CN102565947B

CN102565947B - 一种锥形光纤的制作装置及方法

Info

Publication number: CN102565947B
Application number: CN 201210007200
Authority: CN
Inventors: 周骏; 张琪; 陈金平; 阳明仰; 束磊; 谭晓玲
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: CN102565947A

Abstract

本发明公开了一种锥形光纤的制作装置及方法，该装置包括光学平板、计算机终端、二氧化碳激光器、扫描振镜、镀金属膜反射镜、用于置放镀金属膜反射镜的置放平台、两个分布于置放平台两侧的二维精密调节架、两个分别固定于二维精密调节架上且用于固定被加工光纤两端的光纤固定件及若干对用于悬挂于被加工光纤两端的重物，反射镜镜面正对二氧化碳激光器的输出端，使用时将被加工光纤中已剥去涂覆层的待加工部分紧贴置于反射镜镜面上且处于二氧化碳激光器的聚焦透镜的焦平面，计算机终端控制二氧化碳激光器输出激光光斑，在一次扫描完成后通过重物迅速拉制成锥形光纤，不仅缩短了加工时间，而且避免了输出光斑长时间作用于光纤上对光纤产生物理损伤。

Description

一种锥形光纤的制作装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光无源器件和特殊光器件的制作技术，尤其是涉及一种锥形光纤的制作装置及方法。

背景技术

锥形光纤是指具有锥腰和对称双锥过渡区的特殊光波导结构的光器件，其作为一种特殊光器件，由于其制作简单、结构紧凑、成本低廉、用途广泛，因此近年来已成为国内外研究的热点。当光在锥形光纤中传播时，不同模式之间会发生能量耦合和干涉效应，基于这种原理可以实现多种光学元件。锥形光纤作为一种特殊光器件，在微器件方面具有无可比拟的优势，并已经在全波耦合器、近场显微成像、折射率传感器、微腔激光器、超连续光源等领域得到了广泛应用。

锥形光纤的制作方法主要采用化学腐蚀法和熔融拉锥法。化学腐蚀法是将剥去涂覆层的一段光纤直接浸入到腐蚀液中经过腐蚀而得到锥形光纤，该方法操作简单、易于实现，但是锥形结构参数不可调，尤其当锥腰腐蚀得比较细的时候，取出光纤时会由于液体表面张力的作用容易使光纤折断。而熔融拉锥法一般是先使光纤处于加热熔融状态，再施加拉力使受热部分的光纤直径变小从而制得锥形光纤。

熔融拉锥法一般包括电弧拉制法、氢氧焰加热法和激光照射法。电弧拉制法是指通过高压放电产生的电弧作用在光纤上使光纤熔融，然后在光纤两头施加拉力制成锥形光纤，该方法仅用光纤熔接机即可制作锥形光纤，使用设备少、简单易行，但是该方法对技术要求高，制作难度较大。氢氧焰加热法是采用氢氧焰作为加热源，通过控制气体流量和光纤拉伸速率等参数制作锥形光纤，该方法的优点是可以精确控制制作过程，容易制作多种结构参数的锥形光纤，缺点是制作过程容易受到外界环境的影响，具有一定的局限性。激光照射法是采用连续型或者高频脉冲型的二氧化碳(CO₂)激光器发出的红外激光对光纤进行局部加热，使被加工光纤一直处于熔融状态，同时在光纤两端施加拉力得到锥形光纤。该方法不受外界气流等因素的影响，而且可以对拉锥光纤的参数进行精确控制，然而该方法用于锥形光纤的制作通常还需要精密电控平移台等，装置比较复杂、加工时间长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、成本低廉、易于实现，且加工时间短、工作效率高的锥形光纤的制作装置及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锥形光纤的制作装置，其特征在于包括光学平板、计算机终端、二氧化碳激光器、扫描振镜、具有高反射率的镀金属膜反射镜、置放平台、两个二维精密调节架、两个光纤固定件及若干对不同质量的重物，所述的置放平台和所述的二维精密调节架置放于所述的光学平板上，所述的计算机终端分别与所述的二氧化碳激光器和所述的扫描振镜连接，所述的扫描振镜位于所述的二氧化碳激光器的输出端，所述的镀金属膜反射镜置放于所述的置放平台上，所述的镀金属膜反射镜的镜面正对所述的二氧化碳激光器的输出端，两个所述的二维精密调节架分布于所述的置放平台的两侧，所述的光纤固定件固定于所述的二维精密调节架上，所述的二维精密调节架用于调整所述的光纤固定件的高度和水平位置，两个所述的光纤固定件分别用于固定被加工光纤的两端，若干对所述的重物用于悬挂于被加工光纤的两端，所述的重物悬挂于被加工光纤上后的位置位于所述的光纤固定件的外侧。

