JP2005162602A - Method for manufacturing member for temperature compensation - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a member for temperature compensation having a low thermal expansion hysteresis and also a high environmental stability and capable of manufacturing at a low cost, and to provide an optical communication device using such a member for temperature compensation. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the member for temperature compensation composed of a polycrystal consisting of a β-quartz solid solution or a β-eucryptite solid solution as a main crystal and in which the interplanar spacing of the crystal plane giving the main peak in an X-ray diffraction measurement is lower than 3.52Å, the polycrystal is prepared by sintering the powder. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、負の熱膨張係数を有する温度補償用部材と、それを用いた光通信デバイスに関するものである。   The present invention relates to a temperature compensating member having a negative coefficient of thermal expansion and an optical communication device using the same.

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 progress of optical communication technology, networks using optical fibers are being rapidly established. In a network, wavelength multiplexing technology that transmits light of a plurality of wavelengths at once is 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, which hinders outdoor use. Therefore, a technology that keeps these device characteristics constant regardless of temperature changes, so-called temperature Compensation technology is needed.

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いて重要な光デバイスとして注目を浴びている。   A typical optical communication device that requires temperature compensation is a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as FBG). An FBG is a device in which a refractive index change in a lattice shape is formed in the core of an optical fiber, that is, a so-called grating, and reflects light of a specific wavelength according to the relationship shown in Equation 1 below. It has characteristics. For this reason, it is attracting 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 through 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 represents the reflection wavelength, n represents the effective refractive index of the core, and Λ represents the lattice spacing of the portion where the refractive index is changed in a lattice shape.

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 represented by the following formula 2 obtained by differentiating the formula 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 Equation 2 corresponds to the thermal expansion coefficient of the optical fiber, and its value is approximately 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 portion of the optical fiber, and its value is approximately 7.5 × 10 −6 / ° C. That is, it can be seen that the temperature dependence of the reflection wavelength depends on both the refractive index change of the core part and the change of the lattice spacing due to thermal expansion, but most is caused by the temperature change of 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 fluctuations in the reflection wavelength, a method is known in which a component caused by a change in refractive index is canceled by applying a tension according to a temperature change to the FBG and changing the lattice spacing. .

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4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, for example, a method of fixing the FBG to a temperature compensating member in which a material such as an alloy or quartz glass having a small thermal expansion coefficient and a metal such as aluminum having a large thermal expansion coefficient is combined has been proposed. . That is, as shown in FIG. 4, Al brackets 11a and 11b having relatively large thermal expansion coefficients are respectively attached to both ends of an Invar (trademark) rod 10 having a small thermal expansion coefficient, and clasps 12a are attached to these brackets 11a and 11b. 12b, the optical fiber 13 is fixed in a state of being pulled with a predetermined tension. At this time, the grating portion 13a of the optical fiber 13 is positioned 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 are extended and the distance between the two clasps 12a and 12b is shortened, so that the tension applied to the grating portion 13a of the optical fiber 13 is reduced. 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. In this manner, the lattice spacing of the grating portion can be adjusted by changing the tension applied to the FBG due to 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, such a temperature compensation device has a problem that it 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、WO97/28480には、図5に示すように、予め板状に成形した原ガラス体を熱処理し結晶化することによって得た、負の熱膨張係数を有するガラスセラミック基板14上に、錘15によって張力を付与した状態でFBG16を接着剤17で固定し、この張力をガラスセラミック基板14の膨張収縮によってコントロールする方法が示されている。反射中心波長の温度依存性を相殺するには、上述のように温度上昇時にFBGが収縮する方向、温度下降時には伸長する方向の応力を印可する必要があるが、基板材料が負の熱膨張係数を有していれば、このような応力を単一部材によって発生させることが可能となり、WO97/28480は、この作用効果に基づいて発明が成されたものである。尚、図5中、16aはグレーティング部分を示している。
国際公開第97/28480号パンフレット
Therefore, as a method for solving the above-mentioned problem, WO97 / 28480 has a negative thermal expansion coefficient obtained by heat-treating and crystallizing an original glass body previously formed into a plate shape as shown in FIG. A method is shown in which an FBG 16 is fixed with an adhesive 17 in a state where tension is applied by a weight 15 on a glass ceramic substrate 14, and this tension is controlled by expansion and contraction of the glass ceramic substrate 14. In order to offset the temperature dependence of the reflection center wavelength, as described above, it is necessary to apply stress in the direction in which the FBG contracts when the temperature rises and in the direction where the FBG shrinks when the temperature falls, but the substrate material has a negative thermal expansion coefficient. Therefore, it is possible to generate such stress by a single member, and WO97 / 28480 is an invention based on this effect. In FIG. 5, reference numeral 16a denotes a grating portion.
International Publication No. 97/28480 Pamphlet

