專利名稱：一種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖光柵技術(shù)，特別涉及一種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵。
背景技術(shù)：
光纖光柵是一種新型的光無源器件，具有波長選擇性好、體積小、易于與光纖系統(tǒng)兼容等優(yōu)點(diǎn)。光纖光柵技術(shù)對光纖通信、光纖傳感器和光學(xué)信號處理等光纖領(lǐng)域起著重要作用。目前，在傳感領(lǐng)域，光纖光柵可用來檢測諸如溫度和壓力等參數(shù)。在光通信系統(tǒng)中，光纖光柵可以用于光纖激光器，上/下話路復(fù)用器，濾波器等?？梢?，光纖光柵具有廣泛的應(yīng)用價值，但是，在光通信領(lǐng)域中的應(yīng)用必須以其工作波長性能穩(wěn)定為前提。
按照光纖光柵的折射率周期分布，可將光纖光柵分為Bragg光纖光柵、啁啾(chirp)光纖光柵和長周期光纖光柵等。光纖光柵根據(jù)其不同的特性可制作成性能優(yōu)良的光纖激光器、密集波分復(fù)用(DWDM)中的復(fù)用/解復(fù)用器、光分插復(fù)用器以及波長變換器、光柵路由器、色散補(bǔ)償器和增益平坦等，在光纖通信系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用。光纖光柵有其自身的優(yōu)勢附加損耗小、體積小、能與光纖很好地耦合、可與其它光纖器件兼容成一體、不受環(huán)境塵埃影響等。然而，由于光纖光柵體積小，容易斷，且光纖光柵的中心波長隨著所處環(huán)境溫度的起伏易發(fā)生漂移，不易直接用于密集波分復(fù)用(DWDM)通信系統(tǒng)，從而限制了其在光纖通信系統(tǒng)中更廣泛的應(yīng)用。
光纖光柵波長漂移幅度與溫度變化幅度在一定范圍內(nèi)近似呈線性關(guān)系當(dāng)溫度升高時，由于光纖材料的熱光效應(yīng)，光纖光柵的折射率會增加，由于熱脹效應(yīng)，光柵周期也會增長，從而使中心波長向長波長方向漂移；同理，當(dāng)溫度降低時，中心波長將向短波長方向漂移。
光纖光柵還具有應(yīng)變特性，即光纖光柵的中心波長隨應(yīng)力的變化而變化，這種變化的漂移幅度與應(yīng)力變化也近似呈線性關(guān)系應(yīng)力變大使中心波長向長波長方向漂移；應(yīng)力變小，中心波長將向短波長方向漂移。
這里應(yīng)力變化包括兩方面一方面是由于光柵介質(zhì)受應(yīng)力作用而引起折射率的變化，這種現(xiàn)象為彈光效應(yīng)；另一方面介質(zhì)受應(yīng)力作用其微觀質(zhì)點(diǎn)將發(fā)生位移，亦即改變了光柵的周期，總的作用結(jié)果使光柵的中心波長漂移。
為了保證光纖光柵的中心波長不變，可以使用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽饫w光柵進(jìn)行封裝。其中，有一種光纖光柵的封裝裝置，即采用了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽饫w光柵進(jìn)行封裝。該裝置采用的技術(shù)方案是一種光纖光柵的封裝裝置，包括光纖光柵、封裝材料，所述的封裝材料由具有電致或磁致伸縮特性的材料構(gòu)成，所述的光纖光柵固定于封裝材料表面對其進(jìn)行溫度補(bǔ)償與調(diào)諧。該裝置是將光纖光柵用膠合劑固定在柱狀體的壓電陶瓷外部，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，通過改變壓電陶瓷輸出端電壓來改變柱狀體外徑，從而改變光纖光柵的張力，以達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?br> 該裝置采用的溫度補(bǔ)償方式是利用溫補(bǔ)材料電致伸縮的特性，其是有源器件，工藝較復(fù)雜，且將光柵固定在封裝材料之外，在搬運(yùn)過程中容易損壞，成本較高。
