分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是它包括石英U形槽和填充在石英U形槽中的硅脂或硅油，有源相移光纖光柵浸入到石英U型槽內(nèi)的硅脂或硅油中，有源相移光纖光柵兩端的尾纖分別通過兩處并列的熱固化膠與石英U型槽粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵在不承受軸向應(yīng)力情況下保持自由狀態(tài)；位于石英U型槽外的光柵尾纖分別套裝有塑料套管，石英U型槽兩端連同兩側(cè)的塑料套管分別插入到對應(yīng)的熱熔管中，兩段熱熔管連同石英U型槽整體插入一熱縮管；兩熱熔管和熱縮管加熱收縮后會將兩塑料套管和石英U型槽連為一體，同時熱縮管收緊使硅脂或硅油密封在石英U型槽內(nèi)。
【專利說明】分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布反饋光纖激光器增益介質(zhì)和諧振腔體的封裝，具體涉及一種有源相移光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布反饋光纖激光器是一種典型的窄線寬光纖激光器，它以單一有源相移光纖光柵作為激光諧振腔和增益介質(zhì)，本身具有極窄的線寬、極低的噪聲和穩(wěn)定的單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。由于分布反饋光纖激光器的細(xì)長型結(jié)構(gòu)和單頻輸出的特點(diǎn)，使得它對外界振動和聲音等環(huán)境噪聲極其敏感，微弱的聲波或振動就會使其頻率和相位發(fā)生明顯的變化，因此它常被用作光纖水聽器和微震傳感器。而用作激光光源時，無隔離保護(hù)的分布反饋光纖激光器在環(huán)境中根本無法保持窄線寬和低噪聲的性能，必須對它的有源相移光纖光柵進(jìn)行有效的封裝，消除外界環(huán)境噪聲對激光器性能的影響。
[0003]目前，光纖光柵主要用作傳感器、波分復(fù)用器和激光腔鏡等，作為光纖傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，主要是為了提高它對溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的靈敏度，或消除溫度應(yīng)變的交叉敏感；而作為波分復(fù)用器和激光腔鏡，一般只需要提高其溫度穩(wěn)定性，使其波長不會隨環(huán)境溫度變化而漂移。相比于普通光纖光柵，有源相移光纖光柵作為分布反饋光纖激光器的核心部件，它的工作波長不再是0.2nm左右的寬譜，而是僅為10_7nm量級的窄線寬激光，微弱的環(huán)境擾動都會引起明顯的性能變化，因此需要有更有效的隔聲隔振的封裝方法。專利CN102035125.A設(shè)計了一種采用隔聲板和鋼絲繩減震器的分布反饋光纖激光器封裝結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)隔聲、隔振、溫控和高頻調(diào)制的功能，而實(shí)際上有源相移光纖光柵尾纖的拉拽也會對激光腔產(chǎn)生更直截的軸向擾動，這種因素對激光穩(wěn)定性的影響甚至要比振動和聲波的影響更嚴(yán)重，在此并未考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明從減弱有源相移光纖光柵敏感性的角度出發(fā)，設(shè)計了無應(yīng)力阻尼隔振的結(jié)構(gòu)，同時利用多層界面提高聲波損耗的方式，實(shí)現(xiàn)了分布反饋光纖激光器穩(wěn)定輸出的封裝結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)小巧，利于集成。
[0005]一種分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是它包括石英U形槽和填充在石英U形槽中的硅脂或硅油，有源相移光纖光柵浸入到石英U型槽內(nèi)的硅脂或硅油中，有源相移光纖光柵兩端的尾纖分別通過兩處并列的熱固化膠與石英U型槽粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵在不承受軸向應(yīng)力情況下保持自由狀態(tài)；
