CN100451697C - 光纤布喇格光栅装置 - Google Patents
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Abstract
一种可以以廉价且简洁的构成实现代码的变更，并且可以进行反射波长的调整的光纤布喇格光栅装置，具备：依次层叠温度控制板(125)、底板(132)以及安装板(135)而构成的FBG搭载台(120)和在同一光纤(160)中交替形成多个同一构成的单位FBG以及多个相位调制部的SSFBG，其中，温度控制板由热电微型组件(121)和绝热部件(123)构成。底板接连并固定在温度控制板的上面，安装板以可滑动的状态接连在底板的上面。SSFBG被固定成与设定在安装板的上面的FBG接触部(165)相接触。相位调制部可自由伸缩地得以形成，通过相位调制部的伸缩，就可以变更传播于相位调制部的光脉冲信号的载波的相位。
Description
技术领域
本发明涉及光纤布喇格光栅装置，特别是作为光代码分割复用传送中的编码器以及解码器使用的光纤布喇格光栅装置。
背景技术
近年来，因互联网的普及等而使通信需要急剧地增大。与之相对应，使用了光纤等的高速、大容量的光网络不断地得到整备。在这样的光网络中，波分多路复用(WDM：Wavelength DivisionMultiplexing)方法必不可少，特别是缩窄分配在信道间的光载波的波长间隔，在波长轴上高密度地进行了波长复用的所谓的高密度WDM(Dense WDM)方法受到广泛关注。
作为与WDM方法或者DWDM方法不同的传送方法，利用光代码分割复用(OCDM：Optical Code Division Multiplexing)的传送也受到关注。所谓的OCDM传送是使用通过在发送侧并列地生成多信道的光脉冲信号，每个信道利用不同的编码调制(进行编码)该光脉冲信号，在接收侧用与进行发送侧编码时使用的代码相同的代码进行解码将之还原成(进行解码)原来的并列的光脉冲信号的装置进行的传送。这里，光脉冲信号指的是通过调制光脉冲序列得到的、反映了二值数字电脉冲信号的光脉冲序列。另一方面，光脉冲序列的表达是指光脉冲以规则准确的固定的时间间隔并列的光脉冲序列来使用。
为了有助于对本发明的光纤布喇格光栅(FBG)装置的了解，首先，我们参照图1所示的方框构成图说明代表性的OCDM传送装置。
OCDM传送装置具有发送部10和接收部30，它们通过传送通路50连接起来。
发送部10具备光脉冲序列生成器12、调制信号生成器14、光调制器16、第1光环行器(循环器：circulator)18及编码器20而构成。
光脉冲序列生成器12生成光脉冲序列(图中用箭头13表示)。调制信号生成器14将应该传送的信息按二值数字电脉冲信号(图中用箭头15表示)供给到光调制器16。光调制器16生成反映了光学调制光脉冲序列13生成的二值数字电脉冲信号15的光脉冲信号(图中用箭头17表示)。在光调制器16生成的光脉冲信号17经第1光环行器18入射到编码器20。编码器20通过编码光脉冲信号17生成发送信号(图中用箭头21表示)。传输信号21经由第1循环器18发送到传送通路50，进而，传经传送通路50被送往接收部30。
接收部30具备第2光环行器38、解码器40以及光电变换器36而构成。
传播在传送通路50中传送来的传输信号21经第2光环行器38入射到解码器40。解码器40通过解码传输信号21生成光脉冲信号(图中用箭头31表示)。光脉冲信号31经第2光环行器38入射到光电变换器36并作为二值数字电脉冲信号(图中用箭头37表示)复原。即，作为应传送的信息的二值数字电脉冲信号15在作为光脉冲信号21在传送通路50中传播后，在接收部30成为二值数字电脉冲信号而复原。
通过利用OCDM的传送，就可以以同一波长同时传送多信道的光脉冲信号。此外，在利用OCDM的传送中，由于是在发送侧和接收侧以同一代码作为密钥来使用的方法，故可以得到传送过程较高的安全性。
作为OCDM的编码装置，众所周知的有将光的相位作为代码使用的相位编码方式OCDM(参照如非专利文献1)。具体言之就是使用编码器20以及解码器40中具有超结构光纤布喇格光栅(SSFBG：Superstructured Fiber Bragg Grating)的FBG装置。SSFBG在同一光纤的芯内具有多个同一构成的光纤布喇格光栅(下面称之为单位FBG)。
SSFBG通过设定相邻单位FBG的间隔，就可以使相邻单位FBG的反射光的相位差(下面称之为相对相位差)成为0或者π。例如，在以15比特的代码序列“0、0、0、1、1、1、1、0、1、0、1、1、0、0、1”进行编码时，可以设定单位FBG的间隔使在第1～15单位FBG的反射光的相位成为“0、0、0、π、π、π、π、0、π、0、π、π、0、0、π”。此外，在进行解码时，SSFBG的单位FBG的配置采用与进行编码时同样的做法，使光的输入输出端相对于编码器相反。
在上述以往例子的OCDM编码器以及解码器中，由于进行编码以及进行解码使用的代码其单位FBG的间隔为固定代码，故在代码变更时，需要更换编码器以及解码器本身。因此，作为OCDM编码器以及解码器构成的变换代码的手段，以固定间隔使多条钨线接触SSFBG，通过使用了各钨线的局部加热进行的单位FBG间间隔的调整来调节相位偏移量，进行了任意地设定代码的相位编码器的尝试(如非专利文献2)。
【非专利文献1】P.Petropoulos et al.，“Demonstration of a64-chip OCDMA System Using Super structured Fiber Grating andTime-Grating Detection”，IEEE Photonic Technology Letters，Vol.13，No.11，November 2001，pp.1239-1241.
