JP2016142530A - 温度補償素子、偏波面保持ファイバ及び光センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】効果的に温度補償を行うことができる温度補償素子、偏波面保持ファイバ及び光センサシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】
実施形態によれば、温度補償素子は、シングルモード光ファイバと、応力付与部と、を備える。シングルモード光ファイバは、光を伝播する。応力付与部は、前記シングルモード光ファイバに光学的に接続されている外部装置の温度変化に応じて、前記シングルモード光ファイバに非等方的な応力を印加する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、温度補償素子、偏波面保持ファイバ及び光センサシステムに関する。

レーザなどの光を用いて磁場又は電流などを測定する光センサは、センサファイバなどの温度依存性などによる温度特性を有しており、温度によって測定結果に誤差を生じる。そこで、温度補償素子を用いてセンサファイバに温度に応じた応力を加えセンサファイバの温度特性を制御することで光センサ自身の温度特性を相殺する方法が提案されている。しかしながら、従来、温度補償素子は、効果的にセンサファイバに不均一な応力を印加できないという課題があった。

特開２０１０−９６７６１号公報 特開２００５−５１７９６１号公報 特開２００２−５２９７０９号公報 特開２０１２−６８１０７号公報

上記の課題を解決するために効果的に温度補償を行うことができる温度補償素子、偏波面保持ファイバ及び光センサシステムを提供することを目的とする。

実施形態によれば、温度補償素子は、シングルモード光ファイバ（コアとクラッドを有する）と、クラッド内部に配置された応力付与部と、を備える。シングルモード光ファイバのコアは、光を伝播する。応力付与部は、前記シングルモード光ファイバに光学的に接続されている外部装置の温度変化に応じて、前記シングルモード光ファイバのコアに非等方的な応力を印加する。

図１（Ａ）は、第１実施形態に係る偏波面保持ファイバの例の断面図である。図１（Ｂ）は、第１実施形態に係る温度補償素子の他の例の断面図である。図１（Ｃ）は、第１実施形態に係る温度補償素子のさらに他の例の断面図である。 図２は、第２実施形態に係る温度補償素子の光伝播方向の断面図である。 図３（Ａ）は、図２の線Ａ−Ａに沿った偏波面保持ファイバの例の断面図である。図３（Ｂ）は、図２の線Ａ−Ａに沿った偏波面保持ファイバの他の例の断面図である。 図４（Ａ）は、図２の線Ｂ−Ｂに沿った温度補償素子の例の断面図である。図４（Ｂ）は、図２の線Ｂ−Ｂに沿った温度補償素子の他の例の断面図である。 図５は、第３実施形態に係る温度補償素子の光伝播方向の断面図である。 図６（Ａ）は、図５の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の例の断面図である。図６（Ｂ）は、図５の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の他の例の断面図である。 図７（Ａ）は、第４実施形態に係る温度補償素子の例の光伝播方向の断面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の例の断面図である。 図８（Ａ）は、第５実施形態に係る温度補償素子の例の光伝播方向の断面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の例の断面図である。 図９は、図８の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の他の例の断面図である。 図１０は、第６実施形態に係る温度補償素子の構成例を示す図である。 図１１は、第７実施形態に係るサニャック干渉型光センサシステムの構成例を示す図である。 図１２は、第６実施形態に係るセンサ部の温度特性及び温度補償素子の温度特性の例を示す図である。 図１３は、第６実施形態に係るサニャック干渉型光センサシステムの温度特性の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る温度補償素子、偏波面保持ファイバ、及び光センサシステムについて詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る偏波面保持ファイバについて説明する。図１は、第１実施形態に係る偏波面保持ファイバの光伝播方向に垂直な方向の断面図である。まず、図１（Ａ）に示される偏波面保持ファイバについて説明する。

図１（Ａ）に示される偏波面保持ファイバ２は、ケーブル状に形成される。また、図１（Ａ）に示される偏波面保持ファイバは、パンダ型偏波面保持ファイバと呼ばれる構造である。

偏波面保持ファイバ２は、光センサなどの温度変化に対する光学的位相の変化を打ち消す機能を有する。磁場又は電流などを測定する光センサは、温度特性を有し、温度変化に応じて、光学的な位相変化を生じ、結果として、測定結果に誤差を生じる。たとえば、温度が上昇するほど光センサから生じる光の位相が進む場合、位相が進んだ分測定結果に誤差が生じる。なお、温度変化によって生じる位相の変化は、特定の変化に限定されるものではない。

光センサが温度変化に応じて測定結果に誤差を生じる場合、光センサに光学的に接続されている偏波面保持ファイバ２は、光センサが生じる誤差を相殺するように、コア１１の光学的特性を変化させる。たとえば、上記の例では、偏波面保持ファイバ２は、温度が上昇するほどコア１１を通過する伝播光の位相が遅れるような光学的特性が生じるように、コア１１に応力を印加する。これによって、光センサが温度変化によって生じる位相変化と、偏波面保持ファイバ２が温度変化によって生じる位相変化とが互いに相殺する。その結果、光センサは、周辺温度に影響されることなく、対象物を測定することができる。

図１（Ａ）が示すように、偏波面保持ファイバ２は、中心にコア１１、コア１１に隣接する応力付与部１２ａ並びにｂ、及び、コア１１及び応力付与部１２ａ並びにｂの周囲を覆っているクラッド１３、及びクラッド１３を被覆している保護層３などを有する。

コア１１（光ファイバ）は、センサから発生するレーザなどの光、又は、信号処理器などから発生するレーザなどの光が通過する光通過部である。コア１１は、偏波面保持ファイバ２の中心部に位置し、偏波面保持ファイバ２に平行して設置されている。また、コア１１は、２つの複屈折軸（図１において、Ｙ軸（Ｆａｓｔ Ａｘｉｓ）及びＸ軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ））を有する。コア１１が２つの複屈折軸を有することによって、２つの直線偏光がそれぞれの複屈折軸に拘束されてコア１１を通過することができる。

応力付与部１２ａは、コア１１と平行して偏波面保持ファイバ２内部に設置されている。応力付与部１２ａは、コア１１と所定の距離を置いて設置される。また、応力付与部１２ｂは、応力付与部１２ａの反対側にコア１１と平行して偏波面保持ファイバ２内部に設置されている。

応力付与部１２ａ及びｂは、互いに異なる熱膨張率の素材で形成されている。たとえば、応力付与部１２ａ及びｂは、互いに熱膨張率の異なる他の材料で形成されてもよい。たとえば、応力付与部１２ａ及びｂがＢ_２Ｏ＋ＳｉＯ_２で形成されている場合、応力付与部１２ａ及びｂは、Ｂ（ホウ素）のドープ量を互いに異にすることで、互いに異なる熱膨張率を有するようにしてもよい。

クラッド１３は、コア１１及び応力付与部１２ａ並びにｂを所定の位置に固定するように円柱状に形成される。なお、クラッド１３は、応力付与部１２ａ並びに１２ｂと同様に、コア１１へ応力を印加してもよい。

保護層３は、クラッド１３全体を被覆している。保護層３は、偏波面保持ファイバ２を外部環境から保護する機能を有する。たとえば、保護層３は、外部からの光が偏波面保持ファイバ２の内部に侵入することを防止し、偏波面保持ファイバ２を通過する光にノイズが生じることを防止する。また、保護層３は、水分やごみなどが偏波面保持ファイバ２に付着することを防止し、偏波面保持ファイバ２が腐食することを防止する。保護層３は、ＵＶ硬化樹脂又はアクリル樹脂などで構成され、厚さは、３０〜４０μｍ程度である。保護層３の物質及び構造などは、特定の構成に限定さえるものではない。

次に、応力付与部１２ａ及びｂがコア１１に印加する応力について説明する。
前述の通り、応力付与部１２ａ及びｂは、互いに異なる熱膨張率の素材で形成されている。温度変化が生じた場合、応力付与部１２ａ及びｂは、それぞれ膨張又は収縮するが、両者の膨張幅又は収縮幅は異なる。その結果、偏波面保持ファイバ２内部の構造が歪み、コア１１に応力が印加される。これによって、コア１１の消光比又はクロストークなどの光学的特性は、温度変化に対して顕著に変化し、コア１１の内部に２つの複屈折軸を有した構成となる。

