專利名稱：：內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，具體是作為選擇性地反射或透射需使用波段的光通信用濾波器使用，而且橋梁、隧道等大型結(jié)構(gòu)物的皸裂、變位、變形以及穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)中作為精細(xì)地測量壓力、應(yīng)力、拉伸變異的光傳感器應(yīng)用的具備布拉格光柵的光纖中，對因從外部向光纖光柵施加應(yīng)力和周邊溫度上升等外周環(huán)境變化而發(fā)生的布拉格光柵的反射波長特性啁啾實施補(bǔ)償而發(fā)揮穩(wěn)定的光特性的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器。
背景技術(shù)：
：光纖布拉格光柵(fiberBragggrating)是利用對光纖芯(core)內(nèi)摻雜鍺等雜質(zhì)的硅光纖照射紫外線時發(fā)生的光誘導(dǎo)折射率調(diào)制效果，誘導(dǎo)光纖芯的折射率變化使其沿長度方向具備一定周期，而滿足布拉格反射條件的布拉格波段的光是反射，不能滿足的波長的光是穿透而具有選擇性地穿透特定波段的光的特性。根據(jù)光纖布拉格光柵制造方法的一個例子，兩個光束發(fā)生干涉現(xiàn)象建立定期模式，在光纖芯內(nèi)形成光柵結(jié)構(gòu)，或者用不同的方法，利用限定的熱源融化光纖的一定區(qū)域，并為改變通過光纖芯波導(dǎo)的模式經(jīng)過的有效折射率，拉伸以光纖的熱源被施加的區(qū)域，在其拉伸的區(qū)域形成具有恒定周期的布拉格光柵。所述光纖布拉格光柵濾波器易于在商用的光纖上制作，大小和傳送特性與現(xiàn)有的光纖相同，光連接非常容易而無論作為光通信濾波器還是光傳感器均廣泛適用。一般為了在波分復(fù)用方式的光通信領(lǐng)域作為ADF(add/dropfiler)濾波器、add/drop濾波器、WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)信道濾波器使用，反射或者透過帶寬應(yīng)達(dá)到WDM信道間隔的50%左右，用于抑制其它信道干擾的串?dāng)_率最低應(yīng)達(dá)到25dB以上，但以上規(guī)格的布拉格光柵濾波器的長度通常要達(dá)到Icm以上。另一方面，為980nm帶的pump激光器的波長穩(wěn)定化的布拉格反射濾波器的反射帶寬內(nèi)的最大反射率應(yīng)小于5%,而此時布拉格光柵濾波器的長度一般在5_以下。而且壓力、應(yīng)力、拉伸變化測量用布拉格光柵濾波器的反射率一般應(yīng)達(dá)到50%左右，以測量對外部環(huán)境變化的中心波長啁啾。光纖布拉格光柵濾波器是根據(jù)如此適用的領(lǐng)域和敷設(shè)的位置所需的特性和大小均不一。光纖布拉格光柵的布拉格反射特性是根據(jù)光纖布拉格光柵的周邊環(huán)境，具體地根據(jù)溫度、濕度、振動等外部環(huán)境變化，其光特性敏感地發(fā)生變化，尤其是因從光纖和連接器的材料特性上變形的直接原因即溫度變化和外部環(huán)境變化，對布拉格光柵具有作用的應(yīng)力(stress)變化產(chǎn)生較大影響。其原因在于，光纖是在外部溫度變化時通過光纖物質(zhì)的熱光(thermo-optic)效應(yīng)，誘導(dǎo)光纖芯中的折射率的變化，而且從光纖物質(zhì)本身的熱膨脹性質(zhì)上布拉格光柵的周期同時發(fā)生變化而布拉格反射波長值發(fā)生啁啾。布拉格光柵被施加外部應(yīng)力或者因外部溫度變化使布拉格光柵周邊的應(yīng)力分布發(fā)生變化時，光纖芯的折射率會通過光彈性(photoelastic)效應(yīng)發(fā)生變化,布拉格光柵的周期也通過應(yīng)力同時發(fā)生變化而使布拉格反射波長值被啁啾。下面參照圖1和圖2，對布拉格反射波長根據(jù)光纖布拉格光柵的外部溫度變化和施加于布拉格光柵上的應(yīng)力被啁啾的特性的一個例子進(jìn)行說明。