本實用新型涉及一種溫度不敏感光纖光柵濾波器。

背景技術：

光濾波器在光通信和光纖傳感等領域具有非常廣泛的應用，主要用于對各個波長的光進行選擇。

一般的光濾波器由F-P干涉型濾波器、多層介質膜濾波器、薄膜多共振腔濾波器、光纖光柵濾波器等，一般濾波器如F-P干涉型濾波器，多層介質膜濾波器，薄膜多共振腔濾波器其缺點主要是邊帶抑制比低，體積較大，與光纖耦合工藝復雜，成本較高。

而普通光纖光柵濾波器主要是帶寬靈活，體積小，邊帶抑制比高，易于與光纖耦合，成本低，由于溫度的變化會導致中心波長的漂移，限制了光纖光柵濾波器的溫度使用范圍以及性能。主動溫度控制裝置則增加了系統(tǒng)的復雜度，不利于大規(guī)模的應用。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種溫度不敏感光纖光柵濾波器，采用雙金屬片結構，以光纖光柵濾波器作為載體，通過使用形變量補償的方式，成功的改變了傳統(tǒng)的光纖光柵濾波易受溫度影響的問題，使得光纖光柵濾波器可以更加廣泛的在光纖通信，光纖傳感等領域使用。

本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本實用新型提供一種溫度不敏感光纖光柵濾波器，包括光纖光柵。所述光纖光柵固定在兩片堆疊的金屬片上，其中，光纖光柵固定在第一金屬片上表面，第一金屬片的下表面于第二金屬片的上表面相連，第一金屬片與第二金屬片的中心重合。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述光纖光柵通過環(huán)氧樹脂膠固定于第一金屬片上表面。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述第一金屬片與第二金屬片的膨脹系數不同。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，第一金屬片的膨脹系數小于第二金屬片的膨脹系數。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，第一金屬片與第二金屬片之間通過環(huán)氧樹脂膠粘接。

本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、采用形變的方式，對溫度量進行補償，從而使光纖光柵濾波器具有溫度不敏感性；

2、采用的兩種金屬片的組合及其上下位置固定的方式。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是溫度變化后的結構示意圖。

圖3是采用兩種熱膨脹系數不同的金屬材料構成的溫度補償結構示意圖。

圖4是采用兩種熱膨脹系數不同的金屬材料構成的溫度補償結構在溫度變化后的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

隨著光纖傳感行業(yè)和光纖通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，光濾波器正在被大量的使用。

一般的光濾波器存在著體積大，邊帶抑制比低，光纖耦合復雜度高，成本居高不下的缺點，而普通的光纖光柵濾波器雖然具有邊帶抑制比高，易于光纖耦合，成本低等優(yōu)點，但是其中心波長隨溫度的變化而產生便宜，由于環(huán)境要求高，難于大面積推廣使用，而一些主動溫度控制系統(tǒng)也由于其過于復雜，而沒有得到廣泛的應用。

本發(fā)明以光纖光柵濾波器作為載體，通過使用形變量補償的方式，成功的改變了傳統(tǒng)的光纖光柵濾波易受溫度影響的問題，使得光纖光柵濾波器可以更加廣泛的在光纖通信，光纖傳感等領域使用。

本實用新型實現了一種溫度不敏感光纖光柵濾波器，具體是采用雙金屬片結構，首先將光纖光柵采通過環(huán)氧樹脂膠固定于兩片金屬片上，兩片金屬片則選擇不同的膨脹系數的金屬片，由于兩種金屬片的膨脹系數不同，所以其熱形變量也不同，所以當外界溫度發(fā)生變化時，其金屬片的形變量則可以補償光柵濾波器由于溫度變化產生的中心波長的漂移。本系統(tǒng)所選的下層金屬片的膨脹系數大于上層金屬片的膨脹系數，兩片金屬片通過環(huán)氧樹脂膠進行粘接。本實用新型光纖光柵濾波器的結構如圖1所示，溫度變化后的結構如圖2所示。

下面對結合附圖對本實用新型的實現原理作進一步闡述：

由耦合模理論可知，光柵的布拉格Bragg波長為

λ_B＝2n_effΛ (1)

式中，n_eff為纖芯的有效折射率；Λ為柵格周期。

由(1)式可以看出，布拉格波長隨n_eff前和Λ的改變而改變。

應變作用下的光彈效應導致折射率的變化，形變使光柵常數變化：溫度導致的光熱效應使有效折射率改變，而熱膨脹系數致使光柵常數改變。先忽略溫度和應變的交叉敏感，分別考察僅在單一的溫度或應變作用下的傳感特性。

溫度引起光纖光柵Bragg波長的變化為

其中，Δλ_B為Bragg波長變化，ΔT為溫度變化，為光纖的熱膨脹系數，為光纖的熱光系數，K_T為光纖光柵相對波長溫度靈敏度系數。

由(2)式可知Δλ_B與ΔT存在著線性關系。通過檢測波長的移位，即可確定被測溫度變化量。

光纖軸向應變ε_Z引起的光纖光柵Bragg波長變化公式為：

式中，P_e為有效彈光系數，其中，P₁₁、P₁₂為彈光系數，v為光纖泊松比；K_ε為光纖光柵相對波長應變靈敏度系數。

與溫度類似，Δλ_B與ε_Z也成線性關系，由Δλ_B可方便地求出外界應變ε_Z。

由上可知，光柵Bragg波長變化與應變和溫度的變化關系為：

顯然，光柵中心反射波長對應變和溫度都是敏感的，測量一個量的同時，勢必要受到另一個量的影響。由此可見，解決應變和溫度交叉敏感的問題是FBG傳感檢測技術實用化的關鍵。

采用兩種熱膨脹系數不同的金屬材料構成的溫度補償結構，如圖3所示，其中，L為兩個金屬片的長度，d為兩個金屬片的厚度，L₁為光纖光柵的長度。

當溫度發(fā)生變化ΔT時，由于兩種材料的熱膨脹系數不同，光柵中的應變量同時發(fā)生變化。如圖4所示。假定兩個金屬片相連部分長度L不變，設彎曲后的弧圓心角為θ(弧度)，內側金屬片的曲率半徑是R，外側金屬片的膨脹系數是α₁，內側金屬片的熱膨脹系數為α₂，光纖光柵的膨脹系數是α。

由光纖光柵的伸長量與金屬的形變量的幾何關系可知：

L₁ε_Z+L₁αΔT＝L(1+α₁ΔT)-L(1+α₂ΔT) (5)

即為：

由公式(4)可知：

當通過應變來完全補償溫度時，則(7)式為0，即：

從公式(8)可以看出，最后只與兩個金屬片的膨脹系數α₁、α₂、光纖光柵的膨脹系數α，光纖光柵的熱光系數ξ，光纖光柵的有效彈光系數P_e，光纖光柵的長度L₁，金屬片的長度L有關。

因此，只要根據金屬材料的膨脹系數適當選取金屬材料以及金屬片的長度，，可以使溫度和應變引起的Bragg波長的變化相抵消，即可實現通過應變對光纖光柵濾波器溫度漂移的補償。

以上所述，僅為本實用新型中的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本實用新型所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本實用新型的包含范圍之內，因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。