專利名稱：一種錐形光纖的制作裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光無源器件和特殊光器件的制作技術(shù)，尤其是涉及ー種錐形光纖的制作裝置及方法。
背景技術(shù)：
錐形光纖是指具有錐腰和對稱雙錐過渡區(qū)的特殊光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光器件，其作為ー 種特殊光器件，由于其制作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、用途廣泛，因此近年來已成為國內(nèi)外研究的熱點。當(dāng)光在錐形光纖中傳播時，不同模式之間會發(fā)生能量耦合和干渉效應(yīng)，基于這種原理可以實現(xiàn)多種光學(xué)元件。錐形光纖作為ー種特殊光器件，在微器件方面具有無可比擬的優(yōu)勢，并已經(jīng)在全波耦合器、近場顯微成像、折射率傳感器、微腔激光器、超連續(xù)光源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。錐形光纖的制作方法主要采用化學(xué)腐蝕法和熔融拉錐法?；瘜W(xué)腐蝕法是將剝?nèi)ネ扛矊拥囊欢喂饫w直接浸入到腐蝕液中經(jīng)過腐蝕而得到錐形光纖，該方法操作簡單、易于實現(xiàn)，但是錐形結(jié)構(gòu)參數(shù)不可調(diào)，尤其當(dāng)錐腰腐蝕得比較細(xì)的時候，取出光纖時會由于液體表面張カ的作用容易使光纖折斷。而熔融拉錐法一般是先使光纖處于加熱熔融狀態(tài)，再施加拉カ使受熱部分的光纖直徑變小從而制得錐形光纖。熔融拉錐法一般包括電弧拉制法、氫氧焰加熱法和激光照射法。電弧拉制法是指通過高壓放電產(chǎn)生的電弧作用在光纖上使光纖熔融，然后在光纖兩頭施加拉カ制成錐形光纖，該方法僅用光纖熔接機即可制作錐形光纖，使用設(shè)備少、簡單易行，但是該方法對技術(shù)要求高，制作難度較大。氫氧焰加熱法是采用氫氧焰作為加熱源，通過控制氣體流量和光纖拉伸速率等參數(shù)制作錐形光纖，該方法的優(yōu)點是可以精確控制制作過程，容易制作多種結(jié)構(gòu)參數(shù)的錐形光纖，缺點是制作過程容易受到外界環(huán)境的影響，具有一定的局限性。激光照射法是采用連續(xù)型或者高頻脈沖型的ニ氧化碳(CO2)激光器發(fā)出的紅外激光對光纖進(jìn)行局部加熱，使被加工光纖一直處于熔融狀態(tài)，同時在光纖兩端施加拉カ得到錐形光纖。該方法不受外界氣流等因素的影響，而且可以對拉錐光纖的參數(shù)進(jìn)行精確控制，然而該方法用于錐形光纖的制作通常還需要精密電控平移臺等，裝置比較復(fù)雜、加工時間長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉、易于實現(xiàn)，且加工時間短、工作效率高的錐形光纖的制作裝置及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種錐形光纖的制作裝置，其特征在于包括光學(xué)平板、計算機終端、ニ氧化碳激光器、掃描振鏡、具有高反射率的鍍金屬膜反射鏡、置放平臺、兩個ニ維精密調(diào)節(jié)架、兩個光纖固定件及若干對不同質(zhì)量的重物，所述的置放平臺和所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架置放于所述的光學(xué)平板上，所述的計算機終端分別與所述的ニ氧化碳激光器和所述的掃描振鏡連接，所述的掃描振鏡位于所述的ニ氧化碳激光器的輸出端，所述的鍍金屬膜反射鏡置放于所述的置放平臺上，所述的鍍金屬膜反射鏡的鏡面正對所述的ニ氧化碳激光器的輸出端，兩個所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架分布于所述的置放平臺的兩側(cè)，所述的光纖固定件固定于所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架上，所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架用于調(diào)整所述的光纖固定件的高度和水平位置，兩個所述的光纖固定件分別用于固定被加 エ光纖的兩端，若干對所述的重物用于懸掛于被加工光纖的兩端，所述的重物懸掛于被加 エ光纖上后的位置位于所述的光纖固定件的外側(cè)。