利用振动电极的多电极系统技术方案

多电极系统，包括：光纤支撑架，该光纤支撑架支撑至少一根光导纤维，多个电极，该多个电极被排布以产生加热场来加热所述至少一根光导纤维，以及振动装置，该振动装置使来自所述多个电极的至少一个电极振动。所述电极可以被安排在至少局部真空中。所述系统可以被用于处理多个类型的光纤，该处理包括，如熔接、剥除、热处理、拉锥等。还提供相应的光纤处理方法。

Multi electrode system using vibratory electrode

Including the multi electrode system, optical fiber holder, the optical fiber to support at least one optical fiber, a plurality of electrodes, the electrode is arranged to generate heating field to the heating of the at least one optical fiber, and the vibration device, the vibration device from the plurality of electrical at least one electrode vibration pole. The electrodes can be arranged in at least a local vacuum. The system can be used to process a plurality of types of optical fibers, such as melting, stripping, heat treatment, taper and so on. The corresponding optical fiber processing methods are also provided.

【技术实现步骤摘要】
利用振动电极的多电极系统本申请为2010年1月15日递交的专利技术名称为“利用振动电极的多电极系统”的中国专利申请201080061587.7的分案申请。相关申请的交叉引用本申请是2008年2月7日提交的名称为Multi-ElectrodeSystem，序列号为12/027,394的的美国非临时性专利申请的部分继续申请，其根据35U.S.C.§119(e)要求从共同待决、共同拥有的2007年10月2日提交的名称为Multi-ElectrodeSystemInAVacuum的序列号为60/976,859的美国临时专利申请、2007年8月3日提交的名称为Three-phaseArcforFiberSplicingandImprovedFiberStripping的序列号为60/953,803的美国临时专利申请和2007年2月7日提交的名称为Three-PhaseArcforLargeDiameterFiberSplicingandImprovedFiberStripping序列号为60/888,691的美国临时专利申请的优先权，以上每一个公开的申请整体以引用的方式结合于此。
本专利技术的思想涉及光纤光学领域，且尤其涉及用于熔接和剥除光导纤维的系统和方法。
技术介绍
光导纤维熔接器一般采用放电以基本加热光纤以使他们融合在一起。在工业中该放电被称为“电弧”。但是，根据一些资料，当前层的放电不是实际电弧，而是产生热等离子场的冠状放电。最近，相同类型的电弧已经适用于从光纤剥除涂层并从机械地剥除的光纤清除剩余的碎片。在图1A中，电弧106在一对电极102、104的锐利的尖头之间形成以加热光纤110，众所周知，其中电极102、104被1mm到10mm的间隔隔开。如图1B所示，要求较大的电极间隔来产生电弧126以用于立即熔接多个光纤(例如，光纤带)，且用于较大直径光纤130。一些连接器的光学设计还可以要求电极间隔“间隙”更大以为了阻止电极122、124物理上堵塞光导纤维路径。电极一般由钨制成。但是，在一些情况下，铈或钍与钨合成。这些元素降低了电极的热电子工作功能，这使电子更容易地离开电极的表面。这允许放电用较低的初始电压启动。可替代的，能够提供外部离子源以帮助启动电弧(例如，3SAE技术公司的离子增强冷等离子技术)。能够提供具有普通钢化电极且无外部电离的合适的电弧，但是电弧的可重复特性通常是低的。应用到电极的电压可以是DC(直流)(一般结合较小的电极间隔)或交流(AC)(其允许电极头之间的较大间隔达到10mm或更大)。要求启动放电的电压由帕邢定律(Paschen’sLaw)确定，该定律涉及电极之间的间隙的击穿电压与间隙中的当前气体(例如，通常一般的空气)(复杂的和非直线的)功能、压力、湿度、电极形状、电极材料、和间隙距离的关系。应用帕邢定律到本系统而要求的许多参数是未知的，所以很少的连接器电弧的定量理论分析已经进行。通常，启动电压在实验上被确定在5kV到30kV的范围内。一旦电弧被启动，放电中等离子的持续电离要求的电压比初始应用的电压低。作为电路元件的等离子阻抗(即，应用的电压与电流的比例)难以预知。连接器电弧疑似在一些频率和电流级别展现负阻抗。这些特征使连接器电弧的“恒定电压”操作很难实现。因此，大部分这种系统被控制用于提供恒定的平均电流。合理预测方式与观测的功率的关联传递了光纤的放电和综合温度。为了给不同光纤类型提供正确加热，且为了补偿条件差异，提供改变传递给光纤的电弧功率的装置是有用的。这能够通过改变传递给持续电弧的电流(利用上文提到的控制电路)或通过启动和关闭的脉冲电弧来完成。大部分普通光导纤维直径是80μm到125μm(不包括外部涂料)，如图1A中所示。然而，如高功率光纤激光器的一些应用要求光纤直径达到1mm或更多。大部分熔接器将不接受直径大于200μm的光纤。用于大直径光纤(LDF)的专业连接器依赖设计特征具有各种最大直径能力。用于LDF的较大末端(>600μm)范围的成功连接器通常已经使用电阻丝加热或激光加热而不是电弧。对于这些大尺寸光纤，光纤材料的介质性质能够使电弧围绕光纤弯曲，而不是将光纤的整个圆周包裹在等离子场中，如图1B所示。这引起了光纤的不均匀加热，并导致坏的结合特性。使用圆弧剥除光纤的设备还能够承受不均匀的加热效果。这些“电弧剥除器”通常放置在使光纤刚刚处于等离子场的外面(上面或下面)的位置，以使来自电弧的加热引起涂层的分解。这必然引起光纤的一边比另一边热。对于大多数涂层，这不是问题。然而，一些涂层具有相对狭窄的温度窗口以用于有效移除且能够受益于更均匀的加热分布。
