JP4833480B2 - 熱的調整自在な光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【関連特許出願の参照】
本出願は、2000年1月18日に出願された米国特許出願第09/484,491号の内容に依存しかつその優先権の利益を主張する。また、その内容は本明細書に組み込まれたものとする。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置の温度制御に関し、特に、温度操作による光ファイバ装置の光学特性制御に関する。
【０００３】
【発明の背景】
多くの光学装置は、温度の変化に伴って変化する光学特性を有する。これらの装置の例としては、ファイバブラッグ格子（FBGs）、長周期格子（LPGs）およびマッハ−ツェンダー装置などが挙げられる。これらの装置は、多くの光学用途に用いられる。特に、ファイバブラッグ格子は、波長加算−脱落マルチプレクサに用いられ、このマルチプレクサでは、ある特定の波長が、単一光導波路ファイバ内を伝送される一連の多重送信された波長信号に加算されるか、もしくはこの信号から脱落する。長周期格子および調整自在な長周期格子は、利得を平滑化しかつ一様にする用途に用いられる。格子の中央波長は、格子を機械的ひずみにさらすこともしくは異なる温度で作動させることによって変化する。
【０００４】
光学装置を調整し、温度−光学特性を活用するある１つの方法では、その装置で処理される光信号の積極的なモニタリングを必要とする。従来は、これらは光学フィードバック制御システムを用いて成し遂げられてきた。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、光学要素に加えられる熱を制御することによって、その光学要素を断熱しかつその光学要素の１つ以上の光学特性を調整することに関する。
本発明の一面は調整自在な光学装置であり、この装置は、温度によって変化する光学特性を有する光ファイバ装置と抵抗発熱器とを含む。この抵抗発熱器は、光ファイバ装置と熱的に結合する金属層と、その金属層に電気的に結合した２つの電気接点とを含む。これら２つの電気接点は、金属層に沿って互いに間隔を置いて配置され、２つの接点間の金属層部分が、抵抗発熱器として振る舞う領域となる。本発明は、２つの接点と電気的に結合したコントローラも含む。このコントローラは、発熱器に電気的な入力を与えるだけでなく、発熱器両端の電圧の測定も行う。このコントローラは、測定した発熱器両端の電圧と予め選択した参照値との比較を行う。コントローラはその後、発熱器に印加される電気的入力の量を管理する。発熱器に印加される電流の量を管理することによって、発熱器の温度が制御される。
【０００６】
熱的手段によって光ファイバ装置の光学特性を制御する従来の方法を上回る本発明の１つの利点は、本発明が、温度センサおよび発熱要素を１つの要素に統合したことにある。これは、温度に依存する電気抵抗を有する抵抗発熱器を用いること、およびこの発熱要素の抵抗値を測定することによって実現される。従来は、熱電対のような温度測定のための別々の手法が用いられていた。別々の発熱器およびセンサを用いることによって、より複雑な制御回路および装置パッキングが必要となる。
【０００７】
本発明の他の利点は、発熱およびセンシング要素の組み合わせが金属被覆されたチューブである場合、その組立プロセスがかなり容易になるということである。組立および製造プロセスでの改善は、大部分でファイバ格子に金属被覆を行う必要がないことによる。従って、ファイバを金属被覆する上での困難は回避される。さらに、このシステムは長周期格子にも利用可能である。光学特性上の理由から、調整自在な長周期格子は、ゾル−ゲル材料のような特有な屈折率の材料で覆われなければならない。溝を付けられた管状発熱器は、長周期格子のパッケージを行う際に、長周期格子の周囲を熱的に硬化させるまでゾル−ゲル材料もしくはポリマー材料を入れる貯蔵領域を与える。
