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大功率光纖熔接點的評估裝置和方法

文檔序號:6188053閱讀:581來源:國知局
大功率光纖熔接點的評估裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大功率光纖熔接點的評估裝置和評估方法,該評估裝置包括圓形金屬管、上隔熱彈性體和下隔熱彈性體、安裝在上隔熱彈性體上的上夾持塊、下夾持塊、設(shè)于上夾持塊上方的上座、安裝在下夾持塊底部的下座,所述的上夾持塊與上座間連接有彈性結(jié)構(gòu),所述圓形金屬管的內(nèi)徑與被測裸光纖直徑一致,所述圓形金屬管外側(cè)邊緣嵌設(shè)有熱敏電阻,所述評估裝置還包括用于測量熱敏電阻溫度的溫度測試儀,所述熱敏電阻與溫度測試儀間連接有引線。通過在圓形金屬管外側(cè)邊緣嵌設(shè)熱敏電阻并外接溫度測試儀,能夠直接評估光纖熔接點處的光吸收導(dǎo)致發(fā)熱的程度,進(jìn)而判斷被測裸光纖的熔接點是否合格;而且該評估裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉,適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【專利說明】大功率光纖熔接點的評估裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖熔接點的評估裝置和方法,具體涉及一種用于大功率光纖激光器的光纖熔接點的評估裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)能夠做到越來越大的輸出光功率,光束質(zhì)量、單脈沖能量、可靠性等性能也都不斷地在提高。在大功率光纖激光器制造過程中,大功率光纖的熔接始終是一個技術(shù)難點。在有源光纖與有源光纖的熔接點、有源光纖和無源光纖的熔接點或無源光纖和無源光纖的熔接點處,均存在一定大小的光學(xué)不連續(xù)性和缺陷,這些缺陷存在于兩根光纖熔接點附近的位置,會產(chǎn)生光反射、光散射、包層光和纖芯光之間的串?dāng)_、光吸收發(fā)熱等現(xiàn)象。其中光吸收導(dǎo)致的熔接點發(fā)熱對整個光纖和光纖激光器系統(tǒng)將帶來顯著的破壞作用,發(fā)熱較大的情況下會引起光纖的折射率變化引起光纖中的橫向光場強(qiáng)度分別發(fā)生變化,改變光束質(zhì)量、增加光的節(jié)點反射;發(fā)熱更大的時候會引起發(fā)熱點的燒毀,致使整個光纖激光器工作失效。因此測量、評估、和控制大功率光纖的熔接點質(zhì)量在光纖大功率激光器制造中是非常重要的問題。[0003]目前通常的評估光纖熔接點質(zhì)量的方法是:1、測量熔接點的光功率損耗,2、測量熔接點的溫度。第一種方法中,在測試?yán)w芯光損耗的時候,由于損耗是個較小的量,并且需要排除包層光功率等因素,給精確測量帶來一定的困難。同時由于存在纖芯光損耗、包層光損耗等影響,而損耗的光功率不一定是被吸收發(fā)熱,也可能被散射、反射或串?dāng)_等。因此僅僅測試熔接點的纖芯光損耗是不足以說明該熔接點的光吸收發(fā)熱情況的,這個方法并不是一個十分有效合理的方法。第二種方法中,由于光纖直徑很細(xì),熱容小,接觸測溫不方便也不準(zhǔn)確;用非接觸式的紅外輻射方法測溫可以測量熔接點的溫度,但是需要購買昂貴的紅外熱像儀等測溫設(shè)備,對于大功率光纖激光器的規(guī)?;a(chǎn)形成較大的成本壓力,因此該方法適合科學(xué)研究,而不適合規(guī)模生產(chǎn)中的多工位批量作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種快速有效、成本低的大功率光纖熔接點的評估裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種大功率光纖熔接點的評估裝置,它包括用于套設(shè)于被測裸光纖上且對應(yīng)設(shè)置的兩根金屬半管、對稱套設(shè)于被測裸光纖上下兩側(cè)且覆蓋金屬半管的上隔熱彈性體和下隔熱彈性體、安裝在上隔熱彈性體上的上夾持塊、安裝在下隔熱彈性體底部的下夾持塊、設(shè)于上夾持塊上方的上座、安裝在下夾持塊底部的下座,所述的上夾持塊與上座間連接有彈性件,所述金屬半管的內(nèi)徑與被測裸光纖直徑一致,且其中一根金屬半管內(nèi)焊設(shè)有熱敏電阻,所述評估裝置還包括用于測量熱敏電阻溫度的溫度測試儀,所述熱敏電阻與溫度測試儀間連接有引線。
