CN104316997A - 一种粗腰锥光纤的制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光纤制备技术领域，提供了一种粗腰锥光纤的制备装置及方法，所述粗腰锥光纤的制备装置包括CO₂激光器控制终端、CO₂激光器、扫描振镜、两个电动平台、电动平台控制终端及两个光纤对准和夹紧装置。粗腰锥光纤的制备过程采用CO₂激光加热的方法使待熔接的两根光纤局部加热熔融，加热时间、激光功率可实时调节。在CO₂激光加热的同时，两个电动平台推动两根光纤相向运动，进而熔接成粗腰锥光纤，粗腰锥的尺度和几何形状可以通过推进速度和距离实时控制。本发明中光纤端面熔融和熔接的过程都是通过计算机来控制，设计灵活，操作简单，重复性高。

Description

一种粗腰锥光纤的制备装置及方法

技术领域

本发明属于光纤制备技术领域，尤其涉及一种粗腰锥光纤的制备装置及方法。 

背景技术

光纤粗腰锥是指两根光纤过度重叠熔接形成的腰锥直径增大的光纤锥体，腰锥直径按抛物线轨迹变化，其与普通细腰锥光纤的主要区别在于光纤粗腰锥的腰锥直径是逐渐增大的，明显增强了锥腰部分的机械强度，不但结构新颖紧凑、成本低廉，同时机械强度高、操作方便。光纤粗腰锥可以激发光纤中的包层模，使不同模式之间发生能量耦合。光纤粗腰锥结构可以调节所激发包层模的能量，实现与纤芯模能量耦合比的调节。基于这种原理可以制备Mach-Zenhder干涉光纤传感器和Michelson干涉光纤传感器，广泛应用于温度、应变、湿度、折射率等物理参量的测量。 

光纤粗腰锥目前的主要制备技术采用电弧加热方法，具体通过高压放电产生的高温电弧作用使两根光纤端面熔化，然后在两根光纤上施加压力使它们过度重叠熔接形成光纤粗腰锥，该方法虽然仅用光纤熔接机即可制备光纤粗腰锥，所需设备较少，但是该方法对技术要求高，操作难度较大，重复性差，不能实时控制光纤粗腰锥的尺寸。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种粗腰锥光纤的制备装置，旨在解 决现有技术在制备光纤粗腰锥过程中对技术要求高，操作难度较大，重复性差，不能实时控制光纤粗腰锥的尺寸的问题。 

本发明是这样实现的，一种粗腰锥光纤的制备装置，所述粗腰锥光纤的制备装置包括CO₂激光器控制终端、CO₂激光器、扫描振镜、两个电动平台、电动平台控制终端及两个光纤对准和夹紧装置； 

进一步地,所述CO₂激光器控制终端分别与CO₂激光器和扫描振镜连接，用于供用户设置CO₂激光器的工作参数、控制CO₂激光器的输出及扫描振镜的摆动； 

进一步地,所述CO₂激光器用于产生激光,实现待熔接的两根光纤端面的加热熔融； 

进一步地,所述扫描振镜位于CO₂激光器的输出端，用于控制CO₂激光器输出的激光光斑在待熔接的两根光纤端面上的作用时间和作用位置； 

进一步地,所述两个光纤对准和夹紧装置分别放置于对称的两个电动平台上，且每个光纤对准和夹紧装置均用于夹持一待熔接光纤； 

进一步地,所述电动平台控制终端分别与两个电动平台连接，用于控制两个电动平台在三维方向上的移动，使两根待熔接光纤端面对正并处于CO₂激光器的焦平面，并在熔接过程中控制两根待熔接光纤的相向运动。 

上述CO₂激光器控制终端采用工业用计算机，CO₂激光器控制终端内安装有控制CO₂激光器的第一操作软件平台及第一控制卡，所述第一操作软件平台的窗口供用户设定CO₂激光器的工作参数和指令，而第一控制卡在第一操作软件平台的指令下驱动CO₂激光器工作。 

