(57)【要約】      （修正有）【課題】高パワーレベルを有するビームを導波路に結合するための、改善された位置合わせ状態を決定するための方法を提供する。【解決手段】ビームのパワーを最小テストパワーレベルまで減少する。減パワービームは、それが導波路の結合面においてビームスポットを形成するようなテスト位置合わせ状態に、位置合わせされる。ビームの結合部分の結合パワーレベルを測定する。減パワービームのパワーレベルを、ステップ単位で、最大テストパワーレベルまで増加する。各パワーレベルについて、対応する結合パワーレベルを測定する。結合パワーレベルが飽和せずかつ対応する結合効率が所望の結合効率以上であれば、現在のテスト位置合わせ状態を改善された位置合わせ状態として決定する。そうでなければ、テスト位置合わせ状態を変更し、新たなテスト位置合わせ状態をテストして所望の基準を満たすか調べる。【選択図】図２
2006350349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高パワーレベルを有する光ビームを光導波路に結合するための、改善された光学的位置合わせ状態を決定する方法であって、前記改善された光学的位置合わせ状態は、前記光ビームのうち前記光導波路に結合される部分のパワーレベルが実質的に最大になるように決定され、前記方法は、
ａ）前記光ビームのパワーレベルを、前記高パワーレベルの約半分未満である最小テストパワーレベルまで減少するステップと、
ｂ）前記減パワー光ビームを、前記減パワー光ビームのビームスポットが前記光導波路の結合面に形成されるような、テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと、
ｃ）前記光ビームのうち前記光導波路に結合される部分の結合パワーレベルを測定するステップと、
ｄ）前記減パワー光ビームのパワーレベルを、所定のステップで最大テストパワーレベルまで増加し、各パワーレベルについてステップ（ｃ）を繰り返すステップと、
ｅ）ステップ（ｃ）で測定した前記結合パワーレベルが飽和せず、かつ対応する結合効率が所望の結合効率以上である場合、前記現在のテスト位置合わせ状態を前記改善された光学的位置合わせ状態として決定して前記方法を完了し、そうでない場合は、
ｉ）前記光ビームの前記パワーレベルを前記最小テストパワーまで減少し、
ｉｉ）前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットのサイズ、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの位置、前記光導波路の前記結合面上における前記減パワー光ビームの入射角または前記減パワー光ビームの円錐角のうち少なくとも１つを変えるように、前記テスト位置合わせ状態を変更し、
ｉｉｉ）所定回数の繰り返しが行われるまでステップ（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）を繰り返す、
ステップと、
ｆ）前記所定回数の繰り返しが行われていれば、最も高い対応する結合効率を有する前記テスト位置合わせ状態を前記改善された光学的位置合わせ状態として決定するステップと、
を包含する方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）において、前記光ビームの前記パワーレベルは前記光ビームを減衰させることによって減少される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最小テストパワーレベルは前記高パワーレベルの約５％未満であり、前記最大テストパワーレベルは前記高パワーレベルの約２０％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）は、前記テスト位置合わせ状態で前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットにおいて、前記減パワー光ビームが収束しているか発散しているかの一方であるように、前記減パワー光ビームを位置合わせする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記光導波路の前記結合面の中央に位置させるステップと、
ｂ２）フォーカシング光結合素子を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成される前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記ビームスポットの前記サイズが実質的に最小になるようにフォーカスするステップと、
ｂ３）前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間のセパレーションを増大することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記光ビームを前記テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと
を包含し、
ステップ（ｅ）における前記テスト位置合わせ状態の変更は、前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間の前記セパレーションを増大することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大することを包含する、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記光導波路の前記結合面の中央に位置させるステップと、
ｂ２）フォーカシング光結合素子を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成される前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記ビームスポットの前記サイズが実質的に最小になるようにフォーカスするステップと、
ｂ３）前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間のセパレーションを減少することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記光ビームを前記テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと
を包含し、
ステップ（ｅ）における前記テスト位置合わせ状態の変更は、前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間の前記セパレーションを減少することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大することを包含する、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記光導波路の前記結合面の中央に位置させるステップと、
ｂ２）結合光学系を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成される前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記ビームスポットの前記サイズが実質的に最小になるように実質的にフォーカスするステップと、