WO97/28480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、使用するガラスセラミック部材の熱膨張のヒステリシスが大きいという問題がある。熱膨張のヒステリシスとは、温度変化によって材料が膨張、収縮する際に、昇温過程の膨張挙動と降温過程のそれが一致しない現象を指す。またWO97/28480には、ガラスセラミック部材のヒステリシスを低減する目的で、400〜800℃の温度で熱サイクル処理を行い、内部構造を安定化させる方法が開示されているが、このような方法で低減されたヒステリシスは、温湿度の環境変化に対して不安定であり、初期の値を維持することが困難である。また、このような熱処理は、製造プロセスを複雑にするため、コストが高くなるという問題もある。   The method disclosed in WO97 / 28480 is advantageous in that it is mechanically simple and easy to handle because temperature compensation can be performed with a single member, but there is a problem that the thermal expansion hysteresis of the glass ceramic member used is large. There is. The hysteresis of thermal expansion refers to a phenomenon in which the expansion behavior of the temperature rising process does not match that of the temperature lowering process when the material expands and contracts due to a temperature change. Further, WO97 / 28480 discloses a method for stabilizing the internal structure by performing a heat cycle treatment at a temperature of 400 to 800 ° C. for the purpose of reducing the hysteresis of the glass ceramic member. The reduced hysteresis is unstable with respect to environmental changes in temperature and humidity, and it is difficult to maintain the initial value. In addition, such a heat treatment complicates the manufacturing process, which increases the cost.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、熱膨張のヒステリシスが小さく、且つ環境安定性が高く、安価に製造することが可能な温度補償用部材の製造方法と、光通信デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a method for manufacturing a temperature compensation member that has low thermal expansion hysteresis, high environmental stability, and can be manufactured at low cost, and an optical communication device It aims at providing the manufacturing method of.

本発明者等は、上記目的を達成すべく種々の実験を行った結果、温度補償用部材を構成する多結晶体の結晶構造を規制することで、熱膨張のヒステリシスを低減でき、しかも環境安定性に優れた温度補償用部材が得られることを見いだし、本発明を提案するに到った。   As a result of various experiments to achieve the above object, the present inventors have been able to reduce the hysteresis of thermal expansion by regulating the crystal structure of the polycrystalline body constituting the temperature compensation member, and also to stabilize the environment. The present inventors have found that a temperature compensating member having excellent properties can be obtained and proposed the present invention.

すなわち本発明の温度補償用部材の製造方法は、β−石英固溶体またはβ−ユークリプタイト固溶体を主結晶とする多結晶体からなり、X線回折測定において主ピークを与える結晶面の面間隔が、3.52Åより小さい温度補償用部材の製造方法であって、前記多結晶体は、粉末を焼結させることによって作製することを特徴とする。   That is, the method for producing a temperature compensating member of the present invention comprises a polycrystal having a β-quartz solid solution or β-eucryptite solid solution as a main crystal, and has an interplanar spacing that gives a main peak in X-ray diffraction measurement. A method for producing a temperature compensating member smaller than 3.52 mm, wherein the polycrystal is produced by sintering powder.

また本発明の光通信デバイスの製造方法は、β−石英固溶体またはβ−ユークリプタイト固溶体を主結晶とする多結晶体からなり、X線回折測定において主ピークを与える結晶面の面間隔が、3.52Åより小さい温度補償用部材を用いてなる光通信デバイスの製造方法であって、前記多結晶体は、粉末を焼結させることによって作製することを特徴とする。   Further, the method for producing an optical communication device of the present invention comprises a polycrystal having a β-quartz solid solution or β-eucryptite solid solution as a main crystal, and the interplanar spacing of the crystal plane that gives the main peak in X-ray diffraction measurement is A method for manufacturing an optical communication device using a temperature compensating member smaller than 3.52 mm, wherein the polycrystalline body is manufactured by sintering powder.

