TW201638616A - 溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明由兩層不同膨脹係數材料組成的濾波裝置，是以外層低膨脹係數金屬套管總長度對溫度變化產生的長度，來比較其內置高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長長度，受溫度變化引起的長度差，對其內內置己預拉的高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長造成放鬆張力或伸張張力的作用，以達到增減折射率來補償因溫度引起內置光柵濾波裝置波長位移的一種結構。

Description

一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置
本發明係有關於一種光波濾波裝置，特別是一種光纖布拉格光柵自體外被覆彈簧的預緊溫度補償技術，達成精確濾波的裝置結構。
習知以光纖製成光纖布拉格光柵(Fiber Bragg’s Grating以下簡稱FBG)作為光纖濾波功能，可以依此光纖光柵所預設的光柵週期長Λ所造成預設布拉格回授(Bragg’s Feedback)波長λB反射光波的接收作為一種光纖通信的精確濾波裝置。FBG是利用布拉格繞射(Bragg Diffraction)所產生的回授作用，將滿足布拉格條件(Bragg condition)特定波長稱為回授布拉格波長λB，其與射入方向相反的方向，反射回到射出光波的掃描儀器來分析，可以量測接收波長是否增減；或是將反射波長分光射入通信接收設備，可以檢出預設接收波長中之調變載波信號內容。此回授布拉格波長λB，以下式表示：λB=2n Λ (1)Λ為布拉格光柵週期長，n為光纖有效折射率。此回授布拉格波長 λB的波長值受溫度的變動引起光纖核心材料折射率n的增減，或光纖光柵受力使Λ間距的改變而改變。溫度不變時，當此FBG用於應變量測功能時，光纖光柵受到外力作用產生的應變，所造成原本Λ間距的改變量為△Λ，代入式(1)可得△λB=2n△Λ (2)
依應變ε定義，設l為受力体標距長度，△l為受力變化長度ε=△l/l=△Λ/Λ (3)可得△l=(△Λ/Λ)l=((△λB/2n)/(λB/2n))l因此ε=△l/l=△λB/λB (4)以上是在溫度不變時；其折射率n為定值下的假設，常以預設波長變化比例，亦即以△λB/λB來量測FBG所貼結構的應變值的計算式。但在溫度變化時，來量測波長變化△λB相對原預設布拉格回授波長λB變化比例，常以下式表示：△λβ/λβ=(1-Pe)△ε+(αf+ζ)△T (5)Pe為有效的光彈效應值(the effective photo-elastic)，αf為熱膨脹係數(the thermal expansion coefficient)，ζ為矽質光纖熱光係數(the thermal-optic coefficient of fused silica fiber)。△λβ為FBG回授波長受溫引起的變化值，△ε為光柵軸向溫度變化引起的應變變化值，及△T為溫度變化。實際上，溫度改變時的光纖導光核心玻璃分子 疏密度變化下，折射率n跟隨改變；則縱使在FBG未受任何施力下的原預設布拉格回授波長λB也產生飄移變化。這對於光纖通信以點對點固定波長通信的正確性要求，常產生訊息漏接的後果，必需加以改善。因任何通信使用環境想維持恆溫，使FBG內的折射率值不變的電路成本太高，必須以自然物理技術的原理並利用最低成本的方式，來補償溫度所引起的固定通信波長λ飄移變化的問題。
習知對於溫度變化引起布拉格回授波長λB產生波長飄移變化的溫度補償技術，有Morey等以U.S.Pat.No.5,042,898的”Incorporated Bragg filter temperature compensated optical waveguide device”所揭示如其內容中圖3~4裝置；另一如U.S.Pat.No.6,493,486 Finisar Corporation,Chen的”Thermal compensated compact Bragg gating fi1ter”所揭示內容之圖6~8及其內揭示之圖3、圖4、圖5等習知技術等結構來達成。