また、コア１１は、上記の２つの複屈折軸の光伝播定数の差によって偏波面を保持している。複屈折軸の光伝播定数は、コア１１の複屈折軸に沿った方向に応力を印加することによって顕著に変化する。したがって、両複屈折軸の光伝播定数の差は、複屈折軸の一方に沿った方向に応力を印加することにより効果的に変化する。その結果、コア１１の消光比又はクロストークなどの光学的特性は、温度変化に対してより顕著に変化し、その結果、コア１１の２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の光の位相差が顕著に変化する。そのため、応力付与部１２ａ及びｂをコア１１の複屈折軸上に配置することで、偏波面保持ファイバ２は、コア１１に顕著な温度特性の変化（光学的な位相の変化）を生じさせることができる。

図１（Ａ）に示されるように、応力付与部１２ａ及びｂは、Ｘ軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ）上に形成されている。そのため、応力付与部１２ａ及びｂは、主にＸ軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ）方向にコア１１に対して応力を印加する。これによって、コア１１のＸ軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ）の複屈折は、温度変化によってより効果的に変化する。その結果、偏波面保持ファイバ２は、コア１１の消光比又はクロストークなどの光学的特性を温度変化に対してより顕著に変化させることができ、コア１１の２つの複屈折軸に拘束されたそれぞれの軸を伝播するそれぞれの直線偏光の光の位相差を温度変化に対して顕著に変化させることができる。

次に、図１（Ｂ）に示される偏波面保持ファイバ２について説明する。図１（Ｂ）に示される偏波面保持ファイバ２は、ボウタイ型偏波面保持ファイバと呼ばれる構造である。図１（Ｂ）に示される応力付与部１２ａ及びｂは、光伝播方向に垂直な面の断面図において台形をしている。応力付与部１２ａ及びｂは、台形の短辺がコア１１に向くように設置されている。応力付与部１２ａ及びｂは、それぞれ異なる熱膨張率の素材で形成されていることは、図１（Ａ）に示される温度補償素子と同様である。

次に、図１（Ｃ）に示される偏波面保持ファイバ２について説明する。図１（Ｃ）に示される偏波面保持ファイバ２は、応力付与部１２をコア１１の片側に１つ備える。温度変化が生じた場合、偏波面保持ファイバ２は、応力付与部１２、クラッド１３及びコア１１の熱膨張率の違いによって、コア１１に温度変化に伴う応力を印加することができる。また、応力付与部１２は、Ｘ軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ）軸上にあり、主にＸ軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ）方向にコア１１に対して応力を印加する。その結果、偏波面保持ファイバ２は、コア１１の消光比又はクロストークなどの光学的特性を温度変化に対してより顕著に変化させることができコア１１の２つの複屈折軸に拘束されたそれぞれの軸を伝播するそれぞれの直線偏光の光の位相差を温度変化に対して顕著に変化させることができる。なお、応力付与部１２の光伝播方向に垂直な面の形状は、円形でなくてもよく、矩形その他特定の形状に限定されるものではない。

以上のように構成される温度補償素子は、温度変化に対してより顕著にコア１１の消光比又はクロストークなどの光学的特性を変化させることができコア１１の２つの複屈折軸に拘束されたそれぞれの軸を伝播するそれぞれの直線偏光の光の位相差を温度変化に対して顕著に変化させることができる。その結果、偏波面保持ファイバは、温度変化に対する光学的特性の変化（光学的位相変化）の大きい光センサなどに対して温度補償をすることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係る温度補償素子について説明する。図２は、第２実施形態に係る温度補償素子の光伝播方向の断面図である。図２が示すように、温度補償素子１は、偏波面保持ファイバ２、偏波面保持ファイバ２を被覆する保護層３、偏波面保持ファイバ２に応力を印加する応力付与層４、及び、応力を印加されるシングルモード光ファイバ８（コアとクラッドから成る）などを有する。

偏波面保持ファイバ２は、その外周を保護層３で被覆されている。保護層３は、温度補償素子１の周辺のみならず、温度補償素子１の両端から延びる偏波面保持ファイバ２の全体を被覆している。保護層３は、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

偏波面保持ファイバ２は、シングルモード光ファイバ８を挟んで２つの区間に分割されている。一方の偏波面保持ファイバ２の先端は、保護層３に被覆されておらず、シングルモード光ファイバ８に光学的に接続されている。たとえば、偏波面保持ファイバ２の先端は、シングルモード光ファイバ８と融着接続などで接続される。他端の偏波面保持ファイバ２の先端も同様にシングルモード光ファイバ８の他端に光学的に接続される。

応力付与層（応力付与部）４は、金属薄膜層５によって構成され、シングルモード光ファイバ８を直接被覆している。図２に示すように、金属薄膜層５は、保護層３によって被覆されていない区間の偏波面保持ファイバ２も被覆している。また、金属薄膜層５は、当該区間を超えて保護層３によって被覆されている部分にも被覆してもよい。即ち、金属薄膜層５は、シングルモード光ファイバ８、保護層３によって被覆されていない偏波面保持ファイバ２、及び、保護層３によって被覆されている偏波面保持ファイバ２の一部を一体的に被覆する。

金属薄膜層５は、シングルモード光ファイバ８に直接接している。これによって、金属薄膜層５は、保護層３などを介在させることなく、光が通過するシングルモード光ファイバ８のコアにクラッドを介して応力を印加することができる。その結果。金属薄膜層５は、シングルモード光ファイバ８のコアにクラッドを介して効果的に応力を印加することができる。また、金属薄膜層５がシングルモード光ファイバ８に直接接していることで、金属薄膜層５は、より微細な応力をシングルモード光ファイバ８のコアに印加することができる。その結果、金属薄膜層５は、より精度よくシングルモード光ファイバ８のコアに応力を印加することができる。シングルモード光ファイバ８のコアに印加される応力については、後に詳述する。

次に、偏波面保持ファイバ２について説明する。
偏波面保持ファイバ２は、応力付与部１４ａ及びｂが同一の熱膨張率を持つ素材で形成されている点で第１実施形態の偏波面保持ファイバ２と異なる。したがって、他の部位については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図３は、図２の線Ａ−Ａに沿った偏波面保持ファイバ２の２つの例の断面図を示す。
図３に示すように、偏波面保持ファイバ２は、中心にコア１１、コア１１に隣接する応力付与部１４ａ並びにｂ、及び、コア１１及び応力付与部１４ａ並びにｂの周囲を覆っているクラッド１３などを有する。また、前述の通り、偏波面保持ファイバ２は、保護層３に被覆されている。

偏波面保持ファイバ２は、パンダ型偏波面保持ファイバ（図３（Ａ））及びボウタイ型偏波面保持ファイバ（図３（Ｂ））などの応力付与型偏波面保持ファイバである。図３（Ａ）に示すように、パンダ型偏波面保持ファイバは、応力付与部１２の断面の形状が円形である。また、図３（Ｂ）に示すように、ボウタイ型偏波面保持ファイバは、応力付与部１４の断面の形状が台形状である。ボウタイ型偏波面保持ファイバの応力付与部１４は、台形状の短辺がコア１１に向くように設置されている。偏波面保持ファイバ２がどのような形態であるかは、偏波面保持ファイバ２の用途や設置場所などによって決定される。

応力付与部１４ａは、コア１１と平行して偏波面保持ファイバ２内部に設置されている。応力付与部１４ａは、コア１１と所定の距離を置いて設置される。また、応力付与部１４ｂは、応力付与部１４ａの反対側にコア１１と平行して偏波面保持ファイバ２内部に設置されている。応力付与部１４ａ及びｂは、コア１１に印加する応力を調整する機能を有する。たとえば、応力付与部１４ａ及びｂは、コア１１に応力を印加し、コア１１を２つの複屈折軸に拘束されて通過する直線偏光の偏波面を保持する。
なお、偏波面保持ファイバ２の構成は、特定の構成に限定されるものではない。

