CN102419462A - 一种光纤熔接点加热装置 - Google Patents

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付广伟
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Abstract

本发明属于光纤技术领域，公开了一种光纤熔接点加热装置，包括：激光器，用于输出激光光束；调制器，与所述激光器连接，用于调制所述激光器输出的激光光束能量；光纤耦合器，其输入端通过传能光纤与所述激光器连接，接收所述激光器输出的激光光束并将其分为能量相等的两束激光束；第一光纤聚焦透镜和第二光纤聚焦透镜，对称设置在两根待熔光纤熔接点两侧，分别通过传能光纤与所述光纤耦合器的输出端连接，用于将所述光纤耦合器输出的激光束会聚至两根待熔光纤熔接点。本发明装置稳定性好，精度高，熔接点温度易于控制；整个装置结构简洁易行，可操作性强；无复杂的光学系统，成本低，可用于光子晶体光纤、双包层光纤、空芯光纤等熔接点的加热。

Description

一种光纤熔接点加热装置
技术领域
本发明属于光纤技术领域，特别涉及一种光纤熔接点加热装置。
背景技术
[0002] 光子晶体光纤于1996年在英国问世，该种光纤具有很多普通光纤所没有的奇异特性，如高非线性、色散可控性、高双折射性、无限单模特性等，能广泛地用于通信、成像、光谱学和生物医学等领域，它的性能研究和应用开发一直是国际光电子行业的热点。而光子晶体光纤熔接技术还不成熟，尚处于探索性研究阶段，已经成为光子晶体光纤应用开发中必须解决的实际问题。
现有的普通光纤熔接机和保偏光纤熔接机均不能高质量自动完成光子晶体光纤的熔接，存在的主要问题有：1、很容易在熔接时造成光子晶体光纤包层空气孔的塌陷；2、熔接大孔径光纤时容易产生气泡；3、无法实现准确的熔接能量的控制。 
目前也有使用二氧化碳激光器熔接光子晶体光纤的研究，此种方法具有能够精确控制激光光束的中心位置及激光功率、不在熔接部分留下任何残余物等优点，可以减少光纤包层空气孔的坍塌，降低熔接损耗，但如果单纯使用二氧化碳激光器作为熔接热源熔接光子晶体光纤，仍然不能很好的控制光子晶体光纤包层空气孔的坍塌程度，特别是小芯径和空芯光子晶体光纤熔接起来更加困难，很容易造成空气孔的塌陷，光子晶体光纤的熔接质量低。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种光纤熔接点加热装置，以克服现有技术在光子晶体光纤熔接过程中容易造成空气孔的塌陷、熔接质量低的缺陷。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种光纤熔接点加热装置，包括：
激光器（2），用于输出激光光束；
调制器（1），与所述激光器（2）连接，用于调制所述激光器（2）输出的激光光束能量；
光纤耦合器（3），其输入端通过传能光纤与所述激光器（2）连接，所述光纤耦合器（3）接收所述激光器（2）输出的激光光束并将其分为能量相等的两束激光束；
第一光纤聚焦透镜（4）和第二光纤聚焦透镜（5），对称设置在两根待熔光纤熔接点两侧，所述第一光纤聚焦透镜（4）和第二光纤聚焦透镜（5）分别通过传能光纤与所述光纤耦合器（3）的输出端连接，用于将所述光纤耦合器（3）输出的激光束会聚至所述两根待熔光纤熔接点。
其中，所述激光器（2）是连续型二氧化碳激光器。
其中，所述调制器（1）是频率可调的正弦波调制器。
其中，所述光纤耦合器（3）输出端的输出光束能量传递呈正弦型分布。
其中，所述传能光纤均为空芯传能光纤。
其中，所述两根待熔光纤熔接点处的激光束大小分别通过调整所述两根待熔光纤熔接点与所述第一光纤聚焦透镜（4）和第二光纤聚焦透镜（5）之间的径向距离进行调整。
其中，所述激光束直径为300~800 μm。
其中，所述待熔光纤包括光子晶体光纤、双包层光纤或空芯光纤。
（三）有益效果
本发明的光纤熔接点加热装置中，采用调制器对激光器输出的激光光束进行调制，并经光纤耦合器耦合和分光处理后，通过聚焦透镜会聚至熔接点使两根光纤熔接，该装置稳定性好，精度高，熔接点温度易于控制；整个装置结构简洁易行，可操作性强；无复杂的光学系统，成本低，可用于光子晶体光纤、双包层光纤、空芯光纤等熔接点的加热。
附图说明
图1是本发明实施例的一种光纤熔接点加热装置的结构图； 
图2是本发明实施例的光纤耦合器输出光束能量传递的示意图。
图中，1：调制器；2：激光器；3：光纤耦合器；4：第一光纤聚焦透镜；5：第二光纤聚焦透镜；6：第一待熔光纤；7：第二待熔光纤；8：纤芯层；9：空气孔；10：外包层；A：第一传能光纤；B：第二传能光纤；C：第三传能光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明采用正弦型调制器对连续型二氧化碳激光器的输出光束进行调制，将激光耦合到光纤耦合器输入端的空芯传能光纤中；经光纤耦合器分光后，在输出端的两根空芯传能光纤中得到两束能量相等的激光束；传能光纤输出的激光束分别经过光纤聚焦透镜会聚到两根待熔光纤熔接点进行加热。
