(57)【要約】 【課題】  光ファイバを半導体レーザダイオードに対して最適にアライメントする方法を提供すること。【解決手段】  本発明の方法は、光ファイバを半導体レーザダイオードに対してアライメントし、光ファイバにはんだ予備成形物を取り付け、光ファイバを最適なアライメントへと下方向に熱的にシフトさせるために、はんだ予備成形物に対して低パワー局所加熱を行う。この方法は、さらに、ミスアライメントの方向を補償する方向にファイバにプリロード力を付与する工程と、ファイバが最適な位置に移動し得るようにはんだを還流させるために高パワー局所加熱を作動させる工程とを含む中間アライメント工程を含み得る。これらの工程は、実質的に最適な結合が達成されるまで、複数回行われ得る。【選択図】  図２
2005182014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ光学出力ポートに対してアライメントする方法であって、
ａ）該光ファイバを該光学出力ポートに対してアライメントする工程と、
ｂ）感熱性取り付け手段を用いて該光ファイバをマウントパッド領域に取り付ける工程であって、少なくとも垂直方向の該ファイバおよび出力ポートのミスアライメントが引き起こされる、工程と、
ｃ）少なくとも垂直方向に所望の位置に向かって該ファイバを調節するために該取り付け手段に対して熱を生成するように局所加熱手段を作動させる工程と
を包含する、方法。
【請求項２】
前記取り付け手段を用いて前記光ファイバを前記マウントパッド領域に取り付ける工程は、
ｂ１）少なくとも、該光ファイバの端部および該マウントパッド領域の上に、該感熱性取り付け手段として、はんだを提供する工程と、
ｂ２）該はんだ上で熱を生成し、還流させるように前記局所加熱手段を適用する工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記局所加熱手段を適用する工程は、少なくとも１本のビームが前記はんだに入射する状態で、少なくとも１本の連続的な光のビームを放射するように１つ以上のレーザを作動させる工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｂ）は、
ｂ１）上に前記取り付け手段を有する前記光ファイバの上部および側面カメライメージを取得する工程と、
ｂ２）該上部および側面カメライメージを該光ファイバの所望される位置と比較することによって、プリロード力を付与するプリロード方向を判定する工程と、
ｂ３）該プリロード力を工程（ｂ２）において判定されたプリロード方向に付与する工程と
を含み、工程ｃ）は、前記はんだを還流させて、該ファイバが該プリロード力の影響下で移動することを可能にする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記局所加熱手段を作動させる工程は、少なくとも１本のビームが前記はんだに入射する状態で、少なくとも１本の光のビームを放射するように１つ以上のレーザを作動させる工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｂ３）および（ｃ）が同時に行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記光ファイバが前記所望の位置に実質的にアライメントされるまで工程（ｂ１）〜（ｃ）を繰り返す工程をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記光学出力ポートから光学信号を放出する光学コンポーネントを作動させる工程と、前記光ファイバと該光学出力ポートとの間の結合効率、ひいては、該光ファイバと該工学出力ポートとの間のアライメントを判定するために光学パワーメータをモニタリングする工程とをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光ファイバが、前記光学出力ポートとの所望の結合効率を実質的に達成するまで、工程（ｃ）が繰り返される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記局所加熱手段を作動させる工程は、少なくとも１本のビームが前記感熱性取り付け手段に入射する状態で、少なくとも１本の光のビームを放射するように少なくとも１つのレーザを作動させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記光ファイバを最適な位置へと水平方向にさらに調節する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１の方法に従って、光学出力ポートに対してアライメントされる光ファイバを含む、装置。
【請求項１３】
前記光ファイバは、金属化くさび型レンズファイバ、金属化ボールファイバ、金属化ボールファイバ、金属化円錐ファイバ、金属化された、平らに裂かれたファイバ、金属でないくさび型レンズファイバ、金属でないボールファイバ、金属でない円錐ファイバ、および、金属でない、平らに裂かれたファイバのうちの１つである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記はんだ予備成形物は、金属はんだおよびガラスはんだのうちの１つである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
シングルモード半導体レーザおよびマルチモード半導体レーザのうちの１つが、前記光学出力ポートから放出される信号を生成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
