專利名稱：光纖光柵的溫度補(bǔ)償設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于在這里被用作參考的一個(gè)優(yōu)先申請(qǐng)EP 01 440 120.2的。
本發(fā)明涉及在光纖通信系統(tǒng)中所使用的光纖光柵，更特別地，涉及長的光纖光柵并且涉及用于這樣一個(gè)光纖部件的一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備。
背景技術(shù)：
通過將一個(gè)對(duì)光敏感的光纖的一部分用紫外線(UV)進(jìn)行干涉曝光，對(duì)光纖折射率產(chǎn)生一個(gè)永久的改變，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)光纖光柵。這些光纖光柵能夠?qū)耐瑐鞯幕緦?dǎo)波模式來的光信號(hào)耦合到相反方向傳播的基本模式(標(biāo)準(zhǔn)布拉格光柵)，耦合到后向輻射模式(傾斜布拉格光柵)，或者耦合到一個(gè)前向包層模式(長周期光柵)。他們可以將來自一個(gè)偏振模式的光信號(hào)耦合到另一個(gè)偏振模式(偏振模式轉(zhuǎn)換器)。他們也可以將來自一個(gè)模式的光信號(hào)耦合到另一個(gè)模式，當(dāng)光纖是一個(gè)多模光纖時(shí)(模式轉(zhuǎn)換器)。
在光纖中用UV方法制造的布拉格光柵結(jié)構(gòu)形成光學(xué)濾波器，這樣的光學(xué)濾波器在光纖通信領(lǐng)域內(nèi)具有大量的應(yīng)用，并且特別地，他們可以被用于在波分復(fù)用(WDM)和密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中提供精度非常高的波長選擇性。例如，他們可以被用于濾波，信號(hào)路由，補(bǔ)償傳輸光纖中的色散或者均衡光纖放大器的增益。
這個(gè)濾波器的波長取決于光纖的折射率和光柵的周期。對(duì)光纖系統(tǒng)中的合適使用和高精度波長選擇性來說，這個(gè)濾波器的波長需要在一個(gè)很寬的溫度范圍內(nèi)保持不變(典型地，是從-20℃到85℃)。不幸的是，光纖材料容易受溫度改變的影響。典型地，這導(dǎo)致了在一個(gè)傳統(tǒng)的通信用光纖中寫入的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)布拉格光柵，溫度導(dǎo)致的波長變化大約是10pm/℃。
在前面所提到的WDM或者DWDM系統(tǒng)中，需要用于補(bǔ)償大帶寬色散的濾波器，這就意味著布拉格光柵結(jié)構(gòu)的長度很長，例如，其長度為1米或者甚至為幾米。因?yàn)檫@個(gè)應(yīng)用，線性啁啾光纖光柵(linearly chirped fiber grating)可以被用于補(bǔ)償色散。二次啁啾光纖光柵可以被用于補(bǔ)償色散的斜率。為了補(bǔ)償更高階的色散，具有更復(fù)雜啁啾結(jié)構(gòu)的光纖光柵需要被使用。
US 5,042,898公開了補(bǔ)償組件，該補(bǔ)償組件通過施加補(bǔ)償溫度靈敏度的機(jī)械應(yīng)變來補(bǔ)償帶布拉格光柵濾波器的一個(gè)光學(xué)傳輸路徑的一個(gè)波長相關(guān)性。這個(gè)處理利用了在一個(gè)布拉格光柵濾波器的熱靈敏度和壓縮或者變形靈敏度之間的類線性關(guān)系，以使可以實(shí)現(xiàn)相反的補(bǔ)償。在進(jìn)行封裝時(shí)，這個(gè)光纖光柵被放置在基于兩個(gè)材料之間熱脹冷縮吸收差異的拉力環(huán)境下。當(dāng)溫度增加時(shí)，這個(gè)封裝壓縮處于拉力環(huán)境下的光纖光柵，由此，溫度感應(yīng)的波長移動(dòng)被補(bǔ)償了。最近的US 6,147,341和US 6,144,789都提出了一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，該溫度補(bǔ)償設(shè)備帶第一和第二擴(kuò)展組件，它在與光纖光柵平行的一個(gè)方向上對(duì)光纖施加一個(gè)拉長的應(yīng)變。
前面提到的、現(xiàn)有技術(shù)中所有無熱組件設(shè)備的一系列問題是，光柵需要是直的，并且無熱組件的設(shè)備只能應(yīng)用于一個(gè)類型的光柵，即，或者是標(biāo)準(zhǔn)布拉格光柵，或者是傾斜的布拉格光柵，或者是長周期的光柵，或者是模式轉(zhuǎn)換器，這樣，特別地，這個(gè)方法對(duì)長度大于幾十毫米的光柵就不能夠使用。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明需要解決的問題是為一個(gè)光纖中的所有不同類型的光纖光柵提供一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，以獲得不被溫度變化所影響的長光纖光柵光學(xué)濾波設(shè)備。
