一种增益传能一体化光纤预制棒的制作方法与制作装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种增益传能一体化光纤预制棒的制作方法与制作装置，包括石英玻璃管、轴向限域供气装置、活动连接气管、限域与驱动装置连接部件、轴向供气同步驱动装置、火焰喷灯、火焰喷灯轴向位移驱动装置、气体混合装置、伺服控制器、多个电动气阀、多个供气装置、多根气管、控制数据线、废气与粉尘处理装置、卧式车床。圆形中空石英玻璃管安装在卧式车床的两个同步旋转卡盘上。供气装置中各种气体进入轴向限域供气装置。电动气阀、轴向限域供气装置、火焰喷灯在伺服控制器的控制下，对限定在石英玻璃管内特定区域的混合气体进行加热，使得增益和传能光纤对应的气体经化学反应后沉积到石英玻璃管内壁的不同区域。

【技术实现步骤摘要】
一种增益传能一体化光纤预制棒的制作方法与制作装置
本专利技术属于特种光纤制造
，涉及一种增益传能一体化光纤预制棒的制作方法与制作装置。
技术介绍
中国专利公开CN112159095A公开了一种光纤预制棒制备装置及制备方法，涉及光纤预制棒制造
，该制备装置包括：两个延伸棒，用于分别固定在芯棒的两端，且延伸棒与芯棒的中心轴位于同一直线；两个延伸管，用于分别固定在石英管的两端，且延伸管与石英管的中心轴位于同一直线；两个端部固定机构，分别安装于两个延伸管的端部，用于将延伸管的端部密封；端部固定机构包括调节组件，调节组件用于当固定有延伸棒的芯棒穿设于固定有延伸管的石英管内时，将延伸棒和延伸管的中心轴调整至同一直线。中国专利公开CN1112038468A提供了一种有源无源交替光纤、其制备方法和光纤激光器。所述制备方法包括如下步骤：(1)在芯棒沉积管的内壁上沉积出沿轴向相互交替的有源芯层和无源芯层；(2)对步骤(1)处理后的芯棒沉积管进行缩棒，形成纤芯预制棒；(3)将步骤(2)得到的纤芯预制棒加入内包层套柱中，缩棒，形成光纤预制棒；(4)将步骤(3)得到的光纤预制棒拉丝，形成所述有源无源交替光纤。本专利技术提供的有源无源交替光纤的有源段和无源段由同一根光纤预制棒制备得到，有源段和无源段的纤径、数值孔径参数高度一致，而且有源段和无源段交界处的元素浓度是渐变的，有利于降低高功率泵浦注入时的发热量，避免了现有有源无源光纤熔接点易烧毁的问题。高功率光纤激光器在工业领域有着广泛的应用，随着应用领域的扩展，对光纤激光器的输出功率和效率都提出了较高的要求。传统的光纤激光器将泵浦源、合束器、增益光纤、光纤光栅、包层光滤除器、光纤端帽等器件通过光纤熔接的方式进行连接，以实现泵浦光和激光的传输。在激光器实际生产过程中，由于各种原因，熔接过程中会引入一定熔接损耗和高阶模式激发。首先，一般情况下，合束器、光纤光栅、包层光滤除器、光纤端帽等不同器件来自不同厂家、不同批次，它们之间输入输出光纤的几何尺寸、数值孔径等参数的不可避免存在一定的不匹配，它们与增益光纤之间也不可避免存在一定的不匹配，这些不匹配会导致基模存在熔接损耗，高阶模会激发。其次，即使在各个器件的光纤参数完全匹配的情况下，由于切割刀、熔接机等设备不可能实现绝对理想的切割和熔接，使得熔接过程中两个光纤存在一定的角度和偏移，这些角度和偏移也会导致基模损耗和高阶模式的激发。首先，由于光纤激光器中存在多个类似的熔接点，如果每个熔接点都存在一定的损耗，那么激光器总损耗会增加，导致激光器输出效率和功率降低。其次，由于熔接导致的高阶模式的激发，还会降低模式不稳定阈值，同样降低激光器输出功率。最后，熔接损耗和模式激发会导致熔接点的温度偏高，严重时会烧毁激光器。因此，控制熔接点损耗、降低高阶模式的激发、熔接点的温度，是当前传统光纤激光器中需要重点解决的工艺问题。