專利名稱：布拉格光柵裝置用的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制布拉格光柵光譜特性的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)。
在許多這種應(yīng)用中必須使用特殊方法對(duì)光纖布拉格光柵進(jìn)行安裝和封裝，使其滿足所要求的性能。例如，所使用的安裝和封裝技術(shù)必須能夠?qū)崿F(xiàn)以下目的提供物理保護(hù)、環(huán)境穩(wěn)定性、調(diào)整能力以及與其它部件的連接。在某些應(yīng)用中，必須將光纖布拉格光柵的特征中心波長(zhǎng)控制在接近于允許公差范圍內(nèi)。這種要求可能超出了光纖布拉格光柵制造的能力或用于安裝和封裝的工藝。例如，光纖布拉格光柵通常與一個(gè)基板連接在一起，且連接工藝會(huì)導(dǎo)致其中心波長(zhǎng)改變一個(gè)難以可靠估計(jì)的量。
因而需要一種裝置，其允許精確調(diào)節(jié)光纖布拉格光柵中心波長(zhǎng)和在其安裝和封裝狀態(tài)時(shí)的其它光譜特性。這在光纖布拉格光柵裝置制造中可提供更高的精度和更大的成本效率。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其允許在布拉格光柵已經(jīng)連接或安裝到構(gòu)成該裝置一部分的支撐結(jié)構(gòu)之后，精確調(diào)諧該光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)和其它光譜特性。這在光纖布拉格光柵裝置的制造中可提供更高的精度和更大的成本效率。該技術(shù)還可以用于提供一種通過旋轉(zhuǎn)螺釘手工地或通過激勵(lì)器電子地調(diào)節(jié)的可調(diào)諧裝置的制造。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于控制光纖布拉格光柵光譜特性的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)。該應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)包括一支撐結(jié)構(gòu)，在第一和第二部分該光纖布拉格光柵與該支撐結(jié)構(gòu)連接在一起。該支撐結(jié)構(gòu)包括一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而該支撐結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向的調(diào)節(jié)可增加光纖布拉格光柵中的應(yīng)力，該支撐結(jié)構(gòu)沿另一方向的調(diào)節(jié)可減小光纖布拉格光柵中的應(yīng)力。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制布拉格光柵光譜特性的應(yīng)力受控的光纖布拉格光柵組合。該組合包括一具有連接到一可調(diào)節(jié)支撐結(jié)構(gòu)上的布拉格光柵的光纖。該光纖布拉格光柵被固定在第一和第二部分上。該支撐結(jié)構(gòu)包括一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而該支撐結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向的調(diào)節(jié)可增加光纖布拉格光柵中的應(yīng)力，該支撐結(jié)構(gòu)沿另一方向的調(diào)節(jié)可減小光纖布拉格光柵中的應(yīng)力。
該支撐結(jié)構(gòu)可以包括彼此分開的第一和第二支架。另外該支撐結(jié)構(gòu)可以包括一可調(diào)節(jié)的槽。該槽可以設(shè)置在其中一個(gè)彼此分開的支架中，沿著主體的長(zhǎng)度或?qū)挾确较颉?br> 圖6為圖5中應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)的頂視圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明提供一種波導(dǎo)布拉格光柵裝置用的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)。施加給波導(dǎo)布拉格光柵的該應(yīng)力能用于控制所需的光譜特性。例如，通過施加在光纖上的應(yīng)力可以直接控制光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)，且在非線性調(diào)頻光柵的情形中，通過控制光纖應(yīng)力還可以控制有效群延遲。這些例子與WDM濾波器，色散補(bǔ)償裝置和傳感應(yīng)用直接相關(guān)。這些機(jī)構(gòu)還可以用于調(diào)節(jié)設(shè)備中的壓力大小，將布拉格光柵維持在受壓狀態(tài)。
本發(fā)明的機(jī)構(gòu)依賴于將形變強(qiáng)加給布拉格光柵所連接的部件上，使用這種方法獲得對(duì)光柵中應(yīng)力的高度控制，從而控制光柵中心波長(zhǎng)或由拉伸應(yīng)變所控制的其它光學(xué)特性。在許多實(shí)際設(shè)備中必需的控制能力對(duì)于該設(shè)備的正常運(yùn)行是必要的。對(duì)于普通的光纖布拉格光柵裝置來說，應(yīng)力形變必須被控制在10微米量級(jí)范圍內(nèi)。本發(fā)明提供產(chǎn)生這種高精度調(diào)節(jié)所必需的控制能力。另外，可以在諸如布拉格光柵制造和安裝這些很困難的且花費(fèi)很大的控制等效允差的制造過程之后實(shí)現(xiàn)光纖的調(diào)節(jié)。
參見

圖1，在第一實(shí)施例中光纖布拉格光柵12安裝在支撐結(jié)構(gòu)18上。支撐結(jié)構(gòu)18包括一在每一端具有彼此分開的支架20和22的主體19。光纖布拉格光柵12的端部14和16與彼此分開的支架20和22連接在一起。最好是端部14和16盡可能地安裝在接近支架20和22內(nèi)邊緣的位置。光柵12的中間部分自由懸浮在支架20和22之間。
