(57)【要約】【課題】  光ファイバの、隣接光源の光出力ポートに対する位置合せを最適化する方法を提供する。【解決手段】  バタフライパッケージ内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを調整する方法であって、光ファイバ上のハンダ接合の位置を特定し、それにより１つ以上の高パワーレーザをそれらのビームがハンダ接合上に入射するように移動させる（ステップ５０６、５０８）方法である。次いで、所定のパルススケジュールにしたがって高パワーレーザパルスを印加して（ステップ５１４）、ハンダ接合を加熱し、光ファイバがその内部で移動し得るようにする。内部または外部モニタ手段（光パワーメータなど）を使用して、光学位置合せが達成された場合（所望の光パワー出力を超えた場合など）を判断する（ステップ５１６）。パルススケジュールは、最終のパッケージに対して実質的に最適化された結合が得られるまで複数回行われ得る。【選択図】  図５
2005346059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱感受性接合を用いてマウントに取り付けられた光ファイバの、隣接する光学デバイスの光学ポートに対する位置合せを最適化する方法であって、
１つ以上の高パワーレーザをそれぞれの放射経路が該熱感受性接合上に入射するように位置合せするステップと、
位置合せ品質の度合いを得ることによって該光ファイバの該光学ポートの位置合せ品質をモニタするステップと、
所定のパルススケジュールにしたがって該１つ以上の高パワーレーザを繰り返し起動して、１つ以上のビームをそれぞれの放射経路に沿って出射し、それにより該位置合せ品質の度合いが所定の閾値よりも大きくなるまで該光ファイバを少なくとも垂直に所望の位置に向かって調整するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記光学ポートは出力ポートであり、かつ光パワーメータが前記光ファイバと該光学ポートとの間の結合光パワーの度合いを前記位置合せ品質の度合いとして得、かつ前記方法が前記光学デバイスを起動して、該光学ポートから光信号を出射するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学ポートは入力ポートであり、かつ前記位置合せ品質の度合いが光検出器の出力信号および該光検出器に結合された回路の出力信号のうちの１つから得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記高パワーレーザを起動してレーザエネルギーの前記熱感受性接合への印加を制御する際に、温度測定デバイスが前記熱感受性接合の周辺領域温度の度合いを得る、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合を該１つ以上の高パワー加熱レーザに対して手動で位置合せするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、該１つ以上の高パワー加熱レーザを前記熱感受性接合に対して所定の位置へ移動するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記１つ以上の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、
カメラシステムを起動して、該１つ以上の高パワー加熱レーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、
該１つ以上の高パワー加熱レーザのレーザビームを該熱感受性接合の位置へ移動させるときに沿うべき動きベクトルを指定するステップと、
該動きベクトルにしたがって該１つ以上の高パワー加熱レーザのレーザビームを該熱感受性接合に対して移動させるステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように前記１つ以上の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
バタフライパッケージ内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを熱的に調整する方法であって、該光ファイバは熱感受性接合を用いてマウントに取り付けられ、該方法は、
ａ）該バタフライパッケージを所定温度に冷却された表面上に配置するステップと、
ｂ）該レーザダイオードチップを起動して光信号を出射するステップと、
ｃ）該パッケージを複数の高パワーレーザに対して位置合せして、該熱感受性接合が該複数の高パワーレーザのそれぞれの放射経路内に実質的に存在するようにするステップと、
ｄ）該所定のパルススケジュールにしたがって複数の高パワーレーザを起動して、光エネルギーのパルスをそれぞれの放射経路に沿って出射するステップと、
ｅ）光パワーメータを起動して、該光ファイバと該レーザダイオードチップとの間の位置合せ品質の度合いを得るステップと、
