全文摘要
本实用新型公开了一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构。所述基于阵列波导光栅的温度补偿结构包括：底板；阵列波导光栅芯片，沿切缝被切割为第一子部和第二子部；二级温度补偿结构，包括依次固定连接为弓字型的第一补偿杆、第二补偿杆、第三补偿杆、第四补偿杆和第五补偿杆，第一补偿杆与第一子部固定连接，第五补偿杆与底板固定连接；第一补偿杆和第三补偿杆的热膨胀系数大于第四补偿杆的热膨胀系数，第四补偿杆的热膨胀系数大于第二补偿杆和第五补偿杆的热膨胀系数。本实用新型实施例提供的技术方案，能够使得阵列波导光栅芯片中第一子部的移动速率随温度增大而变大，进而有效改善各温度段的波长漂移，实现有效的二级补偿。
主设计要求
1.一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构，其特征在于，包括：底板；阵列波导光栅芯片，包括入射平板波导、阵列波导和出射平板波导，所述阵列波导的一端与所述入射平板波导连接，另一端与所述出射平板波导连接，所述阵列波导光栅芯片沿切缝被切割为第一子部和第二子部，所述切缝贯穿所述入射平板波导，且与入射平板波导中入射光线的延伸方向垂直，所述第一子部包括所述入射平板波导的部分结构，所述第二子部包括所述入射平板波导的另一部分结构、所述阵列波导以及所述出射平板波导；所述第二子部固定于所述底板上；二级温度补偿结构，包括依次固定连接为弓字型的第一补偿杆、第二补偿杆、第三补偿杆、第四补偿杆和第五补偿杆，所述第二补偿杆、所述第三补偿杆和所述第四补偿杆均为L型，常温状态下，所述第二补偿杆与所述第四补偿杆无应力接触，所述第一补偿杆与所述第一子部固定连接，所述第五补偿杆与所述底板固定连接；所述第一补偿杆和所述第三补偿杆的热膨胀系数大于所述第四补偿杆的热膨胀系数，所述第四补偿杆的热膨胀系数大于所述第二补偿杆和所述第五补偿杆的热膨胀系数。
设计方案
1.一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构，其特征在于，包括：
底板；
阵列波导光栅芯片，包括入射平板波导、阵列波导和出射平板波导，所述阵列波导的一端与所述入射平板波导连接，另一端与所述出射平板波导连接，所述阵列波导光栅芯片沿切缝被切割为第一子部和第二子部，所述切缝贯穿所述入射平板波导，且与入射平板波导中入射光线的延伸方向垂直，所述第一子部包括所述入射平板波导的部分结构，所述第二子部包括所述入射平板波导的另一部分结构、所述阵列波导以及所述出射平板波导；所述第二子部固定于所述底板上；
二级温度补偿结构，包括依次固定连接为弓字型的第一补偿杆、第二补偿杆、第三补偿杆、第四补偿杆和第五补偿杆，所述第二补偿杆、所述第三补偿杆和所述第四补偿杆均为L型，常温状态下，所述第二补偿杆与所述第四补偿杆无应力接触，所述第一补偿杆与所述第一子部固定连接，所述第五补偿杆与所述底板固定连接；所述第一补偿杆和所述第三补偿杆的热膨胀系数大于所述第四补偿杆的热膨胀系数，所述第四补偿杆的热膨胀系数大于所述第二补偿杆和所述第五补偿杆的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第三补偿杆还包括弹性端子，所述弹性端子的可延伸方向与所述第一补偿杆的延伸方向相同，所述第三补偿杆通过所述弹性端子与所述第二补偿杆连接。
3.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第二补偿杆包括延伸方向相互垂直的第一边和第二边。
4.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第一补偿杆和所述第三补偿杆的材料相同。
5.根据权利要求4所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第一补偿杆和所述第三补偿杆的材料为铝合金。
6.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第四补偿杆的材料为铁或不锈钢。
7.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第二补偿杆和所述第五补偿杆的材料相同。
8.根据权利要求7所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第二补偿杆和所述第五补偿杆的材料为殷钢。
9.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述温度补偿结构的工作温度范围为-40°～85°。
