JPH10325928A - 光学格子の波長およびバンド幅を調節する方法および装置 - Google Patents
光学格子の波長およびバンド幅を調節する方法および装置Info
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- JPH10325928A JPH10325928A JP10096745A JP9674598A JPH10325928A JP H10325928 A JPH10325928 A JP H10325928A JP 10096745 A JP10096745 A JP 10096745A JP 9674598 A JP9674598 A JP 9674598A JP H10325928 A JPH10325928 A JP H10325928A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 中心波長バンド特性の可逆的拡大が制御可能
にフィルタで生じるように、光学フィルタの応答を変更
するための光学格子の波長およびバンド幅を調節する方
法および装置を提供する。 【解決手段】 ブラッグ格子の光学応答を制御する装置
はアルミニウムのブロックを有し、ブラッグ格子を刻線
された光学ファイバがアルミニウムのブロックへ連続的
に取り付けられる。このような取り付けによって、ブロ
ックと格子の間で熱伝達が可能となる。ブロックの対応
する端部を制御可能に加熱することにより、２つの異な
った温度レベルが格子の２つの端部で維持される。ブロ
ックの漸増的な加熱および同時の漸増的膨張によって、
格子の力学的チャーピングが生じ、またそれに伴って格
子の反射率プロフィールが改善される。
にフィルタで生じるように、光学フィルタの応答を変更
するための光学格子の波長およびバンド幅を調節する方
法および装置を提供する。 【解決手段】 ブラッグ格子の光学応答を制御する装置
はアルミニウムのブロックを有し、ブラッグ格子を刻線
された光学ファイバがアルミニウムのブロックへ連続的
に取り付けられる。このような取り付けによって、ブロ
ックと格子の間で熱伝達が可能となる。ブロックの対応
する端部を制御可能に加熱することにより、２つの異な
った温度レベルが格子の２つの端部で維持される。ブロ
ックの漸増的な加熱および同時の漸増的膨張によって、
格子の力学的チャーピングが生じ、またそれに伴って格
子の反射率プロフィールが改善される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブラッグ格子の波
長およびバンド幅応答を変更する方法および装置に関
し、さらに具体的には、ブラッグ格子を調節する方法お
よび装置に関する。
長およびバンド幅応答を変更する方法および装置に関
し、さらに具体的には、ブラッグ格子を調節する方法お
よび装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学フィルタは、光学信号を通過、拒
絶、多重化、または非多重化するために各種の構成で使
用される。ブラッグ格子フィルタは、導波管の中で特定
のバンドを反射し残りの波長域を透過するように設計す
ることにより、バンドパス・フィルタとして構成するこ
とができる。
絶、多重化、または非多重化するために各種の構成で使
用される。ブラッグ格子フィルタは、導波管の中で特定
のバンドを反射し残りの波長域を透過するように設計す
ることにより、バンドパス・フィルタとして構成するこ
とができる。
【０００３】米国特許第４，８０７，８５０号で説明さ
れているように、構造体中の応力変化および温度変化を
感知するために開発されたブラッグ・フィルタの１つの
タイプは、光学ファイバのコアに組み込まれ、または埋
め込まれる。この特許では、ファイバ軸に垂直な平面へ
２つのコヒーレントな紫外光ビームを対称的に光学ファ
イバへ導いて、クラッドを通してこれら紫外光ビームの
干渉パターンへコアを露光させることにより、変動屈折
率を有する永久的で周期的な格子エレメントを光学ファ
イバのコアに埋め込む（すなわち刻線する）ことができ
る。その結果、ファイバ・コア材は、干渉する紫外光ビ
ームの作用によって永久的で周期的な屈折率変動領域を
刻線され、個々の格子エレメント（すなわち、同じ屈折
率の挙動を示すコアの周期的反復領域）は、ファイバ軸
へ垂直に配向されてブラッグ格子を形成する。光の伝搬
を導くファイバ・コアへ光が入射されると、埋め込まれ
たブラッグ格子によって、その光は伝搬方向に反射され
る。すなわち、格子エレメントの周期性に従って非常に
狭い範囲の波長の光だけが、元の伝搬方向とは反対の方
向へファイバ軸に沿って反射されるが、前記の狭いバン
ドの外側にある波長の光は実質的に透過され、そのよう
な光が以後の伝搬を妨害されることはない。実際には、
この種の格子は伝送スペクトル中に狭い欠損部分を形成
し、その欠損部分によって反射スペクトル中に狭いピー
クが現れる。この種のブラッグ・フィルタが開発された
アプリケーションでは、ブラッグ・フィルタが埋め込ま
れた構造体部分で応力または温度の変化が起こると、格
子は影響を受けて、その周期性が変化するかコア材の屈
折率が変化し（これらが共に起こる場合もある）、スペ
クトル中の中心波長の位置がシフトされ、それによって
監視されている構造体の格子位置に存在するか生起して
いる応力または温度の変化を知ることができる。
れているように、構造体中の応力変化および温度変化を
感知するために開発されたブラッグ・フィルタの１つの
タイプは、光学ファイバのコアに組み込まれ、または埋
め込まれる。この特許では、ファイバ軸に垂直な平面へ
２つのコヒーレントな紫外光ビームを対称的に光学ファ
イバへ導いて、クラッドを通してこれら紫外光ビームの
干渉パターンへコアを露光させることにより、変動屈折
