CN111468992A - 一种基于包层研磨的d型光纤制备装置以及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于包层研磨的D型光纤制备装置以及制备方法，其制备装置包括研磨机基盘、研磨机磨盘、磨盘固定片、把手、光纤固定槽、光纤插芯、光纤及加热装置。本发明利用光纤插芯将光纤首先固定于插芯内，然后将插芯连同光纤一起固定到光纤固定槽中，再将研磨磨盘和研磨基盘实现与光纤研磨机的装配，利用研磨机的研磨功能实现对光纤包层的研磨抛光。本发明的多条D形槽设计可以保证同时研磨制备多根光纤，有利于量产。制备好的D型光纤无需再进行别的操作即可直接送入磁控溅射室进行金属镀膜，解决了现有技术存在的问题。本方法的可行性和可靠性已经实验检验，完全满足科研实践和生产实际对D型光纤的制备需求。

Description

一种基于包层研磨的D型光纤制备装置以及制备方法

技术领域

本发明涉及光纤的包层抛磨后处理领域，具体地涉及一种基于包层研磨的D型光纤制备装置以及制备方法。

背景技术

D型光纤是非常优秀的一种传感器载体，所谓的D型光纤是指将光纤的柱状体的一侧包层去掉一部分，使得光纤的截面图形如一个大写的字母D而得来。D型光纤因其侧面具有较大的泄露窗口从而导致此处的倏逝场对外界待测分析物具有较强的感知能力，它能够受到界面介质的激发和调制，并将这种变化灵活地呈现在最终的芯模传输谱上，进而通过损耗共振峰的位移或振幅改变来唯一对应待测分析物的当前状态参量，这就是光纤传感的一般规律。正因如此，D型光纤被广泛制作成光纤偏振器、光纤传感器、光开光、光分束器等各种全光纤器件。其主要通过在设计时或者在后处理中被人为地破坏掉光纤的原有包层结构来达到制备目的，常见制备方法包括采用D型模具挤压制备、熔融拉制、或者通过对光纤进行后处理来得到。

D型模具挤压制备仅限于非石英光纤的制备，原因是石英光纤硬度太大，熔点太高不适合挤压制备，而非石英的D型光纤则由于其基底材料偏软导致无法在包层中设计太复杂的结构而做光纤传感受到一定限制，因此这种制备方法的研究价值并不大。熔融拉制法从光纤最初的拉制出发，制备D型预制棒，在表面张力的作用下熔融拉制成D型光纤，该方法复杂且成本极高，适合单一光纤的批量生产，而不适用于小型实验室的研究开发。目前，文献中报道的D型光纤成形工艺主要分为化学腐蚀法和侧边抛磨法等，这些都属于对光纤的后处理技术。其中化学腐蚀法利用氢氟酸腐蚀石英类光纤包层，简单易行，但难以控制光纤侧面成形。而侧面抛磨法则利用微加工技术去除侧面包层来形成D型轮廓，目前常用的侧面抛磨工艺包括侧边轮抛磨与弧形槽固定基块抛磨等方法。其中，光纤侧边轮抛磨法是依靠高速旋转的砂轮来对包层进行抛磨，缺点是因为砂轮是圆形的缘故导致无法制备出具有平整底部的D形区域，对传感性能会有一定影响，且存在制备中光纤定位困难的问题。而弧形槽基块抛磨法则需要特定的弧形槽，利用环氧胶或者虫胶将光纤固定在槽中，并在研磨后再将光纤连同弧形槽浸没用化学溶剂取下光纤，这种方法存在制备成本高，损耗大，不环保，制备完成取下来时易折断等问题。

采用传统方法制备D型光纤之后还将面临另外一个难题，即它不能很好地满足制备完成后在抛面上进行后续镀膜等处理。通常D型光纤的制备并不是此类传感器的终点，原因是单纯靠去掉部分包层区来形成D型光纤还不足以使得传感器的性能十分优良，目前常见的研究是在光纤的抛光面上进行金属镀膜操作，并依靠金属表面等离子体共振效应来提高传感器性能。镀膜操作常采用磁控溅射的方法，方法是首先将D型光纤要镀膜的面重上暴露，不需要镀膜的地方用胶带纸等进行包裹固定，然后拿到镀膜室准备镀膜，镀膜之前先抽真空，真空度达到5*10^(-3)Pa量级时开始启动金属的溅射来对抛光面进行镀膜操作。操作时在抽真空以及金属镀膜结束向气室充气过程中都很容易导致粘贴背板、胶带纸以及光纤本身发生变形，导致不需镀膜的包裹保护区暴露或者D型抛磨区提前断裂等情况发生，在镀膜后还需要将加工后的光纤取下来进行下一步的熔接等操作，也会进一步加剧已经制备完成但无法施加任何其他保护的传感器的断裂毁坏，这些都是当前研究中所面临的无法解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种基于包层研磨的D型光纤制备装置，并同时提供一种与装置配合的制备方法。本发明可充分利用实验室常见的光纤研磨机作为研磨动力，通过将装置固定于通用型研磨机上既解决了D型光纤的制备问题，又充分挖掘和发挥了通用型研磨机的功能，实现研磨机的功能扩展。本发明具有制备成本低、性能可靠、质量可控、可批量制备等优点，尤其具有制备后无须脱模、可直接送入真空镀膜机进行镀膜的突出优点，这是现有技术所不具备的，也是亟待解决的问题。

