JP2002258070A - 分散補償ファイバグレーティングモジュール - Google Patents

分散補償ファイバグレーティングモジュール

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JP2002258070A
JP2002258070A JP2001055026A JP2001055026A JP2002258070A JP 2002258070 A JP2002258070 A JP 2002258070A JP 2001055026 A JP2001055026 A JP 2001055026A JP 2001055026 A JP2001055026 A JP 2001055026A JP 2002258070 A JP2002258070 A JP 2002258070A
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JP
Japan
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fiber grating
grating
chirped
electronic cooling
groove
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JP2001055026A
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English (en)
Inventor
Satoru Takasugi
哲 高杉
Akishi Hongo
晃史 本郷
Hideaki Arai
英明 荒井
Shinobu Sato
佐藤  忍
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便で高精度な分散補償ファイバグレーティ
ングモジュールを提供する。 【解決手段】 光ファイバ10に形成されたチャープト
グレーティング10aが溝11a内に埋め込まれた梁状
筐体11に、ペルチェ素子14、17やヒータを用いて
全長にわたって温度勾配を形成することにより、チャー
プトグレーティング10a自体の温度特性及びチャープ
トグレーティング10aを埋め込んだ梁状筐体11の線
膨張による歪の効果を利用して、グレーティングの反射
波長や反射帯域を変えることができるので、簡便で高精
度な分散補償ファイバグレーティングモジュールが得ら
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、光ファイバ通信に
用いる波長多重用光デバイスに関し、特に分散補償ファ
イバグレーティングモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】波長多重用光デバイスとして導波路グレ
ーティング素子やチャープトファイバグレーティングが
多用されている。
【0003】導波路グレーティング素子は、光ファイバ
の光が伝搬するコアに紫外線を照射してグレーティング
を形成したものである。このグレーティングにより、特
定の波長帯の光のみを反射させて分波するようになって
いる。
【0004】チャープトファイバグレーティングは、光
ファイバの一部にチャープトグレーティングを形成した
ものである。
【0005】このチャープトファイバグレーティングを
用いた分散補償方法について説明する。
【0006】図3はファイバグレーティングによる分散
補償方法の説明図である。
【0007】3端子光サーキュレータ1の入出力端子1
bにチャープトファイバグレーティング2が接続されて
いる。3端子光サーキュレータ1の入力端子1aに波長
多重信号光が入力されると、波長多重信号光は入出力端
子1bからチャープトファイバグレーティング2に入力
し、信号光の波長とグレーティングの間隔とが一致した
部分のグレーティングで反射して入出力端子1bに入力
し、出力端子1cから出力する。すなわち、波長の長い
信号光L1はチャープトファイバグレーティング2の間
隔が広い方のグレーティング2aで反射して出力端子1
cから出力し、波長の短い信号光L2は間隔の広い方の
グレーティングを通過して間隔の狭い方のグレーティン
グ2bで反射し、その分だけ遅れて出力端子1cから出
力する。
【0008】ここで、両信号光の反射したグレーティン
グ2a、2b間の間隔をlとし、群遅延時間をτとし、
光速をCとし、実効屈折率をnとすると、チャープトフ
ァイバグレーティングの分散Dは、数1式で表される。
【0009】
【数1】D=τ/Δλ=2nl/ΔλC(ps/nm) このように、光ファイバの全長にわたってグレーティン
グを形成する間隔を変えておくことにより、波長によっ
