JP2004295156A - Temperature compensation device for optical communication - Google Patents

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高宏 俣野
Akihiko Sakamoto
明彦 坂本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature compensation device for optical communication which can be miniaturized, has a simple machinery and has a satisfactory temperature compensation effect. <P>SOLUTION: In the temperature compensation device for optical communication, an inner hole is formed on a prescribed part of a substrate having a negative thermal expansion coefficient of -10 to -120×10<SP>-7</SP>/°C in the temperature range of -40 to 100°C, the substrate having the negative thermal expansion coefficient precipitates a β-eucryptite crystal or β-quartz solid solution crystal, a large number of micro cracks are formed in the crystals and optical components having a positive thermal expansion coefficient penetrates the inner hole so as to be fixed at two points or more or on the whole surface. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、負の熱膨張係数を有する基材を使用した光通信用温度補償デバイスに関するものである。   The present invention relates to a temperature compensation device for optical communication using a substrate having a negative coefficient of thermal expansion.

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。   With the advance of optical communication technology, networks using optical fibers are being rapidly developed. In networks, wavelength multiplexing technology for transmitting light of a plurality of wavelengths collectively has been used, and wavelength filters, couplers, waveguides, and the like are becoming important devices.

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来すものがあるため、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。   Some devices of this type change their characteristics depending on the temperature and hinder outdoor use.Therefore, a technology that keeps the characteristics of such devices constant regardless of the temperature change, the so-called temperature There is a need for compensation technology.

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を形成したデバイスであり、下記の数1の式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。   A typical optical communication device requiring temperature compensation is a fiber Bragg grating (hereinafter, referred to as FBG). The FBG is a device in which a so-called grating is formed in a portion having a refractive index change in a lattice shape in the core of an optical fiber, and reflects light of a specific wavelength according to the relationship shown in the following equation (1). Has features. For this reason, it has been drawing attention as an important optical device in an optical communication system of a wavelength division multiplex transmission system in which optical signals having different wavelengths are multiplexed and transmitted via one optical fiber.

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。   Here, λ is the reflection wavelength, n is the effective refractive index of the core, and Λ is the lattice spacing of the portion where the refractive index is changed in a lattice.

しかしながら、このようなFBGは、その周囲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数1の式を温度Tで微分して得られる下記の数2の式で示される。   However, such an FBG has a problem that the reflection wavelength fluctuates when the ambient temperature changes. The temperature dependence of the reflection wavelength is expressed by the following equation (2) obtained by differentiating the equation (1) with the temperature (T).

この数2の式の右辺第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。 (∂Λ / ∂T) / Λ in the second term on the right side of the equation (2) corresponds to the coefficient of thermal expansion of the optical fiber, and its value is about 0.6 × 10 −6 / ° C. On the other hand, the first term on the right side is the temperature dependence of the refractive index of the core of the optical fiber, and its value is about 7.5 × 10 −6 / ° C. In other words, it can be seen that the temperature dependence of the reflection wavelength depends on both the change in the refractive index of the core portion and the change in the lattice spacing due to thermal expansion, but most of the time is due to the temperature change in the refractive index.

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。   As a means for preventing such a change in the reflection wavelength, a method is known in which a tension corresponding to a temperature change is applied to the FBG to change a lattice interval, thereby canceling a component caused by a change in the refractive index. .

この方法の具体例としては、例えば熱膨張係数の小さい合金や石英ガラス等の材料と熱膨張係数の大きなアルミニウム等の金属とを組み合わせた温度補償用部材にFBGを固定する方法が提案されている。すなわち、図5に示すように、熱膨張係数の小さいインバー(商標)棒10の両端にそれぞれ熱膨張係数の比較的大きいAlブラケット11a、11bを取り付け、これらのブラケット11a、11bに、留め金12a、12bを用いて光ファイバ13を所定の張力で引っ張った状態で固定するようにしている。この時、光ファイバ13のグレーティング部分13aが2つの留め金12a、12bの中間にくるようにする。   As a specific example of this method, there has been proposed a method of fixing the FBG to a temperature compensating member in which a material such as an alloy or a quartz glass having a small thermal expansion coefficient and a metal such as an aluminum having a large thermal expansion coefficient are combined. . That is, as shown in FIG. 5, Al brackets 11a and 11b having a relatively large thermal expansion coefficient are attached to both ends of an Invar (trademark) rod 10 having a small thermal expansion coefficient, and a clasp 12a is attached to these brackets 11a and 11b. , 12b to fix the optical fiber 13 in a state of being pulled by a predetermined tension. At this time, the grating portion 13a of the optical fiber 13 is located between the two clasps 12a and 12b.

この状態で周囲温度が上昇すると、Alブラケット11a、11bが伸張し、2つの留め金12a、12b間の距離が短縮するため、光ファイバ13のグレーティング部分13aに印加されている張力が減少する。一方、周囲温度が低下するとAlブラケット11a、11bが収縮し、2つの留め金12a、12b間の距離が増加するため、光ファイバ13のグレーティング部分13a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。   When the ambient temperature rises in this state, the Al brackets 11a and 11b expand, and the distance between the two clasps 12a and 12b decreases, so that the tension applied to the grating portion 13a of the optical fiber 13 decreases. On the other hand, when the ambient temperature decreases, the Al brackets 11a and 11b contract, and the distance between the two clasps 12a and 12b increases, so that the tension applied to the grating portion 13a of the optical fiber 13 increases. As described above, the lattice spacing of the grating portion can be adjusted by changing the tension applied to the FBG in accordance with the temperature change, thereby canceling the temperature dependence of the reflection center wavelength.

