CN107290819B - 光纤v型槽加工方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤V型槽加工方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：将光纤(1)的待加工区域的涂覆层剥除，并做清洁处理；步骤二：在真空室里，将光纤(1)放置到左夹具(2)，以及右夹具(3)上，使光纤(1)的待加工区域位于左夹具(2)和右夹具(3)之间，并保持光纤(1)固定；光纤(1)位置为水平放置，将氩离子枪(6)安装在位移平台(7)上，通过调节位移平台(7)使氩离子枪(6)的发射口正对着光纤(1)的已剥除涂覆层的位置；本发明的有益效果：1.可以对任意材料，任意结构，不同纤径的光纤进行光纤V型槽加工；2.光纤V型槽内表面可以达到超光滑水平，提高泵浦光耦合效率；3.非机械接触式直接加工，无应力引入，无金属颗粒污染。

Description

光纤V型槽加工方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其属于光纤激光技术中光纤处理工艺方法。

技术背景

高功率光纤激光器的泵浦耦合技术主要有端面耦合和侧面耦合两种方式。端面耦合技术是目前比较常用的高效泵浦耦合方式，其是将泵浦光通过光纤直接熔接或拉锥熔接到双包层光纤上，也可以采用全光纤泵浦合束器方式将泵浦光耦合到双包层光纤中。侧面泵浦耦合技术也是高功率光纤激光技术中一种高效泵浦光耦合技术，它是指将泵浦光从双包层光纤的侧面耦合到双包层光纤的内包层，它也可以直接在有源光纤的侧面上进行处理，不占用光纤的两端，因此不影响信号光的输入输出和传输，可以采用分布式多点注入，提高泵浦光注入的功率，同时能够使泵浦光在光纤中的分布更加均匀，有利于掺杂光纤对泵浦光的吸收。常见的侧面泵浦耦合技术有V型槽法耦合技术、嵌入反射镜法耦合技术、角度磨抛法耦合技术、衍射光栅泵浦耦合技术等。

其中V型槽法耦合技术的侧面泵浦耦合技术较易实现高功率注入的方式，但是该技术的实现对光纤加工和工艺要求特别高。主要表现在光纤V型槽的加工对光纤的加工精度要求很高，调节精度高，制备工艺复杂，采用常规的机械加工成品率低，加工需要高精度精确控制，控制系统复杂，在光纤V型槽内部容易留下金属颗粒，污染光纤V型槽表面，且引入了应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤V型槽加工方法。以克服技术背景中存在的问题以及目前光纤V型槽处理工艺中存在的技术缺陷：机械加工控制难度大，易引入应力。

一种光纤V型槽加工方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：将光纤1的待加工区域的涂覆层剥除，并做清洁处理；

步骤二：在真空室里，将光纤1放置到左夹具2，以及右夹具3上，使光纤1的待加工区域位于左夹具2和右夹具3之间，并保持光纤1固定；光纤1位置为水平放置，将氩离子枪6安装在位移平台7上，通过调节位移平台7使氩离子枪6的发射口正对着光纤1的已剥除涂覆层的位置；

步骤三：在光纤1的另一侧安装有能量计4，使能量计4的接收口、氩离子枪6的发射口和光纤1在同一平面内；控制系统5通过导线分别与能量计4和氩离子枪6连接；

步骤四：将所述的真空室抽真空，直至真空室内压强降至10^-6Pa，并保持真空泵一直处于运行状态；

步骤五：根据设计的V型槽的深度和角度，控制系统5启动氩离子枪6并控制氩离子枪6发出的氩离子束流输出的路线和能量大小；同时监测和采集能量计4接收到的氩离子束流的能量大小；如果能量计4接收到的氩离子束流的能量比氩离子枪6发出的氩离子束流输出的能量小，说明氩离子束流还在与光纤材料冲击剪切；如果能量计4监测其接收到的氩离子束流的能量比氩离子枪6发出的氩离子束流输出的能量相同，则可以判断氩离子束流已经完全将其输出方向上的光纤材料已经全部剪切了，可以对位移平台7下下一步位移的指令；如上反复循环操作直至V型槽加工结束；

步骤六：解除真空环境，取出光纤1，在显微镜下监测光纤1的V型槽的内表面有无瑕疵，以及测试V型槽的角度和深度：如果与初始设定的值不同，转入步骤二；如果与初始设定的值一致，则加工完成。

