JP2008046593A - Method of temperature compensation of optical wavelength filter apparatus and fiber etalon element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度補償機能を有する光波長フィルタ装置およびファイバエタロン素子の温度補償方法に関するものである。 The present invention relates to an optical wavelength filter device having a temperature compensation function and a temperature compensation method for a fiber etalon element.
光干渉素子およびそれを用いた光波長フィルタは、波長多重光通信(WDM)における合分波デバイスや各種の光学測定機に広く使用されている。これらの素子またはフィルタとしては、一般に、ファイバブラッググレーティング(FBG)素子(例えば、特許文献1参照。)や誘電体多層膜フィルタ(例えば、特許文献2参照。)等の他、ファブリ・ペロ・エタロン素子(例えば、特許文献3参照。)が周知である。 An optical interference element and an optical wavelength filter using the same are widely used in multiplexing / demultiplexing devices and various optical measuring instruments in wavelength division multiplexing optical communication (WDM). As these elements or filters, in general, a fiber Bragg grating (FBG) element (for example, see Patent Document 1), a dielectric multilayer film filter (for example, see Patent Document 2), and the like, and a Fabry-Perot etalon. An element (for example, refer to Patent Document 3) is well known.
ファブリ・ペロ・エタロン素子(以下、エタロン素子と称す)は、反射膜を有する二つの平行平面間の光多重反射を利用したものであり、前記のFBG素子や誘電体多層膜フィルタに比べて、透過する光の波長帯域が非常に狭いという特徴がある。 A Fabry-Perot etalon element (hereinafter referred to as an etalon element) uses optical multiple reflection between two parallel planes having a reflective film. Compared to the FBG element and the dielectric multilayer filter, The wavelength band of the transmitted light is very narrow.
エタロン素子の透過する光の波長λは下記(1)式で表される。 The wavelength λ of light transmitted through the etalon element is expressed by the following equation (1).
λ=2nd/m ・・・(1)
ここで、nは屈折率、dはエタロン素子を構成する反射膜の間隔、mは任意の自然数である。つまり、(1)式は、2ndが波長λの整数倍となる光のみがエタロン素子を透過できることを示している。また、透過スペクトルのピーク形状は、反射膜の反射率に依存し、反射率が高いほどピーク幅は細く、透過スペクトルにおける最小透過光量を低く抑えることが可能となる。
λ = 2nd / m (1)
Here, n is the refractive index, d is the distance between the reflecting films constituting the etalon element, and m is an arbitrary natural number. That is, equation (1) indicates that only light whose 2nd is an integral multiple of the wavelength λ can pass through the etalon element. Further, the peak shape of the transmission spectrum depends on the reflectance of the reflection film. The higher the reflectance, the narrower the peak width, and the minimum transmitted light amount in the transmission spectrum can be kept low.
エタロン素子を用いる場合は、入射光は平行光束である必要があり、平行光束を得るためにはコリメータを用いる必要がある。そのため光学系全体の小型化が困難であり、さらに、微妙な光学系の調整を要するという問題がある。 When an etalon element is used, the incident light needs to be a parallel light beam, and a collimator needs to be used to obtain the parallel light beam. Therefore, it is difficult to reduce the size of the entire optical system, and there is a problem that fine adjustment of the optical system is required.
これらの問題を解決するため、光ファイバを中心軸に含む柱状のエタロン素子(ファイバエタロン素子)を割りスリーブ内に挿入した構成の光波長フィルタ装置が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。 In order to solve these problems, an optical wavelength filter device having a configuration in which a columnar etalon element (fiber etalon element) including an optical fiber as a central axis is inserted into a split sleeve has been proposed (see, for example, Patent Document 4). ).
また、ファイバエタロン素子の中でも、光ファイバが筒状の部材に接着剤等で固定されているより、筒状のガラスを加熱延伸することによって光ファイバを包むように融着固定されたものの方が、光コネクタプラグとの位置ずれが小さくなる。そのため、鋭いピークを有する透過スペクトルが得られることが特許文献5に記載されている。 Also, among fiber etalon elements, the one that is fused and fixed so as to wrap the optical fiber by heating and stretching the cylindrical glass rather than the optical fiber being fixed to the cylindrical member with an adhesive or the like, Misalignment with the optical connector plug is reduced. Therefore, Patent Document 5 describes that a transmission spectrum having a sharp peak can be obtained.
ところで、(1)式に記載したように、エタロン素子の透過波長は、導波部の屈折率nとエタロン素子の反射膜の間隔dで決まる。しかし、この2つの値はそれぞれ独立した温度依存性を有するため、エタロン素子を透過するピーク波長が温度変化によってシフトするという問題を有している。 By the way, as described in the equation (1), the transmission wavelength of the etalon element is determined by the refractive index n of the waveguide and the distance d between the reflection films of the etalon element. However, since these two values have independent temperature dependencies, there is a problem that the peak wavelength transmitted through the etalon element is shifted by a temperature change.