ｆ）該位置合せ品質の度合いが所定の閾値より大きくなるまでステップｄ〜ｅを繰り返すステップと
を包含する、方法。
【請求項１０】
前記バタフライパッケージは内部熱電冷却器を含み、かつ前記方法は、ステップｄの前に該内部熱電冷却器を止めるステップをさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように前記複数の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合を該複数の高パワー加熱レーザに対して手動で位置合せするステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合および該複数の高パワー加熱レーザを、所望の位置合せとして予め設定されたそれぞれの位置へ移動させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、
カメラシステムを起動して、該複数の高パワー加熱レーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、
該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合の位置へ移動させるときに沿うべき動きベクトルを指定するステップと、
該動きベクトルにしたがって該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合に対して移動させるステップと
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
バタフライパッケージ内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを熱的に調整する方法であって、該光ファイバは熱感受性接合を用いてマウントに取り付けられ、該方法は、
ａ）該バタフライパッケージを所定温度に冷却された表面上に配置するステップと、
ｂ）該パッケージを複数の高パワーレーザに対して位置合せして、該熱感受性接合が該複数の高パワーレーザのそれぞれの放射経路内に実質的に存在するようにするステップと、
ｃ）該所定のパルススケジュールにしたがって複数の高パワーレーザを起動して、光エネルギーのパルスをそれぞれの放射経路に沿って出射するステップと、
ｄ）温度測定デバイスを起動して、該パッケージの温度を測定し、該高パワーレーザの起動を制御するステップと、
ｅ）該光ファイバと該レーザダイオードチップとの間の位置合せ品質の度合いを得るステップと、
ｆ）該位置合せ品質の度合いが所定の閾値より大きくなるまでステップｃ〜ｅを繰り返すステップと
を包含する、方法。
【請求項１６】
前記バタフライパッケージは内部熱電冷却器を含み、かつ前記方法は、ステップｃ）の前に該内部熱電冷却器を止めるステップと、ステップｅ）において該位置合せ品質の度合いを得る前に該熱電冷却器を起動して、該パッケージを所望の動作温度にするステップとをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように前記複数の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合を該複数の高パワー加熱レーザに対して手動で位置合せするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合および該複数の高パワー加熱レーザを、所定の位置合せ位置へそれぞれ移動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、
カメラシステムを起動して、該複数の高パワー加熱レーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、
該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合の位置へ移動させるときに沿うべき動きベクトルを指定するステップと、
該動きベクトルにしたがって該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合に対して移動させるステップと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にファイバ結合光学アッセンブリに関する。より詳細には、バタフライパッケージにおける光ファイバの光出力ポートに対する位置合せを非機械的に最適化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
どの光学システムにおいても個々の構成要素間の正確な相互位置合せが重要であることがよく知られている。現在の光通信システムにおいて使用される構成要素は微小サイズなのでそのような位置合せを達成かつ維持することが困難である。例えば、レーザ送信器を構成する際の１つの問題は、レーザダイオードから光ファイバへの光出力の効率的な結合の問題である。効率的な結合を得るためには、ファイバ端をレーザの出射領域と正確に位置合せすることが望ましい。そのような位置合せがなされた後、ファイバはその位置に固定される。その固定には、理想的には、そのデバイスの寿命が続く限り位置合せが確実に持続するような方法が用いられる。
