偏向素子および偏向素子のアライメント方法
【課題】より正確なアライメントを行うことができる偏向素子およびアライメント方法を提供する。
【解決手段】アライメントパタン６は、Ｘ軸に平行な軸から離れるにつれて波長分離方向の反射面の幅が変化する形状を有する。これにより、そのアライメントパタン６に入力光を照射したときに、そのアライメントパタン６による反射光の帯域幅が、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸に位置ずれしていない場合に極値をとるようにすることが可能となる。結果として、その反射光の帯域幅に基づいてＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整するだけで、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【解決手段】アライメントパタン６は、Ｘ軸に平行な軸から離れるにつれて波長分離方向の反射面の幅が変化する形状を有する。これにより、そのアライメントパタン６に入力光を照射したときに、そのアライメントパタン６による反射光の帯域幅が、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸に位置ずれしていない場合に極値をとるようにすることが可能となる。結果として、その反射光の帯域幅に基づいてＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整するだけで、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向素子および偏向素子のアライメント方法に関し、特に、アライメントパタンを有する偏向素子および偏向素子のアライメント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野では、１つの波長に１つの光信号を対応させ、波長多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術により、一本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことが実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える装置として、偏向素子を備えた光スイッチが脚光を浴びている。例えば、数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかへ出力可能な波長選択型光スイッチ（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この波長選択型光スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）の一例を図１１に示す。
【０００３】
図１１に示す波長選択型光スイッチは、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、４ｆ光学系４と、複数のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー素子を有し、偏向素子として機能するＭＥＭＳミラーアレイチップ１００とがこの順番で１の方向（以下、「Ｚ軸方向」という）に沿って配列された構成を有する。
【０００４】
ファイバアレイ１は、Ｚ軸に平行な光軸を有する複数の光ファイバ（図１１の場合７本）を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有しており、１つの光ファイバ１ａが入力ポートとして用いられ、他の６つの光ファイバ１ｂが出力ポートとして用いられる。なお、上述した光ファイバアレイ１は、複数の光ファイバのうち中央に位置する光ファイバ１ａを入力ポートとして用いているが、入力ポートの位置はこれに限定されず、例えば光ファイバアレイの端に位置するポートを用いてもよい。
【０００５】
マイクロレンズアレイ２は、複数のマイクロレンズをファイバアレイ１の各光ファイバ端面と対向するように、Ｙ軸方向に沿って並設したものである。なお、マイクロレンズは入出力光ファイバのモードフィールド半径を拡大するために用いているが、その必要がなければ省略しても構わない。
【０００６】
４ｆ光学系４は、それぞれ焦点距離がｆの第１レンズ４１および第２レンズ４２と、透過型の回折格子４３とから構成され、第１レンズ４１、回折格子４３、第２レンズ４２の順序で集光レンズ３からＺ軸方向の正の側に互いにｆの間隔で配設される。このうち、第１レンズ４１は、集光レンズ３から、集光レンズ３の焦点距離と第１レンズ４１の焦点距離ｆとを合計した距離だけ離間した位置に配設される。
【０００７】
ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００は、図１２に示すように、平面視略矩形の基部１０１と、この基部１０１内部に配設され、Ｘ軸方向に所定の間隔で配列された複数のＭＥＭＳミラー素子１０２とを備える。ＭＥＭＳミラー素子１０２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に回動可能とされたミラー１０２ａを備えている。なお、各ＭＥＭＳミラー素子１０２の構成は、例えば特許文献１に記載されているので、本明細書ではその詳細な説明を省略する。また、上述した波長選択型光スイッチは、１入力多出力の構成を例に説明したが、他入力１出力の構成であってもよい。さらに、回折格子４３については、透過型に限定されず、反射型であってもよい。
【０００８】
このような波長選択型光スイッチにおいて、所定の波長間隔で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、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３を介して４ｆ光学系４に到達し、第１レンズ４１を介して回折格子４３に入射して、所定の波長チャネル数に分波される。分波された光は、それぞれ第２レンズ４２の反対側の焦点面のＸ軸上に整列してビームウェストを形成する。このビームウェスト位置には、各チャネルに対応して適切なピッチでＭＥＭＳミラー素子１０２が配置されたＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が配置される。分波された光のビームウェストの配列と、各波長チャネル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１０２は空間的に一致するように配設される。この状態で、ＭＥＭＳミラー素子１０２をミラー１０２ａをＸ軸回りに所定の角度だけ回動させると、そのＭＥＭＳミラー素子１０２に照射された光をその所定の角度に対応する方向に反射させ、４ｆ光学系４、集光レンズ３およびマイクロレンズアレイ２を介して所定の出力ポート１ｂから出力させることができる。このように、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａをＸ軸回りに選択的に回動させることにより、チャネル毎の出力ポートの切り替え、いわゆるスイッチングを選択的に行うことができる。
なお、波長選択光スイッチにおいては、波長チャネルの間隔を便宜上、周波数で表示することが多いため、以下においては、波長チャネルやその間隔、帯域について周波数を用いて表現することとする。
【０００９】
このような波長選択型光スイッチを組み立てる場合、分波された光のビームウェストが対応するＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａ上に位置するように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００と他の光学系との高精度なアライメントを行うことが重要となる。
【００１０】
仮に、分波方向（Ｘ軸方向）にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が位置ずれしていると、周波数分離された信号光のビームウェスト位置が、それぞれの周波数チャネルに対応するミラー１０２ａの中心位置からＸ軸方向にずれるために、実効的な通過帯域が狭くなり、高速信号を通過させることが困難となる。
そこで、このようなＸ軸方向の位置ずれを抑制するため、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のアライメントにおいては、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の広帯域光源からモニタ光を入力ポート１ａに入力し、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａで反射されて入力ポート１ａから出力される光のスペクトル形状を観察している。具体的には、ＡＳＥ光源から入力ポート１ａを介して入力された広帯域光（以下、「ＡＳＥ光」と言う。）は、集光レンズ３および４ｆ光学系４によって周波数分離され、Ｘ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光となってＭＥＭＳミラーアレイチップ１００に照射される。ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００上の各ミラー１０２ａは、その反射領域のＸ軸方向の幅が、各チャネルで透過させる信号の周波数帯域に対応するため、この帯状の光を所定の帯域幅で矩形のスペクトル形状に切り取って反射させ、この反射光を４ｆ光学系４および集光レンズ３を通して入力ポート１ａに入射させる。光スペクトルアナライザによりその反射光の光スペクトル形状を観察すると、周波数軸と光強度軸とから構成される座標平面上において、各ミラー１０２ａにより所定の周波数帯域で切り取られた矩形のスペクトルが全チャネル分表示され、櫛歯状のスペクトル形状となって観測される。この櫛歯状のスペクトルは、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＸ軸方向に移動させると、周波数軸方向に移動する。したがって、櫛歯状のそれぞれのスペクトルの中央が所望する周波数位置に一致するようにＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向のＭＥＭＳミラーアレイチップ１００の位置を調整することができる。また、この櫛歯状のスペクトルの頂部が全チャネルにわたり同程度の光強度となるように、Ｚ軸を中心にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００を回転させることにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＺ軸を中心とする回転方向の位置ずれを補正することもできる。
【００１１】
一方、ＭＥＭＳミラー素子１０２の配列方向（Ｘ軸方向）に垂直なＹ軸方向にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が位置ずれすると、ビームの一部がＭＥＭＳミラーサイズによりクリッピングされ、反射光量が減少してしまう。このようなＹ軸方向の位置ずれは、上述したような櫛歯状のスペクトルを観察しても、その周波数軸方向の位置が変わるわけではないので、検出することが困難である。
そこで、従来では、図１２に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００において、基部１０１の両側辺と、Ｘ軸方向に配列されたＭＥＭＳミラー素子１０２のうち両端部に位置するＭＥＭＳミラー素子１０２との間の基部１０１上の２つの領域にアライメントパタン１１０を設け、これらのアライメントパタン１１０から反射される光のスペクトル形状を観察することにより、Ｙ軸方向のアライメントを行っている（特許文献２参照。）。
そのアライメントパタン１１０は、例えば金やアルミなど周囲の基部１０１の領域よりも高い反射率を有する材料から構成され、対向する一対の辺がＸ軸に平行で、かつ一方の対角線がＹ軸に沿った略平行四辺形の平面形状を有している。また、この平行四辺形は、その重心が各ミラー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。
【００１２】
