分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是它包括石英U形槽和填充在石英U形槽中的硅脂或硅油，有源相移光纖光柵浸入到石英U型槽內(nèi)的硅脂或硅油中，有源相移光纖光柵兩端的尾纖分別通過兩處并列的熱固化膠與石英U型槽粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵在不承受軸向應力情況下保持自由狀態(tài)；位于石英U型槽外的光柵尾纖分別套裝有塑料套管，石英U型槽兩端連同兩側(cè)的塑料套管分別插入到對應的熱熔管中，兩段熱熔管連同石英U型槽整體插入一熱縮管；兩熱熔管和熱縮管加熱收縮后會將兩塑料套管和石英U型槽連為一體，同時熱縮管收緊使硅脂或硅油密封在石英U型槽內(nèi)。
【專利說明】分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布反饋光纖激光器增益介質(zhì)和諧振腔體的封裝，具體涉及一種有源相移光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布反饋光纖激光器是一種典型的窄線寬光纖激光器，它以單一有源相移光纖光柵作為激光諧振腔和增益介質(zhì)，本身具有極窄的線寬、極低的噪聲和穩(wěn)定的單縱模運轉(zhuǎn)等優(yōu)點。由于分布反饋光纖激光器的細長型結(jié)構(gòu)和單頻輸出的特點，使得它對外界振動和聲音等環(huán)境噪聲極其敏感，微弱的聲波或振動就會使其頻率和相位發(fā)生明顯的變化，因此它常被用作光纖水聽器和微震傳感器。而用作激光光源時，無隔離保護的分布反饋光纖激光器在環(huán)境中根本無法保持窄線寬和低噪聲的性能，必須對它的有源相移光纖光柵進行有效的封裝，消除外界環(huán)境噪聲對激光器性能的影響。
[0003]目前，光纖光柵主要用作傳感器、波分復用器和激光腔鏡等，作為光纖傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，主要是為了提高它對溫度、應力和應變的靈敏度，或消除溫度應變的交叉敏感；而作為波分復用器和激光腔鏡，一般只需要提高其溫度穩(wěn)定性，使其波長不會隨環(huán)境溫度變化而漂移。相比于普通光纖光柵，有源相移光纖光柵作為分布反饋光纖激光器的核心部件，它的工作波長不再是0.2nm左右的寬譜，而是僅為10_7nm量級的窄線寬激光，微弱的環(huán)境擾動都會引起明顯的性能變化，因此需要有更有效的隔聲隔振的封裝方法。專利CN102035125.A設計了一種采用隔聲板和鋼絲繩減震器的分布反饋光纖激光器封裝結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)隔聲、隔振、溫控和高頻調(diào)制的功能，而實際上有源相移光纖光柵尾纖的拉拽也會對激光腔產(chǎn)生更直截的軸向擾動，這種因素對激光穩(wěn)定性的影響甚至要比振動和聲波的影響更嚴重，在此并未考慮。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明從減弱有源相移光纖光柵敏感性的角度出發(fā)，設計了無應力阻尼隔振的結(jié)構(gòu)，同時利用多層界面提高聲波損耗的方式，實現(xiàn)了分布反饋光纖激光器穩(wěn)定輸出的封裝結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)小巧，利于集成。
[0005]一種分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是它包括石英U形槽和填充在石英U形槽中的硅脂或硅油，有源相移光纖光柵浸入到石英U型槽內(nèi)的硅脂或硅油中，有源相移光纖光柵兩端的尾纖分別通過兩處并列的熱固化膠與石英U型槽粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵在不承受軸向應力情況下保持自由狀態(tài)；
