JP2014126625A

JP2014126625A - 光学調芯装置および光学調芯方法

Info

Publication number: JP2014126625A
Application number: JP2012281992A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Murao; 覚志村尾; Keita Mochizuki; 敬太望月
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP5987196B2

Abstract

【課題】例えば平面光回路といった光導波路の出射側、すなわち受光側での仮調整に高精度位置決めを必要とすることなく、クラッド伝搬光の受光を防止することが可能となり、入射側の調芯を容易に行うことができるようにすることを目的とする。
【解決手段】光導波路の入射側に光学的に接続される第１の光学部品との光学調芯を行うために前記光導波路の出射側に光学的に接続される光学調芯装置であって、複数のコアの何れか１つが前記光導波路から出射されたコア伝播光を単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作として伝播するマルチコアファイバと、前記マルチコアファイバの何れのコアから出射されたコア伝搬光でも受光できる口径を有する光検出部と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、光学調芯装置および光学調芯方法に関するものである。

従来、例えば光ファイバと平板型光導波路との接続において、接続部を透過する伝送光強度をモニタすることによって精密光軸調整を行う前工程として、その接続部を透過する伝送光強度が検出可能となるように仮調整を行う方法であって、コア径の大きなマルチモードファイバ（ＭｕｌｔｉＭｏｄｅＦｉｂｅｒ、以下、ＭＭＦという）を一時的に使って仮調整を行うことで、受光側での高精度位置決めを必要としなくなるので、そこでの位置決めが容易になる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１７９１４８号公報（段落０００４、図１２）

しかしながら、特許文献１に開示されている従来の方法においては、平板型光導波路、いわゆる平面光回路（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ、以下、ＰＬＣという）のコアモードでコアを伝搬する光（以下、コア伝搬光という）だけでなくクラッドを直接伝搬する光（以下、クラッド伝搬光という）もＭＭＦに結合して受光されてしまい、ＰＬＣのコアの入射側の光軸位置の特定を阻む要因となる場合があるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、例えばＰＬＣといった光導波路の出射側、すなわち受光側での仮調整に高精度位置決めを必要とすることなく、クラッド伝搬光の受光を防止することが可能となり、入射側の調芯を容易に行うことができるようにすることを目的とする。

この発明に係る光学調芯装置は、光導波路の入射側に光学的に接続される第１の光学部品との光学調芯を行うために前記光導波路の出射側に光学的に接続される光学調芯装置であって、複数のコアの何れか１つが前記光導波路から出射されたコア伝播光を単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作として伝播するマルチコアファイバと、前記マルチコアファイバの何れのコアから出射されたコア伝搬光でも受光できる口径を有する光検出部と、を備えたものである。

この発明は、光学調芯装置において、光導波路の出射側での仮調整に高精度位置決めを必要とすることなく、クラッド伝搬光の受光を防止することが可能となり、入射側の調芯を容易に行うことができる。

この発明の実施の形態１による光学調芯装置を示す構成図この発明の実施の形態１による光学調芯装置を示す構成図この発明の実施の形態１による光学調芯装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光学調芯装置を説明するための説明図この発明の実施の形態２による光学調芯装置を示す構成図

実施の形態１．
図１、図２は、この発明の実施の形態１による光学調芯装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１（ａ）、図２（ａ）において、この光学調芯装置は、複数のコアを有する調芯用マルチコアファイバ（ＭｕｌｔｉＣｏｒｅＦｉｂｅｒ、以下、ＭＣＦという）１と、光検出部としての大口径を有する調芯用フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ−Ｄｉｏｄｅ、以下、ＰＤという）２とで構成されている。

図１（ａ）、図１（ｂ）において、光学調芯対象となる光導波路としてのＰＬＣ３と、第１の光学部品としてのシングルモードファイバ（ＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅＦｉｂｅｒ、以下、ＳＭＦという）４ａも配置されている。ＰＬＣ３は、コア３ａと、このコア３ａよりも屈折率が低いクラッド３ｂとで光導波路を構成し、入力側に４本のコアを有し、この４本のコアが光カプラである光結合部で結合し、出力側に１本のコアを有する。また、図１（ｂ）において、ＭＣＦ１に代え、第２の光学部品としてのＳＭＦ４ｂが配置される。

なお、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、第１の光学部品として、ＳＭＦ４ａに代え、レンズ４ｃおよびレーザダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ、以下、ＬＤという）４ｄが配置されるようにしても良く、これらに限られるものでもない。

