專利名稱：對光纖光柵諧振腔溫度補償封裝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于激光諧振腔的制備技術(shù)領域，涉及到線型光纖激光器中的光纖光柵諧振腔的封裝。
背景技術(shù)：
光纖激光器是一種新型的激光器已成為近年來研究的熱點，以往采用透鏡組或環(huán)行器作為諧振腔，來實現(xiàn)產(chǎn)生激光的元素能級之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，形成激光輸出。目前光纖諧振腔普遍采用光纖光柵來實現(xiàn)。由于光纖光柵是在光纖纖芯中形成的一種周期性的波導結(jié)構(gòu)，在纖芯中形成的柵狀格形光柵。這種光柵對所選擇的光波進行反射和透射、選頻，作為形成諧振腔的反射鏡。利用光纖光柵這一性能，采用兩個光纖光柵連接到同一根有源光纖中形成全光纖型的諧振腔。并且這種諧振腔可以使泵浦光在摻雜光纖內(nèi)獲得很高的轉(zhuǎn)換效率，減少泵浦光的損耗。但是光纖光柵諧振腔的反射率和透射波長隨著泵浦光功率的增加和環(huán)境溫度的變化以及所受應力的變化而變化，光纖光柵的穩(wěn)定性和選頻性能發(fā)生改變，降低了系統(tǒng)的可靠性。
為了實現(xiàn)光纖光柵諧振腔的穩(wěn)定工作和安全使用，必須對這種光纖光柵諧振腔進行封裝處理，一方面是實現(xiàn)溫度和應力的補償，另一方面是保護光纖光柵諧振腔安全使用。通過分析光纖光柵的溫度和應力特性，得到光纖光柵在自由狀態(tài)下溫度、應力與波長之間呈線性關(guān)系。既當溫度、應力發(fā)生變化時，通過改變和控制光纖光柵的周期長度和應變量來確保其波長穩(wěn)定和有效的反射與透射，以滿足不同外界環(huán)境和泵浦功率下的要求。對已有光纖光柵溫度變化的補償采用不同的溫度系數(shù)的封裝材料。美國專利NO 5694503發(fā)明了用負溫度系數(shù)的材料對光纖光柵進行溫度補償。美國專利NO5042898、NO 5841920、NO 6181851以及加拿大專利CA 02293080都給出了利用不同溫度系數(shù)材料對光纖光柵進行溫度補償?shù)姆椒ā?br>
發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)光纖光柵反射波長和反射率容易受溫度、應力的影響，而發(fā)生反射周期加大、反射率變化、反射波長漂移，從而對光纖光柵諧振腔的穩(wěn)定性帶來影響等問題，本發(fā)明的目的在于對由于光纖光柵對溫度、應力敏感造成諧振腔反射波長的變化進行補償，因此，本發(fā)明為光纖激光器提供一種實現(xiàn)低成本、對溫度不敏感、結(jié)構(gòu)緊湊、提高穩(wěn)定性的光纖光柵諧振腔進行溫度補償?shù)姆庋b技術(shù)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是如圖1所示，固化膠1、支架2、溫度探測頭3、圓筒型支架4、金屬套5、螺旋套口6、光纖7、光纖光柵8、纖芯9、密封蓋16，在光纖7的兩端形成線型光纖激光器的諧振腔，在光纖7的兩端分別制備有選取支架2和一個圓筒型支架4，將圓筒型支架4固定到支架2內(nèi)部并用固化膠1分別將支架2和圓筒型支架4固定連接，在支架2凹口的內(nèi)側(cè)面與圓筒型支架4孔的外側(cè)面為光纖光柵諧振腔的占有區(qū)；將纖芯9和部分光纖7固定連接到支架2與圓筒型支架4內(nèi)，在纖芯9上制備有光纖光柵8，光纖光柵8與溫度探測頭3緊密接觸，將光纖光柵8的兩端分別固定在支架2凹口的內(nèi)側(cè)面與圓筒型支架4孔的外側(cè)面，在圓筒型支架4中間的兩個臂鑲嵌在支架2的內(nèi)部，在圓筒型支架4的U型頂部帶有螺旋套口6，螺旋套口6與金屬套5固定連接。