【非专利文献2】M.R.Mokhtar et al.，“ReconfigurableMultilevel Phase-Shift Keying Encoder-Decoder for All-OpticalNetworks”，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.15，No.3，March2003，pp.431-433。
但是，在非专利文献2所记载的OCDM编码器以及解码器中，如果代码设定经过较长时间，则因光纤上的热传导而增大加热区域。如果加热区域增大，则相位偏移将不同于期望的值，即代码将不同，因此，存在不能进行解码的问题。
此外，在设置有编码器和解码器的环境温度不同，或者环境温度发生了变化时，编码器与解码器的反射波长也将不同。在利用OCDM的传送中，如果在设定为同一代码的编码器和解码器的反射波长间有数pm的波长差，则将不能良好地进行编码以及解码。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而完成，本发明之目的就是提供可以以廉价且简洁的构成实现代码的变更，且即便经过较长时间后相位偏移也能够保持所期望的值，进而可以调整反射波长的、作为OCDM编码器以及解码器使用的光纤布喇格光栅装置。
为达成上述目的，本发明的光纤布喇格光栅装置具有：温度控制板、依次层叠底板以及安装板构成的FBG搭载台、在同一光纤中交互形成多个同一构成的单位光纤布喇格光栅(FBG：Fiber BraggGrating)以及多个相位调制部的SSFBG。
温度控制板由热电微型组件和绝热部件构成。底板接连并固定在温度控制板的上面，安装板以可滑动的状态接连在底板的上面。
SSFBG可接触设定在安装板的上面的FBG接触部地进行了固定。相位调制部可自由伸缩地形成，通过相位调制部的伸缩，可以变更传播于相位调制部的光脉冲信号载波的相位。
在上述光纤布喇格光栅装置实施时，最好将相位调制部光路长度设定为由下面的关系式(1)给出的第1长度L1，以及可伸长到由下面的关系式(2)给出的第2长度L2，
关系式(1)：L1＝mλ/2；关系式(2)：L2＝L1+(2n-1)λ/4
式中，m和n为正整数，λ为传播于SSFBG的光脉冲信号载波的波长。
另外，根据本发明光纤布喇格光栅装置的最佳实施例，最好采用相位调制部分别具有变更相位调制部的光路长度的局部加热器，通过局部加热器的加热以及不加热，相位调制部进行伸缩的构成。
在实施本发明光纤布喇格光栅装置时，最好FBG接触部能以V字状沟槽设置在安装板的上面，在安装板的上面以及V字状沟槽的壁面设置局部加热器用沟槽，局部加热器设置在局部加热器用沟槽内，SSFBG被设置成与V字状沟槽的壁面相接连。
此外，根据本发明光纤布喇格光栅装置的其他最佳实施例，最好采用以下构成，安装板由具有设定在上面的FBG接触部的多个安装载物台和以被安装载物台挟持的方式设置的伸缩载物台构成，单位FBG以接触FBG接触部的方式进行固定，通过伸缩载物台的伸缩，没有固定在伸缩载物台上的相位调制部进行伸缩。
根据本发明的光纤布喇格光栅装置，在作为OCDM编码器以及解码器进行使用时，由于可以通过局部加热器的加热以及不加热来变更相位调制部的光路长度，即变更传播于相位调制部的光脉冲信号载波的相位，故可以容易地进行代码变更而不用更换编码器及解码器。
此外，根据本发明的光纤布喇格光栅装置，因为具备温度控制板，故SSFBG可以接触可通过温度控制板来控制温度的安装板。为此，在SSFBG中，可以抑制因局部加热器的加热所导致的加热区域的增大，因而，可以长时间稳定地提供基于所设定的代码的编码以及解码特性。进而，即使在设置编码器和解码器的环境温度不同、或者环境温度发生了变化时，其波长也不受影响。
另外，根据本发明光纤布喇格光栅装置的其他的最佳实施例，由于可以通过对伸缩载物台外加电压以及不外加电压来变更相位调制部的光路长度，故可以容易地进行代码变更而不用更换编码器及解码器。
附图说明
图1所示是光代码分割复用传送装置的方框构成图；
图2所示是第1实施方式FBG装置的概略断面图；
图3所示是第1实施方式FBG装置的概略平面图；
图4所示是第1实施方式中的SSFBG的构成概略图；
图5所示是用于说明借助于局部加热器的反射光的相位差控制的概略图；
图6所示是编码波形图；
图7所示是用于说明相位编码器的波长调整特性的图；
图8所示是第2实施方式中的FBG搭载台及FBG的概略断面图。
