JPH0335205A - 光ユニットの製造方法及び製造装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光導波路のホルダと光部品のホルダとをレー
ザ溶接して光ユニットを製造する装置に関する。

〈従来の技術〉 近年、光通信や光情報処理等の分野におけろ技術の進展
に伴い、単一モード伝送用光ファイバと光結合回路や光
分岐回路等を構成する光導波路とを信頼性高く実装する
ことが必要となって来ている。周知のように、単一モー
ド伝送用光ファイバのコア部の径は１０μｍ程度しかな
く、この単一モード伝送用光ファイバと先に述べた光導
波路とを接続する場合には、これらの相対的な位置ずれ
を１μｍＮ度以下に抑えて接続損失の増加を防止しなけ
ればならない。

従来、光導波路と単一モード伝送用光ファイバ等の光部
品との接続に際しては、これらの接続損失が最小となる
ように、光導波路を保持するホルダと光部品を保持する
ホルダとを位置決めし、両側を接着剤により固定してい
る。

ところが、この方法では接着剤が固化するまで一対のホ
ルダを静止状態で固定しておく必要がある上、外部環境
に対する接着剤の特性に問題があるため、信頼性が高い
ものとは必ずしも云えなかった。

そこで、周囲への熱的影響が少なくしかも瞬間的な接合
が可能なレーザ溶接を、これら光導波路と光部品との結
合に応用して光ユニットを製造することが考えられてい
る。このような光ユニットの一例を表す第５図に示すよ
うに、単一モード伝送用光ファイバ（以下、単一モード
ファイバと略称する）１０１の接続端部はステンレス鋼
製のフェルール１０２を介してステンレス鋼製のホルダ
１０３にｔｌＲされている。前記単一モードファイバ１
０１に一端側が接続する光導波路１０４は、ステンレス
鋼製のホルダ１０５に接着固定されており、この光導波
路１０４にはセンサチップ１０６が組付けられている。

この光導波路１０４の他端側には、ステンレス鋼製のホ
ルダ１０７に保持された複数本（図では二本）の多モー
ド伝送用光ファイバ（以下、多モードファイバと略称す
る）　１０８の接続端部が連結されており、前記ホルダ
１０７はステンレス鋼製のホルダ受け１０９に装着され
ている。そして、これらホルダ１０３，１０５，１０７
及びホルダ受け１０９の突き合せ端部１１０はＹＡＧ（
イツトリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザによ
り適宜スポット溶接され、相互に一体化されている（図
中黒点で示す溶接箇所１１１参照）。

前記単一モードファイバ１０１から入射した光は光導波
＠１０４にて二つに分岐され、センサチップ１０６を有
する側とそうでない側との光が二本の多モードファイバ
１０８にて観測される。そこで、これら二本の多モード
ファイバ１０８からの出力を比較することにより、セン
サチップ１０６に基づく高感度な各種測定が可能となる
。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上述したような従来の光ユニットの製造方法
にあっては、ＹＡＧレーザ照射をあらゆる方向からする
必要があり、これにより工程が多く量産性に欠けるとと
もに、溶接の衝撃による相対的な位置ずれにより接続損
失を増大させる結果を招くという問題点があった。

そこで、本発明は低損失結合と量産化が図れる光ユニッ
トの製造装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本考案は、光導波路を保持
するホルダと、上記光導波路に接続する光部品を保持す
るホルダとを相互に突き合わせ、これらホルダの突き合
わせ端部をレーザ溶接して光ユニットを製造する装置で
あって、上記各ホルダの突き合わせ端部の対向方向と直
角方向から互いに対向して同時にレーザ光を照射し得る
すくなくとも一対のレーザヘッドと、これらレーザヘッ
ドを同期して移動し得′る駆動手段とを備えたことを特
徴とする。

く作　　　用〉 上述した構成によれば、一対のレーザヘッドから、対向
する二つの溶接部位に同時にレーザ光が照射されるため
、各ホルダの端面間の密着度が常に良好に保持される等
で溶接の衝撃に起因する接続損失の増大が効果的に回遊
される。

く実　施　例〉 第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
図である。

第２図は本発明の対象としている光ユニットの基本形を
示している。光導波路を保持する第１ホルダ１０は光フ
ァイバを保持する第２ホルダ１１と第３ホルダ１２に挟
まれた形態となっている。即ち、第１ホルダ１０は光導
波Ｉ８（石英光導波路、多成分ガラス光導波路、Ｌ　ｉ
　Ｎｂ０−導波路等が適する）が接着固定あるいは半田
固定されてその両端面が研磨されたものである。一方、
第２及び第３ホルダ１１．１２は光ファイバが１本ある
いは２本以上がアレイ状に配列されて接着固定あるいは
半田固定された構造のものであり、第１ホルダ１０と同
様に端面が各々研磨されている。

