本發明屬于光纖光柵生產，具體涉及一種用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備及方法。

背景技術：

1、光纖光柵傳統的制備方法是：利用光纖中摻雜的鍺元素在紫外波長的吸收特性，實現纖芯的光致折射率變化。纖芯的光致折射率變化的強度就直接決定了光纖光柵針對特定波長的反射率（百萬分之一到百分之九十九點九）。普通光纖由于其摻雜濃度本身偏低，所以其光敏性偏弱，直接進行加工的情況下，單脈沖的調制強度僅能帶來百萬分之一到萬分之一的反射率，多脈沖的調制強度僅能帶來百分之幾的反射率。

2、為了提高光纖光柵的反射率，現在的主要方式就通過對光纖進行載氫，利用氫元素與纖芯中的鍺、氧、硅形成特殊的晶格結構，實現光敏性的上升，實現強反射率的光纖光柵制備。載氫是一個特殊的環境，需要將光纖放置在100個標準大氣壓的高濃度（99.9%的純氫）環境下，進行24h以上的封閉式存儲，實現氫元素的滲入。然而，該技術無法用在拉絲塔的動態制備工藝上。

3、現有的拉絲塔制備光纖光柵工藝中，主要通過對預制棒進行高摻雜處理來提高光纖本身的光敏性，形成高摻鍺或者鍺硼共摻的高光敏光纖，來提高拉絲塔動態制備的光纖光柵反射率。但是這類光纖與普通的光纖仍存在性能上的差異，存在損耗大、數值孔徑偏大不匹配，光纖色散不均勻等差異化問題。

4、上述現階段的拉絲塔用于光纖光柵制備有下列缺點：首先，針對普通光纖單脈沖制備的光纖光柵反射率無法提高（千分之一到萬分之一以下）；其次，在曝光工藝中，紫外激光器發出的脈沖激光經柱透鏡聚焦后的有效寫柵范圍在焦點附近幾十微米范圍內，而拉絲塔在拉制光纖的過程中，光纖會在整個圓周范圍內進行抖動，幅度在百微米的水平，會導致出現光柵反射率差異大，甚至出現漏柵的情況；另外，特殊的光敏性光纖存在光纖性能的差異，使用場景大大受限。

技術實現思路

1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出了一種用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備及方法。

2、為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，包括從高到低依次設置的拉絲爐和紫外曝光系統；光纖預制棒經拉絲爐熔融成裸纖，由紫外曝光系統在裸纖上刻寫光柵；

3、還設有增敏系統，設置在拉絲爐與紫外曝光系統之間；

4、增敏系統包括用于形成氫氧焰的氫氧噴燈，所形成的氫氧焰對準裸纖中的光柵刻寫區進行增敏處理。

5、按上述方案，氫氧噴燈包括兩組，以裸纖為軸對稱分布；

6、每組組內的氫氧噴燈沿裸纖的拉絲方向成鏈式設置若干個；鏈式氫氧噴燈的總長度與裸纖的拉絲速度相適配，以保證增敏處理的時間。

7、按上述方案，增敏系統還包括兩組同步移動的移動機構，分別對應兩組氫氧噴燈；

8、氫氧噴燈固定在移動機構的移動端，用于追隨式為光柵刻寫區進行增敏處理。

9、按上述方案，移動機構的移動方式為往復移動，每組氫氧噴燈的數量為1個；或

10、移動機構的移動方式為循環移動，每組氫氧噴燈的數量為至少2個，分布在移動機構的移動端，依次追隨式為具有間距的光柵刻寫區進行增敏處理。

11、按上述方案，氫氧噴燈包括中心噴口和圍繞中心噴口的環形噴口，中心噴口設有用于點火的燈芯；

12、增敏系統還包括管式爐，管式爐由氫氣管道和氧氣管道構成，氫氣管道與中心噴口連通，氧氣管道與環形噴口連通。

13、按上述方案，紫外曝光系統包括沿激光光路依次設置的激光器、縮束系統和相位掩膜板；激光器發出的激光經過縮束系統縮束后，通過相位掩膜板形成垂直于裸纖方向的干涉條紋，加工在經過增敏處理的光柵刻寫區，形成光柵；