以上各種結構或裝置，大多以兩種不同膨脹係數的金屬材料，組成各不同幾何形狀結構；如雙金屬條狀、c型夾或軸中棒形等結構；當此結構受冷熱溫度變化所產生的物理長度差距，而迫使結構中FBG因軸向受力的伸縮、側向受力彎曲的伸縮或扭轉受力的伸縮等作用，產生了光柵週期△Λ變化量。此刻意在結構施加的△Λ變化量，是為了反向彌補FBG自身因受冷熱的物理長度增減，造成原設布拉格光柵週期長Λ其內之△Λ變化量的調回作用。本說明書以圖1說明Morey的U.S.Pat.No.5,042,898及以圖2說明Chen的U.S.Pat.No. 6,493,486的裝置。圖1為習知U.S.Pat.No.5,042,898的裝置剖面圖，圖中，20為光纖濾波裝置，10為進出光纖濾波裝置的光纖，13為布拉格光柵段長部，17為10在進入光纖濾波裝置的光纖段長部，21(28)為第1溫度補償元件，22(29)為第2溫度補償元件，23為21之第1溫度補償元件中凹處，24為22之第2溫度補償元件凸出部，25為橋接光纖10進入端26及24凸出部固定點27間所連接17和13光纖兩段長，30為對光纖預拉元件，31為預拉施力能彈回的彈簧。本說明圖2為習知U.S.Pat.No.6,493,486剖面圖，即Chen的U.S.Pat.No.6,493,486其圖6剖面圖的裝置，圖中80為溫度補償布拉格光柵濾波裝置，82為進出光纖濾波裝置的光纖，90為光纖塑膠被覆，84為光纖軸心核心，86為光纖纖殼，88為光纖布拉格光柵段長部，92為和82光纖互相扭緊的光纖元件，104為扭緊調整元件，106為104成對溫度補償元件，96為104扭緊調整元件固接點，98為106上和96扭緊調整距長固接點，94為104扭緊調整元件和106成對溫度補償元件黏接固定點。
實際上，光纖內部應力和其折射率有比例依存關係。因此溫升時；如放鬆張力(Stress)或扭力(Torsion)，可減少折射率來補償因溫度引起光柵濾波裝置波長的位移。圖1可見是以其對光纖預拉元件30中的彈簧31作為預拉光纖光柵而能彈回的施力，產生光纖光柵非軸向應力。當溫度增加使22之第2溫度補償元件較高膨脹係數材料凸出部24延伸而鬆弛13光纖FBG應力，亦即放鬆張力(Stress)，可減少折射率來補償因溫度引起光柵濾波 裝置波長的位移。圖2是以其對光纖預拉元件30中的彈簧31作為預拉光纖光柵而能彈回的施力，產生光纖光柵非軸向應力。當溫度增加使104之溫度補償元件較高膨脹係數材料96扭緊光纖光柵88部之鬆弛而降低原先光纖FBG所扭緊之扭力。此即放鬆扭力(Torsion)，可減少折射率來補償因溫度引起光柵濾波裝置波長的位移。以上習知發明的技術結構，也充分利用上式(5)之維持△λβ不變，亦即△λβ=0讓左式△λβ/λβ=0；則溫度縱使有所變化，即光柵軸向因溫度變化△T引起的應變變化值△ε予以反比例調整。因在溫度增加時，釋放鬆應力或扭力；在溫度降低時，旋緊應力或扭力，使△λβ=0以達到溫度補償目的。以上所見習知技術用來調整FBG光纖光柵的機械結構方法，雖然逐漸縮小體積及有降低成本的進步性；但其中FBG在真正預設的中心回授波長選定時，除了以不同膨脹係數材料元件組合外；還必須製造預拉緊的施力元件裝置或使FBG扭緊的元件，使溫度補償結構體積變大。特別是，此結體相對於纖細如外徑250μm的光纖可視為十分龐大的結構。尤其在電信機房光纖十分密集的配線架是空間浪費，必須加以縮小以符合真正「光纖到家」全面實現之到來時的配線架空間需求。
當光纖光柵FBG作濾波感測目的時，必先決定其正常工作溫度範圍。技術上通常是在常溫裝設時，要先預留最低溫工作條件時的FBG被壓縮量，以備工作環境溫度降低時FBG符合有隨 溫度降低時光纖材料線性彈性域的縮收；或溫度增加時的光纖材料線性彈性域的伸長。否則在真正最低溫工作時，沒被預拉的FBG，無法隨溫度變化成為線性比例關係而容易產生應變遲滯而失準確性。光纖光柵FBG的預負荷(Preloading)，在習知技術常以預拉緊、預彎曲或預扭緊來實作且以光纖預拉稱之，此己在上述習知技術說明，且其龐大體積的缺點已說明過。因此實作上先預拉FBG至預訂的操作中心波長的同時，也達到了預留最低溫工作條件時的FBG被壓縮量的結果，己對FBG自身內蓄一應力或扭力。此一內蓄應力或扭力，依上式(5)及上述說明內容其己儲備一可作為溫度補償功能的起點。只要提供適當可選擇的一對高低膨脹係數材料或產生隨溫度增加時使FBG鬆弛(relief)的結構，即可達到溫度補償功能。
