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JP2005157299A - Fiber grating module - Google Patents

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JP2005157299A
JP2005157299A JP2004257666A JP2004257666A JP2005157299A JP 2005157299 A JP2005157299 A JP 2005157299A JP 2004257666 A JP2004257666 A JP 2004257666A JP 2004257666 A JP2004257666 A JP 2004257666A JP 2005157299 A JP2005157299 A JP 2005157299A
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JP
Japan
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fiber grating
holding body
module according
polyethylene
fiber
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Application number
JP2004257666A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Komukai
哲郎 小向
Tetsuo Inui
哲郎 乾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

【課題】 安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールを提供すること。
【解決手段】 線膨張率が極めて大きいポリエチレン基板1にV溝2を形成し、ファイバグレーティング4を有するコア3がクラッド5の中央部に設けられた光ファイバ6を、ファイバグレーティング4がポリエチレン基板1上に位置するように光ファイバ6をV溝2にポリマー系の接着材で接着して一体化する。そして、ポリエチレン系材料の温度および膨張・伸縮をコントロールするための温度制御機構を設けてモジュールを構成する。ポリエチレン基板1を加熱(冷却)すると、線膨張率の大きなポリエチレン基板1は大きく膨張(収縮)する。このとき、ポリエチレン基板1に接着されて一体化しているファイバグレーティング4も伸縮(収縮)され、Bragg波長が長波長側(短波長側)にシフトすることとなる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber grating module capable of obtaining a stable Bragg wavelength shift.
SOLUTION: An optical fiber 6 in which a V-groove 2 is formed in a polyethylene substrate 1 having a very large linear expansion coefficient, a core 3 having a fiber grating 4 is provided at the center of a clad 5, and the fiber grating 4 is a polyethylene substrate 1 is provided. The optical fiber 6 is bonded to the V-groove 2 with a polymer-based adhesive so as to be positioned above and integrated. Then, a temperature control mechanism for controlling the temperature and expansion / contraction of the polyethylene material is provided to constitute the module. When the polyethylene substrate 1 is heated (cooled), the polyethylene substrate 1 having a large linear expansion coefficient expands (shrinks) greatly. At this time, the fiber grating 4 bonded and integrated with the polyethylene substrate 1 is also stretched (shrinked), and the Bragg wavelength is shifted to the long wavelength side (short wavelength side).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、ファイバグレーティングモジュールに関し、より詳細には、安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールに関する。   The present invention relates to a fiber grating module, and more particularly to a fiber grating module capable of obtaining a stable Bragg wavelength shift.

ファイバグレーティングとは、光ファイバのコアの屈析率を周期的に変調させることにより分布帰還構造としたものであり、「Bragg波長」と呼ばれる波長近傍において、入射光の一部を反射光へと変換するものである。このようなファイバグレーティングの機能により、Bragg波長近傍の波長を有する光を反射させる「反射型光フィルタ」としても機能する。   A fiber grating is a distributed feedback structure by periodically modulating the refractive index of the core of an optical fiber. In the vicinity of a wavelength called “Bragg wavelength”, a part of incident light is converted into reflected light. To convert. With such a function of the fiber grating, it also functions as a “reflective optical filter” that reflects light having a wavelength in the vicinity of the Bragg wavelength.

Bragg波長λBは、コアの屈折率の変調周期Λと有効コア屈析率neffとに依存し、次式(1)により与えられる。
λB=2neffΛ ・・・(1)
The Bragg wavelength λ B depends on the modulation period Λ of the refractive index of the core and the effective core refractive index n eff, and is given by the following equation (1).
λ B = 2n eff Λ (1)

一般に光フィルタは動作波長が可変であることが望ましいから、式(1)からわかるように、ファイバグレーティングのBragg波長を可変とするためには、変調周期Λまたは有効コア屈析率neffの少なくとも一方を変化させればよい。 In general, since it is desirable that the optical filter has a variable operating wavelength, as can be seen from Equation (1), in order to make the Bragg wavelength of the fiber grating variable, at least the modulation period Λ or the effective core refractive index n eff What is necessary is just to change one side.

変調周期Λを変化させるためには、ファイバグレーティングに力学的な伸張や圧縮を加えて歪みを付与する方法が考えられる。   In order to change the modulation period Λ, a method of applying strain to the fiber grating by applying mechanical extension or compression can be considered.

