JP2504747B2 - 半導体素子と光伝送路との光軸合せ方法およびその装置 - Google Patents
半導体素子と光伝送路との光軸合せ方法およびその装置Info
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- JP2504747B2 JP2504747B2 JP61185283A JP18528386A JP2504747B2 JP 2504747 B2 JP2504747 B2 JP 2504747B2 JP 61185283 A JP61185283 A JP 61185283A JP 18528386 A JP18528386 A JP 18528386A JP 2504747 B2 JP2504747 B2 JP 2504747B2
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は半導体レーザ素子、アバランシホトダイオ
ード（以下「APD素子」）などの半導体素子と光伝送路
の光軸合せを安定した光学結合率で結合できるようにし
た光軸合せ方法および装置に関する。
ード（以下「APD素子」）などの半導体素子と光伝送路
の光軸合せを安定した光学結合率で結合できるようにし
た光軸合せ方法および装置に関する。
〈発明の技術的背景〉 近年、光ファイバを光伝送路に使用した光通信技術の
発達に伴ない、半導体レーザ素子からの発光を光ファイ
バやセルフォックレンズ等の光伝送路へ効率よく伝える
必要があった。このような必要を満たさせるため、従来
は第５図に示すように、半導体レーザ素子１を台２上に
固定し、半導体レーザ素子１から発する光３を光伝送路
５の入力側端面４から入射するように配置し、マニピュ
レータ６を操作して光伝送路５をx,y方向に移動調節
し、半導体レーザ素子１と入力端４の光学的位置を変え
光軸合せをしていた。この装置の光伝送路５の出力端７
側には出力光８を受光するための光検知器９を設けてお
き、その出力を観察しながらマニピュレータ６を操作し
た光検知器９の最大光出力点に光伝送路５の位置を定め
るように光軸合わせしていた。
発達に伴ない、半導体レーザ素子からの発光を光ファイ
バやセルフォックレンズ等の光伝送路へ効率よく伝える
必要があった。このような必要を満たさせるため、従来
は第５図に示すように、半導体レーザ素子１を台２上に
固定し、半導体レーザ素子１から発する光３を光伝送路
５の入力側端面４から入射するように配置し、マニピュ
レータ６を操作して光伝送路５をx,y方向に移動調節
し、半導体レーザ素子１と入力端４の光学的位置を変え
光軸合せをしていた。この装置の光伝送路５の出力端７
側には出力光８を受光するための光検知器９を設けてお
き、その出力を観察しながらマニピュレータ６を操作し
た光検知器９の最大光出力点に光伝送路５の位置を定め
るように光軸合わせしていた。
しかし、上述した半導体素子と光伝送路の光軸合わせ
は、操作が非常に微妙である上、能率が悪くまた精度も
低いものであった。このため、上述の装置に、第６図の
ブロック図に示されるサーボ回路を組み合わせて操作し
ていた。すなわち、マニピュレータ６をｘ方向に駆動す
るサーボ機構11とｙ方向に駆動するサーボ機構12とを備
え、光検知器９の最大出力を保持する最大出力保持器13
の保持値と光検知器９の出力とを帰還回路14によって比
較し、両者の差をゲート回路15の切替えによってサーボ
機構11と12へ交互に与え、マニピュレータ６をコントロ
ールしている。
は、操作が非常に微妙である上、能率が悪くまた精度も
低いものであった。このため、上述の装置に、第６図の
ブロック図に示されるサーボ回路を組み合わせて操作し
ていた。すなわち、マニピュレータ６をｘ方向に駆動す
るサーボ機構11とｙ方向に駆動するサーボ機構12とを備
え、光検知器９の最大出力を保持する最大出力保持器13
の保持値と光検知器９の出力とを帰還回路14によって比
較し、両者の差をゲート回路15の切替えによってサーボ
機構11と12へ交互に与え、マニピュレータ６をコントロ
ールしている。
したがって、最大出力保持器13の保持値と光検知器９
の出力が一致すると帰還回路14の出力が零となり、サー
ボ機構11,12は停止するから自動的に光軸合せができ
る。
の出力が一致すると帰還回路14の出力が零となり、サー
ボ機構11,12は停止するから自動的に光軸合せができ
る。
〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、上述した従来の半導体素子と光伝送路の光
軸合せ方法は、 半導体レーザ素子１の光軸方向の垂直断面におけるx,
y方向の発光強度分布（Ｉ）は第７図に示すようにピー
ク値が複数個ある。それ故、たとえばピークP2の値を最
大出力保持器13が保持しているときは第６図のサーボ回
路と組合せた装置においては、ピークP2に追従し、ピー
