JP2009031813A - 光部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 光路への戻り光を低減する。
【解決手段】 光部品のミラーが、平面光波回路の第１の光導波路に結合した第１の光路の第１の光軸と平面光波回路の第２の光導波路に結合した第２の光路の第２の光軸とが成す角度の二等分線と交差する方向に移動する。ミラー表面の反射部は、二等分線に対して実質的に垂直な平面上に配置された部分を含むエッジを有する。エッジの当該部分は、Rav(X)=∫R(X,Y)・Φ(Y)dY / ∫Φ(Y)dY で定義される関数Rav(X)が異なる二つのＸ座標間で少なくとも１０％から９０％まで変化するような分布を有する（Ｘは第１及び第２の光軸を含む平面と反射部との交線に沿って延びるＸ軸方向の座標、Ｙは反射部上でＸ軸と垂直に延びるＹ軸方向の座標、R(X,Y)はＸＹ平面上における反射率分布、Φ(Y)は第１の光路から反射部に入射する光のＹ方向強度分布）。
【選択図】 図６

Description

この発明は、第１の光路から第２の光路へ伝播する光のパワーを調節する光部品に関する。

光通信では、光信号のパワーを調節するための光部品、例えば可変光減衰器や光スイッチがしばしば使用される。このような光部品の一例では、二つの光導波路間の光路上にミラーを配置し、そのミラーを移動させることにより反射光量を変化させ、それにより一方の光導波路から他方の光導波路に伝播する光のパワーを調節する（非特許文献１を参照）。
C.Marxerほか、「Micro-Opto-Mechanical 2x2 Switch for Single Mode Fibers based on Plasma-Etched Silicon Mirror and Electrostatic Actuation」(preceding 11th IEEE Workshop on Micro-Electro-Mechanical System、１９９８年、２３３〜２３７頁）

図１０は、ミラーを使用する可変光減衰器の一例を示す概略平面図である。可変光減衰器５０は、平面光波回路（Planer Lightwave Circuit：ＰＬＣ）１０、ミラー２０およびミラー駆動装置３０を有する。ＰＬＣ１０中の光導波路１１および１２は、平面１３に対して鏡面対称に配置された端部を有している。これらの端部は、同一平面上に揃えられた端面１１ａおよび１２ａを有している。ミラー２０は、これらの端面１１ａおよび１２ａに平行な反射面２０ａを有している。ミラー駆動装置３０は、矢印３２および３３で示される方向に沿ってミラー２０を移動させることができる。光導波路１１からの光は、反射面２０ａに入射すると、光導波路１２に向けて反射される。これにより、光導波路１１から光導波路１２に光が伝播する。一方、光導波路１１からの光が反射面２０ａに入射しない場合、その光は光導波路１２には入射しない。

図１０に示されるように、反射面２０ａは、ミラー２０の移動に伴って平面１３を横切るように移動するエッジ２０ｂを有している。エッジ２０ｂでは、回折現象のため入射光が様々な方向に散乱される。このため、光導波路１１からの光の一部が光導波路１１に戻り、光導波路１１内を再び伝播する。この光が光導波路１１への戻り光である。このような戻り光は、光導波路１１内を伝播する信号光の波形を歪ませ、通信エラーを引き起こすことがある。

そこで、本発明は、第１の光路から第２の光路へ伝播する光のパワーを調節する光部品において第１の光路への戻り光を低減することを課題とする。

図１１は、図１０に示される可変光減衰器５０におけるミラーエッジ２０ｂの位置と結合効率との関係を示している。ミラーエッジ位置が０μｍのとき、エッジ２０ｂは光導波路１１および１２間の平面１３上に位置する。図１１において実線は、光導波路１１から光導波路１２へ進行する光の結合効率を示し、一点鎖線は、光導波路１１から光導波路１１へ戻る光の結合効率を示し、二点鎖線は、光導波路１２から光導波路１２へ戻る光の結合効率を示している。図１１では、一点鎖線と二点鎖線とが重なっている。図１１に示されるように、可変光減衰器５０では、光導波路１１および１２への戻り光の結合効率が大きい。したがって、光導波路中の信号光の波形が比較的歪みやすい。

信号光波形の歪みを防ぐ方法として、図１２に示されるように、光導波路１１および１２にアイソレータ５１および５２を接続することが考えられる。光導波路１１を伝播する信号光５５はミラー２０によって反射されると光導波路１２に入射し、光導波路１２内を伝播する。ミラー２０のエッジ部２０ｂでの散乱によって生じた光導波路１１への戻り光５６は、光導波路１１に接続されたアイソレータ５１によって遮断される。また、光導波路１２に接続されたアイソレータ５２は、可変光減衰器５０に接続された外部デバイスからの戻り光５７を遮断し、可変光減衰器５０への入射を防ぐ。したがって、光導波路１２から光導波路１２へ戻る光の発生も防止される。なお、戻り光の結合効率の代表的な許容値は−４５ｄＢであるが、可変光減衰器が使用されるシステムに応じて許容値は異なる。