しかしながら、このような温度補償装置は、機構的に複雑になり、その取り扱いが難しいという問題がある。   However, there is a problem that such a temperature compensating device is mechanically complicated and difficult to handle.

そこで上記の問題を解消する方法として、WO97/26572には、図6に示すように、予め板状に成形した原ガラス体を熱処理することによって結晶化し、負の熱膨張係数を有するガラスセラミック基板14に、FBG15を固定することによってFBG15の張力をコントロールする方法が示されている。尚、図3中、16はグレーティング部分、17は接着固定部、18は錘を示している。
国際公開第97/26572号パンフレット 特開平10−96827号公報 特開平8−286040号公報
As a method for solving the above-mentioned problem, WO97 / 26572 discloses a glass ceramic substrate having a negative coefficient of thermal expansion which is crystallized by heat-treating a raw glass body previously formed into a plate shape as shown in FIG. FIG. 14 shows a method of controlling the tension of the FBG 15 by fixing the FBG 15. In FIG. 3, reference numeral 16 denotes a grating portion, 17 denotes an adhesive fixing portion, and 18 denotes a weight.
WO 97/26572 pamphlet JP-A-10-96827 JP-A-8-286040

WO97/26572に開示の方法は、単一部材で温度補償が行えるため、機構的に簡単であり、取り扱いが容易であるという利点はあるが、ガラスセラミック基板15の片面にFBG15を接着しているため、温度変化による基板の膨張時に基板が反らないように厚みを大きくすることが要求される。   The method disclosed in WO97 / 26572 has the advantage of being mechanically simple and easy to handle because temperature compensation can be performed with a single member, but the FBG 15 is bonded to one surface of the glass ceramic substrate 15. Therefore, it is required to increase the thickness so that the substrate does not warp when the substrate expands due to a temperature change.

またこのような基板14を、他のデバイスと接続するには、別途コネクタが必要となり、その結果、接続部が増え、光損失が大きくなったり、デバイスコストが高くなったり、デバイスが大きくなるといった問題がある。   In order to connect such a substrate 14 to another device, a separate connector is required. As a result, the number of connection parts increases, light loss increases, device cost increases, and the device increases. There's a problem.

また上記以外にも、特開平10−96827号公報には、Zr−タングステン酸塩系、またはHf−タングステン酸塩系からなる負の熱膨張係数を有する温度補償用部材が開示されているが、これらの原料は非常に高価であり、工業製品としての実用化は困難である。   In addition to the above, JP-A-10-96827 discloses a temperature compensating member having a negative coefficient of thermal expansion composed of a Zr-tungstate-based or Hf-tungstate-based, These raw materials are very expensive, and practical use as industrial products is difficult.

さらに特開平8−286040号公報には、ガラスファイバよりも熱膨張係数の小さい温度補償用部材(固定部材)が開示され、この温度補償用部材は、石英ガラスの熱膨張係数である5.5×10-7/℃より小さい正の熱膨張係数の材料、熱膨張係数がゼロ及び負の材料から作製されるが、十分な負の熱膨張係数を有する温度補償部材は全く示唆されていない。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-286040 discloses a temperature compensating member (fixing member) having a smaller coefficient of thermal expansion than glass fiber, and the temperature compensating member has a coefficient of thermal expansion of 5.5 of quartz glass. It is made of a material having a positive coefficient of thermal expansion of less than × 10 -7 / ° C, and a material having a zero or negative coefficient of thermal expansion, but no temperature compensating member having a sufficiently negative coefficient of thermal expansion is suggested.

すなわち特開平8−286040号公報では、ガラスファイバよりも熱膨張係数の小さい温度補償用部材を使用すれば、恰も十分な温度補償の作用が得られるかの如く記載されているが、このような理解は全くの誤りである。つまり上記した数1の式から明らかなように、温度補償用部材として正の熱膨張係数の材料を使用しても、十分な温度補償の作用は得られないし、また具体的な材料として熱膨張係数がほぼゼロである日本電気硝子(株)製のネオセラムN−0が示されているが、このネオセラムN−0であっても、負の熱膨張係数が小さすぎるため十分な温度補償の作用は得られない。   In other words, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-286040 describes that if a temperature compensating member having a smaller coefficient of thermal expansion than a glass fiber is used, a sufficient temperature compensating function can be obtained. Understanding is a complete mistake. That is, as is apparent from the above equation 1, even if a material having a positive coefficient of thermal expansion is used as the temperature compensating member, a sufficient effect of temperature compensation cannot be obtained, and a specific material having a thermal expansion coefficient cannot be obtained. A neoceram N-0 manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., whose coefficient is almost zero, is shown. However, even with this neoceram N-0, the negative thermal expansion coefficient is too small, and the effect of sufficient temperature compensation is obtained. Cannot be obtained.

