专利名称：一种保证波长稳定性的光纤光栅的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤光栅技术，特别涉及一种保证波长稳定性的光纤光栅。
背景技术：
光纤光栅是一种新型的光无源器件，具有波长选择性好、体积小、易于与光纤系统兼容等优点。光纤光栅技术对光纤通信、光纤传感器和光学信号处理等光纤领域起着重要作用。目前，在传感领域，光纤光栅可用来检测诸如温度和压力等参数。在光通信系统中，光纤光栅可以用于光纤激光器，上/下话路复用器，滤波器等。可见，光纤光栅具有广泛的应用价值，但是，在光通信领域中的应用必须以其工作波长性能稳定为前提。
按照光纤光栅的折射率周期分布，可将光纤光栅分为Bragg光纤光栅、啁啾(chirp)光纤光栅和长周期光纤光栅等。光纤光栅根据其不同的特性可制作成性能优良的光纤激光器、密集波分复用(DWDM)中的复用/解复用器、光分插复用器以及波长变换器、光栅路由器、色散补偿器和增益平坦等，在光纤通信系统中有重要的应用。光纤光栅有其自身的优势附加损耗小、体积小、能与光纤很好地耦合、可与其它光纤器件兼容成一体、不受环境尘埃影响等。然而，由于光纤光栅体积小，容易断，且光纤光栅的中心波长随着所处环境温度的起伏易发生漂移，不易直接用于密集波分复用(DWDM)通信系统，从而限制了其在光纤通信系统中更广泛的应用。
光纤光栅波长漂移幅度与温度变化幅度在一定范围内近似呈线性关系当温度升高时，由于光纤材料的热光效应，光纤光栅的折射率会增加，由于热胀效应，光栅周期也会增长，从而使中心波长向长波长方向漂移；同理，当温度降低时，中心波长将向短波长方向漂移。
光纤光栅还具有应变特性，即光纤光栅的中心波长随应力的变化而变化，这种变化的漂移幅度与应力变化也近似呈线性关系应力变大使中心波长向长波长方向漂移；应力变小，中心波长将向短波长方向漂移。
这里应力变化包括两方面一方面是由于光栅介质受应力作用而引起折射率的变化，这种现象为弹光效应；另一方面介质受应力作用其微观质点将发生位移，亦即改变了光栅的周期，总的作用结果使光栅的中心波长漂移。
为了保证光纤光栅的中心波长不变，可以使用温度补偿的方法对光纤光栅进行封装。其中，有一种光纤光栅的封装装置，即采用了温度补偿的方法对光纤光栅进行封装。该装置采用的技术方案是一种光纤光栅的封装装置，包括光纤光栅、封装材料，所述的封装材料由具有电致或磁致伸缩特性的材料构成，所述的光纤光栅固定于封装材料表面对其进行温度补偿与调谐。该装置是将光纤光栅用胶合剂固定在柱状体的压电陶瓷外部，当环境温度变化时，通过改变压电陶瓷输出端电压来改变柱状体外径，从而改变光纤光栅的张力，以达到温度补偿的效果。
该装置采用的温度补偿方式是利用温补材料电致伸缩的特性，其是有源器件，工艺较复杂，且将光栅固定在封装材料之外，在搬运过程中容易损坏，成本较高。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种保证波长稳定性的光纤光栅，该光纤光栅能够保证在外界环境变化时，光纤光栅本体的中心波长基本不变，且属于无源器件，工艺简单，成本低廉。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的一种保证波长稳定性的光纤光栅，包含光纤光栅本体和封装装置，所述的封装装置包括用负温度膨胀系数材料制作的封装衬底；该封装衬底表面开有槽，被拉紧的光纤光栅本体固定在该槽中。
所述的封装衬底材料的负温度膨胀系数可以为-70×10-7/K。该封装衬底可以为陶瓷材料封装衬底。
所述光纤光栅本体两端的光纤可以通过胶固定在封装衬底表面的槽中。
所述的封装装置可以进一步包含封装外壳，包裹在封装衬底不固定光纤光栅本体的外表面。
所述的封装装置可以进一步包含封装盖板，覆盖在封装衬底固定光纤光栅本体的表面上，并与封装外壳相连。
所述的封装盖板边缘可以设有封装连接柱；所述的封装外壳边缘可以设有封装连接孔，封装盖板的封装连接柱插在封装外壳的封装连接孔中。
所述的封装盖板可以开光纤槽，光纤槽的位置与封装衬底上固定光纤光栅本体的位置上、下对应。
所述的封装外壳和封装盖板材料为在高低温下性质稳定且易加工的材料，可以为铝合金材料外壳和铝合金材料盖板。