10.根据权利要求1所述的温度补偿结构，其特征在于，所述第一补偿杆和所述第五补偿杆均通过环氧树脂胶与所述底板连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型实施例涉及光通信领域，尤其涉及一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构。
背景技术
阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)是基于平面光波导集成技术的重要光器件。随着市场需求的变化和技术的进步，阵列波导光栅已开始从第一代的加热型向第二代的无热型过渡，即阵列波导光栅工作时无须对其加热。优势在于:省去复杂的温度控制电路和加热器，降低了成本而且器件的稳定性增强，属于纯无源器件，且节省了通信系统的能耗，应用范围更广。
通常的无热阵列波导光栅采用温度补偿的技术保持波长的稳定，如用金属补偿杆连接输入波导，在杆热胀冷缩的驱动下使输入波导移动来补偿波长随温度的漂移。这些补偿方法都是对波长的温度特性进行线性补偿。但实际的阵列波导光栅波长偏移量随温度的变化曲线并不是线性的，如图1所示。因此这些补偿方法只能在有限的温度范围内保持波长的稳定性，对于室外等较大温度变化范围的应用则难以满足。为解决上述问题，公开号为CN101576637B的专利申请文件提出了一种能够进行二级补偿的温度补偿结构，但该结构的补偿是对称的，即受冷收缩时，温度越低，移动变化量越小，受热膨胀时，温度越高，移动变化量也越小，这与阵列波导光栅芯片的温度特性曲线不符，所以无法进行有效的二级补偿。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构，以对温度变化引起的波长漂移进行有效的二级补偿。
本实用新型实施例提供了一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构，包括：
底板；
阵列波导光栅芯片，包括入射平板波导、阵列波导和出射平板波导，所述阵列波导的一端与所述入射平板波导连接，另一端与所述出射平板波导连接，所述阵列波导光栅芯片沿切缝被切割为第一子部和第二子部，所述切缝贯穿所述入射平板波导，且与入射平板波导中入射光线的延伸方向垂直，所述第一子部包括所述入射平板波导的部分结构，所述第二子部包括所述入射平板波导的另一部分结构、所述阵列波导以及所述出射平板波导；所述第二子部固定于所述底板上；
二级温度补偿结构，包括依次固定连接为弓字型的第一补偿杆、第二补偿杆、第三补偿杆、第四补偿杆和第五补偿杆，所述第二补偿杆、所述第三补偿杆和所述第四补偿杆均为L型，常温状态下，所述第二补偿杆与所述第四补偿杆无应力接触，所述第一补偿杆与所述第一子部固定连接，所述第五补偿杆与所述底板固定连接；所述第一补偿杆和所述第三补偿杆的热膨胀系数大于所述第四补偿杆的热膨胀系数，所述第四补偿杆的热膨胀系数大于所述第二补偿杆和所述第五补偿杆的热膨胀系数。
本实用新型实施例提供的基于阵列波导光栅的温度补偿结构包括底板，阵列波导光栅芯片，包括入射平板波导、阵列波导和出射平板波导，阵列波导的一端与入射平板波导连接，另一端与出射平板波导连接，阵列波导光栅芯片沿切缝被切割为第一子部和第二子部，切缝贯穿入射平板波导，且与入射平板波导中入射光线的延伸方向垂直，第一子部包括入射平板波导的部分结构，第二子部包括入射平板波导的另一部分结构、阵列波导以及出射平板波导，第二子部固定于底板上，二级温度补偿结构，包括依次固定连接为弓字型的第一补偿杆、第二补偿杆、第三补偿杆、第四补偿杆和第五补偿杆，第二补偿杆、第三补偿杆和第四补偿杆均为L型，常温状态下，第二补偿杆与第四补偿杆无应力接触，第一补偿杆与第一子部固定连接，第五补偿杆与底板固定连接，第一补偿杆和第三补偿杆的热膨胀系数大于第四补偿杆的热膨胀系数，第四补偿杆的热膨胀系数大于第二补偿杆和第五补偿杆的热膨胀系数。上述二级温度补偿结构能够使得阵列波导光栅芯片中第一子部的移动速率随温度增大而变大，进而有效改善各温度段的波长漂移，实现有效的二级补偿。
附图说明
为了更加清楚地说明本实用新型示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本实用新型所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1是阵列波导光栅波长偏移量随温度的变化曲线图；
图2是本实用新型实施例提供的一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种二级温度补偿结构的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
