专利名称：光纤光栅封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤光栅的封装结构，尤指一种在固定光纤的支架上设有变形区域的光纤光栅封装结构。
根据理论可知，反射型光纤光栅的温度系数大约在10pm/℃左右，不同类型的光纤，不同反射波长的光栅，其温度和应力系数略有不同。
下面通过理论具体分析一下温度、应力对光栅反射波长的影响。假设某一段等周期的光栅，其周期为Λ0，光纤的有效折射率为n0，若光栅的反射波长为λ0则有k2λ0=n0Λ0(k=1,2,3......)---(1)]]>公式(1)中k为自然数，当温度升高ΔT后，其反射波长发生变化，变化值Δλ为Δλ=2k(dndTΔT·Λ0+n0Λ0·αsiΔT)---(2)]]>αsi为光纤的线热膨胀系数，通常为5.4×10-7/℃。结合公式(1)将公式(2)整理可得dλλ0dT=dnn0·dT+αsi---(3)]]>自由光纤光栅反射波长随温度的变化率可以通过实验测定出来，然后将此光纤粘在另一种材料上，假定该材料的膨胀系数为αA1，且αA1远大于光纤的膨胀系数，则当外界温度变化后，光纤会在其长度方向发生形变，产生弹光效应，由此，公式(2)可进一步修正为Δλ=2k{[dndT-12pn03(αAl-αSi)]ΔT·Λ0+n0Λ0·αAlΔT}---(4)]]>其中， 这一项是由于光纤弹光效应而引起的光纤折射率的变化量，p为弹光系数。公式(4)可整理为dλλ0dT=dnn0·dT+12pn02αSi+(1-12pn02)αAl---(5)]]>举个例子来说当室温24℃，光栅反射波长λ0＝1535nm时，测得自由光栅的反射波长的温度系数为0.0109nm/℃，将此光纤粘在铝棒上，光栅的反射波长温度系数为0.0384nm/℃、αA1＝2.3×10-5/℃。光纤的折射率n0可以通过公式(1)求得，在多数情况下，k＝1，即 ，光栅的周期为已知量。将数据代入公式(3)得 ；代入公式(5)得到弹光系数p＝0.19。
不同光纤的掺杂杂质成分及浓度不同，光纤的热光系数和弹光系数也不同，图2所示为一种光纤光栅在自由状态下温度与波长的关系示意图，从图2可以看出，光栅的温度系数在20～100℃的范围内是线性变化的，其反射波长的温度变化率为9.2pm/℃。
由于在许多实际应用中要求提供波长稳定的使用环境中，而从上述理论分析可知，光纤光栅在自由状态下温度与波长之间呈线性关系，因此，必须对光纤光栅进行温度补偿，即当温度发生变化时，通过控制或改变光纤的长度来保证其波长稳定，以满足用户需求。
温度补偿可通过不同的途径来实现，比如.在光纤光栅封装时采用特殊的结构等等方法。加拿大专利CA02,293,080中提出了一种光纤光栅的封装结构，如图3所示，图3中左侧为该封装结构的示意图，右侧为支架腿受力发生形变后的状态示意图。该光纤光栅封装结构主要是由H形支架31和位于H形支架31下半部的顶杆32构成，顶杆32通过两侧的连接点33与支架31相连，且顶杆32可在H形支架31的下半部分上下移动，光纤34通过两个粘接点35粘附于H形支架31的顶端两侧。当温度升高后，底下顶杆32将会顶压H形支架31两侧的垂直腿，致使H形支架31的支架腿发生形变，从而改变H形支架上面拉伸的光纤的长度，以保证该光纤波长的稳定。但是，这种结构容易使力集中在如图3所示的受力变形区36，如此，当该支架承受振动或跌落时，容易带来器件的损伤。而且，在该专利中所述的连接点同支架中心线的距离是随温度变化而变化的，这也会对器件的稳定性带来负面影响。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种光纤光栅封装结构，至少包括支架和顶杆，顶杆位于支架的下半部，关键在于顶杆经由固定件固定于支架上，在支架横梁的适当位置设置有变形区。
该变形区可为一条狭缝；该变形区宽度也可近似等于横梁宽度。所设置的变形区可以为一个，或一个以上。上述变形区可为矩形变形区，该变形区的矩形直角为具有一定弧度的弧形角，所述的弧度小于等于90度。
所述支架为H形支架，或为正梯形支架，或为倒梯形支架。
因此，本实用新型所提供的光纤光栅封装结构，由于在支架的横杆处设置有变形区，使应力集中在中央变形区上，该中央变形区相对较长，可以使应力分散分布，而不是集中在一条线上，同时，使腿同支架的位置相对固定，不仅能达到很好的温度补偿效果，而且不会造成器件的轻易损伤，大大地提高了器件的可靠性和稳定性。
