JP3650591B2 - 光結合モジュールの光軸修正方法 - Google Patents
光結合モジュールの光軸修正方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、入力側と出力側の少なくとも２つのコリメータを筒状体に固定したコリメータ間の光軸を調整できる光結合モジュールの光軸調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも２つのコリメータと、その光軸を合わせた状態で固定される筒状体１１２とを具えた光結合モジュールとして、例えば図７に示すような構造の光結合モジュール１００があり、このモジュールの断面を概略的に示してある。このモジュール１００は、２つの光入力側のコリメータ１０２および１０４からモジュール１００内に入力される光をそれぞれ、プリズム１０６および光結合器１０８を介して、光出力側のコリメータ１１０に結合させるものである。
【０００３】
このようなモジュール１００の製造に際しては、光入力側のコリメータ１０２および１０４と光出力側のコリメータ１１０との光損失が最小限になるように光軸を合わせる（調芯とも称する。）必要がある。一方側のコリメータを筒状体１１２に固定した後、もう一方側のコリメータを、光損失が最小限となる最適調芯位置に調整する。
【０００４】
この後、コリメータ１０２、１０４または１１０と筒状体１１２との接合部をレーザ溶接、例えばＹＡＧレーザを用いて溶接固定する。コリメータ１０２、１０４および１１０は、それぞれ、筒状体１１２に形成された円筒空洞１１８、１２０および１２２内に挿入して固定する。コリメータ１０２、１０４および１１０の外壁と円筒状空洞１１８、１２０および１２２の周縁とが円形に線接触して、接合部を構成している。よって接合部は円形であり、この円の円周上にレーザを１２〜１５箇所、互いに等間隔となるように照射する。
【０００５】
この照射は、例えば、まず円周上の３点の互いに等間隔な位置に同時に行われ、その後円周上で位置をずらしてさらに３点同時に照射を行う。その後は、位置をずらしながらさらに２回あるいは３回、３点での照射を行うことにより、最終的に接合部の円周の１２〜１５箇所で溶接固定することができる。これにより、コリメータが筒状体に固定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなレーザによる溶接固定では、レーザの照射位置のずれやレーザパワーのばらつき、溶接部分の状態の違い等によって、レーザの照射部分に生じる収縮が照射位置によって異なる。このため、コリメータ１０２、１０４および１１０の角度が接合時に調整した最適調芯位置よりもずれてしまうことが多い。よって、筒状体１１２に固定した後の光入力側のコリメータ１０２および１０４と光出力側のコリメータ１１０との間では、光軸がずれて光損失が増加してしまうという問題があった。
【０００７】
このため、光軸合わせを行った少なくとも２つの光学部品の筒状体への溶接固定時に発生する光軸ずれが生じない光結合モジュール、及び光軸を修正する方法の出現が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明の第１の態様は、（ａ）第１コリメータ（１４，１６）を収容する第１の円筒空洞（２６，２８）と、第２コリメータ（１８）を収容する第２の円筒空洞（３０）とを備えた筒状体（１２）を用意し、（ｂ）前記第２の円筒空洞（３０）内に前記第２コリメータ（１８）を装入した状態で前記筒状体（１２）と前記第２コリメータ（１８）を溶接により固定し、（ｃ）前記第１の円筒空洞（２６，２８）内に前記第１コリメータ（１４，１６）の一部を装入し、前記第１コリメータ（１４、１６）と前記第２コリメータ（１８）の光軸合わせを行って前記筒状体（１２）と前記第１コリメータ（１４，１６）をレーザ照射により溶接して固定し、（ｄ）次いで、前記第１コリメータ（１４，１６）に外力を加えて前記第１コリメータ（１４，１６）と前記第２コリメータ（１８）の両者間の光損失を測定してその光損失が最小値となるヒット箇所（７０）で前記光軸合わせの際の光損失に対する増加分を調べて、該増加分が第１の値の場合には第１の照射エネルギー、該増加分が前記第１の値より大きい場合には前記第１の照射エネルギーより大きな第２の照射エネルギー、該増加分が前記第１の値より小さい場合には前記第１の照射エネルギーより小さな第３の照射エネルギーとした大きさの照射エネルギーを決定した後に、前記筒状体（１２）と前記第１コリメータ（１４，１６）の接合部のうち前記第１コリメータ（１４，１６）を挟んで前記ヒット箇所（７０）とは反対側の箇所（８０）に、決定された前記照射エネルギーを有するレーザを照射してレーザ溶接することにより前記第１コリメータ（１４，１６）の光軸ずれを修正することを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法である。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記反対側の箇所（８０）は、前記第１コリメータ（１４，１６）の直径方向に前記ヒット箇所（７０）とは１８０度反対側に存在することを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法である。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記筒状体（１２）のうち前記第１コリメータ（１４，１６）との接合部分はリング（３８）の一面側の球面形状であり、さらに、前記第１コリメータ（１４，１６）のうち前記筒状体（１２）との接合部分は前記球面形状に対して線接触するフランジ（４２）であることを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法である。