JP2760290B2 - Optical module optical axis adjustment method - Google Patents

Optical module optical axis adjustment method

Info

Publication number
JP2760290B2
JP2760290B2 JP6226415A JP22641594A JP2760290B2 JP 2760290 B2 JP2760290 B2 JP 2760290B2 JP 6226415 A JP6226415 A JP 6226415A JP 22641594 A JP22641594 A JP 22641594A JP 2760290 B2 JP2760290 B2 JP 2760290B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical axis
optical
radius
directions
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP6226415A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0894886A (en
Inventor
政幸 與島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP6226415A priority Critical patent/JP2760290B2/en
Publication of JPH0894886A publication Critical patent/JPH0894886A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2760290B2 publication Critical patent/JP2760290B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光軸調整方法に関し、
特に、半導体レーザの出射光を光ファイバに結合する光
モジュールの光軸調整方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical axis adjusting method,
In particular, the present invention relates to a method for adjusting an optical axis of an optical module for coupling outgoing light of a semiconductor laser to an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光モジュール光軸調整方法とし
て、例えば山登り法がある。
2. Description of the Related Art As a conventional optical axis adjustment method of an optical module, for example, there is a hill-climbing method.

【0003】この山登り法による従来の光モジュール光
軸調整方法について図面を参照して説明する。
A conventional optical module optical axis adjusting method using the hill climbing method will be described with reference to the drawings.

【0004】図8は、従来例の山登り法を示した説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory view showing a conventional hill-climbing method.

【0005】一軸方向に所定の送りピッチ21で光ファイ
半導体レーザユニットに対して相対移動し、移動し
たそれぞれの位置で光ファイバの透過光出力を比較しピ
ーク22の得られる位置を探索する。これをX,Y,Zの
三軸についてそれぞれ独立に同様の手順を光出力が増加
する限り繰り返す。通常、探索時間を短縮するために送
りピッチを数段階に設定し、粗調、微調の順で行う。
The optical fiber is moved relative to the semiconductor laser unit at a predetermined feed pitch 21 in one axial direction, and the transmitted light output of the optical fiber is compared at each of the moved positions to search for a position where a peak 22 can be obtained. This procedure is repeated independently for the three axes X, Y, and Z as long as the light output increases. Usually, the feed pitch is set to several stages in order to shorten the search time, and the adjustment is performed in the order of coarse adjustment and fine adjustment.

【0006】図9は、従来例の光出力が単調増加または
単調減少の分布ではなく、局所ピーク23を持つ場合を表
した説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a case where the light output of the conventional example has a local peak 23 instead of a monotonically increasing or monotonically decreasing distribution.

【0007】このような局所ピーク23が存在すると局所
ピーク23で探索が終了するため従来の山登り法では真の
ピーク24に到達できない。
If such a local peak 23 is present, the search ends at the local peak 23, so that the true peak 24 cannot be reached by the conventional hill-climbing method.

【0008】山登り法以外にベクトル探索を用いたもの
として、例えば、特開昭62-75508号公報に示すものがあ
る。
As an example using vector search other than the hill-climbing method, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-75508.

【0009】次に、この特開昭62-75508号公報のものに
ついて図面を参照して説明する。
Next, the structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-75508 will be described with reference to the drawings.

【0010】図10および図11は、従来例の光軸調整
原理を説明するためのレーザダイオードの構造を示した
断面図および斜視図である。
FIGS. 10 and 11 are a sectional view and a perspective view, respectively, showing the structure of a laser diode for explaining the principle of optical axis adjustment in a conventional example.

【0011】レーザダイオードチップ51はサブマウント
52に固定され、そのサブマウント52が枠部53に固定され
ている。一方光ファイバ54は、一方を枠部53に固定され
た支柱55の中央部に開けられた穴を貫通するように固定
されている。チップ51と光ファイバ54との光軸位置合わ
せは、支柱55をX,Y,θ方向に塑性変形させて光ファ
イバからの出力が最大となるように行う。
The laser diode chip 51 is a submount.
52 is fixed, the sub-mount 5 2 is fixed to the frame 53. On the other hand, the optical fiber 54 is fixed so as to penetrate a hole formed in the center of a column 55 having one fixed to the frame 53. The alignment of the optical axis between the chip 51 and the optical fiber 54 is performed so that the output from the optical fiber is maximized by plastically deforming the column 55 in the X, Y, and θ directions.

【0012】次に、この光軸位置合わせ方法について詳
しく説明する。
Next, the optical axis positioning method will be described in detail.

【0013】初期位置X0 ,Y0 ,θ0 における光出力
をf0 とし、まず△X1 移動し前後の光出力差より光出
力面のX軸方向の勾配を式(51)から求める。
The light output at the initial positions X 0 , Y 0 , θ 0 is f 0, and the gradient of the light output surface in the X-axis direction is obtained from the difference between the light output before and after the movement of △ X 1 from equation (51).

【0014】 [0014]

【0015】ここで、fX1は△X1 移動後の光出力であ
る。
Here, f X1 is the optical output after the movement of ΔX 1 .

【0016】次に、△Y1 移動し、同様にして式(52)か
らY軸方向の勾配を求める。
Next, the image is moved by ΔY 1 , and the gradient in the Y-axis direction is similarly obtained from equation (52).

【0017】 [0017]

【0018】さらに、△θ1 移動し、式(53)からθ方向
の勾配を求める。
Further, it is moved by △ θ 1 and the gradient in the θ direction is obtained from equation (53).

【0019】 [0019]

【0020】一通りX,Y,θ方向に移動したので、光
出力面の勾配s及び高さhは次のように定まる。
Since the light output surface has been moved in the X, Y, and θ directions, the slope s and the height h of the light output surface are determined as follows.

