專利名稱：光纖光柵的液體填充隔震封裝技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定光纖光柵工作波長的溫度補(bǔ)償封裝技術(shù)，它能夠自動調(diào)整光纖光柵的工作工作波長以保持在穩(wěn)定狀態(tài)。
背景技術(shù)：
光纖光柵在制作成器件時，如光纖光柵濾波器、光纖光柵色散補(bǔ)償器、OADM(光上下路器)等，必須對光纖光柵及其附件進(jìn)行封裝。由于光纖光柵對應(yīng)力和溫度的非常敏感，當(dāng)外界對光纖光柵受溫度影響和外力作用時，光纖光柵的工作波長就會發(fā)生漂移，這對于目前DWDM(密集波分復(fù)用)技術(shù)的應(yīng)用十分不利，甚至完全失敗。因此，解決溫度和應(yīng)力對光纖光柵的影響通常是采用溫度補(bǔ)償和隔震封裝的技術(shù)。
就封裝技術(shù)而言，目前有普通的簡單封裝和真空封裝技術(shù)。普通封裝只是一種簡單外包裝，相當(dāng)于一個機(jī)器的機(jī)箱外殼，僅起裝飾作用，無法達(dá)到隔震的效果；真空封裝技術(shù)采用去除傳遞振動的媒介的抽真空法來達(dá)到隔震的目的，但是該項技術(shù)存在著技術(shù)工藝復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)成本高、生產(chǎn)周期長和維護(hù)困難等許多缺點。

發(fā)明內(nèi)容
為此我們提出了液壓封裝技術(shù)，具有工藝簡單、成本低廉、生產(chǎn)加工速度快、隔震效果好和維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點，可以完全克服和解決真空封裝技術(shù)和簡單封裝技術(shù)的缺點。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案我們提出的液體填充封裝技術(shù)即是把光纖光柵密封在密封外殼內(nèi)并留有接口與外部進(jìn)行連接。又將密封液體密封到密封外殼內(nèi)，密封液體保持高壓強(qiáng)，該密封液體的體膨脹系數(shù)與密封外殼的體膨脹系數(shù)相等。密封外殼內(nèi)有一個溫度補(bǔ)償載臺用來對密封液體進(jìn)行溫度監(jiān)控并實時的調(diào)節(jié)溫度使溫度保持恒定。密封外殼有一個注液口用以向密封腔內(nèi)注射液體；另外還有一個測試壓力計的接口用來實時的監(jiān)控密封外殼內(nèi)密封液體的壓強(qiáng)。
根據(jù)光纖模耦合理論，當(dāng)正反向光波在光纖光柵中傳輸時，形成模耦合位相匹配條件滿足下列Bragg方程λB＝2neffΛ (1)式中Λ為光柵周期，neff為有效折射率，Λ和neff都受外界環(huán)境影響而發(fā)生變化ΔΛ和Δneff，導(dǎo)致符合Bragg條件的反射波長發(fā)生移位Δλ。由Bragg條件可得Δλ＝2ΔneffΛ+2neffΔΛ(2)該式表明反射波長偏移與光纖芯的有效折射率和光柵常數(shù)的變化有關(guān)。當(dāng)光纖光柵受到應(yīng)力作用或溫度的變化影響時，neff和Λ都會發(fā)生變化。應(yīng)力作用下的光彈效應(yīng)導(dǎo)致折射率變化，而形變使光柵常數(shù)變化；溫度導(dǎo)致的光熱效應(yīng)使有效折射率改變，而熱膨脹系數(shù)致使光柵常數(shù)改變。
