JP3720008B2

JP3720008B2 - 可変波長光源

Info

Publication number: JP3720008B2
Application number: JP2002284995A
Authority: JP
Inventors: 良文高橋; 崇記斉藤; 賢一中村; 利幸松岡
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004119933A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部共振器型の可変波長光源において、容易に製造でき、波長可変範囲を広くするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及により、通信回線のトラフィックが増加の一途を辿っており、伝送容量の限界が切実な問題になっている。
【０００３】
これを解決するための手法として、１本の光ファイバで波長の異なる複数の光信号を伝送するＷＤＭシステムが開発され、実際の通信回線に用いられるようになってきた。
【０００４】
このようなＷＤＭ方式の通信回線では波長を任意に設定できる光源、即ち可変波長光源が不可欠であり、この種の可変波長光源としてはリトマン型と呼ばれる外部共振器型の可変波長光源が周知である。
【０００５】
外部共振器型の可変波長光源は、基本的に図２３に示す構造を有している。
図２３に示した可変波長光源は、基台１に固定されたレーザ光源２から出射された光をコリメートレンズ３によって平行光に変換して基台１に固定された回折格子４に入射し、その入射光に対して回折格子４が出射する回折光を、その回折面を延長した面上の所定位置Ｏを中心に回転できるように支持されたミラー５に入射し、ミラー５によって反射された反射光を回折格子４へ入射させ、その反射光に対する回折光を回折格子４からコリメートレンズ３を介してレーザ光源２に戻す構造を有している。
【０００６】
この構造の可変波長光源では、レーザ光源２から出射された光の波長成分のうち、ミラー５の反射面に直交する波長成分のみがレーザ光源２に戻ることになり、レーザ光源２はその戻ってきた特定波長の光で励起（共振）されてその特定波長（共振波長）の光を出射する。
【０００７】
この共振波長は、回折格子４に対するミラー５の角度によって決まり、前記したように、ミラー５を回折格子４の回折面の延長した面上の所定位置を中心に回転させることで、ミラー５の角度に対して共振波長を連続的に可変することができる。
【０００８】
このような基本構造を有する外部共振器型の可変波長光源を実際に通信システムの光源として用いる場合、ミラー５を回転させるためのアクチュエータとして、小型で精密な回転移動が可能なものが要求されている。
【０００９】
これを満たすものとして、従来では、図２４〜図２７に示すように、平板構造のアクチュエータ６を用い、その上にミラー５を垂直に立てるように固定したものが知られている（特許文献１参照）。
【００１０】
このアクチュエータ６は、導電性の高い２枚のシリコンの基板７、８を絶縁膜（ＳｉＯ_２）９を挟んで貼付け、その上側の基板８に対してエッチング処理を行なうことで形成したものである。
【００１１】
上側の基板８には扇状の穴１０が形成されており、その内側には外形が扇型の可動部１１が形成されている。なお、穴１０の底面は絶縁膜９がエッチングによって除去されて下側の基板７の表面が漏出している。
【００１２】
可動部１１は、穴１０の狭い方の円弧状の縁部から広い方の円弧状の縁部へ向かって細い幅で延び、下側の基板７と平行で且つその長さ方向と直交する平面上で撓むことができる２つの板バネ部１２、１３と、板バネ部１２、１３の先端間を円弧状に連結する幅広の円弧板１４と、円弧板１４の内縁から穴１０の狭い方の円弧状の縁部へ向かって延びた電極部１５とを有しており、この電極部１５の両側には櫛歯１５ａ、１５ｂが所定間隔で突設されている。
【００１３】
この可動部１１は、図２６、図２７に示しているように、下側の基板７の上面から僅かに浮いた状態で支持されており、円弧板１４と電極部１５は、板バネ部１２、１３の側方への撓みにより、穴１０の内側で下側の基板７に平行な面上で回動できるようになっている。
【００１４】
また、板バネ部１２と電極部１５の間および板バネ１３と電極部１５の間には、それぞれ固定電極１６、１７が配置されている。
【００１５】
固定電極１６、１７は、上側の基板８から絶縁された状態で、下側の基板７の上に絶縁層９を介して固定されており、可動部１１の電極部１５の櫛歯１５ａ、１５ｂに対して互いに隙間のある状態でかみ合うように形成された櫛歯１６ａ、１７ａを有している。
【００１６】
なお、図２４〜図２７で示したアクチュエータ６は、最も簡素化した構造のものを示しているが、電極部１５が複数本設けられて、その電極部毎に固定電極１６、１７が設けられている場合もある。
