二氧化碳激光熔融拉锥系统

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二氧化碳激光熔融拉锥系统
马
娜，金琰迪，赵
磊，李
昊，李卓然
（中国石油大学（华东）理学院，山东青岛266580）
摘要：为了更精确地控制光纤熔融拉锥过程，利用二氧化碳激光器和自主设计改造的时间控制模块、光纤牵引模块搭建
了二氧化碳激光熔融拉锥系统。

在该系统中，设计时间控制模块对二氧化碳激光器的出光时间进行严格控制，找到单脉冲和多脉冲模式下的最佳功率参数和最佳时间参数，找到最佳热熔效果参数。

搭建的二氧化碳激光熔融拉锥系统操作简单，可以提高熔锥型器件的精度。

关键词：光纤熔融拉锥；二氧化碳激光；熔锥型器件中图分类号：TP212文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2019）02-0239-02
0引言
熔融拉锥技术到现在基本原理没有变化，在技术上逐渐成熟，近几年来，各种新型光纤器件的产生，对熔融拉锥技术提出了新的要求，促使熔融拉锥技术快速发展。

目前的光纤熔融拉锥系统大多采用气体和电阻型加热器作为热源，由于气体火焰和电阻型加热器极易受到周围环境的干扰，会影响到熔锥型光纤器件形状的精确度。

对于某些光学参数要求特别精细的熔锥型光纤器件，用现有的光纤熔融拉锥设备对熔锥区形状参数的精确控制比较困难。

由于石英材料对
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（Sum.No 194）
信息通信
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2019年第2期（总第194期）
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各项光学性能指标十分优越。

与此同时，使用二氧化碳激光熔融拉锥系统对光纤进行处理时，细小的激光光斑使得加热区域微小从而可以精确地控制熔融热量，经过加工后的熔锥型光纤器件的光学
性能极佳。

图2二氧化碳激光熔融拉锥系统基本框架
CWQ800型号的二氧化碳激光器自带了脚踏开关控制出光时间，其内部用微动开关来控制电源的开和关，出光时间随脚踏时间的长短而变化，具有很大的不确定性，存在极大的人为误差，这对整个实验系统都造成了很大的影响。

为了制作出更精确的锥形光纤实验样品，我们对激光器控制开关进行改进，用计时继电器控制模块代替人为控制的脚踏开关，自行设计并制作出控制电路，通过触发信号，设置延时时间，控制激光器的出光时间，理论上时间精度可达0.01s 。

在改造之前，由于出光时间的不稳定和不精确等因素，二氧化碳激光器拉锥的锥形光纤多次出现锥腰过渡区不均匀的现象，这对实验结果的测量造成了一定的困难和障碍。

在改造之后，我们通过大量的实验对其进行调试，发现实验结果比之前稳定很多。

3系统优点
（1）利用自主搭建并易于实现的二氧化碳激光熔融拉锥系统，经过多次实验得到了优化的激光参数，使得激光熔融拉锥光纤的效果好。

（2）设计时间控制器，可自由设置出光时间，最小控制时间精度可达0.01s ，操作简单，减小了操作误差；
（3）自行搭建了易于实现的牵引力系统，可手工调节牵引力大小和实现光纤固定；
（4）带有CCD 图像传感器的体视显微镜对拉锥后的光纤进行观察，CCD 图像传感器与电脑相连，能实时监测。

4实验结果
在本系统中，我们通过时间控制单元对二氧化碳激光器的出光时间进行严格控制，经过实验系统的搭建与调试，再进行单脉冲与多脉冲模式下对熔融作用效果的探究后，得出以下结论：
（1）单脉冲模式下，在确定输出功率来改变出光时间实验中可以得出，在一定输出功率范围内，功率不变，光纤熔融量随着出光时间的增加而增多，熔融形变更加明显；
（2）单脉冲模式下，在确定出光时间来改变输出功率的实验中可以得出，在一定出光时间范围内，时间不变，光纤熔融量随着输出功率的增加而增多，熔融形变更加明显。

并且通过分别考虑光纤熔融量大小和正面侧面熔融量对比情况可以得出在出光时间为0.38s 、输出功率为27%时，熔融效果最为理想；
（3）多脉冲模式下，光纤熔融变化量随着脉冲间隔时间的
增加而减小。

与单脉冲模式相比，多脉冲模式能更精确地控制光纤熔融程度，
出现了光纤表面粗糙现象。

图3最佳热熔参数正、侧面熔融效果图
5应用前景
目前，熔融拉锥技术已经应用于多模分光器，由于附加耗
损低、偏振相关耗损低、稳定性强、波长隔离度高、体积小、可进行双窗口及多窗口等优点，未来将更多的应用于光纤通信系统以及光纤局域网等领域，如制作标准耦合器，波分复用耦合器以及双窗口宽带耦合器。

6结语
本系统的计时控制单元操作简单，精度可调且十分准确，
可为激光器的控制时间方面提供一种新的思路、新的方法。

通过本系统找到的最佳功率参数和时间参数，以及得到的热熔控制度最高的模式—多脉冲模式，可为日后制作熔锥型器件时提供一定的参考价值。

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信息通信
马娜等：二氧化碳激光熔融拉锥系统。