(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を送信する伝送ファイバと、
前記伝送ファイバと同軸に位置して光を受信する受信ファイバと、
前記伝送ファイバ及び受信ファイバの間で光を吸収して伝送光量を調節するシャッタと、
前記シャッタを光軸に対して垂直に駆動させるためのアクチュエータと、を含み、
前記シャッタは、
略長方形状をしている内部全反射領域と、
前記内部全反射領域から前記シャッタの端まで形成されて、前記伝送ファイバから送信された光が前記シャッタによって前記伝送ファイバに再反射されることを防止しながら、一部入射された光に対して全反射臨界角をなすように、前記伝送ファイバに隣接した面が前記光軸に対して所定の角度で傾斜している外部反射領域と、
前記内部全反射領域から前記アクチュエータまで形成されて、前記外部反射領域から入射されて前記内部全反射領域に全反射された光が消失するように、前記伝送ファイバに隣接した面が全反射臨界角以下の角度で傾斜している消失領域と、から構成されることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記シャッタは、シリコンを材質とす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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変光減衰器に関するもので、特に、光を吸収して減衰する可変導波路を有する可変光減衰器を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光通信用の光信号減衰器は、一組の入射端及び出射端を有する光部品として、入射光に所定の光損失を与えて減衰された光パワーを出射する、という機能を果たす光部品である。
【０００３】
光通信において、伝送距離の長短による光ファイバの伝送損失の差、光ファイバ接続部の数、伝送路に使われる光繊維の結合などの光部品の数と性能に伴う光受信パワー水準は、システムの構成によって多様である。
【０００４】
光受信レベルが過大な場合、光受信レベルの調整のために光減衰器が使われる。
その他に代表的な用途としては、通信機器や光測定機器に対する評価、調整及び矯正などがある。
【０００５】
光減衰器は、大きく一定の減衰量を与える固定の光減衰器（fixed optical attenuator）と減衰量を可変できる可変の光減衰器（variable optical attenuator）とに分けられる。いかなるタイプでも、光減衰器は、使用波長の範囲で、波長によって減衰量が大きく変わらないことが要求される。
【０００６】
従来の一般的な可変光減衰器は、大きくシリコンやポリマー（polymer）系材質の熱光効果（thermo optic effect）を利用した導波路型減衰器、機械式コネクタ型大型減衰器、及びＭＥＭＳアクチュエータを利用したＭＥＭＳ光減衰器に区分される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以下、それぞれの可変光減衰器について、説明する。
【０００８】
一般的に、導波路型の可変光減衰器は、シリコンやポリマーなどの材質で平板型導波路を形成して電極を利用し、導波路の温度分布を変化させながら、導波路材質の光吸収率を調節して光信号を減衰する、という原理で機能する。このような導波路型の可変光減衰器は、小型化製品には適するが、偏光依存損失及び波長依存性が大きい、という性能上の短所がある。
【０００９】
一方、機械式コネクタ型減衰器は、光ファイバに直接変形を与え、マクロベンディング（macro bending）による伝送損失を起こす方法と、伝送と受信の光ファイバ間の接続距離に変化を与えて挿入損失を発生させる方法などがある。しかし、前記機械式大型可変光減衰器は、波長依存性がなく、使用可能波長の範囲は広いが、製品の大きさが大きく、高価格化になる短所がある。
【００１０】
上記短所を克服するために、ＭＥＭＳアクチュエータを利用した可変光減衰器の開発が活発に進められている。最近、研究開発されたＭＥＭＳ可変光減衰器は、シャッタ（shutter）型、微少回転ミラー（tilting micromirror）型、及びＭＡＲＳ（Mechanical Anti - Reflection Switch）型などがある。
【００１１】
