JP2000187123A - 温度の受動補償を行う光ファイバ―ブラッグ格子装置 - Google Patents

温度の受動補償を行う光ファイバ―ブラッグ格子装置

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JP2000187123A
JP2000187123A JP11359404A JP35940499A JP2000187123A JP 2000187123 A JP2000187123 A JP 2000187123A JP 11359404 A JP11359404 A JP 11359404A JP 35940499 A JP35940499 A JP 35940499A JP 2000187123 A JP2000187123 A JP 2000187123A
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Japan
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optical fiber
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fiber
temperature
grating
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JP11359404A
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English (en)
Inventor
Laura Boschis
ラウラ・ボスキス
Oriana Rossotto
オリアナ・ロツソツト
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OTC Optical Technologies Center SRL
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OTC Optical Technologies Center SRL
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/02171Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes
    • G02B6/02176Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes due to temperature fluctuations
    • G02B6/0218Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes due to temperature fluctuations using mounting means, e.g. by using a combination of materials having different thermal expansion coefficients

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別のファイバーを利用する必要なく、温度
依存性が除かれた格子装置を提供すること。 【解決手段】 温度の受動補償を行う光ファイバーブラ
ッグ格子装置は、従来の通信用光ファイバー(1)上に
作られ且つファイバー(1)のコアー(1A)により案
内されるモードがクラッディング(1B)のより高次の
モードと結合するような周期を有する格子(2)と、フ
ァイバーが固定される支持要素(3)とを含む。温度変
化を原因とする格子のスペクトルピークのシフトを補償
するような熱膨張率を有する材料で支持要素(3)を作
ることにより、補償が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路コンポー
ネントに係り、特に、受動方式にて温度に感応しないよ
う作られた光ファイバーブラッグ格子装置に関する(温
度の受動補償)。
【0002】
【従来の技術】センサー分野や光通信においては、ファ
イバーコアーに案内されるモードがクラッディングを伝
播するモードに結合する長周期の光ファイバーブラッグ
格子に対し、ますます興味がもたれている。光通信で
は、長周期格子は、例えば帯域消去フィルターや光増幅
器用のゲイン等化器で使用される。短周期格子とは対照
的に、それらは共鳴波長を後方に反射しない。従来の長
周期格子は、数百マイクロメートルのオーダーの周期を
有し、コアーにより案内されるモードをクラッディング
の第1モードに結合させる。しかしながら、これらの格
子は、温度に非常に敏感であり、温度が変化するのに伴
い0.1nm℃-1より大きいスペクトルピークのシフト
を示す。従って、この敏感性を利用する用途以外の用途
でそれらを使用する場合、温度補償技術又は特別な取付
け構造が採用されないならば、問題が生じ得る。しか
し、このような技術や構造の採用は、コスト、サイズ及
び信頼性の観点から望ましくない。
【0003】数十マイクロメートル(一般に30〜40
μm)の周期を有する長周期格子も提案されている。こ
れは、コアーにより案内されるモードをクラッディング
のより高次モードに結合し、温度に対する十分に低い依
存性を有する(一般に、他のものより小さい大きさのオ
ーダー)。これらの格子の例は、V.Bhatia他による文献
「温度に敏感でなく緊張に敏感でないスマート構造用長
周期格子センサー(Temperature-insensitive and strai
n-insensitive long period grating sensorsfor smart
structure)」(Optical Engineering 、Vol.36、No.
7、1997年7月、1872頁以降)に記載されてい
る。しかしながら、増幅器におけるゲイン等化のような
幾つかの用途では、依然として温度敏感性が高すぎる。
J.B.Judkins 他による論文「温度に敏感でない長周期フ
ァイバー格子(Temperature-insensitive long-period f
iber gratings)」(OFC’96コンファレンスに提
出、サンノゼ、カリフォルニア、米国、1996年2月
25日〜3月1日、ドキュメントPD1)に記載の長周
期ファイバー格子は、特定の屈折率プロファイルを有す
るファイバーを用いることにより実際に温度敏感性を除
去している。特別なファイバーを使用すると、明らかに
装置が高価になり、従来の通信用光ファイバーにより作
られた線との結合損失を生ずる。用語「従来の通信用光
ファイバー」又は単に「従来の光ファイバー」は、公知
のように、階段状の屈折率プロファイルを有する単一モ
ードファイバーを示し、これは、ゲルマニウムのドープ
されたシリカから作られ、いわゆる第2伝送窓内の波長
