发明概述
本发明涉及一种可调节的应力控制机构，其允许在布拉格光栅已经
连接或安装到构成该装置一部分的支撑结构之后，精确调谐该光纤布拉
格光栅的中心波长和其它光谱特性。这在光纤布拉格光栅装置的制造中
可提供更高的精度和更大的成本效率。该技术还可以用于提供一种通过
旋转螺钉手工地或通过激励器电子地调节的可调谐装置的制造。
按照本发明的一个方面，提供一种用于控制光纤布拉格光栅光谱特性
的应力控制机构。该应力控制机构包括一支撑结构，在第一和第二部分
该光纤布拉格光栅与该支撑结构连接在一起。该支撑结构包括一调节机
构，从而该支撑结构沿一个方向的调节可增加光纤布拉格光栅中的应力，
该支撑结构沿另一方向的调节可减小光纤布拉格光栅中的应力。
按照本发明的另一方面，提供一种用于控制布拉格光栅光谱特性的应
力受控的光纤布拉格光栅组合。该组合包括一具有连接到一可调节支撑
结构上的布拉格光栅的光纤。该光纤布拉格光栅被固定在第一和第二部
分上。该支撑结构包括一调节机构，从而该支撑结构沿一个方向的调节
可增加光纤布拉格光栅中的应力，该支撑结构沿另一方向的调节可减小
光纤布拉格光栅中的应力。
该支撑结构可以包括彼此分开的第一和第二支架。另外该支撑结构可
以包括一可调节的槽。该槽可以设置在其中一个彼此分开的支架中，沿
着主体的长度或宽度方向。
发明的详细描述
本发明提供一种波导布拉格光栅装置用的应力控制机构。施加给波导
布拉格光栅的该应力能用于控制所需的光谱特性。例如，通过施加在光
纤上的应力可以直接控制光纤布拉格光栅的中心波长，且在非线性调频
光栅的情形中，通过控制光纤应力还可以控制有效群延迟。这些例子与
WDM滤波器，色散补偿装置和传感应用直接相关。这些机构还可以用
于调节设备中的压力大小，将布拉格光栅维持在受压状态。
本发明的机构依赖于将形变强加给布拉格光栅所连接的部件上，使用
这种方法获得对光栅中应力的高度控制，从而控制光栅中心波长或由拉
伸应变所控制的其它光学特性。在许多实际设备中必需的控制能力对于
该设备的正常运行是必要的。对于普通的光纤布拉格光栅装置来说，应
力形变必须被控制在10微米量级范围内。本发明提供产生这种高精度调
节所必需的控制能力。另外，可以在诸如布拉格光栅制造和安装这些很
困难的且花费很大的控制等效允差的制造过程之后实现光纤的调节。
参见图1，在第一实施例中光纤布拉格光栅12安装在支撑结构18上。
支撑结构18包括一在每一端具有彼此分开的支架20和22的主体19。光
纤布拉格光栅12的端部14和16与彼此分开的支架20和22连接在一起。
最好是端部14和16尽可能地安装在接近支架20和22内边缘的位置。
光栅12的中间部分自由悬浮在支架20和22之间。
支架20和22可以有例如温度稳定的附加功能，如已经提出的利用将
热依赖应力施加在端部固定的光栅上以补偿不同结构和材料的元件的原
理，如美国专利No.5,042,898，“采用布拉格滤波器进行温度补偿的光波
导装置”，Morey，W.W.和Glomb W.I.。响应于温度变化，这些元件进
行热膨胀，从而对光栅施加必需的应力调节来消除内在的热膨胀对光栅
中心波长的影响。
图1给出一种装置，以一种可控方式使支撑结构发生形变，有效地改
变包括布拉格光栅的未支撑部分的长度，从而按照要求增加或减小布拉
格光栅中的应力。支架22具有两个彼此分开的其间限定一槽28的臂24
和26，并且可以使用一调节固定螺钉30来调节两臂之间的距离。调节固
定螺钉30的调节使臂24朝着或远离臂26移动。在支架22中臂24与26
之间的槽28允许支架的内边缘32当螺钉30前进时沿逆时针方向旋转，
当螺钉30被退回时沿顺时针方向旋转。边缘32的逆时针旋转用于使光
纤所连接的上边缘上升，减小光栅中的应力，边缘32的顺时针旋转具有
相反的效果。因此，螺钉30的调节导致臂24和26的旋转和弯曲，并导
致光纤布拉格光栅12的部分14的移动。
设计槽28的位置和深度以及槽臂24和26的长度和厚度，使得固定
螺钉30的相当大的位移产生非常小的支撑边缘32的位移。通过固定螺
钉30与槽28前部34处等效铰链之间较大的长度和槽臂24与26的一致
性可以实现增强的控制效果。为了使调节是可逆的，必需在用于支撑部
分22的材料的弹性范围之内完成形变。
在图2中给出了应力控制机构的第二实施例，其中光纤布拉格光栅12
固定在支撑结构40上。支撑结构40包括一个主体49和两个彼此分开的
