CN115421254B - 一种光纤孔的加工方法及基于其的加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光纤孔的加工方法及基于其的加工设备，该光纤孔的加工方法包括：提供一玻璃基板，玻璃基板具有相对的第一端面和第二端面；玻璃基板内形成有至少一个改性区，每个改性区均经激光分层加工改性而成，且每个改性区均贯穿第一端面和第二端面。将玻璃基板放入带有磁性粉末的氢氟酸溶液中。在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在玻璃基板内形成至少一个光纤孔。采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光。提高光纤孔孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响。
Description
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种光纤孔的加工方法及基于其的加工设备。
背景技术
目前，玻璃采用激光改性后，去除改性的材料的方法主要是采用腐蚀方法。腐蚀方法所使用的腐蚀液为氢氟酸（HF），通过氢氟酸溶液缓慢腐蚀掉改性的材料，从而实现对玻璃改性区域的腐蚀贯通。但该方法耗时较久，而且随着腐蚀区域的慢慢增加，对不同改性位置腐蚀程度不一样。如果直接将该腐蚀工艺应用到光纤孔的加工工序中，将会导致加工出的光纤孔的孔壁凸凹不平，在后续光在波导内传播受到影响。
发明内容
本发明提供了一种光纤孔的加工方法及基于其的加工设备，提高光纤孔孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响。
第一方面，本发明提供了一种光纤孔的加工方法，光纤孔为MT插芯中的光纤孔，MT插芯应用于MPO连接器中。该光纤孔的加工方法包括：提供一玻璃基板，玻璃基板具有相对的第一端面和第二端面；玻璃基板内形成有至少一个改性区，每个改性区均经激光分层加工改性而成，且每个改性区均贯穿第一端面和第二端面。将玻璃基板放入带有磁性粉末的氢氟酸溶液中。在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在玻璃基板内形成至少一个光纤孔。采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光。
在上述的方案中，通过在氢氟酸溶液中加入磁性粉末，在将改性完成的玻璃基板放入到带有磁性粉末的氢氟酸溶液中之后，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，从而能够加快改性区腐蚀成型的速率，快速腐蚀去除改性区的材料，改善由于腐蚀时间过长而各向同性对光纤孔孔壁的凸凹不平的影响程度。之后，还采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光，不仅能够提高光纤孔孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响，而且还提高抛光效果及效率。
在一个具体的实施方式中，氢氟酸溶液的质量浓度为30-50％之间，提高选择性腐蚀的效率。
在一个具体的实施方式中，磁性粉末的粒度在200目-600目之间，提高驱动氢氟酸溶液流动的效果。
在一个具体的实施方式中，高压水导光纤的水径小于20um，且高压水导光纤的辅助水导液为掺有磨料的去离子水，提高抛光的精度。
在一个具体的实施方式中，采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光包括：通过控制承载光纤激光头的螺旋运动平台，采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔进行旋转抛光，提高抛光效果。
在一个具体的实施方式中，设定纤径为30um-300um，使加工出的光纤孔能够更细，提高精度及应用场景的适应性。
在一个具体的实施方式中，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，包括：在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的底部外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在玻璃基板内形成至少一个光纤孔。提高驱动氢氟酸溶液流动的效果。
第二方面，本发明还提供了一种光纤孔的加工设备，光纤孔为MT插芯中的光纤孔，MT插芯应用于MPO连接器中。光纤孔的加工设备基于上述任意一种光纤孔的加工方法，该光纤孔的加工设备包括：腐蚀容器、交流电场驱动装置、和高压水导光纤抛光装置。其中，腐蚀容器用于盛放带有磁性粉末的氢氟酸溶液，还用于盛放玻璃基板。交流电场驱动装置用于在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在玻璃基板内形成至少一个光纤孔。高压水导光纤抛光装置用于采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光。
在上述的方案中，通过在氢氟酸溶液中加入磁性粉末，在将改性完成的玻璃基板放入到带有磁性粉末的氢氟酸溶液中之后，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，从而能够加快改性区腐蚀成型的速率，快速腐蚀去除改性区的材料，改善由于腐蚀时间过长而各向同性对光纤孔孔壁的凸凹不平的影响程度。之后，还采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光，不仅能够提高光纤孔孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响，而且还提高抛光效果及效率。
在一个具体的实施方式中，腐蚀容器位于交流电场驱动装置的上方，从而使交流电场驱动装置能够在氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，从氢氟酸溶液的底部驱动氢氟酸溶液流动。提高驱动氢氟酸溶液流动的效果。
在一个具体的实施方式中，高压水导光纤抛光装置包括：辅助水导液提供系统、光纤激光加工头、螺旋运动平台。其中，辅助水导液提供系统用于提供掺有磨料的去离子水。光纤激光加工头用于接收掺有磨料的去离子水，并输出带有磨料的高压水导光纤。螺旋运动平台用于带动光纤激光加工头螺旋运动，以采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔进行旋转抛光，提高抛光精度和效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光纤孔的加工方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种改性后的玻璃基板的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种腐蚀容器和交流电场驱动装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种高压水导光纤抛光装置的结构示意图。