尚、面間隔とは、多結晶体を構成する結晶中の種々の結晶面ごとの間隔を指し、本発明ではX線回折において主ピークを与える結晶面を対象にしている。   The interplanar spacing refers to the spacing of various crystal planes in the crystal constituting the polycrystal, and in the present invention, the crystal plane that gives the main peak in X-ray diffraction is targeted.

本発明の温度補償用部材は、熱膨張のヒステリシスが小さく、且つ環境変化に対してもヒステリシスの安定性が高く、しかも低コストで作製できるため、FBGを始めとして、カプラ、導波路等の光通信デバイスの温度補償部材として好適である。   The temperature compensation member of the present invention has low thermal expansion hysteresis, high stability against environmental changes, and can be manufactured at low cost. Therefore, the temperature compensation member can be used for light such as FBG, couplers, and waveguides. It is suitable as a temperature compensation member for communication devices.

また本発明の光通信デバイスは、熱膨張のヒステリシスが小さく、且つ環境変化に対してもヒステリシスの安定性が高い温度補償用部材を用いるため、安定した温度補償特性を備えている。   In addition, the optical communication device of the present invention uses a temperature compensation member that has low thermal expansion hysteresis and high stability against environmental changes, and therefore has stable temperature compensation characteristics.

一般に温度補償用部材の熱膨張ヒステリシスは、使用環境の影響を受け、例えば高温高湿環境や熱サイクルによって、その値が変化する。また上記したように、WO97/28480に記載されているような熱サイクル処理によってヒステリシスを低減させた場合は、その後の使用環境によって再度ヒステリシスの変化が起こりやすい。   In general, the thermal expansion hysteresis of the temperature compensation member is affected by the use environment, and the value thereof varies depending on, for example, a high temperature and high humidity environment or a heat cycle. Further, as described above, when the hysteresis is reduced by the thermal cycle process as described in WO97 / 28480, the hysteresis is likely to change again depending on the subsequent use environment.

しかしながら、本発明の温度補償用部材は、X線回折測定において主ピークを与える結晶面の面間隔が3.52Åよりも小さい多結晶体からなるため、初期のヒステリシスが小さい上に、使用環境でのヒステリシス変化も起こりにくい。   However, since the temperature compensation member of the present invention is made of a polycrystal having a crystal plane spacing smaller than 3.52 mm that gives a main peak in X-ray diffraction measurement, the initial hysteresis is small and the usage environment is small. Hysteresis changes are unlikely to occur.

図1は、多結晶体の結晶面の面間隔と、ヒステリシスの相関関係を示したものである。この図から、面間隔が小さくなるほど、ヒステリシスも小さくなることが理解できる。面間隔が3.52Å以上になると、温度補償用部材としてのヒステリシスの低減効果が不十分であると同時に、温度や湿度等の環境要因によるヒステリシスの変化率が大きくなり、安定した特性のデバイスが得られ難い。   FIG. 1 shows the correlation between the interplanar spacing of the polycrystal and the hysteresis. From this figure, it can be understood that the hysteresis decreases as the surface interval decreases. If the surface separation is 3.52 mm or more, the effect of reducing hysteresis as a temperature compensation member is insufficient, and at the same time, the rate of change in hysteresis due to environmental factors such as temperature and humidity increases, resulting in a device with stable characteristics. It is difficult to obtain.

また上記したように多結晶体の結晶面の面間隔が小さくなるほど、ヒステリシスも小さくなるが、面間隔をあまり小さくしようとすると、異種結晶が析出し、熱膨張係数が正の方向にシフトしたり、熱膨張の直線性が劣化するため、デバイスの用途や特性によって面間隔は適宜選択すべきである。本発明における面間隔の好ましい値は、3.491〜3.519Å、より好ましい値は、3.495〜3.512Åである。   In addition, as described above, the smaller the interplanar spacing of the polycrystal, the smaller the hysteresis. However, if the interplanar spacing is reduced too much, dissimilar crystals precipitate and the thermal expansion coefficient shifts in the positive direction. Since the linearity of thermal expansion deteriorates, the surface spacing should be appropriately selected depending on the use and characteristics of the device. In the present invention, a preferable value of the interplanar spacing is 3.491 to 3.519 mm, and a more preferable value is 3.495 to 3.512 mm.

本発明の温度補償用部材において、熱膨張の直線性が劣化することが好ましくない理由は、次のとおりである。   The reason why it is not preferable that the linearity of thermal expansion deteriorates in the temperature compensating member of the present invention is as follows.

