CN113474703A - 用于阵列波导光栅（awg）模块的新的改进的可变双向热补偿器 - Google Patents

用于阵列波导光栅（awg）模块的新的改进的可变双向热补偿器 Download PDF

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Abstract

公开了一种热补偿器，用于与阵列波导光栅(AWG)模块结合使用，阵列波导光栅(AWG)模块进而在光网络内与波长复用和解复用结合使用。热补偿器包括一弓形框元件、一中央杆元件以及一螺钉。弓形框元件以一热膨胀系数(CTE)高于或大于中央杆元件的热膨胀系数(CTE)为特征，从而，在炎热温度条件下，弓形框元件能够以比中央杆元件大的一速率膨胀和伸长，然而，在寒冷温度条件下，弓形部件的收缩的速率被中央杆元件的收缩的慢的速率有效地阻滞。弓形框元件适于附接于一无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一可移动部分，从而弓形元件的膨胀和收缩的移动影响无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动部分的移动，以在横跨无热阵列波导光栅(AAWG)模块设计操作的迥然不同的温度条件下保持无热阵列波导光栅(AAWG)模块的合适的聚焦。

Description

用于阵列波导光栅(AWG)模块的新的改进的可变双向热补 偿器
技术领域
本发明涉及热补偿器，且更特别地涉及一种新的改进的热补偿器，其能与阵列波导光栅(AWG)模块结合使用，所述阵列波导光栅(AWG)模块进而在光网络(opticalnetworks)中与波长复用和解复用结合使用。
背景技术
针对在光网络中与波长复用和解复用结合使用的阵列波导光栅(AWG)模块，已发现，随着温度变化，工作波长也会变化，由此影响性能。目前存在两种类型的阵列波导光栅(AWG)模块，第一种类型的阵列波导光栅(AWG)模块称为一热阵列波导光栅(AWG)模块，其中，一加热器和一热电偶被使用以保持所述模块的温度恒定。这显然提高了波长的稳定性，然而，这些部件会消耗功率，并且在额外的部件引入系统中的情况下，整个系统的可靠性会有所降低。第二种类型的阵列波导光栅(AWG)模块是一无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块。无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一个优点是，它实际上是一无源结构，因为它的功率消耗为零。然而，一个显著的缺点是，一无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块只能在一相当良好既定(well-established)的工作温度范围内可靠地操作。例如，目前，该温度范围从-15℃延伸至70℃，尽管已经报道这种无热阵列波导光栅(AAWG)模块的使用正用在-40℃至85℃的温度范围内。然而，也有报道称，在这样的温度范围内使用这种无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一显著的缺点导致更大的波长的不稳定性，所述更大的波长的不稳定性被称为国际电信联盟(ITU)所建立的波长偏置(offset)。
在补偿使用无热阵列波导光栅(AAWG)模块的这种波长的不稳定性的努力中，已采用了各种无加热热补偿器。例如，参照图1a至图2c，如示出一常规的阵列波导光栅(AWG)模块10的图1a至图1c所示，看到的是，随着温度在低温(low temperature)条件、经过中温(mid-temperature)条件到高温(high temperature)条件之间变化，常规的阵列波导光栅(AWG)模块10的焦点偏移(shift)。据此，如图2a至图2c中所示，示出一无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块20，其设置有未示出的一热补偿器，热补偿器使无加热或无热波导光栅(AAWG)模块20的一前部22物理地或机械地移动或位移，以有效地使无加热或无热波导光栅(AAWG)模块20的焦点重新聚焦，从而使最终输出的焦点有效地恒定，而不管无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块20使用在如何温度下。然而，还知晓的是，热致波长变化横跨操作的宽泛的可变的温度范围是非线性的，这意味着，与无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块20在相对温暖(warm)的环境中操作时相比，当无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块20在相对寒冷(cold)的环境中操作时，例如无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块20的前部22的机械移动或位移补偿是不同的。
一常规的可变双向热补偿器的一示例示出在图3中并由附图标记30表示。更特别地，看到的是，热补偿器30包括：一框元件32，其适于连接于或接合无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动或可位移部分，并且其实际上包括具有一长方体构造的一三维实心块；以及一螺钉34，其适于连接于或接合无加热或无热阵列波导光栅(AAWG)模块的不可移动或不可位移部分。框元件32和螺钉34由特别预定的不同的材料制造，所述特别预定的不同的材料以热膨胀系数(CTE)特性显著不同为特征，从而，随无加热或无热阵列波导光栅模块(AAWG)在其中操作的环境的温度，框元件32将相对于螺钉的膨胀或收缩以一更大的速率膨胀或收缩，以相应地使无加热或无热排列波导光栅(AAWG)模块的可移动部分或可位移部分从寒冷环境到温暖环境以非线性方式移动或位移。然而，不幸的是，已发现，尽管这种温度补偿器是由特别选择的表现出合适的不同的热膨胀系数(CTE)特性的材料制造，但这样的现有技术的设计实际上无法提供能使无热阵列波导光栅(AAWG)模块在显著不同或更宽的温度范围内操作所需的必要的热补偿。