JP2001147334A - 光ファイバ回折格子を有する光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折格子が形成された光ファイバが固定され
る基材の破損を防ぐことが可能な光ファイバ回折格子を
有する光学装置を提供すること。 【解決手段】 第１基材１ａと第２基材１ｂとは接着剤
２により接着固定されている。接着剤２として紫外線硬
化型接着剤が用いられる。第１基材１ａと第２基材１ｂ
との接着固定は、第１基材１ａと第２基材１ｂとの間に
塗布した接着剤２に対して紫外線ＵＶを照射し、接着剤
２を硬化させる。ここで、接着剤２を硬化させるときの
雰囲気温度が規定されており、この雰囲気温度は光ファ
イバの使用温度範囲内の温度、たとえば光ファイバの使
用温度範囲内の略中央の温度とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバのコア
部の屈折率を光軸に沿って周期的に変化させた回折格子
が形成されている光ファイバ回折格子を有する光学装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ回折格子は、入射光に対して
特定の反射波長の光を出射することができるため、波長
の異なる光信号を１本の光ファイバを介して多重伝送す
る分割多重伝送波長分割多重伝送方式の光通信システム
等における重要な光部品として注目されている。

【０００３】光ファイバ回折格子では、一般に、クラッ
ド部の周囲に設けられ樹脂からなる被覆層を軸方向の所
定長さにわたって除去し、クラッド部を露出させた状態
で紫外線を照射することにより、露出したクラッド部の
内側に位置するコア部の中心軸方向に沿った所定領域に
回折格子を形成している。このように構成した光ファイ
バ回折格子は、使用温度範囲では光ファイバが正の熱膨
張係数を有しているため、周囲温度が変化すると、光フ
ァイバが伸縮して、光ファイバに応力が印加されること
になる。したがって、光弾性効果により、光ファイバガ
ラス部の屈折率が変化するため、回折格子によるブラッ
グ波長が変化することになる。この回折格子によるブラ
ッグ波長の温度依存性を無くすためには、回折格子が形
成された光ファイバに加わる張力を低温時には増加さ
せ、高温時には低下させる必要がある。

【０００４】このため、温度補償デバイスに回折格子が
形成された光ファイバを固定することが行われている。
この温度補償デバイスとしては、例えば、熱膨張係数の
小さいアンバーから成る第１基材の両端にそれぞれ熱膨
張係数の比較的大きいＡｌから成る第２基材を取り付
け、この第２基材に回折格子が形成された光ファイバを
所定の張力を付与した状態で固定した構造のものが提案
されている。この構造では、２つの第２基材間の距離が
高温時には収縮し、低温時には拡大するので、回折格子
が形成された光ファイバに加わる張力を低温時には増加
させ、高温時には低下させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの調査研究の結果、上述した光ファイバの固定構造
では以下のような問題があることが判明した。上述した
光ファイバの固定構造において、第１基材と第２基材と
の固定のために熱硬化型接着剤を用いた場合には、光フ
ァイバの使用温度範囲の低温時に、接着剤、第１基材の
接着剤近傍部分及び第２基材の接着剤近傍部分といった
接着部に大きな熱応力が発生する（第１基材の接着剤と
の境界部分及び第２基材の接着剤との境界部分に特に大
きな熱応力が発生する）ために、接着が剥がれたり、あ
るいは、基材自体が破損してしまう恐れがあることが判
明した。図４に示されるように、光ファイバの使用温度
範囲がＴ_min〜Ｔ_max（たとえば−４０〜８０℃）とする
と、Ｔ_max（８０℃）より高い温度（Ｔ_assy）側で硬化
する熱硬化型接着剤を用いて第１基材と第２基材とを固
定した場合には、Ｔ_min（−４０℃）といった低温時に
Ｔ_max−Ｔ_min（１２０℃）より高い温度差（Ｔ_assy−Ｔ
_min）の熱負荷に応じた熱応力が上述した接着部に発生
することになる。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、回折格子が形成された光ファイバが固定される基材
等の温度補償デバイスの破損を防ぐことが可能な光ファ
イバ回折格子を有する光学装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による光ファイバ
回折格子を有する光学装置は、光軸方向の所定長さにわ
たって回折格子が形成された光ファイバと、光ファイバ
の使用温度範囲で所定の熱膨張係数を有し、光ファイバ
が固定される基材と、を備え、基材の温度変化に伴う伸
縮によって光ファイバの光軸方向に生じる変位を光ファ
イバに印加するようにした光ファイバ回折格子を有する
光学装置であって、基材は、回折格子が形成された光フ
ァイバ部分の両側部のうちの少なくとも一方に位置して
設けられ、光ファイバが固定される第１基材と、第１基
材が接着剤により接着固定される第２基材と、を含んで
おり、接着剤は、光ファイバの使用温度範囲内の温度に
て硬化されていることを特徴としている。