ｂ３）前記結合光学系を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記光ビームを前記テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと
を包含し、
ステップ（ｅ）における前記テスト位置合わせ状態の変更は、前記結合光学系を用いて前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大することを包含する、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）は、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記最小テストパワーレベルにおける前記結合パワーレベルが実質的に最大になるように、前記減パワー光ビームを位置合わせすることを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｃ）は、
ｃ１）前記減パワー光ビームのパワーレベルを測定するステップと、
ｃ２）前記光ビームのうち前記光導波路に結合される部分の前記結合パワーレベルを測定するステップと、
ｃ３）ステップ（ｃ１）で測定した前記パワーレベルおよびステップ（ｃ２）の前記結合パワーレベルを用いて、前記テスト位置合わせ状態に対応する結合効率を決定するステップと、
を包含する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｃ３）は、ステップ（ｃ２）で測定した現在の結合パワーレベルを、ステップ（ｃ１）で測定した前記減パワー光信号の現在のパワーレベルで除算することにより、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記結合効率を計算することを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｃ３）は、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記結合効率を、前記減パワー光信号の現在のパワーレベルにおける、前記減パワー光信号のパワーレベルの関数としての前記結合パワーレベルの傾きとして決定することを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ｃ３）は、
ｃ３ａ）ステップ（ｃ２）で測定した現在の結合パワーレベルから、以前に測定された結合パワーレベルを減算することにより、結合パワーレベル変化を計算するステップと、
ｃ３ｂ）ステップ（ｃ１）で測定した現在のパワーレベルから、以前に測定されたパワーレベルを減算することにより、パワーレベル変化を計算するステップと、
ｃ３ｃ）ステップ（ｃ３ａ）で計算した前記結合パワーレベル変化を、ステップ（ｃ３ｂ）で計算した前記パワーレベル変化で除算することにより、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記結合効率を計算するステップと
を包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記減パワー光ビームのパワーレベルを増加するステップと、
ｄ２）前記現在のパワーレベルに対応する前記結合効率と、より低いパワーレベルに対応する少なくとも１つの予め定められた結合効率との比較に基づいて、ステップ（ｃ２）で測定した前記結合パワーレベルが飽和しているか決定するステップと、
ｄ３）ステップ（ｃ）および（ｄ）を、
ｉ）ステップ（ｄ２）において前記結合効率が飽和していると決定されるか、
ｉｉ）前記最大テストパワーレベルに到達するまで、繰り返すステップと、
を包含する請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記減パワー光ビームのパワーレベルを増加するステップと、
ｄ２）現在の前記減パワー光ビームのパワーレベルに対応する結合パワーレベルと、より低いパワーレベルに対応する少なくとも１つの予め定められた結合パワーレベルとの比較に基づいて、ステップ（ｃ）で測定した前記結合パワーレベルが飽和しているか決定するステップと、
ｄ３）ステップ（ｃ）および（ｄ）を、
ｉ）ステップ（ｄ２）において前記結合パワーレベルが飽和していると決定されるか、
ｉｉ）ステップ（ｃ１）で測定された前記パワーレベルが前記最大テストパワーレベル以上になるまで、繰り返すステップと、
を包含する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記減パワー光ビームのパワーレベルを、前記最大テストパワーレベルと前記最小テストパワーレベルとの差の半分未満であるパワーステップだけ増加するステップと、
ｄ２）ステップ（ｃ）および（ｄ）を、
ｉ）ステップ（ｃ）で決定される前記結合パワーレベルが飽和するか、
ｉｉ）前記減パワー光ビームのパワーレベルが前記最大テストパワーレベル以上になるまで、繰り返すステップと、
を包含する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
高パワーレベルを有する光ビームの一部を光導波路に結合するための、改善された光学的位置合わせ状態を決定する方法であって、前記改善された光学的位置合わせ状態は、前記光ビームのうち前記光導波路に結合される部分のパワーレベルが実質的に最大になるように決定され、前記方法は、
ａ）前記光ビームを、前記光導波路の結合面にビームスポットが形成されるようなテスト位置合わせ状態に、位置合わせするステップと、
ｂ）前記光ビームのパワーレベルを、所定の周期を有する周期的波形にしたがって、最小テストパワーレベルと最大テストパワーレベルとの間で変化させるステップであって、前記最大テストパワーレベルは前記高パワーレベルの約半分未満であるステップと、
ｃ）前記テスト位置合わせ状態に対応する複数の結合効率を、前記周期的波形の１所定の周期中に前記複数の結合効率のうち少なくとも４つが決定されるように、決定するステップと、
ｄ）前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定になるまで、
前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットのサイズ、
前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの位置、
前記光導波路の前記結合面上における前記減パワー光ビームの入射角、または
前記減パワー光ビームの円錐角
のうち少なくとも１つを変化させるように、前記テスト位置合わせ状態を変更し、
ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップと、
ｅ）前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定である前記テスト位置合わせ状態を、前記改善された光学的位置合わせ状態として決定するステップと、
を包含する方法。
【請求項１７】
