(57)【要約】【課題】 小形軽量化が可能であると共に、製作が容易で低コスト・大量生産が可能あり、また、応答速度が速く、駆動電力が小さな可変光減殺器を提供する。【解決手段】第１溝110、第２溝130、第３溝を有する基板100と、基板に一側面が連結されて第１溝内に形成され、第１溝110の内面から離隔して形成される弾性体111と、弾性体111に連結されて第２溝内に形成され、第２溝130の内面から離隔して形成される可動部131と、可動部の先端に連結されて第２溝内に形成され、第２溝の内面から離隔して形成されるマイクロミラーと、マイクロミラーの両側の第３溝内に形成され、マイクロミラーの変位に従って光を入出力する入出力ファイバー211,212と、弾性体を含む可動部上に形成され、入力光ファイバーから出力光ファイバーへの光量を調節するように、外部の電気的信号に従って可動部及びマイクロミラーを垂直駆動させるコイル132とを含む。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３溝を有する基板と、
前記基板に一側面が連結され、前記第１溝内に形成され、前記第１溝の内面から離隔して形成される弾性体と、
前記弾性体に連結され、前記第２溝内に形成され、前記第２溝の内面から離隔して形成される可動部と、
前記可動部の先端に連結され、前記第２溝内に形成され、前記第２溝の内面から離隔して形成されるマイクロミラーと、
前記マイクロミラー両側の前記第３溝内に形成され、前記マイクロミラーの変位に従って光を入力及び出力させるための入力光ファイバー及び出力光ファイバーと、
前記弾性体を含む前記可動部上に形成され、前記入力光ファイバーから前記出力光ファイバーへの光量を調節するように、外部の電気的信号に従って前記可動部、及びマイクロミラーを垂直駆動させるコイルとを含んでいることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記第１溝と第３溝は、同一方向に互いに平行に形成される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】
前記第２溝は、前記第１溝と第３溝の間に形成され、前記第１、第３溝に対して垂直な方向に形成されることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項４】
前記基板の上／下部、または基板の両側の領域のうち、少なくとも何れか一箇所に位置し、前記コイルに磁界を与える磁石をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項５】
前記磁石は、永久磁石、または微細伝導線が巻かれた電磁石であることを特徴とする請求項４記載の可変光減衰器。
【請求項６】
前記弾性体の中心領域には貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項７】
前記弾性体は、カンチレバーまたはトーションビームの形式であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項８】
前記マイクロミラーは、前記基板の表面に対して垂直に形成されることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項９】
前記コイルは、螺旋状であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項１０】
前記コイルは、
第１、第２電極パッドと、
前記第１電極パッドに連結される下部導電線と、
前記第２電極パッドに連結される上部導電線と、
前記下部導電線と、上部導電線とを電気的に連結するコアとを含んでいることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項１１】
前記基板は、下部面に前記第１、第２、第３溝に対応するように貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信網で使用される光スイッチ素子に関し、特に、マイクロミラーを有する可変光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、急増する多様な形態の情報を効果的に伝送するために、波長分割多重化光通信システムが活発に開発されて、供給されてきた。
かかる光通信システムでは、波長が各々異なる複数個の光源にそれぞれ異なる情報を保存した後、これを多重化して、一つの光ファイバーを介して伝送する。
そして、受信端では、この多重化した信号を逆多重化して分離した後、各波長別に光信号を受信する。
【０００３】
一方、光信号を長距離伝送するためには、光信号の減少を考慮し、伝送の中間で光増幅器を使用することが必須である。この際、光増幅器の利点や逆多重化器の特性が波長によって異なるので、各波長別の光出力が互いに異なるように現れる。
もし、このような状態で多重化した後伝送されると、波長別光出力の均一性が失われて信号の特性が低下し、そして、究極的には伝送不可能になる。
【０００４】
したがって、各波長別光信号の強度を均一にするためには、可変光減衰器が必要である。
