JP2005128532A - 偏光コンディショナのパッケージング及びコリメータのアライメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に、かつ小型のパッケージ内に収容可能なコリメータアライメント装置を実現する。
【解決手段】 偏光コンディショナ１０のパッケージ内には、光ファイバケーブルを介して入力した光をコリメートする入力コリメータ、コリメートされた光を偏光する偏光装置、偏光光を２つに分割するビームスプリッタ、偏光光をコリメートし、出力側の光ファイバケーブルに導く出力コリメータ等が配置される。出力コリメータは、５自由度のアライメントを可能とするコリメータアライメント装置に保持されており、入力コリメータと出力コリメータとが正確にアライメントされる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、小さく且つ安価なパッケージ内においてコリメータをアライメントする装置及び方法に関するものである。

特定の計測装置やその他の装置においては、偏光した光ビーム（偏光ビーム）が必要とされている。偏光ビームを生成するには、光信号を受け、これを偏光させた後に、偏光ビームを出力するパッケージ内においてコリメータを使用すればよい。しかしながら、これらの従来のソリューションにおいては、高価なコンポーネントを要する傾向を有しており、そのサイズも物理的に大きい。例えば、従来のソリューションを提供するこの種の市販製品の１つは、１９”ｘ１８”ｘ４”（約４８３ｍｍ×４５７ｍｍ×１０２ｍｍ）の全体寸法を有し、コストは、後述するソリューションの実施の形態で例示するものの３倍になっている。

従って、例えば、偏光した光信号を供給する小さく且つ安価なパッケージに収容されたコリメータに対するニーズが存在しているのである。

本発明によるコリメータをアライメントする装置には、入力及び出力コリメータが含まれている。入力コリメータは、光信号を受けて偏光装置に提供し、この偏光装置により、光信号が偏光される。そして、この偏光装置から偏光光信号を受けるために出力コリメータをアライメントするべく、調節装置を使用して出力コリメータの位置を調節可能である。この調節装置には、本装置の出力コリメータの水平及び垂直面における並進及び傾斜（ティルト）移動をそれぞれ提供するための第１及び第２装置が含まれている。そして、第３装置が、偏光光ビームの軸を中心とする回転アライメント調節を提供している。これらのアライメント装置のすべてを使用することにより、本装置は、５自由度のアライメントを提供することができる。

本発明による方法を使用し、コリメータをアライメントすることができる。この方法は、入力コリメータを介して光信号を受ける段階と、この光信号を偏光させる段階を含んでいる。この偏光された光信号は、出力コリメータを介して受けられるが、出力コリメータの位置は、出力コリメータをアライメントしてこの偏光光信号を受けるべく調節されている。この出力コリメータの調節には、水平及び垂直面における出力コリメータの並進及び傾斜（ティルト）、並びに偏光光ビームの軸を中心とする回転アライメント調節が含まれる。これらの調節により、本方法は、５自由度のアライメントを提供することができる。

添付の図面は、本明細書に含まれており、説明と共に、本明細書の一部を構成するものであって、本発明の利点と原理を説明している。

図１は、偏光コンディショナ１０の断面図であり、本実施の形態の例示におけるコンポーネントの保持方法を示している。この偏光コンディショナ１０は、光信号を受けるるべく光ファイバケーブル２２に接続される入力コリメータ１２を含んでいる。このコリメータ１２により、光信号は、ｘ−ｙ方向において光ビームを偏光させる偏光装置（この例においては、波長板１４）を通過することになる。尚、この代わりに、偏光装置は、光信号を偏光可能なものであれば、どのようなコンポーネントによっても実装可能である。この偏光された光信号は、ビームスプリッタ１６によって２つの対応する光信号に分割され、１つは、光検出器２０に供給され、もう１つは出力コリメータ１８に供給される。光検出器２０は、この偏光光信号を分析する回路を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）１９に電気的に接続されているが、この種の回路については、当技術分野において周知である。ＰＣＢ１９上における光検出器２０の高さは、４つの支柱によって制御されており、ＰＣＢ上のネジによってアライメントされ、装着されている。偏光コンディショナ１０は、これらのコンポーネントを収容するべく、例えば、アルミニウムからなる基部１１ａとケーシング１１ｂを含んでいる。そして、基部１１ａは、これを特定のアプリケーション用に装着するべく、鋼製ボルト２６及び２８などの複数の留め具を含むことができる。

