專利名稱：一種用于光纖光柵溫度補償的折疊式無源封裝器的制作方法
技術領域：
本實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償的折疊式無源封裝結構。
背景技術：
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生周期性擾動，形成了具有波長選擇性的反射器。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、不受環境塵埃影響等一系列優異性能。使用光纖光柵可制成波分復用/解復用器、光纖激光器、DFB激光器、光濾波器、色散補償器等高性能光通信器件。光纖光柵的中心反射波長會隨環境溫度的波動而漂移，其漂移的大小約為0.008nm/℃，其具體數值還與制造光柵所用的光纖有關。其中心波長隨溫度漂移的特性阻礙著光纖光柵器件的實用化進程。因此需要對實用化的光纖光柵的溫度性能進行控制，也就是對光纖光柵要進行溫度補償。光纖光柵的溫度補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境的溫度；其二，無源方式，即以適當的結構與材料對光纖光柵進行封裝，封裝使光柵產生一定的應變，該應變引入的波長的漂移應可抵消由溫度變化引起的波長的漂移。該方式稱為絕熱封裝或溫度補償式封裝。
由于有源方式的溫度補償方案中要控制環境的溫度，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龐大，不利于器件的微型化，而且外在的能源供應不利于器件的穩定性，因此，一般采用無源形式的溫度補償結構。
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膨脹系數的基板上，利用基板的負膨脹特性使光纖光柵在溫度變化的環境中受到一定的應力，從而實現溫度補償。該方式看似簡單，實際上，由于要求材料的負膨脹系數相當精確，能夠剛好和溫度對光纖的影響相匹配，所以并不容易找到適用的材料，雖然近一段時間有幾種負膨脹系數的材料應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。
第二種方式，是用兩種膨脹系數不同的材料構成一種結構，在這種結構上的存在著兩點，這兩點具有當溫度升高時縮短距離，而當溫度降低時拉長距離，即這兩點具有負膨脹特性。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短來確定兩點的距離，使其對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在一起，這樣兩點會分別落在兩種膨脹系數的材料上，由于高膨脹系數材料上的點對補償效果影響很大，這樣要求該點有很高的精度，這在實際制作中會給生產的重復性帶來麻煩，再則，由于有一段長度是與光柵無光的，造成該結構會比光纖光柵本身長很多。
發明內容
本實用新型的目的就是克服上述無源第二種方式存在的缺點和不足，提供一種性價比更高的光纖光柵的溫度補償無源封裝器；具體地說，是對上述一種用兩種膨脹系數不同的材料構成的某種結構的一種改進和提升。
本實用新型的目的是這樣實現的①工作原理是基于溫度變化和應力變化對光纖光柵的中心波長的共同影響作用，即利用預置的應變來補償溫度對光纖光柵的中心波長的影響。
②該結構引入了折疊結構，即把高熱膨脹系數的材料和低熱膨脹系數的材料折疊在一起，由外襯套、襯套、內襯套組成；光纖光柵連接在該結構上的a、b兩點都在低熱膨脹系數的材料上。
③該結構的尺寸由相應的公式給出。
本實用新型具有以下優點和積極效果
①由于該結構引入了折疊結構，即把高熱膨脹系數的材料和低熱膨脹系數的材料折疊在一起，從而避免了由于高熱膨脹系數材料帶來的不必要的長度，從而在縱向上縮小了尺寸。
②由于該結構的a、b兩點都在低熱膨脹系數的材料上，使得a、b兩點精度大大降低，從而使光纖光柵的封裝的重復性有相當的提高，利于光柵封裝的產品化。
③在進一步增加可靠性的基礎上，不僅改小了尺寸，而且使兩點的確定變得容易，利于大批量生產。
圖1是本實用新型結構剖視圖，其中1—外襯套，由低熱膨脹系數的材料制成；2—襯套，由高熱膨脹系數的材料制成；3—內襯套，由低熱膨脹系數的材料制成；(高、低熱膨脹系數的定義是相對的，只需滿足后面將要給出的補償條件即可。)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；6—為襯套2的頂部與內襯套3的頂部的相互連接點；a—為光纖光柵4的上端與外襯套1的頂部的相互連接點；b—為光纖光柵4的下端與內襯套3的底部的相互連接點。
