JP3956515B2 - ファイバグレーティング光モジュールの調芯方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバグレーティング光モジュールの調芯方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子と、ファイバグレーティングが形成された光ファイバとからなる光共振器を備える光モジュールに関する従来の技術としては、米国特許第4865410号公報に記載された発光モジュールがある。
【０００３】
同公報を参照すると、この発光モジュールは、電流が加えられると光を発生する半導体光増幅器と、ファイバグレーティングを有する光ファイバとからなる光共振器を有している。この光共振器を形成するために、半導体光増幅器をハウジング内に設けられた台座上に固定した後に、光ファイバの先端部分に設けられたフェルールをワッシャに挿入して固定し、次いで、このワッシャをハウジングに固定することによって、半導体光増幅器に対して光ファイバを位置決めしている。この位置決めは、半導体光増幅器と光ファイバの先端部との光学的な結合を確実に行うために、半導体光増幅器に上記の光共振器においてレーザ発振可能な電流を流した状態の下で行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体光増幅器とファイバグレーティングとから構成される光共振器においてレーザ発振を引き起こすためには、ファイバグレーティングの反射帯域内に少なくとも１つの縦モードが存在することが必要である。ところが、ファイバグレーティング半導体レーザ（以下、ＦＧＬという）の縦モード間隔が、ファイバグレーティングの反射帯域幅と同程度の大きさになると、ＦＧＬの発振状態が不安定になる。このため、ファイバグレーティングを有する光ファイバを半導体光増幅器に対して整列するに際して、レーザ発振を安定させるために他の調整が行われていた。例えば、この調整のために、半導体光増幅器の温度を変化させたり、加える電流値を変更したり、といった項目に関する調整を行いながら調芯を行う必要があった。このために、組立のための温度調整装置が必要であったり、また半導体光増幅器の温度を安定させるための時間が必要であった。
【０００５】
本発明の目的は、ファイバグレーティングを有する光ファイバを半導体光増幅器に光学的に結合させ、ファイバグレーティング光モジュールにおいて光共振器を形成するように整列させるための改善された調芯方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るファイバグレーティング光モジュールの調芯方法は、光放出面および光反射面を有し電流が加えられることによって光放出面から光が放出される半導体光増幅器と、光放出面へ光学的に結合可能な第１の端部、第２の端部、およびこの第１の端部から所定の距離にあり第１の端部と第２の端部との間に設けられたファイバグレーティング、を有する光ファイバとを相対的に位置合わせし半導体光増幅器の光放出面と光ファイバの第１の端部とを光学的に結合可能にするファイバグレーティング光モジュールの調芯方法であって、当該方法は、半導体光増幅器の光反射面と光共振器を形成するように、受けた光を反射する光反射手段を第２の端部に設ける結合ステップと、半導体光増幅器に電流を加え、半導体光増幅器の光反射面と光反射手段とから構成される光共振器において所定の発振波長でレーザ発振を起こす発振ステップと、光ファイバの第２の端部から光反射手段を介して取り出される光の強度に基づいて半導体光増幅器に対する光ファイバの相対的な位置を合わせる整列ステップと、を備える。
【０００７】
このように、半導体光増幅器の光反射面と光共振器を形成するように、所定の光反射率を有する光反射手段を光ファイバに設けるようにしたので、半導体光共振器の光反射面とファイバグレーティングとから形成される光共振器の共振器長に比べて長い共振器長を有する別個の光共振器が形成される。また、別個の光共振器の共振器長は、独立して設定できる。このため、この別個の光共振器によって形成されるレーザの縦モードの間隔は狭くなる。故に、この縦モードのうちのいくつかがファイバグレーティングの反射帯域内に存在するようにできる。一方、半導体光増幅器に所定値の電流を加えると、半導体光増幅器の光反射面と光反射手段とから形成される光共振器を有するレーザはレーザ発振する。このレーザが発生するレーザ光を光ファイバを介して取り出して、この強度に基づいて半導体光増幅器と光ファイバとの相対的な位置を合わせるようすれば、安定した発光状態の下において半導体光増幅器に対してファイバグレーティングを有する光ファイバを位置合わせすることが可能になる。
【０００８】
本発明に係るファイバグレーティング光モジュールの調芯方法は、光放出面および光反射面を有し電流が加えられることによって光放出面から光が放出される半導体光増幅器と、光放出面へ光学的に結合可能な第１の端部、第２の端部、およびこの第１の端部から所定の距離にあり第１の端部と第２の端部との間に設けられたファイバグレーティング、を有する光ファイバとを相対的に位置合わせし半導体光増幅器の光放出面と光ファイバの第１の端部とを光学的に結合可能にするファイバグレーティング光モジュールの調芯方法であって、光ファイバは、第２の端部とファイバグレーティングとの間に設けられた光分岐手段を含む。当該方法は、半導体光増幅器の光反射面と光共振器を形成するように、受けた光を反射する光反射手段を、光分岐手段によって光ファイバから分岐された光ファイバの端部に設ける結合ステップと、半導体光増幅器に電流を加え、半導体光増幅器の光反射面と光反射手段とから構成される光共振器において所定の発振波長でレーザ発振を起こす発振ステップと、光ファイバの第２の端部から光反射手段を介して取り出される光の強度に基づいて半導体光増幅器と光ファイバとの相対的な位置を合わせる整列ステップと、を備える。
