(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向の所定長さにわたって回折格子が形成された光ファイバと、
前記光ファイバの使用温度範囲で負の熱膨張係数を有し、前記光ファイバを固定するための基材と
を備えた光ファイバ回折格子付き光学装置において、
前記基材の前記光ファイバを固定する固定部に、前記基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を前記光ファイバに印加し得る範囲で前記基材のヤング係数を低下させるように所定体積分率で空隙が形成されている
ことを特徴とする光ファイバ回折格子付き光学装置。
【請求項２】
前記基材に凸部を設け、前記回折格子が形成された光ファイバ部分は前記凸部に接触させた状態で固定されており、
前記凸部に所定体積分率で前記空隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ回折格子付き光学装置。
【請求項３】
前記所定体積分率が、０．１〜８０％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ回折格子付き光学装置。
【請求項４】
前記光ファイバが接着剤により前記基材に固定されており、
前記空隙を形成する範囲が、前記基材の前記光ファイバを固定する固定面から前記接着剤が浸透する長さよりも長くなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ回折格子付き光学装置。
【請求項５】
前記光ファイバが接着剤により前記基材に固定されており、
前記基材の前記空隙が形成された部分に前記接着剤が浸透し硬化した際のヤング係数が、前記基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を前記光ファイバに印加し得る範囲で前記基材のヤング係数より低くなるように前記空隙の体積分率が設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ回折格子付き光学装置。
【請求項６】
前記光ファイバが接着剤により前記基材に固定されており、
前記空隙の大きさを前記接着剤に含まれるフィラの大きさよりも小さく設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ回折格子付き光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバのコア部の屈折率を光軸に沿って周期的に変化させた回折格子が形成されている光ファイバ回折格子付き光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ回折格子は、入射光に対して特定の反射波長の光を出射することができるため、波長の異なる光信号を１本の光ファイバを介して多重伝送する分割多重伝送波長分割多重伝送方式の光通信システム等における重要な光部品として注目されている。
【０００３】
光ファイバ回折格子では、一般に、クラッド部の周囲に設けられ樹脂からなる被覆層を軸方向の所定長さにわたって除去し、クラッド部を露出させた状態で紫外線を照射することにより、露出したクラッド部の内側に位置するコア部の光軸方向に沿った所定領域に回折格子を形成している。このように構成した光ファイバ回折格子は、使用温度範囲では光ファイバが正の熱膨張係数を有しているため、周囲温度が変化すると、光ファイバが伸縮して、光ファイバに応力が印加されることになる。したがって、光弾性効果により、光ファイバガラス部の屈折率が変化するため、回折格子によるブラッグ波長が変化することになる。このため、回折格子が形成された光ファイバを負の熱膨張係数を有する基材に固定することで、ブラッグ波長がほぼ温度に依存しなくなるようにし、上述した光ファイバ回折格子における温度変化に対する反射波長の不安定性に関する問題を解決した構造のものが提案されている。（特開平１０−９６８２７号公報参照）。
【０００４】
ところで、特開平１０−９６８２７号公報に記載されたものでは、光ファイバを基材に接合することによる光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を緩和するために、光ファイバは結合プラットフォームを介して基材に接合されている。このものでは、結合プラットフォームは、接合領域のファイバ上の熱歪みを最小にするように、熱膨張係数に適合する熱膨張係数を有する材料が選択されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、結合プラットフォームという新たな材料を中間層として接合しているために、接合のプロセスが増えて製造工程が複雑になる、結合プラットフォームという新たな部材が必要となるという課題を有している。また、接合部が、基材と結合プラットフォームとの間及び結合プラットフォームと光ファイバとの間の２カ所となり、この２カ所で破壊される可能性も有している。。