这是因为，当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在以相对凉爽(cool)或寒冷的温度为特征的环境中操作时，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动部分的所需的移动或位移与当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在以相对温暖或炎热(hot)的温度为特征的环境中操作时无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动部分的所需的移动或位移是不同的。一热补偿器的现有技术设计不能在膨胀和收缩之间产生足够显著的差异以满足对在寒冷环境和温暖环境内或者从寒冷环境到温暖环境操作的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的补偿要求。
据此，本领域由此存在对一种新的改进的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的需求，在新的改进的无热阵列波导光栅(AAWG)模块中，改进的热补偿实际上能够实现为无热阵列波导光栅(AAWG)模块能实际上在可能表现出显著不同(significantly different)或迥然不同(disparate)的温度的温度范围或环境中使用。换句话说，由于使用允许当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在相对温暖或炎热的温度环境中操作时无热阵列波导光栅(AAWG)模块以比当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在相对凉爽或寒冷的温度环境中操作时无热阵列波导光栅(AAWG)模块将收缩的速率大的一速率膨胀的一热补偿器，无热阵列波导光栅(AAWG)模块能够实际上在可能表现出显著不同或迥然不同的温度的温度范围或环境中使用。
发明内容
前述需求已通过本发明实现，在本发明中，根据本发明的原理和教导，一种新的改进的热补偿器被开发且看到在基本形式上包括一框元件，框元件具有一可膨胀和可收缩的弓形的构造，替代常规的实心块的长方体。一中央杆元件设置在弓形框元件的内部中，其中，中央杆元件的一端牢固地固定于弓形框元件的一个内端，而中央杆元件的相反的一第二端与一螺钉接合，螺钉固定地安装在弓形框元件的相反的一第二端内。弓形框元件和中央杆元件由具有不同热膨胀系数(CTE)特性的特定预定的不同的材料制造。在这种方式下，在升高的温度条件下，弓形框元件能够以比中央杆元件的膨胀显著大的一速率膨胀，然而，相反的是，在相对低的温度条件下，弓形框元件被中央杆元件有效地约束，以仅能够以中央杆元件收缩的速率收缩。这恰好是所需的热补偿类型，因为如已说明的，热补偿器适于被连接的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动部分需要以与膨胀不同的一速率收缩，以保持无热阵列波导光栅(AAWG)模块的合适的焦点。还注意的是，为了实现无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动或可位移部分的精确移动或位移以保持无热阵列波导光栅(AAWG)模块的合适的焦点，热补偿器的弓形框元件可具有各种不同的几何构造或形状，热补偿器的弓形框元件可由各种不同的材料制造，其中，这样的各种不同的材料都表现出不同的热膨胀系数特性，并且弓形框元件的各个部分的尺寸或厚度尺寸可以变化。
附图说明
本发明的各种其它的特征和附带的优点将从在针对附图考虑的以下的详细说明中被更完整地认识，在附图中，在若干图中类似的附图标记表示类似或相应的部件，并且在附图中：
图1a是一常规的现有技术的阵列波导光栅(AWG)模块的一示意图，其中，阵列波导光栅(AWG)模块的焦点示意性示出为由于阵列波导光栅阵(AWG)模块在一相对低的温度范围环境内被使用而已在一第一特定方向上偏移；
图1b是图1a中公开的常规的现有技术的阵列波导光栅(AWG)模块的一示意图，其中，阵列波导光栅(AWG)模块的焦点示意性地示出为由于阵列波导光栅(AWG)模块在一中温范围环境内被使用而根本没有偏移其所需的预定焦点；
图1c是图1b中公开的常规的现有技术的阵列波导光栅(AWG)模块的一示意图，其中，阵列波导光栅(AWG)模块的焦点示意性地示出为由于阵列波导光栅(AWG)模块在一相对高的温度范围环境内被使用而已在相反的一第二方向上偏移；
图2a是一常规的现有技术的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一示意图，其中，由于无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一前部在一第一方向借助一温度补偿器而被移动或位移一预定距离，以有效地补偿无热阵列波导光栅(AAWG)模块的焦点因无热阵列波导光栅(AAWG)模块在一相对低的温度范围环境内被使用的事实而通常会发生的偏移，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的焦点示意地示出为保持恒定；
图2b是图2a中公开的常规的现有技术的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一示意图，其中，由于无热阵列波导光栅(AAWG)模块在一中温范围内被使用的事实，无需移动非无热阵列波导光栅(AAWG)模块的前部，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的焦点示意地示出为保持恒定；
图2c是图2a所示的常规的现有技术的热阵波导光栅(AAWG)模块的一示意图，其中，由于热阵波导光栅(AAWG)模块的前部借助以热补偿器在相反的方向上被移动或移位一预定距离，以有效地补偿无热阵波导光栅(AAWG)模块的焦点因无热阵波导光栅(AAWG)模块在一相对高的温度范围环境内被使用的事实而通常会发生的偏移，无热阵波导光栅(AAWG)模块的焦点示意地示出为保持恒定；