本発明の目的は、小型化でき、機構的に簡単で、十分な温度補償の作用を有する光通信用補償デバイスを提供することであり、また他の目的は、容易に、低コストで成形できたり、光ファイバとの接続方法の簡略化を図ることが可能な光通信用温度補償デバイスを提供することである。   An object of the present invention is to provide a compensating device for optical communication which can be reduced in size, is mechanically simple, and has a sufficient temperature compensating action. Another object is to form the compensating device easily and at low cost. Another object of the present invention is to provide a temperature compensation device for optical communication that can simplify the method of connecting to an optical fiber.

すなわ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〜−120×10-7/℃の負の熱膨張係数を有する基材の所定箇所に内孔が形成され、該負の熱膨張係数を有する基材が、β−ユークリプタイト結晶、又はβ−石英固溶体結晶を析出し、結晶中に多数のマイクロクラックが形成されてなり、該内孔に、正の熱膨張係数を有する光部品が、2点以上又は全面で固定されるようにして貫通してなることを特徴とする。 That is, the temperature compensation device for optical communication of the present invention has an inner hole at a predetermined position of a base material having a negative coefficient of thermal expansion of -10 to -120 × 10 −7 / ° C. in a temperature range of −40 to 100 ° C. Formed, the substrate having a negative coefficient of thermal expansion, β-eucryptite crystals, or β-quartz solid solution crystals are precipitated, a number of microcracks are formed in the crystals, the inner hole, An optical component having a positive coefficient of thermal expansion is penetrated so as to be fixed at two or more points or on the entire surface.

以上のように本発明の光通信用温度補償デバイスは、小型化でき、機構的に簡単で、十分な温度補償の作用が得られるため、ファイバブラッググレーティングを始めとして、カプラ、導波路等の温度補償デバイスとして好適である。   As described above, the temperature compensation device for optical communication of the present invention can be miniaturized, mechanically simple, and has a sufficient temperature compensation effect, so that the temperature of the fiber Bragg grating, coupler, waveguide, etc. It is suitable as a compensation device.

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〜−120×10-7/℃の負の熱膨張係数を有する基材の内孔に、正の熱膨張係数を有する部品が固定されるように貫通孔が形成されてなるため、十分な温度補償の作用が得られ、しかも正の熱膨張係数を有する光部品にテンションがかかった状態でも、内孔の周囲で応力が釣り合い、従来の板状基板のように一方向から応力がかかることがないため、反り等の変形が発生し難い。従って基材の厚みを大きくする必要はない。さらにファイバへの応力を従来の板状基板のように下面方向からのみではなく、基材の全周囲から均一にかけることができるため、ファイバの耐久性を向上できることや、ファイバの保護が可能となるため、保護カバーを必要としないことから小型化が可能となる。 The temperature compensation device for optical communication of the present invention has a structure in which a positive heat is applied to an inner hole of a substrate having a negative coefficient of thermal expansion of -10 to -120 × 10 -7 / ° C in a temperature range of -40 to 100 ° C. Since the through-hole is formed so that the component having the expansion coefficient is fixed, sufficient temperature compensation action can be obtained, and even if the optical component having the positive thermal expansion coefficient is under tension, the inner hole is formed. , And stress is not applied from one direction unlike the conventional plate-like substrate, so that deformation such as warpage hardly occurs. Therefore, it is not necessary to increase the thickness of the substrate. Furthermore, since the stress on the fiber can be applied uniformly not only from the lower surface direction as in the conventional plate-shaped substrate but also from the entire periphery of the base material, the durability of the fiber can be improved and the fiber can be protected. Therefore, since a protective cover is not required, the size can be reduced.

しかしながら基材の熱膨張係数が、−10×10-7/℃より正の方向に近づくと、温度補償が不十分となり、また−120×10-7/℃より負の方向に大きくなると、逆方向の温度依存性が見られることになるため好ましくない。 However, when the coefficient of thermal expansion of the base material approaches a positive direction from −10 × 10 −7 / ° C., the temperature compensation becomes insufficient, and when the coefficient of thermal expansion increases in a negative direction beyond −120 × 10 −7 / ° C., It is not preferable because the temperature dependence of the direction is observed.

上記の内孔は、基材の1ケ所に限らず、複数箇所に形成しても良く、また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部品を固定するには、ポリマー(例えばエポキシ樹脂)、メタル(Au−Sn等の金属ハンダ)、フリット(例えば低融点ガラスフリットや、それと負膨張フィラーとの複合フリット)、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂といった接着剤を使用すれば良い。特に基材の側周部に、内孔に通じる小孔を1個又は複数個形成すると、接着剤を内孔に注入しやすいため好ましい。   The above-mentioned inner hole is not limited to one place of the base material, and may be formed at a plurality of places, and in order to fix a component having a positive coefficient of thermal expansion to a base material having a negative coefficient of thermal expansion, Uses adhesives such as polymer (for example, epoxy resin), metal (for example, metal solder such as Au-Sn), frit (for example, low melting glass frit or composite frit thereof and negative expansion filler), thermosetting resin, and ultraviolet curing resin. Just do it. In particular, it is preferable to form one or a plurality of small holes communicating with the inner hole in the side peripheral portion of the base material because the adhesive can be easily injected into the inner hole.