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、前記光軸ずれの修正を複数回行なうことを特徴とする光結合モジュールの光軸調整方法である。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第１〜第４のいずれかの態様において、前記レーザ溶接は、ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザであることを特徴とする光結合モジュールの光軸調整方法である。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第１〜第５のいずれかの態様において、前記第１コリメータ（１４，１６）と前記第１の円筒空洞（２６，２８）は少なくとも１つ設けられ、さらに、前記筒状体（１２）は前記第１コリメータ（１４，１６）と前記第２コリメータ（１８）の間の光軸上に光結合素子（３４）と入力光の光路を変更するプリズム（３２）とを収容する空洞部（３５）を有することを特徴とする光結合モジュールの光軸調整方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示例に限定するものではない。また、図において、図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜線）は一部分を除き省略してある。この実施の形態では、光入力側のコリメータおよび光出力側のコリメータを備えた光結合モジュールの例と、その光軸修正方法につき、より詳しく説明する。図１はこの実施形態の光結合モジュールの概略的な構成の断面図である。
【００２１】
以下において、入力側のコリメータが２セットの場合を述べるが、２セットに限定されず、３セット或いは４セットでも、筒状体内にコリメータ数に対応する個数のプリズムを収容できれば、実施できることは言うまでもない。
【００２２】
光結合モジュール１０は、中間の円筒空洞に光結合素子３４と出力コリメータ１８の光軸から変位した入力コリメータ１６の入力光の光軸を変更するプリズム３２を収容している筒状体１２と、この筒状体１２に固定された入力コリメータ１４、１６および出力コリメータ１８とを備えている。光結合素子は、例えば偏光分離素子等である。また、プリズムは、異方性結晶のプリズムである。入力コリメータ１４には第１入力ファイバ２０が連結しており、出力コリメータ１６には第２入力ファイバ２２が連結しており、出力コリメータ１８には出力ファイバ２４が連結されている。
【００２３】
筒状体１２の入力側１２ａに形成された第１円筒空洞２６には、入力側の第１入力ファイバ２０および第２入力ファイバ２２からそれぞれ筒状体１２内に入力する光を、このプリズム３２および光結合素子３４を用いて合成した後、合成した光を出力ファイバ２４に結合させる作用が行われる。
【００２４】
この光モジュール１０の組立ては、まず、筒状体１２の出力側１２ｂの円筒空洞３０に出力コリメータ１８を挿入した後、レーザ溶接、例えばＹＡＧ溶接により固定する。次に、筒状体１２の入力側１２ａに形成された第１および第２円筒空洞２６および２８に、入力コリメータ１４および出力コリメータ１６を、出力コリメータ１８に光軸を合わせながら、それぞれ挿入した後固定する。
【００２５】
この実施の形態では、筒状体１２の入力側１２ａの第１円筒空洞２６と入力コリメータ１４との接合部は、以下に説明するような構造である。なお、第２円筒空洞２８と出力コリメータ１６との接合部も同様の構造である。
図２は、コリメータと筒状体との接続部の構造の拡大図であり、また、図３は、接続部の接続前の状態を示した図である。
【００２６】
図２に示すように、コリメータ１４は、シリンダ４４と、その先端に設けられたコリメータレンズ４８と、他端に接続された光ファイバ２０とから構成される。そして、第１円筒空洞２６の端面２６ａに、リング３８の下面３８ｂを溶接させる。このリング３８の反対側の面３８ａは所定の半径を有する球面を形成する。
【００２７】
他方、入力コリメータ１４のシリンダ４４の中間には、先端４０が平面であるフランジ４２が設けられ、前記リングの球面３８ａと線接触する。そして、リング３８の球面３８ａと入力コリメータ１４のフランジ４２の先端４０とは、レーザ溶接により固定される。また、出力コリメータ１６も入力コリメータ１４と同様に筒状体１２の円筒空洞２８の端部にリング３８を介して溶接されて固定されている。
【００２８】
次に、コリメータの筒状体への接続は、次のようにして行う。図３に示す構成例では、入力コリメータ１４は、円筒状シリンダ４４と、このシリンダ４４内に具えられた空洞部４６と、空洞部４６に接続された第１入力ファイバ２０と、第１入力ファイバ２０の反対側に固定されたレンズ４８とを具えている。更に、シリンダの中間にフランジ４２を備える。
【００２９】
リング３８の球面３８ａは上記フランジ４２の平面状である先端４０と当接し、球面と線接触するので、コリメータのｘ軸（光軸）方向の向きを容易に調整できる。このため、上記コリメータ間の光軸を合わせた状態で、これらのコリメータをそれぞれ筒状体に接合させた後に、この接合部を溶接して光結合モジュールの光学部品間の光軸ずれを修正する。具体的には、溶接後に、コリメータ間の光損失をモニタしながら、レーザ溶接を行うことが望ましい。
【００３０】
上記において、入力コリメータ１４の筒状体１２への接続は、まず、入力コリメータ１４を保持している図示しない治具を用いて、入力コリメータ１４を、レンズ４８側が、第１円筒空洞２６の端部２６ａに対向するように調節する。その後、第１円筒状空洞部の端部２６ａを含む面におけるｘ軸およびｙ軸方向の筒状体１２の位置、ｘ軸方向の筒状体１２の角度およびｙ軸方向の筒状体１２の角度を、それぞれ筒状体１２を保持している図示しない治具を用いて、出力コリメータ１８に入力する光の損失が最小となるように調整する。すなわち、入力コリメータ１４と、出力コリメータ１８との光軸合わせを行う。
