(57)【要約】【課題】光学特性の湿度依存性を低減したファイバ型光部品を提供する。【解決手段】光ファイバ素線１１の被覆層１１ａの一部が除去されてなる裸光ファイバ部１２が、接着剤１４で補強基材１５に固定され、補強基材１５に、光ファイバ収容溝１５ａが形成され、光ファイバ収容溝１５ａ内に裸光ファイバ部１２が収容されているファイバ型光部品。光ファイバ収容溝１５ａの幅をＤｍｍ、裸光ファイバ部１２の外径をｄｍｍとし、Ｄ−ｄ＝０．３ｍｍ以下とする。湿度９０％ＲＨ以上の高湿度環境下で、１０００分曝露後の固定された光ファイバの張力変化を０．８ｇｆ以下とする。ファイバ型光部品が、裸光ファイバ部１２に光ファイバ素線１１の軸方向に沿って回折格子１３が形成された光ファイバグレーティング。補強基材１５を、線膨張係数の異なる部材を組み合わせて形成する。補強基材１５を形成する材料を、線膨張係数が負の値を有する材料とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの被覆層の一部が除去されてなる裸光ファイバ部が、接着剤で補強基材に固定されたファイバ型光部品であって、
前記補強基材に光ファイバ収容溝が形成され、該光ファイバ収容溝内に前記裸光ファイバ部が収容され、前記被覆層と前記裸光ファイバ部が、前記接着剤で該光ファイバ収容溝に固定されており、
前記光ファイバ収容溝の幅をＤｍｍ、前記裸光ファイバ部の外径をｄｍｍとすると、Ｄ−ｄ＝０．３ｍｍ以下であることを特徴とするファイバ型光部品。
【請求項２】
請求項１記載のファイバ型光部品において、
湿度９０％ＲＨ以上の高湿度環境下において１０００分曝露後の固定された光ファイバの張力変化が０．８ｇｆ以下であることを特徴とするファイバ型光部品。
【請求項３】
請求項１または２記載のファイバ型光部品において、
前記ファイバ型光部品が、前記裸光ファイバ部に前記光ファイバの軸方向に沿って回折格子が形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とするファイバ型光部品。
【請求項４】
請求項３記載のファイバ型光部品において、
湿度９０％ＲＨ以上の高湿度環境下において１０００分暴露後の波長シフト量が０．０１ｎｍ以下であることを特徴とするファイバ型光部品。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のファイバ型光部品において、
前記補強基材が、線膨張係数の異なる部材を組み合わせて形成されていることを特徴とするファイバ型光部品。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載のファイバ型光部品において、
前記補強基材を形成する材料は、線膨張係数が負の値を有する材料であることを特徴とするファイバ型光部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ型光部品に関するものであり、特に、高湿度環境下における光学特性の変化を抑制したファイバ型光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバに各種加工を施し、機能性を付与したファイバ型光部品が、光通信分野や光センサ分野で幅広く利用されている。代表的なファイバ型光部品としては、複数の光ファイバを融着延伸してなる光ファイバカプラや、光ファイバの軸方向に沿って回折格子が形成された光ファイバグレーティングなどがある。
【０００３】
図５は、従来のファイバ型光部品の一例として、光ファイバグレーティングを示す概略構成図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は光ファイバの中心軸における断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ―Ａにおける断面図である。
このような光ファイバグレーティングを作製するには、まず、光ファイバ素線１の被覆層１ａの一部を除去し、石英系ガラスからなる裸光ファイバ部２を露出させる。次いで、裸光ファイバ部２に公知の方法により、回折格子３が形成される。このような光ファイバグレーティングでは、光ファイバ素線１の被覆層１ａの一部が除去されて裸光ファイバ部２が露出しているため、外部からの衝撃や振動に弱く、破断し易くなっている。そこで、従来の光ファイバグレーティングでは、これを補強するために、光ファイバ素線１の被覆層１ａと裸光ファイバ部２との境目近傍が、紫外線硬化型樹脂などからなる接着剤４で、補強基材５に固定されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８６０４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように光ファイバ素線１を接着剤４で補強基材５に固定した構造の光ファイバグレーティングでは、高湿度環境下において、接着剤４が膨張し、光ファイバグレーティングの光学特性に影響を及ぼすことがあった。