CN100451702C - 粗芯光纤激光焊接器及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于粗芯光纤焊接的粗芯光纤激光焊接器及焊接方法，采用小型百瓦级CO2激光器作为光源，用一块枣核形的透镜把激光器输出的激光束整形成环状光束，碗状的反射镜把这束环状的激光反射到碗状反射镜碗口中心的焦点，待焊接的光纤就放置在焦点位置。碗状的反射镜的中心有一个圆孔，光纤从这个圆孔穿过，使光纤焊接部位位于碗状的反射镜焦点的中心，环状激光聚焦以后可以环绕光纤均匀地照射在待焊接的位置。控制CO2激光器的功率和功率输出时间，以焊接不同直径的光纤。本发明解决了粗芯光纤的焊接问题，使光纤的焊接点均匀光洁。
Description
技术领域
本发明涉及光纤焊接，特别是一种将直径400μ以上的粗芯光纤焊接在一起的粗芯光纤激光焊接器及焊接方法。
背景技术
实现粗芯光纤焊接的现有技术有两种：一种是传统的电火花焊接，这项技术在直径200μ以下的通讯光纤焊接已经很成熟了，但是用于直径400μ以上的光纤焊接，目前还不是很理想。另一种是环状电加热体对光纤的待焊接面施加高温进行焊接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于粗芯光纤焊接的粗芯光纤激光焊接器及焊接方法，以解决直径大于400μ的粗芯光纤的焊接问题，使光纤的焊接点均匀光洁。
本发明的基本思想是：采用小型百瓦级CO2激光器作为光源，用一块枣核形的透镜把激光器输出的激光束整形成环状光束，碗状的反射镜把这束环状的激光反射到碗状反射镜碗口中心的焦点，待焊接的光纤就放置在焦点位置。碗状的反射镜的中心有一个圆孔，光纤从这个圆孔穿过，使光纤焊接部位位于碗状的反射镜焦点的中心，环状激光聚焦以后可以环绕光纤均匀地照射在待焊接的点上。控制CO2激光器的功率和功率输出时间，就可以焊接不同直径的光纤。整个焊接器由小型CO2激光器、激光功率和输出时间控制器、中心带有小孔的碗状聚焦镜、光纤夹具、光纤夹具位置控制器组成。本发明解决了粗芯光纤的焊接问题，使光纤的焊接点均匀光洁。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种粗芯光纤激光焊接器，其特点是该焊接器包括一台CO2激光器，在该CO2激光器输出光束的前进方向设有一块枣核形双圆锥透镜和碗底中心带有圆孔的碗状反射聚焦镜，两个光纤夹夹固待焊接光纤，该光纤夹的支架置于三维移动装置上，所述的CO2激光器输出的激光束被所述的枣核形双圆锥透镜整形成环状分布的激光束照射到所述的碗状反射聚焦镜上，聚焦到该碗状反射聚焦镜的焦点位置，调整所述的三维移动装置，使两个光纤夹所夹持的且相互对准的两段待焊接光纤的对接处置于所述的碗状反射聚焦镜的焦点位置。
所述的CO2激光器为百瓦级的CO2激光器，输出激光功率0-100W连续可调，激光输出时间可控，激光束模式为TEM00。
所述的枣核形双圆锥透镜是由对10.6μ波长激光透射损耗小的光学材料制成的，其基本形状为两头尖中间大的枣核形双圆锥体，最大直径处大于所述的激光束的直径，锥面角度为10.6μ激光波长的布鲁斯特角，使用时两个锥尖放置在光轴上，其中一个锥尖对着激光束的入射方向，另一个锥尖对着出射方向。
所述的碗状反射聚焦镜的口径大于所述的环状激光束的外径；中心圆孔的直径小于所述的环状激光束的内径，大于光纤夹的直径；所述的碗状反射聚焦镜的焦点位于反射镜碗口位置的中心。
所述的碗状反射聚焦镜的圆孔的下方对应光纤夹的支架的位置有一个狭缝，该狭缝的宽度与所述的支架的厚度相等，该碗状反射聚焦镜的反射面镀金膜。
利用所述的激光粗芯光纤焊接器对粗芯光纤焊接的方法，包括下列步骤：
①将两根待焊接的光纤用分别两个光纤夹夹持，待焊接的光纤穿过碗状反射聚焦镜的圆孔，通过调节所述的三维移动装置使所述的两根待焊接的光纤的两焊接端对接并将焊接端置于所述的碗状反射聚焦镜的焦点位置；
②调整CO2激光器的激光输出功率，使所述的环状激光束由碗状反射聚焦镜能聚焦照射在光纤的待焊接部位，启动CO2激光器，激光聚焦照射在光纤的待焊接部位产生高温融化光纤材料，使两段光纤连接在一起；
③将焊接好的光纤从所述的碗状反射聚焦镜的圆孔的下方的狭缝中取出。
本发明粗芯光纤激光焊接器的优点是：
1.光纤熔接面处的加热功率能控制精确；
2.加热均匀；
3.构造简单。
附图说明
图1为本发明粗芯光纤激光焊接器的激光整形部分结构示意图。
图2为本发明粗芯光纤焊接器的粗芯光纤夹持及焊接部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变化范围。
