JP2014235154A - 光軸調整装置及びその工程 - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ高信頼な光デバイス端面間の距離を非接触で測定することを可能にする光軸調整装置を提供する。【解決手段】光軸調整装置１００は、波長が可変な光源と、光源からの入射光の一部を反射し、一部を出射する端面を有する第１の光デバイスと、第１の光デバイスから出射された入射光の一部を反射する端面を有する第２の光デバイスと、第２の光デバイスに対して３軸方向に移動可能なように、第１の光デバイスを移動させる微動ステージ１０４と、設定した移動量で移動させる微動ステージ制御部１０６と、入射光の光強度を測定する透過光受光部１０８と、入射光の光強度の前記光源の波長変化に対する強度変動を検出する検出部と、光源の出力光の波長を設定する制御部とからなる信号処理部１０７と、透過光受光部で測定される光強度の情報に基づいて、第１及び第２の光デバイスとの光軸位置誤差を算出する光軸調整制御部１０９とから構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光デバイスを組み合わせてモジュール化する際の実装・組立における光軸調整装置及びその工程に関する。

光ファイバ同士の接続・組立や光ファイバと光導波路の接続・組立など、複数の光デバイスを組み立てて、光モジュールを構成する光デバイス実装・組立工程においては、最終的な光学特性を確保するために、コア部を伝搬する光が最大値をとるように調整する光軸調整工程が必要である。この光軸調整工程においては、光デバイス同士はある程度の距離を近づけておく必要があるため、光ファイバ同士あるいは光ファイバと光導波路の端面間の距離測定は必要不可欠な工程の一つである。

ここで、光ファイバを接続対象の他の光ファイバや光導波路に近づける工程において、近づけ過ぎて接触をしてしまい、さらに光デバイス同士を近づけすぎた場合に光デバイス間に圧力がかかるなどすると、光ファイバまたは光導波路（特に端面）を傷つけてしまう恐れがある。

そこで、特許文献１に見られるように、従来は、ファイバアレイブロックなどの比較的大きな光デバイスが光導波路へ接触した際に、反発力が生じるのをばねの伸びなどで検知し、ばねの伸びにより光デバイス間の距離を推定して、間隔調整する方法などが採用されてきた。

また、非接触で光デバイス同士の微小間隔距離を測定する手段としては、特許文献２に記載のように、光ヘテロダイン干渉計による測定方法がある。

特許第４１１１３６２号公報 特許第２１２６７６２号公報

しかし、特許文献１に記載の接触型の光デバイス間距離測定方法においては、接触した際の反発力がある程度大きくないと光デバイス間の距離を検知できない。そのため、光ファイバアレイブロックの場合のように、光デバイス周辺を構造部材で保護したような部品の場合は適用可能であったが、単芯のファイバに適用する場合には、力が一点に集中してしまい、光ファイバまたは光導波路がダメージを受けることが問題となる。したがって、接触型の光デバイス間距離測定方法は、その用途が限定されることになっていた。

一方、特許文献２に記載の、非接触測定である光ヘテロダイン干渉計による測定方法においては、参照光と物体光の位相差を検出する手段を設ける必要があること、偏波面制御をする必要があること、測定対象への入射光がコリメートされる必要があること、及び変調光を使う必要等がある。したがって、測定用装置自体が大掛かりなものとなり、光軸調整装置に組み込むには、光軸調整装置が大型化してしまうこと、非常にコスト高となること等の課題があった。

そこで、本発明においては、特別な測定系を別途構築することなしに、安価かつ高信頼な光デバイス端面間の距離を非接触で測定することを可能にする光軸調整装置を提供する。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、波長が可変な光源と、前記光源からの入射光の一部を反射し、一部を出射する端面を有する第１の光デバイスと、前記第１の光デバイスから出射された前記入射光の一部を、前記第１の光デバイスに反射する端面を有する第２の光デバイスと、前記第２の光デバイスに対して、少なくとも３軸方向に移動可能なように、第１の光デバイスを移動させる微動ステージと、前記微動ステージを、設定した移動量で移動させる微動ステージ制御部と、前記第２の光デバイスを透過した前記入射光の光強度を測定する透過光受光部と、前記透過光受光部において測定された前記入射光の光強度の前記光源の波長変化に対する強度変動を検出する検出部と、前記光源の出力光の波長を設定する制御部とからなる信号処理部と、前記透過光受光部で測定される前記光強度の情報に基づいて、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの光軸位置誤差を算出する光軸調整制御部とから構成されることを特徴とする光軸調整装置である。

また、請求項２に記載の発明は、波長が可変な光源と、前記光源からの入射光の一部を反射し、一部を出射する端面を有する第１の光デバイスと、前記光デバイスから出射された光の一部を、前記光デバイス１に反射する第１の端面と、一部を出射する第２の端面とを有する第２の光デバイスと、前記第２の光デバイスから出射された光の一部を反射し、一部を透過する端面を有する第３の光デバイスと、少なくとも３軸方向に移動可能なように、前記第１の光デバイスを移動させる第１の微動ステージと、少なくとも３軸方向に移動可能なように、前記第３の光デバイスを移動させる第２の微動ステージと、前記第１及び第２の微動ステージを、設定した移動量で移動させる微動ステージ制御部と、前記第１の光デバイスにおいて反射された、前記入射光の入射光方向への戻り光の光強度を測定する反射光受光部と、前記第２の光デバイスと、前記第３の光デバイスを透過した前記入射光の光強度を測定する透過光受光部と、前記透過光受光部において測定された前記入射光の光強度の前記光源の波長変化に対する強度変動を検出する検出部と、前記光源の出力光の波長を設定する制御部とからなる信号処理部と、前記透過光受光部で測定される前記光強度の情報に基づいて、前記第１の光デバイスと、前記第２の光デバイスと、前記第３の光デバイスとの光軸位置誤差を算出する光軸調整制御部とから構成されることを特徴とする光軸調整装置である。