上記のようにアイソレータを使用すれば、可変光減衰器を使用する光通信システム内で戻り光が信号光に及ぼす影響を抑えることはできる。しかし、アイソレータを光導波路に接続する必要が生じるため、システムの構築が煩雑になるとともに、システムの製造コストも増加する。そこで、本発明者らは、戻り光を低減することの可能な別の光部品およびミラーを考案した。

一つの側面において、本発明は、第１の光軸を有する第１の光路と、第１の光軸と非平行な第２の光軸を有する第２の光路と、第１の光軸と第２の光軸とが成す角度の二等分線を横切って移動するミラーとを備えている。ミラーの表面には、第１の光路から光を受け取るとその光を第２の光路へ反射する反射部が設けられている。

反射部は、二等分線に対して実質的に垂直な平面上に配置された直線部を含むエッジを有していてもよい。直線部は、第１および第２の光軸を含む平面の法線に対して傾斜していてもよい。あるいは、反射部は、上記の二等分線に対して実質的に垂直な平面上に配置された曲線部を含むエッジを有していてもよい。

これらの直線部および曲線部は、第１および第２の光軸を含む平面の法線と非平行である。反射面のエッジ上におけるこの非平行な部分は、第１光路からの光がその部分に入射したときに生じる散乱光の第１の光軸方向の成分を抑える。これにより、第１光路への戻り光が低減される。

第１光路への戻り光のさらなる低減のために、上記の鋭角φは５°以上であることが好ましい。

このほかに、反射部は、上記の二等分線に対して実質的に垂直な平面上に配置された部分を含むエッジを有しており、その部分は、下記の式
Rav(X)=∫R(X,Y)・Φ>(Y)dY / ∫Φ(Y)dY
（ここで、Ｘは第１および第２の光軸を含む平面と反射部との交線に沿って延びるＸ軸方向の座標、Ｙは反射部上でＸ軸と垂直に延びるＹ軸方向の座標、R(X,Y)はＸＹ平面上における反射率分布、Φ(Y)は第１の光路から反射部に入射する光のＹ方向強度分布）で定義される関数Rav(X)が異なる二つのＸ座標間で少なくとも１０％から９０％まで変化するような分布を有していてもよい。

ミラーの反射面のエッジにおいてこのような分布の関数(X)を与える部分は、第１光路からの光がその部分に入射したときに生じる散乱光の第１の光軸方向の成分を抑える。これにより、第１光路への戻り光が低減される。

第１光路への戻り光のさらなる低減のために、関数Rav(X)が１０％から９０％まで変化する二つのＸ座標の間隔は、第１の光路から反射部に入射する光のＸ方向のモードフィールド径の３％以上であることが好ましい。

本発明の光部品は、第１の光路に光学的に結合された光導波路および第２の光路に光学的に結合された光導波路の少なくとも一方をさらに備えていてもよい。その光導波路は、平面導波路であってもよいし、光ファイバであってもよい。

別の側面において、本発明は、反射面と、所定の移動経路に沿って反射面を移動させることの可能な駆動装置とを備える可動ミラー装置である。移動経路は、反射面を実質的に垂直に横断する平面に対して平行に延在している。反射面は、移動経路に沿った反射面の移動に応じてその平面と交差しつつ移動するエッジを有している。エッジは、その平面の法線に対して傾斜した直線部を含んでいてもよい。直線部と法線とが成す鋭角が５°以上であることが好ましい。あるいは、エッジは、曲線部を含んでいてもよい。

これらの直線部および曲線部は、反射面の移動経路と平行な上記の平面の法線と非平行である。反射面のエッジ上におけるこの非平行な部分は、上記の平面上に配置された光軸を有する光路上の光がその部分に入射したときに生じる散乱光のその光軸方向の成分を抑える。これにより、その光路への戻り光が低減される。

本発明によれば、第１の光路から第２の光路へ伝播する光のパワーを調節する光部品において第１の光路への戻り光を低減することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）図１は、第１実施形態の光部品を示す概略平面図である。この光部品は、可変光減衰器１００である。可変光減衰器１００は、平面光波回路（Planer Lightwave Circuit：ＰＬＣ）１０、ミラー２１およびミラー駆動装置３０を有する。ミラー２１およびミラー駆動装置３０は、可動ミラー装置４０を構成する。

ＰＬＣ１０は、２本の光導波路１１および１２を有する。光導波路１１および１２は、図１の紙面に平行に延びる平面導波路である。光導波路１１および１２は、例えば石英ガラスから構成されている。光導波路１１および１２のミラー２１に近い側の端部は、互いに交差して重なり合っていてもよいし、互いに離間していてもよい。

ミラー２１は、反射面２１ａを有する光反射器である。反射面２１ａは、実質的に平坦であり、光導波路１１および１２を伝播する所定波長の光に対して極めて高い反射率（例えば９０％以上）を有する。反射面２１ａは実質的に均一な反射率を有している。反射面２１ａは、ミラー２１の表面に設けられ、図１の紙面に垂直な方向に延在する。ミラー２１は、反射面２１ａが光導波路１１および１２の端面と対向するように移動する。反射面２１ａとこれらの端面との間隙には、屈折率整合材が充填されていてもよい。ミラー２１の詳細は後述する。

