(57)【要約】１つまたは複数の単一モード導波路デバイスがファイバ・カップリングされ、光学素子への信号が、光ファイバ１５への導波路デバイスのカップリングに影響を与えるようになっている。光ファイバへの導波路デバイスのカップリングを調整するために多くのシステムおよび方法が開示される。これらのシステムおよび方法は、例えば異なる軸に沿って異なる周波数で、調節可能な光学素子２５をディザリングすること、およびそれぞれの動作度に応じたエラー信号を誘導するためにロックイン技術を使用すること、位置検知形の検出器２３上に集束されたビームの二次像を形成するためにビームスプリッタ１２１を使用すること、斜めのフェセットから反射を発生させるためのチゼルド・ファイバを使用すること、二次像のために付加的なレーザを使用すること、または角度付きファイバまたは寄生反射から二次像を得ることである。
2004513385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送法であって、該光伝送法が：
それぞれが異なる波長で光を放射するレーザを、レーザアレイから選択し、
前記レーザからの光が光出力部に伝送されるように、前記レーザから前記光出力部への光路を確立し、さらに、
前記光出力部における放射光の出力を最大化するように前記光路を調整する、ことを特徴とする、光伝送法。
【請求項２】
レーザの選択が、
目標波長の指示を受け、
該目標波長を有するレーザを前記レーザアレイから選び、さらに、
前記選ばれたレーザに光を放射させる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光路の確立がさらに、
光学素子に、前記選択されたレーザから前記光出力部に光を向けさせる位置を求め、さらに、
該求められた位置に前記光学素子を配置する、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法がさらに、
前記光出力部における放射光の出力を測定し、さらに、
前記選択されたレーザに相応する所期の出力を求める、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
所期の出力を求めることが、
前記レーザ・アレイの個々のレーザにそれぞれ出力値が割り当てられているエントリを有する探索テーブルを確立し、さらに、
前記選択されたレーザに相応する、探索テーブルのエントリを識別する、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記光路の調整が、前記測定された出力を、前記求められた所期の出力と比較することに基づく、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記方法がさらに、前記測定された出力と前記所定の出力との比較に基づいて、調整信号を発生させる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記方法がさらに、前記調整信号に基づいて運動方向を求める、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光路の調整が、前記測定された出力と前記求められた所期の出力との比較に基づく、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記光路の調整がさらに、前記調整信号に基づいて前記光学素子を第１の方向に動かす、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法がさらに、
前記光学素子の出力と位置との関数関係を示す出力ラインを生成し、さらに、
該出力ラインの勾配を求める、
請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記光路の調整がさらに、前記勾配に基づいて前記光学素子を第１の方向に動かす、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記光路の調整がさらに、前記勾配に基づいて前記光学素子を、前記第１の方向と実質的に対向する第２の方向に動かす、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光路の調整がさらに、前記勾配が正の場合には前記光学素子を第１の方向に動かす、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記光路の調整がさらに、前記勾配が負の場合には前記光学素子を、前記第１の方向と実質的に対向する第２の方向に動かす、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法がさらに、前記出力ラインの極小値を求める、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記光路の調整がさらに、前記測定された出力が前記極小値とは異なる場合に、前記光学素子を動かす、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法がさらに、
複数の軸に沿った、前記光学素子の出力および位置に関連する出力関数を求め、
該出力関数の導関数を求める、
請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
前記光路の調整がさらに、前記導関数が前記複数の軸に沿って第１の方向で正の場合に、前記光学素子を動かす、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記光路の調整がさらに、前記導関数が前記複数の軸に沿って、前記第１の方向と実質的に対向する第２の方向で負の場合に、前記光学素子を動かす、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記出力の測定がさらに、
前記光出力部に近接する第１の光検出器で出力を測定し、さらに、
前記光出力部に近接する第２の光検出器で出力を測定する、
請求項４に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法がさらに、前記第１の光検出器で測定された出力と、前記第２の光検出器で測定された出力との出力比を求める、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記光路の調整がさらに、前記出力比が所定の限界未満の場合に、前記光学素子を第１の方向に動かす、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法が、前記第１の光検出器で測定された出力と、前記第２の光検出器で測定された出力とを合計する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記光路の調整がさらに、前記合計された出力が所定の限界未満の場合に、前記光学素子を第１の方向に動かす、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記出力の測定が、前記光出力部に近接する光検出器における光の位置を求める、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記光路の調整がさらに、前記光の位置が所定の位置とは異なる場合に、前記光学素子を第１の方向に動かす、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記方法がさらに、前記確立された光路内にレンズを配置することにより、前記光出力部内に前記放射光を集束させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記光出力部がファイバを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
所期の出力を求めることが、
前記レーザアレイの個々のレーザにそれぞれ所定の出力値が割り当てられて、前記光学素子に対応して識別された所定の位置と連携するエントリを有する探索テーブルを確立し、さらに、
前記選択されたレーザに相応する、探索テーブルのエントリを識別する、
請求項４に記載の方法。
【請求項３１】
前記光路の調整が、前記測定された出力と前記選択されたレーザに相応する出力値との比較と、前記光学素子の位置と前記選択されたレーザに相応する前記光学素子の所定の位置との比較とに基づく、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記光路の調整がさらに、前記選択されたレーザに相応する前記光学素子の前記所定の位置と、前記光学素子の目下の位置とに基づいて、前記光学素子を動かす、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
光伝送制御装置であって、
レーザアレイと、
少なくとも１つの光学素子と、
前記レーザアレイからのレーザからの光が、前記少なくとも１つの光学素子によって光出力部内に向けられるような光出力部と、
前記少なくとも１つの光学素子にカップリングされていて、前記光出力部内に向けられた光の出力を最大化するために前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されているコントローラと、
を備えることを特徴とする光伝送制御装置。
【請求項３４】
前記光出力部が、前記レーザアレイから選択されたレーザによって放射された光を反射する第１の領域を有する、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する複数の光検出器を備え、さらに、
