一种基于氢氧焰加热的自变形芯光纤的制备方法技术

本发明专利技术提出了一种基于氢氧焰加热的自变形芯光纤的制备方法，包括如下步骤：首先对多模光纤Multimode Fiber，简称MMF，进行预处理；然后通过电脑软件设置CO2雕刻激光器刻蚀程序的功能参数并重复运行刻蚀程序直至刻蚀区达到合适深度且刻蚀区表面光洁；完成对光纤包层某一面的刻蚀后，调节可扭转夹具，使光纤整体分别旋转90

【技术实现步骤摘要】
一种基于氢氧焰加热的自变形芯光纤的制备方法


[0001]本专利技术属于光纤制备领域，涉及了一种基于氢氧火焰加热的异形芯光纤的制备方法。

技术介绍

[0002]在天文物理学研究中，提高视向速度测量精度及仪器稳定性具有重要意义。实现每秒厘米量级的视向速度测量精度，关键是增强光谱仪探测系统中光谱线的稳定性，目前影响光谱线精度的主要因素有光谱仪照明稳定性，星光信号稳定性及定标信号稳定性。视向速度测量系统主要通过光纤将望远镜采集的光谱信息传输到光谱仪中，相比透镜传输，圆形光纤不仅简化了整个探测系统结构，同时多模光纤具有的扰模特性也增强了光束传播的稳定性。尽管如此，圆形光纤虽然在角方向上具有较好的扰模特性，但在径向上扰模效果较差，经过光纤传输后的星光信号受到大气视宁度及入射过程中导向误差和离焦调制的影响，光纤出射场表现出近场质心的变化和远场光强分布的不均匀。光纤出射后由于调制引起的质心或光强变化经光谱仪系统，在谱线采集后引起谱线漂移，该偏移误差与星光探测多普勒频移信号相互影响，从而限制了视向速度测量精度的提高。
[0003]因此通过提高光纤传输系统的扰模增益以增强出射场稳定性，是目前亟需解决的重要课题。为实现此要求，目前的方法包括透镜扰模法、机械振动法和积分球法。但这些方法存在能量损失大、结构不稳定等缺点，不能满足高精度视向速度测量技术探测周期长的要求。通过改变光纤截面形状以提高扰模特性，是目前适用于高精度长周期视向速度测量的最有前景的扰模方法之一。
[0004]现有八边形光纤或矩形光纤进行扰模时，其需要连接圆形光纤来进行光的入射和出射，而现有技术无法做到两种不同纤芯形状光纤的完全适配，因此在传输效率上会有一定程度的降低，这对进行后续测量是很不利的。而自变形异形芯光纤，采用绝热锥过度，使圆形纤芯平稳过度到矩形芯或八边形芯光纤，此类锥形微光纤的锥形过渡区域较为平缓。锥形过度区域的缓慢变化导致局域锥角较小，锥半径的相对局部变化也较小。缓变锥直径变化缓慢，光纤对光的束缚力较强。光传输的能量主要由纤芯基模携带，从光纤中泄露出来的光也只占极少的比例，因此在于外界环境的交互中损失的能量也大大降低，基本可以实现微损耗的光传输，因此提高了传输效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种新型四边形扰模光纤的制备方法，来解决上述现有一些技术在实际应用中的缺陷，降低了光在光纤中传输的能量损耗，有效的提高了光的传输效率。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]首先对光纤进行预处理，取一段多模光纤(Multimode Fiber，MMF)，将MMF中间大约10cm左右的部分去掉涂覆层，露出裸光纤，并使裸光纤部分放置在二氧化碳激光器的焦
平面的中心处，将MMF左右两端固定在三维位移夹具上，通过调节x轴位移台，对光纤轴向施加一个微小的张力，使其保持水平拉直状态。。
[0008]然后通过电脑软件设置CO2雕刻激光器刻蚀程序的功能参数如：蚀刻线距离d和蚀刻线个数N，运行程序，让激光器工作一段时间直到稳定。将上述固定在三维位移台间的裸光纤放置在刻蚀激光器下，设定CO2激光器的扫描速度和频率，运行一次刻蚀程序，并在侧面观察系统中对光纤被刻蚀区域进行观察，重复运行刻蚀程序直至刻蚀区达到合适深度且刻蚀区表面光洁。
[0009]完成对光纤包层某一面的刻蚀后，调节可扭转夹具，使光纤整体分别旋转90
°
、180
°
、 270
°
，重复运行刻蚀程序使刻蚀区达到与第一次刻蚀面相同的深度，最终光纤的包层被刻蚀区域由圆柱体变为长方体。