支架20和22可以有例如溫度穩(wěn)定的附加功能，如已經(jīng)提出的利用將熱依賴應(yīng)力施加在端部固定的光柵上以補(bǔ)償不同結(jié)構(gòu)和材料的元件的原理，如美國(guó)專利No.5,042,898，“采用布拉格濾波器進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)墓獠▽?dǎo)裝置”，Morey，W.W.和Glomb W.I.。響應(yīng)于溫度變化，這些元件進(jìn)行熱膨脹，從而對(duì)光柵施加必需的應(yīng)力調(diào)節(jié)來消除內(nèi)在的熱膨脹對(duì)光柵中心波長(zhǎng)的影響。
圖1給出一種裝置，以一種可控方式使支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，有效地改變包括布拉格光柵的未支撐部分的長(zhǎng)度，從而按照要求增加或減小布拉格光柵中的應(yīng)力。支架22具有兩個(gè)彼此分開的其間限定一槽28的臂24和26，并且可以使用一調(diào)節(jié)固定螺釘30來調(diào)節(jié)兩臂之間的距離。調(diào)節(jié)固定螺釘30的調(diào)節(jié)使臂24朝著或遠(yuǎn)離臂26移動(dòng)。在支架22中臂24與26之間的槽28允許支架的內(nèi)邊緣32當(dāng)螺釘30前進(jìn)時(shí)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)螺釘30被退回時(shí)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。邊緣32的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)用于使光纖所連接的上邊緣上升，減小光柵中的應(yīng)力，邊緣32的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)具有相反的效果。因此，螺釘30的調(diào)節(jié)導(dǎo)致臂24和26的旋轉(zhuǎn)和彎曲，并導(dǎo)致光纖布拉格光柵12的部分14的移動(dòng)。
設(shè)計(jì)槽28的位置和深度以及槽臂24和26的長(zhǎng)度和厚度，使得固定螺釘30的相當(dāng)大的位移產(chǎn)生非常小的支撐邊緣32的位移。通過固定螺釘30與槽28前部34處等效鉸鏈之間較大的長(zhǎng)度和槽臂24與26的一致性可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的控制效果。為了使調(diào)節(jié)是可逆的，必需在用于支撐部分22的材料的彈性范圍之內(nèi)完成形變。
在圖2中給出了應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施例，其中光纖布拉格光柵12固定在支撐結(jié)構(gòu)40上。支撐結(jié)構(gòu)40包括一個(gè)主體49和兩個(gè)彼此分開的支架41和42。光纖布拉格光柵12的端部14和16與兩個(gè)彼此分開的支架42和41連接在一起。布拉格光柵12的中間部分無支撐地懸浮在支架41和42之間。在該實(shí)施例中沿支撐結(jié)構(gòu)40長(zhǎng)度方向設(shè)置有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)槽43。構(gòu)件46和47位于該細(xì)長(zhǎng)槽43的任一側(cè)并形成部分支撐結(jié)構(gòu)40。一個(gè)諸如螺釘48的機(jī)構(gòu)設(shè)置在槽43長(zhǎng)度方向一點(diǎn)處并與槽43的軸垂直，使得螺釘48的調(diào)節(jié)導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)槽43張開的更大或更小。伴隨而來的形變將導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)以這樣一種方式發(fā)生形變，支架41和42繞著44和45處的等效鉸鏈旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致在槽43相對(duì)端部處支架41和42的局部延伸。因此螺釘48的調(diào)節(jié)導(dǎo)致彼此分開的支架41和42相對(duì)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致光纖布拉格光柵12的端點(diǎn)14和16的位移。該支撐結(jié)構(gòu)40可以被設(shè)計(jì)為使得由槽所形成的部件46和47具有一致性，提供用螺釘對(duì)支撐旋轉(zhuǎn)的增強(qiáng)控制。該支架41和42的可控旋轉(zhuǎn)將允許光柵12中的應(yīng)力被精確地控制。
圖3和4給出了應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)的第三實(shí)施例，其中如同上一實(shí)施例光纖布拉格光柵固定在支撐結(jié)構(gòu)50上。光纖布拉格光柵12的端部14和16與組成支撐結(jié)構(gòu)50的兩個(gè)彼此分開的支架52和51連接在一起。布拉格光柵12的中間部分無支撐地懸浮在支架51和52之間。在這個(gè)實(shí)施例中通過控制支撐結(jié)構(gòu)50的主體54中槽55處的形變來獲得對(duì)光柵應(yīng)力的控制。槽55垂直于主體54的縱軸。槽55沿主體的寬度延伸(如圖4所示)且僅穿過主體厚度的一部分。可以使用錐形孔中的螺釘58或其它楔形物以一種可控的方式打開槽，使主體在等效鉸鏈位置53處發(fā)生彎曲，支架發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此螺釘58的調(diào)節(jié)導(dǎo)致槽55每一側(cè)上主體54的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致光纖布拉格光柵12的端部14和16的位移。結(jié)果光柵12中的應(yīng)力受控地減小，從而控制光柵的中心波長(zhǎng)。
圖5和6給出了應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)的第四實(shí)施例，用60表示，與圖1中所示的類似。應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)60包括一在端部具有兩個(gè)彼此分開的支架64和66的主體62。另外，主體62具有兩個(gè)彼此分開的側(cè)壁68和70，中間有一溝槽72。光纖布拉格光柵12的端部14和16與兩個(gè)彼此分開的支架64和66連接在一起。光柵12的中間部分無支撐地懸浮在支架64和66之間溝槽72之上。
