一种用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法及装置，属于光纤制造技术领域。本发明专利技术首先将中间体插入到中间体固定台，并采用密封胶密封；然后单腔体与双腔体螺纹连接，连接过程中保证纤芯导管插入到中间体纤芯中，完成组装后将纤芯腔气管接口、包层腔气管接口以及外腔气管接口各自通过导气管与气压控制电气部分的气室连通，实现纤芯腔、包层腔和外腔三个区域的气压独立控制。本发明专利技术解决了光子带隙光纤拉制过程中三个区域气压独立精确控制的难题；本发明专利技术具有普适性，可适用于需分区独立控制气压的多孔微结构光纤的拉制；本发明专利技术采用压差判定控制电磁阀通断时间，从而通过压差控制气体流量，提高气压控制的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法及装置，属于光纤制造

技术介绍
光子带隙光纤作为一种新型的微结构光纤，适用于光纤传感、大功率激光器以及光纤通信等领域，这是由于其特殊的蜂窝型空气孔排列形成了光子带隙效应，即某一频带内的光无法在包层蜂窝结构中传输，从而将光波限制在中间的空气纤芯中传输。相比于二氧化硅，空气的物理性质及化学性质更为稳定，因此光子带隙光纤具有相比于传统光纤更优良的环境适应性，如对温度、电磁场、空间辐射等环境因素的敏感度低，对弯曲不敏感等，极其适用于复杂环境下的光纤传感及信号传输。随着对光子带隙光纤的研究不断深入，光子带隙光纤逐步应用于应力和温度传感、原子导引、水声探测、高能激光器等领域；由于光子带隙光纤的纤芯为空气，可以填充液体、气体以及固体微粒进行非线性效应、特殊物理量传感等研究，并已取得一定的成果，因此由于其特殊的结构以及传输特性，光子带隙光纤尚有发展的前景。除此之外，光子带隙光纤是光纤陀螺用光纤的理想选择。光子晶体光纤出现之前，光纤陀螺大都采用熊猫光纤作为光纤陀螺敏感环绕制光纤，近年来实芯光子晶体光纤逐渐的应用于光纤陀螺中，取代熊猫光纤，虽然实芯光子晶体光纤已经应用于光纤陀螺，并且提升了光纤陀螺的特性，但针对空间用光纤陀螺的磁敏感性、辐照特性等还存在问题，现阶段针对这些问题主要采取被动防护的措施来解决，如添加防护罩等。这些措施虽然能够在一定程度上提高光纤陀螺的环境适应性，但同时也带来了一些副作用，如体积、重量、功耗和成本的增加。因此光子带隙光纤在光纤陀螺应用领域具有广阔的前景。光子带隙光纤主流制作采用两步法拉制(见参考文献[1]：Hollow-corephotonicbandgapfibers:technologyandapplications,FrancescoPoletti*,MarcoN.PetrovichandDavidJ.Richardson,Nanophotonics2013；2(5-6):315–340)，第一步将上百根外径约1mm的薄壁玻璃毛细管堆积完成的预制棒拉制为直径1～3mm的中间体，第二步将第一步拉制的中间体插入石英套管中，最终将其拉制为光子带隙光纤。在光子带隙光纤的制作过程中，其第二步拉制是光子带隙光纤拉制最为重要的一个步骤，由于其包层空气孔甚多，并且二氧化硅在加热到高温(1600℃)时，粘度逐渐下降，空气孔在表面张力的作用下开始塌陷，因此为了维持空气孔形状，得到目标光纤结构，至少需要对光纤第二步拉制中的纤芯区、空气孔包层区以及中间体与套管间隙共三个区进行独立的气压控制，以保证光子带隙光纤包层蜂窝状结构和纤芯结构。因此气压控制的精度以及稳定性直接关系到光子带隙光纤的结构参数以及光学特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种光子带隙光纤拉制过程中气压控制方法及装置。本专利技术首先提供一种光子带隙光纤拉制的气压控制装置，所述的气压控制装置包括第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分组装好后作为光纤气压控制夹具，用以夹持中间体，所述的第三部分用于对光子带隙光纤的拉制过程进行气压控制。所述的第一部分，包括端口密封法兰、双腔体、纤芯腔、纤芯腔气管接口、包层腔、包层腔气管接口、纤芯导管、环状凸轨和紧闭连接法兰；所述的双腔体为具有H型纵截面的圆筒形结构，双腔体上方螺纹连接端口密封法兰实现密封，所述的端口密封法兰的下端面与双腔体的中间隔板之间形成纤芯腔；所述的双腔体的下方端口的外圆周壁设置环状凸轨，内圆周壁具有环状凹槽，在所述环形凸轨上方位置连接紧闭连接法兰，所述双腔体的下方端口的环状凹槽与第二部分中的单腔体顶端凸台结构相配合，并通过紧闭连接法兰实现双腔体和单腔体之间的紧密连接；在所述的单腔体的顶面与所述双腔体的中间隔板之间形成包层腔；所述的中间隔板上设置有通孔，所述通孔与纤芯导管配合贯通；在所述的纤芯腔侧壁设置纤芯腔气管接口；在所述的包层腔的侧壁设置包层腔气管接口。