一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置

一种抑制光纤偏振轴在拉锥过程中扭转的微加热装置

技术领域

本发明涉及一种微型加热装置，特别是一种用于保偏光纤器件熔融拉锥制备 的微型电加热装置。主要应用于熔融拉锥制备保偏光纤器件的过程中，抑制保偏 光纤偏振轴的微扭转，有助于制备具有高消光比的保偏光纤器件。

技术背景

保偏光纤器件因保偏特性(表征指标是消光比)所带来的优越性而成为光纤 陀螺、光纤水听器、相干光通信等的关键器件与构成基础。以光纤陀螺为例，它 取代了机械陀螺的繁冗操作和复杂维护，具有精度高寿命长、加速度不敏感、无 运动部件等优点，在卫星、飞机、舰船、导弹等的惯性导航系统中极为关键。

鉴于保偏光纤器件民用和军用的重要性，国外20世纪80年代就掀起了研究 和应用的热潮。国内起步较晚，且因制造技术落后，保偏光纤器件不能满足市场 的需求，尤其是不能满足高精度光纤陀螺和水听器等对保偏性能的要求，如光纤 陀螺要求消光比在30dB以上，而国内生产的大多在20-25dB，国外至今对我国 禁运光纤传感器用保偏光纤器件，严重影响了我国相关领域的发展。

消光比的好坏取决于保偏光纤偏振轴的平行程度。要保证保偏器件性能达到 使用要求，偏振轴的微扭转角度应控制在0.5°以内，偏振轴的扭转误差来源于 拉锥前的检测与定位和拉锥过程两部分，目前的研究多集中在拉锥前的检测与定 位，但在实践中发现即使在熔融拉锥前精确校正了两光纤的偏振轴，经拉锥后光 纤仍会产生微扭转，使偏振轴失配、器件性能下降。

这是因为现行的火焰燃烧方式只能对光纤进行单方向加热，获得的温度场因 对光纤不轴对称，不能保证保偏光纤在熔融拉锥过程中始终保持两根光纤受力平 衡，使得光纤在熔融拉锥过程中发生微扭转。为使光纤在熔融拉锥时内部应力均 匀，消除偏振轴的平行失配，有人提出了用两个(或多个)微型燃具的对称熔法， 但这种方法只能实现平面轴对称，无法实现空间的轴对称。

本发明以一种高温陶瓷为发热元件，通过设计一种空间轴对称的置放光纤 槽，从而使温度场轴对称，这样能保证置放在光纤槽中的保偏光纤沿周向受热均 匀，从而抑制在熔融拉锥过程中光纤偏振轴的微扭转，以利提高保偏光纤器件的 消光比。

发明内容

针对目前采用的气体火焰加热方式温度场不轴对称、不稳定是导致保偏光纤 偏振轴微扭转的重要原因，以一种高温陶瓷为发热元件，通过设计一种空间轴对 称的置放光纤槽，获得了一种轴对称的温度场，有望制备高性能的保偏光纤器件。

本发明的微加热装置由发热元件与隔热元件两部份所构成：

1、发热元件

材料：本发明选用的发热材料为二硅化钼陶瓷。主要是因为二硅化钼具有优 秀的高温抗氧化性能和良好的力学性能，可在高温氧化氛围中直接使用。

结构：本发明的微加热装置主要由置放光纤槽和电极两部份组成，其中置放 光纤槽横截面设计为圆形，保偏光纤置于槽的中心。为便于安装连接，两接线端 的距离尽量加宽；为减少接线端的发热量，其截面积比光纤槽的大。

镀层：因二硅化钼陶瓷具有良好的导电性和导热性，而光纤槽长度只有15 毫米左右，使得发热元件的电阻较小(只有10^-2欧左右)，为减小连接线的接触 电阻，发热元件的接线端表面进行了镀银。

2、隔热元件

在高温下发热元件的热辐射功率较大，为提高微加热装置的熔融区温度，减 少发热元件的热量损失，在发热元件结构设计的基础上，选用隔热陶瓷对发热元 件进行了保温。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、所选用的二硅化钼陶瓷在空气中的使用温度可达1650℃，能保证保偏光 纤熔融所需的温度。

2、所设计的置放光纤槽的截面内部为圆形，所形成的温度场关于圆心轴对 称，当光纤置于槽中心即圆心时，由于光纤周向受热均匀，可以抑制由于温度场 不对称引起的微偏转与弯曲。

3、接线端的截面积比光纤槽的大，有助于提高光纤槽的温度，减少接线端 的发热量。

4、接线端表面镀银有助于进一步降低接触电阻。

5、隔热陶瓷保温层有助于减少发热元件的热量损失。

附图说明

图1是发热元件的结构图。其中：1是发热体，2是接线端，3是镀银表面， 4是轴对称式的置放光纤槽。

图2是微加热装置的结构图。其中：1是发热元件，2是隔热元件

图3是发热元件的实例图。

图4加热装置的实物图。其中：a)是发热元件。b)是微加热装置

具体实施方式

通过以上方法设计了一个实例(图3)对本发明的具体实施方式进行阐述， 其中发热元件的结构参数如下：

发热元件的结构参数