JP2540293B2 - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JP2540293B2 JP2540293B2 JP59503931A JP50393184A JP2540293B2 JP 2540293 B2 JP2540293 B2 JP 2540293B2 JP 59503931 A JP59503931 A JP 59503931A JP 50393184 A JP50393184 A JP 50393184A JP 2540293 B2 JP2540293 B2 JP 2540293B2
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- fiber waveguide
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
- G02F1/0115—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass in optical fibres
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/132—Thermal activation of liquid crystals exhibiting a thermo-optic effect
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2861—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using fibre optic delay lines and optical elements associated with them, e.g. for use in signal processing, e.g. filtering
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- G02B6/36—Mechanical coupling means
- G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は光導波路の温度特性の改善に関する。本発明
は特に光ファイバに利用するに適する。本発明は光通信
用の光ファイバの温度による伝送遅延特性の改善に利用
できるとともに、本発明は実質的に温度に依存しない参
照光路長を提供するために用いることができる。すなわ
ち本発明は、光ファイバをその参照基準として組み込ん
だ干渉計検知装置、マイケルソン光ファイバ干渉計、温
度安定化光共振器、その他光導波路の伝送遅延を参照基
準とする装置に利用できる。
は特に光ファイバに利用するに適する。本発明は光通信
用の光ファイバの温度による伝送遅延特性の改善に利用
できるとともに、本発明は実質的に温度に依存しない参
照光路長を提供するために用いることができる。すなわ
ち本発明は、光ファイバをその参照基準として組み込ん
だ干渉計検知装置、マイケルソン光ファイバ干渉計、温
度安定化光共振器、その他光導波路の伝送遅延を参照基
準とする装置に利用できる。
一般に光導波路は、屈折率n2の材料に埋め込まれた屈
折率n1の光誘導領域を備えており、通常はn2＜n1であ
る。埋め込み材料だけでなく誘導領域も、多数の公知の
設計の光ファイバにより示されたように、それら自身が
二つまたはそれ以上の異なる屈折率の領域をもつように
構成されている。
折率n1の光誘導領域を備えており、通常はn2＜n1であ
る。埋め込み材料だけでなく誘導領域も、多数の公知の
設計の光ファイバにより示されたように、それら自身が
二つまたはそれ以上の異なる屈折率の領域をもつように
構成されている。
例えば光通信および光ファイバセンサに用いられる種
類の光ファイバは、通常は機械的および化学的損傷から
ファイバ表面を保護するための保護膜で覆われている。
類の光ファイバは、通常は機械的および化学的損傷から
ファイバ表面を保護するための保護膜で覆われている。
ファイバに適当な被膜を施すことにより、光ファイバ
の伝送損失の温度依存性を制限できることも公知であ
る。例えば、ヨーロッパ特許公開公報第EP-A-0076575号
（「温度変化の影響を受けない光ファイバ」、ヒューズ
・エアクラフト・カンパニ）には、高温度での動作に適
した光ファイバを開示している。この開示によると、高
い動作温度での伝送損失の温度依存性、すなわちファイ
バを通過する光信号の減衰は、ファイバに金属被膜を施
しアニーリングすることにより制限される。
の伝送損失の温度依存性を制限できることも公知であ
る。例えば、ヨーロッパ特許公開公報第EP-A-0076575号
（「温度変化の影響を受けない光ファイバ」、ヒューズ
・エアクラフト・カンパニ）には、高温度での動作に適
した光ファイバを開示している。この開示によると、高
い動作温度での伝送損失の温度依存性、すなわちファイ
バを通過する光信号の減衰は、ファイバに金属被膜を施
しアニーリングすることにより制限される。
この従来技術では被膜は、アルミニュームまたは他の
金属もしくは合金であり、例えば、ファイバを溶融バス
を通過させて引き出し加工することによりファイバに皮
膜を施すことができる。被膜の施されたファイバは、こ
の後にセ氏数百度の温度でアニールされる。上記ヨーロ
ッパ特許公開公報には、ファイバによる伝送損失が室温
における伝送損失と同じになるように十分に高いアニー
リング温度を設定すると、伝送損失の温度依存性が−20
0℃ないし560℃の温度範囲で実質的に除去されることが
明言されている。