歪みとBragg波長のシフト量△λBとの関係は次式(2)で与えられ(非特許文献1参照)、歪量εは次式(3)で与えられる。
(△λB/λB)=0.78ε ・・・(2)
ε=(△lFG/lFG) ・・・(3)
ここで、lFGはファイバグレーティングの長さであり、ΔlFGは伸張量(正値)もしくは圧縮量(負値)である。係数が1とならないのは、歪みの付与により屈析率が若干変化し、Bragg波長を逆方向にシフトする効果によるものである。式(2)によれば、例えばBragg波長が1550nm近傍にあるとすると、歪量εが±0.1%のときには、Bragg波長のシフト量が±1nm程度となることかわかる。
The relationship between the distortion and the shift amount Δλ B of the Bragg wavelength is given by the following equation (2) (see Non-Patent Document 1), and the distortion amount ε is given by the following equation (3).
(Δλ B / λ B ) = 0.78ε (2)
ε = (△ l FG / l FG ) (3)
Here, l FG is the length of the fiber grating, and Δl FG is the expansion amount (positive value) or the compression amount (negative value). The reason why the coefficient does not become 1 is due to the effect of slightly changing the segregation rate due to the application of strain and shifting the Bragg wavelength in the reverse direction. According to equation (2), for example, if the Bragg wavelength is in the vicinity of 1550 nm, it can be seen that when the strain amount ε is ± 0.1%, the shift amount of the Bragg wavelength is about ± 1 nm.

一方、有効コア屈析率neffを変化させるためには、コアに温度変化を与えればよい。温度変化△TとBragg波長のシフト量△λB関係は次式(4)で与えられる(非特許文献1参照)。
(△λB/λB)=6.67×10−6ΔT ・・・(4)
なお、コアに温度変化が生じることによるBragg波長の変化は、上述の屈析率変化に起因することのほか、熱膨張などにも起因して生じる。式(4)によれば、例えばBragg波長が1550nm近傍にあるとすると、±100℃の温度変化でようやく±1nm程度のBragg波長のシフト量が生じることがわかる。
On the other hand, in order to change the effective core diffraction rate n eff , it is only necessary to change the temperature of the core. The relationship between the temperature change ΔT and the Bragg wavelength shift amount Δλ B is given by the following equation (4) (see Non-Patent Document 1).
(Δλ B / λ B ) = 6.67 × 10 −6 ΔT (4)
Note that the change in Bragg wavelength due to the temperature change in the core is caused not only by the above-described change in the refractive index but also by thermal expansion. According to equation (4), for example, assuming that the Bragg wavelength is in the vicinity of 1550 nm, it can be seen that a shift amount of the Bragg wavelength of about ± 1 nm finally occurs with a temperature change of ± 100 ° C.

ファイバグレーティングの波長チューニング範囲は、一般に数nm程度は必要と考えられるが、コアに加える温度変化により数nmレベルの波長チューニングを実行しようとすると、100℃を越える温度変化が必要とされることとなるため実用的な方法ではない。従って、一般的な波長チューニング法としては、歪みを付与する方法が採用される。具体的な方法としては、電気的に制御されるピエゾ素子を用いたアクチュエータでファイバグレーティングを圧縮または伸張する方法が知られており、ファイバグレーティングを圧縮することで、2.5mm長のファイバグレーティングのBragg波長を短波長側へ45nmシフトさせた例(非特許文献2)や、ファイバグレーティングを伸張することで、長さ10mmのチャープファイバグレーティングの反射帯域を全体的に7nmだけ長波長側にシフトさせた例(非特許文献3)などがある。   The wavelength tuning range of the fiber grating is generally considered to be about several nanometers. However, if wavelength tuning at the level of several nanometers is to be executed due to the temperature change applied to the core, a temperature change exceeding 100 ° C. is required. Therefore, it is not a practical method. Therefore, as a general wavelength tuning method, a method of imparting distortion is employed. As a specific method, a method of compressing or expanding a fiber grating with an actuator using an electrically controlled piezo element is known. By compressing a fiber grating, a 2.5 mm long fiber grating is compressed. An example in which the Bragg wavelength is shifted by 45 nm to the short wavelength side (Non-patent Document 2) and by extending the fiber grating, the reflection band of the 10 mm long chirped fiber grating is shifted to the long wavelength side by 7 nm as a whole. (Non-Patent Document 3).

