DE60130351T2

DE60130351T2 - Faseroptischer verbinder und optisches bauelement

Info

Publication number: DE60130351T2
Application number: DE60130351T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hamamatsu-shi TAKIGUCHI; Kensaku Fuchu-machi Nei-gun ITOH; Junpei Mizuho-ku Nagoya-shi YAMANAKA; Masaomi Hamamatsu-shi TAKASAKA
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: EP1324099A1; EP1324099A4; US20050271318A1; JP2002098918A; CN1210596C; US20040008934A1; WO2002027382A1; CN1470005A; JP4619507B2; EP1324099B1; AU2001290277A1; DE60130351D1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein faseroptisches Kopplungselement und ein faseroptisches Bauelement.
Allgemeiner Stand der Technik
Faseroptische Kopplungselemente, die optische Fasern benutzen, sind bereits bekannt und koppeln Licht, das von einer optischen Faser ausgesendet wird, in eine andere optische Faser ein.
US-A-5751466 , US-A-6093246 , WO98/53351 A2 und WO00/21905 A1 beschreiben Anordnungen aus dem Stand der Technik, die die technischen Grundlagen für diese Erfindung betreffen.
Offenlegung der Erfindung
Bei einem faseroptischen Kopplungselement, das optische Fasern benutzt, kann die Wellenlänge jedoch nicht variiert werden. Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein faseroptisches Kopplungselement zur Verfügung zu stellen, bei dem die Wellenlänge verändert werden kann.
Das erfindungsgemäße faseroptische Kopplungselement umfasst Folgendes: einen Befestigungsteil, an dem die jeweiligen Enden zweier optischer Fasern befestigt werden, einen Photonenkristall, der im Strahlengang von Licht angeordnet ist, das sich zwischen den oben genannten Enden ausbreitet, und ein Mittel zum Anlegen einer externen Kraft, das eine externe Kraft an den Photonenkristall anlegt.
Bei diesem Bauelement ändert sich, wenn von dem Mittel zum Anlegen einer externen Kraft eine externe Kraft an den Photonenkristall angelegt wird, während sich Licht in einer optischen Faser ausbreitet, die Photonenenergielücke des Photonenkristalls, und Licht mit einer Wellenlänge, die mit dieser Photonenenergielücke übereinstimmt, wird von der anderen optischen Faser ausgegeben. Somit lässt sich eine faseroptische Kopplung bei variabler Wellenlänge realisieren. Es soll nunmehr der Photonenkristall beschrieben werden.
Bei einem Halbleiter-Einkristall handelt es sich um eine Substanz, bei der bestimmte Atome auf periodische und regelmäßige Weise ausgerichtet sind. Ihre Elektronenausbreitungseigenschaften werden von dem atomaren Zwischenraum in dem Halbleiterkristall bestimmt. Das heißt, ein Halbleiter besitzt eine Energielücke, und diese Energielücke wird von den Welleneigenschaften der Elektronen und dem periodischen Potential der Atome bestimmt.
Dabei handelt es sich bei einem Photonenkristall um eine dreidimensionale Struktur, in der Substanzen, die eine Potentialdifferenz bezüglich Licht aufweisen, anders ausgedrückt: Substanzen mit einer Brechungsindexdifferenz, in einem Abstand ausgerichtet werden, der der Wellenlänge von Licht nahekommt. Solche Substanzen, aus denen ein Photonenkristall besteht, sind von Yablonovich und anderen vorgeschlagen worden.
Die optischen Ausbreitungseigenschaften in einem Photonenkristall werden durch die Grenzen der Welleneigenschaften von Licht eingeschränkt. Das heißt, die Ausbreitung von Licht in einem Photonenkristall unterliegt auf ähnliche Weise wie die Ausbreitung von Elektronen in einem Halbleiter gewissen Einschränkungen. In einem Photonenkristall gibt es eine verbotene Zone für Licht beziehungsweise eine sogenannte Photonenenergielücke, und aufgrund dieser Energielücke kann sich Licht mit einer bestimmten Wellenlänge nicht im Kristall ausbreiten.