【０００９】
このように、半導体光増幅器に対面する端部と異なる光ファイバの端部が複数設けられるので、そのうちの一の端部において半導体光増幅器からの光の強度を測定することができ、他の端部において半導体光増幅器からの光を反射することができる。
【００１０】
本発明に係るファイバグレーティング光モジュールの調芯方法では、整列ステップは、光ファイバの位置と半導体光増幅器の位置とを相対的に移動させる移動ステップと、光ファイバの第２の端部から取り出される光強度を測定する測定ステップと、を更に有することができる。
【００１１】
このように、光ファイバの位置と半導体光増幅器の位置とを相対的に変え、また、光ファイバの第２の端部から取り出される光強度を測定するようにしたので、光ファイバを半導体光増幅器に対して確実に整列させることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００１３】
図１および図２を用いて、本発明の実施の形態のファイバグレーティング光モジュールの構成について説明する。図１は、ファイバグレーティング光モジュールの斜視図であり、その内部の様子が明らかになるように一部破断図になっている。図２は、ファイバグレーティングレーザの主要部１０を表し図１のＩ−Ｉ断面における断面図である。
【００１４】
図１および図２を参照すると、ファイバグレーティング光モジュール１は、ハウジング１２と、ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０とを備える。
【００１５】
ハウジング１２は、図１に示された実施例では、バタフライ型パッケージである。パッケージ１２内の底面上にファイバグレーティング光モジュールの主要部１０が配置されている。ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０は、不活性ガス、例えば窒素ガス、が封入された状態でパッケージ１２内に封止されている。パッケージ１２の材料は、金属、例えばコバール、であり、ファイバグレーティングレーザモジュールの主要部１０を収納している本体部１２ａ、光ファイバ１４を主要部１０に導く筒状部１２ｂ、および主要部１０の電極をパッケージ１２外に電気的に取り出すことを可能にする複数のリードピン１２ｃを備える。筒状部１２ｂの先端からは光ファイバ１４が導入され、この光ファイバ１４は筒状部１２ｂの内部を通過してファイバグレーティングレーザモジュールの主要部１０に至る。複数のリードピン１２ｃは、パッケージ１２の両側面に設けられていて、半導体光増幅器１６等に導電ワイヤ（図示せず）を用いてボンディングされることによって電気的に接続されている。各リードピン１２ｃは、半導体光増幅器１６への駆動電流を供給し、また受光素子１８からの電流を取り出したり、冷却素子２８へ電流を供給したりするために利用される。
【００１６】
ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０は、半導体光学素子１６、１８を搭載する搭載部材２２、２４、２６と、光ファイバ１４を半導体光増幅器１６に光学的に結合させるために位置合わせ機構部３０とを備える。位置合わせ機構部３０は、フェルール３２と、第１の支持部材３４と、第２の支持部材３６と、第３の支持部材３８と、を備える。
【００１７】
第１の支持部材３４は、搭載部材２４の受入面２４ｅに接触する接触平面３４ａと、この平面３４ａに対向する対向面３４ｂとを有するワッシャである。第１の支持部材３４は、接触平面３４ａから対向面３４ｂに向けて貫通する孔３４ｃを有し、この孔３４ｃには、光ファイバ１４が挿入されたフェルール３２が通過する。本実施の形態で使用された第１の支持部材３４は、より大きな直径の円盤状の平板と、より小さな直径の円盤状の平板とを同軸に重ねた形状を有する。第１の支持部材３４は、中央部に設けられた孔３４ｃに挿入されるフェルール３２を支持する。第１の支持部材３４は、対向面３４ｂにある孔３４ｃの開口部においてフェルール３２と固定され、また、第１の支持部材３４の外周において搭載部材２４に固定されている。
【００１８】
第２の支持部材３６は、第１の支持部材３４から所定の長さ離れた位置においてフェルール３２と固定されている。所定の長さを確保するために、第３の支持部材３８が、第１の支持部材３４と第２の支持部材３６との間に挟まれている。第２の支持部材３６は、第３の支持部材３８に接する接触面３６ａと、これに対向する対向面３６ｂとを有する。第２の支持部材３６は、接触平面３６ａから対向面３６ｂに向けて貫通する孔３６ｃを有し、この孔３６ｃには、フェルール３２が通過する。本実施の形態において使用される第２の支持部材３４は、円盤状の形状を成す平板である。
【００１９】
第３の支持部材３８は、フェルール３２が設けられている方向に所定の長さ延びる管状部３８ａを有し、管状部３８ａの一端部は第１の支持部材３４の対向面３４ｂ上に接触している。管状部３８ａの他端は、フェルール３２が通過する孔３８ｃを有する平板３８ｂによって塞がれている。平板３８ｂは、その外面に、第２の支持部材３６が接触する接触面３８ｄを有する。本実施の形態で使用された第３の支持部材は、底面３８ｂの中央部に貫通孔３８ｃを有する円筒部３８ａを有するカップ形状である。
【００２０】
第２の支持部材３６は、第３の支持部材３８の接触平面３８ｄに平面３６ａを接触させ、第２の支持部材３６の外周において第３の支持部材３８に固定されている。また、第２の支持部材３６は、対向面３６ｂにおける貫通孔３６ｃの開口部の周囲においてフェルール３２と固定されている。
【００２１】
フェルール３２、第１〜第３の支持部材３４、３６、３８は、例えばステンレススチールで形成されることができる。また、フェルール３２、第１〜第３の支持部材３４、４６、４８の固定は、例えばスポット溶接を用いて、複数の位置において行うことが好ましい。