技术实现思路
提供的使用多电极的系统和方法产生用于一根或多根光导纤维的热处理的电弧，包括但不局限于：熔接、退火、扩散、剥除、拉锥(tapering)和消融，或将它们组合。这种系统和方法也可以用于其他应用和环境，如用于制作光导纤维接头。这种多电极系统和方法可以使用多个电极的一个或多个的振动以扩大等离子场，同时持续保持执行以上功能的足够的功率。根据本专利技术，多电极系统可以是三相系统，该系统被配置成在周围环境、或局部或完全真空中操作，具有多个电极的一个或多个的振动或隔离。这种系统和方法具有多个益处。例如，当在局部或完全真空中提供这种系统和方法时，由于对流的消除(或减少)提供了增强的等离子场的等温的稳定性。与常规系统和方法比较，在来自等离子体的热度上升的情况下(在大气压下)，生成向上的轻微波动，其可以破坏等离子体并改变等离子的热量平衡或轻微地改变部分被加热光纤的位置。当在局部或完全真空中提供这种系统和方法时，由于对流的消除(或减小)还提供了增强的等离子场的等温范围。与常规系统和方法比较，在来自等离子体的热度上升的情况下(在大气压下)，生成向上的轻微波动，其可以破坏电极之间的离子路径。该破坏将在空气中动摇及熄灭(extinguish)等离子体，否则完全稳定在真空或局部真空中。因为空气是绝缘体，所以在真空或局部真空中电极之间的电介质被大幅减少。该电介质减少允许电弧被启动并维持在远低于在空气中能达到的功率级。当在局部或完全真空中提供这种系统和方法时，这种系统和方法还提供减少的电极氧化。通过在等离子体产生期间降低当前氧气等级电极将以很慢的速度磨损。当在局部或完全真空中提供这种系统和方法时，这种系统和方法提供了消除燃烧。如丙烯酸酯(大部分普通光纤涂料)的一些光纤涂料在空气中大气压下是易燃的，并且如果暴露于标准电弧其可能烧毁。当同样的过程在真空或局部真空中实施时，氧气的缺乏阻止了涂料的燃烧从而允许以加热的方法使涂料脱落(类似于“爆炸技术”的过程)。根据本公开的一个方面，提供的是多电极系统，该系统包括：光纤支撑架，该光纤支撑架支撑至少一根光导纤维；多个电极，该多个电极被排布以产生加热场来加热所述至少一根光导纤维；以及振动装置，该振动装置使来自多个电极的至少一个电极振动。所述至少一根光导纤维可以是具有至少约125微米直径的至少一根大直径光导纤维。所述至少一根光导纤维可以是多根光导纤维。所述振动装置可以将加热场的宽度扩大到高斯热剖面(Gaussianthermalprofile)的最大值的整个一半。在一些情况下，多个电极的至少两个电极可以被振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电极系统，该系统包括：光纤支撑架，该光纤支撑架支撑至少一根光导纤维；多个电极，该多个电极被安排在完全或局部真空中，并且该多个电极被排布以产生具有一宽度的加热的等离子场，所述加热的等离子场围绕所述至少一根光导纤维的圆周传递基本均匀的加热分布，其中所述多个电极以旋转相序操作，由于所述至少一个光导纤维和环境空气的热量时间常数实质上长于在电极对之间形成的电弧的振荡周期，该旋转相序发生得很快以提供基本恒定的加热；以及振动装置，该振动装置使来自所述多个电极的至少一个电极振动从而增加所述基本一致加热的等离子场的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种多电极系统，该系统包括：光纤支撑架，该光纤支撑架支撑至少一根光导纤维；多个电极，该多个电极被安排在完全或局部真空中，并且该多个电极被排布以产生具有一宽度的加热的等离子场，所述加热的等离子场围绕所述至少一根光导纤维的圆周传递基本均匀的加热分布，其中所述多个电极以旋转相序操作，由于所述至少一个光导纤维和环境空气的热量时间常数实质上长于在电极对之间形成的电弧的振荡周期，该旋转相序发生得很快以提供基本恒定的加热；以及振动装置，该振动装置使来自所述多个电极的至少一个电极振动从而增加所述基本一致加热的等离子场的宽度。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述振动装置随着高斯曲线扩大所述加热的等离子场的热剖面。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个电极的至少两个电极振动。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个电极的全部电极振动。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述振动装置是至少一个压电致动器。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述振动装置的振动频率大于0Hz但不大于约10Hz。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个电极在邻近的电极之间产生等离子电弧从而产生所述加热的等离子场。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个电极的至少两个电极之间的距离是可调节的。9.一种多电极系统，该系统包括：光纤支撑架，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·威利，B·克拉克，J·C·迈茨勒，C·J·特劳特曼，
申请(专利权)人：三SAE科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US