Im Stand der Technik sind verschiedene Photonenkristalle vorgeschlagen worden. Es gibt beispielsweise Photonenkristalle, bei denen Partikel im Submikrometerbereich in einem Abstand ausgerichtet sind, der der Wellenlänge von Licht nahekommt. Für Mikrowellenbänder gibt es Photonenkristalle, bei denen Polymerkugeln als Partikel im Raum ausgerichtet sind.
Abgesehen davon gibt es Photonenkristalle, bei denen Polymerkugeln in einem Metall gehärtet und danach chemisch aufgelöst werden, so dass periodische mikroskopische Zwischenräume in dem Metall entstehen, Photonenkristalle, bei denen in ein Metall in gleichen Abständen Löcher gebohrt werden, Photonenkristalle mit Regionen, deren Brechungsindex mit Hilfe eines Lasers anders gestaltet wird als der der Peripherie in dem Feststoff, Photonenkristalle, bei denen ein photopolymerisierendes Polymer mit Hilfe einer Lithographietechnik in eine nutartige Form verarbeitet wird, usw.
In der nachfolgenden Beschreibung wird Licht, das einem Photonenkristall zugeführt wird, als „Eingabelicht" bezeichnet und Licht, das nach dem Passieren eines Photonenkristalls von diesem ausgegeben wird, als „Ausgabelicht".
Um eine angemessene Wellenlängenvariation zu erhalten, besitzt der Photonenkristall vorzugsweise eine gewisse Verformbarkeit, und ein solcher Photonenkristall weist Mikrokugeln oder -blasen auf, die sich in einer gelartigen Substanz befinden.
Ein Wellenlängenverschieber, der mit dieser Erfindung verwandt ist, diese aber nicht verkörpert, umfasst Folgendes: einen Befestigungsteil, an dem das Ende einer optischen Faser befestigt wird, einen Reflexspiegel, der an dem Strahlengang des von dem oben genannten Ende emittierten Lichts entlang so angeordnet ist, dass das Licht durch Reflexion zu dem oben genannten Ende zurückgeleitet wird, einen Photonenkristall, der im Strahlengang zwischen dem oben genannten Ende und dem Reflexspiegel angeordnet ist, und ein Mittel zum Anlegen einer externen Kraft, das eine externe Kraft an den Photonenkristall anlegt.
Obwohl das von der einen optischen Faser emittierte Licht von dem Reflexspiegel reflektiert wird, lässt sich hier, da ein Photonenkristall im Strahlengang angeordnet ist, das von dem Photonenkristall ausgegebene Licht der von dem Mittel zum Anlegen einer externen Kraft angelegten externen Kraft entsprechend ändern.
Faseroptische Bauelemente wie die oben beschriebenen können als Beschleunigungssensoren verwendet werden. Das heißt, es wird mit einem Beschleunigungssensor, der an einem sich bewegenden Körper angebracht werden soll, ein Beschleunigungssensor bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen Befestigungsteil, an dem ein Endteil einer optischen Faser befestigt wird, einen Photonenkristall, der im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, und einen Photodetektor, der das von dem Photonenkristall emittierte Licht erfasst.
Wenn sich der sich bewegende Körper beschleunigt, verformt sich der Photonenkristall zumindest durch sein Eigengewicht, und dadurch ändert sich seine Photonenenergielücke. Wenn ein Massekörper mit einer vorgegebenen Masse mit dem Photonenkristall in Kontakt kommt, drückt er entsprechend der Beschleunigung auf den Photonenkristall.