位于石英U型槽外的光柵尾纖分別套裝有塑料套管，石英U型槽兩端連同兩側(cè)的塑料套管分別插入到對應(yīng)的熱熔管中，兩段熱熔管連同石英U型槽整體插入一熱縮管；兩熱熔管和熱縮管加熱收縮后會將兩塑料套管和石英U型槽連為一體，同時熱縮管收緊使硅脂或硅油密封在石英U型槽內(nèi)；在熱縮管外側(cè)設(shè)置有金屬套管，在金屬管口涂抹密封膠，在金屬套管內(nèi)壁和熱縮管之間填充硅脂。[0006]所述有源相移光纖光柵為摻鉺或摻鐿光纖，具有2-lOcm的柵區(qū)長度，柵區(qū)為裸纖，柵區(qū)兩端焊接光柵尾纖，裸纖部分進(jìn)行再涂覆處理，光柵尾纖為單模匹配光纖。
[0007]所述石英U型槽長度比有源相移光纖光柵長2cm，直徑2_3_，有源相移光纖光柵居中固定在槽內(nèi)。
[0008]所述熱固化膠為353ND環(huán)氧樹脂膠，點(diǎn)膠方法為:保持有源相移光纖光柵的自由松弛狀態(tài)，先在光柵兩端各涂抹2-3mm膠構(gòu)成第一粘結(jié)層并加熱固化，相距第一粘結(jié)層一定距離再涂抹2-3_膠構(gòu)成第二粘結(jié)層并加熱固化以形成并列的熱固化膠粘結(jié)固定點(diǎn)；所述有源相移光纖光柵與石英U型槽粘結(jié)過程中，通過光譜儀監(jiān)視激光波長始終不會比自由狀態(tài)時變大，使柵區(qū)保持自由松弛狀態(tài)；
所述熱熔管和熱縮管具有一次熱收縮性，充分熱縮后在60°C環(huán)境不會膨脹或進(jìn)一步收縮。
[0009]所述塑料套管直徑1mm，內(nèi)壁光滑與光纖尾纖摩擦力小，套入熱熔管內(nèi)至少Icm深，與石英U型槽聯(lián)接為一體。
[0010]所述金屬套管為不銹鋼管或銅管，長度與石英U型槽一致，內(nèi)徑以剛好套入收縮后的熱縮管為宜，壁厚0.5mm。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:分布反饋光纖激光器的有源相移光纖光柵具有“弦”的細(xì)長型結(jié)構(gòu)，它極易受環(huán)境的影響而使光柵周期和折射率分布發(fā)生微擾，而又由于其10_7nm量級的單頻輸出特性，極小的結(jié)構(gòu)變化就會引起線寬展寬、頻率漂移、噪聲起伏等明顯的指標(biāo)惡化。另外，研究表明，當(dāng)對有源相移光纖光柵施加一定的拉力時，它對環(huán)境噪聲的響應(yīng)敏感度會被放大，而它處于自由狀態(tài)時，敏感度最弱。除了受聲波和振動噪聲引起的弦效應(yīng)帶來的影響外，有源相移光纖光柵尾纖的振動和拉拽也會對柵區(qū)產(chǎn)生軸向擾動而影響激光穩(wěn)定性。據(jù)此，本發(fā)明提出無應(yīng)力阻尼隔振和多層界面消聲結(jié)構(gòu)的有源相移光纖光柵封裝方法。封裝后有源相移光纖光柵上無應(yīng)力，為自由狀態(tài)，由硅脂或硅油等半流體阻尼材料填封在石英U型槽中而非懸空，這些措施減弱了弦效應(yīng)的影響，降低了它對振動信號的響應(yīng)靈敏度，尤其對接觸沖擊以外的振動不再敏感；由內(nèi)到外軟硬材質(zhì)交疊的多層圓柱體封裝結(jié)構(gòu)形成了七層界面，聲波在傳入光纖光柵的過程中基本被損耗掉，達(dá)到了隔聲的要求；有源相移光纖光柵兩端和石英U型槽分別采用兩層熱固膠粘結(jié)，對尾纖傳遞的軸向應(yīng)變實(shí)現(xiàn)了有效的緩沖，而光柵尾纖由塑料套管保護(hù)，塑料套管由熱熔管和熱縮管與封裝外殼連為一體，光柵尾纖和封裝體之間具有了一定獨(dú)立性，使用過程中有源相移光纖光柵不會受到軸向拉力而影響穩(wěn)定；整體結(jié)構(gòu)小巧，便于進(jìn)一步集成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是有源相移光纖光柵的封裝結(jié)構(gòu)，圖2為圖1中A-A剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖中:1_有源相移光纖光柵；2-石英U型槽；3-熱固化膠；4-硅脂或硅油；5-熱熔管；6_塑料套管；7_熱縮管；8_密封膠；9_硅脂；10_金屬套管；11-光柵尾纖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:如圖1所示，一種有源相移光纖光柵的封裝結(jié)構(gòu)，它包括石英U形槽2和填充在石英U形槽2中的硅脂或硅油4，有源相移光纖光柵I浸入到石英U型槽2內(nèi)的硅脂或硅油4中，有源相移光纖光柵I兩端的光柵尾纖11分別通過兩處并列的熱固化膠3與石英U型槽2粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵I在不承受軸向應(yīng)力情況下保持自由狀態(tài)；位于石英U型槽2外的光柵尾纖11分別套裝有塑料套管6，石英U型槽2兩端連同兩側(cè)的塑料套管6分別插入到對應(yīng)的熱熔管5中，兩段熱熔管5連同石英U型槽2整體插入一熱縮管7 ;兩熱熔管5和熱縮管7加熱收縮后會將兩塑料套管6和石英U型槽2連為一體，同時熱縮管7收緊使硅脂或硅油4密封在石英U型槽2內(nèi)；在熱縮管7外側(cè)設(shè)置有金屬套管10，在金屬套管10的管口處涂抹密封膠，在金屬套管10內(nèi)壁和熱縮管7之間填充硅脂9。所述有源相移光纖光柵I為摻鉺或摻鐿光纖，具有2-lOcm的柵區(qū)長度，柵區(qū)為裸纖，柵區(qū)兩端焊接光柵尾纖11，裸纖部分進(jìn)行再涂覆處理，光柵尾纖11為單模匹配光纖。
[0015]所述石英U型槽2長度比有源相移光纖光柵I長2cm，直徑2_3mm，有源相移光纖光柵I居中固定在石英U型槽2內(nèi)。所述熱固化膠3為353ND環(huán)氧樹脂膠；所述熱熔管5和熱縮管7具有一次熱收縮性，充分熱縮后在60°C環(huán)境不會膨脹或進(jìn)一步收縮。所述塑料套管6直徑1mm，內(nèi)壁光滑與光纖尾纖11摩擦力小，套入熱熔管5內(nèi)至少Icm深，與石英U型槽2聯(lián)接為一體。所述金屬套管10為不銹鋼管或銅管，長度與石英U型槽2 —致，內(nèi)徑以剛好套入收縮后的熱縮管7為宜，壁厚0.5mm。
[0016]如圖1和2所示，一種分布反饋光纖激光器的封裝方法，有源相移光纖光柵I居中放置在石英U型槽2中,保持有源相移光纖光柵的自由松弛狀態(tài)，先在有源相移光纖光柵I兩端各涂抹2-3mm熱固化膠3構(gòu)成第一粘結(jié)層并加熱固化，再相距第一粘結(jié)層一定距離涂抹2-3mm熱固化膠3構(gòu)成第二粘結(jié)層并加熱固化以形成并列的熱固化膠粘結(jié)固定點(diǎn)；在此過程中，通過光譜儀監(jiān)視激光波長始終不會比自由狀態(tài)時變大，使有源相移光纖光柵I保持自由松弛狀態(tài)；
石英U型槽2內(nèi)填充硅脂或硅油4等半流體將有源相移光纖光柵I包裹，起到阻尼隔振的作用；石英U型槽2外的兩端光柵尾纖11分別套入一塑料套管6，石英U型槽2兩端和兩側(cè)塑料套管6分別套入一熱熔管5，兩段熱熔管5以及石英U型槽2整體套入一熱縮管7 ;保持各部件的相對位置不變，放入光纖熔接機(jī)加熱爐加熱，熱縮管7收緊使硅脂或硅油4密封在石英U型槽2內(nèi)，同時兩熱熔管5和熱縮管7收縮后會將兩塑料套管6和石英U型槽2連為一體；在熱縮管兩端分別涂抹適量密封膠8，套入一金屬套管10，并同時在金屬套管10和熱縮管7之間灌入硅脂9填充；退火老化后封裝完成。
[0017]實(shí)施例:2:本實(shí)施例與實(shí)施例1相同之處不再贅述,不同之處在于有源相移光纖光柵I為4.5cm長摻鉺光纖光柵，在60dB噪聲環(huán)境下線寬在2_50kHz范圍跳變，相對強(qiáng)度噪聲最大為_99dB。將裸纖涂覆后居中放置在7cm長的石英U型槽2中，分別在有源相移光纖光柵I兩端點(diǎn)3mm第一層353ND熱固化膠3,在80°C下進(jìn)行15分鐘加熱固化,之后分別間隔4mm往外再點(diǎn)3mm第二層353ND熱固化膠3，再在80°C下進(jìn)行15分鐘加熱固化，有源相移光纖光柵I始終保持自由不受力狀態(tài)；石英U型槽2保持開口朝上，光柵尾纖11分另Ij套入Imm塑料套管6，分別用2cm長熱熔管5套入石英U型槽2兩端各Icm深，另Icm包裹塑料套管6 ;在第一層熱固化膠3之間的槽內(nèi)填入硅油4，用9cm長熱縮管7居中套在整個結(jié)構(gòu)體上，放入光纖熔接機(jī)加熱爐加熱使熱縮管7收緊，將硅油4密封在石英U型槽2的槽內(nèi)，并使光纖套管6與石英U型槽2連為一體；在熱縮管7保護(hù)的結(jié)構(gòu)體兩端各涂抹Icm長適量密封膠8，套入7cm長不銹鋼管10，同時灌入導(dǎo)熱硅脂9，進(jìn)一步將不銹鋼管制成的金屬套管10和硅脂9密封；進(jìn)行60°C下2小時退火老化。封裝后的摻鉺分布反饋光纖激光器線寬基本穩(wěn)定在2.5kHz左右，相對強(qiáng)度噪聲保持低于_105dB。
