JP2000503415A - 非感熱性光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非感熱性光ファイバ反射格子（２０）のような非感熱性光学素子と該素子の製造方法とが記述されている。上記非感熱性光ファイバ反射格子（２０）は、負膨脹性基板（２２）と、この基板（２２）の表面上に取り付けられた光ファイバ（２４）と、この光ファイバ（２４）内に画成された格子とを備えている。非感熱性光ファイバ反射格子（２０）の製造方法は、負膨脹性基板（２２）を用意し、少なくとも１つの反射格子（２６）を内部に画成した光ファイバ（２４）を上記基板（２２）の上面上に乗せ、上記光ファイバ（２４）を少なくとも２箇所の離隔した部位（３０，３２）において上記基板（２２）に添着することからなる。

Description

【発明の詳細な説明】 非感熱性光学素子 発明の属する技術分野 本発明は、温度補償のなされた非感熱性光学素子に関し、特に、負膨脹性ベー タ・ユークリプタイト基板と組み合わせて非感熱性光ファイバ反射格子素子を作 成する光ファイバ反射格子素子、および非感熱性光ファイバ反射格子素子の製造 方法に関するものである。 発明の背景 紫外線光によって誘発される反射率の変化は、フィルタおよびチャンネル付加 ／抜き出し素子のような複雑な狭帯域光学素子の生産に有用である。これらの素 子は、多波長遠隔通信の重要部分である。原形的感光性素子は反射格子（または ブラッグ格子）であり、この素子は、狭い波長帯の光を反射する。典型的には、 これらの素子は、ナノメートルの単位で測定されるチャンネル間隔を有する。 種々の構成を有する光ファイバがすでに知られており、それらの中には、波長 の選択的濾波のためにブラッグ効果を利用するものがある。米国特許第４７２５ １１０号には、ファイバ軸に関連する互いに補角をなす２つの角度において光フ ァイバに導かれる２つの紫外線ビームの干渉パターンにコアをクラッド層を通じ てさらすことによって、光ファイバのコア内に少なくとも１つの周期的格子を刻 印することを含むフィルタの構成方法が開示されている。これにより、ファイバ 軸に対して直角方向に向いた反射格子が生成する。格子フィルタを備えたこのよ うな光ファイバによって反射された光の周波数は、格子領域が受ける歪みまたは 格子領域の温度によって変わる格子間隔に明らかな関係をもって関連し、これら のパラメータのいずれかに対し線形である。 実効屈折率ｎと膨脹率ａを備えたファイバ内の、間隔Ｌを備えた一様な格子に ついて見ると、中心反射波長ｌ_rの変化は下記の式で与えられる。 ｄｌ_r ／ｄＴ＝２Ｌ［ｄｎ／ｄＴ＋ｎａ］ シリカファイバまたはゲルマニア・シリカファイバの格子においては、中心波 長の変化は、屈折率の温度変化である括弧内の最初の項に支配される。膨脹項は 全変化の１０％以下しか寄与しない。dｌ_r ／ｄＴは、１５５０nmにおいてピー ク反射率を有する格子については一般に０．０１nm／℃である。 これら格子を使用する場合の１つの実際の難題は温度による変化である。ファ イバ格子によって反射された光の周波数が格子領域の温度によって変化する程、 この基本的フィルタを、反射光の周波数が温度に無関係であるべき用途に使用す ることは不可能になる。ファイバ反射格子を非感熱性にする方法は、このような 格子の用途を増大させるであろう。 ファイバ反射格子を非感熱性にする方法の１つは、能動的に制御された温度安 定化システムを用いて格子の環境を熱的に制御することである。このような熱的 安定化は、手段とエネルギーにコストがかかり、かつその複雑性が信頼性に関連 してくる。 非感熱性化の第２の方法は、上記ｄｎ／ｄＴを補償する負の膨脹を生み出すこ とである。正の熱膨脹性とは異質の材料を用いて所望の負の膨脹を得ることは知 られている。 米国特許第５０４２８９８号には、光ファイバ格子を有する温度補償された格 子の埋め込まれた光導波路濾光素子が開示されている。そのファイバの各端部は 、互いにかつファイバ材料に対して異なる熱膨脹係数を有する材料から作成され た２つの補償部材の１つに、このファイバに長さ方向の歪みが与えられた状態で 取り付けられ、歪みの大きさは、長さ方向の歪みの変化が格子の温度変化に起因 する変化を実質的に補償する態様で温度とともに変化する。 