JP2001525084A - 中心周波数の正確な設定を行うために後同調を行う温度安定型ブラッグ格子パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 温度補償型パッケージ内に固定されたファイバ格子の中心波長を正確に設定する方法であって、この方法は、格子を前記パッケージに固定する段階と、後処理段階でパッケージの寸法を変更する段階とを含む。変更する段階は、パッケージの伸張または収縮を行って、パッケージの寸法を実質的に永久変更する。温度補償型パッケージは、第１熱膨張率を有する第１細長部材と、各々が第１細長部材の両端部に取り付けられ、他方の第２端部が第１細長部材の端部より互いに近接した位置にあって、第１熱膨張率より比較的高い第２熱膨張率を有する２つの第２細長部材と、第２端部に取り付けられて、第２細長部材に材料整合固定混合物を与えることができる２つの材料整合部材とを備えており、固定混合物がファイバ格子の端部を温度補償型パッケージに固定する。固定混合物は、ガラスまたは金属はんだを有することができる。材料整合部材は、好ましくは第２端部の開口内に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 中心周波数の正確な設定を行うために後同調を行う 温度安定型ブラッグ格子パッケージ発明の分野 本発明は、中心周波数（center frequency）の正確な設定を容易にする、光フ ァイバブラッグ格子用のパッケージの構造に関する。好適な実施例は、一定範囲 の温度で安定した中心周波数を与えるパッケージを含む。発明の背景 ブラッグ格子は、光ファイバ構造の分野では周知であり、通常は、紫外線光源 などで感光性光ファイバに書き込まれた繰返しパターンを有している。残念なが ら、変調パターン（modulating pattern）は、通常、本来的にひずみ（strain） および温度の作用に非常に敏感である。通信または感知システムなどの用途では 、格子の光学特性が温度またはひずみの作用の影響を受けないことが必要条件で あるため、このことは不都合である。このため、格子領域を外部のひずみまたは 温度の作用から隔離できるようにして、格子をパッケージ内に取り付けることが 一般的に必要である。 第１図には、ファイバ２をパッケージ取り付け具３の２つの端部にエポキシ４ を備える固定手段により取り付けている簡単な格子パッケージ１が示されている 。残念ながら、この構造では、パッケージ３がファイバ２に対して熱膨張するこ とによって、ファイバ２に加わる引張り力が変化する。 第２図には、異なった熱膨張を行う材料の組み合わせを使用した温度補償型パ ッケージを含む幾分複雑化した構造体１０が示されている。第１材料１１は、第 １の低率で膨張するように使用されているのに対して、端部分１２，１３を有す る第２材料は、比較的高率で熱膨張する。２種類の材料１１，１２および１３の 合成膨張ためにより安定した構造が得られることによって、ファイバ固定点１５ ，１６が維持され、それにより、ファイバ１８に加わる全ひずみが中間領域に（ in the intermediate region)に維持されて、中心 周波数に対する温度の影響を抑えることができる。 一部の用途では、温度特性は、特別な補償を必要としないであろう。しかし、 第１図の構造１を使用する時など、ファイバ書き込み処理で得られるよりも高い 波長正確度を達成するために、ひずみを加えながらファイバを実装する（packag e）必要がある場合がある。 実装ブラッグファイバ格子の大部分において、ファイバは、ひずみ作用下で保 持されている。ファイバをパッケージに固定する時、多くの技法を使用すること ができる。これらには、エポキシ接着剤またはガラス「フリッティング」が含ま れる。これらの処理は、多くの場合に熱を必要とし、その結果、それらが格子の 波長にさらなる影響を与え、ファイバをパッケージ内に取り付けて対応する波長 を設定する時、ひずみと熱の影響を区別することが困難になるであろう。さらに 、ファイバをパッケージに固定する一般的な方法では、エポキシが硬化するか、 ガラスフリットが固まる時に、いくらかの収縮作用がある。収縮もファイバに対 するひずみに望ましくない変化をもたらし、それによって波長設定が変更される 可能性がある。 