ステップ（ｂ）において、前記光ビームの前記パワーレベルは前記光ビームを可変的に減衰させることによって減少される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ａ）は、前記テスト位置合わせ状態で前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットにおいて、前記減パワー光ビームが収束しているか発散しているかの一方であるように、前記減パワー光ビームを位置合わせする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記光導波路の前記結合面の中央に位置させるステップと、
ａ２）フォーカシング光結合素子を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成される前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記ビームスポットの前記サイズが実質的に最小になるようにフォーカスするステップと、
ａ３）前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間のセパレーションを増大することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記光ビームを前記テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと
を包含し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間の前記セパレーションを増大することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記テスト位置合わせ状態を変更するステップと、
ｄ２）前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定になるまで、ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップと
を包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記光導波路の前記結合面の中央に位置させるステップと、
ａ２）フォーカシング光結合素子を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成される前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記ビームスポットの前記サイズが実質的に最小になるようにフォーカスするステップと、
ａ３）前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間のセパレーションを減少することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記光ビームを前記テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと
を包含し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記フォーカシング光結合素子および前記光導波路の前記結合面間の前記セパレーションを減少することにより、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記テスト位置合わせ状態を変更するステップと、
ｄ２）前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定になるまで、ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップと
を包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記光導波路の前記結合面の中央に位置させるステップと、
ａ２）結合光学系を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成される前記減パワー光ビームの前記ビームスポットを、前記ビームスポットの前記サイズが実質的に最小になるように実質的にフォーカスするステップと、
ａ３）前記結合光学系を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記光ビームを前記テスト位置合わせ状態に位置合わせするステップと
を包含し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記結合光学系を用いて、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットの前記サイズを増大して前記テスト位置合わせ状態を変更するステップと、
ｄ２）前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定になるまで、ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップと
を包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
ステップ（ａ）は、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記最小テストパワーレベルにおける前記結合効率が実質的に最大になるように、前記減パワー光ビームを位置合わせすることを包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記最小テストパワーレベルは前記高パワーレベルの約５％未満であり、前記最大テストパワーレベルは前記高パワーレベルの約２０％未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記光ビームが可変的にパワーを減じられるためにしたがう前記周期的波形は、正弦波、鋸波、または三角波のうち１つである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
ステップ（ｃ）は、
ｃ１）前記減パワー光ビームの複数のパワーレベルを、前記周期的波形の各所定の周期中に前記複数のパワーレベルのうち少なくとも４つがサンプリングされるように、サンプリングするステップと、
ｃ２）前記光ビームのうち前記光導波路に結合される部分の複数の結合パワーレベルをサンプリングするステップであって、各サンプリングされた結合パワーレベルは、ステップ（ｃ１）でサンプリングされた前記減パワー光ビームの前記複数のパワーレベルのうち１つに対応する、ステップと、
ｃ３）ステップ（ｃ１）でサンプリングされた前記複数のパワーレベルとステップ（ｃ２）でサンプリングされた前記複数の結合パワーレベルとに基づいて、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率を決定するステップと、
を包含する請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
ステップ（ｃ１）でサンプリングされた前記減パワー光ビームの前記複数のパワーレベルは、前記周期的波形の複数の所定の周期にわたってサンプリングされる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ステップ（ｃ１）において、前記減パワー光ビームの前記複数のパワーレベルは、
前記周期的波形の各所定の周期においてサンプリングされる前記少なくとも４つのパワーレベルのうち１つが、前記最小テストパワーレベルに実質的に等しく、かつ、
