JP2017003620A - Array type optical device and optical fiber connection component - Google Patents
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本発明は、アレイ型光デバイスおよび光ファイバ接続部品に関し、より詳細には、両者をアレイ型光デバイスモジュールに組み立てた後においても、光結合効率の最大値を保つことができるアレイ型光デバイスおよび光ファイバ接続部品に関する。 The present invention relates to an array type optical device and an optical fiber connecting component, and more specifically, an array type optical device capable of maintaining the maximum value of optical coupling efficiency even after both are assembled into an array type optical device module, and The present invention relates to an optical fiber connecting component.
光ファイバを用いた光ファイバ通信システムにおいては、光の広帯域性を用いた大容量の通信が実現されている。１本の光ファイバに複数の波長の光を合波して伝送する波長多重通信により、さらに大容量の通信を実現している。波長多重通信においては、複数の波長の光を合波・分波するためにアレイ導波路格子などのアレイ型光デバイスが使われている。また、複数の光を出射するレーザアレイ、複数の光を受光するフォトダイオードアレイなどのアレイ型光デバイスにも注目が集まっている。 In an optical fiber communication system using an optical fiber, a large-capacity communication using a broadband property of light is realized. Higher-capacity communication is realized by wavelength multiplexing communication in which light of a plurality of wavelengths is multiplexed and transmitted on one optical fiber. In wavelength division multiplexing communication, an array type optical device such as an arrayed waveguide grating is used to multiplex and demultiplex a plurality of wavelengths of light. Further, attention is also focused on array type optical devices such as a laser array that emits a plurality of lights and a photodiode array that receives a plurality of lights.
アレイ型デバイスからの出射光は、光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイを介して出射され、光ファイバへ光学結合される。アレイ型デバイスへの入射光も、光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイを介して光ファイバから入射される。このように光ファイバアレイとアレイ型光デバイスとを光学的に結合したアレイ型光デバイスモジュールが用いられている。例えば、特許文献１には、半導体レーザアレイからの出射光を光結合させる光ファイバアレイの支持台への固定方法の例が示されている。 Light emitted from the array type device is emitted through an optical fiber array and a microlens array, and is optically coupled to the optical fiber. Incident light to the array type device is also incident from the optical fiber via the optical fiber array and the microlens array. Thus, an array type optical device module in which an optical fiber array and an array type optical device are optically coupled is used. For example, Patent Document 1 shows an example of a method for fixing an optical fiber array to a support base for optically coupling light emitted from a semiconductor laser array.
図１に、従来の光ファイバアレイとアレイ型光デバイスとの光学的結合の方法を示す。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は上面図である。支持台１１に固定されたアレイ型光デバイス１２である半導体レーザアレイの光軸Ａと、光ファイバ接続部品２１に固定された光ファイバアレイ２２の光軸Ａ’とを合わせて、両者を溶接または接着剤により固定する。例えば、支持台１１を固定しておき、光ファイバ接続部品２１を光学調心用の治具に固定しておく。治具をｚ軸方向に移動させ、アレイ型光デバイス１２の半導体レーザアレイの端面と光ファイバアレイ２２の端面とを突き合わせる。その後、半導体レーザアレイの出射光を、光ファイバアレイ２２の他方の端部でモニターしながら、治具をｘ軸、ｙ軸方向に移動させる。モニターしている出射光の光強度が最大となる位置において、アレイ型光デバイス１２と光ファイバ接続部品２１とを固定する。 FIG. 1 shows a method of optical coupling between a conventional optical fiber array and an array type optical device. 1A is a side view and FIG. 1B is a top view. The optical axis A of the semiconductor laser array, which is the array type optical device 12 fixed to the support base 11, and the optical axis A ′ of the optical fiber array 22 fixed to the optical fiber connection component 21 are aligned and welded together. Fix with adhesive. For example, the support base 11 is fixed, and the optical fiber connection component 21 is fixed to a jig for optical alignment. The jig is moved in the z-axis direction, and the end face of the semiconductor laser array of the array type optical device 12 and the end face of the optical fiber array 22 are brought into contact with each other. Thereafter, the jig is moved in the x-axis and y-axis directions while monitoring the light emitted from the semiconductor laser array at the other end of the optical fiber array 22. The array type optical device 12 and the optical fiber connection component 21 are fixed at a position where the light intensity of the emitted light being monitored is maximized.
