(57)【要約】可変光減衰器は、第一の可動導波路支持部と第二の可動導波路支持部とを備えている。これらの支持部は、それぞれ対応して、第一の導波路と第二の導波路とを有しており、これらの第一の導波路と第二の導波路との位置調整を行うことにより光エネルギーが伝搬される。電気駆動式アクチュエータは、第二の支持部に対する光結合ブレを調整して所望の光減衰値を達成するために、移動可能導波路支持部の位置を調整する。可動導波路支持部は、電極を有する面上に先端部が延びる片持ち梁構造を有していてもよい。この例では、電極に駆動信号を印加すると、可動導波路支持部が反り返され、第一の導波路と第二の導波路との間で結合される信号が減衰される。駆動信号は、可動導波路支持部の位置に応じて変わる電気パラメータに対して所望の値を達成するように設定されうる。たとえば、可動導波路支持部と電極との間で所望の静電容量差または電圧差を達成するように駆動信号を設定してもよい。
2006501518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側導波路セクションを有する第一の導波路支持部と、
前記入力側導波路セクションと光学的に結合する位置に配置される出力側導波路セクションを有する第二の導波路支持部と、
電気駆動式アクチュエータとを備えており、
光学的な結合位置のズレを発生させるために、前記第一の導波路支持部および前記第二の導波路支持部のうちの少なくとも一方が他方の導波路支持部に対して移動可能であり、
前記光学的な結合位置のズレに応じて、前記出力側導波路セクションにおける光減衰値が異なり、
所望の光減衰値を達成するために、前記電気駆動式アクチュエータが移動可能な前記導波路支持部の位置合わせを行うように構成されている、電気式可変光減衰器。
【請求項２】
前記第一の導波路支持部および前記第二の導波路支持部が第一の基板に形成されるように構成されている、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項３】
前記入力側導波路セクションおよび前記出力側導波路セクションが前記第一の基板内に形成されるように構成されている、請求項２記載の電気式可変光減衰器。
【請求項４】
前記第一の導波路支持部と前記第二の導波路支持部が、それぞれ対応して、前記入力側導波路セクションと前記出力側導波路セクションを受け入れるための取付面を有しており、各取付面が幾何学的形状の溝を備えており、各幾何学的形状の溝が略同一の断面形状を有してなる、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項５】
前記入力側導波路セクションが第一の光ファイバであって、前記出力側導波路セクションが第二の光ファイバである、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項６】
前記電気パラメータ値が、前記可動導波路支持部の位置に応じて変わるように構成されている、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項７】
前記電気駆動式アクチュエータが、前記電気パラメータ値に応答して前記可動導波路支持部を移動させるように構成されている、請求項６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項８】
前記電気パラメータ値が、静電容量値である、請求項６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項９】
前記電気パラメータ値が、電圧値、電流値、インダクタンス値、インピーダンス値、または周波数値である、請求項６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１０】
前記可動導波路支持部の位置を示す前記電気パラメータ値が、前記電気駆動式アクチュエータにより判定されるように構成されている、請求項６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１１】
前記電気パラメータ値と所望の電気パラメータ値との比較結果に基づいて前記電気駆動式アクチュエータに対して駆動信号を提供することによって、前記電気駆動式アクチュエータを制御するコントローラをさらに備えてなる、請求項６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１２】
前記コントローラへの電力が減少した場合に前記駆動信号を供給するのに十分な電力を蓄えているバックアップ電源をさらに備えてなる、請求項１１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１３】
前記電気駆動式アクチュエータが、駆動信号に応答して前記可動導波路支持部を制御可能に移動するために、該可動導波路支持部に隣接して配置される少なくとも一つの電極を備えてなる、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１４】
前記可動支持部に隣接して配置された、前記可動導波路支持部の位置を制御するための異なる駆動信号を受信する少なくとも二つの電極をさらに備えてなる、請求項１３記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１５】
前記電気駆動式アクチュエータが、前記可動導波路支持部に隣接する少なくとも一つの電極と相互作用させ該可動導波路支持部を制御可能に移動させるために、前記可動導波路支持部上に配置される少なくとも一つの電極をさらに備えてなる、請求項１３記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１６】
前記可動導波路支持部のうちの少なくとも一部分が、該可動導波路支持部に隣接する少なくとも一つの電極と相互作用し該可動導波路支持部を制御可能に移動させるために、導電性を有してなる、請求項１３記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１７】
前記可動導波路支持部が、固定基端部と可動先端部とを有する片持ち梁型支持アームを備えており、該可動先端部が、他方の導波路支持部に隣接してなる、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１８】
他方の導波路支持部が片持ち梁型支持アームを備えてなる、請求項１７記載の電気式可変光減衰器。
【請求項１９】
前記電気駆動式アクチュエータが静電アクチュエータである、請求項１記載の電気式可変光減衰器。      
【請求項２０】
