(57)【要約】【課題】本発明の目的は、最適ギャップ距離を決定するためのシステムの提供である。【解決手段】光ファイバと光学デバイスとの間の脚婦距離を再提起かするための、光学的位置合わせシステムは、ファイバの共鳴振動数で振動しているファイバの振幅における変化に基づいて、ギャップ距離が最適な位置合わせに達する際に存在する原子間力を利用する。共鳴振動数のファイバを振動させるように、ファイバを曲げ方向に揺動する駆動力により、極大振動が生じる。測定システムは、ギャップ距離を調節しながら、共鳴振動数における振幅のシフトを検出する。【選択図】図６Ａ
2007079575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの端部を光学デバイスに対して位置合わせして、前記光ファイバと前記光学デバイスとの間に所定のギャップ距離を実現する、光ファイバ位置合わせシステムであって、
前記光ファイバの長手方向に沿った中心軸に対して垂直な成分を有する力を作用させて前記光ファイバに曲げ揺動を生じさせ、前記光ファイバを振動させるように、前記力を前記光ファイバの共鳴振動数で作用させる第１アクチュエータと、
前記光ファイバの前記振動を検知する検知装置と、
前記検知装置が検知した前記振動の振幅のシフトを求める検出器と、
前記検出器の求めた前記振動の振幅のシフトに基づいて、前記光ファイバと前記光学デバイスとの間の前記ギャップ距離を調節する第２アクチュエータとを有し、
前記光ファイバの前記端部と前記光学デバイスとの間の原子間力が、前記第２アクチュエータによりもたらされる前記ギャップ距離に応じて変化し、前記原子間力の変動が、前記振動の前記振幅における前記シフトを生じさせる、光ファイバ位置合わせシステム。
【請求項２】
前記第１アクチュエータは、可動コイル式アクチュエータ、圧電式アクチュエータ、超音波アクチュエータ、および、容量性アクチュエータのうちの１つである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２アクチュエータは、直線運動式アクチュエータである請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出器は、位相のシフトを検出する位相シフト検出器を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記検出器は、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路を含み、
前記ＰＬＬ回路は、
前記検知装置の出力する信号を入力する入力端子と、
制御信号に対応した発振出力信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
前記入力端子および前記ＶＣＯに接続され、前記検知装置の出力する信号と前記ＶＣＯの出力する信号との位相差を測定して位相差信号を出力する位相検出器と、
前記位相検出器および前記ＶＣＯと接続され、前記位相差信号をフィルタリングして前記ＶＣＯのための前記制御信号を出力するループフィルタと、
前記ループフィルタと接続され、前記振動の振幅のシフトを示す信号を出力する出力端子とを備え、
前記制御信号は、前記振動の振幅のシフトの関数として可変である請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ループフィルタは、一次の無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記光学デバイスは、光を発する発光デバイスであり、
前記検知装置は、前記光ファイバを介して前記光学デバイスの出力を受けて測定する光検出器を含み、
前記光検出器は、前記光ファイバと前記光学デバイスとの間の光パワーを測定する請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記検知装置は、
近接して配置される電極を備え、上方に前記光ファイバが配置されるベースと、
前記第１アクチュエータと前記光ファイバの端部との間の、前記光ファイバ上に施された導電性コーティングと、
前記導電性コーティングと前記電極との間に形成されるキャパシタンスを測定するキャパシタンス測定回路とを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
さらに、前記検知装置は、
一端において前記導電性コーティングと接続され、他端において前記キャパシタンス測定回路と接続された第１電気プローブと、
一端において前記電極に接続され、他端において前記キャパシタンス測定回路と接続された第２電気プローブとを含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ベースは、前記キャパシタンス測定回路と接する接点を含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
光ファイバの端部を光学デバイスに対して位置合わせして、前記光ファイバの端部と前記光学デバイスとの間に所定のギャップ距離を実現する装置であって、
前記光ファイバを、前記光学デバイスに対し実質的に所定の位置にあるように位置合わせする手段と、
