[发明专利]光子晶体光纤的熔接装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤熔接技术领域，特别是涉及一种光子晶体光纤的熔接装置及其方法。

背景技术

光子晶体光纤于1996年在英国问世，该种光纤具有很多普通光纤所没有的奇异特性，如高非线性、色散可控性、高双折射性、无限单模特性等等，能广泛地用于通信、成像、光谱学和生物医学等领域，它的性能研究和应用开发一直是国际光电子行业的热点。而光子晶体光纤熔接技术还不成熟，尚处于探索性研究阶段，已经成为光子晶体光纤应用开发中必须解决的实际问题。

现有的普通光纤熔接机和保偏光纤熔接机均不能高质量自动完成光子晶体光纤的熔接，存在的主要问题有：1、很容易在熔接时造成光子晶体光纤包层空气孔的塌陷；2、熔接大孔径光纤时容易产生气泡；3、无法实现准确的熔接能量的控制。

目前也有使用二氧化碳激光器熔接光子晶体光纤的研究，此种方法具有能够精确控制激光光束的中心位置及激光功率、不在熔接部分留下任何残余物等优点，可以减少光纤包层空气孔的坍塌，降低熔接损耗，但此种方法的研究仅针对某种特定的光纤进行实验研究，并且不能对光子晶体光纤径向不同位置的能量分布进行控制，在熔接过程中很难控制包层空气孔的坍塌程度。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种光子晶体光纤的熔接装置及其方法，该发明能够实现光子晶体光纤熔接过程的能量控制，从而控制光纤包层空气孔的坍塌，高质量完成光子晶体光纤与常规光纤之间和光子晶体光纤与光子晶体光纤之间的熔接。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种光子晶体光纤的熔接装置及其方法，包括光子晶体光纤的熔接装置及其熔接方法两部分：

所述光子晶体光纤的熔接装置，包括调制二氧化碳激光器单元8、三维运动V型槽装置(2，5)、应力传感器解调单元11、三维对准控制器及夹具控制单元10和处理控制单元9。该装置的处理控制单元9和调制二氧化碳激光器单元8的频率控制器、应力传感器解调单元11、三维对准控制器及夹具控制单元10连接，以实现对上述单元的控制和应力信息的获取。三维运动V型槽装置(2，5)的机械传动机构与三维对准控制器及夹具控制单元10的三维对准控制器连接，处理控制单元9通过对三维准控制器对其进行控制，实现光纤的对准。处理控制单元9通过三维对准控制器及夹具控制单元10的夹具控制单元控制光纤夹具，对光纤进行夹持，下、上应力传感器(1、7)实时感应夹持力的大小，下、上应力传感器(1、7)和应力传感器解调单元11相连，将力的大小反馈给处理控制单元9进行进一步夹持力的调整，以此闭环完成夹持力大小的控制。调制二氧化碳激光器单元8通过传能光纤16将激光传送到待熔光纤处4。该装置通过三维运动装置实现待熔光纤的三维控制，通过调制控制器实现激光器的调制，从而控制激光器的能量、波长及熔接时间，以实现不同规格光子晶体光纤熔接过程中能量、波长和熔接时间的分配，控制熔接过程中光子晶体光纤包层空气孔的塌陷程度，实现低损耗熔接。

所述光子晶体光纤的熔接方法是：将熔接的下、上光子晶体光纤(3，6)夹持在所述熔接装置的三维运动V型槽装置(2，5)的V型槽光纤夹具内。之后，通过三维显微成像装置获取熔接前光子晶体光纤端面结构信息，所述端面结构信息包括纤芯的大小及形状、包层空气孔的大小、空气孔间距和空气孔层数，以此结构信息选择熔接参数，所述熔接参数包括调制频率、激光器波长、激光功率、熔接时间和熔接次数等。利用获取的光子晶体光纤端面结构信息确定其最大承受力，然后调整V型槽光纤夹具的夹持力大小，使其既能很到的被夹持住，又不破坏光纤包层空气孔的结构。光子晶体光纤被夹持好后，对两个待熔光纤进行三维对准；对准后再根据获取的光纤端面结构信息确定其熔接所需能量大小、熔接时间、调制器的调制频率等参数，用设定好输出频率的调制器去调制二氧化碳激光器，通过一分三光耦合器15使二氧化碳激光器14输出被分成三束相同的激光束，通过传能光纤16把光传输到光纤输出点4对被熔光纤3进行熔接。

所述调制控制器13利用集成电路FPGA XC3S500E完成，产生不同频率的调制信号、控制激光的输出功率。

所述光耦合器15用于完成激光器和传能光纤之间光的耦合。激光器输出的光通过光耦合器15中的光学器件调整成能量分布均匀的平行激光束，将3根传能光纤16均匀排列在平行激光束内，使激光均匀的耦合到传能光纤16内。