如果能够研发一种无熔接点光纤激光器，那么就能避免该问题。但是，要实现无熔点的激光器，必须将增益光纤与传能光纤在拉丝塔上一体实现，这就必须从预制棒制作的工艺出发，生产出增益传能一体化的预制棒。然而，基于目前的预制棒制作的工艺设备，尚不能生产出一体化的增益传能一体化的光纤。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种增益传能一体化光纤预制棒的制作装置，该装置包括轴向限域供气装置(2)、活动连接气管(3)、限域与驱动装置连接部件(4)、轴向供气同步驱动装置(5)、火焰喷灯(6)、火焰喷灯轴向位移驱动装置(7)、气体混合装置(8)、伺服控制器(9)、多个电动气阀(10-1～10-N)、多个供气装置(11-1～11-N)、多根气管(12)、多根控制数据线(13-1～13-M)、废气与粉尘处理装置(14)、卧式车床(15)和同步旋转卡盘(15-1、15-2)；用于光纤预制棒基体的石英玻璃管(1)为圆形中空结构，安装在卧式车床(15)的两个同步旋转卡盘上(15-1、15-2)上，石英玻璃管(1)在同步旋转卡盘(15-1、15-2)的驱动下绕着石英玻璃管(1)的中心轴旋转；所述的轴向限域供气装置(2)的一部分深入到在石英玻璃管(1)内部，另一部分在石英玻璃管(1)外部；所述的轴向限域供气装置(2)在石英玻璃管(1)外部的部分通过限域与驱动装置连接部件(4)与轴向供气同步驱动装置(5)固定，所述的轴向限域供气装置(2)在石英玻璃管(1)外部的部分末端与活动连接气管(3)连接作为多种气体输入端(2-1)，所述的轴向限域供气装置(2)深入到石英玻璃管(1)内部的部分的末端为气体限域输出端(2-3)；轴向供气同步驱动装置(5)驱动轴向限域供气装置(2)输出端(2-3)在石英玻璃管(1)内部的移动和转动；所述的供气装置(11-1～11-N)中存储的各种气体分别经过相互独立的多根气管(12)；每根气管(12)上由一个电动气阀(10-1～10-N)控制气体的供给或中断供给；所述的气体混合装置(8)的一端与所述的多根气管(12)连接，接收并混合输入的各种气体，混合后的气体经过活动连接气管(3)进入轴向限域供气装置(2)；伺服控制器(9)通过控制数据线(13-1～13-M)分别与轴向限域供气装置(2)、火焰喷灯轴向位移驱动装置(7)、电动气阀(10-1～10-N)、同步旋转卡盘(15-1、15-2)连接。进一步的，所述的电动气阀(10-1～10-N)、轴向限域供气装置(2)、火焰喷灯(6)由伺服控制器(9)统一控制，使得输出气体限制在石英玻璃管(1)内特定的区域，火焰喷灯(6)对该特定的区域气体进行加热；在伺服控制器(9)的控制下，开启和关闭对应气体的电动气阀(10-1～10-N)，控制沉积到石英玻璃管的内壁材料的成分；在伺服控制器(9)的控制下，精确地往复移动轴向限域供气装置(2)和火焰喷灯(6)的位置，控制石英玻璃管的内壁不同位置的沉积材料的成分。进一步的，所述的轴向限域供气装置(2)包括气体输入端(2-1)、气体限域输出端(2-3)和连接管路(2-2)；所述的连接管路(2-2)内部为中空结构，保证气体输入端(2-1)和气体限域输出端(2-3)之间的气密性。