JPH07236986A - オプティカルパッケージのレーザ溶接方法 - Google Patents
オプティカルパッケージのレーザ溶接方法Info
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- JPH07236986A JPH07236986A JP6336992A JP33699294A JPH07236986A JP H07236986 A JPH07236986 A JP H07236986A JP 6336992 A JP6336992 A JP 6336992A JP 33699294 A JP33699294 A JP 33699294A JP H07236986 A JPH07236986 A JP H07236986A
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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
- G02B6/4226—Positioning means for moving the elements into alignment, e.g. alignment screws, deformation of the mount
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザーとファイバーの間の結合損失が最少に
なるよう、圧電アクチュエータを使用し、レーザー溶接
工程中のレーザーとファイバーの相対位置をリアルタイ
ムにモニタリングし、補正を行なう。 【構成】ベース（１）に部品をレーザー溶接する際に、
圧電アクチュエータ（５３）を使用してレーザー（３）
と光ファイバー（９）との相対的な位置を制御する。
なるよう、圧電アクチュエータを使用し、レーザー溶接
工程中のレーザーとファイバーの相対位置をリアルタイ
ムにモニタリングし、補正を行なう。 【構成】ベース（１）に部品をレーザー溶接する際に、
圧電アクチュエータ（５３）を使用してレーザー（３）
と光ファイバー（９）との相対的な位置を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般にオプティカルパッ
ケージへレーザ素子を取り付ける方法に関し、特にレー
ザー溶接を使用する方法に関する。
ケージへレーザ素子を取り付ける方法に関し、特にレー
ザー溶接を使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】二つ以上の部品を互いに強固に固定する
ことが要求される技術分野は数多い。この点を説明する
には一例を挙げれば足りるであろう。すべてとは言えな
いにせよ、多くの光通信システムでは半導体レーザ素子
からの光が光ファイバーへ入力される。このレーザ素子
が発する光は、極めて狭く尖った領域、すなわち円すい
形に集中する。光通信システムは通常オプティカルパワ
ーが高いと、より正確に情報を送信するので、レーザ素
子からの光がファイバーへ入力される際の効率は極めて
重要なシステムパラメータである。このレーザ素子とフ
ァイバーの間の高い入力効率はレーザ素子と光ファイバ
ーとのアラインメントが正確であるかどうかに依存して
いる。例えば典型的な今日のレーザ素子パッケージにお
いてはレーザ素子とファイバーのアラインメントに１μ
ｍの狂いがあるとファイバーに結合される光に３ｄＢの
損失が生じる。このアラインメントは初期状態において
正確であることが必要であるだけでなく、様々な条件の
元でレーザ素子が使用されている間もずっと強固に維持
され、変動しにくいことが必要である。
ことが要求される技術分野は数多い。この点を説明する
には一例を挙げれば足りるであろう。すべてとは言えな
いにせよ、多くの光通信システムでは半導体レーザ素子
からの光が光ファイバーへ入力される。このレーザ素子
が発する光は、極めて狭く尖った領域、すなわち円すい
形に集中する。光通信システムは通常オプティカルパワ
ーが高いと、より正確に情報を送信するので、レーザ素
子からの光がファイバーへ入力される際の効率は極めて
重要なシステムパラメータである。このレーザ素子とフ
ァイバーの間の高い入力効率はレーザ素子と光ファイバ
ーとのアラインメントが正確であるかどうかに依存して
いる。例えば典型的な今日のレーザ素子パッケージにお