图1示出了本发明实施例的一种光纤熔接点加热装置，其包括调制器1、激光器2、光纤耦合器3、第一光纤聚焦透镜4和第二光纤聚焦透镜5；调制器1与激光器2连接，对激光器2输出的激光光束调制，使该激光光束耦合至光纤耦合器3的输入端，在光纤耦合器3的输入端设置有第一传能光纤A，该传能光纤与激光器2输出端连接；光纤耦合器3接收到激光器2输出的激光光束之后，对其进行分光处理，分为两束能量相等频率相同的光束，该两束光束由光纤耦合器3的两个输出端输出，在该两个输出端分别连接有第二传能光纤B和第三传能光纤C，第二传能光纤B和第三传能光纤C的输出端分别连接第一光纤聚焦透镜4和第二光纤聚焦透镜5，第一光纤聚焦透镜4和第二光纤聚焦透镜5对称设置在第一待熔光纤6和第二待熔光纤7熔接点的两侧，由第一光纤聚焦透镜4和第二光纤聚焦透镜5将第二传能光纤B和第三传能光纤C输出的能量相等的光束会聚至第一待熔光纤6和第二待熔光纤7的熔接点处，对第一待熔光纤6和第二待熔光纤7进行加热使其熔接。
具体地，调制器1优选频率可调的正弦波调制器，调制器频率的改变控制激光器输出光束能量作用在光纤径向上的分布，使得光纤耦合器3的两个输出端的输出光束能量传递呈正弦型分布；激光器2优选连续型二氧化碳激光器；第一传能光纤A、第二传能光纤B和第三传能光纤C均采用空芯传能光纤；第一待熔光纤6和第二待熔光纤7熔接点处的激光束大小可以分别通过调整第一待熔光纤6和第二待熔光纤7熔接点与第一光纤聚焦透镜4、第二光纤聚焦透镜5之间的径向距离而实现，且激光束直径为300~800μm。
本实施例中，第一待熔光纤6和第二待熔光纤7端面的间距为50μm，光纤直径一般为125μm，而激光光束直径为300~800μm，因此该激光光束可以同时加热第一待熔光纤6和第二待熔光纤7，从而将所述第一待熔光纤6和第二待熔光纤7熔接在一起。
图2示出了本发明实施例的光纤耦合器输出光束能量传递的示意图，其输出光束会聚到第一待熔光纤6和第二待熔光纤7熔接点处进行能量传递。对应不同的频率a和频率b，在第一待熔光纤6和第二待熔光纤7的纤芯层8、空气孔9和外包层10处的能量分布是不同的。其中，频率a和频率b是不同的两种频率，分别采用频率a和频率b时，可以对应得到两种不同的温度分布。频率的高低是随调制信号和熔接时间的不同而变化的，例如，对于正弦调制信号sin(ωt)，熔接时间为200ms，则角频率ω的范围是0~5π。此外，本实施例中还需要根据光子晶体光纤结构来确定不同的调制频率，实现包层空气孔塌陷程度的控制，从而实现低损耗熔接。对于被熔光纤是空芯的光子晶体光纤来说，本实施例的加热装置能够实现光子晶体光纤纤芯内外部的低温熔接，既不会影响和改变被熔光纤的光学特性，又能实现低损耗熔接；对于被熔光纤是大芯径实芯的光子晶体光纤来说，本实施例的加热装置能够实现纤芯的加热温度高，空气孔的加热温度低，而包层的加热温度又相对升高的的能量分布状态，降低空气孔的塌陷率；对于被熔光纤是小芯径实芯光子晶体光纤和大芯径实芯光子晶体光纤来说，本实施例的加热装置能够实现小芯径实芯光子晶体光纤纤芯温度高于外部空气孔温度，外部空气孔处的加热温度实现小芯径纤芯周围部分空气孔塌陷，与大芯径模场相匹配，降低熔接损耗。本实施例的光纤可以为光子晶体光纤、双包层光纤或空芯光纤等。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用调制器对激光器输出的激光光束进行调制，并经光纤耦合器耦合和分光处理后，通过聚焦透镜会聚至熔接点使两根光纤熔接，该装置稳定性好，精度高，熔接点温度易于控制；整个装置结构简洁易行，可操作性强；无复杂的光学系统，成本低，可用于光子晶体光纤、双包层光纤、空芯光纤等熔接点的加热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光纤熔接点加热装置，其特征在于，包括：
激光器（2），用于输出激光光束；
调制器（1），与所述激光器（2）连接，用于调制所述激光器（2）输出的激光光束能量；
光纤耦合器（3），其输入端通过传能光纤与所述激光器（2）连接，所述光纤耦合器（3）接收所述激光器（2）输出的激光光束并将其分为能量相等的两束激光束；
第一光纤聚焦透镜（4）和第二光纤聚焦透镜（5），对称设置在两根待熔光纤熔接点两侧，所述第一光纤聚焦透镜（4）和第二光纤聚焦透镜（5）分别通过传能光纤与所述光纤耦合器（3）的输出端连接，用于将所述光纤耦合器（3）输出的激光束会聚至所述两根待熔光纤熔接点。
2.根据权利要求1所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述激光器（2）是连续型二氧化碳激光器。
3.根据权利要求2所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述调制器（1）是频率可调的正弦波调制器。
4.根据权利要求3所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述光纤耦合器（3）输出端的输出光束能量传递呈正弦型分布。
5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述传能光纤均为空芯传能光纤。
6.根据权利要求1至4任一项所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述两根待熔光纤熔接点处的激光束大小分别通过调整所述两根待熔光纤熔接点与所述第一光纤聚焦透镜（4）和第二光纤聚焦透镜（5）之间的径向距离进行调整。
7.根据权利要求6所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述激光束直径为300~800 μm。
8.根据权利要求1至4任一项所述的光纤熔接点加热装置，其特征在于，所述待熔光纤包括光子晶体光纤、双包层光纤或空芯光纤。
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