一種保偏光子晶體光纖的熔接方法
【專利摘要】一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，涉及光纖熔接。它包括先對帶熔接的兩根光纖進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括加熱、清洗和切割；再將兩根光纖放入熔接機(jī)的熔接室中，進(jìn)行偏振軸對準(zhǔn)；然后對熔接部位進(jìn)行預(yù)加熱、再加熱和循環(huán)加熱，最后對熔接點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)和保護(hù)。本發(fā)明有效提高了偏振軸對準(zhǔn)精度，避免光纖模場不匹配引起的熔接損耗過大問題，同時(shí)具有較高的熔接強(qiáng)度。
【專利說明】一種保偏光子晶體光纖的熔接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種保偏光子晶體光纖熔接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體光纖為包層具有周期性排列空氣孔的光纖,又稱微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，可分為全內(nèi)反射型和光子帶隙型兩種。保偏光子晶體光纖是在包層周期性結(jié)構(gòu)中引入兩個(gè)大的空氣孔，實(shí)現(xiàn)高雙折射，從而達(dá)到偏振保持的功能。由于光子晶體光纖的特殊結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光機(jī)理，使得其具有以往傳統(tǒng)的纖芯/包層結(jié)構(gòu)光纖沒有的高耦合效率，低彎曲損耗，低非線性、低色散性和高的雙折射性等特點(diǎn)。
[0003]在使用光子晶體光纖時(shí)，不可避免的要把光子晶體光纖與其他種類光纖，或者與光子晶體光纖進(jìn)行連接。在熔接時(shí)要盡可能的獲得低損耗、高強(qiáng)度的連接，但是由于光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其與其他種類光纖在熔接時(shí)會存在很多問題，如兩種類型光纖的纖芯應(yīng)力區(qū)特征不匹配，光纖的模場直徑不一致和光子晶體光纖的內(nèi)部空氣孔的嚴(yán)重塌縮等，這些都影響光子晶體光纖的應(yīng)用推廣。目前研究比較多的是單模光子晶體光纖與普通單模光纖的熔接技術(shù)，而對保偏光子晶體光纖與應(yīng)力形保偏光纖熔接的研究較少。由于在保偏光纖的熔接過程中，要進(jìn)行光纖偏振軸的對準(zhǔn)，這都對保偏光子晶體光纖的熔接提出了更高的要求。
[0004]目前，比較常見的光子晶體光纖的熔接方法主要是針對光子晶體光纖與普通單模光纖的熔接，其中電弧熔接法是目前最常見的熔接方法。它根據(jù)待連接光纖的特性選擇合適的電弧熔接裝置和熔接條件。通過選擇合適的放電時(shí)間、放電強(qiáng)度和放電次數(shù)可有效控制光子晶體光纖空氣孔的塌縮，實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖的較低損耗熔接。這種方法也適用于保偏光子晶體光纖和應(yīng)力型保偏光纖之間的熔接，但需要克服對軸、光纖模場匹配和光纖熔接強(qiáng)度下降的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種保偏光子晶體光纖熔接方法，有效提高偏振軸對準(zhǔn)精度，避免光纖模場不匹配引起的熔接損耗過大問題，同時(shí)具有較高的熔接強(qiáng)度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:、一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，包括:
[0007]步驟一:對待熔接的兩根光纖的端部進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理依次包括加熱、清洗和切割；
[0008](I)加熱:將兩根光纖長度為I的端部放入熔接機(jī)的加熱槽內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為t ；
[0009](2)清洗:剝?nèi)ゼ訜岷髢筛饫w的端部的涂覆層，得到裸光纖，再將所述裸光纖放于丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗，超聲清洗時(shí)間為T ；
[0010](3)切割:用夾具分別夾住兩根光纖待熔接的一端，并施加沿光纖軸向的拉力F，再用切割刀在兩根光纖待熔接的一端劃出切割口，使光纖沿切割口斷裂后獲得熔接端面。
[0011]步驟二:將其中一根光纖套入熱縮套管中，并將熱縮套管移至遠(yuǎn)離裸光纖的位置，將兩根光纖放入熔接機(jī)的熔接室中；
[0012]步驟三:利用端面成像程序獲取兩根光纖的偏振軸，再利用圖像處理程序進(jìn)行偏振軸對準(zhǔn)；
[0013]步驟四:依次包括預(yù)加熱、再加熱和循環(huán)加熱；
[0014](I)預(yù)加熱:在熔接功率wl為12w?14w的條件下加熱兩根光纖的端部，直至兩根光纖的熔接端面的包層初步耦合，形成熔接部，加熱時(shí)間tl為0.25s?0.35s ；
[0015](2)再加熱:在熔接功率w2為9w?Ilw的條件下加熱熔接部，加熱時(shí)間t2為