支架64具有兩個(gè)彼此分開的臂74和76，其中限定了一個(gè)槽78，可以使用一個(gè)調(diào)節(jié)固定螺釘80調(diào)節(jié)臂之間的距離。在支架64的端部設(shè)置一橫槽84。
溝槽72在其端部具有一個(gè)階梯部分86。橫槽88形成在與主體62的端部相分開的側(cè)壁中階梯部分86之上。支架66為通常的十字形件，設(shè)置在階梯部分86之上橫槽88之中。十字形支架66的細(xì)長(zhǎng)部分90設(shè)置在溝槽72之上，內(nèi)部與側(cè)壁68和70分開。支架66可以作為熱補(bǔ)償棒，消除布拉格光柵的熱響應(yīng)。在支架64和66中設(shè)置一中心溝槽92并將布拉格光柵12設(shè)置在其中，從而被固定。
在圖1所描述的實(shí)施例中，調(diào)節(jié)固定螺釘80的調(diào)節(jié)使臂74或者朝著或者遠(yuǎn)離臂76位移。在支架64中臂74和76之間的槽78允許支架的內(nèi)邊緣82當(dāng)螺釘80前進(jìn)時(shí)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)螺釘后退時(shí)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。邊緣82的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)用于使光纖所連接的上邊緣前進(jìn)，從而減小光柵中的應(yīng)力，邊緣82的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)具有相反的效果。因此，螺釘80的調(diào)節(jié)導(dǎo)致臂74和76的旋轉(zhuǎn)與彎曲，導(dǎo)致光纖布拉格光柵12的端部14的位移。
在圖5和6所給出的實(shí)施例中，主體62由鎳鐵合金制成，支架66由黃銅制成?；蛘咧Ъ苡刹讳P鋼制成。主體62的總長(zhǎng)度為50mm。支架66的長(zhǎng)度為15mm，支架64的長(zhǎng)度為13mm，槽78的長(zhǎng)度為12mm。槽的高度為0.6mm。光纖布拉格光柵12的中間部分為22mm。對(duì)于此處所描述的實(shí)施例，提供了大約0-0.2納米的光纖布拉格光柵中心波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)范圍。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是本發(fā)明的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)可以用于多種應(yīng)用中。特別是它將可以產(chǎn)生一種可調(diào)諧濾波器，其中光纖布拉格光柵中心波長(zhǎng)在包括0到大約9納米的一個(gè)或幾納米數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)是可調(diào)諧的。對(duì)于WDM光傳輸系統(tǒng)或光學(xué)檢測(cè)和測(cè)量應(yīng)用具有特殊的應(yīng)用。或者本發(fā)明的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)可以用作細(xì)調(diào)諧裝置，其中濾波器光譜位置被最優(yōu)化。因此，當(dāng)該機(jī)構(gòu)被用于精調(diào)諧時(shí)，可以被設(shè)計(jì)成應(yīng)用于0到0.5納米范圍內(nèi)，或者用于圖5中所給出的0到0.2納米的例子中。
本發(fā)明上述最佳實(shí)施例的描述給出了本發(fā)明的原理，本發(fā)明并不限于所描述的特定實(shí)施例。本發(fā)明的范圍由下述權(quán)利要求和它們的等價(jià)物所包含的所有實(shí)施例限定。
權(quán)利要求
1.一種控制光纖布拉格光柵光譜特性用的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，包括一可在第一和第二固定部位與光纖布拉格光柵相連接的可調(diào)節(jié)支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)具有一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而該支撐結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向的調(diào)節(jié)可增加光纖布拉格光柵中的應(yīng)力，該支撐結(jié)構(gòu)沿另一方向的調(diào)節(jié)可減小光纖布拉格光柵中的應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括一主體和彼此分開的第一與第二支架，并且用于光纖布拉格光柵的該第一固定部位處于第一支架上，用于光纖布拉格光柵的第二固定部位處于第二支架上，從而處于第一和第二固定部位之間的該光纖布拉格光柵包括一懸浮在其間的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該第一支撐部件包括一叉形結(jié)構(gòu)，其包括以其一端連接在一起且在其間限定一槽的第一和第二臂，且該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)該第一與第二臂之間的寬度，從而在該第一和第二臂的連接端產(chǎn)生一個(gè)等效鉸鏈，而且調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)導(dǎo)致該第一和第二臂的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以及該光纖布拉格光柵的該第一和第二固定部位的相對(duì)位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，還包括在該彼此分開的第一和第二支架之間從該主體向上延伸的彼此分開的第一和第二側(cè)壁，并在其間限定一溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中在該第一和第二側(cè)壁中接近于該第一支架的位置處形成一橫槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