【００１７】
このように構成されたアクチュエータ６の場合、例えば、図２８に示しているように、上側の基板８と固定電極１６との間に一定の電圧Ｖを印加すると、その固定電極１６の櫛歯１６ａと可動部１１の電極部１５の櫛歯１５ａとの間に電界が発生し、その間に吸引方向の静電力が生じて、電極部１５が固定電極１６側に吸引され、可動部１１全体が図２８において左回りに回動し、その吸引力と板バネ部１２、１３の復帰力とが釣り合った位置で停止することになる。
【００１８】
この可動部１１の停止位置は、印加電圧Ｖを可変することで所定範囲内で任意に可変することができる。
【００１９】
したがって、前記したように、この可動部１１上にミラー５を垂直に立てた状態で固定し、下側の基板７の下面を基台１の上面に接するように固定しておけば、回折格子４に対するミラー５の角度を所定範囲内で可変することができ、小型な構成でレーザ光源２から出射される光の波長を可変することができる。
【００２０】
【特許文献１】
国際公開第０１／４３２４１号パンフレット
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、可動部１１をベースとなる基板７、８に平行な面上で回動させるアクチュエータ６を用い、その可動部１１上に垂直に立てたミラー５を回転させて波長を可変する構造の可変波長光源では、アクチュエータ６の可動部１１の上にミラー５を正確に垂直に固定しなければならず、その作業が非常に煩雑となる。
【００２２】
また、前記したアクチュエータ６の可動部１１は、２本の板バネ部１２、１３の両端を支点とする４点リンク構造であるので、厳密には回動の中心が一定ではなく、その可変角度を大きくするほど回動中心の位置がずれてしまう。
【００２３】
このため、大きな角度変化を与えることができず、波長の可変範囲が狭いという問題があった。
【００２４】
本発明は、この問題を解決して、小型でありながら、製造が容易で波長の可変範囲が広い可変波長光源を提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の可変波長光源は、
基台（２１）に固定されたレーザ光源（２３）が出射する光を前記基台に固定された回折格子（２５）に入射し、該入射光に対して前記回折格子が出射する回折光をアクチュエータ（３０）によって移動可能な反射体（３５）に入射し、該反射体によって反射された反射光を前記回折格子へ入射させ、該反射光に対する回折光を前記回折格子から前記レーザ光源に戻して、該レーザ光源から出射される光の波長を前記回折格子に対する前記反射体の位置の変化に応じて可変させる外部共振器型の可変波長光源において、
前記アクチュエータは、
前記基台に固定された基板（３２）と、
前記基板の縁から直線状に延び、少なくとも捩じれ方向の可撓性を有する連結部（３３、３４）と、
前記連結部を介して前記基板とほぼ面一の状態で連結され、前記連結部の可撓性により前記基板に対して少なくとも前記連結部の延長線を中心とする回転移動が可能で且つ一面側に前記回折格子からの回折光を反射させるための反射面（３７）が形成された可動板（３５）と、
前記基板の少なくとも一面側に絶縁された状態で且つ一部が前記可動板の表面の縁部に隙間のある状態で対向する位置に固定され、前記可動板に静電力を与えるための電極板（５１〜５４、５６〜５９）とを有し、
前記可動板の反射面が前記回折格子からの回折光を受け、且つ前記可動板が前記レーザ光源と前記回折格子の間の光路と交差する位置で前記基台に固定され、前記可動板には、前記レーザ光源から前記回折格子の間を往復する光を通過させるための窓（３６）が形成されていることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項２の可変波長光源は、請求項１の可変波長光源において、
前記電極板の一部は櫛歯構造を有し、前記可動板の縁部は前記電極板の櫛歯の間に隙間をもって入り込む櫛歯を有していることを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１、図２は、本発明の実施形態の可変波長光源２０の構造全体を示す図、図３、図４は、要部の構造を示している。
【００２９】
図１、図２に示しているように、この可変波長光源２０は、上面が互いに平行な高段部２１ａと低段部２１ｂとを有する基台２１と、基台２１の高段部２１ａに固定されその上面に平行な光を出射するレーザ光源２３、基台２１の高段部２１ａに固定され、レーザ光源２３から出射される光を平行光に変換するコリメートレンズ２４、基台２１の低段部２１ｂに垂直に立てられた状態で固定され、コリメートレンズ２４から出射される平行光を回折面２５ａで受ける回折格子２５と、コリメートレンズ２４と回折格子２５の間の位置で基台２１の低段部２１ｂ上に垂直に立てられたミラー一体型のアクチュエータ３０とを有している。
【００３０】
