(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座と梁を具備し、
前記台座は平板状で、その同一平面上に相対する１対の梁取付用穴を有し、
前記梁は台座差込部と、平板状で、前記台座に差し込まれたときに前記台座に平行する光ファイバ固定台とからなり、
前記梁の線膨張係数は前記台座の線膨張係数よりも大きく、
前記梁は、前記梁取付用穴のそれぞれに対して、前記台座から光ファイバ固定台までの高さが同じで、光ファイバ固定台がその長手方向で互いに向き合うようにして取付けられ、
光ファイバのグレーティング部が、前記梁取付用穴に取付けられた梁の光ファイバ固定台に、張力をかけた状態で架設固定され、
前記梁は焼きバメ又は圧入により前記台座の梁取付用穴に挿入されて固定されていることを特徴とする温度補償型光ファイバブラッググレーティング。
【請求項２】
前記台座及び前記梁が共に金属からなることを特徴とする請求項１記載の温度補償型光ファイバブラッググレーティング。
【請求項３】
前記台座がチタンであり、前記梁がアルミニウムであることを特徴とする請求項２記載の温度補償型光ファイバブラッググレーティング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度補償型光ファイバブラッググレーティングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバブラッグクレーティングは、光ファイバの長さ方向に周期的な屈折率変化を作成することにより、特定波長の光を反射させる特性を持たせた光ファイバ部品である。この反射波長λは、グレーティング周期Λと実効屈折率ｎｅｆｆを用いて以下のように書くことができる。
λ＝２ｎｅｆｆ・Λ        ・・・（１）
【０００３】
従って、反射波長の温度依存性∂λ／∂Ｔは、
（∂λ／∂Ｔ）＝２｛（∂ｎｅｆｆ／∂Ｔ）・Λ＋（∂Λ／∂Ｔ）・ｎｅｆｆ）｝・・・（２）
となる。更に光ファイバの線膨張係数をαとすると、∂Λ／∂Ｔ＝α・Λと書けるので、式（２）は、
（∂λ／∂Ｔ）＝２｛（∂ｎｅｆｆ／∂Ｔ）・Λ＋α・Λ・ｎｅｆｆ）｝・・・（３）
となる。ここで、溶融石英の屈折率温度依存性∂  ｎｅｆｆ  ／∂Ｔは、＋９．８×１０−６であり、更に溶融石英の線膨張係数αは、４．０×１０−７であるので、反射波長が１５５０ｎｍである光ファイバブラッグクレーティングの反射特性は、上記式（３）より、約０．０１（ｎｍ／Ｋ）の温度依存性を有することになる。従って、温度が例えば−２０℃から８０℃の範囲で１００℃変化する場合には、光ファイバグレーティングの反射波長は１．０ｎｍ程度変動してしまうことになる。
波長多重通信においては、波長間隔が０．８ｎｍ程度で数種類の波長を同時に伝送する必要があるため、上記のような光ファイバブラッググレーティング特性の温度依存性は大きな問題となる。
【０００４】
このような光ファイバブラッググレーティングの温度依存性を低減させるため、（Ｇ．Ｗ．Ｙｏｆｆｅら、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｗ１４  ｐｐ．１３４−１３５，１９９５）において、図７に示されるような温度補償型光ファイバブラッググレーティング２０が提案されている。この温度補償型光ファイバブラッググレーティング２０は、線膨張係数の異なる二種類の部材を組み合わせたものであり、一方の部材を線膨張係数のより小さい台座２１とし、他方の部材を線膨張係数のより大きい梁２２としたものである。光ファイバブラッググレーティング２０のグレーティング部２３は、台座２１の両端にある梁２２の間において、張力をかけた状態で、光ファイバ固定部１６，１６間に架設固定されている。例えば、この架設されたグレーティング部２３の周囲の温度が上昇した場合には、台座２１よりも梁２２の膨張が大きいために、梁２２上の光ファイバ固定部１６，１６間に架設固定されているグレーティング部２３の張力は緩むことになる。即ち、グレーティング部２３の見かけの線膨張係数が負の値となり、上記（３）式右辺第２項の値は負となる。従って、（３）式右辺第２項が（３）右辺第１項と絶対値が同じで負の値をとるように、台座２１と梁２２の線膨張係数及び長さを適宜調節することにより、光ファイバブラッググレーティングの温度依存性を打ち消すことが可能である。
【０００５】
図７に示される従来の温度補償型光ファイバブラッググレーティング２０においては、台座２１及び梁２２はねじ又は接着剤により互いに固定されている。例えば台座２１がインバーで梁２２がアルミニウムの場合には、台座２１と梁２２はねじにより固定されていた。しかしながらねじにより台座２１と梁２２を固定する場合には、台座２１と梁２２とにかかる応力がねじ止めの部分に集中してしまい、歪みが生じてしまうという問題があった。更に、ねじ止め部を設けることにより光ファイバブラッググレーティングの製造方法が煩雑になるという問題もあった。また、ねじ止めによる固定を行なった光ファイバブラッググレーティング２０では、異質物であるねじを利用して梁２２と台座２１との固定を行なっているので、梁２２及び台座２１のそれぞれにかかる応力が一様ではなくなり、図４に示すようなヒステリシス特性、即ち温度上昇時と温度下降時とで異なる履歴をたどる現象が生じてしまうという問題があった。
