CN103050872A - 对包括具有光纤Bragg光栅的光导纤维的制品的改进及所述制品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括一定长度的光导纤维和封装体的制品，所述光导纤维包括分散在所述长度的光导纤维中的FBG部段上面的光纤Bragg光栅，所述封装体包括载体，所述载体具有用于至少支承包含FBG部段的光导纤维受支承部分的载体表面。本发明进一步涉及一种包括所述制品的设备，所述制品的应用及其生产方法。本发明的目的在于设法提供一种对来自环境的机械振动具有相对较低敏感度的最优（例如细长的）封装体。只要在制品的使用过程中用于支承包括光纤Bragg光栅的光导纤维的载体表面在光导纤维的纵向方向上是中凸的，就可以实现该目的。在与现有技术解决方案可比的环境中，这具有减弱来自声源（或其它机械振动源）的振动的影响作用的优点。在一个实施例中，所述载体包括两种不同的材料，所述材料均适于对通过光纤Bragg光栅选定的波长进行特定调谐。本发明例如可用于进行传感的光纤激光器中，可用在可对波长进行调谐的光纤激光器中（的低频/低相位噪声光纤激光器）中且可用在光纤激光器的封装中。

Description

对包括具有光纤Bragg光栅的光导纤维的制品的改进及所述制品的制造方法

技术领域

本发明涉及包括光纤布拉格（Bragg）光栅如光纤激光器的光学活性（optically active）光导纤维的封装，特别是涉及将光导纤维放置在封装体中从而使得对机械振动的敏感性最小化。本发明进一步涉及对光纤Bragg光栅的波长选择性进行调谐，例如对光纤激光器的激光波长进行调谐。 

本发明具体涉及一种包括用于激光器的一定长度的光导纤维和封装体的制品，所述光导纤维包括分散在所述长度的光导纤维中的FBG部段上面的光纤Bragg光栅。另外，本发明涉及一种包括这样一种制品的设备，所述制品的应用及其生产方法。 

本发明例如可用于多种应用，如用于进行传感的光纤激光器中，可用在可对波长进行调谐的光纤激光器中（的低频/相位噪声光纤激光器）中且可用在光纤激光器的封装中。 

背景技术

下文中对现有技术的介绍涉及本发明的多个应用领域中的一个领域，光纤激光器包括光纤Bragg光栅，例如光导纤维分布式Bragg反射器（DBR）或分布式反馈（DFB）激光器。 

基于Bragg光栅的光纤激光器例如DBR或DFB激光器是例如通过将Bragg光栅紫外写入已掺杂有光学活性剂的光敏光导纤维中而制造得到的光纤激光器，所述光学活性剂例如稀土离子如铒、镱等（例如参见WO-98/36300）。基于Bragg光栅的光纤激光器沿光纤轴线的典型尺寸为几毫米至几厘米。 

基于Bragg光栅的光纤激光器可兼具多个具有吸引力的特征，例如单模工作稳定、线宽较窄和相干长度较长、调谐能力、波长选择、机械坚固性、尺寸较小、低功耗以及对电磁干扰（EMI）不敏感。 

对于包括如波长调谐的绝大多数应用而言，基于Bragg光栅的光纤激光器在张力作用下沿其纵向方向进行封装，通常被附到长度可控，优 选相对刚硬的衬底上。衬底的机械性能控制光纤激光器的长度（并能够使光导纤维介质稳定）且因此控制光纤激光器的中心波长。衬底的机械性能主要影响激光器的环境敏感度。 

对于许多应用而言，所希望的是进一步增加相干长度或等效地具有低频和/或低相位噪声。 

基于Bragg光栅的光纤激光器的相干长度和频率及相位噪声性能受到环境效应如温度和声振动的负面影响。 

温度变动通过热光效应导致折射率发生变化。在热光系数为约10^-5°C^-1的石英光纤中，基于Bragg光栅的光纤激光器具有约0.01nm/°C的中心波长温度敏感度。在1550nm下，这对应于大于1GHz/°C的频率变化。 

虽然可采用涉及具有如WO-99/27400所述的负热膨胀系数的结构的专用封装技术对长期的温度漂移进行补偿，但是较小且快速的温度波动致使与线宽增大或相干长度减小相对应的中心频率发生抖动。 

对抖动和线宽增大的另一重要贡献来自声扰动（或者通常的机械振动）。包括单频掺稀土的光纤激光器在内的激光器的线宽和相干长度最后由光学自发发射噪声决定，其对应于Shawlow-Townes极限值。对于掺稀土的光纤激光器而言，其位于赫兹区。然而，在实践中，例如上面提到的环境效应将会影响腔稳定性并且导致线宽大大高于Shawlow-Townes极限值。例如，热光效应将会导致大小为10^-5°C^-1·v·ΔT[Hz]的移频，其中v是光频率（单位为赫兹），ΔT是温度变化量（单位为°C）。作为实例，如果要求在1550nm条件下的频率稳定度好于1MHz，那么温度波动必须小于10^-3°C（1mK）。 

为了使激光频率稳定且增大其相干长度，因此有必要进行保护使其不受环境影响作用。 

可通过把光纤激光器装配在衬底的中性轴线上从而实现频率/相位噪声的减小。衬底的中性轴线是在弯曲变形条件下无应变的轴线。按照这种方式，如果衬底设计是正确的且光纤激光器被装配在中性轴线上，那么衬底在光纤激光器上的振动激励效应将明显减弱（参见如Hansen,L.V.,“Constant Frequency Condition of Fibre Lasers in Strain”，NSCM 15,15th Nordic Seminar on Computational Mechanics会议论文集，Eds.:Lund,E.;Olhoff,N.;Stegmann,J.,pp.185-188,2002 年10月，Aalborg,丹麦，在下文中被称作[LVH-2002]）。 

用于进行光纤激光器封装的衬底典型地可以是可被认为是（机械）梁的细长结构。如今所采用的简支梁模型理论主要是由Jacob Bernoulli和Euler在十八世纪发展而来的。梁的形变可被分为三部分： 

·弯曲形变 

·轴向形变，和 

·扭转形变 

对于具有较大纵横比（即长度与截面大小之间的比值）的长梁而言，由于弯曲所导致产生的形变在幅度上至少大于轴向形变和扭转形变。因此，在用以抑制声耦合的处理方法中，仅弯曲需要被视为第一级。在纯弯曲条件下，衬底的一侧将处于压缩状态，而另一侧受拉。形变量为零的中性轴线存在于这些极端状况之间。如果光导纤维被置于该中性轴线上，那么封装体的弯曲无影响：在光纤激光器上无应变，因此频率保持不变，且来自外部振动的噪声减小。该中性轴线在该衬底内的精确位置取决于截面的几何形状并且由Bernoulli－Euler简支梁理论所决定（参见如J.M.Gere和S.P.Timoshenko,“Mechanics of Materials”，Fourth SI Edition,Stanley Thornes(Publishers)Ltd.，1999，第311－312页上的“中性轴线的位置”部分，该书在本申请其它地方被称作[Timoshenko]）。该理论将中性轴线放置在截面区域的第一力矩S为零的位置处： 

S＝∫_Ay·dA＝0 

为此，现有的衬底/封装体已得到研发从而降低对温度变化和声振动的敏感度。本申请涉及减弱声振动效应的封装体设计。温度变化通常是缓慢的且因此借助热源/散热元件是可控的。 

典型地，光纤在张力作用下被装配在封装体上，但是（例如使用胶粘剂）仅被固定在激光器的每一端（例如参见WO-99/27400）。因此，光纤激光器的中心部分由于存在光纤预应变从而可能与封装体表面接触不良。该效应如图2.b所示。在激光器沿封装体的中性轴线进行放置的情况下，该效应是所不希望的。在这种情况下，脱离将会导致激光腔长度和/或光栅周期缩短且导致由此的激光产生频率发生变化。 

然而，在不改变光纤特性的条件下将包括光纤Bragg光栅的光导纤维固定到封装体的中性轴线上可能存在问题。由于胶粘剂发生不均匀固 化，因此使用胶粘剂沿所述光纤的长度固定光栅可能损伤纤芯中的细小的Bragg光栅。胶粘剂固化过程在光纤中产生应变场。所述不均匀的应变场破坏了Bragg光栅的周期性并且由其形成部件的制品（例如光纤激光器）不再具有预期的功能。 

因此，感兴趣的是提供一种克服了以上问题的用于把光纤（例如包括光纤激光器）装配到封装体中的技术方案。 

如上面所讨论地，在所述简支梁的三种形变方式中（即弯曲形变、轴向形变和扭转形变），仅弯曲需要被视作第一级。然而，为了进一步改进光纤激光器中的相位噪声，从而使其达到一些过分要求的传感器应用（例如噪音环境如航空器和船只中的应用）中的所需标准。还有必要的是包括/减少扭转形变效应。 

在一些DFB光纤激光器应用中，需要对DFB光纤激光器的频率/波长进行调谐。现有的封装体/衬底或是利用封装体的热膨胀或是使用封装体设计，其中整个封装体由压电陶瓷材料制成。由于铝具有相对较大的热膨胀系数（大约23*10^-6°C^-1），因此通过加热或冷却铝封装体可以获得较大的波长调谐。然而，仅可通过热膨胀缓慢调制激光产生频率/波长。在需要进行快速调制的一些应用中，可以使用压电陶瓷材料。在带电时，借助压电陶瓷材料可获得非常快速的调制（在千赫兹区域中）。然而，与温度调谐相比，仅较小的频率/波长变化是可以获得的。当整个封装体由压电陶瓷材料制成时，由于其热膨胀系数相对较低（约为1-5*10^-6°C^-1），因此可得到的仅是较小的热调谐。由此，需要一种具有改进的调谐选择的封装体。 

US-4,795,226中描述了具有容纳在支座结构曲形沟槽中的衍射光栅的一定长度的无源光纤。进行装配的目的在于提供一种沿纵向方向抛去所述光纤可控部分的适当的手段。经过抛光的光纤用于感测光纤中的可变形变量的器件（即目标在于使所述光栅尽可能对来自环境的振动敏感）。 

US-6,240,220中描述了一种可进行调谐的光纤封装体，所述光纤封装体包括用于在通道中容纳无源光纤的曲形支承构件和用于将光纤Bragg光栅内的张力改变成受控应变由此控制光栅的特征波长的压电部段。封装体的作用在于根据需要改变光栅的波长响应。一种相对较大的调谐意味着支承构件具有较小的曲率半径。 

US-2002/0131709中描述了一种包括可进行调谐的光纤Bragg光栅的器件。包括光纤Bragg光栅的无源光纤被装配在衬底上，所述衬底适于通过施加垂直于光纤长度的力而产生弯曲，由此增大或减小了包括所述光栅的光纤的曲率半径，由此对光栅波长进行调谐。本发明的目的在于使器件对曲率半径变化尽可能敏感，从而增大对光栅的调谐范围。 

US-2002/0181908中描述了一种用于光纤激光器的封装体，其中所述光纤激光器被安放在由刚硬适度的材料制成的管中，所述材料已被预成形从而装配在大小适当的盒中。所述端部使用适当的胶粘剂进行密封且管中的激光器被定位在被可固化的粘性物质所围绕的盒中。 

发明内容

本申请主要涉及由于声源（或者由于其它机械振动，例如结构振动）在制品中产生的弯曲形变和扭转形变的多个方面，所述制品包括具有光纤Bragg光栅的光纤和相应的载体封装体－其目的在于控制制品对所述形变的敏感度。对于这些制品的典型应用而言，例如当光纤激光器被用于监控声学现象（例如以灵敏的麦克风的形式存在）时，兴趣在于降低所述制品对于来自于环境的在20Hz-20kHz范围内或在0.1-20Hz“亚声”范围内的‘非信号’声振动的敏感度。换句话说，兴趣在于使封装体的第一谐振频率移到该（如以上）范围之外。 

在本申请中，与载体和封装体的特征可激励的振动有关的术语‘谐振频率’、‘固有频率’和‘本征频率’可互换使用。 

通常，机械振动可被分为声振动和结构振动。声振动例如可以是空气传播的、结构承载或传播的海底。非声诱发的结构振动典型地在机器或引擎中具有其起源。在涉及在制品中诱发的机械振动的本申请中，术语‘声振动’用以覆盖在典型为0-20kHz的声频范围内所有类型的机械振动，其中所述制品包括具有光纤Bragg光栅的光导纤维和相应的载体封装体。 

本申请涉及降低对机械振动的敏感度的光纤激光器封装体，其中包括光纤Bragg光栅的光纤激光器被固定到中凸表面上（至少在一部分包括光纤Bragg光栅的光纤上面）。通过使所述中凸表面对准光纤激光器封装体的中性轴线从而使所述敏感度进一步降低。这种封装体的一个实例是具有带U形沟槽的截面的半圆形封装体（图9.a以及图3例如图 3.a、3.c、3.f、3.g、3.h、3.i中所示出的截面）。然而，与直边封装体相比，曲形封装体更加难以进行生产且应用于多种应用中（这是因为这些应用中典型地包括用于支承并且光学连接和/或电连接系统或器件中的多个部件的平面）。具有直边外表面和中凸曲形激光器载体表面的细长的封装体也出现在本申请中（参见图8）。封装体上载体表面的曲形形状和精确位置可以作为进行优化的一个目标，这也是本申请所涉及的问题。 

本发明的一个目的在于提供一种包括具有光纤Bragg光栅的光导纤维和用于承载所述光导纤维的封装体的制品，所述制品对来自环境的声振动具有相对较低的敏感度。 

本发明的另一个目的在于提供一种对由于声振动而导致的弯曲形变具有相对较低敏感度的制品。 

本发明的另一个目的在于提供一种对由于声振动而导致的扭转形变具有相对较低敏感度的制品。 

本发明的目的还在于提供一种生产这种制品的方法。 

本发明的另一个目的在于提供一种相位噪声得到降低的光纤激光器。 

本发明的另一个目的在于提供一种制造这种光纤激光器的方法。 

本发明的另一个目的在于提供一种包括根据本发明的制品的设备和根据本发明的制品的应用。 

本发明的另一个目的在于设法提供一种优化的封装体，所述封装体包括具有用于支承包括光纤Bragg光栅的光导纤维的中凸载体表面的细长载体。 

本发明的另一个目的在于设法提供一种调谐可能性得到改进的封装体。 

其它目的出现在说明书中的其它地方。 

本发明提供一种包括用于激光器的一定长度的光导纤维和封装体的制品，所述光导纤维包括分散在所述长度的光导纤维中的FBG部段上面的光纤Bragg光栅，所述封装体包括具有适于至少支承包含FBG部段的光导纤维受支承部分的载体表面的载体，在制品的使用过程中，所述光导纤维的受支承部分被装配在载体表面上并且被固定到光导纤维的所述FBG部段的每一侧的载体表面上从而在光导纤维的受支承部分中提 供纵向张力，其中所述载体表面适于在制品的使用过程中保持中凸，并且其中所述光导纤维受支承部分大体上沿所述封装体的中性轴线进行设置。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维的受支承部分包括光学活性区域。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体具有至少一个适于被装配在平面支承体上的外表面。 