【0021】 [0021]

【0022】 h1 =fθ1 (55) (51)〜(55)を用いて次回(2回目)のX,Y,θ方向の
移動量△X2 ,△Y2 ,△θ2 は、
H 1 = fθ 1 (55) The next (second) movement amounts △ X 2 , 移動 Y 2 , △ θ 2 in the X, Y, and θ directions using (51) to (55) are

【0023】 [0023]

【0024】と定まる。ここで、 G=As1 m/h1 n (59) A,m及びnは定数であり、実験により最適値を求め
る。以下同様にN回目のX,Y,θ方向の移動量△
n ,△Yn ,△θn は、
Is determined. Here, G = As 1 m / h 1 n (59) A, m, and n are constants, and the optimum value is obtained by experiment. Similarly, the amount of movement in the X, Y, and θ directions for the Nth time △
X n , △ Y n , △ θ n are

【0025】 [0025]

【0026】と定まる。ここで、 G=Asn-1 m/hn-1 n (63) ただし、It is determined that Here, G = As n-1 m / h n-1 n (63)

【0027】 [0027]

【0028】 hn-1 =fθn-1 (65) 以下、この方式で移動を続け、Nがある回数を越える
か、sがある値を下回るか、またはhがある値を越える
場合に移動を終了させる。
H n-1 = fθ n-1 (65) Hereinafter, the movement is continued in this manner, and the movement is performed when N exceeds a certain number of times, s falls below a certain value, or h exceeds a certain value. To end.

【0029】この従来例は、探索に勾配測定を応用し、
ベクトル的な探索を試みたものである。従来の山登り法
に比べ移動回数を少なくできる。
This conventional example applies a gradient measurement to a search,
This is a vector search. The number of movements can be reduced as compared with the conventional hill-climbing method.

【0030】[0030]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光モジ
ュール光軸調整方法の中で、一般的な山登り法は各軸独
立にある定まったピッチで順次ピークを探索するため探
索に時間がかかる上、局所的ピークが存在すると真のピ
ークに到達できないという問題がある。
Among the above-mentioned conventional optical module optical axis adjustment methods, the general hill-climbing method requires time for searching because peaks are sequentially searched at a fixed pitch for each axis independently. There is a problem that a true peak cannot be reached if a local peak exists.

【0031】また、従来の勾配測定を応用した方法は、
ベクトル的に効率的にピーク近傍に到達できるが、ピー
クを確認する手段がなく、山登り法同様局所的ピークに
留まる可能性があるという問題点がある。
Further, a method using the conventional gradient measurement is as follows.
Although it is possible to efficiently reach the vicinity of the peak vector-wise, there is no means for confirming the peak, and there is a problem that it may remain at a local peak like the hill-climbing method.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明の光モジュール光
軸調整方法は、半導体レーザと前記半導体レーザからの
出射光を集光するレンズとを有する半導体レーザユニッ
トと光ファイバとの光軸を前記光ファイバからの透過光
出力が最大となるように、両者の相対位置を光軸に垂直
な方向のX,Y方向と光軸方向のZ方向とにX,Y,Z
の三軸の調整ステージを用いて三次元空間上で位置合わ
せを行う光モジュールの光軸調整方法において、前記光
軸に垂直な面内における光結合の空間パワー特性がガウ
シアンのレーザパワー分布に近似できることを前提に
し、前記光軸に垂直な断面の円周上の90度等配置され
た4点および中心の計5点の光出力ならびに測定円の半
径を用いて、前記光軸位置におけるレーザのX方向の集
光ビーム半径w X とY方向の集光ビーム半径w Y とを求
め、前記w X と前記w Y との平均値と前記測定円の半径と
から直交する2方向の光軸中心からの位置ズレ量を算出
し位置合わせすることを第一の特徴とする。
Optical module optical axis adjusting method of the present invention According to an aspect of, the optical axes of the semiconductor laser unit and an optical fiber having a lens for condensing light emitted from the semiconductor laser and the semiconductor laser Light transmitted from optical fiber
In order to maximize the output , the relative positions of the two are set in X, Y and Z directions in the X and Y directions perpendicular to the optical axis and the Z direction in the optical axis direction.
In the optical axis adjustment method of an optical module for performing alignment in a three-dimensional space using the three-axis adjustment stage, the spatial power characteristic of optical coupling in a plane perpendicular to the optical axis approximates a Gaussian laser power distribution. Assuming that it is possible, it is arranged at 90 degrees on the circumference of a cross section perpendicular to the optical axis.
4 points and a total of 5 points of light output and half of the measurement circle
Using the diameter, the collection of the laser in the X direction at the optical axis position
A light beam radius w X and Y directions of the focused beam radius w Y determined
Because the average value of w X and the w Y and the radius of the measuring circle
The first feature is that the amount of positional deviation from the center of the optical axis in two directions orthogonal to is calculated and alignment is performed.

【0033】本発明の光モジュール光軸調整方法は、前
記光軸方向における光結合の空間パワー特性がTEM00
モードのガウシアンビームの波面広がりに近似できるこ
とを前提にし、前記光軸位置で求めたビーム径と標準サ
ンプルの光軸焦点位置におけるビーム径とを用いて光軸
焦点位置までの距離を算出し、次の探索位置を前記測定
位置と前記求めた光軸焦点位置との間に設定し、逐次推
定光軸焦点位置を修正しながら最大光出力の得られる
置を探索することを第二の特徴とする。
In the optical module optical axis adjusting method according to the present invention, the spatial power characteristic of the optical coupling in the optical axis direction is TEM 00
Based on the assumption that the wavefront spread of the Gaussian beam in the mode can be approximated , the beam diameter obtained at the optical axis position and the standard size
The distance to the optical axis focal position is calculated using the beam diameter at the optical axis focal position of the sample, and the next search position is measured.
It is set between the position and the calculated optical axis focal position, and
A second feature is to search for a position where the maximum light output can be obtained while correcting the constant optical axis focal position .

