本发明专利技术涉及一种光纤侧边抛磨装置，包括对保偏光纤进行定轴及侧边抛磨的装置与对普通光纤的侧边抛磨的装置。本发明专利技术所述的光纤侧边抛磨装置，包括底板、用于固定和承载光纤的两个夹具台、安装有可拆卸磨轮的磨轮台支架、ＣＣＤ摄像机、ＣＣＤ探测器、用以在抛磨过程中监控抛磨深度的抛磨监控光源与光功率计；两个夹具台上分别安装有一组可拆卸的光纤夹具，夹持光纤的抛磨段并将其拉平直；夹具台上的精密旋转光纤夹具及旋转步进电机可与平板光纤夹具互换，以适应保偏光纤或普通光纤侧边抛磨的不同要求。本装置既保证对保偏光纤定轴的精度，也方便对普通光纤的侧边抛磨。本发明专利技术还提供了相应的保偏光纤侧边抛磨工艺方法，以及普通光纤侧边抛磨工艺方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤侧边抛磨装置，包括对保偏光纤进行定轴及侧边抛磨的装置与对普通光纤的侧边抛磨的装置，以及相应的工艺方法。
技术介绍
利用光学方法对光纤进行抛磨，可制成多种光纤光学元器件，例如，光纤连接器就是将光纤的横截而形成的端面进行抛磨，达到两光纤端面高效地连接，有效地减小连接损耗的目的。本专利技术所指光纤是由石英制成，有着纤芯和包层结构，用于光通信和光传感的光纤。它很脆，而且其外直径只有125微米，这就使得其加工技术远比一般的光学加工方法要复杂得多。例如，光纤连接器抛磨方法，就是先将端面待抛磨的光纤用陶瓷管固定住，再将光纤端面与陶瓷管一起置于商用光纤端面抛磨机上进行抛磨加工。通常，足够厚度的光纤包层保证了在纤芯中传播的光场，以及在光纤包层中倏逝波场的能量不会泄漏到光纤外面。当用抛磨或化学腐蚀的方法使光纤的包层厚度减小到倏逝波场存在的区域，也就是距纤芯仅几个微米的区域时，就形成了一个纤芯中传输光的倏逝波场的“泄漏窗口”。如图1所示。在此“窗口”处，人们就有可能利用倏逝场来激发、控制、探测光纤纤芯中的传输光波的无损传播或泄漏。由此原理或制成光纤倏逝场器件或光纤倏逝场传感器。由于化学腐蚀方法很难控制此“泄漏窗口”形状，目前较多的是采用侧边抛磨的方法来去除部分光纤包层，也就是制作侧边抛磨光纤。侧边抛磨光纤就是在普通通信光纤上，利用光学微抛磨加工技术，将圆柱形的光纤包层抛磨掉一部分所制成的光纤。虽然对波导中倏逝场的利用早已在集成光学波导和D型光纤上实现，但侧边抛磨光纤器件与它们相比较有明显的特长 ●低廉成本；特别是与光纤光栅相比。●对倏逝场利用的区域可人为控制；●制成的器件极低的插入损耗(＜0.5dB)；●极小的偏振相关损耗(＜0.02dB)；●背向反射极小(＜-50dB)；●易于与光纤系统熔接。使得利用侧边抛磨光纤构造新型全光纤器件和多功能光纤传感器已成为研究开发的有效途径之一。目前制作侧边抛磨光纤的方法主要有两个。一个是光纤侧边弧型槽基块抛磨法此方法最早见于“Singlemode fibre optic directional coupler”(R.A.Bergh，G.Kotler，H.J.Shaw；Electronic Letters.1980，Vol.16 pp260-261。)此方法是将光纤用胶固定在一块上面开着弧型槽的玻璃基块上，然后将光纤与此基块一起在商用光学抛磨机上研磨。其缺点就是要先在玻璃基块上开弧型槽，而且每根抛磨光纤都需要一个新开好的弧型槽基块。另外，要用环氧胶固定此光纤，抛磨完毕后，如想小型化器件，又要用其它化学溶剂来溶解环氧胶。这是一个成本较高，费时费力，成品率较低的方法。针对上述缺陷，产生了光纤侧边轮式抛磨法。此方法较早见于报道是在“Optical fibre polishing with a motor-driven polishing wheel”(C.D.Hussey，J.D.Minelly；Electronics Letters.1988，Vol.24，No.13 pp805-807。)此方法将光纤置于一个旋转轮上，在轮上加研磨剂后，可将光纤的侧边抛磨去一部分。