JP4193355B2 - 光ファイバ回折格子を有する光学装置 - Google Patents
光ファイバ回折格子を有する光学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4193355B2 JP4193355B2 JP2000366902A JP2000366902A JP4193355B2 JP 4193355 B2 JP4193355 B2 JP 4193355B2 JP 2000366902 A JP2000366902 A JP 2000366902A JP 2000366902 A JP2000366902 A JP 2000366902A JP 4193355 B2 JP4193355 B2 JP 4193355B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- base material
- optical fiber
- diffraction grating
- adhesive
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸方向の所定長さにわたって長手方向に屈折率が変化してなる回折格子が形成された光ファイバを有する光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバ回折格子は、入射光に対して特定の波長の光を反射するフィルタとして機能するため、波長分割多重伝送方式の光通信システムの重要な光学部品として注目されている。また、位相格子等を通して紫外線の干渉縞を作り、ゲルマニウム等の感光性ドーパントを含む石英系光ファイバの長手方向の一部にその干渉縞を照射することによって、光ファイバの屈折率に周期的な変化を起こさせ、光ファイバに回折格子を形成することで、光ファイバ回折格子が作られている。一般に、光ファイバ回折格子の反射波長(ブラッグ波長)は、λ=2neffΛで表される。ここで、neffは有効屈折率で、Λは屈折率変化の空間周期長である。
【0003】
光ファイバ回折格子は周囲温度が変化すると、光ファイバが伸縮して屈折率の空間周期長が変化すると共に、光ファイバに加わる応力が変化するため、その光弾性効果によって屈折率が変化し、neff、Λは共に変化する。即ち、光ファイバ回折格子のブラッグ波長は、温度依存性をもっている。なお、温度依存性の主たる部分は、neffの変化に起因し、Λの変化に起因する部分は比較的少ない。また、伝送波長1550nm帯域においては、λの温度依存性は約+0.009〜0.010nm/℃である。
【0004】
この温度依存性を無くするため、光ファイバ回折格子を負の熱膨張係数を有する材料からなる部材に沿わせて光ファイバ回折格子を接着剤で部材に固定した光学装置が、特開平10−73740号公報、特開平10−96827号公報に示されている。この光学装置は、温度変化に伴う光ファイバの長さの変動を負の熱膨張係数を有する部材の長さ変動によって打ち消して光ファイバに長さ変動が生じないようにして光ファイバ回折格子の温度依存性を無くするものである。この場合、負の熱膨張係数を有する材料からなる部材は通常特殊な配合のセラミック等で形成されるが、これらの材料は高温高湿の状態で放置すると熱膨張係数が変化し易く、光ファイバ回折格子の温度依存性が製造当初は無くても、高温高湿の状態を経ると温度依存性が生じてくることがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは高温高湿の状態を経ても熱膨張係数が変化し難い材料を使った光ファイバ回折格子を有する光学装置を開発しつつある。図1は、その主たる構成を示す図であって、図1(A)は正面図、図1(B)は斜視図である。図1において、1は光ファイバ、1aは回折格子、2は第一基材、2aは溝、3は第二基材、4は基材用接着剤、5は基材、6は光ファイバ用接着剤である。
【0006】
図1に示すように、第一基材2を比較的熱膨張係数の大きい材料でL字型に形成し、第二基材3を比較的熱膨張係数の小さい材料で直方体状に形成し、2つの第一基材2の各一方の端部付近を1つの第二基材3の両端にそれぞれ突き合わせて基材用接着剤4で固定し、2つの第一基材2を互いに間隔を設けて向き合わせて配置して、光ファイバ1を固定するための基材5とする。
【0007】
このような基材5では、周囲温度が変化したときの第一基材2の長さの変化量は、第二基材3の長さの変化量よりも大きいので、2つの第一基材2同士の間隔は、温度が上昇すれば小さくなり、温度が下降すれば大きくなる。即ち、2つの第一基材2同士の間隔は負の熱膨張係数を有することになる。また、この間隔変化の程度は第一基材2の寸法と熱膨張係数及び第二基材3の寸法と熱膨張係数によって任意に選定出来る。このような基材5の2つの第一基材2に光ファイバ1の回折格子1a形成部分の両側部分を沿わせて光ファイバ用接着剤6で固定すれば、光ファイバ1の回折格子1aに生じる温度依存性を基材5によって補償し、光ファイバ回折格子を温度無依存型のものとすることが出来る。
【0008】
