JPH11248955A - Optical waveguide, method for aligning lens and optical waveguide, device for aligning lens and optical waveguide, wireless optical communication equipment and recording medium - Google Patents

Optical waveguide, method for aligning lens and optical waveguide, device for aligning lens and optical waveguide, wireless optical communication equipment and recording medium

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JPH11248955A
JPH11248955A JP10053955A JP5395598A JPH11248955A JP H11248955 A JPH11248955 A JP H11248955A JP 10053955 A JP10053955 A JP 10053955A JP 5395598 A JP5395598 A JP 5395598A JP H11248955 A JPH11248955 A JP H11248955A
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JP
Japan
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optical waveguide
axis direction
lens
light
positioning
Prior art date
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JP10053955A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Shimonaka
淳 下中
Shusuke Kasai
秀典 河西
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the method and device capable of precisely aligning the lens and optical waveguide. SOLUTION: The beam spot 106 which is converged by a condenser lens 104 and travels toward the projection end surface of an optical waveguide layer 102 is picked up by a CCD 103. In its image pattern, interference fringes are observed which are different in cycle with the distance between the beam spot 106 and the top surface of a substrate 101. Namely, this results from that when the beam spot 106 is above the top surface of the optical waveguide, the interference fringes are observed owing to the interference between light made incident directly on the CCD 103 and light reflected by the top surface of the optical waveguide. For the purpose, the condenser lens 102 is moved along a Y axis over a look at the screen of a monitor 107 to position the interference fringes along the Y axis.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤレス光通信
等の光通信や光を用いたセンサー等の分野に関し、より
詳しくは、この種の分野で使用され、空間からの光の結
合方式に特徴を有する光導波路、レンズと光導波路との
位置合わせ方法、レンズと光導波路との位置合わせ装
置、ワイヤレス光通信装置及びレンズと光導波路との位
置合わせのための制御手順に対応するプログラムが格納
された記録媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of optical communication such as wireless optical communication and sensors using light, and more particularly to the field of coupling light from space used in this kind of field. A program corresponding to a control procedure for positioning an optical waveguide having a lens, an alignment method of a lens and an optical waveguide, an alignment device of a lens and an optical waveguide, a wireless optical communication device, and a lens and an optical waveguide is stored. Recording media.

【0002】[0002]

【従来の技術】空間から光導波路への光結合方法の一例
として、西原浩他著「光集積回路」(1985年、オー
ム社刊)236ページに記載されている「端面結合方
法」が知られている。この端面結合方法は、光導波路端
面に光導波路のモード分布とほぼ一致したモード分布を
有する入射波を照射する方法であり、高効率な光結合が
可能となる利点がある。
2. Description of the Related Art As an example of an optical coupling method from a space to an optical waveguide, there is known an "edge coupling method" described on page 236 of "Optical Integrated Circuit" by Hiroshi Nishihara et al. ing. This end face coupling method is a method of irradiating the end face of the optical waveguide with an incident wave having a mode distribution substantially matching the mode distribution of the optical waveguide, and has an advantage that highly efficient optical coupling is possible.

【0003】一般に、この端面結合方法を用いてシング
ルモード導波路に光を導く場合は、図12に示すよう
に、光導波路1の入射端面側に配置された集光レンズ2
と、光導波路1との位置合わせを行って入射波の照射位
置を光導波路の入射端面1aに位置合わせる必要があ
り、そのために、光導波路1はXYZ3次元方向に移動
可能になった手動ステージ3上に載置されている。
In general, when light is guided to a single mode waveguide by using this end face coupling method, as shown in FIG. 12, a condensing lens 2 disposed on an incident end face side of an optical waveguide 1 is used.
It is necessary to align the position of irradiation of the incident wave with the incident end face 1a of the optical waveguide by performing alignment with the optical waveguide 1 and thus the optical waveguide 1 can be moved in the XYZ three-dimensional direction. Is placed on top.

【0004】同図に示すように、光導波路1の出射端面
側には光導波路1を伝送されてくる光の導波光パワーを
観測する光パワーメータ4が配置されており、集光レン
ズ2と光導波路1との位置合わせは、光パワーメータ4
によって観測される導波光パワーが最大になるように作
業員が手動ステージをXYZ方向に微調整することによ
って行われる。
As shown in FIG. 1, an optical power meter 4 for observing a guided light power of light transmitted through the optical waveguide 1 is disposed on an emission end face side of the optical waveguide 1. The alignment with the optical waveguide 1 is performed by the optical power meter 4.
This is performed by the operator finely adjusting the manual stage in the XYZ directions so that the guided light power observed by the operator becomes maximum.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、光通信等の
分野で用いられる光導波路はシングルモード導波路が多
く、この場合、その光導波層(又はコア層)の大きさは
通常2〜3μm角程度であるため、作業員による上記の
位置合わせ方法では、入射波の照射位置調整は困難であ
った。例えば、入射波の波長は通常用いられる半導体レ
ーザの発振波長で0.8μm、入射波を光導波路端面に
集光する集光レンズの開口数が0.2、光導波路の断面
の大きさが2μm角の場合は、入射波の最小のビーム幅
2.6μm、光導波路の伝搬モードのビーム幅も約2.
6μmとなる。
By the way, optical waveguides used in the field of optical communication and the like are often single mode waveguides. In this case, the size of the optical waveguide layer (or core layer) is usually 2 to 3 μm square. Therefore, it is difficult for the operator to adjust the irradiation position of the incident wave by the above-described alignment method. For example, the wavelength of the incident wave is 0.8 μm as the oscillation wavelength of a commonly used semiconductor laser, the numerical aperture of the condenser lens for condensing the incident wave on the end face of the optical waveguide is 0.2, and the cross-sectional size of the optical waveguide is 2 μm. In the case of the angle, the minimum beam width of the incident wave is 2.6 μm, and the beam width of the propagation mode of the optical waveguide is also about 2.
6 μm.

【0006】加えて、時々刻々入射波の方向の変化する
ワイヤレス光通信においては、集光レンズを移動させ、
ビームスポットの位置を変化させて光導波路に光結合さ
せるが、導波路端面でビーム位置をスキャンする方法は
効率的でなく、予めビーム位置を予想する方法が不可欠
となる。
In addition, in wireless optical communication in which the direction of an incident wave changes every moment, a condenser lens is moved,
Although the position of the beam spot is changed and optically coupled to the optical waveguide, a method of scanning the beam position at the end face of the waveguide is not efficient, and a method of predicting the beam position in advance is indispensable.

【0007】また、上記のようにビームスポットが2.
6μmと小さい場合、その位置が最適値から、1.3μ
mずれることにより結合効率は4.3dB劣化する。よ
って、レンズと光導波路の相対位置を常に1μm以下の
精度で合わせておく必要がある。
Further, as described above, the beam spot is set at 2.
When the position is as small as 6 μm, the position is 1.3 μm from the optimum value.
A shift of m degrades the coupling efficiency by 4.3 dB. Therefore, the relative position between the lens and the optical waveguide must always be adjusted with an accuracy of 1 μm or less.

【0008】しかしながら、このような高精度の位置合
わせを可能とした光結合技術は開発されていないのが現
状である。
However, at present, an optical coupling technology that enables such high-precision positioning has not been developed.

【0009】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、光通信等の分野において好適な光導波
路、レンズとこの光導波路との位置合わせを精度よく行
うことができる位置合わせ方法及びその実施に使用する
位置合わせ装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and is an alignment method capable of accurately aligning an optical waveguide and a lens with the optical waveguide suitable for the field of optical communication and the like. And an alignment device used for the implementation.

【0010】本発明の他の目的は、レンズと光導波路と
の位置合わせを自動的に行うことができる位置合わせ装
置及びその実施に使用され、位置合わせのための制御手
順に対応するプログラムが格納された記録媒体を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a positioning apparatus capable of automatically performing positioning between a lens and an optical waveguide, and a program used for implementing the apparatus and corresponding to a control procedure for positioning. It is an object of the present invention to provide a recorded medium.

【0011】また、本発明の他の目的は、上記のような
レンズと光導波路の組み合わせからなる光導波路装置を
受信器として用いるワイヤレス光通信装置を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to provide a wireless optical communication apparatus using an optical waveguide device comprising a combination of a lens and an optical waveguide as described above as a receiver.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路は、基
板上に光導波路層が形成された光導波路であって、平坦
な上面を有し、該上面の表面粗さが伝送される光の波長
以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
An optical waveguide according to the present invention is an optical waveguide in which an optical waveguide layer is formed on a substrate, and has a flat upper surface, and the surface roughness of the upper surface is transmitted. , Which achieves the above object.

【0013】また、本発明の光導波路は、基板上に光導
波路層が形成された光導波路であって、上面に突起部を
有し、該突起部を除く上面の表面粗さが伝送される光の
波長以下であり、そのことにより上記目的が達成され
る。
An optical waveguide according to the present invention is an optical waveguide having an optical waveguide layer formed on a substrate, having a projection on an upper surface, and transmitting the surface roughness of the upper surface excluding the projection. The wavelength is equal to or less than the wavelength of light, thereby achieving the above object.

【0014】好ましくは、前記光導波路の出射端側に受
光素子が一体化されてなる構成とする。
[0014] Preferably, a light receiving element is integrated with the emission end side of the optical waveguide.

【0015】また、本発明のレンズと光導波路との位置
合わせ方法は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の
光導波路と、該光導波路の入射端面に外部空間からの入
射光を集光するレンズと、該光導波路と該レンズとを両
者の接離方向に相当するZ軸方向、該Z軸方向に直交
し、該光導波路の横方向に相当するX軸方向及び該Z軸
方向と該X軸方向に共に直交し、該光導波路の高さ方向
に相当するY軸方向に相対移動可能になす移動手段とを
備えた光導波路装置のレンズと光導波路との位置合わせ
を行う方法であって、該レンズによって集光され、該光
導波路の出射端面側に向かうビームスポットを撮像し、
該ビームスポットと該光導波路の上面との距離に応じて
周期が異なる干渉縞が観察される画像パターンを得る工
程と、該画像パターンを利用し、該ビームスポットの中
心が該上面に一致するように該移動手段を駆動して該Y
軸方向の仮位置合わせを行う工程と、該移動手段を既知
である該上面と光導波路層の中心との距離だけ駆動して
該Y軸方向の位置合わせを行う工程とを包含しており、
そのことにより上記目的が達成される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for aligning a lens and an optical waveguide, the method comprising the steps of: providing an optical waveguide according to any one of claims 1 to 3; A converging lens, a Z-axis direction corresponding to the direction of contact and separation between the optical waveguide and the lens, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, and a lateral direction of the optical waveguide, and the Z-axis. The lens and the optical waveguide of the optical waveguide device are provided with a moving means that is orthogonal to the direction and the X-axis direction and that is relatively movable in the Y-axis direction corresponding to the height direction of the optical waveguide. Imaging a beam spot converged by the lens and heading toward the exit end face of the optical waveguide,
Obtaining an image pattern in which interference fringes having different periods according to the distance between the beam spot and the upper surface of the optical waveguide are obtained; and using the image pattern, the center of the beam spot coincides with the upper surface. To drive the moving means to
A step of performing temporary alignment in the axial direction, and a step of performing the alignment in the Y-axis direction by driving the moving means by a distance between the known upper surface and the center of the optical waveguide layer,
Thereby, the above object is achieved.

