WO2002027382A1 - Connecteur a fibre optique, dispositif a variation de longueur d'onde, detecteur de pression, detecteur d'acceleration, et dispositif optique - Google Patents

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Yoshihiro Takiguchi
Kensaku Itoh
Junpei Yamanaka
Masaomi Takasaka
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Definitions

  • Optical fiber coupling device wavelength variable device, pressure sensor, acceleration sensor, and optical device
  • the present invention relates to an optical fiber coupling device, a wavelength variable device, a pressure sensor, an acceleration sensor, and an optical device.
  • an optical fiber coupling device using an optical fiber has been known, and such a device couples light transmitted from one optical fiber to the other.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber coupling device capable of changing the wavelength, a wavelength variable device, and a pressure sensor and an acceleration sensor using such an optical device.
  • An optical fiber coupling device includes a fixing portion to which ends of two optical fibers are fixed, a photonic crystal disposed in an optical path of light propagating between the ends, and a photonic crystal. And an external force applying means for applying an external force.
  • the photonic band gap of the photonic crystal changes, and this photonic band gap is changed. Since the light having the wavelength corresponding to the wavelength is output from the other optical fiber, the tunable optical fiber can be coupled.
  • the photonic crystal will be described.
  • a semiconductor single crystal is a substance in which specific atoms are periodically and regularly arranged. Its electron propagation characteristics are determined by the atomic spacing in the semiconductor crystal. That is, the semiconductor has an energy band gap, and the energy band gap is determined based on the wave nature of electrons and the periodic potential of atoms.
  • the photonic crystal material having a potential difference with respect to light i.e. c such photonic crystal composed material is a three-dimensional structure formed by arranging a substance having a refractive index difference at a period of the order of the wavelength of light Have been proposed by Yablonovich et al.
  • the light propagation characteristics are limited by the constraint condition of the light wave property. That is, the propagation of light in a photonic crystal is limited as in the propagation of electrons in a semiconductor.
  • a photonic crystal there is a band gap for light, a so-called photonic band gap. Due to the existence of this band gap, light in a specific wavelength band cannot propagate through the crystal.
  • those that form a periodic micro space in the metal by solidifying the polymer spheres in the metal and then chemically dissolving the polymer spheres, and those that form holes in the metal at equal intervals There is a solid material in which a region having a refractive index different from that of the surroundings is formed by using a laser, and a photopolymerizable polymer is processed into a groove shape by using a lithodaraphy technique.
  • light input to the photonic crystal is referred to as input light
  • light output from the photonic crystal by passing through the photonic crystal is referred to as output light.
  • the photonic crystal be plastic, and such a photonic crystal contains microspheres and bubbles in a gel-like substance.
  • the wavelength tunable device includes a fixed portion to which an end of one optical fiber is fixed, and a fixed portion, which is disposed on an optical path of light emitted from the end and is returned to the end by reflection. And a photonic crystal disposed in an optical path between the end and the reflector, and an external force applying means for applying an external force to the photonic crystal.
  • the light emitted from one optical fiber is reflected by a reflecting mirror. Since a photonic crystal is arranged in this optical path, the wavelength band of the light output from the photonic crystal is determined by an external force applying means. It can change according to external force.
  • the optical device as described above can be used for an acceleration sensor.
  • an acceleration sensor is an acceleration sensor provided on a moving body, wherein: a fixed portion to which an end of an optical fiber is fixed; and a photonic disposed in an optical path of light emitted from the end.
  • a photodetector for detecting light emitted from the photonic crystal is provided on a moving body, wherein: a fixed portion to which an end of an optical fiber is fixed; and a photonic disposed in an optical path of light emitted from the end.
  • the photonic crystal When the moving body performs an acceleration motion, the photonic crystal is deformed at least by its own weight, and the photonic band gap changes. When a mass having a predetermined mass is in contact with the photonic crystal, the mass urges the photonic crystal in accordance with the acceleration.
  • the pressure sensor includes a fixing portion to which an end of the optical fiber is fixed, a photonic crystal arranged in an optical path of light emitted from the end, and a light emitted from the photonic crystal. It is characterized by comprising a photodetector for detection, and a pressing portion arranged at a position where the photonic crystal can be pressed.
  • the photonic crystal When the pressing part is pressed, the photonic crystal is deformed in accordance with this pressure, so that the detection value detected by the photodetector or the control of the external force applied to the photonic crystal as in the case of the acceleration sensor described above. ⁇ 1 quantity indicates pressure.
  • the temperature of the photonic crystal is constant.
  • a fixing portion to which an end of the optical fiber is fixed, and an optical fiber disposed in the optical path of the light emitted from the end.
  • the temperature of the photonic crystal can be kept constant, so that highly accurate wavelength selection can be performed.
  • the optical device of the present invention includes a fixing portion to which the end of the optical fiber is fixed, a photonic crystal arranged in an optical path of light emitted from the end, and an external force application for applying an external force to the photonic crystal.
