專(zhuān)利名稱(chēng)：以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法，屬于光 纖技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化碳(CO2)激光加工技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在許多基于光纖加工的微光學(xué)器件 的制備過(guò)程中。例如制作長(zhǎng)周期光纖光柵、近場(chǎng)掃描探針和熔錐光纖等。熔錐光纖是具有 錐腰和對(duì)稱(chēng)雙錐過(guò)渡區(qū)的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在許多光學(xué)器件中得到廣泛的應(yīng)用，例如熔融光 纖定向耦合器、可調(diào)諧濾波器和光纖倐逝波傳感器等。熔錐光纖一般是由光纖通過(guò)熔融拉錐技術(shù)來(lái)制作的。它是利用熱源，將一段除去 保護(hù)層的光纖進(jìn)行加熱，使其熔融，同時(shí)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)固定光纖的夾具，使其向兩側(cè)拉伸， 最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)熔融拉錐工藝中多以氫氧焰作為熱源， 該技術(shù)相對(duì)比較成熟，性?xún)r(jià)比較高，因此是目前應(yīng)用最為普遍的熔融拉錐方法。但是該技術(shù) 易受周?chē)h(huán)境的影響，火焰溫度的變化將引起錐腰半徑的非均勻性，同時(shí)由于熱源面積大，會(huì) 導(dǎo)致熔錐型器件的精度受到一定的限制。1997年，Hirohisa Yokota等人提出在CO2激光對(duì) 光纖進(jìn)行加熱時(shí)會(huì)有自約束效應(yīng)(self-regulating effect),即一定功率條件下，光纖被拉 細(xì)到一定的直徑后，光纖不能夠吸收足夠的熱量使其熔融，若此時(shí)不加大激光功率光纖就不 能繼續(xù)變細(xì)，這是火焰加熱熔錐方法所不具備的特性，該特性精確控制熔錐光纖的錐腰半徑 十分有利。此后，基于CO2激光的熔錐光纖的制作方法得到了人們的廣泛關(guān)注。Timothy E Dimmick等人1999年在《APPLIED OPTICS》第33期第38卷發(fā)表了篇名為Carbon dioxide laser fabrication of fused-fiber couplers and tapers 的文章,第一次提出禾丨J用二氧化 碳激光熔拉錐的裝置并且制作出了熔錐光纖和熔錐型耦合器。該裝置采用掃描振鏡的方法 使激光束沿光纖不停掃描，在掃描加熱光纖的同時(shí)拉制熔錐光纖。該技術(shù)有望對(duì)火焰法工藝 條件下，器件易產(chǎn)生耦合區(qū)析晶、錐區(qū)微裂紋等流變?nèi)毕輪?wèn)題加以改善。通過(guò)查閱文獻(xiàn)可以發(fā) 現(xiàn)①現(xiàn)有的《)2激光作為熱源熔融拉錐方法中，設(shè)備顯得比較復(fù)雜；③所用激光光斑直徑達(dá) 到幾百微米(或者更大)，如果要達(dá)到光纖的熔點(diǎn)(1800攝氏度左右)需要選用大功率(20瓦或 者更大)的激光器，這樣導(dǎo)致能耗比較高選用的激光多為連續(xù)光，更不利于克服振鏡的滯 后性(在實(shí)際掃描過(guò)程中，掃描振鏡存在一定的滯后性，即，當(dāng)振鏡移動(dòng)到掃描區(qū)域的左右兩 端時(shí)，振鏡的加速度瞬間消失，而此時(shí)激光束并沒(méi)有停止，這樣就導(dǎo)致在熱區(qū)的邊緣形成激光 密集區(qū)，產(chǎn)生過(guò)高的溫度，甚至對(duì)光纖造成物理?yè)p傷)的影響，不利于產(chǎn)生一個(gè)較平穩(wěn)的熱區(qū) 范圍。