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JP7744610B2 - Wavelength conversion module manufacturing method and manufacturing device - Google Patents
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JP7744610B2 - Wavelength conversion module manufacturing method and manufacturing device - Google Patents

Wavelength conversion module manufacturing method and manufacturing device

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JP7744610B2 JP2024522740A JP2024522740A JP7744610B2 JP 7744610 B2 JP7744610 B2 JP 7744610B2 JP 2024522740 A JP2024522740 A JP 2024522740A JP 2024522740 A JP2024522740 A JP 2024522740A JP 7744610 B2 JP7744610 B2 JP 7744610B2
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Description

本発明は、波長変換モジュールの製造方法、製造装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a wavelength conversion module.

波長変換技術は、光通信における光信号波長変換、光加工、医療、生物工学などの様々な応用分野に利用されている。光通信システムでも、例えば、後述する差周波発生による波長変換動作や、パラメトリック効果を利用した増幅動作をする波長変換装置などに波長変換技術が利用されている。波長変換に利用される材料に着目すると、2次非線形材料で大きな非線形定数を持つニオブ酸リチウム(LiNbO)による周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN:Periodically Poled Lithium Niobate)導波路素子は、波長変換効率の高さから光源に広く使用されている。 Wavelength conversion technology is used in various application fields, such as optical signal wavelength conversion in optical communications, optical processing, medicine, and bioengineering. In optical communications systems, wavelength conversion technology is also used, for example, in wavelength conversion devices that perform wavelength conversion operations using difference frequency generation (described below) and amplification operations using the parametric effect. Focusing on materials used for wavelength conversion, periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide elements made of lithium niobate (LiNbO 3 ), a second-order nonlinear material with a large nonlinear constant, are widely used in light sources due to their high wavelength conversion efficiency.

2次非線形光学効果では、波長λの光と波長λの光を二次非線形媒質に入力して新たな波長λを発生させる、波長変換の機構が利用される。次式で表される波長変換を、和周波発生(SFG:Sum Frequency Generation)と呼ぶ。
1/λ=1/λ+1/λ 式(1)
またλ=λとして式(1)を変形した次式を満たす波長変換を第2高調波発生(SHG:Second Harmonic Generation)と呼ぶ。
λ=λ/2 式(2)
さらに次式を満たす波長変換を差周波発生(DFG:Difference Frequency Generation)と呼ぶ。
1/λ=1/λ-1/λ 式(3)
上述の式(3)による差周波発生の時に用いる波長λを励起光、λを信号光、λをアイドラ光とそれぞれ呼ぶ。さらに、非線形媒質を共振器の中に入れてλのみ入力して式(3)を満たすλおよびλを発生する光パラメトリック発振器を構成することもできる。
The second-order nonlinear optical effect utilizes a wavelength conversion mechanism in which light of wavelength λ1 and light of wavelength λ2 are input into a second-order nonlinear medium to generate a new wavelength λ3 . The wavelength conversion expressed by the following equation is called sum frequency generation (SFG).
1/λ 3 = 1/λ 1 + 1/λ 2 Equation (1)
Furthermore, wavelength conversion that satisfies the following equation, which is obtained by modifying equation (1) with λ 12 , is called second harmonic generation (SHG).
λ 3 = λ 1 /2 Equation (2)
Furthermore, wavelength conversion that satisfies the following equation is called difference frequency generation (DFG).
1/λ 3 =1/λ 1 -1/λ 2 Equation (3)
The wavelengths λ1 , λ2 , and λ3 used in difference frequency generation according to the above formula (3) are called pump light, signal light, and idler light, respectively. Furthermore, an optical parametric oscillator can be configured that generates λ2 and λ3 that satisfy formula (3) by inserting a nonlinear medium into the resonator and inputting only λ1.

近年、波長変換効率の向上により、通信の分野で二次非線形効果による光増幅動作が可能になっている。この光増幅器は、位相感応増幅器(PSA:Phase Sensitive Amplifier)と呼ばれており、入力光の信号雑音比を劣化させることなく増幅可能で、エルビウム添加ファイバアンプに代わる長距離伝送用光増幅器として期待されている。 In recent years, improvements in wavelength conversion efficiency have made it possible to use second-order nonlinear effects to amplify light in the communications field. This type of optical amplifier, known as a phase-sensitive amplifier (PSA), is capable of amplifying input light without degrading the signal-to-noise ratio, and is expected to replace erbium-doped fiber amplifiers as an optical amplifier for long-distance transmission.

PSAでは、2つの増幅動作が知られている。1つは、二次非線形媒質へ信号光と信号光の半分の波長の励起光とを入力し信号光を増幅する縮退パラメトリック増幅を利用する(非特許文献1)。もう1つは、信号光およびアイドラ光のペアと、さらに信号光およびアイドラ光の和周波となる波長の励起光とを入力し、信号光およびアイドラ光を増幅する非縮退パラメトリック増幅を利用する(非特許文献2)。信号光およびアイドラ光のペアは、上述のDFG機構によって生成される。 Two amplification operations are known for PSA. One utilizes degenerate parametric amplification, in which signal light and pump light with half the wavelength of the signal light are input to a second-order nonlinear medium and the signal light is amplified (Non-Patent Document 1). The other utilizes non-degenerate parametric amplification, in which a pair of signal light and idler light, together with pump light with a wavelength that is the sum frequency of the signal light and idler light, are input and the signal light and idler light are amplified (Non-Patent Document 2). The pair of signal light and idler light is generated by the DFG mechanism described above.

通信分野において波長変換技術を用いる場合、上述の二次非線形効果による機構の中で、主にDFGおよび光パラメトリック増幅(OPA:Optical Parametric Amplification)が用いられる。DFGおよびOPAの各機構では、信号光およびアイドラ光が1.55μm帯の通信波長帯にあるため、励起光は0.78μm帯の光となる。 When wavelength conversion technology is used in the communications field, DFG and optical parametric amplification (OPA) are the two main mechanisms that utilize the second-order nonlinear effect mentioned above. In DFG and OPA mechanisms, the signal light and idler light are in the 1.55 μm communications wavelength band, so the pump light is in the 0.78 μm band.

図1は、波長変換モジュールの基本構成を示した図である。図1の(b)は波長変換モジュール100の上面図(x-y面)を、図1の(a)はモジュール100をy軸に平行なIa-Ia線で切った断面図(y-z面)を一部簡略化して示している。波長変換モジュール100は、光学窓105-1から基本波光を入力し、光学窓108-2から和周波光の一種である第2高調波光(SHG光)を発生させる。波長変換モジュール100は、金属筐体101内に、波長変換素子102、温度制御素子103および波長変換素子の支持体となる金属板104を含む。金属筐体101は、基本波用光学窓105-1、105-2およびSHG光用光学窓108-1、108-2を備えている。波長変換素子102の前後にそれぞれレンズ106を、さらに基本波光とSHG光を分離する光学フィルタ107-1、107-2他のフィルタ素子を含む。波長変換素子102は、例えばPPLN素子である。 Figure 1 shows the basic configuration of a wavelength conversion module. Figure 1(b) shows a top view (x-y plane) of wavelength conversion module 100, and Figure 1(a) shows a partially simplified cross-sectional view (y-z plane) of module 100 taken along line Ia-Ia parallel to the y-axis. Wavelength conversion module 100 receives fundamental light through optical window 105-1 and generates second harmonic generation (SHG) light, a type of sum frequency light, through optical window 108-2. Wavelength conversion module 100 includes, within metal housing 101, a wavelength conversion element 102, a temperature control element 103, and a metal plate 104 that supports the wavelength conversion element. Metal housing 101 is equipped with optical windows 105-1 and 105-2 for fundamental light and optical windows 108-1 and 108-2 for SHG light. The wavelength conversion element 102 includes lenses 106 before and after the wavelength conversion element 102, and further includes optical filters 107-1 and 107-2 and other filter elements for separating the fundamental wave light and the SHG light. The wavelength conversion element 102 is, for example, a PPLN element.

図1ではSHG光発生の波長変換素子を含む構成を示しているが、モジュールの一方の基本波用光学窓105-1およびSHG光用光学窓108-2から波長の異なる2つの光を波長変換素子に入力することで、PSA、OPA等の機構のモジュールも実現できる。また図1の波長変換モジュール100では、光学窓105-1から基本波光を入力し、光学窓108-2からSHG光を出力する際の光の伝搬方向を矢印で示している。しかしながら、光伝搬方向を図1とは正反対にしても、同様に基本波光からSHG光を発生できる。光学窓105-2から基本波光を入力し、光学窓108-2からSHG光を出力することもでき、波長変換モジュール100は入出力間で対称構造となっている。 While Figure 1 shows a configuration including a wavelength conversion element for generating SHG light, modules with mechanisms such as PSA and OPA can also be realized by inputting two light beams of different wavelengths into the wavelength conversion element through one of the modules' optical windows, 105-1 for the fundamental wave and 108-2 for the SHG light. Furthermore, in the wavelength conversion module 100 of Figure 1, the arrows indicate the light propagation direction when fundamental wave light is input through optical window 105-1 and SHG light is output through optical window 108-2. However, SHG light can also be generated from fundamental wave light even if the light propagation direction is opposite to that of Figure 1. Fundamental wave light can also be input through optical window 105-2 and SHG light can be output through optical window 108-2, and the wavelength conversion module 100 has a symmetrical structure between input and output.

図1に示したように、波長変換モジュール100では波長が異なる複数の光を入出力できる構造となっている。このようなモジュールを搭載する装置は、入手のしやすさからバルク型の光学部品を適用した空間光学系部品とともに構成される場合が多かった。近年、光ファイバ通信用デバイスの開発が進み、通信波長帯用の光ファイバ型の光学部品や、光導波路型の光学部品が広く入手可能になっている。波長変換モジュールを搭載する装置でも、光ファイバとの簡単な光結合を重視したピッグテール型モジュールの形態を採用され始めている。ピッグテール型モジュールは、小型で光学アライメントも不要となり、波長変換、PSA、OPAのいずれの構成も実現可能な汎用性を持つ。より広い普及のため、低コストでピッグテール型モジュールを生産可能な製造方法、装置が求められている。As shown in Figure 1, the wavelength conversion module 100 is designed to input and output multiple light beams with different wavelengths. Devices incorporating such modules have often been configured with spatial optical components that utilize bulk optical components due to their ease of availability. In recent years, advances in the development of optical fiber communication devices have led to widespread availability of optical fiber-type optical components and optical waveguide-type optical components for communication wavelength bands. Devices incorporating wavelength conversion modules are also beginning to adopt pigtail-type modules, which emphasize easy optical coupling with optical fibers. Pigtail-type modules are compact, do not require optical alignment, and are versatile enough to be used in wavelength conversion, PSA, and OPA configurations. To promote wider adoption, a manufacturing method and apparatus capable of producing pigtail-type modules at low cost are needed.

図1の波長変換モジュール100のPPLN素子102は、疑似位相整合(QPM:Quasi-Phase Matching)を利用している。単一周期のQPM構造によるPPLN素子では、繰り返し構造の周期が決まれば位相整合波長が決まる。非線形光学材料の屈折率には温度依存性があるため、高効率に波長変換を実現するにはPPLN素子を最適な温度に設定し、制御する必要がある。 The PPLN element 102 of the wavelength conversion module 100 in Figure 1 utilizes quasi-phase matching (QPM). In a PPLN element with a single-period QPM structure, the phase-matched wavelength is determined once the period of the repeating structure is determined. Because the refractive index of nonlinear optical materials is temperature-dependent, the PPLN element must be set to and controlled at an optimal temperature to achieve highly efficient wavelength conversion.