しかしながら、支持台の固定に溶接、接着剤を用いているが、固定時における位置ずれや経時変化により、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後の光結合効率は、光学調心時の光結合効率よりも低くなる。この現象は、半導体レーザ、端面入射型フォトダイオードなどの半導体基板垂直方向、すなわちｘ-ｙ平面内での光結合トレランスが小さい光デバイスでは顕著である。 However, welding and adhesive are used to fix the support, but the optical coupling efficiency after assembling the array type optical device module due to misalignment and changes over time is the optical coupling efficiency during optical alignment. Lower than. This phenomenon is remarkable in an optical device having a small optical coupling tolerance in the direction perpendicular to the semiconductor substrate, that is, in the xy plane, such as a semiconductor laser or an edge-incident type photodiode.
例えば、接着剤の劣化による上下方向（ｙ軸方向）の光軸ずれに加えて、両支持台間のねじれ、すなわちｘ-ｙ平面内での回転方向のずれも、光結合効率の低下を招く。その結果、光ファイバアレイとアレイ型光デバイスとの光結合は、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後においても、光結合効率の最大値を保つことが困難であるという問題があった。 For example, in addition to the optical axis misalignment in the vertical direction (y-axis direction) due to the deterioration of the adhesive, the twist between the two support bases, that is, the misalignment in the rotational direction in the xy plane also causes a decrease in optical coupling efficiency. . As a result, optical coupling between the optical fiber array and the array type optical device has a problem that it is difficult to maintain the maximum value of the optical coupling efficiency even after the array type optical device module is assembled.
本発明の目的は、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後においても、光結合効率の最大値を保つことができるアレイ型光デバイス、光ファイバ接続部品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an array type optical device and an optical fiber connecting component that can maintain the maximum value of the optical coupling efficiency even after the array type optical device module is assembled.
本発明は、このような目的を達成するために、第１の実施態様は、光ファイバアレイまたは他のアレイ型光デバイスと光学的に結合されるアレイ型光デバイスにおいて、圧電素子からなるアクチュエータであって、前記アレイ型光デバイスの光素子の光軸に垂直であり、前記光素子のアレイ方向の両端部において、前記アレイ型光デバイスを支持台に固定する２つのアクチュエータを備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides an actuator comprising a piezoelectric element in an array type optical device optically coupled to an optical fiber array or other array type optical device. In addition, two actuators that are perpendicular to the optical axis of the optical element of the array-type optical device and that fix the array-type optical device to a support base at both ends in the array direction of the optical element are provided. And
また、第２の実施態様は、アレイ型光デバイスと光学的に結合される光ファイバアレイを固定する光ファイバ接続部品において、圧電素子からなるアクチュエータであって、前記光ファイバアレイの光ファイバの光軸に垂直であり、前記光ファイバのアレイ方向の両端部において、前記光ファイバアレイを支持台に固定する２つのアクチュエータを備えたことを特徴とする。 The second embodiment is an actuator comprising a piezoelectric element in an optical fiber connecting part for fixing an optical fiber array optically coupled to an array type optical device, wherein the optical fiber light of the optical fiber array Two actuators that are perpendicular to the axis and fix the optical fiber array to a support base at both ends of the optical fiber in the array direction are provided.
以上説明したように、本発明によれば、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後においても、アレイ型光デバイスと光ファイバアレイとの間の光軸ずれを補正することができるため、光結合効率の最大値を保つことができる。 As described above, according to the present invention, since the optical axis shift between the array type optical device and the optical fiber array can be corrected even after the array type optical device module is assembled, the optical coupling efficiency is improved. The maximum value of can be kept.
