一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖技術(shù)應(yīng)用于大型天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡帶來了革命性的技術(shù)進(jìn)步。自1979兩美國(guó)Steward天文臺(tái)首次將光纖應(yīng)用在2.3m望遠(yuǎn)鏡的MX光譜儀(Deployment of the MXspectrometer, Proc SPIE，627，303-320，1986)以來，光纖技術(shù)在天文望遠(yuǎn)鏡中得到廣泛推廣(The Astronomical Uses of Optical Fibers, Fiber Optics in Astronomy II1.ASPConference Series, 152, pp.3, 1998)。由于光纖具有長(zhǎng)距離傳輸、一定口徑內(nèi)的集光、靈活的空間排布能力，其多目標(biāo)光纖光譜儀、二維光纖光譜儀、恒星光干涉等天文應(yīng)用中有著非常重要的作用。
[0003]當(dāng)前的大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)通過安裝在焦面板上的四個(gè)CCD對(duì)整個(gè)焦面板的方向進(jìn)行導(dǎo)引，從而實(shí)現(xiàn)星像對(duì)準(zhǔn)的導(dǎo)星功能，其單根天文光纖并不具備導(dǎo)引功能，無法獲取單光纖是否對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)源的信息反饋。在多目標(biāo)光纖光譜儀中，焦面上一般安裝有多根光纖以同時(shí)獲得多個(gè)觀測(cè)目標(biāo)的光譜，比如LAMOST就使用了 4000根光纖，再加上環(huán)境溫度等因素的影響，很難保證這些光纖各自對(duì)準(zhǔn)待觀測(cè)目標(biāo)，對(duì)準(zhǔn)誤差的排查和調(diào)整也變得異常困難。因此有必要發(fā)展一種具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖，在天文觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)中替換原有天文光纖，提高觀測(cè)、調(diào)試效率和降低系統(tǒng)誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種代替原有天文光纖，解決其不能單獨(dú)對(duì)準(zhǔn)的問題的具有自導(dǎo)引功能的天文光纖。本發(fā)明的目的還在于提供一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖，該光纖包括一個(gè)位于光纖包層中心的主芯，圓周對(duì)稱三芯或者四芯分布的導(dǎo)引芯，主芯用于傳輸星像光譜，導(dǎo)引芯提供方位反饋信息用于主芯對(duì)準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)，所述主芯與各導(dǎo)引芯之間的芯間距相等。
[0007]一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法，通過線切割石英玻璃冷加工，在普通天文光纖預(yù)制棒包層外壁上加工三個(gè)或四個(gè)與導(dǎo)引芯預(yù)制棒相對(duì)應(yīng)的插槽；通過堆積法組棒，將帶有插槽的天文光纖預(yù)制棒嵌套入一個(gè)外套石英管中，插槽中插入大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒，組棒形成組合式光纖預(yù)制棒；最后將組合式光纖預(yù)制棒一端用氫氧焰實(shí)施端部熔融密封燒結(jié)，另一端將真空泵與稍長(zhǎng)的外套石英管相接并實(shí)施密封處理，經(jīng)光纖拉絲塔采用光纖拉絲，保持組合式光纖預(yù)制棒內(nèi)的真空負(fù)壓力，經(jīng)送棒、牽引、涂覆、排絲后獲得具有自導(dǎo)引功能的天文光纖。
[0008]一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法，通過光纖拉絲塔，將包層材料石英棒拉制成與大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒相同直徑的石英填充料；通過堆積法組棒，利用一對(duì)共軸定位端子將普通天文光纖預(yù)制棒、石英填充料、導(dǎo)引芯預(yù)制棒和外套石英管嵌套在一起，堆積組棒形成組合式光纖預(yù)制棒；最后將組合式光纖光纖預(yù)制棒一端用氫氧焰實(shí)施端部熔融密封燒結(jié)，另一端將真空泵與稍長(zhǎng)的外套石英管相接并實(shí)施密封處理；經(jīng)光纖拉絲塔采用光纖拉絲，保持組合式光纖預(yù)制棒內(nèi)的真空負(fù)壓力，經(jīng)送棒、牽引、涂覆、排絲后獲得具有自導(dǎo)引功能的天文光纖。
