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CN1666131A - 光可变衰减器和光组件 - Google Patents

光可变衰减器和光组件 Download PDF

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CN1666131A
CN1666131A CN038152770A CN03815277A CN1666131A CN 1666131 A CN1666131 A CN 1666131A CN 038152770 A CN038152770 A CN 038152770A CN 03815277 A CN03815277 A CN 03815277A CN 1666131 A CN1666131 A CN 1666131A
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片山诚
蟹江智彦
菅沼宽
西村正幸
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

本发明提供一种光可变衰减器和光组件。光可变衰减器具有平面波导(2)，在该平面波导(2)上设置形成输入用光路A和输出用光路B的光波导(3)。平面波导(2)的上表面设置悬臂梁(6)，在该悬臂梁(6)的顶端部固定把通过输入用光路A的光向输出用光路B反射的可动反射镜(8)，此外，在平面波导(2)的上表面设置电极(9)，悬臂梁(6)和电极(9)通过电压源(11)连接，通过该电压源(11)在悬臂梁(6)和电极(9)之间外加电压，在两者间产生静电，使悬臂梁(6)的顶端一侧部分向电极(9)一侧弯曲，据此，可动反射镜(8)向电极(9)一侧移动。

Description

光可变衰减器和光组件
技术领域
本发明涉及光通信等中使用的光可变衰减器和光组件。
背景技术
作为以往的光可变衰减器，例如知道电子信息通信学会的信学技报PS2001-31中记载的光可变衰减器。该文献中记载的光可变衰减器使两条光纤相对，使挡板出入其间的空间，控制光衰减量。
在所述以往的技术中，为了减少挡板的边缘部的光束的衍射引起的偏振依存损失(衰减量波长依存性)，使用两个挡板。可是这时，需要用于个别驱动两个挡板的致动器，所以光可变衰减器的构造复杂化、大规模化。
发明内容
本发明的目的在于：提供能以简单的构造可靠地减少偏振依存损失的光可变衰减器和光组件。
本发明的光可变衰减器的特征在于包括：具有输入用光路和输出用光路的基体构件；使通过输入用光路的光向输出用光路反射的可动反射镜；使可动反射镜移动的驱动部件。
在这样的光可变衰减器中，当可动反射镜位于给定的位置时，来自输入用光路的光由可动反射镜全反射，引导到输出用光路，作为结果，变为光衰减量最小的状态。如果从该状态通过驱动部件使可动反射镜移动，则只有来自输入用光路的光的一部分由可动反射镜反射，作为结果，光衰减量增加。而且，如果可动反射镜到达从输入用光路以及输出用光路完全偏移的位置，则在可动反射镜的光的反射完全不发生，所以反射光不向输出用光路引导，结果，变为衰减无限大的状态。这样，本发明的光可变衰减器利用基于可动反射镜的反射，所以不受可动反射镜的边缘部的光的衍射的影响。此外，与只使用挡板作为用于改变光衰减量的构件时不同，可动反射镜可以是一个。因此，能以简单的构造可靠地减少光的衍射效应引起的偏振光依存损失。这时，能把光衰减量10dB下的偏振光依存损失减小到低于0.2dB。
希望可动反射镜由微型电子机械系统技术形成。据此，能减小可动反射镜的尺寸，所以能谋求光可变衰减器的小型化。
此外，希望输入用光路和输出用光路由光波导形成，在基体构件中设置与输入用光路和输出用光路连接的沟部，可动反射镜设置为能在插入于沟部内的状态下移动。这样，通过用光波导形成输入用光路和输出用光路，能容易地使用半导体制造技术制作具有输入用光路和输出用光路的基体构件，能谋求低成本化。
这时，希望输入用光路和输出用光路的虚拟交叉角度大于等于9度。这里，虚拟交叉角度是指假定把输入用光路和输出用光路原封不动直线延伸时交叉的角度。通过使这样的虚拟交叉角度大于等于9度，能减少由可动反射镜反射而回到输入用光路的光，所以能把返回光引起的光损失抑制在很低。
此外，希望在沟部内填充具有与光波导同等折射率的匹配油。据此，能减少在输入用光路以及输出用光路和可动反射镜之间的光的插入损失。
希望可动反射镜安装在悬臂支撑在基体构件上的悬臂梁上，驱动部件具有设置在基体构件上的电极、使悬臂梁和电极之间产生静电力的部件。这样，通过采用利用静电力驱动可动反射镜的结构，不使电流流过，所以能减小耗电。
