(57)【要約】      （修正有）【課題】光の進行方向と位置調整方向とが正確に一致しない場合でも短時間で光軸調整を達成できる光学素子の光軸調整方法を提供する。【解決手段】ＬＤモジュールと光ファイバと光結合する際に測定される光出力が最大となるように、両者間のＸＹ相対位置を調整するＸＹ調整工程（ｓ２，ｓ４，ｓ７）と、両者間のＺ相対位置を一定ピッチ毎に変えながらＸＹ相対位置の調整を行い、光出力が最大となるＺ相対位置およびＸＹ相対位置の組合せを決定するＺ調整工程（ｓ３，ｓ５）と、Ｚ調整工程で決定したＺ相対位置とＸＹ相対位置の組合せに基づいて、ＬＤモジュールが出力する光ビームの傾きを計算し、その傾きに基づいて、Ｚ相対位置を変えたときのＸＹ相対位置のずれ量を計算するＸＹ補正工程ｓ６と、ＸＹ補正工程での計算に用いたＺ相対位置とＺ相対位置に対応した光出力に基づいて、光出力が最大となるＺ相対位置を算出するＺ補正工程ｓ９とを含む。【選択図】図２
2015152786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光学素子と第２光学素子との光軸調整方法であって、
第１光学素子の光軸に対して垂直なＸＹ平面上で、第２光学素子と光結合する際に測定される光出力が最大となるように、第１光学素子と第２光学素子と間のＸＹ相対位置を調整するＸＹ調整工程と、
第１光学素子の光軸と平行なＺ方向に沿って第１光学素子と第２光学素子と間のＺ相対位置を一定ピッチ毎に変えながらＸＹ相対位置の調整を行い、光出力が最大となるＺ相対位置およびＸＹ相対位置の組合せを決定するＺ調整工程と、
前記Ｚ調整工程で決定したＺ相対位置およびＸＹ相対位置の組合せに基づいて、第１光学素子が出力する光ビームの傾きを計算し、得られた光ビームの傾きに基づいて、Ｚ相対位置を変えたときのＸＹ相対位置のずれ量を計算するＸＹ補正工程と、
前記ＸＹ補正工程での計算に用いたＺ相対位置および該Ｚ相対位置に対応した光出力に基づいて、光出力が最大となるＺ相対位置を算出するＺ補正工程と、を含むことを特徴とする光軸調整方法。
【請求項２】
前記Ｚ補正工程において、近似式として２次曲線を用いることを特徴とする請求項１記載の光軸調整方法。
【請求項３】
前記ＸＹ調整工程において、ＸＹ相対位置を一定ピッチで変える毎にＺ相対位置も変化させて複数のＺ平面に関する光出力を計測することを特徴とする請求項１記載の光軸調整方法。
【請求項４】
前記第１光学素子は、レーザダイオードを含む送信モジュールであり、
前記第２光学素子は、光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光軸調整方法。
【請求項５】
前記第１光学素子は、光ファイバであり、
前記第２光学素子は、フォトダイオードを含む受信モジュールであることを特徴とする請求項１記載の光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの光学素子、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）と光ファイバ、または光ファイバとＰＤ（フォトダイオード）などの光軸調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信用のＬＤ素子は、通常、レンズを介して光を伝送するための光ファイバと光結合される。この光結合時の光出力が所定の仕様を満足するためには、ＬＤ素子、レンズ、光ファイバの光軸が整列するようにそれぞれ位置決めする必要がある。同様に、光を伝送する光ファイバは、通常、レンズを介して光通信用のＰＤ素子と光結合される。この光結合時の光出力が所定の仕様を満足するためには、光ファイバ、レンズ、ＰＤ素子の光軸が整列するようにそれぞれ位置決めする必要がある。
【０００３】
下記特許文献１では、ＸＹ平面上での光軸調整において、光ファイバのＸＹ方向の移動ステップ量毎に工程を分け、サーチ範囲を徐々に絞り込むことで、広範囲での光軸調整を短時間で達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１１２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＬＤから出射される光の進行方向は、光ファイバの位置を調整するＺ軸に対して必ずしも角度が一致しない。そのため、Ｚ方向に光ファイバ位置を移動させ、ＸＹ平面上で光軸調整を行う際、光出力が最大となるＸＹ位置は、光ファイバをＺ方向に移動させる前のＸＹ位置と一致しないため、ＸＹ平面上で光軸調整を行う際のサーチ範囲を広く確保する必要がある。
