CN118464211B - 单晶光纤封装装置及单晶光纤传感探头 - Google Patents
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Abstract
本申请公开单晶光纤封装装置及单晶光纤传感探头。所述单晶光纤封装装置包括用于容纳单晶光纤的保护套管、截止阀和充气装置。保护套管的材质不会与单晶光纤的材质发生化学反应。充气装置通过截止阀与保护套管连通，对保护套管抽真空或向保护套管内充入保护气体。由此，利用本申请的单晶光纤封装装置可以实现充气，一定程度上增加了装置的复用性，装置内充入的气体种类和压力可根据实验需求灵活选择，还有利于保持保护套管内的气压恒定；再者，利用保护套管作为封装主体对单晶光纤封装后，单晶光纤位于封闭环境中，避免单晶光纤受外界复杂恶劣环境的污染，也能避免单晶光纤可能产生的化学反应，提高光纤的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及单晶光纤封装装置及单晶光纤传感探头。
背景技术
航空发动机需在高温、高压等极端恶劣环境下工作，其中航空发动机状态感知与智能诊断是保证航空发动机长期安全运行的关键问题之一。而在航空发动机众多的信息感知中，高温监测则是其中的重要一环。热电偶、晶体测温技术、辐射测温法等都在航空发动机高温监测方面有所应用。光纤测温法具有抗电磁干扰、重量轻、体积微小等天然优势，在航空航天系统机体结构安全监测方面逐渐开始应用。然而，传统的石英光纤一般仅适用于300℃以下温度，在航空发动机等超高温环境下具有先天的局限性。一般通过在光纤表面涂覆涂层来保护光纤，但其在高温下的长期稳定性目前难以保证。
为提高光纤传感探头的高温适应性，近年来基于单晶光纤（Single crystalfiber）的传感探头得到了持续的发展。以单晶蓝宝石光纤为例进行说明如下：
单晶蓝宝石光纤的熔点高达2054℃并在可见光至近红外波段具有良好的光学传输特性，相对于传统石英光纤具有更高熔点和激光损伤阈值、更高的耐腐蚀性、机械性能和更宽的光谱透射范围，是实现高温环境下传感探头开发的最佳材料选择之一。因此，单晶光纤传感探头（比如单晶蓝宝石光纤传感探头）的发展对航空发动机等恶劣环境监测具有重大的研究意义和实用价值。
由于高温下单晶蓝宝石光纤会与外界空气中的成分产生化学反应，单晶蓝宝石光纤传感探头在1500℃超高温环境下长期运行（>100小时）后，单晶蓝宝石光纤的表面会生成氢氧化铝产生损耗斑、微蚀刻线等表面劣化现象，造成单晶蓝宝石光纤的表面不均匀，从而破坏光传输的全内反射约束条件，极大地影响单晶蓝宝石光纤对信号光的传输效率。因此，为确保单晶光纤传感探头在超高温环境下长期运行的可靠性，可以对单晶蓝宝石光纤进行封装。
目前，一种光纤封装装置包括保护套管（也称为sapphire tube）和堵塞于保护套管两端的密封件（seal device）。这种光纤封装装置对光纤的封装是一次性的（只能一次充入气体），不利于保持保护套管内的气压恒定。
发明内容
本申请的目的在于公开一种单晶光纤封装装置及单晶光纤传感探头。所述单晶光纤封装装置或者单晶光纤传感探头能多次充气，不仅提高复用性，充入的气体种类和压力可根据实验需求灵活选择，还有利于保持保护套管内的气压恒定。
第一方面，本申请公开一种单晶光纤封装装置。所述单晶光纤封装装置包括用于容纳所述单晶光纤的保护套管、截止阀和充气装置。所述保护套管致密不透气，所述保护套管的材质不会与所述单晶光纤的材质发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点。所述充气装置通过所述截止阀与所述保护套管连通，在所述截止阀打开的情况下，对所述保护套管抽真空或向所述保护套管内充入保护气体。
在一些实施方式中，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头和连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接，所述第一三通接头的第二端与所述保护套管的第一端连接；所述第一三通接头的第三端和所述保护套管的第二端中的一者密封，另一者与所述连接器密封连接，所述连接器用于与穿出所述保护套管的所述单晶光纤连接。
