CN104656191A - 一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，以热剥离方式剥离光纤涂覆层，以超声波清洗剥离后的光纤，以切割的角度不大于1.5°对光纤进行切割，将切割后光纤装入光纤熔接机上使两根光纤熔接在一起，形成光纤熔接点，在光纤熔接完成后10min以内，以熔接点为中心1mm-3mm内的区域来回扫描式再加热熔接热影响区的光纤段。本发明采取了光纤涂覆层热剥离、裸光纤超声波清洗这两种低损伤的光纤熔接端面制备预处理方式，有效减少光纤熔接端面加工形成的微裂纹，平衡了光纤熔接区域及热影响区域的内应力，从而提高熔接后光纤的抗拉强度。

Description

一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法。

背景技术

光纤熔接是光纤元器件相互连接形成光路的主要技术手段，使得光信号可以在两根光纤中接续传播。通常是将两根光纤端面先加工成平整垂直光洁的端面，将两个端面附近区域光纤加热适当软化，使其熔合在一起，其结合部位即为光纤熔接点。光纤纤芯、应力区对准的情况，以及熔接区域光纤组成部分结构形状保持情况决定了光纤熔接点的光学特性。光纤包层表面的微裂纹分布情况，以及光纤内部应力分布情况决定了光纤熔接点的力学特性，即熔接点强度。

光纤熔接点的质量直接影响光路的可靠性与寿命，任一光纤熔接点失效都将导致光路失效。光纤的主要材料石英是一种脆性材料，一旦光纤表面形成划痕或微裂纹，在使用应力的作用下，裂纹的生长速度会随着光纤剩余截面面积（光纤截面面积减去裂缝存在那一部分截面的面积）的减小而越变越快，尤其在高温和潮湿的环境下，这种破坏的速度会显著增加，从而影响光纤的使用寿命。因此提高光纤熔接点的强度是提高熔接点可靠性的主要途径。

光纤内部应力分布也是影响光纤熔接后强度的重要因素。一般情况下，由于熔接区域石英材料软化后迅速冷却，外表面冷却速度较快，体积收缩较快，内部冷却速度较慢，体积收缩较慢，使得光纤熔接点附近的热影响区光纤外表面受到拉伸应力，内部受到压缩应力，导致热影响区光纤表面受到较大的拉伸应力，甚至在光纤表面上形成微裂纹，降低熔接点热影响区光纤的强度，成为光纤的脆弱环节。熔接区域附近的热影响区就成了整根光纤机械强度的薄弱部位。因此有必要采取必要的手段，在满足熔接光学功能、特性要求的前提下，弥合热影响区放电后收到拉伸形成的微裂纹，以进一步满足光纤陀螺、光纤传感器等对长寿命、高可靠、耐恶劣环境应用的迫切需求。

发明内容

本发明的技术解决问题：提供一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，对熔接后的两光纤熔接点附近的热影响区进行来回扫描式的再加热处理，将由于光纤熔接点局部石英材料快速冷却收缩在光纤表面产生的微裂纹进行修补，增加熔接后光纤的强度，从而提高熔接后光纤的寿命。

本发明的技术解决方案是：一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，实现步骤如下：

第一步，以热剥离的方式剥离光纤A、光纤B外部的涂覆层；加热温度控制在110℃-130℃，加热时间为6s-8s，剥离刀具的刀口间隙大于光纤直径6um-10um。

第二步，超声波清洗剥离后的光纤A、光纤B；清洗溶剂为纯度高于99.9%的乙醇或丙酮，超声波频率为40KHz-60KHz，超声波功率为6W-10W，清洗时间6s-12s，清洗时未剥除的光纤涂覆层进入液面下1mm-3mm。

第三步，切割清洁后的光纤A、光纤B端面，形成平整垂直端面；

第四步，将切割后的光纤A、光纤B装入光纤熔接机上使两根光纤熔接在一起，形成光纤熔接点；

第五步，在光纤熔接完成后10min以内，以熔接点为中心1mm-3mm内的区域来回扫描式再加热熔接热影响区的光纤段，来回扫描式加热的速度控制在0.5mm/s-2mm/s，再加热温度应略高于光纤包层材料的最低软化温度，同时低于光纤熔接温度，再加热时间为1s-4s。

光纤A、光纤B为同种或异种光纤，其主要材料为石英的普通单模光纤、普通多模光纤、PANDA型保偏光纤、BOWTIE型保偏光纤、TIGER型保偏光纤或一字型保偏光纤。

光纤A、光纤B为不掺稀土元素的光纤。

光纤的包层直径是Φ125μm、Φ80μm、Φ60μm或Φ40μm。

光纤的标称工作波长是850nm、980nm、1310nm、1480nm或1550nm。

再加热方法为尖端脉冲放电加热、电热源加热或火源加热。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

（1）在光纤熔接前，采取了光纤涂覆层热剥离、裸光纤超声波清洗这两种低损伤的光纤熔接端面制备预处理方式，可以减少光纤熔接端面加工形成的微裂纹。

（2）在光纤熔接后，继续对其熔接点附近的热影响区进行来回扫描式加热处理，可以平衡光纤内应力，适当软化光纤熔接点热影响区表面的石英材料，弥合光纤熔接点附近区域的微裂纹，从而提高熔接后光纤的抗拉强度，同时也提高了熔接后光纤的寿命及可靠性。

附图说明

图1为本发明的光纤熔接点各部位示意图；

图2为光纤使用寿命与光纤强度的关系示意图。

具体实施方式

结合附图1，本发明是在常规石英光纤熔接完成后，采用来回扫描的加热方式，将光纤熔接点附近的热影响区进行再加热，弥合由于光纤熔接点附近区域急速冷却产生的微裂纹，平衡光纤熔接区域及热影响区域的内应力。从而提高熔接后光纤的抗拉强度。