另外，根据上述发明的制品，其中沿光导纤维受支承部分的长度观察截面时，所述载体表面大体上是圆的一部分，例如呈半圆形。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体表面是优选大体上具有椭圆形或圆形截面的圆柱形表面的一部分。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述圆柱形载体包括贯通开口。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述圆柱形载体表面是实心封装体的一部分。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体是细长的。 

另外，根据上述发明的制品，其中位于光导纤维受支承部分与支承光导纤维的载体表面之间的物理接触通道沿光导纤维的纵向方向是中凸的。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维受支承部分大体上沿所述封装体的中性轴线进行设置。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维的受支承部分大体上沿所述封装体的剪切中心通道进行设置，由此因扭转形变模式而使光导纤维伸长量最小。 

另外，根据上述发明的制品，其中光纤Bragg光栅完全或部分地被设置在光导纤维的光学活性区域中。 

另外，根据上述发明的制品，其中光纤Bragg光栅大体上被设置在光导纤维的光学活性区域外部。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述用于至少支承光导纤维受支承部分的载体表面位于所述载体中的沟槽中。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述沟槽具有矩形截面。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述沟槽的截面形状适应于所述光导纤维的所述受支承部分的截面形状。 

另外，根据上述发明的制品，其中在被装配在所述沟槽中时在垂直于所述光导纤维的纵向方向的截面中进行观察时，所述载体具有大体上呈矩形的外边界。 

另外，根据上述发明的制品，其中当位于所述载体表面上时的所述光导纤维的受支承部分完全或部分地被填充材料所围绕，所述填充材料基于与大体上相同尺寸的所述光导纤维的所述受支承部分优选具有一定质量密度，例如在所述光导纤维的质量密度的100%以内、例如在50%以内、例如在30%以内、例如在20%以内、例如在10%以内。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体包括贯通开口，至少所述光导纤维的受支承部分位于所述贯通开口中。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体包括多个优选两个协同操作的本体，当所述本体被组装在一起时则提供了所述贯通开口。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述贯通开口具有与所述光导纤维的截面形状相适应的截面形状。 

另外，根据上述发明的制品，其中由所述光导纤维的受支承部分与载体表面的接触通道限定出的曲线的曲率在0.004m^-1至200m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至20m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至13m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至5m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至2m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至1m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至0.7m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至0.5m^-1的范围内，例如在0.1m^-1至50m^-1的范围内，例如在0.2m^-1至2m^-1的范围内。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体表面支承光导纤维的部分具有高低不平的表面，所述表面包括峰部或脊部以及凹部或谷部，其中当沿光纤的纵向方向进行观察时，相邻的峰部或脊部之间的距离如此小，以使得悬在相邻的峰部或脊部之间的光导纤维的本征频率大于5kHz，例如大于10kHz，例如大于20kHz，例如大于25kHz，例如大于30kHz。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述相邻的峰部或脊部之间的距离小于10毫米，例如小于5毫米，例如小于2毫米，例如小于1毫米。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体中包含至少两种材料。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体包括至少一个由一种材料制成的第二本体，其纵向尺寸专门适于进行外部调制。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述第二本体中包含一种材料，其纵向尺寸专门适于进行电调制。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述第二本体中包含压电材料。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述压电材料从以下材料组中进行选择，所述材料组中包括压电陶瓷材料如多晶铁电陶瓷材料，例如钛酸钡和锆钛酸铅（PZT）及其组合。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述载体包括由一种材料制成的第一本体，所述载体的纵向尺寸专门适应于进行热调制。 

另外，根据上述发明的制品，其中构成沿载体的纵向方向的所述第一本体的材料的热膨胀系数α_T-1大体上等于构成所述第二本体的材料的热膨胀系数α_T-2。 

另外，根据上述发明的制品，其中构成沿载体的纵向方向的所述第一本体的材料的热膨胀系数α_T-1大于构成所述第二本体的材料的热膨胀系数α_T-2，例如大于α_T-2的1.5倍，例如大于α_T-2的2倍，例如大于α_T-2的5倍。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述第一本体中包含选自以下材料组中的材料，所述材料组中包括金属如铝或铜或其合金、陶瓷材料及其组合。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述第一本体构成了所述载体的主要容积。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述第二本体或多个所述第二本体相对于垂直于其纵向方向位于所述载体的纵向端部之间的中间位置处的载体截面不对称地进行设置。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述第二本体或多个所述第二本体相对于垂直于其纵向方向位于所述载体的纵向端部之间的中间位置处的载体截面对称地进行设置。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维的受支承部分包括两个在空间上被隔开的光纤Bragg光栅。 

另外，根据上述发明的制品，包括DBR激光器，其中所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述DBR激光器。 

另外，根据上述发明的制品，包括DFB激光器，其中所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述DFB激光器。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维是基于二氧化硅的光导纤维。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维包括沿纵向延伸的微观结构。 

另外，根据上述发明的制品，其中所述光导纤维是双包层光导纤维。 

另外，根据上述发明的制品，其中由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道限定的曲线大体上为具有半径R的圆的一部分，所述载体具有纵向伸长量L，所述Bragg光栅具有光栅强度κ，所述载体具有中性轴线N，其中对于κL大于1的情况而言，在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于（4Rκ）^-1。 

另外，根据上述发明的制品，其中κL大于2，例如大于5，例如大于10。 

另外，根据上述发明的制品，其中在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于0。 

本发明还提供一种包括上述制品的设备。 

另外，根据上述发明的设备，构成激光探测和测距（LIDAR）系统或干涉测量系统或成为所述系统的一部分。 

本发明还提供上述制品的应用。 

上述应用是在激光探测和测距（LIDAR）系统或干涉测量系统中的应用。 

本发明还提供制品的制造方法，所述方法包括以下步骤： 

（a）提供用于激光器的一定长度的光导纤维，所述光导纤维包括用于对在所述光导纤维中传导的光的波长进行选择的光纤Bragg光栅，所述光纤Bragg光栅被分散在所述长度的光导纤维的FBG部段上， 

（b）提供用于支承所述光导纤维的载体，所述载体包括： 

用于至少支承所述光导纤维的受支承部分的载体表面， 

（b1）使所述载体表面适于使得所述光导纤维的所述受支承部分与支承所述光导纤维的所述载体表面之间的物理接触通道在所述光导纤维的纵向方向上是中凸的且适于在所述制品的使用过程中保持中凸，并且 

（c）将所述光导纤维的所述受支承部分装配在至少包括所述长度的所述光导纤维的所述FBG部段的所述载体表面上，以使所述受支承部分在所述光导纤维的所述FBG部段的每一侧上被固定到所述载体表面上，从而在所述制品的使用过程中在所述光导纤维的所述受支承部分中提供纵向张力。 

另外，根据上述发明的方法，进一步包括使所述封装体适于将来自环境的机械（例如声）振动减至最小的步骤。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（b）进一步包括使所述载体包括由不同材料制成的至少两个本体的步骤（b2）。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（b）进一步包括使所述载体包括适于沿所述载体的纵向尺寸进行外部调制的材料的步骤（b3）。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（b）进一步包括使所述不同材料包括适于沿所述载体的纵向方向进行热调制的第一材料和适于沿所述载体的纵向方向进行外部调制的第二材料的步骤（b4）。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（b）进一步包括使所述载体包括具有适于被装配在平面支承体上的至少一个外表面的步骤（b5）。 

另外，根据上述发明的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤： 

（d1）使由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道限定出的曲线大体上为具有半径R的圆的一部分，且使得所述载体具有纵向伸长量L， 

（e1）使所述Bragg光栅具有光栅强度κ， 

（f1）确定所述载体的中性轴线N， 

（g1）使对于κL大于1的情况而言，在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于（4Rκ）^-1。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（g1）由使得在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于0的步骤（g2）替换。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（a）进一步包括在所述光导纤维的所述受支承部分中形成光学活性区域的步骤（a1）。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（a1）进一步包括使所述光 学活性区域与所述光纤Bragg光栅的空间延伸范围完全或部分交叠的步骤（a1.1）。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（a1）进一步包括使所述光学活性区域大体上不与所述光纤Bragg光栅的空间延伸范围交叠的步骤（a1.2）。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（a）进一步包括使所述光导纤维的所述受支承部分包括至少两个独立的一定长度的光导纤维的步骤（a2），所述至少两个独立的一定长度的光导纤维彼此进行光连接，例如接合。 

另外，根据上述发明的方法，其中步骤（a2）进一步包括在一定长度的光学无源光纤中形成所述光纤Bragg光栅的步骤（a2.1）。 

可以通过在所附权利要求书以及下面的说明书中所描述的本发明的实施例从而实现本发明的所述目的。 

制品：

本发明提供一种包括用于光纤激光器的一定长度的光导纤维和封装体的制品，所述光导纤维包括分散在所述长度的光导纤维中的FBG部段上面的光纤Bragg光栅，所述封装体包括具有适于至少支承包括FBG部段的光导纤维的受支承部分的载体表面的载体，在制品的使用过程中，所述光导纤维的受支承部分被装配在载体表面上并且被固定到光导纤维的所述FBG部段的每一侧的载体表面上从而在光导纤维的受支承部分中提供纵向张力，并且其中所述载体表面适于在制品的使用过程中保持中凸。 

术语‘制品’在本申请中意味着一种系统或产品或部件。包括具有光纤Bragg光栅的光导纤维的制品可包括用以形成光学系统的其它部分，例如光纤激光器产品或包括光纤激光器的系统等。另一方面，所述制品还可以仅包括具有一个或多个Bragg光栅的光导纤维及其封装体。 

术语‘用于光纤激光器的光导纤维’意味着一种包括光学活性区域的光导纤维，所述光学活性区域例如是包含光学活性离子如稀土离子如Er、Yb、Dy、Tb、Tm等的区域。位于光纤激光器中的光纤Bragg光栅对来自环境的机械振动的敏感度比无源光纤中的光纤Bragg光栅更大。因此，保护用于光纤激光器的光导纤维这一问题远比包括光纤Bragg光栅 的无源光纤的保护更加紧迫并且与其完全不同，其中所述用于光纤激光器的光导纤维包括位于封装体中作为本发明的主题用于抵抗来自环境的声学噪音的光纤Bragg光栅。 

在一个实施例中，光导纤维的受支承部分包括光纤Bragg光栅（即光导纤维的FBG部段）和光学活性区域。在一个实施例中，光纤Bragg光栅与光学活性区域一起形成了部分激光腔。在一个实施例中，光纤Bragg光栅位于活化区域中（即光导纤维的FBG部段包括光纤Bragg光栅以及全部或一部分光学活性区域）。在一个实施例中，激光腔包括至少两个在空间上被光学活性区域隔开的光纤Bragg光栅。在一个实施例中，激光腔元件位于光导纤维的受支承部分中。 

在本发明的一个实施例中，光纤Bragg光栅位于光学活性区域外部。在一个实施例中，光纤Bragg光栅位于与一定长度的具有活化区域的光导纤维光学相连（例如接合或胶粘或邻接等）的光学无源光纤（即一种光导纤维，其中光学活性材料的浓度低于足以放大光信号的水平）中。在一个实施例中，光导纤维的受支承部分包括一定长度的具有光学活性区域的光导纤维，在其两端光学连接有一段无源光纤，每段无源光纤包括光纤Bragg光栅，组装在一起形成DBR激光器。 

术语‘封装体’在本申请中意味着允许对光纤作为一部分的制品进行处理的结构部件，即封装体至少包括载体，光导纤维被支承或支撑在载体上。封装体还可包括其它部件，例如温度控制装置（如热调谐装置，包括非热调谐装置）或压电控制装置，封装体自身的声屏蔽装置（如包括吸声材料）等。在一个实施例中，所述封装体适于将来自环境的机械振动（例如声振动）减至最小。所述改变例如可包括围绕封装体中光导纤维的吸声材料的加入（例如参见US-2002/0181908）并且包括如下文中所述的支承光导纤维受支承部分的载体这些特征。 

术语‘载体表面适于支承......光导纤维’在本申请中意味着所述表面适合于或被改进用以支承所述光纤（例如通过具有适当的表面光洁度、摩擦力、附着力等）。所述载体可包括一层与载体主体不同的另一种材料，从而使得‘支承光导纤维受支承部分’实际上与所述层具有物理接触。在这种情况下，在支承光导纤维受支承部分与载体主体之间的一层材料被视为部分载体。 

支承光导纤维受支承部分被固定在位于光导纤维中的所述FBG部 段每一侧上面的载体表面上。其优点在于能够控制封闭部分光导纤维的物理通道长度。固定的光导纤维优选在一段长度尽可能短的光纤上面进行延伸，从而将固定光纤紧固到载体表面上。可采用任何常规手段例如胶粘剂、环氧、焊接、机械固定等进行所述固定。 

光导纤维受支承部分被装配在载体表面上，从而在制品的使用过程中在光导纤维内提供纵向张力。其优点在于以一种简单且有效的方式实现了光导纤维封闭部分与载体表面之间的物理接触，由此确保了光导纤维和载体相当于一体（包括一起振动）。另一个优点在于使得能够对光导纤维与载体之间的热膨胀系数的具体差异进行处理。另外一个优点在于改进了在光导纤维封闭部分面自光导纤维向载体的散热。 

在一个实施例中，位于载体表面上的固定点之间的光导纤维的长度小于50厘米，例如小于20厘米，例如小于10厘米，例如小于5厘米，例如小于2厘米，例如小于1厘米。另一种可选方式是，载体表面上的固定点之间的光导纤维的长度可为更长（例如，通过围绕圆柱形支架缠绕光导纤维多次）。然而，在光学性能与光纤长度（材料成本、光纤所占据的容积、公差等）之间可作出折衷方案。 