在一些实施方式中，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头、第一连接器和第二连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接；所述第一三通接头的第二端与所述保护套管连接，所述第一三通接头的第三端与所述第一连接器密封连接，所述保护套管的第二端与所述第二连接器密封连接，以使得所述单晶光纤的两端均穿出所述保护套管相应的与所述第一连接器和所述第二连接器连接。
在一些实施方式中，所述充气装置包括第二三通接头、真空泵、供气装置和阀门，其中：所述真空泵和所述供气装置中的一者通过阀门连接所述第二三通接头的第一端，所述真空泵和所述供气装置中的另一者连接所述第二三通接头的第二端；所述第二三通接头的第三端与所述截止阀连接。
在一些实施方式中，所述保护套管包括被加热段；所述单晶光纤封装装置包括两条毛细管，两条所述毛细管分别自所述保护套管相对的端部插入所述保护套管内，且均与所述被加热段相分隔开。
在一些实施方式中，自所述保护套管的端部，每条所述毛细管伸入所述保护套管的长度为D，0cm＜D≤20cm。
在一些实施方式中，所述单晶光纤封装装置包括压力监测仪，所述压力监测仪连接于所述截止阀与所述保护套管之间的通路。
在一些实施方式中，所述单晶光纤封装装置包括低温段，所述单晶光纤封装装置包括气室，所述气室通过所述低温段连通所述保护套管的被加热段。
在一些实施方式中，在所述单晶光纤为蓝宝石光纤、单晶蓝宝石光纤光栅、单晶蓝宝石光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为蓝宝石管，或者，高纯氧化铝陶瓷管；在所述单晶光纤为YAG（钇铝石榴石晶体）光纤、YAG掺杂光纤、单晶YAG光纤光栅、单晶YAG光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为YAG单晶管。
第二方面，本申请公开一种单晶光纤传感探头。所述单晶光纤传感探头包括单晶光纤、保护套管和截止阀，其中，所述单晶光纤穿设于所述保护套管，所述保护套管致密不透气，所述保护套管的材质不会与所述单晶光纤的材质发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点；所述截止阀与所述保护套管连接，以开关所述保护套管。
在一些实施方式中，所述单晶光纤传感探头包括第一三通接头和连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接，所述第一三通接头的第二端与所述保护套管的第一端连接；所述第一三通接头的第三端和所述保护套管的第二端中的一者密封，另一者与所述连接器密封连接，所述连接器用于与穿出所述保护套管的所述单晶光纤连接。
在一些实施方式中，所述单晶光纤传感探头包括第一三通接头、第一连接器和第二连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接；所述第一三通接头的第二端与所述保护套管连接，所述第一三通接头的第三端与所述第一连接器密封连接，所述保护套管的第二端与所述第二连接器密封连接，以使得所述单晶光纤的两端均穿出所述保护套管相应的与所述第一连接器和所述第二连接器连接。
在一些实施方式中，所述保护套管包括被加热段；所述单晶光纤传感探头包括两条毛细管，两条所述毛细管分别自所述保护套管相对的端部插入所述保护套管内，且均与所述被加热段相分隔开。
在一些实施方式中，自所述保护套管的端部，每条所述毛细管伸入所述保护套管的长度为D，0cm＜D≤20cm。
在一些实施方式中，所述单晶光纤传感探头包括压力监测仪，所述压力监测仪连接于所述截止阀与所述保护套管之间的通路。
在一些实施方式中，所述单晶光纤传感探头包括低温段，所述单晶光纤传感探头包括气室，所述气室通过所述低温段连通所述保护套管的被加热段。
在一些实施方式中，所述单晶光纤为蓝宝石光纤、单晶蓝宝石光纤光栅、单晶蓝宝石光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为蓝宝石管，或者，高纯氧化铝陶瓷管；或者，所述单晶光纤为YAG光纤、YAG掺杂光纤、单晶YAG光纤光栅、单晶YAG光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为YAG单晶管。
