可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統及熔接方法
2023-05-03 10:32:36
專利名稱：可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統及熔接方法
技術領域：
本發明涉及一種雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，尤其是一種可實現雙包層光纖與直徑大於光纖內包層直徑的玻璃錐棒熔接的系統。
背景技術：
近年來，隨著大模場面積雙包層摻雜光纖製造工藝與高亮度雷射二極體泵浦技術的發展，單根單模雙包層光纖雷射器的輸出功率以驚人的速度提高。從2000年的百瓦級輸出，十年內輸出功率實現了兩個量級的跨越，並且光束質量保持良好。2009年6月，美國IPG光子技術公司推出了產品化的單模單纖萬瓦級光纖雷射器。雖然高功率光纖雷射器中採用的光纖都是大模場面積的雙包層光纖，纖芯直徑也僅為IOum 30um,因此光纖纖芯中傳輸的功率密度很高，光纖端面很容易損傷。在大功率光纖雷射器中，光纖端面的雷射損傷是不容忽視的一個問題。因 此，在光纖雷射器產品中，在輸出端製作光纖端帽是必不可少的。端帽是無纖芯、無塗覆層、不摻雜的純熔融石英棒，根據可承受的功率要求不同，端帽可分為兩種:(1)端帽直徑等於雙包層光纖的內包層直徑，根據出射光束的光斑大小可設定端帽的長度。適用於中等功率的傳輸。(2)端帽直徑遠大於雙包層光纖內包層直徑的數十倍，端帽的大直徑端面可更好的降低功率密度。端帽的末端成圓錐形，這樣設計可更好的與光纖共軸、連接。此端帽可承載高功率傳輸。對於第一種端帽，商用大芯徑光纖熔接機可實現光纖與無芯玻璃棒的熔接。對於第二種端帽的熔接，國外無相關技術報導，國內的北京工業大學在一篇《半導體雷射泵浦源用傳能光纖的關鍵技術研究》的論文中對基於二氧化碳雷射器的光纖端帽熔接系統進行了相關技術介紹。作者採用二氧化碳雷射器作為熔接的熱源。搭建的實驗平臺主要由雷射器擴束準直系統(由擴束鏡和準直鏡組成)、光路調節平臺(由第一平面鏡、第二平面鏡、第一凹面鏡、第二凹面鏡組成)、CCD探測系統(由第
一(XD、第二 CXD組成)、光纖步進電機和控制軟體組成。二氧化碳雷射器、CXD探測系統和光纖步進電機分別由電纜與電腦相連，通過控制軟體控制各部件的操作步驟。其中石英棒的固定夾具和控制軟體的流程，該論文並未公開。二氧化碳雷射通過擴束鏡和準直鏡後，被平面鏡反射，通過中間有孔的凹面鏡，照射到可旋轉的平面鏡上。平面鏡與水平面有著一定的傾角，當其靜止時，雷射被反射到指定的方向；當其轉動時，被反射的雷射形成一個光環照射到凹面鏡上，並被凹面鏡反射，以平行光照射到凹面鏡上，經其反射將雷射匯聚到石英棒和光纖的連接點。光纖被固定在步進電機上。為了觀察整個熔接過程，第一 C⑶和第
二CCD分別從側面和底面觀察連接過程。此熔接系統存在的不足有:1、使用二氧化碳雷射器作為加熱熱源，需要搭建擴束準直系統和光路調節平臺，佔地面積大，操作不方便。2、光路調節平臺中使用多個平面鏡和凹面鏡，平面鏡和凹面鏡的鏡面不乾淨會降低雷射光束質量，給使用過程和維護過程帶來了困難。
發明內容