さらに、使用する材料から、ファイバをパッケージに固定するために、エポキ シ樹脂などを使用する必要がある場合が多い。これは、クリープの問題を引き起 こす可能性があり、時間の経過に伴ってパッケージまたはファイバに対する接着 剤のクリープによって導波管の特性が変化する。残念ながら、エポキシは、不都 合に湿度に敏感であろう。材料の共存性を維持する必要性から、エポキシをどう しても使用しなければならない場合が多い。発明の概要 本発明の目的は、改良式温度安定型光ファイバパッケージを提供することであ る。 本発明の第１の態様によれば、温度補償型パッケージ内に固定されたファイバ 格子の中心波長を正確に設定する方法であって、格子をパッケージに固定する段 階と、後処理段階でパッケージの寸法を変更する段階とを含む方法が提供されて いる。 変更する段階は、パッケージの寸法を実質的に永久変更するように、パッ ケージを伸張させまたは収縮させることを含むことができる。 温度補償型パッケージは、、第１熱膨張率を有する第１部材と、各々が第１部 材の両端部に取り付けられ、他方の第２端部が第１部材の端部より互いに近接し た位置にあって、第１熱膨張率より比較的高い第２熱膨張率を有する２つの第２ 部材と、第２端部に取り付けられて、第２部材に材料整合式（material matchin g）固定混合物を与えることができる２つの材料整合部材とを備えており、固定 混合物がファイバ格子の端部を温度補償型パッケージに固定する。 固定混合物は、ガラスまたは金属はんだを有することができる。 材料整合部材は、好ましくは第２端部の開口内に配置されている。 本発明のさらなる態様によれば、正確に固定可能な中心周波数を有する温度安 定型格子パッケージであって、格子ファイバをパッケージへ固定する固定手段と 、パッケージの温度の変動を補償する温度補償手段と、格子の中心周波数を正確 に実質的に固定するためにパッケージの長さを変更するパッケージ長さ変更手段 とを備えているパッケージが提供されている。 温度補償手段は、第１熱膨張率を有する第１部材と、各々が第１部材の両端部 に取り付けられ、他方の第２端部が第１部材の端部より互いに近接した位置にあ って、第１熱膨張率より比較的低い第２熱膨張率を有する２つの第２部材と、第 ２端部に取り付けられて、第２部材に材料整合固定混合物を与えることができる ２つの材料整合部材とを有しており、固定手段がファイバ格子の端部を温度補償 型パッケージに固定する。 固定手段は、ガラスまたは金属はんだを有しており、材料整合部材は、第２端 部の開口内に配置することができる。 本発明のさらなる態様によれば、パッケージへ格子ファイバを固定する固定手 段と、パッケージの温度の変動を補償する温度補償手段とを備えた温度安定型格 子パッケージであり、温度補償手段は、第１熱膨張率を有する第１部材と、各々 が第１部材の両端部に取り付けられ、他方の第２端部が第１部材の端部より互い に近接した位置にあって、第１熱膨張率より比較的低い第２熱膨張率を有する２ つの第２部材と、第２端部に取り付けられて、第２部 材に材料整合固定混合物を与えることができる２つの材料整合部材とを有してお り、固定手段がファイバ格子の端部を固定する温度安定型格子パッケージが提供 されている。 固定手段は、ガラスまたは金属はんだを有することができる。図面の簡単な説明 他の形式も本発明の範囲に入るが、例示として添付図面を参照しながら本発明 の好適な形式を説明する。 第１図は、従来技術で使用されている簡単な格子パッケージを示しており、 第２図は、従来技術で周知の温度補償型パッケージを示しており、 第３（ａ）図および第３（ｂ）図は、好適な実施例の構造を概略的に示してい る。好適な実施例および他の実施例の説明 本発明の好適な実施例によれば、同調可能なブラッグ格子を設けるための装置 が提供されており、この装置は、中心波長（center wavelength）の設定の問題 をパッケージへのファイバの固定または取り付けの問題から切り離している。こ れは、最初にファイバをパッケージに固定し、次に固定後「同調」を行って、格 子の波長を要求に応じて同調させることによって達成される。 