根据此原理，英国的REHMAN SAEED SYED等人申请了制造专利“APPARATUSAND METHOD FOR ABRADING OPTICAL FIBRE”(WO0049439)。此专利给出了具体用此方法进行光纤侧边抛磨的装置和相应的工艺方法。此专利主要描述了使用光电装置来在线检测待抛磨的光纤中通过光的衰减量来监测抛磨过程，还描述了利用支撑管对保偏光纤施加横向应力来进行保偏光纤定轴的装置和方法。这种方法具有以下主要缺陷(一)光纤侧边抛磨的装置中为了对待抛磨光纤施加轴向张力，用一根绳子悬挂着一重物，这使得在实际抛磨中不能进行施加张力的监控。另外此悬挂重物的方法也不利于抛磨装置的自动化设计。(二)所用的监测磨轮转速的装置是用园盘上刻有空条的斩光器遮挡红外光，以产生正比于转速的脉冲信号。此处还只是监测，还要再用此信号去指挥另外的仪器控制磨轮电机的转速。此装置由于此磨轮监测和控制装置的存在而体积较大，而且不能预先设定磨轮在不同的抛磨光纤的阶段中的不同转速。(三)所描述的保偏光纤定轴方法并不实用。保偏光纤是一类特种光纤，常应用于光纤传感和相干光通信领域。保偏光纤可以使光纤中传输的两个偏振态相互垂直的光的传播常数相差很大，从而使得这两个偏振模式间的耦合很小。通常采用改变普通光纤横截面结构分布的方法来人为地引入光纤纤芯中的应力不对称。这个应力不对称的最大和最小方位就是保偏光纤的应力轴方位。在制作保偏光纤器件时，需要先确定保偏光纤的应力轴的方位。通常所说的保偏光纤的定轴，就是确定保偏光纤段的应力轴的方位。按专利(WO0049439)所描述的，要想得到较精确的保偏光纤的应力轴的定位，此支撑管的直径必须很小，约为1-2毫米，这么细的支撑管是很难安放于磨轮上的，特别是当磨轮直径为10或20毫米时(这在实用中是会用到的尺寸)，较难安装，而且当旋转光纤定轴时，会使支撑管滚落，从而无法完成保偏光纤的定轴。综上所述，目前还没有一种可以在对保偏光纤进行侧边抛磨时的在线实时测试和控制应力轴方位的装置和方法。而实际的应用中，需要在线测试和控制应力轴的方位，以提高侧边抛磨保偏光纤的器件质量和效率。
技术实现思路
为解决现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种光纤侧边抛磨装置，包括对保偏光纤进行定轴及侧边抛磨的装置与对普通光纤的侧边抛磨的装置，以及相应的工艺方法。本专利技术所述的光纤侧边抛磨装置，包括底板、用于固定和承载光纤的两个夹具台、安装有可拆卸磨轮的磨轮台支架、CCD摄像机、CCD探测器、用以在抛磨过程中监控抛磨深度的抛磨监控光源与光功率计。所述的一个夹具台直接固定于底板上，为固定光纤夹具台，另一个夹具台安置于导轨上，导轨固定于底板上，该夹具台为可移动光纤夹具台。所述的两个夹具台上分别安装有一组可拆卸的光纤夹具，夹持光纤的抛磨段并将其拉平直；当夹具为精密旋转光纤夹具时，由旋转步进电机驱动，可完成保偏光纤的定轴及侧边抛磨；当夹具为平板光纤夹具时，可完成普通光纤的侧边抛磨；夹具台上的精密旋转光纤夹具及旋转步进电机可与平板光纤夹具互换，以适应保偏光纤或普通光纤侧边抛磨的不同要求。这使本装置既保证了对保偏光纤定轴的精度，也方便了对普通光纤的侧边抛磨。所述的可移动光纤夹具台中安置有张力控制系统，该系统实时测试光纤上所施加的轴向张力的大小，并控制和驱动此夹具台沿导轨水平移动，对在两光纤夹具间的光纤进行拉伸，给光纤上加上预定的轴向张力。对于可移动光纤夹具台的移动结构，一种较佳的设计是所述的可移动光纤夹具台中安置有由步进电机驱动的行走齿轮，所述的导轨侧边有齿轮，该齿轮与可移动光纤夹具台中的行走齿轮啮合，使夹具台沿水平方向移动。以往的装置中的导轨是平滑导轨，悬挂重垂物使夹具台移动在。不能实现自动控制。应用齿轮导轨，可将夹具台移动控制和张力控制一并进行。对于张力控制系统，一种较佳的设计是所述的张力控制系统是由光纤张力传感器和行走齿轮控制部分组成，张力传感器接触到施加有张力的光纤，将光纤上所受张力感应出来，传给行走齿轮控制部分，以驱动行走齿轮在导轨上水平移本文档来自技高网...
