(57)【要約】【課題】  光信号の強度配分が可変である小型で安価な光デバイス及び光分岐方法を提供する。【解決手段】  光スプリッター１は平面型光導波路２を有し、この平面型光導波路２には、光信号を入力する入力光導波路コア３と、光信号を出力する出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄとが設けられている。各出力光導波路４Ａ〜４Ｄは、溝部５Ａ〜５Ｄを介して入力光導波路コア３に分岐接続されている。平面型光導波路２上には、ミラー構造体６が設けられている。ミラー構造体６は、溝部５Ａ〜５Ｄに配置され、入力光導波路コア３からの光信号を各出力光導波路４Ａ〜４Ｄに向けて反射させる可動ミラー７Ａ〜７Ｄと、各可動ミラー７Ａ〜７Ｄを移動させる駆動部８Ａ〜８Ｄとを有している。可動ミラー７Ａ〜７Ｄの位置を任意に設定することで、光スプリッター１の分岐比を任意に変えることができる。【選択図】  図１
2005091753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光導波路と、
前記第１光導波路に空間を介して分岐接続された複数の第２光導波路と、
前記空間内に配置され、前記第１光導波路及び前記第２光導波路のいずれか一方からの光信号を他方に向けて反射させる複数の可動ミラーと、
前記複数の可動ミラーを独立に駆動させる複数の駆動部とを備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記可動ミラーの光反射部エッジ角をθ、前記可動ミラーに対する前記光信号の入射角をαとしたときに、０＜θ≦９０°＋αの関係を有していることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、平面型光導波路で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光デバイス。
【請求項４】
前記平面型光導波路には、前記空間を形成する複数の溝部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
【請求項５】
前記溝部内には屈折率整合剤が充填されていることを特徴とする請求項４記載の光デバイス。
【請求項６】
前記第１光導波路と前記第２光導波路との配列ピッチ、前記第２光導波路同士の配列ピッチは５００μm以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の光デバイスを用意し、
前記複数の駆動部により前記複数の可動ミラーの位置を設定することにより、前記各可動ミラーにおける反射光量と通過光量との比率を個別に設定し、その状態で、前記第１光導波路に光信号を入力することを特徴とする光分岐方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信で用いられる光スプリッター等の光デバイス及び光分岐方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光スプリッターの中には、各出力ポートを通る光信号の強度配分（分岐比）が可変なものがある。このような分岐比可変スプリッターとしては、例えば特許文献１に記載されているように、光ファイバを機械的に動かして分岐比を変えるようにしたものが知られている。
【特許文献１】米国特許６２３６７８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、光ファイバを機械的に動かすための大きな駆動部が必要となる。このため、光スプリッターが全体として大型になると共に、コストが高くなる。
【０００４】
本発明の目的は、光信号の強度配分が可変である小型で安価な光デバイス及び光分岐方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光デバイスは、第１光導波路と、第１光導波路に空間を介して分岐接続された複数の第２光導波路と、空間内に配置され、第１光導波路及び第２光導波路のいずれか一方からの光信号を他方に向けて反射させる複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーを独立に駆動させる複数の駆動部とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このような光デバイスは、例えば第１光導波路を入力光導波路とし、複数の第２光導波路を出力光導波路とすることで、光スプリッターとして使用することができる。この場合には、複数の駆動部により複数の可動ミラーの位置を設定することにより、各可動ミラーにおける反射光量と通過光量との比率を個別に設定する。このとき、入力光導波路（第１光導波路）に入力された光信号のうち、可動ミラーで反射された光は、出力光導波路（第２光導波路）を通って出力され、可動ミラーで反射されなかった残りの光は、空間内を通過して入力光導波路に入射され、次段の可動ミラーに向かい、同様の動作が行われる。これにより、入力光導波路に入力された光信号は、各可動ミラーの反射光量に応じた光強度配分（分岐比）で分岐され、各出力光導波路から出力されることになる。このように複数の可動ミラーの位置を調整するだけで、光強度配分を任意に変えることができるので、光強度配分が可変な光デバイスの小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【０００７】
