專利名稱：一種無(wú)源溫度補(bǔ)償光纖光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖器條術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)源鰣補(bǔ)償光敬柵。
技術(shù)背景光纖布拉格光柵怖G)作為一門新鄉(xiāng)術(shù)，具有極其廣闊的應(yīng)用前景，光纖布拉格光柵(FBG) 的選頻特征使之成為光纖通信中--種重要的無(wú)源器件，受到普遍關(guān)注。f頓光纖光柵可帝喊光纖 激光器、密 分復(fù)用/解復(fù)用器、光分插復(fù)用器(OADM)、色散補(bǔ)償器、激皮器、光放大器的增 益平坦化、超窄光脈沖產(chǎn)生器、泵浦激光器的波長(zhǎng)鎖定等高性能光通信器件，目前正向?qū)嵱没?向發(fā)展。光纖布拉格光柵(FBG)的選頻特征會(huì)隨環(huán)境溫度的改變而發(fā)生改變，這種Xt溫度的敏感性已成為光纖光柵器件在光纖通信領(lǐng)域?qū)嵱没闹饕fci—，成為目前研究的熱點(diǎn)。目前常用的光纖光柵的溫度補(bǔ)償封裝方法主要是利用光纖光柵以外材料的溫，脹系數(shù)的不 同，例如采用負(fù)熱膨脹系數(shù)(也稱為熱縮型材料)，對(duì)光纖光柵的自身Bragg波長(zhǎng)的鵬漂移進(jìn)行 機(jī)械W嘗。這類方法由于需要制作附加具有負(fù)熱膨脹系數(shù)的機(jī)敝架或包層等，因而工怨錢， 體積比全光纖器ft^大很多。美國(guó)專利US6044189就是一種熱脹冷縮型的光鄉(xiāng)mW，補(bǔ)償方法，該專利公開(kāi)了以下制作 方法，將光纖光柵固定在由兩種不同熱膨脹系數(shù)構(gòu)成的外封裝結(jié)構(gòu)上，當(dāng)環(huán)搶驢改變時(shí)，通過(guò) 封裝材料的長(zhǎng)度變化改變FBG所魏力而使之抵消由、驢變化產(chǎn)生的布拉格波長(zhǎng)的變化影響，從而 超U鵬補(bǔ)償?shù)男Ч４朔N光鄉(xiāng)恍柵驢補(bǔ)償封裝方法可以對(duì)光纖光柵起到Sff的驢補(bǔ)償作用， 但^^裝工藝比較，，而JJ寸裝后的器件尺寸比較大。美國(guó)專利US 6240225介紹了一種基于熱縮型材料的光纖光柵皿補(bǔ)償方法，該專利公開(kāi)了以 下方法，將一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的材料覆蓋在光纖光柵上，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)利用負(fù)熱膨脹系數(shù)的 材料的收縮作用補(bǔ)償光纖光柵的、M效應(yīng)。中國(guó)專利CN101009520A也是制成具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)的封裝套管來(lái)補(bǔ)償光纖光柵的g效應(yīng)。這些專利和方法在一定皿上都實(shí)現(xiàn)了光纖光珊的，補(bǔ)償封裝，但是這些方法采用的都是 材料的機(jī)械伸縮作用來(lái)起至!J鵬補(bǔ)償?shù)男Ч?，這類方法的不厄就在于有附加機(jī)械裝置，使得最終 的器##積比^;纖器{頓大得多，而且也容易損壞光纖光柵。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，Jii共一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、制作成本低的無(wú)源 鵬豐傲纖光柵。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下 一種無(wú)源溫度補(bǔ)償光纖光柵，包括纖芯與包層，纖芯中有 一段為光柵區(qū)，其特征在于光柵區(qū)的包層的平均厚度小于兩端光纖包層的厚度，光柵區(qū)兩端的 光纖為圓型光纖，在包層較薄的部位覆蓋著具有負(fù)熱光系數(shù)熱光聚^tJ。戶;M光柵區(qū)可以為D型光纖段；也可以為圓型光纖，但其包徵卜徑小于兩端光纖的夕卜徑。