CN100455361C - 大长度光纤光栅的涂覆装置及其涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大长度光纤光栅的涂覆装置及其涂覆方法，其特征在于：本发明装置由高精度移动平台、应力可调的光学调节装置、可控制的涂覆材料容器和涂覆钳、紫外光源和反射装置等构成，涂覆装置成本较低；本发明方法利用本发明装置高精度移动平台的移动、光学调节装置的调节、应力可调部分的调节、以及利用可控制的涂覆材料容器和涂覆钳控制的涂覆量和涂覆方式，使用精确控制的紫外光照射将均匀涂覆于光纤光栅上的涂覆层进行固化；涂覆长度可调，最长可涂覆200mm，满足大长度光纤光栅的涂覆要求；涂覆层均匀光滑，与光纤光栅原有的涂覆部分完美接合；一次性完成涂覆过程，涂覆后的光纤光栅特性保持不变，抗机械应力性能提高。

Description

大长度光纤光栅的涂覆装置及其涂覆方法

技术领域

本发明涉及一种大长度光纤光栅的涂覆装置及其涂覆方法，属于光纤光栅封装技术领域。

背景技术

光纤光栅是光纤通信系统中非常重要的无源器件之一，一般采用紫外曝光的方法在剥除涂覆的裸光纤上写入光纤光栅。写入光纤光栅之后，必须进行涂覆使其抗机械应力能力提高，特性保持不变。

目前，光纤光栅的涂覆设备只适合涂覆长度较短的光纤光栅而且造价极高，其中涂覆长度最长为10mm的涂覆设备价格是一万美元，而日本Fujikura公司最新涂覆设备的涂覆长度最长也才达到50mm。对于作为色散补偿器件的啁啾光纤光栅来说，其长度一般都在100mm到150mm之间，用现有设备涂覆时，只能分段进行，难以保证涂覆的均匀性，这使光纤光栅的反射、时延等特性都劣化了。

为此，本发明提出了一种大长度光纤光栅的涂覆装置及其涂覆方法，涂覆长度灵活可调，最长可以达到200mm；涂覆层光滑均匀，与原有的涂覆光纤部分完美接合；一次性完成涂覆过程，涂覆后的光纤光栅特性保持不变；涂覆装置成本较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提出了一种大长度光纤光栅的涂覆装置及其涂覆方法，本发明所要解决的技术问题是：

1、涂覆长度可调，最长可涂覆200mm，满足大长度光纤光栅的涂覆要求；

2、涂覆层均匀光滑，与原有的涂覆光纤部分完美接合；

3、一次性完成涂覆过程，涂覆后的光纤光栅特性保持不变，抗机械应力性能提高；

4、涂覆装置成本较低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种大长度光纤光栅的涂覆装置，其特征在于：它是由高精度移动平台8、应力可调的光学调节装置7、可控制的涂覆材料容器5和涂覆钳13、紫外光源10和反射装置4等构成；利用计算机控制高精度的移动平台8实现光纤光栅的精确移动；高精度移动平台8的精确移动以及200mm的移动范围，决定了涂覆长度可调，最长可涂覆200mm，满足大长度光纤光栅的涂覆要求；光学调节装置主要用来夹紧被涂覆光纤光栅并承载于移动平台上，与移动平台共同构成移动系统控制光纤光栅的移动，其特色的设计为光纤夹具3和应力调节装置6；利用可控制推进器9实现涂覆材料在涂覆时可控，推进器9的精密控制保证了光纤光栅涂覆的厚度可调，涂覆材料容器5与推进器9分离可实现缓冲式流出涂覆材料，而且涂覆材料的漏斗型容器12采用二级缓冲式分装更可以保证涂覆过程中流出涂覆材料的缓慢均匀，将外力的影响降至最低，涂覆材料出口采用U型叉口式涂覆钳13，恰好包裹住裸光纤光栅1，可实现同心度及均匀度良好的光纤光栅涂覆；使用的紫外光源10具有恰当的波长范围，可实现与涂覆材料的敏感波长恰好匹配，光源的功率连续可调，光源的聚焦14可以使光功率更好的集中于涂覆材料上实现瞬间固化，保证涂覆性能；反射镜4的恰当设计可以使紫外光在光纤光栅的径向以均匀功率照射保证涂覆的同心度和均匀度，光纤光栅的特性不发生改变。

