技术摘要：
本发明提供一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法，该装置包括平台主体、升降模块、光纤抛磨模块、光纤传动模块、夹具模块、光纤加热模块和光纤。升降模块的第一端和平台主体的下端固定连接，升降模块的第二端和光纤抛磨模块固定连接，光纤抛磨模块、  全部
背景技术：
光纤后处理技术是扩大光纤应用范围、提升光纤品质属性和制备基于光纤的光子 器件的重要技术来源。常见的后处理技术主要有光纤的抛磨和拉锥等，其中对光纤的抛磨 可以制备D型光纤，而对光纤的拉锥则可以制备锥形光纤。目前针对这两类光纤的制备技术 已经发展出不少，比如可以利用化学腐蚀法、激光刻蚀法、光纤固定式侧抛研磨法、光纤悬 挂式侧抛研磨法、V型槽固定上研磨法以及光纤固定侧边磨石(砂)研磨法等来制备D型光 纤，可以利用丙烷与氧气混合火焰加热或者氢气与氧气混合火焰加热熔融来进行牵引拉锥 等。 这些现有技术虽然部分满足了D型光纤和锥形光纤的制备需求，但仍然存在着许 多需要改进的地方，尤其是现在的科技发展日新月异，新的需求不断开拓、对制备的精度要 求越来越高、对制备的多样化参数定制越来越苛刻，发展新的制备技术和制备方法成为必 然。比如，现在大家对D型光纤和锥形光纤的研究基本都是独立开展的，但由于D型光纤具有 大的倏逝场和大的偏振双折射特性，很适合在上面进行金属或者其他材料的镀膜，所以很 适合做传感器或者滤波器使用；而锥形光纤因为锥区的存在导致纤芯有效模式面积降低和 包层变薄，所以在非线性应用上比较常见，而在传感检测上也很有潜力。 那么如果将D型光纤和锥形光纤进行结合研究，充分发挥它们在传感和非线性上 的应用也是一种很不错的研究思路，以往这方面研究较少的主要原因是当前技术无法实现 对光纤既拉锥又抛磨，这方面的制备还未见报道，但目前已有不少小组正在做这方面的研 究，这应该是一种发展趋势。 此外，当前对光纤拉锥的主要技术路线是首先是要对拉锥区进行加热熔融，然后 对光纤施加牵引进行拉锥。目前对光纤加热主要采用可燃气体和氧气混合进行火焰加热的 方法，该方法缺点是风险系数大、实验室环境要求高，火焰不同区域温度场差别大，尤其对 微结构光纤加热很不实用，原因是其内空气孔的存在导致纤芯、包层区的气孔壁和空气孔 等不同部位导热能力不一样，当用火焰进行加热时由于传热的不均匀，光纤内各部分的熔 融状态不一致，很容易出现折断的情况，这是当前所面临的一个最棘手和尚未完全克服的 问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥 于一体的装置及方法，通过法兰滑块的设计巧妙地解决了光纤和抛磨轮相对运动的问题， 通过采用模块化的设计思想设计了电阻加热的部件，使得本发明既可以实施光纤的侧面抛 磨又可以实施光纤拉锥，很好地解决了现有技术中存在的不足。 5 CN 111596407 A 说　明　书 2/11 页 本发明提供了一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其包括平 台主体、升降模块、光纤抛磨模块、光纤传动模块、实时监测模块、中心控制与通讯模块、夹 具模块、光纤加热模块和光纤，所述升降模块的第一端和所述平台主体的下端固定连接，所 述升降模块的第二端和所述光纤抛磨模块固定连接，所述光纤抛磨模块、所述光纤传动模 块、所述实时监测模块和所述光纤加热模块位于所述平台主体上端的上表面，且所述光纤 传动模块和所述光纤加热模块均位于所述光纤抛磨模块和所述实时监测模块之间，所述中 心控制与通讯模块位于所述平台主体的一侧面，所述夹具模块位于所述光纤传动模块上。 所述升降模块，其包括推杆控制器和推杆，所述推杆控制器的外壳和所述平台主体下端的 上表面固定连接，所述推杆控制器的输出端和所述推杆的固定端连接，所述推杆的伸缩端 和所述光纤抛磨模块驱动电机的外壳连接；所述光纤抛磨模块，其包括抛磨轮和驱动电机， 所述驱动电机的输出端和所述抛磨轮连接。