芯分布，采用通用STU材料。其作用是當(dāng)待觀測(cè)星像偏離主芯時(shí)，接收光能量至各自對(duì)應(yīng)的位置導(dǎo)引光電探測(cè)器中，從而對(duì)光纖對(duì)準(zhǔn)位置提供指示信息。
[0032]所述的導(dǎo)引芯作用是提供二維位置反饋信息，其對(duì)傳輸能量損耗要求不高，折射率分布采用階躍折射率剖面結(jié)構(gòu)即可，芯徑可以設(shè)計(jì)較大。
[0033]3、所述的主芯與各導(dǎo)引芯之間的芯間距相等且大于普通天文光纖與普通單模光纖的裸纖芯間距。由于主芯和導(dǎo)引芯功能不同，導(dǎo)引芯之間各自的位置信息也不同，因此需要將主芯和三個(gè)或四個(gè)導(dǎo)引芯之間光通道相互分離，因此需要芯間距至少大于裸纖間距。
[0034]4、所述的共軸定位端子是用來(lái)輔助組合預(yù)制棒的金屬或其他材料端子，中心有一個(gè)大的圓孔用于定位嵌套普通天文光纖預(yù)制棒，大圓孔周圍分布一圈緊密排列的小圓孔，用于定位嵌套石英填充料或?qū)б绢A(yù)制棒。
[0035]5、所述的組合式光纖預(yù)制棒進(jìn)行密封燒結(jié)的一端先要進(jìn)行端面處理，要求預(yù)制棒各部分端面平整、位于一個(gè)平面且垂直于預(yù)制棒軸線；組合式光纖預(yù)制棒另一端外套石英管較長(zhǎng)，方便接入真空泵并進(jìn)行密封處理，保證光纖拉絲時(shí)預(yù)制棒內(nèi)保持真空負(fù)壓力。
[0036]6、所述普通天文光纖預(yù)制棒上加工的插槽或孔的軸線與預(yù)制棒軸線平行，其大小和分布與自導(dǎo)引型天文光纖的導(dǎo)引芯等比例一致，呈圓周對(duì)稱正三角形或正方形。
[0037]圖1為一種具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖截面圖，包括一個(gè)位于光纖包層110中心較粗的主芯120，圓周對(duì)稱正三角形和正方形分布的導(dǎo)引芯131、132，主芯120用于傳輸星像光譜，導(dǎo)引芯131、132提供方位反饋信息用于主芯120對(duì)準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)。主芯120與各導(dǎo)引芯131、132之間的芯間距相等且大于普通天文光纖與普通單模光纖的裸纖芯間距，方便新型天文光纖與普通天文光纖以及普通單模光纖之間的對(duì)準(zhǔn)連接、通道分離。
[0038]主芯120采用高品質(zhì)寬帶STU石英光纖材料，在紫外到近紅外的光譜波段內(nèi)較小的能量傳輸損耗，其光能量最后導(dǎo)入到光譜分析儀中。主芯120數(shù)值孔徑與天文望遠(yuǎn)鏡和光譜儀的焦比相匹配，其折射率分布可以是通常的階躍折射率剖面結(jié)構(gòu)，或者像差和色散更小，傳輸更穩(wěn)定的梯度折射率剖面結(jié)構(gòu)。主芯120尺寸可以選擇與入射星像光斑和臺(tái)址視寧度相匹配的較大尺寸，或者減小芯徑以大大減少光傳導(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(lái)的不利影響。
[0039]導(dǎo)引芯131、132作用是當(dāng)待觀測(cè)星像偏離主芯120時(shí)，接收光能量至各自對(duì)應(yīng)的位置導(dǎo)引光電探測(cè)器中，提供二維位置反饋信息，其對(duì)傳輸能量損耗要求不高，采用通用STU材料即可。導(dǎo)引芯131、132折射率分布采用常用的階躍折射率剖面結(jié)構(gòu)，芯徑設(shè)計(jì)比較靈活，為降低與單模光纖對(duì)準(zhǔn)連接、通道分離的難度，可以設(shè)計(jì)為較大尺寸。但太大尺寸會(huì)帶來(lái)傳輸穩(wěn)定性降低、抗外界干擾能力差、連接損耗增加等問題。
[0040]主芯120和導(dǎo)引芯131、132折射率分布、芯間距、芯徑大小等參數(shù)設(shè)計(jì)不僅要考慮與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性(焦比匹配)，星像傳輸質(zhì)量，位置導(dǎo)引準(zhǔn)確性和低連接損耗通道分離的難度等問題，還要考慮制備工藝的可行性和復(fù)雜程度，在這諸多因素間找到一個(gè)平衡。
[0041]實(shí)施例1:
[0042]圖2給出了本發(fā)明的第一種【具體實(shí)施方式】。這種新型的帶插槽五芯天文光纖組合式光纖預(yù)制棒由普通天文光纖預(yù)制棒210、導(dǎo)引芯預(yù)制棒250和外套石英管260嵌套組合構(gòu)成。
[0043]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210包層外壁上加工三個(gè)或四個(gè)與導(dǎo)引芯預(yù)制棒250相對(duì)應(yīng)的插槽240。然后通過堆積法組棒工藝，將帶有插槽240的普通天文光纖預(yù)制棒210嵌套入一個(gè)外套石英管260中，插槽240中插入大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒250，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260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。