また、光学調芯対象となる光導波路は、ＰＬＣ３に限られるものではなく、要するに入力側と出力側の両側で、コア伝搬光をモニタしながら行うような光学調芯であるアクティブ調芯を行うものであれば適用可能である。

また、例えば材料として、ＭＣＦ１、ＰＬＣ３、ＳＭＦ４ａ、ＳＭＦ４ｂ、およびレンズ４ｃには石英系ガラスを用い、ＰＤ２にはＧｅを用い、ＬＤ４ｄにはＩｎＰ系化合物半導体混晶を用いるが、これに限られるものではない。

図１（ａ）、図２（ａ）において、ＰＬＣ３の入射側の光軸を決定するために、ＰＬＣ３の出射側に調芯用ＭＣＦ１の一端が配置されている。ＭＣＦ１の他端には、光強度をモニタするための調芯用ＰＤ２が光学的に接続されている。調芯用ＰＤ２としては、ＭＣＦ１中の各コアのコア伝搬光を区別なく一括して受光できるよう、ＭＣＦ１のコア伝搬光が全て収まるような大口径を有するものを配置している。なお、ＰＬＣ３の入射側のチャネル数が４であり、ＰＬＣ３の出射側のチャネル数が１の例を示しているが、入射側または出射側のチャネル数は任意の数で良い。

調芯用ＭＣＦ１は、光ファイバのクラッド１ｂの断面領域に、複数のコア１ａを有する光ファイバであり、ここでは、ＰＬＣ３のコア伝搬光に対し、それぞれのコア１ａが単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作するように設計されている。単一モード動作するとは、各コア１ａの直径ｄ、各コア１ａの屈折率ｎ_high、およびクラッド１ｂの屈折率ｎ_lowが式（１）を満足することを意味する。

ただし、式（１）において、λはコア伝搬光の波長、ｊ_０，１は０次ベッセル関数Ｊ_０(x)の１番目の零点であり、およそ２．４０５となる値であり、πは円周率であり、およそ３．１４となる値である。ほぼ単一モード動作するとは、ｊ_０，１≦Ｖ≦８となる条件を満足することを意味する。

また、調芯用ＭＣＦ１断面中の隣接コア１ａの間隔Λは、ｄ／Λ ＜１となる条件において近接しているとする。ここで、近接しているとは、後述する図３に記載されたＭＣＦ中コアに対する破線の交点が−２０ｄＢｍ以上となるよう、Λが小さく設定された場合を意味する。この場合、調芯用ＭＣＦ１中の各コア１ａは、アイソレーションが小さくなっている場合に対応しており、そのため各コア１ａの結合係数が大きくなっていても問題ない。すなわち、調芯用ＭＣＦ１中のコア伝搬光が隣接する別のコア１ａに移行しても調芯用ＰＤ２で受光できるので問題ない。

なお、調芯用ＭＣＦ１の数値実施例として、例えば、λ＝１．５５μｍ、ｄ＝３．４μｍ、Λ＝４μｍ、ｄ／Λ＝０．８５、ｎ_high＝１．４７０、ｎ_low＝１．４５８とし、中心のコア１ａの周りに３重にコア１ａを取り囲むような構成とすると好適であり、以下、この例について説明する。

図３は、この発明の実施の形態１による光学調芯装置を説明するための説明図であり、調芯用ＰＤ２による受光パワーに対する調芯用ＭＣＦ１のファイバ位置依存性、いわゆる位置トレランスを示す図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図３において、破線はＭＣＦ中コアのそれぞれに対する依存性を示し、実線は破線の重ね合わせである調芯用ＭＣＦに対する依存性を示している。

図３において、調芯用ＭＣＦ１はコア１ａが複数個あるため、ＰＬＣ３の出射光の光軸が、ある１つのコア１ａからずれたとしても、調芯用ＭＣＦ１の断面中の隣接するコア１ａが近くに存在するので、ＰＬＣ３の出射光は、その隣接コア１ａに入射することになる。従って、調芯用ＭＣＦ１の正味の位置トレランスは、図３における実線で示すように、調芯用ＭＣＦ１中の各コア１ａに対する位置トレランスの和で表され、中心のコアの最適位置から複数のコアが配置された断面領域に広がり、ＭＭＦの場合と同様に緩くなることになる。

さらに、調芯用ＭＣＦ１中の各コア１ａは単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作するため、ガウシアン形状の単峰ビームしか調芯用ＭＣＦ１のコアモードに結合されず、ＰＬＣ３のコア３ａの基本モードのみが調芯用ＭＣＦ１に結合することになる。従って、ＰＬＣ３のクラッド伝搬光の受光を防止することが可能となる。