率を有する永久的で周期的な格子エレメントを光学ファ
イバのコアに埋め込む（すなわち刻線する）ことができ
る。その結果、ファイバ・コア材は、干渉する紫外光ビ
ームの作用によって永久的で周期的な屈折率変動領域を
刻線され、個々の格子エレメント（すなわち、同じ屈折
率の挙動を示すコアの周期的反復領域）は、ファイバ軸
へ垂直に配向されてブラッグ格子を形成する。光の伝搬
を導くファイバ・コアへ光が入射されると、埋め込まれ
たブラッグ格子によって、その光は伝搬方向に反射され
る。すなわち、格子エレメントの周期性に従って非常に
狭い範囲の波長の光だけが、元の伝搬方向とは反対の方
向へファイバ軸に沿って反射されるが、前記の狭いバン
ドの外側にある波長の光は実質的に透過され、そのよう
な光が以後の伝搬を妨害されることはない。実際には、
この種の格子は伝送スペクトル中に狭い欠損部分を形成
し、その欠損部分によって反射スペクトル中に狭いピー
クが現れる。この種のブラッグ・フィルタが開発された
アプリケーションでは、ブラッグ・フィルタが埋め込ま
れた構造体部分で応力または温度の変化が起こると、格
子は影響を受けて、その周期性が変化するかコア材の屈
折率が変化し（これらが共に起こる場合もある）、スペ
クトル中の中心波長の位置がシフトされ、それによって
監視されている構造体の格子位置に存在するか生起して
いる応力または温度の変化を知ることができる。
【０００４】１９９１年４月１６日に発行された米国特
許第５，００７，７０５号は、ブラッグ格子の反射波長
応答を意図的にシフトさせる各種の手段を開示してい
る。外部から制御される力または作用を、格子を含むフ
ァイバ部分上に加え、所定の方式で格子の周期または屈
折率を計画的に変化させることによって、可変光フィル
タ素子が得られる。その変化例として、特性反射スペク
トル（すなわちバンド）のシフト、またはスペクトルの
拡大または収縮が可能である。前記の米国特許第５，０
０７，７０５号は、次のように述べている。「ブラッグ
・フィルタを機械的に調節する１つの方法は、格子領域
の長手方向に間隔を置かれた側面の位置で、ファイバ部
分よりもはるかに大きな熱膨張率を有する物質の支持体
にファイバ部分を接着または取り付けることである。そ
うすれば、システムの温度を変化させることによってフ
ァイバ部分は機械的な歪みを受ける。しかし、そのよう
なシステムは、ファイバ部分だけの場合よりも大きな熱
量を必要とし、したがって応答時間は長くなる。」この
米国特許で提案された手段は、すべて、光学フィルタの
長さ全体について均一の加熱／冷却、または均一の伸張
／圧縮を行うことを目的としている。１９９１年８月２
７日に発行された米国特許第５，０４２，８９８号は、
ブラッグ格子フィルタ上の温度効果を補償または打ち消
す装置を開示している。この装置は、格子光学フィルタ
を含む光学導波管へ長手方向の歪みを与える手段を有す
る。この長手方向の歪みの大きさは温度と共に変化し
（前記の手段と導波管は同時にこの温度の影響を受け
る。）、歪みの変化によって生じた、フィルタの中心波
長の変化は、格子フィルタの温度によって生じた変化を
補償するようになっている。
許第５，００７，７０５号は、ブラッグ格子の反射波長
応答を意図的にシフトさせる各種の手段を開示してい
る。外部から制御される力または作用を、格子を含むフ
ァイバ部分上に加え、所定の方式で格子の周期または屈
折率を計画的に変化させることによって、可変光フィル
タ素子が得られる。その変化例として、特性反射スペク
トル（すなわちバンド）のシフト、またはスペクトルの
拡大または収縮が可能である。前記の米国特許第５，０
０７，７０５号は、次のように述べている。「ブラッグ
・フィルタを機械的に調節する１つの方法は、格子領域
の長手方向に間隔を置かれた側面の位置で、ファイバ部
分よりもはるかに大きな熱膨張率を有する物質の支持体
にファイバ部分を接着または取り付けることである。そ
うすれば、システムの温度を変化させることによってフ
ァイバ部分は機械的な歪みを受ける。しかし、そのよう
なシステムは、ファイバ部分だけの場合よりも大きな熱
量を必要とし、したがって応答時間は長くなる。」この
米国特許で提案された手段は、すべて、光学フィルタの
長さ全体について均一の加熱／冷却、または均一の伸張
／圧縮を行うことを目的としている。１９９１年８月２
７日に発行された米国特許第５，０４２，８９８号は、
ブラッグ格子フィルタ上の温度効果を補償または打ち消
す装置を開示している。この装置は、格子光学フィルタ
を含む光学導波管へ長手方向の歪みを与える手段を有す
る。この長手方向の歪みの大きさは温度と共に変化し
（前記の手段と導波管は同時にこの温度の影響を受け
る。）、歪みの変化によって生じた、フィルタの中心波
長の変化は、格子フィルタの温度によって生じた変化を
補償するようになっている。
【０００５】他の参考文献としては、L. Dong 等によ
る"Tuning and Chirping Fiber BraggGratings by Deep
Etching", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.
7, No.12, pp.1433-1435, 1995 および G.A. Ball等に
よる"Compression-Tuned Single-Frequency Bragg Grat
ing Fiber Laser", Optic Letters, Vol.19, No.23, p
p.1979-1981, 1994がある。
る"Tuning and Chirping Fiber BraggGratings by Deep
Etching", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.