这时，希望在悬臂梁上设置多个第一梳齿，在电极上设置插入于各第一梳齿间的多个第二梳齿。据此，悬臂梁和电极的表面积增大，所以能以小的外加电压使悬臂梁和电极之间产生大的静电力。此外，为了悬臂梁和电极变得接近，可动反射镜对于外加电压的移动量的线性即光衰减量对于外加电压的线性变好。因此，容易控制光衰减量。
此外，希望可动反射镜、悬臂梁和电极由具有导电性的Si形成，在可动反射镜的表面涂敷Au、Ag、Al中的任意一种。这样，通过用具有导电性的Si形成可动反射镜、悬臂梁和电极，能以廉价制作这些构造体。此外，通过在可动反射镜的表面涂敷Au、Ag、Al中的任意一种，能取得反射率好的高性能的可动反射镜。
此外，本发明的光组件的特征在于：具有所述光可变衰减器。这样，通过设置利用基于可动反射镜的光的反射调整光衰减量的光可变衰减器，如上所述，即使是简单的构造，也能可靠地减少光的衍射效应引起的偏振光依存损失。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是表示本发明的光可变衰减器的一实施例的平面图。
图2是表示图1所示的光可变衰减器的垂直方向剖视图。
图3是表示图1所示的致动器构造体的工作状态的平面图。
图4是在图1所示的光可变衰减器中，表示插入损失和偏振光依存损失的相关关系的实测数据。
图5是表示本发明的光可变衰减器的其他实施例的平面图。
图6是表示图5所示的致动器构造体工作状态的平面图。
图7是表示具有图1所示的光可变衰减器的光组件一例的平面图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的光可变衰减器和光组件的首选实施例。
图1是表示本发明的光可变衰减器的一实施例的平面图，图2是该光可变衰减器的垂直方向剖视图。在图1和图2中，本实施例的光可变衰减器1具有平面波导2，在该平面波导2中设置有形成光路A～D的光波导3。这里，光路A构成输入用光路，光路B构成输出用光路。在平面波导2中设置在平面波导2的宽度方向延伸，与光路A～D连接的沟部4。
具有这样的光路A～D和沟部4的平面波导2按如下制作。即首先，在平面波导2中，把两个光波导3形成交叉状。接着，使用例如反应性离子蚀刻(RIE)，在两个光波导3的交叉部形成沟部4。据此，形成光路A～D。
在平面波导2上设置使用微型电子机械系统(MEMS)技术形成的致动器构造体5。致动器构造体5具有悬臂支撑在平面波导2的上表面上的悬臂梁6，该悬臂梁6从平面波导2的一端部延伸到沟部4的位置。在悬臂梁6的顶端一侧部分设置有多个梳齿7。从低成本化的观点出发，悬臂梁6希望由具有导电性的硅(Si)形成。
在悬臂梁6的顶端部固定把通过输入用光路A上的光向输出用光路B反射的可动反射镜8。该可动反射镜8构成为进入平面波导2的沟部4内。须指出的是，可动反射镜8例如具有厚度30μm、高度50μm、宽度50μm的尺寸。
这里，当分别用线连接光路A、D和光路B、C时，这些线交叉的角度(例如输入用光路A和输出用光路B的虚拟交叉角度)θ希望大于等于9度(参照图3)。据此，当来自输入用光路A的光由可动反射镜8反射时，该反射光几乎不会到输入用光路A，所以能减少返回光(泄漏光)引起的光损失(返回损失)。这时，为了边确保所需的光反射率边减小平面波导2的宽度方向的尺寸，希望使输入用光路A和输出用光路B的虚拟交叉角设θ为9～20度的范围内。
可动反射镜8与悬臂梁6同样，由具有导电性的Si形成。而且，在可动反射镜8的表面涂敷金(Au)、银(Ag)、铝(Al)等。据此，对于红外线那样的光通信用波长区域的光反射率提高，所以能减少对于输出用光路B的光的插入损失。
此外，致动器构造体5具有设置在平面波导2的上表面上的电极9。在该电极9中设置插入悬臂梁6的各梳齿7间的多个梳齿10。电极9也与悬臂梁6同样，由具有导电性的Si形成。
由这样的悬臂梁6、可动反射镜8和电极9构成的致动器构造体5例如通过感应耦合等离子体反应性离子蚀刻(ICP-RIE)制作。
以上的平面波导2和致动器构造体5与配置在平面波导2的两端的光纤阵列(未图示)一起收纳在封装体(未图示)中。而且，在该封装体内填充有具有与光波导3同等的折射率的匹配油(例如硅树脂)。据此，在平面波导2的沟部4内也充满匹配油。因此，输入用光路A以及输出用光路B和可动反射镜8之间不产生折射率的不连续面，所以能减少对于输出用光路B的光的插入损失。
此外，悬臂梁6和电极9通过电压源11连接，通过用电压源11在悬臂梁6和电极9之间外加电压，使两者间发生静电力。而且，通过该静电力把悬臂梁6的顶端部分拉向电极9而弯曲，伴随于此，可动反射镜8在插入平面波导2的沟部4内的状态下向电极9一侧移动(参照图3)。这样，使悬臂梁6和电极9之间产生静电力，驱动可动反射镜8，能谋求省电。
这时，在悬臂梁6上设置梳齿7，在电极9上设置梳齿10，所以悬臂梁6和电极9的表面积全体增大。因此，只凭借该部分，悬臂梁6和电极9之间产生的静电力增大，所以能减小在悬臂梁6和电极9之间外加的电压。