【０００３】
通常、ファイバ結合ダイオードレーザは、金メッキ金属バタフライパッケージに実装され、そのファイバは、エポキシ、レーザ溶接、またはハンダ付けなどの手法によって（フェルールを使用しても、しなくてもよい）レーザと位置合せされる。エポキシ接合はコストが低いが、高精度接合をするには熱膨張が大きすぎることがある。さらに、経時変化や温度変化によってガス放出および位置ずれが生じるために長期間にわたる信頼性が得られない。レーザ溶接手法は信頼性が高いが、ファイバのフェルール化のコストが高く、フェルール化ファイバを溶接によって接合するためにマウントまたはクリップを特別に設計する必要がある。マウント／クリップは高価であり、サイズが大きく、さらには時間とともにクリープすることもある。他方、ハンダ接合手法は信頼性が高く、コストも低いので、当該分野において普及している。しかし、既存のハンダ接合手法は、統合加熱機構および／またはハンダの逆流のために熱を絶縁するために特別に構成されたプラットフォームを使用する傾向にある。これらは、高価であり、サイズが大きいので好ましくない傾向にある。
【０００４】
ファイバをハンダ付けする装着位置は、有効に機能するために特定の材質を有することが望ましい。装着位置に用いられ得る材料は、熱伝導性が低く（例えば、５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満）であり、パッケージが加熱される間ファイバの位置合せを維持する熱膨張係数を有することが望ましい。所望の正確な熱膨張性は、レーザを装着する材料、ファイバマウントおよびレーザサブマントのそれぞれの厚さ、および／または動作中に予想される温度プロフィールに依存し得る。また、ファイバマウントの材料は、ハンダ付け可能であり得るか、またはハンダ付け可能な材料を用いてメッキ可能であり得る。ハンダ付け工程の間、温度勾配および材料の違いによる膨張差による大きなストレスを受けることがある。したがって、ファイバマウンドは、破断しないように大きな引張り強度（例えば、２５ｋｐｓｉより大きい）を有することが望ましい。
【０００５】
しかし、ファイバをハンダ付けする際には、溶融したハンダによる乱流および毛管力のために光学構成要素とファイバとの間の位置合せを維持することは困難である。例えば、図１に従来のパッケージであるバタフライパッケージ１００を示す。ここで、光ファイバ１１４は、レーザダイオードチップ１１２と所望の位置合せが得られるようにファイバフィードスルー１１４に挿入され、ハンダ接合１０３を用いてファイバマウント１０２に取り付けられる。しかし、そのようなパッケージにおいて、ハンダ接合１０３の逆流によって上記の乱流および毛管力が生じるので、光ファイバ１１４とレーザダイオードチップ１１２との間に位置ずれが起きる。その結果、位置合せ品質が低下する。現在、光ファイバを物理的に接触させる、および／または、降伏点を越えて接合を曲げるなどのようにハンダ付けの後に調整を行って、その位置ずれを補正しているが、永続的な変形が生じるので好ましくない。位置合せを物理的に調整するそのような方法は、さらなるストレスを引き起こし、光ファイバを時間とともにクリープさせることがある。ハンダ付け後調整の別の方法には、コストの高い複雑な設備（例えば、グリッパ）および高精度の直線または回転ステージがさらに必要であり望ましくないことがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、熱感受性接合を用いてマウントパッドに取り付けられた光ファイバの、隣接光源の光出力ポートに対する位置合せを最適化する方法であって、光源を起動して、光出力ポートから信号を発射するステップと、複数の高パワーレーザをそれぞれのビームが熱感受性接合に入射するように位置合せするステップと、所定のパルススケジュールにしたがって複数の高パワーレーザを起動して、熱感受性接合上にそれぞれのビームを当て、これにより光ファイバを少なくとも垂直に所望の位置に向かって調整するステップと、光パワーメータを起動して、光ファイバと光出力ポートとの間の位置合せ品質の度合いを得るステップと、位置合せ品質の度合いが所定の閾値よりも大きくなるまで繰り返すステップを含む方法である。
【０００７】
さらなる実施形態において、高パワーレーザの位置合せは、熱感受性接合を複数の高パワーレーザに対して目視で位置合せして、熱感受性接合を複数の高パワーレーザビームに対して位置合せすることによって達成してもよい。別の実施形態において、そのような位置合せは、複数の高パワーレーザを熱感受性接合に対して所定の位置に移動させることによって達成してもよい。さらに別の実施形態において、高パワーレーザの位置合せは、カメラシステムを起動して、複数の高パワーレーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、複数の高パワーレーザを熱感受性接合に対して移動し、高パワーレーザのビームを該熱感受性接合の位置に位置合せさせるステップとによって達成されてもよい。
