CN109673070A - 一种温度场分布可编程的变温加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种温度场分布可编程的变温加热装置，由多个加热棒材、电极冷却系统、保温装置组成，其特征在于，所述的加热棒材成阵列式分布；电极冷却系统包括电极与内嵌于电极内的冷却通孔，用于加热棒材的导电和电极与加热棒材连接部位的冷却；保温装置用于加热孔道区域内的温度场稳定。本发明具有可编程温控范围大，高温条件下加热时间长的优点，适用于光纤以及光纤尺度微小线性材料加热高温处理，可广泛应用于光纤热扩散、光纤微透镜、螺旋光纤制备，长周期光纤光栅制备，属于新型光纤微结构制备领域。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种温度场分布可编程的变温加热装置，适用于光纤以及光纤尺度微小线性材料加热高温处理，可广泛应用于光纤热扩散、光纤微透镜、螺旋光纤制备，长周期光纤光栅制备，属于新型光纤微结构制备领域。
(二)背景技术
随着科技的进步，元件小型化，集成度高，功能性强成为未来发展的重要方向。微光学元件就是光学元件小型化,集成化的一种典型代表器件。传统的光学器件逐渐被光纤微元件替代，如光纤微透镜，热扩散光纤，螺旋光纤等。为解决光纤螺旋，拉锥，热扩散等问题科研人员设计了多种装置，但市面上的微光纤元件制备装置存在结构复杂，功能单一，装置利用率低等诸多问题。
长周期光纤光栅的制备方法在公开号为107632336A的专利《一种长周期光栅及其制作方法》中提出，即单模光纤与高数值孔径光纤熔接，然后用二氧化碳激光器对高数值孔径的光纤进行热扩散实现长周期光栅的制作。这种方法忽略了单模光纤与高数值孔径的光纤熔接时纤芯粒子也会向包层扩散，且操作繁琐，不适合批量化生产。热扩散光纤的制备在公开号为100192075的专利《热扩散光纤的制备方法及其装置》中提出，即将光纤阵列放置在含有多个加热槽的夹具中，利用丙烷和氧气作为混合燃料来加热夹具，将所需要扩散的部分在微型加热器间移动实现光纤热扩散，这种方法采用易燃气体作为燃料具有一定的危险性，且只适合用于光纤热扩散。扩大光纤的模场直径的方法在公开号为1260588C的专利《用于扩大光纤模场直径的方法及设备》中提出，即光纤排列在含有出气孔燃烧器的下方，对光纤进行加热。这种方法光纤受热不均匀，且温度场分布不均匀。
(三)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温度场分布可编程的变温加热装置。
一种温度场分布可编程的变温加热装置，包括多个加热棒材，电极冷却系统，保温装置，其特征在于，所述系统中加热棒材中央加工成形成2—5mm的高温光纤微加工孔道；多个加热棒材的两端分别对称固定于相应电极冷却系统的铜质电极之中并与铜质电极有良好接触，形成加热棒材阵列，铜质电极通过冷却系统冷却加热棒材的两个固定端；同时加热棒材穿过保温装置，加热棒材阵列固定于铜质电极上，铜质电极之间用绝缘片隔离。
优选地，所述的加热装置采用电阻加热法，利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对光纤进行电加热的方法。
优选地，所述的加热棒材可以是二硅化钼，也可以是掺杂有钨金属的二硅化钼材料。
优选地，所述的加热棒材中央为一个高电阻值的“O”型加热区，该加热区域的温度由加热棒材两端电压大小变化控制，“O”型加热区域孔内的温度最高可达1700℃，可用于光纤高温微加工。加热棒材的两端涂有导电材料，以尽量减小连接电阻，减缓氧化。
优选地，所述的冷却系统具有多组纯铜材质的电极，铜质电极上制备有固定加热棒材的孔道，与加热棒材形成良好的接触；铜质电极中间制备有冷却通道，用于电极和加热棒两端的冷却降温；铜质电极底端连接有铜质接线端子，用于导线和铜质电极的连接。
优选地，所述加热棒材阵列加热区域的温度场分布可通过调节加载在加热棒材两端的电压进行编程调控。
优选地，所述的加热棒材采用阵列式分布，且加热棒材的数量可在轴向上增加来扩大加热区间。
优选地，所述的加热棒材中央为圆形加热孔。
优选地，所述的加热棒材中央加热孔内径是圆的，圆形结构内的温度场更稳定。
优选地，所述的加热棒材加热孔的内径为2—5mm，通过实验证明加热棒材的内径超过5mm时，光纤易受气流影响粘附于加热棒材上。
优选地，所述的加热棒材采用二硅化钼材料或掺杂含钨金属的二硅化钼材料其具有好的高温抗氧化性，较低的热膨胀系数(8.1×10-6K-1)，良好的电热传导性；温度1000℃以下有陶瓷般的硬脆性。
优选地，所述的加热棒材加热孔内温度的调节范围为500—1700℃。
优选地，所述的电极冷却系统采用液体冷却介质，如冷却液、纯净水等。
优选地，所述的加热装置会在加热棒材与电极的接触处涂抹导电涂层或包裹铝箔纸来增加导电面积。
与现有技术相比，本发明优点在于：
本发明所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置可通过改变加载在加热棒材阵列上的电压对加热区域的温度场编程调控。
本发明所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置可制备热扩散光纤，光纤透镜，长周期光纤光栅及光纤微透镜阵列。
本发明所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置具有可编程温控范围大，同时也可高温条件下长时间加热。