【0016】また、本発明のレンズと光導波路との位置
合わせ方法は、請求項3記載の光導波路と、該光導波路
の入射端面に外部空間からの入射光を集光するレンズ
と、該光導波路と該レンズとを両者の接離方向に相当す
るZ軸方向、該Z軸方向に直交し、該光導波路の横方向
に相当するX軸方向及び該Z軸方向と該X軸方向に共に
直交し、該光導波路の高さ方向に相当するY軸方向に相
対移動可能になす移動手段とを備えた光導波路装置のレ
ンズと光導波路との位置合わせを行う方法であって、該
レンズによって集光され、該光導波路の出射端面側に向
かうビームスポットを前記受光素子によって受光し、そ
の受光電流が最大になるようにして該Y軸方向の位置合
わせを行う工程を包含しており、そのことにより上記目
的が達成される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for aligning a lens and an optical waveguide, comprising: an optical waveguide according to claim 3; a lens for condensing incident light from an external space on an incident end face of the optical waveguide; The wave path and the lens are arranged in the Z-axis direction corresponding to the direction of contact and separation between the two, the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, the X-axis direction corresponding to the lateral direction of the optical waveguide, and both the Z-axis direction and the X-axis direction. A method of performing alignment between a lens of an optical waveguide device and an optical waveguide, comprising a moving unit that is orthogonal and relatively movable in a Y-axis direction corresponding to a height direction of the optical waveguide. Condensed, receiving a beam spot toward the emission end face side of the optical waveguide by the light receiving element, and performing the alignment in the Y-axis direction so that the received light current is maximized. Thereby, the above object is achieved.

【0017】好ましくは、前記Y軸方向の仮位置合わせ
工程及び前記Y軸方向の位置合わせ工程を自動的に又は
手動で行う方法とする。
Preferably, the temporary alignment step in the Y-axis direction and the alignment step in the Y-axis direction are performed automatically or manually.

【0018】また、好ましくは、前記Y軸方向の位置合
わせが終了した後に前記X軸方向の位置合わせを行う工
程と、その後に前記Z軸方向の位置合わせを行う工程と
を包含する方法とする。
Preferably, the method includes a step of performing the positioning in the X-axis direction after the positioning in the Y-axis direction is completed, and a step of performing the positioning in the Z-axis direction after that. .

【0019】また、好ましくは、前記X軸方向の位置合
わせ工程を前記ビームスポットの導波光パワーが最大に
なるように調整することにより行い、前記Z軸方向の位
置合わせ工程を、前記Y軸方向又は該X軸方向を所定量
だけずらし、この状態で前記光導波路を導波する導波光
の導波光パワーを検出し、この導波光パワーが最小にな
るように調整することにより行う方法とする。
Preferably, the positioning step in the X-axis direction is performed by adjusting the guided light power of the beam spot to be maximum, and the positioning step in the Z-axis direction is performed in the Y-axis direction. Alternatively, the method is performed by shifting the X-axis direction by a predetermined amount, detecting the guided light power of the guided light guided through the optical waveguide in this state, and adjusting the guided light power to be a minimum.

【0020】また、好ましくは、前記X軸方向の位置合
わせ工程を前記受光素子に生じる受光電流が最大になる
ように調整することにより行い、前記Z軸方向の位置合
わせ工程を、前記Y軸方向又は該X軸方向を所定量だけ
ずらし、この状態で該受光素子に生じる受光電流が最小
になるように調整することにより行う方法とする。
Preferably, the positioning step in the X-axis direction is performed by adjusting the light-receiving current generated in the light-receiving element to be maximum, and the positioning step in the Z-axis direction is performed in the Y-axis direction. Alternatively, the method is performed by shifting the X-axis direction by a predetermined amount and adjusting the light receiving current generated in the light receiving element in this state so as to be minimized.

【0021】また、本発明のレンズと光導波路との位置
合わせ装置は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の
光導波路と、該光導波路の入射端面に外部空間からの入
射光を集光するレンズと、該光導波路と該レンズとを両
者の接離方向に相当するZ軸方向、該Z軸方向に直交
し、該光導波路の横方向に相当するX軸方向及び該Z軸
方向と該X軸方向に共に直交し、該光導波路の高さ方向
に相当するY軸方向に相対移動可能になす移動手段とを
備えた光導波路装置のレンズと光導波路との位置合わせ
装置において、該レンズによって集光され、該光導波路
の出射端面側に向かうビームスポットを撮像し、該ビー
ムスポットと該光導波路の上面との距離に応じて周期が
異なる干渉縞が観察される画像パターンを撮像する撮像
手段と、該撮像手段によって撮像された画像パターンに
基づき該移動手段の該Y軸方向への移動を制御する制御
手段とを備えており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for aligning a lens and an optical waveguide, comprising: an optical waveguide according to any one of claims 1 to 3; A converging lens, a Z-axis direction corresponding to the direction of contact and separation between the optical waveguide and the lens, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, and a lateral direction of the optical waveguide, and the Z-axis. And a moving means which is orthogonal to both the X-axis direction and the X-axis direction and is relatively movable in the Y-axis direction corresponding to the height direction of the optical waveguide. An image pattern in which a beam spot focused by the lens and heading toward the emission end face side of the optical waveguide is imaged, and interference fringes having different periods depending on the distance between the beam spot and the upper surface of the optical waveguide is observed. Imaging means for imaging, and the imaging means Therefore and a control means for controlling the movement of the said Y-axis direction of the moving means based on the image pattern that is captured, the objects can be achieved.

【0022】好ましくは、前記制御手段は、参照画像パ
ターンを記憶する記憶手段と、前記撮像手段によって撮
像された画像パターンと該参照画像パターンとを比較演
算し、比較結果を出力する演算手段と、該演算手段の比
較出力に応じて前記移動手段を駆動し、前記Y軸方向の
位置合わせを行う駆動制御手段とを備えている構成とす
る。
Preferably, the control means includes a storage means for storing a reference image pattern, an operation means for comparing an image pattern taken by the imaging means with the reference image pattern, and outputting a comparison result; A drive control unit that drives the moving unit in accordance with the comparison output of the arithmetic unit and performs positioning in the Y-axis direction.

【0023】また、本発明のレンズと光導波路との位置
合わせ装置は、請求項3記載の光導波路と、該光導波路
の入射端面に外部空間からの入射光を集光するレンズ
と、該光導波路と該レンズとを両者の接離方向に相当す
るZ軸方向、該Z軸方向に直交し、該光導波路の横方向
に相当するX軸方向及び該Z軸方向と該X軸方向に共に
直交し、該光導波路の高さ方向に相当するY軸方向に相
対移動可能になす移動手段とを備えた光導波路装置のレ
ンズと光導波路との位置合わせ装置において、該レンズ
によって集光され、該光導波路の出射端面側に向かうビ
ームスポットを受光する前記受光素子と、該受光素子に
生じる受光電流が最大になるように該移動手段の該Y軸
方向への移動を制御する制御手段とを備えており、その
ことにより上記目的が達成される。
In addition, an apparatus for aligning a lens and an optical waveguide according to the present invention comprises: an optical waveguide according to claim 3; a lens for condensing incident light from an external space on an incident end face of the optical waveguide; The wave path and the lens are arranged in the Z-axis direction corresponding to the direction of contact and separation between the two, the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, the X-axis direction corresponding to the lateral direction of the optical waveguide, and both the Z-axis direction and the X-axis direction. At right angles, in the alignment device of the optical waveguide device and the lens of the optical waveguide device having a moving means capable of relatively moving in the Y-axis direction corresponding to the height direction of the optical waveguide, the light is collected by the lens, The light receiving element for receiving a beam spot heading toward the emission end face side of the optical waveguide, and control means for controlling movement of the moving means in the Y-axis direction so that a light receiving current generated in the light receiving element is maximized. Have the above purpose It is achieved.

【0024】好ましくは、前記受光素子に生じる受光電
流が最大になるように前記X軸方向の位置合わせを行う
手段と、前記受光素子に生じる受光電流が最小になるよ
うに前記Z軸方向の位置合わせを行う手段とを更に備え
た構成とする。
Preferably, means for performing the alignment in the X-axis direction so that the light-receiving current generated in the light-receiving element is maximized, and the position in the Z-axis direction such that the light-receiving current generated in the light-receiving element is minimized. And a means for performing alignment.

【0025】また、本発明のワイヤレス光通信装置は、
請求項10〜請求項13のいずれかに記載のレンズと光
導波路との位置合わせ装置を受信器として用いており、
そのことにより上記目的が達成される。
Further, the wireless optical communication device of the present invention comprises:
The positioning device for a lens and an optical waveguide according to any one of claims 10 to 13 is used as a receiver,
Thereby, the above object is achieved.

【0026】また、本発明の記録媒体は、請求項10〜
請求項13のいずれかに記載のレンズと光導波路との位
置合わせ装置において使用される制御手順に相当するプ
ログラムが格納されており、そのことにより上記目的が
達成される。
Further, the recording medium of the present invention is characterized in that:
A program corresponding to a control procedure used in the apparatus for aligning a lens and an optical waveguide according to claim 13 is stored, whereby the object is achieved.

【0027】以下に、本発明の作用を説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0028】本発明は、一例として、レンズによって集
光され、光導波路の出射端面側に向かうビームスポット
を撮像手段によって撮像し、撮像された画像パターンを
利用してY軸方向の位置合わせを行っている。
In the present invention, as an example, a beam spot condensed by a lens and heading toward the emission end face side of the optical waveguide is imaged by an image pickup means, and alignment in the Y-axis direction is performed using the imaged image pattern. ing.

【0029】ここで、この画像パターンは、ビームスポ
ットと光導波路の上面との距離に応じて周期が異なる干
渉縞が観察される画像パターンである。即ち、ビームス
ポットが光導波路の上面の上側にある場合には、撮像手
段に直接入射する光と光導波路の上面で反射される光と
の干渉により干渉縞が観察されるからである。
Here, this image pattern is an image pattern in which interference fringes having different periods according to the distance between the beam spot and the upper surface of the optical waveguide are observed. That is, when the beam spot is located above the upper surface of the optical waveguide, interference fringes are observed due to interference between light directly incident on the imaging means and light reflected by the upper surface of the optical waveguide.

【0030】この干渉縞は後述の図2〜図4に示すよう
に、ビームスポットと光導波路の上面との距離に応じて
周期が異なり、図2と図3とを比較してみれば分かるよ
うに、上記距離が小さくなれば干渉縞の周期は長くな
る。そして、ビームスポットの中心が光導波路の上面に
ほぼ一致した時に(この時の距離をY=0とする)、図
4に示すような画像パターンが観察される。即ち、干渉
縞のない画像パターンが観察される。
As shown in FIGS. 2 to 4, which will be described later, the period of the interference fringes differs depending on the distance between the beam spot and the upper surface of the optical waveguide, and can be understood by comparing FIGS. 2 and 3. In addition, the shorter the distance, the longer the period of the interference fringes. Then, when the center of the beam spot substantially coincides with the upper surface of the optical waveguide (the distance at this time is assumed to be Y = 0), an image pattern as shown in FIG. 4 is observed. That is, an image pattern without interference fringes is observed.