  • the photodetector when the input light is input to the photodetector via the optical fiber, the photodetector outputs an electric signal for driving the external force applying means. Is deformed.
  • Light input to the photonic crystal via the optical fiber as another signal light is wavelength-selected by the deformation of the photonic crystal, and is output from the photonic crystal.
  • the optical device of the present invention includes a fixing portion to which the end of the optical fiber is fixed, and a plastic photonic crystal arranged in the optical path of the light emitted from the end, wherein the photonic crystal is At least two photonic crystals having different photonic band gaps are adjacent to each other.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an optical device as an optical fiber coupling device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the photonic crystal 2.
  • Figures 3A, 3B, and 3C are graphs showing the wavelength (nm) dependence of the transmittance (arbitrary constant) of output light from a photonic crystal having a multilayer structure, that is, a dichroic mirror.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical device as a wavelength variable device according to another embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of an optical device as a pressure sensor according to another embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an optical device as an optical fiber coupling device according to another embodiment.o
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of an optical device as an optical phono coupling device according to still another embodiment.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical device having an additional configuration.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an optical device as an optical fiber coupling device according to an embodiment.
  • This optical fiber coupling device is a device that selects a desired wavelength band from the wavelength band of input light and outputs it as output light.
  • the optical fiber is composed of a core and a clad.
  • a photonic crystal 2 is placed on a base 1, and the photonic crystal 2 is energized by a piezoelectric element (external force applying means) 3 which applies pressure to the photonic crystal 2 and reduces the pressure applied thereto.
  • the photonic crystal 2 is a substance that is accurately deformed by the application of an external force, and that changes the photonic band gap according to the deformation.
  • the piezoelectric element 3 is controlled by a driving power supply 4, and the driving power supply 4 controls the magnitude of the external force and the application time.
  • the input light passes through the first optical fiber 5 for propagating light and is input to the photonic crystal 2.
  • the specific wavelength component in the input light cannot pass through the photonic crystal 2
  • a predetermined wavelength band is selected according to the photonic band gap (optical response characteristic), output from the photonic crystal 2 as output light, and detected by the photodetector DTC.
  • the output light is input to the second optical fiber 6 for propagating light, and is output to the outside of the device via the second optical fiber 6. That is, the optical coupling characteristics between the first and second optical fibers 5 and 6 are changed by the application of the external force.
  • the ends of the optical fins 5 and 6 are fixed on V-grooves 1 V and IV provided on the base 1, respectively, and are located inside the cover member C constituting the housing together with the base 1. .
  • This optical device is an optical device that changes the photonic band gap of the photonic crystal 2 by applying an external force to the photonic crystal 2.
  • the piezoelectric element 3 is made of PZT.
  • the photonic crystal 2 Since the photonic crystal 2 is plastic, if an external force is applied to the photonic crystal 2 to deform it, the photonic band gap changes greatly, and the wavelength of the output light from the photonic crystal 2 changes sufficiently. . In such an optical device, even when the volume of the photonic crystal 2 itself is reduced, wavelength selection can be performed effectively, so that the entire device can be reduced in size. Further, if the size of the photonic crystal 2 is at least 10 times the wavelength, the effect is obtained. Therefore, the size of the photonic crystal 2 is preferably at least 10 m square.
  • the optical fiber coupling device includes the fixed portions IV and 1 V to which the ends of the two optical fibers 5 and 6 are fixed, and the optical path of the light propagating between the ends.
  • the photonic crystal 2 is provided, and an external force applying means 3 for applying an external force to the photonic crystal 2 is provided.
  • the photonic band gap of the photonic crystal 2 changes, and light having a wavelength corresponding to the photonic band gap is changed. Is the other optical fiber 5 Thus, wavelength-variable optical fiber coupling can be performed.
  • the photonic crystal 2 is housed in the container V.
  • FIG. 2 is a perspective view of the photonic crystal 2.
  • the photonic crystal 2 contains a plurality of silica or barium titanate microspheres (optical microcrystals) 2 B in a gel substance 2 G. This photonic crystal 2 can be easily deformed.
  • the microspheres 2B are regularly and uniformly arranged in the substance 2G at a period about the wavelength of light. The distance between the microspheres 2B is half to a quarter of the wavelength of the light to be selected, and the microspheres 2B are transparent for this wavelength.
  • light having a wavelength band (including 1) is incident on the photonic crystal 2, only a component of a specific wavelength band 1 is transmitted through the photonic crystal 2 according to the photonic band gap.
  • the photonic band gap of the photonic crystal 2 changes easily. Due to this change, the wavelength band 1 passing through the photonic crystal 2 changes.
  • the microsphere 2B and the substance 2G have different refractive indexes, and both are transparent to the wavelength of light to be selected.
  • a mixture of an ultraviolet curing resin is used, and gelation can be performed by irradiating the mixture with ultraviolet rays.