シングルモード光ファイバ８のコアは、センサから発生するレーザなどの光、又は、信号処理器などから発生するレーザなどの光が通過する光通過部である。シングルモード光ファイバ８は、図２において左に接続されている偏波面保持ファイバ２から供給される光を、右に接続されている偏波面保持ファイバ２へ供給することができる。また、シングルモード光ファイバ８は、図２において右に接続されている偏波面保持ファイバ２から供給される光を、左に接続されている偏波面保持ファイバ２へ供給することができる。
シングルモード光ファイバ８は、ガラス、アクリル樹脂又はプラスチックなどで構成されるが、特定の物質に限定されるものではない。

次に、応力付与層４について説明する。
応力付与層４は、シングルモード光ファイバ８に応力を印加する機能を有する。応力付与層４は、周囲の温度変化に応じて膨張又は収縮しシングルモード光ファイバ８のコアにクラッドを介して応力を印加する。即ち、応力付与層４は、周囲の温度に応じた応力をシングルモード光ファイバ８のコアに印加する。応力付与層４がシングルモード光ファイバ８のコアにクラッドを介して応力を印加すると、シングルモード光ファイバ８のコアは歪む。その結果、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性が変化し、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が変化する。

図４は、図２の線Ｂ−Ｂに沿った温度補償素子の２つの例の断面図を示す。
図４に示すように、応力付与層４を構成する金属薄膜層５は、シングルモード光ファイバ８を被覆している。
応力付与層４は、シングルモード光ファイバ８に印加する応力がそれぞれの外周に均一に生じないように（非等方的に生じるように）構成されている。シングルモード光ファイバ８に印加される応力が外周に非等方的に生じることによって、より効果的にシングルモード光ファイバ８のコアは歪む。その結果、シングルモード光ファイバ８のコアの屈折率及び消光比又はクロストークなどの光学的特性の変化が顕著になり、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が顕著に変化する。

たとえば、応力付与層４は、金属などで構成される金属薄膜層５から構成される。金属薄膜層５を構成する金属は、ニッケル、金又はアルミニウムなど、熱膨張率などの特徴が既知で安定している金属であるが、特定の種類の金属に限定されるものではない。金属薄膜層５は、光伝播方向に垂直な断面の形状が楕円形や長方形などの非円形になるように形成される。断面の形状が非円形である金属薄膜層５の膨張又は収縮から生じる応力は、シングルモード光ファイバ８及び、そのコアに非等方的に生じる。

図４（Ａ）は、図２の線Ｂ−Ｂに沿った温度補償素子の例の断面図である。図４（Ａ）に示す例において、金属薄膜層５は、ｙ軸方向に延びる楕円形をしている。たとえば、金属薄膜層５が温度上昇によって膨張した場合、膨張によって生じる応力は、シングルモード光ファイバ８を押しつぶす方向に印加される。また、シングルモード光ファイバ８のｙ軸方向に生じる応力は、ｘ軸方向に生じる応力よりも大きい。したがって、シングルモード光ファイバ８は、ｙ軸方向からより大きな応力で押しつぶされ、ｙ軸方向へより顕著に歪む。以上のように、図４（Ａ）に示す例において、温度変化が生じた場合、金属薄膜層５が生じる応力は、シングルモード光ファイバ８のコアに非等方的に生じ、シングルモード光ファイバ８の温度変化に対する光学的特性の変化が顕著になり、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が温度変化に対して顕著に変化する。

また、応力付与層４を構成する金属薄膜層５は、金属薄膜層５の中心部とシングルモード光ファイバ８とがずれるように形成されていてもよい。この場合、金属薄膜層５は、円形であってもよい。このような金属薄膜層５の膨張又は収縮から生じる応力は、シングルモード光ファイバ８のコアに非等方的に生じる。

図４（Ｂ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った温度補償素子の他の例の断面図である。図４（Ｂ）に示す例において、金属薄膜層５は、光伝播方向に垂直な断面が円形となるように形成されているが、シングルモード光ファイバ８は金属薄膜層５の中心部からずれている。たとえば、金属薄膜層５が温度上昇によって膨張した場合、ｘ軸方向の反対方向（図４（Ｂ）の右から左方向）からシングルモード光ファイバ８に印加される応力は、他の方向から印加される応力よりも大きい。したがって、シングルモード光ファイバ８は、ｘ軸方向の反対方向からより大きな応力を印加され、ｘ軸方向へよく顕著に歪む。以上のように、図３（Ｂ）に示す例において、温度変化が生じた場合、金属薄膜層５が生じる応力は、偏波面保持ファイバ２に非等方的に生じ、シングルモード光ファイバ８のコアの温度変化に対する光学的特性の変化が顕著になり、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が温度変化に対して顕著に変化する。

次に、応力を印加する方向について説明する。
シングルモード光ファイバ８のコアは、上記の２つの複屈折軸の光伝播定数の差によって偏波面を保持している。また、複屈折軸の光伝播定数は、シングルモード光ファイバ８のコアの複屈折軸に沿った方向に応力を印加することによって顕著に変化する。したがって、両複屈折軸の光伝播定数の差は、複屈折軸の一方に沿った方向に応力を印加することにより効果的に変化する。その結果、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性は、温度変化に対してより顕著に変化し、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が温度変化に対して顕著に変化する。シングルモード光ファイバ８のコアの光学的特性の温度変化をより顕著に変化させる必要がある場合には、応力付与層４は、偏波面保持ファイバ２に印加される応力の方向が１つの複屈折軸と平行となるように形成される。

一方、各複屈折軸に印加される応力の大きさが近似している場合には、複屈折軸の光伝播定数の差があまり変化せず、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性は、ゆるやかに変化する。たとえば、両複屈折軸の間（即ち、両複屈折軸から４５度近辺の角度）に応力が印加される場合、両複屈折軸方向に生じる応力の大きさ近似し、両複屈折軸の光伝播定数の差はゆるやかに変化する。その結果、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性は、温度変化に対して緩やかに変化する。シングルモード光ファイバ８のコアの光学的特性の温度変化をゆるやかに変化させる必要がある場合には、応力付与層４は、偏波面保持ファイバ２に印加される応力の大きさが近似するように形成される。

なお、金属薄膜層５がシングルモード光ファイバ８に接着されているため、温度変化によって金属薄膜層５が膨張又は収縮すると、シングルモード光ファイバ８に縦荷重応力（光伝播方向に生じる応力）も印加される。縦荷重応力を印加されると、シングルモード光ファイバ８は、光伝播方向へも伸長又は収縮する。これによっても、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性は変化し、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が温度変化に対して顕著に変化する。

以上のように、シングルモード光ファイバ８に印加する応力の強度及び方向によって、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性の変化量は異なる。金属薄膜層５の物資、形状又は方向は、金属薄膜層５が温度補償するセンサなどの温度特性を相殺するような光学的特性の温度変化を持つように決定され、特定の構成に限定されるものではない。

次に、金属薄膜層５の形成方法について説明する。
金属薄膜層５は、電解メッキ又は金属蒸着によって形成される。たとえば、偏波面保持ファイバ２は、マスキングを施される。即ち、シングルモード光ファイバ８以外の区間は、マスキングを施される。なお、シングルモード光ファイバ８周辺の偏波面保持ファイバ２は、マスキングを施されなくともよい。

この状態で、シングルモード光ファイバ８に電解メッキ又は金属蒸着を施こすことによって、金属薄膜層５は、形成される。また、金属薄膜層５の断面を非円形になるように金属薄膜層５を形成するため、又は、シングルモード光ファイバ８が金属薄膜層５の中心部からずれるように金属薄膜層を形成するために、電解メッキ若しくは金属蒸着において電界の方向や強度の調整、メッキ時間又は蒸着時間の調整、又は、シングルモード光ファイバ８の電界方向若しくは金属蒸着が進む方向に対する軸回転などの処理工程が単体又は組み合わせて行われる。さらに以上のような工程によって、金属薄膜層５の厚さも調整される。