本發(fā)明當光纖光柵中有高能光通過和環(huán)境溫度變化時，光纖光柵因溫度變化而產(chǎn)生膨脹，光纖光柵朝支架和圓筒型支架兩個方向膨脹，由于光纖光柵固定在支架上，而限制了光纖光柵朝支架方向的膨脹，使光纖光柵朝圓筒型支架的方向膨脹。由于光纖光柵與溫度探測頭是緊密接觸在一起并與圓筒型支架固定連接，溫度探測頭直接探測光纖光柵的溫度，利用溫度探測頭的自身的溫度敏感性，把光纖光柵的熱能傳遞到圓筒型支架，此時，由于圓筒型支架固定在支架上，使圓筒型支架產(chǎn)生朝光纖光柵方向膨脹，由于光纖光柵與圓筒型支架同時固定于支架里，而使圓筒型支架的膨脹方向與光纖光柵膨脹方向相反。
采用本發(fā)明制作的光纖光柵諧振腔有利提高大功率光纖激光器的性能的穩(wěn)定性和可靠性。由于本發(fā)明采用圓筒型支架與支架和光纖光柵與溫度探測頭的結(jié)構(gòu)，使得圓筒型支架與光纖光柵兩者材料的膨脹方向相反，由于光纖光柵的膨脹使其反射波長漂移和反射率發(fā)生變化、反射周期加大，因此利用膨脹方向相反的結(jié)構(gòu)，解決了光纖光柵易受溫度、應力等問題，本發(fā)明可對光纖光柵對溫度、應力敏感造成諧振腔反射波長的變化進行補償，因此，本發(fā)明為光纖激光器提供一種實現(xiàn)低成本、對溫度和應力不敏感、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性提高的光纖光柵諧振腔進行溫度補償?shù)姆庋b技術(shù)。本發(fā)明無源溫度和應力補償封裝適用于任意長度的光纖諧振腔，并且能同時進行溫度補償和波長的選頻的調(diào)節(jié)。


圖1為本發(fā)明線型光纖光柵諧振腔的封裝結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明實施例光纖光柵應力調(diào)整架示意圖
具體實施例方式下圖結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施實例作纖細說明。如圖1和圖2所示，固化膠1、支架2、溫度探測頭3、圓筒型支架4、金屬套5、螺旋套口6、光纖7、光纖光柵8、纖芯9，光纖光柵應力調(diào)整架包括應力計10、導軌11、固定夾座12、動夾座13、感應板14、旋鈕15、密封蓋16。
固化膠1采用環(huán)氧樹脂膠粘劑或EPO-TEK 353ND熱固化膠。支架2采用柯伐合金材料或銅或其它合金制成U型支架。溫度探測頭3采用鋅銅合金材料或有機材料制成溫度探測頭。圓筒型支架4鋅銅合金材料或其它金屬材料制成圓筒型支架，螺旋套口6制作在圓筒型支架4本體上。金屬套5采用銅合金材料或金屬材料制成。光纖7選用摻稀土離子等光纖。光纖光柵8制成Bragg函數(shù)變化的光纖光柵。將光纖7去掉涂敷層得到帶包層的纖芯為纖芯9。光纖光柵應力調(diào)整架包括應力計10采用K100型號應力計；導軌11、固定夾座12、動夾座13采用HT25灰口鐵或不銹鋼、銅等金屬材料制成；感應板14；采用HT25灰口鐵或不銹鋼、銅等金屬材料制成。制作本實施例時1)在靠近光柵諧振腔進光端A放入光纖7或纖芯9的一端，纖芯9上的光纖光柵8變跡的貼于溫度探測頭3的表面，溫度探測頭3作成片狀也作成圓柱狀。將光纖7或纖芯9插入圓筒型支架4的圓孔里。再把光纖7一端套在金屬套5里，并通過圓筒型支架4的敞口端B。圓筒型支架4內(nèi)徑為4mm，外徑為6mm，長度為15mm。螺旋套口6并有外螺紋，螺距0.2mm，偏心度小于千分之一。圓筒型支架4的孔旁邊有一個長10mm，寬為2mm的溫度探測頭3。