所述的计算机终端采用工业用计算机，所述的计算机终端内安装有控制所述的二氧化碳激光器工作的控制电路板及控制软件，用于设置所述的二氧化碳激光器的工作参数、控制所述的二氧化碳激光器激光的输出及控制所述的扫描振镜的摆动。

所述的二氧化碳激光器用于实现被加工光纤的局部加热熔融，所述的二氧化碳激光器为脉冲型二氧化碳激光器或为连续型二氧化碳激光器，所述的脉冲型二氧化碳激光器的输出激光波长为10.6μm，脉冲频率为1～10KHz，功率为1～10W，所述的脉冲型二氧化碳激光器输出的激光光斑作用于被加工光纤中用于制作锥形光纤的部位上的时间和位置由所述的计算机终端控制所述的脉冲型二氧化碳激光器的输出端的扫描振镜来完成；所述的连续型二氧化碳激光器的输出激光波长为10.6μm，功率为1～10W。

所述的扫描振镜是一种高速摆动电机组成的高精度、高速度伺服控制的矢量扫描器件。

所述的镀金属膜反射镜的镜面为金属平面，所述的镀金属膜反射镜对波长为10.6μm的激光的反射率为0.9。

所述的光学平板采用金属材质制作；所述的置放平台由一个表面为抛光平面的金属平板和一个与所述的金属平板连接且高度可以精密调节的带有微调螺杆的第一升降台组成，所述的镀金属膜反射镜置放于所述的金属平板上，所述的镀金属膜反射镜的背面与所述的金属平板的抛光平面接触，所述的第一升降台置放于所述的光学平板上，所述的第一升降台用于调整所述的镀金属膜反射镜的高度；所述的二维精密调节架主要由一个带有微调螺杆的一维平移台和一个与所述的一维平移台连接且高度可以精密调节的带有微调螺杆的第二升降台组成，所述的一维平移台置放于所述的光学平板上，所述的第二升降台与所述的光纤固定件连接，所述的一维平移台和所述的第二升降台分别用于调整所述的光纤固定件的水平位置和高度。

所述的光纤固定件为带有光纤槽的光纤夹持器。

所述的重物的质量为1～100g，每对所述的重物等质量。

一种使用上述的锥形光纤的制作装置制作锥形光纤的方法，其包括以下步骤：

①开启二氧化碳激光器，并在计算机终端中设置二氧化碳激光器的工作参数；

②准备一根预定长度的光纤作为被加工光纤，然后利用光纤涂覆层剥离钳剥去被加工光纤中一段光纤的涂覆层用于制作锥形光纤，再利用蘸取酒精的脱脂棉反复擦拭已剥去涂覆层的光纤部分以去掉涂覆层的残余物；

③将经过步骤②处理后的被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分置于镀金属膜反射镜上，然后将被加工光纤的两端分别固定于光纤固定件上，再在被加工光纤的两端分别悬挂等质量的重物，使被加工光纤保持拉直状态，并为被加工光纤的两端提供持续且恒定的拉力，重物位于光纤固定件的外侧；

④通过二维精密调节架调整光纤固定件的高度和水平位置使被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分处于二氧化碳激光器的聚焦透镜的焦平面；