【技术保护点】
光纤侧边抛磨装置，其特征在于：包括底板（１）、用于固定和承载光纤（１２）的两个夹具台（２、３）、安装有可拆卸磨轮（７）的磨轮台支架（１８）、ＣＣＤ摄像机（６）、ＣＣＤ探测器（９）、用以在抛磨过程中监控抛磨深度的抛磨监控光源（１４）与光功率计（１５）；所述的一个夹具台直接固定于底板（１）上，为固定光纤夹具台（２），另一个夹具台安置于导轨（１１）上，导轨（１１）固定于底板（１）上，该夹具台为可移动光纤夹具台（３）；所述的两个夹具台（２、３）上分别安装有一组可拆卸的光纤夹具，夹持光纤（１２）的抛磨段并将其拉平直；当夹具为精密旋转光纤夹具（４）时，由旋转步进电机（１３）驱动，可完成保偏光纤的定轴及侧边抛磨；当夹具为平板光纤夹具（１９）时，可完成普通光纤的侧边抛磨；所述的可移动光纤夹具台（３）中安置有张力控制系统（５），该系统实时测试光纤（１２）上所施加的轴向张力的大小，并控制和驱动此夹具台沿导轨（１１）水平移动，对在两光纤夹具间的光纤（１２）进行拉伸，给光纤（１２）上加上预定的轴向张力；所述的磨轮台支架（１８）固定于底板（１）上，磨轮台（１６）安置于磨轮台支架（１８）上，支撑磨轮（７）及转动步进电机（８）；升降电机（１７）固定在底板（１）上，利用传动螺杆（２０）使磨轮台（１６）沿磨轮台支架（１８）上下移动；所述的磨轮（７）同轴地固定的转动步进电机（８）的转动轴上，可折卸并更换不同规格、不同材料的磨轮；磨轮（７）上固定有研磨纸或抛光纸；磨轮（７）及转动步进电机（８）的组合可前后移动，或者随磨轮台（１６）一起沿磨轮台支架（１８）上下移动；所述的ＣＣＤ摄像机（６）安置于待抛磨的光纤段（１２）的上方；ＣＣＤ探测器（９）安置于底板（１）上面，光源（１０）安置于底板（１）底面，二者都可沿水平方向左右移动，以适应光纤平直时的定轴或抛磨时的定轴；当磨轮（７）垂直于磨轮台支架（１８）向后移动时，在ＣＣＤ摄像机（６）中能观察到光纤待抛磨段在光源（１０）照明下的轴向透射图像；将此轴向图像与数据库中的标准图像进行对比，可确定此段保偏光纤中应力轴的方位及角度；将此方位及角度信息提供给旋转步进电机（１３）的驱动控制系统，就可以光纤轴为轴旋转光纤，最终将此保偏光纤段的应力轴置于预先指定的方位；所述的ＣＣＤ探测器（９）中间有一孔，使光源（１０）的光线能不受阻挡地照射光纤段，在光纤侧边抛磨前或抛磨过程中，接收保偏光纤抛磨段在光源（１０）照射下的背向散射...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，沈丽达，江沛凡，刘林和，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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