提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的装置的制作方法

本公开涉及光纤光栅技术领域，尤其涉及一种提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的装置。

背景技术：

近年来光纤光栅技术迅猛发展，性能不断提高，应用越来越广泛。由于其体积小、易于集成，可全光纤化、使用方便等优点，广泛应用于光纤激光器腔镜、超快激光器展宽器、半导体激光器反射镜等应用领域，这些应用领域对光纤光栅的中心波长稳定性要求很高。一般来说，光纤光栅对于温度和应力都非常敏感，而光纤光栅在激光器的工作过程中又会产生大量的热，使光纤光栅的中心波长产生漂移，从而使激光器的输出波长漂移，出现波长不稳定现象，这种现象会严重地劣化激光器的性能。因此，有必要采取一定的技术手段提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性，所以对相关的解决方法与装置进行研究具有重要的意义。

想要提升光纤光栅中心波长稳定性，最为有效的方式是对光纤光栅进行封装，通常是采用将光纤光栅的两端通过固化工艺固定在封装件的两端上，参见公告号为cn203859377u的中国实用新型专利，其基本原理是光纤穿过一根玻璃管，并通过两个固定点将光纤包含光纤光栅的部分与玻璃管固定，玻璃再固定于外套的金属管上，使用这种方式降低了外界温度对光纤光栅的影响。但由于无论金属还是玻璃，在温度上升时均会发生膨胀，这样其中光纤光栅的栅区长度就会随着所处温度的变化而改变，不仅无法改善光纤光栅在激光器工作时大量发热带来的温度致中心波长漂移现象，还引入了应力致光纤光栅中心波长漂移现象，最终会显著影响到激光器的波长稳定性，并不适用于激光器中的光纤光栅。

为了克服上述封装技术的缺点，崔一平等人提出了一种利用多组份金属结构进行光纤光栅封装的技术(参见公告号为cn2572422y的中国实用新型专利)，其基本原理是通过两个热膨胀系数差距数个量级的材料进行组合，并将光纤光栅的两端分别固定于两个不同的材料上，这样当整个器件的温度发生变化时，会通过两种材料不同热膨胀系统的相互作用，使光纤光栅栅区本身的长度保持稳定，减弱环境温度变化或自身发热导致封装件材料膨胀带来的应力致光纤光栅中心波长漂移，但这种封装技术无法消除温度带来的光纤光栅中心波长漂移，所以无法直接应用到激光器内。

因此，亟需开发一种提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的装置，该装置不仅需要有效降低光纤光栅工作时的自发热及环境温度变化带来的温度致光纤光栅中心波长漂移对光纤光栅的中心波长的影响，还要规避由于温度变化导致封装材料膨胀带来的应力致光纤光栅中心波长漂移对光纤光栅的中心波长的影响，从而提高激光器的波长稳定性。

技术实现要素：

本公开提供了一种提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的装置，其技术目的是该稳定性装置能有效降低光纤光栅工作时的自发热及环境温度变化带来的温度致光纤光栅中心波长漂移对光纤光栅的中心波长的影响，还要规避由于温度变化导致封装材料膨胀带来的应力致光纤光栅中心波长漂移对光纤光栅的中心波长的影响，从而提高激光器的波长稳定性。

本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的装置，包括外壳盒、散热片和盒盖，所述外壳盒为长方体，所述外壳盒包括底板、左右的短板和前后的长板，所述散热片设在所述底板上，所述盒盖盖在所述外壳盒上方开口处；

所述底板上方的两侧均设有凹槽，所述底板的四角处以及所述底板长边的中间位置处都设有螺孔柱，所述短板的中间位置处开设有通孔，所述短板和所述长板的连接处以及所述长板的四分之一位置处都设有第一螺纹孔；

所述散热片为长方形，所述散热片的中间设有与所述散热片的长边平行的中间凹槽，所述散热片的左右两侧都设有若干个长方形凹槽，所述中间凹槽与所述长方形凹槽连接，所述散热片的四角及其长边的中间位置处都设有第二螺纹孔。

进一步地，所述盒盖为长方形，所述盒盖的四角及其长边的四分之一位置处都设有第三螺纹孔。

进一步地，所述中间凹槽的截面为半圆形，所述中间凹槽的宽度等于光纤涂覆层的直径，所述中间凹槽的深度等于二分之一光纤涂覆层的直径。

进一步地，所述散热片的左侧和右侧分别设有3个且间隔超过3mm的所述长方形凹槽，所述长方形凹槽的宽度大于1mm。

进一步地，所述外壳盒的材质为铝。

进一步地，所述盒盖的材质为无氧铜。

进一步地，所述盒盖盖在所述外壳盒上后与所述散热片的距离为二分之一的光纤涂覆层直径。

本公开的有益效果在于：本实用新型使得光纤光栅工作时产生的热量，被均匀的传导到整个空间内，而温控源则根据需要均匀的调整整个空间的温度，从而使得激光器的工作过程中光纤光栅中心波长保持稳定，实现提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的效果。

