本发明专利技术公开了一种可实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统及熔接方法，目的是解决大直径双包层光纤端帽熔接的问题。系统由光纤端帽熔接平台、加热系统、CCD探测系统和控制系统组成，光纤端帽熔接平台由光纤固定平台、端帽夹持平台组成，加热系统由氢氧发生器、二合一皮管、加热移动装置组成；加热移动装置由两个移动马达、两个火焰枪、两个火焰枪固定架、一个火焰枪支撑架组成，控制系统由控制软件和视频控制系统组成。熔接方法是使用控制软件，按照下纤、进火、抬火、进纤和退火的顺序熔接玻璃锥棒和双包层光纤。本发明专利技术熔接系统体积小，使用方便，利于维护，熔接方法操作快捷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统，尤其是一种可实现双包层光纤与直径大于光纤内包层直径的玻璃锥棒熔接的系统。
技术介绍
近年来，随着大模场面积双包层掺杂光纤制造工艺与高亮度激光二极管泵浦技术的发展，单根单模双包层光纤激光器的输出功率以惊人的速度提高。从2000年的百瓦级输出，十年内输出功率实现了两个量级的跨越，并且光束质量保持良好。2009年6月，美国IPG光子技术公司推出了产品化的单模单纤万瓦级光纤激光器。虽然高功率光纤激光器中采用的光纤都是大模场面积的双包层光纤，纤芯直径也仅为IOum 30um,因此光纤纤芯中传输的功率密度很高，光纤端面很容易损伤。在大功率光纤激光器中，光纤端面的激光损伤是不容忽视的一个问题。因 此，在光纤激光器产品中，在输出端制作光纤端帽是必不可少的。端帽是无纤芯、无涂覆层、不掺杂的纯熔融石英棒，根据可承受的功率要求不同，端帽可分为两种:(1)端帽直径等于双包层光纤的内包层直径，根据出射光束的光斑大小可设定端帽的长度。适用于中等功率的传输。(2)端帽直径远大于双包层光纤内包层直径的数十倍，端帽的大直径端面可更好的降低功率密度。端帽的末端成圆锥形，这样设计可更好的与光纤共轴、连接。此端帽可承载高功率传输。对于第一种端帽，商用大芯径光纤熔接机可实现光纤与无芯玻璃棒的熔接。对于第二种端帽的熔接，国外无相关技术报道，国内的北京工业大学在一篇《半导体激光泵浦源用传能光纤的关键技术研究》的论文中对基于二氧化碳激光器的光纤端帽熔接系统进行了相关技术介绍。作者采用二氧化碳激光器作为熔接的热源。搭建的实验平台主要由激光器扩束准直系统(由扩束镜和准直镜组成)、光路调节平台(由第一平面镜、第二平面镜、第一凹面镜、第二凹面镜组成)、CCD探测系统(由第一(XD、第二 CXD组成)、光纤步进电机和控制软件组成。二氧化碳激光器、CXD探测系统和光纤步进电机分别由电缆与电脑相连，通过控制软件控制各部件的操作步骤。其中石英棒的固定夹具和控制软件的流程，该论文并未公开。二氧化碳激光通过扩束镜和准直镜后，被平面镜反射，通过中间有孔的凹面镜，照射到可旋转的平面镜上。平面镜与水平面有着一定的倾角，当其静止时，激光被反射到指定的方向；当其转动时，被反射的激光形成一个光环照射到凹面镜上，并被凹面镜反射，以平行光照射到凹面镜上，经其反射将激光汇聚到石英棒和光纤的连接点。光纤被固定在步进电机上。为了观察整个熔接过程，第一 C⑶和第二CCD分别从侧面和底面观察连接过程。此熔接系统存在的不足有:1、使用二氧化碳激光器作为加热热源，需要搭建扩束准直系统和光路调节平台，占地面积大，操作不方便。2、光路调节平台中使用多个平面镜和凹面镜，平面镜和凹面镜的镜面不干净会降低激光光束质量，给使用过程和维护过程带来了困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:基于现有的光纤-端帽熔接实验系统难以实现所期望的大直径双包层光纤端帽熔接的问题，提供一种可以实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统，使得熔接系统体积小，使用方便，利于维护。本专利技术的技术方案是:本专利技术熔接系统由光纤端帽熔接平台、加热系统、CCD探测系统和控制系统组成。CCD探测系统与
