CN1162723C - 一种光纤光栅的封装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤光栅的封装，特别是能够进行温度补偿与调谐的光纤光栅的封装装置。为提供一种能够同时进行温度补偿和调谐的光纤光栅封装装置，本发明采用的技术方案是：一种光纤光栅的封装装置，包括光纤光栅、封装材料，所述的封装材料由具有电致或磁致伸缩特性的材料构成，所述的光纤光栅固定于封装材料表面，此外，还包括控制器和温度传感器，温度传感器固定于所述的封装材料，并与控制器相连，控制器的两个输出端分别与所述的封装材料相连，控制器的输入端用于控制信号的输入。可适合于任意长度的光纤光栅的封装，并能对其进行温度补偿与调谐。

Description

一种光纤光栅的封装装置

                          技术领域

本发明涉及光纤光栅的封装，特别是能够进行温度补偿与调谐的光纤光栅的封装装置。

                          背景技术

光纤光栅是人们发现光纤的光敏特性后而迅速发展起来的全光纤器件。光纤光栅在结构上看非常简单，它是在光纤芯内经强光(一般为紫外激光)照射导致折射率沿光纤轴向产生周期性调制而形成的一种光栅。光纤光栅可分为两类，一类称为传输型或长周期光栅(简称LPG)，折射率周期性调制将导致同方向传输模式间的耦合；另一类称为反射型或短周期光纤光栅，亦称光纤布拉格光栅(简称FBG)，折射率周期性调制将导致相反方向传输模式间的耦合。在FBG中，当光纤内传输的光的波长满足相位匹配即布拉格条件时，由于光的干涉作用，该波长的光被FBG反射，其反射率可接近100％。光纤光栅的出现给光纤通信及光纤传感技术带来了一场革命。由于光纤光栅为全光纤器件，与其他类型的光纤器件相比，光纤光栅具有插入损耗低，无需光路调整等显著特点。光纤光栅的上述特点对光纤通信及光纤传感都是极其重要的。在光通讯系统中，光纤布拉格光栅器件常被用作波分复用(WDM)技术中光滤波器，掺铒光纤放大器(EDFA)增益均衡器以及色度色散补偿器等。

光纤光栅的光谱特性是由光纤芯的折射率和光栅周期决定的。由于光纤的折射率和光栅周期都是随温度而变化的，光纤光栅的反射和透射光谱特性对温度变化非常敏感。光纤光栅这一特性使之在光纤传感中得到广泛应用，光纤光栅可用作高灵敏度的温度和应变传感器。然而，作为光纤通信器件，其光谱特性必须在工作环境温度变化范围内十分稳定，因此对光纤光栅进行温度补偿是十分重要的。

现有的光纤光栅温度补偿方法是利用两种具有不同热膨胀系数的封装材料，当环境温度发生变化时，通过封装材料的长度变化改变施加在光纤光栅两端的张力而使之抵消由折射率变化的影响，从而达到温度补偿的效果。美国专利No5042898，No5841920及No6181851给出了利用两种具有不同热膨胀系数的封装材料对光纤光栅进行温度补偿的方法。美国专利No5694503发明了用具有负热膨胀系数的材料对光纤光栅进行温度补偿的方法。这些方法的特点是简单可靠，而且是无源补偿，已被广泛应用。但这些方法一般用于长度较短的光纤光栅，而且难于实现对光纤光栅的调谐功能。

在现代光纤通信系统中，光纤通信器件的可调谐性显得越来越重要。现有的光纤光栅调谐方法包括温度控制法(美国专利No5987200，美国专利No5459799，美国专利No6181852)和基于压电效应的机械拉伸法(美国专利No5694501，美国专利No6246814B1)。这些方法也只适合于长度较短的光纤光栅。

总之，现有技术无法同时解决光纤光栅的封装，温度补偿与调谐等问题，特别是大长度光纤光栅的封装，温度补偿与调谐等问题。

                          发明内容

为解决现有技术的不足，提供一种能够同时进行温度补偿和调谐的光纤光栅封装装置，本发明采用的技术方案是：一种光纤光栅的封装装置，包括光纤光栅、柱形体，所述的柱形体由具有电致或磁致伸缩特性的材料构成，所述的光纤光栅固定于柱形体表面，此外，还包括控制器和温度传感器，在柱形体表面靠近光纤光栅处设有温度传感器，温度传感器与控制器相连，控制器的两个输出端分别与所述的柱形体相连，控制器的输入端用于控制信号的输入，温度传感器随外界温度变化产生的温度信号或输入端输入的控制信号输入到控制器，控制器随输入的信号产生相应的电压经两个输出端输出到柱形体，柱形体在该电压的作用下外径发生相应变化，柱形体作用于固定在柱形体表面的光纤光栅上的张力发生相应变化，作用于光纤光栅上张力发生的变化调节光纤光栅。