具体的には、光ファイバ素線１は、ある一定の張力が加えられた状態で補強基材５に固定されるが、湿度の上昇に伴なって、接着剤４が膨張し、光ファイバ素線１に加えられた張力が緩んでしまうという問題があった。光ファイバ素線１に加えられた張力が変化すると、光ファイバグレーティングの中心波長がシフトして設計値からずれてしまい、所望の光学特性が得られないという問題があった。例えば、通信用光ファイバ素線の被覆層の一部が除去された外径１２５μｍの裸光ファイバ部に、通信波長域である１５５０ｎｍ帯に反射中心特性を有するように光ファイバグレーティングを作製した場合、張力による反射中心の波長シフト量は、約０．０１３ｎｍ／ｇｆである。したがって、僅かな張力の変化でも、反射中心の波長がシフトしてしまうことがあった。
【０００６】
また、通常、光ファイバグレーティングの反射中心波長は、約０．０１ｎｍ／℃の温度依存性を示す。そこで、温度依存性を小さくするために、線膨張係数の異なる材料を組み合わせて補強基材５を作製する構造や、補強基材５を負の線膨張係数を有するものとした構造の光ファイバグレーティングが提案されている。しかしながら、このような構造の光ファイバグレーティングにおいても、湿度の上昇に伴なって、反射中心の波長がシフトするという問題があった。したがって、温度依存性を改善し、温度による波長シフト量を小さくしても、湿度変化による波長シフトが原因となり、光ファイバグレーティングには、所望の光学特性が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光学特性の湿度依存性を低減したファイバ型光部品を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、光ファイバの被覆層の一部が除去されてなる裸光ファイバ部が、接着剤で補強基材に固定されたファイバ型光部品であって、前記補強基材に光ファイバ収容溝が形成され、該光ファイバ収容溝内に前記裸光ファイバ部が収容され、少なくとも前記裸光ファイバ部の両側の一部が、前記接着剤で該光ファイバ収容溝に固定されているファイバ型光部品であって、前記光ファイバ収容溝の幅をＤｍｍ、前記裸光ファイバ部の外径をｄｍｍとすると、Ｄ−ｄ＝０．３ｍｍ以下であることによって解決できる。
前記ファイバ型光部品が、前記裸光ファイバ部に前記光ファイバの軸方向に沿って回折格子が形成された光ファイバグレーティングであることが好ましい。
上記ファイバ型光部品において、湿度９０％ＲＨ以上の高湿度環境下において１０００分曝露後の固定ファイバ張力変化が０．８ｇｆ以下であることが好ましい。
上記ファイバ型光部品において、前記補強基材が、線膨張係数の異なる部材を組み合わせて形成されていることが好ましい。
上記ファイバ型光部品において、前記補強基材を形成する材料は、線膨張係数が負の値を有する材料であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のファイバ型光部品の一例として、光ファイバグレーティングを示す概略構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は光ファイバの中心軸における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ―Ｂに沿った断面図である。
この例の光ファイバグレーティングは、被覆層１１ａの一部が除去された光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２に回折格子１３が形成され、光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２が、補強基材１５の長手方向と平行に形成された光ファイバ収容溝１５ａ内に収容され、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａと裸光ファイバ部１２との境目が、接着剤１４で、光ファイバ収容溝１５ａに固定されているものである。なお、この例の光ファイバグレーティングでは、図１に示すように、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａと裸光ファイバ部１２との境目のみが、接着剤１４で、光ファイバ収容溝１５ａに固定されており、それ以外の裸光ファイバ部１２には、接着剤は塗布されていないが、特にこだわるものではなく、少なくとも裸光ファイバ部１２の両側の一部が固定されていればよい。
【００１０】
補強基材１５に形成されている光ファイバ収容溝１５ａは、図１（ｃ）に示すように、長手方向と垂直な断面が矩形状の溝である。
