自动多波长全同光纤光栅串的制备装置与方法以及多波长全同光纤光栅串制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自动多波长全同光纤光栅串的制备装置与方法以及多波长全同光纤光栅串，本发明专利技术采用自动化生产装置并设计有在线实时监测模块，旨在解决光纤光栅制造中效率低、品质一致性差的问题。该制备装置延光纤运动方向依次包括：放纤模块、热剥除模块、刻写模块、收紧模块、涂覆模块、固化模块、喷涂模块、收纤模块；该制备方法完成放纤、热剥除、光栅刻制、涂覆层的涂覆、涂覆层的固化、彩色喷涂标记、收纤等主要制备工序。

Device and method for preparing automatic multi wavelength identical optical fiber grating string and multi wavelength identical optical fiber grating string

The invention relates to an automatic multi wavelength all fiber Bragg grating on the device and method for preparing same and multi wavelength fiber grating series, the invention adopts the automatic production device and the design of real-time online monitoring module, aiming at solving the low efficiency and the consistency of the quality of fiber grating fabrication in the problem of the poor. The preparation of optical fiber delay device comprises: a moving direction of the fiber discharge module, heat removal module, write module, module, module, tighten the coating curing module, spraying module, receiving fiber module; the preparation method of complete fiber, thermal ablation, grating engraving, coating coating, coating layer curing, color spray marking, received fiber main preparation processes.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感系统中光纤光栅的制备，具体涉及自动多波长全同光纤光栅串的制备装置与方法以及多波长全同光纤光栅串。
技术介绍
光纤光栅是一种使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的无源光器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤传感领域得到了广泛的应用。光纤光栅的制作方法主要有内部写入法、侧面全息曝光法、相位掩膜法及逐点写入法，其中相位掩膜法是目前来说使用最广泛的一种方法。相位掩膜具有压制零级，增强一级衍射的功能。紫外光经过掩膜相位调制后衍射到光纤上形成干涉条纹，刻入光纤形成光栅。这种方法不依赖于入射光波长，只与相位光栅的周期有关。因此，对光源的相干性要求不高，简化了光纤光栅的制造系统。目前对光纤光栅串的制备多采用手动的方法，存在生产效率低、加工过程繁琐、质量稳定性差等缺点,很难满足工业大规模生产的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种自动多波长全同光纤光栅串的制备装置与方法，能够克服上述光纤光栅制备装置的问题，针对多种光纤，使用相位掩膜法制备出多波长全同光纤光栅串，光栅的间距和中心波长可根据需要灵活设置；在制备的过程中实现了在线监测，其生产效率高，得到的成品光纤光栅串品质一致性好。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种自动多波长全同光纤光栅的制备装置，其特征在于，延光纤运动方向依次包括：放纤模块：用于固定光纤并将光纤输送至下一个模块进行处理；热剥除模块：用于光纤涂覆层的剥除；刻写模块：用于相位掩膜板的变换和光纤光栅的刻写；涂覆模块：用于将涂覆层材料均匀涂在光纤表面。固化模块：用于涂覆层涂料的固化，使光纤表面形成涂覆层；喷涂模块：用于在每个光纤光栅的位置标记上相应的颜色，不同颜色对应不同中心波长的光纤光栅。收纤模块：用于收集处理后的光纤光栅；以及：收紧模块：设置在刻写模块下方，用于调整该工位上光纤的张紧力；在线监测模块：用于实时监测光纤光栅的加工质量；计算机控制模块：分别与放纤模块、热剥除模块、刻写模块、收紧模块、涂覆模块、固化模块、喷涂模块、收纤模块和在线监测模块相连，用于对整套制备装置的控制。