通过扫描激光技术制备光纤熔锥型结构外文翻译资料

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通过扫描激光技术制备光纤熔锥型结构

简介:

通过扫描镜的驱动机制，可以得到显著地减值扩展光束特性，我们研究了几种扫描波形。然后用扫描的二氧化碳激光束技术扩大了硅纤维拉伸和烧结的均匀加热区，得到了详细的信息。一个简单的热模型给出了扫描光束轮廓与锥形形状的关系。并将各种扫描波形的融合参数特性进行了比较。相应的扫描波束的电流分布的实验，这使我们能够精确的得到特定功率密度条件下的二氧化碳激光聚变。

1.介绍

制作熔锥型光纤耦合器的基础器件得到了广泛的研究，最近提出了相关的技术概述。然而，大多数的研究都是基于FLA技术和一些微加热器。一些研究主要集中在激光加热技术。共同的挑战关于光纤熔锥如何获得大统一形式的加热区域，为一个光纤熔锥加热性是必不可少的。使用的工具，包括发散透镜，扫描镜，和翻译阶段，提出了实现CO2激光束加热源沿纤维束膨胀所需长度，即熔融拉锥光纤，比激光束的尺寸更大。

扫描镜的振动往往是基于振镜的偏转运动施加电压（称为波形）。4、振荡AP梨是增加一个方便的手段用以增加在加热区域的长度，但提供固有的不均匀光束，因为角速度的变化在两端间的振荡波，这是电子束扫描法的主要缺点。在本文中我们描述的光束形状2秒获得与锯齿扫描波形实现标准的扫描控制模块和解释，我们努力改善光束均匀性的振镜驱动机构的基本物理因素，去尝试最长的均匀的锥形形状，分为3节讨论。一个简单的热模型的实用范围在4节中介绍识别扫描光束的功率特性铒的文件，它的形状为锥形。显著的改进实现了融合纤维一起优化配置文件是在5节中证明。最后，我们给出了总结在第6节中的。

2.实验

A.测量扫描波束分布的设置

在可见光范围内进行扫描波形的优化，快速洞察光束均匀性。可见光辐射来自一个680纳米的激光二极管的孔径相同的直径为相干模型输出的光束是lc-25 CO2激光[图1（a）]。沿扫描波束的功率分布是由一个CCD相机测量640米480米9米像素显示扫描波束的精细结构图1（图2）。由于CCD阵列的长度限制为1厘米，而扫描的长度可能是1.5厘米，相机被安装到一个翻译阶段，允许连续的图像采集。三千图像采集过程G 1分钟的速度在60图像扫描频率为60赫兹。温度分布的依赖性

