CN101802665A - 光纤构造体及其制造装置、用于光纤构造体中的块状片 - Google Patents
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Abstract
光纤构造体(10)包括光纤(11a)和与光纤(11a)接合的块状片(12)，块状片(12)形成为朝着光纤接合侧端部逐渐变细的形状。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤构造体及其制造装置、用于光纤构造体中的块状片。
背景技术
激光波导部件作为传输高能量密度激光的光纤部件广泛地应用在加工装置等中。
专利文献1中公开了上述这样的激光波导部件。具体而言，在激光导向用光纤的至少一端，直径大于光纤的圆柱状块状片(杆)与该光纤在同一轴上接合在一起。
但是，在专利文献1所公开的激光波导部件中，因为光纤端部的端面面积与块状片端部的端面面积的面积差值很大，二者的热容量也大不同，所以存在以下问题：难以利用放电、燃烧器等熔接光纤和块状片，其可操作性差，生产效率低。
专利文献1：美国专利第5619602号公报
发明内容
本发明的光纤构造体，包括光纤和与该光纤接合的块状片，所述块状片形成为朝着光纤接合侧端部逐渐变细的形状。
本发明的光纤构造体的制造装置，用于制造块状片与光纤接合构成的光纤构造体，包括：片支承部、光纤支承部、移动部、加热部以及轴位置关系观察部，所述片支承部支承块状片，所述光纤支承部支承光纤，所述移动部使所述片支承部和所述光纤支承部相对移动，以便由所述片支承部支承的块状片和由所述光纤支承部支承的光纤在同轴上抵接在一起，所述加热部对由所述片支承部支承的块状片和由所述光纤支承部支承的光纤加热，所述轴位置关系观察部从与由所述片支承部支承的块状片的光纤接合侧的端部相反一侧的端部，观察块状片的光纤接合侧端部与光纤的端部的轴位置关系。
本发明的块状片是用于与光纤接合的块状片，形成为朝着光纤接合侧端部逐渐变细的形状。
附图说明
图1是表示光纤构造体的侧视图；
图2是表示块状片的侧视图；
图3是表示光纤构造体的制造装置的结构的图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
图1示出了本实施方式所涉及的光纤构造体10。该光纤构造体10被装入加工装置用激光导波部件等而使用。
该光纤构造体10包括光纤11a和接合在光纤11a的至少一个端部的块状片12。
光纤11a包括为光纤中心的由纯石英形成的高折射率纤芯和为覆盖该纤芯而设为一体的、由掺杂有氟等的石英形成的低折射率包层。而且，光纤11a还可以包括为覆盖包层而设为一体的、由纯石英形成的保护涂层。光纤11a，例如其长度为5mm-300m，外径为125-1500μm，纤芯直径为50-1200μm。在具有保护涂层的情况下，包层例如层厚度为3-90μm，保护涂层的层厚为5-60μm。在光纤11a中，例如纤芯的折射率为1.458，包层的折射率为1.440-1.454，若具有保护涂层的情况下，保护涂层的折射率为1.458。此外，光纤11a还可以被用UV固化型树脂等制成的覆盖层11b覆盖，来构成光纤缆芯11。
图2示出了块状片12。
块状片12的顶端侧部分12a形成为圆柱状等。基端侧部分12b朝着端部形成为瓶颈形状的逐渐变细的形状。基端侧部分12b的端部端面形成为与顶端侧部分12a的端部端面平行，该基端侧部分12b的端部端面在光纤11a的端部端面通过熔接而接合。也就是说，该块状片12的顶端侧部分12a的端面构成光射入部或光射出部，基端侧部分12b的端部构成光纤接合侧端部。根据这样的结构，因为光在比光纤端的端部端面宽大的块状片12的顶端侧部分12a的端面射入或射出，所以即使射入或射出的光的强度及密度降低，这些光也会在光纤11a会聚，而能够进行高强度及高密度光的传送。因此，能够避免因高强度及高密度光直接从光纤端面射入或者射出导致光纤11a遭受损伤。此外，块状片12的基端侧部分12b的逐渐变细的形状并不限于瓶颈形状，还可以形成为楔子形状等。
如图2所示，块状片12的顶端侧部分12a的端部端面，亦即光射入端面或者光射出端面可以被抗反射涂层(Anti Reflection Coating)13覆盖。在对光纤11a的端部的端面施加抗反射涂层处理的情况下，需要将光纤缆芯11整体投入到蒸镀机中，或者需要使用专用蒸镀机；前者的情况效率低故生产效率差，后者的情况需要对装置进行改造。但是，如果是上述结构，则能够在与光纤11a熔接以前，仅将很多的块状片12投入通用蒸镀机中，进行蒸镀处理。此外，作为抗反射涂层13，能够列举出例如有：二氧化铪-二氧化硅(HfO2-SiO2)膜、五氧化二钽-二氧化硅(Ta2O5-SiO2)膜、三氧化二铝-二氧化硅(Al2O3-SiO2)膜或者五氧化二铌-二氧化硅(Nb2O5-SiO2)膜等。