いてはレーザ素子とファイバーのアラインメントに１μ
ｍの狂いがあるとファイバーに結合される光に３ｄＢの
損失が生じる。このアラインメントは初期状態において
正確であることが必要であるだけでなく、様々な条件の
元でレーザ素子が使用されている間もずっと強固に維持
され、変動しにくいことが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ご想像の通り、オプテ
ィカルパッケージの製造に使用するために、光ファイバ
ーとレーザ素子とのアラインメントを行う方法が数多く
研究されてきた。もっとも簡単な技法はエポキシ、ある
いは半田を使用して、ファイバーとレーザ素子の相対位
置を保つものである。しかしこれらの技法によるアライ
ンメントは、パッケージが使用され、様々な外部条件に
さらされる場合には余り強固とは言えない。レーザ素子
とファイバーの相対的アラインメントは使用中に変動し
得る。精度と耐久性においてより優れた方法はレーザー
溶接である。この技法の長所としては１）母材料の強度
に近い接合強度を持つこと、２）この方法がフラックス
を使用せず充填材を必要としないため汚染が最小レベル
であること、そして３）歪の影響を溶接ゾーンの周囲の
比較的小さな領域へと限定する、局部的な加熱であるこ
と、が挙げられる。レーザー溶接については良く知られ
ている。例えば１９９３年６月８日にシラス等に賦与さ
れた米国特許第５、２１８、２５８号を参照されたい。
ィカルパッケージの製造に使用するために、光ファイバ
ーとレーザ素子とのアラインメントを行う方法が数多く
研究されてきた。もっとも簡単な技法はエポキシ、ある
いは半田を使用して、ファイバーとレーザ素子の相対位
置を保つものである。しかしこれらの技法によるアライ
ンメントは、パッケージが使用され、様々な外部条件に
さらされる場合には余り強固とは言えない。レーザ素子
とファイバーの相対的アラインメントは使用中に変動し
得る。精度と耐久性においてより優れた方法はレーザー
溶接である。この技法の長所としては１）母材料の強度
に近い接合強度を持つこと、２）この方法がフラックス
を使用せず充填材を必要としないため汚染が最小レベル
であること、そして３）歪の影響を溶接ゾーンの周囲の
比較的小さな領域へと限定する、局部的な加熱であるこ
と、が挙げられる。レーザー溶接については良く知られ
ている。例えば１９９３年６月８日にシラス等に賦与さ
れた米国特許第５、２１８、２５８号を参照されたい。
【０００４】しかしこのレーザー溶接をうまく行うこと
に関しては問題がないわけではない。レーザー溶接にお
いて生じるこの局部的な加熱によって、 溶接された部
品に熱弾性歪とストレスが生じる。この熱的歪みはレー
ザ素子と光ファイバーの間にわずかな相対的動きを生
じ、それがこの光ファイバーへ結合される光の量を大き
く減少させる。部品をクランプしたとしても、この小さ
な、あるいは微小な部品の動きを完全に除くことはでき
ない。
に関しては問題がないわけではない。レーザー溶接にお
いて生じるこの局部的な加熱によって、 溶接された部
品に熱弾性歪とストレスが生じる。この熱的歪みはレー
ザ素子と光ファイバーの間にわずかな相対的動きを生
じ、それがこの光ファイバーへ結合される光の量を大き
く減少させる。部品をクランプしたとしても、この小さ
な、あるいは微小な部品の動きを完全に除くことはでき
ない。
【０００５】溶接工程中、この相対位置をリアルタイム
にモニタリングし、補正を行うことが望ましいだろう。
このようなモニタリングと補正は圧電型、直流電流型あ
るいはステップモータ型、リニアドライブ型などのいろ
いろな型のアクチュエータによって、ダイアモンドター
ニングにおいては幾何学的誤差を補正する、すなわち位
置の調節を行うために、またリソグラフィーにおいて
は、高解像度の位置決めを行うために設けられてきた。
これらのアクチュエータによって、短い時間間隔で高解
像度の位置決めが行われている。溶接時間間隔が短いた
め、高速応答時間の位置決め装置が必要となる。しかし
まだオプティカルパッケージにおいては、圧電アクチュ
エータを接合プロセス中の相対位置のコントロールに使
用することは行われていない。
にモニタリングし、補正を行うことが望ましいだろう。
このようなモニタリングと補正は圧電型、直流電流型あ
るいはステップモータ型、リニアドライブ型などのいろ
