JP2003004956A - 温度補償型光ファイバグレーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部から力が加わったり局所的な温度変化が
生じたりする場合であっても、所望のブラッグ反射波長
を高精度に効率よく実現することが可能な温度補償型光
ファイバグレーティングを提供することを目的とする。 【解決手段】 光ファイバ１０のブラッググレーティン
グ部１２が取り付けられている略円柱状の温度補償用パ
ッケージ１４は、０．１０〜０．２５ｍｍのクリアラン
スを介して、ステンレスパイプからなる外部応力防止用
パッケージ２６に囲繞されている。そして、温度補償パ
ッケージ１４と外部応力防止用パッケージ２６との間の
クリアランスには、ヤング率が０．８〜２．０ＭＰａの
シリコン樹脂２８が局所的に充填され、温度補償パッケ
ージ１４を外部応力防止用パッケージ２６に固定すると
共に、両者間のクリアランスを一定に保持している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信の分野にお
いて使用される温度補償型光ファイバグレーティングに
係り、特にＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexin
g；波長分割多重）通信システムにおける波長選択性に
優れた単波長フィルタとして好適に使用される温度補償
型光ファイバグレーティングに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバに紫外光の干渉縞を照射する
ことにより、光ファイバのコアに光誘起屈折率変化を生
じさせて、光ファイバグレーティングを形成する方法が
知られている。この光ファイバグレーティングは、光フ
ァイバの軸方向に沿って、コアの実効屈折率が周期的に
変化しているものであり、グレーティング部の格子周期
とコアの実効屈折率から決定されるブラッグ反射波長を
中心とする比較的狭い波長域の光を反射する。このた
め、このような光ファイバグレーティングは、通常ブラ
ッググレーティングと呼ばれ、波長選択性に優れた単波
長フィルタとして使用される。

【０００３】ところで、このようなブラッググレーティ
ングにおいては、そのブラッグ反射波長λとグレーティ
ング周期Λ及びコアの実効屈折率ｎとの間に、 λ＝２ｎΛ なる関係が成立する。そして、グレーティング周期Λ及
びコアの実効屈折率ｎは共に温度依存性を有しているた
め、ブラッググレーティングのブラッグ反射波長λにも
温度依存性が生じる。例えばシリカベースのブラッググ
レーティングにおいては、ブラッグ反射波長λが約１５
５０ｎｍの場合に０．０１〜０．１５ｎｍ／℃程度の温
度依存性をもつことが知られている。従って、例えば
０．８ｎｍ間隔で波長多重を行う高密度ＷＤＭ通信シス
テムにおいてブラッググレーティングを単波長フィルタ
として使用するためには、ブラッグ反射波長λの温度依
存性を抑制することが必要になる。

【０００４】このようなブラッググレーティングにおけ
るブラッグ反射波長λの温度依存性を補償する手段とし
て、次のような温度補償用パッケージを使用した温度補
償型光ファイバグレーティングが提案されている。例え
ば特開平１０−９６８２７号公報や特開２０００−３４
７０４７号公報等に記載されているように、負の線膨張
係数を有する部材を用いた温度補償用パッケージや線膨
張係数の異なる２種類の部材を組み合わせた温度補償用
パッケージに光ファイバのブラッググレーティング部を
固定することにより、ブラッググレーティング部にかか
る張力に負の温度依存性を付与する。そして、この張力
の負の温度依存性によって、コアの実効屈折率ｎの正の
温度依存性を相殺する。こうして、ブラッグ反射波長λ
の温度依存性を補償する。

【０００５】なお、このような温度補償型光ファイバグ
レーティングにおいては、温度変化に応じてそのブラッ
ググレーティング部に引っ張り応力や圧縮応力がかかる
ため、例えば常温状態において温度補償用パッケージに
ブラッググレーティング部を取り付ける際に、予めブラ
ッググレーティング部に引っ張り応力を付与した状態で
低融点ガラス、金属ハンダ、接着剤などを用いて固定し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の温度補償型
光ファイバグレーティングにおいては、補償型光ファイ
バのブラッググレーティング部を温度補償用パッケージ
に取り付けた後に、温度補償用パッケージに外部から力
が加わると、ブラッググレーティング部を固定している
部材が変形するため、ブラッググレーティング部の張力
が変動する。このため、ブラッググレーティング部に設
定した所望のブラッグ反射波長にズレが生じるという問
題があった。

