JP3888103B2 - Dispersion compensation fiber grating module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信に用いる波長多重用光デバイスに関し、特に光信号の分散を補償するための分散補償ファイバグレーティングモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングをアルミ製の凹字断面形状の棒状部材からなる梁状筐体内に埋め込み、かつその梁状筐体の両端をペルチェ素子で温度調整を行い、ファイバグレーティングの全長にわたって温度勾配をつけることにより、可変分散補償器を実現することが提案されている(特願2001−55026号)。
【0003】
図4(a)は分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、図4(b)は図4(a)の4a−4a断面図である。
【0004】
この分散補償ファイバグレーティングモジュールは、例えばアルミニウムからなる放熱板15と、放熱板15上に離隔して設けられた一対の電子冷熱素子としてのペルチェ素子14、17と、両ペルチェ素子14、17間に橋渡しされ長手方向に溝11aを有する梁状筐体11と、梁状筐体11のペルチェ素子14、17の近傍にそれぞれ設けられた一対の温度センサ19、20と、チャープトファイバグレーティング10aが溝11a内に埋め込まれた光ファイバ10と、温度センサ19、20及びペルチェ素子14、17を覆う断熱パッケージ21とで構成されたものである。
【0005】
この分散補償ファイバグレーティングモジュールは、チャープトファイバグレーティング10aが溝11a内に埋め込まれた梁状筐体11にペルチェ素子14、17を用いて全長にわたって温度勾配を形成することにより、チャープトファイバグレーティング自体の温度特性及び梁状筐体11の線膨張による歪の効果を利用してグレーティングの反射波長や反射帯域を変えるようになっている。尚、12はファイバ固定用接着剤、13a、13b、16a、16bは熱伝導体、18は放熱フィン、22は断熱空間をそれぞれ示す。
【0006】
このような技術によって製作した分散補償器の波長損失特性可変範囲を図5〜図9を参照して説明する。
【0007】
図5は梁状筐体の両端の温度を25℃に調節した場合のファイバグレーティングの波長損失特性(グレーティング反射特性)を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【0008】
グレーティング反射特性は中心波長が約1540.5nmであり、3dB帯域幅が約2.8nmである。
【0009】
図6は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が0℃で長波長側の温度が50℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【0010】
中心波長は図5に示した特性と同様に約1540.5nmであり、3dB帯域幅が約4.4nmと広帯域化されている。
【0011】
図7は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が50℃で長波長側の温度が0℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【0012】
中心波長は図5に示した特性と同様に約1540.5nmであり、3dB帯域幅が約1.5nmと狭帯域化されている。
【0013】
図8は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に0℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【0014】
中心波長は約1539.5nmとなり、3dB帯域幅が約2.8nmとなり、中心波長のみが短波長側にシフトしている。
【0015】
図9は梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に50℃の場合の波長損失特性を示す図であり、横軸が波長軸であり、縦軸が挿入損失軸である。
【0016】
中心波長は約1541.5nmとなり、3dB帯域幅が約2.8nmとなり、中心波長のみが長波長側にシフトしている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した中心波長及び帯域幅の可変領域は、ペルチェ素子の温度調節範囲を0〜50℃とした場合での最大可変可能範囲となっており、温度可変範囲が狭いという問題があった。
【0018】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、最大温度可変範囲が広い分散補償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。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールは、線膨張率の大きい第1の筐体用部材と線膨張率の小さい第2の筐体用部材とを貼り合わせたバイメタル構造を有する梁状筐体の第1の筐体用部材に梁状筐体の長手方向に沿って溝を形成し、光ファイバへの紫外線の照射により形成されたチャープトファイバグレーティング形成部を溝内に接着剤で接着固定し、梁状筐体の両端部に温度センサとペルチェ素子とをそれぞれ一対ずつ取り付けて、両端のペルチェ素子が挟まれるように梁状筐体を放熱フィンを備えた放熱板上に固定し、上記梁状筐体、上記温度センサ及び上記ペルチェ素子の全体を断熱部材で覆い、上記第1の筐体用部材は凹字断面形状を呈し、上記第2の筐体用部材は矩形断面形状を呈するものである。
【0020】
上記構成に加え本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールの梁状筐体は、線膨張率が20×10-6以上の材料からなる第1の筐体用部材と線膨張率が1×10-6以下の材料からなる第2の筐体用部材とを貼り合わせたバイメタル構造を有するのが好ましい。
