JPH08179148A

JPH08179148A - 光軸調整方法及び装置

Info

Publication number: JPH08179148A
Application number: JP31784994A
Authority: JP
Inventors: Masahito Mizukami; 雅人水上; Motohisa Hirano; 元久平野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】複数接続部の仮調整の並列処理による光軸の
仮調整作業の高効率化と光軸の仮調整に必要な部品、装
置が不要となることによる装置の低コスト化を実現する
光軸調整装置を提供する。【構成】半導体レーザ２０，２３とフォトダイオード
２１，２４と光分岐器２２，２５からなる反射光測定光
学系と、シングルモード光ファイバ２６，２８を駆動す
るための６軸微動ステージ２９，３１、光導波路２７を
固定するための固定ステージ３０、６軸微動ステージ２
９，３１を駆動制御するためのコントローラ３２とから
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、種々の光部品間相互の
接続、例えば光ファイバアレイと平板型光導波路アレイ
との接続等において、接続部を透過する伝送光強度をモ
ニタすることによって精密光軸調整を行う前工程とし
て、その接続部を透過する伝送光強度が検出可能となる
ように仮調整を自動的に行う方法、及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信，光計測などに用いられる装置、
システムの光伝送路では、光ファイバ，平板型光導波
路，半導体レーザなどの光部品が数多く接続され、しか
もそれらはミクロンオーダで位置決めされ、接続される
必要がある。このため光部品間相互の接続作業の高速
化、高効率化、省力化が重要課題となっている。

【０００３】光部品接続工程では、光軸の位置決め自由
度を変数とし、接続部を通る伝送光強度を評価関数とし
て、その伝送光強度の最大値がある与えられた探索アル
ゴリズムによって求められる。したがってこのような光
軸調整を行うには、伝送光強度の情報が不可欠となり、
光軸調整を開始するには検出可能なレベルの伝送光強度
が得られるように、あらかじめ接続する光部品の光軸を
１０μｍ程度の精度で仮調整しておかなければならな
い。

【０００４】このような光軸の仮調整に関する従来例を
図１１，図１２を用いて説明する。図１１は顕微鏡を用
いて光導波路端の出射光を観察する方法を示したもので
ある。（１）半導体レーザ光源１からの光を光ファイバ
２を通して固定ステージ７上の光導波路３の一方の端面
に当て光ファイバ２を６軸微動ステージ６を用いて走査
する。（２）光導波路３を伝搬して光導波路３の他方の
端面から出射する光を顕微鏡４とＣＣＤカメラ５を用い
て観察する。この手順により接続点９での光軸位置の調
整をコントローラ８を介して行う。図１２はコア径の大
きなマルチモードファイバ１３を一時的に使って仮調整
を行う方法である。例えば、シングルモードファイバの
５倍程度の大きさのコア径を持つコア径が５０μｍ程度
のマルチモードファイバを受光ファイバとして用いれ
ば、受光側での高精度位置決めを必要としなくなるの
で、そこでの位置決めが容易になる。なお、図中１４は
光パワーメータ、１５は６軸微動ステージである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した顕微鏡を用い
て光導波路端の出射光を観察する方法や一時的にマルチ
モードファイバを使って光軸調整を行う方法等の従来方
法では、顕微鏡，ＣＣＤカメラ，マルチモードファイバ
等の部品、装置を必要とするために光軸調整装置のコス
トが高くなってしまう。また従来法では、接続部を透過
する光を測定観察する方式が採られているために、例え
ば光ファイバ，光導波路，光ファイバの３部品を接続し
ようとする際に、入力側，出力側の接続部で逐次調整を
行う必要のあることや、さらに、片側の光軸調整が終了
した後、マルチモードファイバや顕微鏡を接続すべき光
部品と入替えるときに、微動ステージの位置決め誤差が
必ず発生するので、その誤差を解消するための余分な調
整工程がさらに必要となる等のために、全工程数が多く
なって、作業時間が多大となる等の問題点が存在してい
る。

【０００６】本発明は前述の問題点を解決するために為
されたものであり、その目的は、（１）複数接続部の仮
調整の並列処理による光軸の仮調整作業の高効率化、
（２）光軸の仮調整に必要な部品、装置が不要となるこ
とによる、装置の低コスト化を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、請求項１では光部品接続工程において、
光部品の導波路部とその周辺部に対して、別の接続すべ
き光部品から光を照射して、導波路部及び周辺部の反射
光強度をモニタすることにより、導波路部の位置を特定
し、接続部を通る光信号強度が検出可能となるように光
軸を自動的に位置決めしている。

