CN1470005A - 光纤耦合装置、波长可变器、压力传感器、加速度传感器以及光学装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种光纤耦合装置，具备：2根光纤(5、6)各自的端部被固定的固定部分1V、1V，配置在在上述端部之间传播的光的光路内的光子晶体(2)，以及将外力外加给光子晶体(2)的外力外加设备(3)。若一边将光传播到一方的光纤(5)内，一边通过外力外加设备(3将外力外加给光子晶体(2)，那么光子晶体(2)的光子带隙将发生变化，并且相应于该光子带隙的波长的光从另一方的光纤(5)输出。
Description
技术领域
本发明涉及光纤耦合装置、波长可变器、压力传感器、加速度传感器以及光学装置。
背景技术
以往，使用光纤的光纤耦合装置已为人们所熟知，这样的装置使从一方的光纤传输的光与另一方耦合。
但是，在使用光纤的光纤耦合装置中，不能使它的波长可变。
发明内容
在本发明的目的在于提供一种能够使波长可变的光纤耦合装置、波长可变器、以及使用这样的光学装置的压力传感器和加速度传感器。
本发明的光纤耦合装置，其特征在于，它具备2根光纤各自的端部被固定的固定部分、配置在在上述端部之间传播的光的光路内的光子晶体、以及将外力外加在光子晶体上的外力外加设备。
若依据本发明，如果一边将光传播到一方的光纤内，一边通过外力外加设备将外力外加在光子晶体上，结果就会使光子晶体的光子带隙改变，相应于该光子带隙的波长的光从另一方的光纤被输出，因此能够进行波长可变的光纤耦合。这里，预先说明关于光子晶体。
半导体单晶体是特定的原子周期且规律地被排列的物质。它的电子传播特性由半导体晶体中的原子间隔决定。即，半导体具有能量带隙，该能量带隙起因于电子的波动性和原子的周期电位并被决定。
另一方面，光子晶体是对光具有电位差的物质，就是说，使具有折射率差的物质以大约光的波长的周期排列而成的三维构造体。这样的光子晶体物质由ヤブラノビツチ(Yablonovich)等人建议的。
在光子晶体内，光传播特性通过光的波动性的约束条件被限制。即，在光子晶体中的光的传播与半导体中的电子的传播一样受限制。在光子晶体中，存在着对光的禁带、所谓光子带隙，由于该带隙的存在，特定波长范围的光在晶体内不能传播。
现有，已建议各式各样的光子晶体。例如，有使亚微米大小的粒子以大约光的波长的周期排列而成的光子晶体。人们知道，若是微波波段，将作为粒子的聚合物球体排列在空间中。
除此之外，有时候使聚合物球体在金属中被固化后通过用化学方法使聚合物球体溶解在金属中形成周期的微小空间，有时候在金属中等间隔地穿设孔穴，有时候使用激光在固体中形成与周围不同的区域，有时候使用光刻技术将光聚合性聚合物加工成沟状等。
在说明中，将输入到光子晶体中的光作为输入光，通过经过光子晶体内将从光子晶体输出的光作为输出光。
为了使波长充分地变化，希望光子晶体具有可塑性，这样的光子晶体在冻胶状的物质内含有微小球体和气泡。
另外，本发明的波长可变器，其特征在于，它具备1根光纤的端部被固定的固定部分，被配置在从该端部出射的光的光路上并且被配置使得光通过反射向上述端部返回的反射镜，被配置在上述端部和反射镜之间的光路内的光子晶体，以及将外力外加在光子晶体上的外力外加设备。
在这种场合，从1根光纤出射的光在反射镜中被反射，但在该光路内配置了光子晶体，因此，从光子晶体输出的光的波长范围能够按照外力外加设备的外力变化。
另外，上述那样的光学装置能够在加速度传感器中利用。即，本发明的加速度传感器，被设置在移动体中，其特征在于，它具备光纤的端部被固定的固定部分，配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体，以及检测从光子晶体出射的光的光检测器。
若移动体进行加速度移动，那么光子晶体至少通过自重变形，并且它的光子带隙发生变化。在使具有规定的质量的质量体与该光子晶体当接的场合，根据加速度质量体对光子晶体施力。
从光子晶体出射的光的强度和波长按照加速度变化，因此，在用光检测了它的场合，结果检测值就表示加速度。另外，在将外力给予光子晶体以便一定的检测值在光检测器中被检测的场合，给予光子晶体的外力的控制量就会表示加速度。
另外，涉及本发明的压力传感器，其特征在于，它具备光纤的端部被固定的固定部分，配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体，检测从光子晶体出射的光的检测器，以及配置在能挤压光子晶体的位置上的挤压部分。