ＯＦＣ’９５ テクニカル・ダイジェストのペーパーＷＩ４に記載された、ヨ ッフェ（Ｇ．Ｗ．Ｙｏｆｆｅ）外による「温度補償された光ファイバ ブラッグ 格子」には、温度上昇につれて光ファイバの取付け点間の間隔距離を短縮して格 子における歪みを低下させる異質の熱膨脹性を備えた金属の機械的配置を持った 素子が開示されている。 このような素子は、いくつかの望ましくない特性を有する。第１に、このよう な素子においては、ファイバとの信頼性ある接合を行なうことが困難である。第 ２に、このような素子の機械的組み立ておよび調整はコストがかかる。これらシ ステムはまた、熱サイクルを反復すると、性能を低下させるヒステリシスを示す 。最後に、長さ数センチメートルの格子を宙に浮かせておくことを要するいくつ かの方法は、機械的衝撃および振動に対する鈍感さを要する受動素子の要求とは 相容れない。 意図された負の膨脹を伴う他の方法は、光ファイバ格子をその上に取り付ける ための、固有の負の膨脹係数を有する材料から作成された基板を設けることであ る。 米国特許第４２０９２２９号には、特にモル比で、１Ｌｉ₂ Ｏ：0.5 〜1.5 Ａ ｌ₂ Ｏ₃ ：3.0 〜4.5 ＳｉＯ₂ の範囲の化学量を有するリチューム・アルミナ・ シリカ形式のセラミックガラスが開示され、この材料は、溶融シリカの外部保護 層およびその他の光ファイバ導波路部材のためのクラッド層材料として特に適し ている。これらのリチューム・アルミノシリケートガラスがセラミック化される と、すなわち熱処理されると、核化された結晶化が生じ、成長した主結晶相はベ ータ・ユークリプタイトまたはベータ石英固溶体である。ＴｉＯ₂ とＺｒＯ₂ の ような成核剤はガラスの結晶化を開始させるのに用いられる。この方法で生成さ れたガラスは、０°〜６００℃の範囲に亘って平均約−１．４×１０^-7／℃の負 の膨脹係数を備えている。これらのリチューム・アルミノシリケートガラスの薄 い層は、被覆されたフィラメントを７００〜１４００℃において１分を超えない 時間熱処理されることによって、セラミック化されて微粒結晶相に成長する。冷 却された外部層は被覆されたファイバに圧縮応力を加える。 米国特許第５４２６７１４号には、低いまたは負の熱膨脹係数を有するベータ ・ユークリプタイト リチューム・アルミノシリケートをポリマー樹脂の充填剤 都市手用いた光ファイバカプラが開示されている。このガラス・セラミックは、 組成物を１６５０℃の白金るつぼ内で溶かすことによって得られる。このガラス はセラミック化され、かつ粉末にされる。１５．５６重量％のＬｉ₂ Ｏ、５３． １２５％のＡｌ₂ Ｏ₃ と、３１．３０５重量％のＳｉＯ₂ からなるベータ・ユー クリプタイト組成物は、−４０℃と＋８０℃の間で測定して−８６×１０^-7／℃ の負の膨脹係数を備えていることが開示されている（第４欄、第２４〜２８行） 。 本発明の目的は、非感熱性素子である温度補償された光学素子を提供すること にある。 本発明の目的は、非感熱性素子である温度補償された光ファイバ反射格子素子 を提供することにある。 本発明の目的は、衝撃および振動に耐える温度補償された光ファイバ反射格子 素子を提供することにある。 本発明の目的は、安定な中心波長を有する温度補償された光ファイバ反射格子 素子を提供することにある。 本発明の目的は、ファイバの格子領域が一直線をなす温度補償された光ファイ バ反射格子素子を提供することにある。 発明の開示 簡潔に述べると、本発明は、上面を備えた負膨脹性基板を用意し、感熱性で正 膨脹性の光学部品を上記基板の上面上に乗せ、上記光学部品を少なくとも２箇所 の離隔した部位において上記基板に添着することからなる非感熱性光学素子の製 造方法を提供する。 本発明の他の態様によれば、上面を備えた負膨脹性基板と、少なくとも２箇所 の離隔した部位において前記基板の上面上に添着された、感熱性で正膨脹性の光 学部品とを備えた非感熱性光学素子が提供される。 本発明の他の態様によれば、上面と第１および第２の端部とを備えた負膨脹性 基板を用意し、少なくとも１つの格子を内部に画成した光ファイバを、上記格子 が上記基板の両端部間でかつ各端部から離間した位置にあるように、上記基板の 上面上に乗せ、上記光ファイバを、少なくとも２箇所の離隔した部位において上 記基板に添着することからなる非感熱性光ファイバ格子素子の製造方法が提供さ れる。 