[0018]實(shí)施例3:本實(shí)施例與實(shí)施例2相同之處不再贅述，不同之處在于有源相移光纖光柵I為8cm長摻鐿光纖光柵，在60dB噪聲環(huán)境下線寬在20-500kHz范圍跳變，相對強(qiáng)度噪聲最大為_65dB。將裸纖涂覆后用IOcm長的石英U型槽2和IOcm長銅管制成的金屬套管10按同樣的步驟進(jìn)行封裝，為保證摻鐿光纖激光器柵區(qū)的熱平衡，填充在石英U型槽2中的半流體采用導(dǎo)熱硅脂4。封裝后的摻鐿分布反饋光纖激光器線寬基本穩(wěn)定在30kHz左右，相對強(qiáng)度噪聲保持低于_80dB。
【權(quán)利要求】
1.一種分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是它包括石英U形槽和填充在石英U形槽中的硅脂或硅油，有源相移光纖光柵浸入到石英U型槽內(nèi)的硅脂或硅油中，有源相移光纖光柵兩端的尾纖分別通過兩處并列的熱固化膠與石英U型槽粘結(jié)固定使有源相移光纖光柵在不承受軸向應(yīng)力情況下保持自由狀態(tài)；位于石英U型槽外的光柵尾纖分別套裝有塑料套管，石英U型槽兩端連同兩側(cè)的塑料套管分別插入到對應(yīng)的熱熔管中，兩段熱熔管連同石英U型槽整體插入一熱縮管；兩熱熔管和熱縮管加熱收縮后會將兩塑料套管和石英U型槽連為一體，同時熱縮管收緊使硅脂或硅油密封在石英U型槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源相移光纖光柵的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是在熱縮管外側(cè)設(shè)置有金屬套管，在金屬管口涂抹密封膠，在金屬套管內(nèi)壁和熱縮管之間填充硅脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述有源相移光纖光柵為摻鉺或摻鐿光纖，具有2-lOcm的柵區(qū)長度，柵區(qū)為裸纖，柵區(qū)兩端焊接光柵尾纖，光柵尾纖為單模匹配光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述石英U型槽長度比有源相移光纖光柵長2cm,直徑2-3mm,有源相移光纖光柵居中固定在槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述熱固化膠為.353ND環(huán)氧樹脂膠，點(diǎn)膠方法為:保持有源相移光纖光柵的自由松弛狀態(tài)，先在光柵兩端各涂抹2-3mm膠構(gòu)成第一粘結(jié)層并加熱固化,相距第一粘結(jié)層一定距離再涂抹2_3mm膠構(gòu)成第二粘結(jié)層并加熱固化以形成并列的熱固化膠粘結(jié)固定點(diǎn)；所述有源相移光纖光柵與石英U型槽粘結(jié)過程中，通過光譜儀監(jiān)視激光波長始終不會比自由狀態(tài)時變大，使柵區(qū)保持自由松弛狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述熱熔管和熱縮管具有一次熱收縮性，充分熱縮后在60°C環(huán)境不會膨脹或進(jìn)一步收縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述塑料套管直徑1mm，內(nèi)壁光滑與光纖尾纖摩擦力小，套入熱熔管內(nèi)至少Icm深，與石英U型槽聯(lián)接為一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布反饋光纖激光器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬套管為不銹鋼管或銅管，長度與石英U型槽一致，內(nèi)徑以剛好套入收縮后的熱縮管為宜，壁厚.0.5mm。
【文檔編號】H01S3/02GK103887688SQ201410094231
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】宋志強(qiáng), 王昌, 祁海峰, 倪家升, 郭健 申請人:山東省科學(xué)院激光研究所