CN105676362A - 一种光纤熔接的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤熔接的方法及其装置，该方法通过七个步骤，将一束激光分为两束，并分别聚焦于两个光纤断面上，对两个光纤断面分别加热后再进行熔接。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过将一束激光分成两束后分别对两个光纤的断面进行加热，解决了不同材质和不同直径的光纤的熔接问题，通过本发明可以大大提高光纤熔接的稳定性，同时实现了不同热力学特性与不同模场直径光纤的高效熔接。

Description

一种光纤熔接的方法及其装置
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及的是一种光纤熔接的方法及其装置。
背景技术
传统的光纤熔接技术是利用电极放电产生的高温将两根光纤断面融化，然后进行熔接。此种方式的缺点是放电电弧的宽度和温度很难精准控制，又很容易受到外界干扰，容易发生熔接质量不稳定的情况。由于是高压放电，放电电路产生的强干扰很难完全屏蔽，会影响其他电路正常工作，经常会遇到设备失灵的情况。目前，高稀土掺杂的特种光纤应用得到很大发展。但高稀土掺杂的光纤在模场、熔融温度和光学特性上与普通光纤相比有很多不同。如何将不同模场，不同熔融温度和不同光学特性的光纤熔接在一起是一个难题。要实现这种熔接需要将两种光纤的断面同时置于不同温度场强度的环境中。然而，要同时对加热区进行两种温度的控制，同时实现不同熔融温度，不同模场直径光纤的熔接具有相当大的难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种光纤熔接的方法及其装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种光纤熔接的方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、将待熔接的两段光纤固定，两段光纤分别是光纤一和光纤二；
步骤二、使用分光镜将激光发射器发射出的激光束分成两束，光束一和光束二；
步骤三、在光束一的路径上设置第一全反射镜，在光束二的路径上设置第二全反射镜，调整第一全反射镜和第二全反射镜的位置，使光束一最终落在光纤一的断面上，使光束二最终落在光纤二的断面上；
步骤四、在分光镜和第一全反射镜之间设置第一准直透镜和第一扩束透镜，在第一全反射镜与带状光纤之间设置第一场镜，使光束一最终聚成一点；在分光镜和第二全反射镜之间设置第二准直透镜和第二扩束透镜，在第二全反射镜与带状光纤之间设置第二场镜，使光束二最终聚焦于一点；
步骤五、再次调整第一全反射镜和第二全反射镜的位置，并同时调整第一场镜和第二场镜的位置，使经过聚焦后的光束一的光斑落在光纤一的断面，使光束二的光斑落在光纤二的断面上；
步骤七、熔接时，当光纤一和光纤二材质相同且直径大小一致时，将光纤一和光纤二的断面对齐并接触，开启激光发射器并调整第一全反射镜和第二全反射镜的位置使光束一和光束二最终聚焦于光纤一和光纤二的接触点，实现熔接操作。
作为对上述方案的进一步改进，步骤七为：熔接时，当光纤一和光纤二由不同的材质的材料制作时或光纤一和光纤二的直径大小不相同时，移动光纤一和光纤二使两个断面不接触，开启激光发射器并缓慢移动光纤一和光纤二，使二者最终接触，实现熔接，同时同步调整第一全反射镜、第二全反射镜第一场镜和第二场镜的位置，保持光束一和光束二始终聚焦在光纤一和光纤二的断面上。
作为对上述方案的进一步改进，在步骤五和步骤七之间还有步骤六，步骤六为：调整第一场镜与光纤一断面之间的距离，使光纤一的断面处于光束的聚焦前光斑能量区、聚焦光斑能量区或聚焦后光斑能量区中；调整第二场镜与光纤二断面之间的距离，使光纤二的断面处于光束的聚焦前光斑能量区、聚焦光斑能量区或聚焦后光斑能量区中。
作为对上述方案的进一步改进，步骤七中，在打开激光发射器后，调节第一场镜和第二场镜使光纤一和光纤二均处于聚焦光斑能量区中，待光纤一与光纤二接触后，调节第一场镜和第二场镜使光纤一和光纤二处于聚焦前光斑能量区或聚焦后光斑能量区中。