圖1表示形成普通形態(tài)布拉格光柵的光纖纜線I結(jié)構(gòu)。如圖所示，光纖纜線I包含:形成布拉格光柵10的光纖11;所述布拉格光柵10;為保護(hù)光纖11而由聚合物材料形成的光纖涂層12;以及高分子聚合物材料的光纖被覆13。圖2是圖1中例不的形成光纖布拉格光柵的光纖纜線I插進(jìn)由套圈20和插座21組成的結(jié)構(gòu)物21加以固定的傳統(tǒng)的光纖連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個實施例。套圈20是為方便插入光纖11從一側(cè)端部側(cè)面開始形成由入口沿內(nèi)側(cè)逐漸變窄的傾斜面200，所述傾斜面200上形成從套圈20的軸向中心向另一側(cè)端部側(cè)面貫通的光纖插孔201。插座21是貫通兩側(cè)端部形成插入光纖纜線I和套圈20的插孔201,光纖涂層12和光纖被覆13被插進(jìn)的一側(cè)端部的外周面形成擴(kuò)展端部211。在上述結(jié)構(gòu)中，布拉格光柵10形成的光纖11通過套圈20的形成傾斜面200的空間插進(jìn)光纖插孔201而使布拉格光柵10置于光纖插入孔201內(nèi)部。插座21上形成的插孔210則插入光纖被覆13和套圈20而光纖被覆位于插座21的一側(cè)端部,形成擴(kuò)展端部211的另一側(cè)端部是設(shè)置套圈20的狀態(tài)下，光纖被覆13通過插座21—側(cè)端部的熱固性樹脂212被固定住，布拉格光柵10是位于套圈20光纖插孔201的狀態(tài)下通過熱固性樹脂202被固定住。圖3是上圖2的結(jié)構(gòu)中將外部的溫度從零攝氏度變到六十?dāng)z氏度時對布拉格反射波長的啁啾率(Λλ/ΛT)進(jìn)行測量的結(jié)果圖。一般沒有從外部施加應(yīng)力的狀態(tài)下，通過熱光效應(yīng)的光纖布拉格光柵的啁啾率約達(dá)10pm/deg。但每個溫度階段所測量的啁啾率出現(xiàn)差異,但約達(dá)2(T30pm/deg而比通過熱光效應(yīng)的啁啾率值大23倍左右。如圖3(B)所示，從在25攝氏度和50攝氏度的外部環(huán)境溫度下測量的布拉格光柵反射譜來看，周邊溫度變化約達(dá)到25攝氏度左右時布拉格中心波長啁啾為約600pm左右的波長。這是因為除熱光效應(yīng)之外，外部環(huán)境溫度也發(fā)生變化，則因包住布拉格光柵的周邊物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)差異，光纖布拉格光柵被施加應(yīng)力，光柵周期發(fā)生變化而使光特性產(chǎn)生變化。因此，為減少隨著光纖布拉格光柵的外部環(huán)境溫度變化和應(yīng)力發(fā)生的光特性的變化，提出了多種方法。根據(jù)WilliamW.Morey等申請的(“IncorporatedBraggfiltertemperaturecompensatedopticalwaveguidedevice”,美國專利注冊號5042898)結(jié)構(gòu)，使用熱膨脹系數(shù)不同的異種物質(zhì)，將硅光纖通過熱光效應(yīng)的折射率變化，用根據(jù)熱膨脹系數(shù)差異的光纖光柵周期啁啾率抵消而提出布拉格反射波長無依賴于外部環(huán)境溫度變化的原理及結(jié)構(gòu)，并作為其實施例提出了溫度補(bǔ)償用連接口。G.W.Yoffe等是利用所述Morey等提出的原理在AppliedOpticsvol.34,Issue30，pp.6859-6861，1995年論文中發(fā)表可以采用鋁材質(zhì)和硅材料制作溫度補(bǔ)償用連接口結(jié)構(gòu)物，將布拉格波長啁啾程度，在-30攝氏度至70攝氏度之間的環(huán)境溫度變化下可以減少到0.07nm。R.L.Lachance等申請的(Adjustableathermalpackageforopticalfiberdevices,美國專利，注冊號6907164)結(jié)構(gòu)也是利用上述Morey等提出的原理，提出了光纖布拉格光柵的溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)物，并發(fā)表試驗結(jié)果即-40攝氏度至80攝氏度的溫度變化下，布拉格波長啁啾程度為0.lnm。