[发明专利]一种光纤光栅中心波长和温度系数可调的封装方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅中心波长和温度系数可调的封装方法及装置，属于光纤通信系统和光纤传感技术领域。

背景技术

光纤光栅作为一种全光纤型无源器件普遍应用在光纤传感领域和光纤通信系统中。它通过将光纤放在紫外光的干涉条纹下曝光，使得光纤纤芯沿轴向产生永久性的周期性的折射率分布，从而形成具有波长选择性的反射型无源光器件。

在实际应用过程中，随着外界温度的变化，光纤光栅的有效折射率和光栅周期会发生相应的变化，由于光纤光栅的中心波长与其有效折射率和光栅周期有关，从而导致其中心波长也会发生相应的漂移，漂移量约为10pm/℃。这在光纤传感领域和光通信系统中，特别是在密集波分复用系统中是无法接受的，严重限制了光纤光栅的实际应用。因此对光纤光栅进行温度补偿封装是十分必要的,对光纤光栅的温度系数的要求是十分严格的。

现有中国专利02278787.9公开了一种光纤光栅温度补偿装置，具体采用两种热膨胀系数不同材料构成的元件通过嵌套结构连接在一起，包括内衬套、衬套和外衬套。内衬套，外衬套由热膨胀系数很小的材料构成，衬套由热膨胀系数较大的材料构成，其内衬套嵌套在衬套中，衬套在嵌套在外衬套中。光纤光栅在沿其轴向方向施加一定预应力后其两端分别固定在内衬套和外衬套上，当外界温度变化时，由于不同材料构成的衬套的膨胀或收缩量不同而导致施加在光纤光栅上的预应力发生变化，从而补偿由于温度变化所引起的光纤光栅中心波长的变化。该专利提供了一种结构简单、紧凑的光纤光栅封装方案，其存在缺点有：封装后，无法对封装效果进行调节，往往需要多次重复封装才能达到所需的温度系数要求，同时光纤光栅中心波长无法调节。

现有中国专利200920319233.2公开了一种光纤光栅无源温度补偿封装结构，其包括内衬套、外衬套和底座，内衬套嵌套在底座内，并与外衬套紧密接触，外衬套嵌套在内衬套与底座之间，外衬套与底座之间留有间隙，光纤光栅的两端通过环氧胶分别固定在内衬套和底座上面。在底座的底部或侧部开有螺纹孔，调节螺钉穿过螺纹孔顶在外衬套的底部或侧部，使其发生竖向或侧向的位移，从而实现光纤光栅中心波长的调节。其缺点有：无法实现封装光栅的温度系数的调节，且在调节光纤光栅中心波长的同时，由于外衬套发生偏移，不是沿轴向方向；因此当外界温度变化时，其沿轴向的膨胀或收缩分量将发生改变，从而导致温度补偿的封装效果也会发生改变。

现有中国专利200710178617.2公开了一种波长可调的光纤光栅温度补偿装置，包括温度补偿机构和光纤有效长度调节机构，其光纤有效长度调节机构固定于温度补偿机构，该调节机构包括设于任意固定连接点与光纤光栅间的浮动调节块，光纤绕过浮动调节块接触区域构成浮动连接点，通过调节浮动调节块的位置可以调节固定连接点之间包含光纤光栅的光纤的长度，从而实现光纤光栅的中心波长进行调节。其缺点有：光纤弯曲缠绕在浮动调节块上，这限制了浮动调节块必须具有较大的弯曲半径，以防止光纤弯曲后折断，导致该装置的尺寸较大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种光纤光栅中心波长和温度系数同时可调的封装方法及装置。它可以对光纤光栅进行温度补偿封装，并可对封装后的光纤光栅的温度系数进行调节，并可以在一定范围内调节光纤光栅的中心波长，同时结构简单，体积小，成本低。

本发明的技术方案：一种光纤光栅中心波长和温度系数可调的封装方法，其特点是：在一个中段有空腔的套管两端通过螺纹结构分别连接两个低热膨胀系数和高热膨胀系数的转接杆，转接杆部分凸进套管的空腔，光纤光栅的两个尾纤分别固定在两端的转接杆上，两个转接杆作为补偿元件随温度的变化改变光纤光栅尾部两个固定点的位置，进而改变了施加在光纤光栅上的预应力，从而实现温度补偿，在封装完成后，可通过调节两个转接杆凸进套管内部空腔的长度可实现对光纤光栅的温度系数的调节。

上述的光纤光栅中心波长和温度系数可调的封装方法中，所述调节两个转接杆凸进套管内部空腔的长度的方法为，在装配底座上对两个转接杆和套管进行固定后，松开锁紧螺母，再松开对套管的固定，旋转或滑动套管，使套管向左侧或右侧移动，调节完后再分别用锁紧螺母进行固定。

前述的光纤光栅中心波长和温度系数可调的封装方法中，所述锁紧螺母设置在两个转接杆的套管外侧部分上，在锁紧螺母已经锁定的前提下，继续拧紧或旋松锁紧螺母实现光纤光栅中心波长的微调。