对于所述单晶光纤封装装置或者所述单晶光纤传感探头，在需要向保护套管内充气时，打开所述截止阀，通过所述充气装置向所述保护套管内充入保护气体，不需要充气时，关闭所述截止阀，充气装置停止充气，这样，从一定程度上增加了单晶光纤封装装置或者单晶光纤传感探头的复用性；保护套管内充入的气体种类和压力可根据实验需求灵活选择，有利于保持保护套管内的气压恒定；再者，利用保护套管作为封装主体对单晶光纤封装后，因为保护套管致密不透气，单晶光纤位于封闭环境中，避免单晶光纤受外界复杂恶劣环境的污染；最后，保护套管内充入保护气体、保护套管的材质与单晶光纤的材质不会发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点，由此，所述保护套管的保护与保护气体的保护相结合可阻止高温环境下，单晶光纤可能产生的化学反应，提高单晶光纤的稳定性。
附图说明
图1是根据本申请的实施方式示出的第一种单晶光纤封装装置的示意图；
图2是图1中A部分的放大图；
图3是根据本申请的实施方式示出的第二种单晶光纤封装装置的示意图；
图4是根据本申请的实施方式示出的第三种单晶光纤封装装置的示意图；
图5是根据本申请的实施方式示出的第四种单晶光纤封装装置的示意图；
图6是根据本申请的实施方式示出的第五种单晶光纤封装装置的示意图；
图7是根据本申请的实施方式示出的第六种单晶光纤封装装置的示意图。
具体实施方式
这里将结合附图，对本申请实施例（或称“实施方式”）中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
若本申请实施例中有涉及方向性指示或者位置关系的术语（例如上、下、左、右、前、后、内、外、顶、底、中心、竖直、水平、纵向、横向、长度、宽度、逆时针、顺时针、轴向、径向、周向等），则此类术语仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等；如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示或者位置关系也相应地随之改变。另外，本申请实施例中涉及“第一”、“第二”等术语，仅用于描述方便之目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1、图3、图4、图5、图6和图7共公开六种单晶光纤封装装置。这六种单晶光纤封装装置均包括用于容纳单晶光纤1的保护套管2、截止阀3和充气装置4。当然，保护套管2、截止阀3和充气装置4之间的连接不局限于本申请所述的连接方式。所述保护套管2致密不透气，保护套管2的材质不会与单晶光纤1的材质发生化学反应，以及，所述保护套管2的熔点不低于所述单晶光纤1的熔点。所述充气装置4通过所述截止阀3与所述保护套管2连通，在所述截止阀3打开的情况下，对所述保护套管2抽真空或向所述保护套管2内充入保护气体。也就是说，在需要对保护套管2的内部抽真空的情况下，截止阀3打开而对保护套管2内抽真空。在需要向保护套管2内充入保护气体的情况下，截止阀3处于打开状态，而向保护套管2充入保护气体。保护气体通常为惰性气体，它们化学性质极不活泼，一般不易跟其他元素化合。比如，氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气等，能实现后续所述作用即可。所述充气装置4充入保护气体可以在封装过程中，或者，单晶光纤传感探头工作过程中（也称之为在线充气）充入保护气体，根据具体情况而定。充气时，充入的保护气体可以是一种保护气体，也可以是几种保护气体构成的混合气体。
此外，技术人员可以理解，前述各种实施方式的所述单晶光纤封装装置的各连接处经过密封处理（也即，本申请的连接，在相应的连接处需要密封连接的情况下，包括密封的含义）。根据连接处的连接方式等具体情况采用相应的密封方式，比如，后续实施方式中，截止阀3与第一三通接头51的连接采用金属管591（薄壁管）或者细管密封；又比如，金属配合件592、金属管591、保护套管2以及毛细管8等等相应的连接处使用高温密封胶进行固定密封。
如上述设置，在需要向保护套管2内充气时，打开所述截止阀3，通过所述充气装置4向所述保护套管2内充入保护气体，不需要向保护套管2内充气时，关闭所述截止阀3，充气装置4停止充气，这样，从一定程度上增加了单晶光纤封装装置的复用性，保护套管2内充入的气体种类和压力可根据实验需求灵活选择，有利于保持保护套管2内的气压恒定；再者，利用保护套管2作为封装主体对单晶光纤封装后，因为保护套管2致密不透气，单晶光纤1位于封闭环境中，避免单晶光纤1受外界复杂恶劣环境的污染；最后，保护套管2内充入保护气体、保护套管2的材质与单晶光纤1的材质不会发生化学反应，以及，所述保护套管2的熔点不低于所述单晶光纤1的熔点，由此，保护套管2的保护与保护气体的保护相结合可阻止高温环境下，单晶光纤1可能产生的化学反应，提高单晶光纤的稳定性。