位于石英U型槽外的光柵尾纖分別套裝有塑料套管，石英U型槽兩端連同兩側(cè)的塑料套管分別插入到對應的熱熔管中，兩段熱熔管連同石英U型槽整體插入一熱縮管；兩熱熔管和熱縮管加熱收縮后會將兩塑料套管和石英U型槽連為一體，同時熱縮管收緊使硅脂或硅油密封在石英U型槽內(nèi)；在熱縮管外側(cè)設置有金屬套管，在金屬管口涂抹密封膠，在金屬套管內(nèi)壁和熱縮管之間填充硅脂。[0006]所述有源相移光纖光柵為摻鉺或摻鐿光纖，具有2-lOcm的柵區(qū)長度，柵區(qū)為裸纖，柵區(qū)兩端焊接光柵尾纖，裸纖部分進行再涂覆處理，光柵尾纖為單模匹配光纖。
[0007]所述石英U型槽長度比有源相移光纖光柵長2cm，直徑2_3_，有源相移光纖光柵居中固定在槽內(nèi)。
[0008]所述熱固化膠為353ND環(huán)氧樹脂膠，點膠方法為:保持有源相移光纖光柵的自由松弛狀態(tài)，先在光柵兩端各涂抹2-3mm膠構(gòu)成第一粘結(jié)層并加熱固化，相距第一粘結(jié)層一定距離再涂抹2-3_膠構(gòu)成第二粘結(jié)層并加熱固化以形成并列的熱固化膠粘結(jié)固定點；所述有源相移光纖光柵與石英U型槽粘結(jié)過程中，通過光譜儀監(jiān)視激光波長始終不會比自由狀態(tài)時變大，使柵區(qū)保持自由松弛狀態(tài)；
所述熱熔管和熱縮管具有一次熱收縮性，充分熱縮后在60°C環(huán)境不會膨脹或進一步收縮。
[0009]所述塑料套管直徑1mm，內(nèi)壁光滑與光纖尾纖摩擦力小，套入熱熔管內(nèi)至少Icm深，與石英U型槽聯(lián)接為一體。
[0010]所述金屬套管為不銹鋼管或銅管，長度與石英U型槽一致，內(nèi)徑以剛好套入收縮后的熱縮管為宜，壁厚0.5mm。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:分布反饋光纖激光器的有源相移光纖光柵具有“弦”的細長型結(jié)構(gòu)，它極易受環(huán)境的影響而使光柵周期和折射率分布發(fā)生微擾，而又由于其10_7nm量級的單頻輸出特性，極小的結(jié)構(gòu)變化就會引起線寬展寬、頻率漂移、噪聲起伏等明顯的指標惡化。另外，研究表明，當對有源相移光纖光柵施加一定的拉力時，它對環(huán)境噪聲的響應敏感度會被放大，而它處于自由狀態(tài)時，敏感度最弱。除了受聲波和振動噪聲引起的弦效應帶來的影響外，有源相移光纖光柵尾纖的振動和拉拽也會對柵區(qū)產(chǎn)生軸向擾動而影響激光穩(wěn)定性。據(jù)此，本發(fā)明提出無應力阻尼隔振和多層界面消聲結(jié)構(gòu)的有源相移光纖光柵封裝方法。封裝后有源相移光纖光柵上無應力，為自由狀態(tài)，由硅脂或硅油等半流體阻尼材料填封在石英U型槽中而非懸空，這些措施減弱了弦效應的影響，降低了它對振動信號的響應靈敏度，尤其對接觸沖擊以外的振動不再敏感；由內(nèi)到外軟硬材質(zhì)交疊的多層圓柱體封裝結(jié)構(gòu)形成了七層界面，聲波在傳入光纖光柵的過程中基本被損耗掉，達到了隔聲的要求；有源相移光纖光柵兩端和石英U型槽分別采用兩層熱固膠粘結(jié)，對尾纖傳遞的軸向應變實現(xiàn)了有效的緩沖，而光柵尾纖由塑料套管保護，塑料套管由熱熔管和熱縮管與封裝外殼連為一體，光柵尾纖和封裝體之間具有了一定獨立性，使用過程中有源相移光纖光柵不會受到軸向拉力而影響穩(wěn)定；整體結(jié)構(gòu)小巧，便于進一步集成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是有源相移光纖光柵的封裝結(jié)構(gòu)，圖2為圖1中A-A剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖中:1_有源相移光纖光柵；2-石英U型槽；3-熱固化膠；4-硅脂或硅油；5-熱熔管；6_塑料套管；7_熱縮管；8_密封膠；9_硅脂；10_金屬套管；11-光柵尾纖。
【具體實施方式】
