JPH0894886A - 光モジュール光軸調整方法 - Google Patents
光モジュール光軸調整方法Info
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- JPH0894886A JPH0894886A JP22641594A JP22641594A JPH0894886A JP H0894886 A JPH0894886 A JP H0894886A JP 22641594 A JP22641594 A JP 22641594A JP 22641594 A JP22641594 A JP 22641594A JP H0894886 A JPH0894886 A JP H0894886A
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- optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体レーザと光ファイバの光軸調整方法にお
いて、局所的ピークに影響されずに効率よく高い信頼性
でピークを探索する。 【構成】光結合の空間パワー特性がガウシアンビームに
近似できるとし、工程Ｓ１で現在の光軸位置から標準サ
ンプルの光軸焦点位置までの距離ｚと標準サンプルのビ
ームウエスト半径を用いて現在の光軸位置における予測
ビーム半径ｗe を算出し、工程Ｓ２で半径ｗe ／４の円
周上の４点と中心の光出力を測定する。工程Ｓ３で工程
Ｓ２で測定した光出力を用いてビーム半径、軸ずれ量お
よび光軸焦点位置を求め、工程Ｓ４で工程Ｓ３で求めた
軸ずれ量から位置補正し、工程Ｓ５で工程Ｓ３で求めた
ビーム半径、光軸焦点位置までの距離からピーク判定し
ピーク条件を満足したものは以後の探索を中止する。そ
の後工程Ｓ６で工程Ｓ５でピーク条件を満足しなかった
場合に次の探索光軸位置を指定し工程Ｓ１に戻る。
いて、局所的ピークに影響されずに効率よく高い信頼性
でピークを探索する。 【構成】光結合の空間パワー特性がガウシアンビームに
近似できるとし、工程Ｓ１で現在の光軸位置から標準サ
ンプルの光軸焦点位置までの距離ｚと標準サンプルのビ
ームウエスト半径を用いて現在の光軸位置における予測
ビーム半径ｗe を算出し、工程Ｓ２で半径ｗe ／４の円
周上の４点と中心の光出力を測定する。工程Ｓ３で工程
Ｓ２で測定した光出力を用いてビーム半径、軸ずれ量お
よび光軸焦点位置を求め、工程Ｓ４で工程Ｓ３で求めた
軸ずれ量から位置補正し、工程Ｓ５で工程Ｓ３で求めた
ビーム半径、光軸焦点位置までの距離からピーク判定し
ピーク条件を満足したものは以後の探索を中止する。そ
の後工程Ｓ６で工程Ｓ５でピーク条件を満足しなかった
場合に次の探索光軸位置を指定し工程Ｓ１に戻る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光軸調整方法に関し、
特に、半導体レーザの出射光を光ファイバに結合する光
モジュールの光軸調整方法に関する。
特に、半導体レーザの出射光を光ファイバに結合する光
モジュールの光軸調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光モジュール光軸調整方法とし
て、例えば山登り法がある。
て、例えば山登り法がある。
【０００３】この山登り法による従来の光モジュール光
軸調整方法について図面を参照して説明する。
軸調整方法について図面を参照して説明する。
【０００４】図８は、従来例の山登り法を示した説明図
である。
である。
【０００５】一軸方向に所定の送りピッチ21で光ファイ
バを半導体レーザユニットに対して相対移動し、移動し
たそれぞれの位置で光ファイバの透過光出力を比較しピ
ーク22の得られる位置を探索する。これをＸ，Ｙ，Ｚの
三軸についてそれぞれ独立に同様の手順を光出力が増加
する限り繰り返す。通常、探索時間を短縮するために送
りピッチを数段階に設定し、粗調、微調の順で行う。
バを半導体レーザユニットに対して相対移動し、移動し
たそれぞれの位置で光ファイバの透過光出力を比較しピ
ーク22の得られる位置を探索する。これをＸ，Ｙ，Ｚの
三軸についてそれぞれ独立に同様の手順を光出力が増加
する限り繰り返す。通常、探索時間を短縮するために送
りピッチを数段階に設定し、粗調、微調の順で行う。
【０００６】図９は、従来例の光出力が単調増加または
単調減少の分布ではなく、局所ピーク23を持つ場合を表
した説明図である。
単調減少の分布ではなく、局所ピーク23を持つ場合を表
した説明図である。
【０００７】このような局所ピーク23が存在すると局所
ピーク23で探索が終了するため従来の山登り法では真の
ピーク24に到達できない。
ピーク23で探索が終了するため従来の山登り法では真の
ピーク24に到達できない。
【０００８】山登り法以外にベクトル探索を用いたもの
として、例えば、特開昭62-75508号公報に示すものがあ
る。
として、例えば、特開昭62-75508号公報に示すものがあ
る。
【０００９】次に、この特開昭62-75508号公報のものに
ついて図面を参照して説明する。
ついて図面を参照して説明する。
【００１０】図１０および図１１は、従来例の光軸調整
原理を説明するためのレーザダイオードの構造を示した
断面図および斜視図である。