前記電気駆動式アクチュエータが電熱アクチュエータである、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項２１】
前記電気駆動式アクチュエータが電磁アクチュエータである、請求項１記載の電気式可変光減衰器。
【請求項２２】
複数の請求項１記載の電気式可変光減衰器から形成される、減衰器アレイ。
【請求項２３】
第一の導波路セクションを有する第一の導波路支持部と、
電界に応答して移動可能な可動先端部を有しているとともに、光学エネルギーを伝搬させるべく前記第一の導波路セクションと接続されている第二の導波路セクションを有している第二の導波路支持部と、
電極とを備えており、
前記光学エネルギーを所望の量だけ減衰すべく、前記電極に印加されている駆動信号に応答して前記先端部が前記電極の方向に第一の結合位置から第二の結合位置まで反り返るよう、前記電極が前記先端部に隣接して配置されてなる、電気式可変光減衰器。
【請求項２４】
電気パラメータの検出可能な値を該電気パラメータの所望の値と比較するためのコントローラをさらに備えており、前記検出可能な値が前記先端部の位置に応じて変わり、前記コントローラが、前記駆動信号を供給し、前記検出可能な値と前記所望の値とが等しくなるまで前記先端部を移動させるように構成されている、請求項２３記載の電気式可変光減衰器。
【請求項２５】
電気パラメータの検出可能な値が前記先端部の位置に応じて変わり、前記電極が該検出可能な値の判定に用いられるように構成されている、請求項２３記載の電気式可変光減衰器。
【請求項２６】
電気パラメータの検出可能な値が前記先端部の位置に応じて変わり、前記電気パラメータが、静電容量、電圧、インピーダンス、電流、周波数、またはインダクタンスである、請求項２３記載の電気式可変光減衰器。
【請求項２７】
光学エネルギーを利用して用いる装置であって、
可動先端部を有しているとともに前記光エネルギーを伝搬する導波路セクションを有している導波路アームと、
各々が前記導波路アームに隣接して配設されている複数の電極とを備えており、
前記複数の電極のうちの各電極が複数の駆動信号のうちの一つを受信し、前記可動先端部の反り返りを制御するように構成されている、装置
【請求項２８】
前記複数の駆動信号のうちの少なくとも一つが電気パラメータの検出可能な値に依存し、該検出可能な値が前記可動先端部の位置に応じて変化するように構成されている、請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記電気パラメータが、静電容量、電圧、インピーダンス、電流、周波数、またはインダクタンスである、請求項２７記載の装置。
【請求項３０】
前記複数の電極が、第一の電極と、該第一の電極と交差指状に配置されている第二の電極とを備えてなる、請求項２７記載の装置。
【請求項３１】
前記先端部が、前記導波路アームと前記複数の電極との間の間隙を高さとする反り返し領域上を延びており、前記複数の電極が、前記先端部を反り返えらせて前記複数の電極のうちのいずれか一つと接触状態に至らしめることなく、前記先端部を、前記間隙の高さの半分以上の距離反り返えらせうるように構成されている、前記請求項２７記載の装置。
【請求項３２】
前記複数の電極のうちの少なくとも二つが異なる駆動信号を受信するように構成されている、請求項２７記載の装置。
【請求項３３】
前記導波路支持部が少なくとも部分的に導電性を有してなる、前記請求項２７記載の装置。
【請求項３４】
前記複数の電極のうちの少なくとも一つが、前記電気パラメータの検出可能な値を判定するために用いられるように構成されている、請求項２７記載の装置。
【請求項３５】
第一の基板部内に形成された第一の導波路セクションと、
第一の強度で結合するために前記第一の導波路セクションに対して第一の結合位置に配置されている、第二の基板部内に形成された第二の導波路セクションと、
電気駆動式アクチュエータとを備えており、
前記第二の基板部が、前記第二の導波路セクションを前記第一の強度とは異なる第二の強度で結合するための第二の結合位置に移動しうる可動アームを形成し、
電気駆動式アクチュエータが前記第二の導波路セクションを前記第二の結合位置に移動させるように構成されている、電気式可変光減衰器。
【請求項３６】
前記電気駆動式アクチュエータが、前記可動アームの位置に応じて変化する電気パラメータに応答して前記第二の導波路セクションを移動させるように構成されている、請求項３５記載の電気式可変光減衰器。
【請求項３７】
電気パラメータが、静電容量、電圧、インピーダンス、電流、周波数、またはインダクタンスである、請求項３６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項３８】
前記可動アームの位置が前記電気パラメータの所望の値に応答して調整可能であるように構成されている、請求項３６記載の電気式可変光減衰器。
【請求項３９】
第一の導波路セクションと該第一の導波路セクションに結合される第二の導波路セクションとの間を伝搬する光エネルギーを減衰するための装置であって、
前記第一の導波路セクションを有しているとともに第一の方向に移動可能である第一の支持部と、
前記第二の導波路セクションを有しているとともに前記第一の方向とは少なくとも部分的に反対である第二の方向に移動可能である第二の支持部とを備えており、
第一の電気駆動式アクチュエータにより前記第一の支持部が移動させられ、第二の電気駆動式アクチュエータにより前記第二の支持部が移動させられるように構成されている、装置。
【請求項４０】
前記第一の支持部が該第一の支持部の位置に応じて変化する第一の検出可能な電気パラメータに応答して調整可能であり、前記第二の支持部が該第二の支持部の位置に応じて変化する第二の検出可能な電気パラメータに応答して調整可能であるように構成されている、請求項３９記載の装置。
【請求項４１】
前記第一の検出可能な電気パラメータおよび前記第二の検出可能な電気パラメータが、静電容量、電圧、インピーダンス、電流、周波数、およびインダクタンスからなる群から選択されるように構成されている、請求項４０記載の装置。
【請求項４２】
前記第一の電気駆動式アクチュエータに対して第一の駆動信号を供与し、前記第二の電気駆動式アクチュエータに対して第二の駆動信号を供与するコントローラをさらに備えてなる、請求項３９記載の装置。
【請求項４３】
前記第一の駆動信号および前記第二の駆動信号が共通の駆動信号である、請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
