RU2743548C1 - Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it - Google Patents

Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it Download PDF

Info

Publication number
RU2743548C1
RU2743548C1 RU2020127399A RU2020127399A RU2743548C1 RU 2743548 C1 RU2743548 C1 RU 2743548C1 RU 2020127399 A RU2020127399 A RU 2020127399A RU 2020127399 A RU2020127399 A RU 2020127399A RU 2743548 C1 RU2743548 C1 RU 2743548C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stretching
optical fiber
fiber
stretched
control unit
Prior art date
Application number
RU2020127399A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Николаевич Миньков
Руслан Владимирович Терентьев
Артем Евгеньевич Шитиков
Николай Михайлович Лебедев
Игорь Антонович БИЛЕНКО
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий» (ООО «МЦКТ»)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий» (ООО «МЦКТ») filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий» (ООО «МЦКТ»)
Priority to RU2020127399A priority Critical patent/RU2743548C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743548C1 publication Critical patent/RU2743548C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/10—Non-chemical treatment
    • C03B37/14—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape
    • C03B37/15—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape with heat application, e.g. for making optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of photonics, micro- and nano-optics, in particular to methods and devices for obtaining stretched optical fiber, which can be used in DWDM communication, sensors based on optical fibers, in the process of generating a supercontinuum, for exciting whispering-gallery modes in optical microresonators. Said method of optical fiber adiabatic stretching includes positioning the stretched section above the heating system in the form of discrete electric heaters, fixing its ends on movable supports, controlled heating by independent supplying power to electric heaters and stretching the specified section, as well as controlling the stretching process. During heating, the electric heaters are periodically swung along the stretched section of the optic fiber at a speed not exceeding 3 mm / s2 and a rotational acceleration of at least 1 mm / s2, and during the control, the current geometry of the optic fiber stretched section is determined and, in case of sagging, the swing amplitude is increased and / or the power supplied to the electric heaters is reduced. The optical fiber stretching device contains a common base whereon two movable supports with clamps are installed, at least one of which is equipped with a strain sensor that provides the ability to measure the optical fiber tension, a heating system with a positioning unit located between the specified supports, and a stretching control system with a control unit connected to movable supports and the strain sensor. The heating system is formed by glow plugs independently connected to the control unit and mounted on a single positioning unit in the form of a motorized feed, which is also connected to the control unit and is configured to periodically swing the plugs along the stretched section of the optic fiber.
EFFECT: improved quality of obtained stretched sections of the optical fiber and repeatability of their specified characteristics.
10 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области фотоники, микро- и нанооптики, а именно, к способам и устройствам для получения растянутого оптического волокна, которое может быть использовано в DWDM коммуникации, сенсорах на основе оптических волокон, в процессе генерации суперконтинуума, для возбуждения мод типа шепчущей галереи в оптических микрорезонаторах, а также для других целей.The invention relates to the field of photonics, micro- and nano-optics, namely, to methods and devices for obtaining stretched optical fiber, which can be used in DWDM communication, sensors based on optical fibers, in the process of generating a supercontinuum, for exciting modes such as a whispering gallery in optical microcavities, as well as for other purposes.

Из уровня техники известны различные способы изготовления растянутых оптических световодов за счёт достижения температуры их размягчения (см., например, Hoffman J.E., Ravets S., Grover J.A., Solano P., Kordell P.R.,Wong-Campos J.D., Orozco L.A., Rolston S.L. Ultrahigh transmission optical nanofibers // Aip Advances. 2014. V. 4. Р. 1–16; F. Warken, Ultra thin glass fibers as a tool for coupling light and matter, Ph.D. thesis, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universitat, 2007), описывающие также необходимые требования к конструкциям устройств для их осуществления, наиболее часто используемыми нагревательными системами в которых являются пламя водородно-кислородной горелки и электронагревательные элементы различной конструкции.From the prior art, various methods of manufacturing stretched optical fibers by reaching their softening temperature are known (see, for example, Hoffman JE, Ravets S., Grover JA, Solano P., Kordell PR, Wong-Campos JD, Orozco LA, Rolston SL Ultrahigh transmission optical nano fi bers // Aip Advances. 2014. V. 4. P. 1–16; F. Warken, Ultra thin glass fibers as a tool for coupling light and matter, Ph.D. thesis, Rheinische Friedrich-Wilhelms Universitat, 2007 ), which also describe the necessary requirements for the design of devices for their implementation, the most frequently used heating systems in which are the flame of a hydrogen-oxygen burner and electric heating elements of various designs.

