[发明专利]一种实现光纤光栅温度补偿的光波导结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳光纤光栅的光学技术领域，特别是一种实现光纤光栅温度补偿的光波导结构及其制备方法。

背景技术

    随着光纤通信和光纤传感应用需求的不断增加及其技术的不断发展，作为近几十年最重要的光子器件之一的光纤光栅得到了高度地关注和广泛地研究，光纤光栅以其体积小、灵敏度高、波长编码、抗电磁干扰、插入损耗低等优点，在光纤传感和光纤通信领域中得到广泛应用。应用范围包括通信用波分复用系统、建筑、石油化工、航空航天、国防、环保以及生物医学。

在通信及部分传感应用中，通常要求光栅对温度的敏感度越低越好。以达到通信或传感应用所需要的条件：不受外界温度影响或不受温度与外界另一因素的交叉影响。目前光纤光栅的温度补偿方法主要有以下几种，双热膨胀材料封装法、单热膨胀材料封装法、光子晶体光纤有效折射率调制法。例如文献“Yonglin Huang, Jie Li, Guiyun Kai, Shuzhong Yuan, Xiaoyi Dong. Temperature compensation package for fiber Bragg gratings. Microw.Opt.Techn.Let. 39(1), 70-72(2003).”，用两种具有不同热膨胀系数的材料将光纤光栅封装起来，利用温度变化时两种材料纵向伸长不同对光纤光栅周期的影响来补偿温度变化对光栅的影响。又如文献“T. Iwashima, A. Inoue, M. Shigematsu, M. Nishimura and Y. Hattori. Temperature compensation technique for fibre Bragg gratings using liquid crystalline polymer tubes. Electron. Lett. 33(5), 417-419(1997).”用具有负热膨胀系数的液晶高分子聚合物套管封装光纤光栅，此种结构使光纤光栅周期随温度升高而减小，从而进行温度补偿。用热膨胀材料封装光纤光栅进行温度补偿通常需要复杂的封装结构，并且所用材料成本比较高。再如文献“ Minh Chau Phan Huy, Guillaume Laffont, Véronique Dewynter, Pierre Ferdinand, Dominique Pagnoux. Passive Temperature Compensating Technique for Microstructured Fiber Bragg Gratings. Sensors Journal, IEEE 8(7), 1073-1078(2008).” 在光子晶体光纤中注入折射率匹配液，当环境温度变化时，匹配液折射率的变化对光纤光栅反射峰波长的影响与温度的影响相反，从而可以实现温度补偿的目的。此种温度补偿方法所需光纤比较昂贵，并且对所用光子晶体光纤的几何参数要求非常高。

发明内容

本发明提供一种实现光纤光栅温度补偿的光波导结构及其制备方法，以解决现有技术对光纤的温度补偿技术价格昂贵及制作复杂的技术问题。

采用的技术方案如下：

一种实现光纤光栅温度补偿的光波导结构，包括微纳光纤，在微纳光纤上刻写有微纳光纤光栅，微纳光纤光栅被封装在一密闭并且充满具有负热光系数的折射率补偿液的结构中，且所述微纳光纤的直径由折射率补偿液的折射率及热光系数确定。

进一步的，所述微纳光纤的直径采用如下方式确定：

根据折射率补偿液的折射率及热光系数计算在不同直径值下微纳光纤光栅的温度敏感度，选取令温度敏感度绝对值小于 0.001nm/℃的直径值作为所述微纳光纤的直径。

进一步的，所述微纳光纤采用熔融拉锥方法制得，微纳光纤直径根据需要拉锥成所需大小。 

进一步的，所述微纳光纤由单模光纤、多模光纤、掺杂光纤、保偏光纤或光子晶体光纤拉制而成。

进一步的，所述折射率补偿液的折射率随温度变化近似于线性关系。所述的近似于线性关系，其要求为线性拟合回归因子R2>0.999.

进一步的，所述折射率补偿液为酒精，所述酒精的纯度为99.8%~100%。

一种实现光纤光栅温度补偿的光波导结构的制备方法，所述方法包括：

确定具有负热光系数的折射率补偿液；

制作微纳光纤，并在微纳光纤上制作微纳光纤光栅，所述微纳光纤的直径根据折射率补偿液的折射率及热光系数确定；