JP2002529786A - 断熱化光導波路回折格子デバイス - Google Patents

断熱化光導波路回折格子デバイス

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JP2002529786A
JP2002529786A JP2000581486A JP2000581486A JP2002529786A JP 2002529786 A JP2002529786 A JP 2002529786A JP 2000581486 A JP2000581486 A JP 2000581486A JP 2000581486 A JP2000581486 A JP 2000581486A JP 2002529786 A JP2002529786 A JP 2002529786A
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イー ハギー，ヘンリー
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Abstract

(57)【要約】 発明は断熱化光導波路回折格子デバイス(２０)に関する。光導波路回折格子デバイス(２０)は、アルミノケイ酸銅ガラスのような低熱膨張性固着ガラス(３０)で支持基板部材(２８)に接着されて固定された、ファイバブラッグ回折格子部材(２２)を含む。発明のデバイス及びデバイス作製方法はファイバ(２４)と負熱膨張性基板(３８)との間の中間中実インサート部材(４０，４２)の利用を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の分野 本発明は光導波路回折格子デバイスに関する。そのようなデバイスは、導波路
の光学特性に影響を及ぼすために回折格子が形成された、光ファイバのような光
導波路を含む。本発明は特に、温度により変動する特性が制御される断熱化光導
波路回折格子の提供に適する。
【０００２】発明の背景 ファイバブラッグ回折格子のような光導波路回折格子デバイスの中心波長は、
光導波路ファイバブラッグ回折格子の温度を変えることにより変り得る。中心波
長は、ブラッグ回折格子をもつファイバの応力／歪を変えることによっても変り
得る。温度変動による望ましくないいかなる波長シフトも最小限に抑えるため、
適切な張力をかけて、適当な負の熱膨張係数を有する基板材料にファイバブラッ
グ回折格子デバイスを強固にとめ付けることができる。ピロリン酸塩ガラスセラ
ミックが充填された低軟化点リン酸ガラスフリットが、負熱膨張性β−ユークリ
プタイト基板にファイバをとめ付けるために用いられてきた。発明者等は、その
ようなフリットが、使用はできるものの、デバイス作製プロセス工程中に熱膨張
差による応力を発生させることがあり、この応力が、望ましくないものとなり得
る応力蓄積を成分に生じさせ得ることを発見した。
【０００３】発明の概要 したがって本発明は、関連技術の限界及び欠点による問題の１つないしそれ以
上を実質的に取り除く、光導波路デバイスに向けられる。本発明は、改善された
断熱化光導波路回折格子デバイスを提供する。
【０００４】 一態様において、本発明は製造時及びその後の使用時における成分の熱膨張差
により生じる応力蓄積を低減するという改善に向けられる。
【０００５】 本発明のさらなる特徴及び利点は以下の説明で述べられ、ある程度は説明から
明らかであろうし、あるいは本発明の実施により体得できるであろう。本発明の
目的及びその他の利点は、図面とともに、本明細書に書かれた説明及び特許請求
の範囲で詳しく指定される装置、プロセス、及び組成により実現され、達成され
るであろう。
【０００６】 上記及びその他の利点を達成するため、及び本発明の目的にしたがい、具体化
され概括的に説明されるように、本発明は、支持部材に固定された、張力をかけ
られて支持される光導波路回折格子部材を含む光導波路デバイスを含み、０℃〜
３００℃の温度範囲において１×１０−７/℃〜１０×１０−７/℃の範囲の線熱
膨張係数を有する固着ガラスで回折格子部材を支持部材に固定することにより、
回折格子部材にかけられている張力を支持部材がデバイスの温度上昇に相関して
低める。
【０００７】 別の態様において、本発明は反射型光導波路ブラッグ回折格子部材及び負熱膨
張性支持部材を含み、回折格子部材がアルミノケイ酸銅ガラスで支持部材に固定
されている断熱化光導波路デバイスを含む。
【０００８】 さらなる態様において、本発明は、第１末端及び第１末端から(ある距離だけ)
離れた遠位の第２末端を有する負熱膨張性縦長体基板を含み、基板は第１末端近
くに第１中実インサート受入孔を定め、第２末端近くに第２中実インサート受入
孔を定める、光導波路デバイスを含む。本デバイスはさらに、第１中実インサー
ト受入孔内に受け入れられる第１中実インサート部材及び第２中実インサート受
入孔内に受け入れられる第２中実インサート部材、並びに、第１中実インサート
部材及び第２中実インサート部材に固定されることにより、張力をかけられて支
持される縦長の光導波路回折格子部材を含み、負熱膨張性基板が、支持されてい
る回折格子部材にかけられている張力をデバイスの温度上昇に相関して低める。
【０００９】 別の態様において、本発明は：光導波路回折格子部材を提供する工程；負熱膨
張性支持部材を提供する工程；回折格子部材に張力をかける工程；及び回折格子
部材をアルミノケイ酸銅ガラスで負熱膨張性支持部材に固定する工程を含む、光