[0014]實施例1:如圖1所示，一種有源相移光纖光柵的封裝結(jié)構(gòu)，它包括石英U形槽2和填充在石英U形槽2中的硅脂或硅油4，有源相移光纖光柵I浸入到石英U型槽2內(nèi)的硅脂或硅油4中，有源相移光纖光柵I兩端的光柵尾纖11分別通過兩處并列的熱固化膠3與石英U型槽2粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵I在不承受軸向應力情況下保持自由狀態(tài)；位于石英U型槽2外的光柵尾纖11分別套裝有塑料套管6，石英U型槽2兩端連同兩側(cè)的塑料套管6分別插入到對應的熱熔管5中，兩段熱熔管5連同石英U型槽2整體插入一熱縮管7 ;兩熱熔管5和熱縮管7加熱收縮后會將兩塑料套管6和石英U型槽2連為一體，同時熱縮管7收緊使硅脂或硅油4密封在石英U型槽2內(nèi)；在熱縮管7外側(cè)設置有金屬套管10，在金屬套管10的管口處涂抹密封膠，在金屬套管10內(nèi)壁和熱縮管7之間填充硅脂9。所述有源相移光纖光柵I為摻鉺或摻鐿光纖，具有2-lOcm的柵區(qū)長度，柵區(qū)為裸纖，柵區(qū)兩端焊接光柵尾纖11，裸纖部分進行再涂覆處理，光柵尾纖11為單模匹配光纖。
[0015]所述石英U型槽2長度比有源相移光纖光柵I長2cm，直徑2_3mm，有源相移光纖光柵I居中固定在石英U型槽2內(nèi)。所述熱固化膠3為353ND環(huán)氧樹脂膠；所述熱熔管5和熱縮管7具有一次熱收縮性，充分熱縮后在60°C環(huán)境不會膨脹或進一步收縮。所述塑料套管6直徑1mm，內(nèi)壁光滑與光纖尾纖11摩擦力小，套入熱熔管5內(nèi)至少Icm深，與石英U型槽2聯(lián)接為一體。所述金屬套管10為不銹鋼管或銅管，長度與石英U型槽2 —致，內(nèi)徑以剛好套入收縮后的熱縮管7為宜，壁厚0.5mm。
[0016]如圖1和2所示，一種分布反饋光纖激光器的封裝方法，有源相移光纖光柵I居中放置在石英U型槽2中,保持有源相移光纖光柵的自由松弛狀態(tài)，先在有源相移光纖光柵I兩端各涂抹2-3mm熱固化膠3構(gòu)成第一粘結(jié)層并加熱固化，再相距第一粘結(jié)層一定距離涂抹2-3mm熱固化膠3構(gòu)成第二粘結(jié)層并加熱固化以形成并列的熱固化膠粘結(jié)固定點；在此過程中，通過光譜儀監(jiān)視激光波長始終不會比自由狀態(tài)時變大，使有源相移光纖光柵I保持自由松弛狀態(tài)；
石英U型槽2內(nèi)填充硅脂或硅油4等半流體將有源相移光纖光柵I包裹，起到阻尼隔振的作用；石英U型槽2外的兩端光柵尾纖11分別套入一塑料套管6，石英U型槽2兩端和兩側(cè)塑料套管6分別套入一熱熔管5，兩段熱熔管5以及石英U型槽2整體套入一熱縮管7 ;保持各部件的相對位置不變，放入光纖熔接機加熱爐加熱，熱縮管7收緊使硅脂或硅油4密封在石英U型槽2內(nèi)，同時兩熱熔管5和熱縮管7收縮后會將兩塑料套管6和石英U型槽2連為一體；在熱縮管兩端分別涂抹適量密封膠8，套入一金屬套管10，并同時在金屬套管10和熱縮管7之間灌入硅脂9填充；退火老化后封裝完成。
[0017]實施例:2:本實施例與實施例1相同之處不再贅述,不同之處在于有源相移光纖光柵I為4.5cm長摻鉺光纖光柵，在60dB噪聲環(huán)境下線寬在2_50kHz范圍跳變，相對強度噪聲最大為_99dB。將裸纖涂覆后居中放置在7cm長的石英U型槽2中，分別在有源相移光纖光柵I兩端點3mm第一層353ND熱固化膠3,在80°C下進行15分鐘加熱固化,之后分別間隔4mm往外再點3mm第二層353ND熱固化膠3，再在80°C下進行15分鐘加熱固化，有源相移光纖光柵I始終保持自由不受力狀態(tài)；石英U型槽2保持開口朝上，光柵尾纖11分另Ij套入Imm塑料套管6，分別用2cm長熱熔管5套入石英U型槽2兩端各Icm深，另Icm包裹塑料套管6 ;在第一層熱固化膠3之間的槽內(nèi)填入硅油4，用9cm長熱縮管7居中套在整個結(jié)構(gòu)體上，放入光纖熔接機加熱爐加熱使熱縮管7收緊，將硅油4密封在石英U型槽2的槽內(nèi)，并使光纖套管6與石英U型槽2連為一體；在熱縮管7保護的結(jié)構(gòu)體兩端各涂抹Icm長適量密封膠8，套入7cm長不銹鋼管10，同時灌入導熱硅脂9，進一步將不銹鋼管制成的金屬套管10和硅脂9密封；進行60°C下2小時退火老化。封裝后的摻鉺分布反饋光纖激光器線寬基本穩(wěn)定在2.5kHz左右，相對強度噪聲保持低于_105dB。