T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada, and M. Asobe, “Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides,”Optics Express Vol.19, No. 27, pp.6326-6332, 2011年T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada, and M. Asobe, “Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides,” Optics Express Vol.19, No. 27, pp.6326-6332, 2011 T. Umeki, O. Tadanaga, M. Asobe, Y. Miyamoto, and H. Takenouchi, “First demonstration of high-order QAM signal amplification in PPLN-based phase sensitive amplifier,” Optics Express Vol.22, No. 3, pp.2473-2482, 2014年T. Umeki, O. Tadanaga, M. Asobe, Y. Miyamoto, and H. Takenouchi, “First demonstration of high-order QAM signal amplification in PPLN-based phase sensitive amplifier,” Optics Express Vol.22, No. 3, pp.2473-2482, 2014

しかしながら、PPLN素子をモジュール化する際、素子単体の特性の取得から、すべてのファイバをモジュールへ固定するまでの様々な工程で、位相整合波長が変動してしまう問題があった。モジュールへファイバを取り付ける工程は、熟練した作業者による煩雑で複雑な工程を含み、量産性が不十分であった。本発明は、量産性に優れたピッグテール型モジュールの製造方法および製造装置を提供する。However, when modularizing PPLN elements, there was a problem of the phase-matched wavelength fluctuating during various processes, from obtaining the characteristics of the individual element to fixing all the fibers to the module. The process of attaching the fibers to the module required tedious and complicated steps that required skilled workers, making it unsuitable for mass production. The present invention provides a manufacturing method and manufacturing apparatus for pigtail-type modules that are highly suitable for mass production.

本発明の1つの態様は、波長変換素子と、金属板を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子とを含む光モジュールの製造方法であって、前記波長変換素子を、初期温度に設定するステップと、基本波光の透過光が最大となるように入力ファイバを調芯するステップと、前記波長変換素子の現在の温度を修正するステップであって、所定の波長範囲で前記基本波光の波長を掃引して、波長変換光のレベルが最大となるピーク波長を決定する工程、前記波長変換素子の動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および位相整合波長の温度依存係数に基づいて、前記波長変換素子の修正された温度を算出する工程、および、前記波長変換素子を前記修正された温度に再設定する工程を含む、修正するステップと、前記修正された温度において、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記入力ファイバを再調芯するステップと、調芯された前記入力ファイバを前記光モジュールの金属筐体に固定するステップとを備える製造方法である。 One aspect of the present invention is a method for manufacturing an optical module including a wavelength conversion element and a temperature control element fixed to the wavelength conversion element via a metal plate, the method comprising the steps of: setting the wavelength conversion element to an initial temperature; aligning an input fiber so that the transmitted light of fundamental light is maximized; correcting the current temperature of the wavelength conversion element, which includes sweeping the wavelength of the fundamental light over a predetermined wavelength range to determine the peak wavelength at which the level of wavelength-converted light is maximized; calculating the corrected temperature of the wavelength conversion element based on the operating wavelength of the wavelength conversion element, the peak wavelength, the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase-matching wavelength; and resetting the wavelength conversion element to the corrected temperature; realigning the input fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized at the corrected temperature; and fixing the adjusted input fiber to the metal housing of the optical module.

本発明の別の態様は、波長変換素子と、金属板を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子とを含み、基本波用入力ファイバが接続された光モジュールの製造方法であって、前記波長変換素子を、初期温度に設定するステップと、基本波光の透過光が最大となるように出力ファイバを調芯するステップと、前記波長変換素子の現在の温度を修正するステップであって、所定の波長範囲で前記基本波光の波長を掃引して、波長変換光のレベルが最大となるピーク波長を決定する工程、前記波長変換素子の動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および位相整合波長の温度依存係数に基づいて、前記波長変換素子の修正された温度を算出する工程、および、前記波長変換素子を前記修正された温度に再設定する工程を含む、修正するステップと、前記修正された温度において、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記出力ファイバを再調芯するステップと、調芯された前記出力ファイバを前記光モジュールの金属筐体に固定するステップとを備える製造方法である。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing an optical module including a wavelength conversion element and a temperature control element fixed to the wavelength conversion element via a metal plate, and connected to a fundamental wave input fiber, the method comprising the steps of: setting the wavelength conversion element to an initial temperature; aligning the output fiber so that the transmitted light of the fundamental wave light is maximized; correcting the current temperature of the wavelength conversion element, which includes sweeping the wavelength of the fundamental wave light over a predetermined wavelength range to determine the peak wavelength at which the level of the wavelength-converted light is maximized; calculating the corrected temperature of the wavelength conversion element based on the operating wavelength of the wavelength conversion element, the peak wavelength, the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase-matching wavelength; and resetting the wavelength conversion element to the corrected temperature; re-aligning the output fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized at the corrected temperature; and fixing the adjusted output fiber to the metal housing of the optical module.

量産性に富むピッグテール型波長変換モジュールの製造方法および製造装置を提供する。 We provide a manufacturing method and manufacturing equipment for pigtail-type wavelength conversion modules that are suitable for mass production.

PPLN素子による波長変換モジュールの基本構成を示す図である。1 is a diagram showing the basic configuration of a wavelength conversion module using a PPLN element. PPLN素子を含む波長変換モジュールの製造工程概要を示す図である。1A to 1C are diagrams illustrating an outline of a manufacturing process for a wavelength conversion module including a PPLN element. 波長変換素子の固定の前後における位相整合曲線の変化を示す図である。10A and 10B are diagrams showing changes in phase matching curves before and after fixing a wavelength conversion element. 素子の固定の前後で、位相整合波長の温度依存性を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating the temperature dependence of the phase-matched wavelength before and after fixing the element. 波長変換モジュールの製造工程を通じた動作波長変化を説明する図である。10A to 10C are diagrams illustrating changes in operating wavelength through the manufacturing process of a wavelength conversion module. 波長変換モジュールに4本のPTFを接続する手順を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating a procedure for connecting four PTFs to a wavelength conversion module. 本開示の波長変換モジュールの製造方法を実施する装置を示す図である。1 is a diagram showing an apparatus for implementing a wavelength conversion module manufacturing method according to the present disclosure. 本開示の波長変換モジュールの製造方法の手順を説明するフロー図である。FIG. 2 is a flow chart illustrating the steps of a method for manufacturing a wavelength conversion module according to the present disclosure. 波長変換素子の修正された温度を求める原理を説明する図である。1A and 1B are diagrams illustrating the principle of determining the corrected temperature of a wavelength conversion element. 波長変換モジュール製造方法を実施する装置の別の構成を示す図である。10 is a diagram showing another configuration of an apparatus for carrying out a wavelength conversion module manufacturing method. 波長変換モジュール製造方法を実施する装置の他の構成を示す図である。10 is a diagram showing another configuration of an apparatus for carrying out a wavelength conversion module manufacturing method. 波長変換モジュールの製造方法の別の手順を説明するフロー図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating another procedure of the method for manufacturing the wavelength conversion module. 本開示の製造方法における初期データの構成を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the configuration of initial data in the manufacturing method of the present disclosure.

本開示の波長変換モジュールの製造方法は、目的とする動作波長においてPPLN素子を動作させ、同時に光ファイバをモジュールに取り付けるための効率的な手順を提供する。ほとんどの工程をコンピュータによる制御によって自動化することで、製造工程におけるPPLN素子に特有の素子温度の変動の問題に対処し、ピッグテール型モジュールの量産性を向上させる。本開示の波長変換モジュールの製造方法は、コンピュータを含む波長変換モジュールの製造装置の側面も持っている。以下、PPLN素子を含む波長変換モジュールにおける特有の問題点について説明し、その後、本開示の波長変換モジュールの製造方法、製造装置の構成、動作、手順を詳細に説明する。 The disclosed method for manufacturing a wavelength conversion module provides an efficient procedure for operating a PPLN element at a desired operating wavelength while simultaneously attaching an optical fiber to the module. By automating most of the processes through computer control, the problem of element temperature fluctuations specific to PPLN elements during the manufacturing process is addressed, improving the mass productivity of pigtailed modules. The disclosed method for manufacturing a wavelength conversion module also incorporates aspects of a wavelength conversion module manufacturing apparatus that includes a computer. Below, we will discuss the specific issues associated with wavelength conversion modules that include PPLN elements, followed by a detailed description of the disclosed method for manufacturing a wavelength conversion module, as well as the configuration, operation, and procedures of the manufacturing apparatus.

図2は、PPLN素子を含む波長変換モジュールの製造工程の概要を示す図である。製造工程は、PPLN素子のチップ選別工程11から始まる。この工程11では、モジュール化のために使用するPPLN導波路を含み目的の機能に応じた波長変換性能を持つチップを、選別する。このチップ選別工程11は、並行してチップデータの取得工程15を含む。この工程15において、個々のチップまたは個々の製品タイプに対して、工程15で位相整合波長に対応する所定の動作波長λinitと、動作波長に対応する初期温度Tinitを少なくとも含むチップデータが取得される。動作波長は、目的の機能に応じて製品タイプごとに異なる値であり、同じタイプの製品であれば、同一波長であり得る。同一タイプの製品でもある波長範囲内で異なる値の動作波長λinitが設定されても良い。 FIG. 2 is a diagram showing an overview of the manufacturing process for a wavelength conversion module including a PPLN element. The manufacturing process begins with a chip selection process 11 for PPLN elements. In this process 11, chips containing PPLN waveguides to be used for modularization and having wavelength conversion performance according to the intended function are selected. This chip selection process 11 is parallel to a chip data acquisition process 15. In this process 15, chip data is acquired for each chip or each product type, including at least a predetermined operating wavelength λ init corresponding to the phase-matching wavelength and an initial temperature T init corresponding to the operating wavelength. The operating wavelength varies depending on the product type depending on the intended function, but can be the same for products of the same type. Products of the same type may also be set to different operating wavelengths λ init within a certain wavelength range.

あるPPLN素子に対して動作波長λinitが決まれば、モジュール化した後の状態でも、一貫して同じ動作波長λinitで動作させるのが原則である。初期温度Tinitは、動作波長λinitにおいて位相整合状態とするために素子に設定すべき温度を意味している。したがって、このチップデータの取得工程15においては、動作波長λinitと、初期温度Tinitとは1対1に対応している。 Once the operating wavelength λ init is determined for a PPLN device, the principle is to operate it consistently at the same operating wavelength λ init even after modularization. The initial temperature T init means the temperature to be set for the device to achieve phase matching at the operating wavelength λ init . Therefore, in this chip data acquisition process 15, there is a one-to-one correspondence between the operating wavelength λ init and the initial temperature T init .

図2の工程11に続いて、モジュール筐体へチップを組み込み、チップを固定する工程12が実施される。モジュール化の際に、波長変換素子102を安定に保持し、素子全体を均一に温度制御するため、図1に示したように、波長変換素子102は支持体となる金属板104に固定される。PPLN素子などの波長変換素子102を金属板104に固定すると、素子と金属板の間の熱膨張率の差から、波長変換素子102内部に応力変化が生じる。このような応力変化を原因として、光弾性効果や圧電効果、ポッケルス効果などにより、波長変換素子102の屈折率が変化する。このため、チップ固定工程12において一旦モジュールに実装した後の波長変換素子102の実際の動作波長は、工程15で取得された初期温度Tinitから乖離してくる。すなわち、工程12で波長変換素子をモジュールに実装した後で、チップデータの取得工程15で取得された初期温度Tinitに設定しても、位相整合状態は得られない。この問題の詳細は、さらに図3および図4で詳述する。 Following step 11 in FIG. 2 , step 12 is performed, in which the chip is incorporated into a module housing and fixed. During modularization, in order to stably hold the wavelength conversion element 102 and uniformly control the temperature of the entire element, the wavelength conversion element 102 is fixed to a metal plate 104 that serves as a support, as shown in FIG. 1 . When the wavelength conversion element 102, such as a PPLN element, is fixed to the metal plate 104, stress changes occur inside the wavelength conversion element 102 due to the difference in thermal expansion coefficient between the element and the metal plate. This stress change causes a change in the refractive index of the wavelength conversion element 102 due to the photoelastic effect, piezoelectric effect, Pockels effect, etc. Therefore, once the wavelength conversion element 102 is mounted in a module in chip fixing step 12, the actual operating wavelength of the wavelength conversion element 102 deviates from the initial temperature T init acquired in step 15. In other words, even if the wavelength conversion element is mounted in a module in step 12 and then set to the initial temperature T init acquired in chip data acquisition step 15, a phase matching state cannot be obtained. This issue is further detailed in FIGS.