【０００８】
本発明のさらに他の利点は、光ファイバ装置の温度をその装置が取り付けられるモジュールの周囲の動作範囲より高い固定したレベルに調整することによって実現される。このパッケージの形状は、効果的、低コストで簡素かつ積極的な装置の断熱化を成し遂げる。すなわち、装置が取り付けられるモジュールのために周囲の動作範囲全体にわたる望ましい仕様の光学特性の安定性を保証する。
【０００９】
本発明の利点は、装置の大きさが小さいことである。このことは、光学システムの傾向として、与えられた空間に多くの光学コンポーネントを納める必要があることのように、ますます重要なこととなる。
さらに本発明の他の利点は、本発明の装置が、温度制御かつ引張または圧縮調整されたファイバブラッグ格子として用いられ得るということである。管状発熱器が格子部分に配置され、格子を最高動作温度よりやや高い一定温度に保持することができる。このファイバブラッグ格子の中央波長は、格子に引張または圧縮力が付加されることによって、単独で規定される。低いガラス遷移温度材料が、ファイバブラッグ格子の周囲を充填する材料として好ましい。よって、格子への引張または圧縮力は、溝を付けられた管状発熱センシング要素の内壁に位置する金属コーティングに対して、いかなる応力も生じさせない。
【００１０】
本発明のさらなる他の利点は、温度でチャープされるファイバブラッグ格子を作成するために用いられるということである。ファイバブラッグ格子の長さ方向に沿って温度勾配が与えられることによって、このファイバブラッグ格子は熱的にチャープされ、格子の帯域幅および分散を変化せしめる。この帯域幅および分散は、波長加算−脱落マルチプレクシングおよび分散管理への適用に有用である。温度勾配は、本発明の管状発熱器の実施例を用いて発生させ得る。いくつかの発熱器が、安定すべき温度勾配のチャープ効果に依存する間隔で分離されて、格子のある長さ部分に沿って配置され、これらの発熱器は、その後異なる温度で動作する。その代わりに、温度勾配は、１つの管状発熱要素の金属コーティングの単位長さに対する有効抵抗値を変更することによって発生させることもできる。これは、金属層のレーザによる除去によって成し遂げられる。
【００１１】
発明の他の利点は、２つの発熱器によって熱的にチャープされるファイバブラッグ格子を作成するのに用いられ得るということである。これは、ファイバ格子の周囲に同軸に配置された２つの独立した発熱要素を用いることによって成し遂げられる。上記のようにセグメント化された発熱器は、チャープの度合いを生ずるように用いられ、第２のセグメント化されたもしくは同一の発熱器が、格子の温度のバイアス点を決めるために用いられ得る。この態様では、チャープおよび中央波長は、独立して制御され得る。この構成の別の利点は、ファイバ格子のスペクトル特性および分散特性の制御が容易になるということである。
【００１２】
本発明の他の利点は、光ファイバ装置が較正され、コントローラによって単一で別々のパッケージに組み入れられることができるということである。
本発明の他の利点は、組立プロセスでの各々の光学装置の較正が、装置の中央波長の調整を大幅に容易にするということである。
発明の付加的な特徴および利点は、以下に続く実施の形態で説明される。またこれらの特徴および利点は、その詳細な説明から当業者にとって容易に明白であり、以下の実施の形態、特許請求の範囲のみならず添付の図面を含む、以下に記述される発明を実行することで認識される。
【００１３】
前述の一般的な説明および後述の実施の形態ともに、単なる発明の一例に過ぎず、かつクレームされた発明の本質および特徴の理解のためにその概観および枠組を提供しようと意図されていることは理解されるべきである。添付された図面は、発明のさらなる理解を与えるように含まれ、本明細書に組み込まれてその一部となっている。この図面は、発明の様々な実施例を示し、その説明とともに発明の原理および動作を提供している。
【００１４】
【実施の形態】