て反射位置が異なり実光路長が変わるため、光信号の分
散補償を行うことができる。
【0010】ところで、この種の光ファイバグレーティ
ングは、反射光の波長特性に大きな温度特性があるた
め、実際のモジュールでは、ヒータや温度センサをモジ
ュール内に実装し、外部の温度コントローラを用いて電
力を供給して温度調節を行って光学特性を維持してい
た。
【0011】さらに、この温度特性を無電力で補償する
ための技術も公知であり、パッケージの構成部材に二種
類の線膨張係数を有する材料を用い、その線膨張係数差
によって発生する熱歪みを用いて光ファイバに歪みを与
えて温度補償を行っている。
【0012】以下従来技術の温度補償理論について説明
する。
【0013】光ファイバグレーティングの反射波長の温
度依存性dλ/dTは数2式で表される。
【0014】
【数2】dλ/dT=2・Λ・(dn/dT+nα) 但し、Λはグレーティングの周期(約530nm) dn/dTは光ファイバの等価屈折率の温度依存性(約
1×10-5) αは光ファイバの線膨張係数(約0.5×10-6) である。
【0015】このとき、dλ/dTは約0.0102
(mm/℃)となっている。
【0016】温度補償では数2式を相殺する項(下記n
・dε/dT)を加えて数3式で表される構造が追加さ
れる。
【0017】
【数3】dλ/dT=2・Λ・(dn/dT+nα+n
・dε/dT) 数3式におけるn・dε/dTを適当な値にすることに
より、光ファイバグレーティングの反射波長の温度依存
性、dλ/dTを小さくすることができる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、グレーティングを形成した、光ファイ
バを温度調節あるいは温度無依存化しているが、このグ
レーティングを分散補償に用いる場合、いずれの方法を
適用しても固定型分散補償器(Fixed Dispe
rsion Compensation Unit)と
なっていた。つまり、分散補償を行う帯域や分散補正量
は常に一定で、デバイスの設計値に基づいた分散補償を
常に行うことになる。現在、上述した分散補償を可変に
するために、スクリュー等の機械的機構を用い、ファイ
バグレーティングに機械的歪を与えることが試みられて
いるが、精度・安定性・温度補償の面に問題がある。
【0019】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡便で高精度な分散補償ファイバグレーティングモ
ジュールを提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュール
は、放熱板と、放熱板上に離隔して設けられた一対の電
子冷熱素子と、両電子冷熱素子間に橋渡しされ長手方向
に溝を有する梁状筐体と、梁状筐体の電子冷熱素子の近
傍にそれぞれ設けられた一対の温度センサと、チャープ
トグレーティング部が溝内に埋め込まれたチャープトフ
ァイバグレーティングと、温度センサ及び電子冷熱素子
を覆う断熱パッケージとを備えたものである。
【0021】本発明の分散補償ファイバグレーティング
モジュールは、放熱板と、放熱板上に離隔して設けられ
た一対のヒータと、両ヒータ間に橋渡しされ長手方向に
溝を有する梁状筐体と、梁状筐体のヒータの近傍にそれ
ぞれ設けられた一対の温度センサと、チャープトグレー
ティング部が溝内に埋め込まれたチャープトファイバグ
レーティングと、温度センサ及び両ヒータを覆う断熱パ
ッケージとを備えたものである。
【0022】本発明の分散補償ファイバグレーティング
モジュールは、放熱板と、放熱板上に設けられた電子冷
熱素子と、放熱板上に電子冷熱素子と離隔して設けられ
たヒータと、ヒータ及び電子冷熱素子間に橋渡しされ長
手方向に溝を有する梁状筐体と、梁状筐体のヒータ及び
電子冷熱素子の近傍にそれぞれ設けられた一対の温度セ
ンサと、チャープトグレーティング部が溝内に埋め込ま
れたチャープトファイバグレーティングと、温度セン
サ、ヒータ及び電子冷熱素子を覆う断熱パッケージとを
備えたものである。
【0023】本発明によれば、チャープトファイバグレ
ーティングのチャープトグレーティング部が溝内に埋め
込まれた梁状筐体に、電子冷熱素子やヒータを用いて全
長にわたって温度勾配を形成することにより、チャープ
トグレーティング自体の温度特性(数3式のdn/dT
項、nα項)及びチャープトグレーティングを埋め込ん
だ梁状筐体の線膨張による歪(数3式のn・dε/dT
項)の効果を利用して、グレーティングの反射波長や反
射帯域を変えることができるので、簡便で高精度な分散
補償ファイバグレーティングモジュールが得られる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0025】図1(a)は本発明の分散補償ファイバグ
