專利名稱：光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種對光纖光柵進(jìn)行溫度補償無源封裝的技術(shù)，屬于光纖光柵封裝的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖光柵是一種利用紫外光對具有光敏特性的光纖進(jìn)行曝光而在光纖芯區(qū)形成折射率周期變化的一種新型光學(xué)器件。
由于環(huán)境溫度的變化會使光纖長度和纖芯折射率發(fā)生變化，進(jìn)而引起光柵中心波長的漂移，而光柵中心波長是光柵的一個重要參數(shù)。
近兩年來，光纖光柵在通訊、光學(xué)、電子、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用已逐步開展起來，尤其在傳感領(lǐng)域增長迅猛，已逐步達(dá)到實用化。然而在光纖光柵應(yīng)用的許多領(lǐng)域需要克服以上所述的由于溫度變化引起的光柵中心波長漂移，如何使光柵波長恒定在指定的波長上，已是業(yè)內(nèi)迫切需要解決的問題。
為了使光柵的中心波長不隨溫度而變化，需要對光柵進(jìn)行必要的封裝，封裝方式總的分為有源封裝和無源封裝兩大類。
有源封裝通常在光柵封裝盒內(nèi)加上溫度控制系統(tǒng)，使光柵所在的環(huán)境溫度恒定從而達(dá)到穩(wěn)定光柵中心波長的目的，這種有源封裝由于需要另加的溫度控制系統(tǒng)，因此，使封裝結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，且封裝成本高，不利于產(chǎn)品小型化。
無源封裝則是通過特殊的材料或結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)中心波長穩(wěn)定。無源封裝的實現(xiàn)方法目前主要有以下幾種1、負(fù)膨脹材料封裝技術(shù)該方法是將光柵粘貼在特殊的負(fù)膨脹材料上，當(dāng)溫度上升時，材料收縮所釋放的應(yīng)力來補償光柵中心波長的漂移。
2、雙材料結(jié)構(gòu)封裝技術(shù)該方法是將光柵粘貼在特殊的雙材料結(jié)構(gòu)上，由于兩種材料的膨脹系數(shù)不一致而產(chǎn)生類似于負(fù)膨脹特性，當(dāng)溫度上升時釋放應(yīng)力來補償光柵中心波長的漂移。從而實現(xiàn)光柵中心波長的熱不敏感性。
3、絕熱封裝技術(shù)該方法是將光柵封裝在多孔或真空夾層的材料中，使用絕熱的方法實現(xiàn)光柵中心波長對熱不敏感性。
目前，上述無源封裝的技術(shù)同樣存在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、封裝成本較高，不利于產(chǎn)品小型化等問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易封裝的小型化的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，是在現(xiàn)有雙材料結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)的雙材料管狀無源溫度補償?shù)姆庋b結(jié)構(gòu)。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其包括在所述光柵的外面設(shè)有膨脹系數(shù)為α2的材料制成的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管的長度為L2；從所述內(nèi)套管的一端開始的長度為L3的外面設(shè)有膨脹系數(shù)為α2的材料制成的外套管，使所述內(nèi)套管與所述外套管有長度為L3的部分是套在一起的部分，所述外套管長度為L1，并且滿足L1＞L3；所述光柵的兩端分別粘接在所述內(nèi)、外套管中不套在一起的兩端上，這兩端也是所述光纖和所述內(nèi)、外套管粘膠連接點；在所述內(nèi)套管與所述外套管有長度為L3的套在一起的部分之間置有長度為L3的連接管，所述連接管分別通過連接管和內(nèi)外套管粘膠連接點與所述內(nèi)、外套管連接，所述連接管由溫度膨脹系數(shù)為α2的材料制成，并且滿足α2＞α1；所述內(nèi)套管長度L2、外套管長度L1、連接管長度L3時滿足Lf＝L1+L2-L3，所述Lf為所述光柵和所述光纖封裝后的封裝管的總長度。
本實用新型的效果本實用新型的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點和效果(1)可以實現(xiàn)管狀小型化封裝，更容易被應(yīng)用；(2)封裝簡便，溫度參數(shù)容易控制；(3)溫度補償性能好，達(dá)到實用指標(biāo)。
為進(jìn)一步說明本實用新型的上述目的、結(jié)構(gòu)特點和效果，以下將結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。


圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)的詳細(xì)剖視圖
圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)的裝配圖圖3是用本實用新型結(jié)構(gòu)封裝后光柵中心波長隨溫度變化的對比圖。
附圖中主要部件的符號的說明1——外套管；2——內(nèi)套管；3——連接管4、4′——連接管和內(nèi)外套管粘膠連接點；5、5′——光纖和內(nèi)、外套管粘膠連接點；6——光纖；7——光柵；8——保護(hù)管；具體實施方法
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
本實用新型的工作原理是基于溫度變化和應(yīng)力變化對光纖光柵的中心波長的共同影響作用，即利用預(yù)置的應(yīng)力變化來補償溫度對光纖光柵的中心波長的影響。
此外，本實用新型的結(jié)構(gòu)引入了多層套管結(jié)構(gòu)，由膨脹系數(shù)小的內(nèi)外套管和膨脹系數(shù)大的連接管組成；連接管用粘膠連接內(nèi)外套管，光纖光柵用粘膠固定在內(nèi)外套管的兩端，內(nèi)外套管和連接管的尺寸由相應(yīng)的公式計算給出。
本實用新型對光纖光柵進(jìn)行封裝時，使光纖受拉發(fā)生預(yù)應(yīng)力變化。在以后的使用過程中，當(dāng)溫度上升時，封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生形變，光纖所受應(yīng)力變化減小，此時應(yīng)力變化引起的漂移ΔλS的移動方向則與溫度上升引起的ΔλT的漂移方向相反，通過適當(dāng)設(shè)計，可使其移動幅度相等，從而維持了光柵中心波長的穩(wěn)定。
參見附圖，圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)的詳細(xì)剖視圖圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)的裝配圖。
本實用新型的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)由以下部分組成。
在光柵7的外面設(shè)有膨脹系數(shù)為α2的材料制成的內(nèi)套管2，所述內(nèi)套管2的長度為L2。
從所述內(nèi)套管2的一端開始的長度為L3的外面設(shè)有膨脹系數(shù)為α2的材料制成的外套管1，使所述內(nèi)套管2與所述外套管1有長度為L3的部分是套在一起的部分，所述外套管1長度為L1，并且滿足L1＞L3。
本實施例中內(nèi)、外套管2、1用金屬管。
所述光柵7的兩端分別粘接在內(nèi)、外套管2、1中不套在一起的兩端5、5′上，即，這兩端也是光纖和內(nèi)、外套管粘膠連接點5、5′。
在所述內(nèi)套管2與所述外套管1有長度為L3的套在一起的部分之間置有長度為L3的連接管3，所述連接管3分別通過連接管和內(nèi)外套管粘膠連接點4、4′與所述內(nèi)、外套管2、1連接。所述連接管3由溫度膨脹系數(shù)為α2的材料制成，并且滿足α2＞α1。本實施例中連接管3為金屬管，連接管3的形狀是“Z”型。
在所述內(nèi)、外套管2、1的外面罩有保護(hù)管8。
綜上所述，本實用新型是由膨脹系數(shù)小的內(nèi)套管2、外套管1以及膨脹系數(shù)大的連接管3組成。光柵7粘接在內(nèi)、外套管2、1的兩端形成。如圖1所示，L1和L2是溫度膨脹系數(shù)(α1)較低的外套管2和內(nèi)套管1的長度，L3是溫度膨脹系數(shù)(α2)較高的金屬連接管3的長度，即，它們的膨脹系數(shù)CTE(Coefficient ofThermal Expansion)分別為α1和α2，Lf是封裝后的封裝管的總長。當(dāng)溫度升高時通過封裝管的總長度Lf來補償溫度影響。當(dāng)光柵7中心波長為λ，光柵7溫度升高ΔT時需要控制溫度漂移波長量為Δλ，光柵預(yù)拉應(yīng)力變化為ε1，則當(dāng)溫度升高ΔT時有Δλλ=K1ΔT+K2Δϵ---(1)]]>其中K1＝α+ξ≈6.81×10-6為光柵的溫度系數(shù)，K2＝(1-Pe)≈0.78為光柵的應(yīng)力變化系數(shù)。
當(dāng)溫度升高ΔT時，各管長度變化量為ΔL1＝α1L1ΔT，ΔL2＝α1L2ΔT，ΔL3＝α2L3ΔT，則ΔLf＝ΔL1+ΔL2-ΔL3＝(α1L1+α1L2-α2L3)ΔT此時光纖光柵上的應(yīng)力變化ε2為ϵ2=ϵ1+ΔLfLf-αΔT---(2)]]>忽略光柵膨脹項，得光柵的應(yīng)力變化變化Δε為Δϵ=ΔLfLf=(α1L1+α1L2-α2L3Lf)·ΔT---(3)]]>帶入式(1)得Δλλ=K1ΔT+K2(α1L1+α1L2-α2L3Lf)ΔT---(4)]]>