在一个实施例中，载体表面适于避免沿光导纤维受支承部分的接触通道而局部固定到载体表面（而不是如上面所述固定在光纤Bragg光栅的每个侧面）上。这可通过对载体表面进行适当的处理而得以实现，例如确保表面粗糙度足够低（例如通过抛光或激光烧蚀）、施加润滑剂、向表面施加特定涂层等。在一个实施例中，所述载体表面适于在位于载体表面上的固定位置之间的光导纤维受支承部分中确保大体上均匀的轴向应变。 

光导纤维中Bragg光栅的性能和物理实施已在例如参见WO-98/36300中进行了广泛地描述。 

术语‘载体表面适于保持中凸’在本申请中意味着支承光导纤维的载体表面沿光导纤维的纵向方向是中凸的，即通过截面沿光导纤维的表面适应部分的长度的载体表面描述的曲形通道上的每一点具有曲率圆，其圆心位于载体内部或本体的方向上（所述通道例如是曲形的或圆形的例如圆、抛物线或椭圆形）。以不同的方式进行表达：沿与光导纤维受支承部分相接触的（预定）点的载体表面的曲形通道是一 条连续曲线，所述曲线具有以下特性，即联接其上任何两点的直线均延伸进入到载体内部或本体中。 

在一个特定的实施例中，位于光导纤维受支承部分与支承光导纤维的载体表面之间的物理接触通道在制品使用过程中保持大体上恒定的形状和凸度。由此，由环境引发的机械振动对光纤Bragg光栅的特征波长的影响得以减至最小。 

应该理解：以上定义设想出一定‘宏观’程度的载体表面和光导纤维受支承部分（‘宏观’被定义为忽略载体表面上的不平坦和小于一定尺寸的光纤）。 

在一个特定的实施例中，位于光导纤维受支承部分与支承光导纤维的载体表面之间的物理接触通道沿光导纤维的纵向方向是中凸的。 

本发明的一个优点在于：如果光纤（例如以光纤激光器形式存在）被放置在通过封装体振动循环保持中凸的表面上，那么可将光导纤维受支承部分自载体表面的脱离减至最小。令人吃惊的结果是：在载体表面与光导纤维受支承部分之间的接触通道的相对较小的曲率（相对较大的曲率半径）致使对来自环境的机械振动的敏感度显著降低。 

术语‘在制品的使用过程中’在本申请中意味着在这种应用中，制品特定例如用于特定温度范围的环境噪声的一定振幅和频谱。换言之，术语‘在使用过程中载体表面保持中凸’意味着在专门设计的振动而产生形变时，载体表面保持中凸。 

在一个特定的实施例中，所述载体具有至少一个适于被装配在平面支承体上的外表面。在一个实施例中，所述封装体具有至少一个适于被装配在平面支承体上的外表面。 

优点在于：有利于将制品装配在一起并且有可能连接至平面支承体上的其它光学、电子和/或电光部件，例如用以形成包括所述制品的模块或系统。 

术语‘适于被装配在平面支承体上’在本文中意味着载体可被装配在电子和光学工业中所使用的标准支承体上，例如在包括印刷电路板的陶瓷材料、聚合物材料、金属等的衬底上面。由此，有利于对所述制品进行物理处理并且提供与其它部件和系统的信号连接。 

在一个特定的实施例中，所述载体是细长的。细长的载体例如意味着所述载体具有一个大于其它空间维度的空间维度，从而使得例如 所述载体在光导纤维受支承部分的方向上具有一定的物理伸长量（在被装配在载体表面上时），所述物理伸长量大于其在其它方向上的物理伸长量（即所述载体是‘梁形状的’）。 

术语‘大体上’旨在意味着基本上，但不一定是全部地。 

在一个实施例中，沿光导纤维受支承部分的长度观察截面时，载体表面大体上呈半圆形。其有点在于：提供了简单且易于进行生产的载体表面。术语‘载体表面大体上呈半圆形’在本申请中意味着由位于光导纤维受支承部分与沿光纤长度的载体表面之间的物理接触通道构成的曲形通道大体上是半圆形的（即构成在一定长度和/或径向公差为±20%以内,例如在±10%以内，例如在±5%以内的半圆）。 

在一个实施例中，位于光导纤维受支承部分与沿光纤长度的载体表面之间的物理接触通道由平面（凸）曲线例如圆的一部分表示。然而，另一种选择是，其可形成任何其它的通道，例如一个实施例中的螺旋形通道，其中所述光导纤维受支承部分呈螺旋形被缠绕在圆柱形载体表面上。 

在一个实施例中，所述载体关于被所述通道跨越的平面是对称的，所述通道由光导纤维的纵向延长部限定出（即例如由位于光导纤维受支承部分与沿光纤长度的载体表面之间的物理接触通道限定出）。 

在一个实施例中，所述载体是一个封闭的本体，在制品的使用过程中，载体表面保持中凸。术语‘封闭的本体’指的是大体上沿所述光导纤维受支承部分的长度的截面视图，术语‘封闭的本体’在本申请中意味着实心的（例如图6和图9.a）或空心的（例如图5）本体，与具有梁形状的本体（例如图1，2，4，9b，10和11－14）相对。其优点在于：与相应的‘中空’或‘开口’本体（例如具有圆形截面的圆柱形）或半圆形（开口，参见图4））相比，增大了第一基本谐振频率。 

载体表面－在沿所述光导纤维受支承部分的长度的截面视图中－可以随任何适宜的（例如线性或中凸的）曲形通道，所述通道适应于光导纤维和载体（包括其表面摩擦力）的材料、光纤Bragg光栅、特征波长等。 

在一个实施例中，载体表面是在光导纤维受支承部分的纵向方向上优选大体上具有椭圆形或圆形截面（例如参见图5，15）的圆柱形表面的一部分。其优点在于：提供了简单且易于进行生产的载体表面。 其优点还在于：与相应的‘开口’本体相比提供了更高的第一基本谐振频率，同时依然避免脱离。 

在沿垂直于光导纤维受支承部分的纵向方向的载体表面的方向上（即垂直于由位于光导纤维受支承部分与沿光纤长度的载体表面之间的物理接触通道跨越的平面），载体表面可呈现任何适宜的形状，例如曲形或线性的。这包括在用于装配光导纤维的载体中形成的可能的沟槽的载体表面（见后文，例如图3.b中的361）。 

在一个实施例中，所述载体（呈圆柱形从而使得光导纤维被支承在圆柱形表面上）在沿大体上与圆柱形载体轴线相平行的轴线的方向上包括完全或部分贯通的开口。完全或部分贯通的开口在此意味着当被装配到载体上时在大体上沿光导纤维受支承部分的纵向方向的截面上完全或部分横穿载体从而使得光导纤维受支承部分受到环形结构（例如参见图5或11.a）的支承的开口。与实心载体相比，通过节省材料，从而使得这种结构可能是有利的。另外，所述封装体的空心部分可包含其它部件或结构部件，由此提供一种紧凑型系统。 

在一个实施例中，所述（可能呈圆柱形的）载体表面是实心封装体的一部分（即不包括在大体上沿光导纤维受支承部分的纵向方向的截面上的贯通开口，例如参见图6.a，15.h所示的实施例）。其优点在于：提供了简单且易于进行生产的载体表面。其优点还在于：与相应的具有贯通开口的本体相比提供了更高的第一基本谐振频率。 

在所述制品的一个特定实施例中，光导纤维受支承部分大体上沿所述封装体的中性轴线进行设置。其优点在于：使封装体弯曲过程中的应变最小化。按照这种方式，衬底的振动激励对光纤激光器的影响作用将得到显著减弱。如在J.M.Gere和S.P.Timoshenko,“Mechanics of Materials”，Fourth SI Edition,Stanley Thornes(Publishers)Ltd.，1999，第311－312页上可以找到用于给定本体的中性曲形通道，该书在本申请其它地方被称作[Timoshenko]。 

在所述制品的一个特定实施例中，用于至少支承光导纤维受支承部分的载体表面位于所述载体中的沟槽中。其优点在于：提供了对光导纤维的保护并且提供了一种用于沿载体本体中预定的曲形通道设置光导纤维的适当手段。其优点还在于：使得能够在垂直于光导纤维的纵向轴线的方向上进行固定。在一个实施例中，所述沟槽包括用于将 光导纤维固定在沟槽中的装置，例如以局部缩窄所述沟槽从而固定光导纤维的一个或多个凸部的形式存在或者以一个或多个起到固着材料如胶粘剂或粘合剂贮槽作用的凹部的形式存在。在一个实施例中，局部凸部和/或凹部沿用于将光纤定位在沟槽中的沟槽长度按照一定间隔进行设置。这样可以确保光导纤维的中心轴线沿着一条特定的通道，例如载体（或封装体）的中性通道。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述沟槽具有矩形截面。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述沟槽的截面形状适应于所述光导纤维的所述受支承部分的截面形状。其优点在于：可以容易且精确地（自对准）将光导纤维装配在所述沟槽中。所述沟槽的截面形状的适应性可包括调节所述沟槽（或其一部分，例如底部）的形状，从而形成类似于光导纤维形状的形状（例如圆形或椭圆形，例如图3.b中的361）。然而，所述适应性还可包括调节所述沟槽的形状，从而形成不同于光导纤维形状的形状（例如三角形或矩形，例如图3.c），例如用以利于对准和/或在光导纤维周围为（流体或固体）填充材料留出适当的空间。 

在所述制品的一个特定实施例中，在被装配在所述沟槽中时在垂直于所述光导纤维的纵向方向的截面中进行观察时，所述载体具有大体上呈矩形的外边界。其优点在于：提供了在截面扭转因数与极惯性矩（K/J）间具有相对较高比值的载体，由此提供了具有相对较高的扭转固有频率的载体。 

在所述制品的一个特定实施例中，当位于所述载体表面上时的所述光导纤维的受支承部分完全或部分地被填充材料所围绕，所述填充材料基于与大体上相同尺寸的所述光导纤维的所述受支承部分优选具有一定质量密度，例如在所述光导纤维的质量密度的100%以内、例如在50%以内、例如在30%以内、例如在20%以内、例如在10%以内。其优点在于：将光导纤维作用在沟槽壁上的可能的震动减至最小。其优点还在于：光导纤维和填充材料相当于一体。其优点还在于：填充材料的使用减弱了对沟槽的机械公差的要求，这是因为填充材料消除了可能存在的不规则性。其优点还在于：从光导纤维进行散热的条件可以得到改善（通过使用导热填充材料例如金属）。在一个实施例中，所述填充材料是可变形的材料，例如热糊剂如冷却糊剂、或金属如铟。 在一个实施例中，所述填充材料至少在将其施加到沟槽中时是流体。在一个实施例中，所述填充材料至少在将其施加到沟槽中时是液体。在一个实施例中，所述填充材料在进行施加之后受到硬化或固化，从而增大其粘度。 

在一个实施例中，所述填充材料是 

（或出自Dupont-Dow Elastomers的六氟丙烯-偏二氟乙烯）。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述载体包括当被装配到所述载体上时在光导纤维受支承部分的纵向方向上的贯通开口，光导纤维的所述受支承部分位于其中（例如参见图11.b，11.c）。其优点在于：有利于实现具有改进的刚度和最小形变模式的相对较高固有频率的封装体设计。 

其优点在于：与现有技术解决方案（例如参见图3.a）相比，减小了来自环境中声源（或其它机械振动源）的扭转振动的影响作用。其优点还在于：增大了封装体的刚度，由此增大了其第一谐振频率。通过将光导纤维约束在以贯通开口的形式存在的纵向腔中，进一步减少了脱离，由此降低了对封装体声弯曲的敏感度。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述光导纤维的受支承部分大体上沿所述封装体的剪切中心通道进行设置，由此因扭转形变模式而使光导纤维伸长量最小。在被装配在贯通开口中时当在垂直于光导纤维纵向方向的截面中进行观察时，若所述封装体是双重对称的，即具有与用于进行弯曲的中性轴线相重合的剪切中心，那么当沿用于弯曲和扭转形变模式的轴线进行放置时，提供了光纤的最小伸长量。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述载体包括多个优选两个协同操作的本体，当所述本体被组装在一起时则提供了所述贯通开口（例如参见图3.c或3.l）。其优点在于：结合了具有改进的刚度和最小形变模式的相对较高固有频率的优点与光导纤维易于处理和装配的优点。在一个实施例中，一个所述本体由填充材料构成。在一个实施例中，所述本体借助粘结材料例如胶粘剂进行联接。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述贯通开口具有与所述光导纤维的截面形状相适应的截面形状。 

所述载体表面的曲率可优选被优化，用以最小化光导纤维中的弯曲损耗和光纤Bragg光栅中的啾鸣信号（后者是分别由于光栅发生弯 曲和摩擦引起的光栅的不均匀形变而产生的）。 

在所述制品的一个特定实施例中，由所述光导纤维的受支承部分与载体表面的接触通道限定出的曲线的曲率在0.5m^-1至200m^-1的范围内，例如在1m^-1至200m^-1的范围内，例如在5m^-1至70m^-1的范围内，例如在10m^-1至50m^-1的范围内。在所述制品的一个特定实施例中，所述曲率在0.004m^-1至200m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至20m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至13m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至5m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至2m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至1m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至0.7m^-1的范围内，例如在0.004m^-1至0.5m^-1的范围内，例如在0.1m^-1至50m^-1的范围内，例如在0.2m^-1至2m^-1的范围内。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述曲率在0.1m^-1至1m^-1的范围内。 

在所述制品的一个特定实施例中，所述载体表面支承光导纤维的部分具有高低不平的表面，所述表面包括峰部或脊部以及凹部或谷部，其中当沿光纤的纵向方向进行观察时，相邻的峰部或脊部之间的距离如此小，以使得悬在相邻的峰部或脊部之间的光导纤维的本征频率大于5kHz，例如大于10kHz，20kHz，例如大于25kHz，例如大于30kHz。高低不平的表面的一个实例可以是不同材料表面之间的过渡部分，例如包括的外部可调谐材料例如压电材料的多本体载体。 

在这种情况下，术语‘中凸’应被理解为‘总体上中凸’，其原因在于由光导纤维的表面适应部分沿与载体表面的接触点所描述的曲形通道被允许是分段线性的（即在与载体表面的实际物理接触点之间是线性的，参见图10.b中的102和107）。 