附图标记：
10-玻璃基板11-改性区12-光纤孔
21-腐蚀容器22-交流电场驱动装置23-内部回流装置
31-辅助水导液提供系统32-光纤激光加工头33-螺旋运动平台
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了方便理解本发明实施例提供的光纤孔的加工方法，下面首先说明一下本发明实施例提供的加工方法的应用场景，该加工方法应用于光纤孔的加工过程中，其中的光纤孔为MT插芯中的光纤孔，MT插芯应用于MPO连接器中。下面结合附图对该光纤孔的加工方法进行详细的叙述。
参考图1~图4，本发明实施例提供的光纤孔的加工方法包括：
Step10：提供一玻璃基板10，玻璃基板10具有相对的第一端面和第二端面；玻璃基板10内形成有至少一个改性区11，每个改性区11均经激光分层加工改性而成，且每个改性区11均贯穿第一端面和第二端面；
Step20：将玻璃基板10放入带有磁性粉末的氢氟酸溶液中；
Step30：在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，以在玻璃基板10内形成至少一个光纤孔12；
Step40：采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光。
在上述的方案中，通过在氢氟酸溶液中加入磁性粉末，在将改性完成的玻璃基板10放入到带有磁性粉末的氢氟酸溶液中之后，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，从而能够加快改性区11腐蚀成型的速率，快速腐蚀去除改性区11的材料，改善由于腐蚀时间过长而各向同性对光纤孔12孔壁的凸凹不平的影响程度。之后，还采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光，不仅能够提高光纤孔12孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响，而且还提高抛光效果及效率。下面结合附图对上述各个步骤进行详细的介绍。
首先，参考图1及图2，提供一玻璃基板10，玻璃基板10具有相对的第一端面和第二端面；玻璃基板10内形成有至少一个改性区11，每个改性区11均经激光分层加工改性而成，且每个改性区11均贯穿第一端面和第二端面。当然，改性区11的个数具体与MT插芯所支持的光纤芯数有关，在MR插芯支持多个光纤芯数时，需要在MT插芯中形成多个光纤孔12，则需要在玻璃基板10上形成多个改性区11。多个光纤孔12可以呈阵列排列的方式排列在MT插芯上。
接下来，如图1及图3所示，将玻璃基板10放入带有磁性粉末的氢氟酸溶液中。氢氟酸溶液的质量浓度可以为30-50％之间，具体的，氢氟酸溶液的质量浓度可以为30%、35%、40%、45%、50%等介于30-50％之间的任意值，以提高选择性腐蚀的效率。其中的磁性粉末的粒度可以在200目-600目之间，具体的，磁性粉末的粒度可以在200目、300目、400目、500目、600目等介于200目-600目之间的任意值，以提高驱动氢氟酸溶液流动的效果。
接下来，继续参考图1及图3，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，以在玻璃基板10内形成至少一个光纤孔12。具体的，可以在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的底部外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，以在玻璃基板10内形成至少一个光纤孔12。提高驱动氢氟酸溶液流动的效果。应当理解的是，交流磁场的施加方式并不限于上述示出的在氢氟酸溶液底部的方式，除此之外，还可以采用其他的方式。上述的方式中，通过在氢氟酸溶液中加入磁性粉末，在将改性完成的玻璃基板10放入到带有磁性粉末的氢氟酸溶液中之后，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，从而能够加快改性区11腐蚀成型的速率，快速腐蚀去除改性区11的材料，改善由于腐蚀时间过长而各向同性对光纤孔12孔壁的凸凹不平的影响程度。
接下来，参考图1及图4，采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光。其中，高压水导光纤的水径可以小于20um，且高压水导光纤的辅助水导液为掺有磨料的去离子水，提高抛光的精度。
另外，参考图4，采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光时，可以通过控制承载光纤激光头的螺旋运动平台33，采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔12进行旋转抛光，提高抛光效果。其中的设定纤径可以为30um-300um，具体的，设定纤径可以为30um、50um、70um、80um、100um、130um、150um、170um、180um、200um、230um、250um、270um、280um、300um等介于30um-300um之间的任意值，使加工出的光纤孔12能够更细，提高精度及应用场景的适应性。通过采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光，不仅能够提高光纤孔12孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响，而且还提高抛光效果及效率。
在上述示出的各种实施方式中，通过在氢氟酸溶液中加入磁性粉末，在将改性完成的玻璃基板10放入到带有磁性粉末的氢氟酸溶液中之后，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，从而能够加快改性区11腐蚀成型的速率，快速腐蚀去除改性区11的材料，改善由于腐蚀时间过长而各向同性对光纤孔12孔壁的凸凹不平的影响程度。之后，还采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光，不仅能够提高光纤孔12孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响，而且还提高抛光效果及效率。