原理を説明するためのレーザダイオードの構造を示した
断面図および斜視図である。
【００１１】レーザダイオードチップ51はサブマウント
52に固定され、そのサブマウント52が枠部53に固定され
ている。一方光ファイバ54は、一方を枠部53に固定され
た支柱55の中央部に開けられた穴を貫通するように固定
されている。チップ51と光ファイバ54との光軸位置合わ
せは、支柱55をＸ，Ｙ，θ方向に塑性変形させて光ファ
イバからの出力が最大となるように行う。
52に固定され、そのサブマウント52が枠部53に固定され
ている。一方光ファイバ54は、一方を枠部53に固定され
た支柱55の中央部に開けられた穴を貫通するように固定
されている。チップ51と光ファイバ54との光軸位置合わ
せは、支柱55をＸ，Ｙ，θ方向に塑性変形させて光ファ
イバからの出力が最大となるように行う。
【００１２】次に、この光軸位置合わせ方法について詳
しく説明する。
しく説明する。
【００１３】初期位置Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 における光出力
をｆ0 とし、まず△Ｘ1 移動し前後の光出力差より光出
力面のＸ軸方向の勾配を式(51)から求める。
をｆ0 とし、まず△Ｘ1 移動し前後の光出力差より光出
力面のＸ軸方向の勾配を式(51)から求める。
【００１４】
【００１５】ここで、ｆX1は△Ｘ1 移動後の光出力であ
る。
る。
【００１６】次に、△Ｙ1 移動し、同様にして式(52)か
らＹ軸方向の勾配を求める。
らＹ軸方向の勾配を求める。
【００１７】
【００１８】さらに、△θ1 移動し、式(53)からθ方向
の勾配を求める。
の勾配を求める。
【００１９】
【００２０】一通りＸ，Ｙ，θ方向に移動したので、光
出力面の勾配ｓ及び高さｈは次のように定まる。
出力面の勾配ｓ及び高さｈは次のように定まる。
【００２１】
【００２２】 ｈ1 ＝ｆθ1 (55) (51)〜(55)を用いて次回（２回目）のＸ，Ｙ，θ方向の
移動量△Ｘ2 ，△Ｙ2 ，△θ2 は、
移動量△Ｘ2 ，△Ｙ2 ，△θ2 は、
【００２３】
【００２４】と定まる。ここで、 Ｇ＝Ａｓ1 m／ｈ1 n (59) Ａ，ｍ及びｎは定数であり、実験により最適値を求め
る。以下同様にＮ回目のＸ，Ｙ，θ方向の移動量△
Ｘn ，△Ｙn ，△θn は、
る。以下同様にＮ回目のＸ，Ｙ，θ方向の移動量△
Ｘn ，△Ｙn ，△θn は、
【００２５】
【００２６】と定まる。ここで、 Ｇ＝Ａｓn-1 m／ｈn-1 n (63) ただし、
【００２７】
【００２８】 ｈn-1 ＝ｆθn-1 (65) 以下、この方式で移動を続け、Ｎがある回数を越える
か、ｓがある値を下回るか、またはｈがある値を越える
場合に移動を終了させる。
か、ｓがある値を下回るか、またはｈがある値を越える
場合に移動を終了させる。
【００２９】この従来例は、探索に勾配測定を応用し、
ベクトル的な探索を試みたものである。従来の山登り法
に比べ移動回数を少なくできる。
ベクトル的な探索を試みたものである。従来の山登り法
に比べ移動回数を少なくできる。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光モジ
ュール光軸調整方法の中で、一般的な山登り法は各軸独
立にある定まったピッチで順次ピークを探索するため探
索に時間がかかる上、局所的ピークが存在すると真のピ
ークに到達できないという問題がある。
ュール光軸調整方法の中で、一般的な山登り法は各軸独
立にある定まったピッチで順次ピークを探索するため探
索に時間がかかる上、局所的ピークが存在すると真のピ
ークに到達できないという問題がある。
【００３１】また、従来の勾配測定を応用した方法は、
ベクトル的に効率的にピーク近傍に到達できるが、ピー
クを確認する手段がなく、山登り法同様局所的ピークに
留まる可能性があるという問題点がある。
ベクトル的に効率的にピーク近傍に到達できるが、ピー
クを確認する手段がなく、山登り法同様局所的ピークに
留まる可能性があるという問題点がある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】本発明の光モジュール光
軸調整方法は、半導体レーザと半導体レーザからの出射
光を集光するレンズとで構成された半導体レーザユニッ
トと、光ファイバとの光軸を光結合効率が最大となるよ
うに三次元空間上で位置合わせする光モジュールの光軸
位置合わせにおいて、光軸垂直面内における光結合の空
間パワー特性がガウシアンのレーザパワー分布に近似で
きることを前提にし、同一垂直面内の少なくとも４点の
光出力から光軸位置におけるレーザの集光ビーム径と光
軸中心からの位置ズレ量を算出し位置合わせすることを
第一の特徴とする。
軸調整方法は、半導体レーザと半導体レーザからの出射
光を集光するレンズとで構成された半導体レーザユニッ
トと、光ファイバとの光軸を光結合効率が最大となるよ
うに三次元空間上で位置合わせする光モジュールの光軸
位置合わせにおいて、光軸垂直面内における光結合の空
間パワー特性がガウシアンのレーザパワー分布に近似で
きることを前提にし、同一垂直面内の少なくとも４点の
光出力から光軸位置におけるレーザの集光ビーム径と光
軸中心からの位置ズレ量を算出し位置合わせすることを
