JP2005321669A - 光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＤからの光をファイバ入射端面のコア部に導くための初期の位置調整を簡易かつ迅速にすることができる光通信装置を提供すること。
【解決手段】 光通信装置は、光源と、集光レンズと、光ファイバと、光ファイバ入射端面でのスポットを互いに非平行な方向に移動させる移動手段と、第一の方向に対応する方向に延出する第一の境界線によって分割された第一、第二のエリアと、第二の方向に対応する方向に延出する第二の境界線によって分割された第三、第四のエリアを持つ受光面を有し、入射端面からの反射光の強度に対応する信号をエリア毎に出力する受光手段と、第一のエリアの出力から第二のエリアの出力を引いた差が第一の基準値と略一致するように、かつ第三のエリアの出力から第四のエリアの出力を引いた差が第二の基準値と略一致するように、移動手段を駆動制御してスポットを所定の方向へ移動させる制御手段と、を有する構成にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ（以下、ＬＤと記す）から照射される光を利用して光通信を行う光通信装置の構成に関する。

光通信装置は、ＬＤで発光し情報による変調を施された光を光ファイバに伝達させる為の装置であり、ＬＤ、ＬＤからの光を集光させるレンズ、光ファイバ等の光学部品から構成される。光ファイバー通信を加入者宅内に引き込む回線終端装置（ＯＮＵ；Optical Network Unit）として使用される光通信モジュールでは、一般的に、送受信を一本の光ファイバで行う双方向型の通信に対応するため、光通信モジュール内にさらに受光素子や、異なる波長の光を分離するためのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）フィルタ等が備えられる。

このような光通信モジュールでは、ＬＤからの光を光ファイバのコアの略中心に集光させるため、ＬＤは、コア径が数μｍの光ファイバに対して高精度で位置調整される。そして通常、これらの光学部品は溶着あるいは接着剤を用いて堅固に固定される。従来の位置調整方法としては、例えば、下記の特許文献１に開示される。

特開平６−９４９４７号公報

特許文献１に開示される位置調整方法によれば、光ファイバから射出された光の光量を検出し、最も該光量が多い状態をもって、コアの略中心にＬＤからの光が入射していると判断する。

しかしながら、一般にファイバ入射端面におけるコア部とクラッド部の境界を判別するのは困難である。また、ファイバ入射端面において、コア部はクラッド部に比べて非常に小さい。そのため特許文献１に記載の方法を使用するためには、光ファイバから射出された光の光量が検出されるまでＬＤと光ファイバの相対的な初期の位置調整を試行錯誤で繰り返さなければならず手間と時間がかかり効率が悪かった。

以上の諸事情に鑑み、本発明は、ＬＤからの光をファイバ入射端面のコア部に導くための初期の位置調整を簡易かつ迅速にすることができる光通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本願発明に係る光通信装置は、情報により変調された光を照射することができる光源と、光が入射する入射端面を有し、コアに入射した光を透過する光ファイバと、光の光路上、光源と光ファイバとの間に配設され、光が入射端面上においてスポットを形成するように該光を集光する集光レンズと、該スポットを入射端面上において互いに非平行な第一の方向および第二の方向に移動させる移動手段と、第一の方向に対応する方向に延出する第一の境界線によって分割された第一のエリアおよび第二のエリアと、第二の方向に対応する方向に延出する第二の境界線によって分割された第三のエリアおよび第四のエリアを持つ受光面を有し、入射端面で反射し受光面で受光した反射光の強度に対応する信号をエリア毎に出力する受光手段と、第一のエリアの出力から第二のエリアの出力を引いた第一の出力差が第一の基準値と略一致するように移動手段を駆動制御してスポットを第二の方向へ移動させ、かつ第三のエリアの出力から第四のエリアの出力を引いた第二の出力差が第二の基準値と略一致するように移動手段を駆動制御してスポットを第一の方向へ移動させる制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、入射端面におけるスポットの位置を、受光手段の各エリアからの出力によって算出される第一の出力差と第二の出力差によって検出する。そして、第一の出力差、第二の出力差が、それぞれ、予め定められた第一の基準値および第二の基準値に一致するようにスポット位置（光の入射端面における入射位置）を制御する。なお、ここで各基準値は、入射端面におけるコア部にスポットが位置する時に得られる第一の出力差と第二の出力差のことをいう。これにより、短時間かつ簡易に光源からの光が光ファイバの入射端面において形成するスポットと、該入射端面でのコア部との相対的な初期の位置調整をすることができる。

また、上記特許文献１に開示の方法を採用した場合、仮に光源と光ファイバ端面の相対的な初期の位置調整が完了し、光源からの光をファイバ入射端面におけるコア部に導くことのできたとしても、各部材を接着剤を用いて装置本体に固定する際に、接着剤の収縮や部品の破壊等の予期せぬ事象によって光源と光ファイバの相対的位置関係にずれが生じることもある。このような場合であっても、本発明によれば、各部材固定後であっても、簡易かつ迅速に該ずれを補正することができるため、高い歩留まりを達成することができる。