導波路デバイスの作製方法を含む。
【００１０】 本発明のさらなる態様は、光導波路回折格子部材を提供する工程、負熱膨張性
基板を提供する工程、負熱膨張性基板に第１及び第２インサート受入孔を形成す
る工程、第１中実インサート部材を第１インサート受入孔に挿入する工程、及び
第２中実インサート部材を第２インサート受入孔に挿入する工程を含む、光導波
路の作製方法を含む。本方法はさらに、回折格子部材に張力をかける工程及び回
折格子部材を第１中実インサート部材及び第２中実インサート部材に固定する工
程を含み、負熱膨張性基板が、回折格子部材の張力をデバイスの温度上昇に相関
して低める。
【００１１】 本発明のさらなる態様は、アルミノケイ酸銅ガラスで負熱膨張性基板に接着さ
れることにより、張力をかけられて支持される光導波路回折格子部材を含む。
【００１２】 上記の概括的記述及び以下の詳細な記述はいずれも例示及び説明のためのもの
であり、本発明のさらなる説明は特許請求の範囲として与えられるように意図さ
れていることは当然である。
【００１３】 添付図面は本発明のさらなる理解が得られるように含められ、本明細書に組み
入れられて本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を示し、記述とともに本
発明の原理の説明に役立つ。
【００１４】発明の詳細な説明 支持部材に固定されることにより張力をかけられて支持される光導波路回折格
子部材を含む光導波路デバイス。本発明のデバイスは、回折格子部材の温度上昇
に相関して前記張力を低める。本発明の一実施形態において、回折格子部材は、
１×１０−７/℃〜１０×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の範囲の線熱膨張係数を
有する固着ガラスで支持部材に固定される。
【００１５】 ここで、それらの例が添付図面に示される、本発明の好ましい実施形態を詳細
に参照する。
【００１６】 本発明の光導波路デバイス２０の例示的実施形態が図１〜３に示される。
【００１７】 図１を参照すると、本明細書に具体化された光導波路デバイス２０は光導波路
回折格子部材２２を含む。光導波路回折格子部材２２は、光ファイバ内の屈折率
変化により形成された回折格子２６を含む、光ファイバ２４であることが好まし
い。光導波路回折格子部材２２は反射型ファイバブラッグ回折格子であることが
最も好ましい。
【００１８】 光導波路デバイス２０は、光導波路回折格子部材２２が、最高使用温度におい
て少なくとも１００ｐｓｉ(約６.８９×１０５Ｐａ)の張力がかけられて支持部
材２８に支持されて固定されるように、支持部材２８及び固着ガラス部材３０を
さらに含み、支持部材２８が、回折格子部材２２にかけられている張力をデバイ
ス２０の温度上昇に相関して低める。回折格子部材２２は、０℃〜３００℃の温
度範囲で１×１０−７/℃〜１０×１０−７/℃の範囲の線熱膨張係数を有する固
着ガラス部材３０により支持部材２８に固定される。第１及び第２固着ガラス部
材３０はそのような線熱膨張係数を有するアルミノケイ酸銅ガラスからなること
が好ましい。アルミノケイ酸銅ガラスは基本的にＣｕ２Ｏ，Ａｌ２Ｏ３及びＳｉ
Ｏ２からなることが好ましい。固着ガラス３０の線熱膨張係数は、２×１０−７ /℃〜９×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の範囲にあることが好ましく、３×１０ −７ /℃〜８×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の範囲にあることがさらに好ましい
。さらになお好ましい範囲は４×１０−７/℃〜８×１０−７/℃(０℃〜３００
℃)であり、より一層好ましい範囲は５×１０−７/℃〜７×１０−７/℃(０℃〜
３００℃)である。固着ガラス３０は非晶質であることが好ましい。固着ガラス
は、熱応力蓄積を最小限に抑えるために、塑性変形点より低い温度において固着
ガラスの熱膨張特性が光導波路デバイスの熱膨張特性とほとんど一致するように
選ばれる。最も好ましくは、そのような応力は３ｋｐｓｉ(約２.０７×１０７Ｐ
ａ)より小さくなるべきである。
【００１９】 本発明に用いるための好ましいアルミノケイ酸銅ガラスは、名称を「融着封止
物品及び方法」とする、Ｄ．Ｍ．ヤング(Young)により現在出願されている米国
仮特許出願第６０/１０７,３７９号に開示されており、この出願は本明細書に参
照として含まれる。
【００２０】 支持部材２８は、温度上昇時には張力を低め、温度下降時には張力を高めるよ
うに、負のまたは実効的に負の熱膨張係数を有する。支持部材２８は、図４に示
されるように、正の熱膨張における差が実効的に負の熱膨張を与えるように配置
されて１つに結合された２種またはそれ以上の材料からなっていれば、実効的に
負の熱膨張係数を有することができる。図４の支持部材２８は、ステンレス鋼板
３６の上面に貼り付けられたインバー合金板３４からなる、実効的に負の熱膨張
を与える負熱膨張性バイメタル板３２である。
【００２１】 支持部材２８は負の熱膨張係数を有する材料からなることが好ましい。タング
ステン酸ジルコニウムセラミック体はそのような材料の例である。−３０〜−９
０×１０−７/℃の熱膨張係数を有する別の材料は、ＬｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３及び
ＳｉＯ２からなる組成の、微小割れの入ったβ−ユークリプタイトガラスセラミ
