CN103630973A - 液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法 - Google Patents

液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法 Download PDF

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Abstract

液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法，它属于光学技术领域。它为了解决现有的采用液芯光纤与石英光纤的耦合装置制作液体耦合的方法牢固性差、封装粗糙、损耗大的问题。利用飞秒微加工装置将一根空心光纤的两端制作两个小孔，采用光纤切割刀分别将两根石英光纤的一端和空心光纤的两端的端面切割平，再利用熔接机将空心光纤的两端分别与两根石英光纤的平面端熔接并连通，将第一三通和第二三通分别移至第一开孔和第二开孔处，并采用螺丝将两端分别固定在空心光纤上，将空心光纤抽成真空，然后开启液体加压装置将液体从第一三通的第三端注入，直到空心光纤成为充满液体的液芯光纤，完成液芯光纤和石英光纤耦合装置的制作。它可用于光纤通信、光纤传感等光纤网络中。

Description

液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种液芯光纤与石英光纤的耦合方法，属于光学技术领域。
背景技术
液芯光纤是一种新型结构的光传输产品，它是通过在空心光纤中充以高折射率芯液材料而制成，具有大芯径、大数值孔径、工作波段范围广、弯曲损耗低、成本低等特点，已成为光纤通信、光纤传感、光开关和非线性光学等领域的研究热点。在液芯光纤的各种应用中，特别是光纤网络中的应用，关键技术就是液芯光纤与常用石英光纤的高效率耦合，这也是液芯光纤实用化的基础。
2012年《Optics Express》第20卷第7期发表的《Integrated liquid-core opticalfibers for ultraefficient nonlinear liquid photonics》一文中采用角度为3～10°斜端面石英光纤和平端面空心光纤相熔接，用一个小玻璃瓶和环氧胶在平板上封装，空心光纤的另一端也采用相同的方法进行熔接、封装。然后，在其中一个小玻璃瓶中注入芯液材料，利用毛细现象，液体通过斜端面石英光纤和平端面空心光纤熔接时留有的空隙进入空心光纤，待液体充满整个光纤，在液芯光纤另一端的小玻璃中也注入同样的芯液材料，最后，盖上瓶盖，用胶带在平板上固定光纤。但用斜端面石英光纤和平端面空心光纤熔接有以下缺点：1.熔接点非常脆弱、易断，熔接难度大；2.封装方法简陋，不便于系统集成；3.靠自然毛细行为注入液体，注入时间较长，不利于制作长度较长的液芯光纤。
2005年《中国计量学院学报》第16卷第4期发表的《液芯有机光纤的研制》一文中，首先用高压注入装置把有机溶液注入到空心光纤中，制成液芯光纤，然后将液芯光纤和石英光纤分别插入三通光纤连接器的两端，再从三通光纤连接器的中间端口注入液体，液芯光纤的另一端用同样方法进行处理。先制成液芯光纤，再把液芯光纤放入三通的过程中，很容易引入空气隙，增加损耗；另外，液芯光纤和石英光纤在三通中对接，由于无法精确对准，损耗较大。
现有的采用液芯光纤与石英光纤的耦合装置制作液体耦合的方法牢固性差、封装粗糙、损耗大的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有的采用液芯光纤与石英光纤的耦合装置制作液体耦合的方法牢固性差、封装粗糙、损耗大的问题，而提出了液芯光纤与石英光纤的耦合装置的制作方法。
液芯光纤与石英光纤的耦合方法，所述方法由下述步骤实现：
步骤一、利用飞秒微加工装置将一根空心光纤的两端制作两个直径为2μm～5μm的小孔，即：第一开孔和第二开孔，第一开孔和第二开孔分别距空心光纤左端和右端1cm～3cm，利用加压气体辅助氢氟酸将第一开孔和第二开孔处的加工碎屑清洗干净；
步骤二、第一三通和第二三通均套在空心光纤上，并移至空心光纤上的第一开孔和第二开孔之间；
步骤三、采用光纤切割刀分别将两根石英光纤的一端和空心光纤的两端的端面切割平，再利用熔接机将空心光纤的两端分别与两根石英光纤的平面端熔接并连通；
步骤四、将第一三通和第二三通分别移至第一开孔和第二开孔处，并且采用螺丝将第一三通的两端和第二三通的两端分别固定在空心光纤上，且将第一三通的第三端和第二三通的第三端对应第一开孔和第二开孔；
步骤五、将第一三通的第三端连接液体加压装置，第二三通的第三端连接真空泵，
然后开启真空泵，将空心光纤抽成真空，然后开启液体加压装置将液体从第一三通的第三端注入，直到空心光纤成为充满液体的液芯光纤；
步骤六、去除第一三通上的液体加压装置和第二三通上的真空泵，用螺丝分别将第一三通的第三端和第二三通的第三端拧紧，完成液芯光纤和石英光纤耦合装置的制作。
本发明中的石英光纤和空心光纤的端面均为平整端面，将两根石英光纤和一根空心光纤的两个端面进行熔接，接触面积大，使得该装置的牢固性同比增强了10倍以上，并且将第一三通和第二三通的两端分别用螺丝锁紧在空心光纤上，整个装置只存在第一三通和第二三通上两个液体孔，液体注满光纤后，将第一三通和第二三通的第三端均用螺丝固定，整个装置的封装严密，同比现有装置的封装形式严密度增强5倍以上；第一三通和第二三通套在空芯光纤上，先将空心光纤和石英光纤熔接并连通，再将液体从三通中注入，采用该方法石英光纤和空心光纤通光部分能够严格对准，使得耦合损耗与现有方法相比减小了3dB以上。本发明可用于光纤通信、光纤传感等光纤网络中。
附图说明
图1是本实施方式中步骤一的结构示意图；
图2是本实施方式步中骤二的结构示意图；
图3是本实施方式中步骤三的结构示意图；
图4是本实施方式中步骤四的结构示意图；
图5是本实施方式中步骤五的结构示意图；
图6是本实施方式中步骤六的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、本实施方式所述的液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法，所述方法由下述步骤实现：
步骤一、利用飞秒微加工装置将一根空心光纤1-1的两端制作两个直径为2μm～5μm的小孔，即：第一开孔1-2和第二开孔1-3，第一开孔1-2和第二开孔1-3分别距空心光纤1-1左端和右端1cm～3cm，利用加压气体辅助氢氟酸将第一开孔1-2和第二开孔1-3处的加工碎屑清洗干净；
步骤二、第一三通2-2和第二三通2-3均套在空心光纤上，并移至空心光纤1-1上的第一开孔1-2和第二开孔1-3之间；
步骤三、采用光纤切割刀分别将两根石英光纤3-1的一端和空心光纤1-1的两端的端面切割平，再利用熔接机将空心光纤1-1的两端分别与两根石英光纤3-1的平面端熔接并连通；
步骤四、将第一三通2-2和第二三通2-3分别移至第一开孔1-2和第二开孔处1-3，并用采用螺丝2-4将第一三通2-2的两端和第二三通2-3的两端分别固定在空心光纤1-1上，且将第一三通2-2的第三端和第二三通2-3的第三端对应第一开孔1-2和第二开孔1-3；
步骤五、将第一三通2-2的第三端连接液体加压装置5-3，第二三通2-3的第三端连接真空泵5-6，
然后开启真空泵，将空心光纤1-1抽成真空，然后开启液体加压装置5-3将液体从第一三通2-2的第三端注入，直到空心光纤1-1成为充满液体的液芯光纤5-7；
步骤六、去除第一三通2-2上的液体加压装置5-3和第二三通2-3上的真空泵5-6，用螺丝分别将第一三通2-2的第三端和第二三通2-3的第三端拧紧，完成液芯光纤5-7和石英光纤耦合装置的制作。
本实施方式所述的液芯光纤与石英光纤的耦合装置的制作方法优点如下：
1、石英光纤和空心光纤熔接的方式能够解决空间光耦合和直接对接引起的调整困难、耦合效率低等问题；采用熔接后再注入液体的方式，能够解决先注入液体再耦合时引入的空气隙问题。
2、熔接点比较坚固，不易折断。石英光纤和空心光纤皆为平整端面，熔接时接触面积大，熔接后光纤坚固，优于已有斜断面熔接的情况。
3、注入时间短。采用一边抽真空，一边加压注液的方法大大缩短了注入时间，能够满足一些高粘度液体、小芯径长光纤的灌注要求。
4、结构简单、体积较小、操作灵活、适合移动、便于集成。用三通代替了以往的玻璃瓶，密封性更好，可实现加压操作，并且拆装方便，可重复利用
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法不同点在于，所述的步骤二中的第一三通2-2和第二三通2-3沿等分空心光纤1-1的竖直平面成对称结构。

