(57)【要約】【課題】光学素子を取付け、整合させかつセッティング（すなわち剛的固定）するための迅速かつ正確な方法を提供すること。【解決手段】ピボットを光学素子に固定して、光学組立体を形成する段階と、該光学組立体を光学ベンチに取付ける段階と、光学組立体を所定位置に対して整合させる段階と、光学組立体を光学ベンチに固定する段階とを有することを特徴とする光学ベンチへの光学素子の固定方法。【選択図】図２
2008532077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピボットを光学素子に固定して、光学組立体を形成する段階と、
該光学組立体を光学ベンチに取付ける段階と、
光学組立体を所定位置に対して整合させる段階と、
光学組立体を光学ベンチに固定する段階とを有することを特徴とする光学ベンチへの光学素子の固定方法。
【請求項２】
ピボットを光学素子に固定する前記段階が、
ピボットと光学素子との間に接着剤を塗布する段階と、
接着剤を硬化させて、ピボットを光学素子に剛的固定する段階とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項３】
ピボットを光学素子に固定する前記段階が、ピボットを光学素子にウェルディングして、ピボットを光学素子に剛的固定する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項４】
ピボットを光学素子に固定する前記段階が、ピボットを光学素子にソルダリングして、ピボットを光学素子に剛的固定する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項５】
前記整合段階は手作業で行われることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項６】
光学組立体を光学ベンチに固定する前記段階が、
光学組立体と光学ベンチとの間に接着剤を塗布する段階と、
接着剤を硬化させて光学組立体を光学ベンチに剛的固定する段階とを含むことを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項７】
光学組立体を光学ベンチに固定する前記段階が、レーザソルダリングを用いて光学組立体を光学ベンチに剛的固定することを含むことを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項８】
光学組立体を光学ベンチに固定する前記段階が、レーザウェルディングを用いて光学組立体を光学ベンチに剛的固定することを含むことを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項９】
前記ピボットは、Ultra Low Expansion (ＵＬＥ)ガラス、Zerodourまたは融解シリカで作られていることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項１０】
前記光学素子はエタロンであることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項１１】
前記光学素子は、Ultra Low Expansion (ＵＬＥ)ガラス、Zerodourまたは融解シリカであることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項１２】
前記光学素子は光学コンポーネントであることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項１３】
前記ピボットは一方の面が実質的に平らでありかつ他方の面が実質的に球形であることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【請求項１４】
前記光学ベンチはピボットを受入れることができることを特徴とする請求項１記載の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、光源を指向させる方法に関し、より詳しくは、光源により照射される光学素子をセッティングする方法に関する。
（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年２月２５日付米国仮特許出願第６０／６５６，５６３号の優先権の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の全体の本旨は本願に援用する。
【背景技術】
【０００２】
波長は、しばしば、放射ビームが通る波長選択フィルタ素子により調節され、調節される波長は、光軸に対するフィルタ素子の傾斜角に基いて定められる。この種の一般的なフィルタ素子としてファブリー・ペローエタロンがある。ファブリー・ペローエタロンは共振器キャビティを有し、該共振器キャビティは、例えば高反射率ミラー等の高反射率素子と、キャビティ内に配置された能動媒質（active medium）すなわち利得媒質とにより形成される。透過される放射ビームの波長は、光軸に対してエタロンを入念に傾斜させることにより調節され、この場合、レーザの光スペクトルは、利得媒質が光利得を生じるスペクトル領域により制限される。エタロンが最大透過性を有する波長（λ）は、エタロンに垂直な面の、光軸に対する角度（α）である。傾動は、一般に、手動またはモータ駆動形傾動装置により行われ、この場合、エタロンは傾動可能または回転可能なテーブル上に取付けられている。