【０００７】また、線膨張係数の異なる２種類の部材を
組み合わせたハイブリッド構造の温度補償用パッケージ
の場合、外部からの熱が例えば１種類の部材部分のみに
伝わると、適正な温度補償機能が損なわれるため、やは
り所望のブラッグ反射波長にズレが生じるという問題が
あった。そこで本発明は、上記問題点を考慮してなされ
たものであり、外部から力が加わったり局所的な温度変
化が生じたりする場合であっても、所望のブラッグ反射
波長を高精度に効率よく実現することが可能な温度補償
型光ファイバグレーティングを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明に係る温度補償型光ファイバグレーティングによって
達成される。即ち、請求項１に係る温度補償型光ファイ
バグレーティングは、ブラッググレーティング部を有す
る光ファイバと、この光ファイバを内部に保持してブラ
ッググレーティング部の反射特性の温度依存性を補償す
る略円柱形状の温度補償用パッケージと、この温度補償
パッケージを所定のクリアランスを介して囲繞する外部
応力防止用パッケージとを具備することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係る
温度補償型光ファイバグレーティングを示す概略図であ
って、（ａ）は光ファイバの延伸方向に沿った部分断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図
２は図１の温度補償型光ファイバグレーティングの温度
補償用パッケージを示す概略図であって、（ａ）は光フ
ァイバの延伸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【００１０】図２に示されるように、本実施形態に係る
温度補償型光ファイバグレーティングに使用される光フ
ァイバ１０には、そのコアの実効屈折率が周期的に変化
しているブラッググレーティング部１２が設けらてい
る。また、この光ファイバ１０のブラッググレーティン
グ部１２の反射特性の温度依存性を補償する温度補償用
パッケージ１４は、例えば外径４．８ｍｍの略円柱形状
をなす台座部１６と、この台座部１６に設けられた溝内
に設置された梁部１８を有している。そして、台座部１
６の材料には、相対的に線膨張係数の小さいインバー３
６ＦＮが用いられ、梁部１８の材料には、相対的に線膨
張係数の大きいＡｌが用いられている。また、これら台
座部１６及び梁部１８の一方の端部は、固定部２０によ
って互いに固定されている。具体的には、この固定部２
０において、梁部１８の一方の端部に設けられた凸部１
８ａが台座部１６の一方の端部に設けられた凹部１６ａ
に嵌合され、互いに固定されている。また、これら台座
部１６及び梁部１８の他方の端部は互いに固定されてお
らず、環境温度の変化に応じてそれぞれに伸縮可能なよ
うになっている。

【００１１】このような温度補償用パッケージ１４に光
ファイバ１０のブラッググレーティング部１２が所定の
引っ張り応力を付与された状態で取り付けられている。
具体的には、ブラッググレーティング部１２を挟む光フ
ァイバ１０の２箇所が、梁部１８及び台座部１６の伸縮
可能な端部近傍にそれぞれ設けられた凸形状の接合部２
２ａ、２２ｂに、例えばＵＶ硬化型のエポキシ系の接着
剤２４を用いて架設固定されている。

【００１２】このため、例えば環境温度が上昇する場合
を想定すると、台座部１６及び梁部１８は共に伸張する
ものの、両者の線膨張係数の差によって２つの接合部２
２ａ、２２ｂ間の距離は短縮し、光ファイバ１０のブラ
ッググレーティング部１２にかかっている張力は緩むこ
とになる。即ち、ブラッググレーティング部１２にかか
る張力に負の温度依存性が付与されることになる。そし
て、この張力の負の温度依存性によって、ブラッググレ
ーティング部１２のコアの実効屈折率ｎの正の温度依存
性が相殺され、ブラッグ反射波長λの温度依存性が補償
される。

【００１３】また、図１に示されるように、この光ファ
イバ１０のブラッググレーティング部１２が取り付けら
れている外径４．８ｍｍの略円柱状の温度補償用パッケ
ージ１４は、例えば０．１０〜０．２５ｍｍのクリアラ
ンスを介して、例えば内径５．１ｍｍのステンレスパイ
プからなる外部応力防止用パッケージ２６に囲繞されて
いる。

【００１４】そして、温度補償パッケージ１４のインバ
ー３６ＦＮからなる台座部１６とステンレスパイプから
なる外部応力防止用パッケージ２６との間のクリアラン
スには、接合部材としてヤング率が０．８〜２．０ＭＰ
ａのシリコン樹脂２８が局所的に充填され、温度補償パ
ッケージ１４を外部応力防止用パッケージ２６に固定す
ると共に、両者間のクリアランスを一定に保持してい
る。即ち、シリコン樹脂２８のヤング率が０．８〜２．
０ＭＰａの範囲であれば、両者間のクリアランスを一定
に保持することが容易に可能である。逆に、シリコン樹
脂２８のヤング率がこの範囲外になると、例えば軟らか
過ぎてめり込み過ぎたり、硬過ぎて全くめり込まなかっ
たりして、両者間のクリアランスが不均一になる。