图3是与无热阵列波导光栅(AAWG)模块结合使用的一常规的现有技术的热补偿器的一立体图；
图4是根据本发明的原理和教导已开发的一新的改进的可变双向热补偿器的一第一实施例的一示意图，以有利地与无热阵列波导光栅(AAWG)模块结合使用；
图5是本发明的新的改进的可变双向热补偿器的中央杆元件的一第二实施例的一示意图，其中，一保护块已附接于中央杆元件的端部，保护块适于与螺钉接合以保护中央杆元件免受螺钉损坏，螺钉由具有比中央杆元件的硬度参数大的一硬度参数的一材料制造。
图5a是与图4类似的一示意图，然而，其中，热补偿器的弓形框元件设置有一膨胀增强块，膨胀增强块附接于弓形框元件的头端的一外表面部分；
图6a是根据本发明的教导和原理已开发的一弓形框元件的一第二实施例的一示意图，而且其中，替代图4中公开的大致轴向细长(elongated)的六边形构造的弓形框元件102，看到的是，图6a中公开的弓形框元件具有一大致菱形的构造；
图6b是一弓形框元件的一第三实施例的一示意图，其中，替代图4中公开的弓形框元件的作为特征的直线(linear)侧部和腿部，弓形框元件102b的第一端部和第二端部通过弧形构造的两侧部互连在一起；
图6c是一弓形框元件的一第四实施例的一示意图，其中，图6b中公开的弓形框元件的弧形构造的两侧部中的一个由包括一对直线段的一侧部替代，其中，将认识到的是，与前述实施例的弓形框元件不同，弓形框元件的第四实施例的两个侧部在结构上不再彼此对称或镜像，由此，当弓形框元件轴向膨胀和收缩时，两个侧部将经历不同的膨胀和收缩的移动或位移，从而整个弓形框元件的膨胀或收缩不再是直线的而是将还包含或包括一预定的角移动或角位移；
图6d是一弓形框元件的一第五实施例的一示意图，其中，看到的是，弓形框元件的包括三个直线段的右侧部分基本上与图4所示的弓形框元件的包括多个段的侧部类似，然而，看到的是，将其中两个直线段互连在一起的左侧部分包括一直线段，该直线段设置有相对于左侧部分的直线范围横向向外和向内突出的不同厚度的部分，从而也将认识到的是，鉴于在弓形框元件的左右两侧之间限定的不对称结构，整个弓形框元件的膨胀或收缩将不再是直线的而是还将包含或包括一预定的角移动或角位移；
图6e是一弓形框元件的一第六实施例的一示意图，其中，一右侧部分与图6d中所示的第五实施例的弓形框元件的右侧部分类似，然而，看到的是，弓形框元件的左侧部分包括以一褶叠或正弦方式互连在一起的多个部分，从而当整个弓形框元件经历膨胀或收缩时，多个褶叠或正弦形状的部分将相对于彼此膨胀或收缩，由此，整个弓形框元件的膨胀或收缩将不再是直线的而是还将包含或包括一预定的角移动或角位移；
图6f是一弓形框元件的一第七实施例的一示意图，其中，看到的是，该第七实施例的弓形框元件的结构基本上与第一实施例的弓形框元件类似，除了两侧部的一部分已被移除以改变这些侧部的厚度尺寸的事实外，由此弓形框元件的两侧部的厚度尺寸上的变化将影响弓形框元件的膨胀和收缩特性；
图6g是一弓形框元件的一第八实施例的一示意图，其中，看到的是，第八实施例的弓形框元件基本上与第一实施例的弓形框元件类似，除了狭槽分别限定在弓形框元件的多个侧段内的事实外，由此狭槽有效地限定弓形框元件的侧部的厚度尺寸或质量的变化，这将影响弓形框元件的膨胀和收缩特性；
图6h是一弓形框元件的一第九实施例的一示意图，其中，看到的是，弓形框元件具有与图4中公开的第一实施例的弓形框元件类似的结构，除了一基本矩形构造的腔室(chamber)限定在弓形框元件的内部以收容中央杆元件的头部分，由此中央杆元件实际上无需牢固地固定于弓形框件以有效地限定与弓形框件的一单件(one-piece)结构，但是，尽管如此，由于中央杆元件的头部分部置(disposition)于弓形框元件的腔室内，中央杆元件将被有效地锁定就位在弓形框元件的内部中；
图7a是中央杆元件的一第二实施例的一示意图，其中，替代具有如图4中所示的中央杆元件104的大致T形构造，中央杆元件的第二实施例可包括一圆柱形构造的中央杆元件；
图7b是中央杆元件的一第三实施例的一示意图，其中，看到的是，中央杆元件的第三实施例具有一长方体的一几何构造。
图7c是中央杆元件的一第四实施例的一示意图，其中，看到的是，中央杆元件的第四实施例与图4中所示的中央杆元件的第一实施例类似，然而，看到的是，当相对于中央杆元件的纵向的轴线考虑时，中央杆元件的头部分的侧向(lateral)宽度或横向(transverse)尺寸仅为图4中所示的中央杆元件的头部分的大约一半；
图7d是中央杆元件的一第五实施例的一示意图，其中，看到的是，中央杆元件的第五实施例与图4中所示的中央杆元件的第一实施例类似，然而，看到的是，替代如图4中所示的中央杆元件的整个头部分，中央杆元件104d的第五实施例的头部分有效地从形成图4中所示的中央杆元件126的头部分的长方体使一个拐角或象限移除。
图7e是中央杆元件的一第六实施例的一示意图，其中，看到的是，中央杆元件具有与图4中所示的中央杆元件104的构造类似的一构造，除了中央杆元件104e的远端部136e突出超过中央杆元件104e的头部分126e的设置一预定量的事实外；
图8a是一无热阵波导光栅(AAWG)模块的一第一实施例的一示意图，其中，看到的是，无热阵波导光栅(AAWG)模块被有效地分为一第一固定部分和一第二可移动部分，该第二可移动部分包括整个无热阵波导光栅(AAWG)模块的一部分；
图8b是无热阵波导光栅(AAWG)模块的一第二实施例的一示意图，其中，看到的是，无热阵波导光栅(AAWG)模块被有效地分成两半，使得一半被固定而另一半是可移动的；
图8c是示出诸如图4中所示的那样的热补偿器以这样一种方式可操作地(operatively)连接于如图8a中所示的第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一示意图，在这样一种方式下，热补偿器的纵向的轴线相对于光网络的入射光路以一第一预定角度被定向成当热补偿器经历膨胀时第二可移动部件将在与热补偿器的纵向的轴线平行的一向左定向的方向上移动或位移；
图8d是示出诸如图4中所示的那样的热补偿器以这样一种方式可操作地连接于如图8a中所示的第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一示意图，在这样一种方式下，热补偿器的纵向的轴线相对于光网络的入射光路以与图8c所示的热补偿器的纵向的轴线定向的第一预定角度不同的一第二预定角度被定向，使得当热补偿器经历膨胀时，第二可移动部件也将在相对于热补偿器的纵向的轴线的一角度定向的方向上移动或位移；