次に動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１による光学調芯装置を説明するための説明図であり、この光学調芯装置による光学調芯方法の手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。ＰＬＣ３の光学系を組み立てるとき、ＰＬＣ３の入射側および出射側の両方の光軸を合わせる必要がある。このとき、ＰＬＣ３入射側の光軸調整を実施する場合には、仮調整により予めＰＬＣ３の出射側の光軸が合っていなければ、ＰＬＣ３の入射光強度をモニタしながらアクティブ調芯できないことになる。

そのため、図１（ａ）、図４において、まず、ＰＬＣ３の出射側に調芯用ＭＣＦ１ならびに調芯用ＰＤ２を配置し、仮調整として、パッシブ調芯を行う（ステップＳＴ１）。すなわち、調芯用ＭＣＦ１および調芯用ＰＤ２を図示しない光学ステージ上に固定し、例えば画像認識により、調芯用ＭＣＦ１の断面方向で定義したＸＹの２軸での位置調整を行う。このとき、調芯用ＭＣＦ１の位置トレランスは、図３における実線で示すように、従来のＭＭＦの場合と同様に緩く、受光側での高精度位置決めを必要としないので、そこでの位置決めが容易である。

次に、図１（ａ）、図４において、ＰＬＣ３の入射側位置における第１のＳＭＦ４ａの光軸調整として、調芯用ＰＤ２の受光パワーをモニタしながらアクティブ調芯を行う（ステップＳＴ２）。すなわち、例えば波長１．５５μｍの調芯用の光が入力された第１のＳＭＦ４ａを図示しない光学ステージ上に固定し、調芯用ＰＤ２の受光パワーのモニタ値が最大値近傍となるように、ＸＹＺの３軸での位置調整を行う。このとき、上述のように、ＰＬＣ３のコア伝搬光のみが調芯用ＭＣＦ１のコア１ａの何れか１つに結合するので、ＰＬＣ３のクラッド伝搬光の受光を防止することが可能となり、入射側の調芯を容易に行うことができる。

最後に、図１（ｂ）、図４において、調芯用ＭＣＦ１を、ＰＬＣ３の出射側に接続する第２の光学部品としての第２のＳＭＦ４ｂと置き換え、ＰＬＣ３の出射側位置における第２のＳＭＦ４ｂの光軸調整として、調芯用ＰＤ２の受光パワーをモニタしながらアクティブ調芯を行う（ステップＳＴ３）。すなわち、調芯用の光が第１のＳＭＦ４ａとＰＬＣ３を介して入力された第２のＳＭＦ４ｂを図示しない光学ステージ上に固定し、第２のＳＭＦ４ｂから出力される光パワーのモニタ値が最大値近傍となるように、ＸＹＺの３軸での位置調整を行う。

以上の手順により、ＰＬＣ３の入射側および出射側の両方の調芯を実施することができる。なお、ＰＬＣ３の入射側のチャネル数が複数の場合には、チャネル数と同じ回数のステップＳＴ２を繰り返すようにすれば良い。また、ＰＬＣ３の入射側の第１の光学部品はＳＭＦ４ａでなく、例えば、図２に示すように、レンズ４ｃおよびＬＤ４ｄとしても良い。このときは、調芯用の光として、ＬＤ４ｄの出力光を用いることになる。

以上のように、この発明の実施の形態１による光学調芯装置においては、ＰＬＣ３の出射側、すなわち受光側での仮調整において、複数のコア１ａを有することから位置トレランスが緩くなるとともにコア伝搬光のみが結合する調芯用ＭＣＦ１を用いるように構成している。これにより、ＰＬＣ３の受光側での仮調整に高精度位置決めを必要とすることなく、ＰＬＣ３のクラッド伝搬光の受光を防止することが可能となり、ＰＬＣ３の入射側の調芯を容易に行うことができるという作用効果を奏する。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による光学調芯装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図５において、調芯用ＭＣＦ１の直前にレンズ５を配置し、ＰＬＣ３、レンズ４ｃおよびＬＤ４ｄを気密封止パッケージ６内に実装するように構成した以外は、図２に示した実施の形態１による光学調芯装置と同様の構成であり、説明を省略する。

次に動作について説明する。図５において、ＰＬＣ３−調芯用ＭＣＦ１間をレンズ５によるレンズ結合としても、上述のように、調芯用ＭＣＦ１のコア１ａが複数あることから、調芯用ＭＣＦ１の大きな位置トレランスが維持され、同時にそれぞれのコア１ａは単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作することから、ＰＬＣ３のクラッド伝搬光の受光が防止されることになる。