本発明の他の態様によれば、上面と第１および第２の端部とを備えた負膨脹性 基板と、少なくとも２箇所の離隔した部位において上記基板に添着された光ファ イバと、上記基板の両端部間でかつ各端部から離間した位置に画成された格子と を備えた非感熱性光ファイバ格子素子が提供される。 本発明の新規な態様は、添付の請求の範囲に詳細に述べられている。本発明自 体は、そのさらなる目的および利点とともに、添付の図面と関連した下記の本発 明の好ましい実施の形態の詳細な説明を参照することによってより完全に理解さ れるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は非感熱性光ファイバ格子素子の一実施の形態の概略図である。 第２図は非感熱性光ファイバ格子素子の第２の実施の形態の概略図である。 第３図は非感熱性光ファイバ格子素子の第３の実施の形態の概略図である。 第４図は第３図に示された添着溝の拡大図である。 第５図は非感熱性光ファイバ格子素子の第４の実施の形態の概略図である。 第６図はベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックの熱膨脹グラフであ る。 第７図はベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックの熱膨脹グラフであ る。 第８図は非感熱性化された格子の中心波長のグラフである。 第９図は非感熱性光ファイバが溶着されたカプラ素子の概略図である。 第１０図は非感熱性平面導波路素子の実施の形態の概略図である。 発明の好ましい実施の形態 本発明の感熱性光学素子は光導波路と、紫外線光で誘発されたファイバ格子と 、光ファイバカプラとを含む。本発明の素子で用いられる光ファイバ反射格子は 、例えば紫外線光で誘発されたブラッグ形式の格子によって当業者に良く知られ ている。 本発明においては、温度変化による光ファイバの反射率の正変化を補償する負 の膨脹を生じさせる非感熱化手法が採られる。要求される膨脹係数は−５０×１ ０^-7／℃のオーダーか、あるいは応力による光学的効果のために多分それよりも 若干高い。この手法では、格子を内蔵するファイバは、このファイバに負の熱膨 張を与える基板上に、好ましくは張力をかけた状態で取り付けられる。かくして 、 温度が上昇するにつれて、張力が減少するが、ファイバには圧力はかからない（ 機械的に固定されていないから）。 光ファイバ、例えばゲルマニア・シリカファイバは、固有の負の膨脹係数を備 えた基板上に添付される。主として熱変動によって起きるファイバの屈折率の増 大は、負の機械的膨脹によって補償される。負の膨脹は、固有の負の膨脹係数を 備えたシリカベースのガラス・セラミックを基にした材料から形成された基板に よって与えられる。この負の膨脹は、例えば約１３００℃の高温における再構築 相変化に耐えて極めて整然としたベータ・ユークリプタイト（すなわち緻密なベ ータ石英）構造を生じるガラス・セラミック内に微結晶を誘導することによって 得られる。 基板に適した材料、ベータ・ユークリプタイトは、例えば−４０〜＋８５℃の 広い温度範囲に亘る補償特性を備えていることが認識されており、変形に対して 頑強で、熱的ヒステリシスも最小である。用途次第で、より広い温度範囲にも耐 え得る。このベータ・ユークリプタイト材料は、アルミニウムおよびリチューム を含むベータ石英の緻密な誘導体である極めて整然としたリチューム・アルミノ シリケート ガラス・セラミックを基づいている。粒子サイズを最小にし、かつ 相互粒状微細ひび割れによるヒステリシスを低減するために、固溶体の結晶化を 誘導する成核剤として、例えば２重量％を超える重要なチタニアが存在すること も必要である。 好ましいベータ・ユークリプタイト固溶体は、化学量論的なＬｉＡｌＳｉＯ₄ （Ｌｉ₂ ：Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２ＳｉＯ₂ ＝１：１：２）とＬｉ₂ Ａｌ₂ Ｓｉ₃ Ｏ₁₀ （Ｌｉ₂ Ｏ：Ａｌ₂ Ｏ₃ ：３ＳｉＯ₂ ＝１：１：３）との間にあり、成核剤Ｔｉ Ｏ₂ および、随意的にＺｒＯ₂ は、副次的相Ａｌ₂ ＴｉＯ₅ またはＺｒＴｉＯ₄ を生じさせる態様で付加され、前者は、熱膨張係数が小さいに関して好ましいも のである。 