CN103267993B - 一种全光纤四分之一波片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作四分之一波片的方法，其特征在于所述的方法包括用定位块对输入保偏光纤定位，经过定位切割、与制作波片保偏光纤的45°熔接、精确位移和定长切割，最后与保圆光纤熔接。本发明通过光纤与定位块相对位置的固定，再以定位块为基准在光纤切割机和位移平台上定位，进行切割和位移，使得波片的切割长度能够精确定位，从而使制作的波片达到较高的精度；采用高精度位移平台确定制作波片保偏光纤的定长，使得波片的制作精度得到进一步的保证和提高；且操作简便、重复性好。本发明的波片采用光子晶体保偏光纤对温度敏感度小，性能稳定，能够大大地减小全光纤电流互感器在-40~70℃范围内的系统误差。

Description

一种全光纤四分之一波片的制作方法

技术领域

本发明涉及一种全光纤四分之一波片的制作方法，属于到光纤传感技术。

背景技术

全光纤电流互感器是目前继电保护系统中发展相当迅速的一类传感器，应用前景广阔。其原理是通过测量在传感光纤内传输的两束模式正交的偏振光间由于导线电流感应而产生的相位差来间接地测量电流值。

全光纤电流互感器的光路中主要由光源、光纤起偏器、保偏环形器、相位调制器、全光纤四分之一波片、低双折射传感光纤组成，而全光纤四分之一波片又是关键器件之一，其作用是将入射的线偏振光转化为圆偏振光输出，即让入射偏振光的快轴与慢轴之间产生π/2的相移。如果制备的四分之一波片不能保持快轴与慢轴之间的相位差为π/2，将导致线偏振光不能完全转化为圆偏振光，而是转化为椭圆偏振光，从而影响测量精度。

目前系统中应用的四分之一波片的制作主要采取熔接法和扭转熔融法。熔融扭转法，是先将传感光纤与保偏光纤进行熔接，再用夹具固定熔接点的两端，夹具之间留一定的间隔，且离放电点的距离大致相等，再将传感光纤一端的夹具旋转45°，最后在离熔接点约四分之一拍长处用电弧放点，使扭转应力得到释放。这样在二次放点处和熔接点之间就形成了一个四分之一波片，并且其主轴和前端保偏光纤呈45°。这种方法不需要精确控制放电点和熔接点之间的光纤长度，通常保偏光纤的四分之一拍长在毫米量级，但缺点是需要控制放电时间和放电强度，制作工艺十分复杂。

熔接法制成的波片结构为一端与同种保偏光纤（传输光纤）以45°轴对准熔接，另一端与保圆光纤（传感光纤）熔接，其结构见附图1，此方法虽然制作工艺较为简单，但是由于一般保偏光纤的拍长都较短（2-6mm之间），取四分之一拍长后，长度就更短，因此精确切割波片长度十分困难。目前，切取四分之一拍长主要是靠直尺或游标卡尺等计量工具来控制。该方法虽然操作较为简单，但是直尺或游标卡尺测量误差较大，并且存在切割基准点容易偏差的缺点，容易造成波片切割精度差，无法满足高精度系统的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种制作精度高，易于操作的全光纤四分之一波片的制作方法。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

将一段输入保偏光纤的一端固定在一定位块上面的定位槽中并延伸出定位块前端面一小段距离，所述的定位槽与前端面相垂直，

将固定有输入保偏光纤的定位块放置到定位座上，定位块通过前端面与定位座的定位面相配置，在定位座对应其定位面的一侧安设有与定位面固定间隔的光纤切割机，压住输入保偏光纤，用光纤切割机对输入保偏光纤的一端进行切割，使得输入保偏光纤的切割端面与光纤轴线垂直并与定位块前端面保持固定间距，

将端面切割后的输入保偏光纤和定位块一起移至熔接机，另取一段制作波片保偏光纤与其进行45°熔接，形成熔接点，所述的45°熔接为输入保偏光纤的快轴（或慢轴）与制作波片保偏光纤的快轴（或慢轴）周向相错45°夹角，

