がない場合において、入力された光がそのまま出力されることになり、０から１００％までの調整が可能となるはずである。しかし、実際には、光導波路２、３への入力損失、光導波路２、３の導波損失が存在するため、光アンプの併用が必要になる。さらに、分岐された光導波路２及び３は基板５の主面にしか形成することができないので、１次元に配列することは可能であっても、２次元に配列することは不可能である。また、光導波路２、３自体の作製工程に、複雑な拡散工程あるいは研磨工程を多く含み、低コスト化が容易でないという問題点が存在する。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、光アッテネーターに適用可能であり、構成が簡単且つ電気的に反射率が調整可能な反射率可変ミラー、及びその駆動方法を提供するものである。駆動方法としては、使用環境への適応、長期使用における寿命対策、故障対策等に有効な駆動方法を提供するものである。
また、本発明は、上記反射率調整ミラーを使用して容易な方法で作製できる光パワーアッテネーター、反射率可変ミラーの複数配列を可能した光パワーアッテネーターを提供するものである。
また、本発明は、使用環境への適応、長期使用における寿命対策、故障対策等に有効な光パワーアッテネーターの駆動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る反射率可変ミラーは、複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、薄膜の状態を制御して積層膜の反射率を変化させ、積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整するように構成する。
積層膜を構成する上記薄膜としては、相変化材料で形成することが好ましい。この場合、積層膜の薄膜に供給する熱エネルギーの調整で、積層膜の反射率を調整するように構成することができる。
また、積層膜は薄膜を発熱させる発熱機能を有するようになす。積層膜を構成する薄膜の両側に導電性膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の反射率可変ミラーでは、積層膜を構成する薄膜の状態を制御することにより、薄膜の屈折率が制御されて積層膜の光反射率が変化する。これによって、積層膜に照射された光の反射エネルギーが調整される。
薄膜を相変化材料で形成するときは、処理温度により相変化材料を一旦アモルファス状態にした後に他の結晶状態にすることにより、積層膜の光反射率の調整が可能になる。薄膜を発熱させる発熱機能を有するときは、発熱で薄膜の状態を制御し積層膜の光反射率の調整が可能になる。さらに、薄膜の両側に導電性膜を形成するときは、この導電性膜を通じて電流を流して発熱機能としてのヒータ膜を発熱させ、この発熱で薄膜の状態を制御できるので、電気的に積層膜の光反射率の調整が可能になる。
【００１１】
本発明に係る光パワーアッテネーターは、複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、薄膜の状態を制御して積層膜の反射率を変化させ、積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーが、光路中に配置され、光路で反射する光の光量を調整するように構成する。
本発明に係る光パワーアッテネーターは、複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、薄膜の状態を制御して積層膜の反射率を変化させ、前記積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーが、１つの基板に複数形成され、各々の反射率可変ミラーが複数の各々の光路中に配置され、各々の光路で反射する光の光量を各々調整するように構成する。
積層膜を構成する上記薄膜としては、相変化材料で形成することが好ましい。この場合、積層膜の薄膜に供給する熱エネルギーの調整で、積層膜の反射率及び透過率を変化させるように構成することができる。
また、積層膜は薄膜を発熱させる発熱機能を有するようになす。積層膜を構成する薄膜の両側に導電性膜を形成することができる。
【００１２】
本発明の光パワーアッテネーターでは、上記反射率可変ミラーが光路中に配置されるので、光路において反射する光の光量が調整される。また、本発明の光パワーアッテネーターでは、複数の上記反射率可変ミラーを１つの基板に形成し、この所謂マルチ配列の反射率可変ミラーを各々の光路中に各々の反射率可変ミラーが対応するように配置することにより、各々の光路において反射する光の光量が各々調整される。