一方、台座２１を石英ガラス製とし、梁２２をアルミニウム製として両者を接着剤により固定した場合には、湿度などの環境変化によって光ファイバブラッググレーティングの温度補償機能が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、梁と台座との固定にねじ止めや接着剤等を使用しない、製造工程が簡略化された温度補償型光ファイバブラッググレーティングであって、ヒステリシス特性が改善されたものを提供することを目的としている。又、本発明は湿度等の環境変化に対しても温度補償特性が維持できる温度補償型光ファイバブラッググレーティングを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の光ファイバブラッググレーティングは、以下のごとく構成されている。
即ち、本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングは、台座と梁を具備し、前記台座は平板状で、その同一平面上に相対する１対の梁取付用穴を有し、前記梁は台座差込部と、平板状で、前記台座に差し込まれたときに前記台座に平行する光ファイバ固定台とからなり、前記梁の線膨張係数は前記台座の線膨張係数よりも大きく、前記梁は、前記梁取付用穴のそれぞれに対して、前記台座から光ファイバ固定台までの高さが同じで、光ファイバ固定部がその長手方向で互いに向き合うようにして取付けられ、光ファイバのグレーティング部が、前記梁取付用穴に取付けられた梁の光ファイバ固定部に、張力をかけた状態で架設固定され、前記梁は焼きバメ又は圧入により前記台座の梁取付用穴に挿入されて固定されていることを特徴とするものである。
本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおいては、前記台座及び前記梁が共に金属からなることが好ましい。
更に本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおいては、前記台座がチタンであり、前記梁がアルミニウムであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図を参照しながら本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングの一例を示す図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。図中符号１は温度補償型光ファイバブラッググレーティングを、符号２は台座を、符号３は梁をそれぞれ示すものである。
【０００９】
図１に示されるように、温度補償型光ファイバブラッググレーティング１は、台座２と、梁３と、台座２に固定された梁３，３の間に架設固定された光ファイバ７とから概略構成されるものである。
図２（ａ）の上面図及び図２（ｂ）の側面図に示されるように、台座２は平板状の形状を有し、その同一面上に開口部が四角形である１対の梁取付用穴１０，１０が台座２を貫通して形成されたものである。
台座２の材料には、梁３の材料の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有するものが使用される。従って、材料の選定は梁３の材料の選定との兼ね合いによって行なわれるものであるが、一般的にはチタンやインバー等の線膨張係数の小さい金属が使用される。
【００１０】
図３（ａ）の上面図及び図３（ｂ）の側面図に示されるように、梁３は台座差込部６と光ファイバ固定台５とからなるものである。台座差込部６は概ね立方体の形状を有するものとなっていて、その横断面の四角形の大きさは、台座２の梁取付用穴１０の開口部の四角形の大きさよりも若干大きいものとなっている。一方、台座差込部６の高さについては、梁３の台座差込部６を台座２の梁取付用穴１０に完全に差し込んだ際に、台座差込部６が梁取付用穴１０から充分に突出するものであれば特に限定されるものではない。
梁３の光ファイバ固定台５は、平板状の形状を有し、台座差込部６の側面と直交し、且つ台座差込部６の側面から外方へと突出したものである。そしてこの台座差込部６の側面から突出した光ファイバ固定台５の平面は、梁３が台座２に取付けられた際に、台座２の平面と平行するものとなっている。
梁３の材料としては、台座２の材料の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するものを使用し、台座２にチタン等の低線膨張性の金属を使用する場合には、アルミニウム等の線膨張係数のより大きい金属を使用する。
尚、梁取付用穴１０，１０同士の間の距離は、台座２に取付ける梁３の大きさ、並びに梁３及び台座２の材質によって決まる相対的なものである。また、図２では梁取付用穴１０の開口部の形状は四角形となるものとしたが、四角形以外の多角形とすることも可能である。
【００１１】
上記した構成の温度補償型光ファイバブラッググレーティングの製造は、梁３の台座２への取付と、光ファイバブラッググレーティングの梁３，３への架設固定とにより行なう。
梁３の台座２への取付は圧入、又は焼きバメにより行なうことができる。圧入の場合には、台座差込部６に全側面から圧力をかけて圧縮し、台座差込部６をその状態で梁取付部１０に押し込む。一方、焼きバメの場合には図５に示されるようにして、梁取付用穴１０をガスバーナ等により予め加熱して膨張させておき、そこに梁３の台座差込部６を差し込む。差込後、台座２を冷却すると膨張していた梁取付用穴１０が収縮して、台座２からの接触応力により梁３が台座２に固定される。
【００１２】
上記のようにして梁３，３を台座２に取付けた後に、光ファイバブラッググレーティングを梁３，３に架設固定する。
張力をかけた状態で光ファイバ７を梁３，３上に固定するには、まず光ファイバ７のグレーティング部８が梁３，３間のほぼ中心に位置するようにして光ファイバ７を光ファイバ固定台５，５上に架設する。光ファイバ固定部９，９のうち一方において光ファイバ７を固定した後に、光ファイバ固定部９，９間に張力をかける。次いで張力を維持しながら、他方の光ファイバ固定部９において光ファイバ７を固定する。光ファイバ固定部９における光ファイバ７の固定は、ＵＶ硬化型接着剤、熱硬化型接着剤等の接着剤、又はガラス半田、ガラス固定用金属半田等により行なうことができる。