本發明將一光纖光柵以同心組合方式，先在其外環表面套上(或稱為鬆被覆；一種均勻空隙且無光纖軸向摩擦阻力的包覆方法)第一條高膨脹係數彈簧後；再鬆被覆第二條低膨脹係數且不同卷向的彈簧在第一條彈簧上，來構成一種溫度補償光波濾波裝置的結構，如圖3所示。圖3為鬆被覆第二條低膨脹係數且不同卷向的彈簧縱向剖面圖。其中圖3所示元件：102為光纖核心、201為125μm裸光纖、202為250μm外徑樹脂被覆保護層、203為125μm光纖核心有光柵區域、204為250μm外徑樹脂再被覆保護層、301為外被覆上段長0.9mm外徑圓筒形拉張螺旋彈簧；取0.9mm外徑圓筒形拉張螺旋彈簧目的是有利於商用化大量使用的光纖外被覆 材料如PE的同外徑對接(以下同)、302為0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧、303為0.9mm外被覆下段長圓筒形拉張螺旋彈簧、304為上端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠、305為下端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠、306為0.9mm外被覆下端圓筒形拉張螺旋彈簧與光纖無預拉固定連接環或固定膠、308為連接環或固定膠，其為0.9mm外被覆圓筒形拉張螺旋彈簧與第二條低膨脹係數且不同卷向彈簧上端座圈的無預拉固定連接環或固定膠、309為連接環或固定膠，其為0.9mm外被覆圓筒形拉張螺旋彈簧與第二條低膨脹係數且不同卷向彈簧下端座圈的無預拉固定連接環或固定膠、311為外鬆被覆第二條低膨脹係數且不同卷向的彈簧總長、312為溫度補償0.9mm外被覆圓筒形拉張螺旋彈簧具密著初張力高膨脹係數溫度補償段長部分等元件所構成。其中301的0.9mm外被覆上段長圓筒形拉張螺旋彈簧聯結302的0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧及聯結303的0.9mm外被覆下段長圓筒形拉張螺旋彈簧總段長形成的0.9mm外被覆保護其軸內光纖及光纖光柵全圓筒形螺旋彈簧的結構，是利用本發明人民國104年1月20日申請案104101751的「自體預拉全彈簧被覆的光纖感測結構」中的自體全彈簧被覆的光纖結構預拉技術。其預拉技術為利用在一圓筒形拉張螺旋彈簧與壓縮螺旋彈簧組成的彈簧內置一FBG而形成具有彈性伸長彈性域內的預拉應力技術，來縮小光纖光柵濾波裝置在習知技術使用龐大機械結構的體積並降低其成本；但本自體彈簧被覆的預拉技術並不主張於本發明的專利範圍請求項內。而311外鬆被覆第二條低膨 脹係數的彈簧(例如右卷向)；和301串連302再串連303所形成第一條高膨脹係數的彈簧(例如左卷向)有不同卷向，是為了避免同心組合的內外兩圓筒形螺旋彈簧因不良操作意外地互相嚙合，以及溫度變化時內外兩彈簧長度增減不同所造成扭轉的平衡控制目的。
本發明二項主要溫度補償作用之中：其一的光纖光柵預拉作用，是由0.9mm外被覆上段長圓筒形拉張螺旋彈簧301和0.9mm外被覆下段長圓筒形拉張螺旋彈簧303中間的0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧302段長，先壓縮螺旋彈簧且將其軸心內光纖光柵兩端304及305以連接環或固定膠作光纖與彈簧預拉固定後釋放，以完成FBG預拉作用。此種利用彈簧彈性特性做光波級數精密量測材料應變的新技術，目的在創造一圓筒形拉張螺旋彈簧與壓縮螺旋彈簧所組成的彈簧結構，以內置一FBG於壓縮螺旋彈簧軸心，先壓縮彈簧固定其內FBG標距長後，再釋放被壓縮螺旋彈簧以達到光纖光柵被預拉作用。因其符合彈性伸長彈性域內的彈性模數技術，實施虎克定律以直線關係完成預拉值設定目的。又因壓縮彈簧不但可以固定內置FBG後再釋放施力的預拉FBG作用；同時又可以壓縮螺旋彈簧形成堅硬如鋼殼自身保護穿過其內脆弱FBG光纖目的。