JP2004070054A

JP2004070054A - 光アッテネータ及び光アッテネータアレー

Info

Publication number: JP2004070054A
Application number: JP2002229968A
Authority: JP
Inventors: Shiyoukou Tei; 鄭　昌鎬; Keiji Isamoto; 諫本　圭史; Atsushi Morosawa; 両澤　淳
Original assignee: Suntech Co
Current assignee: Suntech Co
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】光多重通信システムなどに用いられる小型で量産性に優れた光アッテネータを提供すること。
【解決手段】ベース２上に光ファイバ１１，１２、シリンドリカルレンズ４、ＭＥＭＳ基板５を配置する。光ファイバ１１からの光を光ファイバ１２にそのまま入射する角度から、ＭＥＭＳ基板５上のミラーユニット２１のチルトミラーを傾ける。こうすればチルトミラーの角度によって光ファイバ１２への入射量が変化するため、減衰量を連続的に変化させることが実現できる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ネットワークシステムの分岐ノード等に用いられ、光信号のレベルを調整するための光アッテネータ及び光アッテネータアレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、光波長多重分割及び伝送技術の進展に伴い多様で柔軟な光伝送システムが要求されている。光伝送システムにおいては、任意のノードで波長多重された光信号のレベルを調整したり、波長多重光の光レベルを揃えることが求められている。このような用途に減衰率が可変できる光アッテネータが用いられる。従来の光アッテネータとしては、例えばＵＳＰ６，１３７，９４１　に示されるように、投光用の光ガイドと受光用の光ガイドとをレンズに向けて保持し、その焦点位置に設けられたミラーの角度を変えて、投光した光が受光用光ガイドに加わる光軸を変化させ、減衰率を変化させるようにしたものが知られている。
【０００３】
又従来の他の光アッテネータとして、分布型のＮＤフィルタを用いた光アッテネータが知られている。分布型ＮＤフィルタは透明のガラス基板にクロムやインコネルといった光吸収率の大きい金属膜を長手方向に分布を持たせて蒸着したものである。この光アッテネータはＮＤフィルタを光軸に対して略垂直に配置し、分布方向にＮＤフィルタを移動させ、光が通過する金属膜の厚みの変化によって光透過率を可変して減衰率を変化させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近の波長多重伝送技術の進歩に伴い光ファイバを伝送されてくる情報が各波長の信号として分配（クロスコネクト）されたり、選択され、又は新たな信号がアドドロップされたりして必要な経路に伝送されていく。このようなノードでは、合分波器や光スイッチ，光アッテネータ等の光部品が用いられる。これらの部品は極めて低損失であることが求められている。又これに加えて小型であり、且つ多チャンネル化も容易にできる安価な光部品が求められている。
【０００５】
しかしながら光軸をずらせて結合率を調整することによって減衰率を調整する従来の方法によれば、小型の光アッテネータを製造することが難しい。又光アッテネータを多数配列した光アッテネータアレーを構成することが難しいという欠点があった。又金属膜を分布したＮＤフィルタをその分布方向にスライドさせて減衰率を変化させる光アッテネータの場合には、ＮＤフィルタやそれを駆動するモータの大きさにより素子の大きさが制限され、小型化が難しいという欠点があった。又モータを利用して移動させているため、可変速度に制限があるという欠点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、小型で量産性に優れた光アッテネータ及び光アッテネータアレーを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の光スイッチは、互いに平行に隣接して配置された入射部及び出射部と、前記入射部及び出射部の各光軸の光を集束させるシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの焦点位置に配置され、前記各光軸でなす面に垂直な回動軸に沿って回動自在のチルトミラーを含むミラーユニットと、前記ミラーユニットのチルトミラーの反射角度を連続的に変化させるチルトミラー制御部と、を具備することを特徴とするものである。
【０００８】
本願の請求項２の発明は、請求項１項の光アッテネータにおいて、前記ミラーユニットは、上面に反射面が形成された可動部の一部がヒンジ部でベース基板と接続され、そのヒンジを中心に回転するチルトミラーと、基板上に形成された電極との間に電圧を加えることによって、前記チルトミラーを回転させることを特徴とするものである。
【０００９】