また、請求項３に記載の発明は、第１の光デバイスと第２の光デバイスの光軸を調整する光軸調整装置において実施される方法であって、前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との端面間の距離が、第一の規定範囲内になるように、前記第１または第２の光デバイスの端面に垂直な方向に移動させる第一の工程と、前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスと第２の光デバイスとの端面間の距離を測定しながら、前記端面間の距離が第２の規定範囲内であって、前記第二の規定範囲は前記第一の規定範囲より距離が短い規定範囲になるよう移動させる第二の工程と、前記第１の光デバイスを前記第１又は第２の光デバイスの端面に平行な面内に移動させる第三の工程と、波長可変光源から前記第１の光デバイス及び前記第２の光デバイスを透過した入射光の光強度を測定する透過光受光部、及び／又は前記第１の光デバイスの端面及び前記第２の光デバイスの端面における反射光の光強度を測定する反射光受光部において測定される受光情報に基づいて、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの端面間距離を測定し、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの位置が最適となるように位置に調整する第四の工程とを含むことを特徴とする光軸調整工程である。

また、請求項４に記載の発明は、第１の光デバイスと第３の光デバイスの光軸を調整する光軸調整装置において実施される方法であって、前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスの端面と第２の光デバイスの端面との端面間の距離が第一の規定範囲になるように、前記第１又は第２の光デバイスの端面と垂直な方向に移動させる第一の工程と、前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との端面間の距離を測定しながら、前記端面間の距離が第二の規定範囲内であって、前記第二の規定範囲は前記第一の規定範囲より距離が短い規定範囲になるよう移動させる第二の工程と、前記第１の光デバイスを、前記第１又は第２の光デバイスの端面に平行な面内に移動させる第三の工程と、波長可変光源から前記第１の光デバイス及び前記第２の光デバイスを透過した入射光の光強度を測定する透過光受光部で測定される透過光情報に基づいて、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との前記端面間距離を測定し、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの位置が最適となるように位置に調整する第四の工程と、前記第３の光デバイスを、前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離が、第１の規定範囲内になるよう移動させる第五の工程と、前記第３の光デバイスを、前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離を測定しながら、前記端面間の距離が第２の規定範囲内であって、前記第二の規定範囲は前記第一の規定範囲より距離が短い規定範囲になるよう移動させる第六の工程と、前記第３の光デバイスを、前記第２又は第３の光デバイスの端面に平行な面内に移動させる第七の工程と、前記透過光受光部で測定される透過光情報に基づいて、前記第３の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との前記端面間端面間距離を測定し、前記第３の光デバイスと前記第２の光デバイスとの位置が最適となるように位置に調整する第八の工程とを含むことを特徴とする光軸調整工程である。

また、請求項５に記載の発明は、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスの間の距離もしくは前記第２の光デバイス３と前記第３の光デバイス３の間の距離を測定する工程において、前記波長可変光源から出力される光の異なる二波長の光を含む入射光を用い、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスの間隔、もしくは前記第２の光デバイスと前記第３の光デバイスの間隔を変化させたときに得られる反射光受光部の強度変動の包絡線関数の極小または極大位置を信号処理部により検出することにより、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面、もしくは前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離を算出することを特徴とする請求項３または４に記載の光軸調整工程である。

また、請求項６に記載の発明は、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの間の距離、もしくは前記第２の光デバイスと前記第３の光デバイスの間の距離を測定する工程において、前記光源の波長変化に対する強度変動と、前記光源の波長の変動周期とを信号処理部により検出することにより、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面、もしく前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離を算出することを特徴とする請求項３または４に記載の光軸調整工程である。

以上の発明により、光デバイス同士の光軸調整に関して、実装・組立を行う際において、端面間距離を簡易に測定することが可能となったため、光軸調整工程において、光デバイスの破損を防ぎ、測定を効率化するとともに、製作時の歩留りを向上して低コスト化をすることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる光軸調整装置の構成を表す図である。 図１の光軸調整装置による光軸調整方法のフローを示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる光軸距離測定の原理を説明する図である。 本発明の第１の実施形態における戻り光強度の和の曲線の例を示す図表である。 本発明の第２の実施形態にかかる光軸調整装置の構成を表す図である。 図５の光軸調整装置による光軸調整方法のフローを示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる光軸距離測定の原理を説明する図である。 本発明の第２の実施形態における透過光強度及び反射光強度と、入力光波長との関係を示す図表である。 本発明の第２の実施形態における端面間距離を変化させたときの、反射光強度と入力光波長との関係を示す図表である。 本発明の第２の実施形態における反射光強度と入力光周波数との関係を示す図表である。 本発明の第２の実施形態における各光デバイスに光ファイバを用い、波長変化に対する透過光強度の変動を計測した結果を示す図表である。 図１１の２回の測定の差分を演算した結果を示す図である。 本発明の第３の実施形態にかかる光軸調整装置の構成を表す図である。 図１３の光軸調整装置による光軸調整方法のフローを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態にかかる光軸調整装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光軸調整装置１００の構成を示す。光軸調整装置１００は、波長可変光源１０１、光ファイバ１０２、光ファイバ１０３、微動ステージ１０４、微動ステージ１０５、ステージ制御部１０６、光信号処理部１０７、透過光受光部１０８、および光軸調整制御部１０９から構成される。