このようなアライメントパタン１１０を用いたＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＹ軸方向のアライメントは、上述したＸ軸方向のアライメントと同様、ＡＳＥ等の広帯域光源から光を入力ポート１ａに入力し、その入力ポート１ａから出力される光のスペクトル形状を観察することにより行っている。具体的には、入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光を、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３および４ｆ光学系４を通して周波数分離してＸ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光とし、この帯状の光をアライメントパタン１１０で反射させ、この反射光を４ｆ光学系４、集光レンズ３およびマイクロレンズアレイ２を通して入力光ファイバ１ａに入射させ、光スペクトルアナライザによりその反射光の光スペクトル形状を観察する。
【００１３】
ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＹ軸方向に位置ずれしていない場合には、帯状の光が、アライメントパタン１１０からＹ軸方向にはみ出さずに平行四辺形のアライメントパタン１１０全体に照射される。すると、光スペクトルアナライザによって観察されるアライメントパタン１１０の反射光の光スペクトル形状は、二等辺三角形となる。
一方、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＹ軸方向に位置ずれした場合には、帯状の光が、アライメントパタン１１０からＹ軸方向にはみ出すので、平行四辺形のアライメントパタン１１０の一部に照射されることとなる。すると、光スペクトルアナライザによって観察されるアライメントパタン１１０の反射光の光スペクトル形状は、三角形の頂点が削れた、いわゆる台形状となる。そこで、スペクトル形状が二等辺三角形状になるように、そのスペクトル形状を観察しながらＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＹ軸方向に移動させることによって、そのＹ軸方向のアライメントを行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２２９９１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ１００側の焦点面において、ビームウェスト径がアライメント精度よりも大きい場合は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がミラーアレイチップ１００をＹ軸方向に移動させても、反射光のスペクトル形状の変化が鋭敏に現れないことがある。例えば、Ｙ軸方向のビームウェスト径がアライメント精度の５〜１０倍ある場合、ビームがアライメントパタン１１０の一方の端部からＹ軸方向にアライメント精度の２倍はみ出したとしても、損失は０．２〜０．５ｄＢという僅かな量しか変化せず、スペクトル形状の二等辺三角形から台形への変化を判別しにくい。このように、ビームウェスト径と要求されるアライメント精度、アライメントパタン形状の組み合わせによっては、アライメント工程において光スペクトルアナライザによって観察される反射光のスペクトル形状の変化は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＹ軸方向の移動に対して必ずしも鋭いピークを有するとは限らない。このため、従来の方法では、Ｙ軸方向のアライメントを正確に調整することが困難であった。
【００１６】
そこで、本願発明は、より正確なアライメントを行うことができる偏向素子およびアライメント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る偏向素子は、波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子であって、周囲と異なる反射率を有し、入力光の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波長分離方向の幅が変化し、第１の軸上に波長分離方向の幅の極値を有する形状のアライメントパタンを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
上記偏向素子において、アライメントパタンは、上記第１の軸と上記第２の軸との交点に対して点対称な形状を有するようにしてもよい。ここで、アライメントパタンは、対角線の一方が第１の軸、他方が第２の軸に平行な菱形の形状を有するようにしてもよい。また、アライメントパタンは、第２の軸の方向の中央部における波長分離方向の幅が極値となる鼓型の形状を有するようにしてもよい。アライメントパタンは、上記第２の軸に対して対称な形状を有するようにしてもよい。ここで、その形状としては、五角形としてもよい。さらに、アライメントパタンは、上記第２の軸に対して非対称な形状を有するようにしてもよい。ここで、その形状としては、かまぼこ形としてもよい。
【００１９】
また、上記偏向素子において、アライメントパタンは、このアライメントパタンの極値となる幅の中心が、光周波数グリッドに対応する位置と一致するように配置されているようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明に係るアライメント方法は、波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子のアライメント方法であって、偏向素子に設けられ、周囲と異なる反射率を有し、入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から離れるにつれて波長分離方向の幅が変化する形状のアライメントパタンに対して第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、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第１の軸に直交し、入力光の光軸と交わる第２の軸の方向における偏向素子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ものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アライメントパタンの形状を、入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から、これと直交する第２の軸に沿って離れるにつれて波長分離方向の幅が変化し、かつ第１の軸上に波長分離方向の幅の極値を有する形状とすることにより、そのアライメントパタンに入力光を照射したときに、アライメントパタンによる反射光の周波数帯域の幅が、偏向素子が第２の軸方向に位置ずれしていない場合に極値となるようにすることが可能となる。これにより、その反射光の周波数帯域の幅に基づいて偏向素子の第２の軸方向の位置を調整するだけで、偏向素子の第２の軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳミラーアレイチップをアライメントする際の装置構成を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳミラーアレイチップのアライメント方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係るアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の波長スペクトルおよび帯域幅の変化を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の波長スペクトルおよび帯域幅の変化を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の帯域幅の変化を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の帯域幅の変化を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の帯域幅の変化を説明するための図である。
【図１１】図１１は、波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、ＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
＜波長選択型光スイッチの構成＞
図１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は、入出力光学系として機能するファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、分離集光光学系として機能する４ｆ光学系４と、上述した偏向素子として機能するＭＥＭＳミラーアレイチップ５とがこの順番でＺ軸方向に沿って配列されたものである。なお、本実施の形態において、図１１を参照して説明した従来の波長選択型光スイッチと同一の構成要素については、同一の名称および同一の符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
なお、図１において、第１レンズ４１および第２レンズ４２の焦点距離がｆ１［ｍｍ］、回折格子４３の分散能力がｄθ／ｄｖ［ｒａｄ／ＧＨｚ］、入力ポート１ａより入力されるＷＤＭ信号光の周波数グリッド間隔がνｃｈ［ＧＨｚ］の場合、回折格子４３で分波されてＭＥＭＳミラーアレイチップ５上に結像される各波長（チャネル）のビームウェストは、約ｆ１・ｔａｎ（ｄθ／ｄｖ・νｃｈ）［ｍｍ］ピッチで整列する。ここで、θは回折角度、ｖは波長である。ＭＥＭＳミラーアレイチップ５におけるミラーピッチＰｃｈ、すなわち後述するＭＥＭＳミラー素子５２の間隔は、その各チャネルのビームウェストが整列するピッチと整合するように設定される。なお、第１レンズ４１の集光レンズ３側の焦点面におけるビームウェストのサイズが幅Ｗｘ［μｍ］、高さＷｙ［μｍ］であるとすれば、４ｆ光学系４の特性から、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ５側の焦点面においても同じビームウェストの形状が再現される。
【００２６】
≪ＭＥＭＳミラーアレイチップの構成≫
ミラーアレイチップ５は、図２に示すように、平面視略矩形の基部５１と、この基部５１内部に配設され、Ｘ軸方向に周波数に応じたミラーピッチＰｃｈで配列された複数のＭＥＭＳミラー素子５２と、これらのＭＥＭＳミラー素子５２のうちの１つに設けられたアライメントパタン６とを備える。
【００２７】
基部５１は、例えばＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板など平面視略矩形の基板から構成される。このような基部５１には、Ｘ軸方向に延在する平面視略矩形の開口が形成されており、その開口内には、ＭＥＭＳミラー素子５２の後述するミラー５２ａがＸ軸方向に配列されている。
【００２８】
ＭＥＭＳミラー素子５２は、可撓性を有するばね（図示せず）と、このばねによって基部５１に連結されたミラー５２ａと、このミラー５２ａとＺ軸方向に対向配置された電極（図示せず）とを備えている。そのミラー５２ａは、その電極に電圧を印加することで生じる静電引力によってＸ軸およびＹ軸回りに回動可能となっている。また、ミラー５２ａの第２レンズ４２と対向する側の面（以下、「上面」と言う。）には、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ている。したがって、ミラー５２ａをＸ軸回りに回動させると、ミラー５２ａに入射してそのミラー５２ａにより反射された反射光の光軸がＹ軸方向に変化する。これにより、出力ポートの選択を実現することができる。また、ミラー５２ａをＹ軸回りに回動させると、ミラー５２ａによる反射光の光軸がＸ軸方向に変化する。これにより、アッテネーションレベルの制御を実現することができる。本実施の形態において、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心は、Ｘ軸に沿った一直線上に位置している。なお、ＭＥＭＳミラー素子５２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。
