一种高可靠性光纤滤波器的制备方法与流程

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种高可靠性光纤滤波器的制备方法。

背景技术：

掺铒光纤光源作为光纤陀螺的关键部件之一，为陀螺提供产生Sagnac效应所需的光信号。特别地，对于高精度光纤陀螺的光源必须保持非常稳定的平均波长以确保陀螺工作过程中标度因数的稳定。而目前使用的马鞍型掺铒光源，在经过50Krad(Si)总剂量辐照后波长发生漂移，并且在全温条件下平均波长稳定性变差，无法满足高精度光纤陀螺的使用需求。

通过光纤滤波器对掺铒光纤光源输出光谱进行整形，使光谱变为类高斯型，可减小温度和辐照等典型物理场下铒离子发射截面变化对输出光谱产生的影响，从而提高掺铒光源的平均波长稳定性，为高精度光纤陀螺提供保障。

掺铒光纤光源输出光经过整形后其谱宽、输出功率等指标都会发生较大的变化，因此整形元件光纤滤波器与掺铒光源谱型的匹配情况，元器件的关键技术指标优劣情况，器件总体可靠性情况均对掺铒光源甚至光纤陀螺的使用起着至关重要的作用，因此高可靠地光纤滤波器制备具有重要意义。

目前的产品多采用双石英管封装，两石英管接触点粘胶曝光。第一点：此种封装方案会导致一对光纤准直器工作距离不好控制，常温插损指标较差；第二点：由于第一、第二滤波光路用紫外胶固定，因此可靠性较低；第三点：两管封装耦合过程较为复杂，生产效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种高可靠性光纤滤波器的制备方法，该方法通过光纤滤波器可以对光纤陀螺中掺铒光源光谱进行选择性滤波并保持光谱形状的稳定性，实现了对掺铒光纤光源输出光谱进行整形，以满足高精度光纤陀螺的使用。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种高可靠性光纤滤波器的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)、将滤波片预粘接在第一石英管的端面上并进行预曝光，确保滤波片的带通面向上；

步骤(2)、在滤波片与第一石英管接触的边界线上涂覆胶，并确保滤波片中心孔处无胶后进行曝光，得到滤波片组件；

步骤(3)、将一对光纤准直器固定在五维调节架的两端，其中一个光纤准直器尾纤与光源相连，另一个光纤准直器尾纤与功率计相连；找到所述一对光纤准直器的最佳耦合点并评估所述一对光纤准直器的损耗，若损耗小于或等于设定损耗要求1，则进入步骤(4)；

步骤(4)、将滤波片组件套在其中一个光纤准直器上，控制光纤准直器端面与滤波片端面的距离，旋转滤波片组件，同时调节五维调节架，找到一对光纤准直器的最佳耦合点并评估所述一对光纤准直器的损耗，若损耗小于或等于设定损耗要求2，则在第一石英管的端面涂覆胶并曝光制成第一滤波光路，进入步骤(5)；

步骤(5)、将另一根第一石英管套在另一个光纤准直器上，调节五维调节架使损耗值与步骤中一对光纤准直器的评估损耗值相同，控制光纤准直器端面与第一石英管端面的距离，并在第一石英管的端面上涂覆胶曝光制成第二滤波光路，并进入步骤(6)；

步骤(6)、将第二石英管套在第一滤波光路与第二滤波光路的结合处，找到所述第一滤波光路与第二滤波光路的最佳耦合点并评估所述两个滤波光路的损耗，若损耗小于或等于设定损耗要求3时，进入步骤(7)；

步骤(7)、将第二石英管与第一滤波光路、第二滤波光路的结合处涂覆胶后曝光，之后进行热烘，得到光纤滤波器样件。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述第一石英管的长度为2.4～3.2mm，内径为1.03～1.1mm，外径为1.75～1.9mm，所述第二石英管的长度为4.5-5.5mm，内径为1.83～2mm，外径为2.3～2.6mm。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，采用的涂覆胶为紫外胶；所述步骤(1)中预粘接采用紫外胶。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(1)中预曝光时间为5-20s。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(1)中首先将第一石英管垂直放在载玻片上固定，用光纤在第一石英管的端面点紫外胶，将横截面为正方形的滤波片的一角沿第一石英管端面远离紫外胶处，平推至紫外胶处并确保滤波片的带通面向上，进行预曝光。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(2)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(7)中的曝光时间均为2-6min。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(4)中，控制光纤准直器端面与滤波片端面的距离为0.3-0.8mm；所述步骤(5)中控制光纤准直器端面与第一石英管端面的距离为0.4-0.8mm。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(3)中设定损耗要求1为0.20dB，所述步骤(4)中设定损耗要求2为0.26dB。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(6)中设定损耗要求3为0.30dB。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述步骤(8)中的热烘温度为45℃-85℃，并贮存时间为24h-48h。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，将不锈钢管套在步骤(7)得到的光纤滤波器样件上进行封装，之后将不锈钢管与光纤滤波器样件之间的空隙以及不锈钢管两端用硅橡胶进行封堵，得到光纤滤波器成品。

