CN106271098A - 一种利用激光切割多芯光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种利用激光切割多芯光纤的方法。利用高能量密度、短脉冲、短时间的激光快速依次切断每根光纤，再利用低能量密度、长脉冲、长时间的激光依次照射每根光纤的切口，直至切口处附着的粉尘融化形成新的光纤端面。在同一台设备上同时实现了这两种工序。其解决了激光在切割多芯光纤时的端面被污染问题，省略了后续的砂纸研磨抛光工序；在传统的激光切割光纤设备中可以很容易的应用本工艺方法，无需增加额外的装置无需对现有设备进行大幅度的技术改造。

Description

一种利用激光切割多芯光纤的方法
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种利用激光切割多芯光纤的方法。
背景技术
随着数据中心的快速发展，云计算、云存储等应用逐渐渗透各个行业，网络通信的带宽要求也随之迅猛增加，而高速高容量高带宽往往需要更大的空间更高的成本，这存在着长期矛盾，MTP/MPO光纤配线标准则成为了目前高密度高带宽的最佳解决方案。MPO(Multi-fiber Pull Off)是日本NTT通信公司设计的第一代弹片卡紧式的多芯光纤连接器，现在是几家公司生产的一种多芯连接头的名称。而MTP，是由美国USConec公司注册的品牌，专门指其生产的MPO连接器独特的类型。MTP/MPO插芯为多芯数(通常是8、12、24芯等)。对于MTP/MPO预连接系统产品，无论是Truck还是极性模块，无论是Hardness还是MPO跳线的加工工艺远比常规的SC、LC接头要复杂和困难，加工一个12芯的MPO接头绝不仅仅是加工12个单工SC或单工LC的工作量和难度的简单叠加。传统的MTP/MPO多芯光纤采用机械刀片切割和砂纸研磨抛光工艺，机械刀切工艺很难消除的崩边而且除了崩边以外有的端面还有明显的刀痕，切割结果还跟操作熟练程度有很大关系一般员工很难达到稳定的良品率，MTP/MPO中多芯光纤有一根损坏整体都无法使用。切割完成后还需要多次使用不同粗细的砂纸进行研磨抛光，产生巨大的砂纸消耗成本高，而且效率较为低下。现在也出现了利用激光切断光纤的加工方法，该类技术专利包括US7142741B2《Laser Cutting Method andapparatus for optical fibres or waveguides》、US005421928A《Laser removal ofexcess optical fiber prior to connector polishing》等，此类专利对于加工单芯光纤如SC、LC接头尚无明显缺陷，但对于MTP/MPO中多芯光纤激光加工中由于两根相邻的光纤间距通常只有250微米，已完成切割的光纤端面会被下一根光纤切割过程中溅射出的粉尘污染。由于溅射出的粉尘材料与光纤本身相同无法通过有机溶剂、强酸等清洗；激光切割过程为气化，溅射粉尘多为高温等离子体附着在光纤端面后会熔为一体也无法使用超声波等手段清洁。此时只有通过砂纸研磨抛光才可以解决该问题，但这样过程繁琐失去了激光加工高效、低成本的优势。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种能够高效率的取出光纤切口溅射粉尘的利用激光切割多芯光纤的方法。
本发明的技术方案为：一种利用激光切割多芯光纤的方法，利用高能量密度、短脉冲、短时间的激光快速依次切断每根光纤，再利用低能量密度、长脉冲、长时间的激光依次照射每根光纤的切口，直至切口处附着的粉尘融化形成新的光纤端面。
进一步的，所述光纤切割时固定于可移动的工作台上，所述工作台从一端开始移动，每切割完一根光纤便将下一根相邻光纤移动至激光焦点处，直至所有光纤切割完毕。
进一步的，所述工作台为可横向和纵向移动的二维工作台，所述光纤在切割和粉尘融化时，二维工作台纵向静止，仅保持水平方向的移动。
进一步的，所述光纤全部切割完毕后，二维工作台再次水平移动至初始切割位置，并纵向推进至最边缘光纤切口进入激光焦点内。
