一种光纤晶体生长用辅助机构、光纤晶体生长系统及方法与流程

本发明属于光纤晶体，特别涉及一种光纤晶体生长用辅助机构、光纤晶体生长系统及方法。

背景技术：

1、单晶光纤是指具有光学纤维形态的单晶体，其同时具有玻璃光纤的形态优势以及体块单晶优异的物理化学性能，为高功率激光应用中替代传统玻璃光纤提供了一种思路。随着单晶光纤在材料种类及应用方向的不断拓展，单晶光纤在辐射探测、高温传感等领域也具有潜在的应用前景。

2、激光基座法单晶炉（lhpg）作为生长超细功能光纤晶体，是目前已有装备中较为优秀的首选设备，其工作原理如图1所示。激光聚光罩3汇聚的激光聚焦照射到料棒1上，使料棒1受热形成小面积的熔区，籽晶接触熔区后完成接种，光纤晶体2自动生长，然后籽晶与料棒1分别按照 v2和 v1的速度往上运动，拉制出超细的光纤晶体，由于 v2的运动补料，使熔区始终维持在固定的位置。通过该方法，可生长几微米到几百微米的光纤晶体。

3、然而，在光纤晶体实际的生长过程中，由于水、电或气流的影响，以及随着光纤晶体生长对生长温场的微小改变，仅仅维持上述加热功率、运动速度稳定不变，拉制的光纤晶体直径等径度极差，最坏的结果可能导致晶体中途拉脱的状况发生。目前均采用人工通过ccd摄像头观察晶体的生长状态，通过调整激光加热功率、籽晶拉速、料棒速度，使晶体直径始终维持在一个很小的区间波动，以得到较好的晶体等径度。该操作方法需要大量的试验数据作为调整的依据，并且需要有经验的工作人员才能较好的完成，对工作强度和工作耐力也是一种要求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种光纤晶体生长用辅助机构、光纤晶体生长系统及方法，本发明能有效提高光纤晶体的等径度，提高光纤晶体生长质量，降低工作人员的工作强度。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种光纤晶体生长用辅助机构，包括激光发光管和光通量收集器，所述激光发光管和光通量收集器位于待生长光纤晶体相对的两侧，所述激光发光管用于发射激光；所述光通量收集器用于接收光通量；光通量收集器和待生长光纤晶体之间设有窄缝板，所述窄缝板侧立设置，且窄缝板中心设有矩形缝隙，便于调节光通量大小，激光发光管、窄缝板和光通量收集器的中轴线位于同一直线。

4、进一步地，激光发光管发射的激光光束直径大于待生长光纤晶体直径，以便激光光束从侧面覆盖待生长光纤晶体直径。

5、本发明提供了一种光纤晶体生长系统，包括激光基座法单晶炉，所述激光基座法单晶炉下部具有用于固定料棒的进给机构，上部具有用于固定籽晶的提拉机构，以及用于加热料棒的激光加热器和汇聚激光的激光聚光罩，还包括计算机和前面所述的一种光纤晶体生长用辅助机构，所述计算机内具有pid控制模块。

6、进给机构、提拉机构、激光加热器和辅助机构的光通量收集器均与计算机连接。

7、本发明还提供了一种光纤晶体生长的方法，采用前面所述的一种光纤晶体生长系统生长光纤晶体，具体包括以下步骤：

8、（1）将标准直径的光纤晶体放置在待生长光纤晶体的位置，打开激光发光管和光通量收集器，标定光通量收集器的基准信号；

9、（2）将料棒固定在进给机构上，将籽晶固定于提拉机构上，并控制料棒顶部截面中心置于激光聚光罩对应的加热中心使得料棒顶部熔融成半球状熔体；

10、（3）将籽晶接触料棒顶部的半球状熔体，然后提拉籽晶和馈送料棒，使得光纤晶体自动生长，在光纤晶体自动生长过程中，光通量收集器将不断接受激光发光管发射的激光信号，形成相应的电量信号，若光纤晶体直径偏离设定的直径范围，光通量收集器收集的电量信号将偏离基准信号，则进入步骤（4），否则，进入步骤（5）；

11、（4）计算得到最近三次采样周期的偏差值e1、e2、e3，然后通过pid控制模块得到控制调整量△q，然后调节激光加热器加热功率、籽晶提拉速度或料棒馈送速度，使得光纤晶体直径保持在设定的直径范围内；

12、（5）待光纤晶体自动生长到一定长度后，即得到所述光纤晶体。

13、进一步地，步骤（4）中，控制调整量△q按以下公式计算得到：

14、

15、式中： p-比例系数； i-积分时间； d-微分时间； t-采样周期。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、1、本发明通过激光发光管发射稳定的柱状激光光束，并通过窄缝板对光通量进行调节然后被光通量收集器收集，从而可以精确地测量出光纤晶体直径的变化，实现闭环的光纤晶体自动控制，进而有利于提高光纤晶体的等径度，提高光纤晶体生长质量，降低工作人员工作强度。

18、2、本发明中的窄缝板可以对加热料棒的激光进行有效遮挡，保证光通量收集的有效性，从而能进一步提高光纤晶体直径测量的精度，提高光纤晶体的等径度。

技术特征：

1.一种光纤晶体生长用辅助机构，其特征在于，包括激光发光管和光通量收集器，所述激光发光管和光通量收集器位于待生长光纤晶体相对的两侧，所述激光发光管用于发射激光；所述光通量收集器用于接收光通量；光通量收集器和待生长光纤晶体之间设有窄缝板，所述窄缝板侧立设置，且窄缝板中心设有矩形缝隙，便于调节光通量大小，激光发光管、窄缝板和光通量收集器的中轴线位于同一直线。

2.根据权利要求1所述的一种光纤晶体生长用辅助机构，其特征在于，激光发光管发射的激光光束直径大于待生长光纤晶体直径，以便激光光束从侧面覆盖待生长光纤晶体直径。

3.一种光纤晶体生长系统，包括激光基座法单晶炉，所述激光基座法单晶炉下部具有用于固定料棒的进给机构，上部具有用于固定籽晶的提拉机构，以及用于加热料棒的激光加热器和汇聚激光的激光聚光罩，其特征在于，包括计算机和权利要求1~2任一所述的一种光纤晶体生长用辅助机构，所述计算机内具有pid控制模块；

4.一种光纤晶体生长的方法，其特征在于，采用权利要求3所述的一种光纤晶体生长系统生长光纤晶体，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种光纤晶体生长的方法，其特征在于，步骤（4）中，控制调整量△q按以下公式计算得到：

技术总结
本发明公开了一种光纤晶体生长用辅助机构、光纤晶体生长系统及方法，该辅助机构包括激光发光管和光通量收集器，所述激光发光管和光通量收集器位于待生长光纤晶体相对的两侧，所述激光发光管用于发射激光；所述光通量收集器用于接收光通量；光通量收集器和待生长光纤晶体之间设有窄缝板，所述窄缝板侧立设置，且窄缝板中心设有矩形缝隙，便于调节光通量大小，激光发光管、窄缝板和光通量收集器的中轴线位于同一直线。本发明能有效提高光纤晶体的等径度，提高光纤晶体生长质量，降低工作人员的工作强度。

技术研发人员：何晔,张晟,康世伟,陈艺,佘建军
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十六研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8