⑤通过置放平台调整镀金属膜反射镜的高度，使镀金属膜反射镜的镜面紧贴被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分；

⑥由计算机终端控制二氧化碳激光器的输出，二氧化碳激光器输出的激光光斑作用于被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分的正面，同时二氧化碳激光器输出的激光光斑照射到镀金属膜反射镜经反射后作用于被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分的背面；

⑦在计算机终端的控制软件中设定二氧化碳激光器输出的激光光斑作用于被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分上的滞留时间和位置；

⑧由计算机终端控制位于二氧化碳激光器的输出端的扫描振镜的摆动使得输出的激光光斑的运动轨迹与被加工光纤的轴向方向相垂直，并在激光光斑的运动轨迹横跨被加工光纤的直径范围后，停止激光输出，完成锥形光纤的制作。

所述的被加工光纤为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、塑料光纤中的任一种。

所述的重物的质量和所述的二氧化碳激光器的工作参数的选择取决于制作的锥形光纤的结构以及所述的被加工光纤的种类。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明的制作装置利用二氧化碳激光器的输出光斑在完成一次扫描后使剥去涂覆层的光纤部分局部加热熔融，通过悬挂于被加工光纤的两端的重物将光纤熔融部分迅速拉制成锥形光纤，不仅避免了现有技术中激光器的输出光斑长时间作用于光纤上对光纤产生物理损伤，而且缩短了加工时间、提高了工作效率。

2)本发明的制作装置通过在被加工光纤的两端悬挂若干对等质量的重物，使被加工光纤保持拉直状态，同时在被加工光纤的两端提供持续且恒定的拉力，避免了使用现有技术的拉力施加方式造成的拉力不稳的现象。

3)本发明的制作装置采用了对波长为10.6μm的激光具有高反射率的镀金属膜反射镜，并安置于二氧化碳激光器的聚焦透镜的焦平面，它能够将照射其上的激光作用于被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分的背面，从而使被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分的正面和背面都均匀吸收激光能量，从而有效保证了制作得到的锥形光纤的锥区部分上下均匀。

4)本发明的制作方法采用计算机终端设置二氧化碳激光器的工作参数及控制二氧化碳激光器的输出，设计灵活、操作简单、易于实现。

5)本发明的制作方法中二氧化碳激光器输出的激光光斑的运动轨迹与光纤轴向方向垂直，有效地保证被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分处于局部加热熔融状态。

6)利用本发明的制作方法制作得到的锥形光纤的锥区长度和锥腰的直径大小易于控制，结构参数可调。

附图说明

图1为本发明的锥形光纤制作装置的组成示意图；

图2为本发明的锥形光纤制作装置中的置放平台的组成示意图；

图3为本发明的锥形光纤制作装置中的二维精密调节架的组成示意图；

图4为二氧化碳激光器输出的激光光斑的运动轨迹与被加工光纤的位置示意图；

图5为实施例三给出的锥形光纤的制作方法制作得到的锥形光纤的显微镜照片；

图6为实施例四给出的锥形光纤的制作方法制作得到的锥形光纤的显微镜照片；

图7为实施例五给出的锥形光纤的制作方法制作得到的锥形光纤的显微镜照片；

图8为实施例六给出的锥形光纤的制作方法制作得到的锥形光纤的显微镜照片；

图9为实施例七给出的锥形光纤的制作方法制作得到的锥形光纤的显微镜照片；

图10为实施例八给出的锥形光纤的制作方法制作得到的锥形光纤的显微镜照片。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