  • a typical UV-curable resin is a mixture of acrylamide with a crosslinking agent and a photopolymerization initiator, and many of them are conventionally known.
  • the photonic crystal 2 can sufficiently function with an element having a square of 100 m at the maximum. Therefore, if this photonic crystal 2 is used, the size of the device can be reduced.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C are graphs showing the wavelength (nm) dependence of the transmittance (arbitrary constant) of the output light from a photonic crystal having a multilayer structure, that is, a dichroic mirror.
  • Fig. 3A is a graph when no external force is applied to the dichroic mirror
  • Fig. 3B is a graph when pressure is applied so that 1% lattice distortion is generated in the vertical direction of the mirror.
  • Rough Fig. 3C is a graph when pressure is applied so that 1% lattice distortion occurs in the vertical direction of the mirror. Note that pressure can also be applied so that lattice distortion occurs along the mirror surface.
  • the wavelength CENTER at which the intensity peak of the reflected light spectrum is given is about 1.5 ⁇ m without external force.
  • Wavelength CENTER shifts to about 147 nm (short wavelength side) when 1% compressive strain is applied, and 153 nm when 1% spreading strain is applied. (Longer wavelength side).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical device as a wavelength variable device according to another embodiment.
  • This wavelength tunable device is provided with a fixing part IV to which the end of one optical fiber 5 is fixed, and is arranged on the optical path of the light emitted from this end, and the light is returned to the end by reflection.
  • a photonic crystal 2 disposed in an optical path between the end and the reflector 7, and an external force applying means 3 for applying an external force to the photonic crystal 2.
  • Fig. 5 is an explanatory diagram of an optical device as a pressure sensor according to another embodiment.
  • the difference from the one shown in FIG. 4 is that the reflecting mirror 7 presses the photonic crystal 2.
  • the pressing portion 7 is slidably held with respect to the cover member C, and the reflecting mirror 7 is attached to the tip of the pressing portion 7 ′ inside the canopy member C.
  • This pressure sensor detects a fixing part IV to which the end of the optical fiber 5 is fixed, a photonic crystal 2 arranged in the optical path of the light emitted from the end, and a light emitted from the photonic crystal 2.
  • the photonic crystal 2 When the pressing part 7 ′ is pressed, the photonic crystal 2 is deformed in accordance with the pressure, so that when the photodetector DTC detects this, the detected value indicates the pressure.
  • the control amount of the external force applied to the photonic crystal 2 indicates the pressure.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an optical device as an optical fiber coupling device according to another embodiment.
  • the optical device of the present invention includes: a fixing portion IV to which an end of the optical fiber 5 is fixed; and a plastic photonic crystal 2 disposed in an optical path of light emitted from the end, and a photonic crystal.
  • Reference numeral 2 denotes at least two photonic crystals 2, 2, 2 having different photonic bandgap adjacent to each other.
  • the container V has a partition between the photonic crystals 2.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of an optical device as an optical fiber coupling device according to still another embodiment.
  • a photodetector (photodiode) PD for detecting light by splitting light (driving light) by an optical branching element: BS, and a pressing portion disposed at a position where the small crystal 2 can be pressed.
  • a photodetector (photodiode) PD for outputting an electric signal for driving the piezoelectric element 3 in accordance with the input light. Introduced into the photodetector PD via 5.
  • the driving light is split by the optical splitter BS and detected by the photodetector PD.
  • the input light input from the optical fiber 5 is input to the photodetector PD via the optical branch element BS. Since the photodetector PD outputs an electric signal for driving the piezoelectric element 3, the piezoelectric element 3 is driven and the photonic crystal 2 is deformed. Light input to the photonic crystal 2 via the optical fiber 5 as another signal light is wavelength-selected by deformation of the photonic crystal 2, and is output from the photonic crystal.
  • Each of the above optical devices can be used for an acceleration sensor. This can be applied to the devices of any of the embodiments.
  • Figure 8 shows only the additional configuration.
  • this acceleration sensor is an acceleration sensor provided on a moving body, wherein a fixed part IV to which the ends of optical fibers 5 and 6 are fixed, and a photonic crystal arranged in the optical path of light emitted from the end. 2 and a photodetector DTC that detects light emitted from the photonic crystal 2.
  • the photonic crystal 2 When the moving body performs an acceleration motion, the photonic crystal 2 is deformed at least by its own weight, and the photonic band gap changes.
  • the mass body M AS having a predetermined mass When the mass body M AS having a predetermined mass is in contact with the photonic crystal 2, the mass body biases the photonic crystal 2 according to the acceleration.
  • the detected value indicates the acceleration.
  • each of the above-described optical devices includes a fixed portion 1 V to which the end of the optical fiber 5 is fixed, a plastic photonic crystal 2 disposed in the optical path of light emitted from the end, and It has a heater HTR for heating the photonic crystal 2 and a temperature sensor TS for measuring the temperature of the photonic crystal 2, and controls the power supplied to the heater HTR according to the temperature measured by the temperature sensor TS. And are preferred.