【００２２】
第１の指示部材３４および第２の指示部材３６の形状は、リング形状であることが好ましい。このように、外形を円形状にすると、円の中心軸方向から見た平面形状において対称性が高くなる。このため、対称性を有する複数の位置、例えば対称軸と円形の外周が交差する対向する２点、においてスポット溶接で固定を行うと、固定に際して発生する歪みが低減される。また、スポット溶接による固定は、上記の対向位置に関しては同時に行うことが好ましい。このようにすると、固定の際に発生する歪みを小さくできる。
【００２３】
半導体光増幅器１６は、チップキャリア２２上に搭載されている。チップキャリア１６は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いて形成されている。このため、半導体光増幅器２２の動作中に発生した熱は、チップキャリア２２を伝導してペルチェ素子２８に到達する。ペルチェ素子２８は、電流が流れると冷却素子として作動する。半導体光増幅器１６は、その第１の端面１６ａをパッケージ１２の光ファイバ挿入面に向けて配置されている。図面には、特に示されていないけれども、半導体光増幅器１６上に形成された電極はチップキャリア２２上の配線層と導電ワイヤに介して接続されている。この配線層は、導電ワイヤによってパッケージ１２の内部リードに接続されている。
【００２４】
半導体光増幅器１６は、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層と、この活性層をこの層の対向する２面において挟み込むＩｎＰからなる２つのクラッド層とを半導体基板上に備え、クラッド層の一方はＰ型半導体を有し、クラッド層の他方はＮ型半導体層である。半導体光増幅器１６は、両側のクラッド層から活性層にキャリアを注入し反転分布を形成することによって誘導放出光を発生させる発光素子である。活性層は、第１の端面１６ａと、第２の端面１６ｂとを備える。第１の端面１６ａの光反射率は第２の端面の光反射率に比べて小さい。これを実現するために、第１の端面１６ａには低反射膜を形成し、１〜０．１％程度の反射率を達成している。一方、第２の端面１６ｂには高反射膜が形成を形成し、８５％以上の反射率を達成している。このため、第１の端面１６ａは光放出面となり、第２の端面１６ｂは光反射面となる。図面には、特に示されていないけれども、半導体光増幅器１６上に形成された電極は、チップキャリア２２上の配線層と導電ワイヤで接続されている。また、この配線層は、パッケージ１２の内部リードに接続されている。
【００２５】
受光素子１８、例えばフォトダイオードは、チップキャリア２６上に搭載されている。チップキャリア２６は、半導体光増幅器１６の端面１６ａに対向する端面１６ｂと対面する位置にフォトダイオード１８が配置されるように、搭載部材２４上に設けられている。このフォトダイオード１８は、半導体光増幅器１６の発光状態を監視するためのモニタ用フォトダイオードとして作動する。図面には、特に示されていないけれども、受光素子１８上に形成された電極はチップキャリア上の配線層と導電ワイヤに介して接続されている。この配線層は、パッケージ１２の内部リードに接続されている。
【００２６】
搭載部材２４は、基体部２４ａおよび壁部２４ｂを有するＬ字形状の部材であって、壁部２４ｂが基体部２４ａの搭載面２４ｃ上に設けられている。チップキャリア２２、２６は、基体部２４ｂの搭載面２４ｃ上に搭載されている。搭載部材２４は、設置面２４ｄをペルチェ素子２８に対面させて、ペルチェ素子２８上に設置されている。壁部２４ｂは、光ファイバ受入面２４ｅと、受入面２４ｅに対向する対向面２４ｆと、受入面２４ｅから対向面２４ｆに貫通する貫通孔２４ｇとを有する。貫通孔２４ｇには、光ファイバ１４のレンズ端部１４ｂが挿入され、この端部１４ｂが半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａと光学的に結合するための空間を提供する。搭載部材２４において、搭載面２４ｃ、設置面２４ｄ、受入面２４ｅ、および対向面２４ｆは平面である。搭載面２４ｃおよび設置面２４ｄは略平行であり、また受入面２４ｅおよび対向面２４ｆは略平行であり、更に搭載面２４ｃは対向面２４ｆと略直交している。
【００２７】
光ファイバ１４は、ファイバグレーティング１４ａ、および２個の端部１４ｂ、１４ｃを有する。これらの端部の一方は、半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａと対面していて、この端部１４ｂと第１の端面１６ａが光学的に結合可能な位置に光ファイバ１４が配置されている。第１の端面１６ａと光学的に結合している端部１４ｂは、半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａから出射された光を集光可能なように先球加工されたレンズ形状を有している。このため、半導体光増幅器１６と光ファイバ１４との間に別個のレンズを設ける必要がないので、光学的な結合を直接行うことが可能になる。これにより、共振器長が短縮可能であるので、ファイバグレーティングレーザの高周波特性が向上される。
【００２８】
光ファイバ１４には、レンズ形状を有する一端部１４ｂから所定の距離だけ離れたコア部内の位置に回折格子（ファイバグレーティング）１４ａが設けられている。このような回折格子１４ａを形成するために好適な光ファイバは、酸化ゲルマニウムを含むと共に所定の屈折率を有するコア部と、このコア部の周囲に設けられたコア部よりも小さく屈折率を有するクラッド部を備える。そして、この光ファイバに紫外線を照射することによって、コア部に屈折率の異なる領域を複数の箇所に設けたものである。このような領域は、周期的に設けられることが好ましい。このような回折格子１４ａは、反射率、周期、回折格子長、等の特性値によって特徴付けられる。ファイバグレーティングは、これらの特性値を組み合わせて、本願の整列に使用する波長領域において反射スペクトルを有するように設計されることができる。