薄膜を相変化材料で形成するときは、処理温度により相変化材料を一旦アモルファス状態にした後に他の結晶状態にすることにより、積層膜の光反射率が調整され、光路中においての反射光量の調整が可能になる。薄膜を発熱させる発熱機能を有するときは、発熱で薄膜の状態が制御され積層膜の光反射率が調整されて、光路中においての反射光量の調整が可能になる。さらに、薄膜の両側に導電性膜を形成するときは、上記したように電気的に積層膜の光反射率が調整され、電気的に光路中においての反射光量の調整が可能になる。
【００１３】
本発明に係る反射率可変ミラーの駆動方法は、複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、薄膜の状態を制御して積層膜の反射率を変化させ、積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーに対して、薄膜の状態を電気的にモニタしながら、反射率可変ミラーを駆動する。
反射率可変ミラーの積層膜を構成する上記薄膜としては、相変化材料で形成することが好ましい。積層膜の反射率の調整は、相変化材料を一旦アモルファス状態に戻した後に他の結晶状態にすることができる。
積層膜を構成する薄膜の状態を電気的にモニタする方法は、静電容量をモニタする方法を採り得る。
積層膜を構成する薄膜の状態を電気的にモニタして、反射率可変ミラーの状態を検査することができる。薄膜の状態を電気的にモニタして、反射率可変ミラーで反射する光の光量を調整することができる。
【００１４】
本発明の反射率可変ミラーの駆動方法では、積層膜を構成する薄膜の状態を電気的にモニタすることにより、薄膜の状態の切り替えをモニタでき、動作の信頼性が得られる。薄膜を相変化材料で形成するときは、薄膜の状態の切り替えを一旦アモルファス状態にしてから行うので、動作の安定性が高まる。
薄膜の状態のモニタを静電容量で行うときには、安定したモニタができる。薄膜の状態を電気的にモニタして反射率可変ミラーの光量（反射光量）を検査する、あるいは反射率可変ミラーの反射光量を調整ときは、動作の信頼性が得られる。
【００１５】
本発明に係る光パワーアッテネーターの駆動方法は、複数の異なる状態の夫々において異なる屈折率を有する薄膜を含む積層膜からなり、薄膜の状態を制御して積層膜の反射率を変化させ、積層膜に照射された光の反射エネルギーを調整する反射率可変ミラーが、光路中に配置され、光路で反射する光の光量を調整する光パワーアッテネーターに対して、薄膜を電気的にモニタしながら、光パワーアッテネーターを駆動する。
反射率可変ミラーを構成する上記薄膜としては、相変化材料で形成することが好ましい。光パワーアッテネーターの出力調整は、相変化材料を一旦アモルファス状態に戻した後に他の結晶状態にすることができる。
積層膜を構成する薄膜の状態を電気的にモニタする方法は、静電容量をモニタする方法を採り得る。
積層膜を構成する薄膜の状態を電気的にモニタして、光パワーアッテネーターの状態を検査することができる。薄膜の状態を電気的にモニタして、光パワーアッテネーターの光量を調整することができる。
【００１６】
本発明の光パワーアッテネーターの駆動方法では、上記反射率可変ミラーが光路中に配置され、反射率可変ミラーの積層膜を構成する薄膜を電気的にモニタして光パワーアッテネーターを駆動するので、光路中での反射率可変ミラーによる光量を適切に調整できる。
薄膜を相変化材料で形成するときは、薄膜の状態の切り替えを一旦アモルファス状態にしてから行うので、光パワーアッテネーターの動作の安定性が高まる。薄膜の状態のモニタを静電容量で行うときには、安定した光パワーアッテネーターの動作がモニタできる。薄膜の状態を電気的にモニタして光パワーアッテネーターの光量を検査する、あるいは光パワーアッテネーターの光量を調整するときは、動作の信頼性が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る反射率可変ミラーによれば、構成の簡単化を図ることができる。反射率可変ミラーのマルチ化が容易にできる。積層膜を構成する薄膜を相変化材料で形成することにより、相変化材料の光学状態を電気的にモニタすることができ、反射率可変ミラーの反射率を電気的に調整することができる。
【００１８】
本発明に係る光パワーアッテネーターによれば、上記反射率可変ミラーを使用するので、構成の簡単化を図ることができ、且つ容易な方法で作製することができる。光パワーアッテネーターのマルチ化が容易にできる。積層膜を構成する薄膜を相変化材料で形成することにより、相変化材料の光学状態を電気的にモニタすることができ、光パワーアッテネーターの光量を電気的に調整することができる。
【００１９】
