(57)【要約】【課題】光軸調芯を非接触で高精度に行うことのできる光デバイスの光軸調芯方法及び装置を提供する。【解決手段】光ファイバ１と光デバイス２とを、一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めする光デバイスの光軸調芯方法において、光ファイバ１と光デバイス２を接合した後に、光ファイバ１や光デバイス２に直接レーザ光４を照射するか若しくはそれらを被覆するキャピラリー９，１０にレーザ光４を照射して熱歪みを発生させ、冷却した後に残留する塑性変形量を利用して光ファイバ１と光デバイス２の相対位置を変化させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバとこれに接合される光デバイスとを、一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めする光デバイスの光軸調芯方法において、光ファイバや光デバイスに直接レーザ光を照射するか若しくはそれらを被覆するキャピラリーにレーザ光を照射して熱歪みを発生させ、冷却した後に残留する塑性変形量を利用して光ファイバと光デバイスの相対位置を変化させることを特徴とする光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項２】
前記レーザ光の照射を、光ファイバと光デバイスの接合後に行うことを特徴とする請求項１記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項３】
光ファイバと光デバイスを接合する際に生じる相対位置の変化方向を、接合後にレーザ光を照射して相対位置を変化させる方向と一致させることを特徴とする請求項２記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項４】
レーザ光を、光ファイバや光デバイス又はこれらを被覆するキャピラリーに線状に照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項５】
レーザ光を照射する際に、線状を成す照射部分の各箇所で焦点を結ぶようにレーザ光の焦点位置を制御することを特徴とした請求項４記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項６】
レーザ光の焦点位置を固定し、光ファイバや光デバイス又はこれらを被覆するキャピラリーを回転させることで線状に照射することを特徴とする請求項４記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項７】
レーザ光の照射範囲を制御することを特徴とする請求項４〜６のいずれか記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項８】
レーザ光を、光ファイバや光デバイス又はこれらを被覆するキャピラリーの複数箇所にスポット状に照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項９】
光ファイバや光デバイス又はこれらを被覆するキャピラリーにレーザ光の吸収率向上用のコーティング剤を塗布することを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項１０】
レーザ光照射用の座標系を設定し、該座標系の異なる座標上にレーザ光を複数回照射することを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項１１】
レーザ光の照射による光軸調芯を、不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の光デバイスの光軸調芯方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の光デバイスの光軸調芯方法により光軸調芯を行う為の装置であって、レーザ光の発振手段と、レーザ光の掃引手段と、内部に光ファイバと光デバイスとを配置する不活性ガス雰囲気のチャンバーとを具備することを特徴とする光デバイスの光軸調芯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと光デバイスとの接続に際して、光軸調芯を非接触で高精度に行う為の方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ１，１同士を接合させる場合、接合する端面同士の光軸を調整してサブミクロン以下の精度で一致させなくてはならない。光軸のずれには図１１（ａ）に示すＸ、Ｙ座標の位置ずれと、図１１（ｂ）に示すθＸ、θＹ、θＺ座標の角度ずれと、図１１（ｃ）に示すＺ座標の間隔ずれがあり、これらの光軸のずれを調整して一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めする技術を光軸調芯という。なお、上記のような光軸調芯は、光ファイバ１，１同士の接合に限らず光素子（光導波路、光スイッチ、レンズ、受光素子や発光素子の各チップ等）と光ファイバ１との接合においても行うものである。以下、光素子と光ファイバをまとめて光デバイス２とする。