用于固定和移动氩离子枪6的位移平台7，能在水平面和垂直面内移动。

所述的氩离子枪6是氩离子源的发射装置，其输出离子束流能量范围为0.01-20keV，发射口水平发射氩离子束，其发射的氩离子束的直径范围在50μm以内。

本发明的有益效果：1.可以对任意材料，任意结构，不同纤径的光纤进行光纤V型槽加工；2.光纤V型槽内表面可以达到超光滑水平，提高泵浦光耦合效率；3.非机械接触式直接加工，无应力引入，无金属颗粒污染；

附图说明

图1.光纤V型槽加工方法的装置结构示意图

其中，1为光纤，2为左夹具，3为右夹具，4为能量计，5为控制系统，6为氩离子枪，7为位移平台。

具体实施方式

一种光纤V型槽加工方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：将光纤1的待加工区域的涂覆层剥除，并做清洁处理；

步骤二：在真空室里，将光纤1放置到左夹具2，以及右夹具3上，使光纤1的待加工区域位于左夹具2和右夹具3之间，并保持光纤1固定；光纤1位置为水平放置，将氩离子枪6安装在位移平台7上，通过调节位移平台7使氩离子枪6的发射口正对着光纤1的已剥除涂覆层的位置；

步骤三：在光纤1的另一侧安装有能量计4，使能量计4的接收口、氩离子枪6的发射口和光纤1在同一平面内；控制系统5通过导线分别与能量计4和氩离子枪6连接；

步骤四：将所述的真空室抽真空，直至真空室内压强降至10^-6Pa，并保持真空泵一直处于运行状态；

步骤五：根据设计的V型槽的深度和角度，控制系统5启动氩离子枪6并控制氩离子枪6发出的氩离子束流输出的路线和能量大小；同时监测和采集能量计4接收到的氩离子束流的能量大小；如果能量计4接收到的氩离子束流的能量比氩离子枪6发出的氩离子束流输出的能量小，说明氩离子束流还在与光纤材料冲击剪切；如果能量计4监测其接收到的氩离子束流的能量比氩离子枪6发出的氩离子束流输出的能量相同，则可以判断氩离子束流已经完全将其输出方向上的光纤材料已经全部剪切了，可以对位移平台7下下一步位移的指令；如上反复循环操作直至V型槽加工结束；

步骤六：解除真空环境，取出光纤1，在显微镜下监测光纤1的V型槽的内表面有无瑕疵，以及测试V型槽的角度和深度：如果与初始设定的值不同，转入步骤二；如果与初始设定的值一致，则加工完成。

用于固定和移动氩离子枪6的位移平台7，能在水平面和垂直面内移动。

所述的氩离子枪6是氩离子源的发射装置，其输出离子束流能量范围为0.01-20keV，发射口水平发射氩离子束，其发射的氩离子束的直径范围在50μm以内。

本发明公开一种光纤V型槽加工方法，其结构俯视示意图如图1所示，该光纤V型槽加工方法采用的是氩离子源作为加工手段，因为氩离子源是带有能量的粒子束，为了避免其能量与空气中的分子碰撞二耗散掉，光纤V型槽的加工需要在真空室中实现。该光纤V型槽加工方法所用装置包括：

一光纤1，是待加工V型槽的光纤，加工区域的涂覆层剥去，光纤1可以为任意材料，任意结构双包层光纤，纤径为50～3000μm；

一左夹具2，一右夹具3，这两个夹具成对使用，两个夹具的夹持光纤的位置同轴，用于固定光纤1，可以固定光纤的纤径范围为5～3000μm，夹具夹持的部分有弹性可以对不同纤径光纤夹持；

一能量计4，其与控制系统5相连接，其中数据传输到控制系统5中，用于监测氩离子枪6的离子源通过光纤后的能量，该监测的氩离子源能量数据用于判断是否将其输出方向上的光纤材料剪切完成，其对氩离子源测量流量量范围0.01-50keV，分辨精度为0.01keV；

一控制系统5，其分别连接能量计4，氩离子枪6，位移平台7。用于采集能量计4中的数据，以及控制氩离子枪6的能量和位移平台7的移动，其通过采集到能量计4中的数据，如果该数据低于氩离子枪6的输出能量，说明氩离子束流还在与光纤材料冲击剪切。如果该数据与氩离子枪6的输出能量一致，则可以判断氩离子束流已经完全将其输出方向上的光纤材料原子全部剪切了，可以对位移平台7下下一步位移的指令，光纤V型槽的尺寸和角度也是有控制系统5所决定，通过控制系统5给位移平台7的位移轨迹而约束V型槽的尺寸和角度；