本發明二項主要溫度補償作用之中，其二作用之光纖光柵預拉應力或扭力釋放，對結構材料熱膨脹係數差產生的溫度補償作用。例如溫度升高時，此作用則由第二條不同卷向的外鬆被覆彈簧311兩端308和309固定連接環所形成固定距離，因其低膨脹係數的伸長量較低；限制其內302串連312所結合較高膨脹係數總 段長的較高伸長量。此迫使312具密著初張力且高膨脹係數之圓筒形拉張螺旋彈簧段長，推向相同外徑0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧302的段長。而原本此段長的圓筒形壓縮螺旋彈簧302是為了獲得預負荷的作用，FBG己先預拉。因此312因熱延伸結果，如同放鬆(relief)原預負荷的預拉作用，正如同降低折射率來避免波長變化的作用。由於上述說明利用光纖內部應力和其折射率有比例依存的關係。因此溫升時；如放鬆張力(Stress)或扭力(Torsion)，可減少折射率來補償因溫度引起光柵濾波裝置波長的位移。
10‧‧‧進出光纖濾波裝置的光纖
13‧‧‧布拉格光柵段長部
17‧‧‧光纖在進入光纖濾波裝置的光纖段長部
20‧‧‧光纖濾波裝置
21‧‧‧第1溫度補償元件
22‧‧‧第2溫度補償元件
23‧‧‧第1溫度補償元件中凹處
24‧‧‧第2溫度補償元件凸出部
25‧‧‧橋接光纖進入端26及24凸出部間光纖兩段長元件
26‧‧‧光纖進入端固定點
27‧‧‧第2溫度補償元件凸出部固定點
30‧‧‧對光纖預拉元件
31‧‧‧預拉施力能彈回的彈簧
80‧‧‧溫度補償布拉格光柵濾波裝置
82‧‧‧進出光纖濾波裝置的光纖
84‧‧‧光纖軸心核心
86‧‧‧光纖纖殼
88‧‧‧光纖布拉格光柵段長部
90‧‧‧光纖塑膠被覆
92和82‧‧‧光纖互相扭緊的光纖元件
102‧‧‧光纖核心
201‧‧‧125μm裸光纖
202‧‧‧250μm外徑樹脂被覆保護層
203‧‧‧125μm光纖核心有光柵區域
204‧‧‧250μm外徑樹脂再被覆保護層
300‧‧‧不銹鋼外被覆高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧
301‧‧‧外被覆上段長圓筒形拉張螺旋彈簧
302‧‧‧外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧
303‧‧‧外被覆下段長圓筒形拉張螺旋彈簧
304‧‧‧上端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠
305‧‧‧下端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠
306‧‧‧外被覆下端圓筒形拉張螺旋彈簧光纖無預拉固定連接環或固定膠
308‧‧‧連接環或固定膠
309‧‧‧連接環或固定膠
311‧‧‧外鬆被覆第二條低膨脹係數且不同卷向的彈簧總長
312‧‧‧外被覆圓筒形拉張螺旋彈簧高膨脹係數溫度補償段長
314‧‧‧外鬆被覆第二層低膨脹係數金屬套管
圖1 習知U.S.Pat.No.5,042,898的裝置剖面圖
圖2 習知U.S.Pat.No.6,493,486的裝置剖面圖
圖3 鬆被覆第二條低膨脹係數且不同卷向的彈簧縱向剖面圖
圖4 一種以低膨脹係數外套管鬆被覆的溫度補償光波濾波裝置剖面圖
實施例：以低膨脹係數外套管鬆被覆的溫度補償光波濾器的結構
上述如圖3一種以第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧的溫度補償光波濾器的結構，是使用於無水氣和塵埃污染的環境。但於有水氣和塵埃污染使用的環境；則如圖4所示以 低膨脹係數外套管鬆被覆的溫度補償光纖光柵濾波裝置的結構實施。圖4為一種以低膨脹係數外套管鬆被覆的溫度補償光纖光柵濾波裝置的剖面圖。本實施例發明將低膨脹係數外套管鬆被覆的314殷鋼或石英玻璃管代替圖3中圖示311的鬆被覆第二條低膨脹係數且不同卷向的彈簧結構而己。