扫描频率

纵向温度分布由一个标准的锯齿形扫描波形均采用30 Hz的红外摄像机操作沿直径2毫米的石英棒测量了不同频率测量—目前在范围2–5.5米，位于2米以外的扫描镜图1（a），用一个小的观察角度相对于激光辐照束方向。扫描频率的选择也不多也不全是30赫兹的采样频率。结果实例在图2稳态扫描频率为图三。他的长度各地区似乎是最大的在最低频率图2（a）因为检流计的振幅随频率。为4赫兹振荡图2（1）的距离间的运动的边缘太大，频率太低，以弥补较大的平均时间花费在那里的光束通过热扩散。加热的区域的中心，然后共同收缩在LD。在这样的条件下，拉伸导致产生OS 锥度直径。当一个正弦波形被用来驱动扫描镜时，边缘的过热更为剧烈。图3显示两温度旁边仍然存在在更高的频率，而他们的消失与锯齿波形图2（乙）和2（丙）。由40 Hz锯齿波产生的振动表格一一叶诱导温度，但温度最大在图2（b）。温度分布更均匀、致密的最高锯齿波形频率图2（c）：形状几乎程阶梯状，与最大值超过最长距离最短的程度，但整体。这就是为什么在本文中所描述的研究是在最高的频率，其次是扫描仪的传动机构无失真和只通过扫描仪的特点，我们采用（与GS1 CX600驱动板控制的GSI G 325D振镜仪）。最高频率为100 Hz。角速度的扫描镜的100 Hz锯齿波形是在图4给出的。锋利的过渡在锯齿波驱动波形的扫描机构的时间响应平滑。我们引入Lmax，联合代表处的温度分布引起的该区域的长度移动二氧化碳激光束是最大值并且是均匀的。在第2节中，我们得到了一个优化的扫描波形来增加L值，得到的利用锯齿波形如图所示图2（丙）。扫描波形的优化一个压抑的电源区域分开的两个侧的功率叶与不同强度的扫描光束驱动的通常可用的扫描仪波形的中心（图5）。这种差异能产生的形状如图5（a）。我们还把镜子用其他标准波形（正方形，三角形）却得到了几乎相同的形状，从出现扫描反射镜在振动运动的转折点处的角速度消失。这是因为从施加的电压波形与转子不同扫描波形剖面惯性振镜偏转结果角速度已得到设计的相同的平均时间通过在每一个地方的扫描长度分段束花（见图6）与电流计偏转的响应时间，这限制了它的应用价值，并将其考虑在内。实际意味着实现光束均匀性由快速变化的波形叠加上一个缓慢变化的波形。缓慢变化的波形加快了平均速度角速度的镜子两边和减缓在扫描光束的中心，而快速变化的波形，加速了镜子的瞬时角速度减慢，我沿扫描长度（见图7）观察。这种叠加逐步减少镜子的角运动的振幅在一个周期内的慢变波形产生重叠，相应的转折点在整个扫描的长度。快速变化的波形的频率是有限的扫描仪的驱动机构的截止频率，在100 Hz的锯齿波形。为了防止振幅响应；如果是两个波形之间，这会妨碍良好的重叠，两波形式之间的频率比，这似乎是直接相关的，不宜过大。预期的幅度度均匀扫描将仅由检流计的频率响应有限公司。好的结果已经只有3分了。扫描波形的优化工作量大的问题，因为快速变化的替代波形的水平是至关重要的，必须调正，但是结果是值得试验（图8）。在图8没有完整明亮的旁瓣而是两侧臂顶端有宽阔平坦的帽子，这将产生一个背景中间功率水平的均匀功率区域保证逐渐过渡的脾气—在整个扫描长度的温度分布和良好的约束热当光束来自CO2激光。

在3以下的第5节中，我们比较了在图中给出的扫描波束图的影响。5（b）和8对125米单模康宁SMF28纤维相同的整体扫描锥和融合简介的长度。3。圆锥曲线当二氧化碳激光束功率沿光纤扫描（图1）时，增加了一个圆柱形透镜。在中间高度全宽（宽）的聚焦光束被确定为T 915米他方向垂直于镜头的轴线，通过使用一个设置的功率密度测量在红外线范围内与1米的空间分辨率。功率密度，需要减量可以估计从一个纤维伸长的重量和加热的均匀优化的扫描光束的不同的二氧化碳激光功率（图9）的伸长。翻译阶段是用来拉伸的光纤，功率激光器被调谐到产生一个足够低的排放水平，以防止损失所产生的过热（粘度太低，气泡会产生），但足够高的磷防止过冷引起的损失（粘度过大，并绘制张力应力纤维）和逐渐增加整个锥形过程维持恒定的发射（类似桔子的方面）。