また、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後に光軸の補正をすることを前提に、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てる際の光学調心を簡素化し、製造時間の短縮を図ることが可能となる。 Further, on the premise that the optical axis is corrected after the assembly of the array type optical device module, it is possible to simplify the optical alignment when assembling the array type optical device module and to shorten the manufacturing time.
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。本実施形態においては、光ファイバアレイの接続部品またはアレイ型光デバイスの支持台の少なくとも一方に、上下方向および回転の微調整機構を設ける。本実施形態は、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後における微小位置の変位に対して、光結合効率が最大となるように、微調整機構により位置補正が可能な構成を具備する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a fine adjustment mechanism for the vertical direction and rotation is provided on at least one of the connection part of the optical fiber array or the support base of the array type optical device. The present embodiment has a configuration in which the position can be corrected by a fine adjustment mechanism so that the optical coupling efficiency is maximized with respect to the displacement of a minute position after assembling the array type optical device module.
図２に、本発明の第１の実施形態にかかる光ファイバアレイとアレイ型光デバイスとの光学的結合の方法を示す。図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は上面図である。アレイ型光デバイス１０２は、フォトダイオードアレイであり、前端面から光を入射する端面入射型フォトダイオード１０２ａ-１０２ｄが、内部に４つ格納されている。アレイ型光デバイス１０２は、フォトダイオード（光素子）の光軸Ａに垂直でフォトダイオードのアレイ方向（ｘ軸方向）の両端部において、アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂを介して、支持台１０１に固定されている。 FIG. 2 shows a method of optical coupling between the optical fiber array and the array type optical device according to the first embodiment of the present invention. 2A is a side view, and FIG. 2B is a top view. The array type optical device 102 is a photodiode array, and four end face incident type photodiodes 102a to 102d that receive light from the front end face are housed therein. The array-type optical device 102 is fixed to a support base 101 via actuators 103a and 103b at both ends in the photodiode array direction (x-axis direction) perpendicular to the optical axis A of the photodiode (optical element). Yes.
アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであり、図２（ｃ）に示したように、電圧を印加すると印加方向に伸張する素子である。第１の実施形態に用いた圧電素子は、１５０Ｖの電圧を印加すると、印加方向に約１０μｍ膨張する。 The actuators 103a and 103b are piezoelectric actuators using piezoelectric elements, and are elements that expand in the application direction when a voltage is applied, as shown in FIG. The piezoelectric element used in the first embodiment expands by about 10 μm in the application direction when a voltage of 150 V is applied.
アレイ型光デバイスモジュールを組立てる際は、支持台１０１を固定しておき、アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂの圧電素子に７５Ｖを印加し、約５μｍの高さに設定しておく。光ファイバアレイ２２が固定された光ファイバ接続部品２１を光学調心用の治具に固定し、治具をｚ軸方向に移動させ、アレイ型光デバイス１０２のフォトダイオードの端面と光ファイバアレイ２２の端面とを突き合わせる。その後、光ファイバアレイ２２の他方の端部からモニター光を入射し、光ファイバアレイ２２からの入射光を、フォトダイオードアレイでモニターしながら、治具をｘ軸、ｙ軸方向に移動させる。モニターしている入射光の光強度が最大となる位置において、アレイ型光デバイス１０２と光ファイバ接続部品２１とを溶接または接着剤により固定する。 When assembling the array type optical device module, the support base 101 is fixed, 75V is applied to the piezoelectric elements of the actuators 103a and 103b, and the height is set to about 5 μm. The optical fiber connection component 21 to which the optical fiber array 22 is fixed is fixed to a jig for optical alignment, the jig is moved in the z-axis direction, the end face of the photodiode of the array type optical device 102 and the optical fiber array 22. Butt the end face. Thereafter, monitor light is incident from the other end of the optical fiber array 22, and the jig is moved in the x-axis and y-axis directions while monitoring the incident light from the optical fiber array 22 with a photodiode array. The array type optical device 102 and the optical fiber connection component 21 are fixed by welding or an adhesive at a position where the light intensity of the incident light to be monitored becomes maximum.