所述的封装装置可以进一步包含隔振层，位于光纤光栅本体的封装衬底与封装外壳之间，包裹在封装衬底不固定光纤光栅本体的外表面，且隔振层的长度与封装衬底的长度相同。该隔振层为在高低温下性质稳定并具有一定弹性的材料，可以为橡胶皮层。
所述的封装装置可以进一步包含受热收缩的热缩管，包裹在位于隔振层外的封装外壳上的光纤外面，并伸出封装外壳；且隔振层外的封装外壳上可以开有放置热缩管的槽。该热缩管可以是受热收缩的塑料管。
由上述的技术方案可见，本实用新型的这种保证波长稳定性的光纤光栅，是用负温度膨胀系数材料的热缩冷胀特性来补偿光纤光栅的热胀冷缩，本实用新型为无源器件，可补偿的温度范围较大，结构简单，稳定性好，便于控制，且易于加工，成本低廉，便于批量生产和运输。
图1为本实用新型一个较佳实施例的用负温度膨胀系数封装材料结构示意图；图2为图1所示实施例的封装结构俯视图；图3为图1所示实施例的封装盖板结构示意图；图4为图1所示实施例的封装盖板的结构仰视图；图5为图1所示实施例的封装结构侧视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型用负温度膨胀系数封装材料进行温度补偿，将光纤光栅本体整体固定在该材料上。如图1所示，图1为本实用新型一个较佳实施例的用负温度膨胀系数封装材料结构示意图。本实施例的负温度膨胀系数封装材料，采用了一种膨胀系数为-70×10-7/K的陶瓷块，将该材料烧结成3×3×70(mm)3的长方块4，当然也可以是圆柱体或其他形状外型，只要求它的长度能够放置一段光纤光栅本体即可，并在一面开槽10便于放置光纤光栅本体1。对光纤光栅本体施加一定的拉力后，将光纤光栅本体两端的光纤用胶粘在开槽的着胶点7上，使得整个光纤光栅本体固定于该陶瓷块上，拉力的大小根据补偿温度的需要而决定，以达到温补效果。本实用新型采用的胶，可以保证将光纤牢固地粘合在开槽中，且能够保证在高低温时胶的各项指标不发生变化。本实施例采用航空胶，也可以是能够满足上述条件的其他胶。
当环境温度上升时，光纤光栅的体积膨胀，由于热膨胀引起的弹光效应使光纤光栅的折射率和周期都增大，而该陶瓷块的负温度膨胀效应会使光纤光栅随温度升高而体积缩小，这使二者的作用互相抵消，故起到了补偿光纤光栅热膨胀的作用，从而使光纤光栅的中心波长基本不变。相反，当环境温度降低时，光纤光栅体积收缩，而该陶瓷块的负温度膨胀效应使光纤光栅的体积膨胀补偿了光纤光栅的体积收缩，结果也使得光纤光栅的中心波长基本不变。
图1所示实施例的具体封装结构参见图2～图5，图2为图1所示实施例的封装结构俯视图，图3为图1所示实施例的封装盖板结构示意图，图4为图1所示实施例的封装盖板的结构仰视图，图5为图1所示实施例的封装结构侧视图。
如图2所示，光纤光栅本体1两端的光纤在着胶点7用胶粘在陶瓷块4的开槽内，使得光纤光栅本体1固定在陶瓷块4上，再将陶瓷块4另外三面用橡胶皮层3包裹后放置于封装外壳2中，橡胶皮层3起到一定的隔振作用，也可以用其他软制材料代替橡胶皮层3，但该材料在高低温时应保持性能稳定且具有弹性。该封装外壳2是用在高低温下性质稳定且易加工的材料制作的，本实施例采用铝合金材料制作，该材料强度比塑料硬，重量比钢铁轻，便于加工。
为了使光纤光栅携带更加方便，本实施例为其安装了封装盖板，如图3、图4所示，封装盖板8的下面边缘位置设置了连接柱91，同样，如图2所示，在封装外壳2相应的位置设置了连接孔92。这样，将封装盖板8的连接柱91涂上胶插入到封装外壳2的连接孔92中，就可以将光纤光栅本体1整个被包裹在封装装置里，保证了它的安全性，该封装盖板8也可以为铝合金材料。
其中，封装盖板8还可以在陶瓷块4放置光纤光栅本体1对应的位置，也就是陶瓷块4开槽的对应位置，开一个光纤槽，防止光纤光栅本体与封装盖板8直接接触。当然，这样就增加了加工工序，并不是必须的。
由于光纤光栅1两端的光纤在光纤光栅1的制作过程中经过了紫外光的照射，非常脆，极易折断。所以，将这两段光纤用热缩管5来包裹，如图2所示，热缩管5位于橡胶皮层3外的封装外壳2上，并且伸出封装外壳。这样，光纤与封装外壳2的边缘隔离开，从而更好的保证了光纤光栅1的完整性。热缩管由受热收缩的材料制成，本实施例采用了受热收缩的塑料管。图2中6示意的是与光纤相连的带有包层的光纤，可以通过它将本光纤光栅连接到应用系统中。