本発明による現時点での好ましい実施例が、以下に詳細に言及される。それらの例は、添付の図面で示される。可能な限り、同じ引用符号は、図面全体を通して同じもしくは類似の部分を示すように用いられる。本発明による熱的調整自在な管状光学装置の例示的な実施例が図１に示されており、特に断りのない場合、引用符号10で示される。
【００１５】
発明に従って、熱的調整自在な光学装置のための本発明は、光ファイバ装置12を含む。光ファイバ装置12は、温度によって変化する光学特性を有する。光ファイバ装置12の代表例は、ファイバブラッグ格子、長周期格子およびマッハ−ツェンダー装置である。
図１に具体化されて示されているように、調整自在な光学装置10は、発熱器14を含む。発熱器14は、金属層18と、互いに間隔を置いて配置された第１の金属接点20および第２の電気接点22とを含む。金属層18は、光学装置12の表面上に被覆された薄い金属フィルムである。金属層18を形成するために用いられるプロセスの代表例は、光ファイバ装置12上に金属をスパッタし、真空中で光ファイバ装置12上に金属を蒸着させる。金属層18のための金属の選択基準は、光ファイバ装置12に対して良好な接着性を有すること、良好な抵抗値安定性を有することおよび温度制御領域において一定の抵抗値に対する温度係数（TCR）を有することである。好ましくは、この金属の抵抗値は、温度に関して線形に変化する方が良い。金属層18の例示的な金属は、白金および窒化チタンの薄い層を施された白金である。この金属層18は、一定の厚さかまたは変化する厚さを第１および第２の電気接点20、22との間で有しても良い。金属層18の厚さが変化することによって、発熱器14が光ファイバ装置12の長さに沿って温度勾配を与えることを可能とする。金属層18の厚さ変化は、積層プロセスでマスキングすること、すなわち積層プロセスの完了後に除去することで実現される。その代表例として、材料除去にレーザを用いる場合などがある。
【００１６】
電気接点20、22は、抵抗発熱領域40を形成する金属層18の領域をマスキングすること、および電気伝導材料を積層するスパッタリングまたは真空積層法を用いることによって形成される。第１および第２の電気接点20、22の厚さが金属層の厚さより大きいため、それら電気接点の抵抗値は無視できる。第１および第２の電気接点20、22のための例示的な材料は、白金、金および銅ならびにガリウムの合金である。
【００１７】
図２に具体化されて示されているように、調整自在な光学装置は、基部42に取り付けられる。光ファイバ装置12は、張力を負荷され、アセンブリ46を形成する２つの金属被覆された片44を有する基部42に取り付けられる。基部42はゼロ膨張材料であり、典型的にはセラミック、ガラスまたはガラス−セラミックである。適する材料の代表例は、光ファイバ装置12の熱膨張特性と符合する充填されたポリマー基盤、およびニューヨーク州コーニングのコーニング社によって製造されたULEガラス（登録商標）である。光ファイバ装置12に張力を負荷することは、その光ファイバ装置が、動作温度のすべての範囲で一直線状に保持される光ファイバ装置12の格子部50すなわちファイバブラッグ格子であるときを保証する。光ファイバ装置12がファイバブラッグ格子であり、基部42が超微小膨張材料材料である場合、格子の温度も周囲の温度も格子50の全長に影響しない。従って、格子の中央波長に影響する唯一の要因は、格子温度である。金やすず合金などの非クリープ型はんだは、発熱器14を金属被覆された片44に取り付けるために用いられる。この金属被覆された片は、発熱器14をコントローラ16に接続する電気リード線としての役割を果たすか、または発熱器14とコントローラ16とを接続するように用いられる電気リード線を分割する。このアセンブリ46は、その後、コントローラ16への電気接続に対する設備を有しつつ、環境保護のために閉じられたパッケージ（図示せず）内に配置される。
【００１８】