通過使用用于一個(gè)光纖的光纖光柵的溫度補(bǔ)償設(shè)備就解決了這個(gè)問題，其中所述設(shè)備包括其形狀基本上是一個(gè)圓柱的一個(gè)體，并且其中這個(gè)光纖光柵被繞在所述體上，由此所述體的尺寸根據(jù)溫度的變化而改變。
所以，根據(jù)本發(fā)明的、用于補(bǔ)償一個(gè)光纖的一個(gè)預(yù)應(yīng)變光纖光柵的一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備包括其形狀基本上是圓柱的一個(gè)體，并且其中這個(gè)光纖光柵被繞在所述體上，由此所述體的尺寸根據(jù)溫度的變化而改變。
所述體的尺寸根據(jù)溫度而進(jìn)行改變，并且影響了整個(gè)光纖光柵，所以，就使下面的成為可能即使是帶一個(gè)故意選擇長度的一個(gè)光纖光柵，當(dāng)被繞在具有相應(yīng)尺寸的一個(gè)體上時(shí)，也可以被所述體的尺寸的改變而產(chǎn)生一個(gè)有利的影響。當(dāng)溫度增加時(shí)，所述體的直徑變小，導(dǎo)致被繞在這個(gè)設(shè)備上的光纖光柵產(chǎn)生機(jī)械形變。所以，通過對(duì)光纖光柵施加機(jī)械應(yīng)變而平衡了溫度對(duì)光纖光柵的影響。
在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備具有包括熱膨脹系數(shù)為第一膨脹系數(shù)的材料的第一熱膨脹組件和包括熱膨脹系數(shù)為第二膨脹系數(shù)的材料的第二熱膨脹組件，他們被朝向所述體內(nèi)放置。這個(gè)結(jié)構(gòu)允許這個(gè)設(shè)備甚至能夠平衡在溫度變化時(shí)而產(chǎn)生的小改變差異。
有利的是，這個(gè)設(shè)備的形狀基本上是圓的，并且包括至少兩個(gè)基本上對(duì)稱放置的部分，這至少兩個(gè)對(duì)稱放置的部分能夠允許將長達(dá)幾十厘米的光纖盤起來。這允許減少該設(shè)備的尺寸。在一個(gè)更有利的實(shí)施方式中，光纖濾波器被繞在兩個(gè)半心軸上。
優(yōu)選地，在光纖光柵和這個(gè)設(shè)備之間安排有一個(gè)光滑的硅樹脂層，以使這個(gè)光纖能夠在該設(shè)備均勻地移動(dòng)。優(yōu)選地，這個(gè)光纖光柵具有一個(gè)涂敷層來保護(hù)光纖光柵不被外部破壞所損壞。
應(yīng)理解，前面所提到的和下面將解釋的本發(fā)明的特征不僅被用于具體描述的組合中，而且也可以被該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員用于其它組合或者單獨(dú)使用，而不會(huì)超出本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明被示意圖性地解釋在圖1和2中，并且被參考附圖進(jìn)行了詳細(xì)描述。
圖1示意圖性地描述了通過根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備的一個(gè)橫切面。
圖2示意圖性地顯示了沿圖1線A-A的一個(gè)剖面。
具體實(shí)施例方式
首先，在這里所使用的術(shù)語的定義被給出，以能夠更好地理解本發(fā)明。
無熱封裝指能夠在頻譜規(guī)定內(nèi)，特別地在一個(gè)光纖濾波器的波長上，平衡熱影響的任何裝置。
在本發(fā)明申請(qǐng)的上下文中的接觸意味著兩個(gè)設(shè)備或者部分處于這樣一個(gè)物理接觸的狀態(tài)，以使對(duì)光纖光柵的機(jī)械力，例如壓強(qiáng)，張力，可以被傳遞。
在圖1中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備100包括一個(gè)預(yù)應(yīng)變光纖光柵102。這個(gè)光纖光柵被一個(gè)涂敷層101(典型的是一個(gè)軟硅樹脂或者樹脂)所覆蓋，以允許光纖光柵隨著溫度進(jìn)行膨脹而不會(huì)對(duì)光纖光柵產(chǎn)生張力?？梢允褂迷擃I(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員眾所周知的任何方法來形成光纖光柵102，例如在US 4,725,110或者在EP 0 730 172 A1中所公開的方法。這個(gè)光纖光柵102被用張力繞在一個(gè)體111上，所述體111包括兩個(gè)半心軸103。在沿軸b109的區(qū)域中，這兩個(gè)半心軸103沒有相互接觸。在這兩個(gè)半心軸之間的空間是幾個(gè)毫米。這兩個(gè)半心軸103的材料可以是硅或者其它材料。這兩個(gè)半心軸103的熱膨脹必須盡可能地與光纖光柵的熱膨脹接近。應(yīng)理解，體111可能不僅包括兩個(gè)半心軸103，也可以包括數(shù)量很多的這種半心軸或者其它合適的幾何結(jié)構(gòu)，只要他們是對(duì)稱的并且他們的數(shù)目是偶數(shù)。