将熔接了制作波片保偏光纤的输入保偏光纤和定位块一起移至位移平台，位移平台的一侧对应安设固定平台，将定位块固定于固定平台，同时在位移平台上安设光纤固定台，输入保偏光纤相对熔接端的后段从定位块平直延伸至光纤固定台并被固定，然后将输入保偏光纤与定位块松开，操作位移平台，使输入保偏光纤沿着其轴线对应定位块向后移动一段固定长度，即使熔接点对应定位块向后移动一段固定长度，所述的固定长度为保偏光纤拍长的1/4，或保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，再将输入保偏光纤重新固定于定位块，松开光纤固定台的输入保偏光纤，

将重新固定输入保偏光纤的定位块放置到定位座原位上，用光纤切割机对制作波片保偏光纤的另一端进行切割，使制作波片保偏光纤的切割端面至熔接点的长度为保偏光纤拍长的1/4，或保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，

将切割后的输入保偏光纤移至熔接机，通过制作波片保偏光纤切割端面与一段保圆光纤对轴熔接即成。

按上述方案，所述的定位块为矩形定位块，定位块上面沿纵向开设有定位槽，所述的定位槽为V形槽，在定位槽的上面配置有定位压板，在定位槽的两侧设置有定位孔。

按上述方案，所述的定位座上面设置有与定位块相配置的定位坑，定位坑包括有前端面和两侧侧面，定位坑对应于切割机的前端面为定位座的定位面，后端面敞开。

按上述方案，所述的位移平台的光纤固定台上面沿纵向开设有定位槽，光纤固定台的定位槽与固定于固定平台的定位块的定位槽对直齐平，所述的定位槽为V形槽，在定位槽的上面配置有定位压板。

按上述方案，所述的输入保偏光纤和制作波片保偏光纤的拍长相等。

按上述方案，所述的45°熔接过程包括用1310nm的起偏器输入端与1310nm的偏振光源相连，将输入保偏光纤的一端与起偏器的输出尾纤对轴熔接，另一端放置于熔接机的一边，另取一段制作波片保偏光纤，将制作波片保偏光纤的一端插入裸纤适配器并接入偏振分析仪中，另一端切割端面后放置于熔接机的另一边；在熔接程序中设置好随行放电的参数，将θ角对准设置为手动模式，开启偏振光源和偏振分析仪，根据偏振分析仪上的DOP示数来旋转输入保偏光纤使之与制作波片保偏光纤对轴，当DOP达到最大值时（通常大于98%），将制作波片保偏光纤旋转45°，然后放电熔接。

按上述方案，所述的制作波片保偏光纤为光子晶体保偏光纤。

按上述方案，放电熔接时放电位置始于熔接点一侧的输入保偏光纤距熔接点60μm~120μm处，放电长度为100μm~300μm，放电时间为2000~4000ms。

按上述方案，所述的移动平台为高精度移动平台，高精度位移平台的精度达到0.01mm量级。

本发明的有益效果在于：1、波片制作的难度主要体现在波片长度的定位以及切割基点的精确定位上。本发明通过光纤与定位块相对位置的固定，再以定位块为基准在光纤切割机和位移平台上定位，进行切割和位移，使得波片的切割长度能够精确定位，从而使制作的波片达到较高的精度；2、采用高精度位移平台确定制作波片保偏光纤的定长，使得波片的制作精度得到进一步的保证和提高；且操作简便、重复性好；3、由于光子晶体保偏光纤的内在线性双折射的产生机理与普通保偏光纤不同：非对称的几何结构，其线性双折射随温度的变化只受到折射率随温度变化的影响而不像普通熊猫型保偏光纤那样同时受到折射率和应力两个参数随温度变化的影响。因此光子晶体保偏光纤对温度敏感度小，性能稳定，能够大大地减小全光纤电流互感器在-40~70℃范围内的系统误差。

