(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【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
【図１】
0004652619.tif 000002
【図２】
0004652619.tif 000003
【図３】
0004652619.tif 000004