一种锥形光纤的制作装置，如图1所示，其包括计算机终端1、二氧化碳激光器2、扫描振镜11、具有高反射率的镀金属膜反射镜3、用于放置镀金属膜反射镜3的置放平台9、两个分布于置放平台9的两侧的二维精密调节架7、两个分布于置放平台9的两侧且分别用于固定被加工光纤4的两端的光纤固定件5、一对等质量并用于悬挂于被加工光纤4的两端以提供持续且恒定的拉力的重物6及用于放置上述各个器件的光学平板10，二氧化碳激光器2和扫描振镜11分别与计算机终端1连接并由计算机终端1控制，扫描振镜11位于二氧化碳激光器2的输出端，计算机终端1控制位于二氧化碳激光器2的输出端的扫描振镜11的摆动和控制二氧化碳激光器2激光的输出，二氧化碳激光器2用于实现被加工光纤的局部加热熔融，镀金属膜反射镜3的背面与置放平台9接触，镀金属膜反射镜3的镜面正对二氧化碳激光器2的输出端，光纤固定件5固定于二维精密调节架7上，二维精密调节架7用于调整光纤固定件5的高度和水平位置，重物6悬挂于被加工光纤4后位于光纤固定件5的外侧，即光纤固定件5的位置位于置放平台9和重物6之间。使用本制作装置时，将被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分置于镀金属膜反射镜3的镜面上，开启二氧化碳激光器2后通过二维精密调节架7调整光纤固定件5的高度和水平位置使被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分处于二氧化碳激光器2的聚焦透镜的焦平面，并使被加工光纤4的轴向方向与二氧化碳激光器2输出的激光光斑8的运动轨迹相垂直，调节置放平台9的高度使镀金属膜反射镜3的镜面紧贴被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分，二氧化碳激光器2输出的激光光斑8的运动轨迹沿垂直于被加工光纤4的轴向方向进行一次扫描后即完成锥形光纤的制作，如图4所示。

在此具体实施例中，被加工光纤4可以为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、塑料光纤中的任一种。

在此具体实施例中，计算机终端1采用工业用计算机，计算机终端1内安装有控制二氧化碳激光器2的控制电路板及控制软件，用于设置二氧化碳激光器2的工作参数、控制二氧化碳激光器2激光的输出及控制扫描振镜11的摆动，安装于计算机终端1内的用于控制二氧化碳激光器2的控制电路板及控制软件均采用现有技术；光学平板10采用金属材质制作，其上面均匀分布有多个螺纹孔用于固定各个部件。

在此具体实施例中，二氧化碳激光器2可为输出激光波长为10.6μm的脉冲型二氧化碳激光器，其脉冲频率为1～10KHz，最大输出功率为10W。脉冲型二氧化碳激光器输出的激光光斑8作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的滞留时间和两个激光光斑8之间的间隔距离由计算机终端1的控制软件分别设定为200～800μs和1～7μm，计算机终端1控制二氧化碳激光器2的输出端的扫描振镜11的摆动使得输出的激光光斑8的运动轨迹与被加工光纤4的轴向方向相垂直，并在激光光斑8的运动轨迹横跨光纤直径的范围(即完成一次扫描)后停止激光输出，从而完成锥形光纤的制作；二氧化碳激光器2也可为输出激光波长为10.6μm的连续型二氧化碳激光器，其功率为1～10W。

在实际制作锥形光纤的过程中，上述二氧化碳激光器2的工作参数对于不同类型的被加工光纤4需选择相应的参数值，如被加工光纤4选用单模光纤时，则可将脉冲频率设置为5KHz、功率设置为6W、作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的激光光斑8的滞留时间设置为700μs、两个激光光斑8之间的间隔距离设置为1μm；如被加工光纤4选用多模光纤时，则可将脉冲频率设置为5KHz、功率设置为5W、作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的激光光斑8的滞留时间设置为700μs、两个激光光斑8之间的间隔距离设置为1μm。对于作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的激光光斑8的滞留时间和两个激光光斑8之间的间隔距离，在理论上如果作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的激光光斑8的滞留时间越长或者两个激光光斑8之间的间隔距离越小，则激光作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的能量就越大，相对来说制作得到的锥形光纤的锥腰直径越小，但缺点是容易打断光纤，最终还需要重新设置二氧化碳激光器2的输出功率及选取适当重物6来加以调整。

