[发明专利]一种用于光纤微结构的加工设备和方法

说明书

本发明公开了一种用于光纤微结构的加工设备和方法，所述设备包括底板、电极针夹持具、用于调整电极针夹持具位置的第一调整结构、光纤夹具、用于调整光纤夹具位置的第二调整结构，用于上层底板位置调整的第三调整结构，所述底板包括上层底板、下层底板，所述第一调整结构和第三调整结构固定在下层底板，所述第二调整结构固定在上层底板，所述方法基于上述的用于光纤微结构的加工设备，适用于多种光纤微结构的加工，且能够精准控制光纤微结构制作时所需轴向应力的方向、大小、时间等重要参数，从而实现光纤微结构尺寸的精确控制且实现在光纤非断裂处加工多个微结构的功能。

技术领域

本发明涉及光纤加工技术领域，尤其涉及一种用于光纤微结构的加工设备和方法。

背景技术

随着通信的发展，人们对器件的要求越来越高，整体上往微型化和集成化发展。其中，具有微结构的光纤在通讯器件上的应用越来越广泛，例如，具有如图1所示的微结构的微纳光纤由于其耦合损耗小、价格低廉、尺寸小、便于大规模生产等优点被广泛应用。

传统的微纳光纤的制备方式主要有拉锥法和刻蚀法。由于刻蚀法用到的氢氟酸对人体会产生危害，且利用该方法得到的微纳光纤表面不够光滑；利用氢氧焰加热的拉锥法难以得到预先对锥区直径和长度有特定需求的微纳光纤，且火焰受外界环境影响较大，制作同等尺寸的重复性较低。

其他微结构，例如微锥结构，现有技术中已公开采用利用电弧放电技术在单模光纤上直接加工微锥结构的熔接机，这种熔接机本身的主要功能是实现两根光纤的对准和熔接，用于加工微锥结构只是其附带功能，且这种熔接机仅能用于微锥结构即图2所示。

现有技术中尚未公开有专门用于加工多种光纤微结构的设备，随着光纤微结构的功能开发，在单模光纤表面加工出锥形、球形、花生型、哑铃型等多种微结构的需求也越来越大，传统的设备和方法已经不能满足多种微结构的加工需求和精度；如图3所示，传统的球形微结构必须在光纤的断裂端进行加工，而无法实现在非断裂处进行多个球形微结构的加工，限制了球形微结构的性能和应用场景。球形微结构主要应用于光纤传感领域，其耦合效率高，可以激发更多的包层模，可以和其他光纤传感器件例如长周期光纤光栅、光纤布拉格光栅级联提高传感的灵敏度和测量范围。两个球形微结构可以构成光纤马赫曾德干涉MZI传感器，灵敏度高，光的传输损耗小；且传统的花生型微结构的加工在球形微结构的基础上，如图3所示，将两根光纤端面的球形微结构熔接在一起形成，整个制作过程繁琐，且精度不高。

发明内容

本申请实施例通过提供一种用于光纤微结构的加工设备和方法，所述光纤微结构的加工设备适用于多种光纤微结构的加工，且能够精准控制光纤微结构制作时所需轴向应力的方向、大小、时间等重要参数，从而实现光纤微结构尺寸的精确控制且实现在光纤非断裂处加工多个微结构的功能；其次，电极针之间的距离可调谐，限制沿光纤轴向的放电效果，从而控制微结构的宽度。需要说明的是，微纳光纤上的微结构也属于本发明所述光纤微结构的一种。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于光纤微结构的加工设备，包括底板、电极针夹持具、用于调整电极针夹持具位置的第一调整结构、光纤夹具、用于调整光纤夹具位置的第二调整结构，用于上层底板位置调整的第三调整结构，所述底板包括上层底板(26)、下层底板(27)，所述第一调整结构和第三调整结构固定在下层底板(27)，所述第二调整结构固定在上层底板(26)。

进一步的，所述第一调整结构包括第一步进电机(18)、不规则凸轮(12)、横梁(21)、微距滑轨(20)、两个第一夹具座(15)、立柱(22)，所述第一步进电机(18)通过不规则凸轮(12)驱动两个第一夹具座(15)在微距滑轨(20)上移动，所述微距滑轨(20)位于横梁上(21)，所述横梁(21)固定在两根立柱(22)上形成拱形结构，所述立柱固定在下层底板(27)上。采用所述不规则凸轮去推动电极针，因此电极针的移动步进距离小，从微小弧度转换微小的直线移动距离。

进一步优选的，所述第一步进电机(18)采用四相步进电机。