チップ固定工程12に続いて、モジュールにピッグテイルファイバ(以下、簡単のためPTFで略称)をセットし、調芯し、チップ温度を探索・最適化する工程13、およびPTFをモジュールに固定する工程14が続く。後述する本開示の波長変換モジュールの製造方法は、工程13および工程14に対応している。本開示の波長変換モジュールの製造方法では、チップ選別工程11において取得された初期温度他を含むチップデータは、PTFの固定工程16において修正された温度他に更新される。 Following chip fixing step 12 are step 13, in which a pigtail fiber (hereafter abbreviated as PTF for simplicity) is set in the module, aligned, and the chip temperature is searched for and optimized, and step 14, in which the PTF is fixed to the module. The manufacturing method of the wavelength conversion module disclosed herein, described below, corresponds to steps 13 and 14. In the manufacturing method of the wavelength conversion module disclosed herein, chip data including the initial temperature and other data acquired in chip selection step 11 is updated to the corrected temperature and other data in PTF fixing step 16.

図3は、波長変換素子の固定の前後における位相整合曲線の変化を示す図である。図3は、横軸の入力基本波光の波長(nm)に対して、縦軸に基本波光の透過光出力スペクトル10およびSHG光出力スペクトル20、21を任意単位(a.u.)で示している。基本波光の透過光出力スペクトル10は、図1の光学窓105-1から基本波光を入射して、モジュールの反対側の光学窓105-2からの出力として得られる。SHG光出力スペクトルは、光学窓108-1からの出力として得られる。SHG光出力スペクトル20、21は、それぞれ、チップ単体を初期温度Tinitに設定して測定した時、および、チップを金属板に固定した後に同じ初期温度Tinitに設定した時に得られる位相整合曲線を示している。すなわち、図2の工程11、15で取得される位相整合曲線20、および、図2のチップ固定工程12を終了後の位相整合曲線21に対応する。位相整合曲線20のピーク波長が動作波長λinitとなる。 FIG. 3 shows the change in the phase matching curve before and after the wavelength conversion element is fixed. In FIG. 3, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of the input fundamental light, while the vertical axis represents the transmitted light output spectrum 10 of the fundamental light and the SHG light output spectra 20 and 21 in arbitrary units (au). The transmitted light output spectrum 10 of the fundamental light is obtained by inputting the fundamental light through the optical window 105-1 in FIG. 1 and outputting it from the optical window 105-2 on the opposite side of the module. The SHG light output spectrum is obtained as output from the optical window 108-1. The SHG light output spectra 20 and 21 represent the phase matching curves obtained when the chip alone is set to an initial temperature T init and when the chip is fixed to a metal plate and then set to the same initial temperature T init , respectively. That is, they correspond to the phase matching curve 20 obtained in steps 11 and 15 in FIG. 2 and the phase matching curve 21 obtained after the chip fixing step 12 in FIG. 2 is completed. The peak wavelength of the phase matching curve 20 is the operating wavelength λ init .

図3から明らかなように、初期温度Tinitに設定しても、波長変換素子の固定の前後で位相整合曲線は大きく変化する。逆に、チップを金属板に固定した後に、動作波長λinitでピークを持つ位相整合状態とするためには、チップ温度を初期温度Tinitから修正しなくてはならない。 As is clear from Fig. 3, even if the initial temperature is set to T init , the phase matching curve changes significantly before and after the wavelength conversion element is fixed. Conversely, after the chip is fixed to the metal plate, in order to achieve a phase matching state having a peak at the operating wavelength λ init , the chip temperature must be corrected from the initial temperature T init .

図4は、波長変換素子の固定前後の、位相整合波長の温度依存性を説明する図である。横軸にチップの設定温度(℃)、横軸にSHG光のピーク波長、すなわち位相整合波長(nm)を示している。位相整合波長は、概ね直線的な温度依存性を持っており、波長変換素子のチップの固定の前後で、選別工程11に取得される温度依存性曲線22から、チップ固定工程12の終了後の温度依存曲線23に変化する。温度依存曲線の傾きは温度依存性係数(nm/℃)に相当し、温度依存性係数もチップ固定の前後で変化する。尚、図4では説明の目的で、やや強調してチップ固定の前後温度依存性の変化を描いている。 Figure 4 is a diagram explaining the temperature dependence of the phase-matching wavelength before and after fixing the wavelength conversion element. The horizontal axis shows the set temperature (°C) of the chip, and the horizontal axis shows the peak wavelength of the SHG light, i.e., the phase-matching wavelength (nm). The phase-matching wavelength has a roughly linear temperature dependence, and before and after fixing the wavelength conversion element chip, it changes from the temperature dependence curve 22 obtained in the selection process 11 to the temperature dependence curve 23 after the completion of the chip fixing process 12. The slope of the temperature dependence curve corresponds to the temperature dependence coefficient (nm/°C), and the temperature dependence coefficient also changes before and after chip fixing. Note that for the purpose of explanation, the change in temperature dependence before and after chip fixing in Figure 4 is slightly exaggerated.

上述のように、波長変換素子をモジュールに固定する前後で、チップを初期温度Tinitに設定して得られる位相整合波長は変動する。図3に示したように、帯域幅が0.5nm程度しかない位相整合曲線がずれてしまうため、動作波長λinitの基本波光を入力しても、所望の波長のSHG光が全く得られなくなる。目的の波長変換機能が実現できないだけでなく、SHG光が得られなければ、PTFの調芯作業もできない。したがって、波長変換素子をモジュールに固定した後で、動作波長λinitにおいて位相整合状態となる「修正された温度」をできる限り効率的な方法で求める必要がある。波長変換素子の「修正された温度」を求めるためには、素子温度を変化させなければならない。「修正された温度」の効率的な探索のためには、素子の特性が安定するまでの時間が長期化しないようにする必要もある。また、波長変換素子の内部に生じる応力変化は、ファイバの溶接固定の工程の衝撃などにおいても生じる場合がある。上述のチップ固定時の位相整合波長の変動と同様の変動が、ファイバをモジュール筐体に固定する作業のたびに起こる可能性も考慮する必要がある。 As mentioned above, the phase-matched wavelength obtained by setting the chip to the initial temperature T init varies before and after the wavelength conversion element is fixed to the module. As shown in Figure 3, the phase-matched curve, which has a bandwidth of only about 0.5 nm, shifts, making it impossible to obtain SHG light of the desired wavelength even when a fundamental light beam with an operating wavelength λ init is input. Not only does this prevent the desired wavelength conversion function from being achieved, but the PTF alignment process is also impossible without obtaining SHG light. Therefore, it is necessary to determine the "corrected temperature" that achieves phase matching at the operating wavelength λ init as efficiently as possible after the wavelength conversion element is fixed to the module. To determine the "corrected temperature" of the wavelength conversion element, the element temperature must be changed. To efficiently search for the "corrected temperature," it is also necessary to avoid prolonging the time it takes for the element's characteristics to stabilize. Furthermore, stress changes occurring inside the wavelength conversion element can also be caused by impacts during the fiber welding and fixation process. It is also necessary to consider the possibility that fluctuations similar to the phase-matched wavelength fluctuations during chip fixation described above may occur each time the fiber is fixed to the module housing.

本開示の波長変換モジュールの製造方法は、上述の問題を解決または少なくとも軽減し、熟練した作業者に依存していたモジュール実装工程を、自動化することによって、量産性を大幅に向上させる。 The wavelength conversion module manufacturing method disclosed herein solves or at least alleviates the above-mentioned problems and significantly improves mass productivity by automating the module assembly process, which previously relied on skilled workers.

図5は、波長変換モジュールの製造工程を通じて、位相整合波長のばらつき変化を説明する図である。チップ選別の段階31においては、特定のタイプの波長変換素子に対して、目的とする動作波長λinitで選別される。実際の選別工程では、動作波長λinitで一定の調整ばらつき幅が存在している。チップ選別の段階31では、動作波長λinitに対応する初期温度Tinitが決定される。波長変換素子チップを金属板に固定した後の段階32では、チップを初期温度Tinitに設定したときに位相整合状態となる実際の動作波長は、図4で説明したように変動する。チップ固定による変動量もばらつくため、初期温度Tinitに設定したときの実際の動作波長ばらつきは拡大する。 FIG. 5 is a diagram illustrating the change in the variation of the phase-matched wavelength through the manufacturing process of a wavelength conversion module. In the chip selection step 31, a specific type of wavelength conversion element is selected at the target operating wavelength λ init . In the actual selection process, there is a certain adjustment variation range at the operating wavelength λ init . In the chip selection step 31, an initial temperature T init corresponding to the operating wavelength λ init is determined. In step 32 after the wavelength conversion element chip is fixed to the metal plate, the actual operating wavelength at which the chip is in a phase-matched state when set to the initial temperature T init varies as described in FIG. 4. Since the amount of variation due to chip fixation also varies, the actual operating wavelength variation when set to the initial temperature T init increases.

本開示の波長変換モジュールの製造方法では、PTFのモジュールへの取り付けを含むモジュール組立の段階33において、動作波長λinitにおいて位相整合状態を実現する「修正された温度」を求め、再調整することで、実際の動作波長を一定の範囲にばらつきを収めることになる。 In the manufacturing method of the wavelength conversion module of the present disclosure, in the module assembly stage 33 including the attachment of the PTF to the module, the “corrected temperature” that realizes the phase matching state at the operating wavelength λ init is calculated and readjusted, so that the variation of the actual operating wavelength is kept within a certain range.

以下の説明では、図1に示したように、波長変換素子102に対して一方(入力側)に2つの光学窓を有し、他方(出力側)に2つの光学窓を有し、2入力・2出力の合計4ポートを備えた波長変換モジュールを例にして説明する。入力側のポートへは1535nm帯の基本波が入力され、出力側ポートから入力光の透過光および波長775nm帯のSHG光を出力する場合について説明する。4つのポートに、4本のPTFが順次接続され、ピッグテール型モジュールが完成される。尚、実現する機能に応じて、入力側のポートからは異なる2つの波長の光を入力する場合もあり得る。 The following explanation will use as an example a wavelength conversion module with two optical windows on one side (input side) and two optical windows on the other side (output side) of the wavelength conversion element 102, as shown in Figure 1, for a total of four ports (two inputs and two outputs). A fundamental wave in the 1535 nm band is input to the input port, and transmitted light of the input light and SHG light in the 775 nm band are output from the output port. Four PTFs are connected sequentially to the four ports to complete the pigtail-type module. Depending on the function to be realized, it is also possible to input light of two different wavelengths from the input port.

図6は、波長変換モジュールに4本のPTFを接続する手順の概要を説明する図である。波長変換モジュール100は、図1の波長変換モジュールを簡略化して示したものである。ポート1は光学窓105-1の基本波光ポートに対応し、ポート3は光学窓105-2の基本波光ポートに対応する。ポート2は光学窓108-1のSHG光出力ポートに対応し、ポート4は光学窓106-2のSHG光出力ポートに対応する。以下説明する製造方法において、基本波ポートは、基本波光の入力ポートおよび基本波光の透過光の出力ポートとして利用される。 Figure 6 is a diagram outlining the procedure for connecting four PTFs to a wavelength conversion module. Wavelength conversion module 100 is a simplified version of the wavelength conversion module in Figure 1. Port 1 corresponds to the fundamental light port of optical window 105-1, and port 3 corresponds to the fundamental light port of optical window 105-2. Port 2 corresponds to the SHG light output port of optical window 108-1, and port 4 corresponds to the SHG light output port of optical window 106-2. In the manufacturing method described below, the fundamental port is used as the input port for the fundamental light and the output port for the transmitted light of the fundamental light.