在所述制品的一个特定实施例中，相邻的峰部或脊部之间的距离小于10毫米，例如小于5毫米，例如小于2毫米，例如小于1毫米。 

在一个实施例中，载体表面和光导纤维的表面适应部分具有大体上相似的表面粗糙度（例如测得的均方根粗糙度（rms roughness）彼此间系数在2以内，例如系数在1.5以内，例如系数在1.2以内）。 

在一个实施例中，决定载体表面热膨胀的封装体容积的主要部分中包含铝。其优点在于：提供了导热载体，相对廉价的材料和用于机加工的具有吸引力的材料。在这些实施例中，具有较低热膨胀系数的材料例如 

或具有与光导纤维的热膨胀系数相似的热膨胀系数 的材料被用在载体中。在这些实施例中，可以使用陶瓷或压电材料。通过选择作为光导纤维基材（且有可能通过包括光导纤维的一定程度的预应变）的载体材料，可以考虑在相应的热膨胀系数的温度相关性方面可能存在的差异，从而确保在操作过程中在预定温度范围内不发生脱离。载体本体的较大的刚度（或更确切地说，较大的K/J、I/A和E/ρ比值）（参见公式（1a）、（1b）和（1c）以及如下文所述）是有利的。 

在封装体中使用不同的材料以实现对波长范围相对较慢和/或相对较快的调谐： 

在所述制品的一个特定实施例中，所述载体中包含至少两种材料。其优点在于：设计灵活性得到增强，即有利于提供特定性质的载体和封装体（以及由此的制品）。 

在一个特定实施例中，所述载体包括至少一个由一种材料（名称为材料-2，参见下文）制成的第二本体，其纵向尺寸专门适应于例如通过外部控制信号进行外部调制。其优点在于：提供了一种用以动态影响载体和封装体（以及由此的制品）的性质的可能性。 

在一个特定实施例中，所述第二本体中包含一种材料，其纵向尺寸专门适应于进行电调制。电调制相对容易地例如作为直流或交流电压或电流而被提供。其优点还在于：易于被改变成所需幅值和/或重复序列或频率。在一个特定实施例中，所述电调制是受电压控制的，频率小于10MHz，例如在0.1Hz至100kHz的范围内，例如在20Hz至20kHz的范围内。其优点在于：提供了对载体长度进行了相对快速的调制,由此提供了用于控制激光器的相位和频率的工具。 

在一个特定实施例中，所述第二本体中包含压电材料。其优点在于：提供了一种用于动态改变本体的物理尺寸的运行良好的装置。另一种可选方式是，所述第二本体中可包含电致伸缩材料例如铌镁酸铅（PMN）陶瓷材料或磁致伸缩材料（例如一种或多种镧系元素（稀土）例如铽和镝加上铁的合金晶体） 

在一个实施例中，所述第二本体中包含压电陶瓷材料。 

在一个特定实施例中，所述压电材料从以下材料组中进行选择，所述材料组中包括压电陶瓷材料如多晶铁电陶瓷材料，例如钛酸钡和锆 钛酸铅（Pb）（PZT）及其组合。另一种可选方式是，可以使用如石英、电石、Rochelle等天然材料。但是，在这些材料中所述效应是相对较小的。前述开发出的陶瓷材料与天然材料相比具有优越的性质。 

在一个特定实施例中，所述载体包括由一种材料（名称为材料-1，参见下文）制成的第一本体，其纵向尺寸专门适应于进行热调制。其优点在于：提供了将第二本体的调制效应与第一本体的热调谐结合在一起的可能性，其中所述载体中第一本体和第二本体的材料、容积、形状和位置专门适于所需的调谐可能性。例如可以通过电阻器或Peltier元件而提供所述载体的热改善。 

在一个实施例中，构成沿载体的纵向方向的所述第一本体的材料的热膨胀系数α_T-1大体上等于构成所述第二本体的材料的热膨胀系数α_T-2。 

在一个特定实施例中，构成沿载体的纵向方向的所述第一本体的材料的热膨胀系数α_T-1大体上大于构成所述第二本体的材料的热膨胀系数α_T-2，例如大于α_T-2的1.5倍，例如大于α_T-2的2倍，例如大于α_T-2的5倍。其优点在于：提供了用于最优化通过第一本体的相对慢速的热调谐与通过第二本体的相对快速的调谐之间的调谐性能的设计参数。 

在一个特定实施例中，所述第一本体中包含选自以下材料组中的材料，所述材料组中包括金属如铝或铜或其合金、陶瓷材料及其组合。在一个实施例中，所述载体材料可包括具有正热膨胀系数的材料（例如金属如铝或铜）或热膨胀系数基本上为零的材料（例如Invar^TM）或具有负热膨胀系数的材料（例如陶瓷材料）或其组合。 

在一个特定实施例中，所述第一本体构成了所述载体的主要容积。 

在一个特定实施例中，所述第二本体或多个所述第二本体相对于垂直于其纵向方向位于所述载体的纵向端部之间的中间位置处的载体截面不对称地进行设置。在一个实施例中，所述第二本体具有与所述载体的其余部分大体上相同的截面，即大体上继续相邻载体部段的截面。其优点在于：提供了与光导纤维的直接机械联接。其优点还在于：成为机械公差比较宽松的一种相对简单的机械解决方案。 

在一个特定实施例中，所述第二本体或多个所述第二本体相对于垂直于其纵向方向位于所述载体的纵向端部之间的中间位置处的载体 截面对称地进行设置。其优点在于：在光导纤维中提供了对称的应变场。在一个实施例中，所述载体包括对称地设置在所述载体中的且具有与所述载体的其余部分大体上相同的截面，即大体上继续相邻载体部段的截面的两个第一本体。在一个优选实施例中，所述两个第一本体同步进行调制。 

应该强调的是，涉及载体调制和由此的（例如激光器中）FBG调谐的技术特征可用于具有用于支承包括FBG的光导纤维（例如参见图1）的均匀载体表面的封装体以及具有中凸载体表面的封装体。另外，当被装配在载体上时截面垂直于光导纤维纵向的载体的结构特征可具有任何适宜的形式，包括图3a-3i所示的那些形式。 

包括光纤激光器或特定光纤的制品 

在一个实施例中，所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述激光器。由此提供了一种对来自环境的声振动的敏感度相对较低的光纤激光器，因此使得能够形成具有相对较低的相位噪声的激光器。 

在一个特定实施例中，所述光导纤维的受支承部分包括两个在空间上被隔开的光纤Bragg光栅。 

在一个特定实施例中，所述制品包括DBR激光器，其中所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述DBR激光器。由此提供了一种对来自环境的声振动的敏感度相对较低的DBR光纤激光器。 

在一个特定实施例中，所述制品包括DFB激光器，其中所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述DFB激光器。由此提供了一种对来自环境的声振动的敏感度相对较低的DFB光纤激光器。 

在一个特定实施例中，所述光导纤维是基于二氧化硅的光导纤维。 

除基于二氧化硅的光导纤维以外的其它可选方式是，可使用任何其它光学材料纤维系统，例如聚合物、铝磷酸盐,氟磷酸盐,氟锆酸盐(ZBLAN),磷酸盐,硼酸盐,亚碲酸盐等(参见例如Michel.J.F.Digonnet,“Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers”,2^ndedition,2001,Marcel Dekker,Inc.，第2章17-112页，该参考文献在其它地方被称作[Digonnet]) 

在一个特定实施例中，所述光导纤维包括沿纵向延伸的微观结构。 

在一个特定实施例中，所述光导纤维是双包层光导纤维。在一个实施例中，所述双包层光纤包括芯部且（至少）包括内部包层和外部包层，所述芯部包括光学活性掺杂剂（例如稀土离子，例如Er和/或Yb）。其优点在于，允许利用包层泵浦技术对所述光导纤维的芯部进行处理。在本发明的一个实施例中，所述光导纤维包括沿纵向延伸的微观结构。在本发明的一个实施例中，所述光导纤维是所谓空气包层光纤，所述空气包层光纤包括沿纵向延伸的空气孔的外环（例如位于所述光纤的外部包层区域中），泵浦光可被限制在所述外环内。其优点在于为光纤激光器提供了具有吸引力的介质。在又一个实施例中，所述光纤是双包层光纤，其中所述内部包层区域是多模波导。 

所述载体表面在所述封装体内的位置： 

具有直边外表面和中凸曲形光纤激光器载体表面的梁形封装体是一种优良的折衷解决方案，即使在所述光纤激光器不能沿所述中性轴线精确对准的情况下。 

术语‘中性轴线’在本申请中意味着结构部分（典型地为用于保持包括光纤Bragg光栅的光导纤维的载体）中的轴线，当所述结构部分通过例如纯弯曲产生形变时，在所述轴线位置处的应变与所述结构部分中其它点处的应变相比相对较小。例如可通过Bernoulli-Euler简支梁理论（参见例如[Timoshenko]中第311-312页上的“中性轴线的位置”部分）确定这种中性轴线的位置-假设沟槽宽度W_g与所述载体的宽度W相比较为狭窄，参见例如图12.b（例如W_g/W<0.2，例如<0.1）。 

在一个特定实施例中，由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道限定的曲线大体上为具有半径R的圆的一部分，所述载体具有纵向伸长量L，所述Bragg光栅具有光栅强度κ，所述载体具有中性轴线N，其中对于κL大于1的情况而言，在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于（4Rκ）^-1。其优点在于使得由于机械振动导致所述激光器产生的移频非常低。 

令人惊奇的结果是，在所提到的近似过程中，距离h与所述载体的长度L无关。 

Bragg光栅的光栅强度κ是单位长度的反射率的量度（例如对于折 射率光栅而言，所述光栅强度由折射率调制决定），参见例如,Andreas Othonos & Kyriacos Kalli(Artech House,1999,ISBN:0890063443)的第5章“光纤Bragg光栅”。 

在一个特定实施例中，κL大于2，例如大于5，例如大于10。 

在一个特定实施例中，所述载体表面大体上为圆形圆柱体表面的一部分，所述圆柱体具有半径R。 

在一个特定实施例中，由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道确定的曲线大体上是半径为R的圆的一部分，当沿纵向截面观察时，所述曲线关于所述载体中心被对称设置，以使得所述圆的顶点位于所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处（参见例如图12.a）。 

令人惊奇的结果是，所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道的最优位置大体上位于所述载体的中性线的下面（当如图11-图13所示进行观察时），且“通道大体上位于下面”是结合曲形接触通道的圆的中心方向进行理解的，所述路径大体上位于图12.a所示的代表载体的中性轴线的水平线87下面）。实际上，包括位于所述载体端部之间的中间位置处的‘顶点’的曲线的中心部分位于略高于（例如1-20μm）所述中性线的位置处。为了对各个几何形状参数进行说明的目的，图12.a中未示出这种情况，相反地，在所述图中，接触路径位于明显高于线87的位置处）。图12.c所示的剪切/放大视图中示出了更（尽管不完整）现实的相互关系。 

在一个特定实施例中，在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，圆与中性轴线之间的距离h大体上等于0。在实践中，可通过为用于制造载体表面的机器工具所设定的公差确定物理实施例的实际距离h。在目前的机器工具中，该公差为约20μm。 

从属权利要求中限定了其它实施例。 

设备： 

本发明进一步提供了包括如上所述且由从属权利要求限定的制品的设备。 

所述设备优选可构成激光探测和测距（LIDAR）系统或干涉测量系统或成为所述系统的一部分。LIDAR是激光探测和测距的简称且LIDAR 系统例如用于测量或量测距离、速度、化学成分、振动和浓度等）。干涉测量系统例如可用于在长距离内测量机械振动（包括声振动）。使用： 

本发明还提供了如上所述且由从属权利要求限定的制品的使用。优选可将制品用于LIDAR系统或干涉测量系统中。 

方法： 

进一步提供了一种生产制品的方法，所述方法包括以下步骤： 

（a）提供用于激光器的一定长度的光导纤维，所述光导纤维包括用于对在所述光导纤维中传导的光的波长进行选择的光纤Bragg光栅，所述光纤Bragg光栅被分散在所述长度的光导纤维的FBG部段上， 

（b）提供用于支承所述光导纤维的载体，所述载体包括： 

用于至少支承所述光导纤维的受支承部分的载体表面； 

（b1）使所述载体表面适于使得所述光导纤维的所述受支承部分与支承所述光导纤维的所述载体表面之间的物理接触通道在所述光导纤维的纵向方向上是中凸的且适于在所述制品的使用过程中保持中凸；并且 

（c）将所述光导纤维的所述受支承部分装配在至少包括所述长度的所述光导纤维的所述FBG部段的所述载体表面上，以使所述受支承部分在所述光导纤维的所述FBG部段的每一侧上被固定到所述载体表面上，从而在所述制品的使用过程中在所述光导纤维的所述受支承部分中提供纵向张力。 

在一个特定实施例中，所述方法进一步包括使所述封装体-具体而言使围绕其上装配有所述光导纤维的所述受支承部分的载体的所述封装体的部分-适于将来自环境的机械（例如声）振动减至最小的步骤。 

在一个特定实施例中，步骤（b）进一步包括使所述载体至少包括由不同材料制成的第一本体和第二本体的步骤（b2）。 

在一个特定实施例中，步骤（b）进一步包括使所述载体包括适于沿所述载体的纵向尺寸进行外部调制的材料的步骤（b3）。 

在一个特定实施例中，步骤（b）进一步包括使所述不同材料包括适于沿所述载体的纵向方向进行热调制的第一材料和适于沿所述载体 的纵向方向进行外部调制的第二材料的步骤（b4）。 

在一个特定实施例中，步骤（b）进一步包括使所述载体包括具有适于被装配在平面支承体上的至少一个外表面的外边界的步骤（b5）。 

在一个特定实施例中，所述方法进一步包括以下步骤： 

（d1）使由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道限定出的曲线大体上为具有半径R的圆的一部分，且使得所述载体具有纵向伸长量L， 

（e1）使所述Bragg光栅具有光栅强度κ， 

（f1）确定所述载体的中性轴线N， 

（g1）使对于κL大于1，例如大于2，例如大于5，例如大于10的情况而言，在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于（4Rκ）^-1。 

在一个特定实施例中，步骤（g1）由使得在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于0的步骤（g2）替换。 

在一个特定实施例中，所述方法包括下列步骤中的一个或多个步骤，优选包括所有步骤： 

（d2）使由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道限定出的曲线大体上为具有半径R的圆的一部分，且使得所述载体具有纵向伸长量L， 

