JP2006502571A - 後面波長ロッカーの同調および組立方法 - Google Patents

Abstract

経年変化によるレーザの１つのビームの波長ドリフトをモニタする複数の波長ロッカーが、その様々な複数の光学構成要素間の複数の製造位置合わせ不良を調整するために同調可能である。同調は、１つのフレクシャを使用して１つのコリメーティング・レンズの位置を調整することによって達成される。レンズ位置の調整は、固定された１つのフィルタと１つの検出器に対して、１つのモニタされたビームの入射角を変更し、同一の結果を実現するためにフィルタと検出器を回転させる困難な製造作業を回避する。

Description

本発明の複数の実施形態は複数の波長ロッカーに関し、さらに詳細には、複数の波長ロッカーを同調させるための複数の装置および方法に関する。

波長分割多重方式（ＷＤＭ）は、データの多重チャネルを同一の光ファイバ上で同時に伝送するために使用する１つの技術である。１つのトランスミッタ端では、異なる複数のデータ・チャネルが、それぞれのチャネルごとに、異なる複数の波長、もしくは色、を有する光を使用して変調される。ファイバは、このような様態で多重チャネルを同時に搬送し得る。１つの受信端では、これらの多重チャネルは、復調前に、複数の適切な波長フィルタリング技術を使用して容易に分離される。

１本のファイバ上でさらに大量のデータを伝送する必要性は、いわゆる高密度波長多重方式（ＤＷＤＭ）をもたらした。ＤＷＤＭは、追加的な複数のチャネルを１つの所与の帯域幅間隔に詰め込むものである。複数のＤＷＤＭシステムにおける複数の隣接チャネル間の得られるより狭い間隔設定は、複数の伝送レーザ・ダイオードからの精密な波長精度を必要とする。

残念ながら、複数のレーザ・ダイオードが経年変化するにつれて、これらのレーザ・ダイオードは、約１５年の期間が経過すると、それらの設定周波数から０．１５ｎｍに達する１つの波長ドリフトを呈することが知られている。１つのＤＷＤＭシステムでは、この波長ドリフトは、１つの所与のチャネルがドリフトして複数の隣接チャネルと干渉し、クロストークを引き起こすので受容できない。したがって、ほとんどの複数のレーザ・トランスミッタは、設定周波数に対するドリフト周波数を測定するために、当業では一般に１つの波長ロッカーと呼ばれるものを使用する。この情報は、レーザ・ダイオードの温度または駆動電流などの様々な複数のパラメータを調整して、経年変化の複数の影響を補正しかつレーザ・ダイオードがその設定周波数での動作を維持し得るように、１つのコントローラにフィードバック可能である。１つの一体型波長ロッカーを備えるほとんどの複数のレーザ・トランスミッタは、１つのエタロンまたは薄膜フィルタを使用してレーザの波長変動を測定する。正確に機能するために、このロッカーは、モニタされている平行ビームとの精密な位置合わせによって同調されることが重要である。１つの典型的な波長ロッカーは、＋／−０．５度以内よりも適正な、エタロンと平行ビームの１つの配置精度を必要とする。

全図を通じて複数の同様の参照符号は複数の同様の要素を示す。

ここで、これらの図面、さらに具体的には図１を参照すると、本発明の一実施形態が、１つの位置決めフロア４を有する１つの準平面基板２を備える１つの波長ロッカー・パッケージを示す。第１および第２検出器１０および１２が、それぞれにフロア４に装着されている。１つのレーザ１４が、１つの設定周波数または波長を中心にして位置決めされた１つのレーザ・ビームを生成する。レーザ１４は、１つの前面１６と１つの後面１８の両方から１つの光ビームを発する。データ・チャネルを搬送する実際の変調光は、１本の光ファイバ２０に結合されている前面１６から抜け出る。後面１８から抜け出るビーム２２は、複数のモニタリング用途に使用される。１つのレンズ２８（１つの屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズなど）を使用してビーム２２を平行にする。