なお、回折格子２５は、その回折面２５ａに設けられている回折溝（図示せず）が基台２１の低段部２１ｂの上面と直交する向きに固定されている。また、ここでは、コリメートレンズ２４がレーザ光源２３と独立に設けられている例を示すが、平行光を出射するレーザ光源を用いた場合には、コリメートレンズ２４を省略することができる。
【００３１】
アクチュエータ３０は、コリメートレンズ２４からの平行光を受けた回折格子２５から出射される回折光を回折格子２５側へ反射させ、その反射光に対する回折光を回折格子２５からコリメートレンズ２４を介してレーザ光源２３に戻すための反射体と、その反射体を回折格子２５に対して回動させるための機構とが一体的に形成されたものある。
【００３２】
アクチュエータ３０は、図３、図４に示しているように、導電性の高い薄い基板（例えば後述するＳＯＩ基板）に対するエッチング処理によって形成された１枚構造のアクチュエータ本体３１と、アクチュエータ本体３１の後述する可動板３５に静電力を与えるための電極板５１〜５４、５６〜５９とを有している。
【００３３】
アクチュエータ本体３１は、基板３２、連結部３３、３４および可動板３５とによって構成されている。
【００３４】
基板３２は、互い平行な横長長方形の上板３２ａおよび下板３２ｂと、上板３２ａと下板３２ｂの左端間を上下に連結する略コの字形の左板３２ｃ、上板３２ａと下板３２ｂの右端間を上下に連結する縦長長方形の右板３２ｄとで、外形が長方形、内形が横向きの凸形に形成されており、下板３２ｂの下側端面を基台２１に当接させた状態で直立するように固定されている。
【００３５】
連結部３３は、基板３２の上板３２ａの中央内縁から上板３２ａに直交するようにして下板３２ｂの中央へ向かって所定幅で所定長さ延びている。
【００３６】
また、連結部３４は、基板３２の下板３２ｂの中央内縁から下板３２ｂに直交するようにして上板３２ａの中央へ向かって所定幅で所定長さ延びている。
【００３７】
ここで、連結部３３、３４の幅、厚さおよび長さは、連結部３３、３４自体が所定の角度範囲で捩じれ変形および傾き変形でき、その角度範囲内の変形に対して自ら元の状態に戻るための復帰力を生じるように設定されている。
【００３８】
可動板３５は、平板状で基板３２の内形より小型な横向きの略凸状の外形を有し、連結部３３、３４を介して基板３２の内側に面一状態で連結され、連結部３３、３４の捩じれ変形および傾き変形の可撓性により、基板３２に対してその連結部３３、３４の延長線（この場合連結部３３、３４を結ぶ線）を中心とする回転および前後方向の移動が可能に形成されている。また、この可動板３５の中央には、レーザ光源２３と回折格子２５の間を往復する光を通過させるための穴３６が形成されている。
【００３９】
また、この可動板３５は、回折格子２５からの回折光を反射するための反射体を形成するものであり、ここでは、可動板３５のうち、少なくとも基板３２の左板３２ｃの切欠に隙間のある状態で進入している突出部３５ａの回折格子２５側に向いた面の所定位置に、レーザ光を高い反射率で反射させる反射面３７が形成されている。
【００４０】
ただし、この反射面３７は、基板３２、連結部３３、３４および可動板３５を含むアクチュエータ本体３１の表面全体に形成されていてもよく、また、可動板３５の表面全体だけに形成されていてもよい。
【００４１】
また、反射面３７としては、例えば、アクチュエータ本体３１の表面全体あるいは可動板３５の表面を鏡面仕上げしたり、高い反射率を示す金属膜を蒸着して形成したり、反射シートを貼付けて形成することができる。また、アクチュエータ本体３１がレーザ光に対して高い反射率を示す材質である場合には、反射膜、や反射シートを設けなくても、その素材表面を反射面とすることができる。
【００４２】
可動板３５の上部左端、上部右端、下部左端、下部右端には、上下方向に所定間隔をもって複数本（ここでは３本）ずつ並び横方向に一定幅で所定長さ延びた櫛歯３８〜４１がそれぞれ形成されている。
【００４３】
基板３２の一面側の四隅には、電極板５１〜５４が絶縁板５５を挟んで固定されている。各電極板５１〜５４には、可動板３５の櫛歯３８〜４１にそれぞれ隙間のある状態で互いの隙間に入り込むことができるように形成された櫛歯５１ａ〜５４ａがそれぞれ設けられている。
【００４４】
また、基板３２の反対面の四隅にも、それぞれ電極板５６〜５９が絶縁板５５を挟んで固定されている。各電極板５６〜５９には、一面側の電極板５１、５４と同様に、可動板３５の櫛歯３８〜４１にそれぞれ隙間のある状態で互いの隙間に入り込むことができるように形成された櫛歯５６ａ〜５９ａがそれぞれ設けられている。
【００４５】
