CN107632389B - 一种基于光纤光栅的多波长微调计 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤光栅波长调节技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅的多波长微调计。一种基于光纤光栅的多波长微调计，包括封装机构和光栅传输机构，封装机构包括空心金属管、金属帽和金属柱，金属柱位于空心金属管内，金属帽有两个分别设置于空心金属管的两端；光栅传输机构包括光纤光栅、光纤一、光纤二及耦合器，光纤光栅设置于光纤一上，光纤一通过光纤二与耦合器连接。本发明从结构上解决了光纤光栅抗震动性能差、测量影响因素复杂、波长不稳定的问题，并实现了光纤光栅多波长调节的功能。本发明结构简单，精小紧凑，稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于光纤光栅波长调节技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅的多波长微调计。
背景技术
我国从20世纪90年代中后期开展光纤光栅的研究工作，随着紫外光刻写光栅技术的成熟，光纤光栅作为优质的传感单元具有体积小，可远距离传输，正被用在工程项目的各个场景中。光纤光栅的刻写过程需要激光器、紫外光源、准直聚焦透镜、掩模板、电机控制系统等一系列光学设备，最重要的是每次刻写一根光栅需要进行计算和老化处理，最后依据光纤载氢、材料刻写出的光栅中心波长仍会有所浮动，因此刻写光纤光栅是一项操作精度要求高、操作过程复杂的工作。
公知的多波长计（例如：CN202188911U），其设计方法与现实技术侧重对激光线宽和中心波长的测量，多次用到滤光片、光电接收器、除法器等设备；设计者应用了很多光学器件和设备，其结构复杂、损耗大，存在性能不稳定缺陷；现有的波长测量系统中，虽然精度高，但是有灵活运动的器件，易受震动的影响，不易在环境复杂的场合应用，而且价格昂贵。公知的光波长计（例如：CN103424193A），其设计通过繁琐的电路设计和对数运算获得光信号波长，理论计算繁琐、电路设计复杂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种基于光纤光栅的多波长微调计，该波长微调计从结构上解决了光纤光栅抗震动性能差、测量影响因素复杂、波长不稳定的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于光纤光栅的多波长微调计，包括封装机构和光栅传输机构，封装机构包括空心金属管、金属帽和金属柱，金属柱位于空心金属管内，金属帽有两个分别设置于空心金属管的两端；
光栅传输机构包括光纤光栅、光纤一、光纤二及耦合器，光纤光栅设置于光纤一上，光纤一通过光纤二与耦合器连接；
所述的空心金属管两端内壁设置有螺纹，且两端螺纹为相反螺纹，空心金属管3两端外侧设置对称的零点标识线；
所述的金属帽轴向通透，由螺纹端和非螺纹端构成；螺纹端与金属管连接，螺纹端外壁上设置有与金属管内的螺纹相吻合的等螺距螺纹，螺纹端内部设置有正多边形立体槽；金属帽的非螺纹端内设置有固定光纤二的固定槽一和固定槽二，固定槽一和固定槽二形成台阶状，金属帽的非螺纹端与螺纹端的连接处外侧刻有刻度线，并标记旋转金属帽的箭头；
所述的金属柱的轴心设置有直径贯穿金属柱的柱型孔，所述的光纤一位于金属柱内的柱型孔内，所述的金属柱的两端部设置有与金属帽的螺纹端的正多边形立体槽相镶嵌的正多边形立体卡。
具体的，所述的空心金属管长30mm，有螺纹的部分内径8mm，外径10mm，螺纹总长度5mm。
具体的，所述的金属帽总长10mm，螺纹端总长5mm；螺纹端外径7.5mm，内径4mm；非螺纹端总长5mm，内径6mm，外径10mm。
具体的，所述的金属帽的螺纹端的正多边形立体槽，可以是三角柱形槽、正方体槽、五边体槽及六边体槽中的其中一种，所述的正多边形立体槽深5mm，长3.4mm，宽3.4mm。
具体的，所述的金属柱总长30mm，直径5mm；所述的金属柱两端部的正多边形立体卡长3.2mm，宽3.2mm，高5mm。
具体的，所述的金属柱内的柱型孔直径2mm，贯穿金属柱设置。
具体的，所述的光纤光栅的中心波长为所需波长范围的最小值。
具体的，金属帽的非螺纹端与螺纹端的连接处的刻度线标记每刻度对应0.2nm。
具体的，所述的固定槽一的直径大于固定槽二的直径，固定槽二位于固定槽一的内侧。
