专利名称：温度补偿组件及采用其的无热型阵列波导光栅的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤通信领域的阵列波导光栅，特别涉及一种温度补偿组件及采用其的无热型阵列波导光栅。
背景技术：
阵列波导光栅是对操作温度变化会表现出波长选择敏感性的光通信器件，因此，传统的恒温式阵列波导光栅采用外部电源进行温度控制，从而保持芯片在一定的温度下工作来获得稳定的工作波长。现阶段光通信网络，尤其无源光网络的迅猛发展，对温度不敏感型，即无热型阵列波导光栅的需求日益增多。 目前应用比较广的方式是机械补偿和应力补偿。其中机械补偿主要是利用不同金属材料的热膨胀系数不同，利用金属的膨胀和收缩来驱动输入/输出端光纤位置移动或是平板波导区域的偏移，这种补偿方式的缺点是有移动部件暴露在外，无法实现密封封装，产品经受不起长时间的高温高湿条件考验，给产品的应用带来隐患和限制；同时，这种补偿方式的生产工艺流程也比较复杂，合格率低，不易返工，成本高，这些问题不利于这类产品的广泛应用，也无法彻底取代目前广泛应用的带有外部电源进行温度控制的所谓“有热”AWG;应力补偿方式采用不同膨胀系数的金属板或双金属片，把AWG直接粘接在金属板或双金属片上，利用其温度变化下产生的应力作用来实现补偿，缺点是补偿效果不理想，可能会导致产品性能劣化，工艺不容易控制，产品生产困难。其他的无热型阵列波导光栅还有波导嵌入式补偿、负热光系数混合包层材料补偿等方式，但也都存在一些弊端因此没有达到广泛的应用。
发明内容针对机械补偿和应力补偿中存在的移动部件暴露在外，难以长时间经受高温高湿条件以及合格率低、成本高的缺陷，本实用新型提出一种用于阵列波导光栅的温度补偿组件，包括一密封管将光纤、双金属片、自聚焦透镜封装在内，所述双金属片由两片热膨胀系数不同的金属片叠合而成，所述光纤的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管内，用毛细管将密封管内部分光纤固定在所述双金属片上，所述自聚焦透镜放置在双金属片的后端；所述温度补偿组件用胶粘在输入平板波导的输入端。在本实用新型的一个实施例中，所述双金属片具有主动层和被动层，所述主动层和被动层的两端固定。在本实用新型的一个实施例中，所述密闭管的前后两端分别为开口端和自聚焦透镜端；其中开口端开设有活动开口供光纤、双金属片和自聚焦透镜置入，自聚焦透镜端为透明质底部，从光纤输入的光信号经过自聚焦透镜聚焦后从透明质底部输出。在本实用新型的一个实施例中，所述处于密闭管内的光纤的两端绑定在双金属片的两端，其中靠近开口端的双金属片和光纤固定在密闭管的开口处，双金属片和光纤靠近自聚焦透镜的一端处于悬空状态。[0009]在本实用新型的一个实施例中，所述密闭管的外壁包括陶瓷外壁和玻璃外壁。[0010]在本实用新型的一个实施例中，所述双金属片的长度为10_20mm之间。在本实用新型的一个实施例中，所述双金属片的长度为15mm。在本实用新型的一个实施例中，所述自聚焦透镜处于密闭管内的透明质底部和光纤末端之间，自聚焦透镜的长度根据光信号的特性以及自聚焦透镜的材质不同而选取。在本实用新型的一个实施例中，所述自聚焦透镜为0. 5节距。本实用新型还公开了一种采用上述温度补偿组件的无热型阵列波导光栅，包括输入平板波导、输出平板波导、阵列波导区，其特征在于，所述无热型阵列波导光栅还包括一温度补偿组件放置在输入平板波导之前，所述温度补偿组件包括一密封管将光纤、双金属片、自聚焦透镜封装在内，所述双金属片由两片热膨胀系数不同的金属片叠合而成，所述光纤的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管内，用毛细管将密封管内部分光纤固定在所述双金属片上，所述自聚焦透镜放置在双金属片的后端；所述温度补偿组件用胶粘在输入平板波导的输入端。本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅，能经受高温高湿的工作环境，性能稳定,适合大规模集成生产,合格率高,成本低等优点。
图I是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅的结构示意图。图2是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅在正常工作温度下光信号的走向示意图。图3是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅在实际温度高于正常工作温度下光信号的走向示意图。图4是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅在实际温度低于正常工作温度下光信号的走向示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本实用新型最佳实施例。