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集成卷轴送纤收纤功能——实现长距离高质量光纤光栅串的连续加工
来源: | 作者:topphotonics | 发布时间: 2022-11-07 | 96 次浏览 | 分享到:

我们在《高功率稳定性及精准功率控制是加工优质光纤光栅的根本保障》和《加工结构周期一致性的精准控制是加工优质光纤光栅的决定因素》中,深度解析了在飞秒激光加工光纤布拉格光栅(FBG)的过程中,高功率精准和稳定的控制及加工结构的周期一致性的精准控制对光纤光栅生产品质的影响。今天,我们来探讨一下这两种技术在生产长距离(可达公里级)光纤光栅串中的应用优势,并分析当下长距离连续加工FBG技术上所遇到的挑战。


光纤光栅串是一种新型的光无源器件,通过把多个光栅刻写在同一根长距离光纤(公里级)上,使其适合长距离和多点同时测试。光纤光栅串能提高系统的稳定性和可靠性,广泛应用于光纤传感系统。光栅串封装后的传感器体积更小,测量点数更多,广泛应用于电力航空领域测量。然而,传统的飞秒激光加工设备受到激光功率控制精确度及稳定性的限制,具有结构周期不一致的问题,无法连续在一根长距离光纤上加工符合要求的FBG(包括中心波长,反射率,3dB带宽等参数)。因此,也无法加工出来高质量的光纤光栅串,限制了飞秒FBG的广泛应用。


在前两期软文中,我们针对以上问题,已经提出了Innofocus世界领先的独特解决方案:高功率精准和稳定的控制可以保证光纤上加工格点的大小均匀,而加工结构的周期一致性的精准控制保证了每个周期内曝光格点之间的间距一致。通过控制这两个因素,可以保证生产出每个FBG质量高,一致性好,为加工长距离的FBG光栅串打下坚实基础。同时,加工长距离的FBG光栅串还需要通过卷轴实现送纤和收纤的功能,将加工好的FBG缠绕在卷轴上方便下一步的应用集成。


而传统的飞秒激光FBG加工系统并没有集成卷轴送纤和收纤的功能。这项工作需要由加工技术人员进行人工操控,通过手动送纤收纤,实现长距离的FBG的加工生产。然而,手动收纤的生产模式不仅会导致生产效率大大降低, 更会造成无法精确控制FBG加工位置的问题。虽然,用户可以通过自己设计外加由电机驱动的卷轴来部分缓解这一问题。然而,由于光纤夹具与卷轴位置的不匹配,在使用卷轴的时候光纤会发生移动,每一次都需要重新定位再进行下一次加工,这种操作耗费大量的时间,极大影响了连续加工FBG的效率。同时外加的卷轴由于与夹具不匹配的问题难以实现FBG加工位置的高精度定位。因此,这样生产出的长距离的光纤光栅的质量难以满足实际应用的需求。


依托大量的实验基础,以及在研发其他5款nanoLAB产品中积累的FBG制造领域的丰富经验,Innofocus独立研发出一款全新的飞秒激光加工FBG专用设备,为这项难题提供了智能化的解决方案。nanoLAB r-FBG系统设备为一款一体化的FBG加工设备,可以满足学术和工业用户的多种需求,是nanoLAB系列的最新款产品。该产品首次实现了卷轴的集成化设计,直接将卷轴与FBG加工机台相结合实现自动的卷轴送纤收纤功能。通过配合Innofocus独有的光纤夹具,保证光纤在送纤与收纤过程中不发生位移,能够始终保持在所需要加工的位置,无需重新调节便可直接进行下一次加工。这种方法首次实现了卷轴送纤与收纤过程与飞秒激光加工过程的无缝连接,极大的提高了连续加工FBG的效率,并适用于光纤串的加工,对加工好的FBG光栅串自动进行放置、整理和收纳。nanoLAB r-FBG加工设备一次可加工长达5km的FBG光栅串,其中每个光栅的位置定位精度可达1mm。同时,FBG的应用场景通常需要外加应力,尤其是在应力探测中。因此,在加工过程施加等同于应用场景的应力极为重要,是保证FBG能在应用场景顺利使用的前提条件。因此,该独特设计的夹具具有应力感应及控制功能,应力范围:0~30N, 感应精度: 0.03N。通过精确的控制加工过程的外加应力来进一步提高加工的FBG的一致性和准确性。nanoLAB r-FBG的加工设备的独特优势是其超长的单次加工范围,及其智能化,全自动化的生产模式,大大地提升了FBG加工的精准度,加工效率和成品率。