所述光纤传动模块，其包括第一法兰滑块、第二 法兰滑块、第一步进电机、第二步进电机、长导轨、凹槽、挂钩、第一定滑轮、第二定滑轮、第 一连接片、第二连接片、燕尾卡槽、牵引线和绕线环，所述长导轨的下表面和所述平台主体 上端的上表面固定连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的长导轨安装槽分别与所 述长导轨连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的上表面设有凹槽，所述第一法兰 滑块和所述第二法兰滑块中关于长导轨对称的两侧面设有燕尾卡槽，所述第一连接片和所 述第二连接片分别通过连接片固定夹具与所述燕尾卡槽固定连接，所述第一法兰滑块和所 述第二法兰滑块中与牵引线连接的侧面设有挂钩，所述牵引线的第一端分别与所述第一法 兰滑块和所述第二法兰滑块的挂钩连接，所述牵引线的第二端分别通过所述第一定滑轮和 所述第二定滑轮与所述绕线环的外径连接，所述绕线环的内径分别与所述第一步进电机和 所述第二步进电机的输出轴连接。所述夹具模块，其包括光纤固定夹具和连接片固定夹具， 所述光纤固定夹具由第一光纤固定夹具和第二光纤固定夹具组成，所述光纤的两端分别通 过所述第一光纤固定夹具和所述第二光纤固定夹具与所述第一法兰滑块和所述第二法兰 滑块的凹槽固定连接；所述光纤加热模块，其包括第二加热块、第一加热块、第一半圆加热 区、第二半圆加热区、连接片安装槽、长导轨安装槽、电阻导线和电阻丝，所述第二加热块和 所述第一加热块的下表面设有长导轨安装槽，所述第二加热块和所述第一加热块中关于长 导轨对称的外侧面设有连接片安装槽，所述第一半圆加热区和所述第二半圆加热区分别位 于所述第一加热块和所述第二加热块内侧面的上端，所述电阻丝分别位于所述第一半圆加 热区和所述第二半圆加热区内，所述电阻丝通过所述电阻导线和所述中心控制与通讯模块 连接；所述实时监测模块通过导轨和所述平台主体的上表面固定连接。 可优选的是，所述光纤固定夹具，其包括压板、光纤固定夹具架、第一螺纹孔、第一 固定螺丝、刻槽和凸起，所述光纤固定夹具架和所述法兰滑块固定连接，所述压板上的凸起 和所述光纤固定夹具架的刻槽连接，所述第一螺纹孔位于所述光纤固定夹具架的上端，所 述第一固定螺丝通过所述第一螺纹孔和所述压板连接。 可优选的是，所述连接片固定夹具，其包括连接片固定夹具架、第二螺纹孔和第二 固定螺丝，所述连接片固定夹具位于所述燕尾卡槽的上方并和所述法兰滑块固定连接，所 述第二螺纹孔位于所述连接片固定夹具架的上端，所述第二固定螺丝通过所述第二螺纹孔 和所述连接片连接。 可优选的是，所述凹槽位于所述法兰滑块上表面的中间位置，且位于所述长导轨 6 CN 111596407 A 说　明　书 3/11 页 的几何中心正上方，所述光纤固定夹具位于所述凹槽的正上方。 可优选的是，所述光纤固定夹具架内的刻槽对称分布在所述光纤固定夹具架内侧 的左右两边，所述压板的凸起对称分布在所述压板的两侧，所述压板的宽度要大于所述光 纤的直径，所述压板的底部设有一层橡胶垫片。 可优选的是，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块间的光纤长度大于所述第一 法兰滑块和所述第二法兰滑块间的距离，使光纤形成并保持一个弧形的操作态，让光纤在 被操作时有一个弹性的回调空间，可有效降低光纤抛磨时的折断几率。 可优选的是，所述第一步进电机和所述第二步进电机关于所述长导轨在长度方向 上的中心面对称分布，所述第一定滑轮和所述第二定滑轮关于所述长导轨在长度方向上的 中心面对称分布，所述挂钩和所述牵引线关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分 布，所述第一连接片和所述第二连接片关于所述长导轨在宽度方向上的中心面对称分布。 