在此具体实施例中，镀金属膜反射镜3对波长为10.6μm的激光的反射率为0.9。在实际制作锥形光纤的过程中，可选择具有更高反射率的镀金属膜反射镜3，这样可有效保证制作得到的锥形光纤的锥区部分上下均匀。

在此具体实施例中，镀金属膜反射镜3的镜面为一个金属平面。

在此具体实施例中，光纤固定件5采用带有光纤槽的光纤夹持器，并与二维精密调节架7连接，光纤固定件5的水平位置和高度由二维精密调节架7调整；二维精密调节架7如图3所示，其主要由一个带有微调螺杆73的一维平移台71和一个与一维平移台71连接且高度可以精密调节的带有微调螺杆74的第二升降台72组成，一维平移台71置放于光学平板10上，第二升降台72与光纤固定件5连接，一维平移台71和第二升降台72分别用于调整光纤固定件5的水平位置和高度。二维精密调节架7也可直接采用现有的用于调整水平位置和高度的精密调节设备。

在此具体实施例中，置放平台9如图2所示，其主要由一个表面为抛光平面的金属平板91和一个与金属平板91连接且高度可以精密调节的带有微调螺杆93的第一升降台92组成，镀金属膜反射镜3置放于金属平板91上，镀金属膜反射镜3的背面与金属平板91的抛光平面接触，第一升降台92置放于光学平板10上，第一升降台92用于调整镀金属膜反射镜3的高度；置放平台9也可采用其他结构，只需保证使紧贴置于镀金属膜反射镜3上已剥去涂覆层的光纤部分位于二氧化碳激光器2的聚焦透镜的焦平面。

在此具体实施例中，重物6一般选用质量为1～100g的重物，在实际制作锥形光纤的过程中，重物6的质量的选择取决于二氧化碳激光器2的工作参数的设定以及所述的被加工光纤4的种类。如选用的被加工光纤4为单模光纤且二氧化碳激光器2的脉冲频率设置为5KHz、功率设置为6W、作用于被加工光纤中已剥去涂覆层的光纤部分上的激光光斑8的滞留时间设置为700μs、两个激光光斑8之间的间隔距离设置为1μm时，则可选用质量为27g的重物；如选用的被加工光纤4为多模光纤且二氧化碳激光器2的脉冲频率设置为5KHz、功率设置为5W、作用在被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分上的激光光斑8的滞留时间设置为700μs、两个激光光斑8之间的间隔距离设置为1μm时，则可选用质量为7g的重物。在实际操作过程中，如果一对等质量的重物不足以为被加工光纤4的两端提供持续且恒定的拉力，则可在被加工光纤4的两端悬挂多对重物。

实施例二：

本实施例提出一种利用实施例一所述的制作装置制作锥形光纤的方法。首先，将用于制作锥形光纤的被加工光纤4去涂覆层处理后置于镀金属膜反射镜3的镜面上，再将若干对重物6对称悬挂于被加工光纤4的两端，通过二维精密调节架7调整光纤固定件5的高度和水平位置使被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分处于二氧化碳激光器2的聚焦透镜的焦平面，并使被加工光纤4的轴向方向与二氧化碳激光器2输出的激光光斑8的运动轨迹相垂直，通过置放平台9调整镀金属膜反射镜3的高度，使镀金属膜反射镜3的镜面紧贴被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分。然后，由计算机终端1设置二氧化碳激光器2的工作参数并控制二氧化碳激光器2输出激光，同时，计算机终端1控制位于二氧化碳激光器2的输出端的扫描振镜11的摆动使得输出的激光光斑8的运动轨迹与被加工光纤4的轴向方向相垂直，并在激光光斑的运动轨迹横跨光纤直径的范围后，即完成一次扫描后，停止激光输出，从而完成锥形光纤的制作。该制作方法不仅缩短了加工时间，而且避免了输出光斑长时间作用于光纤上对光纤产生物理损伤。该制作方法主要包括以下步骤：