本発明に係る反射率可変ミラーの駆動方法によれば、薄膜の状態を電気的にモニタすることにより、薄膜の状態の切り替えをモニタすることができ、動作の信頼性を高めることができる。薄膜を相変化材料で形成するときは、薄膜の状態を電気的にモニタした値を用いることがき、外部環境の変化、長期使用による材料特性の変化に応じて、薄膜の状態の切り替え時の入力信号を調整することができる。切り替え時においては、一旦アモルファス状態にしてから切り替えを行うので、動作の安定性を高めることができる。
【００２０】
本発明に係る光パワーアッテネーターの駆動方法によれば、上記反射率可変ミラーの積層膜を構成する薄膜の状態を電気的にモニタすることにより、薄膜の状態の切り替えをモニタすることができ、光パワーアッテネーターの動作の信頼性を高めることができる。薄膜を相変化材料で形成するときは、薄膜の状態を電気的にモニタした値を用いることがき、外部環境の変化、長期使用による材料特性の変化に応じて、薄膜の状態の切り替え時の入力信号を調整することができる。切り替え時においては、一旦アモルファス状態にしてから切り替えを行うので、動作の安定性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明による電気的に反射率が調整可能な反射率可変ミラー及びその駆動方法、反射率可変ミラーを使用した光パワーアッテネーター及びその駆動方法を説明する。
【００２２】
先ず、本発明の反射率可変ミラーに用いられる相変化材料について説明する。図１及び図２は、Ｇｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 からなる相変化材料（材料膜）の屈折率をｎ−ｉｋとしたときの、３５０ｎｍ〜１７００ｎｍまでの波長域におけるｎ，ｋの測定結果を示す。図１、図２中のパラメータとしては、結晶化温度（１７５℃、２５０℃、３２５℃、４００℃）が異なる結晶状態と、アモルファス状態との５条件である。このＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 からなる相変化材料は、加熱処理温度及び加熱後の冷却速度の違いにより、結晶化状態及びアモルファス状態など複数の状態をとり得る材料であり、光ディスク装置の記録材料にも用いられる材料である。
【００２３】
図１、図２において、●印はアモルファス状態のｎ，ｋ、▲印は１７５℃の結晶化状態のｎ，ｋ、□印は２５０℃の結晶化状態のｎ，ｋ、▲印は３２５℃のｎ，ｋ、◆印は４００℃の結晶化状態のｎ，ｋを示す。
図１、図２に示した結果から、相変化材料はアモルファス状態と結晶化状態との違いによる光学定数の差の他にも、結晶化温度の違いによる光学定数の違いがあることが認められる。より具体的な数値としては、１５５０ｎｍの波長に対して、結晶化温度１７５℃、２５０℃、３２５℃、４００℃において、結晶化状態とした屈折率ｎ（１７５）、ｎ（２５０）、ｎ（３２５）、ｎ（４００）及びアモルファス状態の屈折率ｎ（ａｍｏ）は、それぞれｎ（１７５）＝８．２７５１−４．７６６５ｉ、ｎ（２５０）＝８．２４９６−３．６８９４ｉ、ｎ（３２５）＝８．１８４４−３．１３０３ｉ、ｎ（４００）＝８．１６９５−３．０８１ｉ、ｎ（ａｍｏ）＝５．６２２４−０．９４６１０ｉとなっている。
【００２４】
本発明に係る反射率可変ミラーは、上述の図１、図２に示した相変化材料のような、光学特性が変化する材料膜を利用して構成される。
図３は本発明に係る反射率可変ミラーの一実施の形態の概略構成を示し、図４はその反射率可変ミラーの膜厚構成の一例を示す。本実施の形態に係る反射率可変ミラー１１は、透明基板、例えばガラス基板１２上に光学特性が変化する積層膜１３を形成し、この積層膜１３上に透明基板、例えばガラス基板１４を形成して構成される。この光学特性が変化する積層膜１３は、材料の処理条件の違いにより光学特性が変化する薄膜を含んだ積層膜から成り、その薄膜の光学特性の変化が反射率変化となるように積層膜が設計された構成となる。従って、この反射率可変ミラー１１は薄膜の材料の処理条件を調整して反射率を調整することが可能なミラーとなる。この反射率可変ミラー１１における積層膜１３の法線方向にビームスプリッタ１５が配置される。
【００２５】