ミラー駆動装置３０は、矢印３２および３３で示されるように、ＺＸ平面と実質的に平行にミラー２１を移動させる。これに応じて、ミラー２１の反射面２１ａは移動経路４６に沿って移動する。ミラー２１の移動は可逆的である。移動経路４６は、反射面２１ａを実質的に垂直に横断する平面（例えば、図１の紙面）に対して平行に延在している。本実施形態では、移動経路４６は、実質的にＸ方向に延びる直線状である。したがって、光導波路１１および１２の端面の付近では、矢印３２および３３で示されるように、反射面２１ａは光導波路１１および１２の端面と実質的に平行に移動する。ミラー駆動装置３０の一例は、上記の非特許文献１に示されるような静電アクチュエータである。

なお、移動経路４６は曲線状であってもよい。曲率が充分に大きければ、光導波路１１および１２の端面の付近で反射面２１ａを実質的にＸ方向に移動させることができる。

図１には、説明の便宜のためにＸＹＺ直交座標系が描かれている。Ｘ軸は、導波路１１および１２の双方の光軸を含む平面と反射面２１ａとの交線に沿って延在する。Ｙ軸は、導波路１１および１２の双方の光軸が成す角度の二等分線に垂直な平面内においてＸ軸に対して垂直に延在する。Ｚ軸は、その二等分線と平行に延在する。

以下では、図２および図３を参照しながら、ミラー２１についてさらに詳細に説明する。図２は、ミラー２１を示す概略斜視図である。図３は、図２とは別の角度から見たミラー２１の反射面２１ａを示す図である。

図２に示されるように、可変光減衰器１００は、光導波路１１からの光をミラー２１を介して光導波路１２へ送るための光路２６および２７を有している。光路２６および２７は、それぞれ光導波路１１および１２に光学的に結合されている。ミラー２１の反射面２１ａは、光路２６と交差するように移動する。光路２６および２７は、光導波路１１および１２の端面と反射面２１ａとの間に延在している。光導波路１１から出射した光４１は、ミラー２１に向かって光路２６上を進行し、反射面２１ａで反射され、光導波路１２に向かって光路２７上を進行する。光路２６および２７は、それぞれ光軸１６および１７を有している。光軸１６および１７は、図１の紙面に平行な平面上に配置されている。光軸１６および１７は非平行であり、角度θで交差する。角度θの二等分線１８は、光軸１６および１７を含む平面上を延在する。図２における符号１４は、光軸１６および１７を含む平面を示している。以下では、平面１４を基準平面と呼ぶことにする。基準平面１４は、反射面２１ａの移動経路４６と実質的に平行であり、また、反射面２１ａを実質的に垂直に横断している。

図２に示されるように、ミラー２１の反射面２１ａは台形形状をしている。反射面２１ａは、ミラー２１の移動に伴って二等分線１８を横切るように移動する直線状のエッジ２１ｂを有している。エッジ２１ｂは、移動経路４６に沿った反射面２１ａの移動に応じて、基準平面１４と交差しつつ移動する。反射面２１ａおよびエッジ２１ｂは実質的にＸＹ平面上に位置している。また、上述のように、二等分線１８はＺ軸に平行である。したがって、エッジ２１ｂは二等分線１８に対して実質的に垂直な平面上に配置されている。エッジ２１ｂは、基準平面１４の法線１５に対して傾斜しており、法線１５との間に鋭角φを成している。

なお、反射面２１ａを介して光導波路１１および１２間で光を効率良く結合させるためには、反射面２１ａおよびエッジ２１ｂは二等分線１８に対して完全に垂直であることが望ましい。しかし、実際は、二等分線１８の反射面２１ａ上への投影線と二等分線１８とが成す角度が８５°以上９０°以下、より望ましくは８９°以上９０°以下であれば、充分に高い結合効率を得ることができる。

反射面２１ａは、光路２６の光軸１６に沿って進行する光４１を光導波路１１から受け取ると、その光４１を光路２７の光軸１７に沿って反射する。この結果、光導波路１１からの光４１は光軸１７に沿って光導波路１２に入射し、光導波路１２内を伝播する。一方、光導波路１１からの光が反射面２１ａに入射しない場合、その光は光導波路１２には入射しない。

図３には、入射光４１のビーム４４の断面が拡大して描かれている。図３に示されるように、光導波路１１から反射面２１ａに入射する光がエッジ２１ｂ上に分布するときは、回折現象のためにエッジ２１ｂで入射光が散乱する。散乱光の一部は光導波路１２に結合し、光導波路１２内を伝播する。図３に示される位置から矢印３２の方向にミラー２１が移動すると、反射面２１ａ上のより狭い部分によって入射光が反射されるようになるので、光導波路１１から光導波路１２への結合効率が低下する。逆に、図３に示される位置から矢印３３の方向にミラー２１が移動すると、反射面２１ａ上のより広い部分によって入射光が反射されるようになるので、光導波路１１から光導波路１２への結合効率が増加する。したがって、光導波路１１から光導波路１２へ伝播する光のパワーをミラー２１の移動に応じて変更することができる。これが可変光減衰器１００の動作原理である。

