一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法与流程

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法。

背景技术：

光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一，在光纤通信、光纤传感等领域具有广阔的应用前景。随着高功率光纤激光系统的不断发展，光纤光栅作为全光纤化光纤激光器不可或缺的关键器件之一，越来越受到重视。光纤光栅是利用光纤材料本身的光敏性制作的，所谓光敏性是指紫外光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性，这一特性使光纤纤芯的折射率受到周期性的微扰形成的一种折射率呈周期性分布的一维周期性结构。目前光纤增敏技术主要有在光纤中掺杂离子制成光敏光纤和对普通光纤载氢两种方法。

掺杂可分为高掺锗、硼锗共掺和掺杂稀土元素如钽、铈、锡、铕等。通常所说的光敏光纤即指含锗浓度较高的高掺锗光纤。但锗的高浓度会提高纤芯折射率，增大数值孔径，因而增加光纤的损耗及连接损耗。另外高掺锗光纤还具有较大的非线性。此外，硼锗共掺、锡锗共掺、掺钽、铈、铕、铒等光纤也表现出很大的光敏性，但是由于其制作特殊性，而且价格昂贵，只应用于需要的某些特殊环境中，不适用于常规大范围的光纤增敏。

高压载氢技术是通过外在方式提高光纤光敏性的一种有效方法，制备成本低廉，制备简单，能大幅提高光纤的光敏性。其基本原理是光纤在高压氢气中放置一段时间后，氢分子逐渐扩散到光纤的包层和纤芯中；当特定波长的紫外光照射载氢后的光纤时，纤芯被照部分中的氢分子即与光纤中的锗发生反应形成ge-oh和ge-h键，使该部分的折射率发生永久性的增加。刻写过程结束后，光栅中残存的氢分子有扩散运动，且反应后存在不稳定的ge-oh键，这都会造成光栅光学特性的不稳定，因此必须用高温退火的方法来保证光纤光栅实际应用时的稳定性。

高压载氢法是目前普遍使用最方便，成本最低，最高效有用的一种方法。对于普通单模光纤，室温下载氢15天左右，纤芯的折射率变化幅度可以从10^-5提高到10^-2。但是目前广泛用于高功率光纤激光腔镜的大芯径双包层光纤光栅，由于大芯径双包层光纤的包层直径比常规光纤大得多，因此载氢敏化的时间要大大延长。

目前普通单模光纤采用的方法是将截取需要长度的整根光纤（包括尾纤），置于载氢管道中，然后进行高压载氢处理。这种方法需要的管道很长，而且是对整根光纤进行处理，光栅刻写完成后的高温退火也需要将整根光纤全部退火，如果退火不完全，整根光纤包层和纤芯中残留的氢气会对光栅性能造成一定的影响和不稳定性。

同时，由于高功率大芯径双包层包层和纤芯直径都比较大，常规的整根光纤载氢的方法不但有可能造成尾纤光纤涂覆层的损伤，还有可能因为载氢时间过长退火不完全或退火温度过高而造成尾纤涂覆层变色催化或老化，这样会大大影响光纤光栅高功率激光的出光效率和激光耐受能力。

对于普通单模光纤来说，常规的整根光纤载氢增敏的方法是适用的，但是对于大芯径双包层光纤来说，则需要一种更灵活方便，并能尽量减小光纤损耗的载氢增敏方法。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法，本发明主要用于大芯径双包层光纤增敏的局部光纤载氢。

技术方案：本发明所述一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置，包括气室和气压表头，所述气室为圆柱型空心钢管，所述气室的两个圆形侧面均匀对称分布有相同数量的若干圆孔，两所述圆形侧面同一位置的圆孔中心对齐；所述气室的圆柱型侧面上开设有连接孔，所述连接孔与气压表头密封连接；所述气压表头包括气压表头接口、气压表、充气阀门和放气阀门；所述气压表头接口用于气室氢气的充入，所述气压表设置于与气室相通的气压表头上，并用于检测气室中充入氢气的气压值，所述充气阀门设置于靠近气压表头接口处，用于控制光纤载氢时气室氢气的充入，所述放气阀门设置于与充气阀门不同通道的气压表头分叉通道上，并控制气室氢气的放出。

优选地，所述圆孔和连接孔均为威尔逊接头螺孔，所述圆孔内穿有光纤的通过威尔逊光纤密封接头进行密封。

优选地，所述气压表头接口与氢气钢瓶螺口拧紧。

优选地，所述光纤为大芯径双包层光纤。

利用以上所述局部光纤载氢装置进行光纤载氢方法，包括如下步骤：

1）将光纤从气室圆形侧面的一侧的其中一个圆孔插入，并从另一侧相对应的圆孔伸出，是光纤需要载氢的部位位于气室内部，通过光纤两端套入威尔逊光纤密封接头，将威尔逊光纤密封接头与圆孔密封连接，防止氢气的漏出，每个圆孔充入一根光纤，将不充入光纤的圆孔进行密封；

