(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、該光ファイバが固定された基材とを備え、該基材の温度変化に伴う伸縮によって前記光ファイバに生じる変位を前記光ファイバの回折格子形成部分に印加するようにした光ファイバ回折格子を有する光学装置であって、前記基材は前記光ファイバの回折格子形成部分の両側部に位置して設けられ前記光ファイバが固定される２つの第一基材と、前記第一基材とは異なる熱膨張係数を有して前記光ファイバと平行に配置された第二基材とを含んでおり、前記第一基材と前記第二基材との間はヤング率が１０００ＭＰａ以下の基材用接着剤で接着固定されており、前記基材用接着剤の厚さは１０μｍ〜５０μｍであり、前記基材用接着剤は平均粒径が０．００５μｍ〜０．０２μｍのチクソトロピー剤が１重量％〜１０重量％添加されたものであることを特徴とする光ファイバ回折格子を有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸方向の所定長さにわたって長手方向に屈折率が変化してなる回折格子が形成された光ファイバを有する光学装置に関する。
【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波長の光を反射するフィルタとして機能するため、波長分割多重伝送方式の光通信システムの重要な光学部品として注目されている。また、位相格子等を通して紫外線の干渉縞を作り、ゲルマニウム等の感光性ドーパントを含む石英系光ファイバの長手方向の一部にその干渉縞を照射することによって、光ファイバの屈折率に周期的な変化を起こさせ、光ファイバに回折格子を形成することで、光ファイバ回折格子が作られている。一般に、光ファイバ回折格子の反射波長（ブラッグ波長）は、λ＝２ｎeffΛで表される。ここで、ｎeffは有効屈折率で、Λは屈折率変化の空間周期長である。
【０００３】
光ファイバ回折格子は周囲温度が変化すると、光ファイバが伸縮して屈折率の空間周期長が変化すると共に、光ファイバに加わる応力が変化するため、その光弾性効果によって屈折率が変化し、ｎeff、Λは共に変化する。即ち、光ファイバ回折格子のブラッグ波長は、温度依存性をもっている。なお、温度依存性の主たる部分は、ｎeffの変化に起因し、Λの変化に起因する部分は比較的少ない。また、伝送波長１５５０ｎｍ帯域においては、λの温度依存性は約＋０．００９〜０．０１０ｎｍ／℃である。
【０００４】
この温度依存性を無くするため、光ファイバ回折格子を負の熱膨張係数を有する材料からなる部材に沿わせて光ファイバ回折格子を接着剤で部材に固定した光学装置が、特開平１０−７３７４０号公報、特開平１０−９６８２７号公報に示されている。この光学装置は、温度変化に伴う光ファイバの長さの変動を負の熱膨張係数を有する部材の長さ変動によって打ち消して光ファイバに長さ変動が生じないようにして光ファイバ回折格子の温度依存性を無くするものである。この場合、負の熱膨張係数を有する材料からなる部材は通常特殊な配合のセラミック等で形成されるが、これらの材料は高温高湿の状態で放置すると熱膨張係数が変化し易く、光ファイバ回折格子の温度依存性が製造当初は無くても、高温高湿の状態を経ると温度依存性が生じてくることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは高温高湿の状態を経ても熱膨張係数が変化し難い材料を使った光ファイバ回折格子を有する光学装置を開発しつつある。図１は、その主たる構成を示す図であって、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は斜視図である。図１において、１は光ファイバ、１ａは回折格子、２は第一基材、２ａは溝、３は第二基材、４は基材用接着剤、５は基材、６は光ファイバ用接着剤である。
【０００６】
図１に示すように、第一基材２を比較的熱膨張係数の大きい材料でＬ字型に形成し、第二基材３を比較的熱膨張係数の小さい材料で直方体状に形成し、２つの第一基材２の各一方の端部付近を１つの第二基材３の両端にそれぞれ突き合わせて基材用接着剤４で固定し、２つの第一基材２を互いに間隔を設けて向き合わせて配置して、光ファイバ１を固定するための基材５とする。
【０００７】
