【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤通信及光纤传感，尤其涉及一种温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器结构及其封装方法。
技术介绍
1、光纤滤波器是光通信领域和光纤传感领域常用的一种光学元器件，用来对传输光信号的特定波长进行选择性传输或抑制，如激光器模式的选择，掺铒光纤放大器自发辐射噪声的滤除，布里渊散射过程中斯托克斯和反斯托克斯光的选择等。根据滤波原理不同，光纤滤波器可以分为干涉型滤波器、波导型滤波器和光纤光栅滤波器。干涉型滤波器利用干涉效应对特定波长信号进行选择性传输或抑制，具有带宽窄、尺寸小等特点，法布里-帕罗谐振腔型滤波器属于典型的干涉型滤波器。波导型滤波器主要是半导体光子波导器件，将光学器件在波导上集成实现，然后通过光纤耦合输入输出，波导型滤波器具有集成度高、尺寸小等特点，mach-zehnder滤波器是典型的波导滤波器。由于干涉型滤波器和波导型滤波器都不是光纤器件，需要通过光耦合来实现光信号在器件与光纤间的输入输出，增加了插入损耗。光纤光栅由于其对应变敏感，改变栅区所受应力，能够灵活调节光栅的反射波长，实现光信号波长的选择。光纤光栅滤波器因其体积小、质量轻、波长选择性好、带宽范围大、附加损耗小等特点被广泛用于光纤系统中。由于光纤光栅制作工艺成熟，已经形成规模化生产，成本低，具有良好的实用性。然而，由于光纤光栅对温度和应变的双重敏感性，导致光纤光栅滤波器反射波长会随温度变化漂移，限制了其在需要精确控制波长的光纤系统中使用；另外现有光纤光栅滤波器由于封装方法限制，在集成到仪器设备后不方便调节波长，需要对仪器开盖后调节，这与仪器设备的不拆封保修条
2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
3、现有的光纤光栅滤波器反射波长会随温度变化漂移，影响滤波器在变温环境下使用；在集成到仪器设备中后不方便调节波长，需要对仪器开封后调节，与仪器设备不拆封保修条件相违背；长柄旋钮式滤波器虽然能实现设备不拆分调节，但较长的调节旋钮，影响仪器整体的美观性和使用的便捷性。
技术实现思路
1、为了降低光纤光栅滤波器透射/反射波长受温度的影响，提高光纤光栅滤波器的使用范围，本专利技术提出一种温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器及其封装方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器，采用热膨胀系数不同的两种金属构成的热双金属层(如牌号为5j20110、5j15120等热双金属)制作等强度悬臂梁，通过热双金属层产生的热致悬臂梁弯曲补偿温度对光纤光栅布拉格波长的影响，从而实现可调谐光纤光栅滤波器的温度不敏感特性。
3、进一步，通过等强度悬臂梁端部固定的调节螺钉调节实现对悬臂梁挠度的施加，以及正负挠度的实现，线性改变光纤光栅滤波器的反射波长；调节螺钉端部通过环氧树脂胶水与等强度悬臂梁端部孔相连，中间螺纹部分与支撑件的螺孔连接，顶部螺帽部分通过封装结构顶板的孔洞暴露在外，通过调节顶部螺帽，调节螺钉螺纹沿支撑件的螺孔移动，从而使等强度悬臂梁实现挠度的改变。
4、进一步，采用长方形的封装外壳，方便光纤光栅滤波器在使用时定位。
5、进一步，温度不敏感型光纤光栅滤波器原理包括：考虑温度诱导应变ε(t)，布拉格波长λb对温度的总体依赖可以表示为：
6、
7、其中λb是光纤布拉格光栅波长，αc＝dε/dt是温度依赖的诱导应变系数，方程(1)中的两个偏微分由以下两式给出：
8、
9、
10、其中，λ是光纤布拉格光栅的周期，n为平均有效折射率，αf为热膨胀系数，pe是光纤的有效光弹系数。
11、进一步，将方程(2)和方程(3)带入方程(1)，可得：
12、
13、方程(4)表明，如果αc＜0，这样光纤布拉格光栅温度依赖的波长漂移能够被部分补偿，特别是当
14、
15、被满足时，dλb/dt＝0，即布拉格波长将不依赖温度变化。这表明诱导应变能够完全补偿温度依赖的波长漂移并保持布拉格波长为常数。
