本發(fā)明涉及一種補償光纖光柵濾波器溫漂的方法及光纖光柵濾波器。

背景技術(shù)：

光濾波器在光通信和光纖傳感等領域具有非常廣泛的應用，主要用于對各個波長的光進行選擇。

一般的光濾波器由F-P干涉型濾波器、多層介質(zhì)膜濾波器、薄膜多共振腔濾波器、光纖光柵濾波器等，一般濾波器如F-P干涉型濾波器，多層介質(zhì)膜濾波器，薄膜多共振腔濾波器其缺點主要是邊帶抑制比低，體積較大，與光纖耦合工藝復雜，成本較高。

而普通光纖光柵濾波器主要是帶寬靈活，體積小，邊帶抑制比高，易于與光纖耦合，成本低，由于溫度的變化會導致中心波長的漂移，限制了光纖光柵濾波器的溫度使用范圍以及性能。主動溫度控制裝置則增加了系統(tǒng)的復雜度，不利于大規(guī)模的應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種補償光纖光柵濾波器溫漂的方法及光纖光柵濾波器，采用雙金屬片結(jié)構(gòu)，以光纖光柵濾波器作為載體，通過使用形變量補償?shù)姆绞剑晒Φ母淖兞藗鹘y(tǒng)的光纖光柵濾波易受溫度影響的問題，使得光纖光柵濾波器可以更加廣泛的在光纖通信，光纖傳感等領域使用。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種補償光纖光柵濾波器溫漂的方法，將光纖光柵固定在兩片堆疊的金屬片上，當外界溫度發(fā)生變化時，通過兩片金屬片的形變量來補償光纖光柵濾波器由于溫度變化產(chǎn)生的中心波長的漂移。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，光纖光柵通過環(huán)氧樹脂膠固定在兩片堆疊金屬片的上層金屬片上。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，兩片堆疊的金屬片之間通過環(huán)氧樹脂膠粘接。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，兩片金屬片的膨脹系數(shù)不同。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，兩片金屬片中上層金屬片的膨脹系數(shù)小于下層金屬片的膨脹系數(shù)。

另一方面，本發(fā)明還提供一種溫度不敏感光纖光柵濾波器，包括光纖光柵。所述光纖光柵固定在兩片堆疊的金屬片上，其中，光纖光柵固定在第一金屬片上表面，第一金屬片的下表面于第二金屬片的上表面相連，第一金屬片與第二金屬片的中心重合。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述光纖光柵通過環(huán)氧樹脂膠固定于第一金屬片上表面。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述第一金屬片與第二金屬片的膨脹系數(shù)不同。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，第一金屬片的膨脹系數(shù)小于第二金屬片的膨脹系數(shù)。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，第一金屬片與第二金屬片之間通過環(huán)氧樹脂膠粘接.

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、采用形變的方式，對溫度量進行補償，從而使光纖光柵濾波器具有溫度不敏感性；

2、采用的兩種金屬片的組合及其上下位置固定的方式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光纖光柵濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明光纖光柵濾波器溫度變化后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是采用兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料構(gòu)成的溫度補償結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是采用兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料構(gòu)成的溫度補償結(jié)構(gòu)在溫度變化后的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

隨著光纖傳感行業(yè)和光纖通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，光濾波器正在被大量的使用。

一般的光濾波器存在著體積大，邊帶抑制比低，光纖耦合復雜度高，成本居高不下的缺點，而普通的光纖光柵濾波器雖然具有邊帶抑制比高，易于光纖耦合，成本低等優(yōu)點，但是其中心波長隨溫度的變化而產(chǎn)生便宜，由于環(huán)境要求高，難于大面積推廣使用，而一些主動溫度控制系統(tǒng)也由于其過于復雜，而沒有得到廣泛的應用。

本發(fā)明以光纖光柵濾波器作為載體，通過使用形變量補償?shù)姆绞?，成功的改變了傳統(tǒng)的光纖光柵濾波易受溫度影響的問題，使得光纖光柵濾波器可以更加廣泛的在光纖通信，光纖傳感等領域使用。