В частности, из уровня техники известно использование для размягчения оптоволокна миниатюрного монолитного электрического нагревателя со стабильной зоной нагрева, образованной раскаленной трубкой, вдоль оси которой располагается растягиваемый участок (см. Ding L., Belacel C., Ducci S., Leo G., Favero I. Ultra-low loss single-mode silica tapers manufactured by a microheater. // Applied Optics. 2010. 49. DOI: 10.1364/AO.49.002441). Особенностью такого подхода является формирование протяженной зоны равномерного нагрева, что позволяет достигнуть однородного прогрева и высокого качества растяжения до крайне малых толщин. Однако, существенным недостатком такого нагревательного элемента является сложная процедура извлечения растянутого оптического волокна из нагревательной трубки, при которой велика вероятность его повреждения. Кроме того, для создания подобных нагревателей необходима жаропрочная керамика высокой чистоты и стоимость таких нагревателей очень велика (более 1000 долларов США за единицу), а срок службы ограничен.In particular, it is known from the prior art to use for softening optical fibers a miniature monolithic electric heater with a stable heating zone formed by an incandescent tube along the axis of which a stretched section is located (see Ding L., Belacel C., Ducci S., Leo G., Favero I. Ultra-low loss single-mode silica tapers manufactured by a microheater. // Applied Optics. 2010.49. DOI: 10.1364 / AO.49.002441). A feature of this approach is the formation of an extended zone of uniform heating, which makes it possible to achieve uniform heating and high quality stretching to extremely small thicknesses. However, a significant drawback of such a heating element is the complicated procedure for removing the stretched optical fiber from the heating tube, in which it is highly likely to be damaged. In addition, to create such heaters, high-purity refractory ceramics are required and the cost of such heaters is very high (more than 1000 US dollars per unit), and their service life is limited.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ растяжения оптоволокна, включающий расположение растягиваемого участка над нагревательной системой в виде дискретных электронагревателей, фиксацию его концов на подвижных опорах, управляемый нагрев путём независимой подачи мощности на электронагреватели и растяжение указанного участка, а также контроль процесса растяжения (см. патент US2020102242, кл. C03B 37/028, опубл. 02.04.2020). Основным недостатком известного способа является относительно невысокое качество получаемых растянутых участков, обусловленное неравномерностью их нагрева в процессе растяжения.The closest in technical essence to the claimed method is a method of stretching an optical fiber, including the location of the stretched section above the heating system in the form of discrete electric heaters, fixing its ends on movable supports, controlled heating by independently supplying power to the electric heaters and stretching the specified section, as well as controlling the stretching process (see patent US2020102242, class C03B 37/028, publ. 02.04.2020). The main disadvantage of the known method is the relatively low quality of the resulting stretched sections, due to the unevenness of their heating during stretching.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению в части устройства является устройство растяжения оптоволокна, содержащее общее основание, на котором установлены две подвижные опоры с зажимами, по крайней мере, один из которых оснащён тензометрическим датчиком, обеспечивающим возможность измерения натяжения оптоволокна, расположенную между указанными опорами нагревательную систему с узлом позиционирования, а также систему контроля вытяжения с блоком управления, соединенным с подвижными опорами и тензометрическим датчиком (см. патент RU2645040, кл. C03B 37/15, опубл. 15.02.2018). В указанном устройстве нагревательная система выполнена на базе кислородно-водородной горелки, что позволяет легко получать необходимую температуру для размягчения материала волокна (для кварцевого волокна - около 1400°С). Однако, общим недостатком таких устройств является трудность подбора оптимальных условий растяжения, необходимость использования газов высокой степени чистоты для получения высокого пропускания, а также высокие требования к безопасности ввиду использования легковоспламеняющегося водорода. Пламя горелки обладает сильной неравномерностью теплового потока, которая может быть снижена только за счёт применения дорогостоящих прецизионных регуляторов потока подводимых газов и системы обратной связи. Кроме этого, тепловое поле, создаваемое горелкой, обладает очень сильной пространственной неоднородностью, что, в конечном счете, негативно сказывается на воспроизводимости результатов.The closest in technical essence to the claimed invention in terms of the device is an optical fiber stretching device containing a common base on which two movable supports with clamps are installed, at least one of which is equipped with a strain gauge that provides the ability to measure the tension of the optical fiber located between the said supports a heating system with a positioning unit, as well as a traction control system with a control unit connected to movable supports and a strain gauge (see patent RU2645040, class C03B 37/15, publ. 15.02.2018). In the specified device, the heating system is made on the basis of an oxygen-hydrogen burner, which makes it easy to obtain the required temperature for softening the fiber material (for quartz fiber - about 1400 ° C). However, a common disadvantage of such devices is the difficulty in selecting the optimal stretching conditions, the need to use high-purity gases to obtain high transmission, as well as high safety requirements due to the use of flammable hydrogen. The burner flame has a strong uneven heat flow, which can be reduced only through the use of expensive precision regulators of the flow of supplied gases and a feedback system. In addition, the thermal field generated by the burner has a very strong spatial inhomogeneity, which ultimately negatively affects the reproducibility of the results.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание надежного, безопасного и экономичного способа, а также устройства для его осуществления, обеспечивающих возможность формирования стабильного теплового поля с заданным распределением температуры вдоль оси волокна и возможностью автоматического управления этим распределением в процессе вытяжения для получения заданного произвольного профиля растянутого участка. Технический результат заключается в повышении качества полученных растянутых участков оптоволокна и повторяемости их заданных характеристик.A technical problem is the elimination of these drawbacks and the creation of a reliable, safe and economical method, as well as a device for its implementation, providing the possibility of forming a stable thermal field with a given temperature distribution along the fiber axis and the possibility of automatically controlling this distribution during stretching to obtain a given arbitrary profile of the stretched plot. The technical result consists in improving the quality of the obtained stretched sections of the optical fiber and the repeatability of their specified characteristics.