7, No.12, pp.1433-1435, 1995 および G.A. Ball等に
よる"Compression-Tuned Single-Frequency Bragg Grat
ing Fiber Laser", Optic Letters, Vol.19, No.23, p
p.1979-1981, 1994がある。
【０００６】通常知られているように、チャーピング
（chirping）とは、格子の周期（すなわち、隣接した個
々の格子エレメントの間の距離）の変化を指す。チャー
ピングは初めの製造工程で生じるか、力学的に（たとえ
ば格子型フィルタの不均一な引き伸ばしによって）生じ
る。
（chirping）とは、格子の周期（すなわち、隣接した個
々の格子エレメントの間の距離）の変化を指す。チャー
ピングは初めの製造工程で生じるか、力学的に（たとえ
ば格子型フィルタの不均一な引き伸ばしによって）生じ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、中心
波長バンド特性の可逆的拡大が制御可能にフィルタで生
じるように、光学フィルタ（典型的にはブラッグ格子フ
ィルタ）の応答を変更する方法および装置を提供するこ
とである。さらに、拡大されたバンドの波長域が制御可
能にまた可逆的にシフトすることが望ましい。
波長バンド特性の可逆的拡大が制御可能にフィルタで生
じるように、光学フィルタ（典型的にはブラッグ格子フ
ィルタ）の応答を変更する方法および装置を提供するこ
とである。さらに、拡大されたバンドの波長域が制御可
能にまた可逆的にシフトすることが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の基礎は、米国特
許第５，０４２，８９８号とは異なり、フィルタの長さ
に沿って温度勾配を与え、それと同時に、対応する導波
管部分に長手方向の応力（引張り力または圧縮力）を協
力的に（反作用的にではなく）与えることによって、光
学フィルタのパフォーマンス制御を強めることにある。
選択された信号のバンド幅、その波長域、さらに、ある
程度までではあるが、導波管の反射率プロフィールは、
以下に説明するように本発明に従って効果的に制御でき
ることが分かった。
許第５，０４２，８９８号とは異なり、フィルタの長さ
に沿って温度勾配を与え、それと同時に、対応する導波
管部分に長手方向の応力（引張り力または圧縮力）を協
力的に（反作用的にではなく）与えることによって、光
学フィルタのパフォーマンス制御を強めることにある。
選択された信号のバンド幅、その波長域、さらに、ある
程度までではあるが、導波管の反射率プロフィールは、
以下に説明するように本発明に従って効果的に制御でき
ることが分かった。
【０００９】すなわち、光学導波管に埋め込まれた光学
格子の光学応答を変更する装置であって、格子を埋め込
まれた光学導波管と、前記光学導波管および前記格子へ
長手方向の歪み勾配および協同的に作用する長手方向の
温度勾配を同時に印加する手段とを備えた。また、光学
格子材の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する伝熱材
のブロックと、格子を有し、前記ブロックへの連続的付
着またはそれに近い方式で前記ブロックへ固定された光
学導波管と、この光学導波管の長さに沿って前記ブロッ
クの温度を制御し、前記光学導波管の長さに沿って前記
ブロックの制御された所定の温度勾配を実効化するとと
もに、同時に前記光学導波管の長手方向の応力を実効化
する熱制御手段とを備えるように構成しても良い。ま
た、熱制御手段が、格子へ制御された温度を与えるた
め、前記格子の端部に配置された加熱手段を含むように
構成しても良い。また、熱制御手段が冷却手段を含むよ
うに構成しても良い。また、ブロックから光学導波管へ
フィルタの全長にわたって熱伝達が起こるように、前記
光学導波管が前記ブロックへ固定されているように構成
しても良い。また、ブロックが、光学導波管の長手方向
に沿って可変の断面領域を有するように構成しても良
い。また、熱制御手段が、格子の一端に配置された第１
の加熱手段と、前記格子の他端に配置された第２の加熱
手段と、前記一端および前記他端で前記格子の温度を維
持する手段とを含むように構成しても良い。また、光学
導波管がブラッグ格子を埋め込まれた光学ファイバであ
るように構成しても良い。
格子の光学応答を変更する装置であって、格子を埋め込
まれた光学導波管と、前記光学導波管および前記格子へ
長手方向の歪み勾配および協同的に作用する長手方向の
温度勾配を同時に印加する手段とを備えた。また、光学
格子材の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する伝熱材
のブロックと、格子を有し、前記ブロックへの連続的付
着またはそれに近い方式で前記ブロックへ固定された光
学導波管と、この光学導波管の長さに沿って前記ブロッ
クの温度を制御し、前記光学導波管の長さに沿って前記
ブロックの制御された所定の温度勾配を実効化するとと
もに、同時に前記光学導波管の長手方向の応力を実効化
する熱制御手段とを備えるように構成しても良い。ま
た、熱制御手段が、格子へ制御された温度を与えるた
め、前記格子の端部に配置された加熱手段を含むように
構成しても良い。また、熱制御手段が冷却手段を含むよ
うに構成しても良い。また、ブロックから光学導波管へ
フィルタの全長にわたって熱伝達が起こるように、前記
光学導波管が前記ブロックへ固定されているように構成
しても良い。また、ブロックが、光学導波管の長手方向
に沿って可変の断面領域を有するように構成しても良
い。また、熱制御手段が、格子の一端に配置された第１
の加熱手段と、前記格子の他端に配置された第２の加熱
手段と、前記一端および前記他端で前記格子の温度を維
持する手段とを含むように構成しても良い。また、光学
導波管がブラッグ格子を埋め込まれた光学ファイバであ
るように構成しても良い。
【００１０】上記課題を解決するための方法としては、
光学導波管に埋め込まれた光学格子の光学応答を変更す
る方法であって、制御された温度勾配および協同的に作
用する長手方向の応力勾配を前記光学格子へ同時に与え
るステップを含む。
光学導波管に埋め込まれた光学格子の光学応答を変更す
る方法であって、制御された温度勾配および協同的に作
用する長手方向の応力勾配を前記光学格子へ同時に与え
るステップを含む。
【００１１】熱制御手段は加熱手段、冷却手段、または
これらの双方であってよい。この制御手段は、格子の少
なくとも一端に（両端が望ましい）、制御された所定の
温度を維持する温度安定化手段を含むことが望ましい。
