温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置制造方法及图纸

本发明专利技术由两层不同膨胀系数材料组成的滤波装置，是以外层低膨胀系数金属套管总长度对温度变化产生的长度，来比较其内置高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长长度，受温度变化引起的长度差，对其内内置己预拉的高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长造成放松张力或伸张张力的作用，达到以增减折射率来补偿因温度引起光栅滤波装置波长位移的一种结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种光波滤波装置，特别是一种光纤布拉格光栅自体外被覆弹簧的预紧温度补偿技术，达成精确滤波的装置结构。
技术介绍
现有的以光纤制成光纤布拉格光栅(Fiber Bragg’s Grating以下简称FBG)作为光纤滤波功能，可以依此光纤光栅所默认的光栅周期长Λ所造成默认布拉格回授(Bragg’s Feedback)波长λB反射光波的接收作为一种光纤通信的精确滤波装置。FBG是利用布拉格绕射(Bragg Diffraction)所产生的回授作用，将满足布拉格条件(Bragg condition)特定波长称为回授布拉格波长λB，其与射入方向相反的方向，反射回到射出光波的扫描仪器来分析，可以量测接收波长是否增减；或是将反射波长分光射入通信接收设备，可以检出预设接收波长中的调变载波信号内容。此回授布拉格波长λB，以下式表示：λB＝2nΛ (1)Λ为布拉格光栅周期长，n为光纤有效折射率。此回授布拉格波长λB的波长值受温度的变动引起光纤核心材料折射率n的增减，或光纤光栅受力使Λ间距的改变而改变。温度不变时，当此FBG用于应变量测功能时，光纤光栅受到外力作用产生的应变，所造成原本Λ间距的改变量为ΔΛ，代入式(1)可得ΔλB＝2nΔΛ (2)依应变ε定义，设l为受力体标距长度,Δl为受力变化长度ε＝Δl/l＝ΔΛ/Λ (3)可得Δl＝(ΔΛ/Λ)l＝((ΔλB/2n)/(λB/2n))l因此ε＝Δl/l＝ΔλB/λB (4)以上是在温度不变时；其折射率n为定值下的假设，常以预设波长变化比r/>例，亦即以ΔλB/λB来量测FBG所贴结构的应变值的计算式。但在温度变化时，来量测波长变化ΔλB相对原预设布拉格回授波长λB变化比例，常以下式表示：Δλβ/λβ＝(1–Pe)Δε+(αf+ζ)ΔT (5)P e为有效的光弹效应值(the effective photo-elastic)，αf为热膨胀系数(the thermal expansion coefficient)，ζ为硅质光纤热光系数(the thermal-optic coefficient of fused silica fiber)。Δλβ为FBG回授波长受温引起的变化值，Δε为光栅轴向温度变化引起的应变变化值，及ΔT为温度变化。实际上，温度改变时的光纤导光核心玻璃分子疏密度变化下，折射率n跟随改变；则纵使在FBG未受任何施力下的原预设布拉格回授波长λB也产生飘移变化。这对于光纤通信以点对点固定波长通信的正确性要求，常产生信息漏接的后果，必需加以改善。因任何通信使用环境想维持恒温，使FBG内的折射率值不变的电路成本太高，必须以自然物理技术的原理并利用最低成本的方式，来补偿温度所引起的固定通信波长λ飘移变化的问题。现有的对于温度变化引起布拉格回授波长λB产生波长飘移变化的温度补偿技术，有Morey等以U.S.Pat.No.5,042,898的”Incorporated Bragg filter temperature compensated optical waveguide device”所揭示如其内容中图3～4装置；另一如U.S.Pat.No.6,493,486Finisar Corporation,Chen的”Thermal compensated compact Bragg gating filter”所揭示内容的图6～8及其内揭示的图3、图4、图5等现有技术等结构来达成。