專利名稱：一種用于光纖光柵溫度補(bǔ)償?shù)恼郫B式無源封裝器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖器件，具體地說，涉及一種用于光纖光柵或其他光纖器件溫度補(bǔ)償?shù)恼郫B式無源封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光纖光柵是一種全光纖器件。它利用光纖的光敏性，通過紫外光的照射使光纖纖芯的折射率產(chǎn)生周期性擾動(dòng)，形成了具有波長(zhǎng)選擇性的反射器。它具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小、器件微型化、能與光纖很好地耦合、可與其他光纖器件兼容成一體、不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。使用光纖光柵可制成波分復(fù)用/解復(fù)用器、光纖激光器、DFB激光器、光濾波器、色散補(bǔ)償器等高性能光通信器件。光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)會(huì)隨環(huán)境溫度的波動(dòng)而漂移，其漂移的大小約為0.008nm/℃，其具體數(shù)值還與制造光柵所用的光纖有關(guān)。其中心波長(zhǎng)隨溫度漂移的特性阻礙著光纖光柵器件的實(shí)用化進(jìn)程。因此需要對(duì)實(shí)用化的光纖光柵的溫度性能進(jìn)行控制，也就是對(duì)光纖光柵要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。光纖光柵的溫度補(bǔ)償方法具體可以分為兩類其一，有源方式，即由外加電路控制光柵器件所在工作環(huán)境的溫度；其二，無源方式，即以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)與材料對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，封裝使光柵產(chǎn)生一定的應(yīng)變，該應(yīng)變引入的波長(zhǎng)的漂移應(yīng)可抵消由溫度變化引起的波長(zhǎng)的漂移。該方式稱為絕熱封裝或溫度補(bǔ)償式封裝。
由于有源方式的溫度補(bǔ)償方案中要控制環(huán)境的溫度，這就需要有外在的能源提供，使光纖光柵器件的體積將變得相當(dāng)龐大，不利于器件的微型化，而且外在的能源供應(yīng)不利于器件的穩(wěn)定性，因此，一般采用無源形式的溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
在上述無源方式中，又以下面兩種方式比較常見第一種方式，是將光纖光柵固定在具有負(fù)膨脹系數(shù)的基板上，利用基板的負(fù)膨脹特性使光纖光柵在溫度變化的環(huán)境中受到一定的應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。該方式看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上，由于要求材料的負(fù)膨脹系數(shù)相當(dāng)精確，能夠剛好和溫度對(duì)光纖的影響相匹配，所以并不容易找到適用的材料，雖然近一段時(shí)間有幾種負(fù)膨脹系數(shù)的材料應(yīng)用在光纖光柵的封裝中，但一直存在著材料制造困難、成本較高以及外封裝困難等缺點(diǎn)。
第二種方式，是用兩種膨脹系數(shù)不同的材料構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)上的存在著兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)具有當(dāng)溫度升高時(shí)縮短距離，而當(dāng)溫度降低時(shí)拉長(zhǎng)距離，即這兩點(diǎn)具有負(fù)膨脹特性。該方式比較容易找到適用的材料，而且能夠通過控制材料的長(zhǎng)短來確定兩點(diǎn)的距離，使其對(duì)不同的光纖制造的光柵都可以使用。該方式目前一般是將兩種材料的一端直接粘結(jié)在一起，這樣兩點(diǎn)會(huì)分別落在兩種膨脹系數(shù)的材料上，由于高膨脹系數(shù)材料上的點(diǎn)對(duì)補(bǔ)償效果影響很大，這樣要求該點(diǎn)有很高的精度，這在實(shí)際制作中會(huì)給生產(chǎn)的重復(fù)性帶來麻煩，再則，由于有一段長(zhǎng)度是與光柵無光的，造成該結(jié)構(gòu)會(huì)比光纖光柵本身長(zhǎng)很多。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是克服上述無源第二種方式存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種性價(jià)比更高的光纖光柵的溫度補(bǔ)償無源封裝器；具體地說，是對(duì)上述一種用兩種膨脹系數(shù)不同的材料構(gòu)成的某種結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)和提升。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的①工作原理是基于溫度變化和應(yīng)力變化對(duì)光纖光柵的中心波長(zhǎng)的共同影響作用，即利用預(yù)置的應(yīng)變來補(bǔ)償溫度對(duì)光纖光柵的中心波長(zhǎng)的影響。