具体实现方法如下：

1.以热剥离的方式剥离光纤A1、光纤B2外部的涂覆层；对待剥除的光纤段进行加热，加热温度为110℃-130℃，加热时间为6s-8s，即可起到软化光纤涂覆层，降低剥离力的作用，然后将待剥光纤A1、光纤B2的涂覆层剥除20mm-30mm，剥离刀具的刀口间隙应大于光纤包层直径6um-10um，避免剥离中光纤刀口划伤光纤包层引入微裂纹。

2.超声波清洗剥离后的裸光纤A1、光纤B2，在超声波清洗机内盛入纯度高于99.9%的乙醇或丙酮，超声波清洗机的超声波频率为40KHz-60KHz，功率为6W-10W，将光纤A1、光纤B2裸光纤段连同未剥除的光纤涂覆层没入液面下1-3mm，清洗6s-12s，通过这种方式提高清洗效率，提高光纤表面的清洁度，降低清洗中光纤受力，避免损伤光纤包层引入微裂纹。

3.将光纤A1、光纤B2清洁后的裸光纤端面切割平整，切割的角度应不大于1.5°，以便光纤A1、光纤B2的端面能够实现良好对接；

4.将切割后的光纤A1、光纤B2装入光纤熔接机，完成熔接；

5.在光纤熔接完成后10min以内，以熔接点3为中心，0.5mm/s-2mm/s的速度来回扫描式加热熔接热影响区4光纤段，即以熔接点3为中心1mm-3mm内的区域，以达到平衡内应力，弥合熔接热影响区4光纤段上微裂纹的作用。再加热温度应略高于具体光纤的最低软化温度，低于具体光纤的熔接温度，同时再加热时间根据不同光纤的材料差异性控制为1s-4s，使得光纤表面可以略微软化，达到平衡熔接区域内应力，弥合光纤表面微裂纹的效果，同时也避免了温度过高软化光纤纤芯区域，劣化熔接点光学特性。

采用本发明的工艺方法对包层直径为Φ125μm的单模光纤进行熔接点抗拉强度测试，并与原工艺方法进行熔接的熔接后光纤抗拉强度进行对比。其余包层直径的光纤在采用本发明的方法后，与原工艺方法相比，熔接后光纤的抗拉强度也能够提高12%以上。

由上述结果可知，本发明通过在光纤熔接后增加对光纤熔接点附近热影响区来回扫描式加热，平衡光纤应力分布、弥合光纤熔接区域的微裂纹，提高熔接后光纤的抗拉强度。

光纤熔接点的强度与光纤熔接点的寿命直接相关，与光纤的强度与寿命的关系一致。

$t={\mathrm{B\σ}}^{-n}{S}_u^{n-2}...\left(1\right)$

其中t为光纤熔接点的寿命；n为抗疲劳参数；S_u为抗拉强度；σ为使用应力；B为微裂纹生长特性的参数，主要取决于材料特性，与使用环境条件也有一定关系，光纤的抗疲劳参数n是通过对光纤进行拉伸使其断裂而测试出来的参数，它体现了光纤制造的工艺水平和环境等因素的控制情况，通常远大于3。光纤的强度越高、其使用寿命也就越长，如图2。

本发明方法的适用范围是广泛的，适用于主要材料为石英的普通单模光纤、普通多模光纤、PANDA型保偏光纤、BOWTIE型保偏光纤、TIGER型保偏光纤或一字型保偏光纤等光纤。适用于用石英材料中掺杂元素为稀土元素以外元素的光纤。适用于包层直径是Φ125μm、Φ80μm、Φ60μm或Φ40μm的光纤。适用于标称工作波长是850nm、980nm、1310nm、1480nm或1550nm等其他波长的光纤。适用于同种光纤或异种光纤熔接。适用于再加热熔接热影响区的方法可以是尖端脉冲放电加热、电热源加热或火源加热等方法。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于，实现步骤如下：

第一步，以热剥离的方式剥离光纤A（1）、光纤B（2）外部的涂覆层；加热温度控制在110℃-130℃，加热时间为6s-8s，剥离刀具的刀口间隙大于光纤直径6um-10um；

第二步，超声波清洗剥离后的裸光纤A（1）、光纤B（2）；清洗溶剂为纯度高于99.9%的乙醇或丙酮，超声波频率为40KHz-60KHz，超声波功率为6W-10W，清洗时间6s-12s，清洗时未剥除的光纤涂覆层进入液面下1mm-3mm；

第三步，切割清洁后的裸光纤A（1）、光纤B（2）端面，切割的角度不大于1.5°；

第四步，将切割后的光纤A（1）、光纤B（2）装入光纤熔接机上使两根光纤熔接在一起，形成光纤熔接点（3）；

第五步，在光纤熔接完成后10min以内，以熔接点（3）为中心1mm-3mm内的区域来回扫描式再加热熔接热影响区（4）的光纤段，来回扫描式加热的速度控制在0.5mm/s-2mm/s，再加热温度应略高于光纤包层材料的最低软化温度，同时低于光纤熔接温度，再加热时间为1s-4s。

2.根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤A（1）、光纤B（2）为同种或异种光纤，其主要材料为石英的普通单模光纤、普通多模光纤、PANDA型保偏光纤、BOWTIE型保偏光纤、TIGER型保偏光纤或一字型保偏光纤。

3.根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤A（1）、光纤B（2）为不掺稀土元素的光纤。

4.根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤的包层直径是Φ125μm、Φ80μm、Φ60μm或Φ40μm。

5.根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤的标称工作波长是850nm、980nm、1310nm、1480nm或1550nm。

6.根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：再加热方法为尖端脉冲放电加热、电热源加热或火源加热。