JP2001318242A

JP2001318242A - 光通信用温度補償デバイス

Info

Publication number: JP2001318242A
Application number: JP2000135057A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matano; 高宏俣野; Akihiko Sakamoto; 明彦坂本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、光部品の特性を損なうことなく低
温で接着でき、光ファイバのグレーティング部分に印加
された張力を変化させることなく固定できる光通信用温
度補償デバイスを提供することを目的とする。【構成】本発明の光通信用温度補償デバイスは、−４
０〜１００℃の温度範囲において−１０〜−１２０×１
０^-7／℃の負の熱膨張係数を有する基材に、正の熱膨張
係数を有する光部品を、接着剤により固定してなる光通
信用温度補償デバイスにおいて、接着剤が有機ポリマー
からなり、硬化前における２５℃での接着剤粘度が２５
００〜１０００００ｍＰａ・ｓであり、且つ硬化収縮率
が５％以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負の熱膨張係数を有す
る基材に正の熱膨張係数を有する光部品を接着剤により
固定してなる光通信用温度補償デバイスに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術の進歩に伴い、光ファイバを
用いたネットワークが急速に整備されつつある。ネット
ワークの中では、複数の波長の光を一括して伝送する波
長多重技術が用いられるようになり、波長フィルタやカ
プラ、導波路等が重要なデバイスになりつつある。

【０００３】この種のデバイスの中には、温度によって
特性が変化し、屋外での使用に支障をきたすものがある
ため、このようなデバイスの特性を温度変化によらずに
一定に保つ技術、いわゆる温度補償技術が必要とされて
いる。

【０００４】温度補償を必要とする光通信デバイスの代
表的なものとして、ファイバブラッググレーティング
（以下、ＦＢＧという）がある。ＦＢＧは、光ファイバ
のコア内に格子状に屈折率変化を持たせた部分、いわゆ
るグレーティング部分を形成したデバイスであり、下記
の式１に示した関係に従って、特定の波長の光を反射す
る特徴を有している。このため、波長の異なる光信号が
１本の光ファイバを介して多重伝送される波長分割多重
伝送方式の光通信システムにおける重要な光デバイスと
して注目を浴びている。

【０００５】λ＝２nΛ …（式１）ここで、λは反射波長、nはコアの実効屈折率、Λは格
子状に屈折率に変化を設けた部分の格子間隔を表す。

【０００６】しかしながら、このようなＦＢＧは、温度
が変化すると反射波長が変動するという問題がある。反
射波長の温度依存性は、式１を温度Ｔで微分して得られ
る下記の式２で示される。

【０００７】 ∂λ／∂Ｔ＝２｛（∂n／∂Ｔ）Λ＋n（∂Λ／∂Ｔ）｝＝２Λ｛（∂n／∂Ｔ）＋n（∂Λ／∂Ｔ）／Λ｝ …（式２）この式２の右辺第２項の（∂Λ／∂Ｔ）／Λは光ファイ
バの熱膨張係数に相当し、その値はおよそ０．６×１０
−６／℃である。一方、右辺第１項は光ファイバのコア
部分の屈折率の温度依存性であり、その値はおよそ７．
５×１０−６／℃である。つまり、反射波長の温度依存
性はコア部分の屈折率変化と熱膨張による格子間隔の変
化の双方に依存するが、大部分は屈折率の温度変化に起
因していることが分かる。

【０００８】このような反射波長の変動を防止するため
の手段として、温度変化に応じた張力をＦＢＧに印加し
グレーティング部分の格子間隔を変化させることによっ
て、屈折率変化に起因する成分を相殺する方法が知られ
ている。

【０００９】この具体例として、予め板状に成形した原
ガラス体を結晶化して得られる負の熱膨張係数を有する
ガラスセラミック基板に、所定の張力を印加したＦＢＧ
を接着固定することによって、ＦＢＧの張力をコントロ
ールしたデバイスが特表２０００−５０３９６７号に示
されている。ここではＦＢＧの接着固定のために、ガラ
ス、ポリマー、または金属が使用されている。