以下、この偏光コンディショナの原理について説明する。入力ビームは、波長板１４を通過した後に、ビームスプリッタ１６に到達する。そして、検出器２０によってビームの極性（位相、偏光方向）が検出され、信号が、偏光を極大化するために波長板１４に対して最適化された電圧を印加するべく機能するＰＣＢ１９の回路内のマイクロプロセッサに送信される。次いで、この偏光光信号は、入力コリメータ１２と出力コリメータ１８間の自由空間を通過することになる。従って、出力コリメータ１８を調節し、自由空間からこの偏光光信号を受けるべく正確にアライメントしなければならない。出力コリメータ１８は、この偏光光信号を偏光ビームとして光ファイバケーブル２４（偏光維持ファイバ）上に出力する。

図２は、垂直面におけるコリメータの並進及び傾斜（ティルト）用の第１調節装置３０を示している。出力コリメータ１８は、その端部において、積み重ねられたゴムセグメント４４及び４６上に配置されており、これらのゴムセグメントは、矢印２５によって示されているように、垂直面において、設計された範囲内で出力コリメータ１８が移動できるように適切な弾力を備えている。一方、出力コリメータの上部側においては、図示のごとく、それぞれの端部において、案内されたピストン又はプランジャ（３６、４２）が出力コリメータ１８の外部表面上に押圧されている。一対の調整ねじ３２及び３８により、鋼製ボール３４及び４０をそれぞれ介して、ピストン３６及び４２に力を印加することができる。尚、これらのピストン及び調整ねじは、例えば、金属や出力コリメータを移動させるのに十分な耐久性を提供するその他の材料から構成することができる。

垂直方向のアライメント操作の場合には、調整ねじ３２及び３８を回転させて垂直方向２５に出力コリメータを移動させる。ネジを下方に回した場合には、出力コリメータ１８のそれぞれの端部に力が印加され、出力コリメータは下方に移動する。一方、ネジを上方に移動するように回した場合には、圧縮されたゴムセグメント４４及び４６の力により、出力コリメータ１８が上方に押し上げられる。一方のネジのみを調節した場合には、出力コリメータ１８は傾斜することになる。両方のネジ３２及び３８を調節することにより、出力コリメータの高さの変化と傾斜の両方を実現することができる。例えば、＃０−８０のねじを使用することにより、１度（角度）の回転当たり、０．９μｍの分解能を実現することができる。

図３は、矢印２７によって示されているように、水平面におけるコリメータの並進及び傾斜用の第２調節装置５０を示している。垂直の調節の場合と同様に、水平面における横方向の調節及び傾斜は、パッケージの壁部を貫通して水平の調整ねじ（５２、５４、５６、５８）をスライディングスタンド上において回すことによって実行される。これらのスライディングスタンドは、ねじとスプリングワッシャによってボルト締めされており、出力コリメータ１８を保持すると共に、その摺動を可能にしている。又、第２調節装置は、スタンドの底部に、ピンとスロットを含んでおり、これらが、水平面における出力コリメータ１８の摺動を案内している。水平の調整ねじ（５２、５４、５６、５８）が回転することにより、取付構造５３及び５５の水平移動が発生し、この結果、出力コリメータ１８の水平移動が発生することになる。尚、これらの調整ねじ及び取付構造は、例えば、金属や出力コリメータを移動させるのに十分な耐久性を提供するその他の材料から構成することができる。例えば、ねじ５２、５４、５６、及び５８は、＃２−５６の、先端が真鍮の調整ねじによって実施することができる。

偏光コンディショナ１０には、図３に示されているように、出力コリメータ１８の回転調節用の回転調節装置も含まれている。この実施の形態の例示においては、回転調節装置は、上部にピンホール（又は、開口部）６２を有する留め具６０を含んでいる。必要に応じて、摩擦力によって出力コリメータを回転させるべく、硬いピンをピンホール６２内に挿入することができる。

尚、これら第１、第２、及び回転調節装置は、これらの装置を実施可能な方法の一例に過ぎない。この代わりに、第１、第２、及び回転調節装置は、自由空間から偏光光信号を受けるためにアライメントするべく、水平及び垂直面において出力コリメータの十分な並進及び傾斜を提供する構造であれば、どのようなものによっても実施可能である。