圖2是外襯套1的結構外形圖，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的結構外形圖，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，是放置內襯套3的空間，其形狀與內襯套3可以類似，也可以不類似。
圖4是內襯套3的結構外形圖，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試結果比較圖；其中7—是沒有溫度補償的光纖光柵的溫度漂移測試結果；8—是具有本實用新型封裝結構的光纖光柵溫度漂移測試結果；9—縱坐標，表示波長，單位是納米(nm)；10—橫坐標，表示溫度，單位是攝氏度(℃)。
由圖5可知，沒有溫度補償的光纖光柵的溫度漂移測試結果7近似于一條斜率較大的直線；而具有本實用新型封裝結構的光纖光柵溫度漂移測試結果8近似于一條斜率約0度的直線；由此可見，本實用新型可以大大改善光纖光柵器件的溫度性能；其實際指標完全可以達到商用化。
具體實施方式
1、本實用新型的結構形狀由圖1、圖2、圖3、圖4可知，本實用新型為一種折疊結構，由外襯套1、襯套2、內襯套3、光纖光柵4組成，在外襯套1的大槽1.2內，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；在襯套2的中槽2.1內，置放內襯套3，襯套2的頂部與內襯套3的頂部相互連接于6點；光纖光柵4置放于外襯套1的小槽1.1和內襯套3的小槽3.1內，其上端與外襯套1的頂部相互連接于a點，其下端與內襯套3的底部相互連接于b點。
2、本實用新型的結構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生周期性擾動，形成了具有波長選擇性的反射器。光纖布拉格光柵反射中心波長可由下式表示λB=2neffΛ---(1)]]>
其中，λB是光纖布拉格光柵反射中心波長，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都會因為溫度和應變的影響而變化，因此，光纖布拉格光柵的中心波長也會隨溫度和應力的變化而變化。溫度對波長的影響來源于熱光效應引起的光纖折射率的改變及熱膨脹效應對光柵周期的改變。溫度和應變對波長的綜合作用在一定范圍內被認為是線性關系，可由下式表示Δλ＝ΔλT+ΔλP＝(αf+ξ)ΔTλB+(1-Pξ)ΔελB(2)其中，ΔλT是溫度對光柵中心波長的影響，αf是光纖的熱膨脹系數，ξ是光纖的熱光系數，ΔT是外界溫度變化，Pξ是光纖的楊氏模量，Δε是光纖的應變。
在本實用新型的方案中，光纖在a、b兩點間的長度(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的有效長度，L2是襯套2的有效長度，L3是內襯套3的有效長度，α1是外襯套1的熱膨脹系數，α2是襯套2的熱膨脹系數，α3是內襯套3的熱膨脹系數。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(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，所以可以調節L1、L2、L3的長度，使氣Δλ/ΔT＝0，這樣就可以實現對中心波長的溫度漂移的補償。
權利要求1.一種用于光纖光柵溫度補償的折疊式無源封裝器，其特征在于為一種折疊結構，由外襯套(1)、襯套(2)、內襯套(3)、光纖光柵(4)組成，在外襯套(1)的大槽(1.2)內，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；在襯套(2)的中槽(2.1)內，置放內襯套(3)，襯套(2)的頂部與內襯套(3)的頂部相互連接于(6)點；光纖光柵(4)置放于外襯套(1)的小槽(1.1)和內襯套(3)的小槽(3.1)內，其上端與外襯套(1)的頂部相互連接于(a)點，其下端與內襯套(3)的底部相互連接于(b)點；外襯套(1)、內襯套(3)均由低熱膨脹系數的材料制成，襯套(2)由高熱膨脹系數的材料制成。
專利摘要本實用新型為一種用于光纖光柵溫度補償的折疊式無源封裝器；涉及一種光纖器件，具體地說，涉及一種折疊式無源封裝結構。工作原理是基于溫度變化和應力變化對光纖光柵的中心波長的共同影響作用，即利用預置的應變來補償溫度對光纖光柵的中心波長的影響。該結構引入了折疊式結構，即把高熱膨脹系數的材料和低熱膨脹系數的材料折疊在一起，由外襯套、襯套、內襯套組成；光纖光柵連接在該結構上的a、b兩點都在低熱膨脹系數的材料上。本實用新型在進一步增加可靠性的基礎上，不僅改小了尺寸，而且使兩點的確定變得容易，利于大批量生產。
文檔編號G02B6/124GK2560955SQ0227878
公開日2003年7月16日 申請日期2002年8月15日 優先權日2002年8月15日
發明者張延霖, 施偉, 趙帥, 林謙 申請人:武漢光迅科技有限責任公司