本发明提供一种基于包层研磨的D型光纤制备装置，所述D型光纤制备装置能够连接光纤研磨机，其包括研磨机基盘、研磨机磨盘、光学精密测距仪以及加热装置，

所述研磨机基盘为四角留有豁口的正方形，所述正方形的每个角指向中心的方向上均设置有一个弧形凹槽，所述豁口用于连接光纤研磨机的四个固定柱，并通过压簧对研磨机基盘进行固定，所述弧形凹槽用来放置光纤研磨机的压簧手柄，所述研磨机基盘中心为圆形镂空，该圆形镂空的半径大于所述研磨机磨盘的半径，所述研磨机基盘的圆形镂空的外侧盘面上均匀设置三个螺旋丝扣，所述三个螺旋丝扣的位置呈等边三角形排布；

所述研磨机磨盘为圆柱形且其上下平面为光滑的平行平面，所述研磨机磨盘上设置有磨盘固定片、把手、光纤拉出预留孔、光学精密测距仪安装预留孔和光纤固定槽，所述研磨机磨盘通过磨盘固定片固定于所述研磨机基盘上，所述磨盘固定片的个数为三个，三个磨盘固定片的位置成正三角形排布，磨盘固定片的第一端固定于研磨机磨盘上，每一个磨盘固定片远离研磨机磨盘的第二端均设置有圆弧形缺口，借助于圆弧形缺口通过连接件将研磨机磨盘固定于研磨机基盘上，所述把手位于研磨机磨盘上表面的中间位置，

所述光纤固定槽位于研磨机磨盘的下方，所述光纤固定槽用于固定光纤插芯，所述光纤固定槽设置有一个或多个，光纤固定槽为直线型，所述光纤固定槽里沿槽面设置若干通透型光纤拉出预留孔，光纤拉出预留孔沿光纤固定槽的中心两边成对称分布且与所述研磨机磨盘的上、下平面呈倾斜设置，光纤固定槽的中心每一侧的多个光纤拉出预留孔的倾斜方向相同，

每一个光纤固定槽的两侧均对称分布着四个光学精密测距仪安装预留孔，所述光学精密测距仪安装预留孔为贯穿孔并且和光学精密测距仪探头的紧密固定。

优选地，所述光纤固定槽和所述光纤插芯之间借助于石蜡松香混合熔剂进行粘固固定，所述石蜡松香混合熔剂为石蜡和松香按照1：6混合并加热融化形成，所述石蜡松香混合熔剂在加热时融化，在常温或低温环境下为固态。

优选地，所述光纤拉出预留孔的倾斜方向设置为预留孔从研磨机磨盘上表面的穿出位置比从研磨机磨盘下表面穿出的位置距离分界点更远，且预留孔与磨盘上下表面法线间夹角成120度或者60度，两个相邻的光纤拉出预留孔的间隔距离为1cm。

优选地，所述研磨机磨盘和所述研磨机基盘的厚度相同，多个磨盘固定片的延长线经过所述研磨机磨盘的圆心并沿研磨机磨盘的圆周均匀分布。

优选地，所述磨盘固定片通过固定螺丝实现与研磨机基盘上的螺旋丝扣之间的固定，并且所述磨盘固定片与研磨机基盘之间根据实际需要设置不同厚度的磨盘高度调节垫片。

优选地，三个磨盘固定片下所垫的磨盘高度调节垫片可以为不同尺寸。

优选地，所述研磨机基盘、研磨机磨盘及磨盘固定片为不锈钢材质。

优选地，所述加热装置为平板加热装置。

优选地，本发明还提供一种基于包层研磨的D型光纤制备装置的制备方法，其包括以下步骤：

S1、首先根据操作光纤的实际直径和拟制备的抛光区长度，选择芯径和长度均相符的光纤插芯并进行光纤的固定；

S2、将石蜡与松香按照比例混合然后加热成液体胶状，将胶涂抹到步骤S1中选择的光纤固定槽中，然后将已安装光纤的光纤插芯平放于光纤固定槽中，胶体凝固后，将光纤插芯两侧的光纤分别从合适的光纤拉出预留孔中拉出到所述研磨机基盘的上表面之上，用以对抛光区之外的光纤部分进行保护；

S3、在固定光纤插芯的光纤固定槽两侧的光学精密测距仪安装预留孔中安装光学精密测距仪探头，探头选择安装一到四个；

S4、在光纤研磨机安装上较粗颗粒度的研磨砂纸，测试研磨砂纸转动平稳性及系统稳定性，检测结束关机；

S5、利用把手进行辅助，将研磨机磨盘利用磨盘固定片、磨盘高度调节垫片及磨盘固定螺丝固定于所述研磨机基盘，然后再利用光纤研磨机的压簧手柄将研磨机基盘固定于光纤研磨机上，通过所述磨盘高度调节垫片的选取来适配对不同D芯光纤制备抛光深度的不同需求；

S6、对光纤进行监控：启动光学精密测距仪测量得到每一个光学精密测距仪探头前端到与其平行的光纤研磨机研磨砂纸之间的距离相应的电压值并进而转化为距离值，将这些值作为初始研磨状态标定值进行记录，分别记为d_0i，其中i代表传感探头的标号；或者