16、进一步，热双金属等强度悬臂梁由两个热膨胀系数不同的金属等强度悬臂梁粘合、钎焊或焊接在一起构成；当双金属悬臂梁暴露于温度变化时，由于不同的热膨胀系数，双金属梁以预定的方式弯曲；均匀加热梁将导致其向具有低热膨胀系数的金属成分弯曲，梁的挠度可以表示为：
17、
18、其中h和δt分别为梁的厚度和温度变化，δα是两个热膨胀系数α1和α2的差，其与温度变化一度导致的热形变β相关，系数ξ，d，χ(x)为双金属成分参数；另一方面，均匀降温δt，梁将向另一个方向弯曲，弯向具有高热膨胀系数的成分。
19、本专利技术的另一目的在于提供一种应用于所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的温度不敏感型光纤光栅滤波器封装方法，温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器封装方法包括：
20、温度不敏感是由热膨胀系数不同的低热膨胀系数金属层和高热膨胀系数金属形成的热双金属制备的等强度悬臂梁实现；光纤光栅通过第一环氧树脂胶位点和第二环氧树脂胶位点将栅区两端粘贴在等强度悬臂梁上，粘贴时给栅区施加一定的预应力，对滤波器反射波长的调节通过调节螺钉完成。
21、进一步，调节螺钉通过支撑件的螺孔后端部穿过等强度悬臂梁端部的通孔，通过环氧树脂将螺钉端部与悬臂梁粘连固定。
22、进一步，等强度悬臂梁与支撑件均固定在外壳的左右两侧板上。外壳顶板上开一滤波器调节孔，使用工具通过滤波器调节孔旋转调节螺钉，可以调节滤波器的透射波长。
23、进一步，通过外壳底板上的四个外壳固定螺孔可以将滤波器固定在需要的位置。
24、本专利技术还提供了一种温度不敏感的滤波器，其特征在于，包括由低热膨胀系数金属层和高热膨胀系数金属层构成的热双金属制备的等强度悬臂梁，该悬臂梁通过外壳的矩形孔与外壳固定；光纤光栅的栅区两端位点通过环氧树脂胶粘贴在悬臂梁上，粘贴时给栅区施加一定拉力；光纤光栅的两端尾纤通过外壳上的尾纤过孔与外界光路连接；支撑件尾端固定在外壳的矩形孔上；调节螺钉穿过支撑件端部螺孔后到达热双金属悬臂梁过孔，调节螺钉端部通过环氧树脂胶与热双金属悬臂梁连接；通过调节螺钉调节热双金属悬臂梁挠度，从而改变光纤光栅的反射波长；滤波器还包括底板，底板上设有固定孔，通过固定孔与仪器实现固定连接。
25、进一步，所述外壳包括顶板和左右两侧板，等强度悬臂梁与支撑件均固定在外壳的左右两侧板上；外壳顶板上开有滤波器调节孔，通过滤波器调节孔可以调节滤波器的透射/反射波长；外壳底板上设有外壳固定螺孔，通过外壳固定螺孔可以将滤波器固定在需要的位置；外壳前端设置有光纤尾纤过孔和支撑件固定端部；外壳后端设置有双金属等强度悬臂梁固定端部和光纤尾纤过孔。
26、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
27、第一，本专利技术提出的温度不敏感可调谐光纤光栅滤波器，其在光纤通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：选择两种具有不同热膨胀系数的金属材料，制作出双金属层结构；使用该双金属层制作出等强度悬臂梁；通过在等强度悬臂梁端部固定的调节螺钉调制，实现对悬臂梁挠度的施加及其正负挠度的调整，以线性改变光纤光栅滤波器的反射波长；最后，将温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器封装在具有定位孔的长方形外壳中。
2.如权利要求1所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，通过等强度悬臂梁端部固定的调节螺钉调制实现对悬臂梁挠度的施加，以及正负挠度的实现，线性改变光纤光栅滤波器的反射波长；调节螺钉端部通过环氧树脂胶水与等强度悬臂梁端部孔相连，中间螺纹部分与支撑件的螺孔连接，顶部螺帽部分通过封装结构顶板的孔洞暴露在外，通过调节顶部螺帽，调节螺钉螺纹沿支撑件的螺孔移动，从而使等强度悬臂梁实现挠度的改变。
3.如权利要求1所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，采用长方形的封装外壳，并在底板开定位孔，方便光纤光栅滤波器在使用时定位。