ックである。支持部材２８は負熱膨張性材料体３８からなることが好ましく、負
熱膨張性材料体３８は−６０〜−８５×１０−７/℃の範囲、最も好ましくは−
６５〜−８０×１０−７/℃の範囲の熱膨張係数を有する、微小割れの入ったβ
−ユークリプタイトガラスセラミックであることが最も好ましい。
【００２２】 図１〜３を参照すると、支持部材２８は第１中実インサート部材４０及び第２
中実インサート部材４２並びに、第１インサート受入孔４６及び第２インサート
受入孔４８を定める、負熱膨張性中央部材４４からなる。第１中実インサート部
材４０は第１インサート受入孔４６に受け入れられてその中に保持され、第２中
実インサート部材４２は第２インサート受入孔４８に受け入れられてその中に保
持される。第１及び第２中実インサート部材４０及び４２は、線熱膨張係数が１
×１０−７/℃〜１０×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の範囲の中実材料からなる
ことが好ましい。インサート部材４０及び４２はガラスまたはガラスセラミック
からなることが好ましい。インサート部材４０及び４２にはアルミノケイ酸銅ガ
ラス、または石英ガラスのようなシリカ含有ガラスを用いることができる。
【００２３】 回折格子部材２２は固着ガラス３０で第１及び第２中実インサート部材４０及
び４２に固定されることが好ましい。第１及び第２インサート部材４０及び４２
は実質的に負熱膨張性中央部材４４内に保持され、第１インサート受入孔４６は
固着ガラス３０を受け入れるための固着ガラス開口５０を含み、第２インサート
受入孔４８は固着ガラス３０を受け入れるための固着ガラス開口５２を含む。回
折格子部材２２は固着ガラス３０で第１及び第２インサート部材４０及び４２に
固定され、固着ガラス３０は負熱膨張性中央部材４４とは接触していないことが
好ましい。
【００２４】 図５を参照すると、固着ガラス部材３０は接着剤体５６内に束縛される、回折
格子部材２２上に形成された固定アンカー部材５４を含むことができ、接着剤体
５６は支持部材２８に接着されて固定される。接着剤体５６は鑞またはエポキシ
樹脂のような接着性物質で形成することができ、ミル添加を有する負ＣＴＥ(熱
膨張係数)低融点ガラスフリットで形成された融着封止であることが好ましい。
固定アンカー部材５４は、Ｃｕ２Ｏ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２ガラス部材３０を光フ
ァイバ２４のまわりで溶融し、ガラス３０を冷却して、後に形成される接着剤体
５６内に容易に束縛され得る中実アンカー形状をとらせることにより回折格子部
材２２上に形成される。中間固定アンカー部材５４により、固着ガラス３０を支
持部材２８に直接接触させることなく、固着ガラス３０を利用して回折格子部材
２２を支持部材２８に固定するための手段が得られる。
【００２５】 本発明は、反射型ブラッグ回折格子２６をもつ光導波路回折格子部材２２及び
負熱膨張性支持部材２８を含む断熱化光導波路デバイス２０をさらに含み、光導
波路回折格子部材２２はアルミノケイ酸銅ガラス３０で支持部材２８に固定され
ている。アルミノケイ酸銅ガラスは基本的にＣｕ２Ｏ，Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２ からなることが好ましい。回折格子部材２２とアルミノケイ酸銅ガラス３０との
間につくられる最大応力は３ｋｐｓｉより小さいことが好ましい。アルミノケイ
酸銅ガラスのバッチ組成は基本的に、４８〜６７重量％のＳｉＯ２，１０〜１９
重量％のＡｌ２Ｏ３， ２０〜３８重量％のＣｕＯからなることが好ましく、５
０〜６５重量％のＳｉＯ２，１２〜１６重量％のＡｌ２Ｏ３，２４〜３４重量％
のＣｕＯからなることが最も好ましい。同様に、支持部材２８と接着剤体５６と
の間の熱膨張の不整合も、最小限に抑えることが好ましい。
【００２６】 図１〜３，６〜７，９〜１２に示されるように、本発明は第１末端５８及び遠
位の第２末端６０を有する負熱膨張性縦長体基板３８を含む光導波路デバイス２
０を含み、基板３８は第１末端５８近くの第１中実インサート受入孔４６及び第
２末端６０近くの第２中実インサート受入孔４８を定めている。第１中実インサ
ート部材４０は第１中実インサート受入孔４６に受け入れられ、第２中実インサ
ート部材４２は第２中実インサート受入孔４８に受け入れられる。中実インサー
ト部材は低熱膨張材料からなり、中実インサートの材料は１×１０−７/℃〜１
０×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の熱膨張係数を有することが好ましい。縦長
の光導波路回折格子部材２２が張力をかけられて支持され、第１中実インサート
部材４０及び第２中実インサート部材４２に固定されて、負熱膨張性基板３８が
光導波路デバイス２０の温度上昇に相関して回折格子部材２２の張力を低める。
【００２７】 一実施形態においては、図１〜３に示されるように、第１及び第２中実インサ
ート４０及び４２が石英ガラスのようなシリカガラス、あるいはアルミノケイ酸
銅ガラスからなる。第１及び第２中実インサート４０及び４２の形状は、中実イ
ンサート受入孔に挿入されて、その中に保持され得るような寸法につくられた中
実材料の円筒である。回折格子部材２２は、１×１０−７/℃〜１０×１０−７/
℃(０℃〜３００℃)の範囲の線熱膨張係数を有する固着ガラスで第１及び第２中
実インサート４０及び４２に固定されることが好ましく、固着ガラスはアルミノ