[0009]一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法:通過超聲打孔技術(shù)在天文光纖預(yù)制棒包層環(huán)形區(qū)打三個(gè)或四個(gè)與導(dǎo)引芯預(yù)制棒相對(duì)應(yīng)的穿透圓孔；通過堆積法組棒，直接將二到四根大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒插入孔中并嵌套人一個(gè)的外套石英管中形成組合式光纖預(yù)制棒；最后將組合式光纖光纖預(yù)制棒一端用氫氧焰實(shí)施端部熔融密封燒結(jié)，另一端將真空泵與稍長(zhǎng)的外套石英管相接并實(shí)施密封處理；經(jīng)光纖拉絲塔采用光纖拉絲，保持組合式光纖預(yù)制棒內(nèi)的真空負(fù)壓力，經(jīng)送棒、牽引、涂覆、排絲后獲得具有自導(dǎo)引功能的天文光纖。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
[0011]本發(fā)明的制備方法主要采用堆積法組棒形成預(yù)制棒，經(jīng)光纖拉絲塔抽氣拉絲制得，該方法具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]這種新型天文光纖的主要優(yōu)點(diǎn)在于將導(dǎo)引芯與星像傳輸主芯集成在一根光纖里實(shí)現(xiàn)自導(dǎo)引功能，降低主芯位置對(duì)準(zhǔn)盲區(qū)產(chǎn)生的同時(shí)，有效減小光纖體積，增加了大型天文望遠(yuǎn)鏡中光纖的集成密度。這種新型的天文光纖不僅具有普通天文光纖的特點(diǎn)，而且其周圍的三個(gè)或四個(gè)導(dǎo)引芯能夠?qū)邮招窍竦闹餍臼欠駥?duì)準(zhǔn)提供二維位置反饋信息，在微動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)。其制備技術(shù)主要采用堆積法組棒形成預(yù)制棒，利用光纖拉絲塔抽氣拉絲制得，具有光纖制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。這種具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖解決了原有天文光纖諸如不能單獨(dú)微調(diào)對(duì)準(zhǔn)，對(duì)外界環(huán)境溫度變化、彎曲和機(jī)械振動(dòng)更加敏感和光纖一致性較差等問題，提高了觀測(cè)、調(diào)試效率，降低了系統(tǒng)誤差。
【附圖說明】
[0013]圖1為一種具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖截面圖，四芯(a)、五芯(b);
[0014]圖2(a)為一種新型的帶插槽五芯天文光纖組合式光纖預(yù)制棒端面示意圖；
[0015]圖2(b)為帶插槽普通天文光纖預(yù)制棒端面示意圖；
[0016]圖3(a)為一種新型的帶填充料五芯天文光纖組合式光纖預(yù)制棒端面示意圖；
[0017]圖3(b)為共軸定位端子前視圖和右視圖；
[0018]圖4為一種新型的帶孔五芯天文光纖組合式光纖預(yù)制棒端面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述:
[0020]本發(fā)明提供的是一種具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖及其制備方法。包括一個(gè)位于光纖包層中心較粗的主芯，圓周對(duì)稱三芯或者四芯分布的導(dǎo)引芯，主芯用于傳輸星像光譜，導(dǎo)引芯提供方位反饋信息用于主芯對(duì)準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)。本發(fā)明的制備方法主要采用堆積法組棒形成預(yù)制棒，經(jīng)光纖拉絲塔抽氣拉絲制得該種光纖，該方法具有光纖制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。這種新型天文光纖的主要優(yōu)點(diǎn)在于將導(dǎo)引芯與星像傳輸主芯集成在一根光纖里實(shí)現(xiàn)自導(dǎo)引功能，降低主芯位置對(duì)準(zhǔn)盲區(qū)產(chǎn)生的同時(shí)，有效減小光纖體積，增加了大型天文望遠(yuǎn)鏡中光纖的集成密度。