如图5所示，在封装外壳2上热缩管5的位置也开槽，热缩管5放置在槽内，使得光纤光栅本体1保持水平，更好地防止光纤折断。
本实用新型是用负温度膨胀系数材料的热缩冷胀特性来补偿光纤光栅的热胀冷缩，该实用新型属于无源器件，可补偿的温度范围较大，结构简单，稳定性好，便于控制。封装外壳可以使光纤光栅和陶瓷材料同外界环境相隔离，避免了一定强度的振动和水气及其他有害物质的侵蚀，保证了光纤光栅性能的稳定性和可靠性，同时防止了材质较脆的陶瓷材料的损坏，确保了光纤光栅的温度补偿。该封装外壳结构简单，易于加工，成本低廉，便于批量生产和运输。
权利要求1.一种保证波长稳定性的光纤光栅，包含光纤光栅本体和封装装置，其特征在于所述的封装装置包括用负温度膨胀系数材料制作的封装衬底；该封装衬底表面开有槽，被拉紧的光纤光栅本体固定在该槽中。
2.如权利要求1所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装衬底材料的负温度膨胀系数为-70×10-7/K。
3.如权利要求1或2所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装衬底为陶瓷材料封装衬底。
4.如权利要求1所述的光纤光栅，其特征在于所述光纤光栅本体两端的光纤通过胶固定在封装衬底表面的槽中。
5.如权利要求1所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装装置进一步包含封装外壳，包裹在封装衬底不固定光纤光栅本体的外表面。
6.如权利要求5所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装装置进一步包含封装盖板，覆盖在封装衬底固定光纤光栅本体的表面上，并与封装外壳相连。
7.如权利要求6所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装盖板边缘设有封装连接柱；所述的封装外壳边缘设有封装连接孔；封装盖板的封装连接柱插在封装外壳的封装连接孔中。
8.如权利要求7所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装盖板开有光纤槽，光纤槽的位置与封装衬底上固定光纤光栅本体的位置上、下对应。
9.如权利要求6、7或8所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装外壳为铝合金材料外壳；所述的封装盖板为铝合金材料盖板。
10.如权利要求5或6所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装装置进一步包含隔振层，位于光纤光栅本体的封装衬底与封装外壳之间，包裹在封装衬底不固定光纤光栅本体的外表面，且隔振层的长度与封装衬底的长度相同。
11.如权利要求10所述的光纤光栅，其特征在于所述的隔振层为受冷热性质均不变化的弹性材料层；该弹性材料为橡胶。
12.如权利要求10所述的光纤光栅，其特征在于所述的封装装置进一步包含受热收缩的热缩管，包裹在位于隔振层外的封装外壳上的光纤外面，并伸出封装外壳；且隔振层外的封装外壳上开有放置热缩管的槽。
专利摘要本实用新型公开了一种保证波长稳定性的光纤光栅，包含光纤光栅本体和封装装置，所述的封装装置包括用负温度膨胀系数材料制作的封装衬底；该封装衬底表面开有槽，被拉紧的光纤光栅本体固定在该槽中。本实用新型的这种保证波长稳定性的光纤光栅，是用负温度膨胀系数材料的热缩冷胀特性来补偿光纤光栅的热胀冷缩，本实用新型为无源器件，可补偿的温度范围较大，结构简单，稳定性好，便于控制，且易于加工，成本低廉，便于批量生产和运输。
文档编号H04J14/02GK2622721SQ0323678
公开日2004年6月30日 申请日期2003年1月24日 优先权日2003年1月15日
发明者余重秀, 王葵如, 王星, 于志辉, 陈卓 申请人:北京邮电大学