前記コントローラが、前記複数の光検出器にカップリングされていて、各光検出器によって求められた光出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、
請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する複数の光検出器を備え、さらに、
前記コントローラが、前記複数の光検出器にカップリングされていて、エラー信号を発生させ、該発生させられたエラー信号に基づいて前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、
請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記光学出力部が、チゼルド・ファイバを備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記装置がさらに、前記チゼルド・ファイバの周囲に配置された複数の光検出器を備え、各光検出器が、前記チゼルド・ファイバから反射された光を受容し、各光検出器で受容された光の光出力を求めるように構成されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する複数の光検出器を備え、さらに、
前記コントローラが、前記複数の光検出器にカップリングされていて、各光検出器によって求められた光出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、
請求項３３に記載の装置。
【請求項４０】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する複数の光検出器を備え、さらに、
前記コントローラが、前記複数の光検出器にカップリングされていて、エラー信号を発生させ、該発生させられたエラー信号に基づいて前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、
請求項３３に記載の装置。
【請求項４１】
前記エラー信号が、前記求められた光出力と、所定の光出力値集合とに基づいている、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記エラー信号が、前記複数の光検出器によって検出された光の位置に基づいている、請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
前記装置がさらに、
第１の検出器における出力を測定する第１の検出器と、
第２の検出器における出力を測定する第２の検出器と、
を備え、さらに、
前記コントローラが、前記第２の検出器で測定された出力に対する前記第１の検出器で測定された出力の比を求め、該比が所定の限界未満である場合に、前記少なくとも１つの光学素子を調整するようになっている、
請求項３３に記載の装置。
【請求項４４】
前記装置がさらに、
第１の検出器における出力を測定する第１の検出器と、
第２の検出器における出力を測定する第２の検出器と、
を備え、さらに、
前記コントローラが、前記第１の検出器で測定された出力と前記第２の検出器で測定された出力とを合計し、該合計された測定出力が所定の限界を超える場合に、前記少なくとも１つの光学素子を調整するようになっている、
請求項３３に記載の装置。
【請求項４５】
前記装置がさらに、
第１の検出出力として、第１の検出器における出力を測定する第１の検出器と、
第２の検出出力として、第２の検出器における出力を測定する第２の検出器と、
第３の検出出力として、第３の検出器における出力を測定する第３の検出器と、
第４の検出出力として、第４の検出器における出力を測定する第４の検出器と、を備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項４６】
前記コントローラが、第１、第２、第３および第４の検出出力のうちの１つに対する、第１、第２、第３および第４の検出出力のうちの異なる１つの比を求め、該比が所定の比とは異なる場合に、少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記装置がさらに、
第１の検出出力として、第１の検出器における出力を測定する第１の検出器と、
第２の検出出力として、第２の検出器における出力を測定する第２の検出器と、
第３の検出出力として、第３の検出器における出力を測定する第３の検出器と、を備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項４８】
前記コントローラが、第１、第２および第３の検出出力のうちの１つに対する、第１、第２および第３の検出出力のうちの異なる１つの比を求め、該比が所定の比とは異なる場合に、少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する位置検出器を備え、該位置検出器に入射する光の位置を求めるように、請求項３３に記載の装置。
【請求項５０】
前記コントローラが、前記求められた位置が所定の位置とは異なる場合に、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する検出器を備え、該検出器が複数の領域を有していて、各領域に衝突する、選択されたレーザからの放射光の出力を測定するように構成されている、請求項３３に記載の装置。
【請求項５２】
前記コントローラが、各領域で測定された出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記装置がさらに、
前記光出力部に近接する検出器を備え、該検出器が複数の領域を備えていて、前記複数の領域に衝突する、選択されたレーザからの放射光の位置を求めるように構成されている、請求項３３に記載の装置。
【請求項５４】
前記コントローラが、光の前記求められた位置に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記光学出力部が、角度付きクリーブド・ファイバを備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項５６】
前記装置がさらに、前記光出力部に近接する検出器を備え、前記角度付きクリーブド・ファイバが、前記レーザから前記検出器に放射される光の一部を反射するようになっている、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記コントローラが前記検出器にカップリングされていて、前記検出器上に入射する光の前記反射部分の位置に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記コントローラが前記検出器にカップリングされていて、前記検出器によって測定された光出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記装置がさらに、前記検出器に前記光反射部分を集束する第２のレンズを備える、請求項５６に記載の装置。
【請求項６０】
前記装置がさらに、前記光出力部にカップリングされたタップを備える波長ロッカーを備え、
前記コントローラが、前記波長ロッカーのタップによって検出された光出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、
請求項３３に記載の装置。
【請求項６１】
前記装置がさらに、前記光出力部と直列に位置する波長ロッカーを備え、さらに、
前記コントローラが、前記波長ロッカーによって検出された光出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、
請求項３３に記載の装置。
【請求項６２】
前記光出力部がファイバを備え、請求項３３に記載の装置。
【請求項６３】
光伝送制御装置であって、該装置が、
光を放射するように構成されたレーザを備えるレーザアレイと、
受光するように構成された光出力部と、
該光出力部の近くの検出器と、
前記レーザアレイからのレーザからの光を受容し、かつ、光の一部を前記光出力部に向け、光の一部を前記検出器に向けるように構成された少なくとも１つの光学素子と、
該少なくとも１つの光学素子にカップリングされていて、前記光出力部内に向けられた光の出力を最大化するために前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されているコントローラと、
を備えることを特徴とする光伝送制御装置。
【請求項６４】
前記コントローラが前記検出器にカップリングされており、前記検出器に入射する光部分の位置に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記コントローラが前記検出器にカップリングされており、前記検出器によって測定された光部分の光出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項６３に記載の装置。
【請求項６６】
前記光出力部に向けられた光部分が、前記検出器に向けられた光部分よりも大きな光出力を有している、請求項６３に記載の装置。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの光学素子がビームスプリッタを備える、請求項６３に記載の装置。
【請求項６８】
前記少なくとも１つの光学素子がミラーを備える、請求項６３に記載の装置。
【請求項６９】