これまで、例えばFBGにおいて、反射するピーク波長の温度依存性を相殺するために温度補償部材(例えば、特許文献6、7参照。)が提案されている。これらの温度補償部材に、張力をかけた状態でFBGが2点で固定され、温度が上昇すると固定されている2点間距離が縮まることで、張力が緩和されて、FBGにおいて反射するピーク波長の変動を小さくしようとするものである。
ところで、特許文献3〜5のエタロン素子において、これらの光路長Sは上記した導波部の屈折率nとエタロン素子の反射膜の間隔dによってS=ndのように表されるが、温度変化等によって光路長Sが変化すると透過スペクトルのピーク位置がシフトする。光波長フィルタ装置の環境温度が変化した場合、その温度変化によって生じる光干渉素子の物理長(d)の変化と、温度変化に伴う導波部の屈折率(n)の変化によって光路長Sが変化する。光波長フィルタ装置にとってこのピークシフトは大きな問題であり、早期解決が期待されていた。 By the way, in the etalon elements of Patent Documents 3 to 5, these optical path lengths S are expressed as S = nd by the refractive index n of the waveguide section and the distance d between the reflection films of the etalon element. When the optical path length S changes due to the above, the peak position of the transmission spectrum shifts. When the environmental temperature of the optical wavelength filter device is changed, the optical path length S is changed by the change of the physical length (d) of the optical interference element caused by the temperature change and the change of the refractive index (n) of the waveguide portion accompanying the temperature change. Change. This peak shift is a big problem for the optical wavelength filter device, and an early solution has been expected.
しかし、エタロン素子は、FBGのようにあらかじめ張力を印加することが出来ない構造であるため、FBGの温度補償部材の機構をそのまま取り入れることができないという問題を有していた。 However, since the etalon element has a structure in which a tension cannot be applied in advance like the FBG, there is a problem that the mechanism of the temperature compensation member of the FBG cannot be incorporated as it is.
本発明の目的は、温度変化に対して変動するファイバエタロン素子を透過する光のピーク波長の温度依存性を低減できる光波長フィルタ装置およびファイバエタロン素子の温度補償方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an optical wavelength filter device and a temperature compensation method for a fiber etalon element that can reduce the temperature dependence of the peak wavelength of light transmitted through the fiber etalon element that fluctuates with respect to a temperature change.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、温度変化によってエタロン素子に生じる光路長変化を圧力(エタロン素子を押圧する力)を調整することによって補償できることを見いだした。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the change in optical path length generated in the etalon element due to a temperature change can be compensated by adjusting the pressure (force for pressing the etalon element).
まず、エタロン素子の環境温度を実際に−40℃〜85℃に変化させたとき、温度変化による導波部の屈折率の増加と熱膨張による反射膜間距離の増加に伴って透過スペクトルのピーク位置が高波長側にシフトすることを確認した。原理的には、導波部がシリカファイバのコア部の場合、その全長、屈折率および屈折率の温度依存性をそれぞれ1.26mm、1.46、1×10-5/℃とし、シリカファイバの熱膨張係数を5×10-7/℃とすると、波長1550nmの透過スペクトルのピーク位置は1.42nm長波長側にシフトすることが算出でき、この計算上のシフト量(1.42nm)は実測値(約1.4nm)と良く一致した。 First, when the environmental temperature of the etalon element is actually changed from −40 ° C. to 85 ° C., the peak of the transmission spectrum increases with an increase in the refractive index of the waveguide due to the temperature change and an increase in the distance between the reflection films due to thermal expansion. It was confirmed that the position shifted to the high wavelength side. In principle, when the waveguide portion is a core portion of a silica fiber, the temperature dependence of the total length, the refractive index, and the refractive index is 1.26 mm, 1.46, 1 × 10 −5 / ° C., respectively. If the coefficient of thermal expansion of 5 × 10 −7 / ° C., the peak position of the transmission spectrum at the wavelength of 1550 nm can be calculated to shift to the longer wavelength side of 1.42 nm, and the calculated shift amount (1.42 nm) is It was in good agreement with the measured value (about 1.4 nm).