なお本明細書においては、各境界線の延出方向が第一の方向および第二の方向に対応するとは、光源から照射され光ファイバ入射端面で反射した光の光路を展開して一直線状にしたと仮定した場合において一致することを意味する。

より詳しくは、反射光の受光面での入射位置が第一のエリア側に寄っている場合、第一の出力差は第一の基準値よりも大きな値を採り、該入射位置が前記第二のエリア側に寄っている場合、第一の出力差は前記第一の基準値よりも小さな値を採る（請求項２）。また、請求項３に記載の発明によれば、反射光の受光面での入射位置が第三のエリア側に寄っている場合、第二の出力差は第二の基準値よりも大きな値を採り、該入射位置が第四のエリア側に寄っている場合、第二の出力差は第二の基準値よりも小さな値を採る。より具体的には、入射位置のコアに対するずれ量と各出力差は概ねリニアな関係にある。

これにより、第一の出力差と第二の出力差を算出することにより、入射端面において、コア部を基準としたスポット位置のずれ量を明確に検出することができる。例えば、入射端面においてコア部から第一の方向と直交する方向にどれだけずれているかは、第一の出力差の絶対値によって導出される。同時に、コア部を通り第一の方向に延出する仮想線を想定した場合に、スポットが該仮想線のいずれの側に位置しているかは、第一の出力差と基準値との大小関係によって導出される。

ここで、光源からの光が光ファイバの入射端面において形成するスポットと、該入射端面でのコア部との初期の位置調整をより簡易かつ迅速に実行するためには、第一の方向と前記第二の方向は互いに直交することが好ましい（請求項４）。また、受光面は、前記コア中心からの反射光が、前記第一の境界線と前記第二の境界線の交点に入射するように位置調整することができる（請求項５）。

また、制御手段にかかる負担を軽減するためには、第一の基準値と前記第二の基準値は、少なくとも一方が好ましくは双方が０（単位：Ｖ）であるように設定することが望ましい。基準値を０にすれば、上述した、スポットが該仮想線のいずれの側に位置しているかは、差が正か負かによって判断可能になる。

なお、移動手段は、集光レンズを駆動することにより、スポットを第一の方向および第二の方向に移動させる構成にすることができる。他にも、移動手段は、光源を駆動することによりスポットを移動させる構成にしても良いし、集光レンズとファイバ端面の間に、入射光束に偏向する頂角可変プリズム等の透過型偏向部材を有する構成にしても良い。

請求項８に記載の光通信装置は、入射端面におけるコアとクラッド間に反射光が回折するような所定寸法の段差が形成されていることを特徴とする。これにより、スポット中心をコア中心と一致するようなより高精度な位置調整が実現される。

本発明に係る光通信装置を構成する光ファイバは、詳しくは以下のような構成にすることが望ましい。すなわち光源からの光の波長をλとし、媒質の屈折率をｎとすると、段差の寸法は略λ／（４ｎ）よりも小さい値に設定される。より好適な実施形態としては、該寸法を略λ／（８ｎ）に設定する。また、上記段差は、コアをクラッドよりも突出させることにより形成しても良いし、コアをクラッドよりも凹ませることにより形成しても良い。コアを突出あるいは凹ませるためにはフォトリソ技術を用いることができる。なお、より高精度な位置調整を実現するためには、コアの端面とクラッドの端面とを略平行になるように加工することが好ましい。

ここで、より明るくくっきりとした（つまり明確な）回折パタンを受光面上で形成するためには、入射端面上で形成されるスポットの径をコアの径よりも大きくすると良い。但しスポット径をクラッドの径、つまり端面の全径よりも大きくしてしまうと無用な光量の損失を招くため、好ましくない（請求項９）。

以上説明したように本発明によれば、受光手段で得られた出力に基づいて制御する構成にすることにより、送信用の信号光が光ファイバの入射端面上でのコア部に入射するような初期の位置調整を簡易かつ迅速に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態としての光通信モジュール１０の構成を表す図である。光通信モジュール１０は、光ファイバー通信を加入者宅内に引き込むＯＮＵとして用いられる。例えば光通信モジュール１０は、一本の光ファイバで上り信号として波長１．３μｍを送信し、下り信号として１．５μｍの信号を受信するように構成された、双方向のＷＤＭ伝送に対応した光通信モジュールである。本実施形態の光通信モジュール１０は、ＬＤ、集光レンズ２、および光ファイバ３と、光検出器４、センサアンプ５、コントローラ６、第一アクチュエータ７、第二アクチュエータ８を備える。なお、実際に使用される光通信モジュールは、ＬＤから出力され集光レンズ２を介して光ファイバ３に入射する光束の光ファイバ３での入射角は極めて小さい。しかし図１では、説明の便宜上、該入射角を実際の角度よりも大きく示している。