(約1300nm)の信号を伝送するのに最適化されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明により、ファイ
バーコアー内を案内されるモードとクラッディングのよ
り高次モードとの結合を生じさせるような長周期を有す
る格子が使用され、特別のファイバーを利用する必要な
く温度依存性が除去された格子装置が提供される。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、引張応力に対
するこれらの格子の高い敏感性を利用し、特に、引張応
力を加えると格子のスペクトルピークがより短い波長方
向にシフトする一方で、温度が上昇するとより長い波長
方向にシフトするという意味において、これらの応力の
効果が温度の効果と反対であるという事実を利用する。
従って、本発明により提供される長周期ブラッグ格子装
置は、従来の通信用光ファイバー内に作られた格子と、
格子が固定される支持要素とを含み、前記支持要素は、
同格子の動作温度範囲内の温度変化を原因とするピーク
シフトを補償するような熱膨張率を有する材料から成る
要素である。支持要素の材料の選択は、使用されるファ
イバー種類に拘束され、明らかに、支持要素の熱膨張に
より生じる引張応力を原因とするファイバーの緊張特性
を考慮しなければならない。
【0006】従来のシリカファイバー内に作られた格子
(場合によっては感光性を強化すべく水素化させる)を
使用するのは、それらが同様にシリカファイバーから作
られたシステムの伝送線との結合損失を生じさせないと
いう点で有利である。これらの格子では、例として40
μmの周期を考えると、温度変化によるスペクトルピー
クシフトの係数δt は、δt ≒0.004nm℃-1とな
り、引張応力によるピークシフトの係数δs は、δs
−0.02857nmg-1となる。この場合、支持要素
に適する材料は、シリカ成分の多いホウケイ酸シリカガ
ラスであり、例えば、登録商標Pyrexとして知られ
ているガラスが適し、これは5.5x10-6-1のオー
ダーの熱膨張率を有する。δs の符号「−」は、引張応
力によるシフトが温度によるシフトの反対であることを
示す。特に、温度が上昇するにつれピークはより大きい
波長方向にシフトし、引張応力が増すにつれピークはよ
り小さい波長方向にシフトする。これらのガラスは、非
常に低価格であるという利点も有する。
【0007】一般に、Fが温度変化Δtを補償するため
に加えられる引張応力とするならば、関係式Fδs =δ
t Δtが適用される。一方、αが支持要素の熱膨張率、
Eがファイバーのヤング率、Aがファイバーの断面領域
であるとするならば、関係式F=αΔtAEも適用され
る(採用される測定単位に関係する可能な比例因子は無
視した)。従って、支持要素の材料は、 αδs AE=δt (1) を満たす熱膨張率αを有するものが選択されなければな
らない。δt は格子周期の関数であることも留意すべき
である。すなわち、(1)式を完全に満たす熱膨張率を
有する材料は実際には入手できないということを考慮し
ても、満足な熱膨張率を有する材料が見つかったなら
ば、δt の値が関係式(1)を満たすことを可能にする
ような格子の周期を選択することが可能である。スペク
トルピークの位置は、周期とファイバーの全径(コアー
とクラッディング)に依存し、よって、長周期格子の書
き込み中には慣例であるように、径を精密化するように
ファイバーに化学エッチングを行うことにより調整し得
る。関係式(1)では、格子周期の変化の関数としての
δs の変化はδt の変化に対して無視できるので、ファ
イバーの熱膨張(Pyrexガラスより約1オーダー小
さい大きさである)が考慮されていないことにも留意す
べきである。適当な修正項を関係式(1)に加えること
により、この第2の因子を考慮することが可能である。
【0008】格子が固定される支持要素の存在が、いか
なる追加的な複雑性をも生じさせないことも注目すべき
である。というのは、支持要素に格子を固定すること
は、いずれにしても格子をモジュール内に取り付ける際
には要求されるからである。格子は、例えば接着剤で両
端を付けることにより支持要素に固定される。接着剤
は、ファイバーや支持要素の熱膨張/収縮によりファイ
バーに生じさせる応力に耐えるようなハード接着剤でな
ければならない。この目的に適すると分かった接着剤
は、イタリアのブレーシャ(Brescia) のDual Phoenix社
により製造され「セラミックスファイバー用接着剤(glu
e for ceramic fibres) 」の名称で販売されているもの
である。格子が周囲温度にて支持要素に固定されるなら
ば、温度の低下による支持要素の収縮をも吸収できるよ
うに、幾分かのプレストレス(pre-stress)を加えなけれ
ばならない。数グラムのプレストレスで十分である。
【0009】
【実施例】さらに明瞭にするために、添付図面が参照さ
れる。図1及び図2は、それぞれ装置の概略斜視図及び
端面図である。図3及び図4は、本発明による装置の性
能と分離格子の性能を比較した図である。図1と図2で
は、参照符号1は、格子2(図1中ダッシュ線で示す)
が書き込まれた従来の光ファイバーを示し、1Aと1B
は、ファイバー1のコアーとクラッディングを示す。ク
ラッディングは、シリカ成分の多いホウケイ酸シリカガ
ラス、特に登録商標Pyrexとして知られるガラスか
ら成るチップ3上に接着される。参照符号4は、接着剤
を示す。図3と図4は、従来方式にて使用される(すな
わち、Pyrexから成る支持要素に固定されない)V.
Bahtia他による上記引用文献に記載された種類の長周期
格子のスペクトルと、Pyrex製の支持要素上に取り
付けられた同一の格子のスペクトルを示す。両格子とも
40μm周期の場合に得られたスペクトルであり、温度
20℃(実線)及び100℃(破線)でのスペクトルが
示される。これらの図は、実験データから得られた。図
から分かるように、本発明により、格子を実際に温度に
敏感でないようにできる。図4は、Pyrexガラスを
使用することによる20℃から100℃への温度上昇に
よるシフトの補償が僅かに超過すること、及び100℃
でのスペクトルは、20℃でのスペクトルに比べて、よ
り小さい波長方向に僅かにシフトしていることを示す。
周期の僅かな減少により、実際に完全な重なりが達成で
きる。
【0010】ここまで記載したことは単に非制限的な例
により与えられていること、及び変更や修正が本発明の
範囲を逸脱することなく可能であることは明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による装置の概略斜視図である。
【図2】本発明による装置の概略端面図である。
【図3】従来方式の(支持要素に固定されない)格子の
性能(スペクトル)を示す。
【図4】本発明による装置の性能(スペクトル)を示
す。
【符号の説明】
1 光ファイバー 1A コアー 1B クラッディング 2 格子 3 チップ 4 接着剤