光学源から光学信号を提供する、光学出力ポートに対して光ファイバをアライメントする方法であって、
ａ）光学出力ポートに対してアライメントされた光ファイバを提供する工程と、
ｂ）該アライメントされた光ファイバの複数イメージを取得する工程と、
ｃ）該アライメントされた光ファイバの上に感熱性取り付けを配置する工程と、
ｄ）該光ファイバを正しい位置に固定するように、該感熱性取り付けの上で局所加熱手段を作動させる工程であって、工程ｃおよびｄのうちの１つ以上が該光ファイバのミスアライメントを引き起こす、工程と、
ｅ）該光ファイバのさらなる複数イメージを取得し、該さらなるイメージを工程ｂにおいて取得したイメージと比較してミスアライメントを識別する、工程と、
ｆ）第１のプリロード方向に第１のプリロード力を付与する工程と、
ｇ）該ミスアライメントを補正するため、該プリロード方向にファイバをシフトさせるように、該感熱性取り付けの上でさらに局所加熱手段を作動させる工程と
を包含する、方法。
【請求項１７】
ｅ１）それぞれプリロード力を有する１つ以上の連続的なプリロード方向を有するプリロードスケジュールを生成する工程と、
ｇ１）さらなるプリロード方向および該プリロードスケジュールのために工程ｆおよびｇを繰り返す工程と
をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ｈ）前記光学源を高パワー設定に設定する工程と、
ｉ）前記ファイバの垂直方向シフトを引き起こすように、前記感熱性取り付けの上で最終的な局所加熱手段を作動させる工程と、
ｊ）パワーメータを用いて光学結合効率をモニタリングする工程と、
ｋ）所定の結合効率を達成するために必要に応じて工程ｉおよびｊを繰り返す工程と
をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ファイバ結合光学アセンブリ、より具体的には、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意の光学系における個々の構成要素の相互の精密なアライメントを達成することの重要性は、周知である。現在の光学通信システムにおいて用いられる構成要素の微細な寸法によって、このようなアライメントの達成および維持の両方が困難になっている。例えば、レーザ送信器の問題点の１つとして、レーザダイオードからの光学出力を、光ファイバに効率的に結合することである。効率的な結合を達成するために、ファイバの単部は、レーザの発光領域と精密にアライメントされることが所望される。このようなアライメントが達成されると、その後、ファイバは、理想的には、アライメントがデバイスの寿命を通じて維持されることを確実にする方法によって、正しい位置に固定される。
【０００３】
代表的なファイバ結合ダイオードレーザは、金メッキ金属パッケージにパッケージングされ、ファイバは、エポキシ、レーザ溶着、あるいは、フェルールを用いるか、用いないはんだ取り付け技術を用いて、アライメントされた状態に保たれる。エポキシ取り付けは、コストが低いが、高精度取り付けにとって熱膨張が大き過ぎる可能性がある。さらに、時間が経つこと、および温度周期が原因のガス放出およびアライメントのずれに起因して、長期間にわたっては信頼できない。レーザ溶着技術は、信頼できるが、高価な、ファイバのフェルール化と、フェルール化されたファイバの溶着取り付けを可能にする特別に設計されたマウントまたはクリップとを必要とする。マウント／クリップは高価であり、かつ大きく、時間が経つにつれてずれる可能性がある。他方、はんだ取り付け技術は、信頼でき、コストが低く、当該術において広く用いられるようになっている。しかし、現行のはんだ取り付け技術は、集積加熱メカニズムおよび／またははんだ還流のために断熱するための特別に構成されたプラットフォームを用いる傾向がある。これらは、高価であり、所望されないほどの大きさであることが多い。
【０００４】
ファイバがはんだ付けされる取り付けポイントは、効率的に機能するために特有の材質を有することが所望され得る。許容できる取り付けポイントの材料は、低い熱伝導率（例えば、５０Ｗ／ｍ−Ｋ）と、パッケージが加熱されている間にファイバのアライメントを維持する熱膨張率を有することが所望され得る。所望される精密な熱膨張特性は、レーザが取り付けられる材料に依存し得、ファイバ取り付けマウントおよびレーザサブマウントのそれぞれの厚さ、および／または動作中に予期される温度プロフィールに依存し得る。ファイバマウント材料はまた、はんだ付けされることができてもよいし、はんだ付けできる材料をめっきされることができてもよい。はんだ付けプロセスの間、ファイバマウントには、温度の購買および材料の違いに起因する差動膨張が原因の大きな応力がかかり得る。したがって、ファイバマウントは、破裂を避けるために、高い（例えば、２５ｋｐｓｉよりも大きい）引張り強度を有することが所望され得る。
【０００５】
しかし、ファイバがはんだ付けされる場合、乱流および溶融はんだが示す毛細管現象による力に起因して、光学構成要素とファイバとの間のアライメントを維持することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１Ａは、従来技術によるパッケージ１００を示す。従来技術のパッケージ１００は、スナウトフィードスルー１０１を通じて挿入され、はんだ１０３によってファイバマウント１０２に取り付けられている光ファイバ１１４を含む。光ファイバ１１４が光学部材１１１とは別個のファイバマウント１０２に取り付けられており、ファイバ１１４がアライメントされ、光学部材１１１に結合される領域の側面を見ることが出来ない可能性があることが分かる。さらに、ファイバ１１４をスナウトフィードスルー１０１に挿入することは、垂直でない製造プロセスを必要とし得る。これは、製造プロセスを複雑にする可能性があり、生産量の問題を引き起こし得る。光ファイバ１１４を光学部材１１１に対してアライメントする場合において、アライメントプロセスをカメラで見ることが出来ない可能性がある。さらに、光ファイバ１１４は、溶融はんだ１０３のしずくを付与することによってファイバマウント１０２に取り付けられる。これは、取り付けの前にアライメントに変化が起きる原因となり得る。