【０００６】
光通信モジュールにおけるＬＤモジュールと光ファイバの光軸調整に要する時間は、可能な限り短いことが望ましい。ＬＤモジュールの光軸方向に垂直な平面（ＸＹ平面）上における光軸調整方法は、特許文献１で検討されており、光軸調整時間の短縮がなされている。しかし、光軸方向（Ｚ方向）にも光ファイバを最適位置に調整するためには、Ｚ方向に光ファイバを移動させ、各ＸＹ平面にて光ファイバの最適位置を求めた上で、光ファイバを通して測定される光出力が最大となる光ファイバのＺ位置を求める必要があり、Ｚ方向を含めた光軸調整には、長い調整時間を要するという課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、光の進行方向と位置調整方向とが正確に一致しない場合でも短時間で光軸調整を達成できる光学素子の光軸調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、第１光学素子と第２光学素子との光軸調整方法であって、
第１光学素子の光軸に対して垂直なＸＹ平面上で、第２光学素子と光結合する際に測定される光出力が最大となるように、第１光学素子と第２光学素子と間のＸＹ相対位置を調整するＸＹ調整工程と、
第１光学素子の光軸と平行なＺ方向に沿って第１光学素子と第２光学素子と間のＺ相対位置を一定ピッチ毎に変えながらＸＹ相対位置の調整を行い、光出力が最大となるＺ相対位置およびＸＹ相対位置の組合せを決定するＺ調整工程と、
前記Ｚ調整工程で決定したＺ相対位置およびＸＹ相対位置の組合せに基づいて、第１光学素子が出力する光ビームの傾きを計算し、得られた光ビームの傾きに基づいて、Ｚ相対位置を変えたときのＸＹ相対位置のずれ量を計算するＸＹ補正工程と、
前記ＸＹ補正工程での計算に用いたＺ相対位置および該Ｚ相対位置に対応した光出力に基づいて、光出力が最大となるＺ相対位置を算出するＺ補正工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光出力が最大となるＺ相対位置およびＸＹ相対位置の組合せを決定し、これらの組合せに基づいて第１光学素子が出力する光ビームの傾きを計算し、Ｚ相対位置を変えたときのＸＹ相対位置のずれ量を計算することによって、光の進行方向と位置調整方向とが正確に一致しない場合でも短時間で光軸調整を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る光軸調整装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る光軸調整方法の一例を示すフロー図である。
【図３】光ファイバのＺ位置と光出力との関係を示すグラフである。
【図４】光ファイバのＺ位置と光出力との関係の近似式を示すグラフである。
【図５】実施の形態２に係る光軸調整の手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る光軸調整装置の一例を示す構成図である。光軸調整装置は、ＬＤ（レーザダイオード）およびレンズを内蔵したＬＤモジュール１の光軸と光ファイバ２の光軸が整列するように両者間の相対位置を調整する機能を有し、一例として、ＸＹステージ３、Ｚステージ４、制御ＰＣ（コンピュータ）５などを備える。光軸調整が完了すると、光ファイバ２は、溶接、接着などを用いてＬＤモジュール１に対して固定する。ここで理解容易のため、光軸と平行な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して垂直な方向（紙面平行）をＸ方向とし、Ｚ方向およびＸ方向に対して垂直な方向（紙面垂直）をＹ方向とする。
【００１２】
ＸＹステージ３は、ＬＤモジュール１を保持する可動部と、可動部をＸＹ方向に変位可能に支持する固定部と、制御ＰＣ５からの信号に基づいて可動部をＸＹ方向に位置決めする駆動部などを備える。
【００１３】
Ｚステージ４は、光ファイバ２を保持する可動部と、可動部をＺ方向に変位可能に支持する固定部と、制御ＰＣ５からの信号に基づいて可動部をＺ方向に位置決めする駆動部などを備える。
【００１４】
制御ＰＣ５には、光ファイバ２の光出力を計測するためのパワーメータ（不図示）と、ＸＹステージ３およびＺステージ４の各駆動部を制御するコントローラ（不図示）などが接続されている。
【００１５】