エッジ２１ｂでの散乱光の一部は光導波路１１に戻る。これが光導波路１１への戻り光である。本実施形態では、エッジ２１ｂが基準平面１４の法線１５に対して傾斜しているために戻り光が低減される。以下では、図２および図１３を参照し、図１０に示されるミラー２０と比較しながら、本実施形態のミラー２１による戻り光の低減を説明する。

図１３は、図１０に示されるミラー２０を示す概略斜視図である。ミラー２０の反射面２０ａは、エッジ２０ｂを有する。エッジ２０ｂは、基準平面１４の法線１５と平行な直線部である。つまり、エッジ２０ｂは基準平面１４に対して垂直である。理論的には、エッジ２０ｂに実質的に垂直な基準平面１４上の光軸１６に沿ってエッジ２０ｂに光が入射すると、光散乱はその平面１４内で発生し、散乱光４３は平面１４に沿って進行する。平面１４外で散乱光が発生しないのは、図１３において、基準平面１４の上側に位置する反射面２０ａの部分で反射された光成分と、基準平面１４の下側に位置する反射面２０ａの部分で反射された光成分とが、ホイヘンスの原理にしたがって打ち消し合うためである。エッジ２０ｂに垂直な平面１４内で光散乱が起こると、散乱光４３の一部は同じ平面１４上に光軸１６を有する光導波路１１に比較的容易に結合する。こうして光導波路１１への戻り光が生じる。

一方、図２に示されるように、本実施形態のミラー２１は、基準平面１４の法線１５に対して傾斜したエッジ２１ｂを有している。したがって、基準平面１４はエッジ２１ｂと垂直ではない。このため、基準平面１４上の光軸１６に沿ってエッジ２１ｂに光が入射しても、光散乱は基準平面１４と非平行な面内で発生する。これにより散乱光の光導波路１１への結合効率が低下するので、光導波路１１への戻り光を低減することができる。

以下では、図４を参照しながら本実施形態の効果を確かめる。図４は、光軸１６および１７の交差角度θの様々な値に対して、エッジ２１ｂの傾斜角度φと光導波路１１への戻り光の結合効率との関係を示している。ここで、入射光４１は、真空で１．５５μｍの波長を有しており、光軸１６を中心としたガウシアン分布を有するビームであるものとする。入射光４１の横方向のＭＦＤ（モードフィールド径）は２０μｍであり、縦方向のＭＦＤは１０μｍである。ここで、横方向および縦方向は、図３に示される入射光ビームの楕円形断面４４の長軸方向および短軸方向を示し、これらはそれぞれＸ方向およびＹ方向に等しい。光導波路１１および１２の端面と反射面２１ａとの間隙には、屈折率１．４５の屈折率整合材が充填されているものとする。

図４に示されるように、いずれのθ値のもとでも、エッジ２１ｂの傾斜角度φの増加とともに戻り光の結合効率が低減される。また、θが大きいほど結合効率の低減効果が大きい。特に、θが４５°以上のときは、５°以上の傾斜角度φのもとで戻り光の結合効率を−４０ｄＢ以下と大きく抑制できる。

光導波路１１および１２のミラー２１に対向する端部同士が成す角度は、光軸１６および１７間の角度θに応じて決まる。本実施形態のように光導波路１１および１２として平面導波路を使用するときは、θが大きいと光導波路１１および１２の曲率が高くなりがちである。この場合、光導波路１１および１２の曲げ部分で光が漏れ、ロスが発生するおそれが高い。可変光減衰器１００を使用するシステムの構成にもよるが、漏れ光を特に抑制する必要がある場合は、角度θは３０°以下が妥当であり、エッジ２１ｂの傾斜角度φは１０°以上が望ましい。また、基準平面１４と実質的に平行な移動経路４６に沿って反射面２１ａが移動する本実施形態では、傾斜角度φが７５°以下であることが望ましい。角度φが大きくなるにつれて、光導波路１１から光導波路１２へ伝播する光のパワーを所定量だけ変更するために必要な反射面２１ａの移動距離も大きくなる。したがって、角度φがあまりに大きいと、可変光減衰器１００の小型化が困難になる。

また、反射面２１ａによって光４１を効率良く反射するためには、エッジ２１ｂの長さは、入射光４１のエッジ２１ｂに沿った方向におけるＭＦＤよりも大きいことが好ましい。

（第２実施形態）以下では、図１および図５を参照しながら、本発明の第２の実施形態を説明する。図５は、第２実施形態で使用されるミラー２２を示す概略斜視図である。本実施形態の光部品は、図１に示される可変光減衰器１００においてミラー２１を図５に示されるミラー２２で置き換えることにより得られる可変光減衰器である。本実施形態の可変光減衰器は、ミラー以外は可変光減衰器１００と同様の構成を有する。