【０００８】また、請求項２では、反射光強度をモニタ
するための光源と光検出器と光分岐器からなる反射光強
度測定系と、反射光強度測定の結果得られた導波路部の
位置に対して位置決めを行うための微動ステージと、微
動ステージを駆動するための制御系とからなる光軸調整
装置を構成している。

【０００９】

【作用】請求項１の光軸調整方法によれば、光部品接続
工程において、光部品の導波路部（コア）とその周辺部
（クラッド）に対して、もう一つの接続すべき光部品か
ら光を照射して、コア部及びクラッド部からの反射光強
度をモニタすることにより、コア部の位置を特定し、光
信号強度が検出可能となるように光軸を自動的に位置決
めするために、接続光部品間を透過する光信号強度を測
定する必要がないことから、複数接続部において光軸の
仮調整を並列に実行することが可能となり、接続工程の
短縮化が図られる。

【００１０】また、請求項２の光軸調整装置によれば、
請求項１の作用を有する装置を実現することが出来る。

【００１１】

【実施例】図１から図５は本発明の第一の実施例を示す
ものであり、以下、図面に基づいて本発明の光軸調整方
法及び装置について説明する。

【００１２】図１に本発明の光軸調整方法を実施できる
光軸調整装置の構成を示す。この光軸調整装置は、半導
体レーザ２０，２３とフォトダイオード２１，２４と光
分岐器２２，２５からなる反射光測定光学系３３，３４
と、シングルモード光ファイバ２６，２８を駆動するた
めの６軸微動ステージ２９，３１、光導波路２７を固定
するための固定ステージ３０、６軸微動ステージ２９，
３１を駆動制御するためのコントローラ３２から構成さ
れる。ここでは接続点３５，３６において光軸調整を行
う。このように光導波路を挟んで対称な装置構成となっ
ており、接続点３５と接続点３６において同時に光軸調
整を行うことが出来る。

【００１３】図２を用いて、光ファイバ３７と光導波路
３８との光軸調整を例に本発明の光軸調整方法の原理を
説明する。光ファイバ３７のコア部３９とクラッド部４
０、及び光導波路のコア部４１とクラッド部分４２はそ
の材質の屈折率が異るために光がコア部を導波する。屈
折率の異る材料では、その反射率も屈折率に依存して異
る。空気中を伝搬した光が材料に入射するとき、空気の
屈折率を１、材料の屈折率をｎとすると、その部分の反
射率Ｒは式１で表される。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで現状の光ファイバの値を入れて計算
する。光ファイバ端面を反射面としたとき光導波路３８
のコア部４１の屈折率をｎ₁＝，１．４７０、クラッド
部分４２の屈折率をｎ₂＝１．４５８とするとコア部の
反射率Ｒ₁＝０．０３６、クラッド部分の反射率Ｒ₂＝
０．０３３となる。したがって、この反射率差による光
信号強度差を検出することにより、コア部とクラッド部
の位置の特定が出来ることになる。

【００１６】図３に本光軸調整方法を確認するための実
験装置の構成図を示す。本実験装置は、図１に示した光
軸調整装置の片側部分に対応する。

【００１７】実験装置は、半導体レーザ光源（波長：
１．５５μｍ）４３、光パワーメータ４４、光分岐器４
５からなる反射光強度測定光学系５３と、６軸微動ステ
ージ４７、固定ステージ４８、シングルモード光ファイ
バ５０，５１、６軸微動ステージ４７を駆動制御するた
めのコントローラ４９から構成されている。光パワーメ
ータ４４からの反射光強度信号５５を検出しながら、コ
ントローラ４９からステージ駆動の移動量信号５４を６
軸微動ステージ４７に送り、接続点５２での光軸調整を
行う。図中マッチンググリス４６は、塗布したファイバ
端面からの反射の影響を無くすためのものである。

【００１８】図４には図３に示した実験装置において、
確認実験で用いた接続光部品（シングルモード光ファイ
バ５６，５７）を示す。実験では、シングルモード光フ
ァイバ５７を走査して、シングルモード光ファイバ５６
のコア部５８とクラッド部５９の反射光を測定し、反射
光強度差を検出することによって、光軸の仮調整を行
う。