在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，所述放纤模块包括放纤绕盘、设置在放纤绕盘中间轴的第一光纤滑环、设置在放纤绕盘下方的第一导向轮；所述收纤模块包括第二导向轮和第三导向轮、设置在第二导向轮和第三导向轮上方的辅助轮盘、设置在辅助轮盘上的旋转编码器、设置在第三导向轮旁的收纤绕盘、以及设置在收纤绕盘中间轴的第二光纤滑环。在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，所述刻写模块包括相位掩膜板变换器及刻制光栅光路系统，所述刻制光栅光路系统设置在相位掩膜板变换器的下方，紧靠光纤；相位掩膜板变换器设置在第一滑轮和第二滑轮之间且位于第一滑轮和第二滑轮上方。在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，所述收紧模块Ⅳ包括压紧推杆、以及推动压紧推杆的推杆电机，压紧推杆一端与一个U形固定架固定，U形固定架的两端设有滚轮，能够在压紧推杆的作用下垂直往复运动，所述第一滑轮和第二滑轮设置在两个滚轮之间。在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，所述喷涂模块包括彩色自动喷涂机，所述热剥除模块包括速热型电加热器、小型吸尘器、气密仓、剥离器；设置在气密仓中的速热型电加热器上的发热体，可以在短时内将距发热体上方3cm的空间温度升到200～300℃，并且温度可设置；电加热器上的发热体有15～20cm长以及2～3cm宽。气密仓的顶部两侧安装有小型吸层器，吸层器的效率在15％以上。设置在气密仓中的剥离器位于发热体正上方的1～2cm范围以内，它具有耐受350℃以上高温的能力；剥离器内的一端具有两个动力小牵引轮，他们夹持住光纤并且将其往收纤盘的方向拉动，动力牵引轮拉动光纤的速度与光纤收纤盘的速度保持一致；剥离器内的另一端具有两个随动小牵引轮；在动力牵引轮与随动牵引轮之间有两个擦拭片，擦拭片耐350℃以上的高温，两个擦拭片相互咬合，形成一个直径128μm的圆孔，适应裸光纤的通过，同时擦干净融化的涂覆层；两个擦拭片的咬合力调整适当，既可以除去熔融的涂覆层材料，又不至于卡断光纤；两块擦拭片可以定期擦洗或者更换。气密仓由外接氮气加压锁紧，仅有进纤和出纤处与外界空气有些许接触，保证了外部的污染颗粒不会影响内部的涂覆层剥离。在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，所述在线监测模块包括与第二光纤滑环连接的光谱分析仪、宽带光源、与宽带光源连接的光隔离器、光时域反射仪、输入同时与光隔离器和光时域反射仪连接的光分路器；所述光分路器输出与第一光纤滑环连接，其中，光谱分析仪用于监测入射光谱形状、中心波长、带宽、反射率等；宽带光源用于提供具有一定带宽的输入光；光隔离器用于隔离反射光，以免损坏宽带光源；光分路器用于将宽带光源和光时域反射仪的光合为一路输入；光时域反射仪通过检测光纤背向散射光来监测各个光纤光栅之间的距离。一种自动多波长全同光纤光栅串的制备方法，其特征在于：当使用的是普通通信光纤，包括以下步骤：步骤1、将普通通信光纤安装到装置上，仅启用放纤模块、热剥除模块和收纤模块，光纤经热剥除模块上的加热装置，在高温的作用下除去其表面的涂覆层；步骤2、将除去涂覆层的普通通信光纤裸纤进行载氢处理；步骤3、将经载氢的普通通信光纤安装到装置上，启用除热剥除模块之外的所有模块；步骤4、光纤通过刻写模块，刻写模块上的相位掩膜板变换器选择合适的掩膜板；收纤模块和放纤模块停止运行；收紧模块使光纤微微张紧，刻写模块完成光纤光栅的刻写；步骤5、在线监测模块对光纤光栅的入射光谱形状、中心波长、带宽、反射率、光栅的喷涂标记进行实时监测，并根据需要调整计算机控制模块的参数；步骤6、光纤通过涂覆模块，在光纤表面均匀涂上涂覆层材料；步骤7、光纤通过固化模块，在紫外光或者热的作用下，涂覆材料发生固化，光纤表面形成涂覆层；步骤8、光纤通过喷涂模块，标记出每个光纤光栅的位置并通过不同颜色来区分其对应的中心波长；步骤9、重复步骤4至8，在光纤上刻制出多个光纤光栅，最终制备出光纤光栅串；在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备方法，当使用的是光敏光纤，在光纤的收纤放纤过程中：步骤2.1、将光敏光纤安装到装置上，启用所有模块；步骤2.2、光纤经热剥除模块上的加热装置，在高温的作用下除去其表面的涂覆层；步骤2.3、完成步骤4至9。在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备方法，所述步骤1中,旋转编码器与辅助轮盘同轴同转速，旋转编码器每转动一周，光纤则运动辅助轮盘周长的距离；在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备方法，所述步骤1中，旋转编码器输出旋转角度信息，也即是光纤移动距离信息，据此可根据加工需要，通过计算机控制模块Ⅹ来调整光纤光栅间的距离以及光栅的喷涂精度等；在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备方法，所述步骤4中，刻写模块工作时，收纤模块和放纤模块停止运行，相位掩膜板变换器上预先安装有多块不同的相位掩膜板，刻制光束通过光路系统照射到的掩模板上，掩模板背后形成的光条纹，照射光纤一定时间，即可刻制出所需中心波长的光纤光栅；在上述的自动多波长全同光纤光栅串的制备方法，所述步骤4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