光ファイバ１０２、１０３はそれぞれ微動ステージ１０４、１０５に搭載され、微動ステージ１０４、１０５の動作を制御するステージ制御部１０６により、光軸に平行なＺ軸方向とそれに直交するＸＹ軸方向に移動することができる。波長可変光源１０１から入射された光は、光ファイバ１０２、１０３を透過し、光ファイバ１０３から出射された波長可変光源１０１からの光の光強度が受光部１０８で測定される。信号処理部１０７においては、波長可変光源１０１における出力光の波長を設定すること、及び透過光受光部１０８からの光強度情報に基づいて光強度変動を算出することができる。光軸調整制御部１０９では、透過光受光部１０８から送信された光強度情報に基づいて、光ファイバ１０２、１０３間の光軸位置誤差を算出し、光ファイバ１０２、１０３間の光軸位置が、透過光受光部１０８に入射される光の強度が最大となる位置に、微動ステージ１０４、１０５を移動させる。なお、波長可変光源１０１は、異なる２波長の光を同時に出力することができるように構成されている。

本発明の第１の実施形態にかかる光軸調整装置１００による光軸調整方法について説明する。図２は、光軸調整装置１００における光軸調整工程のフローを示す図である。光軸調整装置１００における光軸調整工程は、ステップＳ０において、光軸調整制御部１０９からステージ制御部１０６に光軸調整命令が出されると、ステップＳ１において、ステージ制御部１０６は、微動ステージ１０４（１０５）を、微動ステージ１０５（１０４）に近づく方向（Ｚ軸方向）に移動させ、光ファイバ１０２と光ファイバ１０３との端面間の距離を測定する。端面間の距離測定は、後述の端面間距離測定の原理において、図３及び図４とともに説明する。ステップＳ２において、光ファイバ１０２と光ファイバ１０３との端面間の距離の測定を継続しながら、透過光受光部１０８において測定される波長可変光源１０１からの透過光の光強度が一定量以上検知できるように、光ファイバ１０２と光ファイバ１０３とのＺ軸方向距離が１０μｍ近傍に到達するまで、微動ステージ１０４（１０５）を移動させる。ステップＳ３において、光ファイバ１０２と光ファイバ１０３との端面間の距離の測定をさらに続け、Ｚ軸方向の距離が０に近づくように、微動ステージ１０４（１０５）をさらに移動させる。その後、ステップＳ４において、透過光受光部１０８で測定される受光した光強度の情報を用いて、光軸調整制御部１０９により、光ファイバ１０２と１０３との間の光軸位置誤差を算出する。光軸調整制御部１０９は、算出した光軸位置誤差を元に、透過光受光部１０８で測定される光の光強度が最大となるように、ステージ制御部１０６に移動命令を出力し、ステージ制御部１０６は、微動ステージ１０４（１０５）を、端面に平行な面（ＸＹ軸方向）に移動させる。

前述の光軸調整工程における、ＸＹ軸に関する最適位置調整に関しては、例えば、接続損失が最低となる最大光強度を得る場合には、微動ステージ１０４、１０５をＸＹ軸方向に微小量ステップで移動させ、その際に透過光受光部で得られる光強度の最大値探索を行うことにより実行可能である。なお、本実施例では、ステップＳ２において，Ｚ軸方向距離を１０μｍに設定しているが、透過光受光部１０８で一定量以上の光パワーが検知できる状態であれば、１０μｍに限定されることはない。

次に、本発明の第１の実施形態にかかる光軸距離測定の原理について説明する。図３は、図２の光軸調整工程における端面間距離測定の原理を示す図で、本原理を光ファイバ３０２と光ファイバ３０３の端面間距離測定を例にして説明する。光ファイバ３０２と３０３とを接続させるために、光ファイバ３０２が３０３に接近しているときは、その距離は入射する光の可干渉距離より近い場合が通常であるので、光ファイバ３０２及び３０３の端面は、いわゆるファブリペローエタロンを構成することになる。ファブリペロー干渉は、反射端面間の距離が半波長の整数倍のときに振幅が最大となる。例えば、波長λの場合は、ｈ＝ｍλ／２（ｍは整数）が条件となる。ここで、ｈは端面間の距離である。この現象を利用して、端面間距離の「相対変化量」を算出することが可能である。

本発明にかかる第１の実施形態の光軸調整装置は、以下の原理に基づき、絶対距離測定を行うことが可能となる。

まず、光軸調整装置において、それぞれ異なる波長λ１、λ２を有する２つの入射光を同時に光ファイバ３０２に入射する。個々の波長λ１、λ２において，半波長の整数倍で反射光強度の振幅が最大となるが、２つの波長を合わせた反射光強度は、それぞれの半波長の最小公倍数の整数倍ときに最大値をとり、最小公倍数の半整数倍の距離で振幅は最小値をとることになる。