进一步的，所述光纤为双排光纤时，切割完上排光纤后工作台进行上下翻转，翻转后从一端水平移动至另一端，直至下排所有光纤也切割完毕后再进行光纤切口处的粉尘融化。
进一步的，所述光纤为双排光纤时，融化完上排光纤所有切口后工作台进行上下翻转，翻转后从一端水平移动至另一端，直至下排所有光纤切口处的粉尘也全部融化完毕。
进一步的，所述激光器为CO2激光器。
进一步的，所述激光器进行切割时，激光脉宽为10-60us，频率为10-50HZ，脉冲数为10-20个。
进一步的，所述激光器进行粉尘融化时，激光脉宽为5-50us，频率为15-100HZ，脉冲数为15-100个。
进一步的，所述激光器发出的激光的焦点光斑形状为椭圆形或矩形，所述焦点光斑的长轴长度150-250um，短轴方向为40-100um，所述长轴方向与待加工光纤垂直。
本发明的有益效果为：与传统机械切割方法相比，彻底消除了机械切割造成的崩边和刀痕问题，切割结果与操作熟练程度无关。省略了后续的砂纸研磨抛光工序缩短生产周期和成本；利用CO2在高能量密度、短脉冲、短时间的CO2激光器的激光辐照下直接产生气化从而快速切断光纤；在低能量密度、长脉冲、长时间的CO2激光器的激光辐照下使附着在光纤端面的粉尘重新熔化，在同一台设备上同时实现了这两种工序。该工艺方法适用于激光进行MTP/MPO光纤连接器的加工。同时，与传统的激光切割光纤方法相比，其解决了激光在切割多芯光纤时的端面被污染问题，省略了后续的砂纸研磨抛光工序；在传统的激光切割光纤设备中可以很容易的应用本工艺方法，无需增加额外的装置无需对现有设备进行大幅度的技术改造。
附图说明
图1是MTP/MPO光纤连接器的侧视图；
图2是MTP/MPO光纤连接器的俯视图；
图3是MTP/MPO光纤连接器边缘第一根光纤进入激光焦点的示意图；
图4是MTP/MPO光纤连接器边缘是一根光纤已经切断后的示意图；
图5是MTP/MPO光纤连接器全部光纤已经切断，边缘第一根光纤部分进入激光焦点准备熔化端面的示意图；
图中：1-MPT/MPO光纤连接器定位销；2-待切割光纤；3-MPT/MPO固定壳体；4-标准裸纤带；5-整形聚焦后的激光光斑；6-已经切断但受到污染的光纤；7-光纤切口。
具体实施方式
如图1和图2所示，加工对象为BA-MT(8F)-365-S-N型光纤连接器。MPT/MPO固定壳体3两侧各设有一个MPT/MPO光纤连接器定位销1，内置待切割光纤2，待切割光纤为12根，光纤间距250微米，BA-MT(8F)-365-S-N型光纤连接器后接标准裸纤带4。
开始对光纤进行切割时，首先调节光学系统使激光焦点处光斑为椭圆或矩形如图3所示，其长轴方向150—250微米、短轴方向40—100微米，长轴方向与待加工光纤保持垂直。聚焦光斑的尺寸需要覆单根光纤的直径，并且不会明显影响相邻光纤。进行如下步骤：
第一步：将待加工光纤连接器固定在治具中，治具固定在二维平台上。光纤连接器8芯，光纤包层直径125微米、间距250微米。
第二步：移动二维平台使待加工光纤最边缘的光纤的待切割位置运动到激光交点处，整形聚焦后的激光光斑5正好覆盖整个待切割光纤2，如图3所示。
第三步：设定合适的发射激光脉宽、频率、脉冲个数。
第四步：发射激光切断光纤，在激光发射过程中二维平台保持静止状态。
第五步：移动二维平台X轴使邻近的下一根光纤的待切割位置运动到激光焦点处，Y轴保持静止，此时已经切断但受到污染的光纤6位于激光焦点一侧，如图4所示。
第六步：重复步骤D和E将当前一排光纤全部切断。
第七步：如果是双排多芯光纤，将光纤连接器翻面后重复上述步骤完成切断加工。
第八步：保持二维平台Y轴静止，移动X轴使最边缘的一根已经切断但受到污染的光纤6重新回到激光焦点位置，向前移动二维平台Y轴使光纤切口7部分进入激光焦点内，如图5所示。
第九步：重新设定合适的发射激光脉宽、频率、脉冲个数。
第十步：发射激光重新熔化光纤端面，在激光发射过程中二维平台保持静止状态。
第十一步：移动二维平台X轴使相邻的下一根光纤待加工的光纤切口进入激光焦点内。
第十二步：重复步骤J和K将当前一排的光纤端面全部重新熔化。
第十三步：如果是双排多芯光纤，将光纤连接器方面后重复上述步骤完成光纤端面的熔化加工。
