JP3833889B2 - レーザダイオード素子と光ファイバの調心方法およびその方法を用いた調心装置およびレーザダイオードモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオード素子と光ファイバとを調心してレーザダイオードモジュールを製造するとき等に用いられるレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法およびその方法を用いた調心装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光を出力するレーザダイオード(LD)素子と、レーザダイオード素子からの光を伝播する光ファイバとを結合してモジュール化したレーザダイオードモジュールが用いられている。レーザダイオードモジュールには様々な構成のものがあり、その一例として、図12の(a)、(b)に示すような要部構成を備え、レーザダイオード素子と光ファイバとをダイレクトカップリング(直接光結合)して成るレーザダイオードモジュールが用いられている。
【0003】
同図に示すレーザダイオードモジュールは、図示されていない金属製のパッケージを有しており、このパッケージ内に、同図の(a)に示す側面構成および同図の(b)に示す平面構成が収容されている。これらの図に示すように、レーザダイオードモジュールはベース1を備え、ベース1の素子載置台2にキャリア22を介してレーザダイオード素子3が配設固定されている。レーザダイオード素子3は例えば波長980nm帯においてレーザ光を発振する。
【0004】
レーザダイオード素子3には光ファイバとしてのレンズドファイバ8の先端側が対向配置されている。レンズドファイバ8は、光ファイバの先端側に例えば楔型のレンズ5を形成して成り、該レンズドファイバ8のレンズ5はフェルール4の端面15から先方に突出して設けられている。フェルール4は固定部19を介して前記ベース1に固定されている。なお、固定部19の構成は、同図に示す以外にも様々な構成が提案されている。
【0005】
また、ベース1上にはモニターフォトダイオード11が固定され、ベース1の下側にはレーザダイオード素子3の温度を一定に保つためのペルチェモジュール20が設けられている。ペルチェモジュール20の底面は前記パッケージ(同図には図示せず)内に固定されている。
【0006】
上記レーザダイオードモジュールにおいては、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8を精度良く調心し、光結合することが要求される。
【0007】
上記調心に際し、従来は、例えばレンズドファイバ8を前記レーザ光の光軸方向と略一致するZ軸方向と、該Z軸方向と直交し前記レーザダイオード素子3の底面に略水平な方向であるX軸方向と、該X軸方向と前記Z軸方向に共に直交するY軸方向の3軸方向に移動しながら、レーザダイオード素子3から出射されるレーザ光をレンズドファイバ8の一端側(先端側)で受け、レンズドファイバ8の他端側から出射される光量を光パワーメータにより測定し、その光量が最大となる位置を求めていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光軸合わせの方法は、レンズドファイバ8をX、Y、Zの3軸方向に移動させて多数の位置で光量測定を行なう必要があり、調心に時間と労力を要するといった問題があった。そのため、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8等の光ファイバとの調心作業を効率的に行なって、レーザダイオード素子と光ファイバとを直接光結合できる方法が求められていたが、未だかつてこのような方法は確立されていなかった。
【0009】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、レーザダイオード素子と光ファイバとの調心作業を効率的に行なって、レーザダイオード素子と光ファイバとを直接光結合できるレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法およびその方法を用いた調心装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第1の発明の調心方法は、レーザダイオード素子と光ファイバの接続端面を対向配置し、前記光ファイバを前記レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に相対的に予め定めた基準移動量ずつ移動させてなるそれぞれの位置のうちで前記光ファイバに入射するレーザ光の光量の測定値が最大となる位置またはその近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めて前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとを調心する工程S0を含み、前記基準移動量は、レーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍の量とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【0011】
また、第2の発明の調心方法は、上記第1の発明の構成に加え、前記工程S0におけるレーザ光の光量測定は、光ファイバを基準移動量ずつステップ移動させ、それぞれの位置で光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定する構成をもって課題を解決する手段としている。
【0012】
さらに、第3の発明の調心方法は、上記第1の発明の構成に加え、前記工程S0におけるレーザ光の光量測定は、光ファイバをレーザダイオード素子に対してZ軸方向に相対的に移動しながら、前記光ファイバに入射するレーザ光の光量を連続的に測定する構成をもって課題を解決する手段としている。
【0013】
さらに、第4の発明の調心方法は、上記第3の発明の構成に加え、前記光量測定によって得たレーザ光の光量と光ファイバのZ軸方向の移動量との相関データを予め定めた基準移動量ごとに区分して順次取り込み、それぞれの区分範囲内における光量の代表値同士を比較し、然る後に、前記光量の代表値が最大となる区分範囲内においてZ軸方向光ファイバ最適位置を定める構成をもって課題を解決する手段としている。
【0014】
さらに、第5の発明の調心方法は、レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向の光ファイバ最適位置を上記第1乃至第4のいずれか一つのレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法により決定し、前記Z軸方向と略直交するXY平面内で光ファイバの接続端面をレーザダイオード素子に対して相対的に移動させながら、前記光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定し、粗調心位置を決定する工程S 1 と、該工程S 1 によって決定した位置からさらにXY平面で光量最大となる光ファイバ最適位置となるように微調心する工程S 2 とを含むレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法であって、前記工程S 1 では、前記XY平面内で楕円形となるレーザ光における楕円の短軸方向よりも長軸方向に広い範囲で前記光ファイバに入射する前記レーザ光の光量を測定する構成をもって課題を解決する手段としている。
【0016】
ここで、楕円の長軸方向に広い範囲とは、典型的には略楕円、略菱形、略長方形が挙げられる。このような測定範囲で調心を行なえば、例えば波長980nm帯のレーザ光のように、略楕円形のレーザ光を発するレーザダイオード素子と光ファイバとを効率良く調心することができる。
【0017】