波長λ１の戻り光強度をＲ１、波長λ２の戻り光強度をＲ２とする。光ファイバ３０２端面と光ファイバ３０３の端面間の距離をｈ、光ファイバ３０２の端面からの戻り光強度をｒｆ、光ファイバ３０３の端面からの戻り光強度をｒｗ，光ファイバ３０２、光ファイバ３０３の端面間の媒体の屈折率をｎとしてそれぞれ以下の式１、２及び３で与えられる。ただし、入射光強度は１としている。
Ｒ_１＝ｒ_ｆ＋ｒ_ｗ＋２×（（ｒ_ｆ×ｒ_ｗ）＾０．５）×ｃｏｓ（４πｎｈ／λ１）（式１）
Ｒ_２＝ｒ_ｆ＋ｒ_ｗ＋２×（（ｒ_ｆ×ｒ_ｗ）＾０．５）×ｃｏｓ（４πｎｈ／λ２）（式２）
Ｒ_１＋Ｒ_２＝２×ｒ_ｆ＋２×ｒ_ｗ＋２×（（ｒ_ｆ×ｒ_ｗ）＾０．５）×｛ｃｏｓ（４πｎｈ／λ１）＋ｃｏs（４πｎｈ／λ２）｝（式３）

図４は、波長λ１＝１５００ｎｍ、λ２＝１５０５ｎｍの場合（波長差５ｎｍ）において、距離ｈを変化させた場合の距離ｈに対する戻り光強度の和Ｒ_１＋Ｒ_２の計算値を示す図表である。図２において、ｒ_ｆ＝ｒ_ｗ＝０．０４であり、媒体は屈折率ｎ＝１の空気としている。この条件で、上式（式１）〜（式３）を用いて戻り光強度の和Ｒ_１＋Ｒ_２を算出している。

図４においては、距離ｈが約７５０ｎｍ変動するごとに、戻り光強度の和Ｒ_１＋Ｒ_２が上下振動している。さらに、包絡線関数の周期（振幅変調の周期）は二つの波長λ１、λ２のそれぞれ半分波長の最小公倍数である０．５×λ１×λ２／（λ２−λ１）であり、２２５．７５μｍを周期として包絡線関数が変動するため、図４に示されるように最初の振幅最小位置は１１２．８７５μｍである。

この戻り高強度の和Ｒ_１＋Ｒ_２の和の包絡線検波による包絡線関数の変動を測定することにより、包絡線関数の振幅最大（２２５．７５μｍ）または振幅最小（１１２．８７５μｍ）を検出すれば、絶対距離を求めることができる。すなわち、二つの波長を固定して、デバイス端面間の距離を調整するステージを移動しながら法落選関数の変動を測定し、法落選関数の振幅最大又は振幅最小を検出した場合に、デバイス端面間が特定の距離になったことを検出することが可能になる。

上記（式１）〜（式３）では、簡単に説明するため光ファイバ３０２、および光ファイバ３０３の端面での１回反射光のみを考慮したが、実際には多重反射が戻り光となる。その結果、包絡線形状は図４と異なったものになるが、周期性は同じであり包絡線関数の振幅最大、または振幅最小を検出すれば、絶対距離を求めることができることに変わりない。本発明の絶対距離算出に当たっては、戻り測定結果情報のみを用いている。そのため、光ヘテロダイン干渉計のように位相差を検出する必要がなく、簡易な装置構成をとることが可能となっている。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態にかかる光軸調整装置の構成について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る光軸調整装置５００の構成を示す図である。光軸調整装置５００は、波長可変光源５０１、光ファイバ５０２、光ファイバ５０３、微動ステージ５０４、微動ステージ５０５、ステージ制御部５０６、光信号処理部５０７、透過光受光部５０８、光軸調整制御部５０９、反射光測定用として１ｘ２カプラ５１０、反射光受光部５１１から構成される。光ファイバ５０２、５０３はそれぞれ微動ステージ４０４、５０５に搭載され、ステージ制御部５０６により、光軸に平行なＺ軸方向とそれに直交するＸＹ軸方向に移動することができる。波長可変光源１から入射された光は光ファイバ５０２、５０３を透過し、光ファイバ５０３から出射された波長可変光源５０１からの光の光強度が受光部５０８で測定される。また、光ファイバ５０２及び５０３の端面からの反射戻り光が１ｘ２カプラを介して反射光受光部５１１に入射し、反射光強度が測定される。信号処理部５０７では、波長可変光源５０１から出力する光の波長を設定すること、反射光受光部５１１からの光強度情報に基づいて光強度の強度変動を算出することができる。光軸調整制御部５０９では、透過光受光部５０８から送信された光強度情報に基づいて、光ファイバ５０２と５０３との間の光軸位置誤差を算出し、光ファイバ５０２、５０３間の光軸位置関係が、透過光受光部５０８に入射される透過光が最大となるような位置に、微動ステージ５０４、５０５を移動させる。なお、波長可変光源５０１は、異なる２波長の光を同時に出力することができるように構成されている。