【００３１】
次に、リング３８を、その球面３８ａが入力コリメータ１４と対向するようにして、第１円筒空洞２６の端面２６ａにセットする。このリング３８の構造を図４に示す。図４（Ａ）は、リング３８の断面図であり、図４（Ｂ）は、リングを上から見た平面図である。
【００３２】
図４（Ａ）に示す、球面３８ａは、球５０を、その中心５２を通る軸５４に対して垂直な２つの面５６および５８で切断して得られる。この球５０の大きさは、フランジ４２の先端４０が球面３８ａと常に接触するように、フランジ４２の先端４０の面積の大きさに応じて適宜設定する。
【００３３】
図５は、円筒空洞２６にリング３８を介してコリメータ１４が接合した際におけるリング、フランジの先端およびコリメータのシリンダのそれぞれの位置関係、およびレーザヘッドの配置位置を概略的に示した構成図であり、筒状体の入力側から見た平面図であり、その一部に図２に示すＺ−Ｚ面での断面矢視図も示す。
【００３４】
図４（Ｂ）に示す、リング３８の内側の円３８ｃは、入力コリメータ１４または出力コリメータ１６のシリンダ４４の外周円４５よりも大きく、フランジ４２の先端４０で形成される円４１よりも小さくなるようにする。そして、リング３８の球面３８ａと入力コリメータ１４のフランジ４２の先端面４０とを接触させた状態で、リング３８と円筒空洞２６の端部２６ａとの接合部分を溶接し固定し、その後、球面３８ａと先端４０との接触部を溶接し固定する。
【００３５】
この例では、一度にリング３８の外側の３ヶ所（ｐ、ｑ、ｒ）に対して等間隔にレーザを照射し、点溶接を行なう。筒状体１２の周囲に、レーザヘッド６０を３台１２０°間隔で配置して、３方向から同時に照射を行う。これにより、照射の衝撃による接合部の位置ずれは最小限に抑えることができる。この照射を４〜５回、照射箇所をずらしながら行うことによって、接合部に１２〜１５ヶ所の溶接固定部分を形成することができる。レーザ溶接は、ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザが溶接部の面積が小さい。従って凝固収縮量が小なく溶接後の変形が少ない点で望ましい。
【００３６】
その後、第１円筒空洞２６に入力コリメータ１４の光軸合わせを行った状態のまま挿入して、リング３８の球面３８ａと入力コリメータ１４のフランジ４２の先端４０とを接合させる。その後、この球面３８とフランジ先端４０との円形の接合部４１に対して、１２〜１５ヶ所、等間隔にレーザを照射して溶接を行う。この溶接も、一度に３ヶ所（例えばｘ、ｙ、ｚ）に等間隔にレーザを照射する処理を、照射位置をずらしながら４〜５回行う。ＹＡＧレーザの場合には、照射エネルギーを、例えば６．４Ｊとする。
【００３７】
また、出力コリメータ１６も入力コリメータ１４と同様にしてリング３８を介して筒状体１２の第２円筒空洞２８に溶接固定する。
【００３８】
しかしながら、溶接ビームの照射位置やパワー、溶接箇所の状態によって照射による収縮の度合いが、この１２〜１５ヶ所の溶接固定部分の中でも違ってくる。よって、入力コリメータ１４および出力コリメータ１６は光軸合わせを行った時点よりも傾いて固定されることがある。これにより、入力コリメータ１４および出力コリメータ１８間、ならびに入力コリメータ１６および出力コリメータ１８間の光の結合損失値は最大１５ｄＢ程度増加してしまうことがある。
【００３９】
このような場合には、再度コリメータの光軸ずれを修正する方法を図６に示す。まず、光入力側および光出力側のコリメータ間の光損失をモニタしながら、一方のコリメータの接合部周囲の任意の複数箇所に対して外力を順次に加えることにより、光損失の低減が最大になるヒット箇所を探し出す。光損失は、例えばＪＩＳ Ｃ５９０１に規定する光伝送用受動部品試験方法により行う。
【００４０】
この例では、入力コリメータ１４または出力コリメータ１６のシリンダ周囲の任意の箇所に対して、例えば金属の棒を押しつけることによって外力を加える。このように外力を加えながら、入力コリメータ１４と１６、及び出力コリメータ１８との間の光損失をモニタして、外力を加えたときに光損失が一番低減するヒット箇所７０を探し出す。
【００４１】
次に、光損失が一番低減するヒット箇所７０とコリメータを挟んで１８０度反対側の箇所８０に、レーザを照射する。すなわち、溶接された接合部が円形の場合には、ヒット箇所と直径方向に１８０度反対の側の箇所にレーザを再照射することにより、接合部での光軸ずれの再調整を行う。
【００４２】
レーザを照射した箇所８０は、溶解して再び固化する際に収縮する。よって、この収縮の力を利用して、入力コリメータ１４の溶接固定に起因する傾きを修正する。なお、コリメータの光軸ずれの修正を行う場合に、レーザの照射位置を接合部の決定された照射位置の周辺で微妙に変化させて、照射実験を行ったところ、レーザの照射エネルギーが同じであれば、フランジに対して照射を行ったときに、最も修正能力が高くなることが確認された。
【００４３】
また、実験により、光軸合わせを行った時点の光損失値に対する溶接後の光損失値の増加分によって、ＹＡＧレーザの照射エネルギーを変えて、光軸ずれの修正にかかる照射をより効率的に行うことを見出した。この光損失値の増加分に対する照射エネルギーの最適値を下記表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１によれば、光損失値の増加分が０．１ｄＢ以下のときは照射エネルギーを２．０Ｊとするのがよく、増加分が０．１〜０．３ｄＢのときは照射エネルギーを４．２Ｊとする。同様に、光損失値の増加分が０．３〜０．５ｄＢのときは照射エネルギーを５．１Ｊとし、０．５〜１．０ｄＢのときは５．７Ｊとし、１．０〜２．０ｄＢのときは６．４Ｊとし、２．０〜３．０ｄＢのときは７．０Ｊとし、および増加分が３．０ｄＢ以上のときは照射エネルギーを７．５Ｊとするのが修正に効果的である。