レーティングモジュールの一実施の形態を示す側面断面
図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図で
ある。
【0026】チャープトグレーティング10aが形成さ
れた光ファイバ(チャープトファイバグレーティング)
10が梁状筐体11の溝11a内に埋め込まれ、接着剤
12により接着固定されている(図中、チャープトグレ
ーティング10aは右側を周期の長い長波長側とし、左
側を周期の短い短波長側とする。)。
【0027】梁状筐体11の一方の側(図では右側)
は、熱伝導体13a、13bに挟まれた長波長側温度コ
ントロール用のペルチェ素子14が放熱板15に熱的に
接続されており、梁状筐体11の他方の側(図では左
側)は、熱伝導体16a、16bに挟まれた短波長側温
度コントロール用のペルチェ素子17が放熱板15に熱
的に接続されている。放熱板15には冷却効果を高める
ため複数の放熱フィン18が設けられている。梁状筐体
11の両ペルチェ素子14、17の近傍にはそれぞれ温
度センサ19、20が設けられている。両ペルチェ素子
14、17及び温度センサ19、20は断熱パッケージ
21で覆われている。断熱パッケージ21は側壁21a
と、蓋21bとで構成されており、内部には断熱空間2
2が形成されるようになっている(断熱空間22には断
熱材が充填されていてもよい。)。
【0028】前述したように、反射波長の温度依存性d
λ/dTは数3式で表される。
【0029】
【数4】dλ/dT=2・Λ・(dn/dT+nα+n
・dε/dT) 本実施の形態では、梁状筐体11の材質にアルミニウム
(αAl=23.5×10-6)を用いたため、n・dε/
dTは3.34×10-5となり、dλ/dTは0.04
75nm/℃となる。
【0030】この結果、本分散補償ファイバグレーティ
ングモジュールの可変波長範囲は、 a)基準状態(両ペルチェ素子14、17共に25℃温度
調節時)において、中心波長がλintであり、帯域幅
がBwintであったとすると、 b)両ペルチェ素子14、17が共に60℃温度調節時に
は、中心反射波長がλint+1.66nmとなり、帯
域幅がBwintとなり、 c)両ペルチェ素子14、17が共に−10℃温度調節時
には、中心反射波長がλint−1.66nmとなり、
帯域幅がBwintとなり、 d)長波長側ペルチェ素子14の温度が60℃で、短波長
側ペルチェ素子17が−10℃温度調節時には、中心反
射波長がλintとなり、帯域幅がBwint+3.3
2nmとなり、 e)長波長側ペルチェ素子14の温度が−10℃であり、
短波長側ペルチェ素子17が60℃温度調節時には、中
心反射波長がλintとなり、帯域幅がBwint−
3.32nmとなり、可変分散補償器が実現している。
【0031】上記波長範囲内であれば、両ペルチェ素子
14、17の調節温度を任意に設定することにより様々
な分散補償特性を得ることができる。
【0032】ここで、最適条件の根拠について述べる。
【0033】チャープトグレーティング10aを埋め込
んだ梁状筐体11は、温度調節範囲を大きく(=反射波
長可変範囲を大きくする。)、また温度変化速度を早く
(=分散制御速度を早く)するため、断面積が小さく熱
容量が小さい部材を選択するのが好ましい。さらに、上
記実施の形態では梁状筐体11として5mm角の部材を
用いたが、これに限定されず細径の部材を用いてもよ
い。また、梁状筐体11の内部の長手方向の温度分布を
直線状にするため、梁状筐体11の断面形状は極力均一
に保つのが望ましい。
【0034】また、温度調節範囲を大きくとることによ
り可変波長範囲を大きくすると共に、ペルチェ素子1
4、17で発生した熱を速やかに空気中に発散させるた
め、図2に示すように、放熱板15に多数の放熱フィン
18を設けることが望ましい。
【0035】尚、図2は図1に示した分散補償ファイバ
グレーティングモジュールの外観斜視図である。同図に
おいて23はペルチェ素子14駆動用の電源ラインであ
り、24はペルチェ素子17駆動用の電源ラインであ
る。
【0036】ここで、本実施の形態では梁状筐体11の
材質に、線膨張率の大きな金属としてアルミニウムを用
いたが、プラスチック等の材質を用いてもよい。この場
合、熱伝導率が低く抑えられるため、チャープトグレー
ティング10aの両端間に大きな温度差を形成して反射
波長の中心波長や帯域幅の可変量を大きくしてもよい。
また、本実施の形態では一対のペルチェ素子14、17
を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
ペルチェ素子14、17のいずれか一方若しくは両方の