参见图4、图5所示，图4为本实用新型光纤光栅封装结构的结构示意图，图5为图4中圆圈所示变形区部分的局部放大图。本实用新型的光纤光栅封装结构虽然也由支架A和顶杆B构成，但其关键在于该顶杆B通过固定件固定于支架A下半部的适当位置，且在支架A横梁的适当位置上设置有变形区10。所设置的变形区可以是一个或多个，而且该变形区10可以为不同的形状，比如矩形、半圆形、半椭圆形、或类似的形状，在本实施例中设置了一个矩形变形区10。所说的适当位置实际是指可根据用户需要在横梁的任意位置设置变形区，比如中间、两侧等等。光纤11通过两个粘接点粘附于支架A的支架顶端。当温度升高时，该支架A中的变形区10受到顶杆B的应力作用发生形变，使变形区10变为如图6所示的形状，图6为图5所示变形区发生形变后的形状示意图，该形变使该支架A两侧腿顶端间的距离变窄，进而使拉伸光纤的长度变窄，以保证该光纤波长的稳定。而且，由于变形区10的增加，使得该封装结构可以支持更大范围的温度变化，使器件性能更稳定、可靠。
本实用新型光纤光栅封装结构中变形区的宽窄，可根据用户的需要任意设置，该变形区10可以为一条狭缝，如图7所示；该变形区10也可以为相对很宽、与横梁几乎等宽的一个区域，如图8所示。变形区10的宽窄灵活可变，如此可更为精细的调节温度系数，以达到用户要求。
而且，本实用新型光纤光栅封装结构中变形区10的形状也是可变的，如图9、
图10所示，图9为变形区形状改变的实施例图，
图10为图9中变形区部分的局部放大图。该矩形变形区10的两个弯角不为直角，而为具有一定弧度的弧形角，如此，可使应力不集中于一点，而分散在一个面上，以增加该结构的可靠性，通常该弧度可设置为小于等于90度的弧形角。
实际上，该支架A的形状也是可变的，即光纤的拉伸区域与顶杆B的宽度可以相等或不等，当其相等时，支架A为H形；当其不等时，支架A为正梯形或倒梯形。
图11为光纤光栅采用本实用新型结构封装后波长随温度变化的曲线示意图。如
图11所示，在0～80度的变化范围内，光栅反射波长在0.05nm以内，是未封装前，即自由状态下的光栅波长温度变化的约5％，达到了温度补偿、稳定波长的效果，完全可以满足较高用户的要求。
权利要求1.一种光纤光栅封装结构，至少包括支架和顶杆，顶杆位于支架的下半部，其特征在于顶杆经由固定件固定于支架上，在支架横梁的适当位置设置有变形区。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述变形区为一条狭缝。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述变形区的宽度近似等于横梁的宽度。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所设置的变形区为一个，或一个以上。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述变形区为矩形变形区。
6.根据权利要求5所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述变形区的矩形直角为具有一定弧度的弧形角。
7.根据权利要求6所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述的弧度小于等于90度。
8.根据权利要求1所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述支架为H形支架。
9.根据权利要求1所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述支架为正梯形支架。
10.根据权利要求1所述的光纤光栅封装结构，其特征在于所述支架为倒梯形支架。
专利摘要本实用新型公开了一种光纤光栅封装结构，至少包括支架和顶杆，顶杆位于支架的下半部，关键在于顶杆经由固定件固定于支架上，在支架横梁的适当位置设置有一个变形区。该封装结构能提高器件的可靠性和稳定性。
文档编号G02B6/124GK2532495SQ0220323
公开日2003年1月22日 申请日期2002年1月29日 优先权日2002年1月29日
发明者曹春耕, 杨亦飞 申请人:上海紫珊光电技术有限公司