さらに、前記工程S1において、粗調心では前記長軸方向における光量の測定点間隔を該長軸に直交する短軸方向における光量の測定点間隔に比べて広くすることにより、効率良く長手方向の測定点を減らすことができるし、逆に狭くすることにより、より調心精度が求められるY軸方向において精度良く調心することができる。
【0018】
さらに、第6の発明の調心方法は、第5の発明の構成に加え、前記工程S1では、光ファイバの出射端面が描く軌跡が渦巻き状となるように、前記光ファイバの接続端面をレーザダイオード素子に対して相対的に移動させる構成をもって課題を解決する手段としている。
【0019】
このようにすると、粗調心を効率良く行なうことができる。
【0020】
さらに、第7の発明の調心方法は、第5又は第6の発明の構成に加え、前記工程S2では、光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定し、該光量の測定結果に基づいて光量の二次曲面近似を行い、その近似結果に基づいて調心を行なう構成をもって課題を解決する手段としている。
【0021】
このようにすると、工程S1において設定方向に広い範囲にレーザ光の光量の測定を行なうので、工程S2において測定誤差が少なく効率の良い二次曲面近似を行なうことができる。また、二次曲面近似の適用により、工程S1における測定点を少なくすることができる。
【0022】
さらに、第8の発明の調心方法は、第7の発明の構成に加え、前記工程S2では、長軸上及び該長軸に直交する短軸上において、光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定する構成をもって課題を解決する手段としている。
【0023】
この発明において、より好適には、長軸と短軸の直交する点を基準点とし、該基準点の1点と、該基準点を挟む長軸上、短軸上のそれぞれ2点の計5点を側定点とする。このようにすると、ステージの移動を単純かつ効率良く行なうことができる。
【0025】
さらに、第9の発明の調心装置は、レーザダイオード素子の配置部と;前記レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一な方向をZ軸方向とし、該Z軸方向と直交し前記レーザダイオード素子の底面に略水平な方向をX軸方向とし、該X軸方向と前記Z軸方向に共に直交する方向をY軸方向としたときに、前記レーザダイオード素子と対向配置される光ファイバを前記Z軸方向と前記X,Y軸方向の少なくとも一方に移動可能な光ファイバ移動ステージと;第1乃至第8の発明のいずれか一つに記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法のアルゴリズムを1つ以上格納したアルゴリズム格納部と;該アルゴリズム格納部に格納したアルゴリズムに基づいて前記光ファイバ移動ステージによる光ファイバの移動を制御するステージ制御手段とを備えている構成をもって課題を解決する手段としている。
【0027】
一般に、光部品同士を対向配置し、一方側の光部品から出射する光を他方側に入射させる場合、何れかの光部品を前記光の光軸方向と略一致するZ軸方向に移動させて光部品同士を近づけていくと、一方側の光部品から他方側の光部品に入射する光の光量分布は、ある焦点距離をピークにした単峰の光量分布を取るものである。
【0028】
しかしながら、レーザダイオード素子と光ファイバの接続端面を対向配置し、レーザダイオード素子から出射されるレーザ光を光ファイバに直接入射してレーザダイオード素子と光ファイバとを光結合する場合、たとえ光ファイバの接続端面に反射防止コートを施しても、光ファイバ接続端面における反射を完全に抑制することはできず、光ファイバ接続端面とレーザダイオード素子の端面との間で共振現象が生じ、この共振現象が、前記レーザダイオード素子と光ファイバとの光結合における光結合強度に影響を与える。
【0029】
そして、この影響によって、レーザ光の光量分布が乱れるため、レーザダイオード素子と光ファイバとの光結合強度は、例えば図9の(a)に示すように、前記のような単峰の光量分布にはならない。
【0030】
なお、図9の(a)には、前記レーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向の基準位置を基準として光ファイバを前記Z軸方向に移動しながら前記レーザ光を前記光ファイバに直接入射させ、該光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定した測定結果を示している。
【0031】
同図の横軸は、前記Z軸方向の基準位置を基準(0)とし、光ファイバをレーザダイオード素子に近づける方向に前記Z軸方向の移動を行なったときに、その位値を正(+)とし、光ファイバをレーザダイオード素子から遠ざける方向に前記Z軸方向の移動を行なったときに、その位値を負(−)として示している。また、前記レーザ光の波長は980nmとしており、レーザ光の光量(強度)の測定は光ファイバを0.1μm移動するごとに行なったものである。
【0032】
図9の(a)に示すように、前記レーザダイオード素子と光ファイバとの光結合においては、その光量分布は、光ファイバの前記Z軸方向の基準位置からのZ軸方向の移動に伴い、光パワー(レーザ光の光量)が大きくなったり小さくなったりする光量変動を繰り返し、光量分布が乱れる。これは、レーザダイオード素子から発振された光が、光ファイバの先端面から戻ることによるものと考えられる。
【0033】
したがって、前記Z軸方向の光ファイバ最適位置を決定する際、光ファイバのZ軸方向の移動もしくは測定データの選別を適切にしないと、上記光量変動に邪魔されて光ファイバ最適位置を見つけられなかったり、レーザダイオード素子と光ファイバとが接近しすぎて光ファイバの接続端面側が破損したりするといったおそれがあった。
【0034】
そこで、本発明者は、上記光量変動を解析して図9の(b)に示すように模式化し、この模式図に基づき、光量分布が前記レーザ光の波長の半分の周期で変動することを見出した。
【0035】
上記第1の特徴的な発明は、光ファイバを前記レーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に移動しながらレーザダイオード素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバに入射させ、前記光ファイバを予め定めた基準移動量ずつ移動させてなるそれぞれの位置のうちで前記光ファイバに入射するレーザ光の光量の測定値が最大となる位置またはその近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めて前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとを調心する工程S0を含む。
【0036】
また、上記基準移動量は、レーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍である。
【0037】
したがって、第1の発明の調心方法は、前記Z軸方向の光ファイバ最適位置を決定する際、光ファイバのZ軸方向の測定データの選別を適切に行なって的確な調心を行なうことができる。
【0038】
また、第2の特徴的な発明は、工程S0において、光ファイバを基準移動量ずつステップ移動させ、それぞれの位置で光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定するので、レーザ光の光量測定回数も低減でき、より一層容易にZ軸方向光ファイバ最適位置を決定でき、レーザダイオード素子と光ファイバとを調心できる。
【0039】
さらに、第4の発明のように、レーザダイオード素子と対向配置した光ファイバをレーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に移動しながら、前記レーザ光を前記光ファイバに入射させて該光ファイバに入射するレーザ光の光量を連続的に測定し、該測定レーザ光の光量と前記光ファイバの前記Z軸方向の移動量との相関データを前記基準移動量(レーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍)ごとに区分して順次取り込んでZ軸方向光ファイバ最適位置を定めると、Z軸方向光ファイバ最適位置を適切に定めることができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図1には、本発明に係るレーザダイオード素子と光ファイバの調心装置の一実施形態例が、レーザダイオード素子3やレンズドファイバ8を配置した状態で模式的に示されている。
