光纖光柵無源溫度補償封裝器的製作方法

2023-07-21 21:26:31

專利名稱：光纖光柵無源溫度補償封裝器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在光纖通信系統中所使用的光纖光柵，特別是涉及一種用於 光纖光柵的無源封裝及波長調諧的光纖光柵無源溫度補償封裝器。
背景技術：
光纖光柵廣泛的應用於光纖通信的系統中。例如波分復用/解復用器、DFB雷射 器、EDFA增益平坦濾波器、色散補償器等。在實際使用過程中，環境的溫度會發生改變。當 環境溫度發生變化時，光纖光柵的有效折射率和周期會因溫度的改變而改變，根據中心波 長與有效折射率的關係可知光纖光柵的中心波長也會產生漂移，漂移的大小約為10pm/°C， 兩者成線性關係。這個波長漂移的大小在光纖系統中實際應用中是無法接受的，所以需要 對光纖光柵進行溫度補償的封裝。中國專利02278787. 9是基於光纖光柵的溫度和應力改變中心波長的特性進行設 計的，它利用兩種膨脹係數不同的材料構成的一種結構。該結構先對光纖光柵預先施加一 定的應力，然後進行點膠封裝，當溫度升高或者降低時，光纖光柵的中心波長會往長波或者 短波進行漂移，而光纖光柵兩端的應力會減小或者增加，又促使光纖光柵的中心波長往短 波或者長波漂移，當二者漂移大小一致時，光纖光柵的中心波長將不會發生漂移。該專利提 供了一種體積小的摺疊結構的光纖光柵封裝結構，其缺點是封裝後，不能夠對光纖光柵的 中心波長進行調節。當對光纖光柵兩端施加一定的外力時，光纖光柵將發生一定的形變，產出的形變 均勻分布在光纖上面，光柵的周期也隨之改變，對應的中心波長相應發生改變。所以改變光 纖光柵的有效長度也能使其中心波長發生改變。專利US006907164B2提供了一種波長可調 的無源溫度封裝結構，該結構的一端設計為螺紋結構，通過螺紋的旋轉能夠改變施加於光 纖光柵兩端的應力大小，改變了光纖光柵的有效長度，從而起到波長調節作用。利用螺紋來 調節光纖光柵兩端的應力，由於螺紋本身螺距精度的是一定的，通過旋轉螺紋來進行軸向 調節也只能達到10微米數量級的精度範圍，而根據該結構計算，當軸向伸長或縮短10微米 時，中心波長往長波或者短波漂移100皮米以上，所以受機械結構的限制，該專利的中心波 長調節精度有限。中國專利200710178617. 2提供了一種更加緊促的波長可調無源封裝方式。根據 該專利描述，光纖光柵封裝在兩個連接點上，光柵纏繞在浮動調節塊上面，通過調節兩個連 接點的位置或者浮動調節塊的位置，能夠對光纖光柵的有效長度進行調節，從而實現波長 的調節。該專利同樣有波長調節精度的問題。而且在該結構中光柵是彎曲纏繞在浮動調節 塊上面，實際工藝中光柵經過退火的，經過退火處理的光柵將變脆，彎曲後很易折斷。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種具有高精度波長調節的光纖光柵無 源溫度補償封裝器。[0007]本實用新型所採用的技術方案是一種光纖光柵無源溫度補償封裝器，包括有光 纖光柵、內襯套、外襯套和底座，所述的內襯套嵌套在底座內，所述的外襯套嵌套在內襯套 與底座之間，所述的外襯套與內襯套為緊密接觸，外襯套與底座之間形成有間隙，所述的光 纖光柵通過環氧膠分別粘接在內村套和底座的上面，在底座的底部或側部開有螺紋孔，用 於調節光纖光柵波長的調節螺釘穿過螺紋孔可調節的頂在外襯套的底部或側部。所述的內襯套與所述的外襯套，以及所述的外襯套與所述的底座之間採用雷射焊 接或者膠粘接。所述的外襯套的外周為階梯型結構，從而外襯套的外周與底座之間形成有間隙。所述的螺紋孔設置在底座上的與外襯套形成有間隙的位置處。