专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202510094405.4 | 申请日 | 2025-01-21 |
公开(公告)号 | CN119902323A | 公开(公告)日 | 2025-04-29 |
申请人 | 北京工业大学; | 申请人类型 | 学校 |
发明人 | 王智勇; 阴钰毅; 杨武雄; | 第一发明人 | 王智勇 |
权利人 | 北京工业大学 | 权利人类型 | 学校 |
当前权利人 | 北京工业大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
省份 | 当前专利权人所在省份:北京市 | 城市 | 当前专利权人所在城市:北京市朝阳区 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:北京市朝阳区平乐园100号 | 邮编 | 当前专利权人邮编:100124 |
主IPC国际分类 | G02B6/02 | 所有IPC国际分类 | G02B6/02 ; G02B6/032 ; G02B6/12 ; C03B37/027 ; C03B37/012 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京汇信合知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 李兴兴; |
摘要 | 本 发明 公开了一种竹节型空芯光纤及制备方法和加工设备,竹节型空芯光纤中,竹节型空芯光纤设置有预设数量节外 套管 ,每相邻两节外套管之间设置有纤节片,外套管与纤节片交替 叠加 设置,纤节片中间部位设置有 光子 带隙光纤;内套管通过纤节片的内边缘部位贯穿,以将外套管之间的纤节片进行串接;竹节型空芯光纤由外套管、纤节片和内套管经加热和键合反应后进行 拉丝 形成。通过本发明的技术方案,提高了 信号 传输的 稳定性 ,光纤结构简单且保证了低损耗,而且,制备工艺简单、实用,可以稳定地制备出空芯光纤,成本较低,支持大批量制造,加工设备的自动化程度高,能够有效节约人 力 使用,提高了加工效率和生产 质量 。 | ||
权利要求 | 1.一种竹节型空芯光纤,其特征在于,包括外套管、纤节片和内套管; |
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说明书全文 | 一种竹节型空芯光纤及制备方法和加工设备技术领域[0001] 本发明涉及光导元件技术领域,尤其涉及一种竹节型空芯光纤、一种竹节型空芯光纤的制备方法以及一种竹节型空芯光纤的加工设备。 背景技术[0002] 光纤,即光导纤维的简称。常用的光纤结构主要由纤芯、包层和涂层组成,光纤具有质量小、重量轻、抗电磁干扰等特点,除被广泛用于光纤通信外,光纤最广泛的用途为制作成多种器件和光纤传感器。光纤的种类包括单模光纤、多模光纤、偏振保持光纤、多芯光纤、空芯光纤等。 [0003] 空芯光纤是近年来提出的新型光纤,例如现有技术中公开有一种空心光纤,包括纤芯和包层,纤芯为空气孔,纤芯与包层交界处构成一层空气孔壁,在空气孔壁的外周设置有反共振环,通过控制反共振环的厚度接近反谐振厚度,利用反谐振波导的原理,使在纤芯内传播的光波在反共振环内多次反射,消除纤芯与包层交界处的光,有效减少表面模与纤芯模的耦合,提高传输效率。 [0004] 但是,该技术需要加入数量较多的毛细管组成阵列包层,不仅光纤结构复杂,成本较高,且需要加入反共振环,制作工艺较为繁琐。 发明内容[0005] 针对上述问题,本发明提供了一种竹节型空芯光纤及制备方法和加工设备,通过纤节片的设置以及纤节中间部分设计的光子带隙光纤传输方式,使得光从空芯光纤中传播后进入纤节片处以光子带隙光纤传输形式进行传输,之后又进入空芯光纤,提高了信号传输的稳定性,光纤结构简单且保证了低损耗,而且,配合键合反应的制备工艺简单、实用,可以稳定地制备出空芯光纤,成本较低,支持大批量制造。 [0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种竹节型空芯光纤,包括外套管、纤节片和内套管; [0007] 所述竹节型空芯光纤设置有预设数量节所述外套管,每相邻两节所述外套管之间设置有所述纤节片,所述外套管与所述纤节片交替叠加设置,所述纤节片中间部位设置有光子带隙光纤; [0008] 所述内套管通过所述纤节片的内边缘部位贯穿,以将所述外套管之间的所述纤节片进行串接; [0009] 所述竹节型空芯光纤由所述外套管、所述纤节片和所述内套管经加热和键合反应后进行拉丝形成。 [0010] 在上述技术方案中,优选地,所述纤节片的内边缘部位设置有预设数量的串孔,所述内套管通过所述串孔对所述纤节片进行串接。 [0011] 在上述技术方案中,优选地,所述纤节片的边缘部位设置有预设数量的通孔,每相邻两节的所述外套管设置有相适配的衔接头和衔接插槽,所述衔接头穿过对应纤节片的所述通孔并插入所述衔接插槽,实现所述外套管与所述纤节片之间的连接。 [0012] 在上述技术方案中,优选地,所述外套管为管状结构,串接所述纤节片的所述内套管沿所述外套管的管内边缘设置。 [0013] 本发明还提出一种竹节型空芯光纤的制备方法,用于制备如上述技术方案中任一项公开的竹节型空芯光纤,包括: [0014] 选取预设数量的外套管和纤节片,并将所述纤节片交易叠加设置于所述外套管之间; [0015] 将所述外套管和所述纤节片进行拼接同时穿入内套管,实现所述外套管、所述纤节片和所述内套管的拼接; [0017] 在所述预制棒的上下方向上施加压力,使得所述预制棒的各组件之间进行键合反应; [0018] 键合反应结束后撤去所述金属套筒,并对键合为一体结构的所述预制棒通过所述拉丝塔进行拉丝,形成所述竹节型空芯光纤。 [0019] 在上述技术方案中,优选地,将所述外套管和所述纤节片进行拼接同时穿入内套管,实现所述外套管、所述纤节片和所述内套管的拼接,具体过程包括: [0020] 将所述外套管与所述纤节片通过相适配的衔接头和衔接插槽进行插接,同时所述衔接头穿过所述纤节片上边缘部位设置的通孔,实现所述外套管与所述纤节片的拼接; [0021] 所述内套管逐层穿过所述纤节片内边缘部位设置的串孔,实现所述内套管与所述纤节片的拼接。 [0022] 本发明还提出一种竹节型空芯光纤的加工设备,应用于如上述技术方案中任一项公开的竹节型空芯光纤的制备方法,包括:箱体、阻挡组件和顶紧组件; [0023] 金属套筒安装于所述箱体内,所述阻挡组件设置于所述箱体底部,所述顶紧组件设置于所述箱体顶部; [0024] 外套管、纤节片和内套管拼接形成的预制棒安装于所述金属套筒中,所述阻挡组件和所述顶紧组件能够将所述预制棒夹设于所述金属套筒内; [0025] 在键合反应过程中通过所述阻挡组件和所述顶紧组件能够向所述预制棒在上下方向上施加预设压力。 [0028] 所述导向齿轮转动连接于所述平板上,且与所述扇叶板一体连接,所述扇叶板能够随所述导向齿轮的转动同步形成闭合或展开,所述扇叶板一端处于闭合状态时能够对所述通孔进行封堵; [0030] 所述上壳体固定罩设于所述平板的上方,所述上壳体内部设置所述限位活动槽,所述限位板固定于所述转动环上方的所述限位活动槽中。 [0031] 在上述技术方案中,优选地,所述金属套筒内部设置有内层夹板,所述内层夹板契合于所述金属套筒内部; [0032] 所述顶紧组件包括导杆、第一挡板、第二挡板、弹簧、推板、滑座、滑轨、活动杆、螺纹帽和双向螺纹驱动丝杆,所述导杆的一端穿过所述金属套筒并与所述内层夹板相连接,另一端与所述第一挡板和所述第二挡板相连接; [0033] 所述弹簧与所述推板均套设于所述导杆上,且设置于所述第一挡板和所述第二挡板之间,所述弹簧的一端顶设于所述第一挡板上,另一端顶设于所述推板上,所述推板与所述导杆保持相对滑动; [0034] 所述推板的两端边缘铰接有所述活动杆,所述推板的两端端部通过所述滑座设置于所述箱体内壁设置的所述滑轨上; [0035] 所述活动杆的另一端分别与所述双向螺纹驱动丝杆两端设置的所述螺纹帽相铰接,所述双向螺纹驱动丝杆转动设置于所述箱体的内部。 [0036] 在上述技术方案中,优选地,所述驱动齿轮能够带动所述转动环进行转动,所述转动环带动所述导向齿轮和所述扇叶板进行同步转动,所述扇叶板向内聚拢合起能够堵上所述通孔,以避免所述预制棒由所述金属套筒中脱出; [0037] 所述双向螺纹驱动丝杆的转动能够带动所述活动杆和所述推板进行移动,所述推板带动压缩弹簧能够对所述内层夹板施加作用力,所述预制板在所述内层夹板夹持固定下打开所述扇叶板,使得所述预制板能够悬空固定于所述金属套筒的内部。 [0038] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:通过纤节片的设置以及纤节中间部分设计的光子带隙光纤传输方式,使得光从空芯光纤中传播后进入纤节片处以光子带隙光纤传输形式进行传输,之后又进入空芯光纤,提高了信号传输的稳定性,光纤结构简单且保证了低损耗,而且,配合键合反应的制备工艺简单、实用,可以稳定地制备出空芯光纤,成本较低,支持大批量制造。此外,该竹节空芯光纤的加工设备,自动化程度高,能够有效节约人力使用,提高了加工效率和生产质量。附图说明 [0039] 图1为本发明一种实施例公开的竹节型空芯光纤的主视结构示意图; [0040] 图2为本发明一种实施例公开的外套管、纤节片、内套管和光子带隙光纤放置在金属套筒中的主视剖视结构示意图; [0041] 图3为本发明一种实施例公开的纤节片在非纤节片处的截面结构示意图; [0042] 图4为本发明一种实施例公开的纤节片在纤节片处的截面结构示意图; [0043] 图5为本发明一种实施例公开的纤节片上的通孔和串孔结构示意图; [0044] 图6为本发明一种实施例公开的外套管、纤节片和内套管的主视剖视结构示意图; [0045] 图7为本发明一种实施例公开的相邻两个外套管的主视剖视结构示意图; [0046] 图8为本发明一种实施例公开的拉丝塔和竹节空芯光纤的加工设备结构示意图; [0047] 图9为本发明一种实施例公开的竹节空芯光纤的加工设备内部结构示意图; [0048] 图10为本发明一种实施例公开的金属套筒的俯视结构示意图; [0049] 图11为本发明一种实施例公开的阻挡组件的内部俯视结构示意图; [0050] 图12为本发明一种实施例公开的阻挡组件的外部俯视结构示意图。 [0051] 图中,各组件与附图标记之间的对应关系为: [0052] 1、外套管;101、衔接头;102、衔接插槽;103、内套管;2、纤节片;201、通孔;202、串孔;3、光子带隙光纤;4、拉丝塔;5、加工设备;501、箱体;6、金属套筒;601、内层夹板;7、导杆;701、第一挡板;702、第二挡板;703、弹簧;704、推板;705、滑座;706、滑轨;707、活动杆;708、螺纹帽;709、双向螺纹驱动丝杆;8、阻挡组件;801、平板;802、上壳体;803、驱动齿轮; 804、连接座;805、转动环;806、内齿牙;807、导向齿轮;808、扇叶板;809、外齿牙;810、限位板;811、限位活动槽。 具体实施方式[0053] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0054] 下面结合附图对本发明做进一步的详细描述: [0055] 如图1至图7所示,根据本发明提供的一种竹节型空芯光纤,包括外套管1、纤节片2和内套管103; [0056] 竹节型空芯光纤设置有预设数量节外套管1,每相邻两节外套管1之间设置有纤节片2,外套管1与纤节片2交替叠加设置,纤节片2中间部位设置有光子带隙光纤3; [0057] 内套管103通过纤节片2的内边缘部位贯穿,以将外套管1之间的纤节片2进行串接; [0058] 竹节型空芯光纤由外套管1、纤节片2和内套管103经加热和键合反应后进行拉丝形成。 [0059] 在该实施方式中,通过纤节片2的设置以及纤节中间部分设计的光子带隙光纤3传输方式,使得空芯光纤接通光信号后,光信号从空芯光纤中传播后进入纤节片2处并以光子带隙光纤3传输形式进行传输,之后又进入空芯光纤,如此反复,提高了信号传输的稳定性,光纤结构简单且保证了低损耗,而且,配合键合反应的制备工艺简单、实用,可以稳定地制备出空芯光纤,成本较低,支持大批量制造。此外,该竹节空芯光纤的加工设备5,自动化程度高,能够有效节约人力使用,提高了加工效率和生产质量。 [0060] 具体地,预制棒是光纤的等比例放大,预制棒就是光纤的等比例放大,比如光纤的直径是125um,预制棒直径就可以是125mm。 [0061] 在上述实施方式中,优选地,纤节片2的内边缘部位设置有预设数量的串孔202,内套管103通过串孔202对纤节片2进行串接。 [0062] 在上述实施方式中,优选地,纤节片2的边缘部位设置有预设数量的通孔201,每相邻两节的外套管1设置有相适配的衔接头101和衔接插槽102,衔接头101穿过对应纤节片2的通孔201并插入衔接插槽102,实现外套管1与纤节片2之间的连接。 [0063] 在上述实施方式中,优选地,外套管1为管状结构,串接纤节片2的内套管103沿外套管1的管内边缘设置。 [0064] 本发明还提出一种竹节型空芯光纤的制备方法,用于制备如上述实施方式中任一项公开的竹节型空芯光纤,包括: [0065] 选取预设数量的外套管1和纤节片2,并将纤节片2交易叠加设置于外套管1之间; [0066] 将外套管1和纤节片2进行拼接同时穿入内套管103,实现外套管1、纤节片2和内套管103的拼接; [0067] 将外套管1、纤节片2和内套管103制成预制棒,将预制棒置于金属套筒6中,并将金属套筒6置于拉丝塔4的200℃石墨炉中进行抽真空和加热; [0068] 在预制棒的上下方向上施加压力,使得预制棒的各组件之间进行键合反应; [0069] 键合反应结束后撤去金属套筒6,并对键合为一体结构的预制棒通过拉丝塔4进行拉丝,形成竹节型空芯光纤。 [0070] 在该实施方式中,该竹节空芯光纤的具体尺寸可加工后可为:外套管1直径为125um,壁厚10um;内套管103直径31um或28um,壁厚0.5um;预制棒中纤节片22的厚度设定 10um厚,纤节片22之前的间距设为0.5mm,拉出来光纤就是每500m就有一个纤节;拉成光纤后,预制棒纤节片2的厚度就是1m。 [0071] 具体地,拉丝过程中,在上下方向对预制棒施加压力大小为金属套筒6本身自重的2倍,再通过光子带隙光纤3端面未封闭的气孔向光纤内施加0.3‑2MPa的气压,再对光纤进行第一次加热处理,并对光纤进行第一次拉伸,将经过第一次拉伸后的光纤内施加的气压降低至0.11‑0.5MPa,对光纤进行第二次加热处理,并在第二次加热的过程中进行第二次拉伸,直至形成空芯在线光纤微单元。其中,第一次拉伸的拉伸速度为1.2毫米/分钟,第二次拉伸的拉伸速度为15毫米/分钟。 [0072] 在上述实施方式中,优选地,将外套管1和纤节片2进行拼接同时穿入内套管103,实现外套管1、纤节片2和内套管103的拼接,具体过程包括: [0073] 将外套管1与纤节片2通过相适配的衔接头101和衔接插槽102进行插接,同时衔接头101穿过纤节片2上边缘部位设置的通孔201,实现外套管1与纤节片2的拼接; [0074] 内套管103逐层穿过纤节片2内边缘部位设置的串孔202,实现内套管103与纤节片2的拼接。 [0075] 在上述实施方式中,每相邻的两节外套管1之间通过衔接头101和衔接插槽102组成榫卯结构,通过衔接头101穿过纤节片2的通孔201后,插入到衔接插槽102内,将多节外套管1和纤节片2进行拼接。在实施过程中,多节外套管1和纤节片2拼接完成后,将内套管103穿入相应的串孔202内;或者,外套管1和纤节片2进行边拼接边穿入内套管103。将外套管1、纤节片2和内套管103整体拼接后制成预制棒,将预制棒放置在拉丝塔4的真空环境中预热融化成一体后,最后拉丝制成竹节型空芯光纤。 [0076] 如图8至图12所示,本发明还提出一种竹节型空芯光纤的加工设备,应用于如上述实施方式中任一项公开的竹节型空芯光纤的制备方法,包括:箱体501、阻挡组件8和顶紧组件; [0077] 金属套筒6安装于箱体501内,阻挡组件8设置于箱体501底部,顶紧组件设置于箱体501顶部; [0078] 外套管1、纤节片2和内套管103拼接形成的预制棒安装于金属套筒6中,阻挡组件8和顶紧组件能够将预制棒夹设于金属套筒6内; [0079] 在键合反应过程中通过阻挡组件8和顶紧组件能够向预制棒在上下方向上施加预设压力。 [0080] 在该实施方式中,金属套筒6固定设置在箱体501内部,顶部贯穿箱体501,且其底部通过阻挡组件8固定在金属箱体501的底壁上。在打开阻挡组件8的开口时,使得预制棒悬空固定在金属套筒6的内部,从而能够对金属套筒6的上下方向进行增设压力。 [0081] 在上述实施方式中,优选地,阻挡组件8包括平板801、转动环805、导向齿轮807、扇叶板808、驱动齿轮803、上壳体802、限位板810和限位活动槽811; [0082] 平板801的中心部分开设有通孔,转动环805位于通孔的外圈,且转动连接于平板801上,转动环805的环体内壁设置有四个均匀分布的内齿牙806,且内齿牙806与导向齿轮 807进行啮合连接; [0083] 导向齿轮807转动连接于平板801上,且与扇叶板808一体连接,扇叶板808能够随导向齿轮807的转动同步形成闭合或展开,扇叶板808一端处于闭合状态时能够对通孔进行封堵; [0084] 转动环805的环体外壁设置有外齿牙809,外齿牙809与驱动齿轮803啮合连接,驱动齿轮803通过连接座804固定安装于平板801的侧壁; [0085] 上壳体802固定罩设于平板801的上方,上壳体802内部设置限位活动槽811,限位板810固定于转动环805上方的限位活动槽811中。 [0086] 在上述实施方式中,优选地,金属套筒6内部设置有内层夹板601,内层夹板601契合于金属套筒6内部; [0087] 顶紧组件包括导杆7、第一挡板701、第二挡板702、弹簧703、推板704、滑座705、滑轨706、活动杆707、螺纹帽708和双向螺纹驱动丝杆709,导杆7的一端穿过金属套筒6并与内层夹板601相连接,另一端与第一挡板701和第二挡板702相连接; [0088] 弹簧703与推板704均套设于导杆7上,且设置于第一挡板701和第二挡板702之间,弹簧703的一端顶设于第一挡板701上,另一端顶设于推板704上,推板704与导杆7保持相对滑动; [0089] 推板704的两端边缘铰接有活动杆707,推板704的两端端部通过滑座705设置于箱体501内壁设置的滑轨706上; [0090] 活动杆707的另一端分别与双向螺纹驱动丝杆709两端设置的螺纹帽708相铰接,双向螺纹驱动丝杆709转动设置于箱体501的内部。 [0091] 在实施过程中,在将预制棒放入金属套筒6内部时,预制棒被阻挡组件8的扇叶板808顶住在金属套筒6内部不会脱出,通过内层夹板601的设置,能够配合顶紧组件将预制棒被内层夹板601进行夹持固定。 [0092] 具体地,正常情况下,弹簧703处于自然状态,由于金属套筒6的位置固定,通过向左侧移动推板704,推板704会压缩弹簧703,从而弹簧703会产生弹力,一方面对第一挡板701产生作用力,另一方面对推板704产生作用力,从而导杆7随着第一挡板701一起受力,能够对内层夹板601施加作用力,当预制棒放入金属套筒6内部时,预制棒能够被内层夹板601进行夹持固定,进行悬空。 [0093] 在上述实施方式中,优选地,驱动齿轮803能够带动转动环805进行转动,转动环805带动导向齿轮807和扇叶板808进行同步转动,扇叶板808向内聚拢合起能够堵上通孔,以避免预制棒由金属套筒6中脱出; [0094] 双向螺纹驱动丝杆709的转动能够带动活动杆707和推板704进行移动,推板704带动压缩弹簧703能够对内层夹板601施加作用力,预制板在内层夹板601夹持固定下打开扇叶板808,使得预制板能够悬空固定于金属套筒6的内部。 [0095] 在实施过程中,双向螺纹驱动丝杆709转动时,其两端的螺纹帽708能够相互靠近或相互远离,从而螺纹帽708能够带动活动杆707和推板704进行移动。使用时,当将预制棒放入金属套筒6的内部时,首先通过驱动齿轮803带动转动环805进行转动,转动环805带动导向齿轮807和四个扇叶板808进行同步转动,扇叶板808向内聚拢合起时,能够将通孔堵上,避免预制棒从金属套筒6中脱出。 [0096] 再通过双向螺纹驱动丝杆709驱动丝杆转动,螺纹帽708能够带动活动杆707和推板704进行移动,由于开始时弹簧703处于自然状态,通过向左侧移动推板704会压缩弹簧703,弹簧703会产生弹力,能够对内层夹板601施加作用力,预制棒能够被内层夹板601进行夹持固定,最后打开扇叶板808,使得预制棒进行悬空固定在金属套筒6的内部,从而方便后续预制棒的穿管加工和预热加工等。 [0097] 以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。 |