技术介绍
中北京工业大学所公布的光纤端帽熔接装置中的CCD探测系统相同。控制系统通过电缆分别与加热系统中的加热移动装置、光纤端帽熔接平台中的光纤步进机和CCD探测系统相连。光纤端帽熔接平台由光纤固定平台、端帽夹持平台组成，两者水平共轴且相互独立。光纤固定平台由商用光纤步进机和商用二维调节架组成。光纤步进机满足步长范围为Ium至2.5mm即可。二维调节架置于光纤步进机底部，通过调节螺母使光纤步进机移动来确定光纤的位置。光纤垂直放置在光纤步进机中。光纤步进机上标有刻度，可实时观测、记录光纤的进退距离。端帽夹持平台由端帽固定架、端帽支撑架和商用三维调节架组成。三维调节架和二维调节架的量程满足在8mm之内即可。端帽固定架是一个矩形铁块，铁块的一侧内挖一个空心锥柱，玻璃锥棒垂直于矩形铁块夹在空心锥柱的锥角Θ处，空心锥柱的柱长1、柱底直径D、角边长d、锥角Θ的大小满足玻璃锥棒的穿过。在平行于矩形铁块的空心锥柱柱底的圆心处挖有一个空心圆柱，大小满足固定玻璃锥棒的螺丝通过。端帽支撑架呈“L”型，“L”的垂直部分为实心铁柱，实心铁柱垂直固定在端帽固定架中与空心锥柱相对立的一侧，“L”的水平部分为一个长方体铁块，铁块的一侧与实心铁柱垂直连接，铁块底部和商用三维调节架通过螺丝或强力胶固定连接。三维调节架置于端帽支撑架底部，通过调节三维调节架的螺母可改变玻璃锥棒的位置。加热系统由氢氧发生器、二合一皮管、加热移动装置组成。氢氧发生器使用商用的亚克力抛光机。氢氧发生器顶部有注水口，前面有开关、电解液水位线、压力表、过滤杯和电流表，后面有电源线。电解液由电解粉(氢氧化钾或氢氧化钠)与水按1:5比例调制而成，从注水口注入到内 部的电解槽中。电解液水位线有最高水位线和最低水位线，电解液不得高于最高水位线或低于最低水位线，液位若低于整个水位线的50%则需立刻添加水。过滤杯内置过滤剂(蒸馏水或酒精)。二合一皮管有两个出口，分别连接加热移动装置中两个火焰枪的进气口，皮管合一后的总管口为入气口，与氢氧发生器中过滤杯上盖一侧的出气口相连。加热移动装置由两个移动马达、两个火焰枪、两个火焰枪固定架、一个火焰枪支撑架组成。两个移动马达分别控制火焰枪的上下和进退，移动步长由控制系统中设置参数决定。两个火焰枪分别固定在两个火焰枪固定架上，火焰方向满足垂直水平面。两个火焰枪的枪杆上各有一个调节阀，通过顺、逆时针旋转来控制气体流量的小、大。火焰枪的枪口处为火嘴。火焰温度高达2800°C，足以满足光纤端帽的熔接要求。火焰枪固定架是一个正方体铁块，内挖一个空心圆，火焰枪枪杆插到空心圆中。两个火焰枪固定架的顶端各有两个螺丝，螺丝垂直旋入火焰枪固定架中的空心圆里，固定火焰枪枪杆的位置。在火焰枪固定架的底部，对应旋钮的位置各有两个六角螺丝，通过调节其松或紧来调整或固定火焰枪的俯仰。两个火焰枪固定架的底部通过铁板水平连接。火焰枪支撑架与端帽支撑架结构相同，实心铁柱固定在铁板的中心位置。铁块的一侧与实心铁柱连接，另一侧与移动马达连接。控制系统由控制软件和视频控制系统组成，两者相互独立。视频控制系统有两个视频窗口，分别对应第一 CXD和第二 (XD，如锦铭视讯系统，两个视频窗口同时监控光纤和玻璃锥棒的熔接过程。控制软件是设置系统参数和执行系统操作的软件，控制系统的初始复位、下纤、进纤、进火、退火、抬火、启动和确认，并进行下纤距离及延迟时间、进纤距离及延迟时间、进火距离及预热时间和抬火距离及加热时间的参数设置。控制软件的流程为:1.初始复位。当初始复位键被点击时，控制软件同时向加热移动装置中的两个马达和光纤固定平台中的光纤步进机发送初始复位的指令；2.参数设置。当确认键被点击时，控制软件将下纤距离LI及延迟时间Tl、进火距离L2及延迟时间T2、抬火距离L3及延迟时间T3和进纤距离L4及延迟时间T4的参数保存。3.自动熔接。