另外，第一熱膨脹組件107和第二熱膨脹組件105，稱作“放大組件”被使用任何傳統(tǒng)的方式固定在所述體111的內(nèi)部。第一熱膨脹組件107具有一個(gè)橢圓的結(jié)構(gòu)，并且在接觸區(qū)域104與沿軸a108的半心軸103相互接觸。橢圓形第一熱膨脹組件107的材料具有較低的熱膨脹系數(shù)。例如，橢圓形第一熱膨脹組件107的材料是Invar或者其它Zerodur或者ULE。Invar的熱膨脹系數(shù)典型的是10.10-7。
第二熱膨脹組件105也被稱作“弦拉”。這個(gè)“弦拉”105被壓縮地安裝在橢圓形第一熱膨脹組件107的內(nèi)部。這個(gè)“弦拉”可以是一個(gè)無源裝置，即其結(jié)構(gòu)沒有外部提供或者沒有有源裝置。一個(gè)無源裝置是一個(gè)部件，其結(jié)構(gòu)可以改變而不需要外部提供。一個(gè)有源裝置是一個(gè)部件，其結(jié)構(gòu)隨一個(gè)外部提供而改變。在一個(gè)無源裝置的情形下，這個(gè)弦拉的熱膨脹系數(shù)TEC就必須被考慮。典型地，熱膨脹系數(shù)TEC的值是200.10-7。在一個(gè)有源裝置的情形下，這個(gè)熱膨脹系數(shù)TEC不是一個(gè)決定因素。例如，有源裝置是一個(gè)壓電激勵(lì)器或者其它裝置。
下面，將參考替代的“無源”和“有源”弦拉105來解釋根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備的功能。
1、無源弦拉105如果溫度增加，“弦拉”105的長度就沿軸b109增加。在這個(gè)情形下，橢圓形第一熱膨脹組件107沿軸a108的長度就被縮短?！跋依?05將膨脹得比橢圓形第一熱膨脹組件107大，這是因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)的差異。短軸109(b)拉伸而橢圓形第一熱膨脹組件107的長軸108(a)被壓縮，這兩個(gè)半心軸103將在區(qū)域106中進(jìn)行相互接觸。前面已經(jīng)在圍繞這兩個(gè)半心軸103牽引下被放置的光纖光柵102就被壓縮。當(dāng)溫度降低時(shí)，就出現(xiàn)相反的情形。
2、有源弦拉105(壓電激勵(lì)器)在這個(gè)情形下，弦拉105是壓電激勵(lì)器。通過改變被施加到該壓電激勵(lì)器上的電壓，這個(gè)壓電激勵(lì)器的長度，由此弦拉105的長度可以被改變，從而改變?cè)谶@兩個(gè)半心軸103之間的區(qū)域106中的距離。這導(dǎo)致對(duì)被圍繞在這兩個(gè)半心軸103上的光纖光柵102的牽引被改變，這樣就改變了光纖光柵102的波長。這個(gè)封裝，即，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備100的整個(gè)建立允許調(diào)節(jié)光纖光柵102的頻譜規(guī)格，特別是波長?？梢院线m地選擇壓電激勵(lì)器的材料來使這個(gè)封裝是可調(diào)節(jié)的并且是無熱的。封裝的規(guī)定直徑大約是60毫米。也可以使用更小的直徑，這取決于光纖的彎曲損耗。
圖2顯示了溫度補(bǔ)償設(shè)備200沿圖1線A-A的一個(gè)剖面圖。光纖光柵202被以連接的回圈圍繞在半心軸203上，并且具有一個(gè)光滑的涂敷層202(典型的是一個(gè)軟硅樹脂或者其它材料)，以允許光纖光柵隨溫度進(jìn)行膨脹而不會(huì)對(duì)光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變。在光纖光柵202的每一個(gè)頂點(diǎn)206上，例如，它被膠或者黃銅焊錫或者該領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員眾所周知的其它裝置所固定。被固定在這個(gè)體的內(nèi)部，被兩個(gè)半心軸103所形成，這個(gè)空的、圓形的或者橢圓的第一熱膨脹組件107包含第二熱膨脹組件105。關(guān)于其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，見圖1。
下面，詳細(xì)描述本發(fā)明的工作原理。
如上面所總結(jié)的，這個(gè)原理在于一個(gè)光纖布拉格光柵的物理光學(xué)特性被溫度和形變所影響。
為了補(bǔ)償這個(gè)影響，根據(jù)本發(fā)明的無熱封裝必須滿足下面的條件dλ/dT≈0。
其中λ是波長，而T是溫度，單位為℃。
一個(gè)布拉格光柵濾波器的熱靈敏度的典型值是dλ/dT＝10pm/℃。
一個(gè)布拉格光柵濾波器的形變靈敏度的典型值是dλ/dε＝1.2pm/μdef。