前記光ファイバの長手方向に沿った中心軸に対して垂直な成分を有する力を作用させ、前記光ファイバの共鳴振動数で前記光ファイバを曲げ振動させる手段と、
前記光ファイバの前記曲げ振動を測定する手段と、
前記曲げ振動の振幅のシフトをモニタリングする手段と、
前記光ファイバと前記光学デバイスとの間のギャップ距離を調節する手段とを有し、
前記ギャップ距離によって前記光ファイバと前記光学デバイスとの間の原子間力が変化し、前記原子間力によって前記曲げ振動の振幅のシフトが生じる、装置。
【請求項１２】
さらに、
前記力の作用を禁止する手段と、
前記力および前記光ファイバの中心軸と実質的に垂直な力成分を有する第２駆動力を前記中心軸に対して垂直に第２共鳴振動数で作用させる手段とを有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記曲げ振動を測定する手段は、
前記光ファイバ上の導電性コーティングと、
前記光ファイバの下方に配されたベースに近接した電極と、
前記導電性コーティングと前記電極との間に形成されるキャパシタンスを測定するキャパシタンス測定回路とを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学デバイスは、光を発する発光デバイスであり、
前記曲げ振動を測定する手段は、
前記光学デバイスを作動させる手段と、
前記光学デバイスから出力され前記光ファイバの端部に入力される光パワーを測定する手段とを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
光ファイバの端部を光学デバイスに対して位置合わせして、前記光ファイバの端部と前記光学デバイスとの間に所定のギャップ距離を実現する方法であって、
ａ）前記光ファイバの端部を前記光学デバイスに対して実質的に所定の位置に位置合わせするステップと、
ｂ）前記光ファイバの長手方向に沿った中心軸に対して垂直な第１駆動力を作用させ、前記光ファイバの共鳴振動数で前記光ファイバを曲げ振動させるステップと、
ｃ）前記光ファイバの曲げ振動を測定するステップと、
ｄ）前記曲げ振動における振幅のシフトをモニタリングするステップと、
ｅ）前記光ファイバと前記光学デバイスとの間のギャップ距離を、前記ギャップ距離が前記光ファイバと前記光学デバイスとの間の原子間力を変化させ前記原子間力によって前記曲げ振動の振幅がシフトするように、調節するステップと、
ｆ）前記曲げ振動の振幅が少なくとも閾量だけ減少するまで、前記ステップ（ｄ）および（ｅ）を繰り返すステップとを有する方法。
【請求項１６】
さらに、
ｇ）前記第１駆動力の作用を禁止するステップと、
ｈ）前記第１駆動力および前記光ファイバの中心軸と実質的に垂直な成分を有する第２駆動力を前記中心軸に対して垂直に第２共鳴振動数で作用させるステップと、
ｉ）前記曲げ振動の振幅が少なくとも別の閾量だけ減少するまで、前記ステップ（ｃ）ないし（ｆ）を繰り返すステップとを有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記光ファイバは、導電性コーティングが施され、
前記光ファイバの下方にベースが配されて前記ベースに近接して電極が備えられ、
前記曲げ振動を測定するステップは、前記電極と前記導電性コーティングとの間に形成されるキャパシタンスを測定するステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記曲げ振動を測定するステップは、
（ｃ１）前記光学デバイスを作動させるステップと、
（ｃ２）前記光学デバイスから出力され前記光ファイバの端部に入力される光パワーを測定す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、総じて、ファイバ接続される光学アセンブリに関し、特に、光ファイバの曲げ振動に基づいて光ファイバを光学デバイスに対して正確に位置合わせする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られたことだが、あらゆる光学系において、個々の構成要素同士を正確に位置合わせすることが重要である。現代の光通信系においては、構成要素の細密化が進んだことで、位置合わせを行うことも、それを維持することも困難になっている。例えば、レーザー送信器を構成する場合、レーザー・ダイオードの光出力を効率よく光ファイバに接続することが課題となる。効率よい接続を実現するため、ファイバの端部をレーザーの送信領域と正確に位置合わせすることが望まれる。このような位置合わせを実現した後、ファイバをその位置に固定する。その場合、デバイス寿命が尽きるまでその位置合わせを確実に持続できる方法で固定することが理想である。
【０００３】