参见图6并将图6与图1、图3、图4和图5比较，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头51和连接器（为便于与后续实施方式区别，将此连接器称之为第一连接器52）。第一连接器52不限，比如，光纤FC接头。所述第一三通接头51的第一端与所述截止阀3连接，如何连接不限，比如，通过金属管591连接，金属管591不限，能满足密封要求即可，比如，黄铜管。所述第一三通接头51的第二端与所述保护套管2的第一端连接，如何连接不限，比如，第二端通过金属配合件592与保护套管2的第一端连接。所述第一三通接头51的第三端与所述第一连接器52密封连接。所述第一连接器52用于与穿过所述保护套管2的第一端、所述第一三通接头51的第三端以及所述第一光纤保护结构6的所述单晶光纤连接。第一光纤保护结构6的结构不限。如何密封连接不限，比如，通过第一光纤保护结构6密封连接。比如，第一光纤保护结构6包括一个金属管591和一个金属配合件592。第一三通接头51的第三端通过金属管591和金属配合件592与所述第一连接器52连接。第一连接器52可以与测温系统连接。所述保护套管2的第二端密封。
如上述设置，单晶光纤1的一端穿出所述保护套管2的第一端与第一连接器52连接（也即，单晶光纤1的一端露出保护套管2），保护套管2的第二端密封，这样，通过第一连接器52可以获得有益数据，比如，在第一连接器52与测温系统连接的情况下，可以实现对封装过程中单晶光纤及其接触区域的精确温度监测，便于及时调整封装过程中的加热等操作，确保封装质量。此外，通过第一光纤保护结构6的保护，光纤不容易被损坏或者被外界环境污染等等。
参见图7，图6是密封保护套管2的第二端，图7与图6相比，图7是密封第一三通接头51的第三端。如下，结合附图，更为详细的说明：
参见图7，并将图7与图1、图3、图4和图5比较，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头51和连接器（为了与前述连接器区别，称之为第二连接器53）。第二连接器53的结构不限，比如，在本申请中，第二连接器53包括裸纤适配器593和法兰盘耦合器7构成的组件。在另一些实施方式中，第二连接器53也可以只是裸纤适配器593，或者法兰盘耦合器7。所述第一三通接头51的第一端与所述截止阀连接。所述第一三通接头51的第二端与所述保护套管2的第一端连接。第一三通接头51的第三端密封。如何密封不限，比如，通过密封胶密封，或者，此时，所述第一三通接头51实际为两通接头。所述第二连接器53与所述保护套管2的第二端密封连接，如何密封连接不限，比如，通过第二光纤保护结构密封连接。第二光纤保护结构的结构不限，比如，所述第二光纤保护结构包括金属管591和金属配合件592。金属管591与保护套管2的第二端连接，金属配合件592的两端分别与所述金属管591和裸纤适配器593连接。所述裸纤适配器593连接所述法兰盘耦合器7。通过设置第二连接器53，可以将单晶光纤1与光谱仪等外部设备连接。
如上述设置，通过将第一三通接头51的第三端密封，并设置所述第二连接器53，将第二连接器53与光谱仪等外部设备连接后，可以测量所述单晶光纤1的光信号（也可以认为是一种有益数据），用于评价封装后，单晶光纤1的性能，比如，通过光谱特性分析，分析光纤内光信号的波长分布、强度分布等光谱特性；又比如，在封装过程中，单晶光纤的光学性能可能会受到热处理、应变或其他因素的影响。通过实时或定期连接光谱仪测试，可以监控这些变化，确保光纤性能符合预期标准，比如保持低损耗、高带宽或特定的光谱透过特性。
图5和图6所示实施方式中，单晶光纤封装装置一端密封，单晶光纤从另一端伸出与连接器连接。基于此，也可以是单晶光纤两端均穿出保护套管2，如下，更为详细的说明：
参见图1、图3、图4和图5，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头51、第一连接器52和第二连接器53，所述第一三通接头51的第一端与所述截止阀3连接；所述第一三通接头51的第二端与所述保护套管2连接，所述第一三通接头51的第三端与所述第一连接器52密封连接，所述保护套管2的第二端与所述第二连接器53密封连接，以使得所述单晶光纤1的两端均穿出所述保护套管2相应的与所述第一连接器52和所述第二连接器53连接。