【０００３】
図１２（ａ）、（ｂ）には、上記光デバイス２として例えばコリメータレンズ３を用い、これを光ファイバ１と接合させる従来の方法を示している。コリメータレンズ３及び光ファイバ１はともに筒状のキャピラリー９，１０で被覆しており、例えば光ファイバ１を被覆するキャピラリー１０を動かすことで光軸調芯を行うことができる。そして、光軸調芯を完了した後にコリメータレンズ３側のキャピラリー９と光ファイバ１側のキャピラリー１０とを接合させるものであった。
【０００４】
前記の光軸調芯方法として更に具体的には、モータを用いたステージを利用して光ファイバ１の先端を移動させる光軸調芯方法が特開２００１−８３３７９号公報をはじめとして数多く提案されている。また、前記の接合方法として更に具体的には、図１２（ｂ）に示すようなレーザ光４を照射してレーザ溶接で固着させる方法が特開平７−３２５２３５号公報に提案されており、他にもシール材を用いてＵＶ硬化させることで固着させる方法等が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような従来の光軸調芯方法においては、光軸調芯を行った後に光デバイス２と光ファイバ１を接合させるため、接合時に位置ずれや角度ずれを生じた場合には光軸がずれて損失が増大してしまうといった問題があった。また、接触式で光軸調芯を行うものであるために、微小な光デバイス２に対応して光軸調芯を行うことが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光軸調芯を非接触で高精度に行うことのできる光デバイスの光軸調芯方法及び装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明を、光ファイバ１とこれに接合される光デバイス２とを、一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めする光デバイスの光軸調芯方法において、光ファイバ１や光デバイス２に直接レーザ光４を照射するか若しくはそれらを被覆するキャピラリー９，１０にレーザ光４を照射して熱歪みを発生させ、冷却した後に残留する塑性変形量を利用して光ファイバ１と光デバイス２の相対位置を変化させることを特徴としたものとする。このようにすることで、光ファイバ１と光デバイス２との光軸調芯を非接触で行うことができ、微小な光デバイス２であっても高精度な光軸調芯を容易に行うことができる。
【０００８】
また、前記レーザ光４の照射を、光ファイバ１と光デバイス２の接合後に行うことも好ましく、このようにすることで、光ファイバ１と光デバイス２との接合時に位置ずれや角度ずれが生じた場合であっても接合後の光軸調芯により解消して高精度な光軸調芯を実現することができる。
【０００９】
また、光ファイバ１と光デバイス２を接合する際に生じる相対位置の変化方向を、接合後にレーザ光４を照射して相対位置を変化させる方向と一致させることも好ましく、このようにすることで、接合後の光軸調芯に必要となる相対位置の変化量を小さくすることができる。
【００１０】
また、レーザ光４を、光ファイバ１や光デバイス２又はこれらを被覆するキャピラリー９，１０に線状に照射することも好ましく、このようにすることで、光ファイバ１側や光デバイス２側を円滑に屈曲させることができる。
【００１１】
また、レーザ光４を照射する際に、線状を成す照射部分１２の各箇所で焦点を結ぶようにレーザ光４の焦点位置Ｆを制御することも好ましく、このようにすることで、照射部分１２のいずれの箇所であっても高いエネルギ密度でレーザ光４を照射することができる。
【００１２】
また、レーザ光４の焦点位置Ｆを固定し、光ファイバ１や光デバイス２又はこれらを被覆するキャピラリー９，１０を回転させることで線状に照射することも好ましく、このようにすることで、レーザ光４の焦点位置Ｆを変化させずとも、照射部分１２のいずれの箇所であっても高いエネルギ密度でレーザ光４を照射することができる。
【００１３】
また、レーザ光４の照射範囲Ｅを制御することも好ましく、このようにすることで、レーザ光４の照射範囲Ｅに応じて光ファイバ１側や光デバイス２側の変化量を制御することができる。
【００１４】
また、レーザ光４を、光ファイバ１や光デバイス２又はこれらを被覆するキャピラリー９，１０の複数箇所にスポット状に照射することも好ましく、このようにすることで、簡単な照射方法で光軸調芯を行うことができる。
【００１５】
また、光ファイバ１や光デバイス２又はこれらを被覆するキャピラリー９，１０にレーザ光４の吸収率向上用のコーティング剤１４を塗布することも好ましく、このようにすることで、同一のレーザ光４であっても大きな変化量を得ることができる。
【００１６】