【0031】ここで、光導波路層の中心と光導波路上面
との距離は既知であるので、これを利用すればY軸方向
の位置合わせが行える。即ち、その距離分だけレンズを
Y軸方向に移動させればY軸方向の位置合わせが行え
る。
Here, since the distance between the center of the optical waveguide layer and the upper surface of the optical waveguide is known, the alignment in the Y-axis direction can be performed by using this distance. That is, if the lens is moved in the Y-axis direction by that distance, positioning in the Y-axis direction can be performed.

【0032】なお、光導波路の上面の表面粗さが伝送さ
れる光の波長以下であれば良好な干渉縞を得ることがで
きる。
If the surface roughness of the upper surface of the optical waveguide is equal to or less than the wavelength of transmitted light, good interference fringes can be obtained.

【0033】Y軸方向の位置合わせが終了すると、次に
X軸方向の位置合わせを行う。X軸方向の位置合わせを
行った状態では、撮像手段で撮像される画像パターンは
ビームスポットになるので、例えば、作業員が手作業で
調整する場合は、撮像手段に接続されたモニター画面上
のビームスポットを観察しながらその導波光パワー(輝
度)が最大になるように、移動手段をX軸方向に操作し
てレンズを同方向に移動させれば、X軸方向の位置合わ
せを簡単に行うことができる。
When the positioning in the Y-axis direction is completed, the positioning in the X-axis direction is performed next. In the state where the alignment in the X-axis direction is performed, the image pattern captured by the imaging unit becomes a beam spot. For example, when an operator manually adjusts the position, the image on the monitor screen connected to the imaging unit is displayed. By operating the moving means in the X-axis direction and moving the lens in the same direction so that the guided light power (brightness) is maximized while observing the beam spot, alignment in the X-axis direction can be easily performed. be able to.

【0034】Z軸方向の位置合わせは、再度、画像パタ
ーンが図4のようになるまでY軸方向の調整を行い、こ
の状態で光導波路層を導波した導波光パワーを測定す
る。この測定は、撮像手段にて撮像された画像の内、ス
ポット状の導波光の部分だけの波高値をモニタ画面を通
して読み取ればよい。
For positioning in the Z-axis direction, the adjustment in the Y-axis direction is performed again until the image pattern becomes as shown in FIG. 4, and in this state, the guided light power guided through the optical waveguide layer is measured. For this measurement, the peak value of only the portion of the spot-shaped guided light in the image picked up by the image pickup means may be read through the monitor screen.

【0035】そして、レンズの光導波路層に対するZ軸
方向の位置を調整しながらこの波高値を読み取り、この
波高値が最小になる位置にレンズを位置決めする。
The peak value is read while adjusting the position of the lens with respect to the optical waveguide layer in the Z-axis direction, and the lens is positioned at a position where the peak value is minimized.

【0036】最後に、再度、Y軸方向の位置合わせを行
う。これにより、レンズと光導波路との位置合わせを最
適に行うことができる。
Finally, the positioning in the Y-axis direction is performed again. Thereby, the alignment between the lens and the optical waveguide can be optimally performed.

【0037】なお、予めY軸方向の位置をずらしておい
てZ軸方向の位置合わせを行う場合は、後述の図5に示
すように、Z軸方向の位置ずれによる導波光強度のコン
トラストが大きくなるので、その分、位置合わせを簡単
に行える利点がある。
When the positioning in the Z-axis direction is performed by shifting the position in the Y-axis direction in advance, as shown in FIG. 5 described later, the contrast of the guided light intensity due to the positional shift in the Z-axis direction is large. Therefore, there is an advantage that the position can be easily adjusted.

【0038】このような位置合わせは、マイクロコンピ
ュータ等を備えてなる制御系を用いれば自動的に行うこ
とができるので、ワイヤレス通信のように、時々刻々入
射波の方向が変化する分野において特に好ましいものに
なる。
Since such positioning can be automatically performed by using a control system including a microcomputer or the like, it is particularly preferable in a field where the direction of an incident wave changes every moment, such as wireless communication. Become something.

【0039】一例として、このような制御系は、参照画
像パターンを記憶する記憶手段と、撮像手段によって撮
像された画像パターンと参照画像パターンとを比較演算
し、比較結果を出力する演算手段と、演算手段の比較出
力に応じて移動手段を駆動し、Y軸方向の位置合わせを
行う駆動制御手段とを備えている構成によって達成する
ことができる。
As an example, such a control system includes a storage unit that stores a reference image pattern, a calculation unit that compares an image pattern captured by an imaging unit with a reference image pattern, and outputs a comparison result. This can be achieved by a configuration including a drive control unit that drives the moving unit in accordance with the comparison output of the arithmetic unit and performs positioning in the Y-axis direction.

【0040】また、記憶手段を構成するROM等の記録
媒体にそのような制御手順に対応するプログラムを格納
しておけば、位置合わせを自動的に行うことができる。
If a program corresponding to such a control procedure is stored in a recording medium such as a ROM constituting the storage means, the positioning can be automatically performed.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0042】(位置合わせ方法及び位置合わせ装置の実
施形態1)図1〜図5は本発明レンズと光導波路との位
置合わせ方法及びその実施に使用する位置合わせ装置の
実施形態1を示す。図1はワイヤレス光通信で用いられ
る光受信器の一部を示す。この光受信器は、ビルとビル
との間で光伝送を行うために用いられる受信器であり、
直方体状をなし光導波路層102が形成されたSi基板
からなる光導波路101と、光導波路101の前方、つ
まり、光の入射側に配置された集光レンズ104と、こ
の集光レンズ104をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向
に移動可能になすバネ式可動台(アクチュエータ)10
5と、光導波路101の後面側、つまり、光の出射側に
配置され、入射光を撮像するCCD103と、CCD1
03に接続され、撮像画像を表示するモニター107と
を備えている。
(Embodiment 1 of Positioning Method and Positioning Apparatus) FIGS. 1 to 5 show Embodiment 1 of a method of positioning a lens and an optical waveguide of the present invention and a positioning apparatus used for carrying out the method. FIG. 1 shows a part of an optical receiver used in wireless optical communication. This optical receiver is a receiver used to perform optical transmission between buildings,
An optical waveguide 101 made of a Si substrate having a rectangular parallelepiped shape and formed with an optical waveguide layer 102, a condenser lens 104 disposed in front of the optical waveguide 101, that is, on a light incident side, and the condenser lens 104 Spring movable table (actuator) 10 movable in the axial, Y-axis, and Z-axis directions
5, a CCD 103 disposed on the rear surface side of the optical waveguide 101, that is, on the light emission side, for capturing incident light;
And a monitor 107 for displaying a captured image.

【0043】なお、本発明において、Z軸方向は、図1
に示すように、集光レンズ104と光導波路102の接
離移動方向であり、Y軸方向は上下方向であり、X軸方
向は横方向である。
Note that, in the present invention, the Z-axis direction corresponds to FIG.
As shown in (1), the direction in which the condenser lens 104 and the optical waveguide 102 move toward and away from each other, the Y-axis direction is the vertical direction, and the X-axis direction is the horizontal direction.

【0044】このシステムは、上述のように、ビルとビ
ルとの間で光伝送を行うために用いられるものであるた
め、送受信器の相対的な位置は設置後にずれることはな
いので、設置時に入射光111を光導波路層102に対
して効率よく光結合させるように集光レンズ104と光
導波路層102との位置合わせを行えばよい。
As described above, since this system is used for optical transmission between buildings, the relative position of the transceiver does not shift after the installation, and The position of the condenser lens 104 and the position of the optical waveguide layer 102 may be adjusted so that the incident light 111 is efficiently optically coupled to the optical waveguide layer 102.

【0045】ここで、集光レンズ104の開口数NAは
0.2である。光導波路層102はSi基板101中に
SiO2を埋め込んで形成されており、その大きさは2
μm角であり、長さは1mmである。なお、光導波路層
102の材料については前記のものに限定されるもので
はない。また、光導波路層102の中心からSi基板1
01の上面までの距離は3μmである。なお、Si基板
101上面、即ち光導波路上面の表面粗さは、伝送され
る光の波長以下に設定されている。
Here, the numerical aperture NA of the condenser lens 104 is 0.2. The optical waveguide layer 102 is formed by embedding SiO 2 in a Si substrate 101 and has a size of 2 μm.
It is a μm square and the length is 1 mm. The material of the optical waveguide layer 102 is not limited to the above. Further, the Si substrate 1 is positioned from the center of the optical waveguide layer 102.
01 is 3 μm. Note that the surface roughness of the upper surface of the Si substrate 101, that is, the upper surface of the optical waveguide is set to be equal to or less than the wavelength of transmitted light.

【0046】次に、集光レンズ102と光導波路層10
2との位置合わせ方法について説明する。上記構成にお
いて、外部空間より到来する入射光(信号光)111
は、バネ式可動台105に取り付けられたNA0.2の
集光レンズ102により概ね光導波路層102の入射端
面にビームスポット106を形成する。
Next, the condenser lens 102 and the optical waveguide layer 10
2 will be described. In the above configuration, the incident light (signal light) 111 arriving from the external space
A beam spot 106 is generally formed on the incident end face of the optical waveguide layer 102 by a condensing lens 102 having an NA of 0.2 attached to a spring-type movable base 105.

【0047】ここで、ビームスポット106がSi基板
101の上側にある場合には、CCD103に撮像され
る画像は、CCD103に直接入射する光とSi基板1
01の上面で反射される光との干渉により干渉縞が観察
される。
Here, when the beam spot 106 is above the Si substrate 101, the image picked up by the CCD 103 is composed of light directly incident on the CCD 103 and the Si substrate 1.
Interference fringes are observed due to interference with light reflected on the upper surface of the light emitting device 01.

【0048】この干渉縞はビームスポット106と光導
波路101の上面との距離に応じて周期が異なる。一例
として、図2はその距離が10μmの時の画像パターン
(モニター107の画面上の画像パターン)を示し、図
3はその距離が20μmの時の画像パターンを示す。図
2と図3とを比較してみれば分かるように、上記距離が
小さくなれば干渉縞の周期は長くなる。そして、入射ビ
ームスポットの中心が光導波路101の上面にほぼ一致
した時に(この時の距離をY=0とする)、図4に示す
ような画像パターンが観察される。即ち、干渉縞のない
画像パターンが観察される。
The period of the interference fringes differs depending on the distance between the beam spot 106 and the upper surface of the optical waveguide 101. As an example, FIG. 2 shows an image pattern when the distance is 10 μm (image pattern on the screen of the monitor 107), and FIG. 3 shows an image pattern when the distance is 20 μm. As can be seen by comparing FIGS. 2 and 3, the shorter the distance, the longer the period of the interference fringes. Then, when the center of the incident beam spot substantially coincides with the upper surface of the optical waveguide 101 (the distance at this time is assumed to be Y = 0), an image pattern as shown in FIG. 4 is observed. That is, an image pattern without interference fringes is observed.

【0049】ここで、光導波路層102の中心と光導波
路101上面との距離は既知であるので、これを利用す
ればY軸方向の位置合わせが行える。即ち、その距離分
だけ集光レンズ104をY軸方向に移動させればY軸方
向の位置合わせが行える。なお、これらの画像パターン
はZ軸方向の集光位置にほとんど影響されず、100μ
m程度の位置ずれがある場合でも同様の画像パターンが
撮像される。
Here, since the distance between the center of the optical waveguide layer 102 and the upper surface of the optical waveguide 101 is known, the alignment in the Y-axis direction can be performed by using this distance. That is, if the condenser lens 104 is moved by the distance in the Y-axis direction, the alignment in the Y-axis direction can be performed. Note that these image patterns are hardly affected by the condensing position in the Z-axis direction,
A similar image pattern is captured even when there is a displacement of about m.