本发明的有益效果是：利用光纤光栅受应力的作用，设计金属管两端为相反螺纹，通过两端金属帽向相同的方向等角度旋转的过程，给光纤光栅施加作用力产生波长稳定漂移，实现光栅多波长调节，实现波长选择。本发明实现了恒定温度下多波长准确的输出，可以用于很多光学实验中（例如：调节两只相近中心波长的光栅做干涉实验等）。从结构上解决了光纤光栅抗震动性能差、测量影响因素复杂、波长不稳定的问题,并实现了光纤光栅多波长调节的功能。本发明结构简单，精小紧凑，稳定性高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3是本发明的立体透视图；
图4是调节后的一个光纤光栅的反射谱显示图。
1双组份环氧树脂胶、2光纤光栅、3空心金属管、4光纤一、5等螺距螺纹、
6金属帽、7 金属柱、8光纤二、9耦合器、 10固定槽一、 11固定槽二、 12正多边形立体槽、 13正多边形立体卡。
具体实施方式
如图1所示一种基于光纤光栅的多波长微调计的结构示意图，包括封装机构和光栅传输机构，封装机构包括空心金属管3、金属帽6和金属柱7，金属柱7位于空心金属管3内，金属帽6有两个分别设置于空心金属管3的两端。光栅传输机构包括光纤光栅2、光纤一4、光纤二8及耦合器9，光纤光栅2的中心波长为所需波长范围的最小值。光纤光栅2设置于光纤一4上，光纤一4通过光纤二8与耦合器9连接。
所述的空心金属管3两端内壁设置有螺纹，且两端螺纹为相反螺纹，空心金属管3两端外侧设置对称的零点标识线；所述的金属帽6轴向通透，由螺纹端和非螺纹端构成；螺纹端与金属管3连接，螺纹端外壁上设置有与金属管3内的螺纹相吻合的等螺距螺纹5，螺纹端内部设置有正多边形立体槽12；金属帽6的非螺纹端内设置有固定光纤二8的固定槽一10和固定槽二11，所述的固定槽一10的直径大于固定槽二11的直径，固定槽二11位于固定槽一10的内侧，固定槽一10和固定槽二11形成台阶状，金属帽6的非螺纹端与螺纹端的连接处外侧刻有刻度线，并标记旋转金属帽6的箭头，金属帽6的非螺纹端与螺纹端的连接处的刻度线标记每刻度对应0.2nm。图4为本发明的立体透视图，能够显示固定槽一10和固定槽二11形成的台阶。
所述的金属柱7的轴心设置有直径贯穿金属柱的柱型孔，柱型孔直径2mm，贯穿金属柱7设置。所述的光纤一4位于金属柱7内的柱型孔内，所述的金属柱7的两端部设置有与金属帽6的螺纹端的正多边形立体槽12相镶嵌的正多边形立体卡13。
具体实施方式1
在本具体实施方式中选择的空心金属管3长30mm，有螺纹的部分内径8mm，外径10mm，螺纹总长度5mm；选取的金属帽6总长10mm，螺纹端总长5mm；螺纹端外径7.5mm，内径4mm；非螺纹端总长5mm，内径6mm，外径10mm。
所述的金属帽6的螺纹端的正多边形立体槽12，是正方体槽，图2本具体实施方式的立体结构示意图，所述的三角柱形槽12深5mm，长3.4mm，宽3.4mm。
所述的金属柱7总长30mm，直径5mm；所述的金属柱7两端部的正多边形立体卡13长3.2mm，宽3.2mm，高5mm。
具体实施方式2
在本具体实施方式中选择正多边形立体槽12为三角柱形槽。
封装本发明所述的波长微调计时，将金属柱7穿入空心金属管3中，两金属帽6分别均匀涂抹9222金属螺丝锁固胶，通过均匀涂抹9222的金属螺丝锁固胶使螺纹的等步进螺距的精度更高，更稳定；然后分别将金属柱7两端的多边形立体卡13嵌入金属帽6的多变形立体槽12中；两金属帽6分别通过螺纹拧紧在空心金属管3的两端，空心金属管3上对称的零点标识线对应金属帽6上0刻度；将剥线长度28mm，光栅长度10mm的光纤一4穿过金属帽6进入金属柱7的柱形孔内，使光纤光栅2处于中间位置，并在两端拉直的前提下，填充满双组份环氧树脂胶1，后加热使得环氧树脂胶固化；位于金属帽6内的光纤二8与耦合器连接，完成封装。
当向一个方向旋转金属帽6时通过金属柱7带动另一端金属帽6同步旋转，并且两金属帽6同时向外移或内移，每旋转一个刻度对应0.2nm，可以保证波长调节仪长期、稳定的波长输出，可准确的调整光纤光栅的中心波长；同时实现了一根光栅中心波长可多次调的功能。转一端金属帽6带动另一端金属帽6转动，在螺纹为反向螺纹时，将两端金属帽6分别向两端推移，实现拉伸光纤光栅的作用。通过两个金属帽6的旋转作用力作用在光纤光栅2两端点有双组分环氧树脂胶1的位置，使光纤光栅2产生应力发生形变，光纤光栅2中心波长漂移。本发明通过对封装结构的设计，获得稳定、可靠的光纤光栅2波长。
本发明的原理如下：
当恒定温度下，光纤光栅2受应力作用弹光效应导致折射率变化, 形变使光纤光栅2周期∧变化，产生中心波长偏移。光纤光栅2中心波长变化量/>为：