具体实施方式
下面，参照图面对本发明的实施方式进行说明，但有关各构成要素的构成以及配置关系只是可以理解本发明程度地概略示出的样态。此外，虽然下面对本发明的最佳构成例进行了说明，但有关各构成的材质以及数值条件等只不过是单纯的最佳例。因而，本发明并非仅限于下面的实施方式。
在各图中，对同样的构成要素有时也附加同一标记来表示，省略其重复的说明。另外，用于说明FBG装置的构造的图优先考虑了图面的易看性，故有关图面纵深方向的几何学的重叠的情况等，存在有在不误解本发明旨趣的范围内牺牲其严密性的部分。此外，表示断面的剖面线等也有部分省略。
(第1实施方式的构成)
参照图2、图3以及图4对本发明第1实施方式的FBG装置的构成进行说明。图2是从侧面看到的第1实施方式FBG装置的概略断面图，图3是从上面看到的第1实施方式FBG装置的概略平面图。这里，图2所示是沿图3的A-A线取得的断面的切口图。图4是用于说明第1实施方式中的SSFBG的构成的概略图。
FBG装置100具有温度控制板125、底板132以及安装板135依次层叠而构成的FBG搭载台120。FBG搭载台120固定设置在FBG装置框架110的基体底面112上。FBG装置框架110采用由FBG装置框架外壳113覆盖FBG装置基体部111的构成。
图3所示的从上面看到的FBG装置的概略平面图给出的是拆除了FBG装置框架外壳113的状态。之所以采用这样的构造，是因为在制作FBG装置100的工序中考虑到在FBG装置基体部111设置FBG搭载台120等的作业。例如，在FBG装置基体部111设置FBG搭载台120等的工序中，如果不是拆除FBG装置框架外壳113的状态则不能实施该工序。
FBG装置基体部111以及FBG装置框架外壳113均由表面实施了镀金的铜材制作。当然，这些部件的构成材料不一定仅限于铜，也可以用铝材、黄铜材料等。FBG装置框架110可以是诸如四角的箱状的形态，在沿着光纤160的长度方向的纵向的某一个侧面上具有向后述的热电微型组件(thermomodule)121的供电端子(省略图示)以及从温度传感器133引出的输出端子。
温度控制板25由热电微型组件121和加热部件123所构成。
热电微型组件121例如由使用了珀耳帖元件的加热及冷却模块所构成。图2中给出的是以温度控制部120具有一个热电微型组件121的构成为例的情况，但也可以根据底板132的形状以及大小配置多个。
作为绝热部件123可以使用玻璃环氧材料、云母材料等低热导率材料。此外，也可以取代绝热部件123，而用由低热导率材料制造的螺旋线(螺纹)等将底板(base plate)132搭桥固定在FBG装置框架110的基体底面112上来进行设置。此时，可以在底板132和FBG装置基体部111之间通过空气来进行绝热，或者用发泡氨基甲酸酯等填充FBG装置框架110的内部来进行绝热。
底板132由铜材构成，而安装板135则最好由殷钢材料构成。底板132以及安装板135的材料并非仅限于这些材料，底板132最好使用热导率大的材料，构成底板132的材料的热导率希望最小也能为398W/(m·K)。而安装板135最好使用热膨胀系数小的材料，构成安装板135的材料的热膨胀系数作为最大也是1.2×10-6/K。底板132使用螺钉等机械地接连在温度控制板125上面进行固定。
底板132具有温度传感器133。图2中，采用将温度传感器133埋设在底板132中的构成。也可以采用将温度传感器133埋设在安装板135内的构成，或者采用将之固定设置在安装板135或者底板132的侧面等上的构成。此外，温度传感器133既可以使用热敏电阻，也可以使用热电偶或白金热电阻。
在底板132的上面，以经由硅润滑油可滑动的状态相接连地配备着安装板135。
SSFBG167形成在光纤160上。作为光纤160，可以使用如光纤芯添加锗等提高了紫外感光性的单模光纤。SSFBG167具有从光纤160的输入端166a侧朝向输出端166b侧交互地形成了多个单位FBG168a～168o(在下面的说明中，有时也用标记168来代表)以及相位调制部169a～169n(在下面的说明中，有时也用标记169来代表)的多点相位偏移构造。多个单位FBG的每一个其长度相等且以同一的衍射光栅间隔得以形成。根据相邻的单位FBG间的相位调制部169的光路长度，来调节在各单位FBG间反射的光脉冲信号的相位差。
