JP2010211247A

JP2010211247A - 光学波長分散システム

Info

Publication number: JP2010211247A
Application number: JP2010151829A
Authority: JP
Inventors: Jean-Pierre Laude; ピエールロードジャン
Original assignee: Yenista Optics SA
Current assignee: Yenista Optics SA
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2010-09-24
Also published as: FR2765972A1; JP4633206B2; JPH11125733A; EP0890855A1; DE69840938D1; US5991482A; EP0890855B1; FR2765972B1

Abstract

【課題】本発明は膨張係数εを持った支持体（２）によって担持されたネットワーク（１）から成る、ビームの波長領域での用途に設計された、光学分散システムに関する。
【解決手段】提案されるシステムは温度安定性のものである。そのため、それは当該波長領域において透明で、屈折率ｎ₁を持ち、ε＋１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔが小さく、ｄｎ₁／ｄｔとεとは反対の符号となっていることが有利である前面ブレード（３）を含む。この装置によって、温度安定性を持ったマルチプレクサ−デマルチプレクサ又はファイバ光学波長ルーターの製造が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は光学ファイバ遠隔転送装置の部品として用いられる、システム又はマルチプレクサ−デマルチプレクサ又は光学ファイバ波長ルーターに関する。

従来の技術

このようなマルチプレクサ−デマルチプレクサは既に知られており、それらは、特にフランス特許ＦＲ−第２，５４３，７６８号、ＦＲ−第２，５１９，１４８号、ＦＲ−第２，４７９，９８１号、ＦＲ−第２，４９６，２６０号および欧州特許ＥＰ−第０，１９６，９６３号で徐々に改良されてきた。

後者の文献は、一層詳細には、入力及び出力ファイバが凹面鏡の焦点の直ぐ近くに位置するマルチプレクサ−デマルチプレクサに関する。それゆえ、入力ファイバから受けた投入光束は凹面鏡によって平行の光ビームに変換されて平面回折格子に向けられ、それは平行の光ビームを凹面鏡へ戻してそれらを出力ファイバーの端部へ焦点を結ばせる。

我々は収差を減少させようと努め、そして、特に、そのようなシステムの球面収差を減少させようとして、その結果、ファイバキャリア、回折格子を持ったエレメント、中間エレメント、及び球面鏡エレメントから成る、マルチプレクサ−デマルチプレクサを示唆したものである。ファイバキャリアはファイバの端部を回折格子を持ったエレメントと接触させ、回折格子と接触していて、それを持ったエレメントと同じ光学屈折率を持った中間エレメントは鏡と接触する球面で終わっている。

この装置は極めて満足なものであり、多数の実施態様を可能としたし、なお可能とするものである。

しかし、ある特別の用途では、装置を構成する異なったエレメントの屈折率変化により作りだされる熱不安定性と、それの結果として生じる温度と特性の変化は、良くないことが証明されている。

本発明の目的はこれらの欠点を回避して、良好な熱安定性も持った、上述のものと同様の利点を示すマルチプレクサ−デマルチプレクサを提案することである。

上記目的を達成するため、本発明は、温度ｔが上昇するときに平面格子（１）のピッチが増大する膨張係数εを持った材料よりなる支持体（２）によって担持された平面格子（１）と、
ガラス材料よりなり、支持体（２）によって担持された平面格子（１）の前面にセットされており、平面格子（１）の平面に平行なフラット面（３１）とビームの軸に略垂直なフラット面（３２）を持っており、ビームの波長領域において透明で屈折率ｎ₁を持ち、屈折特性が温度ｔに関係して変化する前面ブレード（３）とを含み、ビームの波長領域で使用するように設計された光学分散システムであって、
前面ブレード（３）が平面格子（１）の支持体（２）の材料とは異なる材料よりなっていて、
ε＋（１／ｎ₁）×（ｄｎ₁／ｄｔ）〔ここで、ｄｎ₁／ｄｔは、温度ｔによる前面ブレード（３）の屈折率変化〕が、
前面ブレード（３）と支持体（２）が同一材料の場合に比べて最小化されていることを特徴としている。