如上述设置，所述单晶光纤封装装置的单晶光纤1的两端穿出所述保护套管，通过第一连接器52和第二连接器53分别连接外部设备，更利于获得有益数据。
在本申请的实施方式中，所述充气装置4可以是集成的装置，一个装置能实现抽气和充气的功能。但是，在另一些实施方式中，所述充气装置4也可以是两个装置等构成，叙述这实施方式如下：
参见图3、图4和图5，所述充气装置包括第二三通接头41、真空泵42、供气装置43和阀门44。供气装置43的结构不限，在图3、图4和图5中，供气装置43包括单向阀、流量计和减压阀。所述阀门44在本实施方式中为截止阀。在图3至图5中，真空泵42通过阀门44连接第二三通接头41的第一端。供气装置43连接于第二三通接头41的第二端。在另一些实施方式中，也可以是供气装置43通过阀门44连接于第二三通接头41，而真空泵42直接连接于第二三通接头41。总之，无论阀门44如何连接，只要使得一路供气时，另一路能关闭即可。所述第二三通接头41的第三端与所述截止阀3连接。
如上述设置，所述充气装置4包括第二三通接头41、真空泵42、供气装置43和阀门44并基于所述连接关系，不仅充气方便，还能确保封装质量，比如，a）通过真空泵42抽真空后再充气，可以有效排除这些有害物质，保护单晶光纤1免受氧化和潮湿的损害，从而延长单晶光纤1的使用寿命；b）抽真空后充入保护气体（如氩气）可以防止微粒污染风险；c）抽真空后充入保护气体并封装，可以确保保护套管2内的清洁度，减少光散射现象，保持信号的高保真传输。
参见图2并结合图1、图3、图4和图5，所述保护套管2包括被加热段21。在本申请的实施方式中，被加热段21被高温炉20加热。所述单晶光纤封装装置包括两条毛细管8，两条所述毛细管8分别自所述保护套管2相对的端部插入所述保护套管2内，且均与所述被加热段相分隔开。相分隔开的距离在图2中示意为d。毛细管的材质不限，比如为金属材质，金属材质也不局限于不锈钢。
如上述设置，通过设置所述毛细管8，毛细管8可以对单晶光纤1进行保护，同时，毛细管8与被加热段21相分隔开，在封装过程中，可以确保毛细管8不会因为热量而影响性能。
参见图2，自所述保护套管2的端部，每条所述毛细管8伸入所述保护套管2的长度为D，0cm＜D≤20cm。比如，0.5cm、0.8cm、1cm、1.3cm、1.5cm、1.8cm、2cm、2.3cm、2.5cm、2.8cm、3cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、4cm、4.3cm、4.5cm、4.8cm、5cm、5.5cm、5.8cm、6cm、6.5cm、7cm、7.3cm、7.5cm、7.7cm、8cm、8.3cm、8.5cm、8.7cm、9cm、9.2cm、9.5cm、9.8cm、10cm、10.5cm、10.8cm、11cm、11.2cm、11.6cm、12cm、12.3cm、12.6cm、13cm、13.5cm、14cm、14.2cm、14.5cm、14.8cm、15cm、15.3cm、15.8cm、16cm、16.5cm、17cm、17.5cm、18cm、18.2cm、18.5cm、18.8cm、19cm、19.3cm、19.5cm、19.8cm或者20cm。
如上述设置，由于0cm＜D≤20cm，一方面，所述毛细管8能起到保护单晶光纤1的作用，另一方面，毛细管8距离加热段11较远，更能避免热量影响毛细管8的性能。
参见图4和图5，所述单晶光纤封装装置包括压力监测仪91，所述压力监测仪91连接于所述截止阀3与所述保护套管2之间的通路。在本实施方式中，所述压力监测仪91连接于所述截止阀3与第一三通接头51之间的通路。
如上述设置，通过设置所述压力监测仪91，可以通过压力监测仪91实时监测内部气体压力（也认为是一种有益数据），给出气体泄露报警。
参见图5，所述单晶光纤封装装置包括低温段。低温段是相对于所述被加热段21而言。所述单晶光纤封装装置包括气室92。气室92的结构不限，比如，气室92为一段连接管。在一些实施方式中，连接管上也可以连接压力计。所述气室92通过所述低温段连通所述保护套管2的被加热段21。虽然图5所示的实施方式包括压力监测仪91，技术人员可以理解，在另一些实施方式中，也可以不包括压力监测仪91，而只设置气室92。
如上述设置，通过设置所述气室92，气室92与被加热段21连通，这样，气室92可在高温时为膨胀的气体提供缓冲空间，减小内部压力，降低气体泄露可能。