ケイ酸銅ガラスからなることが好ましい。
【００２８】 縦長体基板３８は第１縦長チャネル６４を定める第１上面６２を含み、縦長の
光導波路回折格子部材２２は第１縦長チャネル６４とアライメントがとられ、好
ましくはチャネル６４内に受け入れられる。
【００２９】 図１〜３を参照すると、第１末端５８は第１端面６８を含み、第２末端６０は
第２端面７０を含む。第１端面６８は第１中実インサート受入孔４６を定め、第
１中実インサート受入孔４６は内径がＤの実質的に円筒形の孔からなる。第１中
実インサート部材４０は外径が実質的にＤに等しい中実円筒からなり、よって第
１中実円筒インサート部材は実質的に円筒形の中実インサート受入孔内に受け入
れられる。
【００３０】 図６を参照すれば、第１上面６２はさらに第１中実インサート受入孔４６を定
め、第１中実インサート受入孔４６は、第１末端５８から内側にあり第１縦長チ
ャネル６４に実質的に垂直な、第１中実インサート受入チャネルを含む。第１上
面６２は、第２末端６０から内側にあり第１縦長チャネル６４に実質的に垂直な
、第２中実インサート受入チャネルからなる、第２中実インサート受入孔４８を
定める。第１及び第２中実インサート部材４０及び４２は、１×１０−７/℃〜
１０×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の範囲の熱膨張係数を有するガラス、セラ
ミックまたはガラスセラミックからなることが好ましく、米国ニューヨーク州コ
ーニングのコーニング社(Corning Incorporated)から市販されているＵＬＥ(登
録商標)ガラスのような、チタンドープシリカガラスが最も好ましい。別の、好
ましいガラスセラミックは、ＺｒＴｉＯ４含有ＬｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２ガ
ラスセラミックのようなβ−石英固溶体アルミノケイ酸塩ガラスセラミックであ
り、その一例は米国ニューヨーク州コーニングのコーニング社からビジョンズ(
商標)(VisionsTM)調理用具として市販されている。第１及び第２中実インサート
部材４０及び４２並びに第１及び第２インサート受入孔４９及び４８は、断面が
テーパ付台形であり、インサート部材を滑り面から受入孔に滑り込ませ得ること
が好ましい。
【００３１】 図７に示されるように、第１及び第２中実インサート部材４０及び４２は溝７
２を含むことができ、導波路回折格子部材２２は中実インサート部材４０に固定
され、溝７２に受け入れられる。第１及び第２中実インサート部材４０及び４２
のいずれもが、縦長チャネル６４とアライメントをとられた溝７２を含むことが
好ましい。溝７２は、回折格子部材２２の直径と、セメント、フリットシール、
エポキシ樹脂または固着ガラス３０からなっていてよい薄膜接着剤で回折格子部
材２２が中実インサート部材４０に固定されるような関係にある寸法につくられ
ることが好ましい。
【００３２】 図９〜１２を参照すると、第１及び第２中実インサート部材４０及び４２は図
６〜７の中実インサート部材に関して述べたようなガラス、セラミックまたはガ
ラスセラミックからなることが好ましい。図９〜１６において、縦長チャネル６
４は負熱膨張性縦長体基板３８の中心を貫通するチャネルからなり、よって基板
３８は管構造で利用される。図９〜１０，１３〜１６において、縦長中心チャネ
ル６４はスロット切削により与えることができる。図１１〜１２において、縦長
中心チャネル６４は基板３８を貫通する孔を中ぐりすることにより与えることが
できる。スロット型中心チャネル６４はファイバを孔に通す必要がない点で有利
である。図９〜１６において、ファイバ受入溝７２は、同様の、中実インサート
部材を通る中心チャネルからなる。
【００３３】 図９〜１０において、中実インサート受入孔４６及び４８はくさび形中実イン
サート部材４０及び４２を受け入れるための多角形の断面を有する。くさび形中
実インサート部材４０及び４２の形状は、ピラミッド形を含むことが好ましい。
ピラミッド形の多角形底面及び幾何学的寸法により、くさびの有用なアライメン
ト及び固定が得られる。図９〜１０において、光導波路回折格子部材２２は、図
７への参照で利用したような薄膜接着剤により、中心チャネル溝７２の長さに沿
ってくさび形中実インサート部材に接着される。接着剤はファイバ及び中心チャ
ネルに沿って流れ／排出されるウィッキング接着剤であることが好ましい。図９
〜１０において、インサート部材４２の中心チャネル７２はスロット型中心チャ
ネルであり、インサート部材４０の中心チャネル７２は中ぐり中心チャネルであ
る。
【００３４】 図１１〜１２において、中実インサート部材４０は中心チャネルをもつ中実円
柱であり、中実インサート部材４２は中心チャネルをもつ中実球である。図９〜
１０について述べたように、図１１〜１２においても回折格子部材２２を中実イ
ンサート部材に接着することができるが、中実インサート部材の少なくとも１つ
に、固定のために中実固定アンカー部材１５４を用いることが好ましい。図１１
〜１２に示されるように、第１中実インサート部材４０は中心チャネル溝７２及
び光導波路回折格子部材２２に接着された第１中実固定アンカー部材１５４を含
み、第１中実固定アンカー部材１５４は、張力がかけられている回折格子部材２
２が第１中実インサート部材４０に物理的に固定されるように、インサート部材
４０に接しまた中心チャネル７２の直径より大きい。同様に、第２中実インサー
