JP2013145303A

JP2013145303A - ファイバブラッググレーティング装置

Info

Publication number: JP2013145303A
Application number: JP2012005448A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kobayashi; 秀幸小林; Kensuke Sasaki; 健介佐々木
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: JP5435044B2

Abstract

【課題】広範囲の温度変化に対して、ファイバブラッググレーティングの波長特性の変動を補償できるファイバブラッググレーティング装置を提供する。
【解決手段】ファイバブラッググレーティングが作り込まれた光ファイバ１３と、光ファイバを固定し、かつ熱膨張係数が負である実装スリーブ１５と、接触緩衝材１７と、実装スリーブを、光ファイバの延在方向に沿った方向から接触緩衝材を介して一体的に挟み込み、かつ熱膨張係数が正であるホルダ１９とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、周囲温度の変化に対するファイバブラッググレーティングのブラッグ反射波長の変動を抑制できるファイバブラッググレーティング装置に関する。

近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。それに対応して光ファイバ等を用いた高速で大容量のネットワークが整備されつつある。このようなネットワークを構築するための通信手段として、光時間分割多重（ＯＴＤＭ：ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、及び光符号分割多重（ＯＣＤＭ：ＯｐｔｉｃａｌＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が注目されている。

これら多重技術を用いる伝送では、並列に複数チャンネルの光パルス信号を生成する。この光パルス信号は、送信データを情報として含む電気信号を用いて光パルス列に変調したものである。送信側では、光パルス信号をチャンネル毎に異なる符号で変調する。この送信側における変調を符号化と称する。また、受信側では、送信側において符号化したときに用いられたものと同一の符号で変調することで、元の並列光パルス信号に戻す。この受信側における変調を復号化と称する。

多重技術の１つであるＯＣＤＭを用いる伝送では、多数のチャンネルの光パルス信号を同一の波長で同時に伝送することができる。

また、ＯＣＤＭは、送信側と受信側とで同一符号を鍵として用いる伝送方法であるので、伝送におけるセキュリティーが高いことが特徴の一つである。

ＯＣＤＭの符号化の手段として、光の位相を符号として用いる位相符号方式ＯＣＤＭが知られている。そして、符号器及び復号器として、光ファイバにファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）が作り込まれて構成されたスーパーストラクチャファイバブラッググレーティング（ＳＳＦＢＧ：ＳｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）を備えるＦＢＧ装置を用いることができる。ここで、ＦＢＧを利用した符号器及び復号器に同一の符号を設定するためには、符号器及び復号器のＦＢＧを同一の実効屈折率周期構造とし、かつ同一のブラッグ反射波長とする必要がある。なお、上記ＦＢＧ装置は、符号器及び復号器以外の用途に用いることや、ＯＣＤＭ以外の多重技術に適用すること等もできる。

ＦＢＧのブラッグ反射波長は、符号器及び復号器の例えば周囲温度の変化等に伴って変動する。このようなブラッグ反射波長の変動が生じると、符号器と復号器とで符号の整合がとれず、チャンネル間のクロストークが発生する。そのため、符号器及び復号器のＦＢＧのブラッグ反射波長を同一に保つことが重要である。

そこで、周囲温度の変化に起因するＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を抑制する技術がある（例えば特許文献１参照）。

ＦＢＧのブラッグ反射波長は、周囲温度の上昇に伴い長波長側に変動する。そこで、特許文献１に開示されているＦＢＧ装置では、熱膨張係数が負である基板（以下、負膨張性基板とも称する）の表面上に、ＦＢＧが形成された光ファイバが取り付けられている。光ファイバは、少なくとも２箇所の隔離した部分において負膨張性基板の表面に固定されている。この特許文献１によるＦＢＧ装置では、周囲温度の上昇に伴って負膨張性基板が収縮することによって、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を補償することができる。一方、ＦＢＧのブラッグ反射波長は、周囲温度の下降に伴い短波長側に変動する。周囲温度の下降時では、負膨張性基板が膨張することによって、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を補償することができる。

特表２０００−５０３４１５号公報

図１（Ａ）は、周囲温度の変化とＦＢＧのブラッグ反射波長の変動との関係を示す図である。図１（Ａ）において、横軸は周囲温度を℃単位で目盛ってある。また、縦軸はＦＢＧのブラッグ反射波長の変動量をｐｍ単位で目盛ってある。図１（Ａ）に示すように、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動量は、周囲温度の変化に対して一次関数の関係にはない。

