一种用于光纤微加工的变温加热装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供的是一种用于光纤微加工的变温加热装置，由加热棒材，电极冷却系统，保温装置，热应力释放基座和底座组成，其特征在于电极冷却系统包括电极与内嵌于电极内的冷却通孔，用于加热棒材的导电和电极与加热棒材连接部位的冷却；保温装置用于加热孔道区域内的温度场稳定；热应力释放基座由弹性材料制作，用于释放在高温条件下加热棒材会出现热膨胀产生应力。本发明专利技术具有加热区域温度场稳定，结构简单等优点，适用于光纤以及光纤尺度微小线性材料加热高温处理，可广泛应用于光纤热扩散、光纤微透镜、螺旋光纤制备，属于新型光纤微结构制备领域。

A Variable Temperature Heating Device for Optical Fiber Microfabrication

The invention provides a variable temperature heating device for optical fiber micro-processing, which is composed of heating rod, electrode cooling system, insulation device, thermal stress release base and base. The device is characterized in that the electrode cooling system includes cooling through holes embedded in the electrode, and is used for heating the conductivity of the rod and cooling the connecting part of the electrode and heating rod. The temperature field in the channel area is stable, and the thermal stress release base is made of elastic material, which is used to release the stress caused by thermal expansion of heated bar at high temperature. The invention has the advantages of stable temperature field in heating area and simple structure, and is suitable for heating high temperature treatment of optical fibers and optical fiber-scale micro-linear materials, and can be widely used in the field of thermal diffusion of optical fibers, preparation of optical fibers micro-lenses and helical optical fibers, belonging to the field of preparation of new optical fibers micro-structures.