Поставленная проблема решается, а технический результат достигается в части способа тем, что в способе адиабатического растяжения оптоволокна, включающем расположение растягиваемого участка над нагревательной системой в виде дискретных электронагревателей, фиксацию его концов на подвижных опорах, управляемый нагрев путём независимой подачи мощности на электронагреватели и растяжение указанного участка, а также контроль процесса растяжения, в ходе нагрева осуществляют периодическое качание электронагревателей вдоль растягиваемого участка оптоволокна со скоростью не менее 1 мм/с и поворотным ускорением не менее 1 мм/с2, а в ходе контроля определяют текущую геометрию растягиваемого участка оптоволокна и, в случае обнаружения провисания, увеличивают амплитуду качания и/или уменьшают мощность, подаваемую на электронагреватели. Качание электронагревателей предпочтительно осуществляют синхронно и синфазно, а амплитуду качания изменяют в диапазоне от 1 до 3 мм.The problem posed is solved, and the technical result is achieved in part of the method by the fact that in the method of adiabatic stretching of the optical fiber, including the arrangement of the stretched section above the heating system in the form of discrete electric heaters, fixing its ends on movable supports, controlled heating by independently supplying power to the electric heaters and stretching the specified section, as well as control of the stretching process, during heating, the electric heaters are periodically rocked along the stretched section of the fiber at a speed of at least 1 mm / s and a rotational acceleration of at least 1 mm / s 2 , and during the control, the current geometry of the stretched section of the optical fiber is determined and, if sagging is detected, increase the swing amplitude and / or decrease the power supplied to the electric heaters. The swing of the electric heaters is preferably carried out synchronously and in phase, and the swing amplitude is varied in the range from 1 to 3 mm.

Поставленная проблема решается, а технический результат достигается в части устройства тем, что в устройстве растяжения оптоволокна, содержащем общее основание, на котором установлены две подвижные опоры с зажимами, по крайней мере, один из которых оснащён тензометрическим датчиком, обеспечивающим возможность измерения натяжения оптоволокна, расположенную между указанными опорами нагревательную систему с узлом позиционирования, а также систему контроля вытяжения с блоком управления, соединенным с подвижными опорами и тензометрическим датчиком, нагревательная система образована, по меньшей мере, тремя свечами накаливания, независимо подключенными к блоку управления и установленными на едином узле позиционирования в виде моторизированной подачи, которая также подключена к блоку управления и выполнена с возможностью периодического качания свечей вдоль растягиваемого участка оптоволокна. В устройстве предпочтительно используют свечи накаливания дизельного двигателя с керамическим покрытием, а подвижные опоры снабжают шаговыми электродвигателями. Система контроля вытяжения предпочтительно оборудована элементами машинного зрения, обеспечивающими возможность идентификации геометрии волокна и передачи полученных данных в блок управления, а также, по меньшей мере, одним датчиком температуры, обеспечивающим возможность передачи полученных данных в блок управления. Датчики температуры могут быть установлены напротив каждого нагревательного элемента. Один торец оптоволокна предпочтительно подведен к источнику лазерного излучения, а другой — к фотодетектору, подключенному к блоку управления.The problem is solved, and the technical result is achieved in the part of the device by the fact that in the fiber stretching device containing a common base, on which two movable supports with clamps are installed, at least one of which is equipped with a strain gauge sensor that provides the ability to measure the fiber tension, located between these supports, a heating system with a positioning unit, as well as a stretching control system with a control unit connected to movable supports and a strain gauge sensor, the heating system is formed by at least three glow plugs independently connected to the control unit and installed on a single positioning unit in in the form of a motorized feed, which is also connected to the control unit and is made with the possibility of periodically swinging the candles along the stretched section of the optical fiber. The device preferably uses a ceramic coated diesel glow plug and the movable bearings are provided with stepper motors. The stretching control system is preferably equipped with machine vision elements that enable the identification of the fiber geometry and transmission of the obtained data to the control unit, as well as at least one temperature sensor that enables the transmission of the obtained data to the control unit. Temperature sensors can be installed opposite each heating element. One end of the optical fiber is preferably connected to a laser source, and the other to a photodetector connected to the control unit.