また、レーザ光４照射用の座標系Ｃを設定し、該座標系Ｃの異なる座標上にレーザ光４を複数回照射することも好ましく、このようにすることで、同じ箇所への２回以上の照射を避けて照射により生じる変化量を確実に予測しつつ、ずれ量を測定しながら何度も変化させていくことができるので、更に高精度の光軸調芯が可能となる。
【００１７】
また、レーザ光４の照射による光軸調芯を、不活性ガス雰囲気中で行うことも好ましく、このようにすることで、レーザ光４の照射により表面に生じる熱影響を緩和することができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために本発明を、上記光デバイスの光軸調芯方法により光軸調芯を行う為の装置であって、レーザ光４の発振手段と、レーザ光４の掃引手段と、内部に光ファイバ１と光デバイス２とを配置する不活性ガス雰囲気のチャンバー６とを具備することを特徴とする光デバイスの光軸調芯装置とすることも好ましく、このようにすることで、チャンバー６内に配した光ファイバ１や光デバイス２又はこれらを被覆するキャピラリー９，１０にレーザ光４を照射して、表面に生じる熱影響を緩和させながら非接触で高精度の光軸調芯を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図１には、本発明の実施の形態における一例の光デバイスの光軸調芯装置を示している。一面を透明なガラス５で形成したチャンバー６内には不活性ガスであるＮ２ガス１６を充填させており、チャンバー６内にてＮ２ガス１６雰囲気中に光ファイバ１と光デバイス２とを配置させるようになっている。本例においては前記光デバイス２としてコリメータレンズ３を用いているが、これが他の光素子（光導波路、光スイッチ、受光素子や発光素子の各チップ等）であっても良いし、光ファイバであっても構わない。チャンバー６の外部には、レーザ光４の発振手段である発振装置７と、レーザ光４の掃引手段であるスキャナ８とを接続させて配置しており、ガラス５を介してスキャナ８を内部の光ファイバ１と対向させている。そして、前記発振装置７からのＱスイッチ発振によるＹＡＧレーザを用いてスキャナ８を介して照射されるレーザ光４がガラス５を通過してチャンバー６内に照射されるようになっている。
【００２０】
コリメータレンズ３と光ファイバ１はともに金属製で円筒型を成すキャピラリー（フェルールとも言う）９，１０を被覆しており、上記光軸調芯装置を用いた一例の光軸調芯方法においては、両者のキャピラリー９，１０をレーザ光４により固着させて接合した後に（図２参照）、キャピラリー９，１０の一方として例えば光ファイバ１側のキャピラリー１０にレーザ光４を照射して、レーザフォーミングによる相対位置の変化を利用して光軸調芯を行うものである。ここで、レーザ光４の照射による光軸調芯をチャンバー６内部つまり不活性ガスであるＮ２ガス１６雰囲気中で行うことにより、レーザ光４の照射による表面の熱影響が緩和されるようになっている。上記のような接合を行う接合ステージと光軸調芯を行う光軸調芯ステージとで用いるレーザ光４を共通にすることも可能であるが、接合に必要なレーザエネルギに対して光軸調芯のレーザフォーミングに必要なレーザエネルギが低い為、接合と光軸調芯の二つのステージに分けて同じ装置を二つ設定することが好適である。
【００２１】
なお、上記キャピラリー９，１０は角型のものや光軸調芯構造を備えたものであっても構わないし、材質が金属に限らずレーザ光４を吸収するプラスティック材料等の他の材料であっても構わない。
【００２２】
次に、上記接合ステージについて詳しく説明する。接合ステージにおける光ファイバ１と光デバイス２の接合は、接合の際に熱歪みにより生じる相対位置の変化方向が、光軸調芯ステージにおけるレーザ光４の照射による相対位置の変化方向と一致するように行うことが好適である。光軸調芯ステージでの相対位置の変化については後に詳述するが、図３（ａ）に示すように光ファイバ１の光軸の位置であって接合前の位置をＰ０、接合完了時点の位置をＰ１、光軸調芯完了時点の位置をＰ２としたとき、このような接合を行うことで接合後の光軸調芯に必要な相対位置の変化量Ｄ（即ちＰ１−Ｐ２間の距離）を小さく抑えることができる。図３（ｂ）には接合による相対位置の変化方向が光軸調芯による相対位置の変化方向と逆方向の場合を示しているが、図３（ａ）との比較からも明らかなように、接合による相対位置の変化方向と光軸調芯による相対位置の変化方向を一致させない場合には接合後の光軸調芯に必要な変化量Ｄが増大してしまうものである。
【００２３】