所述的計算機終端采用エ業(yè)用計算機，所述的計算機終端內(nèi)安裝有控制所述的ニ 氧化碳激光器工作的控制電路板及控制軟件，用于設(shè)置所述的ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)、控制所述的ニ氧化碳激光器激光的輸出及控制所述的掃描振鏡的擺動。所述的ニ氧化碳激光器用于實現(xiàn)被加工光纖的局部加熱熔融，所述的ニ氧化碳激光器為脈沖型ニ氧化碳激光器或為連續(xù)型ニ氧化碳激光器，所述的脈沖型ニ氧化碳激光器的輸出激光波長為10. 6 μ m，脈沖頻率為1 ΙΟΚΗζ，功率為1 10W，所述的脈沖型ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑作用于被加工光纖中用于制作錐形光纖的部位上的時間和位置由所述的計算機終端控制所述的脈沖型ニ氧化碳激光器的輸出端的掃描振鏡來完成；所述的連續(xù)型ニ氧化碳激光器的輸出激光波長為10. 6 μ m，功率為1 10W。所述的掃描振鏡是ー種高速擺動電機組成的高精度、高速度伺服控制的矢量掃描器件。所述的鍍金屬膜反射鏡的鏡面為金屬平面，所述的鍍金屬膜反射鏡對波長為 10. 6 μ m的激光的反射率為0. 9。所述的光學(xué)平板采用金屬材質(zhì)制作；所述的置放平臺由ー個表面為拋光平面的金屬平板和ー個與所述的金屬平板連接且高度可以精密調(diào)節(jié)的帶有微調(diào)螺桿的第一升降臺組成，所述的鍍金屬膜反射鏡置放于所述的金屬平板上，所述的鍍金屬膜反射鏡的背面與所述的金屬平板的拋光平面接觸，所述的第一升降臺置放于所述的光學(xué)平板上，所述的第一升降臺用于調(diào)整所述的鍍金屬膜反射鏡的高度；所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架主要由一個帶有微調(diào)螺桿的ー維平移臺和一個與所述的ー維平移臺連接且高度可以精密調(diào)節(jié)的帶有微調(diào)螺桿的第二升降臺組成，所述的ー維平移臺置放于所述的光學(xué)平板上，所述的第二升降臺與所述的光纖固定件連接，所述的ー維平移臺和所述的第二升降臺分別用于調(diào)整所述的光纖固定件的水平位置和高度。所述的光纖固定件為帶有光纖槽的光纖夾持器。所述的重物的質(zhì)量為1 100g，每對所述的重物等質(zhì)量。ー種使用上述的錐形光纖的制作裝置制作錐形光纖的方法，其包括以下步驟①開啟ニ氧化碳激光器，并在計算機終端中設(shè)置ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)；②準(zhǔn)備一根預(yù)定長度的光纖作為被加工光纖，然后利用光纖涂覆層剝離鉗剝?nèi)ケ患庸す饫w中一段光纖的涂覆層用于制作錐形光纖，再利用蘸取酒精的脫脂棉反復(fù)擦拭已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分以去掉涂覆層的殘余物；③將經(jīng)過步驟②處理后的被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分置于鍍金屬膜反射鏡上，然后將被加工光纖的兩端分別固定于光纖固定件上，再在被加工光纖的兩端分別懸掛等質(zhì)量的重物，使被加工光纖保持拉直狀態(tài)，并為被加工光纖的兩端提供持續(xù)且恒定的拉力，重物位于光纖固定件的外側(cè)；④通過ニ維精密調(diào)節(jié)架調(diào)整光纖固定件的高度和水平位置使被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分處于ニ氧化碳激光器的聚焦透鏡的焦平面；⑤通過置放平臺調(diào)整鍍金屬膜反射鏡的高度，使鍍金屬膜反射鏡的鏡面緊貼被加 エ光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分；⑥由計算機終端控制ニ氧化碳激光器的輸出，ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑作用于被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的正面，同時ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑照射到鍍金屬膜反射鏡經(jīng)反射后作用于被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的背面；⑦在計算機終端的控制軟件中設(shè)定ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑作用于被加 