(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバグレイティングを有するシングルモード光ファイバと、
円筒形圧縮螺旋スプリングが円筒形引張螺旋スプリングを直列接続し、上記のシングルモード光ファイバがこの直列接続した組合せを通過し、前置引張するように固定された上記のシングルモード光ファイバにあるファイバグレイティングがこの直列接続した組合せにある円筒形圧縮螺旋スプリング内に配置され、この直列接続した組合せのスプリング熱膨張係数が下記の外層にある金属ケーシングの熱膨張係数より大きい、円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せと、
前置引張されて内部に配置するファイバグレイティングの一端を固定接続し、さらに外部に配置する上記の円筒形圧縮螺旋スプリングの一端を固定接続する先端の固定接続リング或いは固定ゲルと、
前置引張されて内部に配置するファイバグレイティングのもう一端を固定接続し、さらに外部に配置する上記の円筒形圧縮螺旋スプリングのもう一端を固定接続し、上記の前置引張されたファイバグレイティングが上記の円筒形圧縮螺旋スプリングを圧縮し、上記の先端の固定接続リング或いは固定ゲルとともに固定した後、上記の円筒形圧縮螺旋スプリングを開放することで、ファイバグレイティングの前置引張を完了させる末端の固定接続リング或いは固定ゲルと、
上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せにルーズジャケッティングし、その両端を二つの上記の固定接続リング或いは固定ゲルによって、前置引張しないように、その内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せの両端に固定接続する外層にある金属ケーシングと、から構成し、
上記の全ての素子が光ファイバの軸心を同心で組み合わせる方法で構成する、温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置であって、
上記の外層にある金属ケーシングが温度変化を受けて発生する長さの変化と、内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せが温度変化を受けて発生する長さの変化との差が、内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せ内にある前置引張されたファイバグレイティングによって起きる緩和張力或いは伸長張力に対して作用することで、屈折率を増減して温度変化によって引き起こるファイバグレイティングフィルタ装置の波長変位を補償することを特徴とする温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項２】
上記の外層にある金属ケーシング内に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せは、ファイバグレイティングの両端を前置引張した円筒形圧縮螺旋スプリングが円筒形引張螺旋スプリングを直列接続したものであって、上記の外層にある金属ケーシングの熱膨張係数は、内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せの熱膨張係数より低いことを特徴とする請求項１に記載の温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項３】
上記の外層にある金属ケーシングは、内部にある光ファイバの同心と構成する円筒形を有する金属ケーシングであることを特徴とする請求項１に記載の温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項４】
上記の外層にある金属ケーシングは、内部にある光ファイバの同心と構成する丸孔角筒形を有する金属ケーシングであることを特徴とする請求項１に記載の温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項５】
ファイバグレイティングを有するシングルモード光ファイバと、
円筒形圧縮螺旋スプリングが円筒形引張螺旋スプリングを直列接続し、上記のシングルモード光ファイバがこの直列接続した組合せを通過し、前置引張するように固定された上記のシングルモード光ファイバにあるファイバグレイティングがこの直列接続した組合せにある円筒形圧縮螺旋スプリング内に配置され、この直列接続した組合せのスプリング熱膨張係数が下記の外層にある円筒形螺旋スプリングの熱膨張係数より大きい、円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せと、
前置引張されて内部に配置するファイバグレイティングの一端を固定接続し、さらに外部に配置する上記の円筒形圧縮螺旋スプリングの一端を固定接続する先端の固定接続リング或いは固定ゲルと、
前置引張されて内部に配置するファイバグレイティングのもう一端を固定接続し、さらに外部に配置する上記の円筒形圧縮螺旋スプリングのもう一端を固定接続し、上記の前置引張されたファイバグレイティングが上記の円筒形圧縮螺旋スプリングを圧縮し、上記の先端の固定接続リング或いは固定ゲルとともに固定した後、上記の円筒形圧縮螺旋スプリングを開放することで、ファイバグレイティングの前置引張を完了させる末端の固定接続リング或いは固定ゲルと、
上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せに異なる巻方向でルーズジャケッティングし、その両端を二つの上記の固定接続リング或いは固定ゲルによって、前置引張しないように、その内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せの両端に固定接続する外層にある円筒形螺旋スプリングと、から構成し、