反射率可変ミラー１１を構成する上記の光学特性が変化する積層膜１３は、その一例を図４に示すように、ガラス基板１２上に、シリコン膜（Ｓｉ）１７と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）１８と、図１、図２に示した光学変化を有する相変化材料膜（ＰＣ）１９と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）２０と、シリコン膜（Ｓｉ）２１と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）２２と、図１、図２に示した光学変化を有する相変化材料膜（ＰＣ）２３と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）２４と、シリコン膜（Ｓｉ）２５とが順次積層されて構成され、さらにその上にガラス基板１４が形成される。一具体例として、積層膜１３は、ガラス基板（ｎ＝１．５）１２、１０ｎｍ厚のシリコン膜（ｎ＝３．５）１７、２７０ｎｍ厚のシリコン窒化膜（ｎ＝２．０）１８、２０ｎｍ厚の相変化材料膜１９、１００ｎｍ厚のシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）２０：ｐａｒａ、１５０ｎｍ厚のシリコン膜（ｎ＝３．５）２１、１００ｎｍ厚のシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）２２：ｐａｒａ、２０ｎｍ厚の相変化材料膜２３、２７０厚のシリコン窒化膜（ｎ＝２．０）２４、１０ｎｍ厚のシリコン膜（ｎ＝３．５）２５、ガラス基板（ｎ＝１．５）１４からなる積層膜で構成される。図４では上下対称の膜構成となり、両面をアッテネータ（光スイッチ）に対応させている。
【００２６】
相変化材料の光学特性の変化により反射率可変ミラー１１の反射率変化の様子が理解できるように、図４の膜構成で：ｐａｒａと記載しているシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）２０及び２２の膜厚を０ｎｍから４００ｎｍまで変化させた場合の反射率可変ミラー１１の反射率の変化を図５に示す。反射率は、図３に示す入射光Ｌｉｎの入射角度が積層膜１３の法線方向のときの反射率である。なお、図３において、Ｌｏｕｔは積層膜３から反射してビームスプリッタ１５で反射して出力される出力光である。
【００２７】
図５において、●印はアモルファス状態の反射率Ｒ、▲印は１７５℃の結晶化状態の反射率ｒ、□印は２５０℃の結晶化状態の反射率Ｒ、▼印は３２５℃の反射率Ｒ、◆印は４００℃の結晶化状態の反射率Ｒを示す。
図５に示した結果から、シリコン酸化膜２０、２２の膜厚が３００ｎｍ付近においては反射率の変化がアモルファス状態の場合と結晶化状態との間で差がないが、シリコン酸化膜２０、２２の膜厚が１００ｎｍ付近においてはアモルファス状態と結晶化状態とで反射率が大きく変化し、且つ結晶化状態の場合でも処理温度の違いにより反射率が変化していることが認められる。
【００２８】
より具体的には、１５５０ｎｍの波長に対する、結晶化温度１７５℃、２５０℃、３２５℃、４００℃における結晶化状態での反射率Ｒ（１７５）、Ｒ（２５０）、Ｒ（３２５）、Ｒ（４００）、及びアモルファス状態の反射率Ｒ（ａｍｏ）は、それぞれＲ（ａｍｏ）＝０．２％、Ｒ（１７５）＝３７．２％、Ｒ（２５０）＝３１．３％、Ｒ（３２５）＝２８．１％、Ｒ（４００）＝２７．８％となっており、結晶化温度の違いにより反射率の調整がなされることが認められる。なお、この構成例においては、アモルファス状態の場合と結晶化状態の場合とで反射率が大きく異なっていると共に、アモルファス状態においては、その反射率が０．２％以下となっており、結晶化状態の場合と比較して極端に反射率が低くなっている。
【００２９】
次に、上記の反射率可変ミラー１１の反射率を調整するための構成及び反射率の調整方法を説明する。図６は、反射率可変ミラー１１の反射率を調整するための構成を示す。この反射率可変ミラー１１は、図４に示した材料の処理条件の違いにより光学特性が変化する相変化材料膜２３を含む積層膜１３と、積層膜１３の上面全面から両側に夫々延長するように（あるいは、積層膜１３の両端部上面から両側に延長し、一部互いに連結されるように）形成されたヒータとなる膜（いわゆるヒータ膜）２７と、積層膜１３の両側に延長するヒータ膜２７上に夫々形成した導体パターン２８Ａ，２８Ｂとを有して成る。ヒータ膜２７は、例えば膜厚１０ｎｍ程度の導電材料膜、本例ではシリコン膜で形成される。導体パターン２８Ａ，２８Ｂは、例えばアルミニウム等の低抵抗膜で形成され、光学スポット２９が当たらない位置に形成される。
【００３０】
この反射率可変ミラー１１に、導体パターン２８Ａ及び２８Ｂを通じてヒータ膜２７に電流を流す。即ち、電気信号の動作入力であるヒータ部分（積層膜１３上のヒータ膜）２７ａへの電流注入によりヒータ部分２７ａが加熱され、その付近の相変化材料膜２３が電気信号の入力状態に応じて加熱され、反射率可変ミラー１１の反射率が調整される。
【００３１】