本發明要解決的技術問題是:基於現有的光纖-端帽熔接實驗系統難以實現所期望的大直徑雙包層光纖端帽熔接的問題，提供一種可以實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，使得熔接系統體積小，使用方便，利於維護。本發明的技術方案是:本發明熔接系統由光纖端帽熔接平臺、加熱系統、CCD探測系統和控制系統組成。CCD探測系統與背景技術中北京工業大學所公布的光纖端帽熔接裝置中的CCD探測系統相同。控制系統通過電纜分別與加熱系統中的加熱移動裝置、光纖端帽熔接平臺中的光纖步進機和CCD探測系統相連。光纖端帽熔接平臺由光纖固定平臺、端帽夾持平臺組成，兩者水平共軸且相互獨立。光纖固定平臺由商用光纖步進機和商用二維調節架組成。光纖步進機滿足步長範圍為Ium至2.5mm即可。二維調節架置於光纖步進機底部，通過調節螺母使光纖步進機移動來確定光纖的位置。光纖垂直放置在光纖步進機中。光纖步進機上標有刻度，可實時觀測、記錄光纖的進退距離。端帽夾持平臺由端帽固定架、端帽支撐架和商用三維調節架組成。三維調節架和二維調節架的量程滿足在8mm之內即可。端帽固定架是一個矩形鐵塊，鐵塊的一側內挖一個空心錐柱，玻璃錐棒垂直於矩形鐵塊夾在空心錐柱的錐角Θ處，空心錐柱的柱長1、柱底直徑D、角邊長d、錐角Θ的大小滿足玻璃錐棒的穿過。在平行於矩形鐵塊的空心錐柱柱底的圓心處挖有一個空心圓柱，大小滿足固定玻璃錐棒的螺絲通過。端帽支撐架呈「L」型，「L」的垂直部分為實心鐵柱，實心鐵柱垂直固定在端帽固定架中與空心錐柱相對立的一側，「L」的水平部分為一個長方體鐵塊，鐵塊的一側與實心鐵柱垂直連接，鐵塊底部和商用三維調節架通過螺絲或強力膠固定連接。三維調節架置於端帽支撐架底部，通過調節三維調節架的螺母可改變玻璃錐棒的位置。加熱系統由氫氧發生器、二合一皮管、加熱移動裝置組成。氫氧發生器使用商用的亞克力拋光機。氫氧發生器頂部有注水口，前面有開關、電解液水位線、壓力表、過濾杯和電流表，後面有電源線。電解液由電解粉(氫氧化鉀或氫氧化鈉)與水按1:5比例調製而成，從注水口注入到內 部的電解槽中。電解液水位線有最高水位線和最低水位線，電解液不得高於最高水位線或低於最低水位線，液位若低於整個水位線的50%則需立刻添加水。過濾杯內置過濾劑(蒸餾水或酒精)。二合一皮管有兩個出口，分別連接加熱移動裝置中兩個火焰槍的進氣口，皮管合一後的總管口為入氣口，與氫氧發生器中過濾杯上蓋一側的出氣口相連。加熱移動裝置由兩個移動馬達、兩個火焰槍、兩個火焰槍固定架、一個火焰槍枝撐架組成。兩個移動馬達分別控制火焰槍的上下和進退，移動步長由控制系統中設置參數決定。兩個火焰槍分別固定在兩個火焰槍固定架上，火焰方向滿足垂直水平面。兩個火焰槍的槍桿上各有一個調節閥，通過順、逆時針旋轉來控制氣體流量的小、大。火焰槍的槍口處為火嘴。火焰溫度高達2800°C，足以滿足光纖端帽的熔接要求。火焰槍固定架是一個正方體鐵塊，內挖一個空心圓，火焰槍槍桿插到空心圓中。兩個火焰槍固定架的頂端各有兩個螺絲，螺絲垂直旋入火焰槍固定架中的空心圓裡，固定火焰槍槍桿的位置。在火焰槍固定架的底部，對應旋鈕的位置各有兩個六角螺絲，通過調節其松或緊來調整或固定火焰槍的俯仰。兩個火焰槍固定架的底部通過鐵板水平連接。火焰槍枝撐架與端帽支撐架結構相同，實心鐵柱固定在鐵板的中心位置。鐵塊的一側與實心鐵柱連接，另一側與移動馬達連接。控制系統由控制軟體和視頻控制系統組成，兩者相互獨立。視頻控制系統有兩個視頻窗口，分別對應第一 CXD和第二 (XD，如錦銘視訊系統，兩個視頻窗口同時監控光纖和玻璃錐棒的熔接過程。