【００２９】
光ファイバ１４は、フェルール３２の一端部から他端部に延びる貫通孔に、一端から挿入されて、光ファイバの先端部１４ｂはフェルール３２の他端部から所定の長さだけ突出している。フェルール３２は、光ファイバの先端部１４ｂが突出する端部から所定の距離だけ離れた位置にて第１の支持部材３４に固定されている。フェルール３２は、また、光ファイバ１４が挿入された一端部から所定の距離だけ離れた位置にて第２の支持部材３６に固定されている。第１の支持部材３４および第２の支持部材３６は、第３の支持部材３８よってに空間的に離れた位置に配置される。第３の支持部材３８は、第１の支持部材３４から離間された位置に第２の支持部材３６が配置されることを可能にする部材である。
【００３０】
図３を用いて、光ファイバ１４を半導体光増幅器１６に光学的に結合させるための位置合わせ機構部３０について説明する。図３は、位置合わせ機構部３０を位置合わせしながら組み立てていく際に使用する治具４０に搭載部材２４が固定された状態を示した模式図である。
【００３１】
図３を参照すると、搭載部材２４が、組立治具４０に固定されている。搭載部材２４は、半導体光増幅器１２を搭載したチップキャリア２２を搭載面２４ｃ上に備え、電気的な接続を完了した状態まで、既に組み立てられている。なお、受光素子２８およびチップキャリア２６は図面を見やすくするために、以下、特に断らない限り省略する。組立治具４０は、３次元空間において、位置合わせ機構部３０に搭載部材２４を相対的に位置合わせするために必要な移動機構４２を備える。移動機構４２は、図３に示された座標軸のＸ軸方向への並進移動機構４２ａ、紙面の向かう方向のＹ方向への並進移動機構４２ｂ、Ｚ軸方向への並進移動機構４２ｃ、およびＺ軸の周りのφ回転を行う回転機構４２ｄを備える。特に、図示していないが、フェルール３２、第１〜第３の指示部材３４、３６，３８、および搭載部材２４をそれぞれ固定するための固定手段として溶接装置も設けられている。この溶接装置は、例えば、ＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接装置であることが好ましい。
【００３２】
位置合わせ機構部３０は、治具４０に固定された搭載部材２４の受入面２４ｅ上に、半導体光増幅器１２の光軸４４に概略的に位置合わせされた状態で、フェルール３２、第１の支持部材３４、第３の支持部材３８、第２の支持部材３６が、図３において下側からこの順序で配置されている。第１の支持部材３４、第２の支持部材３６、および第３の支持部材３８は、フェルール３２に挿入された光ファイバ１４がその中央部に設けられている孔を通過した状態で配置されている。
【００３３】
次いで、図３を参照しながら、半導体光増幅器１６に対して光ファイバの相対的な位置を合わせるために使用される光学的な結合関係について説明する。光ファイバ１４の第１の端部１４ｂは、先球加工され、また半導体光増幅器１６の光放出面１６ａに対面するように配置されている。光ファイバ１４の第２の端面１４ｃは、光強度（光パワー）が計測可能な光モニタ手段として測定装置４６、例えばパワーメータに光学的に結合されている。この測定装置４６を用いると、光ファイバ１４を伝わり、端部１４ｃに達した光の強度を計測できる。半導体光増幅器１６には、電流を加えるために電源４８が導電線５０を介して接続されている。
【００３４】
また、光ファイバ１４は、ファイバグレーティング１４ａと第２の端部１４ｃとの間に光分岐手段５２、例えば光カプラ（溶融石英カプラ）を有する。光分岐手段５２は、光ファイバ１４と光学的な結合、好ましくは比較的緩い結合を達成して、光ファイバ分路５２ａと光ファイバ主路１４との間で伝搬光の分岐および（結合）合流を可能にする。
【００３５】
分路５２ａの端部５２ｂには、光反射手段５４が設けられている。光反射手段５４は半導体光増幅器１６の発光波長において所定の光反射率を有し、光反射手段５４に入射した光を反射する。光反射手段５４は、光ファイバ端面５２ｂに反射コート膜を形成すること、光ファイバ端面５２ｂに対面する鏡を配置すること、分路５２ａを構成する光ファイバのコア部にファイバグレーティング（回折格子）を形成すること、等によって実現される。光反射手段５４として使用されるファイバグレーティングは、調芯に使用される波長の光を反射することができ、または半導体光増幅器１６が発生する光波長帯に光反射スペクトルを有する。このような光反射手段５４が備えるべき光反射率は、この光反射手段５４と、半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとから構成される光共振器に起因する縦モードが観測できる程度の値であればよい。
【００３６】
光ファイバ１４は、光カプラを備えることなく、第２の端部１４ｃに直接に半反射コート膜を設けることによって、光分岐手段５２および光反射手段５４を光ファイバ１４の端部１４ｃに設けるようにできる。このとき、第２の端部１４ｃは、半反射コート膜を有すると共に、パワーメータ４６に接続されている。このため、パワーメータ４６には半反射コート膜を透過した光が加えられる。また、光分岐手段５２および光反射手段５４は、光ファイバとは別個のハーフミラーであることができる。また、ハーフミラーは、光ファイバ１４の端部１４ｃに対面するように設けられ、光ファイバ１４の端部１４ｃから放出される光の進行方向に対して角度４５度に傾けられている。ハーフミラーによって分岐された光の一方は、光モニタ手段４６に入力され、他方の光は光反射手段５４によって反射され光ファイバ１４の端部１４ｃを介して光ファイバ１４に戻される。つまり、光ファイバ１４は、受けた光の一部を透過可能であり、且つ受けた光の一部を反射可能である光透過反射手段と光学的に結合することが好ましい。