【０００８】本発明による光ファイバ回折格子を有する
光学装置では、第１基材と第２基材とを接着固定するた
めの接着剤が、光ファイバの使用温度範囲内の温度にて
硬化されているので、光ファイバの使用温度範囲内にて
温度が変化した場合において、接着剤、第１基材の接着
剤近傍部分及び第２基材の接着剤近傍部分といった接着
部における大きな熱応力の発生が抑制されることにな
り、接着が剥がれたり、あるいは、基材自体が破損して
しまうのを防ぐことができる。

【０００９】また、接着剤は、光ファイバの使用温度範
囲の略中央の温度にて硬化されていることが好ましい。
このように、接着剤が光ファイバの使用温度範囲の略中
央の温度にて硬化されていることにより、第１基材と接
着剤との間あるいは第２基材と接着剤との間の接着部に
おいて発生する熱応力をより一層緩和することができ
る。

【００１０】また、接着剤は、嫌気性接着剤であること
が好ましい。このように、接着剤を嫌気性接着剤とする
ことにより、第１基材と第２基材との接着固定時の温度
を自由に設定することができるので、第１基材と第２基
材とを接着固定する作業を容易に行うことができる。

【００１１】また、接着剤は、紫外線硬化型接着剤であ
ることが好ましい。このように、接着剤を紫外線硬化型
接着剤とすることにより、第１基材と第２基材との接着
固定時の温度を自由に設定することができるので、第１
基材と第２基材とを接着固定する作業を容易に行うこと
ができる。

【００１２】また、第１基材と第２基材の少なくともい
ずれか一方が、紫外線を透過する材料にて構成されてい
ることが好ましい。このように、第１基材と第２基材の
少なくともいずれか一方が紫外線を透過する材料にて構
成されることにより、第１基材と第２基材との間に塗布
されることになる紫外線硬化型接着剤を効率的に硬化さ
せることができる。

【００１３】また、紫外線を透過する材料が、石英ガラ
スであることが好ましい。このように、紫外線を透過す
る材料を石英ガラスとすることにより、石英ガラスの熱
膨張係数が比較的小さいために、基材全体を小型に構成
することができる。

【００１４】また、紫外線を透過する材料が、熱膨張係
数が零以下の結晶化ガラスであることが好ましい。この
ように、紫外線を透過する材料を熱膨張係数が零以下の
結晶化ガラスとすることにより、基材全体を小型に構成
することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による光ファイバ回折格子を有する光学装置の好適な実
施形態について詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明に係る光ファイバ回折格子を
有する光学装置の実施形態を示す斜視図であり、図２は
温度補償デバイスとしての基材の断面図である。

【００１７】温度補償デバイスとしての基材１は、熱膨
張係数の異なる二種類の材質からなる複合部材で構成さ
れている。基材１は、石英ガラスより大きい熱膨張係数
を有するＡｌからなる第１基材１ａと、正の熱膨張係数
を有する石英ガラスからなる第２基材１ｂとにより構成
されており、第２基材１ｂの両端部に第１基材１ａが固
定されている。第１基材１ａはほぼ直角に屈曲されたア
ングル状に形成されており、第１基材１ａの一端が第２
基材１ｂの端部に接着剤２により接着固定されている。
第１基材１ａの他端は、第１基材１ａが第２基材１ｂに
固定された状態において、第２基材１ｂに対してほぼ平
行に、かつ、その先端が第２基材１ｂの中央部方向に向
けられた状態とされている。

【００１８】基材１は、石英ガラスからなる第２基材１
ｂよりもＡｌからなる第１基材１ａの熱膨張係数が大き
いために、温度上昇時に第２基材１ｂの膨張量（図１中
矢印Ａ参照）よりも第１基材１ａの膨張量（図１中矢印
Ｂ参照）が大きくなる。この結果、基材１は接着剤５が
塗布された二点間に関して負の熱膨張係数を有すること
になる。