また、金属薄膜層５は、シングルモード光ファイバ８の同心円状に形成された後、加工によって金属薄膜層５の断面図の形状が所定の形状になるように形成されてもよい。たとえば、金属薄膜層５は、ヤスリがけ又はエッチング処理などによって金属薄膜層５の断面図の形状が所定の形状になるように形成されてもよい。
なお、金属薄膜層５の形成方法は、金属薄膜層５を所定の形状に加工できる方法であればよく、特定の形成方法に限定されるものではない。

以上のように構成される温度補償素子は、シングルモード光ファイバに対して不均一な応力を印加することができる。そのため、温度補償素子は、温度変化に応じて、より顕著にシングルモード光ファイバ８のコアの光学的特性を変化させることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態に係る温度補償素子１について説明する。図５は、第３実施形態に係る温度補償素子の光伝播方向の断面図である。
第３実施形態では、応力付与層４が、金属薄膜層５に加えて、フェルール６及び蝋材７から構成されている点で第２実施形態と異なる。したがって、これ以外の点については、第２実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図６は、図５の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の２つの例の断面図を示す。
図５に示すように、応力付与層４は、金属薄膜層５、金属薄膜層５の外周を被覆しているフェルール６、及び金属薄膜層５とフェルール６とを接着している蝋材７などを有する。

金属薄膜層５は、第２実施形態と同様である。図６（Ａ）は、図４（Ａ）に示される金属薄膜層５にフェルール６を被覆した温度補償素子の例の断面図であって、図６（Ｂ）は、図４（Ｂ）に示される金属薄膜層５にフェルール６を被覆した温度補償素子の例の断面図である。

フェルール６は、偏波面保持ファイバ２をコネクタなどに差し込んだ際に偏波面保持ファイバ２を固定する機能を有する。フェルール６は、円柱形状であって、フェルール６の中心部とシングルモード光ファイバ８の中心部（コア）が一致するように金属薄膜層５を被覆している。即ち、シングルモード光ファイバ８とフェルール６は、同心円状に位置している。シングルモード光ファイバ８とフェルール６が同心円状に位置していることによって、フェルール６がコネクタなどに差し込まれた場合に、シングルモード光ファイバ８を通過する光の伝播軸は、接続先のファイバと一致する。この結果、コネクタ接続における光伝送損失が低減する。

フェルール６は、たとえば、Ｆｅ−Ｎｉインバー合金又はコバール合金など、熱膨張率などの温度特性が既知で安定している物質であるが、特定の種類の金属に限定されるものではない。なお、フェルール６は、射出形成や機械加工などによって円筒形状に形成されてもよい。フェルール６の製造方法は、特定の方法に限定されるものではない。

金属薄膜層５とフェルール６は、蝋材７によって接着されている。蝋材７は、金属薄膜層５とフェルール６との間を隙間なく充填し、シングルモード光ファイバ８とフェルール６とが同心円状に位置するようにフェルール６を金属薄膜層５に固定している。蝋材７は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダ、スズ・銀・銅の合金、又はスズ・ビスマスの合金など、熱膨張率などの温度特性が既知で安定している物質であるが、特定の種類の金属に限定されるものではない。

温度補償素子１は、熱膨張率が既知で安定している異種の金属を多重に被覆する構造になっている。これによって、温度補償素子１は、温度に応じて、安定的に応力をシングルモード光ファイバ８に印加することができる。また、温度補償素子１は、金属の組み合わせによっては、より精度よくシングルモード光ファイバ８に応力を印加することができる。さらに、温度補償素子１は、金属の組み合わせによっては、より大きな応力をシングルモード光ファイバ８に印加することができる。その結果、温度補償素子１は、金属の種類、厚み及び形状を調整することによって、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性をより詳細かつ幅広く制御することができる。

たとえば、フェルール６は、熱膨張率が金属薄膜層５の熱膨張率よりも小さい物質であるものとする。この場合、温度変化が生じてもフェルール６は金属薄膜層５よりも膨張又は収縮しない。金属薄膜層５は、フェルール６に固定されているので、温度変化が生じた場合でも、金属薄膜層５は、縦方向（光伝播方向）への膨張又は収縮を生じにくい。その結果、応力付与層４によって縦荷重応力がシングルモード光ファイバ８に印加されるが抑制される。

また、シングルモード光ファイバ８は、縦荷重応力が生じた場合よりも横荷重応力の方が生じた場合の方が消光比又はクロストークなどの光学的特性の変化が小さい。
したがって、応力付与層４は、光学的特性が大きく変化する縦荷重応力を抑制することができる。その結果、応力付与層４は、より微細に光学的特性の変化を制御することができる。

以上のように構成される温度補償素子は、シングルモード光ファイバ８のコアの光学的特定をより微細に制御することができる。また、温度補償素子は、シングルモード光ファイバ８により強く応力を印加することもでき、シングルモード光ファイバ８のコアの光学的特性の変化をより顕著にすることができる。
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。図７（Ａ）は、第４実施形態に係る温度補償素子の光伝播方向の断面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の断面図である。

第４実施形態では、温度補償素子１が複数の平面プレートなどによって形成されている点で第１実施形態と異なる。したがって、これ以外の点については、第２実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、温度補償素子１は、両端に偏波面保持ファイバ２を光学的に接続されているシングルモード光ファイバ８、シングルモード光ファイバ８を上側から抑える平面プレート２１、シングルモード光ファイバ８を下側から抑える平面プレート２２、平面プレート２１並びに２２の間に設けられるスペーサ２３、平面プレート２１並びに２２及びスペーサ２３を貫通する調整ボルト２５、平面プレート２２から突出した調整ボルト２５の先端に取り付けられたナット２６、調整ボルト２５と平面プレート２１との間に設けられたスプリング２４、調整ボルト２５とスプリング２４との間に設置されるワッシャ２７、及びスプリング２４と平面プレート２１との間に設置されるワッシャ２８などを有する。

平面プレート２１及び２２は、所定の厚み、所定の幅及び所定の長さを持つ矩形状の部材である。また、平面プレート２１及び２２は、ほぼ同一の大きさ及び形状である。平面プレート２１及び２２の幅（即ち、図６のｘ軸方向の大きさ）は、シングルモード光ファイバ８を挟み込むことができる幅であればよく、シングルモード光ファイバ８の直径よりも広ければよい。また、平面プレート２１及び２２の長さ（即ち、光伝播方向の大きさ）及び厚み（即ち、図６のｙ軸方向の大きさ）は、温度補償素子１に要求される温度補償の構成によって決定され、特定の構成に限定されるものではない。また、平面プレート２１及び２２は、熱膨張率などの特性が既知で安定している金属プレートなどであるが、特定の物質に限定されるものではない。

平面プレート２１及び２２は、平行にシングルモード光ファイバ８を上下から挟み込むように設置されている。なお、平面プレート２１及び２２は、偏波面保持ファイバ２の領域を一部挟み込んでもよい。

平面プレート２１及び２２は、スプリング２４ａ乃至ｄ及び調整ボルト２５ａ乃至ｄなどから平面プレート２１及び２２が接近する方向にそれぞれ応力を印加される。平面プレート２１及び２２は、スプリング２４ａ乃至ｄ及び調整ボルト２５ａ乃至ｄによって印加された応力を、シングルモード光ファイバ８に印加する。これによって、平面プレート２１及び２２は、シングルモード光ファイバ８のコアにクラッドを介して応力を印加することができる。

スペーサ２３ａ及びｂは、シングルモード光ファイバ８の両端に位置している。
スペーサ２３ａは、平面プレート２１及び２２の幅方向の右端に沿って挟み込まれている。即ち、スペーサ２３ａは、平面プレート２１及び２２の光伝播方向の一端から他端にかけて平面プレート２１及び２２の右端に直線的に設置されている。スペーサ２３ａは、金属又は弾性体などであるが、特定の物質又は形状に限定されるものではない。スペーサ２３ａは、平面プレート２１及び２２がシングルモード光ファイバ８へ印加する圧力によって偏波面保持ファイバ２が破損することを防止する。

