一种周期性光纤微结构的制备装置、方法及振动增敏光纤与流程

本公开涉及传感光纤相关，具体地说，是涉及一种周期性光纤微结构的制备装置、方法以及振动增敏光纤。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

2、分布式光纤声波振动监测系统(das)是一种基于相位敏感光时域反射(φ-otdr)技术的监测系统，通过沿光纤轴向检测和定位由声波引起的微弱振动信号。传统的通讯光纤由于在制造过程中导光介质沿着光纤的轴向的应力是均匀分布的，在受到声波振动时仅能产生微小的相位变化，通过检测振动前后瑞利散射光信号强度的变化，das系统能够实现对振动事件的检测和定位。然而，由于光纤导光介质的均匀应力分布，导致其在感应声波振动时的灵敏度有限，制约了系统的检测性能。在分布式光纤声波振动监测系统中，通过沿光纤设置的应力调节微结构，可以显著提高光纤对声波振动的感应效率，从而提高系统的检测灵敏度。这种增强效果使得光纤的应力微弯效应得以充分利用，提升了振动监测的性能。

3、飞秒激光加工技术由于其高精度、低热损伤等特点，广泛应用于光纤的微结构制造中。这些微结构，如微划痕、微刻槽等，能够在光纤的局部改变其导光介质沿轴向的应力分布，进而提升传感光纤对外界振动的感应能力。在这些微结构处改变了光纤导光介质沿轴方向相对均匀的应力分布，在微结构的局部得到了光纤应力微弯的效果。当在分布式光纤声波振动监测系统(das)中采用这种具有周期性分布的应力微弯结构的微结构光纤作为其传感光纤，由于这些周期性分布的应力微弯结构效应，使这些局部微结构点对声波振动的感应效率得到极大的增强，从而提高了声波振动监测系统的检测灵敏度。现有技术中利用飞秒激光脉冲在光纤上加工微结构，首先将飞秒激光脉冲序列通过透镜或显微镜物镜聚焦到单模光纤表面的包层，通过调控入射到光纤表面的飞秒激光脉冲个数、能量通量及偏振方向，在光学表面制备得到了独立存在的一个椭圆形纳米级到微米级的微结构。

4、发明人在研究中发现，尽管飞秒激光技术在光纤微结构制造中表现优异，但其设备成本高、加工速度较慢且难以大规模应用于长距离光纤的微结构制造。

5、此外，现有的技术多集中于光纤局部区域的微结构加工，飞秒激光加工的一个显著限制是点状加工模式：每次激光脉冲只能在光纤上形成一个微结构。在长距离的光纤上形成多个微结构，必须通过多次激光发射来逐点加工。这种点状加工模式不仅耗时，而且在大规模光纤微结构的均匀分布上面临着技术瓶颈。更具体地说，飞秒激光的点状加工在处理长度达数百米甚至数公里的光纤时不能保证微结构的周期性和均匀性。由于光纤的长度远超出单次激光脉冲的加工范围，精确控制每个微结构的位置和间距成为一项复杂且耗时的任务。此外，飞秒激光器的高昂成本和加工过程的复杂性，也限制了其在大规模传感光纤生产中的应用。这导致现有技术难以在几十公里的光纤上制作均匀分布的微结构，影响了光纤传感性能的一致性和稳定性。这种局限性使得飞秒激光技术难以满足大规模、长距离的分布式传感光纤的生产需求。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了一种周期性光纤微结构的制备装置、方法以及振动增敏光纤，通过设置光纤收放的特定结构夹具，能够同时制备多个微结构并且能够控制微结构分布的均匀性。