控制软件接收到启动命令，向光纤步进机发送下纤指令，延迟Tl秒向加热移动装置中的马达发送进火指令，延迟T2秒向加热移动装置中的马达发送抬火指令，延迟T本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统，包括CCD探测系统，CCD探测系统由第一CCD、第二CCD组成，其特征在于可实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统还包括光纤端帽熔接平台、加热系统、控制系统；其中光纤端帽熔接平台由端帽固定系统和光纤固定系统组成，控制系统通过电缆分别与加热系统中的加热移动装置、光纤端帽熔接平台中的光纤步进机和CCD探测系统相连；光纤端帽熔接平台由光纤固定平台、端帽夹持平台组成，两者水平共轴且相互独立；光纤固定平台由光纤步进机和二维调节架组成，二维调节架置于光纤步进机底部，通过调节螺母使光纤步进机移动来确定光纤的位置，光纤垂直放置在光纤步进机中，光纤步进机上标有刻度；端帽夹持平台由端帽固定架、端帽支撑架和三维调节架组成；端帽固定架是一个矩形铁块，铁块的一侧内挖一个空心锥柱，玻璃锥棒垂直于矩形铁块夹在空心锥柱的锥角θ处；在平行于矩形铁块的空心锥柱柱底的圆心处挖有一个空心圆柱，大小满足固定玻璃锥棒的螺丝通过；端帽支撑架呈“L”型，“L”的垂直部分为实心铁柱，实心铁柱垂直固定在端帽固定架中与空心锥柱相对立的一侧，“L”的水平部分为一个长方体铁块，铁块的一侧与实心铁柱垂直连接，铁块底部和三维调节架通过螺丝或强力胶固定连接；三维调节架置于端帽支撑架底部；加热系统由氢氧发生器、二合一皮管、加热移动装置组成；氢氧发生器使用亚克力抛光机，氢氧发生器顶部有注水口，前面有开关、电解液水位线、压力表、过滤杯和电流表，后面有电源线；电解液从注水口注入到内部的电解槽中，电解液水位线有最高水位线和最低水位线，电解液不得高于最高水位线或低于最低水位线；过滤杯内置过滤剂；二合一皮管有两个出口，分别连接加热移动装置中两个火焰枪的进气口，皮管合一后的总管口为入气 口，与氢氧发生器中过滤杯上盖一侧的出气口相连；加热移动装置由两个移动马达、两个火焰枪、两个火焰枪固定架、一个火焰枪支撑架组成，两个移动马达分别控制火焰枪的上下和进退，移动步长由控制系统设置参数决定；两个火焰枪分别固定在两个火焰枪固定架上，火焰方向与水平面垂直；两个火焰枪的枪杆上各有一个调节阀，火焰枪的枪口处为火嘴；火焰枪固定架是正方体铁块，内挖一个空心圆，火焰枪枪杆插到空心圆中；两个火焰枪固定架的顶端各有两个螺丝，螺丝垂直旋入火焰枪固定架中的空心圆里，固定火焰枪枪杆的位置；在火焰枪固定架的底部，对应旋钮的位置各有两个六角螺丝，通过调节其松或紧来调整或固定火焰枪的俯仰；两个火焰枪固定架的底部通过铁板水平连接；火焰枪支撑架与端帽支撑架结构相同，实心铁柱固定在铁板的中心位置；铁块的一侧与实心铁柱连接，另一侧与移动马达连接；控制系统由控制软件和视频控制系统组成，两者相互独立，视频控制系统有两个视频窗口，分别对应第一CCD和第二CCD，两个视频窗口同时监控光纤和玻璃锥棒的熔接过程；控制软件是设置系统参数和执行系统操作的软件，控制系统的初始复位、下纤、进纤、进火、退火、抬火和启动，并进行下纤距离及延迟时间、进纤距离及延迟时间、进火距离及预热时间和抬火距离及加热时间的参数设置，控制软件的流程为：1.1初始复位：当初始复位键被点击时，控制软件同时向加热移动装置中的两个马达和光纤固定平台中的光纤步进机发送初始复位的指令；1.2参数设置：当确认键被点击时，控制软件将下纤距离L1及延迟时间T1、进火距离L2及延迟时间T2、抬火距离L3及延迟时间T3和进纤距离L4及延迟时间T4的参数保存；1.3自动熔接：控制软件接收到启动命令，向光纤步进机发送下纤指令，延迟T1秒向加热移动装置中的马达发送进火指令，延迟T2秒向加热移 动装置中的马达发送抬火指令，延迟T3秒向光纤步进机发送进纤指令，延迟T4秒向加热移动装置中的马达发送退火指令。...