上記の全ての素子が光ファイバの軸心を同心で組み合わせる方法で構成する、温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置であって、
上記の外層にある円筒形螺旋スプリングが温度変化を受けて発生する長さの変化と、内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せが温度変化を受けて発生する長さの変化との差が、内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せ内にある前置引張されたファイバグレイティングによって起きる緩和張力或いは伸長張力に対して作用することで、屈折率を増減して温度変化によって引き起こるファイバグレイティングフィルタ装置の波長変位を補償することを特徴とする温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項６】
上記の外層にある円筒形螺旋スプリング内に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せは、ファイバグレイティングの両端を前置引張した円筒形圧縮螺旋スプリングが円筒形引張螺旋スプリングを直列接続したものであって、上記の外層にある円筒形螺旋スプリングの熱膨張係数は、内部に配置された上記の円筒形螺旋スプリングの直列接続組合せの熱膨張係数より低いことを特徴とする請求項５に記載の温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項７】
上記の外層にある円筒形螺旋スプリングは、内部にある光ファイバの同心と構成する円筒形引張螺旋スプリングであることを特徴とする請求項５に記載の温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【請求項８】
上記の外層にある円筒形螺旋スプリングは、内部にある光ファイバの同心と構成する円筒形圧縮螺旋スプリングであることを特徴とする請求項５に記載の温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタ装置であって、特に、ファイバブラッググレイティングの外部を被覆するスプリングの前置引張温度補償技術によって正確なフィルタリングを達成するデバイス構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知では、光ファイバから成るファイバブラッググレイティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇｓ  Ｇｒａｔｉｎｇ，以下ＦＢＧと称す）を光ファイバフィルタ機能としており、ファイバグレイティングが予め設けているブラッググレイティング周期長Λによって発生するブラッグ帰還（Ｂｒａｇｇｓ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）波長λＢの反射光を受信することで、光ファイバ通信の正確なフィルタ装置としている。ＦＢＧは、ブラッグ回折（Ｂｒａｇｇ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって発生した帰還作用を利用しており、ブラッグ条件（Ｂｒａｇｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を満たした特定の波長を帰還ブラッグ波長λＢと称し、入射方向と反対の方向に反射し、光波を射出したスキャナに帰還して分析を行うことで、受信した波長が増減したか否か、或いは、反射波長を分光して通信受信設備に入射することができ、予め設けた受信波長における変調キャリア信号の内容を検出することができる。このような帰還ブラッグ波長λＢは、以下のような数式で表される。
λ＝２ｎΛ      （１）
Λはブラッググレイティングの周期長、ｎは光ファイバ有効屈折率である。この帰還ブラッグ波長λＢの波長値は温度の変動を受け、光ファイバ有効屈折率ｎの増減、或いはファイバグレイティングが付勢を受けてΛ間隔が変わることで変化している。温度が不変の際、このＦＢＧを歪み測定器機能に用いると、外力を受けて発生するファイバグレイティングの歪みによって引き起こるΛ間隔の変化量をΔΛとし、数式（１）に代入して以下のような数式が得られる。
ΔλＢ＝２ｎΔΛ      （２）
歪みεの定義に基づき、１を、付勢を受ける物体の長さ、Δ１を、付勢を受けて変化する長さとすると、
ε＝Δ１／１＝ΔΛ／Λ      （３）
となって、以下のように求められる。
Δ１＝（ΔΛ／Λ）１＝［（ΔλＢ／２ｎ）／（λＢ／２ｎ）］１
従って、
ε＝Δ１／１＝ΔλＢ／λＢ      （４）
となる。
上記のものは、温度が不変の際のものであって、この屈折率ｎは、通常、予め設けた波長変化の比例による定数下の仮説であって、即ち、ΔλＢ／λＢでＦＢＧによって歪み値を測定している。しかし、温度変化する際に波長の変化ΔλＢに対する所定の帰還ブラッグ波長λＢの変化比例を測定すると、通常、以下のような数式で表すことができる。
Δλβ／λβ＝（１−Ｐｅ）Δε＋（αｆ＋ζ）ΔＴ    （５）