将光纤两端利用光纤熔接机分别与光源和光功率计的尾纤进行熔接，然后开启光源和光功率计对制备中的D型光纤进行通光功率的监测，并利用光功率的改变及实时量值来间接判断光纤的抛光进程；

S7、启动光纤研磨机电源开始对光纤插芯及光纤进行抛磨，刚开始转速设置为快速，当步骤S6中监控到陶瓷插芯已被抛磨到接近于插芯内的光纤时，旋开压簧拿起研磨机盘，将光纤研磨机上已安装的粗颗粒度的研磨砂纸换为精细粒度的研磨砂纸，重复步骤S5重新安装设置好制备装置并重新启动光纤研磨机电源开始对光纤插芯及光纤进行抛磨，此时设置转速为慢速或极慢速，用以适配对抛面处理精度的不同需求；

S8、不断利用步骤S6对研磨过程进行监控，对某一时刻测得的现时研磨状态标定值进行记录，分别记为d_1i，其中i代表传感探头的标号，针对探头启动个数的不同，分别采用误差限法或简易平均值法来确定当前已研磨高度值，当初步判断研磨满足条件时，对光纤是否满足需要进行评价；

S9、不断重复步骤S8直至评价结果符合要求，拆下研磨机基盘和研磨机磨盘，将研磨机磨盘的光纤插芯向下放置于加热装置的加热板上，经加热装置加热后石蜡与松香混合形成的液体状胶由固态转向液态，将光纤插芯从光纤固定槽里取出，并将光纤两端从光纤拉出预留孔中拉出，完成整个制备流程。

优选地，步骤S1中，根据实际制备需求，光纤固定的方法有以下两种：

第一种是光纤带涂覆层直接进行固定，此时需要在光纤插芯的芯里注入环氧树脂AB胶，然后将光纤从插芯的孔中穿过并直至拟抛光区位于插芯位置时停止拉动，然后利用所述加热装置对插芯区域进行加热固化；

第二种是针对光纤去掉涂覆层进行固化，此时首先要将光纤从拟抛光的区域一端开始利用机械剥离法或者有机溶剂浸泡法把光纤的其中一边的涂覆层剥离掉，然后在光纤插芯的空芯里注入环氧树脂AB胶，并将已剥离涂覆层的光纤一段插入插芯并直至拟抛光区位于插芯位置时停止拉动，然后利用所述平板加热装置对插芯区域进行加热固化。

本发明的效果如下：

(1)本发明利用光纤插芯将光纤首先固定于插芯内，然后将插芯连同光纤一起进行研磨。本技术将不容易控制的直径为几十到几百微米的光纤的固定问题转化为对1～4mm直径的光纤插芯的固定问题，这样操作更方便并且固定效果会更加可靠，从而做到了光纤在研磨过程中位置的绝对固定，这是现有技术无法做到的。而光纤操作位置的绝对固定是高效制备D型光纤的最重要保障要求之一。

(2)本发明制备D型光纤的技术，很好地满足了后续制作等离子体共振型D型光纤光子器件的状态准备要求。具体地，由于D型光纤的非研磨面之外部分都在光纤插芯中固定着，因此本发明制作D型光纤的过程就相当于同时做了光纤非镀膜区的覆盖保护工作，这样处理后的光纤由于光纤与光纤插芯为一整体，因此当被放入磁控溅射室进行抽真空或升气压时光纤将不会弯曲变形，很好地避免了目前技术中在这个环节经常造成光纤断裂的情况。且非镀膜区保护更加彻底，镀膜更加准确，很好地保障了光子器件的制备质量，与现有技术相比，这是绝对的创新操作。同时，这样的操作也极大地提高了D型光纤和基于D型光纤的光子器件的制备效率，保障了制备质量。本方法的可行性和可靠性已经实验检验，完全满足科研实践和生产实际对D型光纤的制备需求。

(3)本发明将研磨磨盘和研磨基盘实现与光纤研磨机的装配，并利用研磨机的研磨功能实现对光纤包层的研磨抛光。通过将装置固定于通用型研磨机上既解决了D型光纤的制备问题，又充分挖掘和发挥了通用型研磨机的功能，实现了研磨机的功能扩展。有利于产业调整和技术升级，便于节省成本。

(4)发明中的装置本身及其与研磨机间组装的结构稳定性高、可拆卸性强和可溯源性强等优点，从而很好地赋予了本发明在操作中可以随时利用显微镜来对研磨面进行光学的精密观察和精细测量的能力。本发明还提供了利用光纤通光光功率变化和利用光学精密测距仪监控这两种操作进程监控办法，本发明对制备过程的监控手法多样、互补性强，这是现有技术所不具备的。

(5)本发明既采用了业界对光纤抛磨或研磨制备中利用光纤通光光功率变化来进行操作进程监控的通用技术作为监控辅助手段，又创新性地提出了利用多个(具体数量可选)可拆装光学精密测距仪来进行研磨进度监控的机构和方法，两种方法相互配合有利于更精确的测量监控。特别是本发明单独提出的方法是一种无接触的无损光学监测方法，针对探头启动个数的不同，发明还提出了分别采用误差限法或简易平均值法来科学确定当前已研磨高度值的方法。多点监控综合测评更有利于得到准确的测量数值，本办法具有动态多点检测、随意挑选监测地点、和随意部署监测数量等突出优点，这些都是传统方法所不具备的。实施例也给出了两种科学判定当前研磨高度的方法，安全可靠、科学高效。