図6の(a)は、1本目の入力PTF202-1をポート1に接続する段階を示しており、基本波212の検波器203およびSHG光213の検波器206が用いられる。1本目の入力PTFの接続工程では、チップ選別時に取得された初期温度Tinitを含む初期データが利用される。図7で具体的な製造装置の構成が示され、製造方法のフローが図8で説明される。 6(a) shows the stage of connecting the first input PTF 202-1 to port 1, where a detector 203 for the fundamental wave 212 and a detector 206 for the SHG light 213 are used. In the process of connecting the first input PTF, initial data including the initial temperature T init acquired during chip selection is used. The configuration of a specific manufacturing apparatus is shown in FIG. 7, and the flow of the manufacturing method is explained in FIG. 8.

図6の(b)は、2本目の入力PTF202-2をポート3に接続する段階を示しており、ポート1には既に入力PTF202-1が接続されている。入力PTF202-1に接続された基本波光の検波器210およびSHG光213の検波器206が用いられる。図10で具体的な製造装置の構成が示され、製造方法のフローは図8と概ね同じである。2本目以降のPTFの接続工程では、1本目の入力PTFの接続工程で得られた修正された温度を含む更新データが利用される点に留意されたい。 Figure 6(b) shows the stage of connecting the second input PTF 202-2 to port 3, with input PTF 202-1 already connected to port 1. A detector 210 for fundamental light and a detector 206 for SHG light 213 connected to input PTF 202-1 are used. Figure 10 shows the specific configuration of the manufacturing equipment, and the flow of the manufacturing method is generally the same as Figure 8. Please note that in the process of connecting the second and subsequent PTFs, updated data including the corrected temperature obtained in the process of connecting the first input PTF is used.

図6の(c)は、3本目の出力PTF211-1をポート4に接続する段階を示しており、ポート1、3には既に2本の入力PTF202-1、202-2が接続されている。波長掃引光源(SW)201が入力PTF202-1に接続され、基本波光の検波器210が入力PTF202-2に接続される。図11で具体的な製造装置の構成が示され、製造方法のフローは図12で説明される。修正された温度を含む更新データが利用される。 Figure 6(c) shows the stage where the third output PTF 211-1 is connected to port 4, with two input PTFs 202-1 and 202-2 already connected to ports 1 and 3. A wavelength swept light source (SW) 201 is connected to input PTF 202-1, and a fundamental light detector 210 is connected to input PTF 202-2. Figure 11 shows the configuration of a specific manufacturing apparatus, and the flow of the manufacturing method is explained in Figure 12. Updated data including the corrected temperature is used.

図6の(d)は、4本目の出力PTF211-2をポート2に接続する段階を示しており、波長変換モジュール100には既に3本のPTFが接続されている。波長掃引光源201が入力PTF202-2に接続され、基本波光の検波器210が入力PTF202-1に接続される。製造方法のフローは図12と概ね同じである。修正された温度を含む更新データが利用される。 Figure 6(d) shows the stage where the fourth output PTF 211-2 is connected to port 2; three PTFs are already connected to the wavelength conversion module 100. The wavelength swept light source 201 is connected to the input PTF 202-2, and the fundamental light detector 210 is connected to the input PTF 202-1. The manufacturing method flow is generally the same as Figure 12. Updated data including the corrected temperature is used.

以下、基本波光入力用のPTFを接続する場合の製造方法と、SHG光出力用のPTFを接続する場合の製造方法とに分けて、詳細にその手順を説明する。 Below, the manufacturing procedures will be explained in detail, divided into the manufacturing method when connecting a PTF for fundamental wave light input and the manufacturing method when connecting a PTF for SHG light output.

図7は、本開示の波長変換モジュールの製造方法を実施する装置の構成を示す図である。製造装置は、波長変換モジュール100にPTFを接続し、波長変換素子を目的の動作波長で動作させるための修正された動作温度探索および決定するための構成を有する。製造装置は、基本波光を供給する波長掃引可能な光源201、SHG光213を検出して電気信号に変換する検波器206、基本波光の透過光212を検出して電気信号に変換する検波器207を含む。さらに、ファイバ接続点におけるPTFの位置を調整して、チップ内の導波路とPTFのコアとの間で光軸を揃えるための調芯器203、および、レンズ205-1の位置を調整するためのレンズ調芯器204も含む。上述の要素は、コンピュータ208によって制御される。図示していないが、コンピュータ208は、プロセッサ、メモリ、および検波器206、207からの電気信号をデジタルデータに変換するA/D変換器を含む。コンピュータ208は、図示しない外部記憶装置またはネットワークと接続され得る。 Figure 7 is a diagram showing the configuration of an apparatus for implementing the wavelength conversion module manufacturing method of the present disclosure. The manufacturing apparatus has a configuration for connecting a PTF to the wavelength conversion module 100 and for searching for and determining a correct operating temperature for operating the wavelength conversion element at the target operating wavelength. The manufacturing apparatus includes a wavelength-sweepable light source 201 that supplies fundamental light, a detector 206 that detects SHG light 213 and converts it into an electrical signal, and a detector 207 that detects transmitted fundamental light 212 and converts it into an electrical signal. The manufacturing apparatus also includes an aligner 203 that adjusts the position of the PTF at the fiber connection point to align the optical axis between the waveguide in the chip and the core of the PTF, and a lens aligner 204 that adjusts the position of lens 205-1. The above-mentioned elements are controlled by a computer 208. Although not shown, the computer 208 includes a processor, memory, and an A/D converter that converts the electrical signals from the detectors 206 and 207 into digital data. The computer 208 can be connected to an external storage device or network, not shown.

本開示の波長変換モジュールの製造方法では、チップ選別工程においてあらかじめ取得した波長変換素子の初期データをメモリなどから読み出して、以下説明する製造方法のフローにおいて利用する。初期データは、製造方法のフローにおいて更新される。初期データは、コンピュータ208内のメモリ、外部記憶媒体、またはネットワーク上にストアされることができる。 In the wavelength conversion module manufacturing method disclosed herein, initial data for the wavelength conversion element acquired in advance during the chip selection process is read from a memory or the like and used in the manufacturing method flow described below. The initial data is updated during the manufacturing method flow. The initial data can be stored in the memory of computer 208, an external storage medium, or on a network.

図13は、本開示の製造方法における波長変換素子の初期データの構成を説明する図である。図13の(a)は、チップ選別工程において取得された初期データを示す。(b)は、後述する製造方法のフローにおいて更新されたデータを示す。一例を挙げれば、波長変換素子のデータは、素子識別番号、動作波長、初期温度,位相整合波長の温度依存性係数、波長変換効率、損失素子特性などを含み得る。表形式など形式によるファイルをコンピュータのメモリ等に保存し、製造方法の制御プログラムからこのファイルを読み込む。モジュール内に搭載されたPTFを素子の識別番号などによって特定し、光源201の波長およびモジュール内部の温度制御素子(温調器)の設定温度を制御する。 Figure 13 is a diagram illustrating the configuration of initial data for wavelength conversion elements in the manufacturing method of the present disclosure. (a) in Figure 13 shows the initial data acquired in the chip selection process. (b) shows the data updated in the manufacturing method flow described below. As an example, the data for the wavelength conversion element may include the element identification number, operating wavelength, initial temperature, temperature dependence coefficient of the phase matching wavelength, wavelength conversion efficiency, loss element characteristics, etc. A file in a format such as a table is saved in the computer's memory, and this file is read from the control program for the manufacturing method. The PTF installed in the module is identified by the element identification number, etc., and the wavelength of the light source 201 and the set temperature of the temperature control element (temperature regulator) inside the module are controlled.

図8は、本開示の波長変換モジュールの製造方法の手順を説明するフロー図である。図9に示したフロー図は、図6の(a)に示した1本目の基本波光を入力するための入力PTF202-1を接続するためのフローに対応する。図7の装置の構成も参照しながら説明する。フローの各工程は、ステップ番号S100~S116を使って説明される。図8における各工程の記述は、簡略化されて記載されていることに留意されたい。 Figure 8 is a flow diagram illustrating the steps of the method for manufacturing a wavelength conversion module according to the present disclosure. The flow diagram shown in Figure 9 corresponds to the flow for connecting the input PTF 202-1 for inputting the first fundamental wave light shown in Figure 6(a). The explanation will also refer to the configuration of the device in Figure 7. Each step in the flow is explained using step numbers S100 to S116. Please note that the description of each step in Figure 8 is simplified.

S100において、波長変換モジュール、接続する入力PTF202-1、調芯器203、204などを、製造装置の調整治具にセットする。 In S100, the wavelength conversion module, the input PTF 202-1 to be connected, the aligners 203 and 204, etc. are set in the adjustment jig of the manufacturing equipment.

S101において、コンピュータ208に初期データを読み出して、光源201からの基本波光を動作波長に設定する。また、波長変換素子は、初期データの中の初期温度Tinitに設定される。一定の温度安定化時間を経ると、波長変換素子は初期温度Tinitに到達し、初期温度Tinitが「現在の温度」となる。「現在の温度」は、後述するように「現在の温度を修正するステップ」を繰り返すごとに、更新されることになる。 In S101, initial data is read into the computer 208, and the fundamental wave light from the light source 201 is set to an operating wavelength. In addition, the wavelength conversion element is set to an initial temperature T init in the initial data. After a certain temperature stabilization time has passed, the wavelength conversion element reaches the initial temperature T init , and the initial temperature T init becomes the "current temperature." The "current temperature" is updated each time the "step of correcting the current temperature" is repeated, as will be described later.

検波器207によって、基本波光の透過光212のレベルが最大となるように、入力PTF202-1を調芯する。透過光レベルを最大化する調芯は、調芯器203、204によって行い、適切な制御アルゴリズムを使い、プロセッサの制御によって実施できる。レンズ205-1を介してPTF202-1の端面からの基本波光をモジュール筐体内の波長変換素子に光学結合する。図3で透過光10として示したように、基本波光の透過光レベルは波長依存性がほとんど無く、温度依存性も非常に少ない。光源波長を動作波長の近辺の波長に設定すれば十分である。この調芯ステップは、基本波光に対して行われることに留意されたい。 The detector 207 aligns the input PTF 202-1 so that the level of the transmitted light 212 of the fundamental light is maximized. The alignment to maximize the transmitted light level is performed by aligners 203 and 204 and can be controlled by a processor using an appropriate control algorithm. The fundamental light from the end face of PTF 202-1 is optically coupled to the wavelength conversion element in the module housing via lens 205-1. As shown as transmitted light 10 in Figure 3, the transmitted light level of the fundamental light has almost no wavelength dependence and very little temperature dependence. It is sufficient to set the light source wavelength to a wavelength close to the operating wavelength. Note that this alignment step is performed on the fundamental light.

次にS102において、光源201を制御して、基本波光を中心として所定の波長範囲で、入力光を波長掃引する。所定の波長範囲は、チップの固定工程によって波長変換素子において想定されるSGH光の位相整合波長ばらつきを考慮して、SHG光のピーク波長が観察されるように決定すれば良い。このとき、SHG光の検波器206によって、図3に示したような掃引波長範囲に対応するSHG光レベルの波長依存特性21のデータが取得される。Next, in S102, the light source 201 is controlled to sweep the wavelength of the input light within a predetermined wavelength range centered on the fundamental light. The predetermined wavelength range can be determined so that the peak wavelength of the SHG light is observed, taking into account the phase-matching wavelength variation of the SHG light expected in the wavelength conversion element due to the chip fixing process. At this time, the SHG light detector 206 acquires data on the wavelength-dependent characteristics 21 of the SHG light level corresponding to the swept wavelength range, as shown in Figure 3.