基材5を構成する第一基材2としては熱膨張係数の比較的大きいアルミニウムが、第二基材3としては熱膨張係数の比較的小さい石英ガラスが適していることが分かった。そこで、第一基材としてアルミニウムを用い、第二基材として石英ガラスを用いて、熱硬化性エポキシ樹脂からなる基材用接着剤によって両者間を接着固定して基材を構成し、その基材に光ファイバ回折格子を固定して光学装置を作成し、周囲温度を変化させて光ファイバ回折格子の反射波長の変動を調べたところ、低温での光ファイバ回折格子の反射波長に変動が生じ易いことが分かった。また、熱変化を受けると石英ガラスが破損する場合があることが分かった。これらの原因を調査した結果、第一基材と第二基材の熱膨張による応力差が基材用接着剤を介して互いに影響を及ぼしあうためではないかと推測された。
【0009】
本発明は、以上説明した基材用接着剤による問題点を解消した光ファイバ回折格子を有する光学装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ回折格子を有する光学装置は、光軸方向の所定長さにわたって回折格子が形成された光ファイバと、該光ファイバが固定された基材とを備え、該基材の温度変化に伴う伸縮によって前記光ファイバに生じる変位を前記光ファイバの回折格子形成部分に印加するようにした光ファイバ回折格子を有する光学装置であって、前記基材は前記光ファイバの回折格子形成部分の両側部に位置して設けられ前記光ファイバが固定される2つの第一基材と、前記第一基材とは異なる熱膨張係数を有して前記光ファイバと平行に配置された第二基材とを含んでおり、前記第一基材と前記第二基材との間はヤング率が1000MPa以下の基材用接着剤で接着固定されていることを特徴とする。なお、ヤング率は室温でテンシロン引張り試験機で測定する。
【0011】
よって、第一基材と第二基材との間を固定する基材用接着剤のヤング率が1000MPa以下と小さいためその接着剤がクッション的な効果を果たすので、周囲温度の変化に伴う第一基材の寸法変化と第二基材の寸法変化とに差があってもそれによる応力が互いに影響しあうことが少なくなるため、光学装置を作成した時の光ファイバ回折格子における反射波長の周囲温度変化時のずれも少なくなる。また、第二基材を石英ガラス等の脆性のある材料で構成しても破損することがなくなる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバ回折格子を有する光学装置の実施形態の主要構造は、図1に示すものと同じである。但し、基材用接着剤4としては、ヤング率が1000MPa以下の熱硬化性エポキシ樹脂等からなる接着剤を使用して、第一基材2と第二基材3との間を接着固定する。また、第一基材2としては比較的熱膨張係数の大きいアルミニウムを用い、第二基材3としては比較的熱膨張係数の小さい石英ガラスを用いることが出来る。なお、第一基材及び第二基材の材質はこれらに限られるものではない。
【0013】
また、基材用接着剤4の厚さは、10μm〜50μmの厚さとすることが好ましい。50μmを超える厚さになるとクッション効果としては良好な方向に向かうが、基材用接着剤の厚さの熱膨張に伴う寸法変化が第一基材と第二基材の熱膨張係数による寸法変化に影響したり、基材用接着剤の吸湿に伴う体積変動が第一基材と第二基材間の寸法に影響したりするので好ましくない。また、基材用接着剤の厚さを10μm未満にすると十分な接着が出来なくなり、クッション効果も小さくなる。
【0014】
また、熱硬化性エポキシ樹脂からなる基材用接着剤4はヤング率を下げると接着剤の粘性が低くなり接着剤の塗布作業がし難くなるので、接着剤の粘度を上げるために炭酸カルシウム、シリカ等の無機系の微粒子であるチクソトロピー剤を1重量%〜10重量%添加することが望ましい。これによって、接着剤の粘度を5000cP〜30000cPにすることができ、塗布作業も問題なく行うことが出来る。なお、基材用接着剤4の厚さを10μm〜50μmとするために、チクソトロピー剤の平均粒径は0.005μm〜0.02μmのものを使用することが望ましい。
【0015】
一方、光ファイバ1には、ゲルマニウム等の感光性ドーパントを含む石英系光ファイバを用い、位相格子等を通して紫外線の干渉縞を作りそれを光ファイバに照射することによって、その長手方向の一部において屈折率の周期的な変化を起こさせ、回折格子1aを形成する。そして、光ファイバ1の回折格子1a形成部分の両側部を基材5の2つの第一基材2にそれぞれ沿わせて光ファイバ用接着剤6で固定する。なお、第一基材2には長手方向に溝2aを設けてその溝に光ファイバ1を沿わせて光ファイバ用接着剤6で接着固定しても良い。また、光ファイバ用接着剤6は、光ファイバ1と第一基材2との温度変化による伸縮挙動を一体化させるため、使用温度範囲−40℃〜+85℃の範囲でヤング率が500MPa以上の接着剤を使うことが望ましい。
【0016】
【実施例】
「実施例」第一基材としてアルミニウムを用い、第二基材として石英ガラスを用いて、それらの間をヤング率が1000MPaの熱硬化性エポキシ樹脂からなる基材用接着剤で接着固定して基材とした。なお、その基材用接着剤には平均粒径0.012μmのチクソトロピー剤を5重量%添加した。そしてその基材の第一基材部分に回折格子を形成した光ファイバを沿わせて光ファイバ用接着剤で固定し、光ファイバ回折格子を有する光学装置とした。その光学装置について室温→−40℃→+85℃→室温のヒートサイクルテストを行い、その前後で光の反射波長のずれを調べたが、ずれは認められなかった。また、−40℃〜85℃の範囲での温度変化に対する反射波長のシフトも0.0004nm/℃と小さかった。また、ヒートサイクルテスト後の第一基材、第二基材の外観を観察したが基材の欠け等の異常は認められなかった。