若按压挤压部分，根据该压力使光子晶体变形，因此，与上述加速度传感器的场合相同，结果用光检测器所检测的检测值就会表示加速度，或者，给予光子晶体的外力的控制量就会表示压力。
为使光子晶体的变形量稳定化，希望光子晶体的温度是恒定的。在这样的场合，本发明的光学装置，其特征在于，它具备光纤端部被固定的固定部分，配置在从上述端部出射的光的光路内的可塑性的光子晶体，加热光子晶体的加热器，测定光子晶体的温度的温度传感器，并且按照通过温度传感器测定的温度控制向加热器的供电量。
若控制向加热器的供电量以便使在温度传感器中所计测的温度变为恒定，就能够使光子晶体的温度恒定，因此，能够进行高精度的波长选择。
另外，本发明的光学装置，其特征在于，它具备光纤的端部被固定的固定部分，配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体，将外力外加在光子晶体上的外力外加设备，以及输出用于根据输入光驱动外力外加设备的电信号的光检测器，输入光经由光纤被输入到光检测器。
在这种场合，通过输入光经由光纤被输入到光检测器，输出用于光检测器驱动外力外加设备的电信号，因此，驱动外力外加设备并使光子晶体变形。结果就会作为与它不同的信号光经由光纤被输入到光子晶体的光通过光子晶体的变形进行波长选择，并从该光子晶体输出。
另外，本发明的光学装置，其特征在于，它具备光纤的端子被固定的固定部分和被配置在从上述端部出射的光的光路内的可塑性的光子晶体，并且，光子晶体是使光子带隙不同的至少2个光子晶体邻接而成。
在这种场合，具有不同的光子带隙的2个光子晶体由于波长选择性不同，因此，通过将它们组合起来，能够进行更高精度的波长选择。
附图说明
图1是作为涉及本实施形态的光纤耦合装置的光学装置的说明图。
图2是光子晶体2的斜视图。
图3A、3B、3C是表示多层膜构造的光子晶体，即分色镜的输出光的透过率(任意常数)的波长(nm)的依存性的曲线图。
图4是作为涉及其它实施形态的波长可变器的光学装置的说明图。
图5是作为涉及其它的实施形态的压力传感器的光学装置的说明图。
图6是作为涉及其它的实施形态的光纤耦合装置的光学装置的说明图。
图7是作为还涉及其它的实施形态的光纤耦合装置的光学装置的说明图。
图8是附加了追加构成的光学装置的说明图。
具体实施方式
以下，说明关于实施形态的光学装置。对同一要素或具有同一功能的要素中使用同一符号，并省略重复的说明。
图1是作为涉及实施形态的光纤耦合装置的光学装置的说明图。该光纤耦合装置是从输入光的波长范围选择所希望的波长范围并作为输出光输出的装置。此外，光纤由纤芯和包层组成。在基座1上放置光子晶体2，光子晶体2通过对它施加压力并且使外加给它的压力减小的压电元件(外力外加设备)3来给它施力。
光子晶体2是通过外加外力产生高精度的变形，并根据变形光子带隙发生变化的物质。若通过压电元件3使光子晶体2变形，那么它的光子带隙将发生变化。压电元件3由驱动电源4控制，驱动电源4控制上述外力的大小及其外加时间。
输入光经过使光传播的第1光纤5被输入到光子晶体2。输入光中的特定波长成分不能通过光子晶体2，规定的波长范围根据光子带隙(光学应答特性)被选择，作为输出光从光子晶体2被输出，并通过光检测器DTC被检测。输出光被输入到使光传播的第2光纤6，并经由第2光纤6向装置外部输出。即，通过外加外力，在第1和第2光纤5、6之间的光学的耦合特性发生变化。
此外，光纤5、6的端部分别被固定在被设置在基座1上的V槽座1V、1V上，并与基座1一起位于构成外壳的覆盖构件C内侧。
本光学装置是通过将外力外加在光子晶体2上使光子晶体2的光子带隙变化的光学装置，光子晶体2具有可塑性。此外，光子晶体2可以具有弹性。另外，压电元件3由PZT组成。
由于光子晶体2具有可塑性，若对它施加外力并使光子晶体2变形，那么光子带隙将会发生大的变化，并且来自光子晶体2的输出光的波长将会充分地变化。在这样的光学装置中，即使在光子晶体2本身的容积变小的场合，也能够有效地进行波长选择，因此，也能使整个装置小型化。另外，光子晶体2最好是10μm角以上的大小。
以上，象所说明的那样，上述光纤耦合装置，其特征在于，它具备2根光纤5、6并各自的端部被固定的固定部分1V、2V，被配置在传播上述端部之间的光的光路内的光子晶体2，以及将外力外加在光子晶体2上的外力外加设备3。