なお、図１をはじめ各図において、一点鎖線で示す基準軸ＡＸは、光通信モジュール１０において位置調整の基準となる中心軸である。本実施形態では、ＬＤと入射端面３ａ間における基準軸ＡＸは集光レンズ２の光軸と一致し、入射端面３ａと光検出器４間における基準軸ＡＸはコア中心と光検出器４の中心Ｏを結ぶ線と一致する。つまり本実施形態の光検出器４は、ＬＤから照射され、コア中心で反射した光線が中心Ｏに導かれるように配設されている。

ＬＤで発光された光は、集光レンズ２を介して光ファイバ３の入射端面３ａに収束し、スポットを形成する。なお、光通信時、ＬＤからは図示しない通信制御部の制御の下、通信対象である情報により変調された光が照射されるが、以下に詳述する光ファイバ入射端面での光の入射位置に関する調整時には、ＬＤからは変調されない光が照射される。つまり、位置調整時、ＬＤはＤＣ点灯状態にある。ここで集光レンズ２は、コントローラ６の制御下、第一アクチュエータ７によって基準軸ＡＸに垂直な面内の一つの軸方向（Ｘ’方向）で、および第二アクチュエータ８によって該Ｘ’方向と直交するＹ’方向で、それぞれ移動可能な状態にある。つまり、スポットは、該レンズ２の駆動する方向に応じて入射端面３ａ上を移動する。以下、スポットの移動方向のうち、集光レンズ２のＸ’方向、Ｙ’方向への各移動に対応する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向という。

なお、本明細書では上記スポットの駆動方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を基準として位置関係および方向を説明する。本実施形態の構成では、ＬＤ側から入射端面３ａを見た場合、コア３ｃの位置の右方向をＸ（＋）方向、左方向をＸ（−）方向とする。また、コア３ｃの位置の上方向をＹ（＋）方向、下方向をＹ（−）方向とする。

光通信モジュール１０は、入射端面３ａで反射する光を光検出器４に導く。そのため、光通信モジュール１０では、ＬＤからの光が入射端面３ａに０°以外の入射角で入射するように構成している。これにより、入射端面３ａで反射した光の光路は入射端面３ａに入射する光の光路と異なる。光ファイバ３の入射端面３ａで反射した反射光は、光検出器４に入射する。

なお、本実施形態の光通信モジュール１０は、入射光が光ファイバの入射端面上でのコア部に入射するような初期の位置調整を行うだけでなく、さらに該位置調整終了後、該入射光のスポット中心がコア中心に一致するような高精度な負帰還制御を常時実行する。以下、上記の高精度な制御を、便宜上、リアルタイム制御という。該リアルタイム制御を実行すべく、光ファイバ３の入射端面３ａは、以下のように構成される。

図２は、光ファイバ３における、ＬＤからの光が入射する面（入射端面）３ａ近傍の拡大図である。光ファイバ３の入射端面３ａは、クラッド３ｂ、コア３ｃを備える。なお、本明細書では、説明の便宜上、コア３ｃの中心は光ファイバ３の中心と一致するものとする。

図２に示すように、入射端面３ａは、コア３ｃがクラッド３ｂの面に対して略直交する方向（光ファイバ３の光軸方向）に突出することにより段差が形成されている。また入射端面３ａは、突出したコア３ｃの面とクラッド３ｂの面とが略平行になるように加工される。本実施形態では、フォトリソ技術を用いることにより入射端面３ａを上記形状に加工している。段差の寸法は、λ／（４ｎ）よりも小さい値に設定される。但し、λは入射する光の波長で、ｎは媒質の屈折率である。このように段差の寸法を設定することにより、スポット径ｒ１がコア径ｒ２よりも若干大きくなるように集光された光束が、突出したコア３ｃの面とクラッド３ｂの面の双方に入射すると、回折現象が起こる。リアルタイム制御は、該回折現象を利用する。なお本実施形態では、該媒質を空気と想定する。本実施形態では上記所定寸法を略λ／８に設定する。

ここで一般的に、ＬＤで発光された光のスポットサイズは、該光の強度分布において、最大強度の１／ｅ^２（但し、ｅは自然対数の底）以上の強度を持つ範囲として規定される。また、より大きな強度を持つ光によって回折パタンはより顕著に形成されることが知られている。また、光の干渉による影響は相互に作用する光の振幅が近しいほど顕著に現れる。但し、入射光束のうち最大強度の１／ｅ^２よりも小さい強度を持つ部分であっても、光検出器４の受光面４ａに回折パタンを形成することはできる。