ここでは、ＬＤモジュール１をＸＹステージ３に搭載し、光ファイバ２をＺステージ４に搭載した構成について例示するが、両者間のＸＹＺ相対位置が調整可能な構成であればよく、例えば、ＬＤモジュールをＺステージに搭載し、光ファイバをＸＹステージに搭載した構成でもよく、あるいはＬＤモジュールおよび光ファイバのいずれか一方をＸＹＺステージに搭載し、他方を固定ステージに搭載した構成でもよい。
【００１６】
図２は、本発明に係る光軸調整方法の一例を示すフロー図である。本発明では、ＬＤモジュール１が出力する光ビームと、位置調整方向であるＺ方向（光軸）とが正確に一致しておらず、光ビームがＺ方向に対して僅かに傾斜している場合であっても、短時間で光軸調整を達成できることを狙いとする。ここで光軸調整とは、光ファイバ２の光出力が最大または規定値以上になるように、ＬＤモジュール１と光ファイバ２との間の相対位置を決定することである。
【００１７】
この場合、光ファイバ２のＺ位置を最適な位置に調整するためには、光ファイバ２のＺ位置を変えて、ＬＤモジュール１をＸＹ面上で最適な位置に調整する必要がある。ここで、ＬＤモジュール１からの光ビームは光軸に対して傾きを持っているため、光ファイバ２のＺ位置を変えた場合に、ＸＹ方向にＬＤモジュール１の最適位置がずれてしまい、即ち、ＬＤモジュール１と光ファイバ２との間で光軸ずれが生じてしまう問題がある。特許文献１では、上述のような光軸ずれが生じるため、光ファイバのＺ位置を変えた後のＸＹ調整工程において、１ピッチ１０μｍで、ＸＹそれぞれ１０ピッチ分、即ち１００μｍの範囲を再サーチしており、その結果、光軸調整時間が長くなる原因となっている。
【００１８】
次に、図２を参照しつつ本実施形態による光軸調整方法を説明する。
【００１９】
［初期設定］
まず初期設定（ステップｓ１）において、光軸調整装置内にＬＤモジュール１および光ファイバ２を装着した後、必要に応じて両者の基準面が互いに平行になるように面合せを実施する。なお、ＬＤモジュール１と光ファイバ２の面合せを行う場合、通常、光ファイバ２側またはＬＤモジュール１側にゴニオステージなどの面合せ機構（不図示）が設けられる。続いて、ＬＤモジュール１を初期のＸＹ位置に設定し、光ファイバ２を初期のＺ位置に設定する。
【００２０】
［ＸＹ調整工程］
ＸＹ調整工程（ステップｓ２，ｓ４，ｓ７）では、初期設定において設定した光ファイバ２のＺ位置にて、ＬＤモジュール１をＸＹ方向に移動し、光ファイバ２を介して測定される光出力が最大となるようにＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整し、最適位置に調整されたＬＤモジュール１のＸＹ位置を記憶する。
【００２１】
なお、ＸＹ平面上での光軸調整方法に関しては、ＬＤモジュール１をＸＹ方向に一定量ずつステップ送りしながら光出力を測定する。ＬＤモジュール１の走査方式については渦巻きスキャン、ラスタースキャンなどが一般的に知られており、本実施形態のＸＹ調整工程においても渦巻きスキャンまたはラスタースキャンが使用できる。
【００２２】
［Ｚ調整工程］
Ｚ調整工程（ステップｓ３，ｓ５）では、光ファイバ２をＺ方向に移動させた後、再度、光出力が最大となる最適位置になるようにＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整し、このときのＬＤモジュール１のＸＹ位置を記憶する。なお、光ファイバ２をＺ方向に移動させる場合、ＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きによって、光ファイバ２のＺ位置を変える度に、ＬＤモジュール１の最適なＸＹ位置が異なることになる。このため、ＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整する際、サーチ範囲を広く確保しなければならない。
【００２３】
［ＸＹ補正工程］
ＸＹ補正工程（ステップｓ６）では、光ファイバ２をＺ方向に移動させたとき、ＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きによって生じる光ファイバ２に対するＬＤモジュール１のＸＹ方向のずれ量を計算する。具体的には、前述のＸＹ調整工程にて記憶したＬＤモジュール１のＸＹ位置と、前述のＺ調整工程において光ファイバ２のＺ位置を変えて再度ＸＹ調整を行ったときに記憶したＬＤモジュール１のＸＹ位置と、光ファイバ２のＺ移動量とに基づいて、Ｚ方向を基準としてＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きを計算する。これは、ＸＹＺ座標空間において一定距離隔てた２つのＸＹ面と斜めに交差する直線の方程式を計算することに相当する。