低膨脹係數外套管鬆被覆的314殷鋼或石英玻璃管不但以低膨脹特性的308至309兩端段長，提供限制其內302串連312所結合較高膨脹係數總段長的較高伸長量，迫使312具密著初張力且高膨脹係數之圓筒形拉張螺旋彈簧段長，推向相同外徑0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧302的段長，使光纖光柵預拉應力或扭力釋放，對結構材料熱膨脹係數差產生的溫度補償作用。其作用又可以為此密閉之外管防止水氣和塵埃侵入內部鬆被覆的壓縮彈簧，及其內以同心組合方式的光纖光柵能維持在彈性限域內正常工作。圖4中所示元件：102為光纖核心、201為125μm裸光纖、202為250μm外徑樹脂被覆保護層、203為125μm光纖核心有光柵區域、204為250μm外徑樹脂再被覆保護層、300為不銹鋼外被覆高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧、301為0.9mm外被覆上段長高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧、302為0.9mm外被覆高膨脹係數圓筒形壓縮螺旋彈簧、303為0.9mm外被覆下段長高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧、304為上端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠、305為下端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠、306為0.9mm外被覆下端圓筒形拉張螺旋彈簧與光纖無預拉固定連接環或固定膠、308為連接環或固定膠，其為0.9mm外被覆圓筒形拉張螺旋彈 簧與外鬆被覆第二層低膨脹係數金屬套管上端座的無預拉固定連接環或固定膠、309為連接環或固定膠，其為0.9mm外被覆圓筒形拉張螺旋彈簧與外鬆被覆第二層低膨脹係數金屬套管下端座的無預拉固定連接環或固定膠、314為外鬆被覆第二條低膨脹係數金屬套管如Invar殷鋼或SiO2管、312為溫度補償0.9mm外被覆具密著初張力圓筒形拉張螺旋彈簧高膨脹係數溫度補償段長部分等元件所構成。
本發明二項主要溫度補償作用之中：其一的光纖光柵預拉作用，是由0.9mm外被覆上段長圓筒形拉張螺旋彈簧301和0.9mm外被覆下段長圓筒形拉張螺旋彈簧303中間的0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧302段長，先壓縮螺旋彈簧且將其軸心內光纖光柵兩端之304及305以連接環或固定膠作光纖與彈簧預拉固定後釋放，以完成FBG預拉作用。此預拉作用是為了預先拉伸FBG來形成線性彈性域內能夠在容許的最低溫度下工作，光柵受應力應變關係的一種預留被壓縮量。本實施例的FBG預拉作用，是當預設標距長的壓縮彈簧302被預壓縮後固定其兩端的光纖與彈簧預拉固定連接環，亦即圖4上光纖與彈簧預拉固定連接環304部位及下光纖與彈簧預拉固定連接環305部位。當兩連接環以預定間距固定在壓縮彈簧軸內沒被壓縮的裸光纖201上，再放開被壓縮彈簧而獲得預定的預先張力，此等同習知在各型感測元件結構上的事先預拉FBG的作用。
假設本光纖光柵濾波裝置預訂在工作溫度下降至零 下25℃時能保持線性關係，來計算其最大容許壓縮應變量。因FBG溫度變化產生波長飄移為每0.1℃，飄移量為1pm(=1x10-12M)。則當常溫25℃工作溫度下降至零下25℃，共約下降50℃。亦即工作波長將降約500pm(=0.5nm)。在設計此一壓縮彈簧特性時，則以光纖光柵在常溫25℃時預拉0.5nm波長位移量，才可達到在零下25℃時的預壓縮量的需求計算。由於光纖光柵段長預拉0.5nm波長位移量依光纖光柵製成後的數據關係，每預拉1nm約需80公克施力，則壓縮彈簧需壓縮施力為40g(=0.04kg)，P=0.04kg。當壓縮彈簧壓縮施力釋放時，可對FBG反向產生40g的預拉力。
上述圓筒形壓縮螺旋彈簧內的光纖光柵兩固定端點的標距長，先被壓縮再釋放彈簧達到光纖光柵被預拉的作用力P和其受力變形的彈簧撓度δ關係，可以下式表示：δ=(8nD3/Gd4)P (6)
d為不銹鋼素線直徑
D為平均螺旋直徑
G為橫彈性係數
n為有效圈數
其中可設一彈簧指數為c，c=D/d，則式(6)可以下式表示：δ=(8nc3/Gd)P (7) =(8nc4/GD)P (8)