そのうち、Ｐｅは有効的な光弾性効果値（ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏ−ｅｌａｓｔｉｃ）、αｆは熱膨張係数（ｔｈｅ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、ζはシリカ光ファイバ熱光学係数（ｔｈｅ  ｔｈｅｒｍａｌ−ｏｐｔｉｃ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｆｉｂｅｒ）である。また、Δλβは温度変化によるＦＢＧ帰還波長の変化値、Δεはグレイティング長手方向の温度変化による歪み変化値、ΔＴは温度変化を表している。実際、温度変化時の光ファイバの導光コアガラスの分子密度変化において、屈折率ｎはこれに伴い変化するため、たとえＦＢＧが如何なる付勢も受けていないブラッグ帰還波長λでもドリフト変化が発生してしまう。情報漏れの恐れがあるため、光ファイバ通信のような二地点間の固定波長通信の正確性にとって、改善する必要がある。如何なる通信使用環境においても恒温を維持させるためにＦＢＧ内の屈折率が不変な回路とする場合、コストが高く、物理的な技術原理で且つコストが低い方法で、温度によって引き起こる固定通信波長λのドリフト変化を補償しなければならないという問題がある。
【０００３】
温度変化によって引き起こるブラッグ帰還波長λＢのドリフト変化に対する従来の温度補償技術として、特許文献１にある内容、特にその図３〜４で示しているデバイスや特許文献２にある図６〜８、特に図３、図４、図５で示している構成で達成している。これ等のデバイスや構成の多くは、異なる熱膨張係数である二種類の金属材料で、例えば、金属帯板、コの字型クランプ或いは軸中の棒形状といった異なる幾何学形状の構成を形成しており、この構成が温度変化によって発生する物理的長さのギャップを受けると、構成中のＦＢＧは、長手方向付勢力の伸縮、短手方向付勢力による湾曲の伸縮或いはねじり力の伸縮等の作用によってグレイティング周期ΔΛ変化量を発生させている。このあえて構成に加えたΔΛ変化量は、ＦＢＧ自身の温度変化による物理的長さの増減によってブラッググレイティング周期長Λ内で起きるΔΛ変化量を補償するための補償作用である。本明細書では、周知技術として、図１において特許文献１、図２において特許文献２を示している。図１は、特許文献１に係るデバイスを示す断面図であって、そのうち、図面において、２０は光ファイバフィルタデバイス、１０は光ファイバフィルタデバイスを出入する光ファイバ、１３はブラッググレイティングセグメント長、１７は光ファイバ１０が光ファイバフィルタデバイスに入り込む際の光ファイバセグメント長、２１（２８）は第一温度補償素子、２２（２９）は第二温度補償素子、２３は第一温度補償素子２１にある凹部、２４は第二温度補償素子２２にある凸部、２５は橋絡素子、この橋絡素子２５は、光ファイバ入力端固定点２６及び第二温度補償素子に凸部２４の間を接続する光ファイバを橋絡して光ファイバフィルタデバイスの光ファイバセグメント長１７及びブラッググレイティングセグメント長１３に入り込んでおり、２６は光ファイバ入力端固定点、２７は第二温度補償素子にある凸部固定点、３０は光ファイバ用前置引張素子、３１は前置引張力によって帰還可能なスプリングを示している。また、図２は、特許文献２を示す断面図、即ち、特許文献２に係る図６で示されているデバイスの断面図であって、そのうち、図面において、８０は温度補償ブラッググレイティングフィルタデバイス、８２は光ファイバフィルタデバイスを出入する光ファイバ、９０は光ファイバを被覆するプラスチック、８４は光ファイバの軸心であるコア、８６は光ファイバカバー、８８はファイバブラッググレイティングセグメント長、９２は光ファイバ８２と引張し合う光ファイバ素子、１０４は高膨張係数材料の引張調整素子、１０６は対をなす温度補償素子、９６は引張調節素子１０４の固定点、９８は温度補償素子１０６上で固定点９６と引張してギャップを調整する固定点、９４は引張調整素子１０４と、対をなす温度補償素子１０６との粘着固定点を示している。
【０００４】
実際、光ファイバの内部応力とその屈折率とには比例的な依存関係があるため、温度が上昇すると、応力（Ｓｔｒｅｓｓ）或いは張力（Ｔｏｒｓｉｏｎ）が緩和されるように、温度によって引き起こるグレイティングフィルタデバイスの波長変位を屈折率で補償することを低減することができる。図１から分かるとおり、光ファイバ用前置引張素子３０にある前置引張力によって帰還可能なスプリング３１をファイバグレイティングを前置引張した後帰還させる付勢力とし、ファイバグレイティングの非長手方向応力を発生させている。温度の上昇に伴い、第二温度補償素子２２の高膨張係数材料である凸部２４が延伸してブラッググレイティングセグメント長１３の応力が緩和されると、温度によって引き起こるグレイティングフィルタデバイスの波長変位を屈折率で補償することを低減することができる。また、図２は、温度の上昇に伴い、高膨張係数材料である引張調整素子１０４の固定点９６がファイバブラッググレイティングセグメント長８８の緩和を引張してＦＢＧが引張する張力を低減し、張力を緩和することで、温度によって引き起こるグレイティングフィルタデバイスの波長変位を屈折率で補償することを低減することができる。また、上述した周知智技術の構成でも、上述した数式（５）にあるΔλＢを不変的に維持しており、即ち、ΔλＢ＝０で、ΔλＢ／λＢ＝０とし、たとえ温度に変化があったとしても、温度変化ΔＴによって引き起こるグレイティング長手方向の歪み変化値Δεは反比例に調整される。温度が上昇すると、応力或いは張力が緩和されるため、温度が低下すると、応力或いは張力が引張され、λＢ＝０で、温度補償の目的を達成している。以上のような周知技術でＦＢＧファイバグレイティングを調整する機械的構成は、体積の縮小やコストの低減といった進歩性が徐々に備わってきているが、ＦＢＧが予め設ける中心帰還波長を選定を行う時、異なる膨張係数材料の素子を組合わせる以外に、前置引張を行う付勢素子デバイス、或いは、ＦＢＧを引張する素子を製作しなければならず、温度補償構成の体積が大きくなってしまう。特に、このような構成は、例えば外径２５０μｍの繊細な光ファイバからすると、非常に大きな構成である。このため、通信機械室において、光ファイバが密集する配線フレームは、スペースを浪費することから、将来、光ファイバが各家々の必需なものとなることを見据えてよりコンパクトな配線スペースが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】アメリカ特許公開第５，０４２，８９８号