本實用新型所採用的另一技術方案是一種光纖光柵無源溫度補償封裝器，包括 有光纖光柵、第一焊塊、第二焊塊、短襯套、長襯套以及底座，所述的底座的兩側內部為中空 結構，所述兩側的中空結構通過形成於底座中部的通孔而連通，所述的底座一側的中空結 構裡緊密的嵌套有具有通孔的第一焊塊，在第一焊塊與底座之間緊密的嵌套有短襯套；所 述的底座另一側的中空結構裡嵌套有具有通孔的第二焊塊，在第二焊塊與底座之間嵌套有 長襯套，所述的長襯套與底座之間形成有間隙，所述的光纖光柵貫穿第一焊塊和第二焊塊， 並通過環氧膠分別粘接在第一焊塊和第二焊塊的通孔內；在底座的底部或者側部開有螺紋 孔，所述的螺紋孔對應於長襯套，用於調節光纖光柵波長的調節螺釘穿過螺紋孔可調節的 頂在長襯套的底部或者側部。所述的第一焊塊與短襯套以及第二焊塊與長襯套之間為膠粘或雷射焊接，短襯套 和長襯套與底座之間為膠粘或雷射焊接。所述的長襯套的外周為階梯型結構，從而使長襯套的外周與底座之間形成有間隙。本實用新型的光纖光柵無源溫度補償封裝器，具有以下特點1.本實用新型的封裝結構形式為軸向拉伸光纖，避免了光柵的彎曲；2.採用本實用新型的結構波長調節時，波長調節更加精確；3.通過擰緊或鬆開螺釘，可以實現中心波長向長波或短波雙向調節；4.內襯套與外襯套、外襯套與底座之間的連接方式為膠粘或者雷射焊接。該方法 連接強度高、使用壽命長，連接點表面美觀。

圖1是波長調節前的波長可調光纖光柵封裝器結構示意圖；圖2是波長調節後的波長可調光纖光柵封裝器結構示意圖；圖3是外襯套結構示意圖；圖4是調節模型示意圖；圖5是第二種封裝結構的波長調節前的波長可調光纖光柵封裝器；圖6是第二種封裝結構的波長調節後的波長可調光纖光柵封裝器。其中1 光纖光柵2 焊點3:左側環氧膠點4:內襯套[0028]5 調節螺釘6 外襯套[0029]7 底座8 右側環氧膠點[0030]9 短襯套10 第一焊塊[0031]11 左環氧膠點12 底座[0032]13 右環氧膠點14 調節螺釘[0033]15 第二焊塊16 長襯套[0034]17 光纖光柵18 階梯形結構[0035]19 螺紋孔20 螺紋孔
具體實施方式
以下結合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型的光纖光柵無源溫度補償 封裝器是如何實現的。根據光纖光柵應變的特性可知應力引起布喇格波長的改變是由應力產生的應變 實現的，即σ = Eo (1)式中σ為應力，是作用在光纖光柵兩端軸向的拉力，E為光纖的楊氏模量， 為應 變，為應力作用下的單位長度的伸縮。由於應力的作用，最終將會引起光纖光柵的有效折射 率和光柵柵距的變化，從而改變布喇格波長。應變對布喇格波長的改變為 Δ λ Bs = 2 (Λ Δ nes+neff AAs) (2)式中Anes為光纖光柵有效折射率因應力產生的變化，Δ As為光纖光柵柵距因應 力產生的變化，而Anes=-/)n^f[(l-v)P12-vPn]€(3)式中Pn、P12為光彈係數，ν為纖芯材料的泊松比，將AAs = OA (4)式(1)、式(3)、式(4)代入式⑵並化簡可得應力引起的Bragg波長的關係ΔλΒκ = λΒ {l-(X)i4 [(I-V)P12-Ρ ]}|(5)Ρη、Ρ12、ν、Ε 都為常數，令c l-(X)ne2ff [(I-V)P12-νΡ ](6)
E可得Δ λ Bs = λ BC σ (7)由上式可知應力產生的Bragg波長變化與應力成線性關係。如圖1所示，本實用新型的光纖光柵無源溫度補償封裝器，為一種嵌套結構，包括 有光纖光柵1、內襯套4、外襯套6和底座7，所述的內襯套4嵌套在底座7內，所述的外襯套 6嵌套在內襯套4與底座7之間，所述的外襯套6與內襯套4為緊密接觸，外襯套6與底座 7之間形成有間隙，預留的間隙是為了保證外襯套6變形後不與底座7內壁相接觸，具體做 法是將外襯套6的外周設計為具有階梯型結構18，從而外襯套6的外周與底座7之間形成有間隙。