一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置和方法

摘要

本发明涉及一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置和方法，方法包括：获取Y波导芯片，在Y波导芯片表面开成光纤安装槽，并划切为支座块；将光纤安装在光纤安装槽内，并通过点胶固化；在安装有光纤的支座块表面涂蜡，并固定在光纤敏感环支座块装置中，然后测量夹板两侧的高度差，调整夹板的平整度；将光纤敏感环安装在光纤敏感环固定环装置上，将装配好的光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置均安装在磨抛机的磨抛夹具上，保持相对位置不变；启动磨抛机，对支座块进行磨抛。与现有技术相比，本发明具有装配磨抛更稳定、更可靠，进而减少了磨抛振动，磨抛精度和效率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤敏感环领域，尤其是涉及一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置和方法。

背景技术

直接耦合Y波导保偏光纤敏感环模块在光纤陀螺研究应用过程中，保偏光纤敏感直接耦合波导光纤端面磨抛加工，是实现保偏光纤敏感环与Y波导芯片直接耦合的先决条件。

在研究直接耦合Y波导保偏光纤敏感环模块技术产业化生产过程中，普遍存在可用于Y波导芯片直接耦合与绕制的保偏光纤环组件研磨后端面应力区开裂的现象，其主要机理为本身光纤应力区制作和光纤研磨过程两个方面的影响，而直接耦合Y波导保偏光纤敏感环夹具装配磨抛稳定性、可靠性，进而影响磨抛过程的振动性。光纤陀螺光路结构中，Y波导与保偏光纤环过尾纤熔接的方式连接形成闭合回路来敏感系统相对惯性空间的转动信息，为解决这一问题，从Y波导与保偏光纤环光纤熔接点引入的偏振交叉耦合以及背向反射，进一步提高光纤陀螺测量精度，光纤陀螺应用技术领域提出了保偏光纤敏感环与Y波导芯片直接耦合工艺。

然后目前将光纤敏感环与Y波导耦合后的端面进行磨抛的技术，大多直接用磨抛机直接磨抛，稳定性差，磨抛精度控制不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在大多直接用磨抛机直接磨抛，稳定性差，磨抛精度控制不高的缺陷而提供一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置，包括光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置，所述光纤敏感环支座块装置用于固定支座块和光纤，所述支座块由晶片制成，为块状结构，所述支座块的表面设有光纤安装槽，所述光纤安装在该光纤安装槽内；

所述光纤敏感环支座块装置包括支架和夹板，所述支架为块状结构，该支架的一端设有相互连接的支座块槽体和线槽，所述支座块安装在所述支座块槽体内，所述光纤安装在所述线槽内，所述夹板可拆卸连接在所述支架的两侧，固定所述支座块和光纤；

所述光纤敏感环固定环装置用于固定光纤敏感环，该光纤敏感环中的光纤连接所述光纤敏感环支座块装置。

进一步地，所述支座块的表面设有多个光纤安装槽。

进一步地，所述支座块为长方体结构。

进一步地，所述光纤安装槽为V形槽。

进一步地，所述V形槽两端的倾斜角为45度。

进一步地，所述夹板和支架上均设有螺栓孔，所述夹板通过螺栓经过所述螺栓孔连接所述支架。

进一步地，所述支架远离支座块槽体的一侧设有凸起块。

进一步地，所述光纤敏感环固定环装置包括底座、竖螺杆、环托和止块，所述竖螺杆的一端固定在所述底座上，所述环托和止块均安装在竖螺杆上，所述环托的数量为多个，所述光纤敏感环安装在相邻两个所述环托之间，所述止块通过螺纹连接所述竖螺杆，并与所述环托抵接。

进一步地，所述光纤敏感环固定环装置该包括锁扣，该锁扣可拆卸固定在竖螺杆上端。

本发明还提供一种采用如上所述的一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置的磨抛方法，包括以下步骤：

支座块加工步骤：获取Y波导芯片，在Y波导芯片表面开成光纤安装槽，并划切为支座块；

光纤环定轴步骤：将光纤安装在光纤安装槽内，并通过点胶固化；

支座块粘接步骤：在安装有光纤的支座块表面涂蜡，并固定在所述光纤敏感环支座块装置中，然后测量夹板两侧的高度差，调整夹板的平整度；

光纤环装配步骤：将光纤敏感环安装在光纤敏感环固定环装置上，将装配好的光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置均安装在磨抛机的磨抛夹具上，保持相对位置不变；

光纤环磨抛步骤：启动磨抛机，使得支架露出装配有光纤的支座块的一面接触磨抛机的旋转磨抛面进行转动作周期性机械磨抛，依次完成粗磨、精磨和精抛处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用上述光纤敏感环磨抛装置进行磨抛过程中，光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置均受外部设备固定，支架露出装配有光纤的支座块的一面接触磨抛机的旋转磨抛面进行磨抛；为提升磨抛效果，光纤敏感环支座块装置在磨抛过程中也进行自转，本光纤敏感环磨抛装置中，通过光纤敏感环固定环装置对光纤敏感环也进行固定，使得光纤敏感环支座块装置与光纤敏感环固定环装置同步自转，因而在自转过程中，固定在支座块上的光纤与光纤敏感环不会发生相对运动，满足自转条件；