На чертеже представлена общая схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ.The drawing shows a general diagram of the proposed device that implements the proposed method.

Для осуществления адиабатического растяжения оптоволокна используют устройство, содержащее общее основание в виде массивной металлической монтажной плиты 1, две подвижные опоры, нагревательную систему с узлом позиционирования, а также систему контроля вытяжения с блоком управления (на чертеже не показан). Подвижные опоры образованы полками 2, установленными с возможностью горизонтального перемещения посредством шаговых электродвигателей 3 со скоростью 0,12-0,2 мм/с. Применение прецизионных двигателей 3 значительно увеличивает повторяемость процесса растяжения. На полках закреплены зажимы 4, фиксирующие концы растягиваемого участка оптоволокна. Один из зажимов 4 (или оба) оснащён тензометрическим датчиком 5 с усилителем, что обеспечивает возможность измерения натяжения оптоволокна.To carry out adiabatic stretching of an optical fiber, a device is used containing a common base in the form of a massive metal mounting plate 1, two movable supports, a heating system with a positioning unit, and a stretching control system with a control unit (not shown in the drawing). The movable supports are formed by shelves 2, installed with the possibility of horizontal movement by means of stepper motors 3 at a speed of 0.12-0.2 mm / s. The use of precision motors 3 significantly increases the repeatability of the stretching process. Clips 4 are fixed on the shelves, fixing the ends of the stretched section of the fiber. One of the clamps 4 (or both) is equipped with a strain gauge sensor 5 with an amplifier, which makes it possible to measure the tension of the optical fiber.

Нагревательная система образована тремя или более дискретными электронагревателями: свечами 6 накаливания для дизельного двигателя NGK CZ261 с рабочим напряжением 12 В, которые установлены на едином узле позиционирования в виде откидной моторизированной подачи 7. Свечи 6 накаливания характеризуются высокой максимальной температурой нагревателя, простотой и удобством в эксплуатации. Следует применять именно свечи с керамическим покрытием, поскольку свечи с металлическим наконечником имеют ограниченный диапазон температур и не позволяют достичь температуры размягчения материала оптического волокна. Моторизированная подача 7 выполнена с возможностью периодического качания свечей 6 вдоль растягиваемого участка оптоволокна.The heating system is formed by three or more discrete electric heaters: 6 glow plugs for the NGK CZ261 diesel engine with an operating voltage of 12 V, which are installed on a single positioning unit in the form of a hinged motorized feed 7. Glow plugs 6 are characterized by a high maximum heater temperature, simplicity and ease of use ... Ceramic-coated candles should be used, since metal-tipped candles have a limited temperature range and do not allow the softening temperature of the optical fiber material to be reached. The motorized feed 7 is made with the possibility of periodically swinging the candles 6 along the stretched section of the optical fiber.

Система контроля образована элементами машинного зрения (на чертежах не показаны), обеспечивающими возможность идентификации геометрии волокна (в частности, провисания) и датчиками 8 температуры в виде инфракрасных фотодиодов, расположенных напротив каждой свечи 6. Контроль пропускания осуществлялся при помощи лазерного диода с длиной волны 1550 нм, подведённого к одному торцу оптоволокна, и фотодетектора, подведённому к противоположному торцу.The control system is formed by machine vision elements (not shown in the drawings), which make it possible to identify the fiber geometry (in particular, sagging) and temperature sensors 8 in the form of infrared photodiodes located opposite each candle 6. Transmission control was carried out using a laser diode with a wavelength of 1550 nm, connected to one end of the fiber, and a photodetector, connected to the opposite end.