【００３７】
このような光学的な結合を組み立てた後に、電源４６から半導体光増幅器１６に電流を供給すると、半導体光増幅器１６の活性層において光が発生する。発生した光は光反射面１６ｂにおいて反射され、光放出面１６ａから出射される。ここで、半導体光増幅器１６に加えられている電流は、仮に半導体光増幅器１６と光ファイバ１４との光学的な結合が達成されたとしたら、光ファイバ１４に光学的に結合している光カプラ５２から引き出された分路５２ａの一端面５２ｂに設けられた反射ミラー５４と、半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとからなる光共振器においてレーザ発振が生じる程度の電流値、つまりこの光共振器のしきい値以上の電流である。このような電流値は、反射ミラー５４の光反射率にも依存するけれども、光共振器が形成されると必ず存在する値である。
【００３８】
このような光学的な接続において、半導体光増幅器１６と光ファイバ１４との間の光学的な結合が十分に密接になると、レーザ発振が起こるとので、光ファイバの他端１４ｃでは、大きな光強度が観測できる。したがって、この観測値に基づいて整列の達成の程度を判断できる。
【００３９】
外部に反射ミラーを設けて別個の光共振器を設けると、ファイバグレーティング光モジュールに作り込まれている光共振器の共振器長よりも長い光共振器長が実現される。つまり、外部共振器に基づく縦モード間隔は、ファイバグレーティング光モジュールの構成部品とは独立して決定可能な値となる。
【００４０】
外部光共振器を設ける場合に、好適な光共振器長を見積もる。発振波長λ₀、実効的な共振器長Ｌ×ｎとすると、縦モード間隔は次式によって表される。ここで、ｎは、光共振器の光路の実効的な屈折率である。
△λ＝λ₀ ²／２／ｎ／Ｌ
ファイバグレーティング光モジュールから引き出されている光ファイバが１０ｃｍとすると、外部共振器長Ｌ＝１０ｃｍとなるので、縦モード間隔△λは８ｐｍ程度になる。このため、光ファイバ内に設けられたグレーティング１４ａの反射特性の半値幅が０．１ｎｍとしても、この半値幅の間に十分な数の縦モードが入るようになる。この縦モードの数は、外部共振器長を更に長くすると増加させることができる。光共振器長を５０ｃｍにすれば、縦モード間隔は上記の値の１／５になり、擬似的に連続的に見なせる状態を作り出すこともできる。故に、従来に比べると、調芯を極めて効率的に行う方法が提供される。
【００４１】
この整列方法は、光ファイバ１４内に形成されたグレーティングの半値幅が０．１ｎｍ以下にしても適用可能であるので、ＷＤＭ（波長分割多重システム）に好適なファイバグレーティング光モジュールを製造するためにも適用可能である。詳述すれば、ＷＤＭシステムでは、隣接波長間隔の規格値として０．６ｎｍが決定されている。この規格を満足する光源の光スペクトルの半値幅としては０．１ｎｍ以下が必要となり、つまりこの半値幅のグレーティングが求められる。このような狭い反射スペクトル特性のファイバグレーティングであっても、Ｌ＝１０ｃｍであれば、１０本程度の縦モードがグレーティングの反射スペクトル帯域内に存在するようにできる。したがって、レーザ発振を使用していても発振を安定に維持することができるので、光ファイバ１４と半導体光増幅器１６との整列が速やかに行うことが可能となる。
【００４２】
引き続いて、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、および図５（ｂ）を参照しながら、位置合わせ機構部３０を搭載部材２４上に形成していく手順を説明する。図４（ａ）〜図５（ｂ）は、それぞれ、図１のＩ−Ｉ断面において示された組立断面図である。
【００４３】
なお、図４（ａ）〜図５（ｂ）においても、図３と同様に受光素子１８およびチップキャリア２６は省略されている。図４（ａ）〜図５（ｂ）において、組立治具４０および移動機構４２は図示されていないけれども、搭載部材２４を３次元空間において位置合わせ機構部３０に相対的に位置合わせするために必要に応じて使用される。また、図４（ａ）〜図５（ｂ）において、半導体光増幅器１６は、搭載部材２４上の所定の電極に電圧を加えると動作し得る状態にまで組み立てられている。
【００４４】
図４（ａ）は、光ファイバ１４が挿入され且つ固定されたフェルール３２を第１の支持部材３４に固定する工程を表している。第１の支持部材３４は、フェルール３２が孔３４ｃに挿入された状態で、第１の支持部材３４の接触面３４ａを搭載部材２４の受入面２４ｅに接触している。光ファイバの先端１４ｂは、半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａから所定に位置に来るように搭載部材２４の貫通孔２４ｇに挿入され、搭載部材２４に対して光ファイバ１４のＺ軸方向の位置が合わされる。この位置合わせは、半導体光増幅器１６を発光状態にして、光ファイバの端部において光強度に基づいて行われる。Ｚ位置合わせが終了した後に、ＹＡＧレーザを用いたスポット溶接を用いて、孔３４ｃの周囲部の複数の箇所Ｓ１においてフェルール３２を第１の支持部材３４に固定する。
【００４５】
図４（ｂ）は、光ファイバ１４を半導体光増幅器１６に対して整列する調芯工程を表している。調芯とは、半導体光増幅器１６の光放出面１６ａから放出される光が、光ファイバ１４の先球加工された端部１４ｂからコア部へ十分に導かれるように、光放出面１６ａと端部１４ｂとが光学的に結合された整列状態を達成することをいう。この状態は、例えば、半導体光増幅器１６の光放出面１６ａが放出される光の主要な進行方向上に光ファイバ１４の先端部１４ｂを配置して、光学的に所定の誤差範囲内で合わせることによって実現される。