【特許文献２】アメリカ特許公開第６，４９３，４８６号
【特許文献３】特願２０１６−００６７７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ファイバグレイティングＦＢＧをフィルタ感知を目的とした時、まず、正常に動作する温度範囲を決定しなければならない。技術面では、通常、常温で設置する際、環境温度の低下に備え、ＦＢＧが温度の低下時にある光ファイバ材料の線性弾性領域の収縮量に符合するように、予め最低温度条件時のＦＢＧ圧縮量、或いは温度上昇時の光ファイバ材料の線性弾性領域の伸長量を保留しなければならない。そうしなければ、実際に最低温時に動作すると、ＦＢＧは前置引張されず、温度変化に伴って線性比例関係とならずに歪みヒステリシスが発生し易くなって正確性が失われてしまう。ファイバグレイティングＦＢＧの前置負荷（Ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ）は、周知技術において、予め引張したり、予め湾曲したり、或いは予め締結したりすることを光ファイバ前置引張と称し、上述した周知技術に体積が大きくなるという欠点があることを叙述している。このことから、実施において、まず、ＦＢＧを所定の操作中心波長まで前置引張すると同時に、最低温度条件時のＦＢＧ圧縮量を予め保留すると、ＦＢＧ自身に応力或いは張力が蓄積される。この蓄積された応力或いは張力は、上述した数式（５）及び上述した内容から温度補償機能の起点とすることができる。従って、選択可能な一対の高低膨張係数材料、或いは温度上昇に応じてＦＢＧを弛緩する（ｒｅｌｉｅｆ）ことが可能な構成さえ提供することができれば、温度補償機能を達することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、図３のように、ファイバグレイティングを同心で組み合わせる方法で、まず、高膨張係数である一つ目のスプリングを外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように設け、さらに、低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングを一つ目のスプリング上に同じように外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように設け、温度補償のファイバブラッググレイティングフィルタ装置を構成している。図３は、低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングを示す断面図である。そのうち、図３において、１０２は光ファイバコア、２０１は１２５μｍ光ファイバ裸線、２０２は２５０μｍ外径の樹脂被覆保護層、２０３はグレイティング区域がある光ファイバコア、２０４は２５０μｍ外径の樹脂再被覆保護層、３０１は上セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング、この０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングを用いた目的は、同じ外径で、商業化してよく用いられているＰＥ等の光ファイバ被覆材料と接続させるため（以下で叙述する０．９ｍｍ外径の部材も同じ理由である）であって、３０２は０．９ｍｍ外径の円筒形圧縮螺旋スプリング、３０３は下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング、３０４は上端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０５は下端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０６は下端を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと光ファイバとを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０８は０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングの上端座台とを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０９は０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングの下端座台とを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル、３１１は低膨張係数で巻方向が異なって外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように被覆する二つ目のスプリング、３１２は下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングを示し、これ等の部材によって構成されており、また、下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３１２は、密着初期張力を有し且つ高膨張係数である温度補償セグメント長部分を有している。そのうち、上セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３０１は、０．９ｍｍ外径の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２及び下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと接続して形成する０．