整理得α1(L1+L2)-α2·L3=(Δλλ·ΔT-K1)LfK2L1+L2-L3=Lf---(5)]]>選好各管的材料后，由公式(5)就可以得出各管長度的比例關(guān)系。例如，如果希望封裝后的封裝管總長Lf為50mm左右，在C波段(1525nm～1565nm)控制光柵波長每度溫度漂移量小于1pm，如果內(nèi)、外管2、1選擇用膨脹系數(shù)低的殷鋼管，連接管3選用膨脹系數(shù)大的硬鋁，則根據(jù)公式(5)得內(nèi)、外管長35.8mm連接管長21.5mm；如果內(nèi)、外管2、1選擇用殷鋼管，連接管3選用黃銅，則根據(jù)公式(5)得內(nèi)外管長39.8mm連接管長29.8mm。
參見圖3，圖3是用本實用新型結(jié)構(gòu)封裝后光柵中心波長隨溫度變化的對比圖。
圖3中X軸為溫度，單位為℃；Y軸為波長，單位為nm；帶*的曲線為光柵封裝前中心波長隨溫度的變化曲線；帶o的曲線為光柵封裝后中心波長隨溫度的變化曲線。
從上述光柵封裝后中心波長隨溫度的變化曲線可以看出，本實用新型在對光纖6和光柵7進(jìn)行封裝時，由于使用了使光纖受拉發(fā)生預(yù)應(yīng)力變化。在以后的使用過程中，當(dāng)溫度上升時，封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生形變，光纖6所受應(yīng)力變化減小，此時應(yīng)力變化引起的漂移ΔλS的移動方向則與溫度上升引起的ΔλT的漂移方向相反，從而維持了光柵中心波長的穩(wěn)定。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括在所述光柵的外面設(shè)有膨脹系數(shù)為α2的材料制成的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管的長度為L2；從所述內(nèi)套管的一端開始的長度為L3的外面設(shè)有膨脹系數(shù)為α2的材料制成的外套管，使所述內(nèi)套管與所述外套管有長度為L3的部分是套在一起的部分，所述外套管長度為L1，并且滿足L1＞L3；所述光柵的兩端分別粘接在所述內(nèi)、外套管中不套在一起的兩端上，這兩端也是所述光纖和所述內(nèi)、外套管粘膠連接點；在所述內(nèi)套管與所述外套管有長度為L3的套在一起的部分之間置有長度為L3的連接管，所述連接管分別通過連接管和內(nèi)外套管粘膠連接點與所述內(nèi)、外套管連接，所述連接管由溫度膨脹系數(shù)為α2的材料制成，并且滿足α2＞α1；所述內(nèi)套管長度L2、外套管長度L1、連接管長度L3時滿足Lf＝L1+L2-L3，所述Lf為所述光柵和所述光纖封裝后的封裝管的總長度。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述連接管為金屬管。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述連接管的形狀是“Z”型。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)套管長度L2、外套管長度L1、連接管長度L3、封裝管的總長為度Lf，當(dāng)所述光柵的中心波長為λ，在所述光柵溫度升高ΔT時需要控制溫度漂移波長量為Δλ時，滿足下列公式α1(L1+L2)-α2·L3=(Δλλ·ΔT-K1)LfK2L1+L2-L3=Lf]]>其中K1為光柵的溫度系數(shù)，K2為光柵的應(yīng)力變化系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)、外套管為金屬管。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述內(nèi)、外套管的外面罩有保護(hù)管。
專利摘要一種光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)，由膨脹系數(shù)小的內(nèi)套管、外套管以及膨脹系數(shù)大的連接管組成，在內(nèi)套管與外套管的之間置有膨脹系數(shù)大連接管，光柵粘接在內(nèi)、外套管的兩端，當(dāng)使用過程中，溫度上升時，封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生形變，光纖所受應(yīng)力變化減小，此時應(yīng)力變化引起的漂移Δλs的移動方向則與溫度上升引起的ΔλT的漂移方向相反，通過適當(dāng)設(shè)計，可使其移動幅度相等，從而維持了光柵中心波長的穩(wěn)定。本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、易封裝的小型化的光纖光柵管狀溫度補償封裝結(jié)構(gòu)。
文檔編號G02B6/24GK2876808SQ20052004772
公開日2007年3月7日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者湯樹成, 楊亦飛, 韋春龍, 劉小會 申請人:上海紫珊光電技術(shù)有限公司