[发明专利]一种液体封装光纤光栅温度补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信与光纤感技术领域，具体涉及一种液体封装光纤光栅温度补偿方法，采用降低光纤布拉格光栅（FBG）心波长温度敏感性的技术，将腐蚀过的普通光纤布拉格光栅，用石英玻璃管进行封装，并在管内填充特定折射率溶液，以实现光纤光栅布拉格波长的温度稳定性，同时涉及该种器件的测试装置系统。

背景技术

光纤布拉格光栅是一种利用石英光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿轴向的周期性折射率变化，从而形成一个具有窄带滤波功能的光纤波导器件。当宽带光经过光纤光栅时，满足布拉格条件的波长将发生反射，其余波长的光将透过光纤光栅继续传输。利用这一特性可构成许多性能独特的光电子器件，如窄带滤波器、反射器、色散补偿器、掺铒光纤放大增益及降噪滤波器、DWDM系统中的波分复用器、大型结构的应变及温度准分布式测量、油（气）井下压力和流量的测量、航天飞机运行状态监测、桥梁变形测量应用的光纤传感器等。光纤光栅由于具有微型化、耦合性好、波长选择性好、极化不敏感以及易于与光纤系统连接等特性，成为了光纤通信系统和光纤传感系统的关键无源器件。

在光纤光栅传感应用中，主要是利用了其反射波长对温度和应变的可调谐性。但随着这一功能性光纤波导器件功能开发与应用，在很多场合下需要光纤光栅反射波长对温度的高稳定性，就需要对光纤光栅进行温度减敏或补偿处理，如在光纤光栅传感解调技术中选用参考光纤光栅反射的波长进行定标，就得要求参考光栅的反射波长具有良好的温度不敏感性。在光纤通信系统中，光栅光纤主要用来充当波长选择器件的，其对工作环境温度的稳定性是衡量器件性能的重要指标，特别是在基于光纤光栅进行波长选择的窄线宽光纤激光器中，要实现稳定的单频激光输出，充当外腔端面反射镜的光纤光栅就必须具有良好的温度不敏感特性。然而，裸光纤布拉格光栅对温度有一定的敏感性，其反射波长对温度的响应灵敏度为0.013nm/℃，这就影响了光纤布拉格光栅反射波长的温度稳定性。解决上述问题常用的方法是用具有负热膨胀系数的材料对光纤光栅进行封装，利用材料的负热膨胀产生的负应变补偿光纤光栅热膨胀效应中的正应变，而且要求封装过程中材料的固化不能使光纤光栅产生啁啾现象，因此对光纤光栅的封装技术有着较高要求。

所以，提出一种有效、简便的光纤布拉格光栅温度减敏方法，降低光纤布拉格光栅波长对温度的响应灵敏度以及光纤光栅温度补偿的技术难度，是本发明专利要解决的主要技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种液体封装光纤光栅温度补偿方法，解决了降低光纤光栅温度补偿封装过程的技术难度，具有方法简单、操作方便和降低光纤光栅的温度灵敏度的特点。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液体封装光纤光栅温度补偿方法，包括以下步骤：

一、制备微米直径光纤光栅，利用氢氟酸腐蚀工艺将包层光纤光栅的二氧化硅玻璃去掉，光纤光栅的栅区仅有纤芯，并对纤芯进行部分腐蚀，使栅区的纤芯的直径达到4～8μｍ；

二、将步骤一制备的单模光纤穿过石英玻璃管并拉直无需加预应力，用石英玻璃管对加工过的微米直径光纤光栅进行柱状封装，石英玻璃管中充装具有特定折射率和折射率温度系数的溶液，用真空泵抽掉溶液中的空气后，石英玻璃管两端用粘胶剂密封，由溶液充当光纤光栅的包层，利用包层折射率随温度增加而减小导致光纤光栅反射波长紫移的特性，对光纤光栅反射波长随温度增加红移特性进行补偿。

步骤二所述的溶液的折射率为1.4545~1.4560，其折射率温度系数为0.00026~0.00045。

所述的光纤光栅采用光纤布拉格光栅。

本发明中涉及的光纤光栅温度补偿技术方法，其主要特征在于基于溶液的热光效应，根据光纤光栅的栅区直径尺寸选用折射率温度系数在0.00026~0.00045范围内的特定溶液代替光纤光栅的包层，用溶液的热光效应即溶液折射率随温度变化的特性实现对光纤光栅的温度响应进行补偿，并非采用传统的负热应变补偿纤光栅的正热应变以达到稳定输出波长的目的。

本发明的有益效果：

本发明所用微米直径光纤光栅，其特征在于光纤光栅的栅区仅有纤芯，其直径是先经过特定方法确定，利用氢氟酸腐蚀工艺将包层去掉的。

本发明所涉及的光纤光栅的封装工艺，其特征在于封装过程中无需对光纤光栅施加预应力，仅需排除掉石英玻璃管中溶液的空气后再进行密封，因此工艺简单可行，操作方便。