まず、ＭＡＲＳ可変光減衰器は、Fabry-Perot原理を利用した機械的アンチ−リフレクションスイッチ（Mechanical Anti-Reflection Switch）の薄膜（membrane）をＯＮやＯＦＦ状態でない任意の変位に位置させることによって、減衰量を調節する機能を遂行するものである。しかし、前記ＭＡＲＳ可変光減衰器は、波長によって減衰量が変わる、という短所を有する。
【００１２】
次に、シャッタ（shutter）型のＭＥＭＳ可変光減衰器があるが、これは、図１及び図２に示したとおり、伝送ファイバ１０１，２０１及び受信ファイバ１０２，２０２間にシャッタ１０３，２０３を位置させ、そのシャッタの変位に基づき２つの光ファイバ間の接続面積を調節することによって挿入損失を制御するものである。このようなシャッタ型の可変光減衰器は、図１による従来の実施形態による場合、シャッタで反射して戻ってくる光信号による逆反射（back reflection）の問題点があり、図２による実施形態の場合、乱反射による光の散乱及び屈折が現れるようになる。図３及び図４は、このような従来技術による可変光減衰器のシャッタでの効果を各々示している。
【００１３】
従来技術は、シャッタが図３及び図４に示されているとおり作動するが、シャッタ表面の照度及び工程の不均一性によって散乱が発生し得る。これは、望まない光量が伝送部及び他の部位に移り、減衰量に影響を与える逆反射及び乱反射の問題を引き起こしかねないため、シャッタによる反射量を最小化しなければならない、という課題を抱えているのである。
【００１４】
最後に、微少回転ミラー型可変光減衰器は、送受信光ファイバをミラーの反射を利用して接続し、ミラーの各変位で挿入損失を制御する方式を利用する。微少回転ミラー型の可変光減衰器は、回転するミラーの製造、及びレンズの使用が必要で、ミラーを基板に垂直に配列する構造が要求されるため、光ファイバを基板に垂直に整列して組み立てなければならない困難なパッケージング（packaging）作業が要求される、という問題がある。
【００１５】
本発明は、上述したような問題点を解決するためにＭＥＭＳ駆動方式を採択したものであり、その上で従来の可変光減衰器の性能を改善するため、既存のシャッタが有する散乱による効率低下の防止及び製作構造を簡便化した可変導波路を有する可変光減衰器を提供することをその目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の可変光減衰器は、光を送信する伝送ファイバと、前記伝送ファイバと同軸に位置して光を受信する受信ファイバと、前記伝送ファイバ及び受信ファイバ間で光を吸収して内部で全反射進行後、前記伝送ファイバ及び受信ファイバと無関係な地域で消失させるシャッタと、前記シャッタを駆動させるためのアクチュエータと、これを含む基板とから構成されたことをその要旨とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の可変光減衰器は、光を送信する伝送ファイバと、前記伝送ファイバと同軸に位置して光を受信する受信ファイバと、前記伝送ファイバ及び受信ファイバ間で光を吸収して内部で全反射進行後、前記伝送ファイバ及び受信ファイバと無関係な地域で消失させるシャッタと、前記シャッタを駆動させるためのアクチュエータと、これを含む基板とから構成されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の望ましい実施形態として、前記シャッタはシリコンを材質とすることを特徴とする。
【００１９】
本発明の望ましい実施形態として、前記シリコンは、異方性ドライエッチング(anisotropic dry etching)工程で形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記シャッタは、先端部から外部反射領域と、内部全反射領域、及び消失領域に区分されることを特徴とするが、本発明のより一層望ましい実施形態として、前記外部反射領域は、ウェッジ形状を示し、前記内部全反射領域は、直四角形形状を示し、前記消失領域は、ウェッジ形状を示すように構成することが可能である。
【００２１】
したがって、本発明に係る可変光減衰器は、伝送ファイバと受信ファイバとの間にシリコン材質の導波路をシャッタとして使用して光を減衰する、ということを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る可変光減衰器は、伝送ファイバから出る光の一部分を吸収して通過させ、残りの一部分は、外部に反射させるのであるが、前記一部分の吸収して通過された光は、内部で全反射過程を介して伝えられ、前記伝送ファイバ及び受信ファイバと無関係な地域で消失されるようにすることを特徴とする。