９ｍｍ外径で、軸内の光ファイバ及びファイバグレイティングを被覆する円筒形螺旋スプリング構成であって、これは特許文献３にある自己前置引張したフルスプリングを被覆する光ファイバの前置引張技術を利用したものである。この前置引張技術は、円筒形の引張螺旋スプリング及び圧縮螺旋スプリングから成るスプリングに内設するＦＢＧを利用して弾性伸長を有する弾性域内の前置引張応力技術を形成し、周知技術において大きな機械構成を用いるファイバグレイティングフィルタ装置の体積及びそのコストを低減しているが、この自己前置引張したフルスプリングを被覆する光ファイバの前置引張技術は、本発明で請求する範囲ではない。外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように被覆する右巻方向のような二つ目のスプリング３１１は、上セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３０１と円筒形圧縮螺旋スプリング３０２に直列に接続し、さらに下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３０３で形成する巻方向が異なる左巻方向のような高膨張係数の一つ目のスプリングを直列に接続することは、同心を組み合わせた内外二つの円筒形螺旋スプリングが操作不良によって互いに噛合したり、温度変化の際に発生する内外二つの円筒形螺旋スプリングの異なる長さの増長によって平衡制御の乱れを防ぐためにある。
【０００８】
本発明に係る主要な温度補償作用は二つあり、そのうちの一つであるファイバグレイティングの前置引張作用は、ＦＢＧの前置引張作用を完成させるため、上セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３０１と下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３０３の中間にある円筒形圧縮螺旋スプリング３０２を圧縮して軸心内にあるファイバグレイティングの両端を接続リング或いは固定ゲル３０４、３０５で光ファイバとスプリングを前置引張するように固定した後開放している。このようなスプリングの弾性特性を利用して材料の歪みを光学クラスで精密に測定するという新技術は、ＦＢＧを圧縮螺旋スプリングの軸心に内設し、スプリングを圧縮してＦＢＧをゲージ長で固定した後、圧縮された螺旋スプリングを開放することでファイバグレイティングの前置引張作用に達することを目的として創作されたものである。また、弾性の伸長弾性域内の弾性係数技術に符合することから、フックの法則を実施して直線関係で前置引張値の設定を完成させることが目的である。これは、スプリングを圧縮することは、内設したＦＢＧを固定した後、付勢する前置引張ＦＢＧの作用を開放するだけでなく、これと同時に螺旋スプリングを圧縮して強固なハウジングのように形成することで、中にある脆弱なＦＢＧ光ファイバを保護することを目的としている。もう一つの主要な温度補償作用であるファイバグレイティングの前置引張応力或いは張力の開放は、構成材料の熱膨張係数の差に対して温度補償作用を発生している。例えば、温度が上昇すると、この作用は、低膨張係数の伸長量が少ないことから、低膨張係数で巻方向が異なって外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように被覆する二つ目のスプリング３１１の両端を固定する接続リング或いは固定ゲル３０８、３０９によって固定距離を形成しており、中にある円筒形圧縮螺旋スプリング３０２と下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２とが直列に接続することによる高膨張係数で伸長量が多い総セグメント長を制限している。これによって、下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２は、密着初期張力を有し且つ高膨張係数である円筒形引張螺旋スプリングセグメント長を有し、同じ０．９ｍｍ外径の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２のセグメント長に向かっている。元々、このセグメント長の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２は、前置負荷を得るための作用であって、ＦＢＧはすでに前置引張されている。このため、下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２を熱延伸すると、元々あった前置負荷である前置引張を弛緩する（ｒｅｌｉｅｆ）ような結果となり、屈折率を低減して波長変化を防ぐような作用となっている。上述したとおり、光ファイバの内部応力とその屈折率とには比例的な依存関係があるため、温度が上昇すると、応力（Ｓｔｒｅｓｓ）或いは張力（Ｔｏｒｓｉｏｎ）が緩和されるように、温度によって引き起こるグレイティングフィルタ装置の波長変位を屈折率で補償することを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】特許文献１に係るデバイスを示す断面図である。
【図２】特許文献２に係るデバイスを示す断面図である。
【図３】低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングを示す断面図である。
【図４】低膨張係数のクラッドで被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施例：低膨張係数のクラッドで被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置の構成