第一の特徴とする。
【００３３】本発明の光モジュール光軸調整方法は、光
軸方向における光結合の空間パワー特性がＴＥＭ00モー
ドのガウシアンビームの波面広がりに近似できることを
前提にし、標準サンプルの光軸焦点位置におけるビーム
径をビームウエスト径として該光軸位置で求めたビーム
径から光軸焦点位置までの距離を算出し光軸方向に焦点
位置を探索することを第二の特徴とする。
軸方向における光結合の空間パワー特性がＴＥＭ00モー
ドのガウシアンビームの波面広がりに近似できることを
前提にし、標準サンプルの光軸焦点位置におけるビーム
径をビームウエスト径として該光軸位置で求めたビーム
径から光軸焦点位置までの距離を算出し光軸方向に焦点
位置を探索することを第二の特徴とする。
【００３４】
【作用】次に、本発明の実施例について述べるに先立
ち、本発明の原理について示す。
ち、本発明の原理について示す。
【００３５】ＬＤから出射されレンズで集光されるレー
ザ光は式(10)に示すガウシアンビームの放射分布を有す
る。
ザ光は式(10)に示すガウシアンビームの放射分布を有す
る。
【００３６】 Ｉ（ｒ）＝（２Ｐ／πｗ2 ）ＥＸＰ（−２ｒ2 ／ｗ2 ） (10) ここで、 Ｉ（ｒ）：中心からの距離ｒにおける光強
度 Ｐ：ビームのトータルパワー ｗ：出力強度が１／ｅ2 （13.5％）となるビーム半径 ｅ：指数関数 ｒ：中心からの距離 尚、ガウシアンビームの光学系については、１９９３年
７月、山田英明著、キ．ノ・メレスグリオ株式会社出版
の「レーザー＆オプティクスガイドＮｏ３(2)、レーザ
ー用アクセサリー及びディテクター」の頁３などで述べ
られている。
度 Ｐ：ビームのトータルパワー ｗ：出力強度が１／ｅ2 （13.5％）となるビーム半径 ｅ：指数関数 ｒ：中心からの距離 尚、ガウシアンビームの光学系については、１９９３年
７月、山田英明著、キ．ノ・メレスグリオ株式会社出版
の「レーザー＆オプティクスガイドＮｏ３(2)、レーザ
ー用アクセサリー及びディテクター」の頁３などで述べ
られている。
【００３７】図３は、図１に示す光モジュールのサンプ
ルで光軸調整後に光軸に垂直な断面上で光ファイバの位
置を光軸中心からずらして測定した光ファイバの透過光
出力を示すグラフである。
ルで光軸調整後に光軸に垂直な断面上で光ファイバの位
置を光軸中心からずらして測定した光ファイバの透過光
出力を示すグラフである。
【００３８】＋印はＸ方向、◇印はＹ軸方向の測定結果
であり、光軸中心の最大パワーで正規化表示してある。
実線は測定結果からピーク出力の13.5％におけるビーム
半径ｗを求め、式(10)に代入したガウシアンビームの強
度分布である。同様に中心の最大パワーで正規化表示し
てある。両者は良く一致しており、光モジュールの光結
合の空間パワー特性がガウシアンのレーザパワー分布に
近似できることがわかる。
であり、光軸中心の最大パワーで正規化表示してある。
実線は測定結果からピーク出力の13.5％におけるビーム
半径ｗを求め、式(10)に代入したガウシアンビームの強
度分布である。同様に中心の最大パワーで正規化表示し
てある。両者は良く一致しており、光モジュールの光結
合の空間パワー特性がガウシアンのレーザパワー分布に
近似できることがわかる。
【００３９】次に、ガウシアンビームの光軸に垂直な断
面における５点の光出力からその光軸方向での各点にお
けるビーム半径と光軸中心からの位置ずれ量を求める方
法について説明する。
面における５点の光出力からその光軸方向での各点にお
けるビーム半径と光軸中心からの位置ずれ量を求める方
法について説明する。
【００４０】図４は、光軸垂直断面における測定点の定
義を示した平面図である。
義を示した平面図である。
【００４１】測定中心Ｐ0 と円周上の90度等配置された
４点ＰX+，ＰX-，ＰY+，ＰY-が示されてある。
４点ＰX+，ＰX-，ＰY+，ＰY-が示されてある。
【００４２】尚、この図４のＸ，Ｙ軸は図２に示すＸＹ
ステージ７のＸ，Ｙ軸方向の送り軸方向と一致してい
る。これら５点における光出力（Ｉ0 ，ＩX+，ＩX-，Ｉ
Y+，ＩY-）は、式(11)〜式(15)で与えられる。
ステージ７のＸ，Ｙ軸方向の送り軸方向と一致してい
る。これら５点における光出力（Ｉ0 ，ＩX+，ＩX-，Ｉ
Y+，ＩY-）は、式(11)〜式(15)で与えられる。
【００４３】 Ｉ0 ＝Ｋ・ＥＸＰ［−２（△Ｘ2 ＋△Ｙ2 ）／ｗ2 ］ (11) ＩX+＝Ｋ・ＥＸＰ［−２｛（△Ｘ＋Ｒ）2 ＋△Ｙ2 ｝／ｗ2 ］ (12) ＩX-＝Ｋ・ＥＸＰ［−２｛（△Ｘ−Ｒ）2 ＋△Ｙ2 ｝／ｗ2 ］ (13) ＩY+＝Ｋ・ＥＸＰ［−２｛△Ｘ2 ＋（△Ｙ＋Ｒ）2 ｝／ｗ2 ］ (14) ＩY-＝Ｋ・ＥＸＰ［−２｛△Ｘ2 ＋（△Ｙ−Ｒ）2 ｝／ｗ2 ］ (15) ここで、 ｗ ： ビーム半径 Ｋ ： ２Ｐ／πｗ2 Ｒ ： 円の半径 △Ｘ，△Ｙ ： 光軸からの位置ずれ量 式(11)〜式(13)より ｌｎ（ＩX+／Ｉ0 ）＝−２（Ｒ2 ＋２ＲＸ）／ｗ2 (16) ｌｎ（ＩX-／Ｉ0 ）＝−２（Ｒ2 −２ＲＸ）／ｗ2 (17) 式(16)、式(17)をｗについて解くと、 ｗ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩX+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩX-／Ｉ0 ）｝］1/2 (18) 同様にして、 ｗ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩY+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩY-／Ｉ0 ）｝］1/2 (19) となる。
