CN104749703A - 一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置 - Google Patents

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帅词俊
彭淑平
高成德
韩子凯
冯佩
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G—PHYSICS
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material

Abstract

本发明涉及一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置，针对目前采用的气体火焰加热方式温度场不轴对称、不稳定是导致保偏光纤偏振轴微扭转的重要原因，本发明提出以一种高温陶瓷为发热元件，通过设计一种空间轴对称的置放光纤槽，获得了一种轴对称的温度场；其优点在于：该发热元件在空气中的使用温度可达1650℃，所设计的置放光纤槽的截面内部为圆形，当光纤置于槽中心即圆心时，由于光纤周向受热均匀，可以抑制由于温度场不对称引起的微偏转与弯曲。有助于制备具有高消光比的保偏光纤器件。

Description

一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置
技术领域
本发明涉及一种微型加热装置，特别是一种用于保偏光纤器件熔融拉锥制备的微型电加热装置。主要应用于熔融拉锥制备保偏光纤器件的过程中，抑制保偏光纤偏振轴的微扭转，有助于制备具有高消光比的保偏光纤器件。
技术背景
保偏光纤器件因保偏特性(表征指标是消光比)所带来的优越性而成为光纤陀螺、光纤水听器、相干光通信等的关键器件与构成基础。以光纤陀螺为例，它取代了机械陀螺的繁冗操作和复杂维护，具有精度高寿命长、加速度不敏感、无运动部件等优点，在卫星、飞机、舰船、导弹等的惯性导航系统中极为关键。
鉴于保偏光纤器件民用和军用的重要性，国外20世纪80年代就掀起了研究和应用的热潮。国内起步较晚，且因制造技术落后，保偏光纤器件不能满足市场的需求，尤其是不能满足高精度光纤陀螺和水听器等对保偏性能的要求，如光纤陀螺要求消光比在30dB以上，而国内生产的大多在20-25dB，国外至今对我国禁运光纤传感器用保偏光纤器件，严重影响了我国相关领域的发展。
消光比的好坏取决于保偏光纤偏振轴的平行程度。要保证保偏器件性能达到使用要求，偏振轴的微扭转角度应控制在0.5°以内，偏振轴的扭转误差来源于拉锥前的检测与定位和拉锥过程两部分，目前的研究多集中在拉锥前的检测与定位，但在实践中发现即使在熔融拉锥前精确校正了两光纤的偏振轴，经拉锥后光纤仍会产生微扭转，使偏振轴失配、器件性能下降。
这是因为现行的火焰燃烧方式只能对光纤进行单方向加热，获得的温度场因对光纤不轴对称，不能保证保偏光纤在熔融拉锥过程中始终保持两根光纤受力平衡，使得光纤在熔融拉锥过程中发生微扭转。为使光纤在熔融拉锥时内部应力均匀，消除偏振轴的平行失配，有人提出了用两个(或多个)微型燃具的对称熔法，但这种方法只能实现平面轴对称，无法实现空间的轴对称。
本发明以一种高温陶瓷为发热元件，通过设计一种空间轴对称的置放光纤槽，从而使温度场轴对称，这样能保证置放在光纤槽中的保偏光纤沿周向受热均匀，从而抑制在熔融拉锥过程中光纤偏振轴的微扭转，以利提高保偏光纤器件的消光比。
发明内容
针对目前采用的气体火焰加热方式温度场不轴对称、不稳定是导致保偏光纤偏振轴微扭转的重要原因，以一种高温陶瓷为发热元件，通过设计一种空间轴对称的置放光纤槽，获得了一种轴对称的温度场，有望制备高性能的保偏光纤器件。
本发明的微加热装置由发热元件与隔热元件两部份所构成：
1、发热元件
材料：本发明选用的发热材料为二硅化钼陶瓷。主要是因为二硅化钼具有优秀的高温抗氧化性能和良好的力学性能，可在高温氧化氛围中直接使用。
结构：本发明的微加热装置主要由置放光纤槽和电极两部份组成，其中置放光纤槽横截面设计为圆形，保偏光纤置于槽的中心。为便于安装连接，两接线端的距离尽量加宽；为减少接线端的发热量，其截面积比光纤槽的大。
镀层：因二硅化钼陶瓷具有良好的导电性和导热性，而光纤槽长度只有15毫米左右，使得发热元件的电阻较小(只有10-2欧左右)，为减小连接线的接触电阻，发热元件的接线端表面进行了镀银。
2、隔热元件
在高温下发热元件的热辐射功率较大，为提高微加热装置的熔融区温度，减少发热元件的热量损失，在发热元件结构设计的基础上，选用隔热陶瓷对发热元件进行了保温。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、所选用的二硅化钼陶瓷在空气中的使用温度可达1650℃，能保证保偏光纤熔融所需的温度。
2、所设计的置放光纤槽的截面内部为圆形，所形成的温度场关于圆心轴对称，当光纤置于槽中心即圆心时，由于光纤周向受热均匀，可以抑制由于温度场不对称引起的微偏转与弯曲。
3、接线端的截面积比光纤槽的大，有助于提高光纤槽的温度，减少接线端的发热量。
4、接线端表面镀银有助于进一步降低接触电阻。
5、隔热陶瓷保温层有助于减少发热元件的热量损失。
附图说明
图1是发热元件的结构图。其中：1是发热体，2是接线端，3是镀银表面，4是轴对称式的置放光纤槽。
图2是微加热装置的结构图。其中：1是发热元件，2是隔热元件
图3是发热元件的实例图。
图4加热装置的实物图。其中：a)是发热元件。b)是微加热装置
具体实施方式
通过以上方法设计了一个实例(图3)对本发明的具体实施方式进行阐述，其中发热元件的结构参数如下：
发热元件的结构参数