ト部材４２が中実固定アンカー部材１５４を用いて回折格子部材２２に固定され
る。中実固定アンカー部材１５４は中心中ぐり孔を有するビーズからなることが
でき、ビーズは回折格子部材２２に接着される。中実固定アンカー部材１５４は
、固化接着剤体からなることもできる。そのような固化接着剤体は、図５の固定
アンカー部材２４の形成と同様に、固化する接着剤体を用いて回折格子部材２２
上に形成することができる。回折格子部材２２には張力がかけられているから、
中実固定アンカー部材１５４は中実インサート部材に物理的に固定される。回折
格子部材２２を中実インサート部材にそのように物理的に固定することにより、
回折格子部材２２にさらに張力を加えることがある、強度／信頼性保証試験を組
立後のデバイスに行うことができる。好ましい実施形態において、回折格子部材
２２を中実インサート部材の１つに接着し、中実固定アンカー部材１５４でもう
１つの中実インサート部材に物理的に固定することができる。中実固定アンカー
部材１５４をそのように使用することにより、前記中実インサート部材からアン
カー部材１５４が離れるように回折格子部材２２を引っ張ることができる。これ
により、組立が完了したデバイス２０の、回折格子部材２２にさらに張力を加え
ることによる強度／信頼性の非破壊試験方法が与えられる（試験張力はデバイス
の想定通常使用時に受ける張力をこえる）。
【００３５】 本発明はさらに、第１末端、遠位の第２末端及び中心チャネルをもつ一体負熱
膨張性縦長体基板、中心チャネルをもつ第１中実部材、及び中心チャネルをもつ
第２中実部材を含む光導波路デバイスを含み、第１中実部材が第１末端に隣接し
、第２中実部材が第２末端に隣接し、縦長の光導波路回折格子部材が基板中心チ
ャネル、第１中実部材中心チャネル及び第２中実部材チャネルに受け入れられ、
張力をかけられて支持されて、第１中実部材及び第２中実部材に固定され、よっ
て負熱膨張性基板がデバイスの温度上昇に相関して前記張力を低める。図１３〜
１６のデバイスに示されるように、基板３８は第１末端５８，第２末端６０及び
中心チャネル６４を含む。第１中実部材４０は基板３８の第１末端５８に隣接す
る。第２中実部材４２は第２末端６０に隣接する。球形の第１中実部材４０はフ
ァイバ受入中心チャネル７２を含む。平板形の第２中実部材４２はファイバ受入
中心チャネル７２を含む。縦長の光導波路ファイバブラッグ回折格子部材２２が
、中心チャネル６４並びに中実部材４０及び４２の中心チャネル７２に受け入れ
られる。回折格子部材２２は張力をかけられて支持され、中実部材４０及び４２
に固定される。回折格子部材２２は中実固定アンカー部材１５４で第１中実部材
４０に物理的に固定される。回折格子部材２２は、アルミノケイ酸銅ガラスのよ
うな接着剤、好ましくは薄膜接着剤により中心チャネル７２の内側で第２中実部
材４２に固定される。中実部材４０及び４２は、基板３８のそれぞれの末端に押
し付けられた状態にあり、最終組立／固定の前に、第１末端５８に加えて第２末
端６０でもデバイス２０の耐力試験を行うことができる。耐力試験後、中実部材
４２と基板３８との界面２０２及び中実部材４０と基板３８との界面２０１に接
着剤が与えられる。界面２０１及び２０２の接着剤、例えばエポキシ樹脂はデバ
イスを保護し、中実部材４０及び４２を基板３８に接着する。本発明は：光回折
格子部材２２を提供し；第１末端５８及び第２末端６０を有する負熱膨張性縦長
基板３８を提供し；基板３８に中心チャネル６４を形成し；第１中実部材４０を
第１末端５８に隣接させ；第２中実部材４２を第２末端６０に隣接させ；ここで
第１中実部材４０は中心チャネル７２を有し、また第２中実部材４２は中心チャ
ネルを有し；回折格子部材２２に張力をかけ；回折格子部材２２を第１中実部材
４０に物理的に固定し；回折格子部材２２を第２中実部材４２に接着することに
よる、光導波路デバイス２０の作製方法を含む。
【００３６】 本発明は光導波路デバイス２０の作製方法をさらに含む。本発明は：光導波路
回折格子部材２２を提供する工程；負熱膨張性支持部材２８を提供する工程；回
折格子部材２２に張力をかける工程；及び回折格子部材２２をアルミノケイ酸銅
ガラスで負熱膨張性支持部材２８に固定する工程を含む、光導波路デバイス２０
の作製方法を含む。回折格子部材を支持部材に固定する方法は、支持部材に固定
される接着剤体内に後に保持される中間アンカー部材をアルミノケイ酸銅ガラス
で形成する工程を含むことができる。回折格子部材を支持部材に固定する方法は
、中実固定アンカー部材で物理的に固定する工程を含むことができる。
【００３７】 さらに、本発明は張力をかけられて支持される光導波路回折格子部材を含む光
導波路デバイスを含み、光導波路回折格子部材はアルミノケイ酸銅ガラスで負熱
膨張性基板に接着される。Ｃｕ２Ｏ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２固着ガラス部材は、負
熱膨張性β−ユークリプタイト支持部材に直接にとめ付けることができる。負熱
膨張性支持部材への固着ガラス部材のそのような直接接着を、中間インサート部
材に固着ガラス部材を接着する代わりに用いることができる。アルミノケイ酸銅
ガラスの高強度特性が光導波路ファイバ回折格子をβ−ユークリプタイトガラス
セラミックのような負熱膨張性基板に直接に接着するために特に有益である。図
８に示されるように、アルミノケイ酸銅ガラス３０で光ファイバ２４が負熱膨張
性基板β−ユークリプタイトガラスセラミック２８に直接に接着される。
