(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を含む光学素子の両側に、それぞれ少なくとも１本以上の光ファイバを接続する光学素子の接続方法において、前記光導波路の一端面に光ファイバを接続固定するときに、可視光を光源とする粗調をし、水平方向又は鉛直方向の少なくとも一方の幅を０．８ｍｍ以下とした受光面を有する空間光検出器を用いてレーザーダイオードを光源とする調芯を行い、前記光ファイバのクラッドを伝播する光を除去しコアを伝播する光のみを検出することによって、検出光出力を最大とする位置と、前記検出光出力の位置に対する変化がガウス分布となる最適接続位置とを一致させるようにして接続固定を行い、次に前記光導波路の他端面に他の光ファイバを接続固定するときに光パワーメータを用いて調芯し接続固定することを特徴とする光学素子の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信分野などで用いられる光導波路と入出力用光ファイバとから構成される導波路型光部品の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光導波路を用いた光分岐結合器、光合波分波器や光スイッチの開発が盛んに行われているが、光導波路型の素子をモジュール化する上で最大の問題点となるものは、光導波路と光ファイバをいかに低損失かつ安定に接続するかという点である。例えばシングルモードの光を伝搬させる光導波路とシングルモード光ファイバを接続する場合には非常に高精度な接続が要求されるため、光導波路と光ファイバの光軸とを調芯装置により調芯し接続固定することが行われている。図４に従来の調芯装置を示し、一例としてこの装置を用いた光導波路１の両側に少なくとも１本以上の光ファイバを整列固定した接続用光部品２、３（以降、接続用光部品と呼ぶ）を接続する方法を示す。装置の構成は、中央に回転方向微動ステージ４が配置され、その両側には両側の多軸微動ステージ５、６が配置されており、それぞれのステージの上面は光導波路１及び接続用光部品２、３を固定することができる。光導波路１及び接続用光部品２、３を固定した場合、それらの光軸方向をＸ方向とすれば、両側の多軸微動ステージ５、６は光軸Ｘ方向、光軸Ｘ方向に垂直なＹ方向及びＺ方向に微動可能であり、中央の回転方向微動ステージ４はＹＺ平面に沿った方向に自由に回転できるようになっている。さらに２つの接続用光部品２、３のピグテイルの先端は、一方は光源７に、もう一方は光パワーメーター８に接続するようになっている。次に調芯及び接続方法について説明する。始めに光導波路１を中央の回転方向微動ステージ４に固定し、光源７と接続する方の接続用光部品２を多軸微動ステージ５に固定する。さらに接続用光部品２のピグテイルの先端を光源７に接続する。このとき、光導波路１と接続用光部品２は粗調しておく必要がある。粗調の方法は、一般的に光源としてＬＤを用いて、光導波路１の接続面と反対側の面をビジコンカメラを通して目視し、その面に光導波路１の導波層を通ってきた光を確認することで判断されている。こうして粗調が完了した後、光パワーメーター８と接続する方の接続用光部品３を多軸微動ステージ６に固定し、さらに接続用光部品３のピグテイルの先端を光パワーメーター８に接続する。このときは粗調できないために、当て付け等により位置合わせをしている。これらの作業によりある程度の位置合わせを終了して、光導波路１及び両側の接続用光部品２、３がそれぞれの回転用微動ステージ４  及び多軸微動ステージ５、６に固定されたことになる。この後、両側の多軸微動ステージ５、６を光軸Ｘ方向、光軸Ｘ方向に対して垂直なＹ方向、Ｚ方向、また中央の回転方向微動ステージ４をＹＺ平面に沿った回転方向に微動させることにより、両側接続部の調芯を同時に行っている。また調芯状態の判断は、接続用光部品３  のピグテイルの先端が接続されている光パワーメーター８の検出光出力値の高低によって判断し、その値が最大になった位置を最良の調芯位置としている。これらの調芯作業が終了した後、両側の接続固定をして完了となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の調芯装置及び調芯方法においては、光導波路を含む光学素子の両側と少なくとも１本以上の光ファイバ又は基板上に少なくとも１本以上の光ファイバが整列固定された接続用光部品を接続固定する場合において、始めに一方の接続部を粗調した後、その接続部を調芯及び接続固定していないために、もう一方の少なくとも１本以上の光ファイバ又は基板上に少なくとも１本以上の光ファイバが整列固定された接続用光部品を多軸微動ステージに固定する際に位置ずれが発生しやすい。