A. D. Kersey et al., “Fiber grating sensors”, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, vol.15, no.8, pp.1442-1463 (1997).A. D. Kersey et al., “Fiber grating sensors”, IEEE / OSA Journal of Lightwave Technology, vol.15, no.8, pp.1442-1463 (1997). A. Iocco et al., “Bragg grating fast tunable fiber for wavelength division multiplexing”, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, vol.17, no.7, pp.1217-1221 (1999).A. Iocco et al., “Bragg grating fast tunable fiber for wavelength division multiplexing”, IEEE / OSA Journal of Lightwave Technology, vol.17, no.7, pp.1217-1221 (1999). T. Inui et al., “Highly efficient tunable fiber Bragg grating filters using multilayer piezoelectric transducers”, Optics Communications, vol.190, no.7, pp.1-4 (2001).T. Inui et al., “Highly efficient tunable fiber Bragg grating filters using multilayer piezoelectric transducers”, Optics Communications, vol.190, no.7, pp.1-4 (2001). 国立天文台編「理科年表2003年度版」(丸善、pp.399-400、(2003).National Astronomical Observatory of Japan "Science Chronology 2003 Edition" (Maruzen, pp.399-400, (2003). T. Yamamoto et al., “270-360 GHz tunable beat signal light generator for photonic local oscillator”, Electronic Letters, vol.38, no.15, pp.795-797 (2002).T. Yamamoto et al., “270-360 GHz tunable beat signal light generator for photonic local oscillator”, Electronic Letters, vol.38, no.15, pp.795-797 (2002).

上述のように、数mm程度の長さのファイバグレーティングのBragg波長を電気的に制御する技術が提案されてはいるものの、現実のファイバグレーティングの長さは数mm程度にはとどまらないのが実情である。一般に、ファイバグレーティングの帯域を狭くするためにはその長さを長くする必要があり、また、分散補償用チャープファイバグレーティングの場合も分散補償量の増大のためにはその長さを長くする必要がある。このため、長さが100mmに及ぶファイバグレーティングも現実に作製されている。   As described above, although a technology for electrically controlling the Bragg wavelength of a fiber grating having a length of several millimeters has been proposed, the actual length of the fiber grating is not limited to several millimeters. It is. In general, in order to narrow the band of the fiber grating, it is necessary to lengthen the length, and in the case of the chirp fiber grating for dispersion compensation, it is necessary to lengthen the length in order to increase the dispersion compensation amount. is there. For this reason, a fiber grating having a length of 100 mm is actually produced.

式(3)からわかるように、グレーティング長が長くなると、同じ波長シフト量を得るためにはアクチュエータの変位量を大きくする必要がある。しかしながら実際には、ピエゾ素子を用いたアクチュエータの変位量は数十μm程度であるため、グレーティング長が長くなるにつれて波長シフト量は小さくなってしまう。例えば、上記例のように2.5mm長のファイバグレーティングで45nmのシフト量が得られたとしても、グレーティング長が100mmになるとシフト量は1nm程度となってしまう。また、グレーティング長が100mmにもなるとその圧縮自体も困難となる。このような理由により、長尺化したファイバグレーティングのBragg波長を広範囲にわたってチューニングすることは困難な状況にある。   As can be seen from Equation (3), when the grating length is increased, the displacement amount of the actuator needs to be increased in order to obtain the same wavelength shift amount. However, in practice, the displacement amount of the actuator using the piezo element is about several tens of μm, so that the wavelength shift amount decreases as the grating length increases. For example, even if a shift amount of 45 nm is obtained with a 2.5 mm long fiber grating as in the above example, the shift amount is about 1 nm when the grating length is 100 mm. Further, when the grating length is 100 mm, the compression itself becomes difficult. For these reasons, it is difficult to tune the Bragg wavelength of a long fiber grating over a wide range.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、安定したBragg波長シフトが得られる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。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fiber grating module capable of obtaining a stable Bragg wavelength shift.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ファイバグレーティングモジュールであって、ファイバグレーティングがポリエチレンまたはポリエチレン系材料からなる保持体に熱的に接触して設けられており、加熱手段または冷却手段の少なくとも一方を備える温度制御手段を有し、当該温度制御手段により前記ファイバグレーティングのBragg波長のチューニングがなされることを特徴とする。   In order to achieve such an object, the present invention provides a fiber grating module in which the fiber grating is provided in thermal contact with a holder made of polyethylene or a polyethylene-based material. And a temperature control means having at least one of a heating means and a cooling means, and the temperature control means tunes the Bragg wavelength of the fiber grating.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、一方の面に前記ファイバグレーティングを載置する溝が設けられた板であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the fiber grating module according to the first aspect, the holding body is a plate provided with a groove for placing the fiber grating on one surface.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、一方の面に各々が溝を有する第1および第2の板からなり、前記ファイバグレーティングは当該2枚の板に設けられた溝に挟みこまれて保持されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the fiber grating module according to the first aspect, the holding body includes first and second plates each having a groove on one surface, and the fiber grating includes the two It is characterized by being sandwiched and held in a groove provided on a plate.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、前記ファイバグレーティングを格納する中空部を有する円柱であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the fiber grating module according to the first aspect, the holding body is a cylinder having a hollow portion for storing the fiber grating.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記加熱手段は、前記保持体の外表面に設けられ通電により発熱する金属薄膜であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fiber grating module according to the first to fourth aspects, the heating means is a metal thin film that is provided on the outer surface of the holding body and generates heat when energized. And