作为对上述方案的进一步改进，步骤四中，在第一全反射镜与第一场镜之间还设置有第一二次全反射镜，在第二全反射镜与第二场镜之间还设置有第二二次全反射镜，通过第一全反射镜、第一二次全反射镜、第二全反射镜和第二二次全反射镜的反射，光束一与光束二最终相互平行且方向相反。
作为对上述方案的进一步改进，激光发射器为二氧化氮激光发射器或二氧化碳激光发射器。
本发明还提供一种光纤熔接装置，包括光纤固定装置和激光发射器，其特征在于：还包括分光镜、第一全反射镜和第二全反射镜，第一全反射镜和第二全反射镜分别设置在由分光镜射出两束激光的光路路径上，在分光镜和第一全反射镜之间设置有第一准直透镜和第一扩束透镜，第一准直透镜设置在分光镜和第一扩束透镜之间，在第一全反射镜与待熔接光纤之间设置有第一场镜，在分光镜和第二全反射镜之间设置有第二准直透镜和第二扩束透镜，第二准直透镜设置在分光镜和第二扩束透镜之间，在第二全反射镜与待熔接光纤之间设置有第二场镜，在第一全反射镜与第一场镜之间还设置有第一二次全反射镜，在第二全反射镜与第二场镜之间还设置有第二二次全反射镜，通过第一全反射镜、第一二次全反射镜、第二全反射镜和第二二次全反射镜的反射，由分光镜分出的两束激光最终相互平行且方向相反。
作为对上述方案的进一步改进，还包括图像采集装置，所述图像采集装置包括第一图像采集探头、第二图像采集探头、第一LED光源和第二LED光源，所述第一图像采集探头与第一LED光源对应设置，所述第二图像采集探头和第二LED光源对应设置，第一图像采集探头和第二图像采集探头分别指向待焊接的两个光纤的端部，第一图像采集探头的镜头方向与第二图像采集探头的镜头方向互成90°夹角。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过将一束激光分成两束后分别对两个光纤的断面进行加热，解决了不同材质和不同直径的光纤的熔接问题，同时两束激光又可汇聚于同一区域，使得熔融区的热场温度均匀、稳定，通过本发明可以大大提高光纤熔接的稳定性，同时实现了不同热力学特性与不同模场直径光纤的高效熔接。
附图说明
图1是光纤熔接装置的立体结构示意图。
图2是光纤熔接装置的正面结构示意图。
图3是实施例1的熔接示意图。
图4是实施例2的熔接示意图。
图5是激光束能量分布示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种光纤熔接的方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、将待熔接的两段光纤固定，两段光纤分别是光纤一81和光纤二82；
步骤二、使用分光镜2将激光发射器1发射出的激光束分成两束，光束一11和光束二12；
步骤三、在光束一11的路径上设置第一全反射镜51，在光束二12的路径上设置第二全反射镜52，调整第一全反射镜51和第二全反射镜52的位置，使光束一11最终落在光纤一81的断面上，使光束二12最终落在光纤二82的断面上；
步骤四、在分光镜2和第一全反射镜51之间设置第一准直透镜31和第一扩束透镜41，在第一全反射镜51与带状光纤之间设置第一场镜71，使光束一11最终聚成一点；在分光镜2和第二全反射镜52之间设置第二准直透镜32和第二扩束透镜42，在第二全反射镜52与带状光纤之间设置第二场镜72，使光束二12最终聚焦于一点；在第一全反射镜51与第一场镜71之间还设置有第一二次全反射镜61，在第二全反射镜52与第二场镜72之间还设置有第二二次全反射镜62，通过第一全反射镜51、第一二次全反射镜61、第二全反射镜52和第二二次全反射镜62的反射，光束一11与光束二12最终相互平行且方向相反。
步骤五、再次调整第一全反射镜51和第二全反射镜52的位置，并同时调整第一场镜71和第二场镜72的位置，使经过聚焦后的光束一11的光斑落在光纤一81的断面，使光束二12的光斑落在光纤二82的断面上；
步骤六、调整第一场镜71与光纤一81断面之间的距离，使光纤一81的断面处于光束的聚焦前光斑能量区102、聚焦光斑能量区101或聚焦后光斑能量区103中；调整第二场镜72与光纤二82断面之间的距离，使光纤二82的断面处于光束的聚焦前光斑能量区102、聚焦光斑能量区101或聚焦后光斑能量区103中。根据附图所示，激光的聚焦光斑能量区101能量最集中，温度最高，聚焦前光斑能量区102和聚焦后光斑能量区103的能量较为分散，温度也较低，通过调节第一场镜71与光纤一81断面之间的距离或第二场镜72与光纤二82断面之间的距离，能够使两束光纤处于不同的温度中，实现在不同的温区之间切换