利用本发明大长度光纤光栅涂覆装置可以实现均匀光滑、大长度光纤光栅的一次性涂覆。涂覆方法具体叙述如下：承载着光纤光栅的光学调节架7在高精度移动平台8的作用下控制光纤光栅的移动；光学调节架7上包括光纤夹具3及应力调节装置6，使被涂覆的光纤光栅1拉直且恰好不受轴向拉力以免光纤光栅特性改变；利用光学调节架7的光路调节功能使被涂覆光纤光栅与紫外光源10聚焦14后的出光口、反射装置4、涂覆钳13等的相对位置恰当，以此实现高质量的涂覆以及最佳的固化度；通过反射装置4，使紫外光源10出射的紫外光聚焦后可以均匀照射光纤光栅的整个外包层，这样涂覆在光纤光栅的整个外包层都均匀固化；涂覆材料在推进器9的控制下，均匀涂覆到光纤光栅的外包层，涂覆供应量及供应速度都可调节以控制涂层厚度；总之，先将准备好的涂覆材料放进涂覆材料容器5，控制涂覆材料开始流出后，再立刻开始照射紫外光，同时使被涂覆光纤光栅1移动，在涂覆过程中，高精度移动平台8的移动速度，涂覆材料的供应量和速度，以及紫外光功率要相互调节达到最优组合，才会使涂覆层均匀光滑，固化度最佳。

本发明的有益效果是：涂覆长度可调，最长可涂覆200mm，满足大长度光纤光栅的涂覆要求；涂覆层均匀光滑，与裸光纤光栅紧密结合，与原有的涂覆光纤部分完美接合；一次性完成涂覆过程，涂覆后的光纤光栅特性保持不变，抗机械应力性能提高；涂覆装置成本较低。

附图说明

图1是本发明大长度光纤光栅涂覆装置的结构示意图；

图2是一根大长度光纤光栅在涂覆前的特性测试图；

图3是同一根大长度光纤光栅在涂覆后的特性测试图。

附图标号：1-裸光纤光栅，2-涂覆光纤，3-光纤夹具，4-反射镜，5-涂覆材料容器，6-应力调节装置，7-光学调节架，8-高精度移动平台，9-推进器，10-紫外光源，11-液体光纤，12-漏斗型涂覆材料容器，13-U型涂覆钳，14-聚焦镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，最下面是由计算机控制的高精度移动平台8，即ESP300电机，图中黑色箭头表示光纤光栅移动的方向，它的作用是控制光纤光栅在涂覆过程中的移动，移动平台8的移动范围是200mm，使得涂覆光纤光棚的长度最长可达到200mm。其上面承载着光学调节架7，光学调节架7上安装了两部分：一部分是带有V型槽的光纤夹具3，用以夹住带涂覆的光纤2部分，右侧的光纤夹具同时带有应力调节装置6，用来调节两夹具之间的距离，调节应力调节装置6时应调节到使光纤光栅恰好拉直又不受到应力而改变其特性；另一部分是放置了反射镜4，此反射镜是铜面半圆形反射镜，反射率极高，放在裸光纤光栅1背面，当正面的紫外光照射时，通过反射镜的反射使紫外光可以到达裸光纤光栅1的背面，使其全面受到紫外光的照射，同时由于半圆形的镜面和相对于裸光纤光栅1的恰当位置，使紫外光恰好最大限度地汇聚到裸光纤光栅1上，提高涂覆材料的固化效率。这样就可以放置光纤光棚进行涂覆了。

涂覆的两项关键是紫外光源和涂覆材料，采用高功率可调节的紫外光源10，紫外光源10出射的紫外光通过液体光纤11到出射端，出射端带有聚焦镜14以提高照射功率。涂覆材料首先要进行高温烘烤后再将其放进涂覆材料容器5中，烘烤的目的是去除涂覆中的水汽，气泡等。涂覆材料容器5上面有一空气软管将其和推进器9连接，推进器9的作用是以一定的推进速度压缩空气，从而使得涂覆材料以一定速度流出以保证涂覆的均匀性。当推进器9将涂覆材料压进涂覆材料容器5下面的软管并到达漏斗型涂覆材料容器12时，漏斗型涂覆材料容器12还有一个开关可以控制涂覆材料的流出，漏斗型涂覆材料容器12的底端是是一个U型涂覆钳13，光纤光栅恰好位于钳口的中间位置，钳口宽度稍比光纤光栅的直径粗一点，这样易于控制涂覆材料的流出量、涂覆形状以及涂覆层厚度，U型涂覆钳13的钳口细短，利于涂覆的固化。涂覆材料在推进器9的控制下，先在涂覆材料容器5中，然后经过软管到达漏斗型涂覆材料容器12，再经过漏斗型涂覆材料容器12的开关到达U型涂覆钳13通过钳口流出，这样的二级缓冲结构可以使涂覆材料供应均匀而稳定。紫外光源10的出射端紧靠U型涂覆钳13的钳口，使涂覆材料能瞬间固化，减少重力带来的不良影响。在涂覆过程中，高精度移动平台8的移动速度，涂覆材料的供应量和速度，以及紫外光功率要相互调节达到最优组合，才会使涂覆层均匀光滑，固化度最佳。