[0006]優(yōu)化地,所述的金屬半管內(nèi)徑為100-500微米。[0007]優(yōu)化地,所述的熱敏電阻為正溫度系數(shù)熱敏電阻或負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
[0008]優(yōu)化地,所述的上隔熱彈性體和下隔熱彈性體的組成材料為硅橡膠或聚氨酯。
[0009]優(yōu)化地,所述的熱敏電阻為小型片狀熱敏電阻。
[0010]本發(fā)明還提供一種大功率光纖熔接點的評估方法,依次包括以下步驟:
(a)裝載光纖:將帶有熔接點的被測裸光纖固定于評估裝置兩根合攏的金屬半管內(nèi),使得熔接點與熱敏電阻位置靠近,并利用彈性件對上夾持塊施加作用力;
(b)通光:對被測裸光纖通光;
(C)測試溫度:利用溫度測試儀上顯示的數(shù)據(jù)觀測熱敏電阻的表觀溫度,判斷該被測裸光纖的熔接點是否合格;
(d)卸載光纖:松開上座,取出被測裸光纖。
[0011]優(yōu)化地,步驟(b)中,所述通光的平均光功率為10-1000瓦,通光時間為廣200秒; 優(yōu)化地,步驟(b)中,所述的通光類型是脈沖激光、準(zhǔn)連續(xù)激光或連續(xù)激光。
[0012]優(yōu)化地,步驟(a)中,所述的被測裸光纖由下述光纖中的一種或兩種熔接而成:單包層光纖、雙包層光纖、單模光纖、多模光纖、有源光纖、無源光纖。
[0013]由于上述技術(shù)方案運用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)明大功率光纖熔接點的評估裝置,通過在金屬半管內(nèi)焊設(shè)熱敏電阻并外接溫度測試儀,利用溫度測試儀顯示的數(shù)據(jù)能夠直接評估光纖熔接點處的光吸收導(dǎo)致發(fā)熱的程度,進(jìn)而判斷被測裸光纖的熔接點是否合格;而且該評估裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉,適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。利用該評估裝置的大功率光纖熔接點的評估方法,操作簡單,一方面能夠有效避免現(xiàn)有光損耗測試方法中的無法區(qū)分光散射、光反射、光吸收的情況,可以單純地測量出光吸收導(dǎo)致發(fā)熱的程度;另一方面在評估測試過程中不需要對熔接后的光纖進(jìn)行二次涂覆,減輕了返工的工作量,提高了生產(chǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明評估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明評估裝置的被測裸光纖周圍結(jié)構(gòu)(釋放狀態(tài))的橫向截面示意圖;
圖3為本發(fā)明評估裝置的被測裸光纖周圍結(jié)構(gòu)(壓緊狀態(tài))的橫向截面示意圖;
圖4為本發(fā)明評估裝置的被測裸光纖周圍結(jié)構(gòu)(壓緊狀態(tài))的縱向截面示意圖;
其中,1、金屬半管; 2、上隔熱彈性體;3、下隔熱彈性體;4、上夾持塊;5、下夾持塊;6、彈性件;7、上座;8、下座;9、熱敏電阻;10、溫度測試儀;11、引線;12、被測裸光纖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
實施例1
本例提供一種大功率光纖熔接點的評估裝置,如圖1至4所示,主要包括金屬半管1、上隔熱彈性體2、下隔熱彈性體3、上夾持塊4、下夾持塊5、熱敏電阻9、溫度測試儀10。其中,金屬半管I為兩根,相對應(yīng)設(shè)置用于合攏套在被測裸光纖12上,其內(nèi)徑與被測裸光纖12直徑一致;上隔熱彈性體2和下隔熱彈性體3對稱設(shè)置,套在被測裸光纖12上下兩側(cè)且包覆金屬半管I ;上夾持塊4安裝在上隔熱彈性體2上,且在它的上方設(shè)有上座7 ;下夾持塊5安裝在下隔熱彈性體3底部,且在它的底部安裝有下座8 ;上夾持塊4與上座7間連接有彈性件6,可以提供彈性夾持力;熱敏電阻9嵌設(shè)于金屬半管I內(nèi),并與溫度測試儀10利用引線11相連接。
