CN2507020Y - 形状记忆致动式可调波长平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种形状记忆致动式可调波长平台,其由光波导、光栅、形状记忆元件及套管所组成;借由一控制单元驱动形状记忆元件,使其沿光波导方向产生压缩或拉伸变形,因形状记忆元件与光波导间系紧密结合,故亦带动光波导的光栅沿该光波导方向产生压缩或拉伸变形,实现光栅间距的均匀变化。

Description

形状记忆致动式可调波长平台

技术领域

本实用新型涉及一种形状记忆致动式可调波长平台，借由微机电的制程技术与形状记忆合金材料的特性，利用形状记忆元件的变形量带动光波导的等效变形，同时亦使光栅产生均匀的变形量，达到均匀变化光栅间距与产生不同的光波长的目的。

背景技术

光通讯网络技术为现今科技的主流，致使各国均致力于该技术的相关研究，而光通讯网络技术均朝向微小化及高精度的需求方向发展，故其加工多利用微机电的制程技术，而可调波长平台在光通讯网络技术占有一席之地。而该可调波长平台的种类繁多，参见图1所示，为已知的可调波长平台的特性比较图，其中，可调波长平台分为热致动式、巨磁致伸缩式、电磁式及压电式。

参见图2所示，为已知的热致动式可调波长平台的结构示意图，其缺点为调整波长不准确、受环境影响大等；如美国专利第5812711号所揭示的，参见图3所示，为已知的巨磁致伸缩式可调波长平台的结构示意图，其利用电流的改变来控制电磁铁1a的磁场大小，使其相邻的磁致伸缩组件2产生应变，致使光栅3a的间距改变，并采用点黏着光栅的设计，其缺点在于调整波长变化量小及致动电压大等；如美国专利第6108470号所揭示，参见图4所示，为已知电磁式可调波长平台的结构示意图，其利用对温度灵敏度高的电磁铁1b使光波导11产生应变，致使改变光波导11的光栅3b的间距，并采用点黏着光栅的设计，其缺点为光栅间距变化不均匀与受环境影响大及调整波长不准确等；而已知压电式可调波长平台的结构示意图，如图5所示，其压电材料具有纳米级的分辨率，响应频宽可达到千赫等级，有足够的刚性、高分辨率及稳健的驱动力等优点，但是其磁滞效应(hysteresis)颇为显著，尤其是在纳米级高精度追踪控制上，磁滞造成控制的可重复性(repeatability)变差，使得波长不易准确的调整，且当电压增加及减少时，其延伸位移量的差异性依材质不同而约有2％～15％的误差量，且驱动电压高。

因此，在光通讯网络技术中的热致动式可调波长平台、电磁式可调波长平台、巨磁致伸缩式可调波长平台及压电式可调波长平台均具有其上述的缺点，因此，可调波长平台用于光通讯网络技术仍有待发展。

技术方案

本实用新型的主要目的，在于解决上述的缺陷，避免上述缺陷的存在，本实用新型提供一种形状记忆致动式可调波长平台，利用形状记忆元件的变形量带动光波导的等效变形，同时亦使光栅产生均匀的变形量，以达到均匀变化光栅间距与产生不同的光波长的目的。

本实用新型的又一目的，为提供一种形状记忆致动式可调波长平台，可满足各种光波导材料的需求，且达到大位移量的目的。

为实现上述的目的，本实用新型提供一种形状记忆致动式可调波长平台，借由一控制单元驱动该形状记忆元件，使其沿该光波导方向产生均匀变形，且因形状记忆元件与光波导的紧密结合作用，故亦带动光波导的光栅沿该光波导方向产生变形，如此即可达到均匀变化光栅的间距的目的。

本实用新型的形状记忆致动式可调波长平台，利用形状记忆元件的变形量带动光波导的等效变形，同时亦使光栅产生均匀的变形量，可达到均匀变化光栅间距，另根据选用不同光波导材料的需求，可达到大位移量。

附图说明

图1为已知的可调波长平台的特性比较图。

图2为已知的热致动式可调波长平台的结构示意图。

图3为已知的巨磁致伸缩式可调波长平台的结构示意图。

图4为已知的电磁式可调波长平台的结构示意图。

图5为已知的压电式可调波长平台的结构示意图。

图6为本实用新型形状记忆致动式可调波长平台示意图。

图7为本实用新型形状记忆致动式可调波长平台动作示意图。

图8为本实用新型形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量与光栅的波长变化量的关系曲线图。

图9为本实用新型的光波导材质物理性质图。

具体实施方式

参见图6所示，为本实用新型形状记忆致动式可调波长平台示意图，该形状记忆致动式可调波长平台包含：一光波导11、复数个光栅13、复数个形状记忆元件12及一套管14所组成；其中光波导11沿其轴向可承受适当的压缩应力或拉伸应力，其材质可为玻璃纤维，聚甲基丙烯酸酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)，聚酰亚胺(PI)或含氟聚合物(Fluoro-polymers)；复数个光栅13，配置于光波导11内部，沿光波导11轴向可承受适当的压缩应力或拉伸应力，其材质为与光波导11不同折射率的相同材质；复数个形状记忆元件12，配置于光波导11具有光栅13的部位，以层叠的方式全面包覆着光栅13，其中光栅11的单一间隙可分别具有相对应的形状记忆元件12，并借由一充填物15与光波导11相黏合，其形状记忆元件12是由形状记忆合金所形成，充填物15的材质可为环氧化物(Epoxy)；一套管14，其材质以陶瓷为最佳，套于形状记忆元件12，且方向平行于光波导11，套管14可承受形状记忆元件12在垂直光波导11方向上的变形力，限定形状记忆元件12的变形平行于光波导11的轴向，并避免外在环境的影响，如温度变化、腐蚀应力等。