つまり、入射端面３ａで形成されるスポット径とコア径を一致させる時が最も入射効率が大きくなるが、受光面４ａでの光強度分布パタンに回折現象による影響は小さくなる。逆に、該パタンに回折現象が大きく影響するように光通信モジュール１０を設計しようとすると、入射端面３ａでのスポット径は大きくなる。よって、光ファイバ３内に入射する光量が減少して、ＬＤ〜光ファイバ３間のカップリング効率は劣化してしまう。

上記の事情に鑑み、回折パタンの明確さ、つまり高精細なリアルタイム制御の実現のために必要な光強度分布パタンにおける回折現象による影響を大きくすることと、高精度な光通信を実現するために必要なカップリング効率の有効性とのバランスを図るため、本実施形態では、図２に示すように、入射端面３ａで形成されるスポットの径ｒ１が該端面におけるコアの径ｒ２よりもわずかに大きくなるように設計される。そのため、光が入射端面３ａにおいて光伝送効率の最も高い位置、つまりコア３ｃに入射している場合であっても、該光のスポット周縁部はクラッド３ｂに入射している。具体的には、本実施形態では、ｒ１＝１１μｍ、ｒ２＝１０μｍに設定される。但し、ｒ１＜ｒ２に設定する、つまり入射端面においてスポットがコア３ｃ内に収まるような構成にしても、スポット中心をコア中心に一致させるためのリアルタイム制御は可能である。クラッド３ｂとコア３ｃ間に設けた段差によって発生する回折現象を利用したリアルタイム制御については、後述する。

本実施形態は、光検出器４として４分割フォトディテクタを使用する。具体的には、図３に示すように、受光面４ａは、該受光面４ａの中心Ｏで互いに直交する二本の境界線４ｂ、４ｃによって、４つの格子状の受光エリアＡ〜Ｄに分割されている。光検出器４は、上記二本の境界線４ｂ、４ｃの延出方向を、それぞれＸ”方向、Ｙ”方向とする。本実施形態では、入射端面３ａに形成されるスポットのＸ方向、Ｙ方向への移動により、光検出器４上に表れるパターンの強度分布が変動する方向を、Ｘ”方向とＹ”方向に一致するように、光検出器４を配置している。なお入射端面３ａと光検出器４との間には、反射光が４つの受光エリアＡ〜Ｄ内に入射するように、所定の光学系（不図示）が配置されている。

なお、図３に示すように、受光面４ａ上における中心Ｏを通りＹ”方向に延出する境界線４ｂを基準として受光エリアＡ、Ｄ側がＸ”（＋）方向、受光エリアＢ、Ｃ側がＸ”（−）方向という。同様に受光面４ａ上における中心Ｏを通りＸ”方向に延出する境界線４ｃを基準として受光エリアＡ、Ｂ側がＹ”（＋）方向、受光エリアＣ、Ｄ側がＹ”（−）方向という。以下の本文では、説明の便宜上、受光エリアＡ、ＤをまとめてＸ”（＋）エリア、受光エリアＢ、ＣをまとめてＸ”（−）エリア、受光エリアＡ、ＢをまとめてＹ”（＋）エリア、受光エリアＣ、ＤをまとめてＹ”（−）エリアという。

光検出器４は、受光エリアＡ〜Ｄごとに受光した光量に対応する電圧信号をセンサアンプ５に出力する。センサアンプ５は、各電圧信号を必要に応じて所定レベルまで増幅した後、後段のコントローラ６に送信する。

コントローラ６は、以下に詳述する原理に基づき集光レンズ２を駆動制御して、ＬＤからの光が入射端面３ａにおいて形成するスポットがコア３ｃ近傍に向かうような初期の位置調整を行う。

まず、コントローラ６が行うＸ方向の初期の位置調整の原理について説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、ＬＤからの光の受光面４ａのＸ”方向における入射位置（集光レンズ２の基準軸ＡＸからＸ’方向へのシフト位置）と、光検出器４での受光光量との関係を表す図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）における上部は、光検出器４の各受光エリアでの受光光量を表すグラフを示す。また各図における下部は、ＬＤから照射され、集光レンズ２、入射端面３ａを介して受光面４ａに入射する光の光路を展開して示すものである。図４（Ａ）は、ＬＤからの光が入射端面３ａにおいて、コア３ｃよりもＸ（−）側にスポットを形成している状態を示す。図４（Ｂ）は、スポットがコア３ｃと略一致する状態を示す。図４（Ｃ）は、ＬＤからの光がコア３ｃよりもＸ（＋）側にスポットを形成している状態を示す。