【０００７】
上記の従来技術のパッケージ１００におけるアライメントによって達成される結合効率は、高精度光学ファイバおよび半導体レーザにとっては、所望されないほど低くなり得ることが理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする方法において具現化される。この方法は、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする工程と、感熱性取り付け手段を用いて光ファイバをマウントパッド領域に取り付ける工程であって、ファイバおよび光学出力ポートの少なくとも垂直方向のミスアライメントがそれにより引き起こされる工程と、ファイバを少なくとも垂直方向に最適な位置へと調節するため、取り付け手段上で熱を生成するように局所加熱手段を作動させる工程とを包含する。
【０００９】
上記の概略的な説明および以下の詳細な説明が本発明の例示に過ぎず、限定するものでないことが理解される必要がある。
【００１０】
本発明の光ファイバ光学出力ポートに対してアライメントする方法は、ａ）該光ファイバを該光学出力ポートに対してアライメントする工程と、ｂ）感熱性取り付け手段を用いて該光ファイバをマウントパッド領域に取り付ける工程であって、少なくとも垂直方向の該ファイバおよび出力ポートのミスアライメントが引き起こされる、工程と、ｃ）少なくとも垂直方向に所望の位置に向かって該ファイバを調節するために該取り付け手段に対して熱を生成するように局所加熱手段を作動させる工程とを包含し、それにより上記目的が達成される。
【００１１】
前記取り付け手段を用いて前記光ファイバを前記マウントパッド領域に取り付ける工程は、ｂ１）少なくとも、該光ファイバの端部および該マウントパッド領域の上に、該感熱性取り付け手段として、はんだを提供する工程と、ｂ２）該はんだ上で熱を生成し、還流させるように前記局所加熱手段を適用する工程とを含み得る。
【００１２】
前記局所加熱手段を適用する工程は、少なくとも１本のビームが前記はんだに入射する状態で、少なくとも１本の連続的な光のビームを放射するように１つ以上のレーザを作動させる工程を含み得る。
【００１３】
工程ｂ）は、ｂ１）上に前記取り付け手段を有する前記光ファイバの上部および側面カメライメージを取得する工程と、ｂ２）該上部および側面カメライメージを該光ファイバの所望される位置と比較することによって、プリロード力を付与するプリロード方向を判定する工程と、ｂ３）該プリロード力を工程（ｂ２）において判定されたプリロード方向に付与する工程とを含み得、工程ｃ）は、前記はんだを還流させて、該ファイバが該プリロード力の影響下で移動することを可能にし得る。
【００１４】
前記局所加熱手段を作動させる工程は、少なくとも１本のビームが前記はんだに入射する状態で、少なくとも１本の光のビームを放射するように１つ以上のレーザを作動させる工程を含み得る。
【００１５】
工程（ｂ３）および（ｃ）が同時に行われ得る。
【００１６】
この方法は、前記光ファイバが前記所望の位置に実質的にアライメントされるまで工程（ｂ１）〜（ｃ）を繰り返す工程をさらに包含し得る。
【００１７】
この方法は、前記光学出力ポートから光学信号を放出する光学コンポーネントを作動させる工程と、前記光ファイバと該光学出力ポートとの間の結合効率、ひいては、該光ファイバと該工学出力ポートとの間のアライメントを判定するために光学パワーメータをモニタリングする工程とをさらに包含し得る。
【００１８】
前記光ファイバが、前記光学出力ポートとの所望の結合効率を実質的に達成するまで、工程（ｃ）が繰り返され得る。
【００１９】
前記局所加熱手段を作動させる工程は、少なくとも１本のビームが前記感熱性取り付け手段に入射する状態で、少なくとも１本の光のビームを放射するように少なくとも１つのレーザを作動させる工程を含み得る。
【００２０】
この方法は、前記光ファイバを最適な位置へと水平方向にさらに調節する工程をさらに包含し得る。
【００２１】
本発明の装置は、上記の方法に従って、光学出力ポートに対してアライメントされる光ファイバを含み得る。
【００２２】
前記光ファイバは、金属化くさび型レンズファイバ、金属化ボールファイバ、金属化ボールファイバ、金属化円錐ファイバ、金属化された、平らに裂かれたファイバ、金属でないくさび型レンズファイバ、金属でないボールファイバ、金属でない円錐ファイバ、および、金属でない、平らに裂かれたファイバのうちの１つであり得る。
【００２３】
前記はんだ予備成形物は、金属はんだおよびガラスはんだのうちの１つであり得る。
【００２４】
シングルモード半導体レーザおよびマルチモード半導体レーザのうちの１つが、前記光学出力ポートから放出される信号を生成し得る。
【００２５】