いろな型のアクチュエータによって、ダイアモンドター
ニングにおいては幾何学的誤差を補正する、すなわち位
置の調節を行うために、またリソグラフィーにおいて
は、高解像度の位置決めを行うために設けられてきた。
これらのアクチュエータによって、短い時間間隔で高解
像度の位置決めが行われている。溶接時間間隔が短いた
め、高速応答時間の位置決め装置が必要となる。しかし
まだオプティカルパッケージにおいては、圧電アクチュ
エータを接合プロセス中の相対位置のコントロールに使
用することは行われていない。
【０００６】オプティカルパッケージに圧電素子を使用
する事は知られている。例えば１９９１年１９０月１５
日にカマーソン等に賦与された米国特許第５、０５８、
１２４号を参照の事。カマーソンは外部キャビティーを
レーザーチップに対して位置づけるための圧電スタック
の使用についての記載を行っている
する事は知られている。例えば１９９１年１９０月１５
日にカマーソン等に賦与された米国特許第５、０５８、
１２４号を参照の事。カマーソンは外部キャビティーを
レーザーチップに対して位置づけるための圧電スタック
の使用についての記載を行っている
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】本発明の例示的実施例
に従い、レーザーエネルギーをパッケージへ当てた後、
冷却工程を行なうレーザー溶接工程において、オプティ
カルパッケージ内の部品のレーザー溶接が、二つの部品
の相対位置を保つために圧電アクチュエータを使用して
行われる。このパッケージにはレーザーなどの光源と、
基板にとりつけられたサドルによって正しい位置に保た
れているファイバーチューブ内に設けられた光ファイバ
ーとが含まれている。この圧電アクチュエータは、レー
ザーを通じて伝送された光がモニターされている間、レ
ーザ素子に対するファイバーの位置を調整するために、
前記のファイバーをファイバーの長軸に垂直な方向に動
かす。ファイバーチューブとサドル間の界面の、レーザ
ーが当たった箇所で、ファイバーチューブはサドルにピ
ン溶接される。
に従い、レーザーエネルギーをパッケージへ当てた後、
冷却工程を行なうレーザー溶接工程において、オプティ
カルパッケージ内の部品のレーザー溶接が、二つの部品
の相対位置を保つために圧電アクチュエータを使用して
行われる。このパッケージにはレーザーなどの光源と、
基板にとりつけられたサドルによって正しい位置に保た
れているファイバーチューブ内に設けられた光ファイバ
ーとが含まれている。この圧電アクチュエータは、レー
ザーを通じて伝送された光がモニターされている間、レ
ーザ素子に対するファイバーの位置を調整するために、
前記のファイバーをファイバーの長軸に垂直な方向に動
かす。ファイバーチューブとサドル間の界面の、レーザ
ーが当たった箇所で、ファイバーチューブはサドルにピ
ン溶接される。
【０００８】本発明を一つの特定の実施例に基づき解説
する。図１に示すのは、基板１、レーザーチップ３、背
面モニターチップ５、および半田付けされたシングルモ
ードファイバー９とサドル１１を持つファイバーチュー
ブ７、が設けられたオプティカルパッケージである。チ
ップ３とチップ５はマウント１３とマウント１５にそれ
ぞれ半田づけされており、これがサブマウント１７の上
に置かれている。サブマウント１７は基板１にとりつけ
られている。サドル１１はファイバーチューブ７と基板
１の間の機械的な橋渡しとして機能する。この基板１、
ファイバーチューブ７、ならびにサドル１１は伸縮性の
材料で熱係数の低いもので作られていることが望まし
い。ファイバーチューブはおおよそ所望の位置に置かれ
ている。例えば材料としてはＡＳＴＭ Ｆ１５と通常呼
ばれるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が使用される。本発明を記
載するのに使用する座標系もまた示してある。溶接に使
用するレーザービームはｘ軸に沿って進みファイバーチ
ューブとサドルの間の界面に当たる。一例としてあげら
れるのは二重ビーム、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーであ
る。このレーザーは図示されていないが、当業者には良
く知られている。複数のピン溶接部が示されている。こ
れらの溶接部によってファイバーがレーザーに対して正