【0017】
「比較例」第一基材と第二基材との間の基材用接着剤以外は上記実施例と同じ構成の基材とし、基材用接着剤にはヤング率が2900MPaの熱硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤を用いた。そしてその基材に回折格子を形成した光ファイバを沿わせて光ファイバ用接着剤で固定し、光ファイバ回折格子を有する光学装置とした。その光学装置について室温→−40℃→+85℃→室温のヒートサイクルテストを行ったところ、−20℃に下がったところで反射波長が大きくずれた。それを室温まで戻して反射波長を調べたところ、反射波長は0.087nmもずれていた。また、光学装置の外観を観察したところ、第二基材の石英ガラスに欠けの発生が認められた。
【0018】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ回折格子を有する光学装置は、回折格子が形成された光ファイバを基材に沿わせて固定したものであって、基材は光ファイバが固定される2つの第一基材と、第一基材とは異なる熱膨張係数を有して光ファイバと平行に配置された第二基材とを備え、前記第一基材と前記第二基材との間はヤング率が1000MPa以下の基材用接着剤で接着固定されているものであるので、基材用接着剤のヤング率が小さいため周囲温度の変化に伴う第一基材の寸法変化と第二基材の寸法変化とに差があってもそれによる応力が互いに影響しあうことが少なくなり、光学装置を作成した時、光ファイバ回折格子における反射波長の周囲温度変化時のずれが少なくなる。また、第二基材を石英ガラス等の脆性のある材料で構成しても破損することがなくなる。
【0019】
また、第一基材と第二基材間を接着する基材用接着剤はヤング率を下げると粘度が下がり塗布作業がし難くなるが、基材用接着剤に平均粒径が0.005μm〜0.02μmのチクソトロピー剤を1重量%〜10重量%添加すれば、接着剤の粘度を塗布作業のし易い範囲にすることが出来るので、塗布時の作業性は改善される。また、基材用接着剤の厚さは、10μm〜50μmとすれば、接着固定が十分でかつその接着剤の周囲温度変化時の寸法変化が基材の寸法変化に影響することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】光ファイバ回折格子を有する光学装置の例を示す図であって、(A)は正面図、図1(B)は斜視図である。
【符号の説明】
1:光ファイバ
1a:回折格子
2:第一基材
2a:溝
3:第二基材
4:基材用接着剤
5:基材
6:光ファイバ用接着剤
Claims (1)
- 光軸方向の所定長さにわたって回折格子が形成された光ファイバと、該光ファイバが固定された基材とを備え、該基材の温度変化に伴う伸縮によって前記光ファイバに生じる変位を前記光ファイバの回折格子形成部分に印加するようにした光ファイバ回折格子を有する光学装置であって、前記基材は前記光ファイバの回折格子形成部分の両側部に位置して設けられ前記光ファイバが固定される2つの第一基材と、前記第一基材とは異なる熱膨張係数を有して前記光ファイバと平行に配置された第二基材とを含んでおり、前記第一基材と前記第二基材との間はヤング率が1000MPa以下の基材用接着剤で接着固定されており、前記基材用接着剤の厚さは10μm〜50μmであり、前記基材用接着剤は平均粒径が0.005μm〜0.02μmのチクソトロピー剤が1重量%〜10重量%添加されたものであることを特徴とする光ファイバ回折格子を有する光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000366902A JP4193355B2 (ja) | 2000-12-01 | 2000-12-01 | 光ファイバ回折格子を有する光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000366902A JP4193355B2 (ja) | 2000-12-01 | 2000-12-01 | 光ファイバ回折格子を有する光学装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002169036A JP2002169036A (ja) | 2002-06-14 |
JP4193355B2 true JP4193355B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=18837441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000366902A Expired - Fee Related JP4193355B2 (ja) | 2000-12-01 | 2000-12-01 | 光ファイバ回折格子を有する光学装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4193355B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003004952A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-08 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバの固定構造 |