图8e是示出诸如图4中所示的那样的热补偿器以这样一种方式可操作地连接于如图8b中所示的第二实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一示意图，在这样一种方式下，热补偿器使其固定端固定地连接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块的基体部或壳体部，而热补偿器的纵向的轴线相对于光网络的入射光路以一第一预定角度被定向，使得当热补偿器经历膨胀时，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的上可移动部件将在与热补偿器的纵向的轴线平行的一基本向右定向的方向上移动或位移；
图8f是诸如图4中所示的那样的热补偿器以这样一种方式可操作地连接于如图8c所示的第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一示意图，然而，其中，热补偿器使其固定端固定地连接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块的基体部或壳体部，而热补偿器的纵向的轴线相对于光网络的入射光路以一第一预定角度被定向，使得当热补偿器经历膨胀时，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的第二可移动部件将在与热补偿器的纵向的轴线平行的一基本向左定向的方向上移动或位移；以及
图9是将如图3所示的常规的现有技术的热补偿器与如图4和图6h所示的本发明的新的改进的热补偿器进行比较的一示意图，其中位移的整体的收缩、膨胀和移动的差以微米记录。
具体实施方式
现在参照附图且特别参照附图的图4，用于与无热阵列波导光栅(AAWG)模块结合使用的新的改进的可变双向热补偿器的一第一实施例公开且整体由附图标记100表示。更特别地，看到的是，新的改进的可变双向热补偿器100包括一框元件102、一中央杆元件104以及一螺钉106。还更特别地，看到的是，框元件102具有基本上由包括相对于或围绕纵向定向的轴线108限定的一轴向细长的八边形的弓形构成的一几何构造。更具体地，看到的是，弓形框元件102包括：一第一端部110，其适于可移动；一第二端部112，其相对设置且适于被固定；一第一侧部114；一第二侧部116；第一腿部118和第二腿部120，将第一侧部114分别互连于第一端部110和第二端部112；以及第三腿部122和第四腿部124，将第二侧部116分别互连于第一端部110和第二端部112，其中，弓形框元件102的所有上述部和腿部限定一中央中空部125。
如能因此认识到的是，由于弓形框元件102的独特几何结构构造，如通过在第一侧部114、第二侧部116、分别将第一侧部114互连于第一端部110和第二端部112的第一腿部118和第二腿部120以及分别将第二侧部116互连于第一端部110和第二端部112的第三腿部122和第四腿部124之间限定的结构互连所允许的，随着温度升高，弓形框元件102将相关于纵向延伸的轴线108有效地轴向伸长或膨胀。将进一步认识到的是，如通过分别将第一侧部114互连于第一端部110和第二端部112的第一腿部118和第二腿部120以及分别将第二侧部116互连于第一端部110和第二端部112的第三腿部122和第四腿部124所允许的，随着弓形框元件102有效地轴向伸长或膨胀，第一侧部114和第二侧部116将也有效地朝向彼此移动。将进一步认识到的是，当与热补偿器100一起使用的无热阵列波导光栅(AAWG)模块经受相对凉爽或寒冷温度或在相对凉爽或寒冷温度下操作时，弓形框元件102发生反向移动或位移，即，弓形框元件102将轴向收缩。因此，看到的是，以弓形框元件102为特征的结构构造给弓形框元件102提供了独特的柔性和弹性，以如下文将更全面地说明的精确地执行无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一可移动部分所需的移动或位移。
从图4还能看到的是，中央杆元件104设置在弓形框元件102的一中央中空部125内并且具有一大致T形的构造，看到是，包括一第一端部分或头部分126，第一端部分或头部分126牢固地固定于弓形框元件102的第一端部110，而相反的一第二端部分或脚部分128适于与螺钉106的一第一端部接合，螺钉106具有自己的相反设置的固定地安装在弓形框元件102的第二端部112内的第二端部。螺钉106在弓形框元件102的固定的端部112内螺纹调节，以将第一端部分或头部分126定位到与弓形框元件102的第一端部110的内表面部分接合。根据本发明的进一步的教导和原理，弓形框元件102和中央杆元件104均由具有特定的、不同的、预定的或已知的热膨胀系数(CTE)特性的材料制造，其中，弓形框元件102由表现出比中央杆元件104的热膨胀系数(CTE)大或高的热膨胀系数(CTE)的材料制造。在这种方式下，因此能认识到的是，当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在经历相对温暖或炎热温度条件的一环境内操作时，弓形框元件102将根据其热膨胀系数(CTE)特性而有效地轴向自由膨胀或伸长，而相反地，当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在经历相对凉爽或寒冷的温度条件的一环境内操作时，鉴于弓形框元件102的第一端部110牢固地固定于中央杆元件104的事实并且由于中央杆元件104的热膨胀系数(CTE)特性小于弓形框元件102的热膨胀系数特性，弓形框元件102在其轴向收缩的移动或位移上将有效地受到一定程度(somewhat)的约束或阻滞，与弓形框元件102的轴向收缩相比，中央杆元件104的轴向收缩以更小或更慢的速率进行，由此实现弓形框元件102以比其轴向热膨胀或伸长低的速率整体收缩。如前所述，为了保持无热阵列波导光栅(AAWG)模块的合适的焦点，这些移动或位移是所希望的且是所需要的。
