CN202322612U - 光纤光栅快速退火装置 - Google Patents
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Abstract
一种光纤光栅快速退火装置，它包括底座，其特征是在底座上设置有与加热供电模块连接的“凹”字形陶瓷电加热头。所述“凹”字形陶瓷电加热头由两块相同的梯形陶瓷电加热片构成，梯形陶瓷电加热片固定在加热头底座上，两块电加热片间距2mm，形成光纤光栅高温退火区。本装置可实现800℃的光纤光栅退火，在若干分钟时间即可达到热稳定状态，也能够对耐高温光纤光栅进行退火老化处理。本实用新型主要用于制造光纤光栅快速退火装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤光栅快速退火装置，尤其涉及一种可对载氢和B/Ge光敏光纤制作的不同长度光纤光栅的栅区进行800℃以上高温定时加热的快速退火装置。
背景技术
光纤光栅是一种具有波长选择功能的光纤器件，已被广泛的应用于光通信和光纤传感等技术领域。它是通过强度周期性分布的紫外激光照射光敏光纤，使纤芯折射率随着光强的空间分布发生相应的周期性调制而形成。光敏光纤的获得一般是通过高压载氢、提高纤芯硼锗含量和刷火等方法，来提高光纤材料中的“缺陷”浓度。当光纤材料吸收紫外光后将使某些“缺陷”被打破并产生大量的热量，从而使光纤局部发生不可逆的应力释放过程，这一过程改变了光纤中的应力分布和密度分布，而应力分布和密度分布的变化显然会引起材料折射率的改变，从而形成了光纤光栅。载氢光纤中形成的折射率变化是持久的，但是由于光纤中存在未反应的氢，其热稳定性很差，一般在室温下放置14天其折射率变化深度就下降11%，而引起光栅Bragg波长和反射率的变化。对于B/Ge光敏光纤制作的光栅，其材料内部也存在未完全释放的应力，尽管光栅的性能短期变化很小，但对于长期使用也会存在影响。因此，通过紫外光曝光制作的光纤光栅，在使用前必须加速老化，尽快使其光学性质达到稳定的状态。
采用高温退火是使光纤光栅快速进入稳定状态的最有效技术手段，目前一般采用高温老化箱恒温加热若干时间来进行。这种方法存在的问题是，一是需要对光栅整体进行加热，会使光纤涂覆层加速老化，不利于光纤的保护；二是无法加热到很高的温度，一般低于150℃，需要较长的加热时间来达到有效的退火。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种可对不同长度的光纤光栅、最高温度800℃以上的自动快速局部退火装置。
本实用新型采用如下技术手段来实现：一种光纤光栅快速退火装置，它包括底座，其特征是在底座上设置有与加热供电模块连接的“凹”字形陶瓷电加热头。
本方案的具体特点还有，“凹”字形陶瓷电加热头由两块相同的梯形陶瓷电加热片构成，梯形陶瓷电加热片固定在加热头底座上，两块电加热片间距2mm，形成光纤光栅高温退火区，温度传感控制器贴在电加热片上测量其实际温度。梯形陶瓷电加热片为氧化铝材料陶瓷片，它带有两个电极。根据一般光栅的长度，梯形陶瓷电加热片的两底边长度分别为10mm和80mm，高度可适当设置为50mm以上，这样，可实现对10mm-80mm长度的光栅进行局部加热退火。
在底座上还设置有一对磁性光纤夹持器。在底座上还设置有加热供电模块、温度传感控制电路模块、计时器和机械推进机构。一对光纤夹持器固定在底座上部，间距150mm，其高度与电加热头加热区一致，通过磁性固定光纤。加热供电模块和温度传感控制电路模块分别与加热头电极和温度传感控制器连接，机械推进机构有其驱动电路模块控制，这些功能控制模块包括计时器分别连接到单片机上，单片机与安装在底座外部的可操控液晶界面连接。
待退火的光纤光栅由磁性光纤夹持器拉直，机械推进机构将“凹”字型陶瓷电加热头推进到光纤位置并使光纤光栅刚好处于加热头的缝隙中。所述机械推进机构可以是电动马达驱动的一维位移台。
本方案的有益效果是，电加热头为梯形结构，两底边长度分别为10mm和80mm，可根据光栅长度设定加热头推进位置，实现只对10mm-80mm长度的光栅区域的加热退火，而不影响其他光纤区域的涂覆层。可通过装置底座上的操控界面，设定加热温度和时间，待退火结束后电加热头可自动退回到原位置。
“凹”字形陶瓷电加热头由两块相同的梯形陶瓷电加热片构成，梯形陶瓷电加热片固定在加热头底座上，两块电加热片之间有2mm距离，形成光纤光栅高温退火区，温度传感控制器贴在电加热片上测量其实际温度。梯形陶瓷电加热片为氧化铝材料陶瓷片，它带有两个电极，通过改变电极上的通电电流来达到不同的加热温度，氧化铝陶瓷加热片耐热温度可达1000℃以上，因此本装置可实现800℃的光纤光栅退火，在若干分钟时间即可达到热稳定状态，也能够对耐高温光纤光栅进行退火老化处理。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；图2是本实用新型加热头的剖面结构示意图；图3是本实用新型的控制流程图。图中：1-底座；2-电加热头；3-磁性光纤夹持器；4-机械推进机构；5-温度传感控制器；6-电极；7-光纤光栅；8-窗口；9-计时器；10-操控界面；21-梯形陶瓷电加热片；22-加热头支座；23-加热区；24-小孔。
具体实施方式
如图1所示，一种光纤光栅快速退火装置，它包括底座1，在底座1上设置有“凹”字形陶瓷电加热头。“凹”字形陶瓷电加热头由两块相同的梯形陶瓷电加热片21构成，陶瓷电加热片的特征是两底边长度分别为10mm和80mm，高度可适当设置为50mm左右，梯形陶瓷电加热片21固定在加热头支座22上，两块陶瓷电加热片21间距2mm，形成光纤光栅高温退火加热区23，温度传感控制器5贴在陶瓷电加热片21上测量其实际温度。梯形陶瓷电加热片21为氧化铝材料陶瓷片，它带有两个电极6。在底座1上还设置有一对磁性光纤夹持器3。在底座1上还设置有温度传感控制器5、计时器9和机械推进机构4。
