[发明专利]光纤光栅的温度补偿设备

说明书

技术领域

本发明是基于在这里被用作参考的一个优先申请EP 01 440 120.2的。

本发明涉及在光纤通信系统中所使用的光纤光栅，更特别地，涉及长的光纤光栅并且涉及用于这样一个光纤部件的一个温度补偿设备。

背景技术

通过将一个对光敏感的光纤的一部分用紫外线(UV)进行干涉曝光，对光纤折射率产生一个永久的改变，就可以实现一个光纤光栅。这些光纤光栅能够将从同传的基本导波模式来的光信号耦合到相反方向传播的基本模式(标准布拉格光栅)，耦合到后向辐射模式(倾斜布拉格光栅)，或者耦合到一个前向包层模式(长周期光栅)。他们可以将来自一个偏振模式的光信号耦合到另一个偏振模式(偏振模式转换器)。他们也可以将来自一个模式的光信号耦合到另一个模式，当光纤是一个多模光纤时(模式转换器)。

在光纤中用UV方法制造的布拉格光栅结构形成光学滤波器，这样的光学滤波器在光纤通信领域内具有大量的应用，并且特别地，他们可以被用于在波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)系统中提供精度非常高的波长选择性。例如，他们可以被用于滤波，信号路由，补偿传输光纤中的色散或者均衡光纤放大器的增益。

这个滤波器的波长取决于光纤的折射率和光栅的周期。对光纤系统中的合适使用和高精度波长选择性来说，这个滤波器的波长需要在一个很宽的温度范围内保持不变(典型地，是从-20℃到85℃)。不幸的是，光纤材料容易受温度改变的影响。典型地，这导致了在一个传统的通信用光纤中写入的一个标准布拉格光栅，温度导致的波长变化大约是10pm/℃。

在前面所提到的WDM或者DWDM系统中，需要用于补偿大带宽色散的滤波器，这就意味着布拉格光栅结构的长度很长，例如，其长度为1米或者甚至为几米。因为这个应用，线性啁啾光纤光栅(linearly chirped fiber grating)可以被用于补偿色散。二次啁啾光纤光栅可以被用于补偿色散的斜率。为了补偿更高阶的色散，具有更复杂啁啾结构的光纤光栅需要被使用。

US 5,042,898公开了补偿组件，该补偿组件通过施加补偿温度灵敏度的机械应变来补偿带布拉格光栅滤波器的一个光学传输路径的一个波长相关性。这个处理利用了在一个布拉格光栅滤波器的热灵敏度和压缩或者变形灵敏度之间的类线性关系，以使可以实现相反的补偿。在进行封装时，这个光纤光栅被放置在基于两个材料之间热胀冷缩吸收差异的拉力环境下。当温度增加时，这个封装压缩处于拉力环境下的光纤光栅，由此，温度感应的波长移动被补偿了。最近的US 6,147,341和US 6,144,789都提出了一个温度补偿设备，该温度补偿设备带第一和第二扩展组件，它在与光纤光栅平行的一个方向上对光纤施加一个拉长的应变。

前面提到的、现有技术中所有无热组件设备的一系列问题是，光栅需要是直的，并且无热组件的设备只能应用于一个类型的光栅，即，或者是标准布拉格光栅，或者是倾斜的布拉格光栅，或者是长周期的光栅，或者是模式转换器，这样，特别地，这个方法对长度大于几十毫米的光栅就不能够使用。

发明内容

所以，本发明需要解决的问题是为一个光纤中的所有不同类型的光纤光栅提供一个温度补偿设备，以获得不被温度变化所影响的长光纤光栅光学滤波设备。

通过使用用于一个光纤的光纤光栅的温度补偿设备就解决了这个问题，其中所述设备包括其形状基本上是一个圆柱的一个体，并且其中这个光纤光栅被绕在所述体上，由此所述体的尺寸根据温度的变化而改变。

所以，根据本发明的、用于补偿一个光纤的一个预应变光纤光栅的一个温度补偿设备包括其形状基本上是圆柱的一个体，并且其中这个光纤光栅被绕在所述体上，由此所述体的尺寸根据温度的变化而改变。

所述体的尺寸根据温度而进行改变，并且影响了整个光纤光栅，所以，就使下面的成为可能：即使是带一个故意选择长度的一个光纤光栅，当被绕在具有相应尺寸的一个体上时，也可以被所述体的尺寸的改变而产生一个有利的影响。当温度增加时，所述体的直径变小，导致被绕在这个设备上的光纤光栅产生机械形变。所以，通过对光纤光栅施加机械应变而平衡了温度对光纤光栅的影响。

在一个有利的实施方式中，根据本发明的这个温度补偿设备具有包括热膨胀系数为第一膨胀系数的材料的第一热膨胀组件和包括热膨胀系数为第二膨胀系数的材料的第二热膨胀组件，他们被朝向所述体内放置。这个结构允许这个设备甚至能够平衡在温度变化时而产生的小改变差异。