【0050】Y軸方向の位置合わせが終了すると、次に
X軸方向の位置合わせを行う。このX軸方向の位置合わ
せは、以下のようにすれば簡単に行える。即ち、X軸方
向の位置合わせを行った状態では、CCD103で撮像
される画像パターンはビームスポットになるので、作業
員がモニター107上のビームスポットを観察しながら
その導波光パワー(輝度)が最大になるように、バネ式
可動台105をX軸方向に操作して集光レンズ104を
同方向に移動させれば、X軸方向の位置合わせを簡単に
行うことができる。
When the positioning in the Y-axis direction is completed, the positioning in the X-axis direction is performed next. The positioning in the X-axis direction can be easily performed as follows. That is, in the state where the alignment in the X-axis direction is performed, the image pattern captured by the CCD 103 becomes a beam spot, so that the operator observes the beam spot on the monitor 107 and the guided light power (luminance) is maximized. If the condensing lens 104 is moved in the same direction by operating the spring-type movable base 105 in the X-axis direction, the alignment in the X-axis direction can be easily performed.

【0051】次に、Z軸方向の位置合わせについて説明
する。再度、画像パターンが図4のようになるまでY軸
方向の調整を行い、この状態で光導波路層102を導波
した導波光パワーを測定する。この測定は、CCD10
3にて撮像された画像の内、スポット状の導波光の部分
だけの波高値をモニター107を通して読み取ればよ
い。
Next, positioning in the Z-axis direction will be described. The adjustment in the Y-axis direction is performed again until the image pattern becomes as shown in FIG. 4, and in this state, the power of the guided light guided through the optical waveguide layer 102 is measured. This measurement is based on CCD 10
The peak value of only the portion of the spot-shaped waveguide light in the image picked up in 3 may be read through the monitor 107.

【0052】そして、集光レンズ104の光導波路層1
02に対するZ軸方向の位置を調整しながらこの波高値
を読み取り、この波高値が最小になる位置に集光レンズ
104を位置決めする。
Then, the optical waveguide layer 1 of the condenser lens 104
The peak value is read while adjusting the position in the Z-axis direction with respect to 02, and the condenser lens 104 is positioned at a position where the peak value is minimized.

【0053】最後に、再度、Y軸方向の位置合わせを行
う。これにより、集光レンズ104の位置を最適にする
ことができる。
Finally, the alignment in the Y-axis direction is performed again. Thereby, the position of the condenser lens 104 can be optimized.

【0054】次に、本実施形態の位置合わせ効果につい
て説明する。Y軸方向についての位置合わせは上述のよ
うに干渉縞を利用して行う。X軸方向の位置合わせはY
軸方向の位置合わせがを行った後で行う。これにより、
光導波路層102の入射端面でやみくもにビームスポッ
トを走査することなく高速の位置合わせが可能となる。
更に高精度なY軸方向の位置合わせを行うためには、実
際に導波される導波光をCCD103で撮像し、撮像画
像の波高値をモニター107を通して読み取り、波高値
が最大となるようにY軸方向の位置合わせを行えばよ
い。
Next, the positioning effect of the present embodiment will be described. Positioning in the Y-axis direction is performed using interference fringes as described above. Y-axis alignment
This is performed after the axial alignment has been performed. This allows
High-speed alignment is possible without blindly scanning the beam spot on the incident end face of the optical waveguide layer 102.
In order to perform highly accurate alignment in the Y-axis direction, the actually guided waveguide light is imaged by the CCD 103, the peak value of the captured image is read through the monitor 107, and the Y value is set so that the peak value becomes maximum. The alignment in the axial direction may be performed.

【0055】Z軸方向の位直合わせは、上述のように、
予めY軸方向の位置をずらしておくことにより、CCD
103で撮像される導波光の波高値が最小値をとるよう
に位置合わせする。この時、予め位置ずれさせる量△y
/σyの大きさにより(但し、σyは入射ビームウエス
ト)、導波光パワー(相対値)は図5のように変化す
る。図5から分かるように、予めY軸方向の位置をずら
しておくと、Z軸方向の位置ずれによる導波光強度のコ
ントラストが大きくなるので、その分、位置合わせを簡
単に行える利点がある。
As described above, the alignment in the Z-axis direction is performed as follows.
By shifting the position in the Y-axis direction in advance, the CCD
Positioning is performed so that the peak value of the guided light imaged at 103 takes the minimum value. At this time, the amount of displacement △ y
Depending on the magnitude of / σy (where σy is the incident beam waist), the guided light power (relative value) changes as shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, if the position in the Y-axis direction is shifted in advance, the contrast of the intensity of the guided light due to the position shift in the Z-axis direction is increased, so that there is an advantage that the position can be easily adjusted accordingly.

【0056】なお、本実施形態ではY軸方向に予め位置
ずれを起こさせ、Z軸方向に関する位置合わせを行って
いるが、Z軸方向の位置ずれに対する導波光強度のコン
トラストを強める目的においては、X軸方向の位置合わ
せを行った後、X軸方向に予め位置ずれを起こさせた場
合でも同様の効果が期待できる。よって、X軸方向に予
め位置ずれを起こさせた状態でZ軸方向に関する位置合
わせを行ってもよい。
In the present embodiment, the positional displacement is caused in the Y-axis direction in advance, and the positioning in the Z-axis direction is performed. However, for the purpose of enhancing the contrast of the intensity of the guided light with respect to the positional displacement in the Z-axis direction, The same effect can be expected even if the position is shifted in the X-axis direction after the alignment in the X-axis direction. Therefore, the positioning in the Z-axis direction may be performed in a state where the position is shifted in the X-axis direction in advance.

【0057】本実施形態では、集光レンズ104に略平
行光が入射した場合、光導波路層102の入射端面に集
光するように概ね位置合わせをしておく。これにより、
外部から到来する信号光の角度がずれた場合でも、光導
波路層102の入射端面上にビームスポット106を形
成することができる。
In the present embodiment, when substantially parallel light is incident on the condenser lens 104, the alignment is performed so that the light is focused on the incident end face of the optical waveguide layer 102. This allows
Even when the angle of the signal light arriving from the outside is shifted, the beam spot 106 can be formed on the incident end face of the optical waveguide layer 102.

【0058】なお、本実施形態では、集光レンズ104
側を可動として位置合わせを行っているが、Si基板1
01側を可動にして位置合わせを行うことも可能であ
る。
In this embodiment, the condenser lens 104 is used.
The alignment is performed with the movable side, but the Si substrate 1
It is also possible to perform positioning by making the 01 side movable.

【0059】(位置合わせ方法及び位置合わせ装置の実
施形態2)図6〜図9は本発明レンズと光導波路との位
置合わせ方法及びその実施に使用する位置合わせ装置の
実施形態2を示す。まず、図6に基づき本実施形態2の
システム構成について説明する。なお、実施形態1と対
応する部分には同一の符号を付してある。
(Embodiment 2 of Positioning Method and Positioning Apparatus) FIGS. 6 to 9 show a second embodiment of a method for positioning a lens and an optical waveguide of the present invention and a positioning apparatus used for implementing the method. First, the system configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG. The parts corresponding to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0060】本実施形態2の受信器は、光導波路200
と受光部(受光素子)201とを一体形成したものであ
る。まず、光導波路200及び受光部201の作製方法
について説明する。n型GaAs基板101’上に、通
常の有機金属気相成長(MOCVD)法により、Al
0.25Ga0.75As下クラッド層112、Al0.2Ga0.8
As光導波層102及びAl0.25Ga0.75As上クラッ
ド層113を順次積層する。これらの層は光吸収が生じ
ないようにノンドープで積層する。
The receiver according to the second embodiment includes an optical waveguide 200
And a light receiving section (light receiving element) 201 are integrally formed. First, a method for manufacturing the optical waveguide 200 and the light receiving unit 201 will be described. On a n-type GaAs substrate 101 ′, Al is formed by a usual metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
0.25 Ga 0.75 As Lower cladding layer 112, Al 0.2 Ga 0.8
An As optical waveguide layer 102 and an Al 0.25 Ga 0.75 As upper cladding layer 113 are sequentially laminated. These layers are stacked non-doped so that light absorption does not occur.

【0061】次に、その一部をイオンビームエッチング
にてn型GaAs基板101’の途中までエッチング
し、再度MOCVD法により、n型Al0.75Ga0.25
s層114、ノンドープGaAs光吸収層115及びp
型Al0.75Ga0.25As層116を積層する。
Next, a part of the n-type GaAs substrate 101 'is partially etched by ion beam etching, and the n-type Al 0.75 Ga 0.25 A is again formed by MOCVD.
s layer 114, undoped GaAs light absorbing layer 115 and p
A type Al 0.75 Ga 0.25 As layer 116 is laminated.

【0062】次に、3次元の光導波路200を形成する
ために、前述のイオンビームエッチングにより光導波路
200の側面を下クラッド層112の途中までエッチン
グする。続いて、エッチングされた部分にMOCVD法
によりAl0.25Ga0.75As側部クラッド119を積層
する。ここでは、光導波路200と側部クラッド119
との高さがほぼ一致するように、選択性のあるMOCV
D法を用いた。これは積層される半導体層のAlの混晶
比0.3までで良好に行えた。これにより高さがほぼ一
致した光導波路200を形成できた。
Next, in order to form the three-dimensional optical waveguide 200, the side surface of the optical waveguide 200 is etched partway in the lower cladding layer 112 by the above-described ion beam etching. Subsequently, an Al 0.25 Ga 0.75 As side cladding 119 is laminated on the etched portion by MOCVD. Here, the optical waveguide 200 and the side cladding 119 are used.
MOCV so that the heights of
Method D was used. This was successfully performed up to a mixed crystal ratio of Al of 0.3 in the semiconductor layer to be laminated. Thus, the optical waveguide 200 having almost the same height was formed.

【0063】次に、光導波路200と受光部201の接
続部をイオンビームエッチング法によりエッチングし
た。この時もエッチング深さはGaAs基板101’に
達する程度に行う。最後に、GaAs基板101’の下
面と、受光部201の上面に電極117,118を蒸着
する。この時、光導波路200と受光部201の高さが
ほぼ一致するように設計されているが、実用上、10数
μm程度の高さずれがあっても問題とはならない。
Next, the connection between the optical waveguide 200 and the light receiving section 201 was etched by an ion beam etching method. At this time, the etching is performed so that the etching depth reaches the GaAs substrate 101 '. Finally, electrodes 117 and 118 are deposited on the lower surface of the GaAs substrate 101 'and the upper surface of the light receiving section 201. At this time, the optical waveguide 200 and the light receiving unit 201 are designed so that the heights thereof are substantially equal to each other. However, in practice, there is no problem even if there is a height shift of about 10 μm or more.