これに対して、負膨張性基板の膨張又は収縮を利用して波長特性を補償する場合、その補償量が周囲温度の変化に対して一次関数の関係となる。

このような、ブラッグ反射波長の変動量と補償量との、周囲温度に対する依存性の相違に起因して、特許文献１によるＦＢＧ装置では、周囲温度によって補償過多又は補償不足が生じる場合がある。

図１（Ｂ）は、特許文献１に開示されたＦＢＧ装置を用いて、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を補償した結果を示している。図１（Ｂ）において、横軸は周囲温度を℃単位で目盛ってある。また、縦軸はＦＢＧのブラッグ反射波長の変動量をｐｍ単位で目盛ってある。実線は、高温域（周囲温度が概ね２０〜８０℃の範囲内の温域）におけるブラッグ反射波長の変動を補償する熱膨張係数が設定された負膨張性基板を用いた場合の結果である（符号１０１を付して示す）。また、破線は、中温域（周囲温度が概ね−１０〜５０℃の範囲内の温域）におけるブラッグ反射波長の変動を補償する熱膨張係数が設定された負膨張性基板を用いた場合の結果である（符号１０３を付して示す）。また、一点破線は、低温域（周囲温度が概ね−４０〜２０℃の範囲内の温域）におけるブラッグ反射波長の変動を補償する熱膨張係数が設定された負膨張性基板を用いた場合の結果である（符号１０５を付して示す）。

図１（Ｂ）に示すように、特許文献１に開示されたＦＢＧ装置では、各結果において、補償過多又は補償不足が生じる温度範囲が存在する。すなわち、高温域におけるブラッグ反射波長の変動を補償する場合には、低温域において補償過多が生じる。また、中温域におけるブラッグ反射波長の変動を補償する場合には、低温域において補償過多が生じ、かつ高温域において補償不足が生じる。また、低温域におけるブラッグ反射波長の変動を補償する場合には、高温域において補償不足が生じる。このように、特許文献１によるＦＢＧ装置では、広範囲の周囲温度の変化に対応して十分に波長特性の補償を行うことができない。

そこで、この発明の目的は、従来と比してより広範囲の温度変化に対して、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を抑制できるＦＢＧ装置を提供することにある。

上述の目的の達成を図るため、この発明のＦＢＧ装置は、光ファイバと実装スリーブと接触緩衝材とホルダとを備えている。光ファイバには、ＦＢＧが作り込まれている。実装スリーブは、光ファイバを固定し、かつ負の熱膨張係数を有している。ホルダは、実装スリーブを、光ファイバの延在方向に沿った方向から接触緩衝材を介して一体的に挟み込み、かつ正の熱膨張係数を有している。

この発明によるＦＢＧ装置では、上述したように実装スリーブの熱膨張係数が負であり、かつホルダの熱膨張係数が正である。そのため、周囲温度が下降した際には、実装スリーブが膨張し、ホルダが収縮する。従って、実装スリーブの膨張がホルダによって抑制される。その結果、周囲温度の下降時において、実装スリーブによるＦＢＧの波長特性の補償過多を、ホルダによって抑制することができる。そのため、この発明によるＦＢＧ装置では、高温域における波長特性を補償するように実装スリーブの熱膨張係数を設定しておくことによって、従来と比してより広範囲の温度変化に対して、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を補償することができる。

（Ａ）は、周囲温度の変化とＦＢＧのブラッグ反射波長の変動との関係を示す図である。（Ｂ）は、従来のＦＢＧ装置における、周囲温度の変化とＦＢＧのブラッグ反射波長の変動との関係を示す図である。この発明のＦＢＧ装置の斜視図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のＦＢＧ装置の端面図である。この発明のＦＢＧ装置で用いる光ファイバにおけるＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を示す図である。この発明のＦＢＧ装置による波長特性の補償の効果を示す図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