【0021】
上記構成に加え本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールは、梁状筐体のうちの線膨張率の大きい第1の筐体用部材の縦弾性係数をE1とし、断面積をA1とし、線膨張率の小さい第2の筐体用部材の縦弾性係数をE2とし、断面積をA2としたときにE1×A1をE2×A2の2分の1以下とするのが好ましい。
【0022】
本発明によれば、チャープトファイバグレーティング自体の熱膨張及び熱収縮によって光ファイバグレーティングに熱歪を与えることに加え、チャープトファイバグレーティングを収容する梁状筐体がバイメタル構造を有するので、相乗効果によりチャープトファイバグレーティングの長手方向の膨張収縮が増大して最大温度可変範囲が広くなる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0024】
図1(a)は本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、図1(b)は図1(a)の1a−1a線断面図である。尚、図4(a)、(b)に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【0025】
チャープトファイバグレーティング10aが形成された光ファイバ10が梁状筐体30の溝30a内に接着剤で接着固定されている(図1(a)中ファイバグレーティングの周期は右側が長い長波長側を示し、左側が周期の短い短波長側を示す)。梁状筐体30は、線膨張率の大きい凹字断面形状の筐体用部材30−1と線膨張率の小さいI字断面形状の筐体用部材30−2とを貼り合わせたものである。梁状筐体30の長波長側の端部には温度センサ19と熱伝導体13a、13bとが設けられており、熱伝導体13a、13bを介して長波長側温度コントロール用ペルチェ素子14が放熱板15を介して放熱フィン18に熱的に接続されている。梁状筐体30の短波長側の端部には温度センサ20と熱伝導体16a、16bとが設けられており、熱伝導体16a、16bを介して短波長側温度コントロール用ペルチェ素子17が放熱板15を介して放熱フィン18に熱的に接続されている。すなわち、梁状筐体30は放熱板15上のペルチェ素子14、17間に橋渡しされた構造を有している。
【0026】
これら梁状筐体30、温度センサ19、20及びペルチェ素子14、17はパッケージ部材21aとパッケージカバー21bとからなる断熱パッケージ21で覆われており、断熱パッケージ21と梁状筐体30との間には断熱空間22が存在している。
【0027】
図2は図1(a)、(b)に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールの熱歪の大きさを計算した結果を示す図であり、横軸が低熱膨張部材の厚さ軸であり、縦軸が熱歪軸(温度変化25℃)である。
【0028】
本計算では、高熱膨張材としてアルミニウム(α=23.5×10-6、E=71590MPa(7300kgf/mm2))を用い、幅を3mmとし、厚さを2mmとしている。低熱膨張材としてスーパーインバ(α=0.6×10-6、E=147100MPa(15000kgf/mm2))を用い、幅を3mmとしている。
【0029】
また、ファイバグレーティングの埋め込み深さをパラメータとして、0.25、0.5及び0.75mmの場合を計算している。さらに、アルミニウム単体の場合の熱歪0.00058と比較している。
【0030】
直径0.125mmの光ファイバを梁状筐体に埋め込むために深さ0.5mmとした場合、低熱膨張材の厚さを2mm以下とすることにより、アルミニウム単体の場合よりも大きな熱歪を付加できることが分かる。
【0031】
厚さ2mmの場合、各部材のEA値(E×A)関係は、数1式のようになっている。
【0032】
【数1】
高熱膨張材EA値:低熱膨張材EA値
=71590MPa×3mm×2mm:147100MPa×3mm×2mm
=1:2
図3は図1(a)、(b)に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールに用いられる梁状筐体の計算による変形図である。
【0033】
図中、101は変形前の梁状筐体、104は変形後の梁状筐体(102は高熱膨張部材を示し、103は低熱膨張部材を示す。)を示す。
【0034】
計算条件は初期温度を25℃とし、上昇後の温度を50℃とした。
【0035】
本分散補償ファイバグレーティングモジュールは、波長多重伝送方式光ネットワーク内に設置され、伝送されてきた光信号の分散を補償するのに用いられるデバイスである(波長多重伝送方式:Wavelength Division Multi/Demultiplexer,WDM)。
【0036】
以上において、簡便でしかも高精度の可変分散補償デバイスを実現することができる。
【0037】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0038】
最大温度可変範囲が広い分散補償ファイバグレーティングモジュールの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、(b)は(a)の1a−1a線断面図である。
【図2】図1(a)、(b)に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールの熱歪の大きさを計算した結果を示す図である。
【図3】図1(a)、(b)に示した分散補償ファイバグレーティングモジュールに用いられる梁状筐体の計算による変形図である。
【図4】(a)は本発明の前提となった分散補償ファイバグレーティングモジュールの側面透視図であり、(b)は(a)の4a−4a断面図である。