前記周期的波形の各所定の周期においてサンプリングされる前記少なくとも４つのパワーレベルのうち別の１つが、前記最大テストパワーレベルに実質的に等しくなるようにサンプリングされる、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
ステップ（ｃ３）は、ステップ（ｃ２）で測定した前記複数の結合パワーレベルのうち１つを、ステップ（ｃ１）で測定した前記減パワー光信号の前記複数のパワーレベルのうちの対応する１つによって除算することにより、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率のそれぞれを計算する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
ステップ（ｃ３）は、
ｃ３ａ）ステップ（ｃ２）で測定した前記複数の結合パワーレベルのうちの各結合パワーレベルから、前の結合パワーレベルを減算することにより、複数の結合パワーレベル変化を計算するステップと、
ｃ３ｂ）ステップ（ｃ１）で測定した前記複数のパワーレベルのうちの各パワーレベルから、前のパワーレベルを減算することにより、複数のパワーレベル変化を計算するステップと、
ｃ３ｃ）ステップ（ｃ３ａ）で計算した前記複数の結合パワーレベル変化のうちの各結合パワーレベル変化を、ステップ（ｃ３ｂ）で計算した前記複数のパワーレベル変化のうちの対応するパワーレベル変化で除算することにより、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率を計算するステップと、
を包含する請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率を、前記周期的波形の位相の関数としてプロットすることにより、飽和プロットを形成するステップと、
ｄ２）前記飽和プロットを直線に対して比較することにより、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定であるか決定するステップと、
ｄ３）ステップ（ｄ２）において前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定であると決定されなければ、前記光導波路の前記結合面に形成された前記ビームスポットのサイズまたは位置のうち少なくとも１つを変化するように前記テスト位置合わせ状態を変更するステップと、
ｄ４）ステップ（ｄ２）において前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率が実質的に一定であると決定されるまで、ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップと、
を包含する請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
ステップ（ｄ）において、前記複数の結合効率のうち前記最大テストパワーレベルに対応する第１の部分集合の平均値が、前記複数の結合効率のうち前記最小テストパワーレベルに対応する第２の部分集合の平均値の所定パーセンテージよりも大きければ、前記テスト位置合わせ状態に対応する前記複数の結合効率は実質的に一定であると決定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項３２】
前記所定パーセンテージは９０％である、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高パワー光ビームの光導波路への結合を改善するための方法に関する。特に、本方法は、光ファイバへの、超高速レーザビームなどの高ピークパワーパルス化レーザビームの改善された結合を可能にする。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバなどの光導波路に沿って光エネルギーを伝達することを包含する多くの用途において、動作中の透過率を実際に測定する必要なしに、光導波路からの最良の絶対透過率を投射できることが望ましい。例えば、近接場走査顕微鏡（ＮＳＯＭ）加工用の光プローブ先端から結合される所望量のエネルギーは、近接場領域中の基板を損傷するのに十分なほど高い。この用途に用いられる高ピークパワーレベルのパルスのため、光学的位置合わせおよびＮＳＯＭプローブに結合する光の量の最適化のプロセスの間は、フルアブレーションパワー未満を用いることが有利である。しかし、これを信頼性高く行うことは必ずしも単純ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、実質的に光導波路の損傷閾値未満である固定の低パワーが位置合わせには用いられ、光導波路に結合されこれを通って透過する光の量は、この固定の低パワーレベルにおいて最適化される。この低パワーにおいて、最適化された結合および透過効率が得られ得る。この結合および透過効率は、ファイバが損傷するまで、すべてのパワーレベルについておよそ同じであると仮定される。したがって、測定された結合および透過効率を高パワー入力ビームまで外挿することによって、比例的に高パワー出力が得られると考えられている。しかし、図４の丸印４００および三角印４０２の実験データは、固定の低パワー光ビームおよび上述の一定効率法を用いていると露見しない、ハード透過率の飽和の存在を示している。このデータは、飽和が起きたときに、出力パワーレベルがより高い入力パワーレベルに追従しないかもしれないことを示している。
【０００４】
光導波路に結合されこれを通って透過するパワーの量を制限し得るもう一つの問題は、光導波路の結合面の損傷の可能性である。パルスおよび持続波（ＣＷ）のいずれにおいても、高パワーレーザシステムでは、光導波路に用いられるもののような実質的に透明な材料でさえも、材料の表面に機械加工その他の損傷を与えるのに十分な強度を生成し得る。結合面のこの損傷の可能性が、より低いパワーにおいて光導波路の光結合を最適化することが望ましい一つの理由である。しかし光結合を最適化するためにより低いパワーレベルを用いると、光ビームが所望の入力パワーレベルに設定されたときに光導波路の結合面が損傷するような位置合わせ構成になってしまうかもしれない。
【０００５】
本発明は、高パワー光ビームの光導波路への光結合を最適化するための、改良された方法に関する。この改良された方法は、他の方法にくらべ、光ビームのうち光導波路に結合される部分のパワーレベルを増大し得、また光導波路の結合面を損傷する可能性を減少し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態例は、高パワーレベルを有する光ビームを光導波路に結合するための、改善された光学的位置合わせ状態を決定するための方法である。この改善された光学的位置合わせ状態は、光ビームのうち光導波路に結合される部分のパワーレベルが実質的に最大になるように決定される。光ビームのパワーレベルは、高パワーレベルの約半分未満である、最小テストパワーレベルまで減少される。減パワー光ビームは、減パワー光ビームが光導波路の結合面上にビームスポットを形成するようなテスト位置合わせ状態に、位置合わせされる。光ビームのうち光導波路に結合される部分の結合パワーレベルを測定する。減パワー光ビームのパワーレベルを、所定のステップで最大テストパワーレベルまで増加し、各パワーレベルについて対応する結合パワーレベルを測定する。