本発明の代替実施例では、図３に具体化されて示されているように、発熱器14は、基板32の溝34の一面に積層された金属層18を含む。この基板は、シリカやガラス、または温度応答特性の仕様が得られるように選択された別の材料が良い。例示的なこの実施例は、図４に示されている管状光学装置10であり、本実施例は、基部42が光ファイバ装置12の直径より大きい軸方向ボア62を有する毛細管である溝を付けられた発熱器36を含む。ある例示的な実施例では、この軸方向ボア62の内径は、光ファイバ装置12の直径の２倍〜４倍である。いくつかの例では、薄い壁の毛細管が選択され、発熱器14の温度に関わる質量を減じる。溝38は、毛細管の全長に伸長して形成される。溝38の深さは、光ファイバ装置12の直径よりもやや大きい。図３に示されているように、むしろ発熱器14は、もはや光ファイバ装置12の一部ではなく、温度調整された発熱器49となる。
【００１９】
溝38が作成された後、金属層18が、毛細管の内側に積層される。毛細管の両端では、金属片が、互いに間隔を置いて配置された第１の電気接点20および第２の電気接点22を形成する。第１および第２の電気接点20、22は、金属層18よりも単位長さ当たりで低い抵抗値を有する。電気リード線（図示せず）は、第１および第２の電気接点とはんだ付けされる。
【００２０】
長周期格子は、ファイバのクラッド層を囲繞する材料の屈折率の変化によって調整されるので、図４で示される溝を付けられた発熱器の実施例は、特に長周期格子に用いるのに適している。典型的な実施例では、金属層18と光ファイバ装置12との間の領域は、有機物と無機物の混合物か、ガラスまたはゾル−ゲルプロセスで製造されたガラス−セラミック材料で充填される。これら混合物、ガラスまたはゾル−ゲルプロセスを用いて作られたガラスセラミックは、望ましい動作管理の下で温度に対して敏感な屈折率を有する。
【００２１】
発明による別の代替実施例では、図４で具体化されて示されているように、熱的調整自在な光学装置10は、光学装置12を囲繞する発熱器14を含む。発明のこの実施例は、特にファイバブラッグ格子の積極的な断熱化に適する。金属層18は、格子50を有する光ファイバ装置12の一部を覆っている。金属層18は、その後部分的にマスクされ、絶縁層48が、金属層18のマスクされていない部分に配置される。第１の電気接点20が発熱器の一端に付加され、第２の電気接点22が金属層14のもう一端に電気的に接続される。この第２の電気接点は、絶縁層48を覆って伸張し、電気接点20、22両方に対する電気的接続が、発熱器14の同じ端部でなされるようにする。第１および第２の電気接点20、22は、コントローラ16にも接続されている。
【００２２】
図６で具体化されて示されているように、調整自在な光学装置10は、コントローラ16を含む。光ファイバ装置12の光学特性は、光ファイバ装置12の温度に依存する。この特性の代表例は、温度によるファイバブラッグ格子の中央波長の変化である。発熱器14の金属層18の抵抗値も温度で変化する。この温度依存性の実例は図10に示されており、金属層の温度が増加するにつれて白金層の抵抗値が増加する様子が示されている。これら発熱器14の金属層18の熱電特性および光ファイバ装置12の熱光学特性を利用して、熱的調整自在な光学装置が実現される。
【００２３】
コントローラは、発熱器14とコントローラ16とに電力を供給する電力源を含む。３つの抵抗器24、26、28は、互いと発熱器14とをホイートストーンブリッジ30の配置に電気的に接続されている。ホイートストーンブリッジ回路30は、電気的に平衡状態となっており、ブリッジの１つのアームにおける抵抗器の抵抗比が、ブリッジの他のアームにおける抵抗器の抵抗比に等しくなる。
【００２４】
コントローラ16は、抵抗器26に対する発熱器14の抵抗比と、抵抗器24に対する抵抗器28の抵抗比とを比較することによって機能する。仮にこれらの比が異なる場合、コントローラのホイートストーンブリッジ30の部分は非平衡となり、エラー検知器54が信号を生成する。代表的なエラー検知器の例は、演算増幅器もしくはこれと同等の回路構成である。このエラー検知器で生成された信号は、電源52からの出力を制御する。