另外注意的是，当无热阵列波导光栅(AAWG)模块可操作地设置在或暴露于相对温暖或炎热的温度条件下时，弓形框元件102将轴向膨胀或伸长到使得中央杆元件104的相反的第二端部分或脚部分128将与螺钉106的第一端部脱离的程度，然而且相反的是，当无热阵列波导光栅(AAWG)模块可操作地设置在或暴露于凉爽或寒冷温度条件下时，如根据它们之间的热膨胀系数(CTE)的差异由中央杆元件104所允许的，弓形框元件102将轴向收缩，使得中央杆元件104的相反的第二端部分或脚部分128将再次与螺钉106的第一端部接合。将注意的是，还有的是，螺钉106通常由具有相对大的杨氏模量和小的热膨胀系数(CTE)的一材料制造。因此，已发现，当中央杆元件104的相反的第二端部分或脚部分128接合螺钉106的第一端部时，螺钉106的相对硬度或刚度可能会对中央杆元件104的相反的第二端部分或脚部分128造成压痕或其它损坏。为了防止这种情况发生，中央杆元件104的相反的第二端部分或脚部分128可设有一保护块130，如图5所示。保护块130由用于制造螺钉106的相同的材料制造，因此，相应地，保护块130的杨氏模量和硬度或刚度与螺钉106的杨氏模量和硬度或刚度相同，从而螺钉106的第一端部实际上不会损坏中央杆元件104。
现在参照图5a，还注意到的是，通过将一膨胀增强块附接于弓形框元件的头端的外表面部分，弓形框元件102的膨胀以及无热阵列波导光栅(AAWG)模块的热补偿器所附接的那个部分的移动或位移能被进一步增强，这将在下文更充分地说明。随着技术向更小的部件以使更小的部件能收容在可用空间是关键设计因素的空间环境内的趋势，例如，热补偿器的有效尺寸需要关于其总纵向长度尺寸更小。这能够通过缩短弓形框元件和/或中央杆元件的纵向长度来完成。然而，采用这种更短的结构部件，热补偿器可能不一定实现在炎热和寒冷的温度条件下所需的相对移动或位移。因此，如图5a中所示，一膨胀增强块132已附接于热补偿器100'的弓形框元件102的头端的一外表面部分。膨胀增强块132可由具有比弓形框元件102的热膨胀系数(CTE)大的热膨胀系数的一合适的材料制造，因此膨胀增强块132将相应地以比弓形框元件102更快的速率且更大的程度膨胀。然而，相反地，在凉爽或寒冷的温度环境内操作期间，膨胀增强块132的收缩以及弓形框元件102的收缩将也被相对低的热膨胀系数(CTE)特性的中央杆元件104一定程度地阻滞。
接下来还有地且参照图6a至图6h，具有各种不同结构构造的弓形框元件102的各种不同实施例是可能的，以如下文将进一步讨论的，当新的改进的可变双向热补偿器100可操作地连接于一无热阵列波导光栅(AAWG)模块时，实现无热阵列波导光栅(AAWG)模块的其它的不同的膨胀和收缩移动或位移。例如，如图6a所公开的，图6a示出根据本发明的教导和原理开发的一弓形框元件的一第二实施例，替代图4中公开的基本上轴向细长的六边形构造的弓形框元件102，看到是，图6a中公开的弓形框元件102a具有一基本菱形的构造。可替代地，如图6b中所公开的，一弓形框元件的一第三实施例示出，其中，替代图4中公开的弓形框元件102的作为特征的直线(linear)的侧部和腿部，弓形框元件102b的第一端部110b和第二端部112b通过弧形构造的侧部114b、116b互连在一起。此外，如从图6c能够看到的是，一弓形框元件的一第四实施例公开，其中，弓形框元件102b的弧形构造的其中一个侧部114b已被包括一对直线段114c-1、114c-2的一侧部替代。将认识到的是，与弓形框元件102、102a、102b不同，两个侧部114c、116c在结构上不再彼此对称或镜像。因此，随着弓形框元件102c轴向膨胀和收缩，两个侧部114c、116c将经历不同的膨胀和收缩的移动或位移。在这种方式下，整个的弓形框元件102c的膨胀或收缩将不再是直线的而是还将包含或包括一预定的角移动或角位移。
继续还有地并参照图6d，一弓形框元件102d的一第五实施例公开，其中，认识到的是，包括段116d、122d、124d的弓形框元件102d的右侧部分与图4中所示的弓形框元件102的包括段116、122、124的侧部分基本类似，然而，看到的是，将段118d、120d互连在一起的左侧部114d包括一直线段(linear segment)，该直线段设置有相对左侧部114d的直线范围横向向外和向内突出的不同厚度的部分132d、134d。也将认识到的是，鉴于弓形框元件102d的左右两侧之间的非对称结构，整个的弓形框元件102c的膨胀或收缩将不再是直线的而是还将包含或包括一预定的角移动或角位移。
参照图6e，根据本发明的原理和教导开发的一弓形框元件102e的一第六实施例公开，并且看到的是，包括右侧部116e，右侧部116e与第五实施例的弓形框元件102d的右侧部116d类似，然而，看到的是，将段118e、120e互连在一起的弓形框元件102e的左侧部114e包括以褶叠或正弦方式互连在一起的多个部分136e。因此，能认识到的是，当整个弓形框元件102e经历膨胀或收缩时，各个部分136e也将相对彼此膨胀或收缩，使得整个弓形框元件102c的膨胀或收缩也将不再是直线的而是将包含或包括一预定的角移动或角位移。接下来参照图6f，一弓形框元件102f的一第七实施例公开，其中，看到的是，除了侧部114f、116f的如附图标记138f、140f标示的部分已经被移除以改变这些侧部114f、116f的厚度尺寸的事实外，该第七实施例的弓形框元件102f的结构基本上类似于第一实施例的弓形框元件102。侧部114f、116f的厚度尺寸的这些变化将影响弓形框元件102f的膨胀和收缩特性。一弓形框元件102g的一第八实施例示出于图6g中，其中，看到的是，除了狭槽142g、144g分别限定在侧段116g、122g、124g和114g、118g、120g内的事实外，第八实施例的弓形框元件102g与第一实施例的弓形框元件102基本类似。同样地，弓形框元件102g的侧部分的厚度尺寸或质量的这些变化将影响弓形框元件102g的膨胀和收缩特性。最后，参照图6h，一弓形框元件102h的一第九实施例公开，其中，看到的是，除了限定在弓形框元件102h的内部的一基本上矩形构造的收容中央杆元件104的头部分126的腔室146h的事实外，弓形框元件102h具有与图4中所公开的弓形框元件102的构造类似的一构造。在这种方式下，中央杆元件104实际上无需被牢固地固定于弓形框元件102h以有效地限定与弓形框元件的一单件结构，但是，尽管如此，由于中央杆元件104的头部分126部置于腔室146h内，故中央杆元件104将被有效地锁定就位在弓形框元件102h内部。