【0034】[0034]

【作用】次に、本発明の実施例について述べるに先立
ち、本発明の原理について示す。
The principle of the present invention will be described below before describing the embodiments of the present invention .

【0035】LDから出射されレンズで集光されるレー
ザ光は式(10)に示すガウシアンビームの放射分布を有す
る。
The laser beam emitted from the LD and condensed by the lens has a Gaussian beam radiation distribution represented by the equation (10).

【0036】 I(r)=(2P/πw2 )EXP(−2r2 /w2 ) (10) ここで、 I(r):中心からの距離rにおける光強
度 P:ビームのトータルパワー w:出力強度が1/e2 (13.5%)となるビーム半径 e:指数関数 r:中心からの距離 尚、ガウシアンビームの光学系については、1993年
7月、山田英明著、キ.ノ・メレスグリオ株式会社出版
の「レーザー&オプティクスガイドNo3(2)、レーザ
ー用アクセサリー及びディテクター」の頁3などで述べ
られている。
I (r) = (2P / πw 2 ) EXP (−2r 2 / w 2 ) (10) where I (r): light intensity at a distance r from the center P: total power of the beam w: The beam radius at which the output intensity becomes 1 / e 2 (13.5%) e: exponential function r: distance from the center The optical system of the Gaussian beam is described in July 1993 by Hideaki Yamada, K. It is described on page 3 of “Laser & Optics Guide No. 3 (2), Laser Accessories and Detectors” published by No Melles Griot Co., Ltd.

【0037】図3は、図1に示す光モジュールのサンプ
ルで光軸調整後に光軸に垂直な断面上で光ファイバの位
置を光軸中心からずらして測定した光ファイバの透過光
出力を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the transmitted light output of the optical fiber measured by shifting the position of the optical fiber from the center of the optical axis on a section perpendicular to the optical axis after adjusting the optical axis in the sample of the optical module shown in FIG. It is.

【0038】+印はX方向、◇はY軸方向の測定結果
であり、光軸中心の最大パワーで正規化表示してある。
実線は測定結果からピーク出力の13.5%におけるビーム
半径wを求め、式(10)に代入したガウシアンビームの強
度分布である。同様に中心の最大パワーで正規化表示し
てある。両者は良く一致しており、光モジュールの光結
合の空間パワー特性がガウシアンのレーザパワー分布に
近似できることがわかる。
The mark + indicates the measurement result in the X direction and the mark Δ indicates the measurement result in the Y axis direction, which is normalized and displayed with the maximum power at the center of the optical axis.
The solid line is the intensity distribution of the Gaussian beam obtained by calculating the beam radius w at 13.5% of the peak output from the measurement result and substituting it into the equation (10). Similarly, it is normalized and displayed with the maximum power at the center. Both are in good agreement, indicating that the spatial power characteristic of the optical coupling of the optical module can be approximated to a Gaussian laser power distribution.

【0039】次に、ガウシアンビームの光軸に垂直な断
面における5点の光出力からその光軸方向での各点にお
けるビーム半径と光軸中心からの位置ずれ量を求める方
法について説明する。
Next, a method for obtaining the beam radius and the amount of displacement from the center of the optical axis at each point in the direction of the optical axis from the light output at five points in the cross section perpendicular to the optical axis of the Gaussian beam will be described.

【0040】図4は、光軸垂直断面における測定点の定
義を示した平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the definition of measurement points in a section perpendicular to the optical axis.

【0041】測定中心P0 と円周上の90度等配置された
4点PX+,PX-,PY+,PY-が示されてある。
Four points P X + , P X− , P Y + , and P Y− are equally arranged at 90 ° on the circumference of the circle with respect to the measurement center P 0 .

【0042】尚、この図4のX,Y軸は図2に示すXY
ステージ7のX,Y軸方向の送り軸方向と一致してい
る。これら5点における光出力(I0 ,IX+,IX-,I
Y+,IY-)は、式(11)〜式(15)で与えられる。
It should be noted that the X and Y axes in FIG.
It coincides with the feed axis directions of the X and Y axes of the stage 7. The light output (I 0 , I X + , I X− , I
Y + , I Y− ) are given by equations (11) to (15).

【0043】 I0 =K・EXP[−2(△X2 +△Y2 )/w2 ] (11) IX+=K・EXP[−2{(△X+R)2 +△Y2 }/w2 ] (12) IX-=K・EXP[−2{(△X−R)2 +△Y2 }/w2 ] (13) IY+=K・EXP[−2{△X2 +(△Y+R)2 }/w2 ] (14) IY-=K・EXP[−2{△X2 +(△Y−R)2 }/w2 ] (15) ここで、 w : ビーム半径 K : 2P/πw2 R : 円の半径 △X,△Y : 光軸からの位置ずれ量 式(11)〜式(13)より ln(IX+/I0 )=−2(R2 +2RX)/w2 (16) ln(IX-/I0 )=−2(R2 −2RX)/w2 (17) 式(16)、式(17)をwについて解くと、 w=2R/[−{ln(IX+/I0 )+ln(IX-/I0 )}]1/2 (18) 同様にして、 w=2R/[−{ln(IY+/I0 )+ln(IY-/I0 )}]1/2 (19) となる。I 0 = K · EXP [−2 (△ X 2 + △ Y 2 ) / w 2 ] (11) I X + = K · EXP [−2 {(△ X + R) 2 + {Y 2 } / w 2 ] (12) I X− = K · EXP [−2 {(△ X−R) 2 + {Y 2 } / w 2 ] (13) I Y + = K · EXP [−2 {△ X 2 + ( ΔY + R) 2 } / w 2 ] (14) I Y− = K · EXP [−2 {△ X 2 + (△ Y−R) 2 } / w 2 ] (15) where, w: beam radius K : 2P / πw 2 R: circle having a radius of △ X, △ Y: positional deviation amount formula from the optical axis (11) ln than to formula (13) (I X + / I 0) = - 2 (R 2 + 2RX) / w 2 (16) ln (I X− / I 0 ) = − 2 (R 2 −2RX) / w 2 (17) When Equations (16) and (17) are solved for w, w = 2R / [− {ln (I X + / I 0) + ln (I X- / I 0)}] 1/2 (18) in the same manner, w = 2R / [- { ln (I Y + / I 0) + ln ( Y- / I 0)}] is half (19).