Фотодетектор, ИК-датчики 8, моторизированная подача 7, каждая свеча 6, тензорометрический датчик 5, а также электродвигатели 3 подключены к блоку управления (например, компьютеру), задающему режим работы установки и контролирующему процесс натяжения. Управление осуществляется с помощью специально разработанного программного обеспечения, позволяющего в автоматическом режиме контролировать основные параметры процесса растяжения - натяжение, температуру свечей и пропускание. На основе анализа сигналов датчиков 5, 8, а также заданного профиля растянутой части оптического волокна производится регулировка подводимой к свечам 6 мощности и режима качания моторизированной подачи 7. Благодаря распознаванию профиля оптоволокна с помощью машинного зрения, скорость подачи 7 может быть отрегулирована таким образом, чтобы избежать провисов и уменьшения коэффициента пропускания. Предложенная конструкция позволяет автоматизировать процесс, чтобы добиться наилучшей повторяемости формы и характеристик растягиваемых участков оптоволокна.A photo detector, 8 IR sensors, a motorized feed 7, each candle 6, a tensorometric sensor 5, as well as electric motors 3 are connected to a control unit (for example, a computer) that sets the operating mode of the installation and controls the tension process. The control is carried out using specially developed software that allows automatic control of the main parameters of the stretching process - tension, temperature of the plugs and transmission. Based on the analysis of the signals from the sensors 5, 8, as well as the specified profile of the stretched part of the optical fiber, the power supplied to the candles 6 and the rocking mode of the motorized feed 7 are adjusted. Due to the recognition of the optical fiber profile using machine vision, the feed rate 7 can be adjusted so that avoid sag and decrease in transmittance. The proposed design makes it possible to automate the process to achieve the best shape repeatability and characteristics of the stretched fiber sections.

Совокупность предлагаемых особенностей (применение новой разновидности нагревателей, применение распределенного нагрева несколькими неподвижными электронагревательными элементами, независимое управление температурой нагревательных элементов в процессе вытяжения на основе сигналов датчиков температуры и натяжения, применение современных технологий машинного зрения), позволяет гибко варьировать параметры растяжения (длину и толщину перетяжки, форму растянутой части), добиться высоких показателей пропускания и обеспечивают высокую воспроизводимость результатов при низкой себестоимости. Кроме того, описанное выполнение систем нагрева и контроля позволяет за счёт формирования адаптивного распределенного теплового поля поддерживать адиабатический процесс растяжения.The combination of the proposed features (the use of a new type of heaters, the use of distributed heating by several stationary electric heating elements, independent control of the temperature of the heating elements during the stretching process based on signals from the temperature and tension sensors, the use of modern machine vision technologies) allows flexible variation of the stretching parameters (length and thickness of the waist , the shape of the stretched part), to achieve high transmission rates and provide high reproducibility of results at a low cost. In addition, the described implementation of heating and control systems allows, due to the formation of an adaptive distributed thermal field, to maintain an adiabatic stretching process.

Оптоволокно растягивают следующим образом.The fiber is stretched as follows.

Подготовка образца для растяжения включает в себя припайку коннекторов к растягиваемому участку оптического волокна SMF28 и очистку растягиваемого участка от пластиковой оболочки. Готовый образец располагают над нагревательной системой и фиксируют его концы в зажимах 4, после чего очищают участок от пыли и остатков пластиковой оболочки: растягиваемый участок несколько раз протирают салфеткой, смоченной сначала ацетоном, а затем метанолом. Соблюдение специальной процедуры очистки растягиваемого участка и правильная юстировка (максимальная соосность зажимов 4) способствуют получению высокого уровня пропускания растянутого световода. Для получения температуры размягчения оптоволокна свечи 6 с помощью моторизированной подачи 7 подводят на расстояние 0,5 мм к волокну и устанавливают напряжение на свечах 6 равным 27-28 В. После прогрева свечей 6 в течение 10-20°с через блок управления запускают программу управления током каждой свечи по заданному закону, а затем запускают шаговые двигатели 3 и моторизированную подачу 7 качания свечей.Sample preparation for stretching involves soldering the connectors to the stretch section of the SMF28 optical fiber and cleaning the stretch section from the plastic sheath. The finished sample is placed above the heating system and its ends are fixed in clamps 4, after which the area is cleaned from dust and remnants of the plastic shell: the stretched area is wiped several times with a napkin moistened first with acetone and then with methanol. Compliance with a special cleaning procedure for the stretched section and correct alignment (maximum alignment of the clamps 4) contribute to obtaining a high level of transmission of the stretched fiber. To obtain the softening temperature of the optical fiber, candles 6 are fed with a motorized feed 7 to a distance of 0.5 mm to the fiber and the voltage across the candles 6 is set equal to 27-28 V. After heating the candles 6 for 10-20 ° s, a control program is started through the control unit current of each candle according to a given law, and then the stepper motors 3 and the motorized feed 7 of the swing of the candles are started.