一对光纤夹持器3固定在底座1上部，之间距离150mm，其高度与电加热头加热区23一致，利用磁性吸力夹持固定光纤光栅7。加热供电模块和温度传感控制电路模块分别与加热头电极6和温度传感控制器5连接，机械推进机构4由其驱动电路模块控制，这些功能控制模块包括计时器9分别连接到单片机上，单片机与安装在底座外部的可操控液晶界面10连接，并可从操控界面10设置参数。
待退火的光纤光栅由磁性光纤夹持器3拉直，机械推进机构4将“凹”字型陶瓷电加热头推进到光纤位置并使光纤光栅7刚好处于加热头的缝隙中。
其中，图1中的装置底座1为实施例的机壳，一对磁性光纤夹持器3固定在装置底座1上表面，而机壳上层留有窗口8，电加热头2和机械推进装置4安装在装置底座1内，电加热头2从窗口8伸出到装置底座1上部，并使电加热区23的高度正好与光纤光栅7一致。装置底座1内部留有空间放置陶瓷电加热片21的供电加热电路、温度传感控制器电路、计时器和电动推进装置4的控制电路。加热温度参量、加热时间参量和推进机构4推进量等参数可在装置底座1外部的操控界面10上显示和设置。所述操控界面10可以是基于LVDS数字信号接口或者TTL电平通讯接口的TFT真彩触摸屏。
图1中的电加热头2的剖面图如图2所示，它主要由两片梯形的陶瓷电加热片21和加热头底座22构成。陶瓷电加热片21的材料为氧化铝陶瓷片，各带有两个电极6，两片陶瓷电加热片21间隔2mm固定在底座22上，加热头底座22预留小孔24，电极6从小孔24中穿出，连接到加热供电模块上。电极6与小孔24之间由耐高温胶密封。
机械推进机构4连接在加热头底座22上，它的特征是电动马达一维位移驱动杆，在加热退火前，根据光纤光栅的实际长度，通过机械推进机构4将加热头2推进，使光纤光栅7刚好处于陶瓷电加热片中间的加热区合适位置。
梯形陶瓷电加热片21之间2mm宽的缝隙形成加热区23，光纤光栅7放置在加热区23进行退火处理，由于常用光纤光栅的直径一般为125um，因此光纤光栅7不会触碰到电加热片，而保证退火稳定的均匀性。
温度传感控制器5贴在下层的陶瓷电加热片上，其控制电路在装置底座1中，并在操控界面10上显示温度设定值和实际值。当实际测量值低于设定值时，陶瓷电加热片21持续通电升温，当实际测量值高于设定值时，电流会断开停止加热。
当电加热头2移动到适当位置，设定退火温度和退火时间，陶瓷电加热片21加热电路接通开始加热，当温度传感控制器5实际测量温度值达到设定时，退火计时器9开始倒计时，当达到设定的退火时间后，加热电路自动断开，机械推进机构4带动电加热头2退回到原位置，退火过程结束。
总之，以上实施例可现实对不同长度光纤光栅的栅区局部进行退火，并且加热温度高、升温快，具有了退火快速的特点。
Claims (9)
1.一种光纤光栅快速退火装置，它包括底座，其特征是在底座上设置有与加热供电模块连接的“凹”字形陶瓷电加热头。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是所述“凹”字形陶瓷电加热头由两块相同的梯形陶瓷电加热片构成，梯形陶瓷电加热片固定在加热头底座上，两块电加热片间距2mm，形成光纤光栅高温退火区。
3.根据权利要求2所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是温度传感控制器贴在电加热片上测量其实际温度。
4.根据权利要求2所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是梯形陶瓷电加热片为氧化铝材料陶瓷片，它带有两个电极。
5.根据权利要求2所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是梯形陶瓷电加热片的两底边长度分别为10mm和80mm，高度设置为50mm，实现对10mm-80mm长度的光栅进行局部加热退火。
6.根据权利要求1所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是在底座上还设置有一对磁性光纤夹持器。
7.根据权利要求6所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是一对光纤夹持器固定在底座上部，间距150mm，其高度与电加热头加热区一致，通过磁性固定光纤。
8.根据权利要求2所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是在底座上还设置有加热供电模块、温度传感控制电路模块、计时器和机械推进机构。
9.根据权利要求8所述的光纤光栅快速退火装置，其特征是加热供电模块和温度传感控制电路模块分别与加热头电极和温度传感控制器连接，机械推进机构有其驱动电路模块控制，这些功能控制模块包括计时器分别连接到单片机上，单片机与安装在底座外部的可操控液晶界面连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN108332878A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-07-27 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种光纤光栅温度传感器及制备方法 |
| CN113105107A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-13 | 广东国志激光技术有限公司 | 光纤光栅退火装置及退火方法 |
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| CN108332878B (zh) * | 2018-01-31 | 2020-09-18 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种光纤光栅温度传感器及制备方法 |
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