进一步的，轴向限域供气装置(2)的气体限域输出端(2-3)具有遮挡装置(2-3-1)，出气连接轴(2-3-2)和排气装置(2-3-3)；其中遮挡装置(2-3-1)为中空的圆盘形结构，圆盘中心与出气连接轴(2-3-2)气密连接；出气连接轴(2-3-2)为中空、内外壁布满均匀气孔的结构；排气装置(2-3-3)为密布气孔的圆盘形结构，圆盘中心与出气连接轴(2-3-2)连接；遮挡装置(2-3-1)，出气连接轴(2-3-2)和排气装置(2-3-3)使用洁净度高、与各种气体不产生化学反应、且熔点温度高于气体反应温度的材料制作，出气连接轴(2-3-2)的气孔为圆形孔，直径在0.1-1mm之间，相邻孔的间隔在1-5mm之间，气孔贯穿出气连接轴(2-3-2)的内外壁，均匀分布在连接轴内外壁上；遮挡装置(2-3-1)和排气装置(2-3-3)圆盘外径都比材料沉积完毕后的石英玻璃管(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增益传能一体化光纤预制棒的制作装置，其特征在于，该装置包括轴向限域供气装置(2)、活动连接气管(3)、限域与驱动装置连接部件(4)、轴向供气同步驱动装置(5)、火焰喷灯(6)、火焰喷灯轴向位移驱动装置(7)、气体混合装置(8)、伺服控制器(9)、多个电动气阀(10-1～10-N)、多个供气装置(11-1～11-N)、多根气管(12)、多根控制数据线(13-1～13-M)、废气与粉尘处理装置(14)、卧式车床(15)和同步旋转卡盘(15-1、15-2)；/n用于光纤预制棒基体的石英玻璃管(1)为圆形中空结构，安装在卧式车床(15)的两个同步旋转卡盘上(15-1、15-2)上，石英玻璃管(1)在同步旋转卡盘(15-1、15-2)的驱动下绕着石英玻璃管(1)的中心轴旋转；/n所述的轴向限域供气装置(2)的一部分深入到在石英玻璃管(1)内部，另一部分在石英玻璃管(1)外部；所述的轴向限域供气装置(2)在石英玻璃管(1)外部的部分通过限域与驱动装置连接部件(4)与轴向供气同步驱动装置(5)固定，所述的轴向限域供气装置(2)在石英玻璃管(1)外部的部分末端与活动连接气管(3)连接作为多种气体输入端(2-1)，所述的轴向限域供气装置(2)深入到石英玻璃管(1)内部的部分的末端为气体限域输出端(2-3)；轴向供气同步驱动装置(5)驱动轴向限域供气装置(2)输出端(2-3)在石英玻璃管(1)内部的移动和转动；/n所述的供气装置(11-1～11-N)中存储的各种气体分别经过相互独立的多根气管(12)；每根气管(12)上由一个电动气阀(10-1～10-N)控制气体的供给或中断供给；所述的气体混合装置(8)的一端与所述的多根气管(12)连接，接收并混合输入的各种气体，混合后的气体经过活动连接气管(3)进入轴向限域供气装置(2)；/n伺服控制器(9)通过控制数据线(13-1～13-M)分别与轴向限域供气装置(2)、火焰喷灯轴向位移驱动装置(7)、电动气阀(10-1～10-N)、同步旋转卡盘(15-1、15-2)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种增益传能一体化光纤预制棒的制作装置，其特征在于，该装置包括轴向限域供气装置(2)、活动连接气管(3)、限域与驱动装置连接部件(4)、轴向供气同步驱动装置(5)、火焰喷灯(6)、火焰喷灯轴向位移驱动装置(7)、气体混合装置(8)、伺服控制器(9)、多个电动气阀(10-1～10-N)、多个供气装置(11-1～11-N)、多根气管(12)、多根控制数据线(13-1～13-M)、废气与粉尘处理装置(14)、卧式车床(15)和同步旋转卡盘(15-1、15-2)；
用于光纤预制棒基体的石英玻璃管(1)为圆形中空结构，安装在卧式车床(15)的两个同步旋转卡盘上(15-1、15-2)上，石英玻璃管(1)在同步旋转卡盘(15-1、15-2)的驱动下绕着石英玻璃管(1)的中心轴旋转；