次にS103において、取得されたSHG光レベルの波長依存特性から、ピーク波長λを決定する。このピーク波長λは、モジュール内に含まれる波長変換素子の現在の温度における実際の位相整合波長に相当する。この実際の位相整合波長は、素子を本来動作させたい動作波長λinitからずれており、ピーク波長λと動作波長λinitの間の波長差をΔλとする。尚、この工程では、光源201による波光掃引を複数回実行して,位相整合曲線の平均値を取得して、SHG光出力が最大となるピーク波長λを取得する。 Next, in S103, a peak wavelength λP is determined from the wavelength-dependent characteristics of the SHG light level that has been obtained. This peak wavelength λP corresponds to the actual phase-matching wavelength at the current temperature of the wavelength conversion element included in the module. This actual phase-matching wavelength is shifted from the operating wavelength λinit at which the element is originally intended to operate, and the wavelength difference between the peak wavelength λP and the operating wavelength λinit is defined as Δλ. In this step, the light source 201 performs a wave sweep multiple times to obtain the average value of the phase-matching curve, thereby obtaining the peak wavelength λP at which the SHG light output is maximized.

S103の状態では、ピーク波長λと動作波長λinitの間の波長差Δλが大きいため、多くの場合、調芯可能なレベルのSHG光出力は得られない。SHG光のレベルが最大となるように入力PTF202-1を調芯することが困難である。そこで、波長変換素子の現在の温度を修正して、波長差Δλが小さくなるように「修正された温度」を求める。 In the state of S103, the wavelength difference Δλ between the peak wavelength λ P and the operating wavelength λ init is large, so in many cases, an SHG optical output at a level that allows alignment cannot be obtained. It is difficult to align the input PTF 202-1 so that the level of the SHG light is maximized. Therefore, the current temperature of the wavelength conversion element is corrected to find a "corrected temperature" that reduces the wavelength difference Δλ.

S104において、波長差をΔλから「修正された温度」を求める。より具体的には、波長変換素子の動作波長λinit、上述のピーク波長λ、現在の温度、初期データに含まれる位相整合波長の温度依存係数に基づいて、波長変換素子の修正された温度を算出する。 In S104, the "corrected temperature" is calculated from the wavelength difference Δλ. More specifically, the corrected temperature of the wavelength conversion element is calculated based on the operating wavelength λ init of the wavelength conversion element, the above-mentioned peak wavelength λ P , the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase matching wavelength included in the initial data.

図9は、波長変換素子の修正された温度を求める原理を説明する図である。図9の(a)は、図3と同様に、チップ固定工程による位相整合波長のずれを説明する図である。波長差Δλは、2つの位相整合曲線20、21のピークの波長差24である。図9の(b)は、位相整合波長(横軸)と 対応するチップ温度(℃)の関係を模式的に示している。黒丸26は、位相整合波長が動作波長λinitにある状態に対応しており、この状態が目標状態となる。黒丸27は、S203において現在の温度において位相整合波長がピーク波長λにある状態に対応している。現在の黒丸27の状態から、目標の黒丸26の目標状態に近づけるには、「現在」のチップ温度を温度差分ΔTだけ修正すれば良い。図13に示した初期データの温度依存性係数(nm/℃)の値を利用すれば、動作波長λinit、ピーク波長λ、現在の温度、位相整合波長の温度依存係数に基づいて、「修正された温度」を求めることができる。ハンチング現象を避けるために目標状態26よりも手前の状態28に修正することもできる。修正された温度を求める具体的なアルゴリズムには何の制限もなく、一般的な制御アルゴリズムを利用すれば良い。再び図9に戻ると、S104に続いて、波長差Δλを、基準値と比較判断する。 FIG. 9 illustrates the principle of determining the corrected temperature of a wavelength conversion element. Similar to FIG. 3, FIG. 9(a) illustrates the phase-matching wavelength shift due to the chip fixing process. The wavelength difference Δλ is the peak wavelength difference 24 between the two phase-matching curves 20 and 21. FIG. 9(b) schematically illustrates the relationship between the phase-matching wavelength (horizontal axis) and the corresponding chip temperature (°C). The black circle 26 corresponds to the state in which the phase-matching wavelength is at the operating wavelength λ init , which is the target state. The black circle 27 corresponds to the state in S203 in which the phase-matching wavelength is at the peak wavelength λ P at the current temperature. To move from the current state of black circle 27 to the target state of black circle 26, the "current" chip temperature can be corrected by the temperature difference ΔT. Using the temperature dependence coefficient (nm/°C) of the initial data shown in FIG. 13, the "corrected temperature" can be determined based on the operating wavelength λ init , the peak wavelength λ P , the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase-matching wavelength. To avoid the hunting phenomenon, the temperature may be corrected to a state 28 immediately before the target state 26. There are no restrictions on the specific algorithm for determining the corrected temperature, and any general control algorithm may be used. Returning to Fig. 9 again, following S104, the wavelength difference Δλ is compared with a reference value.

S105において、波長差Δλを基準値である第1のしきい値と比較する。波長変換素子のタイプによって、チップ固定時の初期温度からの波長ずれの方向が異なる場合もあるので、波長差Δλの絶対値と正の値の第1のしきい値を比較すれば良い。ここで、波長差Δλが第1のしきい値以下である条件で(Y)、実際の位相整合波長が動作波長λinitに十分に近づいているので、S108の入力PTFの再調芯工程に進む。波長差Δλが第1のしきい値を越えている条件で(N)、実際の位相整合波長が動作波長λinitからまだ離れているので、S106において波長変換素子を現在の温度から修正された温度に設定する。一定の温度安定化時間を待って、製造方法の手順はS102の基本波光を波長掃引する工程に戻る。S102に戻った段階では、「修正された温度」が「現在の温度」となる。 In S105, the wavelength difference Δλ is compared with a first threshold value, which is a reference value. Depending on the type of wavelength conversion element, the direction of wavelength shift from the initial temperature at the time of chip fixing may differ, so the absolute value of the wavelength difference Δλ can be compared with a positive first threshold value. If the wavelength difference Δλ is below the first threshold value (Y), the actual phase-matched wavelength is sufficiently close to the operating wavelength λ init , so the process proceeds to the input PTF realignment step in S108. If the wavelength difference Δλ exceeds the first threshold value (N), the actual phase-matched wavelength is still far from the operating wavelength λ init , so in S106 the wavelength conversion element is set to a corrected temperature from the current temperature. After waiting for a certain temperature stabilization time, the manufacturing method returns to the step of sweeping the wavelength of the fundamental wave light in S102. At the stage of returning to S102, the "corrected temperature" becomes the "current temperature."

上述のS102からS106までの工程の全体は、波長変換素子の現在の温度を修正する工程と言うこともできる。S105の基準値との判断工程は、修正された温度を算出するS104の前に実施することもできる。また、「修正された温度」を求めるのと並行して、S107として温度依存性係数を更新することもできる。 The entire process from S102 to S106 described above can be said to be a process of correcting the current temperature of the wavelength conversion element. The reference value judgment process in S105 can also be performed before S104, which calculates the corrected temperature. Furthermore, in parallel with determining the "corrected temperature," the temperature dependency coefficient can also be updated in S107.

S107において、動作波長、ピーク波長、現在の温度および修正された温度に基づいて、温度依存係数を更新する。図9の(b)に示したように、波長差Δλと温度差分ΔTから、位相整合波長の温度依存係数を求めることができるので、図13に示した初期データに含まれる温度依存係数を更新して、新しい温度依存係数を用いて、戻った時のS102からS106までの工程を実施できる。In S107, the temperature dependence coefficient is updated based on the operating wavelength, peak wavelength, current temperature, and corrected temperature. As shown in Figure 9(b), the temperature dependence coefficient of the phase-matching wavelength can be calculated from the wavelength difference Δλ and the temperature difference ΔT. Therefore, the temperature dependence coefficient included in the initial data shown in Figure 13 can be updated, and steps S102 to S106 can be performed using the new temperature dependence coefficient upon return.

S108において、光源201を動作波長に設定して、検波器206からの電気信号を使用して、SHG光213のレベルが最大となるように、入力PTF202-1を再び調芯する。SHG光レベルを最大化する調芯は、調芯器203、204によって行い、適切な制御アルゴリズムを使い、プロセッサの制御によって実施できる。S101において基本波光の透過光212のレベルを最大化する調芯を実施しているのにもかかわらず、S108で再調芯を実施するのは、次の理由による。 In S108, the light source 201 is set to the operating wavelength, and the input PTF 202-1 is re-aligned using the electrical signal from the detector 206 so that the level of the SHG light 213 is maximized. The alignment to maximize the SHG light level is performed by the aligners 203 and 204, and can be performed under the control of the processor using an appropriate control algorithm. Despite the alignment being performed in S101 to maximize the level of the transmitted light 212 of the fundamental wave light, re-alignment is performed in S108 for the following reasons.

第1に、基本波光の出力が最大となる調芯位置とSHG出力が最大となる調芯位置が異なる場合があるからである。基本波光の導波モード形状とSHG光の導波モードの形状は、コアサイズによって一致しない場合がある。第2に、S106において修正された温度に設定された後で、繰り返し後のS102~S105を経てS108に到達した場合、初期温度からチップ設定温度が変わっている。このため、波長変換素子の形状がわずかながら変化し、基本波光で調芯した最適位置からずれる可能性がある。上述の理由によって、S101において基本波光の透過光212のレベルを最大化する調芯に加えて、S108でSHG出力を最大とするように入力PTF202-1を再調芯する。 First, the alignment position at which the fundamental light output is maximized may differ from the alignment position at which the SHG output is maximized. The guided mode shape of the fundamental light and the guided mode shape of the SHG light may not match depending on the core size. Second, after the temperature is set to the corrected temperature in S106, if S108 is reached after repeating S102 to S105, the chip set temperature will have changed from the initial temperature. This may cause the shape of the wavelength conversion element to change slightly, resulting in a deviation from the optimal position aligned with the fundamental light. For the reasons stated above, in addition to alignment to maximize the level of the transmitted light 212 of the fundamental light in S101, the input PTF 202-1 is realigned in S108 to maximize the SHG output.

次にS109において、SHG光レベルが基準値を満たすかどうかの判定が実施される。基準値は、所定のSHG光のレベルである第2のしきい値として、第2のしきい値以上であれば(Y)、次のS111へ進む。第2のしきい値未満であれば(N)、波長変換素子自身や、モジュール組み立て工程に何らかの不具合がある可能性が高いため、これ以上の工程を中止する。Next, in S109, a determination is made as to whether the SHG light level meets a reference value. The reference value is a second threshold value, which is a predetermined SHG light level. If the reference value is equal to or greater than the second threshold value (Y), the process proceeds to S111. If the reference value is less than the second threshold value (N), there is a high possibility that there is some kind of defect in the wavelength conversion element itself or the module assembly process, so further processing is halted.

S111において、YAGレーザ209による溶接等により、金属筐体とレンズ205-1、入力PTF202-1の固定を完了する。上述のS102~S107の工程、またはこれらの繰り返しによって「修正された温度」を求めて更新されており、モジュールに固定された後の状態で、動作波長において、波長変換素子の位相整合状態を実現している。しかしながら、S111におけるYAG溶接により、PPLN素子の帯電状態が変化したり、調芯中にドリフトが生じたりし得る。さらに、YAG溶接および入力PTF202-1の固定作業によって、光軸がずれて光結合率が低下することも起こり得る。 In S111, the metal housing, lens 205-1, and input PTF 202-1 are fixed together by welding using a YAG laser 209 or other methods. The "corrected temperature" is determined and updated by the above-mentioned steps S102 to S107, or by repeating these steps, and the wavelength conversion element achieves a phase-matched state at the operating wavelength after being fixed to the module. However, the YAG welding in S111 may change the charged state of the PPLN element or cause drift during alignment. Furthermore, the YAG welding and fixing of the input PTF 202-1 may cause the optical axis to shift, resulting in a decrease in optical coupling efficiency.

そこでS112において、基本波光の掃引、SHG光のピーク波長λの決定、修正された温度の算出を行う。さらにS113において、波長差Δλを基準値(第1のしきい値)で判定し、必要であれば、現在の温度を「修正された温度」に変更して、S112の基本波光の掃引に戻る。S107で説明したように、温度依存性係数を更新することもできる。S112およびS113の工程は、S102~S107の一連の工程を簡略化して記載したものであって、実質的にS102~S107と同じ工程を実施すれば良い。 Therefore, in S112, the fundamental light is swept, the peak wavelength λP of the SHG light is determined, and the corrected temperature is calculated. Furthermore, in S113, the wavelength difference Δλ is judged using a reference value (first threshold value), and if necessary, the current temperature is changed to the "corrected temperature," and the process returns to the sweep of the fundamental light in S112. As explained in S107, the temperature dependency coefficient can also be updated. The steps of S112 and S113 are a simplified version of the series of steps from S102 to S107, and essentially the same steps as S102 to S107 can be performed.

