帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖及其制作方法技術

本發明專利技術涉及一種帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖及其制作方法，包括大芯徑能量光纖和傳感光纖，其特征在于所述的大芯徑能量光纖的包括裸光纖和包覆裸光纖外周面的耐高溫涂層，且大芯徑能量光纖的前端留有一段無耐高溫涂層的裸光纖，所述的傳感光纖的前端設置有至少2個相間隔的FBG光柵，其中第一FBG光柵在前，第二FBG光柵在后，所述的第一FBG光柵和第二FBG光柵緊貼在大芯徑能量光纖前端裸光纖的外周面上，且第二FBG光柵包覆在大芯徑能量光纖的耐高溫涂層中。本發明專利技術結構緊湊、體積小，集成度高，生產組裝方便，制作成本低，適合于批量生產；整個光纖及連接器為無源產品，光電隔離，避免電磁干擾，長期使用性能穩定可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，屬于高度集 成的大芯徑能量光纖跳線
。
技術介紹
作為激光器配套產品中用于傳導激光能量的核心部件，大芯徑能量光纖及其連接 器的應用隨著激光器的發展得到廣泛普及，涵蓋了醫學、工業、國防、科研、商業、信息各大 領域，尤其是在前四種領域中對大芯徑能量光纖的應用需求非常明顯。在大體積金屬切割、 焊接及深加工、激光手術等特種應用中，要求大芯徑光纖能夠長時間穩定傳導平均功率為 幾百到幾千瓦的激光能量，盡量減少能量損耗，從而保證最終輸出激光能量密度穩定在較 商水平。 現有的大芯徑能量光纖及其連接器產品，主要是通過有膠或無膠工藝在大芯徑裸 光纖兩端固定上金屬連接器，連接器的作用是連接并固定激光器和大芯徑光纖，使輸出光 斑與光纖端面達到高效耦合。隨著激光器能量增大對耦合效率要求極高，連接器的加工精 度和耐受溫度要求也越來越高，在實際產品應用中，受限于端面反射、加工精度低和裝配工 藝復雜等原因，激光能量耦合效率僅能達到809Γ90%，剩余能量會以熱能的形式傳導到大芯 徑光纖連接器上，所以在超高能量輸出的激光器上應用的大芯徑光纖及其連接器需要配備 水冷系統及溫度探頭，當連接器溫度超過設定范圍時將啟動報警系統并斷開激光器，以防 止連接器過熱變形后破壞耦合光路，從而導致大能量反射光將激光器燒壞，甚至引起人員 傷亡等重大事件。 一般大芯徑能量光纖在與超高功率激光器連接應用中必須在連接頭處安裝傳感 探頭，因為技術難度大、精加工成本高，目前只有少數產品配備溫度探頭。為了減小體積、保 證工作壽命及精度，同時避免引入額外熱源，所提供的大芯徑能量光纖連接器大多使用接 觸式熱電偶溫度傳感器，由于受體積和安裝方式限制，該傳感器被鑲嵌在金屬連接器中，探 測的是由端面反射及光纖熱傳導到連接器處的溫度變化，無法直接檢測大芯徑能量光纖的 溫度變化。該類帶溫度監控的光纖連接器產品整體結構復雜、體積難以減小，加工難度大， 同時傳感器靈敏度低，容易受到環境干擾信號和前置放大器溫度漂移的影響，這些綜合因 素導致了大芯徑能量光纖及其連接器產品的制造成本提高，也極大的限制了其在超高功率 激光器行業的推廣應用。 中國專利CN202676426U描述了一種帶監視點的玻璃大芯徑光纖，采用氫氟酸在 光纖側面腐蝕一個缺口，用來安裝采集信號的光纖或光探測器，再通過屏蔽盒將器件前端 及大芯徑光纖缺口封裝起來，其效果是監測點與待測大芯徑光纖在同一光纖上，提高光纖 信息檢測的準確性，且其結構緊湊。但采用化學方法腐蝕大芯徑光纖側表面的工藝操作難 度大，腐蝕面積和深度難以控制，不同監測點的缺口大小不同易造成監測數據基準不一、測 量差異較大。 光纖布拉格光柵（簡稱FBG)傳感器的工作原理是溫度/應變變化導致光纖光柵 布拉格中心波長的變化，通過測量波長變化得出待測的溫度/應力量。光纖光柵的Bragg波長為 應J= 2# A :中為《#賢芯_賓效祈_寧：Λ為樣ft周期·SRl過幾光賬效fi罘影喃4.