CN105785503B - 一种环形分布多芯光纤探头的制备装置及光纤探头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤技术领域，特别涉及一种主要用于制备环形分布多芯光纤探头的一种环形分布多芯光纤探头的制备装置及光纤探头的制备方法。一种环形分布多芯光纤探头的制备装置，所述环形分布多芯光纤探头的制备装置包括：一个毛细管安装支架，毛细管安装支架中央有一个毛细管安装托片；毛细管安装支架两端面上分别镶嵌有一个环形分度片；毛细管安装支架的两端分别有一个三维位移台；三维位移台上安装有光纤夹具；毛细管安装支架的一侧有一台CCD相机，调节CCD相机正对安装在毛细管安装托片中心的石英毛细管的端面。本发明利用现有光纤和石英毛细管制备环形分布多芯光纤探头，制备周期短、制作成本低、重复率高。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术领域，特别涉及一种主要用于制备环形分布多芯光纤探头的一种环形分布多芯光纤探头的制备装置及光纤探头的制备方法。
背景技术
光纤通常是由石英或特殊塑料拉制而成的具有良好导光能力的丝状波导。常规的光纤具有三层结构，从内到外依次为纤芯、包层、涂覆层。其中纤芯的折射率大于包层，从而可以把光束缚在纤芯中。涂覆层通常由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙等材料充当，起防止光纤被污染、增减光纤韧性等保护性作用。随着光纤技术的发展，光纤除在传统通信领域中占据重要地位外，光纤传感技术也得到长足发展和广泛应用，各种各样的光纤传感器在不同领域发挥着重要作用。
光纤探头是众多光纤传感器中应用十分广泛的一种。光纤探头以光纤端面作为前端接收光信号，后面连接尾纤对接收到的光信号进行传输。多芯光纤探头在众多领域都有着广泛的应用。如液体和气体中杂质成分的测定，物体表面不平整度的测量，微小位移的测量等。特别地，用多芯光纤探头辅助大型光纤光谱望远镜中星象传输光纤对准星斑成为天文领域中的一个研究热点。
在多芯光纤探头中，由于纤芯之间的距离非常近(通常为几十到几百微米)，所以常把多个纤芯集成到一根光纤中形成多芯光纤。常规制备多芯光纤的方法是在大预制棒上根据要求打孔，然后在孔中***小预制棒制成多芯预制棒，最后进行拉丝，制备得到多芯光纤。但是大预制棒的制造成本很高，同时在预制棒上打孔和对组装好的多芯预制棒拉丝的工艺难度都很大。预制棒拉丝的方法一次制备的光纤量很大，通常以公里计，但多芯光纤探头中只有端头部分需要多芯光纤，并且不同多芯探头对纤芯的排列要求也不一样。所以，实际上制备多芯探头对多芯光纤的需求量并不大。这些都使得用多芯预制棒拉丝的方法制备多芯探头成本很高。另外在实际信号处理时，传输在多芯光纤多个纤芯中的能量在探头尾端需要进行分离。纤芯能量分离***通常为空间光路或利用脉冲激光写入的波导结构，目前还没有简单快捷的方法来处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、利用现有光纤小批量制备环形分布多芯光纤探头的制备装置。本发明的目的还在于提供一种环形分布多芯光纤探头的制备方法
本发明的目的是这样实现的：
一种环形分布多芯光纤探头的制备装置，所述环形分布多芯光纤探头的制备装置包括：一个毛细管安装支架，毛细管安装支架中央有一个毛细管安装托片；毛细管安装支架两端面上分别镶嵌有一个环形分度片；毛细管安装支架的两端分别有一个三维位移台；三维位移台上安装有光纤夹具；毛细管安装支架的一侧有一台CCD相机，调节CCD相机正对安装在毛细管安装托片中心的石英毛细管的端面。