この実施の形態では、例えば上述したＯＣＤＭにおける符号器又は復号器として動作するＦＢＧ装置について説明する。

（構成の説明）
図２及び図３は、この実施の形態によるＦＢＧ装置を示す模式図である。図２は、ＦＢＧ装置の斜視図である。また、図３（Ａ）は、ＦＢＧ装置を図２のＩ−Ｉ線で切り取った切り口を示す端面図である。また、図３（Ｂ）は、ＦＢＧ装置を図３（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切り取った切り口を示す端面図である。なお、図３（Ｂ）では、切り口を示すハッチングを省略している。

ＦＢＧ装置１１は、光ファイバ１３と、実装スリーブ１５と、接触緩衝材１７と、ホルダ１９とを備えて構成されている。

光ファイバ１３として、周囲温度の変化に対して正の相関でＦＢＧのブラッグ反射波長が変動する（すなわち、光ファイバ１３に形成されたＦＢＧのブラッグ反射波長が、周囲温度の上昇に伴い長波長側に変動する）光ファイバを用いる。より具体的には、光ファイバ１３として、例えばＦＩＢＥＲＣＯＲＥ社製の紫外感光性光ファイバＰＡ１５００（以下、光ファイバＡとも称する）又はＣｏｒＡｃｔｉｖｅ社製の紫外感光性光ファイバＵＶＳ６５２（以下、光ファイバＢとも称する）等を用いることができる。

図４を参照して、光ファイバＡ及び光ファイバＢにおけるＦＢＧのブラッグ反射波長の変動について説明する。図４は、周囲温度の変化と、光ファイバＡ及び光ファイバＢにおけるＦＢＧのブラッグ反射波長の変動との関係を示す図である。図４において、横軸は周囲温度を℃単位で目盛ってある。また、縦軸はＦＢＧのブラッグ反射波長の変動量をｐｍ単位で目盛ってある。図４から、周囲温度が２０〜８０℃の範囲内では、光ファイバＡの波長変動率が１０ｐｍ／℃、及び光ファイバＢの波長変動率が９ｐｍ／℃であることが確認できる。

また、光ファイバ１３には、ＦＢＧが作り込まれている（図示せず）。この実施の形態では、光ファイバ１３は、ＦＢＧが実装スリーブ１５に接触して実装スリーブ１５に固定されている。

実装スリーブ１５は、例えば直方体状とすることができる。そして、上面１５ａ側で光ファイバ１３を固定している。

図２及び図３に示す構成例では、上面１５ａに、実装スリーブ１５の長手方向に沿って延在する溝部２１が形成されている。ここでは、溝部２１の延在方向に直交する断面を、例えば縦及び横の寸法が各１ｍｍの矩形状とすることができる。この溝部２１内に、溝部２１と延在方向を一致させて光ファイバ１３が収容されている。そして、光ファイバ１３に形成されたＦＢＧが、溝部２１の底面２１ａに接触している。

さらに、溝部２１は、延在方向の両端部分が接着剤２３で埋め込まれている。接着剤２３は、例えばヤング率が１００ＧＰａ以上であり、かつガラス転移温度が１００℃以上のエポキシ系接着剤であるのが好ましい。より具体的には、接着剤２３として、オーテックス株式会社製の紫外線硬化型エポキシ接着剤「ＰＡＲＱＩＴ」を用いることができる。そして、２０℃の周囲温度下において、例えば１００ｇ重の引っ張り張力を印加した状態（約１ｎｍの波長変動を与えた状態）で光ファイバ１３を固定するのが好ましい。

このように、光ファイバ１３は、接着剤２３で溝部２１内に延在方向の両端付近で固定される。

また、実装スリーブ１５は、負の熱膨張係数を有する材料で構成されている。実装スリーブ１５の熱膨張係数は、周囲温度が２０〜８０℃の範囲内における光ファイバ１３のブラッグ反射波長の変動を過不足なく補償する値に設定される。光ファイバ１３として例えば光ファイバＡを用いる場合には、実装スリーブ１５の熱膨張係数を−７．５×１０^-6／℃とするのが好ましい。また、光ファイバ１３として例えば光ファイバＢを用いる場合には、実装スリーブ１５の熱膨張係数を−６．５×１０^-6／℃とするのが好ましい。実装スリーブ１５として、例えば日本電気硝子株式会社製のＣＥＲＳＡＴを用いることができる。