于，延光纤运动方向依次包括：放纤模块(Ⅰ)：用于固定光纤并将光纤输送至下一个模块进行处理；热剥除模块(Ⅱ)：用于光纤涂覆层的剥除；刻写模块(Ⅲ)：用于相位掩膜板的变换和光纤光栅的刻写；涂覆模块(Ⅴ)：用于将涂覆层材料均匀涂在光纤表面；固化模块(Ⅵ)：用于涂覆层涂料的固化，使光纤表面形成涂覆层；喷涂模块(Ⅶ)：用于在每个光纤光栅的位置标记上相应的颜色，不同颜色对应不同中心波长的光纤光栅；收纤模块(Ⅷ)：用于收集处理后的光纤光栅；以及：收紧模块(Ⅳ)：设置在刻写模块(Ⅲ)下方，用于调整该工位上光纤的张紧力；在线监测模块(Ⅸ)：用于实时监测光纤光栅的加工质量；计算机控制模块(Ⅹ)：分别与放纤模块、热剥除模块、刻写模块、收紧模块、涂覆模块、固化模块、喷涂模块、收纤模块和在线监测模块相连，用于对整套制备装置的控制。

【技术特征摘要】
1.一种自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于，延光纤运动方向依次包括：放纤模块(Ⅰ)：用于固定光纤并将光纤输送至下一个模块进行处理；热剥除模块(Ⅱ)：用于光纤涂覆层的剥除；刻写模块(Ⅲ)：用于相位掩膜板的变换和光纤光栅的刻写；涂覆模块(Ⅴ)：用于将涂覆层材料均匀涂在光纤表面；固化模块(Ⅵ)：用于涂覆层涂料的固化，使光纤表面形成涂覆层；喷涂模块(Ⅶ)：用于在每个光纤光栅的位置标记上相应的颜色，不同颜色对应不同中心波长的光纤光栅；收纤模块(Ⅷ)：用于收集处理后的光纤光栅；以及：收紧模块(Ⅳ)：设置在刻写模块(Ⅲ)下方，用于调整该工位上光纤的张紧力；在线监测模块(Ⅸ)：用于实时监测光纤光栅的加工质量；计算机控制模块(Ⅹ)：分别与放纤模块、热剥除模块、刻写模块、收紧模块、涂覆模块、固化模块、喷涂模块、收纤模块和在线监测模块相连，用于对整套制备装置的控制。2.根据权利要求1所述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于：所述放纤模块(Ⅰ)包括放纤绕盘(1)、设置在放纤绕盘(1)中间轴的第一光纤滑环(2)、设置在放纤轴(1)下方的第一导向轮(3)；所述收纤模块(Ⅷ)包括第二导向轮(13)和第三导向轮(16)、设置在第二导向轮(13)和第三导向轮(16)上方的辅助轮盘(14)、设置在辅助轮盘(14)上的旋转编码器(15)、设置在第三导向轮(16)旁的收纤绕盘(17)、以及设置在收纤绕盘(17)中间轴的第二光纤滑环(18)。3.根据权利要求1所述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于：所述刻写模块(Ⅲ)包括相位掩膜板变换器(6)及刻制光栅光路系统，所述刻制光栅光路系统设置在相位掩膜板变换器(6)的下方，紧靠光纤；相位掩膜板变换器(6)设置在第一滑轮(5)和第二滑轮(7)之间且位于第一滑轮(5)和第二滑轮(7)上方。4.根据权利要求3所述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于：所述收紧模块Ⅳ包括压紧推杆(8)、以及推动压紧推杆(8)的推杆电机(9)，压紧推杆(8)一端与一个U形固定架固定，U形固定架的两端设有滚轮，能够在压紧推杆(8)的作用下垂直往复运动，所述第一滑轮(5)和第二滑轮(7)设置在两个滚轮之间。5.根据权利要求1所述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于：所述喷涂模块(Ⅶ)包括彩色自动喷涂机(12)，所述热剥除模块(Ⅱ)包括速热型电加热器、小型吸尘器、气密仓、剥离器；设置在气密仓中的速热型电加热器上的发热体有15～20cm长以及2～3cm宽；气密仓的顶部两侧安装有小型吸层器，吸层器的效率在15％以上；设置在气密仓中的剥离器位于发热体正上方的1～2cm范围以内，它具有耐受350℃以上高温的能力；剥离器内的一端具有两个动力小牵引轮，用于夹持住光纤并且将其往收纤盘的方向拉动，动力牵引轮拉动光纤的速度与光纤收纤盘的速度保持一致；剥离器内的另一端具有两个随动小牵引轮；在动力牵引轮与随动牵引轮之间有两个擦拭片，擦拭片耐350℃以上的高温，两个擦拭片相互咬合，形成一个直径128μm的圆孔，适应裸光纤的通过，同时擦干净融化的涂覆层；两个擦拭片既能够除去熔融的涂覆层材料，又不至于卡断光纤；两块擦拭片定期擦洗或者更换；气密仓由外接氮气加压锁紧，仅有进纤和出纤处与外界空气有些许接触，保证了外部的污染颗粒不会影响内部的涂覆层剥离。6.根据权利要求1所述的自动多波长全同光纤光栅串的制备装置，其特征在于：所述在线监测模块(Ⅸ)包括与第二光纤滑环(18)连接的光谱分析仪(19)、宽带光源(20)、与宽带光源(20)连接的光隔离器(21)、光时域反射仪(23)、输入同时与光隔离器(21)和光时域反射仪(23)连接的光分路器(22)；所述光分路器(22)输出与第一光纤滑环(2)连接，其中，光谱分析仪(19)用于监测入射光谱形状、中心波长、带宽、反射率等；宽带光源(20)用于提供具有一定带宽的输入光；光隔离器(21)用于隔离反射光，以免损坏宽带光源；光分路器(22)用于将宽带光源(20)和光时域反射仪(23)的光合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶青，刘顿，王珏，陈列，娄德元，杨奇彪，彼得·贝内特，翟中生，郑重，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42