所述的光纖光柵1通過環氧膠分別粘接在內村套4和底座7的上面，在底座7的 底部或側部開有螺紋孔19，所述的螺紋孔19設置在底座7上的與外襯套6形成有間隙的位 置處。用於調節光纖光柵1波長的調節螺釘5穿過螺紋孔19可調節的頂在外襯套6的底 部或側部。所述的內襯套4與所述的外襯套6，以及所述的外襯套6與所述的底座7之間採用 雷射焊接或者膠粘接。本實用新型的光纖光柵無源溫度補償封裝器的工作原理如下，如圖2所示，光纖 光柵1由左側環氧膠點3和右側環氧膠點8粘接分別粘接在內襯套4和底座7上面。底座 7底部開有螺紋孔19，用一調節螺釘5穿過螺紋孔19頂住外襯套6，當調節螺釘5與外襯 套6相接觸時，利用材料本身的彈性形變特性，繼續旋調節轉螺釘5把外襯套6往上頂，由 於外襯套6與內襯套4是緊密結合在一起，外襯套6的彎曲並帶動內襯套4彎曲變形，最終 使左側環氧膠點3產生軸向的位移，環氧膠點的位移改變了光纖光柵1的有效長度，從而達 到波長調節的目的。具體波長調節量由相應的公式給出，外襯套6橫向的形變位移轉換到 環氧膠點的軸向的位移將縮小几十倍，波長調節將更加精確。結合圖3進行描述，具體如下L1為調節螺釘5與焊點2之間的距離，L2為左側環氧膠點3與焊點2之間的距離， L3為左側環氧膠點3與右側環氧膠點8之間的距離。在調節過程中，機械調節調節螺釘5 的距離為Ah，外襯套6在調節螺釘5的作用下，帶動左側環氧膠點3與原位置變化的距離 為 由於左側環氧膠點3的位置改變，導致左側環氧膠點3與右側環氧膠點8之間的 距離發生改變，左側環氧膠點3與右側環氧膠點8之間的距離變化致使光纖光柵產生拉伸， 調節後的左側環氧膠點3與右側環氧膠點8之間的距離為
(9)光纖光柵產生的伸縮為AL = L' 3-L3 (10)將⑶式、(9)式代入(10)式，可得長度變化為
AL = J(^Ah)2+L23-L3(11)
由於AL = L3，則近似計算可得
則波長漂移量為
所以調節螺釘5的橫向位移距離Ah，通過(11)式就可以計算出光纖光柵產生有效長度的變化，由(13)式可以計算出波長變化的大小。由(12)式可知，當外襯套6發Ah的橫向變形時，轉換到光纖光柵的有效長度的 變化將大幅度減小，從而實現波長精確的調節。在進行波長調節過程中，把光纖光柵接上光譜儀，檢測其中心波長。旋轉調節螺 釘，觀察中心波長的變化，到中心波長當達到需要的波長時，則停止旋轉螺釘。利用螺釘頂外襯套，使其產生彈性形變，帶動點膠點發生移動的這種思路同樣可 以用於其他類似的封裝結構。本實用新型的光纖光柵無源溫度補償封裝器，還可以採用如下所述的第二種結構 構成包括有光纖光柵17、第一焊塊10、第二焊塊15、短襯套9、長襯套16以及底座12， 所述的底座12的兩側內部為中空結構，所述兩側的中空結構通過形成於底座12中部的通 孔而連通，所述的底座12 —側的中空結構裡緊密的嵌套有具有通孔的第一焊塊10，在第一 焊塊10與底座12之間緊密的嵌套有短襯套9 ；所述的底座12另一側的中空結構裡嵌套有 具有通孔的第二焊塊15，在第二焊塊15與底座12之間嵌套有長襯套16，所述的長襯套16 與底座12之間形成有間隙，所述的長襯套16的外周為階梯型結構，從而使長襯套16的外 周與底座12之間形成有間隙。所述的光纖光柵17貫穿第一焊塊10和第二焊塊15，並通過 環氧膠分別粘接在第一焊塊10和第二焊塊15的通孔內；在底座12的底部或者側部開有螺 紋孔20，所述的螺紋孔20對應於長襯套16，用於調節光纖光柵17波長的調節螺釘14穿過 螺紋孔20可調節的頂在長襯套16的底部或者側部。所述的第一焊塊10與短襯套9以及第二焊塊15與長襯套16之間為膠粘或雷射 焊接，短襯套9和長襯套16與底座12之間為膠粘或雷射焊接。第二種結構的波長調諧原理與上述第一種結構的類似，底座12底部或者側部開 有螺紋孔。調節螺釘14穿過螺紋孔頂封裝結構長襯套16，當螺釘14與長襯套16接觸後， 繼續旋轉螺釘，促使長襯套16產生彈性形變，形變長襯套16帶動焊塊15上的右環氧膠點 13發生位移，使光纖光柵的有效長度發生改變，從而達到波長調節目的。