次に、光軸調芯ステージについて詳しく説明する。既述したように本例の光軸調芯はレーザフォーミングによる相対位置の変化を利用するものである。レーザフォーミングの加工メカニズムは温度軟化によるＢＭ（Ｂｕｃｋｌｉｎｇ−Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と温度勾配の発生によるＴＧＭ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）とに大別される。上記ＢＭは図９（ａ）に示すように金属板３０にレーザ光４を照射して該金属板３０の厚み方向に略均一な温度分布（図中の斜線部分）を発生させ、自重や外力により図１０（ｂ）のようにレーザ光照射方向Ｉと反対方向に凸状に、若しくは、図９（ｃ）のようにレーザ光照射方向Ｉに凸状に屈曲させるものである。また、上記ＴＧＭにおいては図１０（ａ）に示すように金属板３０にレーザ光４を照射して該金属板３０の厚み方向に温度勾配を有する温度分布（図中の斜線部分）を発生させ、図９（ｂ）のようにレーザ光４の照射側である表面側に熱膨張による引張り力を作用させてレーザ光照射方向Ｉと反対方向に凸状に屈曲させる。このときに表面側での引張り力で温度の低い裏面側も伸びるように塑性変形し、レーザ光４の照射後に温度低下して熱膨張の変形分が元の状態に戻るのに対して裏面側には上記の塑性変形量が残存することで、結果として図９（ｃ）に示すように裏面側が伸びてレーザ光照射方向Ｉに凸状に屈曲した状態となるものである。
【００２４】
そして、本例においてはレーザフォーミングの中でも上記ＴＧＭを用いて光軸調芯を行う。つまり、光ファイバ１やコリメータレンズ３を被覆するキャピラリー９，１０にレーザ光４を照射して熱歪みを発生させると共に冷却後に残留する塑性変形量を利用して非接触で相対位置を変化させて光軸調芯を行うものであって、光ファイバ１とコリメータレンズ３を接合した後に上記光軸調芯を行うことにより、接合時に位置ずれや角度ずれが生じても接合後の光軸調芯によって高精度に光軸を合わせることができる。また、非接触で光軸調芯を行うものであることから、光デバイス２が微小であっても対応して光軸調芯を行うことができるものである。
【００２５】
レーザ光４の照射方法として具体的には、接合されたコリメータレンズ３と光ファイバ１のキャピラリー９、１０を軸周りに一体に回転させる為のモータ等から成る回転手段１１を上記の光軸調芯装置に備えておき、レーザ光４の焦点位置Ｆをキャピラリー１０の外側面上の一点に固定して照射すると共にキャピラリー１０を回転手段１１により中心軸周りに回転させることで、キャピラリー１０の外側面上にレーザ光４の照射部分１２を線状に形成する。上記照射部分１２はキャピラリー１０の中心軸方向と略垂直方向に形成されるものであり、キャピラリー１０が例えば円筒状である場合には円弧状に形成される。
【００２６】
また、このようにキャピラリー１０に線状の照射部分１２を形成する為に、回転手段１１を用いるのでなくレーザ光４の焦点位置Ｆをキャピラリー１０の中心軸方向と垂直方向に移動させながら照射しても良い。なお、この場合には図４に示すように照射個所により照射方向に距離ｄの差が生じるので、焦点位置Ｆが０．１ｍｍずれるとレーザ光４のエネルギ密度が数％小さくなることを考慮して、スキャナ８により照射部分１２の各箇所で焦点を結ぶようにレーザ光４の焦点位置Ｆを制御することが好適である。
【００２７】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにレーザ光４の照射範囲Ｅを多様に制御することで、ＴＧＭによるキャピラリー１０つまりは光ファイバ１の光軸の変化量を前記照射範囲Ｅに応じて制御することができる。そして、例えば図６に示すようにコリメータレンズ３側と光ファイバ１側のキャピラリー９，１０の接合点１５を基準点としたレーザ光４照射用の座標系Ｃを設定すると共に該座標系Ｃの異なる座標上に複数回レーザ光４を照射することで、キャピラリー１０の同じ箇所に２回以上照射することを避けて照射により生じる変化量を確実に予測しつつ、ずれ量を測定しながら何度も変化させていくことができるので、更に高精度の光軸調芯が可能となる。
【００２８】
また、レーザ光４を照射する側のキャピラリー１０には、図７に示すようにレーザ光４の吸収率向上用である黒色のコーティング剤１４を塗布しても良い。キャピラリー１０はＹＡＧレーザの波長に対する吸収率の高いステンレスで形成したものであるが、必要な場合に前記コーティング剤１４を塗布してレーザ光４の吸収率を向上させれば同一のレーザ光４の照射に対して大きな曲げ変形量を得ることができる。
【００２９】
なお、レーザ光４をコリメータレンズ３側のキャピラリー９に照射して光軸調芯を行っても構わないし、光ファイバ１側とコリメータレンズ３側の両方のキャピラリー９，１０に照射して光軸調芯を行っても構わない。また、キャピラリー９，１０にレーザ光４を照射するのでなく直接光ファイバ１やコリメータレンズ３にレーザ光を照射して光軸調芯を行っても構わない。
【００３０】
図８には、上記光軸調芯装置を用いて、レーザ光４を既述したように線状に照射するのでなくキャピラリー１０の外側面上の複数箇所にスポット状に照射して照射部分１３を形成する方法を示している。スポット状を成す照射部分１３は例えばキャピラリー１０の中心軸方向と略垂直方向に複数形成するものであり、これによれば光軸調芯用のレーザ光４の照射が簡単になるという利点がある。なお、スポット状に照射する場合には、線状に照射する場合と比較してレーザ光４には大きなエネルギ密度、望ましくは固着に用いる場合と同程度のエネルギ密度が必要である。