【0044】実際の測定においては、X軸方向とY軸方
向のビーム径が異なるため、X軸方向のビーム半径wX
を式(18)より、 wX =2R/[−{ln(IX+/I0 )+ln(IX-/I0 )}]1/2 (20) また、Y軸方向のビーム半径wY を式(19)より、 wY =2R/[−{ln(IY+/I0 )+ln(IY-/I0 )}]1/2 (21) とし、ビーム半径wを、 w=(wX +wY )/2 (22) で与える。
In the actual measurement, since the beam diameters in the X-axis and Y-axis directions are different, the beam radius w X in the X-axis direction is different.
From equation (18) a, w X = 2R / [- {ln (I X + / I 0) + ln (I X- / I 0)}] 1/2 (20) In addition, the Y-axis direction beam radius w Y From equation (19), it is assumed that w Y = 2R / [− {ln (I Y + / I 0 ) + ln (I Y− / I 0 )}] 1/2 (21), and the beam radius w is w = ( given by w X + w Y) / 2 (22).

【0045】ここで求めたwを用いて軸ずれ量△X,△
Yの求め方について説明する。式(12)、式(13)から、 ln(IX-/IY+)=8R△X/w2 (23) これを△Xについて解くと、 △X=w2 ×ln(IX-/IY+)/(8R) (24) となる。同様にして、△Yも △Y=w2 ×ln(IX-/IY+)/(8R) (25) として与えられる。
Using the obtained w, the amount of axis deviation {X, △
How to determine Y will be described. From the equations (12) and (13), ln ( IX− / IY + ) = 8R △ X / w 2 (23) When this is solved for ΔX, ΔX = w 2 × ln (I X− / I Y + ) / (8R) (24) Similarly, ΔY is also given as ΔY = w 2 × ln (I X− / I Y + ) / (8R) (25)

【0046】次に、光軸方向のレーザビームの広がりに
ついて説明する。
Next, the spread of the laser beam in the optical axis direction will be described.

【0047】TEM00モードのガアウシアンビームの波
面広がり(w)は、式(26)で与えられる。
The wavefront spread (w) of the Gaussian beam in the TEM00 mode is given by equation (26).

【0048】 w(z)=w0 {1+(λz/πw0 22 1/2 (26) w(z): ビームウエストからの伝播距離rにおける
ビーム半径 w0 : ビームウエスト半径 λ : レーザビームの波長 z : ビームウエストからの伝播距離 尚、TEMとは、transeverse electoromagetic の略
で、つねに電界ベクトルと磁界ベクトルの両方が伝播方
向に垂直である電磁波TEM波の特定のTEM波が導波
管や空胴中を伝播するモードのことをいう。
W (z) = w 0 {1+ (λz / πw 0 2 ) 21/2 (26) w (z): Beam radius at propagation distance r from the beam waist w 0 : Beam waist radius λ: Wavelength z of laser beam: Propagation distance from beam waist TEM is an abbreviation of "transverse electronomagetic". A specific TEM wave of an electromagnetic TEM wave in which both the electric field vector and the magnetic field vector are always perpendicular to the propagation direction is guided. A mode that propagates through tubes and cavities.

【0049】図5は、図1に示した光モジュールのサン
プルで、最大光結合の得られる位置から光軸方向に光フ
ァイバを移動させ光出力を測定した結果である。
FIG. 5 shows the result of measuring the optical output of the sample of the optical module shown in FIG. 1 by moving the optical fiber in the optical axis direction from the position where the maximum optical coupling is obtained.

【0050】理論値は、最大光結合の得られる位置にお
けるビームウエスト半径及びレーザビームの波長(1.3μ
m) を式(26)に代入し各光軸位置zにおけるビーム半径
wを求め、求めたビーム半径wを式(10)に代入しそれぞ
れの光軸位置における最大光出力(光軸ずれゼロ)を求
めたものである。ビームウエスト近傍で理論値からのず
れが大きい傾向を示しているものの理論値とほぼ一致し
ていることがわかる。
The theoretical values are the beam waist radius at the position where the maximum optical coupling is obtained and the wavelength of the laser beam (1.3 μm).
m) into Equation (26) to determine the beam radius w at each optical axis position z, and substitute the obtained beam radius w into Equation (10) to obtain the maximum light output (zero optical axis deviation) at each optical axis position. It is what was asked. Although the deviation from the theoretical value tends to be large in the vicinity of the beam waist, it is understood that the deviation substantially coincides with the theoretical value.