これらの複数の構成要素は、精密な位置合わせを必要とし、したがって様々な複数のデバイスを位置決めフロア４に実際に装着する製造時に多くの難問を提起する。このような複数の高性能光電子パッケージでは、複数の臨界的な光学要素は、フロア高さ制御と２次元ピック・アンド・プレースの組合せによって実現可能なものよりも厳密な取付けを必要とする。

したがって図示のように、ファイバ２０は、僅かな量の垂直調整を可能にする１つの小型フレクシャ３０を使用して取り付けられる。一実施形態では、このフレクシャ３０は、エッチングまたはスタンピングされ、次いで１つのプレス機で曲げられた薄いばね鋼から作製される。フレクシャ３０は、基板表面または位置決めフロア４上に位置する２本以上の脚３２を備え得る。一実施形態では、これらの脚はファイバ２０を支持するかまたは固締する１つのブリッジ３４によって接合される。ブリッジ３４がｙ方向に平行移動されるとき、複数の対向する脚３２は複数の対向するｘ方向に弾性的に撓む。

フレクシャ３０は、その自然の状態すなわち非撓み状態では、ブリッジに装着された光学構成要素の光軸がパッケージの光学平面の僅かに上方に位置するように設計可能である。高さの最終調整は、フレクシャ３０に圧力を印加し、それによってブリッジ３４の高さを下げることによって実現される。基板平面に対して平行な平面内でフレクシャ３０を引きずることによって、その水平方向の位置を修正することができる。適切な位置合わせが達成されると、これらの脚３２はフロア４または基板２に恒久的に装着される。この装着は、例えば、レーザ溶接、はんだ付け、または接着剤による接合でよい。

フレクシャ設計の別の１改良では、フレクシャ３０が２本よりも多い脚を有する。第１対の複数の脚は、大まかな光学的位置合わせの後でフレームに装着される。次いで、このフレクシャは、２本の第１脚の装着後に残存する可撓性を使用して、再び精密に位置合わせされる。最適な位置が達成されると、残りの複数の脚が装着される。様々な複数のフレクシャ設計が、米国特許第６２０７９５０号および第６２２７７２４号に説明されている。

さらに図１を参照すると、動作に際して、１つの平行ビーム２２は、レンズ２８から抜け出て、その後に、ビーム２２を２本の追加的なビームに分割する１つのスプリッタ２４に逢着する。第１ビームが、元のビーム２２に対して垂直な１つの角度で反射されるのが示されている。この反射ビームは、１つのエタロン（フィルタ）２６を通過し、次いで第１検出器１０に当たる。第２ビームは、スプリッタ２４を通過して直進し、第２検出器１２に当たる。

エタロン２６を横切るビーム部分は、ビーム電力とビーム波長の両方の１つの関数である。スプリッタ２４から第２検出器１２へ直接通過するビーム部分は、ビーム電力の１つの関数である。したがって、これらの２つの成分を減算することによって、現時点で出力されているビームの波長を測定しかつ設定周波数と比較して、レーザの出力のドリフトをいずれも測定することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る波長ロッカーの１つの単純化されたブロック図を示す。当業者には理解されるように、この種の波長ロッカーは、平行ビーム２２との位置合わせに敏感であり、したがって数多くの問題を提起する。
１つのエタロン２６の応答対エタロンに対するビーム入射角は次式となる。

上式で、νはピーク伝送周波数偏移であり、ν_０は直角入射におけるピーク周波数であり、θは空気中の入射角であり、さらにｎはエタロンの屈折率である（例えば、融解石英では、１５５０ｎｍ付近でｎ＝１．４４である）。

図２に示すように、角θが図示のように０度のとき、θが０の場合に上式の余弦除数が１であるので、ν＝ν_０である。点線３１によって示すように、０度の１つの入射角からの偏位が少しでも生じると、エタロンの応答がずれ、したがって出力波形が偏移して位相がずれることになる。