【図5】梁状筐体の両端の温度を25℃に調節した場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図6】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が0℃で長波長側の温度が50℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図7】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側の温度が50℃で長波長側の温度が0℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図8】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に0℃の場合のファイバグレーティングの波長損失特性を示す図である。
【図9】梁状筐体のファイバグレーティングの短波長側及び長波長側の温度が共に50℃の場合の波長損失特性を示す図である。
【符号の説明】
10 光ファイバ
10a チャープトファイバグレーティング
13a、13b、16a、16b 熱伝導体
14、17 ペルチェ素子
15 放熱板
18 放熱フィン
19、20 温度センサ
21 断熱パッケージ
30 梁状筐体
30a 溝
30−1、30−2 筐体用部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical device for wavelength multiplexing used for optical fiber communication, and more particularly to a dispersion compensating fiber grating module for compensating for dispersion of an optical signal.
[0002]
[Prior art]
An optical fiber grating is embedded in a beam-shaped casing made of aluminum with a bar-shaped cross-section, and the temperature of both ends of the beam-shaped casing is adjusted with a Peltier element to create a temperature gradient over the entire length of the fiber grating. Therefore, it has been proposed to implement a tunable dispersion compensator (Japanese Patent Application No. 2001-55026).
[0003]
4A is a side perspective view of the dispersion compensating fiber grating module, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line 4a-4a in FIG. 4A.
[0004]
This dispersion compensating fiber grating module includes, for example, a
[0005]
In this dispersion compensating fiber grating module, the chirped fiber grating itself is formed by forming a temperature gradient over the entire length using the Peltier
[0006]
The wavelength loss characteristic variable range of the dispersion compensator manufactured by such a technique will be described with reference to FIGS.
[0007]
FIG. 5 is a diagram showing the wavelength loss characteristics (grating reflection characteristics) of the fiber grating when the temperature at both ends of the beam-shaped housing is adjusted to 25 ° C., where the horizontal axis is the wavelength axis and the vertical axis is the insertion loss axis. It is.
[0008]
The grating reflection characteristic has a center wavelength of about 1540.5 nm and a 3 dB bandwidth of about 2.8 nm.
[0009]
FIG. 6 is a graph showing the wavelength loss characteristics of the fiber grating when the temperature of the short wavelength side of the fiber grating of the beam-like housing is 0 ° C. and the temperature of the long wavelength side is 50 ° C. The horizontal axis is the wavelength axis. The vertical axis is the insertion loss axis.
[0010]
The center wavelength is about 1540.5 nm as in the characteristics shown in FIG. 5, and the 3 dB bandwidth is widened to about 4.4 nm.