金屬套5有內(nèi)螺紋，螺距0.2mm，偏心度小于千分之一內(nèi)徑為6mm，外徑為6mm，長度為15mm，螺距0.2mm，偏心度小于千分之一；2)把上述1)的部件整體安裝到支架2里，調(diào)整光纖光柵8的在支架2里的適當位置并處于溫度探測頭3上，溫度探測頭3前留有空間供光纖光柵8的伸縮，支架2長80mm，寬12mm，厚2mm；3)把上述2)中的部件整體放入光纖光柵應力調(diào)整架里，上述2)中的光纖7兩端固定在固定夾座12和動夾座13上。利用旋鈕15給光纖光柵8施以一定的恒定的張力；4)固化膠1選用EPO-TEK 353ND熱固化膠，把膠添在支架2底端的凹口內(nèi)和圓筒型支架4圓孔內(nèi)，在80度溫度下固化約10分鐘。調(diào)節(jié)金屬套5使光纖光柵8達到充分拉伸，并與溫度探測頭3緊密接觸，則由固化膠1、支架2、溫度探測頭3、圓筒型支架4、金屬套5、螺旋套口6、光纖7、光纖光柵8、纖芯9組成光纖光柵諧振腔的一個反射鏡。
或固化膠1選用環(huán)氧樹脂膠粘劑來粘接固化在支架2的底端的凹口內(nèi)和圓筒型支架4圓孔內(nèi)，在常溫下固化60分鐘，調(diào)節(jié)金屬套5使光纖光柵達到充分拉伸，并與溫度探測頭3緊密接觸。其余如上所述。
5)將上密封蓋16蓋在支架2的上面，從光纖光柵應力調(diào)整架取下反射鏡，則完成光纖光柵諧振腔封裝的一部分工作。
6)重復進行上述1)-5)的全過程得到另一個封裝好的反射鏡，至此完成了光纖光柵諧振腔的全部封裝。
權(quán)利要求
1.對光纖光柵諧振腔溫度補償封裝，其特征在于包括固化膠(1)、支架(2)、溫度探測頭(3)、圓筒型支架(4)、金屬套(5)、螺旋套口(6)、光纖(7)、光纖光柵(8)、纖芯(9)，在光纖(7)的兩端形成線型光纖激光器的諧振腔，在光纖(7)的兩端分別制備有選取支架(2)和一個圓筒型支架(4)，將圓筒型支架(4)固定到支架(2)內(nèi)部并用固化膠1分別將支架(2)和圓筒型支架(4)固定連接，在支架(2)凹口的內(nèi)側(cè)面與圓筒型支架(4)孔的外側(cè)面為光纖光柵諧振腔的占有區(qū)；將纖芯(9)和部分光纖(7)固定連接到支架(2)與圓筒型支架(4)內(nèi)，在纖芯(9)上制備有光纖光柵(8)，光纖光柵(8)與溫度探測頭(3)緊密接觸，將光纖光柵(8)的兩端分別固定在支架(2)凹口的內(nèi)側(cè)面與圓筒型支架(4)孔的外側(cè)面，在圓筒型支架(4)中間的兩個臂鑲嵌在支架(2)的內(nèi)部，在圓筒型支架(4)的U型頂部帶有螺旋套口(6)，螺旋套口(6)與金屬套(5)固定連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及到線型光纖激光器中光纖光柵諧振腔的封裝。固化膠1、支架2、溫度探測頭3、圓筒型支架4、金屬套5、螺旋套口6、光纖7、光纖光柵8、纖芯9，本發(fā)明采用圓筒型支架與支架和光纖光柵與溫度探測頭的結(jié)構(gòu)，使得圓筒型支架與光纖光柵兩者材料的膨脹方向相反，由于光纖光柵的膨脹使其反射波長漂移和反射率發(fā)生變化、反射周期加大，因此利用膨脹方向相反的結(jié)構(gòu)，解決了光纖光柵易受溫度、應力等問題，因此，本發(fā)明為光纖激光器提供一種實現(xiàn)低成本、對溫度和應力不敏感、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性提高的光纖光柵諧振腔進行溫度補償?shù)姆庋b技術(shù)。本發(fā)明是無源溫度和應力補償封裝適用于任意長度的光纖諧振腔，能同時進行溫度補償和波長的選頻的調(diào)節(jié)。
文檔編號H01S3/06GK1671014SQ200410010969
公開日2005年9月21日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者張亮, 秦莉, 王立軍 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所