さらに、グラスファイバおよび支持プラットフォームと同様な熱膨張率を有す ると共に、ガラスまたは金属はんだの使用と両立できる中間材料を使用すること によって、エポキシまたは高分子接着剤の使用が特に湿度に敏感であるために困 難であるという問題が軽減され、改良されたパッケージが得られる。 次に、第３（ａ）図および第３（ｂ）図を参照すると、１つの形式の好適な実 施例が、第３（ａ）図に側部断面図で、第３（ｂ）図に上部断面図で示されてい る。好適な実施例２０は、ファイバ２２上に書き込み済みの格子２１を非常に安 定した環境内に維持することによって、格子周波数を容易に設定できるように構 成されている。パッケージ２０は、熱膨張率が高い第１材 料、例えばステンレス鋼から成る２つの端部分２３，２４を備えている。第２円 筒形部材２５が設けられており、重要なことであるが、これは波長の後同調を行 うための肉薄部分２６を備えている。 部材２３，２４の各々は、コバール（Kovar）プラットフォームたとえば２７ ，２８を取り付けるための円筒形の穴を有している。コバールプラットフォーム は、対応部材２３，２４に設けられた穴に嵌め込むことができる。コバールプラ ットフォームたとえば２７，２８は、コバールプラットフォームと、ファイバ２ ２をパッケージに取り付けるために使用されるはんだ部材２９，30との間の材料 整合を行うことができる。このようにして、高分子接着剤を使用する必要性をな くすことができ、長期安定性が得られる。 もちろん、多くの他の材料をプラットフォーム２７，２８に使用することがで きる。例えば、コバールまたはインバール（invar）を使用できると共に、ジル コニアセラミックおよび他の幾つかのシリカ材を使用することもできる。理想的 には、２６，２３，２４，２７および２８のような各部材は、レーザ溶接が適し ていれば共にレーザ溶接される。 これによって、構造体２０は、ガラスまたは金属はんだ（フリット）を用いる ことができ、高分子接着剤を使用する必要がなくなるため、長期クリープ作用を 低減させ、高い長期安定性を与える。 従って、好適な実施例の第１段階は、パッケージ構造体を製造し、ファイバ２ ２を所定位置に固定することを含む。この段階での波長設定は、重要ではなく、 最終装置で望まれるものより低いのが好ましい。 ファイバを固定し、固定後収縮が起きた後、パッケージ２０を軸方向に伸張ま たは収縮させる。制御力によって肉薄部分２６の周囲で引き伸ばしを行って、パ ッケージを永久的に伸張させることができる。あるいは、圧縮を用いてパッケー ジの寸法を小さくすることができる。好ましくは、パッケージは塑性変形可能な 鋼、コバールまたはインバールなどの材料で形成される。この変形によって長さ を永久的に変化させることができ、またこれによって光ファイバブラッグ格子の 中間領域２１に加わるひずみが変わるため、中心波長が変化する。 実際に、ほとんどの用途において全範囲の同調を行うために必要な長さの増加 範囲は、一般的に５μｍ末満であることがわかっている。後同調作業は、好まし くは装置の作動温度で実施され、これによって他の点には関係なく或る温度で正 確な波長を与えるパッケージが提供される。 特定の実施例に示されている本発明に対して幅広く記載されている本発明の精 神または範囲から逸脱することなく様々な変更および修正の両方またはいずれか 一方を加えることができることは、当該技術の専門家には明らかであろう。従っ て、本実施例はすべての点で説明のためのものであって、制限的ではないと考え られたい。

【手続補正書】 【提出日】平成１２年８月２１日（２０００．８．２１） 【補正内容】 請求の範囲 １． 光ファイバ内に包含されたブラッグ格子を同調する方法であって、前記光 ファイバを金属の温度補償型パッケージ内に、該光ファイバの格子収容領域が前 記パッケージ内の離隔配置されたファイバ固定点間に位置するようにして配置す る段階と、前記パッケージに引張りひずみを加えることなく前記光ファイバの軸 方向に離れた部分を前記固定点に固定する段階と、その後、前記パッケージおよ び収容されている前記光ファイバを該パッケージに永久塑性変形をもたらすのに 充分な範囲で 順次伸張させて前記光ファイバの前記格子領域内に引張りひずみを 誘発し、それによって前記格子を必要中心波長に同調させる段階とを含む方法。 ２． 