(57)【要約】【課題】光を任意の方向へビームステアリングできるＭＥＭＳ素子、光スイッチ、波長選択光スイッチ、波長ブロッカー、およびビームステアリング方法を提供すること。【解決手段】互いに隣接するように配列され、表面にミラー面を有する複数のマイクロミラーと、前記複数のマイクロミラーの各ミラー面とは反対側の面に対向して配置された複数の電極と、前記複数のマイクロミラーと前複数の電極間に、前記複数のマイクロミラーを前記複数の電極側に変位させるための電圧を印加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のマイクロミラーの位相差が一定の隣接間位相差で配列方向に向かって増加または減少するように該複数のマイクロミラーを変位させる電圧を印加し、これによって、前記ミラー面に入力された光が前記隣接間位相差より定まる反射角で反射されるＭＥＭＳ素子。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接するように配列され、表面にミラー面を有する複数のマイクロミラーと、
前記複数のマイクロミラーの各ミラー面とは反対側の面に対向して配置された複数の電極と、
前記複数のマイクロミラーと前複数の電極間に、前記複数のマイクロミラーを前記複数の電極側に変位させるための電圧を印加する制御部と、
を備え、前記制御部は、前記複数のマイクロミラーの位相差が一定の隣接間位相差で配列方向に向かって増加または減少するように該複数のマイクロミラーを変位させる電圧を印加し、これによって、前記ミラー面に入力された光が前記隣接間位相差より定まる反射角で反射されることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記制御部は、前記入力される光の波長をλ、前記複数のマイクロミラーの隣接間隔をｄ、前記反射角をθ、前記隣接間位相差をφ、前記隣接間の変位差をｘとすると、式（１）、式（２）を満たすように前記電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
ｓｉｎθ＝λφ／（２πｄ）  ・・・  （１）
φ＝−２πｘ／λ  ・・・  （２）
【請求項３】
前記制御部は、前記複数のマイクロミラーのうちの第１のマイクロミラーの位相差が、ｎを正の整数として２ｎπより大きくなる場合には、前記第１のマイクロミラーに対して、該第１のマイクロミラーに隣接する第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が（前記一定の隣接間位相差−２ｎπ）となるように前記電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１のマイクロミラーに対して、前記第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が、前記ｎを２以上の整数として、（前記一定の隣接間位相差−２（ｎ−１）π）から（前記一定の隣接間位相差−２π）の間となるように前記電圧を印加することを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記制御部は、前記電圧として離散的に変化する階調電圧を印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記階調電圧は５ビット以上で変化することを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記制御部は、前記電圧と前記位相差の変化量とに関するテーブルを参照して前記電圧を印加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
前記制御部は、前記隣接間位相差と設定ポート・アッテネーションとに関するテーブルを参照して前記電圧を印加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子を備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子を備えることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子を備えることを特徴とする波長ブロッカー。
【請求項１２】
互いに隣接するように配列され、表面にミラー面を有する複数のマイクロミラーを変位させる工程を含み、
前記工程において、前記複数のマイクロミラーの位相差が一定の隣接間位相差で配列方向に向かって増加または減少するように該複数のマイクロミラーを変位させ、これによって、前記ミラー面に入力された光を前記位相差により定まる反射角で反射させることを特徴とするビームステアリング方法。
【請求項１３】
