一种损耗调制型传感光纤阵列的制备方法及装置与流程

本发明属于光纤传感，更具体地，涉及一种损耗调制型传感光纤阵列的制备方法及装置。

背景技术：

1、损耗调制型传感光纤阵列是一种折射率发生轴向周期性损耗调制而形成的周期性损耗分布的传感光纤，其具有质量轻、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、可实现分布式、多参量、长距离测量等优良特性，可广泛应用于石油石化、航空航天、煤炭开采、核电测温等领域。

2、传统的传感光纤无周期性损耗调制，无法精确测量，且灵敏度较低。现有技术中，常规损耗调制型传感光纤通过准分子激光器制作而成，单纤传感数量少、一致性差、光纤抗拉强度低，且无法形成大规模、分布式多参量测量。对于目前已有的损耗调制型传感光纤阵列，要么利用准分子激光器调制光纤制造而成，其制造工艺复杂、速度慢且不稳定，一致性较差，无法在特殊环境中使用，如超高温；要么利用飞秒激光器调制光纤制造而成，其制造技术难度高、成本大，且制造速度慢。

3、目前损耗调制型传感器的制作方法类同弱光栅阵列。例如中国专利文献cn115236797a、cn111208602a等方案，都是在光纤拉丝工艺，裸光纤拉制成型后，利用紫外激光连续刻写弱光栅形成光栅阵列。这种方法避免了二次光纤涂敷，制作的弱光栅阵列具有良好的物理强度。然而这一类方法需要在裸光纤拉制环节，利用激光器对光纤纤芯进行刻写，其激光对准精度要求在10纳米左右，而光纤拉制过程中，生产线速度达到1000m/min甚至更高，裸光纤不可避免的处于抖动状态，对精密加工的激光写栅技术十分不利，导致刻写精度降低甚至成品率低下。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种损耗调制型传感光纤阵列的制备方法及装置，其目的在于光纤拉丝工艺之前，在光纤预制棒上采用飞秒激光进行损耗调制刻写，代替现有的在拉丝工艺之后的裸光纤上进行损耗调制刻写技术，刻写时光纤预制棒几乎不抖动，具有良好的刻写精度，从根本上避免了刻写时聚焦发生抖动导致的精度降低或刻写失败，由此解决现有的损耗调制型传感光纤阵列由于裸光纤拉丝抖动导致的加工精度降低、成品率低下的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、利用飞秒脉冲激光器对光纤预制棒芯棒进行在线调制，使光纤预制棒芯棒的折射率形成周期性损耗分布；

4、s2、对所述调制后的预制棒芯棒进行在线拉丝以形成损耗调制型传感光纤阵列，并基于时域反射在线检测所述损耗调制型传感光纤阵列的损耗点位置和损耗值，负反馈调节拉丝参数；所述拉丝参数包括拉丝速度、拉丝温度、和/或拉丝张力；

5、s3、对所述损耗调制型传感光纤阵列进行涂覆层的涂覆，得到相应涂层涂覆的损耗调制型传感光纤阵列。

6、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其步骤s2、在线拉丝形成的光纤端通过光纤滑环接入实时光时域反射仪进行在线检测。

7、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其所述损耗调制型传感光纤阵列中的单个损耗的反射率为-50db～-20db。

8、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其步骤s2拉丝温度在1730℃以上且2000℃以下，拉丝速度在80～120m/min之间，拉丝张力在20g～60g之间。

9、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率低于预设的损耗下限，则提高光纤预制棒拉丝速度；当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率高于预设的损耗上限，则降低光纤预制棒拉丝速度。

10、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率低于预设的损耗下限，则降低拉丝温度；当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率高于预设的损耗上限，则提高拉丝温度。

11、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率低于预设的损耗下限，则提高拉丝张力；当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率高于预设的损耗上限，则降低拉丝张力。

12、优选地，所述损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其步骤s1将飞秒脉冲激光采用掩膜板进行相位调制后照射在预制棒芯棒上；所述掩膜板的高度不小于预制棒芯棒的直径，长度为12～20mm；所述光纤预制棒直径小于等于22mm。