(6)本发明所述光纤插芯优先选择陶瓷插芯，并通过利用对研磨砂纸精细程度和研磨速度的调整来实现对研磨速度和制备品质的改善控制。多条D形槽设计可以保证同时研磨制备多根光纤，有利于量产。

附图说明

图1为发明的D型光纤制备装置的研磨机磨盘的俯视结构示意图；

图2为发明的D型光纤制备装置的研磨机磨盘的仰视结构示意图；

图3为发明的D型光纤制备装置的研磨机磨盘的侧剖面结构示意图；

图4为发明的D型光纤制备装置的研磨机基盘的俯视结构示意图；

图5为安装光学精密测距仪之后的研磨机磨盘结构示意图；

图6为安装光纤插芯和光学精密测距仪探头之后的研磨机磨盘仰视结构示意图；

图7为安装光纤插芯和光学精密测距仪探头之后的研磨机磨盘俯视结构示意图；

图8为磨盘高度调节垫片、磨盘固定螺丝、磨盘固定片和研磨机基盘之间的固定联接示意图；

图9为研磨机磨盘与研磨机基盘联结后的结构示意图；

图10为发明的D型光纤制备装置与光纤研磨机搭配使用时的结构示意图；以及

图11为装置工作一段时间后研磨机磨盘仰视结构示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明提供一种基于包层研磨的D型光纤制备装置，如图1至图10所示，D型光纤制备装置能够连接光纤研磨机，其包括研磨机基盘7、研磨机磨盘2、光学精密测距仪以及加热装置。

研磨机基盘7为四角留有豁口12的正方形，正方形的每个角指向中心的方向上均设置有一个弧形凹槽11，豁口12用于连接光纤研磨机的四个固定柱，并通过压簧对研磨机基盘7进行固定，弧形凹槽11用来放置光纤研磨机的压簧手柄，研磨机基盘中心为圆形镂空，该圆形镂空的半径大于研磨机磨盘的半径，研磨机基盘的圆形镂空的外侧盘面上均匀设置三个螺旋丝扣10，三个螺旋丝扣10的位置呈等边三角形排布。

研磨机磨盘2为圆柱形且其上下平面为光滑的平行平面，研磨机磨盘上设置有磨盘固定片5、把手1、光纤拉出预留孔3、光学精密测距仪安装预留孔4和光纤固定槽6，研磨机磨盘通过磨盘固定片固定于研磨机基盘上，磨盘固定片的个数为三个，三个磨盘固定片5的位置成正三角形排布，磨盘固定片的第一端固定于研磨机磨盘上，每一个磨盘固定片5远离研磨机磨盘的第二端均设置有圆弧形缺口，借助于圆弧形缺口通过连接件将研磨机磨盘固定于研磨机基盘上，把手位于研磨机磨盘上表面的中间位置。

光纤固定槽6位于研磨机磨盘的下方，光纤固定槽6用于固定光纤插芯，光纤固定槽设置有一个或多个，光纤固定槽6为直线型，光纤固定槽里沿槽面设置若干通透型光纤拉出预留孔3，光纤拉出预留孔3沿光纤固定槽的中心两边成对称分布且与研磨机磨盘的上、下平面呈倾斜设置，光纤固定槽6的中心每一侧的多个光纤拉出预留孔的倾斜方向相同。

每一个光纤固定槽6的两侧均对称分布着四个光学精密测距仪安装预留孔，光学精密测距仪安装预留孔为贯穿孔并且和光学精密测距仪探头的紧密固定。

实施例一：

光学精密测距仪的测距原理说明及应用误差限科学确定当前已研磨高度值的方法实例；

此处提供一种利用双D型光纤作为传感探头的光学精密测距技术。具体地，将两束光纤进行混合，组成Y型光纤，呈半圆分布即双D型。其中一束光纤的端部与光源相接用来发射并传输光束，另一束端部与光电转换器相接用来接收并传输光束，两光束混合后的端部是工作端，亦称传感器的探头。工作时，由光源发出的光传到端部发射后会经探头前面的被测体反射并由另一束光纤回传接收的光信号，接收到的光信号经由光电转换器转换成电量。接收到的光信号的大小与发端射到被测物体之间的间距X有关，因此测量由光电转换器转换成的电量就可用于测量位移。一般地，传感器确定了其光电转换器转换的电量大小就会与探头和被测体之间的间距X成一确定关系，特别地，当探头与被侧面二者之间的距离比较近时，这种关系是正比关系，这是一种很精确的非接触式测距方法。

为了更准确地监控D型光纤制备中的进程情况，本实施例将示范一下采用多个传感器同时进行测量获得测量数据，然后借鉴误差限理论的处理思想来对数据进行判别，并最终获得准确的制备状况数据的方法。具体步骤如下：

S1、启动光学精密测距仪测量得到每一个光学精密测距仪探头前端到与其平行的通用型光纤研磨机研磨砂纸之间的距离相应的电压值并进而转化为距离值，将这些值作为初始研磨状态标定值进行记录，分别记为d_0i，其中i代表传感探头的标号。传感器的启动个数设为n。