14、縮束系統用于縮小激光光斑的尺寸，同時倍數壓縮激光的能量密度。

15、按上述方案，縮束系統包括兩級縮束光路，分別用于激光光斑高度方向的尺寸縮小；經縮束系統縮束的激光高度方向的尺寸為原尺寸的0.01~0.005倍。

16、按上述方案，紫外曝光系統還包括：設置在激光器與縮束系統之間的可調狹縫和/或可調切趾光闌；

17、可調狹縫用于光柵的長度控制；

18、可調切趾光闌用于光柵反射譜的譜形控制。

19、按上述方案，還包括以下結構中的至少一種：

20、冷卻管，設置在增敏系統與紫外曝光系統之間，用于對增敏后的裸纖降溫；

21、第一激光測徑系統，設置在增敏系統與紫外曝光系統之間，用于監測裸纖的包層直徑；

22、光纖涂覆固化系統，用于對刻有光柵的裸纖涂覆保護層，并對涂覆的保護層進行固化；

23、收排線系統，設置在整個裝備的最后，用于對最終得到的光纖進行復繞。

24、按照本發明的另一方面，提供了一種用于光纖光柵制備的特種拉絲方法，對剛熔融成絲的裸纖，采用氫氧焰對準裸纖中的光柵刻寫區進行增敏處理，對增敏處理后的光柵刻寫區刻寫光柵，再進行后續處理；所述的裸纖含鍺元素。

25、按上述方法，增敏處理的時間為5~30min，氫氧焰的溫度為1000℃~1500℃。

26、按上述方法，針對高密集形式的光柵，采用沿拉絲方向鏈式排列的氫氧焰，對裸纖進行整段增敏處理，處理的裸纖長度與拉絲速度相適配，以保證增敏處理的時間；

27、針對低密集形式的光柵，采用沿拉絲方向同步移動的氫氧焰，對光柵刻寫區進行追隨式增敏處理，氫氧焰追隨移動的速度與拉絲速度相同，氫氧焰追隨移動的距離與速度相適配，以保證增敏處理的時間。

28、按上述方法，刻寫光柵的具體步驟包括：

29、激光經過縮束調整，縮小激光光斑高度方向的尺寸，同時倍數壓縮激光的能量密度；

30、通過相位掩膜板形成垂直于裸纖方向的干涉條紋，加工在經過增敏處理的光柵刻寫區，形成光柵；

31、在縮束調整之前增加以下步驟中的至少一個：

32、增設可調狹縫，對光柵的長度進行控制；

33、增設可調切趾光闌，對光柵反射譜進行譜形控制。

34、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

35、1、在不改變光纖本身光學、幾何等性能參數的情況下，通過在拉絲爐與光柵刻寫系統之間增設增敏系統，利用氫氣和氧氣燃燒形成氫氧焰，對剛熔融成絲的裸纖進行增敏處理，進而能夠在拉絲、刻寫光柵的同時，實現增敏處理。本發明實現了強反射率光纖光柵的在線制備，簡化了強反射率光纖光柵的制備工藝，提高了強反射率光纖光柵的制備效率。

36、2、針對不同間距的光柵，對氫氧焰進行了適應性的設置，提高拉絲與增敏的同步性。

37、3、在光柵刻寫環節，通過對激光的縮束處理，提高了激光的能量密度，采用高能量密度的平行光進行光柵刻寫，進而實現大尺寸均勻能量密度的曝光窗口，提高光柵刻寫的精度，實現了0漏柵的光纖光柵在線制備方案，以及反射率差異＜1db的高一致性。

1.一種用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，包括從高到低依次設置的拉絲爐和紫外曝光系統；光纖預制棒經拉絲爐熔融成裸纖，由紫外曝光系統在裸纖上刻寫光柵；其特征在于：

2.根據權利要求1所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，其特征在于：氫氧噴燈包括兩組，以裸纖為軸對稱分布；

3.根據權利要求2所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，其特征在于：增敏系統還包括兩組同步移動的移動機構，分別對應兩組氫氧噴燈；

4.根據權利要求3所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，其特征在于：移動機構的移動方式為往復移動，每組氫氧噴燈的數量為1個；或

5.根據權利要求1至4中任意一項所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，其特征在于：氫氧噴燈包括中心噴口和圍繞中心噴口的環形噴口，中心噴口設有用于點火的燈芯；

6.根據權利要求1所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，其特征在于：紫外曝光系統包括沿激光光路依次設置的激光器、縮束系統和相位掩膜板；激光器發出的激光經過縮束系統縮束后，通過相位掩膜板形成垂直于裸纖方向的干涉條紋，加工在經過增敏處理的光柵刻寫區，形成光柵；

7.?根據權利要求6所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲裝備，其特征在于：縮束系統包括兩級縮束光路，分別用于激光光斑高度方向的尺寸縮小；經縮束系統縮束的激光高度方向的尺寸為原尺寸的0.01~0.005倍；和或

8.一種用于光纖光柵制備的特種拉絲方法，其特征在于：對剛熔融成絲的裸纖，采用氫氧焰對準裸纖中的光柵刻寫區進行增敏處理，對增敏處理后的光柵刻寫區刻寫光柵，再進行后續處理；所述的裸纖含鍺元素。

9.根據權利要求8所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲方法，其特征在于：增敏處理的時間為5~30min，氫氧焰的溫度為1000℃~1500℃。

10.根據權利要求8所述的用于光纖光柵制備的特種拉絲方法，其特征在于：增敏處理的具體方式為：