實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵，該光纖光柵能夠保證在外界環(huán)境變化時，光纖光柵本體的中心波長基本不變，且屬于無源器件，工藝簡單，成本低廉。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵，包含光纖光柵本體和封裝裝置，所述的封裝裝置包括用負(fù)溫度膨脹系數(shù)材料制作的封裝襯底；該封裝襯底表面開有槽，被拉緊的光纖光柵本體固定在該槽中。
所述的封裝襯底材料的負(fù)溫度膨脹系數(shù)可以為-70×10-7/K。該封裝襯底可以為陶瓷材料封裝襯底。
所述光纖光柵本體兩端的光纖可以通過膠固定在封裝襯底表面的槽中。
所述的封裝裝置可以進(jìn)一步包含封裝外殼，包裹在封裝襯底不固定光纖光柵本體的外表面。
所述的封裝裝置可以進(jìn)一步包含封裝蓋板，覆蓋在封裝襯底固定光纖光柵本體的表面上，并與封裝外殼相連。
所述的封裝蓋板邊緣可以設(shè)有封裝連接柱；所述的封裝外殼邊緣可以設(shè)有封裝連接孔，封裝蓋板的封裝連接柱插在封裝外殼的封裝連接孔中。
所述的封裝蓋板可以開光纖槽，光纖槽的位置與封裝襯底上固定光纖光柵本體的位置上、下對應(yīng)。
所述的封裝外殼和封裝蓋板材料為在高低溫下性質(zhì)穩(wěn)定且易加工的材料，可以為鋁合金材料外殼和鋁合金材料蓋板。
所述的封裝裝置可以進(jìn)一步包含隔振層，位于光纖光柵本體的封裝襯底與封裝外殼之間，包裹在封裝襯底不固定光纖光柵本體的外表面，且隔振層的長度與封裝襯底的長度相同。該隔振層為在高低溫下性質(zhì)穩(wěn)定并具有一定彈性的材料，可以為橡膠皮層。
所述的封裝裝置可以進(jìn)一步包含受熱收縮的熱縮管，包裹在位于隔振層外的封裝外殼上的光纖外面，并伸出封裝外殼；且隔振層外的封裝外殼上可以開有放置熱縮管的槽。該熱縮管可以是受熱收縮的塑料管。
由上述的技術(shù)方案可見，本實(shí)用新型的這種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵，是用負(fù)溫度膨脹系數(shù)材料的熱縮冷脹特性來補(bǔ)償光纖光柵的熱脹冷縮，本實(shí)用新型為無源器件，可補(bǔ)償?shù)臏囟确秶^大，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，便于控制，且易于加工，成本低廉，便于批量生產(chǎn)和運(yùn)輸。


圖1為本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例的用負(fù)溫度膨脹系數(shù)封裝材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)俯視圖；圖3為圖1所示實(shí)施例的封裝蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1所示實(shí)施例的封裝蓋板的結(jié)構(gòu)仰視圖；圖5為圖1所示實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型用負(fù)溫度膨脹系數(shù)封裝材料進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將光纖光柵本體整體固定在該材料上。如圖1所示，圖1為本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例的用負(fù)溫度膨脹系數(shù)封裝材料結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的負(fù)溫度膨脹系數(shù)封裝材料，采用了一種膨脹系數(shù)為-70×10-7/K的陶瓷塊，將該材料燒結(jié)成3×3×70(mm)3的長方塊4，當(dāng)然也可以是圓柱體或其他形狀外型，只要求它的長度能夠放置一段光纖光柵本體即可，并在一面開槽10便于放置光纖光柵本體1。對光纖光柵本體施加一定的拉力后，將光纖光柵本體兩端的光纖用膠粘在開槽的著膠點(diǎn)7上，使得整個光纖光柵本體固定于該陶瓷塊上，拉力的大小根據(jù)補(bǔ)償溫度的需要而決定，以達(dá)到溫補(bǔ)效果。本實(shí)用新型采用的膠，可以保證將光纖牢固地粘合在開槽中，且能夠保證在高低溫時膠的各項(xiàng)指標(biāo)不發(fā)生變化。本實(shí)施例采用航空膠，也可以是能夠滿足上述條件的其他膠。