金属もしくは合金であり、例えば、ファイバを溶融バス
を通過させて引き出し加工することによりファイバに皮
膜を施すことができる。被膜の施されたファイバは、こ
の後にセ氏数百度の温度でアニールされる。上記ヨーロ
ッパ特許公開公報には、ファイバによる伝送損失が室温
における伝送損失と同じになるように十分に高いアニー
リング温度を設定すると、伝送損失の温度依存性が−20
0℃ないし560℃の温度範囲で実質的に除去されることが
明言されている。
光ファイバの伝送損失の温度変化による効果はまた、
「過度の低温度を考慮した被膜が施された光ファイバの
最適設計（Optimum Design of Coated Optical Fibers
Considering Excess at Low Temperature）」、ケイ・
マスノ（K.Masuno）およびケイ・イシハラ（K.Ishihar
a）、ジャーナル・オブ・オプティカル・コミュニケー
ション（J.Opt.Comm.）第３巻（1982年）第４号、第142
頁ないし第145頁で研究されている。伝送損失の温度変
化の効果は、ナイロン被膜により被膜が施された光ファ
イバに関して研究され、10-5℃-1のオーダの線膨張率の
ナイロン被膜を採用することにより、低温度での伝送損
失の温度依存性を非常に低く保つことができる。
「過度の低温度を考慮した被膜が施された光ファイバの
最適設計（Optimum Design of Coated Optical Fibers
Considering Excess at Low Temperature）」、ケイ・
マスノ（K.Masuno）およびケイ・イシハラ（K.Ishihar
a）、ジャーナル・オブ・オプティカル・コミュニケー
ション（J.Opt.Comm.）第３巻（1982年）第４号、第142
頁ないし第145頁で研究されている。伝送損失の温度変
化の効果は、ナイロン被膜により被膜が施された光ファ
イバに関して研究され、10-5℃-1のオーダの線膨張率の
ナイロン被膜を採用することにより、低温度での伝送損
失の温度依存性を非常に低く保つことができる。
一方、光導波路にはその伝送遅延特性が温度により変
動する性質が知られている。特に通信路として使用され
る光ファイバにはその周囲環境から受ける温度変化に応
じて、その伝送遅延特性が変動する現象があり、通信網
の切替接続その他でこの遅延特性の変動は大きい問題と
なる。
動する性質が知られている。特に通信路として使用され
る光ファイバにはその周囲環境から受ける温度変化に応
じて、その伝送遅延特性が変動する現象があり、通信網
の切替接続その他でこの遅延特性の変動は大きい問題と
なる。
上記の従来技術はいずれも光ファイバの伝送損失を論
じるものであって、伝送遅延特性については直接の言及
はない。
じるものであって、伝送遅延特性については直接の言及
はない。
本発明は光導波路の温度特性を改善する新しい方法お
よびその方法を実施した装置を提供することを目的とす
る。本発明は、特に伝送遅延特性の温度依存性を改善す
ることを目的とする。本発明は特に光ファイバの伝送遅
延特性の温度依存性を改善することを目的とする。本発
明は、実質的に温度に依存しない参照光路長を提供する
ことを目的とする。
よびその方法を実施した装置を提供することを目的とす
る。本発明は、特に伝送遅延特性の温度依存性を改善す
ることを目的とする。本発明は特に光ファイバの伝送遅
延特性の温度依存性を改善することを目的とする。本発
明は、実質的に温度に依存しない参照光路長を提供する
ことを目的とする。
本発明の第一の発明は、あらかじめ定められた温度範
囲で光ファイバ導波路の伝送路遅延ｔの温度Ｔに対する
依存性dt/dTを削減する伝送遅延の低減方法において、
光ファイバ導波路に、その光ファイバ導波路の線熱膨張
率と符号が反対の選択された線熱膨張率αをもち、前記
あらかじめ定められた温度範囲での温度変化により光フ
ァイバ導波路に引き起こされる長さＬおよび屈折率Ｎの
変化によって生じる光路長の変化を実質的に除去する温
度依存性の応力σを加えるような寸法の応力手段を取り
付けることを特徴とする。
囲で光ファイバ導波路の伝送路遅延ｔの温度Ｔに対する
依存性dt/dTを削減する伝送遅延の低減方法において、
光ファイバ導波路に、その光ファイバ導波路の線熱膨張
率と符号が反対の選択された線熱膨張率αをもち、前記
あらかじめ定められた温度範囲での温度変化により光フ
ァイバ導波路に引き起こされる長さＬおよび屈折率Ｎの
変化によって生じる光路長の変化を実質的に除去する温
度依存性の応力σを加えるような寸法の応力手段を取り
付けることを特徴とする。
この方法において、応力手段を光ファイバ導波路の被
覆に少なくともその被覆の一部として設けることが望ま
しい。このとき、応力手段の線熱膨張率は負の線熱膨張
率であることがよい。応力手段として配向ポリマ、特に
押し出しにより形成された液晶ポリマを用いることが望
ましい。
覆に少なくともその被覆の一部として設けることが望ま
しい。このとき、応力手段の線熱膨張率は負の線熱膨張
率であることがよい。応力手段として配向ポリマ、特に
押し出しにより形成された液晶ポリマを用いることが望
ましい。
このような方法において、光ファイバ導波路にはあら
かじめ応力が加えられ、このあらかじめ応力が加えられ
た光ファイバ導波路に応力手段を作用させることがよ
い。
かじめ応力が加えられ、このあらかじめ応力が加えられ
た光ファイバ導波路に応力手段を作用させることがよ
い。
上述の第一の発明では、光ファイバ導波路をあらかじ
め用意し、それに応力手段を取り付けるものとした。こ
れに対し、応力手段をあらかじめ光ファイバ導波路とは
別に用意し、この応力手段に光ファイバ導波路を取り付