通例、ファイバを正確に位置合わせする際、光学デバイスに対して光ファイバの端部を少なくとも一方向について位置合わせする工程があり、そうすることで、光学デバイスからファイバへのエネルギー移送が極大化される。フォトダイオードのような光学デバイスを用いて、光ファイバに接続される光パワーを測定することができる。ファイバの縦方向および横方向の位置を調節することで、最大パワーの接続を実現することができる。水平方向（横方向）の位置合わせにおいては、所定のギャップ距離を用いることができ、また、ギャップ距離は、その距離を視覚的にモニタリングしながら調節し、そうすることでファイバが光学デバイスと直接的に接触することを防いでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、最適なギャップ距離を定めることは、一般に、困難である。視認手段を用いた場合であっても、カメラまたはその他の利用可能なモニタリング・デバイスの解像度が不十分なために最適な接続位置を正確に決定することができないことがある。影像の解像度によっては、ファイバ、および／または、光学デバイスの縁部の位置を定めることも困難になる。こういった不精確さに起因して、ファイバが光学デバイスと、予想外に早く接触したり、光ファイバが光学デバイスと、余りに大きなギャップで隔てられたりする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、光ファイバの端部と光学デバイスとの間がギャップ距離になるように光ファイバの端部を光学デバイスと位置合わせするための光ファイバ位置合わせシステムとして実施することができる。本光ファイバ位置合わせシステムは、光ファイバの長手方向に沿った中心軸に対して垂直な成分を有する力を作用させる、第１のアクチュエータを有する。この力は、光ファイバに曲げ振動を生じさせ、光ファイバの共鳴振動数で光ファイバを振動させる。さらに、光学的位置合わせシステムは、光ファイバの振動を検知する検知装置、および、振動にかかる振幅のシフト（変化）を検出する検出器を有する。さらに、光学的位置合わせシステムは、検出器の求めた、振動にかかる振幅のシフト（変化）に基づいて、光ファイバと光学デバイスとの間のギャップ距離を調節する第２のアクチュエータを有する。光ファイバの端部と光学デバイスとの間の原子間力は、第２のアクチュエータによりギャップ距離を調節することで変化する。この、原子間力の変化が、振動にかかる振幅のシフト（変化）をもたらす。しばしば、最適なギャップ距離は、マイクロメートルのオーダーを有する。本願にかかる発明により、レーザーのファセット（面）とファイバの縁部間の相対距離をマイクロメートル精度の絶対量として知ることができる。この距離が判れば、第２のアクチュエータにより、ファイバの位置を移動させて最適位置に合わせることができる。
【０００６】
実施形態例においては、最適ギャップ距離は、ミクロンのオーダーでよい。本発明にかかる実施形態では、レーザーのファセット（面）とファイバの縁部間の相対距離をナノメートル精度の絶対量として求めることもできる。この相対距離の絶対量が判れば、第２のアクチュエータにより、ファイバの位置を移動させて最適位置に合わせることができる。
【０００７】
あるいは、本発明は、光ファイバの端部と光学デバイス間のギャップ距離に基づいて光ファイバの端部を光学デバイスに位置合わせする方法として実施される。本方法は、光ファイバの端部を、光学デバイスに対し、実質的に所定の位置にあるように位置合わせし、そして、光ファイバの長手方向に沿った中心軸に垂直な第１駆動力を作用させて、光ファイバの共鳴振動数で光ファイバを曲げ振動させる。さらに、本方法は、光ファイバの曲げ振動を測定し、曲げ振動にかかる振幅のシフト（変化）をモニタリングし、そして、光ファイバと光学デバイスの間のギャップ距離を調節する。光ファイバと光学デバイスの間のギャップ距離によって、曲げ振動にかかる振幅のシフト（変化）を生じさせる原子間力が変化する。さらに、本方法は、振幅のシフト（変化）をモニタリングし、そして、曲げ振動にかかる振幅が、少なくとも閾量まで減少するまでギャップ距離を調節する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読めば、本発明をよく理解することができる。通例に従い、図面に示す様々な形態においてスケールは無視されていることを注記する。むしろ、様々な形態の寸法は、図の明瞭性を目的として任意に拡大または縮小されている。
【０００９】
図面を参照すれば、同じ参照数字は、図面を構成する全図に渡って同じ要素を指す。図１Ａは、最適ギャップ距離決定方法の例により、揺動によって生じる光ファイバ振動１１０と、光学デバイス１０４と光ファイバ先端部１０２との間の相互作用により作用する原子間力との関係を示す図である。ギャップ距離１０６が小さくなるにつれ、振動１１０と原子間力１１２との相互作用によって、揺動の様相が変化することがあり、このことが、光学デバイス１０４に対する近接性に関する指標となる。
【００１０】
方法の例によれば、曲げ駆動力１０８は、第１の方向において光ファイバ１０８に作用させてよい。曲げ駆動力１０８は、光ファイバ１０２の曲げ振動１１０をもたらす揺動を発生させる。曲げ駆動力１０８を、光ファイバ１０２の共鳴振動数で作用させることによって、ファイバの揺動の応答性を最大にすることが望ましい。曲げ振動１１０に加えて、光学デバイス１０４によりもたらされる原子間力１１２は、ギャップ距離１０６に応じてファイバ端部における負荷の状態を変化させるように働く。このように、揺動の様相は、負荷の状態に応じて変化することができ、共鳴振動数のシフト（変化）を生じさせることがある。よって、曲げ振動１１０をモニタリングしながら光学デバイス１０４に向かうｚ方向においてギャップ距離を調節することで、最適ギャップ距離１０６を決定することができる。原子間力が、負荷の状態を変化させ、負荷の状態が光ファイバ１０２の端部と光学デバイス１０４とが接触している場合における状態に変化する領域の先頭部分に、最適ギャップ距離が、存在する可能性がある。本願の発明者は、ギャップ距離がおよそ１０ないし１００ナノメートルの範囲に含まれる場合に、原子間力と振動との間に相互作用が存在することを発見した。