【0051】従って、ほぼ一定な既知のビームウエスト
半径及び各光軸位置におけるビーム径を用いて式(26)を
zについて解いた式(27)からビームウエストからの伝播
距離、すなわち光軸焦点位置までの距離zを求めること
ができる。
Accordingly, the propagation distance from the beam waist, that is, the optical axis focal position, is obtained from the equation (27) obtained by solving the equation (26) for z using a substantially constant known beam waist radius and the beam diameter at each optical axis position. Can be obtained.

【0052】 z=(πw0 2/λ)・{(w/w0 2 −1}1/2 (27)Z = (πw 0 2 / λ) {{(w / w 0 ) 2 -1} 1/2 (27)

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0053】図1は、本発明の対象とする光モジュール
の一例を示す断面図であり、図2は、図1の光モジュー
ルの光軸を光軸調整ステージ上で調整するところを説明
するための図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an optical module to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a view for explaining how the optical axis of the optical module of FIG. 1 is adjusted on an optical axis adjustment stage. FIG.

【0054】図1において、この光モジュールは、LD
素子パッケージ1と、LD素子パッケージ1に固定され
たレンズホルダ3と、このレンズホルダ3に組み込まれ
た集光レンズ2と、フランジ付パイプ5と、このフラン
ジ付パイプ5を介してレンズホルダ3に固定された光フ
ァイバ4aを有する光ファイバ端末4とから構成されて
いる。
In FIG. 1, this optical module is an LD
The element package 1, the lens holder 3 fixed to the LD element package 1, the condenser lens 2 incorporated in the lens holder 3, the pipe 5 with the flange, and the lens holder 3 through the pipe 5 with the flange And an optical fiber terminal 4 having a fixed optical fiber 4a.

【0055】次に、この光モジュールの光軸の光軸調整
ステージ上での調整方法について図2を参照して説明す
る。
Next, a method of adjusting the optical axis of the optical module on the optical axis adjusting stage will be described with reference to FIG.

【0056】図1に示すLD素子パッケージ1と集光レ
ンズ2とレンズホルダ3とから成るLDユニット6は、
Xステージ7aとYステージ7bから成るXYステージ
7上のLDチャック9aに、また、光ファイバ端末4の
光ファイバ4aはZステージ8上のファイバチャック9
bにそれぞれセットされる。LDユニット6をXYステ
ージ7により光軸に垂直な断面上で移動させ、また、光
ファイバ4aをZステージ8により光軸方向に移動させ
ることにより三次元空間上で、光ファイバ4aからの透
過光出力が最大となるように両者の位置合わせを行う。
The LD unit 6 including the LD element package 1, the condenser lens 2 and the lens holder 3 shown in FIG.
The LD chuck 9a on the XY stage 7 composed of the X stage 7a and the Y stage 7b, and the optical fiber 4a of the optical fiber terminal 4 is attached to the fiber chuck 9 on the Z stage 8.
b. The LD unit 6 is moved on the section perpendicular to the optical axis by the XY stage 7 and the optical fiber 4a is moved in the optical axis direction by the Z stage 8 to transmit the transmitted light from the optical fiber 4a in a three-dimensional space. The two are aligned so that the output is maximized.

【0057】次に、本発明の実施例の光軸調整方法につ
いて図6を参照して説明する。
Next, an optical axis adjusting method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0058】図6は、光結合の空間パワー特性がガウシ
アンビームに近似できることを前提にした光軸調整方法
を示したフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an optical axis adjustment method on the premise that the spatial power characteristic of optical coupling can be approximated to a Gaussian beam.

【0059】まず、工程S1で、現在の光軸位置から標
準サンプルの光軸焦点位置までの距離zと標準サンプル
のビームウエスト半径を用いて現在の光軸位置における
予測ビーム半径we を算出し、工程S2で、半径we
4の円周上の4点および中心の光出力を測定する。工程
S3で、工程S2で測定した光出力を用いてビーム半
径、軸ずれ量および光軸焦点位置を求め、工程S4で、
工程S3で求めた軸ずれ量から位置補正し、工程S5
で、工程S3で求めたビーム半径、光軸焦点位置までの
距離からピーク判定しピーク条件を満足したものは以後
の探索を中止する。工程S6で、工程S5でピーク条件
を満足しなかった場合に次の探索光軸位置zを指定し工
程S1に戻る。
[0059] First, in step S1, to calculate the predicted beam radius w e at the current position of the optical axis with a beam waist radius distance z and the standard samples from the current position of the optical axis to the optical axis focal point of the standard sample , The radius w e /
The light output at four points and the center on the circumference of 4 is measured. In step S3, the beam radius, the amount of axial deviation, and the optical axis focal position are obtained using the optical output measured in step S2, and in step S4,
The position is corrected based on the amount of axis deviation obtained in step S3, and step S5
Then, the peak is determined from the beam radius and the distance to the optical axis focal position obtained in step S3. If the peak condition is satisfied, the subsequent search is stopped. In step S6, if the peak condition is not satisfied in step S5, the next search optical axis position z is specified, and the process returns to step S1.

【0060】工程S5におけるピーク判定では、例え
ば、 光軸焦点位置までの距離z≦20μm……………………………………………… (a) 0.95≦(測定ビーム半径/実験的に求めたビームウエスト半径)≦1.05…… (b) とし、いずれか一方を満足した場合にピークだと判定で
きる。
In the peak judgment in the step S5, for example, the distance to the optical axis focal position z ≦ 20 μm....... (A) 0.95 ≦ (measured beam radius / (Experimentally determined beam waist radius) ≦ 1.05 (b) If either one is satisfied, it can be determined that the peak is reached.