JP5313608B2 (ja) * | 2008-09-26 | 2013-10-09 | 長野計器株式会社 | 光ファイバセンサ |
-
2000
- 2000-12-01 JP JP2000366902A patent/JP4193355B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002169036A (ja) | 2002-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3187417B2 (ja) | 温度補償埋設回折格子光導波路光フィルタ装置 | |
Rao et al. | Novel fiber-optic sensors based on long-period fiber gratings written by high-frequency CO 2 laser pulses | |
EP1144969B1 (en) | Strain-isolated bragg grating temperature sensor | |
JP4468618B2 (ja) | テーパ光ファイバ構成部品の温度安定化 | |
US20020172446A1 (en) | Pressure-isolated Bragg grating temperature sensor | |
Monteiro et al. | Fiber Fabry-Perot interferometer for curvature sensing | |
WO2006115511A1 (en) | Fiber optic accelerometer | |
US6865194B1 (en) | Strain-isolated Bragg grating temperature sensor | |
GB2334787A (en) | Optical waveguide having overcladding and substrate of similar thermal expansion coefficient | |
Jiang et al. | Development of optical fiber temperature sensor for aviation industry | |
JP4193355B2 (ja) | 光ファイバ回折格子を有する光学装置 | |
US7177499B2 (en) | Athermal package for fiber bragg gratings with compensation for non-linear thermal response | |
US6563971B1 (en) | Optical fiber Mach-Zehnder interferometer employing miniature bends | |
Lo et al. | Packaging a fiber Bragg grating with metal coating for an athermal design | |
US6529671B2 (en) | Passively compensated optical fibers | |
JP3735049B2 (ja) | 光モジュールおよびその光モジュールに適用される接着剤 | |
US20050013540A1 (en) | Temperature-compensated fiber grating packaging arrangement | |
EP1065539A2 (en) | Optical fiber mach-zehnder interferometer employing miniature bends | |
JP4369634B2 (ja) | 光モジュール | |
Morey | Fiber optic grating technology | |
JP4578733B2 (ja) | 偏波保持光ファイバを用いた長周期光ファイバグレーティング | |
KR100279518B1 (ko) | 일정한 온도 특성을 가지는 브라그 회절격자장치 | |
JP2001042143A (ja) | 光ファイバ回折格子を有する光学装置 | |
JP4193357B2 (ja) | 光ファイバ回折格子を有する光学装置 | |
JP2005115192A (ja) | ファイバーグレーティングの温度補償 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070823 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080611 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080617 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080730 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080902 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080915 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |