CN107359496A - 剥模器构造及利用该剥模器构造进行的激光的传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种剥模器构造(M)。该剥模器构造(M)由凹凸面构成，很多微粒状突起(15)与光纤(11)的外周面(13)形成为一体而形成该凹凸面。该凹凸面的算术平均粗糙度(Ra)在2nm以下，或者在25nm以上。因此能够提供一种将光纤的发热抑制得较低的剥模器构造。

Description

剥模器构造及利用该剥模器构造进行的激光的传输方法
技术领域
本发明涉及一种剥模器构造及利用该剥模器构造进行的激光的传输方法。
背景技术
激光加工机等中用于传输激光的光纤光缆存在以下情况：在入射端部一侧的光连接器内，由于轴偏等原因而没有入射到光纤纤芯的激光的漏光入射到纤芯外侧的包层中；在出射端部一侧的光连接器内，来自激光照射对象的反射光入射到包层中。上述所谓的包层模光在传输时有可能遭受破坏，例如覆盖光纤的光纤外壳烧伤等。于是，在布置于光连接器内的光纤的端部设置有使其外周面形成为微米级别的粗糙面的剥模器，让包层模光在该剥模器中散射而将该包层模光排除到光纤外。例如，专利文献1中公开了以下剥模器：在光纤端部的外周面上形成有凹槽，该凹槽内部的所有表面构成为凹凸面，该该凹凸面是让材料种类与该光纤最外层相同的微粒熔化而形成的。
专利文献1：日本公开专利公报特开2014-126687号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
剥模器让包层模光在粗糙面散射而将该包层模光排除到光纤外，该剥模器因为表面的构造缺陷较多而易于吸收激光。因此，在传输例如1kW以上的大功率激光的情况下，有可能发生以下不良现象：在剥模器中光纤本身严重发热，光纤由此而变形或熔化，甚至会导致光连接器遭受破坏。
本发明的目的在于：提供一种能够将光纤的发热抑制得较低的剥模器构造。
－用于解决技术问题的技术方案－
本发明是一种剥模器构造，其由凹凸面构成，很多微粒状突起与光纤的外周面形成为一体而形成所述凹凸面。所述凹凸面的算术平均粗糙度在2nm以下，或者在25nm以上。
本发明是一种激光的传输方法，在该激光的传输方法下朝着以下光纤传输激光，该光纤具有由凹凸面构成的剥模器构造，很多微粒状突起与光纤的外周面形成为一体而形成所述凹凸面，且所述凹凸面的算术平均粗糙度在2nm以下，或者在25nm以上。
－发明的效果－
根据本发明，因为构成剥模器构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra在2nm以下或者在25nm以上，所以在剥模器构造中能够利用凹凸面抑制包层模光被表面吸收，主要通过折射将包层模光排除到光纤外，从而能够将光纤的发热抑制得较低。即使已被排除到光纤外的光再次从光纤的表面入射，也能够抑制光被表面吸收，同样能够抑制光纤发热。
附图说明
图1是第一实施方式中的光纤芯线的立体图。
图2是沿图1中的II-II线剖开的剖视图。
图3是第一实施方式中的光连接器构造的剖视图。
图4是第二实施方式中的光纤芯线的立体图。
图5是沿图4中的V-V线剖开的剖视图。
图6是其它实施方式中的光纤芯线的立体图。
图7是曲线图，示出凹凸面的算术平均粗糙度Ra与剥模器构造的表面温度的上升量和微粒状突起的密度之间的关系。
－符号说明－
C-光连接器构造；M-剥模器构造；10-光纤芯线；11-光纤；11a-纤芯；11b-包层；12-光纤外壳；13-外周面；13a-槽侧面部分；13b-槽底面部分；13c-槽间部分；14-凹槽；15-微粒状突起；20-光连接器；21-连接器本体；21a-光纤收纳空间；21b-芯线嵌入部；21c-块收纳空间；22-密封部件；23-光纤支承部件；24-石英块。
具体实施方式
下面，对实施方式做详细的说明。
(第一实施方式)
图1和图2示出包括第一实施方式所涉及的剥模器构造M的光纤芯线10。该光纤芯线10用在光纤光缆中，该光纤光缆例如安装在激光加工机等上且用于传输激光。
该光纤芯线10具有光纤11和覆盖该光纤11的光纤外壳12。光纤芯线10的外径例如为1.3mm。
光纤11具有折射率相对较高的纤芯11a和覆盖该纤芯11a且折射率相对较低的包层11b。光纤11的纤芯11a例如由非掺杂纯石英形成，包层11b由掺杂了使折射率降低的掺杂物(氟、硼等)的石英形成。光纤11的外径例如为500μm。纤芯11a的直径例如为100μm。纤芯11a的数值孔径(NA)例如为0.20。需要说明的是，光纤11还可以是具有多个纤芯的多芯光纤。而且，光纤11还可以具有从外侧覆盖包层11b的外护层。
光纤外壳12既可以是单层结构，又可以是双层结构。其中，单层结构由紫外线固化性树脂、热固性树脂等形成；双层结构由内侧缓冲层和外侧覆盖层构成，该内侧缓冲层例如由硅树脂形成，该外侧覆盖层覆盖该内侧缓冲层且由尼龙树脂或氟树脂形成。
光纤芯线10的端部包括前端侧的光纤露出部分10a和在该光纤露出部分10a的后端侧且由光纤外壳12覆盖起来的光纤外壳覆盖部分10b。
光纤外壳12被剥去以后，光纤11突出来，光纤露出部分10a露出来。在光纤露出部分10a即光纤11的外周面13上形成有第一实施方式所涉及的剥模器构造M。既可以在光纤露出部分10a即光纤11的一定长度范围内形成第一实施方式所涉及的剥模器构造M，又可以在光纤露出部分10a即光纤11的整个长度范围内形成第一实施方式所涉及的剥模器构造M。第一实施方式所涉及的剥模器构造M的长度例如为10～100mm。
在形成有第一实施方式所涉及的剥模器构造M的光纤露出部分10a即光纤11的外周面13上形成有多个分别沿圆周方向延伸的呈环状的凹槽14，该多个环状凹槽14在光纤11的长度方向上彼此间留有间隔。各凹槽14的槽宽例如为0.02～1mm，槽深例如为0.01～0.1mm，槽之间的间隔例如为0.05～5mm。在光纤11的包括多个凹槽14的槽侧面部分13a、槽底面部分13b以及槽间部分13c的外周面13上，形成有很多与该光纤11的外周面13形成为一体的微粒状突起15而形成微小的凹凸面，由该凹凸面构成第一实施方式所涉及的剥模器构造M。
第一实施方式所涉及的剥模器构造M中的凹凸面的算术平均粗糙度Ra在2nm以下，或者在25nm以上。根据上述第一实施方式所涉及的剥模器构造M，因为构成剥模器构造M的凹凸面的算术平均粗糙度Ra在2nm以下，或者在25nm以上，所以在剥模器构造M中，能够利用凹凸面抑制包层模光被表面吸收，主要通过折射将包层模光排除到光纤11外，因此而能够将光纤11的发热抑制得较低。即使已被排除到光纤11外的光再次从光纤的表面入射，也能够抑制光被表面吸收，因此同样能够抑制光纤发热。其结果是，能够避免光纤11变形或熔化。
在凹凸面的算术平均粗糙度Ra大于0且在25nm以上的情况下，从抑制光纤11发热的观点出发，优选在100nm以上，更优选在500nm以上，而且还优选在10000nm以下。该算术平均粗糙度Ra是用原子力显微镜测得的。
凹凸面中的微粒状突起15的密度在0以上。从抑制光纤11发热的观点出发，优选在2×106个/mm2以下，更优选在1×106个/mm2以下，进一步优选在7×105个/mm2以下。计算在利用原子力显微镜观察到的表面图像中且规定的面积范围内所含有的微粒状突起15的个数，然后将该个数换算成每一平方毫米(1mm2)的个数，该每一平方毫米(1mm2)中的微粒状突起15的个数就是该微粒状突起15的密度。
结构如上所述的第一实施方式所涉及的剥模器构造M，利用激光加工在光纤露出部分10a即光纤11的外周面13上形成凹槽14，之后将该已形成有凹槽14的光纤11置于此时所产生的玻璃烟雾(glass fume)环境中。这样一来，材料大致与光纤11最外层的包层11b(或外护层)相同的微粒就会熔化或者附着在光纤11的包括多个凹槽14的槽侧面部分13a、槽底面部分13b以及槽间部分13c的外周面13上。其结果是，能够构成很多微粒状突起15与外周面13形成为一体而形成的凹凸面，由此而获得该剥模器构造M。此时，通过调节激光的功率、扫描速度或者玻璃烟雾的浓度，就能够控制凹凸面的算术平均粗糙度Ra和微粒状突起15的密度。需要说明的是，在该情况下，光纤11中的槽间部分13c的外径由于微粒状突起15的形成而比其他部分的外径稍微大一些。
图3示出已将光连接器20安装到光纤芯线10上的光连接器构造C。该光连接器构造C例如形成在用于传输激光的光纤光缆的入射端部和/或出射端部，该光纤光缆安装在激光加工机等上。
光连接器20具有由筒状部件构成的连接器本体21。在连接器本体21的内部形成有光纤收纳空间21a和芯线嵌入部21b。其中，该光纤收纳空间21a在该连接器本体21的中间部位沿长度方向延伸且内径较大；芯线嵌入部21b与该光纤收纳空间21a的后方连为一体且内径较小。在连接器本体21内部的光纤收纳空间21a的前端侧形成有块收纳空间21c，该块收纳空间21c与光纤收纳空间21a连为一体。环状的密封部件22内嵌在光纤收纳空间21a的前端部，圆筒状的光纤支承部件23内嵌在该密封部件22的开口中。连接器本体21中的形成光纤收纳空间21a的内壁既可以形成为粗糙面，又可以形成为槽状，以保证已被排除到光纤外的包层模光难以到达容易损坏的光纤外壳部。块收纳空间21c中收纳有石英块24。
在该光连接器构造C中，光纤芯线10的端部从光连接器20的后方插入，光纤露出部分10a的前端部内嵌在光纤支承部件23中并由该光纤支承部件23支承住，光纤露出部分10a中的构成第一实施方式所涉及的剥模器构造M的部分在光纤收纳空间21a内沿长度方向延伸，并且光纤外壳覆盖部分10b内嵌在芯线嵌入部21b并由芯线嵌入部21b支承住。从光纤支承部件23露出的光纤露出部分10a的前端熔化而与收纳在块收纳空间21c内的石英块24连接起来。光纤外壳覆盖部分10b的光纤外壳12的端面露出到光纤收纳空间21a中。
就结构如上所述的光连接器构造C而言，当开始从光源功率激光时，在入射端部一侧经石英块24入射的光主要朝着光纤11的纤芯11a入射而传输。但是，在入射端部一侧的光连接器20内存在以下情况：从光源功率的激光中由于轴偏等原因而超过光纤11的数值孔径(NA)的光、以及没有朝着纤芯11a入射的漏光作为包层模光朝着包层11b入射。在出射端部一侧的光连接器20内同样存在以下情况：来自激光照射对象的反射光作为包层模光朝着包层11b入射。上述包层模光在包层11b与空气的交界面上重复反射而在包层11b中传输，但是，在剥模器构造M中，因为构成该构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra在2nm以下，或者在25nm以上，所以能够利用凹凸面抑制包层模光被表面吸收，主要通过光的折射将该包层模光排除到光纤11外。即使已被排除到光纤11外的光在光纤收纳空间21a反射而再次从光纤的表面入射，也能够抑制光被表面吸收。因此而能够将光纤11的发热抑制得较低，从而能够避免光纤11变形或熔化，或者避免光连接器20遭受破坏。
(第二实施方式)
图4和图5示出包括第二实施方式所涉及的剥模器构造M的光纤芯线10。需要说明的是，用同一符号表示名称与第一实施方式相同的部分。
在该第二实施方式中，光纤露出部分10a即光纤11呈顶端较尖的锥状。很多微粒状突起15形成在光纤11的锥状外周面13上且与光纤11的锥状外周面13形成为一体而形成微小的凹凸面。由该凹凸面构成第二实施方式所涉及的剥模器构造M。该第二实施方式所涉及的剥模器构造M的凹凸面的算术平均粗糙度Ra在2nm以下，或者在25nm以上。
结构如上所述的第二实施方式所涉及的剥模器构造M，通过利用激光加工对光纤露出部分10a即光纤11的外周部进行磨削加工而呈锥状，之后将该外周部呈锥状的光纤11置于此时所产生的玻璃烟雾环境中。这样一来，材料大致与光纤11最外层的包层11b(或外护层)相同的微粒就会熔化或者附着在光纤11的锥状的外周面13上。其结果是，能够构成很多微粒状突起15与外周面13形成为一体而形成的凹凸面，由此而获得该剥模器构造M。此时，通过调节激光的功率、扫描速度或者玻璃烟雾的浓度，就能够控制凹凸面的算术平均粗糙度Ra和微粒状突起15的密度。
其它结构和作用、效果与第一实施方式一样。
(其它实施方式)
在第一实施方式中是这样的一种结构：即，在光纤11的外周面13上形成有多个分别沿圆周方向延伸的呈环状的凹槽14，该多个环状凹槽14在光纤11的长度方向上彼此间留有间隔，但并不限于此，例如，还可以是图6所示的一种结构：即，凹槽14在光纤11的长度方向上呈螺旋状延伸。
【实施例】
(光纤芯线)
制作了实施例1、2以及比较例的光纤芯线。各种结构也示于表1。
＜实施例1＞
通过调节激光的功率、扫描速度或者玻璃烟雾的浓度，使构成剥模器构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra为0.44nm且使微粒状突起的密度为1.00×100个/mm2，这样制作了结构与该第一实施方式一样的光纤芯线，并将其定为实施例1。需要说明的是，如上所述，凹凸面的算术平均粗糙度Ra、微粒状突起的密度以及外径是用原子力显微镜求得的。
＜实施例2＞
除了使构成剥模器构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra为31.4nm，且使微粒状突起的密度为6.40×105个/mm2以外，其它方面都与实施例1一样，在这样的条件下制作了光纤芯线，并将其定为实施例2。
＜比较例＞
除了使构成剥模器构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra为3.12nm，且使微粒状突起的密度为2.24×107个/mm2以外，其它方面都与实施例1一样，在这样的条件下制作了光纤芯线，并将其定为比较例。
【表1】
(试验评价方法)
在实施例1、2以及比较例各例中，从一端朝着光纤的包层入射75W的激光(λ＝1060nm)，测量了剥模器构造的表面温度的上升量。
(试验评价结果)
图7示出凹凸面的算术平均粗糙度Ra与剥模器构造的表面温度的上升量和微粒状突起的密度之间的关系。需要说明的是，结果也示于表1。
由上述结果可知，在实施例1、2中，剥模器构造的表面温度的上升量在30℃这一数量级上，较小。而在比较例中，剥模器构造的表面温度的上升量为275℃，非常大。一般认为其理由如下：构成剥模器构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra在2nm以下或者在25nm以上的实施例1、2中，在剥模器构造下，能够利用凹凸面抑制包层模光被表面吸收，主要通过折射将该包层模光排除到光纤外。相对于此，在构成剥模器构造的凹凸面的算术平均粗糙度Ra为3.12nm的比较例中，在剥模器构造下，包层模光主要通过在凹凸面产生光吸收这样的散射而被排除到光纤外。
－产业实用性－
本发明对于剥模器构造这一技术领域很有用。

Claims (4)

1.一种剥模器构造，其由凹凸面构成，很多微粒状突起与光纤的外周面形成为一体而形成所述凹凸面，其特征在于：
所述凹凸面的算术平均粗糙度在2nm以下，或者在25nm以上。
2.根据权利要求1所述的剥模器构造，其特征在于：
所述微粒状突起的密度在2×106个/mm2以下。
3.根据权利要求1或2所述的剥模器构造，其特征在于：
在所述光纤的外周面上形成有凹槽。
4.一种激光的传输方法，其特征在于：
该激光的传输方法是一种朝着以下光纤传输激光的方法，该光纤具有由凹凸面构成的剥模器构造，很多微粒状突起与光纤的外周面形成为一体而形成所述凹凸面，且所述凹凸面的算术平均粗糙度在2nm以下，或者在25nm以上。
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