上述CO₂激光器为脉冲型CO₂激光器，输出激光波长为10.6μm，脉冲频率为1-10kHz，功率为1-10W。 

上述电动平台控制终端与CO₂激光器控制终端安装于同一台计算机，电动平台控制终端内安装有控制两个电动平台的第二操作软件平台及第二控制卡，所述第二操作软件平台的窗口供用户设定两个电动平台的移动速度和距离，而第二控制卡在第二操作软件平台的指令下控制两个电动平台内安装的电动马达 系统的转动。 

上述两个电动平台采用不锈钢材质制备，在内置的电动马达系统的驱动下两个电动平台严格按照预设的移动速度和距离做前进或后退动作。 

上述光纤对准和夹紧装置为带有光纤槽的光纤夹持器。 

本发明还提供了一种粗腰锥光纤的制备方法，包括下述步骤： 

A，准备两根端面具有涂覆层的光纤作为待熔接光纤，剥去两根待熔接光纤端面附近的涂覆层，再将已剥去涂覆层的光纤端面平整化； 

B，将经过步骤A处理后的两根光纤分别固定于两个光纤对准和夹紧装置上,并使得二者剥去涂覆层的端面相对； 

C，通过调整两个电动平台进而调整两个光纤对准和夹紧装置的高度和水平位置，使两根光纤端面对正并处于CO₂激光器的焦平面； 

D，开启CO₂激光器，并在CO₂激光器控制终端中设置CO₂激光器输出激光光斑作用于两根待熔接光纤上的时间和位置； 

E，通过CO₂激光器控制终端设置扫描振镜的摆动速度，改变激光光斑作用于待熔接的两根光纤上的位置，使得输出激光光斑的运动轨迹与待熔接的两根光纤的轴向方向相垂直，完成重复加热； 

F，在两根光纤端面熔化的同时，电动平台控制终端按照预设的移动速度和距离控制两个电动平台运动，以将两根待熔接光纤相向微推动，使两根光纤达到预定的重叠长度熔接； 

G，关闭CO₂激光器以及两个电动平台，完成粗腰锥光纤的制备。 

上述光纤为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤中的任意一种。 

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明采用CO₂激光加热的方式使被加工光纤局部加热熔融，加热时间、激光功率可实时调节。在CO₂激光加热的同时，两个电动平台推动两根光纤相向运动，进而熔接成粗腰锥光纤，粗腰锥的尺度和几何形状可以通过推进速度和距离实时控制。本发明中光纤端面熔融和熔接的过程分别通过CO₂激光器控制终端和电动平台控制终端来控制， 其设计灵活，操作简单，重复性高。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种粗腰锥光纤的制备装置的结构示意图； 

图2是本发明实施例提供的粗腰锥光纤的结构示意图。 

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例通过介绍如图1所示的一种粗腰锥光纤的制备装置，实现对粗腰锥光纤的制备。 

本发明实施例提供的一种粗腰锥光纤的制备装置包括：CO₂激光器控制终端1、CO₂激光器2、扫描振镜3、两个电动平台5、电动平台控制终端6及两个光纤对准和夹紧装置7。CO₂激光器控制终端1分别与CO₂激光器2和扫描振镜3连接，扫描振镜3位于CO₂激光器2的输出端，两个光纤对准和夹紧装置7分别放置于对称的两个电动平台5上，两根光纤4分别夹持于两个光纤对准和夹紧装置7上，电动平台控制终端6分别与两个电动平台5连接。 

