JPH02230107A - 光導波路への光学的エネルギの整列方法及び装置 - Google Patents

光導波路への光学的エネルギの整列方法及び装置

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JPH02230107A
JPH02230107A JP1255094A JP25509489A JPH02230107A JP H02230107 A JPH02230107 A JP H02230107A JP 1255094 A JP1255094 A JP 1255094A JP 25509489 A JP25509489 A JP 25509489A JP H02230107 A JPH02230107 A JP H02230107A
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JP
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light source
holder
detector
optical
optical fiber
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JP1255094A
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Terry A Fuller
テリー　エイ　フラー
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Fuller Research Corp
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Fuller Research Corp
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/422—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
    • G02B6/4227—Active alignment methods, e.g. procedures and algorithms
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌｌ−Ｌ立１止１ 本発明は、放射エネルギ源を、例えば光ファイバのよう
な光導波路に対し光学的に整列するための方法及び装置
に関するものである。
の　　　　　　　　べき ファイバーオブチック（光ファイバ）は、種々の光源か
ら光学的エネルギを搬送するのにますます利用されるよ
うになってきた。通信の分野にて，光ファイバはレーザ
ーダイオードから発信されたパルス変調信号を搬送する
。ファイバオブチックスセンサーの分野において，光フ
ァイバは「センスド（感度化）」物質を示す強度及び波
長情報を伝送する．工業界では、光ファイバは、高パワ
ーのレーザービームを伝送し、諸材料を切断したり及び
／又は熱処理したりするのに使用されている。レーザー
手術の分野では、光ファイバ手段は組織を切断し、又気
化せしめるために高パワーのレーザービームを伝送する
。
全ての場合において、光ファイバをうまく利用するため
には、光学的エネルギ源を光ファイバに正確に光学的に
整列させろことが必要である。光源としては、用途によ
り、通常のレーザー、レーザーダイオード、ＬＥＤ，電
灯光源、又は他の光ファイバ搬送用光学的エネルギなど
とされる．数多くの用途において、光源のファイバに対
する整列を容易とするために、工業界では寸法上の許容
範囲を規格化している。正にこのことは、ダイオード、
光ファイバ接続体及びコンポーネントなどが精細な規格
に適合して作製される通信工業界において言えることで
ある。このような規格は、光源とファイバとの接続及び
整列を容易なものとしている。しかしながら、一般に、
他の分野では光源とファイバ間の規格化を望まないか、
或は規格化することが不可能である。このことは、工業
、医学及び多《の検出技術分野での通常のレーザーと光
ファイバ手段とを接続する場合に言えることである。
規格されていないコンボーネジト、つまり、例えば光源
が（間接連結アームの場合のような）連結体から連結体
へと移動することができるコンポーネントの場合におけ