次に、常温で光干渉素子に圧力を印加していくとピーク位置が徐々に低波長側にシフトし、温度を−40℃〜85℃に変化させたときと同じシフト量(約1.4nm)小さくすることができた。これは、温度上昇によって変化する屈折率(n)の増加を光干渉素子の物理長さ(d)を逆に押し縮めるように押圧することによって打ち消すことができ、温度補償することが可能であることを意味している。 Next, when pressure is applied to the optical interference element at room temperature, the peak position gradually shifts to the lower wavelength side, and the same shift amount (about 1.4 nm as when the temperature is changed from −40 ° C. to 85 ° C. I was able to make it smaller. This can be compensated for by canceling the increase in the refractive index (n), which changes due to temperature rise, by pressing the physical length (d) of the optical interference element in a reverse direction. It means that.
すなわち、本発明の光波長フィルタ装置は、スリーブと、スリーブの内孔に挿置され、剛性材料とその内孔に配置された光ファイバと光ファイバの両端面に形成された反射膜とからなるファイバエタロン素子と、光ファイバの一端が挿通されファイバエタロン素子の両端に当接されてなる一対のフェルールとを備えた光波長フィルタ装置において、一対のフェルールを介してファイバエタロン素子を押圧する力が温度に合わせて変化する押圧手段を備えてなることを特徴とする。 In other words, the optical wavelength filter device of the present invention comprises a sleeve, a rigid material inserted into the inner hole of the sleeve, an optical fiber disposed in the inner hole, and a reflection film formed on both end faces of the optical fiber. In an optical wavelength filter device including a fiber etalon element and a pair of ferrules in which one end of the optical fiber is inserted and brought into contact with both ends of the fiber etalon element, a force that presses the fiber etalon element through the pair of ferrules It is characterized by comprising pressing means that changes according to the temperature.
また、本発明のファイバエタロン素子の温度補償方法は、スリーブの内孔にファイバエタロン素子を挿置し、光ファイバの一端が挿通されてなる一対のフェルールがファイバエタロン素子の両端に当接し、押圧手段によって一対のフェルールを介してファイバエタロン素子を押圧する力が温度に合わせて変化することを特徴とする。 In the temperature compensation method for the fiber etalon element of the present invention, the fiber etalon element is inserted into the inner hole of the sleeve, and a pair of ferrules in which one end of the optical fiber is inserted are in contact with both ends of the fiber etalon element and pressed. The force for pressing the fiber etalon element through the pair of ferrules by means changes according to the temperature.
本発明の光波長フィルタ装置は、ファイバエタロン素子がフェルールを介して押圧手段によって押圧され、その押圧する力が温度に合わせて変化するため、温度が変化してもファイバエタロン素子を透過するピーク波長の変動を小さくすることが出来る。 In the optical wavelength filter device of the present invention, the fiber etalon element is pressed by the pressing means through the ferrule, and the pressing force changes according to the temperature, so that the peak wavelength that passes through the fiber etalon element even if the temperature changes Fluctuations can be reduced.
つまり、温度が上昇するほど、ファイバエタロン素子の導波部の屈折率が大きくなると共に、反射膜間隔が熱膨張によって大きくなり、ピーク波長は長波長側へシフトするが、屈折率変化及び熱膨張を相殺するように温度が上昇するほど大きな力で押圧されるためピーク波長の長波長側へのシフトを小さくすることが出来る。 In other words, as the temperature rises, the refractive index of the waveguide section of the fiber etalon element increases and the distance between the reflecting films increases due to thermal expansion, and the peak wavelength shifts to the longer wavelength side, but the refractive index changes and thermal expansion. As the temperature rises so as to cancel out the pressure, the force is pressed with a larger force, so the shift of the peak wavelength to the longer wavelength side can be reduced.
スリーブは、ガラス、結晶化ガラス、セラミックス、金属等からなるものが一般に使用される。また、スリーブは、円筒形状の剛性スリーブや、円筒にスリットの入った割りスリーブが一般に使用される。 The sleeve is generally made of glass, crystallized glass, ceramics, metal or the like. As the sleeve, a cylindrical rigid sleeve or a split sleeve having a slit in the cylinder is generally used.
スリーブの弾性率が10〜250GPaであると好ましい。10GPaよりも低いと押圧の際に変形あるいは屈曲するおそれがあり、これにより軸ズレを起こす可能性がある。また、250GPaより大きな材料は高価であるため経済的に好ましくない。好ましくは20〜200GPaであり、より好ましくは30〜180GPaである。 The elastic modulus of the sleeve is preferably 10 to 250 GPa. If it is lower than 10 GPa, there is a risk of deformation or bending during pressing, which may cause axial misalignment. Moreover, since the material larger than 250 GPa is expensive, it is not economically preferable. Preferably it is 20-200 GPa, More preferably, it is 30-180 GPa.