【００１９】図５は実験結果であり、コア部５８とクラ
ッド部５９の反射光強度差を示すグラフである。コア部
５８では０．３４μＷ、クラッド部５９では０．２５μ
Ｗの反射光強度が計測された。この計測値は１×２カプ
ラで分岐された後の値であるため、実際の接続点での反
射光は実験値を２倍した値であり、コア部で０．６８μ
Ｗ、クラッド部で０．５０μＷとなる。ここで光源から
の入力光強度は１１０μＷであったので、この場合理論
値から予想されるコア部５８での反射光強度は、反射面
が２つあることを考慮すると７．９２μＷであり、また
クラッド部５９での反射光強度は７．２６μＷである。
コア部５８では予想される値の９．５％が観測されてい
る。この比率はクラッド部５９での反射光強度の実測値
に関しても同程度である。カプラの損失を考慮すると入
力光の１０％程度が観測されるはずであり、残りの損失
は、接続部両端面の平行度、接続部の間隔による影響に
よると考えられる。理論と比較的よく一致することが示
され、本発明の方法により、コア部の特定が可能である
ことが理解される。

【００２０】図６及び図７は、本発明の第２の実施例を
説明するための図である。接続部での反射戻り光を小さ
くする必要のあるシステムでは、接続端面を斜めに加工
した部品が用いられる。このような場合でも、本発明の
光軸調整方法を利用出来ることを示す。

【００２１】図６は光軸調整を確認するための接続光部
品（接続端面を斜め研磨した光ファイバ６０，６３（角
度８°）の模式図である。この時、端面同士を平行にす
ると、斜め研磨光ファイバ６３からの出射光が斜め研磨
光ファイバ６０の端面で反射しても斜め研磨光ファイバ
６３を反射面として光源には戻っていかないが、ある角
度で一旦斜め研磨光ファイバ６３を傾けてやると、光フ
ァイバ６３からの入射光に対して、その反射光が再び光
ファイバ６３を通って光源側に戻るようになる。このこ
とを利用すれば、実施例１の場合と同様の装置で確認実
験を行うことが出来る。実際には、一時的に一方のファ
イバを傾けて反射光強度差を検出してコア部を特定し、
その後コア部での反射点を回転中心にして両ファイバの
光軸が平行となるように傾けたファイバをもとの状態に
戻すことにより調芯を行う。

【００２２】そこで、実施例１の実験装置を用いて、斜
め研磨光ファイバによる反射光強度差の測定実験を行っ
た結果を図７に示す。図から実施例１の場合と同様にコ
ア部では０．２０μＷ、クラッド部では０．１２μＷと
いうように、その反射光強度差を検出できていることが
分かる。また、この値は実施例１で述べた理論的な反射
率と実測される反射光強度の関係にほぼ一致する。

【００２３】このように、斜め研磨された端面同士の接
続においても、本発明の方法により、ファイバを一時的
に傾けることにより反射光強度差が検出でき、実施例１
と同様の方法で光軸調整が実行できることが示される。

【００２４】図８は本発明の第三の実施例を説明するた
めの図であり、基本的には実施例１において用いた装置
と同じものである。図中ＸＹ方向にシングルモード光フ
ァイバ６４を微動ステージ６５を用いて走査し、本発明
の手法によりシングルモード光ファイバ６６のコア部分
６７を自動的に特定する。この実験結果から、設定しき
い値（０．３μＷ）を越えた時点でファイバの走査を終
了させたところ、光源の光強度が３００μＷに対して４
０μＷ程度の伝送光強度が得られた。また出力側にフォ
トダイオードを設置し、接続部を透過する伝送光強度
と、その時得られる反射光強度の関係を計測した結果を
図９に示す。

【００２５】図９は光強度を縦軸に走査回数を横軸に採
ったグラフである。この図の測定値にはフォトダイオー
ドからの反射光が含まれるが、図から伝送光強度と反射
光強度の変化は相関があることが示される。このよう
に、反射光強度差が得られる位置で、ある程度の伝送光
強度を得ることが出来ることが示され、その結果、本発
明の方法により光軸仮調整が可能であることが実証され
る。

【００２６】図１０は本発明の第４の実施例である複数
接続部での光軸仮調整実験を説明するために用いた、光
ファイバ３部品から構成される接続部品の模式図であ
る。この実験には実施例１における図１の実験装置構成
を用いた、シングルモード光ファイバ７０，７１を駆動
する微動ステージはそれぞれ独立に動作するよう設定し
た。接続部６８，６９においてシングルモード光ファイ
バ７０，７１を別々に走査して、シングルモード光ファ
イバ７２の両端面での反射光を測定し、前実施例で示し
た様に反射光強度が高くなったところでそれそれの光フ
ァイバを位置決めした。ここでシングルモード光ファイ
バ７０，７１，７２を通る伝送光強度を計測したとこ
ろ、別の方法で精密調芯を行った際の最大光強度８０μ
Ｗに対して１８．５μＷを得た。このように本発明の方
法により、複数の接続部での光軸仮調整が並列に実行で
きることが示された。