エ光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的滯留時間和位置；⑧由計算機終端控制位于ニ氧化碳激光器的輸出端的掃描振鏡的擺動使得輸出的激光光斑的運動軌跡與被加工光纖的軸向方向相垂直，并在激光光斑的運動軌跡橫跨被加工光纖的直徑范圍后，停止激光輸出，完成錐形光纖的制作。所述的被加工光纖為單模光纖、多模光纖、光子晶體光纖、塑料光纖中的任ー種。所述的重物的質(zhì)量和所述的ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)的選擇取決于制作的錐形光纖的結(jié)構(gòu)以及所述的被加工光纖的種類。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1)本發(fā)明的制作裝置利用ニ氧化碳激光器的輸出光斑在完成一次掃描后使剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分局部加熱熔融，通過懸掛于被加工光纖的兩端的重物將光纖熔融部分迅速拉制成錐形光纖，不僅避免了現(xiàn)有技術(shù)中激光器的輸出光斑長時間作用于光纖上對光纖產(chǎn)生物理損傷，而且縮短了加工時間、提高了工作效率。2)本發(fā)明的制作裝置通過在被加工光纖的兩端懸掛若干對等質(zhì)量的重物，使被加 エ光纖保持拉直狀態(tài)，同時在被加工光纖的兩端提供持續(xù)且恒定的拉力，避免了使用現(xiàn)有技術(shù)的拉力施加方式造成的拉カ不穩(wěn)的現(xiàn)象。3)本發(fā)明的制作裝置采用了對波長為10. 6μπι的激光具有高反射率的鍍金屬膜反射鏡，并安置于ニ氧化碳激光器的聚焦透鏡的焦平面，它能夠?qū)⒄丈淦渖系募す庾饔糜诒患庸す饫w中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的背面，從而使被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的正面和背面都均勻吸收激光能量，從而有效保證了制作得到的錐形光纖的錐區(qū)部分上下均勻。4)本發(fā)明的制作方法采用計算機終端設(shè)置ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)及控制ニ 氧化碳激光器的輸出，設(shè)計靈活、操作簡單、易于實現(xiàn)。5)本發(fā)明的制作方法中二氧化碳激光器輸出的激光光斑的運動軌跡與光纖軸向方向垂直，有效地保證被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分處于局部加熱熔融狀態(tài)。6)利用本發(fā)明的制作方法制作得到的錐形光纖的錐區(qū)長度和錐腰的直徑大小易于控制，結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)。


圖1為本發(fā)明的錐形光纖制作裝置的組成示意圖；圖2為本發(fā)明的錐形光纖制作裝置中的置放平臺的組成示意圖；圖3為本發(fā)明的錐形光纖制作裝置中的ニ維精密調(diào)節(jié)架的組成示意圖；圖4為ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑的運動軌跡與被加工光纖的位置示意6
圖5為實施例三給出的錐形光纖的制作方法制作得到的錐形光纖的顯微鏡照片；圖6為實施例四給出的錐形光纖的制作方法制作得到的錐形光纖的顯微鏡照片；圖7為實施例五給出的錐形光纖的制作方法制作得到的錐形光纖的顯微鏡照片；圖8為實施例六給出的錐形光纖的制作方法制作得到的錐形光纖的顯微鏡照片；圖9為實施例七給出的錐形光纖的制作方法制作得到的錐形光纖的顯微鏡照片；圖10為實施例八給出的錐形光纖的制作方法制作得到的錐形光纖的顯微鏡照片。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。