JP2004102015A

JP2004102015A - 導波路型光合分波器

Info

Publication number: JP2004102015A
Application number: JP2002265339A
Authority: JP
Inventors: Hideki Namise; 南畝　秀樹; Satoru Takasugi; 高杉　哲
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】外部環境温度の変化の影響を受けない導波路型光合分波器を提供する。
【解決手段】導波路型光合分波素子２を筐体５内で浮いた状態になるように断熱材６ａ、６ｂで覆ったことにより、導波路型光合分波素子２を筐体５に固定する台座４が不要となる。このため、台座４を通して熱が筐体５の内外を伝導することが無くなり、導波路型光合分波素子２が熱的に筐体５外部と完全に遮断され、外部環境温度の変化の影響を受けることがなくなる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路からなる導波路型光合分波器には、筐体外部の温度変化に起因する光導波路内の温度ずれや応力変化等により、光学特性が所定の特性を損ねてしまうものがある。
【０００３】
図３は従来の導波路型光合分波器の構造図である。
【０００４】
導波路型光合分波素子２には光ファイバ１が接続され、導波路型光合分波素子２は接着剤により温度補償用のヒータ３の中央に固定されている。ヒータ３は複数（図では２本だけ示されているが限定されない。）の台座４の一端（図では上端）に接着固定され、台座４の他端（図では下端）は筐体５の底板に接着固定されている。筐体５内には断熱材６が埋め込まれている。ヒータ３の一方の端部（図では左端）には温度補償用の温度センサ７が接着固定されている。
【０００５】
この導波路型光合分波器８は図示しない制御手段により外部からヒータ３に電圧が供給され、温度センサ７で筐体５内の温度が検知され、筐体５内の温度が筐体５外部の温度変化の影響を受けないように制御されるようになっている。
【０００６】
導波路型光合分波器８は、ＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｏｎ　／Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｅｃｔｏｒ：国際電気通信連合）で規定された波長に帯域の中心（中心波長）が位置するように設計されている。このため、導波路型光合分波器８は中心波長の外部環境温度依存性が小さければ小さいほどＩＴＵ−Ｔで規定された波長からのずれが小さいことになり、これは信号を伝送する上で極めて望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４は図３に示した導波路型光合分波器の外部温度依存性を示す図であり、横軸は環境温度を示し、縦軸は中心波長変動を示す。
【０００８】
図４より、中心波長の外部環境温度依存性は、外部環境温度範囲（−５℃〜６５℃）において０．０１５ｎｍであることが分かる。これは、導波路型光合分波素子２自体の光学特性が、外部環境温度に依存した熱及び応力の二つの要因に依存して変化することによる。
【０００９】
ここで、外部環境温度からの断熱が不十分な場合、温度センサ７で検出される温度が所定の温度からずれると、筐体５内の温度分布が変化し、ヒータ３及び導波路型光合分波素子２の温度も設定値からずれてしまう。この温度ずれが光学特性を変化させ、中心波長の外部環境温度依存性を引き起こす。
【００１０】
また、外部環境温度依存性は、導波路型光合分波素子２に作用する応力が外部環境温度の変化に従い変化することにも起因する。
【００１１】
導波路型光合分波素子２を保持しているヒータ３、ヒータ３を固定する台座４及び台座４を保持する筐体５には、それぞれ固有の熱膨張（線膨張係数）に従い、外部環境温度の変化を受けた熱歪みが発生する。
【００１２】
導波路型光合分波素子２の内部ではこれらの熱歪みに対する応力が働き、導波路内部の応力状態が変化する。この応力変化が導波路型光合分波器８の光学特性を変化させ、中心波長の外部環境温度依存性の増大を引き起こすという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、外部環境温度の変化の影響を受けない導波路型光合分波器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、基板材料に石英ガラスまたはシリコンが用いられた導波路型光合分波素子を筐体内に配置した導波路型光合分波器において、導波路型光合分波素子を筐体内で浮いた状態になるように熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下の発泡プラスチックからなる断熱材で覆ったものである。
【００１５】
請求項１の発明によれば、導波路型光合分波素子を筐体内で浮いた状態になるように断熱材で覆ったことにより、導波路型光合分波素子を筐体に固定する台座が不要となる。このため、台座を通して熱が筐体の内外を伝導することが無くなり、導波路型光合分波素子が熱的に筐体外部と完全に遮断され、外部環境温度の変化の影響を受けることがなくなる。
【００１６】
請求項２の発明は、基板材料に石英ガラスまたはシリコンが用いられ、温度補償用のヒータ及び温度補償用の温度センサが設けられた導波路型光合分波素子を筐体内に配置した導波路型光合分波器において、導波路型光合分波素子を筐体内で浮いた状態になるように熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下の発泡プラスチックからなる断熱材で覆ったものである。
【００１７】
請求項２の発明によれば、導波路型光合分波素子を筐体内で浮いた状態になるように断熱材で覆ったことにより、温度補償用のヒータを筐体に固定する台座が不要となる。このため、台座を通して熱が筐体の内外を伝導することが無くなり、導波路型光合分波素子が熱的に筐体外部と完全に遮断され、外部環境温度の変化の影響を受けることがなくなる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、ヒータとして線膨張係数が５×１０^−６／Ｋ以下の材料を用いるのが好ましい。