図７、図８、図９は、反射率可変ミラー１１への電気信号の入力の違い（つまり電流注入波形の違い）により反射率を調整するための例を示す。相変化材料は、成膜後、一般的にアモルファス状態である。また、相変化材料は、図１、図２に示したように、その後の結晶化温度の違いにより結晶化温度に応じた光学特性を有することとなる。さらに、相変化材料を用いたＲＡＭタイプの光記録媒体と同様に、相変化材料を高温に加熱した後に急冷することにより、相変化材料はアモルファス状態とすることができる。
本実施の形態の反射率可変ミラー１１は、上記相変化材料の特性を利用し、相変化材料膜１９、２３の初期状態をアモルファス状態とし、その後、結晶化がなされる温度に加熱することにより、相変化材料膜１９、２３を結晶化させる。そして、ある条件において結晶化された相変化材料膜１９、２３を、他の条件の結晶化状態とするためには、より高温まで加熱した後に急冷して相変化材料膜１９、２３を初期状態のアモルファス状態に戻し、その後に所定の結晶化温度とする。これによって反射率を調整することができる。
【００３２】
図７は、比較的低温の結晶化状態とする場合におけるヒータへの注入電流の波形（Ｐ1 ）の例を示す。図８は、比較的高温の結晶化状態とする場合におけるヒータへの注入電流の波形（Ｐ2 ）を示す。図９は、アモルファス状態とする場合におけるヒータへの注入電流の波形（Ｐ3 ）を示す。
図７、図８、図９共に、横軸は時間であり、縦軸はヒータへの注入電流としたが、縦軸は供給エネルギー（ヒータパワー）としても表現は可能である。各図において、３１は冷却後に結晶化状態となるヒータパワーの領域（いわゆる設定パワー領域）、３２は冷却後にアモルファス状態となるヒータパワー領域（いわゆる消去パワー領域）を示す。なお、図７〜図９では複数の短パルス状のエネルギーを供給理を示している。ここでは、面内方向の熱伝導を抑制し、加熱領域内における熱分布が少なくなるように、供給エネルギーを複数の短いパルス状としているが、パルス状の波形が必ずしも必要であるとは限らない。
【００３３】
本実施の形態の反射率可変ミラー１１の反射率調整方法としては、上述したように、結晶化の温度を変えることにより反射率を調整することができるが、一度設定した反射率を変更する際には、アモルファス状態にした後に結晶化処理をすることにより、再現性よく反射率を調整することができる。
【００３４】
さらに、本実施の形態の反射率可変ミラー１１においては、相変化材料の状態とその誘電率との関係が強いことから、図４に示した構成で、各々の相変化材料膜１９、２３を挟むように導電性材料であるシリコン膜１７及び２０、シリコン膜２０及び２５が形成されており、この導電性材料間の静電容量をモニタすることにより、相変化材料膜１９、２３の状態をモニタすることができる。即ち、相変化材料膜１９、２３の状態を電気的にモニタすることができる。従って、本実施の形態の反射率可変ミラー１１は、電気的な信号の入力によりその反射率を調整できることに加えて、電気的な信号のモニタによりその状態をモニタすることができるという特徴を有する。
【００３５】
図１０は、本発明に係る光パワーアッテネーターの一実施の形態を示す。本実施の形態に係る光パワーアッテネーター４１は、共通の透明基板、例えばガラス基板４２に複数の入射光Ｌｉｎに対応して複数の上述した積層膜１３が形成されて複数の反射率可変ミラー１１が形成されてなる反射率可変ミラー装置４５を有し、反射率可変ミラー装置４５の上方に各反射率可変ミラー１１に対向するように共通のビームスプリッタ４３が配置されて成る。本例では、５つの入射光Ｌｉｎ〔Ｌｉｎ1 、Ｌｉｎ2 、Ｌｉｎ3 、Ｌｉｎ4 、Ｌｉｎ5 〕に対して、各々積層膜１３〔１３1 、１３2 、１３3 、１３4 、１３5 〕を有する５つの反射率可変ミラー１１〔１１1 、１１2 、１１3 、１１4 、１１5 〕が対応して例えば一列に配列され、それぞれ設定された反射率に応じた光量（反射光量）の出力光Ｌｏｕｔ〔Ｌｏｕｔ1 、Ｌｏｕｔ2 、Ｌｏｕｔ3 、Ｌｏｕｔ4 、Ｌｏｕｔ5 〕が得られるように構成される。
【００３６】
本実施の形態の光パワーアッテネーター４１では、各入射光Ｌｉｎ1 、Ｌｉｎ2 、Ｌｉｎ3 、Ｌｉｎ4 、Ｌｉｎ5 がビームスプリッタ４３を通じて各反射率可変ミラー１１1 、１１2 、１１3 、１１4 、１１5 に垂直に入射される。反射率可変ミラー１１1 、１１2 、１１3 、１１4 、１１5 でそれぞれ設定された反射率に応じて反射した反射光は、ビームスプリッタ４３で９０°反射され、上記それぞれ設定された反射率に基づいた光量の出力光Ｌｏｕｔ1 、Ｌｏｕｔ2 、Ｌｏｕｔ3 、Ｌｏｕｔ4 、Ｌｏｕｔ5 が出力される。
【００３７】
