專利名稱：溫度補(bǔ)償組件及采用其的無熱型陣列波導(dǎo)光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖通信領(lǐng)域的陣列波導(dǎo)光柵，特別涉及一種溫度補(bǔ)償組件及采用其的無熱型陣列波導(dǎo)光柵。
背景技術(shù)：
陣列波導(dǎo)光柵是對(duì)操作溫度變化會(huì)表現(xiàn)出波長(zhǎng)選擇敏感性的光通信器件，因此，傳統(tǒng)的恒溫式陣列波導(dǎo)光柵采用外部電源進(jìn)行溫度控制，從而保持芯片在一定的溫度下工作來獲得穩(wěn)定的工作波長(zhǎng)。現(xiàn)階段光通信網(wǎng)絡(luò)，尤其無源光網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，對(duì)溫度不敏感型，即無熱型陣列波導(dǎo)光柵的需求日益增多。 目前應(yīng)用比較廣的方式是機(jī)械補(bǔ)償和應(yīng)力補(bǔ)償。其中機(jī)械補(bǔ)償主要是利用不同金屬材料的熱膨脹系數(shù)不同，利用金屬的膨脹和收縮來驅(qū)動(dòng)輸入/輸出端光纖位置移動(dòng)或是平板波導(dǎo)區(qū)域的偏移，這種補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)是有移動(dòng)部件暴露在外，無法實(shí)現(xiàn)密封封裝，產(chǎn)品經(jīng)受不起長(zhǎng)時(shí)間的高溫高濕條件考驗(yàn)，給產(chǎn)品的應(yīng)用帶來隱患和限制；同時(shí)，這種補(bǔ)償方式的生產(chǎn)工藝流程也比較復(fù)雜，合格率低，不易返工，成本高，這些問題不利于這類產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，也無法徹底取代目前廣泛應(yīng)用的帶有外部電源進(jìn)行溫度控制的所謂“有熱”AWG;應(yīng)力補(bǔ)償方式采用不同膨脹系數(shù)的金屬板或雙金屬片，把AWG直接粘接在金屬板或雙金屬片上，利用其溫度變化下產(chǎn)生的應(yīng)力作用來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，缺點(diǎn)是補(bǔ)償效果不理想，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能劣化，工藝不容易控制，產(chǎn)品生產(chǎn)困難。其他的無熱型陣列波導(dǎo)光柵還有波導(dǎo)嵌入式補(bǔ)償、負(fù)熱光系數(shù)混合包層材料補(bǔ)償?shù)确绞剑捕即嬖谝恍┍锥艘虼藳]有達(dá)到廣泛的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)機(jī)械補(bǔ)償和應(yīng)力補(bǔ)償中存在的移動(dòng)部件暴露在外，難以長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受高溫高濕條件以及合格率低、成本高的缺陷，本實(shí)用新型提出一種用于陣列波導(dǎo)光柵的溫度補(bǔ)償組件，包括一密封管將光纖、雙金屬片、自聚焦透鏡封裝在內(nèi)，所述雙金屬片由兩片熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊合而成，所述光纖的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管內(nèi)，用毛細(xì)管將密封管內(nèi)部分光纖固定在所述雙金屬片上，所述自聚焦透鏡放置在雙金屬片的后端；所述溫度補(bǔ)償組件用膠粘在輸入平板波導(dǎo)的輸入端。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述雙金屬片具有主動(dòng)層和被動(dòng)層，所述主動(dòng)層和被動(dòng)層的兩端固定。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述密閉管的前后兩端分別為開口端和自聚焦透鏡端；其中開口端開設(shè)有活動(dòng)開口供光纖、雙金屬片和自聚焦透鏡置入，自聚焦透鏡端為透明質(zhì)底部，從光纖輸入的光信號(hào)經(jīng)過自聚焦透鏡聚焦后從透明質(zhì)底部輸出。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述處于密閉管內(nèi)的光纖的兩端綁定在雙金屬片的兩端，其中靠近開口端的雙金屬片和光纖固定在密閉管的開口處，雙金屬片和光纖靠近自聚焦透鏡的一端處于懸空狀態(tài)。[0009]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述密閉管的外壁包括陶瓷外壁和玻璃外壁。[0010]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述雙金屬片的長(zhǎng)度為10_20mm之間。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述雙金屬片的長(zhǎng)度為15mm。