【００２５】
発熱器14の抵抗値は、平衡状態のホイートストーンブリッジで以下の式１で与えられる。
【式１】

ここで、
R₁₄は、金属層18の抵抗値を表わす（単位Ω）。
R₂₄は、抵抗器24の抵抗値を表わす（単位Ω）。
R₂₆は、抵抗器26の抵抗値を表わす（単位Ω）。
R₂₈は、抵抗器28の抵抗値を表わす（単位Ω）。
【００２６】
光ファイバ装置12の光学特性と、発熱器14の電気特性との両方ともに温度に依存するため、光ファイバ装置12の動作点を選択することが可能となる。いったん必要とされる光ファイバ装置12の動作温度が決定されると、抵抗値24、26、28が式１によって選択され、その動作温度下でホイートストーンブリッジ30を平衡状態にする。代表的な構成では、調整自在な光学装置は、発熱器14によって囲まれたファイバブラッグ格子か、または長周期格子となる。ホイートストーンブリッジ30の抵抗器24および26は、固定値を有する場合が多かった。図６に示されるようなホイートストーンブリッジ30の抵抗器28は、代表的な例としては電位差計などの可変抵抗器である。好ましくは、抵抗器24と26ならびに抵抗器28は、精密な抵抗器である方が良い。精密な抵抗器とは、その抵抗特性が選択された動作範囲内で温度に依存しないような抵抗器である。かかる構成では、光ファイバ装置12は、一体化されるべき光学装置の動作範囲よりも高い動作温度を選択することによって断熱され得る。一般的には、光学装置のために仕様化された動作温度は、上限が70〜80℃である。信頼性の高い光学装置を製造するために、抵抗器24、26および28の抵抗値が、光ファイバ装置12の望ましい光学特性を与えるように選択され、このとき光ファイバ装置12の動作温度は80℃より高くなる。このことの代表例は、光ファイバ装置12の調整であり、このときこの装置は中央波長を有するファイバブラッグ格子である。そのある中央波長が80℃を超える温度と対応する限り、この装置は断熱化される。光ファイバ装置12は、発熱器14によって選択された温度に保持される。発熱器14の抵抗値は温度によって変化するので、ホイートストーンブリッジ30は非平衡状態となり、エラー検知器54は信号を生成する。このとき、光ファイバ装置12の温度は、選択された温度より低下する。周囲の温度が低下すると、光ファイバ装置12の温度が選択された動作温度よりも低下し、ブリッジ回路30は非平衡となってエラー検知器54が電源52へと伝達される信号を生成する。電源52はその後、ホイートストーンブリッジにより大きい電流を出力するように指令を発する。より大きな電流がホイートストーンブリッジ30に与えられると、発熱器14の温度が上昇し、続いて発熱器14の抵抗値が増加する。よって、ブリッジ回路30の再平衡状態がもたらされる。逆に、熱的調整自在な光学装置10を囲繞する周囲の温度が上昇した場合、発熱器14は熱くなり過ぎてしまう。ブリッジ回路30が非平衡状態となり、エラー検知器54が再び信号を生成する。しかしながら、生成された信号は逆向きの信号であり、このとき、発熱器14は、その動作温度より低い温度に低下する。エラー検知器54によって生成された信号は、電源52にホイートストーンブリッジに対してより小さな電力を送るように指令する。従って、抵抗器24、26、28および発熱器14には熱エネルギに変換されるべく、より小さな電力が供給される。発熱器14の温度低下および、これに対応する光ファイバ装置12の温度低下の結果を導くことで、光ファイバ装置12の光学特性を動作点の設計にフィードバックする。
【００２７】