Claims (6)

1.本发明提出了以一种高温陶瓷为发热元件，通过设计一种空间轴对称的置放光纤槽，获得了一种轴对称的温度场，有望制备高性能的保偏光纤器件。本发明的微加热装置由发热元件与隔热元件两部份所构成：
(1)发热元件
材料：本发明选用的发热材料为二硅化钼陶瓷。主要是因为二硅化钼具有优秀的高温抗氧化性能和良好的力学性能，可在高温氧化氛围中直接使用。
结构：本发明的微加热装置主要由置放光纤槽和电极两部份组成，其中置放光纤槽横截面设计为圆形，保偏光纤置于槽的中心。为便于安装连接，两接线端的距离尽量加宽；为减少接线端的发热量，其截面积比光纤槽的大。
镀层：因二硅化钼陶瓷具有良好的导电性和导热性，而光纤槽长度只有15毫米左右，使得发热元件的电阻较小(只有10-2欧左右)，为减小连接线的接触电阻，发热元件的接线端表面进行了镀银。
(2)隔热元件
在高温下发热元件的热辐射功率较大，为提高微加热装置的熔融区温度，减少发热元件的热量损失，在发热元件结构设计的基础上，选用隔热陶瓷对发热元件进行了保温。
2.按照权利要求1中所述一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置，其特征在于：所选用的二硅化钼陶瓷在空气中的使用温度可达1650℃，能保证保偏光纤熔融所需的温度。
3.按照权利要求1中所述一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置，其特征在于：所设计的置放光纤槽的截面内部为圆形，所形成的温度场关于圆心轴对称，当光纤置于槽中心即圆心时，由于光纤周向受热均匀，可以抑制由于温度场不对称引起的微偏转与弯曲。
4.按照权利要求1中所述一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置，其特征在于：接线端的截面积比光纤槽的大，有助于提高光纤槽的温度，减少接线端的发热量。
5.按照权利要求1中所述一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置，其特征在于：接线端表面镀银有助于进一步降低接触电阻。
6.按照权利要求1中所述一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置，其特征在于：隔热陶瓷保温层有助于减少发热元件的热量损失。
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