上述した図３のように、低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングで被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置の構成は、水気や塵埃汚染がない環境で用いているが、水気や塵埃汚染がある環境で用いる場合、図４のような低膨張係数のクラッドで被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置の構成で実施している。図４は、低膨張係数のクラッドで被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置を示す断面図である。本発明に係る実施例は、図３にある低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングの全長構成のみを第二層に被覆する低膨張係数金属クラッド３１４のインバ或いは石英ガラス管に置き換えている。第二層に被覆する低膨張係数金属クラッド３１４のインバ或いは石英ガラス管は、低膨張係数の接続リング或いは固定ゲル３０８、３０９の両端のセグメント長で、中にある円筒形圧縮螺旋スプリング３０２と下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２とが直列に接続することによる高膨張係数で伸長量が多い総セグメント長を制限するだけでなく、下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２は、密着初期張力を有し且つ高膨張係数である円筒形引張螺旋スプリングセグメント長を有し、同じ０．９ｍｍ外径の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２のセグメント長に向かうことで、ファイバグレイティングの前置引張応力或いは張力の開放は、構成材料の熱膨張係数の差に対して温度補償作用を発生している。その作用は、水気や塵埃の侵入を防ぐように密閉された外管の内部にある被覆された圧縮スプリング及び同心を組合わせた形式のファイバグレイティングを正常に動作する弾性域内に維持している。図４において、１０２は光ファイバコア、２０１は１２５μｍ外径の光ファイバ裸線、２０２は２５０μｍ外径の樹脂被覆保護層、２０３はグレイティング区域がある１２５μｍ外径の光ファイバコア、２０４は２５０μｍ外径の樹脂再被覆保護層、３００は高膨張係数のステンレス円筒形螺旋スプリング、３０１は高膨張係数材料で上セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング、３０２は高膨張係数材料である０．９ｍｍ外径の円筒形圧縮螺旋スプリング、３０３は高膨張係数材料で下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング、３０４は上端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０５は下端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０６は下端を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと光ファイバとを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０８は０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングの上端座台とを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル、３０９は０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングと低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングの下端座台とを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル、３１４は第二層に被覆するインバ（Ｉｎｖａｒ）或いはＳｉＯ２管といった低膨張係数の金属クラッド、３１２は下セグメント長を被覆する０���９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリングを示し、これ等の部材によって構成されており、また、下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３１２は、密着初期張力を有し且つ高膨張係数である温度補償セグメント長部分を有している。
【００１１】
本発明に係る主要な温度補償作用は二つあり、そのうちの一つであるファイバグレイティングの前置引張作用は、ＦＢＧの前置引張作用を完成させるため、上セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３０１と下セグメント長を被覆する０．９ｍｍ外径の円筒形引張螺旋スプリング３０３の中間にある円筒形圧縮螺旋スプリング３０２を圧縮して軸心内にあるファイバグレイティングの両端を接続リング或いは固定ゲル３０４、３０５で光ファイバとスプリングを前置引張するように固定した後開放している。この前置引張作用は、予めＦＢＧを引張して線性弾性域内で許容可能な最低温度下で動作することができるようにするために、グレイティングが応力を受ける歪み関係における圧縮量を予め保留している。本実施例に係るＦＢＧ前置引張作用は、予め設定したゲージ長の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２を圧縮した後、その両端の光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング、即ち、図４にある上端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル３０４の部位と、下端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル３０５の部位を固定している。この二つの接続リング或いは固定ゲル３０４、３０５が所定の間隔で圧縮されていない圧縮スプリング軸内の光ファイバ裸線２０１上に固定した後、圧縮されたスプリングを開放して所定の前置張力を得ると、周知の感知素子構成上で行われていた予めＦＢＧを引張する作用と同じことができる。
