CN106684678A - 光纤激光器温度补偿封装装置 - Google Patents

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陈迪俊
陈高庭
杨飞
蔡海文
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蔡圣闻
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Nanjing Focusing Optics Co ltd
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
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Abstract

一种光纤激光器温度补偿封装装置，包括光纤激光器、设有V型凹槽的金属底座和金属盖板；所述的光纤激光器由一端在光纤上光刻的布拉格光栅组成，所述的光纤激光器嵌入V型凹槽中且与V型凹槽热接触，所述的金属底座的热膨胀系数远大于金属盖板的热膨胀系数。本发明结合了无源光纤光栅的温度补偿技术与光纤激光器的传统封装技术，将光纤激光器固定在金属结构中保证其可靠性的同时，实现温度的补偿效应，进一步提升光纤激光器的性能，更好的满足相关科研领域及工程应用的需要。

Description

光纤激光器温度补偿封装装置
技术领域
本发明涉及光纤激光器，特别是一种光纤激光器温度补偿封装装置，该技术可应用于光纤传感，激光雷达，高分辨率激光光谱等领域。
背景技术
近年来光纤激光器技术迅猛发展，光纤激光器的性能不断提高，应用越来越广泛。由于其体积小、线宽窄、使用方便等优点，光纤激光器广泛应用于光纤传感，激光雷达，高分辨率激光光谱等领域。这些应用领域对于光纤激光器的可靠性，结构稳定性，噪声特性要求很高。一般的光纤激光器中的布拉格光栅易于受到环境扰动，并且光栅的长度会随着温度的升高而膨胀，这些都会严重地劣化光纤激光器的性能。因此采取进一步的技术手段对光纤激光器中的光纤光栅进行固定封装，对相关的封装结构和封装材料进行研究具有重要的意义。
对于光纤激光器的封装技术，通常是采用将光纤激光器中的光纤光栅的两端通过固化工艺固定在封装件的两端上(参见在先技术[1]:发明专利CN201420155267.3：光纤激光器用抗环境影响的相移光栅封装结构)。其基本原理是光纤穿过一根玻璃管，并通过两个固定点，将光纤激光器的栅区部分与玻璃管固定，玻璃在固定于外套的金属管上。但由于无论金属还是玻璃，在温度上升时均会发生膨胀，这样光纤激光器的栅区长度就会随着所处温度的变化而改变，最终会显著影响到光纤激光器出光的频率稳定性。
为了克服上述封装技术的缺点，崔一平等人提出了一种通过多组成份金属结构的光纤光栅封装技术(参见在先技术[2]:发明专利CN02257681.9：光纤光栅单端温度补偿封装装置)。其基本原理是通过两个热膨胀系数不同的材料进行组合，并将光纤激光器的栅区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，使光纤激光器栅区本身的长度保持稳定，减弱环境温度带来的温度漂移。但这种封装技术在应用于封装光纤激光器中的光纤光栅时，只能消除环境温度带来的影响，无法消除光纤光栅自身发热带来的频率漂移。而光纤激光器在出光时，其光栅部分将产生大量的热量，最终使得出光的频率发生波动。
发明内容
本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种光纤激光器温度补偿封装装置，通过结合无源光纤光栅的温度补偿技术与光纤激光器的传统封装技术，将光纤激光器固定在金属结构中保证其可靠性的同时，并通过V型凹槽的结构设计，同时实现环境温度与栅区自身温度的补偿效应，进一步提升光纤激光器的性能，更好的满足相关工程应用的需要。
本发明的技术解决方案如下：
一种光纤激光器温度补偿封装装置，其特点在于，包括光纤激光器、设有V型凹槽的金属底座和金属盖板；所述的光纤激光器由一端在光纤上光刻的布拉格光栅组成，所述的光纤激光器嵌入V型凹槽中且与V型凹槽热接触，所述的金属底座的热膨胀系数远大于金属盖板的热膨胀系数。
所述的金属底座由细长的铝质材料制成，所述的金属盖板由殷钢材料制成。
所述的V型凹槽为通过机械加工的方法在所述的金属底座上加工而成。
所述的光纤激光器的两端分别通过紫外固化胶粘接在所述的金属底座与金属盖板端部上。
在所述的金属底座上刻有一个V型凹槽，且V型凹槽的宽度与光纤粗细相对应以保证与光纤栅区实现相好的热接触。