残念なことに、上記場合には、テーブルが固定されるまでにエタロンが移動してしまうこと、および複雑さおよびコストのためにモータ精度が制限されることから、所要精度が得られない。また、エタロンのようなフィルタの調節は、フィルタの製造から生じる不完全性および他の制限を矯正する必要がある。この調節の必要性は、エタロンだけでなく、取付けられ、整合されかつセッティングする必要があるあらゆる種類の光学素子についてもいえることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、光学素子を取付け、整合させかつセッティング（すなわち剛的固定）するための迅速かつ正確な方法を提供することにより、上記問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
より詳しくは、本発明によれば、光学エタロンの波長の調節は、迅速、容易かつ高精度で行われる。本発明は、複雑でコストの嵩む駆動装置を必要とすることなく、小さい独立的かつ増分的調節、一定の熱流および熱放散、および能動整合およびチューニングを可能にする。好ましい実施形態では、本発明は、光学素子の表面に取付けられる、Ultra Low Expansion (ＵＬＥ)（Corning Inc.社の商標）ガラス、Zerodour（Schott AG社の商標）または融解シリカ材料で作られたピボットを使用している。このピボットは、光学素子に取付けられる１つの面が実質的に平らであり、光学ベンチ（ピボットを受入れることができる光学トレーンであり、実質的に平らまたは球形である）に取付けられる他の面は実質的に球形である。この場合、光学素子およびピボットがこれらの適当位置に配置されると、ピボットと光学素子との間の領域に好ましくはエポキシ材料等の接着剤が塗布され、次に、光源（一般に紫外線（ＵＶ）を使用）を用いて照射することにより接着剤を硬化させて、ピボットおよび光学素子を最適位置に一体にセッティング（すなわち剛的固定）する（本明細書では、ピボットおよび光学素子を「光学組立体」とも呼ぶ）。ピボットおよび光学素子を最適位置に一体にセッティング（すなわち剛的固定）するのに、レーザソルダリングまたはレーザウェルディングを用いることもできる。
【０００５】
接着剤は、ピボットおよび光学素子（光学組立体）が光学ベンチ上で整合されかつ取付けられる前に、ピボットと光学ベンチとの間に塗布しておくのが好ましい。光学ベンチ上で光学組立体を整合させることにより最適位置が得られたならば、光学組立体は、（一般にＵＶ光の光源で照射することにより）光学ベンチと光学組立体との間の接着剤を硬化させることにより、光学ベンチにセッティング（すなわち剛的固定）するのが好ましい。光学組立体を光学ベンチ上の最適位置にセッティング（すなわち剛的固定）するのに、レーザソルダリングまたはレーザウェルディングを使用することもできる。
【０００６】
光学素子は、好ましい実施形態ではファブリー・ペローエタロンであるが、本発明はファブリー・ペローエタロンに限定されないことを理解すべきである。また、本発明は、このような調節が高分解能、高精度および反復可能性を要求すると同時に低コストおよび簡単さを要求する他の装置にも使用できる。本発明の他の特徴は、好ましい実施形態の詳細な説明に関連して後述する。
【０００７】
他の態様では、本発明は、ピボットを光学素子に固定して、光学組立体を形成する段階と、該光学組立体を光学ベンチに取付ける段階と、光学組立体を所定位置に対して整合させる段階と、光学組立体を光学ベンチに固定する段階とを有する、光学ベンチへの光学素子の固定方法を提供する。他の態様では、ピボットを光学素子に固定する前記段階が、ピボットと光学素子との間に接着剤を塗布する段階と、接着剤を硬化させて、ピボットを光学素子に剛的固定する段階とを含んでいる。
【０００８】
他の態様では、ピボットを光学素子に固定する前記段階が、ピボットを光学素子にウェルディングして、ピボットを光学素子に剛的固定する段階を含んでおり、更に別の態様では、ピボットを光学素子に固定する前記段階が、ピボットを光学素子にソルダリングして、ピボットを光学素子に剛的固定する段階を含んでいる。
【０００９】
他の態様では、前記整合段階は手作業で行われる。更に別の態様では、光学組立体を光学ベンチに固定する前記段階が、光学組立体と光学ベンチとの間に接着剤を塗布する段階と、接着剤を硬化させて光学組立体を光学ベンチに剛的固定する段階とを含んでいる。他の態様では、光学組立体を光学ベンチに固定する前記段階が、レーザソルダリングを用いて光学組立体を光学ベンチに剛的固定することを含んでいる。更に別の態様では、光学組立体を光学ベンチに固定する前記段階が、レーザウェルディングを用いて光学組立体を光学ベンチに剛的固定することを含んでいる。
【００１０】
本発明の他の態様では、ピボットは、Ultra Low Expansion (ＵＬＥ)ガラス、Zerodourまたは融解シリカで作られており、他の態様では、光学素子はエタロンである。更に別の態様では、光学素子は、Ultra Low Expansion (ＵＬＥ)ガラス、Zerodourまたは融解シリカで形成されている。
更に別の態様では、光学素子は光学コンポーネントであり、他の態様では、前記ピボットは一方の面が実質的に平らでありかつ他方の面が実質的に球形である。更に別の態様では、光学ベンチはピボットを受入れることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の他の特徴および長所は、本発明の特徴を例示する添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