0.4 ?0.6s;
[0016](3)循環(huán)加熱:在熔接功率w3為IOw?12w的條件下對熔接部進(jìn)行兩次以上的梯度循環(huán)掃描加熱；
[0017]步驟五:把步驟二中所述的熱縮套管移至熔接部，使熱縮套管包覆熔接部的外表面，并使用熔接機(jī)的加熱槽加熱熱縮套管，使熱縮套管與熔接部相對固定，完成熔接。
[0018]所述步驟一中長度I的范圍是7cm_9cm，加熱時(shí)間t的范圍是10s_15s。
[0019]所述步驟一中超聲清洗光子晶體光纖時(shí),超聲清洗時(shí)間T的范圍是IOs?15s ;所述步驟一中超聲清洗應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，超聲清洗時(shí)間T的范圍是25s?30s。
[0020]所述步驟一中的拉力F作用于保偏光子晶體光纖時(shí)，拉力F的范圍是ION?15N，當(dāng)拉力F作用于包層直徑為125 μ m的應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，拉力F的范圍是20N?25N ;當(dāng)拉力F作用于包層直徑為80 μ m的應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，拉力F的范圍是15N?20N。
[0021]所述步驟二中將兩根光纖放入熔接機(jī)的熔接室時(shí)，兩根光纖的熔接端面相向放置且留有間隙；當(dāng)兩根光纖均為光子晶體光纖時(shí)，熔接室內(nèi)的加熱源位于所述間隙的正中間；當(dāng)兩根光纖分別為光子晶體光纖和應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，熔接室內(nèi)的加熱源位于偏離間隙中間位置8 μ m?12 μ m處且靠近應(yīng)力型保偏光纖。
[0022]所述步驟四中的梯度循環(huán)掃描加熱過程中，熔接機(jī)的熱源相對熔接部做若干次往復(fù)移動，首次往復(fù)移動的路程半徑A為250 μ m?350 μ m，第二次往復(fù)移動的路程半徑為首次往復(fù)移動的路程半徑A的二倍，第三次往復(fù)移動的半徑為首次往復(fù)移動的路程半徑A的三倍，依次遞增。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:
[0024](I)本發(fā)明通過在預(yù)處理中加入加熱光纖端部這一步驟，可以有效去除光纖外部的彎曲和扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而提高熔接過程中的對軸精度，降低熔接損耗；
[0025](2)本發(fā)明通過在光纖預(yù)處理過程中使用丙酮溶液對裸光纖進(jìn)行超聲清洗，可以有效去除裸光纖表面雜物，這種清洗方法可以提高光子晶體光纖的熔接質(zhì)量，減少熔接過程中其他雜物的干擾；并且超聲清洗光子晶體光纖的時(shí)間較短，可以減少丙酮溶液進(jìn)入光子晶體光纖的空氣孔中；
[0026](3)本發(fā)明通過在光纖預(yù)處理切割過程中，在保證光纖有一定的拉力下進(jìn)行切割，可以獲得更整齊的光纖端面，降低熔接損耗；并且根據(jù)光纖直徑和脆性的不同，對光纖施加的徑向拉力也不同；
[0027](4)本發(fā)明中根據(jù)待熔接的兩種光纖的類型，控制電弧加熱源的位置，當(dāng)兩根光纖均為光子晶體光纖時(shí)，熔接室內(nèi)的加熱源位于所述兩光纖間隙的正中間；當(dāng)兩根光纖分別為光子晶體光纖和應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，熔接室內(nèi)的加熱源位于偏離兩光纖間隙中間位置且靠近應(yīng)力型保偏光纖?？梢钥刂乒庾泳w光纖空氣孔的塌縮程度，避免嚴(yán)重塌縮，進(jìn)而增大光子晶體光纖模場直徑，降低熔接過程中由于模場失配帶來的損耗；
[0028](5)本發(fā)明通過在預(yù)加熱、再加熱之后加入循環(huán)掃描加熱這一步驟，可以修復(fù)熔接點(diǎn)附近光纖損傷，提高光纖的熔接強(qiáng)度；
[0029](6)本發(fā)明中通過使用熱縮套管對熔接部進(jìn)行加強(qiáng)和保護(hù)，可以提高熔接點(diǎn)處的強(qiáng)度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明中保偏光子晶體光纖的熔接端面示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明中應(yīng)力型保偏光纖的熔接端面示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明的流程圖；
[0033]圖4是本發(fā)明中梯度循環(huán)掃描加熱過程示意圖；