【０００８】
さらなる実施形態において、所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように複数の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒である。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、光ファイバを、光源からの光信号を与える光出力ポートに対して位置合せする方法であって、光ファイバを光出力ポートに隣接させるステップ（ここで、光ファイバは熱感受性接合を用いてマウントパッドに取り付けられる）と、局所パルス加熱手段を所定のパルススケジュールにしたがって熱感受性接合上で起動してファイバの垂直移動を起こすステップと、パワーメータを用いて光結合効率をモニタするステップと、必要に応じて繰り返して所定の結合効率を得るステップとを含む方法である。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、バタフライパッケージ内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを熱的に調整する方法であって、バタフライパッケージを所定温度に冷却された表面上に配置するステップと、レーザダイオードチップを起動して光信号を出射するステップと、接合と複数の高パワーレーザとを位置合せして、接合が複数の高パワーレーザの複数のレーザビームの会合点内に実質的に存在するようにするステップと、所定のパルススケジュールにしたがって複数の高パワーレーザを起動して、光エネルギーのパルスを接合上に出射するステップと、光パワーメータを起動して、光ファイバとレーザダイオードチップとの間の位置合せ品質の度合いを得るステップと、位置合せ品質の度合いが所定の閾値より大きくなるまで繰り返すステップとを包含する方法である。
【００１１】
本発明は、熱感受性接合を用いてマウントに取り付けられた光ファイバの、隣接する光学デバイスの光学ポートに対する位置合せを最適化する方法であって、１つ以上の高パワーレーザをそれぞれの放射経路が該熱感受性接合上に入射するように位置合せするステップと、  位置合せ品質の度合いを得ることによって該光ファイバの該光学ポートの位置合せ品質をモニタするステップと、所定のパルススケジュールにしたがって該１つ以上の高パワーレーザを繰り返し起動して、１つ以上のビームをそれぞれの放射経路に沿って出射し、それにより該位置合せ品質の度合いが所定の閾値よりも大きくなるまで該光ファイバを少なくとも垂直に所望の位置に向かって調整するステップとを含む、方法である。
【００１２】
前記光学ポートは出力ポートであり、かつ光パワーメータが前記光ファイバと該光学ポートとの間の結合光パワーの度合いを前記位置合せ品質の度合いとして得、かつ前記方法が前記光学デバイスを起動して、該光学ポートから光信号を出射するステップをさらに含んでもよい。
【００１３】
前記光学ポートは入力ポートであり、かつ前記位置合せ品質の度合いが光検出器の出力信号および該光検出器に結合された回路の出力信号のうちの１つから得られてもよい。
【００１４】
前記高パワーレーザを起動してレーザエネルギーの前記熱感受性接合への印加を制御する際に、温度測定デバイスが前記熱感受性接合の周辺領域温度の度合いを得てもよい。
【００１５】
前記１つ以上の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合を該１つ以上の高パワー加熱レーザに対して手動で位置合せするステップを含んでもよい。
【００１６】
前記１つ以上の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、該１つ以上の高パワー加熱レーザを前記熱感受性接合に対して所定の位置へ移動するステップを含んでもよい。
【００１７】
前記１つ以上の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、カメラシステムを起動して、該１つ以上の高パワー加熱レーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、該１つ以上の高パワー加熱レーザのレーザビームを該熱感受性接合の位置へ移動させるときに沿うべき動きベクトルを指定するステップと、該動きベクトルにしたがって該１つ以上の高パワー加熱レーザのレーザビームを該熱感受性接合に対して移動させるステップとを含んでもよい。
【００１８】
前記所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように前記１つ以上の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒であってもよい。
【００１９】