Da Intensität und Wellenlänge des von dem Photonenkristall ausgegebenen Lichts der Beschleunigung entsprechend variieren, gibt der erfasste Wert, wenn dieses Licht von dem Photodetektor erfasst wird, die Beschleunigung an. Wenn die externe Kraft so an den Photonenkristall angelegt wird, dass von dem Photodetektor ein fester erfasster Wert er fasst wird, dann gibt der Regelbetrag der an den Photonenkristall angelegten externen Kraft die Beschleunigung an.
Ein Drucksensor, der mit dieser Erfindung verwandt ist, diese aber nicht verkörpert, umfasst außerdem Folgendes: einen Befestigungsteil, an dem ein Endteil einer optischen Faser befestigt wird, einen Photonenkristall, der im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, einen Photodetektor, der das von dem Photonenkristall emittierte Licht erfasst, und einen Druckteil, der an einer Position angeordnet ist, die ein Drücken des Photonenkristalls ermöglicht.
Da sich der Photonenkristall dem Druck entsprechend verformt, gibt, wenn der Druckteil gedrückt wird, der vom Photodetektor erfasste Wert oder der Regelbetrag der an den Photonenkristall angelegten externen Kraft den Druck auf ähnliche Weise an wie der oben beschriebene Beschleunigungssensor.
Zur Stabilisierung des Ausmaßes der Verformung des Photonenkristalls ist dessen Temperatur vorzugsweise konstant. In einem solchen Fall umfasst das faseroptische Bauelement Folgendes: einen Befestigungsteil, an dem ein Endteil einer optischen Faser befestigt wird, einen Photonenkristall, der eine gewisse Verformbarkeit besitzt und im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, ein Heizelement, das den Photonenkristall erwärmt, und einen Temperatursensor, der die Temperatur des Photonenkristalls misst, und der dem Heizelement zugeführte Strom wird der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur entsprechend geregelt.
Indem der dem Heizelement zugeführte Strom so geregelt wird, dass die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur konstant ist, kann die Temperatur des Photonenkristalls konstant gestaltet werden, damit eine Wellenlängenauswahl mit hoher Präzision möglich wird.
Die Erfindung stellt außerdem ein faseroptisches Bauelement zur Verfügung, das das oben genannte faseroptische Kopplungselement umfasst sowie einen Photodetektor, der ein elektrisches Signal ausgibt, mit dem das Mittel zum Anlegen einer externen Kraft zugeführtem Licht entsprechend angesteuert wird, und das zugeführte Licht wird über die optische Faser in den Photodetektor geleitet.
Da in diesem Fall das Eingabelicht über die optische Faser in den Photodetektor geleitet wird und der Photodetektor ein elektrisches Signal ausgibt, mit dem das Mittel zum Anlegen einer externen Kraft angesteuert wird, wird das Mittel zum Anlegen einer externen Kraft angesteuert und der Photonenkristall verformt sich. Neben diesem Eingabelicht wird Licht als Signallicht über die optische Faser in den Photonenkristall geleitet, und dieses Signallicht wird nach der Wellenlängenauswahl aufgrund der Verformung des Photonenkristalls von diesem ausgegeben.
Das faseroptische Bauelement umfasst ebenfalls: einen Befestigungsteil, an dem ein Endteil einer optischen Faser befestigt wird, und Photonenkristalle, die eine gewisse Verformbarkeit besitzen und im Strahlengang des Lichts angeordnet sind, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, und die Photonenkristalle umfassen mindestens zwei Photonenkristalle, die eine andere Photonenenergielücke aufweisen.
Da in diesem Fall die zwei Photonenkristalle mit den anderen Photonenenergielücken eine andere Wellenlängenselektivität besitzen, lässt sich durch die Kombination eine präzisere Wellenlängenauswahl realisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements einer Ausführungsform, bei dem es sich um ein faseroptisches Kopplungselement handelt.
2 ist eine Perspektivansicht eines Photonenkristalls 2.
Die 3A, 3B und 3C sind grafische Darstellungen, die die Abhängigkeit der Wellenlänge (nm) vom Transmissionsgrad (beliebige Konstante) des Lichts zeigt, das von einem Photonenkristall mit einer Mehrschichtenfilmstruktur, d.h. einem dichroitischen Spiegel, ausgegeben wird.