【００４４】実際の測定においては、Ｘ軸方向とＹ軸方
向のビーム径が異なるため、Ｘ軸方向のビーム半径ｗX
を式(18)より、 ｗX ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩX+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩX-／Ｉ0 ）｝］1/2 (20) また、Ｙ軸方向のビーム半径ｗY を式(19)より、 ｗY ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩY+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩY-／Ｉ0 ）｝］1/2 (21) とし、ビーム半径ｗを、 ｗ＝（ｗX ＋ｗY ）／２ (22) で与える。
向のビーム径が異なるため、Ｘ軸方向のビーム半径ｗX
を式(18)より、 ｗX ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩX+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩX-／Ｉ0 ）｝］1/2 (20) また、Ｙ軸方向のビーム半径ｗY を式(19)より、 ｗY ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩY+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩY-／Ｉ0 ）｝］1/2 (21) とし、ビーム半径ｗを、 ｗ＝（ｗX ＋ｗY ）／２ (22) で与える。
【００４５】ここで求めたｗを用いて軸ずれ量△Ｘ，△
Ｙの求め方について説明する。式(12)、式(13)から、 ｌｎ（ＩX-／ＩY+）＝８Ｒ△Ｘ／ｗ2 (23) これを△Ｘについて解くと、 △Ｘ＝ｗ2 ×ｌｎ（ＩX-／ＩY+）／（８Ｒ） (24) となる。同様にして、△Ｙも △Ｙ＝ｗ2 ×ｌｎ（ＩX-／ＩY+）／（８Ｒ） (25) として与えられる。
Ｙの求め方について説明する。式(12)、式(13)から、 ｌｎ（ＩX-／ＩY+）＝８Ｒ△Ｘ／ｗ2 (23) これを△Ｘについて解くと、 △Ｘ＝ｗ2 ×ｌｎ（ＩX-／ＩY+）／（８Ｒ） (24) となる。同様にして、△Ｙも △Ｙ＝ｗ2 ×ｌｎ（ＩX-／ＩY+）／（８Ｒ） (25) として与えられる。
【００４６】次に、光軸方向のレーザビームの広がりに
ついて説明する。
ついて説明する。
【００４７】ＴＥＭ00モードのガアウシアンビームの波
面広がり（ｗ）は、式(26)で与えられる。
面広がり（ｗ）は、式(26)で与えられる。
【００４８】 ｗ（ｚ）＝ｗ0 ｛１＋（λｚ／πｗ0 2）2 ｝1/2 (26) ｗ（ｚ）： ビームウエストからの伝播距離ｒにおける
ビーム半径 ｗ0 ： ビームウエスト半径 λ ： レーザビームの波長 ｚ ： ビームウエストからの伝播距離 尚、ＴＥＭとは、transeverse electoromagetic の略
で、つねに電界ベクトルと磁界ベクトルの両方が伝播方
向に垂直である電磁波ＴＥＭ波の特定のＴＥＭ波が導波
管や空胴中を伝播するモードのことをいう。
ビーム半径 ｗ0 ： ビームウエスト半径 λ ： レーザビームの波長 ｚ ： ビームウエストからの伝播距離 尚、ＴＥＭとは、transeverse electoromagetic の略
で、つねに電界ベクトルと磁界ベクトルの両方が伝播方
向に垂直である電磁波ＴＥＭ波の特定のＴＥＭ波が導波
管や空胴中を伝播するモードのことをいう。
【００４９】図５は、図１に示した光モジュールのサン
プルで、最大光結合の得られる位置から光軸方向に光フ
ァイバを移動させ光出力を測定した結果である。
プルで、最大光結合の得られる位置から光軸方向に光フ
ァイバを移動させ光出力を測定した結果である。
【００５０】理論値は、最大光結合の得られる位置にお
けるビームウエスト半径及びレーザビームの波長(1.3μ
ｍ) を式(26)に代入し各光軸位置ｚにおけるビーム半径
ｗを求め、求めたビーム半径ｗを式(10)に代入しそれぞ
れの光軸位置における最大光出力（光軸ずれゼロ）を求
めたものである。ビームウエスト近傍で理論値からのず
れが大きい傾向を示しているものの理論値とほぼ一致し
ていることがわかる。
けるビームウエスト半径及びレーザビームの波長(1.3μ
ｍ) を式(26)に代入し各光軸位置ｚにおけるビーム半径
ｗを求め、求めたビーム半径ｗを式(10)に代入しそれぞ
れの光軸位置における最大光出力（光軸ずれゼロ）を求
めたものである。ビームウエスト近傍で理論値からのず
れが大きい傾向を示しているものの理論値とほぼ一致し
ていることがわかる。
【００５１】従って、ほぼ一定な既知のビームウエスト
半径及び各光軸位置におけるビーム径を用いて式(26)を