【0061】また、次の光軸方向の探索位置を指定する
工程S6では、例えば現在の位置と光軸焦点位置との中
心、またはビーム径が半分になる位置に次の探索位置を
設定することにより指数関数的に光軸焦点位置に収束で
きる上、逐次算出結果に基づき予測光軸焦点位置を補正
することにより確実にピーク位置を探索できる。
In the step S6 for designating the next search position in the direction of the optical axis, the next search position is set, for example, at the center between the current position and the focus position of the optical axis, or at a position where the beam diameter becomes half. The exponential function converges to the optical axis focal position, and the peak position can be reliably searched by correcting the predicted optical axis focal position based on the successive calculation results.

【0062】図7は、図6の光軸調整フローに基づき実
際のサンプルで探索を行った結果の一例を示す。
FIG. 7 shows an example of the result of a search performed on actual samples based on the optical axis adjustment flow of FIG.

【0063】山登り法で光軸調整し、光軸焦点位置と最
大光パワーの既知のサンプルに対して、光軸焦点位置か
ら光軸方向に1000μm離し、図6のフローに基づき探索
を行った。図7には、パワーを既知の最大光パワーで正
規化し探索回数と正規化パワーの変化を示してある。各
位置における測定円の半径は、予測ビーム半径の1/4
とし、また、光軸方向における次の探索位置は、ビーム
半径が半分となる位置を算出して設定した。また、探索
位置が光軸焦点位置に近づきビーム径が、ビームウエス
ト径の2倍未満に達した場合は、次の探索位置を予測光
軸焦点位置と現在の位置との中央に設定した。
The optical axis was adjusted by the hill-climbing method, and a search was performed based on the flow of FIG. FIG. 7 shows changes in the number of searches and the normalized power by normalizing the power with the known maximum optical power. The radius of the measurement circle at each position is 1/4 of the predicted beam radius
The next search position in the optical axis direction was set by calculating a position where the beam radius becomes half. When the search position approaches the optical axis focal position and the beam diameter reaches less than twice the beam waist diameter, the next search position is set at the center between the predicted optical axis focal position and the current position.

【0064】以上のルールで探索を繰り返し、ビーム径
とビームウエスト径との誤差が5%以内もしくは光軸焦
点位置までの距離が30μm以下になったらピークと判定
した。
The search was repeated according to the above rules, and a peak was determined when the error between the beam diameter and the beam waist diameter was within 5% or the distance to the optical axis focal position was 30 μm or less.

【0065】上記の結果、図7より6回の探索で、ほぼ
ピークに達していることがわかる。
As a result, it can be seen from FIG. 7 that the search has almost reached the peak in six searches.

【0066】尚、図6の工程S5でのピーク判定後に光
軸方向に例えば10μmステップで探索位置を変え工程S
2〜工程S4を行い、光出力を順次比較することにより
光出力が最大となる位置を正確に探索することができ
る。
After the peak is determined in step S5 in FIG. 6, the search position is changed in the optical axis direction by, for example, 10 μm steps.
Steps S2 to S4 are performed, and by sequentially comparing the light outputs, the position where the light output becomes maximum can be accurately searched.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ール光軸調整方法は、光結合の空間パワー特性がガウシ
アンビームに近似できることを用いて、任意の光軸
断面における5点の光出力からビーム半径と軸ずれ
量を算出し位置ずれ量の補正ができる上、測定ビーム半
径と実験的に求めた標準サンプルの光軸焦点位置におけ
るビームウエスト半径から光軸焦点位置までの距離を推
定でき、次の探索位置を確かな予測のもと光軸焦点位置
に漸近するように逐次設定・補正しながら局所的なピー
クや近似からのずれに影響されずに効率的で信頼性のあ
る光軸位置合わせを行うことができるという効果を奏す
る。
As described above, according to the present invention, an optical module optical axis adjusting method of the present invention, the spatial power characteristics of optical coupling with a can be approximated to the Gaussian beam, 5 points in a cross section perpendicular to the arbitrary optical axis In addition to calculating the beam radius and the amount of axial deviation from the optical output and correcting the amount of positional deviation, the distance between the measured beam radius and the beam waist radius at the optical axis focal position of the experimentally determined standard sample to the optical axis focal position is calculated. It can be estimated, and it is efficient and reliable without being affected by local peaks or deviations from approximations while sequentially setting and correcting the next search position to approach the optical axis focus position with reliable prediction There is an effect that the optical axis can be aligned.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光軸調整方法の一実施例を説明するた
めの光モジュールの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical module for explaining an embodiment of an optical axis adjusting method according to the present invention.

【図2】図1の光モジュールの光軸を光軸調整ステージ
上で調整するところを説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining how an optical axis of the optical module of FIG. 1 is adjusted on an optical axis adjustment stage.

【図3】本実施例の光軸調整方法の光結合の光軸垂直断
面における強度分布を説明するグラフである。
FIG. 3 is a graph illustrating an intensity distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of optical coupling in the optical axis adjustment method according to the present embodiment.

【図4】本実施例の光軸調整方法の原理を説明する測定
点の定義を示した平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the definition of measurement points for explaining the principle of the optical axis adjustment method of the present embodiment.

【図5】本実施例の光軸調整方法の光結合の光軸方向の
強度分布を説明するグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating the intensity distribution in the optical axis direction of optical coupling in the optical axis adjustment method according to the present embodiment.

【図6】本実施例の光軸調整方法のフローチャートであ
る。
FIG. 6 is a flowchart of an optical axis adjustment method according to the present embodiment.

【図7】本実施例の光軸調整方法の探索例を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph illustrating a search example of the optical axis adjustment method according to the present embodiment.

【図8】従来例の山登り法を説明するための説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a conventional hill-climbing method.