所述的第二部分包括单腔体、固定环架、中间体固定台、外腔、外腔气管接口和石英尾管；单腔体为圆筒型结构，单腔体顶端是凸台结构，凸台结构外径小于单腔体的外径，所述凸台结构的高度和外径与双腔体下端口的环状凹槽的深度和内径相匹配；在所述凸台结构以下的单腔体外侧壁上加工有外螺纹，用以与气压控制装置第一部分中的紧闭连接法兰螺纹连接固定；所述单腔体内部设置有一个固定环架，所述的固定环架平面垂直于单腔体的侧壁，中间具有通孔，使用时中间体从通孔穿过；固定环架上表面用以支撑和固定中间体固定台；单腔体底端与石英尾管熔接，形成外腔；所述外腔的侧壁设置外腔气管接口。第三部分为气压控制部分，所述的第三部分包括抽气电磁阀、气流限制钢珠、连接三通、充气电磁阀、气室、压力变送器以及气压控制电路，所述的气压控制电路以电连接方式分别连接控制有抽气电磁阀、充气电磁阀和压力变送器，所述的连接三通分别连接抽气电磁阀的进气口、充气电磁阀的出气口和气室；所述的抽气电磁阀的出气口连接气压控制抽气端，所述的充气电磁阀的进气口连接气压控制充气端；所述的压力变送器连接气室；在所述的抽气电磁阀的进气口和充气电磁阀的进气口设置有气流限制钢珠；在所述的气室分别通过导气管连通纤芯腔、包层腔和外腔，实现对中间体纤芯区、中间体包层区和套管间隙区的气压控制。基于所述的气压控制装置，本专利技术提供一种用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法，具体包括以下步骤：第一步，将光子带隙光纤第二步拉制过程中的中间体插入到第二部分的中间体固定台，并采用密封胶密封。第二步，将通过第一步组装完成的气压控制装置第二部分中的单腔体与第一部分中的双腔体通过螺纹连接，连接过程中保证纤芯导管插入到中间体纤芯中，完成组装后将纤芯腔气管接口、包层腔气管接口以及外腔气管接口各自通过导气管与气压控制电气部分的气室连通。第三步，根据光纤拉直过程中的实际气压拉制需求，分别将与气压控制夹具相连的三个气压控制电气部分中的气压值P、压差极值ΔP1、ΔP2和停止状态判定条件Δ设定为需求值，实现纤芯腔、包层腔和外腔三个区域的气压独立控制。本专利技术的优点与有益效果在于：(1)本专利技术解决了光子带隙光纤拉制过程中三个区域气压独立精确控制的难题，保证光子带隙光纤拉制过程中的气压稳定。(2)本专利技术方法及气压控制夹具有普适性，可适用于需分区独立控制气压的多孔微结构光纤的拉制，包括光子带隙光纤以及实芯光子晶体光纤等其他微结构光纤。(3)本专利技术采用压差判定控制电磁阀通断时间，从而通过压差控制气体流量，提高气压控制的精度。附图说明图1是本专利技术一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法及装置所应用的光纤第二步拉制中光纤套管初始结构端面示意图。图2是本专利技术一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制装置的第一部分结构示意图。图3是本专利技术一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制装置的第二部分结构示意图。图4是本专利技术一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制装置的第三部分结构示意图。图5是本专利技术一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法原理示意图。图6本专利技术一种应用于光子带隙光纤拉制的气压控制方法中压差检测定时规则图示。