请参阅图1和图2所示，有图可见，本发明粗芯光纤激光焊接器，包括一台CO2激光器1，在该CO2激光器1输出光束2的前进方向设有一块枣核形双圆锥透镜3和碗底中心带有圆孔51的碗状反射聚焦镜5，两个光纤夹6夹固两段待焊接光纤7，该光纤夹6的支架8置于三维移动装置9上，所述的CO2激光器1输出的激光束2被所述的枣核形双圆锥透镜3整形成环状分布的激光束4照射到所述的碗状反射聚焦镜5上，被聚焦到该碗状反射聚焦镜5的焦点位置，调整所述的三维移动装置9，使两个光纤夹6所夹持的且相互对准的两段待焊接光纤7的对接处置于所述的碗状反射聚焦镜5的焦点位置。
所述的CO2激光器1为百瓦级的CO2激光器，输出激光功率0-100W连续可调，激光输出时间可控，激光束模式为TEM00，光束直径5mm。
所述的枣核形双圆锥透镜3是由对10.6μ波长激光透射损耗小的光学材料制成的，其基本形状为两头尖中间大的枣核形双圆锥体，最大直径处大于所述的激光束2的直径，锥面角度为10.6μ激光波长的布鲁斯特角，使用时两个锥尖放置在光轴上，其中一个锥尖对着激光束2的入射方向，另一个锥尖对着出射方向。
所述的碗状反射聚焦镜5的口径大于所述的环状激光束4的外径，中心圆孔的直径小于所述的环状激光束4的内径，大于光纤夹6的直径，所述的碗状反射聚焦镜5的焦点位于反射镜碗口位置的中心。
所述的碗状反射聚焦镜5的圆孔51的下方对应光纤夹6的支架8的位置有一个狭缝(图中未示)，该狭缝的宽度与所述的支架的厚度相等，以便于焊接好的光纤的取出。该碗状反射聚焦镜的反射面镀金膜。
利用本发明激光粗芯光纤焊接器对粗芯光纤焊接的方法，包括下列步骤：
①将两根待焊接的光纤7用分别两个光纤夹6夹持，待焊接的光纤7穿过碗状反射聚焦镜5的圆孔，通过调节所述的三维移动装置9使所述的两根待焊接的光纤7的两焊接端对接并将焊接端置于所述的碗状反射聚焦镜5的焦点位置；
②调整CO2激光器1的激光输出功率，使所述的环状激光束4由碗状反射聚焦镜5能聚焦照射在光纤7的待焊接部位，启动CO2激光器1，激光聚焦照射在光纤7的待焊接部位产生高温融化光纤材料，使两段光纤连接在一起；
③将焊接好的光纤7从所述的两个光纤夹6卸下并从碗状反射聚焦镜(5)的圆孔(51)的下方的狭缝中取出。
所述的光纤夹6是市售的，其支架8是用片状钢板制成的，连接在一三维移动装置9上，三维移动装置9分别带动光纤7使其端面对齐，并使待焊接面处于激光的焦点位置。激光聚焦照射在光纤7的待焊接部位，根据不同的光纤直径在CO2激光器上选择激光输出功率和激光输出时间，融化待焊接部位的光纤材料，使两根光纤焊接在一起。
本发明激光粗芯光纤焊接器用于直径400μ以上的粗芯光纤焊接实验表明，具有实用性强，焊接点均匀光洁的特点。
Claims (7)
1、一种粗芯光纤激光焊接器，其特征在于该焊接器包括一台CO2激光器(1)，在该CO2激光器(1)输出光束的前进方向设有一块枣核形双圆锥透镜(3)和碗底中心带有圆孔(51)的碗状反射聚焦镜(5)，两个光纤夹(6)夹固待焊接光纤(7)，该光纤夹(6)的支架(8)置于三维移动装置(9)上。
2、根据权利要求1所述的粗芯光纤激光焊接器，其特征在于所述的CO2激光器(1)是一种功率1-100W连续可调、激光输出时间可控，激光束模式为TEM00CO2激光器。
3、根据权利要求1所述的粗芯光纤激光焊接器，其特征在于所述的枣核形双圆锥透镜(3)是由对10.6μ波长激光透射损耗小的光学材料制成的，其基本形状为两头尖中间大的枣核形双圆锥体，最大直径处大于激光束(2)的直径，锥面角度为10.6μ激光波长的布鲁斯特角，使用时两个锥尖放置在光轴上，其中一个锥尖对着激光束(2)的入射方向，另一个锥尖对着出射方向。
4、根据权利要求1所述的粗芯光纤激光焊接器，其特征在于所述的碗状反射聚焦镜(5)的口径大于环状激光束(4)的外径，中心圆孔的直径小于环状激光束(4)的内径，大于光纤夹(6)的直径，所述的碗状反射聚焦镜(5)的焦点位于反射镜碗口位置的中心。
5、根据权利要求1所述的粗芯光纤激光焊接器，其特征在于所述的碗状反射聚焦镜(5)的圆孔(51)的下方对应于光纤夹(6)的支架(8)的位置有一个狭缝，该狭缝的宽度与所述的支架的厚度相等。
6、根据权利要求1或5所述的粗芯光纤激光焊接器，其特征在于所述的碗状反射聚焦镜(5)的反射面镀金膜。
7、利用权利要求1所述的激光粗芯光纤焊接器对粗芯光纤焊接的方法，特征在于包括下列步骤：
①将两根待焊接的光纤(7)用分别两个光纤夹(6)夹持，待焊接的光纤(7)穿过碗状反射聚焦镜(5)的圆孔，通过调节所述的三维移动装置(9)使所述的两根待焊接的光纤(7)的两焊接端对接并将焊接端置于所述的碗状反射聚焦镜(5)的焦点位置；
②调整CO2激光器(1)的激光输出功率，使环状激光束(4)由碗状反射聚焦镜(5)能聚焦照射在光纤(7)的待焊接部位，启动CO2激光器(1)，激光聚焦照射在光纤(7)的待焊接部位产生高温融化光纤材料，使两段光纤连接在一起；
③将焊接好的光纤(7)从所述的碗状反射聚焦镜(5)的圆孔(51)的下方的狭缝中取出。
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