在一些实施方式中，所述单晶光纤1为蓝宝石光纤（可以认为裸纤）、单晶蓝宝石光纤光栅、单晶蓝宝石光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管2为蓝宝石管，或者，高纯氧化铝陶瓷管；在所述单晶光纤1为YAG光纤、YAG掺杂光纤、单晶YAG光纤光栅、单晶YAG光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管2为YAG单晶管。
如上述设置，基于保护套管2的材质与单晶光纤1的材质之间的关系，可以进一步有效的避免其他材料与单晶光纤1接触产生化学反应和污染，并维持高温下的强度，进而，封装效果好。
第二方面，本申请的实施方式公开一种单晶光纤传感探头。单晶光纤传感探头的一些结构和/或有益效果的叙述可以参见所述单晶光纤封装装置的结构和/有益效果的叙述。所述单晶光纤传感探头包括单晶光纤1、保护套管2和截止阀3，其中，所述单晶光纤1穿设于所述保护套管2，所述保护套管2致密不透气，所述保护套管2的材质不会与所述单晶光纤1的材质发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点；所述截止阀3与所述保护套管2连接，以开关所述保护套管。在所述截止阀3处于打开状态下，可以对保护套管2内抽真空或者充入保护气体。
如上述设置，对于所述单晶光纤传感探头，在需要向保护套管内充气时，在截止阀上连接充气装置后，打开所述截止阀，通过所述充气装置向所述保护套管内充入保护气体，不需要充气时，关闭所述截止阀，充气装置停止充气，这样，从一定程度上增加单晶光纤传感探头的复用性；保护套管内充入的气体种类和压力可根据实验需求灵活选择，有利于保持保护套管内的气压恒定；再者，因为保护套管致密不透气，单晶光纤位于封闭环境中，避免单晶光纤受外界复杂恶劣环境的污染；最后，保护套管内充入保护气体、保护套管的材质与单晶光纤的材质不会发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点，由此，所述保护套管的保护与保护气体的保护相结合可阻止高温环境下，单晶光纤可能产生的化学反应，提高单晶光纤的稳定性。
在一些实施方式中，参见图7和图6，所述单晶光纤传感探头包括第一三通接头和连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接，所述第一三通接头的第二端与所述保护套管的第一端连接；所述第一三通接头的第三端和所述保护套管的第二端中的一者密封，另一者与所述连接器密封连接，所述连接器用于与穿出所述保护套管的所述单晶光纤连接。
如上述设置，单晶光纤1的一端穿出所述保护套管2的第一端与第一连接器52连接（也即，单晶光纤1的一端露出保护套管2），保护套管2的第二端密封，这样，通过第一连接器52可以获得有益数据，比如，在第一连接器52与测温系统连接的情况下，可以实现对封装过程中单晶光纤及其接触区域的精确温度监测，便于及时调整封装过程中的加热等操作，确保封装质量。此外，通过第一光纤保护结构6的保护，光纤不容易被损坏或者被外界环境污染等等。
通过将第一三通接头51的第三端密封，并设置所述第二连接器53，将第二连接器53与光谱仪等外部设备连接后，可以测量所述单晶光纤1的光信号（也可以认为是一种有益数据），用于评价封装后，单晶光纤1的性能，比如，通过光谱特性分析，分析光纤内光信号的波长分布、强度分布等光谱特性；又比如，在封装过程中，单晶光纤的光学性能可能会受到热处理、应变或其他因素的影响。通过实时或定期连接光谱仪测试，可以监控这些变化，确保光纤性能符合预期标准，比如保持低损耗、高带宽或特定的光谱透过特性。
参见图1、图3、图4和图5，所述单晶光纤传感探头包括第一三通接头、第一连接器和第二连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接；所述第一三通接头的第二端与所述保护套管连接，所述第一三通接头的第三端与所述第一连接器密封连接，所述保护套管的第二端与所述第二连接器密封连接，以使得所述单晶光纤的两端均穿出所述保护套管相应的与所述第一连接器和所述第二连接器连接。
如上述设置，所述单晶光纤传感探头的单晶光纤1的两端穿出所述保护套管，通过第一连接器52和第二连接器53分别连接外部设备，更利于获得有益数据。
在一些实施方式中，对于所述光纤传感探头而言，所述保护套管包括被加热段；所述单晶光纤传感探头包括两条毛细管，两条所述毛细管分别自所述保护套管相对的端部插入所述保护套管内，且均与所述被加热段相分隔开。
