JP5416185B2 - ミラーアレイ、ミラー素子およびミラーアレイのアライメント方法 - Google Patents
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さらに、上記光学系からMEMSミラー104aに入射する光の入射角を、MEMSミラー104aの駆動電極への印加電圧(V)と傾斜角(θ)との関係における二次微分係数d2θ/dV2の符号と、光学系の光透過率(L:対数表示)とMEMSミラー104aの傾斜角との関係における二次微分係数d2L/dθ2の符号とが、互いに反対となるようにシフトさせることにより、MEMSミラー駆動電極への印加電圧と光学系の光透過率との関係(L−V特性)の線形性を向上させ、より広い光透過率範囲にわたってVOA精度と安定性を高めることができる。
図1,図2に示すように、本実施の形態に係る偏向素子を備えた波長選択型光スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)は、光軸がZ軸に沿って配設された光ファイバアレイ1と、マイクロレンズアレイ2と、回折格子3と、集光レンズ4と、上述した偏向素子として機能するMEMSミラーアレイ5とがこの順番でZ軸に沿って配列されたものである。
なお、MEMSミラーアレイ5の構成をx軸、y軸およびz軸からなる座標系、波長選択型光スイッチの構成をX軸、Y軸およびZ軸からなる座標系で説明するが、これらは同一であってもよいことは言うまでもない。
また、x軸方向の最も負の側に位置するミラー52a’は、電極基板51上に設けられた突起51bと対向配置されており、この突起51bとともにアライメント用MEMSミラー素子54を構成している。そのミラー52a’の上面には、アライメントパタン6が形成されている。
なお、各MEMSミラー素子53におけるばねの構造や配置については、例えば特許文献3に記載されているので、本明細書ではさらなる詳細な説明を省略する。また、MEMSミラー素子53の駆動機構は、上述した平行平板型に限定されず、例えば、垂直櫛歯構造などを適用することもできる。また、アッテネーションレベルの制御としては、y軸回りの回動に限定されず、x軸回りの回動によって制御するようにしてもよい。
なお、アラインメントパタン6は、必ずしも周囲の材料よりも反射率が高い材料からなる必要はなく、周囲の材料よりも反射率が低い材料でパターン形成してもよい。この場合、アライメントパタン6の周囲には、のような反射率が高い材料で高反射率領域を形成すれば、y軸に沿ってx軸方向の幅が変化するため、先に示した高反射率材料からなるアラインメントパタン6と同様の効果が得られる。
また、厚膜のレジストやポリイミド、シリコンを高アスペクト比でエッチングする技術、X線リソグラフィとメッキを組み合わせたLIGAプロセス、他成分ガラスの陽極接合等により、作成することもできる。
また、アライメントパタン6は、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成することができる。本実施の形態において、アライメントパタン6は、ミラー52a’の上面に高い反射率を有する材料を菱形に配置することによって形成される。この場合、アライメントパタン6は、その高い反射率を有する材料が配置された領域から構成され、低反射領域6bは、ミラー52aの下地、すなわちその高い反射率を有する材料が配置されていない、ミラー基板52の構成材料が露出した領域から構成される。なお、アライメントパタン6の製造方法はこれに限定されず、各種方法を定義自由に適用することができる。例えば、金やアルミなどの高い反射率を有する材料が全体に亘って形成されたミラー52aの上面に、上述した低い反射率を有する材料を所定のパタンで形成することにより製造してもよい。