2、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

3、本公开第一方面提供了一种周期性光纤微结构的制备装置，包括：

4、光纤梳夹具，设置为梳状，两两光纤梳夹具相对，并且可相对移动设置在工作台上，用于排列光纤；

5、合并光纤推轮，用于将排列好的光纤合并在一起；

6、激光打标装置，用于对合并后的光纤进行局部照射，制作出应力微结构。

7、本公开第二方面提供了基于上述的一种周期性光纤微结构的制备装置的周期性光纤微结构的制备方法，包括以下步骤：

8、将两个光纤梳夹具分别放入光纤梳滑道中，并使光纤梳夹具的梳状齿相互交叉；

9、从释放光纤轮拉出光纤，光纤经过一端的合并光纤推轮，设置在两个光纤梳夹具的齿柱之间，再经过另一端的合并光纤推轮，设置在收卷光纤轮上；

10、关闭收卷光纤卡，控制光纤梳夹具移动将光纤拉开；拉开后控制两端的合并光纤推轮将所有光纤合并在一起；

11、使用激光打标机，以设定的光强在合并光纤的中间位置照射，制备得到光纤微结构。

12、一种振动增敏光纤，其特征在于：采用上述第一方面所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，或/和采用上述第二方面所述的制备方法在光纤上制备周期性光纤微结构。

13、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

14、本公开设置了梳状的光纤梳夹具和合并光纤推轮，通过光纤梳夹具和合并光纤推轮的移动配合，将光纤均匀地排列布设在光纤梳夹具上，通过合并光纤推轮可以将一根光纤的多个位置合并在一起，通过激光打标机，可以高效地在光纤上制作出周期性均匀分布的应力调节微结构，由于该光纤梳夹具结构简单，操作方便，一次可以在多根光纤上同时制作应力微结构，在大规模的批量生产制作周期性应力微结构光纤时，能够同时制备多个微结构并且能够控制微结构分布的均匀性，可以极大地提高生产效率，能够实现大规模，自动化生产这种具有周期性应力微结构的振动增敏光纤。

15、本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。

技术特征：

1.一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：光纤梳夹具包括梳状齿、齿柱以及横向支撑梁；多个梳状齿等间隔平行设置在横向支撑梁上，每个梳状齿的末端相同位置设置一个齿柱。

3.如权利要求2所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：

4.如权利要求1所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：梳状齿之间的间距大于梳状齿的宽度，以使得两个光纤梳夹具的梳状齿能够相互交叉放置。

5.如权利要求1所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：工作台上设置有光纤梳滑道和合并光纤推轮滑道，光纤梳夹具和合并光纤推轮上分别设置滑块，滑块和对应的滑道适配连接，用于引导光纤梳夹具和合并光纤推轮的移动。

6.如权利要求1所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：还包括收放装置，设置在光纤的进入端和输出端，用于实现光纤的释放和收卷；收放装置包括释放光纤轮和收卷光纤轮，分别用于释放和收卷光纤；在释放光纤轮的光纤出线处设置释放光纤卡，用于固定或松开释放光纤；在收卷光纤轮的光纤收线处设置收卷光纤卡，用于固定或松开释放光纤。

7.如权利要求1所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：合并光纤推轮包括横杆，设置在横杆两端的滚轮，横杆的底部设置滑块，用于与合并光纤推轮滑道配合，实现合并光纤推轮相对于合并光纤推轮滑道移动。

8.如权利要求7所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，其特征在于：合并光纤推轮上可转动设置有光纤按压片；光纤按压片的底面为平面并且端部设置为向上翘起的边缘。

9.基于权利要求1-8任一项所述的一种周期性光纤微结构的制备装置的周期性光纤微结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种振动增敏光纤，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的一种周期性光纤微结构的制备装置，或/和采用权利要求9所述的制备方法在光纤上制备周期性光纤微结构。

技术总结
本公开涉及光纤传感技术领域，提出了一种周期性光纤微结构的制备装置、方法以及振动增敏光纤，设置了梳状的光纤梳夹具和合并光纤推轮，通过光纤梳夹具和合并光纤推轮的移动配合，将光纤均匀地排列布设在光纤梳夹具上，通过合并光纤推轮可以将一根光纤的多个位置合并在一起，通过激光打标机，可以高效地在光纤上制作出周期性均匀分布的应力调节微结构，由于该光纤梳夹具结构简单，操作方便，一次可以在多根光纤上同时制作应力微结构，在大规模的批量生产制作周期性应力微结构振动增敏光纤时，能够同时制备多个微结构并且能够控制微结构分布的均匀性，可以极大地提高生产效率。

技术研发人员：刘统玉,宁雅农,颜亮,魏崇琪,张成浩,易巧凤,姜涛,李英帅
受保护的技术使用者：山东微感光电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5