【図9】従来例の山登り法の問題点を説明するための説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a problem of the conventional hill-climbing method.

【図10】従来例の別の光軸調整方法を説明するための
光モジュールの構成を示した断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical module for explaining another optical axis adjusting method of the conventional example.

【図11】図10に示した光モジュールの斜視図であ
る。
11 is a perspective view of the optical module shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 LD素子パッケージ 2 集光レンズ 3 レンズホルダ 4 光ファイバ端末 4a 光ファイバ 5 フランジ付パイプ 6 LDユニット 7 XYステージ 7a Xステージ 7b Yステージ 8 Zステージ 9a LDチャック 9b ファイバチャック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LD element package 2 Condensing lens 3 Lens holder 4 Optical fiber terminal 4a Optical fiber 5 Pipe with flange 6 LD unit 7 XY stage 7a X stage 7b Y stage 8 Z stage 9a LD chuck 9b Fiber chuck

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体レーザと前記半導体レーザからの
出射光を集光するレンズとを有する半導体レーザユニッ
トと光ファイバとの光軸を前記光ファイバからの透過光
出力が最大となるように、両者の相対位置を光軸に垂直
な方向のX,Y方向と光軸方向のZ方向とにX,Y,Z
の三軸の調整ステージを用いて三次元空間上で位置合わ
せを行う光モジュールの光軸調整方法において、前記光
軸に垂直な面内における光結合の空間パワー特性がガウ
シアンのレーザパワー分布に近似できることを前提に
し、前記光軸に垂直な断面の円周上の90度等配置され
た4点および中心の計5点の光出力ならびに測定円の半
径を用いて、前記光軸位置におけるレーザのX方向の集
光ビーム半径w X とY方向の集光ビーム半径w Y とを求
め、前記w X と前記w Y との平均値と前記測定円の半径と
から直交する2方向の光軸中心からの位置ズレ量を算出
し位置合わせすることを特徴とする光モジュール光軸調
整方法。
An optical axis of an optical fiber and a semiconductor laser unit having a semiconductor laser and a lens for condensing light emitted from the semiconductor laser , the transmitted light from the optical fiber.
In order to maximize the output , the relative positions of the two are set in X, Y and Z directions in the X and Y directions perpendicular to the optical axis and the Z direction in the optical axis direction.
In the optical axis adjustment method of an optical module for performing alignment in a three-dimensional space using the three-axis adjustment stage, the spatial power characteristic of optical coupling in a plane perpendicular to the optical axis approximates a Gaussian laser power distribution. Assuming that it is possible, it is arranged at 90 degrees on the circumference of a cross section perpendicular to the optical axis.
4 points and a total of 5 points of light output and half of the measurement circle
Using the diameter, the collection of the laser in the X direction at the optical axis position
A light beam radius w X and Y directions of the focused beam radius w Y determined
Because the average value of w X and the w Y and the radius of the measuring circle
An optical module optical axis adjusting method, comprising calculating a positional deviation amount from a center of an optical axis in two directions orthogonal to each other and performing alignment.
【請求項2】 前記光軸方向における光結合の空間パワ
ー特性がTEM00モードのガウシアンビームの波面広が
りに近似できることを前提にし、前記光軸位置で求めた
ビーム径と標準サンプルの光軸焦点位置におけるビーム
径とを用いて光軸焦点位置までの距離を算出し、次の探
索位置を前記測定位置と前記求めた光軸焦点位置との間
に設定し、逐次推定光軸焦点位置を修正しながら最大光
出力の得られる位置を探索することを特徴とする請求項
1記載の光モジュール光軸調整方法。
2. On the assumption that the spatial power characteristic of optical coupling in the optical axis direction can be approximated to the wavefront spread of a Gaussian beam in a TEM 00 mode, the optical power is obtained at the optical axis position.
Beam diameter and beam at the optical axis focus position of the standard sample
Calculating a distance to the optical axis focal position by using the diameter, the following probe
Between the measurement position and the determined optical axis focal position.
To the maximum light while correcting the sequentially estimated optical axis focal position.
2. The optical module optical axis adjusting method according to claim 1, wherein a position where an output is obtained is searched.
【請求項3】 前記光軸に垂直な断面の円周上の4点お
よび中心の計5点の光出力(IX+,IX-,IY+,IY-
0 )ならびに測定円の半径(R)を用いて、 wX =2R/[−{ln(IX+/I0 )+ln(IX-/I0 )}]1/2 と、 wY =2R/[−{ln(IY+/I0 )+ln(IY-/I0 )}]1/2 とにより、 w=(wX +wY )/2 に示す前記光軸位置におけるレーザの集光ビーム半径w
を求め、求めたビーム半径wを用いて、 ΔX=w×ln(IX-/IX+)/(8R)と、 ΔY=w×ln(IY-/IY+)/(8R) とから直交する2方向の光軸中心からの位置ズレ量Δ
X,ΔYを求め位置ズレ量を補正することを特徴とする
請求項1記載の光モジュール光軸調整方法。
3. A light output (I X + , I X− , I Y + , I Y− , 4 points on the circumference of a section perpendicular to the optical axis and a total of 5 points at the center.
Using I 0 ) and the radius (R) of the measurement circle, w X = 2R / [− {ln (I X + / I 0 ) + ln (I X− / I 0 )}] 1/2 and w Y = 2R / [− {ln (I Y + / I 0 ) + ln (I Y− / I 0 )}] 1/2, and the laser collection at the optical axis position represented by w = (w X + w Y ) / 2 Light beam radius w
, And using the obtained beam radius w, ΔX = w × ln ( IX− / IX + ) / (8R) and ΔY = w × ln ( IY− / IY + ) / (8R) Position shift amount Δ from the optical axis center in two orthogonal directions
3. The optical module optical axis adjusting method according to claim 1, wherein X and .DELTA.Y are obtained and the positional deviation amount is corrected.
【請求項4】 前記光軸に垂直な断面における直交する
2方向が前記三軸の調整ステージのX,Y方向の送り方
向と一致していることを特徴とする請求項3記載の光モ
ジュール光軸調整方法。
4. The optical module light according to claim 3, wherein two orthogonal directions in a cross section perpendicular to the optical axis coincide with feed directions in the X and Y directions of the three-axis adjustment stage. Axis adjustment method.
【請求項5】 前記探索位置における測定円の半径を、
前記探索位置における予測ビーム半径の1/4 倍から2倍
程度に設定することを特徴とする請求項2または請求項
3記載の光モジュール光軸調整方法。
5. The method according to claim 5, wherein the radius of the measurement circle at the search position is
1/4 to 2 times the predicted beam radius at the search position
3. The method according to claim 2, wherein the degree is set to a degree.
3. The method for adjusting the optical axis of the optical module according to 3 .
JP6226415A 1994-09-21 1994-09-21 Optical module optical axis adjustment method Expired - Lifetime JP2760290B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6226415A JP2760290B2 (en) 1994-09-21 1994-09-21 Optical module optical axis adjustment method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6226415A JP2760290B2 (en) 1994-09-21 1994-09-21 Optical module optical axis adjustment method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0894886A JPH0894886A (en) 1996-04-12
JP2760290B2 true JP2760290B2 (en) 1998-05-28