ｚについて解いた式(27)からビームウエストからの伝播
距離、すなわち光軸焦点位置までの距離ｚを求めること
ができる。
半径及び各光軸位置におけるビーム径を用いて式(26)を
ｚについて解いた式(27)からビームウエストからの伝播
距離、すなわち光軸焦点位置までの距離ｚを求めること
ができる。
【００５２】 ｚ＝（πｗ0 2／λ）・｛（ｗ／ｗ0 ）2 −１｝1/2 (27)
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００５３】図１は、本発明の対象とする光モジュール
の一例を示す断面図であり、図２は、図１の光モジュー
ルの光軸を光軸調整ステージ上で調整するところを説明
するための図である。
の一例を示す断面図であり、図２は、図１の光モジュー
ルの光軸を光軸調整ステージ上で調整するところを説明
するための図である。
【００５４】図１において、この光モジュールは、ＬＤ
素子パッケージ１と、ＬＤ素子パッケージ１に固定され
たレンズホルダ３と、このレンズホルダ３に組み込まれ
た集光レンズ２と、フランジ付パイプ５と、このフラン
ジ付パイプ５を介してレンズホルダ３に固定された光フ
ァイバ４ａを有する光ファイバ端末４とから構成されて
いる。
素子パッケージ１と、ＬＤ素子パッケージ１に固定され
たレンズホルダ３と、このレンズホルダ３に組み込まれ
た集光レンズ２と、フランジ付パイプ５と、このフラン
ジ付パイプ５を介してレンズホルダ３に固定された光フ
ァイバ４ａを有する光ファイバ端末４とから構成されて
いる。
【００５５】次に、この光モジュールの光軸の光軸調整
ステージ上での調整方法について図２を参照して説明す
る。
ステージ上での調整方法について図２を参照して説明す
る。
【００５６】図１に示すＬＤ素子パッケージ１と集光レ
ンズ２とレンズホルダ３とから成るＬＤユニット６は、
Ｘステージ７ａとＹステージ７ｂから成るＸＹステージ
７上のＬＤチャック９ａに、また、光ファイバ端末４の
光ファイバ４ａはＺステージ８上のファイバチャック９
ｂにそれぞれセットされる。ＬＤユニット６をＸＹステ
ージ７により光軸に垂直な断面上で移動させ、また、光
ファイバ４ａをＺステージ８により光軸方向に移動させ
ることにより三次元空間上で、光ファイバ４ａからの透
過光出力が最大となるように両者の位置合わせを行う。
ンズ２とレンズホルダ３とから成るＬＤユニット６は、
Ｘステージ７ａとＹステージ７ｂから成るＸＹステージ
７上のＬＤチャック９ａに、また、光ファイバ端末４の
光ファイバ４ａはＺステージ８上のファイバチャック９
ｂにそれぞれセットされる。ＬＤユニット６をＸＹステ
ージ７により光軸に垂直な断面上で移動させ、また、光
ファイバ４ａをＺステージ８により光軸方向に移動させ
ることにより三次元空間上で、光ファイバ４ａからの透
過光出力が最大となるように両者の位置合わせを行う。
【００５７】次に、本発明の実施例の光軸調整方法につ
いて図６を参照して説明する。
いて図６を参照して説明する。
【００５８】図６は、光結合の空間パワー特性がガウシ
アンビームに近似できることを前提にした光軸調整方法
を示したフローチャートである。
アンビームに近似できることを前提にした光軸調整方法
を示したフローチャートである。
【００５９】まず、工程Ｓ１で、現在の光軸位置から標
準サンプルの光軸焦点位置までの距離ｚと標準サンプル
のビームウエスト半径を用いて現在の光軸位置における
予測ビーム半径ｗe を算出し、工程Ｓ２で、半径ｗe ／
４の円周上の４点および中心の光出力を測定する。工程
Ｓ３で、工程Ｓ２で測定した光出力を用いてビーム半
径、軸ずれ量および光軸焦点位置を求め、工程Ｓ４で、
工程Ｓ３で求めた軸ずれ量から位置補正し、工程Ｓ５
で、工程Ｓ３で求めたビーム半径、光軸焦点位置までの
距離からピーク判定しピーク条件を満足したものは以後
の探索を中止する。工程Ｓ６で、工程Ｓ５でピーク条件
を満足しなかった場合に次の探索光軸位置ｚを指定し工
程Ｓ１に戻る。
準サンプルの光軸焦点位置までの距離ｚと標準サンプル
のビームウエスト半径を用いて現在の光軸位置における
予測ビーム半径ｗe を算出し、工程Ｓ２で、半径ｗe ／
４の円周上の４点および中心の光出力を測定する。工程
Ｓ３で、工程Ｓ２で測定した光出力を用いてビーム半
径、軸ずれ量および光軸焦点位置を求め、工程Ｓ４で、
工程Ｓ３で求めた軸ずれ量から位置補正し、工程Ｓ５
で、工程Ｓ３で求めたビーム半径、光軸焦点位置までの
距離からピーク判定しピーク条件を満足したものは以後
の探索を中止する。工程Ｓ６で、工程Ｓ５でピーク条件
を満足しなかった場合に次の探索光軸位置ｚを指定し工
程Ｓ１に戻る。
【００６０】工程Ｓ５におけるピーク判定では、例え
ば、 光軸焦点位置までの距離ｚ≦20μｍ……………………………………………… （ａ） 0.95≦（測定ビーム半径／実験的に求めたビームウエスト半径）≦1.05…… （ｂ） とし、いずれか一方を満足した場合にピークだと判定で
きる。
ば、 光軸焦点位置までの距離ｚ≦20μｍ……………………………………………… （ａ） 0.95≦（測定ビーム半径／実験的に求めたビームウエスト半径）≦1.05…… （ｂ） とし、いずれか一方を満足した場合にピークだと判定で
きる。
【００６１】また、次の光軸方向の探索位置を指定する