該第二支架通常為一與主體連接在一起的十字形件，該十字形件具有一在溝槽上面并從該第一和第二側(cè)壁向內(nèi)延伸的細(xì)長(zhǎng)部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求3，4，5或6的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一連接在第一與第二臂之間的調(diào)節(jié)螺釘，從而該調(diào)節(jié)螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)使該第一臂朝著或遠(yuǎn)離第二臂位移，而且光纖布拉格光柵與該第一臂連接在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該主體由鎳鐵合金制成，該十字形件由黃銅制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該主體具有一定長(zhǎng)度，且該主體包括一沿長(zhǎng)度方向形成的在其每一側(cè)具有以其相對(duì)端連在一起的第一和第二構(gòu)件的細(xì)長(zhǎng)槽，且此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)細(xì)長(zhǎng)槽的寬度，從而該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)導(dǎo)致彼此分開的第一和第二支架相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以及布拉格光柵的該第一和第二固定部位的相對(duì)位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一連接在該第一與第二構(gòu)件之間的調(diào)節(jié)螺釘。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該主體具有一定的寬度和厚度，該主體包括一穿過其寬度形成的槽，且從一側(cè)面部分地通過其厚度，而且該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)該槽的寬度，從而使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)導(dǎo)致在該槽的每一側(cè)該主體的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以及該布拉格光柵的該第一和第二固定部位的相對(duì)位移。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一位于該槽中的調(diào)節(jié)螺釘。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個(gè)的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中有選擇地增加和減小該光纖布拉格光柵中的應(yīng)力，可在大約0到9納米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個(gè)的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中有選擇地增加和減小該光纖布拉格光柵中的應(yīng)力，可在大約0到0.5納米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個(gè)的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，其中有選擇地增加和減小該光纖布拉格光柵中的應(yīng)力，可在大約0到0.2納米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)。
16.一種應(yīng)力受控的光纖布拉格光柵組合，包括一根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一個(gè)的應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)，和一具有布拉格光柵的光纖，其中該光纖布拉格光柵連接在該可調(diào)節(jié)支撐結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于控制波導(dǎo)光纖布拉格光柵(12)裝置中的應(yīng)力的機(jī)構(gòu)?？梢园凑招枰褂檬┘釉诓▽?dǎo)光纖布拉格光柵(12)上的應(yīng)力來控制它的光譜特性。例如,可以由施加在光纖上的應(yīng)力來直接控制光纖布拉格光柵(12)的中心波長(zhǎng),且在非線性調(diào)頻光柵的情況下,還可以由光纖應(yīng)力來控制它的有效群延遲特性。這些例子與傳感,WDM濾波器和色散補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用直接相關(guān)。用于控制光纖布拉格光柵(12)的光譜特性的該應(yīng)力控制機(jī)構(gòu)包括一支撐結(jié)構(gòu)(18),在第一(20)和第二(22)部分該光纖布拉格光柵(12)與此支撐結(jié)構(gòu)相連。該支撐結(jié)構(gòu)(18)包括一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(30),從而支撐結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向的調(diào)節(jié)可增加該光纖布拉格光柵(12)中的應(yīng)力,該支撐結(jié)構(gòu)(18)沿另一方向的調(diào)節(jié)可減小該光纖布拉格光柵(12)中的應(yīng)力。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1365449SQ00806103
公開日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2000年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月10日
發(fā)明者羅伯特·馬斯肯特, 黃榮(音譯) 申請(qǐng)人:Jds尤尼費(fèi)斯公司