本发明实施例提供的一种粗腰锥光纤的制备过程主要包括熔融和熔接两部分，熔融过程主要由CO₂激光器控制终端1、CO₂激光器2、扫描振镜3三部分协作完成，通过CO₂激光器控制终端1设置CO₂激光器2的工作参数、控制CO₂激光器2的输出以及扫描振镜3的摆动。CO₂激光器控制终端1内安装有控制CO₂激光器2的第一操作软件平台及第一控制卡，在第一操作软件平台的窗口设定CO₂激光器2的工作参数和指令，而第一控制卡在第一操作软件平台的指令下驱 动CO₂激光器2工作。CO₂激光器2用于产生激光，作用于被加工光纤端面。CO₂激光器控制终端1设置有扫描振镜3的工作参数，通过控制扫描振镜3的摆动来决定CO₂激光器2输出激光光斑的运动速度和运动轨迹，进而决定CO₂激光器2输出的激光光斑在待熔接的两根光纤端面上的作用时间和作用位置，其中输出激光光斑的运动轨迹与两根待熔接光纤的轴向方向相垂直，通过以上方式实现被加工光纤端面的加热熔融。熔接过程主要由电动平台控制终端6、两个电动平台5、两个光纤对准和夹紧装置7三部分协作完成，电动平台控制终端6内安装有控制两个电动平台5的第二操作软件平台及第二控制卡，在第二操作软件平台的窗口设定两个电动平台5的移动速度和距离，而第二控制卡在第二操作软件平台的指令下控制两个电动平台5内安装的电动马达系统的转动，两个电动平台5又在电动马达系统的驱动下严格按照预设的移动速度和距离做前进或后退动作，进而使两根光纤端面在熔化的同时，通过将两根光纤4相向微推动，达到预定的重叠长度熔接。 

上述CO₂激光器控制终端1和电动平台控制终端6均采用工业用计算机，且安装于同一台计算机。 

上述CO₂激光器2为脉冲型CO₂激光器，输出激光波长为10.6μm，脉冲频率为1-10kHz，功率为1-10W。 

上述两个电动平台5采用不锈钢材质制备，可三维调节光纤对准和夹紧装置。 

上述两个光纤对准和夹紧装置7均为带有光纤槽的光纤夹持器。 

图2为如图1所示的制备装置制备的粗腰锥光纤结构示意图，其制备方法包括下述步骤： 

A，准备两根端面具有涂覆层的光纤作为待熔接光纤，剥去两根待熔接光纤端面附近的涂覆层，再将已剥去涂覆层的光纤端面平整化； 

B，将经过步骤A处理后的两根光纤4分别固定于两个光纤对准和夹紧装置7上,并使得二者剥去涂覆层的端面相对； 

C，通过调整两个电动平台5进而调整两个光纤对准和夹紧装置7的高度和水平位置，使两根光纤端面对正并处于CO₂激光器2的焦平面； 

D，开启CO₂激光器2，并在CO₂激光器控制终端1中设置CO₂激光器2输出激光光斑作用于两根待熔接光纤上的时间和位置； 

E，通过CO₂激光器控制终端1设置扫描振镜3的摆动速度，改变激光光斑作用于待熔接的两根光纤4上的位置，使得输出激光光斑的运动轨迹与待熔接的两根光纤的轴向方向相垂直，完成重复加热； 

F，在两根光纤端面熔化的同时，电动平台控制终端6按照预设的移动速度和距离控制两个电动平台5运动，以将两根待熔接光纤相向微推动，使两根光纤4达到预定的重叠长度熔接； 

G,关闭CO₂激光器2以及两个电动平台5，完成粗腰锥光纤的制备。 

上述方法制备的粗腰锥光纤如图2所示，其中，1为光纤纤芯，2为光纤包层，3为粗腰锥形区。 

上述光纤可以为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤中的任意一种。 

上述CO₂激光器2的工作参数和两个电动平台5移动的速度和距离由待制备的锥形形状以及所用光纤种类决定。 

本实施例采用CO₂激光制备的粗腰锥光纤，机构更加牢固、机械强度高。其中熔融过程采用CO₂激光加热的方式使两根待熔接光纤局部加热熔融，加热时间、激光功率可以通过CO₂激光器控制终端1实时调节。熔接过程通过两个电动平台5控制两根光纤4的推进过程，光纤粗腰锥的尺度和几何形状可以通过推进速度和距离实时控制，进而实现低损耗高强度的粗腰锥光纤的制备。本实施例制备粗腰锥光纤的装置及方法具有较高的可重复性，其设计灵活、结构新颖、成本低廉、操作方便、加工时间短、工作效率高。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种粗腰锥光纤的制备装置，其特征在于，所述粗腰锥光纤的制备装置包括CO₂激光器控制终端、CO₂激光器、扫描振镜、两个电动平台、电动平台控制终端及两个光纤对准和夹紧装置； 