この例の光ファイバグレーティングにおいて、光ファイバ収容溝１５ａの幅をＤｍｍ、裸光ファイバ部１２の外径をｄｍｍとすると、Ｄ−ｄ＝０．３ｍｍ以下であることが好ましく、Ｄ−ｄ＝０．０５〜０．３ｍｍであることがより好ましい。Ｄ−ｄが０．３ｍｍを超えると、湿度の上昇に伴なって、裸光ファイバ部１２に加えられている張力が緩み、光ファイバグレーティングの中心波長がシフトする。Ｄ−ｄが０．０５ｍｍ未満であると、裸光ファイバ部１２を光ファイバ収容溝１５ａに収容する際に、溝壁面に裸光ファイバ部１２が接触し、裸光ファイバ部１２の強度低下を引き起こす可能性がある。
【００１１】
本発明のファイバ型光部品にあっては、補強基材１５に光ファイバ収容溝１５ａを形成し、この溝の中に光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２を収容して、裸光ファイバ部１２と光ファイバ収容溝１５ａとの間隙を接着剤で埋めるように固定すれば、接着剤１４の使用量を減らすことができる。この際、上述のように、光ファイバ収容溝１５ａの幅をＤｍｍ、裸光ファイバ部１２の外径をｄｍｍとし、Ｄ−ｄ＝０．３ｍｍ以下とすれば、接着剤１４の使用量が低減され、結果として、光ファイバグレーティングの波長シフト量の湿度依存性が小さくなる。
【００１２】
本発明のファイバ型光部品をこのような構造とすれば、後述の図２に示すように、湿度９０％ＲＨ以上の高湿度環境下において１０００分曝露後の固定ファイバの張力変化が０．８ｇｆ以下となり、結果として光ファイバグレーティングの波長シフト量が０．０１ｎｍ以下となり、湿度依存性の非常に小さいファイバ型光部品となる。
【００１３】
また、接着剤１４としては、エポキシ樹脂系接着剤、アクリレート樹脂系接着剤などの紫外線硬化型樹脂が用いられる。
補強基材１５を形成する材料としては、石英系ガラス、多成分ガラスなどのガラス、ＳＵＳ、チタン、アルミニウム、インバーなどの金属、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂などの合成樹脂などが挙げられ、これらが、接着剤１４の線膨張係数などに応じて適宜選択される。
【００１４】
この例の光ファイバグレーティングは、上述のように、高湿度環境下において中心波長のシフト量が少なく、優れた光学特性を示す。さらに、この光ファイバグレーティングを、以下に示すような構成とすれば、光学特性の温度依存性の小さい光ファイバグレーティングとなる。
光ファイバグレーティングの温度依存性を小さくする第１の方法としては、線膨張係数の異なる部材を２つ以上組み合わせて補強基材１５を作製する方法がある。この場合の具体的な例として、線膨張係数の大きい部材としてはアルミニウムからなる部材、線膨張係数の小さい部材としてはチタン、鉄−ニッケル系低熱膨張合金（インバー）、石英などからなる部材とする例が挙げられる。
このような構成の光ファイバグレーティングでは、温度変化による波長シフトを補償する様に固定ファイバの張力が変化する構造となり、光ファイバグレーティングの光学特性も変化しない。
【００１５】
また、光ファイバグレーティングの温度依存性を小さくする第２の方法としては、補強基材１５を形成する材料を、線膨張係数が負の値を有する材料とする方法がある。この場合の具体的な例としては、負の膨張係数を有する結晶化ガラスとする例が挙げられる。このような構成の光ファイバグレーティングでは、温度変化による波長シフトを補償する様に固定ファイバの張力が変化する構造となり、光ファイバグレーティングの光学特性も変化しない。
【００１６】
なお、本発明のファイバ型光部品の一例として、光ファイバグレーティングを例示して、本発明の説明をしたが、本発明のファイバ型光部品は光ファイバグレーティングに限定されるものではなく、光ファイバカプラであってもよい。
【００１７】
このように、本発明のファイバ型光部品は、補強基材に形成された光ファイバ収容溝内に裸光ファイバ部を収容し、この裸光ファイバ部を補強基材に固定するために使用する接着剤の使用量を減らすことにより、湿度変化に伴なって、接着剤が膨張して、裸光ファイバ部に加えられている張力が緩むことを抑制することができる。その結果、ファイバ型光部品の光学特性の湿度依存性を小さくすることができる。
【００１８】
次に、本発明のファイバ型光部品の一例として、光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
図１に示したような光ファイバグレーティングを作製するには、まず、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａの一部を除去し、石英系ガラスからなる裸光ファイバ部１２を露出させる。次いで、裸光ファイバ部１２に回折格子１３を形成する。この際、周期が０．１μｍ〜１μｍの短周期光ファイバグレーティングを形成する場合、裸光ファイバ部１２に位相マスクを施して、エキシマレーザやアルゴンレーザの２倍波紫外線を照射すると、裸光ファイバ部１２に格子縞が形成され、回折格子１３となる。また、周期が数１００μｍの長周期光ファイバグレーティングを形成する場合、強度変調マスクや、ステップ・バイ・ステップ法などにより、裸光ファイバ部１２に格子縞が形成され、回折格子１３となる。次いで、裸光ファイバ部１２が、補強基材１５の光ファイバ収容溝１５ａ内に収容され、少なくとも裸光ファイバ部１２の両側の一部が、接着剤１４で、補強基材１５に固定されて、光ファイバグレーティングを得る。