代わりにヒータを用いてもよい。
【0037】本分散補償ファイバグレーティングモジュ
ールは、波長多重伝送方式光ネットワーク内に設置さ
れ、伝送されてきた光信号の分散を補償するのに用いら
れるデバイスである(波長多重伝送方式:Wavele
ngth DivisionMulti/Demult
iplexer、WDM)。
【0038】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0039】簡便で高精度な分散補償ファイバグレーテ
ィングモジュールの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の分散補償ファイバグレーティ
ングモジュールの一実施の形態を示す側面断面図であ
り、(b)は(a)のA−A線断面図である。
【図2】図1に示した分散補償ファイバグレーティング
モジュールの外観斜視図である。
【図3】ファイバグレーティングによる分散補償方法の
説明図である。
【符号の説明】
10 光ファイバ(チャープトファイバグレーティン
グ) 10a チャープトグレーティング 11 梁状筐体 11a 溝 14、17 ペルチェ素子(電子冷熱素子) 15 放熱板 18 放熱フィン 19、20 温度センサ 21 断熱パッケージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 英明 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 佐藤 忍 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Fターム(参考) 2H038 BA25 CA52 2H050 AC84 AD01 AD16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放熱板と、該放熱板上に離隔して設けら
    れた一対の電子冷熱素子と、両電子冷熱素子間に橋渡し
    され長手方向に溝を有する梁状筐体と、該梁状筐体の上
    記電子冷熱素子の近傍にそれぞれ設けられた一対の温度
    センサと、チャープトグレーティング部が上記溝内に埋
    め込まれたチャープトファイバグレーティングと、上記
    温度センサ及び上記電子冷熱素子を覆う断熱パッケージ
    とを備えたことを特徴とする分散補償ファイバグレーテ
    ィングモジュール。
  2. 【請求項2】 放熱板と、該放熱板上に離隔して設けら
    れた一対のヒータと、両ヒータ間に橋渡しされ長手方向
    に溝を有する梁状筐体と、該梁状筐体の上記ヒータの近
    傍にそれぞれ設けられた一対の温度センサと、チャープ
    トグレーティング部が上記溝内に埋め込まれたチャープ
    トファイバグレーティングと、上記温度センサ及び両ヒ
    ータを覆う断熱パッケージとを備えたことを特徴とする
    分散補償ファイバグレーティングモジュール。
  3. 【請求項3】 放熱板と、該放熱板上に設けられた電子
    冷熱素子と、上記放熱板上に上記電子冷熱素子と離隔し
    て設けられたヒータと、該ヒータ及び上記電子冷熱素子
    間に橋渡しされ長手方向に溝を有する梁状筐体と、該梁
    状筐体の上記ヒータ及び上記電子冷熱素子の近傍にそれ
    ぞれ設けられた一対の温度センサと、チャープトグレー
    ティング部が上記溝内に埋め込まれたチャープトファイ
    バグレーティングと、上記温度センサ、上記ヒータ及び
    上記電子冷熱素子を覆う断熱パッケージとを備えたこと
    を特徴とする分散補償ファイバグレーティングモジュー
    ル。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1303446C (zh) * 2004-01-09 2007-03-07 清华大学 可调谐色散补偿器的设计与制作方法
JP2010026296A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Mitsubishi Electric Corp 可変分散補償器
CN103604383A (zh) * 2013-11-04 2014-02-26 天津大学 一种测量支吊架拉杆应变的光纤光栅传感器封装装置
CN108061980A (zh) * 2017-12-18 2018-05-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 啁啾光纤光栅色散量调节方法、装置及包含该装置的系统

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