ブロック材へ制御可能に与えられる温度は、時間と共に
変化させてよい。
これらの双方であってよい。この制御手段は、格子の少
なくとも一端に（両端が望ましい）、制御された所定の
温度を維持する温度安定化手段を含むことが望ましい。
ブロック材へ制御可能に与えられる温度は、時間と共に
変化させてよい。
【００１２】本発明の他の局面に従えば、光学導波管に
埋め込まれた光学格子の光学応答を変更する方法が提供
される。この方法は次のステップを含む。光学格子を、
制御された温度勾配にさらすとともに、また同時に、協
力的に働く長手方向の応力勾配にさらすステップ。
埋め込まれた光学格子の光学応答を変更する方法が提供
される。この方法は次のステップを含む。光学格子を、
制御された温度勾配にさらすとともに、また同時に、協
力的に働く長手方向の応力勾配にさらすステップ。
【００１３】温度変化の例は、導波管の制御された加熱
であり、その加熱によって導波管の熱伸張が起こる。協
力的に作用する長手方向の応力は、この場合、制御され
た引張り応力である。また、制御された冷却作用によっ
て温度変化が引き起こされてもよい。この場合、協力的
に働く応力は収縮力である。本発明の実施例において、
本発明の方法は、光学フィルタの制御された加熱を含
み、その加熱によって温度勾配および対応する引張り応
力勾配が同時に生じる。その結果、フィルタは同時に伸
張および加熱されるが、本発明の特徴は、加熱／伸張が
格子の長手方向で不均一に（すなわち、非線形的に）行
われることである。典型的な光学フィルタの例は、複数
の格子エレメントを有するブラッグ格子フィルタであ
る。複数の格子エレメントは所定の初期周期Ｘを有する
屈折率の周期的変化によって構成される。周知のよう
に、そのような格子の特徴は、中心波長の周りに狭い反
射ピーク（すなわちバンド）が集中していることであ
る。バンドの波長は、格子を伸張することによって、そ
の幅を変えることなくシフトすることができる。さら
に、格子全体の温度変化はバンド波長のシフトを生じ
る。それに対して、フィルタを不均一に伸張または加熱
すると、フィルタの特性バンドを拡大させることがで
き、また任意選択的に、それと組み合わせて、導波管上
でバンドをシフトさせることができる。
であり、その加熱によって導波管の熱伸張が起こる。協
力的に作用する長手方向の応力は、この場合、制御され
た引張り応力である。また、制御された冷却作用によっ
て温度変化が引き起こされてもよい。この場合、協力的
に働く応力は収縮力である。本発明の実施例において、
本発明の方法は、光学フィルタの制御された加熱を含
み、その加熱によって温度勾配および対応する引張り応
力勾配が同時に生じる。その結果、フィルタは同時に伸
張および加熱されるが、本発明の特徴は、加熱／伸張が
格子の長手方向で不均一に（すなわち、非線形的に）行
われることである。典型的な光学フィルタの例は、複数
の格子エレメントを有するブラッグ格子フィルタであ
る。複数の格子エレメントは所定の初期周期Ｘを有する
屈折率の周期的変化によって構成される。周知のよう
に、そのような格子の特徴は、中心波長の周りに狭い反
射ピーク（すなわちバンド）が集中していることであ
る。バンドの波長は、格子を伸張することによって、そ
の幅を変えることなくシフトすることができる。さら
に、格子全体の温度変化はバンド波長のシフトを生じ
る。それに対して、フィルタを不均一に伸張または加熱
すると、フィルタの特性バンドを拡大させることがで
き、また任意選択的に、それと組み合わせて、導波管上
でバンドをシフトさせることができる。
【００１４】本発明に従って、光学フィルタは、例え
ば、不均一方式で同時に伸張および加熱することができ
る。その結果、光学フィルタの初期周期（典型的には一
定であるが、必ずしもそうではない）が所定の周期範囲
（△Ｘ）だけ変化し、それに伴って光学フィルタの初期
波長応答が伸張され随意にシフトされる。
ば、不均一方式で同時に伸張および加熱することができ
る。その結果、光学フィルタの初期周期（典型的には一
定であるが、必ずしもそうではない）が所定の周期範囲
（△Ｘ）だけ変化し、それに伴って光学フィルタの初期
波長応答が伸張され随意にシフトされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、以下の説明と添付の図
面を参照することによって、その詳細が明らかとなる。
以下の説明では、詳細な寸法や数字パラメータは故意に
省略されている。現在、そのようなデータは当技術分野
で普通に知られているからである。例えば、ブラッグ格
子を刻線された典型的な光学ファイバの寸法、そのよう
なフィルタの典型的バンド特性の波長、または応力また
は温度の関数として生じるシフトの大きさは、例えば前
記の米国特許第５，００７，７０５号および第５，０４
２，８９８号で説明されている。
面を参照することによって、その詳細が明らかとなる。
以下の説明では、詳細な寸法や数字パラメータは故意に
省略されている。現在、そのようなデータは当技術分野
で普通に知られているからである。例えば、ブラッグ格
子を刻線された典型的な光学ファイバの寸法、そのよう
なフィルタの典型的バンド特性の波長、または応力また
は温度の関数として生じるシフトの大きさは、例えば前
記の米国特許第５，００７，７０５号および第５，０４
２，８９８号で説明されている。
【００１６】図１を参照すると、ブラッグ格子を刻線さ
れて光学フィルタを形成している長い光学ファイバ１０
が示される。格子エレメント１２は均一な間隔（すなわ
ち周期）Ｘを有する。光学ファイバ１０はアルミニウム
・ブロック１４の溝１３に乗せられており、溝１３の全
長にわたってエポキシ接着剤でアルミニウム・ブロック
１４へ接着されている。接着剤は初期張力の下にあるフ
ァイバに高温で薄く塗布され、この集合体が冷却された
とき、ファイバが収縮しないようにすることができる。
れて光学フィルタを形成している長い光学ファイバ１０
が示される。格子エレメント１２は均一な間隔（すなわ
ち周期）Ｘを有する。光学ファイバ１０はアルミニウム
・ブロック１４の溝１３に乗せられており、溝１３の全
長にわたってエポキシ接着剤でアルミニウム・ブロック
１４へ接着されている。接着剤は初期張力の下にあるフ
ァイバに高温で薄く塗布され、この集合体が冷却された
とき、ファイバが収縮しないようにすることができる。
【００１７】加熱／冷却素子１５がアルミニウム・ブロ
ック１４の一端に固定され、同様の加熱／冷却素子１７
がアルミニウム・ブロック１４の他端に固定される。加
熱／冷却素子１５および１７の目的は、熱源または冷却
源（図示されていない）からの熱入力を、アルミニウム