【００１５】また、温度補償用パッケージ１４の両端部
にも、接合部材としてのシリコン樹脂３０がそれぞれ塗
布されており、外部応力防止用パッケージ２６に固定す
る機能を果たしている。更に、外部応力防止用パッケー
ジ２６の両端部には、ゴムブーツ３２がそれぞれ取り付
けられており、シリコン樹脂３０を介して温度補償用パ
ッケージ２６の両端部を押圧している。

【００１６】このようにして、これら接合部材としての
シリコン樹脂２８、３０及びゴムブーツ３２により、温
度補償パッケージ１４を外部応力防止用パッケージ２６
の中空部内の所定の位置に０．１０〜０．２５ｍｍのク
リアランスをもって保持するようになっている。次に、
本実施形態に係る温度補償型光ファイバグレーティング
の製造方法を説明する。

【００１７】先ず、光ファイバ１０のブラッググレーテ
ィング部１２を温度補償用パッケージ１４に取り付け
る。即ち、常温において、ブラッググレーティング部１
２を挟む光ファイバ１０の２箇所を、温度補償用パッケ
ージ１４の台座部１６及び梁部１８の伸縮可能な端部近
傍の接合部２２ａ、２２ｂにＵＶ硬化型のエポキシ系の
接着剤２４を用いて架設固定する。このとき、ブラッグ
グレーティング部１２に所定の引っ張り応力が付与され
るように留意する。

【００１８】次いで、この光ファイバ１０のブラッググ
レーティング部１２を取り付けた外径４．８ｍｍの略円
柱状の温度補償用パッケージ１４を内径５．１ｍｍのス
テンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ２６
に挿入する。そして、外部応力防止用パッケージ２６と
温度補償パッケージ１４の台座部１６との間のクリアラ
ンスに、接合部材としてヤング率が０．８〜２．０ＭＰ
ａのシリコン樹脂２８を局所的に充填すると共に、温度
補償用パッケージの両端部にも、同様のシリコン樹脂３
０をそれぞれ塗布する。こうして、温度補償パッケージ
１４を外部応力防止用パッケージ２６に固定すると共
に、両者間のクリアランスを０．１０〜０．２５ｍｍに
保持する。

【００１９】次いで、外部応力防止用パッケージ２６の
両端部に、ゴムブーツ３２をそれぞれ取り付け、シリコ
ン樹脂３０を介して温度補償用パッケージ２６の両端部
を押圧する。こうして、これら接合部材としてのシリコ
ン樹脂２８、３０及びゴムブーツ３２により、温度補償
パッケージ１４を外部応力防止用パッケージ２６の中空
部内の所定の位置に０．１０〜０．２５ｍｍのクリアラ
ンスをもって保持する。

【００２０】このように本実施形態に係る温度補償型光
ファイバグレーティングによれば、光ファイバ１０のブ
ラッググレーティング部１２が取り付けられている温度
補償用パッケージ１４がステンレスパイプからなる外部
応力防止用パッケージ２６に０．１０〜０．２５ｍｍの
クリアランスを介して囲繞されている２重パッケージ構
造となっていることにより、外部から力が加わっても、
その外力が温度補償用パッケージ１４にまで及ぶことは
なく、ブラッググレーティング部を固定している台座部
１６及び梁部１８が変形することは防止される。このた
め、ブラッググレーティング部１２の張力の変動に起因
する波長のズレがなくなり、所望のブラッグ反射波長λ
を常に得ることができる。

【００２１】また、温度補償用パッケージ１４が線膨張
係数の異なる２種類の材料からなる台座部１６及び梁部
１８を組み合わせたハイブリッド構造であっても、ステ
ンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ２６は
熱伝導が悪く、且つこの外部応力防止用パッケージ２６
と温度補償用パッケージ１４との間には０．１０〜０．
２５ｍｍのクリアランスがあることにより、外部からの
熱が直接に温度補償用パッケージ１４の一部分のみに伝
わることはなくなる。このため、温度補償用パッケージ
１４による適正な温度補償機能が発揮され、波長のズレ
がなくなり、所望のブラッグ反射波長λを常に得ること
ができる。

【００２２】また、この外部応力防止用パッケージ２６
と温度補償用パッケージ１４との間のクリアランスの存
在により、耐衝撃性も向上する。更に、一般にヤング率
が大きいほど一定の応力によって生じる歪みは小さくな
る傾向にあるが、温度補償パッケージ１４をステンレス
パイプからなる外部応力防止用パッケージ２６の中空部
内の所定の位置に保持し固定する接合部材として、ヤン
グ率が０．８〜２．０ＭＰａのシリコン樹脂２８、３０
を使用していることも、外力の温度補償用パッケージ１
４への波及を防止し、耐衝撃性を向上することに寄与し
ている。