本發(fā)明提出采用高頻脈沖CO2激光作為熱源，制作熔融拉錐光纖，該技術(shù)表現(xiàn)出許多火 焰技術(shù)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于制作高質(zhì)量的熔錐光纖具有重要價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有熔融拉錐光纖制備技術(shù)的缺陷，提供一種以高頻脈沖 CO2激光作為熱源的熔拉光纖的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是選用高頻脈沖CO2激光作為熱源，脈沖光的能 量在時(shí)域上被高度壓縮，具有很高的峰值功率，能產(chǎn)生瞬間高溫，而把脈沖激光置于高頻狀 態(tài)下工作時(shí)，這樣既能產(chǎn)生瞬間高溫又能保持持續(xù)高溫，能夠提供光纖熔融拉錐過(guò)程中所 需的持續(xù)熱量。選用的高頻脈沖(X)2激光的光斑直徑只有約50微米，小于光纖的直徑，不 能夠完全覆蓋光纖，為了在光纖上產(chǎn)生足夠大的穩(wěn)定熱區(qū)，需設(shè)計(jì)一個(gè)激光束掃描軌跡圖， 利用掃描振鏡使得激光束按照該激光束掃描軌跡圖連續(xù)掃描光纖，從而達(dá)到使光纖熔融的 目的。利用計(jì)算機(jī)設(shè)定激光掃描軌跡圖，其沿光纖軸向的距離表征了被熔融光纖的長(zhǎng) 短，而沿徑向的距離應(yīng)設(shè)置為熔錐光纖錐腰最終直徑和光斑直徑之間。該軌跡圖有十條間 隔不一樣的有向線段組成，掃描振鏡可以使激光束按照該掃描軌跡圖沿著光纖軸向方向進(jìn) 行Z字形往復(fù)掃描，發(fā)明中考慮到光纖是圓柱形的，所以設(shè)計(jì)了中間密兩邊疏的結(jié)構(gòu)，這樣 有利于光纖的吸熱均勻，采用Z字行掃描有效避免了激光束對(duì)光纖兩端的物理?yè)p傷，能夠 盡量保證熱區(qū)的均勻性。該方法的主要步驟是將光纖用剝線鉗除去涂覆層的部分光纖置于二氧化碳激光 下加熱熔融，同時(shí)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)光纖夾具向兩側(cè)拉伸，使光纖局部軟化部分(裸纖部 分)以適當(dāng)?shù)乃俣缺焕?xì)，最終在加熱區(qū)形成包含兩個(gè)對(duì)稱(chēng)過(guò)渡區(qū)和錐腰的雙錐體形狀的 特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。以下對(duì)該發(fā)明的主要步驟作進(jìn)一步詳細(xì)描述
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱 源的光纖熔融拉錐方法，操作步驟如下1)光纖的準(zhǔn)備過(guò)程，2)預(yù)熱過(guò)程，3)熔融拉錐過(guò) 程，4)封裝過(guò)程；其特征在于所述預(yù)熱過(guò)程和熔融拉錐過(guò)程中，采用高頻脈沖二氧化碳激光 器作為熱源對(duì)光纖的裸纖部分進(jìn)行加熱，即采用的激光束為高頻脈沖光，頻率為5-10千赫 茲，占空比為80%士洲，其激光光斑的直徑為50士5微米，小于裸纖部分的直徑，可近似為點(diǎn) 熱源，激光束在裸纖部分的掃描熱區(qū)可精確控制，只需0. 4W的激光功率就可使裸纖部分達(dá) 到熔融狀態(tài)；所述激光束的激光掃描軌跡圖由十條中間密兩側(cè)疏的往還線段組成，激光束 按照該激光掃描軌跡圖沿裸纖部分軸向進(jìn)行Z字型往復(fù)掃描，從而在裸纖部分上形成設(shè)定 范圍的掃描熱區(qū)，并能保證大小為400 π 士40Mm2的光纖面積始終在激光束的掃描下，從而 保證裸纖部分一直保持受熱熔融狀態(tài)，并避免裸纖部分被拉斷。上述步驟1)光纖的準(zhǔn)備過(guò)程為取一段帶有涂覆層的光纖，將光纖中間部分用剝 線鉗除去涂覆層得到一定長(zhǎng)度的裸纖部分，用酒精反復(fù)擦拭裸纖部分包層待用；調(diào)整兩個(gè) 光纖夾具之間的距離，將除去涂覆層的裸纖部分水平置于與激光束垂直的位置，先把一端 的光纖夾具夾牢，等施以一定重量的砝碼使光纖處于自然繃直狀態(tài)后，再夾牢另一光纖夾 具；光纖的一端接光源，另一端接光功率計(jì)；調(diào)整顯微鏡位置使其對(duì)準(zhǔn)裸纖部分。