与弓形框元件102的情况一样，具有各种不同结构构造的中央杆元件104的各种不同实施例是可能的，以如下文将进一步说明的，当新的改进的可变双向热补偿器100可操作地连接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块时以及当无热阵列波导光栅(AAWG)模块在相对温暖、炎热、凉爽或寒冷的温度条件下操作时，实现无热阵列波导光栅(AAWG)模块的其它的不同的膨胀和收缩的移动或位移。这些不同的实施例在图7a-7f中公开。据此，参照图7a，看到的是，中央杆元件104a的一第二实施例替代图4中所示的中央杆元件104的基本T形构造，中央杆元件104可包括一圆柱形构造的中央杆元件。可替代地，如图7b中所示，中央杆元件的一第三实施例在104b处示出并且看到的是具有一长方体的一几何构造。参照图7c，中央杆元件的一第四实施例在104c处示出并且看到的是中央杆元件104的第四实施例类似于图4中所示的中央杆元件104的第一实施例，然而，看到的是，当相对于中央杆元件104c的纵向的轴线108c考虑时，头部分126c的侧向宽度或横向尺寸仅为如图4中所示的中央杆元件104的头部分126的侧向宽度或横向尺寸的大约一半。
此外，参照图7d，中央杆元件104d的一第五实施例在104d处示出，并且看到的是，中央杆元件104的第五实施例类似于图4中所示的中央杆元件104的第一实施例，然而，看到的是，替代图4中所示的中央杆元件104的包括一长方体的整个头部分126，中央杆元件140d的第五实施例的头部分126有效地从形成图4中所示的中央杆元件126的头部分126的长方体如在148d处使一个拐角或象限移除。最后参照图7e，中央杆元件的一第六实施例在104e处示出，并且看到的是，除了当关于T形的中央杆元件104e的纵向的轴线151考虑时中央杆元件104e的远端部150e突出超过中央杆元件104e的头部分126e的部置一预定量的事实之外，中央杆元件的第六实施例具有与图4中示出的中央杆元件104的构造类似的一构造。应注意的是，以类似于提供如图4和图6a至图6h中所示的不同构造的弓形框元件102-102h的方式，如图4和图7a-7h所示的不同构造的中央杆元件104、104a-104e将提供具有不同的厚度尺寸、不同的质量量化等的中央杆元件，由此这些差异将自身表现为影响中央杆元件的膨胀和收缩特性的不同的因素。
已经说明了本发明的热补偿器的各种结构部件及其各种不同的构造或替代的实施例，现在将说明本发明的热补偿器在可操作地连接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块时的操作。如与图2a-2c中所示的常规的阵列波导光栅(AWG)模块相关的讨论中简要指出的一样并参照图8a，一无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一第一实施例示出并且整体由附图标记152表示。更特别地，看到的是，第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块152包括两个主要部件：第一(primary)固定部件154和第二(secondary)可移动部件156，其中，第二可移动部件156有效地是整个无热阵列波导光栅(AAWG)模块152的一部分。第一固定部件154和第二可移动部件156之间的边界示出在158处。如能认识到的是，当无热阵列波导光栅(AAWG)模块152在各种不同的相对的温暖、炎热、凉爽或寒冷的温度条件下操作时，可移动部件156适于根据需要被移动或移位，以保持无热阵列波导光栅(AAWG)模块152的合适的焦点。可替代地，如图8b中所示，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一第二个实施例示出并且整体由附图标记152'表示。根据一无热阵列波导光栅(AAWG)模块152'的该第二实施例，看到的是，无热阵列波导光栅(AAWG)模块152'被有效地分成两半并包括一上可移动部分160'和一下固定部分162'。在图8a和图8b所示的两个实施例中，注意的是，可移动的部分和固定的部分可以颠倒。
如图8c中所示，当诸如图4中所示的那样的热补偿器100以这样一种方式可操作地连接于第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块152时，如图8c所示，在这样一种方式下，热补偿器100的固定端112固定于热补偿器100的第一固定部件154而热补偿器的可移动端110固定于第二可移动部件156并且热补偿器100的纵向的轴线108相对于光网络的入射光路(ILP)以一第一预定角度被定向，然后，当热补偿器100经历膨胀时，第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块152的第二可移动部件156将在与热补偿器100的纵向的轴线108平行的一向左定向的方向上移动或位移。在一类似的方式下，当诸如图4中所示那样的热补偿器100以这样一种方式可操作地连接于第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块152时，如图8d所示，在这样一种方式下，在热补偿器100的固定端112固定于热补偿器100的第一固定部件154而热补偿器100的可移动端110固定于第二可移动部件156但是热补偿器的纵向的轴线相对于光网络的入射光路(ILP)以与热补偿器100的纵向的轴线定向的第一预定角度不同的如图8d中所示的一第二预定角度被定向，然后，当热补偿器经历膨胀时，第二可移动部件将还在相对于热补偿器的纵向的轴线的一角度定向上移动或位移。