實施例一一種錐形光纖的制作裝置，如圖1所示，其包括計算機終端1、ニ氧化碳激光器2、 掃描振鏡11、具有高反射率的鍍金屬膜反射鏡3、用于放置鍍金屬膜反射鏡3的置放平臺9、 兩個分布于置放平臺9的兩側(cè)的ニ維精密調(diào)節(jié)架7、兩個分布于置放平臺9的兩側(cè)且分別用于固定被加工光纖4的兩端的光纖固定件5、一對等質(zhì)量并用于懸掛于被加工光纖4的兩端以提供持續(xù)且恒定的拉力的重物6及用于放置上述各個器件的光學(xué)平板10，ニ氧化碳激光器2和掃描振鏡11分別與計算機終端1連接并由計算機終端1控制，掃描振鏡11位于ニ 氧化碳激光器2的輸出端，計算機終端1控制位于ニ氧化碳激光器2的輸出端的掃描振鏡 11的擺動和控制ニ氧化碳激光器2激光的輸出，ニ氧化碳激光器2用于實現(xiàn)被加工光纖的局部加熱熔融，鍍金屬膜反射鏡3的背面與置放平臺9接觸，鍍金屬膜反射鏡3的鏡面正對 ニ氧化碳激光器2的輸出端，光纖固定件5固定于ニ維精密調(diào)節(jié)架7上，ニ維精密調(diào)節(jié)架7 用于調(diào)整光纖固定件5的高度和水平位置，重物6懸掛于被加工光纖4后位于光纖固定件 5的外側(cè)，即光纖固定件5的位置位于置放平臺9和重物6之間。使用本制作裝置時，將被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分置于鍍金屬膜反射鏡3的鏡面上，開啟ニ氧化碳激光器2后通過ニ維精密調(diào)節(jié)架7調(diào)整光纖固定件5的高度和水平位置使被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分處于ニ氧化碳激光器2的聚焦透鏡的焦平面，并使被加工光纖4的軸向方向與ニ氧化碳激光器2輸出的激光光斑8的運動軌跡相垂直，調(diào)節(jié)置放平臺9的高度使鍍金屬膜反射鏡3的鏡面緊貼被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分，ニ氧化碳激光器2輸出的激光光斑8的運動軌跡沿垂直于被加工光纖4的軸向方向進(jìn)行一次掃描后即完成錐形光纖的制作，如圖4所示。在此具體實施例中，被加工光纖4可以為單模光纖、多模光纖、光子晶體光纖、塑料光纖中的任ー種。在此具體實施例中，計算機終端1采用エ業(yè)用計算機，計算機終端1內(nèi)安裝有控制 ニ氧化碳激光器2的控制電路板及控制軟件，用于設(shè)置ニ氧化碳激光器2的工作參數(shù)、控制 ニ氧化碳激光器2激光的輸出及控制掃描振鏡11的擺動，安裝于計算機終端1內(nèi)的用于控制ニ氧化碳激光器2的控制電路板及控制軟件均采用現(xiàn)有技術(shù)；光學(xué)平板10采用金屬材質(zhì)制作，其上面均勻分布有多個螺紋孔用于固定各個部件。在此具體實施例中，ニ氧化碳激光器2可為輸出激光波長為10. 6 μ m的脈沖型ニ 氧化碳激光器，其脈沖頻率為1 ΙΟΚΗζ，最大輸出功率為10W。脈沖型ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑8作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的滯留時間和兩個激光光斑8之間的間隔距離由計算機終端1的控制軟件分別設(shè)定為200 800 μ s和1 7 μ m, 計算機終端1控制ニ氧化碳激光器2的輸出端的掃描振鏡11的擺動使得輸出的激光光斑8 的運動軌跡與被加工光纖4的軸向方向相垂直，并在激光光斑8的運動軌跡橫跨光纖直徑的范圍(即完成一次掃描)后停止激光輸出，從而完成錐形光纖的制作；二氧化碳激光器2 也可為輸出激光波長為10. 6μπι的連續(xù)型ニ氧化碳激光器，其功率為1 10W。在實際制作錐形光纖的過程中，上述ニ氧化碳激光器2的工作參數(shù)對于不同類型的被加工光纖4需選擇相應(yīng)的參數(shù)值，如被加工光纖4選用單模光纖吋，則可將脈沖頻率設(shè)置為5ΚΗζ、功率設(shè)置為6W、作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的激光光斑 8的滯留時間設(shè)置為700 μ s、兩個激光光斑8之間的間隔距離設(shè)置為1 μ m ；如被加工光纖4 選用多模光纖吋，則可將脈沖頻率設(shè)置為5KHz、功率設(shè)置為5W、作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的激光光斑8的滯留時間設(shè)置為700 μ s、兩個激光光斑8之間的間隔距離設(shè)置為1 μ m。