在上述高可靠光纤滤波器制备方法中，所述不锈钢管的长度为12-16mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明提出的光纤滤波器的制备方法，制备工艺简单、工艺过程容易控制，生产效率高，成本低，产品性能良好。器件总结结构尺寸较小，满足光电子器件小型化的发展需求。

(2)、本发明采用一根石英管对第一滤波光路与第二滤波光路的结合处进行套装，并通过大量试验得到第一石英管与第二石英管之间长度最佳配比关系，第一石英管外径与第二石英管内径差值的最佳配比关系，相比传统方法采用两根管套装，使得应力对全温损耗波动影响小，全温性能稳定，指标优良；制备得到的光纤滤波器可靠性高。

(3)、本发明通过控制准直器端面与滤波片端面的距离，并采用360°旋转滤波片组件配合五维调节架耦合，使得器件常温损耗指标达到最优，产品合格率大幅度提升；工艺过程简单易操作，生产效率较高。

(4)、本发明通过控制滤波片的粘胶工艺，确保了光路整体无胶化，器件回波损耗指标合格率达100％。

(5)、本发明通过旋转粘胶的工艺方法，使得第一滤波光路、第二滤波光路以及与第二石英管的点胶处粘胶均匀、胶量可控，满足结构强度与性能稳定性的要求。

附图说明

图1为本发明滤波片组件侧面的示意图；

图2为本发明滤波片组件截面的示意图；

图3为本发明第一滤波光路的示意图；

图4为本发明第二滤波光路的示意图；

图5为本发明光纤滤波器样件的示意图；

图6为本发明光纤滤波器成品的示意图；

图7为本发明光纤滤波器制备的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图7所示为本发明光纤滤波器制备的流程图，本发明光纤滤波器的制备方法具体包括如下步骤：

步骤(1)、用划片机将石英管截断成要求尺寸，得到两根第一石英管2-1、2-2，第二石英管7，其中第一石英管2-1，2-2的长度为2.4-3.2mm；内径为1.03-1.1mm，外径为1.75-1.9mm。第二石英管7的长度为4.5-5.5mm，内径为1.83-2mm，外径为2.3-2.6mm。

本实施例中第一石英管2-1，2-2的长度为2.8mm，内径为1.05mm，外径为1.8mm。第二石英管7的长度为5mm，内径为1.9mm，外径为2.4mm。

步骤(2)、将第一石英管2-1垂直放在载玻片上固定，用光纤在第一石英管2-1的端面点少量紫外胶，将将横截面为正方形的滤波片1的一角沿第一石英管2-1端面远离紫外胶处，平推至紫外胶处并确保滤波片1的带通面向上，调整滤波片1位置确保滤波片1整体覆盖在第一石英管2-1中心圆孔上，进行预曝光，曝光时间为5-20s。载波片1放在显微镜下操作，放大倍率选取50倍。

步骤(3)、在滤波片1与第一石英管2-1接触的边界线上涂覆紫外胶，在显微镜的观察下确保光路无胶(即滤波片1中心圆孔处无胶)后使用紫外灯曝光，曝光时间为2-6min，得到滤波片组件。如图1所示为本发明滤波片组件侧面的示意图；图2所示为本发明滤波片组件截面的示意图，整体光路无胶化。

步骤(4)、用夹具将一对光纤准直器固定在五维调节架的左右手两端，左端准直器(3)尾纤与光源相连，右端准直器(4)尾纤与功率计相连。

步骤(5)、对五维调节架X、Y、Z三个方向上的距离与X、Y两个方向上的角度进行调整，找到所述一对光纤准直器的最佳耦合点并评估所述一对光纤准直器3的损耗，若损耗小于或等于设定损耗要求1，则进入步骤(6)，否则重新更换一对光纤准直器，重复步骤(4)、(5)重新评估损耗直至满足损耗要求1。

本发明中设定损耗要求1为0.2dB。

步骤(6)、移开左手调节架，用镊子将将滤波片组件套在左端准直器3上，在CCD的观察下移动滤波片组件，控制左端准直器3端面与滤波片1端面的距离为0.3-0.8mm，本实施例中该距离为0.4-0.45mm。