块状片12，可以是至少顶端侧部分12a的外周面经过了喷砂等处理而表面粗糙的片。如果是这样的结构，则能够在杂光等从外部射入时，不反射该杂光，而是让该杂光射向外部。
块状片12，例如长度为5-30mm，顶端侧部分12a的端部的端面外径D为1-25mm，基端侧部分12b的光纤接合侧端部的端面外径d为0.2-3mm。如图2所示，当设块状片12的顶端侧部分12a的长度为A，形成为逐渐变细的形状的基端侧部分12b的长度为B，及基端侧部分12b的扩展角度为θ时，优选地，设定以上这些尺寸，以确保来自光纤11a的光的扩展角度θ’成为θ以下，且在顶端侧部分12a的端部的端面的光的光径D’成为D以下。此外，激光的扩展依赖于光纤11a的数值孔径(NA)。考虑到以上各种情况，例如，使A为1-19mm，B为1-29mm，以及θ为10-25°。此外，从与光纤11a熔接时，用V型槽等支承块状片12之际的可操作性的观点来看，优选A在1mm以上。
这样的光纤构造体10能够以其自身作为光学元件使用，另外，光纤11a的长度为相对较短的5-100mm且块状片12仅与光纤的一个端部接合所构成的部件也能够作光学部件使用。如果使用这样的光学部件，则能够很容易地构成一个新的光纤构造体10，即光纤的另一个端部和其它光纤11a的端部通过光纤之间的相互连接，就在光纤端部设置有块状片12。
上述结构的光纤构造体10，能够通过边对块状片12的光纤接合侧端部及光纤11a的端部加热，边使二者抵紧来形成。
如上所述，在该光纤构造体10中，因为块状片12形成为朝着光纤接合侧端部逐渐变细的形状，所以缩小了光纤11a的端部的端面面积和块状片12的光纤接合侧端部的端面面积的面积差，二者的热容量接近，故能够很容易地将二者熔接，其结果就能够获得很高的生产效率。
这里，从优选块状片12的光纤接合侧端部的热容量和光纤11a的端部的热容量接近这一观点来看，优选前者的端面外径是后者的端面外径的1-5倍。
从光纤11a在与块状片12连接之际的加热所产生的变形对纤芯和包层的影响小的观点来看，与由纤芯和包层构成的双层结构相比，优选由纤芯、包层以及保护涂层构成的三层结构。
接下来，对光纤构造体制造装置20进行说明。
图3示出了该光纤构造体制造装置20的结构。
该光纤构造体制造装置20包括将长方体横向放置所构成的主体工作台21。此外，设该主体工作台21的长度方向为X方向，高度方向为Y方向，宽度方向为Z方向。
在主体工作台21的一端设置有支承光纤11a的光纤支承部22，同时在另一端设置有支承块状片12的片支承部23。
在X方向上可动的X方向可动部件24、在Y方向上可动的Y方向可动部件25以及在Z方向上可动的Z方向可动部件26，按照从下往上的顺序依次叠层，光纤支承部22放置在该叠层之上。光纤支承部22由上下一对部件构成，在上侧部件的下表面一侧和下侧部件的上表面一侧分别形成有V形槽，由这些V形槽将从绕线管上抽出来的光纤缆芯11上下夹住以便支承。
片支承部23也是由上下一对部件构成，在上侧部件的下表面一侧和下侧部件的上表面一侧分别形成有V形槽，由这些V形槽将块状片12的顶端侧部分12a上下夹住以便支承。
在主体工作台21上，于光纤支承部22和片支承部23之间设置有加热部27。
加热部27包括：在X方向、Y方向以及Z方向上可动的可动部件28、和设在可动部件28之上的利用煤气或电弧放电发出火焰的加热部主体29。另外，加热部27连接有对火焰的强弱进行调节的加热调节部30。
该光纤构造体制造装置20，在使光纤11a和块状片12接合的位置，包括Y方向观察相机32、Z方向观察相机33和Z方向扩大观察相机34以及X方向观察相机(轴位置关系观察部)31，其中，Y方向观察相机32设置在该位置的上方，Z方向观察相机33和Z方向扩大观察相机34分别设置在该位置的侧面，X方向观察相机(轴位置关系观察部)31设置在与由片支承部23支承的块状片12的光纤接合侧端部相反的那一侧。
Y方向观察相机32、Z方向观察相机33和Z方向扩大观察相机34以及X方向观察相机31，分别由CCD相机构成。Y方向观察相机32、Z方向观察相机33和Z方向扩大观察相机34分别从与轴垂直的方向观察块状片12的光纤接合侧端部和光纤11a的端部的轴位置关系。X方向观察相机31从轴向观察块状片12的光纤接合侧端部和光纤11a的与块状片接合侧端部的轴位置关系。