c=D/d的彈簧指數可以做為彈簧尺寸結構選擇，以設計各種符合彈簧外徑、彈簧內徑、彈簧有效圈數、預拉力或最大容許 壓縮應力的彈簧。G所代表的橫彈性係數，是使材料產生單位剪斷應變所需之應力，為一種取決於材料特性的常數，同尺寸彈簧的撓度反比於材料的G值。由彈簧軸荷重P所致彈簧的撓度δ可以式(6)計算出來。本例設以n為50圈，d=0.3mm，D=1mm，P=0.04kg，G以不銹鋼橫彈性係數7.5 x 103kg/mm2，由公式(6)可得軸荷重P所致彈簧的撓度δ，δ=0.25mm。亦即以壓縮螺旋彈簧壓縮0.25mm，將緊鄰兩端的拉張彈簧兩密著座圈部位和內置的光纖以樹脂膠固化形成連接環或以金屬壓著形成連接環固定後，再放開預壓縮螺旋彈簧。則可以對內置光纖光柵施力而產生預拉0.5nm波長位移作用，以獲得約50℃溫度工作區間的預壓縮應變量，來承受將來裝置在工作溫度下降至零下25℃時的最大容許壓縮應變量。
本發明二項主要溫度補償作用，其二作用之光纖光柵預拉應力或扭力釋放，為一種對結構材料熱膨脹係數差產生的溫度補償作用。例如溫度升高時，此作用則由第二層外鬆被覆低膨脹係數殷鋼314之兩端308和309固定連接環所形成固定距離，因其低膨脹係數的伸長量較低；限制其內302串連312所結合較高膨脹係數總段長的較高伸長量。此迫使312具密著初張力且高膨脹係數之圓筒形拉張螺旋彈簧段長，推向相同外徑0.9mm外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧302的段長。而原本此段長的圓筒形壓縮螺旋彈簧302是為了獲得預負荷的作用，FBG己先預拉。因此312因熱延伸結果，如同放鬆(relief)原預負荷的預拉作用，正如同降低折射率來避免波 長變化的作用。因此溫升時；如同放鬆張力(Stress)或扭力(Torsion)，可減少折射率來補償因溫度引起光柵濾波裝置波長的位移。
實施例中如圖4所示以314為外鬆被覆第二層低膨脹係數外套管如Invar殷鋼或SiO2管的溫度補償光波濾器結構；或上述如圖3一種以第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧的溫度補償光波濾器的結構，兩者皆能達到溫度補償作用。但實用上，實施例中如圖4所示以314低膨脹係數外套管如Invar殷鋼或SiO2管為外鬆被覆第二層的溫度補償濾波裝置結構，不但能免於水氣和塵埃污染外；更可以準直條件維持其內第一條高膨脹係數彈簧的線性調整環境。低膨脹係數外套管的管厚度，將配合其內302串連312所結合較高膨脹係數總段長的伸長量或由第二層外鬆被覆低膨脹係數殷鋼314之兩端308和309固定連接環連接其內拉張彈簧位置所形成固定距離和兩膨脹係數差來調整。低膨脹係數外套管的形狀亦可以和其內光纖具有同心共構的圓孔形長方柱組成。
以上本發明說明書內容及實施例闡述各種細節所引用各參考編號之元件，皆可視為相同或功能上類似之元件，且意欲以極簡化的圖解方式來圖說實例所表示之主要實施特點；因此，此圖示並非意欲描繪出實際實施例之所有特點，亦並非意欲描繪所繪元件之相對尺寸及數量，故所示之圖並非按比例繪成，其係按本發明之結構製成光纖光柵濾波裝置或其組成光纖光柵濾波裝置各變化元件結構及其能完整實現可溫度補償結構組件的基 本精神所繪成，且僅作為代表光纖光柵濾波裝置可據以等效發揮功能及據以應用的各種樣態，一如實施例所舉外套管的形狀選用亦可以具有同心共構的圓孔形長方柱組成、或選用不同螺距角圓筒形壓縮螺旋彈簧的串接組合結構或選用不同的彈簧指數c，即c=D/d中不同外徑彈簧和素線直徑的組合、鋼材的橫彈性係數G…等中各種製造參數的微調，做本發明可據以更精準應用的一種補述，使光纖光柵濾波裝置應用更為精彩及多元廣闊。
儘管本文係將實施例以低膨脹係數Invar殷鋼或SiO2管為外鬆被覆第二層外套管做溫度補償光波濾器結構；或說明書所述一種以第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧做溫度補償光纖光柵濾波裝置的結構，兩者皆能達到溫度補償作用組成之結構圖解說明並闡述本發明之溫度補償結構；但此並非意欲僅將本發明侷限於此等圖示細節，因為在以不脫離本發明精神之任何方式之前提下，可對本發明實施各種修改及結構之改變並應用現有知識合併先前技術觀點，再將本發明修改用於各種應用或改用其他材料應用於本發明，且因此，此等修改應該且己意欲包含在隨附申請專利範圍之等效意義及範圍內。