S112において、波長差Δλが第1のしきい値以下と判定されれば、製造方法の手順はS113に進み、基本波光の透過スペクトラムと、位相整合曲線を取得する。 If in S112 it is determined that the wavelength difference Δλ is less than or equal to the first threshold, the manufacturing method proceeds to S113, where the transmission spectrum of the fundamental light and the phase matching curve are obtained.

次にS114において、コンピュータ208が読みだしていた初期データの内で、上述のS113の工程までに変更された値によって、初期データを更新する。具体的には、修正された温度の最後の値によって、図13の(b)に示したように初期温度の値を書き換える。また、修正された温度依存性係数の最後の値によって、温度依存性係数の値を書き換える。初期データを更新すると、図8の波長変換モジュールの製造方法の手順は、S116で終了する。 Next, in S114, the initial data read by the computer 208 is updated with the values that have been changed up to the step S113 described above. Specifically, the initial temperature value is rewritten with the final value of the corrected temperature, as shown in (b) of Figure 13. In addition, the temperature dependence coefficient value is rewritten with the final value of the corrected temperature dependence coefficient. Once the initial data has been updated, the procedure for the method for manufacturing the wavelength conversion module in Figure 8 ends in S116.

したがって本発明は、波長変換素子102と、金属板104を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子103とを含む光モジュール100の製造方法であって、前記波長変換素子を、初期温度に設定するステップと、基本波光の透過光が最大となるように入力ファイバを調芯するステップS101と、前記波長変換素子の現在の温度を修正するステップであって、所定の波長範囲で前記基本波光の波長を掃引して、波長変換光のレベルが最大となるピーク波長を決定する工程S103、前記波長変換素子の動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および位相整合波長の温度依存係数に基づいて、前記波長変換素子の修正された温度を算出する工程S104、および、前記波長変換素子を前記修正された温度に再設定する工程S106を含む、修正するステップと、前記修正された温度において、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記入力ファイバを再調芯するステップS108と、調芯された前記入力ファイバを前記光モジュールの金属筐体に固定するステップS111とを備える製造方法として実施できる。Therefore, the present invention can be implemented as a manufacturing method for an optical module 100 including a wavelength conversion element 102 and a temperature control element 103 fixed to the wavelength conversion element via a metal plate 104, comprising the steps of: setting the wavelength conversion element to an initial temperature; aligning the input fiber so that the transmitted light of the fundamental wave light is maximized (S101); correcting the current temperature of the wavelength conversion element, which involves sweeping the wavelength of the fundamental wave light over a predetermined wavelength range to determine the peak wavelength at which the level of the wavelength-converted light is maximized (S103); calculating the corrected temperature of the wavelength conversion element based on the operating wavelength of the wavelength conversion element, the peak wavelength, the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase-matching wavelength (S104); and resetting the wavelength conversion element to the corrected temperature (S106); realigning the input fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized at the corrected temperature (S108); and fixing the aligned input fiber to the metal housing of the optical module (S111).

更新されたデータは、同一の波長変換素子に対してさらに2本目以降のPTFの接続する工程における初期データとして利用できる。すなわち、図6の(b)~(d)の接続工程では、1本目のPTFの接続工程の結果が反映された「更新データ」を利用することによって、動作波長λinitに非常に近い状態から、チップ動作温度の最適化を開始できる。図8に示した1本目のPTFの接続工程よりも大幅に短縮した時間で、2本目以降のPTFの接続する工程を実施できる。 The updated data can be used as the initial data for the process of connecting the second and subsequent PTFs to the same wavelength conversion element. In other words, in the connection processes shown in (b) to (d) of Figure 6, by using the "updated data" that reflects the results of the first PTF connection process, optimization of the chip operating temperature can be started from a state very close to the operating wavelength λ init . The process of connecting the second and subsequent PTFs can be performed in a significantly shorter time than the first PTF connection process shown in Figure 8.

図10は、本開示の波長変換モジュールの製造方法を実施する装置の別の構成を示す図である。図10の装置構成は、図6の(b)に示した2本目の入力PTF202-2を光学窓105-2(ポート3)に接続する段階を示しており、光学窓105-1(ポート1)には既に入力PTF202-1が接続されている。入力PTF202-1に接続されたコネクタタイプの基本波光の検波器210およびSHG光213の検波器206が用いられる。図10の製造装置の構成による2本目の入力PTFを接続する製造方法のフローは、図8と概ね同じである。相違点は、S101において読み出す初期データが、図13の(a)の表1による初期データではなく、図13の(b)の表2による更新データである点と、基本波光およびSHG光の伝搬方向が図7とは正反対になっている点である。したがって、2本目の入力PTFを接続するための波長変換モジュールの製造方法の説明は省略する。 Figure 10 is a diagram showing another configuration of an apparatus for implementing the wavelength conversion module manufacturing method of the present disclosure. The apparatus configuration of Figure 10 shows the stage of connecting the second input PTF 202-2 shown in Figure 6(b) to the optical window 105-2 (port 3), with the input PTF 202-1 already connected to the optical window 105-1 (port 1). A connector-type fundamental light detector 210 and SHG light detector 206 connected to the input PTF 202-1 are used. The manufacturing method flow for connecting the second input PTF using the manufacturing apparatus configuration of Figure 10 is generally the same as that of Figure 8. The differences are that the initial data read in S101 is not the initial data according to Table 1 in Figure 13(a) but the updated data according to Table 2 in Figure 13(b), and that the propagation directions of the fundamental light and SHG light are opposite to those in Figure 7. Therefore, a description of the wavelength conversion module manufacturing method for connecting the second input PTF will be omitted.

図11は、本開示の波長変換モジュールの製造方法を実施する装置のさらに別の構成を示す図である。図11の装置構成は、図6の(c)に示した3本目のファイバである出力PTF202-2を光学窓101-1(ポート4)に接続する段階を示しており、既に2本の入力PTF202-1、202-2が接続されている。出力PTF211-1の接続点とは反対側にはコネクタタイプのSHG光の検波器212が用いられる。図11の製造装置の構成による出力PTFを接続する製造方法のフローは、調芯を行うファイバが出力PTFである点を除いて、概ね図8と同じである。 Figure 11 is a diagram showing yet another configuration of an apparatus for implementing the manufacturing method of the wavelength conversion module disclosed herein. The apparatus configuration of Figure 11 shows the stage of connecting the output PTF 202-2, which is the third fiber shown in Figure 6 (c), to the optical window 101-1 (port 4), with two input PTFs 202-1 and 202-2 already connected. A connector-type SHG light detector 212 is used on the opposite side of the connection point of the output PTF 211-1. The flow of the manufacturing method for connecting the output PTF using the manufacturing apparatus configuration of Figure 11 is generally the same as Figure 8, except that the fiber to be aligned is the output PTF.

図12は、本開示の波長変換モジュールの製造方法の手順を説明するフロー図である。図12に示したフロー図は、図6の(c)に示した3本目のファイバであって、SHG光を出力するための1本目の出力PTF211-1を接続するためのフローに対応する。図11の装置の構成も参照しながら説明する。フローの各工程は、ステップ番号S200~S216を使って説明される。図12における各工程の記述は、簡略化されて記載されている。上述のように、図12のフロー図の手順は、概ね図8のフロー図の手順と同じであるため、簡略化して説明する。 Figure 12 is a flow diagram illustrating the steps of the method for manufacturing a wavelength conversion module of the present disclosure. The flow diagram shown in Figure 12 corresponds to the flow for connecting the first output PTF 211-1, which is the third fiber shown in Figure 6 (c) and is used to output SHG light. The explanation will also refer to the configuration of the apparatus in Figure 11. Each step in the flow will be explained using step numbers S200 to S216. The descriptions of each step in Figure 12 are simplified. As mentioned above, the steps in the flow diagram of Figure 12 are generally the same as those in the flow diagram of Figure 8, and will therefore be explained in a simplified manner.

S200において、波長変換モジュール、接続する出力PTF211-1、調芯器203、204などを、製造装置の調整治具にセットする。 In S200, the wavelength conversion module, the output PTF 211-1 to be connected, the aligners 203 and 204, etc. are set in the adjustment jig of the manufacturing equipment.

S201において、コンピュータ208に初期データを読み出して、光源201からの基本波光を動作波長に設定する。また、波長変換素子は、初期データの中の初期温度Tinitに設定される。ただし、この初期温度Tinitは、1本目のファイバの接続工程において更新された初期温度である。図8のフローと同様に、初期温度Tinitが、「現在の温度」となる。「現在の温度」は、後述するように「現在の温度を修正するステップ」を繰り返すごとに、更新されることになる。 In S201, initial data is read into the computer 208, and the fundamental wave light from the light source 201 is set to an operating wavelength. The wavelength conversion element is set to an initial temperature T init in the initial data. However, this initial temperature T init is the initial temperature updated in the step of connecting the first fiber. As in the flow of FIG. 8, the initial temperature T init becomes the "current temperature." The "current temperature" is updated each time the "step of correcting the current temperature" is repeated, as will be described later.

さらにS201において、検波器212で検出されるSHG光のレベルが最大となるように、出力PTF211-1を調芯する。SHG光レベルを最大化する調芯は、調芯器203、204によって行い、適切な制御アルゴリズムを使い、プロセッサの制御によって実施できる。モジュール筐体内の波長変換素子からのSHG光を、レンズを介して出力PTF202-1の端面へ光学結合する。出力PTFを接続する図12の本フローにおいても、現在の温度では、図3に示したように位相整合曲線はずれているが、既に、基本波光用の入力PTF202-1、202-2が調芯され固定済みである。さらに波長変換素子は、1本目のファイバの接続工程で更新された初期温度Tinitで温度設定されている。したがって、S201においては、調芯できる程度のSHG光が得られる。 Furthermore, in S201, the output PTF 211-1 is aligned so that the level of the SHG light detected by the detector 212 is maximized. The alignment to maximize the SHG light level is performed by aligners 203 and 204, and can be controlled by a processor using an appropriate control algorithm. The SHG light from the wavelength conversion element in the module housing is optically coupled to the end face of the output PTF 202-1 via a lens. Even in this flow of connecting the output PTFs shown in FIG. 12, the phase matching curves are misaligned at the current temperature, as shown in FIG. 3, but the input PTFs 202-1 and 202-2 for the fundamental light have already been aligned and fixed. Furthermore, the wavelength conversion element is set to the initial temperature T init updated in the first fiber connection process. Therefore, in S201, SHG light sufficient for alignment is obtained.

次にS202において、光源201を制御して、基本波光を中心として所定の波長範囲で、入力光を波長掃引する。このとき、SHG光の検波器212によって、図3に示したような掃引波長範囲に対応するSHG光レベルの波長依存特性21のデータが取得される。Next, in S202, the light source 201 is controlled to sweep the wavelength of the input light within a predetermined wavelength range centered on the fundamental light. At this time, the SHG light detector 212 acquires data on the wavelength-dependent characteristics 21 of the SHG light level corresponding to the swept wavelength range, as shown in Figure 3.

次にS203において、取得されたSHG光レベルの波長依存特性から、ピーク波長λを決定する。このピーク波長λは、モジュール内に含まれる波長変換素子の現在の温度における実際の位相整合波長に相当する。この実際の位相整合波長は、素子を本来動作させたい動作波長λinitからずれており、ピーク波長λと動作波長λinitの間の波長差をΔλとする。この工程では、光源201による波光掃引を複数回実行して,位相整合曲線の平均値を取得して、SHG光出力が最大となるピーク波長λを取得する。 Next, in S203, a peak wavelength λP is determined from the wavelength-dependent characteristics of the SHG light level that has been obtained. This peak wavelength λP corresponds to the actual phase-matching wavelength at the current temperature of the wavelength conversion element included in the module. This actual phase-matching wavelength is shifted from the operating wavelength λinit at which the element is originally intended to operate, and the wavelength difference between the peak wavelength λP and the operating wavelength λinit is defined as Δλ. In this step, the light source 201 performs a wave sweep multiple times to obtain the average value of the phase-matching curve, thereby obtaining the peak wavelength λP at which the SHG light output is maximized.

S203の状態では、ピーク波長λと動作波長λinitの間に波長差Δλがあるので、正確な調芯のためにはSHG光のレベルは不十分である。そこで、波長変換素子の現在の温度を修正して、波長差Δλが小さくなるような「修正された温度」を求める。 In the state of S203, since there is a wavelength difference Δλ between the peak wavelength λ P and the operating wavelength λ init , the level of the SHG light is insufficient for accurate alignment. Therefore, the current temperature of the wavelength conversion element is corrected to find a "corrected temperature" that reduces the wavelength difference Δλ.

S204において、波長差をΔλから「修正された温度」を求める。具体的には、波長変換素子の動作波長λinit、上述のピーク波長λ、現在の温度、初期データに含まれる位相整合波長の温度依存係数に基づいて、波長変換素子の修正された温度を算出する。 In S204, the "corrected temperature" is calculated from the wavelength difference Δλ. Specifically, the corrected temperature of the wavelength conversion element is calculated based on the operating wavelength λ init of the wavelength conversion element, the above-mentioned peak wavelength λ P , the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase matching wavelength included in the initial data.

図13の(b)に示した更新された初期データの温度依存性係数(nm/℃)の値を利用すれば、動作波長λinit、ピーク波長λ、現在の温度、位相整合波長の温度依存係数に基づいて、「修正された温度」を求めることができる。 By using the value of the temperature dependence coefficient (nm/°C) of the updated initial data shown in Figure 13(b), the "corrected temperature" can be calculated based on the operating wavelength λ init , the peak wavelength λ P , the current temperature, and the temperature dependence coefficient of the phase matching wavelength.

次にS205において、波長差Δλを基準値である第1のしきい値と比較する。波長変換素子のタイプによって、チップ固定時の初期温度からの波長ずれの方向が異なる場合もあるので、波長差Δλの絶対値と正の値の第1のしきい値を比較すれば良い。ここで、波長差Δλが第1のしきい値以下である条件で(Y)、実際の位相整合波長が動作波長λinitに十分に近づいているので、S208の出力PTFの再調芯工程に進む。波長差Δλが第1のしきい値を越えている条件で(N)、実際の位相整合波長が動作波長λinitからまだ離れているので、S206において波長変換素子を現在の温度から修正された温度に設定する。一定の温度安定化時間を待って、製造方法の手順はS202の基本波光を波長掃引する工程に戻る。S202に戻った段階では、「修正された温度」が「現在の温度」となる。 Next, in S205, the wavelength difference Δλ is compared with a first threshold value, which is a reference value. Depending on the type of wavelength conversion element, the direction of wavelength shift from the initial temperature at the time of chip fixation may differ, so the absolute value of the wavelength difference Δλ can be compared with a positive first threshold value. If the wavelength difference Δλ is below the first threshold value (Y), the actual phase-matched wavelength is sufficiently close to the operating wavelength λ init , so the process proceeds to the output PTF realignment step in S208. If the wavelength difference Δλ exceeds the first threshold value (N), the actual phase-matched wavelength is still far from the operating wavelength λ init , so in S206 the wavelength conversion element is set to a corrected temperature from the current temperature. After waiting for a certain temperature stabilization time, the manufacturing method returns to the step of wavelength sweeping the fundamental wave light in S202. At the stage of returning to S202, the "corrected temperature" becomes the "current temperature."

上述のS202からS206までの工程の全体は、波長変換素子の現在の温度を修正する工程と言うこともできる。S205の基準値との比較・判断工程は、修正された温度を算出するS204の前に実施することもできる。また、「修正された温度」を求めるのと並行して、S207として温度依存性係数を更新することもできる。 The entire process from S202 to S206 described above can also be said to be a process for correcting the current temperature of the wavelength conversion element. The comparison and judgment process with the reference value in S205 can also be performed before S204, which calculates the corrected temperature. Furthermore, in parallel with determining the "corrected temperature," the temperature dependency coefficient can also be updated in S207.

S207において、動作波長、ピーク波長、現在の温度および修正された温度に基づいて、温度依存係数を更新する。図13の(b)に示した更新された初期データに含まれる温度依存係数を更新して、新しい温度依存係数を用いて、戻った時のS202からS206までの工程を実施できる。In S207, the temperature-dependent coefficients are updated based on the operating wavelength, peak wavelength, current temperature, and corrected temperature. The temperature-dependent coefficients included in the updated initial data shown in Figure 13(b) are updated, and steps S202 to S206 can be performed upon return using the new temperature-dependent coefficients.

S208において、光源201を動作波長に設定して、検波器212からの電気信号を使用して、SHG光のレベルが最大となるように、出力PTF211-1を再び調芯する。SHG光レベルを最大化する調芯は、調芯器203、204によって行い、適切な制御アルゴリズムを使い、プロセッサの制御によって実施できる。S201においてSHG光のレベルを最大化する調芯を実施するのに加えて、S208で出力PTFの再調芯を実施するのは、図8の入力PTFを接続するためのフローと同様である。S206において修正された温度に設定された後で、繰り返し後のS202~S205を経てS208に到達した場合、チップ設定温度が初期温度から変わっている。このため、波長変換素子の形状がわずかながら変化し、最初にS201で調芯した出力PTFの最適位置からずれる可能性があるからである。 In S208, the light source 201 is set to the operating wavelength, and the output PTF 211-1 is realigned using the electrical signal from the detector 212 to maximize the SHG light level. The alignment to maximize the SHG light level is performed by the aligners 203 and 204, and can be controlled by the processor using an appropriate control algorithm. In addition to the alignment to maximize the SHG light level in S201, the output PTF is realigned in S208, similar to the flow for connecting the input PTF in Figure 8. After the temperature is set to the corrected temperature in S206, if S208 is reached after repeating S202 to S205, the chip set temperature will have changed from the initial temperature. This is because the shape of the wavelength conversion element may change slightly, potentially causing the output PTF to deviate from the optimal position initially aligned in S201.

次にS209において、SHG光レベルが基準値を満たすかどうかの判定が実施される。基準値は、所定のSHG光のレベルである第2のしきい値として、第2のしきい値以上であれば(Y)、次のS211へ進む。SHG光レベルが第2のしきい値未満であれば(N)、波長変換素子自身や、モジュール組み立て工程に何らかの不具合がある可能性が高いため、これ以上の工程を中止する。Next, in S209, a determination is made as to whether the SHG light level meets a reference value. The reference value is a second threshold value, which is a predetermined SHG light level. If the reference value is equal to or greater than the second threshold value (Y), the process proceeds to S211. If the SHG light level is less than the second threshold value (N), there is a high possibility that there is some kind of problem with the wavelength conversion element itself or the module assembly process, so further processing is halted.

S211において、YAGレーザ209による溶接等により、金属筐体とレンズ、出力PTF211-1の固定を完了する。上述のS202~S207の工程、またはこれらの工程の繰り返しによって「修正された温度」を求めて、修正された温度で現在の温度が更新されている。「修正された温度」を利用することで、モジュールに固定された後の状態でも、目的の動作波長λinitにおいて、位相整合状態を実現している。しかしながら、S211におけるYAG溶接工程により、PPLN素子の帯電(焦電)状態が変化したり、調芯中に波長にドリフトが生じたりし得る。さらに、YAG溶接および出力PTF211-1の固定作業によって、光軸がずれて光結合率が低下することも起こり得る。 In S211, the metal housing, lens, and output PTF 211-1 are fixed together by welding using a YAG laser 209 or other methods. The "corrected temperature" is calculated by performing the above-described steps S202 to S207, or by repeating these steps, and the current temperature is updated with the corrected temperature. By using the "corrected temperature," a phase-matched state is achieved at the target operating wavelength λ init even after the module is fixed. However, the YAG welding step in S211 may change the charged (pyroelectric) state of the PPLN element or cause wavelength drift during alignment. Furthermore, the YAG welding and fixing of the output PTF 211-1 may cause the optical axis to shift, resulting in a decrease in optical coupling efficiency.

そこでS212において、基本波光の掃引、SHG光のピーク波長λの決定、修正された温度の算出を行う。さらにS213において、波長差Δλを基準値(第1のしきい値)と比較判定し、必要であれば、現在の温度を「修正された温度」に変更して、S212の基本波光の掃引に戻る。S207で説明したように、S213で温度依存性係数を更新することもできる。S212およびS213の工程は、S202~S207の一連の工程を簡略化して記載したものであって、実質的にS202~S207と同じ工程を実施すれば良い。 Therefore, in S212, the fundamental light is swept, the peak wavelength λP of the SHG light is determined, and the corrected temperature is calculated. Furthermore, in S213, the wavelength difference Δλ is compared with a reference value (first threshold value), and if necessary, the current temperature is changed to the "corrected temperature," and the process returns to the sweep of the fundamental light in S212. As described in S207, the temperature dependency coefficient can also be updated in S213. The steps of S212 and S213 are a simplified version of the series of steps from S202 to S207, and essentially the same steps as S202 to S207 may be performed.

S213において、波長差Δλが第1のしきい値以下と判定されれば、製造方法の手順はS214に進み、基本波光の透過スペクトラムと、位相整合曲線を取得する。 If in S213 it is determined that the wavelength difference Δλ is less than or equal to the first threshold, the manufacturing method proceeds to S214, where the transmission spectrum of the fundamental light and the phase matching curve are obtained.

次にS215において、コンピュータ208が読みだしていた初期データの内で、上述のS213の工程までに変更された値によって、初期データを更新する。具体的には、修正された温度の最後の値によって、図13の(b)に示したように初期温度の値を書き換える。初期データを更新すると、図12の波長変換モジュールの製造方法の手順は、S216で終了する。Next, in S215, the initial data read by the computer 208 is updated with the values that have been changed up to the step S213 described above. Specifically, the initial temperature value is rewritten with the final corrected temperature value, as shown in (b) of Figure 13. Once the initial data has been updated, the steps of the method for manufacturing the wavelength conversion module in Figure 12 end in S216.

したがって本発明は、波長変換素子102と、金属板104を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子103とを含み、基本波用入力ファイバ211-1が接続された光モジュール100の製造方法であって、前記波長変換素子を、初期温度に設定するステップと、基本波光の透過光が最大となるように出力ファイバを調芯するステップS201と、前記波長変換素子の現在の温度を修正するステップであって、所定の波長範囲で前記基本波光の波長を掃引して、波長変換光のレベルが最大となるピーク波長を決定する工程S203、前記波長変換素子の動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および位相整合波長の温度依存係数に基づいて、前記波長変換素子の修正された温度を算出する工程S204、および、前記波長変換素子を前記修正された温度に再設定する工程S206を含む、修正するステップと、前記修正された温度において、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記出力ファイバを再調芯するステップS208と、調芯された前記出力ファイバを前記光モジュールの金属筐体に固定するステップS211とを備える製造方法としても実施できる。 The present invention therefore provides a method for manufacturing an optical module 100 including a wavelength conversion element 102 and a temperature control element 103 fixed to the wavelength conversion element via a metal plate 104, and connected to a fundamental wave input fiber 211-1, the method comprising the steps of: setting the wavelength conversion element to an initial temperature; aligning the output fiber so that the transmitted light of the fundamental wave light is maximized (step S201); correcting the current temperature of the wavelength conversion element by sweeping the wavelength of the fundamental wave light within a predetermined wavelength range to determine the peak wavelength at which the level of the wavelength-converted light is maximized (step S203); The present invention can also be implemented as a manufacturing method including a correction step including a step S204 of calculating a corrected temperature of the wavelength conversion element based on the operating wavelength of the wavelength conversion element, the peak wavelength, the current temperature, and a temperature dependence coefficient of the phase matching wavelength, and a step S206 of resetting the wavelength conversion element to the corrected temperature, a step S208 of re-aligning the output fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized at the corrected temperature, and a step S211 of fixing the aligned output fiber to a metal housing of the optical module.

