本實(shí)用新型涉及一種溫度不敏感光纖光柵濾波器。

背景技術(shù)：

光濾波器在光通信和光纖傳感等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用，主要用于對(duì)各個(gè)波長(zhǎng)的光進(jìn)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(diǎn)主要是邊帶抑制比低，體積較大，與光纖耦合工藝復(fù)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(huì)導(dǎo)致中心波長(zhǎng)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(dòng)溫度控制裝置則增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，不利于大規(guī)模的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種溫度不敏感光纖光柵濾波器，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(bǔ)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(lǐng)域使用。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型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。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)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。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)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。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)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)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)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。

本實(shí)用新型采用以上技術(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(duì)溫度量進(jìn)行補(bǔ)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是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是溫度變化后的結(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(bǔ)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(bǔ)償結(jié)構(gòu)在溫度變化后的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)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(fù)雜度高，成本居高不下的缺點(diǎn)，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(diǎn)，但是其中心波長(zhǎng)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(dòng)溫度控制系統(tǒng)也由于其過于復(fù)雜，而沒有得到廣泛的應(yīng)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(bǔ)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(lǐng)域使用。

本實(shí)用新型實(shí)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)氧樹脂膠固定于兩片金屬片上，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(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，其金屬片的形變量則可以補(bǔ)償光柵濾波器由于溫度變化產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)的漂移。本系統(tǒng)所選的下層金屬片的膨脹系數(shù)大于上層金屬片的膨脹系數(shù)，兩片金屬片通過環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行粘接。本實(shí)用新型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(duì)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)原理作進(jìn)一步闡述：

由耦合模理論可知，光柵的布拉格Bragg波長(zhǎng)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(zhǎng)隨n_eff前和Λ的改變而改變。

應(yīng)變作用下的光彈效應(yīng)導(dǎo)致折射率的變化，形變使光柵常數(shù)變化：溫度導(dǎo)致的光熱效應(yīng)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(yīng)變的交叉敏感，分別考察僅在單一的溫度或應(yīng)變作用下的傳感特性。

溫度引起光纖光柵Bragg波長(zhǎng)的變化為

其中，Δλ_B為Bragg波長(zhǎng)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(duì)波長(zhǎng)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(cè)波長(zhǎng)的移位，即可確定被測(cè)溫度變化量。

光纖軸向應(yīng)變?chǔ)?sub>Z引起的光纖光柵Bragg波長(zhǎng)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(duì)波長(zhǎng)應(yīng)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(yīng)變?chǔ)?sub>Z。

由上可知，光柵Bragg波長(zhǎng)變化與應(yīng)變和溫度的變化關(guān)系為：

顯然，光柵中心反射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)變和溫度都是敏感的，測(cè)量一個(gè)量的同時(shí)，勢(shì)必要受到另一個(gè)量的影響。由此可見，解決應(yīng)變和溫度交叉敏感的問題是FBG傳感檢測(cè)技術(shù)實(shí)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(bǔ)償結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中，L為兩個(gè)金屬片的長(zhǎng)度，d為兩個(gè)金屬片的厚度，L₁為光纖光柵的長(zhǎng)度。

當(dāng)溫度發(fā)生變化ΔT時(shí)，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，光柵中的應(yīng)變量同時(shí)發(fā)生變化。如圖4所示。假定兩個(gè)金屬片相連部分長(zhǎng)度L不變，設(shè)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(zhǎng)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(dāng)通過應(yīng)變來完全補(bǔ)償溫度時(shí)，則(7)式為0，即：

從公式(8)可以看出，最后只與兩個(gè)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(zhǎng)度L₁，金屬片的長(zhǎng)度L有關(guān)。

因此，只要根據(jù)金屬材料的膨脹系數(shù)適當(dāng)選取金屬材料以及金屬片的長(zhǎng)度，，可以使溫度和應(yīng)變引起的Bragg波長(zhǎng)的變化相抵消，即可實(shí)現(xiàn)通過應(yīng)變對(duì)光纖光柵濾波器溫度漂移的補(bǔ)償。

以上所述，僅為本實(shí)用新型中的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的包含范圍之內(nèi)，因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。