S2、对某一时刻测得的实时研磨状态标定值进行记录，分别记为d_1i，其中i代表传感探头的标号。

S3、则当前的已研磨高度可表示：Δd_i＝d_1i-d_0i，其中i代表传感探头的标号。

S4、计算已研磨高度的平均值：

S5、求已研磨高度所组成测量列的标准偏差：

S6、利用肖惟涅准则来判断已研磨高度中是否存在过失测量数据。有益数据的存在区间可表示为：

其中，C_n为肖惟涅系数，该值随传感器个数的不同而不同，其具体取值可参照下表执行。

n	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
											c<sub>n</sub>	1.65	1.73	1.80	1.86	1.92	1.96	2.00	2.03	2.07	2.10

S7、确定当前已研磨高度值，具体分三种情况：

(1)将Δd_i与步骤S6区间进行比较，若所有值均在区间之内，则说明所有传感器测量值均正确，则得到当前的已研磨高度值为S4步骤中的

(2)让Δd_i与步骤S6区间进行比较，若比较后发现存在某一个数值不在上述区间，则该传感器对应测量值可以认为是异常值而舍弃。然后利用S4中公式计算舍弃该值后的数据组成的新的测量列的算术平均值，该值即为当前的已研磨高度值。

(3)让Δd_i与步骤S6区间进行比较，若比较后发现存在两个或两个以上数值不在上述区间，则需要先认定偏离区间最远的值是异常值而舍弃。然后重复S4-S7的步骤重新判断直至所有数据均在判别区间之内，此时最后一次求得的算术平均值即为当前的已研磨高度值。判别计算时注意S4-S7步骤中数据的个数变化。

最后，特别指出本办法适用于传感器启动个数n≥5的情况。

实施例二：

本发明装置各部分构件说明以及D型光纤制备步骤的示例，也示例了一种较少传感器启动下的确定当前已研磨高度值的方法，即简易平均值法。

根据图1至图11所示，本发明公开一种基于包层研磨的D型光纤制备装置，该D型光纤制备装置要与光纤研磨机进行配套使用，光纤研磨机为通用研磨机。D型光纤制备装置可作为光纤研磨机的扩展模块使用。

图1展示的是研磨机磨盘的俯视结构示意图。把手1位于研磨机磨盘2的上表面的中间位置，方便在需要拿取或者调整研磨机磨盘2的位置时提供一个操作的抓手。光纤拉出预留孔3为倾斜的贯穿研磨机磨盘2上下表面的通孔。光学精密测距仪安装预留孔4为贯穿研磨机磨盘2上下表面的通孔且通孔垂直于研磨机磨盘2的上下表面。磨盘固定片5为三个呈正三角形位置分布且向心排列的长方形不锈钢钢板。磨盘固定片5的一端固定于研磨机磨盘之上，磨盘固定片5上远离研磨机磨盘2的一端均设置有圆弧形缺口23，且缺口方向相同，并且缺口的位置恰好可以利用磨盘固定螺丝将研磨机磨盘固定于研磨机基盘上。

图2展示的是研磨机磨盘的仰视结构示意图，光纤固定槽6位于研磨机磨盘的下方，固定槽采取在研磨盘上直接开凿形成，光纤固定槽用于固定光纤插芯。光纤固定槽6可以有多个，用于同时制备多个D型光纤，每一个光纤固定槽均成直线型分布。多个光纤固定槽6相互平行。光纤固定槽6平行于三个磨盘固定片5所成正三角形的其中一边，即图中的底边进行设置，并且光纤固定槽6垂直于该底边的垂直平分线。多个光纤固定槽6保证了本发明可以同时制备多根D型光纤。光纤拉出预留孔3沿光纤固定槽6的中心两边成对称分布且与研磨机磨盘2的上、下平面呈倾斜设置。如图3所示，每一个光纤拉出预留孔的倾斜方向以光纤固定槽直线的中心为分界点，每一侧光纤拉出预留孔的倾斜方向相同，其倾斜方向设置为预留孔从研磨机磨盘上表面的穿出位置比从研磨机磨盘下表面穿出的位置距离分界点更远，且光纤拉出预留孔与研磨机磨盘向上法线间夹角成60度，与研磨机磨盘向下法线夹角成120度。光纤拉出预留孔3可以每隔1cm设置一个，用来适配不同D型光纤抛光长度需求对研磨装置的制备要求。光学精密测距仪安装预留孔4位于光纤固定槽的两侧并对称分布，相邻两个光纤固定槽共用2个光学精密测距仪安装预留孔4，每一条光纤固定槽6两侧紧挨分布4个光学精密测距仪安装预留孔4。