ここで図面を詳細に参照すると、図１には本発明の光学組立体の一例示実施形態が示されている。尚、幾つかの図面において、同一の構成要素は同一の参照番号により示されている。図示の装置は光学ベンチ組立体１０を有し、該光学ベンチ組立体１０上に光学トレーンが取付けられている。この例の光学トレーンは、レーザ１５、非球面レンズ２０、コリメーティングチューブ２５、ファラデーアイソレータ３０、ビームスプリッタ３５、毛管ファイバフェルール５０、およびファイバフェルールウェルドクリップ４５を有している。ビームスプリッタ３５は、レーザ１５から出た光の一部をビームスプリッタ６５に指向させ、ここで、ビームの一部が平凸レンズ６０およびチューブ５５に導かれる。ビームスプリッタ６５によりスプリットされた光ビームの他の部分は、１／４波長板６７によりエタロン７０内に反射される。
【００１２】
当業者には明白であろうが、光学トレーンにおける各素子の正確な配置および整合は、装置の効率的かつ正確な性能にとって重要である。装置の波長は、波長選択フィルタであるエタロン６０を用いて調節される。この形式のフィルタでは、調節される波長は、光軸に対するフィルタ素子の傾斜角に基いて定まる。
【００１３】
このような調節には、一般に、ファブリー・ペローエタロンが使用されている。エタロンは共振器キャビティを有し、該共振器キャビティは、２つの反射素子、例えばキャビティ内に配置される高反射率ミラーおよび能動媒質または利得媒質により形成される。光学装置を通って透過される放射ビームの波長は、光軸に対してエタロンを入念に傾動させることにより調節され、この場合、レーザの光スペクトルは、利得媒質が光利得を発生する範囲のスペクトル領域により制限される。エタロンが最大透過性を有する波長（λ）は、エタロンに垂直な面の、光軸に対する角度（α）の関数である。エタロンは傾動可能または回転可能なテーブル上に取付けられており、傾動は、一般に、手動によりまたはモータ駆動形傾動装置により行われる。残念なことに、エタロンまたは光学トレーンを移動すると、しばしば、フィルタの傾斜に変化が生じ、このため装置は更にチューニングする必要がある。
【００１４】
ここで、本発明の一実施形態を示す図２を参照すると、エタロン１００が示されており、該エタロン１００にはマウント１１０が取付けられている。図３および図４には、マウント１１０の更なる詳細が示されている。マウント１１０は、エタロン１００の底面に当接するように構成された平面を有している。マウント１１０の反対側１２５は、凸面状に形成されている。凸面１２５は、光学ベンチ１０（図１）の表面上に設けられた凹状レシーバ（図示せず）により受入れられるように構成されている。当業者には明白であろうが、装置により透過される放射ビームの波長のチューニングができるように、マウント１１０の凸面１２５と凹状レシーバとは協働してエタロン１００を傾動可能にする。
【００１５】
より一般的にいえば、本願に例示された調節可能な光学素子は、例えば、空気ギャップまたは固体エタロンおよびピボット等の光学素子からなる。光学素子およびピボットは、一般に、例えばUltra Low Expansion（ＵＬＥ：超低膨張）ガラス、Zerodourまたは融解シリカ等の構造的に相容性のある材料で作られる。光学素子は任意の寸法をもつコンポーネントであり、マウント１１０で図示されたピボットは、一方の面が実質的に平らでありかつ他方の面が実質的に球形である。各面は、実質的に平らな面または球形の面の長さと比較して、実質的に小さい距離だけ他面から分離されている。材料の相容性は、温度変化により光学素子に生じる可能性のあるあらゆる応力を最小にするのに望まれる。同様な特性をもつ相容性材料はまた、熱の放散および伝達を補助する。
【００１６】
光学素子およびピボットが一体に取付けられるとき、光学素子をピボットに剛的に固定するには、低ガス放出照射硬化形接着剤（low outgasing irradiation cured bonding agent：例えばNorland 81エポキシ）を使用するのが好ましい。或いは、接着剤の代わりに、レーザウェルディングまたはレーザソルダリングを使用することもできる。レーザウェルディングまたはレーザソルダリングを使用する場合には、光学素子およびピボットの接合点領域を金属化しなければならない。この場合、金属デポジションは金（Ａｕ）が望ましいが、均等物を使用することもできる。光学組立体の構造は光学的に接触されるものであるため、光学組立体の取扱い時には、整合および構造を乱さないように注意しなければならない。なぜならば、整合および構造を乱すと、光学組立体の性能に影響を与えるからである。
【００１７】
次に、適正波長の透過を確保すべく光学組立体を整合させる本発明の方法について以下に説明する。光学ベンチ上で最終整合を試みる前に、一般に、光モジュールハウジング７２（図１）の外部で光学組立体の粗整合を行う。光学素子がエタロンである場合には、図１に示したレーザ１５のようなレーザダイオードが、該レーザダイオードを駆動する電流を、関数発生器を用いて変調することにより変調される。この変調は例えば２０Ｈｚランプ波関数であり、ピークピーク振幅は、少なくとも６０ｍＡピークピーク変調ができるように調節されるべきである。光学素子の透過ピークを見出すのに、ＤＣ制御を使用することもできる。