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述自聚焦透鏡處于密閉管內(nèi)的透明質(zhì)底部和光纖末端之間，自聚焦透鏡的長(zhǎng)度根據(jù)光信號(hào)的特性以及自聚焦透鏡的材質(zhì)不同而選取。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述自聚焦透鏡為0. 5節(jié)距。本實(shí)用新型還公開了一種采用上述溫度補(bǔ)償組件的無熱型陣列波導(dǎo)光柵，包括輸入平板波導(dǎo)、輸出平板波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)區(qū)，其特征在于，所述無熱型陣列波導(dǎo)光柵還包括一溫度補(bǔ)償組件放置在輸入平板波導(dǎo)之前，所述溫度補(bǔ)償組件包括一密封管將光纖、雙金屬片、自聚焦透鏡封裝在內(nèi)，所述雙金屬片由兩片熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊合而成，所述光纖的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管內(nèi)，用毛細(xì)管將密封管內(nèi)部分光纖固定在所述雙金屬片上，所述自聚焦透鏡放置在雙金屬片的后端；所述溫度補(bǔ)償組件用膠粘在輸入平板波導(dǎo)的輸入端。本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵，能經(jīng)受高溫高濕的工作環(huán)境，性能穩(wěn)定,適合大規(guī)模集成生產(chǎn),合格率高,成本低等優(yōu)點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵在正常工作溫度下光信號(hào)的走向示意圖。圖3是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵在實(shí)際溫度高于正常工作溫度下光信號(hào)的走向示意圖。圖4是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵在實(shí)際溫度低于正常工作溫度下光信號(hào)的走向示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型最佳實(shí)施例。如圖I所示，是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵100的結(jié)構(gòu)示意圖。無熱型陣列波導(dǎo)光柵100包括輸入平板波導(dǎo)101、輸出平板波導(dǎo)102、陣列波導(dǎo)區(qū)103，以及一溫度補(bǔ)償組件104用膠粘在輸入平板波導(dǎo)101的輸入端之前。溫度補(bǔ)償組件104包括一密封管1041將光纖1042、雙金屬片1043、自聚焦透鏡1044封裝在內(nèi)。密閉管1041的前后兩端分別為開口端1046和自聚焦透鏡端1047，開口端1046開設(shè)有活動(dòng)開口供光纖1042、雙金屬片1043和自聚焦透鏡1044置入，自聚焦透鏡端1047具有透明質(zhì)底部。如圖I所示，光纖1042的一部分在密封管1041外，一部分在密封管1041內(nèi)，用毛細(xì)管1045將密封管1041內(nèi)的光纖1042與雙金屬片1043固定在一起，自聚焦透鏡1044放置在雙金屬片1043的后端，從光纖1042輸入的光信號(hào)經(jīng)過自聚焦透鏡1044聚焦后從透明質(zhì)底部輸出。處于密閉管1041內(nèi)的光纖1042的兩端綁定在雙金屬片1043的兩端,其中靠近開口端1046的雙金屬片1043和光纖1042固定在密閉管1041的開口處，雙金屬片1043和光纖1042靠近自聚焦透鏡1044的一端處于懸空狀態(tài)。雙金屬片1043由兩片熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊合而成，分為主動(dòng)層和被動(dòng)層，主動(dòng)層和被動(dòng)層的兩端固定，隨著溫度的變化，兩片金屬片的形變程度不同，因此雙金屬片1043的中間會(huì)向上或向下產(chǎn)生彎曲并帶動(dòng)綁在其上的光纖1042產(chǎn)生向上或向下彎曲，從而改變從光纖1042輸出的光信號(hào)進(jìn)入自聚焦透鏡1044的位置，同樣也改變了從自聚焦透鏡1044聚焦后輸出的光信號(hào)到達(dá)輸入平板波導(dǎo)的入射點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)不同的熱膨脹系數(shù)，主動(dòng)層和被動(dòng)層采用不同的材料，例如，主動(dòng)層成分Ni20%、Mn6%、其余為鐵，其熱膨脹系數(shù)在-40 100 ° C內(nèi)大約20 X 10~-6/° C ;而被動(dòng)層采用Ni36%、其余為鐵，其熱膨脹系數(shù)為2x 10~-6/° C，通過對(duì)主動(dòng)層和被動(dòng)層選取合適的厚度可以得到合適的比彎曲系數(shù)，例如我們可以選取比彎曲系數(shù)為0.002，主動(dòng)層與被動(dòng)層的厚度和為1_。如果我們將雙金屬片1043的長(zhǎng)度選取為15mm(即15000um)，那么溫度每一度的變化，雙金屬片1043的端部彎曲位移大約為15 X 0. 