ミラー２２は、反射面２２ａを有する光反射器である。反射面２２ａは、実質的に平坦であり、光導波路１１および１２を伝播する所定波長の光に対して極めて高い反射率（例えば９０％以上）を有する。反射面２２ａは実質的に均一な反射率を有している。ミラー２２は、反射面２２ａが光導波路１１および１２の端面と対向するように移動する。反射面２２ａとこれらの端面との間隙には、屈折率整合材が充填されていてもよい。

図５に示されるように、反射面２２ａは曲線状のエッジ２２ｂを有している。エッジ２２ｂは、ミラー２２の移動に伴って二等分線１８を横切るように移動する。反射面２２ａおよびエッジ２２ｂは実質的にＸＹ平面上に位置している。また、上述のように、二等分線１８はＺ軸に平行である。したがって、エッジ２２ｂは二等分線１８に対して実質的に垂直な平面上に配置されている。当然のことながら、エッジ２２ｂは基準平面１４の法線１５と非平行である。

なお、反射面２２ａを介して光導波路１１および１２間で光を効率良く結合させるためには、反射面２２ａおよびエッジ２２ｂは二等分線１８に対して完全に垂直であることが望ましい。しかし、実際は、二等分線１８の反射面２２ａ上への投影線と二等分線１８とが成す角度が８５°以上９０°以下、より望ましくは８９°以上９０°以下であれば、充分に高い結合効率を得ることができる。

反射面２２ａは、光路２６の光軸１６に沿って進行する光４１を光導波路１１から受け取ると、その光４１を光路２７の光軸１７に沿って反射する。この結果、光導波路１１からの光４１は光軸１７に沿って光導波路１２に入射し、光導波路１２内を伝播する。一方、光導波路１１からの光が反射面２２ａに入射しない場合、その光は光導波路１２には入射しない。

光導波路１１から反射面２２ａに入射する光がエッジ２２ｂ上に分布するときは、回折現象のためにエッジ２２ｂで入射光が散乱する。散乱光の一部は光導波路１２に結合し、光導波路１２内を伝播する。図５に示される位置から矢印３２の方向にミラー２２が移動すると、反射面２２ａ上のより狭い部分によって入射光が反射されるようになるので、光導波路１１から光導波路１２への結合効率が低下する。逆に、図３に示される位置から矢印３３の方向にミラー２２が移動すると、反射面２２ａ上のより広い部分によって入射光が反射されるようになるので、光導波路１１から光導波路１２への結合効率が増加する。したがって、光導波路１１から光導波路１２へ伝播する光のパワーをミラー２２の移動に応じて変更することができる。これが本実施形態の可変光減衰器の動作原理である。

図５に示されるように、曲線状のエッジ２２ｂは基準平面１４と垂直ではない。このため、基準平面１４上の光軸１６に沿ってエッジ２１ｂに光が入射しても、光散乱は基準平面１４と非平行な面内で発生する。これにより散乱光の光導波路１１への結合効率が低下するので、光導波路１１への戻り光を低減することができる。

より一般的に述べると、二等分線１８と垂直な平面内で曲線状に延びるミラーのエッジは、そのエッジの具体的な形状にかかわらず、基準平面１４と非垂直な方向に延びる部分を必ず含む。したがって、光散乱の少なくとも一部が、基準平面１４と非平行な面内で発生することになる。このため、曲線状のエッジを有するミラーは、基準平面１４と垂直な直線のみから構成されたエッジ２０ｂを有するミラー２０よりも、エッジで生じた散乱光を光導波路１１に結合させにくい。したがって、曲線状のエッジを有するミラーを使用することにより、戻り光の結合効率を低減することができる。

（第３実施形態）以下では、図１および図６を参照しながら、本発明の第３の実施形態を説明する。図６は、第３実施形態で使用されるミラー２３を示す概略平面図である。本実施形態の光部品は、図１に示される可変光減衰器１００においてミラー２１を図６に示されるミラー２３で置き換えることにより得られる可変光減衰器である。本実施形態の可変光減衰器は、ミラー以外は可変光減衰器１００と同様の構成を有する。

ミラー２３は、反射面２３ａを有する光反射器である。反射面２３ａは、実質的に平坦であり、光導波路１１および１２を伝播する所定波長の光に対して極めて高い反射率（例えば９０％以上）を有する。反射面２３ａは実質的に均一な反射率を有している。ミラー２３は、反射面２３ａが光導波路１１および１２の端面と対向するように移動する。反射面２３ａとこれらの端面との間隙には、屈折率整合材が充填されていてもよい。

図６に示されるように、反射面２３ａはノコギリ歯状のエッジ２３ｂを有している。エッジ２３ｂは、直線部２３ｃと２３ｄとが交互に接続された構成を有する。図６において直線部２３ｃは右下がり延在し、直線部２３ｄは右上がりに延在する。隣り合う直線部２３ｃと直線部２３ｄとが成す角度の二等分線はＸ軸に平行である。