このように構成されたアクチュエータ３０は、コリメートレンズ２４と回折格子２５との間を結ぶ光路が可動板３５の穴３６を通過し、可動板３５の回動中心（連結部３３、３４を結ぶ線）が回折格子２５の回折面２５ａを延長した面上の位置となり、可動板３５の一面側の反射面３７が、回折格子２５からの回折光をを受けて回折格子２５側に反射させる位置で、基板３２の下板３２ｂの下縁が基台２１の低段部２１ｂの上に接した状態で垂直に立てられて固定されている。
【００４６】
このアクチュエータ３０では、基板３２と各電極板との間に電圧を印加すると、基板３２に連結部３３、３４を介して連続している可動板３５の櫛歯３８〜４１と各電極板の櫛歯５１ａ〜５４ａ、５６ａ〜５９との間に電界が発生し、その電界の強さ（即ち印加電圧の大きさ）に応じた吸引方向の静電力を可動板３５が受けて基板３２に対する姿勢あるいは位置が変化する。
【００４７】
例えば、図５の（ａ）に示しているように、基板３２の電位を基準にして、前側左の電極板５１、５３に電圧Ｖａ（極性は任意）を印加し、その背面側の電極板５６、５８に電圧Ｖａより低い電圧Ｖｂを印加すると、可動板３５の左部は、電圧Ｖａに相当する前方への静電力と、電圧Ｖｂに相当する後方への静電力とを受けるため、その差分の力で前方に移動する。また、同時に、前側右の電極板５２、５４に電圧Ｖｂを印加し、その背面側の電極板５７、５９に電圧Ｖａを印加すれば、可動板３５の右部は、電圧Ｖｂに相当する前方への静電力と、電圧Ｖａに相当する後方への静電力とを受けるため、その差分の力で後方に移動する。
【００４８】
したがって、図５の（ａ）のように電圧を印加した場合、可動板３５全体は、その左側が前方に突出し右側が後方に突出する方向に連結部３３、３４を捩じれさせて連結部３３、３４を結ぶ線を中心に回動することになり、この捩じれに対する連結部３３、３４の復帰力と印加電圧による静電力とが釣り合った位置で停止することになり、回折格子２５の回折面に対する反射面３７の角度が変化する。
【００４９】
このため、外部共振器の共振器長が変化して、レーザ光源２３に戻る光の波長が変化し、回折格子２５あるいはレーザ光源２１の端面から出射されるレーザ光の波長が変化する。
【００５０】
なお、上記のように可動板３５を回動させるためには、基板３２の電位を基準にして前側左の電極板５１、５３と背面側右の電極板５７、５９のみに電圧を印加すればよいが、このようにすると、可動板３５を可動させようとする方向のみの力しか働かないので、可動板３５が過渡的に振動してしまい所定位置に停止するまでに時間がかかってしまう。しかし、上記のように反対側から低い電圧で可動板３５の回動を押さえる力を与えることで、この振動を小さくすることができ、所定位置に速やかに停止させる、即ち、ダンパとして使用している。
【００５１】
また、図５の（ｂ）のように、各電極に印加する電圧の大小関係を図５の（ａ）の場合と逆にすれば可動板３５の角度を前記した場合と反対方向に所定角度回転させることができる。
【００５２】
また、このアクチュエータ３０では、可動板３５全体を前後方向に移動させたり、可動板３５の四隅部の少なくとも一カ所を前後方向に移動させることもできる。
【００５３】
例えば、図６の（ａ）に示すように、基板３２の電位を基準にして、前側の電極板５１〜５４に電圧Ｖａを印加し、背面側の電極板５６〜５９に電圧Ｖａより低い電圧Ｖｂを印加すると、可動板３５の四隅部は、電位差Ｖａ−Ｖｂに相当する静電力を受けるため、可動板３５全体は、連結部３３、３４を傾けさせて前方に移動することになり、この傾きに対する連結部３３、３４の復帰力と電位差による静電力とが釣り合った位置で停止することになり、回折格子２５の回折面に対する反射面３７の距離が変化する。
【００５４】
また、図６の（ｂ）のように、各電極板に印加する電圧の大小関係を逆にすれば、可動板３５全体は、連結部３３、３４を傾けさせて後方に移動することになり、この傾きに対する連結部３３、３４の復帰力と電位差による静電力とが釣り合った位置で停止することになり、回折格子２５の回折面に対する反射面３７の距離が変化する。
【００５５】
この可動板３５の前後方向の移動は、反射面３７の回動中心のずれを補正するために利用できる。
【００５６】
即ち、上記回転動作例において、アクチュエータ本体３１の厚さと反射面３７を形成する部材の厚さ（０の場合もある）との合計が小さい場合には、反射面３７の回転中心と可動板３５の回転中心とはほぼ一致し、反射面３７は、その反射面３７を延長した面と回折格子２５の回折面を延長した面とが交わる線を中心に回転することになり、レーザ光源２３から出射される光の波長は回動板３５の角度に追従して変化する。
【００５７】
ただし、可動板３５には厚さや反射面３７を形成している部材の厚さとの合計が大きい場合、図７の（ａ）に示すように、可動板３５の回転中心（即ち連結部３３、３４を結ぶ線の位置）Ｃと、反射面３７を延長した面と回折格子２５の回折面を延長した面とが交わる位置Ｃ′とは一致せず、可動板３５の角度によって位置Ｃも移動してしまう。
【００５８】