前記ミラーが正面と背面とを有しており、前記正面が前記光出力部に光を反射し、前記背面が前記検出器に光を反射するようになっている、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記ミラーが正面と背面とを有しており、前記正面が前記検出器に光を反射し、前記背面が前記光出力部に光を反射するようになっている、請求項６８に記載の装置。
【請求項７１】
光伝送制御装置であって、該装置が、
光を放射するように構成された第１のレーザと、光を放射するように構成された第２のレーザとを備えるレーザアレイと、
前記第１のレーザから受光するように構成された光出力部と、
前記第２のレーザから受光するように構成された、前記光出力部の近くの検出器と、
前記第１および前記第２のレーザから受光するように構成された少なくとも１つの光学素子と、
該少なくとも１つの光学素子にカップリングされていて、前記光出力部によって受容された光の出力を最大化するために前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されているコントローラと、
を備えることを特徴とする光伝送制御装置。
【請求項７２】
前記コントローラが前記検出器にカップリングされており、前記検出器によって受容された光の位置に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
前記コントローラが前記検出器にカップリングされており、前記検出器によって受容された光の出力に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項７１に記載の装置。
【請求項７４】
前記第２のレーザが前記第１のレーザに隣接している、請求項７１に記載の装置。
【請求項７５】
前記第２のレーザが、前記第１のレーザから所定の距離だけ隔たっている、請求項７１に記載の装置。
【請求項７６】
前記所定の距離が、前記アレイ内のレーザの相互間隔、および前記レーザアレイのレーザから前記光出力部に放射される光の光路の総距離に基づいている、請求項７５に記載の装置。
【請求項７７】
前記所定の距離が、前記光出力部から光検出器への距離に比例している、請求項７５記載の装置。
【請求項７８】
前記第１のレーザが、目標波長に相応する波長を有するレーザである、請求項７１記載の装置。
【請求項７９】
前記第１のレーザが、前記検出器によって受容される像を形成するように構成されており、前記コントローラが、前記検出器によって受容された前記像の位置に基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている、請求項７１に記載の装置。
【請求項８０】
光伝送制御装置であって、該装置が、
種々異なる波長を有する光を放射するための放射手段と、
出力手段と、
前記放射手段から前記出力手段に、特定波長を有する光を向けるための光学手段と、
前記出力手段内に向けられた光の出力を最大化するように前記光学手段を調整するための、前記光学手段にカップリングされた制御手段と、
を備えることを特徴とする光伝送制御装置。
【請求項８１】
前記装置がさらに、前記放射手段からの光を反射して、前記出力手段に向けるための反射手段を備える、請求項８０に記載の装置。
【請求項８２】
前記装置がさらに、前記出力手段に近接する、光を感知するための感知手段を備え、
前記制御手段が前記感知手段にカップリングされており、前記感知手段によって感知された光に基づいて、前記光学手段を調整するようになっている、
請求項８１に記載の装置。
【請求項８３】
前記制御手段が前記感知手段にカップリングされており、エラー信号を発生させて、該発生させられたエラー信号に基づいて前記光学手段を調整するようになっている、請求項８２に記載の装置。
【請求項８４】
前記エラー信号が、前記感知手段によって求められた光出力と、所定の光出力値との比較に基づいている、請求項８３に記載の装置。
【請求項８５】
前記エラー信号が、前記感知手段によって検出された光の位置に基づいている、請求項８３に記載の装置。
【請求項８６】
前記エラー信号が、前記感知手段によって感知された測定出力の比に基づいており、該比が所定の限界未満である場合、前記制御手段が前記光学手段を調整するようになっている、請求項８３に記載の装置。
【請求項８７】
前記エラー信号が、前記感知手段によって測定された出力の加算に基づいており、該加算された測定出力が所定の限界を超える場合、前記制御手段が前記光学手段を調整するようになっている、請求項８３に記載の装置。
【請求項８８】
前記エラー信号が、前記感知手段によって感知された測定出力の比に基づいており、該比が所定の比と異なる場合、前記制御手段が前記光学手段を調整するようになっている、請求項８３に記載の装置。
【請求項８９】
前記光学手段の前記求められた位置が所定の位置とは異なる場合に、前記光学手段を調整するように前記制御手段が構成されている、請求項８２に記載の装置。
【請求項９０】
前記光学手段が、前記放射手段から前記感知手段に光の一部を向けるようになっている、請求項８２に記載の装置。
【請求項９１】
前記制御手段が前記感知手段にカップリングされており、前記感知手段に入射する光部分の位置に基づいて、前記光学手段を調整するようになっている、請求項９０に記載の装置。
【請求項９２】
前記制御手段が前記感知手段にカップリングされており、前記感知手段によって測定された光部分の光出力に基づいて、前記光学手段を調整するようになっている、請求項９０に記載の装置。
【請求項９３】
前記光学手段がビームスプリッタを備える、請求項９０に記載の装置。
【請求項９４】
光伝送制御装置であって、該装置が、
光を放射するレーザと、
光ファイバと、
前記レーザからの光を、前記ファイバに向けられた光路内に向けるための光学手段と、
前記ファイバに向けられた前記光路内に向けられた光の出力を最大化するように前記光学手段を調整するための、前記光学手段にカップリングされた制御手段と、
を備えることを特徴とする光伝送制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景
本発明は、レーザに一般的に関し、特に、レーザのアレイと光出力との間のファイバ結合（カップリング）を制御することに関する。
【０００２】
ファイバ結合は、通信用途のための様々な導波路装置をパッケージングする際の不可欠であるが高コストの工程であることが多い。単一モードの導波路装置における非常に小さい光学モードのために、パッケージングにおいては非常に厳しいサブミクロン単位の許容差が要求されることが多い。
【０００３】
一般的に、この導波路装置は能動的に位置合せされる。例えば、通信用レーザをファイバ結合させるために、この導波路装置が起動させられ、そのパッケージ内の様々な光学素子の位置が変化させられる時に、そのファイバに結合された光出力が監視される。結合が最大化されると、光学素子の位置が恒久的に固定される。このプロセスは時間を要し、高コストであり、かつ、エポキシの収縮または構成要素の熱膨張のためにあまり再現性が高くない場合が多い。
【０００４】
さらに、パッケージ内のすべての構成要素は、時間が経過しても有効性を維持するために、上述の手続きにおいて絶対に不動にされなければならない。光学素子の位置のあらゆる変化が光学的結合を低下させる。このことが、変動する膨張係数を有する構成要素のハイブリッド集積化を非常に困難にする。例えば、レーザをニオブ酸リチウム変調器と共にパッケージングするためには、そのレーザは吸放熱のために硬質のはんだを使用し、一方、その変調器は、結晶にストレスを加えない軟質のエポキシを使用する。これらの装置の相対的位置は、これらの材料の不整合のためにパッケージ内で変化するだろう。同様に、はんだとエポキシはファイバ内にストレスを生じさせる傾向があり、このことが収量と信頼性とに悪影響を与え、および、コア内での偏光に影響するファイバ内での複屈折を生じさせる可能性がある。
発明の簡単な概要
本発明は、調整可能な光学結合システムおよび方法を提供する。一実施態様では、各レーザが互いに異なる波長の光を放出するレーザアレイからレーザが選択される。レーザから光出力への光路が、そのレーザからの光が光出力に伝送されるように設定される。この設定された光路は、光出力に対する放出光の出力を最大にするように調整される。本発明の一側面ではルックアップテーブルが設定され、このルックアップテーブルは、レーザアレイ内の個別レーザの各々が出力値を割り当てられているエントリを有し、および、選択されたレーザに対応するルックアップテーブル内のエントリが識別される。本発明の別の側面では、レーザアレイ内の個別レーザの各々が予め決められた出力値を割り当てられており、かつ、光学素子に関して識別される予め決められた場所に関連付けられているエントリを有する、ルックアップテーブルが設定される。選択されたレーザに対応するルックアップテーブル内のエントリが識別される。
【０００５】
一実施態様では、本発明のシステムは、レーザのアレイと、少なくとも１つの光学素子と、光出力とを含み、それによって、レーザアレイからのレーザからの光が少なくとも１つの光学素子によって光出力の中に方向付けられる。制御装置（コントローラ）もその少なくとも１つの光学素子に結合されており、光出力の中に方向付けられる光の出力を最大にするために光学素子を調整するように構成されている。本発明の一実施態様では、このシステムは、さらに、光出力の付近の複数の光検出器も含む。コントローラはこの複数の光検出器に結合されており、光検出器によって提供される情報に基づいて光学素子を調整するように構成されている。光検出器によって提供される情報は、光検出器の１つまたは複数において受け取られる光の光出力、および／または、光検出器の１つまたは複数に入射する光の位置を含む。本発明の別の側面では、コントローラは、光学素子を調整するための誤り信号を生成する。