002/100 (mm)= 0.3 um,這樣的位移配合陣列波導(dǎo)光柵100 的適當(dāng)設(shè)計(jì)就可以用來補(bǔ)償溫度變化引起的波長(zhǎng)漂移。根據(jù)陣列波導(dǎo)光柵100的特性，經(jīng)由輸入平板波導(dǎo)101不同入射點(diǎn)進(jìn)入陣列波導(dǎo)光柵100的同一復(fù)合光信號(hào)，經(jīng)過陣列波導(dǎo)光柵100的衍射和聚焦后，從輸出平板波導(dǎo)102得到多個(gè)不同的光信號(hào)。同樣，因?yàn)楣ぷ鳒囟鹊淖兓?，陣列波?dǎo)光柵100的輸入平板波導(dǎo)101、輸出平板波導(dǎo)102、陣列波導(dǎo)區(qū)103等各個(gè)部分的參數(shù)產(chǎn)生變化，同一復(fù)合光信號(hào)在不同的工作溫度下輸出的光信號(hào)也會(huì)不同，本實(shí)用新型通過在不同的工作溫度下，改變光信號(hào)的入射點(diǎn)，抵消由于陣列波導(dǎo)光柵100本身隨著溫度變化導(dǎo)致的從同一入射點(diǎn)輸入的光信號(hào)在不同工作溫度下輸出不同的光信號(hào)變化。下面的圖2，圖3，圖4分別解釋了當(dāng)溫度變化時(shí)，雙金屬片1041的變化帶動(dòng)光纖1042的變化，從而使得光信號(hào)經(jīng)過溫度補(bǔ)償組件104進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，入射到輸入平板波導(dǎo)101后，改變光信號(hào)的入射點(diǎn)從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康?。圖2是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵100在正常工作溫度下光信號(hào)的走向示意圖。在正常工作溫度下，雙金屬片1043的主動(dòng)層和被動(dòng)層形變程度相同，因此，主動(dòng)層和被動(dòng)層平行放置，綁定在雙金屬片1043上光纖1042也沒有形變，從光纖1042輸出的光信號(hào)到達(dá)自聚焦透鏡1044上的A點(diǎn)，經(jīng)過自聚焦透鏡1044聚焦后，從X點(diǎn)輸出。圖3是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵100在實(shí)際溫度高于正常工作溫度下光信號(hào)的走向示意圖。在工作溫度較高的情況下，雙金屬片1043的主動(dòng)層形變程度大于被動(dòng)層的形變程度，在本實(shí)施方式中，主動(dòng)層放置在被動(dòng)層平行下方，主動(dòng)層的由于溫度升高帶來的形變長(zhǎng)度大于被動(dòng)層的形變長(zhǎng)度，又由于主動(dòng)層和被動(dòng)層的兩端固定在一起，因此，長(zhǎng)度不相同的主動(dòng)層和被動(dòng)層就形成了如圖3中所示的中間向下凹入的形狀，綁定在雙金屬片1043上光纖1042也發(fā)生相應(yīng)的形變,從而從光纖1042輸出的光信號(hào)到達(dá)自聚焦透鏡1044上的B點(diǎn)，B點(diǎn)的位置稍稍低于正常工作溫度下的A點(diǎn)，經(jīng)過自聚焦透鏡1044聚焦后，從I點(diǎn)輸出。圖4是本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵在實(shí)際溫度低于正常工作溫度下光信號(hào)的走向示意圖。在工作溫度較高的情況下，雙金屬片1043的主動(dòng)層形變程度小于被動(dòng)層的形變程度，由于主動(dòng)層放置在被動(dòng)層平行下方，主動(dòng)層的由于溫度下降帶來的形變長(zhǎng)度小于被動(dòng)層的形變長(zhǎng)度，又由于主動(dòng)層和被動(dòng)層的兩端固定在一起，因此，長(zhǎng)度不相同的主動(dòng)層和被動(dòng)層就形成了如圖4中所示的中間向上凸起的形狀，綁定在雙金屬片1043上光纖1042也發(fā)生相應(yīng)的形變，從而從光纖1042輸出的光信號(hào)到達(dá)自聚焦透鏡1044上的C點(diǎn)，C點(diǎn)的位置稍稍高于正常工作溫度下的A點(diǎn)，經(jīng)過自聚焦透鏡1044聚焦后，從Z點(diǎn)輸出。由于溫度補(bǔ)償組件104是膠粘在輸入平板波導(dǎo)101上，因此，光信號(hào)從自聚焦透鏡1044輸出的位置改變，就是改變了光信號(hào)到達(dá)輸入平板波導(dǎo)101的入射點(diǎn)。當(dāng)然，由于溫度上升或下降給雙金屬片1043帶來的形變遠(yuǎn)沒有圖2、圖3和圖4中所展示這么大的幅度，本實(shí)施方式所畫的圖只是為了清楚闡述本實(shí)用新型所闡述的宗旨而將形變的程度放大，并非本實(shí)施方式實(shí)際產(chǎn)生的變化。在實(shí)際的應(yīng)用中，密閉管1041的外壁可以選取陶瓷外壁或者玻璃外壁，只要保證 密閉管1041具有透明質(zhì)地的底部。雙金屬片1043的長(zhǎng)度根據(jù)陣列波導(dǎo)光柵100的溫度特性以及金屬片對(duì)溫度的形變系數(shù)的計(jì)算可以得出選取不同的長(zhǎng)度。如果主動(dòng)片的形變大，就可以選擇短一點(diǎn)的雙金屬片，反之亦然，一般來說，10-20_的雙金屬片就可以滿足需要。在本實(shí)施方式中，選取15mm的雙金屬片。另外，根據(jù)具體的工作光信號(hào)的特性，0. 5節(jié)距的的自聚焦透鏡1044的長(zhǎng)度也會(huì)略有不同。