  • the temperature of the photonic crystal 2 can be kept constant, so that highly accurate wavelength selection can be performed. it can.
  • This invention can be utilized for an optical fiber coupling device, a wavelength variable device, a pressure sensor, an acceleration sensor, and an optical device.

Description

明細書
光ファイバ結合装置、 波長可変器、 圧力センサ、 加速度センサ及び光学装置 技術分野
本発明は、 光ファイバ結合装置、 波長可変器、 圧力センサ、 加速度センサ及び 光学装置に関する。
背景技術
従来、 光ファイバを用いた光ファイバ結合装置が知られており、 このような装 置は、 一方の光ファイバから伝達された光を他方に結合させている。
発明の開示
しかしながら、 光ファイバを用いた光ファイバ結合装置においては、 その波長 を可変することができなかった。 本発明においては、 波長を可変することができ る光ファイバ結合装置、 波長可変器、 このような光学装置を用いた圧力センサ及 び加速度センサを提供することを目的とする。
本発明の光フアイバ結合装置は、 2つの光フアイバそれぞれの端部が固定され る固定部と、 上記端部間を伝搬する光の光路内に配置されたホトニック結晶 (photonic crystal) と、ホトニック結晶に外力を印加する外力印加手段とを備え ることを特徴とする。
本装置によれば、 一方の光ファイバ内に光を伝搬させつつ外力印加手段によつ てホトニック結晶に外力を印加すると、 ホトニヅク結晶のホトニヅクバンドギヤ ヅプが変化し、 このホトニックバンドギャップに応じた波長の光が他方の光ファ ィバから出力されることとなるので、 波長可変の光ファイバ結合を行うことがで きる。 ここで、 ホトニック結晶について説明しておく。
半導体単結晶は、 特定の原子が周期的且つ規則的に配列してなる物質である。 その電子伝搬特性は、 半導体結晶中の原子間隔によって決定される。 すなわち、 半導体はエネルギーバンドギヤップを有しており、 このエネルギーバンドギヤヅ プは、 電子の波動性及び原子の周期ポテンシャルに起因して決定される。 一方、 ホトニック結晶は、 光に対してポテンシャル差を有する物質、 すなわち 屈折率差を有する物質を光の波長程度の周期で配列してなる 3次元構造体である c このようなホトニック結晶なる物質は、 ャブラノビヅチ （Y a b l o n o v i c h ) 氏等によって提案されてきた。
ホトニック結晶内においては、 光の波動性の拘束条件によって光伝搬特性が制 限されている。 すなわち、 ホトニック結晶中における光の伝搬は、 半導体中の電 子の伝搬と同様に制限を受ける。 ホトニック結晶中においては、 光に対する禁止 帯、 所謂ホトニックバンドギャップが存在し、 このバンドギャップの存在によつ て、 特定の波長帯域の光は結晶内を伝搬できなくなる。
従来、 様々なホトニヅク結晶が提案されている。 例えば、 サブミクロンサイズ の粒子を光の波長程度の周期で配列してなるものがある。マイクロ波帯であれば、 粒子としてのポリマー球を空間中に配列するものが知られている。
この他、 ポリマ一球を金属内で固化させた後で化学的にポリマ一球を溶解する ことにより周期的微小空間を金属中に形成するもの、 金属中に等間隔で穴を穿設 するもの、 固体材料中にレーザを用いて屈折率が周囲と異なる領域を形成するも の、光重合性ポリマ一をリソダラフィ技術を用いて溝状に加工したもの等がある。 説明において、 ホトニック結晶に入力される光を入力光、 ホトニック結晶内を 通過することによってホトニック結晶から出力される光を出力光とする。
十分に波長を変化させるためには、 ホトニック結晶は可塑性であることが好ま しく、 このようなホトニック結晶はゲル状の物質内に微小球や気泡を含有させて なる。
また、本発明の波長可変器は、 1つの光フアイバの端部が固定される固定部と、 この端部から出射された光の光路上に配置され且つ光が反射によって上記端部へ と戻されるように配置された反射鏡と、 上記端部と反射鏡との間の光路内に配置 されたホトニック結晶と、 ホトニック結晶に外力を印加する外力印加手段とを備 えることを特徴とする。 この場合、 1つの光ファイバから出射された光は反射鏡で反射されるが、 この 光路内にはホトニック結晶が配置されているので、 ホトニック結晶から出力され る光の波長帯域は外力印加手段による外力に応じて変化することができる。 また、 上述のような光学装置は加速度センサに利用することができる。 すなわ ち、 本発明の加速度センサは、 移動体に設けられる加速度センサにおいて、 光フ アイバの端部が固定される固定部と、 上記端部から出射された光の光路内に配置 されたホトニック結晶と、 ホトニック結晶から出射された光を検出する光検出器 とを備えることを特徴とする。