【００１２】
例えば、本発明に係るファイバグレイティングフィルタ装置の氷点下２５℃の作動温度まで低下した際でも線性関係を保持することができるように予め設定して最大許容圧縮歪み量を計算すると、ＦＢＧの温度変化によって０．１℃毎に波長ドリフトが発生することから、ドリフト量は１ｐｍ（＝１×１０−１２Ｍ）となる。常温２５℃の作動温度から氷点下２５℃まで低下したとなると、計５０℃低下したこととなる。つまり、作動波長がおよそ５００ｐｍ（＝０．５ｎｍ）低下することとなる。このような特性の圧縮スプリングの場合、ファイバグレイティングが常温２５℃の際０．５ｎｍの波長変位量を前置引張しなければ、氷点下２５℃に達した際に必要な前置圧縮量に達することができない。ファイバグレイティングセグメント長が０．５ｎｍの波長変位量を前置引張したため、ファイバグレイティングの製作後のデータに基づくと、1ｎｍ前置引張するにあたりおよそ８０グラムの付勢が必要であることから、圧縮スプリングを圧縮するには、４０ｇ（＝０．０４ｋｇ）の付勢が必要となり、Ｐ＝０．０４ｋｇとなる。圧縮スプリングがこの付勢を開放した時、ＦＢＧの反対方向に対して４０ｇの前置引張力が発生している。
【００１３】
上述した円筒形圧縮螺旋スプリング内に内設したファイバグレイティングにある二つの固定端のゲージ長が、スプリングを先に圧縮されて開放することで達するファイバグレイティングの前置引張された付勢力Ｐと、力を受けて変形するスプリング可撓性δの関係は、以下のような数式で示すことができる。
δ＝（８ｎＤ３／Ｇｄ４）Ｐ      （６）
ｄはステンレス線材直径
Ｄは平均螺旋直径
Ｇは横方向弾性係数
ｎは有効巻数
そのうち、スプリング指数ｃを設けることができ、ｃ＝Ｄ／ｄであって、数式（６）を以下のように示すことができる。
δ＝（８ｎｃ３／Ｇｄ）Ｐ      （７）
＝（８ｎｃ４／ＧＤ）Ｐ      （８）
ｃ＝Ｄ／ｄのスプリング指数でスプリングの大きさを選択することができ、様々なスプリングの外径、内径、有効巻数、前置引張力或いは最大許容圧縮応力の要望に符合するスプリングを設計することができる。Ｇが表す横方向弾性係数は、材料に単位毎の切断に発生する歪みに必要な応力であって、材料の特性によって決まる定数であって、同じ大きさのスプリングの可撓性は材料のＧ値に反比例している。スプリングの長手方向荷重Ｐから成るスプリングの可撓性δは、数式（６）によって計算することができる。本実施例では、ｎを５０周、ｄ＝０．３ｍｍ、Ｄ＝１ｍｍ、Ｐ＝０．０４ｇとし、Ｇはステンレス短手方向の弾性係数７.５×１０３ｋｇ／ｍｍ２とし、長手方向荷重Ｐから成るスプリングの可撓性δは数式（６）に代入してδ＝０．２５ｍｍとなっている。つまり、圧縮螺旋スプリングを０．２５ｍｍ圧縮することで、二つの引張スプリングを密着させる隣接し合う両端の座台部位と、内設する光ファイバを樹脂で凝固化して形成する接続リング或いは内設する光ファイバを金属圧着して形成する接続リングとを固定した後、圧縮螺旋スプリングを開放している。そうすることで、内設するファイバグレイティングに対して付勢し、０．５ｎｍの波長変位を前置引張する作用を発生させることができ、およそ５０℃の温度作動区間がある前置圧縮歪み量を得ることで、今後装置が氷点下２５℃の作動温度まで低下した際の最大許容圧縮歪み量に耐えることができる。
【００１４】
もう一つの主要な温度補償作用であるファイバグレイティングの前置引張応力或いは張力の開放は、構成材料の熱膨張係数の差に対して温度補償作用を発生している。例えば、温度が上昇すると、この作用は、低膨張係数の伸長量が少ないことから、巻方向が異なって外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように第二層を被覆する二つ目の低膨張係数金属クラッド３１４であるインバの両端を固定する接続リング或いは固定ゲル３０８、３０９によって固定距離を形成しており、中にある円筒形圧縮螺旋スプリング３０２と下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２とが直列に接続することによる高膨張係数で伸長量が多い総セグメント長を制限している。これによって、下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２は、密着初期張力を有し且つ高膨張係数である円筒形引張螺旋スプリングセグメント長を有し、同じ０．９ｍｍ外径の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２のセグメント長に向かっている。元々、このセグメント長の円筒形圧縮螺旋スプリング３０２は、前置負荷を得るための作用であって、ＦＢＧはすでに前置引張されている。このため、下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２を熱延伸すると、元々あった前置負荷である前置引張を弛緩する（ｒｅｌｉｅｆ）結果となり、屈折率を低減して波長変化を防ぐような作用となっている。上述したとおり、光ファイバの内部応力とその屈折率とには比例的な依存関係があるため、温度が上昇すると、応力（Ｓｔｒｅｓｓ）或いは張力（Ｔｏｒｓｉｏｎ）が緩和されるように、温度によって引き起こるグレイティングフィルタ装置の波長変位を屈折率で補償することを低減することができる。
【００１５】