如图I所示，是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅100的结构示意图。无热型阵列波导光栅100包括输入平板波导101、输出平板波导102、阵列波导区103，以及一温度补偿组件104用胶粘在输入平板波导101的输入端之前。温度补偿组件104包括一密封管1041将光纤1042、双金属片1043、自聚焦透镜1044封装在内。密闭管1041的前后两端分别为开口端1046和自聚焦透镜端1047，开口端1046开设有活动开口供光纤1042、双金属片1043和自聚焦透镜1044置入，自聚焦透镜端1047具有透明质底部。如图I所示，光纤1042的一部分在密封管1041外，一部分在密封管1041内，用毛细管1045将密封管1041内的光纤1042与双金属片1043固定在一起，自聚焦透镜1044放置在双金属片1043的后端，从光纤1042输入的光信号经过自聚焦透镜1044聚焦后从透明质底部输出。处于密闭管1041内的光纤1042的两端绑定在双金属片1043的两端,其中靠近开口端1046的双金属片1043和光纤1042固定在密闭管1041的开口处，双金属片1043和光纤1042靠近自聚焦透镜1044的一端处于悬空状态。双金属片1043由两片热膨胀系数不同的金属片叠合而成，分为主动层和被动层，主动层和被动层的两端固定，随着温度的变化，两片金属片的形变程度不同，因此双金属片1043的中间会向上或向下产生弯曲并带动绑在其上的光纤1042产生向上或向下弯曲，从而改变从光纤1042输出的光信号进入自聚焦透镜1044的位置，同样也改变了从自聚焦透镜1044聚焦后输出的光信号到达输入平板波导的入射点。为了实现不同的热膨胀系数，主动层和被动层采用不同的材料，例如，主动层成分Ni20%、Mn6%、其余为铁，其热膨胀系数在-40 100 ° C内大约20 X 10~-6/° C ;而被动层采用Ni36%、其余为铁，其热膨胀系数为2x 10~-6/° C，通过对主动层和被动层选取合适的厚度可以得到合适的比弯曲系数，例如我们可以选取比弯曲系数为0.002，主动层与被动层的厚度和为1_。如果我们将双金属片1043的长度选取为15mm(即15000um)，那么温度每一度的变化，双金属片1043的端部弯曲位移大约为15 X 0. 002/100 (mm)= 0.3 um,这样的位移配合阵列波导光栅100 的适当设计就可以用来补偿温度变化引起的波长漂移。根据阵列波导光栅100的特性，经由输入平板波导101不同入射点进入阵列波导光栅100的同一复合光信号，经过阵列波导光栅100的衍射和聚焦后，从输出平板波导102得到多个不同的光信号。同样，因为工作温度的变化，阵列波导光栅100的输入平板波导101、输出平板波导102、阵列波导区103等各个部分的参数产生变化，同一复合光信号在不同的工作温度下输出的光信号也会不同，本实用新型通过在不同的工作温度下，改变光信号的入射点，抵消由于阵列波导光栅100本身随着温度变化导致的从同一入射点输入的光信号在不同工作温度下输出不同的光信号变化。下面的图2，图3，图4分别解释了当温度变化时，双金属片1041的变化带动光纤1042的变化，从而使得光信号经过温度补偿组件104进行温度补偿后，入射到输入平板波导101后，改变光信号的入射点从而达到温度补偿的目的。图2是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅100在正常工作温度下光信号的走向示意图。在正常工作温度下，双金属片1043的主动层和被动层形变程度相同，因此，主动层和被动层平行放置，绑定在双金属片1043上光纤1042也没有形变，从光纤1042输出的光信号到达自聚焦透镜1044上的A点，经过自聚焦透镜1044聚焦后，从X点输出。图3是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅100在实际温度高于正常工作温度下光信号的走向示意图。在工作温度较高的情况下，双金属片1043的主动层形变程度大于被动层的形变程度，在本实施方式中，主动层放置在被动层平行下方，主动层的由于温度升高带来的形变长度大于被动层的形变长度，又由于主动层和被动层的两端固定在一起，因此，长度不相同的主动层和被动层就形成了如图3中所示的中间向下凹入的形状，绑定在双金属片1043上光纤1042也发生相应的形变,从而从光纤1042输出的光信号到达自聚焦透镜1044上的B点，B点的位置稍稍低于正常工作温度下的A点，经过自聚焦透镜1044聚焦后，从I点输出。图4是本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅在实际温度低于正常工作温度下光信号的走向示意图。