支架41和42。光纤布拉格光栅12的端部14和16与两个彼此分开的支
架42和41连接在一起。布拉格光栅12的中间部分无支撑地悬浮在支架
41和42之间。在该实施例中沿支撑结构40长度方向设置有一个细长槽
43。构件46和47位于该细长槽43的任一侧并形成部分支撑结构40。一
个诸如螺钉48的机构设置在槽43长度方向一点处并与槽43的轴垂直，
使得螺钉48的调节导致细长槽43张开的更大或更小。伴随而来的形变
将导致支撑结构以这样一种方式发生形变，支架41和42绕着44和45
处的等效铰链旋转，导致在槽43相对端部处支架41和42的局部延伸。
因此螺钉48的调节导致彼此分开的支架41和42相对旋转，导致光纤布
拉格光栅12的端点14和16的位移。该支撑结构40可以被设计为使得
由槽所形成的部件46和47具有一致性，提供用螺钉对支撑旋转的增强
控制。该支架41和42的可控旋转将允许光栅12中的应力被精确地控制。
图3和4给出了应力控制机构的第三实施例，其中如同上一实施例光
纤布拉格光栅固定在支撑结构50上。光纤布拉格光栅12的端部14和16
与组成支撑结构50的两个彼此分开的支架52和51连接在一起。布拉格
光栅12的中间部分无支撑地悬浮在支架51和52之间。在这个实施例中
通过控制支撑结构50的主体54中槽55处的形变来获得对光栅应力的控
制。槽55垂直于主体54的纵轴。槽55沿主体的宽度延伸(如图4所示)
且仅穿过主体厚度的一部分。可以使用锥形孔中的螺钉58或其它楔形物
以一种可控的方式打开槽，使主体在等效铰链位置53处发生弯曲，支架
发生旋转。因此螺钉58的调节导致槽55每一侧上主体54的旋转，导致
光纤布拉格光栅12的端部14和16的位移。结果光栅12中的应力受控
地减小，从而控制光栅的中心波长。
图5和6给出了应力控制机构的第四实施例，用60表示，与图1中
所示的类似。应力控制机构60包括一在端部具有两个彼此分开的支架64
和66的主体62。另外，主体62具有两个彼此分开的侧壁68和70，中
间有一沟槽72。光纤布拉格光栅12的端部14和16与两个彼此分开的支
架64和66连接在一起。光栅12的中间部分无支撑地悬浮在支架64和66
之间沟槽72之上。
支架64具有两个彼此分开的臂74和76，其中限定了一个槽78，可
以使用一个调节固定螺钉80调节臂之间的距离。在支架64的端部设置
一横槽84。
沟槽72在其端部具有一个阶梯部分86。横槽88形成在与主体62的
端部相分开的侧壁中阶梯部分86之上。支架66为通常的十字形件，设
置在阶梯部分86之上横槽88之中。十字形支架66的细长部分90设置
在沟槽72之上，内部与侧壁68和70分开。支架66可以作为热补偿棒，
消除布拉格光栅的热响应。在支架64和66中设置一中心沟槽92并将布
拉格光栅12设置在其中，从而被固定。
在图1所描述的实施例中，调节固定螺钉80的调节使臂74或者朝着
或者远离臂76位移。在支架64中臂74和76之间的槽78允许支架的内
边缘82当螺钉80前进时沿逆时针方向旋转，当螺钉后退时沿顺时针方
向旋转。边缘82的逆时针旋转用于使光纤所连接的上边缘前进，从而减
小光栅中的应力，边缘82的顺时针旋转具有相反的效果。因此，螺钉80
的调节导致臂74和76的旋转与弯曲，导致光纤布拉格光栅12的端部14
的位移。
在图5和6所给出的实施例中，主体62由镍铁合金制成，支架66由
黄铜制成。或者支架由不锈钢制成。主体62的总长度为50mm。支架66
的长度为15mm，支架64的长度为13mm，槽78的长度为12mm。槽的
高度为0.6mm。光纤布拉格光栅12的中间部分为22mm。对于此处所描
述的实施例，提供了大约0-0.2纳米的光纤布拉格光栅中心波长的调节范
围。
本领域技术人员可以理解的是本发明的应力控制机构可以用于多种应
用中。特别是它将可以产生一种可调谐滤波器，其中光纤布拉格光栅中
心波长在包括0到大约9纳米的一个或几纳米数量级范围内是可调谐的。
对于WDM光传输系统或光学检测和测量应用具有特殊的应用。或者本
发明的应力控制机构可以用作细调谐装置，其中滤波器光谱位置被最优
化。因此，当该机构被用于精调谐时，可以被设计成应用于0到0.5纳米
范围内，或者用于图5中所给出的0到0.2纳米的例子中。
本发明上述最佳实施例的描述给出了本发明的原理，本发明并不限于
所描述的特定实施例。本发明的范围由下述权利要求和它们的等价物所
包含的所有实施例限定。