（f2）确定所述载体的中性轴线N， 

（g2）使得在所述载体的所述纵向端部之间的中间位置处的横向截面中，所述圆与所述中性轴线之间的距离h大体上等于0，以使得由所述光导纤维的所述受支承部分与所述载体表面的接触通道限定出的曲线沿所述圆的中心方向大体上位于所述中性轴线下面。 

在一个特定实施例中，步骤（a）进一步包括在所述光导纤维的所述受支承部分中形成光学活性区域的步骤（a1）。 

在一个特定实施例中，步骤（a1）进一步包括使所述光学活性区域与所述光纤Bragg光栅的空间延伸范围完全或部分交叠的步骤（a1.1）。 

在一个特定实施例中，步骤（a1）进一步包括使所述光学活性区域大体上不与所述光纤Bragg光栅的空间延伸范围交叠的步骤（a1.2）。 

在一个特定实施例中，步骤（a）进一步包括使所述光导纤维的所述受支承部分包括至少两个独立的一定长度的光导纤维的步骤（a2），所述至少两个独立的一定长度的光导纤维彼此进行光连接，例如接合。 

在一个特定实施例中，步骤（a2）进一步包括在一定长度的光学无源光纤中形成所述光纤Bragg光栅的步骤（a2.1）。 

所述方法的特征与上面结合标题为“制品”的部分中所述的制品的相应特征所提到的优点相同。 

通过由从属权利要求限定且在本发明的详细描述中进行说明的实施例实现本发明的其它目的。 

应该强调，当本说明书中使用术语“comprises/comprising”时，该术语旨在说明存在所指定的特征、整体、步骤或部件，但不排除一个或多个其它的指定特征、整体、步骤、部件或其组群的存在或加入。 

附图说明

下面，结合优选实施例和附图对本发明进行更加充分地说明，其中： 

图1示出了具有光纤激光器的现有技术载体； 

图2示出了被固定在封装体的每一端处的光纤激光器；图2.a和图2.b分别示出了封装体在振动周期内的两种最大形变的极端状况； 

图3.a-图3.l示出了包括装配在封装体中的光导纤维的不同制品的剖视图，图3.a是现有技术且图3.b-图3.l则是根据本发明的视图； 

图4示出了半圆形封装体，图4.a和4.b示出了封装体在振动周期内的两种最大形变的状况（基本本征模式），其中以未填充图形表示未形变封装体； 

图5示出了整圆形封装体，图中示出了封装体在振动周期内的最大形变状况（基本本征模式），其中以未填充图形表示未形变封装体； 

图6示出了圆柱形封装体，图6.a是透视图，且图6.b和图6.c是沿BB’B”的剖视图，分别示出了光导纤维被放置在载体表面上的两个实施例； 

图7示出了不同梁截面的截面扭转因子K和极惯性矩J的分析公式和近似值； 

图8示出了根据本发明的包括载体衬底的封装体，所述载体衬底包括具有中凸载体表面的沟槽，图8.a示出了沿光纤纵向方向的截面，图 8.b示出了封装体端部的横截面且8.c为端部透视图； 

图9示出了根据本发明的具有‘强’中凸（半圆实心，图9.a）和‘弱’中凸（图9.b）载体表面的制品； 

图10示出了根据本发明的制品，其中载体表面是不均匀的，图10.a示出了全部载体且图10.b示出了载体表面的一小部分的放大图； 

图11示出了根据本发明的封装体的多个实施例，所述封装体包括具有贯通开口的载体衬底，图11.a示出了具有圆形截面的外表面的圆柱形封装体的透视图，光导纤维被装配在所述外表面上，图11.b和图11.c示出了载体衬底的剖视图（左）和侧视图（右），其中光导纤维被装配在贯通开口中，当光导纤维被装配在载体上时，所述载体在垂直于光导纤维的纵向方向上的外截面形状分别为圆形（图11.b）和矩形，例如方形（图11.c）； 

图12示出了图8所示载体的更详细的视图，图12.a示出了沿光纤纵向方向的侧视图，图12.b是载体端部的前视图且图12.c是载体的端部和中心部分的放大视图； 

图13示出了根据本发明的包括一个或多个由压电材料制成的部段的细长封装体的实例； 

图14示出了根据本发明的细长封装体的实例，所述细长封装体包括被插置在接近载体纵向端部位置处的压电部分，分别地，图14.a是顶视图，图14.b是侧视图，且图14.c是端视图；和 

图15示出了包括至少一个本体的多本体载体的多个实例，所述本体由当光导纤维被装配在载体表面上时适用于沿光导纤维的受支承部分方向对本体的尺寸进行外部调制的材料制成。 

附图是示意性的且为清晰起见进行了简化，且图中仅示出了对于理解本发明而言重要的那些细节，而省略了其它细节。 

具体实施方式

图1示出了具有光纤激光器12的现有技术载体11，参见例如[LVH-2002]。 

不同的封装设计已得到研发从而减弱噪声在光纤激光器频率上的效应。已经通过将包括一定长度的光导纤维的光纤激光器安放在封装体的载体11中的中性轴线16上获得了最佳结果，当封装体产生弯曲时在 所述中性轴线处产生的形变较小。图1示出了这种现有技术封装体的一个实例，其中光纤激光器被安放在封装体中的沟槽13中。此处，沟槽深度被设计以使得光纤激光器沿封装体的中性轴线被放置。沟槽长度15大于或等于光纤激光器的长度。通过将封装体构建为Bernoulli-Euler简支梁模型且在仅考虑纯弯曲的条件下确定中性轴线。在这种情况下，中性轴线16存在于形变为零的封装体中。根据Bernoulli-Euler简支梁理论，该中性轴线位于截面的第一面积矩为零的位置处。 

在下文中，研究了具有U形沟槽底座的光纤（参见图1和图2）的最大伸长量。 

当制造U形沟槽底座（或载体）11时，允许有一定的公差以确保适当的装配工艺。被涂敷的光导纤维典型地具有250μm的直径。该直径可能不时地产生变化，且当光纤在正常情况下进行再涂敷时（例如在将Bragg光栅写入光纤中之后），所述直径可能沿光纤长度产生变化。典型的变化量为+/-10μm。 

有利地，光导纤维12可在无摩擦的条件下被装配在沟槽13中。因此，沟槽典型地被制成具有300-400μm的宽度17，光导纤维每侧到U形沟槽的侧壁之间存在25-75μm的公差（参见图1）。并非所有图3所示的截面都示出了该公差，但实施例具有这种公差是显而易见的。 

光纤12被固定在端部处（例如沟槽13的每一端中），固定点之间典型长度为30至120mm，通常为约60mm。 

为了理解由于底座11的加速而产生的最大移频，可考虑简单的几何形状。假设光导纤维12将保持处于沟槽底部中心的固定点处（例如图2所示的23），且当底座被加速时，所述光导纤维接触固定点之间的中间位置处的U形沟槽的（侧）壁部。此外，光导纤维的线形形式近似具有三角形功能，所述三角形具有基线长度L（固定点之间）和高度h（所述高度为在光导纤维的固定点之间的中间位置处沿垂直于光导纤维（和沟槽）纵向方向的方向从沟槽中心产生的最大位移）。 

其中“h”是光导纤维可从中心向U形沟槽边缘边缘移动的距离且L是固定点之间的长度，长度增加值“dl”可被表示为： 

$\mathrm{dl}=2\&CenterDot;\sqrt{{\left(\frac{L}{2}\right)}^2+h^2)}-L=L\&CenterDot;\sqrt{1+4\&CenterDot;{\left(\frac{h}{L}\right)}^2)}-1$

由于h/L<<1，因此该公式可简化为： 

$\mathrm{dl}=1/2\&CenterDot;(4\&CenterDot;{\left(\frac{h}{L}\right)}^2\&CenterDot;L=2\&CenterDot;\frac{h^2}{L}$

在L=60mm情况下，对于公差为25-75μm的U形沟槽而言，长度增加值为0.02μm至0.33μm。 

为了进一步计算这对于频率的影响，可利用下列公式： 

$\frac{\mathrm{dl}}{L}\&CenterDot;(1-p_e)=\frac{\mathrm{df}}{f}\&DoubleRightArrow;\mathrm{df}=\frac{\mathrm{dl}}{L}\&CenterDot;(1-p_e)\&CenterDot;f=2\&CenterDot;{\left(\frac{h}{L}\right)}^2\&CenterDot;(1-p_e)\&CenterDot;f$

其中p_e是弹光系数（对于硅石光纤为约0.21，参见例如WO-99/27400）且f是在λ=1550nm的条件下的光频率（约193THz）。 

则与长度增加值相关的移频为约50-500MHz（例如，对于h=25μm而言为52MHz且对于h=75μm而言为474MHz）。 

自由振荡光纤激光器的典型移频为约1MHz/s且典型的光纤激光器的谱线宽度为1KHz。将该移频和与加速相关的可能移频相比，结果表明加速（例如来自诱发机械振动）可能对光纤激光器的光谱性能产生较大影响。 

使位于固定点之间的中心处的光纤沿垂直于光纤纵向方向的方向移置距离“h”所需的力可近似表示为 

F＝2＊T＊(h/L) 

其中T是光纤中的张力，单位为[N]。 

作为一个实例，L=60mm，T=0.22N，且h=25μm决定了力F=183μN。例如可通过声振动或其它机械振动或直接使封装体加速而产生垂直于光纤轴线的力。 

为了改进加速，可在不导致移频的情况下对底座进行处理，至少可以做两件事情。 

1）在光导纤维与U形沟槽的壁部之间引入某种材料。这将防止光纤在加速过程中产生移动。如果材料密度等于光导纤维的密度，则可基本上实现防止移动的目的。有利地选择材料以使得不会在光纤中产生应力而导致在光纤Bragg光栅中产生啁啾效应从而使激光器的性能降级。 

2）在光导纤维与底座之间引入预张力，这可通过将光导纤维装配在中凸载体表面上得以实现。在对于加速的预定不敏感度一定的情况下，可计算在给定的中凸曲率和张力下所需的预张力。 

确保光导纤维不会脱离载体表面的最大加速度的近似表达式可以是： 

Acc＜T/(ρ_L＊r) 

其中r是载体表面的曲率半径。下表示出了ρ_L=9.8175.10^-5kg/m（硅石光纤）且T=0.22N的实例。 

半径r[m]	1	10	100	228
					加速度Acc[m/s2]	2240	224	22.4	9.82
在1000Hz下的相应的正弦振动幅度[μm]	56	5.6	0.56	0.25

这表明对于甚至较大的曲率半径而言，‘脱离’加速度变得相对较大。例如，对于1m的曲率半径而言，需要比重力加速度（g～10m/s²）大200倍的加速度，这使得与现有技术的解决方案相比，激光器对于机械振动的敏感度相对较低。进一步地，如果r<228m，则封装体可被安放在地心引力场中的任何位置处，例如，使光纤向下（即沿重力方向）转动而不会使光纤脱离中凸载体表面（如果没有其它力影响封装体的话）。动力加速度进一步限制了半径，其中例如震动冲击可能提供极大的加速度，且因此希望有更小的半径（实际曲率半径是以光纤激光器的光性质为着眼点而确定的）。 

图2示出了固定在纵向成形的封装体的每一端处的光纤激光器。图2.a和图2.b分别示出了封装体的载体21在振动周期内的两种最大形变的极端状况。光纤24在张力作用下被装配在载体上，但仅被固定在光纤的每一端23处（例如利用胶粘剂）。在如图2.a所示的一种极端弯曲模式中，光纤24沿循中凸载体表面26。然而在与弯曲模式相反的极端状况下（图2.b），光纤的中心部分可能由于光纤的预应变而与载体表面接触不良（脱离所述表面）。图2.b示出了这种效应，其中光纤24已经脱离中凹表面27。包括光纤Bragg光栅的光导纤维的非预期长度变化（长度减少）非预期地改变了光纤的光性质（例如光纤Bragg光栅的波长选择）。 

然而，除了弯曲以外，其它形变模式如轴向和扭转形变也对声敏感度产生了负面影响。通常仅在高频噪声下，轴向形变存在问题。但当利用其中激光器被安放在中性轴线上的封装体减弱弯曲效应时，对 于中等范围的噪声而言可观察到扭转形变效应。为此，本文研究了如何对封装体进行设计以使得弯曲形变和扭转形变模式在光纤激光器上的效应尽可能小的问题。 

有利地利用下列策略以便当刚硬的细长封装体受到噪声或其它机械振动激励时，可减少固定到所述封装体上的光纤激光器产生的形变： 

·将激光器固定在封装体上的适当位置处以使得当封装体以存在问题的形变模式受到激励时激光器的伸长量尽可能的小。 

·增加最低形变模式的固有频率以使得对于低频噪声而言减少了该模式的总形变。 

·确保光纤与封装体之间的良好物理接触（避免脱离）。 

有利地通过增加固有频率减少总形变-即使可能发现激光器在给定模式不产生形变的轴线，原因在于激光器的半径大于零（即光纤的径向外部将不位于中心轴线或通道中）。进一步地，在一些情况下，在实践中可能难以将光纤精确地安放在给定中心轴线上。 

常规的光纤激光器封装体与截面面积相比通常较长且因此在本文中被视作‘梁’。具有较大的长度与截面积之比（即例如L>10*D或L>20*D，其中L是光纤激光器的长度且D是光导纤维的代表截面尺寸，如其直径，然而具有更小的L/D之比的设计可能具有相似的效应，例如L>5*D）的长梁的固有频率可近似为： 

(1a) ${\mathrm{\&omega;}}_i^2={\mathrm{\&gamma;}}_i^4\frac{1}{l^4}\frac{E}{\mathrm{\&rho;}}\frac{I}{A}$ 弯曲 

(1b) ${\mathrm{\&omega;}}_i^2={\mathrm{\&gamma;}}_i^2\frac{1}{l^2}\frac{G}{\mathrm{\&rho;}}\frac{K}{J}$ 扭转 

(1c) ${\mathrm{\&omega;}}_i^2={\mathrm{\&gamma;}}_i^2\frac{1}{l^2}\frac{E}{\mathrm{\&rho;}}$ 纵向 

其中相关参数可分成几组：材料参数，密度ρ、杨氏模量E和剪切模量G=E/(2/(1+V))，其中v是泊松比。几何形状参数，截面积A、长度l、惯性矩I、极惯性矩J和截面扭转因子K。常数γi取决于封装体的装配。对于自由-自由装配而言（即封装在软消声材料，例如泡沫中），这些参数中的第一组如下表所示。 

i	γi弯曲	γi扭转	γi纵向
				1	4.73004	π	π

[0299] 