【００１９】第１基材１ａには光ファイバ４が接着剤５
により固定されている。光ファイバ４には、光ファイバ
４の光軸方向に沿って光ファイバ４の少なくともコア部
の屈折率が変化する回折格子部６が所定領域形成されて
いる。回折格子部６は、例えば、クラッド部の周囲に設
けられた被覆層が所定長さにわたって除去されてクラッ
ド部が露出している露出部分に対して、波長をモニター
しながら張力が調整され、ゲルマニウム元素が所定割合
添加された石英系光ファイバのコア部に対して紫外線を
照射することにより形成される。また、被覆層を除去す
ることなく回折格子部６を形成することも可能である。
なお、紫外線の照射は、公知のホログラフィック法や位
相格子法等によって行われる。

【００２０】光ファイバ４は、回折格子部６の中心波長
をモニターしながら回折格子部６に所定の張力が与えら
れた状態で、回折格子部６の両側において接着剤５によ
り第１基材１ａに固定される。光ファイバ４を固定する
際には、基材１及び光ファイバ４の回折格子部６は所定
の温度に加熱している。このようにして光ファイバ４を
取り付けることにより、光ファイバ４の使用温度範囲に
おいて、基材１（第１基材１ａ）の熱変位が光ファイバ
４に適切に伝えられるとこになり、回折格子部６での温
度変化に対するブラッグ波長の安定性を保つことが可能
となる。接着剤５としては、たとえばエポキシ系接着剤
等を使用することが可能である。

【００２１】次に、第１基材１ａと第２基材１ｂとの接
着固定の点について説明する。まず、図２に示されるよ
うに、第２基材１ｂの端部と第１基材１ａの一端との間
に接着剤２を塗布する。本実施形態においては、接着剤
２として紫外線硬化型接着剤（たとえば協立化学産業
（株）製：Ｘ０Ｃ−０３ＴＨ）を用いている。その後、
所定の硬化接着条件下で塗布した接着剤２に対して紫外
線ＵＶを照射し、接着剤２を硬化する。

【００２２】上述した所定の硬化接着条件として、接着
剤２を硬化させるときの雰囲気温度（Ｔ_assy）が規定さ
れており、図３に示されるように、この雰囲気温度（Ｔ
_assy）は、第１基材１ａ、第２基材１ｂ及び接着剤２の
温度が光ファイバ４の使用温度範囲内（Ｔ_min〜Ｔ_max）
の所定の温度となるように、光ファイバ４の使用温度範
囲内（Ｔ_min〜Ｔ_max）の所定の温度に保持されている。
本実施形態においては、光ファイバ４の使用温度範囲
（Ｔ_min〜Ｔ_max）の略中央の温度、たとえば光ファイバ
４の使用温度範囲（Ｔ_min〜Ｔ_max）が−４０〜８０℃で
ある場合には、接着剤２を硬化するときの雰囲気温度
（Ｔ_assy）を２０℃程度に設定している。接着剤２を硬
化するときの雰囲気温度（Ｔ_assy）を所定温度に保持す
るためには、恒温槽を用いることができる。

【００２３】このように、接着剤２を硬化させるときの
雰囲気温度（Ｔ_assy）を光ファイバ４の使用温度範囲
（Ｔ_min〜Ｔ_max）の略中央の温度に設定した場合には、
光ファイバ４の使用温度範囲の下限温度（Ｔ_min）の−
４０℃において、温度差（Ｔ_{ass y}−Ｔ_min）６０℃の熱
負荷に応じた熱応力が発生する。また、光ファイバ４の
使用温度範囲の上限温度（Ｔ_max）の８０℃において
も、温度差（Ｔ_max−Ｔ_assy）６０℃の熱負荷に応じた
熱応力が発生する。したがって、本実施形態の基板１の
接着部（接着剤２、第１基材１ａの接着剤２近傍部分及
び第２基材１ｂの接着剤２近傍部分）に発生する熱応力
は、図４に示されたような光ファイバ４の使用温度範囲
内の上限温度（Ｔ_max）の８０℃より高温側で硬化させ
た場合に下限温度（Ｔ_min）の−４０℃において発生す
る、１２０℃より大きい温度差（Ｔ_assy−Ｔ_min）の熱
負荷に応じた熱応力よりも、極めて緩和されたものとな
る。