実験では、上述された装置は、光ファイバ装置12のようなファイバブラッグ格子を用いて、驚くべき断熱度を示した。80℃に熱せられた装置では、装置を囲繞する周囲の温度は、ファイバブラッグ格子の中央波長の遷移が12ピコメートルのみで、-10〜70℃の間で循環する。同じ装置は、調整自在な性の実験では、中央波長で10ピコメートル毎摂氏温度の遷移を実証した。以下に続く例は、異なる中央波長に対する格子の調整を示している。ファイバブラッグ格子が、80℃で1550nmの中央波長を有する場合、ファイバブラッグ格子は120℃まで加熱され、その後中央波長が1550.400nmまで遷移する。
【００２８】
発明の別の代替実施例では、図７で具体化されて示されているように、熱的調整自在な光学装置10は、温度の変化に伴って変化する光学特性を有する光ファイバ装置12を含む。複数の直列な発熱器14が、光ファイバ装置12の長さ方向に沿った温度勾配を確立すべく用いられている。この方法では、ファイバブラッグ格子は熱的にチャープされ、格子の帯域幅と分散特性とを変化させる。格子を熱的にチャープする能力は、その製造時に特に重要であり、波長加算−脱落マルチプレクサの動作となる。その代わりとして、異なる単位面積あたりの有効抵抗値を有する１つの発熱器14は、格子をチャープすべく用いられる。コントローラ16は、各々の発熱器14をその所望の温度に制御すべく用いられる。
【００２９】
発明の別の代替実施例では、図８で具体化されて示されているように、熱的調整自在な光学装置10は、被覆抵抗により導かれる値を用いる電力制御回路を含む。この実施例では、熱的調整自在な光学装置10は、光ファイバ装置12の熱光学特性と発熱器14の熱電特性とに再び依存する。この実施例では、発熱器14の抵抗値は、アナログかまたはデジタルかで、発熱器14の両端の電圧と、発熱器14を流れる電流との両方に比例する信号の指数を用いることによって得られる。熱的調整自在な光学装置10を囲繞する周囲の温度が低下すると、発熱器14は冷えてその抵抗値が減少する。導き出された抵抗値は、電源52に対して発熱器14への電流を増加する信号を送りつつ、設定値より小さくなる。この電流の増加は温度を上昇せしめ、これによって、発熱器14の抵抗値も増加せしめ、光ファイバ装置12の発熱器14の温度をその目標値に戻す。この実施例では、調整自在な光学装置10は、発熱器14と熱的に結合された光ファイバ装置12を含み、この発熱器14は、電気エネルギを熱エネルギに変換する。固定抵抗かまたは可変抵抗かの精密な抵抗器は、発熱器14と直列に電気的に接続される。電圧検知器56は、発熱器14の両端の電圧値を測定すべく発熱器14と電気的に接続されている。この電圧検知器56は、発熱器14の両端の電圧値に対応した信号を出力する。電流検知器58は、精密な抵抗器55と電気的に接続され、この抵抗器に流れる電流値を測定する。精密な抵抗器55は、発熱器14と直列に配線されているので、この精密な抵抗器55を流れる電流値は、発熱器14を流れる電流値と同一となる。電圧検知器56からの出力信号および電流検知器58からの出力信号は、分割器59によって用いられ、この分割器は、発熱器14の抵抗値を決定するデジタル回路かまたはアナログ回路かである。分割器59は、この抵抗値に対応する信号を出力する。つまり、この信号は分割器からエラー検知器54に伝送され、その代表例は、演算増幅器である。エラー検知器54は、分割器59からの信号と、発熱器14の所望の抵抗値に対応して、参照信号発生器68からのプリセット信号とを比較する。分割器59からの信号が、参照信号と異なる場合、エラー検知器は、発熱器14に電力を供給する電源に対して制御信号を発信する。制御信号は、発熱器14に印加される電気量を調整し、これによってその温度を制御する。例えば、熱的調整自在な光学装置10を囲繞する周囲の温度が上昇する場合、発熱器14の温度が上昇し、発熱器14の抵抗値も増加する。仮に発熱器14が、周囲の温度が上昇する前にその目標抵抗値で動作していた場合、エラー検知器54は制御信号を発信し、電源に対して発熱器14により少ない電気エネルギを供給するよう指令する。より少ない電気エネルギが発熱器14に与えられると、発熱器はより少ない熱エネルギを発生し、発熱器14の抵抗値が目標値に戻って、その温度が低下する。