附图说明

图1为四分之一波片的结构示意图。

图2为本发明一个实施例中位移平台的结构及光纤位移的示意图。

图3为本发明一个实施例中定位座和切割机的结构及光纤切割示意图。

图4为图2中定位块的俯视图。

图5为图2中位移平台的俯视图。

图6为本发明一个实施例中定位座和切割机的结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明制作方法的设备及装置包括高精度保偏熔接机、超稳定SLED偏振光源、光纤起偏器、偏振态分析仪和高精度位移平台，以及定位座和切割机。保偏熔接机可为采用Fujikura FSM-45PM熔接机，超稳定SLED光源能提供可靠的信号光，而偏振态分析仪能准确反映切割后波片的光学性能。高精度位移平台包括水平底座、光纤位移平台、高精度调节读数装置和固定平台。

制作方法的具体步骤包括：

将一段输入保偏光纤13的一端固定在一定位块1上面的定位槽2中并延伸出定位块前端面一小段距离，约50~70mm，所述的定位槽与前端面相垂直，所述的定位块为矩形定位块，定位块上面沿纵向开设有定位槽，所述的定位槽为V形槽，在定位槽的上面配置有定位压板3，在定位槽的两侧设置有定位孔4。

将固定有输入保偏光纤的定位块放置到定位座5上，所述的定位座上面设置有与定位块相配置的定位坑6，定位坑包括有前端面和两侧侧面，定位坑对应于光纤切割机的前端面为定位座的定位面，后端面敞开；定位块通过前端面与定位座的定位面相配置，在定位座对应其定位面的一侧安设有与定位面固定间隔的光纤切割机7；压住输入保偏光纤13，用光纤切割机对输入保偏光纤的一端进行切割，使得输入保偏光纤的切割端面与光纤轴线垂直并与定位块前端面保持固定间距。

将端面切割的输入保偏光纤和定位块一起移至熔接机，另取一段制作波片保偏光纤14与其进行45°熔接，形成熔接点15，所述的制作波片保偏光纤为光子晶体保偏光纤，所述的45°熔接为输入保偏光纤的快轴与制作波片保偏光纤的快轴周向相错45°夹角；所述的45°熔接过程包括用用1310nm的起偏器输入端与1310nm的偏振光源相连，将输入保偏光纤的一端与起偏器的输出尾纤对轴熔接，另一端放置于熔接机的一边，另取一段制作波片保偏光纤14，将制作波片保偏光纤的一端插入裸纤适配器并接入偏振分析仪中，另一端切割端面后放置于熔接机的另一边；在熔接程序中设置好随行放电的参数，将θ角对准设置为手动模式，开启偏振光源和偏振分析仪，根据偏振分析仪上的DOP示数来旋转输入保偏光纤使之与制作波片保偏光纤对轴，当DOP达到最大值时（通常大于98%），将制作波片保偏光纤旋转45°，然后放电熔接。所述的制作波片保偏光纤为光子晶体保偏光纤。放电熔接时放电位置始于熔接点一侧的输入保偏光纤距熔接点60μm~120μm处，放电长度为100μm~300μm，放电时间为2000~4000ms。

将熔接制作波片保偏光纤的输入保偏光纤和定位块一起移至高精度位移平台，位移平台的光纤固定台8上面沿纵向开设有定位槽，光纤固定台的定位槽与固定于固定平台的定位块的定位槽对直齐平，所述的定位槽为V形槽，在定位槽的上面配置有定位压板9；位移平台的一侧对应安设固定平台10，将定位块固定于固定平台，定位块上两侧设置的定位孔4与固定平台上的定位销11相配置，同时在位移平台上安设光纤固定台，输入保偏光纤相对熔接端的后段从定位块平直延伸至光纤固定台8并被固定，然后打开定位块的定位压板3将输入保偏光纤与定位块松开，操作位移平台，旋转位移平台的高精度读数装置12，使输入保偏光纤沿着其轴线对应定位块向后移动一段固定长度，即使熔接点15对应定位块向后移动一段固定长度，所述的固定长度为保偏光纤拍长的1/4，再将输入保偏光纤重新固定于定位块，松开光纤固定台上的输入保偏光纤。

将重新固定输入保偏光纤的定位块放置到定位座5原位上，用光纤切割机对制作波片保偏光纤的另一端进行切割，使制作波片保偏光纤的切割端面至熔接点的长度为保偏光纤拍长的1/4。