もし結合パワーレベルが飽和せず、最大テストパワーにおける対応する結合効率が所望の結合効率以上ならば、現在のテスト位置合わせ状態を改善された光学的位置合わせ状態として決定し、この方法例は完了する。そうでなければ、光ビームは、最小テストパワーまで戻ってパワーを減らされる。光導波路の結合面に形成されるビームスポットのサイズ、光導波路の結合面に形成されるビームスポットの位置、光導波路の結合面上の減パワー光ビームの入射角、あるいは減パワー光ビームの円錐角のうち少なくとも１つを変化させるように、テスト位置合わせ状態が変更される。新たなテスト位置合わせ状態をテストして、結合パワーレベルが飽和するか否か、そして対応する結合効率が所望の結合効率以上であるか否かを調べる。このプロセスは、改善された光学的位置合わせ状態が見出されるか、または所定回数の繰り返しが行われるまで、続けられる。もし、所望の基準を満たす光学的位置合わせ状態を見出すことなく所定回数の繰り返しが行われた場合は、最も高い対応する結合効率を有するテスト位置合わせ状態を、改善された光学的位置合わせ状態として決定する。なお、１つの改善された光学的位置合わせ状態が見出されたのち、テスト位置合わせ状態を次の繰り返しについてさらに同じ方向で変更してもよいことに留意する。このプロセスは、これ以上改善が見られなくなるまで継続されることが望ましい。
【０００７】
本発明の別の実施形態例は、高パワーレベルを有する光ビームの一部を光導波路に結合するための、改善された光学的位置合わせ状態を決定するための方法である。この改善された光学的位置合わせ状態は、光ビームのうち光導波路に結合される部分のパワーレベルが実質的に最大になるように決定される。光ビームは、ビームスポットが光導波路の結合面上に形成されるようなテスト位置合わせ状態に、位置合わせされる。光ビームのパワーレベルは、最小テストパワーレベルと最大テストパワーレベルとの間で変化される。この変化は、所定の周期を有する周期的波形にしたがって起こる。最大テストパワーレベルは、高パワーレベルの約半分未満である。テスト位置合わせ状態に対応するいくつかの結合効率が、周期的波形の１所定周期の間にこれらの結合効率のうち少なくとも４つが決定されるように、決定される。テスト位置合わせ状態のうち１つに対応する結合効率が実質的に一定になるまで、テスト位置合わせ状態は変更され、光ビームは可変的にパワーを減じられる。テスト位置合わせ状態の変更とは、光導波路の結合面に形成されるビームスポットのサイズ、光導波路の結合面に形成されるビームスポットの位置、光導波路の結合面上の減パワー光ビームの入射角、あるいは減パワー光ビームの円錐角のうち少なくとも１つを変えることを含む。対応する結合効率が実質的に一定であるテスト位置合わせ状態を、改善された光学的位置合わせ状態として決定する。なお、最適な光学的位置合わせ状態は、複数の改善された光学的位置合わせ状態のなかで最大テストパワーレベルにおいて最良の出力パワーを有するものとして選択され得ることに留意する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、以下の詳細な説明を付属の図面とともに読んだときに最もよく理解される。一般に行われるように、図面の様々な要素は縮尺通りではないことを強調しておく。逆に、明瞭さのために様々な要素の寸法を任意に拡大または縮小している。図面には以下の図が含まれる。
【０００９】
本発明の一実施形態例は、高パワー光ビームを光導波路に結合するための改善された光学的位置合わせ構成を決定するための方法である。この方法例は、望ましくは光導波路の損傷閾値未満である減パワーレベルにおける、結合光パワーの飽和を望ましくは最小限にするか低減する。この結合光パワー飽和を最小にするためのアプローチの一例は、様々な減パワーレベルにおいて複数のテスト位置合わせ状態の結合効率を測定し、図４において丸印４００および四角印４０４で示すように、それぞれについて飽和図を得ることである。これらの図をより高いパワーレベルまで外挿することによって、対応する出力パワーを予測し得る。異なる光学的テスト位置合わせ状態およびフォーカシング構成について、所望の高パワー入力に対応する投射された出力パワーが実質的に最適化されるまで、このプロセスを繰り返し得る。本発明が有利であり得る光導波路の例は、あらゆるタイプの光ファイバならびに、平面光導波路構造を含む。
【００１０】
なお、図１、３、７および８の実施形態例は、光ファイバに結合されている高パワー光ビームのパワーレベルを減少および／または変化させるためのアッテネータ１００を含んでいることに留意されたい。ただし、テスト位置合わせ構成例からこの素子を省略してもよく、また高パワー光ビームのパワーレベルは、高パワー光ビームを発生するために用いられる光源の出力パワーを直接制御することによって変化されてもよいことが、考えられる。
【００１１】
図１は、光ビーム１２０を光導波路（この場合光ファイバ１１０）に結合するために用いられ得る、テスト位置合わせ構成例を示す。図１は光ファイバおよび単一のレンズを結合光学系として具体的に含むが、これらの選択は単なる例であり、限定する意図ではない。
【００１２】
このテスト位置合わせ構成例は、可変光アッテネータ１００と、結合光学系（レンズホルダ１０４に装着されたレンズ１０２）と、光ビームのビームスポットが光導波路の結合面（ファイバ切断端１１４）上に形成されるように光導波路を保持する、光導波路マウント（ファイバホルダ１１６）とを有する。高パワー光ビームは、高パワーアーク燈、高パワー白熱電球、高パワー放電ランプ、高パワーＬＥＤ、高パワーＣＷレーザ、高パワーパルス化レーザ、および超高速レーザを含む任意の光源によって生成された、高パワー光ビームであり得る。可変光アッテネータ１００は、音響光学アッテネータ、電気光学アッテネータ、偏光子型アッテネータ（電気光学的あるいは機械的に制御される）、あるいは高パワー光ビーム１２０を減衰させるために十分にロバストである、任意の他の光アッテネータであってもよい。
【００１３】
テスト位置合わせ構成は、レンズ１０２および／または光ファイバ１１０の２軸制御を用いてファイバ切断端１１４上の減衰された光ビームのビームスポットの位置および入射角を変更することにより、また、移送台１０６および１１８の一方または両方を用いてファイバ切断端１１４のビームスポットのサイズを変更することにより、変化され得る。ファイバ切断端１１４上の減衰された光ビームのビームスポットの位置は、レンズホルダ１０４内の平行移動手段を用いてレンズ１０２を移動すること、ファイバホルダ１１６内の平行移動手段を用いて光ファイバ１１０を移動すること、移送台１０６に含まれるＸおよび／またはＹ直線平行移動台を用いてレンズ１０２を移動すること、移送台１１８に含まれるＸおよび／またはＹ直線平行移動台を用いて光ファイバ１１０を移動すること、またはその組み合わせにより移動され得る。ファイバ切断端１１４上のビームスポットのサイズは、移送台１０６に含まれるＺ直線平行移動台を用いてレンズ１０２を移動すること、および／または移送台１１８に含まれるＺ直線平行移動台を用いて光ファイバ１１０を移動することによって、レンズ１０２およびファイバ切断端１１４間のセパレーションを変更することにより、変化され得る。さらに、１つまたは２つの傾動台を含めることによって、ファイバ切断端１１４上の光ビームの入射角の変化を可能にしてもよい。
【００１４】