本願の請求項３の光アッテネータは、互いに平行に隣接して配置された入射部及び出射部と、前記入射部及び出射部の各光軸の光を集束させるシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの焦点位置近傍に配置され、前記シリンドリカルレンズとの間隔を変化させるシフトミラーを含むミラーユニットと、前記ミラーユニットのシフトミラーと前記シリンドリカルレンズとの間隔を前記入射部及び出射部の光軸方向に連続的に変化させるシフトミラー制御部と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
本願の請求項４の発明は、請求項３項の光アッテネータにおいて、前記ミラーユニットは、上面に反射面が形成された可動部の外周部がベース基板に上下動自在に保持されたダイアフラム構造であるシフトミラーと、基板上に形成された電極との間に電圧を加えることによって、前記シフトミラーを上下動させることを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項５の発明は、請求項３項の光アッテネータにおいて、前記ミラーユニットは、基板の上部に配置され、上面に反射面を有するシフトミラーと、前記シフトミラーと基板との間に保持され、前記シフトミラーを上下動させる圧電アクチュエータと、具備するものであり、前記シフトミラー制御部は、前記圧電アクチュエータに電圧を加えることによって前記シフトミラーをその面に平行に上下動させることを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の光アッテネータにおいて、前記入射部及び前記出射部は、光ファイバと、その先端に設けられ光ファイバからの出射光をコリメートするレンズ部であることを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項７の発明は、請求項６項の光アッテネータにおいて、前記レンズ部は、ボールレンズであり、前記各光ファイバの先端に取付けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項８の発明は、請求項６項の光アッテネータにおいて、前記入射部及び出射部は、前記光ファイバをＶ字形溝に収納するブロックにより保持されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項９の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の光アッテネータにおいて、前記入射部及び出射部、前記ミラーユニット及び前記シリンドリカルレンズは、ベース上に配置されるものであり、前記ベースは、これらを位置決めするための位置決め機構を有することを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項１０の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の光アッテネータにおいて、前記入射部及び出射部、前記ミラーユニット及び前記シリンドリカルレンズは、ベース上に配置されるものであり、前記シリンドリカルレンズは、前記ベースと一体に成形されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
本願の請求項１１の光アッテネータアレーは、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光アッテネータを複数並列に配置したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態１による光アッテネータの組立状態を示す斜視図、図２は組立後の状態を示す斜視図であり、図３、図４はその互いに異なった方向からの断面図である。これらの図に示すように、本実施の形態による光アッテネータ１はベース２上の所定の位置にブロック３、シリンドリカルレンズ４及び後述するチルトミラーを保持するＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）基板５を固定して構成される。ベース２には図１に破線で示すようにあらかじめ各部品を配置するためのマーキングが施され、その位置に正確に載置する。又ＭＥＭＳ基板５を配置するための溝がベース２の端部に設けられる。ブロック３やシリンドリカルレンズ４の位置決めを正確にするため、図５に示すように、ベース２の表面にガイド用突起２ａ〜２ｈやピン、窪み等の位置決め機構を設けておいてもよい。
【００１９】
さてブロック３は図３に断面図を示すように、上面に平行な２本のＶ字形の溝がＸ軸方向に平行に並列して形成されている。ブロック３のＶ字形溝６，７はＸＹ平面に平行な面に形成される。その溝にちょうど高さが一致する光ファイバ１１，１２が平行に配置されており、この先端部分には夫々コリメートレンズ１３，１４が一体に形成されている。光ファイバ１１とその先端のコリメートレンズ１３は入射部を構成しており、光ファイバ１２とその先端のコリメートレンズ１４は出射部を構成している。入射部の光軸Ｌ１とし、出射部の光軸Ｌ２とし、これらの光軸はＸ軸に平行とする。このように入出射部の光ファイバをブロック３のＶ字形溝に挿入して固定しておくことによって、光軸の位置決めを正確に行うことができる。
【００２０】
