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拉丝塔在线生成光栅


无论采用准分子方式还是采用飞秒激光器方式,其技术特点决定了很难进行大批量高效率生产。这就限制了光栅的成本和应用范围,即成本过高和很难在大体量工程中使用。

由此,人们想到了在光纤拉丝过程中进行光栅刻写的方式。其原理如图一所示:


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图一   在线刻写光栅示意图


在线刻写光栅是把光纤拉丝技术和光栅刻写技术结合起来的综合技术。光纤预制棒放在送棒系统的夹具上,送棒器可以通过工控机控制送棒的速度;预制棒被送到石墨加热炉后,经过近2000度加热,预制棒开始融化下垂并形成丝状;光纤丝经过测径仪后即进入刻写系统,刻写系统激光器的激光脉冲触发可以通过工控机进行控制;刻写过光栅的光纤经过涂敷杯附着涂料后,经过热固化或者光固化装置即可完成涂敷;然后经过测速轮、自动标记装置后缠绕到光线盘上。送棒器的送棒速度、牵引轮的牵引速度、光栅刻写脉冲的控制、光纤拉丝直径的控制都是通过工控机进行实时动态进行的。


采用这样的方式生产光栅有以下几个重要的特点:

(1)超高效率,光纤拉丝速度可调整,在拉制过程中直接把高能量的准分子激光器集成进来,可以实现高速的光栅刻写,速度可以达到几百个光栅/分钟;

(2)成本低廉,所有过程都是全自动生产工艺,因此在需要高密度光纤光栅阵列时,该工艺具有很高的成本效益。

(3)高强度,与传统的剥离和重涂刻字工艺相比,在线刻写光栅保持了光纤的原始高机械强度。其拉伸强度通常超过5GPa,相当于大于4%的断裂应变。

(4) 高重复性,由于采用自动化生产工艺制造,可更精确地控制生产参数,确保高重复性和高质量。

(5)涂层均匀,此工艺可以在不需要剥离和重涂工艺的情况下生产。具有独特的特性,即涂层在光纤的整个长度(包括光纤光栅的位置)上是均匀的。

(6)长距离,可以连续拉丝和刻写,距离可达几十、几百公里;

(7)易成串,光栅之间中间无熔接点;

(8)易部署,高附着力涂层可应用于光纤,如聚酰亚胺。这些涂层显示出与玻璃纤维表面的优异附着力,这使得这种工艺生产的光栅适用于在不去除涂层的情况下直接固定在结构上。这样不仅方便了安装过程,而且提高了可靠性。

(9)低弯曲损耗,刻写光栅可以选择在具有极低弯曲损耗的光纤类型中生产,这使得它们能够在具有低弯曲半径的配置中运行,而不会产生显著的衰减效应。


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