2	7.85320	2π	2π
				3	10.9956	3π	3π
4	14.1372	4π	4π

对于长梁而言，弯曲模式的固有频率通常低于相应的扭转模式和纵向模式的固有频率，所述频率彼此之间实际的相互关系取决于所讨论的梁的几何形状。从（1）中可以看到，如果封装体长度l缩短或如果使用具有较高的刚度质量比（E/ρ或G/ρ）的材料，则固有频率增加。弯曲模式和扭转模式的固有频率还取决于截面设计。具有较高的惯性矩与面积比（I/A）的截面增加了弯曲固有频率，且相似地，较高的截面扭转因子与极惯性矩之比（K/J）增加了扭转固有频率。 

截面扭转因子K由下式确定： 

其中M是在两端处使长度为l的杆或梁扭转角度 

所需的力矩。GK已公知为扭转刚度因子，所述扭转刚度因子是与材料相关的剪切模量G与截面扭转因子K的乘积。 

对于特定类型的截面而言，K的分析公式和近似值是已知的。图7示出了一些实例。但通常只有圆形和薄壁截面的分析解法是已知的。圆形截面的截面扭转因子等于截面的极惯性矩J： 

J＝∫r²dA 

在这种情况下，比值K/J为1且具有最大值。 

但即使对于无法建立分析表达式的一般截面而言，也可基于上表所示的简化截面给出使比值K/J最大化的一些建议： 

·利用圆形截面，如果可能的话，使K/J比值和扭转固有频率最大化。 

·不使用开口截面，与闭合截面相比，开口截面使扭转刚度明显降低。 

·利用双对称截面，使剪切中心与弯曲中性轴线重合。当沿该轴线安放光纤激光器时，这为光纤激光器提供了在弯曲和扭转模式下的最小伸长量。 

中心具有小孔以安放光纤激光器的圆形截面是最优截面。但具有方 形截面的封装体可能更易于制造和处理。具有被设计以便当封装体产生弯曲时降低光纤激光器的伸长量的沟槽的封装体（参见图3.a）应该产生变型以改进其扭转性能。通过封闭沟槽（参见图3.b），可获得更高的扭转刚度和K/J比。如果剩下的孔是方形的且被置于截面的中心处，则其是双对称的且具有重合的中性轴线和剪切轴线（也位于中心）。在下面的实例A中披露了具有沟槽的封装体（图3.a）和封闭的封装体（图3.b）之间的对比。 

图3示出了包括装配在封装体（此处被示作载体11、31（对于单本体载体而言）或双本体载体的载体31、35）中的光导纤维12、32（例如形成了光纤激光器的一部分）的不同制品10、30的剖视图。 

图3.a示出了具有装配在沟槽13，例如装配在封装体的中心轴线（参见图1中的16）上的光导纤维12的图1所示的现有技术封装体的截面。请注意，图3.a的截面与图4、5、8、9所示的实施例或等效实施例结合使用时不是现有技术。 

图3.b-图3.l示出了根据本发明的封装体的不同实施例。光导纤维的中心线优选与封装体的中性轴线重合。 

图3.b示出了具有第一U形载体本体31和第二封闭本体35的双本体封装体，所述第二封闭本体适于与U形本体协同作用以在载体中形成用于装配具有至少一个光纤Bragg光栅的光导纤维32，例如光纤激光器，的方形贯通开口或腔36。两个本体在一起具有矩形（可能为方形）外部轮廓。 

图3.c示出了如图3.b所示的双本体封装体，其中光导纤维32被填充材料37围绕。进一步地，第二封闭本体35由相同或另一种填充材料构成。填充材料优选应具有质量密度，所述质量密度值可与光导纤维和载体材料的质量密度值相比（例如位于所述值之间）。 

图3.d示出了具有矩形截面的贯通开口或腔36的单本体封装体，其中光导纤维32被填充材料37围绕。封装体具有矩形（可能为方形）轮廓。 

图3.e示出了具有圆形截面的贯通开口或腔36的单本体封装体，其中光导纤维32被填充材料37围绕。封装体具有矩形（可能为方形）轮廓。 

图3.f示出了如图3.c所示的双本体封装体，其中封闭本体35与 光导纤维32的接触表面38适应于光导纤维的形状（且其中光导纤维被填充材料37围绕）。 

图3.g示出了包括第一U形载体本体31和第二T形封闭本体35（包括水平构件351和侧部构件352）的双本体封装体，所述第二T形封闭本体适于与U形本体协同作用以在载体中形成用于装配光导纤维32的方形贯通开口或腔36。封装体具有矩形（可能为方形）轮廓。‘T’的中心‘腿部’352适于装配在第一U形载体本体31的沟槽内以形成腔36，由此使得易于进行处理且易于进行自对准封装。构成封装体的载体的两个本体31、35通过胶粘剂352彼此固定。在沿光导纤维32的纵向方向延伸的载体部分中，胶粘剂可被添加在两个本体之间的整个接触表面上或沿载体长度施加一个或多个不连续的胶粘剂条带。图中示出了以小沟槽或沟渠形式存在的胶粘剂止挡353。胶粘剂止挡的目的在于防止胶粘剂行进至包含光导纤维32的腔36。 

图3.h示出了包括第一U形载体本体31和第二矩形封闭本体35的双本体封装体，所述第二矩形封闭本体适于与U形本体协同作用以在载体中形成用于装配光导纤维32的方形贯通开口或腔36。U的‘腿部’的内面包括使保持光导纤维32的沟槽部分缩窄的梯级。封装体具有矩形（可能为方形）轮廓。构成封装体的载体的两个本体31、35通过胶粘剂35联接。图中示出了以小沟槽或沟渠形式存在的胶粘剂止挡353。 

图3.i示出了包括第一U形载体本体31和第二梯形封闭本体35的双本体封装体，‘U’的侧‘腿部’具有向内倾斜的面，所述第二梯形封闭本体适于与U形本体协同作用以在载体中形成用于装配光导纤维32的方形贯通开口或腔36，由此使得易于进行处理且易于进行自对准封装。光导纤维被填充材料37围绕。封装体具有矩形（可能为方形）轮廓。 

图3.j示出了具有圆形轮廓的单本体封装体，所述封装体具有位于载体中的圆形贯通开口或腔36以装配光导纤维32，由此提供理想的截面从而为封装体提供高固有频率。光导纤维被填充材料37围绕。 

图3.k示出了如图3.j所示的封装体，除了圆形的圆柱形载体31由两个本体（两个半件）31、35形成以外。 

图3.I示出了如图3.j所示的封装体，除了位于载体中的用于装 配光导纤维的贯通开口或腔36以及管道纤维本身32具有椭圆形截面以外。 

图4示出了半圆形封装体，图4.a和图4.b示出了封装体在振动周期内的两种最大形变的状况（基本本征模式），其中以未填充图形表示未形变封装体41。 

图4示出了在其未形变状态和形变状态下成形为半圆形状的封装体。图4.a和图4.b分别示出了对应于基本谐振频率的本征模式42。如图所示，即使通过对应于基本谐振频率的振动使顶表面产生形变，顶表面仍保持中凸。通过在封装体的每一端处将激光器固定在表面上而避免发生脱离表面的情况。 

通过在半圆形封装体中设置沟槽，可能将激光器固定在中性轴线处（在这种情况下构成了半圆）。如果截面积与半圆形封装体的半径相比较小，则可通过与直边封装体相同的方式计算截面的沟槽深度。封装体在垂直于光导纤维的纵向方向上的截面可呈现任何适宜的形状，包括如图3.a-图3.I所示的形状。 

代替使用成形为半圆的封装体，可通过使圆闭合而增加基本谐振频率。图5示出了整圆形封装体。与半圆形封装体相比，基本谐振频率由此可增加45%。 

图5示出了整圆形封装体，图5.a和图5.b示出了封装体在振动周期内产生最大形变的状况，基本本征模式52。以未填充图形表示未形变封装体51。 

封装体在垂直于光导纤维的纵向方向上的截面可呈现任何适宜的形状，包括如图3.a-图3.I所示的形状。 

图6示出了圆柱形封装体，图6.a是透视图，且图6.b和图6.c是沿BB’B”的剖视图，分别示出了光导纤维63被放置在载体表面62上和被放置在沟槽66中的两个实施例。光导纤维63包括位于光导纤维固定在载体表面62上的固定点63之间的光纤Bragg光栅64。 

被成形为圆柱体的封装体具有极高的基本谐振频率。优选的典型封装体可以是直径为44.6mm且高度为20mm的铝圆柱体。 

本征谐振频率为35kHz，远高于声频区域（0Hz至20Hz）。 

图8示出了根据本发明的制品80，所述制品包括具有（至少一个，此处为全部）平面外表面（适用于装配在平面支承体上）的细长（梁 形）封装体，所述封装体具有长度为L、宽度为W且高度为H的载体81，所述载体包括具有中凸载体表面86的沟槽83，图8.a示出了沿光纤纵向方向的侧视图，图8.b为封装体的前视图且图8.c为端部透视图。中凸载体表面86适于装配光导纤维（例如光纤激光器），所述光导纤维在纵向张力作用下被附在每一端处。 

封装体在垂直于光导纤维的纵向方向上的截面（即图8.b所示的截面）可呈现任何适宜的形状，包括如图3.a-图3.I所示的那些形状（包括省略了双本体封装体的第二封闭本体35的实施例），同时仍保留了载体表面的中凸‘纵向’形式。 

图9示出了根据本发明的制品90，所述制品具有载体91，所述载体具有‘强’中凸（半圆实心，图9.a）和‘弱’中凸（图9.b）载体表面，其中光导纤维92在光导纤维中的至少一个光纤Bragg光栅的每一侧上的点93处被附到载体表面上。 

如图所示的两个实施例都具有与适用于支承光导纤维的载体表面相对的大体上呈平面的载体面99。其优点在于使得易于将封装体安放或装配在包括平面物体的系统环境中（例如最常规的电光系统组件）。 

光导纤维可位于或可不位于沟槽中。在光纤92位于沟槽中的情况下，如图所示的载体表面的中凸形状是槽底部的载体表面形状，在所述沟槽底部处载体与光纤之间存在物理接触。 

通过下列实例对本发明的优选实施例进行进一步描述。 

实例A：“具有腔封闭本体的双本体封装体。带U形沟槽的封装体与带封闭沟槽的封装体的对比”

对带中心沟槽的封装体和带中心（贯通）孔的封装体进行对比（参见例如图3.a和图3.b）。两种封装体具有5mm×5mm×70mm的外部尺寸，且由铝制成（E=70GPa、v=0.34、ρ=2700）。沟槽具有2.65mm的深度和0.3mm的宽度。中心孔是0.3mm×0.3mm的方形。两种封装体的截面常数如下表所示。 

	Ixx	Iyy	J	K	K/J
						沟槽	50.5mm4	52.1mm4	103mm4	43mm4	0.418
孔	52.1mm4	52.1mm4	104mm4	88mm4	0.843

[0344] 利用有限元程序ANSYS（一种基于有限元方法的商业上可得的软件，所述软件可从ANSYS,Inc.,Canonsburg,PA 15317,U.S.A获得）计算截面常数。可能利用分析方法计算惯性矩，但通常仅可利用数值方法计算截面扭转因子K。利用（1a）-（1c）计算第一固有频率（ω1）。 

	弯曲	扭转	纵向
				沟槽	5.34kHz	14.4kHz	36.4kHz
孔	5.43kHz	20.4kHz	36.4kHz
				圆形	-	22.2kHz	36.4kHz

已通过封闭沟槽增加了最低弯曲和扭转固有频率。由于封闭截面具有双对称性，因此中性轴线和剪切中心在圆孔中重合（参见例如[Timoshenko]第421页）。当激光器被置于这些轴上且产生弯曲或扭转时，这降低了光纤激光器的伸长量。然而，产生扭转形变的封装体中的任何轴线的伸长量已经较小，但通过将激光器安放在剪切中心可使得激光器保持位于线上而不是产生形变成为螺旋形状。即使可忽略激光器被置于剪切中心且被置于中性轴线上时产生的伸长量，但当封装体产生扭转形变时，光纤激光器产生的扭曲仍不能避免。光纤的扭曲在光纤中产生了剪切应变，这将通过使各项异性的光纤介质的主轴产生转动的光弹效应而间接地影响光介质。但可通过使扭转固有频率偏移远离（在这种情况中向上偏移）引入的噪声频率而减弱这种效应。 

实例B：“具有不规则但大体上中凸的载体表面的封装体”

本实例涉及本发明的一个实施例，其中载体表面在宏观上是中凸的，但在载体表面包括峰部和凹部或脊部和谷部，以使得光导纤维的表面适应部分受到峰部或脊部的支承（例如物理地置于所述峰部或脊部上）但不与表面上的凹部或谷部产生物理接触，的意义上是不规则的。 

图10示出了这种制品100，其中载体101的表面106是不均匀的。 

图10.a示出了全部载体，且光导纤维102在张力作用下通过焊接或胶粘剂点103被装配在中凸表面106上。底表面109（与用于支承光 导纤维102的载体表面106相对）是中凸的且具有与载体表面106的形状大体上相同的形状。 

图10.b示出了载体表面106的一小部分的放大图。载体表面106的不均匀特征显现出来，所述特征由峰部107和凹部108表示。图中示出了沿光导纤维102的表面适应部分的纵向方向的两个相邻峰部之间的最大距离L110。下面计算了适当的L值作为示例性实例。 

振动弦的本征频率由下面的表达式给出（边界条件：固定-固定，与吉他弦相似）： 

$f_n=\frac{n}{2L}\sqrt{\frac{T}{{\mathrm{\&rho;}}_L}}$

其中f_n是本征频率[Hz]，n=1,2,3，...，L是弦的长度[m]，T是弦中的张力，单位为N，且ρ_L是弦的线性质量密度（单位长度的质量）[kg/m]（参见第2章：“Transverse motion:The Vibrating String”,第52页,Kinsler,L.E.;Frey,A.R.;Coppens A.B.;Sanders,J.V.:“Fundamentals of Acoustics”,4th Edition,2000,John Wiley &Sons,Inc）。 

具有硅石玻璃芯和聚氯乙烯（PVC）涂层的光导纤维的典型参数为： 

ρ_L＝2600kg/m³＊п/4＊(125μm)²+1800kg/m³＊п/4＊((250μm)²-(125μm)²) 