所述毛细管安装支架是一个侧面、端面及中间挖空的金属圆柱体架，且两端面边缘均有一条对齐刻线；所述的毛细管安装托片是一个贴金属圆柱体架内壁滑动的厚度为5毫米的金属圆片，中心有一安装石英毛细管的贯穿孔，贯穿孔的直径由所制备的光纤探头的外径匹配，且小孔中心与金属圆柱体轴线重合。
所述环形分度片紧密镶嵌在毛细管安装支架的端面并旋转，通过毛细管端面上方的锁紧螺钉将环形分度片锁紧；所述环形分度片通过内环上的分度刻槽实现分度功能，且环形分度片上有一条对齐刻线；所述环形分度片内环上的分度刻槽可以是均匀分布的，也可以是非均匀分布的。
所述三维调节台使安装在三维调节台上的光纤夹具的光纤安装槽移动到与毛细管安装支架中轴线重合的位置。
所述CCD相机通过调整安装位置，从侧面清晰地观察安装在毛细管安装支架上的石英毛细管的两个端面。
一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，包括以下步骤：
1)将环形分度片安装到所述毛细管支架两端面的镶嵌槽里，旋转环形分度片，使环形分度片上的对齐刻线与毛细管安装支架端面边缘的对齐刻线对齐；
2)将长度为1～2厘米的石英毛细管安装到毛细管安装支架的毛细管安装托片的贯穿孔上；
3)将1根用于制备边缘芯的光纤穿过石英毛细管，分别将光纤的两端安装到位于毛细管安装支架两端的两个三维位移台的光纤夹具上，并将光纤绷直；
4)用位于毛细管安装支架侧面的CCD相机观察光纤两端在石英毛细管端面的位置，并调节两个三维位移平台，使光纤两端都位于石英毛细管端面的中心，锁紧两个三维位移台的差分调节器；
5)将光纤一端从夹持器取下，并沿毛细管安装支架端面径向缓慢地移动到环形分度片上对应分度槽中，该过程中光纤始终处于绷紧状态；
6)用无痕胶把该光纤端头固定在环形分度片的分度槽中；
7)重复步骤5)、6)，将该光纤的另一端也固定在环形分度片对应的分度槽中；
8)重复上述步骤3)～7)，将其余制备边缘芯的光纤依次***石英毛细管并固定到对应的环形分度片的分度槽中；
9)将去掉包层的用于制备中心芯的光纤穿过安装毛细管安装托片上的石英毛细管，分别将光纤的两端安装到位于毛细管安装支架两端的两个三维位移台的光纤夹具上，并将所述光纤绷直，此时光纤位于石英毛细管轴线上；
10)将紫外胶涂到石英毛细管的一端，待紫外胶充满所述石英毛细管之后用紫外固化灯照射5～10分钟；
11)从毛细管安装支架上取下石英毛细管，并在石英毛细管与尾纤连接一端用热缩管热缩封装；
12)用线切割机在石英毛细管未封装一端切出探头端面，完成环形分布多芯光纤探头的制备；如果制备的光纤探头没有中心纤芯，则省略步骤9)。
石英毛细管内径为240～600微米，外径为500～1000微米，内孔为圆形。
所述制备的环形分布多芯光纤探头可以同时具有边缘芯和中心芯，也可以仅有边缘芯。
所述中心芯的尺寸可以和边缘芯相同，也可以不同。
所述制备的有中心芯的环形分布多芯光纤探头的中心芯光纤与边缘芯光纤的间距是在0～30微米之间；所述制备的环形分布多芯光纤探头的边缘芯可以是沿石英管内壁均匀分布的，也可以是沿石英管内壁非均匀分布的。
本发明的有益效果在于：
1、利用现有光纤和石英毛细管制备环形分布多芯光纤探头，制备周期短、制作成本低、重复率高。
2、使用同一设备可方便快捷地制备多种环形分布多芯光纤探头，如四芯环形分布多芯光纤探头、五芯环形分布多芯光纤探头、八芯环形分布多芯光纤探头等。
3、由于多个纤芯在尾端是分离的，不需要对多芯光纤探头中的各纤芯进行能量分离，实际应用更方便。
附图说明
图1是环形分布多芯光纤探头的制备装置结构图；
图2是环形分度片结构图；
图3a为具有中心芯的17芯环形均匀分布多芯光纤探头结构示意图；
图3b为具有中心芯的9芯环形均匀分布多芯光纤探头结构示意图；