【００２９】
アライメントパタン６は、図２，図３に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に形成された複数のＭＥＭＳミラー素子５２のうちの１つに設けられ、そのＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの上面に設けられる。また、そのアライメントパタン６は、例えば金やアルミなど周囲の材料よりも反射率が高い材料から構成され、菱形に形成されている。このアライメントパタン６の菱形は、その対角線の一方がＸ軸、他方がＹ軸に平行で、これらの対角線の交点に対して点対称に形成されている。また、そのＸ軸に平行な対角線は、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心と同一直線上に位置している。 なお、ミラー５２ａの上面におけるアライメントパタン６の周囲には、このアライメントパタン６よりも反射率が低い低反射領域６ａが形成されている。この低反射領域６ｂは、例えばＳｉ，ＳｉＯ２，Ｔｉ，Ｃｒなどアライメントパタン６よりも低い反射率を有する材料から構成される。
【００３０】
このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、公知のＭＥＭＳ技術によって形成することができる。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、基部５１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ーンで形成することにより製造してもよい。また、ＭＥＭＳミラー素子５２のうちの１つの反応性イオンエッチング等により例えば上述したような菱形に加工し、高い反射率を有する材料でその上面を覆うことにより、アライメントパタンとするようにしてもよい。この場合、フォトリソグラフィの工程において、他のＭＥＭＳミラー素子５２と同時にアライメントパタン６を形成できるため、ＭＥＭＳミラー素子とアライメントパタン６のＸ軸上の中心位置を高い精度で一致させることができる。
【００３１】
＜アライメント方法＞
次に、図４，図５を参照して、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５と光学系とのアライメント方法を説明する。
【００３２】
まず、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向およびＹ軸方向のアライメントを行うには、図４に示すように、入力光ファイバ１ａに対してＡＳＥ光や所定の波長帯域の光を出力する光源７と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５を保持するホルダならびにこのホルダをＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させるステージを備えた調心ステージ８と、その入力光ファイバ１ａから出力される光のスペクトルを測定する光スペクトルアナライザ９とを用意する。なお、ここで光源は、ＡＳＥ光の他、所望の波長帯域を有し、かつ光スペクトルアナライザの周波数掃引の速度と同期して波長を変化させることが可能であれば、波長可変光源を用いるようにしてもよい。また、同様に、光スペクトルアナライザの代わりにパワーセンサを用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、Ｘ軸方向のアライメントを行うために、図５に示すように、従来と同様に光源７からＡＳＥ光を波長選択型光スイッチに入力し、ＭＥＭＳミラー素子５２からの反射光のスペクトルを光スペクトルアナライザ９により観測する（ステップＳ１）。このとき、光源７から入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光は、集光レンズ３および４ｆ光学系４によって周波数分離され、Ｘ軸に平行な帯状の光となって複数のＭＥＭＳミラー素子５２に照射される。このＭＥＭＳミラー素子５２は、照射された光が入力ポート１ａに入射されるように、ミラー５２ａの角度が制御されている。したがって、その帯状の光はＭＥＭＳミラー素子５２で反射され、この反射光は４ｆ光学系４および集光レンズ３を通して入力ポート１ａに結合し、光サーキュレータ等を介して入力光と分離され、光スペクトルアナライザ９によりその光スペクトル形状が観測される。光スペクトルアナライザ９では、周波数軸と光強度軸とから構成される座標平面上において、各ＭＥＭＳミラー素子５２によって反射される光の周波数でフィルタリングされた櫛歯状のスペクトル形状となって観測される。
【００３４】
櫛歯状のスペクトルが出力されると、従来と同様、そのスペクトルを観測しながら、各ミラー素子５２による透過帯域の中心が、それぞれに割り当てられた信号チャネルの中心周波数と一致するように、調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向の位置を調整する（ステップＳ２）。これにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向のアライメントが完了する。なお、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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り、かつ損失が低くなるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ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。これらの操作により、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー中心位置と、各ミラーに対応する中心周波数の光が４ｆ光学系４を介して形成するビームウェストの中心位置が、Ｘ軸とＺ軸について合致することとなる。また、アライメントパタン６は、このアライメントパタンの上記極値を持つ幅の中心が、光周波数グリッドに対応する位置と一致するように、ＭＥＭＳミラー素子５２から離間して配置されるため、同様に、アライメントパタン６に対応する中心周波数の光が４ｆ光学系４を介して形成するビームウェストの中心位置が、Ｘ軸とＺ軸について合致することとなる。
【００３５】
Ｘ軸方向のアライメントを完了すると、Ｙ軸方向のアライメントを行うために、引き続き光スペクトルアナライザ９により反射光の光スペクトル形状を観察しながら、その反射光の周波数帯域の幅（以下、「帯域幅」と言う。）が極大となるように調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整する（ステップＳ３）。このＹ軸方向のアライメントを行う原理について、図６を参照して説明する。なお、図６は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。ここでは、帯域幅を、透過スペクトルの頂部から所定の光強度（例えば０．５ｄＢ）が低下した領域の周波数の幅と定義する。
【００３６】
入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光は、各ＭＥＭＳミラー素子５２において、ビームウェストがミラー素子５２をＸ軸方向に波長掃引した形で光スペクトルアナライザに透過スペクトルを出力する。ＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸方向に移動させると、アライメントパタン６に照射されるビームウェストの位置関係（６−１〜６−３）に伴って、そのアライメントパタン６による反射光のスペクトル形状（６−１’〜６−３’）が変化する。本実施の形態に係るアライメントパタン６は、反射領域の面積がＹ軸に沿って変化する。このため、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の移動に伴って、そのアライメントパタン６により反射される光の帯域幅（ｗ１〜ｗ３，６−１”〜６−３”）が変化する。これは、回折格子４３による波長分離方向がＸ軸方向であるので、アライメントパタン６のＸ軸方向の幅がＹ軸を動かすことによって変化するのにしたがって、ビームウェストがクリッピングされる割合が波長毎に変化し、周波数に対して光強度が変化するためである。
【００３７】
図６に示すように、菱形のアライメントパタン６における一方の対角線は、各ＭＥＭＳミラー素子５２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。このため、アライメントパタン６による反射光の帯域幅が極大（ｗ２）になるとき、すなわち、その一方の対角線がＸ軸上に位置するとき、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に含まれる各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心も、Ｘ軸上に位置することとなる。そこで、本実施の形態では、調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸方向に移動させ、スペクトルアナライザ９によりこのときの波長スペクトル形状における帯域幅を観察し、この帯域幅が最大となるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整することにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向のアライメントを実現することができる。
【００３８】
Ｙ軸方向のずれ量と帯域幅の変化との関係は、アライメントパタン６の形状とアライメントパタン６に照射される光ビームのプロファイルに依存する。本実施の形態においては、アライメントパタン６が菱形に形成されており、かつ、このアライメントパタン６の反射領域の面積の極値がＸ軸上に存在し、その帯域幅はビームウェストとアライメントパタンの中心位置が合致したときに極値となる。アライメントパタン６に照射されるビームウェストのビームプロファイルが楕円形であるので、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸方向に移動させたとき、アライメントパタン６の反射領域の面積の変化に対する透過スペクトル形状の変化は、急峻なものとなる。このため、図６の符号αで示す曲線のように、帯域幅の変化も急峻なものとなる。具体的には、アライメントパタン６の一方の対角線がＸ軸上に位置したときが極大となり、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下に凸の二次関数のように減少する、いわゆる裾広がり状に変化することとなる。このように、帯域幅が極大値に向かって鋭く変化するので、その極大値を容易に識別することが可能となり、結果として、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。
なお、反射される光の強度はビーム形状とアライメントパタン形状に依存するため、ビームウェストが照射するアライメントパタン６の反射面の面積が、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の移動に伴って顕著に変化するような場合は、透過スペクトル頂部の光強度も変化することがある。この場合も、光強度の変化によらず、帯域幅の極値を検出することは可能である。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、アライメントパタン６の形状を、Ｘ軸に平行な軸から離れるにつれて波長分離方向の幅（長さ）が変化する、すなわちその波長分離方向の長さが短くなる形状とすることにより、そのアライメントパタン６に入力光を照射したときに、そのアライメントパタン６による反射光の帯域幅が、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸に位置ずれしていない場合に極大となるようにすることが可能となる。これにより、その反射光の帯域幅に基づいてＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整するだけで、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、菱形のアライメントパタン６を設ける場合を例に説明したが、そのアライメントパタン６と同様、Ｘ軸上に位置するときにアライメントパタンやこのアライメントパタンの周囲による反射光の帯域幅がピークとなるアライメントパタンであるならば、その形状は菱形に限定されず、適宜自由に設定することができる。言い換えると、Ｘ軸方向に平行な所定の軸から離れるにつれて波長分離方向の幅が変化し、かつ第１の軸上に波長分離方向の幅に極値を有する形状であれば、アライメントパタンの形状を適宜自由に設定することができる。その変形例について以下に示す。