図３を参照すると、レーザ・ビームの周波数（すなわち、１／波長）に対する、検出器１０および１２からの電流（ｌ１およびｌ２）出力をそれぞれプロットする１つのグラフが示してある。例示するように、検出器１０からの出力（ｌ１）は１つの周波数成分および１つの電力成分を含む。検出器１２からの出力（ｌ２）は、レーザの出力ビーム電力成分を含み、したがって１本の水平な線として例示されている。検出器１０からの出力ｌ１は、１つの電力成分と１つの波長成分の両方を含み、したがってｙ軸に沿って正の方向に偏移された波形として例示されている。

動作に際して、この波長ロッカーは波長または周波数の変化をモニタする。しかし、図３に例示するように、これは、モニタされたチャネルが周波数波形の１つのピークまたは１つのトラフに達するとき、しばしば困難である。したがって、例えば、ＩＴＵ（国際電気通信連合）チャネルＡをモニタするとき、出力波形ｌ１が１つのピークにある１つの点に入射角θがあるとき、傾きｄｌ／ｄｖ＝０であるのでモニタすることが困難である。よって、周波数をより正確にモニタするために、入射角θを同調させることが、波形の位相をｌ１からｌ１’に変更するのに望ましい。これによって、波長ロッカーは、ｄｌ／ｄｖの僅かな複数の変化がより容易に検出可能でありかつ１つのより正確な読取りを提供する、波形の１つのより適切な部分３３をモニタすることができる。

しかし、図４に例示するように、入射角のきわめて僅かな変化しか保証されない。図４は、ビーム入射角に対する周波数偏移をプロットする１つのグラフを示す。入射角θが０度のとき、周波数偏移は０である。この実施例でさらに例示されているように、レーザ１４によって現時点で出力されている測定波長は、入射角に対してきわめて敏感である。図示のように、１度未満の入射角の１つの偏移が、１０ＧＨｚの１つの測定周波数偏移をもたらす。このようなずれは、平行ビームに対するエタロン２６と検出器１０の僅か２度ほどの１つの回転が５０ＧＨｚを上回る大きさの１つの測定周波数偏移を引き起こすので、本質的に指数的である。当業者には明らかであるが、図３に示したように波形をｌ１からｌ１’へ偏移させるためには、入射角のほんの僅かな複数の変化で足りる。

入射角θを変化させる１つの方法は、ビームに対してエタロン２６と第１検出器１０の回転を制御することによるものである。すなわち、製造工程時にこれらの要素を取り付けるとき、角度が０から望ましい角度まで正確に回転されるように（すなわち、スプリッタ２４から反射されたビーム部分がエタロン２６および検出器１０に対して直角から僅かに回転されるように）、それらを確実に位置決めするように注意を払わねばならない。しかし、実際には、これはしばしば実現するのが難しく、様々な複数の構成要素が基板に対して定位置に固定された後で、複数の波長ロッカー構成要素の精密な同調が一部必要である。

本発明の一実施形態によれば、波長ロッカーの精密な同調は、検出器１０およびエタロン２６の回転ではなく、単にフレクシャ３６の位置、したがってレンズ２８の位置を調整することだけによって（すなわち、ｘおよび／またはｙ方向に）実現可能であることが判明した。すなわち、基板２に対してレンズ２８を上下にまたは横方向に平行移動させることは、スプリッタ２４から反射されたビームに対して検出器１０およびエタロン２６を回転するのと同じ効果を有し、したがって入射角を変化させる。しかし、追加的な複数の機械加工構成要素が必要になる検出器とエタロンの回転とは異なり、入射角の精密同調は、フレクシャを結合するために既に開発されている複数の機械を使用することによって実現可能である。

図１、４、または５のいずれかを再び参照すると、本発明の一実施形態では、ｘまたはｙ方向におけるレンズの容易な調整を可能にする１つのレンズ取付け台３６が使用されている。一実施形態では、レンズ取付け台が１つのフレクシャ３６を備える。ちょうどファイバ２０を取り付けるために使用される第１フレクシャ３０と同様に、１つのレンズ・フレクシャ３６を使用してレンズ２８を基板２に対して取り付ける。