如图7所示，为本实用新型形状记忆致动式可调波长平台的动作示意图，当一控制单元驱动形状记忆元件12，使其沿光波导11轴向产生压缩或拉伸变形时，因形状记忆元件12与光波导11紧密结合作用，故会同时带动光波导11的光栅13沿该光波导11轴向产生压缩或拉伸变形，改变了光栅的间距，因而得到不同的特定光波长，其形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量与光栅的波长变化量的关系曲线图，如图8所示，可看出形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量与光栅的波长变化量几乎是成正比的关系，当形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量增加，则光栅的波长变化量亦增加；而当形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量减少，则光栅的波长变化量亦随之减小；而形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量与布拉格光纤光栅的波长变化量的关系式如下： $\frac{{\mathrm{\δ\λ}}_B}{{\mathrm{\λ}}_B}=\mathrm{\α}\frac{\mathrm{\Δ}{L}_Z}{L_Z}$

其中α＝1-P_e，而δλ_B为布拉格光栅的波长变化量，λ_B为布拉格光栅的波长，ΔL_Z为形状记忆致动式可调波长平台的位移变化量，L_Z为形状记忆致动式可调波长平台的原始长度，P_e为光波导材料的光弹性系数，α为一物理常数，其由光波导材料的光弹性系数决定。

由上可知，形状记忆致动式可调波长平台的光波导材质不同，则会产生相对应不同的α值，现就本实用新型不同光波导材质的利用，对光栅波长变化量的影响加以说明，如图9所示，为本实用新型的光波导材质物理性质图，光波导的材质为玻璃纤维，其弹性系数为4800～8200(kg/mm²)，抗张强度为30～50(kg/mm²)，伸张率为4.8～5(％)，热膨胀系数约12(10^-6/℃)，而该形状记忆致动式可调波长平台最大可致动位移为2～4(％)及可调制波长范围约为15(nm)；光波导的材质为聚甲基丙烯酸酯(PMMA)的弹性系数为2～3(kg/mm²)，抗张强度为0.4～0.8(kg/mm²)，伸张率为20～50(％)，热膨胀系数60～100(10^-6/℃)，而该形状记忆致动式可调波长平台最大可致动位移为26～40(％)及可调制波长范围约为240(nm)；光波导的材质为聚碳酸酯(PC)的弹性系数为2～3(kg/mm²)，抗张强度为0.6～0.8(kg/mm²)，伸张率为7～50(％)，热膨胀系数60～70(10^-6/℃)，而该形状记忆致动式可调波长平台最大可致动位移为26～40(％)及可调制波长范围约为240(nm)；光波导的材质为聚酰亚胺(PI)的弹性系数为3～9(kg/mm²)，抗张强度为0.2～0.4(kg/mm²)，伸张率为30～80(％)，热膨胀系数20～60(10^-6/℃)，而该形状记忆致动式可调波长平台最大可致动位移为4～13(％)及可调制波长范围约为120(nm)；光波导的材质为含氟聚合物(Fluoro-polymers)的弹性系数为1～3(kg/mm²)，抗张强度为0.2～0.5(kg/mm²)，伸张率为200～400(％)，热膨胀系数50～90(10^-6/℃)，而该形状记忆致动式可调波长平台最大可致动位移为16～50(％)及可调制波长范围约为150(nm)。

另外，由于光栅13与光波导11的折射率不同，使特定波长的入射光波导11，于光栅13产生布拉格绕射(Bragg diffraction)而得到所需的特定光波长，因此借由改变光栅间距来改变布拉格绕射光的波长可得到不同的特定光波长，其所需的特定光波长光经光栅13反射由一端取出，原入射光波长穿透光栅13由另一端输出，使所需的特定光波长信号做汇入或取出的功能，达到滤波的目的。

本实用新型特别公开并描述了所选择的较佳实施例，当不能以其限定本实用新型实施的范围，即凡熟悉本技术的人均可明了，依本实用新型申请专利范围所作任何形式或者细节上可能的变化，均未脱离本实用新型专利涵盖的精神与范围。

Claims (8)

1.一种形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该可调波长平台由一光波导(11)、复数个光栅(13)、复数个形状记忆元件(12)及一套管(14)所组成；该复数个光栅(13)，配置于光波导(11)内部；复数个形状记忆元件(12)，配置于光波导(11)具有光栅(13)的部位，并借由充填物(15)与光波导(11)相黏合；及一套管(14)，套于形状记忆元件(12)，且方向平行于光波导(11)，借由一控制单元驱动形状记忆元件(12)，使其沿光波导(11)轴向产生压缩或拉伸变形时，同时带动光波导(11)的光栅(13)沿该光波导(11)轴向产生等效变形，且套管(14)可限定形状记忆元件(12)与光栅(13)的变形能平行于光波导(11)轴向，以达均匀变化光栅的间距。

2.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该光波导(11)的材质可为玻璃纤维，聚甲基丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚酰亚胺或含氟聚合物。

3.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该光栅(13)的材质可为玻璃纤维，聚甲基丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚酰亚胺或含氟聚合物。

4.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该光波导(11)与光栅(13)的折射率不同。

5.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该形状记忆元件(12)可以层叠的方式全面包覆着光栅。

6.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该光栅(13)的单一间隙可分别具有相对应的形状记忆元件。

7.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该形状记忆元件(12)由形状记忆合金所形成。

8.根据权利要求1所述的形状记忆致动式可调波长平台，其特征在于：该充填物(15)的材质以陶瓷为最佳。

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