上述步驟2)預(yù)熱過(guò)程為把二氧化碳激光器設(shè)置為較小的功率值并啟動(dòng)，這時(shí)激 光束按照激光束掃描軌跡圖掃描在擋板上(這是因?yàn)槊}沖二氧化碳激光器的起始幾個(gè)脈沖 能量較強(qiáng)且不穩(wěn)定，直接掃描在裸纖部分上易造成物理?yè)p傷)；等待一定時(shí)間待激光束穩(wěn)定 后，啟動(dòng)Y軸步進(jìn)電機(jī)打開(kāi)擋板使激光束開(kāi)始掃描裸纖部分，調(diào)整激光束在裸纖部分所在 焦平面上的偏置參數(shù)，直至通過(guò)顯微鏡觀察到激光光斑在裸纖部分上往復(fù)連續(xù)掃描為止， 從而保證激光束對(duì)準(zhǔn)裸纖部分連續(xù)加熱；所述二氧化碳激光器的功率為較小值是指通過(guò)觀 察光功率計(jì)可看出這個(gè)過(guò)程中基本沒(méi)有產(chǎn)生光功率損耗，從而有效避免激光束對(duì)裸纖部分
5造成物理?yè)p傷；此掃描過(guò)程持續(xù)約一定時(shí)間后使擋板復(fù)位，最后關(guān)閉二氧化碳激光器，
上述步驟3)熔融拉錐過(guò)程為預(yù)熱過(guò)程完成后，設(shè)置好X軸步進(jìn)電機(jī)的分段速度和步 長(zhǎng)，迅速增大二氧化碳激光器的功率為合適值并啟動(dòng)，先使激光束按照激光束掃描軌跡圖 掃描在擋板上；等待一定時(shí)間待激光束穩(wěn)定后，先啟動(dòng)Y軸步進(jìn)電機(jī)把擋板打開(kāi)，在激光束 掃描裸纖部分的同時(shí)X軸步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定速度和步長(zhǎng)帶動(dòng)兩個(gè)光纖夾具向兩側(cè)拉伸；等 待X軸步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定速度和步長(zhǎng)走完整個(gè)拉錐長(zhǎng)度(通過(guò)調(diào)整X軸步進(jìn)電機(jī)的拉錐總 長(zhǎng)度和激光束掃描軌跡圖沿裸纖部分軸向的掃描距離可以精確控制熔錐光纖的形貌，從而 優(yōu)化熔錐光纖的光學(xué)特性)，拉錐完成。使擋板復(fù)位后關(guān)閉二氧化碳激光器。在這個(gè)過(guò)程 中，所述二氧化碳激光器的功率為合適值是指通過(guò)光功率計(jì)可記錄下達(dá)到期待的拉錐過(guò)程 中光功率隨時(shí)間變化情況圖。上述步驟4)封裝過(guò)程為拉錐結(jié)束后，可利用石英V型槽和環(huán)氧膠對(duì)熔錐光纖進(jìn) 行封裝保護(hù)。本發(fā)明與現(xiàn)在技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明充分利用了高頻脈沖二氧化碳激光的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了用其作為熱源熔融拉錐光纖 的目的，是一種高效實(shí)用的熔錐光纖制作方法。發(fā)明中已選用0.4瓦的激光功率對(duì)被熔拉 光纖進(jìn)行加熱，并成功拉制出了不同長(zhǎng)度的低損耗熔錐光纖，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)中提到的功 率值(幾十瓦)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)有
1高頻脈沖光能夠提供熔融光纖所需的持續(xù)熱量，只需要很小的功率就可以把光纖熔 融，這大大降低了激光器的能耗。2、激光束光斑直徑小于被熔光纖的直徑，可精確控制激光束使其完全作用于光纖 上，提高了激光束的利用率。脈沖光的開(kāi)關(guān)延時(shí)比較小，可有效克服掃描振鏡滯后性的影響，容易得到均勻 分布的熱區(qū)范圍，從而有利于制作低損耗的熔錐光纖。


圖1為本發(fā)明中制作熔錐光纖的裝置示意圖。圖2為本發(fā)明中光纖熔融過(guò)程中的光纖狀態(tài)圖、激光束掃描熱區(qū)范圍示意圖以及 激光掃描軌跡圖。圖3為本發(fā)明中制作熔錐光纖的主要步驟。圖4為本發(fā)明中制作熔錐光纖過(guò)程中監(jiān)測(cè)到的光功率隨時(shí)間變化情況圖。圖5為本發(fā)明中制作的熔錐光纖實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明 實(shí)施例一