控制軟體是設置系統參數和執行系統操作的軟體，控制系統的初始復位、下纖、進纖、進火、退火、抬火、啟動和確認，並進行下纖距離及延遲時間、進纖距離及延遲時間、進火距離及預熱時間和抬火距離及加熱時間的參數設置。控制軟體的流程為:1.初始復位。當初始復位鍵被點擊時，控制軟體同時向加熱移動裝置中的兩個馬達和光纖固定平臺中的光纖步進機發送初始復位的指令；2.參數設置。當確認鍵被點擊時，控制軟體將下纖距離LI及延遲時間Tl、進火距離L2及延遲時間T2、抬火距離L3及延遲時間T3和進纖距離L4及延遲時間T4的參數保存。3.自動熔接。控制軟體接收到啟動命令，向光纖步進機發送下纖指令，延遲Tl秒向加熱移動裝置中的馬達發送進火指令，延遲T2秒向加熱移動裝置中的馬達發送抬火指令，延遲T3秒向光纖步進機發送進纖指令，延遲T4秒向加熱移動裝置中的馬達發送退火指令。採用本發明進行玻璃錐棒和雙包層光纖的熔接過程是:第一步，光纖端面的切割和研磨。對雙包層光纖的熔接端面進行切割和研磨準備，確保雙包層光纖的熔接端面光滑、平整、無汙染物；第二步，放置玻璃錐棒和雙包層光纖。將雙包層光纖垂直固定在光纖步進機中，玻璃錐棒垂直固定在端帽固定架中，玻璃錐棒的底面與端帽固定架的底面平齊，操作者自行記錄光纖熔接端面的初始位置；第三步，啟動控制系統。點擊控制軟體中的初始復位鍵。此時，光纖步進機向上移動至初始位置，加熱移動裝置前後、上下移動至初始位置。視頻控制系統進行實時監控，兩個視頻窗口中分別呈現出玻璃錐棒不同視角的實時畫面；第四步，參數設置。由控制軟體按下纖、進火、抬火、進纖和退火的順序進行參數設置:4.1下纖LI距離的參數範圍在9600至10050微米之間，使得光纖熔接端面距離玻璃錐棒熔接端面為0.4mm。延遲Tl秒後進火。Tl為3至5秒。4.2進火L2距離的參數範圍在13200至15600微米之間，使得兩個火焰槍的火嘴分別置於玻璃錐棒的兩側，距離玻璃錐棒的熔接端面2mm。延遲T2秒後抬火。根據對玻璃錐棒預熱的程度不同，T2的參數不同，範圍為5至10秒。4.3抬火L3距離為800微米，使得火嘴距離玻璃錐棒的熔接端面為1mm。延遲T3秒後進纖。加熱時間不宜過長，T3為5至8秒。4.4進纖L4距離的參數範圍在200至240微米之間，使得光纖熔接端面與玻璃錐棒熔接端面對接，光纖和玻璃錐棒開始熔接。延遲T4秒後退火。根據火焰的大小設置T4時間。T4為10至30秒。4.5退火無需設置參數，T4結束後自動退火。4.6參數設置完畢，操作者手動點擊確認鍵，控制軟體將參數保存。第五步，打開氫氧發生器中的開關，明火點燃火嘴，火焰燃燒； 第六步，玻璃錐棒和雙包層光纖的自動熔接。點擊啟動鍵，光纖步進機接收到下纖的指令，執行下纖操作，光纖步進機向下移動，移動距離為LI ;延遲Tl秒加熱移動裝置中的馬達接收到進火指令，執行進火操作，加熱移動裝置向玻璃錐棒方向移動，移動距離為L2 ；延遲T2秒加熱移動裝置中的馬達接收到抬火指令，執行抬火操作，加熱移動裝置向上移動，移動距離為L3，使得加熱移動裝置中的火嘴距離玻璃錐棒的熔接端面為Imm;延遲T3秒光纖步進機接收到進纖指令，執行進纖操作，光纖步進機微向下移動，使得光纖熔接端面於玻璃錐棒熔接端面對接；延遲T4秒加熱移動裝置中的馬達接收到退火指令，執行退火操作，加熱移動裝置向玻璃錐棒的反向移動。第七步，關閉氫氧發生器的開關，氫氧發生器中的電流表和壓力表均歸零，火焰熄滅。關閉控制系統。採用本發明可以達到以下技術效果:本發明熔接系統與基於二氧化碳雷射器的光纖端帽熔接系統相比:1採用氫氧發生器產生的氣體作為加熱源，燃燒過程無有害氣體生成，操作快捷，使用方便，熔接系統體積小，利於維護；2由於加熱裝置中的氣體流量可調節，且由於加熱移動裝置採用火焰槍，使得溫度高達2800度，足以滿足玻璃錐棒和雙包層光纖的熔接要求，針對不同直徑的端帽均適用，且熔接效果好；本發明熔接方法的效果:熔接系統實現玻璃錐棒和雙包層光纖的自動熔接，提高了熔接效率，且重複性高。