しい位置に固定される。
する。図１に示すのは、基板１、レーザーチップ３、背
面モニターチップ５、および半田付けされたシングルモ
ードファイバー９とサドル１１を持つファイバーチュー
ブ７、が設けられたオプティカルパッケージである。チ
ップ３とチップ５はマウント１３とマウント１５にそれ
ぞれ半田づけされており、これがサブマウント１７の上
に置かれている。サブマウント１７は基板１にとりつけ
られている。サドル１１はファイバーチューブ７と基板
１の間の機械的な橋渡しとして機能する。この基板１、
ファイバーチューブ７、ならびにサドル１１は伸縮性の
材料で熱係数の低いもので作られていることが望まし
い。ファイバーチューブはおおよそ所望の位置に置かれ
ている。例えば材料としてはＡＳＴＭ Ｆ１５と通常呼
ばれるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が使用される。本発明を記
載するのに使用する座標系もまた示してある。溶接に使
用するレーザービームはｘ軸に沿って進みファイバーチ
ューブとサドルの間の界面に当たる。一例としてあげら
れるのは二重ビーム、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーであ
る。このレーザーは図示されていないが、当業者には良
く知られている。複数のピン溶接部が示されている。こ
れらの溶接部によってファイバーがレーザーに対して正
しい位置に固定される。
【０００９】
【実施例】図に示したシステムのレーザー溶接について
解説する。ツール素子とピースパーツとを組み合わせる
ことによって硬直性が要求される構造的システムが構成
される。前記の溶接工程はこのシステムへ力が加えられ
ることを意味し、これによってピースパーツとツール素
子のひずみが生じる。溶接工程および幾何学的な問題に
よって生じる束縛を受けているこのシステムの硬直性を
最大にするようなツール設計によって、このひずみは最
小化できる。溶接工程の間にサドルと基板に加わる力を
フォーストランスジューサで測定したところ、溶接パル
スの終了後急速にｙ方向とｚ方向に力が生じ、この力が
ほぼ２５ｍｓｅｃ後に飽和に達していることがわかっ
た。
解説する。ツール素子とピースパーツとを組み合わせる
ことによって硬直性が要求される構造的システムが構成
される。前記の溶接工程はこのシステムへ力が加えられ
ることを意味し、これによってピースパーツとツール素
子のひずみが生じる。溶接工程および幾何学的な問題に
よって生じる束縛を受けているこのシステムの硬直性を
最大にするようなツール設計によって、このひずみは最
小化できる。溶接工程の間にサドルと基板に加わる力を
フォーストランスジューサで測定したところ、溶接パル
スの終了後急速にｙ方向とｚ方向に力が生じ、この力が
ほぼ２５ｍｓｅｃ後に飽和に達していることがわかっ
た。
【００１０】これらの力はファイバーチューブとサドル
の膨張に差があるために生じる。この差は幾何学的な形
の違いから、すなわちこれら二つの部分の熱弾性挙動が
異なるために生じるのである。溶接パルスが加えられる
と、チューブとサドルの中を熱が伝わり、ｙ方向ならび
にｚ方向に沿って熱弾性膨張が生じる。チューブとサド
ルの形態に差があるため、それらの膨張の大きさは異な
る。溶接プールが冷却し、固化し始めると、チューブと
サドルはそれぞれ独自の温度分布に一致した位置をとろ
うとする。しかし、この固化しつつある溶接ナゲットに
よってこれらの位置はとれず、チューブとサドル上に大
きさが等しく逆向きの力が生じる。溶接プールが周囲の
温度まで下がると、内部力は最大で一定の値に達する。
これらの力の方向から、サドルの膨張はチューブの膨張
より大きいことになる。
の膨張に差があるために生じる。この差は幾何学的な形
の違いから、すなわちこれら二つの部分の熱弾性挙動が
異なるために生じるのである。溶接パルスが加えられる
と、チューブとサドルの中を熱が伝わり、ｙ方向ならび
にｚ方向に沿って熱弾性膨張が生じる。チューブとサド
ルの形態に差があるため、それらの膨張の大きさは異な
る。溶接プールが冷却し、固化し始めると、チューブと
サドルはそれぞれ独自の温度分布に一致した位置をとろ
うとする。しかし、この固化しつつある溶接ナゲットに
よってこれらの位置はとれず、チューブとサドル上に大