【００１０】上記デバイスは、温度が上昇するとガラス
セラミック基板が収縮し、光ファイバのグレーティング
部分に印加されている張力が減少する。一方、温度が低
下するとガラスセラミック基板が伸長して光ファイバの
グレーティング部分に印加されている張力が増加する。
この様に、温度変化によってＦＢＧにかかる張力を変化
させることによってグレーティング部分の格子間隔を調
節することができ、これによって反射中心波長の温度依
存性を相殺することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の温度補償された
光通信用デバイスを作製するに際し、接着剤としてガラ
スや金属を使用すると、接着温度が高すぎるため、ＦＢ
Ｇの特性が熱によって劣化し所定の性能が維持し難くな
る。

【００１２】また、一般のポリマー系接着剤は、低温で
接着できるメリットがある一方、接着力が低く、接着が
外れたり緩んだりするため、温度補償された光通信用デ
バイスの接着剤として用いると、光ファイバのグレーテ
ィング部分に印加された張力が変化して温度補償機能の
喪失や劣化をまねきやすい。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、光部品の特性を損なうことなく低温で接着でき、
光ファイバのグレーティング部分に印加された張力を変
化させることなく固定できる光通信用温度補償デバイス
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の実験
を行った結果、硬化前における接着剤粘度と硬化収縮率
を所望値に調整した接着剤を用いることによって、上記
目的が達成できることを見出し、本発明として提案する
ものである。

【００１５】即ち、本発明の光通信用温度補償デバイス
は、−４０〜１００℃の温度範囲において−１０〜−１
２０×１０^-7／℃の負の熱膨張係数を有する基材に、正
の熱膨張係数を有する光部品を、接着剤により固定して
なる光通信用温度補償デバイスにおいて、接着剤が有機
ポリマーからなり、硬化前における２５℃での接着剤粘
度が２５００〜１０００００ｍＰａ・ｓであり、且つ硬
化収縮率が５％以下であることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明において使用する接着剤
は、有機ポリマーからなるため、ガラスや金属と比べ短
時間かつ低温での接着が可能である。

【００１７】また、本発明において使用する接着剤は、
硬化前における２５℃での接着剤粘度が２５００〜１０
００００ｍＰａ・ｓであるため、基材に対する接着剤の
濡れ性が適切になり、接着が外れたり緩んだりしない。
即ち、硬化前における２５℃での接着剤粘度が２５００
ｍＰａ・ｓより低いと、基材に対する濡れ性が良くなり
すぎて、光ファイバの周囲全体に接着剤が保持されず、
光ファイバと接着剤との間の接着強度が低くなり、１０
００００ｍＰａ・ｓより高いと、基材に対する濡れ性が
悪くなり、接着剤と基材との間の接着強度が低くなる。

【００１８】さらに、本発明において使用する接着剤
は、硬化収縮率が５％以下であるため、硬化時に光ファ
イバのグレーティング部分に印加されている張力が殆ど
増加しない。

【００１９】尚、硬化前における２５℃での接着剤粘度
は、ポリマーの種類、分子量及び濃度、フィラーの種類
や量、溶剤の量等によって調整可能である。また、接着
剤の硬化収縮率は、硬化時のポリマーの重合度の増大、
フィラーの添加及び増量、溶剤量の減量等によって低下
させることができるが、特に、エポキシ系樹脂はそれ自
身の硬化収縮率が小さく、接着剤の硬化収縮率を低下さ
せる効果が大きいため好ましい。

【００２０】また、基材の接着剤を塗布する部分の表面
粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下であると、基材に対する接着
剤の濡れ性が良くなり、接着が外れたり緩んだりしにく
いため好ましい。

【００２１】また、基材に対する接着剤の濡れ性は、接
触角によって評価でき、接触角が、２０°〜８０°であ
ると、接着が外れたり緩んだりせず、温度補償機能の喪
失や劣化をまねきにくい。