①开启二氧化碳激光器2，并在计算机终端1中设置二氧化碳激光器2的工作参数。

②准备一根预定长度的标准单模光纤(型号为G.652D)作为被加工光纤，然后利用光纤涂覆层剥离钳剥去标准单模光纤中一段光纤的涂覆层用于制作锥形光纤，再利用蘸取酒精的脱脂棉反复擦拭被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分以去掉涂覆层的残余物。

③将经过步骤②处理后的被加工光纤4置放于镀金属膜反射镜3上，然后将被加工光纤4的两端分别固定于光纤固定件5上，再在被加工光纤4的两端分别悬挂一个质量已知的重物6，使被加工光纤4保持拉直状态，并为被加工光纤4的两端提供持续且恒定的拉力，重物6位于光纤固定件5的外侧。

④通过二维精密调节架7调整光纤固定件5的高度和水平位置使被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分处于二氧化碳激光器2的聚焦透镜的焦平面。

⑤通过置放平台9调整镀金属膜反射镜3的高度，使镀金属膜反射镜3的镜面紧贴被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分；

⑥由计算机终端1控制二氧化碳激光器2的输出，二氧化碳激光器2输出的激光光斑8作用于被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分的正面，同时二氧化碳激光器2输出的激光光斑8照射到镀金属膜反射镜3经反射后作用于被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分的背面，使被加工光纤4中已剥去涂覆层的光纤部分的正面和背面都均匀吸收激光能量，从而有效保证了制作得到的锥形光纤的锥区部分上下均匀。

⑦在计算机终端1的控制软件中设定二氧化碳激光器2输出的激光光斑8作用于已剥去涂覆层的光纤部分上的滞留时间和位置。

⑧由计算机终端1控制位于二氧化碳激光器2输出端的扫描振镜11的摆动使得输出的激光光斑的运动轨迹8与被加工光纤4的轴向方向相垂直，并在激光光斑8的运动轨迹横跨光纤直径的范围后，即完成一次扫描后，停止激光输出，从而完成锥形光纤的制作。

在此具体实施例中，二氧化碳激光器2采用脉冲型二氧化碳激光器，其脉冲频率设置为5KHz、作用在被加工光纤4上的激光光斑8的滞留时间设置为700μs、两个激光光斑8之间的间隔距离设置为1μm。

在此具体实施例中，通过改变步骤①中设置的二氧化碳激光器2工作参数的输出功率和步骤③中重物6的质量大小，制作的锥形光纤的结构参数列于表1中。从表1可以看出，当二氧化碳激光器2的输出功率逐渐增大时，重物6的质量相应减小，可以获得结构基本相同的锥形光纤。

表1不同激光输出功率和重物质量下制作的锥形光纤的结构参数

输出功率(W)	重物质量(g)	锥腰直径(μm)	锥区长度(μm)
				4.65	100	110	137
5.15	77	111	133
				5.50	47	112	131
6.00	1	115	130

在此具体实施例中，步骤①中设置的二氧化碳激光器2的工作参数固定不变，通过改变步骤③中重物6的质量大小，制作的锥形光纤的结构参数列于表2中。从表2可以看出，当二氧化碳激光器2的工作参数不变时，随着重物6的质量逐渐增大，所制作的锥形光纤的锥腰直径逐渐减小，而锥区长度逐渐增大。

表2激光器工作参数相同和重物质量不同时制作的锥形光纤的结构参数

重物质量(g)	1	2.2	7	14	23	27	29.5
								锥腰直径(μm)	115	116	113	110	104	95	83
锥区长度(μm)	130	130	127	130	140	162	183

实施例三：

一种使用实施例一所述的制作装置制作锥形光纤的方法，在实施例一所述的制作装置中，二氧化碳激光器2采用输出激光波长为10.6μm的脉冲型二氧化碳激光器。本实施例方法可以通过设置二氧化碳激光器2的工作参数以及选择不同质量的重物6来制作不同结构参数的锥形光纤。其主要包括以下步骤：

①开启二氧化碳激光器2，并在计算机终端1中设置二氧化碳激光器2的工作参数，其脉冲频率设置为5KHz、输出功率设置为7.75W、作用在被加工光纤4上的激光光斑8的滞留时间设置为700μs、两个激光光斑8之间的间隔距离设置为1μm。