このガラス・セラミックは本来、１つの軸、ｃ軸に沿っては激しく負の、他の 軸、ａ軸に沿っては穏やかに正の膨脹微結晶相を有し、かつ広い温度範囲に亘っ て機械的に安定であり、ヒステリシスまたは物理的特性低下をほとんど示さない 。 重量パーセントにおける適当なガラス・セラミックの組成範囲は下記の通り。 ＳｉＯ₂ ４３〜５５％，Ａｌ₂ Ｏ₃ ３１〜４２％，ＴｉＯ₂ ２〜６％，Ｚ ｒＯ₄ ０〜４％。 本発明のベータ・ユークリプタイトは、好ましくは−３０×１０^-7／℃と−９ ０×１０^-7／℃との間、より好ましくは−５０×１０^-7／℃と−７５×１０^-7／ ℃との間、さらに好ましくは−５５×１０^-7／℃の熱膨脹係数を備えた材料であ る。 この程度の負の膨脹性を備えた材料を作成するために、ベータ・ユークリプタ イトは、ＡｌＯ₄ およびＳｉＯ₄ 正四面体を形成するのに極めて高度に調整され なければならない。これは、結晶化された相を１３００℃に近い最高温度でで少 なくとも３時間、好ましくは４時間加熱することによって達成される。上記ガラ スのひび割れを防ぐために、結晶化の間、５×１０¹⁰ポアズ近辺の望ましい粘度 を維持する温度範囲を通じて上記ガラスを加熱するのが必要な温度スケジュール が用いられ、これによって歪みおよびひび割れが阻止される。 従来のベータ・ユークリプタイトは、厚板の形では得られず、薄い被膜または 砕かれた粉末として用意されていた。所望のサイズ（長さ数センチメートル）の ガラス・セラミック基板を作成するためには、ある種の安定性を備えたガラスが 必要となる。溶融されたガラスは型に入れられて、例えば厚さ０．５インチ（１ ２．５mm）未満の薄板にされ、金属製テーブルまたは型で確実に急冷される。こ のガラスは約７００°〜８００℃の温度で数時間アニールされ、次いで徐冷され て望ましくない応力を回避する。 ベータ・ユークリプタイトの具体例 具体例１ 重量％で５０．３％のＳｉＯ₂ 、３６．７％のＡｌ₂ Ｏ₃ 、９．７％のＬｉ₂ Ｏおよび３．３％のＴｉＯ₂ がるつぼ内で１６００℃で溶融され、次いでこのガ ラスは冷たい鋼鉄製板の型に入れられて厚さ約０．２５〜０．５インチ（６．２ ５〜１２．５mm）のディスクを形成する。この板は棒に切断され、３００℃／時 で７１５℃に、１４０℃／時で７６５℃に、３００℃／時で１３００℃に加熱さ れ、この温度に４時間保たれ、次いで炉の冷却速度で数時間１００℃未満まで冷 却される。 第６図は、具体例１の材料組成の２インチ（５０mm）サンプルの熱膨張測定結 果を示し、−７８×１０^-7／℃（２５°〜１５０℃で測定）の負の平均膨張係数 と、加熱曲線と冷却曲線とが極めて類似していることとから明らかなように、適 度なヒステリシスレベルとを示している。 具体例２ 重量％で４９．０％のＳｉＯ₂ 、３７．１％のＡｌ₂ Ｏ₃ 、９．６％のＬｉ₂ Ｏおよび４．３％のＴｉＯ₂ がるつぼ内で１６００℃で溶融され、次いでこのガ ラスは冷たい鋼鉄製板の型に入れられて厚さ約０．２５〜０．５インチ（６．２ ５〜１２．５mm）のディスクを形成する。この板は棒に切断され、３００℃／時 で７１５℃に、１４０℃／時で７６５℃に、３００℃／時で１３００℃に加熱さ れ、この温度に４時間保たれ、次いで炉の冷却速度で数時間１００℃末満まで冷 却される。冷却された棒は、８００℃で再加熱されかつ室温に冷却される４回の 温度サイクルにさらされて、ヒステリシスが最小になった。 具体例３ 具体例２に等しい組成のものが、冷却に先立って１３００℃に０．５時間保た れることを除いては同じ条件で処理され、さらなる加熱サイクルにはさらされな かった。 第７図は、具体例２および３の材料組成の熱膨張測定結果を示す。具体例２は 、−５２．８×１０^-7／℃（２５°〜１５０℃で測定）の負の平均膨脹係数と、 加熱曲線と冷却曲線とが極めて類似していることとから明らかなように、ヒステ リシスが無いこととを示している。具体例３は同じ温度範囲に亘ってヒステリシ スを伴わないゼロ膨脹を示している。 所望の負の膨脹係数を得るためには、１３００℃の最高温度を約３〜４時間保 たれることが好ましく、良く整列した結晶相が得られる。１３００℃に０．５時 間保たれただけの具体例３の材料は、膨脹係数がゼロで、かつ未だに整列してい ないことが明らかである。 熱のリサイクル工程は、満足し得るヒステリシス特性を得るために必須ではな い。