對于作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的激光光斑8 的滯留時間和兩個激光光斑8之間的間隔距離，在理論上如果作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的激光光斑8的滯留時間越長或者兩個激光光斑8之間的間隔距離越小，則激光作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的能量就越大，相對來說制作得到的錐形光纖的錐腰直徑越小，但缺點是容易打斷光纖，最終還需要重新設(shè)置ニ氧化碳激光器2的輸出功率及選取適當(dāng)重物6來加以調(diào)整。在此具體實施例中，鍍金屬膜反射鏡3對波長為10. 6 μ m的激光的反射率為0. 9。 在實際制作錐形光纖的過程中，可選擇具有更高反射率的鍍金屬膜反射鏡3，這樣可有效保證制作得到的錐形光纖的錐區(qū)部分上下均勻。在此具體實施例中，鍍金屬膜反射鏡3的鏡面為ー個金屬平面。在此具體實施例中，光纖固定件5采用帶有光纖槽的光纖夾持器，并與ニ維精密調(diào)節(jié)架7連接，光纖固定件5的水平位置和高度由ニ維精密調(diào)節(jié)架7調(diào)整；二維精密調(diào)節(jié)架 7如圖3所示，其主要由ー個帶有微調(diào)螺桿73的一維平移臺71和一個與ー維平移臺71連接且高度可以精密調(diào)節(jié)的帶有微調(diào)螺桿74的第二升降臺72組成，一維平移臺71置放于光學(xué)平板10上，第二升降臺72與光纖固定件5連接，一維平移臺71和第二升降臺72分別用于調(diào)整光纖固定件5的水平位置和高度。ニ維精密調(diào)節(jié)架7也可直接采用現(xiàn)有的用于調(diào)整水平位置和高度的精密調(diào)節(jié)設(shè)備。在此具體實施例中，置放平臺9如圖2所示，其主要由ー個表面為拋光平面的金屬平板91和ー個與金屬平板91連接且高度可以精密調(diào)節(jié)的帶有微調(diào)螺桿93的第一升降臺 92組成，鍍金屬膜反射鏡3置放于金屬平板91上，鍍金屬膜反射鏡3的背面與金屬平板91 的拋光平面接觸，第一升降臺92置放于光學(xué)平板10上，第一升降臺92用于調(diào)整鍍金屬膜反射鏡3的高度；置放平臺9也可采用其他結(jié)構(gòu)，只需保證使緊貼置于鍍金屬膜反射鏡3上已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分位于ニ氧化碳激光器2的聚焦透鏡的焦平面。在此具體實施例中，重物6 —般選用質(zhì)量為1 IOOg的重物，在實際制作錐形光纖的過程中，重物6的質(zhì)量的選擇取決于ニ氧化碳激光器2的工作參數(shù)的設(shè)定以及所述的被加工光纖4的種類。如選用的被加工光纖4為單模光纖且ニ氧化碳激光器2的脈沖頻率設(shè)置為5KHz、功率設(shè)置為6W、作用于被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的激光光斑8的滯留時間設(shè)置為700 μ S、兩個激光光斑8之間的間隔距離設(shè)置為Ιμπι時，則可選用質(zhì)量為27g的重物；如選用的被加工光纖4為多模光纖且ニ氧化碳激光器2的脈沖頻率設(shè)置為5KHz、功率設(shè)置為5W、作用在被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的激光光斑8 的滯留時間設(shè)置為700 μ S、兩個激光光斑8之間的間隔距離設(shè)置為Ιμπι時，則可選用質(zhì)量為7g的重物。在實際操作過程中，如果ー對等質(zhì)量的重物不足以為被加工光纖4的兩端提供持續(xù)且恒定的拉力，則可在被加工光纖4的兩端懸掛多對重物。實施例ニ 本實施例提出ー種利用實施例一所述的制作裝置制作錐形光纖的方法。首先，將用于制作錐形光纖的被加工光纖4去涂覆層處理后置于鍍金屬膜反射鏡3的鏡面上，再將若干對重物6對稱懸掛于被加工光纖4的兩端，通過ニ維精密調(diào)節(jié)架7調(diào)整光纖固定件5的高度和水平位置使被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分處于ニ氧化碳激光器2的聚焦透鏡的焦平面，并使被加工光纖4的軸向方向與ニ氧化碳激光器2輸出的激光光斑8的運動軌跡相垂直，通過置放平臺9調(diào)整鍍金屬膜反射鏡3的高度，使鍍金屬膜反射鏡3的鏡面緊貼被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分。