移動体が加速度運動を行うと、 ホトニック結晶は少なくとも自重によって変形 し、 そのホトニヅクバンドギャップが変化する。 所定の質量を有する質量体を当 該ホトニック結晶に当接させている場合には、 加速度に応じて質量体がホトニヅ ク結晶を付勢する。
ホトニック結晶から出力される光の強度及び波長は加速度に応じて変化するの で、 光検出器でこれを検出した場合には、 検出値は加速度を示すこととなる。 ま た、 一定の検出値が光検出器で検出されるよう、 ホトニック結晶に外力を与える 場合には、 ホトニック結晶に与えた外力の制御量が加速度を示すこととなる。 また、 本発明に係る圧力センサは、 光ファイバの端部が固定される固定部と、 上記端部から出射された光の光路内に配置されたホトニック結晶と、 ホトニック 結晶から出射された光を検出する光検出器と、 ホトニック結晶を押圧可能な位置 に配置された押圧部とを備えることを特徴とする。
押圧部を押すと、 この圧力に応じてホトニック結晶が変形するので、 上記加速 度センサの場合と同様に、 光検出器で検出された検出値が、 又は、 ホトニック結 晶に与えた外力の制 ¾1量が圧力を示すこととなる。
ホトニック結晶の変形量を安定化するためには、 ホトニック結晶の温度は一定 であることが好ましい。 このような場合、 本発明の光学装置においては、 光ファ ィバの端部が固定される固定部と、 上記端部から出射された光の光路内に配置さ れた可塑性のホトニック結晶と、 ホトニヅク結晶を加熱するヒー夕と、 ホトニヅ ク結晶の温度を測定する温度センサとを備え、 温度センサによって測定された温 度に応じてヒー夕への供給電力を制御することを特徴とする。
温度センサで計測された温度が一定となるように、 ヒー夕への供給電力を制御 すれば、 ホトニック結晶の温度を一定とすることができるので、 高精度の波長選 択を行うことができる。
また、 本発明の光学装置は、 光ファイバの端部が固定される固定部と、 上記端 部から出射された光の光路内に配置されたホトニック結晶と、 ホトニック結晶に 外力を印加する外力印加手段と、 入力光に応じて外力印加手段を駆動するための 電気信号を出力する光検出器とを備え、 入力光は、 光ファイバを介して光検出器 に導入されることを特徴とする。
この場合、 光ファイバを介して光検出器に入力光が入力されることにより、 光 検出器が外力印加手段を駆動するための電気信号を出力するので、 外力印加手段 が駆動して、 ホトニック結晶が変形する。 これとは別の信号光として光ファイバ を介してホトニック結晶に入力されている光は、 ホトニック結晶の変形によって 波長選択され、 当該ホトニック結晶から出力されることとなる。 ' また、 本発明の光学装置は、 光ファイバの端部が固定される固定部と、 上記端 部から出射された光の光路内に配置された可塑性のホトニック結晶とを備え、 ホ トニック結晶はホトニックバンドギャップの異なる少なくとも 2つのホトニック 結晶を隣接させてなることを特徴とする。
この場合、異なるホトニヅクバンドギヤヅプを有する 2つのホトニック結晶は、 波長選択性が異なるので、 これらを組み合わせることにより、 より高精度な波長 選択を行うことができる。
図面の簡単な説明
図 1は実施の形態に係る光フアイバ結合装置としての光学装置の説明図である。 図 2はホトニヅク結晶 2の斜視図である。 図 3 A、 図 3 B、 図 3 Cは多層膜構造のホトニック結晶、 すなわちダイクロイ ヅクミラ一による出力光の透過率 （任意定数） の波長 ( nm) 依存性を示すグラ フである。
図 4は別の実施形態に係る波長可変器としての光学装置の説明図である。 図 5は別の実施形態に係る圧力センサとしての光学装置の説明図である。 図 6は別の実施形態に係る光ファイバ結合装置としての光学装置の説明図であ る o
図 7は更に別の実施形態に係る光ファイノ 結合装置としての光学装置の説明図 である。
図 8は追加の構成を付した光学装置の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 実施の形態に係る光学装置について説明する。 同一要素又は同一機能を 宥する要素には、 同一符号を用いることとし、 重複する説明は省略する。
図 1は、 実施の形態に係る光ファイバ結合装置としての光学装置の説明図であ る。 この光ファイバ結合装置は、 入力光の波長帯域から、 所望の波長帯域を選択 して出力光として出力する装置である。 なお、 光ファイバは、 コア及びクラッド からなる。 土台 1の上にはホトニック結晶 2が置かれており、 ホトニック結晶 2 は、 これに圧力を加え、 また、 これに印加される圧力を減少させる圧電素子 （外 力印加手段） 3によって付勢される。