【００３８】 本発明はさらに：光導波路回折格子部材２２を提供する工程；負熱膨張性基板
３８を提供する工程；第１及び第２インサート受入孔を負熱膨張性基板に形成す
る工程を含む、光導波路デバイス２０の作製方法を含む。本方法はさらに：第１
中実インサート部材を第１インサート受入孔に挿入する工程及び第２中実インサ
ート部材を第２インサート受入孔に挿入する工程；光導波路回折格子部材に張力
をかける工程；並びに挿入された第１中実インサート部材及び挿入された第２中
実インサート部材に光導波路回折格子部材を固定する工程を含む光導波路デバイ
ス２０の作製方法を含み、負熱膨張性基板が光導波路デバイスの温度上昇に相関
して光導波路回折格子部材の張力を低める。第１インサート受入孔の形成工程は
基板の第１末端に第１孔をドリルであける工程を含み、第２インサート受入孔の
形成工程は基板の第２末端に第２孔をドリルであける工程を含み、第１中実イン
サート部材の挿入工程は第１孔にシリカ円筒を挿入する工程を含む。挿入された
第１中実インサート部材に光導波路回折格子部材を固定する工程はさらに、挿入
された第１の中実インサート部材にアルミノケイ酸銅ガラスで回折格子部材を固
定する工程を含む。挿入された中実インサート部材に回折格子部材を固定する工
程は、中実固定アンカー部材で回折格子部材をインサート部材に物理的に固定す
る工程も含む。
【００３９】 固着ガラス３０は、非晶質Ｃｕ２Ｏ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２封止ガラスを光ファ
イバ２４に接触させて溶融し、次いで溶融ガラスを冷却して固着ガラス部材３０
を形成することにより得られた。光ファイバを石英ガラス基板にとめ付けるため
にアルミノケイ酸銅固着ガラス３０を用いた。ＣＯ２レーザまたは集束型高輝度
電球のような熱源を用いて溶融されるフリットペーストの形態で、アルミノケイ
酸銅固着ガラスの前駆体を得た。使用したアルミノケイ酸銅固着ガラスの一実施
形態は、米国オハイオ州トレド(Toledo)のセム−コム社(SEM-COM Company)から
入手した、熱膨張係数が約４.８×１０−７/℃のガラスコードＳＣＹ−２(銅ガ
ラスＲＺ−２)である。
【００４０】 一層好ましいアルミノケイ酸銅ガラスを、組成範囲が４８〜６７重量％のＳｉ
Ｏ２，１０〜１９重量％のＡｌ２Ｏ３，２０〜３８重量％のＣｕＯ，０〜４重量
％のＢｅ２Ｏ３のバッチから作製したが、以下の表１及び表２に開示したように
、最も好ましいバッチ組成範囲は、約６.８〜８.７×１０−７/℃の範囲の熱膨
張係数を有する、５０〜６５重量％のＳｉＯ２，１２〜１６重量％のＡｌ２Ｏ３ ，２４〜３４重量％のＣｕＯであった。５１.４重量％のＳｉＯ２，１４.５重量
％のＡｌ２Ｏ３，３４重量％のＣｕＯ(ガラス試料番号Ａ７)及び６０重量％のＳ
ｉＯ２，１２重量％のＡｌ２Ｏ３，２８重量％のＣｕＯ(ガラス試料番号Ｂ３)の
ようなバッチ組成が特に有用であった。
【００４１】
【表１】 表１の組成の試料は、ボールミルでバッチに混合し、白金るつぼに入れて１５
５０℃で６時間溶融し、次いで正方形のスラブにつくり、これを７５０℃でアニ
ールした。
【００４２】
【表２】 表２の組成の試料は、ボールミルでバッチに混合し、白金るつぼに入れて１５
５０℃で６時間溶融し、次いでパテにした。これにはアニールをしなかった。
【００４３】 表１に示されるように、バッチ内のＭｇＯの存在はガラスの熱膨張性を大きく
した。ガラス試料Ａ７は、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３及びＣｕＯからつくられた三成
分ガラスの熱膨張特性に関する有用性を示している。ガラス試料Ａ８は、少量(
約２重量％)のＢ２Ｏ３添加が熱膨張性をわずかしか高めないことを実証してい
る。少量(０〜３重量％)のＢ２Ｏ３添加により、熱膨張性を極端に高めることな
く封止温度を低めるというような有用なプロセス特性を、得られるガラスに与え
ることができる。結果として得られた、表１及び表２の有用な熱膨張特性をもつ
組成のガラスは、ガラスフリット加工工程、装置及び必要資材を用いてガラスフ
リットに形成できる。
【００４４】 Ｃｕ２Ｏ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２ガラスフリットを溶融することにより、固着ガ
ラスを形成した。張力をかけて光ファイバを石英ガラス基板にとめ付けるために
、固着ガラスを用いた。固着ガラスを６３倍に拡大して検査したが、石英ガラス
基板、光ファイバ、あるいは固着ガラス部材に割れは全く見られなかった。光フ
ァイバと固着ガラスとの間の応力を計算した結果は３ｋｐｓｉより小さかった。
【００４５】 張力をかけて光ファイバをβ−ユークリプタイトガラスセラミックでつくられ
た負熱膨張性基板に固定するために、アルミノケイ酸銅ガラスを用いた。β−ユ
ークリプタイトガラスセラミック基板の両端をコアドリル加工し、コアドリル加
工された孔にシリカケーン部材を挿入して光ファイバをシリカケーン部材に接着
できるようにした。適切な張力がかけられた光ファイバをアルミノケイ酸銅固着
ガラスがシリカケーン部材に固定し、負熱膨張性β−ユークリプタイト材が光フ
ァイバのブラッグ回折格子の温度で変動する光学特性を制御した。シリカケーン
部材は寸法がほぼ対応する基板孔に機械的にはめ込まれ、張力がかけられたファ
イバがシリカケーン部材の抜け落ちを抑えた。