図４（Ａ）に示すように、集光レンズ２をＸ’（−）方向にずらすと、入射端面３ａからの反射光は受光面４ａにおける基準軸ＡＸよりもＸ”（−）方向に偏って入射する。従って、光検出器４での受光光量は、Ｘ”（−）エリアの受光光量のほうがＸ”（＋）エリアよりも多くなる。図４（Ｃ）に示すように、集光レンズ２をＸ’（＋）方向にずらすと、入射端面３ａからの反射光は受光面４ａにおける基準軸ＡＸよりもＸ”（−）方向に寄って入射する。従って、光検出器４での受光光量は、Ｘ”（＋）エリアの受光光量のほうがＸ”（−）エリアよりも多くなる。図４（Ｂ）に示すように、入射端面３ａの略中央、換言すればコア部３ｃ近傍にＬＤからの光が入射している場合には、Ｘ”（−）エリアとＸ”（＋）エリアは受光光量に差が生じない。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、各エリアでの受光光量は、入射端面３ａにおけるスポットの位置により異なる。つまり、各エリアでの受光光量は、コア３ｃを基準としたスポットのずれ量に対応して変化する。コア３ｃからスポットまでの距離と、Ｘ”（−）エリアの出力からＸ”（＋）エリアの出力を引いた差（第一の出力差＝（Ｂ＋Ｃ）−（Ａ＋Ｄ））との関係を図５に示す。図５に示す（Ａ）〜（Ｃ）の各領域は、反射光の光検出器４への入射状態が図４に示す（Ａ）〜（Ｃ）の状態にそれぞれ対応する。

すなわち、反射光の光検出器４への入射状態が図４（Ａ）に示すような場合、Ｘ”（−）エリアの出力の方が大きくなるため、第一の出力差は、正の電圧値として算出される。また、反射光の光検出器４への入射状態が図４（Ｃ）に示すような場合、Ｘ”（＋）エリアの出力の方が大きくなるため、第一の出力差は、負の電圧値として算出される。反射光の光検出器４への入射状態が図４（Ｂ）に示すような場合、Ｘ”（−）エリアとＸ”（＋）エリアの出力は、略等しくなる。そのため、第一の出力差は、０Ｖ近傍の値として算出される。なお、本実施形態では第一の出力差が０Ｖのとき、スポット中心とコア中心が一致し、光通信における効率が最良の状態となる。そこで、本実施形態では第一の出力差０Ｖを第一の基準値という。

このように、入射端面３ａのＸ方向において、コア３ｃからスポットがどれだけずれているかは、第一の出力差の大小で検出することができる。また、コア３ｃを基準としてスポットがいずれの方向（Ｘ（−）またはＸ（＋））にずれているかは、第一の出力差の符号によって検出することができる。そして、図５に示すように、第一の出力差は、ずれ量に対して概ねリニアに変化する。従って、第一の出力差を算出すれば、該出力差が第一の基準値（ここでは０Ｖ）に近づくように集光レンズ２を駆動制御して光の入射端面３ａでの入射位置をコア３ｃ近傍に移動させることが可能になる。例えば、コントローラ６は、以下に説明するような、Ｘ方向の初期の位置調整処理を行う。

図４（Ａ）に示す状態、すなわち第一の出力差が正の値として算出された場合、コントローラ６は、入射端面３ａにおけるスポットがコア３ｃよりもＸ（−）方向にずれていると判断する。そして、第一アクチュエータ７を介して、集光レンズをＸ’（＋）方向に移動させる。集光レンズ２がＸ’（＋）方向に移動すると、入射端面３ａにおけるスポットはＸ（＋）方向に移動する。コントローラ６は、反射光の光検出器４への入射状態が図４（Ｂ）に示すような状態、つまり第一の出力差が第一の基準値を基準とした所定の許容範囲に収まるまで、集光レンズ２の駆動制御を行う。

図４（Ｃ）に示す状態、すなわち第一の出力差が負の値として算出された場合、コントローラ６は、入射端面３ａにおけるスポットがコア３ｃよりもＸ（＋）方向にずれていると判断する。そして、第一アクチュエータ７を介して、集光レンズをＸ’（−）方向に移動させる。集光レンズ２がＸ’（−）方向に移動すると、入射端面３ａにおけるスポットはＸ（−）方向に移動する。コントローラ６は、反射光の光検出器４への入射状態が図４（Ｂ）に示すような状態、つまり第一の出力差が第一の基準値を基準とした所定の許容範囲に収まるまで、集光レンズ２の駆動制御を行う。

以上がＸ方向の初期の位置調整処理に関する説明である。なお、詳述はしないものの、Ｙ方向の初期の位置調整処理も同様にして行われる。但し、Ｙ方向の初期の位置調整処理は、受光エリアＣ、ＤからなるＹ”（−）エリアの出力から、受光エリアＡ、ＢからなるＹ”（＋）エリアの出力を引いた差（第二の出力差＝（Ｃ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｂ））に基づいて第二アクチュエータ８を介して集光レンズ２をＹ’方向に駆動制御することにより、行われる。なお、上記構成の光通信モジュール１０では、第二の出力差の基準値（第二の基準値）も０Ｖに設定される。