ホトニヅク結晶 2は、 外力の印加によって精度良く変形し、 変形に応じてホト ニックバンドギャップが変化する物質である。 圧電素子 3によってホトニック結 晶 2を変形させると、そのホトニヅクバンドギヤヅプが変化する。圧電素子 3は、 駆動電源 4によって制御され、 駆動電源 4は上記外力の大きさ及びその印加時間 を制御する。
入力光は、 光を伝搬させる第 1光ファイバ 5を通過してホトニヅク結晶 2に入 力される。入力光中の特定波長成分はホトニック結晶 2を通過することができず、 所定の波長帯域がホトニックバンドギャップ （光学的応答特性） に応じて選択さ れ、 出力光としてホトニック結晶 2から出力され、 光検出器 D T Cによって検出 される。 出力光は、 光を伝搬させる第 2光ファイバ 6に入力され、 第 2光フアイ バ 6を介して装置外部へ出力される。 すなわち、 外力の印加によって、 第 1及び 第 2光ファイバ 5 , 6間の光学的結合特性が変ィ匕する。
なお、光ファイノ 5 , 6の端部は、それぞれ土台 1上に設けられた V溝台 1 V， I V上に固定されており、 土台 1と共にハウジングを構成するカバー部材 Cの内 側に位置する。
本光学装置は、 ホトニック結晶 2に外力を印加することによりホトニック結晶 2のホトニックバンドギヤヅプを変ィ匕させる光学装置であるが、 ホトニヅク結晶
2は可塑性である。なお、ホトニック結晶 2は、弾性を有していても良い。また、 圧電素子 3は P Z Tからなる。
ホトニック結晶 2は可塑性であるため、 これに外力を与えてホトニック結晶 2 を変形させると、 ホトニヅタバンドギャップが大きく変化し、 ホトニック結晶 2 からの出力光の波長が十分に変化することとなる。 このような光学装置において は、 ホトニック結晶 2自体の容積を小さくした場合においても、 有効に波長選択 を行うことができるので、 装置全体を小型化することも可能である。 また、 ホト ニック結晶 2の大きさは波長の 1 0倍以上であれば、 その効果があるので、 ホト ニック結晶 2は 1 0〃m角以上の大きさであることが好ましい。
以上、 説明したように、 上記光ファイバ結合装置は、 2つの光ファイバ 5， 6 それぞれの端部が固定される固定部 I V , 1 Vと、 上記端部間を伝搬する光の光 路内に配置されたホトニヅク結晶 2と、 ホトニック結晶 2に外力を印加する外力 印加手段 3とを備えることを特徴とする。
—方の光ファイバ 5内に光を伝搬させつつ外力印加手段 3によってホトニック 結晶 2に外力を印加すると、 ホトニック結晶 2のホトニックバンドギャップが変 化し、 このホトニックバンドギャップに応じた波長の光が他方の光ファイバ 5か ら出力されることとなるので、 波長可変の光ファィバ結合を行うことができる。 なお、 ホトニック結晶 2は、 容器 V内に収容されている。
図 2はホトニック結晶 2の斜視図である。
このホトニヅク結晶 2は、 ゲル状の物質 2 G内にシリカ又はチタン酸バリウム の微小球 （光学的な微結晶） 2 Bを複数含有してなる。 このホトニヅク結晶 2は 容易に変形させることができる。 微小球 2 Bは、 物質 2 G内に光の波長程度の周 期で規則的に均一に配列されている。 微小球 2 Bの間隔は、 選択しょうとする光 の波長の半分から四分の一であり、 この波長に対して微小球 2 Bは透明である。 ホトニヅク結晶 2に波長帯域厶え （え 1を含む） の光を入射すると、 ホトニヅク バンドギャップに応じて、 特定の波長帯域え 1の成分のみがホトニック結晶 2を 透過する。
ゲルは外力によって容易に変形するため、 ホトニヅク結晶 2のホトニヅクバン ドギャップが容易に変化する。 この変化によって、 ホトニック結晶 2を通過する 上記波長帯域え 1が変化する。なお、微小球 2 Bと物質 2 Gとは屈折率が異なり、 また、 双方とも選択する光の波長に対して透明である。
例えば、 ゾルの材料として、 紫外線硬化樹脂を混ぜたものを用い、 ゲル化は、 これに紫外線を照射することにより行うことができる。代表的な紫外線硬化樹脂 は、 アクリルアミドに架橋剤及び光重合開始剤を混ぜたものであり、 従来から多 くのものが知られている。
この微小球 2 Bの周期構造数は 5 0程度でよいため、 ホトニック結晶 2は最大 でも 1 0 0〃m角の素子で十分に機能する。 したがって、 このホトニヅク結晶 2 を用いれば、 装置の小型化を達成することができる。