1997年信学総大C−3−46に示されているように、負の熱膨張係数を有する材料をこの種の基板として用いても、温度域によっては、反射中心波長の温度依存性が強く現れ、十分な温度補償機能が得られない場合がある。これは、基板材料の熱膨張の直線性が悪いことに起因する。そのため本発明においては、熱膨張の直線性に優れ、具体的には、試料の熱膨張曲線の両端を結ぶ直線(仮想直線)に対する実測曲線のずれが最大となる温度での、仮想直線と実測曲線の試料長の差を、試験前の試料長で除した値が60ppm以下となるように規制することが望ましく、これによって、いずれの温度域においても十分な温度補償機能を得ることが可能となる。   Even if a material having a negative coefficient of thermal expansion is used as this type of substrate, as shown in 1997, AIST, C-3-46, depending on the temperature range, the temperature dependence of the reflection center wavelength may be reduced. It appears strongly and a sufficient temperature compensation function may not be obtained. This is due to the poor linearity of the thermal expansion of the substrate material. Therefore, in the present invention, the linearity of the thermal expansion is excellent, and specifically, the virtual straight line and the actual measurement at a temperature at which the deviation of the actual measurement curve with respect to the straight line (virtual straight line) connecting both ends of the thermal expansion curve of the sample is maximum. It is desirable to regulate the difference between the sample lengths of the curves so that the value divided by the sample length before the test is 60 ppm or less, which makes it possible to obtain a sufficient temperature compensation function in any temperature range. Become.

多結晶体の結晶面の面間隔を変化させる方法としては、各種の方法があり、例えば多結晶体の組成を調整したり、多結晶体を作製した後、イオン交換処理する方法が挙げられるが、本発明においては、いずれの方法を採用しても良い。   There are various methods for changing the interplanar spacing of a polycrystal, for example, a method of adjusting the composition of the polycrystal or preparing a polycrystal, followed by ion exchange treatment. In the present invention, any method may be adopted.

多結晶体の結晶面の面間隔を小さくするのに適した組成範囲は、重量%で、SiO2 45〜60%、Al23 20〜45%、Li2O 7〜12%、TiO2 0〜4%、ZrO2 0〜4%であり、この組成範囲の内で、各成分の含有量が所望の値となるように規制することによって、面間隔を3.52Å未満にすることができる。また上記の成分以外にも、MgOやP25等、他の成分を10重量%まで添加することが可能である。 The composition range suitable for reducing the interplanar spacing of the polycrystal is wt%, SiO 2 45-60%, Al 2 O 3 20-45%, Li 2 O 7-12%, TiO 2. It is 0 to 4% and ZrO 2 is 0 to 4%. Within this composition range, by regulating the content of each component to a desired value, the interplanar spacing can be made less than 3.52 mm. it can. In addition to the above components, other components such as MgO and P 2 O 5 can be added up to 10% by weight.

本発明において、原料を溶融した後、冷却固化させたガラスを再加熱して結晶化させることによって多結晶体を作製する場合には、ガラスの溶融性や成形性を良好に保つために、面間隔の調整が困難になることがある。それに対し、粉末を焼結させることによって多結晶体を作製する場合は、ガラスの溶融性や成形性に制約されることなく、焼結前の各種原料の種類や比率によって調整することができるため好ましい。また多結晶体を粉末焼結体から作製すると、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、低コストで成形できるため好ましい。このような粉末焼結体は、各種の原料粉末を焼結することによって作製される。尚、この原料粉末には、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、ゾルーゲル法により作製したガラス粉末も含まれ、これ以外に、ゾルやゲルを添加しても良い。   In the present invention, after a raw material is melted, in the case of producing a polycrystalline body by reheating and crystallizing the cooled and solidified glass, in order to keep the meltability and formability of the glass good, It may be difficult to adjust the interval. On the other hand, when producing a polycrystalline body by sintering powder, it can be adjusted by the type and ratio of various raw materials before sintering without being restricted by the meltability and formability of glass. preferable. In addition, it is preferable to produce a polycrystalline body from a powder sintered body because even a complicated shape can be easily formed at low cost by a method such as press molding, cast molding, or extrusion molding. Such a powder sintered body is produced by sintering various raw material powders. The raw material powder includes amorphous glass powder, crystal-precipitating glass powder, partially crystallized glass powder, and glass powder prepared by a sol-gel method. Besides this, sol or gel may be added. .