【０００６】
さらに別の実施態様では、本発明のシステムは、光を放出するように構成されているレーザを有するレーザアレイと、光を受け取るように構成されている光出力と、その光出力の付近の検出器とを含む。さらに、このシステムは、レーザアレイからのレーザからの光を受け取ってその光の一部分を光出力に対して方向付けかつその光の一部分を検出器に方向付けるように構成されている少なくとも１つの光学素子も含む。コントローラがこの少なくとも１つの光学素子に結合されており、および、光出力の中に方向付けられる光の出力を最大にするようにこの少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている。本発明の一側面では、この光学素子は、ビームスプリッタおよび／または鏡を含む。
【０００７】
本発明のさらに別の実施態様では、本発明のシステムは、第１のレーザと第２のレーザとを含むレーザアレイを含み、第１のレーザは光を放出するように構成されており、第２のレーザは光を放出するように構成されている。光出力も備えられており、第１のレーザからの光を受け取るように構成されている。この光出力の付近の検出器が、第２のレーザからの光を受け取るように構成されている。さらに、少なくとも１つの光学素子が備えられており、この光学素子は第１および第２のレーザからの光を受け取るように構成されており、コントローラがこの少なくとも１つの光学素子に結合されており、および、光出力の中に方向付けられる光の出力を最大にするためにこの少なくとも１つの光学素子を調整するように構成されている。本発明の別の側面では、第２のレーザは第１のレーザから予め決められた距離にある。
【０００８】
本発明の別の実施態様では、本発明のシステムは、互いに異なる波長を有する光を放出する放出手段と、出力手段と、放出手段からの特定の波長を有する光を出力手段の中に方向付ける光学手段とを含む。出力手段の中に方向付けられる光の出力を最大にするために光学手段を調整する制御手段が、光学手段に結合されている。本発明の別の側面では、このシステムは、さらに、放出手段からの光を反射する反射手段も含み、出力手段に対して方向付けた。本発明の別の側面では、このシステムは、光を検出する感知手段を含み、出力手段の付近にある。制御手段は感知手段に結合されており、感知手段によって検出される光に基づいて光学手段を調整する。
【０００９】
本発明の付随特徴の多くが、添付図面に関連付けて以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に認識されると同時により適切に理解されるだろう。
詳細な説明
図１は、半導体基板上の、分布帰還形（ＤＦＢ）レーザのような単一周波数レーザのアレイを示す。このレーザアレイは幾つかの互いに無関係にアドレス可能なレーザ７を含む。各レーザは、電流がレーザの中に送り込まれる別個の接点パッド３を有する。各レーザは、例えば、レーザ内の格子ピッチを変化させることによって、または、レーザを構成する層のストライプ幅または厚さを変化させることによって光学モードの有効指数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ）を調整することによって、互いに異なるレーザ放出波長で動作するように設計されている。例えば接点パッド３を使用して、電流がレーザの中に送り込まれる場合には、矢印９によって示されているように、レーザが特定の波長を有する放射をチップ上の特定の位置から放出する。一実施形態では、所望の波長に応じて、１度に１つずつのレーザが動作させられる。レーザからの放射または光はマイクロメカニカル光スイッチすなわちスイッチング素子１１に伝送される。このスイッチング素子は幾つかの状態を有する。１組の状態の中の各々の特定の状態において、入力光ビームの１つ、すなわちレーザの１つからの光が出力１３に転送され、さらに、出力ファイバ１５に転送される。このアセンブリ全体が１つのサブマウント（ｓｕｂｍｏｕｎｔ）１９上に一体状にパッケージングされる。
【００１０】
多（マルチ）波長レーザアレイの製造は当業では比較的よく知られている。各レーザに互いに異なる波長を割り当てるために、電子ビームリソグラフィーによって直接書き込まれた格子、多数回のホログラフィー露光中のウィンドウマスクのステッピング（ｓｔｅｐｐｉｎｇ）、適切に製造されたフェーズマスクを通してのＵＶ露光、または、レーザのモードの有効指数の変更のような幾つかの方法が使用可能である。一般的には、安定した単一モード特性のために、調整された位相ずれもレーザに含まれ、または、利得／損失結合が格子において使用される。こうしたレーザの波長は寸法変数によって正確に調整されることが可能であり、および、アレイ全体にわたって変化させられることが可能である。
【００１１】
レーザ、スイッチング素子、および、他の構成要素は、開示内容が本明細書に引例として組み入れてある２００１年１０月３０日付で出願された標題「回転可能な制御されたレーザアレイ」の共通して譲渡された特許出願により詳細に説明されている。
【００１２】
スイッチング素子１１の典型的な実施形態の１つが図２のシステムに示されている。図２に示されている実施形態では、電流がレーザアレイのレーザ素子（例えば、レーザ素子７）に供給され、それによってこのレーザ素子が光を放出する。その次に、このレーザ素子からの光が光学素子２５によって光出力（例えば、光ファイバ１５）に方向付けられる。一実施形態では、この光学素子は可動鏡である。他の様々な実施形態では、光学素子は、鏡、レンズ、ビームスプリッタ、または、他のタイプの固定および／または可動の光学構成要素の組合せであり、それによって任意の特定のレーザまたは１つもしくは複数のレーザからの光が光ファイバに対して方向付けられる。さらに、光学素子は、様々な実施形態では、光またはその光の一部分を検出器２３に方向付ける。他の実施形態では、光出力が光またはその光の一部分を検出器２３に与える。
【００１３】
時間の経過によって、または、例えば熱の影響またはパッケージング時の外乱のような特定の条件のために、レーザ／ファイバ結合構成がアラインメントすなわち調整を必要とすることがある。
【００１４】
検出器２３を有する制御装置（コントローラ）２１がミスアラインメントを発見して補正する。様々な実施形態において、検出器２３は、光ビームの位置、または、事前定義された位置における光ビームの出力の測度を検出する。一実施形態では、検出器２３は、光ファイバに焦点を合わせられた光の出力を測定する。制御装置は検出器から位置情報および／または出力情報を受け取って、ファイバ結合構成が調整されるべきかどうかを判定する。こうして、制御装置は、一実施形態において、ファイバ結合構成を調整するために使用される信号を生成する。一実施形態では、制御装置は、検出器から出力情報および／または位置情報を受け取って解釈するように、および、光学素子に対する調整コマンドを生成して送出するように構成されているディジタル信号プロセッサである。
【００１５】
図３には、図２の光学素子の一実施形態が示されている。レーザ素子７からの光がレンズ８１によって平行化され、可動鏡８３に当たる。この鏡はその光をレンズ８０５に向けて反射し、レンズ８０５はその光を光出力（例えば、光ファイバ１５）の中に集束させる。
【００１６】
鏡８３のようなマイクロメカニカルチップ／チルト鏡（ｍｉｃｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｔｉｐ／ｔｉｌｔ　ｍｉｒｒｏｒ）の製造が当業で公知である。表面ミクロ機械加工技術とバルクシリコンエッチングとの両方がこうした鏡の製造のために使用されている。一般的に、本発明によって使用される鏡に必要とされる精度は、レーザアレイのモードが互いにわずかな間隔で接近しているので、大型の交差接続スイッチ（ｃｒｏｓｓ　ｃｏｎｎｅｃｔ　ｓｗｉｔｃｈ）の精度よりも著しく低い。したがって、この光学装置の方向付け精度は著しく低減させられる。
【００１７】
一実施形態では、制御装置（コントローラ）２１が、レーザの選択時に鏡の初期位置を判定するためにルックアップテーブルを調べ、その後で、好ましい位置を得るためにその鏡のわずかな動きを生じさせる。例えば、制御装置は、レーザアレイ中の各レーザの選択に関連して鏡位置のルックアップテーブルを維持する。鏡または光ファイバからの光を検出する検出器が制御装置に信号を供給し、この信号はその光に関する位置情報および／または出力情報を提供する。ルックアップテーブル内の値と、検出器によって行われる測定とに基づいて、制御装置は、最適の出力を与えるために、どの方向に鏡が動かされるべきかを決定する。こうして、場合に応じて、制御装置は、例えば第１または第２の方向に、鏡を動かすための制御信号を生じさせる。第２の方向は、第１の方向に対してほぼ反対の方向である。一実施形態では、鏡は振揺するように連続的に命令され、パッケージの構成要素の動きと熱の影響と潜在的なミスアラインメントの他の原因とを補償するために出力が監視され、それによって最大の出力を提供する。
【００１８】