このとき、レンズ５によるレンズ結合としているので、ＰＬＣ３−調芯用ＭＣＦ１間距離を大きくすることができることから、気密封止パッケージ６内に実装されたＰＬＣ３に対しても、気密封止パッケージ６の気密封止を行う前に、例えばレンズ４ｃのＸＹの２軸での位置調整を行うことにより、図４に示した実施の形態１による光学調芯方法と同様の光学調芯方法が適用可能になる。

以上のように、この発明の実施の形態２による光学調芯装置においては、調芯用ＭＣＦ１の直前にレンズ５を配置するように構成している。これにより、ＰＬＣ３が気密封止パッケージ６内に実装され、調芯用ＭＣＦ１を近づけ難い場合でも、実施の形態１と同様に、ＰＬＣ３の受光側での仮調整に高精度位置決めを必要とすることなく、ＰＬＣ３のクラッド伝搬光の受光を防止することが可能となり、ＰＬＣ３の入射側の調芯を容易に行うことができるという作用効果を奏する。

なお、実施の形態１、２において、上述のような数値、形状、素材、位置関係等に構成が限られるものではなく、また、上述のような手順に限られるものではない。例えば、ＰＬＣ３が光カプラを構成する実施例を示したが、ＰＬＣ３がＡＷＧ（ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）を構成するようにしても良い。

また、上述の実施の形態１、２において、調芯用ＭＣＦ１の隣接コアが十分に近接しているので、複数のコアが配置された断面領域内であれば、確実にコア伝播光がコアの何れか１つに結合することができ、好適であるものの、これに限られるものではない。例えば、上述のようには隣接コアが近接していない場合であっても、隣接コアの間隔程度の位置調整により、容易にコア伝播光がコアの何れか１つに結合するようにできるので、位置トレランスが緩くなるという意味においては、同様の作用効果を奏する。

また、上述の実施の形態１、２において、ＭＣＦ１を調芯用として一時的に用い、ＳＭＦ４ｂと置き換えるような実施例を示したが、ＭＣＦ１を出力用光ファイバとして用いることができる場合には、ＭＣＦ１をそのまま固定するようにして光モジュールを構成することも可能である。

１調芯用マルチコアファイバ
１ａコア
１ｂクラッド
２調芯用フォトダイオード
３平面光回路
３ａコア
３ｂクラッド
４ａ第１の光学部品としてのシングルモードファイバ
４ｂ第２の光学部品としてのシングルモードファイバ
４ｃ、４ｄ第１の光学部品としてのレンズ、レーザダイオード
５レンズ
６気密封止パッケージ

Claims

光導波路の入射側に光学的に接続される第１の光学部品との光学調芯を行うために前記光導波路の出射側に光学的に接続される光学調芯装置であって、
複数のコアの何れか１つが前記光導波路から出射されたコア伝播光を単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作として伝播するマルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバの何れのコアから出射されたコア伝搬光でも受光できる口径を有する光検出部と、
を備えたことを特徴とする光学調芯装置。
前記マルチコアファイバの隣接コアの間隔は、隣接コアに対する受光パワー曲線に重なりが生じるように近接していることを特徴とする請求項１に記載の光学調芯装置。
前記光導波路から出射されたコア伝播光を前記マルチコアファイバの複数のコアの何れか１つに光学的に接続するレンズと、
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学調芯装置。
光導波路の入射側に第１の光学部品を光学的に接続するための光学調芯方法であって、
マルチコアファイバの複数のコアの何れか１つが前記光導波路から出射されたコア伝播光を単一モード動作もしくはほぼ単一モード動作として伝播するようにパッシブ調芯を行うことにより、前記光導波路の出射側に前記マルチコアファイバを光学的に接続するパッシブ調芯ステップと、
前記マルチコアファイバの何れのコアから出射されたコア伝搬光でも受光できる口径を有する光検出部の受光パワーをモニタしながらアクティブ調芯を行うことにより、前記光導波路の入射側に第１の光学部品を光学的に接続する第１のアクティブ調芯ステップと、
を備えたことを特徴とする光学調芯方法。
前記光導波路の出射側に一時的に光学的に接続された前記マルチコアファイバを第２の光学部品と置き換え、この置き換えられた第２の光学部品から出力される光パワーをモニタしながらアクティブ調芯を行うことにより、前記光導波路の出射側に第２の光学部品を光学的に接続する第２のアクティブ調芯ステップと、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の光学調芯方法。