若一边在一方的光纤5内使光传播一边通过外力外加设备3将外力外加给光子晶体2，那么光子晶体2的光子带隙将会发生变化，并且相应于该光子带隙的波长的光将会从另一方的光纤5输出，因此，能够进行波长可变的光纤耦合。此外，光子晶体2被收容在容器V内。
图2是光子晶体2的斜视图。
该光子晶体2在冻胶状的物质2G内含有多个二氧化硅或钛酸钡的微型小球(光学的微晶)2B。该光子晶体2能容易被变形。微型小球2B在大约光的波长周期内有规律地、均匀地排列在物质2G内。微型小球2B的间隔是想要选择的波长的一半到四分之一，微型小球对该波长是透明的。若在光子晶体2中入射波长范围Δλ(包含λ1)的光，那么按照光子带隙只有特定的波长范围λ1的成分透过光子晶体2。
冻胶由于通过外力容易变形，因此，光子晶体2的光带隙容易变化。由于这样的变化，通过光子晶体2的上述波长范围λ1将发生变化。此外，微型小球2B和物质2G的折射率不同，并且，双方对所选择的光的波长是透明的。
例如，作为溶胶的材料，可以使用掺入紫外线硬化树脂的材料，并且，冻胶化能够通过给它照射紫外线进行。代表性的紫外线硬化树脂是在丙烯酰胺中掺入交联剂和光致聚合引发剂的树脂，而且以前人们知道很多。
由于该微型小球2B的周期构造数目可以是50左右，因此光子晶体2即使最大用100μm角的元件也具有充分的功能。因此，若使用该光子晶体2，就能够达到装置的小型化。
图3A、3B、3C是多层膜构造的光子晶体，即，是表示分色镜的输出光的透过率(任意常数)的波长(nm)依存性的曲线图。图3A没有给分色镜加外力场合的曲线图，图3B是在加了压力以便在反射镜的垂直方向上产生1％的晶格畸变的场合的曲线图，图3C是在加了压力以便在反射镜的垂直方向上产生1％的晶格畸变的场合的曲线图。此外，也可以增加压力以便晶格畸变沿着反射镜表面产生。
若依据该曲线图，提供反射光光谱的强度峰值的波长λCENTER在没有外力的场合大约是1.5μm。另外，波长λCENTER在提供1％的压缩畸变的场合偏移到1470nm左右(短波长一侧)，在提供1％的延长畸变的场合偏移到1530nm(长波长一侧)。
该曲线图不是图1所示的光子晶体2的曲线图，但它的光学特性的变化倾向与这些曲线图相同，通过外力，即畸变使输出光的波长范围发生变化。
图4是作为涉及其它实施形态的波长可变器的光学装置的说明图。
本波长可变器具备1根光纤5的端部被固定的固定部分1V，被配置在从该端部出射的光的光路上并且被配置成使光通过反射向上述端部返回的反射镜7，被配置在上述端部和反射镜7之间的光路内的光子晶体2，以及将外力外加在光子晶体2上的外力外加设备3。
在这种场合，从1根光纤5出射的光在反射镜7中被反射，但在该光路内配置了光子晶体2，因此，从光子晶体2输出的光的波长范围能够按照压电元件3的外力变化。
图5是作为涉及其它的实施形态的压力传感器的光学装置的说明图。与图4所示的说明图不同之点是设法使反射镜7挤压光子晶体2。挤压部分7’被保持对覆盖构件C能滑动，在挤压部分7’的覆盖构件C内侧的顶端部分安装了反射镜7。
该压力传感器具备光纤5的端部被固定的固定部分1V，被配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体2，检测从光子晶体2出射的光的光检测器DTC，以及被配置在能挤压光子晶体的位置上的挤压部分7’。
若按压挤压部分7’，由于根据该压力使光子晶体2变形，因此，在用光检测器DTC检测变形的场合，检测值就表示压力。
另外，在给光子晶体2提供外力以便用光检测器DTC检测出恒定的检测值的场合，提供给光子晶体2的外力的控制量就表示压力。
图6是作为涉及其它的实施形态的光纤耦合装置的光学装置的说明图。
另外，本发明的光学装置具备光纤5的端部被固定的固定部分1V和配置在从上述端部出射的光的光路内的可塑性的光子晶体2，并且，光子晶体2使光子带隙不同的至少2个光子晶体2邻接而成。
在这种场合，由于具有不同的光子带隙的2个以上的光子晶体2的波长选择性不同，因此通过将它们组合起来，能够进行更高精度的波长选择。也能够独立地将外力加到光子晶体上，但也可以同时加外力。此外，容器V在各光子晶体2之间具备隔开物。
图7是作为还涉及其它的实施形态的光纤耦合装置的光学装置的说明图。