[0034]圖5是本發(fā)明中保偏光子晶體光纖熔接后的熔接截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]光纖在結(jié)構(gòu)上包括同心包覆的三層結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)依次包括涂覆層、包層和線芯。保偏光子晶體光纖的熔接根據(jù)材質(zhì)的不同，可分為兩根光纖均為保偏光子晶體光纖熔接的情形，以及一根保偏光子晶體光纖和一根應(yīng)力型保偏光纖熔接的情形。其中，應(yīng)力型保偏光纖又分為包層直徑為125 μ m和包層直徑為80 μ m的情形。如圖1所示，保偏光子晶體光纖端面結(jié)構(gòu)如圖所示，其微結(jié)構(gòu)由外側(cè)呈六邊形排列的空氣孔以及緊靠纖芯對稱分布的兩個(gè)大孔組成?！揪唧w實(shí)施方式】中的光子晶體光纖的包層直徑Dl=125 μ m，大空氣孔直徑dl=4.75ym，小空氣孔直徑d2=2.15 μ m。通過對保偏光子晶體光纖的模場仿真及測量，得到保偏光子晶體光纖模場為2.65 μ m/4.35 μ m。如圖2所不,應(yīng)力型保偏光纖的包層直徑D2=125 μ m,纖芯直徑d=5 μ m,光纖模場直徑為5.85 μ m。
[0036]由于兩種光纖模場直徑相差較大，在熔接過程中由于模場失配引起的損耗較大。保偏光子晶體光纖由于模場失配引起的損耗α的計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種保偏光子晶體光纖的熔接方法,其特征在于:包括: 步驟一:對待熔接的兩根光纖的端部進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理依次包括加熱、清洗和切割; (O加熱:將兩根光纖長度為I的端部放入熔接機(jī)的加熱槽內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為t; (2)清洗:剝?nèi)ゼ訜岷髢筛饫w的端部的涂覆層，得到裸光纖，再將所述裸光纖放于丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗，超聲清洗時(shí)間為T ； (3)切割:用夾具分別夾住兩根光纖待熔接的一端，并施加沿光纖軸向的拉力F，再用切割刀在兩根光纖待熔接的一端劃出切割口，使光纖沿切割口斷裂后獲得熔接端面。 步驟二:將其中一根光纖套入熱縮套管中，并將熱縮套管移至遠(yuǎn)離裸光纖的位置，將兩根光纖放入熔接機(jī)的熔接室中； 步驟三:利用端面成像程序獲取兩根光纖的偏振軸，再利用圖像處理程序進(jìn)行偏振軸對準(zhǔn)； 步驟四:依次包括預(yù)加熱、再加熱和循環(huán)加熱； (O預(yù)加熱:在熔接功率wl為12w~14w的條件下加熱兩根光纖的端部，直至兩根光纖的熔接端面的包層初步耦合，形成熔接部，加熱時(shí)間tl為0.25s~0.35s ； (2)再加熱:在熔接功率w2為9w~Ilw的條件下加熱熔接部，加熱時(shí)間t2為0.4~0.6s;` (3)循環(huán)加熱:在熔接功率w3為IOw~12w的條件下對熔接部進(jìn)行兩次以上的梯度循環(huán)掃描加熱； 步驟五:把步驟二中所述的熱縮套管移至熔接部，使熱縮套管包覆熔接部的外表面，并使用熔接機(jī)的加熱槽加熱熱縮套管，使熱縮套管與熔接部相對固定，完成熔接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，其特征在于:所述步驟一中長度I的范圍是7cm-9cm，加熱時(shí)間t的范圍是10s_15s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，其特征在于:所述步驟一中超聲清洗光子晶體光纖時(shí)，超聲清洗時(shí)間T的范圍是IOs~15s ;所述步驟一中超聲清洗應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，超聲清洗時(shí)間T的范圍是25s~30s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，其特征在于:所述步驟一中的拉力F作用于保偏光子晶體光纖時(shí)，拉力F的范圍是ION~15N，當(dāng)拉力F作用于包層直徑為125 μ m的應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，拉力F的范圍是20N~25N ;當(dāng)拉力F作用于包層直徑為80 μ m的應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，拉力F的范圍是15N~20N。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，其特征在于:所述步驟二中將兩根光纖放入熔接機(jī)的熔接室時(shí)，兩根光纖的熔接端面相向放置且留有間隙；當(dāng)兩根光纖均為光子晶體光纖時(shí)，熔接室內(nèi)的加熱源位于所述間隙的正中間；當(dāng)兩根光纖分別為光子晶體光纖和應(yīng)力型保偏光纖時(shí)，熔接室內(nèi)的加熱源位于偏離間隙中間位置8μπ?~12 μ m處且靠近應(yīng)力型保偏光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保偏光子晶體光纖的熔接方法，其特征在于:所述步驟四中的梯度循環(huán)掃描加熱過程中，熔接機(jī)的熱源相對熔接部做若干次往復(fù)移動，首次往復(fù)移動的路程半徑A為250 μ m~350 μ m，第二次往復(fù)移動的路程半徑為首次往復(fù)移動的路程半徑A的二倍，第三次往`復(fù)移動的半徑為首次往復(fù)移動的路程半徑A的三倍，依次遞增。
【文檔編號】G02B6/255GK103676003SQ201310746242
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李晶, 張智華, 尹其其, 楊學(xué)禮 申請人:北京航天時(shí)代光電科技有限公司