一氩离子枪6，是氩离子源的发射装置，用于光纤侧面加工V型槽的加工。氩离子源是潘宁放电型离子源，其输出离子束流能量范围为0.01-20keV，发射口水平发射氩离子束，使用的是高纯氩气源，氩气纯度大于99.999％，其发射的氩离子束的直径范围在50μm以内，用于加工光纤侧面，且切割的精度可以达到1μm量级，其能量由控制系统5所控制，其输出能量的大小主要根据光纤纤径，加工速率，加工精度需求来约束；

一位移平台7，用于固定和移动氩离子枪6，其可以在X，Y两个方向上移动氩离子枪6，从而使得氩离子枪6能在光纤1上加工出V型槽。其位移路径由控制系统5给出，移动的精度在1μm量级。

为了更详尽的说明本发明的方法内容，本发明的具体操作步骤是：

1.将光纤1的一段涂覆层剥除，并做清洁处理；

2.将光纤1放置到左夹具2，以及右夹具3上，并固定保持光纤固定，光纤位置为水平放置，没有涂覆层的位置正对着氩离子枪6；

3.将整个装置所在的真空室抽真空，直至真空室内压强降至10^-6Pa，并保持真空泵一直处于运行状态；

4.在控制系统中调节位移平台7，移动位移平台使得氩离子枪6的输出口径正对着光纤的外包层边缘；

5.根据光纤的纤径，在控制系统中设计V型槽的深度和角度，并将其加工轨迹数据保存，同时设定氩离子枪6的输出氩离子束流的能量；

6.通过控制系统5启动氩离子枪6的氩离子束流输出，同时采集能量计4中监测到的数据，其通过对比到能量计4中的数据与控制系统设定的氩离子枪6的输出能量，如果采集到数据低于氩离子枪6的输出能量，说明氩离子束流还在与光纤材料冲击剪切。如果该数据与氩离子枪6的输出能量一致，则可以判断氩离子束流已经完全将其输出方向上的光纤材料原子全部剪切了，可以对位移平台7下下一步位移的指令，循环操作直至V型槽加工结束；

7.解除真空环境，取出光纤V型槽样品，在显微镜下监测V型槽的内表面有无瑕疵，以及测试V型槽的角度和深度，如果与初始设定的值一致，则说明加工成功。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：将本发明方法简单应用到光纤的侧面处理工艺上，制备光纤凹型槽等。

本发明公开一种光纤V型槽加工方法，采用氩离子源材料表面处理工艺处理光纤侧面进行V型槽加工。可以在任意材料，任意结构，不同纤径的光纤上加工出V型槽，且采用氩离子源加工的V型槽表面达到超光滑水平。

本发明公开一种光纤V型槽加工方法，其特征在于使用氩离子源材料处理技术处理光纤侧面，使用氩离子源冲击光纤外包层石英材料，通过控制氩离子源的位移直接将光纤侧面的外包层材料直接剪切成V型。处理的V型槽内表面可以达到超光滑水平，有利于泵浦光的高效耦合。采用氩离子源加工光纤V型槽，可以在任意材料、任意结构，不同纤径光纤，以及光纤上任意位置加工光纤V型槽。该光纤V型槽加工方法的装置结构包括：

一光纤1，是待加工V型槽的光纤，加工区域的涂覆层剥去；

一左夹具2，用于固定光纤1；

一右夹具3，与左夹具2成对使用，用于固定光纤1；

一能量计4，用于监测氩离子枪6的离子源通过光纤后的能量；

一控制系统5，用于控制氩离子枪6的能量和位移平台7的移动；

一氩离子枪6，氩离子源的发射装置，用于加工光纤侧面；

一位移平台7，用于固定和移动氩离子枪6。

所述的光纤1可以为任意材料，任意结构双包层光纤，纤径为50～3000μm；

所述的左夹具2和右夹具3为成对使用，用于固定光纤1，夹持的位置在同轴，可以用于夹持5～3000μm的光纤。

所述的能量计4为监测氩离子枪6的离子源通过光纤后的能量，用于判断是否将其输出方向上的光纤材料剪切完成，其对氩离子源测量流量量范围0.01-50keV，分辨精度为0.01keV。其与控制系统5相连接，测试数据传输到控制系统5中；

所述的控制系统5，其分别连接能量计4，氩离子枪6，位移平台7。其作为光纤V型槽加工的控制系统，对能量计4的监测数据采集，控制氩离子枪6的输出离子源能量，以及控制位移平台7的位移；