所述的轴向限域供气装置(2)的一部分深入到在石英玻璃管(1)内部，另一部分在石英玻璃管(1)外部；所述的轴向限域供气装置(2)在石英玻璃管(1)外部的部分通过限域与驱动装置连接部件(4)与轴向供气同步驱动装置(5)固定，所述的轴向限域供气装置(2)在石英玻璃管(1)外部的部分末端与活动连接气管(3)连接作为多种气体输入端(2-1)，所述的轴向限域供气装置(2)深入到石英玻璃管(1)内部的部分的末端为气体限域输出端(2-3)；轴向供气同步驱动装置(5)驱动轴向限域供气装置(2)输出端(2-3)在石英玻璃管(1)内部的移动和转动；
所述的供气装置(11-1～11-N)中存储的各种气体分别经过相互独立的多根气管(12)；每根气管(12)上由一个电动气阀(10-1～10-N)控制气体的供给或中断供给；所述的气体混合装置(8)的一端与所述的多根气管(12)连接，接收并混合输入的各种气体，混合后的气体经过活动连接气管(3)进入轴向限域供气装置(2)；
伺服控制器(9)通过控制数据线(13-1～13-M)分别与轴向限域供气装置(2)、火焰喷灯轴向位移驱动装置(7)、电动气阀(10-1～10-N)、同步旋转卡盘(15-1、15-2)连接。


2.如权利要求1所述的一种增益传能一体化光纤预制棒的制作装置，其特征在于，所述的电动气阀(10-1～10-N)、轴向限域供气装置(2)、火焰喷灯(6)由伺服控制器(9)统一控制，使得输出气体限制在石英玻璃管(1)内特定的区域，火焰喷灯(6)对该特定的区域气体进行加热；在伺服控制器(9)的控制下，开启和关闭对应气体的电动气阀(10-1～10-N)，控制沉积到石英玻璃管的内壁材料的成分；在伺服控制器(9)的控制下，精确地往复移动轴向限域供气装置(2)和火焰喷灯(6)的位置，控制石英玻璃管的内壁不同位置的沉积材料的成分。


3.如权利要求1所述的一种增益传能一体化光纤预制棒的制作装置，其特征在于，所述的轴向限域供气装置(2)包括气体输入端(2-1)、气体限域输出端(2-3)和连接管路(2-2)；所述的连接管路(2-2)内部为中空结构，保证气体输入端(2-1)和气体限域输出端(2-3)之间的气密性。


4.如权利要求3所述的一种增益传能一体化光纤预制棒的制作装置，其特征在于，轴向限域供气装置(2)的气体限域输出端(2-3)具有遮挡装置(2-3-1)，出气连接轴(2-3-2)和排气装置(2-3-3)；其中遮挡装置(2-3-1)为中空的圆盘形结构，圆盘中心与出气连接轴(2-3-2)气密连接；出气连接轴(2-3-2)为中空、内外壁布满均匀气孔的结构；排气装置(2-3-3)为密布气孔的圆盘形结构，圆盘中心与出气连接轴(2-3-2)连接；遮挡装置(2-3-1)，出气连接轴(2-3-2)和排气装置(2-3-3)使用洁净度高、与各种气体不产生化学反应、且熔点温度高于气体反应温度的材料制作，出气连接轴(2-3-2)的气孔为圆形孔，直径在0.1-1mm之间，相邻孔的间隔在1-5mm之间，气孔贯穿出气连接轴(2-3-2)的内外壁，均匀分布在连接轴内外壁上；遮挡装置(2-3-1)和排气装置(2-3-3)圆盘外径都比材料沉积完毕后的石英玻璃管(1)内径小0.1-2mm；混合后气体从轴向限域供气装置(2)输入端(2-1)输入，通过气体限域输出端(2-3)的遮挡装置(2-3-1)的圆盘中心到达出气连接轴(2-3-2)，从出气连接轴(2-3-2)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小林，奚小明，张汉伟，潘志勇，杨保来，黄良金，王鹏，杨欢，王泽锋，周朴，许晓军，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43