・ブロック１４のそれぞれの端部へ伝達することであ
る。熱または冷気はアルミニウム・ブロック１４から光
学ファイバ１０へ伝達される。ブロック１４およびファ
イバ１０の双方は、それぞれの熱膨張率に従って熱膨張
（または収縮）する。光学ファイバ材の熱膨張率は約
０．６×１０-6であり、アルミニウムの熱膨張率はそれ
より何倍か大きく、約２３×１０-6である。アルミニウ
ム・ブロック１４は、図１で分かるように長方形であり
均一の厚さを有する。アルミニウム・ブロック１４の熱
伝達は、光学ファイバ１０の長さに沿って均一であるこ
とが考えられる。図２に示される他の実施例では、アル
ミニウム・ブロック１４は、２つの広い端部１６および
１８、およびこれらの端部をブリッジする狭い首部２０
を有する。物理学の知識を有する人に明らかであろうと
思われるが、加熱素子（図２には示されていない）を通
して、例えば端部１６へ与えられた熱（または冷気）
は、広い端部１６上を首部２０よりも急速に伝達され
る。その理由は、首部２０の断面減少による抵抗が増加
するためであり、また狭い首部２０では熱の損失が増大
するためである。図１および図２には示されていない
が、格子の一端または両端の温度を所望のレベルに維持
する手段が設けられている。そのような手段は、当技術
分野で普通に知られている。これらの装置の動作原理
は、ブロックへ熱が加えられる場合も冷気が加えられる
場合も同様である。以下の説明では、説明を簡単にする
ため熱のみが加えられる場合を想定する。
ック１４の一端に固定され、同様の加熱／冷却素子１７
がアルミニウム・ブロック１４の他端に固定される。加
熱／冷却素子１５および１７の目的は、熱源または冷却
源（図示されていない）からの熱入力を、アルミニウム
・ブロック１４のそれぞれの端部へ伝達することであ
る。熱または冷気はアルミニウム・ブロック１４から光
学ファイバ１０へ伝達される。ブロック１４およびファ
イバ１０の双方は、それぞれの熱膨張率に従って熱膨張
（または収縮）する。光学ファイバ材の熱膨張率は約
０．６×１０-6であり、アルミニウムの熱膨張率はそれ
より何倍か大きく、約２３×１０-6である。アルミニウ
ム・ブロック１４は、図１で分かるように長方形であり
均一の厚さを有する。アルミニウム・ブロック１４の熱
伝達は、光学ファイバ１０の長さに沿って均一であるこ
とが考えられる。図２に示される他の実施例では、アル
ミニウム・ブロック１４は、２つの広い端部１６および
１８、およびこれらの端部をブリッジする狭い首部２０
を有する。物理学の知識を有する人に明らかであろうと
思われるが、加熱素子（図２には示されていない）を通
して、例えば端部１６へ与えられた熱（または冷気）
は、広い端部１６上を首部２０よりも急速に伝達され
る。その理由は、首部２０の断面減少による抵抗が増加
するためであり、また狭い首部２０では熱の損失が増大
するためである。図１および図２には示されていない
が、格子の一端または両端の温度を所望のレベルに維持
する手段が設けられている。そのような手段は、当技術
分野で普通に知られている。これらの装置の動作原理
は、ブロックへ熱が加えられる場合も冷気が加えられる
場合も同様である。以下の説明では、説明を簡単にする
ため熱のみが加えられる場合を想定する。
【００１８】図１の装置の動作が、光学ファイバ１０の
格子の光学応答に及ぼす効果は、図３から図７に示され
ている。図３は、格子エレメントが均一な周期Ｘを有す
るブラッグ格子の典型的な光学応答を表す。導波管が均
一に伸張されるとき、ピーク２２の中心波長は、基本の
バンド幅２４の幅を変えることなく、より高い波長の方
向へシフトする。同様に、光学ファイバ１０が、例えば
米国特許第５，００７，７０５号で提案されているよう
に均一に加熱されるとき、中心波長は、基本波長の幅を
変えることなくシフトする。図４は、フィルタの長さＬ
に沿った光学ファイバ１０の周期性を概略的に示す。上
部の水平線２６は、機械的または熱的作用が図１または
図２の光学ファイバ１０上に働かなかったときの、格子
の初期周期Ｘを表す。
格子の光学応答に及ぼす効果は、図３から図７に示され
ている。図３は、格子エレメントが均一な周期Ｘを有す
るブラッグ格子の典型的な光学応答を表す。導波管が均
一に伸張されるとき、ピーク２２の中心波長は、基本の
バンド幅２４の幅を変えることなく、より高い波長の方
向へシフトする。同様に、光学ファイバ１０が、例えば
米国特許第５，００７，７０５号で提案されているよう
に均一に加熱されるとき、中心波長は、基本波長の幅を
変えることなくシフトする。図４は、フィルタの長さＬ
に沿った光学ファイバ１０の周期性を概略的に示す。上
部の水平線２６は、機械的または熱的作用が図１または
図２の光学ファイバ１０上に働かなかったときの、格子
の初期周期Ｘを表す。
【００１９】アルミニウム・ブロック１４の左端に温度
Ｔ1 が加えられたとき、熱がブロック１４の右端および
光学ファイバ１０へと伝達されるにつれて、ブロックは
左側から膨張を開始する。したがって、ファイバは左端
から引っ張られ始める。熱が温度Ｔ1 でアルミニウム・
ブロック１４の左端（加熱／冷却素子１５）へ定常的に
与えられ、ブロックの右端の温度が一定レベル（温度Ｔ
1 と異なる、例えば摂氏２５度）に維持されるとき、熱
平衡状態に達する。この時点で、長さＬの光学ファイバ
１０上の周期は、図４の斜線２８によって概略的に表さ
れる。斜線２８の最低の点は、光学ファイバ１０の温度
の低い端部に対応する。周期におけるこの勾配は、２つ
の要素の結果である。すなわち、光学ファイバ１０の漸
増的な加熱と、光学ファイバ１０が連続的に固着されて
いるアルミニウム・ブロック１４の漸増的な膨張によっ
て光学ファイバ１０へ与えられる協同作用的で漸増的な
引張り応力である。ファイバが漸増的な加熱の下で膨張
する間（漸増的膨張）、アルミニウム・ブロック１４は
その何倍かの大きさで膨張する。したがって、アルミニ
ウム・ブロック１４の膨張によって生じた伸張が、光学
ファイバ１０の周期上で漸増的加熱効果と協同して働く
間、ファイバの熱膨張は実質的に無意味となる。
Ｔ1 が加えられたとき、熱がブロック１４の右端および
光学ファイバ１０へと伝達されるにつれて、ブロックは
左側から膨張を開始する。したがって、ファイバは左端
から引っ張られ始める。熱が温度Ｔ1 でアルミニウム・
ブロック１４の左端（加熱／冷却素子１５）へ定常的に
与えられ、ブロックの右端の温度が一定レベル（温度Ｔ
1 と異なる、例えば摂氏２５度）に維持されるとき、熱
平衡状態に達する。この時点で、長さＬの光学ファイバ
１０上の周期は、図４の斜線２８によって概略的に表さ
れる。斜線２８の最低の点は、光学ファイバ１０の温度