【００２７】なお、本発明では上記実施例１，２，３，
４において述べた光部品の種類、端面同士の角度等は限
定されるものでなく、本発明は導波路部とその周辺部に
おいて屈折率が異る種々の光部品において適用可能であ
り、それらに対する応用は本発明の範囲から除外される
ものではない。また、本願発明の光軸調整方法および装
置は光軸の仮調整に有用であるが、精密調整にも適用可
能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の光軸調
整方法によれば、複数接続部における光軸の仮調整を並
列に実行することが出来るので、例えば光ファイバ，光
導波路，光ファイバの３部品の接続においては調整時間
が従来に比較して半分になること、また接続部が多数に
なっても、同時に調整が可能であるため、調整時間を軽
減出来る等の格段の効果が得られる。また、顕微鏡，Ｃ
ＣＤカメラ等の部品を必要としないので、装置を安価に
構成できることなどの効果が期待できる。

【００２９】さらに、請求項２の光軸調整装置によれ
ば、請求項１の効果を達成する装置を実現できるので、
実用化に際して極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における光軸調整装置の構成図であ
る。

【図２】本発明の光軸調整方法の原理を説明するための
模式図である。

【図３】実施例１における光軸調整方法を確認するため
の実験装置構成図である。

【図４】実施例１における光軸調整を確認するための接
続光部品（光ファイバ）の模式図である。

【図５】実施例１の実験による反射光強度差を示すグラ
フである。

【図６】実施例２における光軸調整を確認するための接
続部品（斜め研磨光ファイバ）の模式図である。

【図７】実施例２における検出された反射光強度差を示
すグラフである。

【図８】実施例３における光軸調整実験装置である。

【図９】実施例３における伝送光強度及び反射光強度と
走査回数との関係を示すグラフである。

【図１０】実施例４における複数部の光軸仮調整実験用
部品の模式図である。

【図１１】従来例（顕微鏡による透過光観察）を説明す
るための構成図である。

【図１２】従来例（マルチモードファイバ利用）を説明
するための構成図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ光源２シングルモード光ファイバ３光導波路４顕微鏡５ＣＣＤカメラ６６軸微動ステージ７固定ステージ８コントローラ９半導体レーザ光源１３マルチモード光ファイバ１４光パワーメータ１５６軸微動ステージ２０半導体レーザ２１フォトダイオード２２光分岐器２３半導体レーザ２４フォトダイオード２５光分岐器２６シングルモード光ファイバ２７光導波路２８シングルモード光ファイバ２９６軸微動ステージ３０固定ステージ３１６軸微動ステージ３２コントローラ３３反射光強度測定光学系３４反射光強度測定光学系３５接続点１３６接続点２３７シングルモード光ファイバ３８光導波路３９コア４０クラッド４１コア４２クラッド４３半導体レーザ光源４４光パワーメータ４５光分岐器４６マッチンググリス４７６軸微動ステージ４８固定ステージ４９コントローラ５０シングルモード光ファイバ５１シングルモード光ファイバ５２接続点５３反射光測定光学系５４移動量信号５５反射光強度信号５６シングルモード光ファイバ５７シングルモード光ファイバ５８コア５９クラッド６０斜め研磨光ファイバ６１クラッド６２コア６３斜め研磨光ファイバ６４シングルモード光ファイバ６５パルスステージ６６シングルモード光ファイバ６７コア６８接続部６９接続部７０シングルモード光ファイバ７１シングルモード光ファイバ７２シングルモード光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光部品接続工程において、光部品の導波
路部とその周辺部に対して、別の接続すべき光部品から
光を照射して、導波路部及び周辺部の反射光強度をモニ
タすることにより、導波路部の位置を特定し、接続部を
透過する光信号強度が検出可能となるように光軸を位置
決めすることを特徴とする光軸調整方法。
【請求項２】反射光強度をモニタするための光源と光
検出器と光分岐器からなる反射光強度測定系と、反射光
強度測定の結果得られた導波路部の位置に対して位置決
めを行うための微動ステージと、微動ステージを駆動す
るための制御系とからなることを特徴とする光軸調整装
置。