スペーサ２３ａの厚さ（図６のｙ軸方向の大きさ）は、シングルモード光ファイバ８の直径（クラッドの直径）よりもわずかに小さい。これによって、平面プレート２１及び２２は、スペーサ２３ａに応力を印加しにくくなり、シングルモード光ファイバ８のコアに効果的に応力を印加することができる。また、シングルモード光ファイバ８が所定の幅に押しつぶされると、平面プレート２１及び２２が印加する応力は、スペーサ２３ａに印加される。これによって、シングルモード光ファイバ８が所定の幅よりも押しつぶされ破損することが防止される。スペーサ２３ｂも同様の構成となっている。

調整ボルト２５ａ、ナット２６ａ、スプリング２４ａ、及びワッシャ２７ａ並びに２８ａは、平面プレート２１及び２２の長さ方向（光伝播方向）の一端（たとえば、図７（Ａ）の左側）、かつ、平面プレート２１及び２２の幅方向（図７（Ｂ）のｘ軸方向）の一端（たとえば、図７（Ｂ）の右側）に設置される。また、調整ボルト２５ｂ、ナット２６ｂ、スプリング２４ｂ、及びワッシャ２７ｂ並びに２８ｂは、平面プレート２１及び２２の長さ方向（光伝播方向）の一端（たとえば、図７（Ａ）の左側）、かつ、平面プレート２１及び２２の幅方向（図７（Ｂ）のｘ軸方向）の他端（たとえば、図７（Ｂ）の左側）に設置される。また、調整ボルト２５ｃ、ナット２６ｃ、スプリング２４ｃ、及びワッシャ２７ｃ並びに２８ｃは、平面プレート２１及び２２の長さ方向（光伝播方向）の他端（たとえば、図７（Ａ）の右側）、かつ、平面プレート２１及び２２の幅方向（図７（Ｂ）のｘ軸方向）の一端（たとえば、図７（Ｂ）の右側）に設置される。さらに、図示しない調整ボルト２５ｄ、ナット２６ｄ、スプリング２４ｄ、及びワッシャ２７ｄ並びに２８ｄは、平面プレート２１及び２２の長さ方向（光伝播方向）の他端（たとえば、図７（Ａ）の右側）、かつ、平面プレート２１及び２２の幅方向（図７（Ｂ）のｘ軸方向）の他端（たとえば、図７（Ｂ）の左側）に設置される。

調整ボルト２５ａは、平面プレート２１、スペーサ２３ａ及び平面プレート２２を貫通し、平面プレート２２から下方へ突出している。調整ボルト２５ａは、突出した端部にナット２６ａを取り付けられている。また、ワッシャ２７ａ及び２８ａは、調整ボルト２５ａの頭と平面プレート２１との間に設けられる。スプリング２４ａは、ワッシャ２７ａ及び２８ａの間に設置される。調整ボルト２５ａ、ワッシャ２７ａ並びに２８ａ及びスプリング２４ａの中心部を通過し、ワッシャ２７ａ並びに２８ａ及びスプリング２４ａを固定している。スプリング２４は、収縮した状態でワッシャ２７ａ及び２８ａの間に設置され、スプリング２４ａの反発力によって平面プレート２１に絶えず応力を印加している。

スプリング２４ａは、温度変化によってばね定数又は弾性係数が変化する温度特性を有する弾性体から構成される。スプリング２４ａは、たとえば、金属合金スプリングバネ、金属合金の板バネ、又は、セラミックから構成されるスプリングバネなどであるが、特定の種類の弾性体に限定されるものではない。

なお、スプリング２４ｃ、調整ボルト２５ｃ、ワッシャ２７ｃ並びに２８ｃ、及びナット２６ｃも同様の構成となっている。
また、調整ボルト２５ｂ及びｄは、平面プレート２１、スペーサ２３ｂ及び平面プレート２２を貫通し、平面プレート２２から下方へ突出している。他の点については、スプリング２４ｂ及びｄ、調整ボルト２５ｂ及びｄ、ワッシャ２７ｂ及びｄ、ワッシャ２８ｂ及びｄ、及びナット２６ｂ及びｄは、同一の構成である。

次に、シングルモード光ファイバ８のコアに印加される応力について説明する。
スプリング２４ａは、調整ボルト２５ａによって収縮されている。したがって、調整ボルト２５ａを絞める又は緩めることによって、スプリング２４ａの反発力が調整される。たとえば、調整ボルト２５ａが締まると、スプリング２４ａが収縮され、スプリング２４ａの反発力が強まる。逆に、調整ボルト２５ａが緩むと、スプリング２４ａが伸び、スプリング２４ａの反発力が弱まる。同様に、調整ボルト２５ｂ乃至ｄを絞める又は緩めることによって、スプリング２４ｂ乃至ｄの反発力が調整される。よって、調整ボルト２５ａ乃至ｄを調節しスプリング２４ａ乃至ｄの反発力を調整することで、シングルモード光ファイバ８のコアに印加される応力は調整される。

また、前述の通り、スプリング２４ａ及びｄは、温度変化によってばね定数又は弾性係数が変化する温度特性を有する弾性体から構成される。したがって、温度変化が生じると、スプリング２４ａ及びｄのばね定数又は弾性係数は変化し、スプリング２４ａ及びｄの反発力が変化する。そのため、温度変化が生じると、シングルモード光ファイバ８のコアに印加される応力も変化する。したがって、シングルモード光ファイバ８のコアに印加される応力は、温度依存性を有することができる。

なお、前述の通り、平面プレート２１及び２２によって印加される応力がシングルモード光ファイバ８の２つの複屈折軸に沿って印加されるように、温度補償素子１は、シングルモード光ファイバ８を挟み込んでもよい。この場合、温度補償素子１は、温度変化に対してより顕著にシングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性を変化させることができ、結果として、シングルモード光ファイバ８のコア内部に生じた２つの複屈折軸に拘束されて伝播するそれぞれの直線偏光の位相差が温度変化に対して顕著に変化する。

以上のように、スプリング２４ａ乃至ｄの反発力及びシングルモード光ファイバ８の向きなどを調節することによって、シングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性の温度変化に対する変化量を制御することができる。また、第１実施形態乃至第３実施形態と異なり、本実施形態では、温度補償素子１は、シングルモード光ファイバ８の一面のみから応力を印加することができる。これによって、温度補償素子１は、より顕著に特定の向きに応力を印加することができる。

なお、温度補償素子１は、スプリング２４を設けなくともよい。即ち、平面プレート２１及び２２は、スペーサ２３を挟んで、調整ボルト２５及びナット２６で直接固定される。この場合、平面プレート２１並びに２２、スペーサ２３、及び調整ボルト２５の熱膨張率の違いによって、温度補償素子１は、温度変化に応じた応力をシングルモード光ファイバ８のコアに印加することができる。

また、温度補償素子１は、調整ボルト２５及びナット２６を設けなくともよい。即ち、平面プレート２１及び２２は、スペーサ２３を挟んで接着されてもよい。たとえば、平面プレート２１並びに２２及びスペーサ２３の接着方法は、機械的なはめあい接着、接着剤による接着、又は溶着若しくは溶接による接着などであるが、特定の方法に限定されるものではない。この場合、平面プレート２１並びに２２及びスペーサ２３の熱膨張率の違いによって、温度補償素子１は、温度変化に応じた応力をシングルモード光ファイバ８のコアに印加することができる。

また、本実施形態に係る温度補償素子１が備える調整ボルト及びスプリングの数は、特定の個数に限定されるものではない。
また、平面プレート２１並びに２２、スペーサ２３ａ及びシングルモード光ファイバ８で形成される空間と、平面プレート２１並びに２２、スペーサ２３ｂ及びシングルモード光ファイバ８で形成される空間とは、シリコンゴムなどの充填剤で満たされていてもよい。