【0041】
同図に示すように、本実施形態例の調心装置は、レーザダイオード素子3の配置部9と、フェルール把持部(フェルールハンド)10を備えた光ファイバ移動ステージ11と、カメラ25と、カメラ移動手段16と、制御装置30を有している。制御装置30は、ステージ制御手段7、アルゴリズム格納部6、マニュアル操作部31を有している。
【0042】
前記配置部9にはレーザダイオードモジュールのパッケージ底板18が固定配置されるようになっており、パッケージ底板18上にはペルチェモジュール(同図には図示せず)とベース1を介してレーザダイオード素子3が固定されている。
【0043】
一方、前記フェルール把持部10にはレンズドファイバ8を挿入固定したフェルール4が把持されるようになっており、フェルール把持部10にフェルール4を把持した状態で移動することにより、フェルール4に挿通固定したレンズドファイバ8のレンズ5側をレーザダイオード素子3の発光部に間隔を介して対向配置する。また、レンズドファイバ8のレンズ5と反対側には光パワーメータ32が接続される。
【0044】
前記カメラ25は前記配置部9の上側に設けられており、カメラ25はカメラ移動手段16に取り付けられている。カメラ25による撮像画像は前記制御装置30内に設けられたマニュアル操作部31に加えられるようになっており、上記撮像画像の一例が図5の(a)に示されている。また、マニュアル操作部31によってカメラ移動手段16の移動制御を操作する構成と成している。
【0045】
前記光ファイバ移動ステージ11は、フェルール把持部10で把持したフェルール4を移動することにより、前記レーザダイオード素子3に対向配置される光ファイバを前記X,Y,Z軸の3軸方向に移動可能と成している。図1の装置においては、Z軸方向の移動をZステージ14により行ない、X軸方向の移動をXステージ12により行ない、Y軸方向の移動をYステージ13により行なう。また、これらの移動は、前記制御装置30に設けられているステージ制御手段7により行なう構成と成している。
【0046】
ステージ制御手段7は、マニュアル操作部31の操作によって光ファイバ移動ステージ11を移動する機能と、アルゴリズム格納部6に格納したアルゴリズムに基づいて、光ファイバ移動ステージ11の移動を自動的に制御する機能を有している。アルゴリズム格納部6には、以下に示す、本発明の特徴的なレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法のアルゴリズムが格納されている。
【0047】
アルゴリズム格納部6には、第1のアルゴリズムとして、Z軸方向調心のアルゴリズムが格納されている。このZ軸方向の調心方法は、以下のようにしてZ軸方向光ファイバ最適位置を定めるものである。
【0048】
まず、図12の(a)、(b)に示したように、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8の接続端面(レンズ5の端面)を対向配置する。そして、前記レンズドファイバ8を前記レーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に移動しながら前記レーザダイオード素子3から出射されるレーザ光をレンズドファイバ8に入射させ、レンズドファイバ8を前記Z軸方向の基準位置を基準として予め定めた基準移動量ずつ移動させるごとにレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定する。そして、該測定値が最大となる位置近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定める。
【0049】
前記基準移動量は、レーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍の量としており、本実施形態例では基準移動量を(λ/2)=(980/2)nm≒0.5μmとした。
【0050】
このようにすることで、レンズドファイバ8を予め定めた基準移動量(ここでは0.5μm)ずつ移動させてなるそれぞれの位置のうちでレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量の測定値が最大となる位置近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めることになる。
【0051】
また、アルゴリズム格納部6には、第2のアルゴリズムとして、X軸方向とY軸方向の粗調心のアルゴリズムが格納されている。この調心方法は、以下のようにしてXY平面上の光ファイバの粗調心位置を定めるものである。
【0052】
まず、上記と同様にレーザダイオード素子3とレンズドファイバ8の接続端面を対向配置し、前記XY平面上の予め定められる基準位置を始点として、図3(a)に示すように、レンズドファイバ8の接続端面側を前記XY平面上で前記Y軸方向に長い略長方形状の渦巻き状に外側に向けて巻回移動しながら(レンズドファイバ8の接続端面が描く軌跡が略長方形状の渦巻き状となるように、レンズドファイバ8の接続端面側をレーザダイオード素子3に対して相対的に移動させ)、前記レーザ光をレンズドファイバ8に入射させる。
【0053】
このとき、レンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定し、該光量が最大となる位置を前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとの粗調心位置として定める渦巻き調心を行い、然る後に、前記粗調心位置を始点として前記渦巻き調心を行なう。このように、前記渦巻き調心の動作を1回以上行ない、粗調心におけるXY平面光ファイバ最適位置を定める。
【0054】
なお、前記の如く、前記カメラ25による撮像画像は、例えば図5の(a)に示したような画像となり、XZ平面における画像となるために、Y軸方向の位置をマニュアル操作部31の操作によって調節するのは困難である。それに加え、楕円形の発光パターンを有する例えば980nm帯のレーザ素子との光結合に使用されるレンズドファイバ8は、高い結合効率を得るため、その先端側に形成されているレンズ5の形状が同図の(b)に示すような楔型で、Y軸方向の位置ずれが生じるとX軸方向の位置ずれに比べてレーザダイオード素子3との光結合効率が低下し易い。
【0055】
また、周知の如く、980nm帯のレーザダイオード素子3から出射されるレーザ光は、レーザダイオード素子3の端面(レーザ光出射面)に非常に近い位置においてX軸方向に長い楕円形状となるが、レーザダイオード素子3の端面から少し離れると、Y軸方向に長い楕円形状となる。
【0056】
そこで、本実施形態例では、上記レンズドファイバ8の接続端面側の移動をXY平面上でY軸方向に長い略長方形状の渦巻き状に外側に向けて巻回移動しながら行い、それにより効率的にXY方向の粗調心を行なえるようにした。例えば図3(a)に示すX軸方向のステップ幅Sxは、Y軸方向のステップ幅Syの10分の1である。なお、図3(a)では、レンズドファイバ8に入射する光量の測定範囲が略長方形状となるようにしたが、略楕円状(図3(b))、略菱形状(図3(c))等、Y軸方向を長軸と規定し得る平面図形となっていればよい。
【0057】
また、本実施形態例では、上記第2のアルゴリズム粗調心によって求めたXY平面光ファイバ最適位置を基準として、さらに前記XY平面上で前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとの微調心を行なって最終的なXY平面光ファイバ最適位置を定めるようになっており、この微調心のアルゴリズムが第3のアルゴリズムとしてアルゴリズム格納部6に格納されている。