【0064】上記構成に加えて、本実施形態2のシステ
ムでは、A/D変換器110と、CPU121、記憶装
置122及び信号発生装置123等を備えてなるマイイ
クロコンピュータ120とが設けられており、CCD1
03の撮像画像に基づきマイイクロコンピュータ12
0、より具体的には、CPU121が集光レンズ104
と光導波路層102との位置合わせを自動的に行うよう
になっている。なお、本実施形態2においては、集光レ
ンズ104はCPU121からの制御指令によりXYZ
3軸方向に移動可能になったアクチュエータ105’上
に載置されている。
In addition to the above configuration, the system according to the second embodiment includes an A / D converter 110 and a micro computer 120 including a CPU 121, a storage device 122, a signal generator 123, and the like. , CCD1
03 based on the captured image
0, more specifically, the CPU 121
And the optical waveguide layer 102 are automatically aligned. In the second embodiment, the condensing lens 104 is controlled by the control command from the CPU 121 so that the XYZ
It is mounted on an actuator 105 'that can move in three axial directions.

【0065】次に、上記システムの動作について説明す
る。信号光111はアクチュエータ105’に取り付け
られたと集光レンズ104を経て光導波路層102の入
射端面に集光される。受光部の終端面には、この終端面
での光をCCD103へ結像させるレンズ103’が挿
入されている。
Next, the operation of the above system will be described. When the signal light 111 is attached to the actuator 105 ′, the signal light 111 is condensed on the incident end face of the optical waveguide layer 102 via the condensing lens 104. A lens 103 ′ for forming an image of the light on the terminal surface on the CCD 103 is inserted into the terminal surface of the light receiving unit.

【0066】CCD103で撮像された波高値(画像パ
ターン)はA/D変換器110を経てマイクロコンピュ
ータ120のCPU121に取り込まれる。CPU12
1はROMからなる記憶装置108に予め記録されてい
る参照用の画像パターンと、取り込んだ画像パターンと
の比較演算を行い、演算結果を信号発生装置123に与
える。信号発生装置123は演算結果に対応した制御信
号をアクチュエータ105’に与える。この制御信号に
よりアクチュエータ105’が制御され、Y軸方向の位
置合わせが行える。
The peak value (image pattern) picked up by the CCD 103 is taken into the CPU 121 of the microcomputer 120 via the A / D converter 110. CPU 12
Numeral 1 performs a comparison operation between a reference image pattern pre-recorded in a storage device 108 composed of a ROM and a captured image pattern, and gives the calculation result to a signal generator 123. The signal generator 123 supplies a control signal corresponding to the calculation result to the actuator 105 '. The actuator 105 'is controlled by this control signal, and positioning in the Y-axis direction can be performed.

【0067】本実施形態2において、X軸方向の位置合
わせは、受光部に生じる受光電流が最大になるように行
われる。また、Z軸方向の制御は上述の実施形態1と同
様に行われる。即ち、Y軸方向を概ね位置合わせした
後、Y軸方向を設定値だけ位置ずれさせ、受光部に生じ
る光電流が最小になるようにZ軸の位置合わせを行い、
最後にY軸の位置を設定値だけ戻す。
In the second embodiment, the positioning in the X-axis direction is performed so that the light-receiving current generated in the light-receiving portion is maximized. Control in the Z-axis direction is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, after substantially aligning the Y-axis direction, the Y-axis direction is shifted by a set value, and the Z-axis is aligned so that the photocurrent generated in the light receiving unit is minimized.
Finally, the Y-axis position is returned by the set value.

【0068】次に、図7及び図8に基づき各軸方向の位
置合わせにおけるCPU121の制御手順を説明する。
Next, a control procedure of the CPU 121 in the positioning in each axis direction will be described with reference to FIGS.

【0069】記憶装置122に記憶されている位置合わ
せ処理のためのプログラムがスタートすると、CPU1
21はステップS1でCCD103が撮像した画像パタ
ーン、より詳しくは、CCD103の各画素での波高値
を読み込み記憶装置122に一旦格納する。この格納は
画素毎に配列した状態で行われる。
When the program for alignment processing stored in the storage device 122 starts, the CPU 1
Reference numeral 21 denotes an image pattern captured by the CCD 103 in step S1, more specifically, a peak value at each pixel of the CCD 103 is read and temporarily stored in the storage device 122. This storage is performed in a state of being arranged for each pixel.

【0070】次に、CPU121はステップS2〜ステ
ップS6に示すルーチンで、予め設定された全ての参照
用の画像パターンと読み込んだ画像パターンとを順次比
較して行く。具体的には、CCD103に生じる波高値
を読み取り、参照用の画像パターンの波高値との各画素
での積の和を計算する。この時、参照用の画像パターン
と取り込まれた画像パターンが近いと、光の強度の強い
部分が一致し、その積の和も大きくなる。このようにし
て、図7のステップS3に示す式Sで表される量が最大
になる参照用の画像パターンを検索し、Sが最大になる
参照用の画像パターンが図4に示されるパターンになる
までY軸方向の制御を行う(ステップS7)。
Next, in the routine shown in steps S2 to S6, the CPU 121 sequentially compares all the preset reference image patterns with the read image patterns. Specifically, the peak value generated in the CCD 103 is read, and the sum of the product of each pixel with the peak value of the reference image pattern is calculated. At this time, if the reference image pattern and the captured image pattern are close to each other, the portion where the light intensity is high matches, and the sum of the products increases. In this manner, the reference image pattern in which the amount represented by the expression S shown in step S3 of FIG. 7 is maximum is searched, and the reference image pattern in which S is maximum becomes the pattern shown in FIG. The control in the Y-axis direction is performed until it becomes (Step S7).

【0071】この時、上述のように、ビームスポット1
06の中心はほぼ光導波路200上面にある。この上面
から光導波路層102の中心までの距離は、本実施形態
2においても既知であるから、ビームスポット106の
中心が光導波路層102の高さ中心にくるようにY軸方
向の制御を行う(ステップS8)。
At this time, as described above, the beam spot 1
The center of 06 is almost on the upper surface of the optical waveguide 200. Since the distance from the upper surface to the center of the optical waveguide layer 102 is also known in the second embodiment, the control in the Y-axis direction is performed so that the center of the beam spot 106 is located at the height center of the optical waveguide layer 102. (Step S8).

【0072】その後は、図8に示すように、X軸方向の
位置合わせを導波光パワーが最大になるように行う。よ
り具体的には、CPU121は受光部に流れる電流値か
ら導波光パワーを決定し、+X軸方向に集光レンズ10
4を移動させる(ステップS9)。次に、再度導波光パ
ワーを決定し、最初に決定した導波光パワーと比較する
(ステップS10)。
Thereafter, as shown in FIG. 8, the alignment in the X-axis direction is performed so that the guided light power becomes maximum. More specifically, the CPU 121 determines the guided light power from the value of the current flowing through the light receiving unit, and
4 is moved (step S9). Next, the guided light power is determined again and compared with the initially determined guided light power (step S10).

【0073】続いて、ステップS11において、移動前
後での導波光パワーの差dPと予め定めた許容値EPS
との比較を行い、|dP|≧EPSであると判定した場
合は、ステップS12に進み、ここで、dP<0か否か
を判定する。dP<0でなければ、集光レンズ104の
移動方向(+X軸方向)に変更がなく、且つ|dP|≧
EPSであるので、ステップS10以降の処理、即ち、
X軸方向の制御を再行する。
Subsequently, in step S11, the difference dP between the guided light power before and after the movement and the predetermined allowable value EPS are determined.
And if it is determined that | dP | ≧ EPS, the process proceeds to step S12, where it is determined whether dP <0. If dP <0, there is no change in the moving direction (+ X axis direction) of the condenser lens 104 and | dP | ≧
Since it is EPS, the processing after step S10, that is,
The control in the X-axis direction is performed again.

【0074】そして、ステップS11において、|dP
|<EPSとなったことを確認すると、X軸方向の位置
合わせが完了したと判定してステップS14に進み、こ
こで、集光レンズ104をY軸方向に一定値(A)、即
ち、光導波路200上面と光導波路層102の中心との
距離分だけ戻す。
Then, in step S11, | dP
When it is confirmed that | <EPS, it is determined that the alignment in the X-axis direction has been completed, and the process proceeds to step S14, where the condenser lens 104 is moved to a constant value (A) in the Y-axis direction, It is returned by the distance between the upper surface of the waveguide 200 and the center of the optical waveguide layer 102.

【0075】ステップS14の処理を完了すると、ステ
ップS15に進み、Z軸方向の位置合わせ処理を実行す
る。このZ軸方向の位置合わせは、上述のX軸方向の位
置合わせとほぼ同様であり、ステップS15〜ステップ
S19の処理を経て行われる。但し、X軸方向の位置合
わせとは異なり、ここでは、導波光パワーが最小になる
ように位置合わせを行う。そして、ステップS17にお
いて、|dP|<EPSとなったことを確認すると、Z
軸方向の位置合わせが完了したと判定してステップS2
0に進み、ここで、集光レンズ104をY軸方向に一定
値(−A)だけ戻す。以上のステップを経て最適な位置
合わせが行える。
When the process of step S14 is completed, the process proceeds to step S15, where a positioning process in the Z-axis direction is performed. This positioning in the Z-axis direction is substantially the same as the above-described positioning in the X-axis direction, and is performed through the processing of steps S15 to S19. However, unlike the positioning in the X-axis direction, the positioning is performed here so that the guided light power is minimized. When it is confirmed in step S17 that | dP | <EPS, Z
It is determined that the axial alignment has been completed, and step S2 is performed.
Then, the focusing lens 104 is returned by a certain value (-A) in the Y-axis direction. Optimum positioning can be performed through the above steps.

【0076】なお、本実施形態2において、記憶装置1
22には上記の制御手順に対応するプログラムが格納さ
れており、このような記録媒体も本発明の対象とすると
ころである。但し、具体的な制御手順は、図7及び図8
に示すフローチャートのものに限定されるものではな
い。
In the second embodiment, the storage device 1
22 stores a program corresponding to the above control procedure, and such a recording medium is also an object of the present invention. However, the specific control procedure is shown in FIGS.
However, the present invention is not limited to the flowchart shown in FIG.

【0077】また、本実施形態2では、3軸方向の位置
合わせを行っているが、2次元のスラブ型導波路に適用
することももちろん可能であり、本発明の導波路を2次
元スラブ導波路で置き換えたものも本発明に含まれる。
In the second embodiment, the positioning in the three-axis direction is performed. However, it is of course possible to apply the present invention to a two-dimensional slab-type waveguide. Waveform replacements are also included in the present invention.

【0078】また、予め用意する参照用の画像パターン
の枚数は多ければ多いほど滑らかで高速な位置調整が可
能となるが、例えば、図4に示されるような画像パター
ンを1つだけ用意して用いてもよい。この場合には、参
照用の画像パターンに撮像された画像パターンがほぼ一
致するように高さ方向の位置調整を行う。
Further, as the number of reference image patterns prepared in advance increases, smoother and faster position adjustment becomes possible. For example, only one image pattern as shown in FIG. 4 is prepared. May be used. In this case, the position adjustment in the height direction is performed so that the image pattern picked up substantially matches the image pattern for reference.

【0079】なお、信号光111の送信角度がずれる速
さはCCD103で充分追随できる速さであるが、用途
によってはCCD103の代わりに高速の受光素子アレ
イを用いても良い。本実施形態2では、高速のデータ伝
送に用いるように高速の受光素子201を光導波路20
0に一体形成したものである。
The speed at which the transmission angle of the signal light 111 shifts is a speed that can be sufficiently followed by the CCD 103, but a high-speed light receiving element array may be used instead of the CCD 103 depending on the application. In the second embodiment, the high-speed light receiving element 201 is connected to the optical waveguide 20 so as to be used for high-speed data transmission.
0.