在本例中，具备光纤5、6的端部被固定的固定部分1V、1V，配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体2，在光分支元件BS中使从光子晶体2出射的光(驱动光)分支并检测的光检测器(光二极管)PD，以及配置在能挤压光子晶体2的位置上的挤压部分。
在本例中具备光纤5、6的端部被固定的固定部分1V、1V，配置在从所述端部出射的光的光路内的光子晶体2，将外力外加在光子晶体2上的压电元件3，以及按照输入光输出驱动压电元件3的电信号的光检测器(光二极管)PD，并且，输入光5经由光纤5引入到光检测器PD。此外，驱动光在光分支元件BS中被分支并在光检测器PD中被检测。
在这种场合，从光纤5输入的光经由光分支元件BS输入到光检测器PD。由于光检测器PD输出用于驱动压电元件3的电信号，因此驱动压电元件3，并使光子晶体2变形。作为与此不同的其它的信号光经由光纤5输入到光子晶体2的光，结果就会根据光子晶体2的变形进行波长选择，并从该光子晶体输出。
此外，上述的各光学装置能够在加速度传感器中利用。它在任何实施形态的装置中也适用。图8只表示追加的构成。
即，本加速度传感器在被设置在移动体中的加速度传感器中，具备光纤5、6的端部被固定的固定部分1V，配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体2，以及检测从光子晶体2出射的光的光检测器DTC。
若移动体进行加速地运动，那么光子晶体2至少通过自重产生变形，并使该光子带隙变化。在使具有规定的质量体MAS与该光子晶体2当接的场合，根据加速度，质量体对光子晶体2施力。
由于从光子晶体2输出的光的强度和波长根据加速度变化，因此在用光检测器DTC检测它的场合，结果检测值就表示加速度。
另外，在将外力供给光子晶体2以便在光检测器DTC中检测出恒定的检测值的场合，供给光子晶体2的外力的控制量就表示加速度。
为使光子晶体2的变形量稳定化，光子晶体2的温度最好是恒定的。在这样的场合，上述的各光学装置具备光纤5的端部被1V，配置在从上述端部出射的光的光路内的可塑性的光子晶体2，加热光子晶体2的加热器HTR，以及测定光子晶体2的温度的温度传感器TS，希望根据由该温度传感器TS测定的温度控制向加热器HTR的供电电力。
若控制向加热器HTR的供给电力以便使在温度传感器TS中所测定的温度变成恒定，就能够使光子晶体2的温度变成恒定，因此，能够进行高精度的波长选择。
本发明能够在光纤耦合装置、波长可变器、压力传感器、加速度传感器和光学装置中利用。
Claims (7)
1.一种光纤耦合装置，其特征在于，具备：2根光纤各自的端部被固定的固定部分、配置于在上述端部之间传播的光的光路内的光子晶体、以及将外力外加在上述光子晶体上的外力外加设备。
2.一种波长可变器，其特征在于，具备：1根光纤的端部被固定的固定部分、被配置在从该端部出射的光的光路上并且被配置成使上述光通过反射向上述端部返回的反射镜、被配置在上述端部和反射镜之间的光路内的光子晶体、以及将外力外加在光子晶体上的外力外加设备。
3.一种加速度传感器，被设置在移动体中，其特征在于，具备：光纤的端部被固定的固定部分、配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体、以及检测从光子晶体出射的光的光检测器。
4.一种压力传感器，其特征在于，具备：光纤的端部被固定的固定部分、配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体、检测从光子晶体出射的光的光检测器、以及配置在能挤压光子晶体的位置上的挤压部分。
5.一种光学装置，其特征在于，具备：光纤端部被固定的固定部分、配置在从上述端部出射的光的光路内的可塑性的光子晶体、加热光子晶体的加热器、以及测定光子晶体的温度的温度传感器，并且按照通过温度传感器测定的温度而控制向加热器的供电量。
6.一种光学装置，其特征在于，具备：光纤的端部被固定的固定部分、配置在从上述端部出射的光的光路内的光子晶体、将外力外加在光子晶体上的外力外加设备、以及根据输入光而输出用于驱动外力外加设备的电信号的光检测器，所述输入光经由所述光纤被输入到所述光检测器。
7.一种光学装置，其特征在于，具备光纤的端子被固定的固定部分和被配置在从上述端部出射的光的光路内的可塑性的光子晶体，并且，光子晶体是使光子带隙不同的至少2个光子晶体邻接而成。
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