【００２２】更に、本発明において使用する接着剤が、
紫外線硬化樹脂であると、短時間かつ低温で接着しやす
く、紫外線硬化の後、光部品の特性が劣化しない温度で
熱処理すると、硬化時間が若干長くなるが、接着強度が
増すためさらに好ましい。

【００２３】本発明で使用する基板は、β−ユークリプ
タイトまたはβ−石英固溶体を主結晶とする多結晶体、
Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを含むリン酸タング
ステン酸塩またはタングステン酸塩を主結晶とする多結
晶体及び液晶ポリマーのいずれかから構成されている。
特に、基材が、β−ユークリプタイトまたはβ−石英固
溶体を主結晶とする多結晶体からなると、機械加工性が
良いため好ましい。

【００２４】また、本発明で使用する基材が粉末焼結体
からなると、使用する粉末粒径や焼成条件を変化させる
ことによって、機械的強度を劣化させることなく、所望
の表面粗さに調整しやすいという利点もある。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。

【００２６】表１に、本発明の実施例１〜４を、表２に
比較例１〜４を示す。また、図１に本発明における実施
例の光通信用温度補償デバイスの平面図を、図２に本発
明における変形実施例の光通信用温度補償デバイス基材
の斜視図を示す。

【００２７】実施例１〜４及び比較例１〜３において、
まず表１、２に示した接着剤粘度及び硬化収縮率になる
ように、実施例及び比較例の接着剤を調整した。

【００２８】（実施例１）まず、ＦＢＧ１と基材２を用
意した。基材２は、β−ユークリプタイトからなり、長
さが４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍの寸法を有し、そ
の上面には全長にわたって深さ０．６ｍｍのスリット２
ａが形成されている。

【００２９】基材２のスリット２ａ中に、ＦＢＧ１を挿
入し、基材１の両端付近の２点を表１に示した性状を有
する接着剤３で接着固定することで光通信デバイス１０
を作製した（図１）。

【００３０】（実施例２）実施例１と同じ負膨張性基材
を準備し、基材に設けられたスリット中にＦＢＧを実施
例１と同様にして表１に示した性状を有する接着剤で接
着固定することで光通信デバイスを作製した。

【００３１】（実施例３）円筒形状を有するβ−石英固
溶体からなる負膨張性基材４を準備し、貫通孔４ａ中に
ＦＢＧを挿入し、基材４の貫通孔４ａ出口付近２点を表
１に示した性状を有する接着剤で接着固定することで光
通信デバイスを作製した（図２）。

【００３２】（実施例４）実施例３と同じ負の熱膨張性
基材を準備し、ＦＢＧを実施例３と同様にして表１に示
した性状を有する接着剤で接着固定することで光通信デ
バイスを作製した。

【００３３】（比較例１）実施例１と同じ負の熱膨張性
基材にエポキシ系熱硬化樹脂からなる表２に示した性状
を有する接着剤を用いてＦＢＧを接着固定することで光
通信デバイスを作製した。

【００３４】（比較例２）実施例１と同じ負膨張性基材
にエポキシ系熱硬化樹脂からなる表２に示した性状を有
する接着剤を用いてＦＢＧを接着固定することで光通信
デバイスを作製した。

【００３５】（比較例３）実施例３と同じ負膨張基材に
アクリル系熱硬化樹脂からなる表２に示した性状を有す
る接着剤を用いてＦＢＧを接着固定することで光通信デ
バイスを作製した。

【００３６】（比較例４）実施例３と同じ負の熱膨張性
基材に、主成分として、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、
Ｎａ₂Ｏを含有するガラスフリットを加熱溶融すること
でＦＢＧを接着固定し、光通信デバイスを作製した。

【００３７】また、実施例１〜４は、２００ｍＷ／ｃｍ
²の出力を有するメタルハライドランプを使用し、３０
０〜４００ｎｍの紫外線（ＵＶ）を５分間照射した後、
１００℃で５分間熱処理して、接着硬化させた。比較例
１、２は、１００℃で３０分間熱処理し、比較例３は、
２００ｍＷ／ｃｍ²の出力を有するメタルハライドラン
プを使用し、３００〜４００ｎｍの紫外線（ＵＶ）を１
分間照射し接着硬化させた。比較例４は、５００℃で１
０分間熱処理して接着させた。