前記第一の電気駆動式アクチュエータおよび前記第二の電気駆動式アクチュエータが、静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、および電熱のアクチュエータからなる群から選択されるように構成されている、請求項３９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に光減衰器に関するものであり、より詳細には可変光減衰器のための方法および構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ネットワーク、すなわち遠距離通信ネットワークは複数のデバイスから形成されている。一般的に、光ネットワークでは、スイッチ、ルータ、カップラ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、および増幅器が用いられている。これらのデバイスは、連結して機能するためには、相互に互換性を有していなければならない、すなわち互換性のある信号を送受信することができなければならない。この互換性のため、一部のネットワークでは、指定された強度範囲内の信号によりネットワークデバイスが動作することが必要とされている。この制約により、ネットワークの電力レベルの管理が非常に重要なものとなる。
【０００３】
ネットワークの電力レベルを正しく管理するため、システム設計者は光減衰器に頼ることが多い。これら減衰器は、信号強度の設定を制御するために、独立して用いられてもよいしまたは他のデバイスと統合して用いられてもよい。このようにして、同時に伝送中のチャネル間の強度を正規化するために、強度は、増幅ステージにおける増幅器のような直列に接続されたデバイス間において、スイッチ列のような並列に接続されたデバイス間において、さらに、既存の波長分割多重（ＷＤＭ）デバイスに統合される減衰器のような単一光学デバイス内においてさえ制御される。
【０００４】
ほとんどの用途では、減衰器は、供給業者によって加工されたあと、スイッチ、ルータなどのようなネットワーク機器を組み立てる光学デバイス製造業者に供給される。異なるネットワークを異なる信号強度レベルに合わせて最適化するため、供給業者は、同一の光学デバイスの一群をまず作製し、次いでそれらのうちの一部を光学デバイス製造業者のニーズ、すなわち特定のネットワークのニーズを充足するように調整することが多い。
【０００５】
ここしばらく、供給業者は、可変光減衰器（ＶＯＡ）を供給している。ＶＯＡを用いると、光減衰量の変更の制御が可能となる。ＶＯＡは、入力側導波路と出力側導波路との間の自由空間領域に遮断構造体（移動可能反射板または部分反射構造体）を配置することによって通常形成されている。自由空間領域内の遮断構造体の位置により減衰量が決定される。数多くの構造体がたとえば部分反射構造体として提案されている。液晶構造体のようなものも、自由空間伝搬領域において用いる部分反射表面として提案されている。
【０００６】
他の形態では、二つの導波路を相互に捻り合わせて融合してスイッチング領域／減衰領域を一体化して形成される連続式波減衰デバイスが開発された。これらのデバイスのうちの一部にもスイッチング・減衰制御の選択のための熱素子が用いられる。さらに、偏光状態に基づいて減衰を行うファラデーローテータまたはポッケルセル（ｐｏｃｋｅｌ  ｃｅｌｌ）様構造が用いられるＶＯＡが開発された。
【０００７】
このような技術は、ある種の用途には好都合であるものの、製造コストが好ましいものではなく、操作が煩雑である。さらに、これらのデバイスは、かさばるものであるので、スペースが課題となっているネットワーク環境と相性がわるい。また、これらのデバイスは、ネットワーク内に搭載されることが困難であるため、ネットワークの不稼働時間を上昇させ、またネットワークを鈍化させる。これらのこと以上に重要であると考えられていることは、これらの公知のＶＯＡデバイスのほとんどが非常に多くの好ましくない過失性損害を与えるということである。たとえば挿入損失および偏波依存損失（ＰＤＬ）により、これらのデバイスの動作が著しく制限される。また、これらのＶＯＡは、安定問題、たとえば動作中に移動させられたりまたは押しのけられたりした場合に機能不良を呈する。
【０００８】
したがって、かさばりすぎず、部分反射素子および温度スイッチの如きよけいなコンポーネントを用いず、製作が安価であり、少な損失で動作するＶＯＡを提供することが望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの実施例によると、本明細書記載の電気式可変光減衰器は、入力側導波路セクションを有する第一の導波路支持部と、この入力側導波路セクションと光学的に結合される位置に配置されている出力側導波路セクションを有する第二の導波路支持部と、電気駆動式アクチュエータとを備えており、光学的結合ズレを生じさせるために、第一の導波路支持部および第二の導波路支持部のうちの少なくとも一方が他方の導波路支持部に対して移動可能となっており、この光学的結合ズレにより、出力側導波路セクションにおいてある範囲の光減衰が生じ、所望の光減衰値を達成するために、電気駆動式アクチュエータが可動導波路支持部の位置調整を行うべく構成されている。
【００１０】
一つの実施例によると、本明細書記載の電気式可変光減衰器は、第一の導波路セクションを有する第一の導波路支持部と、電界に応答して移動可能な先端部を有するとともに光エネルギーの伝搬のために第一の導波路セクションへと接続されている第二の導波路セクションとを備えている第二の導波路支持部と、駆動信号が電極に印加されると先端部を第一の結合位置から第二の結合位置まで電極の方向に向かって反り返えらせ光エネルギーを所望の量だけ減衰させるように先端部に隣接して配置されている電極とを備えている。
【００１１】
一つの実施例によると、本明細書記載の光エネルギーを用いる装置は、可動先端部を有するとともに光エネルギーを伝搬する導波路セクション有する導波路アームと、各々が導波路アームに隣接して配置される複数の電極とを備えており、複数の電極の各々が、可動先端部の反り返しを制御するための複数の駆動信号のうちの一つを受信するように構成される。
【００１２】
一つの実施例によると、本明細書記載の電気式可変光減衰器は、第一の基板部内に形成される第一の導波路セクションと、第二の基板部内に形成される第二の導波路セクションと、電気駆動式アクチュエータとを備えおり、第二の導波路セクションが、第一の導波路と第二の導波路との間を第一の強度で光学的に結合するために第一の導波路に対して第一の位置に配置されており、第二の基板部が、第一の強度とは異なる第二の強度で第一の導波路と第二の導波路との間を光学的に結合するために第一の位置から第二の位置へ第二の導波路を移動させる移動可能アームを形成しており、電気式駆動アクチュエータが第二の導波路セクションを第二の結合位置へ移動させるように構成されている。
【００１３】