图3c为具有中心芯的9芯环形非均匀分布多芯光纤探头结构示意图；
图3d为16芯环形均匀分布多芯光纤探头结构示意图；
图3e为中心芯与边缘芯相同的7芯环形均匀分布多芯光纤探头结构示意图。
图4是显微镜下观察到的制备的具有中心芯的17芯环形分布多芯光纤探头的端面。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步描述。
本发明制得的多芯探头纤芯成环形排列，探头中心可以有纤芯，也可以没有纤芯。
本发明的目的是这样实现的：一种环形分布多芯光纤探头的制备装置由一个毛细管安装支架1、两个三维位移台2和一台CCD相机7组成。其中，毛细管安装支架的两端均镶嵌有内环刻有分度刻槽11的环形分度片3。拧动松紧螺钉6可以控制环形分度片3与毛细管安装支架1结合的松紧，并可更换内环刻有不同分度刻槽11的环形分度片3。毛细管安装支架1端面和环形分度片3上均有对齐刻线9和对齐刻线10，当对齐刻线9与对齐刻线10对齐时，镶嵌在毛细管安装支架1两端的环形分度片3的分度刻槽11一一对齐。毛细管安装支架1的中间装有一个圆片状毛细管安装托片4。毛细管安装托片4与毛细管安装支架1内壁紧密接触并可沿毛细管安装支架1轴向滑动。毛细管安装托片4中心有一贯穿圆孔8，直径为500～1000微米，用以安装制备探头用的石英毛细管12。在毛细管安装支架1两端的三维位移台2上安装有光纤夹具5。通过调节三维位移台可以使两光纤夹具的光纤安装槽与毛细管安装支架1的中轴线重合。通过调节CCD相机7可以清楚地观察到安装在毛细管安装托片4上的石英毛细管12两端面的情况。
一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，包括以下步骤：1)将环形分度片3放入毛细管支架1两端面的镶嵌槽里，旋转环形分度片3，使环形分度片3上的对齐刻线10与毛细管安装支架1端面边缘的对齐刻线9对齐。2)将长度为10～20毫米的石英毛细管12安装到毛细管安装支架1的毛细管安装托片4上。3)将1根用于制备边缘芯13的光纤穿过石英毛细管12，分别将光纤13的两端安装到两个三维位移台的光纤夹具5上，并将所述光纤绷直。4)用CCD相机7观察光纤13两端在石英毛细管12端面的位置，调节两三维位移台2使光纤13在石英毛细管12两端面都处于端面中心，锁紧两三维位移台的差分调节器。5)将光纤13一端从光纤夹持器5取下，并沿毛细管安装支架1端面径向缓慢地移动到分度刻槽11中，该过程中光纤13始终处于绷紧状态。6)用无痕胶把该光纤13端头固定在分度刻槽11中。7)重复步骤5)，将该光纤13的另一端固定在毛细管安装支架1另一端的环形分度片3对应的分度刻槽11中。8)重复上述步骤3)～7)，将其余制备边缘芯的光纤13依次***石英毛细管12，并固定到对应的分度刻槽11中。9)将去掉包层的用于制备中心芯的光纤14沿石英毛细管12中轴线穿过石英毛细管，将中心光纤14的两端分别安装到光纤夹具5上，并将中心光纤14绷直，此时中心光纤14位于石英毛细管12轴线上。10)将紫外胶15涂到石英毛细管12的一端，待紫外胶充满石英毛细管12之后用紫外固化灯照射5～10分钟。11)取下石英毛细管12，并在石英毛细管12与尾纤连接的一端用热缩管热缩封装。12)用线切割机在石英毛细管12未封装的一端切出探头端面，完成环形分布多芯光纤探头的制备。如果要制备的光纤探头没有中心纤芯，则省略步骤9)。
结合图1、图2，一种有中心芯的17芯环形分布多芯光纤探头制备装置，包括：毛细管安装支架1、两个三维位移台2、两个环形分度片3、一个毛细管安装托片4、两个光纤夹具5和一个CCD相机7。