【００１３】
上記のように構成される温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおいて、どのようにして温度補償が実現されるかを以下に説明する。
本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおいては、例えば周囲の温度が上昇した場合には、梁３が熱膨張することになる。梁３の材料の線膨張係数は台座２のものよりも大きいため、梁３の膨張の度合いは台座２の膨張の度合いよりも大きい。従って、張力をかけた状態で梁３，３間に架設固定されている光ファイバのグレーティング部の張力は弛むことになる。温度上昇自体はグレーティング部の反射波長に正の影響を与えるが、張力の弛みは反射波長に負の影響を与えるので、梁３の光ファイバ固定台５の長さを適宜調節することにより正の影響と負の影響とが相殺されて温度補償が実現されることになる。
【００１４】
本実施形態の温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおいては、圧入又は焼きバメにより梁３が台座２に挿入固定しているので、ねじ止めや接着剤による固定に比べて製造工程が簡略化されている。また、梁３と台座２との固定にねじ止めを行なっていないので台座２から梁３への接触応力が均一であり、ヒステリス特性が従来のものに比べて大幅に改善することが可能である。更には、梁３及び台座２をともに金属で作製しているので、湿度等の環境変化の影響を受けにくいものとなっている。
【００１５】
【実施例】
台座２はチタン（線膨張係数：α＝８．６×１０−６）を用いて、３ｃｍ×１１．５ｃｍ×０．７ｃｍの平板状のものにした。梁取付用穴１０は、１ｃｍ×１ｃｍとした。一方、梁３にはアルミニウム（線膨張係数：α＝２３．１×１０−６）を用いて、台座差込部６を１．００５ｃｍ×１．００５ｃｍ×１１ｃｍとし、光ファイバ固定台５は、  １ｃｍ×Ａｃｍ×０．３ｃｍとした。梁３は焼きバメにより台座２に差し込んだ。図３（ｂ）に示される梁３の長さＡを３４．５ｍｍ（＃１）、３４．０ｍｍ（＃２）、３３．５ｍｍ（＃３）にしたものをそれぞれ作製して、これらについてのヒートサイクル特性を調べた。結果は図６に示した。図６（ａ）と図４との比較より明らかなとおり、何れの例の光ファイバブラッググレーティング（＃１〜＃３）においても、ねじや接着剤を使用して梁を台座に固定した従来の温度補償型光ファイバブラッググレーティングに比べて、ヒステリシス特性が大幅に改善されていることがわかる。従来の温度補償型光ファイバブラッググレーティングでは、１００℃の温度変化において最大で０．０５ｎｍ程度の反射中心波長の差があったのに対して、＃２の温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおいては、最大で０．００５ｎｍ未満の反射中心波長の差しかなかった。
【００１６】
本実施例で作製した温度補償型光ファイバブラッググレーティングのうち、光ファイバ固定台５の長さが３４．０ｍｍである＃２の温度補償型光ファイバブラッググレーティングが、他の例に比べて非常に良好な温度補償特性が得られていることがわかる。
実験結果は特に示さないが、梁３を焼きバメではなく圧入により台座２に差し込んだ場合にも、同様にしてヒステリシス特性の同程度の改善が得られた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングは、梁が圧入又は焼きバメにより台座の梁取付用穴に挿入されて固定されているので、台座からの梁への接触応力が一様となるために、温度補償型光ファイバブラッググレーティングのヒステリシス特性が改善されたものとなる。また、台座への梁の差込にあたってはねじや接着剤を使用しないので、製造工程を簡略化することができる。
本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングは、梁及び台座が金属製である場合には、湿度等の環境変化に対しても影響されることなく温度補償を行なうことが可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングの一例を示す図である。
【図２】本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングの台座を示す図である。
【図３】本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングの梁を示す図である。
【図４】従来の温度補償型ファイバブラッググレーティングのヒステリシス特性を示す図である。
【図５】本発明の温度補償型光ファイバブラッググレーティングにおける、台座への梁の焼きバメの仕方を示す図である。
【図６】実施例の温度補償型光ファイバブラッググレーティングの温度補償の度合いを比較した図である。
【図７】従来の温度補償型光ファイバブラッググレーティングを示す図である。
【符号の説明】
１・・・温度補償型光ファイバブラッググレーティング、２・・・台座、３・・・梁、５・・・光ファイバ固定台、６・・・台座差込部、８・・・グレーティング部、１０・・・梁取付用穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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