JP4652619B2 - 温度補償型光ファイバグレーティング - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において使用される温度補償型光ファイバグレーティングに係り、特にWDM(Wavelength Division Multiplexing;波長分割多重)通信システムにおける波長選択性に優れた単波長フィルタとして好適に使用される温度補償型光ファイバグレーティングに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバに紫外光の干渉縞を照射することにより、光ファイバのコアに光誘起屈折率変化を生じさせて、光ファイバグレーティングを形成する方法が知られている。この光ファイバグレーティングは、光ファイバの軸方向に沿って、コアの実効屈折率が周期的に変化しているものであり、グレーティング部の格子周期とコアの実効屈折率から決定されるブラッグ反射波長を中心とする比較的狭い波長域の光を反射する。このため、このような光ファイバグレーティングは、通常ブラッググレーティングと呼ばれ、波長選択性に優れた単波長フィルタとして使用される。
【0003】
ところで、このようなブラッググレーティングにおいては、そのブラッグ反射波長λとグレーティング周期Λ及びコアの実効屈折率nとの間に、
λ=2nΛ
なる関係が成立する。
そして、グレーティング周期Λ及びコアの実効屈折率nは共に温度依存性を有しているため、ブラッググレーティングのブラッグ反射波長λにも温度依存性が生じる。例えばシリカベースのブラッググレーティングにおいては、ブラッグ反射波長λが約1550nmの場合に0.01〜0.15nm/℃程度の温度依存性をもつことが知られている。従って、例えば0.8nm間隔で波長多重を行う高密度WDM通信システムにおいてブラッググレーティングを単波長フィルタとして使用するためには、ブラッグ反射波長λの温度依存性を抑制することが必要になる。
【0004】
このようなブラッググレーティングにおけるブラッグ反射波長λの温度依存性を補償する手段として、次のような温度補償用パッケージを使用した温度補償型光ファイバグレーティングが提案されている。
例えば特開平10−96827号公報や特開2000−347047号公報等に記載されているように、負の線膨張係数を有する部材を用いた温度補償用パッケージや線膨張係数の異なる2種類の部材を組み合わせた温度補償用パッケージに光ファイバのブラッググレーティング部を固定することにより、ブラッググレーティング部にかかる張力に負の温度依存性を付与する。そして、この張力の負の温度依存性によって、コアの実効屈折率nの正の温度依存性を相殺する。こうして、ブラッグ反射波長λの温度依存性を補償する。
【0005】
なお、このような温度補償型光ファイバグレーティングにおいては、温度変化に応じてそのブラッググレーティング部に引っ張り応力や圧縮応力がかかるため、例えば常温状態において温度補償用パッケージにブラッググレーティング部を取り付ける際に、予めブラッググレーティング部に引っ張り応力を付与した状態で低融点ガラス、金属ハンダ、接着剤などを用いて固定している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の温度補償型光ファイバグレーティングにおいては、補償型光ファイバのブラッググレーティング部を温度補償用パッケージに取り付けた後に、温度補償用パッケージに外部から力が加わると、ブラッググレーティング部を固定している部材が変形するため、ブラッググレーティング部の張力が変動する。このため、ブラッググレーティング部に設定した所望のブラッグ反射波長にズレが生じるという問題があった。
【0007】
また、線膨張係数の異なる2種類の部材を組み合わせたハイブリッド構造の温度補償用パッケージの場合、外部からの熱が例えば1種類の部材部分のみに伝わると、適正な温度補償機能が損なわれるため、やはり所望のブラッグ反射波長にズレが生じるという問題があった。
そこで本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、外部から力が加わったり局所的な温度変化が生じたりする場合であっても、所望のブラッグ反射波長を高精度に効率よく実現することが可能な温度補償型光ファイバグレーティングを提供することを目的とする。
【0008】