このような位置ずれが無視できない場合には、前記した電圧の印加により、可動板３５全体の前後位置を調整すればよい。具体的には、可動板３５の厚さ（基板３２および連結部３３、３３の厚さも等しい）を２ｔ、可動板３５の表面から反射面３７までの距離（反射材の厚さ）をα（α＝０の場合もある）とすると、図７の（ｂ）のように、可動板３５全体をｔ＋αだけ前方へ移動させる。この移動により、可動板３５の回転中心Ｃと、反射面３７を延長した面と回折格子２５の回折面を延長した面とが交わる位置Ｃ′とを常に一致させることができる。
【００５９】
また、前記した位置ずれだけでなく、アクチュエータ３０自体の位置のずれ等も補正することができる。
【００６０】
例えば、図８に示すように、アクチュエータ本体３１が基台２１の上に完全に垂直に立っておらずある角度θだけ傾いているような場合には、可動板３５を基板３２に対して定常的に角度θだけ傾けて基台２１に垂直となる状態を維持したままで、波長の可変に必要な移動制御を行なえばよい。
【００６１】
なお、実際にこのアクチュエータ３０を制御する場合には、図９に示すように、これらの補正用の電圧分を含めて、予め所望波長λ（１）〜λ（ｎ）について各電極板５１〜５４、５６〜５９に印加する最適な電圧を調べてその電圧データＶ（１，１）〜Ｖ（１，８）、Ｖ（２，１）〜Ｖ（２，８）、…、Ｖ（ｎ，１）〜Ｖ（ｎ，８）を各波長に対応付けてメモリ６０に記憶しておき、波長λ（ｘ）の指定を受けた制御部６１が波長λ（ｘ）に対応する各電圧データＶ（ｘ，１）〜Ｖ（ｘ，８）をメモリ６０から読み出し、その電圧を各電極板５１〜５４、５６〜５９に印加すれば、この可変波長光源２０から波長λ（ｘ）の光を出射させることができる。
【００６２】
次に、上記アクチュエータ３０の製造方法の一例を図１０に基づいて説明する。
【００６３】
図１０に示しているように、始めに、基板材料として導電率の高い活性層１００ａとベース基板１００ｂとを絶縁層（ＳｉＯ_２）１００ｃを挟んで貼り合わせたＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１００を用意する（工程１）。
【００６４】
そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置によるエッチング処理ができるように、ＳＯＩ基板１００の活性層１００ａの表面のうち、アクチュエータ本体３１の基板３２、連結部３３、３４および可動板３５の形成部分に、マスク１０１をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する（工程２）。
【００６５】
次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置でマスク１０１に覆われていない活性層１００ａをエッチングして、アクチュエータ本体３１の基板３２、連結部３３、３４および可動板３５を形成する（工程３）。
【００６６】
次に、マスク１０１を除去して、その上に絶縁層（ＳｉＯ_２）１０２を挟んで、予め用意した導電性の高いシリコン基板１０３を貼り合わせる（工程４）。この貼り合わせには、アライメントの終了した２枚の鏡面仕上げされたシリコン基板に１２００°Ｃの温度を加えて貼り付けるＦｕｓｉｏｎＢｏｎｄｉｎｇの手法を用いている。
【００６７】
次に、ベース基板１００ｂの表面とシリコン基板１０３の表面のうち、電極板５１〜５４、５６〜５９の形成部分にマスク１０４を形成する（工程５）。
【００６８】
そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置でマスク１０４に覆われていないベース層１００ｂおよびシリコン基板１０３をエッチングして、電極板５１〜５４、５６〜５９を形成する（工程６、工程７）。
【００６９】
最後に、各電極板５１〜５４、５６〜５９に重なっていない絶縁層１００ｃ、１０２をエッチングで除去することで、アクチュエータ３０が完成する（工程８）。
【００７０】
なお、ここでは、シリコン基板の鏡面仕上げによって反射面を形成する場合を説明したが、鏡面仕上げをせずに、工程８の後に、少なくとも可動板３５の表面に、反射率の高い金属膜を蒸着して反射面３７を形成したり、反射シートを貼付けてもよい。
【００７１】
また、ここでは、導電率の高い基板１００、１０３を用いてアクチュエータ３０を製造する場合について説明したが、導電性の低い基板を用いた場合には、図１０で示した工程１〜８の後に、図１１の工程９のように、基板３２と各電極板５１〜５４、５６〜５９の表面に導電率の高い金属膜１０５を蒸着して、基板３２の可動板３５と各電極板５１〜５４、５６〜５９との間に電界を印加できるようにする。また、金属膜１０５として反射率の高いものを用いれば、可動板３５の反射面３７を同時に形成することができる。
【００７２】
