CN113759467B - 一种新型光纤直熔准直器制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型光纤直熔准直器制作方法，包括以下步骤：步骤一：制备带保护件的光纤线，在光纤线上的去涂覆层后的包层端部熔接保护件；步骤二：计算光纤插入量，通过光斑仪测量输出光斑束腰的位置，测量出透镜的厚度，通过计算获得理想光斑时光纤线需要插入C透镜的光纤插入量；步骤三：光纤熔接，将带有保护件的光纤线的保护件部熔接在C透镜上，其插入的距离为步骤二中计算的光纤插入量；步骤四：准直器制作，用固定装置将步骤三中熔接后的光纤线进行固定，再用封装管将光纤线、固定装置和C透镜进行封装。本发明采用上述方法，具有避免纤芯损伤、光斑质量好、保证正常偏振消光比、保证准直器的工作距离和发散角正常的优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光通讯技术领域，尤其是涉及一种新型光纤直熔准直器制作方法。
背景技术
光纤准直器由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成。它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内。
光纤准直器被广泛用于光纤通讯和光纤激光器等领域，激光已经被广泛应用于医疗领域，传统的光纤准直器已经非常成熟，光纤头，和C透镜，以及封装所用的玻璃管，通常的C透镜和光纤头之间会有空气隙，所以光纤头倾斜端面和C透镜倾斜端面分别度AR膜来降低反射带来的损耗，在装配过程通过调整空气隙的间隔大小来达到理想的工作距离和光斑大小。此种传统光纤最大的问题是在于高功率下，因功率密度过大会导致AR膜烧毁，导致准直器失效。
直熔准直器能很好的解决高功率烧毁的问题，可大大提高功率承受能力。直熔准直器是将光纤线切割端面后，直接熔到C透镜上，这样就避免了空气隙的存在，省去了两个镀膜面，从而大大提高了光纤准直器的功率承受能力。尽管这种普通直熔准直器能很好的提高功率承受能力，但本身存在由于C透镜本身曲率半径和厚度值存在加工公差，会导致输出光发散角偏大，偏离理想设计结果，如果一味的控制 C透镜的公差又会增加成本；且熔接过程中可能会破坏光纤端面的纤芯，导致出射光斑光束质量差，如椭圆度低，对于敏感的保偏光纤线，还会影响到偏振消光比，大大降低产品的成品率。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免纤芯损伤、光斑质量好、保证正常偏振消光比、保证准直器的工作距离和发散角正常的新型光纤直熔准直器制作方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备带保护件的光纤线，在光纤线上的去涂覆层后的包层端部熔接保护件，确定保护件长度；
步骤二：计算光纤插入量，将步骤一制备的带有保护件的光纤线居中并紧靠在C透镜上，通过光斑仪测量输出光斑束腰的位置，测量出透镜的厚度，从而计算光纤插入量；
步骤三：光纤熔接，将带有保护件的光纤线的保护件部熔接在C 透镜上，熔接时将功率、熔接位置和行进速度因素调至合适状态，C 透镜熔融状态下，将带有保护件的光纤线的保护件部插入到C透镜里面，并达到互熔，其插入的距离为步骤二中计算的光纤插入量，来保证准直器的工作距离和发散角；
步骤四：准直器制作，用固定装置将步骤三中熔接后的光纤线进行固定，再用封装管将光纤线、固定装置和C透镜进行封装。
优选的，步骤一中保护件长度根据光纤线的数值孔径来计算确定，其公式为
L≦D/(2*NA)
其中L代表端帽长度，NA为光纤数值孔径，D为端帽直径。
优选的，步骤一中保护件采用端帽，端帽为石英玻璃丝或光纤。
优选的，步骤二中通过计算获得理想光斑时光纤线需要插入C透镜的光纤插入量，步骤二中光纤插入量的数值通过软件进行计算。
优选的，步骤三中熔接时功率、熔接位置和行进速度因素的合适状态根据使用设备进行确定。
优选的，步骤三中准直器的工作距离和发散角根据准直器型号进行确定。
优选的，步骤四中所述固定装置采用支架，通过胶水将所述支架与所述光纤线粘接固定。
优选的，步骤四中所述封装管为玻璃管或不锈钢管。
优选的，步骤二、步骤三和步骤四中的所述C透镜代替为渐变折射率G透镜。
因此，本发明采用上述方法，具有以下有益效果：
1、直熔准直器光纤线带有端帽和C透镜熔接，能有效避免插入 C透镜时对纤芯的损害，保证了光斑质量(如椭圆度)，且有效保证了保偏准直器的偏振消光比。其端帽长度越短越好，能避免光超出端冒边沿。
2、根据理论公式计算选取合理的光纤插入量，能有效保证准直器的工作距离和发散角处于正常范围，降低C透镜的加工要求，且能消除加工时厚度和曲率带来的加工误差。
3、根据上述制备方法制作出来的新型光纤直熔准直器，其性能得到提高，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明一种新型光纤直熔准直器制作方法的制作流程图；
图2为本发明中带端帽的光纤线的结构示意图；
图3为本发明中新型光纤直熔准直器的结构示意图。
附图标记，1、光纤涂覆层；2、去涂覆层后的包层；3、端帽；4、 C透镜；5、光纤线；6、光纤插入量；7、玻璃管；8、支架；9、胶水。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
如图1所示，一种新型光纤直熔准直器制作方法，实例准直器参数：束腰光斑直径为660um，工作距离为70mm，光纤MFD＝10um@1550nm， NA＝0.14，材料使用融石英。光学设计结果为C透镜曲率半径R＝1.5034, T＝4.9mm，工作距离70mm,发散角2.98mrad，具体制作包括以下步骤：