【００２４】
こうして得られた光ビームの傾きに基づいて、次に光ファイバ２をＺ方向に移動させたときに生じる光ファイバ２に対するＬＤモジュール１のＸＹ方向のずれ量を予想することが可能になり、光ファイバ２のＺ方向の移動時に併せてＬＤモジュール１のＸＹ位置を最適な位置に補正できる。その結果、光ファイバ２をＺ方向に移動させて、ＬＤモジュール１のＸＹ位置を再調整する場合でも、ＸＹ方向のサーチ範囲を削減できるため、光軸調整に要する時間を短縮することができる。但し、ＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きを計算するために、少なくとも２回分のＸＹ調整工程を、ビーム傾きによる光軸ずれ量の補正を行わずに実施する必要がある。
【００２５】
図２では、ＸＹ調整工程を３回、Ｚ調整工程を２回、ＸＹ補正工程を１回行う場合を例示しているが、これらの回数は必要に応じて増減することが可能である。
【００２６】
図２のステップｓ８では、現在の光ファイバ２のＺ位置において光出力がピークであるか否かを判定する。光出力がピークでない場合は、ステップｓ５に戻ってＺ調整工程、ＸＹ補正工程、ＸＹ調整工程を所望の回数繰り返す。光出力がピークである場合は、次のステップｓ９に移行する。
【００２７】
［Ｚ補正工程］
次にＺ補正工程（ステップｓ９）について説明する。上述したＸＹ調整工程、Ｚ調整工程、ＸＹ補正工程では、光ファイバ２の最適位置を決定するにあたり、光ファイバ２のＺ方向のサーチ範囲は、ＸＹ方向にＬＤモジュール１の位置を調整する場合よりも広くなるのが一般的である。このため、光ファイバ２のＺ位置を調整する場合、ＬＤモジュール１のＸＹ位置調整も合わせて実施する必要があるため、光軸調整に要する時間が長くなってしまう。
【００２８】
その対策として、光ファイバ２のＺ移動量を大きくし、サーチするＸＹ平面の数を減らすことで、光軸調整時間を短縮することができる。しかし、光ファイバ２のＺ位置を求める精度が悪くなってしまい、求めた光ファイバ２のＺ位置が最適位置になるとは限らない。そこで、一度求めた光ファイバ２のＺ位置から最適な光ファイバ２のＺ位置を計算により求め、光ファイバ２のＺ位置を補正するＺ補正工程を行うことによって、光軸調整に要する時間を短縮することができる。
【００２９】
図３は、光ファイバ２のＺ位置と光出力との関係を示すグラフである。Ｚ補正工程前のＸＹ調整工程、Ｚ調整工程、ＸＹ補正工程において最適位置を取得したときの光ファイバ２のＺ位置を、図３に示すようにＺ２とし、そのときの光出力Ｐ２をプロットする。また、位置Ｚ２の前後において同様な工程で最適位置を取得したときの光ファイバ２のＺ位置をそれぞれＺ１，Ｚ３とし、そのときの光出力Ｐ１，Ｐ３をプロットする。
【００３０】
次に、光ファイバ２のＺ位置と光出力の関係を算出するために、近似式として２次曲線Ｐ＝ａ×Ｚ２＋ｂ×Ｚ＋ｃを用いて、これらの座標（Ｚ１，Ｐ１）、（Ｚ２，Ｐ２）、（Ｚ３，Ｐ３）から２次曲線の関係式を求める。なお、２次曲線を決定するには３つの座標で足りるが、４つ以上の座標を用いて最小自乗法を適用することも可能である。
【００３１】
図４は、光ファイバ２のＺ位置と光出力との関係の近似式を示すグラフである。こうして求めた２次曲線から、その頂点の座標（Ｚ４，Ｐ４）を容易に求めることができる。
【００３２】
次に、得られた位置Ｚ４に光ファイバ２を移動させ、再度ＸＹ調整工程を実施する（ステップｓ１０）。これにより、光出力が最大値Ｐ４を示すＬＤモジュール１のＸＹ位置および光ファイバ２のＺ位置が求まり、それぞれ最適位置に調整することができる。こうして光軸調整が完了した後、光ファイバ２は、溶接、接着などを用いてＬＤモジュール１に対して固定する。
【００３３】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る光軸調整の手順を示す説明図である。本実施形態では、実施の形態１で説明したＬＤモジュール１と光ファイバ２の光軸調整方法におけるＸＹ補正工程（ステップｓ６）について、実施の形態１との差異を主に説明する。その他の工程については実施の形態１と同様であるため、重複説明を省略する。
【００３４】