當(dāng)環(huán)境溫度上升時，光纖光柵的體積膨脹，由于熱膨脹引起的彈光效應(yīng)使光纖光柵的折射率和周期都增大，而該陶瓷塊的負(fù)溫度膨脹效應(yīng)會使光纖光柵隨溫度升高而體積縮小，這使二者的作用互相抵消，故起到了補(bǔ)償光纖光柵熱膨脹的作用，從而使光纖光柵的中心波長基本不變。相反，當(dāng)環(huán)境溫度降低時，光纖光柵體積收縮，而該陶瓷塊的負(fù)溫度膨脹效應(yīng)使光纖光柵的體積膨脹補(bǔ)償了光纖光柵的體積收縮，結(jié)果也使得光纖光柵的中心波長基本不變。
圖1所示實(shí)施例的具體封裝結(jié)構(gòu)參見圖2～圖5，圖2為圖1所示實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)俯視圖，圖3為圖1所示實(shí)施例的封裝蓋板結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為圖1所示實(shí)施例的封裝蓋板的結(jié)構(gòu)仰視圖，圖5為圖1所示實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
如圖2所示，光纖光柵本體1兩端的光纖在著膠點(diǎn)7用膠粘在陶瓷塊4的開槽內(nèi)，使得光纖光柵本體1固定在陶瓷塊4上，再將陶瓷塊4另外三面用橡膠皮層3包裹后放置于封裝外殼2中，橡膠皮層3起到一定的隔振作用，也可以用其他軟制材料代替橡膠皮層3，但該材料在高低溫時應(yīng)保持性能穩(wěn)定且具有彈性。該封裝外殼2是用在高低溫下性質(zhì)穩(wěn)定且易加工的材料制作的，本實(shí)施例采用鋁合金材料制作，該材料強(qiáng)度比塑料硬，重量比鋼鐵輕，便于加工。
為了使光纖光柵攜帶更加方便，本實(shí)施例為其安裝了封裝蓋板，如圖3、圖4所示，封裝蓋板8的下面邊緣位置設(shè)置了連接柱91，同樣，如圖2所示，在封裝外殼2相應(yīng)的位置設(shè)置了連接孔92。這樣，將封裝蓋板8的連接柱91涂上膠插入到封裝外殼2的連接孔92中，就可以將光纖光柵本體1整個被包裹在封裝裝置里，保證了它的安全性，該封裝蓋板8也可以為鋁合金材料。
其中，封裝蓋板8還可以在陶瓷塊4放置光纖光柵本體1對應(yīng)的位置，也就是陶瓷塊4開槽的對應(yīng)位置，開一個光纖槽，防止光纖光柵本體與封裝蓋板8直接接觸。當(dāng)然，這樣就增加了加工工序，并不是必須的。
由于光纖光柵1兩端的光纖在光纖光柵1的制作過程中經(jīng)過了紫外光的照射，非常脆，極易折斷。所以，將這兩段光纖用熱縮管5來包裹，如圖2所示，熱縮管5位于橡膠皮層3外的封裝外殼2上，并且伸出封裝外殼。這樣，光纖與封裝外殼2的邊緣隔離開，從而更好的保證了光纖光柵1的完整性。熱縮管由受熱收縮的材料制成，本實(shí)施例采用了受熱收縮的塑料管。圖2中6示意的是與光纖相連的帶有包層的光纖，可以通過它將本光纖光柵連接到應(yīng)用系統(tǒng)中。
如圖5所示，在封裝外殼2上熱縮管5的位置也開槽，熱縮管5放置在槽內(nèi)，使得光纖光柵本體1保持水平，更好地防止光纖折斷。
本實(shí)用新型是用負(fù)溫度膨脹系數(shù)材料的熱縮冷脹特性來補(bǔ)償光纖光柵的熱脹冷縮，該實(shí)用新型屬于無源器件，可補(bǔ)償?shù)臏囟确秶^大，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，便于控制。封裝外殼可以使光纖光柵和陶瓷材料同外界環(huán)境相隔離，避免了一定強(qiáng)度的振動和水氣及其他有害物質(zhì)的侵蝕，保證了光纖光柵性能的穩(wěn)定性和可靠性，同時防止了材質(zhì)較脆的陶瓷材料的損壞，確保了光纖光柵的溫度補(bǔ)償。該封裝外殼結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，成本低廉，便于批量生產(chǎn)和運(yùn)輸。
