(57)【要約】【課題】長期間にわたってブラッグ反射波長がずれない温度補償型光ファイバグレーティング部品を提供すること。【解決手段】光ファイバ４の軸方向に平行な台座１の接合穴６に、軸方向と垂直な架台２の接合部２ｂを圧入または冷やしばめ方式で嵌合し、かつ、光ファイバ４が接合穴６と接合部２ｂとの間の当接面を通過した温度補償型光ファイバグレーティング部品。【選択図】　　　図１
2004126129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な台座と、
前記台座の長手方向に沿って延び、前記台座とは熱膨張係数が異なる架台と、
前記長手方向への前記台座及び前記架台の独立した熱膨張又は熱収縮を許容した状態で、前記台座に対して前記架台を装着させる装着部と、
前記台座を前記長手方向に通過し、前記長手方向に離間した前記架台の接着点と前記台座側の接着点にて、それぞれ固定された光ファイバと、
前記光ファイバに前記接着点間に位置付けて設けられ、且つ、所定の張力が付与された光ファイバグレーティングとを備え、
前記装着部は、
前記台座及び前記架台の一方に設けられた接合穴と、
前記台座及び前記架台の他方に設けられ、前記接合穴に嵌合される接合部とを含み、
前記接合穴と前記接合部との間の当接面は、前記接着点間を結ぶ前記光ファイバ軸線の延長線を横断してい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部品。
【請求項２】
前記架台は前記台座の長手方向に離間して一対設けられ、これら架台は前記接着点をそれぞれ有することを特徴とする請求項１の温度補償型光ファイバグレーティング部品。
【請求項３】
前記台座の長手方向でみて、前記接合穴寸法に対して、前記接合部の寸法は１．００１５倍以上であることを特徴とした、請求項１または２の温度補償型光ファイバグレーティング部品。
【請求項４】
前記接合部は前記接合穴に圧入されていることを特徴とした請求項１〜３の何れかの温度補償型光ファイバグレーティング部品。
【請求項５】
前記接合部は前記接合穴に冷やしばめにて嵌合されていることを特徴とした請求項１〜３の何れかの温度補償型光ファイバグレーティング部品。
【請求項６】
前記台座および架台の材料は、それぞれインバーとアルミであることを特徴とした請求項１〜５の何れかの温度補償型光ファイバグレーティング部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信における光ファイバ部品の分野に係わり、特に高密度ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；波長分割多重）通信システムに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部品に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
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、この周期を通常ブラッグ格子周期と呼んでいる。光ファイバグレーティングの製造方法としては、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形成する方法が知られている。
【０００３】
このような光ファイバグレーティングは、ブラッグ格子周期Λとコアの実効屈折率ｎから決定されるブラッグ反射波長（グレーティングピッチ）λを中心とした比較的狭い波長域の光を反射するので、波長選択性に優れた単波長フィルタとして使用することができる。光ファイバグレーティングのブラッグ反射波長λ、実効屈折率ｎ、ブラッグ格子周期Λの間には、以下のような関係がある。
λ＝２ｎΛ　　　…（１）
【０００４】
ところが、コアの実効屈折率ｎとブラッグ格子周期Λは、両者とも温度依存性を持っている。例えば温度が上昇すると、実効屈折率ｎは正の増加率を示し、ブラッグ格子周期Λはコアの線膨張係数に比例するので正の増加率を示す。このため、シリカベースの光ファイバの場合は、０．０１〜０．０１５ｎｍ／℃程度の温度依存性を持つことが知られている。この種の光ファイバグレーティング部品の使用温度領域は、例えば−２０℃から６５℃なので、式（１）で定義されるブラッグ反射波長λは大きく変動してしまうことになる。それ故、例えば０．８ｎｍの波長間隔にて波長多重を行う高密度ＷＤＭシステムに光ファイバグレーティング部品を適用するためには、ブラッグ反射波長λの温度依存性を抑制することが不可欠である。
【０００５】