負の熱膨張係数を有する基材に対し、正の熱膨張係数を有する光部品を固定する場合、2点以上又は全面で固定するようにすれば良い。2点以上で固定する場合には、負の熱膨張係数を有する基材が縮んだ際でも、正の熱膨張係数を有する部品が、たわむことがないようにテンションを付与してから固定すれば良く、また全面で固定する場合には、正の熱膨張係数を有する部品がたわみにくいため、テンションを付与する必要がないという利点がある。   When an optical component having a positive coefficient of thermal expansion is fixed to a substrate having a negative coefficient of thermal expansion, it may be fixed at two or more points or on the entire surface. In the case of fixing at two or more points, even when the substrate having a negative coefficient of thermal expansion shrinks, a part having a positive coefficient of thermal expansion is fixed after applying tension so as not to bend. In the case where it is fixed on the entire surface, there is an advantage that it is not necessary to apply a tension since a component having a positive coefficient of thermal expansion is unlikely to bend.

本発明において使用する基材は、ダウンドロー等の溶融ガラスから直接成形する方法や、溶融ガラスを予備成形した後、機械加工することによって所定の形状に成形しても良いが、熱膨張係数に異方性を示す結晶粉末を集積させてから、焼結することによって基材を作製すると、複雑な形状であっても、プレス成形、キャスト成形、押し出し成形等の方法によって容易に、低コストで、貫通孔の形成された基材を成形することが可能となるため好ましい。尚、結晶粉末を集積する際、有機バインダを使用すると、所望の形状の焼結体が得られやすいため好ましい。   The base material used in the present invention may be formed into a predetermined shape by machining directly after a method of directly molding from molten glass such as downdraw, or after preforming the molten glass. When a base material is manufactured by accumulating crystal powder showing anisotropy and sintering, even a complicated shape can be easily formed at low cost by methods such as press molding, cast molding, extrusion molding, etc. This is preferable because a base material having a through hole can be formed. When accumulating crystal powder, it is preferable to use an organic binder because a sintered body having a desired shape can be easily obtained.

本発明の負の熱膨張係数を有する基材は、内部に熱膨張係数に異方性を示す結晶を含んでなるため、全体として−40〜100℃の温度範囲において、−10〜−120×10-7/℃(好ましくは−30〜−90×10-7/℃)の熱膨張係数が得られる。特に異方性の熱膨張係数を有する各結晶粉末粒子を使用すると、焼結過程で成長した結晶粒子の冷却中に結晶粒界に多数のマイクロクラックが発生し、所望の熱膨張係数が得られやすい。 Since the substrate having a negative coefficient of thermal expansion of the present invention contains crystals exhibiting anisotropy in the coefficient of thermal expansion therein, in the temperature range of -40 to 100 ° C as a whole, -10 to -120 × A coefficient of thermal expansion of 10 −7 / ° C. (preferably −30 to −90 × 10 −7 / ° C.) is obtained. In particular, when each crystal powder particle having an anisotropic coefficient of thermal expansion is used, a large number of microcracks are generated at the crystal grain boundaries during cooling of the crystal particles grown in the sintering process, and a desired coefficient of thermal expansion is obtained. Cheap.

異方性の熱膨張係数を有する各結晶粉末粒子は、熱処理中にそれぞれの結晶軸方向に熱膨張係数に従って様々な方向に膨張又は収縮し、各粉末粒子が互いに再配列されて充填密度が高くなり、各粒子同士の接触面積が増加する。このことは熱処理中に粉末粒子が互いに融着しあって表面エネルギーを最小にしようとする傾向を促進させ、その結果、高い強度、具体的には、10MPa以上の曲げ強度を有するセラミック部材が得られるようになる。また本発明においては粉末粒子同士の接触面積を大きくするため、結晶粉末の粒径は50μm以下であることが望ましい。   Each crystal powder particle having an anisotropic thermal expansion coefficient expands or contracts in various directions according to the thermal expansion coefficient in the respective crystal axis direction during the heat treatment, and the respective powder particles are rearranged with each other to increase the packing density. Thus, the contact area between the particles increases. This promotes the tendency of the powder particles to fuse together during heat treatment and try to minimize surface energy, resulting in a ceramic member having high strength, specifically a flexural strength of 10 MPa or more. Will be able to In the present invention, in order to increase the contact area between the powder particles, it is desirable that the crystal powder has a particle size of 50 μm or less.

