一种全光纤化的模式控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种全光纤化的模式控制器，包括拉锥熔接和环形扰模器，是一种分布式光纤测温系统中的模式控制器，其位置关系为：与激光器连接的单模光纤通过拉锥熔接与多模光纤实现模式耦合，多模光纤通过绕制环形扰模器，改变传播系数，使各模式功率分配不再随光纤长度而变，达到输出光斑强度均匀模式稳态的作用。本实用新型专利技术为全光纤化结构，成本低，可操作性强，长期可靠。

An All-Fiber Mode Controller

The utility model discloses an all-optical mode controller, which includes a taper fusion and a ring mode scrambler. It is a mode controller in a distributed optical fiber temperature measurement system. Its position relationship is that a single-mode optical fiber connected with a laser realizes mode coupling through a taper fusion and a multi-mode optical fiber, and a multi-mode optical fiber changes the propagation coefficient by winding a ring mode scrambler to make each mode work. Rate distribution does not change with the length of the optical fiber, so it can achieve the steady-state effect of uniform mode of output spot intensity. The utility model has the advantages of all-fiber structure, low cost, strong operability and long-term reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤化的模式控制器
本技术涉及一种模式控制器，特别涉及一种分布式光纤测温系统中的全光纤化的模式控制器。
技术介绍
分布式光纤测温系统是利用传感光纤中不同散射光的特性，利用光时域反射技术，用距离的连续函数表现出光纤沿线上能量场分布，从而实现对作用在光纤上的温度传感。激光器输出单纵模到系统中，通过单模光纤与外部器件连接，传感光纤选用数值孔径大和传输效率高的多模光纤，单模光纤和多模光纤的连接以及光耦合进多模光纤后模式的稳态与模式噪声的大小会严重影响整个测温系统的测量精度和准确度。目前完成单模光纤和多模光纤的连接主要有如下几种方法：1.使用微透镜耦合完成模式的转换，但微透镜加工精度高且器件的对准和调试严重影响耦合效率；2.使用透镜光纤，将光纤端面加工成类似透镜的形状完成模式转换，但需要专业的高精度设备实施制备且操作难度大、工艺复杂；3.模式转换部分使用光敏有机树脂经紫外光照射形成过渡性的纤芯和包层结构，但第一步形成的固态纤芯对准难度大且非常脆弱容易折断且整个操作环节对精度的要求高、不宜量产。为了达到模式稳态分布和降低模式噪声，可以设计不同的扰模装置：1.将光纤置于凹凸面的平板中进行挤压，实现对高阶模的混合，输出强度均匀的光斑，但扰模效果无法定量的调试且容易折断光纤；2.将光纤用夹板固定，通过电机使之产生无规则的振动，从而影响光的入射角度，使不同模式的光产生不同的相位延迟，达到出射光斑强度均匀的效果，但找到最佳的扰模振动频率比较困难、可行性不佳。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本技术提供一种全光纤化的模式控制器，这种模式控制器实现方式简单，模式耦合效率高，调试手段具有可重复性，稳定性高。