本发明的另一方面，提供一种制备D型光纤的工艺方法，其包括如下步骤： S1、根据光纤抛磨长度加工的具体需求，调整第一连接片和第二连接片在法兰滑 块上的固定位置，确保第一法兰滑块和第二法兰滑块间的抛磨工作区长短是否与光纤抛磨 长度合适； S2、将光纤的两端分别安装到第一法兰滑块和第二法兰滑块上； S21、将位于第一法兰滑块上的第一光纤固定夹具的第一固定螺丝从第一螺纹孔 中向上旋出； S22、用手小心抬起压板，将光纤的第一端从压板下穿过去放置到凹槽中，再将压 板小心放下； S23、再用手从第一螺纹孔中向下旋进第一固定螺丝，一直至其抵触到压板上表面 停止，此时完成将光纤的第一端固定到第一法兰滑块的凹槽内； S24、重复步骤S21-S23，完成将光纤的第二端固定到第二法兰滑块的凹槽内； S3、打开总控制开关，利用人机交互界面，输入放入抛磨工作区内的光纤的外径尺 寸、需要抛磨掉的尺寸和光纤抛磨区的长度等数据，经中心控制与通讯模块中的中心控制 插件计算后，生成执行指令并经通讯插件依次下发到各功能执行模块； S31、下发指令到实时监测模块的通讯控制插件，查看实时监控的回传信号清晰程 度，在监控器导轨上移动实时监控模块的摄像装置，来调整其位置使监控图像清晰； S32、同时下发指令到升降模块的推杆控制器、光纤抛磨模块的驱动电机控制器以 及光纤传动模块的步进电机控制器，执行相应的移动抛磨等工作； S4、中心控制与通讯模块接收实时监测模块传来的实时监控信息并及时调整执行 指令，选择光纤抛磨模块的适合工作频率，然后下发相关指令到升降模块、光纤抛磨模块和 光纤传动模块进行对应动作； S5、通过将所述实时监控模块获得的信息反馈到所述中心控制与通讯模块，并经 与需求指令进行比对判断，来确定当前D型光纤制备所处的阶段；若判断制备已完成，则由 中心控制与通讯模块以自动运行的方式自动生成结束指令并下发指令到各个模块停止工 作；若判断制备未完成，则继续工作； S6、通过对在光纤中，传输光的光功率来改变监测，来做出辅助判断； S61、利用光纤熔接机将光纤的两端分别与光功率计和光源的尾纤进行熔接； 7 CN 111596407 A 说　明　书 4/11 页 S62、在D型光纤的制备过程中通过不断地监测光功率的改变来辅助判断当前的光 纤抛磨状态； 步骤S6可与S5同步执行，判断结果可互为参考；若选择S6作为判断制备终止的条 件，则可以选择中心控制与通讯模块以手动运行模式继续进行抛磨，直至条件满足，再关闭 各功能模块的运行； S7、若抛磨仪由S5发出指令并停止运行，则小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上 取下来，即可完成全部制备工作； S8、若抛磨仪由S6发出指令并停止运行，则首先要断开制备光纤与光源和光功率 计的连接，然后再小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作。 本发明的另一方面，提供一种制备锥形光纤的工艺方法，其包括如下步骤： S1、将已经通过第一连接片和第二连接片固定到一起的两个法兰滑块沿长导轨向 一侧移动，使得两个法兰滑块间的光纤操作工作区的中心偏离抛磨轮的正下方； S2、将固定靠近光纤研磨模块一侧的第二连接片的两个连接片固定夹具打开，将 第二连接片从法兰滑块上的燕尾卡槽中抽出来，第一连接片保持固定不变； S3、将第二加热块沿与长导轨垂直的方向，从光纤研磨模块一侧向实时监测模块 一侧进行平推移动，直至第二加热块下端的长导轨安装槽与长导轨紧贴；接着将第二连接 片依次安装于第一法兰滑块的燕尾卡槽、第二加热块的连接片安装槽和第二法兰滑块的燕 尾卡槽中，然后利用法兰滑块一上的连接片固定夹具对第二连接片进行固定，安装过程中， 法兰滑块一上的连接片固定夹具保持松开状态，最终将第二加热模块安装并固定； S4、重复步骤S2和S3，将第一加热块安装并固定； S5、中心控制与通讯模块向光纤加热模块的电阻丝发送电流控制信号进行通电加 热，待光纤加热到熔融状态后，中心控制与通讯模块向第一和第二步进电机的控制器发送 控制信号，控制第二步进电机保持不动，控制第一步进电机旋转并通过牵引线牵引第一法 兰模块移动，进而转化为对光纤的牵引力，在牵引力作用下，直至光纤拉锥的进程完成； S6、若需要进一步对锥形光纤进行侧面抛磨，则可以在S5完成后，重复权利要求8 的操作，实现对光纤的先拉锥后抛磨处理； S7、在以上操作完成之后，关闭机器并取出锥形光纤或锥形抛磨光纤，即已完成了 全部制备工作。 