②該結(jié)構(gòu)引入了折疊結(jié)構(gòu)，即把高熱膨脹系數(shù)的材料和低熱膨脹系數(shù)的材料折疊在一起，由外襯套、襯套、內(nèi)襯套組成；光纖光柵連接在該結(jié)構(gòu)上的a、b兩點(diǎn)都在低熱膨脹系數(shù)的材料上。
③該結(jié)構(gòu)的尺寸由相應(yīng)的公式給出。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
①由于該結(jié)構(gòu)引入了折疊結(jié)構(gòu)，即把高熱膨脹系數(shù)的材料和低熱膨脹系數(shù)的材料折疊在一起，從而避免了由于高熱膨脹系數(shù)材料帶來的不必要的長(zhǎng)度，從而在縱向上縮小了尺寸。
②由于該結(jié)構(gòu)的a、b兩點(diǎn)都在低熱膨脹系數(shù)的材料上，使得a、b兩點(diǎn)精度大大降低，從而使光纖光柵的封裝的重復(fù)性有相當(dāng)?shù)奶岣?，利于光柵封裝的產(chǎn)品化。
③在進(jìn)一步增加可靠性的基礎(chǔ)上，不僅改小了尺寸，而且使兩點(diǎn)的確定變得容易，利于大批量生產(chǎn)。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)剖視圖，其中1—外襯套，由低熱膨脹系數(shù)的材料制成；2—襯套，由高熱膨脹系數(shù)的材料制成；3—內(nèi)襯套，由低熱膨脹系數(shù)的材料制成；(高、低熱膨脹系數(shù)的定義是相對(duì)的，只需滿足后面將要給出的補(bǔ)償條件即可。)4—光纖光柵；5—為外襯套1的底部與襯套2的底部的相互連接點(diǎn)；6—為襯套2的頂部與內(nèi)襯套3的頂部的相互連接點(diǎn)；a—為光纖光柵4的上端與外襯套1的頂部的相互連接點(diǎn)；b—為光纖光柵4的下端與內(nèi)襯套3的底部的相互連接點(diǎn)。
圖2是外襯套1的結(jié)構(gòu)外形圖，可以是任意形狀；其中1.1—小槽，是光纖通過的小槽，可以是任意形狀；1.2—大槽，是放置襯套2的地方，其形狀與襯套2可以類似，也可以不類似。
外襯套1其左邊有小槽1.1，其右邊有大槽1.2。
圖3是襯套2的結(jié)構(gòu)外形圖，可以是任意形狀，并能放置在外襯套1的大槽1.2中，可以與外襯套1類似，也可以不類似；其中2.1—中槽，是放置內(nèi)襯套3的空間，其形狀與內(nèi)襯套3可以類似，也可以不類似。
圖4是內(nèi)襯套3的結(jié)構(gòu)外形圖，可以是半圓柱，也可以是任意形狀，并能放置在襯套2中，可以與襯套2類似，也可以不類似；其中3.1—小槽，是光纖通過的小槽，可以是任意形狀。
圖5是光纖光柵的溫度漂移測(cè)試結(jié)果比較圖；其中7—是沒有溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵的溫度漂移測(cè)試結(jié)果；8—是具有本實(shí)用新型封裝結(jié)構(gòu)的光纖光柵溫度漂移測(cè)試結(jié)果；9—縱坐標(biāo)，表示波長(zhǎng)，單位是納米(nm)；10—橫坐標(biāo)，表示溫度，單位是攝氏度(℃)。
由圖5可知，沒有溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵的溫度漂移測(cè)試結(jié)果7近似于一條斜率較大的直線；而具有本實(shí)用新型封裝結(jié)構(gòu)的光纖光柵溫度漂移測(cè)試結(jié)果8近似于一條斜率約0度的直線；由此可見，本實(shí)用新型可以大大改善光纖光柵器件的溫度性能；其實(shí)際指標(biāo)完全可以達(dá)到商用化。
具體實(shí)施方式
1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)形狀由圖1、圖2、圖3、圖4可知，本實(shí)用新型為一種折疊結(jié)構(gòu)，由外襯套1、襯套2、內(nèi)襯套3、光纖光柵4組成，在外襯套1的大槽1.2內(nèi)，置放襯套2，外襯套1的底部與襯套2的底部相互連接于5點(diǎn)；在襯套2的中槽2.1內(nèi)，置放內(nèi)襯套3，襯套2的頂部與內(nèi)襯套3的頂部相互連接于6點(diǎn)；光纖光柵4置放于外襯套1的小槽1.1和內(nèi)襯套3的小槽3.1內(nèi)，其上端與外襯套1的頂部相互連接于a點(diǎn)，其下端與內(nèi)襯套3的底部相互連接于b點(diǎn)。