図５は、レンズ２８の中を眺める１つの前面図を示す。上述のように、レンズ・フレクシャ３６は、それに取り付けたレンズ２８の光軸が、パッケージの光学平面の僅かに上方に位置するように設計可能である。高さの最終的な調整は、フレクシャ３６に圧力を印加し、したがってレンズ２８の高さを下げることによって実現される。レンズ２８の水平方向の位置決めは、フレクシャの複数の脚３８を複数のｘ方向に平行移動させることによって実現される。適切な位置合わせが達成されるとき、これらの脚３８はフロアまたは基板２（図５では図示せず）に恒久的に装着される。この場合では、スプリッタ２４から反射されたビームとエタロン２６および検出器１０との間の入射角θが、図３に例示したように１つの望ましい位置まで偏移されるとき、位置合わせが達成される。この装着は、例えば、レーザ溶接、はんだ付け、接着剤による接合、または他の任意適切な方法によるものでよい。

本発明の複数の実施形態が、本明細書に具体的に例示されかつ／または説明されている。しかし、本発明の複数の修正および複数の変形は、本発明の趣旨および意図された範囲から逸脱することなく、以上の複数の教示によってかつ添付の特許請求の範囲内において網羅されるものであることが理解されよう。

本発明の一実施形態に係る１つの波長ロッカーの１平面図である。 図１の波長ロッカーの１つの単純化した図を示す１ブロック図である。 周波数に対する複数の波長ロッカー検出器からの出力電流をプロットする１つのグラフである。 ピーク伝送周波数対エタロンに対するビーム入射角を示す１つのグラフである。 １つのコリメーティング・レンズの高さを調整するために使用される１つのフレクシャを示す１ブロック図である。

Claims (25)