本発明の光学源から光学信号を提供する、光学出力ポートに対して光ファイバをアライメントする方法は、ａ）光学出力ポートに対してアライメントされた光ファイバを提供する工程と、ｂ）該アライメントされた光ファイバの複数イメージを取得する工程と、ｃ）該アライメントされた光ファイバの上に感熱性取り付けを配置する工程と、ｄ）該光ファイバを正しい位置に固定するように、該感熱性取り付けの上で局所加熱手段を作動させる工程であって、工程ｃおよびｄのうちの１つ以上が該光ファイバのミスアライメントを引き起こす、工程と、ｅ）該光ファイバのさらなる複数イメージを取得し、該さらなるイメージを工程ｂにおいて取得したイメージと比較してミスアライメントを識別する、工程と、ｆ）第１のプリロード方向に第１のプリロード力を付与する工程と、ｇ）該ミスアライメントを補正するため、該プリロード方向にファイバをシフトさせるように、該感熱性取り付けの上でさらに局所加熱手段を作動させる工程とを包含し、それにより上記目的が達成される。
【００２６】
この方法は、ｅ１）それぞれプリロード力を有する１つ以上の連続的なプリロード方向を有するプリロードスケジュールを生成する工程と、ｇ１）さらなるプリロード方向および該プリロードスケジュールのために工程ｆおよびｇを繰り返す工程とをさらに包含し得る。
【００２７】
この方法は、ｈ）前記光学源を高パワー設定に設定する工程と、ｉ）前記ファイバの垂直方向シフトを引き起こすように、前記感熱性取り付けの上で最終的な局所加熱手段を作動させる工程と、ｊ）パワーメータを用いて光学結合効率をモニタリングする工程と、ｋ）所定の結合効率を達成するために必要に応じて工程ｉおよびｊを繰り返す工程とをさらに包含し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより良好に理解される。一般的な慣習に従って、図面における各部は、縮尺が取られていないことが強調される。反対に、各部の寸法は、明瞭化のため、任意に拡大または縮小されている。
【００２９】
以下、図面を参照するが、絵を含む図面全部を通じて、同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００３０】
本発明において、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする方法が提示される。光学出力ポートは、概して、光信号を受信するか、または光学出力が放射され得る任意の表面を含み、例えば、シングルモード半導体レーザ、マルチモード半導体レーザ、光学ミラー、第２の光学ファイバ、半導体光学アンプ、光学コンセントレータ、および発光ダイオードの出力ポートである。さらに、光ファイバは、金属化されているか、または金属化されていない、くさび型レンズ、ボール、円錐、および平らに裂かれたファイバのうちのいずれかであり得る。
【００３１】
本発明のある実施形態において、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする方法は、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする工程と、感熱性取り付け手段を用いて光ファイバを固定する工程であって、少なくとも、ファイバと光学出力ポートの垂直のミスアライメントが引き起こされる、工程と、局所的な加熱手段を作動して、取り付け手段に対する熱を発生し、ファイバを少なくとも垂直方向に所望される位置へと調節する工程とを含む。
【００３２】
光ファイバとソースとの間のミスアライメントが、動作の間、アセンブリ全体に損傷を与え得る。光学出力デバイスは、例えば、１００ｍＷを超えるパワーを有する信号を出力し得る。このパワーレベルは、金属化を破壊するか、または、うまくアライメントされていない光ファイバのウェッジ端を溶融させるために十分な高さとなり得る。
【００３３】
さらに、光ファイバの光学出力ソースへの精密なアライメントを行うために、光学出力ソースを作動し、光学パワーメータを用いて結合効率を観察することが所望される。したがって、製造プロセスの精密なアライメント段階において、上述したような損傷の発生を最小限にするために、初期的に、視覚システムが、光ファイバをソースへと、または、ソースをファイバへと受動的にアライメントするように用いられ得る。これによって、ソースパワー出力が高パワー効率性測定および調節のために増大される前に、部材の間のアライメントが低減される。また、損傷の可能性を最小限にするために、低パワー光学出力信号を用いる能動的なアライメントプロセスを開始することが所望され得る。しかし、結合効率を効率的に測定するために、高パワー設定で、さらなるアライメントが行われ得る。当業者であれば、光ファイバが、実質的に最適化された、光学デバイスの出力ポートへのアライメントを達成するようなパターンで移動する、多くの方法が用いられ得ることを認識する。このような移動方法の中には、線走査およびラスタ走査、ならびに、本願の発明者らによる、新たに開発された菱形スキャンがある。
【００３４】
光ファイバの光学デバイスの出力ポートへのアライメントを実質的に最適化する菱形走査法は、光学出力ポートからの第１の光を見つけ、第１の光の点が菱形の中心点として指定されることを必要とする。この方法は、その後、光ファイバを、パワー結合効率測定が為される菱形の頂点上へと、中心点の右側に光ファイバを移動させる。その後、ファイバは、菱形の残りの３頂点へと、時計回りまたは反時計回りに移動され得、菱形の残りの３頂点のそれぞれにおいて、パワー結合効率が測定され得る。その後、このプロセスは、データ点（すなわち、４頂点および１中心点）のうちいずれが、もっとも高い結合効率を達成するのかを判定し、その後、その点を菱形の新たな中心として指定し、上記のプロセスを繰り返すところに進む。プロセスは、もっとも高い結合効率の点がある特定の点において静止するまで上記のプロセスに従って検索が続けられ、その後、プロセスは、菱形のサイズを低減し、上記の説明に従って再度走査を続ける。したがって、上記の方法は、連続的なリアルタイムでの走査および光ファイバと光学デバイスの出力ポートとの間の光学結合の最適化を提供し得る。