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤微加工的变温加热装置(一)
本专利技术涉及的是一种用于光纤微加工的变温加热装置，适用于光纤以及光纤尺度微小线性材料加热高温处理，可广泛应用于光纤热扩散、光纤微透镜、螺旋光纤制备，属于新型光纤微结构制备领域。(二)
技术介绍
近年来，光纤在通信传感方面的应用越来越广泛，传统的光学器件已经难以满足现在的光纤网络需求，迫切需要一批精度高、应用性强的新型光学器件。目前，不同模场直径的光纤耦合和光纤与光波导器件耦合，一直影响着光纤网络系统传输效果。为此，大量从事光纤项目的科研人员一直在尝试研究简单、便捷且成本低廉的加工工艺来扩大光纤模场直径来达到增强光纤的耦合效率以及利用光纤来制备新型光学器件以满足光纤网络的需求。传统光纤透镜的制备方法在公开号为106199835A的专利《一种光纤微透镜制作方法及光纤透镜》中提出，即通过氢氟酸溶液对光纤端进行侵刻形成容纳槽，在容纳槽中填充光学材料固化来实现光纤透镜的制备，这种方法制作过程繁琐，效果不理想且氢氟酸溶液对人有危害。热扩散光纤的制备在公开号为100492075的专利《热扩散光纤的制备方法及其装置》中提出，即用相向的加热器对光纤阵列进行高温加热来实现光纤纤芯掺杂粒子的扩散，这种方法的温度场不稳定，易受气流影响且加热时易燃气体存在危险。塑料光纤的拉锥方法在公开号为1095426C的专利《塑料光纤的管式加热拉锥方法》中提出，即光纤通过含有电阻丝的加热管，通过重力实现光纤拉锥。这种方法忽视气流对光纤两端的影响，受气流影响，加热区域的光纤容易弯曲或断裂。(三)
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足一种用于光纤微加工的变温加热装置。一种用于光纤微加工的变温加热装置，由加热棒材、电极冷却系统、保温装置、热应力释放基座和底座组成。所述加热棒材中央加工成高温光纤微加工孔道。加热棒材穿过保温装置中心，两端分别对称固定于电极冷却系统的铜质电极之中并与铜质电极有良好接触，铜质电极通过冷却系统冷却加热棒材的两个固定端；电极与热应力释放基座通过转接板连接固定在底座上，用于释放高温条件下加热棒材产生的应力。优选地，所述的加热装置采用电阻加热法，利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对光纤进行电加热的方法。优选地，所述的加热棒材可以是二硅化钼，也可以是掺杂有钨金属的二硅化钼材料。优选地，所述的加热棒材中央包含一个高电阻值的加热区，该加热区域的温度由加热棒材两端电压大小变化控制，加热区域孔内的温度最高可达1700℃，可用于光纤高温微加工。加热棒材的两端涂有导电涂层，以尽量减小连接电阻，减缓氧化。优选地，所述的冷却系统具有一对铜质的电极，电极上制备有固定加热棒材的孔道，与加热棒材形成良好的接触；铜质电极中间制备有冷却通道，用于铜质电极和加热棒两端的冷却降温；电极底端连接有铜质接线端子，用于导线和电极的连接。优选地，所述的热应力释放基座设于转接板下方，上下为圆饼形，中间为圆柱形，中心含有通孔用于电缆线穿插。热应力释放基座为弹性材料制作，用于释放加热棒热膨胀所产生的应力。优选地，所述的保温装置设于电极中心且具有中心具有孔洞，用于加热棒材穿插，与加热棒材加热孔道垂直的位置设有通孔，用于光纤穿插。优选地，所述的保温装置采用石棉纤维材料。优选地，所述的加热棒材采用二硅化钼材料或掺钨金属的二硅化钼材料，其具有好的高温抗氧化性，较低的热膨胀系数(8.1×10-6K-1)，良好的电热传导性；较高的脆韧转变温度(1000℃)以下有陶瓷般的硬脆性。优选地，所述的加热棒材加热区域温度的调节范围为500—1700℃。优选地，所述的二硅化钼或掺钨金属的二硅化钼材料在500—700℃的加热工作环境内会加速氧化，应当避免在这一温度区间中长时间使用本专利技术。优选地，所述的冷却通道采用液体冷却介质方式，如冷却液、纯净水等。优选地，所述的加热装置会在加热棒材与电极的接触处涂抹导电涂层，或包裹铝箔纸来增加导电面积。与现有技术相比，本专利技术优点在于：本专利技术所述的一种用于光纤微加工的变温加热装置结构简单，抗氧化能力强。本专利技术所述的一种用于光纤微加工的变温加热装置可长时间加热，且光纤加热区域为毫米量级。本专利技术所述的一种用于光纤微加工的变温加热装置与可燃气体加热方式相比，安全高效，且温度场稳定。本专利技术所述的一种用于光纤微加工的变温加热装置，制造成本低，功能多，经济效益高。(四)附图说明图1是光纤微加工的变温加热装置的结构示意图。图2是转孔型加热棒材A，中间是圆环状，两边呈半凹型，且相互对称。图3是转孔型加热棒材B，中心为圆形通孔，两侧是两个半椭圆形开口。图4是欧米伽型加热棒材A，中心为带有开口槽的圆环，两侧为带弧边的三角形通口。图5是欧米伽型加热棒材B，中心为带开口槽的圆环，两侧为半凹型的通口。图6是直槽型加热棒材A，中心有一个长方体开口槽，两侧为对称型开口槽。图7是直槽型加热棒材B，中心有一个长方体开口槽，两侧为对称性三角体开口槽。图8是电极底座示意图，底座呈L型，其包含通孔的及底部电缆转接孔，可以降低加热棒材两端的温度，使温度集中在加热区域，同时裸露在外的加热棒材可以起到温度缓冲的作用，避免两端温度与加热区域温度差过高，使加热棒材断裂。图9是在电压为0.7V时，转孔型加热棒材A以加热棒材中心为原点，在X轴方向从光纤一端到另一端的温度场曲线分布图。图10是在电压为0.7时，转孔型加热棒材B以加热棒材中心为原点，在X轴方向从光纤一端到另一端的温度场曲线分布图。图11是在电压为0.7V时，欧米伽型加热棒材A以加热棒材中心为原点，在X轴方向从光纤一端到另一端的温度场曲线分布图。图12是在电压为0.7V时，欧米伽型加热棒材B以加热棒材中心为原点，在X轴方向从光纤一端到另一端的温度场曲线分布图。图13是在电压为0.7V时，直槽型加热棒材A以加热棒材中心为原点，在X轴方向从光纤一端到另一端的温度场曲线分布图。图14是在电压为0.7V时，直槽型加热棒材B以加热棒材中心为原点，在X轴方向从光纤一端到另一端的温度场曲线分布图。1—加热棒材，2、3—电极底部，4、5—电极闭合顶盖，6—保温装置，7—热应力释放电极基座，8—转接支撑柱，9、10—转接板，11—转接底板，12—导电层，13—光纤，14、15-光纤夹具，16—电缆转接端子。(五)具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。第一实施例如图1所示，将待加工的光纤13(需要去除涂覆层)穿过加热孔中心，裸纤两端用光纤夹具14和15固定，使光纤保持在紧张状态下。向电极冷却系统注入冷却液或冷却气体，同时对加热棒材两端加载电压，二硅化钼加热棒材在较短的时间里便可以达到1500℃以上的工作温度，光纤包层在高温下软化。在1500℃下加热10分钟后，纤芯内的掺杂物质向包层扩散，停止加热取下光纤，测量光纤模场直径发现，加热后的光纤与未加热的光纤相比，模场直径明显扩大。图9-14是六种不同形状的加热棒材在加热时加热棒材温度场曲线分布图，从中可发现加热棒材加热区域温度可达到1500℃左右，且温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光纤微加工的变温加热装置，其特征是：它由加热棒材、电极冷却系统、保温装置、热应力释放基座和底座组成。所述加热棒材中央加工成高温光纤微加工孔道。加热棒材穿过保温装置中心，两端分别对称固定于电极冷却系统的铜质电极之中并与铜质电极有良好接触，铜质电极通过冷却系统冷却加热棒材的两个固定端；电极与热应力释放基座通过转接板连接固定在底座上，用于释放高温条件下加热棒材产生的应力。

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤微加工的变温加热装置，其特征是：它由加热棒材、电极冷却系统、保温装置、热应力释放基座和底座组成。所述加热棒材中央加工成高温光纤微加工孔道。加热棒材穿过保温装置中心，两端分别对称固定于电极冷却系统的铜质电极之中并与铜质电极有良好接触，铜质电极通过冷却系统冷却加热棒材的两个固定端；电极与热应力释放基座通过转接板连接固定在底座上，用于释放高温条件下加热棒材产生的应力。2.根据权利要求1所述一种用于光纤微加工的变温加热装置。其特征是：所述的加热棒材可以是二硅化钼材料，也可以是掺杂有钨金属的二硅化钼材料。3.根据权利要求1所述的一种用于光纤微加工的变温加热装置。其特征是：所述的加热棒材分别为欧米伽型、转孔型、直槽型，其共同特点是中央为高电阻值的孔型加热区，孔型加热区域的温度由加热棒材两端电压大小变化控制，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，席涛，杨世泰，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45