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种全光纤化的模式控制器，包括拉锥熔接和环形扰模器，两者的位置关系为：与激光器连接的单模光纤通过拉锥熔接与多模光纤实现模式耦合，多模光纤通过绕制环形扰模器，改变传播系数，使各模式功率分配不再随光纤长度而变，达到输出光斑强度均匀模式稳态的作用。当光线由单模光纤经拉锥熔接部分进入多模光纤传播时，传播系数随模式特征角变化而变化，特征角随反射次数增多而减小，模式也从高阶模向低阶模转变，并且锥体越短，锥角越大，特征角减小越快，模式转变越快。一方面锥体越长则反射次数越多，模式转换越多，所以存在一个最佳的锥体长度，使得模式转换效率最高。多模光纤中传播的模式除了主模和低阶模式外，还有在传播过程中从有用的主模转换为其他高阶模，一部分成为包层模，一部分从包层中辐射出去。光纤外的各种影响会使泄漏模转化为其他模式，从而造成模式的不稳定，为了消除这种损耗，可通过弯曲光纤使纤芯中各模式的能量发生转移，改变入射光的角度和传播路径，大部分能量集中在纤芯中，可通过绕制环形扰模器达到这种效果。本技术的有益效果：本技术模式控制器采用拉锥熔接和环形扰模器，有效地消除了入射光经单模光纤传播到多模光纤时模式不稳定、存在高吸收损耗的高阶模和出射光强不均匀问题，使分布式光纤测温系统的单纵模光谱更接近高斯分布，测温精度准确度更高。并且为全光纤化结构，成本低，可操作性强，长期可靠。附图说明图1为本技术一种全光纤化的模式控制器示意图。图2为本技术一种全光纤化的模式控制器的环形扰模器示意图。图3为本技术一种全光纤化的模式控制器的调试装置示意图。具体实施方式参考附图1、图2、图3，将详细叙述本技术的具体实施实例。在图1中单模光纤3和多模光纤4用熔接机进行拉锥熔接形成锥体结构1，为达到最佳的模式转换效率，锥体1轴向长度可取范围为15微米到20微米，熔接时间可取范围390毫秒到410毫秒，熔接速度保持20比特每秒。具体操作步骤如下：用剥线钳将单模光纤3和多模光纤4的松套管和包层去除，分别用酒精擦拭干净，再将单模光纤3和多模光纤4置于熔接机中，设置好拉锥熔接的参数，然后点电弧放电进行拉锥熔接，待熔接完成再将热缩套管置于熔接点处加热形成保护机制。在图2中，为了达到稳态模式分布，将一部分多模光纤4弯曲成曲率半径为4-5毫米的扰模圈5，且每个扰模圈5中包含了5-6个同曲率半径的同心圆，一共要形成4-6个扰模圈5,并保持相邻圈的间距为4-5毫米，最后整个环形扰模器2用高温胶布固定在分布式光纤测温系统的合适位置上。在图3中，由激光器6，单模光纤3，多模光纤4，锥体1，环形扰模器2，光谱仪7组成的调试装置，首先激光器6输出窄线宽的单纵模光谱，经模式控制器后完成高阶模向低阶模的转化，输出稳态分布的光线进入光谱仪7中。最佳的光谱图是损耗低，噪声小的类高斯分布谱线，但实际调试过程中会存在一些问题，接下来将罗列其中的一些典型情况以及解决措施：1.谱线形状正常但损耗超过限定值，表现为拉锥熔接中锥体1的长度过大或过小，此时应关掉激光器6将锥体1剪断重新熔接，调整熔接机的参数设置，重复按熔接步骤形成新的锥体1再调试直到损耗降到最低；2.损耗不大但谱线异常，表现为拉锥熔接的锥体1长度合适而环形扰模器2的曲率半径或圈数不佳，此时应关闭激光器6将第一个扰模圈5松开，改变曲率半径或者增减同心圆的个数，调整完后再用高温胶布固定，重新调试并观察光谱曲线，若仍异常则松开第二个扰模圈5，按上述步骤改变曲率半径或同心圆圈数，再将其固定，打开激光器6观察谱线，若谱线正常则确定为最终的设置，反之则继续改变剩余扰模圈5的曲率半径或同心圆圈数，甚至可以增加扰模圈5的个数以至于达到光谱曲线正常。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤化的模式控制器，包括拉锥熔接和环形扰模器，其特征在于所述的拉锥熔接和环形扰模器的位置关系为：与激光器连接的单模光纤通过拉锥熔接与多模光纤实现模式耦合，多模光纤通过绕制环形扰模器，改变传播系数，使各模式功率分配不再随光纤长度而变，达到输出光斑强度均匀模式稳态的作用。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤化的模式控制器，包括拉锥熔接和环形扰模器，其特征在于所述的拉锥熔接和环形扰模器的位置关系为：与激光器连接的单模光纤通过拉锥熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋俊，卫欢，
申请(专利权)人：蒋俊，
类型：新型
国别省市：浙江,33