權利要求一種光纖光柵無源溫度補償封裝器，包括有光纖光柵(1)、內襯套(4)、外襯套(6)和底座(7)，其特徵在於所述的內襯套(4)嵌套在底座(7)內，所述的外襯套(6)嵌套在內襯套(4)與底座(7)之間，所述的外襯套(6)與內襯套(4)為緊密接觸，外襯套(6)與底座(7)之間形成有間隙，所述的光纖光柵(1)通過環氧膠分別粘接在內村套(4)和底座(7)的上面，在底座(7)的底部或側部開有螺紋孔(19)，用於調節光纖光柵(1)波長的調節螺釘(5)穿過螺紋孔(19)可調節的頂在外襯套(6)的底部或側部。
2.根據權利要求1所述的光纖光柵無源溫度補償封裝器，其特徵在於，所述的內襯套 ⑷與所述的外襯套(6)，以及所述的外襯套(6)與所述的底座(7)之間採用雷射焊接或者 膠粘接。
3.根據權利要求1所述的光纖光柵無源溫度補償封裝器，其特徵在於，所述的外襯套(6)的外周為階梯型結構(18)，從而外襯套(6)的外周與底座(7)之間形成有間隙。
4.根據權利要求1所述的光纖光柵無源溫度補償封裝器，其特徵在於，所述的螺紋孔 (19)設置在底座(7)上的與外襯套(6)形成有間隙的位置處。
5.一種光纖光柵無源溫度補償封裝器，包括有光纖光柵(17)、第一焊塊(10)、第二焊 塊(15)、短襯套(9)、長襯套(16)以及底座(12)，其特徵在於，所述的底座(12)的兩側內 部為中空結構，所述兩側的中空結構通過形成於底座(12)中部的通孔而連通，所述的底座 (12) 一側的中空結構裡緊密的嵌套有具有通孔的第一焊塊(10)，在第一焊塊(10)與底座 (12)之間緊密的嵌套有短襯套(9)；所述的底座(12)另一側的中空結構裡嵌套有具有通 孔的第二焊塊(15)，在第二焊塊(15)與底座(12)之間嵌套有長襯套(16)，所述的長襯套(16)與底座(12)之間形成有間隙，所述的光纖光柵(17)貫穿第一焊塊(10)和第二焊塊(15)，並通過環氧膠分別粘接在第一焊塊(10)和第二焊塊(15)的通孔內；在底座(12)的 底部或者側部開有螺紋孔(20)，所述的螺紋孔(20)對應於長襯套(16)，用於調節光纖光柵(17)波長的調節螺釘(14)穿過螺紋孔(20)可調節的頂在長襯套(16)的底部或者側部。
6.根據權利要求5所述的光纖光柵無源溫度補償封裝器，其特徵在於，所述的第一焊 塊(10)與短襯套(9)以及第二焊塊(15)與長襯套(16)之間為膠粘或雷射焊接，短襯套 (9)和長襯套(16)與底座(12)之間為膠粘或雷射焊接。
7.根據權利要求5所述的光纖光柵無源溫度補償封裝器，其特徵在於，所述的長襯套(16)的外周為階梯型結構，從而使長襯套(16)的外周與底座(12)之間形成有間隙。
專利摘要本實用新型公開一種光纖光柵無源溫度補償封裝器，有內襯套嵌套在底座內，外襯套嵌套在內襯套與底座之間，外襯套與內襯套為緊密接觸，外襯套與底座之間形成有間隙，光纖光柵通過環氧膠分別粘接在內村套和底座的上面，在底座的底部或側部開有螺紋孔，用於調節光纖光柵波長的調節螺釘穿過螺紋孔可調節的頂在外襯套的底部或側部。內襯套與外襯套，外襯套與底座之間採用雷射焊接或者膠粘接。外襯套的外周為階梯型結構，從而外襯套的外周與底座之間形成有間隙。螺紋孔設置在底座上的與外襯套形成有間隙的位置處。本實用新型避免了光柵的彎曲；可以實現中心波長向長波或短波雙向調節；內襯套與外襯套、外襯套與底座之間連接強度高、使用壽命長，連接點表面美觀。
文檔編號G02F1/01GK201662630SQ20092031923
公開日2010年12月1日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者李伍一, 林謙, 石川, 馬衛東 申請人:武漢光迅科技股份有限公司