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、新たな材料による中間層を設けることなく、光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能な光ファイバ回折格子付き光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光軸方向の所定長さにわたって回折格子が形成された光ファイバと、光ファイバの使用温度範囲で負の熱膨張係数を有し、光ファイバを固定するための基材とを備えた光ファイバ回折格子付き光学装置において、基材の光ファイバを固定する固定部に、基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバに印加し得る範囲で基材のヤング係数を低下させるように所定体積分率で空隙が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の上記光ファイバ回折格子付き光学装置によれば、基材の光ファイバを固定する固定部に、基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバに印加し得る範囲で基材のヤング係数を低下させるように所定体積分率で空隙が形成されているので、新たな材料による中間層を設けることなく、光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、基材に凸部を設け、回折格子が形成された光ファイバ部分は凸部に接触させた状態で固定されており、凸部に所定体積分率で空隙が形成されていることを特徴としている。この場合には、基材の熱変位が効率的に回折格子に伝えることができ、温度変化に対するブラッグ波長の安定性をより確保する一方、凸部のヤング係数を基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバに印加し得る範囲で低下させているので、新たな材料による中間層を設けることなく、光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、所定体積分率が、０．１〜８０％の範囲に設定されていることを特徴としている。この場合には、より効果的に光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、光ファイバが接着剤により基材に固定されており、空隙を形成する範囲が、基材の光ファイバを固定する固定面から接着剤が浸透する長さよりも長くなるように設定されていることを特徴としている。基材に接着剤が浸透した際に、基材の接着剤が浸透した部分のヤング係数が大きくなることが考えられる。しかし、空隙を形成する範囲が基材の光ファイバを固定する固定面から接着剤が浸透する長さよりも長くなるように設定されているので、空隙に接着剤が浸透しない部分を確保することができる。従って、この接着剤が浸透しない部分により、基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバに印加し得る範囲で低下させたヤング係数を得て、光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、光ファイバが接着剤により基材に固定されており、基材の空隙が形成された部分に接着剤が浸透し硬化した際のヤング係数が、基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバに印加し得る範囲で基材のヤング係数より低くなるように空隙の体積分率が設定されていることを特徴としている。この場合には、基材に接着剤が浸透した際に、基材の接着剤が浸透した部分のヤング係数が大きくなることが考えられる。しかし、基材の空隙が形成された部分に接着剤が浸透し硬化した際のヤング係数が、基材の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバに印加し得る範囲で基材のヤング係数より低くなるように空隙の体積分率が設定されているので、光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、光ファイバが接着剤により基材に固定されており、空隙の大きさを接着剤に含まれるフィラの大きさよりも小さく設定したことを特徴としている。この場合には、接着剤が空隙内に浸透した際に空隙内にはフィラが入り込まなくなるので、基材側も含めて光ファイバの周囲でのフィラ比率を高めることができ、より接着剛性を高めることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態にかかる光ファイバ回折格子付き光学装置を示している。
【００１６】
負の熱膨張係数を有する基材１０に光ファイバ１１が固定されている。光ファイバ１１には、クラッド部の周囲に設けられた被覆層が所定長さにわたって除去されてクラッド部が露出している露出部分１２に対して、波長をモニターしながら張力が調整され、光ファイバ１１の光軸方向に沿って光ファイバ１１のコア部の屈折率が変化する回折格子部１３が所定領域形成されている。回折格子部１３は、ゲルマニウム元素が所定割合添加された石英系光ファイバのコア部に対して紫外線を照射することにより形成するが、紫外線の照射は、公知のホログラフィック法や位相格子法等によって行われる。
【００１７】
基材１０は、ＬｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶化ガラスにＢａＯを添加したものであって、（−８３〜−９４）Ｅ-7／Ｋの熱膨張係数を有するものを使用している。ＢａＯを添加するのは、基材１０の熱膨張係数を調整するためである。これにより、光ファイバ１１の使用温度範囲にわたって、温度変化に対するブラッグ波長の安定性を確保することが可能となる。
【００１８】
基材１０の両端部には、光ファイバ１１を固定する固定部として、所定高さを有する凸部１４が形成されている。凸部１４には、露出部分１２を接触させた状態で、光ファイバ１１が接着剤１５により基材１０（凸部１４）に固定されている。また、光ファイバ１１は、回折格子部１３の中心波長をモニターしながら回折格子部１３に所定の張力が与えられた状態で、露出部分１２の両端部において接着剤１５により基材１０に固定される。光ファイバ１１を固定する際には、基材１０と光ファイバ１１の回折格子部１３は所定の温度に加熱している。このようにして光ファイバ１１を取り付けることにより、光ファイバ１１の使用温度範囲において、基材１０の熱変位が光ファイバ１１に適切に伝えられるとこになり、回折格子部１３での温度変化に対するブラッグ波長の安定性を保つことが可能となる。接着剤１５はエポキシ系接着剤を使用しており、強化剤としてのフィラが混合されている。