另外，本发明实施例还提供了一种光纤孔的加工设备，参考图1~图4，该光纤孔12为MT插芯中的光纤孔12， MT插芯应用于MPO连接器中。该光纤孔的加工设备基于上述任意一种光纤孔的加工方法，该光纤孔的加工设备包括：腐蚀容器21、交流电场驱动装置22、和高压水导光纤抛光装置。其中，腐蚀容器21用于盛放带有磁性粉末的氢氟酸溶液，还用于盛放玻璃基板10。交流电场驱动装置22用于在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，以在玻璃基板10内形成至少一个光纤孔12。高压水导光纤抛光装置用于采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光。
在上述的方案中，通过在氢氟酸溶液中加入磁性粉末，在将改性完成的玻璃基板10放入到带有磁性粉末的氢氟酸溶液中之后，在承载有磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区11中的材料，从而能够加快改性区11腐蚀成型的速率，快速腐蚀去除改性区11的材料，改善由于腐蚀时间过长而各向同性对光纤孔12孔壁的凸凹不平的影响程度。之后，还采用带有磨料的高压水导光纤对每个光纤孔12的孔壁进行旋转抛光，不仅能够提高光纤孔12孔壁的平整均匀度，减少后续光在波导内传播受到影响，而且还提高抛光效果及效率。
参考图3，在放置腐蚀容器21和交流电场驱动装置22时，腐蚀容器21可以位于交流电场驱动装置22的上方，从而使交流电场驱动装置22能够在氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，从氢氟酸溶液的底部驱动氢氟酸溶液流动。提高驱动氢氟酸溶液流动的效果。应当理解的是，腐蚀容器21并不限于采用图3示出的放置在交流电场驱动装置22的上方的方式，除此之外，还可以采用其他的放置方式。另外，参考图3，还可以在腐蚀容器21内部增加设置内部回流装置23，来引导氢氟酸溶液在腐蚀容器21内动态的回流，提高腐蚀效果。
在设置高压水导光纤抛光装置时，如图4所示，高压水导光纤抛光装置可以包括：辅助水导液提供系统31、光纤激光加工头32、螺旋运动平台33。其中，辅助水导液提供系统31用于提供掺有磨料的去离子水。光纤激光加工头32用于接收掺有磨料的去离子水，并输出带有磨料的高压水导光纤。螺旋运动平台33用于带动光纤激光加工头32螺旋运动，以采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔12进行旋转抛光，提高抛光精度和效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种光纤孔的加工方法，所述光纤孔为MT插芯中的光纤孔，所述MT插芯应用于MPO连接器中，其特征在于，所述加工方法包括：
提供一玻璃基板，所述玻璃基板具有相对的第一端面和第二端面；所述玻璃基板内形成有至少一个改性区，每个改性区均经激光分层加工改性而成，且每个改性区均贯穿所述第一端面和第二端面；
将所述玻璃基板放入带有磁性粉末的氢氟酸溶液中；
在承载有所述磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动所述氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在所述玻璃基板内形成至少一个光纤孔；
采用高压水导光纤抛光装置对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光；
所述高压水导光纤抛光装置包括：
辅助水导液提供系统，用于提供掺有磨料的去离子水；
光纤激光加工头，用于接收所述掺有磨料的去离子水，并输出带有磨料的高压水导光纤；
螺旋运动平台，用于带动所述光纤激光加工头螺旋运动，以采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔进行旋转抛光。
2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液的质量浓度为30-50％之间。
3.如权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述磁性粉末的粒度在200目-600目之间。
4.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述高压水导光纤的水径小于20um，且所述高压水导光纤的辅助水导液为掺有磨料的去离子水。
5.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述采用高压水导光纤抛光装置对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光包括：
通过控制承载光纤激光头的螺旋运动平台，采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔进行旋转抛光。
6.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述设定纤径为30um-300um。
7.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述在承载有所述磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，包括：
在承载有所述磁性粉末的氢氟酸溶液的底部外加交流磁场，驱动所述氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在所述玻璃基板内形成至少一个光纤孔。
8.一种光纤孔的加工设备，所述光纤孔为MT插芯中的光纤孔，所述MT插芯应用于MPO连接器中，所述加工设备基于如权利要求1~7任一项所述的光纤孔的加工方法，其特征在于，所述加工设备包括：
腐蚀容器，用于盛放带有磁性粉末的氢氟酸溶液，还用于盛放所述玻璃基板；
交流电场驱动装置，用于在承载有所述磁性粉末的氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，驱动所述氢氟酸溶液流动，选择性腐蚀掉每个改性区中的材料，以在所述玻璃基板内形成至少一个光纤孔；
高压水导光纤抛光装置，用于对每个光纤孔的孔壁进行旋转抛光；
所述高压水导光纤抛光装置包括：
辅助水导液提供系统，用于提供掺有磨料的去离子水；
光纤激光加工头，用于接收所述掺有磨料的去离子水，并输出带有磨料的高压水导光纤；
螺旋运动平台，用于带动所述光纤激光加工头螺旋运动，以采用螺旋加工的方式，对设定纤径的光纤孔进行旋转抛光。
9.如权利要求8所述的加工设备，其特征在于，所述腐蚀容器位于所述交流电场驱动装置的上方，从而使交流电场驱动装置能够在所述氢氟酸溶液的周围外加交流磁场，从所述氢氟酸溶液的底部驱动所述氢氟酸溶液流动。
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