図１１は、本発明に係る光パワーアッテネーターの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る光パワーアッテネーター４７は、共通の透明基板、例えばガラス基板４２に複数、本例では３つの入射光Ｌｉｎ〔Ｌｉｎ1 、Ｌｉｎ2 、Ｌｉｎ3 〕に対応してそれぞれ上述した光学特性が変化する薄膜を有する積層膜４９〔４９1 、４９2 、４９3 〕が形成されて複数、即ち３つの反射率可変ミラー４８〔４８1 、４８2 、４８3 〕が形成されて成る。この光パワーアッテネーター４７では，基板４２に対して入射光Ｌｉｎ入射角及び出力光Ｌｏｕｔの出射角が所要の角度、本例では４５°の場合において最適化された反射率可変ミラー１１を用いており、各々の入射光Ｌｉｎに対して、各々の反射率可変ミラー１１が対応し、それぞれに応じた反射率が設定された光量（反射光量）の出力光Ｌｏｕｔが得られるように構成される。
【００３８】
図１２は、反射率可変ミラー４８を構成する上記の光学特性が変化する積層膜４９の実施の形態を示す。本実施の形態の積層膜４９１は、図１２に示すように、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層５１と、アルミニウム膜５２と、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜５３と、シリコン膜５４と、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜５５と、相変化材料膜（ＰＣ）５６と、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７（後述するように膜厚が０ｎｍを含む）と、シリコン酸化層５８とが順次積層して構成される。一具体例として、積層膜４９１は、シリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）、膜厚２００ｎｍのアルミニウム膜５２、膜厚２０ｎｍのシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）５３、膜厚６０ｎｍのシリコン膜５４、膜厚１００ｎｍのシリコン窒化膜（ｎ＝２．０）５５、膜厚８０ｎｍの相変化材料膜（前述の図１、図２に示した位相変調用液晶素子）５６、膜厚０〜４００ｎｍのＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７及びシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）５８からなる積層膜で構成される。シリコン酸化層５１、シリコン酸化層５８は、夫々図３の基板１２、１４に相当する。
【００３９】
図１３は、かかる積層膜４９１の構成において、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚をパラメータとして０ｎｍ〜４００ｎｍまで変化させた場合のＰ偏光の光に対する反射率の変化を示す。図１３において、●印はアモルファス状態の反射率Ｒ、▲印は１７５℃の結晶化状態の反射率Ｒ、□印は２５０℃の結晶化状態の反射率Ｒ、▼印は３２５℃の反射率Ｒ、◆印は４００℃の結晶化状態の反射率Ｒを示す。図１３に示した結果から、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚を設定することにより、反射率の可変範囲を調整できることが認められる。例えば、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚が約５０ｎｍの場合においては、約３２％〜４６％の範囲において反射率を調整できる光アッテネーターを構成することができる。また、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚が約１２０ｎｍの場合においては、約１８％〜２８％の範囲において反射率を調整できる光アッテネーターを構成することができる。
【００４０】
図１４は、図１１に示した光パワーアッテネーター４７の反射率可変ミラー  ４８を構成する積層膜４９の膜厚構成の他の実施の形態を示す。本実施の形態では、基板の表面に積層膜を配置した構成例である。本実施の形態に係る積層膜４９２は、図１４に示すように、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層５１と、アルミニウム膜５２と、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜５３と、シリコン膜５４と、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜５５と、相変化材料膜（ＰＣ）５６と、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７（後述するように膜厚が０ｎｍを含む）と、シリコン酸化膜５９とが順次積層して構成される。