[实用新型]光纤光栅中心波长宽范围调谐装置

说明书

技术领域

本实用新型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。 

背景技术

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。 

发明内容

本实用新型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，本实用新型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。 

本实用新型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。 

本实用新型技术方案一的工作原理是： 

当压电陶瓷产生变化为Δγ时，FBG被拉伸的长度为： 

ΔL＝H/h·Δγ    (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，ΔL为FBG在压电陶瓷作用下的拉伸长度，Δγ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。 

均匀FBG的中心反射波长可表示为： 

λ_B＝2n_effΛ    (2)