本发明所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置光纤加热长度可达到毫米量级。
本发明所述的一种用于光纤微加工的变温加热装置抗氧化能力强,安全高效，且温度场稳定。
本发明所述的保温装置消除空气对光纤加热区域温度的影响，有相对长时间的稳定使光纤受热均匀。
本发明所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置结构简单，制造成本低，功能多，经济效益高。
(四)附图说明
图1是温度场分布可编程的变温加热装置结构示意图。
图2是加热装置底座的俯视图和侧视图。
图3是单个电极的结构示意图。
图4是单个二硅化钼加热棒材的结构示意图。
图5是加热棒材孔内区域的保温装置，加热孔穿过保温装置，放置在中央。
图6是对各个电极加载不同电压，以加热棒材中心为原点，在X轴方向上，加热棒材加热区域的温度场成均匀分布。
图7是对各个电极加载不同电压，以加热棒材中心为原点，在X轴方向上，加热棒材加热区域的温度场成阶梯型分布。
图8是对各个电极加载不同电压，以加热棒材中心为原点，在X轴方向上，加热棒材加热区域的温度场成周期性分布。
1,2—电极、3,4—加热棒材、5—光纤加热孔、6,7—绝缘板、8,14—紧固螺丝、9—宝塔外丝、10—进水管、11—出水管、12—底座固定孔、13—底座、15—保温装置、16—电缆转接端子、17—进水孔。
(五)具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，将待加工的光纤(需要去除涂覆层)穿过加热孔中心，裸纤两端用光纤夹具固定，使光纤保持在紧张状态下。向冷却通道注入冷却液或冷却气体，并向各个加热棒材施加电压，二硅化钼加热棒材在较短的时间里达到1500℃以上的工作温度。在高温会条件下，光纤纤芯的粒子向包层扩散，此时可对光纤进行拉锥，螺旋。
不断调节各个电极上的电压，通过仿真可以看到，图6是多个加热棒材同时工作，施加不同的电压可以看出，加热区域的温度场在一定范围内保持恒定，温区较长，可对较长光纤进行加工处理，避免了热熔拼接，减小了光纤拼接所产生的耦合损耗。
图7是对加热棒材施加不同电压时，加热孔内的温度场成线性分布，可对大模场直径的光纤进行热加工处理。图8是对加热棒材施加不同电压时，加热孔内的温度场分布成周期性变化。不同温度下，纤芯粒子扩散程度不同导致折射率不同，可制备长周期的光纤光栅。
Claims (6)
1.一种温度场分布可编程的变温加热装置。其特征是：它由多个加热棒材、电极冷却系统、保温装置组成。所述系统中加热棒材中央加工形成高温光纤微加工孔道；多个加热棒材的两端分别对称固定于相应电极冷却系统的电极之中并与电极有良好接触，形成加热棒材阵列，电极通过冷却系统冷却加热棒材的两个固定端。
2.根据权利要求1所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置。其特征是：其特征在于所述的多个加热棒材由多个电极固定，在轴向上呈阵列式排布。
3.根据权利要求1所述一种温度场分布可编程的变温加热装置。其特征是：所述的加热棒材可以是二硅化钼，也可以是掺杂有钨金属的二硅化钼材料。
4.根据权利要求1所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置。其特征是：所述的加热棒材中央为一个高电阻值的孔型加热区，该加热区域的温度由加热棒材两端电压大小变化控制，孔型加热区域孔内的温度最高可达1700℃，可用于光纤高温微加工。加热棒材的两端涂有导电材料，以尽量减小连接电阻，减缓氧化。
5.根据权利要求1所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置。其特征是：所述的冷却系统具有多组金属材质的电极，电极上制备有固定加热棒材的孔道，与加热棒材形成良好的接触；电极中间制备有冷却通道，用于电极和加热棒两端的冷却降温；电极底端连接有接线端子，用于导线和电极的连接。
6.根据权利要求1所述的一种温度场分布可编程的变温加热装置。其特征是：加热棒材阵列加热区域的温度场分布可通过调节加载在加热棒材两端的电压进行编程调控。
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| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20190423 Assignee: Aifeibo (Ningbo) Optoelectronic Technology Co.,Ltd. Assignor: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980045807 Denomination of invention: A Programmable Variable Temperature Heating Device with Temperature Field Distribution Granted publication date: 20220325 License type: Common License Record date: 20231105 |
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