4 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements, bei dem es sich um einen Wellenlängenverschieber handelt, der mit dieser Erfindung verwandt ist, diese aber nicht verkörpert.
5 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements, bei dem es sich um einen Drucksensor handelt, der mit dieser Erfindung verwandt ist, diese aber nicht verkörpert.
6 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements einer weiteren Ausführungsform, bei dem es sich um ein faseroptisches Kopplungselement handelt.
7 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements noch einer weiteren Ausführungsform, bei dem es sich um ein faseroptisches Kopplungselement handelt.
8 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements mit einer zusätzlichen Anord nung, die mit dieser Erfindung verwandt ist, diese aber nicht verkörpert.
Es sollen nunmehr faseroptische Bauelemente von Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben werden. Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit den gleichen Funktionen werden mit den gleichen Symbolen versehen, und auf überflüssige Erläuterungen wird verzichtet.
1 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements einer Ausführungsform, bei dem es sich um ein faseroptisches Kopplungselement handelt. Dieses faseroptische Kopplungselement gibt Ausgabelicht aus, das so gewählt ist, dass es innerhalb des Wellenlängenbands des Eingabelichts in ein gewünschtes Wellenlängenband fällt. Jede optische Faser umfasst einen Kern und einen Mantel. Ein Photonenkristall 2 wird auf eine Grundplatte 1 gesetzt, und auf diesen Photonenkristall 2 drückt ein Piezo-Element (Mittel zum Anlegen einer externen Kraft) 3, das einen Druck an den Photonenkristall 2 anlegt oder einen an den Photonenkristall 2 angelegten Druck reduziert.
Der Photonenkristall 2 verformt sich auf präzise Weise entsprechend einer angelegten externen Kraft, und es handelt sich dabei um eine Substanz, bei der sich die Photonenenergielücke der Verformung entsprechend ändert. Wenn der Photonenkristall 2 von dem Piezo-Element 3 verformt wird, ändert sich seine Photonenenergielücke. Das Piezo-Element 3 wird von einer Antriebsstromversorgung 4 gesteuert, und die Antriebsstromversorgung 4 regelt das Ausmaß und die Dauer des Anlegens der oben genannten externen Kraft.
Dem Photonenkristall 2 wird über eine erste optische Faser 5, die Licht weiterleitet, Eingabelicht zugeführt. Bestandteile des Eingabelichts mit bestimmten Wellenlängen können den Photonenkristall 2 nicht passieren, und Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenband wird der Photonenenergielücke (optischen Empfindlichkeitscharakteristik) entsprechend ausgewählt und als Ausgabelicht von dem Photonenkristall 2 ausgegeben und von einem Photodetektor DTC erfasst. Das ausgegebene Licht wird in eine zweite optische Faser 6 geleitet, die Licht weiterleitet, und über diese von dem Bauelement nach außen abgegeben. Die optischen Kopplungseigenschaften der ersten und der zweiten optischen Faser 5 und 6 ändern sich somit entsprechend einer angelegten externen Kraft.
Die jeweiligen Enden der optischen Fasern 5 und 6 sind an Grundplatten mit V-Nut 1V auf der Grundplatte 1 befestigt und mit der Grundplatte 1 in einem Abdeckungselement C positioniert, das ein Gehäuse bildet.
Bei diesem faseroptischen Bauelement verändert sich die Photonenenergielücke des Photonenkristalls 2 durch das Anlegen einer externen Kraft an den Photonenkristall 2, und der Photonenkristall 2 weist eine gewisse Plastizität auf. Der Photonenkristall 2 kann auch elastisch sein. Das Piezo-Element 3 umfasst ein PZT.