【００４１】
＜第１の変形例＞
図７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５２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ミラーアレイチップ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。
ここでは、帯域幅を、透過スペクトルの頂部から所定の光強度（例えば０．５ｄＢ）が低下した領域の周波数の幅と定義する。本実施例のように、透過帯域の中央部に窪みができるようなスペクトル形状の場合は、左右の平坦部の頂部から所定の光強度が低下した領域の周波数の幅を足し合わせたものを帯域幅とする。
【００４２】
例えば、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する場合、ビームウェストＢの外縁部（領域１０−２）のみが高反射領域１０ａに照射される。このため、その高反射領域１０ａによる反射光のスペクトル形状１０−２’は、ビームウェストＢの周波数帯域における中央部において光強度が小さく、その中央部の両脇に光強度が検出される２つの山状のプロファイルとなる。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軸方向の長さが極小となるので、反射光の帯域幅も極小となる。
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。
【００４３】
したがって、光スペクトルアナライザ９により測定される高反射領域１０ａによる反射光の帯域幅は、図７の符号βで示す曲線のように、アライメントパタン１０の一方の対角線がＸ軸上に位置したときが極小となり、この極小値からＹ軸方向の正負それぞれの側に上に凸の二次関数のように増大することとなる。言い換えると、図６の符号αで示したアライメントパタン６による反射光の帯域幅と上下逆の曲線を描くように変化する。このように帯域幅が極小値に向かって鋭く変化するので、その極小値を容易に識別することが可能となり、結果として、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。
【００４４】
＜第２の変形例＞
また、図８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ミラーアレイチップ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８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ミラーアレイチップ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。
【００４５】
＜第３の変形例＞
また、図９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ミラーアレイチップ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９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ミラーアレイチップ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。
【００４６】
＜第４の変形例＞
また、図１０に示すアライメントパタン１３は、周囲よりも高い反射率の材料から構成され、Ｙ軸方向のほぼ中央部がくびれた鼓型に形成されている。この鼓型とは、例えば、底辺が互いに平行で、かつ、その底辺を構成しない頂点または頂点近傍が接続されるように配置された２つの三角形を組み合わせた形状から構成される。アライメントパタン１３の周囲には、アライメントパタン１３よりも低い反射率の材料から構成された略三角形の低反射領域１３ａが形成されている。このような構成を採ると、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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１３による反射光の帯域幅は、図１０の符号εで示す曲線のように、アライメントパタン１３に照射されるビームウェストのＸ軸方向の長さが極小となるときが極小となり、Ｙ軸方向のずれが大きくなるにつれてその極小からＹ軸方向の正負それぞれの側に対象に増加することとなる。このように、鼓型に形成することによっても、帯域幅が極小へ向かって鋭く変化するので、その極小を識別することが可能となり、結果押して、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。
【００４７】
なお、上述したアライメントパタン１０〜１３は、ビームウェストの短軸が、各アライメントパタンが形成されたミラー５２ａの中心を通るときに、そのアライメントパタンによる反射光の帯域幅が最大または最小となるように形成されることは言うまでもない。このとき、ＭＥＭＥミラーアレイチップ５に含まれる各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心は、アライメントパタン１０〜１３が形成されたミラー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。
【００４８】
また、本実施の形態では、一端のＭＥＭＳミラー素子５２にアライメントパタン６を設ける場合を例に説明したが、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に設けられたＭＥＭＳミラー素子５２であるならばアライメントパタン６を設ける位置は端部のＭＥＭＳミラー素子５２に限定されず、適宜自由に設定することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、アライメントパタンをＭＥＭＳミラー素子５２に設ける場合を例に説明したが、そのアライメントパタンを設ける位置はＭＥＭＳミラー素子５２に限定されず、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５の基部５１に設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、ミラー５２ａの表面に高反射領域または低反射領域からなるアライメントパタンと、この周囲に設けられた高反射領域または低反射領域とを備える場合を例に説明したが、Ｙ軸上に帯域幅のピークが形成されるのであればアライメントパタン等の構成はそのような構成に限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、全面が高反射領域からなるミラー５２ａの外形自体を、上述したような菱形や五角形などに形成するようにしてもよい。また、ミラー５２ａに開口を設け、この開口を低反射領域として用いるようにしてもよい。ただし、ミラー５２ａ自体を加工する場合、平行平板としての面積が小さくなるので、発生する静電引力は小さくなる。ミラー５２ａを支持するばねのばね定数（硬さ）が外形を加工しない場合と同じであるとすると、ミラー駆動電圧を大きくしなければ、ミラー５２ａを回動させることができなくなる。このため、ミラー５２ａの最大回動角度に制約が生じ、また、駆動電圧と回動角度の線形性も保ちにくくなるため、精密な角度制御が難しくなる。このため、ミラー５２ａの外形自体を加工してアラインメントパターンを形成する場合は、実施の第２の変形例や第３の変形例のように、ミラー５２ａの面積が加工前と較べて大幅に減少しないように設計することが望ましい。
【００５１】
また、本実施の形態では、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に適用した場合を例に説明したが、例えば透過型および反射型液晶スイッチアレイなど、他の微小スイッチアレイを用いたＷＳＳにも適用することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、ミラー素子５２が一次元に配列されたＭＥＭＳミラーアレイチップ５について説明したが、二次元に配列されたＭＥＭＳミラーアレイについても適用できることは言うまでもない。この場合、回折格子により分波されたチャネルの何れかの位置に上述したアライメントパタンを配置することにより、本実施の形態と同等の作用効果を実現することができる。
【００５３】
さらに、本実施の形態では、波長選択型光スイッチに適用した場合を例に説明したが、波長分離された入力光を偏向する素子やこの素子を備える光学系であるならば、適宜自由に適用できることは言うまでもない。また、その素子は、所定の軸回りに回動可能であるか否かを問わず、適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、波長分離された入力光を偏向する素子やこの素子を備える各種光学系に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…ファイバアレイ、１ａ…入力ポート、１ｂ…出力ポート、２…マイクロレンズアレイ、３…集光レンズ、４…４ｆ光学系、５…ＭＥＭＳミラーアレイチップ、６，１０〜１３…アライメントパタン、６ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ…低反射領域、１０ａ…高反射領域、６−１〜６−３，１０−１〜１０−３…領域、６−１’〜６−３’，１０−１’〜１０−３’…スペクトル形状、６−１”〜６−３”…帯域幅、７…広帯域光源、８…調心ステージ、９…スペクトルアナライザ、４１…第１レンズ、４２…第２レンズ、４３…回折格子、５１…基部、５２…ＭＥＭＳミラー素子、５２ａ…ミラー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向素子および偏向素子のアライメント方法に関し、特に、アライメントパタンを有する偏向素子および偏向素子のアライメント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野では、１つの波長に１つの光信号を対応させ、波長多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術により、一本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことが実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える装置として、偏向素子を備えた光スイッチが脚光を浴びている。例えば、数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかへ出力可能な波長選択型光スイッチ（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この波長選択型光スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）の一例を図１１に示す。
【０００３】
図１１に示す波長選択型光スイッチは、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、４ｆ光学系４と、複数のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー素子を有し、偏向素子として機能するＭＥＭＳミラーアレイチップ１００とがこの順番で１の方向（以下、「Ｚ軸方向」という）に沿って配列された構成を有する。