また両方の接続部に関してどちらも完全に調芯されていないまま両方の調芯を同時に行うために、光パワーメーターの検出値が低い場合、その原因がどちらの位置ずれによるものか判断できず、調芯に時間がかかる。さらに両方の調芯が終了するまで接続固定しないために、調芯作業中に位置ずれの発生する確率が高くなる。本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光導波路を含む光素子の両側に少なくとも１本以上の光ファイバ又は基板上に少なくとも１本以上の光ファイバを整列固定させた接続用光部品を接続する際に、作業性が良く高精度に接続する接続装置及び接続方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点に鑑みて本発明は、光導波路を含む光学素子の両側に、それぞれ少なくとも１本以上の光ファイバを接続する光学素子の接続方法において、前記光導波路の一端面に光ファイバを接続固定するときに、可視光を光源とする粗調をし、水平方向又は鉛直方向の少なくとも一方の幅を０．８ｍｍ以下とした受光面を有する空間光検出器を用いてレーザーダイオードを光源とする調芯を行い、前記光ファイバのクラッドを伝播する光を除去しコアを伝播する光のみを検出することによって、検出光出力を最大とする位置と、前記検出光出力の位置に対する変化がガウス分布となる最適接続位置とを一致させるようにして接続固定を行い、次に前記光導波路の他端面に他の光ファイバを接続固定するときに光パワーメータを用いて調芯し接続固定することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明の実施例について説明する。
第１の実施例として、本発明を用いて導波路型多分岐器をモジュール化するために両側に単芯光ファイバブロックと多芯ファイバアレイを接続固定する場合の接続装置及び接続方法を示す。接続する順序は、１回目に導波路型多分岐器と単芯光ファイバブロックを接続固定し、２回目多芯ファイバアレイの接続固定を行う。まず接続装置の構成について説明をする。図１（ａ）には１回目の調芯及び接続固定用の装置、図１（ｂ）には２回目の調芯及び接続固定用の装置が示されている。両方の装置に使用している多軸微動ステージ及び回転方向微動ステージは一体化されており、コンピュータ９  により制御されている（以降、自動ステージと呼ぶ）。また、自動ステージ１０，１１  は、光軸Ｘ  方向、光軸Ｘ  方向に垂直なＹ  方向、Ｚ  方向、及びＹＺ平面に沿った回転方向に微動可能となっている。１回目と２回目の接続において異なる点は空間光検出器１２を使用するか否かであり、光源７  、光パワーメーター８  及び自動ステージ１０，１１  は同一のものを使用している。まず１回目の調芯及び接続固定の方法について説明する。導波路型多分岐器１３を自動ステージ１０の上に、単芯ファイバブロック１４を自動ステージ１１の上に固定する。始めに単芯ファイバブロック１４のピグテイルの先端を光源７  （このときは可視光）と接続し、導波路型多分岐器１３の接続面に対して反対側の面をＣＣＤカメラを通して目視し、導波路型多分岐器１３のコアを光が通っているかを確認することにより導波路型多分岐器１３と単芯光ファイバブロック１４の粗調を行う。
次に光源７  をＬＤにし、導波路型多分岐器１３の接続面に対して反対側の面と空間光検出器１２の受光面を同じ高さになるように空間光検出器１２を固定する。このとき調芯に不必要な光（この場合はクラッドを伝搬する光）を除去し必要な光（この場合コアを伝搬する光）のみを検出することで、検出光出力を最大とする位置と本来の最適な調芯の位置を一致させるために、空間光検出器１２の受光面の大きさを制御する。そして、空間光検出器１２を光パワーメーター８  に接続した、自動ステージ１０，１１  により光軸Ｘ  方向、光軸Ｘ  方向に対して垂直なＹ  方向、Ｚ  方向、及びＹＺ平面に沿った回転方向に微動させ調芯を行い、接続固定する。
次に、２回目の調芯及び接続固定の方法について説明する。１回目の接続固定により接続された導波路型多分岐器１３と単芯光ファイバブロック１４を自動ステージ１１に固定し、単芯光ファイバブロック１４のピグテイルの先端を光源７  と接続する。次に多芯光ファイバアレイ１５をもう一つの自動ステージ１０に固定し、多芯光ファイバアレイ１５のピグテイルの先端を光パワーメータ８  に接続する。その後自動ステージ１０，１１  により光軸Ｘ  方向、光軸Ｘ  方向に対して垂直なＹ  方向、Ｚ  方向、及びＹＺ平面に沿った回転方向に微動させ調芯を行い、接続固定する。以上の作業により導波路型光部品の調芯及び接続固定は完了する。