从整体上，采用本发明的技术方案，用于直接耦合Y波导保偏光纤敏感环夹具装配，具有磨抛更稳定、更可靠，进而减少了磨抛振动，提高了保偏光纤环端面的磨抛去除量精度，减少磨抛后保偏光纤敏感环端面应力区开裂，提高其磨抛效率等优点。

(2)本发明提供的光纤敏感环固定环装置中，可在同一竖螺杆上设置多组环托，相邻两个环托间均可固定光纤敏感环，底座上安装的竖螺杆的数量也为多个，可以安装大量的光纤敏感环；

在光纤敏感环支座块装置中，支座块的表面设置有多个V形槽，也可以同时安装多个光纤，整体结构装载能力强，且固定稳定性高。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种光纤敏感环支座块装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种安装有光纤的支座块的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种安装有光纤的支座块的局部截面示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种光纤敏感环支座块装置的结构示意图；

图中，1、底座，2、竖螺杆，3、环托，4、止块，5、锁扣，6、支架，7、夹板，8、支座块，9、支座块端面，10、UV固化胶，11、保偏光纤端面，12、光纤应力区，13、光纤安装槽，14、光纤。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

本实施例提供一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置，包括光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置，光纤敏感环支座块装置用于固定支座块8和光纤14，支座块8由晶片制成，为块状结构，支座块8的表面设有光纤安装槽13，光纤14安装在该光纤安装槽13内；

光纤敏感环支座块装置包括支架6和夹板7，支架6为块状结构，该支架6的一端设有相互连接的支座块槽体和线槽，支座块8安装在支座块槽体内，光纤14安装在线槽内，夹板7可拆卸连接在支架6的两侧，固定支座块8和光纤14；

光纤敏感环固定环装置用于固定光纤敏感环，该光纤敏感环中的光纤14连接光纤敏感环支座块装置。

晶片为Y波导的原材料，制成产品后是Y波导芯片。

光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置均受外部设备固定，所在磨抛过程中光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置的相对位置保持不变。

采用上述光纤敏感环磨抛装置进行磨抛过程中，光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置均受外部设备固定，支架6露出装配有光纤14的支座块8的一面接触磨抛机的旋转磨抛面进行磨抛；为提升磨抛效果，光纤敏感环支座块装置在磨抛过程中也进行自转，本光纤敏感环磨抛装置中，通过光纤敏感环固定环装置对光纤敏感环也进行固定，使得光纤敏感环支座块装置与光纤敏感环固定环装置同步自转，因而在自转过程中，固定在支座块8上的光纤14与光纤敏感环不会发生相对运动，满足自转条件；

从整体上，采用本发明的技术方案，用于直接耦合Y波导保偏光纤敏感环夹具装配，具有磨抛更稳定、更可靠，进而减少了磨抛振动，提高了保偏光纤14环端面的磨抛去除量精度，减少磨抛后保偏光纤敏感环端面应力区开裂，提高其磨抛效率等优点。

作为一种优选的实施方式，支座块8的表面设有多个光纤安装槽13，可同时安装多根光纤14。

作为一种优选的实施方式，支座块8为长方体结构，方便安装固定，且使得后续的磨抛面为平面。

作为一种优选的实施方式，光纤安装槽13为V形槽，优选为两端的倾斜角为45度的V形槽，后续可通过点胶将光纤与支座块固定，V形槽的设置方便固化胶的分布固定。

本实施例中，夹板7和支架6上均设有螺栓孔，夹板7通过螺栓经过螺栓孔连接支架6。

作为一种优选的实施方式，支架6远离支座块槽体的一侧设有凸起块，该凸起块为长方体结构，用于光纤14导向以及外部设备对支架6的装夹固定；本实施例中凸起块的数量为两个，分别位于支架的两端，凸起块的形状均为长方体。

下面将光纤敏感环固定环装置的优选实施方式进行组合，得到对应的一种最优的实施方式，其结构和装配过程描述如下：

如图2-4所示，光纤敏感环固定环装置包括一支架6、设置在支架6两侧的夹板7，实现支座块8的定位，支架6中间开设支座块槽体及线槽，夹板7两端设置贯通固定孔，固定支架6与夹板7夹持支座块8，在支座块8上安装光纤14后可点胶固定，然后在支架6上安装支座块8可涂蜡固定，待涂蜡加温粘接固化后在支座块上表面测量高度差，保证其平整度±15um。

作为一种优选的实施方式，光纤敏感环固定环装置包括底座1、竖螺杆2、环托3和止块4，竖螺杆2的一端固定在底座1上，环托3和止块4均安装在竖螺杆2上，环托3的数量为多个，光纤敏感环安装在相邻两个环托3之间，止块4通过螺纹连接竖螺杆2，并与环托3抵接。