【００２４】以上のように、本実施形態によれば、接着
剤２を硬化するときの雰囲気温度（Ｔ_assy）を光ファイ
バ４の使用温度範囲内（Ｔ_min〜Ｔ_max）の温度とするこ
とにより、光ファイバ４の使用温度範囲内（Ｔ_min〜Ｔ
_max）にて温度が変化した場合において、基板１の接着
部（接着剤２、第１基材１ａの接着剤２近傍部分及び第
２基材１ｂの接着剤２近傍部分）における大きな熱応力
の発生が抑制される、特に第１基材１ａの接着剤２との
境界部分及び第２基材１ｂの接着剤２との境界部分にお
いて発生する熱応力が軽減されることになり、上述した
接着部における接着の剥がれを防ぐことができる。

【００２５】また、第２基材１ｂを構成する石英ガラス
は脆弱であり割れやすい性質を有しているが、上述した
ように使用時において発生する熱応力が軽減されるため
に、石英ガラス（第２基材１ｂ）自体の割れの発生を抑
制することができる。

【００２６】この結果、光ファイバ４の使用温度範囲内
（Ｔ_min〜Ｔ_max）において、温度補償デバイスとしての
基板１の破損を防止することができる。

【００２７】特に、接着剤２を硬化させるときの雰囲気
温度（Ｔ_assy）を光ファイバ４の使用温度範囲（Ｔ_min
〜Ｔ_max）の略中央の温度とすることにより、接着部に
発生する熱応力をより一層緩和することができる。接着
剤２を硬化させるときの雰囲気温度（Ｔ_assy）は、光フ
ァイバ４の使用温度範囲（Ｔ_min〜Ｔ_max）の略中央の温
度に限られるものではなく、光ファイバ４の使用温度範
囲内（Ｔ_min〜Ｔ_max）の所定の温度であればよく、たと
えば光ファイバ４の使用温度範囲の上限温度（Ｔ _max）
あるいは下限温度（Ｔ_min）としてもよいが、上述した
ように、光ファイバ４の使用温度範囲（Ｔ_min〜Ｔ_max）
の上限温度（Ｔ_max）及び下限温度（Ｔ_min）において同
様に熱応力を緩和できるという理由から、光ファイバ４
の使用温度範囲（Ｔ_min〜Ｔ_max）の略中央の温度に設定
することが好ましい。

【００２８】また、接着剤２として紫外線硬化型接着剤
を用いることで、第１基材１ａと第２基材１ｂとを接着
固定する時の雰囲気温度を自由に設定することが可能と
なり、第１基材１ａと第２基材１ｂとを接着固定する作
業を容易に行うことができる。

【００２９】また、第２基材１ｂが石英ガラスからな
り、紫外線ＵＶを透過させる特性を有しているので、紫
外線ＵＶが第２基材１ｂを透過して接着剤２に達するこ
とになり、接着剤２が第２基材１ｂの端部と第１基材１
ａの一端との間に塗布されている場合においても、効率
的に硬化させることができる。

【００３０】また、第２基材１ｂが石英ガラスからなる
が、この石英ガラスはＡｌ等の金属材料に比べて熱膨張
係数が十分に小さいので、温度補償デバイスとしての基
材１を小型に構成することができる。

【００３１】本実施形態の変形例として、紫外線硬化型
接着剤を用いる代わりに嫌気性接着剤（たとえば（株）
スリーボンド製：１３７３Ｂ）を接着剤２に用いるよう
にしてもよい。このように、接着剤２を嫌気性接着剤と
することにより、紫外線硬化型接着剤を用いた場合と同
様に、第１基材１ａと第２基材１ｂとを接着固定する時
の雰囲気温度を自由に設定することができるので、第１
基材１ａと第２基材１ｂとを接着固定する作業を容易に
行うことができる。また、接着剤２として熱硬化型接着
剤を用いる場合には、光ファイバ４の使用温度範囲内の
温度にて硬化する特性を有したものを用いるようにすれ
ばよい。

【００３２】更なる変形例としては、石英ガラスを用い
る代わりに、紫外線を透過し且つ熱膨張係数が零以下の
結晶化ガラス（たとえばＬｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ
２系結晶化ガラスにＢａＯを添加したものであって、−
８３×１０^-7／Ｋ〜−９４×１０^-7／Ｋの熱膨張係数を
有するもの等）を用いて第２基材１ｂを構成するように
してもよい。このように、第２基材１ｂを熱膨張係数が
零以下の結晶化ガラスとすることにより、紫外線が第２
基材１ｂを透過して接着剤２に達することになり、接着
剤２が第２基材１ｂの端部と第１基材１ａの一端との間
に塗布されている場合においても、効率的に硬化させる
ことができると共に、温度補償デバイスとしての基材１
を小型に構成することができる。