【0058】
第3のアルゴリズムによってXY平面上の最適位置を求めるときには、まず、前記粗調心位置をXY平面上の基準位置を基準とし、XY平面上の複数の箇所にレンズドファイバ8の接続端面側を移動させる。そして、このときのレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量をそれぞれ測定し、この測定結果に基づいて前記XY平面上での光量分布を二次曲面近似して光量が最大となる最大光量位置を求める最大光量位置検出動作を行なう。
【0059】
次に、前記最大光量位置を基準として前記二次曲面近似による最大光量位置検出動作を行なうといったように、前記最大光量検出動作を1回以上行なって最終的に求めた最大光量位置をXY平面上の光ファイバ最適位置として定める。
【0060】
なお、前記二次曲面近似の方法は様々であるが、本実施形態例では例えば図4に示すように、予め定めた基準位置に1点、この基準位置を挟んでX軸方向に2点、Y軸方向に2点、合計5点の設定点を定め、これらの設定点にレンズドファイバ8の接続端面側を移動させて上記二次曲面近似による最大光量位置検出動作を行なう5点調心法を適用している。
【0061】
ステージ制御手段7は、上記第1から第3のアルゴリズムを適宜組み合わせることにより、X軸、Y軸、Z軸方向の光ファイバ最適位置を決定し、この決定した位置にレンズドファイバ8を移動させて、レンズドファイバ8とレーザダイオード素子3とを光結合させる。
【0062】
本実施形態例の調心装置は以上のように構成されており、次にこの調心装置を用いたレーザダイオード素子と光ファイバ(ここではレンズドファイバ8)の調心方法について説明する。
【0063】
まず、図1に示すように、レーザダイオード素子3を配置部9上のベース1に固定し、レンズドファイバ8を挿通固定したフェルール4をフェルール把持部10によって把持する。このとき、レーザダイオード素子3から出射されるレーザ光の光軸と、Z軸とが一致するようにレーザダイオード素子3の配置を調整することが望ましい。この状態で、マニュアル操作部31の操作によってステージ移動手段7を操作し、光ファイバ移動ステージ11を動作させる。そして、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8の接続端面を対向配置し、調心を開始する(図6のステップ101)。
【0064】
このステップ101では、フェルール把持部10に把持したフェルール4を移動してフェルール4の端面をレーザダイオード素子3の端面の近傍に近づける。この操作は、例えばカメラ25からの撮像画像に基づいてマニュアル操作部31を操作して行なう。
【0065】
次に、図6のステップ102で、XY平面上における粗調心を開始する。この粗調心は、前記第2のアルゴリズムにより行われるものである。
【0066】
すなわち、XY平面上の予め定められる基準位置を始点として、図3(a)に示したように、レンズドファイバ8の接続端面側を前記XY平面上で前記Y軸方向に長い渦巻き状に外側に向けて巻回移動しながら前記レーザ光をレンズドファイバ8に入射させる。そして、レンズドファイバ8に接続されている光パワーメータ32により検出される検出値が最大となる位置をレーザダイオード素子3とレンズドファイバ8のXY平面上の粗調心位置として定める渦巻き調心を行なう。その後、XY平面上の粗調心位置を始点とした渦巻き調心を行なうといったように、渦巻き調心を1回以上、最大20回まで繰り返す。
【0067】
なお、本実施形態例では、粗調心の工程数短縮のため、前記渦巻き調心時の前記短軸であるX軸方向のステップ幅(測定点間隔)Sxを1〜10μmの範囲内の設定値、長軸であるY軸方向のステップ幅Syを10〜100μmの範囲内の設定値として、短軸方向の側定点間隔よりも長軸方向の側定点間隔を広くとった。そして、ステップ103で、前記粗調心位置における光量検出値が、光量しきい値として定めた0.1〜1mWの範囲内の設定値以上となったら、ステップ104へ進む。
【0068】
ステップ104では、前記渦巻き調心における光量しきい値のみ3〜6mWの範囲内の設定値に変えて、前記と同様に渦巻き調心を行う。そして、ステップ105で、XY平面上の粗調心位置における光量検出値が、光量しきい値として定めた3〜6mWの範囲内の設定値以上となったら、ステップ106で、この位置を粗調心における最終的なXY平面光ファイバ最適位置として定める。その後、図7のステップ201へ進む。
【0069】
なお、ステップ105で、粗調心位置における光量検出値が3〜6mWの範囲内の設定値(しきい値)以上とならない場合は、ステップ107で最大繰り返し回数が20回に達するまでは、ステップ104の渦巻き調心動作を繰り返し行ない、ステップ107で最大繰り返し回数が20回に達したときには、ステップ108でマニュアル調心画面へ移行し、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8を対向配置し直し、ステップ101に戻る。
【0070】
図7のステップ201では、XY平面上の光ファイバ最適位置を求める微調心をおこなう。この調心は、図8に示すフローチャートに基づいて行われる。すなわち、ステップ301で、前記渦巻き調心によって定めた最終的な粗調心位置(例えばX0,Y0)をXY平面上での基準位置として(0,0)とする。
【0071】
次に、ステップ302で、前記基準位置を基準として、図4に示すように、レンズドファイバ8の接続端面側を複数の位置(ΔX,0)、(−ΔX,0)、(0,ΔY)、(0,−ΔY)に移動し、各移動位置において光量を測定する。
【0072】
なお、必要であれば、その後、前記基準位置(0,0)にレンズドファイバ8の接続端面を移動して、この基準位置における光量を再び測定し、前記粗調心時における光量測定値との平均を取る。なお、上記ΔX、ΔY(測定点間隔)の値は、ΔX>ΔYとし、図7のステップ201に示したように、例えばΔX=0.5〜2.5μmの範囲内の設定値、ΔY=0.3〜1.5μmの範囲内の設定値とする。このように、微調心時には、非常に高い調心精度が求められるY軸方向において、X軸方向よりも測定点間隔を狭くとって調心精度を向上させると好ましい。
【0073】
そして、図8のステップ303で、レンズドファイバ8の接続端面の位置(ΔX,0)、(−ΔX,0)の光量測定値に基づいてX軸方向の光量分布を二次関数に近似し、一方、(0,ΔY)、(0,−ΔY)の光量測定値に基づいてY軸方向の光量分布を二次関数に近似し、ステップ304で、光量が最大となる最大光量位置(cenx,ceny)を求める。この後、ステップ301に戻って上記プロセスを繰り返し、連続する2回の最大光量位置の測定結果におけるcenx同士、ceny同士の差分をそれぞれ、Δcenx、Δcenyとする。
【0074】
なお、Xステージ12、Yステージ13が大きく移動するのを防ぐために、上記二次関数が上に凸でない場合、もしくは、|Δcenx|>ΔX、|Δceny|>ΔYの場合は、(ΔX,0)と(−ΔX,0)の各位置における光量が大きい方の座標をcenxとしたり、(0,ΔY)、(0,−ΔY)の各位置における光量が大きい方の座標をcenyとしたりする。
【0075】
そして、ステップ305で、|Δcenx|<(収束しきい値)、かつ、|Δceny|<(収束しきい値)か否かを判断し、|Δcenx|<(収束しきい値)、かつ、|Δceny|<(収束しきい値)であれば計算を終了し、最大光量位置(cenx,ceny)をXY平面上のレンズドファイバ8の最適位置と決定する。この場合、図7のステップ202で、XY調心が適切に行なわれたことを判断できる(OKとなる)ので、ステップ203へ進む。
【0076】