[0018]實施例3:本實施例與實施例2相同之處不再贅述，不同之處在于有源相移光纖光柵I為8cm長摻鐿光纖光柵，在60dB噪聲環(huán)境下線寬在20-500kHz范圍跳變，相對強度噪聲最大為_65dB。將裸纖涂覆后用IOcm長的石英U型槽2和IOcm長銅管制成的金屬套管10按同樣的步驟進行封裝，為保證摻鐿光纖激光器柵區(qū)的熱平衡，填充在石英U型槽2中的半流體采用導熱硅脂4。封裝后的摻鐿分布反饋光纖激光器線寬基本穩(wěn)定在30kHz左右，相對強度噪聲保持低于_80dB。
【權(quán)利要求】
1.一種分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是它包括石英U形槽和填充在石英U形槽中的硅脂或硅油，有源相移光纖光柵浸入到石英U型槽內(nèi)的硅脂或硅油中，有源相移光纖光柵兩端的尾纖分別通過兩處并列的熱固化膠與石英U型槽粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵在不承受軸向應力情況下保持自由狀態(tài)；位于石英U型槽外的光柵尾纖分別套裝有塑料套管，石英U型槽兩端連同兩側(cè)的塑料套管分別插入到對應的熱熔管中，兩段熱熔管連同石英U型槽整體插入一熱縮管；兩熱熔管和熱縮管加熱收縮后會將兩塑料套管和石英U型槽連為一體，同時熱縮管收緊使硅脂或硅油密封在石英U型槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源相移光纖光柵的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是在熱縮管外側(cè)設置有金屬套管，在金屬管口涂抹密封膠，在金屬套管內(nèi)壁和熱縮管之間填充硅脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述有源相移光纖光柵為摻鉺或摻鐿光纖，具有2-lOcm的柵區(qū)長度，柵區(qū)為裸纖，柵區(qū)兩端焊接光柵尾纖，光柵尾纖為單模匹配光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述石英U型槽長度比有源相移光纖光柵長2cm,直徑2-3mm,有源相移光纖光柵居中固定在槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述熱固化膠為.353ND環(huán)氧樹脂膠，點膠方法為:保持有源相移光纖光柵的自由松弛狀態(tài)，先在光柵兩端各涂抹2-3mm膠構(gòu)成第一粘結(jié)層并加熱固化,相距第一粘結(jié)層一定距離再涂抹2_3mm膠構(gòu)成第二粘結(jié)層并加熱固化以形成并列的熱固化膠粘結(jié)固定點；所述有源相移光纖光柵與石英U型槽粘結(jié)過程中，通過光譜儀監(jiān)視激光波長始終不會比自由狀態(tài)時變大，使柵區(qū)保持自由松弛狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述熱熔管和熱縮管具有一次熱收縮性，充分熱縮后在60°C環(huán)境不會膨脹或進一步收縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述塑料套管直徑1mm，內(nèi)壁光滑與光纖尾纖摩擦力小，套入熱熔管內(nèi)至少Icm深，與石英U型槽聯(lián)接為一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬套管為不銹鋼管或銅管，長度與石英U型槽一致，內(nèi)徑以剛好套入收縮后的熱縮管為宜，壁厚.0.5mm。
【文檔編號】H01S3/02GK103887688SQ201410094231
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】宋志強, 王昌, 祁海峰, 倪家升, 郭健 申請人:山東省科學院激光研究所