一つの実施例によると、第一の導波路セクションとこの第一の導波路セクションに結合されている第二の導波路セクションとの間を伝搬する光エネルギーを減衰させるための本明細書記載の装置は、第一の導波路セクションを有しているとともに第一の方向に移動可能である第一の支持部と、第二の導波路セクションを有しているとともに第一の方向に対して少なくとも部分的に反対である第二の方向に移動可能である第二の支持部とを備えており、第一の電気駆動式アクチュエータが第一の支持部を移動し、第二の電気駆動式アクチュエータが第二の支持部を移動するように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に好ましい実施例およびそれらの複数の変形例が記載されているが、当業者にとって明らかなように、これらは例示のみを意図したものであって全てを網羅することを意図したものではない。本明細書記載の教示はさまざまな光学デバイスにおいて用いられることが可能である。さらに、以下に記載の説明は一般的に可変光減速器に関するものであるが、当業者にとって明らかなように、本発明の教示を他の目的で導波路を移動させるために用いてもよい。また、本発明の教示は、減衰以外の目的で導波路のズレを訂正または誘発するために用いられてもよいし、一例として示されている構造体以外の構造体に用いられてもよい。さらに、ほとんどの実施例では、静電アクチュエータとして電気駆動式アクチュエータが記載されているが、他の電気駆動式アクチュエータを開示されている実施例において用いてもよい。電気駆動式アクチュエータは、導波路または支持部の移動を駆動させるための電気信号を受信する。電気駆動式アクチュエータの一例としては、静電アクチュエータ、電熱アクチュエータ、および電磁アクチュエータが挙げられる。また、当業者にとって明らかなように、電気機械アクチュエータを含む他の電気駆動式アクチュエータも挙げられる。
【００１５】
図１には、一つの実施例にかかる組立てまえの可変光減衰器（ＶＯＡ）100が示されている。図示されているＶＯＡ100は、第一の基板102と第二の基板104とを備えており、これらの基板は、組み立てられると、組み合わされて単一の構造体を形成する。好ましくは、二つの基板102、104は、二つのシリコンウエハーの如きシリカ材料またはシリコン材料からなっている。基板102、104は、シリコンに加えて、金属、誘電体、またはセラミックスの如きさまざまな材料から形成されてもよい。これらの基板102、104は、アノード溶接、融着、または熱融着により相互に接続される。他の技術としては、焼結結合、ＵＶ硬化エポキシ接着、挟み着け（ｃｌａｍｐｉｎｇ）、熱処理によるシリ珪酸ナトリウム結合、グラスフリット結合が挙げられ、これらは、基板102、104の間に小さなスペーサ層を形成する。
【００１６】
第一の基板102は、第一の導波路セクションと第二の導波路セクションとを備えており、これらのセクションは、それぞれ対応して、たとえば１２５マイクロメートルの直径を有する単一モード光ファイバからなる第一の光ファイバ106と第二の光ファイバ108から構成されている。図示されている導波路セクションは例示のみを意図したものである。光ファイバ106、108は、ファイバではない導波路構造を有してもよい。さらに、第一の基板102は、このような構造を、基板の上またはその上方に配置してもよいし、または基板102内に形成してもよい。
【００１７】
示されている図では、光ファイバ106、108は基板102に直接設けられている。光ファイバ106は、可動導波路支持部110に設けられており、この例では、この導波路支持部は、基端部112が固定され先端部114が反り返し可能である片持ち梁からなっている。可動導波路支持部110は、化学的にまたはフォトリソグラフを用いて基板102をエッチングすることによてって形成されるが、他の技術もまた当業者によって知られている。
【００１８】
ファイバ106は、当該ファイバ106が突出するように、基板102とその可動導波路支持部110とに設けられている。すなわち、面116が、先端部114を越して光ファイバ108にほとんど当接している。図１の例では、光ファイバ106、108は、ＶＯＡ100の動作中にこれらの二つの間における光エネルギーの結合を確実に最大化するように、一直線上にかつほぼ当接接触した状態で配置される。したがって、光ファイバ106、108は、光エネルギーを伝搬させるために、当該光ファイバ106の面116と当該光ファイバ108の（隠れた）面117とを結合するように配置される。
【００１９】
図２は、光ファイバ106、108が削除された基板102を示す平面図である。図示されているように、可動導波路支持部110は、光ファイバ106を受け入れるための取付面118を備えている。さまざまな形状の取付面を用いてもよく、たとえば幾何学的に成形されたＶ字型溝表面、Ｕ字型溝表面、丸形状溝表面、長方形状溝表面、または三角形状溝表面を用いうる。三角形状溝表面に関していえば、基板の開口は、当該基板の上面から深くなるにつれて広がっている。
【００２０】
光ファイバ108は、好ましくは第一の取付面118と一直線上にあるとともに断面形状が同一である基板102の第二の取付面120に設けられている。第二の取付面120は光ファイバ108に対して堅牢な支持部となる。好ましくは、これら取付面118、120は、エッチング、レーザ加工、または機械的切断により同時に形成される。これらの二つの面118、120を同時に形成することにより、たとえば光ファイバ106、108を単一の伝搬軸に沿って一直線上に配置することが確実に可能となる。
【００２１】
図１をさらに参照すると、可動導波路支持部110は、基板104に形成された凹部122上を延びている。この凹部122は、化学エッチングまたはフォトリソグラフィ・エッチングの如き公知の手段により形成されうる。また、この凹部122は、電極126を堆積、形成、位置づけ、または設置するための床面124を備えている。電極126は、可動導波路支持部110を制御可能に反り返えさせるための静電アクチュエータとして機能する。たとえば、電極126は、所望の量の反り返しを引き起こす駆動信号を受信しうる。可動導波路支持部110は、たとえば電極の静電気力により移動されられる、部分的（半）導体材料からなっていてもよいし、または、導体材料からなっていてもよい。しかしながら、別の電極（または、複数の電極）を可動導波路支持部110上に形成することにより、反り返しを容易にしてもまたは補助してもよい。したがって、可動導波路支持部110は絶縁物質であってもよい。電極126を基板104から絶縁するために誘電物質を用いてもよい。電極126は支持部110の長さだけ延びている。これに代えて、電極126を先端部112または基端部114のみに隣接させて配置してもよい。同様に、図１２〜図１４に示されているようなさまざまな電極パターンを用いることが可能である。