エッジ２３ｂは、ミラー２３の移動に伴って、光軸１６および１７が成す角度の二等分線１８を横切るように移動する。反射面２３ａおよびエッジ２３ｂは実質的にＸＹ平面上に位置している。また、二等分線１８はＺ軸に平行である。したがって、エッジ２３ｂは二等分線１８に対して実質的に垂直な平面上に配置されている。基準平面１４の法線１５はＹ軸に平行である。エッジ２３ｂを構成する直線部２３ｃおよび２３ｄは、いずれも基準平面１４の法線１５に対して傾斜している。これらの直線部２３ｃおよび２３ｄは、法線１５との間に鋭角φを成している。

なお、反射面２３ａを介して光導波路１１および１２間で光を効率良く結合させるためには、反射面２３ａおよびエッジ２３ｂは二等分線１８に対して完全に垂直であることが望ましい。しかし、実際は、二等分線１８の反射面２３ａ上への投影線と二等分線１８とが成す角度が８５°以上９０°以下、より望ましくは８９°以上９０°以下であれば、充分に高い結合効率を得ることができる。

図６では、反射面２３ａのノコギリ歯の各々が符号２３ｅで表されている。各ノコギリ歯２３ｅは、Ｘ方向に沿って高さＨを有している。これらのノコギリ歯２３ｅは、Ｙ方向に沿って間隔Ｄで配列されている。

反射面２３ａは、光路２６の光軸１６に沿って進行する光４１を光導波路１１から受け取ると、その光４１を光路２７の光軸１７に沿って反射する。この結果、光導波路１１からの光４１は光導波路１２の光軸１７に沿って光導波路１２に入射し、光導波路１２内を伝播する。一方、光導波路１１からの光４１が反射面２３ａに入射しない場合、その光４１は光導波路１２には入射しない。

光導波路１１から反射面２３ａに入射する光がエッジ２３ｂ上に分布するときは、回折現象のためにエッジ２３ｂで入射光が散乱する。散乱光の一部は光導波路１２に結合し、光導波路１２内を伝播する。ここで、図６に示されるＸＹＺ座標系の原点の周辺に入射光のビームが照射されるものとする。図６に示される位置から矢印３２の方向にミラー２３が移動すると、反射面２３ａ上のより狭い部分によって入射光が反射されるようになるので、光導波路１１から光導波路１２への結合効率が低下する。逆に、図６に示される位置から矢印３３の方向にミラー２３が移動すると、反射面３３ａ上のより広い部分によって入射光が反射されるようになるので、光導波路１１から光導波路１２への結合効率が増加する。したがって、光導波路１１から光導波路１２へ伝播する光のパワーをミラー２３の移動に応じて変更することができる。これが本実施形態の可変光減衰器の動作原理である。

第１実施形態と同様に、エッジ２３ｂがＺＸ平面、すなわち基準平面１４の法線１５に対して傾斜した直線部２３ｃおよび２３ｄから構成されているので、光導波路１１への戻り光を低減することができる。しかし、複数の直線部２３ｃおよび２３ｄで生じた散乱光が互いに干渉するため、充分な戻り光の低減を達成するために求められる条件は第１実施形態と異なる。

そこで、以下では、本発明における戻り光の低減を別の観点から説明する。この説明では、下記の式
Rav(X)=∫R(X,Y)・Φ(Y)dY / ∫Φ(Y)dY （１）
で定義される関数Rav(X)を用いる。図２に示されるように、Ｘは基準平面１４とミラーの反射面との交線に沿って延びるＸ軸方向の座標であり、Ｙはミラーの反射面と平行な平面においてＸ軸に垂直な方向の座標である。R(X,Y)は、ＸＹ平面内における反射率分布である。ここでは、反射面２３ａの存在するＸＹ座標での反射率を１００％とし、反射面２３ａの存在しないＸＹ座標での反射率を０％とする。Φ(Y)は、光導波路１１から反射面２３に入射する光のＹ方向強度分布である。

関数Rav(X)は、入射光ビームのＹ方向の分布で平均化した反射面の反射率分布を表している。このRav(X)を用いた戻り光抑制の解釈では、ミラーのエッジの形状にかかわらず、Rav(X)の分布に応じて戻り光が決定される。よって、まず図２のミラー２１を用いて説明する。Φ(Y)をＭＦＤ（モードフィールド径）１０μｍのガウンシアン分布とし、直線部２１ｂの傾斜角度φを０°、２０°および４５°としたときのミラー２１（図２を参照）に関するRav(X)を図７に示す。図７では、Rav(X)が５０％となる位置をＸ座標の原点としている。

図７に示されるように、φ＝０°の場合は、Ｘ＞０のときRav(X)＝０％であり、Ｘ＜０のときRav(X)＝１００％である。つまり、Ｘ座標の原点においてRav(X)は非連続的である。φ＝０°のとき、エッジ２１ｂはもはや基準平面１４の法線１５に対して傾斜しておらず、図１３に示されるエッジ２０ｂのように法線１５と平行な直線となる。一方、φ＝２０°および４５°の場合、Rav(X)はＸ座標の原点において連続的であり、原点付近で滑らかに変化する。