前記工程において、前記複数のマイクロミラーと複数の電極間に、前記複数のマイクロミラーを前記複数の電極側に変位させるための電圧を印加することによって、前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１２に記載のビームステアリング方法。
【請求項１４】
前記工程において、前記入力される光の波長をλ、前記複数のマイクロミラーの隣接間隔をｄ、前記反射角をθ、前記隣接間位相差をφ、前記隣接間の変位差をｘとすると、式（１）、式（２）を満たすように前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１２または１３に記載のビームステアリング方法。
ｓｉｎθ＝λφ／（２πｄ）  ・・・  （１）
φ＝−２πｘ／λ  ・・・  （２）
【請求項１５】
前記工程において、前記複数のマイクロミラーのうちの第１のマイクロミラーの位相差が、ｎを正の整数として２ｎπより大きくなる場合には、前記第１のマイクロミラーに対して、該第１のマイクロミラーに隣接する第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が（前記一定の隣接間位相差−２ｎπ）となるように前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載のビームステアリング方法。
【請求項１６】
前記工程において、前記第１のマイクロミラーに対して、前記第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が、前記ｎを２以上の整数として、（前記一定の隣接間位相差−２（ｎ−１）π）から（前記一定の隣接間位相差−２πの間）となるように前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１５に記載のビームステアリング方法。
【請求項１７】
前記工程において、離散的に変化する階調電圧を印加して、前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一つに記載のビームステアリング方法。
【請求項１８】
前記階調電圧は５ビット以上で変化することを特徴とする請求項１７に記載のビームステアリング方法。
【請求項１９】
前記工程において、前記複数のマイクロミラーに変位のために印加する電圧と前記位相差の変化量とに関するテーブルを参照して前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一つに記載のビームステアリング方法。
【請求項２０】
前記工程において、前記隣接間位相差と設定ポート・アッテネーションとに関するテーブルを参照して前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一つに記載のビームステアリング方法。
【請求項２１】
請求項１２〜２０のいずれか一つに記載のビームステアリング方法を用いることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２２】
請求項１２〜２０のいずれか一つに記載のビームステアリング方法を用いることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項２３】
請求項１２〜２０のいずれか一つに記載のビームステアリング方法を用いることを特徴とすることを特徴とする波長ブロッカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems、微小電気機械システム）素子およびこれを用いた光スイッチ、波長選択光スイッチ、波長ブロッカー、およびビームステアリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ素子として、たとえばGrating  Light  Valve(ＧＬＶ、登録商標)と呼ばれる、偏波依存性が無く応答速度１ｍｓ以下で動作可能な有望な光変調器が開示されている。このＭＥＭＳ素子では、表面がミラー加工された弾性を有するリボン素子が、電極を形成した基板の上方に多数配列されている。これらのリボン素子は、電極との間に電圧を印加することによって、静電引力が働いて基板側に引きつけられるように変位する。これによって、このＭＥＭＳ素子では、複数のリボン素子を回折格子として機能させて、光変調機能を実現している（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５６６１５９２号明細書
【特許文献２】特開２００３−２４１１２２号公報