Da der Photonenkristall 2 eine gewisse Plastizität aufweist, ändert sich die Photonenenergielücke beträchtlich, wenn der Photonenkristall 2 durch das Anlegen einer externen Kraft verformt wird, und die Wellenlänge des von dem Photonenkristall 2 ausgegebenen Ausgabelichts ändert sich somit dementsprechend. Bei einem solchen faseroptischen Bauelement kann das gesamte Bauelement kompakt gestaltet werden, da eine effektive Wellenlängenauswahl selbst dann erfolgen kann, wenn das Volumen des Photonenkristalls 2 selbst gering ist. Da der Photonenkristall 2 seine Wirkungen so lange zeigt, wie seine Größe mindestens dem Zehnfachen der Wellenlänge entspricht, besitzt er vorzugsweise eine Größe von mindestens 10 μm².
Wie oben beschrieben worden ist, wird das oben genannte faseroptische Kopplungselement bereitgestellt, das Folgendes aufweist: die Befestigungsteile 1V, an denen die jeweiligen Enden zweier optischer Fasern 5 und 6 befestigt werden, den Photonenkristall 2, der im Strahlengang von Licht angeordnet ist, das sich über die oben genannten Enden ausbreitet, und das Mittel 3 zum Anlegen einer externen Kraft, das eine externe Kraft an den Photonenkristall 2 anlegt.
Wenn von dem Mittel 3 zum Anlegen einer externen Kraft eine externe Kraft an den Photonenkristall 2 angelegt wird, während sich Licht in einer optischen Faser 5 ausbreitet, dann ändert sich die Photonenenergielücke des Photonenkristalls 2, und Licht mit einer Wellenlänge, die mit dieser Photonenenergielücke übereinstimmt, wird von der anderen optischen Faser 6 ausgegeben. Somit lässt sich eine faseroptische Kopplung bei variabler Wellenlänge realisieren. Der Photonenkristall 2 ist in einem Behälter V untergebracht.
2 ist eine Perspektivansicht des Photonenkristalls 2.
Dieser Photonenkristall 2 weist mehrere Mikrokugeln (optische Mikrokristalle) 2B aus Siliziumdioxid oder Bariumtitanat auf, die sich in einer gelartigen Substanz 2G befinden. Dieser Photonenkristall 2 lässt sich ohne Weiteres verformen. Die Mikrokugeln 2B sind in der Substanz 2G gleichmäßig ausgerichtet und regelmäßig in einem Abstand angeordnet, der der Wellenlänge von Licht nahekommt. Der Abstand zwischen den Mikrokugeln 2B beträgt die Hälfte bis ein Viertel der Wellenlänge von Licht, das ausgewählt werden soll, und die Mikrokugeln 2B sind für diese Wellenlänge durchlässig. Wenn Licht in einem Wellenlängenband Δλ (das λ₁ enthält) in den Photonenkristall 2 fällt, wird der Photonenenergielücke entsprechend nur ein Bestandteil in einem bestimmten Wellenlängenband λ₁ durch den Photonenkristall 2 geleitet.
Da sich das Gel von einer externen Kraft ohne Weiteres verformen lässt, ändert sich auch die Photonenenergielücke des Photonenkristalls 2 problemlos. Infolge dieser Änderung verändert sich auch das oben genannte Wellenlängenband λ₁, das von dem Photonenkristall 2 durchgelassen wird. Die Mikrokugeln 2B unterscheiden sich hinsichtlich des Brechungsindexes von der Substanz 2G, und beide lassen Licht mit der gewählten Wellenlänge durch.
Ein Material, in das ein ultravioletthärtendes Harz untergemischt ist, kann beispielsweise als Sol-Material verwendet werden, und die Gelbildung kann durch Bestrahlen dieses Materials mit Ultraviolettstrahlen erfolgen. Eine Mischung aus einem Vernetzungsmittel und einem Photopolymerisationserreger in Acrylamid ist ein repräsentatives Beispiel für ein ultravioletthärtendes Harz, und es sind bereits verschiedene andere Beispiele bekannt.