クP2の位置で停止し、より高い強度のピークP1に位置調
整されないから、光軸合わせは結合効率の低いP2状態に
合致するように調整されてしまう。
軸合せ方法は、 半導体レーザ素子１の光軸方向の垂直断面におけるx,
y方向の発光強度分布（Ｉ）は第７図に示すようにピー
ク値が複数個ある。それ故、たとえばピークP2の値を最
大出力保持器13が保持しているときは第６図のサーボ回
路と組合せた装置においては、ピークP2に追従し、ピー
クP2の位置で停止し、より高い強度のピークP1に位置調
整されないから、光軸合わせは結合効率の低いP2状態に
合致するように調整されてしまう。
この位置P2は本来の光軸中心に比べて許容量が小さ
く、光学的結合が極めて不安定になりやすい。
く、光学的結合が極めて不安定になりやすい。
一方、半導体素子と光伝送路の光学結合率のピーク位
置は必ずしも光軸中心とは限らない。すなわち、半導体
レーザ素子と先端レンズ加工した多モードファイバ間の
光学結合率と光軸ずれ量との関係は第８図に示すように
半導体レーザ素子の発光強度分布の偏りやファイバレン
ズの仕上りのばらつき、あるいは僅かな角度ずれ等のた
めその光学結合率は非対称分布をもつようになる。この
場合において、従来のように光強度のピーク位置に光軸
を合わせると、光軸ずれ許容量が、本来の光軸中心法の
場合に比べて非常に厳しくなるので、光学結合率の安定
性が悪くなってしまう。特に、光伝送路として使用する
光ファイバがシングルモード型の場合は、光軸合せ位置
精度が、0.1μｍのオーダまで要求されるから、全範囲
を走査するのに長時間必要とする。
置は必ずしも光軸中心とは限らない。すなわち、半導体
レーザ素子と先端レンズ加工した多モードファイバ間の
光学結合率と光軸ずれ量との関係は第８図に示すように
半導体レーザ素子の発光強度分布の偏りやファイバレン
ズの仕上りのばらつき、あるいは僅かな角度ずれ等のた
めその光学結合率は非対称分布をもつようになる。この
場合において、従来のように光強度のピーク位置に光軸
を合わせると、光軸ずれ許容量が、本来の光軸中心法の
場合に比べて非常に厳しくなるので、光学結合率の安定
性が悪くなってしまう。特に、光伝送路として使用する
光ファイバがシングルモード型の場合は、光軸合せ位置
精度が、0.1μｍのオーダまで要求されるから、全範囲
を走査するのに長時間必要とする。
この発明は、上述した半導体レーザ素子、さらに一般
的に半導体素子と光伝送路の光軸合せにおける発光強度
分布のピーク位置に光軸合せを行う従来の半導体素子お
よび光伝送路の間の光軸合せ方法の欠点を除去するため
になされたものであって、半導体素子と光伝送路を安定
した光学結合効率が得られるように光軸合せする方法を
提供しようとするものである。
的に半導体素子と光伝送路の光軸合せにおける発光強度
分布のピーク位置に光軸合せを行う従来の半導体素子お
よび光伝送路の間の光軸合せ方法の欠点を除去するため
になされたものであって、半導体素子と光伝送路を安定
した光学結合効率が得られるように光軸合せする方法を
提供しようとするものである。
また、この発明は半導体素子と光伝送路を安定した光
学結合効率をもつように光軸合せできる装置を提供しよ
うとするものである。
学結合効率をもつように光軸合せできる装置を提供しよ
うとするものである。
〈問題点を解決するための手段〉 以上の目的を達成するため、本発明者等は種々研究を
重ねた結果、半導体素子と光伝送路の光軸合せの際に、
光軸中心から外れたところにでるサブピークに追従する
ことを回避するため、半導体素子と光伝送路の相対位置
の光学結合率分布を求め、その光学結合率分布の数学的
重心位置に相当する位置を最適位置として光軸合せすれ
ば、安定な光学結合率をもつ光軸合せができることを知
り、この発明を完成することができた。
重ねた結果、半導体素子と光伝送路の光軸合せの際に、
光軸中心から外れたところにでるサブピークに追従する
ことを回避するため、半導体素子と光伝送路の相対位置
の光学結合率分布を求め、その光学結合率分布の数学的
重心位置に相当する位置を最適位置として光軸合せすれ
ば、安定な光学結合率をもつ光軸合せができることを知
り、この発明を完成することができた。
すなわち、この発明の一つは半導体素子と光伝送路と
の光軸合せに際し、半導体素子と光伝送路の相対位置に
対する光学結合率の関係を求め、その重心に相当する位
置を最適位置として光軸合せをしており、ここで、半導
体素子と光伝送路の相対位置に対する光学結合率分布の
重心に相当する位置としては、位置座標の関数として数
学的な重心に相当する座標 を次式演算式（１）から得る。
の光軸合せに際し、半導体素子と光伝送路の相対位置に
対する光学結合率の関係を求め、その重心に相当する位
置を最適位置として光軸合せをしており、ここで、半導
体素子と光伝送路の相対位置に対する光学結合率分布の
重心に相当する位置としては、位置座標の関数として数