このような基材５では、周囲温度が変化したときの第一基材２の長さの変化量は、第二基材３の長さの変化量よりも大きいので、２つの第一基材２同士の間隔は、温度が上昇すれば小さくなり、温度が下降すれば大きくなる。即ち、２つの第一基材２同士の間隔は負の熱膨張係数を有することになる。また、この間隔変化の程度は第一基材２の寸法と熱膨張係数及び第二基材３の寸法と熱膨張係数によって任意に選定出来る。このような基材５の２つの第一基材２に光ファイバ１の回折格子１ａ形成部分の両側部分を沿わせて光ファイバ用接着剤６で固定すれば、光ファイバ１の回折格子１ａに生じる温度依存性を基材５によって補償し、光ファイバ回折格子を温度無依存型のものとすることが出来る。
【０００８】
基材５を構成する第一基材２としては熱膨張係数の比較的大きいアルミニウムが、第二基材３としては熱膨張係数の比較的小さい石英ガラスが適していることが分かった。そこで、第一基材としてアルミニウムを用い、第二基材として石英ガラスを用いて、熱硬化性エポキシ樹脂からなる基材用接着剤によって両者間を接着固定して基材を構成し、その基材に光ファイバ回折格子を固定して光学装置を作成し、周囲温度を変化させて光ファイバ回折格子の反射波長の変動を調べたところ、低温での光ファイバ回折格子の反射波長に変動が生じ易いことが分かった。また、熱変化を受けると石英ガラスが破損する場合があることが分かった。これらの原因を調査した結果、第一基材と第二基材の熱膨張による応力差が基材用接着剤を介して互いに影響を及ぼしあうためではないかと推測された。
【０００９】
本発明は、以上説明した基材用接着剤による問題点を解消した光ファイバ回折格子を有する光学装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ回折格子を有する光学装置は、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、該光ファイバが固定された基材とを備え、該基材の温度変化に伴う伸縮によって前記光ファイバに生じる変位を前記光ファイバの回折格子形成部分に印加するようにした光ファイバ回折格子を有する光学装置であって、前記基材は前記光ファイバの回折格子形成部分の両側部に位置して設けられ前記光ファイバが固定される２つの第一基材と、前記第一基材とは異なる熱膨張係数を有して前記光ファイバと平行に配置された第二基材とを含んでおり、前記第一基材と前記第二基材との間はヤング率が１０００ＭＰａ以下の基材用接着剤で接着固定されていることを特徴とする。なお、ヤング率は室温でテンシロン引張り試験機で測定する。
【００１１】
よって、第一基材と第二基材との間を固定する基材用接着剤のヤング率が１０００ＭＰａ以下と小さいためその接着剤がクッション的な効果を果たすので、周囲温度の変化に伴う第一基材の寸法変化と第二基材の寸法変化とに差があってもそれによる応力が互いに影響しあうことが少なくなるため、光学装置を作成した時の光ファイバ回折格子における反射波長の周囲温度変化時のずれも少なくなる。また、第二基材を石英ガラス等の脆性のある材料で構成しても破損することがなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバ回折格子を有する光学装置の実施形態の主要構造は、図１に示すものと同じである。但し、基材用接着剤４としては、ヤング率が１０００ＭＰａ以下の熱硬化性エポキシ樹脂等からなる接着剤を使用して、第一基材２と第二基材３との間を接着固定する。また、第一基材２としては比較的熱膨張係数の大きいアルミニウムを用い、第二基材３としては比較的熱膨張係数の小さい石英ガラスを用いることが出来る。なお、第一基材及び第二基材の材質はこれらに限られるものではない。
【００１３】
また、基材用接着剤４の厚さは、１０μｍ〜５０μｍの厚さとすることが好ましい。５０μｍを超える厚さになるとクッション効果としては良好な方向に向かうが、基材用接着剤の厚さの熱膨張に伴う寸法変化が第一基材と第二基材の熱膨張係数による寸法変化に影響したり、基材用接着剤の吸湿に伴う体積変動が第一基材と第二基材間の寸法に影響したりするので好ましくない。また、基材用接着剤の厚さを１０μｍ未満にすると十分な接着が出来なくなり、クッション効果も小さくなる。
【００１４】
また、熱硬化性エポキシ樹脂からなる基材用接着剤４はヤング率を下げると接着剤の粘性が低くなり接着剤の塗布作業がし難くなるので、接着剤の粘度を上げるために炭酸カルシウム、シリカ等の無機系の微粒子であるチクソトロピー剤を１重量％〜１０重量％添加することが望ましい。これによって、接着剤の粘度を５０００ｃＰ〜３００００ｃＰにすることができ、塗布作業も問題なく行うことが出来る。なお、基材用接着剤４の厚さを１０μｍ〜５０μｍとするために、チクソトロピー剤の平均粒径は０．００５μｍ〜０．０２μｍのものを使用することが望ましい。