參見(jiàn)圖1、圖2和圖3，以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法，操作步 驟如下1)光纖的準(zhǔn)備過(guò)程，2)預(yù)熱過(guò)程，3)熔融拉錐過(guò)程，4)封裝過(guò)程；其特征在于所述 預(yù)熱過(guò)程和熔融拉錐過(guò)程中，采用高頻脈沖二氧化碳激光器作為熱源對(duì)光纖的裸纖部分進(jìn)行加熱，即采用的激光束為高頻脈沖光，頻率為5-10千赫茲，占空比為80%士洲，其激光光 斑的直徑為50士5微米，小于裸纖部分的直徑，可近似為點(diǎn)熱源，激光束在裸纖部分的掃描 熱區(qū)可精確控制，只需0. 4W的激光功率就可使裸纖部分達(dá)到熔融狀態(tài)；所述激光束的激光 掃描軌跡圖由十條中間密兩側(cè)疏的往還線段組成，激光束按照該激光掃描軌跡圖沿裸纖部 分軸向進(jìn)行Z字型往復(fù)掃描，從而在裸纖部分上形成設(shè)定范圍的掃描熱區(qū)，并能保證大小 為400 π 士40Mm2的光纖面積始終在激光束的掃描下，從而保證裸纖部分一直保持受熱熔融 狀態(tài)，并避免裸纖部分被拉斷。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下
丨、光纖的準(zhǔn)備過(guò)程。取一段長(zhǎng)為3m的帶有涂覆層的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(5)，將其中間部分 用剝線鉗除去涂覆層，得到一段長(zhǎng)為Icm的裸纖部分(14)，用酒精反復(fù)擦拭裸纖部分(14) 包層待用。調(diào)整兩個(gè)光纖夾具(11、12)之間的距離為8cm，將除去涂覆層的裸纖部分(14) 水平置于與激光束(10)垂直的位置，先把光纖(5) —端的光纖夾具(11)夾牢，等施以一定 重量的砝碼使光纖(5)處于自然繃直狀態(tài)后，再夾牢另一光纖夾具(12)。光纖(5)的一端連 接1550nm光源(6)，另一端連接光功率計(jì)(7)，以監(jiān)控整個(gè)加工過(guò)程。同時(shí)調(diào)整顯微鏡(8) 使其對(duì)準(zhǔn)裸纖部分(14)。2、預(yù)熱過(guò)程。把二氧化碳激光器(2)的功率設(shè)置為0.2W并啟動(dòng)，這時(shí)激光束(10) 按照激光束掃描軌跡圖(18)掃描在擋板(9)上，等待^后，啟動(dòng)Y軸步進(jìn)電機(jī)(13)打開(kāi)擋 板(9)使激光束(10)開(kāi)始掃描裸纖部分(14)，調(diào)整激光束(10)在裸纖部分(14)所在焦平 面上X和Y方向的偏移量分別為X=+0. 289mm和Y=0mm，此時(shí)用顯微鏡(8)可以觀察到激光 光斑(16)在裸纖部分(14)上往復(fù)連續(xù)掃描，從而保證激光束(10)對(duì)準(zhǔn)裸纖部分(14)連續(xù) 加熱。與此同時(shí)觀察光功率計(jì)(7)上的光功率變化情況，可以看到這個(gè)過(guò)程中基本沒(méi)有產(chǎn) 生光功率損耗。此掃描過(guò)程持續(xù)約兩分鐘后，啟動(dòng)Y軸步進(jìn)電機(jī)(13)使擋板(9)復(fù)位，最后 關(guān)閉二氧化碳激光器(2)。Ξ、熔融拉錐過(guò)程。預(yù)熱過(guò)程完成后，設(shè)置X軸步進(jìn)電機(jī)(3、4)的分段速度和步長(zhǎng) 為50Mm/s (2mm)、30Mm/s (5mm)和20Mm/s (4_)，這樣總拉錐長(zhǎng)度為11mm，總拉錐時(shí)間為 400s，熔錐光纖總長(zhǎng)為13mm。迅速增大二氧化碳激光器(2)的功率為0. 4W，并啟動(dòng)，先使激 光束(10)按照激光束掃描軌跡圖(18)掃描在擋板(9)上，等待5s，待激光束(10)穩(wěn)定后， 先啟動(dòng)Y軸步進(jìn)電機(jī)(13)使擋板(9)打開(kāi)，在激光束(10)掃描在裸纖部分(14)的同時(shí)，X 軸步進(jìn)電機(jī)(3、4)帶動(dòng)兩光纖夾具(11、12)向兩側(cè)拉伸。等步進(jìn)電機(jī)(3、4)走完設(shè)置的總 拉錐長(zhǎng)度，拉錐結(jié)束。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)光功率計(jì)(7)記錄下整個(gè)拉錐過(guò)程中光功率隨時(shí) 間變化情況圖(19)(如圖4所示)。