其中，激光器为CO2激光器，其激光参数为波长10.3—10.8微米、峰值有效功率大于等于250瓦、光束质量M2因子小于等于1.5、最小脉冲宽度3微秒、最小脉冲周期10微秒。
切割光纤时，激光脉宽为10—60微秒、频率10—50赫兹、脉冲数10—50个，目的是尽可能利用高的能量密度、较低频率、较少的脉冲个数将光纤切断的同时减小热扩散区域、减小光纤的热形变量。第八步移向前移动二维平台Y轴的移动量为5——50微米，该步骤的作用是将已完成切割的光纤端面重新进入能量密度较低的激光区域。第九步的参数激光脉冲5——50微秒、频率15——100赫兹、脉冲数15——100个，该步骤的作用是提供低能量密度、高频率、较多的脉冲个数将光纤端面上的粉尘重新熔化后形成光洁表面。
本实施例中，选择远红外激光光源，利用CO2激光器产生的光能及其激光参数：波长10.3—10.8微米、峰值功率大于等于250瓦、光束质量M2因子小于等于1.5、最小脉冲宽度3微秒、最小脉冲周期10微秒。CO2激光器产生的光能可以很好的被光纤材料二氧化硅吸收。同时CO2很容易做到高峰值功率、低成本通过控制脉宽和重复频率实现激光辐射量的精确控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：
利用高能量密度、短脉冲、短时间的激光快速依次切断每根光纤，再利用低能量密度、长脉冲、长时间的激光依次照射每根光纤的切口，直至切口处附着的粉尘融化形成新的光纤端面。
2.如权利要求1所述一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述光纤切割时固定于可移动的工作台上，所述工作台从一端开始移动，每切割完一根光纤便将下一根相邻光纤移动至激光焦点处，直至所有光纤切割完毕。
3.如权利要求1所述一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述工作台为可横向和纵向移动的二维工作台，所述光纤在切割和粉尘融化时，二维工作台纵向静止，仅保持水平方向的移动。
4.如权利要求1所述一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述光纤全部切割完毕后，二维工作台再次水平移动至初始切割位置，并纵向推进至最边缘光纤切口进入激光焦点内。
5.如权利要求4一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述光纤为双排光纤时，切割完上排光纤后工作台进行上下翻转，翻转后从一端水平移动至另一端，直至下排所有光纤也切割完毕后再进行光纤切口处的粉尘融化。
6.如权利要求5一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述光纤为双排光纤时，融化完上排光纤所有切口后工作台进行上下翻转，翻转后从一端水平移动至另一端，直至下排所有光纤切口处的粉尘也全部融化完毕。
7.如权利要求1所述一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述激光器为CO2激光器。
8.如权利要求7一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述激光器进行切割时，激光脉宽为10-60us，频率为10-50HZ，脉冲数为10-20个。
9.如权利要求8一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述激光器进行粉尘融化时，激光脉宽为5-50us，频率为15-100HZ，脉冲数为15-100个。
10.如权利要求1-9中任意一条所述的一种利用激光切割多芯光纤的方法，其特征在于：所述激光器发出的激光的焦点光斑形状为椭圆形或矩形，所述焦点光斑的长轴长度150-250um，短轴方向为40-100um，所述长轴方向与待加工光纤垂直。
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