本发明用一个具体的例子来说明涂覆方法以及涂覆后光纤光栅的特性。

选择了一根长度为140mm的啁啾光纤光栅，测试其功率反射谱以及时延曲线等特性如图2所示。图2中横坐标为波长范围，左侧纵坐标为时延的大小，右侧纵坐标为反射功率的大小。通过功率反射谱(箭头指向右侧的曲线)，得到了它的中心波长、3dB反射带宽等特性参数；通过时延曲线(箭头指向左侧的曲线)计算了它的色散量，纹波等参数；列出该啁啾光纤光栅的特性参数如下：中心波长1570.008nm，3dB反射带宽0.448nm，以中心波长为中心0.24nm带宽内的色散量及纹波分别是：-1670ps/nm和40ps。

将用酒精擦干净的裸光纤光栅1放置在光纤夹具3上并调节应力旋钮6，同时调节紫外光源10的出射端与裸光纤光栅1的距离，反射镜4与裸光纤光栅1的距离。涂覆时，推进器9先运行，打开漏斗型涂覆材料容器12的开关到U型涂覆钳13的钳口恰好开始流出涂覆材料时，开始照射紫外光并让移动平台8移动。

涂覆后的啁啾光纤光栅涂层均匀光滑，总直径为240um左右。测试涂覆后的啁啾光纤光栅功率反射谱以及时延曲线等特性如图3所示。图3中横坐标为波长范围，左侧纵坐标为时延的大小，右侧纵坐标为反射功率的大小。和图2类似，通过功率反射谱(箭头指向右侧的曲线)得到中心波长、3dB反射带宽等特性参数；通过时延曲线(箭头指向左侧的曲线)计算色散量、纹波等参数；列出涂覆后该啁啾光纤光栅的特性参数如下：中心波长1570.016nm，3dB反射带宽0.442nm，以中心波长为中心0.24nm带宽内的色散量及纹波分别是：-1672ps/nm和37ps。涂覆后光纤光栅的中心波长漂移0.008nm，3dB反射带宽漂移0.006nm，这些变化在仪器测试误差0.01nm允许的范围内；色散量及纹波的变化也在仪器测试误差范围内；由此可知，涂覆后光纤光栅的特性参数可视为未发生变化。

为了举例说明本发明的实现，描述了上述具体实施例，但本发明的其它变化和修改，对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不限于所描述的具体实施方式。因此，在本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围内的任何/所有修改、变化或等效变换，都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (3)

1、一种大长度光纤光栅的涂覆装置，其特征在于：它是由反射镜(4)、可控制的涂覆材料容器(5)、应力可调的光学调节装置(7)、高精度移动平台(8)、推进器(9)、紫外光源(10)、漏斗型容器(12)、涂覆钳(13)和聚焦镜(14)构成；计算机控制高精度移动平台(8)和光纤光栅的精确移动，光学调节装置夹紧被涂覆光纤光栅并承载于移动平台上，与移动平台共同构成移动系统控制光纤光栅的移动，光学调节装置(7)包括光纤夹具(3)和应力调节装置(6)，漏斗型容器(12)采用二级缓冲式分装，涂覆材料出口采用U型叉口式涂覆钳(13)，用于包裹住裸光纤光栅(1)；涂覆材料在推进器(9)的控制下均匀涂覆到光纤光栅的外包层，涂覆供应量及供应速度都可调节以控制涂覆厚度。

2、根据权利要求1所述的一种大长度光纤光栅的涂覆装置，其特征是：高精度移动平台(8)的精确移动距离可达200mm。

3、一种大长度光纤光栅的涂覆方法，其特征在于：承载着光纤光栅的光学调节架(7)在高精度移动平台(8)的作用下，控制光纤光栅的移动；光学调节架(7)上包括光纤夹具(3)及应力调节装置(6)，使被涂覆的光纤光栅(1)拉直且恰好不受轴向拉力以免光纤光栅特性改变；利用光学调节架(7)的光路调节功能使被涂覆光纤光栅与紫外光源(10)聚焦镜(14)后的出光口、反射装置(4)、涂覆钳(13)的相对位置恰当，以此实现高质量的涂覆以及最佳的固化度；通过反射装置(4)，使紫外光源(10)出射的紫外光聚焦后可以均匀照射光纤光栅的整个外包层，这样涂覆在光纤光栅的整个外包层都均匀固化；涂覆材料在推进器(9)的控制下，均匀涂覆到光纤光栅的外包层，涂覆供应量及供应速度都可调节以控制涂层厚度；先将准备好的涂覆材料放进涂覆材料容器(5)，控制涂覆材料开始流出后，再立刻开始照射紫外光，同时使被涂覆光纤光栅(1)移动，在涂覆过程中，高精度移动平台(8)的移动速度，涂覆材料的供应量和速度，以及紫外光功率要相互调节达到最优组合。

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