工程Ｓ６では、例えば現在の位置と光軸焦点位置との中
心、またはビーム径が半分になる位置に次の探索位置を
設定することにより指数関数的に光軸焦点位置に収束で
きる上、逐次算出結果に基づき予測光軸焦点位置を補正
することにより確実にピーク位置を探索できる。
工程Ｓ６では、例えば現在の位置と光軸焦点位置との中
心、またはビーム径が半分になる位置に次の探索位置を
設定することにより指数関数的に光軸焦点位置に収束で
きる上、逐次算出結果に基づき予測光軸焦点位置を補正
することにより確実にピーク位置を探索できる。
【００６２】図７は、図６の光軸調整フローに基づき実
際のサンプルで探索を行った結果の一例を示す。
際のサンプルで探索を行った結果の一例を示す。
【００６３】山登り法で光軸調整し、光軸焦点位置と最
大光パワーの既知のサンプルに対して、光軸焦点位置か
ら光軸方向に1000μｍ離し、図６のフローに基づき探索
を行った。図７には、パワーを既知の最大光パワーで正
規化し探索回数と正規化パワーの変化を示してある。各
位置における測定円の半径は、予測ビーム半径の１／４
とし、また、光軸方向における次の探索位置は、ビーム
半径が半分となる位置を算出して設定した。また、探索
位置が光軸焦点位置に近づきビーム径が、ビームウエス
ト径の２倍未満に達した場合は、次の探索位置を予測光
軸焦点位置と現在の位置との中央に設定した。
大光パワーの既知のサンプルに対して、光軸焦点位置か
ら光軸方向に1000μｍ離し、図６のフローに基づき探索
を行った。図７には、パワーを既知の最大光パワーで正
規化し探索回数と正規化パワーの変化を示してある。各
位置における測定円の半径は、予測ビーム半径の１／４
とし、また、光軸方向における次の探索位置は、ビーム
半径が半分となる位置を算出して設定した。また、探索
位置が光軸焦点位置に近づきビーム径が、ビームウエス
ト径の２倍未満に達した場合は、次の探索位置を予測光
軸焦点位置と現在の位置との中央に設定した。
【００６４】以上のルールで探索を繰り返し、ビーム径
とビームウエスト径との誤差が５％以内もしくは光軸焦
点位置までの距離が30μｍ以下になったらピークと判定
した。
とビームウエスト径との誤差が５％以内もしくは光軸焦
点位置までの距離が30μｍ以下になったらピークと判定
した。
【００６５】上記の結果、図７より６回の探索で、ほぼ
ピークに達していることがわかる。
ピークに達していることがわかる。
【００６６】尚、図６の工程Ｓ５でのピーク判定後に光
軸方向に例えば10μｍステップで探索位置を変え工程Ｓ
２〜工程Ｓ４を行い、光出力を順次比較することにより
光出力が最大となる位置を正確に探索することができ
る。
軸方向に例えば10μｍステップで探索位置を変え工程Ｓ
２〜工程Ｓ４を行い、光出力を順次比較することにより
光出力が最大となる位置を正確に探索することができ
る。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ール光軸調整方法は、光結合の空間パワー特性がガウシ
アンビームに近似できることを用いて、任意の光軸に垂
直な断面における５点の光出力からビーム半径と軸ずれ
量を算出し位置ずれ量の補正ができる上、測定ビーム半
径と実験的に求めた標準サンプルの光軸焦点位置におけ
るビームウエスト半径から光軸焦点位置までの距離を推
定でき、次の探索位置を確かな予測のもと光軸焦点位置
に漸近するように逐次設定・補正しながら局所的なピー
クや近似からのずれに影響されずに効率的で信頼性のあ
る光軸位置合わせを行うことができるという効果を奏す
る。
ール光軸調整方法は、光結合の空間パワー特性がガウシ
アンビームに近似できることを用いて、任意の光軸に垂
直な断面における５点の光出力からビーム半径と軸ずれ
量を算出し位置ずれ量の補正ができる上、測定ビーム半
径と実験的に求めた標準サンプルの光軸焦点位置におけ
るビームウエスト半径から光軸焦点位置までの距離を推
定でき、次の探索位置を確かな予測のもと光軸焦点位置
に漸近するように逐次設定・補正しながら局所的なピー
クや近似からのずれに影響されずに効率的で信頼性のあ
る光軸位置合わせを行うことができるという効果を奏す
る。
【図１】本発明の光軸調整方法の一実施例を説明するた
めの光モジュールの断面図である。
めの光モジュールの断面図である。
【図２】図１の光モジュールの光軸を光軸調整ステージ
上で調整するところを説明するための図である。
上で調整するところを説明するための図である。
【図３】本実施例の光軸調整方法の光結合の光軸垂直断
面における強度分布を説明するグラフである。
面における強度分布を説明するグラフである。
【図４】本実施例の光軸調整方法の原理を説明する測定
点の定義を示した平面図である。
点の定義を示した平面図である。
【図５】本実施例の光軸調整方法の光結合の光軸方向の
強度分布を説明するグラフである。
強度分布を説明するグラフである。
【図６】本実施例の光軸調整方法のフローチャートであ
る。
る。
【図７】本実施例の光軸調整方法の探索例を示すグラフ
である。
である。
【図８】従来例の山登り法を説明するための説明図であ
る。
る。
【図９】従来例の山登り法の問題点を説明するための説
明図である。
明図である。
【図１０】従来例の別の光軸調整方法を説明するための