さてベース２上にはコリメートレンズ側に平坦な面を有し他端が湾曲した凸レンズであるシリンドリカルレンズ４が固定される。シリンドリカルレンズ４は下面と上面が平面状に形成されており、下面がベース２の所定位置に配置される。シリンドリカルレンズ４の光軸はＸ軸に平行とする。このシリンドリカルレンズ４はＭＥＭＳ基板５上に焦点を結び、この位置には後述するミラーユニットが形成される。
【００２１】
又ＭＥＭＳ基板５の側面には光軸Ｌ１，　Ｌ２でなす面内でその光軸の中央位置にミラーユニット２１が配置される。以下ミラーユニット２１の周辺部分について図６に基づいて説明する。ミラーユニット２１はＭＥＭＳ基板５の上面に、図示のように対称に第１，　第２の電極２２ａ，２２ｂが形成されている。又その側方にはスペーサ２３ａ，２３ｂを介して第３，　第４の電極２４ａ，２４ｂが配置されており、この中心からヒンジ２５を介してチルトミラー２６が回動自在に保持されている。ヒンジ２５とチルトミラー２６を貫くラインは回動軸となっており、この回動軸に沿ってＭＥＭＳ基板５の第１，　第２の電極２２ａ，２２ｂが分断されるようになっている。チルトミラー２６は直径が入射光のビームサイズより若干大きな円形または多角形状の部材であり、その表面はミラーであり、且つ電極ともなっている。そして図７に示すように、チルトミラー２６に電気的に接続されている電極２４ａ，２４ｂと電極２２ａ，２２ｂの一方との間に、可変電圧源２７を介して任意の電圧が印加できるように構成される。
【００２２】
図７（ａ）は電圧を印加しない状態であり、（ｂ）はある電圧を印加した状態である。図７（ｂ）に示すように電圧を印加することによって静電気力がチルトミラー２６ａと一方の電極２２ａとの間に働き、チルトミラー２６をヒンジ２５に沿って回動させることができる。そしてこの電圧を変化させることによって傾き角度を変化させることができる。ここで可変電圧源２７は、チルトミラーの反射角度を連続的に変化させるチルトミラー制御部を構成している。そしてチルトミラーの回動軸はＺ軸に平行な軸とし、回動角度はφとする。
【００２３】
ここで用いられる回動可能なミラーユニット２１として、例えばＭＥＭＳオプティカル社のＳＥＲＩＥＳ８００１を用いてもよい。
【００２４】
次に本実施の形態の動作について図８、図９を用いて説明する。まずチルトミラー２６の反射面が図８に示すようにシリンドリカルレンズの光軸上にＹＺ平面と一致した状態とする。このとき入力用の光ファイバ１１から光が入射されると、コリメートレンズ１３によって平行光となり、シリンドリカルレンズ４を通って焦点位置のチルトミラー２６に入射する。そしてチルトミラー２６で同一の角度で反射されてコリメートレンズ１４に加わり、光ファイバ１２に加わる。光ファイバ１１，１２の位置をあらかじめ所定位置としておけば、光ファイバ１１から光ファイバ１２へほとんど減衰なく光が伝送されることとなる。
【００２５】
次に図９に示すようにチルトミラー２６を角度φだけ回転させる。このとき光ファイバ１１から光が入射されると、コリメートレンズ１３によって平行光となり、シリンドリカルレンズ４を通って焦点位置のチルトミラー２６に入射する。そしてチルトミラー２６で同一の角度で反射されてコリメートレンズ１４に加わり、光ファイバ１２に入射する。このときわずかにチルトミラー２６が傾いているため、光ファイバ１２に入射される光量が減少している。従ってチルトミラーのチルト角φを連続的に変化させることによって、減衰率を変化させることができる。図１０はコリメートレンズの入出射ビームの径を７０μｍ　、シリンドリカルレンズの焦点距離を２ｍｍ、ファイバ間隔を０．　５ｍｍとしたときのチルト角φに対する減衰率の変化を示すグラフである。
【００２６】
ここで図８に示すように、シリンドリカルレンズ４の焦点位置を１〜２ｍｍ程度とする。コリメートレンズ１３からコリメートレンズ１４に達するまでの間隔は、Ｘ軸に平行なラインを考慮しない場合は５ｍｍ以下となり、コリメートレンズ間のワーキングディスタンスを極めて小さくすることができる。このためレンズファイバやボールレンズファイバ等を採用することができ、挿入損失を小さくすることができる。このためチルトミラーとして直径の小さい小型のミラーを使用することができる。チルトミラーが小型であれば低電圧駆動で高速に回動させることができるため、減衰量の調整の速度を高速にすることができる。
【００２７】
次に本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態では図１１に示すようにチルトミラーに代えて、シフトミラーをＭＥＭＳ基板５の側壁に取付けたものであり、その他の構成については前述した実施の形態１と同様であるので詳細な説明を省略する。この実施の形態では、実施の形態１のミラーユニット２１が配置される位置にミラーユニット４０を配置している。ミラーユニット４０はＸ軸方向に後述するシフトミラー４６とシリンドリカルレンズ４との距離を変化させるようにしたものであり、そのシフト量は外部からの電圧で制御可能としている。図１１に示すようにミラーユニット４０のシフト量を変化させることができれば反射光の位置は基準の位置に比べて平行にシフトし、コリメートレンズ１４に入射する光の光軸が変化する。
【００２８】
次にマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）を用いたミラーユニット４０の一例について図１２、図１３を用いて説明する。ミラーユニット４０においては、ミラー基板４１の上面の中心位置に、電極４２が形成されている。その側方には四隅のスペーサ４３ａ，　４３ｃにヒンジ４５が保持される。中央位置形成されたミラー４６の下方には前述した電極４２が形成されている。シフトミラーは直径が入射光のビームサイズより若干大きな円形または多角形状の部材であり、その表面はミラーであり、且つ電極ともなっている。そして図１３に示すように、シフトミラー４６と基板上の電極４２との間に可変電圧源４７を介して電圧が印加できるように構成される。ここで電圧を印加することによって電圧に応じて中央部のシフトミラー４６が基板に平行に上下動する。このＸ軸方向のシフト量をΔとすると、図１１に破線で示されるようにシフト量Δに応じて光ファイバ１２への入射量が変化することとなる。そしてシフト量Δを電圧に応じて変化させれば、光軸の軸ずれ量も変化し、連続的に減衰量を変化させることができる。図１４は図８と同一寸法の光学構成の場合に、ミラーユニットのシフト量Δに対する減衰量の変化を示すものである。このように電圧によってシフト量Δを変化させることにより、減衰量を連続して変化させることができる。
【００２９】
又このＭＥＭＳミラーに代えて、ミラー基板に圧電アクチュエータを設け、その上部にシフトミラーを設けてもよい。この場合にも圧電アクチュエータに加える電圧を変化させることによって、Ｘ軸方向にミラー面を移動させることができる。従って印加電圧によりシフト量を変化させて、減衰率を変化させることができる。
【００３０】
次に本発明の実施の形態３について説明する。前述した実施の形態１，２では、１チャンネルの光アッテネータについて説明したが、本実施の形態はこのような光アッテネータを多数並列に配置した光アッテネータアレーである。図１５は実施の形態３の概略を示す斜視図である。各光アッテネータについては実施の形態１と同様であるので詳細な説明を省略する。この実施の形態では図１５に示すように、ベース５０上に２本の光ファイバ対５１〜５４が横方向に並列に配列されている。そして各光ファイバ対に対向する位置に実施の形態１と同様に、各対の光ファイバの光軸を集束するシリンドリカルレンズ４５〜４８を配置する。この場合には４×２本のＶ溝が設けられたブロックを用いてもよく、又複数のシリンドリカルレンズが連結して一体化されたシリンドリカルレンズを用いてもよい。又この各シリンドリカルレンズの焦点位置にミラーユニット６０〜６３を有するＭＥＭＳ基板５９を設ける。各ミラーユニットは前述の場合と同様に、夫々チルトミラーを有している。チルトミラーの動作については実施の形態１と同様である。チルトミラーに代えて実施の形態２に示すシフトミラーを用いてもよい。こうすればベース５０上にこれらの光部品とＭＥＭＳ基板とを配置するだけで、光アッテネータアレーを容易に組立てることができる。このように光アッテネータアレーを構成すれば、各チルトミラーの角度又は各シフトミラーの位置を変化させることによって、４チャンネル分の光量の減衰を並列に実行することができる。
【００３１】
又４チャンネルに限らず、任意の自然数をｎとすると、ｎ×２の光ファイバを並列に配列して光アッテネータアレーとすることにより、ｎチャンネルのアッテネータを実現することができる。こうすれば多チャンネルを基板上に配置して組立てることができ、小型のアレー化された光アッテネータアレーを実現できる。
【００３２】
又前述した実施の形態では図１６に示すように、各光ファイバの先端に小型ボールレンズをコリメートレンズとして取り付けたもので説明している。これに代えて、通常の非球面レンズ、ＧＲＩＮレンズ、あるいはマイクロレンズアレーなどをコリメートレンズとして各光ファイバを接続したコリメータを採用しても良い。
【００３３】
又シリンドリカルレンズはベース２，５０と一体化して成形したり、フォトリゾグラフィやエッチング技術を用いてベースと同時に成形することができる。こうすればベース上に配置する必要がなく、位置決め精度を向上させて製造工程を簡略化することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１〜１１の発明によれば、入出力光を短距離で結合することができ、小型で安価の光アッテネータを実現することができる。又光軸合わせが容易で信頼性の高い光アッテネータとすることができる。更に請求項８に示すように入出射部をＶ字形溝を有するブロック内で保持することによって、入出射部の位置決めを容易に行うことができる。又この光アッテネータをアレー状に形成することによって、ｎチャンネルの光アッテネータアレーを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による光アッテネータの組立構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による光アッテネータの全体構成を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態のブロックとその上部に配置される光ファイバを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による光アッテネータの主要部の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態１の変形例を示す組立構成図である。