С целью приближения процесса вытягивания к адиабатическому осуществляют перемещение (качание) свечей 6 вдоль поверхности растягиваемого волокна. С помощью программного обеспечения через блок управления регулируют амплитуду перемещения относительно нулевой точки, скорость и ускорение подачи. С целью достижения адиабатического растяжения используют следующий алгоритм: при запуске шаговых двигателей 3 одновременно запускают качание подачи 7 со скоростью не менее 1 мм/с и поворотным ускорением не менее 1 мм/с2 (более медленное перемещение и длительная смена направления неизбежно приводят к локальному перегреву растягиваемого волокна на концах области перетяжки и существенно искажают его форму). За счёт установки на единой подаче 7 качание свечей 6 происходит синхронно и синфазно. Величину амплитуды перемещения устанавливают равной 1 мм в начале растяжения, и постепенно увеличивают в процессе растяжения до 2 мм. Если при помощи системы машинного зрения фиксируют начало провисания оптоволокна, амплитуду перемещения автоматически увеличивают на 0.1 мм, что приводит к снижению плотности теплового поля нагревательного элемента и (при постоянной скорости шаговых двигателей 3) к восстановлению формы растянутого участка. При сильном и быстром провисании дополнительно к этому снижают мощность, подводимую к свечам 6.In order to bring the stretching process closer to the adiabatic one, the candles 6 are moved (rocked) along the surface of the stretched fiber. With the help of software, through the control unit, the amplitude of movement relative to the zero point, the speed and acceleration of the feed are controlled. In order to achieve adiabatic stretching, the following algorithm is used: when the stepper motors 3 are started, feed 7 is simultaneously started swinging at a speed of at least 1 mm / s and a rotary acceleration of at least 1 mm / s 2 (slower movement and prolonged change of direction inevitably lead to local overheating stretched fiber at the ends of the constriction region and significantly distort its shape). Due to the installation on a single feed 7, the swing of the candles 6 occurs synchronously and in phase. The magnitude of the displacement amplitude is set equal to 1 mm at the beginning of stretching, and gradually increased during stretching to 2 mm. If the beginning of the optical fiber sagging is detected using the machine vision system, the displacement amplitude is automatically increased by 0.1 mm, which leads to a decrease in the thermal field density of the heating element and (at a constant speed of stepper motors 3) to the restoration of the shape of the stretched section. With a strong and fast sagging, in addition to this, the power supplied to the candles is reduced 6.

После достижения требуемой толщины оптоволокна одновременно с отключением питания свечей 6 останавливают шаговые двигатели 3. После этого в держатель, закрепленный на одной полке 2 со свечами 6, вставляют оправку для вклеивания волокна, которую подводят под растянутый участок. Растянутый участок оптоволокна, при необходимости (в случае его заметной кривизны), дотягивают со скоростью 0,002 мм/с, после чего вклеивают в оправку при помощи светоотверждаеваемого клея.After reaching the required thickness of the optical fiber simultaneously with turning off the power of the candles 6, the stepper motors 3 are stopped. After that, a mandrel is inserted into the holder fixed on the same shelf 2 with the candles 6, which is fed under the stretched section. The stretched section of the optical fiber, if necessary (in the case of its noticeable curvature), is pulled at a speed of 0.002 mm / s, after which it is glued into the mandrel using light-curing glue.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно упростить изготовление качественных образцов с повторяемыми характеристиками. Свечи 6 накаливания обеспечивают достаточную температуру для размягчения волокна, которая легко изменяется при изменении тока, обладают высокой стабильностью, не создают дополнительных загрязнений, они легко доступны (рыночная стоимость не превышает 300 рублей), а их размеры не препятствуют установке и снятию оптоволокна. Возможность их размещения на качающейся подаче 7 вблизи нагреваемого участка и варьирования температуры независимо каждой отдельной свечи 6 непосредственно в процессе растяжения позволяет формировать любой желаемый профиль оптоволокна без дополнительных перемещений нагревательной системы. Жесткая конструкция с электроуправлением и автоматизация с помощью треккинга профиля волокна для контроля провисания обеспечивают высокую воспроизводимость результатов. The proposed invention makes it possible to significantly simplify the production of high-quality samples with repeatable characteristics. Glow plugs 6 provide a sufficient temperature to soften the fiber, which easily changes with changing current, are highly stable, do not create additional pollution, they are readily available (market value does not exceed 300 rubles), and their size does not interfere with the installation and removal of fiber. The possibility of placing them on a swinging feed 7 near the heated area and varying the temperature independently of each individual candle 6 directly in the stretching process allows you to form any desired fiber profile without additional movements of the heating system. Electrically controlled rigid construction and automation with fiber profile tracking for sag control provide high reproducibility.

В результате применения предлагаемого изобретения:As a result of the application of the proposed invention:

- Повышается качество получаемых волокон, а именно: диаметр вплоть до субмикронных размеров и пропускание до 90%.- The quality of the resulting fibers is improved, namely: diameter down to submicron sizes and transmission up to 90%.