【0080】(位置合わせ方法の実施形態3)図9は本
発明レンズと光導波路との位置合わせ方法の実施形態3
で使用する光導波路構造を示し、同図(a)はリッジ型
光導波路層102を示し、同図(b)はハイメサ型光導
波路層を示す。本実施形態3は、光導波路の形状が変化
した時の位置合わせ方法に関する。
(Embodiment 3 of Positioning Method) FIG. 9 shows Embodiment 3 of the positioning method of the lens and the optical waveguide of the present invention.
2A and 2B show an optical waveguide structure used, wherein FIG. 1A shows a ridge-type optical waveguide layer 102, and FIG. 1B shows a high-mesa-type optical waveguide layer. Embodiment 3 relates to an alignment method when the shape of the optical waveguide changes.

【0081】リッジ型光導波路層102とハイメサ型光
導波路層102の光導波路構造はどのような材料系で構
成してもよいが、例えば、GaAs系半導体で作製する
場合には、MOCVD法で半導体層を積層した後、通常
のウエットエッチング又はイオンビームエッチングにて
作製することができる。いずれの作製方法においても、
突起部102a以外の部分はほぼ鏡面に形成される。
The optical waveguide structure of the ridge-type optical waveguide layer 102 and the high-mesa-type optical waveguide layer 102 may be made of any material. For example, when the optical waveguide structure is made of a GaAs semiconductor, the semiconductor is formed by MOCVD. After the layers are stacked, they can be manufactured by ordinary wet etching or ion beam etching. In any of the manufacturing methods,
The portion other than the protruding portion 102a is formed substantially in a mirror surface.

【0082】これにより上述の実施形態1、実施形態2
で説明した方法によりレンズとの位置合わせが可能とな
る。即ち、突起部102aから離れた部分で図4の干渉
パターンが観察されるように高さ方向の位置合わせを行
う。一般に、突起部102aの大きさは高さ数μm〜1
0μm、幅1〜3μmであり、この時、突起部102a
にビーム光が重なっていてもほぼ同様の干渉パターンが
観測されることが予想される。
Thus, the first and second embodiments described above are performed.
The alignment with the lens can be performed by the method described in (1). That is, the positioning in the height direction is performed so that the interference pattern shown in FIG. 4 is observed at a portion away from the protrusion 102a. In general, the size of the protrusion 102a is several μm to 1 μm in height.
0 μm and a width of 1 to 3 μm.
It is expected that almost the same interference pattern will be observed even if the light beams overlap each other.

【0083】もし、突起部102aに入射光が集光さ
れ、高さ合わせができない場合には、X軸方向に集光レ
ンズを移動させてやればよい。入射ビームのスポットの
高さを鏡面の高さに一致させると、鏡面部分から光導波
路層102の高さは既知であるから、光ビームが光導波
路層102の高さになるように集光レンズを調整する。
その後、X軸方向について導波光が観察されるように概
ね位置合わせを行った後、Z軸方向の位置調整を行う。
最後にXY面内で微調整を行えば最適位置に調整でき
る。
If the incident light is focused on the projection 102a and the height cannot be adjusted, the focusing lens may be moved in the X-axis direction. When the height of the spot of the incident beam is made equal to the height of the mirror surface, the height of the optical waveguide layer 102 is known from the mirror surface portion. To adjust.
After that, the position is adjusted substantially so that the guided light is observed in the X-axis direction, and then the position is adjusted in the Z-axis direction.
Finally, if a fine adjustment is made in the XY plane, it can be adjusted to the optimum position.

【0084】本実施形態3によれば、図9(a)、
(b)に示すリッジ型、ハイメサ型のような光導波路上
面が一様に平坦でない光導波路構造であっても、本発明
の手法により光導波路層102と集光レンズとの位置合
わせが行え、空間からの光を最適に光導波路層102へ
導くことができる。
According to the third embodiment, FIG.
Even if the optical waveguide structure such as the ridge type or high mesa type shown in FIG. 2B is not uniformly flat, the position of the optical waveguide layer 102 and the condenser lens can be aligned by the method of the present invention. Light from space can be optimally guided to the optical waveguide layer 102.

【0085】ここで、光導波路の作製プロセスによれば
光導波路上面はほぼ平坦面となるが、特定のプロセス
(例えば、ウエットエッチング等)では、リッジ形状等
を少し反映した湾曲した鏡面となることもある。何れも
光導波路上面は滑らかな鏡面となり良好な干渉縞が得ら
れる。一方で、基板上面に或る値の表面粗さが残る場合
もある。しかし、面内の粗さが伝送される光の波長以下
であれば良好な干渉縞が得られることが確認されてい
る。よって、上面の表面粗さが伝送される光の波長以下
の光導波路について本発明方法を適用することができ
る。
Here, according to the manufacturing process of the optical waveguide, the upper surface of the optical waveguide becomes almost flat, but in a specific process (for example, wet etching or the like), it becomes a curved mirror surface slightly reflecting the ridge shape or the like. There is also. In each case, the upper surface of the optical waveguide becomes a smooth mirror surface, and good interference fringes can be obtained. On the other hand, a certain value of surface roughness may remain on the upper surface of the substrate. However, it has been confirmed that good interference fringes can be obtained if the in-plane roughness is equal to or less than the wavelength of the transmitted light. Therefore, the method of the present invention can be applied to an optical waveguide whose surface roughness is equal to or less than the wavelength of light to be transmitted.

【0086】(位置合わせ方法の実施形態4)図10は
本発明レンズと光導波路との位置合わせ方法の実施形態
4を示す。本実施形態4の位置合わせ方法で使用される
位置合わせ装置は実施形態2のシステムとほぼ同様であ
るので、以下では図6を用いて説明する。但し、本実施
形態4ではCCD103を用いず、図6の受光部(受光
素子)201で検出される光電流に基づきCPU121
が集光レンズ104の光導波路層102に対する位置合
わせを自動的に行う構成をとる。
(Embodiment 4 of Positioning Method) FIG. 10 shows Embodiment 4 of a method of positioning a lens and an optical waveguide according to the present invention. Since the positioning device used in the positioning method of the fourth embodiment is almost the same as the system of the second embodiment, it will be described below with reference to FIG. However, in the fourth embodiment, the CCD 103 is not used, and the CPU 121 is used based on the photocurrent detected by the light receiving unit (light receiving element) 201 in FIG.
Has a configuration in which the position of the condenser lens 104 with respect to the optical waveguide layer 102 is automatically adjusted.

【0087】ここで、受光素子201には入射光111
のビームスポット106のY軸方向の位置に応じて図1
0に示す光電流(受光電流)が生じる。図10におい
て、Y≧0の領域で光電流値が振動しているのは、受光
素子201上に生じる干渉縞が原因であり、受光素子2
01内に生じる干渉縞の明暗の縞の個数に応じてこのよ
うな振動が生じる。
Here, the light receiving element 201 receives the incident light 111
1 according to the position of the beam spot 106 in the Y-axis direction of FIG.
A photocurrent (light receiving current) shown in FIG. In FIG. 10, the reason why the photocurrent value fluctuates in the region of Y ≧ 0 is due to interference fringes generated on the light receiving element 201.
Such a vibration is generated according to the number of light and dark fringes of the interference fringes generated in 01.

【0088】従って、本実施形態4では、CPU121
がアクチュエータ105’を駆動制御して集光レンズ1
04をY軸方向に移動させ、その時の受光電流の変化を
CPU121が監視すれば、Y軸方向の位置合わせを行
える。今少し具体的に説明すると、CPU121は集光
レンズ104をY軸方向に移動させ、その時の受光素子
201の検出電流である光電流値を取り込み、最大の光
電流が得られるようにY軸方向の調整を行うことによ
り、Y軸方向の位置合わせが可能となる。
Therefore, in the fourth embodiment, the CPU 121
Drives and controls the actuator 105 ′ to collect the condenser lens 1.
04 is moved in the Y-axis direction, and if the CPU 121 monitors a change in the received light current at that time, the positioning in the Y-axis direction can be performed. More specifically, the CPU 121 moves the condenser lens 104 in the Y-axis direction, takes in the photocurrent value that is the current detected by the light receiving element 201 at that time, and moves the condensing lens 104 in the Y-axis direction so that the maximum photocurrent can be obtained. By performing the adjustment, the position in the Y-axis direction can be adjusted.

【0089】このように、本実施形態4では、単一の受
光素子201を用いるものではあるが、光導波路上面の
光の干渉を利用して位置合わせを行う方法であるといえ
る。
As described above, in the fourth embodiment, although a single light receiving element 201 is used, it can be said that this is a method of performing alignment using light interference on the upper surface of the optical waveguide.

【0090】ここで、図10において、ビームスポット
106の位置が負の値であっても光電流が最小値になら
ないのは、ビームスポット106が有限(ほぼ1〜2μ
m)の大きさを持つためである。
Here, in FIG. 10, the reason why the photocurrent does not reach the minimum value even when the position of the beam spot 106 is a negative value is that the beam spot 106 is finite (approximately 1-2 μm).
m).

【0091】この後、実施形態2と同様の方法でX軸方
向及びZ軸方向の位置合わせが行われる。
Thereafter, the positioning in the X-axis direction and the Z-axis direction is performed in the same manner as in the second embodiment.

【0092】本実施形態4の位置合わせ方法によれば、
比較的高価なCCDを用いることなく簡単に位置合わせ
が可能であり、且つ更に簡便なアルゴリズムで位置合わ
せを行える利点がある。
According to the positioning method of the fourth embodiment,
There is an advantage that alignment can be easily performed without using a relatively expensive CCD, and alignment can be performed with a simpler algorithm.

【0093】本実施形態4の位置合わせ方法は、実施形
態1のように、作業員が手動で位置合わせを行う方法に
も適用することができる。この場合には、Y軸方向にビ
ームスポット106を走査させ、例えば、モニター画面
上に表示される光電流を監視すれば、ビームスポット1
06をほぼ光導波路上面付近にもってくることが可能と
なる。その後、光導波路層102と光導波路上面との距
離は既知であるので、ビームスポット106が光導波路
上面とほぼ一致するようにバネ式可動台を移動させれ
ば、後はバネ式可動台をX軸方向に操作するだけで導波
光による受光電流が受光素子201に生じる。
The alignment method according to the fourth embodiment can be applied to a method in which an operator manually performs alignment as in the first embodiment. In this case, by scanning the beam spot 106 in the Y-axis direction and, for example, monitoring the photocurrent displayed on the monitor screen,
06 can be brought almost near the upper surface of the optical waveguide. Thereafter, since the distance between the optical waveguide layer 102 and the upper surface of the optical waveguide is known, if the spring-type movable stage is moved so that the beam spot 106 substantially coincides with the upper surface of the optical waveguide, the spring-type movable stage becomes X A light receiving current due to the guided light is generated in the light receiving element 201 simply by operating in the axial direction.

【0094】従って、作業員はモニター画面を見ながら
この受光電流が最大になるようにX軸方向の調整を行え
ばよい。Z軸方向の調整は実施形態2と同様の方法で行
える。
Therefore, the worker may adjust the X-axis direction while viewing the monitor screen so that the light receiving current is maximized. Adjustment in the Z-axis direction can be performed in the same manner as in the second embodiment.