圖1玻璃錐棒結構示意圖；圖背景技術：
中北京工業大學公布的熔接光纖端帽的實驗裝置圖；圖3本發明的總體結構圖；圖4光纖端帽熔接平臺的兩視圖及端帽固定架的局部結構示意圖；圖4中(I)圖為光纖端帽熔接平臺的俯視圖，(2)圖為光纖端帽熔接平臺的側視圖。圖4a為圖4(1)圖中端帽固定架的局部結構示意圖。圖5加熱系統的結構示意圖；圖6加熱移動裝置的兩視圖；圖7玻璃錐棒和雙包層光纖熔接過程的總體流程圖；圖8光纖和玻璃錐棒熔接的效果圖。
具體實施例方式圖1為玻璃錐棒的結構示意圖:圖1中a圖為玻璃錐棒的俯視圖，b圖為玻璃錐棒的側視圖。圖2為北京工業大學熔接光纖端帽的實驗裝置圖:二氧化碳雷射71通過擴束鏡72和準直鏡73後，被第一平面鏡81反射，通過中間有孔的第一凹面鏡83，照射到可旋轉的第二平面鏡82上。第二平面鏡82與水平面有著一定的傾角，當其靜止時，二氧化碳雷射71被反射到指定的方向；當其轉動時，被反射的雷射形成一個光環照射到第一凹面鏡83上，並被第一凹面鏡83反射，以平行光照射到第二凹面鏡84上，經其反射將二氧化碳雷射71匯聚到石英棒91和雙包層光纖90的連接點76。雙包層光纖90被固定在步進機31上。為了觀察石英棒91和光纖90連接點76的整個熔接過程，第一 (XD85和第二 (XD86分別從側面和底面觀察連接過程。
圖3為本發明熔接系統的總體結構圖:本發明由光纖端帽熔接平臺80、加熱系統70、C⑶探測系統77 (第一 (XD85和第二 (XD86)和控制系統75組成。控制系統75通過電纜74分別與加熱移動裝置I中的移動馬達10、第一 (XD85和第二 (XD86、光纖固定平臺3中的光纖步進機31相連，控制加熱移動裝置I中火焰槍11的進退和光纖固定平臺3中光纖步進機31的進退。圖4為光纖端帽熔接平臺的兩視圖:圖4中(I)圖為光纖端帽熔接平臺的俯視圖，
(2)圖為光纖端帽熔接平臺的側視圖。圖4a為(I)圖中端帽固定架的局部結構示意圖。光纖端帽熔接平臺80由光纖固定平臺3、端帽夾持平臺4組成。光纖固定平臺3、端帽夾持平臺4水平共軸，相互獨立。光纖固定平臺3由商用光纖步進機31和商用二維調節架32組成。光纖步進機31滿足步長範圍為Ium至2.5mm即可。二維調節架32置於光纖步進機31底部，通過調節螺母321使光纖步進機31移動來確定光纖90的位置。光纖90垂直放置在光纖步進機31中。光纖步進機31上標有刻度，可實時觀測、記錄光纖90的進退距離。端帽夾持平臺4由端帽固定架41、端帽支撐架42和三維調節架43組成。三維調節架和二維調節架滿足量程在8mm之內即可。端帽固定架41是一個矩形鐵塊411，鐵塊411的一側內挖一個空心錐柱412，玻璃錐棒垂直於矩形鐵塊夾在空心錐柱的錐角Θ處，空心錐柱的柱長1、柱底直徑D、角邊長d、錐角Θ的大小滿足玻璃錐棒91的穿過。玻璃錐棒91水平垂直於鐵塊411放置在錐角Θ處，在平行垂直空心錐柱412柱底的圓心處挖有一個空心圓柱，大小滿足固定玻璃錐棒91的螺絲413通過。