好ましくは、可動ミラーの光反射部エッジ角をθ、可動ミラーに対する光信号の入射角をαとしたときに、０＜θ≦９０°＋αの関係を有している。ここで、「可動ミラーの光反射部エッジ角」とは、可動ミラーの光反射面と当該光反射面のエッジにつながる面とのなす角をいう。このような構成とすることにより、第１光導波路を通る光信号のうち、可動ミラーの光反射面で反射される光以外の光は、確実に空間内を通過して次段の可動ミラーに向かうようになる。これにより、信号光の挿入損失を低減することができる。
【０００８】
また、好ましくは、第１光導波路及び第２光導波路は、平面型光導波路で形成されている。この場合には、第１光導波路と第２光導波路との配列ピッチ、第２光導波路同士の配列ピッチを狭くしつつ、低損失の光デバイスを実現することができる。これにより、光デバイスを更に小型にすることが可能となる。
【０００９】
平面型光導波路には、空間を形成する複数の溝部が設けられているのが好ましい。この場合には、第１光導波路及び複数の第２光導波路を有する平面型光導波路を形成した後、第１光導波路と第２光導波路との接続部分に溝部を形成すればよいので、可動ミラーを配置するための空間を容易に作ることができる。
【００１０】
溝部内には屈折率整合剤が充填されているのが好ましい。これにより、第１光導波路及び第２光導波路を構成するコア部の屈折率と溝部内の屈折率とが整合するので、光信号の挿入損失を低減することができる。
【００１１】
さらに、好ましくは、第１光導波路と第２光導波路との配列ピッチ、第２光導波路同士の配列ピッチは５００μm以下である。これにより、光デバイスの小型化を図ることができる。
【００１２】
本発明の光分岐方法は、上述した光デバイスを用意し、複数の駆動部により複数の可動ミラーの位置を設定することにより、各可動ミラーにおける反射光量と通過光量との比率を個別に設定し、その状態で、第１光導波路に光信号を入力することを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、入力光導波路（第１光導波路）に入力された光信号は、各可動ミラーの反射光量に応じた光強度配分（分岐比）で分岐され、各出力光導波路（第２光導波路）から出力されることになる。このように複数の可動ミラーの位置を調整するだけで、分岐比を任意に変えることができるので、分岐比が可変な光デバイスの小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、例えば光デバイスを光スプリッターとして使用する場合に、光デバイスの小型化及び低コスト化を図りつつ、光信号の強度配分（分岐比）を容易に変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係わる光デバイス及び光分岐方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係わる光デバイスの一実施形態を示す平面図である。同図において、本実施形態の光デバイス１は、１つの入力ポートに対して複数の出力ポートをもった光スプリッターである。
【００１７】
光スプリッター１は、石英ガラス等で形成された平面型光導波路２を有している。平面型光導波路２には、光信号を入力する１本の入力光導波路コア３と、光信号を出力する複数本（ここでは４本）の出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄとが設けられている。各出力光導波路４Ａ〜４Ｄは、平面型光導波路２の上面に開口する溝部５Ａ〜５Ｄを介して入力光導波路コア３に分岐接続されている。
【００１８】
溝部５Ａ〜５Ｄによって形成された空間内には、入力光導波路コア３及び出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄの屈折率と溝部５Ａ〜５Ｄの内部の屈折率とを合わせるための屈折率整合剤（マッチングオイル）が満たされている。屈折率整合剤としては、例えばシリコンオイル等が使用される。これにより、平面型光導波路２と溝部５Ａ〜５Ｄとの境界面における光反射を低減できる。
【００１９】
このような平面型光導波路２を用いることにより、各光路の配列ピッチを狭くしつつ、光スプリッター１の低損失化を実現することが可能となる。これにより、高精度な光スプリッター１の小型化に寄与することができる。例えば、平面型光導波路２の端部において、入力光導波路コア３と出力光導波路コア４Ａとの配列ピッチＰ１は５００μｍ以下であり、各出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄのうち隣合う出力光導波路コア同士の配列ピッチＰ２も５００μｍ以下である。
【００２０】