这里，采用了利用局部加热器170a～170n(在下面的说明中，有时也用标记170来代表)来调整相位调制部169的光路长度的构成。局部加热器170用例如直径18μm的钨丝等发热电阻器构成。在对应SSFBG167的相位调制部169的位置，局部加热器170接触或者绕卷进行固定。这里，局部加热器170的材料并不限于钨，也可以使用镍铬合金丝。
FBG装置框架110在沿着光纤160的长度方向的长度方向的某一个侧面上具有向局部加热器供电的供电端子(图示省略)。相位调制用温度控制器经由向局部加热器供电的端子电连接在局部加热器上。相位调制用温度控制器是具有单独可控地进行是否向对应各相位调制部169的各个局部加热器170的供电、即是否对各局部加热器170加热以及不加热的功能的众所周知的温度控制器。
在安装板135的上面，作为FBG接触部165，形成有V字状沟槽147。光纤160嵌入地固定在V字状沟槽147上，且光纤160与V字状沟槽147的沟槽面紧密相接。在安装板135的上面，设置了与V字状沟槽147正交的第1分隔沟槽141以及第2分隔沟槽143，利用第1分隔沟槽141和第2分隔沟槽143，可以使V字状沟槽147的部分区别于第1固定部161、FBG接触部165以及第2固定部163。即，作为V字状沟槽147的部分，从V字状沟槽147一方的端部到第1分隔沟槽141的部分为第1固定部161，从V字状沟槽147另一方的端部到第2分隔沟槽143的部分为第2固定部163，从第1分隔沟槽141到第2分隔沟槽143的部分为FBG接触部165。
光纤160利用粘合固定剂粘接固定在第1固定部161以及第2固定部163中。作为粘合固定剂，可以使用紫外线硬化型的丙稀系列粘合剂(例如，Summers Optical公司制造的VTC-2)或者环氧系列粘合剂。光纤160在FBG接触部165上，通过硅润滑油紧密地接触着V字状沟槽147的壁面。光纤160通过形成在FBG装置基体部111的贯通孔，由密封剂117密封在FBG装置框架110上。密封剂117可以使用硬化后还具有柔软性的硅胶。
为了提高光纤160的对V字状沟槽147的附着性，在FBG接触部165的局部加热器170的部分形成有局部加热器用沟槽145。局部加热器用沟槽145设置在与V字状沟槽147正交的方向上。这里，所设定的局部加热器用沟槽145的宽度与各相位调制部169的长度相等、局部加热器用沟槽145的间隔与各单位FBG168的长度相等。
(第1实施方式的动作)
下面参照图5对将第1实施方式的FBG装置作为相位编码器使用时的动作进行说明。图5是用于说明利用FBG装置局部加热器的反射光的相位差控制的图。
例如，设形成于第1单位FBG168a和第2单位FBG168b之间的相位调制器169a的光路长度为λ/2(λ为光脉冲信号载波的波长)。此时，从输入端166a入射并透过第1单位FBG168a及第1相位调制部169a被第2单位FBG168b反射的光脉冲信号在第2单位FBG168b的反射的前后，通过第1相位调制部169a。如果一次通过光路长度为λ/2的第1相位调制部169a则由于载波的相位偏移π，故两次通过第1相位调制部169a的在第2单位FBG168b反射的光与在第1单位FBG168a反射的光相比将偏移2π，其结果在第1单位FBG168a反射的光与在第2单位FBG168b反射的光的相对相位差为0。
此外，通过第1局部加热器170a的加热使形成于第1单位FBG168a和第2单位FBG168b之间的第1相位调制器169a伸长，第1相位调制器169a的光路长度将成为3λ/4(λ为光脉冲信号载波的波长)。此时，从输入端166a入射，透过第1单位FBG168a以及第1相位调制部169a被第2单位FBG168b反射的光脉冲信号在第2单位FBG168b的反射的前后，通过第1相位调制部169a。如果一次通过光路长度为3λ/4的第1相位调制部169a，则由于载波的相位偏移3π/2，故两次通过第1相位调制部169a的在第2单位FBG168b反射的光对应在第1单位FBG168a反射的光的相对相位差为π。
这样，如果设第1相位调制器169a的光路长度是λ/2的整数倍，即是mλ/2(m为正的整数)，则分别在第1单位FBG168a和第2单位FBG168b反射的光脉冲信号的相对相位差为0。反之，如果设第1相位调制器169a的光路长度是λ/4的奇数倍，即是mλ/2+(2n-1)λ/4(n为正的整数)，则分别在第1单位FBG168a和第2单位FBG168b反射的光脉冲信号的相对相位差将为π。