図４は、ケーシング１１ｂに収容された偏光コンディショナ１０の斜視図であり、完成したパッケージを示している。図５は、保存温度範囲内において安定した性能を示す本実施の形態の例の熱試験結果のグラフ７０である。

以下、図１〜図４に示されている本発明の実施の形態を例示する取付及びアライメント方法の例について説明する。すべての前段要素を「ドロップ」し（配置し）、受動的アライメントによって定位置に固定する。この実施の形態の例示においては、能動的アライメントを要するのは、出力コリメータのみである。尚、波長板１４及びビームスプリッタ１６などの壊れやすい光学要素との柔軟な接触のために、エラストマーＯリングを使用することができる。２つの波長板は、アライメント誤差を軽減するべく、１つのホルダ上に取り付ける。基部１１ａには、すべてのアライメント基準を含むことができる。

以下、この設計例の特徴について説明する。この出力コリメータアライメント装置は、３つの傾斜（ティルト）と２つの並進を含み、軸方向の並進を除いた（従って、合計６自由度の中の）５自由度のアライメント装置を提供している。角度のアライメントにおいては、非常に高い精度（角度で約１分の精度）が要求され、大きな調節範囲（＋／−０．６ｍｍ）が必要とされている。この設計によれば、出力コリメータ１８の２つの端部における調節がサポートされている。１つの端部のみが移動した場合には、調節装置は傾斜を生成する。一方、両端が移動した場合には、調節装置は、水平又は垂直面における並進を生成する。これらの高さ調節及び傾斜は、調整ねじを回し、シングルボールベアリング及びピストンインサートを介して出力コリメータを移動させることによって実行される。一方、横方向の並進び傾斜は、調整ねじ（５２、５４、５６、５８）を使用してリアスタンド（５３及び／又は５５）を横方向に移動させることによって実行される。出力コリメータ上のピストンインサートの狭小な端部接点（３３、４１）は、一端が上昇又は下降した場合の結合動作（他端がつられて動いてしまうこと）を軽減する。又、これらのピストンインサートは、荷重の案内と共に、出力コリメータの一端が左から右に移動した場合の結合動作の軽減のためにも使用されている。そして、シングルボールベアリングを使用し、摩擦と、これによってピストンインサート（及び、結果的に、コリメータ）に印加される（コリメータに不必要な傾斜を引き起こす）力を軽減している。最後に、回転アライメント又は調節は、中央留め具１８を回転させることによって実行される。

偏光コンディショナ１０には、アライメント調節における副作用、即ち、結合（つられて動いてしまうこと）に関連する問題を軽減するための特定の対策を含むことができる。これらの対策には、例えば、
・調整ねじ（３２、３８）とピストン（３６、４２）と間の、トルク除去手段としての鋼製ボール３４及び４０、
・ピストン先端（３３、４１）において、出力コリメータ１８と接触する領域が狭く（小さく）なっていることによる、出力コリメータ１８が全体的に動いてしまうことの抑制、
・ピストン先端（３３、４１）と出力コリメータ１８の外部表面とが密着していること、
・ピストン（３６、４２）の外径とこれに嵌合する孔（３１、３７）との間における小さな間隙（クリアランス）、及び、
・出力コリメータ１８の外径とスライディングスタンドの垂直スロットとの間における適切な間隙（クリアランス）が含まれている。

前述した実施の形態の例示によって解決される問題点の１つが、コリメータを、例えば、小さなパッケージ内において５自由度でアライメントする問題である。従って、本発明の実施の形態による特定の利点としては、例えば、５自由度のアライメント能力、大きな調節範囲（角度において、±１°／並進の場合には、±６００μｍ）、小さなサイズのパッケージ（全体寸法が７２ｍｍ×３５ｍｍ×３１ｍｍ）、低コストコンポーネントの使用、及び容易にやり直しが可能な内蔵アライメント装置が含まれる。従って、本発明の一実施の例は、小さなサイズの物理パッケージに収容され、重量が軽く、製造が低コストであって、信頼性の高い性能を有する偏光コンディショナである。

