基于自组装原理的三芯光纤光栅微尺度测量探针制作方法_2

文档序号:8359093阅读:来源:国知局
光纤制作三芯光纤光栅探针,可以根据测量需求设计三芯光纤光栅探针的结构参数,如三芯光纤光栅探针直径、长度和球形针尖直径等。
[0022]2.采用刻写光纤光栅后的单模光纤制作三芯光纤光栅探针,避免了直接在多芯光纤上刻写光纤光栅带来刻写串扰,制作完成的三芯光纤光栅探针具有光谱信号好的特点。
[0023]3.采用刻写光纤光栅后的单模光纤制作三芯光纤光栅探针,三芯光纤光栅探针自带单模尾纤,避免了使用扇出接头,降低了三芯光纤光栅探针使用中的成本和光损耗。
【附图说明】
[0024]图1为机械处理的方法减小刻写光纤光栅后的单模光纤直径装置图;
[0025]图2为直径减小后刻写光纤光栅后的单模光纤自组装装置图;
[0026]图3为图2中的A-A的剖视图;
[0027]图4为图2中细管结构示意图;
[0028]图5为三芯光纤光栅端面研磨装置图;
[0029]图6为熔融光纤法形成球形针尖装置图;
[0030]图7为氢氟酸光纤腐蚀处理的方法减小刻写光纤光栅后的单模光纤直径装置图;
[0031]图8为图7的俯视图;
[0032]图9为微球安装法形成球形针尖示意图;
[0033]图10为图9中B部结构局部示意图;
[0034]图中:1.刻写光纤光栅后的单模光纤,2.光纤光栅栅区,3.包裹研磨片的转轮,4.同步旋转电机,5.固定装置,6.直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤,7.细管,8.内锥角,9.玻璃杯,10.紫外胶,11.三芯光纤光栅,12.光纤研磨机,13.研磨片,14.端面研磨后的三芯光纤光栅15.电极,16.电火花加工机,17.光纤球形针尖,18.塑料桶盖,19.塑料桶,20.氢氟酸溶液,21.红宝石球形针尖,22.水平平台,23.V形槽,24.六自由度调整装置。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。
[0036]—种基于自组装原理的三芯光纤光栅微尺度测量探针制作方法,所述方法包括以下步骤:
[0037](I).减小刻写光纤光栅后的单模光纤直径
[0038]取三根长度为100?100mm刻写光纤光栅后的单模光纤1,光纤光栅栅区2处于刻写光纤光栅后的单模光纤I的一端30?50mm的位置,光纤光栅栅区2长度为10?20mm,将刻写光纤光栅后的单模光纤I靠近光纤光栅栅区2的末端长度为50?80mm部分的涂覆层剥除,之后采用机械处理的方法减小刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分的直径:将刻写光纤光栅后的单模光纤I拉直,两端固定在同步旋转电机4的固定装置5上并且使刻写光纤光栅后的单模光纤I的转动轴线与同步旋转电机4的转动轴线重合,在刻写光纤光栅后的单模光纤I转动轴上方装有一个包裹研磨片的转轮3,包裹研磨片的转轮3靠近并接触刻写光纤光栅后的单模光纤I并沿刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分反复匀速运动,进行磨削,同时采用显微观察系统检测刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分的直径,当刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分的直径减小至50?100 μπι时,停止磨削;用光纤切割刀将直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6上的光纤光栅栅区2之后30?50mm的单模光纤切去,使光纤光栅栅区2处于直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤I的末端,并保光纤光栅栅区2长度为5?10mm,之后放置于装有无水乙醇的超声清洗机中洗涤5?20分钟;
[0039](2).三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤的自组装
[0040]准备长度10?30mm、一端有内锥角8、内径为(50?100 μπι) X3+(l?5) μπι的细管7,将第(I)步处理后三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6从细管7—端的内锥角8插入,保证三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6端部平齐且超出细管7 —端5?1mm ;竖直固定细管7并将超出细管7 —端的三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6浸没在装有粘度小于10cp的紫外胶10的玻璃杯9中3?6mm,在毛细作用力下低粘度紫外胶10沿着三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6向上运动,并使三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6紧紧靠近形成最紧凑的正三角形结构,对三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6进行自组装;5?15分钟后,将细管7和其中自组装后的三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6从紫外胶中取出,保证自组装后的三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6不发生错位,并用紫外胶10固化光源对超出细管7 —端自组装后的三根直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6照射I?10分钟完成紫外胶固化,形成三芯光纤光栅11 ;尔后,在细管7 —端的内锥角8处滴入热固化胶并填满内锥角8,将插有三芯光纤光栅11的细管7放在50?180°C恒温电加热器上加热10?60分钟,使细管7 —端的内锥角8中的热固化胶固化;
[0041](3).三芯光纤光栅的端面研磨
[0042]将第(2)步中插有三芯光纤光栅11的细管7固定在光纤研磨机12上,调整细管7高度,使三芯光纤光栅11与光纤研磨机12上的研磨片13接触,之后按照FC/PC光纤接头的研磨方式对其端面进行研磨,并用端面观察装置确认平整、无裂痕和残缺,停止三芯光纤光栅11的端面研磨并用蘸有酒精的无尘纸将端面擦拭干净;
[0043](4).端面研磨后的三芯光纤光栅端部球形针尖的加工
[0044]熔融光纤法:将第(3)步中端面研磨后的三芯光纤光栅14上端的细管7竖直固定,调节细管7高度使端面研磨后的三芯光纤光栅14下端处于电火花加工机16两根放电电极15针尖中心下方0.5?3mm位置,调节电火花加工机16的放电时间和放电电流,利用电火花放电产生的热量将端面研磨后的三芯光纤光栅14下端0.5?3mm的光纤恪化,利用重力和熔融光纤的表面张力形成一个良好的光纤球,待其冷却后在端面研磨后的三芯光纤光栅14下端形成一个光纤球形针尖17,完成端面研磨后的三芯光纤光栅14端部球形针尖的加工;在电子显微镜下对光纤球形针尖17加工质量进行检定,要求光纤球形针尖17与端面研磨后的三芯光纤光栅14的同轴度小于5 μπκ光纤球无气泡和破损、光纤球形针尖17直径和端面研磨后的三芯光纤光栅14直径之比大于或等于1.2,挑选合格的三芯光纤光栅探针,完成三芯光纤光栅探针的加工。
[0045]步骤(I)中,减小刻写光纤光栅后的单模光纤I的直径也可以采用氢氟酸腐蚀的处理方式,将刻写光纤光栅后的单模光纤I向下穿过塑料桶盖18上的微孔并固定,向塑料桶19内加入体积分数为10?50%的氢氟酸溶液20,并使刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分的末端浸入体积分数为10?50%的氢氟酸溶液20中60?90mm,每隔20?30分钟将刻写光纤光栅后的单模光纤I从塑料桶7中取出,在电子显微镜下测量刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分的直径;当刻写光纤光栅后的单模光纤I剥除涂覆层部分的直径被腐蚀减小至50?100 μπι时,将直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6从塑料桶19中取出并放入装有丙酮的玻璃桶中,使直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6剥除涂覆层部分的末端浸入丙酮中80?90mm,做10?30分钟软化处理;用光纤切割刀将直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6上的光纤光栅栅区2之后30?50mm的单模光纤切去,使直径减少后的刻写光纤光栅后的单模光纤6上的光纤光栅栅区2处于直径减小后的刻写光纤光栅后的单模光纤6的最末端,并保证刻写光纤光栅后的单模光纤6上的光纤光栅栅区2长度为5?10mm,之后,放置于装有无水乙醇的超声清洗机中洗涤5?20分钟。
[0046]步骤⑵中,细管7的材料为石英或金属。
[0047]步骤(4)中,也可以采用微球安装法在端面研磨后的三芯光纤光栅14端部加工一个球形针尖:将第(3)步中端面研磨后的三芯光纤光栅14上端的细管7水平固定在六自由度调整装置24上,并在研磨后的一端用点胶针头涂抹紫外胶10,在视觉监视系统下手动调节六自由度调整装置24,使端面研磨后三芯光纤光栅14涂抹紫外胶10的一端接近水平平台22上V型槽23中固定的红宝石球形针尖21,端面研磨后的三芯光纤光栅14在与红宝石球形针尖21中心对准后,推进端面研磨后的三芯光纤光栅14与红宝石球形针尖21接触,之后用紫
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