【００３５】
所望のアライメントが達成された後、光ファイバは、感熱性取り付け手段を用いてマウントパッド領域に取り付けられる。本発明のある実施形態において、図２に示すように、感熱性取り付け手段は、少なくとも、光ファイバの端部およびマウントパッド領域の上に配置される。図２は、高熱導電性ベース２００の上の半導体レーザ２１１に光結合された光ファイバ２１４と、光ファイバ２１４の端部およびマウントパッド２０２の上に付与された取り付け手段２０３とを示す。
【００３６】
感熱性取り付け手段は、例えば、金属またはガラスはんだ予備成形物、溶融金属またはガラスはんだの滴、あるいは、感熱性接着剤であり得る。
【００３７】
本発明のある実施形態において、取り付け手段を用いる、光ファイバのマウントパッド領域への取り付けは、予備成形物はんだを感熱性取り付け手段として少なくとも光ファイバの端部およびマウントパッド領域の上に設ける工程と、局所加熱手段を適用して、はんだに対して熱を生成し、還流させる工程とを含み得る。
【００３８】
局所加熱手段は、概して、光ファイバをマウントパッド領域に固定させるために十分な熱を取り付け手段に与える任意の方法を含み得る。また、局所加熱手段は、所望されないシステム構成要素の酸化を防ぐために、周囲窒素またはアルゴン雰囲気下で行われることが所望され得る。
【００３９】
ある実施形態において、局所加熱は、１つ以上のレーザが少なくとも１本の連続的な光のビームを放射し、少なくとも１本のビームが取り付け手段に入射するように作動されることによって達成され得る。ここで、取り付け手段は、図３に示すようなはんだ予備成形物３００であってもよい。はんだ予備成形物３００は、概して、少なくとも、その底面３０２上にはんだ材料を有し得る。予備成形物３００が光ファイバの端部（図３には図示されていない）およびマウントパッド領域（図３には図示されていない）の上に配置され得るように、光ファイバ（図３には図示されていない）に適合する溝３１０がボディ３０１に設けられる。局所加熱手段がレーザ放射の付与を含む本発明の実施形態において、光ファイバをレーザ放射から遮ることが所望され得る。これは、図３に示すはんだ予備成形物３００を用いて達成されるが、また、スリーブを光ファイバの少なくとも端部の上に適合させ、光ファイバの少なくとも端部の上に、感熱性接着剤、溶融はんだ、はんだのワイヤ送り、エポキシのうちの１つ以上を付与することによって達成されてもよい。
【００４０】
図４は、溝高ＧＨおよび溝幅ＧＷを有する予備成形物溝４１２内に含まれる光ファイバ４１４を示す図である。予備成形物４０１を溶融させる、レーザ放射４１５の付与から、封入されたファイバ４１４を予備成形物４０１が遮ることが所望されることがわかる。
【００４１】
さらなる実施形態において、レーザ加熱は、１つ以上のレーザを、はんだ予備成形物上で、中くらいのパワー設定（すなわち、２０Ｗ〜３０Ｗ）を用いる連続的な波のモードで、０．５〜６秒間、アクティブにすることによって行われ得る。これによって、例示的な実施形態の金−すずはんだを完全に還流させるために十分な加熱がされ、また、はんだが光りファイバの周りでその形を維持することが可能になる。概して、当業者は、パワー設定が他のタイプのはんだ材料に合わせて調節されることが所望されることを認識し得る。
【００４２】
金属はんだが用いられる実施形態において、少なくともその端部において、金属化された光ファイバを用いることが所望され得る。あるいは、金属化されていない光ファイバがガラスはんだに用いられ得る。さらなる実施形態において、金属はんだとともにはだかのガラスファイバが、ファイバとはんだとの間のスリップが接着剤、例えば、硬化または熱偏位の間の低ガス放出、低熱膨張係数、ならびに低い運動量を有する、光学エポキシを用いる事によって最小化されることが所望される状態で、用いられ得る。この目的に適したエポキシとして、ＤＹＭＡＸ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＯＰ−６０−ＬＳおよびＯＰ−６３−ＬＳがある。理想的には、エポキシは、はんだ／ファイバ界面の遠端（すなわち、レーザの反対側）で用いられる。
【００４３】
感熱性取り付け手段を用いて光ファイバをマウントパッド領域に取り付ける場合に、少なくとも、ファイバと光学出力ポートとの間に、垂直方向のミスアライメントが、例えば、溶融はんだが示す毛細管現象による力によって、起こり得る。したがって、光学出力ポートとの光学結合にアプローチし得るように、光ファイバを所望の位置にアライメントすることが所望され得る。本発明のある実施形態において、これは、ファイバを少なくとも垂直方向に所望の位置に向けて調節するため、取り付け手段に対して熱を生成するように局所加熱手段を作動させることによって、達成され得る。
【００４４】
さらなる実施形態において、光ファイバのさらなるアライメントは、光ファイバのその上の取り付け手段に対する位置についての情報を取得する工程と、光ファイバの所望の位置と判定された位置とを比較することによって予め荷重される力を付与するプリロード方向を判定する工程と、局所加熱手段を作動する前にプリロード力をプリロード方向に付与する工程とを含み得る。その後、局所的な加熱手段を作動させる工程によって、はんだが還流され、ファイバがプリロード力の影響のもとに移動することが可能になる。あるいは、プリロード方向へのプリロード力の付与は、局所加熱手段の作動と同時に行われ得る。さらに、上記の工程は、光ファイバが、所望の位置に実質的にアライメントされるまで反復的に行われ得る。例示的な実施形態において、ファイバにおける機械的応力を最小限にするようにある特定の最大長まで、プリロードの影響下でのファイバの移動を維持することが所望され得る。したがって、このような実施形態において、光ファイバおよび光学出力ポートの所望のアライメントを達成するために、上記のプロセスを反復的に行うことが必要とされ得る。