Da es ausreicht, wenn die Anzahl der periodischen Strukturen aus Mikrokugeln 2B ungefähr 50 beträgt, funktioniert der Photonenkristall 2 selbst dann auf angemessene Weise, wenn es sich um ein Element mit einer maximalen Größe von 100 μm² handelt. Durch die Verwendung dieses Photonenkristalls 2 lässt sich somit die Kompaktheit eines Bauelements realisieren.
Die 3A, 3B und 3C sind grafische Darstellungen, die die Abhängigkeit der Wellenlänge (nm) vom Transmissionsgrad (beliebige Konstante) des Lichts zeigt, das von einem Photonenkristall mit einer Mehrschichtenfilmstruktur, d.h. einem dichroitischen Spiegel, ausgegeben wird. 3A ist eine grafische Darstellung für den Fall, in dem keine externe Kraft an den dichroitischen Spiegel angelegt wird, 3B eine grafische Darstellung für den Fall, in dem ein Kompressionsdruck angelegt wird, der zu einer Gitterverzerrung von 1% in zum Spiegel senkrechter Richtung führt, und 3C eine grafische Darstellung für den Fall, in dem ein Expansionsdruck angelegt wird, der zu einer Gitterverzerrung von 1% in zum Spiegel senkrechter Richtung führt. Es kann auch ein Druck angelegt werden, der eine Gitterverzerrung entlang der Oberfläche des Spiegels bewirkt.
Wie durch diese grafischen Darstellungen gezeigt wird, beträgt die Wellenlänge λ_CENTER, bei der sich die Spitzenintensität des Reflexionsgrad-Spektrums befindet, ungefähr 1,51 μm, wenn keine externe Kraft vorliegt. Die Wellenlänge λ_CENTER verschiebt sich auf ungefähr 1470 nm (zur Seite der kürzeren Wellenlängen), wenn eine Stauchung um 1% erfolgt, und auf 1530 nm (zur Seite der längeren Wellenlängen), wenn eine Dehnung um 1% erfolgt.
Bei den in diesen grafischen Darstellungen gezeigten Kennlinien handelt es sich zwar nicht um die für den in 1 gezeigten Photonenkristall 2, die Trends bei der Änderung der optischen Eigenschaften des Photonenkristalls 2 gleichen jedoch den in diesen grafischen Darstellungen gezeigten, und das Wellenlängenband des Ausgabelichts variiert mit der externen Kraft, d.h. der Beanspruchung.
4 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements, bei dem es sich um einen Wellenlängenverschieber handelt.
Dieser Wellenlängenverschieber umfasst Folgendes: einen Befestigungsteil 1V, an dem das Ende einer optischen Faser 5 befestigt wird, einen Reflexspiegel 7, der an dem Strahlengang des von dem oben genannten Ende emittierten Lichts entlang so angeordnet ist, dass das Licht durch Reflexion zu dem oben genannten Ende zurückgeleitet wird, einen Photonenkristall 2, der im Strahlengang zwischen dem oben genannten Ende und dem Reflexspiegel 7 angeordnet ist, und ein Mittel 3 zum Anlegen einer externen Kraft, das eine externe Kraft an den Photonenkristall 2 anlegt.
Obwohl das von der einen optischen Faser 5 emittierte Licht von dem Reflexspiegel 7 reflektiert wird, lässt sich hier, da der Photonenkristall 2 im Strahlengang angeordnet ist, das von dem Photonenkristall 2 ausgegebene Licht der von dem Piezo-Element 3 angelegten externen Kraft entsprechend ändern.
5 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements, bei dem es sich um einen Drucksensor handelt. Dieses Bauelement unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten dadurch, dass der Reflexspiegel 7 so angeordnet ist, dass er auf den Photonenkristall 2 drückt. Der Druckteil 7 wird bezüglich eines Abdeckungselements C verschiebbar gehalten, und der Reflexspiegel 7 ist auf der Seite des Druckteils 7' auf der Innenseite des Abdeckungselements C angebracht.
