[发明专利]陶瓷基板的制备方法和光纤光栅温度补偿装置

说明书

本发明公开了一种陶瓷基板的制备方法和光纤光栅温度补偿装置。该方法包括：将ZrW₂O₈单晶粉末与无水乙醇研磨混合均匀，形成浆体；在无水乙醇含量下降至预设阈值时，将浆体置于模具中并压制成坯体；对坯体进行烧结并粹冷，以制得陶瓷体；对陶瓷体进行研磨以制得所述陶瓷基板。该装置包括采用该方法制备的基板，以及固定于该基板上的光纤光栅，光纤光栅中的光栅部位于该基板上。本发明只利用ZrW₂O₈单晶粉末制备陶瓷基板，中间并不执行陶瓷粉体的制备步骤，因此减少了制备步骤，缩短了处理时间，降低了生产成本，所制得的陶瓷基板的均匀度良好。本发明的补偿装置可通过设置基板的不同厚度而提供针对光纤光栅所需要的不同的温度补偿功效。

技术领域

本发明涉及光纤光栅器件技术领域，特别涉及一种光纤光栅器件使用的陶瓷基板的制备方法，以及光纤光栅温度补偿装置。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，简称FBG)是光纤纤芯的折射率沿光纤的轴向呈周期性分布的一种光纤无源器件，实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤光器或反射镜。自从1989年美国联合技术中心G.Meltz等人利用全息干涉法制作光纤布拉格光栅获得成功以来，在光纤光栅的制作、解调、温度补偿等方面的相关工作大量展开。

光纤布拉格光栅以其插入损耗低，波长绝对编码，与偏振无关，波长、带宽可灵活调节且易与光纤连接等特性使之在光纤通信及传感技术领域具有巨大的应价值广泛的应用前景。但是，由于光纤的特性使得光纤布拉格光栅对温度和应力十分敏感，其中心波长会随着环境温度和所受应力的变化而漂移，所以在实际应用时需要对光纤布拉格光栅进行温度补偿。

一般情况下，未经补偿的光纤布拉格光栅的温度敏感系数约为0.01nm/℃(纳米/摄氏度)。为解决光纤布拉格光栅的温度敏感问题，美国专利第5,042,898号中采用了两个并置的具有不同膨胀系数的金属构件，作为光纤布拉格光栅的温度补偿装置，以消除环境温度对光纤布拉格光栅的影响。然而这种利用双材料进行温度补偿技术仍然存在精度低、构造复杂、制造困难以及成本高的问题。因此，提供一种容易制备、长期有效且有良好温度补偿功效的光纤布拉格光栅温度补偿装置仍属此领域的重要课题。其中，利用负膨胀系数材料对光纤布拉格光栅进行温度补偿封装，就是其中的一种方法。

自然界存在一种材料，随着温度的变化，其理特性呈现与常规热胀冷缩相反的现象，即热缩冷胀，这种材料称为负热膨胀材料。钨酸锆(ZrW₂O₈)就是一种典型的负热膨胀材料，其在-200℃至780℃的很大的温度范围内具有较大的各向同性的负热膨胀特点，是一种对光纤布拉格光栅进行温度补偿的理想材料。

现有的利用钨酸锆对光纤布拉格光栅进行温度补偿的技术中，以固态反应法制备钨酸锆陶瓷粉末，再进行烧结以制备钨酸锆陶瓷体。在Yamamura等人于Solid StateComm.，114，453，2000中所公开的方法中，先将计量的ZrO₂(二氧化锆)及WO₃(三氧化钨、钨酸酐)粉末压成圆饼状，在1200℃下煅烧约12小时得到钨酸锆，随即急速冷却至室温，将所得的钨酸锆小圆饼研磨成陶瓷粉体并再次加压成型，在1200℃下烧结12小时以致密化，再随即于液态氮中冷却，即可得到单一相的钨酸锆陶瓷体。但以此固态烧结法制备钨酸锆陶瓷体通常需要数十小时，并且若钨酸锆粉末粒径不适当或混合不均匀，则难以得到均匀纯相的钨酸锆陶瓷体，进而影响钨酸锆陶瓷体的适用性。