＝9.8175·10^-5kg/m 

	T[N]	L[m]	n	fn[Hz]
					Ex1	1	1·10-2	1	5046
Ex2	1	0.25·10-3	1	20185
					Ex3	0.22	1·10-2	1	2367
Ex4	0.22	1.1·10-3	1	21517

实例3和4：弦中的张力T=0.22N表示光导纤维的预应变最小，使得相对于λ=1550nm而言，波长变化是0.3nm。 

（实例B的）结论：沿光导纤维的表面适应部分方向的峰部或脊部之间的距离应该优选小于1mm（在上述条件下）以便使固有频率移至高于声频范围20-20kHz的值。 

图11示出了根据本发明的封装体的多个实施例，所述封装体包括具有贯通开口的载体衬底。 

图11.a示出了具有圆柱形载体111的封装体110的透视图，所述圆柱形载体具有圆形截面的外表面116，包括光纤Bragg光栅114的光导纤维112被装配在所述外表面上，大体上与图6所示的情况相同。与图6所示实施例的不同之处在于，图11.a所示的载体包括沿圆柱形载体的轴线1111的贯通开口1112。图11.a所示的实施例的贯通开口的目的在于，与实心载体相比，可节省材料。进一步地，封装体的空心部分可包含其它部件，由此使得当封装体利用其一个平面外表面119被装配在平面衬底（例如印刷电路板或另一种衬底）上时，提供紧凑的系统。 

图11.b和图11.c示出了具有载体衬底121、131的封装体120、130的剖视图1201、1301（左）和侧视图（右），其中光导纤维122、132被装配在贯通开口1212、1312中，当光导纤维被装配在载体上时，载体在垂直于光导纤维的纵向方向1211、1311上的外截面形状分别为圆形（图11.b）和矩形例如方形（图11.c）。光导纤维122、132可以是适用作光纤激光器的光纤的任何类型的光导纤维，此处图中示出了双包层光纤，具体示出了包括中心芯部区域1223、微观结构内部包层1222以及包括具有封闭空间的空气孔的环的‘空气包层’外部包层1221的微观结构光纤。在图11.b所示的光纤122中，示出了单个位于中心（在纵向意义上）的光纤Bragg光栅24，例如用于DFB激光器中的光纤Bragg光栅。在一个实施例中，光纤Bragg光栅124位于DFB激光器的光学活性区域中。在图11.c所示的光纤132中，示出了两个隔开的光纤Bragg光栅134，例如用于DBR激光器中的光纤Bragg光栅。将光导纤维设置在贯通开口中的目的在于提供一种具有提高的刚度和在最低形变模式下相对较高的固有频率的封装体。在一个实施例中，DBR激光器包括组件，其中分别在独立的具有一定长度的无源光纤中形成两个光纤Bragg光栅134-在空间上通过光学活性区域隔开，所述无源光导纤维与包括DBR激光器的光学活性区域的一定长度的光导纤维接合。可通过本发明的任何其它实施例实施相似的DFB激光器或DBR激光器（一条光纤或组装的解决方案）。与沿纵向方向的那些尺寸相比，在垂直于光导纤维的纵向方向1211、1311上的截面尺寸被放大了。图中未示出用于支承光导纤维的中凸形状的载体表面。图11.c所示的实施例的封装体130和载体131由于其具有平面外表面139而尤其适 用于装配在平面衬底上。图11.b与图11.c所示的实施例之间的又一区别在于，图11.c所示的包括光纤Bragg光栅134的光导纤维132由开口的载体表面直接支承（与图11.b中示出的填充材料可围绕光导纤维122且可填充开口中的围绕光纤或隔件的开口空间以保持光纤大体上处于开口中的中心位置的情况不同）。 

除了图12示出的某些结构参数以外，图12与图8相同。图12示出了中凸载体表面86（此处为圆形的圆柱形表面）的曲率半径R。图中进一步示出了封装体的中性轴线87与载体表面86之间的最大距离h。图12.b进一步示出了沟槽83在垂直于载体81的纵向轴线的方向上的截面的高度H_g和宽度W_g。载体81具有适用于装配在大体上平面的支承体（如上面可装配其它光、电子和/或光-电部件且所述部件可能相连以构成模块的衬底）上的至少一个大体上呈平面的外表面89。在图12.a所示的纵向截面中，还示出了对于对称设置的半径为R的圆（参见图12.c中的‘L’和‘L/2’）而言，圆形载体表面超出其位于纵向端部（参见图13中的76、77）的水平的最大高度h_c。下面的实例4给出了计算h_c的公式。图12.c示出了载体的端部和中心部分的放大图。h与h_c之比通常在0.01和0.05的范围内。 

如果封装体被认为是梁的话，在[Timoshenko]第311-12页中讨论了在给定封装体中的中性轴线的位置。 

在下列实例1和实例2中，给出了h的近似表达式以使包括载体81的制品80对机械振动的敏感度最小化。这些表达式与结合图8和图9b讨论的具有结合图3.a至3.i讨论的截面的实施例以及结合图11-图14和图15.b讨论的实施例相关。 

如果R较大（即，例如R＞10H，其中H是载体高度，参见图12.a）且沟槽的宽度W_g与载体截面的宽度W和高度H相比较小（图12.b）（即例如W_g/W＜0.30），则可假设h发生较小的变化不会使中性轴线发生变化。假设封装体以纯弯曲模式产生变形，从简支梁理论可知轴向应变（轴向意味着沿位于封装体中的光导纤维的中心轴线）随着与中性轴线的距离而线性增加（参见例如J.M.Gere和S.P.Timoshenko,“Mechanics of Materials”,Fourth SI Edition,Stanley Thomes(Publishers)Ltd.1999）。 

实例1：DFB光纤激光器的Ad hoc近似（Ad hoc approximation）

在光导纤维的长度上对轴向应变进行积分，可得： 

$\&Integral;\mathrm{\&epsiv;}\left(y\right)\mathrm{dl}=-\&Integral;\mathrm{Cydl}=-2C\underset{0}{\overset{{\mathrm{\&alpha;}}_L}{\&Integral;}}(R\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)-(R-h))\mathrm{d\&alpha;})=-2C(R\sin \left({\mathrm{\&alpha;}}_L\right)-(R-h){\mathrm{\&alpha;}}_L)$

其中y是垂直于中性轴线（即垂直于载体的纵向方向）的坐标，α_L=arcsin(L/2R)。设该表达式为零，求解出与中性轴线（图12.a所示的87）之间的距离h为： 

$h=R-\frac{L}{2\arcsin \left(\frac{L}{2R}\right)}\&ap;\frac{L^2}{24R}$

该表达式沿DFB光纤激光器的长度在同等程度上衡量了轴向应变的重要性。下表示出了对于中凸载体表面的不同载体长度L和半径R值求得的h的计算结果。 

表1：对于典型的L、R值求得的h的典型计算结果 

根据这些计算，当L减少时，h迅速减少。 

实例2：DFB光纤激光器的h的更精确近似

通过需要当封装体产生纯弯曲时，激光产生频率的偏移为0的条件，可以获得最优h值的更精确的近似值。可从[S.Foster,″Spatial Mode Structure of the Distributed Feedback Fibre Laser″,IEEE J.Quant.Elect.,40,July 2004]获得的受分布式应变场影响的DFB光纤激光器的移频为： 

Δω(t)＝L_cω∫ε(z，t)e^-2κzdz 

其中Δω是移频，L_c是腔强度，ω是激光产生频率，ε是轴向应变，k是光栅强度且z是沿光纤长度的方向。沿圆形部段的纯弯曲轴向应变为： 

$\mathrm{\&epsiv;}(\stackrel{\&OverBar;}{z},t)=-C\left(\stackrel{\&OverBar;}{t}\right)y=-C\left(t\right)(\sqrt{R^2-z^2}-R+h)$

可通过在光纤激光器的长度上进行积分而利用积分方法找到移频，且可通过设所得的移频为零并求解所得等式得出h而找到h的最优值， 

因此获得下式： 

$h=R-\frac{2\mathrm{\&kappa;}}{1-e^{-\mathrm{\&kappa;L}}}\underset{0}{\overset{L/2}{\&Integral;}}{e}^{-2\mathrm{\&kappa;z}}\sqrt{R^2-z^2}\mathrm{dz}$

即，在1<<κL的条件下 

$h\&ap;\frac{1}{4R{\mathrm{\&kappa;}}^2}$

下表1中示出了对于不同的L，R和κ值求得的h的计算结果，表头为‘h[μm]’的列表示来自上面给出的精确公式的更精确的值，且表头为‘≈h[μm]’的列表示根据上面给出的在1＜＜κL的近似条件下的近似公式计算得出的值。 

表2：对于典型的L、R和k值求得的h的示例计算值 

从表2中可以看到，h相对较小（与mm级的载体的物理高度尺寸相比）且相对独立于载体的长度L。进一步可以看到，近似公式提供的结果（最右列中带括号的数据）与精确公式的那些结果（倒数第二列）相当接近。对于近似计算而言，κL≥7.5。 

实例3：具有改进的调谐选择的封装体

图13示出了根据本发明的包括一个或多个压电材料部段的细长封装体。 

通常着眼于受到载体支承的光导纤维的基材（且可能通过引入一定程度的光导纤维预应变）而选择载体的材料。由此可以考虑可能的温差与相应的热膨胀系数之间的相关性，从而确保在操作过程中的预定温度范围内不会发生脱落。 

在一个实施例中，决定载体表面的热膨胀的封装体的大部分体积包括铝。其优点在于提供了导热载体、相对便宜的材料以及对于机加工而 言有吸引力的材料。如果兴趣仅在于快速调制，则大部分载体采用热膨胀系数较低的材料如 

或热膨胀系数与光导纤维的热膨胀系数相似的材料。在其它实施例中，大部分载体可采用陶瓷或压电材料。 

图13.a至图13.d所示的四个不同载体81包括至少两种不同材料71、72。载体的一部分由热膨胀系数相对较高的材料1制成，由此可通过加热或冷却载体或一部分载体而实现在相对较大的波长范围内进行调谐的目的，然而调谐具有相对相对缓慢的本质。载体的另一部分由材料2制成，对于所述材料而言，可在相对较高的频率下调制物理尺寸，由此可实现相对较快的波长调谐，然而，调谐通常是在相对较小的波长范围内进行的。通过使载体部分地由材料1制成且部分地由材料2制成，可提供两种性质的组合性质，即大范围的热调谐和快速调制调谐。 

材料1可以是具有相对较高的热膨胀系数的任何适当材料。载体的其他相关参数为导热率（优选相对较高）、可机加工性等。材料1的热膨胀系数与材料2的热膨胀系数相关。相对较高的热膨系数因此可以是大于材料2的热膨胀系数的热膨胀系数。相对较高的热膨胀系数因此可大于 

例如大于 例如大于 

例如大于 例如大于 

对于压电陶瓷材料而言，热膨胀系数可在1*10^-6℃^-1至5*10^-6℃^-1的范围内。所采取的相对较高的热膨胀系数可大于10*10^-6℃^-1，例如大于20*10^-6℃^-1，例如大于25*10^-6℃^-1。材料1可选自包括Al、Cu及其合金以及例如陶瓷及其组合的材料组群。通常，可利用热膨胀系数为正、零或负（参见例如WO=99/27400）的材料或其适当组合对载体进行设计。 

材料2可以是可在一定范围的调制频率内对物理尺寸进行调制的任何材料，例如压电材料、电致伸缩或磁致伸缩材料。调制频率看起来与材料1所具有的可能的热循环频率相关。调制频率有利地小于10MHz，优选在0.1Hz至100kHz范围内，例如在10Hz至40kHz范围内，例如在20Hz至20kHz范围内。材料2可选自包括压电材料，例如压电陶瓷材料，例如多晶铁电陶瓷材料，例如钛酸钡和锆钛酸铅（Pb）（PZT）及其组合的材料组群。 

材料1优选为铝且如图13中的白色区域所示（由附图标记72所示），而材料2优选为压电陶瓷材料且如图13中的灰色区域所示。所有四个封装体具有中凸激光器载体表面以降低来自机械振动的噪声。 

图13.a至图13.d示出了四个不同载体81的纵向剖视图（左）和在所述载体的端部76、77之间的中间位置处沿线75截取的垂直于纵向截面的横向截面（右）（‘中心截面’）。所有四个实施例具有至少一个大体上平面的表面89使得易于装配在平面载体上。然而，情况不必要如此。另一种可选方式是，载体可具有曲形外表面，参见例如图4、图5、图6、图9、图10。在所有四个实施例中，载体关于中心线75对称。尽管这是优选的，但情况不必要如此。 

图13所示的所有四个实施例示出了根据本发明的包括细长（梁形）载体的制品，所述载体具有（至少一个，此处全部为）平面外表面（适用于装配在平面载体上），载体81的长度为L、宽度为W且高度为H，所述载体包括具有中凸载体表面86的沟槽83，所述中凸载体表面适用于装配光导纤维（例如光纤激光器），所述光导纤维在纵向张力作用下附到每端处93（如图13.d所示）。尽管载体表面优选是曲形的，但情况不必要如此。另一种可选方式是，所述载体表面可以是平面，参见例如图1。另一种可选方式是，载体的一个或多个外表面可以是曲形的，参见例如图4.a和图4.b所示的实施例。在这些实施例中，一个（‘侧’）表面可有利地适用于装配在平面支承体上。 

封装体在垂直于光导纤维的纵向方向上的截面（即如图13.a-图13.d所示的右手侧截面）可呈现任何适宜的形状，包括如图3.a-图3.i所示的形状（包括省略了双本体封装体的第二封闭本体35的实施例），同时-可选地-仍保持载体表面的中凸‘纵向’形状。尽管优选包括适用于装配在平面支承体上的外表面，但当光导纤维被装配在载体上时，载体在垂直于光导纤维的受支承部分的纵向方向的方向上可具有任何适宜的截面形状，包括如图3.j-图3.i所示的那些形状。 