【0095】(ワイヤレス光通信に本発明位置合わせ装
置を用いた実施形態)図11はワイヤレス光通信に本発
明レンズと光導波路との位置合わせ装置を用いた実施形
態を示す。即ち、図11はコヒーレント光通信受信器の
構成を示し、本発明の位置合わせ装置を用いている。
(Embodiment Using Positioning Apparatus of the Present Invention for Wireless Optical Communication) FIG. 11 shows an embodiment in which a positioning apparatus for a lens and an optical waveguide of the present invention is used for wireless optical communication. That is, FIG. 11 shows a configuration of a coherent optical communication receiver, and uses the positioning device of the present invention.

【0096】光導波路200及び受光部201の作製
は、実施形態2とほぼ同様に行われる。i型の半導体層
を堆積し、受光部をエッチングして、受光素子132、
1332を再度作製する。その後、導波路部(光導波路
部)に十字型光導波路のレジストパターン転写し、ウエ
ットエッチングにより十字型リッジ光導波路を作製す
る。最後に、前述のイオンビームエッチングを用いて、
光導波路部と受光部の接合部分及び十字型導波路の交差
部分を概ね垂直にエッチングする。これにより溝131
が形成され、導波路型ビームスプリッタとして機能す
る。
The production of the optical waveguide 200 and the light receiving section 201 is performed in substantially the same manner as in the second embodiment. An i-type semiconductor layer is deposited, the light receiving portion is etched, and the light receiving element 132,
1332 is manufactured again. Thereafter, a resist pattern of the cross-shaped optical waveguide is transferred to the waveguide portion (optical waveguide portion), and a cross-shaped ridge optical waveguide is manufactured by wet etching. Finally, using the aforementioned ion beam etching,
The junction between the optical waveguide and the light receiving portion and the intersection of the cross waveguide are etched substantially vertically. Thereby, the groove 131
Is formed, and functions as a waveguide type beam splitter.

【0097】次に、本システムの動作について説明す
る。本システムでは、導波路の一方の入射端面に半導体
レーザ素子130を配置し、他方の入射端面に集光レン
ズ104及びアクチュエータ105’を配置し、外部よ
り到来する信号光111を光導波路へと導く。この時、
信号光111を効率よく光導波路へと導くため、集光レ
ンズ104と対向する位置にレンズとCCD103を配
置し、CCD103に生じる干渉縞のパターンにより位
置合わせを行う。
Next, the operation of the present system will be described. In this system, the semiconductor laser element 130 is arranged on one incident end face of the waveguide, and the condenser lens 104 and the actuator 105 'are arranged on the other incident end face, and the signal light 111 arriving from the outside is guided to the optical waveguide. . At this time,
In order to efficiently guide the signal light 111 to the optical waveguide, the lens and the CCD 103 are arranged at a position facing the condenser lens 104, and the alignment is performed using an interference fringe pattern generated on the CCD 103.

【0098】本システムでは、導波路は十宇型であり導
波路上面には段差があるが、段差は10数μm以下であ
り、実用上問題とはならない。
In this system, the waveguide is of a tenu type and has a step on the upper surface of the waveguide. However, the step is not more than 10 μm, which is not a practical problem.

【0099】コヒーレント光通信では、信号光と局部発
振光を光の段階で重ね合わせてヘテロダイン検波を行う
ことにより微弱な信号光で高SN比のデータ伝送が可能
となる。このため、光導波路中での光の重ね合わせが重
要となるが、ワイヤレス光通信の場合、今まで、高効率
で信号光を導波路に導く方法がなかった。また、たとえ
光導波路へ光結合しても送信側と受信側の相対位置が変
わったり、温度変化が生じたりする場合に、通信が途絶
えてしまうという欠点があった。
In coherent optical communication, signal transmission and local oscillation light are superimposed at the optical stage and heterodyne detection is performed, so that data transmission with a high signal-to-noise ratio using weak signal light becomes possible. For this reason, superposition of light in an optical waveguide is important, but in the case of wireless optical communication, there has been no method to guide signal light to the waveguide with high efficiency. Further, even if the optical coupling to the optical waveguide is performed, if the relative position between the transmitting side and the receiving side changes or the temperature changes, communication is interrupted.

【0100】しかしながら、本発明の位置合わせ装置を
用いれば、高精度、且つ高速で集光レンズ104と光導
波路との位置合わせを行うことができるので、安定した
光通信が可能となる。
However, by using the positioning apparatus of the present invention, it is possible to perform high-precision and high-speed positioning of the condenser lens 104 and the optical waveguide, thereby enabling stable optical communication.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上の本発明によれば、手動又は自動で
レンズを光導波路に対して高精度で位置合わせでき、自
動で位置合わせを行う場合は、時々刻々入射波の方向が
変化するワイヤレス通信に好適な位置合わせ方法及び位
置合わせ装置を実現できる。
According to the present invention described above, the lens can be positioned with high precision manually or automatically with respect to the optical waveguide, and in the case of automatic positioning, the direction of the incident wave changes every moment. A positioning method and a positioning device suitable for communication can be realized.

【0102】また、本発明では、X軸方向の位置合わせ
はY軸方向の位置合わせを行った後に行っており、これ
により、光導波路の入射端面でビームスポットをいたず
らに走査させる必要がないので、高速の位置合わせを実
現できる。
Further, in the present invention, the alignment in the X-axis direction is performed after the alignment in the Y-axis direction is performed. This eliminates the need to scan the beam spot on the incident end face of the optical waveguide unnecessarily. , High-speed alignment can be realized.

【0103】また、Z軸方向の位置合わせを、予めY軸
方向又はX軸方向に位置ずれを発生した状態で行う場合
は、導波光強度のコントラストを大きくできるので、そ
の分、位置合わせを簡単、且つ高精度に行える利点があ
る。
When the positioning in the Z-axis direction is performed in a state where a positional shift has occurred in the Y-axis direction or the X-axis direction in advance, the contrast of the intensity of the guided light can be increased. In addition, there is an advantage that it can be performed with high accuracy.

【0104】また、本発明の光導波路を用いれば、光導
波路の上面の表面粗さが伝送される光の波長以下であ
り、良好な干渉縞を得ることができるので、Y軸方向の
位置合わせを高精度に行うことが可能になる。
When the optical waveguide of the present invention is used, the surface roughness of the upper surface of the optical waveguide is equal to or less than the wavelength of the transmitted light, and good interference fringes can be obtained. Can be performed with high accuracy.

【0105】また、自動でXYZ3軸方向の位置合わせ
を行う場合において、ROM等の記録媒体にそのような
制御手順に対応するプログラムを格納しておき、これを
CPU等で読み込めば、位置合わせを自動的に行うこと
ができるので、その分、高精度、且つ高精度の位置合わ
せが可能になる。
When the XYZ three-axis alignment is performed automatically, a program corresponding to such a control procedure is stored in a recording medium such as a ROM, and is read by a CPU or the like. Since it can be performed automatically, high-accuracy and high-accuracy positioning can be performed accordingly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明レンズと光導波路との位置合わせ装置の
実施形態1を示すシステム構成図。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a positioning device for a lens and an optical waveguide of the present invention.

【図2】CCDで撮像された画像パターンの一例を示す
図。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an image pattern captured by a CCD.

【図3】CCDで撮像された画像パターの他の例を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing another example of an image pattern picked up by a CCD.

【図4】CCDで撮像された画像パターンのまた他の例
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing still another example of an image pattern captured by a CCD.

【図5】Z軸方向の位置ずれ量と導波光パワーとの関係
を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of displacement in the Z-axis direction and the guided light power.

【図6】本発明レンズと光導波路との位置合わせ装置の
実施形態2を示すシステム構成図。
FIG. 6 is a system configuration diagram showing a second embodiment of a positioning device for a lens and an optical waveguide according to the present invention.

【図7】位置合わせ処理におけるCPUの制御手順を途
中迄示すフロチャート。
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of the CPU in the positioning process up to a certain point.

【図8】図7の続きを示すフロチャート。FIG. 8 is a flowchart showing a continuation of FIG. 7;

【図9】(a)は本発明レンズと光導波路との位置合わ
せ方法の実施形態3で使用されるリッジ型の光導波路構
造を示す斜視図、(b)はハイメサ型の光導波路構造を
示す斜視図。
9A is a perspective view showing a ridge-type optical waveguide structure used in Embodiment 3 of the method for aligning a lens and an optical waveguide of the present invention, and FIG. 9B is a high-mesa-type optical waveguide structure. Perspective view.

【図10】受光素子での受光電流を示すグラフ。FIG. 10 is a graph showing a light receiving current in a light receiving element.

【図11】本発明レンズと光導波路との位置合わせ装置
の実施形態5を示すシステム構成図。
FIG. 11 is a system configuration diagram showing a fifth embodiment of a device for positioning a lens and an optical waveguide according to the present invention.

【図12】従来の光結合方法に用いられるシステムのシ
ステム構成図。
FIG. 12 is a system configuration diagram of a system used in a conventional optical coupling method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,101’ 基板 102 光導波路層 103 CCD 104 集光レンズ 105 バネ式可動台 105 ’ アクチュエータ 106 ビームスポット 107 モニター 110 A/D変換器 111 信号光 112 下クラッド層 113 上クラッド層 114 p型AlGaAs層 115 GaAs光吸収層 116 n型AlGaAs層 117,118 電極部 119 側部クラッド層 120 マイクロコンピユータ 121 CPU 122 記憶装置 123 信号発生装置 130 半導体レーザ 131 溝(ビームスプリッタ) 132,133 受光素子 200 光導波路 201 受光素子 101, 101 ′ Substrate 102 Optical Waveguide Layer 103 CCD 104 Condenser Lens 105 Spring-Movable Stand 105 ′ Actuator 106 Beam Spot 107 Monitor 110 A / D Converter 111 Signal Light 112 Lower Cladding Layer 113 Upper Cladding Layer 114 p-type AlGaAs Layer 115 GaAs light absorption layer 116 n-type AlGaAs layer 117, 118 electrode part 119 side cladding layer 120 microcomputer 121 CPU 122 storage device 123 signal generator 130 semiconductor laser 131 groove (beam splitter) 132, 133 light receiving element 200 optical waveguide 201 Light receiving element