權(quán)利要求1.一種用于陣列波導(dǎo)光柵的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償組件包括ー密封管將光纖、雙金屬片、自聚焦透鏡封裝在內(nèi)，所述雙金屬片由兩片熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊合而成，所述光纖的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管內(nèi)，用毛細(xì)管將密封管內(nèi)部分光纖固定在所述雙金屬片上，所述自聚焦透鏡放置在雙金屬片的后端；所述溫度補(bǔ)償組件用膠粘在輸入平板波導(dǎo)的輸入端。
2.如權(quán)利要求I所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述雙金屬片具有主動(dòng)層和被動(dòng)層，所述主動(dòng)層和被動(dòng)層的兩端固定。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述密閉管的前后兩端分別為開ロ 端和自聚焦透鏡端；其中開ロ端開設(shè)有活動(dòng)開口供光纖、雙金屬片和自聚焦透鏡置入，自聚焦透鏡端為透明質(zhì)底部，從光纖輸入的光信號(hào)經(jīng)過自聚焦透鏡聚焦后從透明質(zhì)底部輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述處于密閉管內(nèi)的光纖的兩端綁定在雙金屬片的兩端，其中靠近開ロ端的雙金屬片和光纖固定在密閉管的開ロ處，雙金屬片和光纖靠近自聚焦透鏡的一端處于懸空狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在干，所述密閉管的外壁包括陶瓷外壁和玻璃外壁。
6.如權(quán)利要求4所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述雙金屬片的長(zhǎng)度為10-20mm之間。
7.如權(quán)利要求6所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述雙金屬片的長(zhǎng)度為15mm。
8.如權(quán)利要求4所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述自聚焦透鏡處于密閉管內(nèi)的透明質(zhì)底部和光纖末端之間，自聚焦透鏡的長(zhǎng)度根據(jù)光信號(hào)的特性以及自聚焦透鏡的材質(zhì)不同而選取。
9.如權(quán)利要求8所述的溫度補(bǔ)償組件，其特征在于，所述自聚焦透鏡為0.5節(jié)距。
10.一種采用如權(quán)利要求I所述的溫度補(bǔ)償組件的無熱型陣列波導(dǎo)光柵，包括輸入平板波導(dǎo)、輸出平板波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)區(qū)，其特征在于，所述無熱型陣列波導(dǎo)光柵還包括一溫度補(bǔ)償組件放置在輸入平板波導(dǎo)之前，所述溫度補(bǔ)償組件包括一密封管將光纖、雙金屬片、自聚焦透鏡封裝在內(nèi)，所述雙金屬片由兩片熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊合而成，所述光纖的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管內(nèi)，用毛細(xì)管將密封管內(nèi)部分光纖固定在所述雙金屬片上，所述自聚焦透鏡放置在雙金屬片的后端；所述溫度補(bǔ)償組件用膠粘在輸入平板波導(dǎo)的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種無熱型陣列波導(dǎo)光柵，包括輸入平板波導(dǎo)、輸出平板波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)區(qū)和溫度補(bǔ)償組件放置在輸入平板波導(dǎo)之前。溫度補(bǔ)償組件包括一密封管將光纖、雙金屬片、自聚焦透鏡封裝在內(nèi)，雙金屬片由兩片熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊合而成，光纖的一部分放置在密封管外，一部分置于密封管內(nèi)，用毛細(xì)管將密封管內(nèi)部分光纖固定在所述雙金屬片上，自聚焦透鏡放置在雙金屬片的后端，溫度補(bǔ)償組件用膠粘在輸入平板波導(dǎo)的輸入端。本實(shí)用新型所揭露的無熱式陣列波導(dǎo)光柵，能經(jīng)受高溫高濕的工作環(huán)境，性能穩(wěn)定，適合大規(guī)模集成生產(chǎn)，合格率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/12GK202404276SQ20112039669
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者陳貴明 申請(qǐng)人:深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司