進(jìn)一步地，光柵區(qū)與兩端圓型光纖有平滑的過(guò)渡區(qū)，在包層較薄的部位覆蓋著一樣的熱光聚 她進(jìn)一頻，戶腐光纖光柵還包括外圍的微裝置，所述^J戶裝置可為套管,雌金屬套管；所 述做驢也可以為一槽體外加一套管，臓光柵區(qū)置于槽體內(nèi)，戶腿槽體緊套在套管上，所述 槽體可以為U型槽或V型槽或U型槽，TO套管,金屬套管。本發(fā)明的光纖光柵的制肪法之一在普通光纖Bragg光柵上，利用光f微加工技術(shù)，在光柵區(qū)的長(zhǎng)度上將圓柱形的光纖光a^層拋磨掉一部分，其包層拋磨過(guò)的那段光纖光柵的橫截面呈大寫英文字母D，即為D型光纖段，而在未拋磨過(guò)的光纖段，仍是圓柱形。然后在包層較薄部位覆 蓋上具有負(fù)熱光系數(shù)的熱光聚合物。所述負(fù)熱光系數(shù)的熱光聚合物是折射率隨溫度變化的具有負(fù)熱光效應(yīng)的聚合物，可以采用 Dowcorning公司所生產(chǎn)的0E4100或OE4110。本發(fā)明的無(wú)源，補(bǔ)償光纖光柵可用在光纖激光器、密集波分S^/解復(fù)用器、光分插復(fù)用 器(OADM)、色散補(bǔ)償器、濾波器、光放大器的增益平坦化、超窄光脈沖產(chǎn)生器、泵浦激光器的波 長(zhǎng)鎖定等高性能光通信器件中。本發(fā)明的工作原理如下依據(jù)光纖Bragg光柵的耦合方程，光纖光柵的Bragg反射波長(zhǎng)^表示為&=2"欲.八 (1)其中~為傳導(dǎo)模的有效折射率，其數(shù)值與光纖光柵區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)、纖芯材茅4if 射率及包層材料折射率等相關(guān)；A為光柵周期。/^和A都受外界環(huán)境驢影響而改變當(dāng)鵬升高時(shí)，由于光纖材料自身的熱光 贓，其有交射斤射率/^會(huì)增加。與此同時(shí)，由于熱脹冷縮效應(yīng)，光柵周期A也會(huì)增長(zhǎng)綜合總會(huì)j都ragg ^!^皮長(zhǎng)^向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移，即產(chǎn)生紅移。光柵波長(zhǎng)漂移量與溫度的改變量成線性關(guān)系，可用下式表示。= + (2)式中 為光纖材料的熱脹系數(shù)，《為光纖的有效熱光系數(shù)。對(duì)于普通光纖Bragg光柵，式(2)中的",及《都為正，二者隨溫度的變化都導(dǎo)致光柵的布拉 格波長(zhǎng)作紅移。而對(duì)于一側(cè)的包層厚度被拋磨成只剩lwm^右的側(cè)邊拋磨光纖光柵，當(dāng)在拋磨區(qū)再次SM其它與原來(lái)包層材料不同的材料時(shí)，側(cè)邊鵬光纖光柵的熱光系數(shù)《就不僅與光纖原有材料的特性相關(guān)，還與側(cè),磨區(qū)再次覆蓋的材料的特性相關(guān)。如果覆蓋材料為負(fù)熱光系數(shù)的聚 ，材料，則式(2)中的有效熱光系數(shù)f就有可能為負(fù)值，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，錄響B(tài)ragg反 射波長(zhǎng)4向短波長(zhǎng)方向漂移，即出5IM移。此時(shí)，依據(jù)(2)式，",的波長(zhǎng)紅移作用與《的波長(zhǎng) 藍(lán)移作用相互抵消，就可超恍纖光柵的驢補(bǔ)償作用。與傳統(tǒng)的釆用材料的機(jī)械伸縮作用起到光纖光柵溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ啾?，本發(fā)明是利用負(fù)熱光 系數(shù)的熱光聚，隨驗(yàn)而發(fā)生的折射率的變化而獲得鵬補(bǔ)償，方法新穎，具有補(bǔ)償效果好、 可靠性高、制作成本低靴點(diǎn)。