実施例において、図４で示すように、第二層を外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように被覆するインバ（Ｉｎｖａｒ）或いはＳｉＯ２管といった低膨張係数金属クラッド３１４で被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置、或いは、図３で示すように、低膨張係数で巻方向が異なる二つ目のスプリングで被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置は、両者ともに温度補償の作用に達することができる。しかし、実施例において、図４で示すように、第二層を外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように被覆する低膨張係数金属クラッド３１４、即ち第二層を外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないようにインバ（Ｉｎｖａｒ）或いはＳｉＯ２管を被覆する温度補償のファイバグレイティングフィルタ装置は、水気や塵埃汚染を防ぐだけでなく、視準条件内に維持されている高膨張係数の一つ目のスプリングの線性によって環境を調整することができる。また、低膨張係数金属クラッドの厚さは、中にある円筒形圧縮螺旋スプリング３０２と下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング３１２とが直列に接続することによる高膨張係数で伸長量が多い総セグメント長、或いは、外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように第二層を被覆する二つ目の低膨張係数金属クラッド３１４であるインバの両端を固定する接続リング或いは固定ゲル３０８、３０９によって形成する固定距離と、二つの膨張係数の差とに合わせて調整している。さらにまた、低膨張係数金属クラッドの形状は、内設する光ファイバと同じように、丸孔円筒形に形成することもできる。
【００１６】
上述した本発明に係る説明内容及び実施例において同じ符号が付された部材並びに素子は、同じ或いは機能上類似するものであって、これ等は図面にある本発明を実施する上で重要な特徴を明白に説明するために用いられるが、実施例において、全ての特徴、又は部材の大きさや数量を限定するものではなく、あくまでも本発明の精神に基づいて図示されたものである。
【符号の説明】
【００１７】
１０        光ファイバフィルタデバイスを出入する光ファイバ
１３        ブラッググレイティングセグメント長
１７        光ファイバが光ファイバフィルタデバイスに入り込む際の光ファイバセグメント長
２０        光ファイバフィルタデバイス
２１        第一温度補償素子
２２        第二温度補償素子
２３        第一温度補償素子にある凹部
２４        第二温度補償素子にある凸部
２５        橋絡素子
２６        光ファイバ入力端固定点
２７        第二温度補償素子にある凸部固定点
２８        第一温度補償素子
２９        第二温度補償素子
３０        光ファイバ用前置引張素子
３１        前置引張力によって帰還可能なスプリング
８０        温度補償ブラッググレイティングフィルタデバイス
８２        光ファイバフィルタデバイスを出入する光ファイバ
８４        光ファイバの軸心であるコア
８６        光ファイバカバー
８８        ファイバブラッググレイティングセグメント長
９０        光ファイバを被覆するプラスチック
９２        光ファイバ８２と引張し合う光ファイバ素子
９４        引張調整素子と、対をなす温度補償素子との粘着固定点
９６        引張調節素子の固定点
９８        温度補償素子１０６上で固定点９６と引張してギャップを調整する固定点
１０２      光ファイバコア
１０４      高膨張係数材料の引張調整素子
１０６      対をなす温度補償素子
２０１      １２５μｍ外径の光ファイバ裸線
２０２      ２５０μｍ外径の樹脂被覆保護層
２０３      グレイティング区域がある１２５μｍ外径の光ファイバコア
２０４      ２５０μｍ外径の樹脂再被覆保護層
３００      高膨張係数のステンレス円筒形螺旋スプリング
３０１      上セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング
３０２      円筒形圧縮螺旋スプリング
３０３      下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング
３０４      上端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル
３０５      下端光ファイバとスプリングとを前置引張するように固定する接続リング或いは固定ゲル
３０６      下端を被覆する円筒形引張螺旋スプリングと光ファイバとを前置引張しないように固定する接続リング或いは固定ゲル
３０８      接続リング或いは固定ゲル
３０９      接続リング或いは固定ゲル
３１１      低膨張係数で巻方向が異なって外部表面に均一に隙間を開けながら長手方向に摩擦力が発生しないように被覆する二つ目のスプリング
３１２      下セグメント長を被覆する円筒形引張螺旋スプリング
３１４      第二層に被覆する低膨張係数の金属クラッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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