JP2004530154A - 温度依存性制御用光フィルターデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】エルビウムがドープされたファイバーアンプにより、温度変化により生じたゲインを補償するために特に好適な光フィルターデバイスを提供すること。
【解決手段】デバイスは、アルミニウムのような硬質基体上にマウントされたテーパードファイバーフィルターを含み、フィルターのテーパー部分が該基体と接触しないようにされる。フィルターのファイバーは好ましくはシリカで作られる。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は強い熱依存性を補償することができるデバイスを形成するための、硬質基体上にマウントされたテーパード光ファイバーフィルターに関する。この目的のために、本発明は特に設計された基体であって、その上にテーパードファイバーフィルターが固着され、温度変化に伴うフィルター波長のドリフトを制御し、それにより温度変化に暴露された光アンプのシフトを補償できるものを提供する。
【０００２】
背景技術
希土類元素がドープされたアンプ、たとえば、エルビウムがドープされたファイバーアンプ（ＥＤＦＡ）が、光通信ネットワークにおいて広範に使用されている。それらのゲインは信号の波長の関数であり、温度感受性である。これらのネットワークはいくつかのチャンネルにエボルブし、典型的には温度変化を伴う操作環境においてデプロイされ、それらの熱スペクトル依存性に関心が持たれた。温度制御された環境において操作するという解決策はエネルギー消費的である。簡単な解決策はデバイスを一定の高温で操作することであるが、エージングの問題についで直面する。スペクトル熱依存性を補償するめのフィルターが提案されている。たとえば、米国特許第６０４９４１４号は、複数の連結されたフィルターであって、アンプのゲインにおける温度依存性シフトを補償するための、温度とともにスペクトル的にシフトする中心波長を有するフィルターを開示する。この米国特許は、操作温度が変わってもＥＤＦＡの所望の平坦さを維持する、長周期のファイバーグレーティングに基づくコンポジットロスフィルターに関する。この設計はアンプのドリフトに対する温度補償の要求されるゴールを達成したように見えるが、これは複雑で、可変の減衰器を必要とする。
【０００３】
米国特許第５０４２８９８号は、温度補償ブラッグフィルターであって、これもエンベッドされたグレーティングを有するフィルターであるものを開示する。この場合には、温度補償は、フィルターをそれぞれ異なる物質から作られた２つの補償要素上にマウントすることにより達成される。１つの物質はアルミニウムであることができ、他はステンレス鋼であることができる。これらの物質は、互いに、そしてファイバー物質に対して、ファイバーに長さ方向のひずみを適用するような熱膨張率を有し、長さ方向のひずみの変化がグレーティングの温度による変化に寄与可能なものを補償するように、そのひずみの大きさは温度により変化する。所望の波長の周囲の狭い範囲における光に対して反射性であるグレーティング領域に対して、必要とされる程度に配置をゆるめたり、張ったりすることのできるプレローディングな態様で、２つの補償要素を近接して並置することが必要とされ、これもかなり複雑な配置が必要とされる。
【０００４】
「光ファイバーグレーティングのための受動温度−補償パッケージ」、Ｇ，Ｗ．Ｙｏｆｆら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．３０、１０月２０日、１９９５年、において、光ファイバーグレーティングのための受動温度補償の問題が扱われている。著者は異なる熱膨張率を有する２つの物質を含むコンパクトなパッケージを使用している。この物品に示されたアイデアは、低い熱膨張率、αを有する１つの物質、たとえば、シリカ（α＝５×１０^−７／℃）と、高い熱膨張率を有する物質、たとえば、アルミニウム（α＝２．５×１０^−５／℃）またはステンレス鋼と（α＝１．７×１０^−５／℃）を選択し、２つの物質の熱膨張係数の差が小さくないというものである。よりコンパクトなデバイスを提供するが、この物品のフィルターは依然として複雑なグレーティングに基づくブラッグフィルターであり、異なる熱膨張係数を有する２つの物質を、互いに調整可能な張力下でマウントすることを必要とする。
【０００５】