步骤七、熔接时，当光纤一81和光纤二82材质相同且直径大小一致时，将光纤一81和光纤二82的断面对齐并接触，开启激光发射器1并调整第一全反射镜51和第二全反射镜52的位置使光束一11和光束二12最终聚焦于光纤一81和光纤二82的接触点，实现熔接操作。
使用激光焊接两根光纤，不会影响熔接设备的电路稳定，同时激光相比较于电极放电更加稳定，焊接质量大大提升；使用分光镜2将激光分为两束，从不同的方向照射焊接面，使焊接处受热均匀，焊接处物质均匀，光信号传导稳定，光损小。
激光发射器1为二氧化氮激光发射器1或二氧化碳激光发射器1。
实施例2
一种如实施例1的光纤熔接的方法，其中步骤七为：熔接时，当光纤一81和光纤二82由不同的材质的材料制作时或光纤一81和光纤二82的直径大小不相同时，移动光纤一81和光纤二82使两个断面不接触，开启激光发射器1并缓慢移动光纤一81盒光纤二82，使二者最终接触，实现熔接，同时同步调整第一全反射镜51、第二全反射镜52第一场镜71和第二场镜72的位置，保持光束一11和光束二12始终聚焦在光纤一81和光纤二82的断面上，在打开激光发射器1后，调节第一场镜71和第二场镜72使光纤一81和光纤二82均处于聚焦光斑能量区101中，待光纤一81与光纤二82接触后，调节第一场镜71和第二场镜72使光纤一81和光纤二82处于聚焦前光斑能量区102或聚焦后光斑能量区103中。这样，当两束激光汇聚于一点时，为防止能量叠加发生烧融过渡的情况，调节第一场镜71和第二场镜72使焊接点的温度保持相对稳定，使焊接质量得到保证。由于光纤的材质或直径大小不一致，其熔点或熔解的速度均不同，此时若简单的使用同一温度来熔接会出现一端尚未融化另一端烧融过渡的情况，使熔接无法顺利进行或造成熔接质量差的缺陷。将两束激光分别聚焦于不同的光纤上，这样能够通过分光镜2的选用或调节第一场镜71和第二场镜72来控制两束激光的最终聚焦点的温度，从而实现使两根不同的光纤同时熔化最终顺利熔接的操作。
其余同实施例1。
实施例3
一种光纤熔接装置，包括光纤固定装置和激光发射器1，其特征在于：还包括分光镜2、第一全反射镜51和第二全反射镜52，第一全反射镜51和第二全反射镜52分别设置在由分光镜2射出两束激光的光路路径上，在分光镜2和第一全反射镜51之间设置有第一准直透镜31和第一扩束透镜41，第一准直透镜31设置在分光镜2和第一扩束透镜41之间，在第一全反射镜51与待熔接光纤之间设置有第一场镜71，在分光镜2和第二全反射镜52之间设置有第二准直透镜32和第二扩束透镜42，第二准直透镜32设置在分光镜2和第二扩束透镜42之间，在第二全反射镜52与待熔接光纤之间设置有第二场镜72，在第一全反射镜51与第一场镜71之间还设置有第一二次全反射镜61，在第二全反射镜52与第二场镜72之间还设置有第二二次全反射镜62，通过第一全反射镜51、第一二次全反射镜61、第二全反射镜52和第二二次全反射镜62的反射，由分光镜2分出的两束激光最终相互平行且方向相反。
还包括图像采集装置，图像采集装置包括第一图像采集探头93、第二图像采集探头94、第一LED光源91和第二LED光源92，第一图像采集探头93与第一LED光源91对应设置，第二图像采集探头94和第二LED光源92对应设置，第一图像采集探头93和第二图像采集探头94分别指向待焊接的两个光纤的端部，第一图像采集探头93的镜头方向与第二图像采集探头94的镜头方向互成90°夹角。第一图像采集探头93、第二图像采集探头94分别采集两个光纤端面熔融时的亮度图像，通过分析亮度来判断熔接时光纤端面的温度，从而控制整个激光系统协调工作，第一LED光源91和第二LED光源92用于在观察熔接前后光纤的形态时提供足够的光源亮度。使用图像采集装置来分析两个光纤端面在熔融时的亮度，亮度越强温度越高，通过亮度分析就能控制激光系统，因此就能实现不同熔融温度的光纤相互熔接。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤熔接的方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、将待熔接的两段光纤固定，两段光纤分别是光纤一和光纤二；