これらの部品で光ユニットを構成する為には第１ホルダ
１０の入力側と第２ホルダ１１の出力側と、第１ホルダ
１０の出力側と第３ホルダ１２の入力側とを各々接続す
る必要がある（今ここでは左側を光の入力側、右側を出
力側としている）。本発明はその各々の接続をＹＡＧレ
ーザで行うための接続装置を提供するものである。

第２図においてＹＡＧレーザ光は光軸方向（図中左右方
向）に対して直角方向（図中上下方向）から照射する（
図中矢印参照）。この時照射は光軸に対して対称の位置
で行われ、常に同時に照射される。これは片側のみ照射
された場合には反対側が広がってしまうからである。た
だし、照射点は図中黒点に示したように２点ずつ照射し
てもよいし、更に多点照射してもよい。また、図中左右
の再溶接部位の照射を同時に行ってもよいし、交互に行
ってもよい。ＹＡＧレーザによる接続はホルダ同志を溶
接することにより成される。従って、ホルダ同志が極め
て近い距離で配置されている必要がある。本発明ではマ
イクロメータで光軸方向に押しつけており、隙間は殆ど
無い状態が望ましい。

第１図は本発明の詳細な説明するための図である。構成
は第２図においた示した第１ホルダ１０を支持するコラ
ム１３と、同じく第２及び第３ホルダ１１，１２をそｎ
ぞれ支持する微動装置１４．１５及びこれらを制御する
ための図示しない制御系と、上記コラム１３及び両微動
装置１４．１５を立設してなる台座１６と、上記コラム
１３上を図示しないパルスモータ及びギヤ機構により上
下動自在なステージ１７と、このステージ１７の上面に
敷設された前後一対のレール１８．１８と、これらのレ
ール１８上を図示しない駆動機構により左右方向へ移動
可能な前後一対のレーザヘッド１９．１９とからなって
いる。なお、図示しないが付属品として光導波５ｗ１ｍ
用のＵ微鏡、照明装置、不活性ガス噴射系（レーザ溶接
部の酸化防止用）　、１１１１！ｌ用テレビカメラ等が
装置として含まれる。

次にこの装置の動作方法について説明する。

第２図に示す光ユニットを作製するためには、まず、第
２ホルダ１１と第１ホルダ１０゜第３ホルダ１２と第１
ホルダ１０の調心を行い各々面同士が密着する状態を形
成する。次に、第２ホルダ１１と第１ホルダ１０、第１
ホルダ１０と第３ホルダ１２とをＹＡＧレーザ溶接を行
う。レーザ光は最大１００　Ｊ／ｐｕｌｓｅの出力を有
するパルスレーザを使用し、２分割して各々のレーザヘ
ッド１９．１９に均等に分配スる。そして、図中矢印の
ように各レーザヘッド１９．１９を右方へ移動すること
によって出力側の第３ホルダ１２と第１ホルダ１０とを
接続する。し―ザ光は光ファイバ（ファイバ直径４００
μｍ）２０，２０によって各レーザヘッド１９．１９ま
で導かれる。各レーザヘッド１９．１９は２０　Ｊ／ｐ
ｕｌｓｅの出力を有しており、パルス幅は１０　ｗ＊ｓ
ｅｅ、ランプ入力電圧は７５０〜８５０ｖである。但し
、パルス幅、ランプ入力は溶接部の熱伝導率、熱容量に
よって可変となるように構成される。

第２ホルダ１１と第１ホルダ１０のレーザ溶接部と、第
３ホルダ１２と第１ホルダ１０のレーザ溶接部に照射す
るレーザ光は光軸に対して対称の位置に照射されており
、互いに上下方向に同期して移動するようになっている
。図示例では、ステージ１７を上下動させることで各レ
ーザヘッド１９．１９間を機械的に同期させているが、
各々機械的に独立たがｓｇＫ的に同期する方式でもよい
。コラム１３は第１ホルダ１０を支えるためのものであ
り、とくに微動機構精度は高くなくてよい。しかし、初
期調心する為にレーザ光よりなる平面内の角度調心機構
を有している。微動装置１４はアレイの第２ホルダ１１
とアレイ化された第１ホルダ１０を接合する為に光軸に
対して直角の面内の角度制御、上下、左右、光軸方向の
各方向の微動機構を有している必要がある。徹動装Ｗ１
１５も微動装置ｔ１４と同様の機構を有している。但し
、光軸方向は手動が望ましく其のの他は自動調心機構を
有している。

本発明の特徴として特に微動装置１４．１５はトルクの
大きいモータを有する必要があり、パルスモータよりも
サーボモータが良い。それは、第２ホルダ１１と第１ホ
ルダ１０のレーザ溶接において、互いの端面同志を密着
させながらｖａｌｌ！ＩｖＲ心する必要があるためであ
る。