【００２２】
例示された実施形態では、可動導波路支持部110および取付面により形成される固定支持部120が基板102と一体的に形成されているが、これに代えて、これらの二つの支持部110、120を別々に形成し、基板102に取り付けてもよい。たとえば、別々のマイクロ電気機械（ＭＥＭ）支持構造体を用いてもよい。
【００２３】
また、支持部110は可動先端部が飛び出している片持ち梁の状態にあるが（たとえば、図３を参照）、支持部110を凹部122上に浮かせるために、バネ、ポスト、クランプ、および他の構造体を用いてもよい。また、図３から明らかなように、ＶＯＡ100は、クリアランスを形成させるために異方性エッチングまたは異方性壁開が加えられた端面128と縁部130とを備えている。しかしながら、これらの面の角度はいかなる角度であってもよい。
【００２４】
図３に示されている位置では、光ファイバ106、108は、一方から他方へのエネルギーの結合を最大限にすべく単一の伝搬軸に沿って一直線上に配置されている。この位置を第一の結合位置と考えてもよい。可動導波路支持部110は、光ファイバ108に対して光ファイバ106を移動させることによりさまざまな減衰を達成する。
【００２５】
動作状態では、電極126は、導体導波路支持部または半導体導波路支持部110に対する電位をまず受け、次いで当該電極126の方向に向かって支持部110を反り返えす。静電アクチュエータとして記載されている構造体126は一つの例に過ぎない。  したがって、これに代えて、構造体126は、電磁アクチュエータであってもよい。この場合、電磁アクチュエータは、電気信号を受信し、磁場を発生することにより、磁性材料からなりうるまたは磁性材料に貼り付けられうる支持部110を引き寄せる。また、構造体126は、支持部110の周りの領域を加熱してその部材を膨張収縮させる熱アクチュエータでありうる。また、これに代えて、構造体126は、直接支持部110に設けられて加熱素子として作用してもよい。これらのアクチュエータは、電気駆動信号により制御されるので、電気駆動式アクチュエータである。当業者にとって明らかなように、他の電気機械アクチュエータを含む他の電気駆動式アクチュエータを用いてもよい。
【００２６】
図４は、電極126が、ある電位を受け、光ファイバ106と光ファイバ108との間に（図４において距離ｄとして示されている）位置ズレを起こさせる第二の結合位置の方向に可動導波路支持部110を下方に反らせる動作の一例を示している。当業者にとって明らかなように、このズレにより、二つのファイバ106、108間におけるエネルギーの伝搬が減衰される。位置ズレ距離ｄは、二つのファイバ106、108の結合が常に担保されてエネルギーが伝搬されているようにすべく光ファイバ108の直径よりも小さいことが好ましいが、いかなる値であってもよい。
【００２７】
さらに効率的な結合を可能とするために、二つの光ファイバ106、108は、それぞれ対応して、外面116、117の方向に向かって膨張するコアを備えうる。また、面116、117におけるコアの直径を大きくすると、位置ズレ距離ｄに対する減衰感度が減少する。約８マイクロメートルの単一モードファイバ用コアは、たとえば公知の技術を用いて約２０マイクロメートルに断熱膨張させられうる。
【００２８】
位置ズレの程度は、電極126と支持部110との間の電位差、すなわち電極126に印加される駆動信号に依存する。この電位差は、コントローラが所望の位置ズレおよび所望のエネルギー減衰を達成するための駆動信号を供給することにより設定されうる。電極126と支持部110との間の電位差が取り除かれると、支持部110はその定常状態の位置に戻る。この定常状態の位置では、光ファイバ106、108がフル結合されるように位置付けされていることが好ましい。また、応答時間を速くするために、電位差を素早く取り去ることが好ましい。もちろん、制御回路を用いて、電位差を徐々に減少（または増加）することにより、可動導波路支持部110の時間制御を行ってもよい。
【００２９】
好ましい実施例では、電極126への駆動信号の制御は電気パラメータを制御することにより達成される。たとえば、所与の光減衰値を達成するために、所定の位置ズレに対応する駆動信号を供給してもよい。また、フィードバック校正制御の一部として、電気パラメータ値を検出し、その電気パラメータの所定の値と比較してもよい。
【００３０】
図５Ａ〜図５Ｂには、ＶＯＡ100の減衰曲線のようなＶＯＡの減衰曲線の一例が示されている。減衰は、静電容量または電圧の関数としてそれぞれ示されており、それらの単位は任意選択的なものである。図５Ａでは、たとえばデシベル単位で表されている減衰が、容量の略線形関数として表されている。ここで、測定される静電容量としては、導波路支持部110の移動とともに変化するいかなる静電容量であってもよい。光ファイバ106、108間で伝搬するエネルギーの−５ｄＢの減衰は、電極126と支持部110との間の約１９．５任意単位の静電容量に対応しており、−２０ｄＢの減衰は、約２１．５任意単位の静電容量に対応している。
【００３１】
特定の実施形態では、静電容量を用いた場合の線形の依存性が好まれることもあるが、インダクタンス、電圧、電流、周波数、およびインピーダンスの如き他の電気パラメータを用いてＶＯＡ100の所望の減衰を設定してもよい。図５Ｂでは、実施形態の一例として、減衰が電圧の関数として示されている。減衰と電圧との間の関係は、電圧が低い場合には略横ばいの状態であるが、そのあと負の勾配が増大して行く。図５Ｂの単位は任意単位として電圧が用いられている。図５Ａおよび図５Ｂの両方の例では、電気パラメータの値が大きくなると、位置ズレ距離ｄが大きくなり、減衰が大きくなる。これらの両方の例により、電気パラメータをＶＯＡの所望のかつ所定の値に設定することにより所望の減衰が達成されうることが明かである。
【００３２】
図５Ａおよび図５Ｂに示されている範囲は例示のみを意図したものである。したがって、ＶＯＡは、所望の減衰を設定するための任意の所望の容量範囲、電圧範囲、または他の電気的パラメータ範囲を用いることを可能とするように形成されうる。また、図示されているデシベル損失レベルも例示のみを意図したものである。
【００３３】