図７に示されるように、Ｘ座標の原点付近におけるRav(X)の変化は、傾斜角度φが大きくなるにつれて緩やかになる。したがって、φ＝０°に対応するエッジ２０ｂよりもφ＞０°に対応するエッジ２１ｂのほうが戻り光が少ないことを考慮すれば、戻り光の低減のために必要な条件とは関数Rav(X)が緩やかに変化することと考えられる。φ＝０°の場合は、Ｘ＝０という単一のＸ座標においてRavが０％から１００％まで変化する。このことから、本発明者は、Rav(X)が異なる二つのＸ座標間で少なくとも１０％から９０％、より好ましくは０％から１００％まで変化すれば、エッジ２０ｂを有するミラー２０と比較して光導波路１１への戻り光を充分に低減できると考えた。

なお、Rav(X)の変化がφ＝０°の場合より緩やかであれば充分なので、Rav(X)が必ずしも連続的に変化する必要はない。例えば、Rav(X)が二つのＸ座標間で１０％から９０％まで階段状に変化する場合でも、戻り光の低減効果を充分に得ることができる。ただし、階段が細かいほど、戻り光の低減効果も大きくなり、より好ましい。

以下では、Rav(X)が１０％から９０％まで変化するＸ方向の幅をエッジ幅と呼ぶことにする。上記で説明した図４の横軸をエッジ幅／入射光ビームのＸ方向のＭＦＤに置き換えると、図４は図８のように描き直される。ここで、入射光ビームはガウンシアン分布を有しており、そのＸ方向のＭＦＤは２０μｍ、Ｙ方向のＭＦＤは１０μｍである。

Rav(X)を用いた戻り光抑制の解釈では、ミラーのエッジの形状にかかわらず、Rav(X)の分布に応じて戻り光が決定される。したがって、図４は図２に示される形状のエッジ２１ｂに関して得られたものであるが、これを描き直した図８は他の形状のエッジについても適用できる。

図８に示されるように、光軸１６および１７間の角度θが４５°以上のときは、図８の横軸の値、すなわち（エッジ幅／Ｘ方向のＭＦＤ）が０．０３以上のときに、戻り光の結合効率を−４０ｄＢ以下と大きく抑制できる。図６に示されるノコギリ歯状のエッジ２３ｂでは、エッジ幅はノコギリ歯２３ｅの高さＨにほぼ等しい。したがって、ノコギリ歯２３ｅの高さＨがＸ方向のＭＦＤの３％以上であれば、戻り光を大きく抑制できる。

なお、本実施形態のように光導波路１１および１２が平面導波路の場合、θが大きいと光導波路１１および１２の曲率が高くなりがちである。光導波路の漏れ光を特に抑制する必要がある場合は、角度θは３０°以下が妥当であり、エッジ２１ｂの傾斜角度φは１０°以上が望ましい。このとき、エッジ幅は、Ｘ方向のＭＦＤの６％以上であることが望ましい。

以下では、図９（ａ）および（ｂ）を参照しながら、上記実施形態のミラーの製造方法について説明する。図９（ａ）および（ｂ）は、ミラー２３の例を示す概略斜視図である。

図９（ａ）に示されるように、ミラー２３は基板２３ｆの一端部をノコギリ歯状に加工し、その後、基板２３ｆの上面を高反射率の材料２３ｇでコーティングすることにより製造することができる。他のミラー２１および２２についても同様に、基板端部を所望の形状に加工してから基板上面を高反射率の材料でコーティングすることにより製造できる。

また、図９（ｂ）に示されるように、ミラー２３は基板２３ｈの上面に高反射率の材質２３ｉをノコギリ歯状の端部を有するようにコーティングすることによっても製造できる。他のミラー２１および２２についても同様に、基板の上面に高反射率の材料を所望の形状を有すようにコーティングすることにより製造できる。なお、この製法では、高反射材によって覆われていない部分が基板の上面に存在する。この部分での反射を低減するためには、基板の上面に反射防止コーティングを施してから高反射材をコーティングするか、あるいは基板と同程度の屈折率を持つ屈折率整合材中でミラーを移動させることが望ましい。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態では、本発明の光部品の一例として可変光減衰器が挙げられている。しかし、本発明は、一つの光路から別の光路へ伝播する光のパワーを変更する他の任意の光部品であってもよい。例えば、上記実施形態の可変光減衰器は、ミラーを移動させることにより、光導波路１１から光導波路１２へ伝播する光のパワーをほぼ０にすることが可能である。したがって、これらの可変光減衰器は、光導波路１１から光導波路１２へ伝播する光をオンオフする１×１光スイッチとして使用することができる。