光纤160的SSFBG167具有15个单位FBG168和14个相位调制部169，可以以15比特的M系列的代码列编码以及解码光脉冲信号。在此，设全部局部加热器170不加热，即全部的相位调制部169的光路长度为mλ/2。在全部的局部加热器170不加热时，由于相邻的单位FBG168间的相对相位差为0，故在各单位FBG的反射光脉冲信号的相位为“0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0”。
这里，设第1～14为相位调制部的加热以及不加热的设定为“F、F、H、F、F、F、H、H、H、H、F、H、F、H”。其中，用“H”表示局部加热器170的加热，用“F”表示不加热。加热固定在第3相位调制部169c的第3局部加热器170c使第3相位调制部169c伸长。如果第3相位调制部169c的光路长度为mλ/2+(2n-1)λ/4，则在第4单位FBG168d反射的光脉冲信号在反射之前和反射了之后，2次通过第3相位调制部169c。由于在通过第3相位调制部169c时相位偏移π/2，故通过2次通过第3相位调制部169c，在第4单位FBG168d反射的光脉冲信号相对于在第3单位FBG168c反射的光脉冲信号，其相对相位差为π。
因为加热了第3、7～10、12以及14局部加热器170c、170g～170j、170l以及170n，故在第3、7～10、12以及14相位调制部169c、169g～169j、169l以及169n相位将发生变化。另一方面，因为不加热第1、2、4～6、11以及13局部加热器170a、170b、170d～170f、170k以及170m，故在第1、2、4～6、11以及13相位调制部169a、169b、169d～169f、169k以及169m相位不发生变化。因而，在第1到第15单位FBG反射的光脉冲信号的相位变为“0、0、0、π、π、π、π、0、π、0、π、π、0、0、π”(以下作为代码A)。
接着，将加热以及不加热的设定变更为“H、F、H、H、H、F、F、H、F、F、H、F、F、H”。此时，因为加热了第1、3～5、8、11以及14局部加热器170a、170c～170e、170h、170k以及170n，故在第1、3～5、8、11以及14相位调制部169a、169c～169e、169h、169k以及169n相位将发生变化。因而，在第1到第14单位FBG反射的光脉冲信号的相位变为“π、0、0、π、0、π、π、π、0、0、0、π、π、π、0”(以下作为代码B)。
图6所示是在作为相位编码器的FBG装置上输入了光脉冲信号时的代码化脉冲信号的波形图。图6中，横轴表示时间轴，纵轴按任意单位表示输出的光脉冲信号的强度。图6(A)所示为构成了代码A的FBG装置上输入了光脉冲信号时的、从FBG装置输出的代码化脉冲信号的波形。图6(B)所示为构成了代码B的FBG装置上输入了与入射到构成了代码A的FBG装置同样的光脉冲信号时的、从FBG装置输出的代码化脉冲信号的波形。
这样，通过变更局部加热器的加热以及不加热的条件，可以使在用代码A进行编码时和用代码B进行编码时其编码化波形不同。
接着，在波长控制用温度控制器上将设定温度设定为规定的值。波长控制用温度控制器经由对热电微型组件121供电的供电端子与热电微型组件121电连接，经由自温度传感器133引出的输出端子与温度传感器电连接。波长控制用温度控制器控制热电微型组件121的加热或者冷却，以使设定温度能够等于通过温度传感器的测量温度。利用温度控制器的对热电微型组件121的控制，安装板135将保持恒定温度。这里，要使设定温度等于测量温度，进行温度控制的装置可以使用众所周知的仪器，在此略去其说明。
通过来自由热电微型组件121进行了加热及冷却的底板132的热传导，安装板135进行温度控制。此时，由于底板132与安装板135通过硅润滑油接触，故底板132的温度变化导致的伸缩不会传递给安装板135。此外，如上所述的那样，由于安装板135由低热膨胀材料构成，故也可以忽略安装板135的伸缩。由于光纤160固定于用低热膨胀材料构成的安装板135上，故SSFBG167的温度只随安装板135的温度变化而变化。
这里，邻接于具有局部加热器170的相位调制部169的单位FBG168与安装板135紧密接触。由于光纤160的热传导率低，故单位FBG168的温度将由安装板135的温度，即热电微型组件121的加热以及冷却来控制，而从由局部加热器170加热的相位调制部169到相邻的单位FBG168的热传导则可忽略不计。