本発明の第２の実施形態にかかる光軸調整装置５００を用いた光軸調整方法について説明する。図６は、光軸調整装置５００による光軸調整工程のフローを示す図である。光軸調整装置５００における光軸調整工程は、ステップＳ０において、光軸調整制御部５０９からステージ制御部５０６に光軸調整命令が出されると、ステップＳ１において、ステージ制御部５０６は、光ファイバ５０２（５０３）が搭載される微動ステージ５０４（５０５）を、光ファイバ５０３（５０２）が搭載される微動ステージ５０５（５０４）に近づく方向（Ｘ軸方向）に移動させ、光ファイバ５０２と光ファイバ５０３との端面間の距離を、原理及び図７〜図１２とともに後述する、反射光強度測定による端面間距離測定手順により測定する。ステップＳ２において、光ファイバ５０２と光ファイバ５０３との端面間の距離の測定を継続しながら、透過光受光部５０８において測定される波長可変光源１０１からの透過光の光強度が一定量以上検知できるように、Ｚ軸方向距離が１０μｍ近傍に到達するまで移動させる。ステップＳ３において、光ファイバ５０２と光ファイバ５０３の端面間の距離の測定を継続しつつ、ステージ制御部５０６は、光ファイバ５０２と光ファイバ５０３の端面間の距離が０に近くなるように光ファイバ５０２（５０３）をさらに移動させる。その後、ステップＳ４において、透過光受光部５０８において測定される受講した光強度の情報を用いて、光軸調整制御部５０９により、光ファイバ５０３と５０３との間の光軸誤差を算出する。光軸制御部５０９は、算出した光軸位置誤差を元に、透過光受光部５０８で測定される光の光強度が最大となるように、ステージ制御部５０６に移動命令を出力し、ステージ制御部５０６は、光ファイバ２を端面に平行な面（ＸＹ軸方向）に移動させる。なお、本実施例では、ステップＳ２において、Ｚ軸方向距離を１０μｍに設定しているが、透過光受光部５０８で一定量以上の光パワーが検知できる状態であれば、１０μｍに限定されることはない。

また、前述の光軸調整工程における、ＸＹ軸に関する最適位置調整（ステップＳ４）に関しては、例えば、接続損失が最低となる最大光強度を得る場合には、微動ステージをＸＹ軸方向に微小量ステップで移動させ、その際に透過光受光部で得られる光強度の最大値探索を行うことにより実行可能である。

ここで、前述した光軸調整フローのステップＳ１で用いた端面間距離測定の方法を説明する。図７は、光軸調整フローのステップＳ１で用いた反射光強度測定による端面間距離測定手順における端面間距離測定の原理を示す図である。図７においては、光ファイバ同士ではなく、光ファイバ７２０と光導波路７３０の端面間距離測定を例に示したものであるが、光ファイバ同士を用いることもできる。

光導波路７３０に接続させるために、光ファイバ７２０を光導波路７３０に接近しているときは、光ファイバ７２０と光導波路７３０との距離は、波長可変光源７１０から入射する光の可干渉距離より近い場合が通常であるので、光ファイバ７２０の端面と光導波路７３０の端面は、ファブリペローエタロンを構成している。

原理図７において、波長可変光源７３０から、光ファイバ７２０にレーザ光が入射する。入射したレーザ光７０１は、光ファイバ７２０の光導波路７３０側の端面７２１をその一部が透過し、透過光７０２となる。また、透過光７０２の残りの光は端面７２１で反射して、反射光７０３となる。

次に透過光７０２は、光導波路７３０の光ファイバ側端面７３１をその一部が透過して、透過光７０４として第２の光デバイス７３０に入射する。一方で透過光７０２の残りの光は端面７３１で反射して反射光７０５となる。

さらに、反射光７０５は、端面７２１をその一部が透過して、透過光７０６として光ファイバ７０３に入射し、残りは端面７２１で反射して反射光７０７となる。その後、端面７２１及び７３１において透過と反射を繰り返していく。

次に端面距離の測定について述べる。図７において、光ファイバ７２０端面の電界反射係数をｒ１、透過係数をｔ１、光導波路７３０端面の電界反射係数をｒ２、透過係数をｔ２とする。また、光ファイバ７２０と光導波路７３０との端面間の距離をｌとすると、透過光の電界強度ｔ、および戻り光の電界強度ｒは以下のようになる。

ここで、

ただし、光ファイバ７２０と光導波路７３０との間の媒質は屈折率１の空気であり、その間での減衰は無いものとし、入力光強度は１であるとしている。λは、波長可変光源７１０からの入力光の空気中における光の波長である。

透過光の光強度Ｔ、および反射光強度Rは、これらの式を用いて
Ｔ＝｜ｔ｜^２ （式７）
Ｒ＝｜ｒ｜^２ （式８）
となる。

図８は、端面間距離ｌ＝５０μｍの場合の、透過光強度Ｔ、および反射光強度Ｒと、入力光波長λの関係を示す図表である。図７から、透過光強度Ｔ及び反射光強度Ｒは、端面間距離ｌで決まる周期性をもった透過特性および反射特性を有することがわかる。

次に、端面間距離ｌが変化した場合に、この周期性がどのように変化するかを示す。図９は、端面間距離ｌを２０μｍ、３０μｍ、４０μｍと変化させたときの反射光強度と入力光波長との関係を示す図である。図９を参照すると、端面間距離ｌが短くなるほど、反射光強度Ｒの変動の周期が長くなることがわかる。

ファブリペローエタロンは、端面間の距離ｌが半波長の整数倍のときに透過光パワーが最大になる。従って波長λのとき、
ｌ＝ｍλ／２ （ｍは整数） （式９）
の条件で最大光強度が繰り返し得られる。入力光の周波数fは、
ｆ＝ｃ／λ （ｃ：高速） （式１０）
で表せるので、（式９）の条件は
ｆ＝ｍ・ｃ／２ｌ （式１１）
となる。つまり、周波数間隔Δｆとすると、
Δｆ＝ｃ／２ｌ （式１２）
で光パワーは周期性を持つことがわかる。この周期間隔は透過光でも反射光でも同じである。