圖1為實(shí)施例1未覆蓋熱光聚合物時(shí)的示意圖；圖2為實(shí)施例i am熱光聚^t(后的示意圖；圖3為實(shí)施例l進(jìn)行驢補(bǔ)償處理前后光!恍柵的Bragg波長(zhǎng)隨驗(yàn)的變化曲線對(duì)比；圖4為實(shí)施例2的示意圖；圖中示出1:纖芯；2:圓型光纖；3:平滑過(guò)渡區(qū)；4:光柵區(qū)；5: D型光纖段；6:負(fù)熱光 系數(shù)的熱光聚合抓7:細(xì)圓型包層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。 實(shí)施例1如圖1所示，在普通光鄉(xiāng)Bt柵的光柵區(qū)4進(jìn)行側(cè)邊拋磨，拋磨成D型光纖段5， D型光纖段的 平面到纖芯外表面的的距離為5咖，D型光纖段5與兩端的圓型光纖2有小段平滑逾度區(qū)3，然后 在拋磨區(qū)上覆蓋具有負(fù)熱光系數(shù)的熱光聚合物6，如圖2所示，禾傭其負(fù)熱光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光鄉(xiāng)m柵的戶艦熱光聚合物采用Dowcorning公司所生產(chǎn)的0E4100。圖3中的曲線31對(duì)應(yīng)^補(bǔ)償后的情況，曲線32對(duì)| 進(jìn)療皿補(bǔ)償?shù)那闆r。由圖3可以看出， 本實(shí)施例的光纖光柵倉(cāng)跑到,的溫度,M嘗作用。對(duì)于73。C至79。C的溫區(qū)內(nèi)的6",變化，經(jīng)過(guò) 溫度別嘗處理后的光纖光柵的Bragg波長(zhǎng)都幾乎穩(wěn)定在同一個(gè)值下；在環(huán)境^從63'C至79'C的范 圍內(nèi)，環(huán)境M改變了16。C，而經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償處理后的光纖光柵的中心波長(zhǎng)只改變了0.01nm，平 均溫度敏感度為0.000625nm/。C，與未補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵相比(溫度敏感度為O. 01nm/r)其，敏 感度降低為原值的1/16;在環(huán)境溫度從58。C增大至10rC時(shí)(變化43'C)，其中心波長(zhǎng)只改變了 0. llnm，平均溫度敏感度為0.002558nm/。C，可見(jiàn)在58。C至10rC溫度區(qū)域內(nèi)，本實(shí)施例的溫度補(bǔ) 償方案使ra^敏感度陶氐為原值的約1/4。這表明本實(shí)施例^i子地實(shí)現(xiàn)了光纖光柵的驢補(bǔ)償。為提高器件的可靠性和穩(wěn)定性，可將完臓，材料固化的器件封裝在金屬套管內(nèi)。實(shí)施例2如圖4所示，本實(shí)施例的無(wú)源驢彬嘗光纖光鵬括纖芯l，纖芯1中亥'J了光柵，光柵區(qū)4的 包層為細(xì)圓型包層7，細(xì)圓型包層7的厚度為10um，兩端為圓型光纖2，光柵區(qū)4與圓型光纖2有 平滑的過(guò)渡區(qū)3，在包層較薄部位覆蓋著具有負(fù)熱光系數(shù)的熱光聚^tf6。在普通的^^千光柵上，纟S1腐蝕法可以制備如圖4所示的光纟Bt柵，在 蝕的外表面涂覆 具有負(fù)熱光系數(shù)的熱光聚合物即可得到無(wú)源^彬嘗光鄉(xiāng)m柵。也可以通過(guò)拉錐法制備如圖4開(kāi)沐的光纖，然后刻入光柵，然后在包層較薄部位覆蓋具有負(fù) 熱光系數(shù)的熱光聚合物。比較實(shí)施例針對(duì)封裝方法和補(bǔ)償原理，將實(shí)施例1與美國(guó)專利US6044189中的光纖光柵驢補(bǔ)償封裝方法 做比較。1補(bǔ)償原理的比較實(shí)施例1禾傭具有負(fù)熱光系數(shù)的聚合t/t才料的負(fù)熱光效應(yīng)及側(cè)iiW光纖光柵實(shí)現(xiàn)光纖光柵的、驢補(bǔ)償。而美國(guó)專利US6044189通i3^寸裝材料的長(zhǎng)度變化改變FBG所魏力而使之抵消由溫 度變化產(chǎn)生的布拉格波長(zhǎng)的變化影響，從而超lj驢補(bǔ)償?shù)男健１景l(fā)明的彬嘗方法經(jīng)理論與實(shí)驗(yàn)的共同驗(yàn)證，補(bǔ)償效果好、可靠性高。2封M法的比較美國(guó)專利US6044189中將光纖光柵固定在由兩種不同熱膨脹系數(shù)構(gòu)成的外封裝結(jié)構(gòu)上，，用該 方法封裝光纖光柵，封裝后的^l件尺寸^:，難于小型化。實(shí)施例1可采用U型槽作為側(cè)邊, 光纖的固定和支撐架，在其中駄側(cè)邊拋磨光纖光柵，再在外圍套上屬套管，封裝后的器件尺寸 較小。