【０００４】
ファイバアレイ１は、Ｚ軸に平行な光軸を有する複数の光ファイバ（図１１の場合７本）を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有しており、１つの光ファイバ１ａが入力ポートとして用いられ、他の６つの光ファイバ１ｂが出力ポートとして用いられる。なお、上述した光ファイバアレイ１は、複数の光ファイバのうち中央に位置する光ファイバ１ａを入力ポートとして用いているが、入力ポートの位置はこれに限定されず、例えば光ファイバアレイの端に位置するポートを用いてもよい。
【０００５】
マイクロレンズアレイ２は、複数のマイクロレンズをファイバアレイ１の各光ファイバ端面と対向するように、Ｙ軸方向に沿って並設したものである。なお、マイクロレンズは入出力光ファイバのモードフィールド半径を拡大するために用いているが、その必要がなければ省略しても構わない。
【０００６】
４ｆ光学系４は、それぞれ焦点距離がｆの第１レンズ４１および第２レンズ４２と、透過型の回折格子４３とから構成され、第１レンズ４１、回折格子４３、第２レンズ４２の順序で集光レンズ３からＺ軸方向の正の側に互いにｆの間隔で配設される。このうち、第１レンズ４１は、集光レンズ３から、集光レンズ３の焦点距離と第１レンズ４１の焦点距離ｆとを合計した距離だけ離間した位置に配設される。
【０００７】
ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００は、図１２に示すように、平面視略矩形の基部１０１と、この基部１０１内部に配設され、Ｘ軸方向に所定の間隔で配列された複数のＭＥＭＳミラー素子１０２とを備える。ＭＥＭＳミラー素子１０２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に回動可能とされたミラー１０２ａを備えている。なお、各ＭＥＭＳミラー素子１０２の構成は、例えば特許文献１に記載されているので、本明細書ではその詳細な説明を省略する。また、上述した波長選択型光スイッチは、１入力多出力の構成を例に説明したが、他入力１出力の構成であってもよい。さらに、回折格子４３については、透過型に限定されず、反射型であってもよい。
【０００８】
このような波長選択型光スイッチにおいて、所定の波長間隔で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、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３を介して４ｆ光学系４に到達し、第１レンズ４１を介して回折格子４３に入射して、所定の波長チャネル数に分波される。分波された光は、それぞれ第２レンズ４２の反対側の焦点面のＸ軸上に整列してビームウェストを形成する。このビームウェスト位置には、各チャネルに対応して適切なピッチでＭＥＭＳミラー素子１０２が配置されたＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が配置される。分波された光のビームウェストの配列と、各波長チャネル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１０２は空間的に一致するように配設される。この状態で、ＭＥＭＳミラー素子１０２をミラー１０２ａをＸ軸回りに所定の角度だけ回動させると、そのＭＥＭＳミラー素子１０２に照射された光をその所定の角度に対応する方向に反射させ、４ｆ光学系４、集光レンズ３およびマイクロレンズアレイ２を介して所定の出力ポート１ｂから出力させることができる。このように、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａをＸ軸回りに選択的に回動させることにより、チャネル毎の出力ポートの切り替え、いわゆるスイッチングを選択的に行うことができる。
なお、波長選択光スイッチにおいては、波長チャネルの間隔を便宜上、周波数で表示することが多いため、以下においては、波長チャネルやその間隔、帯域について周波数を用いて表現することとする。
【０００９】
このような波長選択型光スイッチを組み立てる場合、分波された光のビームウェストが対応するＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａ上に位置するように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００と他の光学系との高精度なアライメントを行うことが重要となる。
【００１０】
仮に、分波方向（Ｘ軸方向）にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が位置ずれしていると、周波数分離された信号光のビームウェスト位置が、それぞれの周波数チャネルに対応するミラー１０２ａの中心位置からＸ軸方向にずれるために、実効的な通過帯域が狭くなり、高速信号を通過させることが困難となる。
そこで、このようなＸ軸方向の位置ずれを抑制するため、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のアライメントにおいては、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の広帯域光源からモニタ光を入力ポート１ａに入力し、ＭＥＭＳミラー素子１０２のミラー１０２ａで反射されて入力ポート１ａから出力される光のスペクトル形状を観察している。具体的には、ＡＳＥ光源から入力ポート１ａを介して入力された広帯域光（以下、「ＡＳＥ光」と言う。）は、集光レンズ３および４ｆ光学系４によって周波数分離され、Ｘ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光となってＭＥＭＳミラーアレイチップ１００に照射される。ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００上の各ミラー１０２ａは、その反射領域のＸ軸方向の幅が、各チャネルで透過させる信号の周波数帯域に対応するため、この帯状の光を所定の帯域幅で矩形のスペクトル形状に切り取って反射させ、この反射光を４ｆ光学系４および集光レンズ３を通して入力ポート１ａに入射させる。光スペクトルアナライザによりその反射光の光スペクトル形状を観察すると、周波数軸と光強度軸とから構成される座標平面上において、各ミラー１０２ａにより所定の周波数帯域で切り取られた矩形のスペクトルが全チャネル分表示され、櫛歯状のスペクトル形状となって観測される。この櫛歯状のスペクトルは、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＸ軸方向に移動させると、周波数軸方向に移動する。したがって、櫛歯状のそれぞれのスペクトルの中央が所望する周波数位置に一致するようにＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向のＭＥＭＳミラーアレイチップ１００の位置を調整することができる。また、この櫛歯状のスペクトルの頂部が全チャネルにわたり同程度の光強度となるように、Ｚ軸を中心にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００を回転させることにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＺ軸を中心とする回転方向の位置ずれを補正することもできる。
【００１１】
一方、ＭＥＭＳミラー素子１０２の配列方向（Ｘ軸方向）に垂直なＹ軸方向にＭＥＭＳミラーアレイチップ１００が位置ずれすると、ビームの一部がＭＥＭＳミラーサイズによりクリッピングされ、反射光量が減少してしまう。このようなＹ軸方向の位置ずれは、上述したような櫛歯状のスペクトルを観察しても、その周波数軸方向の位置が変わるわけではないので、検出することが困難である。
そこで、従来では、図１２に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００において、基部１０１の両側辺と、Ｘ軸方向に配列されたＭＥＭＳミラー素子１０２のうち両端部に位置するＭＥＭＳミラー素子１０２との間の基部１０１上の２つの領域にアライメントパタン１１０を設け、これらのアライメントパタン１１０から反射される光のスペクトル形状を観察することにより、Ｙ軸方向のアライメントを行っている（特許文献２参照。）。
そのアライメントパタン１１０は、例えば金やアルミなど周囲の基部１０１の領域よりも高い反射率を有する材料から構成され、対向する一対の辺がＸ軸に平行で、かつ一方の対角線がＹ軸に沿った略平行四辺形の平面形状を有している。また、この平行四辺形は、その重心が各ミラー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。
【００１２】
このようなアライメントパタン１１０を用いたＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＹ軸方向のアライメントは、上述したＸ軸方向のアライメントと同様、ＡＳＥ等の広帯域光源から光を入力ポート１ａに入力し、その入力ポート１ａから出力される光のスペクトル形状を観察することにより行っている。具体的には、入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光を、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３および４ｆ光学系４を通して周波数分離してＸ軸に平行な周波数軸を有する帯状の光とし、この帯状の光をアライメントパタン１１０で反射させ、この反射光を４ｆ光学系４、集光レンズ３およびマイクロレンズアレイ２を通して入力光ファイバ１ａに入射させ、光スペクトルアナライザによりその反射光の光スペクトル形状を観察する。
【００１３】
ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＹ軸方向に位置ずれしていない場合には、帯状の光が、アライメントパタン１１０からＹ軸方向にはみ出さずに平行四辺形のアライメントパタン１１０全体に照射される。すると、光スペクトルアナライザによって観察されるアライメントパタン１１０の反射光の光スペクトル形状は、二等辺三角形となる。
一方、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がＹ軸方向に位置ずれした場合には、帯状の光が、アライメントパタン１１０からＹ軸方向にはみ出すので、平行四辺形のアライメントパタン１１０の一部に照射されることとなる。すると、光スペクトルアナライザによって観察されるアライメントパタン１１０の反射光の光スペクトル形状は、三角形の頂点が削れた、いわゆる台形状となる。そこで、スペクトル形状が二等辺三角形状になるように、そのスペクトル形状を観察しながらＭＥＭＳミラーアレイチップ１００をＹ軸方向に移動させることによって、そのＹ軸方向のアライメントを行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２２９９１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ１００側の焦点面において、ビームウェスト径がアライメント精度よりも大きい場合は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００がミラーアレイチップ１００をＹ軸方向に移動させても、反射光のスペクトル形状の変化が鋭敏に現れないことがある。例えば、Ｙ軸方向のビームウェスト径がアライメント精度の５〜１０倍ある場合、ビームがアライメントパタン１１０の一方の端部からＹ軸方向にアライメント精度の２倍はみ出したとしても、損失は０．２〜０．５ｄＢという僅かな量しか変化せず、スペクトル形状の二等辺三角形から台形への変化を判別しにくい。このように、ビームウェスト径と要求されるアライメント精度、アライメントパタン形状の組み合わせによっては、アライメント工程において光スペクトルアナライザによって観察される反射光のスペクトル形状の変化は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１００のＹ軸方向の移動に対して必ずしも鋭いピークを有するとは限らない。このため、従来の方法では、Ｙ軸方向のアライメントを正確に調整することが困難であった。