このような波長選択型光スイッチにおいて、所定の周波数帯域毎に所定のチャネル数だけ波長分離されたWDM信号光がファイバアレイ1の入力ポート1aに入力されると、そのWDM信号光は、マイクロレンズ2aにより平行光とされて回折格子3に到達し、この回折格子3を通過する際に周波数に応じてX軸方向に分波され、集光レンズ4により互いに平行な光軸を有する信号光群となり、MEMSミラーアレイ5上にビームウェストを形成する。したがって、分波された信号光のビームウェストの配列と、各周波数帯域に対応して適切なピッチでx軸方向に配列された各MEMSミラー素子53およびアライメント用MEMSミラー素子54とが空間的に一致している状態で、MEMSミラー素子53のミラー52aをx軸およびy軸回りに所定の角度だけ傾動させると、そのミラー52aに到達した信号光は、このミラーの角度に応じて反射され、集光レンズ4により収束されて回折格子3により合波された後、その少なくとも一部がマイクロレンズ2b〜2eにより収束されて何れかの出力ポート1b〜1eより出力されるか、または、マイクロレンズ2b〜2eに到達しない。
次に、図6,図7を参照して、MEMSミラーアレイ5と光学系とのアライメント方法を説明する。
なお、MEMSミラーアレイ5のZ軸方向のアライメントは、上述したように反射光のスペクトル形状を観測し、その通過帯域が広くなるようにMEMSミラーアレイ5のZ軸方向の位置を調整することにより行うことができる。このとき、一般的に波長選択スイッチの光学系において、信号光のビーム径は、通過帯域を確保するために、X軸方向に小さく絞られている、すなわち、Y軸方向のビーム径がX軸方向のビーム径よりも大きくされている。したがって、上述したように反射光の通過帯域が広くなるようにMEMSミラーアレイ5のZ軸方向の位置を調整することにより、信号光のY軸方向のビーム径も自ずと最良点にアライメントされることとなる。
このようなY軸方向のアライメントを行う原理について、図8を参照して説明する。なお、図8は、MEMSミラーアレイ5をY軸方向に移動させたときの、ビームウェストとアライメントパタン6との位置関係、このときの各波長の光強度および帯域幅を示すグラフである。
図11に示すアライメントパタン10は、周囲よりも低い反射率の材料から構成され、菱形に形成されている。この菱形のアライメントパタン10における一方の対角線は、x軸に平行に形成されるとともに、各MEMSミラー素子53のミラー52aの中心と同一直線上に位置するように形成されている。また、アライメントパタン10の周囲には、アライメントパタン10よりも反射率が高い材料から構成される矩形の高反射領域10aが形成されている。このような構成を採ることによっても、MEMSミラーアレイ5のY軸方向の位置を変化させると、アライメントパタン10に照射されるビームウェストの位置関係に伴って、反射光のスペクトル形状が変化する。このとき、アライメントパタン10に照射されるビームウェストのX軸方向における長さの変化に伴って、反射光の帯域幅も変化する。
一方、ビームウェストBの短軸が、菱形に形成されたアライメントパタン10におけるx軸に平行な対角線上に位置しない場合、そのビームウェストBは、外縁部以外の部分も高反射領域10aに照射される(領域10−1,10−3)。このため、反射光のスペクトル形状10−1’、10−3’は、スペクトル形状10−2’の場合よりも、ビームウェストBの周波数帯域における中央部寄りに光強度が検出されることとなる。このとき、高反射領域10aに照射されるビームウェストBのX軸方向の長さは、上述した領域10−2の場合よりも大きな値となるので、反射光の帯域幅もその領域10−2の場合よりもよりも大きな値となる。
また、図12に示すアライメントパタン11は、周囲よりも高い反射率の材料から構成され、五角形に形成されている。このアライメントパタン11の周囲には、アライメントパタン11よりも低い反射率の材料から構成された矩形の低反射領域11aが形成されている。このような構成を採ると、MEMSミラーアレイ5のY軸方向の位置を変化させたとき、光スペクトルアナライザ9により測定されるアライメントパタン11による反射光の帯域幅は、図12の符号γで示す曲線のように、アライメントパタン11に照射されるビームウェストのX軸方向の長さが極大となるときに極大となり、Y軸方向のずれが大きくなるにつれて、その極大からY軸方向の正負それぞれの側に非対称に減少することとなる。このように、アライメントパタンをX軸に対称な形状とすることによっても、帯域幅が極大に向かって鋭く、かつ、Y軸方向に非対称に変化するので、その極大を容易に識別することが可能となり、結果として、MEMSミラーアレイ5のY軸方向の位置についてより正確なアライメントを実現することができる。