所述CO₂激光器控制终端分别与CO₂激光器和扫描振镜连接，用于供用户设置CO₂激光器的工作参数、控制CO₂激光器的输出及扫描振镜的摆动； 

所述CO₂激光器用于产生激光,实现待熔接的两根光纤端面的加热熔融； 

所述扫描振镜位于CO₂激光器的输出端，用于控制CO₂激光器输出的激光光斑在待熔接的两根光纤端面上的作用时间和作用位置； 

所述两个光纤对准和夹紧装置分别放置于对称的两个电动平台上，且每个光纤对准和夹紧装置均用于夹持一待熔接光纤； 

所述电动平台控制终端分别与两个电动平台连接，用于控制两个电动平台在三维方向上的移动，使两根待熔接光纤端面对正并处于CO₂激光器的焦平面，并在熔接过程中控制两根待熔接光纤的相向运动。 

2.如权利要求1所述的粗腰锥光纤的制备装置，其特征在于，所述CO₂激光器控制终端采用工业用计算机，CO₂激光器控制终端内安装有控制CO₂激光器的第一操作软件平台及第一控制卡，所述第一操作软件平台的窗口供用户设定CO₂激光器的工作参数和指令，而第一控制卡在第一操作软件平台的指令下驱动CO₂激光器工作。 

3.如权利要求1所述的粗腰锥光纤的制备装置，其特征在于，CO₂激光器为脉冲型CO₂激光器，输出激光波长为10.6μm，脉冲频率为1-10kHz，功率为1-10W。 

4.如权利要求1所述的粗腰锥光纤的制备装置，其特征在于，所述电动平台控制终端与CO₂激光器控制终端安装于同一台计算机，电动平台控制终端内安装有控制两个电动平台的第二操作软件平台及第二控制卡，所述第二操作软件平台的窗口供用户设定两个电动平台的移动速度和距离，而第二控制卡在第 二操作软件平台的指令下控制两个电动平台内安装的电动马达系统的转动。 

5.如权利要求1所述的粗腰锥光纤的制备装置，其特征在于，所述两个电动平台采用不锈钢材质制备，在内置的电动马达系统的驱动下两个电动平台严格按照预设的移动速度和距离做前进或后退动作。 

6.如权利要求1所述的粗腰锥光纤的制备装置，其特征在于，所述光纤对准和夹紧装置为带有光纤槽的光纤夹持器。 

7.一种粗腰锥光纤的制备方法，其特征在于，包括下述步骤： 

A，准备两根端面具有涂覆层的光纤作为待熔接光纤，剥去两根待熔接光纤端面附近的涂覆层，再将已剥去涂覆层的光纤端面平整化； 

B，将经过步骤A处理后的两根光纤分别固定于两个光纤对准和夹紧装置上,并使得二者剥去涂覆层的端面相对； 

C，通过调整两个电动平台进而调整两个光纤对准和夹紧装置的高度和水平位置，使两根光纤端面对正并处于CO₂激光器的焦平面； 

D，开启CO₂激光器，并在CO₂激光器控制终端中设置CO₂激光器输出激光光斑作用于两根待熔接光纤上的时间和位置； 

E，通过CO₂激光器控制终端设置扫描振镜的摆动速度，改变激光光斑作用于待熔接的两根光纤上的位置，使得输出激光光斑的运动轨迹与待熔接的两根光纤的轴向方向相垂直，完成重复加热； 

F，在两根光纤端面熔化的同时，电动平台控制终端按照预设的移动速度和距离控制两个电动平台运动，以将两根待熔接光纤相向微推动，使两根光纤达到预定的重叠长度熔接； 

G，关闭CO₂激光器以及两个电动平台，完成粗腰锥光纤的制备。 

8.如权利要求7所述的粗腰锥光纤的制备方法，其特征在于，所述光纤为单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤中的任意一种。