[發明專利]溫度補償用構件及用該構件的光通訊器件

有效

• 申請號: 00804214.4
• 申請日: 2000-02-09
• 公開（公告）號: CN1341085A
• 公開（公告）日: 2002-03-20
• 發明（設計）人: 俁野高宏;坂本明彥
• 申請（專利權）人: 日本電氣硝子株式會社
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 魏金璽,楊麗琴

技術領域

本發明涉及具有負的熱膨脹系數的溫度補償用構件，和用該構件體的光通訊器件

背景技術

伴隨著光通訊技術的進步，采用光學纖維的網絡正在快速發展。在網絡中，通過采用把幾種不同波長的光一起傳遞的波長復用技術，濾波器及耦合器、導波線路等正變成重要的器件。

在這種器件中，特性受溫度影響而變化，由于在室外使用會引起故障，因此，必須要有使這類器件特性不隨溫度變化而保持一定的技術，即要有所謂溫度補償技術。

作為光通訊器件必須的溫度補償的代表性器件有光纖布拉格光柵(下面稱作FBG)。FBG是在光學光纖芯線內具有格型折射率變化的部分，即所謂形成光柵的器件，根據下式(1)所示的關系，具有反射特定波長光的特性。因此，波長不同的光信號，在通過1根光學纖維傳送多種波長的復用傳送方式的光通信系統中，作為重要的光學器件而受到注目。

???????????????λ＝2nΛ????(1)

式中，λ表示反射波長，n為芯線的實際折射率，Λ表示把折射率設定成格型變化部分的晶格間隔。

然而，這樣的FBG，其問題是當其周圍溫度變化時，反射波長也變動。反射波長的溫度依賴性用下列(2)式表示，該式是把數學公式(1)對溫度T進行微分求出的。

αλ/αT＝2[(αn/αT)Λ＋n(αΛ/αT)]

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

該式(2)右邊第2項的(αΛ/αT)/Λ，相當于光學纖維的熱膨脹系數，該值大約為0.6×10^-6/℃。另一方面，右邊第1項為光學纖維芯線部分折射率對溫度的依賴性，該值大約為7.5×10^-6/℃。即，反射波長的溫度依賴性取決于芯線部分的折射率變化和熱膨脹引起的晶格間隔變化兩者，然而，大部分起因于折射率的溫度變化。

作為用于防止這種反射波長變動的手段，已知有把對應于溫度變化的張力加到FBG上，通過使晶格間隔發生變化，使起因于折射率變化的成分相抵銷的方法。

作為該方法的具體例子，例如，有人提出，在熱膨脹系數小的合金和石英玻璃等材料，和熱膨脹系數大的鋁等金屬組合成的溫度補償用構件上把FBG加以固定的方法。也就是說，如圖1所示在熱膨脹系數小的殷鋼(invar)(商標)棒10的兩端分別設置熱膨脹系數比較大的鋁制托架11a、11b上，用夾桿12a、12b以規定的張力拉緊光學纖維13的狀態加以固定到這些鋁制托架11a、11b上。此時，光學纖維13的光柵部分13a夾在2個夾桿12a、12b之間。

在該狀態下，當周圍溫度上升時，鋁制托架11a、11b伸張開來，2個夾桿12a、12b之間的距離縮短，所以在光學纖維13的光柵部分13a上施加的張力減少。另一方面，當周圍溫度降低時，鋁制托架11a、11b收縮，2個夾桿12a、12b之間的距離增加，所以光學纖維13的光柵部分13a上施加的張力增加。在這樣的情況下，由于溫度變化而使FBG這種張力發生變化，可以調節光柵部分的晶格間隔，由此可以把反射中心波長的溫度依賴性相抵銷。

然而，這種溫度補償裝置，其問題是由于結構復雜，難以操作。

作為解決上述問題的方法，WO97/28480公開了一種方法，如圖2所示，把預先成形為板狀的原玻璃體，通過熱處理使其結晶，把FBG15固定在具有負的熱膨脹系數的玻璃陶瓷基板14上，由此控制FBG15張力的方法。另外，圖2中16示出光柵部分，17示出粘合固定部分，18示出砝碼。

WO97/28480公開的方法，由于是用單一構件進行溫度補償，所以結構簡單，操作容易，這是優點，然而，由于使用的玻璃陶瓷的失透性強，作為所得到的形狀，限于板狀那樣的簡單的形狀，無法制造復雜形狀的構件，這是個問題。

另外，除上述以外，特開平10-96827號公報公開了一種，由Zr-鎢酸鹽體系，或者Hf-鎢酸鹽體系構成的具有負的熱膨脹系數的溫度補償用構件，然而，這些材料非常昂貴，難以作為在工業制品實際使用。而且，這種溫度補償用構件，由于熱膨脹系數負值過大，難以與FBG的反射中心波長的溫度依賴性良好的相抵銷。而且，這種溫度補償用構件，通過添加具有正的熱膨脹系數的Al₂O₃等材料，也可以把熱膨脹系數調整到正的方向，然而，當添加這種Al₂O₃等材料時，因所用的各種材料的膨脹系數相差大而使強度降低，所以難以作為工業制品實際使用。