同時(shí)通過(guò)顯微鏡(8)可以實(shí)時(shí)觀察整個(gè)拉錐過(guò)程中的 裸纖部分(14)物理變化情況(圖5為拉錐結(jié)束時(shí)的熔錐光纖(20)實(shí)例圖)。4、封裝過(guò)程。拉錐完成后，對(duì)熔錐光纖(20 )進(jìn)行封裝保護(hù)，將熔錐光纖(20 )放在 石英V型槽中，在兩端的未拉錐光纖處點(diǎn)上適量的環(huán)氧膠，用熱氣吹至褐紅色表示固化好， 封裝完成。其中步驟2、3用到的激光束掃描軌跡圖(18)的設(shè)計(jì)方法如下在計(jì)算機(jī)(1)上畫(huà) 出十條不同方向和間隔的線段，將這些線段壓縮成矩形組成激光束掃描軌跡圖(18)。該激光束掃描軌跡圖(18)沿裸纖部分(14)徑向和軸向的距離分別為30Mm和3mm，徑向?yàn)?0Mm， 遠(yuǎn)小于裸纖部分(14)的直徑125Mm，也小于激光光斑(16)的直徑50Mffl，這樣可以保證大小 約為400 π Mm2光纖面積(17)始終在激光束(10)的掃描下，裸纖部分(14)在拉到直徑小于 20Mm后仍然有激光束(10)在裸纖部分(14)上連續(xù)掃描；軸向?yàn)?mm，它直接決定裸纖部分 (14)被熔融拉錐的體積大小，適當(dāng)選擇軸向長(zhǎng)度和拉錐總長(zhǎng)度可以制作出不同形貌的熔錐 光纖(20)。 本制作熔錐光纖方法的實(shí)例，不僅工藝簡(jiǎn)單，制作成本低，而且得到了對(duì)稱(chēng)形貌的 不同長(zhǎng)度的低損耗熔錐光纖，該方法不受環(huán)境因素影響，具有很高的重復(fù)性，適合于批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法，操作步驟如下1)光 纖的準(zhǔn)備過(guò)程，2)預(yù)熱過(guò)程，3)熔融拉錐過(guò)程，4)封裝過(guò)程；其特征在于所述預(yù)熱過(guò)程和熔 融拉錐過(guò)程中，采用高頻脈沖二氧化碳激光器(2)作為熱源對(duì)光纖(5)的裸纖部分(14)進(jìn) 行加熱，即采用的激光束(10)為高頻脈沖光，頻率為5-10千赫茲，占空比為80%士洲，其激 光光斑(16)的直徑為50士5微米，小于裸纖部分(14)的直徑，可近似為點(diǎn)熱源，激光束(10) 在裸纖部分(14)的掃描熱區(qū)(15)可精確控制，只需0. 4W的激光功率就可使裸纖部分(14) 達(dá)到熔融狀態(tài)；所述激光束(10)的激光掃描軌跡圖(18)由十條中間密兩側(cè)疏的往還線段 組成，激光束(10)按照該激光掃描軌跡圖(18)沿裸纖部分(14)軸向進(jìn)行Z字型往復(fù)移動(dòng)掃 描，從而在裸纖部分(14)上形成設(shè)定范圍的掃描熱區(qū)(15)，并能保證大小為400 π 士40Mm2 的光纖面積(17)始終在激光束(10)的掃描下，從而保證裸纖部分(14) 一直保持受熱熔融 狀態(tài)，并避免裸纖部分(14)被拉斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法， 其特征在于所述步驟1)光纖的準(zhǔn)備過(guò)程為取一段長(zhǎng)為:3m的帶有涂覆層的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖 (5)，將其中間部分用剝線鉗除去涂覆層，得到一段設(shè)定長(zhǎng)度的裸纖部分(14)，用酒精反復(fù) 擦拭裸纖部分(14)包層待用；調(diào)整兩個(gè)光纖夾具(11、12)之間的距離為8cm士0. 5cm，將除 去涂覆層的裸纖部分(14)水平置于與激光束(10)垂直的位置，先把光纖(5)—端的光纖 夾具(11)夾牢，等施以設(shè)定重量的砝碼使光纖(5)處于自然繃直狀態(tài)后，再夾牢另一光纖 夾具(12)；光纖(5)的一端連接光源(6)，另一端連接一個(gè)光功率計(jì)(7)，以監(jiān)控整個(gè)加工過(guò) 程；同時(shí)調(diào)整一個(gè)顯微鏡(8)使其對(duì)準(zhǔn)裸纖部分(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法， 