【００１１】
ｙ軸に従う第１方向に曲げ駆動力１０８を用い、ｙ方向における振動に基づいて最適ギャップ距離１０６を求める。代替的実施形態例においては、図１Ｂに示すように、ｘ方向において、同様にして第２曲げ駆動力１１４を用いる。光ファイバ１０２の断面図は、第１曲げ駆動力１０８と第２曲げ駆動力１１４との間の望ましい関係性を例示する。つまり、２つの力１０８および１１４は、互いに垂直である。第１曲げ駆動力１０８は、図１Ａおよび図１Ｂに示すようなｙ方向に限定されず、いかなる方向性を有してもよく、また２つの曲げ力を用いる場合においても、互いに直角である必要はない。
【００１２】
次に、図２を参照し、本発明にかかる最適ギャップ距離決定方法の例を説明する。ステップ２００において、光ファイバの端部を、所定の位置に対して位置合わせする。所定の位置は、所定のｚ位置、所定のｘ位置、所定のｙ位置、または、それらの少なくともいずれかの組み合わせでよく、当初、光ファイバを光学デバイスに対して位置合わせするためのものである。例えば、光パワーを測定することによって光ファイバと光学デバイスの間の接続効率を測定し、ファイバをｘおよびｙ方向に関し精確に位置合わせしてもよい。接続効率は、光ファイバに接続されたエネルギーまたは光ファイバからのエネルギーの量に関する測度である。光ファイバが精確に位置合わせされた場合、エネルギーの大部分が、光ファイバへ、または、光ファイバから、移送されることになり、高い接続効率がもたらされる。
【００１３】
ステップ２０２において、光ファイバに対し、望ましくは光ファイバの共鳴振動数で、曲げ駆動力を作用させる。曲げ駆動力によって、光ファイバに振動を生じさせる曲げ揺動が起こる。駆動力が共鳴振動数で付与される。そのため、摩擦損失を補償する力のみが作用し、実質的に一定な振幅を有する振動が持続する。ステップ２０４において、共鳴振動数を有する曲げ振動を、後述する方法で測定する。
【００１４】
ステップ２０６において、ギャップ距離を減少させる。ギャップ距離を減少させることによって、原子間力が振動に干渉し、負荷の状態が変化し、よって、振幅のシフト（変化）が生じる。ステップ２０８において、曲げ振動における振幅のシフト（変化）をモニタリングする。ステップ２０６とステップ２０８とを交換してもよいし、または、単一のステップにまとめてもよい。ステップ２１０において、曲げ振動の振幅のシフトが生じたか、そして、振幅が、少なくとも閾量だけ減少しているか、を判断する。閾量は、実験的に定めることができる。振幅のシフトは、ファイバの型式、光学デバイスの型式、および、光学パッケージの関数として表わされることがある。ファイバ、デバイス、および、パッケージの状態の差違を考慮して、値の範囲を定めればよい。閾量だけ振動が減少すれば、ステップ２１０は、ステップ２１２に進み、全工程が完了する。
【００１５】
振動が、上記量だけ減少していない場合、ステップ２１０からステップ２０２６へ進む。ステップ２０６ないしステップ２１０は、振動が閾量だけ減少するまで、繰り返される。振動が、閾量だけ減少したとき、ステップ２１０はステップ２１２に進み、全工程が完了する。
【００１６】
例えば、光ファイバの光学デバイスに対する水平もしくは横方向の位置合わせを改善するために、図２に示した方法例を、複数の光ファイバの位置で、繰り返し実施してもよい。
【００１７】
ファイバの端部を光学デバイスに対して位置合わせした後、つまり、ステップ２１２の後、さらに、ファイバを、光学デバイスに対して水平（横）方向で位置合わせしてもよい。それから、ファイバの端部を、ステップ２００−２１２により先に求めた最適ギャップ距離に調節してもよい。しかしながら、水平（横）方向の位置合わせによって、最適ギャップ距離が変化することがある。よって、ギャップ距離を、ステップ２００−２１２に示す方法例を用いて、再調節してもよい。
【００１８】
図３を参照し、本発明にかかる最適ギャップ距離決定方法の代替例を説明する。ステップ３００において、光ファイバの端部を、上述の所定の位置に位置合わせする。
【００１９】
ステップ３０２において、光ファイバに対し第１曲げ駆動力を、望ましくは、光ファイバの共鳴振動数で、作用させる。第１曲げ駆動力により、光ファイバに、第１方向内で曲げ振動が生じる。ステップ３０４において、共鳴振動数を有する第１方向に対する曲げ振動が測定される。
【００２０】
ステップ３０６において、ギャップ距離を減少させる。ステップ３０８において、曲げ振動にかかる振幅のシフト（変化）をモニタリングする。ステップ３０６およびステップ３０８を交換してもよいし、あるいは、単一のステップにまとめてもよい。ステップ３１０において、曲げ振動の振幅のシフトが生じたか、そして、振幅が上述の閾量だけ減少したか、を判断する。振動が、閾量だけ減少していれば、ステップ３１０からステップ３１２に進む。
【００２１】