このような平面型光導波路２上には、ミラー構造体６が設けられている。ミラー構造体６は、小型化の観点から微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて製作されたものであり、導電性を有するシリコン等で形成されている。ミラー構造体６は、複数（ここでは４つ）の可動ミラー７Ａ〜７Ｄと、各可動ミラー７Ａ〜７Ｄを水平方向（図示矢印方向）に移動させる複数（ここでは４つ）の駆動部８Ａ〜８Ｄとを有している。
【００２１】
可動ミラー７Ａ〜７Ｄは、平面型光導波路２の溝部５Ａ〜５Ｄに配置され、入力光導波路コア３からの光信号を各出力光導波路４Ａ〜４Ｄに向けて反射させる。駆動部８Ａは、図２に示すように、ミラー構造体６の基板１１（図４参照）上に片持ち支持された櫛歯型の可動電極９と、この可動電極９に対して平行に延びるようにミラー構造体６の基板１１（図４参照）上に固定された櫛歯型の固定電極１０とを有し、可動電極９の先端に上記の可動ミラー７Ａが固定されている。なお、駆動部８Ｂ〜８Ｄについても、駆動部８Ａと同様の構造を有している。
【００２２】
以上のような光スプリッター１を製作する場合、まず図３（ａ）に示すような平面型光導波路２を作る。この平面型光導波路２には、１本の入力光導波路コア３と、この入力光導波路コア３と分岐接続された出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄとが設けられている。続いて、平面型光導波路２における入力光導波路コア３と各出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄとの接続部分に溝部５Ａ〜５Ｄを形成する。
【００２３】
また、図４に示すように、可動ミラー７Ａ〜７Ｄ及び駆動部８Ａ〜８Ｄを有するミラー構造体６を別に作る。そして、ミラー構造体６の基板１１の上面にアライメントマーク１２を付けると共に、平面型光導波路２の上面にアライメントマーク１３を付ける。続いて、ミラー構造体６をひっくり返し、各可動ミラー７Ａ〜７Ｄが平面型光導波路２の各溝部５Ａ〜５Ｄに入り込むように、アライメントマーク１２，１３同士を合わせた状態で、ミラー構造体６と平面型光導波路２とを接合する。
【００２４】
また、図２に示すように、ミラー構造体８Ａ〜８Ｄの固定電極１０には、可変電圧源１４及びスイッチ１５が接続されている。スイッチ１５をオンにした状態で、可変電圧源１４により固定電極１０に電圧を印加すると、可動電極９と固定電極１０との間に静電気力が発生し、可動電極９が固定電極１０に引き寄せられて撓み、これに伴って可動ミラー７Ａ〜７Ｄが固定電極１０側に移動する。このとき、固定電極１０に印加する電圧値を変えることで、可動ミラー７Ａ〜７Ｄの移動量が変化する。
【００２５】
例えば、可変電圧源１４による印加電圧がゼロの状態では、図５（ａ）に示すように、入力光導波路コア３から出射された光は、全く可動ミラー７Ａで反射されず溝部５Ａ内を通過する。可変電圧源１４により固定電極１０に電圧を印加して、可動ミラー７Ａを固定電極１０側に移動させると、図５（ｂ）に示すように、入力光導波路コア３から出射された光の一部が可動ミラー７Ａで反射し、残りの光は溝部５Ａ内を通過する。可変電圧源１４による印加電圧を更に上げて、可動ミラー７Ａを更に固定電極１０側に移動させると、図５（ｃ）に示すように、入力光導波路コア３から出射された光が可動ミラー７Ａで全反射し、溝部５Ａ内を通過する光が存在しなくなる。なお、可動ミラー７Ｂ〜７Ｄの動作についても、同様である。
【００２６】
入力光導波路コア３から出射される光信号は、所定のビーム幅を有している。このため、光信号が図６（ａ）に示すように可動ミラー７Ａの光反射面１６におけるエッジＥから離れた領域に当たるときは、光信号は可動ミラー７Ａで全反射し、光信号が図６（ｂ）に示すように可動ミラー７Ａの光反射面１６のエッジＥに当たるときは、光信号は可動ミラー７Ａで部分反射することになる。
【００２７】
ここで、可動ミラー７Ａの光反射部エッジ角をθ、可動ミラー７Ａの光反射面１６に対する光信号の入射角をαとしたときに、０＜θ≦９０°＋αの関係を有している。なお、可動ミラー７Ａの光反射部エッジ角θとは、可動ミラー７Ａの光反射面１６と当該光反射面１６における光信号が当たる側のエッジＥにつながる側面１７とのなす角である。このような構成とすれば、図６（ｂ）に示すように光信号を可動ミラー７Ａの光反射面１６で一部反射させたときに、光反射面１６に当たらない光が、側面１７で反射することなく溝部５Ａ内を通過するようになる。従って、光信号の挿入損失を低減することができる。
【００２８】
このとき、可動ミラー７Ａの光反射部エッジ角θは、図６に示すように鋭角であるのがより好ましい。これにより、光信号が可動ミラー７Ａの光反射面１６のエッジＥに当たった時に、可動ミラー７Ａによる光の回折が抑えられるため、偏波依存損失（ＰＤＬ）を低減することができる。なお、可動ミラー７Ｂ〜７Ｃの構造についても、可動ミラー７Ａと同様である。
【００２９】