關 應受姻通過彈光效Sft光響周期A來-f，|Si 與傳統傳感器相比，因光纖光柵傳感器是基于光纖來制作，其具有很多特點，比如靈敏 度高、體積小、重量輕、安全防爆、抗電磁干擾能力強、抗電磁干擾可應用于惡劣環境（沒有 加入電磁過程），信號傳輸距離遠(光纖中光衰減慢)，使用壽命長等等優點。同時光纖光柵 其本身的特點使得每個探點僅利用相當少的光源分量，絕大部分光都透過并繼續傳播，為 組網帶來巨大便利。波分復用等技術的使用，也提高了這一技術的可行性。總的來說光纖 光柵FBG傳感器非常適合做大范圍多節點的分布式測量，在系統監測中具有集成度與組網 的優勢。因此，光纖光柵FBG傳感器越來越廣泛地受到各行各業的青睞，開始在市政交通、 水利水電、隧道、橋梁、或石油石化等監控領域得到應用。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足，提供一種結構緊 湊、集成度高、制作成本低的。 本專利技術為解決上述提出的問題所采用的技術方案為： 包括大芯徑能量光纖和傳感光纖，其特征在于所述的大芯徑能量光纖的包括裸光纖和 包覆裸光纖外周面的耐高溫涂層，且大芯徑能量光纖的前端留有一段無耐高溫涂層的裸光 纖，所述的傳感光纖的前端設置有至少2個相間隔的FBG光柵(光纖布拉格光柵)，其中第一 FBG光柵在前，第二FBG光柵在后，所述的第一FBG光柵和第二FBG光柵緊貼在大芯徑能量 光纖前端裸光纖的外周面上，且第二FBG光柵包覆在大芯徑能量光纖的耐高溫涂層中。 按上述方案，所述的傳感光纖在第二FBG光柵后間隔設置第三FBG光柵，所述的第 三FBG光柵緊貼在大芯徑能量光纖的耐高溫涂層的外周面上。 按上述方案，所述的大芯徑能量光纖的耐高溫涂層外包覆有緊套外護層，緊套外 護層的前端延伸至第二FBG光柵和第三FBG光柵之間，并包覆第三FBG光柵。 按上述方案，所述的傳感光纖沿與大芯徑能量光纖軸線的大致平行方向相配置， 傳感光纖的尾纖穿出大芯徑能量光纖的緊套外護層。 按上述方案，所述的傳感光纖為單模光纖，各個FBG光柵的波長各不相同，工作窗 口為 1310nm波段（1260nnTl360nm)和 / 或 1550nm波段（1525nnTl565nm)。 按上述方案，所述的大芯徑能量光纖包括芯層和包層，所述的芯層為純硅玻璃層 或者摻氟玻璃層，芯層的直徑Dl為400μπΓ620μm，芯層的相對折射率差Λ1為-0. 29ΓΟ%， 所述的包層分為內包層和外包層，緊密環繞芯層的為內包層，內包層為摻氟玻璃層，內包 層的直徑D2為440μπΓ700μm，內包層的相對折射率差Λ2為-1. 99Γ-0. 9%，外包層為純 硅玻璃層或者摻氟玻璃層，外包層的直徑D3為500μπΓ760μm，外包層的相對折射率Λ3 為-0· 5%?0%。 按上述方案，所述的大芯徑能量光纖的前端安設有連接器，用以與激光器相連。 按上述方案，所述的連接器包括光纖固定尾柄、與光纖固定尾柄前端孔腔相套接 的光纖插芯和限位卡環，所述的光纖固定尾柄為軸套狀，中部通孔與大芯徑能量光纖的緊 套外護層段相配接，中部通孔的一側沿軸向開設有容纖槽，光纖固定尾柄的前端設有端頭， 端頭的前端面上設置有定位鍵，端頭中設置孔腔與光纖插芯的后端相套接，所述的光纖插 芯為套狀，前后依次設置3個同軸心的通孔，后端通孔與大芯徑能量光纖的耐高溫涂層段 相配置，中間通孔中一側開設有纖槽，用于安設傳感光纖的第一FBG光柵段，前端通孔中安 設有限位卡環，限位卡環中間穿引大芯徑能量光纖前端的裸光纖，并將大芯徑能量光纖前 端定位。 按上述方案，所述的光纖固定尾柄由金屬制成，在光纖固定尾柄上設置冷卻水循 環部件。 