本发明与现有技术相比，具有如下优点： 1、一体机结构，设计简单但稳定性和可靠性强。长导轨的设计保证了法兰滑块在 移动时的稳定性，进而保证了光纤在抛磨过程中的稳定性，从而保障了高品质光纤抛磨的 加工过程。 2、通过法兰滑块的设计巧妙地解决了光纤和抛磨轮左右相对移动的问题，并且抛 磨轮固定不动、由法兰滑块的左右移动来带动光纤的左右移动，这种机构的设计对吸能减 震，提高制备精度更加具有创造性和有效性，且光纤的抛磨范围选择性更高。 3、利用两个步进电机的转速可控、转向可控可以很灵活地实现对光纤左右往复移 动的精准控制；同时通过精确受控的步进电机带动来实施光纤的往复移动、通过高精度电 动推杆系统来实施光纤抛磨轮的上下位置调整，圆满实施并精确控制了对光纤的抛光深度 和抛光长度参数。 8 CN 111596407 A 说　明　书 5/11 页 4、制备中通过采用光学监测和光功率监测的方法来实时监测制备进程，实时监测 控制手段更加多样和高效。 5、本发明的结构设计采用了模块化的思想，很好地解决了功能扩充问题，通过设 计可拆卸式的加热模块，使得本发明具有了一体机的特性。电阻式加热会使得光纤受热均 匀，避免因截面上各位置受热不匀而导致光纤拉断的情况出现，且可以通过调整电阻丝的 密度、粗细及分布区域来灵活适配对不同拉锥长度的需求。 附图说明 图1为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的总体结构正面 示意图； 图2为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的总体结构背面 示意图； 图3为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤抛磨模块 和光纤传动模块的第一局部结构示意图； 图4为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤抛磨模块 和光纤传动模块的第二局部结构示意图； 图5为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤固定夹具 的结构示意图； 图6为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的连接片固定夹 具的结构示意图； 图7为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤加热模块 的结构示意图； 图8为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤加热模块 的内部细节结构示意图；以及 图9为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的方法的工艺流程示意 图。 主要附图标记： 平台主体1，升降模块2，光纤抛磨模块3，抛磨轮4，驱动电机5，光纤传动模块6，第 一法兰滑块7，第二法兰滑块8，第一步进电机9，第二步进电机10，长导轨11，第一定滑轮12， 第二定滑轮13，第一连接片14，第二连接片15，牵引线16，实时监测模块17，中心控制与通讯 模块18，第一光纤固定夹具19，第二光纤固定夹具20，连接片固定夹具21，光纤22，压板23， 光纤固定夹具架24，第一螺纹孔25，第一固定螺丝26，燕尾卡槽27，连接片固定夹具架28，第 二螺纹孔29，第二固定螺丝30，刻槽31，导轨33，挂钩37，第二加热块40，第一加热块41，第一 半圆加热区42，第二半圆加热区43，电阻导线44，连接片安装槽45，长导轨安装槽46，电阻丝 47，光纤加热模块48，推杆控制器59，推杆60，凸起63，凹槽65，绕线环77。