[发明专利]一种自动化实现光纤正/反拉锥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石英光纤的后处理，尤其涉及包括光子晶体光纤在内的微结构石英光纤的正/反拉锥处理。

背景技术

光纤光学技术的应用需要人们对光纤这种可以进行长距离低损耗传输的光波导的线性色散性质和非线性克尔性质进行大范围的可控的调节。色散，尤其是色度色散，指的是同一根波导在不同颜色的光中表现出来的不同的有效折射率。在石英光纤中，通过改变光纤的直径可以大幅调节其中的波导色散。将光纤的直径从10微米拉细到1微米，波导的零色散波长从1120nm移动到540nm。而另一方面，光纤波导的非线性克尔系数也与光纤的直径息息相关。直径越小，光纤中传导的模场集中到越小的横截面内，非线性效应越显著。以10微米光纤拉细到1微米的情况为例，克尔非线性系数大约提高100倍。另外，光纤的直径还与光波导和外界环境之间的横向耦合有关。总之，精确的在较长距离内控制一根光纤的直径分布是调节光波导线性和非线性性质的关键。解决了这个问题，可以极大扩展光纤在多个领域的应用，包括光纤传感、光频率转换、超连续频谱展宽、量子光学等等。

目前基于光纤熔接机进行拉锥的方法，主要采用正向工程的思路，即在熔接机可选的工作模式下拉制光纤，分析光纤在加热区域内的流体力学方程，推算出光纤在拉锥之后的形状。这种做法无法做到上面提到的在较长距离内精确控制光纤形貌的要求，大大限制了对光纤进行后处理的可选范围。而现有的基于反向工程思路的光纤拉锥技术只针对正拉锥过程，即光纤直径由两端向中央持续变细的情况，反拉锥或者正反拉锥间隔的光纤的制备技术尚未见讨论。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种自动化实现光纤正/反拉锥的方法，拉制出任意形貌的光纤波导，打破现有光纤拉锥技术对光纤波导后处理的限制。

（二）技术方案

一种自动化实现光纤正/反拉锥的方法，包括以下步骤：

（1）根据给定的目标光纤的形状，计算火焰对光纤加热区域的外包络；

（2）将火焰头和两个夹持光纤的平移台移动到所在导轨的起始端，设置火头和两个平移台的初始速度；

（3）设置两个夹持光纤平移台之间的初始间距，将火头和两个平移台移动到光纤拉锥之前的初始位置；

（4）将光纤固定在两个平移台上，设置一定的延迟时间；

（5）正/反拉锥过程开始，将火头移动至光纤位置，等待一段延迟时间之后，光纤在火头加热下开始熔化，然后两个夹持光纤的平移台开始拉伸/压缩运动，点状火焰头开始来回往复运动。

其中，火焰对光纤加热区域的外包络的计算方法包括以下步骤：

S1、若拉锥方式为正，即拉伸光纤，则dir=1；若为反，即压缩光纤，则dir=-1；

S2、根据给定目标光纤的形状，计算目标光纤的总体积V_total；

S3、计算光纤拉锥之前的初始长度为

L0=Vtotalπ(d0/2)2]]>

其中，d₀为光纤的原始直径；

S4、生成一个等间隔数组a[N₁]，依次为0，1/(N₁-1)，…，1；

S5、生成一个数组d[N₁]，令

d[i]=d₀+(dw-d₀)a[i]

其中，dw为目标光纤中心位置最窄/最宽处的直径，i为序列号；

S6、在目标光纤的轮廓函数中找到对应直径d[i]的左右两个点，左边点与光纤最左端的距离为z_L[i]，积分算出左边点和光纤最左端之间区域包含的体积V_L[i]，右边点与光纤最右端的距离为z_R[i]，积分算出右边点和光纤最右端之间区域包含的体积V_R[i]，由此得到左边点和右边点之间区域包含的体积为