[0021]本發(fā)明具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖的構(gòu)成包括一個(gè)位于光纖包層中心較粗的主芯，圓周對(duì)稱三芯或者四芯分布的導(dǎo)引芯，主芯用于傳輸星像光譜，導(dǎo)引芯提供方位反饋信息用于主芯對(duì)準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)。
[0022]本發(fā)明具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖的制備方法為:
[0023]通過線切割石英玻璃冷加工技術(shù)，在普通天文光纖預(yù)制棒包層外壁上加工三個(gè)或四個(gè)與導(dǎo)引芯預(yù)制棒相對(duì)應(yīng)的插槽。然后通過堆積法組棒工藝，將帶有插槽的普通天文光纖預(yù)制棒嵌套入一個(gè)外套石英管中，插槽中插入大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒，組棒形成組合式光纖預(yù)制棒。最后將組合式光纖預(yù)制棒一端用氫氧焰實(shí)施端部熔融密封燒結(jié)，另一端將真空泵與稍長(zhǎng)的外套石英管相接并實(shí)施密封處理，經(jīng)光纖拉絲塔采用光纖拉絲工藝，保持組合式光纖預(yù)制棒內(nèi)的真空負(fù)壓力，經(jīng)送棒、牽引、涂覆、排絲后獲得具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖。
[0024]本發(fā)明具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖的第二種制備方法為:
[0025]通過光纖拉絲塔，將包層材料石英棒拉制成與大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒相同直徑的石英填充料。然后通過堆積法組棒工藝，利用一對(duì)共軸定位端子將普通天文光纖預(yù)制棒、石英填充料、導(dǎo)引芯預(yù)制棒和外套石英管嵌套在一起，堆積組棒形成組合式光纖預(yù)制棒。最后將組合式光纖光纖預(yù)制棒一端用氫氧焰實(shí)施端部熔融密封燒結(jié)，另一端將真空泵與稍長(zhǎng)的外套石英管相接并實(shí)施密封處理；經(jīng)光纖拉絲塔采用光纖拉絲工藝，保持組合式光纖預(yù)制棒內(nèi)的真空負(fù)壓力，經(jīng)送棒、牽引、涂覆、排絲后獲得具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖。
[0026]本發(fā)明具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖的第三種制備方法為:
[0027]通過超聲打孔技術(shù)在天文光纖預(yù)制棒包層環(huán)形區(qū)打三個(gè)或四個(gè)與導(dǎo)引芯預(yù)制棒相對(duì)應(yīng)的穿透圓孔。然后通過堆積法組棒工藝，直接將二到四根大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒插入孔中并嵌套人一個(gè)的外套石英管中形成組合式光纖預(yù)制棒。最后將組合式光纖光纖預(yù)制棒一端用氫氧焰實(shí)施端部熔融密封燒結(jié)，另一端將真空泵與稍長(zhǎng)的外套石英管相接并實(shí)施密封處理；經(jīng)光纖拉絲塔采用光纖拉絲工藝，保持組合式光纖預(yù)制棒內(nèi)的真空負(fù)壓力，經(jīng)送棒、牽引、涂覆、排絲后獲得具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖。
[0028]本發(fā)明還可以包括:
[0029]1、所述的主芯直徑較大，屬于天文星像傳能光纖，其光能量最后導(dǎo)入到光譜分析儀中，要求從紫外到近紅外的光譜波段內(nèi)較小的能量傳輸損耗，通常采用高品質(zhì)寬帶STU石英光纖材料。所述的主芯數(shù)值孔徑要與天文望遠(yuǎn)鏡和光譜儀的焦比相匹配。
[0030]所述主芯折射率分布一種選擇是采取通常的階躍折射率剖面結(jié)構(gòu)，另一種選擇是采用梯度折射率剖面結(jié)構(gòu)。梯度折射率結(jié)構(gòu)容易得到更高的數(shù)值孔徑，多模傳輸時(shí)像差和色散更小，并且傳輸?shù)姆€(wěn)定性也更好。所述主芯尺寸一種選擇是與入射星像光斑和臺(tái)址視寧度相匹配的較大尺寸，另一種選擇是減小主芯尺寸以大大減少光傳導(dǎo)模式，從而提高光纖傳輸?shù)姆€(wěn)定性，降低外界環(huán)境溫度變化、彎曲和機(jī)械振動(dòng)帶來的不利影響。
[0031]2、所述的導(dǎo)引芯是三個(gè)或四個(gè)較細(xì)的纖芯，在包層中可以是圓周對(duì)稱三芯或者四