以下に第２の実施例として本発明を用いてシングルモード用導波路型多分岐器をモジュール化するために両側にシングルモード単芯光ファイバブロックとシングルモード多芯ファイバアレイを接続固定する場合において、空間光検出器の受光面を制御する方法についての実施例を示す。接続装置は実施例１と同様のものを使用しており、１回目の調芯方法についても実施例１と同様の方法で行っているため、構成図は図１（ａ）と同一である。
まず，導波路型多分岐器１３と単芯光ファイバブロック１４の粗調を行った後、導波路型多分岐器１３の接続面に対して反対側の面と空間光検出器１２の受光面が同じ高さになるように固定する。このときクラッドを伝搬している不必要な光を除去しコアを伝搬している必要な光のみを検出することで位置に対する検出光出力の変化をガウス分布に近づかせ、検出光出力を最大とする位置と本来の最適な調芯の位置を一致させるために、空間光検出器１２の受光面の大きさを制御しなければならない。
このときモジュール化する導波路型光部品が導波路型多分岐器であれば空間光検出器の受光面を制御する際Ｚ  方向のみでよい。それは導波路型多分岐器は、Ｙ  方向にはコアが広がっているためクラッドを伝搬する光は全て外部に放射されるためである。そこでＺ  方向に関して、どの程度制御する必要があるかを調べるために、図２に示すように、受光面のＺ  方向の幅Ｈ  を変化させたときの光軸Ｘ  方向に対して垂直なＺ  方向の位置に対する検出光出力の変化を測定した。図２は空間光検出器１２をＸ  方向から見たものであり、中心に受光面１６がある。また治具１７によって制御される受光面のＺ  方向の開口幅Ｈ  としている。測定範囲はＺ＝０  を調芯位置としたときに−１０  μｍ＜Ｚ＜１０  μｍであり、ピッチは０．２  μｍである。測定結果を図３の（ａ）〜（ｄ）に示す。
図３の（ａ）〜（ｃ）を見ると、全て調芯位置の±０．４  μｍの範囲において極大値が無いか、あるいは中心に対して対称でない。シングルモード伝搬用の光導波路とシングルモード光ファイバ用の接続用光部品との接続は、１μｍ以下の精度が要求されるため、±０．４  μｍの範囲内に明確な極大値を持ちかつ中心に対して対称でなければならない。唯一この条件を満たしているのは図３の（ｄ）であり、つまり１μｍ以下の精度で調芯を行うためには、空間光検出器の受光面においてＺ  方向の幅を０．８ｍｍ  以下の幅に制御しておく必要があることが分かる。
この実施例により、光導波路を含む光学素子の両側に、少なくとも１本以上の光ファイバ又は基板上に少なくとも１本以上の光ファイバを整列固定した接続用光部品を接続する場合において、空間光検出器を用いる際に、調芯に不必要な光を除去し必要な光のみを検出することで検出光出力を最大とする位置と本来の最適な調芯の位置を一致させるために、空間光検出器の受光面の大きさを制御する必要があることが確認され、またシングルモードの光を伝搬させる光導波路の両側に少なくとも１本以上のシングルモード光ファイバ又は基板上に少なくとも１本以上のシングルモード光ファイバを整列固定した接続用光部品を接続する場合においては、水平方向及び鉛直方向の少なくとも一方を０．８ｍｍ  以下の幅に制御する必要があることが確認された。
【０００６】
【発明の効果】
以上説明したように、調芯及び接続固定を２回に分けて行うことにより、一方の接続部を粗調した後その接続部を調芯及び接続固定するため、もう一方の接続を行う際の位置ずれが無くなり、作業性が向上した。また片方ずつ調芯を行うことにより、位置ずれをしている接続部が明確になるために、両方の調芯時間が短くなりトータルでも時間の短縮が可能となった。さらに１回目の調芯時に使用する空間光検出器の受光面を制御することにより、高精度な接続固定を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明による接続装置及び接続方法を用いた、一実施例を示す図であり、（ａ）は１回目の接続例を示す斜視図、（ｂ）は２回目の接続例を示す斜視図。
【図２】本発明を用いて空間光検出器の受光面を制御する際の、一実施例を示す正面図。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明の実施例２による測定結果を示す図。
【図４】従来の接続装置を示す斜視図。
【符号の説明】
１  光導波路
２  接続用光部品
３  接続用光部品
４  回転方向微動ステージ
５  多軸微動ステージ
６  多軸微動ステージ
７  光源
８  光パワーメーター
９  コンピュータ
１０  自動ステージ
１１  自動ステージ
１２  空間光検出器
１３  導波路型多分岐器
１４  単芯ファイバブロック
１５  多芯ファイバアレイ
１６  受光面
１７  治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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