[发明专利]温度补偿用构件及用该构件的光通讯器件

说明书

技术领域

本发明涉及具有负的热膨胀系数的温度补偿用构件，和用该构件体的光通讯器件

背景技术

伴随着光通讯技术的进步，采用光学纤维的网络正在快速发展。在网络中，通过采用把几种不同波长的光一起传递的波长复用技术，滤波器及耦合器、导波线路等正变成重要的器件。

在这种器件中，特性受温度影响而变化，由于在室外使用会引起故障，因此，必须要有使这类器件特性不随温度变化而保持一定的技术，即要有所谓温度补偿技术。

作为光通讯器件必须的温度补偿的代表性器件有光纤布拉格光栅(下面称作FBG)。FBG是在光学光纤芯线内具有格型折射率变化的部分，即所谓形成光栅的器件，根据下式(1)所示的关系，具有反射特定波长光的特性。因此，波长不同的光信号，在通过1根光学纤维传送多种波长的复用传送方式的光通信系统中，作为重要的光学器件而受到注目。

               λ＝2nΛ    (1)

式中，λ表示反射波长，n为芯线的实际折射率，Λ表示把折射率设定成格型变化部分的晶格间隔。

然而，这样的FBG，其问题是当其周围温度变化时，反射波长也变动。反射波长的温度依赖性用下列(2)式表示，该式是把数学公式(1)对温度T进行微分求出的。

αλ/αT＝2[(αn/αT)Λ＋n(αΛ/αT)]

        ＝2Λ[(αn/αT)＋n(αΛ/αT)/Λ]  …  (2)

该式(2)右边第2项的(αΛ/αT)/Λ，相当于光学纤维的热膨胀系数，该值大约为0.6×10^-6/℃。另一方面，右边第1项为光学纤维芯线部分折射率对温度的依赖性，该值大约为7.5×10^-6/℃。即，反射波长的温度依赖性取决于芯线部分的折射率变化和热膨胀引起的晶格间隔变化两者，然而，大部分起因于折射率的温度变化。

作为用于防止这种反射波长变动的手段，已知有把对应于温度变化的张力加到FBG上，通过使晶格间隔发生变化，使起因于折射率变化的成分相抵销的方法。

作为该方法的具体例子，例如，有人提出，在热膨胀系数小的合金和石英玻璃等材料，和热膨胀系数大的铝等金属组合成的温度补偿用构件上把FBG加以固定的方法。也就是说，如图1所示在热膨胀系数小的殷钢(invar)(商标)棒10的两端分别设置热膨胀系数比较大的铝制托架11a、11b上，用夹杆12a、12b以规定的张力拉紧光学纤维13的状态加以固定到这些铝制托架11a、11b上。此时，光学纤维13的光栅部分13a夹在2个夹杆12a、12b之间。

在该状态下，当周围温度上升时，铝制托架11a、11b伸张开来，2个夹杆12a、12b之间的距离缩短，所以在光学纤维13的光栅部分13a上施加的张力减少。另一方面，当周围温度降低时，铝制托架11a、11b收缩，2个夹杆12a、12b之间的距离增加，所以光学纤维13的光栅部分13a上施加的张力增加。在这样的情况下，由于温度变化而使FBG这种张力发生变化，可以调节光栅部分的晶格间隔，由此可以把反射中心波长的温度依赖性相抵销。

然而，这种温度补偿装置，其问题是由于结构复杂，难以操作。

作为解决上述问题的方法，WO97/28480公开了一种方法，如图2所示，把预先成形为板状的原玻璃体，通过热处理使其结晶，把FBG15固定在具有负的热膨胀系数的玻璃陶瓷基板14上，由此控制FBG15张力的方法。另外，图2中16示出光栅部分，17示出粘合固定部分，18示出砝码。

WO97/28480公开的方法，由于是用单一构件进行温度补偿，所以结构简单，操作容易，这是优点，然而，由于使用的玻璃陶瓷的失透性强，作为所得到的形状，限于板状那样的简单的形状，无法制造复杂形状的构件，这是个问题。

另外，除上述以外，特开平10-96827号公报公开了一种，由Zr-钨酸盐体系，或者Hf-钨酸盐体系构成的具有负的热膨胀系数的温度补偿用构件，然而，这些材料非常昂贵，难以作为在工业制品实际使用。而且，这种温度补偿用构件，由于热膨胀系数负值过大，难以与FBG的反射中心波长的温度依赖性良好的相抵销。而且，这种温度补偿用构件，通过添加具有正的热膨胀系数的Al₂O₃等材料，也可以把热膨胀系数调整到正的方向，然而，当添加这种Al₂O₃等材料时，因所用的各种材料的膨胀系数相差大而使强度降低，所以难以作为工业制品实际使用。