[0010]将上述预制备的矩形包层MMF放置在氢氧火焰加热装置上，其两端分别固定在三维位移夹具上，三维位移夹具由电动步进电机控制。调整光纤基材的位置，使蚀刻区恰好位于氢气出口处。设置电动步进电机的步进距离L，打开氢气出气装置，使用打火器点燃氢气，运行加热程序，MMF被刻蚀成长方柱的包层在氢氧焰的加热下熔融变形，且在张力作用下刻蚀区域的物质重新流动分布，使得矩形包层重新恢复成圆形，从而制备出自变形异形芯光纤。
[0011]对上述制备出的自变形异形芯光纤进行端面观察。在观察中，首先将光纤变形部分之前的涂覆层剥去，插入裸光纤适配器中，利用光纤切割刀将光纤从纤芯变形部分中间切开，放置于端面观察装置中，对其纤芯变形情况进行观察。
[0012]本专利技术相比现有技术具有以下有益效果：
[0013]1.在普通MMF中直接引入矩形芯结构，整体纤芯截面形状的变化从圆形平滑的过渡至正方形再过渡至圆形。不需要拼接纤芯形状不同的光纤来增强扰模效果，从而避免了由纤芯适配引起的光能量的损耗。
[0014]2.由此制备的异形芯光纤的扰模效果比原MMF的扰模效果显著增强。
附图说明
[0015]图1是自变形异形芯的结构示意图；
[0016]图2是自变形异形芯的端面示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术申请作进一步的说明：
[0018]种基于氢氧火焰加热的自变形芯扰模光纤的制备方法，其结构示意图如图1所示，利用高频二氧化碳激光器和氢氧火焰加热装置制备出具有矩形纤芯的自变形异形芯光纤，其特点在于自变形异形芯光纤，采用绝热锥过度，使圆形纤芯平稳过度到矩形芯，基本可以实现微损耗的光传输，因此提高了传输效率。
[0019]首先取一段多模光纤(Multimode Fiber，MMF)，多模传输光纤的纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，纤芯孔径NA＝0.22，将MMF中间大约50mm长度的涂覆层剥去，露出裸光纤，利用可扭转夹具将裸光纤部分固定在二氧化碳激光蚀刻装置的焦平面中心处，二氧化碳激光器的蚀刻功能由计算机控制，其蚀刻深度由预设功率和扫描次数决定，CCD 可以用
来对蚀刻过程和蚀刻区域平滑情况进行实时监测，在蚀刻过程之前，微微调节可扭转夹具的x轴方向，对光纤施加一个微小的轴向拉力，使得光纤保持绷直状态。
[0020]在控制二氧化碳激光器的电脑程序中设置制作矩形包层所需的系统参数，蚀刻线距离d 设置为50μm，蚀刻线个数N设置为201，通过设置系统参数，可以制备蚀刻区域长度为 10mm的矩形包层光纤。矩形包层的边长可以通过改变预设功率和扫描次数来控制，打开蚀刻程序，运行一段时间后使其稳定，对光纤进行蚀刻，在蚀刻过程中，利用CCD对光纤蚀刻深度和蚀刻面平整度进行观测。
[0021]完成对包层某一面的刻蚀后，调节可扭转夹具，使光纤整体分别旋转90
°
、180
°
、270
°
，重复运行刻蚀程序使刻蚀区达到与第一次刻蚀面相同的深度。分别制备了边长为100μm、 90μm、80μm的矩形包层光纤。
[0022]本专利技术在制备过程中，结构应固定在氢气出气口处，电脑程序可设置氢气出气量及加热过程中结构步进距离。矩形包层MMF两端分别固定在三维位移夹具上，三维位移夹具由电动步进电机控制。设置步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氢氧焰加热的自变形芯光纤的制备方法，其特征是，包括如下步骤：首先对多模光纤Multimode Fiber，简称MMF，进行预处理；然后通过电脑软件设置CO2雕刻激光器刻蚀程序的功能参数如：蚀刻线距离d和蚀刻线个数N，运行程序，让激光器工作一段时间直到稳定，将上述固定在三维位移台间的裸光纤放置在刻蚀激光器下，设定CO2激光器的扫描速度和频率，运行一次刻蚀程序，并在侧面观察系统中对光纤被刻蚀区域进行观察，重复运行刻蚀程序直至刻蚀区达到合适深度且刻蚀区表面光洁；完成对光纤包层某一面的刻蚀后，调节可扭转夹具，使光纤整体分别旋转90
°
、180
°
、270
°
，重复运行刻蚀程序使刻蚀区达到与第一次刻蚀面相同的深度，最终光纤的包层被刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：马一巍，易杨，赵敏，李晓飏，苏春博，孙静，耿涛，孙伟民，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：