CN110850528A - 一种耦合光纤制作方法及装配夹具 - Google Patents

Abstract

一种耦合光纤制作方法及装配夹具，先将光纤剥离形成裸露端，在裸露端部分区域涂胶，更加有效的控制胶量以及胶水的填充质量，不会出现传统耦合工艺中插芯座端部具有溢出胶层的情况发生。由于只在陶瓷插芯的尾端部分有紫外胶填充固定，从而确保机械拉力的同时有效保护了光纤的裸露端。由于裸露端下端陶瓷插芯底部突出1‑10CM，可以使用非标陶瓷插芯或带铜座的非标插芯，突出的部位裸光无胶其处于自由状态，有利于光的传输。耐高温保护套只与插芯座接触、固定，不易吸热，有利于降低激光器管壳管嘴的温度。提高了光纤与半导体激光器的耦合效率、散热好。在一定程度上讲了光纤烧毁、温度高的风险。

Description

一种耦合光纤制作方法及装配夹具

技术领域

本发明涉及半导体激光器耦合技术领域，具体涉及一种耦合光纤制作方法及装配夹具。

背景技术

半导体激光器由于体积小、重量轻、转换效率高、使用寿命长、能直接内调制等优点，在医疗、显示、泵浦、工业加工等领域有广泛的应用，如光纤通讯、激光测距、目标指示、激光制导、激光雷达、空间光通信等。

光纤与半导体激光器的结合更使半导体激光器得到了更广泛的应用，例如在通信领域，如何使激光器的输出光能更稳定、更长距离的传输，在泵浦固体激光器中如何使半导体激光器的输出光功率能更有效地传输到激光增益介质上，从而得到更高的泵浦效率，这些都涉及到半导体激光器与光纤的耦合问题。

一般来讲，空间合束、偏振合束，主要是将半导体激光器发出的激光光束通过快慢轴整形后聚焦或者成像到光纤纤芯端面。而光纤的导光部分是由纤芯和包层组成，纤芯的折射率会略大于包层的折射率。当入射到光纤纤芯端面的光发散角小于光纤的数值孔径时，进入纤芯后将在纤芯和包层的界面处发生全反射，而入射到光纤纤芯端面的光发散角大于光纤数值孔径时，即使进入纤芯也不会在纤芯和包层的界面处发生全反射，因此会很快折射出光纤而不在纤芯传输，形成包层光，从而转化为热。然而多管芯的空间合束、偏振合束，光纤耦合总有一定的耦合效率，很难实现100%的耦合。

中国专利文献CN203365738U公开了一种光纤光连接器，以最大限度地使未耦合进光纤纤芯的杂散光和包层光疏散开，避免其产生转化为热而损失连接器。但该连接器制作时，需要向陶瓷及金属尾柄中，先填充胶水，再将包层光纤及光纤保护套推到低。由于气压及胶水受力作用，陶瓷及金属尾柄内的胶水必然向后流出，在金属尾柄后端形成很厚的凝胶层。一旦受热，胶水热胀冷缩，极易导致光纤保护套收缩，光纤本身受力，从而导致功率降低。另外，半导体激光器长时间老化或者工作时，凝胶层太厚，容易吸热，导致光纤散热不好，从而烧毁，导致整个激光器功率降低或者失效。

中国专利文献CN103823277A发明了一种光纤连接器，由开口金属套筒搭接的2个陶瓷插芯，通过高温固化胶固定。裸光纤贯穿于第一陶瓷、金属套筒、第二陶瓷之间。金属套筒与焊料的浸润性好，在一定程度上有利于光纤连接器与激光器管嘴的散热。但该结构实际制作过程中，一是存在光纤插入后轴心不同轴的风险，导致金属套筒内部光纤弯曲；二是金属开口陶瓷中间的裸光纤，在焊接过程中，很难确保没有焊锡或者细微脏污沿开口方向流到裸光纤上，从而导致裸光纤脏污。激光器大电流下工作时，容易导致光纤烧毁。

中国专利文献CN201520430648.2发明公开了一种激光器耦合装置以及光纤耦合激光器，所述激光器耦合装置包括光纤以及尾纤管，所述光纤至少部分插置于所述尾纤管中，所述光纤置于所述尾纤管中的部分被剥离涂覆层，被剥离涂覆层部分的光纤表面涂覆有高折射率胶，以将所述光纤固定在所述尾纤管中；所述尾纤管在位于所述光纤的被剥离涂覆层与未被剥离涂覆层的临界面处设置有一通孔，以通过所述通孔对所述光纤涂覆高折射率胶。通过上述方式，能够有效保证光纤与尾纤管的充分打胶。 但该结构实际制作过程中，存在很多风险，一是打胶过程中，打胶的针头容易碰触涂覆层与包层交接的裸光纤，导致光纤损伤；二是打胶过程中容易产生气泡，尾纤管后端内径大，前端内径小，胶水大部分从后端及侧面通孔冒出，前端实际胶水填充并不充分。胶水要完全填充充分，至少前端要先密封，后端分步骤点胶后抽真空，这样才能达到完全填充的目的。三是填充后的胶水只有通孔侧面能被紫外光照射，前后端紫外光本身无法完全透射，导致固化不充分。四是填充不充分的光纤端面，无法获得好的端面质量，影响耦合效率。五是胶水填充太多，高功率下容易吸收热，光纤受应力影响，容易导致功率降低。

如附图1和附图2所示，传统的激光器耦合结构中当光纤插入到陶瓷插芯中后胶水向上挤压在插芯座外形成溢出胶层5，从而容易烧毁光纤。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种有利于提高光纤与半导体激光器的耦合效率、散热好、降低光纤烧毁几率的耦合光纤制作方法及装配夹具。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种耦合光纤制作方法，包括如下步骤：

a)将光纤的头端剥离保护层，使其露出形成裸露端；

b)将裸露端上的涂胶区域涂抹上紫外胶水；

c)将光纤的裸露端整体插入插芯座内，裸露端下端陶瓷插芯底部突出1-10CM；

d)利用紫外面光源将紫外胶固化；

e)利用装配夹具将陶瓷插芯的上端同轴插装于插芯座中；

f)在插芯座表面套装耐高温保护套管，在耐高温保护套管与插芯座之间点胶粘合固定。

为了确保光线裸露部位的光洁度，还包括在步骤a)后对裸露端进行研磨的步骤。

为了确保质量，还包括在步骤a)后对裸露端进行检查其表面镀膜的步骤。

为了防止涂胶区域过大导致溢胶，步骤b)中涂胶区域为自裸露端中心点向上的整体的裸露端的1/2区域。

为了提高固化牢固度，步骤b)中涂抹的紫外胶水为高折射率双固化紫外胶水，步骤d)中在紫外固化后再进行80-100℃的高温固化。

进一步的，步骤d)中紫外面光源的能量为1000-2000mW/，固化时间为60-120s。

一种制作如权利要求1中耦合光纤的装配夹具，包括：

底座，其上端设置有模座，模座上竖直设置有与插芯外径相匹配的插孔，通过紫外胶固化有光纤的插芯座竖直插装于模座上的插孔中；

滑座，位于底座的正上方，其内部沿竖直方向滑动插装有滑杆；

滑杆驱动机构，设置于滑座上，用于驱动滑杆沿竖直方向上下滑动；以及

夹具，设置于滑杆驱动机构的下端，其用于夹持固定插芯座；

被夹具夹持的插芯座的轴线与陶瓷插芯的轴线相同轴。

进一步的，上述滑杆驱动机构包括沿纵向设置于滑杆侧端的齿条、转动安装于滑座上的把手以及安装于把手上的齿轮，所述齿轮与齿条相啮合。

为了便于调节滑座的高度，还包括竖直安装于底座上的立柱，所述滑座设置有与立柱外径相匹配的滑孔，滑座通过滑孔插装于立柱上，滑座通过锁紧螺钉相对立柱锁紧固定。

为了实现限位以及自动回程，还包括设置于滑座上端的支杆以及竖直旋合于滑杆上的螺钉，拉伸弹簧上端与支杆连接固定，其下端与滑杆的上端连接固定。

本发明的有益效果是：先将光纤剥离形成裸露端，在裸露端部分区域涂胶，更加有效的控制胶量以及胶水的填充质量，不会出现传统耦合工艺中插芯座端部具有溢出胶层的情况发生。由于只在陶瓷插芯的尾端部分有紫外胶填充固定，从而确保机械拉力的同时有效保护了光纤的裸露端。由于裸露端下端陶瓷插芯底部突出1-10CM，可以使用非标陶瓷插芯或带铜座的非标插芯，突出的部位裸光无胶其处于自由状态，有利于光的传输。耐高温保护套只与插芯座接触、固定，不易吸热，有利于降低激光器管壳管嘴的温度。提高了光纤与半导体激光器的耦合效率、散热好。在一定程度上讲了光纤烧毁、温度高的风险。