此外，包围编码器以及解码器的环境温度变化了时，伴随着环境温度的变化，FBG装置框架110将产生伸缩。此时，利用在贯通孔115的部分使用的密封剂117的柔软性，可以吸收FBG装置框架110的伸缩，以及，通过在安装板135上粘接固定光纤160，可以不使FBG装置框架110的伸缩传递给SSFBG167，不会产生因施加给SSFBG167的应力而引起波长变动的情况。
依照SSFBG167的温度变化，构成SSFBG167的各个单位FBG168的实效折射率neff以及光栅间隙Λ将产生变化。已知温度变化导致的反射中心波长λ的变动量Δλ可以由下面的关系式给出(例如，参照Andreas Othonos and Kyriacos Kalli著：Fiber BraggGratings)。
Δλ＝λ·ΔT[(1/Λ)(dΛ/dT)+(1/neff)(dneff/dT)]
这里，ΔT为温度变化量，Λ为单位FBG168的实效折射率neff的周期构造的周期，dΛ/dT为光纤160的热膨胀系数。如果温度上升，反射中心波长λ的变动量Δλ取正的值，反射中心波长λ向长波长侧移动。反之，如果温度下降则相反，反射中心波长λ向短波长侧移动。
例如，当反射中心波长λ为1550nm、单位FBG168的实效折射率周期为535.6nm、光纤的热膨胀系数为5.5×10-7、单位FBG168的实效折射率neff的变化率(dneff/dT)为8.6×10-6时，如果环境温度从25℃变化到45℃，则反射中心波长λ的变动量Δλ为0.185nm，反射中心波长λ为1550.185nm。
参照图7说明本发明的第一FBG装置的温度控制特性。图7中，取横轴为波长控制用温度控制器的设定温度(℃)，纵轴为作为第1实施方式的FBG装置的布喇格反射波长的反射中心波长的变动量Δλ(pm)，用黑色三角形表示测量值。在温度15℃时，变动量约为-100pm，在25℃约为0pm，在45℃时为约230pm。如果设波长控制用温度控制器的设定温度(℃)为x，动作波长的变动量Δλ(pm)为y，用下面的一次函数对这些观测值进行近似，
y＝10.8x-261.9，
则可知每1℃波长控制用温度控制器的设定温度的动作波长的变动量Δλ(pm)为10.8pm。
此外，在从15℃到45℃的范围内，动作波长可以在300pm的范围内调整，例如，其可以充分地对应生成在OCDM的发送侧设置的载波的光源波长的漂动。如果作为温度控制器使用可以按1℃单位进行温度设定的装置，则动作波长的最小调整量约为1pm。
如上述说明的这样，根据第1实施方式的光纤布喇格光栅装置，在作为OCDM的编码器及解码器使用时，通过局部加热器的加热以及不加热，就可容易地进行代码变更，而不用更换编码器以及解码器。
另外，利用第1实施方式的光纤布喇格光栅装置，可以在300pm的范围内，以1pm的精度设定波长，且环境温度的变化对波长没有影响。因而，可长期稳定地提供基于所设定的代码的编码以及解码特性。
(第2实施方式的构成)
下面，参照图8说明本发明第2实施方式的FBG装置的构成。因第2实施方式的FBG装置其FBG搭载台之外的构成与第1实施方式相同，故略去其详细的说明。图8是从侧面观看第2实施方式FBG装置的FBG搭载台以及光纤的概略断面图。
第二FBG装置的搭载台通过依次层叠温度控制板125、底板136以及安装板137构成。
这里，因温度控制板125的构成与第1实施方式相同，故略去其说明。底板136固定方式为底板136的下面接连于温度控制板125的上面。安装板137以安装板137的下面在可滑动的状态下接连在底板136的上面这样来配备。
安装板137具有多个安装载物台138a～138o(在下面的说明中，有时也用标记138来代表)以及多个伸缩载物台139a～139n(在下面的说明中，有时也用标记139来代表)。安装载物台138最好由铜材构成。虽然安装载物台138的材料并非仅限于此，但最好采用热导率最小亦有398W/mK的材料构成。
底板136和安装板137其边界面经由硅润滑油相接触。在安装板137上设置有温度传感器133。图8中，采用了将温度传感器133埋设在安装载物台138上的构成。当然，也可以采用将温度传感器133埋设在底板136内的构成，或者采用将之固定设置在安装载物台138的侧面等的构成。温度传感器133既可以使用热敏电阻，也可以使用热电偶或白金热电阻。