また、図8のステップ305で、|Δcenx|<(収束しきい値)、|Δceny|<(収束しきい値)とならないときは、同図のステップ306を介してステップ301に戻り、前記最大光量位置(cenx,ceny)を基準(0,0)として前記と同様に最大光量位置検出動作を行なっていき、|Δcenx|<(収束しきい値)、かつ、|Δceny|<(収束しきい値)となるまで、最大20回、最大光量検出動作を繰り返し行なって、最終的に求めた最大光量位置をXY平面上の光ファイバ最適位置として定める。
【0077】
この5点調心のように、楕円形のレーザ光の長軸上と短軸上でのみレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定し、光量の2次曲面近似を行なうことは、測定点低減とステージ移動の効率の点で好ましい。
【0078】
次に、図7のステップ203で、前記第1のアルゴリズムに基づいてZ軸方向の調心を行なう。すなわち、前記レンズドファイバ8を前記レーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に移動しながら、前記レーザダイオード素子3から出射されるレーザ光をレンズドファイバ8に入射させ、レンズドファイバ8を前記Z軸方向の基準位置を基準として0.5μmずつ移動させるごとにレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定する。
【0079】
なお、レンズドファイバ8をレーザダイオード素子3に近づける方向にZ軸方向の移動を行なったときの移動方向を正(+)とし、レンズドファイバ8をレーザダイオード素子3から遠ざける方向にZ軸方向の移動を行なったときの移動方向を負(−)とする。
【0080】
また、Z軸方向の光量位置が最大となる位置は、例えばレーザダイオード素子3の端面から約4μmのレーザダイオード素子3に非常に接近した位置であるため、レンズドファイバ8を0.5μmずつ移動させると、レンズドファイバ8とレーザダイオード素子3とが衝突する危険性があるため、本実施形態例では、Z軸方向の移動判断を以下のようにして行なっている。
【0081】
すなわち、現在位置の光パワーPaと+0.5μmだけレーザダイオード素子から離れた位置の光パワーPbとを比較し、Pa−Pb<(大小判断しきい値)ならば、レンズドファイバ8の移動方向を+方向(レーザダイオード素子3に近づける方向)にし、Pa−Pb≧(大小判断しきい値)ならば、レンズドファイバ8の移動方向を−方向(レーザダイオード素子3から遠ざける方向)にして、レンズドファイバ8を0.5μmずつZ軸方向に移動させる。なお、本実施形態例では、上記大小判断しきい値を2mWとしている。
【0082】
そして、例えば図2の(a)の矢印に示すように、レンズドファイバ8の移動方向を+方向(レーザダイオード素子3に近づける方向)にしてZ軸方向に移動させていったときに、レンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量(光パワー)測定値が減少し始める位置(図2(a)のa)を見つける。この位置から更にもう1ピッチ、レンズドファイバ8を移動し(図2(a)のb)、前記光量が確かに減少しているかどうかを確認する。
【0083】
そして、上記光量減少を確認できたら、図2の(b)の矢印に示すように、レンズドファイバ8の移動方向を−方向(レーザダイオード素子3から遠ざける方向)にしてZ軸方向に移動させていき、レンズドファイバ8の−方向の移動においても、上記と同様に、レンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量(光パワー)測定値が減少し始める位置(図2(b)のc)を見つける。
【0084】
この位置から更にもう1ピッチ、レンズドファイバ8を移動し(図2(b)のd)、光量が確かに減少しているかどうかを確認する。そして、光量減少を確認できたときに、レンズドファイバ8の移動方向を変更し、前記位置bとcの中点eにレンズドファイバ8を移動する。
【0085】
その後、この位置eの近傍において、レンズドファイバ8を前記基準移動量(0.5μm)より小さい値(例えば約0.1μm)ずつ移動させるごとにレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定し、この測定結果に基づいて、光量が最大となる位置をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めている。
【0086】
上記のようにして、Z軸方向の調心により、図7のステップ204で、Z調心が適切に行なわれた(OKとなった)と判断され、Z軸方向光ファイバ最適位置が決定したら、図7のステップ205で、XY方向の微調心を再度行なう。なお、この微調心方法はステップ201とほぼ同様にし、ΔXとΔYの値のみ、ΔX=0.1〜0.5μmの範囲内の設定値、ΔY=0.05〜0.3μmの範囲内の設定値に変更して行なう。
【0087】
そして、ステップ205での微調心終了後、ステップ206で、ステップ205のXY調心が適切に行なわれたと判断されたら、最終的に求めた最大光量位置をXY平面上の光ファイバ最適位置として定め、ステップ207で調心を終了する。
【0088】
一方、ステップ203でのZ軸方向調心において、Z軸方向の移動繰り返し回数が20回(最大繰り返し回数)となっても、Z軸方向光ファイバ最適位置を決定できなかったときには、ステップ204で、XY調心OKでないと判断し、ステップ208で、XY方向の微調心をステップ205と同様にして行なう。このとき、ΔX、ΔYはステップ201の場合より小さな値とする。
【0089】
そして、ステップ209で、このXY調心が適切に行なわれたと判断されたときは、ステップ210で、ステップ203と同様にZ軸方向の調心を行ない、ステップ211で、このZ調心が適切に行なわれたと判断されたときは、ステップ205でXY方向の微調心を行なって、調心を終了する。
【0090】
なお、前記ステップ201、205、208におけるXY方向の微調心において、最大繰り返し回数に達しても調心が適切に行なわれなかったときには、ステップ202、206、209で、それぞれ、XY調心が適切に行なわれなかったと判断され、この場合、図6のステップ101に戻り、XY平面上の粗調心動作から調心動作をもう一度調心をやり直す。
【0091】
また、前記ステップ210におけるZ軸方向の調心において、最大繰り返し回数に達しても調心が適切に行なわれなかったときには、とりあえず、ステップ212を介してステップ208に戻り、ステップ208〜ステップ210の動作を再び行なう。
【0092】
そして、このステップ210での再動作を行なっても(ステップ210での動作を2回行なっても)、ステップ211で、Z調心が適切に行なわれなかったと判断された場合は、ステップ212を介して、図6のステップ101に戻り、XY平面上の粗調心動作から調心動作をもう一度調心をやり直す。
【0093】
本実施形態例によれば、上記動作によりレーザダイオード素子3とレンズドファイバ8をX,Y,Z方向に調心するものであり、例えばXY平面上の粗調心時には、レンズドファイバ8をY軸方向に長い渦巻き状に巻回移動しながら行なうため、少ない移動回数で効率良くXY平面上の粗調心位置を決定することができる。
【0094】
すなわち、前記の如く、カメラ25の撮像画像は図5の(a)に示す画像であり、この画像を見ながらのマニュアル操作によってはY軸方向の位置合わせが難しいが、上記実施形態例は、レンズドファイバ8をY軸方向に長い渦巻き状に巻回移動しながらXY平面上の粗調心位置を決定するので、マニュアル操作によるY軸方向の位置合わせ精度がX軸方向の位置合わせ精度に比べて低いことをカバーできる優れた粗調心方法である。
【0095】
また、前記の如く、レーザダイオード素子3から出射するレーザ光のスポット形状は、レーザダイオード素子3の端面からZ軸方向に非常に近い位置を除き、Y軸方向に長い楕円形状となるので、この点においても、上記のようにY軸方向に長い渦巻き状にレンズドファイバ8の接続端面を移動させながら調心すると、レーザ光のスポット位置を迅速にとらえることができ、少ない移動回数で効率良くXY平面上の粗調心位置を決定できる。
【0096】