其中，毛细管安装支架1两端分别镶嵌有一个内环刻有16个分度刻槽11的环形分度片3。环形分度片3外径25毫米，内径14毫米。每个分度刻槽11宽200微米，深1000微米。毛细管安装支架1中央有一与毛细管安装支架1内壁紧密接触并可沿轴向滑动的的毛细管安装托片4，毛细管安装托片4直径18毫米，厚度为0.5毫米，中心的贯通圆孔8直径为1.05毫米。
如图1，位于毛细管安装支架1两端的两三维位移台2上安装有光纤夹具5，光纤夹具5可夹持直径在50～500微米的光纤。通过调节三维位移台2可以使两光纤夹具5的光纤安装槽与毛细管安装支架1的中轴线重合。通过调节CCD相机7可以清楚地观察到安装在毛细管安装托片4上的石英毛细管12两端面的情况。
以下以示例性的实施例说明本具体实施方式制备有中心芯的17芯环形分布多芯光纤探头。
实施例
本实施例制备有中心芯的17芯环形分布多芯光纤探头，具体包括以下步骤：
1)将内环刻有16个分度刻槽11的环形分度片3安装到毛细管安装支架1两端，并使环形分度片3上的对其刻线10与毛细管安装支架1端面上的对齐刻线9对齐。
2)将长度为10毫米、外径1000微米、内径480微米的石英毛细管12***毛细管安装托片4中心的管穿孔8中。
3)将一根纤芯直径50微米、包层外径55微米、涂覆层外径65微米的光纤13***并穿过石英毛细管12，将光纤13的两端分别安装到三维位移台2上的光纤夹具5上，并拉直光纤13。
4)用CCD相机7从侧面观察光纤13在石英毛细管12两端面的位置，调节两三维位移台2，使光纤13在石英毛细管12两端面都处在的中心。
5)将光纤13一端从光纤夹具5上取下，并沿毛细管安装支架1端面径向将光纤13两端放入环形分度片3的分度刻槽11中。该过程中光纤13始终保持紧绷状态。
6)用无痕胶把光纤13固定在环形分度片3的分度刻槽11中。
7)重复步骤5)和6)，将光纤13的另一端固定到毛细管安装支架1另一端的环形分度片3的对应分度刻槽11中。
8)重复步骤3)～7)，将其余15根光纤13依次穿过石英毛细管12并固定到环形分度片3上相应的分度刻槽11中。
9)将纤芯直径为320微米、包层外径为350微米的中心光纤14去掉涂覆层后沿石英毛细管12的中轴线穿过石英毛细管12，将中心光纤14的两端分别安装到光纤夹具5上，并将中心光纤14绷直，此时中心光纤14位于石英毛细管12轴线上。
10)将紫外胶15涂到石英毛细管12的一端，待紫外胶15充满石英毛细管12之后用紫外固化灯照射5～10min。
11)取下石英毛细管12，并在石英毛细管12与尾纤连接一端用热缩管热缩封装。
12)用线切割机在石英毛细管12未封装一端切出探头端面，完成有中心芯的17芯环形分布多芯光纤探头的制备。
实验制备的具有中心芯的17芯环形分布多芯光纤探头的端面如图4所示。
Claims (10)
1.一种环形分布多芯光纤探头的制备装置，其特征在于：所述环形分布多芯光纤探头的制备装置包括：一个毛细管安装支架，毛细管安装支架中央有一个毛细管安装托片；毛细管安装支架两端面上分别镶嵌有一个环形分度片；毛细管安装支架的两端分别有一个三维位移台；三维位移台上安装有光纤夹具；毛细管安装支架的一侧有一台CCD相机，调节CCD相机正对安装在毛细管安装托片中心的石英毛细管的端面。
2.根据权利要求1所述的环形分布多芯光纤探头的制备装置，其特征在于：所述毛细管安装支架是一个侧面、端面及中间挖空的金属圆柱体架，且两端面边缘均有一条对齐刻线；所述的毛细管安装托片是一个贴金属圆柱体架内壁滑动的厚度为5毫米的金属圆片，中心有一安装石英毛细管的贯穿孔，贯穿孔的直径与所制备的光纤探头的外径匹配，且小孔中心与金属圆柱体轴线重合。