在以上的光可变衰减器1中，在基于电压源11的供给电压为断开的状态下，如图1所示，悬臂梁6直线延伸。在该状态下，从输入用光路A出射的光由可动反射镜8全反射，入射到输出用光路B中，所以作为光衰减器，能取得最小的光衰减量。
如果从这样的初始状态，通过电压源11在悬臂梁6和电极9之间外加电压，通过在悬臂梁6和电极9之间产生的静电力，可动反射镜8向电极9一侧移动。在该状态下，只有从输入用光路A出射的光的一部分由可动反射镜8反射，入射到输出用光路B，剩下的光入射到光路D中，所以光衰减量增大。
而且，如果进一步提高在悬臂梁6和电极9之间外加的电压，则如图3所示，可动反射镜8从输入用光路A以及输出用光路B完全偏离。在该状态下，从输入用光路A出射的光不由可动反射镜8反射，完全入射到光路D中，所以光衰减量变为无限大(所谓的挡板状态)。
这样，在光可变衰减器1中，通过改变在悬臂梁6和电极9之间外加的电压，使可动反射镜8的反射光的光量可变，调整光衰减量。这时，在悬臂梁6上设置梳齿7，在电极9上设置梳齿10，悬臂梁6的顶端一侧部分和电极9接近。因此，光衰减量对于外加电压的线性变为良好，所以能容易地进行光衰减量的控制。
如上所述，在本实施例的光可变衰减器中，采用利用基于可动反射镜8的反射光的结构，所以不受可动反射镜8的边缘部产生的光的衍射的影响。因此，能把这样的光的衍射效应引起的偏振光依存损失(PDL)抑制在很低。此外，没必要为了减少光的衍射，使可动反射镜8的边缘部分十分薄(例如小于等于1μm)，所以能容易地进行可动反射镜8的制作。使用的可动反射镜8是一个，所以驱动可动反射镜8的致动器也只需一组，从而简化了光可变衰减器的构造。
图4是在所述光可变衰减器中，表示插入损失(光衰减量)和PDL的相关关系的实测数据。该实测数据的横轴表示对悬臂梁和电极之间供给的电压，实测数据的左侧纵轴表示插入损失，实测数据的右侧纵轴表示PDL。从图4可知，10dB衰减时的PDL非常小，约为0.15dB。
图5是表示本发明的光可变衰减器的其他实施例的平面图。在图中，对于与上述的实施例相同或同等的构件付与相同的符号，省略其说明。
在图5中，本实施例的光可变衰减器1A具有与所述致动器构造体5同等的致动器构造体5A。该致动器构造体5A构成为在初始状态中，可动反射镜8完全从输入用光路A和输出用光路B偏离。在该状态下，来自输入用光路A的光完全不由可动反射镜8反射，所以光衰减量为无限大。
如果从这样的初始状态，通过电压源11在悬臂梁6和电极9之间外加电压，则通过两者间产生的静电力，可动反射镜8向电极9一侧移动。在该状态下，来自输入用光路A的光的一部分由可动反射镜8反射，向输出用光路B引导，所以光衰减量减小。然后，如果可动反射镜8到达图6所示的位置，则来自输入用光路A的光由可动反射镜8全反射，引导到输出用光路B，所以光衰减量变为最小。
图7表示具有上述的光可变衰减器的光组件的一例。在图7中，光组件12是具有从把波长多路复用的信号中加减任意波长的信号的功能的光分支插入多路复用器(OADM)。
OADM12包含：具有多个2×2光开关13的光开关阵列14；具有多个光可变衰减器1的光可变衰减器阵列15。各光开关13和光可变衰减器1分别通过主波导16(相当于上述的输入用光路A)连接。此外，各光开关13通过主波导17与分波器18连接。该分波器18把在一条光纤19中传来的波长不同的多个光信号按各波长分波。各光可变衰减器1通过主波导20(相当于上述的输出用光路B)与合波器21连接。该合波器21把各波长的光信号合波，向一条光纤22引导。在各主波导20中设置检测由光可变衰减器衰减的光的功率的光监视器23。此外，在各光开关13中连接加用波导24和减用波导25。
光开关阵列14、光可变衰减器阵列15和光监视器23与控制器26连接。该控制器26具有向各光开关13供给电压的多个电压源、向各光可变衰减器1供给电压的多个电压源(所述的)。控制器26根据光监视器23的检测值，向各光可变衰减器1发送电压信号，使输出光量变为所需值。此外，控制器26向各光开关13发送电压信号，进行波导16、17、24、25的光路切换。
须指出的是，本发明并不局限于所述实施例。例如，在所述实施例中，使用通过在悬臂梁6和电极9之间产生的静电力使可动反射镜8驱动的静电致动器，但是也可以使用利用电磁力使可动反射镜8驱动的电磁致动器。
此外，在所述实施例中，采用在横切输入用光路A和输出用光路B的平面波导2的宽度方向使可动反射镜8驱动的结构，但是也可以采用使可动反射镜8在上下方向驱动的结构。
在所述实施例中，用光波导3来构成输入用光路A和输出用光路B，但是本发明也能应用于用光纤构成输入用光路A和输出用光路B的结构。
产业上的可利用性
根据本发明，设置把通过输入用光路上的光向输出用光路反射的可动反射镜、使该可动反射镜移动的驱动部件，所以能以简单的构造可靠地减少光的衍射引起的偏振光依存损失。

