[发明专利]一种可变槽宽骨架工装及利用该工装的光纤环成型方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种可变槽宽骨架工装以及一种光子晶体光纤环的成型方法，特别涉及是一种高温度性能光子晶体光纤陀螺光纤环的绕制、施胶固化及时效处理方法。

背景技术

光纤陀螺具有结构简单、精度覆盖范围广、可靠性高和设计寿命长等固有特点，是惯性系统的主流仪表之一，已经广泛应用于导弹武器系统、卫星和飞船等空间飞行器。但由于光纤陀螺中光纤环对辐照和温度非常敏感，针对性的防护设计增大了光纤陀螺的重量、体积和功耗。光子晶体技术的发展使得光纤陀螺的性能有了更大的提升空间，采用光子晶体光纤代替普通保偏光纤作为光纤陀螺的光传输介质，可以有效减小磁场法拉第效应、kerr效应等误差，同时，利用其对温度和辐照敏感度低的特点，可以提高光纤陀螺的环境适应性，是光纤陀螺技术新的发展方向之一。

光子晶体光纤也称为多孔光纤和微结构光纤，由周期性排列的空气孔和纯石英构成，通过改变空气孔的尺寸和排布方式，可以改变光纤的多项参数，可实现无截止单模传输、很低的色散、较高的双折射以及大模场等特性。这些特点使得光子晶体光纤在光纤传感器和光学器件等方面都具有广阔的应用前景。

性能优良的光纤环对光纤陀螺而言非常关键，特别是对于光纤陀螺的温度性能尤为重要，温变情况下，光纤环引起的光纤陀螺误差可以用下式表示：

ΔΩ=n2SLD∫01(1-2u)T.(u)du---(1)]]>

n为光纤折射率，u=z/L，z代表光纤上的一点。S为光纤的shupe系数，可以表示为：

Φ为在一小段光纤dl发生温度变化dT时产生的相位延迟，与沿光纤的热场分布、热引起的偏振串扰、折射率温度系数和应力温度系数相关，上式所示误差在光纤环相对于中点完全对称时为零，因而增强对称性是光纤环设计追求的目标。

由于光子晶体光纤的折射率和shupe系数都小于普通保偏光纤，因而在同样的对称度下将获得更稳定的温度性能。但正是由于光子晶体光纤多孔的结构特点，给光纤环的成型带来了较大的难度，在光子晶体光纤的绕制和固化过程中，需保证光子晶体光纤的结构不被破坏，否则，精心设计的对称绕制工艺就难以发挥作用，式（1）的积分误差将超出陀螺的设计允许范围。

目前，国内外关于光子晶体光纤的研究报道较多，多是关于光子晶体光纤的结构设计及其制备技术，以及与现有常用光纤的性能参数的对比分析的报道。到目前为止国内外研究光子晶体光纤陀螺的单位不多，国际上研究光子晶体光纤陀螺的单位主要是美国斯坦福大学和Draper实验室；国内研究光子晶体光纤陀螺的单位主要有航天科技集团九院13所时代光电公司、北京航空航天大学等。到目前为止，针对光子晶体光纤陀螺的研究还处于起步研究阶段，对于光子晶体光纤环的成型工艺技术的报道尚未发现。

现阶段国内对于光纤环的成型工艺多采用有骨架光纤环，主要采用四极对称绕制工艺技术，采用这一成型工艺的光纤陀螺，由于光纤之间存在微小的缝隙，很难同时满足温度和力学性能的双重要求。因此，为了提高光子晶体光纤环的环境适应性，采用施胶固化的工艺对光子晶体光纤粘结固定成为一个整体，但是由于光子晶体光纤的内部结构尺寸的特殊性，采用原有的绕制和固化工艺势必会导致光子晶体光纤的内部结构发生变化，从而影响成型光纤环的温度性能。因此，针对特殊结构的光子晶体光纤，需要提出一种新型的光纤绕制技术和固化工艺，实现高性能光子晶体光纤环的成型。

发明内容