フォーカスされるビームの円錐角または結合光学系の開口数もまた、光結合に影響を与える因子である。より低倍率のレンズ系を用いてビームをフォーカスすること、またはフォーカシングレンズ以前のビーム直径を減少することにより、ビーム直径を増大し、かつファイバ端１１４における円錐角を減少することができる。または、多点レンズ系を結合光学系として用いる場合、ファイバ切断端１１４上のビームスポットサイズおよび／または位置ならびに円錐角は、多点レンズ系の構成部品の内部移動によって変化され得る。
【００１５】
なお、図１に示すテスト位置合わせ状態例では、ビームのくびれ部１０８は減衰された光ビームがファイバ切断端１１４に入射する前に位置することにより、光ビーム１２０は光ファイバ１１０に結合する際には発散しているように構成されていることに留意されたい。ファイバ端１１４におけるビームの直径は、光ファイバ１１０のコア直径よりも大きくてもよい。このテスト構成例は、光ビームがファイバ切断端１１４上で最小のビームスポットサイズにフォーカスされるようなテスト位置合わせ構成例に比べるとより低い減パワー結合効率を有し得るが、この構成例は、損傷閾値パワーレベルを高くするためには望ましい。これは、光導波路材料の損傷閾値が光ビームの強度（あるいはパルス化光ビームのフルエンス）に依存し、ビームスポットサイズを増大することは、所与のパワーレベルにおいて表面上の強度（あるいはフルエンス）を減少させるからである。
【００１６】
また、図１における光ビーム１２０によりファイバ切断端１１４上に形成されるビームスポットは、ファイバ切断端１１４の中央に位置し、光ファイバコア１１２を実質的に満たしているように示されている。この位置合わせ状態が望ましいこともあるが、状況によっては、センターから外れた位置合わせ状態またはビームスポットが光ファイバコア１１２より大きいような位置合わせ状態が望ましいことが考えられる。これは特に、横方向強度パターンを有し、コアおよびクラッディング間の屈折率コントラストが弱い光導波路に結合する光ビームにおいて、望ましい。
【００１７】
図７に同様な実施形態例を示す。図７の実施形態例において、光ビーム１２０は断面積を減らした光ビーム７００に置き換わっている。光ビーム７００の断面積が減っていることにより、フォーカスされたビームの持つ円錐角はより浅くなり、ビームのくびれ部７０２において形成される最小サイズビームスポットは、図１の実施形態例よりも大きくなる。より浅い円錐角ならびにより大きな最小スポットサイズは、高パワーレベルの光ファイバ１１０への結合を改善することを見出した。光ファイバ１１０の切断端１１４を光ビーム７００の焦点に位置させ、最小ビームスポットサイズをファイバコア１１２の断面積以上になるように増大することにより、結合はさらに改善され得る。
【００１８】
なお、光ビーム７００がファイバ切断端１１４において収束している場合は、所望の高パワーレベルにおいて表面が損傷されないように、ビームスポットの強度を減少してもよいことにも留意されたい。収束する光ビームの強度は光ファイバ１１０内で増大してファイバコア１１２の内部を損傷させることもあるが、必ずしも常にそうではないことが見出された。図８は、収束するビームを用いた本発明の実施形態例を示している。この実施形態において、収束する光ビームのビームスポットは、ファイバコア１１２の断面積より大きいことが望ましい。光ビームをファイバコアの小さな開口部に結合することにより起こる回折効果ならびに、切断面１１４におけるファイバコア１１２およびファイバクラッディング中への屈折は、ファイバコア１１２の内部の損傷する可能性を実質的に減少させるのに十分なだけ、光ファイバ１１０内における収束する光ビームのフォーカシングに干渉する。
【００１９】
図２は、本発明にしたがって、高パワーレベルを有する光ビームを光導波路に結合するための、改善された光学的位置合わせ状態を決定する方法例を示す。改善された光学的位置合わせ状態は、光ビームのうち光導波路に結合される部分のパワーレベルが実質的に最大になるように決定される。この方法例は、図１、７および８に示したテスト位置合わせ構成例を用いて行い得る。
【００２０】
光ビームは、最小テストパワーレベルまで減衰される（ステップ２００）。図１を参照して上述したように、この減衰は可変アッテネータ１００を用いて達成し得る。望ましくは、最小テストパワーレベルは、フォーカスされたビームが光導波路の結合面を損傷することができないように十分低い。なお、パルス化光ビームについては、パルスエネルギーの方がより用いることが望ましいパラメータであり得ることが留意される。しかし、パルスは単にパワーレベルをパルス幅にわたって積分したものであることが当業者に理解される。最小テストパワーレベルは、光学的位置合わせの後で用いることを意図している光ビームの高パワーレベルの、望ましくは約半分未満であり、高パワーレベルの１〜５％の値あるいはこれ未満がより典型的である。なお、光源によって生成される光ビームのパワーレベルを低減することによっても光ビームは減衰され得るが、光源のタイプによっては、出力パワーレベルを低減することは、位置合わせプロセスを不本意に複雑化し得るような他の効果を光ビームに対して及ぼし得ることに留意されたい。
【００２１】
減衰された光ビームは、減衰された光ビームのビームスポットが光導波路の結合面に形成されるような、テスト位置合わせ状態に位置合わせされる（ステップ２０２）。図１、７、および８は、このステップを達成するために用いられ得るテスト位置合わせ構成例および結合光学系を示す。一実施形態例において、減衰された光ビームは、減衰された光ビームがビームスポットにおいて発散しているように、位置合わせされる。ビームスポットは望ましくは光導波路の結合面の中央に位置され、レンズ１０２などのフォーカシング光結合素子が、結合面１１４に形成されるビームスポットのサイズが実質的に最小になるように光ビームをフォーカスするために用いられる。そして、光導波路の結合面に形成されるビームスポットのサイズが増大しかつこの点における光ビームが発散しているように、フォーカシング光結合素子および結合面間のセパレーションをわずかに増大し得る。図１を参照して上述したように、この初期テスト位置合わせ状態は、損傷閾値パワーレベルを望ましく高くし得る。
【００２２】
図７および８の実施形態例に示すように、レンズ１０２の倍率および／または光ビーム７００のこのレンズへの入射径は、ステップ２０２に用いられる初期テスト位置合わせ構成に影響し得る。例えば、図８に示す実施形態例は、望ましくはファイバ切断端１１４上のビームスポットがファイバコア１２０の断面積よりも大きい状態の、収束する光ビームを用いる。この実施形態例における大きなビームスポットもまた、損傷閾値パワーレベルを望ましく高め得る。
【００２３】
あるいは、初期テスト位置合わせ状態についての最小テストパワーレベルにおける結合効率が実質的に最大になるように、初期テスト位置合わせ状態を選択してもよい。この別の実施形態は、従来技術の方法を用いて見出された位置合わせ状態を、開始点として用いる。
【００２４】