【技术特征摘要】
1.一种可实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统，包括CXD探测系统，CXD探测系统由第一 (XD、第二 CXD组成，其特征在于可实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统还包括光纤端帽熔接平台、加热系统、控制系统；其中光纤端帽熔接平台由端帽固定系统和光纤固定系统组成，控制系统通过电缆分别与加热系统中的加热移动装置、光纤端帽熔接平台中的光纤步进机和CCD探测系统相连； 光纤端帽熔接平台由光纤固定平台、端帽夹持平台组成，两者水平共轴且相互独立；光纤固定平台由光纤步进机和二维调节架组成，二维调节架置于光纤步进机底部，通过调节螺母使光纤步进机移动来确定光纤的位置，光纤垂直放置在光纤步进机中，光纤步进机上标有刻度；端帽夹持平台由端帽固定架、端帽支撑架和三维调节架组成；端帽固定架是一个矩形铁块，铁块的一侧内挖一个空心锥柱，玻璃锥棒垂直于矩形铁块夹在空心锥柱的锥角Θ处；在平行于矩形铁块的空心锥柱柱底的圆心处挖有一个空心圆柱，大小满足固定玻璃锥棒的螺丝通过；端帽支撑架呈“L”型，“L”的垂直部分为实心铁柱，实心铁柱垂直固定在端帽固定架中与空心锥柱相对立的一侧，“L”的水平部分为一个长方体铁块，铁块的一侧与实心铁柱垂直连接，铁块底部和三维调节架通过螺丝或强力胶固定连接；三维调节架置于端帽支撑架底部； 加热系统由氢氧发生器、二合一皮管、加热移动装置组成；氢氧发生器使用亚克力抛光机，氢氧发生器顶部有注水口，前面有开关、电解液水位线、压力表、过滤杯和电流表，后面有电源线；电解液从注水口注入到内部的电解槽中，电解液水位线有最高水位线和最低水位线，电解液不得高于最高水位线或低于最低水位线；过滤杯内置过滤剂；二合一皮管有两个出口，分别连接加热移动装置中两个火焰枪的进气口，皮管合一后的总管口为入气口，与氢氧发生器中过滤杯上盖一侧的出气口相连；加热移动装置由两个移动马达、两个火焰枪、两个火焰枪固定架、一个火焰枪支撑架组成，两个移动马达分别控制火焰枪的上下和进退，移动步长由控制系统设置参数决定；两个火焰枪分别固定在两个火焰枪固定架上，火焰方向与水平面垂直；两个火焰枪的枪杆上各有一个调节阀，火焰枪的枪口处为火嘴；火焰枪固定架是正方体铁块，内挖一个空心圆，火焰枪枪杆插到空心圆中；两个火焰枪固定架的顶端各有两个螺丝，螺丝垂直旋入火焰枪固定架中的空心圆里，固定火焰枪枪杆的位置；在火焰枪固定架的底部，对应旋钮的位置各有两个六角螺丝，通过调节其松或紧来调整或固定火焰枪的俯仰； 两个火焰枪固定架的底部通过铁板水平连接；火焰枪支撑架与端帽支撑架结构相同，实心铁柱固定在铁板的中心位置；铁块的一侧与实心铁柱连接，另一侧与移动马达连接； 控制系统由控制软件和视频控制系统组成，两者相互独立，视频控制系统有两个视频窗口，分别对应第一 CXD和第二 (XD，两个视频窗口同时监控光纤和玻璃锥棒的熔接过程；控制软件是设置系统参数和执行系统操作的软件，控制系统的初始复位、下纤、进纤、进火、退火、抬火和启动，并进行下纤距离及延迟时间、进纤距离及延迟时间、进火距离及预热时间和抬火距离及加热时间的参数设置，控制软件的流程为: 1.1初始复位:当初始复位键被点击时，控制软件同时向加热移动装置中的两个马达和光纤固定平台中的光纤步进机发送初始复位的指令； 1.2参数设置:当确认键被点击时，控制软件将下纤距离LI及延迟时间Tl、进火距离L2及延迟时间T2、抬火距离L3及延迟时间T3和进纤距离L4及延迟时间T4的参数保存；. 1.3自动熔接...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭威，陈子伦，李杰，周航，侯静，王泽锋，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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