【００２３】
即ち、本発明に係る可変光減衰器による場合、前記シリコン材質のシャッタの先端部で引掛かった部分は、受信ファイバに入射して、最終的に減衰効果を達成するようになる。このような減衰過程のなかで生じる光の回折及び散乱を防止することができるようになる。
【００２４】
即ち、本発明に係る可変光減衰器は、金属薄膜でない、移動可能なシリコン材質のシャッタ形態を利用した導波路から伝送ファイバへ再び戻る効率に影響を及ぼす逆反射及び散乱による光を最小化させる。そして、吸収された光信号部分を微細構造のシリコンシャッタの形態となっている導波路に従って消失されるようにする構造を特徴とする。
【００２５】
本発明に係る可変光減衰器は、２つの固定された光ファイバが間隙をもって互いに対向しており、その間隙に対応して動作可能なシリコン材質のシャッタが位置する構造を有する。即ち、前記可変光減衰器は、入射する光の一部をシリコン導波路内部に吸収し、その入射された光がシリコン導波路から連続的に消失される原理を利用するようになる。
【００２６】
しかし、光線追跡(ray-tracing)方法を利用して光の消失特性を分析してみると、１．０５／cm吸収係数を持つ導波路内部のみで４０dB減衰を得るためには、８０mm以上の長さが必要であるため、ＭＥＭＳ工程で製作しようとする場合、多くの困難を伴う。
【００２７】
したがって、このような問題を解決するための新しい方式の光減衰方法として、図６のように下段部に一定角を形成すると、入射される光に、これ以上、全反射の起きない条件が成立する。したがって、シャッタに入射された光は、透過及び反射を伝送ファイバ及び受信ファイバの関係ない方向へシリコン内部で連続的に反復しながら光量を消失するようになる。そのため、長い導波路を形成する必要なく、所望の減衰を得ることができる。
【００２８】
以下、図面に沿って本発明の特徴を詳細に説明する。図５は本発明に係る可変光減衰器の概略図を示す図面であり、図６は本発明に係る可変光減衰器のシリコン材質のシャッタを拡大して図示したものである。
【００２９】
図５でのシャッタは、図示されたとおり、ウェッジ形状を成しているが、これを詳細に示したのが図６である。
【００３０】
図６に示したとおり、シャッタの先端部に入射される光は、一部が、例えば、約７０％程度がシリコン導波路で構成されたシャッタ内部に入射され、残りの約３０％程度は反射される。このとき、反射される光の反射角度は、光ファイバで進行しないように設計されているため、信号の入出力端に影響を与えない。実際には、屈折や散乱によって光ファイバの受光角内に形成された光が入出力端に影響を及ぼすことがある。しかし、本発明に係るシリコン材質のシャッタを利用した導波路が採用された可変光減衰器は、あらゆる光を反射する、反射面が金属でコーティングされた従来のシャッタ型減衰器に比べ、反射される光の量が３０％程度に過ぎないため、散乱及び回折による影響を大幅に減少させることができる。散乱及び回折は、光減衰器の偏光依存損失及び波長依存損失を誘発する原因になるため、これを最小化することが性能向上の点で有利である。
【００３１】
上述したように、シリコン導波路の役割を果たすシャッタは、基本的に先端部から外部反射領域、内部全反射領域、及び消失領域に区分されるが、図６に示したとおり、ウェッジ形状の外部反射領域と、減衰のために長方形形状をなす内部全反射領域、及びウェッジ形状の消失領域に区分されるシャッタの場合において、前記ウェッジ形状の外部反射領域内に入射された光は、全反射導波され、内部全反射領域に進行するのであるが、前記外部反射領域で光の入射角であるθ1は、臨界角より小さな角を有するため、連続的に減衰するようになる。また、前記内部全反射領域を通過する過程で、連続的な減衰と透過が発生して消失効率が高まるようになるのであるが、前記シリコン可変導波路は、連続的な減衰を有するため、前記内部全反射領域及び消失領域の間の境界部では、傾き角度θ2を有しており、これらθ1およびθ2は、光信号の一部をシリコン可変導波路の内部に通過させ、通過された光を効果的に減衰するようにしている。
【００３２】
即ち、前記先端部の傾斜部分、即ち、外部反射領域で屈折した光信号がシリコン材質のシャッタ型の可変導波路内に伝達されると、残りの外部反射領域で反射された信号は、光ファイバに影響を与えることなく反射される。伝達された光は、それぞれの段階別に消失されるのであるが、このとき、消失された光は、入力出力端の光ファイバに影響がない領域で透過して放出されるため、送受信信号と関係なく減衰が可能になるのである。
【００３３】