3.根据权利要求1所述的环形分布多芯光纤探头的制备装置，其特征在于：所述环形分度片紧密镶嵌在毛细管安装支架的端面并旋转，通过毛细管端面上方的锁紧螺钉将环形分度片锁紧；所述环形分度片通过内环上的分度刻槽实现分度功能，且环形分度片上有一条对齐刻线；所述环形分度片内环上的分度刻槽可以是均匀分布的，也可以是非均匀分布的。
4.根据权利要求1所述的环形分布多芯光纤探头的制备装置，其特征在于：所述三维调节台使安装在三维调节台上的光纤夹具的光纤安装槽移动到与毛细管安装支架中轴线重合的位置。
5.根据权利要求1所述的环形分布多芯光纤探头的制备装置，其特征在于：所述CCD相机通过调整安装位置，从侧面清晰地观察安装在毛细管安装支架上的石英毛细管的两个端面。
6.一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将环形分度片安装到所述毛细管支架两端面的镶嵌槽里，旋转环形分度片，使环形分度片上的对齐刻线与毛细管安装支架端面边缘的对齐刻线对齐；
2)将长度为1～2厘米的石英毛细管安装到毛细管安装支架的毛细管安装托片的贯穿孔上；
3)将1根用于制备边缘芯的光纤穿过石英毛细管，分别将光纤的两端安装到位于毛细管安装支架两端的两个三维位移台的光纤夹具上，并将光纤绷直；
4)用位于毛细管安装支架侧面的CCD相机观察光纤两端在石英毛细管端面的位置，并调节两个三维位移平台，使光纤两端都位于石英毛细管端面的中心，锁紧两个三维位移台的差分调节器；
5)将光纤一端从夹持器取下，并沿毛细管安装支架端面径向缓慢地移动到环形分度片上对应分度槽中，该过程中光纤始终处于绷紧状态；
6)用无痕胶把该光纤端头固定在环形分度片的分度槽中；
7)重复步骤5)、6)，将该光纤的另一端也固定在环形分度片对应的分度槽中；
8)重复上述步骤3)～7)，将其余制备边缘芯的光纤依次***石英毛细管并固定到对应的环形分度片的分度槽中；
9)将去掉包层的用于制备中心芯的光纤穿过安装毛细管安装托片上的石英毛细管，分别将光纤的两端安装到位于毛细管安装支架两端的两个三维位移台的光纤夹具上，并将所述光纤绷直，此时光纤位于石英毛细管轴线上；
10)将紫外胶涂到石英毛细管的一端，待紫外胶充满所述石英毛细管之后用紫外固化灯照射5～10分钟；
11)从毛细管安装支架及光纤夹具上取下石英毛细管及光纤，并在石英毛细管与尾纤连接一端用热缩管热缩封装；
12)用线切割机在石英毛细管未封装一端切出探头端面，完成环形分布多芯光纤探头的制备；如果制备的光纤探头没有中心纤芯，则省略步骤9)。
7.根据权利要求6所述的一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，其特征在于，所述的石英毛细管内径为240～600微米，外径为500～1000微米，内孔为圆形。
8.根据权利要求6所述的一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，其特征在于：所述的制备的环形分布多芯光纤探头可以同时具有边缘芯和中心芯，也可以仅有边缘芯。
9.根据权利要求6所述的一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，其特征在于：所述中心芯的尺寸可以和边缘芯相同，也可以不同。
10.根据权利要求6所述的一种环形分布多芯光纤探头的制备方法，其特征在于：所述的制备的有中心芯的环形分布多芯光纤探头的中心芯光纤与边缘芯光纤的间距是在0～30微米之间；所述制备的环形分布多芯光纤探头的边缘芯可以是沿石英管内壁均匀分布的，也可以是沿石英管内壁非均匀分布的。
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