の低い端部に対応する。周期におけるこの勾配は、２つ
の要素の結果である。すなわち、光学ファイバ１０の漸
増的な加熱と、光学ファイバ１０が連続的に固着されて
いるアルミニウム・ブロック１４の漸増的な膨張によっ
て光学ファイバ１０へ与えられる協同作用的で漸増的な
引張り応力である。ファイバが漸増的な加熱の下で膨張
する間（漸増的膨張）、アルミニウム・ブロック１４は
その何倍かの大きさで膨張する。したがって、アルミニ
ウム・ブロック１４の膨張によって生じた伸張が、光学
ファイバ１０の周期上で漸増的加熱効果と協同して働く
間、ファイバの熱膨張は実質的に無意味となる。
【００２０】図３のグラフは、光学ファイバ１０の格子
の均一な初期周期性を表す、図４の水平線と対応してい
る。図５は、本発明の装置の動作（および本発明の方法
の使用）に起因する光学ファイバ１０の光学応答をグラ
フで示したものである。最初のバンド幅２４（図３）は
かなり拡大され、光学ファイバ１０の両端の間の温度勾
配によって制御される程度までシフトしていることが分
かる。
の均一な初期周期性を表す、図４の水平線と対応してい
る。図５は、本発明の装置の動作（および本発明の方法
の使用）に起因する光学ファイバ１０の光学応答をグラ
フで示したものである。最初のバンド幅２４（図３）は
かなり拡大され、光学ファイバ１０の両端の間の温度勾
配によって制御される程度までシフトしていることが分
かる。
【００２１】もちろん、本発明の装置の動作は可逆的で
ある。温度が最初のレベルへ復帰したために、アルミニ
ウム・ブロック１４および光学ファイバ１０上の温度効
果がなくなったとき、図５のグラフは図３の形へ戻る。
光学通信では、２つの制限波長域の間にバンドを「隠
し」、次にそのバンドを引き伸ばして波長域の１つをカ
バーするようにシフトし、次にバンドを「収縮」して元
の狭い波長スロットに格納することが望まれる場合が多
い。
ある。温度が最初のレベルへ復帰したために、アルミニ
ウム・ブロック１４および光学ファイバ１０上の温度効
果がなくなったとき、図５のグラフは図３の形へ戻る。
光学通信では、２つの制限波長域の間にバンドを「隠
し」、次にそのバンドを引き伸ばして波長域の１つをカ
バーするようにシフトし、次にバンドを「収縮」して元
の狭い波長スロットに格納することが望まれる場合が多
い。
【００２２】加熱作用を冷却作用と置換することによっ
て、図４および図５に示されるものと類似した効果を達
成することができる。そのためには、ペルティエ型の加
熱器／冷却器（図示されていない）を、図１または図２
の装置と組み合わせて使用することができる。ペルティ
エ装置は前記の温度維持手段を含んでいる。光学通信の
分野では、通常、バンドは全面的に所望の波長チャネル
を「満たす」ことが望まれる。その場合、バンドの反射
率プロフィールは、「シルクハット」の形状（すなわち
矩形）である。この形状は種々の理由から利点がある。
それに関連して注意すべきは、図５のグラフは、２つの
垂直破線によって限定される主バンドの両側でサイド・
ローブ３０および３２を有することである。サイド・ロ
ーブは漏話問題を起こし、通常は有害無益である。以下
で説明するように、本発明は、図５の破線によって限定
される理想的な矩形に近似するように、フィルタの反射
応答を変えることによって、サイド・ローブを少なくと
も減少させる手段を組み込むことができる。図２に示さ
れる装置は、その実施例を示している。
て、図４および図５に示されるものと類似した効果を達
成することができる。そのためには、ペルティエ型の加
熱器／冷却器（図示されていない）を、図１または図２
の装置と組み合わせて使用することができる。ペルティ
エ装置は前記の温度維持手段を含んでいる。光学通信の
分野では、通常、バンドは全面的に所望の波長チャネル
を「満たす」ことが望まれる。その場合、バンドの反射
率プロフィールは、「シルクハット」の形状（すなわち
矩形）である。この形状は種々の理由から利点がある。
それに関連して注意すべきは、図５のグラフは、２つの
垂直破線によって限定される主バンドの両側でサイド・
ローブ３０および３２を有することである。サイド・ロ
ーブは漏話問題を起こし、通常は有害無益である。以下
で説明するように、本発明は、図５の破線によって限定
される理想的な矩形に近似するように、フィルタの反射
応答を変えることによって、サイド・ローブを少なくと
も減少させる手段を組み込むことができる。図２に示さ
れる装置は、その実施例を示している。
【００２３】端部１６および１８は、光学ファイバ１０
の長手方向で首部２０よりも著しく大きな断面領域を有
するので、端部における熱伝達は、首部よりもはるかに
急速である。熱が図２の装置の１つの端部に加えられる
とき、この熱伝達の差によって、２つの勾配（熱勾配お
よび機械的応力勾配）は、アルミニウム・ブロック１４
の端部に対応するフィルタ部分よりもアルミニウム・ブ
ロック１４の首部に対応する光学ファイバ１０の部分で
顕著である。組み合わせられた勾配は、図６で示され、
斜線３４は２つの水平端部３６および３８を有してい
る。そのように調節されたフィルタの光学応答は、図７
に示される。図５のグラフと比較すると、反射率プロフ
ィール（Ｒ対λ）は、図５のプロフィールよりもさらに
矩形に近く、サイド・ローブは小さい。
の長手方向で首部２０よりも著しく大きな断面領域を有
するので、端部における熱伝達は、首部よりもはるかに
急速である。熱が図２の装置の１つの端部に加えられる
とき、この熱伝達の差によって、２つの勾配（熱勾配お
よび機械的応力勾配）は、アルミニウム・ブロック１４
の端部に対応するフィルタ部分よりもアルミニウム・ブ
ロック１４の首部に対応する光学ファイバ１０の部分で
顕著である。組み合わせられた勾配は、図６で示され、
斜線３４は２つの水平端部３６および３８を有してい
る。そのように調節されたフィルタの光学応答は、図７
に示される。図５のグラフと比較すると、反射率プロフ
ィール（Ｒ対λ）は、図５のプロフィールよりもさらに
矩形に近く、サイド・ローブは小さい。
【００２４】図１および図２の代替の装置として、例え
ば、ファイバを伝熱性基板へ数カ所で締め付けるか固定
することにより、連続的固着に近似させて、光学ファイ
バ１０を伝熱性基板に取り付けることができる。その場
合、基板は、所望の熱伝達パターンによって要求される
規則的形状または不規則的形状をとることができる。実
施例の格子は、光学ファイバ内に刻線されたものとして
示されたが、他の構造の光学導波管も使用することがで
きる。例えば、複数の格子をスラブ状の導波管に書き込
み、格子の波長反射応答を制御するために熱素子を使用
することができる。他の実施例も想定される。例えば、