図６Ａには、ＶＯＡの一例を動作させるためのプロセス行程を示すブロック線図である。第一のブロック130は、所与の減衰レベルに対して望ましい可動支持部の位置または位置ズレ距離ｄを決定する。図示されているように、ブロック130は、たとえば所望の減衰レベルを示す光ネットワーク制御信号などのそれ自体に対する信号を受信しうる。ブロック130からのデータは、まず入力ポイント132に伝送され、次いで制御ブロック134へと伝送される。制御ブロック134は、図５Ａまたは図５Ｂのようなデータの参照テーブルを格納またはアクセスしうる。制御ブロック134は、メモリと、読み取り可能かつ実行可能なソフトウェアルーチンとを備えうる。また、制御ブロック134は、位置ズレ距離−電気パラメータ値を格納またはアクセスしうる。制御ブロック134は、アクチュエーションブロック136を制御する。このアクチュエーションブロック136は、電極126と支持部110との対の如き電気式可変光減衰器に相当するものでありうる。
【００３４】
アクチュエーションブロック136を制御することにより、制御ブロック134はシステムブロック138に対して影響を及ぼす。図１の一例では、このシステムブロック138は可動片持ち梁型支持部110に相当する。ＶＯＡ出力はこのシステムブロック138から出力される。このＶＯＡ出力の一部または全部が、部分反射器の如き出力ポイント139により、測定ブロック140に伝送される。
【００３５】
図１〜図３の例において電気パラメータが静電容量である場合、ＤＣ信号を電極126に印加することによって可動導波路支持部110を反り返えらせ、それと同時に、制御ブロック134が、別のＡＣ信号を、ブロック136およびブロック138を介して電極126と支持部110との間に加えて電気パラメータの検出可能な値を検出する。このようにして、静電容量、電流、インダクタンス、周波数などが検出されうる。これに代えて、ＤＣ信号を用いて他の電気パラメータを測定してもよい。いずれの場合であっても、図１から図３により、単一の電極対を用いて可動導波路支持部を反り返し、電気パラメータの検出可能な値を判定または検出し、フィードバック制御を行うことが可能となる。これに代えて、移動と検出とに対して別々の電極を用いてもよい。
【００３６】
検出可能な値はポイント139から測定ブロックに伝送される。この測定ブロックは、検出された値の実行値を導出してもよいし、または検出可能な値に基づいて距離または減衰を演算してもよい。測定ブロックは、図６Ａに示されている他のブロックを含むコントローラまたはプロセッサ一の部であってもよい。電気パラメータの検出された値は、ブロック140により、まず入力ポイント132伝送され、次いで制御ブロック134に伝送される。この制御ブロック134は、検出された値が所望の電気パラメータ値と等しいか否かを決定する。また、制御ブロック134は、所望の位置ズレまたは位置の値が達成されているか否かを決定しうる。これらの二つの値が一致しない場合には、制御ブロック134は、二つの値を一致させる分だけ支持部を移動させるようにアクチュエーションブロック136に指示を与える。二つの値が一致するものの所望の減衰が達成されていない場合には（これは、制御ブロック134に入力を供給しうる別の光検出器を用いて決定される）、制御ブロック134は、所望の減衰が達成されるまで当該システムの動作を調整しうる。また、制御ブロック134は、格納されている減衰−電気パラメータデータがもはや正確ではないことを参照テーブルデータが示すような場合には、当該参照テーブルデータを更新しうる。
【００３７】
図６Ａのプロセスは、その全てが、制御回路とメモリ格納部とを備えたＶＯＡチップによって達成されてもよいし、または外部のコンポーネントにより達成されてもよい。当業者にとって明らかなように、図示されているプロセスは、さらなるプロセスブロック、ならびに／または、キーボード、タッチスクリーン、他の手動式入力デバイス、もしくはユーザインターフェイスデバイスの如き入力デバイスおよびコンピュータモニターのような出力デバイスをさらに備えてもよい。
【００３８】
図６Ｂには、ＶＯＡの他のプロセスが示されている。図に示されているように、制御ブロック142は、メモリ格納部またはメモリアクセスと、当該ブロック142が可動基板を反り返すための所望の駆動信号を電極ブロック144に送信する場合にその駆動信号の判定を行うための読み取り可能なかつ実行可能なソフトウェアルーチンとを備えている。電極ブロック144は、システムブロック146の一部を形成する片持ち梁型可動導波路支持部を反り返えらせる。このように、図６Ｂのプロセスは図６Ａのプロセスと類似している。
【００３９】
しかしながら、図６Ｂには、電極ブロック144に対して常に一定量の駆動信号電位を供給することが好ましい電力バックアップブロック148がさらに示されている。これにより、制御ブロック142に対する電力がなんらかの理由により取り除かれた場合であっても、この電力バックアップブロック148が、電極ブロック144に電力を供給し、電極に対する駆動信号を保持し、故障の場合に可動導波路支持部を故障以前の位置に保持することが可能となる。したがって、図６Ｂのプロセスは、故障の場合であってもＶＯＡによる減衰を所与の値に保持する位置保持制御装置である。電力バックアップブロック148は公知の方法で実現されうる。たとえば、電力バックアップブロック148は、バッテリバックアップであってもよいし、または、スーパキャパシタの如き漏洩が減速制御された状態で電力が供給されるいかなる電源であってもよい。電力バックアップブロック148には、さまざまな応答時間が用いられてもよい。好ましい実施例では、電力バックアップブロック148は、故障によりズレ位置が変わらないように、電気リード線149a、149bを介して電気ブロック144と連続的に接続される。
【００４０】
図７には、図４の構造の他の実施例が示されている。この実施例では、光ファイバ106、108は、伝搬方向に対して鋭角に劈開され、研磨され、反射防止コーティングされた面150、152を有している。このように構成することで信号ノイズを減少することが可能となる。光ファイバの上の鋭角の裂け目は、図７に示されているように側面から目視可能である。これに代えてまたはこれに加えて、光ファイバ106、108は、切断部が半径方向の任意の位置に沿って目視可能であるように配置されてもよい。たとえば、図８において、光ファイバ106、108が平面図で示されており、この平面図から、鋭角に劈開された面150、152が目視可能である。このような構成に光ファイバ106、108を配置させることにより、オペレータは、ＶＯＡを見下ろして面150、152間の隙間を手動で調整することが可能となる。もちろん、これに代えて、面150、152間の隙間設定するために機械的な視覚ツールまたは他の検出用構造体を用いてもよい。
【００４１】
図９には、ＶＯＡに用いられる基板の一部200の一例が示されている。この基板の一部200は、光ファイバ204を受け入れるための取付面202を備えている。また、この基板の一部200は、表面120のような可動導波路支持部の反り返し可能取付面または固定取付面に相当しうる。取付面202は、上面206から下方に延びることにより形成されている。この取付面202は、任意選択的なものであるが、他の光ファイバとの位置調整をするにあたり光ファイバ204に対して左右方向の位置合わせ精度を付与するために好ましい。基板の一部200が片持ち梁の構成で用いられる場合、先端部が反り返ることにより、基板の一部200が水平面上にある電極に対して上下方向に移動する。受け壁208、210は、光ファイバ204が水平面を横切って左右方向に移動するのを防止する。これにより、光ファイバ204は、上下方向にのみ移動する。面202は、図示されている光ファイバ204の長さだけ延びており、第一の受け壁128と第二の受け壁210とを備えている。受け壁208、210は、他の方向に沿ってカットされてもよいが、好ましくは、（１００）シリコンを基板200として用いる場合、ミラー指数が（１１１）となる面である。
【００４２】
面202が光ファイバまたは光導波路を受け入れるためのＶ字型溝開口部を形成しているものとして示されているが、面202は、断面視においてＵ字型形状、丸形状、四角形状、または三角形状の如き他の幾何学的形状を有していてもよい。図１０には、エポキシ剤または他の接着剤でありうる接着剤層212を介して取付面202に取り付けられている光ファイバが示されている。しかしながら、この取付面202は任意選択的なものである。光ファイバ204は、接着剤を用いて取り付けられてもよいし、上面206に直接挟み付けられてもよいし、または他の公知の技術を用いて取り付けられてもよい。
【００４３】
また、複数の光ファイバ内のエネルギーを個々に減衰するような減衰器アレイが形成されてもよい。図１１には、四つの個別のＶＯＡ302を備えたＶＯＡアレイ300の平面図が示されている。ＶＯＡアレイ302の各々は、固定取付面304と、可動導波路支持部306と、この可動導波路支持部306に形成された可動取付面308とを備えている。このような多重チャネル型ＶＯＡ300にあっては、ＶＯＡ302の各々は、図示された経路のうちのいずれかに沿って伝搬するエネルギーを選択的に減衰させるために個々に制御されうる。四つのＶＯＡが図示されているが、いかなる数のＶＯＡを用いてもよい。
【００４４】
図１２および図１３には、可動導波路支持部を反り返えらせるために複数の電極が用いられる他の実施形態が示されている。場合よっては、可動導波路支持部を反り返えらせる静電気力が片持ち梁構造から生じて対抗する機械的な力に打ち勝つほど十分に強いために片持ち梁が電極に向かって引き寄せられて接触した状態、すなわちスナップダウン状態に置かれることもある。各電極を別々に制御する多重電極構成は、片持ち梁の反り返しに対するさらなる制御を提供し、スナップダウンを防止し、片持ち梁が凹部内により深く反り返えらせることを可能とするために用いられうる。
【００４５】
図１２および図１３には、可動導波路支持部400が示されている。この可動導波路支持部400は支持部110と類似している。可動導波路支持部400は、片持ち梁構造をしており、これにより、基端部402は基板404に取り付けられており、先端部406は基板404に形成されている面408上を延びている。この面408は、二つの電極を410、412を備えており、これらの電極410、412は、単一のまたは別々のコントローラに接続されている。いずれの場合であっても、電極410、412に加えられる駆動信号は、異なっていることが好ましい。これに代えて、これらの駆動信号が共通の駆動信号であってもよい。異なる駆動信号により支持部400の反り返しを最大化しうる。また、可動導波路支持部400の位置を調整するフィードバック制御の一部として電気パラメータの検出可能な値を検出するにあたり、上記の電極の両方を用いてもよいし一方を用いてもよい。
【００４６】
複数の電極を用いることにより、単一の電極の場合よりも、支持部400と床面414との間の間隙のより深い部分にまで当該支持部を反り返えらせることが可能となる。なお、本明細書では、この間隙のことを反り返し領域と呼ぶ。電極410、412は、異なる上昇率でそれぞれの最大駆動信号値に上昇されうる。たとえば電極412が電極410よりもゆっくりとした上昇率で上昇させられる場合、支持部400の端部のうちの基端部402の近傍には、その領域を床面414の方向に向かって引く大きな静電力が働くが、先端部406を引く力はそれよりも小さい。この駆動方法により、先端部406は、下方向の反り返しにより電極312を当該先端部406に接触させることなく反り返えされることが可能となる。
【００４７】
図１２および図１３には二つの電極410、412が示されているが、この数よりも多い数の電極が用いられてもよい。さらに、他の電極パターンが用いられてもよい。図１４には、交差指電極構成が示されている。この交差指電極構成では、二つの電極450、452が面408上で交差指状に配置されている。電極450、452に対して二つの電位が印加されると、電位の高い電位電極からの磁束は隣接する電極で終止する。電位の低い電極は、負の電圧の方向に電圧が変更される場合もあり、これにより、静電気力の一部のみが支持部400（図示せず）に印加されることになる。したがって、支持部400の正味の力は、反り返される支持部400の機械的回復荷重に相当するようになる。
【００４８】
図１５には、ＶＯＡに用いられうる光学素子500が示されている。この光学素子500は、基板102、104と関連して説明されたような材料から形成されうる基板502備えている。二つの光ファイバ504、506は、たとえば取付面（図示せず）を介して基板502に取り付けられる。光ファイバ504は、基板502内の第一の導波路セクション508と結合されており、光ファイバ506は、基板502内の第二の導波路セクション510と結合されている。これらの二つの導波路セクション508、510は、単一の伝搬軸に沿って直線線に配置され、それぞれに対応する内側の面において結合されている。
【００４９】
好ましくは、第一の導波路セクション508および第二の導波路セクション510は、公知の技術を用いて基板502に形成される。公知の技術としては、導波路領域をフォトリソグラフィを用いてエッチングし、その中に適切な屈折率を有する材料を堆積または成長させるかイオン注入ドーピングを用いて基板のうちの一部をドーピングすることが挙げられる。導波路セクション508、510は、断面形状が長方形状であってもよいし、設計に応じて、丸形状であっても他の形状を有していてもよい。
【００５０】
示されている実施例では、導波路セクション510は剛性を有している。導波路セクション508は、基板502に形成された片持ち梁512上に部分的に形成されているので、移動可能である。すなわち、導波路セクション508を反り返し可能なように形成することにより、導波路セクション508と導波路セクション510との間に位置ズレを起こさせ、これらの間を伝搬する光エネルギーを減衰させる。