4.如权利要求1所述的温度不敏感
5.如权利要求2所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，如权利要求2所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器具体的实现方法如下：
6.如权利要求1所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器，其特征在于，双金属等强度悬臂梁由两个热膨胀系数不同的金属等强度悬臂梁粘合、钎焊或焊接在一起构成；当双金属悬臂梁暴露与温度变化时，由于不同的热膨胀，双金属梁以预定的方式弯曲；均匀加热梁将导致其向具有低热膨胀系数的金属成分弯曲，梁的挠度可以表示为：
7.一种温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器，其特征在于，该滤波器包括：
8.如权利要求7所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器，其特征在于，所述外壳包括顶板和左右两侧板，等强度悬臂梁与支撑件均固定在外壳的左右两侧板上；外壳顶板上开有滤波器调节孔，通过滤波器调节孔可以调节滤波器的透射/反射波长；外壳底板上设有外壳固定螺孔，通过外壳固定螺孔可以将滤波器固定在需要的位置；外壳前端设置有光纤尾纤过孔和支撑件固定端部；外壳后端设置有双金属等强度悬臂梁固定端部和光纤尾纤过孔。
9.如权利要求7所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器，其特征在于，
10.如权利要求7所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器，其特征在于，等强度悬臂梁与支撑件均固定在外壳的左右两侧板上；外壳顶板上开一滤波器调节孔，使用工具通过滤波器调节孔可以调节滤波器的透射波长；通过外壳底板上的四个外壳固定螺孔可以将滤波器固定在需要的位置；外壳前端设置有光纤尾纤过孔和支撑件固定端部，外壳后端设置有双金属等强度悬臂梁固定端部和光纤尾纤过孔。
...【技术特征摘要】
1.一种温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：选择两种具有不同热膨胀系数的金属材料，制作出双金属层结构；使用该双金属层制作出等强度悬臂梁；通过在等强度悬臂梁端部固定的调节螺钉调制，实现对悬臂梁挠度的施加及其正负挠度的调整，以线性改变光纤光栅滤波器的反射波长；最后，将温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器封装在具有定位孔的长方形外壳中。
2.如权利要求1所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，通过等强度悬臂梁端部固定的调节螺钉调制实现对悬臂梁挠度的施加，以及正负挠度的实现，线性改变光纤光栅滤波器的反射波长；调节螺钉端部通过环氧树脂胶水与等强度悬臂梁端部孔相连，中间螺纹部分与支撑件的螺孔连接，顶部螺帽部分通过封装结构顶板的孔洞暴露在外，通过调节顶部螺帽，调节螺钉螺纹沿支撑件的螺孔移动，从而使等强度悬臂梁实现挠度的改变。
3.如权利要求1所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，采用长方形的封装外壳，并在底板开定位孔，方便光纤光栅滤波器在使用时定位。
4.如权利要求1所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法的具体步骤如下：
5.如权利要求2所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器的封装方法，其特征在于，如权利要求2所述的温度不敏感型可调谐光纤光栅滤波器具体的实现方法如下：...
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