【００４６】
この修正は、光損失の値が、溶接固定前に光軸合わせを行った時点と比較して、±０．０１ｄＢ程度になるまで、外力を加えて光損失が低減するヒット箇所を探しだし、この後そのヒット箇所とはコリメータを挟んで反対側の箇所に対してＹＡＧレーザを照射するという修正工程を数回繰り返して行う。
【００４７】
この結果、表２に示すように、入力コリメータ１４および出力コリメータ１８間の光損失に関しては、光軸合わせ時に０．２２ｄＢで、溶接固定により０．３０ｄＢとなった光損失値を、上述した修正によって０．２３ｄＢにまで低減することができる。また、入力コリメータ１６および出力コリメータ１８間の光損失に関しては、光軸合わせ時に０．３０ｄＢで、溶接固定により４．１ｄＢとなってしまった光損失値を、修正によって０．２９ｄＢにすることができる。
【００４８】
【表２】
【００４９】
レーザを照射した金属製の筒状体の箇所は溶けた後、冷えて再び固まるときに収縮する。この収縮によってレーザ照射箇所を含む光学部品全体が照射箇所の方向に引っ張られる。すなわち、照射箇所とは反対側の接合部の箇所に外力が加えられたと同様の状態となる。この照射箇所とは反対側の接合部の箇所は、コリメータ等の光学部品間の光損失をモニタしながら探しだされた、光損失の低減が最大となるヒット箇所であるため、光損失の低減を図ることができる。よって、光学部品の溶接後に生じる光学部品間の光軸ずれを、接合時の状態とほぼ同じ状態にまで修正することができる。
【００５０】
また、光軸ずれを修正するためのレーザの照射を一度行った時点で、コリメータ間の光損失がまだ大きい場合には、再度、光損失の低減が最大となるヒット箇所を探し、このヒット箇所とは光学部品を挟んで反対側の接合部の箇所にＹＡＧレーザ等のレーザを照射するという一連の動作を、所望の光損失の値が得られるまで繰り返して行えばよい。
【００５１】
また、このような光軸調整方法は、一般にコリメータを備えた光モジュールに適用できることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の光結合モジュールは、中間の空洞部の光軸上に光結合素子と入力光の光路を変更するプリズムとを収容し、入力側に1以上の入力コリメータを収容し、出力側に単数の出力コリメータを収容している。そして、前記1以上の入力コリメータの光軸が、製作後において光軸調整手段により調整できる構造であるので、光結合モジュールとして利用価値が高い。
【００５３】
また、本発明の光軸修正方法によれば、溶接固定後に、コリメータを含む光学部品間の光損失をモニタしながら、一方のコリメータの接合部周囲の任意の複数箇所に対して外力を順次に加えることにより、光損失の低減が最大となるヒット箇所を探しだし、このヒット箇所とは光学部品を挟んで反対側の接合部の箇所にレーザを照射することによって容易に光軸ずれを容易に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る光結合モジュールの概略的な構成図である。
【図２】図１に示すコリメータの要部拡大図である。
【図３】筒状体にコリメータを挿入する前の時点における各構成成分の概略図である。
【図４】（Ａ）は、リングの断面図であり、（Ｂ）は、リングを上から見た平面図である。
【図５】リング、フランジの先端およびコリメータのシリンダの位置関係およびレーザヘッドの配置位置を示す概略図である。
【図６】光損失が低減する箇所およびＹＡＧレーザの照射箇所の一例を示す図である。
【図７】従来の光モジュールの構成図である。
【符号の説明】
１０，１００：光結合モジュール
１２，１１２：筒状体
１４、１６：入力コリメータ
１８：出力コリメータ
２０：第１入力ファイバ
２２：第２入力ファイバ
２４：出力ファイバ
２６：第１円筒空洞
２６ａ：筒状体の端部
２８：第２円筒空洞
３０：第３円筒空洞
３２，１０６：プリズム
３４，１０８：光結合器
３８：リング
３８ａ：リング球面
３８ｂ：リング球面と反対側の面
３８ｃ：リング内面
４０：先端
４１：先端で形成される円（球面とフランジ先端との接合部）
４２：フランジ
４４：シリンダ
４５：シリンダ外周
４６：空洞部
４８：レンズ
６０：ＹＡＧレーザヘッド
７０：光損失が最低のヒット箇所
８０：反対側の箇所
１０２，１０４，１１０：コリメータ
１１８，１２０，１２２：円筒空洞
【産業上の利用分野】
この発明は、入力側と出力側の少なくとも２つのコリメータを筒状体に固定したコリメータ間の光軸を調整できる光結合モジュールの光軸調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも２つのコリメータと、その光軸を合わせた状態で固定される筒状体１１２とを具えた光結合モジュールとして、例えば図７に示すような構造の光結合モジュール１００があり、このモジュールの断面を概略的に示してある。このモジュール１００は、２つの光入力側のコリメータ１０２および１０４からモジュール１００内に入力される光をそれぞれ、プリズム１０６および光結合器１０８を介して、光出力側のコリメータ１１０に結合させるものである。
【０００３】
このようなモジュール１００の製造に際しては、光入力側のコリメータ１０２および１０４と光出力側のコリメータ１１０との光損失が最小限になるように光軸を合わせる（調芯とも称する。）必要がある。一方側のコリメータを筒状体１１２に固定した後、もう一方側のコリメータを、光損失が最小限となる最適調芯位置に調整する。
【０００４】