1. １つの波長ロッカーであって、
   １つのモニタされたビームを検出するための１つの第１検出器と、
   前記第１検出器からオフセットした、前記モニタされたビームを検出する１つの第２検出器と、
   １つのレンズと、
   前記モニタされたビームと前記第１検出器の間の１つの入射角を変更するために、前記モニタされたビームの１本の光軸に対して、ｘおよびｙ方向の少なくとも一方に前記レンズを平行移動させるための１つのレンズ取付け台と、
   を備える、波長ロッカー。
2. 前記レンズ取付け台が１つのフレクシャである、請求項１に記載の波長ロッカー。
3. 前記フレクシャが１つのブリッジによって連結された少なくとも１対の複数の脚を備える、請求項２に記載の波長ロッカー。
4. 前記脚が弾性的である、請求項３に記載の波長ロッカー。
5. 前記光学装置が、
   前記レンズからの１つの平行ビームを１つの第１ビームと１つの第２ビームとに分割するための１つのスプリッタと、
   前記第１ビームをフィルタリングするための１つのフィルタと、
   前記フィルタリングされた第１ビームを受けるための前記第１検出器と、
   前記第２ビームを受けるための前記第２検出器と、
   をさらに備え、
   前記第１ビームと前記フィルタおよび前記第１検出器との間の前記入射角が、ｘおよびｙ方向の少なくとも一方における前記レンズの１つの位置の１つの関数である、
   請求項１に記載の光学装置。
6. １つの波長ロッカー装置であって、
   １つのビームを平行にするための１つのレンズと、
   前記平行ビームを１つの第１ビームと１つの第２ビームとに分割するための１つのスプリッタと、
   前記第１ビームをフィルタリングするための１つのフィルタと、
   前記フィルタリングされた第１ビームを受けるための１つの第１検出器と、
   前記第２ビームを受けるための１つの第２検出器と、
   前記第１ビームと前記第１検出器の間の１つの入射角を変更するように前記レンズの１つの位置を調整するための１つの調整可能なレンズ取付け台と、
   を備える、波長ロッカー装置。
7. 前記調整可能なレンズ取付け台が１つのフレクシャを備える、請求項６に記載の波長ロッカー装置。
8. 前記フレクシャが、１つのブリッジによって連結された少なくとも１対の複数の脚を備える、請求項７に記載の波長ロッカー。
9. 前記脚が弾性的である、請求項８に記載の波長ロッカー。
10. 前記脚をｘ方向で固定することによって、前記レンズがｙ方向で固定される、請求項９に記載の波長ロッカー。
11. １つの波長ロッカーを同調させる１つの方法であって、
    複数の光学構成要素を１つの表面上に取り付ける段階と、
    １つのビームと前記複数の光学構成要素の少なくとも１つとの間の１つの入射角を変更するために、１つのレンズの１つの位置を前記表面に対して調整する段階と、
    を備える、１つの波長ロッカーを同調させる方法。
12. 前記方法が、１つの望ましい入射角が実現されるとき、前記レンズを定位置にロックする段階を更に備える、請求項１１に記載の１つの波長ロッカーを同調させる方法。
13. １つの光学装置を同調させる１つの方法であって、
    １つのレンズによって１つのビームを平行にする段階と、
    前記平行ビームを１つの第１ビームと１つの第２ビームとに分割する段階と、
    前記第１ビームをフィルタリングする段階と、
    １つの第１検出器によって前記フィルタリングされた第１ビームを受ける段階と、
    １つの第２検出器によって前記第２ビームを受ける段階と、
    前記第１ビームと前記第１検出器の間の前記入射角を変更するために、前記レンズの１つの垂直位置および１つの水平位置の少なくとも一方を調整する段階と、
    を備える、１つの光学装置を同調させる方法。
14. 前記レンズを１つのフレクシャの上に配置する段階を更に備える、請求項１３に記載の１つの光学装置を同調させる方法。
15. １つ望ましい入射角が実現されるとき、前記フレクシャを定位置にロックする段階を更に備える、請求項１４に記載の１つの光学装置を同調させる方法。
16. 前記ロックする段階が、前記フレクシャを定位置に溶接する段階、はんだ付けする段階、および接着剤で接合する段階の１つを含む、請求項１５に記載の１つの光学装置を同調させる方法。
17. １つの波長ロッカーであって、
    １つの第１軸と位置合わせされた１つの表面に固定された１つの第１検出器と、
    前記第１軸と１つの実質的に垂直な軸の間で１つのビームを分割するための１つのスプリッタと、
    前記垂直な軸と実質的に位置合わせされた前記表面に固定した１つの第２検出器と同一直線上の１つのフィルタと、
    前記ビームと前記フィルタおよび前記第２検出器との間の１つの入射角を調整するために、前記第１軸に沿って調整可能な１つのレンズと、
    を備える波長ロッカー。
18. 前記波長ロッカーが、前記レンズを前記表面に取り付けるための１つのフレクシャをさらに備え、前記フレクシャが前記表面に対してｘおよびｙ方向に移動可能である、請求項１７に記載の波長ロッカー。
19. 前記フレクシャが、１つの望ましい入射角が実現されるときに定位置にロックされる、請求項１８に記載の波長ロッカー。
20. 前記フレクシャが、１つの溶接、１つのはんだ付け、および１つの接着剤のうちの１つによって定位置にロックされる、請求項１９に記載の波長ロッカー。
21. １つの波長ロッカーであって、
    １つのモニタされたビームの１つの第１部分を受けるように位置決めされた１つの第１検出器と、
    前記モニタされたビームの１つの第２部分を受けるように位置決めされた１つの第２検出器と、
    １つのレンズと、
    前記モニタされたビームの前記第１位置と前記検出器の間の１つの入射角を変更するために、ｘおよびｙ方向の少なくとも一方に前記レンズを平行移動させるための１つのレンズ取付け台と、
    を備える、波長ロッカー。
22. 前記レンズ取付け台が１つのフレクシャである、請求項２１に記載の波長ロッカー。
23. 前記フレクシャが、１つのブリッジによって連結された少なくとも１対の複数の脚を備える、請求項２２に記載の波長ロッカー。
24. 前記脚が弾性的である、請求項２３に記載の波長ロッカー。
25. 前記光学装置が、
    前記レンズからの前記モニタされたビームを前記モニタされたビームの前記第１部分と前記モニタされたビームの前記第２部分とに分割するように位置決めされた１つのスプリッタと、
    前記モニタされたビームの前記第１部分をフィルタリングするための１つのフィルタと、
    をさらに備える、請求項２１に記載の光学装置。

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