上記目的は、以下の本発明に係る温度補償型光ファイバグレーティングによって達成される。即ち、請求項1に係る温度補償型光ファイバグレーティングは、ブラッググレーティング部を有する光ファイバと、この光ファイバを内部に保持してブラッググレーティング部の反射特性の温度依存性を補償する略円柱形状の温度補償用パッケージと、この温度補償パッケージを所定のクリアランスを介して囲繞する外部応力防止用パッケージとを具備し、前記温度補償用パッケージは、略柱形状をなす台座部と、前記台座部に設けられた溝内に設置された梁部とを有し、且つ線膨張係数の異なる2種類の部材を、相対的に線膨張係数の小さい部材を前記台座部とし、相対的に線膨張係数の大きい部材を前記梁部として組み合わせてなり、前記梁部の一方の端部及び前記台座部の一方の端部が互いに固定されると共に、前記台座部の他方の端部及び前記梁部の他方の端部が、互いに固定されず伸縮可能に設けられ、前記台座部の他方の端部及び前記梁部の他方の端部に、前記ブラッググレーティング部を挟む前記光ファイバの2箇所がそれぞれ固定されることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態に係る温度補償型光ファイバグレーティングを示す概略図であって、(a)は光ファイバの延伸方向に沿った部分断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。また、図2は図1の温度補償型光ファイバグレーティングの温度補償用パッケージを示す概略図であって、(a)は光ファイバの延伸方向に沿った断面図、(b)は(a)のB−B線断面図、(c)は(a)のC−C線断面図である。
【0010】
図2に示されるように、本実施形態に係る温度補償型光ファイバグレーティングに使用される光ファイバ10には、そのコアの実効屈折率が周期的に変化しているブラッググレーティング部12が設けらている。
また、この光ファイバ10のブラッググレーティング部12の反射特性の温度依存性を補償する温度補償用パッケージ14は、例えば外径4.8mmの略円柱形状をなす台座部16と、この台座部16に設けられた溝内に設置された梁部18を有している。そして、台座部16の材料には、相対的に線膨張係数の小さいインバー36FNが用いられ、梁部18の材料には、相対的に線膨張係数の大きいAlが用いられている。また、これら台座部16及び梁部18の一方の端部は、固定部20によって互いに固定されている。具体的には、この固定部20において、梁部18の一方の端部に設けられた凸部18aが台座部16の一方の端部に設けられた凹部16aに嵌合され、互いに固定されている。また、これら台座部16及び梁部18の他方の端部は互いに固定されておらず、環境温度の変化に応じてそれぞれに伸縮可能なようになっている。
【0011】
このような温度補償用パッケージ14に光ファイバ10のブラッググレーティング部12が所定の引っ張り応力を付与された状態で取り付けられている。具体的には、ブラッググレーティング部12を挟む光ファイバ10の2箇所が、梁部18及び台座部16の伸縮可能な端部近傍にそれぞれ設けられた凸形状の接合部22a、22bに、例えばUV硬化型のエポキシ系の接着剤24を用いて架設固定されている。
【0012】
このため、例えば環境温度が上昇する場合を想定すると、台座部16及び梁部18は共に伸張するものの、両者の線膨張係数の差によって2つの接合部22a、22b間の距離は短縮し、光ファイバ10のブラッググレーティング部12にかかっている張力は緩むことになる。即ち、ブラッググレーティング部12にかかる張力に負の温度依存性が付与されることになる。そして、この張力の負の温度依存性によって、ブラッググレーティング部12のコアの実効屈折率nの正の温度依存性が相殺され、ブラッグ反射波長λの温度依存性が補償される。
【0013】
また、図1に示されるように、この光ファイバ10のブラッググレーティング部12が取り付けられている外径4.8mmの略円柱状の温度補償用パッケージ14は、例えば0.10〜0.25mmのクリアランスを介して、例えば内径5.1mmのステンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ26に囲繞されている。
【0014】
そして、温度補償パッケージ14のインバー36FNからなる台座部16とステンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ26との間のクリアランスには、接合部材としてヤング率が0.8〜2.0MPaのシリコン樹脂28が局所的に充填され、温度補償パッケージ14を外部応力防止用パッケージ26に固定すると共に、両者間のクリアランスを一定に保持している。即ち、シリコン樹脂28のヤング率が0.8〜2.0MPaの範囲であれば、両者間のクリアランスを一定に保持することが容易に可能である。逆に、シリコン樹脂28のヤング率がこの範囲外になると、例えば軟らか過ぎてめり込み過ぎたり、硬過ぎて全くめり込まなかったりして、両者間のクリアランスが不均一になる。
【0015】
また、温度補償用パッケージ14の両端部にも、接合部材としてのシリコン樹脂30がそれぞれ塗布されており、外部応力防止用パッケージ26に固定する機能を果たしている。更に、外部応力防止用パッケージ26の両端部には、ゴムブーツ32がそれぞれ取り付けられており、シリコン樹脂30を介して温度補償用パッケージ26の両端部を押圧している。