以上詳細に述べたように、出力PTFを波長変換モジュールに取り付ける場合でも、入力PTFを波長変換モジュールに取り付ける場合と同様、「修正された温度」を効率的に求めることができる。製造装置に、モジュール、ファイバ、調芯部材を一旦セットしてしまえば、コンピュータの制御によって、すべての工程を自動化して実施できる。モジュールへファイバを取り付ける全工程で、量産性に優れたピッグテール型モジュールの製造方法を提供する。 As described in detail above, the "corrected temperature" can be determined efficiently when attaching an output PTF to a wavelength conversion module, just as it can be determined when attaching an input PTF to a wavelength conversion module. Once the module, fiber, and alignment member are set in the manufacturing equipment, all processes can be automated under computer control. This provides a method for manufacturing pigtail-type modules that is highly suitable for mass production, covering all processes from attaching fiber to the module.

図13は、既に述べたように、波長変換素子のデータの構成を説明する図である。図13の(a)の表1は、チップの選別工程で取得される初期データである。図13の(b)は、1本目のPTFの接続手順が実施された後の、更新された初期データである。図6で説明した波長変換モジュールに4本のPTFを接続する手順では、2本目以降のPTFの接続手順で、更新された初期データを利用するものとして説明した。 As already mentioned, Figure 13 is a diagram explaining the data structure of a wavelength conversion element. Table 1 in Figure 13 (a) is the initial data obtained in the chip selection process. Figure 13 (b) is the updated initial data after the first PTF connection procedure has been performed. In the procedure for connecting four PTFs to the wavelength conversion module described in Figure 6, the updated initial data is used in the connection procedures for the second and subsequent PTFs.

初期データの更新は、1本のPTFの接続する手順の実施毎に、更新しても良いし、2~4本目で同じ更新された初期データを利用することもできる。1本目のPTFを接続する手順を実施した段階で、「修正された温度」は、概ね目的の動作波長で位相整合状態を実現する温度に近づいている。3本目、4本目のPTFを接続する手順で、2本目のPTFで使用した初期データをそのまま利用することもできる。 The initial data can be updated each time a PTF is connected, or the same updated initial data can be used for the second through fourth PTFs. When the first PTF is connected, the "corrected temperature" is roughly approaching the temperature that achieves phase matching at the desired operating wavelength. When connecting the third and fourth PTFs, the initial data used for the second PTF can be used as is.

上述の本発明の光モジュールの製造方法は、SHG光を出力する波長変換モジュールだけに限られず、入力光のポートと、波長変換光の出力ポートにPTFを接続する場合に利用できる。また、波長変換素子を一方向だけで使用する波長変換モジュールにも適用できる。さらに、波長変換モジュール以外の、DFGまたはOPAの各機構を利用したOPAモジュールにPTFを接続する場合にも適用できることは言うまでもない。 The optical module manufacturing method of the present invention described above is not limited to wavelength conversion modules that output SHG light, but can also be used when connecting a PTF to an input light port and an output port for wavelength-converted light. It can also be applied to wavelength conversion modules that use wavelength conversion elements in only one direction. It goes without saying that it can also be applied when connecting a PTF to an OPA module that uses the DFG or OPA mechanisms other than wavelength conversion modules.

以上詳細に説明したように、量産性に優れたピッグテール型モジュールの製造方法が実現できる。 As explained in detail above, a manufacturing method for pigtail-type modules that is highly suitable for mass production can be realized.

本発明は、光信号処理のための装置の製造に利用できる。 The present invention can be used in the manufacture of devices for optical signal processing.

Claims (8)

波長変換素子と、金属板を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子とを含む光モジュールの製造方法であって、
前記波長変換素子を、初期温度に設定するステップと、
基本波光の透過光が最大となるように入力ファイバを調芯するステップと、
前記波長変換素子の現在の温度を修正するステップであって、
所定の波長範囲で前記基本波光の波長を掃引して、波長変換光のレベルが最大となるピーク波長を決定する工程、
前記波長変換素子の動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および位相整合波長の温度依存係数に基づいて、前記波長変換素子の修正された温度を算出する工程、および、
前記波長変換素子を前記修正された温度に再設定する工程
を含む、修正するステップと、
前記修正された温度において、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記入力ファイバを再調芯するステップと、
調芯された前記入力ファイバを前記光モジュールの金属筐体に固定するステップと
を備える製造方法。
A method for manufacturing an optical module including a wavelength conversion element and a temperature control element fixed to the wavelength conversion element via a metal plate, comprising:
setting the wavelength conversion element to an initial temperature;
aligning the input fiber so that the transmitted light of the fundamental wave light is maximized;
Modifying the current temperature of the wavelength converting element,
a step of sweeping the wavelength of the fundamental wave light within a predetermined wavelength range to determine a peak wavelength at which the level of the wavelength-converted light is maximized;
Calculating a corrected temperature of the wavelength conversion element based on the operating wavelength of the wavelength conversion element, the peak wavelength, the current temperature and a temperature-dependent coefficient of a phase-matching wavelength; and
a modifying step including resetting the wavelength converting element to the modified temperature;
realigning the input fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized at the modified temperature;
and fixing the aligned input fiber to a metal housing of the optical module.
前記再調芯するステップの前に、
前記ピーク波長と前記動作波長との間の波長差Δλの絶対値が、第1のしきい値以下であるかうかを判定するステップと、
前記波長差Δλが前記第1のしきい値を越えている条件で、前記修正するステップを繰り返すステップと
をさらに備え、
前記波長差Δλが前記第1のしきい値以下である条件で、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記入力ファイバを再調芯するステップを実施する請求項1に記載の製造方法。
Before the realigning step,
determining whether an absolute value of a wavelength difference Δλ between the peak wavelength and the operating wavelength is less than or equal to a first threshold;
repeating the correcting step under the condition that the wavelength difference Δλ exceeds the first threshold value;
2. The manufacturing method according to claim 1, further comprising the step of realigning the input fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized under the condition that the wavelength difference Δλ is equal to or less than the first threshold value.
波長変換素子と、金属板を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子とを含み、基本波用入力ファイバが接続された光モジュールの製造方法であって、
前記波長変換素子を、初期温度に設定するステップと、
波長変換光が最大となるように出力ファイバを調芯するステップと、
前記波長変換素子の現在の温度を修正するステップであって、
所定の波長範囲で基本波光の波長を掃引して、前記波長変換光のレベルが最大となるピーク波長を決定する工程、
前記波長変換素子の動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および位相整合波長の温度依存係数に基づいて、前記波長変換素子の修正された温度を算出する工程、および、
前記波長変換素子を前記修正された温度に再設定する工程
を含む、修正するステップと、
前記修正された温度において、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記出力ファイバを再調芯するステップと、
調芯された前記出力ファイバを前記光モジュールの金属筐体に固定するステップと
を備える製造方法。
A method for manufacturing an optical module including a wavelength conversion element and a temperature control element fixed to the wavelength conversion element via a metal plate, and connected to a fundamental wave input fiber, comprising:
setting the wavelength conversion element to an initial temperature;
aligning the output fiber so that the wavelength-converted light is maximized;
Modifying the current temperature of the wavelength converting element,
a step of sweeping the wavelength of the fundamental wave light within a predetermined wavelength range and determining a peak wavelength at which the level of the wavelength-converted light is maximized;
Calculating a corrected temperature of the wavelength conversion element based on the operating wavelength of the wavelength conversion element, the peak wavelength, the current temperature and a temperature-dependent coefficient of a phase-matching wavelength; and
a modifying step including resetting the wavelength converting element to the modified temperature;
realigning the output fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized at the modified temperature;
and fixing the aligned output fiber to a metal housing of the optical module.
前記再調芯するステップの前に、
前記ピーク波長と前記動作波長との間の波長差Δλの絶対値が、第1のしきい値以下であるかうかを判定するステップと、
前記波長差Δλが前記第1のしきい値を越えている条件で、前記修正するステップを繰り返すステップと
をさらに備え、
前記波長差Δλが前記第1のしきい値以下である条件で、前記波長変換光のレベルが最大となるように、前記出力ファイバを再調芯するステップを実施する請求項3に記載の製造方法。
Before the realigning step,
determining whether an absolute value of a wavelength difference Δλ between the peak wavelength and the operating wavelength is less than or equal to a first threshold;
repeating the correcting step under the condition that the wavelength difference Δλ exceeds the first threshold value;
4. The manufacturing method according to claim 3, further comprising the step of realigning the output fiber so that the level of the wavelength-converted light is maximized under the condition that the wavelength difference Δλ is equal to or less than the first threshold value.
前記再調芯するステップの後で、
前記波長変換光の前記レベルが、第2のしきい値以上であるかどうかを判定するステップと、
前記波長変換光の前記レベルが、前記第2のしきい値以上である条件で、前記光モジュールの金属筐体に固定するステップを実施する請求項1または3に記載の製造方法。
After the realigning step,
determining whether the level of the wavelength-converted light is greater than or equal to a second threshold;
4. The manufacturing method according to claim 1, further comprising the step of fixing the optical module to a metal housing under the condition that the level of the wavelength-converted light is equal to or greater than the second threshold value.
前記修正するステップは、
前記動作波長、前記ピーク波長、前記現在の温度および前記修正された温度に基づいて、前記温度依存係数を更新する工程
をさらに含む請求項2または4に記載の製造方法。
The modifying step includes:
The method of claim 2 or 4, further comprising: updating the temperature-dependent coefficient based on the operating wavelength, the peak wavelength, the current temperature, and the corrected temperature.
前記初期温度は、前記波長変換素子の前記動作波長に対応する予め取得された初期温度、または、入力ファイバを前記光モジュールに接続するときに得られた前記修正された温度のいずれか一方である請求項1または3に記載の製造方法。 The manufacturing method described in claim 1 or 3, wherein the initial temperature is either a previously obtained initial temperature corresponding to the operating wavelength of the wavelength conversion element, or the corrected temperature obtained when connecting the input fiber to the optical module. 波長変換素子と、金属板を介して前記波長変換素子に固定された温度制御素子とを含む光モジュールの製造装置であって、
前記光モジュールへ基本波光を供給する光源と、
前記光モジュールからの波長変換光を検出する第1の検波器と、
前記光モジュールからの基本波透過光を検出する第2の検波器と、
対象のファイバのための調芯器と、
少なくともプロセッサおよびメモリを含むコンピュータと
を備え、
前記プロセッサは、
前記光源、前記第1の検波器および前記第2の検波器からの電気信号のデータ変換および前記調芯器を制御し、
前記メモリ、外部記憶装置またはネットワークから、前記波長変換素子の前記動作波長、前記初期温度、前記温度依存係数を少なくとも含む素子データを読み出し、および、
前記初期温度を、前記修正された温度によって更新するよう構成され、
請求項1乃至4いずれかに記載の方法を実施する製造装置。
An apparatus for manufacturing an optical module including a wavelength conversion element and a temperature control element fixed to the wavelength conversion element via a metal plate,
a light source that supplies fundamental wave light to the optical module;
a first detector that detects wavelength-converted light from the optical module;
a second detector that detects a fundamental wave transmitted light from the optical module;
an aligner for the target fiber;
a computer including at least a processor and a memory;
The processor:
controlling data conversion of the electrical signals from the light source, the first detector, and the second detector, and the aligner;
Reading element data including at least the operating wavelength, the initial temperature, and the temperature-dependent coefficient of the wavelength conversion element from the memory, the external storage device, or the network; and
configured to update the initial temperature with the corrected temperature;
A manufacturing apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1 to 4.
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