請求項6に記載の発明は、請求項3に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記温度制御手段は、吸熱部と発熱部とを有する第1および第2のペルチェ素子からなり、当該第1のペルチェ素子は、前記第1の板の他方面と前記吸熱部とが接触して設けられる一方、当該第2のペルチェ素子は、前記第2の板の他方面と前記発熱部とが接触して設けられていることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fiber grating module according to the third aspect, the temperature control means includes first and second Peltier elements each having a heat absorbing portion and a heat generating portion, and the first Peltier element. The element is provided in such a manner that the other surface of the first plate and the heat absorbing part are in contact with each other, while the second Peltier element is provided in contact with the other surface of the second plate and the heat generating part. It is characterized by being.

請求項7に記載の発明は、請求項1に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、前記ファイバグレーティングを外周に巻回するための溝を有しているリングであることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the fiber grating module according to claim 1, wherein the holding body is a ring having a groove for winding the fiber grating around an outer periphery. .

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れかに記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記ファイバグレーティングは、ポリマー系接着剤により前記保持体に固定されていることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the fiber grating module according to any one of claims 1 to 7, wherein the fiber grating is fixed to the holding body with a polymer adhesive.

請求項9に記載の発明は、請求項1乃至7の何れかに記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記ファイバグレーティングは、熱により軟化もしくは溶融させた前記保持体に前記ファイバグレーティングを密着させ、冷却し再度硬化させることにより、前記保持体に固定されていることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the fiber grating module according to any one of the first to seventh aspects, the fiber grating closely contacts the fiber grating with the holder softened or melted by heat and cooled. It is fixed to the holding body by being cured again.

本発明により、長尺のファイバグレーティングでも十分大きなBragg波長シフトを安定して得ることが可能となる。また、本発明のファイバグレーティングモジュールを用いることにより、従来技術では実現困難であった高機能光システムの実現が可能とな   According to the present invention, a sufficiently large Bragg wavelength shift can be stably obtained even with a long fiber grating. In addition, by using the fiber grating module of the present invention, it is possible to realize a high-performance optical system that was difficult to realize with the prior art.

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明のファイバグレーティングモジュールは、線膨張率が極めて大きいポリエチレン系材料とファイバグレーティング(若しくはファイバグレーティングを設けた光ファイバ)とを一体化させ、ポリエチレン系材料の温度および膨張・伸縮をコントロールするための制御機構を設けてモジュールが構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The fiber grating module of the present invention integrates a polyethylene material having an extremely large linear expansion coefficient and a fiber grating (or an optical fiber provided with a fiber grating) to control the temperature and expansion / contraction of the polyethylene material. A module is configured by providing a control mechanism.

本発明に用いられるポリエチレン系材料は、一般材料の中でも線熱膨張係数αが極めて大きく、光ファイバの材料であるガラスの10倍以上の線膨張係数αを有しており、l(T)を温度Tでの長さとして、次式(5)で与えられる(非特許文献4参照)。
α=(1/l)・(dl/dT) ・・・(5)
The polyethylene-based material used in the present invention has an extremely large linear thermal expansion coefficient α among general materials, and has a linear expansion coefficient α that is 10 times or more that of glass as an optical fiber material, and l (T) is The length at the temperature T is given by the following equation (5) (see Non-Patent Document 4).
α = (1 / l) · (dl / dT) (5)

ファイバグレーティングとポリエチレン系材料との一体化の態様は所望により自由に変更・設計が可能であるが、例えば、ポリエチレン基板に溝を形成し、その溝部にファイバグレーティングを接着させることで一体化する。この状態でポリエチレン基板を加熱すると、線膨張率の大きなポリエチレン基板は大きく膨張する。このとき、ポリエチレン基板に接着されて一体化しているファイバグレーティングも伸縮され、Bragg波長が長波長側にシフトすることとなる。これとは逆に、ポリエチレン基板を冷却すると、線膨張率の大きなポリエチレン基板は大きく収縮し、ファイバグレーティングも収縮を受けてBragg波長が短波長側にシフトすることとなる。   The integration of the fiber grating and the polyethylene-based material can be freely changed and designed as desired. For example, the fiber grating is integrated by forming a groove in a polyethylene substrate and bonding the fiber grating to the groove. When the polyethylene substrate is heated in this state, the polyethylene substrate having a large linear expansion coefficient expands greatly. At this time, the fiber grating bonded and integrated with the polyethylene substrate is also expanded and contracted, and the Bragg wavelength is shifted to the long wavelength side. On the contrary, when the polyethylene substrate is cooled, the polyethylene substrate having a large linear expansion coefficient is greatly contracted, and the fiber grating is also contracted to shift the Bragg wavelength to the short wavelength side.