可替代地，如图8e所示，当诸如图4所示的那样的热补偿器100以这样一种方式可操作地连接于如图8b所示的第二实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块152'时，在这样一种方式下，在热补偿器100使其固定端固定地连接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块152'的一基体部或壳体部(housing portion)而热补偿器100的纵向的轴线108相对于光网络的入射光路(ILP)以一第一预定角度被定向，从而当热补偿器100经历膨胀时，无热阵列波导光栅(AAWG)模块152'的上可移动部件160'将在与热补偿器100的纵向的轴线108平行的一基本向右定向的方向上移动或移位。作为又一个替代，图8f是一示意图，示出诸如图4中所示的那样的热补偿器100可操作地连接于如图8c中所示的第一实施例的无热阵列波导光栅(AAWG)模块152，然而，热补偿器100使其固定端固定连接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块152的基体部或壳体部而热补偿器100的纵向的轴线108相对于光网络的入射光路(ILP)以一第一预定角度被定向，从而当热补偿器100经历膨胀时，无热阵列波导光栅(AAWG)模块152的第二可移动部件156将在与热补偿器的纵向的轴线平行的一基本向左定向的方向上移动或位移。
参照图9，示出如图3所示的常规的现有技术的热补偿器和如图4和图6h所示的本发明的新的改进的热补偿器的示意图，其中位移的整体的收缩、膨胀和移动的差以微米记录。由于弓形框关于其形状变化更为柔性，通过具有在一寒冷环境内更小的热膨胀系数(CTE)的一中央杆，弓形框与现有技术的热补偿器相比在收缩下能以5倍以上更多地阻滞。更特别地，作为非限制性示例，能看到的是，对于常规的现有技术的热补偿器30，当热补偿器30在寒冷温度条件下收缩时，其总长度尺寸为43.26微米，而当热补偿器30在炎热温度条件下膨胀时，其总长度尺寸为45.37微米，其中其总长度尺寸上的差为2.11微米。另一方面，在新的改进的热补偿器102h在寒冷温度条件下收缩时，其总长度尺寸为32.01微米，而当热补偿器102h在炎热温度条件下膨胀时，其总长度尺寸为44.34，其中其总长度尺寸上的差为12.33。因此，从这些统计能够清楚地认识到，与常规的现有技术的热补偿器30相比，通过本发明的热补偿器102h能够实现更大的长度尺寸的差。据此，与采用常规的现有技术的热补偿器30相比，当使用本发明的热补偿器100时，无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动的部分的更大差异的移动是可能的，以进而实现无热阵列波导光栅(AAWG)模块152、152'的可移动的部分的更大差异的移动或位移，这允许在更大差异的温差范围内更精确地聚焦入射光。
最后注意的是，热补偿器100的弓形框元件102、中央杆元件104、螺钉106、保护块130和膨胀增强块132可由表现出各种不同的热膨胀系数(CTE)以达到最佳的膨胀和收缩结果的多种不同材料中的任何一种制造，这样的材料的示例为钢、铁、不锈钢、铜(copper)、铝、镍、锌、钴、镁、可伐合金(kovar)、黄铜(brass)、铅、石墨、碳、橡胶、陶瓷、木材、环氧树脂、阳极氧化铝(anodized aluminum)、锡、金、钯、银、钼、铂、钛、铬、锰、各种塑料、合金、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、乙烯基(vinyl)等。材料可针对其各种特性来选择，例如，各种特性除了其热膨胀系数(CTE)之外包括其强度、力、柔韧性、刚度、屈服强度、脆性等，以实现预定所需的移动、可靠性和/或其它性能特性。此外，热补偿器100附接于无热阵列波导光栅(AAWG)模块152、152'可通过任何合适的手段完成，例如诸如螺钉、环氧树脂、粘合剂、螺栓、螺母、柱、孔、狭槽(slot)、舌和槽(grooves)、凸轮、齿轮、棘轮、磁铁、焊料(solder)、熔接(weld)、电线、摩擦配合、卡扣(snap)配合、扣持(latch)配合等。
显然，按照上述教导，本发明的许多变形和修改是可能的。因此，应理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于本文具体说明的方式来实践。

Claims (23)

1.一种热补偿器，用于与用于实现光网络内的波长复用和解复用的一无热阵列波导光栅(AAWG)模块结合使用，包括：
一弓形框元件，适于连接于一无热阵列波导光栅(AAWG)模块；以及
一中央杆元件，具有一第一端部分，所述第一端部分附连于所述弓形框元件的一第一端部；
其中，所述弓形框元件由具有一第一热膨胀系数(CTE)的一第一预定材料制造，而所述中央杆元件由具有一第二热膨胀系数(CTE)的一第二预定材料制造，所述第二热膨胀系数(CTE)小于构成所述弓形框元件的第一预定材料的第一热膨胀系数(CTE)。
2.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
在相对高的温度条件下，所述弓形框元件将以比所述中央杆元件更大的一速率膨胀，而在相对低的温度条件下，所述中央杆元件以比所述弓形框元件的收缩慢的一速率的收缩将有效地阻滞所述弓形框元件的收缩。
3.如权利要求2所述的热补偿器，其中：
在所述相对高的或相对低的温度条件下，所述弓形框元件将膨胀和收缩成入射到所述无热阵列波导光栅(AAWG)模块中的光的入射光路将经历比在平均温度条件下相对入射光路的一预定范围或误差小的一角偏移。
4.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形框元件限定一中央中空部，所述中央杆元件设置在所述中央中空部内。
5.如权利要求1所述的热补偿器，还包括：
一螺钉，其具有螺纹接合在所述弓形框元件的一相反的第二端部内的一第一端部以及与所述中央杆元件的一第二端部分接合的一第二端部，从而当所述热补偿器在寒冷温度条件下完全收缩时，所述中央杆元件的第二端部分将被置于与所述螺钉接合。
6.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述中央杆元件具有一基本T形的构造，其中，所述T形的中央杆元件的横向定向的头部分与所述弓形框元件的第一端部接合，而所述T形的中央杆元件的脚部分与所述螺纹可调节的螺钉的第二端部接合。
