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33所光纤耦合器10年研制结硕果侧记

发布时间:2011-05-27    信息来源: 中国航天科工集团公司

  
  图:技术人员正在制作光纤耦合器

  从无到有,从大到小,从学习到创新、从成品率不足20%到超过70%……在33所,被称之为“发丝上的舞蹈”的光纤耦合器研制工作走过了10年曲折探索之路。

  光纤耦合器是一种用于传送和分配光信号的无源器件,是光纤陀螺的重要部件,其性能直接影响到陀螺的输出特性与精度,在整个导航系统中起着至关重要的作用。

  “它的外形看起来像英文字母‘X’,左、右两边各代表一根光纤,中间交点代表光纤结点,两根光纤会聚后再分开,这就是光纤耦合器。”技术人员说。

  
一波几折 从无到有

  为了加快光纤陀螺的研究工作,满足陀螺生产的应用,降低光纤陀螺成本,同时彻底摆脱对外协单位的依赖,33所从2001年开始着手光纤耦合器的研发工作。

  当时,由于国际相关的禁运限制及国内厂家设备的落后,研制要求很难得到满足,科研人员只能对购买来的单模光纤耦合器设备进行升级。

  据科研人员回忆,这项工作只能在一个完全漆黑的屋里进行,为了更好地观看光纤火焰的大小,还必须关窗避风。在南方夏天湿热的天气里,从早上8点一直干到晚上10点多,大家身上的衣服被汗水浸透了。

  功夫不负有心人。经过700多个日夜的不懈努力和坚持守候,设备改造这项最重要的基础工作终于被33所科研人员完成了。这台设备是当时国内唯一一台可以兼做保偏耦合器和单模耦合器的设备,实现了不同用途的耦合器在一台设备上制作,且各项性能都达到制作要求。这样一来不但大大降低了成本,也为后续科研生产奠定了良好的硬件设施基础。

  设备的问题解决了。可当科研人员终于开始耦合器的研制时,又有一堆技术难题摆在面前。

  “单模光纤纤芯非常脆弱,而且操作窗口小,要把两根纤芯融到一起,就如同在头发丝上跳舞一样,操作难度极大。”科研人员告诉记者。另外,封装胶的选择、配制比例都是保密的信息,他们必须自己“摸着石头过河”。

  不仅如此,据科研人员介绍,做温度试验时,性能参数的急剧变化有时会让所有准备工作,包括近两个月的理论分析和数据推算完全宣告失败,进而再从头开始制作、试验。不过,这些都没有阻碍他们前进的脚步。终于,经过200余次的试验,耗费了近两年的时间,光纤耦合器研制成功了。

  
执著“瘦身” 由大变小

  解决了“从无到有”的问题后,33所研制人员又把精力投入到“从大到小”的研究中来。

  据他们介绍,为了保证光纤陀螺的装配工艺和性能指标的稳定,光纤耦合器的体积需要不断缩小,各项指标性能继续提高,可在这个过程中,光的传导性能会变差,研制难度也更大。

  因此,全体科研人员又投入到这场光纤耦合器“瘦身战”中。经过不断的技术摸索和工艺改进,在大量理论分析和科学试验的基础上,该所技术人员成功找到了外形尺寸和光传导性能的平衡点,将光纤耦合器的尺寸缩小了近一半,成为国内体积最小的光纤耦合器。

  日前,该所光纤耦合器研制工作又取得了重要进展。生产过程中的关键技术被顺利攻克,光纤耦合器的成品率从研制初期的不到20%提高到了超过70%,这意味着它将被更好地应用在光纤陀螺上,使光纤陀螺的研制生产更具灵活性。

  随着光纤耦合器研制不断取得突破,性能不断提高,其应用领域也在不断拓宽。它可以用于铁路轨道的检测,及时发现道路问题,为铁路轨道提供安全保障;在石油勘探钻井行业,小陀螺结构能够安置到尺寸更小的钻头上,克服了以前用机械陀螺时内部活动部件易损坏、难以运输、抗振动性差、抗冲击力弱等缺点,且光纤陀螺应用寿命也是机械陀螺的数倍,可大大加快工程进度,有效降低工程应用的成本。此外,光纤陀螺还可以应用在光纤传感器、舰船、民用飞机的惯性导航和汽车导航仪、各种极限作业的控制装置等领域。

  目前,33所制作的光纤耦合器已成功应用在多个型号的光纤陀螺中,成功打破了耦合器依靠外协外购的局面。今后,耦合器的尺寸有望进一步缩小,陀螺的结构性能也将进一步优化。为把这支“发丝上的舞蹈”跳得更精彩,科研人员们仍在不断地改编着“舞曲”、探索着“舞步”。
 (文/程献影 唐新培)

  

  (责任编辑:郝婧)

  

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