所述三種情況都是將熱膨脹系數(shù)不同的異種物質(zhì)從結(jié)構(gòu)上結(jié)合而抵消光纖布拉格光柵熱光效應(yīng)的結(jié)構(gòu)，原理相同，只是實現(xiàn)方法上所提出的結(jié)構(gòu)各不相同而已。圖4就是用于說明在上述文獻(xiàn)中提出的光纖布拉格波長補(bǔ)償原理的溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)圖。該圖中，使用熱膨脹系數(shù)小的材料的結(jié)構(gòu)物30與熱膨脹系數(shù)大的溫度補(bǔ)償用連接口31通過熱固性樹脂32或者其它機(jī)械式方式被相互固定住，并通過內(nèi)部孔被插進(jìn)光纖11布拉格光柵10之后通過熱固性樹脂33、34固定于結(jié)構(gòu)物30和溫度補(bǔ)償用連接口31，所述溫度補(bǔ)償用連接口31是形成有根據(jù)外部溫度變化與結(jié)構(gòu)物30無干擾地自由膨脹或者收縮的凸出的光纖支承部310。在這里，結(jié)構(gòu)物30是相當(dāng)于圖2中氧化鋯材料的套圈20或者由套圈20和金屬材料的插座21的復(fù)合體，熱膨脹系數(shù)為al，溫度補(bǔ)償用連接口31的熱膨脹系數(shù)為a2，隨外部環(huán)境溫度變化的布拉格光柵10域的有效熱膨脹系數(shù)是a，但a2大于al才能使布拉格光柵的溫度得到補(bǔ)償。在各個結(jié)構(gòu)物30和溫度補(bǔ)償用連接口31中從通過熱固性樹脂32互相固定的位置到光纖通過熱固性樹脂33被固定于結(jié)構(gòu)物30的位置的長度為LI，需補(bǔ)償溫度的布拉格光柵101長度為La時，為布拉格光柵10溫度補(bǔ)償，a值與LI及L2的關(guān)系式可以用以下數(shù)式表不。ci=(€t.lxLl—.tt2xL2)/(U—L2)--9xl06[1/deg]利用上述數(shù)式，可以得出可實現(xiàn)布拉格光柵溫度補(bǔ)償?shù)亩喾N結(jié)構(gòu)。作為其一例，在前面敘述的Yoffe等提出的結(jié)構(gòu)和Lachance等提出的結(jié)構(gòu)物應(yīng)用了上述數(shù)學(xué)式I的原理。作為其實施例，采用硅、鋁等金屬材料及其它固定用樹脂材料，制作圓筒形外殼和內(nèi)部溫度補(bǔ)償用連接口，并為了光的輸出入而雙向包含著光纖尾纖(pigtail)。圖4中溫度補(bǔ)償用連接口31的材質(zhì)和凸出部分310的長度可用上述數(shù)學(xué)式I決定。然后利用下表I可用材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)值列表，根據(jù)上述數(shù)學(xué)式I計算出結(jié)構(gòu)物30長度LI的溫度補(bǔ)償用連接口31凸出部分310的長度L2值。下表I表示的是可作為結(jié)構(gòu)物30使用的各種物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)。[表I]權(quán)利要求1.一種內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，作為光纖布拉格光柵的反射中心波長啁啾被補(bǔ)償?shù)膬?nèi)置光纖布拉格光柵的光纖連接器，包括:套圈，形成從一側(cè)端部插入溫度補(bǔ)償用連接口而被固定住的接收部，從所述接收部向內(nèi)側(cè)延長形成空間部，從所述空間部的內(nèi)側(cè)逐漸變窄的傾斜面開始形成從軸向中心貫通另一側(cè)端部側(cè)面的光纖插孔；溫度補(bǔ)償用連接口，形成與所述套圈的接收部接觸的連接部，從所述連接部開始凸出形成外徑比套圈的空間部內(nèi)徑小且形成從光纖插入的套圈入口以恒定間隔被放置布拉格光柵的空間的光纖支承部，從軸向中心貫通到兩側(cè)端部形成插入光纖的插孔；光纖纜線，光纖插入所述溫度補(bǔ)償用光纖插孔和所述套圈的光纖插孔而布拉格光柵被置于套圈的空間部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，還包括:插座，一側(cè)端部固定于套圈，另一側(cè)端部固定于光纖纜線的光纖被覆。