また、本発明は、バタフライパッケージ内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを熱的に調整する方法であって、該光ファイバは熱感受性接合を用いてマウントに取り付けられ、該方法は、ａ）該バタフライパッケージを所定温度に冷却された表面上に配置するステップと、ｂ）該レーザダイオードチップを起動して光信号を出射するステップと、ｃ）該パッケージを複数の高パワーレーザに対して位置合せして、該熱感受性接合が該複数の高パワーレーザのそれぞれの放射経路内に実質的に存在するようにするステップと、ｄ）該所定のパルススケジュールにしたがって複数の高パワーレーザを起動して、光エネルギーのパルスをそれぞれの放射経路に沿って出射するステップと、ｅ）光パワーメータを起動して、該光ファイバと該レーザダイオードチップとの間の位置合せ品質の度合いを得るステップと、ｆ）該位置合せ品質の度合いが所定の閾値より大きくなるまでステップｄ〜ｅを繰り返すステップとを包含する、方法である。
【００２０】
前記バタフライパッケージは内部熱電冷却器を含み、かつ前記方法は、ステップｄの前に該内部熱電冷却器を止めるステップをさらに包含してもよい。
【００２１】
前記所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように前記複数の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒であってもよい。
【００２２】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合を該複数の高パワー加熱レーザに対して手動で位置合せするステップを含んでもよい。
【００２３】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合および該複数の高パワー加熱レーザを、所望の位置合せとして予め設定されたそれぞれの位置へ移動させるステップを含んでもよい。
【００２４】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、カメラシステムを起動して、該複数の高パワー加熱レーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合の位置へ移動させるときに沿うべき動きベクトルを指定するステップと、該動きベクトルにしたがって該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合に対して移動させるステップとを含んでもよい。
【００２５】
また、本発明は、バタフライパッケージ内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを熱的に調整する方法であって、該光ファイバは熱感受性接合を用いてマウントに取り付けられ、該方法は、ａ）該バタフライパッケージを所定温度に冷却された表面上に配置するステップと、ｂ）該パッケージを複数の高パワーレーザに対して位置合せして、該熱感受性接合が該複数の高パワーレーザのそれぞれの放射経路内に実質的に存在するようにするステップと、ｃ）該所定のパルススケジュールにしたがって複数の高パワーレーザを起動して、光エネルギーのパルスをそれぞれの放射経路に沿って出射するステップと、ｄ）温度測定デバイスを起動して、該パッケージの温度を測定し、該高パワーレーザの起動を制御するステップと、ｅ）該光ファイバと該レーザダイオードチップとの間の位置合せ品質の度合いを得るステップと、ｆ）該位置合せ品質の度合いが所定の閾値より大きくなるまでステップｃ〜ｅを繰り返すステップとを包含する、方法である。
【００２６】
前記バタフライパッケージは内部熱電冷却器を含み、かつ前記方法は、ステップｃ）の前に該内部熱電冷却器を止めるステップと、ステップｅ）において該位置合せ品質の度合いを得る前に該熱電冷却器を起動して、該パッケージを所望の動作温度にするステップとをさらに包含してもよい。
【００２７】
前記所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように前記複数の高パワーレーザを起動し、ここで、各バースト間に１７０〜２８０ミリ秒の休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、パルス幅は約２２〜３８ミリ秒であってもよい。
【００２８】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合を該複数の高パワー加熱レーザに対して手動で位置合せするステップを含んでもよい。
【００２９】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、前記熱感受性接合および該複数の高パワー加熱レーザを、所定の位置合せ位置へそれぞれ移動させるステップを含んでもよい。
【００３０】
前記複数の高パワー加熱レーザを位置合せするステップは、カメラシステムを起動して、該複数の高パワー加熱レーザに対する前記熱感受性接合の位置を特定するステップと、該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合の位置へ移動させるときに沿うべき動きベクトルを指定するステップと、該動きベクトルにしたがって該複数の高パワー加熱レーザのビームを該熱感受性接合に対して移動させるステップとを含んでもよい。