前記光ファイバを内部に配置した前記パッケージは、前記光ファイバに平 行に延在している第１金属部材と、該第１金属部材に固定されて該第１金属部材 に平行に延在している２つの第２金属部材とを有しており、該第２金属部材のそ れぞれの内側端部が前記光ファイバのための前記固定点となり、他端部が前記第 １金属部材の端領域に固定されており、前記第１金属部材は第１熱膨張率を有す る金属で形成され、前記第２金属部材は前記第１熱膨張率より高い第２熱膨張率 を有する金属で形成されている請求の範囲第１項に記載の方法。 ３． 前記光ファイバは、ガラスはんだでそれぞれの前記固定点に固定される請 求の範囲第１項に記載の方法。 ４． 前記光ファイバは、金属はんだでそれぞれの前記固定点に固定される請求 の範囲第１項に記載の方法。 ５． 前記光ファイバは、エポキシ樹脂でそれぞれの前記固定点に固定される請 求の範囲第１項に記載の方法。 【手続補正書】 【提出日】平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） 【補正内容】 明細書 中心周波数の正確な設定を行うために後同調を行う 温度安定型ブラッグ格子パッケージ発明の分野 本発明は、格子の中心周波数（center frequency）の正確な設定（つまり同調 ） を容易にする、光ファイバブラッグ格子用のパッケージの構造に関する。本発 明の 好適な実施例において、パッケージは、一定範囲の温度において安定性を提 供する 。発明の背景 インファイバブラッグ格子（In-Fiber Bragg gratings）は周知であり、典型 的な格子は、 通常、紫外線光源などで感光性光ファイバに書き込まれた屈折率変 化の 繰返しパターンを有している。変調パターン（modulating pattern）は、通 常、本来的に温度誘因子を含むひずみ（strain）の作用に非常に敏感である。こ の ため、格子領域を外部のひずみまたは温度の作用から隔離できるようにして、インファイバ 格子をパッケージ内に取り付けることが一般的に必要である。その 構造を取り付けた２つの従来技術を添付の図面、第１図および第２図に示す。 第１図には、前引っ張り（同調）ファイバ２をパッケージ取り付け具３の２つ の端部にエポキシ樹脂４を備える固定手段により取り付けている簡単な格子パッ ケージ１が示されている。この構造では、パッケージ３がファイバ２に対して熱 膨張することによって、ファイバ２に加わる引張り力が変化する。 第２図には、異なった熱膨張率を行う材料の組み合わせを使用した温度補償型 パッケージを含む幾分複雑化した構造体１０が示されている。第１材料１１は、 第１の低率で膨張するように使用されているのに対して、端部分１２，１３を有 する第２材料は、比較的高率で熱膨張する。２種類の材料１１，１２および１３ の合成膨張のためにより安定した構造が得られることによ って、ファイバ固定点１５，１６がほぼ一定の間隔で維持され、それにより、フ ァイバ１８に加わる全ひずみが中間領域に（in the intermediate region）に維 持される。 一部の用途では、温度特性は、特別な補償を必要としないであろう。しかし、 第１図の構造を使用する時など、ファイバ書き込み処理で得られるよりも高い波 長正確度を達成するために、ひずみを加えながらファイバを実装する（package ）必要がある場合がある。 従来の実装ブラッグファイバ格子の大部分において、ファイバは、ひずみ作用 下に置かれ、保持されている。ファイバをパッケージに固定する時、多くの技法 を使用することができる。これらには、エポキシ接着剤またはガラス「フリッテ ィング」の使用が含まれる。これらの処理は、多くの場合に熱を必要とし、その 結果、それらが格子の波長にさらなる影響を与え、ファイバをパッケージ内に取 り付ける時、ひずみと熱の影響を区別することが困難になるであろう。さらに、 ファイバをパッケージに固定する従来の方法では、エポキシが硬化するか、ガラ スフリットが固まる時に、いくらかの収縮作用がある。収縮もファイバに対する ひずみに望ましくない変化をもたらし、波長設定が変更される可能性がある。 さらに、ファイバをパッケージに固定するエポキシ樹脂などの使用は、パッケ ージまたはファイバに対する接着剤のクリーページを引き起こす可能性がある。 また、 エポキシは、不都合に湿度に敏感であろう。