図 3 A、 図 3 B、 図 3 Cは、 多層膜構造のホトニヅク結晶、 すなわちダイク口 ィヅクミラーによる出力光の透過率 （任意定数） の波長 （nm)依存性を示すグ ラフである。 図 3 Aは、 ダイクロイヅクミラーに外力を加えない場合のグラフ、 図 3 Bは 1 %の格子歪みがミラ一垂直方向に生じるように圧力を加えた場合のグ ラフ、 図 3 Cは 1 %の格子歪みがミラ一垂直方向に生じるように圧力を加えた場 合のグラフである。 なお、 格子歪みがミラー面に沿って生じるように圧力を加え ることもできる。
このグラフによれば、反射光スペクトルの強度ピークを与える波長え CENTERは、 外力のない場合 1 . 5〃m程度である。 また、 波長え CENTERは、 1 %の圧縮歪み を与えた場合には 1 4 7 0 nm程度 （短波長側） にシフトし、 1 %の展延歪みを 与えた場合には 1 5 3 0 nm (長波長側） にシフトしている。
このグラフは、 図 1に示したホトニック結晶 2のものではないが、 その光学特 性の変ィ匕の傾向は、 これらのグラフと同様であり、 外力、 すなわち歪みによって 出力光の波長帯域が変化する。
図 4は、 別の実施形態に係る波長可変器としての光学装置の説明図である。 本波長可変器は、 1つの光ファイバ 5の端部が固定される固定部 I Vと、 この 端部から出射された光の光路上に配置され且つ光が反射によって上記端部へと戻 されるように配置された反射鏡 7と、 上記端部と反射鏡 7との間の光路内に配置 されたホトニック結晶 2と、 ホトニック結晶 2に外力を印加する外力印加手段 3 とを備える。
この場合、 1つの光ファイバ 5から出射された光は反射鏡 7で反射されるが、 この光路内にはホトニック結晶 2が配置されているので、 ホトニヅク結晶 2から 出力される光の波長帯域は圧電素子 3による外力 (こ応じて変化することができる。 図 5は、 別の実施形態に係る圧力センサとしての光学装置の説明図である。 図
4に示したものとの違いは、 反射鏡 7がホトニック結晶 2を押圧するようにされ ている点である。 押圧部 7， はカバ一部材 Cに対してスライド可能に保持されて おり、押圧部 7 'のカノ —部材 C内側の先端部に反射鏡 7が取り付けられている。 この圧力センサは、 光ファイバ 5の端部が固定される固定部 I Vと、 上記端部 から出射された光の光路内に配置されたホトニック結晶 2と、 ホトニック結晶 2 から出射された光を検出する光検出器 D T Cと、 ホトニック結晶を押圧可能な位 置に配置された押圧部 7 ' とを備える。
押圧部 7 ' を押すと、 この圧力に応じてホトニック結晶 2が変形するので、 光 検出器 D T Cでこれを検出した場合には、 検出値は圧力を示すこととなる。 また、 一定の検出値が光検出器 D T Cで検出されるよう、 ホトニック結晶 2に外 力を与える場合には、 ホトニック結晶 2に与えた外力の制御量が圧力を示すこと となる。
図 6は、 別の実施形態に係る光ファイバ結合装置としての光学装置の説明図で ある。
また、 本発明の光学装置は、 光ファイバ 5の端部が固定される固定部 I Vと、 上記端部から出射された光の光路内に配置された可塑性のホトニック結晶 2とを 備え、 ホトニヅク結晶 2はホトニヅクバンドギヤヅプの異なる少なくとも 2つの ホトニヅク結晶 2 , 2 , 2を隣接させてなる。
この場合、 異なるホトニヅクバンドギャップを有する 2以上のホトニヅク結晶 2は、 波長選択性が異なるので、 これらを組み合わせることにより、 より高精度 な波長選択を行うことができる。 ホトニック結晶には、 独立に外力を加えること もできるが、 同時に外力を加えても良い。 なお、 容器 Vは各ホトニック結晶 2間 に間仕切りを備えている。
図 7は、 更に別の実施形態に係る光ファイバ結合装置としての光学装置の説明 図である。
本例では、 光ファイバ 5， 6の端部が固定される固定部 I V， I Vと、 前記端 部から出射された光の光路内に配置されたホトニック結晶 2と、 ホトニック結晶 2から出射された光 （駆動光） を、 光分岐素子： B Sで分岐させて検出する光検出 器 （ホトダイオード） P Dと、 ホ小ニヅク結晶 2を押圧可能な位置に配置された 押圧部とを備えている。
本例では、 光ファイバ 5， 6の端部が固定される固定部 I V , I Vと、 前記端 部から出射された光の光路内に配置されたホトニヅク結晶 2と、 ホトニック結晶 2に外力を印加する圧電素子 3と、 入力光に応じて圧電素子 3を駆動するための 電気信号を出力する光検出器（ホトダイオード） P Dとを備え、 入力光（駆動光） は、 光ファイバ 5を介して光検出器 P Dに導入される。 なお、 駆動光は、 光分岐 素子 B Sで分岐されて光検出器 P Dで検出される。
この場合、 光ファイバ 5から入力された入力光は、 光分岐素子 B Sを介して光 検出器 P Dに入力される。 光検出器 P Dが圧電素子 3を駆動するための電気信号 を出力するので、 圧電素子 3が駆動して、 ホトニヅク結晶 2が変形する。 これと は別の信号光として光ファイバ 5を介してホトニック結晶 2に入力されている光 は、 ホトニック結晶 2の変形によって波長選択され、 当該ホトニック結晶から出 力されることとなる。