【００３３】なお、本実施形態においては、第２基材１
ｂの材料として石英ガラスあるいは結晶化ガラスを用
い、紫外線ＵＶを透過するようにしているが、紫外線Ｕ
Ｖを透過する特性を有している材料であれば、石英ガラ
スあるいは結晶化ガラス以外のガラス材料あるいは樹脂
材料を用いるようにしてもよい。また、第１基材１ａ
を、紫外線ＵＶを透過する特性を有している材料で構成
するようにしてもよい。

【００３４】また、本実施形態においては、基板１を、
第２基材１ｂと、この第２基材１ｂの両端に接着固定さ
れる１組の第１基材１ａとで構成したものに本発明を適
用しているが、基板１の構成はこれに限られることな
く、たとえば一方の第１基材１ａに相当する部分と第２
基材１ｂに相当する部分とを同じ材料（たとえば石英ガ
ラス）にて一体に形成した基板部分に、異なる材料（た
とえばＡｌ）からなる他方の第１基材１ａに相当する基
板部分を接着固定するようにした構成のものにも、本発
明を適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、第１基材と第２基材とを接着固定するための接
着剤が、光ファイバの使用温度範囲内の温度にて硬化さ
れているので、光ファイバの使用温度範囲内にて温度が
変化した場合において、接着剤、第１基材の接着剤近傍
部分及び第２基材の接着剤近傍部分といった接着部にお
ける大きな熱応力の発生が抑制されることになり、接着
が剥がれたり、あるいは、基材自体が破損してしまうの
を防ぐことができる。この結果、回折格子が形成された
光ファイバが固定される基材等の温度補償デバイスの破
損を防ぐことが可能な光ファイバ回折格子を有する光学
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバ回折格子を有する光学
装置の実施形態を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る光ファイバ回折格子を有する光学
装置の実施形態に含まれる、基材の断面図である。

【図３】接着剤を硬化する時の温度と接着部に発生する
熱応力との関係を示す図表である。

【図４】接着剤を硬化する時の温度と接着部に発生する
熱応力との関係を示す図表である。

【符号の説明】

１…基材、１ａ…第１基材、１ｂ…第２基材、２…接着
剤、４…光ファイバ、５…接着剤、６…回折格子部、Ｕ
Ｖ…紫外線。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸方向の所定長さにわたって回折格子
   が形成された光ファイバと、 前記光ファイバの使用温度範囲で所定の熱膨張係数を有
   し、前記光ファイバが固定される基材と、を備え、 前記基材の温度変化に伴う伸縮によって前記光ファイバ
   の光軸方向に生じる変位を前記光ファイバに印加するよ
   うにした光ファイバ回折格子を有する光学装置であっ
   て、 前記基材は、 前記回折格子が形成された光ファイバ部分の両側部のう
   ちの少なくとも一方に位置して設けられ、前記光ファイ
   バが固定される第１基材と、 前記第１基材が接着剤により接着固定される第２基材
   と、を含んでおり、 前記接着剤は、前記光ファイバの使用温度範囲内の温度
   にて硬化されていることを特徴とする光ファイバ回折格
   子を有する光学装置。
2. 【請求項２】 前記接着剤は、前記光ファイバの使用温
   度範囲の略中央の温度にて硬化されていることを特徴と
   する請求項１に記載の光ファイバ回折格子を有する光学
   装置。
3. 【請求項３】 前記接着剤は、嫌気性接着剤であること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ
   回折格子を有する光学装置。
4. 【請求項４】 前記接着剤は、紫外線硬化型接着剤であ
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光フ
   ァイバ回折格子を有する光学装置。
5. 【請求項５】 前記第１基材と前記第２基材の少なくと
   もいずれか一方が、紫外線を透過する材料にて構成され
   ていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ回
   折格子を有する光学装置。
6. 【請求項６】 前記紫外線を透過する材料が、石英ガラ
   スであることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ
   回折格子を有する光学装置。
7. 【請求項７】 前記紫外線を透過する材料が、熱膨張係
   数が零以下の結晶化ガラスであることを特徴とする請求
   項５に記載の光ファイバ回折格子を有する光学装置。