そこで、ブラッグ反射波長λの温度依存性を抑制するために、温度補償型光ファイバグレーティング部品が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、前記公報の光ファイバグレーティング部品を示す。公報の部品の温度補償は、小さな線膨張係数の材料からなる台座１の両端部に、線膨張係数の大きな材料からなる二つの架台２，２を組み合わせ、そして、架台２，２の各接着部３にて光ファイバ４を固定し、この際、そのファイバグレーティング５に所望の張力を付与することで実現されている。
【０００６】
温度が上昇すると、台座１の線膨張係数より大きな線膨張係数を持っている二つの架台２、２は互いに相手側に向かって伸びる。すると、あらかじめ付与されていた光ファイバ４の張力は緩み、それにあわせて光ファイバグレーティング５のブラッグ格子周期Λが小さくなる。一方、グレーティング５のコアの実効屈折率ｎには正の温度依存性があるので、式（１）から分かるようにブラッグ反射波長λの温度依存性を抑制（補償）することができる。温度が下降する場合も、同じようにブラッグ反射波長λの変化が抑制される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４７０４７号公報（第３−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報の光ファイバは、ブラッグ反射波長λの温度依存性を補償するために、台座と架台との間の熱膨張係数の相違に起因する張力変化を受け、伸縮を繰り返すため、台座１に対する架台２の接合部Ｊに大きなモーメント荷重が働く。即ち、公報の部品の場合、接合部Ｊと光ファイバ４の接合部３とは光ファイバ４の径方向に偏位しているため、この偏位距離をＳ、光ファイバ４の張力をＴとすると、接合部ＪはＳ×Ｔで表されるモーメント荷重を受ける。
【０００９】
このようなモーメント荷重は、接合部Ｊでの変形やずれを生じさせる。
このため、上述した光ファイバグレーティング部品が長期間使用されている間に、あらかじめ付与しておいた光ファイバ４の張力が変化してしまい、それに伴ってブラッグ反射波長λが変化してしまう恐れがあった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、環境温度変化があっても、所望のブラッグ反射波長λを長期的に維持できる温度補償型光ファイバグレーティング部品を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバグレーティング部品は、以下のように構成されている。
すなわち、長尺な台座と、前記台座の長手方向に沿って延び、前記台座とは熱膨張係数が異なる架台と、前記長手方向への前記台座及び前記架台の独立した熱膨張又は熱収縮を許容した状態で、前記台座に対して前記架台を装着させる装着部と、前記台座を前記長手方向に通過し、前記長手方向に離間した前記架台の接着点と前記台座側の接着点にて、それぞれ固定された光ファイバと、前記光ファイバに前記接着点間に位置付けて設けられ、且つ、所定の張力が付与された光ファイバグレーティングとを備え、前記装着部は、前記台座及び前記架台の一方に設けられた接合穴と、前記台座及び前記架台の他方に設けられ、前記接合穴に嵌合される接合部とを含み、前記接合穴と前記接合部との間の当接面は、前記接着点間を結ぶ前記光ファイバ軸線の延長線を横断していることを特徴とする。
【００１１】
上記の構造を取ることで、光ファイバグレーティングに付与された所定の張力を長時間に亘って変化させずに保つことができるため、温度補償用光ファイバグレーティング部品として安定に使用することができる。
また、前記架台は前記台座の長手方向に離間して一対設けられ、これら架台は前記接着点をそれぞれ有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明による光ファイバグレーティング部品の実施形態の説明をする。
図１は、本発明の一実施例の断面図を示し、図２に、その分解斜視図を示す。なお、図中、前述の公報の部品と同一の機能を有する部位には同一の参照符号を使用する。
【００１３】
光ファイバグレーティング部品は断面矩形の長尺な台座１を備え、この台座１はインバー３６Ｎ（登録商標）からなっている。台座１の両端部には四角形のほぞ穴６，６がそれぞれ形成されている。台座１には長手溝７が形成され、この長手溝７は二つの接合穴６，６の間に接続している。長手溝７は接合穴６よりも浅く、そして、その幅は接合穴６の幅よりも狭い。
【００１４】
一方、台座１の両端部には二つの架台２，２がそれぞれ装着され、これら架台２，２はアルミからなっている。
より詳しくは、各架台２は、接合穴６に収容された接合部２ｂと、この接合部２ｂの上部から一体に延び、長手溝７に収容された梁２ｃとからなる。