【００１８】
衝突光ビームの中心に対する光学素子の中心の予整合は、例えば約３ｍｍの直径をもつ大面積ＩｎＧａＡｓフォトダイオードを光学素子の後方に配置することにより達成される。ビームをフォトダイオードにとってより良い位置に操縦するのに、直角ミラーを使用することもできる。光学トレーンに１／４波長板および偏極ビームスプリッタ（polarized beam splitter：ＰＢＳ）が配置されている場合には、該ＰＢＳとレシーバレンズとの間にピンホールを使用して光学素子を予整合させることができる。ひとたび予整合が首尾良く完了したならば、ピンホールを除去することができる。
【００１９】
光学トレーンの透過出力パターンはオシロスコープでモニタリングされ、光学組立体のＸ−Ｙ方向の角度は、透過ピークのピーク高を最大化しかつ整合を最適化すべく調節される。透過ピークを最大化するには、Ｘ−Ｙオフセットも調節されなくてはならない。ひとたび所望の整合が得られたならば、光学組立体は所定位置にセッティング（すなわち剛的固定）される準備が整ったことになる。換言すれば、ひとたび所望の整合が達成されたならば、光学組立体は、一般に並進ステージ・グラバ（translation stage and grabber）を用いてハウジング７２内に移動される。
【００２０】
光学組立体は、アップアンドダウンマイクロメータを用いて光学ベンチの頂面上に置かれ、光学組立体が光学ベンチ上に置かれて完全に停止されるまで、光学ベンチまで下降される。所望の整合は容易に達成されるべきである。なぜならば、光学素子の角度は予整合処置時にほぼ正確に定められているからである。ひとたび所望の透過ピークが観察されたならば、ミラーは、約４５°の角度で、光学ベンチ１０上のレシーバレンズ孔と、ハウジング７２上のレシーバ孔との間に挿入される。ビームを位置決めするため、フォトダイオードが挿入され、また出力を最大化するためｘ−ｙ−ｚ並進ステージが使用される。検出器は、反射の瞬間的検出（dip detection）を可能にする充分な速度をもたなくてはならない。
【００２１】
光学素子の効率は、オシロスコープ上のＬ−Ｉ曲線から強度ドロップを観察しかつ効率を計算することにより決定される。エタロンを使用する場合には、一般に、最低でも約４０％のカップリング効率が必要とされる。ひとたび満足できる効率が得られたならば、並進ステーションを備えた光学組立体が光学ベンチから持上げられ、何らかの接着剤が、ピボット換言すればマウント１１０と、光学ベンチの凹状レシーバとの間に塗布される。次に光学組立体が光学ベンチ上に下降され、これによりマウント１１０が光学ベンチの凹状レシーバに接触される。レシーバの表面は、マウント１１０の凸面を受入れるべく実質的に球凹状であるのが好ましいが、実質的に平面にすることもできることを理解すべきである。
【００２２】
マイクロメータ内のエタロン７０の位置をファインチューニングして、所望の波長および出力を発生させるべく、オシロスコープ上での全ての信号の最終チェックが行われる。ひとたび所望の結果が得られたならば、光学組立体は、マウント１１０とレシーバとの間に予め塗布されたＵＶ感応接着剤に、ＵＶ光を、好ましくは約８分間または接着剤の製造業者の推奨時間だけ照射することにより、光学ベンチに硬化（すなわち剛的固定）される。接着剤の代わりに、レーザウェルディングまたはレーザソルダリングを使用できる。レーザウェルディングまたはレーザソルダリングが使用される場合には、マウント１１０および光学ベンチは、接合点領域が金属化されなくてはならない。この場合、金属デポジションは金（Ａｕ）が好ましいが、均等物を使用することもできる。
【００２３】
以上、本発明を或る特定実施形態について説明したが、当業者ならば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく種々の変更を困難なく考え得るであろう。例えば、本発明は、光学素子のセッティングに関連する特定コンポーネンツを説明したが、当業者ならば、いずれかのコンポーネンツを特定要素または別の要素と組合せることを考えることができよう。かくして、本発明の実施形態は、あらゆる点において例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は、上記説明によって定められるべきではなく、特許請求の範囲の記載によって定められるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態が組込まれた光学装置の種々の光学素子を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による調節可能なマウントを備えた光学素子を示す斜視図である。
【図３】図２のマウントの実施形態を示す側面図である。
【図４】図２のマウントの実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  光学ベンチ組立体
１５  レーザ
ファラデーアイソレータ
６５  ビームスプリッタ
６７  １／４波長板
７０、１００  エタロン
７２  光モジュールハウジング
１１０  マウント
１２０  平面
１２５  凸面
【図１】
2008532077.tif 000003
【図２】
2008532077.tif 000004
【図３】
2008532077.tif 000005
【図４】
2008532077.tif 000006
【国際調査報告】
2008532077.tif 000007