【特許文献３】米国特許第６９２７８９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＭＥＭＳ素子を回折格子として機能させる場合、離散的な回折角でしか光を回折できず、任意の方向への光の変調（ビームステアリング）を行うのは困難であった。なお、特許文献３では、回折格子の回折面を傾斜させて、ビームステアリングの角度を広げようとしているが、傾斜角を大きくすると回折効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光を任意の方向へビームステアリングできるＭＥＭＳ素子、光スイッチ、波長選択光スイッチ、波長ブロッカー、およびビームステアリング方法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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、互いに隣接するように配列され、表面にミラー面を有する複数のマイクロミラーと、前記複数のマイクロミラーの各ミラー面とは反対側の面に対向して配置された複数の電極と、前記複数のマイクロミラーと前複数の電極間に、前記複数のマイクロミラーを前記複数の電極側に変位させるための電圧を印加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のマイクロミラーの位相差が一定の隣接間位相差で配列方向に向かって増加または減少するように該複数のマイクロミラーを変位させる電圧を印加し、これによって、前記ミラー面に入力された光が前記隣接間位相差より定まる反射角で反射されることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記制御部は、前記入力される光の波長をλ、前記複数のマイクロミラーの隣接間隔をｄ、前記反射角をθ、前記隣接間位相差をφ、前記隣接間の変位差をｘとすると、式（１）、式（２）を満たすように前記電圧を印加することを特徴とする。
ｓｉｎθ＝λφ／（２πｄ）  ・・・  （１）
φ＝−２πｘ／λ  ・・・  （２）
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記制御部は、前記複数のマイクロミラーのうちの第１のマイクロミラーの位相差が、ｎを正の整数として２ｎπより大きくなる場合には、前記第１のマイクロミラーに対して、該第１のマイクロミラーに隣接する第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が（前記一定の隣接間位相差−２ｎπ）となるように前記電圧を印加することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記制御部は、前記第１のマイクロミラーに対して、前記第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が、前記ｎを２以上の整数として、（前記一定の隣接間位相差−２（ｎ−１）π）から（前記一定の隣接間位相差−２π）の間となるように前記電圧を印加することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記制御部は、前記電圧として離散的に変化する階調電圧を印加することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記階調電圧は５ビット以上で変化することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記制御部は、前記電圧と前記位相差の変化量とに関するテーブルを参照して前記電圧を印加することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記発明において、前記制御部は、前記隣接間位相差と設定ポート・アッテネーションとに関するテーブルを参照して前記電圧を印加することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る光スイッチは、上記発明のＭＥＭＳ素子を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る波長選択光スイッチは、上記発明のＭＥＭＳ素子を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る波長ブロッカーは、上記発明のＭＥＭＳ素子を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るビームステアリング方法は、互いに隣接するように配列され、表面にミラー面を有する複数のマイクロミラーを変位させる工程を含み、前記工程において、前記複数のマイクロミラーの位相差が一定の隣接間位相差で配列方向に向かって増加または減少するように該複数のマイクロミラーを変位させ、これによって、前記ミラー面に入力された光を前記位相差により定まる反射角で反射させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、前記複数のマイクロミラーと複数の電極間に、前記複数のマイクロミラーを前記複数の電極側に変位させるための電圧を印加することによって、前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、前記入力される光の波長をλ、前記複数のマイクロミラーの隣接間隔をｄ、前記反射角をθ、前記隣接間位相差をφ、前記隣接間の変位差をｘとすると、式（１）、式（２）を満たすように前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