端帽支撐架42呈「L」型，「L」的垂直部分為實心鐵柱421，實心鐵柱421垂直固定在端帽固定架41中與空心錐柱412相對立的一側，「L」的水平部分為一個長方體鐵塊422，鐵塊422的一側與實心鐵柱421垂直連接，鐵塊422底部與商用三維調節架43相連。三維調節架43置於端帽支撐架42底端，通過調節三維調節架43的螺母431可改變玻璃錐棒的位置。圖5為本發明的加熱系統的結構示意圖:加熱系統70由氫氧發生器2、二合一皮管29、加熱移動裝置I組成。氫氧發生器2使用商用的亞克力拋光機。氫氧發生器2頂部有注水口 21，前面有開關22、電解液水位線23、壓力表24、過濾杯25和電流表26，後面有電源線27。電解液由電 解粉(氫氧化鉀或氫氧化鈉)與水按1:5比例調製而成，從注水口 21注入到內部的電解槽中。電解液水位線23有最高水位線和最低水位線，電解液不得高於最高水位線或低於最低水位線，液位若低於整個水位線的50%則需立刻添加水。過濾杯25內置過濾劑(蒸餾水或酒精)。二合一皮管29有兩個出口，分別連接加熱移動裝置I中兩個火焰槍11的進氣口 113，皮管合一後的總管口為入氣口，與氫氧發生器2中過濾杯上蓋251 —側的出氣口 28相連。圖6為本發明的加熱移動裝置I的兩視圖:圖6中(I)圖為加熱移動裝置I的俯視圖，(2)圖為加熱移動裝置I的側視圖。加熱移動裝置I由兩個移動馬達10、兩個火焰槍
11、兩個火焰槍固定架12、一個火焰槍枝撐架13組成。兩個移動馬達10分別控制火焰槍11的上下和進退，移動步長由軟體控制系統中設置參數決定。兩個火焰槍11分別固定在兩個火焰槍固定架12上，火焰方向滿足垂直水平面。兩個火焰槍槍桿114上各有一個調節閥111，通過順、逆時針旋轉來控制氣體流量的小、大。火焰槍11的槍口處為火嘴112。火焰溫度高達2800°C，足以滿足光纖端帽的熔接要求。火焰槍固定架12是一個正方體鐵塊，內挖一個空心圓，火焰槍槍桿114插到空心圓中。兩個火焰槍固定架12的頂端各有兩個螺絲122，螺絲122垂直旋入火焰槍固定架12中的空心圓裡，固定火焰槍槍桿114的位置。在火焰槍固定架12的底部，對應旋鈕122的位置各有兩個六角螺絲123，通過調節其松或緊來調整或固定火焰槍11的俯仰。兩個火焰槍固定架12的底部通過鐵板121水平連接。火焰槍枝撐架13與端帽支撐架42結構相同，實心鐵柱131固定在鐵板121的中心位置。鐵塊132的一側與實心鐵柱131連接，另一側與移動馬達10連接。圖7雙包層光纖和玻璃錐棒熔接過程的總體流程圖:進行雙包層光纖和玻璃錐棒的熔接過程是:第一步，光纖端面的切割和研磨。對雙包層光纖的熔接端面進行切割和研磨準備，確保雙包層光纖的熔接端面光滑、平整、無汙染物；第二步，放置玻璃錐棒和雙包層光纖。將雙包層光纖90垂直固定在光纖步進機31中，玻璃錐棒91垂直固定在端帽固 定架41中，玻璃錐棒91的底面與端帽固定架41的底面平齊，操作者自行記錄光纖熔接端面的初始位置；第三步，啟動控制系統。點擊控制軟體中的初始復位鍵。此時，光纖步進機31向上移動至初始位置，加熱移動裝置I前後、上下移動至初始位置。視頻控制系統進行實時監控，兩個視頻窗口中分別呈現出玻璃錐棒不同視角的實時畫面；第四步，參數設置。由控制軟體按下纖、進火、抬火、進纖和退火的順序進行參數設置，:4.1下纖LI距離的參數範圍在9600至10050微米之間，使得光纖熔接端面距離玻璃錐棒熔接端面為0.4mm。延遲Tl秒後進火。Tl為3秒。