以上のように構成した光スプリッター１において、駆動部８Ａ〜８Ｄにより可動ミラー７Ａ〜７Ｄの位置を任意に設定することで、出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄから出力される光信号の強度配分（分岐比）を任意に変えることができる。その具体例を図７に示す。図７は、入力光導波路コア３に入力された光信号の強度を１００％とした場合に、出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄから出力される光信号の強度の比率を示したものである。
【００３０】
例えば、図７の一番下に示した分岐比を得るためには、可動ミラー７Ａ〜７Ｃが光信号の一部を反射させる位置にあり、可動ミラー７Ｄが光信号を全反射させる位置にあるような構成とする。
【００３１】
このとき、入力光導波路コア３に光信号が入力されると、入力光導波路コア３を通る光の１／４が、可動ミラー７Ａで反射されて、出力光導波路コア４Ａに入射される。これにより、出力光導波路コア４Ａからは、入力光導波路コア３に入力された光信号の２５％が出力される。
【００３２】
可動ミラー７Ａで反射されなかった残りの光は、そのまま溝部５Ａ内を通過して、溝部５Ａと溝部５Ｂとの間の入力光導波路コア３に入射される。そして、溝部５Ａと溝部５Ｂとの間の入力光導波路コア３を通る光の１／３が可動ミラー７Ｂで反射されて、出力光導波路コア４Ｂに入射される。これにより、出力光導波路コア４Ｂからは、入力光導波路コア３に入力された光信号の２５％の光が出力される。
【００３３】
可動ミラー７Ｂで反射されなかった残りの光は、そのまま溝部５Ｂ内を通過して、溝部５Ｂと溝部５Ｃとの間の入力光導波路コア３に入射される。そして、溝部５Ｂと溝部５Ｃとの間の入力光導波路コア３を通る光の１／２が可動ミラー７Ｃで反射されて、出力光導波路コア４Ｃに入射される。これにより、出力光導波路コア４Ｃからは、入力光導波路コア３に入力された光信号の２５％の光が出力される。
【００３４】
可動ミラー７Ｃで反射されなかった残りの光は、そのまま溝部５Ｃ内を通過して、溝部５Ｃと溝部５Ｄとの間の入力光導波路コア３に入射される。そして、溝部５Ｃと溝部５Ｄとの間の入力光導波路コア３を通る光が可動ミラー７Ｄで全反射されて、出力光導波路コア４Ｄに入射される。これにより、出力光導波路コア４Ｄからは、入力光導波路コア３に入力された光信号の２５％の光が出力される。
【００３５】
なお、出力光導波路コア４Ａ〜４Ｄから出力される光信号の合計の比率は、必ずしも１００％でなくてもよい。つまり、溝部５Ｃと溝部５Ｄとの間の入力光導波路コア３を通る光の一部を、可動ミラー７Ｄで反射させずに、そのまま溝部５Ｄ内を通過させて、入力光導波路コア３に逃がすようにしてもよい。
【００３６】
以上のように本実施形態にあっては、複数の可動ミラー７Ａ〜７Ｄの位置を調整して、各可動ミラー７Ａ〜７Ｄにおける反射光量と通過光量との比率を調整することにより、光スプリッター１の分岐比を任意に設定できるようにしたので、分岐比を変えるための大きな駆動モータ等を設けなくて済む。これにより、分岐比可変スプリッターの小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光信号を入力する入力光導波路と光信号を出力する出力光導波路とを平面型光導波路で構成したが、光ファイバで構成してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態の光デバイスは光スプリッターであるが、本発明の光デバイスは、光合波器として使用することも可能である。この場合には、上記の光導波路コア３を出力光導波路として使用し、上記の各光導波路コア４Ａ〜４Ｄを入力光導波路として使用することで、各光導波路コア４Ａ〜４Ｄに入力された光信号を合波して光導波路コア３から出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係わる光デバイスの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す駆動部の詳細構造を示す図である。
【図３】図１に示す光デバイスを製作する工程を示す図である。
【図４】図１に示す光デバイスを製作する工程を示す図である。
【図５】図１に示す可動ミラーの動作状態を示す概略図である。
【図６】図１に示す可動ミラーに光信号が当たる時の状態を示す詳細図である。
【図７】図１に示す光デバイスの分岐比設定例を示す表である。
【符号の説明】
【００４０】
１…光スプリッター（光デバイス）、２…平面型光導波路、３…入力光導波路コア（第１光導波路）、４Ａ〜４Ｄ…出力光導波路コア（第２光導波路）、５Ａ〜５Ｄ…溝部、７Ａ〜７Ｄ…可動ミラー、８Ａ〜８Ｄ…駆動部。
【図１】
2005091753.tif 000003
【図２】
2005091753.tif 000004
【図３】
2005091753.tif 000005
【図４】
2005091753.tif 000006
【図５】
2005091753.tif 000007
【図６】
2005091753.tif 000008
【図７】
2005091753.tif 000009