ファイバエタロン素子は、ガラス、結晶化ガラス、セラミックス、金属等の円柱形状の剛性材料の軸心に設けられた内孔に光ファイバが挿置され、固定されている。また、ファイバエタロン素子の両端面には、反射膜が形成されている。反射膜には、金属薄膜や誘電体多層膜等が使用される。反射膜の形成には、スパッタ法、蒸着法、CVD、PVD、イオンプレーティング法等が使用可能である。特に、反射膜の機械的強度が高いため、スパッタ法を用いた反射膜の形成方法が好ましい。 In the fiber etalon element, an optical fiber is inserted and fixed in an inner hole provided in the axial center of a cylindrical rigid material such as glass, crystallized glass, ceramics, or metal. In addition, reflection films are formed on both end faces of the fiber etalon element. As the reflective film, a metal thin film, a dielectric multilayer film, or the like is used. For the formation of the reflective film, sputtering, vapor deposition, CVD, PVD, ion plating, or the like can be used. In particular, since the reflective film has high mechanical strength, a reflective film forming method using a sputtering method is preferable.
誘電多層膜は、Nb2O5、Ta2O5、TiO2等の高屈折率膜とSiO2、MgF2、SiN、Al2O3等の低屈折率膜を交互に4〜30層積層したものである。 The dielectric multilayer film is formed by alternately stacking 4 to 30 layers of high refractive index films such as Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and TiO 2 and low refractive index films such as SiO 2 , MgF 2 , SiN and Al 2 O 3. It is a thing.
ファイバエタロン素子は、光ファイバがガラス又は結晶化ガラスからなる剛性材料の内孔に挿置され、ガラス又は結晶化ガラスによって光ファイバが融着固定されてなると、光ファイバの位置ずれが起こりにくいため、接続損失が小さく、透過したピークが分裂しにくく、押圧手段による押圧力によって光ファイバと剛性材料との接着が緩むことがないため好ましい。 The fiber etalon element is such that when an optical fiber is inserted into an inner hole of a rigid material made of glass or crystallized glass, and the optical fiber is fused and fixed by glass or crystallized glass, the optical fiber is not easily displaced. It is preferable because the connection loss is small, the transmitted peak is not easily split, and the adhesion between the optical fiber and the rigid material is not loosened by the pressing force of the pressing means.
フェルールは、ガラス、結晶化ガラス、セラミックス、金属等の円柱形状の剛性材料の軸心に内孔が設けられたものが使用可能である。ファイバエタロン素子と接続するためにフェルールの先端部がPC(physical contact)研磨されていると、接続損失が小さくなりやすく好ましい。またフラット研磨されていても良い。 As the ferrule, a cylindrical rigid material such as glass, crystallized glass, ceramics, or metal having an inner hole in the axial center can be used. It is preferable that the tip of the ferrule is PC (physical contact) polished for connection to the fiber etalon element because the connection loss tends to be small. Further, it may be flat polished.
また、フェルールとして、その外径寸法(ODF)が、スリーブの内径寸法(IDS)よりもわずかに小さいフェルール(例えば、スリーブの内径寸法(IDS)との差(ODF−IDS)が1μm以下となる外径寸法(ODF)を有するスリーブ)を用いれば、外力が加わったとしてもフェルール(光コネクタプラグ)が傾くことなく把持することができる。 Further, as a ferrule, the difference (OD F −ID S ) between the ferrule whose outer diameter dimension (OD F ) is slightly smaller than the inner diameter dimension (ID S ) of the sleeve (for example, the inner diameter dimension (ID S ) of the sleeve). If a sleeve having an outer diameter (OD F ) of 1 μm or less is used, the ferrule (optical connector plug) can be held without tilting even when an external force is applied.
押圧手段は、一対のフェルールを介してファイバエタロン素子に温度変化に応じた押圧力を印加する手段であり、以下に具体例を3つ示す。 The pressing means is means for applying a pressing force corresponding to a temperature change to the fiber etalon element through a pair of ferrules. Three specific examples are shown below.