本專利技術帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖的制作方法技術方案為： 包括大芯徑能量光纖和傳感光纖，其特征在于大芯徑能量光纖前端的耐高溫涂層和緊 套外護層被剝離形成裸光纖，所述的傳感光纖的前端設置有3個軸向相間隔的FBG光柵(光 纖布拉格光柵)，第一、第二、第三FBG光柵前后依次排序，所述裸光纖長度比第一FBG光柵 和第二FBG光柵總長度長5~10mm;在裸光纖后面的連接部分剝離緊套外護本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，包括大芯徑能量光纖和傳感光纖，其特征在于所述的大芯徑能量光纖的包括裸光纖和包覆裸光纖外周面的耐高溫涂層，且大芯徑能量光纖的前端留有一段無耐高溫涂層的裸光纖，所述的傳感光纖的前端設置有至少2個相間隔的FBG光柵，其中第一FBG光柵在前，第二FBG光柵在后，所述的第一FBG光柵和第二FBG光柵緊貼在大芯徑能量光纖前端裸光纖的外周面上，且第二FBG光柵包覆在大芯徑能量光纖的耐高溫涂層中。

【技術特征摘要】
1. 一種帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，包括大芯徑能量光纖和傳感光纖，其特 征在于所述的大芯徑能量光纖的包括裸光纖和包覆裸光纖外周面的耐高溫涂層，且大芯徑 能量光纖的前端留有一段無耐高溫涂層的裸光纖，所述的傳感光纖的前端設置有至少2個 相間隔的FBG光柵，其中第一 FBG光柵在前，第二FBG光柵在后，所述的第一 FBG光柵和第 二FBG光柵緊貼在大芯徑能量光纖前端裸光纖的外周面上，且第二FBG光柵包覆在大芯徑 能量光纖的耐高溫涂層中。2. 按權利要求1所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述的傳感 光纖在第二FBG光柵后間隔設置第三FBG光柵，所述的第三FBG光柵緊貼在大芯徑能量光 纖的耐高溫涂層的外周面上。3. 按權利要求2所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述的大芯 徑能量光纖的耐高溫涂層外包覆有緊套外護層，緊套外護層的前端延伸至第二FBG光柵和 第三FBG光柵之間，并包覆第三FBG光柵。4. 按權利要求3所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述的傳感 光纖沿與大芯徑能量光纖軸線的大致平行方向相配置，傳感光纖的尾纖穿出大芯徑能量光 纖的緊套外護層。5. 按權利要求2或3所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述 的傳感光纖為單模光纖，各個FBG光柵的波長各不相同，工作窗口為13IOnm波段和/或 1550nm 波段。6. 按權利要求2或3所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述的 大芯徑能量光纖包括芯層和包層，所述的芯層為純娃玻璃層或者摻氟玻璃層，芯層的直徑 Dl為400 μ πΓ620 μ m，芯層的相對折射率差Λ 1為-0. 29Π )%，所述的包層分為內包層和外包 層，緊密環繞芯層的為內包層，內包層為摻氟玻璃層，內包層的直徑D2為440 μ πΓ700 μ m， 內包層的相對折射率差Λ 2為-1. 99Γ-0. 9%，外包層為純硅玻璃層或者摻氟玻璃層，外包層 的直徑D3為500 μ πΓ760 μ m，外包層的相對折射率Λ 3為-0. 5°/Γ〇%。7. 按權利要求4所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述的大芯 徑能量光纖的前端安設有連接器，用以與激光器相連。8. 按權利要求7所述的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖，其特征在于所述的連接 器包括光纖固定尾柄、與光纖固定尾柄前端孔腔相套接的光纖插芯和限位卡環，所述的光 纖固定尾柄為軸套狀，中部通孔與大芯徑能量光纖的緊套外護層段相配接，中部通...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂大娟，楊晨，張雅婷，曹蓓蓓，韋會峰，汪洪海，
申請(專利權)人：長飛光纖光纜股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42