このような加熱は、市販の小型ヒータや小型冷却機を用いることとしてもよいが、例えば、ニクロム線等による抵抗加熱やペルチェ素子で行い、冷却は、ペルチェ素子で行うこととすれば、素子に流す電流値により容易に温度制御が可能である。   Such heating may be performed using a commercially available small heater or small cooler, but for example, resistance heating with a nichrome wire or the like and Peltier element is performed, and cooling is performed with a Peltier element. The temperature can be easily controlled by the value of the flowing current.

上述のモジュール構成は、原理的には、ファイバグレーティングの長さに応じたポリエチレン系材料を用意するだけで本発明の効果が得られるので、ファイバグレーティング長には無関係に、温度変化量に応じたBragg波長シフト量が得られるという顕著な利点がある。また、Bragg波長分布が一定であるユニフォームタイプのファイバグレーティングに限らず、Bragg波長が長手方向に変化する、いわゆるチャープファイバグレーティング(Chirped fiber Bragg grating)にも適用できる。   In principle, the module configuration described above can provide the effects of the present invention only by preparing a polyethylene-based material corresponding to the length of the fiber grating. Therefore, the module configuration corresponds to the amount of temperature change regardless of the fiber grating length. There is a significant advantage that a Bragg wavelength shift amount can be obtained. Further, the present invention is not limited to the uniform type fiber grating having a constant Bragg wavelength distribution, but can be applied to a so-called chirped fiber Bragg grating in which the Bragg wavelength changes in the longitudinal direction.

以下に実施例により、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

図1は、本発明のファイバグレーティングモジュールの第1の構成例を説明するための図で、長さ150mm、幅10mm、厚さ2mmのポリエチレン基板1にV溝2を形成し、長さ100mmのファイバグレーティング4を有するコア3がクラッド5の中央部に設けられた光ファイバ6を、ファイバグレーティング4がポリエチレン基板1上に位置するように光ファイバ6をV溝2にポリマー系の接着材で接着している。   FIG. 1 is a diagram for explaining a first configuration example of a fiber grating module according to the present invention. A V-groove 2 is formed on a polyethylene substrate 1 having a length of 150 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm, and the length is 100 mm. The optical fiber 6 in which the core 3 having the fiber grating 4 is provided at the center of the clad 5 is bonded to the V-groove 2 with a polymer-based adhesive so that the fiber grating 4 is positioned on the polyethylene substrate 1. doing.

図2は、ファイバグレーティング4が図1のように搭載されたポリエチレン基板1を小型ヒータ上に配置して加熱した場合のBragg波長の温度依存性を説明するための図で、比較のため、式(4)に基づいて計算した単一ファイバグレーティングの温度依存性特性を同時に示している。   FIG. 2 is a diagram for explaining the temperature dependence of the Bragg wavelength when the polyethylene substrate 1 on which the fiber grating 4 is mounted as shown in FIG. 1 is placed on a small heater and heated. The temperature dependence characteristic of the single fiber grating calculated based on (4) is shown simultaneously.

ファイバグレーティング4をポリエチレン基板4に接着した本実施例のBragg波長は、約0.15nm/℃の割合で単調増加するようにBragg波長が変化しているのに対して、単一ファイバグレーティングを加熱した場合の温度依存性は、約0.01nm/℃であり、Bragg波長の変化は極めて小さい。   The Bragg wavelength of the present example in which the fiber grating 4 is bonded to the polyethylene substrate 4 is changed so that the Bragg wavelength monotonically increases at a rate of about 0.15 nm / ° C., whereas the single fiber grating is heated. In this case, the temperature dependence is about 0.01 nm / ° C., and the change in Bragg wavelength is extremely small.

このように、本発明のファイバグレーティングモジュールは、僅かな温度変化でも大きなBragg波長シフトを得ることができるため、安定的なBragg波長シフトが可能となる。   Thus, since the fiber grating module of the present invention can obtain a large Bragg wavelength shift even with a slight temperature change, a stable Bragg wavelength shift is possible.

なお、ポリエチレン基板1に設ける溝の形状はV形で有る必要はなく、例えばU溝などのような形状であってもよい。また、ファイバグレーティング4を設けた光ファイバ6は樹脂被覆されたものであってもよいことはいうまでもない。   In addition, the shape of the groove | channel provided in the polyethylene substrate 1 does not need to be V shape, For example, shapes, such as a U groove | channel, may be sufficient. Needless to say, the optical fiber 6 provided with the fiber grating 4 may be resin-coated.