減衰された光ビームのパワーレベルを測定し（ステップ２０４）、また、光ビームのうち光導波路に結合される部分の結合パワーレベルを測定する（ステップ２０６）。減衰された光ビームのパワーレベルおよび光ビームのうち光導波路に結合される部分の結合パワーレベルを用いて、光ビームの光導波路への結合効率を決定し得る。図３は、減衰された光ビームおよび光ビームの結合部分のパワーレベルを測定するための手段例を示す。図３に示すように、減衰された光ビームの測定部分３０２は、ビームスプリッタ３００によって分離され、光検出器３０４によって測定されてもよい。ビームスプリッタ３００は任意の標準的なタイプのビームスプリッタであり得るが、ビームスプリッタ３００は、光ビームのパワーのうち少ない量だけを測定部分３０２に結合することが望ましい。これは、位置合わせの後で光路からビームスプリッタ３００を取り除くことは改善された光学的位置合わせ状態に影響を及ぼし得るから不便であるためと、また、動作中において高パワー光ビームの大きな部分をスプリットすることは望ましくないためである。
【００２５】
光ビームの結合部分の結合パワーレベルは、光ファイバ１１０の出力端に位置し得る、光検出器３０６によって測定され得る。光検出器３０４および３０６は任意の標準的なタイプの光検出器であり得、望ましくは光ビーム１２０のパラメータに基づいて選択される。なお、光検出器３０６は望ましくは、図３に示すように、光導波路からの結合後に結合した光ビームを測定するように構成するのではなく、光導波路に対してインラインで形成されるか、あるいは光タップを介して光導波路に結合され得ることに留意されたい。
【００２６】
ステップ２０６において測定された結合パワーレベルおよび／または結合効率を分析して、結合パワーレベルが飽和したか否かを決定する（ステップ２０８）。図３は、結合パワーレベルの飽和を決定するための手段例を示す。光検出器３０４によって測定される減衰された入力ビームのパワーレベルおよび光検出器３０６によって測定される結合パワーレベルは、データ集録器（ＤＡＱ）３０８に電気的に結合される。ＤＡＱ３０８は、選択された時間フレームにわたって各測定信号を収集しかつ平均し、２つの測定信号をスケーリングし、図３に示すようにデータをデカルトグラフ上にプロットする。あるいは、専用回路、ＡＳＩＣ、および／または汎用コンピュータを用いて、測定データを編纂および表示してもよい。結合パワーレベルが飽和しているか否かの決定は、減衰された光ビームの現在のパワーレベルに対応する結合パワーレベルを、より低いパワーレベルに対応する少なくとも１つの予め定められた結合パワーレベルに対して比較することにもとづいて、行われ得る。
【００２７】
例えば、図４に示すように、最も高い減衰された光ビームのパワーレベル（入力パワー）に対応する２つの丸印の結合パワーレベル（出力パワー）は、増加する入力パワーに対して出力パワーの増加を示さない。すなわち飽和している。あるいは、各入力パワーレベルに対応する結合効率を計算してもよい。この計算は、減衰されたビームのパワーレベルおよび結合パワーレベルに基づく。結合効率は、結合パワーレベルを減衰されたビームのパワーレベルで割ったものとして定義され得る。あるいは、結合パワーレベルの変化率を減衰されたビームのパワーレベルの変化率で割ったものとして、もしくは減衰されたビームのパワーレベルに対する導出した結合パワーレベルとして、定義される。この最後の結合効率の定義方法は、結合効率を、減衰された光信号のパワーレベルの関数としての結合パワーレベルの傾きとして定義することに等しい。
【００２８】
もし結合パワーレベルが飽和していないと決定されれば、ステップ２０４で測定した減衰された光ビームのパワーレベルを調べ、これが最大テストパワーレベル以上であるか否かを決定する（ステップ２１０）。最大テストパワーレベルは、最小テストパワーレベルより大きく、かつ減衰されていない光ビームの高パワーレベルの約半分未満である。望ましくは、最大テストパワーレベルは高パワーレベルの約２０％未満である。もし最大テストパワーレベルに達していなければ、減衰された光ビームのパワーレベルを増加し（ステップ２１２）、ステップ２０４、２０６および２０８を繰り返す。減衰された光ビームのパワーレベルは望ましくは、最大テストパワーレベルと最小テストパワーレベルとの差の半分未満であるパワーステップだけ増加されることにより、試される各テスト位置合わせ状態について少なくとも３つの入力パワーレベルがテストされる。
【００２９】
ステップ２１０において、減衰された光ビームのパワーレベルが最大テストパワーレベル以上であると決定された場合（すなわち、結合パワーレベルを飽和させることなしに最大テストパワーレベルに達した）、このテスト位置合わせ状態が、改善された光学的位置合わせ状態の候補であると決定される。そしてこのテスト位置合わせ状態に対応する結合効率を、上述のように計算する（ステップ２１４）。この結合効率を所望の結合効率に対して比較することにより、現在の改善された光学的位置合わせ状態の候補が、さらなる探索を行わずとも選択されるために十分最適であるか否かを決定する（ステップ２１６）。もし現在のテスト位置合わせ状態に対応する結合効率が、最大テストパワーにおける所望の結合効率以上であれば、この改善された光学的位置合わせ状態として選択し（ステップ２２４）、この位置合わせ方法例は完了する。別の実施形態例においては、最大テストパワーにおける結合効率がこれ以上改善されなくなるまで異なる光学的位置合わせ状態の探索を繰り返していくことにより、最適化された光学的位置合わせ状態が達成され得る。
【００３０】
ステップ２０８において結合パワーレベルが飽和していると決定された場合、またはステップ２１６において対応する結合効率が所望の結合効率未満であると決定された場合は、所定回数の繰り返しが行われたか否か、すなわち所定数のテスト位置合わせ状態が試されたかを決定する（ステップ２１８）。もし所定回数の繰り返しが行われていれば、最も高い対応する結合効率を有していたテスト位置合わせ状態が、改善された光学的位置合わせ状態として決定され（ステップ２２４）、ビームが改善された光学的位置合わせ状態に再位置合わせされ、この位置合わせ方法例は完了する。
【００３１】
もし所定回数の繰り返しが行われていなければ、光ビームは最小テストパワーまで戻って減衰され（ステップ２２０）、光導波路の結合面に形成されたビームスポットのサイズまたは位置、結合面における光ビームの入射角、またはフォーカスされた光ビームの円錐角などのテスト位置合わせ状態の位置合わせ状態パラメータを変化させることにより、テスト位置合わせ状態を変更する（ステップ２２２）。望ましくは、テスト位置合わせ状態の変更は、フォーカシング光結合素子および光導波路の結合面間のセパレーションを変更すること、あるいは、フォーカシング光結合素子を用いて光の円錐角を減少すること、すなわち、光導波路の結合面に形成されるビームスポットのサイズを増大することを包含する。あるいは、空間フィルタ用ピンホールをフォーカシングレンズの前に置くことにより、入射ビームの直径を制限し円錐角を増大させる。この別法は、空間フィルタ技術を用いることにより利用可能なビームエネルギーの一部を失わせるため、用途によっては望ましくない場合がある。
【００３２】
ステップ２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０および２２２は、改善された光学的位置合わせ状態が決定されるまで繰り返され得る。
【００３３】
図５は、高パワーレベルを有する光ビームの一部を光導波路に結合するための、改善された光学的位置合わせ状態を決定する別の方法例である。図６は、図５の方法例において用い得る表示例を示す。
【００３４】
減衰された光ビームが、ビームスポットが光導波路の結合面上に形成されるようなテスト位置合わせ状態に位置合わせされる（ステップ５００）。この初期位置合わせは望ましくは、図１および２を参照して上述したように、ビームスポットにおいて発散している減衰された光ビームが得られるものであるか、あるいは図７および８に示したように、小さな円錐角かつより大きな直径のビームくびれ部が得られるように開口数を減じた光学系を用いてもよい。