100赫兹的锯齿扫描光束的一侧比其他更灿烂。所得到的拉伸轮廓由一个长的，薄的锥度和短，厚锥度[图。10（甲）和10（乙）]。这个排放从优化扫描光束，原来是视觉上更加均匀。因此，它已经可以拉伸纤维更大长度。由此产生的拉伸曲线电子由只有一个长，细的锥形[图10（三）]，长于在图10（1）。在相同拉力条件下拉伸时的光传输因此,沿着高斯辐照温度梁是只取决于纤维的发现直径和总激光功率,通过一个代数方程。温度计算执行的温度依赖性传热方程参数,确定经验和配备了相当复杂的表达式(表1),考虑。对于一个温度的辐射术语不是可以忽略不计的在热方程中,推导的激光感应的温度曲线是不可能的；因为热的温度依赖太复杂的动力学参数非线性微分方程。一大好处来自下面的代数推导的假设,可以使用热的数值解伸展运动发生的粘度,因此温度必须超过阈值，使二氧化硅达到软化点。我们估计通过应用拉伸阈值实验10 g的体重的纤维,将纤维看成一个烤箱,逐步增加烤箱的温度,直到能够观察到纤维的伸长。软化温度被发现落入一个非常狭窄范围,1180 - 1185 k,纤维伸长对温度非常敏感。从图14(a)二氧化碳辐照,与微灯加热源,不产生恒定的温度剖面沿着纤维在拉伸下常数激光功率,因为吸收激光的波长和损失不以同样的方式不同。纤维是锥形它不能锥形拉伸,直到得到一个小直径,因为温度到达二氧化硅的拉伸阈值。图14(a)曲线的增加迅速锥直径。温度区段的】对不同的光纤激光辐照引起的直径(无花果。14(a)]明显更广泛的比高斯光束的功率分布(无花果。14(b)),因为沿着硅热扩散气温高于纤维,但只有部分拉伸阈值逐渐减少。图14所示(一个)从简单的热模型,忽略了辐射损失,是有效的只有当温度超过所用的轻微或较低软化二氧化硅,热发射的视觉弱。否则他们高估了温度值。因此我们可以使用它们来得到一个估计的可以通过锥直径最小，使用无重点的固定激光功率密度在2.3毫米FWMH W最大激光输出高斯光束,导致平均功率密度Pd 312.3 2.3 5.86平方毫米)。40米最小锥直径值发现从图14(a),可以从报告的实验校准曲线0.82功率密度Pd 4.40.82 Ref。46.54平方毫米。下拉时优化图8的扫描电子束纤维冷却必须停止伸长,直到拉或激光功率增强,防止纤维断裂,因为温度会低于软化点的硅的光传输锥形突然减少,这为我们提供了一个好的指示器停止运动或增加激光功率)。我们可能达到14 mm伸长,导致20毫米长锥形14毫米长斜坡,6毫米长统一直径(腰),记录在图12。进一步
伸展运动是不可能的,因为纤维的长度的腰锥等于统一的宽度在图8中,有40米直径的限制激光自律。因此,只有统一的整体扫描的一部分对于生产统一的蜡烛和长度是有用的决定了腰部的长度,这解释了我们的动机提高辐照的均匀性能。功率密度均匀部分的优化扫描电子束Pd(图8)316 0.915 - 5.65,接近无重点的密度固定从我们的激光光束和理论上的腰锥形概要图12所示。二氧化碳激光的吸收力量,二氧化硅也导致两个纤维融合时粘度较低足够的允许下烧结表面张力。扫描波束波形的影响两个融合纤维的纵向剖面相比(图15)。二氧化碳能力之间的联系密度和形状融合的特点可以推导出纵向融合配置文件下创建不同的功率分布辐照激光光束,可以用来预测功率密度需要实现融合的想要的形状。融合纤维置于一个套圈,旋转直到纤维图像都是锋利的,位于一个平面垂直于显微镜的方向横向的观察,测量部分宽度定义在15和16个可以执行。大多数时候,融合区域是扭曲的,这测量太棘手,因为两者纤维不融合一起，在同一个平面上长度。在我们的实验中,两种纤维带接触到一个槽垂直照射梁,不需要加捻简化了融合的特征概要文件。横截面宽度可以测量由10个显微镜直接校准5米分辨率的规模。的箍着融合纤维沿着100决议获得的形状融合配置文件的纤维的轴。另外,这些测量(如。图14),使用图像处理功能扩展维度从像素到微米得到更好的精度。通过一个圆柱形扫描光束集中镜头(无花果。1(a)],而固定梁不是专注。