以上、実施の形態の例示と関連させて本発明について説明したが、当業者には、多くの変更が容易に明らかであって、本発明は、そのあらゆる適合や変形をも包含することを意図するものであることを理解されたい。例えば、本発明の範囲を逸脱することなく、様々なタイプの機械的構造及びそれら用のパッケージングを使用することができる。従って、本発明は、請求項及びその等価物によってのみ限定されるものである。

なお、本発明は例として次の態様を含む。（ ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］ コリメータをアライメントする装置であって、
光信号を受ける入力コリメータ（１２）と、
前記光信号を受けて偏光させる、前記入力コリメータ（１２）の近傍に配置された偏光装置（１４）と、
出力コリメータ（１８）と、
前記偏光装置から偏光光信号を受けるために前記出力コリメータ（１８）をアライメントするべく、前記出力コリメータ（１８）の位置を調節する調節装置であって、前記出力コリメータのアライメントにおいて５自由度を提供する調節装置と
を有することを特徴とする装置。
［２］ 前記偏光装置は、一対の波長板（１４）を備えることを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。
［３］ 水平調節装置（５０）であって、前記アライメントする装置の水平面において前記出力コリメータ（１８）に物理的に結合された一対の調整ねじ（５２、５４、５６、５８）を備える水平調節装置（５０）をさらに備えることを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。
［４］ 垂直調節装置（３０）であって、前記アライメントする装置の垂直面において前記出力コリメータ（１８）に物理的に結合された一対の調整ねじ（３２、３８）を備える垂直調節装置（３０）をさらに備えることを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。
［５］ 前記出力コリメータ（１８）の下に配置された圧縮可能部材（４４、４６）を更に備えることを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。
［６］ 前記偏光光信号を２つの偏光光信号に分割するビームスプリッタ（１６）であって、前記偏光装置（１４）と前記出力コリメータ（１８）との間に配置されたビームスプリッタ（１６）を更に有することを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。
［７］ 前記偏光光信号の中の１つを受信するべく位置している光検出器（２０）と、
前記偏光光信号の中の１つを電気的に処理する回路（１９）であって、前記光検出器に結合された回路（１９）と、
を更に有することを特徴とする上記［６］に記載のアライメントする装置。
［８］ 前記調節装置は、
前記アライメントする装置の垂直面において、前記出力コリメータ（１８）の並進及び傾斜移動を提供する第１調節装置（３０）と、
前記アライメントする装置の水平面において、前記出力コリメータ（１８）の並進及び傾斜移動を提供する第２調節装置（５０）と、
前記出力コリメータ（１８）を回転させるのに用いられる回転調節装置（６０、６２）と、
を具備することを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。
［９］ 前記アライメントする装置が、７２ｍｍｘ３５ｍｍｘ３１ｍｍ以下の全体寸法を有するパッケージ内に格納されることを特徴とする上記［１］に記載のアライメントする装置。

コリメータアライメント装置を格納する偏光コンディショナの断面図である。 垂直面における高さ調節及び傾斜を示すコリメータアライメント装置の側面図である。 水平面における横方向の調節及び傾斜を示すコリメータアライメント装置の平面図である。 コリメータアライメント装置を格納する偏光コンディショナパッケージの透視図である。 コリメータアライメント装置を有する偏光コンディショナの熱試験結果のグラフである。

符号の説明

１２ 入力コリメータ
１４ 偏光装置（波長板）
１６ ビームスプリッタ
１８ 出力コリメータ
１９ 回路
２０ 光検出器
３０ 垂直調節装置（第１調節装置）
３２、３８ 調整ねじ
３４、４０ 鋼製ボール
３６、４２ ピストン（プランジャ）
４４、４６ 圧縮可能部材
５０ 水平調節装置（第２調節装置）
５２、５４、５６、５８ 調整ねじ
６０、６２ 回転調節装置（第３調節装置）

Claims (1)

1. コリメータをアライメントする装置であって、
   光信号を受ける入力コリメータと、
   前記光信号を受けて偏光させる、前記入力コリメータの近傍に配置された偏光装置と、
   出力コリメータと、
   前記偏光装置から偏光光信号を受けるために前記出力コリメータをアライメントするべく、前記出力コリメータの位置を調節する調節装置であって、前記出力コリメータのアライメントにおいて５自由度を提供する調節装置と
   を有することを特徴とする装置。

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