以上のように構成される温度補償素子は、一方方向からシングルモード光ファイバ８のコアに応力を印加することができる。その結果、温度補償素子は、特定の方向にシングルモード光ファイバを押しつぶし、より精密にシングルモード光ファイバ８のコアの光学的特性の変化（光の位相変化）を制御することができる。
（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。図８（Ａ）は、第５実施形態に係る温度補償素子の光伝播方向の断面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の線Ａ−Ａに相当する線に沿った温度補償素子の断面図である。
第５実施形態では、第４実施形態に係る平面プレート２２が、Ｖ字の溝を有するＶ溝プレート３１に置き換わっている点で第４実施形態と異なる。したがって、これ以外の点については、第４実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、温度補償素子１は、シングルモード光ファイバ８を上側から抑える平面プレート２１、シングルモード光ファイバ８を下側から抑えるＶ溝プレート３１、平面プレート２１並びにＶ溝プレート３１の間に設けられるスペーサ２３、平面プレート２１、Ｖ溝プレート３１並びにスペーサ２３を貫通する調整ボルト２５、Ｖ溝プレート３１から突出した調整ボルト２５の先端に取り付けられたナット２６、調整ボルト２５と平面プレート２１との間に設けられたスプリング２４、調整ボルト２５とスプリング２４との間に設置されるワッシャ２７、及び調整ボルト２５と平面プレート２１との間に設置されるワッシャ２８などを有する。

Ｖ溝プレート３１は、平面プレート２１とほぼ同一の幅及び長さで形成されている。Ｖ溝プレート３１は、Ｖ字の溝を形成することが可能な厚みに形成される。Ｖ溝プレート３１は、幅方向（図８（Ｂ）のｘ軸方向）の中心部にＶ字の溝を有している。Ｖ溝プレートに設けられるＶ字の溝は、Ｖ溝プレート３１の光伝播方向の一端から他端にかけて直線的に形成されている。Ｖ溝プレートに設けられるＶ字の溝は、シングルモード光ファイバ８を収めるために設置される。Ｖ字の溝の角度及び深さは、シングルモード光ファイバ８の直径（クラッドの直径）及び温度補償の内容などによって決定されるが、特定の構成に限定されるのもではない。

また、Ｖ溝プレート３１は、熱膨張率などの特性が既知で安定している金属プレートなどであるが、特定の物質に限定されるものではない。Ｖ字の溝を形成する方法は、一般的な掘削加工又はＶ溝プレート３１事態を形成する鋳造加工などであってもよく、特定の方法に限定されるものではない。

本実施形態では、温度補償素子１は、シングルモード光ファイバ８をＶ溝プレート３１に形成されたＶ字の溝に収まるように挟み込む。これによって、シングルモード光ファイバ８が平面プレート２１とＶ溝プレート３１との間で幅方向にずれることが防止される。また、平面プレート２１とＶ溝プレート３１は、シングルモード光ファイバ８に非等方的な応力を安定的に印加することができる。また、Ｖ字の溝の形状を調整することによって、シングルモード光ファイバ８のコアにクラッドを介して印加される応力の角度が安定的に制御される。

なお、Ｖ字の溝は、完全にＶ字の形状になっていなくともよい。たとえば、Ｖ字の先端が平面となるような構造でもよい。図９は、Ｖ字の先端が平面となるような溝をＶ溝プレートに形成した場合の例を示す。図９は、図８（Ａ）の線Ａ−Ａに沿った温度補償素子の断面図である。簡略化のため、図９は、調整ボルト２５、スプリング２４、ナット２６、及びワッシャ２７並びに２８を省略し、平面プレート２１、スペーサ２３及びＶ溝プレート３１を示す。

図９に示すように、Ｖ溝プレート３１に形成されているＶ字の溝は、先端が平面となっている。平面の部分はシングルモード光ファイバ８に接触していないため、完全なＶ字の溝にシングルモード光ファイバ８を収めている場合と同様の効果が得られる。Ｖ字の溝の先端を平面に形成することによって、Ｖ溝プレート３１の厚みを薄くすることができる。

また、図９に示すように、Ｖ字の溝の角度が６０度である場合、シングルモード光ファイバ８は、平面プレート２１、Ｖ字の溝の一面及びＶ字の溝の他面からそれぞれ１２０度の角度で等方的に応力を印加される。したがって、この場合、温度変化によるシングルモード光ファイバ８のコアの消光比又はクロストークなどの光学的特性の変化は、生じにくい。このため、シングルモード光ファイバ８光学的特性の変化が顕著である必要がある場合には、Ｖ溝プレート３１に形成されるＶ字の溝は、Ｖ字の溝の角度が６０度付近の値とならないように形成されることが望ましい。

なお、平面プレート２１及びＶ溝プレート３１によって印加される応力がシングルモード光ファイバ８のコアの２つの複屈折軸に沿って印加されるように、温度補償素子１は、偏波面保持ファイバ２を挟み込んでもよい。この場合、温度補償素子１は、温度変化に対してより顕著にシングルモード光ファイバ８の消光比又はクロストークなどの光学的特性を変化させることができる。

また、本実施形態に係る温度補償素子１が備える調整ボルト及びスプリングの数は、特定の個数に限定されるものではない。
また、平面プレート２１、Ｖ溝プレート３１、スペーサ２３ａ及びシングルモード光ファイバ８で形成される空間と、平面プレート２１、Ｖ溝プレート３１、スペーサ２３ｂ及びシングルモード光ファイバ８で形成される空間とは、シリコンゴムなどの充填剤で満たされていてもよい。

以上のように構成される温度補償素子は、シングルモード光ファイバが回転又は移動することを防止することができる。その結果、温度補償素子は、安定的にシングルモード光ファイバ８へ応力を印加することができ、安定的に温度補償を行うことができる。
（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。第６実施形態では、温度補償素子１は、第１実施形態から第５実施形態に記載の温度補償素子を複数個直列に連結したものである。図１０は、本実施形態に係る温度補償素子１の例を概略的に示す図である。図１０に示すように、温度補償素子１は、温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃなどを有している。

各温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃは、第１実施形態から第５実施形態に記載されている温度補償素子の１つである。各温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃは、第１実施形態から第５実施形態に記載されている温度補償素子のどれでもよく、同一の構成の温度補償素子でもよいし、異なる構成の温度補償素子でもよい。各温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃは、特定の組み合わせに限定されるものではない。

また、各温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃは、互いに偏波面保持ファイバ２によって光学的に接続されている。各温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃは、それぞれ温度補償素子の偏波面保持ファイバの融着接続、コネクタ接続、又はレンズを介した光学結合などによって互いに接続される。なお。各温度補償素子１ａ、１ｂ及び１ｃの接続方法は、特定の方法に限定されるものではない。

なお、図１０においては、温度補償素子１は、３つの温度補償素子を有するが、２つ又は４つ以上の温度補償素子を有してもよい。温度補償素子１は、少なくとも２つの温度補償素子を有していればよい。

温度補償素子１は、個々の温度補償素子の温度特性を重ね合わせることで、複雑な温度特性を有する。したがって、温度補償素子１は、１つの温度補償素子では実現不可能な温度特性を有することができる。

以上のように構成される温度補償素子は、温度補償素子は、より複雑な温度補償を実現することができる。その結果、温度補償素子は、１つの温度補償素子では実現が困難又は不可能な温度補償を実現することができる。
（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。図１１は、第７実施形態に係るサニャック干渉型光センサシステム（光センサシステム）の構成例を概略的に示す図である。第７実施形態に係るサニャック干渉型光センサは、第１実施形態から第６実施形態に係る温度補償素子のいずれかを備える。

図１１が示すように、サニャック干渉型光センサシステム１０は、信号処理部４０、偏波面保持ファイバ部６０、及び、センサ部７０などを有する。サニャック干渉型光センサシステム１０は、センサ部７０内にある電線７４を通過する電流を測定する。サニャック干渉型光センサシステム１０は、たとえば、電線７４を通過する数キロアンペアの電流を測定することができる。サニャック干渉型光センサシステム１０は、変電所などに設置され、変圧器などを通過する電流を測定してもよい。なお、サニャック干渉型光センサシステム１０が設置される場所及び測定の対象は、特定の構成に限定されるものではない。