けることもできる。すなわち本発明の第二の発明は、光
ファイバ導波路の線熱膨張率と符号が反対の選択された
線熱膨張率αをもち、前記あらかじめ定められた温度範
囲での温度変化により光ファイバ導波路に引き起こされ
る長さＬおよび屈折率Ｎの変化によって生じる光路長の
変化を実質的に除去する温度依存性の応力σを加えるよ
うな寸法の応力手段をあらかじめ光ファイバ導波路とは
別に用意し、この応力手段に光ファイバ導波路を取り付
けることを特徴とする。この場合、光ファイバ導波路に
あらかじめ応力を加えて応力手段に取り付けることがよ
い。応力手段への取り付けは、粘着化合物を用いてもよ
いが、単なる摩擦接触によるだけでもよい。
め用意し、それに応力手段を取り付けるものとした。こ
れに対し、応力手段をあらかじめ光ファイバ導波路とは
別に用意し、この応力手段に光ファイバ導波路を取り付
けることもできる。すなわち本発明の第二の発明は、光
ファイバ導波路の線熱膨張率と符号が反対の選択された
線熱膨張率αをもち、前記あらかじめ定められた温度範
囲での温度変化により光ファイバ導波路に引き起こされ
る長さＬおよび屈折率Ｎの変化によって生じる光路長の
変化を実質的に除去する温度依存性の応力σを加えるよ
うな寸法の応力手段をあらかじめ光ファイバ導波路とは
別に用意し、この応力手段に光ファイバ導波路を取り付
けることを特徴とする。この場合、光ファイバ導波路に
あらかじめ応力を加えて応力手段に取り付けることがよ
い。応力手段への取り付けは、粘着化合物を用いてもよ
いが、単なる摩擦接触によるだけでもよい。
光ファイバを光導波路の一例とすると、光ファイバ内
の温度変化により引き起こされた伝送遅延の変化は、光
ファイバの長さおよび光ファイバの屈折率の変化に関係
して引き起こされるものであり、これらの温度変化によ
る伝送遅延の変化は、本発明に従って加えられた応力に
より生じた光ファイバの物理的な歪すなわち屈折率の変
化によりその温度変化により伝送遅延と反対に作用す
る。その応力手段は当該温度範囲のそれ自体の温度変化
により光ファイバに応力を与える。応力手段が光ファイ
バに密着する被覆に設けられる場合は、その被覆の物理
的な形状変化により光ファイバに生じる伝送遅延の変化
が、光ファイバ自体にその温度変化により生じる伝送遅
延の変化を実質的に相殺するように選択される。
の温度変化により引き起こされた伝送遅延の変化は、光
ファイバの長さおよび光ファイバの屈折率の変化に関係
して引き起こされるものであり、これらの温度変化によ
る伝送遅延の変化は、本発明に従って加えられた応力に
より生じた光ファイバの物理的な歪すなわち屈折率の変
化によりその温度変化により伝送遅延と反対に作用す
る。その応力手段は当該温度範囲のそれ自体の温度変化
により光ファイバに応力を与える。応力手段が光ファイ
バに密着する被覆に設けられる場合は、その被覆の物理
的な形状変化により光ファイバに生じる伝送遅延の変化
が、光ファイバ自体にその温度変化により生じる伝送遅
延の変化を実質的に相殺するように選択される。
光ファイバは、例えば、温度、歪、圧力および電流お
よび磁界の変化に対する固有の感度により、干渉を利用
したセンサ素子として有用であることが知られている。
しかし、センサの測定の多くは、検知されるパラメータ
と、ファイバの検知特性に同等の効果をもつ他の影響と
を区別できることが要求される。これは、測定されるひ
とつのパラメータ以外で、検知ファイバと同じ影響を受
ける参照ファイバを用いることにより実現される。これ
は、センサの設計において注意深い配置を必要とする。
いくつかの制御素子が参照アーム内に備えられ、特に温
度が雑音源であるときに、差動効果により引き起こされ
たドリフトの記録をとる。
よび磁界の変化に対する固有の感度により、干渉を利用
したセンサ素子として有用であることが知られている。
しかし、センサの測定の多くは、検知されるパラメータ
と、ファイバの検知特性に同等の効果をもつ他の影響と
を区別できることが要求される。これは、測定されるひ
とつのパラメータ以外で、検知ファイバと同じ影響を受
ける参照ファイバを用いることにより実現される。これ
は、センサの設計において注意深い配置を必要とする。
いくつかの制御素子が参照アーム内に備えられ、特に温
度が雑音源であるときに、差動効果により引き起こされ
たドリフトの記録をとる。
本発明は、温度の変化による光ファイバの伝送遅延を
低減させる効果を有する材料で被覆が施された光ファイ
バアセンブリを提供することにより、上述の問題点を解
決または少なくとも軽減する。
低減させる効果を有する材料で被覆が施された光ファイ
バアセンブリを提供することにより、上述の問題点を解
決または少なくとも軽減する。
本発明は、理論的モデルに関して、以下の関連する図
面を例にさらに詳しく説明できる。
面を例にさらに詳しく説明できる。
第１図を最初に参照すると、光ファイバ１はクラッド
３に埋め込まれたコア２を含み、予備被膜４に被膜５が
施され光ファイバ１に密着するジャケットを形成してい
る。被膜５は、図示したように例えば予備被膜４に施さ
れていてもよく、クラッド３の表面に直接施されていて
もよく、温度により生じた光ファイバ１の伝送遅延のす
べてを、少なくとも反対に作用、または実質的に相殺す
るのに有用である。
３に埋め込まれたコア２を含み、予備被膜４に被膜５が
施され光ファイバ１に密着するジャケットを形成してい
る。被膜５は、図示したように例えば予備被膜４に施さ
れていてもよく、クラッド３の表面に直接施されていて
もよく、温度により生じた光ファイバ１の伝送遅延のす
べてを、少なくとも反対に作用、または実質的に相殺す
るのに有用である。
被膜の材料、および一般的に被膜、に要求される特性
