JP2006502424A - 光部品の位置を２つの光ファイバの間で決定する方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、光部品の位置を、端部にレンズ（３，４）が取り付けられる２つの光ファイバの間で決定する方法とデバイスに関するものである。
本方法は、光ファイバをスライドさせて収めることができるように設計された内径を有するキャピラリィー管（７）を固定できる穴をドリルにより支持体（６）に開けること、キャピラリィー管（７）を支持体（６）のドリル穴（８）に固定すること、支持体（６）とキャピラリィー管（７）に見通しのきかない切込み（１０）を設けることによってキャピラリィー管（７）を２つの部分（７ａ，７ｂ）に分離し、このとき切込み（１０）の第１平面（１１）がキャピラリィー管（７）の長軸（５）に直交するようにすること、第１平面（１１）の上で部品（１２）の位置決めを行なうこと、及び部分（７ａ，７ｂ）の各々において光ファイバ（１，２）の位置決めを行なうことからなる。
本デバイスは、貫通する形でキャピラリィー管（７）が固定される支持体を備え、この支持体（６）がキャピラリィー管（７）を２つの部分（７ａ，７ｂ）に分離するような切込み（１０）を備える。切込み（１０）はキャピラリィー管（７）の長軸（５）に直交する第１平面（１１）を含む。部品は第１平面（１１）の上で位置決めされる。

Description

本発明は光部品の位置を２つの光ファイバの間で決定する方法及びデバイスに関する。

本発明を提供するために、光ファイバ通信分野に関する考察を基本とし、記載する構成要素は、多くの場合「チャネル」と呼ばれる単一の波長を光ネットワークを伝搬する全ての波長から分離することを可能にするフィルタである。これは、光ビームにフィルタを配置し、このフィルタの通過帯域を、目標波長及びその全ての変調波長のチャネルを最も効率的に透過し、他のチャネルを阻止するように選択することにより実現する。

本発明は光ファイバ通信分野に限定されず、２つの光ファイバの間に配置されるフィルタにも限定されないことは言うまでもない。例えば偏光結晶のような他の光部品は、２つの光ファイバの間のこのような構成を必要とし得る。

電圧により調整することができ、従って所望チャネルに調整することができるフィルタを作製し、且つ必要に応じて意のままにチャネルを変更することができれば特に有利である。この考え方は多くの著者によって展開され、繰り返されてきた。この考え方は普通、可変の厚さを有するファブリペロー空洞に基づいており、様々な技術が空洞のミラーを作製するために使用されている。

ある技術が、A. Spisser他による「Highly Selective 1.55 micrometer inP/airgap micromachined Fabry-Perot filter for optical communication」（Electronics Letters, No. 34(5), 453-454頁 (1998)）に記載されている。また、マイクロマシン技術を用いて加工されたシリコン及び砒化ガリウムをベースとする合金を使用する他の実施形態が提案されている。

全ての構成において、特に共振器のミラーをＩｎＰ／エア「ブラッグミラー」に基づいて作製するSpisser他によって開示された構成においては、短い直径（４０〜２００μｍのオーダー）を有する薄膜が設けられる。

従って、ビーム径は薄膜の直径と適合させる必要があり、これによりコリメート又は集光を行なう光学手段が必要になる。この集光を可能にする既知の手段では、シリカバーをファイバに突き合わせて溶接し、続いてグレーデッドインデックスレンズを設ける。例えば、このようなアセンブリはＧｒａｄｉｓｓｉｍｏ（登録商標）という名前でＨｉｇｈｗａｖｅ社から販売されており、直径が数十ミクロンのガウス型スポットを実現する。他の会社も同様に、ファイバの一方の端部にレンズを設けたファイバを供給している。この構成は一般的にレンズファイバと呼ばれる。
従って、フィルタ部品の簡単な配置は、レンズ光ファイバ−フィルタ−レンズ光ファイバである。
光線が一のレンズ光ファイバから別のレンズ光ファイバに伝搬するときの挿入損失を０．５ｄＢにまで減らすためには、ファイバの相対位置、及び光部品の相対位置に関する許容誤差を満たす必要がある。満たす必要のある許容誤差の大きさは以下の通りである。
・ファイバの長軸（ｚ）に沿ったレンズファイバの位置決め相対許容誤差：±２５μｍ
・長軸に直交する軸（ｘ，ｙ）に沿ったレンズファイバの位置決め相対許容誤差：±２μｍ
・レンズファイバの角度位置決め相対許容誤差：±５ミリラジアン（ｍｒａｄ）