其中dε是應(yīng)變的改變，而μdef是ΔL/L，并在10-6的數(shù)量級(jí)。
一個(gè)光纖中的布拉格光柵濾波器的熱變化可以通過下面的方程，使用根據(jù)本發(fā)明的封裝而施加的一個(gè)機(jī)械形變來機(jī)械補(bǔ)償dε/dT＝-8.3μdef/℃。
考慮到熱靈敏度和形變靈敏度，這個(gè)封裝必須具有一個(gè)線性差異膨脹系數(shù)α≈-8.3×10-6/℃。
布拉格光柵的熱靈敏度和形變靈敏度的另一個(gè)值也可以被用于無熱封裝。
權(quán)利要求
1.用于補(bǔ)償一個(gè)光纖的一個(gè)光纖光柵的一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述設(shè)備包括其形狀基本上是圓柱的一個(gè)體，并且其中這個(gè)光纖光柵被繞在所述體上，由此所述體的尺寸根據(jù)溫度的變化而改變。
2.如權(quán)利要求1的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中包括熱膨脹系數(shù)為第一膨脹系數(shù)的材料的第一熱膨脹組件和包括熱膨脹系數(shù)為第二膨脹系數(shù)的材料的第二熱膨脹組件被放置在所述體內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第一熱膨脹組件被固定到所述體的內(nèi)部來形成一個(gè)接觸區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第一熱膨脹組件具有一個(gè)橢圓的形狀。
5.如權(quán)利要求3的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第一熱膨脹組件是空的。
6.如權(quán)利要求5的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第二熱膨脹組件被放置在所述第一熱膨脹組件的內(nèi)部。
7.如權(quán)利要求6的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第二熱膨脹組件被沿所述第一熱膨脹組件的內(nèi)部短軸放置。
8.如權(quán)利要求1的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述體包括n個(gè)對(duì)稱的部件，這n個(gè)對(duì)稱的部件被隔開一段距離并且其中n是偶數(shù)。
9.如權(quán)利要求1的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第一和所述第二熱膨脹組件的熱膨脹系數(shù)基本上是類線性的。
10.如權(quán)利要求1的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第一熱膨脹組件的熱膨脹系數(shù)比所述第二熱膨脹組件的熱膨脹系數(shù)小。
11.如權(quán)利要求10的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述第二熱膨脹組件包括一個(gè)壓電材料。
12.如權(quán)利要求1的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其中所述體包括具有一個(gè)負(fù)的熱膨脹系數(shù)的一個(gè)材料。
13.如前面權(quán)利要求中任何一個(gè)的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備，其特征在于一個(gè)硅樹脂層被放置在光纖光柵和所述體之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于補(bǔ)償一個(gè)光纖的一個(gè)預(yù)應(yīng)變光纖光柵的一個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備,其中所述設(shè)備包括其形狀基本上是圓柱的一個(gè)體,并且其中這個(gè)光纖光柵被繞在所述體上,由此所述體的尺寸根據(jù)溫度的變化而改變。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)溫度補(bǔ)償設(shè)備是無熱的,并且允許調(diào)節(jié)光纖光柵的波長。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1388392SQ02118098
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月23日
發(fā)明者讓－雅克·格林, 伊薩貝勒·廉特, 沃羅尼克·沃德拉格 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司