図1に示した構成では、光ファイバ6のファイバグレーティング4に対応する箇所をポリエチレン基板1に接着しているが、このような状態では、ファイバグレーティング4に生じる歪みは、基板との接着面側にのみ大きくなる恐れがある。このような異方的な歪の発生があると、複屈折が生じて偏波分散が生じる可能性がある。   In the configuration shown in FIG. 1, the portion corresponding to the fiber grating 4 of the optical fiber 6 is bonded to the polyethylene substrate 1. There is a risk of becoming bigger only. If such anisotropic distortion occurs, birefringence may occur and polarization dispersion may occur.

図3は、このような問題を解決するための、本発明のファイバグレーティングモジュールの第2の構成例を説明するための図である。この構成は、図1に示した構成のモジュールに、さらに、V溝2´を形成した第2のポリエチレン基板1´を設け、2つのポリエチレン基板(1および1´)で光ファイバ6(すなわち、ファイバグレーティング4)を覆うように密着させて一体化している。なお、第2のポリエチレン基板1´も、ポリエチレン基板1と同様に、小型ヒータ等の加熱・冷却部に密着させて固定される。   FIG. 3 is a diagram for explaining a second configuration example of the fiber grating module of the present invention for solving such a problem. In this configuration, the module having the configuration shown in FIG. 1 is further provided with a second polyethylene substrate 1 ′ having a V-groove 2 ′, and the optical fiber 6 (ie, two polyethylene substrates (1 and 1 ′)) is used. The fiber grating 4) is closely attached so as to cover the fiber grating 4). The second polyethylene substrate 1 ′ is also fixed in close contact with a heating / cooling unit such as a small heater, similarly to the polyethylene substrate 1.

図4は、上述した複屈折誘起を回避するための他の構成である、本発明のファイバグレーティングモジュールの第3の構成例を説明するための図で、この構成では、ファイバグレーティング4の周りに同心円状にポリエチレン層7を設け、このポリエチレン層7をチタン薄膜8でコートしている。なお、光ファイバとポリエチレン層7とは、接着剤等により密着されている。   FIG. 4 is a diagram for explaining a third configuration example of the fiber grating module of the present invention, which is another configuration for avoiding the above-described birefringence induction, and in this configuration, around the fiber grating 4. A polyethylene layer 7 is provided concentrically, and this polyethylene layer 7 is coated with a titanium thin film 8. The optical fiber and the polyethylene layer 7 are in close contact with an adhesive or the like.

この構成の場合には、ポリエチレン層7の外表面に設けられているチタン薄膜8に電流を流して発熱させ、ポリエチレン層7を長手方向(光ファイバ6の延在方向)に膨張させ、ファイバグレーティング4を伸張させることができる。   In the case of this configuration, a current is passed through the titanium thin film 8 provided on the outer surface of the polyethylene layer 7 to generate heat, the polyethylene layer 7 is expanded in the longitudinal direction (extending direction of the optical fiber 6), and a fiber grating. 4 can be stretched.

なお、ポリエチレン層7の外表面に設けられる膜はチタン薄膜である必要はなく、通電により発熱する材料であればよい。   In addition, the film | membrane provided in the outer surface of the polyethylene layer 7 does not need to be a titanium thin film, and should just be a material which generate | occur | produces heat by electricity supply.

図5は、本発明のファイバグレーティングモジュールの第4の構成例を説明するための図で、この構成は、図3で示した実施例2のモジュール構成において、小型ヒータ等に替えて、ペルチェ素子9を上下のポリエチレン基板(1および1´)の各々に設けたものである。ペルチェ素子9には吸熱部(面)10と放熱部(面)11とがあり、一方の基板の表面には吸熱部(面)10が接触するように、また、他方の基板の表面には放熱部(面)11が接触するように、ペルチェ素子9を張り付ける。   FIG. 5 is a diagram for explaining a fourth configuration example of the fiber grating module of the present invention. This configuration is different from the module configuration of the second embodiment shown in FIG. 9 is provided on each of the upper and lower polyethylene substrates (1 and 1 '). The Peltier element 9 has a heat absorbing portion (surface) 10 and a heat radiating portion (surface) 11. The heat absorbing portion (surface) 10 is in contact with the surface of one substrate, and the surface of the other substrate is The Peltier element 9 is pasted so that the heat radiating part (surface) 11 contacts.