また本発明の温度補償用部材は、−40〜100℃の温度範囲における熱膨張係数が、−25〜−120×10-7/℃(より好ましくは−50〜−90×10-7/℃)であることが好ましい。 The temperature compensation member of the present invention has a thermal expansion coefficient in the temperature range of −40 to 100 ° C. of −25 to −120 × 10 −7 / ° C. (more preferably −50 to −90 × 10 −7 / ° C.). ) Is preferable.

さらに本発明においては、多結晶体を、粉末を焼結させることによって作製すると、成形と同時に焼結体の所定箇所に溝や貫通孔を容易に形成することができ、このことは光通信デバイスを作製する上で大きな利点となる。   Furthermore, in the present invention, when a polycrystalline body is produced by sintering powder, grooves and through-holes can be easily formed at predetermined locations of the sintered body simultaneously with molding. This is a great advantage in manufacturing.

例えばFBGの光ファイバは、温度補償用部材に接着剤(例えばガラスフリットやエポキシ系樹脂)を用いて接着固定されるが、温度補償用部材の所定箇所に溝や貫通孔が形成されていると、接着加工の際、組み立ての自動化が容易になるため、製造コストが安価になる。尚、溝や貫通孔は、1ケ所に限定されず、複数箇所に形成しても良い。   For example, an FBG optical fiber is bonded and fixed to a temperature compensation member using an adhesive (for example, glass frit or epoxy resin), and a groove or a through hole is formed at a predetermined position of the temperature compensation member. In the bonding process, the assembly can be automated easily, so that the manufacturing cost is reduced. In addition, a groove | channel and a through-hole are not limited to one place, You may form in multiple places.

また一般にFBG等のファイバ状のデバイスを温度補償用部材に固定するにあたっては、温度補償用部材が固定時の長さより収縮する際にデバイスがたわまないよう、予めデバイスに張力を付与することが必要であるが、上記の溝や貫通孔の直径をデバイスの直径に近づけることにより、使用する接着剤の量を少なくし、薄い接着剤層での固定が可能となる。接着剤層が薄くなれば、接着剤とデバイス、温度補償用部材との間の熱膨張差による応力が低減されるため、溝や貫通孔の全長に亘って接着固定することが可能となり、温度補償用部材が固定時の長さより収縮する場合でもデバイスがたわむことがなく、予め張力を付与する必要がなくなり、より簡便な工程で温度補償機能付き光学デバイスを製造することができる。特に温度補償用部材に精密な貫通孔を形成し、その中にデバイスが挿入される場合には、温度補償用部材がデバイスの位置決め部品としての機能を併せ持つことにもなり、温度補償用機能付きデバイスを光ファイバや他のデバイスと接続する際に、それ自身が接続部品としても機能することになる。   In general, when fixing a fiber-shaped device such as FBG to a temperature compensation member, tension should be applied to the device in advance so that the device does not bend when the temperature compensation member contracts from its fixed length. However, by making the diameter of the groove or the through hole close to the diameter of the device, the amount of the adhesive to be used can be reduced, and fixing with a thin adhesive layer becomes possible. If the adhesive layer becomes thinner, the stress due to the difference in thermal expansion between the adhesive, the device, and the temperature compensation member is reduced. Even when the compensation member shrinks from its fixed length, the device does not bend and there is no need to apply tension in advance, and an optical device with a temperature compensation function can be manufactured in a simpler process. In particular, when a precise through hole is formed in the temperature compensation member and a device is inserted into it, the temperature compensation member also has a function as a positioning component of the device. When a device is connected to an optical fiber or another device, it itself functions as a connection component.

以下、本発明の温度補償用部材を実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the temperature compensating member of the present invention will be described in detail based on examples.

表1、2は、本発明の実施例(試料No.1〜6)及び比較例(試料No.7)を示すものである。   Tables 1 and 2 show examples (sample Nos. 1 to 6) and comparative examples (sample No. 7) of the present invention.

表1、2の各試料は、次のようにして作製した。   Each sample of Tables 1 and 2 was produced as follows.