この後、コリメータ１０２、１０４または１１０と筒状体１１２との接合部をレーザ溶接、例えばＹＡＧレーザを用いて溶接固定する。コリメータ１０２、１０４および１１０は、それぞれ、筒状体１１２に形成された円筒空洞１１８、１２０および１２２内に挿入して固定する。コリメータ１０２、１０４および１１０の外壁と円筒状空洞１１８、１２０および１２２の周縁とが円形に線接触して、接合部を構成している。よって接合部は円形であり、この円の円周上にレーザを１２〜１５箇所、互いに等間隔となるように照射する。
【０００５】
この照射は、例えば、まず円周上の３点の互いに等間隔な位置に同時に行われ、その後円周上で位置をずらしてさらに３点同時に照射を行う。その後は、位置をずらしながらさらに２回あるいは３回、３点での照射を行うことにより、最終的に接合部の円周の１２〜１５箇所で溶接固定することができる。これにより、コリメータが筒状体に固定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなレーザによる溶接固定では、レーザの照射位置のずれやレーザパワーのばらつき、溶接部分の状態の違い等によって、レーザの照射部分に生じる収縮が照射位置によって異なる。このため、コリメータ１０２、１０４および１１０の角度が接合時に調整した最適調芯位置よりもずれてしまうことが多い。よって、筒状体１１２に固定した後の光入力側のコリメータ１０２および１０４と光出力側のコリメータ１１０との間では、光軸がずれて光損失が増加してしまうという問題があった。
【０００７】
このため、光軸合わせを行った少なくとも２つの光学部品の筒状体への溶接固定時に発生する光軸ずれが生じない光結合モジュール、及び光軸を修正する方法の出現が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明の第１の態様は、（ａ）第１コリメータ（１４，１６）を収容する第１の円筒空洞（２６，２８）と、第２コリメータ（１８）を収容する第２の円筒空洞（３０）とを備えた筒状体（１２）を用意し、（ｂ）前記第２の円筒空洞（３０）内に前記第２コリメータ（１８）を装入した状態で前記筒状体（１２）と前記第２コリメータ（１８）を溶接により固定し、（ｃ）前記第１の円筒空洞（２６，２８）内に前記第１コリメータ（１４，１６）の一部を装入し、前記第１コリメータ（１４、１６）と前記第２コリメータ（１８）の光軸合わせを行って前記筒状体（１２）と前記第１コリメータ（１４，１６）をレーザ照射により溶接して固定し、（ｄ）次いで、前記第１コリメータ（１４，１６）に外力を加えて前記第１コリメータ（１４，１６）と前記第２コリメータ（１８）の両者間の光損失を測定してその光損失が最小値となるヒット箇所（７０）で前記光軸合わせの際の光損失に対する増加分を調べて、該増加分が第１の値の場合には第１の照射エネルギー、該増加分が前記第１の値より大きい場合には前記第１の照射エネルギーより大きな第２の照射エネルギー、該増加分が前記第１の値より小さい場合には前記第１の照射エネルギーより小さな第３の照射エネルギーとした大きさの照射エネルギーを決定した後に、前記筒状体（１２）と前記第１コリメータ（１４，１６）の接合部のうち前記第１コリメータ（１４，１６）を挟んで前記ヒット箇所（７０）とは反対側の箇所（８０）に、決定された前記照射エネルギーを有するレーザを照射してレーザ溶接することにより前記第１コリメータ（１４，１６）の光軸ずれを修正することを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法である。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記反対側の箇所（８０）は、前記第１コリメータ（１４，１６）の直径方向に前記ヒット箇所（７０）とは１８０度反対側に存在することを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法である。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記筒状体（１２）のうち前記第１コリメータ（１４，１６）との接合部分はリング（３８）の一面側の球面形状であり、さらに、前記第１コリメータ（１４，１６）のうち前記筒状体（１２）との接合部分は前記球面形状に対して線接触するフランジ（４２）であることを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法である。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、前記光軸ずれの修正を複数回行なうことを特徴とする光結合モジュールの光軸調整方法である。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第１〜第４のいずれかの態様において、前記レーザ溶接は、ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザであることを特徴とする光結合モジュールの光軸調整方法である。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第１〜第５のいずれかの態様において、前記第１コリメータ（１４，１６）と前記第１の円筒空洞（２６，２８）は少なくとも１つ設けられ、さらに、前記筒状体（１２）は前記第１コリメータ（１４，１６）と前記第２コリメータ（１８）の間の光軸上に光結合素子（３４）と入力光の光路を変更するプリズム（３２）とを収容する空洞部（３５）を有することを特徴とする光結合モジュールの光軸調整方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示例に限定するものではない。また、図において、図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜線）は一部分を除き省略してある。この実施の形態では、光入力側のコリメータおよび光出力側のコリメータを備えた光結合モジュールの例と、その光軸修正方法につき、より詳しく説明する。図１はこの実施形態の光結合モジュールの概略的な構成の断面図である。