4.2進火L2距離的參數範圍在13200至15600微米之間，使得兩個火焰槍的火嘴分別置於玻璃錐棒的兩側，距離玻璃錐棒的熔接端面2mm。延遲T2秒後抬火。根據對玻璃錐棒預熱的程度不同，T2的參數不同，範圍為5至10秒。4.3抬火L3距離為800微米，使得火嘴距離玻璃錐棒的熔接端面為1mm。延遲T3秒後進纖。加熱時間不宜過長，T3為5至8秒。4.4進纖L4距離的參數範圍在200至240微米之間，使得光纖熔接端面與玻璃錐棒熔接端面對接，光纖和玻璃錐棒開始熔接。延遲T4秒後退火。根據火焰的大小設置T4時間。T4的參數範圍在10至30秒之間。4.5退火無需設置參數，T4結束後自動退火。4.6參數設置完畢，操作者手動點擊確認鍵，控制軟體將參數保存。第五步，打開氫氧發生器2中的開關22，明火點燃火嘴112，火焰燃燒；第六步，玻璃錐棒和雙包層光纖的自動熔接。點擊啟動鍵，光纖步進機31接收到下纖的指令，執行下纖操作，光纖步進機31向下移動，移動距離為LI ;延遲Tl秒加熱移動裝置I中的馬達10接收到進火指令，執行進火操作，加熱移動裝置I向玻璃錐棒方向移動，移動距離為L2 ;延遲T2秒加熱移動裝置I中的馬達10接收到抬火指令，執行抬火操作，力口熱移動裝置I向上移動，移動距離為L3，使得加熱移動裝置I中的火嘴112距離玻璃錐棒的熔接端面為1_ ;延遲T3秒光纖步進機31接收到進纖指令，執行進纖操作，光纖步進機31微向下移動，使得光纖熔接端面於玻璃錐棒熔接端面對接；延遲T4秒加熱移動裝置I中的馬達10接收到退火指令，執行退火操作，加熱移動裝置I向玻璃錐棒的反向移動。第七步，關閉氫氧發生器2的開關22，氫氧發生器2中的電流表26和壓力表24均歸零，火焰熄滅。關閉控制系統75。圖8為國防科大熔接的雙包層光纖端帽的實體圖。雙包層光纖的內包層直徑為400um，纖芯直徑為20 um，端帽錐頂直徑為1mm，總長度為20mm，錐底直徑為82mm。
權利要求
1.一種可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，包括CXD探測系統，CXD探測系統由第一 (XD、第二 CXD組成，其特徵在於可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統還包括光纖端帽熔接平臺、加熱系統、控制系統；其中光纖端帽熔接平臺由端帽固定系統和光纖固定系統組成，控制系統通過電纜分別與加熱系統中的加熱移動裝置、光纖端帽熔接平臺中的光纖步進機和CCD探測系統相連； 光纖端帽熔接平臺由光纖固定平臺、端帽夾持平臺組成，兩者水平共軸且相互獨立；光纖固定平臺由光纖步進機和二維調節架組成，二維調節架置於光纖步進機底部，通過調節螺母使光纖步進機移動來確定光纖的位置，光纖垂直放置在光纖步進機中，光纖步進機上標有刻度；端帽夾持平臺由端帽固定架、端帽支撐架和三維調節架組成；端帽固定架是一個矩形鐵塊，鐵塊的一側內挖一個空心錐柱，玻璃錐棒垂直於矩形鐵塊夾在空心錐柱的錐角Θ處；在平行於矩形鐵塊的空心錐柱柱底的圓心處挖有一個空心圓柱，大小滿足固定玻璃錐棒的螺絲通過；端帽支撐架呈「L」型，「L」的垂直部分為實心鐵柱，實心鐵柱垂直固定在端帽固定架中與空心錐柱相對立的一側，「L」的水平部分為一個長方體鐵塊，鐵塊的一側與實心鐵柱垂直連接，鐵塊底部和三維調節架通過螺絲或強力膠固定連接；三維調節架置於端帽支撐架底部； 