Claims (10)

1.一种光可变衰减器，其特征在于包括：
具有输入用光路和输出用光路的基体构件；
使通过所述输入用光路的光向所述输出用光路反射的可动反射镜；
使所述可动反射镜移动的驱动部件。
2.根据权利要求1所述的光可变衰减器，其特征在于：
所述可动反射镜由微型电子机械系统技术形成。
3.根据权利要求1或2所述的光可变衰减器，其特征在于：
所述输入用光路和所述输出用光路由光波导形成；
在所述基体构件中设置与所述输入用光路和所述输出用光路连接的沟部；
所述可动反射镜设置为能在插入于沟部内的状态下移动。
4.根据权利要求3所述的光可变衰减器，其特征在于：
所述输入用光路和所述输出用光路的虚拟交叉角度大于等于9度。
5.根据权利要求3或4所述的光可变衰减器，其特征在于：
在所述沟部内填充具有与所述光波导同等折射率的匹配油。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光可变衰减器，其特征在于：
所述可动反射镜安装在悬臂支撑在基体构件上的悬臂梁上；
所述驱动部件具有设置在所述基体构件上的电极、使所述悬臂梁和电极之间产生静电力的部件。
7.根据权利要求6所述的光可变衰减器，其特征在于：
在所述悬臂梁上设置多个第一梳齿；
在所述电极上设置插入于所述各第一梳齿间的多个第二梳齿。
8.根据权利要求6或7所述的光可变衰减器，其特征在于：
所述可动反射镜、所述悬臂梁和所述电极由具有导电性的Si形成；
在所述可动反射镜的表面涂敷Au、Ag、Al中的任意一种。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光可变衰减器，其特征在于：
光衰减量10dB下的偏振光依存损失比0.2dB还小。
10.一种光组件，其特征在于：
具有权利要求1～9中任一项所述的光可变衰减器。
CN038152770A 2002-07-03 2003-06-13 光可变衰减器和光组件 Pending CN1666131A (zh)

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JP2002194496 2002-07-03

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