実施の形態１のＸＹ補正工程では、光ファイバ２のＺ位置を変えて、ＬＤモジュール１のＸＹ位置を最適位置に調整し、得られたＸＹＺ位置からＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きを計算し、光ファイバ２のＺ位置を変えたときに、求めたビーム傾きからＬＤモジュール１のＸＹ位置を補正している。従って、光ファイバ２のＺ位置を一定に保ったまま、ＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整している。
【００３５】
これに対して本実施形態では、ＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整する際に、同時に光ファイバ２のＺ位置も移動させ、ＸＹ調整時にＬＤモジュール１の出力光のビーム傾きを求めるものである。
【００３６】
具体的には、図５を用いて説明する。図５は、ＸＹ調整工程においてＬＤモジュール１に対する光ファイバ２の相対位置の変化を示しており、ＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整する工程で、ＬＤモジュール１のＸＹ位置をそれぞれ一定量だけステップ送りし、途中の静止ごとに光出力を計測している。このとき、例えば、ＬＤモジュール１を、Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２の順にＸ方向にステップ送りする場合、光ファイバ２のＺ位置も同時に、図５中のＺａからＺｂにステップ送りし、静止ごとに光出力を計測する。さらに、次のＬＤモジュール１のＸ位置をステップ送りする際に、光ファイバ２のＺ位置をＺｂからＺａへと元のＺ位置に戻す。即ち、ＬＤモジュール１のＸ位置を移動させながら、光ファイバ２のＺ位置をＺａ，Ｚｂの２点間で交互に動かしながら光出力を計測することで、ＸＹ調整工程において２つのＺ平面上での光出力を計測できる。
【００３７】
こうして求めたＺａ，Ｚｂの２つのＺ平面におけるＬＤモジュール１のＸＹ位置と光ファイバ２のＺ移動量、即ち、光ファイバ２を２点間で交互に動かす時のステップ量であるＺａとＺｂの差分から、ＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きを求めることができる。
【００３８】
実施の形態１においては、ＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きを求めるために、少なくとも２回のＸＹ調整工程を光ファイバ２のＺ位置を変えて実施する必要があり、ＸＹ補正工程によるＸＹ調整工程でのサーチ範囲削減の効果が出るのは、３回目のＸＹ調整工程以降であった。これに対して本実施形態に係る方式を用いた場合、１回のＸＹ調整工程にてビーム傾きを求めることができるため、実施の形態１よりも光軸調整に要する時間を短縮することができる。
【００３９】
次に、実施の形態１に記載したＺ調整工程およびＸＹ補正工程と同様に、光ファイバ２をＺ方向に移動させ、再度ＬＤモジュール１のＸＹ位置を調整する（ステップｓ５，ｓ６）。このとき、前述のようにして求めたＬＤモジュール１が出力する光ビームの傾きより求まるＬＤモジュール１のＸＹ位置の補正量分だけＬＤモジュール１を移動させておく。ここで、光ファイバ２をＺ方向に移動させる量は、前記のＸＹ調整工程内で移動させた光ファイバ２のＺ位置の移動ステップ量と同じにする必要はない。
【００４０】
以上により求めた３つの光ファイバ２のＺ位置から、実施の形態１に記載したＺ補正工程と同様に、光ファイバ２のＺ位置と光出力の関係を２次曲線で近似し、２次曲線の頂点を算出することで、光出力が最大となる光ファイバ２のＺ位置を決定できる（ステップｓ９）。
【００４１】
各実施形態において、ＬＤ（レーザダイオード）およびレンズを内蔵した送信モジュールと、光ファイバとの間の光軸調整を行う場合について説明したが、本発明は、光ファイバと、ＰＤ（フォトダイオード）およびレンズを内蔵した受信モジュールとの間の光軸調整についても同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＬＤモジュール、  ２  光ファイバ、  ３  ＸＹステージ、  ４  Ｚステージ、
５  制御ＰＣ。
【図１】
2015152786.tif 000003
【図２】
2015152786.tif 000004
【図３】
2015152786.tif 000005
【図４】
2015152786.tif 000006
【図５】
2015152786.tif 000007