光束功率配置文件给出了无花果。固定梁14(b),在图5中(b)锯齿与1 扫描波形在图8的优化扫描波形1厘米的振幅。相关的参数映射与融合区域特征介绍了CO2激光参数在表2列出每个扫描波形,提供洞察力激光核聚变的过程。我们获得的平均功率密度激光功率除以面积曲线下的配置参数,每个梁的权力垂直于纤维轴。从图17整体融合长度相比大大减少束照射的程度。它可以延长使用的高功率密度(表2)固定梁。权力梁与尖锐叶导致配置文件窄和更深层次的融合区域。固定梁收益率的最短的腰,使用最高的权力密度。融合扩展,正如预期的那样,当CO2激光扫描沿纤维。然而,锯齿之间没有显著增加沿着固定光束扫描,结果可以解释的差异图5(b)和旁瓣之间发生融合与增强灵敏度功率密度(表2)。使用优化的扫描波形不显著提高融合区域的长度与锯齿波区域(图17),但它大大增加了腰直径,产生一个平滑过渡区周围的大统一区域(斜坡减少;参见图18),几乎相同的功率密度(表2)和扫描振幅,因为梁概要文件近均匀(图8),它导致一个几乎绝热结构,与损失0.05 dB(见图19),为进一步提供最长的统一的腰逐渐减少与光滑的斜坡保持良好的指导属性以及个人之间的过渡纤维和耦合区域。一个优化的扫描梁0.7厘米振幅不会增加整体融合长度比高斯固定梁FWMH,2.3毫米的权力再分配是尖锐,但收益率流畅的姿态,并使用平均功率的一半密度(表2),统一融合的长度地区扩展,增加的幅度优化扫描波形从0.7到1厘米导致一个更广泛的腰,因为平均功率密度降低(表2),从图17和表2,我们注意到的一个重要特性优化:整体融合的程度表示“状态”的振幅比例扫描波形,这不是理由锯齿轮廓,腰部是减少减少功率密度。因此,优化扫描波形是一个很好的候选人振幅调制,可以用于不同的融合长度根据需要,不能执行锯齿概要文件。当的振幅增加扫描锯齿波形1 - 1.5厘米,融合长度和腰围都减少了,之前的平均功率密度变得太低两个实现融合(表2和纤维图20),对应于一个融合的阈值1.17平方毫米。高灵敏度(整体融合的特征程度上,最小横截面宽度)阈值可以从表2并使它CO2激光辐照比例难以融合:发生在融合的开始1.17 W平方毫米,完整实现融合1.25 W平方毫米的锯齿波扫描配置文件较低的振幅。高功率密度应避免在低损耗熔的制造结构。掌握机械也更加困难联系的因素,因为与其他火焰或微波炉技术,纤维不应该扭曲并可能不同，从一个到另一个实验。统一融合的长度直接相关的统一力量长度扫描电子束概要件。光束均匀性更重要融合比逐渐减少因为没有伸长发生增加结构的长度。我们指出,激光功率是预防在二氧化碳吸收纤维过热直到开始融合和略有增加温度不变,在烧结的最低水平,而横向部分宽度减少,防止损失从出现。因此,激光功率却降低了，扫描振幅增加,产生相同的纤维视觉效果来自热发射。表2中给出。我们报告从实证的角度,热炽热实现烧结有点那么激烈较低的损失比实现拉伸。建模它是更加困难,因为双芯的几何集。对于一个给定的扫描梁侧面,最小横截面宽度,或融合的腰,随功率密度增大而减小(表2),而整体的融合程度的增加,因为温度足够高高于阈值产生融合在一个更大的长度。分离内核也被报道各种扫描波形,从10显微镜距离测量(图15)。这是一个有用的输入参数对fused-fiber光学预测基于components10准确,不能占通过简单的理论模型,11、12但最近发展,以改善其决心通过复杂的流建模。13个核心分离测量问题更大的不确定性比横向的部分宽度,因为没有明确的边界划定精确的横向范围核心,但比较在不同扫描波形是显著的。我们提出了一个改进一束均匀扫描,获得标准检流计镜子,CO2激光捏造出来的扫描电子束技术,推导了使用一个优化扫描波形,收益率有所改善fused-taper一致性,显示的能力产生光滑的蜡烛和融合区域,生成的在低损耗fused-fiber组

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