一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置与方法

摘要

本发明公开了一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置与方法，该装置主要由两对中心对称放置的电控平移台，一对中心对称放置的加热装置和一对光纤夹具组成，对称中心均为待拉制光纤的几何中心。加热装置采用氢氧焰作为热源，并通过电控平移台控制两台氢氧焰热源反向往返运动使加热区域完全对称；同时，固定了光纤的一对电控平移台向光纤伸长方向移动，实现锥区高度对称的微纳光纤的制备。通过控制电控平移台的位移、速度和加速度等参量可以得到不同外形的锥区高度对称的微纳光纤。

权利要求

1.一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，其特征在于：包括两对电控平移台、一对光纤夹具、一对加热装置，所述两对电控平移台和所述一对加热装置均呈中心对称放置，对称中心为待拉制光纤的几何中心；所述一对加热装置由氢气发生器、氢气输送管道、流量控制器、火焰喷头组成，以氢氧焰作为热源；通过控制所述一对加热装置反向往返运动，使得拉制过程中加热区域始终相对光纤几何中心保持对称，拉制得到的微纳光纤具有高度对称的锥区外形；

所述两对电控平移台的四条导轨相互平行，一对电控平移台的导轨共线放置，另一对电控平移台放置在共线平移台的导轨两侧居中位置。

2.根据权利要求1所述的锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，其特征在于：所述两对电控平移台具有沿导轨进行双向位移的功能，其位移与速度大小均可调节。

3.根据权利要求1所述的锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，其特征在于：所述一对光纤夹具固定在所述一对电控平移台上，其所夹持的光纤与所述电控平移台的导轨平行。

4.根据权利要求1所述的锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，其特征在于：所述一对加热装置固定在所述一对电控平移台上。

5.根据权利要求1所述的锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，其特征在于：所述一对加热装置具有通过调节流量来控制火焰大小的功能。

6.根据权利要求1所述的锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，其特征在于：所述一对加热装置在放置时保留适当的间隔，间隔适当的标准是：使两个加热装置可以往返移动，不会相互影响，同时光纤不会脱离加热装置火焰的加热范围。

7.一种锥区高度对称的微纳光纤的制备方法，利用权利要求1所述的装置，其特征在于：该方法包括如下步骤：通过使一对中心对称放置的加热装置反向往返运动，使得拉制过程中氢氧焰始终处于待拉制光纤几何中心的两侧对称位置，拉制得到的微纳光纤具有高度对称的锥区外形；

将待拉制的光纤固定在光纤夹具上，根据所需外形设置电控平移台的位移、速度、加速度等参数，使一对共线放置的电控平移台向两侧方向移动，另一对居中放置的电控平移台以相同速率、相反方向进行往返运动，使得氢氧焰始终在待拉制光纤几何中心的两侧对称位置对光纤进行加热，最终得到锥区高度对称的微纳光纤。

说明书

一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置与方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微纳光纤领域，特别涉及一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置与方法，可以对微纳光纤外形进行更为精准的控制，在光通信、激光、传感检测、非线性光学、量子光学等领域具有重要的应用前景。

背景技术

[0002] 近年来，随着科学技术的不断发展，光子器件不断趋于微型化与集成化，微纳光子器件成为了一大研究热点，而微纳光纤作为微纳光子器件的基本结构单元得到研究者的广泛关注。微纳光纤是指直径在微米至纳米量级的光导纤维，具有出色的光学与机械特性，如大倏逝场、高非线性、强约束、低连接损耗、高抗拉强度和高弯曲性能等，被广泛应用于通信、传感、激光器、生物和化学领域。

[0003] 目前，研究者普遍使用的微纳光纤制备方法为火焰扫描法和改进火焰扫描法。火焰扫描法的制备原理是利用往返移动的火焰获得长度可变的均匀加热区域，在将光纤加热至熔融状态的同时沿光纤轴线方向拉伸光纤，从而得到外形可控的微纳光纤，其优点在于可制备出长度大、均匀度高、抗拉强度高的微纳光纤，且具有较低的表面粗糙度和较高的均匀度，因而具有极低的损耗；其缺点在于所用的氢氧焰热源温度不易精确控制，且易受气流扰动，加热温度的稳定性较差。改进火焰扫描法是指在火焰扫描法的基础上更换热源，如二氧化碳激光器和电加热头，以提高加热温度的精确性和稳定性，但所更换的热源往往十分昂贵。同时此两种方法存在一个共同的缺陷，即随着光纤长度的增加和直径的减小，离开加热区域的微纳光纤微元的温度与空气达到热平衡的时间会减小至极短，使得往返移动的加热装置无法产生近似均匀的加热区域，不再满足扫描火焰法加热区域近似均匀的要求，微纳光纤锥区外形的对称性变差，从而需要更大的锥区长度来降低传输光的损耗，制约了基于微纳光纤器件的进一步发展。

[0004] 因此，研究一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置与方法，对于提高微纳光纤品质与促进微纳光子器件的进一步微型化具有重要意义。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提出一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置和制备方法，可以改善现有技术加热不均匀的问题，最终拉制出锥区高度对称的微纳光纤。

[0006] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

[0007] 一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，包括两对电控平移台、一对光纤夹具、一对加热装置，所述两对电控平移台和所述一对加热装置均呈中心对称放置，对称中心为待拉制光纤的几何中心；所述一对加热装置由氢气发生器、氢气输送管道、流量控制器、火焰喷头组成，以氢氧焰作为热源；通过控制所述一对加热装置反向往返运动，使得拉制过程中加热区域始终相对光纤几何中心保持对称，拉制得到的微纳光纤具有高度对称的锥区外形。