信号処理部４０は、センサ部７０へ測定用のレーザなど光（測定光）を供給する機能、及び、センサ部７０で反射した測定用の光（反射光）を受信する機能などを有する。また、信号処理部４０は、センサ部７０から受信した反射光に基づいて電線７４を通過する電流を測定する機能を有する。

図１１に示すように、信号処理部４０は、光源駆動回路４１、光源４２、ファイバカプラ４３、光学フィルタ４４、位相変調子駆動回路４５、位相変調子４６、検出器４７、同期検波回路４８、演算回路４９及び余長コイル５０などを有する。

光源駆動回路４１は、光源４２に安定的に電流を供給する機能を有する。光源駆動回路４１は、光源４２に電気的に接続されている。また、光源駆動回路４１は、光源４２が照射する光の強度、周波数及び位相などを制御する機能を有してもよい。
光源４２は、光源駆動回路４１から供給される電流に応じて測定光を照射する。光源４２は、ファイバカプラ４３に光ファイバ（たとえば、偏波面保持ファイバ）を通じて光学的に接続されている。光源４２は、光ファイバを通じてファイバカプラ４３へ測定光を供給する。光源４２は、ＬＥＤなどであるが特定の構成に限定されるものではない。

ファイバカプラ４３は、２つの光を１つの光にまとめ、又は、１つの光を２つの光に分離する機能を有する。ファイバカプラ４３は、光源４２、光学フィルタ４４及び検出器４７と光ファイバを通じて光学的に接続されている。ファイバカプラ４３は、光源４２から照射される測定光を光学フィルタ４４へ供給し、光学フィルタ４４から供給される反射光を検出器４７へ供給する。

光学フィルタ４４は、特定の性質を持つ光（たとえば、直線偏光）に変換する機能を有する。光学フィルタ４４は、ファイバカプラ４３及び位相変調子４６に光ファイバを通じて光学的に接続されている。光学フィルタ４４は、ファイバカプラ４３から位相変調子４６へ供給される測定光をフィルタし、位相変調子４６からファイバカプラ４３へ供給される反射光をフィルタする。光学フィルタ４４は、たとえば、測定光及び反射光に生じたノイズなどを除去する役割を果たす。

位相変調子駆動回路４５は、制御信号を用いて位相変調子４６を制御し、位相変調子４６を通過する光の位相を制御する機能を有する。位相変調子駆動回路４５は、位相変調子４６及び同期検波回路４８と電気的に接続されている。また、位相変調子駆動回路４５は、外部からの信号に基づいて、位相変調子４６を通過する光の位相を制御することができる。本実施形態においては、位相変調子駆動回路４５は、同期検波回路４８からの信号に基づいて、位相変調子４６を通過する光の位相を制御する。

位相変調子４６は、位相変調子駆動回路４５からの制御信号に基づき、位相変調子４６を通過する光の位相又は周波数を変調する。
検出器４７は、供給される光を電気的な信号に変換して出力する機能を有する。検出器４７は、光ファイバなどでファイバカプラ４３と光学的に接続され、同期検波回路４８と電気的に接続されている。検出器４７は、ファイバカプラ４３から反射光を供給され、供給された反射光を電気信号に変換し、同期検波回路４８へ供給する。

同期検波回路４８は、位相変調子駆動回路４５へ位相を制御するための信号を供給する機能を有する。また、同期検波回路４８は、検出器４７から送信される電気的な信号から特定の位相を持つ信号を抽出する機能を有する。同期検波回路４８は、検出器４７及び位相変調子駆動回路４５と電気的に接続されている。同期検波回路４８は、位相変調子駆動回路を介して測定光の位相を特定の位相に制御する。また、同期検波回路４８は、測定光の位相と同位相の信号を検出器４７から送信される電気信号から抽出する。これによって、同期検波回路４８は、測定光と同位相である反射光に対する電気信号を抽出することができる。同期検波回路４８は、抽出された電気信号を演算回路４９へ供給する。

演算回路４９は、同期検波回路４８から供給される電気信号に基づいて電線７４を通過する電流を計算する。演算回路４９は、同期検波回路４８と電気的に接続されている。演算回路４９は、専用の回路であってもよいし、ＰＣなどであってもよい。演算回路４９は、計算した電流を示す情報を外部へ送信する。

余長コイル５０は、位相変調子４６を通じて供給される測定光を偏波面保持ファイバ部６０へ供給し、偏波面保持ファイバ部６０を通じて供給される反射光を位相変調子４６へ供給する光ファイバである。

偏波面保持ファイバ部６０は、センサ部７０の温度変化に対する光学的特性の変化を相殺する機能を有する。図１１に示すように、偏波面保持ファイバ部６０は、温度補償素子１、信号処理部４０と温度補償素子１とを光学的に接続する送光ファイバ６１、及び温度補償素子１とセンサ部７０を光学的に接続する送光ファイバ６２などを有する。

送光ファイバ６１は、信号処理部４０を通じて供給される測定光を温度補償素子１へ供給し、温度補償素子１を通じて供給される反射光を信号処理部４０へ供給する。送光ファイバ６２は、温度補償素子１を通じて供給される測定光をセンサ部７０へ供給し、センサ部７０を通じて供給される反射光を温度補償素子１へ供給する。

温度補償素子１は、センサ部７０の温度変化に対する光学的特性の変化を相殺するために設置される。温度補償素子１は、温度補償素子１の温度とセンサ部７０の温度とが一致するようにセンサ部７０の近辺に設置される。センサ部７０に温度変化が生じた場合、温度補償素子１は、センサ部７０の光学的特性の変化と逆の光学的特性の変化（光の位相変化）を偏波面保持ファイバ部６０のコアに生じさせる。

温度補償素子１は、第１実施形態から第６実施の何れかに示されている温度補償素子である。温度補償素子１の構成は、センサ部７０の温度変化に対する光学的特性の変化に応じて決定され、特定の構成に限定されるものではない。

センサ部７０は、電線７４を通過する電流から生じるファラデー位相差を測定光及び反射光に生じさせる機能を有する。図１１に示すように、センサ部７０は、１／４波長板７１、１／４波長板７１からに電線７４を取り囲むように配置されたセンサファイバ７２、センサファイバ７２の先端に設けられた鏡７３などを有する。

１／４波長板７１は、２つの複屈折軸を有し、それぞれの複屈折軸を通過する光の位相をπ／２ずらす機能を有する。１／４波長板７１は、センサ部７０の導入口に設置されている。１／４波長板７１は、直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光へ変換する機能を有する。

センサファイバ７２は、１／４波長板７１に接続される光ファイバである。センサファイバ７２は、測定対象である電流が流れる電線７４を囲むように設置される。センサファイバ７２は、電線７４に流れる電流の磁界によって生じるファラデー位相差を測定光及び反射光に生じさせる機能を有する。

鏡７３は、センサファイバ７２の先端に設置されている。鏡７３は、センサファイバ７２を通じて供給される測定光を反射し反射光をセンサファイバ７２へ供給する機能を有する。
電線７４は、サニャック干渉型光センサシステム１０によって測定される電流が流れる。

次に、サニャック干渉型光センサシステム１０の動作例について説明する。
ここでは、サニャック干渉型光センサシステム１０が測定する電流は、電線７４を流れているものとする。

光源駆動回路４１は、光源４２へ電力を供給する。光源４２は、光源駆動回路４１からの電力によってレーザなどの測定光を光ファイバを通じてファイバカプラ４３へ供給する。光源４２から供給された測定光は、ファイバカプラ４３及び光学フィルタ４４を通過し、位相変調子４６へ供給される。

位相変調子４６は、位相変調子駆動回路４５によって制御され、通過する測定光の位相を制御する。即ち、同期検波回路４８は、測定光を所定の位相又は周波数にするための制御信号を位相変調子駆動回路４５へ送る。また、位相変調子駆動回路４５は、受信した制御信号に基づいて位相変調子４６を制御する。その結果、位相変調子４６を通過した測定光は、所定の位相又は周波数となる。