このような構成をとれば、基板表面に吸熱部(面)10が接触しているペルチェ素子9に電流を流せばこの基板は冷却されてファイバグレーティング4のBraggは波長は短波長側にシフトする一方、基板表面に放熱部(面)11が接触しているペルチェ素子9に電流を流せばこの基板は加熱されてファイバグレーティング4のBraggは波長は長波長側にシフトすることとなる。   With such a configuration, when a current is passed through the Peltier element 9 in which the heat absorbing portion (surface) 10 is in contact with the substrate surface, the substrate is cooled and the wavelength of the Bragg of the fiber grating 4 is shifted to the short wavelength side. On the other hand, if a current is applied to the Peltier element 9 in which the heat radiating part (surface) 11 is in contact with the substrate surface, the substrate is heated and the wavelength of the Bragg of the fiber grating 4 is shifted to the longer wavelength side.

以上説明したように、本発明により、長尺のファイバグレーティングでも十分大きなBragg波長シフトを安定して得ることが可能となる。また、本発明のファイバグレーティングモジュールを用いることにより、従来技術では実現困難であった高機能光システムの実現が可能となる。例えば、ピエゾアクチュエータにより波長可変機能を付与したファイバグレーティングモジュールを2台用い、広帯域な光スペクトルから任意の縦モードを2本切り出して数百GHzの周波数のビート光を発生するシステムが知られているが、このシステムのBragg波長のチューニング範囲は1nm程度であるため周波数の可変範囲は狭い(非特許文献5)。しかし、本発明のファイバグレーティングモジュールによれば、周波数可変範囲の拡大化が可能となるのみならずシステムの信頼性も向上する。   As described above, according to the present invention, a sufficiently large Bragg wavelength shift can be stably obtained even with a long fiber grating. In addition, by using the fiber grating module of the present invention, it is possible to realize a high-performance optical system that has been difficult to realize with the prior art. For example, there is known a system that uses two fiber grating modules provided with a wavelength variable function by a piezo actuator and cuts out two arbitrary longitudinal modes from a broadband optical spectrum to generate beat light having a frequency of several hundred GHz. However, since the tuning range of the Bragg wavelength of this system is about 1 nm, the variable range of the frequency is narrow (Non-patent Document 5). However, according to the fiber grating module of the present invention, not only the frequency variable range can be expanded, but also the reliability of the system is improved.

図6は、本発明のファイバグレーティングモジュールの第5の構成例を説明するための図で、ポリエチレンリング12の外周および内周にそれぞれV溝2aおよびV溝2bを形成し、ファイバグレーティング4を有する光ファイバ6をポリエチレンリング12の外周のV溝2aに沿ってポリマー系の接着材で接着し、ニクロム線13をV溝2bに沿って取り付けている。   FIG. 6 is a diagram for explaining a fifth configuration example of the fiber grating module of the present invention. The V ring 2a and the V groove 2b are formed on the outer periphery and the inner periphery of the polyethylene ring 12, respectively, and the fiber grating 4 is provided. The optical fiber 6 is bonded with a polymer adhesive along the V groove 2a on the outer periphery of the polyethylene ring 12, and the nichrome wire 13 is attached along the V groove 2b.

このような構成をとれば、ニクロム線13に電流を流すことによりポリエチレンリング12が膨張し、光ファイバ6に形成されているファイバグレーティング4が伸張され、Bragg波長が長波長側にシフトすることになる。そのシフト量はニクロム線13に流す電流により制御可能である。   With such a configuration, the polyethylene ring 12 is expanded by passing a current through the nichrome wire 13, the fiber grating 4 formed in the optical fiber 6 is expanded, and the Bragg wavelength is shifted to the long wavelength side. Become. The shift amount can be controlled by a current flowing through the nichrome wire 13.

尚、上記実施例において、ファイバグレーティングは、熱により軟化もしくは溶融させた保持体の表面、または保持体に形成された溝あるいは中空部にファイバグレーティングを密着させ、当該部分を冷却し再度硬化させることにより、保持体に固定されてもよい。   In the above embodiment, the fiber grating is made to adhere to the surface of the holder softened or melted by heat, or to the groove or hollow part formed in the holder, and the part is cooled and cured again. Thus, it may be fixed to the holding body.

本発明は、安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールの提供を可能とする。   The present invention makes it possible to provide a fiber grating module capable of obtaining a stable Bragg wavelength shift.