13、按照本发明的另一个方面，提供了一种损耗调制型传感光纤阵列的制备装置，包括刻写系统，拉丝塔、收线系统、以及光时域反射仪；

14、所述刻写系统包括飞秒脉冲激光器、掩膜板以及步进电机平台；所述步进平台调整光纤预制棒空间位置，所述飞秒脉冲激光器发出的脉冲激光经掩膜板调制后照射在光纤预制棒上；

15、光纤预制棒经拉丝塔加工为光纤进入收线系统，其光纤端通过光纤滑环接入所述光时域反射仪。

16、优选地，所述掩膜板的高度不小于预制棒芯棒的直径，长度为12～20mm。

17、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

18、本发明提供的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，采用预制棒刻写代替裸光纤刻写，避免由于裸光纤抖动引起的激光刻写加工精度降低，基于时域反射在线检测损耗调制结果，动态调整拉丝速度、拉丝温度以及拉丝张力，从而提高损耗调制型传感光纤阵列的加工精度和良品率。

19、本发明提供的损耗调制型传感光纤阵列的制备装置，将光纤端通过光纤滑环接入光时域反射仪，实现损耗点位置及损耗值的实时在线检测。

技术特征：

1.一种损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2、在线拉丝形成的光纤端通过光纤滑环接入实时光时域反射仪进行在线检测。

3.如权利要求1所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，所述损耗调制型传感光纤阵列中的单个损耗的反射率为-50db～-20db。

4.如权利要求1所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2拉丝温度在1730℃以上且2000℃以下，拉丝速度在80～120m/min之间，拉丝张力在20g～60g之间。

5.如权利要求4所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率低于预设的损耗下限，则提高光纤预制棒拉丝速度；当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率高于预设的损耗上限，则降低光纤预制棒拉丝速度。

6.如权利要求4所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率低于预设的损耗下限，则降低拉丝温度；当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率高于预设的损耗上限，则提高拉丝温度。

7.如权利要求4所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率低于预设的损耗下限，则提高拉丝张力；当步骤s2检测到预制棒端的损耗点的反射率高于预设的损耗上限，则降低拉丝张力。

8.如权利要求1所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备方法，其特征在于，步骤s1将飞秒脉冲激光采用掩膜板进行相位调制后照射在预制棒芯棒上；所述掩膜板的高度不小于预制棒芯棒的直径，长度为12～20mm；所述光纤预制棒直径小于等于22mm。

9.一种损耗调制型传感光纤阵列的制备装置，其特征在于，包括刻写系统，拉丝塔、收线系统、以及光时域反射仪；

10.如权利要求9所述的损耗调制型传感光纤阵列的制备装置，其特征在于，所述掩膜板的高度不小于预制棒芯棒的直径，长度为12～20mm；所述步进电机平台具有多维调整机构，用于调整光纤预制棒的空间位置和姿态，使其与掩膜板水平，并且飞秒激光的光斑聚焦到光纤预制棒的芯棒上。

技术总结
本发明公开了一种损耗调制型传感光纤阵列的制备方法及装置。所述方法包括以下步骤：S1、利用飞秒脉冲激光器对光纤预制棒芯棒进行在线调制，使光纤预制棒芯棒的折射率形成周期性损耗分布；S2、对所述调制后的预制棒芯棒进行在线拉丝以形成损耗调制型传感光纤阵列，并基于时域反射在线检测所述损耗调制型传感光纤阵列的损耗点位置和损耗值，负反馈调节拉丝参数；S3、对所述损耗调制型传感光纤阵列进行涂覆层的涂覆，得到相应涂层涂覆的损耗调制型传感光纤阵列。本发明采用预制棒刻写代替裸光纤刻写，避免由于裸光纤抖动引起的激光刻写加工精度降低，在线检测损耗调制结果，动态调整拉丝参数，从而提高损耗调制型传感光纤阵列的加工精度和良品率。

技术研发人员：余志伟,李立彤,赵佳宁,邓旭,杭常东,刘可欣,方勇,洪登
受保护的技术使用者：长飞（武汉）光系统股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7