ｓｉｎθ＝λφ／（２πｄ）  ・・・  （１）
φ＝−２πｘ／λ  ・・・  （２）
【００２０】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、前記複数のマイクロミラーのうちの第１のマイクロミラーの位相差が、ｎを正の整数として２ｎπより大きくなる場合には、前記第１のマイクロミラーに対して、該第１のマイクロミラーに隣接する第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が（前記一定の隣接間位相差−２ｎπ）となるように前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、前記第１のマイクロミラーに対して、前記第２のマイクロミラーとの隣接間位相差が、前記ｎを２以上の整数として、（前記一定の隣接間位相差−２（ｎ−１）π）から（前記一定の隣接間位相差−２πの間）となるように前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、離散的に変化する階調電圧を印加して、前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記階調電圧は５ビット以上で変化することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、前記複数のマイクロミラーに変位のために印加する電圧と前記位相差の変化量とに関するテーブルを参照して前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るビームステアリング方法は、前記工程において、前記隣接間位相差と設定ポート・アッテネーションとに関するテーブルを参照して前記複数のマイクロミラーを変位させることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る光スイッチは、上記発明のビームステアリング方法を用いることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る波長選択光スイッチは、上記発明のビームステアリング方法を用いることを特徴とする。
【００２８】
本発明に係る波長ブロッカーは、上記発明のビームステアリング方法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、光を任意の方向へビームステアリングできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４は、図１に示すＭＥＭＳ素子の動作の一例を説明する図である。
【図５】図５は、従来のＭＥＭＳ素子の動作を説明する図である。
【図６】図６は、図１に示すＭＥＭＳ素子の動作の別の一例を説明する図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る波長選択光スイッチの模式的な構成図である。
【図８】図８は、図７において異なる位置のマイクロミラー部に入力される光のビーム形状を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る波長ブロッカーの模式的な構成図である。
【図１０】図１０は、図９においてマイクロミラーに入力される信号光のビームを示す図である。
【図１１】図１１は、制御電圧の階調のビット数と角度ずれとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は、制御電圧の階調のビット数と光のピーク強度の劣化との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、制御電圧の階調のビット数と光のピーク強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、図面を参照して本発明に係るＭＥＭＳ素子、光スイッチ、波長選択光スイッチ、波長ブロッカー、およびビームステアリング方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子の模式的な平面図である。図２は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＢ−Ｂ線断面図である。図１〜図３に示すように、このＭＥＭＳ素子１００は、本体部１０と、基板２０と、制御部Ｃとを備えている。
【００３３】