このような許容誤差を満たすために、光を入射側ファイバに入射させ、光信号を使用することにより出射側ファイバの位置を最適化し、次に出射側ファイバの位置を固定することが可能である。動的位置合わせと呼ばれるこの方法は極めて精度が高いが、非常に長い時間を要するのでコストが高くなる。というのは、種々の自由度が実際には完全には独立していないからである。

本発明は、受動的な形で、すなわち光を入射側ファイバに入射させずに、動的位置合わせと比較した場合の挿入損失の増大を小さく抑えながら、２つの光ファイバと光部品の位置決めに十分な許容誤差を可能にする単純な方法及びデバイスを提案することを目的とする。

光ファイバをベースとする多くの部品は、ファイバ群、レンズ群、及び構造上シリンダー形状に既に成形されている一つの光部品を１本の共通キャピラリィーの中を連続して通すことにより取り付けられる。

ＩｎＰ薄膜から構成されるような小径の調整可能なファブリペローフィルタの場合には、更なる困難が生じてこのような既知の技術を使用することができない。すなわち、同様に光ファイバの長軸（ｚ）に直交する軸（ｘ，ｙ）に沿ってフィルタの位置合わせを行い、且つ入射側ファイバ及び出射側ファイバに対して非常に高精度にフィルタを角度配向する必要がある。更に、フィルタ上に位置する電気コンタクトにアクセスしてフィルタを調整可能にする必要がある。

いずれにせよ、フィルタのみを高精度に位置決めする必要があるため、入射側ファイバと出射側ファイバとの位置合わせを事前に実施しておくことが望ましい。

ファイバの外径を有する２つの穴を剛体材料ブロックに設けることが考えられ、この場合この剛体材料にはその中央にフィルタの位置が設けられている。

これによって、全く非現実的な加工許容誤差（長さ１０〜１５ｍｍに亘りΦ１２６±１μｍ）を満たす必要が生じてしまう。従ってこの方法は適用することができない。

本発明は上に列挙した問題を解決することを目的とし、従って本発明の目的は、端部にレンズが取り付けられる２つの光ファイバの間で光部品の位置決定を行う方法であり、この方法は、
− 光ファイバがスライドして収まることができるように設計された内径を有するャピラリィー管を固定することができる穴をドリルにより支持体に開けること、
− キャピラリィー管を支持体のドリル穴に固定すること、
− 支持体とキャピラリィー管に見通しのきかない切込みを設けることによってキャピラリィー管を２つの部分に分離し、このとき切込みの第１平面がキャピラリィー管の長軸に直交するようにすること、
− 第１平面の上で部品の位置決めを行なうこと、
− これらの部分の各々において光ファイバの位置決めを行なうこと
を特徴とする。

さらに、本発明の目的は、端部にレンズが取り付けられる２つの光ファイバの間で光部品の位置を決定するデバイスであって、本デバイスは、貫通する形でキャピラリィー管が固定される支持体を備え、この支持体がキャピラリィー管を２つの部分に分離するような見通しのきかない切込みを含むこと、切込みがキャピラリィー管の長軸に直交する第１平面を含むこと、部品が第１平面の上で位置決めされることを特徴とする。

添付図面によって図解される、例示的に示す本発明の実施形態の一モードの詳細な説明によって、本発明を一層深く理解することができ、また他の利点が明らかになる。

図１は、端部にレンズ３及び４がそれぞれ取り付けられる２つの光ファイバ１及び２の位置決めの様子を示している。有利には、レンズ３及び４はこれらのレンズを通過する照射光を直径が１〜５０μｍのガウスモードのビームに集光する。言い換えると、レンズ３及び４は集光手段を形成する。