附图说明

图1为外壳盒结构示意图；

图2为外壳盒俯视示意图；

图3为散热片结构示意图；

图4为盒盖结构示意图；

图中：100-外壳盒；200-散热片；300-盒盖；101-凹槽；102-通孔；103-螺孔柱；104-第一螺纹孔；105-安装孔；201-中间凹槽；202-长方形凹槽；203-第二螺纹孔；301-第三螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开技术方案进行详细说明。在本公开的描述中，需要理解的是，术语“底”、“左右”、“前后”、“上方”、“两侧”、“四角”、“中间”、“长边”、“四分之一”、“平行”、“二分之一”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

另外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，仅用来区分不同的组成部分。

同样，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实用新型所述的提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的装置包括外壳盒100、散热片200和盒盖300，散热片200设在外壳盒100的底部，盒盖300盖在外壳盒100上方的开口处。图1、图2为外壳盒100的结构示意图，如图所示，外壳盒100为长方体、包括底板、左右的短板和前后的长板，底板上方的两侧均设有凹槽101，底板的四角处以及底板长边的中间位置处都设有螺孔柱103，短板的中间位置处开设有通孔102，短板和长板的连接处以及长板的四分之一位置处都设有第一螺纹孔104。

图3为散热片200的结构示意图，散热片200为长方形，散热片200的中间设有与散热片200的长边平行的中间凹槽201，散热片200的左右两侧都设有若干个长方形凹槽202，中间凹槽201与长方形凹槽202连接，散热片200的四角及其长边的中间位置处都设有第二螺纹孔203，第二螺纹孔203用于将散热片200与外壳盒100的螺孔柱103进行固定连接。中间凹槽201的截面为半圆形，中间凹槽201的宽度等于光纤涂覆层的直径，中间凹槽201的深度等于二分之一光纤涂覆层的直径。

作为具体实施例地，散热片200的左侧和右侧分别设有3个且间隔超过3mm的上述长方形凹槽202，该长方形凹槽202的宽度大于1mm。

图4为盒盖的结构示意图，如图所示，盒盖300为长方形，盒盖300的四角及其长边的四分之一位置处都设有第三螺纹孔301，该盒盖300盖在外壳盒100上后与散热片200的距离为二分之一的光纤涂覆层直径。

该装置的使用原理如下：将光纤光栅放置在散热片200半圆形的中间凹槽201处，光纤光栅在中间凹槽201的两端通过点胶方式固定，其一端与散热片200固定，另一端与外壳盒100固定。外壳盒100的凹槽101用于放置温控源，通孔102用于安装热敏电阻及穿过温控源所需要使用的导线，螺孔柱103的高度等于温控源的高度；通孔102内还设有热敏电阻，该热敏电阻为一般热敏电阻，用于反馈整个装置的温度状态。第一螺纹孔104和盒盖的第三螺纹孔301连接，用于将盒盖300安装在外壳盒100上方的开口处。

本实用新型使得光纤光栅工作时产生的热量，被均匀的传导到整个空间内，而温控源则根据需要均匀的调整整个空间的温度，从而使得激光器的工作过程中光纤光栅中心波长保持稳定，实现提升激光器中光纤光栅中心波长稳定性的效果。

经仿真及实机证实，加装本装置后，光纤光栅的工作温度被控制在设定温度±0.01℃范围内，参照部分公开论文中温度致光纤光栅中心波长漂移系数0.018nm/℃，加装本装置后温度致光纤光栅中心波长漂移量在±0.00018nm范围内，对应的激光器输出波长偏移量为±0.00018nm，优于部分公开论文中的激光器输出波长偏移量±0.0015nm的数据；采用导热系数为401w/mk且热膨胀系数为10^-6量级的铜作为散热片的材料，有效提升了光纤光栅的散热效果，且可以与使用10^-8量级的无氧铜加工制成外壳盒组成多组份金属膨胀补偿系统，有效的避免了由于温度导致封装材料膨胀带来的应力致光纤光栅中心波长漂移，经仿真测试(由于形变过小无法实机测量)，加装本装置后设定温度变化100℃导致的光纤光栅长度极限变化在10^-4cm量级，即对应本装置工作温度被控制在设定温度±0.01℃范围内的效果，则△l≈1*10^-8cm，依照简化计算公式△λ＝[△l/(l+△l)]*λ，激光器常用的3cm栅区尺寸(l)、1um(λ)中心波长光纤光栅在加装本装置后，其对应的应力致光纤光栅中心波长偏移极限(△λ)在3.3*10^-6nm量级，优于部分公开论文中的激光器输出波长偏移量±0.0015nm的数据。

以上为本公开示范性实施例，本公开的保护范围由权利要求书及其等效物限定。