振動が閾量だけ減少していない場合、ステップ３１０からステップ３０６へ進む。ステップ３０６ないしステップ３１０は、振動が閾量だけ減少するまで、繰り返される。ステップ３１０の後、制御は、ステップ３１２に移る。
【００２２】
ステップ３１２は、第２曲げ駆動力を作用させていたか否かを判断する。第２駆動力を作用させていたと判断した場合、ステップ３１２からステップ３１８に進み、全工程が完了する。
【００２３】
第２駆動力を作用させていなかった場合、ステップ３１２からステップ３１４へ進む。ステップ３１４において、第１駆動力の付加を禁止する。ステップ３１６において、ファイバの第２共鳴振動数で第２方向に第２駆動力を作用させる。第２共鳴振動数は、第１方向における共鳴振動数と同じであっても、異なってもよい。上述の原子間力、ファイバのスキュー（歪曲）の方向、作用される力にかかるスキューの方向、または、異なる第２力の作用点により、第１方向における測定の共鳴振動数とは異なる第２共鳴振動数が生じることがある。第２方向は、第１方向と、既に述べた関係にある。
【００２４】
第２駆動力により、第２方向における曲げ振動が生じる。第２方向の力を用いて、ギャップ距離をさらに最適化することができる。例えば、少なくとも縦方向および横方向のいずれかにおいて、光ファイバの光学デバイスとの位置合わせにスキュー（歪曲）があるような場合、第２方向においてさらなる最適化を行うことにより、単一方向でギャップ距離を測定するよりも、さらに最適な位置合わせを行うことができる。
【００２５】
ステップ３１６からステップ３０４へ進む。ステップ３０４ないしステップ３１０において、上述のように、第２方向における振動が、別の閾量だけ減少するまで、第２方向における曲げ振動を繰り返す。別の閾量は、上述の閾量と同じであってもよいし、あるいは、第１駆動力を用いてギャップ距離を調節した点を考慮して、さらに小さな量でもよい。ステップ３１２の後、制御は、ステップ３１８に映り、全工程が完了する。
【００２６】
次に、図４を参照し、本発明にかかる曲げ振動測定方法の第１例、ステップ２０４もしくはステップ３０４について説明する。ステップ４００において、光学デバイスを作動させ、ファイバ端部を光学デバイスに対してｘおよびｙ方向について位置合わせすることによって、光をファイバへ導く。ステップ４０２において、例えばフォトダイオードを用いて、反射によって伝えられた光パワーを測定する。図示しないが、ファイバを介して送信された光の光パワーも測定してよい。本方法例においては、ファイバを振動させ、そうすることによって、ファイバを介して送信され、時には、反射し、伝えられる光の光パワーが、ファイバの振動に伴って変化する。ステップ４０２からステップ４０４に進み、全工程が完了する。
【００２７】
曲げ振動を測定する方法の第２の例では、ステップ２０４またはステップ３０４において、光ファイバに施された導電性コーティングと、電極を備えた工学パッケージとの間のキャパシタンスを測定する。キャパシタンスは、導電性コーティングと電極との間の距離の関数であるから、ファイバの振動に伴い変化する。
【００２８】
振動の周波数とサンプリング周波数との間にうなりが生じ、エイリアシングが生じないように、振動の測定を調整することが望ましい。図５を参照し、エイリアシングを抑止した曲げ振動測定の方法の例を説明する。ステップ５００において、本発明にかかる実施形態例を用いて光ファイバの共鳴振動数を求める。ステップ５０２において、曲げ振動測定用のサンプリング周波数を、予想される最高周波数成分の少なくとも２倍に選択することが望ましい。最高周波数成分は、少なくとも、ステップ５００で求めた共鳴振動数を含み、また、ギャップ距離の減少により生じる振動数の大きさのシフト（変化）によりエイリアシングが誘起されない、最高周波数成分を含めてもよい。あるいは、（図示しない）アンチエイリアス・フィルタをサンプリングの前に適用し、少なくともステップ５００で求めた共鳴振動数を含む所望の周波数範囲よりも高い周波数成分を除去してもよい。ステップ５０２からステップ５０４に進み、測定用サンプリング周波数の選択が完了する。
【００２９】
図６Ａを参照し、本発明にかかる光学的ギャップ距離測定のための光学的位置合わせシステムの例６００を説明する。アクチュエータが、光ファイバ１０２に駆動力１０８を作用させる。光ファイバ１０２は、メタライゼーションされていても、されていなくともよい。光ファイバ１０２は、少なくとも、楔形レンズ状、球状、円錐状、または、平坦切断面状の、シングルモード、または、マルチモード光ファイバのいずれかでよい。
【００３０】
光学デバイス１０４は、共鳴振動数で振動する光ファイバ１０２の端部に光信号６０４を送る。光検出器（フォトディテクタ）６０６は、光パワーを測定し、検出器６１０似たいし測定信号６０８を送る。検出器６１０は、振動における振幅のシフト（変化）をモニタリングし、出力信号６１２を生成する。出力信号６１２は、アクチュエータ６１４を用いてギャップ距離を調節６１６するかどうかを決定することに用いることができる。
【００３１】
光学デバイス１０４は、光信号を受けることが可能な、または、光信号を発信可能な面を備えればよい。例えば、光学デバイス１０４は、フォトダイオード、半導体レーザー、光学的ミラー、第２の光ファイバ、半導体光増幅器、集光器、および、発光ダイオードであればよい。
【００３２】