しかしながら、１〜４回の熱のリサイクル工有益である。加熱速度は約 ３００℃／時であり、上記棒は各サイクルにおいて約１時間８００℃に保たれる 。 第１図を参照すると、本発明の第１の実施の形態が示されている。光ファイバ 反射格子素子２０は、ベータ・ユークリプタイトのような負膨脹性材料からなる 偏平なブロックから作成された基板２２を備えている。紫外線によって誘発され た少なくとも１つの反射格子２６を書き込まれた光ファイバ２４は表面２８上に 取り付けられ、この表面の両端の点３０および３２において接合されている。上 記ファイバが常に一直線でかつ上記負膨脹による圧縮を受けず、したがって上記 ファイバが常時張力を受けていることが重要である。ファイバは添着される以前 に、図示のように錘３４を用いることによって、管理された張力が与えられた状 態で配置される。張力の適切な選択により、ファイバは、予測されるすべての使 用温度において圧縮状態にならないことが保証される。しかしながら、ファイバ は、予測されるすべての使用温度において張力を受けた状態となる。特定の用途 における負膨脹を補償する張力の必要な度合は、当業者によってすでに計算済み である。 接合材料は、例えばエポキシ接合剤のような有機ポリマー、例えばガラス粉の ような無機フリット、セラミックまたはガラス・セラミック、または金属が良い ようである。１つの実施の形態においては、ファイバが紫外線でキュアされたエ ポキシ接着剤により基板に留められる。機械的接合手段を用いることも可能であ る。 一般に、光ファイバ反射格子はファイバを囲む被覆材料に供給される。好まし い包装方法において、格子の各端部における基板への接合領域で被覆が剥がされ るのに対して、ファイバの格子領域の被覆はそのままとされる。しかしながら、 この素子は、接合部位間で完全に剥がされる被覆を備えることができる。被覆の 除去は、２つの方法、すなわち、非接触、非化学的皮剥き機構のうちの１つ、ま たは従来の化学的皮剥きによって達成可能である。 他の実施の形態である第２図においては、ファイバは基板に直接接合されてい ない。例えばガラスまたはセラミックのような、基板とは異なる材料から作成さ れた接合パッド４０，４２が基板の両端に接合される。ファイバ２６は、点４４ ，４６において上記パッドに取り付けられる。基板を直接ファイバに接合する場 合 は熱膨張に大きなミスマッチがあるので、パッドをファイバに接合する場合の接 合特性の方が優れている。適当なパッド材料は、例えば−５０×１０^-7と＋５× １０^-7との間、好ましくは約−２０×１０^-7という、ファイバと基板との中間の 熱膨脹係数を有する。これに代わり、ファイバに近い膨脹係数を有する溶融シリ カを用いてもよい。上記パッドは、熱的ミスマッチおよびファイバの張力の双方 によって誘導されるこの結合部の応力が広い領域に広がるのを許容して、ひび割 れおよび分離の機会を低減する。ファイバとパッドを接続するための接合材料は 、例えばエポキシ接合剤のような有機ポリマー、例えばガラス粉のような無機フ リット、セラミックまたはガラス・セラミック、または金属のような、ファイバ を基板に直接取り付けるのに用いられた接合材料と類似する。 他の実施の形態である第３図においては、基板材料２２の負膨脹がファイバに 対するクランプ力を生成する。基板の小高い部分５４，５６に形成された孔また は溝５０，５２であり得る結合部は、ファイバよりも極めて僅かに細いギャップ が室温で基板に形成される。第４図を参照すると、予測されるいかなる使用温度 よりも温度を低くすることによって基板が膨脹し、ファイバ２４の溝５０内への 挿入が可能になる。次に基板を暖めると、基板が収縮して、ファイバを溝内に保 持するクランプ力が生成する。 他の実施の形態である第５図においては、ファイバ２４は、点３０，３２にお いて基板に接合され、その間の部分６０は低モジュラスのダンンピング材料６２ で緩衝される。例えばファイバを取り囲むシリコーンゴム被覆またはシリコーン ゴムパッド、天然または合成ゴムまたはそれらの混合物のような、ファイバと基 板との間の低モジュラスのダンンピング材料は、機械的衝撃または振動のような 外乱からファイバ反射格子を保護する。ファイバの撓みも最小になる。１つの実 施の形態においては、低モジュラス材料はファイバと基板とに接着される。 