（1）
其中，为光纤光栅的长度；
当产生形变为时经过对式（1）变形可得：
（2）
其中：是光纤光栅2应变灵敏度系数；/>是光纤光栅2的轴向应变；/>是光纤光栅2的中心波长。
不同的光纤光栅2中心反射波长的波长值和两端金属帽6旋转的角度有关系，即和光纤光栅2受应力的大小有关系，波长值与应力产生的应变成线性关系；通过对两端金属帽6的调节来调节应变大小，对应也调节了中心波长。
通过公式可以看出波长调节结构在原理上通过光纤光栅应力的作用可以实现波长调节，同时将裸露的光纤光栅2封装使输出波长稳定，从而实现了光纤光栅2多波长的稳定输出。
本发明通过简单的旋转调节，不仅精确有效的调节了光纤光栅2的中心波长，同时也增加了光纤光栅2的抗震动性能，实现了多长抗震动的调节作用。
将本发明所提供的波长微调计通过光谱测量时，宽谱光源的光输入进环形器的一个端口，环形器另一个端口接本发明波长微调计中的耦合器9，环形器第三个端口接光谱仪实时测量，图4为调节后的一个光纤光栅的反射谱图示。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种基于光纤光栅的多波长微调计，包括封装机构和光栅传输机构，其特征在于，
封装机构包括空心金属管（3）、金属帽（6）和金属柱（7），金属柱（7）位于空心金属管（3）内，金属帽（6）有两个分别设置于空心金属管（3）的两端；
光栅传输机构包括光纤光栅（2）、光纤一（4）、光纤二（8）及耦合器（9），光纤光栅（2）设置于光纤一（4）上，光纤一（4）通过光纤二（8）与耦合器（9）连接；
所述的空心金属管（3）两端内壁设置有螺纹，且两端螺纹为相反螺纹，空心金属管（3）两端外侧设置对称的零点标识线；
所述的金属帽（6）轴向通透，由螺纹端和非螺纹端构成；螺纹端与金属管（3）连接，螺纹端外壁上设置有与金属管（3）内的螺纹相吻合的等螺距螺纹（5），螺纹端内部设置有正多边形立体槽（12）；金属帽（6）的非螺纹端内设置有固定光纤二（8）的固定槽一（10）和固定槽二（11），固定槽一（10）和固定槽二（11）形成台阶状，金属帽（6）的非螺纹端与螺纹端的连接处外侧刻有刻度线，并标记旋转金属帽（6）的箭头；
所述的金属柱（7）的轴心设置有直径贯穿金属柱的柱型孔，所述的光纤一（4）位于金属柱（7）内的柱型孔内，所述的金属柱（7）的两端部设置有与金属帽（6）的螺纹端的正多边形立体槽（12）相镶嵌的正多边形立体卡（13）。
2.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的空心金属管（3）长30mm，有螺纹的部分内径8mm，外径10mm，螺纹总长度5mm。
3.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的金属帽（6）总长10mm，螺纹端总长5mm；螺纹端外径7.5mm，内径4mm；非螺纹端总长5mm，内径6mm，外径10mm。
4.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的金属帽（6）的螺纹端的正多边形立体槽（12），可以是三角柱形槽、正方体槽、五边体槽及六边体槽中的其中一种，所述的正多边形立体槽（12）深5mm，长3.4mm，宽3.4mm。
5.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的金属柱（7）总长30mm，直径5mm；所述的金属柱（7）两端部的正多边形立体卡（13）长3.2mm，宽3.2mm，高5mm。
6.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的金属柱（7）内的柱型孔直径2mm，贯穿金属柱（7）设置。
7.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的光纤光栅（2）的中心波长为所需波长范围的最小值。
8.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，金属帽（6）的非螺纹端与螺纹端的连接处的刻度线标记每刻度对应0.2nm。
9.根据权利要求1所述基于光纤光栅的多波长微调计，其特征在于，所述的固定槽一（10）的直径大于固定槽二（11）的直径，固定槽二（11）位于固定槽一（10）的内侧。
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