【００４６】
具体的には、フェルール３２が固定された第１の支持部材３４を搭載部材２４の受入面２４ｅに対して接触させた状態を維持しつつ第１の支持部材３４を移動させて、光ファイバ１４の他端１４ｃから得られる光強度を測定する。光強度の測定値が予め決められた値以上になるまで、または、光強度の測定値が最大値になるまで、移動と測定とを繰り返すことができる。このように、光ファイバ１４を半導体光増幅器１６に対して相対的に移動させ、また、光ファイバ１４から取り出される光強度を測定するようにしたので、光ファイバ１４を半導体光増幅器１６に対して整列することが可能になると共に、上記のように移動と測定とを繰り返すと、所望の結合状態に確実に到達できる。このように光ファイバと半導体光増幅器１６との相対的な位置を移動させながら光強度を測定すると、相対位置と光学的な結合状態を順次に監視しながら整列が可能となる。このようにして所望の光強度が得られた位置は、第１の支持部材３４が搭載部材２４に固定されるべき位置となる。位置合わせが終了した後に、ＹＡＧレーザを用いたスポット溶接によって、第１の支持部材３４の外周部の複数の箇所Ｓ２において第１の支持部材３４を搭載部材２４に固定する。この工程を終了すると、光ファイバ１４の先端部１４ｂは、半導体光増幅器１６の光放出面１６ａに対して位置合わせされた。
【００４７】
図５（ａ）を参照すると、フェルール３２が第２の支持部材３６に固定される工程を表している。第１の支持部材３４は、既に、搭載部材２４の受入面２４ｅ上に固定されている。続けて、第３の支持部材３８が第１の支持部材３４の対向面３４ｂ上に配置される。第３の支持部材３８の貫通孔３８ｃには、光ファイバ１４が固定されたフェルール３２が通されている。また、第３の支持部材３８の接触面３８ｄ上には、第２の搭載部材３６が平面３６ａを接触させた状態で配置されている。更に、第２に搭載部材３６の貫通孔３６ｃには、フェルール３２が挿入されている。配置が終了した後に、ＹＡＧレーザを用いたスポット溶接によって、フェルール３２は、対向面３６ｂにおける貫通孔３６ｃの開口部の周囲部の複数の箇所Ｓ３において第２の支持部材３６と固定される。
【００４８】
図５（ｂ）を参照すると、第２の支持部材３６が第３の支持部材３８に固定されて、この結果、光ファイバ１４の先端１４ｂの半導体光増幅器１６に対する位置合わせが終了した状態を示している。
【００４９】
図５（ａ）に示された組み立て工程の後では、フェルール３２は、スポット溶接部Ｓ１およびＳ２によって搭載部材２４に固定され、且つスポット溶接部Ｓ３によって第２の支持部材３６に固定されているけれども、貫通孔３８ｃがフェルール３２の外形より大きいので、第２の支持部材３６は、第３の支持部材３８の接触面３８ｄ上に接触しながら制限された範囲で移動可能な状態となっている。このため、第２の支持部材３６を接触面３８ｄ上において移動させると、スポット溶接部Ｓ１が支点となって、光ファイバ１４の先端部１４ｂが第２の支持部材３６の移動に応答して移動する。しかしながら、先端部１４ｂの移動する距離は、てこの原理によって、スポット溶接部Ｓ３とスポット溶接部Ｓ１との距離に対するスポット溶接部Ｓ１と先端部１４ｂとの距離の比率によって決定される縮小された距離しか移動されない。故に、調芯工程と同様に半導体光増幅器１６を発光状態にして、光ファイバ１４の他端１４ｃから得られる光強度を測定すれば、先端部１４ｂの位置の微調整が可能となる。この調整によって、スポット溶接Ｓ２における固定の後に生じた整列位置のずれを再調整する機会が与えられる。てこの原理を利用することによって、どの程度の微調整または再調整が可能になるかは、第３の支持部材３８の管状部３８ａの長さに依存する。
【００５０】
本実施の形態では、半導体光増幅器１６と光ファイバ１４との位置を合わせる際に、半導体光増幅器１６の光放出面１６ａからの距離が異なる２箇所の位置で、フェルール３２を固定部材３２、３６にしている。このとき、光放出面１６ａに近い方の位置（Ｓ１、Ｓ２）を固定した後に、遠い方の位置（Ｓ３）にて固定するようにしている。このように、光ファイバ１４の第１の端部１４ａと半導体光増幅器１６の光放出面１６ａとの相対的な位置を一部固定した後に、半導体光増幅器１６を発光させた状態で光ファイバ１４と半導体光増幅器１６との光学的な結合状態を調整するようにしたので、最終的な位置を光学的に微調整することが可能になる。このような調整においても、上記のように、移動と測定とを繰り返して、または、移動しながら測定することによって、所望の光学的な結合が達成される。
【００５１】
位置合わせが終了した後に、ＹＡＧレーザを用いたスポット溶接によって、第２の支持部材３６の外周部の複数の箇所Ｓ４において第３の支持部材３８に固定する。この工程を終了すると、光ファイバ１４の先端部１４ｂは、半導体光増幅器１６の光放出面１６ａに対して位置合わせされ光学的な結合が達成された状態で最終的に固定された。
【００５２】
これらの工程を経た結果、位置合わせ機構部３０が完成された。半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂと光ファイバ１４に形成されたファイバグレーティング１４ａとから形成される光共振器が安定して発振可能な状態になるまで組み立てられた。しかしながら、以上の説明から明らかなように、この光共振器に基づくレーザ発振は、まだ行われていない。したがって、ファイバグレーティングの反射帯域内に半導体光増幅器１６とファイバグレーティングとからなる光共振器の縦モードが少なくとも１つ含まれるようには調整されていない。
【００５３】