逆に、発熱器14がその目標抵抗値で動作し、熱的調整自在な光学装置10を囲繞する周囲の温度が低下する場合、発熱器14の温度は、その所望の動作温度より低くなる。この発熱器14の温度が低下すると、その抵抗値が参照抵抗値より低くなり、エラー検知器54が、電源52に対して制御信号を発生する。電源52は、発熱器14に供給される電力の増加によって応答する。発熱器14はこの電力を熱エネルギに変換し、発熱器14が参照抵抗値になるまで温度を上昇せしめる。この装置は、参照信号発生器68の出力信号の大きさおよび（または）極性を変化せしめることによって調整可能である。
【００３０】
図９で具体化されて示されているように、熱的調整自在な光学装置の代替実施例は、以下の制御回路構成を含む。本発明によるこの実施例は、発熱器14の出力ユニットおよび知覚ユニットの両機能を再び利用する。発熱器14はブリッジ回路30へと配線される。その回路の代表例は、前述のようなホイートストーンブリッジ回路である。熱的調整自在な光学装置10には、電源52によって電流が印加される。トランジスタ60が、ブリッジ回路30と電源52との間に配置される。電流はまずトランジスタ60を流れる必要があり、その後適切な電流がブリッジ回路30に流れる。エラー検知器54が、ブリッジ回路30と電気的に接続されている。このエラー検知器54は、ブリッジ回路30のいかなる不均衡をも検知し、出力信号を生成する。ある実施例では、このエラー検知器54は演算増幅器である。エラー検知器54が演算増幅器である場合、このエラー検知器54の利得は、手動かまたはデジタルプログラミングを用いて調整される利得コントローラ64によって制御され得る。エラー検知器54からの出力信号は、加算増幅器66に入る。この加算増幅器66は、エラー検知器54からの出力信号を参照信号発生器68によって供給される直流参照電圧信号とを加える。加算増幅器66は、その後トランジスタ制御信号を出力する。このトランジスタ制御信号は電気信号である。トランジスタ制御信号は、トランジスタ60から発熱器14へと流れる電源52からの電流量を管理する。発熱器14の温度が所望の目標温度より低い場合、熱的調整自在な光学装置10の動作環境における周囲の温度が低下するので、エラー検知器54によって生成された信号は、トランジスタ60がより大きな電流をブリッジ回路30に流すことを可能せしめるような大きさおよび極性を有する。より大きな電流がブリッジ回路30に印加されると、発熱器14の温度が上昇する。熱的調整自在な光学装置10の動作環境における周囲の温度が上昇し、発熱器14の温度が目標温度より高くなった場合、エラー検知器54からの出力信号は、トランジスタ60に対してブリッジ回路30へ供給される電力量を減少させ、発熱器14を冷やす。
【００３１】
上記の説明は、光ファイバ導波路装置を用いて本発明を説明しているが、本発明は、非ファイバ型光導波路要素についても同様に用いることができる。非ファイバ型光導波路要素の代表例は、２次元導波路およびチャネル型導波路装置等である。
当業者にとっては、本発明に対する様々な変更および変化が、発明の範囲および精神を逸脱することなくなされることは明白であろう。従って、本発明が、添付の特許請求の範囲およびこれと均等な物の範囲から導かれる本発明の変化および変更を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が具体化された熱的調整自在な光学装置の斜視図である。
【図２】本発明が具体化された熱的調整自在な光学装置の断面図である。
【図３】本発明が具体化された熱的調整自在な光学装置の斜視図である。
【図４】本発明が具体化された熱的調整自在な光学装置の斜視図である。
【図５】本発明が具体化された熱的調整自在な光学装置の断面図である。
【図６】本発明によるある実施例の電子回路図である。
【図７】本発明が具体化された熱的調整自在な光学装置の概略図である。