【００４５】
さらに、局所加熱手段を作動させる工程は、少なくとも１つのレーザを少なくとも１本の光のビームを、少なくとも１本のビームがはんだに入射する状態で放射するように作動させる工程を含み得る。例示的な実施形態において、このビームは、２０〜３０ｍｓのパルス幅および約８０％のデューティサイクルを有する、２５Ｗ〜３５Ｗの少なくとも１つのエネルギーパルスを含み得る。１つ以上のパルスを用いることが所望される場合、連続的なパルスの間に、約６ｍｓの停止があり得る。上述したように、他の局所加熱手段も用いられ得る。
【００４６】
本発明の別の実施形態において、光ファイバの取り付けによって導入される、垂直方向のミスアライメントのみがあり得る。この状況において、光ファイバの光学出力ポートへの精密なアライメントが、光ファイバ、はんだ内で垂直方向に熱的に移動するようにするために十分なパワー設定で、局所加熱手段を作動させることによって達成され得る。局所加熱手段の作動によって光ファイバが実質的に最適化された、または他の所望される位置に下方向に熱的に移動し得るように、光ファイバを光学出力ポートのわずか上にアライメントすることが所望され得る。
【００４７】
視覚システム許容値が、この状況におけるアライメントをモニタリングするためには精度が低すぎる場合があるので、アライメントは、光学出力ポートから光学信号を放射するように光学コンポーネントを作動させ、光ファイバと光学出力ポートとの間のアライメント判定するように光ファイバと光学出力ポートとの間の結合効率をモニタリングするように光学パワーメータを作動させることによって、モニタリングされ得る。このプロセスは、概して、光ファイバが光学出力ポートとの実質的に最適化された結合効率を達成するまで、反復され得る。
【００４８】
さらに、局所的な加熱手段を作動させる工程は、少なくとも１本のビームが感熱性取り付け手段に入射するように、少なくとも１本の光のビームを放射するように、少なくとも１つのレーザを作動させる工程を含み得る。例示的な実施形態において、このビームは、２０〜３０ｍｓのパルス幅および約８０％のデューティサイクルを有する、１３〜１８Ｗの低エネルギーパルスを含み得る。１つ以上のパルスを用いることが所望される場合、連続的なパルスの間に約６ｍｓのポーズがあり得る。上述したように、他の局所的な加熱手段も用いられ得る。
【００４９】
さらなる実施形態において、上記の垂直方向のアライメントに加えて、光ファイバを水平方向にアライメントすることが所望され得る。この実施形態において、光ファイバは、上記の垂直方向のアライメント手順の間、所望の水平方向にも力を加えることによって、または、レーザ放射を感熱性取り付け手段にその中の水平方向の移動を誘発するように水平に加えることによって、水平方向にもアライメントされ得る。
【００５０】
本発明の別の実施形態において、光ファイバのさらなるアライメントは、ファイバの位置を判定するためにその上に取り付け手段を有する光ファイバの上部および側面カメライメージを取得する工程と、丈夫および側面カメライメージを光ファイバの所望の位置と比較することによって、プリロードの力を付与するプリロード方向を判定する工程と、局所加熱手段の作動の前にプリロード方向にプリロードを付与する工程とをさらに含み得る。その後、局所加熱手段を作動させる工程は、はんだを還流させ、ファイバがプリロード力の影響の下に移動する事を可能にする。あるいは、プリロード方向へのプリロード力の付与は、局所加熱手段の作動と同時に行われてもよい。さらに、上記の工程は、光ファイバが所望の位置に実質的にアライメントされるまで反復的に行われ得る。例示的な実施形態において、ファイバの機械的応力を最小限にするために、プリロード力の影響の下である特定の最大距離までファイバの移動を維持することが所望され得る。したがって、このような実施形態において、光ファイバと光学出力ポートの所望されるアライメントを達成するために、上記のプロセスを反復的に行うことが必要とされ得る。
【００５１】
本発明のさらなるアライメントが、実質的に視覚システム許容値内で最適化されることが分かる。したがって、光ファイバをより精密に所望の位置にアライメントすることが所望され得る。この状況において、光学出力ポートへの光ファイバのさらなる精密なアライメントは、光ファイバが感熱性取り付け手段内において熱的に垂直方向に移動するために十分なパワー設定で、局所加熱手段を作動させることによって達成され得る。局所加熱手段の作動によって光ファイバが実質的に最適化された、または他の所望される位置に下方向に熱的に移動し得るように、光ファイバを光学出力ポートのわずかに上にアライメントすることが所望され得る。アライメントは、光学出力ポートから光学信号を放射するように光学コンポーネントを作動させ、光ファイバと光学出力ポートとの間のアライメント判定するように光ファイバと光学出力ポートとの間の結合効率をモニタリングするように光学パワーメータを作動させることによって、モニタリングされ得る。このプロセスは、概して、光ファイバが光学出力ポートとの実質的に最適化された結合効率を達成するまで、反復され得る。
【００５２】
本発明のさらなる実施形態において、製造プロセスにおいてインプリメントされる自動アルゴリズムを調節するために、光ファイバの取り付けおよびアライメントの間、運動システム、視覚システム、および光学パワーメータのうちの１つ以上からデータを収集することが所望され得る。さらに、取り付けおよびアライメント部材からのデータの連続的な取得および解析は、製造効率を高めるために、自動アルゴリズムの一定の最適化を可能にすることができる。