なお、 上述の各光学装置は、 加速度センサに利用することができる。 これは、 いずれの実施形態の装置にも適用できる。 追加の構成のみを図 8に示す。
すなわち、 本加速度センサは、 移動体に設けられる加速度センサにおいて、 光 ファイバの 5 , 6端部が固定される固定部 I Vと、 上記端部から出射された光の 光路内に配置されたホトニック結晶 2と、 ホトニック結晶 2から出射された光を 検出する光検出器 D T Cとを備える。
移動体が加速度運動を行うと、 ホトニック結晶 2は少なくとも自重によって変 形し、 そのホトニックバンドギヤヅプが変化する。 所定の質量を有する質量体 M A Sを当該ホトニック結晶 2に当接させている場合には、 加速度に応じて質量体 がホトニック結晶 2を付勢する。
ホトニヅク結晶 2から出力される光の強度及び波長は加速度に応じて変化する ので、 光検出器 D T Cでこれを検出した場合には、 検出値は加速度を示すことと なる。
また、 一定の検出値が光検出器 D T Cで検出されるよう、 ホトニック結晶 2に外 力を与える場合には、 ホトニック結晶 2に与えた外力の制御量が加速度を示すこ ととなる。 ホトニック結晶 2の変形量を安定化するためには、 ホトニック結晶 2の温度は 一定であることが好ましい。 このような場合、 上述の各光学装置が、 光ファイバ 5の端部が固定される固定部 1 Vと、 上記端部から出射された光の光路内に配置 された可塑性のホトニック結晶 2と、 ホトニック結晶 2を加熱するヒー夕 H T R と、 ホトニック結晶 2の温度を測定する温度センサ T Sとを備え、 この温度セン サ T Sによって測定された温度に応じてヒー夕 H T Rへの供給電力を制御するこ とをが好ましい。
温度センサ T Sで計測された温度が一定となるように、 ヒー夕 H T Rへの供給 電力を制御すれば、 ホトニヅク結晶 2の温度を一定とすることができるので、 高 精度の波長選択を行うことができる。
産業上の利用可能性
本発明は、 光ファイバ結合装置、 波長可変器、 圧力センサ、 加速度センサ及び 光学装置に利用することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 2つの光ファイバそれそれの端部が固定される固定部と、前記端部 間を伝搬する光の光路内に配置されたホトニック結晶と、 前記ホトニック結晶に 外力を印加する外力印加手段とを備えることを特徴とする光ファイノ ^結合装置。
2 . 1つの光ファイバの端部が固定される固定部と、前記端部から出射 された光の光路上に配置され且つ前記光が反射によって前記端部へと戻されるよ うに配置された反射鏡と、 前記端部と前記反射鏡との間の光路内に配置されたホ トニック結晶と、 前記ホトニック結晶に外力を印加する外力印加手段とを備える ことを特徴とする波長可変器。
3 . 移動体に設けられる加速度センサにおいて、光ファイバの端部が固 定される固定部と、 前記端部から出射された光の光路内に配置されたホトニック 結晶と、 前記ホトニック結晶から出射された光を検出する光検出器とを備えるこ とを特徴とする加速度センサ。
4 . 光ファイバの端部が固定される固定部と、前記端部から出射された 光の光路内に配置されたホトニック結晶と、 前記ホトニック結晶から出射された 光を検出する光検出器と、 前記ホトニック結晶を押圧可能な位置に配置された押 圧部とを備えることを特徴とする圧力センサ。
5 . 光ファイバの端部が固定される固定部と、前記端部から出射された 光の光路内に配置された可塑性のホトニック結晶と、 前記ホトニック結晶を加熱 するヒータと、 前記ホトニヅク結晶の温度を測定する温度センサとを備え、 前記 温度センサによって測定された温度に応じて前記ヒ一夕への供給電力を制御する ことを特徴とする光学装置。
6 . 光ファイバの端部が固定される固定部と、前記端部から出射された 光の光路内に配置されたホトニック結晶と、 前記ホトニック結晶に外力を印加す る外力印加手段と、 入力光に応じて前記外力印加手段を駆動するための電気信号 を出力する光検出器とを備え、 前記入力光は、 前記光ファイバを介して前記光検 出器に導入されることを特徴とする光学装置。
7 . 光ファイバの端部が固定される固定部と、前記端部から出射された 光の光路内に配置された可塑性のホトニヅク結晶とを備え、 前記ホトニック結晶 はホトニックバンドギヤヅプの異なる少なくとも 2つのホトニヅク結晶を隣接さ せてなることを特徴とする光学装置。
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