ファイバを張力をかけて取り付けると、この素子の光学的特性（例えば格子の 中心波長）が変化する。このことは、反射格子が書き込まれた素子に張力の原因 となるバイアスをかけることによって実行でき、あるいは、反射格子が書き込ま れていないファイバ、例えばゲルマニアをドープされたシリカファイバに張力を かけて取り付け、次いで、この素子内の同じ位置に格子を形成するためにこのフ ァイバを紫外線光を照射することによっても実行できる。 本発明の典型的な実施の形態においては、中心波長の感温性は約０．０１２５ nm／℃であり、中心波長の応力感度は９ｇの張力について０．１２５nm変化し、 裸のファイバは１２５ミクロンの外径を有し、被覆されたファイバの外径は２５ ０ミクロンである。ファイバの強さは２００kpsiを超え、したがって極めて高い 信頼性を有する。 ベータ・ユークリプタイト基板上の非感熱化された格子の具体例 光屈折性・感光性ファイバであるコーニングＳＭＦ−２２８ファイバ内に格子 が書き込まれ、かつこのファイバは、１００気圧の水素室内で１週間水素処理が なされた。このファイバを水素室から取り出した後、長さ約３０mmの被覆が機械 的皮剥ぎによって取り除かれ、このファイバに２４０nmのレーザーが照射されて 格子を生成した。次にこのファイバは、実質的に具体例２の方法によって用意さ れたベータ・ユークリプタイト製基板上に、紫外線でキュア可能なエポキシ接着 剤を用いて１０kpsiの張力をかけて取り付けられた。組み立てられた格子は１２ ５℃で２時間加熱され、残存している水素が放散され、紫外線で誘発された安定 性の低いトラップが除かれる。ファイバは−４０℃と＋１２５℃の間の熱サイク ルにさらされた。参照ファイバには、基板に添着されないこと以外は正確に同じ 処理が施された。格子の中心波長（第８図）は、基板に取り付けられていない場 合は、−４０℃から＋１２５℃までに約１．９nmだけ変化したが、基板に接合さ れている場合は、僅かに０．２nmだけであった。 以上、紫外線光で誘発された格子について記述されてきたが、本発明は、他の 感熱性素子の包装にも適用可能である。例えば、光ファイバカプラおよび光導波 路も、負膨脹性基板に接合することによって非感熱化することが可能である。 光ファイバ溶着カプラは、２本またはそれ以上のファイバがそれらの長さに沿 って１点またはそれ以上の点で溶着され、基板に取り付けられる。このようなカ プラは、幾許かの熱的非安定性に起因して感熱性を有する。特に、感熱性を有す るのは、干渉効果が用いられる両円錐状にテーパーが付されたカプラ、例えばマ ッハ・ツェーンダー干渉計である。このようなカプラは、具体例２に記載された ベータ・ユークリプタイトのような負膨脹性基板に取り付けることによって非感 熱化が可能である。第９図を参照すると、２本のファイバ７４，７６が取り付け られた負膨脹性基板７２を含む溶着両円錐カプラ素子７０が示されている。２本 のファイバは領域７８，８０において溶着されている。ファイバは基板に両端に 近い部位８２，８４において、上述した光ファイバ反射格子と同様の態様で接合 されている。 導波路は、例えば光ファイバまたは平面基板内に画成され得る。このような導 波路は、幾許かの熱的非安定性に起因して感熱性を有する。このような導波路は 、具体例２に記載されたベータ・ユークリプタイトのような負膨脹基板に取り付 けることによって非感熱化が可能である。第１０図を参照すると、負膨脹性基板 ９２を含む平面導波路素子９０が示され、この基板上に、当業者が周知の方法に よって平面導波路９６が内部に作成された材料層９４が接着により取り付けられ ている。導波路材料は、例えばゲルマニア・シリケートのようなドープされたシ リカ、その他の適当なガラス組成物、ポリマー、およびレーザーダイオードのよ うな利得を備えた半導体を含む半導体となし得る。 本発明の素子は、完全に受動システムであり機構的に簡単で、非感熱性を証明 する。この素子は、衝撃および振動に耐え、熱的に安定な温度補償された光学素 子であるために、その製法は有益である。 以上、本発明を好ましい実施の形態について説明してきたが、添付の請求の範 囲によって規定された本発明の精神および範囲を離れることなしに、多くの変形 、変更が可能なことは、当業者であれば認識されるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．