また、図13に示すアライメントパタン12は、周囲よりも高い反射率の材料から構成され、半円形またはかまぼこ型に形成されている。このアライメントパタン11の周囲には、アライメントパタン12よりも低い反射率の材料から構成された矩形の低反射領域12aが形成されている。このような構成を採ると、MEMSミラーアレイ5のY軸方向の位置を変化させたとき、光スペクトルアナライザ9により測定されるアライメントパタン12による反射光の帯域幅は、図13の符号γで示す曲線のように、アライメントパタン12に照射されるビームウェストのX軸方向の長さが極大となるときが極大となり、Y軸方向のずれが大きくなるにつれてその極大からY軸方向の正負それぞれの側に非対称に減少することとなる。このようにY軸に非対称な形状とすることによっても、帯域幅が極大に向かって鋭く変化するので、その極大を容易に識別することが可能となり、結果として、MEMSミラーアレイ5のY軸方向の位置についてより正確なアライメントを実現することができる。
Claims (5)
- 複数の板状のミラーが配列され、当該ミラーを回動可能に支持する第1の基板と、
この第1の基板と対向配置され、前記ミラーと対向する位置に少なくとも1つの電極が設けられた第2の基板と、
前記ミラーの少なくとも1つの前記第2の基板と対向しない一方の面に設けられ、周囲と異なる反射率を有するアライメントパタンと、
前記第2の基板上に設けられ、前記アライメントパタンが設けられた前記ミラーの他方の面を押圧する突起と
を備えることを特徴とするミラーアレイ。 - 前記突起は、前記ミラーの回動中心を除く位置に当接する
ことを特徴とする請求項1記載のミラーアレイ。 - 前記ミラーは、波長に応じて分離された入力光を偏向するミラーであり、
前記アライメントパタンは、波長分離方向に平行な所定の第1の軸から、この第1の軸と直交しかつ入力光の光軸と交わる第2の軸に沿って離れるにつれて前記波長分離方向の幅が変化しかつ前記第1の軸上に前記波長分離方向の幅の極値を有する
ことを特徴とする請求項1記載のミラーアレイ。 - 基板と、
この基板から離間して、回動可能に支持された板状のミラーと、
前記基板上に設けられ、前記ミラーの前記基板と対向する一方の面を押圧する突起と、
前記ミラーの他方の面に設けられ、周囲と異なる反射率を有するアライメントパタンと
を備えることを特徴とするミラー素子。 - 複数の板状のミラーが配列され、当該ミラーを回動可能に支持する第1の基板と、この第1の基板と対向配置され、前記ミラーと対向する位置に少なくとも1つの電極が設けられた第2の基板と、前記ミラーの少なくとも1つの前記第2の基板と対向しない一方の面に設けられ、周囲と異なる反射率を有するアライメントパタンと、前記第2の基板上に設けられ、前記アライメントパタンが設けられた前記ミラーの他方の面を押圧する突起とを備えたミラーアレイのアライメント方法であって、
前記ミラーは、波長に応じて分離された入力光を偏向するミラーであり、
波長分離方向に平行な所定の第1の軸から、この第1の軸と直交しかつ入力光の光軸と交わる第2の軸に沿って離れるにつれて前記波長分離方向の幅が変化しかつ前記第1の軸上に前記波長分離方向の幅の極値を有する前記アライメントパタンに対して前記第1の軸方向に波長分離された光を照射する第1のステップと、
前記アライメントパタンからの反射光の周波数帯域の幅を測定し、この幅が極値となるように前記第1の軸に直交し、前記入力光の光軸と交わる第2の軸の方向における前記ミラーアレイの位置を調整する第2のステップと
を有することを特徴とするミラーアレイのアライメント方法。
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