【００２１】
以下において、入力側のコリメータが２セットの場合を述べるが、２セットに限定されず、３セット或いは４セットでも、筒状体内にコリメータ数に対応する個数のプリズムを収容できれば、実施できることは言うまでもない。
【００２２】
光結合モジュール１０は、中間の円筒空洞に光結合素子３４と出力コリメータ１８の光軸から変位した入力コリメータ１６の入力光の光軸を変更するプリズム３２を収容している筒状体１２と、この筒状体１２に固定された入力コリメータ１４、１６および出力コリメータ１８とを備えている。光結合素子は、例えば偏光分離素子等である。また、プリズムは、異方性結晶のプリズムである。入力コリメータ１４には第１入力ファイバ２０が連結しており、出力コリメータ１６には第２入力ファイバ２２が連結しており、出力コリメータ１８には出力ファイバ２４が連結されている。
【００２３】
筒状体１２の入力側１２ａに形成された第１円筒空洞２６には、入力側の第１入力ファイバ２０および第２入力ファイバ２２からそれぞれ筒状体１２内に入力する光を、このプリズム３２および光結合素子３４を用いて合成した後、合成した光を出力ファイバ２４に結合させる作用が行われる。
【００２４】
この光モジュール１０の組立ては、まず、筒状体１２の出力側１２ｂの円筒空洞３０に出力コリメータ１８を挿入した後、レーザ溶接、例えばＹＡＧ溶接により固定する。次に、筒状体１２の入力側１２ａに形成された第１および第２円筒空洞２６および２８に、入力コリメータ１４および出力コリメータ１６を、出力コリメータ１８に光軸を合わせながら、それぞれ挿入した後固定する。
【００２５】
この実施の形態では、筒状体１２の入力側１２ａの第１円筒空洞２６と入力コリメータ１４との接合部は、以下に説明するような構造である。なお、第２円筒空洞２８と出力コリメータ１６との接合部も同様の構造である。
図２は、コリメータと筒状体との接続部の構造の拡大図であり、また、図３は、接続部の接続前の状態を示した図である。
【００２６】
図２に示すように、コリメータ１４は、シリンダ４４と、その先端に設けられたコリメータレンズ４８と、他端に接続された光ファイバ２０とから構成される。そして、第１円筒空洞２６の端面２６ａに、リング３８の下面３８ｂを溶接させる。このリング３８の反対側の面３８ａは所定の半径を有する球面を形成する。
【００２７】
他方、入力コリメータ１４のシリンダ４４の中間には、先端４０が平面であるフランジ４２が設けられ、前記リングの球面３８ａと線接触する。そして、リング３８の球面３８ａと入力コリメータ１４のフランジ４２の先端４０とは、レーザ溶接により固定される。また、出力コリメータ１６も入力コリメータ１４と同様に筒状体１２の円筒空洞２８の端部にリング３８を介して溶接されて固定されている。
【００２８】
次に、コリメータの筒状体への接続は、次のようにして行う。図３に示す構成例では、入力コリメータ１４は、円筒状シリンダ４４と、このシリンダ４４内に具えられた空洞部４６と、空洞部４６に接続された第１入力ファイバ２０と、第１入力ファイバ２０の反対側に固定されたレンズ４８とを具えている。更に、シリンダの中間にフランジ４２を備える。
【００２９】
リング３８の球面３８ａは上記フランジ４２の平面状である先端４０と当接し、球面と線接触するので、コリメータのｘ軸（光軸）方向の向きを容易に調整できる。このため、上記コリメータ間の光軸を合わせた状態で、これらのコリメータをそれぞれ筒状体に接合させた後に、この接合部を溶接して光結合モジュールの光学部品間の光軸ずれを修正する。具体的には、溶接後に、コリメータ間の光損失をモニタしながら、レーザ溶接を行うことが望ましい。
【００３０】
上記において、入力コリメータ１４の筒状体１２への接続は、まず、入力コリメータ１４を保持している図示しない治具を用いて、入力コリメータ１４を、レンズ４８側が、第１円筒空洞２６の端部２６ａに対向するように調節する。その後、第１円筒状空洞部の端部２６ａを含む面におけるｘ軸およびｙ軸方向の筒状体１２の位置、ｘ軸方向の筒状体１２の角度およびｙ軸方向の筒状体１２の角度を、それぞれ筒状体１２を保持している図示しない治具を用いて、出力コリメータ１８に入力する光の損失が最小となるように調整する。すなわち、入力コリメータ１４と、出力コリメータ１８との光軸合わせを行う。
【００３１】
次に、リング３８を、その球面３８ａが入力コリメータ１４と対向するようにして、第１円筒空洞２６の端面２６ａにセットする。このリング３８の構造を図４に示す。図４（Ａ）は、リング３８の断面図であり、図４（Ｂ）は、リングを上から見た平面図である。
【００３２】
図４（Ａ）に示す、球面３８ａは、球５０を、その中心５２を通る軸５４に対して垂直な２つの面５６および５８で切断して得られる。この球５０の大きさは、フランジ４２の先端４０が球面３８ａと常に接触するように、フランジ４２の先端４０の面積の大きさに応じて適宜設定する。
【００３３】
図５は、円筒空洞２６にリング３８を介してコリメータ１４が接合した際におけるリング、フランジの先端およびコリメータのシリンダのそれぞれの位置関係、およびレーザヘッドの配置位置を概略的に示した構成図であり、筒状体の入力側から見た平面図であり、その一部に図２に示すＺ−Ｚ面での断面矢視図も示す。
【００３４】
図４（Ｂ）に示す、リング３８の内側の円３８ｃは、入力コリメータ１４または出力コリメータ１６のシリンダ４４の外周円４５よりも大きく、フランジ４２の先端４０で形成される円４１よりも小さくなるようにする。そして、リング３８の球面３８ａと入力コリメータ１４のフランジ４２の先端面４０とを接触させた状態で、リング３８と円筒空洞２６の端部２６ａとの接合部分を溶接し固定し、その後、球面３８ａと先端４０との接触部を溶接し固定する。