【００１５】
一方、光ファイバ１には、ゲルマニウム等の感光性ドーパントを含む石英系光ファイバを用い、位相格子等を通して紫外線の干渉縞を作りそれを光ファイバに照射することによって、その長手方向の一部において屈折率の周期的な変化を起こさせ、回折格子１ａを形成する。そして、光ファイバ１の回折格子１ａ形成部分の両側部を基材５の２つの第一基材２にそれぞれ沿わせて光ファイバ用接着剤６で固定する。なお、第一基材２には長手方向に溝２ａを設けてその溝に光ファイバ１を沿わせて光ファイバ用接着剤６で接着固定しても良い。また、光ファイバ用接着剤６は、光ファイバ１と第一基材２との温度変化による伸縮挙動を一体化させるため、使用温度範囲−４０℃〜＋８５℃の範囲でヤング率が５００ＭＰａ以上の接着剤を使うことが望ましい。
【００１６】
【実施例】
「実施例」第一基材としてアルミニウムを用い、第二基材として石英ガラスを用いて、それらの間をヤング率が１０００ＭＰａの熱硬化性エポキシ樹脂からなる基材用接着剤で接着固定して基材とした。なお、その基材用接着剤には平均粒径０．０１２μｍのチクソトロピー剤を５重量％添加した。そしてその基材の第一基材部分に回折格子を形成した光ファイバを沿わせて光ファイバ用接着剤で固定し、光ファイバ回折格子を有する光学装置とした。その光学装置について室温→−４０℃→＋８５℃→室温のヒートサイクルテストを行い、その前後で光の反射波長のずれを調べたが、ずれは認められなかった。また、−４０℃〜８５℃の範囲での温度変化に対する反射波長のシフトも０．０００４ｎｍ／℃と小さかった。また、ヒートサイクルテスト後の第一基材、第二基材の外観を観察したが基材の欠け等の異常は認められなかった。
【００１７】
「比較例」第一基材と第二基材との間の基材用接着剤以外は上記実施例と同じ構成の基材とし、基材用接着剤にはヤング率が２９００ＭＰａの熱硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤を用いた。そしてその基材に回折格子を形成した光ファイバを沿わせて光ファイバ用接着剤で固定し、光ファイバ回折格子を有する光学装置とした。その光学装置について室温→−４０℃→＋８５℃→室温のヒートサイクルテストを行ったところ、−２０℃に下がったところで反射波長が大きくずれた。それを室温まで戻して反射波長を調べたところ、反射波長は０．０８７ｎｍもずれていた。また、光学装置の外観を観察したところ、第二基材の石英ガラスに欠けの発生が認められた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ回折格子を有する光学装置は、回折格子が形成された光ファイバを基材に沿わせて固定したものであって、基材は光ファイバが固定される２つの第一基材と、第一基材とは異なる熱膨張係数を有して光ファイバと平行に配置された第二基材とを備え、前記第一基材と前記第二基材との間はヤング率が１０００ＭＰａ以下の基材用接着剤で接着固定されているものであるので、基材用接着剤のヤング率が小さいため周囲温度の変化に伴う第一基材の寸法変化と第二基材の寸法変化とに差があってもそれによる応力が互いに影響しあうことが少なくなり、光学装置を作成した時、光ファイバ回折格子における反射波長の周囲温度変化時のずれが少なくなる。また、第二基材を石英ガラス等の脆性のある材料で構成しても破損することがなくなる。
【００１９】
また、第一基材と第二基材間を接着する基材用接着剤はヤング率を下げると粘度が下がり塗布作業がし難くなるが、基材用接着剤に平均粒径が０．００５μｍ〜０．０２μｍのチクソトロピー剤を１重量％〜１０重量％添加すれば、接着剤の粘度を塗布作業のし易い範囲にすることが出来るので、塗布時の作業性は改善される。また、基材用接着剤の厚さは、１０μｍ〜５０μｍとすれば、接着固定が十分でかつその接着剤の周囲温度変化時の寸法変化が基材の寸法変化に影響することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ回折格子を有する光学装置の例を示す図であって、（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は斜視図である。
【符号の説明】
１：光ファイバ
１ａ：回折格子
２：第一基材
２ａ：溝
３：第二基材
４：基材用接着剤
５：基材
６：光ファイバ用接着剤
【図１】
0004193355.tif 000002