(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線膨張率の大きい第１の筐体用部材と線膨張率の小さい第２の筐体用部材とを貼り合わせたバイメタル構造を有する梁状筐体の上記第１の筐体用部材に上記梁状筐体の長手方向に沿って溝を形成し、光ファイバへの紫外線の照射により形成されたチャープトファイバグレーティング形成部を上記溝内に接着剤で接着固定し、該梁状筐体の両端部に温度センサとペルチェ素子とをそれぞれ一対ずつ取り付けて、両端のペルチェ素子が挟まれるように上記梁状筐体を放熱フィンを備えた放熱板上に固定し、上記梁状筐体、上記温度センサ及び上記ペルチェ素子の全体を断熱部材で覆い、上記第１の筐体用部材は凹字断面形状を呈し、上記第２の筐体用部材は矩形断面形状を呈することを特徴とする分散補償ファイバグレーティングモジュール。
【請求項２】
上記梁状筐体は、線膨張率が２０×１０-6以上の材料からなる上記第１の筐体用部材と線膨張率が１×１０-6以下の材料からなる上記第２の筐体用部材とを貼り合わせたバイメタル構造を有する請求項１に記載の分散補償ファイバグレーティングモジュール。
【請求項３】
上記梁状筐体のうちの線膨張率の大きい上記第１の筐体用部材の縦弾性係数をＥ１とし、断面積をＡ１とし、線膨張率の小さい上記第２の筐体用部材の縦弾性係数をＥ２とし、断面積をＡ２としたときにＥ１×Ａ１をＥ２×Ａ２の２分の１以下とする請求項１又は２に記載の分散補償ファイバグレーティングモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信に用いる波長多重用光デバイスに関し、特に光信号の分散を補償するための分散補償ファイバグレーティングモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングをアルミ製の凹字断面形状の棒状部材からなる梁状筐体内に埋め込み、かつその梁状筐体の両端をペルチェ素子で温度調整を行い、ファイバグレーティングの全長にわたって温度勾配をつけることにより、可変分散補償器を実現することが提案されている（特願２００１−５５０２６号）。
【０００３】
図４（ａ）は分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の４ａ−４ａ断面図である。
【０００４】
この分散補償ファイバグレーティングモジュールは、例えばアルミニウムからなる放熱板１５と、放熱板１５上に離隔して設けられた一対の電子冷熱素子としてのペルチェ素子１４、１７と、両ペルチェ素子１４、１７間に橋渡しされ長手方向に溝１１ａを有する梁状筐体１１と、梁状筐体１１のペルチェ素子１４、１７の近傍にそれぞれ設けられた一対の温度センサ１９、２０と、チャープトファイバグレーティング１０ａが溝１１ａ内に埋め込まれた光ファイバ１０と、温度センサ１９、２０及びペルチェ素子１４、１７を覆う断熱パッケージ２１とで構成されたものである。
【０００５】
この分散補償ファイバグレーティングモジュールは、チャープトファイバグレーティング１０ａが溝１１ａ内に埋め込まれた梁状筐体１１にペルチェ素子１４、１７を用いて全長にわたって温度勾配を形成することにより、チャープトファイバグレーティング自体の温度特性及び梁状筐体１１の線膨張による歪の効果を利用してグレーティングの反射波長や反射帯域を変えるようになっている。尚、１２はファイバ固定用接着剤、１３ａ、１３ｂ、１６ａ、１６ｂは熱伝導体、１８は放熱フィン、２２は断熱空間をそれぞれ示す。
【０００６】
このような技術によって製作した分散補償器の波長損失特性可変範囲を図５〜図９を参照して説明する。
【０００７】
図５は梁状筐体の両端の温度を２５℃に調節した場合のファイバグレーティングの波長損失特性（グレーティング反射特性）を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【０００８】
グレーティング反射特性は中心波長が約１５４０．５ｎｍであり、３ｄＢ帯域幅が約２．８ｎｍである。
【０００９】
図６は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が０℃で長波長側の温度が５０℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【００１０】
中心波長は図５に示した特性と同様に約１５４０．５ｎｍであり、３ｄＢ帯域幅が約４．４ｎｍと広帯域化されている。
【００１１】
図７は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が５０℃で長波長側の温度が０℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【００１２】
中心波長は図５に示した特性と同様に約１５４０．５ｎｍであり、３ｄＢ帯域幅が約１．５ｎｍと狭帯域化されている。
【００１３】
図８は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に０℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【００１４】