る整列作業は、時間及び費用のかかる諸作業を余儀なく
し、又熟練された作業者を必要とした。これらの技術は
、光学的機器の基準点を設定するための安定した光学的
ベンチ即ち光学的表面、光源の輻射照度を測定するため
の感度の高い且つ高価な検知器、不所望の輻射線を阻止
するためのアバチャー、及び所望の整列を得るために各
コンポーネントを互いに動かすための精密なマニビュレ
ー夕を必要とした。これらの技術が利用される場合の費
用及び時間の浪費、更には敏感な機器のセッティングの
ほかに、検知器及び関連の諸機器は、しばしば光源を焦
点位置にて測定するのを不可能とすることがある。これ
は、入手し得る検知器の物理的寸法に起因している。こ
のことは、特に、光源の焦点が整列用カラー内に位置し
ている場合に言えることである。光ファイバはこの整列
ビン内に保持されている。人々が光ファイバを配置し、
従って整列することを望むのは、ビームが焦点合わせさ
れるこの整列カラーのベース位置である。従って、光源
と光ファイバとを容易に且つ低コストにて光学的に整列
可能な装置が希求されている。
光ファイバ出力計検知器としては殆ど独占的にソリッド
ステートのダイオードが使用されている。微細な検知領
域を画成することにより光線の正確な位置設定が可能と
なる。又、これら検知器は、光学的帯域幅がもっとも一
般的に使用されている光ファイバの領域内にあるという
理由から使用されている。通信用光ファイバ及び関連機
器が光ファイバ業界の大国柱であり、いまだにその状態
は変わってはいない。ソリッドステートダイオードによ
って検知される光学的波長は、シリコンで４００〜１１
００ミクロン、ゲルマニウムで８００〜１８００ミクロ
ン、インジウム・ガリウム・アルセナイドで９００〜１
　８００ミクロン、水銀・カドミウム・テルライドで１
０００〜１３００ミクロンである。これら検知器は、典
型的には１ピコワットから数１０ミリワットの範囲の総
パワーを測定し得る。検知器の有効領域は、水銀・カド
ミウム・テルライド検知器に対する１０−”ｍｒｄから
ゲルマニウム及びシリコン検知器に対する１ｍｍの数分
の１程度の小ささから検知器アレイの数ｃｍ”程度の大
きさの面積までの範囲とされる。
高パワー及び／又はより長い波長を有した光源を測定す
るための検知器は、一Ｍにそれ自体で直接に、焦点合わ
せされた光線を光ファイバに正確に整列するのには適し
ていない．このような変換装置はサーモパイル及びピロ
電気検知器を含む。
これらの装置は、一般に大形であり、ビーム及びファイ
バ径よりかなり大きい有効面積を有している．検知器の
有効面積を制限するために、検知器の一つの小さい領域
を除いて全ての領域を塞ぐ正確なアパチャーの使用が必
要となる。このような不体裁ではあるが有効な技術は、
高パワー及び／又は長波長の用途においてしばしば利用
されている。
・　　　ゞ　るための 本発明は放射エネルギ源を、例えば光ファイバのような
光導波路へと光学的に整列するための方法及び装置であ
る。本発明は、同軸にて且っ光導波路の光学的中心にて
、適当に光学的整列を成したビームに応答して信号を発
生するための、低価格にて、丈夫な且つ使い易いビーム
検知手段を有する。
本発明に係る方法は、可動のホルダーに光学的検知器を
挿入する工程；前記光学的検知器を光学的エネルギ源に
て照明し、該検知器により該検知器に入射する照明の強
度を表す出力を発生せしめる工程；前記光源或はホルダ
ーのいずれかを、前記検知器の出力が最大の照明強度と
なる位置へと移動せしめる工程；前記移動された光源或
はホルダーをその位置に保持する工程：及び前記光学的
検知器を整列すべき光ファイバと置き換える工程；の各
工程を有することを特徴とする。
本発明に係る装置は、ホルダーと；光源と；前記光源に
て照明するために前記ホルダーに着脱自在に取り付けら
れた光学的検知器と；前記光学的検知器の出力が最大の
照明強度に一致したときを決定するために前記光学的検
知器の出力に接続された回路と；前記ホルダー或は光源
のいずれかを、前記検知器の出力が最大照明強度に一致
した位置へと移動せしめる手段とを有することを特徴と
する． 支立困 次に、図面を参照して本発明に係る装置及び方法を更に
詳しく説明する。図面において同じ番号は同じ部材を示
す。
第１図に、本発明に従った光ファイバ整列装置１０が示
される。本実施例にて、装置１０は光源１２としてレー