【００３５】
減衰された光ビームのパワーレベルが、周期的波形にしたがって最小テストパワーレベルと最大テストパワーレベルとの間で変化するように、光ビームが可変的に減衰される（ステップ５０２）。周期的波形は、所定の周期を有することが望ましく、また、正弦波、鋸波、または三角波などの任意の周期的波形であり得る。図６は、図５の方法の、三角波６０２を用いて減衰された光ビームのパワーレベルを変化させる実施形態からのデータ例を示している。
【００３６】
テスト位置合わせ状態に対応する複数の結合効率を決定する（ステップ５０４）。減衰された光ビームのパワーレベルおよび光ビームのうち光導波路に結合される部分の結合パワーレベルを、周期的波形の各周期中に少なくとも４つの結合効率が決定されるように、サンプリングする。各周期中のサンプルの数は４よりも有意に高いことが望ましく、また、ノイズレベルを減少するために、減衰された光ビームのパワーレベルおよび結合パワーレベルは、周期的波形のいくつかの周期にわたってサンプリングされて平均されることが望ましい。またサンプリングされるパワーレベルは、およそ最小テストパワーレベルにおいて周期的波形の各周期中にサンプリングされた１つのパワーレベルと、およそ最大テストパワーレベルにおいて周期的波形の各周期中にサンプリングされた１つのパワーレベルとを含むことが望ましい。
【００３７】
次に、テスト位置合わせ状態に対応する結合効率を分析して、減衰された光ビームのパワーレベルが増加したときにこれらの結合効率が減少するかあるいは実質的に一定であるか、すなわち、結合パワーレベルが飽和するか否かを決定する（ステップ５０６）。テスト位置合わせ状態に対応する結合効率が実質的に一定であるかを決定する１つの方法例は、最大テストパワーレベル付近の結合効率の平均値を、最小テストパワーレベル付近の結合効率の平均値に対して比較することである。もし最大テストパワーレベル付近の結合効率の平均値が、最小テストパワーレベル付近の結合効率の平均値のあるパーセンテージ、例えば９０％であれば、結合効率は実質的に一定であると決定され得る。
【００３８】
結合効率が実質的に一定であるかを決定するための別の方法例は、図６に示すように、テスト位置合わせ状態に対応する結合効率を周期的波形の位相の関数としてプロットすることにより、飽和プロットを形成することを包含する。飽和グラフ例６００は、飽和プロット６０４および周期波形プロット６０２を示す。飽和プロット６０４を直線６０６に比較したとき、このテスト位置合わせ状態に対応する結合効率は実質的に一定ではないことが用意に決定される。
【００３９】
結合効率が周期的波形全体にわたって実質的に一定である場合、現在のテスト位置合わせ状態を改善された光学的位置合わせ状態として選択し得る（ステップ５１０）。ただし、図２の方法例におけるように、結合効率が低すぎると見なされときにはこの位置合わせ状態を捨象し、新たな初期位置合わせ状態についてこの方法を繰り返してもよい。
【００４０】
結合効率が周期的波形全体にわたって実質的に一定でない場合、光導波路の結合面に形成されたビームスポットのサイズ、位置および／または円錐角を変えるためにテスト位置合わせ状態を変更する（ステップ５０８）。テスト位置合わせ状態に対応する結合効率が実質的に一定であると見出されるまで、ステップ５０２、５０４、５０６および５０８を繰り返す。なお、図２の方法例におけるように、設定された数の繰り返し後にこの方法をストップし、その時点までで見出された最良の位置合わせ状態が改善された光学的位置合わせ状態として選択されてもよいことに留意されたい。
【００４１】
図４に示す実験テストにおいて、従来の一定効率法を用いて光ビームの１００μｍ光ファイバへの結合を最適化することにより、低い入力パワー（約１００μＷ）において７５％よりも良好な結合および透過効率が得られた。しかし、丸印４００に示されるように、約１．５ｍＷの入力パワーレベルにおいて光ファイバからの出力パワーは飽和した。さらに、丸印４００に対応する位置合わせ構成では、やや高い入力パワーにおいて、光ファイバはフォーカスされたレーザビームにより損傷する。これを点線の損傷閾値直線によって示す。三角印４０２に対応する別の実験的な位置合わせ構成では、損傷閾値は上がるが出力光ビームの飽和レベルは改善されない。
【００４２】
図８に示す本発明の実施形態例を用いると、結合パワーレベルの飽和は、約１．５ｍＷの入力パワーまで実質的に解消された。４５％と言う低パワー結合効率は従来の方法を用いて達成される７５％よりも低かったが、本発明の方法例を用いて到達する絶対出力パワーレベルはずっと高かった。図４に示すテストデータは、本発明の方法例を用いた場合において、光ファイバに結合されこれに沿って透過し得る最大出力パワーがほぼ１０倍に増加することを示し、飽和は非常に弱いかまったく存在しなかった。発明者らは、本発明の方法例を用いることにより１００倍以上の最大結合出力パワーの増大が可能であると判断した。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、高パワー光ビームの光導波路への結合を改善するための方法例を包含する。これらの方法例を用いることにより、光パワーの光導波路への結合の増大が可能になり、これらの光導波路の結合面を損傷する可能性のリスクを低減する。このような技術は、レーザ加工、高パワー光プローブおよび長距離光通信などの多くのテクノロジーにおいて有用であり得る。本発明を特定の実施形態について例示および説明したが、ここに示した詳細に本発明が限定されることを意図していない。むしろ、特許請求の範囲の均等物の範疇において、本発明から逸脱することなく、詳細について様々な改変を加え得る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の方法例のうちいずれにも用い得る、テスト位置合わせ構成例を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明にしたがって、高パワー光ビームを光導波路に光学的に結合するための、改善された位置合わせ状態を決定するための方法例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２の方法例を行うために用い得るテストセットアップ例を示す概略ブロック図である。
【図４】図４は、図２の方法例のテスト結果例を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明にしたがって、高パワー光ビームを光導波路に光学的に結合するための、改善された位置合わせ状態を決定するための方法例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５の方法例のテスト結果例を示すオシロスコープ画面イメージ例である。
【図７】図７は、本発明の方法例のうちいずれにも用い得る、もう一つのテスト位置合わせ構成例を示す側面図である。
【図８】図８は、本発明の方法例のうちいずれにも用い得る、別のテスト位置合わせ構成例を示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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