1.當(dāng)光纖光柵受到應(yīng)力作用時，有ΔλB/λB＝(1-P)E(3)其中E是應(yīng)變，μ是泊松比，P為光纖光柵應(yīng)變靈敏度系數(shù)。對于石英光纖，可取ΔλB/λB＝0.78E (4)如果外界應(yīng)力可以看成是一個不變應(yīng)力與擾動應(yīng)力之和，相應(yīng)地光纖光柵中的應(yīng)變也可表為E＝E0+ΔE (5)
當(dāng)滿足ΔE＜＜E0時，則(4)可以改寫為ΔλB/λB≈0.78E0(6)即當(dāng)光纖光柵放置在一個密封的液體壓強(qiáng)較高容器中時，容器內(nèi)的壓力是一個常數(shù)，對應(yīng)光纖光柵中的應(yīng)變也是一個常數(shù)E0，而外界震動相應(yīng)于在光纖光柵上產(chǎn)生了一個應(yīng)變微小的擾動ΔE，它相對光纖光柵中的恒應(yīng)變E0是個小量可以忽略不計時(通過調(diào)節(jié)容器中的壓強(qiáng)來實現(xiàn))，這種充壓法就完全可以實現(xiàn)隔震的作用，從而保持光纖光柵的工作波長不變；實驗結(jié)果表明，當(dāng)無隔震封裝時，光纖光柵的中心波長隨著外界震動隨機(jī)變化；當(dāng)采用隔震封裝后，擊打封裝外壁時，其中心波長十分穩(wěn)定，從而驗證了上述理論和技術(shù)的正確性。
2.而當(dāng)光纖光柵溫度改變時ΔλB/λB＝(α+ζ)ΔT(7)其中α為熱膨脹系數(shù)，ζ為熱光系數(shù)。對于摻鍺石英光纖，α取5.5×10-7/℃，ζ取7.1×10-6～7.3×10-6/℃(在20～150℃的范圍內(nèi))，1×10-5/℃(在400℃時)。由式(7)可知，ΔλB與ΔT存在著線性關(guān)系。
當(dāng)外界對密封腔有溫度擾動時，溫度補(bǔ)償載臺(負(fù)溫度系數(shù)陶瓷)因為溫度變化而引起自身的長度變化，進(jìn)而使附著于陶瓷上的光纖光柵的長度產(chǎn)生相應(yīng)變化，因為光纖光柵對于溫度的變化相當(dāng)于折射率的變化，而光纖光柵的長度變化效果也相當(dāng)于折射率的變化，所以可以利用光纖光柵的長度變化引起的折射率變化來抵消光纖光柵的溫度變化而導(dǎo)致的折射率的變化；3.當(dāng)外界對密封腔的溫度擾動影響到密封腔內(nèi)的液體壓強(qiáng)時，當(dāng)液體的體積不變時，液體的壓強(qiáng)與液體的溫度亦呈線性正比關(guān)系。當(dāng)密封外殼與液體的熱膨脹系數(shù)相同時，液體的體積變化將與密封腔的體積變化相同，從而體積變化可以保證與溫度變化同步，近而使密封腔內(nèi)的液體壓強(qiáng)恒定。在實驗當(dāng)中，我們采用的密封外殼的材料和液體分別是硬鋁和硅油。
4.當(dāng)密封腔的壓力變化時，有測試壓力計接口對其進(jìn)行測試，若發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)有降低的趨勢就可以通過向密封腔內(nèi)注射密封液體來保持密封腔內(nèi)的壓強(qiáng)恒定，通過上述三種辦法就屏蔽了外界對光纖光柵的擾動，使光纖光柵工作在恒定的條件下。
本發(fā)明的有益效果是可以完全克服和解決真空封裝技術(shù)和簡單封裝技術(shù)的缺點，并且成本低廉，可重復(fù)性好，穩(wěn)定性好。