【図６】本実施の形態によるミラーユニットの構造を示す斜視図である。
【図７】本実施の形態によるミラーユニットの電圧を印加しない状態、及び印加した状態の回動を示す断面図である。
【図８】実施の形態１によるチルトミラーを回動させない状態での反射面と光の経路を示す図である。
【図９】実施の形態１によるチルトミラーを回動させた状態での反射面と光の経路を示す図である。
【図１０】チルト角φに対する減衰率の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２によるシフトミラーの移動とその光の経路を示す図である。
【図１２】本実施の形態によるミラーユニットの構造を示す斜視図である。
【図１３】本実施の形態によるミラーユニットの構造を示す断面図である。
【図１４】本実施の形態のシフト量Δに対する減衰率の変化を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態２による光アッテネータアレーを示す斜視図である。
【図１６】光ファイバとその先端に設けられるコリメートレンズを示す図である。
【符号の説明】
１　光アッテネータ
２　ベース
３　ブロック
４　シリンドリカルレンズ
５　ＭＥＭＳ基板
６，７　Ｖ字形溝
１１，１２　光ファイバ
１３，１４　コリメートレンズ
２１，３０，４０　ミラーユニット
２２ａ，２２ｂ，　２４ａ，２４ｂ，２３ａ〜２３ｄ　電極
２３ａ，２３ｂ　スペーサ
２５　ヒンジ
２６　チルトミラー
２７，４７　可変電圧源
４１　ミラー基板
４６　シフトミラー
５１〜５４　光ファイバ対
５５〜５８　シリンドリカルレンズ
５９　ＭＥＭＳ基板
６０〜６３　ミラーユニット
７１，７２　コリメータ

Claims

互いに平行に隣接して配置された入射部及び出射部と、
前記入射部及び出射部の各光軸の光を集束させるシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズの焦点位置に配置され、前記各光軸でなす面に垂直な回動軸に沿って回動自在のチルトミラーを含むミラーユニットと、
前記ミラーユニットのチルトミラーの反射角度を連続的に変化させるチルトミラー制御部と、を具備することを特徴とする光アッテネータ。
前記ミラーユニットは、
上面に反射面が形成された可動部の一部がヒンジ部でベース基板と接続され、そのヒンジを中心に回転するチルトミラーと、基板上に形成された電極との間に電圧を加えることによって、前記チルトミラーを回転させるものであることを特徴とする請求項１項記載の光アッテネータ。
互いに平行に隣接して配置された入射部及び出射部と、
前記入射部及び出射部の各光軸の光を集束させるシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズの焦点位置近傍に配置され、前記シリンドリカルレンズとの間隔を変化させるシフトミラーを含むミラーユニットと、
前記ミラーユニットのシフトミラーと前記シリンドリカルレンズとの間隔を前記入射部及び出射部の光軸方向に連続的に変化させるシフトミラー制御部と、を具備することを特徴とする光アッテネータ。
前記ミラーユニットは、
上面に反射面が形成された可動部の外周部がベース基板に上下動自在に保持されたダイアフラム構造であるシフトミラーと、基板上に形成された電極との間に電圧を加えることによって、前記シフトミラーを上下動させるものであることを特徴とする請求項３項記載の光アッテネータ。
前記ミラーユニットは、
基板の上部に配置され、上面に反射面を有するシフトミラーと、
前記シフトミラーと基板との間に保持され、前記シフトミラーを上下動させる圧電アクチュエータと、具備するものであり、
前記シフトミラー制御部は、
前記圧電アクチュエータに電圧を加えることによって前記シフトミラーをその面に平行に上下動させることを特徴とする請求項３項記載の光アッテネータ。
前記入射部及び前記出射部は、光ファイバと、その先端に設けられ光ファイバからの出射光をコリメートするレンズ部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光アッテネータ。
前記レンズ部は、ボールレンズであり、前記各光ファイバの先端に取付けられていることを特徴とする請求項６記載の光アッテネータ。
前記入射部及び出射部は、前記光ファイバをＶ字形溝に収納するブロックにより保持されていることを特徴とする請求項６記載の光アッテネータ。
前記入射部及び出射部、前記ミラーユニット及び前記シリンドリカルレンズは、ベース上に配置されるものであり、
前記ベースは、これらを位置決めするための位置決め機構を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光アッテネータ。
前記入射部及び出射部、前記ミラーユニット及び前記シリンドリカルレンズは、ベース上に配置されるものであり、
前記シリンドリカルレンズは、前記ベースと一体に成形されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光アッテネータ。
請求項１〜１０のいずれか１項記載の光アッテネータを複数並列に配置したことを特徴とする光アッテネータアレー。