然后，由計算機終端1設(shè)置ニ氧化碳激光器2的工作參數(shù)并控制ニ氧化碳激光器2輸出激光，同吋，計算機終端1控制位于ニ氧化碳激光器2的輸出端的掃描振鏡11的擺動使得輸出的激光光斑8的運動軌跡與被加工光纖4 的軸向方向相垂直，并在激光光斑的運動軌跡橫跨光纖直徑的范圍后，即完成一次掃描后， 停止激光輸出，從而完成錐形光纖的制作。該制作方法不僅縮短了加工時間，而且避免了輸出光斑長時間作用于光纖上對光纖產(chǎn)生物理損傷。該制作方法主要包括以下步驟①開啟ニ氧化碳激光器2，并在計算機終端1中設(shè)置ニ氧化碳激光器2的工作參數(shù)。②準(zhǔn)備一根預(yù)定長度的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(型號為G. 652D)作為被加工光纖，然后利用光纖涂覆層剝離鉗剝?nèi)?biāo)準(zhǔn)單模光纖中一段光纖的涂覆層用于制作錐形光纖，再利用蘸取酒精的脫脂棉反復(fù)擦拭被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分以去掉涂覆層的殘余物。③將經(jīng)過步驟②處理后的被加工光纖4置放于鍍金屬膜反射鏡3上，然后將被加 エ光纖4的兩端分別固定于光纖固定件5上，再在被加工光纖4的兩端分別懸掛一個質(zhì)量已知的重物6，使被加工光纖4保持拉直狀態(tài)，并為被加工光纖4的兩端提供持續(xù)且恒定的拉力，重物6位于光纖固定件5的外側(cè)。④通過ニ維精密調(diào)節(jié)架7調(diào)整光纖固定件5的高度和水平位置使被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分處于ニ氧化碳激光器2的聚焦透鏡的焦平面。⑤通過置放平臺9調(diào)整鍍金屬膜反射鏡3的高度，使鍍金屬膜反射鏡3的鏡面緊貼被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分；⑥由計算機終端1控制ニ氧化碳激光器2的輸出，ニ氧化碳激光器2輸出的激光光斑8作用于被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的正面，同時ニ氧化碳激光器2輸出的激光光斑8照射到鍍金屬膜反射鏡3經(jīng)反射后作用于被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的背面，使被加工光纖4中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的正面和背面都均勻吸收激光能量，從而有效保證了制作得到的錐形光纖的錐區(qū)部分上下均勻。⑦在計算機終端1的控制軟件中設(shè)定ニ氧化碳激光器2輸出的激光光斑8作用于已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的滯留時間和位置。⑧由計算機終端1控制位于ニ氧化碳激光器2輸出端的掃描振鏡11的擺動使得輸出的激光光斑的運動軌跡8與被加工光纖4的軸向方向相垂直，并在激光光斑8的運動軌跡橫跨光纖直徑的范圍后，即完成一次掃描后，停止激光輸出，從而完成錐形光纖的制作。在此具體實施例中，ニ氧化碳激光器2采用脈沖型ニ氧化碳激光器，其脈沖頻率設(shè)置為5KHz、作用在被加工光纖4上的激光光斑8的滯留時間設(shè)置為700 μ s、兩個激光光斑8之間的間隔距離設(shè)置為1 μ m。在此具體實施例中，通過改變步驟①中設(shè)置的ニ氧化碳激光器2工作參數(shù)的輸出功率和步驟③中重物6的質(zhì)量大小，制作的錐形光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表1中。從表1可以看出，當(dāng)ニ氧化碳激光器2的輸出功率逐漸增大時，重物6的質(zhì)量相應(yīng)減小，可以獲得結(jié)構(gòu)基本相同的錐形光纖。