光モジュールの構成を示した断面図である。
光モジュールの構成を示した断面図である。
【図１１】図１０に示した光モジュールの斜視図であ
る。
る。
１ ＬＤ素子パッケージ ２ 集光レンズ ３ レンズホルダ ４ 光ファイバ端末 ４ａ 光ファイバ ５ フランジ付パイプ ６ ＬＤユニット ７ ＸＹステージ ７ａ Ｘステージ ７ｂ Ｙステージ ８ Ｚステージ ９ａ ＬＤチャック ９ｂ ファイバチャック
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体レーザと前記半導体レーザからの
出射光を集光するレンズとを有する半導体レーザユニッ
トと光ファイバとの光軸を光結合効率が最大となるよう
に、両者の相対位置を光軸に垂直な方向のＸ，Ｙ方向と
光軸方向のＺ方向とにＸ，Ｙ，Ｚの三軸の調整ステージ
を用いて三次元空間上で位置合わせを行う光モジュール
の光軸調整方法において、前記光軸に垂直な面内におけ
る光結合の空間パワー特性がガウシアンのレーザパワー
分布に近似できることを前提にし、同一垂直面内の４点
の光出力から光軸位置におけるレーザの集光ビーム径お
よび光軸中心からの位置ズレ量を算出し位置合わせする
ことを特徴とする光モジュール光軸調整方法。 - 【請求項２】 前記光軸方向における光結合の空間パワ
ー特性がＴＥＭ00モードのガウシアンビームの波面広が
りに近似できることを前提にし、標準サンプルの光軸焦
点位置におけるビーム径をビームウエスト径として前記
光軸位置で求めたビーム径から光軸焦点位置までの距離
を算出し前記光軸方向に焦点位置を探索することを特徴
とする請求項１記載の光モジュール光軸調整方法。 - 【請求項３】 前記光軸に垂直な断面の円周上の４点お
よび中心の計５点の光出力（ＩX+，ＩX-，ＩY+，ＩY-，
Ｉ0 ）ならびに測定円の半径（Ｒ）を用いて、 ｗX ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩX+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩX-／
Ｉ0 ）｝］1/2 と、 ｗY ＝２Ｒ／［−｛ｌｎ（ＩY+／Ｉ0 ）＋ｌｎ（ＩY-／
Ｉ0 ）｝］1/2 とにより、 ｗ＝（ｗX ＋ｗY ）／２ に示す前記光軸位置におけるレーザの集光ビーム半径ｗ
を求め、求めたビーム半径ｗを用いて、 ΔＸ＝ｗ×ｌｎ（ＩX-／ＩX+）／（８Ｒ）と、 ΔＹ＝ｗ×ｌｎ（ＩY-／ＩY+）／（８Ｒ） とから直交する２方向の光軸中心からの位置ズレ量Δ
Ｘ，ΔＹを求め位置ズレ量を補正することを特徴とする
請求項１記載の光モジュール光軸調整方法。 - 【請求項４】 前記光軸に垂直な断面における直交する
２方向が前記三軸の調整ステージのＸ，Ｙ方向の送り方
向と一致していることを特徴とする請求項３記載の光モ
ジュール光軸調整方法。 - 【請求項５】 前記ガウシアンビームの波面広がりを前
提に光軸方向に焦点位置を探索する工程において、次の
探索位置を前記測定位置と前記求めた光軸焦点位置との
間に設定し、逐次推定光軸焦点位置を修正しながら最大
光出力の得られる位置を探索することを特徴とする請求
項２記載の光モジュール光軸調整方法。 - 【請求項６】 前記探索位置における測定円の半径を、
前記探索位置における予測ビーム半径の1/4 倍から２倍
程度に設定することを特徴とする請求項３または請求項
５記載の光モジュール光軸調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6226415A JP2760290B2 (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 光モジュール光軸調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6226415A JP2760290B2 (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 光モジュール光軸調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894886A true JPH0894886A (ja) | 1996-04-12 |
| JP2760290B2 JP2760290B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=16844769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6226415A Expired - Lifetime JP2760290B2 (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 光モジュール光軸調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760290B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6678047B1 (en) | 1999-07-09 | 2004-01-13 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method and apparatus for aligning optical axes of optical components |