如上述设置，通过设置所述毛细管8，毛细管8可以对单晶光纤1进行保护，同时，毛细管8与被加热段21相分隔开，在封装过程中，可以确保毛细管8不会因为热量而影响性能。
在一些实施方式中，对于所述光纤传感探头而言，自所述保护套管的端部，每条所述毛细管伸入所述保护套管的长度为D，0cm＜D≤20cm。比如，0.5cm、0.8cm、1cm、1.3cm、1.5cm、1.8cm、2cm、2.3cm、2.5cm、2.8cm、3cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、4cm、4.3cm、4.5cm、4.8cm、5cm、5.5cm、5.8cm、6cm、6.5cm、7cm、7.3cm、7.5cm、7.7cm、8cm、8.3cm、8.5cm、8.7cm、9cm、9.2cm、9.5cm、9.8cm、10cm、10.5cm、10.8cm、11cm、11.2cm、11.6cm、12cm、12.3cm、12.6cm、13cm、13.5cm、14cm、14.2cm、14.5cm、14.8cm、15cm、15.3cm、15.8cm、16cm、16.5cm、17cm、17.5cm、18cm、18.2cm、18.5cm、18.8cm、19cm、19.3cm、19.5cm、19.8cm或者20cm。
如上述设置，由于0cm＜D≤20cm，一方面，所述毛细管8能起到保护单晶光纤1的作用，另一方面，毛细管8距离加热段11较远，更能避免热量影响毛细管8的性能。
对于所述单晶光纤传感探头，所述单晶光纤传感探头包括压力监测仪，所述压力监测仪连接于所述截止阀与所述保护套管之间的通路。
如上述设置，通过设置所述压力监测仪91，可以通过压力监测仪91实时监测内部气体压力（也认为是一种有益数据），给出气体泄露报警。
对于所述单晶光纤传感探头，所述单晶光纤传感探头包括低温段，所述单晶光纤传感探头包括气室，所述气室通过所述低温段连通所述保护套管的被加热段。
如上述设置，通过设置所述气室92，气室92与被加热段21连通，这样，气室92可在高温时为膨胀的气体提供缓冲空间，减小内部压力，降低气体泄露可能。
对于所述单晶光纤传感探头，所述单晶光纤为蓝宝石光纤、单晶蓝宝石光纤光栅、单晶蓝宝石光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为蓝宝石管，或者，高纯氧化铝陶瓷管；或者，所述单晶光纤为YAG光纤、YAG掺杂光纤、单晶YAG光纤光栅、单晶YAG光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为YAG单晶管。
不论是单晶光纤传感探头，还是所述单晶光纤封装装置，采用金属配合件592、金属管591之类的连接件实现相关部件之间的密封连接，密封更为简单，连接方便。
需要说明的是，以上实施例中所描述的技术方案或技术特征，在不产生冲突的情况下，可以相互组合或补充。本申请保护的范围并不局限于以上实施例所描述的以及在附图中所示出的精确结构；凡在本申请的精神和原则之内，所做的修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (11)
1.一种单晶光纤封装装置，其特征在于，所述单晶光纤封装装置包括用于容纳单晶光纤的保护套管、截止阀和充气装置，所述保护套管致密不透气，所述保护套管的材质不会与所述单晶光纤发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点；所述充气装置通过所述截止阀与所述保护套管连通，在所述截止阀打开的情况下，对所述保护套管抽真空或向所述保护套管内充入保护气体；
所述保护套管包括被加热段；所述单晶光纤封装装置包括两条毛细管，两条所述毛细管分别自所述保护套管相对的端部插入所述保护套管内，且均与所述被加热段相分隔开；所述单晶光纤从一端的毛细管经过所述保护套内部穿入另一端的毛细管。
2.根据权利要求1所述的单晶光纤封装装置，其特征在于，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头和连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接，所述第一三通接头的第二端与所述保护套管的第一端连接；所述第一三通接头的第三端和所述保护套管的第二端中的一者密封，另一者与所述连接器密封连接，所述连接器用于与穿出所述保护套管的所述单晶光纤连接；