上記実施形態の光部品は、光路として光導波路を有する。しかし、本発明の光部品は、光導波路の代わりに、レンズなど任意の光学系によって媒質（例えば空気）中に形成される光路を備えていてもよい。また、光路として使用される光導波路は、上記実施形態における平面導波路に限られず、他の任意の光導波路、例えば光ファイバであってもよい。

上記の実施形態では、ミラーの反射面が平坦である。しかし、本発明では、曲面部を含む反射面を採用してもよい。

上記の実施形態では、ミラーが二等分線１８と直交する方向に直線的に移動する。しかし、ミラーの移動は直線的でなくてもよい。例えば、まっすぐな棒状のアームの一端にミラーを固定し、アームの他端を中心にアームを旋回させることによりミラーを移動させてもよい。この場合、ミラーの移動経路は、略円弧状の曲線となる。移動経路の曲率半径が充分に大きければ、移動経路は近似的に直線となる。

本発明の光部品において、ミラーの反射面に垂直な方向の厚みは任意である。例えば、ミラーは、反射面に垂直な方向に均一な厚みを有していてもよい。

本発明の光部品において、ミラーまたはミラー駆動装置は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて製造してもよい。ミラー駆動装置の例としては、静電アクチュエータや、電磁力を利用する電磁アクチュエータや、熱変形を利用するアクチュエータが挙げられる。例えば、静電アクチュエータは、可動電極部と固定電極部を有しており、可動電極部にミラーが設置される。両電極間に静電気力を発生させることで可動電極部が動かされ、それに応じてミラーが移動する。

第３実施形態では、複数のノコギリ歯が同じ高さと幅を有している。しかし、ミラーの反射面は、高さまたは幅、あるいはその双方が互いに異なる複数のノコギリ歯を有していてもよい。

上記実施形態では、均一な反射率を有する反射面のエッジの適切な形状によって望ましいRav(X)が得られる。しかし、この代わりに、反射面上の反射率の分布によって望ましいRav(X)を達成してもよい。例えば、反射面にコーティングされる高反射率材料の厚みを位置に応じて変動させることにより、反射率の分布を実現してもよい。

第１実施形態の可変光減衰器を示す概略平面図である。 第１実施形態のミラーを示す概略斜視図である。 図２とは別の角度から見たミラーの反射面を示す図である。 エッジ角度に応じた戻り光の結合効率を示す図である。 第２実施形態のミラーを示す概略斜視図である。 第３実施形態のミラーを示す概略平面図である。 関数Rav(X)を示す図である。 （エッジ幅／Ｘ方向のＭＦＤ）に応じた戻り光の結合効率を示す図である。 第３実施形態のミラーの例を示す概略斜視図である。 可変光減衰器の一例を示す概略平面図である。 ミラーのエッジの位置と結合効率との関係を示す図である。 戻り光を低減する一つの方法を示す概略図である。 ミラーを示す概略斜視図である。

符号の説明

１０…平面光波回路（ＰＬＣ）、１１および１２…光導波路、１４…二つの光軸を含む平面、１５…二つの光軸を含む平面の法線、１６および１７…光軸、１８…二つの光軸が成す角度の二等分線、２１〜２３…ミラー、２１ａ〜２３ａ…反射面、２１ｂ〜２３ｂ…エッジ、２３ｃおよび２３ｄ…直線部、２３ｅ…ノコギリ歯、２６および２７…光路、３０…ミラー駆動装置、３２および３３…ミラーの移動方向、４０…可動ミラー装置、４６…ミラーの移動経路、１００…可変光減衰器。

Claims (2)

1. 第１の光軸を有する第１の光路に光学的に結合された第１の光導波路と、前記第１の光軸と非平行な第２の光軸を有する第２の光路に光学的に結合された第２の光導波路と、を有する平面光波回路と、
   前記第１の光軸と前記第２の光軸とが成す角度の二等分線と交差する方向に移動するミラーと、
   を備え、
   前記ミラーの表面には、前記第１の光路から光を受け取るとその光を前記第２の光路へ反射する実質的に平坦な反射部が設けられており、
   前記反射部は、前記二等分線に対して実質的に垂直な平面上に配置された部分を含むエッジを有しており、
   前記二等分線に対して実質的に垂直な平面上に配置された部分は、下記の式
   Rav(X)=∫R(X,Y)・Φ(Y)dY / ∫Φ(Y)dY
   （ここで、Ｘは前記第１および第２の光軸を含む平面と前記反射部との交線に沿って延びるＸ軸方向の座標、Ｙは前記反射部上でＸ軸と垂直に延びるＹ軸方向の座標、R(X,Y)はＸＹ平面上における反射率分布、Φ(Y)は前記第１の光路から前記反射部に入射する光のＹ方向強度分布）で定義される関数Rav(X)が異なる二つのＸ座標間で少なくとも１０％から９０％まで変化するような分布を有している、
   光通信用の光部品。
2. 前記関数Rav(X)が１０％から９０％まで変化する二つのＸ座標の間隔が、前記第１の光路から前記反射部に入射する光のＸ方向のモードフィールド径の３％以上である、請求項１に記載の光部品。

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