図１０は、反射光強度Ｒと入力高周波数ｆの関係を示す図表である。図１０を参照すると、反射光強度Ｒが一定周波数間隔で変動していること、端面間距離ｌが短くなるほど周波数間隔Δｆが広がることが確認できる。

したがって、変動の周波数間隔が特定できれば、（式１２）より端面間距離を特定することが可能になる。

以上より、入力光の波長変化に対する反射光（戻り光）、あるいは透過光の光強度変化を測定し、その変動周期を検出することで、端面間距離ｌの測定が可能になる。

変動周期は、入力光源の波長をスイープさせ、スイープした波長に同期して光強度の変動を記録し、波長を周波数に変換後、ＦＦＴなどの周波数解析処理を行うことで検出することができる。

反射光強度を測定した場合、強度の最大値と最小値の比が大きくなり、変動周期の検出が容易になる。また透過光の光強度を測定した場合、図８に示したように、透過光は反射光よりも光強度が強いため、Ｓ／Ｎの良い測定が期待できる。測定対象に応じ、高精度な測定が期待できる構成を選択すればよい。

端面間距離は変動の周期から検出すると述べたが、光強度の変動と波長の関係は（式４）〜（式８）でわかっているので、測定した波長範囲において、例えばフィッティングや最小自乗法による回帰などの手法により端面間距離を検出しても良い。

図１１は、光ファイバ同士による、波長変化に対する透過光強度の変動を計測した結果を示す図表である。図１１においては、入力光源の波長をスイープさせ、スイープした波長に同期して光強度の変動を検出、記録し、取得した光強度の信号をスイープした波長に対応させて表示した結果を表した。端面間距離がｌの時と、ｌから１０ｎｍ変化させた時（ｌ＋１０ｎｍ）の光強度の変動（透過光強度Ｔ）を比較したものである。端面間距離が短くなると、光強度の変動周期が長くなっていることが、実測結果でも確認できる。

端面間距離が短くなると、光強度の変動周期は長くなる。そのため、光源波長をスイープする範囲内で１周期の変動が測定できなくなる。このようなデータからＦＦＴなどの演算により周期を検出するのは困難である。

解決方法の一つは（式７）、あるいは（式８）に回帰させ、周期を算出する方法である。この場合、端面の反射率、透過率、媒体の屈折率、減衰率、入射光強度などが理想と異なるため、算出誤差になる恐れがある。ここで、誤差を低減するため、端面間距離の異なる２回の光強度の変動データから、端面間距離を検出することが有効である。前述の誤差の要因である、端面の反射率、透過率、媒体の屈折率、減衰率、入射光強度は、２回の測定において、いずれも同様の影響を及ぼすため、２回の結果の差分を取る、あるいは比を取るといった演算により、誤差を低減することが可能である。例えば（式７）、あるいは（式８）により、さらに端面間距離の異なる光強度の変動の差の式を導き、その式でフィッティングをすればよい。

したがって、図６のステップＳ１において、光ファイバ５０２と光ファイバ５０３との端面間の距離を、端面間距離を微小に変化させて透過光受光部５０８で検出し、異なる２回の光強度の変動データから、端面間距離を検出する。（式７）、あるいは（式８）により、端面間距離の異なる光強度の変動の差の式を導き、その式でフィッティングする。

図１２は、図１１の２回の測定の差分を演算した結果を示す図である。横軸は周波数に、また縦軸は透過光強度比に変換している。この結果を先の式で回帰した結果、ｌ＝３０．７μｍという結果が得られた。

本発明の光軸調整工程における端面間隔距離測定では、反射、あるいは透過光強度変動のみを用いて端面間処理を算出可能である。そのため、光ヘテロダイン干渉計のように位相差を検出したり、偏波状態を制御する必要がなく、簡易な装置構成をとることが可能である。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態にかかる光軸調整装置の構成について説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る光軸調整装置１３００の構成を示す図である。光軸調整装置１３００は、波長可変光源１３０１、光ファイバ１３０２、光ファイ１３０３、微動ステージ１３０４、微動ステージ１３０５、ステージ制御部１３０６、光信号処理部１３０７、透過光受光部１３０８、光軸調整制御部１３０９、反射光測定用として、１ｘ２カプラ１３１０、反射光受光部１３１１、光導波路１３１２、光導波路ホルダ１３１３から構成される。光ファイバ１３０２、１３０３はそれぞれ微動ステージ１３０４、１３０５に搭載され、ステージ制御部１３０６により、光軸に平行なＺ軸方向とそれに直交するＸＹ軸方向に移動することができる。光導波路１３１２は、光導波路ホルダ１３１３に固定されている。

波長可変光源１３０１から入射された光は、光ファイバ１３０２、光導波路１３１２、及び光ファイバ１３０３を透過し、光ファイバ１３０３から出射される光の光強度が透過光受光部８で測定される。また、光ファイバ１３０２の光導波路側の端面及び光導波路１３１２の光ファイバ１３０２側の端面からの反射戻り光もしくは光導波路１３１２の光ファイバ１３０３側の端面及び光ファイバ１３０３の光導波路側の端面からの反射戻り光が、１ｘ２カプラを介して反射光受光部１３１１で測定される。信号処理部１３０７では、波長可変光源１３０１から出力される光の波長を設定すること、反射光受光部１３１１から送信される光強度情報に基づいて光強度の変動を算出することを行うことができる。光軸調整制御部１３０９では、透過光受光部１３０８から送信された光強度情報に基づいて、光ファイバ１３０２と光導波路１３１２との間、もしくは光ファイバ１３０３と光導波路１３１２との間の光軸位置誤差を算出し、光ファイバ１３０２、１３０３及び光導波路１３１２との間の光軸位置関係が、透過光受光部１３０８に入射される透過光が最大となるような位置に、微動ステージ１３０４、１３０５を移動させる。なお、波長可変光源１３０１は、異なる２波長の光を同時に出力することができるように構成されている。