上面を備えた負膨脹性基板を用意し、 感熱性で正膨脹性の光学部品を前記基板の上面上に乗せ、 前記光学部品を少なくとも２箇所の離隔した部位において前記基板に添着す ることを特徴とする非感熱性光学素子の製造方法。 ２．前記基板が、ベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックを含むことを 特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記ベータ・ユークリプタイトが、重量％で、ＳｉＯ₂ が４３〜５５％、Ａ ｌ₂ Ｏ₃ が３１〜４２％、Ｌｉ₂ Ｏが８〜１１％、ＴｉＯ₂ が２〜４％，Ｚｒ Ｏ₄ が０〜４％を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．前記光学部品が接合材料層によって添着されることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ５．前記接合材料層がポリマー、フリットおよび金属のうちの１つであることを 特徴とする請求項４記載の方法。 ６．前記光学部品が光ファイバ格子であることを特徴とする請求項１記載の方法 。 ７．前記光学部品が光ファイバカプラであり、該カプラが、長さに沿う１点また はそれ以上の点で溶着された少なくとも２本の光ファイバを含むことを特徴と する請求項１記載の方法。 ８．前記光学部品が導波路であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ９．前記導波路が平面導波路であることを特徴とする請求項８記載の方法。 10．上面と第１および第２の端部とを備えた負膨脹性基板を用意し、 少なくとも１つの格子を内部に画成した光ファイバを、前記格子が前記基板 の両端部間でかつ各端部から離間した位置にあるように、前記基板の上面上に 乗せ、 前記光ファイバを、少なくとも２箇所の離隔した部位において前記基板に添 着することを特徴とする非感熱性光ファイバ格子素子の製造方法。 11．前記添着工程に先立って、前記光ファイバが予測されるすべての使用温度に おいて張力をかけられた状態に維持されるのに十分な張力を前記光ファイバに 印加することを特徴とする請求項１０記載の方法。 12．前記光ファイバが、前記格子と前記第１の端部との間の部位と、前記格子と 前記第２の端部との間の部位とにおいて前記基板の上面に添着されていること を特徴とする請求項１０記載の方法。 13．前記ファイバが接合材料層によって添着されることを特徴とする請求項１２ 記載の方法。 14．前記接合材料層がポリマー、フリットおよび金属のうちの１つであることを 特徴とする請求項１３記載の方法。 15．前記ポリマーがエポキシ接着剤であることを特徴とする請求項１４記載の方 法。 16．前記添着工程が、前記ファイバの膨脹係数と前記基板の膨脹係数との間の膨 脹係数を有する材料からなるパッドを各添着部位において前記基板の上面に接 着し、前記ファイバを各パッドに添着することを含むことを特徴とする請求項 １２記載の方法。 17．前記ファイバが、前記添着部位間の長さのほぼ全体に亘って、低モジュラス ダンピング材料により緩衝されていることを特徴とする請求項１２記載の方法 。 18．前記基板が、その前記添着部位のそれぞれに形成された、前記素子の予測さ れるいかなる使用温度よりも低い温度において前記ファイバを受け入れかつ通 常の使用温度範囲において前記ファイバをクランプするサイズを有する溝を備 え、さらに、 前記基板を、より低い温度に冷却し、 前記ファイバを各溝に挿入し、 前記基板を通常の使用温度範囲に暖めて、前記ファイバをクランプすること を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。 19．前記基板が、ベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックを含むことを 特徴とする請求項１０記載の方法。 20．前記ベータ・ユークリプタイトが、重量％で、ＳｉＯ₂ が４３〜５５％、Ａ ｌ₂ Ｏ₃ が３１〜４２％、Ｌｉ₂ Ｏが８〜１１％、ＴｉＯ₂ が２〜４％，Ｚｒ Ｏ₄ が０〜４％を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。 