本発明の装置および方法は、光学信号の濾過、非多重
化、および分散補償の調節に使用することができる。
ば、ファイバを伝熱性基板へ数カ所で締め付けるか固定
することにより、連続的固着に近似させて、光学ファイ
バ１０を伝熱性基板に取り付けることができる。その場
合、基板は、所望の熱伝達パターンによって要求される
規則的形状または不規則的形状をとることができる。実
施例の格子は、光学ファイバ内に刻線されたものとして
示されたが、他の構造の光学導波管も使用することがで
きる。例えば、複数の格子をスラブ状の導波管に書き込
み、格子の波長反射応答を制御するために熱素子を使用
することができる。他の実施例も想定される。例えば、
本発明の装置および方法は、光学信号の濾過、非多重
化、および分散補償の調節に使用することができる。
【図１】本発明に従った装置の斜視図である。
【図２】本発明に従った他の装置の平面図である。
【図３】典型的なブラッグ格子フィルタの反射率Ｒと波
長λの関係を示すグラフである。
長λの関係を示すグラフである。
【図４】図１に示された装置の調節作用を表す、フィル
タの長さＬと格子周期Ｘの関係を示すグラフである。
タの長さＬと格子周期Ｘの関係を示すグラフである。
【図５】図４の斜線に対応する、反射率Ｒと波長λの関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図６】図２に示された装置の調節作用を表す、フィル
タの長さＬと格子周期Ｘの関係を示すグラフである。
タの長さＬと格子周期Ｘの関係を示すグラフである。
【図７】図６のグラフに対応する、反射率Ｒと波長λの
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
１０ 光学ファイバ １２ 格子ファイバ １３ 溝 １４ アルミニウム・ブロック １５、１７ 加熱冷却素子 １６、１８ 端部 ２０ 首部 ２２ ピーク ２４ バンド幅 ２６ 水平線 ２８、３４ 斜線 ３０、３２ サイドローブ ３６、３８ 水平端部
フロントページの続き (71)出願人 597175606 570 Ｗｅｓｔ Ｈｕｎｔ Ｃｌｕｂ Ｒ ｏａｄ，Ｎｅｐｅａｎ，Ｏｎｔａｒｉｏ, Ｃａｎａｄａ Ｋ２Ｇ５Ｗ８ (72)発明者 ジャスビンダー・オビ カナダ国、ケイ２ジェイ ４エヌ６ オン タリオ、ネピアン、ダヴェントリー・クレ セント 28
Claims (12)
- 【請求項１】 光学導波管に埋め込まれた光学格子の光
学応答を変更する装置であって、格子を埋め込まれた光
学導波管と、前記光学導波管および前記格子へ長手方向
の歪み勾配および協同的に作用する長手方向の温度勾配
を同時に印加する手段とを備えた光学格子の波長および
バンド幅を調節する装置。 - 【請求項２】 光学格子材の熱膨張率よりも大きな熱膨
張率を有する伝熱材のブロックと、格子を有し、前記ブ
ロックへの連続的付着またはそれに近い方式で前記ブロ
ックへ固定された光学導波管と、この光学導波管の長さ
に沿って前記ブロックの温度を制御し、前記光学導波管
の長さに沿って前記ブロックの制御された所定の温度勾
配を実効化するとともに、同時に前記光学導波管の長手
方向の応力を実効化する熱制御手段とを備えた請求項１
に記載の光学格子の波長およびバンド幅を調節する装
置。 - 【請求項３】 熱制御手段が、格子へ制御された温度を
与えるため、前記格子の端部に配置された加熱手段を含
む請求項２に記載の光学格子の波長およびバンド幅を調
節する装置。 - 【請求項４】 熱制御手段が冷却手段を含む請求項２に
記載の光学格子の波長およびバンド幅を調節する装置。 - 【請求項５】 ブロックから光学導波管へフィルタの全
長にわたって熱伝達が起こるように、前記光学導波管が
前記ブロックへ固定されている請求項２に記載の光学格
子の波長およびバンド幅を調節する方法および装置。 - 【請求項６】 ブロックが、光学導波管の長手方向に沿
って可変の断面領域を有する請求項２に記載の光学格子
の波長およびバンド幅を調節する装置。 - 【請求項７】 熱制御手段が、格子の一端に配置された
第１の加熱手段と、前記格子の他端に配置された第２の
加熱手段と、前記一端および前記他端で前記格子の温度
を維持する手段とを含む請求項３に記載の光学格子の波
長およびバンド幅を調節する装置。 - 【請求項８】 光学導波管がブラッグ格子を埋め込まれ
た光学ファイバである請求項１に記載の光学格子の波長
およびバンド幅を調節する装置。 - 【請求項９】 光学導波管に埋め込まれた光学格子の光
学応答を変更する方法であって、制御された温度勾配お
よび協同的に作用する長手方向の応力勾配を前記光学格
子へ同時に与えるステップを含む光学格子の波長および
バンド幅を調節する方法。 - 【請求項１０】 温度勾配が非線形である請求項９に記
載の光学格子の波長およびバンド幅を調節する方法。 - 【請求項１１】 温度勾配が応力勾配と相似であって、
それらの勾配が加算的に働く請求項９に記載の光学格子
の波長およびバンド幅を調節する方法。 - 【請求項１２】 制御された第１の温度を格子の一端に
加えるステップと、前記第１の温度とは異なる制御され
た第２の温度を前記格子の他端に加えるステップとを含
む請求項９に記載の光学格子の波長およびバンド幅を調
節する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US82475397A | 1997-03-26 | 1997-03-26 | |
| US08/824,753 | 1997-03-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325928A true JPH10325928A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=25242228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10096745A Pending JPH10325928A (ja) | 1997-03-26 | 1998-03-25 | 光学格子の波長およびバンド幅を調節する方法および装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0867736A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10325928A (ja) |
| CA (1) | CA2229958A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9813095D0 (en) * | 1998-06-18 | 1998-08-19 | Secr Defence | Temperature sensing apparatus |