一般に、光減衰器は、光信号が最も小さい波長を基準にして、他波長の信号を減少させる役割を果たす。
【０００５】
従来技術の光減衰器は、例えば、モータを用いて機械的に光ファイバーを動かす素子、微細電子機械システム（microelectromechanical system：ＭＥＭＳ）アクチュエータを用いた素子、光ファイバーの一部を研いだ後、その表面に特殊物質をコーティングした素子、及びシリカ基板上に熱光学効果を用いたマハゼンダー干渉系型光変調器（Mach−Zehnder interferometric modulator）素子などが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、機械的な光減衰器と光ファイバーを研いで作った光減衰器などは、大きさが大きく、他の光素子との集積が不可能であるという問題点がある。そして、ＭＥＭＳ素子と、シリカ素子を用いた光減衰器は、駆動電圧、及び電力の消耗が多い。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、小形化及び軽量化の可能な可変光減衰器を提供することにある。
【０００８】
他の目的として、製作が簡単かつ容易であり、低コストで大量生産が可能な可変光減衰器を提供することにある。
また他の目的として、応答速度が速く、駆動電力が小さい可変光減衰器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による可変光減衰器は、第１、第２、第３溝を有する基板と、前記基板に一側面が連結され、前記第１溝内に形成され、前記第１溝の内面から離隔して形成される弾性体と、前記弾性体に連結され、前記第２溝内に形成され、前記第２溝の内面から離隔して形成される可動部と、前記可動部の先端に連結され、前記第２溝内に形成され、前記第２溝の内面から離隔して形成されるマイクロミラーと、前記マイクロミラーの両側の前記第３溝内に形成され、前記マイクロミラーの変位に従って光を入力及び出力させる入力光ファイバー及び出力光ファイバーと、前記弾性体を含む前記可動部上に形成され、前記入力光ファイバーから前記出力光ファイバーへの光量を調節するように、外部の電気的信号に従って前記可動部、及びマイクロミラーを垂直駆動させるコイルと、を含んでいることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記第１溝と第３溝は、同一の方向に互いに平行に形成され、前記第２溝は、前記第１溝と第３溝の間に形成され、前記第１、第３溝に対して垂直な方向に形成される。
【００１１】
そして、前記基板の上／下部、または基板の両側の領域のうち少なくとも何れか一箇所に位置し、前記コイルに磁界を与える磁石をさらに含んでいる。
ここで、前記磁石は、永久磁石、または微細伝導線が巻かれた電磁石である。
【００１２】
そして、前記弾性体の中心領域には貫通孔が形成され、前記弾性体は、カンチレバーまたはトーションビームの形式である。
また、前記マイクロミラーは、前記基板の表面に対して垂直に形成され、前記コイルは、螺旋状からなる。
【００１３】
前記コイルは、第１、第２電極パッドと、前記第１電極パッドに連結される下部導電線と、前記第２電極パッドに連結される上部導電線と、前記下部導電線と、上部導電線とを電気的に連結するコアとを含んでいる。
また、前記基板の下部面には、前記第１、第２、第３溝に対応するように貫通孔が形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、電磁力で駆動するマイクロミラーを半導体一貫製造工程と、マイクロマシーニング技術を用いて製造することで、小形の軽量化したインターフェース部品を実現することができ、部品単価を節減できる。また、応答速度が速く、駆動電力が顕著に低められ、光ファイバーなどと一体化して実現できる。
また、本発明は、可変光減衰器を拡張して、ｎチャンネル光追加／抽出マルチプレキサーの抽出モジュールに実現できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１Ａと図１Ｂは、本発明による電磁力駆動マイクロミラーを用いた可変光減衰器の斜視図で、図２は本発明による電磁力駆動マイクロミラーを使用した可変光減衰器の平面図である。図１Ａは、光ファイバーが装着される前の可変光減衰器で、図１Ｂは、光ファイバーが装着された後の可変光減衰器である。
【００１６】
図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示すように、本発明の可変光減衰器は、第１、第２、第３溝１１０、１３０、１５０を有する基板１００と、弾性体１１１と、可動部１３１と、マイクロミラー１７０と、入／出力光ファイバー２１１、２１２と、コイル１３２とで構成されている。ここで、基板１００に形成される第１溝１１０と第３溝１５０は、同一の方向に互いに平行に形成され、第２溝１３０は、第１溝１１０と、第３溝１５０の間に形成され、第１、第３溝１１０、１５０に対して垂直な方向に形成される。
【００１７】
弾性体１１１は、基板１００に一側面が連結され、第１溝１１０内に形成され、第１溝１１０の内面から離隔して形成される。ここで、弾性体１１１の中心領域には貫通孔１１２が形成され、弾性体は、カンチレバーまたはトーションビームの形式に形成できる。
【００１８】
可動部１３１は、弾性体１１１に連結され、第２溝１３０内に形成され、第２溝１３０の内面から離隔して形成され、マイクロミラー１７０は、可動部１３１の先端に連結され、第２溝１３０内に形成され、第２溝１３０の内面から離隔して形成される。ここで、マイクロミラー１７０は、基板１００の表面に対して垂直に形成される。
【００１９】
入／出力光ファイバー２１１、２１２は、マイクロミラー１７０の両側の第３溝１５０内に形成され、マイクロミラー１７０の変位に従って光を入／出力する。
次いで、コイル１３２は、弾性体１１１を含む可動部１３１上に形成され、入力光ファイバー２１１から出力光ファイバー２１２への光量を調節するように、外部の電気的信号に従って可動部１３１、及びマイクロミラー１７０を垂直駆動させる。
【００２０】
ここで、コイル１３２は、螺旋状に形成され、コイル１３２は、第１、第２電極パッド１６１、１６２と、第１電極パッド１６１に連結される下部導電線１３２ｃと、第２電極パッド１６２に連結される上部導電線１３２ａと、下部導電線１３２ｃと上部導電線１３２ａとを電気的に連結するコア１３２ｂとを備えている。
場合によっては、基板１００に第１、第２、第３溝１１０，１３０，１５０を形成する代わりに貫通孔を形成することもできる。
【００２１】
また、基板１００の下部面に第１、第２、第３溝１１０、１３０、１５０に対応するように貫通孔を形成することもできる。
そして、第１、第２、第３溝１１０、１３０、１５０は、トレンチ形状またはグルーブ形状の溝であることが好ましい。
【００２２】
このように構成された本発明の可変減衰器は、基板１００の上下部、または側面の領域に永久磁石などを配置して外部磁界を印加し、第１、第２電極パッド１６１、１６２の間に電流を印加すると、電極ライン１１３ａ、１１３ｂを介してコイル１３２に電流が印加され、永久磁石による外部磁界と、コイルに流れる電流との相互作用により、コイルが形成された可動部１３１にトルクが加えられる。この際、可動部１３１に加えられる電磁気力の方向や大きさは、コイル１３２に印加される電流の方向と強度を調節することで任意に調節することができ、永久磁石による外部磁界の方向や大きさによっても調節可能である。
【００２３】
そして、電磁気力駆動によって可動部１３１に変位が発生すると、弾性体１１１によって変位に大きさが比例し、かつ方向は逆である弾性復元力が作用する。
したがって、可動部１３１の変位で可動部１３１の先端に形成されたマイクロミラー１７０は、図２に示すように、入力光ファイバー２１１から入力される光を反射させたり、または出力光ファイバー２１２に通過させる。したがって、本発明に従う可変光減衰器は、マイクロミラー１３０の位置によって入力光ファイバー２１１から出力光ファイバー２１２に伝達されるレーザー光の量を調節できる。
【００２４】
図３は、本発明による可変光減衰器の可動部上に形成されたコイルの構造と、作動原理を説明するための図面であり、可動部の上部に形成されたコイル１３２は、導電性物質からなるコア１３２ｂと、コア１３２ｂの一方に螺旋状に連結された上部導電線１３２ａと、コア１３２ａの外側に連結された下部導電線１３２ｃとで構成されている。
上部導電線１３２ａと下部導電線１３２ｃは、それぞれ電極ライン１１３ｂ、１１３ａを介して第１電極パッドと、第２電極パッドとに独立的に連結される。ここで、コイル１３２の上部導電線１３２ａと下部導電線１３２ｃは、絶縁層によって絶縁される。
【００２５】
コイルの作動原理を説明すると、電流が流れる場合、下部導電線１３２ｃは、一つの電極ライン１３２ｂを介して印加される電流（Ｉ）をコイル中心部のコア１３２ａに伝達し、この電流は、実質的なコイルの役割を果たす上部導電線１３２ａを介して他の電極ライン１３２ａに再び流れ出る。
【００２６】
電流方向が反対である場合、これと逆の経路を介して電流が流れる。したがって、図３に示すように、外部磁界による磁束（Ｂ）が形成される場合、コイルにはコイルに流れる電流（Ｉ）による磁気双電極モーメント(ｍ）と相互作用して、ｍ×Ｂのトルクが形成される。従って、コイル電流（Ｉ）による磁気双電極モーメント（ｍ）の方向や大きさを制御したり、外部磁界（Ｂ）の大きさや方向を制御して、可動部及びマイクロミラーに作用するトルクの方向や大きさを制御できる。
【００２７】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に従う可変光減衰器の動作のためにマイクロミラーの電磁力駆動を示した図面であり、まず、図４Ａでコイル１３２に電流が印加されていない状態では、マイクロミラー１７０の反射面が入力光ファイバーから入力される光を遮断して、入力光ファイバーに反射させる。
【００２８】
反面、図４Ｂに示すように、コイル１３２に所定の電流が印加され、可動部１３１及びマイクロミラー１７０に変位が生じると（図４ｂで'Ａ'状態から'Ｂ'状態に移動）、マイクロミラー１７０の位置が光路から外れ、入力光ファイバーから入力される光を出力光ファイバーに通過させる。この際、コイル１３２に印加される電流量を調節すると、可動部１３１及びマイクロミラー１７０の変位を調節でき、入力光ファイバーから出力光ファイバーに通過される光の量を調節できる。
【００２９】
即ち、可動部１３１及びマイクロミラー１７０の変位で入力光ファイバーから伝送された光の一部、または全体を出力光ファイバーに伝達する。したがって、本発明の可変光減衰器は、スイッチングされる光の量を線形的に調節可能となるのである。
【００３０】
ここで、可動部１３１は、コイル１３２に印加される電流の方向に従って、図４Ｂに示すように、＋ｑｘ方向か−ｑｘ方向に回転し、両駆動方向共に可変光減衰器に使用することが可能である。
【００３１】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に従う可変光減衰器に永久磁石が装着されている状態を示す斜視図であり、図５Ａに示すように、可変光減衰器のマイクロミラーが形成された可動部の上部にあるコイルに磁界を供給するために、可変光減衰器の基板１００の下部に永久磁石３１０を装着する。ここで、可変光減衰器の上部、または何れかの側面に永久磁石を装着することもできる。
【００３２】
他の方法として、図５Ｂに示すように、可変光減衰器の一方と他方に永久磁石３１１、３１２を装着できる。同様に、２つ以上の磁石を基板の上下部と、両側面に同時に配置することも可能である。
また、永久磁石の代わりに微細伝導線を巻いて構成された電磁石などを使用して、磁界を供給することも可能である。
【００３３】
図６Ａ乃至図６Ｃは、本発明に従う可変光減衰器のマイクロミラー移動変位に従って、光の透過程度を示す図面であり、まず、図６Ａでコイルに電流を印加していない場合、可変光減衰器は、マイクロミラー１７０によって入力光ファイバー２１１から出射されるレーザービーム全体が反射され、出力光ファイバー２１２から完全に遮断される反射モードを有する。
【００３４】
図６Ｂ及び図６Ｃは、コイルに電流が印加され、マイクロミラーが光路を外れた位置に変位が発生した場合であり、図６Ｂでは入力光ファイバー２１１から出射されるレーザービームのうち、マイクロミラー１７０によって反射されるレーザービームを除いた残りの部分が直進して、出力光ファイバー２１２に伝送される。この際、マイクロミラー１７０の変位に従って出力光ファイバー２１２に伝達されるレーザービームの光パワーを調節できる。
【００３５】
また、図６Ｃではマイクロミラー１７０が入力光ファイバー２１１から出射されるレーザービームの光路から完全に外れ、出射されたレーザービーム全体が出力光ファイバー２１２に伝送される。
上述したように、本発明に従う可変光減衰器は、上記の三つの光入出力モードを提供することで、可変光減衰器の機能を向上させるという長所がある。
【００３６】
一方、本発明に従う可変光減衰器を拡張して、基板に複数個の溝や貫通孔を形成した後、溝や貫通孔内に弾性体、可動部、マイクロミラー、光ファイバーが配列されるように製作することもできる。
【００３７】
このような可変光減衰器は、任意のｎ個の入力端と出力端とを選別的に連結するｎチャンネル光追加／抽出マルチプレキサーの抽出モジュールとして使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】光ファイバーが装着前の本発明による電磁力駆動マイクロミラーを用いた可変光減衰器の斜視図である。
【図１Ｂ】光ファイバーが装着後の本発明による電磁力駆動マイクロミラーを用いた可変光減衰器の斜視図である。
【図２】本発明による電磁力駆動マイクロミラーを使用した可変光減衰器の平面図である。
【図３】本発明による可変光減衰器の可動部上に形成されたコイルの構造と、作動原理を説明するための図である。
【図４】Ａ、Ｂは、本発明による可変光減衰器の動作のためにマイクロミラーの電子力駆動を説明するための図である。
【図５Ａ】本発明による可変光減衰器に永久磁石が装着されている状態を示す斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の別の形態による可変光減衰器に永久磁石が装着されている状態を示す斜視図である。
【図６】ＡないしＣは、本発明による可変光減衰器のマイクロミラー移動変位に従って光の透過程度を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００：基板    １１０，１３０，１５０：ホーム    １１１：弾性体
１１２：貫通孔  １１３ａ、１１３ｂ：電極ライン    １３１：可動部
１３２：コイル  １３２ａ：上部導電線    １３２ｂ：コア
１３２ｃ：下部導電線    １６１，１６２：第１，第２電極パッド
１７０：マイクロミラー  ３１０，３１１，３１２：永久磁石
２１１，２１２：入／出力光ファイバー
【図１Ａ】
2005037940.tif 000003
【図１Ｂ】
2005037940.tif 000004
【図２】
2005037940.tif 000005
【図３】
2005037940.tif 000006
【図４】
2005037940.tif 000007
【図５Ａ】
2005037940.tif 000008
【図５Ｂ】
2005037940.tif 000009
【図６】
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