③将经过步骤②处理后的被加工光纤4置放于镀金属膜反射镜3上，然后将被加工光纤4的两端分别固定于光纤固定件5上，再在被加工光纤4的两端分别悬挂一个质量为1g的重物6，使被加工光纤4保持拉直状态，并为被加工光纤4的两端提供持续且恒定的拉力，重物6位于光纤固定件5的外侧。

⑧由计算机终端1控制位于二氧化碳激光器2的输出端的扫描振镜11的摆动使得输出的激光光斑的运动轨迹8与被加工光纤4的轴向方向相垂直，并在激光光斑8的运动轨迹横跨光纤直径的范围后，即完成一次扫描后，停止激光输出，从而完成锥形光纤的制作。

图5给出了本实施例制作得到的锥形光纤的显微镜照片，从图5中可以看出该锥形光纤的锥腰的直径为56μm，锥区部分长259μm，且锥区部分上下均匀。

实施例四：

本实施例中采用的锥形光纤的制作装置与实施例三中的相同，本实施例中采用的被加工光纤4与实施例三中的相同。本实施例制作锥形光纤的具体过程与实施例三制作锥形光纤的具体过程基本相同，不同的是，二氧化碳激光器2的工作参数的输出功率设置为6W，重物6的质量选为27g。

图6给出了本实施例制作得到的锥形光纤的显微镜照片，从图6中可以看出该锥形光纤的锥腰的直径为95μm，锥区部分长162μm，且锥区部分上下均匀。

实施例五：

本实施例中采用的锥形光纤的制作装置与实施例三中的相同，本实施例中采用的被加工光纤4与实施例三中的相同，本实施例制作锥形光纤的具体过程与实施例三制作锥形光纤的具体过程基本相同。不同的是，二氧化碳激光器2的工作参数的输出功率设置为5.15W；重物6的质量为77g。

图7给出了本实施例制作得到的锥形光纤的显微镜照片，从图7中可以看出该锥形光纤的锥腰的直径为111μm，锥区部分长133μm，且锥区部分上下均匀。

实施例六：

本实施例中采用的锥形光纤的制作装置与实施例三中的相同，本实施例中采用的被加工光纤4与实施例三中的相同，本实施例制作锥形光纤的具体过程与实施例三制作锥形光纤的具体过程基本相同。不同的是，二氧化碳激光器2的工作参数的输出功率设置为4.65W；重物6的质量为100g。

图8给出了本实施例制作得到的锥形光纤的显微镜照片，从图8中可以看出该锥形光纤的锥腰的直径为110μm，锥区部分长137μm，且锥区部分上下均匀。

实施例七：

本实施例中采用的锥形光纤的制作装置与实施例三中的相同，本实施例中被加工光纤采用特种单模光纤(C-SMF，型号为CS1060)，本实施例对该型号为CS1060的特种单模光纤进行处理制作得到锥形光纤的具体过程与实施例四制作锥形光纤的具体过程相同。图9给出了本实施例制作得到的锥形光纤的显微镜照片，从图9中可以看出该锥形光纤的锥腰的直径为108μm，锥区部分长135μm，与实施例四制作得到的锥形光纤相比，该锥形光纤的锥腰直径较大。

实施例八：

本实施例中采用的锥形光纤的制作装置与实施例三中的相同，本实施例中被加工光纤采用特种多模光纤(GIMM，型号为GI2017)，本实施例制作锥形光纤的具体过程与实施例三制作锥形光纤的具体过程基本相同。不同的是，二氧化碳激光器2的工作参数的输出功率设置为5W；重物6的质量选为7g。