接合部２ｂは、接合穴６に対してわずかに大きめに加工され、接合穴６に圧入されている。ここで、接合穴６の長さ寸法Ｍ１に対して接合部２ｂの長さ寸法Ｎ１は１．００１５倍以上あることが好ましい。これより小さいと、台座１と架台２との間の熱膨張係数の相違から使用環境温度の変化により、接合穴６に対して接合部２ｂが緩み、台座１の長手方向でみて、接合部２ｂにがたつきが発生する恐れが大きくなる。
【００１５】
具体的には、この実施例の場合、台座１の接合穴６、６の長さ寸法Ｍ１を１．３ｍｍ−０．００５〜−０．０１ｍｍとし、架台２の接合部２ｂ，２ｂの長さ寸法Ｎ１を１．３ｍｍ＋０．０１〜＋０．０５ｍｍとし、室温にて、架台２の接合部２ｂを台座１の接合穴６に圧入し、これらの組み付けを行った。このとき、台座１の接合穴６，６の長さと架台２の接合部２ｂ，２ｂの長さの寸法比は、１．００８であった。
【００１６】
なお、接合穴６の幅寸法Ｍ２および接合部２ｂの幅寸法Ｎ２は一般的な嵌合公差により決定されればよい。
各架台２の各梁２ｃは、長手溝７の内面と固定されておらず、そして、架台２の上面２ｅおよび台座１の上面１ｅは互いに面一である。即ち、接合穴６の深さおよび接合部２ｂの高さ寸法は互いに同一であり、そして、長手溝７の深さおよび梁２ｃの高さ寸法はほぼ同一である。
【００１７】
さらに、架台２の上面にも長手溝８が形成されている。この長手溝８は接合部２ｂから梁２ｃに亘って貫通するように延び、光ファイバ４の挿通を許容する大きさを有している。長手溝８の底には梁２ｃの先端に位置して凸部３が設けられている。一方、台座１の両端面には切欠９がそれぞれ形成され、各切欠９は架台２の長手溝８にほぼ合致する大きさを有する。
【００１８】
図１に示したように、光ファイバ４は光ファイバグレーティング５を有し、この光ファイバグレーディング５を架台２，２における凸部３，３間のほぼ中央に位置付けた状態で、台座１内を貫通して延びている。即ち、光ファイバ４は各架台２の長手溝８及び台座１の切欠９を通過している。
そして、光ファイバ４は、各架台２の凸部３に例えば接着剤を用いてそれぞれ接着して固定され、その大部分は長手溝８の下面２ｆおよび切欠９の下面から少し浮いた状態にある。すなわち、光ファイバ４は凸部３のみにて接着されているだけであり、凸部３は光ファイバ４の接着点を規定する。なお、接着剤には、低融点ガラス、半田又合成樹脂が用いられる。
【００１９】
より詳しくは、光ファイバ４を接着固定する時、光ファイバ４は任意の張力を印加可能な治具にセットされる。そして、接着剤の硬化収縮などの影響を見込みながら、所望のブラッグ反射波長λが得られるように光ファイバグレーティング５に張力を印加され、この状態で、光ファイバ４は両凸部３に接着して固定される。このとき、使用温度範囲（例えば−２０℃から６５℃）にて台座１と架台２との間の熱膨張差を考慮し、光ファイバグレーティング５の張力が常に許容範囲内に保たれるようにあらかじめ、張力および台座１と架台２の寸法を設定しておくことが重要である。
【００２０】
すなわち、台座１と架台２の熱膨張差に関しては、架台２の接合部２ｂから梁２ｃの凸部３までの長さＬがその熱膨張あるいは熱収縮に関係する部分である。台座１の材料がインバーで、架台２の材料がアルミの場合、インバーは熱膨張係数が低く、１×１０−６／℃程度以下であり、アルミは２０×１０−６／℃程度である。よって温度変化による凸部３，３の変位は、大部分がアルミの熱膨張あるいは熱収縮に関係すると考えてよく、その相対変位量は温度変化量と梁２ｃの長さＬにほぼ比例する。例えば、周囲温度が室温から４０℃上昇し、Ｌが１０ｍｍとすると、梁２ｃは約８μｍ相対的に長くなる。図１の場合、二つの梁２ｃ，２ｃは向き合っているから約１６μｍ互いに近くなる。それに伴って光ファイバグレーティング５の張力が減少しブラッグ格子周期Λは小さくなる。つまり、ブラッグ格子周期Λは負の温度依存性を有することになる。一方、光ファイバ４の実効屈折率ｎは正の温度依存性を持っているので、これら正負の温度依存性が互いに打ち消し合い、前記式（１）により決定されるブラッグ反射波長λの変化を抑制（補償）できる。逆に、周囲温度が室温から低下すると、二つの梁２ｃ，２ｃは互いに離れ、これに伴い、光ファイバグレーティング５の張力は増加し、ブラッグ格子周期Λが大きくなるのに対し、光ファイバ４の実効屈折率ｎは小さくなり、この場合にもブラッグ反射波長λの温度依存性が補償される。
【００２１】
実際には、光ファイバ４のコアの実効屈折率ｎと台座１および架台２の部材の熱膨張係数を考慮し、また実験結果をふまえて最適の梁２ｃの長さＬ及び光ファイバグレーティング５の張力が決まる。
上述したように光ファイバグレーディング５、即ち、光ファイバ４の張力は周囲温度の変化に伴って増減されることになるが、しかしながら、このような光ファイバ４の張力変動が架台２の接合部２ｂにモーメント荷重を加えてしまうことはない。