在安装载物台138的上面，在长度方向形成有V字状沟槽。光纤160以嵌入V字状沟槽的方式进行固定，光纤160与V字状沟槽147的沟槽面紧密接触。这里安装载物台138的长度等于单位FBG的长度。
各安装载物台138以挟持伸缩载物台139的方式进行设置。伸缩载物台139采用诸如使用了压电元件的伸缩器件构成，可通过外加电压在光纤的长度方向上伸长。在没有外加电压的状态下，伸缩载物台与相邻的安装载物台138的光纤长度方向的间隔为mλ/2，即其设定其应等于相位调制部的长度。此外，通过外加电压，伸缩载物台的伸长量至少需要λ/4。另外，因为在使用了压电元件的伸缩器件的驱动中通常需要外加高电压，故伸缩载物台和相位调制部的连接线以及伸缩载物台要保持与周围充分绝缘的状态。
(第2实施方式的动作)
下面，再次参照图4和图5(A)以及图5(B)对将第2实施方式的光纤布喇格光栅装置作为相位编码器使用时的动作进行说明。这里，作为一例，就代码采用了代码长度为15比特的M系列代码的情况进行说明。
光纤160的FBG具有15个单位FBG168和14个相位调制部169，在对伸缩载物台139的不外加电压时的相位调制部169的光路长度为mλ/2。因而，被第2FBG168b反射的光脉冲信号从输入端166a入射，通过了第1FBG168a后，在通过第1相位调制部169a时相位偏离π。此外，在第2FBG168b反射了之后，再次通过第1相位调制部169a时，相位进一步偏离π。因此，被第1单位FBG168a反射的光脉冲信号和被第2单位FBG168b反射的光脉冲信号之间的相对相位差为0。同样地，在所有的相位调制部全部具有同样的光路长度时，由于在相邻的单位FBG间的相对相位差为0，故如果取第1单位FBG168a的相位为0，则在各单位FBG的反射脉冲信号的相位为“0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0”。
这里，如果设从第1伸缩载物台139a到第14伸缩载物台139n的外加电压以及不外加电压的设定为“F、F、N、F、F、F、N、N、N、N、F、N、F、N”。其中，用“N”表示对伸缩载物台139的外加电压，用“F”表示不外加电压。通过对对应第3相位调制部169c的第3伸缩载物台139c外加电压，可以使第3相位调制部169c伸长，将第3相位调制部169c的光路长度设定为mλ/2+(2n-1)λ/4。如果第3相位调制部169c的光路长度为mλ/2+(2n-1)λ/4，则在第4单位FBG168d反射的光脉冲信号在反射之前和反射了之后，2次通过第3相位调制部169c。由于通过第3相位调制部169c时相位偏移π/2，故通过2次通过第3相位调制部169c，在第4单位FBG168d反射的光脉冲信号相对于在第3单位FBG168c反射的光脉冲信号，其相对相位差为π。
因为对第1、2、4～6、11以及13伸缩载物台139a、139b、139d～139f、139k以及139m不外加电压，故在第1、2、4～6、11以及13相位调制部169a、169b、169d～169f、169k以及169m上相位不发生变化。因为对第3、7～10、12以及14伸缩载物台139c、139g～139i、139l以及139n外加电压，故在第3、7～10、12以及14相位调制部169c、169g～169j、169l以及169n上相位将发生变化。因而，在第1到第15单位FBG168a～168o进行反射的光脉冲信号的相位就成为15比特的M系列的代码“0、0、0、π、π、π、π、0、π、0、π、π、0、0、π”(代码A)。
接着，将外加电压以及不外加电压的设定变更为“N、F、N、N、N、F、F、N、F、F、N、F、F、N”。此时，因为对第1、3～5、8、11以及14伸缩载物台139a、139c～139e、139h、139k以及139n外加了对应，故在第1、3～5、8、11以及14相位调制部169a、169c～169e、169h、169k以及169n相位将发生变化。因而，在第1到第14单位FBG反射的光脉冲信号的相位变为“π、0、0、π、0、π、π、π、0、0、0、π、π、π、0”(代码B)。
接着，在温度控制器上将设定温度设定为规定的值。温度控制器控制热电微型组件121的加热或者冷却，以使设定温度与利用温度传感器测量的测量温度相等。利用温度控制器的对热电微型组件121的控制，安装板135将保持恒定温度。这里，用于使设定温度等于测量温度的温度控制装置可以使用众所周知的仪器，这里略去其说明。
