特殊光纤的高质量切割

时间:2017-09-25 09:19来源:北京拓普光研科技发展有作者:yeyan 点击:
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摘要:伴随着光纤在光通信领域中的成功应用,光纤作为一种光波导结构的优势也越来越被各个领域所认可。伴随着拉纤工艺的进步,各类接近理论极限的特种光纤被研发实现、制作甚至应用于商业化。

关键字:光纤,光纤切割,激光切割

  特殊光纤的高质量切割

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  伴随着光纤在光通信领域中的成功应用,光纤作为一种光波导结构的优势也越来越被各个领域所认可。伴随着拉纤工艺的进步,各类接近理论极限的特种光纤被研发实现、制作甚至应用于商业化。

  与传统的通信用光纤不同,应用于多种领域的特殊光纤从结构、形状、材质等多种物理化学性质上都与传统的通信用光纤有很大的区别。要把各种各样的光纤都进行高质量切割,使用传统的金属刀片加侧压光纤的切割方式显然是无法满足我们对绝大多数特殊类型光纤的切割要求。

  在传统的光纤切割方式以外,还可以采用超声波切割刀、CO2激光切割等方式来对光纤进行切割处理等工作。

  采用CO2激光来进行光纤切割,主要利用的是石英对CO2激光器波长的强烈吸收效应,能够很快地对光纤端面造成损伤效果。通过调整激光的光斑、角度、能量等参数,一般都可以优化出一个比较理想的光纤切割效果。缺点是目前的成熟产品价格昂贵、调试不便,很少有实验室可以采用如此工艺进行实践。

  采用超声波切割刀对特殊光纤进行切割,是一种较为广泛的高质量光纤切割方法,我们在此汇总了使用超声波光纤切割刀对特殊光纤进行高质量切割的思路。

  超声波切割刀对光纤进行切割的原理:

特殊光纤的高质量切割

  对光纤施加一个适当的张力,使用超声波振动的金刚石切割刀在光纤表面制造一个微裂痕,依靠施加在光纤上的张力使光纤自然分裂,得到一个高质量的切割效果。

  面对各种不同类型的特殊光纤,需要我们调校超声波切割刀。

  影响切割效果的几个因素主要有:光纤夹持扭力、光纤夹持侧向应力、光纤张力、金刚石刀头寿命、超声波振动频率、切割刀移动速度、切割刀与光纤距离。

  光纤夹持扭力:光纤的扭转会一直影响到切割角度,直径越大的光纤越容易由扭转造成较大的的光纤切割角度。尤其在夹持非圆形光纤的情况下,我们需要改进兼容性高的夹持工艺,确保夹具不会对光纤产生扭力。一种方案是使用液态金属夹持工艺:在金属熔融的状态下把光纤放入液态金属中,利用凝固后的金属对光纤进行夹持。这样就不会对形状不规则的光纤产生扭力。

  光纤夹持侧向应力:需要光纤与夹具足够匹配,以免出现光纤翘起、微弯等形变。而面对极特殊的光纤比如氟化物光纤等软玻璃光纤,侧向应力会直接导致光纤的断裂。避免侧向应力,一种是要针对特殊光纤的直径请切割刀厂家帮忙提供与之非常匹配的夹具,另一种是使用具有兼容性设计的光纤夹持系统或液态金属夹持系统。诸如下图所示(美国3sae, 瑞典Northlab等企业均有类似夹持方案设备):

特殊光纤的高质量切割

  光纤张力:光纤张力的大小决定了能否完成切割和切割面是否崩裂的结果。张力不足,即使切割刀已经在光纤表面制造了微损伤,也会由于张力小而无法使光纤发生断裂,尤其是大直径光纤。而张力偏大,则光纤的断裂面会直接产生较大的崩裂。如以下示意图,张力越小,镜面的直径越大。

特殊光纤的高质量切割

  金刚石刀头寿命:金刚石刀头的寿命会远高于金属刀片,但同样有使用寿命极限。当金刚石切割刀的切割刀位寿命达到极限后,同样会造成切割质量下降,最明显的是微创伤点范围增大。同时由于切割刀寿命达到极限,为了完成切割,其它参数不得不做相应调整,比如增大张力等,这也会造成切割质量裂化。

特殊光纤的高质量切割

  切割刀振动频率:振动频率主要影响了光纤内部结构。当光纤内部结构较为复杂时,比如保偏光纤(应力区的存在)、微结构光纤等等。而具体合适的切割频率根据光纤内部微结构的分布也千差万别,需要尝试多次调整。 而对振动频率调整的同时也需要对张力同时调整。一般来讲,频率越低需要的张力也越低,频率越高需要的张力也偏大。

  切割刀移动速度:切割刀移动的速度,决定了刀头与光纤第一次接触时的能量大小,同时速度越快切割刀与光纤作用的时间越短,速度慢在一次切割时切割刀与光纤作用的时间越长。在能够切断光纤的条件下,速度慢一些更好。

  综上所述,完成对特种光纤的高质量切割,首先要保证切割设备拥有能够实现高质量切割的因素:超声波切割刀、无扭力夹持、无应力夹持等,还需要使用人针对具体特殊光纤的情况反复摸索和熟悉切割刀参数。欢迎各位老师就各自的切割问题与北京拓普光研交流沟通!如需了解更多技术文献、近期活动,请关注北京拓普光研官方微信。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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