所述的氩离子枪6，是氩离子源的发射装置，是潘宁放电型离子源，其输出离子束流能量范围为0.01-20keV，使用的是高纯氩气源，氩气纯度大于99.999％，其发射的氩离子束的直径范围在50μm以内，用于加工光纤侧面，且切割的精度可以达到1μm量级，其能量由控制系统5控制；

所述的位移平台7，用于固定和移动氩离子枪6，其可以在X，Y两个方向上移动氩离子枪6，从而使得氩离子枪6能在光纤1上加工出V型槽，移动的精度在1μm量级。

采用氩离子源来对光纤侧面精细加工，使用带有能量的氩离子源冲击光纤侧面的石英材料，从原子层面上剪切光纤材料，逐步冲击掉光纤材料上的原子，最终实现所要制备的V型槽结构。使用的氩离子源本身是惰性气体源，不与光纤材料中的颗粒反应，也不会与光纤材料中的原子通过其他方式结合。不会在光纤材料中产生新的杂质，有利于泵浦光的导入。同时氩离子冲击掉的光纤材料原子也会在真空环境中被吸附和抽离，整个V型槽加工过程中是清洁加工，不会引入污染粒子。

利用材料表面处理的氩离子减薄方式处理光纤侧面，可以将光纤V型槽表面处理成超光滑水平，如果V型槽内表面需要进行镀膜处理，还可以增加镀膜的附着力。

采用材料表面处理的氩离子减薄工艺来制备光纤V型槽。同时克服机械研磨和切割刀切割工艺中所存在的缺陷，并能处理不同材料、不同纤径、不同结构的光纤。无论光纤侧面有无涂覆层，都可以使用氩离子源来制备加工光纤V型槽。这种光纤V型槽加工方法兼容性好。

为此，本发明公开一种光纤V型槽的加工方法，采用非机械式接触加工，使用氩离子源作为加工手段，使用氩离子源冲击光纤外包层石英材料，通过控制氩离子源的位移直接将光纤侧面的外包层材料直接剪切成V型。处理的V型槽内表面可以达到超光滑水平，有利于泵浦光的高效耦合。

Claims (3)

1.一种光纤V型槽加工方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：将光纤(1)的待加工区域的涂覆层剥除，并做清洁处理；

步骤二：在真空室里，将光纤(1)放置到左夹具(2)，以及右夹具(3)上，使光纤(1)的待加工区域位于左夹具(2)和右夹具(3)之间，并保持光纤(1)固定；光纤(1)位置为水平放置，将氩离子枪(6)安装在位移平台(7)上，通过调节位移平台(7)使氩离子枪(6)的发射口正对着光纤(1)的已剥除涂覆层的位置；

步骤三：在光纤(1)的另一侧安装有能量计(4)，使能量计(4)的接收口、氩离子枪(6)的发射口和光纤(1)在同一平面内；控制系统(5)通过导线分别与能量计(4)和氩离子枪(6)连接；

步骤四：将所述的真空室抽真空，直至真空室内压强降至低于10^-6Pa，并保持真空泵一直处于运行状态；

步骤五：根据设计的V型槽的深度和角度，控制系统(5)启动氩离子枪(6)并控制氩离子枪(6)发出的氩离子束流输出的路线和能量大小；同时监测和采集能量计(4)接收到的氩离子束流的能量大小；如果能量计(4)接收到的氩离子束流的能量比氩离子枪(6)发出的氩离子束流输出的能量小，说明氩离子束流还在与光纤材料冲击剪切；如果能量计(4)监测其接收到的氩离子束流的能量比氩离子枪(6)发出的氩离子束流输出的能量相同，则可以判断氩离子束流已经完全将其输出方向上的光纤材料已经全部剪切了，可以对位移平台(7) 下下一步位移的指令；如上反复循环操作直至V型槽加工结束；

步骤六：解除真空环境，取出光纤(1)，在显微镜下监测光纤(1)的V型槽的内表面有无瑕疵，以及测试V型槽的角度和深度：如果与初始设定的值不同，转入步骤二；如果与初始设定的值一致，则加工完成。

2.根据权利要求1所述的光纤V型槽加工方法，其特征在于，用于固定和移动氩离子枪(6)的位移平台(7)，能在水平面和垂直面内移动。

3.根据权利要求1所述的光纤V型槽加工方法，其特征在于，所述的氩离子枪(6)是氩离子源的发射装置，其输出离子束流能量范围为0.01-20keV，发射口水平发射氩离子束，其发射的氩离子束的直径范围在50μm以内。