2）光纤放置好后，确保气室的每个圆孔都已密封，将气压表头结构连接氢气钢瓶，关闭放气阀门，打开充气阀门，拧开氢气钢瓶开关旋钮，将高压氢气充入气室中，观察气压表的气压值；再将充气阀门关闭，轻轻拧开放气阀门，使气压表的气压值降至0.5mpa时，关闭放气阀门，重新打开充气阀门，如此重复三次，目的是为了将气室中的空气赶出，使气室中的氢气纯度达到最大；最后关闭充气阀门，关闭氢气钢瓶，将本装置及放置的光纤取下，置于安全干净环境中，等待光纤载氢的完成；

3)光纤载氢完成后，将放气阀门打开，放出气室中的所有氢气，使气压表显示的值为0，拧开光纤两端圆孔处的威尔逊光纤密封接头，将载氢光纤抽出即可。

光栅便可在光纤位于气室内的载氢区域进行刻写，达到光纤增加光敏性的目的。

有益效果：（1）本发明对大芯径双包层光纤进行载氢增敏处理，本发明通过气室和气压表头的配合，只需在光纤需要刻写的一小段区域进行载氢处理，克服了现有技术中将整段光纤进行载氢的问题，能够提高光纤载氢的灵活性；本发明的结构简单，大大提高了光纤载氢的效率和时间；

（2）本发明通过气室和气压表头的配合，对光纤的待刻写部位进行局部高压载氢，实现了光纤局部增敏操作，同时保护了光纤尾纤涂覆层并降低了光纤尾纤的损耗；本发明的装置体积小，操控性更好，能局部加压，更有益于氢分子扩散到光纤包层和纤芯中，增加光纤的光敏性并降低光栅刻写难度。

附图说明

图1是本发明所述局部光纤载氢装置的立体侧视图；

图2是本发明所述局部光纤载氢装置的正视图；

图3是本发明所述气室的结构示意图。

其中，1-气室；11-圆孔；12-连接孔；2-气压表头；21-气压表；22-充气阀门；23-放气阀门；24-表头接口；3-光纤；4-威尔逊光纤密封接头。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置，包括气室1和气压表头2，光纤3为大芯径双包层光纤，气室1为圆柱型空心钢管，气室1的两个圆形侧面均匀对称分布有相同数量的若干圆孔11，两圆形侧面同一位置的圆孔11中心对齐；气室1的圆柱型侧面上开设有连接孔12，连接孔12与气压表头2密封连接；气压表头2包括气压表头接口24、气压表21、充气阀门22和放气阀门23；气压表头接口24用于气室1氢气的充入，气压表头接口24与氢气钢瓶螺口拧紧，气压表21设置于与气1相通的气压表头2上，并用于检测气室1中充入氢气的气压值，充气阀门22设置于靠近气压表头接口24处，用于控制光纤载氢时气室1氢气的充入，放气阀门23设置于与充气阀门不同通道的气压表头2分叉通道上，并控制气室氢气的放出，圆孔11和连接孔12均为威尔逊接头螺孔，圆孔11内穿有光纤3的通过威尔逊光纤密封接头4进行密封。

利用以上所述局部光纤载氢装置进行光纤载氢方法，包括如下步骤：

1）将光纤3从气室1圆形侧面的一侧的其中一个圆孔11插入，并从另一侧相对应的圆孔11伸出，是光纤3需要载氢的部位位于气室1内部，通过光纤3两端套入威尔逊光纤密封接头，将威尔逊光纤密封接头与圆孔11密封连接，防止氢气的漏出，每个圆孔11充入一根光纤3，将不充入光纤3的圆孔11进行密封；

2）光纤3放置好后，确保气室1的每个圆孔11都已密封，将气压表头2结构连接氢气钢瓶，关闭放气阀门23，打开充气阀门22，拧开氢气钢瓶开关旋钮，将高压氢气充入气室1中，观察气压表21的气压值；再将充气阀门22关闭，轻轻拧开放气阀门23，使气压表21的气压值降至0.5mpa时，关闭放气阀门23，重新打开充气阀门22，如此重复三次，目的是为了将气室1中的空气赶出，使气室1中的氢气纯度达到最大；最后关闭充气阀门22，关闭氢气钢瓶，气室、气压表头和光纤处于密封的空间内，将气室、气压表头及放置的光纤3取下，置于安全干净环境中，等待光纤载氢的完成；

3)光纤载氢完成后，将放气阀门23打开，放出气室1中的所有氢气，使气压表21显示的值为0，拧开光纤3两端圆孔11处的威尔逊光纤密封接头4，将载氢光纤3抽出即可。

光栅便可在光纤位于气室内的载氢区域进行刻写，达到光纤增加光敏性的目的。

实验表明，本发明装置结构简单，方法操作方便，易于可行，并且能大大提高大芯径双包层光纤的载氢效率，减少载氢时间，同时也保护的光栅的尾纤涂覆层不受载氢的影响和损伤，提高了光纤光栅功率耐受能力。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。