【００１６】
そこで、本願発明は、より正確なアライメントを行うことができる偏向素子およびアライメント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る偏向素子は、波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子であって、周囲と異なる反射率を有し、入力光の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波長分離方向の幅が変化し、第１の軸上に波長分離方向の幅の極値を有する形状のアライメントパタンを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
上記偏向素子において、アライメントパタンは、上記第１の軸と上記第２の軸との交点に対して点対称な形状を有するようにしてもよい。ここで、アライメントパタンは、対角線の一方が第１の軸、他方が第２の軸に平行な菱形の形状を有するようにしてもよい。また、アライメントパタンは、第２の軸の方向の中央部における波長分離方向の幅が極値となる鼓型の形状を有するようにしてもよい。アライメントパタンは、上記第２の軸に対して対称な形状を有するようにしてもよい。ここで、その形状としては、五角形としてもよい。さらに、アライメントパタンは、上記第２の軸に対して非対称な形状を有するようにしてもよい。ここで、その形状としては、かまぼこ形としてもよい。
【００１９】
また、上記偏向素子において、アライメントパタンは、このアライメントパタンの極値となる幅の中心が、光周波数グリッドに対応する位置と一致するように配置されているようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明に係るアライメント方法は、波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子のアライメント方法であって、偏向素子に設けられ、周囲と異なる反射率を有し、入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から離れるにつれて波長分離方向の幅が変化する形状のアライメントパタンに対して第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、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第１の軸に直交し、入力光の光軸と交わる第２の軸の方向における偏向素子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ものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アライメントパタンの形状を、入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から、これと直交する第２の軸に沿って離れるにつれて波長分離方向の幅が変化し、かつ第１の軸上に波長分離方向の幅の極値を有する形状とすることにより、そのアライメントパタンに入力光を照射したときに、アライメントパタンによる反射光の周波数帯域の幅が、偏向素子が第２の軸方向に位置ずれしていない場合に極値となるようにすることが可能となる。これにより、その反射光の周波数帯域の幅に基づいて偏向素子の第２の軸方向の位置を調整するだけで、偏向素子の第２の軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るアライメントパタンの構成を模式的に示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳミラーアレイチップをアライメントする際の装置構成を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳミラーアレイチップのアライメント方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係るアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の波長スペクトルおよび帯域幅の変化を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の波長スペクトルおよび帯域幅の変化を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の帯域幅の変化を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の帯域幅の変化を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る変形例のアライメントパタンとビームウェストの位置関係による反射光の帯域幅の変化を説明するための図である。
【図１１】図１１は、波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、ＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
＜波長選択型光スイッチの構成＞
図１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は、入出力光学系として機能するファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、分離集光光学系として機能する４ｆ光学系４と、上述した偏向素子として機能するＭＥＭＳミラーアレイチップ５とがこの順番でＺ軸方向に沿って配列されたものである。なお、本実施の形態において、図１１を参照して説明した従来の波長選択型光スイッチと同一の構成要素については、同一の名称および同一の符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
なお、図１において、第１レンズ４１および第２レンズ４２の焦点距離がｆ１［ｍｍ］、回折格子４３の分散能力がｄθ／ｄｖ［ｒａｄ／ＧＨｚ］、入力ポート１ａより入力されるＷＤＭ信号光の周波数グリッド間隔がνｃｈ［ＧＨｚ］の場合、回折格子４３で分波されてＭＥＭＳミラーアレイチップ５上に結像される各波長（チャネル）のビームウェストは、約ｆ１・ｔａｎ（ｄθ／ｄｖ・νｃｈ）［ｍｍ］ピッチで整列する。ここで、θは回折角度、ｖは波長である。ＭＥＭＳミラーアレイチップ５におけるミラーピッチＰｃｈ、すなわち後述するＭＥＭＳミラー素子５２の間隔は、その各チャネルのビームウェストが整列するピッチと整合するように設定される。なお、第１レンズ４１の集光レンズ３側の焦点面におけるビームウェストのサイズが幅Ｗｘ［μｍ］、高さＷｙ［μｍ］であるとすれば、４ｆ光学系４の特性から、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ５側の焦点面においても同じビームウェストの形状が再現される。
【００２６】
≪ＭＥＭＳミラーアレイチップの構成≫
ミラーアレイチップ５は、図２に示すように、平面視略矩形の基部５１と、この基部５１内部に配設され、Ｘ軸方向に周波数に応じたミラーピッチＰｃｈで配列された複数のＭＥＭＳミラー素子５２と、これらのＭＥＭＳミラー素子５２のうちの１つに設けられたアライメントパタン６とを備える。
【００２７】
基部５１は、例えばＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板など平面視略矩形の基板から構成される。このような基部５１には、Ｘ軸方向に延在する平面視略矩形の開口が形成されており、その開口内には、ＭＥＭＳミラー素子５２の後述するミラー５２ａがＸ軸方向に配列されている。
【００２８】
ＭＥＭＳミラー素子５２は、可撓性を有するばね（図示せず）と、このばねによって基部５１に連結されたミラー５２ａと、このミラー５２ａとＺ軸方向に対向配置された電極（図示せず）とを備えている。そのミラー５２ａは、その電極に電圧を印加することで生じる静電引力によってＸ軸およびＹ軸回りに回動可能となっている。また、ミラー５２ａの第２レンズ４２と対向する側の面（以下、「上面」と言う。）には、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ている。したがって、ミラー５２ａをＸ軸回りに回動させると、ミラー５２ａに入射してそのミラー５２ａにより反射された反射光の光軸がＹ軸方向に変化する。これにより、出力ポートの選択を実現することができる。また、ミラー５２ａをＹ軸回りに回動させると、ミラー５２ａによる反射光の光軸がＸ軸方向に変化する。これにより、アッテネーションレベルの制御を実現することができる。本実施の形態において、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心は、Ｘ軸に沿った一直線上に位置している。なお、ＭＥＭＳミラー素子５２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。
【００２９】
アライメントパタン６は、図２，図３に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に形成された複数のＭＥＭＳミラー素子５２のうちの１つに設けられ、そのＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの上面に設けられる。また、そのアライメントパタン６は、例えば金やアルミなど周囲の材料よりも反射率が高い材料から構成され、菱形に形成されている。このアライメントパタン６の菱形は、その対角線の一方がＸ軸、他方がＹ軸に平行で、これらの対角線の交点に対して点対称に形成されている。また、そのＸ軸に平行な対角線は、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心と同一直線上に位置している。 なお、ミラー５２ａの上面におけるアライメントパタン６の周囲には、このアライメントパタン６よりも反射率が低い低反射領域６ａが形成されている。この低反射領域６ｂは、例えばＳｉ，ＳｉＯ２，Ｔｉ，Ｃｒなどアライメントパタン６よりも低い反射率を有する材料から構成される。
【００３０】
このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、公知のＭＥＭＳ技術によって形成することができる。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、基部５１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ーンで形成することにより製造してもよい。また、ＭＥＭＳミラー素子５２のうちの１つの反応性イオンエッチング等により例えば上述したような菱形に加工し、高い反射率を有する材料でその上面を覆うことにより、アライメントパタンとするようにしてもよい。この場合、フォトリソグラフィの工程において、他のＭＥＭＳミラー素子５２と同時にアライメントパタン６を形成できるため、ＭＥＭＳミラー素子とアライメントパタン６のＸ軸上の中心位置を高い精度で一致させることができる。
【００３１】
＜アライメント方法＞
次に、図４，図５を参照して、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５と光学系とのアライメント方法を説明する。
【００３２】