7.如权利要求5所述的热补偿器，其中：
所述螺钉由杨氏模量大于所述中央杆元件的杨氏模量的一预定材料制造；以及
由具有与所述螺钉的杨氏模量基本相同的杨氏模量的一预定材料制造的一保护块牢固地固定于所述中央杆元件的第二端部分，从而当所述中央杆元件的第二端部分与所述螺钉的第二端部接合时，所述螺钉不会损坏所述中央杆元件。
8.如权利要求1所述的热补偿器，还包括：
一膨胀增强块，牢固地固定于所述弓形框元件的第一端部的一外表面部分上，其中，所述膨胀增强块由具有比所述弓形框元件的热膨胀系数(CTE)大的热膨胀系数(CTE)的一预定材料制造，使得所述弓形框元件的第一端部能够以比所述弓形框元件的其它部分大的一速率膨胀。
9.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件包括有效地彼此成镜像的多个腿部。
10.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有一基本六边形的构造。
11.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形框元件具有一基本菱形的构造。
12.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
其中，所述一对腿元件均为弧形构造。
13.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
其中，所述一对腿元件中的一第一个为弧形构造，而所述一对腿元件中的一第二个包括一菱形的一半。
14.如权利要求4所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
其中，所述一对腿元件中的一第一个包括六边形的一半，而所述一对腿元件中的一第二个是直线的并且具有限定在其上的不同厚度的区域。
15.如权利要求4所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
其中，所述一对腿元件中的一第一个包括六边形的一半，而所述一对腿元件中的一第二个具有一基本褶叠或正弦曲线的构造。
16.如权利要求4所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
其中，所述一对腿元件均限定六边形的边但具有厚度不同的部分。
17.如权利要求4所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
其中，所述一对腿元件均限定六边形的边但具有限定在其上的为所述一对腿元件提供变化的质量的直线的狭槽。
18.如权利要求6所述的热补偿器，其中：
所述弓形元件具有将所述第一端部和第二端部互连在一起的一对腿元件；以及
所述弓形框元件的第一端部设有用于收容所述T形的中央杆元件的头部分的一腔室。
19.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述中央杆元件具有选自以下构成的组的一构造：
具有一圆形横截面的一圆柱形杆，
形成一长方体的一杆，
一基本T形的构造，包括一本体部分和一横向定向的头部分，其中，所述T形的中央杆元件的头部分具有仅为所述本体部分的宽度尺寸的大约一半的一宽度尺寸，
一基本T形的构造，包括一本体部分和一横向定向的头部分，其中，所述T形的中央杆元件的头部分从所述头部分使一大约一个拐角或一个象限被移除，以及
一基本T形的构造，包括沿一纵向的轴线延伸的一本体部分和一横向定向的头部分，其中，当沿所述本体部分的纵向的轴线考虑时，在所述T形的中央杆元件的本体部分上，所述本体部分突出超过所述T形的中央杆元件的头部分的轴向布置一预定距离。
20.如权利要求1所述的热补偿器，其中：
所述弓形框元件和所述中央杆元件可由表现出预定热膨胀系数(CTE)以实现最佳的膨胀和收缩结果的任何材料制造，其中，所述材料选自钢、铁、不锈钢、铜、铝、镍、锌、钴、镁、可伐合金、黄铜、铅、石墨、碳、橡胶、陶瓷、木材、环氧树脂、阳极氧化铝、锡、金、钯、银、钼、铂、钛、铬、锰、各种塑料、合金、聚四氟乙烯、聚碳酸酯和乙烯基构成的组。
21.一种无热阵列波导光栅(AAWG)模块，用于在光网络下实现波长复用和解复用被使用，包括：
一壳体；
一固定部件；
一可移动部件；以及
一热补偿器，包括：
一弓形框元件，具有一固定端部和一可移动端部，所述可移动端部适于连接于所述热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动部件，以当所述弓形框元件在炎热和寒冷条件下膨胀和收缩时使所述热阵列波导光栅(AAWG)模块移动或位移，以及
附接的一中央杆元件，具有附接于所述弓形框元件的可移动端部的一第一端部，
其中，所述弓形框元件由具有一第一热膨胀系数(CTE)的一第一预定材料制造，而所述中央杆元件由具有一第二热膨胀系数(CTE)的一第二预定材料制造，所述第二热膨胀系数(CTE)小于构成所述弓形框元件的第一预定材料的第一热膨胀系数(CTE)，由此，在炎热温度条件下，所述弓形框元件将以比所述中央杆元件大的一速率膨胀，而在寒冷温度条件下，所述中央杆元件以比所述弓形框元件的收缩慢的一速率的收缩将有效地阻滞所述弓形框元件的收缩，从而所述热阵波导光栅(AAWG)模块能够保持入射到所述热阵波导光栅(AAWG)模块中的光的合适的聚焦，以实现在所述光网络中合适的波长复用和解复用。
22.如权利要求21所述的无热阵列波导光栅(AAWG)模块，其中：
所述无热阵列波导光栅(AAWG)模块的可移动部件包括所述无热阵列波导光栅(AAWG)模块的一部分。
23.如权利要求21所述的无热阵列波导光栅(AAWG)模块，其中：
所述热阵波导光栅(AAWG)模块被有效地分成两半的部分，从而所述热阵波导光栅(AAWG)模块的可移动部件包括所述热阵波导光栅(AAWG)模块的一第一半，而所述热阵波导光栅(AAWG)模块的固定部件包括所述热阵波导光栅(AAWG)模块的一第二半。
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