Dieser Drucksensor umfasst Folgendes: einen Befestigungsteil 1V, an dem ein Endteil einer optischen Faser 5 befestigt wird, einen Photonenkristall 2, der im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, einen Photodetektor DTC, der das von dem Photonenkristall 2 emittierte Licht erfasst, und einen Druckteil 7', der an einer Position angeordnet ist, die ein Drücken des Photonenkristalls 2 ermöglicht.
Wenn der Druckteil 7' gedrückt wird, verformt sich der Photonenkristall 2 entsprechend diesem Druck, und wenn dies von dem Photodetektor DTC erfasst wird, gibt der erfasste Wert den Druck an.
Wenn eine externe Kraft so angelegt wird, dass von dem Photodetektor DTC ein fester erfasster Wert erfasst wird, dann gibt der Regelbetrag der an den Photonenkristall 2 angelegten externen Kraft außerdem den Druck an.
6 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements einer weiteren Ausführungsform, bei dem es sich um ein faseroptisches Kopplungselement handelt.
Dieses erfindungsgemäße faseroptische Bauelement umfasst Folgendes: einen Befestigungsteil 1V, an dem ein Endteil einer optischen Faser 5 befestigt wird, und Photonenkristalle 2, die eine gewisse Verformbarkeit besitzen und im Strahlengang des Lichts angeordnet sind, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, und die Photonenkristalle 2 umfassen mindestens zwei Photonenkristalle 2, die eine andere Photonenenergielücke aufweisen.
Da in diesem Fall die zwei oder mehreren Photonenkristalle 2 mit den anderen Photonenenergielücken eine andere Wellenlängenselektivität besitzen, lässt sich durch die Kombination eine präzisere Wellenlängenauswahl realisieren. Eine externe Kraft kann an jeden Photonenkristall einzeln oder an alle gleichzeitig angelegt werden. Der Behälter V ist mit Trennwänden zwischen den jeweiligen Photonenkristallen 2 versehen.
7 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines faseroptischen Bauelements noch einer weiteren Ausführungsform, bei dem es sich um ein faseroptisches Kopplungselement handelt.
Diese Ausführungsform umfasst Folgendes: die Befestigungsteile 1V, an denen Endteile der optischen Fasern 5 und 6 befestigt werden, einen Photonenkristall 2, der im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von einem oben genannten Endteil emittiert wird, einen Photodetektor (Photodiode) PD, der das von dem Photonenkristall 2 emit tierte Licht (Antriebslicht) mit Hilfe eines optischen Verzweigungselements BS verzweigt und dieses Licht dann erfasst, und einen Druckteil, der an einer Position angeordnet ist, die ein Drücken des Photonenkristalls 2 ermöglicht.
Diese Ausführungsform umfasst Folgendes: die Befestigungsteile 1V, an denen Endteile der optischen Fasern 5 und 6 befestigt werden, einen Photonenkristall 2, der im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von einem oben genannten Endteil emittiert wird, ein Piezo-Element 3, das eine externe Kraft an den Photonenkristall 2 anlegt, und ein Photodetektor (Photodiode) PD, der ein elektrisches Signal ausgibt, mit dem das Piezo-Element 3 dem Eingabelicht entsprechend angesteuert wird, und das Eingabelicht (Antriebslicht) wird über die optische Faser 5 in den Photodetektor PD geleitet. Des Weiteren wird das Antriebslicht von dem Photodetektor PD erfasst, wenn es von einem optischen Verzweigungselement BS verzweigt wird.