以上各种结构或装置，大多以两种不同膨胀系数的金属材料，组成各不同几何形状结构；如双金属条状、c型夹或轴中棒形等结构；当此结构受冷热温度变化所产生的物理长度差距，而迫使结构中FBG因轴向受力的伸缩、侧向受力弯曲的伸缩或扭转受力的伸缩等作用，产生了光栅周期ΔΛ变化量。此刻意在结构施加的ΔΛ变化量，是为了反向弥补FBG自身因受冷热的物理长度增减，造成原设布拉格光栅周期长Λ其内的ΔΛ变化量的调回作用。本说明书以图1说明Morey的U.S.Pat.No.5,042,898及以图2说明Chen的U.S.Pat.No.6,493,486的装置。图1为现有的U.S.Pat.No5,042,898的装置剖面图，图中，20为光纤滤波装置，10为进出光纤滤波装置的光纤，13为布拉格光栅段长部，17为10在进入光纤滤波装置的光纤段长部，21(28)为第1温度补偿元件，22(29)为第2温度补偿元件，23为21的第1温度
补偿元件中凹处，24为22的第2温度补偿元件凸出部，25为桥接光纤10进入端26及24凸出部固定点27间所连接17和13光纤两段长，30为对光纤预拉元件，31为预拉施力能弹回的弹簧。本说明图2为现有U.S.Pat.No.6,493,486剖面图，即Chen的U.S.Pat.No.6,493,486其图6剖面图的装置，图中80为温度补偿布拉格光栅滤波装置，82为进出光纤滤波装置的光纤，90为光纤塑料被覆，84为光纤轴心核心，86为光纤纤壳，88为光纤布拉格光栅段长部，92为和82光纤互相扭紧的光纤元件，104为扭紧调整元件，106为104成对温度补偿元件，96为104扭紧调整元件固接点，98为106上和96扭紧调整距长固接点，94为104扭紧调整元件和106成对温度补偿元件黏接固定点。实际上，光纤内部应力和其折射率有比例依存关系。因此温升时；如放松张力(Stress)或扭力(Torsion)，可减少折射率来补偿因温度引起光栅滤波装置波长的位移。图1可见是以其对光纤预拉组件30中的弹簧31作为预拉光纤光栅而能弹回的施力，产生光纤光栅非轴向应力。当温度增加使22的第2温度补偿元件较高膨胀系数材料凸出部24延伸而松弛13光纤FBG应力，亦即放松张力(Stress)，可减少折射率来补偿因温度引起光栅滤波装置波长的位移。图2是以其对光纤预拉元件30中的弹簧31作为预拉光纤光栅而能弹回的施力，产生光纤光栅非轴向应力。当温度增加使104的温度补偿元件较高膨胀系数材料96扭紧光纤光栅88部的松弛而降低原先光纤FBG所扭紧的扭力。此即放松扭力(Torsion)，可减少折射率来补偿因温度引起光栅滤波装置波长的位移。以上现有专利技术的技术结构，也充分利用上式(5)的维持Δλβ不变，亦即Δλβ＝0让左式Δλβ/λβ＝0；则温度纵使有所变化，即光栅轴向因温度变化ΔT引起的应变变化值Δε予以反比例调整。因在温度增加时，释放松应力或扭力；在温度降低时，旋紧应力或扭力，使Δλβ＝0以达到温度补偿目的。以上所见现有的技术用来调整FBG光纤光栅的机械结构方法，虽然逐渐缩小体积及有降低成本的进步性；但其中FBG在真正预设的中心回授波长选定时，除了以不同膨胀系数材料元件组合外；还必须制造预拉紧的施力元件装置或使FBG扭紧的元件，使温度补偿结构体积变大。特别是，此结体相对于纤细如外径250μm的光纤可视为十分庞大的结构。尤其在电信机房光纤十分密集的配线架是空间浪费，必须加以缩小以符合真正「光纤到家」全面实现到来时的配线架空间需求。
技术实现思路
当光纤光栅FBG作滤波检测目的时，必先决定其正常工作温度范围。技术上通常是在常温装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置，其特征在于，此装置是由下列元件组成：一单模态光纤，此光纤内有一段长光纤光栅；及一定长度被覆其内置单模态光纤的高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧，此弹簧做温度补偿的总段长是由己预拉光纤光栅两端的圆筒形压缩螺旋弹簧的段长串联具密着初张力高膨胀系数圆筒形拉张螺旋弹簧的组合段长接合而成；及一头端固定光纤与其外高膨胀系数弹簧的预拉固定连接环，此连接环外接弹簧并且内接光纤；及一尾端固定光纤与其外高膨胀系数弹簧预拉固定连接环