表1不同激光輸出功率和重物質(zhì)量下制作的錐形光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種錐形光纖的制作裝置，其特征在于包括光學(xué)平板、計算機終端、ニ氧化碳激光器、掃描振鏡、具有高反射率的鍍金屬膜反射鏡、置放平臺、兩個ニ維精密調(diào)節(jié)架、兩個光纖固定件及若干對不同質(zhì)量的重物，所述的置放平臺和所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架置放于所述的光學(xué)平板上，所述的計算機終端分別與所述的ニ氧化碳激光器和所述的掃描振鏡連接，所述的掃描振鏡位于所述的ニ氧化碳激光器的輸出端，所述的鍍金屬膜反射鏡置放于所述的置放平臺上，所述的鍍金屬膜反射鏡的鏡面正對所述的ニ氧化碳激光器的輸出端，兩個所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架分布于所述的置放平臺的兩側(cè)，所述的光纖固定件固定于所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架上，所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架用于調(diào)整所述的光纖固定件的高度和水平位置，兩個所述的光纖固定件分別用于固定被加工光纖的兩端，若干對所述的重物用于懸掛于被加 エ光纖的兩端，所述的重物懸掛于被加工光纖上后的位置位于所述的光纖固定件的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種錐形光纖的制作裝置，其特征在于所述的計算機終端采用エ業(yè)用計算機，所述的計算機終端內(nèi)安裝有控制所述的ニ氧化碳激光器工作的控制電路板及控制軟件，用于設(shè)置所述的ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)、控制所述的ニ氧化碳激光器激光的輸出及控制所述的掃描振鏡的擺動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ー種錐形光纖的制作裝置，其特征在于所述的ニ氧化碳激光器用于實現(xiàn)被加工光纖的局部加熱熔融，所述的ニ氧化碳激光器為脈沖型ニ氧化碳激光器或為連續(xù)型ニ氧化碳激光器，所述的脈沖型ニ氧化碳激光器的輸出激光波長為 10. 6 μ m，脈沖頻率為1 ΙΟΚΗζ，功率為1 10W，所述的脈沖型ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑作用于被加工光纖中用于制作錐形光纖的部位上的時間和位置由所述的計算機終端控制所述的脈沖型ニ氧化碳激光器的輸出端的掃描振鏡來完成；所述的連續(xù)型ニ氧化碳激光器的輸出激光波長為10. 6 μ m,功率為1 10W。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種錐形光纖的制作裝置，其特征在于所述的鍍金屬膜反射鏡的鏡面為金屬平面，所述的鍍金屬膜反射鏡對波長為10. 6 μ m的激光的反射率為0. 9。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種錐形光纖的制作裝置，其特征在于所述的光學(xué)平板采用金屬材質(zhì)制作；所述的置放平臺由ー個表面為拋光平面的金屬平板和ー個與所述的金屬平板連接且高度可以精密調(diào)節(jié)的帶有微調(diào)螺桿的第一升降臺組成，所述的鍍金屬膜反射鏡置放于所述的金屬平板上，所述的鍍金屬膜反射鏡的背面與所述的金屬平板的拋光平面接觸，所述的第一升降臺置放于所述的光學(xué)平板上，所述的第一升降臺用于調(diào)整所述的鍍金屬膜反射鏡的高度；所述的ニ維精密調(diào)節(jié)架主要由一個帶有微調(diào)螺桿的ー維平移臺和ー個與所述的ー維平移臺連接且高度可以精密調(diào)節(jié)的帶有微調(diào)螺桿的第二升降臺組成，所述的一維平移臺置放于所述的光學(xué)平板上，所述的第二升降臺與所述的光纖固定件連接，所述的一維平移臺和所述的第二升降臺分別用于調(diào)整所述的光纖固定件的水平位置和高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種錐形光纖的制作裝置，其特征在于所述的光纖固定件為帶有光纖槽的光纖夾持器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種錐形光纖的制作裝置，其特征在于所述的重物的質(zhì)量為 1 100g，每對所述的重物等質(zhì)量。