3.一種內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，作為光纖布拉格光柵的反射中心波長啁啾被補(bǔ)償?shù)膬?nèi)置光纖布拉格光柵的光纖連接器，包括:套圈，形成從一側(cè)端部插入光纖的空間部，從所述空間部的內(nèi)側(cè)逐漸變窄的傾斜面開始形成從軸向中心貫通另一側(cè)端部側(cè)面的光纖插孔；插座，一側(cè)固定于所述套圈；溫度補(bǔ)償用連接口，形成外徑小`于所述插座上形成的插孔內(nèi)徑且凸出形成從光纖插入的套圈光纖插孔入口以恒定間隔放置布拉布光柵的空間的光纖支承部，從軸向中心貫通兩側(cè)端部形成光纖插入的插孔并固定于插座；光纖纜線，光纖插入所述溫度補(bǔ)償用光纖插孔和所述套圈的光纖插孔而布拉格光柵放置于套圈的空間部。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中某一項所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，光纖纜線中沒有布拉格光柵的光纖部分是插入溫度補(bǔ)償用連接口的光纖插孔和套圈的光纖插孔而通過熱固性樹脂被固定住，刻有布拉格光柵的光纖部分是置于套圈的空間部而與溫度補(bǔ)償用連接口和套圈無干涉。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中的某一項所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，套圈的接收部和空間部由同一直徑的內(nèi)周面形成。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中的某一項所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，套圈的接收部由直徑比空間部較大的內(nèi)周面形成而接收溫度補(bǔ)償用連接口的連接部。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中的某一項所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，套圈的接收部形成從入口沿內(nèi)側(cè)逐漸變窄的傾斜面空間，溫度補(bǔ)償用連接口的連接部形成與沿所述內(nèi)側(cè)逐漸變窄的空間的接收部的傾斜面接觸的傾斜面。8.根據(jù)要求1、2、3中的某一項所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償用連接口的光纖支承部外徑從連接部逐漸變窄形成傾斜截面。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中的某一項所述的內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償用連接口的光纖支承部至少從連接部開始隔兩個以上的段差形成。全文摘要本發(fā)明涉及內(nèi)置布拉格光柵的光纖連接器。本發(fā)明的組成包括光纖纜線，形成與從溫度補(bǔ)償用連接口被插入固定的接收部形成光纖插孔的套圈接收部接觸的連接部，從所述連接部開始凸出形成外徑比套圈的空間部內(nèi)徑小且形成從光纖插入的套圈入口以恒定間隔放置布拉格光柵的空間的光纖支承部，光纖插入從軸向中心貫通到兩側(cè)端部形成的溫度補(bǔ)償用連接口的光纖插孔和套圈子光纖插孔而布拉格光柵置于套圈空間部；插座，一側(cè)端部固定于所述套圈，另一側(cè)端部固定于所述光纖纜線的光纖被覆。文檔編號G02B6/38GK103109216SQ201180031823公開日2013年5月15日申請日期2011年4月28日優(yōu)先權(quán)日2010年5月1日發(fā)明者金秉輝,樸萬鏞,李佶同,丁建申請人:株式會社Mel電信