Y方向观察相机32、Z方向观察相机33、Z方向扩大观察相机34和X方向观察相机31各自与监控器35连接。监控器35的画面被分割为4个部分，分别表示这些相机各自摄制的影像。
接下来说明利用该光纤构造体制造装置20制造光纤构造体10的制造方法。
首先，以覆盖层11b剥离后露出的光纤11a朝内侧突出的方式由光纤支承部22支承光纤缆芯11的同时，由片支承部23支承块状片12，使形成为逐渐变细的形状的基端侧部分12b朝内侧突出。
接下来，利用X方向可动部件24、Y方向可动部件25以及Z方向可动部件26决定由光纤支承部22支承的光纤11a的位置，以使光纤端部的端面与由片支承部23支承的块状片12的光纤接合侧端部的端面正对。于是，X方向可动部件24、Y方向可动部件25以及Z方向可动部件26构成移动部。此时，在监控器35上观看Y方向观察相机32、Z方向观察相机33、Z方向扩大观察相机34以及X方向观察相机31各自摄制的影像，确认块状片12的光纤接合侧端部与光纤11a的端部的轴位置关系。
接下来，利用可动部件28将加热部27定位在光纤11a的端部和块状片12的光纤接合侧端部之间。
接下来，利用加热部27对光纤11a的端部和块状片12的光纤接合侧端部加热的同时，一边利用X方向可动部件24让光纤支承部22移动，使光纤11a的端部逐渐地接近由片支承部23支承的块状片12的光纤接合侧端部，一边让它们抵紧熔接。此时，在监控器35上观看Y方向观察相机32、Z方向观察相机33、Z方向扩大观察相机34以及X方向观察相机31各自摄制的影像，确认块状片12的光纤接合侧端部与光纤11a的端部的轴位置关系。
接下来，加热部27停止加热，并同时利用X方向可动部件24移动光纤支承部22，对光纤11a和块状片12的熔接部分施加微弱的张力。
之后，解除光纤支承部22和片支承部23的支承，取下光纤构造体10。
在用于使光纤相互接合的光纤熔接装置中，能够从垂直于轴的方向确认光纤的端部的轴位置关系来调芯，却不能够从轴向确认以调芯。但是，在该光纤构造体制造装置20中，因为设置有X方向观察相机31，所以能够从轴向确认块状片12的光纤接合侧端部与光纤11a的端部的轴位置关系来调芯。由此，便能够判断熔接的好坏，例如在熔接部分是否产生气泡、光纤11a的端部端面是否变形等。而且，如有必要，还能够进一步加热去除气泡或者使气泡缩小等。
产业实用性
本发明对光纤构造体及其制造装置、以及用于该光纤构造体中的块状片很有用。
Claims (9)
1.一种光纤构造体，包括光纤和与该光纤接合的块状片，其特征在于：
所述块状片形成为朝着光纤接合侧端部逐渐变细的形状。
2.根据权利要求1所述的光纤构造体，其特征在于：
所述块状片的逐渐变细的形状是瓶颈形状或楔子形状。
3.根据权利要求1或2所述的光纤构造体，其特征在于：
所述块状片的与光纤接合侧端部相反一侧的端面覆盖有抗反射涂层。
4.根据权利要求3所述的光纤构造体，其特征在于：
所述抗反射涂层是二氧化铪-二氧化硅膜、五氧化二钽-二氧化硅膜、三氧化二铝-二氧化硅膜或者五氧化二铌-二氧化硅膜。
5.根据权利要求1～4任一项所述的光纤构造体，其特征在于：
所述块状片的至少顶端侧部分的外周面经过了喷砂处理。
6.根据权利要求1～5任一项所述的光纤构造体，其特征在于：
所述块状片的光纤接合侧端面的外径是所述光纤的光纤接合侧端面的外径的1-5倍。
7.根据权利要求1～6任一项所述的光纤构造体，其特征在于：
所述光纤具有由纤芯、包层以及保护涂层构成的三层结构。
8.一种光纤构造体的制造装置，用于制造块状片与光纤接合构成的光纤构造体，其特征在于：
包括：片支承部、光纤支承部、移动部、加热部以及轴位置关系观察部，
所述片支承部支承块状片，
所述光纤支承部支承光纤，
所述移动部使所述片支承部和所述光纤支承部相对移动，以便由所述片支承部支承的块状片和由所述光纤支承部支承的光纤在同轴上抵接在一起，
所述加热部对由所述片支承部支承的块状片和由所述光纤支承部支承的光纤加热，
所述轴位置关系观察部从与由所述片支承部支承的块状片的光纤接合侧的端部相反一侧的端部，观察块状片的光纤接合侧端部与光纤的端部的轴位置关系。
9.一种块状片，用于与光纤接合，其特征在于：
所述块状片形成为朝着光纤接合侧端部逐渐变细的形状。
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