加熱系統由氫氧發生器、二合一皮管、加熱移動裝置組成；氫氧發生器使用亞克力拋光機，氫氧發生器頂部有注水口，前面有開關、電解液水位線、壓力表、過濾杯和電流表，後面有電源線；電解液從注水口注入到內部的電解槽中，電解液水位線有最高水位線和最低水位線，電解液不得高於最高水位線或低於最低水位線；過濾杯內置過濾劑；二合一皮管有兩個出口，分別連接加熱移動裝置中兩個火焰槍的進氣口，皮管合一後的總管口為入氣口，與氫氧發生器中過濾杯上蓋一側的出氣口相連；加熱移動裝置由兩個移動馬達、兩個火焰槍、兩個火焰槍固定架、一個火焰槍枝撐架組成，兩個移動馬達分別控制火焰槍的上下和進退，移動步長由控制系統設置參數決定；兩個火焰槍分別固定在兩個火焰槍固定架上，火焰方向與水平面垂直；兩個火焰槍的槍桿上各有一個調節閥，火焰槍的槍口處為火嘴；火焰槍固定架是正方體鐵塊，內挖一個空心圓，火焰槍槍桿插到空心圓中；兩個火焰槍固定架的頂端各有兩個螺絲，螺絲垂直旋入火焰槍固定架中的空心圓裡，固定火焰槍槍桿的位置；在火焰槍固定架的底部，對應旋鈕的位置各有兩個六角螺絲，通過調節其松或緊來調整或固定火焰槍的俯仰； 兩個火焰槍固定架的底部通過鐵板水平連接；火焰槍枝撐架與端帽支撐架結構相同，實心鐵柱固定在鐵板的中心位置；鐵塊的一側與實心鐵柱連接，另一側與移動馬達連接； 控制系統由控制軟體和視頻控制系統組成，兩者相互獨立，視頻控制系統有兩個視頻窗口，分別對應第一 CXD和第二 (XD，兩個視頻窗口同時監控光纖和玻璃錐棒的熔接過程；控制軟體是設置系統參數和執行系統操作的軟體，控制系統的初始復位、下纖、進纖、進火、退火、抬火和啟動，並進行下纖距離及延遲時間、進纖距離及延遲時間、進火距離及預熱時間和抬火距離及加熱時間的參數設置，控制軟體的流程為: 1.1初始復位:當初始復位鍵被點擊時，控制軟體同時向加熱移動裝置中的兩個馬達和光纖固定平臺中的光纖步進機發送初始復位的指令； 1.2參數設置:當確認鍵被點擊時，控制軟體將下纖距離LI及延遲時間Tl、進火距離L2及延遲時間T2、抬火距離L3及延遲時間T3和進纖距離L4及延遲時間T4的參數保存；. 1.3自動熔接:控制軟體接收到啟動命令，向光纖步進機發送下纖指令，延遲Tl秒向加熱移動裝置中的馬達發送進火指令，延遲T2秒向加熱移動裝置中的馬達發送抬火指令，延遲T3秒向光纖步進機發送進纖指令，延遲T4秒向加熱移動裝置中的馬達發送退火指令。
2.如權利要求1所述的可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，其特徵在於所述光纖步進機步長範圍為Ium至2.5mm, 二維調節架和三維調節架量程在8mm之內。
3.如權利要求1所述的可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，其特徵在於所述電解液由電解粉與水按1:5比例調製而成，電解粉是氫氧化鉀或氫氧化鈉。
4.如權利要求1所述的可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，其特徵在於所述過濾劑指蒸餾水或酒精。
5.如權利要求1所述的可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統，其特徵在於所述空心錐柱的柱長1、柱底直徑D、角邊長d、錐角Θ的大小滿足玻璃錐棒的穿過。