图10给出了本实施例制作得到的锥形光纤的显微镜照片，从图10中可以看出该锥形光纤的锥腰的直径为48μm，锥区部分长263μm，且锥区部分上下均匀。

Claims

1.一种锥形光纤的制作装置，其特征在于包括光学平板、计算机终端、二氧化碳激光器、扫描振镜、具有高反射率的镀金属膜反射镜、置放平台、两个二维精密调节架、两个光纤固定件及若干对不同质量的重物，所述的置放平台和所述的二维精密调节架置放于所述的光学平板上，所述的计算机终端分别与所述的二氧化碳激光器和所述的扫描振镜连接，所述的扫描振镜位于所述的二氧化碳激光器的输出端，所述的镀金属膜反射镜置放于所述的置放平台上，所述的镀金属膜反射镜的镜面正对所述的二氧化碳激光器的输出端，两个所述的二维精密调节架分布于所述的置放平台的两侧，所述的光纤固定件固定于所述的二维精密调节架上，所述的二维精密调节架用于调整所述的光纤固定件的高度和水平位置，两个所述的光纤固定件分别用于固定被加工光纤的两端，若干对所述的重物用于悬挂于被加工光纤的两端，所述的重物悬挂于被加工光纤上后的位置位于所述的光纤固定件的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种锥形光纤的制作装置，其特征在于所述的计算机终端采用工业用计算机，所述的计算机终端内安装有控制所述的二氧化碳激光器工作的控制电路板及控制软件，用于设置所述的二氧化碳激光器的工作参数、控制所述的二氧化碳激光器激光的输出及控制所述的扫描振镜的摆动。

3.根据权利要求1或2所述的一种锥形光纤的制作装置，其特征在于所述的二氧化碳激光器用于实现被加工光纤的局部加热熔融，所述的二氧化碳激光器为脉冲型二氧化碳激光器或为连续型二氧化碳激光器，所述的脉冲型二氧化碳激光器的输出激光波长为10.6μm，脉冲频率为1～10KHz，功率为1～10W，所述的脉冲型二氧化碳激光器输出的激光光斑作用于被加工光纤中用于制作锥形光纤的部位上的时间和位置由所述的计算机终端控制所述的脉冲型二氧化碳激光器的输出端的扫描振镜来完成；所述的连续型二氧化碳激光器的输出激光波长为10.6μm，功率为1～10W。

4.根据权利要求3所述的一种锥形光纤的制作装置，其特征在于所述的镀金属膜反射镜的镜面为金属平面，所述的镀金属膜反射镜对波长为10.6μm的激光的反射率为0.9。

5.根据权利要求4所述的一种锥形光纤的制作装置，其特征在于所述的光学平板采用金属材质制作；所述的置放平台由一个表面为抛光平面的金属平板和一个与所述的金属平板连接且高度可以精密调节的带有微调螺杆的第一升降台组成，所述的镀金属膜反射镜置放于所述的金属平板上，所述的镀金属膜反射镜的背面与所述的金属平板的抛光平面接触，所述的第一升降台置放于所述的光学平板上，所述的第一升降台用于调整所述的镀金属膜反射镜的高度；所述的二维精密调节架主要由一个带有微调螺杆的一维平移台和一个与所述的一维平移台连接且高度可以精密调节的带有微调螺杆的第二升降台组成，所述的一维平移台置放于所述的光学平板上，所述的第二升降台与所述的光纤固定件连接，所述的一维平移台和所述的第二升降台分别用于调整所述的光纤固定件的水平位置和高度。

6.根据权利要求5所述的一种锥形光纤的制作装置，其特征在于所述的光纤固定件为带有光纤槽的光纤夹持器。

7.根据权利要求6所述的一种锥形光纤的制作装置，其特征在于所述的重物的质量为1～100g，每对所述的重物等质量。

8.一种使用权利要求1所述的制作装置制作锥形光纤的方法，其特征在于包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种制作锥形光纤的方法，其特征在于所述的被加工光纤为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、塑料光纤中的任一种。

10.根据权利要求8或9所述的一种制作锥形光纤的方法，其特征在于所述的重物的质量和所述的二氧化碳激光器的工作参数的选择取决于制作的锥形光纤的结构以及所述的被加工光纤的种类。