熱膨張係数に異方性を示す結晶粉末とは、少なくとも一つの結晶軸方向の熱膨張係数が負であり、他の軸方向には正であるような結晶のことを指し、代表的な例として、β−ユークリプタイト結晶やβ−石英固溶体結晶に代表される珪酸塩、PbTiO3等のチタン酸塩又はNbZr(PO43等のリン酸塩等及びLa、Nb、V、Ta等の酸化物の粉末が使用可能であるが、その中でも、特にβ−ユークリプタイト結晶粉末は、熱膨張係数の異方性が大きいため、−10〜−120×10-7/℃の熱膨張係数が得られやすく、さらに原料粉末を混合して焼成するいわゆる固相法によって作製されたβ−ユークリプタイト結晶粉末は、原料を一旦溶融する溶融法によって作製されたβ−ユークリプタイト結晶粉末に比べ、低温で合成でき粉砕も容易であるため安価に製造できるという利点がある。 A crystalline powder having anisotropic thermal expansion coefficient refers to a crystal having a negative thermal expansion coefficient in at least one crystal axis direction and a positive thermal expansion coefficient in the other axis direction. Silicates represented by β-eucryptite crystals and β-quartz solid solution crystals, titanates such as PbTiO 3 , phosphates such as NbZr (PO 4 ) 3 , and La, Nb, V, Ta, etc. Among them, the β-eucryptite crystal powder has a large thermal expansion coefficient anisotropy, and therefore has a thermal expansion of −10 to −120 × 10 −7 / ° C. The β-eucryptite crystal powder produced by a so-called solid-phase method of easily obtaining a coefficient and further mixing and firing the raw material powder is a β-eucryptite crystal powder produced by a melting method in which the raw material is once melted. Can be synthesized at a lower temperature and crushed There is an advantage that it can be manufactured at low cost because it is easy.

また本発明においては、上記の結晶粉末に対し、他の種類の結晶粉末を混合することが可能であり、2種類以上の結晶粉末を併用することで、熱膨張係数や強度あるいは化学的性質の調整がより容易になる。   Further, in the present invention, it is possible to mix other types of crystal powder with the above crystal powder, and by using two or more types of crystal powder in combination, the thermal expansion coefficient, the strength, or the chemical property is increased. Adjustment is easier.

さらに本発明においては、上記の結晶粉末に対し、非晶質ガラス粉末、結晶析出性ガラス粉末、部分結晶化ガラス粉末、ゾル−ゲル法により作製したガラス粉末、ゾル、ゲルといった添加剤の1種又は2種以上を、0.1〜50体積%の割合で添加してから焼結させることによって、曲げ強度をより向上させることが可能である。因みに結晶析出性ガラス粉末とは、熱処理することによって内部に結晶を析出する性質を有するガラス粉末のことであり、また部分結晶化ガラス粉末とは、ガラス中に結晶を析出した結晶化ガラス粉末のことである。   Further, in the present invention, one kind of an additive such as an amorphous glass powder, a crystallizable glass powder, a partially crystallized glass powder, a glass powder prepared by a sol-gel method, a sol, and a gel is used for the crystal powder. Alternatively, by adding two or more kinds at a ratio of 0.1 to 50% by volume and then sintering, it is possible to further improve the bending strength. By the way, the crystallizable glass powder is a glass powder having a property of precipitating crystals inside by heat treatment, and a partially crystallized glass powder is a crystallized glass powder having crystals precipitated in glass. That is.

また本発明においては、負の熱膨張係数を有する基材を円柱形状や角柱形状にすると、円柱状や角柱状のスリーブを備えたコネクタ外筒管に対し、直接挿入でき、他の光通信用デバイスと内孔を貫通する光部品との位置決め部品として機能し、高精度の接続が可能となる。特に基材の端部を、その先端方向に細くなったテーパー形状にすると、コネクタ外筒管に挿入しやすくなるため好ましい。また基材の内孔の端部を、その内側方向に細くなったテーパー形状にすると、光ファイバを挿入しやすくなるため好ましい。   Further, in the present invention, when the substrate having a negative coefficient of thermal expansion is formed into a cylindrical shape or a prismatic shape, it can be directly inserted into a connector outer tube provided with a cylindrical or prismatic sleeve, and is used for other optical communication. It functions as a positioning component between the device and the optical component that penetrates the inner hole, and enables highly accurate connection. In particular, it is preferable that the end of the base material has a tapered shape that becomes thinner in the direction of the tip end, because it becomes easier to insert the base material into the connector outer tube. Further, it is preferable that the end of the inner hole of the base material has a tapered shape that becomes thinner in the inner direction, because the optical fiber can be easily inserted.

さらに本発明において使用する基材は、予め複数のパーツを形成し、これらのパーツを接合することによって作製すると、複雑な形状の基材であっても、容易に作製することが可能となる。   Further, when the base material used in the present invention is formed by forming a plurality of parts in advance and joining these parts, even a base material having a complicated shape can be easily manufactured.

このような複数のパーツを接合することによって作製され、貫通孔を有する基材としては、例えば図2に示すような断面が半円状の2つのパーツ19a、19bを接合することによって作製される円筒状基材19、図3に示すような断面が凹状の2つのパーツ20a、20bを接合することによって作製される角柱状基材20、図4に示すような断面が凹状のパーツ21aと板状のパーツ21bを接合することによって作製される角柱状基材21が挙げられる。   A base material having a through hole manufactured by joining such a plurality of parts is manufactured, for example, by joining two parts 19a and 19b having a semicircular cross section as shown in FIG. A cylindrical base member 19, a prismatic base member 20 formed by joining two parts 20a and 20b having a concave cross section as shown in FIG. 3, a part 21a having a concave cross section as shown in FIG. The prismatic base material 21 produced by joining the shape-like parts 21b is mentioned.

