光纤光栅中心波长宽范围调谐装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光纤光栅中心波长宽范围调谐装置，底板，设置在底板上的固定柱；三角形支架，包括顶部和固定柱转动连接的左臂和右臂，左臂和右臂的底边之间留有缺口，用于放置光纤光栅，光纤光栅两端引出的光纤分别从左臂和右臂的两端穿出；定位块，设置在左臂和右臂之间，并通过支柱与底板相连，其顶部设置有条形压电陶瓷，压电陶瓷的两端与左右臂贴合。本发明专利技术通过改变了传统的压电陶瓷位置使得当压电陶瓷在外加较小的电压下产生形变较小时，能够对ＦＢＧ引入成倍的形变，从而使得在要求ＦＢＧ中心波长大范围调谐时，压电陶瓷所需外加电压较小。本发明专利技术还具有结构简单，工作电压低，波长调谐范围广、调谐灵敏度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤光栅中心波长调谐装置，主要用于FBG反射波中心波长宽范 围、高灵敏调谐。
技术介绍
FBG是一种光纤无源器件，它是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法， 在纤芯内形成空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。随着紫 外写入FBG制作技术的日益完善，FBG在诸多领域的应用得到了迅速发展，尤其在光纤通信 领域。根据FBG的各种不同折射率调制及光谱特性，FBG在光纤通信领域中可以应用于滤 波器、色散补偿器、解复用器、上下路由器和光纤激光器等。通常状态下，FBG应用于上述器件时是预先设定固定波长，这使得它应用的灵活性 受到了很大的限制。如果采用可调谐FBG就可以较好地解决这一问题。例如，在滤波器中， 通过FBG的调谐可以选择不同波长的光信号滤出；在色散补偿器中，通过调谐可以补偿不 同的色散量和不同波长的色散量；在光纤激光器中，通过调谐可以使激光器输出不同波长 的激光等等。因此不论是光通信系统，还是光传感系统应用时，均希望FBG反射波中心波长 可变，故FBG的调谐技术的研究成为FBG的应用技术研究的一大热点。目前实现可调谐FBG方法已有多种，如温度调谐法、悬臂梁调谐法，压电陶瓷 (PZT)调谐法，电调谐法等等。这些方法均影响FBG几何参数从而引起Bragg波长变化。 基于压电效应，使得压电陶瓷在外加电压作用下产生形变，从而使固定在压电陶瓷上的FBG 发生形变，结构简单，是上述方法中最易于实现的。但实际应用中，对于布拉格(bragg)波 长1550nm左右的FBG，在压电陶瓷拉伸调谐率小于2. 4nm/100V的条件下，若要达到15nm的 调谐量，需要外加1000V的电压。可见，压电陶瓷调谐法需要很高的电压方可满足一般应用 需求。因此，如何在比较简单的制造工艺和较低的制造成本的条件下，对现有的压电陶 瓷调谐FBG的方法加以改进，设计出能够工作在较低电压下对FBG中心波长宽范围调谐，就 成为FBG应用上的一大目标。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是上述传统的压电陶瓷调谐所存在的不足之处，提出了 一种能够实现对FBG波长宽范围调谐调谐装置。为解决上述技术问题，本专利技术基于可绕固定柱转动的双臂形成的一个类似三角形 的结构，利用杠杆原理，使得小的压电陶瓷形变，能够产生大的FBG拉长，从而形成宽范围 的波长调谐。本专利技术具体可采用如下两种技术方案技术方案一一种光纤光栅中心波长宽范围调谐装置，包括底板，设置在底板上的固定柱；三角形支架，包括顶部和固定柱转动连接的左臂和右臂，左臂和右臂的底边之间 留有缺口，用于放置光纤光栅，光纤光栅两端引出的光纤分别从左臂和右臂的两端穿出；定位块，设置在左臂和右臂之间，并通过支柱与底板相连，其顶部设置有条形压电 陶瓷，压电陶瓷的两端与左右臂贴合。为便于固定压电陶瓷，上述定位块顶部的中间设有限定槽，该限定槽一方面用于 安装条形压电陶瓷，另一方面用于限制条形压电陶瓷在加电拉伸情况下的上下移动。为了使压电陶瓷能够最大面积的与三角形支架的左臂和右臂的内壁相贴合，从而 使压电陶瓷的伸张最大程度的作用于三角形支架上，压电陶瓷的形状采用梯形。技术方案二一种光纤光栅中心波长宽范围调谐装置，包括底板，设置在底板上的固定柱；三角形支架，包括顶部和固定柱转动连接的左臂和右臂，左臂和右臂的底边之间 留有缺口，用于放置光纤光栅，光纤光栅两端引出的光纤分别从左臂和右臂的两端穿出；压电陶瓷，套在固定在底板的支柱上，位于左臂和右臂之间，并与左臂和右臂相 切。