光纤敏感环固定环装置中，可在同一竖螺杆上设置多组环托，相邻两个环托间均可固定光纤敏感环，底座上安装的竖螺杆的数量也为多个，可以安装大量的光纤敏感环。

作为一种优选的实施方式，光纤敏感环固定环装置该包括锁扣5，该锁扣5可拆卸固定在竖螺杆2上端，通过锁扣防止止块弹出。

下面将光纤敏感环固定环装置的优选实施方式进行组合，得到对应的一种最优的实施方式，其结构和装配过程描述如下：

如图5所示，光纤敏感环固定环装置包括一底座1、设置在底座1上固定有竖螺杆2，竖螺杆2上连装配有环托3，在环托之间装夹光纤敏感环，在环托3上螺纹连接有止块4，该止块4的上端连接有锁扣5，在锁扣5防止止块弹出；装配时，将光纤敏感环放在环托3与环托3之间，且保持光纤敏感环与环托3的连接由止块4过渡，通过锁扣5固定，磨抛时，通过研磨料的作用下重力配合转动作周期性机械运动对光纤敏感环施加垂直向下的作用力。

光纤敏感环磨抛后的端面图如图4所示，支座块端面9、UV固化胶10、保偏光纤端面11以及光纤应力区12端面平整平整光洁度高、光纤应力区无开裂。

本实施例还提供一种采用如上所述的一种直接耦合Y波导保偏光纤敏感环磨抛装置的磨抛方法，包括以下步骤：

支座块加工步骤：获取Y波导芯片，在Y波导芯片表面开成光纤安装槽(13)，并划切为支座块(8)；

光纤环定轴步骤：将光纤安装在光纤安装槽(13)内，并通过点胶固化；

支座块粘接步骤：在安装有光纤的支座块(8)表面涂蜡，并固定在所述光纤敏感环支座块装置中，然后测量夹板(7)两侧的高度差，调整夹板(7)的平整度；

光纤环装配步骤：将光纤敏感环安装在光纤敏感环固定环装置上，将装配好的光纤敏感环支座块装置和光纤敏感环固定环装置均安装在磨抛机的磨抛夹具上，保持相对位置不变；

光纤环磨抛步骤：启动磨抛机，使得支架(6)露出装配有光纤(14)的支座块(8)的一面接触磨抛机的旋转磨抛面进行转动作周期性机械磨抛，依次完成粗磨、精磨和精抛处理。

如图1所示，该方法的具体实施过程如下：

(1)支座块加工：用密精划切机将晶片表面开成V形槽45度，槽宽深140×70um，再将晶片划切成支座块，长宽为26×2.4mm，开槽划切边缘崩缺尺寸控制精度≤0.1mm；

(2)光纤环定轴：把支座块清洗，将保偏光纤敏感环的两根光纤按轴向调校在支座条槽内，点胶UV固化，点胶整个过程要求涂胶均匀、且无污染，以免空胶影响其粘接面强度；

(3)支座块粘接：把定轴好的光纤环带支座块涂蜡加温粘接，并对其压片及固化，测量其高度差，要求其平整度±15um；

(4)光纤环装配：将粘接好的光纤环支座块端面与表面进行清洁处理后装在磨抛夹具上，要求光纤敏感环固定在光纤敏感环固定环装置中，保持与光纤敏感环支座块装置的相对位置不变，然后研磨、精抛；

(5)光纤环磨抛：在磨抛机上通过研磨料与聚氨酯盘的作用下，重力配合转动作周期性机械磨抛，首先粗磨，然后精磨，最后是精抛处理，磨抛过程中控制一定的磨抛去除量，并检查其端面磨抛质量，要求磨抛端面平整光洁度高、光纤应力区无开裂。

步骤(3)中，粘结是通过光纤敏感环支座块装置实现的，光纤敏感环支座块装置如图2-4所示，包括一支架6、设置在支架6两侧的夹板7，实现支座块8粘片的定位，支架6中间开设支座块槽体及线槽，夹板7两端设置贯通固定孔，固定支架6与夹板7夹持支座块8，待涂蜡加温粘接固化后在支座块上表面测量高度差，保证其平整度±15um。

步骤(4)中，光纤敏感环磨抛是通过光纤敏感环固定环装置实现的，光纤敏感环固定环装置如图5所示，包括一底座1、设置在底座1上固定有竖螺杆2，竖螺杆2上连装配有环托3，在环托之间装夹光纤敏感环，在环托3上螺纹连接有止块4，该止块4的上端连接有锁扣5，在锁扣5防止止块弹出；装配时，将光纤敏感环放在环托3与环托3之间，且保持光纤敏感环与环托3的连接由止块4过渡，通过锁扣5固定，通过研磨料的作用下重力配合转动作周期性机械运动对光纤敏感环施加垂直向下的作用力。

步骤(5)中，光纤敏感环磨抛后的端面图如图4所示，支座块端面9、UV固化胶10、保偏光纤端面11以及光纤应力区12端面平整平整光洁度高、光纤应力区无开裂。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。