を理論的背景の概略から明らかにする。光ファイバ検知
素子を例にすると、光ファイバによる検知は、温度変化
のような影響を及ぼす条件による光路長ｌの変化の結果
として可能である。これは、ファイバの物理長Ｌだけで
なく、群屈折率Ｎを変化させる効果をもつ。ファイバ内
の遅延は、 で表される。ここでｃは光の速度であり、ｌ＝NLであ
る。
を理論的背景の概略から明らかにする。光ファイバ検知
素子を例にすると、光ファイバによる検知は、温度変化
のような影響を及ぼす条件による光路長ｌの変化の結果
として可能である。これは、ファイバの物理長Ｌだけで
なく、群屈折率Ｎを変化させる効果をもつ。ファイバ内
の遅延は、 で表される。ここでｃは光の速度であり、ｌ＝NLであ
る。
温度Ｔが変化すると、遅延が変化し、変化の感度は、 により与えられる。
群屈折率および長さの変化は、加算または減算でき
る。長さの変化はファイバの熱膨張係数に依存し、ボロ
シリケートガラスでは大きく（〜10-5）、シリカファイ
バでは小さい（〜10-6）。正味の値は通常は温度に対し
て正である。
る。長さの変化はファイバの熱膨張係数に依存し、ボロ
シリケートガラスでは大きく（〜10-5）、シリカファイ
バでは小さい（〜10-6）。正味の値は通常は温度に対し
て正である。
しかし、ファイバに歪が生じているときには、この歪
による光遅延の変化は、 で与えられる。ここでσはファイバに引き起こされる応
力である。この等式では、かっこ内の二つの項は反対の
符号をもち、したがって全体としての効果はわずかに削
減される。しかし、総和の効果は応力の増加に対して正
である。
による光遅延の変化は、 で与えられる。ここでσはファイバに引き起こされる応
力である。この等式では、かっこ内の二つの項は反対の
符号をもち、したがって全体としての効果はわずかに削
減される。しかし、総和の効果は応力の増加に対して正
である。
このファイバに線膨張係数がファイバのそれと反対で
ある材料で被膜が施された場合を考える。ファイバが温
度変化を受けているときには、二つの効果が生じる。そ
のひとつは、ファイバおよび被膜の熱膨張係数に対向す
る正味の効果としての長さ変化により引き起こされる応
力である。他の効果は、歪効果の結果として、群屈折率
Ｎの温度分散による群屈折率Ｎの変化による遅延の変化
である。被膜材料を適切に選択して、温度に対する光遅
延の全体としての変化を零に低減することができる。フ
ァイバおよび被膜の複合構造を解析すると、 で示される。ここで、Efはファイバのヤング率であり、
αｆはその線膨張係数であり、 Ｋ＝（AcEcαｃ＋AfEfαｆ）／（AcEc＋AfEf） ……（５） である。ここで、添字「ｃ」および「ｆ」は、それぞれ
被膜およびファイバに関連する。Ａは断面領域であり、
Ｅはヤング率であり、αは熱膨張率である。
ある材料で被膜が施された場合を考える。ファイバが温
度変化を受けているときには、二つの効果が生じる。そ
のひとつは、ファイバおよび被膜の熱膨張係数に対向す
る正味の効果としての長さ変化により引き起こされる応
力である。他の効果は、歪効果の結果として、群屈折率
Ｎの温度分散による群屈折率Ｎの変化による遅延の変化
である。被膜材料を適切に選択して、温度に対する光遅
延の全体としての変化を零に低減することができる。フ
ァイバおよび被膜の複合構造を解析すると、 で示される。ここで、Efはファイバのヤング率であり、
αｆはその線膨張係数であり、 Ｋ＝（AcEcαｃ＋AfEfαｆ）／（AcEc＋AfEf） ……（５） である。ここで、添字「ｃ」および「ｆ」は、それぞれ
被膜およびファイバに関連する。Ａは断面領域であり、
Ｅはヤング率であり、αは熱膨張率である。
式（４）および（５）を用いて被膜の熱膨張率は、 となる。ここでKc＝AcEcおよびKf＝AfEfである。零温度
感度に対しては、 となる。単一モードのシリカファイバの典型的な値およ
び第１表に示した被膜のパラメータを用いて、要求され
る被膜の熱膨張係数が約−９×10-6となる。
感度に対しては、 となる。単一モードのシリカファイバの典型的な値およ
び第１表に示した被膜のパラメータを用いて、要求され
る被膜の熱膨張係数が約−９×10-6となる。
約20GNm-2の弾性率の配向された熱互換液晶ポリエス
テルを用いた、ナトリウム・ボロシリケート多モード光
ファイバおよびシリカ単一モード光ファイバに対して、
密着した押し出し被膜パッケージが製造された。これら
のポリマは、「自己補強」と呼ばれ、用いられるポリマ
は、73モル％のｐオキシベンゾイル（p-oxybenzoyl）と
27モル％の６オキシ２ナフトノイル（6-oxy-2 naphthno
yl）を含むコポリエステルである。このポリマは段階的
な溶融状態を有し、この状態は押し出し被膜中に剪断お
よび伸張的に溶融した流れにより再配列される。この特
徴を用いて、ポリマ率および熱膨張率の範囲を与えるよ
うに、押し出し条件を調節する。典型的な条件は、従来
のポリマに比較し、高弾性率（20 GNm-2）、低熱膨張率
（５×10-6）を与える。
テルを用いた、ナトリウム・ボロシリケート多モード光
ファイバおよびシリカ単一モード光ファイバに対して、
密着した押し出し被膜パッケージが製造された。これら
のポリマは、「自己補強」と呼ばれ、用いられるポリマ
は、73モル％のｐオキシベンゾイル（p-oxybenzoyl）と
27モル％の６オキシ２ナフトノイル（6-oxy-2 naphthno
yl）を含むコポリエステルである。このポリマは段階的
な溶融状態を有し、この状態は押し出し被膜中に剪断お
よび伸張的に溶融した流れにより再配列される。この特
徴を用いて、ポリマ率および熱膨張率の範囲を与えるよ
うに、押し出し条件を調節する。典型的な条件は、従来
のポリマに比較し、高弾性率（20 GNm-2）、低熱膨張率
（５×10-6）を与える。
ファイバ（グレーデドインデクス・ナトリウムボロシ
リケート多モードを二標本およびシリカ単一モードを二
標本）は、125μｍの直径で、総直径が250μｍになるよ
うにシリコーンゴムで被膜が施されていた。これらは、
従来の19mm単一スクリュー押し出し装置を用いて被膜が
施された。押し出し工程で引き起こされるポリマ配向の
程度を決定する重要なパラメータは引っ張り速度であ
り、ダイの断面領域の被膜の断面領域に対する比として
与えられる。例えば、標本１には1mmのダイを用い、被
膜の直径が1mmになるようにして、線を引っ張り速度と
同じ押し出し速度で動かした。これは、配向工程がαお
よびＥの双方を低い値にすることを制限する。これに対
して、標本２には大きな（2mmの）ダイを用い、溶融し
たポリマは押し出し後に引き下げられた。これは配向の
程度を増加させ、したがってαおよびＥの大きな値が得
られる。引っ張り条件により、αｃを小さな負の値から
小さな正の値に変化させることができる。線熱膨張率は
以下のように測定された。
リケート多モードを二標本およびシリカ単一モードを二
標本）は、125μｍの直径で、総直径が250μｍになるよ
うにシリコーンゴムで被膜が施されていた。これらは、
従来の19mm単一スクリュー押し出し装置を用いて被膜が
施された。押し出し工程で引き起こされるポリマ配向の
程度を決定する重要なパラメータは引っ張り速度であ
り、ダイの断面領域の被膜の断面領域に対する比として
与えられる。例えば、標本１には1mmのダイを用い、被
膜の直径が1mmになるようにして、線を引っ張り速度と
同じ押し出し速度で動かした。これは、配向工程がαお
よびＥの双方を低い値にすることを制限する。これに対
して、標本２には大きな（2mmの）ダイを用い、溶融し
たポリマは押し出し後に引き下げられた。これは配向の
程度を増加させ、したがってαおよびＥの大きな値が得
られる。引っ張り条件により、αｃを小さな負の値から
小さな正の値に変化させることができる。線熱膨張率は
以下のように測定された。
ナトリウム・ボロシリケート・ガラスファイバの標本に
固定された歪は非常に高レベルであり、シリケートファ
イバに非常に低レベルであることが、直接に明らかであ
る。これは、ポリマのα値に対するボロシリケートおよ
びシリカガラスのα値（それぞれ10-5と５×10-7）の違
いにより生じる。ポリマはファイバ上に推積し、押し出
し装置を通過することにより熱が加えられ引き伸ばされ
る。ポリマおよびガラスは冷えて強くなり、ここで固体
化されたポリマはファイバの収縮を防ぎ、したがってフ
ァイバには引っ張り力が残る。この効果は、その大きな
αのために、ナトリウム・ボロシリケート・ガラスでよ
り大きい。したがって、ファイバ材料の膨張率はこのポ
リマとの関連で重要である。
固定された歪は非常に高レベルであり、シリケートファ
イバに非常に低レベルであることが、直接に明らかであ
る。これは、ポリマのα値に対するボロシリケートおよ
びシリカガラスのα値（それぞれ10-5と５×10-7）の違
いにより生じる。ポリマはファイバ上に推積し、押し出
し装置を通過することにより熱が加えられ引き伸ばされ
る。ポリマおよびガラスは冷えて強くなり、ここで固体
化されたポリマはファイバの収縮を防ぎ、したがってフ
ァイバには引っ張り力が残る。この効果は、その大きな
αのために、ナトリウム・ボロシリケート・ガラスでよ
り大きい。したがって、ファイバ材料の膨張率はこのポ
リマとの関連で重要である。
ひとつの標本では、温度感度が非常に小さく、−20℃
を中心とする温度で、被膜が施されていないファイバの
約38ps deg-1km-1の値が、複合ファイバ構造でほとんど
零に削減された。温度感度の大きな減少およびそのセン
サとしての適用性を確認するために、それぞれのアーム
に約30メートルの被膜が施されたファイバを備えた、単
一モードファイバ・マイケルソン干渉計を作成した。
（単一モードファイバ・マイケルソン干渉計は、例えば
本出願人による英国特許出願第8305154号および第83067
74号に開示されている。）一方のアームは室温の安定な
温度環境に配置され、他方のアームは−25℃を中心とす
る温度で勾配のついた温度環境に配置された。干渉計の
出力で干渉縞の本数が出力され、同一の温度勾配に対す
る被膜を施していないファイバと比較した。
を中心とする温度で、被膜が施されていないファイバの
約38ps deg-1km-1の値が、複合ファイバ構造でほとんど
零に削減された。温度感度の大きな減少およびそのセン
サとしての適用性を確認するために、それぞれのアーム
に約30メートルの被膜が施されたファイバを備えた、単
一モードファイバ・マイケルソン干渉計を作成した。
（単一モードファイバ・マイケルソン干渉計は、例えば
本出願人による英国特許出願第8305154号および第83067
74号に開示されている。）一方のアームは室温の安定な
温度環境に配置され、他方のアームは−25℃を中心とす
る温度で勾配のついた温度環境に配置された。干渉計の
出力で干渉縞の本数が出力され、同一の温度勾配に対す
る被膜を施していないファイバと比較した。
被膜を施していないファイバの感度は、干渉縞の本数
で約8.33本C-1m-1（16.66πラジアンC-1m-1）と測定さ
れている。被膜が施されたファイバの干渉縞の本数を測
定したところ、平均で0.92本C-1m-1（1.84πラジアンC
-1m-1）であった。これは、被膜が施されていないファ
イバの値の約10％の感度削減を示す。測定された干渉縞