- Существенно повышается воспроизводимость размеров и формы получаемых волокон.- The reproducibility of the size and shape of the resulting fibers is significantly increased.

- Появляется возможность получать заданную форму профиля растянутой части оптического волокна, что важно для некоторых его применений, в частности, для создания оптических сенсоров и дифракционных решеток на основе растянутого оптического волокна.- It becomes possible to obtain a given profile shape of the stretched part of an optical fiber, which is important for some of its applications, in particular, for the creation of optical sensors and diffraction gratings based on a stretched optical fiber.

- Существенно снижается себестоимость растянутых волокон по сравнению с использованием прецизионных нагревателей.- The cost of stretched fibers is significantly reduced compared to the use of precision heaters.

- Существенно повышается безопасность при работе с установкой (по сравнению с использованием нагревателей на основе водородно-кислородной горелки).- The safety when working with the unit is significantly increased (in comparison with the use of heaters based on a hydrogen-oxygen burner).

В результате практической реализации предлагаемого изобретения были получены растянутые волокна с толщиной перетяжки 1 мкм и длиной перетяжки 5-7 мм, при этом пропускание растянутых образцов волокна достигало 90%.As a result of the practical implementation of the invention, stretched fibers with a waist thickness of 1 μm and a waist length of 5-7 mm were obtained, while the transmission of stretched fiber samples reached 90%.

Claims (10)

1. Способ адиабатического растяжения оптоволокна, включающий расположение растягиваемого участка над нагревательной системой в виде дискретных электронагревателей, фиксацию его концов на подвижных опорах, управляемый нагрев путем независимой подачи мощности на электронагреватели и растяжение указанного участка, а также контроль процесса растяжения, отличающийся тем, что в ходе нагрева осуществляют периодическое качание электронагревателей вдоль растягиваемого участка оптоволокна со скоростью не более 3 мм/с и поворотным ускорением не менее 1 мм/с2, а в ходе контроля определяют текущую геометрию растягиваемого участка оптоволокна и, в случае обнаружения провисания, увеличивают амплитуду качания и/или уменьшают мощность, подаваемую на электронагреватели.1. The method of adiabatic stretching of an optical fiber, including the location of the stretched section above the heating system in the form of discrete electric heaters, fixing its ends on movable supports, controlled heating by independently supplying power to the electric heaters and stretching the specified section, as well as control of the stretching process, characterized in that in during heating, the electric heaters are periodically rocked along the stretched section of the fiber at a speed of no more than 3 mm / s and a rotational acceleration of at least 1 mm / s 2 , and during the control, the current geometry of the stretched section of the fiber is determined and, if sagging is detected, the swing amplitude is increased and / or reduce the power supplied to the electric heaters. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что качание электронагревателей осуществляют синхронно и синфазно.2. The method according to claim 1, characterized in that the rocking of the electric heaters is carried out synchronously and in phase. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что амплитуду качания изменяют в диапазоне от 1 до 3 мм.3. The method according to claim 1, characterized in that the swing amplitude is varied in the range from 1 to 3 mm. 4. Устройство растяжения оптоволокна, содержащее общее основание, на котором установлены две подвижные опоры с зажимами, по крайней мере один из которых оснащен тензометрическим датчиком, обеспечивающим возможность измерения натяжения оптоволокна, расположенную между указанными опорами нагревательную систему с узлом позиционирования, а также систему контроля вытяжения с блоком управления, соединенным с подвижными опорами и тензометрическим датчиком, отличающееся тем, что нагревательная система образована по меньшей мере тремя свечами накаливания, независимо подключенными к блоку управления и установленными на едином узле позиционирования в виде моторизированной подачи, которая также подключена к блоку управления и выполнена с возможностью периодического качания свечей вдоль растягиваемого участка оптоволокна.4. An optical fiber stretching device containing a common base on which two movable supports with clamps are installed, at least one of which is equipped with a strain gauge sensor that provides the ability to measure the optical fiber tension, a heating system with a positioning unit located between these supports, and a stretching control system with a control unit connected to movable supports and a strain gauge, characterized in that the heating system is formed by at least three glow plugs independently connected to the control unit and mounted on a single positioning unit in the form of a motorized feed, which is also connected to the control unit and is made with the possibility of periodically swinging the candles along the stretched section of the fiber. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что используют свечи накаливания дизельного двигателя с керамическим покрытием.5. The device according to claim 4, characterized in that a ceramic coated diesel engine glow plug is used. 6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что подвижные опоры снабжены шаговыми электродвигателями.6. The device according to claim. 4, characterized in that the movable supports are equipped with stepper motors. 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что система контроля вытяжения оборудована элементами машинного зрения, обеспечивающими возможность идентификации геометрии волокна и передачи полученных данных в блок управления.7. The device according to claim 4, characterized in that the traction control system is equipped with machine vision elements that enable identification of the fiber geometry and transmission of the obtained data to the control unit. 8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что система контроля вытяжения оборудована по меньшей мере одним датчиком температуры, обеспечивающим возможность передачи полученных данных в блок управления.8. The device according to claim. 4, characterized in that the traction control system is equipped with at least one temperature sensor that allows the received data to be transmitted to the control unit. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что датчики температуры установлены напротив каждого нагревательного элемента.9. A device according to claim 8, characterized in that temperature sensors are installed opposite each heating element. 10. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что один торец оптоволокна подведен к источнику лазерного излучения, а другой - к фотодетектору, подключенному к блоку управления.10. The device according to claim. 4, characterized in that one end of the optical fiber is supplied to the laser radiation source, and the other to the photodetector connected to the control unit.
RU2020127399A 2020-08-17 2020-08-17 Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it RU2743548C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127399A RU2743548C1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127399A RU2743548C1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743548C1 true RU2743548C1 (en) 2021-02-19