Claims (2)

1.液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法，其特征在于，所述方法由下述步骤实现：
步骤一、利用飞秒微加工装置将一根空心光纤（1-1）的两端制作两个直径为2μm～5μm的小孔，即：第一开孔（1-2）和第二开孔（1-3），第一开孔（1-2）和第二开孔（1-3）分别距空心光纤（1-1）左端和右端1cm～3cm，利用加压气体辅助氢氟酸将第一开孔（1-2）和第二开孔（1-3）处的加工碎屑清洗干净；
步骤二、第一三通（2-2）和第二三通（2-3）均套在空心光纤上，并移至空心光纤（1-1）上的第一开孔（1-2）和第二开孔（1-3）之间；
步骤三、采用光纤切割刀分别将两根石英光纤（3-1）的一端和空心光纤（1-1）的两端的端面切割平，再利用熔接机将空心光纤（1-1）的两端分别与两根石英光纤（3-1）的平面端熔接并连通；
步骤四、将第一三通（2-2）和第二三通（2-3）分别移至第一开孔（1-2）和第二开孔处（1-3），并且采用螺丝（2-4）将第一三通（2-2）的两端和第二三通（2-3）的两端分别固定在空心光纤（1-1）上，且将第一三通（2-2）的第三端和第二三通（2-3）的第三端对应第一开孔（1-2）和第二开孔（1-3）；
步骤五、将第一三通（2-2）的第三端连接液体加压装置（5-3），第二三通（2-3）的第三端连接真空泵（5-6），
然后开启真空泵，将空心光纤（1-1）抽成真空，然后开启液体加压装置（5-3）将液体从第一三通（2-2）的第三端注入，直到空心光纤（1-1）成为充满液体的液芯光纤（5-7）；
步骤六、去除第一三通（2-2）上的液体加压装置（5-3）和第二三通（2-3）上的真空泵（5-6），用螺丝分别将第一三通（2-2）的第三端和第二三通（2-3）的第三端拧紧，完成液芯光纤（5-7）和石英光纤耦合装置的制作。
2.根据权利要求1所述的液芯光纤与石英光纤的耦合装置的制作方法，其特征在于，所述的步骤二中的第一三通（2-2）和第二三通（2-3）沿等分空心光纤（1-1）的竖直平面成对称结构。
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