1つ目の形態は、熱膨張係数が小さい材料と熱膨張係数が大きい材料を組み合わせた押圧手段である。具体的には図5に示すように、この押圧手段は、熱膨張係数の小さい材料を基材41として、熱膨張係数の大きい材料を押圧部品42、42として用い押圧部品42、42を基材41に取り付け、基材と押圧部品との熱膨張量の差によって押圧力を発生させたものである。このような構成であるため、基材41と押圧部品42の熱膨張量の差によって、温度が上昇するほど押圧部品42の突起部42aの間隔が縮まるためフェルールを介してファイバエタロン素子を押圧する力が大きくなる。なお、図中では、ファイバエタロン素子と、ファイバエタロン素子の両端に当接する一対のフェルールとをまとめて光学部品43としている。
The first form is a pressing means that combines a material having a small thermal expansion coefficient and a material having a large thermal expansion coefficient. Specifically, as shown in FIG. 5, the pressing means uses a material having a small thermal expansion coefficient as the
押圧する力の大きさは、押圧部品42、42の基板41に固定されている間隔、押圧部品42の光軸方向の長さ、フェルールの光軸方向の長さおよびフェルール、基板、押圧部品のそれぞれの熱膨張係数の大きさに依存する。
The magnitude of the pressing force is the distance between the
低膨張材料の基材41および高膨張材料の押圧部品42の弾性定数が80GPa以上であると押圧時に変形しにくく、効率よく押圧することが出来るため好ましい。
It is preferable that the elastic constants of the low-expansion
また、低膨張材料の基材41と高膨張材料の押圧部品42の熱膨張係数の差が1×10-7〜370×10-7/℃であると効率よく押圧することが出来るため好ましい。1×10-7/℃よりも小さいと温度補償に必要な低膨張材料および高膨張材料の寸法が大きくなり、デバイス形状が大きくなる。370×10-7/℃よりも大きいと熱膨張係数の差が大きすぎるため、低膨張材料と高膨張材料の接合部が剥がれやすい。好ましくは70×10-7〜150×10-7/℃であり、より好ましくは90×10-7〜120×10-7/℃である。
Further, it is preferable that the difference between the thermal expansion coefficients of the low-expansion
基材41は、図5に示すように、その内孔にファイバエタロン素子を内蔵可能な筒状であると、ファイバエタロン素子を保護できるため特に好ましいが、変形例として板状、柱状等であっても良い。また、基材41は、2つ以上の部品が組み合わされて形成されていても良い。基材41には、コバール、インバー(登録商標)、コーディエライト、チタン酸アルミニウム、β‐スポジュメン固溶体を主結晶とする結晶化ガラスなど熱膨張係数が−120×10-7〜100×10-7/℃であり、剛性の高い材料であれば使用可能である。好ましい熱膨張係数は−50×10-7〜90×10-7/℃であり、より好ましくは10×10-7〜80×10-7/℃である。
As shown in FIG. 5, it is particularly preferable that the
押圧部品は、基本的に突起部を有していれば、断面が凸やL字形またはそれに類する形状が使用可能である。図5に示すように押圧部品42、42が、突起部42a、42aと平面部42b、42bからなる場合、平面部42b、42bは基材41に固定され、突起部42a、42aは対向するように固定される。
As long as the pressing component basically has a protrusion, a cross-section having a convex shape, an L-shape, or a similar shape can be used. As shown in FIG. 5, when the
押圧部品42には、熱膨張係数が101×10-7〜300×10-7/℃であり、剛性の高い材料であれば使用可能であり、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、真鍮等が使用可能である。好ましい熱膨張係数は130×10-7〜250×10-7/℃であり、より好ましくは150×10-7〜200×10-7/℃である。
The
基材41と押圧部品42の接着は、YAG溶接等の溶接、各部品をねじ状に加工した螺着、接着剤による接着等が可能である。
The
2つ目の形態は、基材と押圧部品とからなり、基材がファイバエタロン素子及び一対のフェルールの膨張量の合量よりも膨張量が小さい材料からなる(好ましくは、負の熱膨張係数を有する材料からなる)押圧手段である。具体的には、図6に示すように、この押圧手段は、基材51にファイバエタロン素子及び一対のフェルールの膨張量の合量よりも膨張量が小さい材料(好ましくは、負の熱膨張係数を有する材料)を用い、その両端に押圧部品52を有する略コの字形状に成形されたものである。そのため、温度が上昇するとともに、基材51は、光学部品53の膨張量の合量よりも膨張量が小さい(好ましくは、光学部品が膨張し、基材51が収縮する)ことによって押圧部品52が光学部品53のフェルールを介してファイバエタロン素子を押圧することができる。押圧部品52は剛性を有すればどのような材料であってもよく、基材51と同じ材料であってもよく、基材と押圧部品が一体的に形成されていてもよい。尚、基材が負の熱膨張係数を有する材料からなると、基材の全長が短くてもファイバエタロン素子の温度補償が可能であるため、光波長フィルタ素子を小型化できるため好ましい。
The second form is composed of a base material and a pressing part, and the base material is made of a material whose expansion amount is smaller than the total expansion amount of the fiber etalon element and the pair of ferrules (preferably, a negative thermal expansion coefficient). Pressing means). Specifically, as shown in FIG. 6, the pressing means is made of a material (preferably a negative thermal expansion coefficient) that has a smaller expansion amount than the total expansion amount of the fiber etalon element and the pair of ferrules on the
負の熱膨張係数を有する材料としては、タングステン酸ジルコニウム、タングステン酸ハフニウム、β‐石英固溶体セラミックス、β‐石英固溶体を主結晶とする結晶化ガラス、液晶ポリマーなど熱膨張係数が−1×10-7〜−120×10-7/℃を有する材料であれば使用可能である。 Examples of materials having a negative thermal expansion coefficient include zirconium tungstate, hafnium tungstate, β-quartz solid solution ceramics, crystallized glass having a β-quartz solid solution as a main crystal, and a liquid crystal polymer having a thermal expansion coefficient of −1 × 10 −. Any material having 7 to −120 × 10 −7 / ° C. can be used.