權(quán)利要求
1、一種無(wú)源溫度補(bǔ)償光纖光柵，包括纖芯與包層，纖芯中有一段為光柵區(qū)，其特征在于光柵區(qū)的包層的平均厚度小于兩端光纖包層的厚度，光柵區(qū)兩端的光纖為圓型光纖，在包層較薄的部位覆蓋著具有負(fù)熱光系數(shù)熱光聚合物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l皿的光纖光柵，，征在于ra光柵區(qū)為D型光纖段。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1臓的光纖光柵，^f寺征在于臓光柵區(qū)為圓型光纖，光柵區(qū)的包層外 徑小于兩端光纖的外徑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的光纖光柵，其特征在于光柵區(qū)與兩端圓型光纖有平滑 的過(guò)渡區(qū)，包層較薄部位覆蓋l樣的熱光聚合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4臓的光纟恍柵，^#征在于還包括外圍的做裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光ff^;柵，其特征在于所述旨裝置為套管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光柵，-期寺征在于戶;M套管為金屬套管。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光鄉(xiāng)恍柵，其特征在于戶腿做裝置為一槽體外加一套管，戶腐光 柵區(qū)置于槽體內(nèi)，所述槽體緊套在套管上。
9、 根據(jù)^l利要求8,的光纖光柵，其特征在于所述槽體為U型槽或V型槽或U型槽。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖光柵，皿征在于戶 套管為金屬套管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)源溫度補(bǔ)償光纖光柵，包括纖芯與包層，纖芯中有一段為光柵區(qū)，其特征在于光柵區(qū)的包層的平均厚度小于兩端光纖包層的厚度，光柵區(qū)兩端的光纖均為圓型光纖，在包層較薄的部位覆蓋著具有負(fù)熱光系數(shù)熱光聚合物。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，普通光纖光柵本身的Bragg波長(zhǎng)隨溫度增加而向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移，而具有負(fù)熱光系數(shù)的熱光聚合物隨溫度的增加導(dǎo)致光纖光柵的Bragg波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向漂移，這就實(shí)現(xiàn)了光纖光柵的溫度補(bǔ)償。本發(fā)明的光纖光柵可用在光纖激光器、密集波分復(fù)用/解復(fù)用器、光分插復(fù)用器(OADM)、色散補(bǔ)償器、濾波器、光放大器的增益平坦化、超窄光脈沖產(chǎn)生器、泵浦激光器的波長(zhǎng)鎖定等高性能光通信器件中。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101236271SQ20081002641
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者劉林和, 范若巖, 哲 陳 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)