本発明によれば、分散光学システムは、前記波長領域において透明で、屈折率ｎ₁を持つ前面ブレードを含み、その面のうちの一つは格子平面に平行であり、また温度ｔによるブレードの光学屈折率ｎ₁の変化、即ち、ε＋１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔが小さい。

それぞれその特別の利点を表し、かつそれらの全ての技術的に可能な組合わせで用いられ得る種々の実施態様によれば、
ｄｎ₁／ｄｔとεとは反対の符号を持ち、
前面ブレードの他の面はビームの軸ｘ，ｘ’に垂直であり、
格子支持体は低膨張のシリカで作られて、前面ブレードの屈折率ｎ₁はｄｎ₁／ｄｔ＜０であり、
屈折率ｎ₁の前面ブレードはＢＫ７で作られていること、
屈折率ｎ₁の前面ブレードはＳＦ６４Ａで作られていること、
屈折率ｎ₁の前面ブレードはＳＫ１６で作られていること、
屈折率ｎ₁の前面ブレードはＬＦ５で作られていること、
前面ブレードはフレキシブルな光学接着剤を用いて格子に貼り付けられていること
システムは、格子の膨張係数に近い膨張係数を持った材料で作られた第２のブレード（５）から成り、面同士が互いに対してかつ格子に対して平行であり、また、前面ブレードと格子との間に位置すること、
前記第２のブレードは格子の支持体と同一の材料で作られていることを特徴とする。

この配列は、それ自身が鏡及び光学転送システムを含み、格子、支持体、前面ブレード及び反射システムから成る、マルチプレクサ−デマルチプレクサ又はファイバ光学波長ルーターで構成されるのが有利である。当該反射システムは焦点を表しているのに対し、入力及び出力光学ファイバの端部は焦点に近接した位置にある。光学転送システムは、鏡を担持する屈折率ｎ₃の第１のブロック、平行面を有する屈折率ｎ₄の第２のブロック、及び平行面を有する屈折率ｎ₅の第３のブロックから成る。

第１、第２、及び第３のブロックはそれぞれ純シリカで作られるのが有利である。

第２及び第３のブロックは単一のピースで作られる。

発明の実施の形態

以下、本発明を添付の図面を参照して一層詳細に説明する。図面において、
図１は本発明の光学システムを定めるスペクトロメーターを図式で表したもの、
図２は本発明の第１の実施態様に従って行ったマルチプレクサ−デマルチプレクサの図式表示、
図３は本発明の第２の実施態様に従って行ったマルチプレクサ−デマルチプレクサを図式で表すもの、である。

格子を付けた、特に平面格子を付けた分散装置は、それらの特性を変えてそれらの性能に影響を及ぼすことがある熱変化に敏感であることが認められた。

これらの欠点を避けるために、これまでの方法では、幾分目立つ、コスト、量、及び空間の要件を発生させる、これらの装置の温度を安定させることが考えられていた。

それゆえ、これらの欠点を避けるために、我々はここで低膨張性のシリカ支持体に基づく格子を用いることを示唆する。より一般的には、我々は、温度ｔによる屈折率変化ｄｎ₁／ｄｔも小さい前面ブレードと関連した、低い膨張係数εを持った材料について本発明の実行のための格子を用いる。

温度変化は本発明の光学分散システムに二つの際立った効果を作り出す。

格子支持体の温度の上昇は、その膨張、それゆえ格子のピッチの増大を起こさせる。

一方、温度ｔによる前面ブレード３の光学屈折率ｎ₁の変化ｄｎ₁／ｄｔは、これらの屈折特性を変更させる。

我々は、ε＋１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔの量を減少させながら、光学分散システムの特性変化を減少させることが可能であることを示した。

原則として、これは、これらの量：一方ではεを、他方ではｄｎ／ｄｔ或いは１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔの量を各々減少させながら、それらの合計もまた比較的小さいものとすることによって、実行できる。

また、一方ではその膨張係数ε、また温度ｔによる屈折率変化ｄｎ₁／ｄｔが反対の符号の材料を選択することも可能である。

そこで我々は極めて小さい合計ε＋１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔを得る。

好ましくは小さい膨張係数εを示すように選択された、シリカで作った格子１の支持体２でもって、前面ブレード３を構築するために、我々は、温度による屈折率変化ができるだけ低い、例えば、ＢＫ７，ＳＦ６４Ａ，ＳＫ１６，又はＬＦ５のガラスのうちの一つを用いることができる。

これらの名称はＳＣＨＯＴＴカンパニーによって用いられるものである。この目的には、明らかに、同一の特性を表す材料で他のカンパニーによって他の名称で製造される材料も用いることができる。種々の製造業者によって用いられる参照及び名称を容易に確認することができる合致表がある。

εが正であり、ｄｎ₁／ｄｔ変化が負の場合は、ＢａＫ２，ＬＦ５，ＳＦ６４Ａのガラスについては、得られる結果は特に良い。

第１の実施態様は図１に表されるような分光計の一般的なものである。支持体２によって担持された格子１は、光学システム２０の焦点に置かれ平行光線２４を生成する入力スロット２２からの入力光ビーム２１を受ける。分散によって、格子１は光学システム２６によって送られた平行ビーム２５をその自身の平面の位置に関係する特定の波長を選択して、出力スロット２７へ戻す。

前面ブレード３は格子１の平面に平行な面３１と、システム軸に垂直で、かつ、実際の実施形態では入射ビーム２４と反射ビーム２５に対しても同時に略垂直である第２の面３２とから成る。実際、明瞭化のために、ビーム２４及び２５を図１に極めて大きな角度αをなすものとして表した。実施態様においては、この角度は小さく、上記の条件を満たすことができるようにしている。

この配置によって、約１００ｍｍの合計出力と２３９ｍｍの球面鏡の曲面半径とを持った、図２に表すようなマルチプレクサ−デマルチプレクサを得ることができる異なった実施態様が可能となった。

我々は１ミリメートルにつき格子線の総数が６００の格子を用いた。そして、前面ブレード以外は、他のエレメント、ブロック１，２及び３，ならびに格子支持体を、５℃から３５℃の範囲の５．２１０^-7Ｋ^-1の膨張係数εを持った純シリカで製造した。

試験した種々の前面ブレードを下表に示す。

前面ブレードブレード材料屈折率１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔ
実施例１ BaK2 1.5237 (λ＝1540nm)
●−3.5 10^-7
実施例２ SF64A 1.6817 （λ＝1.06μm)
●−3.2 10^-7
実施例３ LF5 1.56594 （λ＝1.06μm)
−4.4 10^-7
実施例４ BK7 1.50056 （λ＝1557nm)
＋5.7 10^-7
実施例５ BaK2 1.52307 （λ＝1.6 μm)
−3.5 10^-7
実施例６ LF5 1.55951 （λ＝1.55μm)
−5.34 10 ^-7 (25℃)
実施例７ LF5 1.56010 （λ＝1.50μm)
−5.27 10 ^-7 (25℃)

こうして、我々はこれらの実施例に対して、すべて同一の材料、例えばシリカで作った構成部品を用いて得られるであろうものよりも低く、かつ、極めて下の、式ε＋１／ｎ₁×ｄｎ₁／ｄｔについての値を得る。

本発明の光学システムを定めるスペクトロメーターを示す図である。本発明の第１の実施態様に従って行ったマルチプレクサ−デマルチプレクサを示す図である。本発明の第２の実施態様に従って行ったマルチプレクサ−デマルチプレクサを示す図である。

１…平面格子、２…支持体、３…前面ブレード、３１，３２…フラット面、ε…膨張係数、ｎ₁…屈折率。

Claims

膨張係数εを持った材料よりなる基板（２）上に形成された平面格子（１）と、
前記平面格子（１）の前記基板（２）を構成する前記材料とは異なる硬質材料よりなる前面プレートであって、前記平面格子の前面に配置され、ビームの波長領域において屈折率ｎ ₁ が温度ｔに関係して変化する前面プレート（３）と、
平行な入射ビーム（２４）を前記平面格子に送出するようにされた凹面鏡と、
前記平面格子にて分散された反射ビーム（２５）を反射するようにされた凹面鏡と、を含む、ビームの波長領域で使用するように意図された光学分散システムであって、
前記前面プレートは、前記平面格子の平面に平行なフラット面（３１）と、入射ビーム（２４）の軸及び反射ビーム（２５）の軸に略垂直なフラット面（３２）を持ち、
ビームの波長領域において、ｄｎ ₁ ／ｄｔは、εと反対の符号を持ち、
ε＋（１／ｎ ₁ ）×（ｄｎ ₁ ／ｄｔ）〔ここで、ｄｎ ₁ ／ｄｔは、温度ｔによる前面プレート（３）の屈折率変化〕が、
前面プレートと支持体が同一材料の場合に比べて最小化されていることを特徴とする光学分散システム。
入力光ビーム（２１）を出射するようにした入力スリット（２２）と、
凹面鏡を有し、前記入力スリットからの入力光ビームを当該凹面鏡にて反射して平行光線（２４）を生成するようにした第１の光学システム（２０）と、
凹面鏡を有し、前記平面格子にて分散された平行ビーム（２５）を当該凹面鏡にて反射するようにした第２の光学システム（２６）と、
前記第２の光学システムの焦点に配置され、特定の波長のビームを選択して出射するようにした出力スリット（２７）と
を備える、請求項１に記載の光学分散システム。
前記平面格子上に焦点（ｆ）を有する凹面鏡（７）が当該平面格子とは反対の面に形成され、フラット面が他方の面に形成された、第１のブロック（１２）と、
２つのフラット面を有し、一方のフラット面が前記第１のブロックの前記フラット面に接触して配置され、他方のフラット面が前記前面プレート（３）の前記フラット面（３２）に接触して配置された、第２のブロック（１３，１４）と、
前記基板に保持された入力光学ファイバであって、その端面が前記平面格子上で前記凹面鏡の前記焦点に近接して配置された入力光学ファイバ（８）と、
前記基板に保持された複数の出力光学ファイバであって、その端面が前記平面格子上で前記凹面鏡の前記焦点に近接して配置された複数の出力光学ファイバ（９，１０，１１）と、を有する、請求項１に記載の光学分散システム。
前記平面格子の前記基板の膨張係数に近い膨張係数を持った材料で作られ、互いに対して平行で、且つ、前記平面格子に対して平行な面を持ち、前記前面プレート（３）と前記平面格子（１）との間に置かれた第２のプレート（５）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の光学システム。
前記第２のプレート（５）が前記平面格子（１）の前記基板（２）と同一の材料で作られていることを特徴とする、請求項４に記載の光学システム。
前記第１のブロック（１２）は純シリカで作られていることを特徴とする、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の光学システム。
前記第２のブロック（１３、１４）は２つのブロックで構成されていることを特徴とする、請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光学システム。
前記２つのブロックの少なくとも一方は純シリカで作られていることを特徴とする、請求項７に記載の光学システム。
前記前面プレートはガラスで作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光学システム。
前記平面格子（１）の前記基板（２）は低膨張シリカで作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の光学システム。
屈折率ｎ ₁ を持つ前記前面プレート（３）がＢａＫ２で作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光学システム。
屈折率ｎ ₁ を持つ前記前面プレート（３）がＳＦ６４Ａで作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれかにに記載の光学システム。
屈折率ｎ ₁ を持つ前記前面プレート（３）がＳＫ１６で作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光学システム。
屈折率ｎ ₁ を持つ前記前面プレート（３）がＬＦ５で作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光学システム。
屈折率ｎ ₁ を持つ前記前面プレート（３）がフレキシブルな光学接着剤（４）を用いて前記平面格子（１）に接着してあることを特徴とする、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の光学システム。