接触緩衝材１７は、後述するホルダ１９の補償調整部１９ａと実装スリーブ１５との間に設けられた第１接触緩衝材１７ａ、及び固定部１９ｃと実装スリーブ１５との間に設けられた第２接触緩衝材１７ｂを含んで構成されている。第１接触緩衝材１７ａ及び第２接触緩衝材１７ｂは、一体的に形成されていても良いし、互いに離間して形成されていても良い。なお、図２及び図３では、第１接触緩衝材１７ａと第２接触緩衝材１７ｂが互いに離間して形成された構成例を示している。

また、接触緩衝材１７は、実装スリーブ１５及びホルダ１９と比して軟らかい（例えばショア硬度が小さい、又はヤング率が小さい）材料で形成されるのが好ましい。接触緩衝材１７を、例えばウレタン等のスポンジ材料、又は発泡スチロール等で形成することができる。接触緩衝材１７として、例えばノイアックコーポレーション株式会社製のＰＥライトＡ−８で形成することができる。

ホルダ１９は、一対の補償調整部１９ａと結合部１９ｂと固定部１９ｃとを含んで構成されている。

一対の補償調整部１９ａは、実装スリーブ１５を、光ファイバ１３の延在方向に沿った方向から挟み込んでいる。補償調整部１９ａは、実装スリーブ１５の、光ファイバ１３の延在方向に直交する２つの面（端面１５ｂ及び１５ｃ）と対面して形成されている。そして、これら補償調整部１９ａは、接触緩衝材１７（第１接触緩衝材１７ａ）を介して実装スリーブ１５を挟み込んでいる。また、一対の補償調整部１９ａは、結合部１９ｂによって結合されており、一体的に構成されている。

また、固定部１９ｃは、実装スリーブ１５を、光ファイバ１３の延在方向に直交する方向から包み込んでいる。図２及び図３に示す構成例では、固定部１９ｃは、実装スリーブ１５を、光ファイバ１３の延在方向に沿った上面１５ａ、並びに上面１５ａと直交する側面１５ｄ及び１５ｅから、接触緩衝材１７（第２接触緩衝材１７ｂ）を介して一体的に包み込んでいる。

なお、ホルダ１９は、少なくとも一対の補償調整部１９ａ及び結合部１９ｂを含んで構成されていれば良く、その形状を設計に応じて任意好適に変更することができる。従って、ホルダ１９を、固定部１９ｃを含まない構成とすることができる。その場合には、例えば、実装スリーブ１５の端面１５ｂ及び１５ｃと対面する一対の補償調整部１９ａと、側面１５ｄ及び１５ｅと対面する一対の結合部１９ｂとを含む枠状体として構成される。あるいは、例えば、側面１５ｄ及び１５ｅと対面する位置ではなく、上面１５ａ又は下面１５ｆと対面させた結合部１９ｂによって、一対の補償調整部１９ａを結合することもできる。

一方、固定部１９ｃを設けた場合には、固定部１９ｃによって実装スリーブ１５を、上面１５ａ、端面１５ｂ及び１５ｃ、並びに側面１５ｄ及び１５ｅの５面から包み込むことができるため、光ファイバ１３及び実装スリーブ１５をより確実に固定することができる。

また、ホルダ１９は、正の熱膨張係数を有する材料で構成されている。ここで、ホルダ１９は、補償調整部１９ａにおいて、周囲温度の変化に伴う実装スリーブ１５の伸縮を調整する目的で設けられている。そのために、ホルダ１９の熱膨張係数を、例えば少なくとも１．５×１０^-5／℃以上とするのが好ましい。また、ホルダ１９を、例えばアルミ又は銅等で形成することができる。

なお、上述した各構成要素の形状及び寸法を、それぞれの材料に応じて適宜設定することができる。

（作用・効果の説明）
この実施の形態によるＦＢＧ装置１１では、周囲温度の上昇時において、ＦＢＧのブラッグ反射波長が長波長側に変動する。これに対し、光ファイバ１３を固定している実装スリーブ１５は、熱膨張係数が負であるため収縮する。そして、上述したように、実装スリーブ１５の熱膨張係数は、高温域（すなわち例えば周囲温度が２０〜８０℃の範囲内）におけるＦＢＧの波長変動量に基づいて設定されている。そのため、高温域におけるブラッグ反射波長の変動は、実装スリーブ１５の収縮によって補償される。なお、周囲温度の上昇時において、熱膨張係数が正であるホルダ１９は膨張する。しかし、実装スリーブ１５の収縮による応力と、ホルダ１９の膨張による応力は、互いに離間する方向に発生するため、高温域における波長特性の補償効果には影響しない。