中心波長は約１５３９．５ｎｍとなり、３ｄＢ帯域幅が約２．８ｎｍとなり、中心波長のみが短波長側にシフトしている。
【００１５】
図９は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に５０℃の場合の波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【００１６】
中心波長は約１５４１．５ｎｍとなり、３ｄＢ帯域幅が約２．８ｎｍとなり、中心波長のみが長波長側にシフトしている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した中心波長及び帯域幅の可変領域は、ペルチェ素子の温度調節範囲を０〜５０℃とした場合での最大可変可能範囲となっており、温度可変範囲が狭いという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、最大温度可変範囲が広い分散補償ファイバグレーティングモジュールを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールは、線膨張率の大きい第１の筐体用部材と線膨張率の小さい第２の筐体用部材とを貼り合わせたバイメタル構造を有する梁状筐体の第１の筐体用部材に梁状筐体の長手方向に沿って溝を形成し、光ファイバへの紫外線の照射により形成されたチャープトファイバグレーティング形成部を溝内に接着剤で接着固定し、梁状筐体の両端部に温度センサとペルチェ素子とをそれぞれ一対ずつ取り付けて、両端のペルチェ素子が挟まれるように梁状筐体を放熱フィンを備えた放熱板上に固定し、上記梁状筐体、上記温度センサ及び上記ペルチェ素子の全体を断熱部材で覆い、上記第１の筐体用部材は凹字断面形状を呈し、上記第２の筐体用部材は矩形断面形状を呈するものである。
【００２０】
上記構成に加え本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールの梁状筐体は、線膨張率が２０×１０-6以上の材料からなる第１の筐体用部材と線膨張率が１×１０-6以下の材料からなる第２の筐体用部材とを貼り合わせたバイメタル構造を有するのが好ましい。
【００２１】
上記構成に加え本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールは、梁状筐体のうちの線膨張率の大きい第１の筐体用部材の縦弾性係数をＥ１とし、断面積をＡ１とし、線膨張率の小さい第２の筐体用部材の縦弾性係数をＥ２とし、断面積をＡ２としたときにＥ１×Ａ１をＥ２×Ａ２の２分の１以下とするのが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、チャープトファイバグレーティング自体の熱膨張及び熱収縮によって光ファイバグレーティングに熱歪を与えることに加え、チャープトファイバグレーティングを収容する梁状筐体がバイメタル構造を有するので、相乗効果によりチャープトファイバグレーティングの長手方向の膨張収縮が増大して最大温度可変範囲が広くなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
図１（ａ）は本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の１ａ−１ａ線断面図である。尚、図４（ａ）、（ｂ）に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２５】
チャープトファイバグレーティング１０ａが形成された光ファイバ１０が梁状筐体３０の溝３０ａ内に接着剤で接着固定されている（図１（ａ）中ファイバグレーティングの周期は右側が長い長波長側を示し、左側が周期の短い短波長側を示す）。梁状筐体３０は、線膨張率の大きい凹字断面形状の筐体用部材３０−１と線膨張率の小さいＩ字断面形状の筐体用部材３０−２とを貼り合わせたものである。梁状筐体３０の長波長側の端部には温度センサ１９と熱伝導体１３ａ、１３ｂとが設けられており、熱伝導体１３ａ、１３ｂを介して長波長側温度コントロール用ペルチェ素子１４が放熱板１５を介して放熱フィン１８に熱的に接続されている。梁状筐体３０の短波長側の端部には温度センサ２０と熱伝導体１６ａ、１６ｂとが設けられており、熱伝導体１６ａ、１６ｂを介して短波長側温度コントロール用ペルチェ素子１７が放熱板１５を介して放熱フィン１８に熱的に接続されている。すなわち、梁状筐体３０は放熱板１５上のペルチェ素子１４、１７間に橋渡しされた構造を有している。
【００２６】
これら梁状筐体３０、温度センサ１９、２０及びペルチェ素子１４、１７はパッケージ部材２１ａとパッケージカバー２１ｂとからなる断熱パッケージ２１で覆われており、断熱パッケージ２１と梁状筐体３０との間には断熱空間２２が存在している。
【００２７】
図２は図１（ａ）、（ｂ）に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールの熱歪の大きさを計算した結果を示す図であり、横軸が低熱膨張部材の厚さ軸であり、縦軸が熱歪軸（温度変化２５℃）である。