其特征在于所述步驟2)預(yù)熱過(guò)程為把二氧化碳激光器(2)的功率設(shè)置為0.2W并啟動(dòng)，這 時(shí)激光束(10)按照激光束掃描軌跡圖(18)掃描在一塊擋板(9)上，等待3-8s后，啟動(dòng)一個(gè) Y軸步進(jìn)電機(jī)(13)打開(kāi)該擋板(9)使激光束(10)開(kāi)始掃描裸纖部分(14)，調(diào)整激光束(10) 在裸纖部分(14)所在焦平面上X和Y方向的偏移量，此時(shí)用顯微鏡(8)可以觀察到激光光 斑(16)在裸纖部分(14)上往復(fù)連續(xù)掃描，從而保證激光束(10)對(duì)準(zhǔn)裸纖部分(14)連續(xù)加 熱；與此同時(shí)觀察光功率計(jì)(7)上的光功率變化情況，可以看到這個(gè)過(guò)程中基本沒(méi)有產(chǎn)生 光功率損耗；此掃描過(guò)程持續(xù)1008士^后，啟動(dòng)Y軸步進(jìn)電機(jī)(13)使擋板(9)復(fù)位，最后 關(guān)閉所用的二氧化碳激光器(2 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法， 其特征在于所述步驟3)熔融拉錐過(guò)程為預(yù)熱過(guò)程完成后，設(shè)置一個(gè)X軸步進(jìn)電機(jī)(3、4) 的分段速度和步長(zhǎng)，迅速增大二氧化碳激光器(2)的功率，并啟動(dòng)，先使激光束(10)按照激 光束掃描軌跡圖(18)掃描在擋板(9)上，等待3-8s，待激光束(10)穩(wěn)定后，先啟動(dòng)Y軸步 進(jìn)電機(jī)(13)使擋板(9)打開(kāi)，在激光束(10)掃描在裸纖部分(14)的同時(shí)，X軸步進(jìn)電機(jī)(3、 4)帶動(dòng)兩光纖夾具(11、12)向兩側(cè)拉伸；等步進(jìn)電機(jī)(3、4)走完設(shè)置的總拉錐長(zhǎng)度，拉錐結(jié) 束；在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)光功率計(jì)(7)記錄下整個(gè)拉錐過(guò)程中光功率隨時(shí)間變化情況；同時(shí) 通過(guò)顯微鏡(8)可以實(shí)時(shí)觀察整個(gè)拉錐過(guò)程中的裸纖部分(14)物理變化情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法， 其特征在于所述步驟4)封裝過(guò)程為拉錐完成后，對(duì)熔錐光纖(20)進(jìn)行封裝保護(hù)，將熔錐 光纖(20)放在一個(gè)石英V型槽中，在兩端的未拉錐光纖處點(diǎn)上環(huán)氧膠，用熱氣吹至褐紅色表示固化好，封裝完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以高頻脈沖二氧化碳激光作為熱源的光纖熔融拉錐方法。它基于石英光纖在二氧化碳激光波長(zhǎng)附近良好的吸熱性能，利用高頻二氧化碳激光能夠產(chǎn)生持續(xù)高溫的特點(diǎn)，精確調(diào)整激光束，使其沿一定光纖長(zhǎng)度不停加熱光纖的同時(shí)拉制熔錐光纖。該方法的主要特征是設(shè)計(jì)合理的激光束掃描軌跡圖，保證在整個(gè)拉制的過(guò)程中激光束一直在掃描光纖，并能在光纖上產(chǎn)生一個(gè)足夠平穩(wěn)的熱區(qū)；同時(shí)需要調(diào)整二氧化碳激光束的參數(shù)和步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)，以保證光纖在拉制過(guò)程中熱與力的平衡。該方法對(duì)光纖無(wú)污染；不受室內(nèi)氣流及含氧量等的影響；可近似看作是點(diǎn)熱源，大大提高了熔錐光纖的制作精度。該方法制作的熔錐光纖可廣泛應(yīng)用于光的分束和連接、光纖傳感、光濾波器、光通信等領(lǐng)域，其應(yīng)用潛力極大。
文檔編號(hào)G02B6/255GK102147499SQ20111006132
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者龐拂飛, 張小貝, 李明, 王廷云, 郭強(qiáng), 郭海潤(rùn), 陳娜 申請(qǐng)人:上海大學(xué)