上記のファイバグレーティング光モジュールの調芯方法では、引き続いて、縦モードの合わせ込みを行う。この縦モードの合わせ込みとは、半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとファイバグレーティング１４ａとから形成される光共振器の縦モードをファイバグレーティングが反射可能な光の波長帯域内に移動させることをいう。
【００５４】
上記の調芯のための工程群においては、ファイバグレーティング１４ａと半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとからなる光共振器に関する光学的な調整、つまり縦モードの合わせ込みは行われず、単に、光ファイバ１４の第１の端部１４ｂが半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａに対して光結合可能なように２回の整列によって好適な配置が実現されているのみである。このため、上記の光共振器の縦モードがファイバグレーティング１４ａの最大反射波長とほぼ一致し、また半導体光増幅器１６の利得最大波長にほぼ一致しているとは限らない。そこで、この一致状態を実用的な範囲で達成する工程が必要となる。
【００５５】
このように、図４（ａ）〜図５（ｂ）を参照しながら説明した工程を経て光学的な結合を達成した後に、光ファイバ１４と半導体光増幅器１６とから構成される光共振器の縦モードをファイバグレーティングが反射可能な波長帯域内に合わせ込み、この光共振器に基づくレーザを発振させるので、安定した状態において縦モードの合わせ込みが可能となる。
【００５６】
これは以下の手順にて行う。
【００５７】
光ファイバ１４と半導体光増幅器１６との整列が終了しているので、光ファイバ１４のファイバグレーティング１４ａと半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとからなる光共振器を有するレーザが発振可能である。このレーザが発振するために十分な電流を半導体光増幅器１６に加える。縦モードの合わせ込みは、半導体光増幅器１６が搭載されている熱電気冷却器（サーモエレクトリッククーラ）２８、例えばペルチェ素子に電流を流して半導体光増幅器１６の温度を変化させることによって行う。
【００５８】
このように温度を変化させることによって、縦モードの合わせ込みが可能な理由を以下に説明する。半導体光増幅器１６の活性層およびクラッド層は、半導体材料を用いて形成されている。このような半導体材料の温度を変化させると、光学的な屈折率が変化する。温度を上昇させると自由キャリアが増加するので、屈折率は小さくなる。屈折率が小さくなると、この媒質中を伝搬する光の速度が速くなるので、実効的な光共振器長が短くなる。このため、縦モードは短波長側へ移動する。例えば、実効的な光共振器長Ｌ×ｎが１０ｍｍとすると、縦モードの間隔（△λ）は△λ＝λ₀ ²／２／ｎ／Ｌという関係なので、△λは大きくても数十ｎｍとなる。この程度の間隔であれば温度を変化させることによって縦モードの合わせ込みが可能となる。
【００５９】
一般に、本願において記載された構成のファイバグレーティング光モジュールは半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとファイバグレーティング１４ａとからなる光共振器を備え、そのレーザ発振波長は、ファイバグレーティング１４ａの反射特性、共振器の縦モード、半導体光増幅器の利得特性の積が最大となる波長においてレーザ発振する。
【００６０】
従来のように、半導体光増幅器に電流を加えて活性層内にキャリアの反転分布を形成することによって発生された縦モードを利用して調芯を行う場合には、この縦モードがファイバグレーティングの光反射帯域内に高々１本程度しかない。この縦モードの波長が、ファイバグレーティングの最大反射波長にほぼ一致していないとき、調芯を安定して行うことができない場合がある。一般には、この一致は多くの場合に達成されることはない。特に、ファイバグレーティングの反射特性の波長依存性が大きいとき、つまり反射スペクトルの傾きが大きい波長領域のとき、光出力の変化を監視していても、調芯の結果として光ファイバと半導体光増幅器の結合効率が改善されたのか、縦モードが移動、例えば温度変化等によって移動した結果として光出力が変化したのか、区別ができない場合があった。
【００６１】
しかしながら、すでに詳細に説明したように、本発明に係わるファイバグレーティング半導体レーザの整列方法では、半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂと光共振器を形成するように、所定の光反射率を有する光反射手段５４を光ファイバ１４に対して光学的に結合するように設けたので、半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとファイバグレーティング１４ａとから形成される光共振器の共振器長に比べて長い光共振器長の別個の光共振器が形成される。このため、この別個の光共振器によって形成されるレーザの縦モードの間隔は独立して設定されることができ、その間隔は狭くなる。故に、この縦モードのいくつかがファイバグレーティング１４ａの反射帯域内に存在するようにできる。半導体光増幅器１６に所定値の電流を加えると、半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂとファイバグレーティング１４ａとから形成される光共振器を有するファイバグレーティングレーザが安定して発振可能になる。安定して発振しているレーザ光を光ファイバ１４を介して取り出して、この強度に基づいて半導体光増幅器１６に対して光ファイバ１４を位置合わせするようすれば、安定した発光状態において、半導体光増幅器１６に対してファイバグレーティング１４ａを備えた光ファイバ１４を整列させることが可能になる。