一具体例として、積層膜４９２は、シリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）、膜厚２００ｎｍのアルミニウム膜５２、膜厚２０ｎｍのシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）５３、膜厚２０ｎｍのシリコン膜５４、膜厚１０ｎｍのシリコン窒化膜（ｎ＝２．０）５５、膜厚１０ｎｍの相変化材料膜（前述の図１、図２に示した位相変調用液晶素子）５６、膜厚０〜４００ｎｍのＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７及び膜厚０．０１ｎｍのシリコン酸化膜（ｎ＝１．４７）５９からなる積層膜で構成される。シリコン酸化層５１は、図３の基板１２に相当する。
【００４１】
図１５は、かかる積層膜４９２の構成において、相変化材料の結晶化温度及びアモルファス状態をパラメータとしてＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚を０ｎｍ〜４００ｎｍまで変化させた場合のＰ偏光の光に対する反射率の変化を示す。図１３において、●印はアモルファス状態の反射率Ｒ、▲印は１７５℃の結晶化状態の反射率Ｒ、□印は２５０℃の結晶化状態の反射率Ｒ、▼印は３２５℃の反射率Ｒ、◆印は４００℃の結晶化状態の反射率Ｒを示す。この図１５に示した結果から、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚が５０ｎｍ付近と２２０ｎｍにおいては反射率の変化が殆どないが、ＺｎＳーＳｉＯ2 膜５７の膜厚の他の範囲においては反射率が相変化材料膜５６の処理温度により異なる反射率を示していることが認められる。本実施の形態の光パワーアッテネーター及び反射率可変ミラーは、基板の表面に積層膜が配置されていてもその動作が可能であることが分かる。
【００４２】
図１６は、本発明に係る光パワーアッテネーターの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る光パワーアッテネーター６１は、基板６３に複数、本例では８つの反射率可変ミラー６４〔６４1 〜６４8 〕が２次元的に配列されて構成される。各反射率可変ミラー６４は、それぞれ上述した光学特性が変化する積層膜６２〔６２1 〜６２8 〕を有し、積層膜６２の上面にヒータ膜６８が形成されると共に、ヒータ膜６８の両端に接続する電極（導電パターン）６６及び６７が形成されて成る。本例では、８つの反射率可変ミラー６４1 〜６４8 を２列に配列し、各反射率可変ミラー６４1 〜６２8 の各ヒータ膜６８の一端に個別電極６６1 〜６６8 が接続され、各ヒータ膜６８の他端に各電極が共通電極６７が接続される。この共通電極６７は、反射率可変ミラー６４が２列に配列された中央部分を横切るように形成される。なお、積層膜６２は、上述したようにそれぞれ材料の処理条件の違いにより光学特性が変化する薄膜、例えば相変化材料膜を含む積層膜で形成される。
そして、各反射率可変ミラー６４に個別の入射光が入射され、反射されて各反射率可変ミラー６４の光学特性、即ち反射率に応じた光量の出力光が得られる。６９は光スポット位置を示す。
【００４３】
本実施の形態の光パワーアッテネーター６１によれば、前述の図１に示した光導波路を用いた従来の光パワーアッテネーターにおいては実現出来なかった、マルチ配列の反射率可変ミラーを有する光パワーアッテネーターを構成することができる。
【００４４】
上述の実施の形態で説明した反射率可変ミラー及び光パワーアッテネーターは、本発明の構成例の一部である。本発明は、外部からのエネルギーの投入により光学特性が変化する薄膜を有する積層膜の光学特性が変化することにより反射率が調整できるようにした反射率可変ミラー、及びその反射率可変ミラーを有する光パワーアッテネーターに関する発明である。
【００４５】
前述の図３、図１０に示した反射率可変ミラー１１、４１、及びこの反射率可変ミラー１１、４１を用いた光パワーアッテネーターは、基板に対して光が垂直に入射していることから、光の偏光方向の影響を受けないという特性を有するので、円偏光の入射光にもそのまま対応させることが可能である。すなわち図示しないが、ビームスプリッタを偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）として、ビームスプリッタと反射率可変ミラーとの間に１／４波長板を配置することもできる。
【００４６】
なお、図４、図１２に示した構成の反射率可変ミラーにおいては、両側にガラス基板が配置されている例を示したが、一方の側が塗布型の材料、例えばＵＶ硬化型の接着剤であってもよい。