また本発明で使用する負の熱膨張係数を有する基材を溶融法によりガラスから作製する場合には、重量百分率で、SiO2 43〜63%、Al23 33〜43%、Li2O 7〜11%、ZrO2 0〜6%、TiO2 0〜6%、SnO2 0〜6%、P25 0〜6%の組成を有するガラス、又はSiO2 50〜75%、Al23 15〜30%、Li2O 3〜7%、ZrO2 0〜5%、TiO2 0〜6%、SnO2 0〜7%、P25 0〜6%の組成を有するガラスを熱処理することによって、内部に多数のβ−ユークリプタイト結晶やβ−石英固用体結晶を析出させる方法が採られる。 Also in the case of manufacturing a substrate having a negative coefficient of thermal expansion for use in the present invention from the glass by the melting method is, in weight percent, SiO 2 43~63%, Al 2 O 3 33~43%, Li 2 O Glass having a composition of 7-11%, ZrO 2 0-6%, TiO 2 0-6%, SnO 2 0-6%, P 2 O 5 0-6%, or SiO 2 50-75%, Al 2 O 3 15~30%, Li 2 O 3~7%, ZrO 2 0~5%, TiO 2 0~6%, SnO 2 0~7%, the glass having a composition of P 2 O 5 0~6% A method of precipitating a large number of β-eucryptite crystals or β-quartz solid crystals by heat treatment is employed.

以下、本発明の光通信用温度補償デバイスを実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the temperature compensation device for optical communication of the present invention will be described in detail based on examples.

(実施例1)
固相法で作製したβ−ユークリプタイト結晶の粉末を有機バインダ(エチルセルロース)と混合し、これを金型中に投入後、プレス成形することによって、円筒形状の圧粉体を作製した。
(Example 1)
The powder of β-eucryptite crystals produced by the solid-phase method was mixed with an organic binder (ethyl cellulose), and the mixture was charged into a mold, followed by press molding to produce a green compact having a cylindrical shape.

この圧粉体を1300℃、10時間の条件で加熱させた後、降温速度200℃/時間で冷却することによって、図1に示すような円筒状焼結体22を作製した。   The green compact was heated at 1300 ° C. for 10 hours, and then cooled at a temperature lowering rate of 200 ° C./hour to produce a cylindrical sintered body 22 as shown in FIG.

この円筒状焼結体22の結晶中には、多数のマイクロクラックが形成され、−40〜100℃の温度範囲における熱膨張係数は、−80×10-7/℃であった。 Many microcracks were formed in the crystal of the cylindrical sintered body 22, and the coefficient of thermal expansion in a temperature range of -40 to 100 ° C was -80 × 10 -7 / ° C.

この円筒状焼結体22の内孔22aに、シリカを主成分とする光ファイバで、屈折率グレーティングを施した正膨張光部品を挿入し、光ファイバにテンションがかかるようにした状態で、エポキシ樹脂を用いて内孔の両端部で接着、固定した。   In the inner hole 22a of the cylindrical sintered body 22, a positive expansion optical component having a refractive index grating made of an optical fiber containing silica as a main component is inserted, and the epoxy is applied while tension is applied to the optical fiber. Both ends of the inner hole were bonded and fixed using a resin.

こうして得られた光通信用温度補償デバイスの温度補償性能を調べるため、試験(使用温度範囲−40℃から100℃)を行い、温度補償しないデバイスを用いた場合と比較した。   In order to examine the temperature compensation performance of the thus-obtained temperature compensation device for optical communication, a test (operating temperature range from −40 ° C. to 100 ° C.) was performed, and compared with a case where a device without temperature compensation was used.

その結果、温度補償しないデバイスの場合は、反射中心波長1550nmに対して0.012nm/℃の温度依存性を示したのに対し、実施例のデバイスの場合には、0.001nm/℃の温度依存性を示し、温度依存性を大幅に改善することができた。   As a result, the device without temperature compensation exhibited a temperature dependence of 0.012 nm / ° C. with respect to the reflection center wavelength of 1550 nm, whereas the device of the example exhibited a temperature dependency of 0.001 nm / ° C. The temperature dependence was significantly improved.

(実施例2)
まず重量百分率で、SiO2 46.5%、Al23 41.0%、Li2O 9%、ZrO2 3.5%の組成となるようにガラス原料を調合した後、白金坩堝内で溶融し、次いで板状に成形してから、円筒形状に切削加工することによって、直径3mm、内径0.5mm、長さ40mmのガラス体を形成した。
(Example 2)
First, a glass raw material was prepared to have a composition of 46.5% of SiO 2 , 41.0% of Al 2 O 3 , 9% of Li 2 O, and 3.5% of ZrO 2 by weight percentage, and then, in a platinum crucible. The glass body was melted, formed into a plate shape, and then cut into a cylindrical shape to form a glass body having a diameter of 3 mm, an inner diameter of 0.5 mm, and a length of 40 mm.