上記のようにして、入射端面３ａにおいて、スポットがコア３ｃまで移動すると、コントローラ６は、常時スポット中心がコア中心に位置するようにリアルタイム制御を実行する。以下、リアルタイム制御について概説する。

まず、コントローラ６が行うリアルタイム制御の原理について説明する。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、ＬＤからの光の入射端面３ａにおける入射位置と、ＬＤからの光が各入射位置にあるときのＸ方向の光強度分布を示した図である。各図に示す入射端面３ａは図面左側がＸ（−）方向、右側がＸ（＋）方向である。図６（Ａ）は、ＬＤからの光がコア３ｃよりもＸ（−）方向に入射している状態と該状態におけるＬＤからの光の光強度分布を示す。図６（Ｃ）は、ＬＤからの光がコア３ｃよりもＸ（＋）方向に入射している状態と該状態におけるＬＤからの光の光強度分布を示す。図６（Ｂ）は、ＬＤからの光の入射位置がコア３ｃと略一致する状態と該状態におけるＬＤからの光の光強度分布を示す。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、光強度分布は、入射端面３ａにおけるスポットの位置により異なる。つまり、光強度分布は、スポットとコア３ｃとのずれに対応して変化する。従って、スポットの位置とコア３ｃの位置が一致したときの光強度分布を基準分布として、光強度分布が該基準分布に一致するように入射端面３ａで形成されるスポットの位置を移動させることによりリアルタイム制御は行われる。本実施形態では、基準分布は、図６（Ｂ）に示す分布が該当する。

なお、各受光エリアＡ〜Ｄの信号出力（つまり、各受光エリアＡ〜Ｄにおける受光光量）は光強度分布の積分値に比例する。図５に示すように、上述した回折現象による光強度分布の変化によって、コア３ｃ近傍におけるスポットのＸ方向のずれ量と第一の出力差は、上記初期の位置調整で用いた概ねリニアな関係ではなく、Ｓ字状に変化する軌跡を描く関係にある。従って、図４（Ｂ）に示す位置関係にある状態で、第一の出力差が求められればスポット中心位置は所定の範囲内（図６（Ａ）〜（Ｃ））で一義的に決定する。従って、第一の出力差が基準分布に対応する出力差（ここでは第一の基準値である±０Ｖ）と略一致するようにスポット位置を微少移動させることによってもリアルタイム制御を実行することができる。

図６（Ａ）に示すように入射端面３ａにおけるスポット中心がコア３ｃ中心よりもＸ（−）方向にずれている場合、コア３ｃとクラッド３ｂ間に設けた段差によって回折現象が発生し、Ｘ”（−）方向のほうが高い光強度分布になる。そして、第一の出力差は正の値として現れる。逆に、図６（Ｃ）に示すようにスポット中心がコア３ｃ中心よりもＸ（＋）方向にずれている場合、該段差によって回折現象が発生し、光強度分布は、Ｘ”（＋）方向のほうが高くなり、第一の出力差は負の値として現れる。

そして、図６（Ｂ）に示すように入射端面３ａにおけるスポット中心がコア３ｃ中心と一致する場合、ＬＤからの光のうち光軸上を通る光線は、光ファイバ３の中心で反射した後、光検出器４の受光面４ａの中心Ｏに入射する。従って、光強度分布がＸ”（＋）方向とＸ”（−）方向がほぼ対称になる、換言すれば基準分布と略一致する。さらに各受光エリアＡ〜Ｄの出力は略等しくなり、第一の出力差は０Ｖになる。

コントローラ６は、各受光エリアＡ〜Ｄの出力に基づいて作成される現在の光強度分布が基準分布と略一致するように入射端面にあるスポットを負帰還制御する。あるいは、コントローラ６は、第一の出力差をなくすように、コントローラ６を介して集光レンズ２をＸ’方向に微少駆動して、入射端面３ａ上でのスポットをＸ方向に微調整させる。

例えば、スポットとコア３ｃが図６（Ａ）に示す位置関係にある場合、Ｘ方向のずれ量（第一の出力差）は、図５中（Ｂ１）に示す範囲にある。従ってコントローラ６は、第一の出力差が０となるようにＸ（＋）方向にスポット中心を微少移動させる。また、スポットとコア３ｃが図６（Ｃ）に示す位置関係にある場合、Ｘ方向のずれ量（第一の出力差）は、図５中（Ｂ２）に示す範囲にある。従ってコントローラ６は、第一の出力差が０となるようにＸ（−）方向にスポット中心を微少移動させる。図６（Ｂ）に示す位置に該入射位置がある場合、つまり光強度分布が基準分布と一致する場合（第一の出力差が０Ｖの場合）、コントローラ６は、入射端面３ａ上においてスポット中心がコア３ｃ中心と一致し、光伝送効率が最良であると判断し、集光レンズ２のＸ方向への駆動は行わない。

