【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤光栅封装，尤其涉及一种应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置及方法，该技术可应用于相干光通信、引力波探测等领域的单频光纤激光器谐振腔封装。
技术介绍
1、光纤布拉格光栅作为一种常见光纤无源器件，具有体积小、稳定性高、成本低廉、易与光纤连接、插入损耗低等优点。随着对光纤光栅需求升高，出现光栅栅区大于10cm的超长光纤光栅，例如超窄带光纤光栅，啁啾光纤光栅，可应用于光纤激光技术、光纤传感和光纤通信等领域。对于超长光纤光栅的一种应用是对光纤光栅的温控封装，一般采用tec对基板进行温度控制，从而影响固定在基板上的光纤光栅。对于光栅栅区长度大于10cm超长光纤光栅的温控，由于市面上常见tec的尺寸限制，基板会受热不均，引起超长光纤光栅中心波长漂移，光谱发生畸变。
2、为了从封装材料和结构上实现对光栅温度补偿的效果，现有技术(cn200610169809.2)提出了一种光纤光栅温度补偿封装的方法，其基本原理是使用一种并不具有负温度系数的材料，经过特殊加工处理，制成具有微弱负的热膨胀系数的封装套管，刚好能够补偿光纤光栅温度变化引起的波长漂移；利用制成的封装套管对光纤光栅在高温下快速封装，制作出对温度不敏感的具有高度热稳定性的光纤光栅，并对其进行多次高低温循环老化。但这种封装技术应用于封装光纤激光器用的光纤光栅时，只能抵消部分环境温度带来的影响，无法消除光纤光栅自身发热带来的波长漂移，无法满足实际应用中对光纤激光器越来越高的波长稳定性要求。
3、因此，为解决上述技术问题，本专利技术设计了一种应用热
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置及方法，在光纤光栅的温控封装技术基础上利用金属的热膨胀系数不同，通过改变光纤光栅所受应力来解决超长光纤光栅温度分布不均而导致的中心波长漂移，将光纤激光器固定在金属壳体结构中保证其可靠性的同时，通过选用室温固化型封装胶消除传统热固化过程中由温度引入的封装应力，实现栅区自身温度与环境温度扰动的补偿，进一步提升超长光纤光栅的中心波长稳定性能，更好地满足科研领域及相关工程应用的需要。
2、本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
3、一种应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置，包括由硬铝下套和殷钢上套组成的封装结构件，光纤放置在封装结构件中，封装结构件固定在带有外壳上盖的金属外壳中，封装结构件底部与金属外壳底壁之间通过可凝固固化胶粘贴有tec，用于控制温度，封装结构件顶部还安装有热敏电阻，用于监测各区域温度。
4、进一步地，所述硬铝下套和殷钢上套一端通过阶梯状配合安装；硬铝下套包括硬铝u型槽、应力释放槽、固定螺孔a、固定贯穿孔a；殷钢上套包括殷钢u型槽、固定螺孔b、固定贯穿孔b；
5、硬铝u型槽、殷钢u型槽201分别沿硬铝下套、殷钢上套长度方向设置，用于固定光纤；硬铝下套上沿宽度方向设置多个应力释放槽，用于释放发生热膨胀时产生的应力；硬铝下套和殷钢上套之间上下拼接后通过固定螺孔a、固定螺孔b以及螺丝固定，组成封装结构件；封装结构件通过固定贯穿孔a、固定贯穿孔b以及螺丝实现与金属外壳内的固定螺柱的固定。
6、一种上述应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置的封装方法，包括如下过程：
7、步骤一、设计温补的光纤光栅封装结构件，封装结构件分为铝制、殷钢两部分；
8、步骤二、对封装结构件进行清洁，将硬铝下套放置于位移平台上；
9、步骤三、使用酒精对光纤进行擦拭，将光纤放在硬铝下套上的硬铝u型槽中，光纤紧贴硬铝u型槽底部；
10、步骤四、采用两点式胶封工艺，先不施加应力，对硬铝下套一端固定；
11、步骤五、未固定一端的光纤穿过殷钢上套上的殷钢u型槽，拧动螺旋测微仪对光纤施加预紧力，点胶将光纤与殷钢上套固定；
12、步骤六、待光纤与封装结构件之间的胶完全固化后，在各u型槽内涂满导热硅脂；
13、步骤七、利用可凝固固化胶将tec粘贴在硬铝下套底部；
14、步骤八、将热敏电阻安装在封装结构件上；
15、步骤九、待胶水完全固化，将整个封装结构件放置在金属外壳中，完成超长光纤光栅温控封装。
16、进一步地，完成所述温控封装后，实现补偿光纤光栅温度造成的中心波长漂移的具体方法如下：