上記のフィルターのすべてはファイバーのコア中にインプリントされたグレーティングに基づき、不連続性を形成し、光がファイバーコア中にガイドされた伝播のために入射したら、狭い範囲内の波長のみが伝播方向に通過することができるようにしたものである。これは本発明のテーパードファイバーフィルター（ｔａｐｅｒｅｄ ｆｉｂｅｒ ｆｉｌｔｅｒ）とはかなり相違するが、本出願人の国際特許出願ＷＯ０１／０２８８６において述べられたように、温度依存性の光学効果を補償する原理は、ブラッググレーティングおよびテーパードファイバーフィルターにも同様に適用される。この国際出願においては、出願人はたとえば、硬質基体に強く固定され、機械的応力を生じ、要素を伸張し、温度変化によるすべてのモーダルフェイズシフト（ｍｏｄａｌ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ）を補償する、テーパードファイバーフィルターのような光学要素の組み合わせを開示する。また、要素の機械的なフェイズ依存性も基体に対して調製され、所望の温度補償効果を提供する。上記の目的のために使用された基体は、石英よりも大きな熱膨張係数を有する特別なタイプのシリカガラスである。しかし、そのようなデバイスは、ＥＤＦＡにおいて通常必要とされる非常に強い温度依存性に対しては適当ではなかった。
【０００６】
本発明の目的および要約
本発明の目的は、−２５０ピコメートル／℃のオーダーの強い熱依存性を補償することができる新規なテーパードファイバーフィルターデバイスを提供することである。
他の目的は、温度変化に対して暴露される光アンプのシフトを補償するために特に好適な、簡単な構造のテーパードファイバーフィルターデバイスを提供することである。
本発明の他の目的および効果は、以下の記載により明らかにされる。
【０００７】
本質として、本発明はその上にテーパードファイバーフィルターが固定される基体物質の慎重な選択、および該基体のデザインに基づき、これにより温度によるフィルターの波長シフトが、アンプのシフトを正確に補償する。より具体的には、本発明は、波長の温度依存性の結果としての波長依存性、および、以下の関係で示されるような、デバイス中に含まれる異なる物質の熱膨張に基づく。
【０００８】
【数１】

【０００９】
ここでｄλ／ｄＬは、Ｌとラベルされたファイバーの長さ方向の波長依存性であり、加熱および引っ張りプロセスにより決定される。（ｄλ／ｄＬ）Ｌの積は、幾何学的デザインによって決定される。（ＣＴＥ（基体）−ＣＴＥ（ファイバー））は、基体の材料と、典型的にはシリカであるファイバーの材料との熱膨張率の差である。この項は材料の選択にのみ依存する。負の符号は加熱した際に波長が小さな値にシフトすることを意味する。
【００１０】
典型的には、温度により必要とされる波長シフトは、（ｄλ／ｄＴ)として言及され、−２５０ｐｍ／℃のオーダーである。ファイバーのシリカは約５．１０^−７ｍｍ／℃のＣＴＥを有する。基体のために高いＣＴＥを有する物質、たとえばアルミニウムＴ６０６１（２４．１０^−６ｍｍ／℃）が選択され、これは一般的なアルミニウム合金であり、容易に機械加工できる。ＣＴＥの差はこの選択により固定される。（ｄλ／ｄＬ）Ｌの項の大きさは、所望のシフトを達成するために調整されることができ、光ファイバーの張力による波長シフトは、０．２ないし０．３ｎｍ／ミクロンである。高いＣＴＥの物質は、好ましくは２０．１０^−６ｍｍ／℃以上のＣＴＥを有し、フィルターがデザインされる温度範囲において実質的に安定である。アルミニウムおよびアルミニウム合金はこの目的のために好ましい物質である。
【００１１】
好ましくは、基体のジオメトリーは、テーパーされる領域Ｌにおいて基体とファイバーが接触しないようにする、基体上のファイバーがマウントされた場所の間の距離により定義され、Ｌとして言及される、ファイバーのフリーな長さを正確に制御できるように設計される。好ましくはあらかじめひずみを有するファイバーは、基体中の凹所のボイド内に形成されロックされた接着シールで、基体にフィルター領域の両側に取り付けられる。凹所のボイドは接着剤の配置を固定する。成分はＵＶ速硬化接着剤により所定の箇所に保持され、ついでデバイスの端で熱接着剤により、先の接着箇所の内側で固定される。両方の接着剤はむき出しのファイバーの上に置かれる。クラッディッドファイバーの長さはファイバーのむき出しの領域のそれぞれの側で維持され、機械的強度を保証する。グルーブのそれぞれの側の側面の壁が、アセンブリにさらなる機械的強度を提供する。
【００１２】
要約すれば、本発明により、大きな熱依存性を補償するための光フィルターデバイスであって、高い熱膨張率（ＣＴＥ）を有する硬質基体上にマウントされたテーパードファイバーフィルターを含み、該フィルターはフィルターのテーパー部分が該基体と接触しないように基体上にマウントされている光フィルターデバイスが提供される。この方法では、約−５℃から＋７０℃の間の温度範囲でアンプのゲインを制御できる温度制御されたフィルターデバイスが提供される。
【００１３】
図面の簡単な説明
図１は本発明の好ましい態様の光フィルターデバイスの透視図である。
図２は本発明のフィルターデバイスによる、３つの異なる温度におけるトランスミッション曲線と波長の関係を示す図である。
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明の好ましい態様が、添付された図との関連で記載される。