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Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に光導波路層が形成された光導波
路であって、 平坦な上面を有し、該上面の表面粗さが伝送される光の
波長以下である光導波路。
1. An optical waveguide having an optical waveguide layer formed on a substrate, wherein the optical waveguide has a flat upper surface and the surface roughness of the upper surface is equal to or less than the wavelength of transmitted light.
【請求項2】 基板上に光導波路層が形成された光導波
路であって、 上面に突起部を有し、該突起部を除く上面の表面粗さが
伝送される光の波長以下である光導波路。
2. An optical waveguide in which an optical waveguide layer is formed on a substrate, the optical waveguide having a projection on an upper surface, and a surface roughness of the upper surface excluding the projection is equal to or less than a wavelength of light to be transmitted. Wave path.
【請求項3】 前記光導波路の出射端側に受光素子が一
体化されてなる請求項1又は請求項2記載の光導波路。
3. The optical waveguide according to claim 1, wherein a light receiving element is integrated with an emission end side of the optical waveguide.
【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の
光導波路と、該光導波路の入射端面に外部空間からの入
射光を集光するレンズと、該光導波路と該レンズとを両
者の接離方向に相当するZ軸方向、該Z軸方向に直交
し、該光導波路の横方向に相当するX軸方向及び該Z軸
方向と該X軸方向に共に直交し、該光導波路の高さ方向
に相当するY軸方向に相対移動可能になす移動手段とを
備えた光導波路装置のレンズと光導波路との位置合わせ
を行う方法であって、 該レンズによって集光され、該光導波路の出射端面側に
向かうビームスポットを撮像し、該ビームスポットと該
光導波路の上面との距離に応じて周期が異なる干渉縞が
観察される画像パターンを得る工程と、 該画像パターンを利用し、該ビームスポットの中心が該
上面に一致するように該移動手段を駆動して該Y軸方向
の仮位置合わせを行う工程と、 該移動手段を既知である該上面と光導波路層の中心との
距離だけ駆動して該Y軸方向の位置合わせを行う工程と
を包含するレンズと光導波路との位置合わせ方法。
4. The optical waveguide according to claim 1, a lens for converging incident light from an external space on an incident end face of the optical waveguide, and the optical waveguide and the lens. A Z-axis direction corresponding to the contact and separation direction of the two, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, an X-axis direction corresponding to a lateral direction of the optical waveguide, and both the Z-axis direction and the X-axis direction orthogonal to each other; A method for aligning a lens of an optical waveguide device and an optical waveguide, comprising a moving means capable of relatively moving in the Y-axis direction corresponding to the height direction of the optical waveguide, wherein the light is condensed by the lens, Imaging a beam spot heading toward the emission end face side of the waveguide, and obtaining an image pattern in which interference fringes having different periods are observed in accordance with the distance between the beam spot and the upper surface of the optical waveguide; and using the image pattern. , The center of the beam spot coincides with the upper surface Driving the moving means to perform the temporary alignment in the Y-axis direction, and driving the moving means by a known distance between the upper surface and the center of the optical waveguide layer to position in the Y-axis direction. A method of aligning a lens and an optical waveguide, the method including a step of performing alignment.
【請求項5】 請求項3記載の光導波路と、該光導波路
の入射端面に外部空間からの入射光を集光するレンズ
と、該光導波路と該レンズとを両者の接離方向に相当す
るZ軸方向、該Z軸方向に直交し、該光導波路の横方向
に相当するX軸方向及び該Z軸方向と該X軸方向に共に
直交し、該光導波路の高さ方向に相当するY軸方向に相
対移動可能になす移動手段とを備えた光導波路装置のレ
ンズと光導波路との位置合わせを行う方法であって、 該レンズによって集光され、該光導波路の出射端面側に
向かうビームスポットを前記受光素子によって受光し、
その受光電流が最大になるようにして該Y軸方向の位置
合わせを行う工程を包含するレンズと光導波路との位置
合わせ方法。
5. The optical waveguide according to claim 3, a lens for condensing incident light from an external space on an incident end face of the optical waveguide, and the optical waveguide and the lens correspond to the directions of contact and separation between the two. Z-axis direction, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, corresponding to the lateral direction of the optical waveguide, and a Y-axis orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction, both corresponding to the height direction of the optical waveguide. What is claimed is: 1. A method for aligning a lens of an optical waveguide device and an optical waveguide, comprising a moving means capable of relatively moving in an axial direction, wherein the beam is condensed by the lens and heads toward an emission end face side of the optical waveguide. Receiving a spot by the light receiving element;
A method for aligning a lens and an optical waveguide, comprising the step of performing alignment in the Y-axis direction so that the light receiving current is maximized.
【請求項6】 前記Y軸方向の仮位置合わせ工程及び前
記Y軸方向の位置合わせ工程を自動的に又は手動で行う
請求項4又は請求項5記載のレンズと光導波路との位置
合わせ方法。
6. The method for positioning a lens and an optical waveguide according to claim 4, wherein the temporary positioning step in the Y-axis direction and the positioning step in the Y-axis direction are performed automatically or manually.
【請求項7】 前記Y軸方向の位置合わせが終了した後
に前記X軸方向の位置合わせを行う工程と、 その後に前記Z軸方向の位置合わせを行う工程とを包含
する請求項4〜請求項6のいずれかに記載のレンズと光
導波路との位置合わせ方法。
7. The method according to claim 4, further comprising the steps of: performing the alignment in the X-axis direction after the completion of the alignment in the Y-axis direction; and subsequently performing the alignment in the Z-axis direction. 7. A method for aligning a lens and an optical waveguide according to any one of 6.
【請求項8】 前記X軸方向の位置合わせ工程を前記ビ
ームスポットの導波光パワーが最大になるように調整す
ることにより行い、前記Z軸方向の位置合わせ工程を、
前記Y軸方向又は該X軸方向を所定量だけずらし、この
状態で前記光導波路を導波する導波光の導波光パワーを
検出し、この導波光パワーが最小になるように調整する
ことにより行う請求項7記載のレンズと光導波路との位
置合わせ方法。
8. The positioning process in the X-axis direction is performed by adjusting the guided light power of the beam spot to be maximum, and the positioning process in the Z-axis direction is performed by:
By shifting the Y-axis direction or the X-axis direction by a predetermined amount, detecting the guided light power of the guided light guided through the optical waveguide in this state, and adjusting the guided light power so as to minimize the guided light power. A method for positioning a lens and an optical waveguide according to claim 7.
【請求項9】 前記X軸方向の位置合わせ工程を前記受
光素子に生じる受光電流が最大になるように調整するこ
とにより行い、前記Z軸方向の位置合わせ工程を、前記
Y軸方向又は該X軸方向を所定量だけずらし、この状態
で該受光素子に生じる受光電流が最小になるように調整
することにより行う請求項7記載のレンズと光導波路と
の位置合わせ方法。
9. The positioning process in the X-axis direction is performed by adjusting the light-receiving current generated in the light-receiving element to be maximum, and the positioning process in the Z-axis direction is performed in the Y-axis direction or the X-axis direction. 8. The method for positioning a lens and an optical waveguide according to claim 7, wherein the method is performed by shifting the axial direction by a predetermined amount and adjusting the light receiving current generated in the light receiving element in this state to be a minimum.
【請求項10】 請求項1〜請求項3のいずれかに記載
の光導波路と、該光導波路の入射端面に外部空間からの
入射光を集光するレンズと、該光導波路と該レンズとを
両者の接離方向に相当するZ軸方向、該Z軸方向に直交
し、該光導波路の横方向に相当するX軸方向及び該Z軸
方向と該X軸方向に共に直交し、該光導波路の高さ方向
に相当するY軸方向に相対移動可能になす移動手段とを
備えた光導波路装置のレンズと光導波路との位置合わせ
装置において、 該レンズによって集光され、該光導波路の出射端面側に
向かうビームスポットを撮像し、該ビームスポットと該
光導波路の上面との距離に応じて周期が異なる干渉縞が
観察される画像パターンを撮像する撮像手段と、 該撮像手段によって撮像された画像パターンに基づき該
移動手段の該Y軸方向への移動を制御する制御手段とを
備えたレンズと光導波路との位置合わせ装置。
10. The optical waveguide according to claim 1, a lens for condensing incident light from an external space on an incident end face of the optical waveguide, and the optical waveguide and the lens. A Z-axis direction corresponding to the contact and separation direction of the two, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, an X-axis direction corresponding to a lateral direction of the optical waveguide, and both the Z-axis direction and the X-axis direction orthogonal to each other; An alignment device for a lens and an optical waveguide of an optical waveguide device, comprising a moving means capable of relatively moving in the Y-axis direction corresponding to the height direction of the optical waveguide. Imaging means for imaging a beam spot directed to the side, and an image pattern for observing interference fringes having different periods according to the distance between the beam spot and the upper surface of the optical waveguide; and an image captured by the imaging means. Moving means based on the pattern The alignment device between the lens and the optical waveguide and a control means for controlling the movement of the said Y-axis direction.
【請求項11】 前記制御手段は、 参照画像パターンを記憶する記憶手段と、 前記撮像手段によって撮像された画像パターンと該参照
画像パターンとを比較演算し、比較結果を出力する演算
手段と、 該演算手段の比較出力に応じて前記移動手段を駆動し、
前記Y軸方向の位置合わせを行う駆動制御手段とを備え
ている請求項10記載のレンズと光導波路との位置合わ
せ装置。
11. The control unit includes: a storage unit configured to store a reference image pattern; a calculation unit configured to compare an image pattern captured by the imaging unit with the reference image pattern and output a comparison result; Driving the moving means according to the comparison output of the calculating means,
11. The apparatus for positioning a lens and an optical waveguide according to claim 10, further comprising a drive control unit for performing the positioning in the Y-axis direction.
【請求項12】 請求項3記載の光導波路と、該光導波
路の入射端面に外部空間からの入射光を集光するレンズ
と、該光導波路と該レンズとを両者の接離方向に相当す
るZ軸方向、該Z軸方向に直交し、該光導波路の横方向
に相当するX軸方向及び該Z軸方向と該X軸方向に共に
直交し、該光導波路の高さ方向に相当するY軸方向に相
対移動可能になす移動手段とを備えた光導波路装置のレ
ンズと光導波路との位置合わせ装置において、 該レンズによって集光され、該光導波路の出射端面側に
向かうビームスポットを受光する前記受光素子と、 該受光素子に生じる受光電流が最大になるように該移動
手段の該Y軸方向への移動を制御する制御手段とを備え
たレンズと光導波路との位置合わせ装置。
12. The optical waveguide according to claim 3, a lens for converging light incident from an external space on an incident end face of the optical waveguide, and the optical waveguide and the lens correspond to the directions of contact and separation between the two. Z-axis direction, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, corresponding to the lateral direction of the optical waveguide, and a Y-axis orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction, both corresponding to the height direction of the optical waveguide. In a positioning device for a lens and an optical waveguide of an optical waveguide device provided with a moving means capable of relatively moving in an axial direction, a light spot condensed by the lens and directed toward an emission end face side of the optical waveguide is received. An alignment device for a lens and an optical waveguide, comprising: the light receiving element; and control means for controlling movement of the moving means in the Y-axis direction so that a light receiving current generated in the light receiving element is maximized.
【請求項13】 前記受光素子に生じる受光電流が最大
になるように前記X軸方向の位置合わせを行う手段と、 前記受光素子に生じる受光電流が最小になるように前記
Z軸方向の位置合わせを行う手段とを更に備えた請求項
10〜請求項12のいずれかに記載のレンズと光導波路
との位置合わせ装置。
13. A means for performing positioning in the X-axis direction so as to maximize a light-receiving current generated in the light-receiving element, and positioning in the Z-axis direction so as to minimize a light-receiving current generated in the light-receiving element. The apparatus for positioning a lens and an optical waveguide according to any one of claims 10 to 12, further comprising means for performing:
【請求項14】 請求項10〜請求項13のいずれかに
記載のレンズと光導波路との位置合わせ装置を受信器と
して用いるワイヤレス光通信装置。
14. A wireless optical communication device using the device for positioning a lens and an optical waveguide according to claim 10 as a receiver.
【請求項15】 請求項10〜請求項13のいずれかに
記載のレンズと光導波路との位置合わせ装置において使
用される制御手順に相当するプログラムが格納された記
録媒体。
15. A recording medium storing a program corresponding to a control procedure used in the apparatus for positioning a lens and an optical waveguide according to claim 10. Description:
JP10053955A 1998-03-05 1998-03-05 Optical waveguide, method for aligning lens and optical waveguide, device for aligning lens and optical waveguide, wireless optical communication equipment and recording medium Withdrawn JPH11248955A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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