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わるファイバグレーティング光モジュールの調芯方法によれば、半導体光増幅器の光反射面と光共振器を形成するように、所定の光反射率を有する光反射手段を設けるようにした。このため、半導体光共振器の光反射面とファイバグレーティングとから形成される光共振器の共振器長に比べて長い光共振器長の別個の光共振器が形成される。この別個の光共振器によって形成されるレーザの縦モードの間隔を短くできる。故に、この縦モードのいくつかがファイバグレーティングの反射帯域内に存在するようにできる。故に、半導体光増幅器に所定値の電流を加えると、半導体光増幅器の光反射面と光反射手段とから形成される光共振器を有するレーザが発振するようにできる。このように、別個の光共振器に基づいて発振しているレーザ光を光ファイバを介して取り出して、この強度に基づいて半導体光増幅器に対して光ファイバを位置合わせするようすれば、安定した発光状態において半導体光増幅器に対してファイバグレーティングを持つ光ファイバを位置合わせすることが可能になる。
【００６３】
したがって、ファイバグレーティングを持つ光ファイバを半導体光増幅器に光学的に結合させ光共振器を形成するための改善されたファイバグレーティング光モジュールの調芯方法が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ファイバグレーティングレーザモジュールの斜視図である。
【図２】図２は、ファイバグレーティングレーザの主要部１０を表し図１にＩ−Ｉ断面における断面図である。
【図３】図３は、搭載部材が組み立て治具に固定された状態を示した模式図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、図１のＩ−Ｉ断面において示された組立断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、図１のＩ−Ｉ断面において示された組立断面図である。
【符号の説明】
１…ファイバグレーティング光モジュール、
１０…ファイバグレーティングレーザモジュールの主要部、
１２…ハウジング、１２ａ…本体部、１２ｂ…筒状部、１２ｃ…リードピン、
１６…半導体光増幅器、１８…受光素子、２２、２４、２６…搭載部材、
２８…冷却素子、３０…位置合わせ機構部、３２…フェルール、
３４…第１の支持部材、３６…第２の支持部材、３８…第３の支持部材、
４２…移動機構、４２ａ…Ｘ軸方向への並進移動機構、
４２ｂ…Ｙ方向への並進移動機構４２ｂ、４２ｃ…Ｚ軸方向への並進移動機構、
４２ｄ…Ｚ軸の周りのφ回転を行う回転機構、４６…パワーメータ、４８…電源
５０…導電線、５２…光分岐手段、５２ａ…分路、５２ｂ…分路の一端面、
５４…光反射手段

Claims (3)

1. 光放出面および光反射面を有し電流が加えられることによって前記光放出面から光が放出される半導体光増幅器と、前記光放出面へ光学的に結合可能な第１の端部、第２の端部、およびこの第１の端部から所定の距離にあり前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられたファイバグレーティング、を有する光ファイバとを相対的に位置合わせし前記半導体光増幅器の前記光放出面と前記光ファイバの前記第１の端部とを光学的に結合可能にするファイバグレーティング光モジュールの調芯方法であって、
   前記半導体光増幅器の前記光反射面と光共振器を形成するように、受けた光を反射する光反射手段を前記第２の端部に設ける結合ステップと、
   前記半導体光増幅器に電流を加え、前記半導体光増幅器の前記光反射面と前記光反射手段とから構成される光共振器において所定の発振波長でレーザ発振を起こす発振ステップと、
   前記光ファイバの前記第２の端部から前記光反射手段を介して取り出される光の強度に基づいて前記半導体光増幅器と前記光ファイバとの相対的な位置を合わせる整列ステップと、
   を備えるファイバグレーティング光モジュールの調芯方法。
2. 光放出面および光反射面を有し電流が加えられることによって前記光放出面から光が放出される半導体光増幅器と、前記光放出面へ光学的に結合可能な第１の端部、第２の端部、およびこの第１の端部から所定の距離にあり前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられたファイバグレーティング、を有する光ファイバとを相対的に位置合わせし前記半導体光増幅器の前記光放出面と前記光ファイバの前記第１の端部とを光学的に結合可能にするファイバグレーティング光モジュールの調芯方法であって、前記光ファイバは、前記第２の端部と前記ファイバグレーティングとの間に設けられた光分岐手段を含み、
   前記半導体光増幅器の前記光反射面と光共振器を形成するように、受けた光を反射する光反射手段を、前記光分岐手段によって前記光ファイバから分岐された光ファイバの端部に設ける結合ステップと、
   前記半導体光増幅器に電流を加え、前記半導体光増幅器の前記光反射面と前記光反射手段とから構成される光共振器において所定の発振波長でレーザ発振を起こす発振ステップと、
   前記光ファイバの前記第２の端部から取り出される光の強度に基づいて前記半導体光増幅器と前記光ファイバとの相対的な位置を合わせる整列ステップと、
   を備えるファイバグレーティング光モジュールの調芯方法。
3. 前記整列ステップは、前記光ファイバの位置と前記半導体光増幅器の位置とを相対的に移動させる移動ステップと、前記光ファイバの第２の端部から取り出される光強度を測定する測定ステップと、を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のファイバグレーティング光モジュールの調芯方法。

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