[发明专利]一种无源温度补偿光纤光栅

说明书

技术领域

本发明涉及光纤器件技术领域，特别涉及一种无源温度补偿光纤光栅。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)作为一门新兴技术，具有极其广阔的应用前景，光纤布拉格光栅(FBG)的选频特征使之成为光纤通信中一种重要的无源器件，受到普遍关注。使用光纤光栅可制成光纤激光器、密集波分复用/解复用器、光分插复用器(OADM)、色散补偿器、滤波器、光放大器的增益平坦化、超窄光脉冲产生器、泵浦激光器的波长锁定等高性能光通信器件，目前正向实用化方向发展。光纤布拉格光栅(FBG)的选频特征会随环境温度的改变而发生改变，这种对温度的敏感性已成为光纤光栅器件在光纤通信领域实用化的主要困扰之一，成为目前研究的热点。

目前常用的光纤光栅的温度补偿封装方法主要是利用光纤光栅以外材料的温度膨胀系数的不同，例如采用负热膨胀系数(也称为热缩型材料)，对光纤光栅的自身Bragg波长的温度漂移进行机械补偿。这类方法由于需要制作附加具有负热膨胀系数的机械支架或包层等，因而工艺较复杂，体积比全光纤器件要大很多。

美国专利US6044189就是一种热胀冷缩型的光纤光栅温度补偿方法，该专利公开了以下制作方法，将光纤光栅固定在由两种不同热膨胀系数构成的外封装结构上，当环境温度改变时，通过封装材料的长度变化改变FBG所受应力而使之抵消由温度变化产生的布拉格波长的变化影响，从而达到温度补偿的效果。此种光纤光栅温度补偿封装方法可以对光纤光栅起到较好的温度补偿作用，但是封装工艺比较复杂，而且封装后的器件尺寸比较大。

美国专利US 6240225介绍了一种基于热缩型材料的光纤光栅温度补偿方法，该专利公开了以下方法，将一种负热膨胀系数的材料覆盖在光纤光栅上，当环境温度升高时利用负热膨胀系数的材料的收缩作用补偿光纤光栅的温度效应。

中国专利CN101009520A也是制成具有负的热膨胀系数的封装套管来补偿光纤光栅的温度效应。

这些专利和方法在一定程度上都实现了光纤光栅的温度补偿封装，但是这些方法采用的都是材料的机械伸缩作用来起到温度补偿的效果，这类方法的不足就在于有附加机械装置，使得最终的器件体积比全光纤器件要大得多，而且也容易损坏光纤光栅。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠性高、制作成本低的无源温度补偿光纤光栅。

实现本发明目的的技术方案如下：一种无源温度补偿光纤光栅，包括纤芯与包层，纤芯中有一段为光栅区，其特征在于：光栅区的包层的平均厚度小于两端光纤包层的厚度，光栅区两端的光纤为圆型光纤，在包层较薄的部位覆盖着具有负热光系数热光聚合物。

所述光栅区可以为D型光纤段；也可以为圆型光纤，但其包层外径小于两端光纤的外径。

进一步地，光栅区与两端圆型光纤有平滑的过渡区，在包层较薄的部位覆盖着一样的热光聚合物。

进一步地，所述光纤光栅还包括外围的保护装置，所述保护装置可为套管，优选金属套管；所述保护装置也可以为一槽体外加一套管，所述光栅区置于槽体内，所述槽体紧套在套管上，所述槽体可以为U型槽或V型槽或凵型槽，所述套管优选金属套管。

本发明的光纤光栅的制作方法之一：在普通光纤Bragg光栅上，利用光学微加工技术，在光栅区的长度上将圆柱形的光纤光栅包层抛磨掉一部分，其包层抛磨过的那段光纤光栅的横截面呈大写英文字母D，即为D型光纤段，而在未抛磨过的光纤段，仍是圆柱形。然后在包层较薄部位覆盖上具有负热光系数的热光聚合物。

所述负热光系数的热光聚合物是折射率随温度变化的具有负热光效应的聚合物，可以采用Dowcorning公司所生产的OE4100或OE4110。

本发明的无源温度补偿光纤光栅可用在光纤激光器、密集波分复用/解复用器、光分插复用器(OADM)、色散补偿器、滤波器、光放大器的增益平坦化、超窄光脉冲产生器、泵浦激光器的波长锁定等高性能光通信器件中。

本发明的工作原理如下：依据光纤Bragg光栅的耦合方程，光纤光栅的Bragg反射波长λ_B表示为

λ_B＝2n_eff·Λ                                                          (1)