如图2所示，步骤一：制备带保护件的光纤线5，保护件采用端帽3，其中端帽3可以使用石英玻璃丝，还可以使用光纤。这里选取 125um的石英玻璃丝作为端帽3，在光纤线5上的去涂覆层后的包层 2端部熔接一定长度的端帽3，端帽3长度根据光纤的数值孔径来计算确定，其公式为，
端帽3最大长度Lmax＝125/(2*NA)＝535.7um，根据上述可知端帽 3长度越短越好，控制端帽3长度L≦100um，其中L代表端帽长度，NA为光纤数值孔径；其端帽3长度越短越好，避免光超出端帽3边沿。
步骤二：计算光纤插入量6，测量得到C透镜4的实际厚度T’，其中C透镜4可以用渐变折射率G透镜来代替。因为C透镜4在加工时厚度和曲率都存在误差，为了消除这些加工误差，将光纤线5远离端帽3的一端接入1550nm的光源，将端帽3居中并紧靠在C透镜4 的平面上，通过光斑仪测量输出光斑束腰的位置P，根据束腰位置P 和实测透镜厚度T’，算出C透镜4实际焦距F，进而计算出当满足束腰位置在35mm处(即工作距离为70mm)时，带端帽3的光纤需插入 C透镜4深度δ(即光纤插入量)，在测得C透镜厚度和光纤紧靠C 透镜时的当前熔接前的实际束腰的位置后，可以反推出C透镜的实际曲率半径R，根据反推出的C透镜实际R和理想束腰位置，即可得到理想情况下的透镜厚度，那么插入量等于实测的C透镜厚度减去理想的透镜厚度。根据实测厚度和束腰位置计算出的插入量6，能有效补偿C透镜4的加工的加工误差，如厚度和曲率误差等，进而降低C透镜的加工要求。光纤插入量6的数值可以软件进行计算。可以采用包括但不限于ZEMAX软件完成上述计算，
步骤三：光纤熔接，将带有端帽3的光纤线5的端帽部熔接在C 透镜4上，熔接时将功率、熔接位置和行进速度等因素调至合适状态，其合适状态的工艺参数因设备和工艺不同而异，可以根据实际使用情况确定，并根据其设定熔接程序，C透镜4熔融状态下，将带有端帽 3的光纤线5的端帽部插入到C透镜4里面，并达到互熔，其插入的距离为步骤二中计算的光纤插入量6，得到的其工作距离和发散角。其设计结果为R1.5034,T＝4.9mm。根据上述制备方法制作出来的新型光纤直熔准直器，其性能得到提高，且降低了生产成本。
如图3所示，步骤四：准直器制作，用固定装置将步骤三中熔接后的光纤线进行固定，固定装置包括但不限于支架8，再用封装管将光纤线5、支架8和C透镜4进行封装，封装管可以包括玻璃管7，还可以包括不锈钢管。使用胶水9将光纤线5与支架8粘接固定。直熔准直器光纤线带有端帽3和C透镜4熔接，能有效避免插入C透镜时对纤芯的损害，保证了光斑质量(如椭圆度)，且有效保证了保偏准直器的偏振消光比。
对得到的装置利用现有技术进行检测，实验数据检测证明采用上述方法制作出来的新型光纤直熔准直器的椭圆度能达到95％以上，偏振消光比25dB以上。
利用现有的制作装置的技术，采用相同尺寸进行制作，检测对比实验，实验数据证明单纯的无端帽熔接的准直器，其椭圆度小于90％，消光比小于20dB。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备带保护件的光纤线，在光纤线(5)上的去涂覆层后的包层(2)端部熔接保护件，确定保护件长度；
步骤二：计算光纤插入量(6)，将步骤一制备的带有保护件的光纤线(5)居中并紧靠在C透镜(4)上，通过光斑仪测量输出光斑束腰的位置，测量出透镜的厚度，从而计算光纤插入量(6)；
步骤三：光纤熔接，将带有保护件的光纤线(5)的保护件部熔接在C透镜(4)上，熔接时将功率、熔接位置和行进速度因素调至合适状态，C透镜(4)熔融状态下，将带有保护件的光纤线(5)的保护件部插入到C透镜(4)里面，并达到互熔，其插入的距离为步骤二中计算的光纤插入量(6)，来保证准直器的工作距离和发散角；
步骤四：准直器制作，用固定装置将步骤三中熔接后的光纤线(5)进行固定，再用封装管将光纤线(5)、固定装置和C透镜(4)进行封装；
步骤一中保护件长度根据光纤线(5)的数值孔径来计算确定，其公式为，
L≦D/(2*NA)
其中L代表端帽长度，NA为光纤数值孔径，D为端帽直径。
2.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤一中保护件采用端帽(3)，所述端帽(3)为石英玻璃丝或光纤。
3.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤二中通过计算获得理想光斑时光纤线需要插入C透镜的光纤插入量(6)，光纤插入量(6)的数值通过软件进行计算。
4.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤三中熔接时功率、熔接位置和行进速度因素的合适状态根据使用设备进行确定。
5.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤三中准直器的工作距离和发散角根据准直器型号进行确定。
6.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤四中所述固定装置采用支架(8)，通过胶水(9)将所述支架(8)与所述光纤线(5)粘接固定。
7.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤四中所述封装管为玻璃管(7)或不锈钢管。
8.根据权利要求1所述的一种新型光纤直熔准直器制作方法，其特征在于，步骤二、步骤三和步骤四中的所述C透镜(4)代替为渐变折射率G透镜。
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