图中：1-中间体纤芯2-中间体包层3-中间体4-套管间隙区5-石英套管6-端口密封法兰7-双腔体8-纤芯腔9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光子带隙光纤拉制的气压控制装置，其特征在于：所述的气压控制装置包括第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分组装好后作为光纤气压控制夹具，用以夹持中间体，所述的第三部分用于对光子带隙光纤的拉制过程进行气压控制；所述的第一部分，包括端口密封法兰、双腔体、纤芯腔、纤芯腔气管接口、包层腔、包层腔气管接口、纤芯导管、环状凸轨和紧闭连接法兰；所述的双腔体为具有H型纵截面的圆筒形结构，双腔体上方螺纹连接端口密封法兰实现密封，所述的端口密封法兰的下端面与双腔体的中间隔板之间形成纤芯腔；所述的双腔体的下方端口的外圆周壁设置环状凸轨，内圆周壁具有环状凹槽，在所述环形凸轨上方位置连接紧闭连接法兰，所述双腔体的下方端口的环状凹槽与第二部分中的单腔体顶端凸台结构相配合，并通过紧闭连接法兰实现双腔体和单腔体之间的紧密连接；在所述的单腔体的顶面与所述双腔体的中间隔板之间形成包层腔；所述的中间隔板上设置有通孔，所述通孔与纤芯导管配合贯通；在所述的纤芯腔侧壁设置纤芯腔气管接口；在所述的包层腔的侧壁设置包层腔气管接口；所述的第二部分包括单腔体、固定环架、中间体固定台、外腔、外腔气管接口和石英尾管；单腔体为圆筒型结构，单腔体顶端是凸台结构，凸台结构外径小于单腔体的外径，所述凸台结构的高度和外径与双腔体下端口的环状凹槽的深度和内径相匹配；在所述凸台结构以下的单腔体外侧壁上加工有外螺纹，用以与气压控制装置第一部分中的紧闭连接法兰螺纹连接固定；所述单腔体内部设置有一个固定环架，所述的固定环架平面垂直于单腔体的侧壁，中间具有通孔，使用时中间体从通孔穿过；固定环架上表面用以支撑和固定中间体固定台；单腔体底端与石英尾管熔接，形成外腔；所述外腔的侧壁设置外腔气管接口；第三部分为气压控制部分，所述的第三部分包括抽气电磁阀、气流限制钢珠、连接三通、充气电磁阀、气室、压力变送器以及气压控制电路，所述的气压控制电路以电连接方式分别连接控制有抽气电磁阀、充气电磁阀和压力变送器，所述的连接三通分别连接抽气电磁阀的进气口、充气电磁阀的出气口和气室；所述的抽气电磁阀的出气口连接气压控制抽气端，所述的充气电磁阀的进气口连接气压控制充气端；所述的压力变送器连接气室；在所述的抽气电磁阀的进气口和充气电磁阀的进气口设置有气流限制钢珠；在所述的气室分别通过导气管连通纤芯腔、包层腔和外腔，实现对中间体纤芯区、中间体包层区和套管间隙区的气压控制。...

【技术特征摘要】
1.一种用于光子带隙光纤拉制的气压控制装置，其特征在于：所述的气压控制装置包括第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分组装好后作为光纤气压控制夹具，用以夹持中间体，所述的第三部分用于对光子带隙光纤的拉制过程进行气压控制；所述的第一部分，包括端口密封法兰、双腔体、纤芯腔、纤芯腔气管接口、包层腔、包层腔气管接口、纤芯导管、环状凸轨和紧闭连接法兰；所述的双腔体为具有H型纵截面的圆筒形结构，双腔体上方螺纹连接端口密封法兰实现密封，所述的端口密封法兰的下端面与双腔体的中间隔板之间形成纤芯腔；所述的双腔体的下方端口的外圆周壁设置环状凸轨，内圆周壁具有环状凹槽，在所述环形凸轨上方位置连接紧闭连接法兰，所述双腔体的下方端口的环状凹槽与第二部分中的单腔体顶端凸台结构相配合，并通过紧闭连接法兰实现双腔体和单腔体之间的紧密连接；在所述的单腔体的顶面与所述双腔体的中间隔板之间形成包层腔；所述的中间隔板上设置有通孔，所述通孔与纤芯导管配合贯通；在所述的纤芯腔侧壁设置纤芯腔气管接口；在所述的包层腔的侧壁设置包层腔气管接口；所述的第二部分包括单腔体、固定环架、中间体固定台、外腔、外腔气管接口和石英尾管；单腔体为圆筒型结构，单腔体顶端是凸台结构，凸台结构外径小于单腔体的外径，所述凸台结构的高度和外径与双腔体下端口的环状凹槽的深度和内径相匹配；在所述凸台结构以下的单腔体外侧壁上加工有外螺纹，用以与气压控制装置第一部分中的紧闭连接法兰螺纹连接固定；所述单腔体内部设置有一个固定环架，所述的固定环架平面垂直于单腔体的侧壁，中间具有通孔，使用时中间体从通孔穿过；固定环架上表面用以支撑和固定中间体固定台；单腔体底端与石英尾管熔接，形成外腔；所述外腔的侧壁设置外腔气管接口；第三部分为气压控制部分，所述的第三部分包括抽气电磁阀、气流限制钢珠、连接三通、充气电磁阀、气室、压力变送器以及气压控制电路，所述的气压控制电路以电连接方式分别连接控制有抽气电磁阀、充气电磁阀和压力变送器，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小斌，高福宇，宋凝芳，金靖，张春熹，张智昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11