一种锥形微纳光纤制备装置制造方法
【专利摘要】一种锥形微纳光纤制备装置，涉及一种光纤制备装置。提供能够有效解决锥形微纳光纤在制作过程中重复性差、精度难以控制等问题，实现快速制备锥形微纳光纤的一种锥形微纳光纤制备装置。设有光纤夹具、三维调节架、夹持头、加热部件、温度控制器、电极板、高压电源；所述光纤夹具由三维调节架固定；夹持头设于光纤夹具下端并竖直伸入加热部件内，夹持头接地；光纤通过光纤夹具夹持并从夹持头伸出，光纤尾端伸入加热部件的加热区域；加热部件内设有支承件、温度传感器、加热器，加热器和温度传感器均与温度控制器电连接，加热部件对光纤尾端加热；电极板设在夹持头下方，电极板与高压电源输出端电连接。设备简单、容易操作。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种光纤制备装置，尤其是涉及一种锥形微纳光纤制备装置。 一种锥形微纳光纤制备装置
【背景技术】
[0002] 锥形微纳光纤是指直径随着光纤呈线性变化的微纳级别光纤，其光纤锥区具有区 别于普通光纤的耦合、偏振、传输和调制特性，所以在微纳光学、近场光学、光纤传感与检测 等领域均有应用。
[0003] 通常采用熔拉法制备锥形微纳光纤，熔拉法是指利用加热设备对光纤进行局部加 热，当光纤加热段处于熔融状态时在光纤两端施加拉力，光纤将沿轴向变细，最后形成断 面，从而得到锥形微纳光纤。熔拉法具有方向性好、制备过程简单以及制作成本低等优点， 但采用熔拉法制备锥形微纳光纤会出现如下问题：一、光纤加热段如果受热不均将导致锥 形微纳光纤出现不对称结构，形成结构、应力、光学等方面的缺陷；二、熔拉法利用手工拉制 锥形微纳光纤，需要操作人员反复尝试才能制备出理想的锥形光纤，可重复性不高；三、拉 制过程中，加热温度、拉制速度、环境温度和环境气流等条件都影响拉锥的效果，当光纤锥 区直径渐变至微纳米级别时，轻微的环境气流波动、加热区域的气流冲击都会造成光纤锥 区断裂° (Tong L M，Gattass R R, Ashcom J B, et al. Subwavelength-diameter silica wires for low-loss optical wave guiding. Nature，2003,426(6968) :816-819 ;张羽，微 纳光纤器件及其在全光信号处理中的应用[D].武汉：华中科技大学，2010年）
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提供能够有效解决锥形微纳光纤在制作过程中重复性差、 精度难以控制等问题，实现快速制备锥形微纳光纤的一种锥形微纳光纤制备装置。
[0005] 本实用新型设有光纤夹具、三维调节架、夹持头、加热部件、温度控制器、电极板、 高压电源；
[0006] 所述光纤夹具由三维调节架固定；夹持头设于光纤夹具下端并坚直伸入加热部件 内，夹持头接地；光纤通过光纤夹具夹持并从夹持头伸出，光纤尾端伸入加热部件的加热区 域；加热部件内设有支承件、温度传感器、加热器，加热器和温度传感器均与温度控制器电 连接，加热部件对光纤尾端加热；电极板设在夹持头下方，电极板与高压电源输出端电连 接。
[0007] 所述光纤，可采用塑料光纤，其原料可为PMMA、PS等，也可以为光纤预制棒。
[0008] 所述光纤夹具，可以选用带有光纤槽的光纤导轨条或光纤夹持器，起固定、夹持光 纤的作用。
[0009] 所述三维调节架，可以调整夹持头在加热器中的位置，从而固定光纤伸入加热区 域的位置。
[0010] 所述夹持头，采用导电材料制成，夹持头接地，光纤尾端伸出夹持头5?20mm长 度。 toon] 所述加热器和温度传感器可由绝热保温支承件支承；所述加热器最好为环形加热 丝，环形加热丝的圈数最好为1?5圈，加热区域集中。所述温度传感器，可以选用温度探 头或热电偶。
[0012] 所述电极板与夹持头的间距可以在1?10cm之间调整。
[0013] 所述高压电源，使夹持头与电极板之间产生静电场，其电压输出范围为10? 80kV。
[0014] 与现有技术相比，本实用新型具有以下效益：
[0015] 1)设备简单、容易操作，只需简单的装置就可以在短时间内制备出微米、纳米级别 的锥形光纤；
[0016] 2)通过静电力的作用进行光纤拉锥，其锥形结构理想；
[0017] 3)控制加热器的加热温度、装置的电场力等工艺参数可以对锥形光纤的粗、细端 直径、锥度、表面品质进行精确控制，可重复性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型实施例的结构示意图。
[0019] 图2为本实用新型实施例中加热部件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本实用新型。
[0021] 参见图1和2,本实用新型实施例设有光纤夹具、三维调节架2、夹持头5、加热部件 7、温度控制器1、电极板8、高压电源6。