アクチュエータ６０２は、５００マイクロメートル未満の移動道程量で曲げ駆動力１０８を作用させることが望まれる。アクチュエータ６０２は、少なくとも、可動コイル式アクチュエータ、圧電式アクチュエータ、超音波アクチュエータ、および、容量性アクチュエータのいずれか１つでよい。
【００３３】
アクチュエータ６０２は、ファイバ１０２の共鳴振動数で駆動力１０８を作用させることが望まれる。共鳴振動数でファイバを駆動することで、最大振動測定信号を得ることができる。ファイバの共鳴振動数は、例えば、チャープ信号をアクチュエータ６０２に適用する、というように、周波数を調節可能な信号を用いて求めればよい。最大振動が観測された振動数を、ファイバの共鳴振動数として求めることが望ましい。アクチュエータ６０２は、以降、この共鳴振動数で駆動されればよい。最大振動は、信号６０８で観測可能である。最大振動は、時間領域、周波数領域、または、それらの組み合わせにおいて求めればよい。共鳴振動数が求まれば、共鳴振動数をモニタリングして振幅のシフトを観測する。
【００３４】
上述したようにして第２駆動力１１４を適用する場合、アクチュエータ６０２は、第１駆動力１０８と垂直な方向に、ほぼ同一のｚ値において、第２駆動力１１４を作用させることが望ましい。上述したように、第２駆動力１１４に対するファイバの共鳴振動数は、第１駆動力に対する共鳴振動数と異なってもよい。第２駆動力１１４に対し、改めて共鳴振動数を求めることが望まれる。
【００３５】
アクチュエータ６１４を用い、光ファイバ１０２と光学デバイス１０４との間のギャップ距離を調節６１６することもできる。アクチュエータ６１４は、およそ１００マイクロメートルの移動範囲を有するリニア・アクチュエータ（直線運動式アクチュエータ）が望ましい。リニア・アクチュエータは、例えば、圧電性アクチュエータ、超音波モータと高精度フィードバック・エンコーダと高精度リニア・ベアリングの組み合わせ、または、摩擦駆動を用いるモーション・システムといった、精密モーション・システムであればよい。
【００３６】
図６Ｂを参照し、本発明にかかる光学的ギャップ距離測定のための光学的位置合わせシステムの代替例６００’を説明する。アクチュエータ６０２は、光ファイバ１０２に対して駆動力１０８を作用させる。光学デバイス１０４は、共鳴振動数で振動している光ファイバ１０２の端部に光信号６０４を送る。光検出器６０６’は、光パワーを測定し、測定信号６０８を検出器６１０に送る。光検出器６０６’は、ファイバ１０２を伝達してきた光６０４’の光パワーを測定する点を除いて、光検出器６０６と同じでよい。
【００３７】
検出器６１０は、振動における振幅のシフトをモニタリングし、出力信号６１２を生成する。出力信号６１２から、クランプ６１８に接続されたアクチュエータ６１４を用いてギャップ距離を調節６１６’するかどうか、決定すればよい。アクチュエータ６１４の動作により矢印で示した方向におけるギャップ距離が調節６１６’されるように、クランプ６１８を光ファイバ１０２に取り付けてもよい。
【００３８】
図７Ａないし７Ｃを参照し、本発明にかかる光学的ギャップ距離測定のための光学的位置合わせシステムの第２例７００を説明する。光学デバイス１０４は、ファイバ取付領域７０４および電極７０６を備えることができる基板７０２上に光学デバイス１０４を配置することができる。システム第１例６００において説明した他の構成要素は、システム第２例７００と同様のものである。
【００３９】
光ファイバ１０２’は、少なくとも、電極７０６に近接したファイバの部分に導電性素材を備えることが望まれる。導電性素材を、ファイバの先端部まで延在するように例示しているが、ファイバの、電極７０６に近接した部分が導電性素材を含めばよい。光ファイバ１０２’は、少なくとも、楔形レンズ状、球状、円錐状、または、平坦切断面状の、シングルモード、または、マルチモード光ファイバのいずれかでよい。導電性素材は、少なくとも、メタライゼーション、導電性プラスチック、または、導電性複合材料を含めばよい。
【００４０】
電極７０６は、電気プローブ７０８でキャパシタンス測定回路７１２と接続すればよい。ファイバ１０２’の接点７１０は、第２電気プローブ７０８でキャパシタンス測定回路７１２と接続すればよい。測定信号７１４は、検出器６１０’に送ればよい。検出器６１０’は、ファイバ１０２’の振動にかかる振幅のシフトをモニタリングすることができる出力信号７１６を生成することが望まれる。出力信号７１６は、アクチュエータ６１４を用いてギャップ距離を調節６１６するかどうかを決定するために用いればよい。
【００４１】
本発明にかかる本実施形態においては、キャパシタンス測定回路を、ファイバの振動に干渉しない位置において、例えば、図７Ａにしめすアクチュエータ６０２の左側の位置において、導電性コーティングが施された光ファイバに接続することが望まれる。
【００４２】
導電性コーティングを有する光ファイバは、電極としての特性を備えた構造体と接続することが望ましい。例えば、ファイバを、導電性コーティングを有するファイバと電気的接触を構成する導電性ファイバ把持部に取り付けてもよい。キャパシタンス測定回路は、むしろ、光ファイバと直接的に接続するよりも、この、電極としての特性を備えた構造体と接続する方がよい。
【００４３】