2、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)尺寸光纖光柵是利用光纖的光敏性，通過紫外光的照射使光纖纖芯的折射率產(chǎn)生周期性擾動(dòng)，形成了具有波長(zhǎng)選擇性的反射器。光纖布拉格光柵反射中心波長(zhǎng)可由下式表示λB=2neffΛ---(1)]]>
其中，λB是光纖布拉格光柵反射中心波長(zhǎng)，neff是光纖光柵纖芯的平均有效折射率，Λ是光柵的周期。由于neff和Λ都會(huì)因?yàn)闇囟群蛻?yīng)變的影響而變化，因此，光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)也會(huì)隨溫度和應(yīng)力的變化而變化。溫度對(duì)波長(zhǎng)的影響來源于熱光效應(yīng)引起的光纖折射率的改變及熱膨脹效應(yīng)對(duì)光柵周期的改變。溫度和應(yīng)變對(duì)波長(zhǎng)的綜合作用在一定范圍內(nèi)被認(rèn)為是線性關(guān)系，可由下式表示Δλ＝ΔλT+ΔλP＝(αf+ξ)ΔTλB+(1-Pξ)ΔελB(2)其中，ΔλT是溫度對(duì)光柵中心波長(zhǎng)的影響，αf是光纖的熱膨脹系數(shù)，ξ是光纖的熱光系數(shù)，ΔT是外界溫度變化，Pξ是光纖的楊氏模量，Δε是光纖的應(yīng)變。
在本實(shí)用新型的方案中，光纖在a、b兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度(Lf)隨溫度的變化由下式確定ΔεLf＝(L1α1+L3α3-L2α2-Lfαf)ΔT (3)其中，L1是外襯套1的有效長(zhǎng)度，L2是襯套2的有效長(zhǎng)度，L3是內(nèi)襯套3的有效長(zhǎng)度，α1是外襯套1的熱膨脹系數(shù)，α2是襯套2的熱膨脹系數(shù)，α3是內(nèi)襯套3的熱膨脹系數(shù)。由(3)式可得Δε＝(L1α1+L3α3-L2α2-Lfαf)ΔT/Lf(4)將(4)式代入(2)式，可得Δλ/ΔT＝(αf+ξ)λB+(1-Pξ)(L1α1+L3α3-L2α2-Lfαf)λB/Lf(5)根據(jù)(5)式，可以選擇α2＞＞α1、α3，使(L1α1+L3α3-L2α2-Lfαf)＜0，由于Pξ＜1，從而(1-Pξ)(L1α1+L3α3-L2α2-Lfαf)λB/Lf＜0，所以可以調(diào)節(jié)L1、L2、L3的長(zhǎng)度，使氣Δλ/ΔT＝0，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中心波長(zhǎng)的溫度漂移的補(bǔ)償。
權(quán)利要求1.一種用于光纖光柵溫度補(bǔ)償?shù)恼郫B式無源封裝器，其特征在于為一種折疊結(jié)構(gòu)，由外襯套(1)、襯套(2)、內(nèi)襯套(3)、光纖光柵(4)組成，在外襯套(1)的大槽(1.2)內(nèi)，置放襯套(2)，外襯套(1)的底部與襯套(2)的底部相互連接于(5)點(diǎn)；在襯套(2)的中槽(2.1)內(nèi)，置放內(nèi)襯套(3)，襯套(2)的頂部與內(nèi)襯套(3)的頂部相互連接于(6)點(diǎn)；光纖光柵(4)置放于外襯套(1)的小槽(1.1)和內(nèi)襯套(3)的小槽(3.1)內(nèi)，其上端與外襯套(1)的頂部相互連接于(a)點(diǎn)，其下端與內(nèi)襯套(3)的底部相互連接于(b)點(diǎn)；外襯套(1)、內(nèi)襯套(3)均由低熱膨脹系數(shù)的材料制成，襯套(2)由高熱膨脹系數(shù)的材料制成。
專利摘要本實(shí)用新型為一種用于光纖光柵溫度補(bǔ)償?shù)恼郫B式無源封裝器；涉及一種光纖器件，具體地說，涉及一種折疊式無源封裝結(jié)構(gòu)。工作原理是基于溫度變化和應(yīng)力變化對(duì)光纖光柵的中心波長(zhǎng)的共同影響作用，即利用預(yù)置的應(yīng)變來補(bǔ)償溫度對(duì)光纖光柵的中心波長(zhǎng)的影響。該結(jié)構(gòu)引入了折疊式結(jié)構(gòu)，即把高熱膨脹系數(shù)的材料和低熱膨脹系數(shù)的材料折疊在一起，由外襯套、襯套、內(nèi)襯套組成；光纖光柵連接在該結(jié)構(gòu)上的a、b兩點(diǎn)都在低熱膨脹系數(shù)的材料上。本實(shí)用新型在進(jìn)一步增加可靠性的基礎(chǔ)上，不僅改小了尺寸，而且使兩點(diǎn)的確定變得容易，利于大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/124GK2560955SQ0227878
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月15日
發(fā)明者張延霖, 施偉, 趙帥, 林謙 申請(qǐng)人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司