図１は、本発明の光フィルターデバイス１０の好ましいデザインを示す。これは、この場合には基体はＡｌ Ｔ６０６１で作られている、高いＣＴＥを有する硬質基体１４の上にマウントされたテーパード光ファイバーフィルター１２を有する。光フィルターは正のＣＴＥ ５．１０^−７ｍｍ／℃を有するシリカファイバー１６で作られており、１８および１８Ａの箇所においてそのジャケットが取り除かれており、中間にテーパーされた部分２０を有する。硬質の基体１４は、伸張された凹部２２および、２４、２４Ａ、および２６、および２６Ａの適当な接着ボンド手段により、凹部２２のそれぞれの末端で、基体１４の表面にフィルター１２が取り付けられる。ボンド２４、２４Ａは好ましくは熱接着剤で作られ、ボンド２６、２６ＡはＵＶ速硬化接着剤で作られる。凹部２２の上に位置するフィルター１２の長さＬは、ベアファイバー加熱および引っ張りプロセスにより決定される適切な長さであり、ここでフィルターの波長依存性が測定される。この特定の場合においては、Ｌ＝２．６ｃｍである。フィルター１２は好ましくは基体１４にマウントされる前に若干ひずみが加えられる。さらに、基体には側面の壁２８、２８Ａが提供され、アセンブリにさらなる機械的強度を与える。
【００１５】
図２は、ｄＢでのトランスミッションと、ｎｍでの波長との、温度７０℃、２２℃、および−５℃のそれぞれの温度における、図１のフィルターデバイスを使用して得られた曲線Ａ、ＢおよびＣを示す。異なる温度において、これらの曲線により示された波長のドリフトは、温度変化によるＥＤＦＡのゲインを補償する。それゆえ、フィルターデバイス１０は、−５℃から７０℃の温度範囲で操作可能であることが示される。
【００１６】
本発明は上述の好ましい実施態様に限定されるものではなく、当業者にとって明らかである種種の改良を行うことができ、これらも本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の光フィルターデバイス１０の好ましいデザインを示す図。
【図２】図２は本発明のフィルターデバイスによる、３つの異なる温度におけるトランスミッション曲線と波長の関係を示す図。
【符号の説明】
【００１８】
１０：光フィルターデバイス、１２：フィルター、１４：基体、１６：ファイバー、１８：ジャケットが取り除かれている箇所、１８Ａ：ジャケットが取り除かれている箇所、２０：テーパーされた部分、２２：凹部、２４：ボンド、２４Ａ：ボンド、２６：ボンド、２６Ａ：ボンド、２８：側面の壁、２８Ａ：側面の壁。

Claims (10)

1. 強い熱依存性を補償するために好適な光フィルターデバイスであって、高い熱膨張率（ＣＴＥ）を有する硬質基体上にマウントされたテーパードファイバーフィルターを含み、該フィルターはフィルターのテーパー部分が該基体と接触しないように基体上にマウントされている光フィルターデバイス。
2. 基体が伸張された凹部を有し、その上にフィルターのテーパー部分がマウントされている、請求項１記載の光フィルターデバイス。
3. テーパードファイバーフィルターが、凹部の両側で接着結合手段により基体上にマウントされる、請求項２記載の光フィルターデバイス。
4. テーパードファイバーフィルターがあらかじめひずみが加えられた状態で、基体上にマウントされる、請求項１から３のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。
5. 基体が−２５０ｐｍ／℃のオーダーの強い熱依存性を補償するために適合するＣＴＥを有する材料で作られる、請求項１から４のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。
6. 基体が容易に所望の形状に成形可能な物質で作られる、請求項１から５のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。
7. 基体がアルミニウムまたはアルミニウム合金で作られる、請求項１から６のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。
8. ファイバーフィルターがシリカで作られる、請求項１から７のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。
9. エルビウムがドープされたファイバーアンプにより、温度変化により生じたゲインを補償するために適合される、請求項１から８のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。
10. 約−５℃から７０℃の間の温度で操作可能である、請求項１から９のいずれか１項記載の光フィルターデバイス。

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