【００５３】
図５は、本発明の一般的な実施形態を示すフローチャートである。ここで、工程５０１は、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする工程であり、工程５０２は、少なくとも光ファイバの端部およびマウントパッド領域の上に感熱性取り付け手段が付与された光ファイバを取り付ける工程であり、工程５０３は、光学出力ポートとの所望のアライメントを達成するために少なくとも垂直方向に光ファイバを調節するように局所加熱手段を作動させる工程である。
【００５４】
図６は、本発明の他の例示的な実施形態を示すフローチャートである。工程６０１において、光ファイバは、上述したように、光学出力ポートに大まかにアライメントされることが所望され得る。工程６０１はまた、取り付け後の、プリロード方向を判定するために用いられ得る、ソース界面への光ファイバの上部および側面の写真を撮る工程を含み得る。工程６０２において、少なくとも、ファイバの端部およびマウントパッド領域の上に、感熱性取り付け手段が設けられ、工程６０３において、光ファイバをマウントパッド領域に固定するために、局所的熱が感熱性取り付け材料に与えられる。少なくとも垂直方向におけるミスアライメントが、工程６０１、６０２、および６０３のうちの１つ以上によって導入される。
【００５５】
ミスアライメントが導入されない場合、工程６０３ａは、工程６１２へと続き、アライメントプロセスが完了したことが示される。ミスアライメントがある場合、工程６０４において、光学出力ポートに隣接する光ファイバの上部および側面カメライメージが取得される。その後、工程６０５において、上部および側面カメライメージを光ファイバの所望される位置と比較することによって、プリロード力を付与するプリロード方向が判定される。工程６０６ａは、プリロード方向への光ファイバ上にプリロード力を付与することへとすすみ、工程６０６ｂにおいて、プリロード力の影響の下にファイバを移動させる事を可能にするように、加熱取り付け手段を実質的に軟化させるために、局所加熱手段が作動される。
【００５６】
あるいは、工程６０６は、局所加熱手段の作動およびプリロード力の付与が同時に行われるときに行われ得る。その後、工程６０７は、光ファイバが実質的に所望の位置にアライメントされているか否かを判定する。アライメントがされていない場合、制御は、工程６０５に戻る。ファイバが実質的にアライメントされている場合、２つの決定のうちの一方が為され得る。イエス２が選択される場合、この方法は、工程６１２に進み、プロセスが完了したことが示される。しかし、イエス１が選択される場合、プロセスは、所望される光学出力ポートとのアライメントを達成するために、さらに精密に光ファイバをアライメントするように、工程６０８〜６１１を実行する。工程６０８において、光学コンポーネントは、光学出力ポートからの信号が生成されるように起動される。工程６０９において、光ファイバ内の信号を測定することによって効率性を測定するパワーメータが起動される。工程６０８および６０９は、概して、任意の順序で、または、同時に、行われ得る。
【００５７】
工程６１０において、局所加熱手段は、感熱性取り付け手段内の光ファイバを熱的に移動させるように起動される。工程６１０の間、光ファイバおよび光学出力ポートの結合効率は、パワーメータによって測定される。工程６１１において、結合効率のこの測定は、光学出力ポートとの実質的に所望されるアライメントをファイバが達成したか否かを判定するために、調べられる。達成されていない場合、工程６１０が繰り返される。達成されている場合、制御は工程６１２に進み、プロセスが完了したことが示される。図示されていないが、工程６０５〜７０７は、工程６０４において垂直方向アライメントのみが必要であると判定される場合、プロセスから消去され得る。さらに、工程６０８〜６１２は、レーザエネルギーが感熱性取り付け手段の上部または側面に付与されるかに依存して、ファイバを垂直方向または水平方向にアライメントするために用いられ得る。
【００５８】
図７は、本発明のさらなる例示的な実施形態を示すフローチャートである。この例示的な実施形態の方法は、概して、工程６０１から開始される。工程６０１において、光学出力ポートに対して実質的に予めアライメントされた光ファイバの上部および側面カメライメージが取られる。しかし、このプロセスはまた、視覚システムを用いることによって、光ファイバを通る「第１の光」を大まかに見つけるための工程６０１ａ、および、光ファイバを通る第１の光を見つけた後に、光学出力ポートに対して光ファイバを大まかにアライメントする工程６０１ｂを含み得る。光ファイバのアライメントとは、概して、所望される光学信号結合効率を達成するために、ファイバに達する光学パワーをモニタリングする間の、ファイバの移動のことを意味し得る。信号を生成する光学出力源がオフである場合、工程６０３は、低電力、低電流設定でオンにする。この点において、工程６０５は、感熱性取り付け手段を光ファイバの上に配置し、光ファイバを所望されるように正しい位置に固定するために、感熱性取り付け手段の上の中間パワー局所加熱手段を作動する。工程６０７において、工程６０３および６０５のうちの１つ以上の間に発生した可能性がある、工程６０１からの任意のミスアライメントを識別するために、上部および側面カメライメージが取得される。工程６０９において、工程６０７において取得されたイメージにおける光ファイバの位置を、工程６０１において取得されたアライメントされたファイバのイメージと比較することによって、プリロード方向が取得される。
【００５９】