图4展示了研磨机基盘的俯视结构示意图，研磨机基盘7起到联结研磨机磨盘2与光纤研磨机的作用。研磨机基盘7为四角留有豁口12的正方形，正方形的每个角指向向心的方向上均设置有一个弧形凹槽11。豁口12用来套接到光纤研磨机的四个固定柱上，并通过压簧对研磨机基盘7进行固定，弧形凹槽11用来放置光纤研磨机的压簧手柄。豁口12是以正方形的顶角为圆心，并以光纤研磨机的固定柱半径为操作基准，然后在此操作基准数值上增加1mm作为操作半径切割形成。研磨机基盘7的中心镂空为圆形，圆形半径大于研磨机磨盘的半径。研磨机基盘7的圆形镂空区的外侧盘面上均匀设置三个螺旋丝扣10，三个螺旋丝扣10的位置呈等边三角形排布。固定螺丝8适配螺旋丝扣10，并可以在中间选择性安装合适高度的磨盘高度调节垫片9。固定螺丝8、磨盘高度调节垫片9、螺旋丝扣10共同配合圆弧形缺口23可以实现研磨机磨盘2与研磨机基盘7的联结固定。

图5展示了安装光学精密测距仪探头13之后的研磨机磨盘结构示意图，探头13可以根据需要任意组合安装，其安装个数要求大于等于1个。探头13安装之后其端面平行于光纤研磨机的研磨砂纸表面。

图6展示了安装光纤插芯14和光学精密测距仪探头13之后的研磨机磨盘仰视结构示意图。光纤15或16通过环氧树脂AB胶固定于光纤插芯14之内，然后利用石蜡与松香的混合熔胶将光纤插芯14固定于光纤固定槽6内。同时光纤15和16的两端分别穿过光纤拉出预留孔3，其在光纤磨盘2的正面效果如图7所示。

图8展示了磨盘高度调节垫片9、磨盘固定螺丝8、磨盘固定片5和研磨机基盘之间的固定联接示意图。为更好地展示相互之间的联结关系，研磨机基盘在图8中未画出，其位于磨盘高度调节垫片9之下。圆弧形缺口23中通过放置磨盘固定螺丝8，固定螺丝8的螺母和高度调节垫片9大于圆弧形缺口23，其上下结合恰好可以通过磨盘固定螺丝8实现稳定联结。图9展示了研磨机磨盘2与研磨机基盘7联结后的结构示意图。

图10展示了D型光纤制备装置与光纤研磨机24搭配使用时的结构示意图。将研磨机磨盘2与研磨机基盘7联结后，将光纤研磨机24的四个压簧手柄20向上拉起然后将手柄旋转到其手柄指向研磨机外侧，借助研磨机磨盘2上的把手1提起研磨机磨盘2与研磨机基盘7的联结体，将四个豁口12小心对准四个可升降立柱25放下。然后向上拉起可升降立柱25并选装放下，使得四个压簧手柄20全部卡到对应的弧形凹槽11中，从而完成发明装置对光纤研磨机的搭配。图10中的光纤研磨机24的固定立柱19，可升降立柱25外围直径小于固定立柱19的外围直径，固定立柱19为中空结构，在中空结构里用弹簧对可升降立柱25进行固定，螺母18用来对可升降立柱25和压簧手柄20进行连接固定。图11展示了装置工作一段时间后的研磨机磨盘仰视结构示意图，图中光纤插芯和光纤包层已经被研磨掉一部分，光纤15已成D型结构。

下面结合上述图示说明对实施例步骤做一示范：

S1、首先根据操作光纤的实际直径和拟制备的抛光区长度，选择芯径和长度均相符的光纤插芯并进行光纤的固定。根据实际制备需求，光纤固定的优选方案有以下两种：第一种是光纤带涂覆层直接进行固定，此时需要在光纤插芯的芯里注入环氧树脂AB胶，然后将光纤从插芯的孔中穿过并直至拟抛光区位于插芯位置时停止拉动，然后利用平板加热装置对插芯区域进行加热固化；第二种是针对光纤去掉涂覆层进行固化，此时首先要将光纤从拟抛光的区域一端开始利用机械剥离法或者有机溶剂浸泡法把光纤的其中一边的涂覆层剥离掉，然后在光纤插芯的空芯里注入环氧树脂AB胶，并将已剥离涂覆层的光纤一段插入插芯并直至拟抛光区位于插芯位置时停止拉动，然后利用平板加热装置对插芯区域进行加热固化。特别地，为保证固化胶涂抹均匀，也可以同时对穿过插芯的光纤部分的外侧进行固化胶涂抹。

S2、将石蜡与松香按照比例混合然后加热成液体胶状，将胶涂抹到已选择的合适的光纤固定槽中，然后将已安装光纤的光纤插芯平放于固定槽中，大约五分钟后胶体凝固，将光纤插芯两侧的光纤分别从合适的光纤拉出预留孔中拉出到研磨机基盘的上表面之上。

S3、在固定光纤插芯的光纤固定槽两侧的光学精密测距仪安装预留孔中安装光学精密测距仪探头。

S4、为光纤研磨机安装上较粗颗粒度的研磨砂纸，测试砂纸转动平稳性及系统稳定性，检测结束关机。

S5、利用把手辅助，将研磨机磨盘利用磨盘固定片、磨盘高度调节垫片及磨盘固定螺丝固定于研磨机基盘，然后再利用光纤研磨机的压簧手柄将研磨机基盘固定于光纤研磨机上。通过磨盘高度调节垫片的选取来适配对不同D芯光纤制备抛光深度的不同需求。特别地，利用三处垫片分取不同尺寸，可以制备抛光区域内抛光深度连续缓变的D型光纤等异型光纤器件。