ここで、既に説明したように、実装スリーブの熱膨張係数を、高温域におけるＦＢＧの波長特性を過不足なく補償する値に設定した場合、実装スリーブのみによる補償では、上述した特許文献１のように低温域（すなわち例えば周囲温度が２０℃よりも低い温域）において補償過多が生じる。

しかし、この実施の形態によるＦＢＧ装置１１では、周囲温度が下降した際には、実装スリーブ１５が膨張し、かつホルダ１９が収縮する。従って、低温域において、実装スリーブ１５の膨張が、ホルダ１９の補償調整部１９ａによって抑制される（図３（Ｂ）参照）。その結果、実装スリーブ１５による波長特性の補償過多を、ホルダ１９によって抑制することができる。そのため、ＦＢＧ装置１１では、従来と比してより広範囲の温度変化に対して、ＦＢＧのブラッグ反射波長の変動を補償することができる。

また、ＦＢＧ装置１１は、実装スリーブ１５及びホルダ１９の熱膨張係数を適宜設定することによって波長特性を補償することができる。従って、装置が複雑化することなく、また、製造コストが増大することなく、広い温域における波長特性を補償するという効果を得ることができる。さらに、波長特性を補償するために電力の供給を必要としないため、省エネルギーの観点からも好ましいといえる。

ここで、発明者は、ＦＢＧ装置１１による波長特性の補償の効果を確認するために、シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、ＦＢＧ装置１１（以下、装置Ａとも称する）と、ホルダ１９を設けずに構成したＦＢＧ装置（以下、装置Ｂとも称する）とで波長特性の補償の効果を比較した。これらのＦＢＧ装置は、ホルダ１９の有無を除いて同一の構成とした。そして、光ファイバ１３として上述した光ファイバＢを用い、また、実装スリーブ１５の熱膨張係数を−６．５×１０^-6／℃とした。

このシミュレーションの結果を図５に示す。図５において、横軸は周囲温度を℃単位で目盛ってある。また、縦軸はＦＢＧのブラッグ反射波長の変動量をｐｍ単位で目盛ってある。また、装置Ａに係る結果を、符号５１を付して示した。また、装置Ｂに係る結果を、符号５３を付して示した。

図５から、周囲温度が２０〜８０℃の高温域では、装置Ａ及び装置Ｂともに、ブラッグ反射波長の変動が補償されていることがわかる。

また、周囲温度が２０℃よりも低い低温域では、ホルダ１９を設けていない装置Ｂは、補償過多が生じている。これに対し、ホルダ１９を備えている装置Ａは、低温域における補償過多が抑制され、ブラッグ反射波長の変動が補償されていることがわかる。

１１：ＦＢＧ装置
１３：光ファイバ
１５：実装スリーブ
１７：接触緩衝材
１９：ホルダ
１９ａ：補償調整部
１９ｂ：結合部
１９ｃ：固定部
２１：溝部
２３：接着剤

Claims

ファイバブラッググレーティングが作り込まれた光ファイバと、
該光ファイバを固定し、かつ熱膨張係数が負である実装スリーブと、
接触緩衝材と、
前記実装スリーブを、前記光ファイバの延在方向に沿った方向から前記接触緩衝材を介して一体的に挟み込み、かつ熱膨張係数が正であるホルダと
を備える
ことを特徴とするファイバブラッググレーティング装置。
前記ホルダが、前記実装スリーブを、前記光ファイバの延在方向に直交する方向から前記接触緩衝材を介して包み込んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティング装置。
前記実装スリーブの熱膨張係数が、２０〜８０℃の範囲内の周囲温度における前記ファイバブラッググレーティングの波長変動率に基づいて定められている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバブラッググレーティング装置。
前記ファイバブラッググレーティングは、２０〜８０℃の範囲内の周囲温度における波長変動率が９〜１０ｐｍ／℃であり
前記実装スリーブは、−６．５×１０^-6〜−７．５×１０^-6／℃の範囲内の熱膨張係数を有する
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバブラッググレーティング装置。