【００２２】
即ち、図１に示されるように、光ファイバ４が接着される架台２（接着点）は台座１の長手溝７内に収容され、そして、光ファイバ４は架台２の長手溝８内を延びているので、光ファイバ４から架台２に伝達される張力は、架台２の接合部２ｂを嵌合する接合穴６の当接面Ｋの一方側、すなわち、光ファイバグレーティング５に近い側の当接面Ｋにて台座１に受け止められる。
【００２３】
ここで、当接面Ｋは図３から明らかなようにコ字形をなし、光ファイバ４に付与された張力の反力の作用線が前記当接面Ｋ内を通過している。
よって、このような構成によれば、光ファイバ４の張力が架台２の接合部２ｂにモーメント荷重を発生させることはなく、台座１の接合穴６に対する架台２の接合部２ｂの嵌合状態が安定して維持される。この結果、台座１と架台２との間の接合点が長期間に亘って安定し、あらかじめ付与しておいた光ファイバ４の張力も変化しない。
【００２４】
より詳しくは、以上の構成の場合、光ファイバ４に張力が常にかかっていても、あるいは環境温度の変化による光ファイバの張力変化があっても、その張力の反力は架台２の接合部２ｂから台座１の当接面Ｋに垂直に受け止められ、当接面Ｋの広い領域に分散される。好適には、当接面Ｋにできるだけ均一に荷重がかかるように、光ファイバ４の凸部３の位置は台座１の断面の中心部に位置付けられているのが好ましいが、、これに制約されるものではなく、少なくとも、凸部３、即ち、光ファイバ４の接着点が台座１の長手溝７内に配置されていればよい。
【００２５】
従って、環境の温度変化により光ファイバ４の張力が変動しても、、台座１に対する架台２の接合部２ｂの安定した装着が長期に亘って維持され、安定したブラッグ反射波長λの温度補償が可能となる。
上記実施例では、架台が二つある例で説明したが、架台２を一つにした場合にも、本発明を適用できることは明らかである。この場合、図４に示されるように、光ファイバ４は架台２の凸部３と台座１の長手溝７の底部に設けた凸部３にそれぞれ接着して固定される。この場合も、凸部３、即ち、光ファイバ４の接着点が、完全に台座１の長手溝７の空間内にあることが重要である。
【００２６】
なお、上記実施例では、台座１に対する架台２の組付けを圧入法で行ったが、圧入の代わりに冷やしばめを用いて台座１に架台２を装着してもよい。
また、実施例では台座１の材料にインバー、架台２の材料にアルミを用いたが、同様にしてインバーとステンレス、チタンとアルミなどの材料の組み合わせも可能である。ステンレスはアルミより熱膨張係数が小さいが、強度が高いメリットがある。チタンはインバーより安価であるが、熱膨張係数がインバーより大きい。熱膨張係数はそのまま構造の大きさに関係するので、実際にはこれらを十分に考慮する必要がある。
【００２７】
さらに、架台２はその全体が、台座１内に入っている必要はないが、架台２が台座１内に完全に没入されていると、外力による架台２の変形が防げるメリットがある。
なお、上記実施例では台座１に接合穴６を形成し、その接合穴６に架台２の接合部２ｂを嵌合させているが、架台２に接合穴を形成して、台座１に形成した接合部を装着する構造を取ることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の温度補償型光ファイバグレーティング部品は、光ファイバを保持する台座に対し、架台が、光ファイバの張力方向に関して互いに垂直に装着され、そして、この装着部を光ファイバが通過する構成となっているので、光ファイバの張力によるモーメント荷重を発生させることはない。従って、環境温度が変化しても台座に対する架台の装着は安定して維持され、あらかじめ光ファイバに付与しておいた張力が長期間に亘って保てる。これにより、極めて高い精度のブラッグ反射波長λを長期間維持することができ、長期間安定した温度補償された高密度ＷＤＭ用の狭帯域フィルタとして使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の温度補償型光ファイバグレーティング部品を示す図である。
【図２】本発明の一実施例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例の断面図である。
【図４】本発明の一変形例である。
【図５】従来構造の温度補償型光ファイバグレーティング部品である。
【符号の説明】
１　　台座
２　　架台
３　　接着部
４　　光ファイバ
５　　光ファイバグレーティング
Ｋ　　当接面
【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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