コントローラ６が、上記のように第一の出力差をなくすようにリアルタイムな負帰還制御をすることにより、ＬＤからの光を入射端面３ａにおいてコア３ｃ中心に入射するように高精度な位置調整を行うことができる。

以上が、コントローラ６が行うＸ方向のリアルタイム制御の説明である。Ｙ方向に関する位置調整処理も同様の原理で実行されるため、ここでの詳細な説明は省略する。但し、Ｙ方向に関する位置調整処理において、入射端面３ａ上におけるスポットのＹ方向へのずれ量は、第二の出力差に基づいて決定される。そしてコントローラ６は、第二の出力差がなくなるように、第二アクチュエータ８を介して集光レンズ２をＹ’方向に駆動制御することにより、Ｙ方向のリアルタイム制御を行う。

なお、上述したリアルタイム制御は、光通信モジュール１０製造時の初期調整で行われるだけでなく、光通信モジュール１０の電源投入後、光通信を行っている間も常時実行される。すなわち、コントローラ６は、光通信中にＬＤからの光の入射位置がコア３ｃからずれたとしても、光検出器４からの出力に基づいて、位置ずれを補正することができる。

また上記初期の位置調整処理やリアルタイム制御では、便宜上、Ｘ方向とＹ方向を区別して説明したが、実際の光通信モジュール１０では、Ｘ方向の位置調整処理とＹ方向の位置調整処理は同時に行われる。以上が本実施形態の光通信モジュール１０の説明である。

上記実施形態では、入射端面３ａで形成されるスポットの移動方向を示すＸ方向とＹ方向は互いに直交すると説明したが、これはあくまで説明の便宜上であってこれに限定されるものではない。本発明に係る光通信装置においてＸ方向とＹ方向は、非平行であればよい。

また、上記の実施形態では、光ファイバ３の入射端面３ａに入射したＬＤからの光が回折するために、該入射端面３ａにおいて、コア３ｃをクラッド３ｂよりも突出させる構成にしているが、これ以外の構成、例えば、コア３ｃをクラッドよりもλ／８分凹ませる構成であっても同様の効果を得ることができる。

本発明に係る光通信装置は、上記実施形態以外の構成によっても迅速な初期の位置調整が可能である。例えば、上記実施形態では、初期の位置調整によってスポットがコア３ｃ近傍まで導かれた状態で、リアルタイム制御によりスポット中心がコア中心を一致させることにより光通信に最良な状態を維持している。ここで、初期の位置調整によって光通信に支障のない程度に十分な光伝送効率が得られるのであれば、コストダウンを図るため、リアルタイム制御を省いた構成にすることも可能である。図７にリアルタイム制御を省いた構成の光通信モジュール１０’を示す。光通信モジュール１０’は、リアルタイム制御を省く場合、入射端面３ａでの反射光によって回折現象を起こす必要はない。従って、図７に示すように、入射端面３ａに段差を設けるに及ばない。この場合、第一の出力差とＸ方向のずれ量の関係は、図８に示すようにコア３ｃ近傍であるなしに拘わらず、概ねリニアに変化する。

なお、上記実施形態では、便宜上、初期の位置調整時における第一の出力差および第二の出力差の各基準値はいずれも０Ｖと定義した。またリアルタイム制御における基準分布は、ＬＤからの光の入射位置がコア３ｃの位置と略一致している状態での分布（つまり、各受光エリアの出力は１：１：１：１）と定義した。しかし、実際の装置では、入射端面３ａにおけるスポットがコア３ｃ近傍にあっても、個体差等により第一と第二いずれの基準値も必ずしも０Ｖになるとは限らない。この場合には、入射端面３ａにおけるスポットがコア３ｃ近傍にあるときの出力差を基準値として設定することにより、上記実施形態と同様の初期の位置調整が実現される。同様に、偏った分布を入射端面３ａにおけるスポット中心がコア３ｃ中心と一致していても、図６（Ｂ）に示すようなＸ”、Ｙ”の各方向の出力比が１：１である分布にならず、Ｘ”、Ｙ”いずれの方向に偏る場合もある。この場合には、偏った分布を基準分布として設定すればよい。

また、上記実施形態では、集光レンズ２を駆動させることにより、ＬＤからの光が入射端面３ａにおいて形成するスポットを移動させてコア３ｃに位置調整する構成を示した。スポットの移動手段としては、上記の構成以外の構成によるものであっても良い。例えば、集光レンズではなく、ＬＤ自体をＸ’、Ｙ’の各方向にスライドさせて入射端面３ａにおけるスポットの位置を移動させることも可能である。他にも、頂角可変プリズムのような偏向部材をＬＤから入射端面３ａまでの光路中に配設し、該偏向部材を駆動させることにより、第一集光レンズ２を駆動させることなく、スポットを移動させる変形も可能である。このように、偏向部材を配設する変形例は、集光レンズが一体形成されたＬＤを用いたモジュールのように、集光レンズ自体を駆動させることができない構成に非常に好適である。