【００２３】なお、上記実施形態において、温度補償用
パッケージ１４と外部応力防止用パッケージ２６との間
のクリアランスは０．１０〜０．２５ｍｍとしている
が、本発明者らの実験によれば、両者間のクリアランス
を０．１０ｍｍ未満に制御し、且つ両者が直接に接触し
ないようにすることは製造プロセス上多くの手間を要
し、生産性の低下を招く恐れを生じた。反面、両者間の
クリアランスを０．２５ｍｍより大きくしても、その効
果に変わりはなく、温度補償型光ファイバグレーティン
グの外形をむやみに大きくするだけの結果となった。

【００２４】また、ここでは、線膨張係数の異なる２種
類の部材であるインバー３６ＦＮ及びＡｌを用いた台座
部１６及び梁部１８を組み合わせたハイブリッド構造の
温度補償用パッケージ１４を使用しているが、この代わ
りに、他の種類の部材を組み合わせた各種のハイブリッ
ド構造の温度補償用パッケージを使用してもよいし、負
の線膨張係数を有する１種類の部材を用いた温度補償用
パッケージを使用してもよい。

【００２５】また、温度補償パッケージ１４を外部応力
防止用パッケージ２６の中空部内の所定の位置に保持し
固定する接合部材としてのシリコン樹脂３０を温度補償
用パッケージ２６の両端部にそれぞれ塗布しているが、
このシリコン樹脂３０を使用しなくてもよい。例えば図
３に示されるように、温度補償用パッケージ１４の両端
部にシリコン樹脂を塗布する代わりに、形状に改良を加
えたゴムブーツ３４を外部応力防止用パッケージ２６の
両端部にそれぞれ取り付け、これらのゴムブーツ３４に
よって直接に温度補償用パッケージ１４の両端部を押圧
してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る温度補償型光ファイバグレーティングによれば、以
下の効果を奏することができる。即ち、請求項１に係る
温度補償型光ファイバグレーティングによれば、光ファ
イバのブラッググレーティング部が取り付けられている
温度補償用パッケージが外部応力防止用パッケージに囲
繞されている２重パッケージ構造となっているため、外
部から力が加わっても温度補償用パッケージにまで及ぶ
ことはなくなり、ブラッググレーティング部の張力の変
動に起因する波長のズレのない所望のブラッグ反射波長
を常に高精度に効率よく得ることができる。また、耐衝
撃性を向上することもできる。

【００２７】更に、温度補償用パッケージが線膨張係数
の異なる２種類の材料を組み合わせた部材を用いたハイ
ブリッド構造であっても、外部からの熱が直接に温度補
償用パッケージの一部分のみに伝わることはなくなり、
温度補償用パッケージによる適正な温度補償がなされる
ため、波長のズレがない所望のブラッグ反射波長を常に
高精度に効率よく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る温度補償型光ファイ
バグレーティングを示す概略図であって、（ａ）は光フ
ァイバの延伸方向に沿った部分断面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ線断面図である。

【図２】図１の温度補償型光ファイバグレーティングの
温度補償用パッケージを示す概略図であって、（ａ）は
光ファイバの延伸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図で
ある。

【図３】本発明の一変形例に係る温度補償型光ファイバ
グレーティングを示す概略図である。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ １２ ブラッググレーティング部 １４ 温度補償用パッケージ １６ 台座部 １６ａ 台座部の凹部 １８ 梁部 １８ａ 梁部の凸部 ２０ 固定部 ２２ａ、２２ｂ 接合部 ２４ 接着剤 ２６ 外部応力防止用パッケージ ２８、３０ シリコン樹脂 ３２、３４ ゴムブーツ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 寿彦 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 BA25 CA52 2H050 AB05X AC84 AD00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラッググレーティング部を有する光フ
   ァイバと,前記光ファイバを内部に保持して前記ブラッ
   ググレーティング部の反射特性の温度依存性を補償する
   略円柱形状の温度補償用パッケージと、 前記温度補償パッケージを所定のクリアランスを介して
   囲繞する外部応力防止用パッケージとを具備することを
   特徴とする温度補償型光ファイバグレーティング。
2. 【請求項２】 前記温度補償パッケージと前記外部応力
   防止用パッケージとの間のクリアランスが、０．１０ｍ
   ｍ以上０．２５ｍｍ以下である、請求項１記載の温度補
   償型光ファイバグレーティング。
3. 【請求項３】 前記外部応力防止用パッケージが、ステ
   ンレスパイプからなる、請求項１記載の温度補償型光フ
   ァイバグレーティング。
4. 【請求項４】 前記温度補償パッケージが、前記外部応
   力防止用パッケージの中空部内に、ヤング率が０．８Ｍ
   Ｐａ以上２．０ＭＰａ以下の接合部材によって固定され
   ている、請求項１記載の温度補償型光ファイバグレーテ
   ィング。
5. 【請求項５】 前記接合部材が、シリコン樹脂である、
   請求項４記載の温度補償型光ファイバグレーティング。