图2是本实用新型实施例提供的一种基于阵列波导光栅的温度补偿结构的结构示意图。图3是本实用新型实施例提供的一种二级温度补偿结构的俯视结构示意图。如图2所示，基于阵列波导光栅的温度补偿结构包括底板100，阵列波导光栅芯片，包括入射平板波导、阵列波导222和出射平板波导223，阵列波导222的一端与入射平板波导连接，另一端与出射平板波导223连接，阵列波导光栅芯片沿切缝400被切割为第一子部210和第二子部220，切缝400贯穿入射平板波导，且与入射平板波导中入射光线的延伸方向垂直，第一子部210包括入射平板波导的部分结构，第二子部220包括入射平板波导的另一部分结构221、阵列波导222以及出射平板波导223，第二子部220固定于底板100上。二级温度补偿结构300，具体的，如图2和图3所示，包括依次固定连接为弓字型的第一补偿杆310、第二补偿杆320、第三补偿杆330、第四补偿杆340和第五补偿杆350，第二补偿杆320、第三补偿杆330和第四补偿杆340均为L型，常温状态下，第二补偿杆320与第四补偿杆340无应力接触，第一补偿杆310与第一子部210固定连接，第五补偿杆350与底板100固定连接，第一补偿杆310和第三补偿杆330的热膨胀系数大于第四补偿杆340的热膨胀系数，第四补偿杆340的热膨胀系数大于第二补偿杆320和第五补偿杆350的热膨胀系数。
需要说明的是，如图1所示，阵列波导光栅每摄氏度的波长偏移量随温度的升高而增大，通常情况下，在较小的温度范围内，例如-5℃～65℃，可近似为线性变化，采用常规补偿方法即可对波长的偏移量进行补偿，但当温度扩展至-40℃～85℃时，在两次极限温度下，波长偏移量随温度的变化是非线性的，无法继续采用常规补偿方法对波长的偏移量进行补偿。
而本实施例提供的温度补偿结构则能够实现较大温度范围内对波长偏移量的有效补偿，具体原理如下：
1、波长偏移量可采用入射端的位移量进行补偿
具体的，根据阵列波导光栅的基本原理，存在如下公式一：
ns<\/sub>dsinθi<\/sub>+nc<\/sub>Δl+ns<\/sub>dsinθo<\/sub>＝mλ------公式一
其中，ns<\/sub>是阵列波导光栅中的平板波导的有效折射率，nc<\/sub>是阵列波导光栅中的阵列波导222的有效折射率，Δl是阵列波导222的长度差，d是阵列波导222的间距，m是衍射级次；
在小角度近似下，公式一等号两边对波长求导，并利用中心波长的关系，得到如下公式二：
又在小角度下存在如下公式三：
x＝Rθo<\/sub>------公式三
其中，R是平板波导的焦距。
根据上述公式二和公式三得到：
其中，x即为波导阵列光栅入射端的位移补偿量，T为温度。
由此可见，为了得到最准确的补偿，波导阵列光栅入射端的位移补偿量的变化需要与阵列波导光栅的波长变化量是趋于同步的，波导阵列光栅入射端的位移补偿量随波长变化量的增大而增大，随波长变化量的减小而减小，即波导阵列光栅入射端的位移补偿量与波长变化量存在对应关系。
2、具体原理
a、温度下降
根据热胀冷缩原理，温度下降，第四补偿杆340收缩，由于第五补偿杆350固定于底板100上，因此第四补偿杆340收缩方向沿第一补偿杆310的延伸方向指向第五补偿杆350。第三补偿杆330收缩，由于第三补偿杆330与第四补偿杆340固定连接，第三补偿杆330的收缩方向沿第一补偿杆310的延伸方向背离第五补偿杆350。同理，第一补偿杆310收缩，收缩方向沿第一补偿杆310的延伸方向背离第五补偿杆350。由于第三补偿杆330和第四补偿杆340的收缩方向相反，导致第三补偿杆330推动第二补偿杆320靠近第四补偿杆340。继续降温的情况下，由于第二补偿杆320与第四补偿杆340已经压紧，使得此时第一子部210的位移量为第一补偿杆310和第四补偿杆340位移之和，而第一补偿杆310和第四补偿杆340的位移方向相反，可得到如下第一子部210的位移公式：
其中，ΔL1<\/sub>(T)为第一子部210的位移，L4<\/sub>(T)为第一补偿杆310在温度变化前的长度， 申请码:申请号:CN201920122958.6 申请日:2019-01-24 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:44(广东) 授权编号:CN209231558U 授权时间:20190809 主分类号:G02B 6/12 专利分类号:G02B6/12 范畴分类:30A; 申请人:清远市亿源通光电科技有限公司 第一申请人:清远市亿源通光电科技有限公司 申请人地址:511538 广东省清远市清城区洲心街龙华大道龙珠路1号 发明人:肖伟强 第一发明人:肖伟强 当前权利人:清远市亿源通光电科技有限公司 代理人:孟金喆 代理机构:11332 代理机构编号:北京品源专利代理有限公司 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计设计图
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