図３は、第１の実施形態にかかるアレイ型光デバイスを示す斜視図である。アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後に上下方向（ｙ軸方向）に光軸ずれが生じた場合、アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂの圧電素子の双方に、同時に７５Ｖ以上の電圧を印加することにより上方向へ、または、７５Ｖ以下の電圧を印加することにより下方向へ光軸を補正することができる。 FIG. 3 is a perspective view showing the array type optical device according to the first embodiment. When an optical axis shift occurs in the vertical direction (y-axis direction) after assembling the array type optical device module, by applying a voltage of 75 V or more to both the piezoelectric elements of the actuators 103a and 103b at the same time, Alternatively, the optical axis can be corrected downward by applying a voltage of 75 V or less.
図４に、アレイ型光デバイスモジュールを組み立てた後に、ｘ-ｙ平面内での回転方向の光軸ずれが生じた場合を示す。アクチュエータ１０３ａの圧電素子に７５Ｖ以上の電圧を印加し、アクチュエータ１０３ｂの圧電素子に７５Ｖ以下の電圧を印加することにより、反時計回り（左回転）方向へ光軸を補正することができる（図４参照）。一方、アクチュエータ１０３ａの圧電素子に７５Ｖ以下の電圧を印加し、アクチュエータ１０３ｂの圧電素子に７５Ｖ以上の電圧を印加することにより、時計回り（右回転）方向光軸を補正することができる。 FIG. 4 shows a case where an optical axis shift occurs in the rotational direction in the xy plane after the array type optical device module is assembled. By applying a voltage of 75V or more to the piezoelectric element of the actuator 103a and applying a voltage of 75V or less to the piezoelectric element of the actuator 103b, the optical axis can be corrected in the counterclockwise (left-rotation) direction (FIG. 4). reference). On the other hand, by applying a voltage of 75V or less to the piezoelectric element of the actuator 103a and applying a voltage of 75V or more to the piezoelectric element of the actuator 103b, the optical axis in the clockwise (right rotation) direction can be corrected.
図５に、本発明の第２の実施形態にかかる光ファイバアレイとアレイ型光デバイスとの光学的結合の方法を示す。アレイ型光デバイス１２は、半導体レーザアレイ（光素子）であり、半導体レーザが内部に４つ格納されている。光ファイバアレイ１２２は、光ファイバ接続部品１２１に固定され、光ファイバの光軸Ａ’に垂直で光ファイバのアレイ方向（ｘ軸方向）の両端部において、アクチュエータ１２３を介して、支持台１２４に固定されている。アクチュエータ１２３は、第１の実施形態と同じ圧電素子を用いた圧電アクチュエータである。 FIG. 5 shows a method of optical coupling between an optical fiber array and an array type optical device according to the second embodiment of the present invention. The array type optical device 12 is a semiconductor laser array (optical element), and four semiconductor lasers are stored therein. The optical fiber array 122 is fixed to the optical fiber connecting part 121 and is attached to the support base 124 via the actuator 123 at both ends in the optical fiber array direction (x-axis direction) perpendicular to the optical axis A ′ of the optical fiber. It is fixed. The actuator 123 is a piezoelectric actuator using the same piezoelectric element as in the first embodiment.