きさが等しく逆向きの力が生じる。溶接プールが周囲の
温度まで下がると、内部力は最大で一定の値に達する。
これらの力の方向から、サドルの膨張はチューブの膨張
より大きいことになる。
【００１１】レーザー溶接工程によって生じる歪による
レーザーとファイバーの間の結合損失が最小になるよう
に、前記のファイバーチューブを調節する。非対称なひ
ずみは前記のｙ軸およびｚ軸に沿って生じていると考え
られるが、ファイバーのｙ軸、つまりファイバーの長軸
に垂直な方向に沿った位置のみが調節される。この調節
は、溶接ナゲットが伸展性を持ち低レベルの残留ストレ
スで変形することのできる、約２５ｍｓｅｃの間に行わ
れる。
レーザーとファイバーの間の結合損失が最小になるよう
に、前記のファイバーチューブを調節する。非対称なひ
ずみは前記のｙ軸およびｚ軸に沿って生じていると考え
られるが、ファイバーのｙ軸、つまりファイバーの長軸
に垂直な方向に沿った位置のみが調節される。この調節
は、溶接ナゲットが伸展性を持ち低レベルの残留ストレ
スで変形することのできる、約２５ｍｓｅｃの間に行わ
れる。
【００１２】圧電アクチュエータは当該分野で良く知ら
れている。これは、その軸方向に沿っては極めて硬直し
ているが、剪断方向にはストレスを支持することができ
ない。剪断力を減少させ、ツーリングへ直接インターフ
ェースする圧電ホルダー２５が図２に示されている。
ｘ、ｙおよびｚ方向が示されている。底部２７は前記の
圧電アクチュエータへ取り付けられている。このアクチ
ュエータと圧電ホルダーは単一のユニットを形成し、こ
れを通じてアクチュエータの膨張と収縮が直接ホルダー
へと伝達される。さらに、このホルダーはまっすぐな直
線運動を行い、アクチュエータの動く範囲を制限しな
い。ホルダーはアクチュエータの軸方向にそった直線バ
ネとして作用する。ひとつの例示的実施例において、こ
の構造は曲げヒンジ２３を用いて構成されている。この
ようなヒンジは一つの軸の回りに曲げるには柔軟性があ
るが、直交する軸に関しては剛直であるような機械的部
材であり、詳細が図３に示されている。高さ、幅、厚み
ならびに曲率半径が示されている。このヒンジの回転方
向もまた指示されている。曲がりヒンジは殆ど無視でき
るバックラッシとスリップゼロの粘性摩擦を持つ機械的
ドライブシステムを提供する。図示されたホルダーは二
つの平行なバネ機構を持ちこの軸方向に沿ったまっすぐ
な直線の動きを導くガイダンスを提供する。それぞれの
バネは曲がりヒンジから作られたジョイント付きの４つ
のバーを持つ。このアクチュエータの軸方向の膨張によ
って各バネにトルクが加わる。この曲がりヒンジは回転
しバネの内部部材が上または下に変位する。
れている。これは、その軸方向に沿っては極めて硬直し
ているが、剪断方向にはストレスを支持することができ
ない。剪断力を減少させ、ツーリングへ直接インターフ
ェースする圧電ホルダー２５が図２に示されている。
ｘ、ｙおよびｚ方向が示されている。底部２７は前記の
圧電アクチュエータへ取り付けられている。このアクチ
ュエータと圧電ホルダーは単一のユニットを形成し、こ
れを通じてアクチュエータの膨張と収縮が直接ホルダー
へと伝達される。さらに、このホルダーはまっすぐな直
線運動を行い、アクチュエータの動く範囲を制限しな
い。ホルダーはアクチュエータの軸方向にそった直線バ
ネとして作用する。ひとつの例示的実施例において、こ
の構造は曲げヒンジ２３を用いて構成されている。この
ようなヒンジは一つの軸の回りに曲げるには柔軟性があ
るが、直交する軸に関しては剛直であるような機械的部
材であり、詳細が図３に示されている。高さ、幅、厚み
ならびに曲率半径が示されている。このヒンジの回転方
向もまた指示されている。曲がりヒンジは殆ど無視でき
るバックラッシとスリップゼロの粘性摩擦を持つ機械的
ドライブシステムを提供する。図示されたホルダーは二
つの平行なバネ機構を持ちこの軸方向に沿ったまっすぐ
な直線の動きを導くガイダンスを提供する。それぞれの
バネは曲がりヒンジから作られたジョイント付きの４つ
のバーを持つ。このアクチュエータの軸方向の膨張によ
って各バネにトルクが加わる。この曲がりヒンジは回転
しバネの内部部材が上または下に変位する。
【００１３】前記のファイバーを移動する制御方法につ
いて解説する。ファイバーへ結合されたオプティカルパ
ワーはリアルタイムでモニターされ修正コマンドがファ