附图说明

图1为常规光纤、插芯及插芯座的结构示意图；

图2为常规耦合后的光纤的结构示意图；

图3为本发明的光纤、插芯及插芯座的结构示意图；

图4为本发明的耦合后的光纤的结构示意图；

图5为本发明的装配夹具的立体结构示意图；

图6为本发明的夹头部位的放大结构示意图；

图7为本发明的齿轮、齿条部位的结构示意图；

图中，1.陶瓷插芯 2.插芯座 3.光纤 4.裸露端 5.溢出胶层 6.底座 7.立柱 8.滑座9.滑杆 10.齿条 11.支杆 12.拉伸弹簧 13.螺钉 14.夹具 15.把手 16.齿轮 17.模座。

具体实施方式

下面结合附图1至附图7对本发明做进一步说明。

如附图3和附图4所示，一种耦合光纤制作方法，包括如下步骤：

a)将光纤3的头端剥离保护层，使其露出形成裸露端4；

b)将裸露端4上的涂胶区域涂抹上紫外胶水；

c)将光纤3的裸露端4整体插入插芯座2内，裸露端4下端陶瓷插芯1底部突出1-10CM；

d)利用紫外面光源将紫外胶固化；

e)利用装配夹具将陶瓷插芯1的上端同轴插装于插芯座2中；

f)在插芯座2表面套装耐高温保护套管，在耐高温保护套管与插芯座2之间点胶粘合固定。

先将光纤3剥离形成裸露端4，在裸露端4部分区域涂胶，更加有效的控制胶量以及胶水的填充质量，不会出现传统耦合工艺中插芯座2端部具有溢出胶层5的情况发生。由于只在陶瓷插芯1的尾端部分有紫外胶填充固定，从而确保机械拉力的同时有效保护了光纤3的裸露端4。由于裸露端4下端陶瓷插芯1底部突出1-10CM，可以使用非标陶瓷插芯或带铜座的非标插芯，突出的部位裸光无胶其处于自由状态，有利于光的传输。耐高温保护套只与插芯座2接触、固定，不易吸热，有利于降低激光器管壳管嘴的温度。提高了光纤3与半导体激光器的耦合效率、散热好。在一定程度上讲了光纤烧毁、温度高的风险。

实施例1：

还包括在步骤a)后对裸露端4进行研磨的步骤。通过对裸露端4进行研磨可以确保其表面的光洁度，有利于提高其对光信号的传输率。

实施例2：

还包括在步骤a)后对裸露端4进行检查其表面镀膜的步骤。通过在将光纤3与插芯座2固化前检查光纤裸露端4的镀膜是否有损伤，确保耦合后的光纤的质量。

实施例3：

步骤b)中涂胶区域为自裸露端4中心点向上的整体的裸露端4的1/2区域。设置1/2区域进行涂胶即可满足光纤裸露端4与插芯座2的固定牢固度，使其满足机械拉力的要求，又可以防止胶水过量导致溢出。

实施例4：

步骤b)中涂抹的紫外胶水为高折射率双固化紫外胶水，步骤d)中在紫外固化后再进行80-100℃的高温固化。紫外胶水为高折射紫外胶，其在一定程度上起到模式剥离的作用个，有利于包层光的剥出。同时紫外胶水为双固化胶，不但通过紫外固化，其还通过加热环境下利用高温进行二次固化，提高了固定的牢固度。

实施例5：

优选的，步骤d)中紫外面光源的能量为1000-2000mW/

，固化时间为60-120s。

如附图5和附图6所示，本发明还涉及一种制作上述耦合光纤的装配夹具，包括：底座6，其上端设置有模座17，模座17上竖直设置有与插芯座2外径相匹配的插孔，通过紫外胶固化有光纤3的插芯座2竖直插装于模座17上的插孔中；滑座8，位于底座6的正上方，其内部沿竖直方向滑动插装有滑杆9；滑杆驱动机构，设置于滑座8上，用于驱动滑杆9沿竖直方向上下滑动；以及夹具14，设置于滑杆驱动机构的下端，其用于夹持固定插芯座2；被夹具14夹持的插芯座2的轴线与陶瓷插芯1的轴线相同轴。使用时，将通过紫外固化的光纤3及陶瓷插芯1插装于模座17上的插孔中，之后通过滑杆驱动机构驱动滑杆9向下移动，直至夹具14夹持的插芯座2插入到陶瓷管芯1上，且光纤3位于插芯座2中。之后通过滑杆驱动机构驱动滑杆9向上移动，将耦合后的陶瓷插芯1及插芯座2取下即可。操作过程简单方便，提高了生产效率，适合批量生产。

实施例6：

如附图7所示，滑杆驱动机构可以为如下结构，其包括沿纵向设置于滑杆9侧端的齿条10、转动安装于滑座8上的把手15以及安装于把手15上的齿轮16，齿轮16与齿条10相啮合。当转动把手15时，其驱动齿轮16旋转，齿轮16转动使滑杆9通过齿条10与齿轮16的啮合实现上下滑动。