その後、工程６１１において、プリロードの必要性があるか否かが判定される。工程６１１において、プリロードの必要性がないと判定される場合、制御は、工程６１５に進む。必要性がある場合、プロセスは、プリロード方向にプリロード力を付与し、その後、（または同時に）感熱性取り付け手段の上で高いパワーの局所加熱手段を作動させることによってプリロード調節が行われる工程６１３に進む。その後、制御は、ＰＡＴＨ１を介して進められ、工程６０７において、さらなるプリロード方向を判定するために、再度、上部および側面カメライメージが取られ得る。このプロセスは、光ファイバが工程６０１において元々取得されたアライメントを達成するまで継続され得る。
【００６０】
プリロード力の付与は、概して、用いられている光ファイバの引っ張り強度の小さい割合であり得る力に限定される。これは、光ファイバを曲げることによって、破壊、ひび、または、曲げの結果としての所望されない他の損傷が引き起こされないようにするためである。概して、これによって、マルチプルモード２プリロード調節が必要となる。したがって、別の実施形態において、工程６１３において、光ファイバを所望のアライメントに戻すように移動させる完全なプリロードスケジュールが規定され得、それにより、プリロードおよび局所加熱手段の作動が、反復のたびにさらなる上部および側面カメライメージを必要とすることなく、プリロードスケジュールにしたがって、反復的に起こる。このような実施形態において、プリロードスケジュールが実行された後、制御は、ＰＡＴＨ２を介して直接工程６１５に進められる。
【００６１】
工程６１５において、光学パワー源が高い電力／電流設定に変えられる。この点において観察される結合効率が所望の値である場合、プロセスは終了する。しかし、このプロセスが、概して、モード３微細アライメントのため、工程６１７に進む。ここで、光ファイバの垂直方向に下へのシフトを引き起こすため、感熱性取り付け手段の上で、低パワーの局所加熱手段が作動される。工程６１９において所望される結合効率が検出される場合、プロセスは、終了状態６９９へと進む。工程６１７は、所望される結合効率が検出されるまで、所望される任意の回数行われ得る。工程６１７において、結合効率がある特定の閾値よりも下であることが検出される場合（図７には示されていない）、プロセスは、制御を工程６０７に戻るように進められ得る。工程６０７において、さらなるモード２プリロード調節が必要とされる可能性を判断するために、上部および側面カメライメージが取られる。
【００６２】
本発明のある実施形態において、光学源の低い電力／電流設定は２００〜６００ｍＡ（５０〜２５０ｍＷ）であり得、光学源の高い電力／電流設定は１〜１．６Ａ（０．７〜４Ｗ）であり得、低パワー、中間パワー、または高パワーの局所加熱手段は、パルス幅が２０〜３０ｍｓ、デューティサイクルが約８０％の１３〜１８Ｗの低エネルギーパルス、パルス幅が０．５〜６ｓの２０〜３０ｍｓの中間エネルギーパルス、およびパルス幅が２０〜８０ｍｓの２５〜３５の高エネルギーパルスを有する光のうち少なくとも１本のビームを放射するように、少なくとも１つのレーザを作動させることを含み得る。１つより多いパルスを用いることが所望される場合、連続するパルス間に４〜８ｍｓのポーズがあり得る。
【００６３】
ある特定の実施形態を参照しながら、例示され、説明されてきたが、本発明は、示されている細部に限定されることは意図されていない。反対に、特許請求の範囲の均等物の範囲および幅の中で、本発明から逸脱することなしに、細部に様々な改変が為され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、光ファイバ用のスナウトフィードスルーおよびパッケージ内で別個のマウント部品にはんだ付けされた光学ファイバを示す、ファイバ結合光学コンポーネントパッケージの斜視図である。
【図２】図２は、本発明による、光学コンポーネントに対してアライメントされた光学ファイバの側面図である。
【図３】図３は、本発明において用いられ得る、実質的に矩形のはんだ予備成形物の斜視図である。
【図４】図４は、本発明による、溝内に位置する光ファイバを有する図３の予備成形物および予備成形物に入射するレーザ放射の前面図である。
【図５】図５は、本発明の方法のある実施例を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、本発明による、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントする例示的な方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明による、光ファイバを光学出力ポートに対してアライメントするさらなる例示的な方法の概略を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
２００  高熱導電性ベース
２０２  マウントパッド
２０３  取り付け手段
２１１  半導体レーザ
２１４  光ファイバ
３００  はんだ予備成形物
３０１  ボディ
３１０  溝
４０１  予備成形物
４１２  予備成形物溝
４１４  光ファイバ
４１５  レーザ放射
【図１】
2005182014.tif 000003
【図２】
2005182014.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005182014.tif 000007
【図６】
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【図７】
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