【図８】本発明による代替実施例の電子回路図である。
【図９】本発明による代替実施例の電子回路図である。
【図１０】白金における電気抵抗値と温度との関係を示すグラフである。

Claims (12)

1. 調整自在な光学装置であって、
   温度によって変化する光学特性を有する少なくとも１つの光ファイバと、
   前記光ファイバに熱的に結合され且つ前記光ファイバの長さ方向に沿って配置され、温度によって変化する電気抵抗値を有し、電力によって生成された熱エネルギを前記光ファイバに伝達する少なくとも１つの発熱器と、
   前記電力を前記発熱器に供給する電源と、
   前記発熱器及び前記電源の各々に電気的に接続され、任意の値に予め設定自在な目標電気抵抗値と前記発熱器の電気抵抗値とを比較しつつ、前記電力の大きさを制御して、前記ファイバの温度を調整するコントローラと、
   を含むことを特徴とする調整自在な光学装置。
2. 前記発熱器は、前記光ファイバの長さ方向に沿って設けられた金属層と、前記長さ方向に沿って各々が離れて設けられて前記金属層に電気的に接続された第１の電気接点及び第２の電気接点を含み、当該２つの接点間の電気抵抗値を前記発熱器の電気抵抗値として提供することを特徴とする請求項１記載の調整自在な光学装置。
3. 前記光ファイバとその長さ方向に沿って係合する溝を有する基部をさらに含み、前記金属層は前記光ファイバと前記溝の側面との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の調整自在な光学装置。
4. 前記光ファイバが内部に配置される管部をさらに含み、前記金属層は前記管部の内部に設けられていることを特徴とする請求項２記載の調整自在な光学装置。
5. 前記管部がガラスシリンダーであることを特徴とする請求項４記載の調整自在な光学装置。
6. 前記光ファイバを前記基部又は前記管部に接着する接着剤をさらに含むことを特徴とする請求項３又は４記載の調整自在な光学装置。
7. 前記ファイバはテーパ状のファイバであることを特徴とする請求項１記載の調整自在な光学装置。
8. 前記発熱器は前記ファイバの長さ方向に沿って複数設けられ、前記コントローラは、前記発熱器の各々の電気抵抗値を個別に制御することを特徴とする請求項１記載の調整自在な光学装置。
9. 前記少なくとも１つのファイバは、光導波路、光フィルタ、ファイバブラッグ格子、長周期格子、又はマッハーツェンダーの何れか少なくとも１つを構成することを特徴とする請求項１記載の調整自在な光学装置。
10. 前記コントローラは、
    前記金属層の第１および第２の電気接点の何れか１方に電気的に直列に接続されて前記電力を前記金属層に供給する抵抗器と、
    前記金属層の第１および第２の電気接点間の電圧値を測定する電圧検知器と、
    前記抵抗器の電流値を測定する電流検知器と、
    前記電圧値と前記電流値とから前記金属層の電気抵抗値を算出する抵抗算出器と、
    を含むことを特徴とする請求項２記載の調整自在な光学装置。
11. 前記コントローラは、前記金属層に前記第１及び第２の接点を介して電気的に接続された２つの抵抗器及び１つの可変抵抗器を含んで、これら抵抗がホイートストーンブリッジを構成し、前記目標電気抵抗値は前記可変抵抗器の抵抗値として設定されることを特徴とする請求項２記載の調整自在な光学装置。
12. 前記コントローラは、前記金属層に前記第１及び第２の接点を介して電気的に接続され、前記発熱器の電気抵抗値と前記目標電気抵抗値との差異に応じたエラー信号を生成するエラー検出器と、前記金属層に前記第１及び第２の接点を介して電気的に接続され、前記エラー信号の大きさに応じて前記発熱器に供給する電力を調整する増幅器と、を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項２記載の調整自在な光学装置。

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