17、温度和应变均会造成光纤光栅的波长改变，当应变引起的波长偏移改变与温度不均造成的波长改变量二者在幅度上相等而方向相反，则可以相互抵消，从而消除波长因温度不均产生的变化，因此，实现对超长光纤光栅的波长补偿，要求负膨胀材料的热收缩所导致的波长改变量正好抵消温度变化造成的波长改变；
18、光纤应变与光纤光栅中心波长的关系为：
19、殷钢上套依据性质热膨胀系数忽略不计，硬铝下套温度改变对应其长度改变为：
20、δl＝ξlδt(2)；
21、在应变传感中，光纤光栅所受应变大小表示为：
22、温度变化与光纤光栅中心波长的关系为：
23、超长光纤光栅进行温控封装时，由于tec尺寸限制，会造成光纤光栅受热不均，通过实验仿真可得知温度分布系数：δt＝t+βl′(5)；
24、光纤进行温控封装，要实现对光纤的温度补偿，要求封装件材料热膨胀所导致的光栅波长改变量δλε，正好抵消温度不均变化造成的波长漂移δλt，即δλε＝δλt(6)；
25、再对应变与温度对波长漂移影响的公式可知：
26、当满足(ξ+αf)δt＝(1-ρe)δε时，综合上述公式即：
27、(ξ+αf)(t+βl′)＝(1-ρe)ξδtε (7)
28、δλε＝δλt
29、其中，δt为硬铝下套温度变化量，δε为光纤应变变化量，λf为光纤的热膨胀系数，ξ为硬铝下套的热膨胀系数，ρe为有效弹光系数，δλε表示封装件材料热膨胀所导致的光栅波长改变量；δλ表示光栅波长总变化量；εz表示光纤所受轴向力，ε＝εz；kε表示应变灵敏系数；ε表示光纤所受总应力；δl表示硬铝下套长度改变量；l表示0°时硬铝下套长度；δλt表示温度引起的光栅波长改变量；kt表示光纤光栅的温度灵敏度系数；t表示tec受控温度；β表示温度分布系数；l′表示封装结构件某一位置到封装结构件正中间之间的距离；
30、利用硬铝和殷钢材料封装时，光栅与两者材料结合一体，令光纤的热膨胀系数αf＝0，忽略殷钢热膨胀系数，当硬铝的热膨胀系数ξ＝δε/δt满足公式(7)条件时，可实现对光纤光栅温度不均的补偿，利用两种材料的热膨胀系数不同，补偿光纤光栅温度造成的中心波长漂移。
31、本专利技术具有如下有益效果：
32、1、本专利技术通过利用热膨胀特性实现对超长光纤光栅温度不均波长补偿，设计双基板结构(即封装结构件)，减少环境影响；此封装基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置，其特征在于，包括由硬铝下套(1)和殷钢上套(2)组成的封装结构件(301)，光纤放置在封装结构件(301)中，封装结构件(301)固定在带有外壳上盖的金属外壳(302)中，封装结构件(301)底部与金属外壳(302)底壁之间通过可凝固固化胶(304)粘贴有TEC(303)，用于控制温度，封装结构件(301)顶部还安装有热敏电阻，用于监测各区域温度。
2.根据权利要求1所述的应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置，其特征在于，所述硬铝下套(1)和殷钢上套(2)一端通过阶梯状配合安装；硬铝下套(1)包括硬铝U型槽(101)、应力释放槽(102)、固定螺孔A(103)、固定贯穿孔A(104)；殷钢上套(2)包括殷钢U型槽(201)、固定螺孔B(202)、固定贯穿孔B(203)；
3.一种权利要求2所述应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置的封装方法，其特征在于，包括如下过程：
4.根据权利要求3所述的封装方法，其特征在于，完成所述温控封装后，实现补偿光纤光栅温度造成的中心波长漂移的具体
...【技术特征摘要】
1.一种应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置，其特征在于，包括由硬铝下套(1)和殷钢上套(2)组成的封装结构件(301)，光纤放置在封装结构件(301)中，封装结构件(301)固定在带有外壳上盖的金属外壳(302)中，封装结构件(301)底部与金属外壳(302)底壁之间通过可凝固固化胶(304)粘贴有tec(303)，用于控制温度，封装结构件(301)顶部还安装有热敏电阻，用于监测各区域温度。
2.根据权利要求1所述的应用热膨胀补偿超长光纤光栅温度不均的封装装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏韦，张菲菲，
申请(专利权)人：南京聚科光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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