学的な重心に相当する座標 を次式演算式（１）から得る。
ただし、 は光学結合率関数を表わし、光学結合率分布がピーク位
置を中心とし、第１図のごとく対称で単峰のプロフィル
ならば、重心はピーク位置と一致し、対称の複数（例え
ば二ピーク）ならば第２図のごとく、重心二ピークの対
称中心線に位置する。
置を中心とし、第１図のごとく対称で単峰のプロフィル
ならば、重心はピーク位置と一致し、対称の複数（例え
ば二ピーク）ならば第２図のごとく、重心二ピークの対
称中心線に位置する。
また、この発明のもう一つは半導体素子と光伝送路と
の相対位置を自由に変えうる調整装置と、半導体素子と
光伝送路の相対位置を検出し、相対位置に比例した電気
信号を発生する位置検出器と、上記半導体素子および光
伝送路の相対位置の光学結合率を測定し電気信号に変換
する光学結合率測定装置と、前記位置検出装置および光
学結合率測定装置から送られる電気信号により、光学結
合分布の重心を数学的に算出する装置と、この演算装置
の演算結果にしたがって、前記調整装置を駆動するサー
ボ機構とからなることを特徴とする半導体素子と光伝送
路の光軸合せである。
の相対位置を自由に変えうる調整装置と、半導体素子と
光伝送路の相対位置を検出し、相対位置に比例した電気
信号を発生する位置検出器と、上記半導体素子および光
伝送路の相対位置の光学結合率を測定し電気信号に変換
する光学結合率測定装置と、前記位置検出装置および光
学結合率測定装置から送られる電気信号により、光学結
合分布の重心を数学的に算出する装置と、この演算装置
の演算結果にしたがって、前記調整装置を駆動するサー
ボ機構とからなることを特徴とする半導体素子と光伝送
路の光軸合せである。
〈作用〉 以上のように、この発明の半導体素子と光伝送路の光
軸合せは光学結合率分布の重心位置に相当する位置を最
適位置として位置合わせするから、光軸ずれや光学結合
率分布が単純かつ対称性のよい単峰ピークをもたない非
対称のものであっても、光軸中心位置に安定性の高い光
学結合率をもった光軸合せを行うことができる。
軸合せは光学結合率分布の重心位置に相当する位置を最
適位置として位置合わせするから、光軸ずれや光学結合
率分布が単純かつ対称性のよい単峰ピークをもたない非
対称のものであっても、光軸中心位置に安定性の高い光
学結合率をもった光軸合せを行うことができる。
〈実施例〉 つぎに、この発明の半導体素子と光伝送路の光軸合せ
方法の実施に使用する装置にもとづいて、その方法を説
明する。
方法の実施に使用する装置にもとづいて、その方法を説
明する。
実施例−１ 第３図はこの発明の半導体素子と光伝送路の光軸合せ
装置の概略構成を示す要部斜視図であって、１は半導体
レーザ素子、５は半導体レーザ素子１と対向する入口側
先端をレンズ加工した光ファイバ、９は光ファイバの光
出力パワーを測定する光検知器、17はパルスモータの駆
動によって光ファイバ５の位置検出兼光軸調整装置、16
は光検知器９と位置検出器から送出される位置検出デー
タを読み取り光軸調整装置17の調整動作を制御する演算
装置である。演算装置16はマイクロコンピュータを用
い、半導体レーザ素子１を一定出力で発振させながら、
光軸調整装置17を一定間隔で走査させ、その際、位置検
出器９と光検知器３の出力を演算装置16に記憶させる。
記憶させたデータを基にして光ファイバの出力パワーを
位置の関数として前述した演算式（１） にしたがって、重心位置を計算させ、その重心位置に光
ファイバが位置するように光軸調整装置17を作動させ
る。この場合、dsはx,y平面での面dx,dyであり、重心位
置 ならびに半導体素子と光伝送路相対位置 は（x,y）にて表示できる。以上の動作はすべて演算装
置16に予め組み込まれた内部プログラムにしたがって制
御される。
装置の概略構成を示す要部斜視図であって、１は半導体
レーザ素子、５は半導体レーザ素子１と対向する入口側
先端をレンズ加工した光ファイバ、９は光ファイバの光
出力パワーを測定する光検知器、17はパルスモータの駆
動によって光ファイバ５の位置検出兼光軸調整装置、16
は光検知器９と位置検出器から送出される位置検出デー
タを読み取り光軸調整装置17の調整動作を制御する演算
装置である。演算装置16はマイクロコンピュータを用
い、半導体レーザ素子１を一定出力で発振させながら、
光軸調整装置17を一定間隔で走査させ、その際、位置検
出器９と光検知器３の出力を演算装置16に記憶させる。
記憶させたデータを基にして光ファイバの出力パワーを
位置の関数として前述した演算式（１） にしたがって、重心位置を計算させ、その重心位置に光
ファイバが位置するように光軸調整装置17を作動させ
る。この場合、dsはx,y平面での面dx,dyであり、重心位
置 ならびに半導体素子と光伝送路相対位置 は（x,y）にて表示できる。以上の動作はすべて演算装
置16に予め組み込まれた内部プログラムにしたがって制