| US6169831B1 (en) * | 1998-09-23 | 2001-01-02 | Lucent Technologies Inc. | Method of making optical chirped grating with an intrinsically chirped grating and external gradient |
| US6351585B1 (en) * | 1998-10-30 | 2002-02-26 | Lucent Technologies Inc. | Thermally adjustable optical fiber grating device with packaging for enhanced performance |
| US6298184B1 (en) * | 1998-12-04 | 2001-10-02 | Cidra Corporation | Method and apparatus for forming a tube-encased bragg grating |
| US6411746B1 (en) | 2000-01-18 | 2002-06-25 | Corning Incorporated | Thermally tunable optical devices |
| TW476013B (en) | 2000-08-07 | 2002-02-11 | Ind Tech Res Inst | Electric fiber grating filter with switchable central wavelength |
| EP1271199A1 (en) * | 2001-06-28 | 2003-01-02 | Corning O.T.I. S.p.A. | Optical device for compensating chromatic dispersion |
| US6941044B2 (en) | 2001-07-25 | 2005-09-06 | Teraxion Inc. | Tunable optical structure for the compensation of chromatic dispersion in a light signal |
| US6525870B1 (en) * | 2001-07-26 | 2003-02-25 | Ciena Corporation | Method and system for controlling Raman gain flatness sensitivity to pump laser wavelength variation |
| US6842567B2 (en) | 2002-02-07 | 2005-01-11 | Teraxion Inc. | Power efficient assemblies for applying a temperature gradient to a refractive index grating |
| CA2395905A1 (en) | 2002-07-26 | 2004-01-26 | Teraxion Inc. | Multi-grating tunable chromatic dispersion compensator |
| US8331745B2 (en) | 2009-03-18 | 2012-12-11 | Teraxion Inc. | Assembly for applying a temperature gradient to a refractive index grating and chromatic dispersion compensator |
| CN103308977B (zh) * | 2013-06-08 | 2016-08-10 | 北京品傲光电科技有限公司 | 一种带宽可控的光纤光栅刻写方法及装置 |
| CN112068238A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-11 | 桂林电子科技大学 | 一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法 |
| EP4213317A1 (en) * | 2022-01-18 | 2023-07-19 | NKT Photonics A/S | Wavelength-stabilised narrow-linewidth mode-locked picosecond laser system |
| CN117310868A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-29 | 浙江贝良风能电子科技有限公司 | 一种光纤光栅拉伸设备及其使用方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5042898A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-27 | United Technologies Corporation | Incorporated Bragg filter temperature compensated optical waveguide device |
| AUPM547194A0 (en) * | 1994-05-06 | 1994-06-02 | University Of Sydney, The | Variable property light transmitting device |
-
1998
- 1998-02-20 CA CA 2229958 patent/CA2229958A1/en not_active Abandoned
- 1998-03-24 EP EP98105350A patent/EP0867736A3/en not_active Withdrawn
- 1998-03-25 JP JP10096745A patent/JPH10325928A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0867736A3 (en) | 1999-08-18 |
| CA2229958A1 (en) | 1998-09-26 |
| EP0867736A2 (en) | 1998-09-30 |
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