位相変調子４６を通過した測定光は、余長コイル５０、及び、偏波面保持ファイバ部６０の送光ファイバ６１を通過し、温度補償素子１に供給される。温度補償素子１に供給されると、測定光の位相などの特性は、温度補償素子１の消光比又はクロストークなどの光学的特性によって変化する。

温度補償素子１を通過した測定光は、送光ファイバ６２を通過して、センサ部７０の１／４波長板７１に供給される。測定光は、１／４波長板７１で位相を調整され、センサファイバ７２を通過する。センサファイバ７２を通過する測定光の位相には、電線７４を通過する電流によってファラデー位相差が生じる。

センサファイバ７２を通過した測定光は、鏡７３で反射し再度センサファイバ７２を通過する。鏡７３で反射した測定光（反射光）は、センサファイバ７２、１／４波長板７１、送光ファイバ６２、温度補償素子１、送光ファイバ６１、余長コイル５０、位相変調子４６、光学フィルタ４４及びファイバカプラ４３を通過して検出器４７に供給される。

検出器４７に反射光が供給されると、検出器４７は、反射光を電気信号に変換し、同期検波回路４８へ送る。
検出器４７から電気信号を受信すると、同期検波回路４８は、受信した電気信号の中から反射光から生じた電気信号を抽出する。即ち、同期検波回路４８は、測定光の位相又は周波数が同一である信号を受信された電気信号から抽出する。これによって、同期検波回路４８は、ノイズに干渉されることなく、反射光から生じた電気信号を抽出することができる。検出器４７は、抽出された電気信号を演算回路４９へ送る。

演算回路４９は、検出器４７から電気信号を受信する。検出器４７から電気信号を受信すると、演算回路４９は、受信された電気信号から電線７４を通過する電流によって生じたファラデー位相差を計算する。ファラデー位相差を計算すると、演算回路４９は、計算されたファラデー位相差から電線７４を流れる電流を計算する。なお、演算回路４９が受信された電気信号に基づいて電線７４を流れる電流を計算する方法は、特定の方法に限定されるものではない。

図１２は、第７実施形態に係るセンサ部７０の温度特性及び温度補償素子１の温度特性の例を示す図である。
図１２が示す図では、ｘ軸がセンサ温度であって、ｙ軸が比誤差である。図１２が示すように、センサ部７０の温度が上昇するにつれてセンサ部７０の比誤差は、ほぼ直線的に上昇する。たとえば、センサ部７０の温度が−３０℃である場合には、センサ部７０の比誤差は、−０．２％程度である。センサ部７０の温度が１０℃である場合には、センサ部７０の比誤差は、ほぼ０％である。さらに、センサ部７０の温度が３０℃である場合には、センサ部７０の比誤差は、０．１８％程度である。

逆に、センサ部７０の温度が上昇するにつれて温度補償素子１の比誤差は、ほぼ直線的に低下する。たとえば、センサ部７０の温度が−３０℃である場合には、温度補償素子１の比誤差は、０．２％程度である。センサ部７０の温度が１０℃である場合には、温度補償素子１の比誤差は、ほぼ０％である。さらに、センサ部７０の温度が３０℃である場合には、温度補償素子１の比誤差は、−０．１８％程度である。

図１２が示すように、温度補償素子１は、センサ部７０の温度特性と反対の温度特性を有し、温度補償素子１により、センサ部７０の温度特性が相殺されることになる。

図１３は、第７実施形態に係るサニャック干渉型光センサシステム１０の温度特性の例を示す図である。
サニャック干渉型光センサシステム１０の温度特性は、センサ部７０の温度特性と温度補償素子１の温度特性との合算で決定される。即ち、サニャック干渉型光センサシステム１０は、温度補償素子１の温度特性を用いて、センサ部７０の温度特性を打ち消すことができる。

図１３が示すように、サニャック干渉型光センサシステム１０の比誤差は、センサ部７０の温度に関わらず、ほぼ０％程度である。前述の通り、温度補償素子１の温度特性は、センサ部７０の温度特性と反対である。したがって、サニャック干渉型光センサシステム１０の温度特性は、センサ部７０の温度に関わらず、ほぼ０％程度で推移する。

以上のようなサニャック干渉型光センサシステムは、センサ部の温度変化に対する光学的特性の変化を温度補償素子１によって相殺することができる。これによって、サニャック干渉型光センサシステムは、温度変化が生じた場合にも精度よく電流を測定することができる。また、サニャック干渉型光センサシステムは、温度計などを用いて測定したセンサ部の温度に基づいて電流の計測結果を補正するシステムよりも、容易に構成されることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…温度補償素子、１ａ乃至ｃ…温度補償素子、２…偏波面保持ファイバ、３…保護層、４…応力付与層、５…金属薄膜層、６…フェルール、７…蝋材、８…シングルモード光ファイバ、１１…コア、１２…応力付与部、２１及び２２…平面プレート、２３ａ及びｂ…スペーサ、２４ａ及びｂ…スプリング、３１…Ｖ溝プレート、４０…信号処理部、６０…偏波面保持ファイバ部、７０…センサ部、７２…ファイバセンサ、７３…鏡。

Claims (15)

1. コアとクラッドとを備え、前記コアが光を伝播するシングルモード光ファイバと、
   前記クラッド内部に配置され、前記シングルモード光ファイバに光学的に接続されている外部装置の温度変化に応じて、前記シングルモード光ファイバに非等方的な応力を印加する応力付与部と、
   を備える温度補償素子。
2. 前記応力付与部は、前記シングルモード光ファイバを被覆する応力付与層である、
   前記請求項１に記載の温度補償素子。
3. 前記応力付与部は、前記応力付与部の熱膨張によって生じる応力を非等方的に前記シングルモード光ファイバに印加する応力付与層である、
   前記請求項１又は２に記載の温度補償素子。
4. 前記応力付与部は、熱膨張率の異なる複数の物質から構成される、
   前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の温度補償素子。
5. 前記応力付与部は、同心円状の複数の物質を重ねる構造を有する、
   前記請求項４に記載の温度補償素子。
6. 前記応力付与部は、金属から構成される、
   前記請求項１乃至５の何れか１項に記載の温度補償素子。
7. 前記応力付与部は、平行に設置される２枚の平面プレートから構成され、２枚の前記平面プレートで前記シングルモード光ファイバを挟む構造を有する、
   前記請求項１に記載の温度補償素子。
8. 前記応力付与部は、少なくとも１枚の前記平面プレートに弾性体を設け、前記弾性体の反発力によって前記平面プレートに応力を印加する、
   前記請求項７に記載の温度補償素子。
9. 前記弾性体は、スプリングである、
   前記請求項８に記載の温度補償素子。
10. 前記応力付与部は、２枚の前記平面プレートの間に、スペーサを備える、
    前記請求項７乃至９の何れか１項に記載の温度補償素子。
11. 前記応力付与部は、少なくとも１枚の前記平面プレートの内面に、前記シングルモード光ファイバを固定する溝を備える、
    前記請求項７乃至１０の何れか１項に記載の温度補償素子。
12. 前記応力付与部は、前記シングルモード光ファイバの複屈折軸により強い応力を印加する、
    前記請求項１乃至１１の何れか１項に記載の温度補償素子。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の温度補償素子を複数個光学的に接続した温度補償素子。
14. 光を伝播する光ファイバと、
    前記光ファイバと平行に設置され、前記光ファイバに光学的に接続されている外部装置の温度変化に応じて前記光ファイバに非等方的な応力を印加する応力付与部と、
    を備える偏波面保持ファイバ。
15. センサ部と、信号処理部と、偏波面保持ファイバ部と、を備える光センサシステムであって、
    前記偏波面保持ファイバ部は、
    前記センサ部と前記信号処理部とを光学的に接続するシングルモード光ファイバと、
    前記シングルモード光ファイバに光学的に接続されている外部装置の温度変化に応じて、前記シングルモード光ファイバに非等方的な応力を印加する応力付与部と、
    を備える温度補償素子を備える、
    光センサシステム。