の本数データを、温度の関数として第２図にプロットす
る。第２図において、ヒステリシスは、温度の測定に使
用した熱電対と、被膜が施されたファイバの全長に沿っ
た実際の温度分布との間の温度差によると考えられる。
図から明らかなように、温度変位のそれぞれの方向で測
定の開始後、双方向での傾きは同じで約２°である。溶
融条件および押し出し条件を変化させ、これにより熱膨
張率を変化させることにより、温度変化に対する被膜が
施されたファイバの感度をさらに削減させることができ
る。被膜する材料の正しい膨張性により、ファイバの伝
送遅延の、より広い使用範囲の温度範囲にわたる温度変
化に対する感度を最小にできる。低コンプライアンスの
材料を押し出し成形することにより、被膜が施されたフ
ァイバの音響感度を削減することも可能である。これ
は、特別な応用のために構成されたセンサの製造を可能
にする。測定により、感度が被膜の施されていないシリ
カファイバの約10％に削減されることが示される。本発
明により被膜が施された光ファイバは、センサに適用し
て有用であると予想される。またセンサではなく、例え
ばファイバを外部共振器として用いた単一モードレーザ
として高安定性の素子を構成することもできる。
で約8.33本C-1m-1（16.66πラジアンC-1m-1）と測定さ
れている。被膜が施されたファイバの干渉縞の本数を測
定したところ、平均で0.92本C-1m-1（1.84πラジアンC
-1m-1）であった。これは、被膜が施されていないファ
イバの値の約10％の感度削減を示す。測定された干渉縞
の本数データを、温度の関数として第２図にプロットす
る。第２図において、ヒステリシスは、温度の測定に使
用した熱電対と、被膜が施されたファイバの全長に沿っ
た実際の温度分布との間の温度差によると考えられる。
図から明らかなように、温度変位のそれぞれの方向で測
定の開始後、双方向での傾きは同じで約２°である。溶
融条件および押し出し条件を変化させ、これにより熱膨
張率を変化させることにより、温度変化に対する被膜が
施されたファイバの感度をさらに削減させることができ
る。被膜する材料の正しい膨張性により、ファイバの伝
送遅延の、より広い使用範囲の温度範囲にわたる温度変
化に対する感度を最小にできる。低コンプライアンスの
材料を押し出し成形することにより、被膜が施されたフ
ァイバの音響感度を削減することも可能である。これ
は、特別な応用のために構成されたセンサの製造を可能
にする。測定により、感度が被膜の施されていないシリ
カファイバの約10％に削減されることが示される。本発
明により被膜が施された光ファイバは、センサに適用し
て有用であると予想される。またセンサではなく、例え
ばファイバを外部共振器として用いた単一モードレーザ
として高安定性の素子を構成することもできる。
第３図ないし第５図を参照して、本発明の他の実施例
を示す。
を示す。
第３図には、光ファイバ１に対する応力手段が、硬い
ポリマを主成分とする基板10により供給される。ファイ
バ１は、スクリュークランプのような解除可能なタイプ
のクランプ14および15により、離れた位置12および13に
取り付けられる。解除可能なクランプの代わりに、粘着
化合物を用いて、直接または取り付けブロック（図示せ
ず）を介して間接に、ファイバを基板に取り付けること
もできる。第３図の構成では、ファイバ１には、あらか
じめ応力が加えられている。この後に、ファイバの引っ
張り力が使用動作温度範囲で温度寸法変化によりはずれ
ないように、十分に確実に基板10に取り付けられる。
ポリマを主成分とする基板10により供給される。ファイ
バ１は、スクリュークランプのような解除可能なタイプ
のクランプ14および15により、離れた位置12および13に
取り付けられる。解除可能なクランプの代わりに、粘着
化合物を用いて、直接または取り付けブロック（図示せ
ず）を介して間接に、ファイバを基板に取り付けること
もできる。第３図の構成では、ファイバ１には、あらか
じめ応力が加えられている。この後に、ファイバの引っ
張り力が使用動作温度範囲で温度寸法変化によりはずれ
ないように、十分に確実に基板10に取り付けられる。
第４図には、ファイバ１が、上述の所望の熱膨張係数
をもつポリマ強度部材21に巻かれた構造である。ファイ
バ１にはあらかじめ応力が加えられ、摩擦接触により、
ポリマ強度部材21に接している。このようにファイバ１
を強度部材21に巻くことで、ファイバと強度部材21との
密接な接続が確実となり、これにより、強度部材21のど
のような変化、基本的には長さだけでなく直径の変化
も、ファイバ１の歪に対応する変化を引き起こす。
をもつポリマ強度部材21に巻かれた構造である。ファイ
バ１にはあらかじめ応力が加えられ、摩擦接触により、
ポリマ強度部材21に接している。このようにファイバ１
を強度部材21に巻くことで、ファイバと強度部材21との
密接な接続が確実となり、これにより、強度部材21のど
のような変化、基本的には長さだけでなく直径の変化
も、ファイバ１の歪に対応する変化を引き起こす。
第５図には、上述の適切な熱特性を有するポリマのド
ラム31のまわりに巻かれたファイバ１が示されている。
この場合にも、ファイバ１にはあらかじめ応力が加えら
れ、摩擦接触により、ポリマ強度部材21と接している。
したがって、ドラムのどのような変化、基本的には直径
だけでなく軸的な変化も、ファイバ１の歪に変化を引き
起こす。
ラム31のまわりに巻かれたファイバ１が示されている。
この場合にも、ファイバ１にはあらかじめ応力が加えら
れ、摩擦接触により、ポリマ強度部材21と接している。
したがって、ドラムのどのような変化、基本的には直径
だけでなく軸的な変化も、ファイバ１の歪に変化を引き