【００３１】
（摘要）
バタフライパッケージ（またはそれに等価なパッケージ）内において光ファイバのレーザダイオードチップに対する位置合せを調整する方法であって、光ファイバ上のハンダ接合の位置を特定し、それにより１つ以上の高パワーレーザをそれらのビームがハンダ接合上に入射するように移動させる方法である。次いで、所定のパルススケジュールにしたがって高パワーレーザパルスを印加して、ハンダ接合を加熱し、光ファイバがその内部で移動し得るようにする。内部または外部モニタ手段（光パワーメータなど）を使用して、光学位置合せが達成された場合（所望の光パワー出力を超えた場合など）を判断する。パルススケジュールは、最終のパッケージに対して実質的に最適化された結合が得られるまで複数回行われ得る。
【００３２】
上記の一般的な記載および下記の詳細な記載は例示であって、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。なお、通例にしたがい、図面の種々の特徴は実際の比率と異なる。反対に、説明を容易にするために種々の特徴の寸法は任意に拡大または縮小される。
【００３４】
図面において、同様の参照符号は同様の要素を示す。図１は、従来のバタフライパッケージ１００を示す。従来のパッケージ１００は、光ファイバ１１４を含む。光ファイバ１１４は、スナウトフィードスルー１０１に挿入され、ハンダ接合１０３を用いてファイバマウント１０２に取り付けられる。光ファイバ１１４は、また基板１１１に装着された光学構成要素１１２（例えば、半導体レーザ、レーザダイオードチップ、光検出器）に光学的に結合される。また、図１に示すパッケージには、サーミスタ１１６が含まれる。パッケージが熱電冷却器（ＴＥＣ）を含む場合、熱電冷却器は基板１１１の下に配置される。
【００３５】
図１から分かるように、光ファイバ１１４は、光学構成要素１１２が装着された基板１１１から離れたファイバマウント１０２上に装着される。さらに、ファイバは光学構成要素１１２がパッケージ１００中にある場合に取り付けられるので、ファイバ１１４を光学構成要素１１２に対して位置合せし、結合させる領域を側面から見ることができないため、位置合せ工程は複雑になり得る。さらに、ファイバ１１４をスナウトフィードスルー１０１に挿入する工程は、非垂直製造工程が必要であり得、これは製造工程を複雑にして歩留まりを悪化させ得る。加えて、光ファイバ１１４は、溶融ハンダ１０３を滴下してファイバマウント１０２に取り付けるので、取り付けの前に位置合せに変化が生じ得る。
【００３６】
上記の従来のパッケージ１００における位置合せによる結合効率は、高精度の光ファイバおよび半導体レーザに対しては望ましくない程度に低いことがある。図２の側面図は、さらに従来例に生じ得る位置ずれの起こり得るタイプの１つを例示する。ここで、レーザダイオード２１１は、レーザサブマウント２０１上に装着され、必要に応じて光ファイバ２１４に結合される。光ファイバ２１４は、熱感受性接合２０３（例えば、ハンダ）を用いてファイバマウント２０２に取り付けられる。図示するように、ファイバ２１４とレーザダイオード２１１との間の垂直方向の位置ずれを誇張して示す。この位置ずれによって、結合された光信号の強度が非常に低下し得る。生じ得る他のタイプの位置ずれには、例えば、垂直平行移動位置ずれがある。したがって、そのような位置ずれが図１のレーザ結合光ファイババタフライパッケージ１００に存在すると、さらなる変形および位置ずれを起こさずに解決することが困難であることが当業者に認識される。
【００３７】
本発明を使用する装着システムは、光学構成要素と同じ基板上にあるマウントパッド上にファイバを装着し、基板をパッケージ中にハンダ付けする前に光学構成要素に対してファイバを位置合せすることによって問題に対処する。基板をパッケージにハンダ付けする際の加熱は、光ファイバと光学構成要素との間の位置合せを妨げ得る。光学デバイスが単一モードレーザである場合、この位置合せ不良は８０％ほどの結合パワー損失を生じ得る。マルチモードレーザに対しては、２０％ほどの結合損失が生じ得る。発明者らは、この位置合せ不良が通常は垂直位置合せ不良であり、下記の方法で補正し得ることを確認した。
【００３８】