[0011]
FIG. 7 is a graph showing the wavelength loss characteristics of the fiber grating when the temperature of the short wavelength side of the fiber grating of the beam-like housing is 50 ° C. and the temperature of the long wavelength side is 0 ° C. The horizontal axis is the wavelength axis. The vertical axis is the insertion loss axis.
[0012]
The center wavelength is about 1540.5 nm as in the characteristics shown in FIG. 5, and the 3 dB bandwidth is narrowed to about 1.5 nm.
[0013]
FIG. 8 is a diagram showing the wavelength loss characteristics of the fiber grating when the temperature of both the short wavelength side and the long wavelength side of the fiber grating of the beam-like housing is 0 ° C. The horizontal axis is the wavelength axis, and the vertical axis is Insertion loss axis.
[0014]
The center wavelength is about 1539.5 nm, the 3 dB bandwidth is about 2.8 nm, and only the center wavelength is shifted to the short wavelength side.
[0015]
FIG. 9 is a graph showing wavelength loss characteristics when the temperature of the short wavelength side and the long wavelength side of the fiber grating of the beam-like housing is 50 ° C., the horizontal axis is the wavelength axis, and the vertical axis is the insertion loss axis. It is.
[0016]
The center wavelength is about 1541.5 nm, the 3 dB bandwidth is about 2.8 nm, and only the center wavelength is shifted to the longer wavelength side.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, the variable region of the center wavelength and bandwidth described above has a maximum variable range when the temperature adjustment range of the Peltier element is 0 to 50 ° C., and there is a problem that the temperature variable range is narrow.
[0018]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a dispersion compensating fiber grating module having a wide maximum temperature variable range.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the dispersion compensating fiber grating module of the present invention has a bimetallic structure in which a first housing member having a large linear expansion coefficient and a second housing member having a low linear expansion coefficient are bonded together. A groove is formed in the first casing member of the beam-shaped casing along the longitudinal direction of the beam-shaped casing, and a chirped fiber grating forming portion formed by irradiating the optical fiber with ultraviolet rays is formed in the groove . bonded and fixed with an adhesive, attaching a temperature sensor and a Peltier element at both ends of the beam-shaped casing in pairs respectively, heat sinks both ends of the Peltier element is provided with a radiation fin of the beam-like casing so as to be sandwiched between and fixed to the upper, the beam-like casing, the whole of the temperature sensor and the Peltier element is covered by a heat insulating member, the first housing member exhibits a concave cross-sectional shape, said second housing member also exhibits a rectangular cross-section It is.
[0020]
In addition to the above configuration, the beam-shaped housing of the dispersion compensating fiber grating module of the present invention has a first housing member made of a material having a linear expansion coefficient of 20 × 10 −6 or more and a linear expansion coefficient of 1 × 10 −6. It is preferable to have a bimetal structure in which a second housing member made of the following material is bonded.
[0021]
In addition to the above configuration, the dispersion-compensating fiber grating module of the present invention includes a first casing member having a large linear expansion coefficient among the beam-shaped casings, wherein the longitudinal elastic modulus is E1, the cross-sectional area is A1, and the linear expansion coefficient. It is preferable to set E1 × A1 to be equal to or less than half of E2 × A2, where E2 is a longitudinal elastic modulus of the second casing member having a small size and A2 is a cross-sectional area.
[0022]
According to the present invention, in addition to giving thermal strain to the optical fiber grating due to thermal expansion and contraction of the chirped fiber grating itself, the beam-shaped housing that houses the chirped fiber grating has a bimetallic structure, so a synergistic effect As a result, the expansion and contraction of the chirped fiber grating in the longitudinal direction is increased, and the maximum temperature variable range is widened.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0024]
FIG. 1A is a side perspective view of the dispersion compensating fiber grating module of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line 1a-1a of FIG. In addition, the same code | symbol was used for the member similar to the prior art example shown to FIG. 4 (a), (b).