さらに別の実施形態では、制御装置は、検出器からの位置情報および／または出力情報が、その構成の予め決められた最適の位置決めおよび／または光の予め決められた最大もしくは最適の光出力とは異なっているかどうかを判定する。制御装置によって求められた位置差および／または出力差に基づいて、制御装置が鏡を動かす。例えば、光が位置Ｘ１にあるということを検出器が示し、および、制御装置が、ルックアップテーブルを参照することによって、その光が位置Ｙ１にあるべきであると判定する場合には、制御装置は鏡の動きを引き起こす。したがって、鏡が動かされる時にはファイバ結合構成が調整される。言い換えると、その鏡はレーザからの光を光ファイバに向けて反射するが、異なる点または位置に向けては反射しない。このようにして、検出器と制御装置は光ファイバに対する光を測定し、これにしたがってその鏡を調整する。したがって、ミスアラインメントが補正され、光ファイバにおける光の光出力が最大にされる。光ファイバに入る光に関する位置情報および／または出力情報を求める検出器と、鏡または他の光学素子を調整する制御装置との様々な実施形態が、さらに詳細に後述される。
【００１９】
図４は、磁気によって動かされることが可能な鏡を有する光学システムの一実施形態の概略図を示す。この図では、レーザアレイチップ５が幾つかの互いに異なるレーザ素子を備え、これらのレーザ素子の各々は互いに異なる特性の組を有する。システムの要件に応じて、１つの特定のレーザ素子からの光が使用されて、光学縦列によって光ファイバ１５に方向付けられる。
【００２０】
図４に示されている特定の実施形態では、レーザ素子からの光が固定集束レンズ８１によって平行化され、鏡８３上に当たる。その鏡から反射された光は、第２のレンズ８０５によって集束させられ、光ファイバに結合させられる。一実施形態では、平行化レンズと第２のレンズとが単一のレンズで置き換えられている。この単一のレンズは図４の平行化レンズの位置の付近に配置されており、鏡はそのレンズの後部焦点面に位置している。
【００２１】
鏡の回転角度が、特定のレーザのビームを選択するように、かつ、光出力に対する最適の光学結合を維持するように調整される。鏡の背部に取り付けられている２つの磁石８５がソレノイド８７の内側に配置されている。ワイヤ８９がそのソレノイドに取り付けられている。ワイヤ８９を通して与えられる制御電流が、一方の磁石をソレノイドの中に押し込み他方の磁石を押し出す磁界を制御する。固定ピボット点８０３とばね８０１と共に、制御電流を使用して鏡の角度が調整され、すなわち、鏡が傾けられる。
【００２２】
図５は、可動鏡の別の実施形態を示す。この鏡は、３つの区域、すなわち、第１の区域１５１と、第２の区域１５３と、第３の区域１５５とを有する。第１の区域１５１は固定されており、ねじりヒンジ１５１ａ、１５１ｂを介して第２の区域１５３に連結されている。第２の区域はねじりヒンジ１５１ａを中心に回転し、すなわち、第１の軸１５７を中心に回転する。第３の区域はねじりヒンジ１５３ａ、１５３ｂを介して第２の区域に連結されている。したがって、第２の区域が回転する時に、第３の区域も第１の軸を中心に回転する。さらに、第３の区域はねじりヒンジ１５３ａ、１５３ｂを中心に回転し、すなわち、第２の軸１５９を中心に回転する。さらに、レーザからの光が第３の区域から反射させられるように、第３の区域は反射性材料で被覆されているかまたは作られている。第１の軸と第２の軸のそれぞれを中心に区域と第３の区域とを動かすことによって、鏡がレーザからの光を様々な位置に方向付けることが可能である。
【００２３】
一実施形態では、これらの区域の一部分が各々にめっきされているかまたは他の方法で導電性にされている。電圧が、外部供給源（図示されていない）から、めっきされた部分と鏡の下の基体との間に印加される。こうして、これらの部分がコンデンサプレートとして働き、したがって電界が発生させられる。鏡上の電荷とこれによって発生させられた電界との相互作用によって、力が発生させられ、その結果としてこれらの区域が動き、すなわち、回転する。発生させられる力の量はこれらの部分の間の距離すなわち間隔に基づいている。他の実施形態では、鏡を位置決めするために熱アクチュエータが使用される。
【００２４】
図６は、本発明による制御システムの別の実施形態を示す。レーザのアレイ５が基板上に形成されている。上述の実施形態では、１２個のレーザが備えられており、これらのレーザの各々が互いに異なる波長の光を発生させ、これらの波長は、光ファイバ通信において有用である１５５０ナノメートルを中心としている。レーザは分布帰還形（ＤＦＢ）レーザであるが、異なる実施形態ではレーザが分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザまたは垂直空洞表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。ＶＣＳＥＬは、好ましい実施形態におけるＤＦＢおよびＤＢＲがそうであるように直線的に配列されてもよいが、ＶＣＳＥＬは一般的に２次元アレイの形に配列される。
【００２５】
レーザからの光は平行化レンズ６１を通過させられ、その次に可動ＭＥＭＳ構造６３に送られる。図に示されているように、ＭＥＭＳ構造は、開示内容が本明細書に引例として組み入れられている２００１年８月２日付で出願された標題「ＭＥＭＳ鏡」の米国仮特許出願番号６０／３０９，６６９に説明されているような２軸傾斜鏡（ｔｗｏ　ａｘｉｓ　ｔｉｌｔ　ｍｉｒｒｏｒ）である。この鏡は、接点パッドに電圧を印加することによってＭＥＭＳ制御装置６５によって動かされ、その結果として、便宜的にｘ軸およびｙ軸として記されている軸において鏡の回転が生じさせられる。図に示されているように、その次に光は第２の鏡６７からファイバ１５に反射される。別の実施形態では、光がファイバに到達することを引き起こすためにプリズムが使用される。第２の鏡またはプリズムを使用することが、レーザまたは他の構成要素が、通信システムにおけるレーザ光源のために一般的に使用されるタイプのバタフライパッケージ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ　ｐａｃｋａｇｅ）の形にパッケージングされることを可能にする。
【００２６】
様々な実施形態では、オプティカルアイソレータ６９が第２の鏡とファイバとの間に配置されている。このオプティカルアイソレータは、例えば、ファイバ末端からの漂遊反射または通信線路内の不連続点からの漂遊反射がレーザに戻ることを防止する。さらに、様々な実施形態では、情報信号によって光を変調させるために、変調器がオプティカルアイソレータの後に配置されるか、または、その位置に配置される。
【００２７】
一実施形態では、４分検出器（ｑｕａｄ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６０１が第２の鏡とファイバとの間に配置されている。第２の鏡からの光が、４つの区域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ内において光電流を発生させる４分検出器上に向けて反射される。これらの電流の比率が記憶されて、アラインメントを維持するために使用される。例えば、４分検出器の区域Ａ内と区域Ｂ内とで発生させられた電流の比率が測定されて記憶される。さらに、４分検出器の区域Ｃ内と区域Ｄ内とで発生させられた電流の比率が測定されて記憶される。その次に、電子制御ループが、その装置の動作中にこれらの比率を維持するように構成される。その装置が最初にパッケージングされる時に、ビームが最適に整合させられている時に４分検出器のそれぞれの区域に対する電流が測定される較正手続きが行われる。これらの電流の値は記憶されて、その装置の動作中に使用される。これらの電流の比率を同一に保つようにＭＥＭＳ鏡をフィードバックループにおいて動作させることによって、光ビームが同一方向を向き、したがって最大のファイバ結合が維持されるだろう。一実施形態では、発生させられた光電流がＭＥＭＳ制御装置６５に供給される。発生させられた光電流に基づいて、ＭＥＭＳ制御装置がｘ軸制御信号とｙ軸制御信号とを生じさせる。これらの制御信号、または、これらの制御信号を示す１つまたは複数の信号を使用することによって、ＭＥＭＳ制御装置は鏡を位置決めする。
【００２８】
他の実施形態では、４分検出器が第２の鏡の背後に配置されているか、または、第３の鏡が４分検出器の光を方向付けるように備えられている。パッケージ内のその他の構成要素に対する４分検出器と光検出器との様々な動作と配置も、例えば、本明細書に開示内容が引例として組み入れられている米国仮特許出願番号６０／２４４，７８９に説明されている。
【００２９】
一実施形態では、採用随意の波長ロッカー６０３がパッケージの外部に配置されている。図に示されているように、この波長ロッカーはインライン波長ロッカーであるが、様々な実施形態では、この波長ロッカーはタップ（ｔａｐ）によってファイバに接続されている。図６に示されている波長ロッカーは、選択された波長の付近の２つの波長における光の強さを測定する。これは、例えば、伝送される光の一部分を２つの光検出器に対して反射することによって行われる。第１の光検出器に対する伝送光は、選択された波長をわずかに下回る波長である。第２の光検出器に対する伝送光は、選択された波長をわずかに上回る波長である。様々な波長ロッカーが当業者に公知である。
【００３０】
一般的に、波長誤り信号が、その２つの光検出器の出力の比率を使用して形成される。例えば、第１の光検出器の出力は分子を形成すると見なされ、および、第２の光検出器の出力は分母を形成すると見なされてよい。こうした状態では、波長が大きすぎる場合にはその比率が減少するだろうし、波長が小さすぎる場合には、その比率が増大するだろう。その比率の形成、または、その比率を示す信号の形成は、比較器、差動増幅器、マイクロプロセッサによる計算（その後のアナログ−ディジタル変換）等を使用して行われることが可能である。波長誤り信号は、例えば、特にＤＦＢレーザの場合に温度調整を使用して、または、ＤＢＲレーザの場合に電荷注入を使用して、レーザの波長に対する微調整のために使用される。