【００１９】
請求項３の発明によれば、ヒータの線膨張係数と基板材料の線膨張係数との差が小さくなるので、ヒータの導波路型光合分波素子への熱応力の影響が減少する。
【００２０】
【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。
【００２１】
図１は本発明の導波路型光合分波器の一実施の形態を示す構造図である。なお、図３に示した導波路型光合分波器と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２２】
導波路型光合分波素子２には光ファイバ１が接続され、導波路型光合分波素子２は接着剤により温度補償用のヒータ３の中央に固定されている。ヒータ３の端部（図では左端）には温度補償用の温度センサ７が接着固定されている。
【００２３】
筐体５内の下側には熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下の発泡プラスチックからなる下側断熱材６ｂが配置されている。下側断熱材６ｂの上には導波路型光合分波素子２がヒータ３及び温度センサ７ごと載置されている。筐体５内の上側には導波路型光合分波素子２、ヒータ３及び温度センサ７を覆うように、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下の発泡プラスチックからなる上側断熱材６ａが配置されている。
【００２４】
すなわち、導波路型光合分波素子２は、筐体５内で浮いた状態になるように（従来例のように台座４による機械的な固定がされない状態で）両断熱材６ａ、６ｂで覆われている。両断熱材６ａ、６ｂは、断熱する機能を有すると共に、導波路型光合分波素子２を筐体５内に保持する機能を有する。
【００２５】
断熱材６ａ、６ｂの材質としては例えば熱伝導率が０．０２〜０．０３Ｗ／ｍＫの発泡フェノールを用いるのが好ましい。
【００２６】
ヒータ３の材料としては、例えば線膨張係数が５×１０^−６／Ｋの窒化アルミニウムを用いるのが好ましい。
【００２７】
導波路型光合分波素子２の線膨張係数は、基板材料が石英ガラスの場合は０．４×１０^−６／Ｋであり、基板材料がシリコンの場合は４×１０^−６／Ｋである。基板材料として石英ガラスやシリコンを用いることにより導波路型光合分波素子２とヒータ３との線膨張係数が略等しくなるので、熱応力による影響を抑えることができる。
【００２８】
筐体５の材質は、断熱性の観点から熱拡散がより小さい材料であるのが望ましく、金属よりもプラスチックを用いるのが好ましいことは言うまでもない。
【００２９】
この導波路型光合分波器１０は図示しない制御手段（例えばマイクロコンピュータ）により外部からヒータ３に電圧が供給され、温度センサ７で筐体５内の温度が検知され、筐体５内の温度が筐体５外部の温度変化の影響を受けないように制御されるようになっている。
【００３０】
図２は図１に示した導波路型光合分波器の中心波長の外部環境温度依存性を示す図であり、横軸が環境温度を示し、縦軸が中心波長変動を示す。
【００３１】
図２より、中心波長の外部環境温度依存性は、外部環境温度範囲（−５℃〜６５℃）の範囲内において０．００１ｎｍ以下であることが分かる。この結果は、図４に示した従来例と比べて１５分の１になっており、本発明の課題が解決されていることを明示している。
【００３２】
ここで、本実施の形態では導波路型光合分波器に温度補償用のヒータ等を設けた場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導波路型光合分波素子内に応力を発生させない構造であるとの観点から、温度補償用のヒータ３や温度センサ７等を用いない型のもの（温度無依存型光合分波器）に適用してもよい。
【００３３】
以上において、本発明によれば、
（１）外部環境温度が変化しても光学特性が変化しない導波路型光合分波器を実現することができる。
（２）従来技術と比較して、使用する部品（台座）の数を大幅に削減することができ、実使用におけるコストメリットが見い出せる。
（３）筐体材料の選定及び筐体内部の熱設計を最適化することで断熱層を薄くすることが可能であり、導波路型光部品の小型化が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、外部環境温度の変化の影響を受けない導波路型光合分波器の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路型光合分波器の一実施の形態を示す構造図である。
【図２】図１に示した導波路型光合分波器の中心波長の外部環境温度依存性を示す図である。
【図３】従来の導波路型光合分波器の構造図である。
【図４】図３に示した導波路型光合分波器の外部温度依存性を示す図である。
【符号の説明】
１　光ファイバ
２　導波路型光合分波素子
３　ヒータ
４　台座
５　筐体
６ａ、６ｂ　断熱材
７　温度センサ
１０　導波路型光合分波器

Claims

基板材料に石英ガラスまたはシリコンが用いられた導波路型光合分波素子を筐体内に配置した導波路型光合分波器において、上記導波路型光合分波素子を上記筐体内で浮いた状態になるように熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下の発泡プラスチックからなる断熱材で覆ったことを特徴とする導波路型光合分波器。
基板材料に石英ガラスまたはシリコンが用いられ、温度補償用のヒータ及び温度補償用の温度センサが設けられた導波路型光合分波素子を筐体内に配置した導波路型光合分波器において、上記導波路型光合分波素子を上記筐体内で浮いた状態になるように熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下の発泡プラスチックからなる断熱材で覆ったことを特徴とする導波路型光合分波器。
上記ヒータとして線膨張係数が５×１０^−６／Ｋ以下の材料を用いた請求項２に記載の導波路型光合分波器。