【００３５】
この例では、一度にリング３８の外側の３ヶ所（ｐ、ｑ、ｒ）に対して等間隔にレーザを照射し、点溶接を行なう。筒状体１２の周囲に、レーザヘッド６０を３台１２０°間隔で配置して、３方向から同時に照射を行う。これにより、照射の衝撃による接合部の位置ずれは最小限に抑えることができる。この照射を４〜５回、照射箇所をずらしながら行うことによって、接合部に１２〜１５ヶ所の溶接固定部分を形成することができる。レーザ溶接は、ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザが溶接部の面積が小さい。従って凝固収縮量が小なく溶接後の変形が少ない点で望ましい。
【００３６】
その後、第１円筒空洞２６に入力コリメータ１４の光軸合わせを行った状態のまま挿入して、リング３８の球面３８ａと入力コリメータ１４のフランジ４２の先端４０とを接合させる。その後、この球面３８とフランジ先端４０との円形の接合部４１に対して、１２〜１５ヶ所、等間隔にレーザを照射して溶接を行う。この溶接も、一度に３ヶ所（例えばｘ、ｙ、ｚ）に等間隔にレーザを照射する処理を、照射位置をずらしながら４〜５回行う。ＹＡＧレーザの場合には、照射エネルギーを、例えば６．４Ｊとする。
【００３７】
また、出力コリメータ１６も入力コリメータ１４と同様にしてリング３８を介して筒状体１２の第２円筒空洞２８に溶接固定する。
【００３８】
しかしながら、溶接ビームの照射位置やパワー、溶接箇所の状態によって照射による収縮の度合いが、この１２〜１５ヶ所の溶接固定部分の中でも違ってくる。よって、入力コリメータ１４および出力コリメータ１６は光軸合わせを行った時点よりも傾いて固定されることがある。これにより、入力コリメータ１４および出力コリメータ１８間、ならびに入力コリメータ１６および出力コリメータ１８間の光の結合損失値は最大１５ｄＢ程度増加してしまうことがある。
【００３９】
このような場合には、再度コリメータの光軸ずれを修正する方法を図６に示す。まず、光入力側および光出力側のコリメータ間の光損失をモニタしながら、一方のコリメータの接合部周囲の任意の複数箇所に対して外力を順次に加えることにより、光損失の低減が最大になるヒット箇所を探し出す。光損失は、例えばＪＩＳ Ｃ５９０１に規定する光伝送用受動部品試験方法により行う。
【００４０】
この例では、入力コリメータ１４または出力コリメータ１６のシリンダ周囲の任意の箇所に対して、例えば金属の棒を押しつけることによって外力を加える。このように外力を加えながら、入力コリメータ１４と１６、及び出力コリメータ１８との間の光損失をモニタして、外力を加えたときに光損失が一番低減するヒット箇所７０を探し出す。
【００４１】
次に、光損失が一番低減するヒット箇所７０とコリメータを挟んで１８０度反対側の箇所８０に、レーザを照射する。すなわち、溶接された接合部が円形の場合には、ヒット箇所と直径方向に１８０度反対の側の箇所にレーザを再照射することにより、接合部での光軸ずれの再調整を行う。
【００４２】
レーザを照射した箇所８０は、溶解して再び固化する際に収縮する。よって、この収縮の力を利用して、入力コリメータ１４の溶接固定に起因する傾きを修正する。なお、コリメータの光軸ずれの修正を行う場合に、レーザの照射位置を接合部の決定された照射位置の周辺で微妙に変化させて、照射実験を行ったところ、レーザの照射エネルギーが同じであれば、フランジに対して照射を行ったときに、最も修正能力が高くなることが確認された。
【００４３】
また、実験により、光軸合わせを行った時点の光損失値に対する溶接後の光損失値の増加分によって、ＹＡＧレーザの照射エネルギーを変えて、光軸ずれの修正にかかる照射をより効率的に行うことを見出した。この光損失値の増加分に対する照射エネルギーの最適値を下記表１に示す。
【００４４】
【表１】
表１によれば、光損失値の増加分が０．１ｄＢ以下のときは照射エネルギーを２．０Ｊとするのがよく、増加分が０．１〜０．３ｄＢのときは照射エネルギーを４．２Ｊとする。同様に、光損失値の増加分が０．３〜０．５ｄＢのときは照射エネルギーを５．１Ｊとし、０．５〜１．０ｄＢのときは５．７Ｊとし、１．０〜２．０ｄＢのときは６．４Ｊとし、２．０〜３．０ｄＢのときは７．０Ｊとし、および増加分が３．０ｄＢ以上のときは照射エネルギーを７．５Ｊとするのが修正に効果的である。
【００４６】
この修正は、光損失の値が、溶接固定前に光軸合わせを行った時点と比較して、±０．０１ｄＢ程度になるまで、外力を加えて光損失が低減するヒット箇所を探しだし、この後そのヒット箇所とはコリメータを挟んで反対側の箇所に対してＹＡＧレーザを照射するという修正工程を数回繰り返して行う。
【００４７】
この結果、表２に示すように、入力コリメータ１４および出力コリメータ１８間の光損失に関しては、光軸合わせ時に０．２２ｄＢで、溶接固定により０．３０ｄＢとなった光損失値を、上述した修正によって０．２３ｄＢにまで低減することができる。また、入力コリメータ１６および出力コリメータ１８間の光損失に関しては、光軸合わせ時に０．３０ｄＢで、溶接固定により４．１ｄＢとなってしまった光損失値を、修正によって０．２９ｄＢにすることができる。
【００４８】
【表２】
レーザを照射した金属製の筒状体の箇所は溶けた後、冷えて再び固まるときに収縮する。この収縮によってレーザ照射箇所を含む光学部品全体が照射箇所の方向に引っ張られる。すなわち、照射箇所とは反対側の接合部の箇所に外力が加えられたと同様の状態となる。この照射箇所とは反対側の接合部の箇所は、コリメータ等の光学部品間の光損失をモニタしながら探しだされた、光損失の低減が最大となるヒット箇所であるため、光損失の低減を図ることができる。よって、光学部品の溶接後に生じる光学部品間の光軸ずれを、接合時の状態とほぼ同じ状態にまで修正することができる。