Family

ID=16844769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6226415A Expired - Lifetime JP2760290B2 (en) 1994-09-21 1994-09-21 Optical module optical axis adjustment method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2760290B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6678047B1 (en) 1999-07-09 2004-01-13 The Furukawa Electric Co., Ltd. Method and apparatus for aligning optical axes of optical components
JP3885183B2 (en) 2000-01-17 2007-02-21 独立行政法人産業技術総合研究所 Optical device, method for adjusting optical device, and recording medium recorded with processing program executed by the adjusting method
JP3645168B2 (en) 2000-10-18 2005-05-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Optical axis adjusting method and recording medium recording the adjusting program
JP3833889B2 (en) 2000-11-29 2006-10-18 古河電気工業株式会社 Laser diode device and optical fiber alignment method, alignment device using the method, and laser diode module
KR100466378B1 (en) * 2002-06-07 2005-01-13 주식회사 이오테크닉스 Method for arranging optical device and optical fiber in procedure manufacturing optical communication module
JP6190325B2 (en) * 2014-06-09 2017-08-30 日本電信電話株式会社 Optical semiconductor device mounting method and apparatus
CN108256238B (en) * 2018-01-22 2021-08-03 武汉理工大学 Fiber grating wavelength demodulation method and device based on deep learning
CN113048915B (en) * 2019-12-26 2022-07-22 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 Camera optical axis pointing vision measurement method
JP2023169689A (en) * 2022-05-17 2023-11-30 株式会社アドバンテスト Light beam diameter measurement device, method, program, and storage medium

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0374364A (en) * 1989-08-14 1991-03-28 Mitsui Toatsu Chem Inc Method for treating epoxydation reaction liquid
JPH0610327U (en) * 1992-07-10 1994-02-08 ジューキ株式会社 Peeling device for adhesive press

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0894886A (en) 1996-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0479120B1 (en) Method for monitoring fiber tension
JP2760290B2 (en) Optical module optical axis adjustment method
US4253735A (en) Image forming optical system for semiconductor laser
US20200241220A1 (en) Optical assemblies, interconnection substrates and methods for forming optical links in interconnection substrates
US20190154931A1 (en) Optical assemblies, interconnection substrates and methods for forming optical links in interconnection substrates
JP3833889B2 (en) Laser diode device and optical fiber alignment method, alignment device using the method, and laser diode module
EP0453946A2 (en) Method of focusing optical head on object body and optical inspection system comprising an automatic focusing device
US6137938A (en) Flat top, double-angled, wedge-shaped fiber endface
JP2007517408A (en) Method and apparatus for performing spectral analysis of limited regions
US5324954A (en) Systems for adjusting and evaluating positional relationship between light-receiving element and optical fiber
US20220118549A1 (en) Dynamic energy and spot size adjustment method for laser processing with optical microscope
US5617439A (en) Semiconductor laser device and semiconductor laser array device
US11101153B2 (en) Parameter-stable misregistration measurement amelioration in semiconductor devices
Tseng et al. Automation of multi-degree-of-freedom fiber-optic alignment using a modified simplex method
US20020033941A1 (en) Method and system for aligning an optical fiber delivery system
Mobarhan et al. Fiber to waveguide alignment algorithm
Cheung et al. Simulation of the alignment sensitivity on the coupling efficiency of a ball-lens capped TO-can laser diode source into a single-mode fiber
Fleischer Laser beam width, divergence, and propagation factor: status and experience with the draft standard
JPH0894890A (en) Optical axis alignment method for optical fiber
Chen et al. Out-of-plane optical coupling between an elliptical Gaussian beam and an angled single-mode fiber
JPH11248955A (en) Optical waveguide, method for aligning lens and optical waveguide, device for aligning lens and optical waveguide, wireless optical communication equipment and recording medium
JP2001083379A (en) Method and device for optical axis alignment of optical parts
JP2006259251A (en) Method for aligning optical axis of optical module
US7280232B2 (en) Method and apparatus for measuring wafer thickness
JP2024002684A (en) Alignment method and alignment device for optical waveguide and optical fiber

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19980217