8.ー種使用權(quán)利要求1所述的制作裝置制作錐形光纖的方法，其特征在于包括以下步驟①開啟ニ氧化碳激光器，并在計算機終端中設(shè)置ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)；②準(zhǔn)備一根預(yù)定長度的光纖作為被加工光纖，然后利用光纖涂覆層剝離鉗剝?nèi)ケ患庸す饫w中一段光纖的涂覆層用于制作錐形光纖，再利用蘸取酒精的脫脂棉反復(fù)擦拭已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分以去掉涂覆層的殘余物；③將經(jīng)過步驟②處理后的被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分置于鍍金屬膜反射鏡上，然后將被加工光纖的兩端分別固定于光纖固定件上，再在被加工光纖的兩端分別懸掛等質(zhì)量的重物，使被加工光纖保持拉直狀態(tài)，并為被加工光纖的兩端提供持續(xù)且恒定的拉力，重物位于光纖固定件的外側(cè)；④通過ニ維精密調(diào)節(jié)架調(diào)整光纖固定件的高度和水平位置使被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分處于ニ氧化碳激光器的聚焦透鏡的焦平面；⑤通過置放平臺調(diào)整鍍金屬膜反射鏡的高度，使鍍金屬膜反射鏡的鏡面緊貼被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分；⑥由計算機終端控制ニ氧化碳激光器的輸出，ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑作用于被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的正面，同時ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑照射到鍍金屬膜反射鏡經(jīng)反射后作用于被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分的背面；⑦在計算機終端的控制軟件中設(shè)定ニ氧化碳激光器輸出的激光光斑作用于被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥墓饫w部分上的滯留時間和位置；⑧由計算機終端控制位于ニ氧化碳激光器的輸出端的掃描振鏡的擺動使得輸出的激光光斑的運動軌跡與被加工光纖的軸向方向相垂直，并在激光光斑的運動軌跡橫跨被加工光纖的直徑范圍后，停止激光輸出，完成錐形光纖的制作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種錐形光纖的制作方法，其特征在于所述的被加工光纖為單模光纖、多模光纖、光子晶體光纖、塑料光纖中的任ー種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的ー種錐形光纖的制作方法，其特征在于所述的重物的質(zhì)量和所述的ニ氧化碳激光器的工作參數(shù)的選擇取決于制作的錐形光纖的結(jié)構(gòu)以及所述的被加工光纖的種類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種錐形光纖的制作裝置及方法，該裝置包括光學(xué)平板、計算機終端、二氧化碳激光器、掃描振鏡、鍍金屬膜反射鏡、用于置放鍍金屬膜反射鏡的置放平臺、兩個分布于置放平臺兩側(cè)的二維精密調(diào)節(jié)架、兩個分別固定于二維精密調(diào)節(jié)架上且用于固定被加工光纖兩端的光纖固定件及若干對用于懸掛于被加工光纖兩端的重物，反射鏡鏡面正對二氧化碳激光器的輸出端，使用時將被加工光纖中已剝?nèi)ネ扛矊拥拇庸げ糠志o貼置于反射鏡鏡面上且處于二氧化碳激光器的聚焦透鏡的焦平面，計算機終端控制二氧化碳激光器輸出激光光斑，在一次掃描完成后通過重物迅速拉制成錐形光纖，不僅縮短了加工時間，而且避免了輸出光斑長時間作用于光纖上對光纖產(chǎn)生物理損傷。
文檔編號G02B6/255GK102565947SQ201210007200
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者周駿, 張琪, 束磊, 譚曉玲, 陽明仰, 陳金平 申請人:寧波大學(xué)