CN110927888B - 一种光纤可调夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤夹具领域，具体地，公开了一种光纤可调夹具。本发明具有XY面内任意调节能力结构，可夹持双包层光纤套管。主体部件为上下放置的凹型基座和双凸型基座；上半部分基座上设置有可夹持玻璃套管的V型槽及相应的固定和防护组件；两基座连接处内置弹簧，弹簧的两端分别固定在上基座下表面和下基座上表面上。配合螺旋测微器对上半部分基座施加微调推力，则可使上下部分基座产生相对位移差，一对夹具配合使用，则可实现XY平面内对光纤任意调节。本发明可适配双包层大模场光纤直径，还消除了光纤本身圆柱形结构所带来的折射率失配问题的影响，并提高了激光加工精度。

Description

一种光纤可调夹具

技术领域

本发明属于光纤夹具领域，更具体地，涉及一种光纤可调夹具。

背景技术

飞秒激光加工利用光与透明物质相互作用使物质改性的特点，在微纳光器件、光波导器件、光纤器件方面得到了普遍的应用，并且在光存储等新兴领域有广泛的应用前景。飞秒激光是加工全光纤型器件，例如F-P谐振腔、微型通道、光栅器件的有效技术手段，以其精密加工方式甚至可以局部定位于光纤纤芯中。

光纤是一种圆柱形介质波导，由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。普通单模、少模光纤纤芯直径一般约为8～20um，包层直径为125um。在进行光纤加工时，待加工部分一般剥除涂覆层，光纤夹具夹持光纤包层部分。对于普通光纤夹具，凹槽设计一般与普通光纤包层直径适配。而对于双包层大模场的特殊光纤结构，内包层直径达到四百个微米左右，则无法使用普通光纤夹具夹持。

普通光纤夹具的设计只能直接夹持光纤包层，但在实际飞秒激光加工光纤的过程中，光纤的圆柱型结构，使得光纤与空气介质产生折射率失配，折射率失配引起的球差会导致飞秒激光加工焦点在光轴方向发生位置偏移和焦斑拉伸现象，降低了飞秒激光加工的轴向分辨率和位置精确性，严重影响了飞秒激光加工精度。除此之外，光纤在位置上有时会存在轻微的偏斜，尽管承载夹具的三维位移平台可以使夹具沿XYZ三轴方向运动，但普通光纤夹具本身并不具备对光纤位置的微调能力，在飞秒激光加工过程中光纤位置的少许偏移，同样也会对其加工的精密度产生较大影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双包层大模场光纤的可调夹具，旨在解决传统光纤夹具无法适配双包层大模场光纤直径及激光加工精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种光纤可调夹具，包括光纤套管、上基座、下基座、固定与防护组件、螺旋测微杆和弹簧；

所述上基座顶部设有一个V型槽用于放置所述光纤套管，所述固定与防护组件用于固定和保护所述光纤套管；

所述螺旋测微杆与所述下基座固定连接，在所述螺旋测微杆的推动下，所述上基座相对于所述下基座发生滑动；

所述上基座和下基座的形状呈上下拼合形式，从而所述上基座和下基座之间仅沿一个方向发生相对滑动；所述弹簧沿所述相对滑动方向设置，其两端分别连接于所述上基座的下表面和所述下基座的上表面。

优选地，所述光纤套管为D型玻璃套管；所述D型玻璃套管的半圆弧面卡在所述V型槽中，所述D型玻璃套管的上表面水平，作为激光入射位置。

进一步地，所述固定与防护组件包括光纤夹具盖、转轴，所述光纤夹具盖与所述V型槽通过所述转轴连接。

进一步地，所述光纤夹具盖上设有半圆柱型海绵。

进一步地，所述光纤夹具盖前端和所述上基座上表面的对应位置各设置一对圆形微磁铁。

进一步地，在所述上基座和下基座的侧面设置一固定铁片，再通过螺钉将所述上基座和下基座固定成一个整体。

进一步地，所述上基座为凹型基座，所述下基座为双凸型基座。

进一步地，所述上基座的下表面和下基座的上表面各自错位设置一个小铁柱，所述弹簧的两端分别固定于所述小铁柱上。

进一步地，所述螺旋测微杆通过固定支撑杆与所述下基座固定连接，通过转动所述螺旋测微杆对所述上基座施加推力。

进一步地，还包括一对副夹具用于夹持光纤的两端。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明采用可夹持双包层光纤套管的光纤夹具设计。与传统光纤夹具相比，V型槽夹持D型玻璃套管而并未直接夹持光纤，既解决了普通光纤夹具无法适配双包层大模场光纤直径的问题，同时还消除了光纤本身圆柱形结构所带来的折射率失配问题的影响，大大提高了激光加工精度。