【００１９】
図２は、本発明のファイバ型光部品の他の例として、光ファイバグレーティングを示す概略構成図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は光ファイバの中心軸における断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の線Ｃ―Ｃに沿った断面図である。
図１に示した光ファイバグレーティングと同じ構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
この例の光ファイバグレーティングでは、補強基材として、線膨張係数の小さいチタンなどからなる土台３１とその長手方向の両端部に取り付けられた線膨張係数の大きいアルミニウムなどからなるアーム３２、３２とを組み合わせたファイバ固定部品３０を用意した。
【００２０】
この例の光ファイバグレーティングは、光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２が、ファイバ固定部品３０のアーム３２、３２の長手方向と平行に形成された光ファイバ収容溝３２ａ、３２ａ内に収容され、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａと裸光ファイバ部１２との境目が、接着剤１４で、光ファイバ収容溝３２ａ、３２ａに固定されているものである。
【００２１】
なお、土台３１を形成する材料として、鉄−ニッケル系低熱膨張合金（インバー）を使用した場合は、線膨張が小さいため、ほとんど全ての金属がアーム３２を形成する材料として使用できる。土台３１を形成する材料と、アーム３２を形成する材料の線膨張係数は１０×１０−６［１／Ｋ］程度以上の差があることが望ましい。
【００２２】
以下に、図２を用いて、具体的な試験例を示して、本発明の効果を明らかにする。
（試験例１）
補強基材として、チタンからなる土台３１とその長手方向の両端部に取り付けられたアーム３２、３２とを組み合わせたファイバ固定部品３０を用意した。
ファイバ固定部品３０としては、アーム３２に断面矩形状の光ファイバ収容溝３２ａが形成され、光ファイバ収容溝３２ａの幅Ｄが１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．３ｍｍのものと、アーム３２に光ファイバ収容溝３２ａの形成されていないものとの合計４種類を用意した。
光ファイバ収容溝３２ａが形成されたアーム３２には、光ファイバ収容溝３２ａ内に、回折格子１３が形成された光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２を収容し、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａと裸光ファイバ部１２との境目近傍を、アクリレート系の紫外線硬化型樹脂からなる接着剤１４で、アーム３２に固定し、光ファイバグレーティングを得た。光ファイバ収容溝３２ａが形成されていないアーム３２には、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａと裸光ファイバ部１２との境目近傍を、アクリレート系の紫外線硬化型樹脂からなる接着剤１４で、アーム３２に固定し、光ファイバグレーティングを得た。
光ファイバ素線１１としては、裸光ファイバ部１２の外径が１２５μｍの、一般通信用の光ファイバ素線を用いた。
【００２３】
４種類のファイバ固定部品３０について、２個ずつ光ファイバグレーティングを作製し、合計８個の光ファイバグレーティングを、温度６０℃に設定された恒温槽に入れた。あらかじめ、全ての光ファイバグレーティングには、回折格子１３が形成されている部分に、温度６０℃において５０ｇｆの張力が加えられるように、アーム３２に固定した。この恒温槽の温度を一定に保ち、時刻０分において、恒温槽内の湿度を９０％ＲＨ以上とし、各光ファイバグレーティングの光学特性の経時変化を観察した。光ファイバグレーティングの光学特性の変化を、光ファイバグレーティングからの反射スペクトルの波長シフト量によって観察した。結果を図３に示す。
【００２４】
図３の結果から、光ファイバ収容溝３２ａの無いアーム３２に光ファイバ素線１１が固定された光ファイバグレーティングに比べて、光ファイバ収容溝３２ａ内に裸光ファイバ部１２を収容し、固定した光ファイバグレーティングでは、湿度による波長シフト量が低減することが確認された。また、このような特性は、溝幅が狭くなるにしたがって、効果が大きくなることが確認された。
【００２５】