[0025]
The
[0026]
The beam-shaped
[0027]
FIG. 2 is a diagram showing the result of calculating the thermal strain magnitude of the dispersion compensating fiber grating module shown in FIGS. 1A and 1B. The horizontal axis is the thickness axis of the low thermal expansion member, and the vertical axis The axis is the thermal strain axis (temperature change 25 ° C.).
[0028]
In this calculation, aluminum (α = 23.5 × 10 −6 , E = 71590 MPa (7300 kgf / mm 2 )) is used as the high thermal expansion material, the width is 3 mm, and the thickness is 2 mm. Super invar (α = 0.6 × 10 −6 , E = 147100 MPa (15000 kgf / mm 2 )) is used as the low thermal expansion material, and the width is 3 mm.
[0029]
In addition, the cases of 0.25, 0.5, and 0.75 mm are calculated using the embedding depth of the fiber grating as a parameter. Furthermore, it is compared with a thermal strain of 0.00058 in the case of aluminum alone.
[0030]
When a depth of 0.5 mm is used to embed an optical fiber having a diameter of 0.125 mm in a beam-like housing, a thermal strain greater than that of a single aluminum is added by setting the thickness of the low thermal expansion material to 2 mm or less. I understand that I can do it.
[0031]
In the case of a thickness of 2 mm, the EA value (E × A) relationship of each member is as shown in
[0032]
[Expression 1]
High thermal expansion material EA value: Low thermal expansion material EA value = 71590 MPa × 3 mm × 2 mm: 147100 MPa × 3 mm × 2 mm
= 1: 2
FIG. 3 is a modified view by calculation of a beam-like casing used in the dispersion compensating fiber grating module shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
[0033]
In the figure, 101 indicates a beam-shaped housing before deformation, 104 indicates a beam-shaped housing after deformation (102 indicates a high thermal expansion member, and 103 indicates a low thermal expansion member).
[0034]
The calculation conditions were an initial temperature of 25 ° C. and an elevated temperature of 50 ° C.
[0035]
This dispersion compensating fiber grating module is a device that is installed in a wavelength division multiplexing optical network and is used to compensate for dispersion of transmitted optical signals (wavelength division transmission scheme: Wavelength Division Multi / Demultiplexer, WDM). ).
[0036]
As described above, a simple and highly accurate variable dispersion compensation device can be realized.
[0037]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
[0038]
It is possible to provide a dispersion compensating fiber grating module having a wide maximum temperature variable range.
[Brief description of the drawings]
1A is a side perspective view of a dispersion compensating fiber grating module of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line 1a-1a in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the result of calculating the magnitude of thermal strain of the dispersion compensating fiber grating module shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
FIG. 3 is a modified view by calculation of a beam-like housing used in the dispersion compensating fiber grating module shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
4A is a side perspective view of a dispersion compensating fiber grating module which is a premise of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along 4a-4a in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the wavelength loss characteristics of a fiber grating when the temperature at both ends of a beam-shaped housing is adjusted to 25 ° C. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the wavelength loss characteristics of a fiber grating when the temperature of the short wavelength side of the fiber grating of the beam-shaped housing is 0 ° C. and the temperature of the long wavelength side is 50 ° C.
FIG. 7 is a diagram showing the wavelength loss characteristics of a fiber grating when the temperature of the short wavelength side of the fiber grating of the beam-like housing is 50 ° C. and the temperature of the long wavelength side is 0 ° C.
FIG. 8 is a diagram illustrating wavelength loss characteristics of a fiber grating when the temperatures of the short wavelength side and the long wavelength side of the fiber grating of the beam-shaped housing are both 0 ° C. FIG.
FIG. 9 is a graph showing wavelength loss characteristics when the temperatures of the short wavelength side and the long wavelength side of the fiber grating of the beam-shaped housing are both 50 ° C. FIG.
[Explanation of symbols]
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