| US6690865B2 (en) | 2000-11-29 | 2004-02-10 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method for aligning laser diode and optical fiber |
| US6741340B2 (en) | 2000-10-18 | 2004-05-25 | Agency Of Industrial Science & Technology Ministry Of International Trade & Industry | Optical axis adjustment method, and storage medium recorded with a program that executes said adjustment method |
| US6781682B1 (en) * | 2000-01-17 | 2004-08-24 | Agency Of Industrial Science And Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Optical apparatus, optical apparatus adjustment method, and storage medium recorded with a processing program that executes said adjustment method |
| KR100466378B1 (ko) * | 2002-06-07 | 2005-01-13 | 주식회사 이오테크닉스 | 광통신 모듈 제조과정에서의 광학소자와 광섬유 정렬 방법 |
| JP2015232621A (ja) * | 2014-06-09 | 2015-12-24 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体素子実装方法及び装置 |
| CN108256238A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-06 | 武汉理工大学 | 一种基于深度学习的光纤光栅波长解调方法及装置 |
| CN113048915A (zh) * | 2019-12-26 | 2021-06-29 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种相机光轴指向视觉测量方法 |
| WO2023223613A1 (ja) * | 2022-05-17 | 2023-11-23 | 株式会社アドバンテスト | 光ビーム径測定装置、方法、プログラム、記録媒体 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0374364A (ja) * | 1989-08-14 | 1991-03-28 | Mitsui Toatsu Chem Inc | エポキシ化反応液の処理方法 |
| JPH0610327U (ja) * | 1992-07-10 | 1994-02-08 | ジューキ株式会社 | 接着プレス機の剥離装置 |
-
1994
- 1994-09-21 JP JP6226415A patent/JP2760290B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| JPH0374364A (ja) * | 1989-08-14 | 1991-03-28 | Mitsui Toatsu Chem Inc | エポキシ化反応液の処理方法 |
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| CN108256238B (zh) * | 2018-01-22 | 2021-08-03 | 武汉理工大学 | 一种基于深度学习的光纤光栅波长解调方法及装置 |
| CN113048915A (zh) * | 2019-12-26 | 2021-06-29 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种相机光轴指向视觉测量方法 |
| CN113048915B (zh) * | 2019-12-26 | 2022-07-22 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种相机光轴指向视觉测量方法 |
| WO2023223613A1 (ja) * | 2022-05-17 | 2023-11-23 | 株式会社アドバンテスト | 光ビーム径測定装置、方法、プログラム、記録媒体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2760290B2 (ja) | 1998-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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