【００３１】
上述の実施形態では、波長ロッカー内の光検出器の出力もレーザからの出力の表示として使用される。この光検出器の出力は、例えば加算器によって合計される。この加算器の出力は出力指標であり、制御素子に供給される。この制御素子は、制御信号またはこの制御信号を表す１つもしくは複数の信号を使用して、ｘ軸制御信号とｙ軸制御信号とを生じさせる。ｘ軸制御信号とｙ軸制御信号は鏡を位置決めするために使用される。
【００３２】
一実施形態では、制御素子は１２個のレーザの各レーザの選択のための鏡位置のルックアップテーブルを維持する。一実施形態では、このルックアップテーブルはパッケージ製造時に設定される。特定のレーザを選択するためのコマンドを受け取ると、制御素子はルックアップテーブルから適切な値を読み出して、対応するｘ軸制御信号とｙ軸制御信号とを生成する。
【００３３】
パッケージの構成要素の動きと、熱の影響と、潜在的なミスアラインメントの他の原因とのために、ルックアップテーブルを使用して生成された制御信号が、鏡を適切に位置決めできないこともある。したがって、一実施形態では、鏡位置はわずかに振揺するようにコマンドを与えられ、最大出力を実現する鏡位置を決定するために出力指標が監視される。
【００３４】
別の実施形態では、ファイバ上のタップからの光が光検出器に与えられる。光検出器は、そのタップからの光の出力に比例しておりかつ制御装置に供給される信号を生じさせる。制御装置は、波長ロッカーまたは初期較正によって与えられた以前の信号に基づいて鏡を調整する。
【００３５】
鏡の位置を決定するプロセスの流れ図が図７に示されている。ブロック７１では、このプロセスは、レーザ選択コマンドに基づいて選択されたレーザを判定する。ブロック７３では、このプロセスは、選択されたレーザに関する予想鏡位置のルックアップテーブルを使用して適切な制御信号を決定する。ブロック７５では、このプロセスは出力指標をサンプリングして、その結果を初期結果として記憶する。
【００３６】
ブロック７６では、このプロセスは、レーザ／ファイバ結合位置が最適化されるべきかどうかを判定する。場合によっては（例えば、レーザ間での切り換え時には）最適化プロセスを中断することが必要なことがある。
【００３７】
ブロック７７では、このプロセスが、第１の軸と第２の軸、例えばＸ軸とＹ軸との間で交互に行われる。両方の軸に関して最適の位置が維持されることを確実にするために、各々の軸位置が交互に最適化される。ブロック７８では、光学素子（例えば、ＭＥＭＳ）が、ＭＥＭＳの現在位置にしたがって各軸に関して適切に選択されたＤＥＬＴＡの値だけ動かされる。一実施形態では、ＤＥＬＴＡの値は、より小さいＤＥＬＴＡ値がより高いＭＥＭＳ電圧のために使用されるように、ＭＥＭＳ位置と、ＭＥＭＳを動かすために使用される電圧量との関数から求められる。
【００３８】
ブロック７９では、このプロセスは出力指標を再びサンプリングして、その結果を初期または以前の出力値と比較する。この比較がＭＥＭＳの新たな位置におけるより大きい出力を示す場合には、ブロック８１において、このプロセスはルックアップテーブル内のｘ軸位置をその新たな位置で置き換える。その比較が新たな位置におけるより小さい出力を示す場合には、このプロセスは、以前の方向とは反対の方向にわずかな量だけ別の位置に鏡が動くようにその鏡にコマンドを与える。その次に、このプロセスは出力指標をサンプリングし、その結果を初期結果と比較する。この比較がその新たな位置におけるより大きい出力を示す場合には、ブロック７０１において、このプロセスはルックアップテーブル内のｘ軸位置をその新たな位置で置き換える。
【００３９】
ブロック７７からブロック８１が、オフセットが第２の方向にありおよび方向反対第２の方向の形で、ｙ軸に関して繰り返される。その次に、ブロック７７からブロック８０が最大出力の位置が得られることを示さない場合には、プロセスがブロック７７に戻る。新たな位置が結果的により低い出力をもたらす場合には、例えばＤＥＬＴＡの符号を変更してループを繰り返すことによって、ＭＥＭＳの動きの方向が逆にされる。ブロック８１では、初期位置は、現在位置を使用してルックアップテーブル内で定期的に更新される。
【００４０】
しかし、一実施形態では、このプロセスは、新たなレーザが選択されるまで、または、どのレーザも選択されなくなるまで繰り返される。例えば、熱の影響または他の影響がシステム構成要素の一部または全部の位置ずれを結果的にもたらす場合には、このプロセスを繰り返すことが有益である。さらに、初期のレーザ選択時に、または、レーザの波長が調整されている時には何時でも、光検出器の出力における偏差が観測されるだろう。したがって、一実施形態では、光検出器信号の比率が事前定義された限界を超えている場合には、鏡の位置決めは行われない。別の実施形態では、上述の通りの鏡の位置決めが最初に行われる。その次に、レーザの波長が調整され、光検出器の出力における偏差が観測される。
【００４１】
さらに別の実施形態では、アラインメント中の鏡の動きの量が、そのプロセスが繰り返されるにつれて減少させられる。このことが、例えば、時間の経過に応じた鏡位置のより精密な調整を可能にし、さらには、最適状態には及ばない場所に鏡位置を制限することを回避することを補助する。
【００４２】
鏡の位置を決定するためのプロセスの別の実施形態の流れ図が図８に示されている。ブロック２０１では、このプロセスは、レーザ選択コマンドに基づいて選択されたレーザを判定する。ブロック２０３では、このプロセスは、ルックアップテーブルを使用して、その選択されたレーザに関する予想鏡位置または初期鏡位置を求める。ブロック２０５では、このプロセスは、レーザ／ファイバ結合位置が最適化されるべきかどうかを判定する。場合によっては（例えば、レーザ間での切り換え時には）最適化プロセスを中断することが必要なことがある。
【００４３】
ブロック２０７では、このプロセスは出力指標をサンプリングして、その結果を初期結果として記憶する。
【００４４】
ブロック２０９では、光学素子（例えば、ＭＥＭＳ）は、選択された軸においてＤＥＬＴＡの値だけ動かされ、出力が再びサンプリングされる。ブロック２１１では、このプロセスは、第１の方向における鏡の位置または場所の変化に関して、出力の変化、すなわち、「ブロック２０９でサンプリングされた出力」から「ブロック２０７で得られた初期結果」を減算した結果を求めることによって、出力関数の傾きを計算する。一実施形態では、ブロック２１４で「算出された傾き」×「変化係数」の値だけ現在位置を変化させることによって、ＭＥＭＳ位置が更新され、および、ＭＥＭＳが動かされる。
【００４５】
ブロック２１６では、初期位置が、ブロック２１４で求められたＭＥＭＳの更新された位置を使用してルックアップテーブル内で定期的に更新される。ブロック２１８では、このプロセスが他方の軸に移り、すなわち、Ｘ軸とＹ軸の間で交互に行われる。こうして、両方の軸に関して最適の位置が維持されることを確実にするために、各々の軸位置が交互に最適化される。
【００４６】
しかし、一実施形態では、このプロセスは、新たなレーザが選択されるまで、または、どのレーザも選択されなくなるまで繰り返される。さらに別の実施形態では、アラインメント中の鏡の動きの量が、このプロセスが繰り返されるにつれて減少させられる。このことは、例えば、時間の経過に応じた鏡のより精密な調整を可能にし、さらには、最適状態には及ばない場所に鏡位置を制限することを回避することを補助する。
【００４７】
別の実施形態では、ｘ軸およびｙ軸に関する鏡の予め決められた位置と、選択されたレーザの出力とが提供される。さらに別の実施形態では、このプロセスは、ｘ軸とｙ軸の両方における位置に関係した出力を求める。どちらの実施形態でも、このプロセスは、ｘ軸およびｙ軸における鏡の位置に出力を関係付ける出力関数を求めるかまたは近似的に求める。
【００４８】
例えば、ｘ方向における鏡の位置に関する出力関数の傾きとｙ方向における鏡の位置に関する出力関数の傾きとが、ｘ軸とｙ軸とにおける鏡の特定の位置、すなわち、出力関数の接点に関して求められる、接平面が求められる。この算出された関数から局所極大が求められ、すなわち、出力が最大であり、および、ｘ軸およびｙ軸における鏡の特定の位置で出力が増大も減少もしない局所極大が求められる。言い換えると、出力関数の導関数はあらゆる方向において０である。一実施形態では、求められる局所極大は、選択されたレーザに関する最大出力が得られるｘ軸およびｙ軸における鏡の初期開始状態または初期位置として設定される。その次に、図７のプロセスが、パッケージ構成要素の動きや熱の影響等のような誤り条件によってこの最大出力点が変化させられていないということを確認するために使用される。
【００４９】
４分検出器を使用して鏡の位置を決定するためのプロセスの一実施形態の流れ図が図９に示されている。ブロック３０１では、このプロセスは、レーザ選択コマンドに基づいて選択されたレーザを判定する。ブロック３０３では、このプロセスは、４分検出器の各区域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから発生させられた電流をサンプリングする。ブロック３０５では、このプロセスは、１つの区域からの電流の別の区域からの電流に対する比率を計算する。例えば、一実施形態では、第１の比率（区域Ｂからの電流と比較した区域Ａからの電流）と第２の比率（区域Ｄからの電流と比較した区域Ｃからの電流）とが計算される。区域Ａからの電流と比較した区域Ｄからの電流、第３の比率（区域Ｃからの電流と比較した区域Ｂからの電流）のような別の比率、および、これらの組合せのような、第１および第２の比率の様々な他の具体例が実現されてもよい。