まず実施例であるNo.1〜5及び比較例であるNo.7の各試料は、焼結後の多結晶体の組成が表中の組成(重量%)となるように原料を調合した後、それを金型に入れ、20MPaの圧力でプレス成形することによって、幅4mm、厚み3mm、長さ40mmの角柱形状の成形体(圧粉体)を作製した。次いで、これらの成形体を空気中で1350℃で15時間焼結した後、常温まで冷却することによって、β−石英固溶体の多結晶体としたものである。   First, in Example No. 1-5 and No. 1 as a comparative example. Each sample of No. 7 was prepared by preparing the raw material so that the composition of the polycrystalline body after sintering was the composition (% by weight) in the table, and then putting it in a mold and press-molding it at a pressure of 20 MPa. A prismatic shaped compact (green compact) having a width of 4 mm, a thickness of 3 mm, and a length of 40 mm was produced. Subsequently, these compacts were sintered in air at 1350 ° C. for 15 hours, and then cooled to room temperature, whereby β-quartz solid solution polycrystals were obtained.

またNo.6の試料は、結晶化後の多結晶体の組成が表中の組成(重量%)となるように原料を調合した後、1500℃で7時間溶融し、急冷することによってガラスを作製し、次いで1350℃で15時間加熱して結晶化させることによって、β−ユークリプタイト固溶体を析出した多結晶体としたものである。   No. Sample 6 is prepared by preparing the raw material so that the composition of the polycrystal after crystallization is the composition (% by weight) in the table, melting at 1500 ° C. for 7 hours, and rapidly cooling to produce glass, Subsequently, it is made into the polycrystal which precipitated (beta) -eucryptite solid solution by making it crystallize by heating at 1350 degreeC for 15 hours.

尚、これらの多結晶体の原料は、各種の鉱物や化合物から適宜選択することができる。また表中のβ−Qs.s.は、β−石英固溶体を示し、β−Es.s.は、β−ユークリプタイト固溶体を示している。   In addition, the raw material of these polycrystals can be suitably selected from various minerals and compounds. In addition, β-Qs. s. Indicates β-quartz solid solution, β-Es. s. Indicates β-eucryptite solid solution.

表から明らかなように、実施例であるNo.1〜6の各試料は、いずれもβ−石英固溶体またはβ−ユークリプタイト固溶体からなり、−26〜−95×10-7/℃の負の熱膨張係数を有し、面間隔が3.52Åより小さいため、初期ヒステリシスが小さく、さらに高温高湿後のヒステリシスの変化も小さいため、温度補償用部材として適したものであった。また各試料とも、熱膨張の直線性は60ppm以下であった。 As is apparent from the table, Examples No. Each of the samples 1 to 6 is made of β-quartz solid solution or β-eucryptite solid solution, has a negative coefficient of thermal expansion of −26 to −95 × 10 −7 / ° C., and a surface spacing of 3. Since it is smaller than 52 mm, the initial hysteresis is small, and the change in hysteresis after high temperature and high humidity is also small, so it was suitable as a temperature compensation member. In each sample, the linearity of thermal expansion was 60 ppm or less.

図2は、実施例であるNo.2の試料の熱膨張曲線を示すグラフであり、図3は、このNo.2の試料からなる温度補償用部材を用いたFBGの反射中心波長の温度依存性を示すグラフである。図2から、No.2の試料が良好な熱膨張の直線性を示すこと、図3から、温度補償を有するFBGの反射中心波長の温度依存性が、無温度補償時に比べて遙かに小さく、しかもいずれの温度域でも一定であることが理解できる。   FIG. 2 is a graph showing the thermal expansion curve of the sample No. 2, and FIG. It is a graph which shows the temperature dependence of the reflection center wavelength of FBG using the member for temperature compensation which consists of 2 samples. From FIG. 2 shows good linearity of thermal expansion. From FIG. 3, the temperature dependence of the reflection center wavelength of the FBG with temperature compensation is much smaller than that without temperature compensation, and in any temperature range. But it can be understood that it is constant.

それに対し、比較例であるNo.7の試料は、面間隔が3.534Åと大きいため、初期のヒステリシスや高温高湿試験後のヒステリシスの変化が大きく、しかも熱膨張の直線性が60ppmより大きく、温度補償用部材としては不適当であった。   On the other hand, No. which is a comparative example. The sample No. 7 has a large surface separation of 3.534 mm, so the initial hysteresis and the change in hysteresis after the high-temperature and high-humidity test are large, and the linearity of thermal expansion is larger than 60 ppm, which is not suitable as a temperature compensation member. Met.