本专利技术技术方案一的工作原理是当压电陶瓷产生变化为Δ γ时，FBG被拉伸的长度为Δ L = H/h · Δ y (1)其中H为支架的总高度，h为压电陶瓷距底部顶点的距离，AL为FBG在压电陶瓷 作用下的拉伸长度，Δ y为压电陶瓷加电后的形变，这里可以看出由于三角形支架FBG的 形变是压电陶瓷的H/h倍。由于压电陶瓷产生的拉伸很小，这里我们忽略由于压电陶瓷形 变使得支架在竖直方向上产生的位移。均勻FBG的中心反射波长可表示为λΒ = 2neffA (2)式中Λ为光栅的周期，nrff为光纤的有效折射率。研究表明，在恒温情况下，应变 引起的FBG波长移动可表示为Δ λΒ/λΒ = (I-P) ε (3)其中P为有效弹光系数，它与弹光效应有光；ε为FBG的轴向应变。对石英光纤 而言，P 0. 22。对于这里的FBG来说ε = AL/L (4)对于压电陶瓷，，当在垂直方向上施加电压V时，有VΑχ = d31gE =(5)X将(4)、(5)式带入(3)式有ΔV毛=(1 _尸)·与=0.78一·孕·‘ ·Γ(6)Lh以上是针对本专利技术技术方案一采用条形状压电陶瓷时的分析。同样，对于本专利技术 技术方案二所采用的空心圆柱状压电陶瓷，由于H/h的值较大，可以近似认为此时压电陶瓷沿法向方向产生的形变和对支架产生的水平方向上的张量是相等的。可见，与传统压电陶瓷调谐FBG技术相比，本专利技术使得压电陶瓷较小的形变可以 通过三角形支架对FBG演变成大的形变，使得当对FBG要求指定形变时，对压电陶瓷要求的 形变较传统方法变小，即对应的加在压电陶瓷上的电压变小，调谐灵敏度变高。而且，在同 样大小电压引起同等的压电陶瓷形变情况下，如果FBG长度和压电陶瓷近似，本专利技术的FBG 波长调谐是传统技术的H/h倍。与现有技术相比，本专利技术具有如下的技术效果1、本FBG调谐装置是基于一个三角形支架和传统的压电陶瓷，具有结构简单、制 造成本低的优点。2、本FBG调谐仍是基于放置于其中的压电陶瓷，电调便捷。3、只需要传统压电陶瓷调谐的h/H的电压就能达到同样的波长调谐；且很小的电 压就能够产生较宽的波长调谐，调谐灵敏度高。附图说明图1是本专利技术技术方案一的结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是本专利技术技术方案二的结构示意图。图4是图3的其俯视图。图5未经压电陶瓷加电调谐的FBG反射谱。图6是经压电陶瓷调谐后的FBG反射谱。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，本专利技术的目的和效果将变得更 加明显。实施例1 如图1、图2所示，梯形条形压电陶瓷5被固定在处于三角形支架1左臂1-1和右 臂1-2之间的定位块2的限定槽中，当条形压电陶瓷5在加电产生形变后，会使得固定在三 角形支架1底边缺口处的光纤光栅产生波长调谐。由此，根据讨论的原理，相比于传统FBG 调谐装置，同样的电压加在压电陶瓷5上时，本专利技术的FBG波长调谐长度是传统的H/h倍 (其中H为光纤光栅距三角形支架底部的垂直距离，h为压电陶瓷中心位置距三角形支架底 部的距离)。实施例1的有关参数如下光纤光栅长度为11mm，自由状态下的布拉格波长为1550nm ；三角形支架顶端长 15cm，缺口宽度为11mm，高度为40cm，厚度为Imm ；条形压电陶瓷垂直中心位置距底部距离 为4cm ；压电陶瓷长为15mm，厚度为3. 5mm,在100V电压下拉伸长度近似为14 μ m。(这个地方有改动了一下，黑体的部分)实施例2 本实施例的主要结构与实施例1相同，不同的是压电陶瓷5为空心的圆柱形，并通过支柱8安装在底板1上。当套装固定在支柱8上的压电陶瓷5加电压后，发生形变，同上图原理一样，FBG会 产生成倍的波长偏移。图5是未经压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅中心波长宽范围调谐装置，其特征在于包括：底板（６），设置在底板上的固定柱（７）；三角形支架（１），包括顶部和固定柱（７）转动连接的左臂（１－１）和右臂（１－２），左臂（１－１）和右臂（１－２）的底边之间留有缺口，用于放置光纤光栅（４），光纤光栅（４）两端引出的光纤（３）分别从左臂（１－１）和右臂（１－２）的两端穿出；定位块（２），设置在左臂（１－１）和右臂（１－２）之间，并通过支柱（８）与底板（６）相连，其顶部中间位置处设置有条形压电陶瓷（５），压电陶瓷（５）的两端与左右臂贴合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小菡，孙明明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[]