【００３８】こうして作製した実施例と比較例の光通信
デバイスについて、温度補償機能を評価し、その結果を
それぞれ表１、２に示した。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】表１、２から明らかなように、実施例の各
光通信デバイスは、ＦＢＧの低温接着が可能であるため
ＦＢＧの特性を損なうことなく、かつ、基材に対する接
着剤の濡れ性が良好であるため、接着が外れたり緩んだ
りすることなく、また、硬化収縮率が低いため、光ファ
イバに印加された張力が増加して温度補償機能が喪失し
たり劣化したりすることがなかった。

【００４２】これに対し、比較例１〜３では、低温での
接着が可能であったが、比較例１、２では、接着剤の粘
度が適正でなく、比較例３では、接着剤の粘度が低く、
硬化収縮率が高いために、接着が外れたり緩んだりして
温度補償機能が劣化していた。また、比較例４は、接着
に高温を必要とするため接着直後にＦＢＧの特性が不良
化していた。

【００４３】ここで温度補償機能とは、反射中心波長の
温度依存性を評価したものであり、温度依存性が小さい
ほど（絶対値が小さいほど）好ましい。尚、基材に光部
品を接着固定しなかった際の光部品の反射中心波長の温
度依存性は、０．０１２であった。

【００４４】粘度は、ＨＢ型粘度計（ブルックフィール
ド社製）を使用し、２５℃で、ずり速度４Ｓ^-1で測定し
た。硬化収縮率は、比重カップ法にて測定した。また、
基材の熱膨張係数は、−４０〜１００℃の温度範囲で、
ディラトメーター（マックサイエンス製）によって、表
面粗さは、触針式表面粗さ計（東京精密製）によって測
定した。結晶相は、Ｘ線回折装置によって同定し、接触
角は、基材の表面に接着剤を０．５ｃｍ³滴下し硬化
後、接触角度計（協和界面科学製）によって測定した。
反射中心波長の温度依存性は、試料を−４０〜１００℃
の温度範囲で１００サイクル処理した後、測定した。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光通信用
温度補償デバイスは、硬化前における接着剤粘度と硬化
収縮率を所望値に調整した接着剤を用いるため、光ファ
イバのグレーティング部分に印加された張力を変化させ
ることなく光部品を基材に固定でき、温度補償機能の喪
失や劣化をまねくことがない。しかも接着剤が有機ポリ
マーからなるため、短時間かつ低温で接着でき、光部品
の機能を損なうことなく製造可能となる。

【００４６】また、本発明の接着剤は、ＦＢＧだけでな
く、カプラや導波路等の他の光部品にも使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例の光通信用温度補償デバ
イスの平面図。

【図２】本発明における実施変形例の光通信用温度補償
デバイス基材の斜視図。

【符号の説明】

１ＦＧＢ２基材２ａスリット３接着剤４円筒状基材４ａ貫通孔１０光通信デバイス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 −４０〜１００℃の温度範囲において−
１０〜−１２０×１０^-7／℃の負の熱膨張係数を有する
基材に、正の熱膨張係数を有する光部品を、接着剤によ
り固定してなる光通信用温度補償デバイスにおいて、接
着剤が有機ポリマーからなり、硬化前における２５℃で
の接着剤粘度が２５００〜１０００００ｍＰａ・ｓであ
り、且つ硬化収縮率が５％以下であることを特徴とする
光通信用温度補償デバイス。
【請求項２】接着剤が、エポキシ系樹脂を主成分とす
る樹脂からなることを特徴とする請求項１の光通信用温
度補償デバイス。
【請求項３】基材の接着剤を塗布する部分の表面粗さ
（Ｒａ）が５μｍ以下であることを特徴とする請求項
１、２の光通信用温度補償デバイス。
【請求項４】基材に対する接着剤の接触角が２０°〜
８０°であることを特徴とする請求項１〜３の光通信用
温度補償デバイス。