[0016]在本實施例中,如圖2至3所示,兩根金屬半管I合攏套在被測裸光纖12的上下兩偵牝它們由黃銅材料制作而成,外徑為2毫米、內(nèi)徑優(yōu)選為100-500微米,長度為5毫米。在下金屬半管I的外側(cè)面開一個寬度約I毫米、深0.5毫米的凹槽,將尺寸為0.6毫米Χ0.6毫米Χ0.3毫米的片狀小型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻9 (也可選用正溫度系數(shù)的熱敏電阻),用銦錫焊料焊接到該凹槽的里面,使得熱敏電阻和銅管之間具有良好的熱接觸。熱敏電阻9的引線11外部套絕緣套,使得兩個引線11之間是絕緣的,兩根引線11連接到溫度測試儀10上,溫度測試儀10通過測量熱敏電阻9的阻值,根據(jù)熱敏電阻自身的“電阻-溫度”特性就可以得到測量點的溫度值了。上隔熱彈性體2和下隔熱彈性體3為10毫米見方、20毫米長的硅橡膠或聚氨酯材料。當(dāng)將圓形金屬管I套在與其內(nèi)徑相當(dāng)?shù)穆愎饫w12上后,上夾持塊4和下夾持塊5靠攏就可以利用兩個金屬半管對裸光纖12進(jìn)行夾持且在在裸光纖12和兩個金屬半管之間形成一定的壓力,保證裸光纖12外表面和圓形金屬管I內(nèi)表面有較好的熱接觸。 [0017]實施例2
本例提供一種大功率光纖熔接點的評估方法,依次包括以下步驟:
Ca)裝載光纖:將帶有熔接點的被測裸光纖固定于評估裝置兩根合攏的金屬半管內(nèi),使得熔接點與熱敏電阻位置靠近,并利用彈性件對上夾持塊施加作用力;該被測裸光纖由下述光纖中的一種或兩種熔接而成:單包層光纖、雙包層光纖、單模光纖、多模光纖、有源光纖、無源光纖;
(b)通光:對被測裸光纖通光;所通激光的類型是脈沖激光、準(zhǔn)連續(xù)激光或連續(xù)激光,其平均光功率為10-1000瓦,通光時間為廣200秒;
(C)測試溫度:利用溫度測試儀上顯示的數(shù)據(jù)觀測熱敏電阻的表觀溫度,判斷該被測裸光纖的熔接點是否合格;
(d)卸載光纖:松開上座,取出被測裸光纖。
[0018]該方法特別適用于輸出功率為1000瓦光的連續(xù)大功率光纖激光器的功率放大級的大功率光纖熔接點的評估。
[0019]在本實施例中,被測光纖的熔接點是在外徑400微米的無源光纖和外徑400微米的摻雜有源光纖之間熔接形成的,熔接后的光纖不需要進(jìn)行二次涂覆,保持其裸光纖的狀態(tài)。光纖熔接點的評估方法具體為:首先裝載光纖,將帶有熔接點的裸光纖12放置于實施例I中評估裝置位于下側(cè)的金屬半管I內(nèi),合攏金屬半管I使得其上金屬半管和下金屬半管對齊并與被測光纖緊密貼合;用上隔熱彈性體2和下隔熱彈性體3并施加一定的外力使得使得光纖的外表面和圓形金屬管內(nèi)表面有較好的熱接觸,并且熔接點與熱敏電阻9位置靠近。然后利用光纖激光器對該光纖進(jìn)行通光,所通激光為連續(xù)工作的、中心波長為1064納米、光功率為200W的激光,持續(xù)時間為30秒鐘,此時光纖和圓形金屬管已經(jīng)基本達(dá)到熱平衡狀態(tài)。通過溫度測試器讀出相應(yīng)的溫度數(shù)值:實驗室的環(huán)境溫度是20°C,被測點的溫度是37°C,兩者的溫度差為17°C。根據(jù)熔接光纖的性質(zhì)、光纖激光器的散熱方式、本裝置金屬管的尺寸和熱容等各個因素,確定環(huán)境溫度與被測點的溫度的最大允許溫度差,本實施例中為15°C,當(dāng)該溫差大于15°C時,該熔接點為不合格熔接點。此時,松開上隔熱彈性體2和下隔熱彈性體3,開啟上側(cè)的金屬半管,取出被測光纖。進(jìn)行熔接返工:掰斷光纖的該熔接點,再次進(jìn)行涂覆層去除、端面切割和清潔,在光纖熔接機(jī)上再次進(jìn)行光纖熔接。然后重復(fù)利用本實施例方法對該光纖再次進(jìn)行評估測試,評定其是否合格,直至熔接點合格為止。
[0020]上述對本發(fā)明大功率光纖熔接點的評估裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明,下面對其工作原理進(jìn)行解釋:
光纖在熔接點處,由于熔接工藝的不完美、光纖類型不完全匹配、局部的材料和結(jié)構(gòu)瑕疵等各種原因,會在該熔接點處形成光學(xué)不連續(xù)性,這種不連續(xù)性會一定程度上形成光吸收而導(dǎo)致熔接點發(fā)熱,將直接影響大功率激光器的工作穩(wěn)定性、可靠性和壽命。本發(fā)明的實質(zhì)是測試光纖熔接點在激光通光后的局部溫度。為了避免使用昂貴的紅外輻射測溫儀器,同時保證測溫的可靠性,我們采用一個固定熱容和熱阻的金屬體與其進(jìn)行良好熱接觸,并到達(dá)熱平衡。用該狀態(tài)下的金屬體溫度來間接評估大功率光纖激光器在相應(yīng)散熱條件和封裝情況下的發(fā)熱情況。具體地,通過兩根金屬半管I和帶熔接點的裸光纖12進(jìn)行一段長時間的熱接觸,使得該光纖12和金屬半管I達(dá)到熱平衡。同時營造一個對于金屬半管I外部相對隔熱的環(huán)境,這樣可以提高金屬半管I的溫升速度,使得測試效果明顯。我們可以看到:裸光纖12和金屬半管I之間的熱阻,以及金屬半管I和外部空氣環(huán)境之間的熱阻是確定的,裸光纖12和金屬半管I的熱容也是確定的。因此金屬半管I在測試點的溫度與被測光纖熔接點附近的溫度的一一對應(yīng)的。