，此连接环外接弹簧并且内接光纤；及一定长度由外套接其内做温度补偿总段长弹簧的外层低膨胀系数金属套管；此套管两端由两个无预拉固定连接环或固定胶固定其内置高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长长度；及所有元件以光纤轴心同心共构方式组成的光纤光栅滤波装置，本温度补偿光纤布拉格光栅滤波装置的特征为，外层低膨胀系数金属套管总长度对温度变化产生的长度，和其内内置高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长长度，受温度变化产生的长度差，对其内内置预拉的高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长所造成放松张力或伸张张力作用，以达到增减折射率来补偿因温度引起光栅滤波装置波长位移的结构者。

【技术特征摘要】
2015.04.30 TW 1041138551.一种温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置，其特征在于，此装置是由下列元件组成：一单模态光纤，此光纤内有一段长光纤光栅；及一定长度被覆其内置单模态光纤的高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧，此弹簧做温度补偿的总段长是由己预拉光纤光栅两端的圆筒形压缩螺旋弹簧的段长串联具密着初张力高膨胀系数圆筒形拉张螺旋弹簧的组合段长接合而成；及一头端固定光纤与其外高膨胀系数弹簧的预拉固定连接环，此连接环外接弹簧并且内接光纤；及一尾端固定光纤与其外高膨胀系数弹簧预拉固定连接环，此连接环外接弹簧并且内接光纤；及一定长度由外套接其内做温度补偿总段长弹簧的外层低膨胀系数金属套管；此套管两端由两个无预拉固定连接环或固定胶固定其内置高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长长度；及所有元件以光纤轴心同心共构方式组成的光纤光栅滤波装置，本温度补偿光纤布拉格光栅滤波装置的特征为，外层低膨胀系数金属套管总长度对温度变化产生的长度，和其内内置高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长长度，受温度变化产生的长度差，对其内内置预拉的高膨胀系数圆筒形螺旋弹簧总段长所造成放松张力或伸张张力作用，以达到增减折射率来补偿因温度引起光栅滤波装置波长位移的结构者。2.根据权利要求1所述的温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置，其特征在于，其内内置高膨胀系数做温度补偿的圆筒形螺旋弹簧总段长长度是由己预拉光纤光栅两端的圆筒形压缩螺旋弹簧一段长度串联具密着初张力高膨胀系数圆筒形拉张螺旋弹簧一段长度所组成者。3.根据权利要求1所述的温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置，其特征在于，其内内置高膨胀系数做温度补偿的圆筒形螺旋弹簧总段长长度是由一段长度具密着初张力高膨胀系数圆筒形拉张螺旋弹簧；串联一段长度己预拉光纤光栅两端的圆筒形压缩螺旋弹簧；再串联一段长度具密着初张力高膨胀系数圆筒形拉张螺旋弹簧所组成者。4.根据权利要求1所述的温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置，其特征在于，其一定长度由外套接其内做温度补偿总段长弹簧的外层低膨胀系数金属套
\t管，为一定长度具有和其内光纤同心共构的圆柱形低膨胀系数金属套管者。5.根据权利要求1所述的温度补偿的光纤布拉格光栅滤波装置，其特征在于，其一定长度由外套接其内做温度补偿总段长弹簧的外层低膨胀系数金属套管，为一定长度具有和其内光纤同心共构的圆孔形长方柱形低膨胀系数金属套管者...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春足，蔡永裕，
申请(专利权)人：晋禾企业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71