【００４７】
上述の実施の形態においては、相変化材料としてＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 を例に用いて説明したが、本発明の反射率可変ミラー、光パワーアッテネーター及び光パワーアッテネーターの駆動方法、使用方法においては、相変化材料をＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 に限定しなくても、多層膜の透過率・反射率を最適設計を行うことができるので、相変化材料の材質はＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 に限定されない。さらに、実施の形態の反射率可変ミラーの説明において、波長として１５５０ｎｍを例に用いて説明したが、本発明の反射率可変ミラーの適用範囲は、１５５０ｎｍの波長域に限定されることはなく、多層膜の透過率・反射率の最適設計を１３００ｎｍ帯に関して行うことにより、１３００ｎｍ帯での使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の説明に供する結晶化温度とアモルファス状態をパラメータとした相変化材料の屈折率ｎと波長との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の説明に供する結晶化温度とアモルファス状態をパラメータとした相変化材料の虚数屈折率ｋと波長との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る反射率可変ミラーの一実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】図３の反射率可変ミラーを構成する積層膜の膜構造を示す断面図である。
【図５】相変化材料の結晶化温度とアモルファス状態をパラメータとして、図４の積層膜のシリコン酸化膜の膜厚と反射率の関係を示すグラフである。
【図６】Ａ〜Ｂ  本発明の一実施の形態に係る反射率可変ミラーの具体的構成図である。
【図７】相変化材料を比較的低温の結晶化状態とする場合のヒータへの注入電流の波形を示す電流波形図である。
【図８】相変化材料を比較的高温の結晶化状態とする場合のヒータへの注入電流の波形を示す電流波形図である。
【図９】相変化材料をアモルファス状態とする場合のヒータへの注入電流の波形を示す電流波形図である。
【図１０】本発明に係る光パワーアッテネーターの一実施の形態を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る光パワーアッテネーターの他の実施の形態を示す構成図である。
【図１２】図１１の反射率可変ミラーの積層膜の一実施の形態を示す断面図である。
【図１３】相変化材料の結晶化温度とアモルファス状態をパラメータとして、図１２の積層膜を構成するＺｎＳーＳｉＯ2 膜の膜厚と反射率の関係を示すグラフである。
【図１４】図１１の反射率可変ミラーの積層膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１５】相変化材料の結晶化温度とアモルファス状態をパラメータとして、図１４の積層膜を構成するＺｎＳーＳｉＯ2 膜の膜厚と反射率の関係を示すグラフである。
【図１６】本発明に係るマルチ配列の反射率可変ミラーを用いた光パワーアッテネーターの他の実施の形態を示す構成図である。
【図１７】従来の光アッテネーターの例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１、１１1 〜１１5 ・・・反射率可変ミラー、１２、１４・・・透明基板、１３、１３1 〜１３5 ・・・積層膜、４・・・透明部材、１５、４３・・・ビームスプリッタ、、１７、２５・・・シリコン膜、１８、２４・・・シリコン窒化膜、１９、２３・・・相変化材料膜、２０、２２・・・シリコン酸化膜、４１、４７、６１・・・光パワーアッテネーター、４８〔４８1 〜４８5 〕・・・反射率可変ミラー、４９〔４９1 〜４９5 〕・・・積層膜、４９１、４９２・・・積層膜、５１、５３、５８・・・シリコン酸化膜、５２・・アルミニウム膜、５４・・・シリコン膜、５５・・・シリコン窒化膜、５６・・・相変化材料膜、５７・・・ＺｎＳーＳｉＯ2 膜、５９・・・シリコン酸化膜、６２〔６２1 〜６２5 〕・・・積層膜、６３・・・基板、６４〔６４1 〜６４5 〕・・・反射率可変ミラー、６９・・・光スポット
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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