【００５０】
また、光軸ずれを修正するためのレーザの照射を一度行った時点で、コリメータ間の光損失がまだ大きい場合には、再度、光損失の低減が最大となるヒット箇所を探し、このヒット箇所とは光学部品を挟んで反対側の接合部の箇所にＹＡＧレーザ等のレーザを照射するという一連の動作を、所望の光損失の値が得られるまで繰り返して行えばよい。
【００５１】
また、このような光軸調整方法は、一般にコリメータを備えた光モジュールに適用できることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の光結合モジュールは、中間の空洞部の光軸上に光結合素子と入力光の光路を変更するプリズムとを収容し、入力側に1以上の入力コリメータを収容し、出力側に単数の出力コリメータを収容している。そして、前記1以上の入力コリメータの光軸が、製作後において光軸調整手段により調整できる構造であるので、光結合モジュールとして利用価値が高い。
【００５３】
また、本発明の光軸修正方法によれば、溶接固定後に、コリメータを含む光学部品間の光損失をモニタしながら、一方のコリメータの接合部周囲の任意の複数箇所に対して外力を順次に加えることにより、光損失の低減が最大となるヒット箇所を探しだし、このヒット箇所とは光学部品を挟んで反対側の接合部の箇所にレーザを照射することによって容易に光軸ずれを容易に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る光結合モジュールの概略的な構成図である。
【図２】図１に示すコリメータの要部拡大図である。
【図３】筒状体にコリメータを挿入する前の時点における各構成成分の概略図である。
【図４】（Ａ）は、リングの断面図であり、（Ｂ）は、リングを上から見た平面図である。
【図５】リング、フランジの先端およびコリメータのシリンダの位置関係およびレーザヘッドの配置位置を示す概略図である。
【図６】光損失が低減する箇所およびＹＡＧレーザの照射箇所の一例を示す図である。
【図７】従来の光モジュールの構成図である。
【符号の説明】
１０，１００：光結合モジュール
１２，１１２：筒状体
１４、１６：入力コリメータ
１８：出力コリメータ
２０：第１入力ファイバ
２２：第２入力ファイバ
２４：出力ファイバ
２６：第１円筒空洞
２６ａ：筒状体の端部
２８：第２円筒空洞
３０：第３円筒空洞
３２，１０６：プリズム
３４，１０８：光結合器
３８：リング
３８ａ：リング球面
３８ｂ：リング球面と反対側の面
３８ｃ：リング内面
４０：先端
４１：先端で形成される円（球面とフランジ先端との接合部）
４２：フランジ
４４：シリンダ
４５：シリンダ外周
４６：空洞部
４８：レンズ
６０：ＹＡＧレーザヘッド
７０：光損失が最低のヒット箇所
８０：反対側の箇所
１０２，１０４，１１０：コリメータ
１１８，１２０，１２２：円筒空洞
Claims (6)
- （ａ）第１コリメータを収容する第１の円筒空洞と、第２コリメータを収容する第２の円筒空洞とを備えた筒状体を用意し、
（ｂ）前記第２の円筒空洞内に前記第２コリメータを装入した状態で前記筒状体と前記第２コリメータを溶接により固定し、
（ｃ）前記第１の円筒空洞内に前記第１コリメータの一部を装入し、前記第１コリメータと前記第２コリメータの光軸合わせを行って前記筒状体と前記第１コリメータをレーザ照射により溶接して固定し、
（ｄ）次いで、前記第１コリメータに外力を加えて前記第１コリメータと前記第２コリメータの両者間の光損失を測定してその光損失が最小値となるヒット箇所で前記光軸合わせの際の光損失に対する増加分を調べて、該増加分が第１の値の場合には第１の照射エネルギー、該増加分が前記第１の値より大きい場合には前記第１の照射エネルギーより大きな第２の照射エネルギー、該増加分が前記第１の値より小さい場合には前記第１の照射エネルギーより小さな第３の照射エネルギーとした大きさの照射エネルギーを決定した後に、
前記筒状体と前記第１コリメータの接合部のうち前記第１コリメータを挟んで前記ヒット箇所とは反対側の箇所に、決定された前記照射エネルギーを有するレーザを照射してレーザ溶接することにより前記第１コリメータの光軸ずれを修正する
ことを特徴とする光結合モジュールの光軸修正方法。 - 前記反対側の箇所は、前記第１コリメータの直径方向に前記ヒット箇所とは１８０度反対側に存在することを特徴とする請求項１に記載の光結合モジュールの光軸修正方法。
- 前記筒状体のうち前記第１コリメータとの接合部分はリングの一面側の球面形状であり、さらに、前記第１コリメータのうち前記筒状体との接合部分は前記球面形状に対して線接触するフランジであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光結合モジュールの光軸修正方法。
- 前記光軸ずれの修正を複数回行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光結合モジュールの光軸調整方法。
- 前記レーザ溶接は、ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光結合モジュールの光軸調整方法。
- 前記第１コリメータと前記第１の円筒空洞は少なくとも１つ設けられ、さらに、前記筒状体は前記第１コリメータと前記第２コリメータの間の光軸上に光結合素子と入力光の光路を変更するプリズムとを収容する空洞部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光結合モジュールの光軸調整方法。
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