權(quán)利要求1.一種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵，包含光纖光柵本體和封裝裝置，其特征在于所述的封裝裝置包括用負(fù)溫度膨脹系數(shù)材料制作的封裝襯底；該封裝襯底表面開有槽，被拉緊的光纖光柵本體固定在該槽中。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝襯底材料的負(fù)溫度膨脹系數(shù)為-70×10-7/K。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝襯底為陶瓷材料封裝襯底。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵，其特征在于所述光纖光柵本體兩端的光纖通過膠固定在封裝襯底表面的槽中。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝裝置進(jìn)一步包含封裝外殼，包裹在封裝襯底不固定光纖光柵本體的外表面。
6.如權(quán)利要求5所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝裝置進(jìn)一步包含封裝蓋板，覆蓋在封裝襯底固定光纖光柵本體的表面上，并與封裝外殼相連。
7.如權(quán)利要求6所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝蓋板邊緣設(shè)有封裝連接柱；所述的封裝外殼邊緣設(shè)有封裝連接孔；封裝蓋板的封裝連接柱插在封裝外殼的封裝連接孔中。
8.如權(quán)利要求7所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝蓋板開有光纖槽，光纖槽的位置與封裝襯底上固定光纖光柵本體的位置上、下對應(yīng)。
9.如權(quán)利要求6、7或8所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝外殼為鋁合金材料外殼；所述的封裝蓋板為鋁合金材料蓋板。
10.如權(quán)利要求5或6所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝裝置進(jìn)一步包含隔振層，位于光纖光柵本體的封裝襯底與封裝外殼之間，包裹在封裝襯底不固定光纖光柵本體的外表面，且隔振層的長度與封裝襯底的長度相同。
11.如權(quán)利要求10所述的光纖光柵，其特征在于所述的隔振層為受冷熱性質(zhì)均不變化的彈性材料層；該彈性材料為橡膠。
12.如權(quán)利要求10所述的光纖光柵，其特征在于所述的封裝裝置進(jìn)一步包含受熱收縮的熱縮管，包裹在位于隔振層外的封裝外殼上的光纖外面，并伸出封裝外殼；且隔振層外的封裝外殼上開有放置熱縮管的槽。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵，包含光纖光柵本體和封裝裝置，所述的封裝裝置包括用負(fù)溫度膨脹系數(shù)材料制作的封裝襯底；該封裝襯底表面開有槽，被拉緊的光纖光柵本體固定在該槽中。本實(shí)用新型的這種保證波長穩(wěn)定性的光纖光柵，是用負(fù)溫度膨脹系數(shù)材料的熱縮冷脹特性來補(bǔ)償光纖光柵的熱脹冷縮，本實(shí)用新型為無源器件，可補(bǔ)償?shù)臏囟确秶^大，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，便于控制，且易于加工，成本低廉，便于批量生產(chǎn)和運(yùn)輸。
文檔編號H04J14/02GK2622721SQ0323678
公開日2004年6月30日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者余重秀, 王葵如, 王星, 于志輝, 陳卓 申請人:北京郵電大學(xué)