このことはレーザ溶接を行ってみると極めて重要であり
、密着度によってレーザ溶接による光ファイバと光導波
路の接続損失が増減することがわかっているからである
。

次に本装置の調心機構について述べる。本装置の基本的
な調心原理は、まず各部品の配置を、第２ホルダ１１と
第１ホルダ１０と第３ホルダ１２とを各々微動装置１１
４，１５及びコラム１３にセットし、第２ホルダ１１の
方から光を入射し、第３ホルダ１２から光を取り出す形
態（これは入出力を逆にしてもよい）とし、第３ホルダ
１２の光出力を最大になるように第２ホルダ１１と第１
ホルダ１０の調心、第１ホルダ１０と第３ホルダ１２の
調心を自動的に行うことが可能な点にある。

その調心方法はまず、各部品を精度の良いｍ勤装ｆｉ１
４．１５等に各々固定し、固定しただけで大まかな光結
合が得られるような機構とする。次に、上述した各ホル
ダ１０〜１２の光フアイバー光導波路間の調整を行うが
、第１図の図面に従って説明する。

仮に、第２ホルダ１１の光フアイバアレイと第１ホルダ
１０の光導波路アレイを考えろ。

プレイの１本ずつを調心することは極めて長時間を要す
る為に、本発明ではプレイの端と端の２本の光ファイバ
を用いてアレイの調心を行う。基本原理を説明するため
の図を第３図に記した。いま図中２９．３０は光フアイ
バアレイの端と端のファイバとし、３１，３２は光導波
路アレイの端と端の導波路とする。

最初、互いにずれていると仮定して第３図（６）の状態
から自動調心を開始する。光導波路アレイは固定されて
おり、光フアイバアレイが自ｓＷＲ心装置に装着されて
いると仮定する。

当初、ａの角度を有して光導波路と光ファイバがずれて
いたとする。次に、自動調心で導波路３１とファイバ２
９を一致させる（第３図（８）参照）。さらに自動調心
で導波路３２とファイバ３０を一致させる（第３図（ｑ
参照）。

以上で右と左のファイバの座標が各々求まった。しかし
、右と左の相互関係は未知なので、次に未知の角度αを
求めるために、θ度だけ強制的に回転する（第３図（６
）参照）。そして、上記と同様に右と左の位置を求める
（第４図（５）、（ト）参照）。以上で操作は終了であ
るが次に、以上で得られた座標を用いてａを求めてその
角度だけ回転して光導波路と平行にし、既に求まってい
る座標より光導波路と各々−致するように移動し調心を
行う。以上の説明を行うために第４図に解説図を示した
。説明のために左側のファイバ２９および導波路３１を
基準に説明する。第３図囚の状態を原点として、第３図
（２）の状態と第３開開の状態を第４図１（示し／　タ
。各状態ハ（Ｘ、、　Ｙｌ）　、　　（Ｘ２゜Ｙ、）　
、　　（Ｘ３．　Ｙ３）　ト求まり、θを与エテするの
で各座標とθからαを求めることが可能となる。以上の
操作により角度をθ−ａだけ回転すれば光フアイバアレ
イと光導波路アレイが平行になる。次に、既知の座標に
従いＸ。

Ｙの自動調心でおのおのが一致するように光フアイバア
レイを移動し、光導波路アレイと一致させる。

なお、上記実施例にて、ステージ１７上に前後一対のも
う一組のレーザヘッド１９．１９を設けて、各ホルダ１
０〜１２における左右の再溶接部を各々独立して溶接す
るようにしても良いことは言う迄もない。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明は、光フアイバアレイと光導
波路アレイを接続するための装置において、一対のレー
ザヘッドにより光軸と直角方向から互いに対向して同時
にレーザ光を照射し、かつこれらレーザヘッド同志が同
期して移動することを特徴とする。従って、片側ずつレ
ーザ溶接する方法に比べて極めて低損失にレーザ溶接を
行うことが可能であり、また全自動化が可能な構成にな
っているために、極めて量産性に富み経済性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明のレーザ溶接の説明図、第３図（４）〜第３図（Ｆ）
及び第４図は調心方法を説明するための各々の原理図、
第５図は従来のレーザ溶接の説明図である。 また、図中１０は光ファイバを保持する第１ホルダ、１
１．１２は光導波路を保持する第２及び第３ホルダ、１
７（よステージ、１９．１９はレーザヘッドである。 第３図 （Ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光導波路を保持するホルダと、上記光導波路に接続する
   光部品を保持するホルダとを相互に突き合わせ、これら
   ホルダの突き合わせ端部をレーザ溶接して光ユニットを
   製造する装置であって、上記各ホルダの突き合わせ端部
   の対向方向と直角方向から互いに対向して同時にレーザ
   光を照射し得るすくなくとも一対のレーザヘッドと、こ
   れらレーザヘッドを同期して移動し得る駆動手段とを備
   えたことを特徴とする光ユニットの製造装置。