【0016】
このようにして、これら接合部材としてのシリコン樹脂28、30及びゴムブーツ32により、温度補償パッケージ14を外部応力防止用パッケージ26の中空部内の所定の位置に0.10〜0.25mmのクリアランスをもって保持するようになっている。
次に、本実施形態に係る温度補償型光ファイバグレーティングの製造方法を説明する。
【0017】
先ず、光ファイバ10のブラッググレーティング部12を温度補償用パッケージ14に取り付ける。即ち、常温において、ブラッググレーティング部12を挟む光ファイバ10の2箇所を、温度補償用パッケージ14の台座部16及び梁部18の伸縮可能な端部近傍の接合部22a、22bにUV硬化型のエポキシ系の接着剤24を用いて架設固定する。このとき、ブラッググレーティング部12に所定の引っ張り応力が付与されるように留意する。
【0018】
次いで、この光ファイバ10のブラッググレーティング部12を取り付けた外径4.8mmの略円柱状の温度補償用パッケージ14を内径5.1mmのステンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ26に挿入する。そして、外部応力防止用パッケージ26と温度補償パッケージ14の台座部16との間のクリアランスに、接合部材としてヤング率が0.8〜2.0MPaのシリコン樹脂28を局所的に充填すると共に、温度補償用パッケージの両端部にも、同様のシリコン樹脂30をそれぞれ塗布する。こうして、温度補償パッケージ14を外部応力防止用パッケージ26に固定すると共に、両者間のクリアランスを0.10〜0.25mmに保持する。
【0019】
次いで、外部応力防止用パッケージ26の両端部に、ゴムブーツ32をそれぞれ取り付け、シリコン樹脂30を介して温度補償用パッケージ26の両端部を押圧する。こうして、これら接合部材としてのシリコン樹脂28、30及びゴムブーツ32により、温度補償パッケージ14を外部応力防止用パッケージ26の中空部内の所定の位置に0.10〜0.25mmのクリアランスをもって保持する。
【0020】
このように本実施形態に係る温度補償型光ファイバグレーティングによれば、光ファイバ10のブラッググレーティング部12が取り付けられている温度補償用パッケージ14がステンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ26に0.10〜0.25mmのクリアランスを介して囲繞されている2重パッケージ構造となっていることにより、外部から力が加わっても、その外力が温度補償用パッケージ14にまで及ぶことはなく、ブラッググレーティング部を固定している台座部16及び梁部18が変形することは防止される。このため、ブラッググレーティング部12の張力の変動に起因する波長のズレがなくなり、所望のブラッグ反射波長λを常に得ることができる。
【0021】
また、温度補償用パッケージ14が線膨張係数の異なる2種類の材料からなる台座部16及び梁部18を組み合わせたハイブリッド構造であっても、ステンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ26は熱伝導が悪く、且つこの外部応力防止用パッケージ26と温度補償用パッケージ14との間には0.10〜0.25mmのクリアランスがあることにより、外部からの熱が直接に温度補償用パッケージ14の一部分のみに伝わることはなくなる。このため、温度補償用パッケージ14による適正な温度補償機能が発揮され、波長のズレがなくなり、所望のブラッグ反射波長λを常に得ることができる。
【0022】
また、この外部応力防止用パッケージ26と温度補償用パッケージ14との間のクリアランスの存在により、耐衝撃性も向上する。
更に、一般にヤング率が大きいほど一定の応力によって生じる歪みは小さくなる傾向にあるが、温度補償パッケージ14をステンレスパイプからなる外部応力防止用パッケージ26の中空部内の所定の位置に保持し固定する接合部材として、ヤング率が0.8〜2.0MPaのシリコン樹脂28、30を使用していることも、外力の温度補償用パッケージ14への波及を防止し、耐衝撃性を向上することに寄与している。
【0023】
なお、上記実施形態において、温度補償用パッケージ14と外部応力防止用パッケージ26との間のクリアランスは0.10〜0.25mmとしているが、本発明者らの実験によれば、両者間のクリアランスを0.10mm未満に制御し、且つ両者が直接に接触しないようにすることは製造プロセス上多くの手間を要し、生産性の低下を招く恐れを生じた。反面、両者間のクリアランスを0.25mmより大きくしても、その効果に変わりはなく、温度補償型光ファイバグレーティングの外形をむやみに大きくするだけの結果となった。
【0024】