また、本実施形態例によれば、XY平面上の微調心は、前記5点調心法により行なうため、効率良く正確にXY平面上のレンズドファイバ8の最適位置を決定し、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8とを調心することができる。
【0097】
さらに、本実施形態例によれば、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8との調心においては、そのZ軸方向光量分布が前記レーザ光の波長の半分の周期(λ/2であり、本実施形態例では約0.5μm)で変動することに基づき、レンズドファイバ8を0.5μmずつZ軸方向に移動させるごとにレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定し、該測定値が最大となる位置近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めるので、Z軸方向光ファイバ最適位置を効率良く正確に定めてレーザダイオード素子3とレンズドファイバ8とを調心することができる。
【0098】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記実施形態例では、レーザダイオード素子3から出射されるレーザ光の波長を980nmとしたが、レーザ光の波長は適宜設定されるものであり、例えば1480nmとしてもよい。
【0099】
また、レンズドファイバ先端側形状は楔型に限定されず、軸対称の先球形状であってもよい。
【0100】
さらに、上記実施形態例では、上記レーザ光波長に対応させて、レンズドファイバ8のZ軸方向調心時の基準移動量を、その波長の約半分の値としたが、レンズドファイバ8のZ軸方向調心時の基準移動量は、前記波長の約半分の整数倍としてもよい。
【0101】
ただし、レーザ光の光軸とZ軸が一致していないときには、(レーザ光の波長の半分)×α(αは補正係数)の周期でZ軸方向における光量分布が変動するので、基準移動量もα倍することが好ましい。
【0102】
さらに、上記実施形態例では、Z軸方向光ファイバ最適位置を設定する際に、レンズドファイバ8を0.5μmずつ移動させるごとにレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定し、該測定値が最大となる位置近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めたが、Z軸方向光ファイバ最適位置を以下のような方法により決定してもよい。
【0103】
すなわち、上記実施形態例と同様に、まず、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8の接続端面を対向配置し、レンズドファイバ8をレーザダイオード素子3の光軸と略一致するZ軸方向に移動しながらレーザ光をレンズドファイバ8に入射させてレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を連続的に測定する。そして、このレーザ光の光量とレンズドファイバ8のZ軸方向の移動量との相関データを予め定めた基準移動量ごとに区分して順次取り込み、レンズドファイバ8の移動終了後に、それぞれの区分範囲内でその光量の代表値を予め定めた代表値決定方式によって求める。
【0104】
その後、前記光量の代表値が最大となる区分範囲内においてZ軸方向光ファイバ最適位置を定めてもよい。
【0105】
なお、前記基準移動量は、例えばレーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍の量に設定され、前記光量の代表値は、前記区分範囲内の光量平均値や、区分範囲内の光量最大値、区分範囲内の同位相位置における測定値等の適宜の値が設定される。
【0106】
この方法の具体例を以下に述べる。まず、具体例1について述べる。例えばXY平面上の光ファイバ最適位置を適宜の方法により求め、光軸(Z)方向の基準位置を基準として、レンズドファイバ8を一定速度でレーザダイオード素子3側に近づけていく。なお、レンズドファイバ8がレーザダイオード素子3側に近づくときは、その移動量を正(+)とし、レーザ光波長は980nm帯の波長とする。
【0107】
基準位置(0)から+0.5μmの範囲内(前記区分範囲)を第1の区分範囲内とし、この範囲内でレーザ光の光量(光パワー)の最大値を求めてP1とする。次に、+0.5μmから+1.0μmの範囲内を第2の区分範囲内とし、この範囲内でレーザ光の光量最大値を求めてP2とする。そして、大小判断しきい値をβとし、P1+β<P2ならば、基準位置から+1.0μmの範囲内(第1の区分範囲と第2の区分範囲の両範囲内)におけるレーザ光の光量最大値はP2の値とする。
【0108】
次に、前記第2の範囲内を新たな第1の範囲内と定義し、P1にP2を代入(P1の値をP2の値に更新)する。そして、+1.0μmから1.5μmの範囲内を新たな第2の範囲内とし、この新たな第2の範囲内でレーザ光の光量最大値を求めて、この値を新たなP2の値とする(P2の値を更新する)。その後、新たなP1、P2について、P1+β<P2かどうかを判断する。
【0109】
このようにして、第1の範囲と第2の範囲を順次更新していき、また、それに伴い、P1とP2の値を順次更新していき、P1+β<P2かどうかの判断を行い、P1+β≧P2となったときの第1の範囲内においてZ軸方向光ファイバ最適位置をさらに探索する。このときの探索は周知の山登り法等によって行なう。このようなZ軸方向光ファイバ最適位置にレンズドファイバ8を位置させ、レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8とを結合する。
【0110】
次に、具体例2について以下に述べる。まず、レンズドファイバ8をレーザダイオード素子3の近傍位置(ここを基準位置とする)からZ軸方向に遠ざけていき、レーザダイオード素子3からレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光パワーを測定し、予め定めた基準移動量ごとに区分して順次取り込む。そして、レンズドファイバ8の移動終了後に、基準位置からの移動量と光量との相関データに基づき、前記区分範囲内に、予め定めた代表値決定方式により(例えば光量の平均値を取って)、光量の代表値を決定する。
【0111】
然る後に、前記光量の代表値が最大となる区分範囲内において、山登り法等の予め定めた最適位置設定方法によってZ軸方向における光ファイバ最適位置を定めて、前記レーザダイオード素子3とレンズドファイバ8とを光結合する。
【0112】
以上のようにしてZ軸方向における光ファイバ最適位置を設定しても、上記実施形態例と同様に、Z軸方向光ファイバ最適位置を効率良く正確に定めてレーザダイオード素子3とレンズドファイバ8とを調心することができる。
【0113】
また、上記実施形態例では、レンズドファイバ8を基準移動量ずつZ軸方向に移動させるごとにレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量を測定し、該測定値が最大となる位置近傍をZ軸方向における光ファイバ最適位置として定めたが、前記測定値が最大となる位置をZ軸方向における光ファイバ最適位置として定めてもよい。
【0114】
さらに、上記実施形態例はレーザダイオード素子3とレンズドファイバ8を調心させる調心装置としたが、本発明は、レンズドファイバ8以外の光ファイバをレーザダイオード素子3と光結合させるときの調心方法や調心装置にも適宜適用されるものである。
【0115】
さらに、上記実施形態例では、XY平面上の光ファイバの最適位置を決定するために5点調心法による微調心を行なう構成としたが、XY平面上の光ファイバの最適位置決定は、5点調心法以外でも構わない。
【0116】
すなわち、上記5点調心法は、最大光量位置(cenx,ceny)を決定するために、例えば、基準位置(0,0)と、その他、X方向の2点位置(ΔX,0)、(−ΔX,0)および、Y方向の2点位置(0,ΔY)、(0,−ΔY)の5つの位置における光量を測定したが、光量測定位置を5点よりも多くして、上記実施形態例と同様の二次曲面近似を行なって、XY平面上の光ファイバ最適位置を決定してもよい。
【0117】
また、XY平面上の微調心における光ファイバ最適位置決定方法として、例えば以下の方法が適用できる。まず、5点あるいはそれ以上の複数点にレンズドファイバ8を移動したときの光量測定値に基づいて、上記実施形態例とほぼ同様にしてX軸方向の二次関数近似とY方向の二次関数近似から光量最大位置(cenx,ceny)を求める。一方、XY平面上の光量分布をXY平面上の位置座標の関数で表わす、x、yを含む多項近似式により近似し、前記XY平面上の複数点での光量測定値をそれぞれ代入して得た連立方程式を解くことにより、前記多項近似式のそれぞれの項の未知の係数を求める。
【0118】
そして、前記光量最大位置(cenx,ceny)における光量測定値と、前記多項近似式のxとyにそれぞれcenx,cenyを代入したときの値の差が許容範囲内に入ったときに光量最大位置(cenx,ceny)を確定し、この位置をXY平面上の光ファイバの最適位置としてもよい。
【0119】
あるいは、XY平面上の微調心における光ファイバの最適位置を以下に示すシンプレックス法により求めることもできる。このシンプレックス法は、XY平面上の設定点のうち、最小光量点に変えて光量がより多い新たな設定点を設定するという手順を繰り返すことによりXY平面上での最大光量点を迅速かつ正確に求めるものである。
【0120】
以下、図10,11を参照してシンプレックス法に基づくXY平面上の光ファイバの最適位置検出方法を具体的に説明する。なお、図10のL1〜L4は、光量分布の等量線を示しており、同図における光量分布は、L1>L2>L3>L4となっている。
【0121】
まず、XY平面上の複数の箇所、ここでは任意の3つの設定点(評価点)P1、P2、P3を選択し、例えば図10のA、B、Cとする(図11のステップ401)。そして、これらの設定点A、B、Cにレンズドファイバ8の接続端面を移動させたときのレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量QP1、QP2、QP3をそれぞれ測定する(ステップ402)。次に、上記それぞれの設定点における光量のうち、光量が最小となるものに対応する点Pi(光量最小点:例えばここでは図10のAとする)を求める(図11のステップ403)。
【0122】
そして、上記設定点P1、P2、P3(図10のA、B、C)のうち、光量最小点(ここではA)を除く設定点(ここではB、C)をPs、Ptと定め、この設定点を結んだ線B−Cの中点をMとする(図11のステップ404)。
【0123】
次に、このMと上記光量最小点Aを通り、点Aと反対側に延びる直線上に新たな設定点P1’P2’P3’(図10のD、E、F)を設定する(図11のステップ405)。なお、この設定の仕方は適宜決定されるものであるが、例えば図10においては、AD=0.5AM、AE=2AM、AF=3AMとなるようにした。
【0124】
次に、設定点D、E、Fにレンズドファイバ8の接続端面を移動させたときのレンズドファイバ8に入射するレーザ光の光量QP1’、QP2’、QP3’をそれぞれ測定する(図11のステップ406)。次に、上記それぞれの設定点における光量のうち、光量が最大となるものに対応する点Pu(光量最大点:例えばここでは図10のEとする)を求める(図11のステップ407)。
【0125】
次に、図11のステップ408で、上記設定点Ps、Pt、Pu(ここでは図10のB、C、E)の隣り合うもの同士を結ぶ線PsPt、PtPu、PuPsのそれぞれの長さを収束しきい値γと比較し、線PsPt、PtPu、PuPsのそれぞれの長さが収束しきい値γ未満であれば、ステップ409で、設定点PuをXY平面上の光ファイバ最適位置と定める。また、線PsPt、PtPu、PuPsの少なくとも1つの長さが収束しきい値γ以上であれば、ステップ402以降の動作を繰り返す。
【0126】
XY平面上の微調心における光ファイバ最適位置設定方法として、以上のような多変数最適化手法の一つであるシンプレックス法を用いることにより、たとえレーザダイオード素子3の光量分布を二次関数近似でうまく表現できない場合であっても、XY平面上の光ファイバの最適位置を求めることができる。
【0127】
【発明の効果】
第1の発明の結合方法によれば、前記光ファイバを予め定めた基準移動量ずつ移動させてなるそれぞれの位置のうちで前記光ファイバに入射するレーザ光の光量の測定値が最大となる位置またはその近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めて前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとを調心する工程S0を含み、基準移動量を、レーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍の量に適切に設定したものであるから、レーザダイオード素子と光ファイバとの間のレーザ光共振の影響を受けずに、Z軸方向光ファイバ最適位置を適切に定めてレーザダイオード素子と光ファイバとを調心することができる。
【0128】
また、第2の発明の調心方法は、上記第1の発明の構成に加え、前記工程S0におけるレーザ光の光量測定は、光ファイバを基準移動量ずつステップ移動させ、それぞれの位置で光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定するので、レーザ光の光量測定回数も低減でき、より一層容易にZ軸方向光ファイバ最適位置を決定できる。
【0129】
さらに、第3の発明の調心方法は、上記第1の発明の構成に加え、工程S0におけるレーザ光の光量測定は、レーザダイオード素子と光ファイバの接続端面を対向配置し、前記光ファイバを前記レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に移動しながら、前記レーザ光を前記光ファイバに入射させて該光ファイバに入射するレーザ光の光量を連続的に測定するので、光ファイバをZ軸方向に移動したときの光ファイバに入射するレーザ光の光量変化を非常に詳細に測定できる。
【0130】
さらに、第4の発明の調心方法は、半導体レーザ素子に対向配置される光ファイバにレーザ光を入射させ、このレーザ光の光量を連続的に測定し、該測定レーザ光の光量と前記光ファイバの前記Z軸方向の移動量との相関データを予め定めた基準移動量ごとに区分して順次取り込み、この取り込みデータに基づいてZ軸方向光ファイバ最適位置を定めて、前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとを調心することによって、レーザダイオード素子と光ファイバとの間のレーザ光共振の影響を受けずに、Z軸方向光ファイバ最適位置を適切に定めてレーザダイオード素子と光ファイバとを調心することができる。
【0132】
さらに、第5の発明の調心方法は、XY平面内で楕円形となるレーザ光における楕円の短軸方向よりも長軸方向に広い範囲で前記レーザ光の光量を測定し、粗調心するものであるから、レーザ光のXY平面における形状に対応させて、前記長軸方向における光量の測定点間隔を該長軸に直交する短軸方向における光量の測定点間隔に比べて広くすることにより、効率良く長手方向の測定点を減らすことができるし、逆に狭くすることにより、より調心精度が求められるY軸方向において精度良く調心することができる。
【0133】
さらに、第6の発明の調心方法は、第5の発明の構成に加え、前記工程S1では、光ファイバの出射端面が描く軌跡が渦巻き状となるように、前記光ファイバの接続端面をレーザダイオード素子に対して相対的に移動させるものであるから、粗調心を効率良く行なうことができる。
【0134】