其中，所述的柱形体由电致伸缩特性的材料构成时，其表面涂有导电涂层，所述控制器的两输出端分别经导电涂层与所述的柱形体相连；

所述的柱形体可以由压电陶瓷构成；

当所述柱形体为圆环时，其内外表面涂有导电材料；

当所述柱形体为圆盘时，其两端面涂有导电材料；

所述的温度传感器为热电耦或半导体型温度传感器。

由于光纤光栅的温度由温度传感器实时检测，采用反馈控制的方法在对光纤光栅进行温度补偿，同时向控制器输入信号可实现对光纤光栅反射和透射光谱特性的动态调谐，作为一种有源温度补偿与调谐，可适合于封装任意长度的光纤光栅，并能进行温度补偿与调谐。

                         附图说明

附图为本发明总体结构图

                       具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。附图是按照本发明所述方法构成的光纤光栅的温度补偿与调谐方法。光纤光栅(长周期光栅或光纤布拉格光栅)2以一定的恒定的张力绕于一个由压电陶瓷材料构成的柱形体3表面。柱形体3可为圆环或为圆盘。当柱形体3为圆环时，其内外表面涂有导电材料作为电极，如果在两电极施加直流电压，外表面为正极，内表面为负极，圆环直径将变小。当柱形体3可为圆盘时，其两端面涂有导电材料作为电极，如果在两电极施加直流电压，圆盘直径将变小。所以，改变施加于两电极直流电压，即可以改变柱形体3的外径。

光纤光栅2可用胶合剂固定于柱形体3表面，由光纤引出端1和10引出。在柱形体3表面靠近光纤光栅处设有温度传感器6，它可以是热电耦，半导体形温度传感器，或其他类型的温度传感器。当温度上升时，光纤芯的折射率和光纤光栅的周期都将变大，因而光纤光栅的谐振波长将向长波方向移动，其变化规律由所使用光纤的特性决定。对于大多数光纤，该规律为线性关系。温度传感器6实时检测光纤光栅的温度改变，温度传感器的输出7将温度变化的信号送至控制器8。控制器8由微处理器及相应的电子电路构成，它可按照已测试的光纤光栅的温度特性和由温度传感器6检测到的光纤光栅的温度产生控制电压，通过输出端4和5去改变柱形体3的外径。当温度升高时，输出端4和5产生的控制电压将使柱形体3的外径减小，从而使施加于光纤光栅上的张力减小，其变化量将完全抵消因温度升高所引起的光纤光栅谐振波长变化，从而达到温度补偿的效果。当光纤光栅的温度下降时，将产生与上述变化过程相反的控制。因此，不论温度在所规定范围内如何变化，光纤光栅的反射和透射光谱特性将保持稳定。

当需要人为改变光纤光栅的反射和透射光谱特性时，即动态调谐光纤光栅时，由控制端引入控制信号9，该控制信号可为模拟信号也可为数字控制信号。控制器8将按照控制信号9输入的消息改变输出端4和5的输出电压，以调谐光纤光栅。

由此可见，采用本发明提供的方法可以同时实现光纤光栅温度补偿和对光纤光栅反射和透射光谱特性的动态调谐。由于光纤光栅是绕于柱形体3的表面，原则上对其长度没有限制。当光纤光栅的长度较长时，可将其绕多圈。因此本发明可用于大长度光纤光栅的封装，温度补偿与调谐。例如，作为色度色散补偿器的光纤布拉格光栅的长度要在几百毫米以上，使用现有方法无法封装这类光纤光栅，至于温度补偿与调谐则更难以实现。

Claims (6)

1.一种光纤光栅的封装装置，包括光纤光栅(2)、柱形体(3)，其特征是，所述的柱形体(3)由具有电致或磁致伸缩特性的材料构成，所述的光纤光栅(2)固定于柱形体(3)表面，此外，还包括控制器(8)和温度传感器(6)，在柱形体(3)表面靠近光纤光栅(2)处设有温度传感器(6)，温度传感器(6)与控制器(8)相连，控制器(8)的两个输出端(4，5)分别与所述的柱形体(3)相连，控制器(8)的输入端(9)用于控制信号的输入，温度传感器(6)随外界温度变化产生的温度信号或输入端(9)输入的控制信号输入到控制器(8)，控制器(8)随输入的信号产生相应的电压经两个输出端(4，5)输出到柱形体(3)，柱形体(3)在该电压的作用下外径发生相应变化，柱形体(3)作用于固定在柱形体(3)表面的光纤光栅(2)上的张力发生相应变化，作用于光纤光栅(2)上张力发生的变化调节光纤光栅(2)。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅的封装装置，其特征是，所述的柱形体(3)由电致伸缩特性的材料构成时，其表面涂有导电涂层，所述控制器(8)的两输出端分别经导电涂层与所述的柱形体(3)相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种光纤光栅的封装装置，其特征是，所述的柱形体(3)由压电陶瓷构成。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅的封装装置，其特征是，当所述柱形体(3)为圆环时，其内外表面涂有导电材料。

5.根据权利要求3所述的一种光纤光栅的封装装置，其特征是，当所述柱形体(3)为圆盘时，其两端面涂有导电材料。

6.根据权利要求1所述的一种光纤光栅的封装装置，其特征是，所述的温度传感器(6)为热电耦或半导体型温度传感器。

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