（試験例２）
試験例１で、温度６０℃に設定された恒温槽内に、湿度９０％ＲＨ以上の条件で１０００分曝露された光ファイバ収容溝３２ａの幅Ｄが１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．３ｍｍの光ファイバグレーティングについて、波長シフト量を測定した。結果を図４に示す。
【００２６】
図４の結果から、溝幅が狭くなるにしたがって、湿度による波長シフト量が低減することが確認された。よって、前記溝幅を狭くすることで、湿度上昇によって生じる光ファイバ素線１１を固定する張力の緩みを軽減することができることが分かった。また、光ファイバグレーティングの波長シフト量を、現状の光部品に求められる波長シフト量０．０１ｎｍ以下に抑えるためには、溝幅を０．４ｍｍ以下にすればよいことが分かった。ここで、この試験例で使用した光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２の外径が１２５μｍであることを考えると、溝幅０．４ｍｍから裸光ファイバ部１２の外径１２５μｍを引いた約０．３ｍｍの部分が、接着剤１４が埋められている隙間である。すなわち、裸光ファイバ部１２の外径が変化しても、溝幅から裸光ファイバ部１２の外径を引いた長さが０．３ｍｍ以下であれば、同様の効果が得られると考えられる。また、０．０１ｎｍの波長シフトは張力変化に換算すると０．８ｇｆであり、この構造にすることで固定部の光ファイバの張力変化を０．８ｇｆ以下に抑えることができる。
【００２７】
（試験例３）
−７．０×１０−６［１／Ｋ］の負の膨張特性を有する結晶化ガラスを、図１に示したように、光ファイバ収容溝１５ａを有する補強部材１５と同様に加工し、この光ファイバ収容溝１５ａ内に、回折格子１３が形成された光ファイバ素線１１の裸光ファイバ部１２を収容し、光ファイバ素線１１の被覆層１１ａと裸光ファイバ部１２との境目近傍を、アクリレート系の紫外線硬化型樹脂からなる接着剤１４で、補強部材１５に固定し、光ファイバグレーティングを得た。
その他の条件は試験例１、２と同様にして、光ファイバグレーティングの波長シフト量を測定した結果、試験例２と同様の結果が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のファイバ型光部品は、光ファイバの被覆層の一部が除去されてなる裸光ファイバ部が、接着剤で補強基材に固定されたファイバ型光部品であって、前記補強基材に光ファイバ収容溝が形成され、該光ファイバ収容溝内に前記裸光ファイバ部が収容され、前記光ファイバ収容溝の幅をＤｍｍ、前記裸光ファイバ部の外径をｄｍｍとすると、Ｄ−ｄ＝０．３ｍｍ以下とすれば、湿度９０％ＲＨ以上の高湿度環境下において１０００分曝露されても波長シフト量の非常に小さいファイバ型光部品とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファイバ型光部品の一例として、光ファイバグレーティングを示す概略構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は光ファイバの中心軸における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ―Ｂにおける断面図である。
【図２】本発明のファイバ型光部品の他の例として、光ファイバグレーティングを示す概略構成図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は光ファイバの中心軸における断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ―Ｃにおける断面図である。
【図３】高湿度環境下における光ファイバグレーティングの波長シフト量の経時変化を示すグラフである。
【図４】高湿度環境下に１０００分曝露後の光ファイバグレーティングの波長シフト量と補強基材の溝幅の関係を示すグラフである。
【図５】従来のファイバ型光部品の一例として、光ファイバグレーティングを示す概略構成図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は光ファイバの中心軸における断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ―Ａにおける断面図である。
【符号の説明】
１１・・・光ファイバ素線、１１ａ・・・被覆層、１２・・・裸光ファイバ部、１３・・・回折格子、１４・・・接着剤、１５・・・補強基材、１５ａ・・・光ファイバ収容溝、３０・・・ファイバ固定部品、３１・・・土台、３２・・・アーム、３２ａ・・・光ファイバ収容溝。
【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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