Family

ID=74666328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127399A RU2743548C1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743548C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2825755C1 (en) * 2023-05-04 2024-08-29 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" Method for drawing sub-long-wave optical fibre and device for implementation thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2154812C2 (en) * 1998-06-01 2000-08-20 Чостковский Борис Константинович Device measuring tension of drawing of optical fiber
US20150177732A1 (en) * 2012-03-06 2015-06-25 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Method of manufacturing optical fibers, tapered optical fibers and devices thereof
RU2645040C1 (en) * 2017-04-12 2018-02-15 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Optical fibre pulling apparatus
US20180051389A1 (en) * 2015-03-25 2018-02-22 Shasta Crystals, Inc. Apparatuses and methods for producing thin crystal fibers using laser heating pedestal growth
US20200102242A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 3Sae Technologies, Inc. Self-learning fiber processing system and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2154812C2 (en) * 1998-06-01 2000-08-20 Чостковский Борис Константинович Device measuring tension of drawing of optical fiber
US20150177732A1 (en) * 2012-03-06 2015-06-25 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Method of manufacturing optical fibers, tapered optical fibers and devices thereof
US20180051389A1 (en) * 2015-03-25 2018-02-22 Shasta Crystals, Inc. Apparatuses and methods for producing thin crystal fibers using laser heating pedestal growth
RU2645040C1 (en) * 2017-04-12 2018-02-15 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Optical fibre pulling apparatus
US20200102242A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 3Sae Technologies, Inc. Self-learning fiber processing system and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2825755C1 (en) * 2023-05-04 2024-08-29 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" Method for drawing sub-long-wave optical fibre and device for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU704668B2 (en) Tunable optical coupler using photosensitive glass
CA1308911C (en) Fabrication of fibre optic components
US9328012B2 (en) Glass base material elongating method
CN215769128U (en) Optical system
US20050126227A1 (en) Process for determining the drawing tension in the manufacturing of an optical fibre
JPH03182704A (en) Passive optical part and manufacture thereof
RU2743548C1 (en) Method of adiabatic stretching of optic fiber and device for implementing it
CA2061516C (en) Method of producing optical-fiber coupler
JP3812357B2 (en) Optical fiber preform stretching method and stretching apparatus
AU631251B2 (en) Fabrication of fused fibre devices
CA2077197C (en) Method of manufacturing an optical fibre
EP0530917B1 (en) Method of manufacturing an optical fibre
JP2918585B2 (en) Optical fiber coupler manufacturing equipment
JP2000247664A (en) Method drawing glass preform and apparatus for drawing the same
JPH02118606A (en) Manufacture of fiber type coupler
RU2825755C1 (en) Method for drawing sub-long-wave optical fibre and device for implementation thereof
JP4056778B2 (en) Manufacturing method of optical fiber preform
GB2136985A (en) Fabricating couplers in optical fibres by fusing
JP3462021B2 (en) Fiber type optical coupler manufacturing equipment
JP3753993B2 (en) System and method for low loss connection of an optical fiber having a high concentration of fluorine to another type of optical fiber
KR100365775B1 (en) Regulating device for inner pressure of optical fiber preform
JP2004239966A (en) Optical fiber coupler, and manufacturing method and manufacturing equipment therefor
JP2004012697A (en) Manufacturing apparatus and manufacturing method for optical coupler
JP2006096642A (en) Method and device for producing optical fiber preform
JP2003337252A (en) Method and device for manufacturing optical fiber coupler