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コアー(1A)により案内されるモード
    がクラッディング(1B)のより高次のモードに結合す
    る種類の格子(2)を有する或長さの単一モード光ファ
    イバー(1)と、前記光ファイバー(1)が固定される
    支持要素(3)とを含む光ファイバーブラッグ格子装置
    であって、 前記支持要素は、本装置が動作する環境の温度が最適温
    度に対して変化する際、このような温度変化を原因とす
    る格子(2)のスペクトルピークのシフトを実質的に補
    償するような引張応力を格子(2)内に生じさせるよう
    な熱膨張率を有する材料から成る要素であることを特徴
    とする上記光ファイバーブラッグ格子装置。
  2. 【請求項2】 前記ファイバー(1)がシリカファイバ
    ーであり、前記支持要素が、シリカ成分の多いホウケイ
    酸シリカガラスから成るチップであることを特徴とする
    請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記支持要素がPyrex(登録商標)
    ガラスから成るチップであることを特徴とする請求項2
    記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記ファイバー(1)は、前記最適温度
    にてプレストレスが加わるように支持要素上に固定され
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載
    の装置。
JP11359404A 1998-12-21 1999-12-17 温度の受動補償を行う光ファイバ―ブラッグ格子装置 Pending JP2000187123A (ja)

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IT98A001063 1998-12-21
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