Das aus der optischen Faser 5 zugeführte Eingabelicht wird hier über das optische Verzweigungselement BS in den Photodetektor PD geleitet. Der Photodetektor PD gibt ein elektrisches Signal aus, mit dem das Piezo-Element 3 angesteuert wird, und das Piezo-Element 3 wird davon so angesteuert, dass es den Photonenkristall 2 verformt. Licht, das als weiteres Signallicht über die optische Faser 5 in den Photonenkristall 2 geleitet wird, unterliegt aufgrund der Verformung des Photonenkristalls 2 einer Wellenlängenauswahl und wird dann von diesem Photonenkristall ausgegeben.
In 8 ist eine zusätzliche Anordnung gezeigt.
Das heißt, bei diesem Beschleunigungssensor handelt es sich um einen Beschleunigungssensor, der sich an einem sich bewegenden Körper befindet und Folgendes umfasst: die Befestigungsteile 1V, an denen Endteile der optischen Fasern 5 und 6 befestigt werden, einen Photonenkristall 2, der im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von einem oben genannten Endteil emittiert wird, und einen Photodetektor (Photodiode) DTC, der das von dem Photonenkristall 2 emittierte Licht erfasst.
Wenn sich der sich bewegende Körper beschleunigt, verformt sich der Photonenkristall 2 zumindest durch sein Eigengewicht, und seine Photonenenergielücke ändert sich. Wenn ein Massekörper MAS mit einer vorgegebenen Masse mit dem Photonenkristall 2 in Kontakt kommt, drückt er entsprechend der Beschleunigung auf den Photonenkristall 2.
Da Intensität und Wellenlänge des von dem Photonenkristall 2 ausgegebenen Lichts der Beschleunigung entsprechend variieren, gibt der erfasste Wert, wenn dieses Licht von dem Photodetektor DTC erfasst wird, die Beschleunigung an.
Wenn die externe Kraft so an den Photonenkristall 2 angelegt wird, dass von dem Photodetektor DTC ein fester erfasster Wert erfasst wird, dann gibt außerdem der Regelbetrag der an den Photonenkristall 2 angelegten externen Kraft die Beschleunigung an.
Zur Stabilisierung des Ausmaßes der Verformung des Photonenkristalls 2 ist dessen Temperatur vorzugsweise konstant. In einem solchen Fall umfasst dieses faseroptische Bauelement Folgendes: einen Befestigungsteil 1V, an dem ein Endteil einer optischen Faser 5 befestigt wird, einen Photonenkristall 2, der eine gewisse Verformbarkeit besitzt und im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das von dem oben genannten Endteil emittiert wird, ein Heizelement HTR, das den Photonenkristall 2 erwärmt, und einen Temperatursensor TS, der die Temperatur des Photonenkristalls 2 misst, und der dem Heizelement HTR zugeführte Strom wird der von dem Temperatursensor TS gemessenen Temperatur entsprechend geregelt.
Indem der dem Heizelement HTR zugeführte Strom so geregelt wird, dass die von dem Temperatursensor TS gemessene Temperatur konstant ist, kann die Temperatur des Photonenkristalls 2 konstant gestaltet werden, damit eine Wellenlängenauswahl mit hoher Präzision möglich wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Diese Erfindung kann für ein faseroptisches Kopplungselement und ein faseroptisches Bauelement angewendet werden.

Claims

Faseroptisches Kopplungselement, das Folgendes umfasst: einen Befestigungsteil (1), an dem die jeweiligen Enden zweier optischer Fasern befestigt werden, einen Photonenkristall (2), der im Strahlengang von Licht angeordnet ist, das sich zwischen den Enden ausbreitet, und ein Mittel (3) zum Anlegen einer externen Kraft, das dafür ausgelegt ist, eine geregelte externe Kraft an den Photonenkristall anzulegen.
Faseroptisches Bauelement, das das faseroptische Kopplungselement nach Anspruch 1 umfasst sowie einen Photodetektor, der ein elektrisches Signal ausgibt, mit dem das Mittel zum Anlegen einer externen Kraft zugeführtem Licht entsprechend angesteuert wird, wobei das zugeführte Licht über die optische Faser in den Photodetektor geleitet wird.