イバーを保持する圧電位置決めシステムへと与えられ
る。しかし、結合パワー信号は溶接パルス発生中ならび
にその直後では（光ならびに電磁効果による）ノイズが
多く、このためノイズの影響が収まるまで制御アクショ
ンを遅らせなければならない。この遅れは約６ｍｓｅｃ
で十分であることが明らかとなっている。この制御方法
によって、結合パワーの変化に比例する距離だけアクチ
ュエータが移動し、それによりファイバーが移動する。
変位と結合パワーの関係はアラインメトフェーズ中に決
定される。つぎに制御フェーズ中、この関係を使用し
て、結合パワーにおいて観測された損失から、必要なフ
ァイバーの変位が決定される。
いて解説する。ファイバーへ結合されたオプティカルパ
ワーはリアルタイムでモニターされ修正コマンドがファ
イバーを保持する圧電位置決めシステムへと与えられ
る。しかし、結合パワー信号は溶接パルス発生中ならび
にその直後では（光ならびに電磁効果による）ノイズが
多く、このためノイズの影響が収まるまで制御アクショ
ンを遅らせなければならない。この遅れは約６ｍｓｅｃ
で十分であることが明らかとなっている。この制御方法
によって、結合パワーの変化に比例する距離だけアクチ
ュエータが移動し、それによりファイバーが移動する。
変位と結合パワーの関係はアラインメトフェーズ中に決
定される。つぎに制御フェーズ中、この関係を使用し
て、結合パワーにおいて観測された損失から、必要なフ
ァイバーの変位が決定される。
【００１４】この結合パワー信号によってレーザ素子と
ファイバー間の総合的相対運動の推定値が得られる。運
動の方向は観測することができないので、推定によって
求められなければならない。これはプリセットされた方
向にファイバーを動かし、ファイバー中を伝送するパワ
ーへの影響を観測することで行われる。パワーが増大す
れば、補正が正しい方向に行われているとコントローラ
は結論する。パワーの増大がない場合、運動方向は逆転
される。フィードバック信号中のノイズや制御方向以外
の運動に由来する結合パワーの変化に対する安全装置と
して、この逆転が連続して、ユーザがセットしたパラメ
ータを越えて生じた場合には、コントロール作業は終了
する。ユーザセットパラメータの数はユーザによって簡
単に選択される。
ファイバー間の総合的相対運動の推定値が得られる。運
動の方向は観測することができないので、推定によって
求められなければならない。これはプリセットされた方
向にファイバーを動かし、ファイバー中を伝送するパワ
ーへの影響を観測することで行われる。パワーが増大す
れば、補正が正しい方向に行われているとコントローラ
は結論する。パワーの増大がない場合、運動方向は逆転
される。フィードバック信号中のノイズや制御方向以外
の運動に由来する結合パワーの変化に対する安全装置と
して、この逆転が連続して、ユーザがセットしたパラメ
ータを越えて生じた場合には、コントロール作業は終了
する。ユーザセットパラメータの数はユーザによって簡
単に選択される。
【００１５】制御方式は離散的な性質を持つことから，
コントローラの出力は離散的な間隔でしか更新されな
い。前述のように、初期の６ｍｓｅｃ間隔の後、制御の
目的に使うことができるのは約２５ｍｓｅｃである。も
し、６回の制御コマンドが必要と考えられるならば、所
望のコントローラ出力は４ｍｓｅｃの間隔で更新されな
ければならない。これを達成するためには、機械システ
ムは２５０Ｈｚの方形パルス入力に対して顕著な振動を
示してはならない。第一共振周波数は５１０Ｈｚであっ
たので、２５０Ｈｚ更新レートがこのピエゾ位置を制御
するのに使用された。他のシステムにおいてはこれらの
パラメータとして異なった値を用いるかもしれないが、
それらの値は当業者によって簡単に決定できる。
コントローラの出力は離散的な間隔でしか更新されな
い。前述のように、初期の６ｍｓｅｃ間隔の後、制御の
目的に使うことができるのは約２５ｍｓｅｃである。も
し、６回の制御コマンドが必要と考えられるならば、所
望のコントローラ出力は４ｍｓｅｃの間隔で更新されな
ければならない。これを達成するためには、機械システ
ムは２５０Ｈｚの方形パルス入力に対して顕著な振動を
示してはならない。第一共振周波数は５１０Ｈｚであっ
たので、２５０Ｈｚ更新レートがこのピエゾ位置を制御
するのに使用された。他のシステムにおいてはこれらの