一方、本発明の具体的な実施のために、前記実施形態での外部反射領域と、内部全反射領域、及び消失領域の長さをそれぞれ lo、li、laで表し、これらと幅をＷで表すのであるが、これらの幾何学的な組み合わせによって前記シャッタの形状が決定され、前記シャッタ形状の設計因子（parameter）は、光ファイバと空気及びシリコン材質のシャッタの屈折率により影響を受けるようになる。
【００３４】
一方、本発明に係る可変光減衰器は、シリコン可変導波路をシャッタに採用することで金属が施されていないため、本発明の実施形態で反射された光は、金属膜が施されている場合と比較したとき、約３０％に光量が少なくなる。
図７は、本発明の可変光減衰器による光の進行を概略的に示す図面であり、図示されたとおり、入射する光は、シリコン導波路によって引掛かった部分と自由に出力端に出ていく２つの部分に分かれる。引掛かった信号は、シリコン導波路の先端部に位置した境界面で再び部分的に通過されるか反射されるのであるが、このとき、シリコン導波路内部への入射率は、約７０％程度である。
【００３５】
本発明に係るシリコン材質のシャッタ型の可変光減衰器は、前述したとおり、他駆動方式の可変光減衰器はもちろん、ＭＥＭＳ方式の可変光減衰器に比べても損失特性、波長依存性、小型化の可能性などで極めて優れた性能を有するようになる。
【００３６】
即ち、本発明に係る可変光減衰器は、従来の遮断型可変光減衰器とは異なり、シリコン可変導波路に金属工程が必要でなく、これによる製造工程の簡素化をもたらすことができる。
【００３７】
本発明に係る可変光減衰器は、シリコン導波路によって反射される光が既存の金属シャッタに比べて約３０％程度であるため、反射された光による逆反射及び減衰量の変化に影響を与えることができ、シリコン導波路に入射された減衰光量は、送信及び受信部に影響を与えない導波路の減衰領域で反射と透過とを反復して消滅される。
【００３８】
以上のように、本発明は、特定の実施形態と関連して図示及び説明したが、特許請求の範囲に記載された事項以外にもこれにより示された発明の思想及び領域から逸脱しない限度内で多様な改造及び変化が可能であるということを当業界で通常の知識を有するものであれば、誰でも容易に理解することができる。たとえば、シャッタの材質の場合、シリコンを望ましい実施形態の一つとして示したが、これは同一又は類似の性質を有する他の材質によっても実現が可能で、前記シャッタでの反射及び入射の比率も多様な形態で実現が可能であることを明らかにしておく。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の光減衰器は、従来のＰＬＣ導波路型の可変光減衰器やＭＡＲＳ型の可変光減衰器に比べて波長依存性及び工程挿入の損失が少なく、ミラーを使用する構造に比べて反射面による偏光損失が少なく、機械式可変光減衰器に比べて低価格で小型化の商品として開発することが可能である。金属薄膜コーティングの過程のないシリコン材質のシャッタ型可変導波路をＭＥＭＳアクチュエータで駆動する原理を採用することによって、製作工程が簡単で優れた性能を期待することができる。
【００４０】
また、既存の機械式コネクタ型減衰器に比べて製品の大きさ及び価格を顕著に抑え、競争力の優れた商品を提供できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術の可変光減衰器を示す斜視図である。
【図２】  従来技術の可変光減衰器を示す斜視図である。
【図３】  従来技術の可変光減衰器による光の進行を概略的に示す図面である。
【図４】  従来技術の可変光減衰器による光の進行を概略的に示す図面である。
【図５】  本発明に係る可変光減衰器を示す斜視図である。
【図６】  本発明の望ましい実施形態に係る可変光減衰器のシリコン材質のシャッタの形状を拡大して示す図である。
【図７】  本発明の可変光減衰器による光の進行を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
１  伝送ファイバ
２  受信ファイバ
３  シリコン材質のシャッタ
４  アクチュエータ
５  基板
【図１】
0003787110.tif 000002
【図２】
0003787110.tif 000003
【図３】
0003787110.tif 000004
【図４】
0003787110.tif 000005
【図５】
0003787110.tif 000006
【図６】
0003787110.tif 000007
【図７】
0003787110.tif 000008