次にこのガラス体を昇温速度200℃/時間で加熱し、760℃で3時間、1350℃で10時間保持した後、降温速度200℃/時間で冷却することによって結晶化ガラス体を作製した。   Next, the glass body was heated at a heating rate of 200 ° C./hour, kept at 760 ° C. for 3 hours, 1350 ° C. for 10 hours, and then cooled at a cooling rate of 200 ° C./hour to produce a crystallized glass body. .

こうして得られた結晶化ガラス体の主結晶は、β−ユークリプタイト結晶であり、結晶中に多数のマイクロクラックが形成され、−40〜100℃の温度範囲における熱膨張係数は、−70×10-7/℃であった。 The main crystal of the crystallized glass body thus obtained is a β-eucryptite crystal, in which a large number of microcracks are formed, and the coefficient of thermal expansion in a temperature range of −40 to 100 ° C. is −70 × It was 10 -7 / ° C.

この円筒状結晶化ガラス体を用いて、実施例1と同様の光通信用温度補償デバイスを作製し、その温度補償性能を調べたところ、反射中心波長1550nmに対して0.001nm/℃の温度依存性を示した。   Using this cylindrical crystallized glass body, a temperature compensating device for optical communication similar to that of Example 1 was fabricated, and its temperature compensating performance was examined. Showed dependence.

(実施例3)
実施例2と同様に作製した結晶化ガラス体を切削加工することによって、図3で示すような断面が凹状の結晶化ガラス体と、板状の結晶化ガラス体の2つのパーツを作製した。次いで、これらのパーツをエポキシ樹脂を用いて接合することによって内孔を有する角柱状焼結体を作製した。
(Example 3)
By cutting the crystallized glass body produced in the same manner as in Example 2, two parts, a crystallized glass body having a concave cross section and a plate-shaped crystallized glass body as shown in FIG. 3, were produced. Next, these parts were joined together using an epoxy resin to produce a prismatic sintered body having an inner hole.

この角柱状焼結体を用いて、実施例2と同様の光通信用温度補償デバイスを作製し、その温度補償性能を調べたところ、反射中心波長1550nmに対して0.001nm/℃の温度依存性を示した。   Using this prismatic sintered body, a temperature compensating device for optical communication similar to that of Example 2 was fabricated, and its temperature compensating performance was examined. Showed sex.

(実施例4)
実施例2のガラスを溶融後、フィルム状に成形してから、ボールミルにより粉砕した。次に、これを金型中に投入した後、プレス成形することによって板状圧粉体を作製した。
(Example 4)
After melting the glass of Example 2, the glass was formed into a film and then pulverized by a ball mill. Next, after putting this in a metal mold, press molding was performed to produce a plate-like green compact.

この板状圧粉体を実施例2と同様の条件で加熱冷却し、結晶化ガラス体を作製した後、切削加工することによって、図2で示すような断面が凹状の結晶化ガラス体(パーツ)を2つ作製した。次いで、これらのパーツの端部同士をエポキシ樹脂を用いて接合することによって内孔を有する角柱状焼結体を作製した。   This plate-like green compact was heated and cooled under the same conditions as in Example 2 to produce a crystallized glass body, and then, by cutting, the crystallized glass body (parts) having a concave cross section as shown in FIG. ) Were prepared. Then, the end portions of these parts were joined to each other using an epoxy resin to produce a prismatic sintered body having an inner hole.

この角柱状焼結体の内孔に、シリカを主成分とする光ファイバで、屈折率グレーティングを施した正膨張光部品を挿入し、光ファイバにテンションがかかるようにした状態で、エポキシ樹脂を内孔に充満させて接着、固定した。   In the inner hole of this prismatic sintered body, a positive expansion optical component having a refractive index grating with an optical fiber mainly composed of silica is inserted, and epoxy resin is applied in a state where tension is applied to the optical fiber. The inner hole was filled and adhered and fixed.

こうして得られた光通信用温度補償デバイスの温度補償性能を調べるため、実施例1と同様の試験を行ったところ、反射中心波長1550nmに対して0.001nm/℃の温度依存性を示した。   In order to examine the temperature compensation performance of the thus-obtained temperature compensation device for optical communication, a test similar to that of Example 1 was performed. As a result, a temperature dependence of 0.001 nm / ° C. was exhibited with respect to a central reflection wavelength of 1550 nm.

本発明の内孔を有する基材の一態様を示す斜視図である。It is a perspective view showing one mode of a substrate which has an inner hole of the present invention. 本発明の内孔を有する基材の他の態様を示す斜視図である。It is a perspective view showing other modes of a substrate which has an inner hole of the present invention. 本発明の内孔を有する基材の他の態様を示す斜視図である。It is a perspective view showing other modes of a substrate which has an inner hole of the present invention. 本発明の内孔を有する基材の他の態様を示す斜視図である。It is a perspective view showing other modes of a substrate which has an inner hole of the present invention. 従来のFBGの反射波長の温度変化に対する変動を防止する装置を示す正面図である。It is a front view which shows the conventional apparatus which prevents the fluctuation with respect to the temperature change of the reflection wavelength of FBG. 表面にFBGを固定した負の熱膨張係数を有するガラスセラミック基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the glass-ceramic substrate which has a negative thermal expansion coefficient which fixed FBG to the surface.