本発明の第３の実施形態にかかる光軸調整装置１３００を用いた光軸調整方法について説明する。図１４は、光軸調整装置１３００による光軸調整工程のフローを示す図である。光軸調整装置１３００における光軸調整工程は、ステップＳ０において、光軸調整制御部１３０９からステージ制御部１３０６に光軸調整命令が出されると、ステップＳ１において、ステージ制御部１３０６は、入力側光ファイバ１３０２（出力側光ファイバ１３０３）が搭載される微動ステージ１３０４を、光導波路１３１３が搭載される光導波路ホルダ１３１３に近づく方向（Ｘ軸方向）に移動させ、光ファイバ１３０２（１３０３）と光導波路１３１２との端面間の距離を、第２の実施形態において詳述したステップＳ１における反射光強度測定による端面間距離測定手順により測定する。ステップＳ２において、光ファイバ１３０２と光導波路１３１２との端面間の距離の測定を継続しながら、透過光受光部１３０８において測定される波長可変光源１３０１からの透過光の光強度が一定量以上検知できるように、Ｚ軸方向距離が１０μｍ近傍に到達するまで光ファイバ１３０２を移動させる。ステップＳ３において、光ファイバ１３０２と光導波路１３１２の端面間の距離の測定を継続しつつ、ステージ制御部１３０６は、光ファイバ１３０２と光導波路１３１２との端面間の距離が０に近くなるように光ファイバ１３０２をさらに移動させる。

次にステップＳ５において、出力側光ファイバ１３０３と光導波路１３１２との端面間の距離の測定を継続しながら、透過光受光部１３０８において測定される波長可変光源１３０１からの透過光の光強度が一定量以上検知できるように、Ｚ軸方向距離が１０μｍ近傍に到達するまで光ファイバ１３０３を移動させる。ステップＳ６において、出力側光ファイバ１３０３と光導波路１３１２の端面間の距離の測定を継続しつつ、ステージ制御部１３０６は、出力側光ファイバ１３０３と光導波路１３１２との端面間の距離が０に近くなるように出力側光ファイバ１３０３をさらに移動させる。

その後、ステップＳ７において、透過光受光部１３０８において測定される受講した光強度の情報を用いて、光軸調整制御部１３０９により、入力側光ファイバ１３０２と光導波路１３１３、及び出力側光ファイバ１３０３と光導波路１３１２との間の光軸誤差をそれぞれ算出する。光軸制御部１３０９は、算出した光軸位置誤差を元に、透過光受光部１３０８で測定される光の光強度が最大となるように、ステージ制御部１３０６に移動命令を出力し、ステージ制御部１３０６は、光ファイバ１３０２及び１３１３をそれぞれ端面に平行な面（ＸＹ軸方向）に移動させる。なお、本実施例では、ステップＳ２において、Ｚ軸方向距離を１０μｍに設定しているが、透過光受光部１３０８で一定量以上の光パワーが検知できる状態であれば、１０μｍに限定されることはない。

また、前述の光軸調整工程における、ＸＹ軸に関する最適位置調整に関しては、例えば、接続損失が最低となる最大光強度を得る場合には、微動ステージ１３０４、１３０５をＸＹ軸方向に微小量ステップで移動させ、その際に透過光受光部で得られる光強度の最大値探索を行うことにより実行可能である。

なお、上記各実施形態では、光ファイバ同士の光軸調整（第１及び第２の実施形態）、光ファイバと光導波路の光軸調整（第３の実施形態）を例としたが、光デバイスは各実施形態において示したものに限られることはない。また微動ステージが移動する方向は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向を例としているが、３次元方向に移動可能であれば、上記３軸以外の軸でもよいし、より多い軸を有していてもよい。

１００、５００、１３００ 光軸調整装置
１０１、５０１、７１０、１３０１ 波長可変光源
１０２、１０３、３０２、３０３、５０２、５０３、７２０、１３０２、１３０３ 光ファイバ
１０４、１０５、５０４、５０５、１３０４、１３０５ 微動ステージ
１０６ ステージ制御部
１０７ 信号処理部
１０８ 透過光受光部
１０９ 光軸調整制御部
５１０、１３１０ １ｘ２カプラ
５１１、１３１１ 反射光受光部
７０１ 入力光
７０２、７０４、７０６、７０８ 透過光
７０３、７０５、７０７ 反射光
７３０、１３１２ 光導波路
１３１３ 光デバイスホルダ

Claims (6)