本発明は、図３に示すように、熱感受性接合３０１によってマウントパッド３０２に取り付けられた光ファイバ３１４を光出力ポートを有する隣接光源（図３に示さず）に位置合せするための方法を提供する。本発明のこの実施形態において、光源（例えば、単一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光ファイバ、半導体光増幅器、光コンセントレータ、光発光ダイオード）を起動して、光信号（図３に示さず）を光ポート（図３に示さず）を介して出射する。次いで、位置合せ品質を測定するために光ファイバ３０４による光信号の受信をモニターしてもよい。位置合せ品質を測定することによって、絶対パワー受信あるいは所定の数値に対するパワー受信の指標を得てもよい。熱感受性接合３０１内の光ファイバ３１４の垂直位置合せ不良を補正するために、１つ以上の高パワー加熱レーザ（図３に示さず）が、それぞれのビーム３１５が光感受性接合３０１に入射するようにパッケージ上に位置合せされる。この１つ以上の高パワーレーザを起動し、所定のパルススケジュールにしたがってビーム３１５を熱感受性接合３０１に当てる。そのようにパルスを当てることによって光ファイバ３１４において垂直移動が生じる。次いで、光パワーメータによって位置合せ品質が所定の閾値（または所望の値）に達するか、またはそれより大きくなったと示されるまでパルススケジュールを繰り返す。
【００３９】
あるいは、本発明のすべての実施形態における光出力ポートを有する光源は、光入力ポートを有する光検出器であってもよいことが当業者に理解される。そのような実施形態では、光検出器の出力信号または光検出器に結合する回路の出力信号をモニタすることによって光検出器に対する光ファイバの位置合せ品質を得てもよい。
【００４０】
本発明のさらなる実施形態において、複数の高パワーレーザのそれぞれのビームが熱感受性接合上に出射するように高パワーレーザを位置合せする方法は、熱感受性接合をその複数の高パワーレーザに対して目視により位置合せするステップを含んでもよい。そのような目視位置合せは手動で行ってもよいし、またはカメラシステムを起動し、当該分野において一般に使用される画像検出アルゴリズムを使用して熱感受性接合の位置を特定し、それにより高パワーレーザのそれぞれのビームが熱感受性接合に入射するように熱感受性接合に対して移動して高パワーレーザのそれぞれのビームを位置合せすることによって行ってもよい。
【００４１】
別の実施形態において、位置合せ不良となったレーザ結合光ファイバパッケージを所定の位置に予測可能に配置し、１つ以上の高パワーレーザをそれぞれのビームが熱接合感受性接合に入射するように、熱感受性接合に対してそれぞれ対応の所定位置に移動することによって位置合せしてもよい。
【００４２】
さらなる実施形態において、所定のパルススケジュールによって、光エネルギーの１０〜１４パルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射するように複数の高パワーレーザを起動する。この場合、各バースト間に休止期間があり、各パルスは１０〜２２ワットパルスパワーであり、そのパルス幅は約２２〜３８ミリ秒、好ましくは３０ミリ秒である。各バースト間の休止期間は、例えば、１７０〜２８０ミリ秒であり、好ましくは約２２５ミリ秒である。
【００４３】
さらに、本発明の別の実施形態において、２つの高パワー加熱レーザを円錐４０９（高さＨ、半径Ｒ、プルーム（ｐｌｕｍｅ）角Ａ）の外側表面上に対称に配置してもよい。高パワーレーザ４５５および４５７は、例えば、円錐の外側端に対称に配置され、それぞれのビームが熱感受性接合に入射するようにしてもよい。あるいは、高パワーレーザ４５５および４５７は、外側表面のさらに下に対称に配置してもよい。本発明の１つの実施形態において、レーザは作動距離が５ｃｍ（２インチ）、プルーム角Ａが６０度、高さＨが４．４ｃｍ（１．７３インチ）、および半径Ｒが２．５ｃｍ（１インチ）であってもよい。あるいは、１つの実施形態において、それぞれのビームが熱感受性接合に入射し、熱感受性接合を摂氏７０〜１１０度に加熱する限り、任意に配置してもよい。
【００４４】
図５は、本発明の１つの実施形態による、パッケージ内で光ファイバを光構成要素の光出力ポートに位置合せする方法を示す。オプションステップ５０２において、光学パッケージが配置される表面を所定の所望動作温度（例えば、２０〜２５度）に冷却する。その温度で位置合せ不良が測定され得る。さらにオプションの５０４において、光学パッケージの熱電冷却器（ＴＥＣ）（図示せず）を止め、位置合せ工程における加熱を邪魔しないようにしてもよい。この例示の実施形態において、ＴＥＣは位置合せ工程の後に起動し、光ファイバと光学構成要素が所望の動作温度で位置合せされるかを判断する。デバイスがいくつかの異なる温度で動作することが予想される場合、各温度で位置合せ測定を行って光ファイバの光学構成要素に対する全体の位置合せを最適にしてもよい。
【００４５】
あるいは、光学パッケージがＴＥＣを含まない場合、上記ステップは省略される。ステップ５０６は、光学パッケージを準備して表面（ステップ５０２行う場合、ステップ５０２で冷却された表面）上に配置する。ステップ５０８において、１以上の高パワーレーザをそれぞれの光ビームが光学パッケージの熱感受性接合上に入射するように光学パッケージ上で位置合せする。ステップ５１０において、光ファイバから入力を受信するパワーメータを起動し、光ファイバと光出力ポートとの位置合せ品質の度合いを得る。光パワーメータは、方法の残りの部分全体で連続して位置合せ品質を測定してもよい。あるいは、各パルススケジュールの完了時に位置合せ品質の度合いを与えてもよい。ステップ５１２において、光学構成要素を起動し、光信号を光出力ポートから出射する。