所述的金属盖板的一端与铝材料底座通过螺丝固定，因此这一端两种材料的相对位置将保持固定。
所述的光纤激光器的栅区两端分别通过此外固化胶与铝材料底座和殷钢材料盖板分别固定。
本发明与在先技术相比，具有以下优点和积极效果：
1、与在先技术[1]相比，采用两个热膨胀系数不同的金属材料组成，通过结构的设计使装置整体温度发生改变时，可以保持光栅的长度保持不变，从而大大提高了光纤激光器出光的频率稳定性。
2、与在先技术[2]相比，通过V型凹槽的设计，使光纤的栅区与整体金属装置保持良好的热接触，这样当光纤激光器出光时，栅区的温度将很快传递给金属封装装置，从而利用金属封装装置的温度补偿效应弥补光栅的温升膨胀，保证了光纤栅区长度的稳定。
附图说明
图1是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的结构框图。
图2是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的立体图
图3是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的实施例一
图4是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的实施例二
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明进行进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1和图2，图1是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的结构框图，图2是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的立体图。由图可见，本发明光纤激光器温度补偿封装装置，包括光纤激光器1，金属底座2，V型凹槽3，金属盖板4组成。所述的光纤激光器1由一端在光纤上光刻的布拉格光栅构成，所述的金属底座2一块细长的铝质材料构成，所述的V型凹槽3为通过机械加工的方法在金属底座2上加工而成，光纤激光器1可以嵌入V型凹槽3中且与V型凹槽保持良好的热接触，所述的金属盖板4由热膨胀系数极小的殷钢材料制成且一端有一小孔可供光纤激光器1穿出，所述的紫外固化胶用于将光纤激光1器通过两端两个点分别粘接在金属底座2与金属盖版4上，金属底座2与金属盖板4在一端通过螺丝固定于C点。由于金属底座2的热膨胀系数比金属盖板4的热膨胀系数大很多，因此当光纤受热膨胀时或整体所处环境温度升高时，光纤A端将由于金属底座2的膨胀向光纤B端靠近，导致A端与B端的距离变小，最终形成了整体的负热膨胀效应。
图3是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的实施例一，本发明可设计为左右对称的结构，金属盖板4左端不需要设计一个小孔供光纤引出，其余各个部件的连接关系依然如上所述。
图4是本发明光纤激光器温度补偿封装装置的实施例二，本发明可设计为外观正方形结构，各个部件的连接关系依然如上所述。
本发明由于结合了无源光纤光栅的温度补偿技术与光纤激光器的传统封装技术，将光纤激光器固定在金属结构中保证其可靠性的同时，实现温度的补偿效应，进一步提升光纤激光器的性能，更好的满足相关工程应用的需要。本发明可广泛应用于光纤传感，激光雷达，高分辨率激光光谱等许多领域。

Claims (4)

1.一种光纤激光器温度补偿封装装置，其特征在于，包括光纤激光器(1)、设有V型凹槽(3)的金属底座(2)和金属盖板(4)；所述的光纤激光器(1)由一端在光纤上光刻的布拉格光栅组成，所述的光纤激光器(1)嵌入V型凹槽(3)中且与V型凹槽(3)热接触，所述的金属底座(2)的热膨胀系数远大于金属盖板(4)的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器温度补偿封装装置，其特征在于，所述的金属底座(2)由细长的铝质材料制成，所述的金属盖板(4)由殷钢材料制成。
3.根据权利要求1所述的光纤激光器温度补偿封装装置，其特征在于，所述的V型凹槽(3)为通过机械加工的方法在所述的金属底座(2)上加工而成。
4.根据权利要求1所述的光纤激光器温度补偿封装装置，其特征在于，所述的光纤激光器(1)的两端分别通过紫外固化胶粘接在所述的金属底座(2)与金属盖板(4)端部上。
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