上圖中(1)為圓柱狀鋼管(2)為外部橡膠套(3)為密封外殼(4)為油封裝置的樹膠(5)為密封液體(6)為墊片(7)為內(nèi)部的橡膠套筒(8)為溫度補(bǔ)償載臺(9)為光纖光柵(10)為固定樹膠(11)油封裝置的內(nèi)部螺蓋(12)油封裝置所密封的液體(13)油封裝置的外部螺蓋(14)油封裝置的外部橡膠墊片(15)為光纖尾纖(16)為注液口(17)為測壓壓力計接口圖二具體實施方式
密封外殼為圓筒狀，在其側(cè)壁兩端分別有注液口和測試壓力計接口；橡膠套筒亦為圓筒狀，橡膠套筒與外密封外殼密切相貼，在橡膠套筒內(nèi)側(cè)的一端由原環(huán)狀的突起與墊片機(jī)械連接用來固定墊片，另一端的圓環(huán)突起則直接與溫度補(bǔ)償載臺相連起支撐作用，并且此圓環(huán)突起在與圓筒主軸平行的方向中心對稱的分布有圓孔以使液體可在其左右兩個腔通透；墊片與溫度補(bǔ)償載臺機(jī)械相連起支撐作用，墊片在與圓筒主軸平行的方向中心對稱分布有圓孔以使液體可在其左右兩個腔通透；光纖光柵由樹膠粘在溫度補(bǔ)償載臺上；光纖尾纖亦由樹膠與鋼管K粘合固定；油封裝置在密封外殼兩端保證密封外殼的密封。
油封裝置在密封外殼側(cè)腔壁上開有一個圓形的孔以使圓柱狀鋼管透過，與此圓孔同軸在密封外殼內(nèi)側(cè)和外側(cè)各開一個螺孔，兩螺孔并不直接相通，內(nèi)側(cè)的螺孔用一個薄的螺蓋密封，在其中封油以使與密封腔隔絕；外側(cè)的螺孔用一個與鋼管外側(cè)直徑相同的螺栓以起到與密封腔隔絕的作用；圓柱狀的鋼管在密封外殼內(nèi)的一端用樹膠固定光纖尾纖并起著與密封腔隔絕的作用，在密封外殼外的鋼管外部有分層的橡膠墊片，進(jìn)一步起密封作用，在橡膠墊片的外部包裹一層橡膠皮套以保證方便和外觀的美觀。
權(quán)利要求
1.液體填充隔震封裝技術(shù)，在封裝外殼中，光纖光柵、負(fù)溫度補(bǔ)償陶瓷、環(huán)形墊片順序機(jī)械連接并暴露在高壓液體中，其特征是在封裝外殼內(nèi)填充著具有一定壓強(qiáng)的液體，通過在液體中施加穩(wěn)衡壓強(qiáng)控制光纖光柵中心波長，抵消外界隨機(jī)震動帶來的波長擾動，從而達(dá)到隔震的目的。
2.封裝外殼與填充材料間的溫度匹配技術(shù)，采用封裝外殼的熱脹系數(shù)與外殼內(nèi)密封填充的液體熱脹系數(shù)相近技術(shù)，確保當(dāng)溫度變化時密封腔內(nèi)的壓強(qiáng)不變，亦即保證光纖光柵上的中心波長不變。
全文摘要
光纖光柵的液體填充隔震封裝技術(shù)是一種能夠保證光纖光柵的工作波長穩(wěn)定的具有溫度補(bǔ)償?shù)膶嵱没庋b技術(shù)，它將在光通信方面具有極為廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)采用具有一定物理特性要求的材料作為封裝外殼(如硬鋁材料)，封裝外殼兩端與光纖光柵采用油封技術(shù)進(jìn)行密閉，在密封外殼內(nèi)填充具有一定壓強(qiáng)的液體(如硅油)，另有光纖光柵溫度補(bǔ)償載臺(如負(fù)溫度系數(shù)陶瓷或雙金屬材料制成的載臺)通過墊片與外殼連接并固定。光纖光柵的兩端固定在載臺上，并暴露在充填液體中。在隔震封裝外殼上有一個注液口用來注液，另有一個與壓力計連接的接口用來連接壓力計接口以便實時觀察腔內(nèi)的液體壓力。該裝置可以實現(xiàn)隔震并自動的保持光纖光柵工作波長穩(wěn)定之目的。
文檔編號G02B6/124GK1548994SQ0312350
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者任建華 申請人:任建華