2.本发明具有XY水平面上任意调节能力。与传统光纤夹具相比，通过转动光纤夹具上的螺旋测微杆，可对光纤两端进行微调，从而实现光纤在XY水平面上任意调节姿态，增加了光纤微加工的灵活性和刻写精度。

3.本发明通过在光纤两端增设一对副夹具用于夹持光纤，以便对光纤施加恒定拉力，消除光纤加工过程中因应力因素引起的变化，提高了光纤加工的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例的光纤可调夹具整体结构示意图。

图2为本发明实施例的光纤可调夹具爆炸图。

图3为本发明实施实例中光纤在XY水平面内微调方式的示意图。

其中，附图标记为：

1-凹型基座 2-双凸型基座 3-光纤V型槽

4-转轴 5-半圆柱型海绵 6-圆形微磁铁

7-固定支撑杆 8-螺旋测微杆 9-小铁柱

10-固定铁片 11-弹簧

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的主体结构为上下放置的凹型矩形基座和双凸型矩形基座。上半部分基座上设置有可夹持玻璃套管的V型槽及相应的固定和防护组件。上部基座与下部基座连接处内置固定弹簧结构，弹簧的两端分别固定在上部基座下表面和下部基座上表面上。配合螺旋测微器对上半部分基座施加微调推力，则可使上下部分基座产生相对滑动。如此采用一对夹具配合使用，则可实现水平面内对光纤任意调节。

本发明实施例的具体结构如图1-2所示，包括凹型基座1、双凸型基座2、V型槽3、转轴4、半圆柱型海绵5、圆形微磁铁6、固定支撑杆7、螺旋测微杆8、小铁柱9、固定铁片10、弹簧11以及用于容纳光纤的D型玻璃套管(D型玻璃套管在图3中示出)。

在凹型基座1上设置一矩形垫高部分，作为设置V型槽2的位置。V型槽的设计是依据正三角形内切圆原理，使得D型玻璃套管的半圆弧面正好卡在V型槽中部。V型槽尺寸的设计依D型玻璃套管直径而定，D型玻璃套管的上表面水平，作为激光入射位置，并且激光入射时不会引起畸变。由于使用时双包层光纤插入D型玻璃套管来进行夹持，因此该夹具可适配双包层大模场的光纤直径。光纤夹具盖与V型槽3通过转轴4连接，同时光纤夹具盖上对应位置设有半圆柱型海绵5用于压紧D型玻璃套管。在光纤夹具盖前端和凹型基座1的上表面对应位置各设置一对圆形微磁铁6，对光纤夹具盖施加一恒定的微小吸引力，则D型玻璃套管被进一步固定夹持于V型槽3上。本领域技术人员可以理解的是，D型玻璃套管根据实际需要可以替换为其他形状和材料的套管，在此不再赘述。

凹型基座1与双凸型基座2呈上下拼接形式，从而只允许沿图中的Y轴方向发生相对移动。两基座之间留有微型滑槽以减小滑移时的阻力。在两基座侧面设置一固定铁片10，通过三颗固定螺钉将凹型基座1与双凸型基座2固定成一个整体。固定铁片10上部开有一椭圆形孔，便于凹型基座1沿Y轴方向移动。

凹型基座1与双凸型基座2连接处沿Y方向内置弹簧11，在凹型基座1的下表面和双凸型基座2的上表面各自错位设置一个小铁柱9，弹簧11的两端分别固定在凹型基座1下表面和双凸型基座2上表面设置的小铁柱9上