步骤(7)、360°旋转滤波片组件同时对五维调节架X、Y、Z三个方向上的距离与X、Y两个方向上的角度进行调整，找到一对光纤准直器的最佳耦合点并评估所述一对光纤准直器的损耗，若损耗小于或等于设定损耗要求2，则使用光纤在第一石英管2-1的端面上360°涂覆紫外胶6，将石英管气2-1中气泡赶出确认均匀涂胶后曝光2-6min固化制成第一滤波光路，进入步骤(7)；

否则，如损耗超差则取下滤波片组件对准直器端面进行清洁处理，重新套上后重复步骤(6)、(7)再次调试，如果仍不满足损耗要求2则更换新的光纤滤波片组件(即重复步骤(2)、(3))，直至满足损耗要求2为止。如图3所示为本发明第一滤波光路的示意图。

本发明中设定损耗要求2为0.26dB。

步骤(8)、采用同样的方法，移开右手调节架，将另一根第一石英管2-2套在右端准直器4上，调节五维调节架使一对光纤准直器(包括滤波片组件和第一石英管2-2)的损耗值与步骤(7)中一对光纤准直器(包括滤波片组件)的评估损耗值相同，在CCD的观察下移动第一石英管2-2，控制右端准直器4端面与第一石英管2-2端面的距离0.4-0.8mm，本实施例中该距离为0.5-0.6mm；并在第一石英管2-2的端面上涂覆紫外胶9，曝光2-6min固化制成第二滤波光路，进入步骤(9)，如图4所示为本发明第二滤波光路的示意图。

步骤(9)、沿X方向移动右手调节架，使第一滤波光路与第二滤波光路远离，用镊子将一根第二石英管7套在第一滤波光路上，再次沿X方向移动右手调节架，拉近第一滤波光路与第二滤波光路的距离，确保第二石英管7同时套在第一滤波光路与第二滤波光路上，移动X方向上的距离令输出功率与之前的输出值相同(即损耗评估值相同)，如果损耗值劣化则需要对五维调节架X、Y、Z三个方向上的距离与X、Y两个方向上的角度进行微调，找到所述第一滤波光路与第二滤波光路的最佳耦合点并评估所述两个滤波光路的损耗，若损耗小于或等于设定损耗要求3，进入步骤(10),否则如果损耗超差则清洁第一滤波光路端面以满足损耗要求3。

本发明中设定的损耗要求3为0.30dB。

本发明中第一石英管2-1、2-2与第二石英管7的间隙为0.1mm。

步骤(10)、用光纤分别将第二石英管7与第一滤波光路、第二滤波光路的结合处360°涂覆紫外胶，旋转移动第二石英管确保其与第一滤波光路、第二滤波光路之间胶量均匀，粘接面积充分后曝光2-6min固化制成光纤滤波器半成品样件。如图5所述为本发明光纤滤波器半成品样件的示意图。

步骤(11)、将光纤滤波器半成品样件取下放入温箱中热烘，温度为45℃-75℃，贮存时间为24h-48h；本实施例中温度为50℃，贮存时间为24h。

步骤(12)、用镊子将不锈钢管10套在光纤滤波器半成品样件上封装；使光纤滤波器半成品样件位置在不锈钢管10内部中心处。用硅橡胶填充不锈钢管10内部并封堵不锈钢管10两端，不锈钢管10两端硅橡胶为半圆型，半径为2-3mm，用棉签将不锈钢管10表面的硅橡胶去除干净后常温固化，完成光纤滤波器的制备，如图6所示为本发明光纤滤波器成品的示意图。不锈钢管的长度为12-16mm，本实施例中不锈钢管10的长度为15mm，内径为2.7mm，外径为3mm。

由于陀螺精度较高，而光纤滤波器对铒源的整形会对输出光信号产生一定的影响，因此如何在实现目标要求的情况尽量减小器件损耗，优化光源性能则变得至关重要。综合以上考虑，滤波片的粘接要采用先小部分预固化，后全部粘胶固化的方法，以实现整体光路无胶化；光纤滤波器对损耗的指标要求非常高，其大小由准直器的工作距离与角度决定，而光纤准直器的工作距离只有3-4mm，滤波片角度只有0.2°，因此要实现高性能指标，对工艺的要求非常严格。同时为满足器件高可靠性的要求，外层通过一根第二石英管固化封装，由于型号1与型号2石英管的间隙只有0.1mm，因此在耦合过程中需要对工艺进行控制。

采用本发明方法生产的光纤滤波器回波损耗值合格率为100％。

采用本发明方法生产的光纤滤波器常温插损指标小于0.35dB。

采用本发明方法生产的光纤滤波器全温损耗波动小于0.18dB。

采用本发明方法生产的光纤滤波器通过温度、力学等环境试验，性能可靠。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。