パラメータとして異なった値を用いるかもしれないが、
それらの値は当業者によって簡単に決定できる。
【００１６】本発明の方法を実装するのに有用な装置の
図式を図４に掲載する。レーザ素子の背面からの光出力
を検出するために光検出器４１と、基板を保持するｘ−
ｙ−ｚポジショニングスタック４３が設けられている。
ファイバーグリッパ４５は圧電アクチュエータ５３によ
り制御される。制御コンピュータ４７とデータＩ／Ｏに
用いられるＡ／Ｄコンバータ４９も図示されている。ま
た、Ｄ／Ａコンバータ５１は圧電アクチュエータ５３に
結合されたＨＶ（高電圧）アンプ５５に情報を送る。制
御プログラムはＡ／Ｄコンバータポートを通して入って
くる４つの入力信号をモニタする。これらの信号はすな
わち、溶接パルス（溶接ユニットの放電コンデンサ間の
電圧）、バックモニタ電流（この信号はレーザの前面か
ら出てくる光エネルギーの量に比例する、モニタチップ
のアクティブ領域への入射光の量を反映する）、ピエゾ
位置、そして，結合パワーである。ひとつの制御信号で
あるピエゾ位置制御装置の絶対位置がコンピュータから
Ｄ／Ａポートを通して高電圧アンプ/ピエゾコントロー
ラ５５に送られ、アクチュエータに結合されている。ピ
エゾコントローラはアクチュエータ上に内蔵されている
ストレインゲージ変位センサからのフィードバック位置
信号を用いて比例積分制御を行う。
図式を図４に掲載する。レーザ素子の背面からの光出力
を検出するために光検出器４１と、基板を保持するｘ−
ｙ−ｚポジショニングスタック４３が設けられている。
ファイバーグリッパ４５は圧電アクチュエータ５３によ
り制御される。制御コンピュータ４７とデータＩ／Ｏに
用いられるＡ／Ｄコンバータ４９も図示されている。ま
た、Ｄ／Ａコンバータ５１は圧電アクチュエータ５３に
結合されたＨＶ（高電圧）アンプ５５に情報を送る。制
御プログラムはＡ／Ｄコンバータポートを通して入って
くる４つの入力信号をモニタする。これらの信号はすな
わち、溶接パルス（溶接ユニットの放電コンデンサ間の
電圧）、バックモニタ電流（この信号はレーザの前面か
ら出てくる光エネルギーの量に比例する、モニタチップ
のアクティブ領域への入射光の量を反映する）、ピエゾ
位置、そして，結合パワーである。ひとつの制御信号で
あるピエゾ位置制御装置の絶対位置がコンピュータから
Ｄ／Ａポートを通して高電圧アンプ/ピエゾコントロー
ラ５５に送られ、アクチュエータに結合されている。ピ
エゾコントローラはアクチュエータ上に内蔵されている
ストレインゲージ変位センサからのフィードバック位置
信号を用いて比例積分制御を行う。
【００１８】
【発明の効果】本発明により、レーザ素子とファイバー
の間の結合損失が最小になるよう、圧電アクチュエータ
を使用し、レーザー溶接工程中のレーザ素子とファイバ
ーの相対位置をリアルタイムにモニタリングし、補正を
行うことができる。
の間の結合損失が最小になるよう、圧電アクチュエータ
を使用し、レーザー溶接工程中のレーザ素子とファイバ
ーの相対位置をリアルタイムにモニタリングし、補正を
行うことができる。
【図１】レーザー溶接されたパッケージの一部を示す図
である。
である。
【図２】本発明で用いられる圧電ホルダーを示す図であ
る。
る。
【図３】本発明で使用される曲げヒンジの斜視図であ
る。
る。
【図４】本発明の方法を実施するのに使用される装置を
示す図である。
示す図である。
１ 基板 ３ レーザーチップ（素子） ５ 背面モニターチップ ７ ファイバーチューブ ９ 光ファイバー １１ サドル １３ マウント １５ マウント １７ サブマウント ２３ 曲げヒンジ ２５ 圧電ホルダー ２７ 底部 ４１ 光検知器 ４３ ｘ−ｙ−ｚポジショニングスタック ４５ ファイバーグリッパ ４７ 制御コンピュータ ４９ Ａ／Ｄコンバータ ５１ Ｄ／Ａコンバータ ５３ 圧電アクチュエータ ５５ 高電圧アンプ・ピエゾコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サビアー エス． ラングワラ アメリカ合衆国、18104 ペンシルベニア、 アレンタウン、アプト．＃202、ハミルト ン ブールバード 2248
Claims (6)
- 【請求項１】（Ａ）レーザ素子（３）を基板（１）に取
り付けるステップと、 （Ｂ）前記レーザ素子（３）に対して所望の位置となる
ように光ファイバー（９）をサドル（１１）内のファイ