アレイ型光デバイスモジュールを組立てる際は、支持台１１を固定しておき、支持台１２４を光学調心用の治具に固定しておく。アクチュエータ１２３の圧電素子に７５Ｖを印加し、約５μｍの高さに設定しておく。治具をｚ軸方向に移動させ、アレイ型光デバイス１２の半導体レーザアレイの端面と光ファイバアレイ１２２の端面とを突き合わせる。その後、半導体レーザアレイの出射光を、光ファイバアレイ１２２の他方の端部でモニターしながら、治具をｘ軸、ｙ軸方向に移動させる。モニターしている出射光の光強度が最大となる位置において、両者を溶接または接着剤により固定する。 When assembling the array type optical device module, the support base 11 is fixed, and the support base 124 is fixed to a jig for optical alignment. 75V is applied to the piezoelectric element of the actuator 123 and the height is set to about 5 μm. The jig is moved in the z-axis direction so that the end face of the semiconductor laser array of the array type optical device 12 and the end face of the optical fiber array 122 are brought into contact with each other. Thereafter, the jig is moved in the x-axis and y-axis directions while monitoring the emitted light of the semiconductor laser array at the other end of the optical fiber array 122. Both are fixed by welding or an adhesive at a position where the light intensity of the emitted light being monitored becomes maximum.
なお、光ファイバアレイとアレイ型光デバイスの両方を、アクチュエータを介して支持台に固定しておき、いずれか一方、または両方の圧電素子の電圧を制御するようにしてもよい。 Note that both the optical fiber array and the array type optical device may be fixed to a support base via an actuator, and the voltage of one or both of the piezoelectric elements may be controlled.
本実施形態では、アレイ型光デバイスとして、フォトダイオードアレイ、半導体レーザアレイを例に説明したが、光変調器アレイ、光スイッチアレイ、光増幅器アレイ、光導波路アレイなどにも適用できることは明らかである。また、これらアレイ型光デバイスと光ファイバアレイとの光学的結合のみならず、アレイ型光デバイス同士の結合、光ファイバアレイ同士の結合にも適用できることは言うまでもない。 In this embodiment, a photodiode array and a semiconductor laser array have been described as examples of the array type optical device. However, it is obvious that the present invention can be applied to an optical modulator array, an optical switch array, an optical amplifier array, an optical waveguide array, and the like. . Needless to say, the present invention can be applied not only to optical coupling between the array type optical device and the optical fiber array, but also to coupling between the array type optical devices and between the optical fiber arrays.
１１，１０１，１２４ 支持台
１２，１０２ アレイ型光デバイス
２１，１２１ 光ファイバ接続部品
２２，１２２ 光ファイバアレイ
１０３，１２３ アクチュエータ
11, 101, 124 Support base 12, 102 Array type optical device 21, 121 Optical fiber connection part 22, 122 Optical fiber array 103, 123 Actuator
Claims (3)
圧電素子からなるアクチュエータであって、前記アレイ型光デバイスの光素子の光軸に垂直であり、前記光素子のアレイ方向の両端部において、前記アレイ型光デバイスを支持台に固定する２つのアクチュエータ
を備えたことを特徴とするアレイ型光デバイス。 In an array type optical device optically coupled to an optical fiber array or other array type optical device,
Two actuators comprising piezoelectric elements, the actuators being perpendicular to the optical axis of the optical element of the array type optical device, and fixing the array type optical device to a support base at both ends in the array direction of the optical element An array type optical device comprising:
圧電素子からなるアクチュエータであって、前記光ファイバアレイの光ファイバの光軸に垂直であり、前記光ファイバのアレイ方向の両端部において、前記光ファイバアレイを支持台に固定する２つのアクチュエータ
を備えたことを特徴とする光ファイバ接続部品。 In an optical fiber connecting part for fixing an optical fiber array optically coupled to an array type optical device,
Two actuators comprising piezoelectric elements, the actuators being perpendicular to the optical axis of the optical fiber of the optical fiber array, and fixing the optical fiber array to a support base at both ends of the optical fiber in the array direction An optical fiber connecting part characterized by that.
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- 2015-06-04 JP JP2015114208A patent/JP2017003620A/en active Pending
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