発明の概要 本発明は、光ファイバ内に包含されたブラッグ格子を同調する方法を提供し、 （ａ）光ファイバを金属の温度補償型パッケージ内に、光ファイバの格子収容 領域がパッケージ内の離隔配置されたファイバ固定点間に位置するようにして配 置する段階と、 （ｂ）光ファイバに引張りひずみを加えることなく、ファイバの軸方向に離れ た部分を前記固定点に固定する段階と、 （ｃ）光ファイバを前記パッケージ内に固定した後、前記パッケージおよ び収容されている光ファイバを順次伸張させて、ファイバの格子領域内に引張り ひずみを誘発し、それによって格子を必要中心波長に同調させる段階とを含む。 図面の簡単な説明 他の形式も本発明の範囲に入るが、例示として添付図面を参照しながら本発明 の好適な形式を説明する。 第１図は、従来技術で使用されている簡単な格子パッケージを示しており、 第２図は、従来技術で周知の温度補償型パッケージを示しており、 第３（ａ）図および第３（ｂ）図は、好適な実施例の構造を概略的に示してい る。好適な実施例および他の実施例の説明 本発明の好適な実施例によれば、同調可能なブラッグ格子を設けるための装置 が提供されており、この装置は、中心波長（center wavelength）の設定の問題 をパッケージへのファイバの固定または取り付けの問題から切り離している。こ れは、最初にファイバをパッケージに固定し、次に固定後「同調」を行って、格 子の波長を要求に応じて同調させることによって達成される。 さらに、グラスファイバおよび支持プラットフォームと同様な熱膨張率を有す ると共に、ガラスまたは金属はんだの使用と両立できる中間材料を使用すること によって、エポキシまたは高分子接着剤の使用が特に湿度に敏感であるために困 難であるという問題が軽減され、改良されたパッケージが得られる。 次に、第３（ａ）図および第３（ｂ）図を参照すると、１つの形式の好適な実 施例が、第３（ａ）図に側部断面図で、第３（ｂ）図に上部断面図で示されてい る。好適な実施例２０は、ファイバ２２上に書き込み済みの格子２１を非常に安 定した環境内に維持することによって、格子周波数を容易に設定できるように構 成されている。パッケージ２０は、熱膨張率が高い第１材料、例えばステンレス 鋼から成る２つの端部分２３，２４を備えている。第 ２円筒形部材２５が設けられており、重要なことであるか、これは波長の後同調 を行うための肉薄部分２６を備えている。 部材２３，２４の各々は、コバール（Kovar）プラットフォームたとえば２７ ，２８を取り付けるための円筒形の穴を有している。コバールプラットフォーム は、対応部材２３，２４に設けられた穴に嵌め込むことができる。コバールプラ ットフォームたとえば２７，２８は、コバールプラットフォームと、ファイバ２ ２をパッケージに取り付けるために使用されるはんだ部材２９，３０との間の材 料整合を行うことができる。このようにして、高分子接着剤を使用する必要性を なくすことができ、長期安定性が得られる。 もちろん、多くの他の材料をプラットフォーム２７，２８に使用することがで きる。例えば、コバールまたはインバール（invar）を使用できると共に、ジル コニアセラミックおよび他の幾つかのシリカ材を使用することもできる。理想的 には、２６，２３，２４，２７および２８のような各部材は、レーザ溶接が適し ていれば共にレーザ溶接される。 これによって、構造体２０は、ガラスまたは金属はんだ（フリット）を用いる ことができ、高分子接着剤を使用する必要がなくなるため、長期クリープ作用を 低減させ、高い長期安定性を与える。 従って、好適な実施例の第１段階は、パッケージ構造体を製造し、ファイバ２ ２を所定位置に固定することを含む。この段階での波長設定は、重要ではなく、 最終装置で望まれるものより低いのが好ましい。 ファイバを固定し、固定後収縮が起きた後、パッケージ２０を軸方向に伸張さ せる 。制御力によって肉薄部分２６の周囲で引き伸ばしを行って、パッケージを 永久的に伸張させることができる。好ましくは、パッケージは、塑性変形可能な 鋼、コバールまたはインバールなどの材料で形成される。この変形によって長さ を永久的に変化させることができ、またこれによって光ファイバブラッグ格子の 中間領域２１に加わるひずみが変わるため、中心波長が変化する。 実際に、ほとんどの用途において全範囲の同調を行うために必要な長さの増加 範囲は、一般的に５μｍ未満であることがわかっている。