S6、启动光学精密测距仪测量得到每一个光学精密测距仪探头前端到与其平行的通用型光纤研磨机研磨砂纸之间的距离相应的电压值并进而转化为距离值，将这些值作为初始研磨状态标定值进行记录，分别记为d_0i，其中i代表传感探头的标号，此处选择固定光纤插芯的光纤固定槽的近旁两侧4个探头进行测试。

S7、将光纤的两端利用光纤熔接机分别与光源和光功率计的尾纤进行熔接，然后开启光源和光功率计对制备中的D型光纤进行通光功率的监测，并利用光功率的改变及实时量值来间接判断光纤的抛光进程。

S8、启动光纤研磨机电源开始对光纤插芯及光纤进行抛磨，刚开始转速可设置为快速。当S6或S7监控到陶瓷插芯已被抛磨到接近于插芯内的光纤时，旋开压簧手柄拿起研磨机基盘和磨盘的组合体，将光纤研磨机上已安装的粗颗粒度的研磨砂纸换为精细粒度的研磨砂纸。重复步骤S5重新安装设置好制备装置并重新启动光纤研磨机电源开始对光纤插芯及光纤进行抛磨，此时可设置转速为慢速或极慢速，用以适配对抛面处理精度的不同需求。转速越慢，研磨时间越长，但抛磨的平滑度会更好。

S9、不断利用S6或S7对研磨过程进行监控。特别地，某一时刻测得的现时研磨状态标定值进行记录，分别记为d_1i，其中i代表传感探头的标号。若

条件满足时，可以取下来研磨基盘并将光纤的研磨面放到显微镜下来对研磨面进行光学的精密观察和精细测量，若精确判断仍需要继续进行研磨抛光，则可以将研磨基盘装上去继续进行研磨抛光直至满意为止。此处R_fiberstub是指光纤插芯的壁厚再加上光纤的研磨深度。光纤的研磨深度是指裸纤包层需要被研磨掉的高度再加上一个参考量，参考量是指若光纤若此处步骤S1中光纤带涂覆层固定，则参考量大小为光纤涂覆层厚度；若此处步骤S1中光纤是裸纤固定，则参考量大小为零。

S10、不断重复S9步直至满意为止，此时小心拆下研磨机基盘和研磨机磨盘，将研磨机磨盘的光纤插芯向下小心放置于平板加热装置的加热板上，可以在研磨磨盘的下方其中一边放置一块金属凸出物用来对光纤插芯的研磨部分作出保护。经加热装置稍微加热后石蜡与松香混合形成的液体状胶会重新由固态转向液态，此时即可将光纤插芯从光纤固定槽里取出，然后小心地将光纤两端从光纤拉出预留孔中拉出，完成整个制备流程。

特别指出，实施例二中还示范了传感器启动个数时对当前研磨高度进行确定的处理方法。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述D型光纤制备装置能够连接光纤研磨机，其包括研磨机基盘、研磨机磨盘、光学精密测距仪以及加热装置，

所述研磨机基盘为四角留有豁口的正方形，所述正方形的每个角指向中心的方向上均设置有一个弧形凹槽，所述豁口用于连接光纤研磨机的四个固定柱，并通过压簧对研磨机基盘进行固定，所述弧形凹槽用来放置光纤研磨机的压簧手柄，所述研磨机基盘中心为圆形镂空，该圆形镂空的半径大于所述研磨机磨盘的半径，所述研磨机基盘的圆形镂空的外侧盘面上均匀设置三个螺旋丝扣，所述三个螺旋丝扣的位置呈等边三角形排布；

所述研磨机磨盘为圆柱形且其上下平面为光滑的平行平面，所述研磨机磨盘上设置有磨盘固定片、把手、光纤拉出预留孔、光学精密测距仪安装预留孔和光纤固定槽，所述研磨机磨盘通过磨盘固定片固定于所述研磨机基盘上，所述磨盘固定片的个数为三个，三个磨盘固定片的位置成正三角形排布，磨盘固定片的第一端固定于研磨机磨盘上，每一个磨盘固定片远离研磨机磨盘的第二端均设置有圆弧形缺口，借助于圆弧形缺口通过连接件将研磨机磨盘固定于研磨机基盘上，所述把手位于研磨机磨盘上表面的中间位置，

所述光纤固定槽位于研磨机磨盘的下方，所述光纤固定槽用于固定光纤插芯，所述光纤固定槽设置有一个或多个，光纤固定槽为直线型，所述光纤固定槽里沿槽面设置若干通透型光纤拉出预留孔，光纤拉出预留孔沿光纤固定槽的中心两边成对称分布且与所述研磨机磨盘的上、下平面呈倾斜设置，光纤固定槽的中心每一侧的多个光纤拉出预留孔的倾斜方向相同，

每一个光纤固定槽的两侧均对称分布着四个光学精密测距仪安装预留孔，所述光学精密测距仪安装预留孔为贯穿孔并且和光学精密测距仪探头的紧密固定。

2.根据权利要求1所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述光纤固定槽和所述光纤插芯之间借助于石蜡松香混合熔剂进行粘固固定，所述石蜡松香混合熔剂为石蜡和松香按照1：6混合并加热融化形成，所述石蜡松香混合熔剂在加热时融化，在常温或低温环境下为固态。