ザーを使用しているが、他の任意の光源を使用すること
ができる。小形の且つ低コストの検知器、例えば熱電対
１４が、光ファイバ２０の整列軸線１８上に配置された
整列カラー１６内に保持される。第１図及び第２図に図
示されるように、光ファイバ整列装置の整列軸線ｌ８と
、光ファイバとは相互に交換可能とされる． 本実施例において、第２図には、円筒状の整列ビン２２
内に取り付けられた円筒状の光ファイバ２０が示される
。このような構成に特徴はない。
しかしながら、光ファイバを整列ビン内に配置する構成
は本発明の範囲内であることを理解されたい．この円筒
状とされる幾何学的構成において、検知器１４は整列ビ
ン２２と同じとされる整列ビン２４内にて正確に整列さ
れる。検知器１４及び整列ビン２４は容易に且つ正確に
製造することができ、又、拡大レンズ、顕微鏡、或は機
械的整列スリーブを用いて整列カラー１６内に配置する
ことができる。次いで、検知器／ビン組立体は、光ファ
イバ手段を挿入するのと同じ態様で、整列カラー１６へ
と簡単に挿入し得る。次に、整列を可能とするＸ％Ｙ，
Ｚマニビュレー夕が調整される。当業者には理解される
ように、該Ｘ．Ｙ％Ｚマニビュレータは、第１図及び第
２図に図示するように、光学素子をＸ，Ｙ％Ｚ軸に沿っ
て並進運動させる。該マニビュレー夕は、所望に応じて
、レーザー１２、レンズ２６或は整列カラー１６に選択
的に配置される。第１図及び第２図に図示されるように
、レーザーｌ２或は整列カラー１６を操作することも又
本発明の範囲内ではあるが、本実施例ではレンズが操作
される．Ｘ、Ｙ．Ｚマニビュレー夕を調整し、レーザー
１２からのビーム２８を、信号が検知器１４にて検知さ
れるまで移動させる．検知器１４からの信号は、信号調
整回路３０へと送信することができる．又、該回路３０
は、必須ではないが、好まし《は対数増幅器を具備して
いる． 本実施例において，光ファイバ整列装置の感度は、初期
時には整列軸線中心より離れたレーザービームの整列を
も可能とするほど十分に大きいものである．対数増幅器
を、或は比例増幅器と対数増幅器の組み合わされたもの
を使用することにより，増幅器を飽和状態にもたらすこ
となく、小さい信号と共に極めて大きな信号の検知をも
可能とする．斯る構成は、大きな範囲の信号にわたって
、より詳しく言えば、例えばガウス或は近ガウスレーザ
ービームからの信号のような大きな範囲にわたって優れ
た感度を提供する。
検知器１４の好ましい態様が第３図及び第４図に幾分詳
しく図示される．検知器１４は整列ビン３２を有する。
該ビンは，好ましくはセミックとされるが他の任意の適
当な材料にて作製し得る。
ビン３２は、熱電対ワイヤ３８、４０が挿入される２つ
の平行な長平方向の孔３４、３６を有する。該ワイヤ３
８、４０は、全ての熱電対の場合のように、異なる材料
にて作製される．ワイヤ３８及び４０は接合部４２位置
の端部にて接続され、熱電対接合部を形成する．一方、
ワイヤ３８、及び４０の反対端部は信号調整回路３０の
入力に連結される。
本実施例にて、光ファイバ整列装置を使用するためには
、単に検知器１４が、整列されるべき光ファイバと同じ
態様にて整列カラー１６内へと挿入される．ｘ，ｙ．ｚ
マニビュレータが、増幅器からの出力が最大となるまで
、連続的或は非連続的に、好ましくは連続態様Ｌこて、
調整される．好便に増幅器の出力を目視可能とするため
に、増幅器の出力は一連の発光ダイオード即ちＬＥＤに
接続することができる．増幅器の出力は、増幅器にて駆
動される最大数のＬＥＤが点灯されるとき最大となる。
次いで、レンズ２６がその場に固定され、検知器１４、
ビン２４及び回路３０が除去され、そして光ファイバ２
０が整列カラー１６内へと単に挿入される．これによっ
て整列作業は完了する． 本発明のこのような基本的考え方は、実際には、適当な
検知器が選択されるかぎり、数ピコワットから数１０ワ
ットの任意の大きさのパワーに対して、又、紫外から赤
外の範囲の波長に対して使用することができる。パワー
が低いＣピコワットから数ミリワット）場合には、可視
及び近赤外領域のスペクトルにおいて、ソリッドステー
トのダイオードを検知器として使用することができる．
高パワー及び／又は長波長の用途においては（数ミリワ
ットから数ワット）、シングルの熱電対の使用が可能で
ある。
全ての場合において、検知器の感度領域は入射ビーム及