さらに、第7の発明の調心方法は、第5又は第6の発明の構成に加え、前記工程S2では、光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定し、該光量の測定結果に基づいて光量の二次曲面近似を行い、その近似結果に基づいて調心を行なうので、少ない測定点で測定誤差が少なく効率の良い二次曲面近似を行なうことができる。
【0135】
さらに、第8の発明の調心方法は、第7の発明の構成に加え、前記工程S2では、長軸上及び該長軸に直交する短軸上において、光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定するものであるから、例えば、長軸と短軸の直交する点を基準点とし、該基準点の1点と、該基準点を挟む長軸上、短軸上のそれぞれ2点の計5点を側定点とすることで、ステージの移動を単純かつ効率良く行なうことができる。
【0137】
さらに、本発明の調心装置は、前記第1乃至第8の少なくとも1つのアルゴリズムを用いて光ファイバを移動させ、レーザダイオード素子と光ファイバとを調心する調心装置であるから、レーザダイオード素子と光ファイバをX,Y,Zの3軸方向に的確に調心し、レーザダイオード素子と光ファイバとを低損失で調心できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザダイオード素子と光ファイバとの調心方法を用いた調心装置の一実施形態例を示す要部構成図である。
【図2】上記実施形態例の装置を用いたレーザダイオード素子と光ファイバとの光軸方向の調心動作の説明図である。
【図3】上記実施形態例の装置を用いたレーザダイオード素子と光ファイバとのXY平面上の粗調心動作例の説明図である。
【図4】上記実施形態例の装置を用いたレーザダイオード素子と光ファイバとのXY平面上の微調心動作説明図である。
【図5】上記実施形態例の装置のカメラ撮像図例(a)と、レーザダイオード素子とレンズドファイバとの対向状態拡大図(b)である。
【図6】上記実施形態例の装置を用いたレーザダイオード素子と光ファイバとのXY平面上の粗調心動作のフローチャートである。
【図7】上記実施形態例の装置を用いた、図6に続くレーザダイオード素子と光ファイバとの調心動作のフローチャートである。
【図8】上記実施形態例の装置を用いたレーザダイオード素子と光ファイバとのXY平面上の微調心動作を具体的に示すフローチャートである。
【図9】レーザ光の光軸方向の光ファイバ位置を変えてレーザダイオード素子から光ファイバに入射するレーザ光の強度を測定した結果を示すグラフ(a)と、このグラフの模式的分析図(b)である。
【図10】本発明のレーザダイオード素子と光ファイバとの調心方法として適用されるシンプレックス法の説明図である。
【図11】シンプレックス法のフローチャートである。
【図12】レーザダイオード素子と光ファイバとの調心を適用したレーザダイオードモジュールの例を示す説明図である。
【符号の説明】
3 レーザダイオード素子
4 フェルール
6 アルゴリズム格納部
7 ステージ制御手段
8 レンズドファイバ
10 フェルール把持部
11 光ファイバ移動ステージ
30 制御装置
Claims (9)
- レーザダイオード素子と光ファイバの接続端面を対向配置し、前記光ファイバを前記レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向に相対的に予め定めた基準移動量ずつ移動させてなるそれぞれの位置のうちで前記光ファイバに入射するレーザ光の光量の測定値が最大となる位置またはその近傍をZ軸方向光ファイバ最適位置として定めて前記レーザダイオード素子と前記光ファイバとを調心する工程S0を含み、前記基準移動量は、レーザ光の波長をλとしたときに(λ/2)の整数倍の量としたことを特徴とするレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- 工程S0におけるレーザ光の光量測定は、光ファイバを基準移動量ずつステップ移動させ、それぞれの位置で光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定することを特徴とする請求項1記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- 工程S0におけるレーザ光の光量測定は、光ファイバをレーザダイオード素子に対してZ軸方向に相対的に移動しながら、前記光ファイバに入射するレーザ光の光量を連続的に測定することを特徴とする請求項1記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- 光量測定によって得たレーザ光の光量と光ファイバのZ軸方向の移動量との相関データを予め定めた基準移動量ごとに区分して順次取り込み、それぞれの区分範囲内における光量の代表値同士を比較し、然る後に、前記光量の代表値が最大となる区分範囲内においてZ軸方向光ファイバ最適位置を定めることを特徴とする請求項3記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一なZ軸方向の光ファイバ最適位置を請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法により決定し、前記Z軸方向と略直交するXY平面内で光ファイバの接続端面をレーザダイオード素子に対して相対的に移動させながら、前記光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定し、粗調心位置を決定する工程S 1 と、該工程S 1 によって決定した位置からさらにXY平面で光量最大となる光ファイバ最適位置となるように微調心する工程S 2 とを含むレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法であって、前記工程S 1 では、前記XY平面内で楕円形となるレーザ光における楕円の短軸方向よりも長軸方向に広い範囲で前記光ファイバに入射する前記レーザ光の光量を測定することを特徴とするレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- 工程S1では、光ファイバの出射端面が描く軌跡が渦巻き状となるように、前記光ファイバの接続端面をレーザダイオード素子に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項5記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- 工程S2では、光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定し、該光量の測定結果に基づいて光量の二次曲面近似を行い、その近似結果に基づいて調心を行なうことを特徴とする請求項5又は請求項6記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- 工程S2では、長軸上及び該長軸に直交する短軸上において、光ファイバに入射するレーザ光の光量を測定することを特徴とする請求項7記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法。
- レーザダイオード素子の配置部と;前記レーザダイオード素子から出射されるレーザ光の光軸方向と略同一な方向をZ軸方向とし、該Z軸方向と直交し前記レーザダイオード素子の底面に略水平な方向をX軸方向とし、該X軸方向と前記Z軸方向に共に直交する方向をY軸方向としたときに、前記レーザダイオード素子と対向配置される光ファイバを前記Z軸方向と前記X,Y軸方向の少なくとも一方に移動可能な光ファイバ移動ステージと;請求項1乃至請求項8のいずれか一つに記載のレーザダイオード素子と光ファイバの調心方法のアルゴリズムを1つ以上格納したアルゴリズム格納部と;該アルゴリズム格納部に格納したアルゴリズムに基づいて前記光ファイバ移動ステージによる光ファイバの移動を制御するステージ制御手段とを備えていることを特徴とするレーザダイオード素子と光ファイバの調心装置。
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