【００４６】 本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明の光導波路デバイス及びその
作製方法に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。
したがって、本発明の改変及び変形が特許請求の範囲及びその等価物の範囲内に
入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図２】 図１に示されたデバイスの上面図
【図３】 図１に示されたデバイスの端面図
【図４】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図５】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図６】 本発明が具体化されたデバイスの斜視図
【図７】 図６に示されたデバイスの端面図
【図８】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図９】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図１０】 図９に示されたデバイスの端面図
【図１１】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図１２】 図１１に示されたデバイスの端面図
【図１３】 本発明が具体化されたデバイスの側面図
【図１４】 図１３に示されたデバイスの上面図
【図１５】 図１３に示されたデバイスの端面図
【図１６】 図１３に示されたデバイスの端面図
【符号の説明】
２０ 光導波路デバイス ２２ 光導波路回折格子部材 ２４ 光ファイバ ２６ 回折格子 ２８ 支持基板部材 ３０ 固着ガラス部材 ３８ 負熱膨張性基板 ４０，４２ 中実インサート部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ ，ＺＷ (72)発明者 ダニエルソン，ポール エス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング ウォール ストリート 269 (72)発明者 ディマーティノ，スティーヴン イー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14905 ウェスト エルミラ コールマン アヴ ェニュー 64 (72)発明者 ハギー，ヘンリー イー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870 ペインテッド ポスト フォックス レ イン ウェスト ５ (72)発明者 ウェディング，ブレント エム アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング イースト サード ストリ ート ３ Ｆターム(参考） 2H038 BA23 CA33 CA45 CA46 CA52 2H050 AC71 AC82 AC84 AD02

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光導波路デバイスにおいて、張力をかけられて支持された光
    導波路回折格子部材を含み、前記光導波路回折格子部材は支持部材に固定され、
    前記支持部材が前記光導波路回折格子部材格子及び前記支持部材の温度上昇に相
    関して前記張力を低め、前記光導波路回折格子部材は約１×１０−７/℃〜１０
    ×１０−７/℃(０℃〜３００℃)の範囲の線熱膨張係数を有する固着ガラス部材
    で前記支持部材に固定されることを特徴とする光導波路デバイス。
  2. 【請求項２】 前記固着ガラスがアルミノケイ酸銅ガラスを含むことを特徴
    とする請求項１記載の光導波路デバイス。
  3. 【請求項３】 前記固着ガラスが４８〜６７重量％のＳｉＯ２、１０〜１９
    重量％のＡｌ２Ｏ３，２０〜３８重量％のＣｕＯ及び０〜４重量％のＢ２Ｏ３を
    含むことを特徴とする請求項１記載の光導波路デバイス。
  4. 【請求項４】 前記固着ガラスが２×１０−７/℃〜９×１０−７/℃(０℃
    〜３００℃)の範囲の線熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１記載の光
    導波路デバイス。
  5. 【請求項５】 前記光導波路回折格子部材と前記固着ガラスとの間の応力が
    ３ｋｐｓｉ(約２.０７×１０７Ｐａ)より小さいことを特徴とする請求項１記載
    の光導波路デバイス。
  6. 【請求項６】 前記支持部材が負の熱膨張係数を有することを特徴とする請
    求項１記載の光導波路デバイス。
  7. 【請求項７】 前記支持部材が第１インサート部材及び第２インサート部材
    並びに第１インサート受入孔及び第２インサート受入孔を定める負熱膨張性中央
    部材を含み、前記第１インサート部材が前記第１インサート受入孔に受け入れら
    れて前記第１インサート受入孔内に保持され、前記第２インサート部材が前記第
    ２インサート受入孔に受け入れられて前記第２インサート受入孔内に保持される
    ことを特徴とする請求項６記載の光導波路デバイス。
  8. 【請求項８】 前記光導波路回折格子部材が前記第１インサート部材及び前
    記第２インサート部材に前記固着ガラスで固定されることを特徴とする請求項７
    記載の光導波路デバイス。