電極７０６と導電性コーティングにより、光ファイバがｙ方向に振動する際のファイバ振動と原子間力との相互作用と対応したキャパシタンス測度が形成される。アクチュエータ６０２が第２駆動力１１４を作用させれば、ｘ方向における振動にかかるキャパシタンス測度も、同一の電極７０６と導電性コーティングによって形成される。
【００４４】
あるいは、光学パッケージに、光学パッケージベース７２２上の接点７２０と電極７０６とを接続する、基板７０２の貫通接続部７１８を備えてもよい。光学パッケージは、このようにして、接点７２０を介してキャパシタンス測定回路７１２と直接的に接続してもよい。
【００４５】
図７Ｂおよび７Ｃに、ｘ方向およびｙ方向における振動を測定するための電極パターンの２つの例を示す。図７Ｂにおいて、電極７０６は、三角形形状を有する。図７Ｃにおいて、電極７０６’は、矩形形状を有し、基板７０２の上端面上においてｘ方向に延びていない。電極７０６は、基板７０２の上端面上に配置することが望まれる。電極７０６および７０６’は、キャパシタンス測定回路７１２との接点となる接点７２４を備えてもよい。
【００４６】
検出器６１０、６１０’は、振幅検出器とすることができる。測定信号６０８、７１４の振幅で、振幅または位相の変化をモニタリングすることができる。あるいは、駆動力はインパルスでもよい。インパルス応答の変化を、例えば、インパルス応答の減衰率をモニタリングして最適ギャップ距離を求めてもよい。
【００４７】
測定信号の振幅の検出は、例えば、レーザーのパワーの揺らぎや、キャパシタンス測定回路における増幅率のドリフトのため、振動数の検出との比較において、正確性に劣る場合がある。振動数の検出は、著しい振幅の揺らぎに対し影響を受けない。例示的検出器６１０（６１０’）は、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路を用いて共鳴振動数のシフトによって生じた振動数の検出を行い、振幅の検出にかかる正確性を向上させる。
【００４８】
次に、図８Ａを参照し、検出器の例６１０および６１０’について説明する。検出器６１０および６１０’は、ＰＬＬ回路を備えることが好ましい。検出器６１０は、フォトダイオードの信号６０８を受けるのに対し、検出器６１０’は、キャパシタンス測定信号７１４を受ける。この点を覗いて検出器６１０と検出器６１０’とは同じである。ＰＬＬ回路６１０（６１０’）は、測定信号６０８（７１４）、および、電圧制御発振器（ＶＣＯ）８０４からの発振信号８０６を受ける位相検出器８０２を備える。ＶＣＯ８０４は、制御信号に対応する発振信号８０６を生成する。発振信号８０６は、アクチュエータ６０２に対しても送ってよい。
【００４９】
位相検出器８０２は、測定信号６０８（７１４）と発振信号８０６との位相差を測定し、位相差信号８１０をループフィルタ８１２に送る。ループフィルタ８１２は、位相差信号８１０をフィルタリングし、周波数差信号である出力信号６１２（７１６）生成する。ループフィルタ８１２は、さらに、制御信号をＶＣＯ８０４に送る。
【００５０】
実施形態例においては、ループフィルタ８１２は、ＶＣＯの出力信号８０６と測定信号６０８（７１４）との間の位相差を最小化するようにＶＣＯの周波数を調節するためにＶＣＯに出力される周波数差信号６１２（７１６）を、位相検出器８０２の出力する位相差信号８１０を積分して、形成する１次の無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタである。ループフィルタ８１２は、安定なフィルタであればどのようなものでもよい。アクチュエータ６０２に入力される発振信号は、光ファイバを、その共鳴振動数で共鳴させる。よって、周波数差信号６１２（７１６）から、振動数のシフトを検出することができる。
【００５１】
本願の発明者らによって、光学的位置合わせシステム例６００および７００はそれぞれ、振幅のシフトの変化を観察する場合において、ナノメートル領域の解像度でギャップ距離をモニタリングできることを確認している。従って、本発明は、レーザーのファセットの位置といった光学デバイスの位置ならびにギャップ距離の決定を精確に実施可能であり、信頼性の高いファイバ位置合わせ手段を提供することができる。
【００５２】
次に図８Ｂを参照し、検出器例６１０および６１０’の代替的実施形態について説明する。位相検出器８０２’は、（検出器６１０の場合）フォトダイオードの信号６０８を、（検出器６１０’の場合）キャパシタンス測定信号７１４を、受ける。位相検出器８０２’は、さらに、参照周波数信号８１４を受ける。位相検出器８０２’は、位相差信号８１０’をループフィルタ８１２’に送る。ループフィルタ８１２’は、位相差信号８１０’をフィルタリングして位相シフト信号である出力信号６１２（７１６）を出力する。
【００５３】
位相検出器８０２’は、参照周波数信号８１４に対する、測定信号６０８（７１４）の位相シフトを検出する点を除いて、位相検出器８０２と同じである。参照周波数信号８１４は、ファイバの振動に対して原子間力が干渉するよりも前の光ファイバの共鳴振動数に固定された周波数を有せばよい。位相シフトは、ファイバの振動に対し原子間力が干渉を始めてから検出されればよい。
【００５４】
位相差信号８１０’は、測定信号６０８（７１４）と参照周波数信号８１４との間の位相差を検出する点を除いて、位相差信号８１０と同じでよい。ループフィルタ８１２’は、参照周波数および参照周波数近傍の振動成分を取り除くようなローパスフィルタであればどのようなものでもよい。