[0008] 其中，所述两对电控平移台的四条导轨相互平行，一对电控平移台的导轨共线放置，另一对电控平移台放置在共线平移台的导轨两侧居中位置。

[0009] 其中，所述两对电控平移台具有沿导轨进行双向位移的功能，其位移与速度大小均可调节。

[0010] 其中，所述一对光纤夹具固定在所述一对共线放置的电控平移台上，其所夹持的光纤与所述电控平移台的导轨平行。

[0011] 其中，所述一对加热装置固定在所述一对居中放置的电控平移台上。

[0012] 其中，所述一对加热装置具有通过调节流量来控制火焰大小的功能。

[0013] 其中，所述一对加热装置在放置时保留适当的间隔，间隔适当的标准是：使两个加热装置可以往返移动，不会相互影响，同时光纤不会脱离加热装置火焰的加热范围。

[0014] 另外，本发明还提供一种锥区高度对称的微纳光纤的制备方法，该方法步骤如下：

[0015] 通过使一对中心对称放置的加热装置反向往返运动，使得拉制过程中氢氧焰始终处于待拉制光纤几何中心的两侧对称位置，拉制得到的微纳光纤具有高度对称的锥区外形；

[0016] 将待拉制的光纤固定在光纤夹具上，根据所需外形设置电控平移台的位移、速度、加速度等参数，使一对共线放置的电控平移台向两侧方向移动，另一对居中放置的电控平移台以相同速率沿相反方向进行往返运动，使得氢氧焰总在待拉制光纤几何中心的两侧对称位置对光纤进行加热，最终得到锥区高度对称的微纳光纤。

[0017] 本发明与现有技术相比，优势在于：

[0018] (1)本发明利用一对加热装置对称扫描加热光纤，可以提高制备的微纳光纤的对称性，同单一热源的火焰扫描法相比，本制备装置与操作方法可以在相同拉伸长度下制备出均匀区更长、过渡区更短的低损耗微纳光纤，从而得到更易于构成微型化光子器件的微纳光纤；

[0019] (2)本发明利用一对加热装置对称扫描加热光纤，可以提高拉制过程中的加热区域均匀度，从而提高与微纳光纤理论外形的符合程度，实现对微纳光纤外形的精确控制。

附图说明

[0020] 图1为本发明的制备装置结构俯视图；

[0021] 图2为本发明的火焰喷头细节图；

[0022] 图3为本发明的加热装置结构图。

[0023] 附图标记列示如下：1-第一电控平移台，2-第一光纤夹具，3-第一加热装置，4-第二电控平移台，5-第三电控平移台，6-第二光纤夹具，7-第二加热装置，8-第四电控平移台，9-火焰喷头，10-待拉制光纤，11-氢气发生器，12-氢气输送管道，13-流量控制器。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

[0025] 一种锥区高度对称的微纳光纤的制备装置，包括两对电控平移台、一对光纤夹具、一对加热装置，所述两对电控平移台和所述一对加热装置均呈中心对称放置，对称中心为待拉制光纤的几何中心；通过控制所述一对加热装置反向往返运动，使得拉制过程中加热区域始终相对光纤几何中心保持对称，拉制得到的微纳光纤具有高度对称的锥区外形。

[0026] 所述两对电控平移台的四条导轨相互平行，一对电控平移台的导轨共线放置，另一对电控平移台放置在共线平移台的导轨两侧居中位置。

[0027] 所述两对电控平移台具有沿导轨进行双向位移的功能，其位移与速度大小均可调节。

[0028] 所述一对光纤夹具固定在所述一对共线放置的电控平移台上，其所夹持的光纤与所述电控平移台的导轨平行。

[0029] 所述一对加热装置固定在所述一对居中放置的电控平移台上。

[0030] 所述一对加热装置具有通过调节流量来控制火焰大小的功能。

[0031] 如图1所示，两对电控平移台分别为第一电控平移台1、第二电控平移台4、第三电控平移台5和第四电控平移台8；一对光纤夹具分别为第一光纤夹具2和第二光纤夹具6；一对加热装置分别为第一加热装置3和第二加热装置7。

[0032] 如图2所示，该装置还包括火焰喷头9和待拉制光纤10，所述一对加热装置在放置时保留适当的间隔，间隔适当的标准是：使两个加热装置可以往返移动，不会相互影响，同时光纤不会脱离加热装置火焰的加热范围。

[0033] 如图3所示，所述一对加热装置是由氢气发生器11、氢气输送管道12、流量控制器13、火焰喷头9组成，以氢氧焰作为热源。

[0034] 一种锥区高度对称的微纳光纤的制备方法，该方法步骤如下：

[0035] 通过使一对中心对称放置的加热装置反向往返运动，使得拉制过程中氢氧焰始终处于待拉制光纤几何中心的两侧对称位置，拉制得到的微纳光纤具有高度对称的锥区外形；

[0036] 将待拉制的光纤固定在光纤夹具上，根据所需外形设置电控平移台的位移、速度、加速度等参数，使一对共线放置的电控平移台向两侧方向移动，另一对居中放置的电控平移台以相同速率、相反方向进行往返运动，使得氢氧焰总在待拉制光纤几何中心的两侧对称位置对光纤进行加热，最终得到锥区高度对称的微纳光纤。

[0037] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。