[0022] 所述光纤夹具由三维调节架2固定；夹持头5设于光纤夹具下端并坚直伸入加热 部件7内，夹持头5接地；光纤4通过光纤夹具夹持并从夹持头5伸出，光纤4尾端伸入加 热部件7的加热区域；加热部件7内设有支承件7-1、温度传感器7-2、加热器7-3,加热器 7-3和温度传感器7-2均与温度控制器1电连接，加热部件7对光纤4尾端加热；电极板8 设在夹持头5下方，电极板8与高压电源6输出端电连接。
[0023] 所述光纤4,可采用塑料光纤，其原料可为PMMA、PS等，也可以为光纤预制棒。
[0024] 所述光纤夹具，可以选用带有光纤槽的光纤导轨条或光纤夹持器，起固定、夹持光 纤的作用。
[0025] 所述三维调节架2,可以调整夹持头在加热器中的位置，从而固定光纤伸入加热区 域的位置。
[0026] 所述夹持头，采用导电材料制成，夹持头接地，光纤尾端伸出夹持头5?20mm长 度。
[0027] 所述加热器和温度传感器可由绝热保温材料支承件7-1支承；所述加热器最好为 环形加热丝，加热丝的圈数最好为1?5圈，加热区域集中。所述温度传感器，可以选用温 度探头或热电偶。
[0028] 所述电极板与夹持头的间距可以在1?10cm之间调整。
[0029] 所述高压电源，使夹持头与电极板之间产生静电场，其电压输出范围为10? 80kV。
[0030] 温度传感器7-2选用热电偶；光纤夹具选用光纤夹持器3 ;加热器7-3选用加热 丝。
[0031] 光纤夹持器3由三维调节架2固定，夹持头5设于光纤夹持器3下端，夹持头5坚 直伸入加热部件7并接地；光纤4通过光纤夹持器3的夹持从夹持头5伸出并固定在加热 部件7的加热区域，光纤4尾端在加热区域中的位置可以通过调整三维调节架2进行精密 控制；加热部件7的结构如图2所示，加热部件7内部设有加热丝和热电偶，加热丝和热电 偶均与温度控制器1电连接；热电偶可以检测加热区域的温度，并向温度控制器1发送温度 信息，温度控制器1接收到温度反馈值后控制加热丝的加热效果，使光纤4尾端处于稳定的 温度环境；夹持头5下方设有电极板8,电极板8接高压电源6输出端。
[0032] 所述加热丝，选用单圈加热丝，加热效果集中。
[0033] 所述加热部件7,支承件7-1和加热丝固定块7-4均为保温绝热材料制成。支承件 7-1为"T"型结构，加热丝设于加热部件7下端对光纤4尾端集中加热，减少对夹持头5附 近无需拉锥的光纤部分的加热效果。
[0034] 为了更好地理解本实用新型，下面阐述本实施例制备锥形微纳光纤的具体步骤：
[0035] 1)将光纤4装入光纤夹持器3,光纤4尾端露出夹持头5?20mm ;
[0036] 2)调节三维调节架2,从而调整夹持头5的位置，使光纤4尾端处于加热丝的加热 区域；
[0037] 3)调节电极板8与夹持头5之间的距离；
[0038] 4)设定温度控制器1，控制加热丝对光纤4尾端的加热效果，使光纤4尾端处于稳 定的温度场；
[0039] 5)当光纤4尾端达到稳定的熔融状态时，设定高压电源6的输出电压，这时，熔融 状态的光纤4尾端处于夹持头5与电极板8之间形成的强电场之中，并在温度场、电场力的 作用下形成锥形微纳光纤。
【权利要求】
1. 一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于设有光纤夹具、三维调节架、夹持头、加热 部件、温度控制器、电极板、高压电源； 所述光纤夹具由三维调节架固定；夹持头设于光纤夹具下端并坚直伸入加热部件内， 夹持头接地；光纤通过光纤夹具夹持并从夹持头伸出，光纤尾端伸入加热部件的加热区域； 加热部件内设有支承件、温度传感器、加热器，加热器和温度传感器均与温度控制器电连 接，加热部件对光纤尾端加热；电极板设在夹持头下方，电极板与高压电源输出端电连接。
2. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述光纤夹具，选用带 有光纤槽的光纤导轨条或光纤夹持器。
3. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述光纤尾端伸出夹持 头5?20mm〇
4. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述加热器和温度传感 器由绝热保温支承件支承。
5. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述加热器为环形加热 丝。
6. 如权利要求5所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述环形加热丝的圈数 为1?5圈。
7. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述温度传感器为热电 偶。
8. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述电极板与夹持头的 间距为1?l〇cm。
9. 如权利要求1所述一种锥形微纳光纤制备装置，其特征在于所述高压电源的电压输 出范围为10?80kV。
【文档编号】C03B37/025GK203845944SQ201420287666
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】郑高峰, 王士虎, 王伟 申请人:厦门大学