此外，在包围编码器以及解码器的环境温度发生了变化时，伴随着环境温度的变化，FBG装置框架将产生伸缩。此时，利用在贯通孔部分使用的密封剂的柔软性，可以吸收FBG装置框架的伸缩，以及，通过在安装板上粘接固定光纤，可以不使FBG装置框架的伸缩传递给FBG，不会产生因施加给FBG的应力而引起的波长变动。
如上述说明那样，根据第2实施方式的光纤布喇格光栅装置，在作为OCDM的编码器以及解码器使用时，通过伸缩载物台的外加电压以及不外加电压，就可以容易地进行代码变更而不用更换编码器以及解码器。
此外，根据第2实施方式的光纤布喇格光栅装置，就可以在300pm的范围内，以1pm的精度设定波长，且环境温度的变化对波长没有影响。因而，可长期稳定地提供基于所设定的代码的编码以及解码特性。
Claims (8)
1.一种光纤布喇格光栅装置，其特征在于，具有：
依次层叠温度控制板、底板以及安装板而构成的光纤布喇格光栅搭载台、即FBG搭载台；以及
在同一光纤中交替形成多个同一构成的单位光纤布喇格光栅以及多个相位调制部的超结构光纤布喇格光栅、即SSFBG，
其中，上述温度控制板由热电微型组件和绝热部件构成，
上述底板接连并固定在上述温度控制板的上面，
上述安装板以可滑动的状态接连在上述底板的上面，
上述SSFBG以与设定在上述安装板的上面的FBG接触部相接触的方式得以固定，
上述相位调制部可自由伸缩地得以形成，通过该相位调制部的伸缩，可以变更传播于上述相位调制部的光脉冲信号载波的相位。
2.根据权利要求1所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述相位调制部的光路长度被设定成由下面的关系式1给出的第1长度L1，以及可伸长到由下面的关系式2给出的第2长度L2，
关系式1：L1＝mλ/2
关系式2：L2＝L1+(2n-1)λ/4
式中，m和n为正整数，λ为传播于SSFBG的光脉冲信号载波的波长。
3.根据权利要求1所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述相位调制部分别具有变更该相位调制部的光路长度的局部加热器，
通过该局部加热器的加热及不加热，上述相位调制部进行伸缩。
4.根据权利要求2所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述相位调制部分别具有变更该相位调制部的光路长度的局部加热器，
并通过该局部加热器的加热使上述相位调制器的光路长度成为L2，通过该局部加热器的不加热使上述相位调制器的光路长度成为L1这样来进行设定。
5.根据权利要求3或者4所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述FBG接触部以V字状沟槽设置在上述安装板的上面，
在上述安装板的上面以及V字状沟槽的壁面以等于上述单位FBG的长度的间隔设置宽度与上述相位调制部的长度相等的局部加热器用沟槽，
上述局部加热器设置在上述局部加热器用沟槽内，以及
上述SSFBG被设置成与上述V字状沟槽的壁面接连。
6.根据权利要求1所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述安装板由多个安装载物台和被设置成由上述安装载物台挟持的多个伸缩载物台构成，
上述单位FBG以与设定在上述多个安装载物台的上面的FBG接触部相接触的方式得以固定，以及
通过上述伸缩载物台的伸缩，没有固定在上述伸缩载物台上的相位调制部进行伸缩。
7.根据权利要求6所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述安装载物台的FBG接触部的长度被设定为与上述单位FBG的长度相等，
上述相位调制部的光路长度，通过对上述伸缩载物台不外加电场，按由下面的关系式1给出的第1长度L1来进行设定，通过对上述伸缩载物台外加电场，可伸长到由下面的关系式2给出的第2长度L2，
关系式1：L1＝mλ/2
关系式2：L2＝L1+(2n-1)λ/4
式中，m和n为正整数，λ为传播于SSFBG的光脉冲信号载波的波长。
8.根据权利要求6或者7所记述的光纤布喇格光栅装置，其特征在于：
上述FBG接触部以V字状沟槽设置在上述安装板的上面。
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