3つ目の形態は、温度センサと駆動部を有する押圧手段である。つまり、この押圧手段は、温度を感知し、その温度のときに最適な押圧がフェルール間にかかるように駆動部が働くものである。駆動部は、圧電素子、モーター等である。 The third form is a pressing means having a temperature sensor and a drive unit. That is, this pressing means senses the temperature, and the drive unit works so that an optimal pressing is applied between the ferrules at that temperature. The drive unit is a piezoelectric element, a motor, or the like.
上記した構成において、直列に光接続した複数個のファイバエタロン素子を、スリーブの内孔に挿置してなることが好ましい。このようにすれば、個々のファイバエタロン素子の透過スペクトルが重なり、1個のファイバエタロン素子の場合とほぼ同じ半値幅で大きな遮断率(PV値)を得ることもできる。この際、ファイバエタロン素子は、2又は3個用いることが好ましい。ファイバエタロン素子の個数が4個以上になると、接続点が多いため接続損失が大きくなるとともに、それぞれのファイバエタロン素子のピーク波長を精度良く合致させることが難しくなり、それに従い、製造コストが高くなるからである。 In the above configuration, it is preferable that a plurality of fiber etalon elements optically connected in series are inserted into the inner hole of the sleeve. In this way, the transmission spectra of the individual fiber etalon elements are overlapped, and a large cutoff rate (PV value) can be obtained with almost the same half-value width as in the case of one fiber etalon element. At this time, it is preferable to use two or three fiber etalon elements. When the number of fiber etalon elements is four or more, the connection loss increases because there are many connection points, and it becomes difficult to accurately match the peak wavelengths of the respective fiber etalon elements, and the manufacturing cost increases accordingly. Because.
上記した構成において、本発明の光波長フィルタ装置は、室温で、ファイバエタロン素子に対して所定の押圧力(初期の荷重値)を印加しておくことが好ましい。このようにすれば、ファイバエタロン素子とフェルールとの間又はファイバエタロン素子間の光接続が損なわれ難い。特にこの初期の荷重値は、以下のようにして決定した荷重値を用いることが好ましい。 In the above-described configuration, the optical wavelength filter device of the present invention preferably applies a predetermined pressing force (initial load value) to the fiber etalon element at room temperature. In this way, the optical connection between the fiber etalon element and the ferrule or between the fiber etalon elements is unlikely to be impaired. In particular, the initial load value is preferably a load value determined as follows.
(1)押圧手段を用いずに、ファイバエタロン素子の環境温度を−40℃〜85℃に変化させ、−40℃での透過ピーク波長を基準として、各温度での透過ピーク波長のシフト量を測定し、図7に示すように温度と透過ピーク波長のシフト量の関係をプロットする。 (1) Without using the pressing means, the environmental temperature of the fiber etalon element is changed from −40 ° C. to 85 ° C., and the shift amount of the transmission peak wavelength at each temperature is set with reference to the transmission peak wavelength at −40 ° C. Measure and plot the relationship between temperature and transmission peak wavelength shift as shown in FIG.
(2)図8に示すように、室温で、光波長フィルタ装置のファイバエタロン素子に機械的に荷重し、図7における−40℃での透過ピーク波長を基準として、各荷重値での透過ピーク波長のシフト量を測定し、荷重値と透過ピーク波長のシフト量の関係をプロットする。 (2) As shown in FIG. 8, mechanically loaded onto the fiber etalon element of the optical wavelength filter device at room temperature, and the transmission peak at each load value with reference to the transmission peak wavelength at −40 ° C. in FIG. The shift amount of the wavelength is measured, and the relationship between the load value and the shift amount of the transmission peak wavelength is plotted.
(3)図7のグラフから室温での透過ピーク波長のシフト量Aをもとめ、そのシフト量と絶対値が同じシフト量となる荷重値Bを図8のグラフから導出し、その荷重値Bを上記室温での初期の荷重値とする。 (3) The shift amount A of the transmission peak wavelength at room temperature is obtained from the graph of FIG. 7, and a load value B having the same shift amount as the shift amount is derived from the graph of FIG. The initial load value at room temperature is used.
以下、本発明を実施例と比較例を用いて詳細に説明する。図1は、実施例1、3〜5び比較例1の光波長フィルタ装置の断面図、図2は、実施例2の光波長フィルタ装置の断面図を示す。また図3は、透過ピーク波長の測定装置を示す説明図である。図4は、実施例1、3〜5及び比較例2の温度変化に対する透過ピーク波長のシフト量を示すグラフである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples and comparative examples. 1 is a cross-sectional view of the optical wavelength filter device of Examples 1, 3 to 5, and Comparative Example 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical wavelength filter device of Example 2. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a transmission peak wavelength measuring apparatus. FIG. 4 is a graph showing the shift amount of the transmission peak wavelength with respect to temperature change in Examples 1, 3 to 5, and Comparative Example 2.
[実施例1]
図1に示すように、実施例1の光波長フィルタ装置10は、以下のように構成されている。β‐スポジュメン固溶体を主結晶とする結晶化ガラスからなるスリーブ11の内孔に長さ2.52mmのファイバエタロン素子12が挿置されている。ファイバエタロン素子12の両端には、光ファイバ(熱膨張係数が5×10-7/℃)13の一端が挿通された長さ6.5mmのフェルール(熱膨張係数が30×10-7/℃)14、14が室温で2kgfの力(初期の荷重値)で押圧された状態でPC接続している。これらの部品が長さ32mmのコバール(熱膨張係数が66×10-7/℃)製の外筒管15の内孔15aに挿置され、外筒管15の端部には長さ6mmのSUS303(熱膨張係数が164×10-7/℃)製のフランジ16、16が接着固定されており、フランジ16の突起部(長さ2mm)16aはフェルール14に当接している。なお、光ファイバ13の他端は、フランジ16の空孔(図示せず)を通って外部に導かれている。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, the optical
ファイバエタロン素子12は、外径1.249mm、長さが2.52mmであり、両端面には、Nb2O5とSiO2とが交互に6層ずつ12層積層された誘電多層膜からなる反射膜がそれぞれ形成されている。また、ファイバエタロン素子12は、軸心に外径125μmのシリカガラス製の光ファイバが位置し、光ファイバはβ‐スポジュメン固溶体を主結晶とする結晶化ガラスからなる剛性材料の内孔に融着固定されている。
The
フェルール14は、β‐スポジュメン固溶体を主結晶とする結晶化ガラス製のものを用いた。外径はファイバエタロン素子12と同じく1.249mmである。
The
温度が上昇すると、フランジ16が突起部16aを有し、外筒管15の膨張量よりもフランジ16の膨張量の方が大きいため、2つのフランジ16、16の間隔が狭くなる。つまり、一対のフェルール14、14が押圧されて、その結果、導波部の屈折率の増大及びファイバエタロン素子12の膨張を相殺する様にファイバエタロン素子12を圧縮する力が大きくなる。
When the temperature rises, the
一方、温度が低下すると、外筒管15の収縮量よりもフランジ16の収縮量の方が小さいため、2つのフランジ16、16の間隔が広くなる。つまり、一対のフェルール14、14の押圧が緩和されて、その結果、導波部の屈折率の減少及びファイバエタロン素子12の収縮を相殺する様にファイバエタロン素子12を圧縮する力が小さくなる。
On the other hand, when the temperature decreases, the amount of contraction of the
[実施例2]
図2に示すように、実施例2の光波長フィルタ装置20は、以下のように構成されている。負の熱膨張係数を有するタングステン酸ジルコニウム(熱膨張係数が−110×10-7/℃)からなるスリーブ21(全長が2.26mm、外径が3mm、内径が1.25mm)の内孔に長さ1.26mmのファイバエタロン素子22が挿置されている。ファイバエタロン素子22の両端には、光ファイバ(熱膨張係数が5×10-7/℃)23の一端が挿通された長さ1mmのフェルール(熱膨張係数が30×10-7/℃)24、24が室温で2kgfの力で押圧された状態でPC接続している。負の熱膨張係数を有するタングステン酸ジルコニウム(熱膨張係数が-110×10-7/℃)からなるスリーブ21の内孔にファイバエタロン素子22が挿置されている。ファイバエタロン素子22の両端には、光ファイバ23の一端が挿通されたフェルール24、24が500gfの力で押圧された状態でPC接続している。フランジ25はフェルール24に当接しており、スリーブ21の端部21aと接着固定されている。なお、光ファイバ23の他端は、フランジ25の空孔(図示せず)を通って外部に導かれている。
[Example 2]
As shown in FIG. 2, the optical
なお、ファイバエタロン素子22とフェルール24は、実施例1で用いた部品と同種の部品を用いて光波長フィルタ装置が構成されている。
The
温度が上昇すると、スリーブ21が収縮するため、2つのフランジ25、25の間隔が狭くなる。つまり、一対のフェルール24、24が押圧されて、その結果、ファイバエタロン素子22の膨張を相殺する様にファイバエタロン素子22を圧縮する力が大きくなる。
When the temperature rises, the
一方、温度が低下すると、スリーブ21が膨張するため、2つのフランジ25、25の間隔が広くなる。つまり、一対のフェルール24、24の押圧が緩和されて、その結果、ファイバエタロン素子22の収縮を相殺する様にファイバエタロン素子22を圧縮する力が小さくなる。
On the other hand, when the temperature decreases, the
[実施例3]
ファイバエタロン素子の長さを1.26mm、フェルールの長さを5mm、コバール製の外筒管の長さを27mm、SUS303製のフランジの長さを8mm(突起部は2mm)とし、反射膜を、Nb2O5とSiO2とが交互に8層ずつ16層積層された誘電多層膜とした以外は、実施例1と同様に構成されている。
[Example 3]
The length of the fiber etalon element is 1.26 mm, the length of the ferrule is 5 mm, the length of the outer tube made of Kovar is 27 mm, the length of the flange made of SUS303 is 8 mm (the protrusion is 2 mm), and the reflective film is The structure is the same as that of Example 1 except that a dielectric multilayer film in which 16 layers of Nb 2 O 5 and SiO 2 are alternately stacked is formed.
[実施例4]
実施例3の光波長フィルタ装置10のファイバエタロン素子12の替わりに、長さ1.26mmのファイバエタロン素子を2個直列にPC接続して用い、コバール製の外筒管15の長さを30mm、SUS303製のフランジ16の長さを9mm、フランジ16の突起部の長さを3mmとした以外は実施例3と同様に構成されている。
[Example 4]
Instead of the
[実施例5]
実施例3の光波長フィルタ装置10のファイバエタロン素子12の替わりに、長さ1.26mmのファイバエタロン素子を3つ直列にPC接続して用い、コバール製の外筒管15の長さを34mm、SUS303製のフランジ16の長さを10mm、フランジ16の突起部の長さを4mmとした以外は実施例3と同様に構成されている。
[Example 5]
Instead of the
[比較例1]
コバール製の外筒管の替わりに、SUS303製の外筒管を用いた以外は実施例1と同様に構成されている。
[比較例2]
押圧手段としての外筒管15とフランジ16とを備えていないこと以外は、実施例3と同様に構成されている。
[Comparative Example 1]
The configuration is the same as that of the first embodiment except that an SUS303 outer tube is used instead of the Kovar outer tube.
[Comparative Example 2]
The configuration is the same as that of the third embodiment except that the outer
実施例1〜4および比較例1、2の光波長フィルタ装置の透過ピーク波長の温度依存性を評価した。 The temperature dependence of the transmission peak wavelength of the optical wavelength filter devices of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was evaluated.
まず、図3に示すように各機器を接続した。光波長フィルタ装置30から外部に導かれた光ファイバの一方が広帯域光源31、もう一方が光スペクトラムアナライザ32に接続されている。また、光波長フィルタ装置30は恒温槽33の中に配設されている。
First, each device was connected as shown in FIG. One of the optical fibers guided to the outside from the optical
次に、広帯域光源31から1550nm帯の赤外光を発信し、恒温槽33を用いて−40〜85℃の温度環境下で光波長フィルタ装置30を透過した透過スペクトルを光スペクトルアナライザ32で測定し、−40℃での透過ピーク波長に対して、各温度での透過ピーク波長のシフト量を算出した。尚、実施例3〜5及び比較例2について、図4に温度に対する透過ピーク波長のシフト量をプロットした。
Next, infrared light in the 1550 nm band is transmitted from the
実施例1〜5は、透過ピーク波長のシフト量が300pm以下であったが、比較例1および2は1500pmであった。 In Examples 1 to 5, the shift amount of the transmission peak wavelength was 300 pm or less, but Comparative Examples 1 and 2 were 1500 pm.
10、20、30 光波長フィルタ装置
11、21 スリーブ
12、22 ファイバエタロン素子
13、23 光ファイバ
14、24 フェルール
15 外筒管
15a 内孔
16、25 フランジ
16a 突起部
21a 端部
31 広帯域光源
32 光スペクトラムアナライザ
33 恒温槽
41、51 基材
42、52 押圧部品
42a 突起部
42b 平面部
43、53 光学部品
10, 20, 30 Optical
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