[0044]實(shí)施例2:
[0045]圖3給出了本發(fā)明的第二種【具體實(shí)施方式】。這種新型的帶石英填充料五芯天文光纖組合式光纖預(yù)制棒由普通天文光纖預(yù)制棒310、石英填充料330、導(dǎo)引芯預(yù)制棒340和外套石英管350嵌套組合構(gòu)成。
[0046]與實(shí)施例1不同的是，利用光纖拉絲塔將包層材料預(yù)制棒拉制成與導(dǎo)引芯預(yù)制棒340相同尺寸的石英填充料330，借助共軸定位端子360讓石英填充料330和導(dǎo)引芯預(yù)制棒340穩(wěn)定排布在普通天文光纖預(yù)制棒310周圍一圈然后嵌套入外套石英管350中構(gòu)成組合式光纖預(yù)制棒。共軸定位端子360中心大孔定位普通天文光纖預(yù)制310，大孔周圍一圈小孔370定位石英填充料330和導(dǎo)引芯預(yù)制棒340。導(dǎo)引芯預(yù)制棒340排布成正三角形或正方形，分別對(duì)應(yīng)四芯和五芯天文光纖預(yù)制棒。
[0047]實(shí)施例3:
[0048]圖4給出了本發(fā)明的第三種【具體實(shí)施方式】。這種新型的帶孔五芯天文光纖組合式光纖預(yù)制棒由帶孔的天文光纖預(yù)制棒410和大芯徑導(dǎo)引芯預(yù)制棒450直接組合而成。
[0049]與實(shí)施例1、2不同的是，采用超聲打孔的方法直接在普通天文光纖預(yù)制棒410包層環(huán)形區(qū)域430打三個(gè)或四個(gè)與導(dǎo)引芯預(yù)制棒450相對(duì)應(yīng)的穿透圓孔440，插入導(dǎo)引芯預(yù)制棒450后嵌套入一個(gè)外套石英管460中構(gòu)成組合式光纖預(yù)制棒。
[0050]實(shí)施例1-3中導(dǎo)引芯預(yù)制棒都是大芯徑帶包層的光纖預(yù)制棒，為圖片清晰起見只在圖4給出了芯層451與包層452的區(qū)分。因?yàn)椴牧险凵渎实牟町?，直接用芯層材料棒組合嵌套的預(yù)制棒在光纖拉制過程中極易在芯層材料棒周圍產(chǎn)生氣泡。
[0051]上述實(shí)施例以五芯天文光纖為例，給出了該種光纖的制備方法。顯然，四芯天文光纖也是容易實(shí)現(xiàn)的。組合式光纖預(yù)制棒中普通天文光纖芯層220、320、420與導(dǎo)引芯預(yù)制棒250,340,450的位置、尺寸比例關(guān)系和天文光中主芯與導(dǎo)引芯位置、尺寸比例關(guān)系是一致的?？梢钥闯霰景l(fā)明通過堆積法組棒工藝，利用光纖拉絲塔抽氣拉絲容易制得這種具有自導(dǎo)引功能的新型天文光纖。該方法具有光纖制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于替代現(xiàn)有的天文光纖，提高大型天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)、調(diào)試效率，降低系統(tǒng)誤差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖，其特征是: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。
2.—種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法，其特征是: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。
3.一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法，其特征是: 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。
4.一種具有自導(dǎo)引功能的天文光纖的制備方法，其特征是: 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。
【專利摘要】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。一種具有自導(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。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。
【IPC分類】C03B37-025, G02B6-02, C03B37-012
【公開號(hào)】CN104536082
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410777214
【發(fā)明人】苑立波, 陳宮傣
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日