まず、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向およびＹ軸方向のアライメントを行うには、図４に示すように、入力光ファイバ１ａに対してＡＳＥ光や所定の波長帯域の光を出力する光源７と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５を保持するホルダならびにこのホルダをＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させるステージを備えた調心ステージ８と、その入力光ファイバ１ａから出力される光のスペクトルを測定する光スペクトルアナライザ９とを用意する。なお、ここで光源は、ＡＳＥ光の他、所望の波長帯域を有し、かつ光スペクトルアナライザの周波数掃引の速度と同期して波長を変化させることが可能であれば、波長可変光源を用いるようにしてもよい。また、同様に、光スペクトルアナライザの代わりにパワーセンサを用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、Ｘ軸方向のアライメントを行うために、図５に示すように、従来と同様に光源７からＡＳＥ光を波長選択型光スイッチに入力し、ＭＥＭＳミラー素子５２からの反射光のスペクトルを光スペクトルアナライザ９により観測する（ステップＳ１）。このとき、光源７から入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光は、集光レンズ３および４ｆ光学系４によって周波数分離され、Ｘ軸に平行な帯状の光となって複数のＭＥＭＳミラー素子５２に照射される。このＭＥＭＳミラー素子５２は、照射された光が入力ポート１ａに入射されるように、ミラー５２ａの角度が制御されている。したがって、その帯状の光はＭＥＭＳミラー素子５２で反射され、この反射光は４ｆ光学系４および集光レンズ３を通して入力ポート１ａに結合し、光サーキュレータ等を介して入力光と分離され、光スペクトルアナライザ９によりその光スペクトル形状が観測される。光スペクトルアナライザ９では、周波数軸と光強度軸とから構成される座標平面上において、各ＭＥＭＳミラー素子５２によって反射される光の周波数でフィルタリングされた櫛歯状のスペクトル形状となって観測される。
【００３４】
櫛歯状のスペクトルが出力されると、従来と同様、そのスペクトルを観測しながら、各ミラー素子５２による透過帯域の中心が、それぞれに割り当てられた信号チャネルの中心周波数と一致するように、調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向の位置を調整する（ステップＳ２）。これにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＸ軸方向のアライメントが完了する。なお、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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り、かつ損失が低くなるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ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。これらの操作により、各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー中心位置と、各ミラーに対応する中心周波数の光が４ｆ光学系４を介して形成するビームウェストの中心位置が、Ｘ軸とＺ軸について合致することとなる。また、アライメントパタン６は、このアライメントパタンの上記極値を持つ幅の中心が、光周波数グリッドに対応する位置と一致するように、ＭＥＭＳミラー素子５２から離間して配置されるため、同様に、アライメントパタン６に対応する中心周波数の光が４ｆ光学系４を介して形成するビームウェストの中心位置が、Ｘ軸とＺ軸について合致することとなる。
【００３５】
Ｘ軸方向のアライメントを完了すると、Ｙ軸方向のアライメントを行うために、引き続き光スペクトルアナライザ９により反射光の光スペクトル形状を観察しながら、その反射光の周波数帯域の幅（以下、「帯域幅」と言う。）が極大となるように調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整する（ステップＳ３）。このＹ軸方向のアライメントを行う原理について、図６を参照して説明する。なお、図６は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。ここでは、帯域幅を、透過スペクトルの頂部から所定の光強度（例えば０．５ｄＢ）が低下した領域の周波数の幅と定義する。
【００３６】
入力ポート１ａを介して入力されたＡＳＥ光は、各ＭＥＭＳミラー素子５２において、ビームウェストがミラー素子５２をＸ軸方向に波長掃引した形で光スペクトルアナライザに透過スペクトルを出力する。ＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸方向に移動させると、アライメントパタン６に照射されるビームウェストの位置関係（６−１〜６−３）に伴って、そのアライメントパタン６による反射光のスペクトル形状（６−１’〜６−３’）が変化する。本実施の形態に係るアライメントパタン６は、反射領域の面積がＹ軸に沿って変化する。このため、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の移動に伴って、そのアライメントパタン６により反射される光の帯域幅（ｗ１〜ｗ３，６−１”〜６−３”）が変化する。これは、回折格子４３による波長分離方向がＸ軸方向であるので、アライメントパタン６のＸ軸方向の幅がＹ軸を動かすことによって変化するのにしたがって、ビームウェストがクリッピングされる割合が波長毎に変化し、周波数に対して光強度が変化するためである。
【００３７】
図６に示すように、菱形のアライメントパタン６における一方の対角線は、各ＭＥＭＳミラー素子５２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。このため、アライメントパタン６による反射光の帯域幅が極大（ｗ２）になるとき、すなわち、その一方の対角線がＸ軸上に位置するとき、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に含まれる各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心も、Ｘ軸上に位置することとなる。そこで、本実施の形態では、調心ステージ８によりＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸方向に移動させ、スペクトルアナライザ９によりこのときの波長スペクトル形状における帯域幅を観察し、この帯域幅が最大となるようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整することにより、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向のアライメントを実現することができる。
【００３８】
Ｙ軸方向のずれ量と帯域幅の変化との関係は、アライメントパタン６の形状とアライメントパタン６に照射される光ビームのプロファイルに依存する。本実施の形態においては、アライメントパタン６が菱形に形成されており、かつ、このアライメントパタン６の反射領域の面積の極値がＸ軸上に存在し、その帯域幅はビームウェストとアライメントパタンの中心位置が合致したときに極値となる。アライメントパタン６に照射されるビームウェストのビームプロファイルが楕円形であるので、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５をＹ軸方向に移動させたとき、アライメントパタン６の反射領域の面積の変化に対する透過スペクトル形状の変化は、急峻なものとなる。このため、図６の符号αで示す曲線のように、帯域幅の変化も急峻なものとなる。具体的には、アライメントパタン６の一方の対角線がＸ軸上に位置したときが極大となり、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下に凸の二次関数のように減少する、いわゆる裾広がり状に変化することとなる。このように、帯域幅が極大値に向かって鋭く変化するので、その極大値を容易に識別することが可能となり、結果として、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。
なお、反射される光の強度はビーム形状とアライメントパタン形状に依存するため、ビームウェストが照射するアライメントパタン６の反射面の面積が、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の移動に伴って顕著に変化するような場合は、透過スペクトル頂部の光強度も変化することがある。この場合も、光強度の変化によらず、帯域幅の極値を検出することは可能である。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、アライメントパタン６の形状を、Ｘ軸に平行な軸から離れるにつれて波長分離方向の幅（長さ）が変化する、すなわちその波長分離方向の長さが短くなる形状とすることにより、そのアライメントパタン６に入力光を照射したときに、そのアライメントパタン６による反射光の帯域幅が、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５がＹ軸に位置ずれしていない場合に極大となるようにすることが可能となる。これにより、その反射光の帯域幅に基づいてＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向の位置を調整するだけで、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ軸方向におけるアライメントを行うことができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、菱形のアライメントパタン６を設ける場合を例に説明したが、そのアライメントパタン６と同様、Ｘ軸上に位置するときにアライメントパタンやこのアライメントパタンの周囲による反射光の帯域幅がピークとなるアライメントパタンであるならば、その形状は菱形に限定されず、適宜自由に設定することができる。言い換えると、Ｘ軸方向に平行な所定の軸から離れるにつれて波長分離方向の幅が変化し、かつ第１の軸上に波長分離方向の幅に極値を有する形状であれば、アライメントパタンの形状を適宜自由に設定することができる。その変形例について以下に示す。
【００４１】
＜第１の変形例＞
図７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５２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ミラーアレイチップ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。
ここでは、帯域幅を、透過スペクトルの頂部から所定の光強度（例えば０．５ｄＢ）が低下した領域の周波数の幅と定義する。本実施例のように、透過帯域の中央部に窪みができるようなスペクトル形状の場合は、左右の平坦部の頂部から所定の光強度が低下した領域の周波数の幅を足し合わせたものを帯域幅とする。
【００４２】
例えば、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する場合、ビームウェストＢの外縁部（領域１０−２）のみが高反射領域１０ａに照射される。このため、その高反射領域１０ａによる反射光のスペクトル形状１０−２’は、ビームウェストＢの周波数帯域における中央部において光強度が小さく、その中央部の両脇に光強度が検出される２つの山状のプロファイルとなる。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軸方向の長さが極小となるので、反射光の帯域幅も極小となる。
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。
【００４３】
したがって、光スペクトルアナライザ９により測定される高反射領域１０ａによる反射光の帯域幅は、図７の符号βで示す曲線のように、アライメントパタン１０の一方の対角線がＸ軸上に位置したときが極小となり、この極小値からＹ軸方向の正負それぞれの側に上に凸の二次関数のように増大することとなる。言い換えると、図６の符号αで示したアライメントパタン６による反射光の帯域幅と上下逆の曲線を描くように変化する。このように帯域幅が極小値に向かって鋭く変化するので、その極小値を容易に識別することが可能となり、結果として、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。
【００４４】
＜第２の変形例＞