本發(fā)明實現(xiàn)了一種溫度不敏感光纖光柵濾波器，具體是采用雙金屬片結(jié)構(gòu)，首先將光纖光柵采通過環(huán)氧樹脂膠固定于金屬片上，兩片金屬片則選擇不同的膨脹系數(shù)的金屬片，由于兩種金屬片的膨脹系數(shù)不同，所以其熱形變量也不同，所以當外界溫度發(fā)生變化時，其金屬片的形變量則可以補償光柵濾波器由于溫度變化產(chǎn)生的中心波長的漂移。本系統(tǒng)所選的下金屬片的膨脹系數(shù)大于上金屬片的膨脹系數(shù)，兩片金屬片通過環(huán)氧樹脂膠進行粘接。本發(fā)明光纖光柵濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，溫度變化后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

下面對結(jié)合附圖對本發(fā)明的實現(xiàn)原理作進一步闡述：

由耦合模理論可知，光柵的布拉格Bragg波長為

λ_B＝2n_effΛ (1)

式中，n_eff為纖芯的有效折射率；Λ為柵格周期。

由(1)式可以看出，布拉格波長隨n_eff前和Λ的改變而改變。

應變作用下的光彈效應導致折射率的變化，形變使光柵常數(shù)變化：溫度導致的光熱效應使有效折射率改變，而熱膨脹系數(shù)致使光柵常數(shù)改變。先忽略溫度和應變的交叉敏感，分別考察僅在單一的溫度或應變作用下的傳感特性。

溫度引起光纖光柵Bragg波長的變化為

其中，Δλ_B為Bragg波長變化，ΔT為溫度變化，為光纖的熱膨脹系數(shù)，為光纖的熱光系數(shù)，K_T為光纖光柵相對波長溫度靈敏度系數(shù)。

由(2)式可知Δλ_B與ΔT存在著線性關(guān)系。通過檢測波長的移位，即可確定被測溫度變化量。

光纖軸向應變ε_Z引起的光纖光柵Bragg波長變化公式為：

式中，P_e為有效彈光系數(shù)，其中，P₁₁、P₁₂為彈光系數(shù)，v為光纖泊松比；K_ε為光纖光柵相對波長應變靈敏度系數(shù)。

與溫度類似，Δλ_B與ε_Z也成線性關(guān)系，由Δλ_B可方便地求出外界應變ε_Z。

由上可知，光柵Bragg波長變化與應變和溫度的變化關(guān)系為：

顯然，光柵中心反射波長對應變和溫度都是敏感的，測量一個量的同時，勢必要受到另一個量的影響。由此可見，解決應變和溫度交叉敏感的問題是FBG傳感檢測技術(shù)實用化的關(guān)鍵。

采用兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料構(gòu)成的溫度補償結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中，L為兩個金屬片的長度，d為兩個金屬片的厚度，L₁為光纖光柵的長度。

當溫度發(fā)生變化ΔT時，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，光柵中的應變量同時發(fā)生變化。如圖4所示。假定兩個金屬片相連部分長度L不變，設彎曲后的弧圓心角為θ(弧度)，內(nèi)側(cè)金屬片的曲率半徑是R，外側(cè)金屬片的膨脹系數(shù)是α₁，內(nèi)側(cè)金屬片的熱膨脹系數(shù)為α₂，光纖光柵的膨脹系數(shù)是α，由光纖光柵的伸長量與金屬的形變量的幾何關(guān)系可知：

L₁ε_Z+L₁αΔT＝L(1+α₁ΔT)-L(1+α₂ΔT) (5)

即為：

由公式(4)可知：

當通過應變來完全補償溫度時，則(7)式為0，即：

從公式(8)可以看出，最后只與兩個金屬片的膨脹系數(shù)α₁、α₂、光纖光柵的膨脹系數(shù)α，光纖光柵的熱光系數(shù)ξ，光纖光柵的有效彈光系數(shù)P_e，光纖光柵的長度L₁，金屬片的長度L有關(guān)。

因此，只要根據(jù)金屬材料的膨脹系數(shù)適當選取金屬材料以及金屬片的長度，，可以使溫度和應變引起的Bragg波長的變化相抵消，即可實現(xiàn)通過應變對光纖光柵濾波器溫度漂移的補償。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。