21．上面と第１および第２の端部とを備えた負膨脹性基板を用意し、 光屈折性・感光性光ファイバを前記基板の上面上に乗せ、 前記光ファイバがすべての予測される使用温度において張力をかけられた状 態に維持される張力を前記光ファイバに印加し、 前記光ファイバを、少なくとも２箇所の離隔した部位において前記基板に添 着し、 少なくとも１つの光学格子を該格子が前記基板の両端部間でかつ各端部から 離間した位置にあるように画成するために、前記光ファイバを前記基板上に乗 せる工程の前または後において、前記光ファイバに紫外線光を照射することを 含むことを特徴とする非感熱性光フアイバ格子素子の製造方法。 22．前記基板が、ベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックを含むことを 特徴とする請求項２１記載の方法。 23．上面を備えた負膨脹性基板と、 少なくとも２箇所の離隔した部位において前記基板の上面上に添着された、 感熱性で正膨脹性の光学部品と、 を備えていることを特徴とする非感熱性光学素子。 24．前記基板が、ベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックを含むことを 特徴とする請求項２３記載の素子。 25．前記ベータ・ユークリプタイトが、重量％で、ＳｉＯ₂ が４３〜５５％、Ａ ｌ₂ Ｏ₃ が３１〜４２％、Ｌｉ₂ Ｏが８〜１１％、ＴｉＯ₂ が２〜４％，Ｚｒ Ｏ₄ が０〜４％を含むことを特徴とする請求項２４記載の素子。 26．前記光学部品が光ファイバ格子であることを特徴とする請求項２３記載の素 子。 27．前記光学部品が光ファイバカプラであり、該カプラが、長さに沿う１点また はそれ以上の点で溶着された少なくとも２本の光ファイバを備えていることを 特徴とする請求項２３記載の素子。 28．前記光学部品が導波路であることを特徴とする請求項２３記載の素子。 29．前記導波路が平面導波路であることを特徴とする請求項２８記載の素子。 30．上面と第１および第２の端部とを備えた負膨脹性基板と、 少なくとも２箇所の離隔した部位において前記基板に添着された光ファイバ と、 前記基板の両端部間でかつ各端部から離間した位置に画成された格子と、 を備えていることを特徴とする非感熱性光ファイバ格子素子。 31．前記光ファイバが、互いに離隔した第１および第２部位において前記基板に 添着され、前記第１の部位が、前記格子と前記第１の端部との間にあり、前記 第２の部位が、前記格子と前記第２の端部との間にあることを特徴とする請求 項３０記載の素子。 32．前記ファイバが接合材料層によって添着されることを特徴とする請求項３０ 記載の素子。 33．前記接合材料層がポリマー、フリットおよび金属のうちの１つであることを 特徴とする請求項３２記載の素子。 34．前記ポリマーがエポキシ接着剤であることを特徴とする請求項３３記載の素 子。 35．前記ファイバの膨脹係数と前記基板の膨脹係数との間の膨脹係数を有して、 前記第１および第２の部位のそれぞれにおいて前記光ファイバと前記基板との 間に介装された接着パッドをさらに備え、前記光ファイバが各接着パッドに接 着され、各接着パッドが前記基板に添着されていることを特徴とする請求項３ １記載の素子。 36．前記ファイバの前記添着部位間の長さのほぼ全体に亘って結合された低モジ ュラスダンピング材料をさらに備えていることを特徴とする請求項３１記載の 素子。 37．前記素子の予測されるいかなる使用温度よりも低い温度において前記ファイ バを受け入れかつ通常の使用温度範囲において前記ファイバをクランプするサ イズを有する溝が各添着部位に設けられていることを特徴とする請求項３１記 載の素子。 38．前記基板が、ベータ・ユークリプタイト ガラス・セラミックを含むことを 特徴とする請求項３０記載の素子。 39．前記ベータ・ユークリプタイトが、重量％で、ＳｉＯ₂ が４３〜５５％、Ａ ｌ₂ Ｏ₃ が３１〜４２％、Ｌｉ₂ Ｏが８〜１１％、ＴｉＯ₂ が２〜４％，Ｚｒ Ｏ₄ が０〜４％を含むことを特徴とする請求項３８記載の素子。 40．前記ベータ・ユークリプタイトが、−３０×１０^-7 ／℃と−９０×１０^-7 ／ ℃との間の負の熱膨脹係数を有することを特徴とする請求項39記載の素子。