バーチューブ（７）内に位置づけするステップと、 （Ｃ）前記のファイバーチューブ（７）と前記のサドル
を溶接するために、前記の光ファイバー（９）と前記の
サドルの間の界面を選択的に加熱することによって前記
の光ファイバー（９）を前記位置にレーザ溶接するステ
ップと、 （Ｄ）前記の溶接を行っている間、前記のファイバー
（９）の位置をモニターするステップと、 （Ｅ）前記のレーザー溶接を行っている間に前記のファ
イバー（９）を前記の最終的な所望の位置へと移動させ
るために、圧電アクチュエータ（５３）を使用するステ
ップと、からなることを特徴とするオプティカルパッケ
ージの製造方法。 - 【請求項２】前記（Ｅ）ステップにおいて、前記アクチ
ュエータ（５３）が前記のファイバー（９）を前記のフ
ァイバーの長軸に対して垂直な方向に動かすことを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項３】前記（Ｄ）ステップが、前記のレーザ素子
（３）から前記のファイバー（９）を通じて伝達される
光エネルギーを測定することを特徴とする請求項２の方
法。 - 【請求項４】前記圧電アクチュエータ（５３）が少なく
とも一つの曲げヒンジ（２３）を含有することを特徴と
する請求項１の方法。 - 【請求項５】前記のレーザ素子（３）の電源を切った後
も前記のモニタリングを続けることを特徴とする請求項
３の方法。 - 【請求項６】前記のレーザ素子（３）の電源を切るまで
は前記のファイバー（９）の移動を行わないことを特徴
とする請求項５の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/173,849 US5367140A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Method for laser welding of optical packages |
| US173849 | 1993-12-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07236986A true JPH07236986A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=22633778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6336992A Pending JPH07236986A (ja) | 1993-12-27 | 1994-12-27 | オプティカルパッケージのレーザ溶接方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5367140A (ja) |
| EP (1) | EP0660147A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07236986A (ja) |
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- 1993-12-27 US US08/173,849 patent/US5367140A/en not_active Expired - Lifetime
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1994
- 1994-12-07 EP EP94309096A patent/EP0660147A3/en not_active Withdrawn
- 1994-12-27 JP JP6336992A patent/JPH07236986A/ja active Pending
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| Publication number | Publication date |
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| EP0660147A3 (en) | 1997-08-20 |
| US5367140A (en) | 1994-11-22 |
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