【００５０】
ブロック３０７では、このプロセスは鏡の位置との関係においてこの比率を分析する。言い換えると、ブロック３０７においてこのプロセスが第１の比率と第２の比率とが１に等しくないと判定する場合に、ブロック３０９において、このプロセスは制御信号を使用して鏡を動かす。第１の比率が１よりも大きい場合には、このプロセスは、第１の方向に予め決められた量だけｘ軸に沿って鏡を動かす。あるいは、第１の比率が１よりも小さい場合には、このプロセスは、第１の方向とは反対の方向に予め決められた量だけｘ軸に沿って鏡を動かす。第１の比率が１に等しいが、第２の比率が１よりも大きい場合には、このプロセスは、第１の方向に予め決められた量だけｘ軸に沿って鏡を動かす。あるいは、第２の比率が１よりも小さい場合には、このプロセスは、第１の方向とは反対の方向に予め決められた量だけｘ軸に沿って鏡を動かす。この動きの量は、測定された比率が理想比率からどれだけ大きく異なっているかに関係付けられている。その次に、このプロセスは、４分検出器からの電流をサンプリングするブロック３０３に戻ることを繰り返させられる。しかし、ブロック３０７でこのプロセスが第１の比率と第２の比率とが１に等しいと判定する場合には、このプロセスが終了する。さらに、このプロセスは、ｙ軸に沿った鏡の動きが第２の方向とこの第２の方向とは反対の方向とである場合に、ｙ軸に関してブロック３０３から開始することを繰り返させられる。一実施形態では、比率が初期較正中に求められた値に対応する。
【００５１】
しかし、一実施形態では、このプロセスは、新たなレーザが選択されるまで、または、どのレーザも選択されなくなるまで繰り返される。さらに別の実施形態では、アラインメント中の鏡の動きの量はこのプロセスが繰り返されるにつれて減少させられる。このことは、例えば、時間の経過に応じた鏡のより精密な調整を可能にし、さらには、最適状態には及ばない場所に鏡位置を制限することを回避することを補助する。
【００５２】
一実施形態では、最初に、このプロセスは、ルックアップテーブルを使用して、選択されたレーザに関する予想鏡位置または初期鏡位置を求める。このルックアップテーブルは、レーザがパッケージングされた後の初期較正手続中にその装置専用に生成される。別の実施形態では、４分検出器の１つまたは複数の区域とＭＥＭＳ構造の位置との間の予め決められた関係が与えられる。例えば、区域Ａ上に光がより多いことと、したがって区域Ａからの電流がより多いこととが、鏡が第１の方向にｘ軸に沿って動かされなければならないことを示す。その次に、第１の例と上述の第１の比率とを使用して、このプロセスは、ブロック３０７において、第１の比率が１よりも大きい場合に、ブロック３０９においてＭＥＭＳが第１の方向に動かされなければならないということを認識するだろう。別の実施形態では、区域Ｄ上に光がより多いことと、したがって区域Ｄからの電流がより多いこととが、鏡が第２の方向にｙ軸に沿って動かされなければならないことを示す。その次に、この例と上述の第２の比率とを使用して、このプロセスは、ブロック３０７において、第２の比率が１よりも小さい場合に、ブロック３０９においてＭＥＭＳが第２の方向に動かされなければならないということを認識するだろう。こうして、この実施形態では、区域からの電流と、ｘ軸およびｙ軸に関するＭＥＭＳの動きとの間の関係が予め決められている場合には、このプロセスがｙ軸に関して繰り返される必要はない。
【００５３】
光学装置９１の２軸制御の一実施形態の概略図が図１０に示されている。この光学システムは、この図にＸとＹとで示されている、結合を維持するための２つの制御装置を有する。これらの制御装置は、上述の図を参照して説明したような、位置の電子制御に対応する。例えば、ｘ制御装置はｘ軸における傾斜鏡の回転を決定し、一方、ｙ制御装置はｙ軸における傾斜鏡の回転を決定する。
【００５４】
図１０に示されているように、そのユニットの光出力はファイバ９３に結合されている。出力の一部分がタップ９５を経由して監視され、信号を光検出器９７に与える。結合された光出力が大きければ大きいほど、光検出器によって生じさせられる信号が大きい。光検出器によって生じさせられる電気信号は２つの位相ロックループまたはロックイン増幅器９９ａ、９９ｂに与えられる。これらは、基準入力信号に対応する周波数の入力信号中に含まれる正弦波成分を測定して、基準入力信号に比較された入力信号の同相成分に大きさが一致する信号を発生させる。例えば、入力信号の正弦波成分が基準信号と同相である場合には、ロックイン増幅器の同相出力は正だろうし、一方、入力信号が基準信号と同相ではない場合には、その同相出力は負だろう。
【００５５】
その次に、ロックイン増幅器の出力はそれぞれの可変信号源９０１ａおよび／または９０１ｂに与えられ、これらの可変信号源では、その出力はＤＣ信号を生成するために積分される。このＤＣ信号は正弦波ＡＣ源９０３ａおよび／または９０３ｂに加えられ、この組合せは光学システムの適切な制御入力に送り込まれる。
【００５６】
２軸制御の場合には、ｘ軸のためのＡＣ源とｙ軸のためのＡＣ源は２つの互いに異なる周波数ｆ１、ｆ２で動作する。ディザリングＡＣ信号の正のサイクルが光結合を改善する場合には、出力を改善するためにＤＣ信号が増加するだろうし、一方、正のサイクルが結合を低下させる場合には、ＤＣ信号が減少するだろう。こうした制御ループの動作はフィードバック分析の領域に属し、タイミングと安定性とが容易に計算されることが可能である。さらに、様々な実施形態では、ＤＣ信号は、パッケージのファイバ結合の劣化を監視するために使用されるか、または、切迫した故障を警告するために使用される。このことは、レーザチップ自体の正常性だけを監視するがファイバ結合出力は監視せずかつ高コストの外部タップを必要とする、レーザパッケージ内の従来の監視フォトダイオードとは対照的である。
【００５７】
電気通信用途の場合、このようなディザー信号は必ずしも重要な問題にはならない。例えば２．５Ｇｂ／ｓ通信（ＯＣ４８）の場合、通信リンクは一般的に約７０ＭＨｚのローパス・カットオフを有している。このように、出力信号に低周波振動が生じても、それがデータ通信に顕著なエラーを引き起こすことにはならない。サーボ・ループのタイミングは究極的にトランスデューサの機械的な時定数によって制限されるので、ディザリング周波およびループの応答時間は、ローパス・カットオフ周波よりもはるかに遅い。
【００５８】
上述のような、位相固定ループ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ）または２つの異なるディザリング周波数（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）に依存しない別のディザリング法では、ビームを他の方向に直接的に傾倒し、ファイバ・カップリングされた出力の向上または変化をモニタする。例えば探索テーブルが、以前にはミラーの光学位置が１００Ｖのｘ電圧および５０Ｖのｙ電圧にあったことを示す場合、マイクロプロセッサは５つの点（１００，５０）、（１００．１，５０）、（９９．９，５０）、（１００，５０．１）および（１００，４９．９）を求めてこれらを活用し、次いで次の反復のために、最高出力を有する点を採る。一実施例では、この別の方法は、ノイズ比に対して良好な信号を有する電気通信システムにおいて、高速マイクロプロセッサによって実施される。
【００５９】
しかし多くの用途の場合、出力部でディザード信号を有することは許容不能であるか、または出力ファイバに適切なタップを接合することは禁止されている場合がある。このような場合、制御ループのためにエラー信号を発生させる別の方法が用いられる。図１１に示したファイバ配置の一実施例に関連して、１つの方法を以下に説明する。標準的なクリーブド・ファイバ（ｃｌｅａｖｅｄ ｆｉｂｅｒ）の代わりに、チゼルド・ファイバ（ｃｈｉｓｅｌｅｄ ｆｉｂｅｒ）を使用する。このようなファイバは多くの供給業者によって容易に形成される。ファイバ１０５は、単一モード領域が含まれる平らな区分を有してはいるものの、傾斜する側壁をも有している。光がレンズ１０１によってコアに集束されると、ビームのエッジに位置する光の一部は傾斜側壁に入射し、ファイバの周りで反射される。ファイバの周囲には、４つの光検出器が設けられている。すなわち、ファイバの上方には光検出器１０３Ａが、下方には１０３Ｂが、右側には１０３Ｃが、左側には１０３Ｄが設けられている。
【００６０】
最初のパッケージング段階では、ファイバへのカップリングを最適化するために、電子制御が変化させられる。この最適なパッケージング状態が達成されると、鉛直方向の検出器に入射する光出力の比（光検出器１０３Ｂに入射する出力で割り算された、光検出器１０３Ａに入射する出力）と、水平方向の検出器に入射する光出力の比（光検出器１０３Ｄに入射する出力で割り算された、光検出器１０３Ｃに入射する出力）が測定され、その値が記憶される。次いで、図９に記載したような電子制御ループが、デバイスの動作中にこれらの比を維持するように構成される。
【００６１】
例えば、異なるレーザが選択された場合、電子制御ループはやはりこれらの比を達成するように調整する。各軸に２つの光検出器を使用することにより、光出力とは無関係なエラー信号を得ることができる。別の実施例の場合、より複雑な制御回路と共に、３つの光検出器が使用される。例えば図１１では、光検出器１０３Ａを割愛することができる。光検出器１０３Ｃおよび１０３Ｄからの検出信号間の比を調整することにより、横方向の制御が達成されるのに対し、光検出器１０３Ｂにおける検出信号と、光検出器１０３Ｃおよび１０３Ｄからの検出信号の和との比を調整することにより、鉛直方向の制御が達成される。図１１の実施例を前述のディザー法と組み合わせることもできる。これとともに種々の実施例において異なる数の検出器が使用される。一実施例では、単一の検出器が充分なフィードバック信号を提供する。これと共に、最小量の光が傾斜面に衝突して散乱する際に、ファイバへの最大のカップリングが発生する。このように、単一の検出器を用いて、散乱光の量を最小化することにより、ファイバーへの最大のカップリングを達成することができる。