このように実施形態の可変波長光源２０では、アクチュエータ３０の可動板３５自体が回折格子２５からの回折光を反射するための反射体を形成しているので、従来のように反射体をアクチュエータの可動部に垂直に固定する作業が不要となり、製造が極めて容易となる。
【００７３】
また、可動板３５は連結部３３、３４の捩じれ変形によって回転する構造で、その可変角度によらず回動中心の位置は一定であるため、大きな角度変化を与えることができ、波長の可変範囲が広くなるという効果がある。
【００７４】
また、アクチュエータ３０の可動板３５がレーザ光源２３と回折格子２５の間の光路と交差する位置に固定され、可動板３５には、レーザ光源２３から回折格子２５の間を往復する光を通過させるための窓３６が形成されているので、レーザ光源２３と回折格子２５との距離を狭くしても、その間にアクチュエータ３０を固定することができ、可変波長光源全体として小型に構成できる。
【００７５】
また、電極板５１〜５４、５６〜５９の一部は櫛歯構造を有し、可動板３５の縁部は電極板５１〜５４、５６〜５９の櫛歯の間に隙間をもって入り込む櫛歯３７、３８を有しているものでは、可動板３５の回動範囲を狭くすることなく、アクチュエータ３０全体の厚さを薄く形成できる。
【００７６】
また、上記したアクチュエータ３０のように、可動板３５の回転中心に対して左右上下にそれぞれ独立した電極板５１〜５４、５６〜５９を設けたものでは、可動板３５の回転制御だけでなく、左右上下についての前後方向の移動制御を独立に行なうことができ、回折格子２５の回折面に対する距離の補正や基台２１に対する傾きの補正等を含め、光学系全体の微妙な調整が可能となる。
【００７７】
また、前記したアクチュエータ３０は、可動板３５を挟むように基板３２の両面に電極板を設けていたが、図１２、図１３に示すアクチュエータ３０Ａのように、基板３２のどちらか一方の面（図では、前面側を示すが背面側でもよい）に電極板５１〜５４を設けてもよい。
ただし、この場合には、基板３２に対する可動板３５の前後方向の移動は、その一方に限定される。
【００７８】
また、図１２、図１３に示したアクチュエータ３０Ａをさらに簡素化して、左右のいずれか一方側の電極板（例えば左側の電極板５１、５３）のみで、可動板３５を移動させるようにしてもよく、また、これをさらに簡素化して、図１４、図１５に示すアクチュエータ３０Ｂのように、上下の電極板を一体化した電極板６１を絶縁膜６２を挟んで固定し、この電極板６１のみで可動板３５を回転させてもよい。ただし、この場合、基板３２に対する可動板３５の回転方向は一方に限定され、前後方向の移動制御はできないが、可動板３５の反対側（右側）の櫛歯３９、４１を省略することができる。
【００７９】
また、前記した各アクチュエータ３０、３０Ａ、３０Ｂでは、櫛歯構造の電極板を用いていたが、図１６、図１７に示すアクチュエータ３０Ｃのように、外形が矩形の電極板５１′〜５４′が一面側にパターン形成され、中央部に光を通過させるための穴７１が設けられた電極基板７０を、アクチュエータ本体３１の基板３２と同形のスペーサ７２を挟んで基板３２の一面側に固定し、同様に、外形が矩形の電極板５６′〜５９′が一面側にパターン形成され、中央部に光を通過させるための穴７４が設けられた電極基板７３を、基板３２と同形のスペーサ７５を挟んで、基板３２の反対面側に固定した構造であってもよい。なお、電極基板７３の穴７４は、回折格子２５からの回折光を可動板３５の突出部３５に設けられた反射面３７に受け入れるために、電極基板７３の中央から側端近傍まで延びている。
【００８０】
この場合、可動板３５は、電極基板７０、７３で挟まれた領域内で姿勢や位置を変更することができ、前記同様にアクチュエータ本体３０の電位を基準にして、各電極板５１′〜５４′、５６′〜５９′に電圧を印加することで、可動板３５の四隅部に任意の静電力を与えて、その姿勢や位置を可変して波長を可変することができる。
【００８１】
この場合には、スペーサ７２、７５の厚さ分だけアクチュエータ全体の厚さが増すが、可動板３５および電極板５１′〜５４′、５６′〜５９′の構造が簡単化され製造が容易になる。
【００８２】
また、このような矩形平板型の電極を用いたアクチュエータにおいても、櫛型の電極を用いた場合と同様に簡素化が可能であり、例えば図１８および図１９に示すアクチュエータ３０Ｄのように、一方の電極基板７０とスペーサ７２のみを用いて構成してもよく、また、さらにその電極基板７０の電極板５２′、５４′（または電極板５１′、５３′）を省略したり、あるいは、上下の電極板を一体化してもよい。
【００８３】
ここで、この矩形平板型の電極を用いたアクチュエータ３０Ｄの製造方法の一例を図２０に基づいて説明する。
【００８４】
図２０に示しているように、始めに、基板材料として導電率が高く鏡面仕上げされた活性層２００ａとベース基板２００ｂとを絶縁層（ＳｉＯ_２）２００ｃを挟んで貼り合わせたＳＯＩ基板２００を用意する（工程１ａ）。
【００８５】
そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によるエッチング処理ができるように、ＳＯＩ基板２００の活性層２００ａの表面のうち、アクチュエータ本体３１の基板３２、連結部３３、３４および可動板３５の形成部分にマスク２０１をフォトリソグラフィ技術を用いて形成し、ベース基板２００ｂのうちスペーサ７２の形成部分にもマスク２０２を形成にする（工程２ａ）。
【００８６】
次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置でマスク２０１に覆われていない活性層２００ａをエッチングして、アクチュエータ本体３１の基板３２、連結部３３、３４および可動板３５を形成する（工程３ａ）。
【００８７】
そして、マスク２０１を除去して、マスク２０２に覆われていないベース基板２００ｂをエッチングして、スペーサ７２を形成する（工程４ａ）。
次に、マスク２０２を除去し、絶縁層２００ｃのうち、基板３２とスペーサ７２の間に挟まれている部分以外をエッチングによって除去する（工程５ａ）。なお、反射面を金属膜で形成する場合には、この段階でその処理を行なう。
【００８８】
一方、電極基板７０の材料となるガラス基板３００を用意し（工程１ｂ）、その表面全体に金属膜３０１を蒸着する（工程２ｂ）。
【００８９】
そして、この金属膜３０１のうち、電極板５１′〜５４′の形成部分にフォトレジストによってマスク３０２を形成し（工程３ｂ）、金属膜３０１のうちマスク３０２で覆われていない部分をエッチングで除去し（工程４ｂ）、さらに、穴７１を貫通エッチングによって形成して、電極基板７０を完成させる（工程５ｂ）。
【００９０】
そして、最後に、前記工程５ａで得られたアクチュエータ本体３１とスペーサ７２とが一体的に形成されたものと、工程５ｂで形成された電極基板７０とを陽極接合あるいは接着材によって貼り合わせて、アクチュエータ３０を完成させる（工程６）。
【００９１】
また、ここでは、導電率が高いＳＯＩ基板２００を用いた製造例を示したが、前記したように導電率が低い基板を用いて構成することも可能である。
【００９２】
その場合には、図２０で示した工程１ａ〜５ａの後に、図２１に示すように、基板３２の表面（下面側だけでもよい）に導電率の高い金属膜２０３を蒸着して（工程６ａ）、これと工程５ｂで形成された電極基板７０とを陽極接合あるいは接着材によって貼り合わせて、アクチュエータ３０を完成させる（工程７）。この金属膜２０３によって、基板３２の可動板３５と各電極板５１′〜５４′との間に電界を印加できる。また、この金属膜１０５として反射率の高いものを用い、図２１に示しているように基板３２の上面側にも蒸着しておけば、可動板３５の反射面３７を同時に形成することができる。
【００９３】
なお、上記した各アクチュエータ本体は、基板３２の形状を外形が矩形で内形が横向きの凸型にし、可動板３５の形状も横向きの凸型にし、可動板３５を上下２本の連結部３３、３４によって支持していたが、これらは本発明を限定するものではなく、基板および可動板の形状は任意であり、また、連結部を一つにしてもよい。
【００９４】
例えば、図２２の（ａ）のように、基板３２の外形をコの字枠状に形成し、長方形の可動板３５を上下の連結部３３、３４で支持することもできる。この場合、電極板としては、前記した電極基板の電極板を用いることが可能であり、また左側のみについては、前記した櫛歯構造の電極板を用いることができる。
【００９５】
また、図２２の（ｂ）のように、基板３２の外形を上向きのコの字枠状に形成し、長方形の可動板３５を下側の連結部３４のみで支持することもできる。この場合、電極板としては、前記した電極基板の電極板および櫛歯構造の電極板のいずれのものでも使用することができる。
【００９６】
また、図２２の（ｃ）のように、基板３２を横長の長方形にして、長方形の可動板３５を下側の連結部３４のみで支持することも可能である。この場合、電極板としては、前記した電極基板の電極板を用いることができる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可変波長光源では、外部共振器型の可変波長光源において、回折格子からの回折光を反射するための反射体を移動させるアクチュエータとして、基板と、その基板の縁から直線状に延び、少なくとも捩じれ方向の可撓性を有する連結部と、この連結部を介して基板とほぼ面一の状態で連結され、連結部の可撓性により基板に対して少なくとも連結部の延長線を中心とする回転移動が可能で且つ一面側に回折格子からの回折光を反射させるための反射面が形成された可動板と、基板の少なくとも一面側に絶縁された状態で且つ一部が可動板の表面の縁部に隙間のある状態で対向する位置に固定され、可動板に静電力を与えるための電極板とを有し、可動板の反射面が回折格子からの回折光を受ける位置で基台に固定されている。
【００９８】