尚、表中の結晶の種類と、主ピークを与える結晶面の面間隔は、X線回折によって求め、また熱膨張係数と、ヒステリシスは、ディラトメーターによって測定した。熱膨張係数は、−40〜100℃の温度範囲で測定し、ヒステリシスは、−40〜100℃の温度範囲で1℃/分の速度で試料を繰り返し加熱冷却した時の、30℃における加熱時と冷却時の試料長さの差を測定し、これを試験前の試料長さで除して求めた。また高温高湿試験後のヒステリシスは、70℃85%RHの環境下に500時間放置した後の値である。   In addition, the kind of crystal | crystallization in a table | surface and the space | interval of the crystal plane which gives a main peak were calculated | required by X-ray diffraction, and the thermal expansion coefficient and the hysteresis were measured with the dilatometer. The coefficient of thermal expansion is measured in the temperature range of −40 to 100 ° C., and the hysteresis is when heated at 30 ° C. when the sample is repeatedly heated and cooled at a rate of 1 ° C./min in the temperature range of −40 to 100 ° C. And the difference in sample length during cooling was measured and divided by the sample length before the test. The hysteresis after the high-temperature and high-humidity test is a value after being left for 500 hours in an environment of 70 ° C. and 85% RH.

多結晶体の結晶面の面間隔とヒステリシスの相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the space | interval of the crystal plane of a polycrystal, and hysteresis. 実施例であるNo.2の試料の熱膨張曲線を示すグラフである。No. as an example. It is a graph which shows the thermal expansion curve of 2 samples. 実施例であるNo.2の試料からなる温度補償用部材を用いたFBGの反射中心波長の温度依存性を示すグラフである。No. as an example. It is a graph which shows the temperature dependence of the reflection center wavelength of FBG using the member for temperature compensation which consists of 2 samples. 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 apparatus which prevents the fluctuation | variation with respect to the temperature change of the reflection wavelength of the conventional 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 board | substrate which has the negative thermal expansion coefficient which fixed FBG to the surface.

符号の説明Explanation of symbols

10 インバー棒
11a、11b Alブラケット
12a、12b 留め金
13 光ファイバ
13a、16a グレーティング部分
14 負の熱膨張係数を有するガラスセラミック基板
15 錘
16 FBG
17 接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Invar rod 11a, 11b Al bracket 12a, 12b Clasp 13 Optical fiber 13a, 16a Grating part 14 Glass ceramic substrate with negative thermal expansion coefficient 15 Weight 16 FBG
17 Adhesive

Claims (4)

β−石英固溶体またはβ−ユークリプタイト固溶体を主結晶とする多結晶体からなり、X線回折測定において主ピークを与える結晶面の面間隔が、3.52Åより小さい温度補償用部材の製造方法であって、前記多結晶体は、粉末を焼結させることによって作製することを特徴とする温度補償用部材の製造方法。   A method for producing a temperature compensation member comprising a polycrystal having a β-quartz solid solution or a β-eucryptite solid solution as a main crystal, and a crystal plane spacing which gives a main peak in X-ray diffraction measurement is smaller than 3.52 mm The method for producing a temperature compensating member, wherein the polycrystalline body is produced by sintering powder. 温度補償用部材の−40〜100℃の温度範囲における熱膨張係数が、−25〜−120×10-7/℃であることを特徴とする請求項1に記載の温度補償用部材の製造方法。 2. The method for producing a temperature compensating member according to claim 1, wherein the temperature compensating member has a thermal expansion coefficient of −25 to −120 × 10 −7 / ° C. in a temperature range of −40 to 100 ° C. 3. . β−石英固溶体またはβ−ユークリプタイト固溶体を主結晶とする多結晶体からなり、X線回折測定において主ピークを与える結晶面の面間隔が、3.52Åより小さい温度補償用部材を用いてなる光通信デバイスの製造方法であって、前記多結晶体は、粉末を焼結させることによって作製することを特徴とする光通信デバイスの製造方法。   Using a temperature compensation member comprising a polycrystal having a β-quartz solid solution or β-eucryptite solid solution as a main crystal, and having a crystal plane spacing which gives a main peak in X-ray diffraction measurement is smaller than 3.52 mm. An optical communication device manufacturing method, wherein the polycrystal is produced by sintering powder. 温度補償用部材の−40〜100℃の温度範囲における熱膨張係数が、−25〜−120×10-7/℃であることを特徴とする請求項3に記載の光通信デバイスの製造方法。 The method for manufacturing an optical communication device according to claim 3, wherein the temperature compensation member has a thermal expansion coefficient in the temperature range of −40 to 100 ° C. of −25 to −120 × 10 −7 / ° C. 5.
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