後同調作業は 、好ましくは装置の作動温度で実施され、これによって他の点には関係なく或る 温度で正確な波長を与えるパッケージが提供される。 特定の実施例に示されている本発明に対して幅広く記載されている本発明の精 神または範囲から逸脱することなく様々な変更および修正の両方またはいずれか 一方を加えることができることは、当該技術の専門家には明らかであろう。従っ て、本実施例はすべての点で説明のためのものであって、制限的ではないと考え られたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イングリス、ヒュー・グレゴリー オーストラリア国、2227 ニュー・サウ ス・ウェールズ、ジミー・ベイ、エルスメ ア・ロード 264

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 温度補償型パッケージ内に固定されたファイバ格子の中心波長を正確に設 定する方法であって、 前記格子を前記パッケージに固定する段階と、 後処理段階で前記パッケージの寸法を変更する段階とを含む方法。 ２． 前記変更する段階は、前記パッケージの伸張または収縮することを含む請 求の範囲第１項に記載の方法。 ３． 前記変更する段階は、前記パッケージの寸法を実質的に永久変更する先行 の請求の範囲のいずれか１項に記載の方法。 ４． 前記温度補償型パッケージは、 第１熱膨張率を有する第１部材と、 各々が該第１部材の両端部に取り付けられ、他方の第２端部が前記第１部材の 端部より互いに近接した位置にあって、前記第１熱膨張率より比較的高い第２熱 膨張率を有する２つの第２部材と、 前記第２端部に取り付けられて、前記第２部材に材料整合固定混合物を与える ことができる２つの材料整合部材とを備えており、 前記固定混合物が前記ファイバ格子の端部を前記温度補償型パッケージに固定 する請求の範囲第１項に記載の方法。 ５． 前記固定混合物は、ガラスまたは金属はんだからなる請求の範囲第４項に 記載の方法。 ６． 前記材料整合部材は、前記第２端部の開口内に配置されている請求の範囲 第４項または第５項に記載の方法。 ７． 正確に固定可能な中心周波数を有する温度安定型格子パッケージであり、 該パッケージに格子ファイバを固定する固定手段と、 該パッケージの温度の変動を補償する温度補償手段と、 前記格子ファイバの中心周波数を正確に実質的に固定するために、該パッケー ジの長さを変更するパッケージ長さ変更手段とを備えているパッケージ。 ８． 前記温度補償手段は、 第１熱膨張率を有する第１細長部材と、 各々が該第１細長部材の両端部に取り付けられ、他方の第２端部が前記第１細 長部材の端部より互いに近接した位置にあって、前記第１熱膨張率より比較的低 い第２熱膨張率を有する２つの第２細長部材と、 前記第２端部に取り付けられて、前記第２細長部材に材料整合固定混合物を与 えることができる２つの材料整合部材とを有しており、 前記固定手段が前記ファイバ格子の端部を前記温度補償型パッケージに固定す る請求の範囲第７項に記載のパッケージ。 ９． 前記固定手段は、ガラスまたは金属はんだからなる請求の範囲第８項に記 載の方法。 １０． 前記材料整合部材は、前記第２端部の開口内に配置されている請求の範 囲第８項または第９項に記載の方法。 １１． 温度安定型格子パッケージであって、 該パッケージに格子ファイバを固定する固定手段と、 該パッケージの温度の変動を補償する温度補償手段とを備えてなるｙ温度安定 型格子パッケージにおいて、前記温度補償手段は、 第１熱膨張率を有する第１細長部材と、 各々が該第１細長部材の両端部に取り付けられ、他方の第２端部が前記第１細 長部材の端部より互いに近接した位置にあって、前記第１熱膨張率より比較的低 い第２熱膨張率を有する２つの第２細長部材と、 該第２端部に取り付けられて、前記第２細長部材に材料整合固定混合物を与え ることができる２つの材料整合部材とを有しており、 前記固定手段が前記ファイバ格子の端部を前記温度補償型パッケージに固定す るパッケージ。 １２． 前記固定手段は、ガラスまたは金属はんだからなる請求の範囲第１１項 に記載の方法。 １３． 前記材料整合部材は、前記第２端部の開口内に配置されている請求の範 囲第１１項または第１２項に記載の方法。