将切割后的输入保偏光纤移至熔接机，通过制作波片保偏光纤切割端面与一段保圆光纤17对轴熔接，形成熔接点16。

最后可将制成的波片放置到光纤涂覆机上将整个波片涂覆上树脂涂覆层。

Claims (9)

1.一种全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于

将一段输入保偏光纤的一端固定在一定位块上面的定位槽中并延伸出定位块前端面一小段距离，50~70mm，所述的定位槽与前端面相垂直，

将固定有输入保偏光纤的定位块放置到定位座上，定位块通过前端面与定位座的定位面相配置，在定位座对应其定位面的一侧安设有与定位面固定间隔的光纤切割机，压住输入保偏光纤，用光纤切割机对输入保偏光纤的一端进行切割，使得输入保偏光纤的切割端面与光纤轴线垂直并与定位块前端面保持固定间距，

将端面切割后的输入保偏光纤和定位块一起移至熔接机，另取一段制作波片保偏光纤与其进行45°熔接，形成熔接点，所述的45°熔接为输入保偏光纤的快轴与制作波片保偏光纤的快轴周向相错45°夹角，

将熔接制作波片保偏光纤的输入保偏光纤和定位块一起移至位移平台，位移平台的一侧对应安设固定平台，将定位块固定于固定平台，同时在位移平台上安设光纤固定台，输入保偏光纤相对熔接端的后段从定位块平直延伸至光纤固定台并被固定，然后将输入保偏光纤与定位块松开，操作位移平台，使输入保偏光纤沿着其轴线对应定位块向后移动一段固定长度，即使熔接点对应定位块向后移动一段固定长度，所述的固定长度为保偏光纤拍长的1/4，或保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，再将输入保偏光纤重新固定于定位块，松开光纤固定台的输入保偏光纤，

将重新固定输入保偏光纤的定位块放置到定位座原位上，用光纤切割机对制作波片保偏光纤的另一端进行切割，使制作波片保偏光纤的切割端面至熔接点的长度为保偏光纤拍长的1/4，或保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，

将切割后的输入保偏光纤移至熔接机，通过制作波片保偏光纤切割端面与一段保圆光纤对轴熔接即成。

2.按权利要求1所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的定位块为矩形定位块，定位块上面沿纵向开设有定位槽，所述的定位槽为V形槽，在定位槽的上面配置有定位压板，在定位槽的两侧设置有定位孔。

3.按权利要求1或2所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的定位座上面设置有与定位块相配置的定位坑，定位坑包括有前端面和两侧侧面，定位坑对应于切割机的前端面为定位座的定位面，后端面敞开。

4.按权利要求2所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的位移平台的光纤固定台上面沿纵向开设有定位槽，光纤固定台的定位槽与固定于固定平台的定位块的定位槽对直齐平，所述的定位槽为V形槽，在定位槽的上面配置有定位压板。

5.按权利要求1或2所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的输入保偏光纤和制作波片保偏光纤的拍长相等。

6.按权利要求1或2所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的45°熔接包括用1310nm的起偏器输入端与1310nm的偏振光源相连，将输入保偏光纤的一端与起偏器的输出尾纤对轴熔接，另一端放置于熔接机的一边，另取一段制作波片保偏光纤，将制作波片保偏光纤的一端插入裸纤适配器并接入偏振分析仪中，另一端切割端面后放置于熔接机的另一边；在熔接程序中设置好随行放电的参数，将θ角对准设置为手动模式，开启偏振光源和偏振分析仪，根据偏振分析仪上的DOP示数来旋转输入保偏光纤使之与制作波片保偏光纤对轴，当DOP达到最大值时，将制作波片保偏光纤旋转45°，然后放电熔接。

7.按权利要求1或2所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的制作波片保偏光纤为光子晶体保偏光纤。

8.按权利要求7所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于放电熔接时放电位置始于熔接点一侧的输入保偏光纤距熔接点60μm~120μm处，放电长度为100μm~300μm，放电时间为2000~4000ms。

9.按权利要求1或2所述的全光纤四分之一波片的制作方法，其特征在于所述的位移平台为高精度位移平台，高精度位移平台的精度达到0.01mm量级。