また、図８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ミラーアレイチップ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８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ミラーアレイチップ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。
【００４５】
＜第３の変形例＞
また、図９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ミラーアレイチップ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９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ミラーアレイチップ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。
【００４６】
＜第４の変形例＞
また、図１０に示すアライメントパタン１３は、周囲よりも高い反射率の材料から構成され、Ｙ軸方向のほぼ中央部がくびれた鼓型に形成されている。この鼓型とは、例えば、底辺が互いに平行で、かつ、その底辺を構成しない頂点または頂点近傍が接続されるように配置された２つの三角形を組み合わせた形状から構成される。アライメントパタン１３の周囲には、アライメントパタン１３よりも低い反射率の材料から構成された略三角形の低反射領域１３ａが形成されている。このような構成を採ると、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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１３による反射光の帯域幅は、図１０の符号εで示す曲線のように、アライメントパタン１３に照射されるビームウェストのＸ軸方向の長さが極小となるときが極小となり、Ｙ軸方向のずれが大きくなるにつれてその極小からＹ軸方向の正負それぞれの側に対象に増加することとなる。このように、鼓型に形成することによっても、帯域幅が極小へ向かって鋭く変化するので、その極小を識別することが可能となり、結果押して、ＭＥＭＳミラーアレイチップ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。
【００４７】
なお、上述したアライメントパタン１０〜１３は、ビームウェストの短軸が、各アライメントパタンが形成されたミラー５２ａの中心を通るときに、そのアライメントパタンによる反射光の帯域幅が最大または最小となるように形成されることは言うまでもない。このとき、ＭＥＭＥミラーアレイチップ５に含まれる各ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの中心は、アライメントパタン１０〜１３が形成されたミラー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。
【００４８】
また、本実施の形態では、一端のＭＥＭＳミラー素子５２にアライメントパタン６を設ける場合を例に説明したが、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に設けられたＭＥＭＳミラー素子５２であるならばアライメントパタン６を設ける位置は端部のＭＥＭＳミラー素子５２に限定されず、適宜自由に設定することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、アライメントパタンをＭＥＭＳミラー素子５２に設ける場合を例に説明したが、そのアライメントパタンを設ける位置はＭＥＭＳミラー素子５２に限定されず、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５の基部５１に設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、ミラー５２ａの表面に高反射領域または低反射領域からなるアライメントパタンと、この周囲に設けられた高反射領域または低反射領域とを備える場合を例に説明したが、Ｙ軸上に帯域幅のピークが形成されるのであればアライメントパタン等の構成はそのような構成に限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、全面が高反射領域からなるミラー５２ａの外形自体を、上述したような菱形や五角形などに形成するようにしてもよい。また、ミラー５２ａに開口を設け、この開口を低反射領域として用いるようにしてもよい。ただし、ミラー５２ａ自体を加工する場合、平行平板としての面積が小さくなるので、発生する静電引力は小さくなる。ミラー５２ａを支持するばねのばね定数（硬さ）が外形を加工しない場合と同じであるとすると、ミラー駆動電圧を大きくしなければ、ミラー５２ａを回動させることができなくなる。このため、ミラー５２ａの最大回動角度に制約が生じ、また、駆動電圧と回動角度の線形性も保ちにくくなるため、精密な角度制御が難しくなる。このため、ミラー５２ａの外形自体を加工してアラインメントパターンを形成する場合は、実施の第２の変形例や第３の変形例のように、ミラー５２ａの面積が加工前と較べて大幅に減少しないように設計することが望ましい。
【００５１】
また、本実施の形態では、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に適用した場合を例に説明したが、例えば透過型および反射型液晶スイッチアレイなど、他の微小スイッチアレイを用いたＷＳＳにも適用することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、ミラー素子５２が一次元に配列されたＭＥＭＳミラーアレイチップ５について説明したが、二次元に配列されたＭＥＭＳミラーアレイについても適用できることは言うまでもない。この場合、回折格子により分波されたチャネルの何れかの位置に上述したアライメントパタンを配置することにより、本実施の形態と同等の作用効果を実現することができる。
【００５３】
さらに、本実施の形態では、波長選択型光スイッチに適用した場合を例に説明したが、波長分離された入力光を偏向する素子やこの素子を備える光学系であるならば、適宜自由に適用できることは言うまでもない。また、その素子は、所定の軸回りに回動可能であるか否かを問わず、適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、波長分離された入力光を偏向する素子やこの素子を備える各種光学系に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…ファイバアレイ、１ａ…入力ポート、１ｂ…出力ポート、２…マイクロレンズアレイ、３…集光レンズ、４…４ｆ光学系、５…ＭＥＭＳミラーアレイチップ、６，１０〜１３…アライメントパタン、６ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ…低反射領域、１０ａ…高反射領域、６−１〜６−３，１０−１〜１０−３…領域、６−１’〜６−３’，１０−１’〜１０−３’…スペクトル形状、６−１”〜６−３”…帯域幅、７…広帯域光源、８…調心ステージ、９…スペクトルアナライザ、４１…第１レンズ、４２…第２レンズ、４３…回折格子、５１…基部、５２…ＭＥＭＳミラー素子、５２ａ…ミラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子であって、
周囲と異なる反射率を有し、前記入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から、この第１の軸と直交し前記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、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形状のアライメントパタンを備える
ことを特徴とする偏向素子。
【請求項２】
前記アライメントパタンは、前記第１の軸と前記第２の軸との交点に対して点対称な形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の偏向素子。
【請求項３】
前記アライメントパタンは、対角線の一方が前記第１の軸、他方が前記第２の軸に平行な菱形の形状を有することを特徴とする請求項２記載の偏向素子。
【請求項４】
前記アライメントパタンは、前記第２の軸の方向の中央部における前記波長分離方向の幅が極値となる鼓型の形状を有することを特徴とする請求項２記載の偏向素子。
【請求項５】
前記アライメントパタンは、このアライメントパタンの前記極値となる幅の中心が、光周波数グリッドに対応する位置と一致するように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の偏向素子。
【請求項６】
波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子のアライメント方法であって、
前記偏向素子に設けられ、周囲と異なる反射率を有し、前記入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から離れるにつれて前記波長分離方向の幅が変化する形状の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偏向素子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偏向素子のアライメント方法。
【請求項１】
波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子であって、
周囲と異なる反射率を有し、前記入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から、この第１の軸と直交し前記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、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形状のアライメントパタンを備える
ことを特徴とする偏向素子。
【請求項２】
前記アライメントパタンは、前記第１の軸と前記第２の軸との交点に対して点対称な形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の偏向素子。
【請求項３】
前記アライメントパタンは、対角線の一方が前記第１の軸、他方が前記第２の軸に平行な菱形の形状を有することを特徴とする請求項２記載の偏向素子。
【請求項４】
前記アライメントパタンは、前記第２の軸の方向の中央部における前記波長分離方向の幅が極値となる鼓型の形状を有することを特徴とする請求項２記載の偏向素子。
【請求項５】
前記アライメントパタンは、このアライメントパタンの前記極値となる幅の中心が、光周波数グリッドに対応する位置と一致するように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の偏向素子。
【請求項６】
波長に応じて分離された入力光を偏向する偏向素子のアライメント方法であって、
前記偏向素子に設けられ、周囲と異なる反射率を有し、前記入力光の波長分離方向に平行な所定の第１の軸から離れるにつれて前記波長分離方向の幅が変化する形状の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偏向素子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偏向素子のアライメント方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８３８５６（Ｐ２０１３−８３８５６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４６６３（Ｐ２０１１−２２４６６３）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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