【００１９】
凸部１４には、０．１〜８０％の範囲、例えば４０％の体積分率で空隙１６が形成されている。空隙１６は、凸部１４の露出部分１２を固定する固定面１４ａから所定範囲（Ａ）にわたって、開気孔として形成されている。本実施形態においては、凸部１４全体に空隙１６が形成されている。上述した所定範囲（Ａ）は、固定面から接着剤１５のエポキシレジンが浸透する長さ（Ｂ）よりも長くなるように設定されている。空隙１６の大きさは、接着剤１５に含まれるフィラの大きさよりも小さく設定されており、略１０〜５０μｍとされている。
【００２０】
空隙１６は、例えば、特開平７−２４７１８８号公報等に記載されているようなセラミック系の材料で多孔質構造を作る手法により形成することが可能である。この場合、多孔質構造中の開気孔が、本実施形態でいう空隙１６に相当することになる。
【００２１】
上述した第１の実施形態によれば、凸部１４には、基材１０の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバ１１に印加し得る範囲で基材１０のヤング係数を低下させ得る体積分率、０．１〜８０％の範囲、本実施形態においては、４０％の体積分率で空隙１６が形成されているので、新たな材料による中間層を設けることなく、光ファイバ１１と基材１０との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００２２】
凸部１４の見かけ上の巨視的なヤング係数Ｅは、
Ｅ＝（１−φ）Ｅｂ
ここで、φ：空隙１６の体積分率
Ｅｂ：基材１０のヤング係数
で与えられる。空隙１６の体積分率が０．１％より小さい場合には、凸部１４の見かけ上の巨視的なヤング係数Ｅが、基材１０のヤング係数Ｅｂと実質的に変わらないため、光ファイバ１１と基材１０との間の界面に生ずる応力を軽減することが困難となる。空隙１６の体積分率が８０％より小さい場合には、凸部１４の見かけ上の巨視的なヤング係数Ｅが小さくなりすぎるため、基材１０の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を、光ファイバ１１に対して有効に印加することが困難となる。
【００２３】
基材１０には、熱膨張係数が所望の負の値を有することが条件として求められるため、熱膨張係数という観点から材料が選択される。このため、従来では、熱膨張係数が所望の負の値を有するように材料が選択された後は、基材のヤング係数を変更することは難しく、材料が選択された時点で基材のヤング係数が決まるようになっていた。通常、負の熱膨張係数を有する基材はガラスセラミック系の材料が用いられているため、そのヤング係数は比較的大きな値を示す。しかしながら、本実施形態のように基材１０（凸部１４）に空隙１６を形成するという手法を用いれば、熱膨張係数が所望の負の値を有するように材料が選択された後であっても、基材１０（凸部１４）のヤング係数を容易に調整することが可能となる。すなわち、基材１０の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバ１１に印加し得る範囲でヤング係数を低下させ得ることも、容易に行えることになる。
【００２４】
また、凸部１４に対して露出部分１２を接触させていることから、基材１０と露出部分１２の間の接着剤１５層を極めて薄くすることができるので、接着剤１５の変形の影響を受けにくくなり、基材１０の熱変位が効率的に回折格子部１３に伝えることが可能となり、温度変化に対するブラッグ波長の安定性をより確保することが可能となる。
【００２５】
更に、基材１０に接着剤１５が浸透した際に、基材１０の接着剤１５のエポキシレジンが浸透した部分のヤング係数が大きくなることが考えられるが、空隙１６を形成する範囲（Ａ）が基材１０の凸部１４の固定面１４ａから接着剤１５のエポキシレジンが浸透する長さ（Ｂ）よりも長くなるように設定されているので、空隙１６に接着剤１５のエポキシレジンが浸透しない部分を確保することができる。従って、この接着剤１５のエポキシレジンが浸透しない部分により、基材１０の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバ１１に印加し得る範囲で低下させたヤング係数を得て、光ファイバ１１と基材１０との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００２６】
更に、空隙１６の大きさが、接着剤１５に含まれるフィラの大きさよりも小さく設定されているので、接着剤１５のエポキシレジンが浸透した部分（Ｂ）の空隙１６にはフィラが入り込まない。これにより、凸部１４の固定面１４ａ近傍部分もフィラ比率を高めることができ、光ファイバ１１の周囲において、より接着剛性を高めることが可能となる。
【００２７】
通常、接着剤１５のヤング係数を大きくするためには、接着剤１５に添加するフィラの体積比を高く設定する必要があるが、フィラの体積比を高めると接着剤１５を塗布するためのディスペンサ針が詰まってしまうという問題を有することにもなる。しかしながら、上述したように、凸部１４の固定面１４ａ近傍部分もフィラ比率を高めることができ、光ファイバ１１の周囲において、より接着剛性を高めることが可能となるので、フィラの体積比をさほど高める必要はなくなる。このため、ディスペンサ針が詰まるという問題の発生も抑制され、接着剤１５の塗布作業も容易に行えることになる。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる光ファイバ回折格子付き光学装置を示している。