起こす。
また、第３図に示した例の変形として、光ファイバを
光プレーナ導波路構造、例えばLiNbO2薄フィルム導波路
構造に置き換えることができる。そのような場合には、
導波路構造をそのすべての長さにわたり基板に取り付け
ることが望ましい。このようにすると、基板が収縮した
場合にも導波路に応力を加えることができし、しかも導
波路の剛性の観点から、通常はあらかじめ応力を加えて
おく必要はない。
光プレーナ導波路構造、例えばLiNbO2薄フィルム導波路
構造に置き換えることができる。そのような場合には、
導波路構造をそのすべての長さにわたり基板に取り付け
ることが望ましい。このようにすると、基板が収縮した
場合にも導波路に応力を加えることができし、しかも導
波路の剛性の観点から、通常はあらかじめ応力を加えて
おく必要はない。
以上説明したように、本発明によれば光導波路の温度
による伝送遅延を小さくすることができる。本発明は、
実質的に温度に依存しない参照光路長を供給するために
用いるときにきわめて有用である。本発明により、光フ
ァイバを組み込んだ干渉計検知装置、マイケルソン光フ
ァイバ干渉計、温度安定化光共振器、その他光導波路の
伝送遅延を基準とする装置の温度特性がいちじるしく改
善される。さらに本発明による光導波路は、通信路に使
用されるとき、その温度による伝送遅延特性を小さくす
ることができる。
による伝送遅延を小さくすることができる。本発明は、
実質的に温度に依存しない参照光路長を供給するために
用いるときにきわめて有用である。本発明により、光フ
ァイバを組み込んだ干渉計検知装置、マイケルソン光フ
ァイバ干渉計、温度安定化光共振器、その他光導波路の
伝送遅延を基準とする装置の温度特性がいちじるしく改
善される。さらに本発明による光導波路は、通信路に使
用されるとき、その温度による伝送遅延特性を小さくす
ることができる。
図面の簡単な説明 第１図は被覆が施された光ファイバの断面形状図。
第２図は本発明により被膜が施された光ファイバにつ
いて測定された温度と伝送遅延との関係を示すグラフ。
いて測定された温度と伝送遅延との関係を示すグラフ。
第３図ないし第５図は本発明のいくつかの実施例構造
図。
図。
フロントページの続き (72)発明者 リーブ マイケル・ハーリイ イギリス国・サフオーク・イプスウイツ チ・ラシユメア・チエストナツトクロー ズ５番地 (72)発明者 キヤシデイ ステフアン・アンソニイ イギリス国・サフオーク・イプスウイツ チ・ブラムフオード・エンジエルロード ５番地 (72)発明者 ホーナング ステフアン イギリス国・サフオーク・イプスウイツ チ・マートレシヤムヒース・ウエストラ ンド40番地 (56)参考文献 特開 昭50−110341（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−114111（ＪＰ，Ａ)
Claims (9)
- 【請求項１】あらかじめ定められた温度範囲で光ファイ
バ導波路の伝送路遅延ｔの温度Ｔに対する依存性dt/dT
を削減する伝送遅延の低減方法において、 前記光ファイバ導波路に、その光ファイバ導波路の線熱
膨張率と符号が反対の選択された線熱膨張率αをもち、
前記あらかじめ定められた温度範囲での温度変化により
前記光ファイバ導波路に引き起こされる長さＬおよび屈
折率Ｎの変化によって生じる光路長の変化を実質的に除
去する温度依存性の応力σを加えるような寸法の応力手
段を取り付ける ことを特徴とする伝送遅延の低減方法。 - 【請求項２】前記応力手段を前記光ファイバ導波路の被
覆に少なくともその被覆の一部として設ける特許請求の
範囲第（１）項に記載の伝送遅延の低減方法。 - 【請求項３】前記応力手段の線熱膨張率は負の線熱膨張
率である特許請求の範囲第（１）項または第（２）項に
記載の伝送遅延の低減方法。 - 【請求項４】前記応力手段を配向ポリマにより形成する
特許請求の範囲第（３）項に記載の伝送遅延の低減方
法。 - 【請求項５】前記配向ポリマは押し出しにより形成され
た液晶ポリマである特許請求の範囲第（４）項に記載の
伝送遅延の低減方法。 - 【請求項６】前記光ファイバ導波路にはあらかじめ応力
が加えられ、このあらかじめ応力が加えられた光ファイ
バ導波路に前記応力手段を作用させる特許請求の範囲第
（１）項に記載の伝送遅延の低減方法。 - 【請求項７】あらかじめ定められた温度範囲で光ファイ
バ導波路の伝送路遅延ｔの温度Ｔに対する依存性dt/dT
を削減する伝送遅延の低減方法において、 前記光ファイバ導波路の線熱膨張率と符号が反対の選択
された線熱膨張率αをもち、前記あらかじめ定められた
温度範囲での温度変化により前記光ファイバ導波路に引
き起こされる長さＬおよび屈折率Ｎの変化によって生じ
る光路長の変化を実質的に除去する温度依存性の応力σ
を加えるような寸法の応力手段をあらかじめ前記光ファ
イバ導波路とは別に用意し、この応力手段に前記光ファ
イバ導波路を取り付ける ことを特徴とする伝送遅延の低減方法。 - 【請求項８】前記光ファイバ導波路にあらかじめ応力を
加えて前記応力手段に取り付ける特許請求の範囲第
（７）項に記載の伝送遅延の低減方法。 - 【請求項９】前記光ファイバ導波路を前記応力手段に摩
擦接触させる特許請求の範囲第（７）項に記載の伝送遅
延の低減方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB838328204A GB8328204D0 (en) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | Optical fibres |