或者，所述单晶光纤封装装置包括第一三通接头、第一连接器和第二连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接；所述第一三通接头的第二端与所述保护套管连接，所述第一三通接头的第三端与所述第一连接器密封连接，所述保护套管的第二端与所述第二连接器密封连接，以使得所述单晶光纤的两端均穿出所述保护套管相应的与所述第一连接器和所述第二连接器连接。
3.根据权利要求1所述的单晶光纤封装装置，其特征在于，所述充气装置包括第二三通接头、真空泵、供气装置和阀门，其中：
所述真空泵和所述供气装置中的一者通过阀门连接所述第二三通接头的第一端，所述真空泵和所述供气装置中的另一者连接所述第二三通接头的第二端；所述第二三通接头的第三端与所述截止阀连接。
4.根据权利要求1所述的单晶光纤封装装置，其特征在于，自所述保护套管的端部，每条所述毛细管伸入所述保护套管的长度为D，0cm＜D≤20cm。
5.根据权利要求1所述的单晶光纤封装装置，其特征在于，所述单晶光纤封装装置包括压力监测仪，所述压力监测仪连接于所述截止阀与所述保护套管之间的通路；
和/或，所述单晶光纤封装装置包括低温段，所述单晶光纤封装装置包括气室，所述气室通过所述低温段连通所述保护套管的被加热段。
6.根据权利要求1所述的单晶光纤封装装置，其特征在于，在所述单晶光纤为蓝宝石光纤、单晶蓝宝石光纤光栅、单晶蓝宝石光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为蓝宝石管，或者，高纯氧化铝陶瓷管；
在所述单晶光纤为YAG光纤、YAG掺杂光纤、单晶YAG光纤光栅、单晶YAG光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为YAG单晶管。
7.一种单晶光纤传感探头，其特征在于，所述单晶光纤传感探头包括单晶光纤、保护套管和截止阀，其中，所述单晶光纤穿设于所述保护套管，所述保护套管致密不透气，所述保护套管的材质不会与所述单晶光纤的材质发生化学反应，以及，所述保护套管的熔点不低于所述单晶光纤的熔点；所述截止阀与所述保护套管连接，以开关所述保护套管；
所述保护套管包括被加热段；所述单晶光纤传感探头包括两条毛细管，两条所述毛细管分别自所述保护套管相对的端部插入所述保护套管内，且均与所述被加热段相分隔开；所述单晶光纤从一端的毛细管经过所述保护套内部穿入另一端的毛细管。
8.根据权利要求7所述的单晶光纤传感探头，其特征在于，所述单晶光纤传感探头包括第一三通接头和连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接，所述第一三通接头的第二端与所述保护套管的第一端连接；所述第一三通接头的第三端和所述保护套管的第二端中的一者密封，另一者与所述连接器密封连接，所述连接器用于与穿出所述保护套管的所述单晶光纤连接；
或者，所述单晶光纤传感探头包括第一三通接头、第一连接器和第二连接器，所述第一三通接头的第一端与所述截止阀连接；所述第一三通接头的第二端与所述保护套管连接，所述第一三通接头的第三端与所述第一连接器密封连接，所述保护套管的第二端与所述第二连接器密封连接，以使得所述单晶光纤的两端均穿出所述保护套管相应的与所述第一连接器和所述第二连接器连接。
9.根据权利要求7所述的单晶光纤传感探头，其特征在于，自所述保护套管的端部，每条所述毛细管伸入所述保护套管的长度为D，0cm＜D≤20cm。
10.根据权利要求7所述的单晶光纤传感探头，其特征在于，所述单晶光纤传感探头包括压力监测仪，所述压力监测仪连接于所述截止阀与所述保护套管之间的通路；
和/或，所述单晶光纤传感探头包括低温段，所述单晶光纤传感探头包括气室，所述气室通过所述低温段连通所述保护套管的被加热段。
11.根据权利要求7所述的单晶光纤传感探头，其特征在于，所述单晶光纤为蓝宝石光纤、单晶蓝宝石光纤光栅、单晶蓝宝石光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为蓝宝石管，或者，高纯氧化铝陶瓷管；
或者，所述单晶光纤为YAG光纤、YAG掺杂光纤、单晶YAG光纤光栅、单晶YAG光纤法布里-珀罗腔或含有飞秒激光微加工的单晶光纤时，所述保护套管为YAG单晶管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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