【００６２】
チゼルド・レンズ（ｃｈｉｓｅｌｅｄ ｌｅｎｓ）を使用することへの別のアプローチを図１２に示す。アクティブな構成部分（例えばＤＦＢレーザ）およびシステムの双方に最小限のフィードバックしか必要とならない多くのファイバ・カップリング用途においては、角度付き（ａｎｇｌｅｄ）クリーブド・ファイバが使用される。光がファイバ上に集束されると、クリーブからの寄生反射が生じる。この反射は、エラー信号を発生させる位置検知形検出器または四領域形（ｑｕａｄ）検出器に再集束される。図１１に示した前述の実施例と同様に、検出器における光の相対比、または、位置に相応する信号は初期較正として記憶することができる。初期較正からのどのオフセットも、電子装置によって検出され、制御ループ内にフィードバックされる。図１２において、光はレンズ１０１によって角度付きクリーブド・ファイバ１１３のフェセット上に集束される。次いでクリーブ上の像は、第２のレンズ１１５によって四領域形検出器１１７上に再集束される。このことは、符号Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを有する４つの区分に、光電流を発生させる。これらの電流の比は、図１１の光検出器に関連して前述したように記憶されて、整合を維持するのに使用される。
【００６３】
クワッド（ｑｕａｄ）または位置検知形検出器をファイバに極めて接近させて配置すると、第２の再集束レンズ１５５を省くことができる。それというのは、ファイバ上の像の位置のいかなるずれも、光検出器で種々の検出出力に変換するからである。同じコンセプトは他の構造へのカップリングに応用することができる。例えばレーザをニオブ酸リチウム・チップにカップリングする場合、やはりフェセットからの反射の位置をモニタすることができる。
【００６４】
一実施例の場合、第２の像を別個に生成するために、光ファイバの前にビームスプリッタが配置される。このことは図１３に概略的に示されている。集束レンズ１０１は、ファイバ１２３の端面に光を結像する。レンズとファイバとの間には、ビームスプリッタ１０１が設けられている。ビームスプリッタは四領域形または位置検知形検出器１２５に二次像を形成する。ここでも検出器に発生させられた光電流の比は、初期較正プロセス中に記憶され、電子フィードバック・システムがデバイス動作中に、連続的にこの比を維持する。
【００６５】
一般的に、どの光学系も寄生反射集合を有することになり、これらの集合をファイバへの最適なカップリングを維持するのに利用することもできる。図１４は、可動ミラーの背面からの反射が、ミラーが完全には平行でない場合にファイバと並んで二次像を形成することを示している。ミラーがどのようにコーティングされているかに応じて、正面側の反射を寄生反射と考え、背面側の反射を主反射と考えることもできる。レーザ素子７からの光ビームは、レンズ８１を介して、ミラー１３３の正面からも背面１３５からも反射する。正面からの像は、レンズ８０５を介してファイバ１５に集束する。これに対して背面からの像は、主像から僅かにずれた状態で発生することになる。この二次像には、四領域形または位置検知形検出器１３１が配置されており、これにより前述のように、ファイバにおける主像をロックする。他の種々の実施例では他の寄生像、例えば他の光学素子、例えばパッケージの一方の端部の出口窓からの反射、または、ミラー位置との関連においてシフトするミラー透過光が用いられる。
【００６６】
図面において説明したような、レーザアレイを有する光学系の場合、ファイバに特定のレーザがカップリングされる必要がある場合はいつでも、アクティブなデバイスの１つの側のレーザも活性化される。ただしこの出力は多くの場合低い。このような隣接レーザ源は、ファイバコアと並ぶ隣接像を形成する。この相対位置は、アレイの間隔および光学系の大きさに関連する。このレーザからのビームはファイバにおいては必要とされないので、隣接像の位置を検出するのに、四領域形または位置検知形検出器が使用される。前述のように、四領域形検出器における光電流の比を測定することにより、エラー信号が発生させられる。しかしながら、このような技術を使用する上で、付加的なレーザが活用され、この付加的な「ガイド」レーザのために、余分の電力が消費される。この実施例について図１５に関連してさらに詳しく説明する。
【００６７】
多（マルチ）素子レーザアレイ５は、種々異なる特性を有するレーザを含んでいる。ファイバ１５内へのカップリングのために、特定のレーザ、例えばレーザ素子２が選択される。隣接するレーザ、例えばレーザ素子１４３も活性化され、この隣接レーザからのビームが、光学系、すなわち、レンズ８１、ミラー１４５およびレンズ８０５を伝搬し、ファイバの近くで集束される。位置検知形検出器１４１が、隣接する像の位置またはガイド・スポットの位置を検出し、これによりエラー信号またはフィードバック信号を発生させる。他の実施例では、隣接レーザが使用される代わりに、他のレーザ、つまり選択されたレーザから所定の距離だけ隔たったレーザが使用される。「アクティブ」レーザと「ガイド」レーザとの間のより大きな隔たりを利用することは有益である。それというのも、像がファイバコアから遠くなり、したがって、光検出器から捕捉しやすくなるからである。しかしながらチップ上の多数のレーザが必要とされることがある。例えば１２個のレーザが使用され、レーザアレイの一方向に沿って、選択されたレーザから三番目に隔たったレーザがファイバ・カップリングをモニタするのに使用される場合、合計で１５個のレーザがチップ上で使用されることになる。
【００６８】
以上のように、本発明は、ファイバ・カップリングされた出力を最大化するために、波長可変レーザと光出力部との間のファイバ・カップリングを制御するためのシステムおよび方法を提供する。本発明について或る特定の実施例において説明してきたが、多くの付加的な変更や実施態様が当業者には明らかである。したがってもちろん、特記したものとは別の形で本発明を実施することもできる。したがって本発明の上記実施例は、あらゆる面で一例と考えられるべきであり、本発明がこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲、これと同等のもの、および本明細書中の前記以外の主張によって示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
Ｎマイクロメカニカルスイッチ（ｍｉｃｒｏ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｗｉｔｃｈ）に直接結合されている個別にアドレス可能な多（マルチ）波長レーザアレイ（ｍｕｌｔｉ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｌａｓｅｒ　ａｒｒａｙ）を有する光伝送装置の一実施形態を示す図である。
【図２】
制御システムを有する光伝送装置の一実施形態を示す図である。
【図３】
動的に制御される可動鏡を介して光がファイバに供給される光伝送装置の別の実施形態を示す図である。
【図４】
磁気によって動かされることが可能な鏡を有する光伝送装置の一実施形態を示す図である。
【図５】
静電気によって動かすことが可能な鏡の一実施形態を示す図である。
【図６】
制御システムを有する光伝送装置の一実施形態を示す図である。
【図７】
ファイバ結合出力を最大にするための光学素子の調整の一実施形態の流れ図を示す図である。
【図８】
ファイバ結合出力を最大にするための光学素子の調整の一実施形態の流れ図を示す図である。
【図９】
ファイバ結合出力を最大にするための光路の調整の一実施形態の流れ図を示す図である。
【図１０】
光伝送装置の様々な実施形態を制御することが可能なディザリング制御システム（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ）を示す図である。
【図１１】
チゼル仕上げファイバ（ｃｈｉｓｅｌｅｄ　ｆｉｂｅｒ）を使用しかつ光伝送装置の様々な実施形態を制御することが可能である制御システムの一実施形態を示す図である。
【図１２】
傾斜劈開ファイバ（ａｎｇｌｅ　ｃｌｅａｖｅｄ　ｆｉｂｅｒ）を使用しかつ光伝送装置の様々な実施形態を制御することが可能である制御システムの一実施形態を示す図である。
【図１３】
ビームスプリッタを使用しかつ光伝送装置の様々な実施形態を制御することが可能である制御システムの一実施形態を示す図である。
【図１４】
図１４は、寄生反射率（ｐａｒａｓｉｔｉｃ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を使用しかつ光伝送装置の様々な実施形態を制御することが可能である制御システムの一実施形態を示す図である。
【図１５】
ガイドレーザを使用しかつ光伝送装置の様々な実施形態を制御することが可能である制御システムの一実施形態を示す図である。
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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