[发明专利]一种基于包层研磨的D型光纤制备装置以及制备方法

说明书

本发明提供一种基于包层研磨的D型光纤制备装置以及制备方法，其制备装置包括研磨机基盘、研磨机磨盘、磨盘固定片、把手、光纤固定槽、光纤插芯、光纤及加热装置。本发明利用光纤插芯将光纤首先固定于插芯内，然后将插芯连同光纤一起固定到光纤固定槽中，再将研磨磨盘和研磨基盘实现与光纤研磨机的装配，利用研磨机的研磨功能实现对光纤包层的研磨抛光。本发明的多条D形槽设计可以保证同时研磨制备多根光纤，有利于量产。制备好的D型光纤无需再进行别的操作即可直接送入磁控溅射室进行金属镀膜，解决了现有技术存在的问题。本方法的可行性和可靠性已经实验检验，完全满足科研实践和生产实际对D型光纤的制备需求。

技术领域

本发明涉及光纤的包层抛磨后处理领域，具体地涉及一种基于包层研磨的 D型光纤制备装置以及制备方法。

背景技术

D型光纤是非常优秀的一种传感器载体，所谓的D型光纤是指将光纤的柱状体的一侧包层去掉一部分，使得光纤的截面图形如一个大写的字母D而得来。D型光纤因其侧面具有较大的泄露窗口从而导致此处的倏逝场对外界待测分析物具有较强的感知能力，它能够受到界面介质的激发和调制，并将这种变化灵活地呈现在最终的芯模传输谱上，进而通过损耗共振峰的位移或振幅改变来唯一对应待测分析物的当前状态参量，这就是光纤传感的一般规律。正因如此，D型光纤被广泛制作成光纤偏振器、光纤传感器、光开光、光分束器等各种全光纤器件。其主要通过在设计时或者在后处理中被人为地破坏掉光纤的原有包层结构来达到制备目的，常见制备方法包括采用D型模具挤压制备、熔融拉制、或者通过对光纤进行后处理来得到。

D型模具挤压制备仅限于非石英光纤的制备，原因是石英光纤硬度太大，熔点太高不适合挤压制备，而非石英的D型光纤则由于其基底材料偏软导致无法在包层中设计太复杂的结构而做光纤传感受到一定限制，因此这种制备方法的研究价值并不大。熔融拉制法从光纤最初的拉制出发，制备D型预制棒，在表面张力的作用下熔融拉制成D型光纤，该方法复杂且成本极高，适合单一光纤的批量生产，而不适用于小型实验室的研究开发。目前，文献中报道的 D型光纤成形工艺主要分为化学腐蚀法和侧边抛磨法等，这些都属于对光纤的后处理技术。其中化学腐蚀法利用氢氟酸腐蚀石英类光纤包层，简单易行，但难以控制光纤侧面成形。而侧面抛磨法则利用微加工技术去除侧面包层来形成 D型轮廓，目前常用的侧面抛磨工艺包括侧边轮抛磨与弧形槽固定基块抛磨等方法。其中，光纤侧边轮抛磨法是依靠高速旋转的砂轮来对包层进行抛磨，缺点是因为砂轮是圆形的缘故导致无法制备出具有平整底部的D形区域，对传感性能会有一定影响，且存在制备中光纤定位困难的问题。而弧形槽基块抛磨法则需要特定的弧形槽，利用环氧胶或者虫胶将光纤固定在槽中，并在研磨后再将光纤连同弧形槽浸没用化学溶剂取下光纤，这种方法存在制备成本高，损耗大，不环保，制备完成取下来时易折断等问题。

采用传统方法制备D型光纤之后还将面临另外一个难题，即它不能很好地满足制备完成后在抛面上进行后续镀膜等处理。通常D型光纤的制备并不是此类传感器的终点，原因是单纯靠去掉部分包层区来形成D型光纤还不足以使得传感器的性能十分优良，目前常见的研究是在光纤的抛光面上进行金属镀膜操作，并依靠金属表面等离子体共振效应来提高传感器性能。镀膜操作常采用磁控溅射的方法，方法是首先将D型光纤要镀膜的面重上暴露，不需要镀膜的地方用胶带纸等进行包裹固定，然后拿到镀膜室准备镀膜，镀膜之前先抽真空，真空度达到5*10^(-3)Pa量级时开始启动金属的溅射来对抛光面进行镀膜操作。操作时在抽真空以及金属镀膜结束向气室充气过程中都很容易导致粘贴背板、胶带纸以及光纤本身发生变形，导致不需镀膜的包裹保护区暴露或者D型抛磨区提前断裂等情况发生，在镀膜后还需要将加工后的光纤取下来进行下一步的熔接等操作，也会进一步加剧已经制备完成但无法施加任何其他保护的传感器的断裂毁坏，这些都是当前研究中所面临的无法解决的问题。

发明内容