また、ここでは、線膨張係数の異なる2種類の部材であるインバー36FN及びAlを用いた台座部16及び梁部18を組み合わせたハイブリッド構造の温度補償用パッケージ14を使用しているが、この代わりに、他の種類の部材を組み合わせた各種のハイブリッド構造の温度補償用パッケージを使用してもよいし、負の線膨張係数を有する1種類の部材を用いた温度補償用パッケージを使用してもよい。
【0025】
また、温度補償パッケージ14を外部応力防止用パッケージ26の中空部内の所定の位置に保持し固定する接合部材としてのシリコン樹脂30を温度補償用パッケージ26の両端部にそれぞれ塗布しているが、このシリコン樹脂30を使用しなくてもよい。例えば図3に示されるように、温度補償用パッケージ14の両端部にシリコン樹脂を塗布する代わりに、形状に改良を加えたゴムブーツ34を外部応力防止用パッケージ26の両端部にそれぞれ取り付け、これらのゴムブーツ34によって直接に温度補償用パッケージ14の両端部を押圧してもよい。
【0026】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る温度補償型光ファイバグレーティングによれば、以下の効果を奏することができる。
即ち、請求項1に係る温度補償型光ファイバグレーティングによれば、光ファイバのブラッググレーティング部が取り付けられている温度補償用パッケージが外部応力防止用パッケージに囲繞されている2重パッケージ構造となっているため、外部から力が加わっても温度補償用パッケージにまで及ぶことはなくなり、ブラッググレーティング部の張力の変動に起因する波長のズレのない所望のブラッグ反射波長を常に高精度に効率よく得ることができる。また、耐衝撃性を向上することもできる。
【0027】
更に、温度補償用パッケージが線膨張係数の異なる2種類の材料を組み合わせた部材を用いたハイブリッド構造であっても、外部からの熱が直接に温度補償用パッケージの一部分のみに伝わることはなくなり、温度補償用パッケージによる適正な温度補償がなされるため、波長のズレがない所望のブラッグ反射波長を常に高精度に効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る温度補償型光ファイバグレーティングを示す概略図であって、(a)は光ファイバの延伸方向に沿った部分断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。
【図2】図1の温度補償型光ファイバグレーティングの温度補償用パッケージを示す概略図であって、(a)は光ファイバの延伸方向に沿った断面図、(b)は(a)のB−B線断面図、(c)は(a)のC−C線断面図である。
【図3】本発明の一変形例に係る温度補償型光ファイバグレーティングを示す概略図である。
【符号の説明】
10 光ファイバ
12 ブラッググレーティング部
14 温度補償用パッケージ
16 台座部
16a 台座部の凹部
18 梁部
18a 梁部の凸部
20 固定部
22a、22b 接合部
24 接着剤
26 外部応力防止用パッケージ
28、30 シリコン樹脂
32、34 ゴムブーツ
Claims (5)
- ブラッググレーティング部を有する光ファイバと、
前記光ファイバを内部に保持して前記ブラッググレーティング部の反射特性の温度依存性を補償する略円柱形状の温度補償用パッケージと、
前記温度補償パッケージを所定のクリアランスを介して囲繞する外部応力防止用パッケージとを具備し、
前記温度補償用パッケージは、略柱形状をなす台座部と、前記台座部に設けられた溝内に設置された梁部とを有し、且つ線膨張係数の異なる2種類の部材を、相対的に線膨張係数の小さい部材を前記台座部とし、相対的に線膨張係数の大きい部材を前記梁部として組み合わせてなり、
前記梁部の一方の端部及び前記台座部の一方の端部が互いに固定されると共に、前記台座部の他方の端部及び前記梁部の他方の端部が、互いに固定されず伸縮可能に設けられ、
前記台座部の他方の端部及び前記梁部の他方の端部に、前記ブラッググレーティング部を挟む前記光ファイバの2箇所がそれぞれ固定されることを特徴とする温度補償型光ファイバグレーティング。 - 前記温度補償パッケージと前記外部応力防止用パッケージとの間のクリアランスが、0.10mm以上0.25mm以下である、請求項1記載の温度補償型光ファイバグレーティング。
- 前記外部応力防止用パッケージが、ステンレスパイプからなる、請求項1記載の温度補償型光ファイバグレーティング。
- 前記温度補償パッケージが、前記外部応力防止用パッケージの中空部内に、ヤング率が0.8MPa以上2.0MPa以下の接合部材によって固定されている、請求項1記載の温度補償型光ファイバグレーティング。
- 前記接合部材が、シリコン樹脂である、請求項4記載の温度補償型光ファイバグレーティング。
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