本体部１０は、たとえばＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）ウェハから形成されたものであり、Ｓｉからなる支持層１０ａとＳｉからなるデバイス層１０ｂとの間にＳｉＯ２からなる絶縁層としてのＢｏｘ（Ｂuried  oxide）層１０ｃが介挿された構造を有する。支持層１０ａの厚さはたとえば２００μｍであり、Ｂｏｘ層１０ｃの厚さはたとえば１μｍであり、デバイス層１０ｂの厚さはたとえば５μｍであるが、特に限定はされない。
【００３４】
本体部１０は、支持層１０ａとＢｏｘ層１０ｃとに連通する開口部１１と、開口部１１に対応したデバイス層１０ｂの領域に形成された、支持層１０ａ側の表面にミラー面１２ａを有する複数のマイクロミラー部１２とを有する。なお、マイクロミラー部１２は、それぞれリボン状であり、互いに隣接するように略並列に配列されている。また、各マイクロミラー部１２のミラー面１２ａは、ほぼ同一平面上に位置する。マイクロミラー部１２の厚さはたとえば１μｍであり、デバイス層１０ｂよりも薄く形成されている。また、マイクロミラー部１２の長さはたとえば１００μｍである。図１に示すようにマイクロミラー部１２とデバイス層１０ｂの本体との接続部１２ｂはＡ−Ａ線方向での幅が細くなっている。
【００３５】
基板２０は、たとえばＳｉやガラス等からなり、その表面２１に、電極２２が形成されている。電極２２はマイクロミラー部１２のミラー面１２ａとは反対側の面に対向して配置されている。電極２２はたとえばＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）により実現されている。
【００３６】
また、本体部１０のデバイス層１０ｂの表面と基板２０の表面２１とが接合されている。この接合はたとえば接着剤などの接合材によって実現されている。
【００３７】
制御部Ｃは、デバイス層１０ｂを介したマイクロミラー部１２と、電極２２とに接続されている。制御部Ｃは、マイクロミラー部１２と電極２２との間に、マイクロミラー部１２を電極２２側に変位させるための電圧を印加する。
【００３８】
このＭＥＭＳ素子１００の動作について説明する。図４は、ＭＥＭＳ素子１００の動作の一例を説明する図である。図４においてマイクロミラー部１２の配列方向は、図２の紙面左右方向に対応している。制御部Ｃは、デバイス層１０ｂと電極２２との間に電圧信号を印加して、マイクロミラー部１２と電極２２との間に静電引力を働かせて変位させる。このとき、図４（ａ）に示すように、マイクロミラー部１２は、紙面下方に変位し、各マイクロミラー部１２の位相差は図４（ｂ）で示したようになる。なお、マイクロミラー部１２とデバイス層１０ｂの本体との接続部１２ｂ（図１参照）は幅が細くなっているので、より低い電圧の印加で変位しやすくなっている。
【００３９】
このとき、制御部Ｃは、マイクロミラー部１２の位相差が、一定の隣接間位相差φで配列方向に向かって増加するように、マイクロミラー部１２を変位させる電圧を印加する。ここで、位相差とは、各マイクロミラー部１２に光が入射されて正反射する場合に、各マイクロミラー部１２の変位の違いによって反射光に生じる光の位相差を意味している。なお、ここで、マイクロミラー部１２の変位量がもっとも小さい場合を位相差ゼロとする（例えば、マイクロミラー部１２と電極２２の電位差をゼロとすることで位相差ゼロを得ることができる）。隣接間位相差φは、入力される光の波長をλ、隣接するマイクロミラー部１２間の変位差をｘとすると、φ＝−２πｘ／λであらわされる量である。
【００４０】
制御部Ｃは、マイクロミラー部１２の位相差が、一定の隣接間位相差φで配列方向に向かって増加または減少するように、マイクロミラー部１２を変位させる電圧を印加する。これによって、ミラー面１２ａに入射された光が、隣接間位相差より定まる反射角θで反射される。マイクロミラー部１２の隣接間隔をｄとすると、反射角θは下記式を満たすものである。
【００４１】
ｓｉｎθ＝λφ／（２πｄ）
【００４２】
このＭＥＭＳ素子１００では、制御部Ｃが印加する電圧の設定によって、上記隣接間位相差φを、任意の所望の反射角θが得られるように設定することができる。その結果、ＭＥＭＳ素子１００は、光を任意の方向へビームステアリングできる。
【００４３】
なお、図４では、制御部Ｃは、マイクロミラー部１２の位相差が、一定の隣接間位相差φで配列方向に向かって増加するように、マイクロミラー部１２を変位させる電圧を印加しているが、マイクロミラー部１２の位相差が、一定の隣接間位相差φで配列方向に向かって減少するように電圧を印加することもできるので、さらに任意性が高いビームステアリングが可能となる。また、図４では、位相差が２πを超えて全てのマイクロミラー１２の配列方向にわたって単調増加するように設定されているので、後述のエイリアスの問題を回避することができる。
【００４４】
図５は、従来のＭＥＭＳ素子の動作を説明する図である。従来は、マイクロミラー部１２の位相差を配列方向に向かって増加させている点は同じであるが、所定の周期（Λ）で位相差が２πになるようにし、かつ位相差が２πになったらそこから−２πだけ位相を減じて、再び増加させるようにしている。周期Λは、所望の回折角をα、ｋを整数とすると、以下の式を満たすように設定される。
【００４５】
ｓｉｎα＝ｋλ／Λ
【００４６】
従来は、位相差が２πとなるマイクロミラー部１２が周期Λで配列されるように設定されるため、回折角αは任意には設定できなかった。これに対して、ＭＥＭＳ素子１００は、上述したように任意の所望の反射角θが得られる。
【００４７】
従来の回折格子として機能するＭＥＭＳ素子では、位相差が２πとなるマイクロミラー部１２が周期Λで配列されるように設定されるため、図５に示すように互いに平行な回折面Ｄ１Ａ、Ｄ２Ａが形成され、回折光ＤＬが発生してエイリアスの原因となる。これに対して、図４のように構成すると、互いに平行な回折面Ｄ１Ａ、Ｄ２Ａの形成を避けられるので、エイリアスが発生しにくい。
【００４８】
図６は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００の動作の別の一例を説明する図である。図６に示す場合は、制御部Ｃは、マイクロミラー部１２のうちの第１のマイクロミラー部１２Ａの位相差が、破線で示すように２πより大きくなる場合には、第１のマイクロミラー部１２Ａに対して、第１のマイクロミラー１２Ａに隣接する第２のマイクロミラー１２Ｂとの隣接間位相差が、（隣接間位相差φ−２π）となるように電圧を印加する。このように位相の周期である２πをオフセットした隣接間位相差としても、図４の場合と同様の効果を奏する。
【００４９】
このようにすることで、第１のマイクロミラー１２Ａのオフセット後の位相差（電極２２との電位差）はゼロではなくなるので、各マイクロミラー部１２Ａ、１２Ｂに印加される電圧を調整して、これらの相互干渉によるフリンジ（電圧のゆらぎ）を抑制することができる。
【００５０】
なお、ｎを正の整数として、第１のマイクロミラー部１２Ａの位相差が、２ｎπより大きくなる場合には、第１のマイクロミラー部１２Ａに対して、第１のマイクロミラー１２Ａに隣接する第２のマイクロミラー１２Ｂとの隣接間位相差が、（隣接間位相差φ−２ｎπ）となるように電圧を印加してもよい。ただし、ｎが２以上の場合は、（隣接間位相差φ−２ｎπ）とまでするよりも、（隣接間位相差−２（ｎ−１）π）から（隣接間位相差−２π）の間とするほうがよい。これによって、第１のマイクロミラー部１２Ａに印加される電圧と第２のマイクロミラー部１２Ｂに印加される電圧との差を抑制できるので、このようにしても各マイクロミラー部１２Ａ、１２Ｂ間のフリンジを発生しにくくすることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子１００は、光を任意の方向へビームステアリングできる。また、上記のビームステアリング方法によって、光を任意の方向へビームステアリングできる。
【００５２】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る波長選択光スイッチの模式的な構成図である。この波長選択光スイッチ１０００は、それぞれ光ファイバである入力ポート１００１ａと複数の出力ポート１００１ｂとからなる入出力ポート１００１と、入出力ポート１００１の各光ファイバに対して、集光レンズまたはコリメータレンズとして機能する複数のレンズを備えるコリメータレンズアレイ１００２と、アナモルフィック光学系１００３と、回折格子１００４と、集光レンズ１００５と、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子１００とを備えている。
【００５３】
波長選択光スイッチ１０００の動作を説明する。入力ポート１００１ａから互いに波長が異なる複数の信号光を含むＷＤＭ（Wavelength  Division-Multiplexing）信号光Ｌ１が入力されると、コリメータレンズアレイ１００２は、ＷＤＭ信号光Ｌ１を平行光とし、アナモルフィック光学系１００３は、ＷＤＭ信号光Ｌ１を楕円のビーム径とし、回折格子１００４は、ＷＤＭ信号光Ｌ１を分光する。集光レンズ１００５は、ＷＤＭ信号光Ｌ１に含まれていた互いに波長が異なる各信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃをＭＥＭＳ素子１００の所定に位置に集光する。ＭＥＭＳ素子１００において、マイクロミラー部１２は、回折格子１００４の波長が分散する方向に対して垂直に配列されている。ＭＥＭＳ素子１００は、所定の反射角で反射するように電圧が印加されたマイクロミラー部１２に各信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃが入射されることによって、各信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを所定の角度で反射させる。反射された各信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは、集光レンズ１００５、回折格子１００４、アナモルフィック光学系１００３、コリメータレンズアレイ１００２を順次通過し、それぞれの所定の出力ポート１００１ｂに入力される。
【００５４】
波長選択光スイッチ１０００は、任意の方向にビームステアリングできるＭＥＭＳ素子１００を備えているので、各信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを角度ずれ少なく反射して、所定の出力ポート１００１ｂに入力し、外部へ出力できる。その結果、光損失が低減される。あるいは、反射角度を故意にずらして出力ポート１００１ｂへの結合効率を調整することによって、光損失量を調整し、光アッテネーション機能を持たせることも可能である。また、ＭＥＭＳ素子１００は、ＬＣＯＳ（Liquid  Crystal  On  Silicon）のような偏波依存性が無い。したがって、波長選択光スイッチ１０００は、偏波分離／合成素子を使用しなくても良いので、構成が簡易になる。
【００５５】
ところで、ＭＥＭＳ素子１００のマイクロミラー部１２は、エッチング等によって形成されるものであるが、製造ばらつきなどによって、印加する電圧と位相変化量との関係が、マイクロミラー部１２の位置によって異なる場合がある。たとえば、図８は、図７において異なる位置のマイクロミラー部１２Ｃ、１２Ｄに入力される信号光のビームＢ１、Ｂ２を示す図である。異なる位置のマイクロミラー部１２Ｃ、１２Ｄにおいて、印加する電圧と位相変化量との関係が異なる場合は、制御部Ｃに、マイクロミラー部の位置ごとの、電圧と位相差の変化量とに関するテーブルを記憶させておき、このテーブルを参照して電圧を印加するようにすればよい。
【００５６】
また、信号光を出力させる出力ポート１００１ｂの設定、およびそれに対するアッテネーション量の設定に対応する隣接間位相差は、各信号光が入力する集光レンズ１００５の位置の違いに基づく波面収差や、信号光間の波長差に基づく集光レンズ１００５の色収差の影響をうける。したがって、これらの収差を補正するために、隣接間位相差と設定ポート・アッテネーションとに関するテーブルを制御部Ｃに記憶させておき、このテーブルを参照して電圧を印加するようにすればよい。
【００５７】
なお、実施の形態２は波長選択光スイッチであるが、入力される信号光が単一波長の信号光である場合などのように、波長選択機能を使用しなくて良い場合は、単なる光スイッチとして機能させることもできる。
【００５８】
（実施の形態３）
図９は、実施の形態３に係る波長ブロッカーの模式的な構成図である。この波長ブロッカー２０００は、光ファイバである入出力ポート２００１と、入出力ポート２００１の光ファイバに対して、集光レンズまたはコリメータレンズとして機能するレンズを備えるコリメータレンズアレイ２００２と、入出力ポート２００１とコリメータレンズアレイ２００２との間に配置された光サーキュレータ２００３と、アナモルフィック光学系１００３と、回折格子１００４と、集光レンズ１００５と、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子１００とを備えている。
【００５９】
波長ブロッカー２０００の動作を説明する。入出力ポート２００１から互いに波長が異なる複数の信号光を含むＷＤＭ信号光Ｌ２が入力されると、光サーキュレータ２００３は、ＷＤＭ信号光Ｌ２を透過し、コリメータレンズアレイ２００２は、ＷＤＭ信号光Ｌ２を平行光とし、アナモルフィック光学系１００３は、ＷＤＭ信号光Ｌ２を楕円のビーム径とし、回折格子１００４は、ＷＤＭ信号光Ｌ２を分光する。集光レンズ１００５は、ＷＤＭ信号光Ｌ２に含まれていた互いに波長が異なる各信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃをＭＥＭＳ素子１００の所定に位置に集光する。ＭＥＭＳ素子１００において、マイクロミラー部１２は、図１０に示すように、回折格子１００４の波長が分散する方向に対して平行に配列されている。ＭＥＭＳ素子１００は、所定の反射角で反射するように電圧が印加されたマイクロミラー部１２に各信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃが入射されることによって、各信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃを所定の角度で反射させる。反射された各信号光のうち、信号光Ｌ２ａは、図１０の矢印Ａｒ１が示す方向に反射され、集光レンズ１００５、回折格子１００４、アナモルフィック光学系１００３、コリメータレンズアレイ２００２を順次通過し、光サーキュレータ２００３が所定のポート２００３ａから光Ｌ２ａを出力する。一方、信号光Ｌ２ｂは、図１０の矢印Ａｒ２が示す方向に反射され、入出力ポート２００１には到達せず、ブロックされる。信号光Ｌ２ｃも同様に、入出力ポート２００１には到達せずにブロックされる方向に反射される。
【００６０】
波長ブロッカー２０００は、任意の方向にビームステアリングできるＭＥＭＳ素子１００を備えているので、信号光Ｌ１ａを角度ずれなく反射して、入出力ポート２００１に入力し、外部へ出力できる。その結果、光損失が低減される。あるいは、反射角度を故意にずらして入出力ポート２００１への結合効率を調整することによって、光損失量を調整し、光アッテネーション機能を持たせることも可能である。
【００６１】
波長ブロッカー２０００においては、ＭＥＭＳ素子１００のマイクロミラー部１２は、図１０に示すように、回折格子１００４の波長が分散する方向に対して平行に配列されている。ここで、ＷＤＭ信号光における波長が隣接する信号光がマイクロミラー部１２に入射される位置の間隔Ｄ（図１０参照）は、ＷＤＭ信号光における信号光の波長間隔（または周波数間隔）に応じて変化する。仮にマイクロミラー部１２が回折格子１００４の波長分散する方向に対して垂直に配列されていると、入力されるＷＤＭ信号光における信号光の波長間隔が変化した場合、波長ブロッカー２０００を波長ブロッカーとして機能させるのが困難であったり、マイクロミラー部１２の効率的な利用ができなくなったりする。しかしながら、この波長ブロッカー２０００においては、ＭＥＭＳ素子１００のマイクロミラー部１２は、回折格子１００４の波長分散する方向に対して平行に配列されているので、入力されるＷＤＭ信号光における信号光の波長間隔が変化しても、波長ブロッカー２０００の機能を好適に維持することができ、たとえばエラスティック光パスネットワーク等に用いられる波長ブロッカーとして好適である。
【００６２】
ところで、マイクロミラー部１２に印加する電圧は、連続的に変化させても良いが、離散的に変化する階調電圧でもよい。このとき、階調電圧は５ビット（３２段階）以上で変化することが好ましい。
【００６３】
以下、制御電圧の階調のビット数とこれによって得られる特性との関係についての計算結果を説明する。以下では、波長１．５５μｍとして、長さ９μｍのマイクロミラー部が９．６μｍの間隔で１０個配列されている場合に、ビット数を１〜１０まで１ずつ変化させて、目標の反射角を０．１度、０．５度、３度とする場合に得られる特性を計算した。
【００６４】
図１１は、制御電圧の階調のビット数と角度ずれとの関係を示す図である。図１２は、制御電圧の階調のビット数と、角度ずれによる光のピーク強度の劣化との関係を示す図である。図１３は、制御電圧の階調のビット数と得られる光のピーク強度との関係を示す図である。
【００６５】
図１１に示すように、目標の反射角からの角度ずれは、階調のビット数を５ビット以上とすることで急激に減少し、かつ安定した。また、図１２、１３に示すように、目標角度が大きいほど、光のピーク強度が大きい、または光のピーク強度の劣化が小さいが、階調のビット数を５ビット以上とすることで急激に良好な値となり、かつ安定した。
【００６６】
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２に係る波長選択光スイッチおよび実施の形態３に係る波長ブロッカーに対して、図４および図６に示すＭＥＭＳ素子１００の動作、ビームステアリング方法のいずれも適用できる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  本体部
１０ａ  支持層
１０ｂ  デバイス層
１０ｃ  Ｂｏｘ層
１１  開口部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ  マイクロミラー部
１２ａ  ミラー面
１２ｂ  接続部
２０  基板
２１  表面
２２  電極
１００  ＭＥＭＳ素子
１０００  波長選択光スイッチ
１００１、２００１  入出力ポート
１００１ａ  入力ポート
１００１ｂ  出力ポート
１００２、２００２  コリメータレンズアレイ
１００３  アナモルフィック光学系
１００４  回折格子
１００５  集光レンズ
２０００  波長ブロッカー
２００３  光サーキュレータ
２００３ａ  ポート
Ａｒ１、Ａｒ２  矢印
Ｂ１、Ｂ２  ビーム
Ｃ  制御部
Ｄ  間隔
ＤＬ  回折光
Ｌ１、Ｌ２  ＷＤＭ信号光
Ｄ１Ａ、Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ａ、Ｄ２Ｂ  回折面
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ  信号光
【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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