このようにアクチュエータの可動板自体が反射体を形成しているので、従来のように反射体をアクチュエータの可動部に垂直に固定する作業が不要となり、製造が極めて容易となる。
【００９９】
また、可動板は連結部の捩じれ変形によって回転する構造で、その可変角度によらず回動中心の位置は一定であるため、大きな角度変化を与えることができ、波長の可変範囲が広くなるという効果がある。
【０１００】
また、アクチュエータの可動板がレーザ光源と回折格子の間の光路と交差する位置に固定され、可動板には、レーザ光源から回折格子の間を往復する光を通過させるための窓が形成されたものでは、アクチュエータをレーザ光源と回折格子の間に固定することができ、可変波長光源全体として小型に構成することができる。
【０１０１】
また、電極板の一部は櫛歯構造を有し、可動板の縁部は電極板の櫛歯の間に隙間をもって入り込む櫛歯を有しているものでは、可動板の回動範囲を狭くすることなく、アクチュエータ全体の厚さを薄く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す斜視図
【図２】実施形態の平面図
【図３】実施形態の要部の斜視図
【図４】実施形態の要部の分解斜視図
【図５】可動板を回転させる場合の動作説明図
【図６】可動板を前後方向に移動させる場合の動作説明図
【図７】回転中心のずれに対する補正動作を説明するための図
【図８】アクチュエータの傾きに対する補正動作を説明するための図
【図９】制御部の構成を示す図
【図１０】アクチュエータの製造工程例を示す図
【図１１】アクチュエータの製造工程の変形例を示す図
【図１２】変形したアクチュエータの斜視図
【図１３】変形したアクチュエータの分解斜視図
【図１４】変形したアクチュエータの斜視図
【図１５】変形したアクチュエータの分解斜視図
【図１６】矩形平板型の電極を用いたアクチュエータの斜視図
【図１７】矩形平板型の電極を用いたアクチュエータの分解斜視図
【図１８】変形したアクチュエータの斜視図
【図１９】変形したアクチュエータの分解斜視図
【図２０】矩形平板型の電極を用いたアクチュエータの製造工程例を示す図
【図２１】矩形平板型の電極を用いたアクチュエータの製造工程の変形例を示す図
【図２２】アクチュエータ本体の変形例を示す図
【図２３】外部共振器型の可変波長光源の基本構成図
【図２４】従来の可変波長光源の要部の構成例を示す斜視図
【図２５】従来の可変波長光源の要部の平面図
【図２６】図２５のＡ−Ａ線断面図
【図２７】図２５のＢ−Ｂ線断面図
【図２８】従来の可変波長光源の要部の動作を説明するための図
【符号の説明】
２０……可変波長光源、２１……基台、２３……レーザ光源、２４……コリメートレンズ、２５……回折格子、３０、３０Ａ〜３０Ｄ……アクチュエータ、３１……アクチュエータ本体、３２……基板、３３、３４……連結部、３５……可動板、３５ａ……突出部、３６……穴、３７……反射面、３８〜４１……櫛歯、５１〜５４、５１′〜５４′、５６〜５９、５６′〜５９′……電極板、５１ａ〜５４ａ、５６ａ〜５９ａ……櫛歯、５５、６０……絶縁膜、７０、７３……電極基板、７１、７４……穴、７２、７５……スペーサ

Claims

基台（２１）に固定されたレーザ光源（２３）が出射する光を前記基台に固定された回折格子（２５）に入射し、該入射光に対して前記回折格子が出射する回折光をアクチュエータ（３０）によって移動可能な反射体（３５）に入射し、該反射体によって反射された反射光を前記回折格子へ入射させ、該反射光に対する回折光を前記回折格子から前記レーザ光源に戻して、該レーザ光源から出射される光の波長を前記回折格子に対する前記反射体の位置の変化に応じて可変させる外部共振器型の可変波長光源において、
前記アクチュエータは、
前記基台に固定された基板（３２）と、
前記基板の縁から直線状に延び、少なくとも捩じれ方向の可撓性を有する連結部（３３、３４）と、
前記連結部を介して前記基板とほぼ面一の状態で連結され、前記連結部の可撓性により前記基板に対して少なくとも前記連結部の延長線を中心とする回転移動が可能で且つ一面側に前記回折格子からの回折光を反射させるための反射面（３７）が形成された可動板（３５）と、
前記基板の少なくとも一面側に絶縁された状態で且つ一部が前記可動板の表面の縁部に隙間のある状態で対向する位置に固定され、前記可動板に静電力を与えるための電極板（５１〜５４、５６〜５９）とを有し、
前記可動板の反射面が前記回折格子からの回折光を受け、且つ前記可動板が前記レーザ光源と前記回折格子の間の光路と交差する位置で前記基台に固定され、前記可動板には、前記レーザ光源から前記回折格子の間を往復する光を通過させるための窓（３６）が形成されていることを特徴とする可変波長光源。
前記電極板の一部は櫛歯構造を有し、前記可動板の縁部は前記電極板の櫛歯の間に隙間をもって入り込む櫛歯を有していることを特徴とする請求項１記載の可変波長光源。