御される。
このような構成によって、測定時間を短縮するため、
最初は粗い間隔で光ファイバ１の出力パワーを走査し、
信号を検出できる位置を探す。次いで、x,y,z軸方向
（ｚ軸を光軸方向とする。）について細かに走査し、光
学結合率分布の重心位置に相当する位置に光軸を合せれ
ばよい。
最初は粗い間隔で光ファイバ１の出力パワーを走査し、
信号を検出できる位置を探す。次いで、x,y,z軸方向
（ｚ軸を光軸方向とする。）について細かに走査し、光
学結合率分布の重心位置に相当する位置に光軸を合せれ
ばよい。
このような二段階走査で光軸合せをする方法は、特に
光ファイバ２が許容量の小さいシングルモードファイバ
の場合に有効である。
光ファイバ２が許容量の小さいシングルモードファイバ
の場合に有効である。
実施例−２ 第４図は、この発明の半導体素子および光伝送路の光
軸合せ装置の第２の実施例の概略構成を示す要部斜視図
であって、1aはアバランシェフォトダイオード（APD素
子）、５は光ファイバ、18は光ファイバに一定の光パワ
ーを注入する安定光源、17はファイバ位置検出兼調整機
構、16は演算装置である。
軸合せ装置の第２の実施例の概略構成を示す要部斜視図
であって、1aはアバランシェフォトダイオード（APD素
子）、５は光ファイバ、18は光ファイバに一定の光パワ
ーを注入する安定光源、17はファイバ位置検出兼調整機
構、16は演算装置である。
第４図の半導体素子および光伝送路の光軸合せ装置の
動作機構は実施例−１の装置における光検出器９の代り
にAPD素子1aを用いる以外は同様であり、装置としても
殆んどそのまま使用できる。
動作機構は実施例−１の装置における光検出器９の代り
にAPD素子1aを用いる以外は同様であり、装置としても
殆んどそのまま使用できる。
したがって、本実施例の装置を用いれば、発光素子で
も受光素子でも、また光ファイバがマルチモードのもの
でもあるいはシングルモードのものでも、装置の構成を
余り変えずに、内部プログラムのパラメータを変えるだ
けで、対応できる。
も受光素子でも、また光ファイバがマルチモードのもの
でもあるいはシングルモードのものでも、装置の構成を
余り変えずに、内部プログラムのパラメータを変えるだ
けで、対応できる。
〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、この発明の半導体素
子と光伝送路の光軸合せ方法によれば、光軸ずれと光学
結合率の関係が単純な単峰ピークにならない場合でも安
定した光学結合率位置に光軸合せできるので、調整時間
の短縮、歩溜りの向上が図れる。
子と光伝送路の光軸合せ方法によれば、光軸ずれと光学
結合率の関係が単純な単峰ピークにならない場合でも安
定した光学結合率位置に光軸合せできるので、調整時間
の短縮、歩溜りの向上が図れる。
第１図および第２図はそれぞれ半導体素子を光伝送路の
光学結合率分布が対称で単峰および二峰のプロフィル
図、第３図はこの発明の半導体素子と光伝送路の光軸合
せ装置の第１の実施例の概略構成を示す要部斜視図、第
４図はこの発明の半導体素子と光伝送路の光軸合せ装置
の第２の実施例の概略構成を示す要部斜視図、第５図は
従来の半導体レーザ素子と光伝送路の光軸合せの状況を
示す斜視図、第６図は第５図の光軸合せに組合せるサー
ボ回路のブロック図、第７図は半導体レーザ素子の発光
強度分布のピーク値の状態を示す説明図、第８図は光軸
ずれ量と光学結合効率が非対称な分布を有するときの状
態を示す特性図である。 図面中、 １…半導体レーザ素子、1a…APD素子、５…光伝送路、
９…光検知器、16…演算装置。
光学結合率分布が対称で単峰および二峰のプロフィル
図、第３図はこの発明の半導体素子と光伝送路の光軸合
せ装置の第１の実施例の概略構成を示す要部斜視図、第
４図はこの発明の半導体素子と光伝送路の光軸合せ装置
の第２の実施例の概略構成を示す要部斜視図、第５図は
従来の半導体レーザ素子と光伝送路の光軸合せの状況を
示す斜視図、第６図は第５図の光軸合せに組合せるサー
ボ回路のブロック図、第７図は半導体レーザ素子の発光
強度分布のピーク値の状態を示す説明図、第８図は光軸
ずれ量と光学結合効率が非対称な分布を有するときの状
態を示す特性図である。 図面中、 １…半導体レーザ素子、1a…APD素子、５…光伝送路、
９…光検知器、16…演算装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長岡 新二 武蔵野市緑町３丁目９番11号 日本電信 電話株式会社電子機構技術研究所内 (72)発明者 立川 吉明 武蔵野市緑町３丁目９番11号 日本電信 電話株式会社電子機構技術研究所内 (72)発明者 野村 稔 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−147610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−99549（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】半導体素子と光伝送路の光軸合わせに際