102‧‧‧光纖核心
201‧‧‧125μm裸光纖
202‧‧‧250μm外徑樹脂被覆保護層
203‧‧‧125μm光纖核心有光柵區域
204‧‧‧250μm外徑樹脂再被覆保護層
300‧‧‧不銹鋼外被覆高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧
301‧‧‧外被覆上段長圓筒形拉張螺旋彈簧
302‧‧‧外被覆圓筒形壓縮螺旋彈簧
303‧‧‧外被覆下段長圓筒形拉張螺旋彈簧
304‧‧‧上端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠
305‧‧‧下端光纖與彈簧預拉固定連接環或固定膠
306‧‧‧外被覆下端圓筒形拉張螺旋彈簧光纖無預拉固定連接環
308‧‧‧連接環或固定膠
309‧‧‧連接環或固定膠
312‧‧‧外被覆圓筒形拉張螺旋彈簧高膨脹係數溫度補償段長
314‧‧‧外鬆被覆第二層低膨脹係數金屬套管

Claims (10)

  1. 一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置，此裝置是由下列元件組成：一單模態光纖，此光纖內有一段長光纖光柵；及一定長度被覆其內置單模態光纖的高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧，此彈簧做溫度補償的總段長是由己預拉光纖光柵兩端的圓筒形壓縮螺旋彈簧的段長串聯具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧的組合段長接合而成；及一頭端固定光纖與其外高膨脹係數彈簧的預拉固定連接環，此連接環外接彈簧並且內接光纖；及一尾端固定光纖與其外高膨脹係數彈簧預拉固定連接環，此連接環外接彈簧並且內接光纖；及一定長度由外套接其內做溫度補償總段長彈簧的外層低膨脹係數金屬套管；此套管兩端由兩個無預拉固定連接環或固定膠固定其內置高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長長度；及所有元件以光纖軸心同心共構方式組成的光纖光柵濾波裝置，本溫度補償光纖布拉格光柵濾波裝置的特徵為，外層低膨脹係數金屬套管總長度對溫度變化產生的長度，和其內內置高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長長度，受溫度變化產生的長度差，對其內內置己預拉的高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長所造成放鬆張力或伸張張力的作用，以達到增減折射率來補償因溫度引起光柵濾波裝置波長位移的結構者。
  2. 如申請專利範圍第1項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其內內置高膨脹係數做溫度補償的圓筒形螺旋彈簧總段長長度是由己預拉光纖光柵兩端的圓筒形壓縮螺旋彈簧一段長度串聯具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧一段長度所組成者。
  3. 如申請專利範圍第1項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其內內置高膨脹係數做溫度補償的圓筒形螺旋彈簧總段長長度是由一段長度具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧；串聯一段長度己預拉光纖光柵兩端的圓筒形壓縮螺旋彈簧；再串聯一段長度具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧所組成者。