符号の説明Explanation of reference numerals

10 インバー棒
11a、11b Alブラケット
12a、12b 留め金
13、15 光ファイバ
13a、16 グレーティング部
14 負の熱膨張係数を有するガラスセラミック基板
17 接着固定部
18 錘
19 円筒状基材
20、21 角柱状基材
22 円筒状焼結体
REFERENCE SIGNS LIST 10 Invar rod 11 a, 11 b Al bracket 12 a, 12 b Clasp 13, 15 Optical fiber 13 a, 16 Grating portion 14 Glass ceramic substrate having a negative coefficient of thermal expansion 17 Adhesive fixing portion 18 Weight 19 Cylindrical base material 20, 21 prismatic Base material 22 Cylindrical sintered body

Claims (9)

−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の所定箇所に内孔が形成され、該負の熱膨張係数を有する基材が、β−ユークリプタイト結晶、又はβ−石英固溶体結晶を析出し、結晶中に多数のマイクロクラックが形成されてなり、該内孔に、正の熱膨張係数を有する光部品が、2点以上又は全面で固定されるようにして貫通してなることを特徴とする光通信用温度補償デバイス。 In a temperature range of −40 to 100 ° C., an inner hole is formed at a predetermined position of a substrate having a negative coefficient of thermal expansion of −10 to −120 × 10 −7 / ° C., and a substrate having the negative coefficient of thermal expansion is formed. The material precipitates a β-eucryptite crystal or a β-quartz solid solution crystal, a number of microcracks are formed in the crystal, and an optical component having a positive coefficient of thermal expansion is formed in the inner hole. A temperature compensating device for optical communication, wherein the temperature compensating device is penetrated so as to be fixed at points or over the entire surface. 負の熱膨張係数を有する基材が、円柱形状、又は角柱形状であり、光信号の接続時に、内孔を貫通する光部品の位置決め部品として機能することを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 2. The light according to claim 1, wherein the substrate having a negative coefficient of thermal expansion has a cylindrical shape or a prismatic shape, and functions as a positioning component for an optical component that penetrates the inner hole when an optical signal is connected. Temperature compensation device for communication. 負の熱膨張係数を有する基材の一端又は両端が、先端方向に細くなったテーパー形状を有することを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 2. The temperature compensating device for optical communication according to claim 1, wherein one or both ends of the substrate having a negative coefficient of thermal expansion have a tapered shape tapered in a tip direction. 負の熱膨張係数を有する基材の側周部に、内孔に通じる小孔が1個又は複数個形成されてなることを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 2. The temperature compensation device for optical communication according to claim 1, wherein one or a plurality of small holes communicating with the inner holes are formed in a side peripheral portion of the substrate having a negative coefficient of thermal expansion. 負の熱膨張係数を有する基材に形成された内孔の一端又は両端が、内側方向に細くなったテーパー形状を有することを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 2. The temperature compensation device for optical communication according to claim 1, wherein one or both ends of the inner hole formed in the substrate having a negative coefficient of thermal expansion have a tapered shape tapered inward. 負の熱膨張係数を有する基材が、固相法によって作製されたβ−ユークリプタイトを主成分とする粉末の焼結体から作製されてなることを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 2. The optical communication according to claim 1, wherein the base material having a negative coefficient of thermal expansion is made of a sintered body of a powder containing β-eucryptite as a main component produced by a solid-phase method. For temperature compensation device. 負の熱膨張係数を有する基材が、複数のパーツに分割され、各パーツが接合されることによって作製されたものであることを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 2. The temperature compensation device for optical communication according to claim 1, wherein the substrate having a negative coefficient of thermal expansion is produced by dividing the substrate into a plurality of parts and joining the parts. 負の熱膨張係数を有する基材が、重量百分率で、SiO2 43〜63%、Al23 33〜43%、Li2O 7〜11%、ZrO2 0〜6%、TiO2 0〜6%、SnO2 0〜6%、P25 0〜6%の組成を有するガラスから作製されてなることを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 A substrate having a negative thermal expansion coefficient, in weight percent, SiO 2 43~63%, Al 2 O 3 33~43%, Li 2 O 7~11%, ZrO 2 0~6%, TiO 2 0~ 6%, SnO 2 0~6%, P 2 O 5 optical communications for temperature compensation device according to claim 1, characterized by being made from glass having 0-6% of the composition. 負の熱膨張係数を有する基材が、重量百分率で、SiO2 50〜75%、Al23 15〜30%、Li2O 3〜7%、ZrO2 0〜5%、TiO2 0〜6%、SnO2 0〜7%、P25 0〜6%の組成を有するガラスから作製されてなることを特徴とする請求項1記載の光通信用温度補償デバイス。 A substrate having a negative thermal expansion coefficient, in weight percent, SiO 2 50~75%, Al 2 O 3 15~30%, Li 2 O 3~7%, ZrO 2 0~5%, TiO 2 0~ 6%, SnO 2 0~7%, P 2 O 5 optical communications for temperature compensation device according to claim 1, characterized by being made from glass having 0-6% of the composition.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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