步骤二、使用分光镜将激光发射器发射出的激光束分成两束，光束一和光束二；
步骤三、在光束一的路径上设置第一全反射镜，在光束二的路径上设置第二全反射镜，调整第一全反射镜和第二全反射镜的位置，使光束一最终落在光纤一的断面上，使光束二最终落在光纤二的断面上；
步骤四、在分光镜和第一全反射镜之间设置第一准直透镜和第一扩束透镜，在第一全反射镜与带状光纤之间设置第一场镜，使光束一最终聚成一点；在分光镜和第二全反射镜之间设置第二准直透镜和第二扩束透镜，在第二全反射镜与带状光纤之间设置第二场镜，使光束二最终聚焦于一点；
步骤五、再次调整第一全反射镜和第二全反射镜的位置，并同时调整第一场镜和第二场镜的位置，使经过聚焦后的光束一的光斑落在光纤一的断面，使光束二的光斑落在光纤二的断面上；
步骤七、熔接时，当光纤一和光纤二材质相同且直径大小一致时，将光纤一和光纤二的断面对齐并接触，开启激光发射器并调整第一全反射镜和第二全反射镜的位置使光束一和光束二最终聚焦于光纤一和光纤二的接触点，实现熔接操作。
2.如权利要求1所述一种光纤熔接的方法，其特征在于：所述步骤七为：熔接时，当光纤一和光纤二由不同的材质的材料制作时或光纤一和光纤二的直径大小不相同时，移动光纤一和光纤二使两个断面不接触，开启激光发射器并缓慢移动光纤一和光纤二，使二者最终接触，实现熔接，同时同步调整第一全反射镜、第二全反射镜第一场镜和第二场镜的位置，保持光束一和光束二始终聚焦在光纤一和光纤二的断面上。
3.如权利要求2所述一种光纤熔接的方法，其特征在于：在步骤五和步骤七之间还有步骤六，所述步骤六为：调整第一场镜与光纤一断面之间的距离，使光纤一的断面处于光束的聚焦前光斑能量区、聚焦光斑能量区或聚焦后光斑能量区中；调整第二场镜与光纤二断面之间的距离，使光纤二的断面处于光束的聚焦前光斑能量区、聚焦光斑能量区或聚焦后光斑能量区中。
4.如权利要求3所述一种光纤熔接的方法，其特征在于：所述步骤七中，在打开激光发射器后，调节第一场镜和第二场镜使光纤一和光纤二均处于聚焦光斑能量区中，待光纤一与光纤二接触后，调节第一场镜和第二场镜使光纤一和光纤二处于聚焦前光斑能量区或聚焦后光斑能量区中。
5.如权利要求1所述一种光纤熔接的方法，其特征在于：所述步骤四中，在第一全反射镜与第一场镜之间还设置有第一二次全反射镜，在第二全反射镜与第二场镜之间还设置有第二二次全反射镜，通过所述第一全反射镜、第一二次全反射镜、第二全反射镜和第二二次全反射镜的反射，光束一与光束二最终相互平行且方向相反。
6.如权利要求1所述所述一种带状光纤端面的处理方法，其特征在于：所述激光发射器为二氧化氮激光发射器或二氧化碳激光发射器。
7.一种光纤熔接装置，包括光纤固定装置和激光发射器，其特征在于：还包括分光镜、第一全反射镜和第二全反射镜，第一全反射镜和第二全反射镜分别设置在由分光镜射出两束激光的光路路径上，在分光镜和第一全反射镜之间设置有第一准直透镜和第一扩束透镜，第一准直透镜设置在分光镜和第一扩束透镜之间，在第一全反射镜与待熔接光纤之间设置有第一场镜，在分光镜和第二全反射镜之间设置有第二准直透镜和第二扩束透镜，第二准直透镜设置在分光镜和第二扩束透镜之间，在第二全反射镜与待熔接光纤之间设置有第二场镜，在第一全反射镜与第一场镜之间还设置有第一二次全反射镜，在第二全反射镜与第二场镜之间还设置有第二二次全反射镜，通过所述第一全反射镜、第一二次全反射镜、第二全反射镜和第二二次全反射镜的反射，由分光镜分出的两束激光最终相互平行且方向相反。
8.如权利要求7所述一种光纤熔接装置，其特征在于：还包括图像采集装置，所述图像采集装置包括第一图像采集探头、第二图像采集探头、第一LED光源和第二LED光源，所述第一图像采集探头与第一LED光源对应设置，所述第二图像采集探头和第二LED光源对应设置，第一图像采集探头和第二图像采集探头分别指向待焊接的两个光纤的端部，第一图像采集探头的镜头方向与第二图像采集探头的镜头方向互成90°夹角。
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