  9. 【請求項９】 前記固着ガラスが接着剤体内に束縛される中間固定アンカー
    部材を含み、前記接着剤体は前記支持部材に固着されることを特徴とする請求項
    １記載の光導波路デバイス。
  10. 【請求項１０】 光導波路デバイスの作製方法において、前記方法が：光導
    波路回折格子部材を提供する工程；負熱膨張性支持部材を提供する工程；前記光
    導波路回折格子部材に張力をかける工程；及び前記光導波路回折格子部材を前記
    負熱膨張性支持部材にアルミノケイ酸銅ガラスで固定する工程を含むことを特徴
    とする方法。
  11. 【請求項１１】 前記固定工程が前記アルミノケイ酸銅ガラスで中間アンカ
    ー部材を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 光導波路デバイスにおいて： 第１末端及び遠位の第２末端を有する単体の負熱膨張性縦長体基板；前記基板
    は前記第１末端近くの第１中実インサート受入孔及び前記第２末端近くの第２中
    実インサート部材受入孔を定める； 第１中実インサート部材；前記第１中実インサート部材は前記第１中実インサ
    ート受入孔内に受け入れられる； 第２中実インサート部材；前記第２中実インサート部材は前記第２中実インサ
    ート受入孔内に受け入れられる；及び 張力をかけられて支持された縦長の光導波路回折格子部材；前記光導波路回折
    格子部材は前記第１中実インサート部材及び前記第２中実インサート部材に固定
    される； を含み、前記負熱膨張性基板が前記光導波路デバイスの温度上昇に相関して前記
    張力を低めることを特徴とする光導波路デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記第１インサート受入孔形成が前記基板の前記第１末端
    における第１孔のドリル加工を含み、前記第２インサート受入孔形成が前記基板
    の前記第２末端における第２孔のドリル加工を含み、前記第１中実インサート部
    材挿入が前記第１孔へのシリカ円筒の挿入を含み、前記光導波路回折格子部材の
    前記挿入された第１中実インサート部材への前記固定が前記光導波路回折格子部
    材の前記挿入された第１中実インサートへのアルミノケイ酸銅ガラスによる固定
    を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 張力をかけられて支持された光導波路回折格子部材を含み
    、前記光導波路回折格子部材が負熱膨張性基板にアルミノケイ酸銅ガラスで接着
    されることを特徴とする光導波路デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記負熱膨張性基板がβ−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１４記載の光導波路デバイス。
  16. 【請求項１６】 前記負熱膨張性基板がタングステン酸ジルコニウムセラミ
    ックを含むことを特徴とする請求項１４記載の光導波路デバイス。
  17. 【請求項１７】 前記アルミノケイ酸銅ガラスが４８〜６７重量％のＳｉＯ ２ 、１０〜１９重量％のＡｌ２Ｏ３，２０〜３８重量％のＣｕＯ及び０〜４重量
    ％のＢ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項１４記載の光導波路デバイス。
  18. 【請求項１８】 光導波路デバイスにおいて： 第１末端及び遠位の第２末端を有する単体の負熱膨張性縦長体基板；前記基板
    は中心チャネルを定める； 前記第１末端に隣接する第１中実部材；前記第１中実部材は中心チャネルを定
    める； 前記第２末端に隣接する第２中実部材；前記第２中実部材は中心チャネルを定
    める；及び 前記基板中心チャネル、前記第１中実部材中心チャネル及び前記第２中実部材
    中心チャネルに受け入れられた縦長の光導波路回折格子部材；前記回折格子部材
    は張力をかけられて支持され、前記光導波路回折格子部材は前記第１中実部材及
    び前記第２中実部材に固定される； を含み、前記負熱膨張性基板が前記光導波路デバイスの温度上昇に相関して前記
    張力を低めることを特徴とする光導波路デバイス。
  19. 【請求項１９】 光導波路デバイスの作製方法において、前記方法が： 光導波路回折格子部材を提供する工程； 第１末端及び第２末端を有する負熱膨張性縦長基板を提供する工程； 前記負熱膨張性基板に中心チャネルを形成する工程； 第１中実部材を前記第１末端に隣接させる工程；前記第１中実部材は中心チャ
    ネルを有する； 第２中実部材を前記第２末端に隣接させる工程；前記第２中実部材は中心チャ
    ネルを有する； 前記光導波路回折格子部材に張力をかける工程； 前記光導波路回折格子部材を前記第１中実部材に物理的に固定する工程；及び 前記回折格子部材を前記第２中実部材に接着する工程； を含み、前記負熱膨張性基板が前記光導波路デバイスの温度上昇に相関して前記
    光導波路回折格子部材の前記張力を低めることを特徴とする方法。
JP2000581486A 1998-11-06 1999-09-30 断熱化光導波路回折格子デバイス Withdrawn JP2002529786A (ja)

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