实施例7：

还包括竖直安装于底座6上的立柱7，滑座8设置有与立柱7外径相匹配的滑孔，滑座8通过滑孔插装于立柱7上，滑座8通过锁紧螺钉相对立柱7锁紧固定。松开锁紧螺钉后可以实现滑座8沿立柱7的上下滑动调节高度，方便调整至合适的工作高度位置。调整到位后在旋紧锁紧螺钉即可实现将滑座8相对立柱7的锁止固定。

实施例8：

还可以包括设置于滑座8上端的支杆11以及竖直旋合于滑杆9上的螺钉13，拉伸弹簧12上端与支杆11连接固定，其下端与滑杆9的上端连接固定。当滑杆9向下移动使其会使拉伸弹簧12拉伸，实现弹力蓄能，当将陶瓷插芯1插入到插芯座2中后，在拉伸弹簧12的弹力下可以驱动滑杆9向上拉动至初始位置，实现自动回程复位。通过调整螺钉13的旋合高度，可以使滑杆9在向下滑动时当插芯座2插入到陶瓷插芯1中后，恰好螺钉13的下端与滑座8的上端相接触，从而实现到位后滑杆9不可再向下移动，实现了限位，防止滑杆9向下移动过量导致陶瓷插芯1及插芯座2压损的情况发生。

Claims (10)

1.一种耦合光纤制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将光纤（3）的头端剥离保护层，使其露出形成裸露端（4）；

b)将裸露端（4）上的涂胶区域涂抹上紫外胶水；

c)将光纤（3）的裸露端（4）整体插入插芯座（2）内，裸露端（4）下端陶瓷插芯（1）底部突出1-10CM；

d)利用紫外面光源将紫外胶固化；

e)利用装配夹具将陶瓷插芯（1）的上端同轴插装于插芯座（2）中；

f)在插芯座（2）表面套装耐高温保护套管，在耐高温保护套管与插芯座（2）之间点胶粘合固定。

2.根据权利要求1所述的耦合光纤制作方法及装配夹具，其特征在于：还包括在步骤a)后对裸露端（4）进行研磨的步骤。

3.根据权利要求1所述的耦合光纤制作方法及装配夹具，其特征在于：还包括在步骤a)后对裸露端（4）进行检查其表面镀膜的步骤。

4.根据权利要求1所述的耦合光纤制作方法及装配夹具，其特征在于：步骤b)中涂胶区域为自裸露端（4）中心点向上的整体的裸露端（4）的1/2区域。

5.根据权利要求1所述的耦合光纤制作方法及装配夹具，其特征在于：步骤b)中涂抹的紫外胶水为高折射率双固化紫外胶水，步骤d)中在紫外固化后再进行80-100℃的高温固化。

6.根据权利要求1所述的耦合光纤制作方法及装配夹具，其特征在于：步骤d)中紫外面光源的能量为1000-2000mW/

，固化时间为60-120s。

7.一种制作如权利要求1中耦合光纤的装配夹具，其特征在于，包括：

底座（6），其上端设置有模座（17），模座（17）上竖直设置有与插芯座（2）外径相匹配的插孔，通过紫外胶固化有光纤（3）的插芯座（2）竖直插装于模座（17）上的插孔中；

滑座（8），位于底座（6）的正上方，其内部沿竖直方向滑动插装有滑杆（9）；

滑杆驱动机构，设置于滑座（8）上，用于驱动滑杆（9）沿竖直方向上下滑动；以及

夹具（14），设置于滑杆驱动机构的下端，其用于夹持固定插芯座（2）；

被夹具（14）夹持的插芯座（2）的轴线与陶瓷插芯（1）的轴线相同轴。

8.根据权利要求7所示的装配夹具，其特征在于：所述滑杆驱动机构包括沿纵向设置于滑杆（9）侧端的齿条（10）、转动安装于滑座（8）上的把手（15）以及安装于把手（15）上的齿轮（16），所述齿轮（16）与齿条（10）相啮合。

9.根据权利要求7所示的装配夹具，其特征在于：还包括竖直安装于底座（6）上的立柱（7），所述滑座（8）设置有与立柱（7）外径相匹配的滑孔，滑座（8）通过滑孔插装于立柱（7）上，滑座（8）通过锁紧螺钉相对立柱（7）锁紧固定。

10.根据权利要求7所示的装配夹具，其特征在于：还包括设置于滑座（8）上端的支杆（11）以及竖直旋合于滑杆（9）上的螺钉（13），拉伸弹簧（12）上端与支杆（11）连接固定，其下端与滑杆（9）的上端连接固定。

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