【００２９】
図３においては、光ファイバ１１の露出部分１２が固定される凸部１４に、０．１〜８０％の範囲、例えば、第１の実施形態より高い、７０％の体積分率で空隙１７が形成されている。空隙１７は、凸部１４の露出部分１２を固定する固定面１４ａから所定範囲（Ｃ）にわたって、開気孔として形成されている。上述した所定範囲（Ｃ）は、固定面から接着剤１５のエポキシレジンが浸透する長さと同等あるいはそれよりも短くなるように設定されている。空隙１６の大きさは、第１の実施形態のものと同様に、接着剤１５に含まれるフィラの大きさよりも小さく設定されている。
【００３０】
上述した第２の実施形態によれば、凸部１４には、基材１０の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバ１１に印加し得る範囲で基材１０のヤング係数を低下させ得る体積分率として、０．１〜８０％の範囲、本実施形態においては、７０％の体積分率で空隙１７が形成されているので、第１の実施形態と同様に、新たな材料による中間層を設けることなく、光ファイバ１１と基材１０との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００３１】
また、凸部１４に対して露出部分１２を接触させていることから、基材１０と露出部分１２の間の接着剤１５層を極めて薄くすることができるので、接着剤１５の変形の影響を受けにくくなり、基材１０の熱変位が効率的に回折格子部１３に伝えることが可能となり、温度変化に対するブラッグ波長の安定性をより確保することが可能となる。
【００３２】
更に、空隙１６の大きさが、接着剤１５に含まれるフィラの大きさよりも小さく設定されているので、接着剤１５のエポキシレジンが浸透した部分（Ｂ）の空隙１６にはフィラが入り込まない。これにより、凸部１４の固定面１４ａ近傍部分もフィラ比率を高めることができ、光ファイバ１１の周囲において、より接着剛性を高めることが可能となる。
【００３３】
更に、基材１０に接着剤１５が浸透した際に、基材１０の接着剤１５のエポキシレジンが浸透した部分のヤング係数が大きくなることが考えられるが、空隙１６が７０％の体積分率にて形成されているので、接着剤１５が硬化した場合でも、ヤング係数が大きくなることを抑制できる。従って、基材１０の温度変化に伴う伸縮よって生じる変位を光ファイバ１１に印加し得る範囲で低下させたヤング係数を得て、光ファイバ１１と基材１０との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能となる。
【００３４】
接着剤１５は樹脂であるので、元々ヤング係数は小さく、空隙１７が形成されていない密な基材１０のヤング係数と比べると小さくなる。従って、接着剤１５が浸透して硬化した場合のヤング率の上昇分を見込んで空隙１７の体積分率を設定しておくことも可能である。
【００３５】
第１及び第２の実施形態においては、凸部１４に空隙１６、２１を形成するように構成しているが、もちろん、基材１０全体に空隙を形成するように構成しても良い。
【００３６】
また、基材１０として、ＬｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶化ガラスにＢａＯを添加したものであって、（−８３〜−９４）Ｅ-7／Ｋの熱膨張係数を有するものを使用しているが、これに限られるものではない。例えば、ＬｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶化ガラスにＢａＯ、ＺｒＯ2、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、Ｎａ2Ｏ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｃｏ０、Ｙ2Ｏ3等から選ばれる正の熱膨張係数を有する結晶相を少なくとも一つ以上添加したものであって、（−８３〜−９４）Ｅ-7／Ｋの熱膨張係数を有するものを使用してもよいし、上述した先行技術に記載されているＺｒ―タングステン酸塩―ベースの組成物と、Ｈｆ―タングステン酸塩―ベースの組成物からなるグループから選択された組成物を含むものでも良く、光ファイバ１１の使用温度範囲にわたり、所望する負の熱膨張係数を有するものであればよい。
【００３７】
更に、回折格子部１３を形成するにあたり、クラッド部の周囲に設けられた被覆層を所定長さにわたって除去した光ファイバ１１を基材１０に固定するように構成しているが、被覆部を除去することなく回折格子部を形成した光ファイバを基材１０に固定するように構成しても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、新たな材料による中間層を設けることなく、光ファイバと基材との間の界面に生ずる応力を軽減することが可能な光ファイバ回折格子付き光学装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光ファイバ回折格子付き光学装置の第１の実施形態を示す構成説明図である。
【図２】本発明にかかる光ファイバ回折格子付き光学装置の第１の実施形態を示す要部拡大構成説明図である。
【図３】本発明にかかる光ファイバ回折格子付き光学装置の第２の実施形態を示す要部拡大構成説明図である。
【符号の説明】
１０…基材、１１…光ファイバ、１３…回折格子部、１４…凸部、１４ａ…固定面、１５…接着剤、１６、１７…空隙。
【図１】
0003928279.tif 000002
【図２】
0003928279.tif 000003
【図３】
0003928279.tif 000004