螺旋测微杆8通过固定支撑杆7与双凸型基座2固定连接，通过转动螺旋测微杆8可对凹型基座1施加一微小推力，使得弹簧11压缩，从而沿Y方向产生一个相对于双凸型基座2的微小位移差；当不再施加推力后，由于弹簧11本身的回复力，则上下两基座恢复到原来的相对位置。如此，通过压缩弹簧，可形成上下部分基座的相对微位移差，从而可调节D型玻璃套管及光纤在XY平面内任意移动。使用时，采用如本发明实施例中的一对光纤夹具分别夹持于D型玻璃套管的两端，D型玻璃套管沿图中所示X方向水平放置，使得D型玻璃套管配合光纤夹具能在XY水面内任意调节。同时光纤两端还被固定在副夹具上(副夹具在图中未示出)，通过副夹具施加一恒定的拉力，而这对副夹具使用普通光纤夹具即可。

以激光加工长周期光纤光栅为例，图3箭头所指位置为采用一对本发明实施例中的光纤夹具夹持D型玻璃套管的位置。使用时，D型玻璃套管中注有与光纤包层折射率一致的折射率匹配液以实现折射率匹配，将光纤插入D型玻璃套管，再将其小心放置在V型槽的正中部。通过半圆形海绵和圆形微磁铁的作用，玻璃套管被牢固夹持在光纤夹具上，而光纤夹具被水平固定在三维位移平台上，可沿XYZ三轴方向任意轴向运动。

在进行轴向长周期光纤光栅的刻写过程中，三维位移平台带动光纤沿X轴方向运动，激光通过逐点曝光法对光纤纤芯进行曝光，从而改变光纤纤芯折射率。但在光纤实际运动过程中，若XY平面内放置的光纤并不是完全平行于X轴，则在刻写过程中，激光聚焦的位置可能发生偏移，而造成插入损耗增大或刻写失败。此时就需要调节光纤夹具前端的螺旋测微器旋钮，施加一Y方向上的微小推力，调节光纤在XY平面内的二维放置姿态，使其在沿X轴方向运动时，激光焦点位置不会偏离于纤芯。

本发明消除了激光聚焦于光纤所产生的焦斑畸变，同时提高了激光聚焦于光纤的位置控制精度，整体而言，提高了飞秒激光光纤加工的灵活性和精确性。

本领域的技术人员容易理解，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 (9)

1.一种光纤可调夹具，其特征在于，包括光纤套管、上基座、下基座、固定与防护组件、螺旋测微杆和弹簧；

所述上基座顶部设有一个V型槽用于放置所述光纤套管，所述固定与防护组件用于固定和保护所述光纤套管；

所述螺旋测微杆与所述下基座固定连接，在所述螺旋测微杆的推动下，所述上基座相对于所述下基座发生滑动；

所述上基座和下基座的形状呈上下拼合形式，从而所述上基座和下基座之间仅沿一个方向发生相对滑动；所述弹簧沿所述相对滑动方向设置，其两端分别连接于所述上基座的下表面和所述下基座的上表面；

所述光纤套管为D型玻璃套管，D型玻璃套管中注有与光纤包层折射率一致的折射率匹配液；

所述D型玻璃套管的半圆弧面卡在所述V型槽中，所述D型玻璃套管的上表面水平，作为激光入射位置。

2.如权利要求1所述的光纤可调夹具，其特征在于，所述固定与防护组件包括光纤夹具盖、转轴，所述光纤夹具盖与所述V型槽通过所述转轴连接。

3.如权利要求2所述的光纤可调夹具，其特征在于，所述光纤夹具盖上设有半圆柱型海绵。

4.如权利要求2所述的光纤可调夹具，其特征在于，所述光纤夹具盖前端和所述上基座上表面的对应位置各设置一对圆形微磁铁。

5.如权利要求1所述的光纤可调夹具，其特征在于，在所述上基座和下基座的侧面设置一固定铁片，再通过螺钉将所述上基座和下基座固定成一个整体。

6.如权利要求1所述的光纤可调夹具，其特征在于，所述上基座为凹型基座，所述下基座为双凸型基座。

7.如权利要求6所述的光纤可调夹具，其特征在于，所述上基座的下表面和下基座的上表面各自错位设置一个小铁柱，所述弹簧的两端分别固定于所述小铁柱上。

8.如权利要求1所述的光纤可调夹具，其特征在于，所述螺旋测微杆通过固定支撑杆与所述下基座固定连接，通过转动所述螺旋测微杆对所述上基座施加推力。

9.如权利要求1-8任一项所述的光纤可调夹具，其特征在于，还包括一对副夹具用于夹持光纤的两端。

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