一般に、ステップ５０８〜５１２は、いずれの順序で行ってもよい。ステップ５１４において、１つ以上の高パワーレーザを起動し、光エネルギーのパルスを所定のパルススケジュールにしたがって熱感受性接合に出射する。１つの実施形態において、所定のパルススケジュールは、複数の高パワーレーザを起動し、１０〜１４の光エネルギーパルスをそれぞれが含む５〜８バーストを出射する。各バースト間は１７０〜２８０ミリ秒の休止期間を有する。各パルスは、１０〜２２ワットパルスパワー、２２〜３８ミリ秒のパルス幅（好ましくは約３０ミリ秒）を有する。パッケージの温度は、パッケージが所望の温度範囲に達するがそれを超えないようにレーザエネルギーが当たるようにモニタしてもよい。本発明の例示の実施形態において、パッケージの温度は、サーモメータ、サーモカップル、サーミスタ、他のそのようなデバイスなどの温度測定デバイスを使用して測定してもよい。熱電冷却器（ＴＥＣ）を含むデバイスに対して、この温度範囲は、例えば、摂氏９０〜１１０度である。ＴＥＣのないデバイスに対して、この温度範囲は、例えば、摂氏７０〜９０度である。ステップ５１６において、光パワーメータによって観測される位置合せ品質は、所望の閾値以上である。そうでなければ、方法はステップ５１４に進む。ステップ５１４でパルススケジュールが繰り返される。一旦位置合せ品質閾値に達すると、方法はステップ５１８で終了する。
【００４６】
本発明の別の実施形態において、光ファイバと出力ポートとの所望の位置合せを得るために繰り返し行う所定のパルススケジュールは複数の所定のパルススケジュールを含んでもよい。ここで、工程は、位置合せ品質の現在の度合いに対応する所定のパルススケジュールを用いる。したがって、工程は、位置合せ品質の各度合い（または、位置合せ品質の値の各範囲）に対して異なる所定のパルススケジュールを用いてもよい。
【００４７】
図６は、カメラシステムを用いて目視位置合せにより上記のように高パワーレーザを熱感受性接合に対して位置合せする方法を示すフローチャートである。ステップ６０１において、カメラシステム（例えば、Ａｃｕｉｔｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ社のＰｏｗｅｒｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）を起動および初期化する。しかし、他の同様の視覚システムを用いてもよい。ステップ６０３において、カメラシステムによって得られたデータを使用することによって、プロセッサまたは手動のオペレータが熱感受性接合（例えば、金属ハンダ）の位置を特定する。次いで、動きベクトルを生成して高パワーレーザを熱感受性接合と位置合せさせるように移動してもよい（ステップ６０５）。さらに、ステップ６０７において、カメラシステムからのデータを得て、高パワーレーザが熱感受性接合と実質的に位置合せできているかどうかを判断する。位置合せできていない場合は、ステップ６０３から上記方法を繰り返す。位置合せが確認されると、上記方法は終了する（ステップ６０９）。あるいは、高パワーレーザを移動して熱感受性接合と位置合せさせるステップは、熱感受性接合を含むパッケージを移動して高パワーレーザに位置合せさせることによって達成してもよい。
【００４８】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来のファイバ結合光学構成要素パッケージの斜視図であり、光ファイバに対するスナウトフィードスルー、およびパッケージ内の別個のマウント構成要素にハンダ付けされた光ファイバを示す。
【図２】従来の光ファイバの側面図であり、光学構成要素に対する垂直回転位置合せ不良を示す。
【図３】本発明による、溝内に配置された光ファイバのプレフォームの正面図であり、プレフォーム上に入射するレーザ光を示す。
【図４】本発明の１実施形態による、ファイバ結合光学構成要素パッケージの斜視図であり、高パワーレーザの取り得る位置を例示するよう重ね合わせた円錐を示す。
【図５】本発明の１実施形態による位置合せ方法のフローチャートである。
【図６】本発明による、高パワーレーザをハンダ接合に位置合せする方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１００  バタフライパッケージ
１０１  スナウトフィードスルー
１０２  ファイバマウント
１０３  ハンダ接合
１１１  基板
１１２  レーザダイオードチップ
１１４  光ファイバ
１１６  サーミスタ
２０１  レーザサブマウント
２０２  ファイバマウント
２０３  熱感受性接合
２１１  レーザダイオード
２１４  光ファイバ
３０１  熱感受性接合
３０２  マウントパッド
３１４  光ファイバ
３１５  ビーム
４０９  円錐
４５５  高パワーレーザ
４５７  高パワーレーザ
【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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