【００３１】
【発明の効果】
上記のように請求項１記載の発明にあっては、光ファイバと光デバイスとの光軸調芯を非接触で行うことができ、微小な光デバイスであっても高精度な光軸調芯を容易に行うことができるという効果がある。
【００３２】
また、請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、光ファイバと光デバイスとの接合時に位置ずれや角度ずれが生じた場合であっても接合後の光軸調芯により解消して高精度な光軸調芯を実現することができるという効果がある。
【００３３】
また、請求項３記載の発明にあっては、請求項２記載の発明の効果に加えて、接合後の光軸調芯に必要となる相対位置の変化量を小さくすることができるという効果がある。
【００３４】
また、請求項４記載の発明にあっては、請求項１〜３記載の発明の効果に加えて、光ファイバ側や光デバイス側を円滑に屈曲させることができるという効果がある。
【００３５】
また、請求項５記載の発明にあっては、請求項４記載の発明の効果に加えて、照射部分のいずれの箇所であっても高いエネルギ密度でレーザ光を照射することができるという効果がある。
【００３６】
また、請求項６記載の発明にあっては、請求項４記載の発明の効果に加えて、レーザ光の焦点位置を変化させずとも、照射部分のいずれの箇所であっても高いエネルギ密度でレーザ光を照射することができるという効果がある。
【００３７】
また、請求項７記載の発明にあっては、請求項４〜６のいずれか記載の発明の効果に加えて、レーザ光の照射範囲に応じて光ファイバ側や光デバイス側の変化量を制御することができるという効果がある。
【００３８】
また、請求項８記載の発明にあっては、請求項１〜３のいずれか記載の発明の効果に加えて、スポット状に照射するといった簡単な照射方法で光軸調芯を行うことができるという効果がある。
【００３９】
また、請求項９記載の発明にあっては、請求項１〜８のいずれか記載の発明の効果に加えて、コーティング剤を塗布することで同一のレーザ光であっても大きな変化量を得ることができるという効果がある
また、請求項１０記載の発明にあっては、請求項１〜９記載の発明の効果に加えて、同じ箇所への２回以上の照射を避けて照射により生じる変化量を確実に予測しつつ、ずれ量を測定しながら何度も変化させていくことができるので、更に高精度の光軸調芯が可能になるという効果がある。
【００４０】
また、請求項１１記載の発明にあっては、請求項１〜１０のいずれか記載の発明の効果に加えて、レーザ光の照射により表面に生じる熱影響を緩和することができるという効果がある。
【００４１】
また、請求項１２記載の発明にあっては、光ファイバや光デバイス又はこれらを被覆するキャピラリーにレーザ光を照射して、表面に生じる熱影響を緩和させながら非接触で高精度の光軸調芯を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における一例の光デバイスの光軸調芯装置を示す概略説明図である。
【図２】同上の光デバイスの接合方法を示す説明図である。
【図３】同上の光デバイス接合時の歪みを示す説明図であり、（ａ）は光軸調芯方向に歪みを発生させた場合、（ｂ）は光軸調芯方向と逆方向に歪みを発生させた場合である。
【図４】同上のレーザ光の焦点位置を示す説明図である。
【図５】同上のレーザ光の照射範囲を示す説明図であり、（ａ）は照射範囲の一例、（ｂ）は照射範囲の他例である。
【図６】同上のレーザ光を複数回照射する場合を示す説明図である。
【図７】同上のキャピラリーにコーティング剤を塗布した状態を示す説明図である。
【図８】同上のレーザ光をスポット照射した場合を示す説明図である。
【図９】温度勾配を利用したレーザフォーミングの説明図であり、（ａ）はレーザ光の照射状態、（ｂ）は熱膨張状態、（ｃ）は冷却後の状態を示している。
【図１０】温度軟化を利用したレーザフォーミングの説明図であり、（ａ）はレーザ光の照射状態、（ｂ）はレーザ光照射方向と逆方向に屈曲した場合、（ｃ）はレーザ光照射方向に屈曲した場合を示している。
【図１１】光軸のずれの説明図であり、（ａ）はＸ、Ｙ座標の位置ずれ、（ｂ）はθＸ、θＹ、θＺ座標の角度ずれ、（ｃ）はＺ座標の間隔ずれを示している。
【図１２】従来の光デバイスの光軸調芯方法を示す説明図であり、（ａ）は光軸調芯作業、（ｂ）は光軸調芯後の接合作業を示している。
【符号の説明】
１　光ファイバ
２　光デバイス
４　レーザ光
７　発振装置
８　スキャナ
９，１０　キャピラリー
【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】
2004029351.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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