本発明のファイバグレーティングモジュールの第1の構成例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a first configuration example of a fiber grating module of the present invention. ファイバグレーティングを図1のように搭載したポリエチレン基板を小型ヒータ上に配置して加熱した場合のBragg波長の温度依存性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature dependence of Bragg wavelength at the time of arrange | positioning and heating the polyethylene substrate which mounted a fiber grating on FIG. 1 on a small heater. 本発明のファイバグレーティングモジュールの第2の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd structural example of the fiber grating module of this invention. 本発明のファイバグレーティングモジュールの第3の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 3rd structural example of the fiber grating module of this invention. 本発明のファイバグレーティングモジュールの第4の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 4th structural example of the fiber grating module of this invention. 本発明のファイバグレーティングモジュールの第5の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 5th structural example of the fiber grating module of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ポリエチレン基板
2 V溝
3 コア
4 ファイバグレーティング
5 クラッド
6 光ファイバ
7 ポリエチレン層
8 チタン薄膜
9 ペルチェ素子
10 吸熱部(面)
11 放熱部(面)
12 ポリエチレンリング
13 ニクロム線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polyethylene substrate 2 V groove 3 Core 4 Fiber grating 5 Clad 6 Optical fiber 7 Polyethylene layer 8 Titanium thin film 9 Peltier element 10 Heat absorption part (surface)
11 Heat dissipation part (surface)
12 Polyethylene ring 13 Nichrome wire

Claims (9)

ファイバグレーティングがポリエチレンまたはポリエチレン系材料からなる保持体に熱的に接触して設けられており、加熱手段または冷却手段の少なくとも一方を備える温度制御手段を有し、当該温度制御手段により前記ファイバグレーティングのBragg波長のチューニングがなされることを特徴とするファイバグレーティングモジュール。   The fiber grating is provided in thermal contact with a holder made of polyethylene or a polyethylene-based material, and has a temperature control means including at least one of a heating means and a cooling means, and the fiber grating has a temperature control means. A fiber grating module that is tuned to the Bragg wavelength. 前記保持体は、一方の面に前記ファイバグレーティングを載置する溝が設けられた板であることを特徴とする請求項1に記載のファイバグレーティングモジュール。   2. The fiber grating module according to claim 1, wherein the holding body is a plate provided with a groove on one surface for mounting the fiber grating. 3. 前記保持体は、一方の面に各々が溝を有する第1および第2の板からなり、前記ファイバグレーティングは当該2枚の板に設けられた溝に挟みこまれて保持されていることを特徴とする請求項1に記載のファイバグレーティングモジュール。   The holding body includes first and second plates each having a groove on one surface, and the fiber grating is sandwiched and held between grooves provided on the two plates. The fiber grating module according to claim 1. 前記保持体は、前記ファイバグレーティングを格納する中空部を有する円柱であることを特徴とする請求項1に記載のファイバグレーティングモジュール。   2. The fiber grating module according to claim 1, wherein the holding body is a cylinder having a hollow portion for storing the fiber grating. 3. 前記加熱手段は、前記保持体の外表面に設けられ通電により発熱する金属薄膜であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のファイバグレーティングモジュール。   The fiber grating module according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating means is a metal thin film that is provided on an outer surface of the holding body and generates heat when energized. 前記温度制御手段は、吸熱部と発熱部とを有する第1および第2のペルチェ素子からなり、当該第1のペルチェ素子は、前記第1の板の他方の面と前記吸熱部とが接触して設けられる一方、当該第2のペルチェ素子は、前記第2の板の他方の面と前記発熱部とが接触して設けられていることを特徴とする請求項3に記載のファイバグレーティングモジュール。   The temperature control means includes first and second Peltier elements each having a heat absorption part and a heat generation part. The first Peltier element is in contact with the other surface of the first plate and the heat absorption part. 4. The fiber grating module according to claim 3, wherein the second Peltier element is provided in such a manner that the other surface of the second plate and the heat generating portion are in contact with each other. 前記保持体は、前記ファイバグレーティングを外周に巻回するための溝を有しているリングであることを特徴とする請求項1に記載のファイバグレーティングモジュール。   The fiber grating module according to claim 1, wherein the holding body is a ring having a groove for winding the fiber grating around an outer periphery. 前記ファイバグレーティングは、ポリマー系接着剤により前記保持体に固定されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のファイバグレーティングモジュール。   The fiber grating module according to any one of claims 1 to 7, wherein the fiber grating is fixed to the holding body with a polymer adhesive. 前記ファイバグレーティングは、熱により軟化もしくは溶融させた前記保持体に前記ファイバグレーティングを密着させ、冷却し再度硬化させることにより、前記保持体に固定されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のファイバグレーティングモジュール。   8. The fiber grating is fixed to the holding body by bringing the fiber grating into close contact with the holding body softened or melted by heat, cooling and re-hardening. The fiber grating module according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101982286A (en) * 2010-10-13 2011-03-02 武汉理工大学 Method for strengthening axial flexible effect of film-coated fiber bragg grating

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