一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置。


背景技术：

2.光纤激光器作为一种重要的激光器类型，已实现规模化批量组装生产，在工业制造、精密测量、生物医学、科学研究和国防安全等领域广泛应用。作为高功率光纤激光器的核心组件之一，光纤合束器实现多路光纤输入激光合并成为一路光纤输出的功能，其规模化生产制造工艺质量控制至关重要。
3.光纤合束器常规制造工艺流程包括光纤组束、拉锥、锥体切割、光纤熔接、封装测试等环节。表面初步清洁的待合束光纤，通过热剥除方式剥除外表面光纤涂覆层，酒精反复擦拭表面后排列组束，通过夹具固定在拉锥台上，高温火焰加热拉锥区域的同时拉伸锥区光纤组束，达到拉锥工艺设计要求的状态，再切割锥体端面并与输出端光纤熔接，最后进行封装测试。整个工艺流程中，拉锥环节对器件成品质量最为关键，需满足绝热拉锥工艺条件，即拉锥区域应力变化平滑过渡，使光纤波导结构变化带来的损耗尽可能小。目前拉锥工艺中加热温度、拉锥速度、锥体拉力值等重要参数，主要根据反复试验测试积累的经验来确定具体参数，缺乏准确的实时在线监测控制装置。


技术实现要素：

4.技术目的：针对现有光纤合束器拉锥制作过程中缺乏实时在线监测设备的不足，本实用新型公开了一种对拉锥制作过程工艺参数实时在线监测的光纤合束器拉锥制作工艺监测装置。
5.技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，包括用于发射监测用激光信号的激光源，用于将激光源的激光信号分为本振光信号和测试光信号的第一光纤耦合器，用于将测试光信号传输至光纤合束器并接收反向传输光信号的光纤环形器，用于接收本振光信号、反向传输光信号并混合产生混频信号的第二光纤耦合器，用于对混频信号进行相干拍频探测的平衡光电探测器，以及用于采集平衡光电探测器数据并进行频谱分析处理的实时数据采集处理终端，光纤合束器设置在拉锥平台上。
7.优选地，本实用新型的激光源发射的激光中心波长与光纤合束器适用波长相适应。
8.优选地，本实用新型的光纤环形器包括三个光信号传输端口，依次为第一端口p1、第二端口p2和第三端口p3,测试光信号从第一端口p1进入光纤环形器，从第二端口p2进入光纤合束器，测试光信号在光纤合束器拉锥区域和熔接端面产生反向传输信号，由第二端口p2返回，经过第三端口p3输出至第二光纤耦合器。
9.优选地，本实用新型的第二光纤耦合器采用双路输入，双路输出的2*2耦合器，耦
合分光比为50
±
10%。
10.有益效果：本实用新型所提供的一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置利用光纤应力诱导非线性光学效应，使反向传输光信号中产生正比于应力幅度的频移，经相干平衡探测方式快速精确采集该频移量大小，实现光纤合束器拉锥制作工艺过程中拉锥工艺参数的实时在线测量与调整控制。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
12.图1为本实用新型装置结构示意图；
13.图2为本实用新型拉锥平台结构图；
14.其中，1-激光源、2-第一光纤耦合器、3-光纤合束器、4-光纤环形器、5-第二光纤耦合器、6-平衡光电探测器、7-实时数据采集处理终端、8-拉锥平台、9夹具。
具体实施方式
15.下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
16.如图1-图2所示为本实用新型所公开的一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，包括用于发射监测用激光信号的激光源1，用于将激光源1的激光信号分为本振光信号和测试光信号的第一光纤耦合器2，用于将测试光信号传输至光纤合束器3并接收反向传输光信号的光纤环形器4，用于接收本振光信号、反向传输光信号并混合产生混频信号的第二光纤耦合器5，用于对混频信号进行相干拍频探测的平衡光电探测器6，以及用于采集平衡光电探测器6数据并进行频谱分析处理的实时数据采集处理终端7，光纤合束器3设置在拉锥平台8上。
17.本实用新型的激光源1发射确定的中心波长激光，中心波长在待测光纤合束器适用波长范围内，光纤环形器4包括三个光信号传输端口，依次为第一端口p1、第二端口p2和第三端口p3,测试光信号从第一端口p1进入光纤环形器4，从第二端口p2进入光纤合束器3，测试光信号在光纤合束器3拉锥区域和熔接端面产生反向传输信号，由第二端口p2返回，经过第三端口p3输出至第二光纤耦合器5。