２つのファイバ１及び２を、剛性支持体６に対し、軸５に沿って互いに対して一直線になるように位置決めしようとする。

このために、光ファイバがスライドして中に収まるように設計された内径を有するキャピラリィー管７を使用する。キャピラリィー管と光ファイバは、ファイバの外径と管の内径との間の機構的な遊びを出来る限り小さくして締め具を不要とするように選択される。例えば従来的に、外径が１２５μｍ±１μｍの光ファイバが存在する。同様に、内径が１２６−０／＋１μｍであるキャピラリィー管が存在する。これらの管は長さが５０ｍｍ、外径が２ｍｍであり、しかもかなり安価である。

支持体６にドリルで穴を開け、キャピラリィー管７をこのようにして形成される穴８に固定することができるようにする。穴８は支持体を真っ直ぐに貫通する。キャピラリィー管７を穴８に固定するには、例えば接着法を使用する。図１では、接着膜を符号９で表わしている。キャピラリィー管７が支持体６の穴８に固定された後、支持体６及びキャピラリィー管７に見通しのきかない切込み１０が設けられる。切込み１０によってキャピラリィー管７は２つの部分７ａ及び７ｂに分離される。各部分７ａ及び７ｂは光ファイバ１及び２の内の一つを収容するために設けられる。切込みが形成された後に２つの互いから分離したキャピラリィー管を形成する２つの部分７ａ及び７ｂは、構造上、完全な形で位置合わせされている。

切込み１０の平面１１は軸５に直交するように形成される。従って光部品１２は面１１の上で位置決めすることができる。切込み１０の平面と軸５との間の直交度誤差を小さくするために、支持体６の基準面Ａから穴８を形成することができる。基準面Ａは支持体６の外面であり、支持体６にドリルで開けた穴８の軸５に直交する。続いて、切込み１０、特にその平面１１を形成する場合、面Ａは再度基準面として使用される。これによって直交度誤差を小さくすることができる。

有利には、部品１２の位置決めは、切込み１０の第１平面１１の上にキャピラリィー管７の長軸５をマークし、次にこのようにして定義したマークに対して部品１２の位置を決めることにより行なわれる。更に正確には、平面１１上における部品１２の位置決めを行なうために２つの形態を実施できる。第１の形態を図１に示す。キャピラリィー管７を支持体６に接着させ、これらの部品が合体して光学的に均質なブロックを形成するようにする。キャピラリィー管７の長軸５をマークし、このマークに対する部品１２の位置を決める操作は、キャピラリィー管７の長軸５に沿った目視観察により行なわれる。

第２の形態を図２に示す。切込み１０の第２平面１３は切込み１０の第１平面１１と鋭角を形成する。キャピラリィー管７の長軸５をマークし、このマークに対する部品１２の位置を決める操作は、切込み１０の第２平面１３を光フィードバック手段として使用する目視観察によって行なわれる。この第２の形態では、目視観察の軸を矢印１４によって表す。

部品１２の位置決めを可能にするこれらの２つの形態では、観察は顕微鏡を援用して行なうことができる。キャピラリィー７の第１の観察は、切込み１０を設けた後で、且つ部品１２を嵌め込む前に行なう。この第１の観察の間、軸５には顕微鏡の十字又は目盛を使用してマークを付ける。続いて部品１２を平面１１の上に置き、顕微鏡の十字又は目盛に対して部品１２の位置を調整しながら観察を改めて行なう。