6.一種採用如權利要求1所述可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統進行熔接的方法，其特徵在於包 括以下步驟: 第一步，光纖端面的切割和研磨:對雙包層光纖的熔接端面進行切割和研磨準備，確保雙包層光纖的熔接端面光滑、平整、無汙染物； 第二步，放置玻璃錐棒和雙包層光纖:將雙包層光纖垂直固定在光纖步進機中，玻璃錐棒垂直固定在端帽固定架中，玻璃錐棒的底面與端帽固定架的底面平齊，操作者自行記錄光纖熔接端面的初始位置； 第三步，啟動控制系統:點擊控制軟體中的初始復位鍵，光纖步進機向上移動至初始位置，加熱移動裝置前後、上下移動至初始位置，視頻控制系統進行實時監控，兩個視頻窗口中分別呈現出玻璃錐棒不同視角的實時畫面； 第四步，參數設置:由控制軟體按下纖、進火、抬火、進纖和退火的順序進行參數設置: .4.1下纖LI距離的參數範圍在9600至10050微米之間，使得光纖熔接端面距離玻璃錐棒熔接端面為0.4mm,延遲Tl秒後進火；T1為3至5秒； .4.2進火L2距離的參數範圍在13200至15600微米之間，使得兩個火焰槍的火嘴分別置於玻璃錐棒的兩側，距離玻璃錐棒的熔接端面2mm，延遲T2秒後抬火；T2為5至10秒； .4.3抬火L3距離為800微米，使得火嘴距離玻璃錐棒的熔接端面為1mm，延遲T3秒後進纖；T3為5至8秒； .4.4進纖L4距離的參數範圍在200至240微米之間，使得光纖熔接端面與玻璃錐棒熔接端面對接，光纖和玻璃錐棒開始熔接，延遲Τ4秒後退火；Τ4為10至30秒； .4.5Τ4結束後自動退火； .4.6操作者手動點擊確認鍵，控制軟體將參數保存； 第五步，打開氫氧發生器中的開關，明火點燃火嘴，火焰燃燒； 第六步，玻璃錐棒和雙包層光纖的自動熔接:點擊啟動鍵，光纖步進機接收到下纖的指令，執行下纖操作，光纖步進機向下移動，移動距離為LI ;延遲Tl秒加熱移動裝置中的馬達接收到進火指令，執行進火操作，加熱移動裝置向玻璃錐棒方向移動，移動距離為L2 ;延遲Τ2秒加熱移動裝置中的馬達接收到抬火指令，執行抬火操作，加熱移動裝置向上移動，移動距離為L3，使得加熱移動裝置中的火嘴距離玻璃錐棒的熔接端面為Imm ;延遲Τ3秒光纖步進機接收到進纖指令，執行進纖操作，光纖步進機微向下移動，使得光纖熔接端面於玻璃錐棒熔接端面對接；延遲T4秒加熱移動裝置中的馬達接收到退火指令，執行退火操作，加熱移動裝置向玻璃錐棒的反向移動； 第七步，關閉氫氧發生器的開關，氫氧發生器中的電流表和壓力表均歸零，火焰熄滅，關閉控制系 統。
全文摘要
本發明公開了一種可實現雙包層光纖和玻璃錐棒熔接的系統及熔接方法，目的是解決大直徑雙包層光纖端帽熔接的問題。系統由光纖端帽熔接平臺、加熱系統、CCD探測系統和控制系統組成，光纖端帽熔接平臺由光纖固定平臺、端帽夾持平臺組成，加熱系統由氫氧發生器、二合一皮管、加熱移動裝置組成；加熱移動裝置由兩個移動馬達、兩個火焰槍、兩個火焰槍固定架、一個火焰槍枝撐架組成，控制系統由控制軟體和視頻控制系統組成。熔接方法是使用控制軟體，按照下纖、進火、抬火、進纖和退火的順序熔接玻璃錐棒和雙包層光纖。本發明熔接系統體積小，使用方便，利於維護，熔接方法操作快捷。
文檔編號G02B6/255GK103217741SQ20131014251
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者郭威, 陳子倫, 李 傑, 周航, 侯靜, 王澤鋒 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學