し、半導体素子と光伝送路相対位置 非対称分布である場合に、半導体素子と光伝送路の相対
位置に対する光学結合率分布の重心 を決定する式、 によって定められた位置を最適位置として光軸を合わせ
ることを特徴とする半導体素子と光伝送密との光軸合せ
方法。 - 【請求項２】半導体素子と光伝送密との相対位置を自由
に変えうる調整装置と、半導体素子と光伝送密の相対位
置を検出し、相対位置に比例した電気信号を発生する位
置検出器と、上記半導体素子および光伝送路の相対位置
の光学結合率を測定し電気信号に変換する光学結合率測
定装置と、前記位置検出装置および光学結合率測定装置
から送られる電気信号により光学結合率分布の重心を数
学的に算出する装置と、この装置の演算結果にしたがっ
て前記調整装置を駆動するサーボ機構と、からなること
を特徴とする半導体素子と光伝送路の光軸合せ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61185283A JP2504747B2 (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | 半導体素子と光伝送路との光軸合せ方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61185283A JP2504747B2 (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | 半導体素子と光伝送路との光軸合せ方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6341814A JPS6341814A (ja) | 1988-02-23 |
| JP2504747B2 true JP2504747B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=16168128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61185283A Expired - Lifetime JP2504747B2 (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | 半導体素子と光伝送路との光軸合せ方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504747B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01280729A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換装置 |
| JP2797996B2 (ja) * | 1995-03-22 | 1998-09-17 | 日本電気株式会社 | 光ファイバの光軸調整方法 |
| JPH0894890A (ja) * | 1994-09-28 | 1996-04-12 | Nec Corp | 光ファイバの光軸合わせ方法 |
| JP5307439B2 (ja) * | 2007-04-23 | 2013-10-02 | オリンパス株式会社 | レーザ顕微鏡 |
| WO2019012620A1 (ja) * | 2017-07-12 | 2019-01-17 | 三菱電機株式会社 | 光モジュールの製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5942253B2 (ja) * | 1975-02-28 | 1984-10-13 | 富士通株式会社 | 半導体発光素子と光フアイバの結合状態の検査方法 |
| JPS57147610A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-11 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Method for alignment between optical axis of bar-shaped lens body and optical axis of optical fiber |
-
1986
- 1986-08-08 JP JP61185283A patent/JP2504747B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6341814A (ja) | 1988-02-23 |
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