【００２８】
本計算では、高熱膨張材としてアルミニウム（α＝２３．５×１０-6、Ｅ＝７１５９０ＭＰａ（７３００ｋｇｆ／ｍｍ2））を用い、幅を３ｍｍとし、厚さを２ｍｍとしている。低熱膨張材としてスーパーインバ（α＝０．６×１０-6、Ｅ＝１４７１００ＭＰａ（１５０００ｋｇｆ／ｍｍ2））を用い、幅を３ｍｍとしている。
【００２９】
また、ファイバグレーティングの埋め込み深さをパラメータとして、０．２５、０．５及び０．７５ｍｍの場合を計算している。さらに、アルミニウム単体の場合の熱歪０．０００５８と比較している。
【００３０】
直径０．１２５ｍｍの光ファイバを梁状筐体に埋め込むために深さ０．５ｍｍとした場合、低熱膨張材の厚さを２ｍｍ以下とすることにより、アルミニウム単体の場合よりも大きな熱歪を付加できることが分かる。
【００３１】
厚さ２ｍｍの場合、各部材のＥＡ値（Ｅ×Ａ）関係は、数１式のようになっている。
【００３２】
【数１】
高熱膨張材ＥＡ値：低熱膨張材ＥＡ値
＝７１５９０ＭＰａ×３ｍｍ×２ｍｍ：１４７１００ＭＰａ×３ｍｍ×２ｍｍ
＝１：２
図３は図１（ａ）、（ｂ）に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールに用いられる梁状筐体の計算による変形図である。
【００３３】
図中、１０１は変形前の梁状筐体、１０４は変形後の梁状筐体（１０２は高熱膨張部材を示し、１０３は低熱膨張部材を示す。）を示す。
【００３４】
計算条件は初期温度を２５℃とし、上昇後の温度を５０℃とした。
【００３５】
本分散補償ファイバグレーティングモジュールは、波長多重伝送方式光ネットワーク内に設置され、伝送されてきた光信号の分散を補償するのに用いられるデバイスである（波長多重伝送方式：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ，ＷＤＭ）。
【００３６】
以上において、簡便でしかも高精度の可変分散補償デバイスを実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３８】
最大温度可変範囲が広い分散補償ファイバグレーティングモジュールの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、（ｂ）は（ａ）の１ａ−１ａ線断面図である。
【図２】図１（ａ）、（ｂ）に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールの熱歪の大きさを計算した結果を示す図である。
【図３】図１（ａ）、（ｂ）に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールに用いられる梁状筐体の計算による変形図である。
【図４】（ａ）は本発明の前提となった分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、（ｂ）は（ａ）の４ａ−４ａ断面図である。
【図５】梁状筐体の両端の温度を２５℃に調節した場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図６】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が０℃で長波長側の温度が５０℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図７】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が５０℃で長波長側の温度が０℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図８】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に０℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図９】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に５０℃の場合の波長損失特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  光ファイバ
１０ａ  チャープトファイバグレーティング
１３ａ、１３ｂ、１６ａ、１６ｂ  熱伝導体
１４、１７  ペルチェ素子
１５  放熱板
１８  放熱フィン
１９、２０  温度センサ
２１  断熱パッケージ
３０  梁状筐体
３０ａ  溝
３０−１、３０−２  筐体用部材
【図１】
0003888103.tif 000002
【図２】
0003888103.tif 000003
【図３】
0003888103.tif 000004
【図４】
0003888103.tif 000005
【図５】
0003888103.tif 000006
【図６】
0003888103.tif 000007
【図７】
0003888103.tif 000008
【図８】
0003888103.tif 000009
【図９】
0003888103.tif 000010