| GB8328204 | 1983-10-21 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7059952A Division JP2756529B2 (ja) | 1983-10-21 | 1995-02-22 | 光ファイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61500458A JPS61500458A (ja) | 1986-03-13 |
| JP2540293B2 true JP2540293B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=10550553
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59503931A Expired - Lifetime JP2540293B2 (ja) | 1983-10-21 | 1984-10-19 | 光導波路 |
| JP7059952A Expired - Lifetime JP2756529B2 (ja) | 1983-10-21 | 1995-02-22 | 光ファイバ |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7059952A Expired - Lifetime JP2756529B2 (ja) | 1983-10-21 | 1995-02-22 | 光ファイバ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4923278A (ja) |
| EP (1) | EP0162064B1 (ja) |
| JP (2) | JP2540293B2 (ja) |
| CA (1) | CA1276824C (ja) |
| DE (1) | DE3479448T2 (ja) |
| GB (1) | GB8328204D0 (ja) |
| WO (1) | WO1985001802A1 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4671659A (en) * | 1985-11-08 | 1987-06-09 | Martin Marietta Corporation | Fiber optic displacement sensor |
| NL8602337A (nl) * | 1986-09-16 | 1988-04-18 | Philips Nv | Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel. |
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| US5018827A (en) * | 1989-10-03 | 1991-05-28 | Patrick Brownrigg | Method for eliminating the temperature sensitivity of an optical fiber and a temperature insensitive optical fiber |
| US5377285A (en) * | 1993-02-11 | 1994-12-27 | Honeywell Inc. | Technique for making ultrastable ring resonators and lasers |
| AUPM547194A0 (en) * | 1994-05-06 | 1994-06-02 | University Of Sydney, The | Variable property light transmitting device |
| CA2207761C (en) * | 1995-10-16 | 2002-09-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical fiber diffraction grating, a method of fabricating thereof and a laser light source |
| US7254297B1 (en) | 1996-01-16 | 2007-08-07 | Corning Incorporated | Athermal optical devices employing negative expansion substrates |
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| US20060245692A1 (en) * | 2004-04-01 | 2006-11-02 | Lxsix Photonics Inc. | Package for temperature sensitive optical device |
| JPWO2007100060A1 (ja) | 2006-03-03 | 2009-07-23 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバモジュールおよび光デバイス |
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| CN111624718A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-04 | 江苏中天科技股份有限公司 | 稳相光缆 |
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