1. 波長が可変な光源と、
   前記光源からの入射光の一部を反射し、一部を出射する端面を有する第１の光デバイスと、
   前記第１の光デバイスから出射された前記入射光の一部を、前記第１の光デバイスに反射する端面を有する第２の光デバイスと、
   前記第２の光デバイスに対して、少なくとも３軸方向に移動可能なように、第１の光デバイスを移動させる微動ステージと、
   前記微動ステージを、設定した移動量で移動させる微動ステージ制御部と、
   前記第２の光デバイスを透過した前記入射光の光強度を測定する透過光受光部と、
   前記透過光受光部において測定された前記入射光の光強度の前記光源の波長変化に対する強度変動を検出する検出部と、前記光源の出力光の波長を設定する制御部とからなる信号処理部と、
   前記透過光受光部で測定される前記光強度の情報に基づいて、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの光軸位置誤差を算出する光軸調整制御部と
   から構成されることを特徴とする光軸調整装置。
2. 波長が可変な光源と、
   前記光源からの入射光の一部を反射し、一部を出射する端面を有する第１の光デバイスと、
   前記第１の光デバイスから出射された光の一部を、前記第１の光デバイスに反射する第１の端面と、一部を出射する第２の端面とを有する第２の光デバイスと、
   前記第２の光デバイスから出射された光の一部を反射し、一部を透過する端面を有する第３の光デバイスと、
   少なくとも３軸方向に移動可能なように、前記第１の光デバイスを移動させる第１の微動ステージと、
   少なくとも３軸方向に移動可能なように、前記第３の光デバイスを移動させる第２の微動ステージと、
   前記第１及び第２の微動ステージを、設定した移動量で移動させる微動ステージ制御部と、
   前記第１の光デバイスにおいて反射された、前記入射光の入射光方向への戻り光の光強度を測定する反射光受光部と、
   前記第２の光デバイスと、前記第３の光デバイスを透過した前記入射光の光強度を測定する透過光受光部と、
   前記透過光受光部において測定された前記入射光の光強度の前記光源の波長変化に対する強度変動を検出する検出部と、前記光源の出力光の波長を設定する制御部とからなる信号処理部と、
   前記透過光受光部で測定される前記光強度の情報に基づいて、前記第１の光デバイスと、前記第２の光デバイスと、前記第３の光デバイスとの光軸位置誤差を算出する光軸調整制御部と
   から構成されることを特徴とする光軸調整装置。
3. 第１の光デバイスと第２の光デバイスの光軸を調整する光軸調整装置において実施される方法であって、
   前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との端面間の距離が、第１の規定範囲内になるように、前記第１または第２の光デバイスの端面に垂直な方向に移動させる第一の工程と、
   前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスと第２の光デバイスとの端面間の距離を測定しながら、前記端面間の距離が第２の規定範囲内であって、前記第二の規定範囲は前記第１の規定範囲より距離が短い規定範囲になるよう移動させる第二の工程と、
   前記第１の光デバイスを前記第１又は第２の光デバイスの端面に平行な面内に移動させる第三の工程と、
   波長可変光源から前記第１の光デバイス及び前記第２の光デバイスを透過した入射光の光強度を測定する透過光受光部、及び／又は前記第１の光デバイスの端面及び前記第２の光デバイスの端面における反射光の光強度を測定する反射光受光部において測定される受光情報に基づいて、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの端面間距離を測定し、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの位置が最適となるように位置に調整する第四の工程と
   を含むことを特徴とする光軸調整工程。
4. 第１の光デバイスと第３の光デバイスの光軸を調整する光軸調整装置において実施される方法であって、
   前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスの端面と第２の光デバイスの端面との端面間の距離が第一の規定範囲になるように、前記第１又は第２の光デバイスの端面と垂直な方向に移動させる第一の工程と、
   前記第１の光デバイスを、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との端面間の距離を測定しながら、前記端面間の距離が第二の規定範囲内であって、前記第二の規定範囲は前記第一の規定範囲より距離が短い規定範囲になるよう移動させる第二の工程と、
   前記第１の光デバイスを、前記第１又は第２の光デバイスの端面に平行な面内に移動させる第三の工程と、
   波長可変光源から前記第１の光デバイス及び前記第２の光デバイスを透過した入射光の光強度を測定する透過光受光部で測定される透過光情報に基づいて、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との前記端面間距離を測定し、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの位置が最適となるように位置に調整する第四の工程と、
   前記第３の光デバイスを、前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離が、第一の規定範囲内になるよう移動させる第五の工程と、
   前記第３の光デバイスを、前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離を測定しながら、前記端面間の距離が第二の規定範囲内であって、前記第二の規定範囲は前記第一の規定範囲より距離が短い規定範囲になるよう移動させる第六の工程と、
   前記第３の光デバイスを、前記第２又は第３の光デバイスの端面に平行な面内に移動させる第七の工程と、
   前記透過光受光部で測定される透過光情報に基づいて、前記第３の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面との前記端面間端面間距離を測定し、前記第３の光デバイスと前記第２の光デバイスとの位置が最適となるように位置に調整する第八の工程と
   を含むことを特徴とする光軸調整工程。
5. 前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスの間の距離もしくは前記第２の光デバイス３と前記第３の光デバイス３の間の距離を測定する工程において、
   前記波長可変光源から出力される光の異なる二波長の光を含む入射光を用い、
   前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスの間隔、もしくは前記第２の光デバイスと前記第３の光デバイスの間隔を変化させたときに得られる反射光受光部の強度変動の包絡線関数の極小または極大位置を信号処理部により検出することにより、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面、もしくは前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離を算出する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の光軸調整工程。
6. 前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとの間の距離、もしくは前記第２の光デバイスと前記第３の光デバイスの間の距離を測定する工程において、
   前記光源の波長変化に対する強度変動と、前記光源の波長の変動周期とを信号処理部により検出することにより、前記第１の光デバイスの端面と前記第２の光デバイスの端面、もしく前記第２の光デバイスの端面と前記第３の光デバイスの端面との端面間の距離を算出する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の光軸調整工程。