また図９に、ファイバの延出方向と直交する面以外の面で切断した光ファイバ３’を使用した光通信モジュール１１を示す。光通信モジュール１１では、ＬＤからの光が入射端面３ａに０°以外の入射角で入射するように各部材が配置構成されている。従って、光通信モジュール１０よりもファイバのカップリング効率が高くかつ製造が容易になるという特徴を有する。なお、光通信モジュール１１において、光ファイバ３’は、入射端面３ａでの屈折現象を考慮し、該ファイバの光軸が集光レンズ２の光軸に対して所定の角度傾くように配設されている。

本発明の実施形態の光通信モジュールの概略構成を表す図である。 本発明の実施形態の光ファイバにおける入射端面近傍の拡大図である。 本発明の実施形態の光検出器の受光面を示した図である。 ＬＤからの光の受光面のＸ”方向における入射位置と、光検出器での受光光量との関係を表す図である。 入射端面におけるコアからスポットまでの距離と、第一の出力差との関係を表すグラフである。 ＬＤからの光の入射端面における入射位置と、各受光エリアからの出力に基づくＸ”方向の光強度分布を示した図である。 本発明の他の実施形態の光通信モジュールの概略構成を表す図である。 本発明の他の実施形態の、入射端面におけるコアからスポットまでの距離と、第一の出力差との関係を表すグラフである。 本発明の実施形態の光通信モジュールの変形例を示す。

符号の説明

２ 集光レンズ
３ 光ファイバ
３ａ 入射端面
３ｂ クラッド
３ｃ コア
４ 光検出器
５ コントローラ
１０、１０’ 光通信モジュール

Claims (9)

1. 情報により変調された光を照射することができる光源と、
   前記光が入射する入射端面を有し、コアに入射した前記光を透過する光ファイバと、
   前記光の光路上、前記光源と前記光ファイバとの間に配設され、前記光が前記入射端面上においてスポットを形成するように該光を集光する集光レンズと、
   前記スポットを、前記入射端面上において互いに非平行な第一の方向および第二の方向に移動させる移動手段と、
   前記第一の方向に対応する方向に延出する第一の境界線によって分割された第一のエリアおよび第二のエリアと、前記第二の方向に対応する方向に延出する第二の境界線によって分割された第三のエリアおよび第四のエリアを持つ受光面を有し、前記入射端面で反射し前記受光面で受光した反射光の強度に対応する信号をエリア毎に出力する受光手段と、
   前記第一のエリアの出力から前記第二のエリアの出力を引いた第一の出力差が第一の基準値と略一致するように前記移動手段を駆動制御して前記スポットを前記第二の方向へ移動させ、かつ前記第三のエリアの出力から前記第四のエリアの出力を引いた第二の出力差が第二の基準値と略一致するように前記移動手段を駆動制御して前記スポットを前記第一の方向へ移動させる制御手段と、を有することを特徴とする光通信装置。
2. 請求項１に記載の光通信装置において、
   前記反射光の前記受光面での入射位置が前記第一の境界線を基準として前記第一のエリア側に寄っている場合、前記第一の出力差は前記第一の基準値よりも大きな値を採り、該入射位置が前記第一の境界線を基準として前記第二のエリア側に寄っている場合、前記第一の出力差は前記第一の基準値よりも小さな値を採ることを特徴とする光通信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光通信装置において、
   前記反射光の前記受光面での入射位置が前記第二の境界線を基準として前記第三のエリア側に寄っている場合、前記第二の出力差は前記第二の基準値よりも大きな値を採り、該入射位置が前記第二の境界線を基準として前記第四のエリア側に寄っている場合、前記第二の出力差は前記第二の基準値よりも小さな値を採ることを特徴とする光通信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光通信装置において、
   前記第一の方向と前記第二の方向は互いに直交することを特徴とする光通信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光通信装置において、
   前記受光面は、前記コア中心からの反射光が、前記第一の境界線と前記第二の境界線の交点に入射するように位置調整されていることを特徴とする光通信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の光通信装置において、
   前記第一の基準値と前記第二の基準値の少なくとも一方は、０であることを特徴とする光通信装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光通信装置において、
   前記移動手段は、前記集光レンズを駆動することにより、前記スポットを前記第一の方向および前記第二の方向に移動させることを特徴とする光通信装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の光通信装置において、
   前記入射端面は、コアとクラッド間に前記反射光が回折するような所定寸法の段差が形成されていることを特徴とする光通信装置。
9. 請求項８に記載の光通信装置において、
   前記スポットは、前記コアの径よりも大きく、前記クラッドの径よりも小さい径を有することを特徴とする光通信装置。

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