【００５５】
説明のための実施例を参照し、本発明を説明する。本実施例は、本発明の全体像を、より明らかにするために記載されている。実施例は、例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００５６】
図９を参照し、本発明にかかる実施形態例に従って、ギャップ距離による振幅のシフト変化を例示する実施例について説明する。光ファイバ端部と光学デバイスとの間のギャップ距離の増加にかかる振幅シフト９０２を例示する。領域９０８においては、ギャップ距離が大きいため、原子間力は振動運動に作用しない。領域９０６においては、原子間力が振動運動に作用し、よって、負荷の状態が変化し、振幅のシフト（変化）が生じる。領域９０４においては、ファイバが接近し、または、光学デバイスと接触し、運動が最小化される。
【００５７】
ギャップ距離を、振幅のシフトが領域９０６のような状態になるように、調節することが望まれる。領域９０６においては、ファイバは、光学デバイスに対しおよそ１０ないし１００ナノメートルの位置に配置される。領域９０４内の操作において、光ファイバが光学デバイスに対して直接的に接触してもなお、継続して振動させるならば、光ファイバが損傷を受けるおそれがある。領域９０８においては、ギャップ距離は最適化されていない。図９は、およそ１００ナノメートルまで近接した場合に、原子間力が振動運動に作用するように図示しているが、この１００ナノメートルという値は、例示的数値に過ぎない。原子間力が相互作用を及ぼす距離は、ファイバの様相、例えば、ファイバの縁部の幾何形状およびファイバの大きさに依存して決まる。
【００５８】
本発明について、特定の実施形態を参照して説明したが、本発明は説明したような細部について限定を受けるものではない。それどころか、本発明の範囲から逸脱することなく、請求の範囲に記載の発明の均等物の範囲内で、細部について様々な変形を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】本発明にかかる方法の例による、光学デバイスにより及ぼされる原子間力と光ファイバの振動との間の関係性を示す側面図である。
【図１Ｂ】本発明にかかる方法の例による、曲げ力の方向の例を示す、光ファイバの断面図である。
【図２】本発明による、ギャップ距離最適化のための、光ファイバを光学デバイスに対して位置合わせする方法の例を示すフローチャートである。
【図３】本発明による、第１の曲げ力および第２の垂直曲げ力を用いた、光ファイバを光学デバイスに対して位置合わせする方法の代替例を示すフローチャートである。
【図４】本発明による、曲げ振動を測定するための方法の第１の例を示すフローチャートである。
【図５】本発明による、非エイリアシング・サンプリング周波数における曲げ振動測定方法のフローチャートである。
【図６Ａ】本発明による、光ファイバ位置合わせシステムの第１の例を示す側面図である。
【図６Ｂ】本発明による、光ファイバ位置合わせシステムの代替例を示す側面図である。
【図７Ａ】本発明による、光ファイバ位置合わせシステムの第２の例を示す側面図である。
【図７Ｂ】本発明にかかる第２光ファイバ位置合わせシステム例による、ファイバ取付領域の構成および電極の形状を示す、ファイバ取付プラットホームの俯瞰図である。
【図７Ｃ】本発明にかかる第２光ファイバ位置合わせシステム例による、ファイバ取付領域の構成および電極の代替形状を示す、ファイバ取付プラットホームの俯瞰図である。
【図８Ａ】本発明による、曲げ振動の振幅のシフトを検出するための検出器の例を示す系統図である。
【図８Ｂ】本発明による、曲げ振動の振幅のシフトを検出するための検出器の代替例を示す系統図である。
【図９】本発明を説明する上で有用な、ギャップ距離と振動振幅の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０２  光ファイバ
１０４  光学デバイス
１０６  ギャップ距離
１０８  曲げ駆動力
１１０  振動
１１２  原子間力
１１４  曲げ駆動力
６００  光学的位置合わせシステム
６０２  アクチュエータ
６０４  光信号
６０６  光検出器
６０８  測定信号
６１０  検出器
６１２  出力信号
６１４  アクチュエータ
６１６  調節
６１８  クランプ
７００  光学的位置合わせシステム
７０２  基板
７０４  ファイバ取付領域
７０６  電極
７０８  電気プローブ
７１０  接点
７１２  キャパシタンス測定回路
７１４  測定信号
７１６  出力信号
７１８  貫通接続部
７２０  接点
７２２  光学パッケージベース
７２４  接点
８０２  位相検出器
８０４  電圧制御発振器
８０６  信号
８１０  位相差信号
８１２  ループフィルタ
８１４  参照周波数信号
９０２  振幅シフト
９０４  領域
９０６  領域
９０８  領域
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【外国語明細書】
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