3.根据权利要求1所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述光纤拉出预留孔的倾斜方向设置为光纤拉出预留孔从研磨机磨盘上表面的穿出位置比从研磨机磨盘下表面穿出的位置距离分界点远，且光纤拉出预留孔与磨盘上下表面法线间夹角成120度或者60度，两个相邻的光纤拉出预留孔的间隔距离为1cm。

4.根据权利要求1所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述研磨机磨盘和所述研磨机基盘的厚度相同，多个磨盘固定片的延长线经过所述研磨机磨盘的圆心并沿研磨机磨盘的圆周均匀分布。

5.根据权利要求1所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述磨盘固定片通过固定螺丝实现与研磨机基盘上的螺旋丝扣之间的固定，并且所述磨盘固定片与研磨机基盘之间根据实际需要设置不同厚度的磨盘高度调节垫片。

6.根据权利要求5所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：三个磨盘固定片下所垫的磨盘高度调节垫片可以为不同尺寸。

7.根据权利要求1所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述研磨机基盘、研磨机磨盘及磨盘固定片为不锈钢材质。

8.根据权利要求1所述的基于包层研磨的D型光纤制备装置，其特征在于：所述加热装置为平板加热装置。

9.一种基于权利要求1所述的包层研磨的D型光纤制备装置的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、首先根据操作光纤的实际直径和拟制备的抛光区长度，选择芯径和长度均相符的光纤插芯并进行光纤的固定；

S2、将石蜡与松香按照比例混合然后加热成液体胶状，将胶涂抹到步骤S1中选择的光纤固定槽中，然后将已安装光纤的光纤插芯平放于光纤固定槽中，胶体凝固后，将光纤插芯两侧的光纤分别从合适的光纤拉出预留孔中拉出到所述研磨机基盘的上表面之上，用以对抛光区之外的光纤部分进行保护；

S3、在固定光纤插芯的光纤固定槽两侧的光学精密测距仪安装预留孔中安装光学精密测距仪探头，探头选择安装一到四个；

S4、在光纤研磨机安装上较粗颗粒度的研磨砂纸，测试研磨砂纸转动平稳性及系统稳定性，检测结束关机；

S5、利用把手进行辅助，将研磨机磨盘利用磨盘固定片、磨盘高度调节垫片及磨盘固定螺丝固定于所述研磨机基盘，然后再利用光纤研磨机的压簧手柄将研磨机基盘固定于光纤研磨机上，通过所述磨盘高度调节垫片的选取来适配对不同D芯光纤制备抛光深度的不同需求；

S6、对光纤进行监控：启动光学精密测距仪测量得到每一个光学精密测距仪探头前端到与其平行的光纤研磨机研磨砂纸之间的距离相应的电压值并进而转化为距离值，将这些值作为初始研磨状态标定值进行记录，分别记为d_0i，其中i代表传感探头的标号；或者

将光纤两端利用光纤熔接机分别与光源和光功率计的尾纤进行熔接，然后开启光源和光功率计对制备中的D型光纤进行通光功率的监测，并利用光功率的改变及实时量值来间接判断光纤的抛光进程；

S7、启动光纤研磨机电源开始对光纤插芯及光纤进行抛磨，刚开始转速设置为快速，当步骤S6中监控到陶瓷插芯已被抛磨到接近于插芯内的光纤时，旋开压簧拿起研磨机盘，将光纤研磨机上已安装的粗颗粒度的研磨砂纸换为精细粒度的研磨砂纸，重复步骤S5重新安装设置好制备装置并重新启动光纤研磨机电源开始对光纤插芯及光纤进行抛磨，此时设置转速为慢速或极慢速，用以适配对抛面处理精度的不同需求；

S8、不断利用步骤S6对研磨过程进行监控，对某一时刻测得的现时研磨状态标定值进行记录，分别记为d_1i，其中i代表传感探头的标号，针对探头启动个数的不同，分别采用误差限法或简易平均值法来确定当前已研磨高度值，当初步判断研磨满足条件时，对光纤是否满足需要进行评价；

S9、不断重复步骤S8直至评价结果符合要求，拆下研磨机基盘和研磨机磨盘，将研磨机磨盘的光纤插芯向下放置于加热装置的加热板上，经加热装置加热后石蜡与松香混合形成的液体状胶由固态转向液态，将光纤插芯从光纤固定槽里取出，并将光纤两端从光纤拉出预留孔中拉出，完成整个制备流程。

10.根据权利要求9所述的包层研磨的D型光纤制备装置的制备方法，其特征在于：步骤S1中，根据实际制备需求，光纤固定的方法有以下两种：

第一种是光纤带涂覆层直接进行固定，此时需要在光纤插芯的芯里注入环氧树脂AB胶，然后将光纤从插芯的孔中穿过并直至拟抛光区位于插芯位置时停止拉动，然后利用所述加热装置对插芯区域进行加热固化；

第二种是针对光纤去掉涂覆层进行固化，此时首先要将光纤从拟抛光的区域一端开始利用机械剥离法或者有机溶剂浸泡法把光纤的其中一边的涂覆层剥离掉，然后在光纤插芯的空芯里注入环氧树脂AB胶，并将已剥离涂覆层的光纤一段插入插芯并直至拟抛光区位于插芯位置时停止拉动，然后利用所述平板加热装置对插芯区域进行加热固化。

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