び／又はターゲット領域のスポット寸法より小さくなけ
ればならない。本装置の感度及び正確度は入射ビームの
ビーム強度プロファイルに関連して、検知器によって検
知されるパワーによって決定される。以下の式が斯る関
連性を要約している。ここで、Ｅ０はビークビーム強度
；Ｗ０はビーム消耗量；　Ｗ　ｔｚ＋軸線方向位置（Ｚ
）でのスポット寸法；ｘ，ｙは検知器の寸法である。
第１図は、本発明に従った光ファイバ整列装置の一実施
例を示す概略構成図である。
第２図は、レーザー形態とされる光源に光ファイバを整
列した後の概略構成図である。
第３図及び第４図は、第１図の整列装置において、熱電
対の形態とされる検知器の一実施例を示す概略構成図で
ある。
検知器として熱電対を使用する高パワーの用途において
は、熱電対を保持するビンは、該ビンによって吸収され
るエネルギ及びその後引き続いて起こる熱放射によって
発生する誤信号を制限するような幾何学的構成とするべ
きである。ビンからの放射熱は、環境温度を増大させ、
従ってＳＺＮ比を減少せしめ、それによって検知器の感
度を減少させるであろう。本発明は、本発明の範囲内に
て他の態様にても実施可能である． ：レーザー ：熱電対 ：整列カラー ：光ファイバ ２４：整列ビン レンズ ｌ　４ ２　２、 ２　６　：
【図面の簡単な説明】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（ａ）ホルダーに光学的検知器を挿入する工程； （ｂ）前記光学的検知器を光学的エネルギ源にて照明し
    、該検知器により該検知器に入射する照明の強度を表す
    出力を発生せしめる工程； （ｃ）前記光源或はホルダーの選択されたいずれか一方
    を、前記検知器の出力が最大の照明強度となる位置へと
    移動せしめる工程； （ｄ）前記移動された光源或はホルダーをその位置に保
    持する工程；及び （ｄ）前記光学的検知器を整列すべき光ファイバと置き
    換える工程； の各工程を有することを特徴とする光学的エネルギ源を
    光ファイバに整列する方法。
  2. （２）光源或はホルダーの選択されたいずれか一方を移
    動せしめる工程は、該選択された光源或はホルダーのい
    ずれかを互に直交する３つの軸の少なくとも一つの軸方
    向に移動せしめる工程を有する請求項１記載の方法。
  3. （３）光源或はホルダーの選択されたいずれか一方を移
    動せしめる工程は、先ず、該選択された光源或はホルダ
    ーのいずれかを、互に直交する３つの軸の、第１の軸に
    沿って移動せしめ、次いで、第２の軸に沿って移動せし
    め、最後に第３の軸に沿って移動せしめるようにした工
    程を有する請求項２記載の方法。
  4. （４）照明工程は、焦点合せレンズを介して光学的検知
    器を照明する工程を有し、移動工程は、光源、焦点合せ
    レンズ或はホルダーの選択されたいずれか一つを移動せ
    しめる工程を有する請求項１記載の方法。
  5. （５）請求項１に記載の方法に従って光学的エネルギと
    光ファイバとを整列する装置であって、（ａ）ホルダー
    と； （ｂ）光源と； （ｃ）前記光源にて照明するために前記ホルダーに着脱
    自在に取り付けられた光学的検知器と；（ｄ）前記光学
    的検知器の出力が最大の照明強度に一致するときを決定
    するために前記光学的検知器の出力に接続された回路と
    ； （ｅ）前記ホルダー或は光源の選択されたいずれか一方
    を、前記検知器の出力が最大照明強度に一致した位置へ
    と移動せしめる手段と； を有することを特徴とする前記整列装置。
  6. （６）更に、ホルダーと光源との間に焦点合せレンズを
    備え、更に又、ホルダー、焦点合せレンズ或は光源の選
    択されたいずれか一つを移動せしめる手段を設けた請求
    項５記載の装置。
JP1255094A 1988-09-29 1989-09-29 光導波路への光学的エネルギの整列方法及び装置 Pending JPH02230107A (ja)

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US252171 1988-09-29
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