【００５１】
図１６は、光ファイバを受け入れその光ファイバのコアを導波路セクション510と結合させる取付面514を示す、光学素子500のうちの一部を示す拡大図である。図示されている取付面514はＶ字型であるが、本明細書記載の他の形状を用いてもよい。この取付面514は、ファイバのコアと導波路セクション510の入射面とを一直線上に並べることによりこれらの二つの間における挿入損失を最小限に抑えるのに十分な距離だけ当該導波路セクション510から下方に延びている。損失を最小限に確実に抑えるために、反射防止コーティング、インデックス適合溶液、または他の技術を用いてもよい。
【００５２】
図１５および図１６に示されている例は、個々に形成されたＶＯＡの一部であってもよいし、または、基板502に形成されたさらなる光学素子または回路素子を有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の如きより複雑な構造体の一部であってもよい。たとえば、導波路セクション508または導波路セクション510は、片持ち梁型支持部構造体に用いられるレーザまたは増幅器の如き能動素子であってもよい。
【００５３】
図１７には、二重片持ち梁構造を有するＶＯＡ600が示されている。この二重片持ち梁構造では、導波路セクションが取り付けられるかまたは形成される二つの可動導波路支持部が存在する。図示されている実施例では、減衰は、これらの二つの可動導波路支持部を反対方向に移動させることにより達成される。したがって、同一の減衰レベルを達成するにあたり、各可動導波路支持部について必要とされる反り返しが少なくてすむ。しかしながら、所望ならば、二つの可動導波路支持部を同一の方向に移動させてもよい。または、二つの可動導波路支持部を、それぞれ対応して、第一の方向と、この第一の方向よりも少なくとも部分的に離れている第二の方向とに移動させてもよい。さらに、各可動導波路支持部の動きを、特定の支持部の位置に応じて変わる電気パラメータの検出可能な値に応答して独立して調整可能であってもよい。電気パラメータの例はすでに記載されている。各可動導波路支持部が、これらの電気パラメータのうちのいずれかまたは全部に応答して調整されてもよいし、各支持部が、その他の支持部とは異なる電気パラメータに基づいて移動されてもよい。事実、支持部を、静電気、熱、または磁気を用いて独占的に駆動してもよい。
【００５４】
第一の光ファイバ602は第一の可動導波路支持部604上に設置され、同様に、第二の光ファイバ606は、第二の可動導波路支持部608上に設置されている。各可動導波路支持部604、608は、第一の基板610に形成されており、第二の基板614に形成されている凹部612上に位置している。電極616は、凹部612に設置されており、可動導波路支持部604を静電気的に駆動させて下方に、すなわち基板614の方向に反り返らせる。電気パラメータの検出可能な値を検出してフィードバック制御を行うために、電極616を用いてもよい。基板610、614の上方の基板620には第二の面618が存在する。この第二の面618の一部は電極622を備えており、この電極622は、可動導波路支持部608を静電気的に駆動させて上方に、すなわち基板620の方向に反り返らせる。電気パラメータの検出可能な値を検出してフィードバック制御を行うために、電極622を用いてもよい。したがって、図示されている二重片持ち梁構成では、光ファイバ602、604は相互に反対の方向に反り返らされる。
【００５５】
図１８は、凹部612の上方かつ電極622の下方に浮遊した状態にある可動導波路支持部608を図１７の矢印ＡＡの方向に沿って観た断面図である。電極622は第二の面618上に形成されており、この第二の面618は、ファイバ606が反り返えされうる間隙空間を規定する受入面である。この受入面618の断面形状は、例示のみを意図したものであって、本明細書記載の取付面構成のうちのいずれの形状を有してもよい。図１９は、下方向、すなわち基板614の方向に反り返らされるべく浮遊した状態にある可動基板604を図１７の線ＢＢに沿って観た断面図である。
【００５６】
本発明の教示に従って構成された特定の装置が本明細書に記載されているが、本特許が網羅する範疇はこれらにより限定されるものではない。本特許は、文字通りにまたは均等論に従って正当に添付クレームの範疇に入る、本発明の教示にかかるすべての実施形態を網羅する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】可動導波路支持部を備えているとともに未組立て状態におかれている、一つの実施例にかかる可変光減衰器（ＶＯＡ）を示している。
【図２】光ファイバが図示されていない、図１のＶＯＣの第一の基板部を示す平面図である。
【図３】可動導波路支持部が第一の位置におかれている、図１のＶＯＡの第一の基板部および第二の基板部のうちの一部を示す側面図である。
【図４】可動導波路支持部が第二の位置におかれている、図１の図３の構造を示す側面図である。
【図５Ａ】任意の単位を用いて減衰と静電容量とをプロットした図である。
【図５Ｂ】任意の単位を用いて減衰と電圧とをプロットした図である。
【図６Ａ】一の実施例に従ってＶＯＡを動作させるプログラミングのブロック線図である。
【図６Ｂ】他の実施例に従ってＶＯＡを動作させるプログラミングのブロック線図である。
【図７】一の実施形態に従って光ファイバの端面が伝搬方向に対して鋭角を示す以外は図４と同等の側面図である
【図８】他の実施形態にかかる光ファイバの配向を図示する図７の光ファイバの平面図である。
【図９】一の実施形態にかかる光ファイバ受け入れ取付面を備える支持部の一例を示している。
【図１０】光ファイバを取付面に取り付けている接着剤をさらに示す図９の構造体の正面図である。
【図１１】多重ＶＯＡの構造の一例を示す平面図である。
【図１２】移動可能導波路支持部を反り返すための多重電極ドライブを示す部分側面図である。
【図１３】図１２の構造体を示す平面図である。
【図１４】移動可能導波路支持部を反り返すための櫛状電極を有する多重電極ドライブを示す平面図である。
【図１５】他の実施例に従う、光ファイバと導波路セクションとを備える基板部を示している。
【図１６】表面と導波路セクションとを示す、図１５の基板のうちの一部の図である。
【図１７】一の実施例に従って二つのカンチレバーを備えるＶＯＡの側面図である。
【図１８】図１７の構造体を線Ａ−Ａに沿って見た図である。
【図１９】図１７の構造体を線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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