在工作温度较高的情况下，双金属片1043的主动层形变程度小于被动层的形变程度，由于主动层放置在被动层平行下方，主动层的由于温度下降带来的形变长度小于被动层的形变长度，又由于主动层和被动层的两端固定在一起，因此，长度不相同的主动层和被动层就形成了如图4中所示的中间向上凸起的形状，绑定在双金属片1043上光纤1042也发生相应的形变，从而从光纤1042输出的光信号到达自聚焦透镜1044上的C点，C点的位置稍稍高于正常工作温度下的A点，经过自聚焦透镜1044聚焦后，从Z点输出。由于温度补偿组件104是胶粘在输入平板波导101上，因此，光信号从自聚焦透镜1044输出的位置改变，就是改变了光信号到达输入平板波导101的入射点。当然，由于温度上升或下降给双金属片1043带来的形变远没有图2、图3和图4中所展示这么大的幅度，本实施方式所画的图只是为了清楚阐述本实用新型所阐述的宗旨而将形变的程度放大，并非本实施方式实际产生的变化。在实际的应用中，密闭管1041的外壁可以选取陶瓷外壁或者玻璃外壁，只要保证 密闭管1041具有透明质地的底部。双金属片1043的长度根据阵列波导光栅100的温度特性以及金属片对温度的形变系数的计算可以得出选取不同的长度。如果主动片的形变大，就可以选择短一点的双金属片，反之亦然，一般来说，10-20_的双金属片就可以满足需要。在本实施方式中，选取15mm的双金属片。另外，根据具体的工作光信号的特性，0. 5节距的的自聚焦透镜1044的长度也会略有不同。
权利要求1.一种用于阵列波导光栅的温度补偿组件，其特征在于，所述温度补偿组件包括ー密封管将光纤、双金属片、自聚焦透镜封装在内，所述双金属片由两片热膨胀系数不同的金属片叠合而成，所述光纤的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管内，用毛细管将密封管内部分光纤固定在所述双金属片上，所述自聚焦透镜放置在双金属片的后端；所述温度补偿组件用胶粘在输入平板波导的输入端。
2.如权利要求I所述的温度补偿组件，其特征在于，所述双金属片具有主动层和被动层，所述主动层和被动层的两端固定。
3.如权利要求2所述的温度补偿组件，其特征在于，所述密闭管的前后两端分别为开ロ 端和自聚焦透镜端；其中开ロ端开设有活动开口供光纤、双金属片和自聚焦透镜置入，自聚焦透镜端为透明质底部，从光纤输入的光信号经过自聚焦透镜聚焦后从透明质底部输出。
4.如权利要求3所述的温度补偿组件，其特征在于，所述处于密闭管内的光纤的两端绑定在双金属片的两端，其中靠近开ロ端的双金属片和光纤固定在密闭管的开ロ处，双金属片和光纤靠近自聚焦透镜的一端处于悬空状态。
5.如权利要求4所述的温度补偿组件，其特征在干，所述密闭管的外壁包括陶瓷外壁和玻璃外壁。
6.如权利要求4所述的温度补偿组件，其特征在于，所述双金属片的长度为10-20mm之间。
7.如权利要求6所述的温度补偿组件，其特征在于，所述双金属片的长度为15mm。
8.如权利要求4所述的温度补偿组件，其特征在于，所述自聚焦透镜处于密闭管内的透明质底部和光纤末端之间，自聚焦透镜的长度根据光信号的特性以及自聚焦透镜的材质不同而选取。
9.如权利要求8所述的温度补偿组件，其特征在于，所述自聚焦透镜为0.5节距。
10.一种采用如权利要求I所述的温度补偿组件的无热型阵列波导光栅，包括输入平板波导、输出平板波导、阵列波导区，其特征在于，所述无热型阵列波导光栅还包括一温度补偿组件放置在输入平板波导之前，所述温度补偿组件包括一密封管将光纤、双金属片、自聚焦透镜封装在内，所述双金属片由两片热膨胀系数不同的金属片叠合而成，所述光纤的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管内，用毛细管将密封管内部分光纤固定在所述双金属片上，所述自聚焦透镜放置在双金属片的后端；所述温度补偿组件用胶粘在输入平板波导的输入端。
专利摘要本实用新型提出了一种无热型阵列波导光栅，包括输入平板波导、输出平板波导、阵列波导区和温度补偿组件放置在输入平板波导之前。温度补偿组件包括一密封管将光纤、双金属片、自聚焦透镜封装在内，双金属片由两片热膨胀系数不同的金属片叠合而成，光纤的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管内，用毛细管将密封管内部分光纤固定在所述双金属片上，自聚焦透镜放置在双金属片的后端，温度补偿组件用胶粘在输入平板波导的输入端。本实用新型所揭露的无热式阵列波导光栅，能经受高温高湿的工作环境，性能稳定，适合大规模集成生产，合格率高，成本低等优点。
文档编号G02B6/12GK202404276SQ20112039669
公开日2012年8月29日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者陈贵明 申请人:深圳新飞通光电子技术有限公司