18.本实用新型的第二光纤耦合器5采用双路输入，双路输出的2*2耦合器，耦合分光比为50
±
10%。
19.本实用新型的光纤合束器的拉锥平台示意图如图2所示，光纤合束器3完成光纤涂覆层剥除、清洁、切割、组束排列后固定于拉锥平台上的夹具9下。激光源1开启后，其输出激光经第一光纤耦合器2、光纤环形器4导入光纤合束器3拉锥区域。拉锥平台内高温加热排列好的光纤组束，同时移动夹具9拉伸光纤组束，高温和应力下光纤组束逐渐凝结成光纤锥体。上述拉锥过程中，拉锥区域应力的具体分布变化，引起进入拉锥区域激光信号发生非线性光学效应即布里渊散射效应，产生反向传输光信号，该信号相对入射的测试光信号频率发生移动，即布里渊散射频移；光纤长度拉伸变化百分比和布里渊散射频移量成正比。该反向传输信号经光纤环形器4，与来自第一光纤耦合器2的本振光信号，在第二光纤耦合器5处
混合后，进入平衡光电探测器6实现相干拍频探测。上述两路光信号的频率差值即布里渊散射频移量经光电转换为电信号，在实时数据采集处理终端7频谱分析处理后，即可计算该频移量并显示为随应力加载位置变化的曲线。光纤合束器3拉锥制作工艺过程中，实时监测该频移曲线平滑程度，若发现曲线突变即可判断绝热拉锥条件被破坏，拉锥工艺参数需重新调整优化。利用这种非线性光学效应结合相干探测方法，来实时监测应力变化诱导的光信号频谱变化，可完成光纤合束器3拉锥制作工艺的在线实时监测，控制优化工艺参数，保证器件制作过程工艺效果可视化、工艺参数设置的精确性、批量生产品控一致性，提高生产自动化程度，为光纤合束器的高效高质量规模生产提供有益帮助。
20.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，其特征在于，包括用于发射监测用激光信号的激光源（1），用于将激光源（1）的激光信号分为本振光信号和测试光信号的第一光纤耦合器（2），用于将测试光信号传输至光纤合束器（3）并接收反向传输光信号的光纤环形器（4），用于接收本振光信号、反向传输光信号并混合产生混频信号的第二光纤耦合器（5），用于对混频信号进行相干拍频探测的平衡光电探测器（6），以及用于采集平衡光电探测器（6）数据并进行频谱分析处理的实时数据采集处理终端（7），光纤合束器（3）设置在拉锥平台（8）上。2.根据权利要求1所述的一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，其特征在于，所述激光源（1）发射的激光中心波长与光纤合束器适用波长相适应。3.根据权利要求1所述的一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，其特征在于，所述光纤环形器（4）包括三个光信号传输端口，依次为第一端口p1、第二端口p2和第三端口p3,测试光信号从第一端口p1进入光纤环形器（4），从第二端口p2进入光纤合束器（3），测试光信号在光纤合束器（3）拉锥区域和熔接端面产生反向传输信号，由第二端口p2返回，经过第三端口p3输出至第二光纤耦合器（5）。4.根据权利要求3所述的一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，其特征在于，所述第二光纤耦合器（5）采用双路输入，双路输出的2*2耦合器，耦合分光比为50
±
10%。

技术总结
本实用新型公开了一种光纤合束器拉锥制作工艺监测装置，包括用于发射监测用激光信号的激光源，用于将激光源的激光信号分为本振光信号和测试光信号的第一光纤耦合器，用于将测试光信号传输至光纤合束器并接收反向传输光信号的光纤环形器，用于接收本振光信号、反向传输光信号并混合产生混频信号的第二光纤耦合器，用于对混频信号进行相干拍频探测的平衡光电探测器，以及用于采集平衡光电探测器数据并进行频谱分析处理的实时数据采集处理终端，光纤合束器设置在拉锥平台上；本实用新型利用光纤应力诱导非线性光学效应，使反向传输光信号中产生正比于应力幅度的频移的特性进行拉锥制作过程工艺参数的实时监测和调整控制。锥制作过程工艺参数的实时监测和调整控制。锥制作过程工艺参数的实时监测和调整控制。


技术研发人员：钱勇 杨润兰 丁建永
受保护的技术使用者：南京先进激光技术研究院
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2022/5/17