部品１２の位置を固定した後、２つの光ファイバ１及び２を嵌め込む。これらの光ファイバの製造に固有の不完全性を考慮して完成デバイスの損失を更に小さくすることができる。これらの不完全性の中でもとりわけ注目すべき点は、例えばファイバのコアの中心からのずれ、又はファイバのコアの軸とファイバの外径の軸の間の角ずれである。これらの不具合はファイバ位置合わせ不良という用語の意味に含まれる。この不良を修復するために、部品１２の位置決めを行った後、光ファイバ１又は２をキャピラリィー管７の部分７ａ及び７ｂの各々に挿入し、各ファイバ１又は２を長軸５に沿って平行移動させながら位置決めし、長軸５を中心に回転させて、ファイバ１と２の位置合わせ不良による光損失が最も小さくなるようにする。

実験により、上述の操作を行なうことによって最大挿入損失が１．５ｄＢのオーダーになることが判明した。この測定損失に近い値は、動的な位置決めを非常に安価な方法を使用して行なうことにより得られる。

支持体の切込みが２つの平行面を含む、本方法及びデバイスの第１の形態を示している。 支持体の切込みが鋭角を形成する２つの面を含む、本方法及びデバイスの第２の形態を示している。

Claims (9)

1. 端部にレンズ（３，４）が取り付けられる２つの光ファイバ（１，２）の間で光部品（１２）の位置を決定する方法であって、
   − 光ファイバをスライドさせて収めることができるように設計された内径を有するキャピラリィー管（７）を固定できる穴をドリルにより支持体（６）に開けること、
   − キャピラリィー管（７）を支持体（６）のドリル穴（８）に固定すること、
   − 支持体（６）とキャピラリィー管（７）に見通しのきかない切込み（１０）を設けることによってキャピラリィー管（７）を２つの部分（７ａ，７ｂ）に分離し、このとき切込み（１０）の第１平面（１１）がキャピラリィー管（７）の長軸（５）に直交するようにすること、
   − 第１平面（１１）の上で部品（１２）の位置決めを行なうこと、及び
   − 部分（７ａ，７ｂ）の各々において光ファイバ（１，２）の位置決めを行なうこと、を特徴とする方法。
2. 切込み（１０）の第１平面（１１）の上にキャピラリィー管（７）の長軸（５）をマークし、次にこのようにして定義したマークに対して部品（１２）の位置を決めることにより部品（１２）の位置決めを行なうことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 切込み（１０）の第２平面（１３）が切込み（１０）の第１平面（１１）と鋭角を形成すること、及びキャピラリィー管（７）の長軸（５）をマークし、このマークに対して部品（１２）を位置決めす操作が、切込み（１０）の第２平面（１３）を光フィードバック手段として使用する目視観察によって行なわれることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. キャピラリィー管（７）を支持体（６）に接着させてこれらの部品が合体して光学的に均質なブロックを形成するようにすること、及びキャピラリィー管（７）の長軸（５）をマークし、このマークに対して部品（１２）を位置決めする操作が、キャピラリィー管（７）の長軸（５）に沿った目視観察により行なわれることを特徴とする、請求項２記載の方法。
5. 各ファイバ（１，２）を長軸（５）に沿って平行移動させながら位置決めし、長軸（５）を中心に回転させて、ファイバ（１，２）の位置合わせ不良による光損失が最も小さくなるようにすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. レンズ（３，４）はこれらのレンズを通過する照射光を直径が１〜５０μｍのガウスモードのビームに集光することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 端部にレンズ（３，４）が取り付けられる２つの光ファイバの間で光部品（１２）の位置を決定するデバイスであって、貫通する形でキャピラリィー管（７）が固定される支持体（６）を備え、支持体（６）が見通しのきかない切込み（１０）を備えていることによってキャピラリィー管（７）が２つの部分（７ａ，７ｂ）に分離されていること、切込み（１０）がキャピラリィー管（７）の長軸（５）に直交する第１平面（１１）を含むこと、及び部品（１２）が第１平面（１１）の上で位置決めされることを特徴とするデバイス。
8. 切込みが第１平面と鋭角を形成する第２平面（１３）を含むことを特徴とする請求項７記載のデバイス。
9. 合体して光学的に均質なブロックを形成するようにキャピラリィー管（７）が支持体（６）に接着されていることを特徴とする、請求項７又は８記載のデバイス。

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