當(dāng)然,光纖熔接點溫度與周圍散熱環(huán)境有關(guān),但是該熔接點在實際的光纖激光器系統(tǒng)中的溫度,與在本測量裝置中的溫度,雖然散熱環(huán)境不同,但是這兩個溫度在相同通光激光功率的條件下也是一一對應(yīng)的。這樣,我們通過測量金屬半管I上熱敏電阻9的局部溫度就間接地得到了光纖熔接點在實際光纖激光器工作狀態(tài)下溫度的信息,由此設(shè)定合格失效判據(jù),也就是最大允許溫度差,并依據(jù)此判據(jù)就可以進(jìn)行光纖熔接點的評估,當(dāng)評估測試的溫度差大于最大允許溫度差時,光纖熔接點不合格需要返工;當(dāng)評估測試的溫度差小于最大允許溫度差時,光纖熔接點合格。該最大溫度差對于不同的光纖激光器類型和不同尺寸和材料的本方面評估裝置將是不同的。
[0021]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點,其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施,并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率光纖熔接點的評估裝置,其特征在于:它包括用于套設(shè)于被測裸光纖(12)上且對應(yīng)設(shè)置的兩根金屬半管(I)、對稱套設(shè)于被測裸光纖(12)上下兩側(cè)且覆蓋金屬半管(I)的上隔熱彈性體(2)和下隔熱彈性體(3)、安裝在上隔熱彈性體(2)上的上夾持塊(4)、安裝在下隔熱彈性體(3)底部的下夾持塊(5)、設(shè)于上夾持塊(4)上方的上座(7)、安裝在下夾持塊(5)底部的下座(8),所述的上夾持塊(4)與上座(7)間連接有彈性件(6),所述金屬半管(I)的內(nèi)徑與被測裸光纖(12)直徑一致,且其中一根金屬半管(I)內(nèi)焊設(shè)有熱敏電阻(9),所述評估裝置還包括用于測量熱敏電阻(9)溫度的溫度測試儀(10),所述熱敏電阻(9 )與溫度測試儀(10 )間連接有引線(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖熔接點的評估裝置,其特征在于:所述的金屬半管(I)內(nèi)徑為100~500微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖熔接點的評估裝置,其特征在于:所述的熱敏電阻(9)為正溫度系數(shù)熱敏電阻或負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖熔接點的評估裝置,其特征在于:所述的上隔熱彈性體(2)和下隔熱彈性體(3)的組成材料為硅橡膠或聚氨酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖熔接點的評估裝置,其特征在于:所述的熱敏電阻(9)為小型片狀熱敏電阻。
6.一種利用權(quán)利要求1至5中任一項所述的評估裝置對大功率光纖熔接點的評估方法,其特征在于:依次包括以下步驟: (a)裝載光纖:將帶有熔接點的被測裸光纖固定于評估裝置兩根合攏的金屬半管內(nèi),使得熔接點與熱敏電阻位置靠近,并利用彈性件對上夾持塊施加作用力; (b)通光:對被測裸光纖通光; (c)測試溫度:利用溫度測試儀上顯示的數(shù)據(jù)觀測熱敏電阻的表觀溫度,判斷該被測裸光纖的熔接點是否合格; d)卸載光纖:松開上座,取出被測裸光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的評估方法,其特征在于:步驟(b)中,所述通光的平均光功率為10~1000瓦,通光時間為200秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的評估方法,其特征在于:步驟(b)中,所述的通光類型是脈沖激光、準(zhǔn)連續(xù)激光或連續(xù)激光。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的評估方法,其特征在于:步驟(a)中,所述的被測裸光纖由下述光纖中的一種或兩種熔接而成:單包層光纖、雙包層光纖、單模光纖、多模光纖、有源光纖、無源光纖。
【文檔編號】G01M11/00GK103674483SQ201310680504
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】周勝, 趙青春 申請人:廣東高聚激光有限公司, 蘇州華必大激光有限公司
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