  4. 如申請專利範圍第1項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其一定長度由外套接其內做溫度補償總段長彈簧的外層低膨脹係數金屬套管，為一定長度具有和其內光纖同心共構的圓柱形低膨脹係數金屬套管者。
  5. 如申請專利範圍第1項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其一定長度由外套接其內做溫度補償總段長彈簧的外層第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧，為一定長度具有和其內光纖同心共構的圓孔形長方柱形低膨脹係數金屬套管者。
  6. 一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置，此裝置是由下列元件組成： 一單模態光纖，此光纖內有一段長光纖光柵；及一定長度被覆其內置單模態光纖的第一條高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧，此彈簧做溫度補償的總段長是由己預拉光纖光柵兩端的圓筒形壓縮螺旋彈簧的段長串聯具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧的組合段長接合而成；及一頭端固定光纖與其外高膨脹係數彈簧的預拉固定連接環，此連接環外接彈簧並且內接光纖；及一尾端固定光纖與其外高膨脹係數彈簧預拉固定連接環，此連接環外接彈簧並且內接光纖；及一定長度由外套接其內做溫度補償總段長彈簧的外層第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧；此不同卷向的鬆被覆彈簧兩端由兩個無預拉固定連接環或固定膠固定其內置第一條高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長長度；及所有元件以光纖軸心同心共構方式組成的光纖光柵濾波裝置，本溫度補償光纖布拉格光柵濾波裝置的特徵為，外層第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧總長度對溫度變化產生的長度，和其內內置高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長長度對溫度變化產生的長度差，對其內內置預拉的高膨脹係數圓筒形螺旋彈簧總段長所造成放鬆張力或伸張張力作用下，達到以增減折射率來補償因溫度引起光柵濾波裝置波長位移的結構者。
  7. 如申請專利範圍第6項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其內內置高膨脹係數做溫度補償的圓筒形螺旋彈簧 總段長長度是由己預拉光纖光柵兩端的圓筒形壓縮螺旋彈簧一段長度串聯具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧一段長度所組成者。
  8. 如申請專利範圍第6項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其內內置高膨脹係數做溫度補償的圓筒形螺旋彈簧總段長長度是由一段長度具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧；串聯一段長度己預拉光纖光柵兩端的圓筒形壓縮螺旋彈簧；再串聯一段長度具密著初張力高膨脹係數圓筒形拉張螺旋彈簧所組成者。
  9. 如申請專利範圍第6項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其一定長度由外套接其內做溫度補償總段長彈簧的外層第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧，為一定長度具有和其內光纖同心共構的圓筒形拉張螺旋彈簧者。
  10. 如申請專利範圍第6項之一種溫度補償的光纖布拉格光柵濾波裝置結構，其一定長度由外套接其內做溫度補償總段長彈簧的外層第二條低膨脹係數且不同卷向的鬆被覆彈簧，為一定長度具有和其內光纖同心共構的圓筒形壓縮螺旋彈簧者。
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