图13.a示出了一种载体，其中载体81的部段71由压电材料构成，所述部段的截面大体上与载体的其余部分相同，即大体上延续了相邻的铝制载体部段72的截面。沿载体的纵向方向的压电材料部段的尺寸（由图13所示的左侧截面表示）例如比总载体的长度少25%，例如少20%，例如少10%。在一个实施例中，载体长度L为75mm，压电部段的长度优选在1mm至10mm范围内，例如2mm至5mm，例如约3mm。在图13.a中，压电材料的部段位于远离载体的中心部分且接近载体的一个端部的位置处。调制本体优选位于接近Bragg光栅中心的位置处 以实现相对较高的调制。然而，在难以控制压电材料上的机械公差的情况下，可有利地将其设置在远离光栅的（敏感）中心的位置处。图13.a所示的解决方案提供了良好的温度调谐，这是因为载体的中心部分由热膨胀系数较高的材料制成（例如对于罩在Al载体中的1550nm的激光器而言为45pm/K），Bragg光栅的中心敏感部段位于所述中心部分处。 

图13.a与图13.b之间的唯一区别在于图13.b所示的实施例包括两个由压电材料构成的部段71。所述部段优选可关于载体中心75呈对称设置且具有相同的纵向尺寸。该解决方案的优点在于提供了良好的温度调谐和对称载荷。术语‘对称载荷’在本文中意味着其在光导纤维中提供了对称应变场。另一种可选方式是，两个部段可被对称设置和/或具有不同的纵向尺寸。 

在图13.a和图13.b所示的实施例中，其中安放有光波导的沟槽83被示出向上开口。典型地本体被施加到沟槽顶部上由此形成波导的腔（或贯通开口）（参见图13.c和图13.d所示的73），例如如图3.b、图3.c、图3.f所示。 

在图13.c中，位于中心的沿纵向延伸的压电材料部段71被成形为封闭其中支承有光导纤维的槽或沟槽83的盖（例如板），由此形成围绕光导纤维的管形体积73。图13.c所示的解决方案提供了对称载荷。 

在图13.d中，位于中心的沿纵向延伸的压电材料部段71被成形为封闭槽或沟槽83的U形体（例如板），由此形成其中支承有光导纤维的管形体积73。载体81的铝制部分72可被制成整体件，其中通过数控机器去除由压电材料的U形部段构成的部分。图13.d所示的解决方案提供了对称载荷。光导纤维的固定点93被示出接近载体的纵向端部76、77。 

在图13所示的实施例中，载体的特定部段采用了两种不同材料。另一种可选方式是，可采用两种以上的材料。 

载体的不同本体可通过已公知的多种联接方法中的任何适宜方法，例如粘结剂/胶粘剂，进行联接。 

实例4：典型封装体的物理尺寸：

表3给出了根据本发明的适用于对波长进行热调谐的封装体的载 体的优选尺寸的实例： 

表3：根据本发明的典型载体的尺寸 

H	载体高度	3.0+0.0/-0.1mm
			L	载体长度	75.0+0.0/-0.1mm
W	载体宽度	3.0+0.0/-0.1mm
			Hg	沟槽高度	1.00+/-0.05mm
Wg	沟槽宽度	0.34+0.05/-0.0mm
			hc	曲形载体表面的高度	0.4688mm（计算值）
R	限定为圆形的载体表面的半径	1500mm
			h	载体表面的顶点处与中性轴线之间的距离	7.40μm（参见表2）

应该结合图12理解表3给出的封装体的参数。封装体载体由Al制成，且利用电弧烧蚀工艺形成其中设置光导纤维的沟槽。光导纤维被装配在沟槽中且被固定在接近载体纵向端部的点处（参见例如图3d所示的93）。 

由下式计算h_c： 

$h_c=R\&CenterDot;(1-\sqrt{1-{\left(\frac{L}{2R}\right)}^2})$

实例5：具有压电板片的载体的调谐：

图14示出了本发明的一个实施例，所述实施例以压电载体81形式存在，所述压电载体设有具有如图13.a示意示出的类型的压电板片71。该实施例适用于对载体进行（相对较低的）热调制和（相对较快的）电调制。 

在优选实施例中，载体的尺寸与上述实例4所示的尺寸（参见表3）相同。 

压电板片的尺寸如下表4所示： 

表4：根据本发明的典型载体中的压电板片的尺寸 

Hptz	压电板片的高度	5mm
			Lpzt	压电板片的长度	3mm

[0422] 

Wptz	压电板片的宽度	5mm
			Hg，ptz	压电板片的沟槽高度	3.3mm
Wg,ptz	压电板片的沟槽宽度	0.8mm

载体上的固定点（参见例如图13所示的点93，所述点与图14所示的胶粘剂贮槽58重合）之间的光纤长度L_f为68mm（与载体的物理长度75mm相比）。 

（此处为）基于二氧化硅的光导纤维在轴向张力的作用下在接近载体的纵向端部（例如与端部距离1-5mm）的胶粘剂贮槽58处被固定到沟槽83的载体表面86上。在载体的每一端处提供应变消除部53，使得易于处理光纤和载体。 

波长λ的调谐范围Δλ可表示为： 

Δλ(nm)＝0.78＊λ(nm)＊dx(μm)/L_f(μm) 

其中0.78是（光导纤维，此处为基于二氧化硅的光导纤维的）弹光系数dn/dε，所述弹光系数表示其折射率n随纵向方向的应变ε的变化（参见例如WO-99/27400），dx是光导纤维的纵向尺寸变化，且L_f是光纤在载体表面上的固定点之间的长度。 

压电板片的纵向尺寸的变化dx可表示为： 

dx(μm)＝d₃₃(m/V)＊E(V/m)＊L_pzt(μm) 

其中，d₃₃是压电材料（和载体）沿纵向方向的压电应变系数，E是施加的电场强度（沿相同方向），且L_ptz是压电板片沿载体的纵向方向的尺寸。 

对于L_f=68mmm、L_ptz=3mm、d₃₃=425pC/N（Pz27材料）、E_max=3MV/m且λ=1550nm而言，可以得出下列相应的Δx和Δλ值： 

对于Pz27而言，Δx_max=3.82μm且Δλ_max=68pm 

Pz27是来自Ferroperm Piezoceramics A/S(Kvistgaard,DK3490-Denmark,http://www.ferroperm-piezo.com)的压电陶瓷材料。 

例如可从Noliac(Kvistgaard DK-3490,Denmark, http://www.noliac.com/)或Piezo systems，Inc.(Cambridge，Mass.02139,USA,http://www.piezo.com/)获得压电材料和/或压电伸缩材料。 

实例6：包括可调谐材料的多个多本体载体：

图15示出了包括至少一个本体71的多本体载体81的多个实例，所述本体由当光导纤维被装配在载体表面上时适用于沿光导纤维的受支承部分方向对本体的尺寸进行外部调制的材料制成。在图15.a至图15.h所示的实施例中，载体包括两种不同材料71、72。另一种可选方式是，载体可包括两种以上的材料以优化其性质。例如在图5.g所示的实施例中，位于由材料271制成的4个本体之间的由材料172制成的4个部件可由不同材料制成，例如2个与2个不同或4个不同。由可进行外部调制的材料（材料2）71制成的4个部件也可以是不同的。 

图15.a和图15.b示出了具有载体81的制品80，所述载体具有‘强’中凸（半圆实心，图5.a）和‘弱’中凸（图15.b）载体表面，其中光导纤维92在光导纤维中的至少一个光纤Bragg光栅的每一侧上的点93处被附到载体表面上。 

如图所示的两个实施例都具有与适用于支承光导纤维的载体表面相对的大体上呈平面的载体面89。其优点在于使得易于将封装体安放或装配在包括平面物体的系统环境中（例如最常规的电光系统组件）。平行于光导纤维的纵向方向的一个或两个侧表面（即，平行于面向图15.a和图15.b的观察者的截面的载体或封装体的外表面）可有利地大体上呈平面以便利于将侧部装配在平面衬底上。 

光导纤维可位于或可不位于沟槽中。在光纤92位于沟槽中的情况下，如图所示的载体表面的中凸形状是槽底部的载体表面形状，在所述沟槽底部处载体与光纤之间存在物理接触。 

在图15.a所示的半圆形载体中，示出了适用于进行外部调制的两个材料部件71，一个是径向限制的部件且另一个是平行部件。另一种可选方式是，可仅存在一个材料部件71。 

图15.c示出了具有载体81和在点93处被装配在中凸表面上的光导纤维92的制品80。（与用于支承光导纤维92的载体表面相对的）底表面109的形状与载体表面的形状大体上相同。平行于光导纤维的纵向方向的一个或两个侧表面89有利地可大体上呈平面以便有利于将侧部装配在平面衬底上。 

在图15.b和图15.c所示的实施例中，本体71位于载体中心与载体的其中一个端部之间（即关于中心对称）。 

图15.d和图15.e分别示出了半圆形载体和部分椭圆载体。载体包括由适于进行外部调制的材料制成的本体71，所述本体被另一种载体材料72所围绕。至少侧表面89基本上呈平面。在图15.d所示的半圆形载体中，可调制本体71位于载体中心与载体的其中一个端部之间（即关于中心对称），而在图15.e所示的部分椭圆载体中，所述可调制本体被设置关于载体中心对称。 

与图15.d和图15.e分别示出的半圆形和部分椭圆形实施例相比，可通过使载体通道封闭而提高基本谐振频率。图15.f和图15.g分别示出了整椭圆和整圆形载体。图15.f所示的整圆形载体包括4个对称分布的例如由压电材料71制成的部件，而图15.g所示的椭圆形载体包括相对地设置在长轴上的两个部件。 

通过在图15.b至图15.g所示的载体中形成沟槽，可能将激光器（即包括光纤Bragg光栅的光导纤维的受支承部分）固定在中性轴线处（在这种情况下构成了圆的一部分）。应该提到，对于图15.b所示的实施例而言，中性轴线可能近似为上面的实例2中所讨论的中性轴线。如果截面积相对于半圆形封装体的半径相对较小的话，则可通过与直边封装体相同的方式计算截面的沟槽深度。封装体在垂直于光导纤维的纵向方向上（且垂直于图15.a至图15.g所示的平面视图）的截面可呈现任何适宜的形状，包括如图3.a-图3.I所示的形状。 

图15.h示出了包括被成形为例如由铝制成的实心圆柱体板片72的载体81的制品80，其中由可进行外部调制的材料制成的本体71被插入所述板片载体中，板片载体的侧表面89大体上呈平面且因此适用于装配在平面衬底上。光导纤维92分别可直接位于载体表面86上或位于沟槽中。光导纤维92包括位于光导纤维被固定到载体表面86上的固定点93之间的光纤Bragg光栅64（光导纤维的受支承部分）。 

本发明由独立权利要求的特征限定。从属权利要求中限定了优选实施例。权利要求中的任何附图标记不旨在限制权利要求的范围。 

前面已经示出了一些优选实施例，但应该注意，本发明不限于这些实施例，而是可通过处于下列权利要求所限定的主题内的其它方式实施本发明。 

Claims (22)

1.一种包括用于激光器的一定长度的光导纤维和封装体的制品，所述光导纤维包括分散在所述长度的光导纤维中的FBG部段上面的光纤Bragg光栅，所述封装体包括具有适于至少支承包含FBG部段的光导纤维受支承部分的载体表面的载体，在制品的使用过程中，所述光导纤维的受支承部分被装配在载体表面上并且被固定到光导纤维的所述FBG部段的每一侧的载体表面上从而在光导纤维的受支承部分中提供纵向张力，其中所述载体表面适于在制品的使用过程中保持中凸，并且其中所述光导纤维受支承部分大体上沿所述封装体的中性轴线进行设置。

2.根据权利要求1所述的制品，其中所述光导纤维的受支承部分包括光学活性区域。

3.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述载体具有至少一个适于被装配在平面支承体上的外表面。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的制品，其中沿光导纤维受支承部分的长度观察截面时，所述载体表面大体上是圆的一部分。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的制品，其中所述载体是细长的。

6.根据权利要求1－5中任一项所述的制品，其中所述光导纤维的受支承部分大体上沿所述封装体的剪切中心通道进行设置，由此因扭转形变模式而使光导纤维伸长量最小。

7.根据权利要求2－6中任一项所述的制品，其中光纤Bragg光栅完全或部分地被设置在光导纤维的光学活性区域中。

8.根据权利要求2－6中任一项所述的制品，其中光纤Bragg光栅大体上被设置在光导纤维的光学活性区域外部。

9.根据权利要求1－8中任一项所述的制品，其中所述用于至少支承光导纤维受支承部分的载体表面位于所述载体中的沟槽中。

10.根据权利要求5－9中任一项所述的制品，其中在被装配在所述沟槽中时在垂直于所述光导纤维的纵向方向的截面中进行观察时，所述载体具有大体上呈矩形的外边界。

11.根据权利要求1－10中任一项所述的制品，其中当位于所述载体表面上时所述光导纤维的所述受支承部分完全或部分地被填充材料所围绕。

12.根据权利要求11所述的制品，其中所述填充材料具有一质量密度在所述光导纤维的所述受支承部分的质量密度的100%以内。

13.根据权利要求1－12中任一项所述的制品，其中由所述光导纤维的受支承部分与载体表面的接触通道限定出的曲线的曲率在0.004m^-1至200m^-1的范围内。

14.根据权利要求1－13中任一项所述的制品，其中由所述光导纤维的受支承部分与载体表面的接触通道限定出的曲线的曲率在0.004m^-1至5m^-1的范围内。

15.根据权利要求1－14中任一项所述的制品，其中由所述光导纤维的受支承部分与载体表面的接触通道限定出的曲线的曲率在0.004m^-1至2m^-1的范围内。

16.根据权利要求1－15中任一项所述的制品，其中所述载体表面支承光导纤维的部分具有高低不平的表面，所述表面包括峰部或脊部以及凹部或谷部，其中当沿光纤的纵向方向进行观察时，相邻的峰部或脊部之间的距离如此小，以使得悬在相邻的峰部或脊部之间的光导纤维的本征频率大于20kHz。

17.根据权利要求16所述的制品，其中所述相邻的峰部或脊部之间的距离小于1毫米。

18.根据权利要求1－17中任一项所述的制品，其中所述光导纤维的受支承部分包括两个在空间上被隔开的光纤Bragg光栅。

19.根据权利要求1－18中任一项所述的制品，包括DBR激光器，其中所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述DBR激光器。

20.根据权利要求1－18中任一项所述的制品，包括DFB激光器，其中所述光导纤维和所述光纤Bragg光栅形成了部分所述DFB激光器。

21.根据权利要求1－20中任一项所述的制品，其中所述光导纤维是基于二氧化硅的光导纤维。

22.根据权利要求1－21中任一项所述的制品，其中所述载体具有高度H和中凸载体表面具有曲率半径R，其中R>10H。

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