一種光纖切割裝置的製作方法

2023-05-06 22:32:11

本發明涉及到光纖工藝處理設備領域，特別涉及到特種光纖，如大芯徑保偏光纖工藝處理設備領域。

背景技術：

特種光纖，指的是熊貓型保偏光纖、領結型保偏光纖、一字型光纖、光子晶體光纖、八角形光纖、六角型光纖以及包層直徑大於600μm的圓形光纖。

光纖切割，主要指光纖切割刀，對剝除塗覆層後的光纖進行特定角度的切割。處理的工藝流程為切割刀的左右夾具分別加緊剝除塗覆層的光纖，用一個金剛石刀片在光纖表面劃傷微小裂痕，同時施加一定的拉力，使得光纖斷裂。一般的要求是側面觀察切割角度誤差小，端面觀察平整無拖尾或刀口(崩口)，特別是在光纖熔接過程中，大於0.7°的切割角或超過應力區直徑20％以上的拖尾，不能滿足高質量熔接的要求。

現有的光纖切割設備，在工藝處理過程中，已經可以較好的處理普通的雙包層光纖，如GDF-20/400等，但在處理熊貓型光纖、八角型光纖、領結型光纖、一字型光纖、光子晶體光纖等特種光纖時，切割效果往往不盡如人意，無法做到高質量、高重複性的切割。目前，光纖切割設備的主流供應商Vytran、Fujikura、3Sae等公司的產品，在切割保偏光纖或其他特種光纖時，切割刀並不能識別光纖兩根應力軸或其他光纖特徵區的位置，在施加拉力的過程中，同樣的拉力無法保證各個軸向角度(如貓眼位置0°、15°、25°…)切割時端面平整無拖尾。因此，在光纖切割時，特徵區(應力區)對於切割刀刀片進刀位置的一致性，有著非比尋常的意義。

技術實現要素：

由於目前市場上的主流切割刀產品在處理特種光纖時，如保偏光纖、八角型光纖、領結型光纖、一字型光纖、光子晶體光纖等，高質量的切割效果重複性差。本發明公開了一種新的特種光纖切割裝置，該裝置包含一臺大芯徑光纖切割刀、一個電子千分尺、一個45°反射鏡、一個LED點光源、一個顯微鏡。通過45°反射鏡、LED光源、顯微鏡對光纖應力區的位置進行觀察，旋轉保偏光纖，使得光纖的應力區處於水平或垂直等其他特定狀態後進行切割，可實現熊貓型光纖、八角型光纖、領結型光纖、一字型光纖、光子晶體光纖等特種光纖的高精度切割，光纖切割角度小，切割端面平整無拖尾，優化後可以做到僅需一次處理即可完成高質量的光纖切割，具有極高的可重複性。可大大縮短光纖器件尾纖的長度，從而降低窄線寬雷射器發生SBS的風險。同時，大大提高了工作效率。

與現有專利和技術相比，本發明提出了一種新的保偏光纖切割裝置，可以集成在光纖切割刀中，形成一種全新的光纖切割產品，也可以對現有光纖切割刀進行技改，作為平臺配件，用於處理特種光纖的切割。

本發明提供一種光纖切割設備：包含一個大芯徑光纖切割刀，該大芯徑光纖切割刀包含金剛石切割刀片、數字顯示千分尺，還包含一個軟性LED點光源、一個顯微鏡及其連接的顯示器、一個45°反射鏡。

本發明所述的光纖切割設備，所述點光源前端軟性部分貼合加持的光纖，數字顯示千分尺面平行於光纖，並且光纖位置在其行程內，45°反射鏡鏡面與光纖端面成45°角，顯微鏡與光纖成90°角，中心視軸垂直貫穿光纖中心，顯微鏡連接顯示器與測量設備，可測量光纖直徑，點光源處於光纖正下方，金剛石切割刀入刀切割方向與顯微鏡視軸成90°角。

本發明所述的光纖切割設備，所述大芯徑光纖切割刀包含光纖夾具，分別為左側光纖塗覆層上蓋板、左側光纖塗覆層下夾具、右側裸纖層上蓋板、右側裸纖下夾具，以及相應的鎖止機構、金剛石切割刀片、數字顯示千分尺、控制馬達、相應的控制電路，軟性LED點光源貫穿左側塗覆層上蓋板並固定，左右下蓋板刻有與光纖尺寸相對應的光纖槽，兩側下夾具光纖槽具有孔，可用於連接吸氣泵吸附光纖,切割刀右側夾具後光纖伸出任意長度。

本發明所述的光纖切割設備，左側塗覆層上蓋板、下夾具放置於左側旋轉夾具上，能夠以放置的光纖為嚴格軸心，180°或360°旋轉，無需手動旋轉光纖；或左側夾具保持不動，待切割光纖可在光纖槽中手動進行旋轉。

本發明所述的光纖切割設備，顯微鏡對光纖側面或端面成像進行識別，利用圖像識別電路對光纖側面和端面的成像進行學習記錄，並控制光纖旋轉到應力區對稱角度。

本發明所述的光纖切割設備，顯微鏡及其連接的顯示器可替換為目視光學顯微鏡。

本發明提供一種包含上述光纖切割設備配件的平臺，其特徵在於其包含顯微鏡、LED點光源、可調式平移臺，可調式旋轉臺，可調式升降臺構成，該平臺視軸中心線可調，通過校準可使中心視軸通過待切割光纖纖芯，並與金剛石切割刀進刀位置垂直。

本發明所述顯微鏡選自8倍以上或10倍以上顯微鏡。

本發明提供了一種基於上述光纖切割設備的進行光纖切割方法，利用顯微鏡對光纖進行側面成像，觀測的位置位於剝離塗覆層後的光纖處；旋轉光纖，當光纖應力區處於水平或垂直位置時，光纖側面成像出現對稱結構，進行切割。

所述具體方法包括：(1)安裝待切割光纖對應尺寸的左側及右側對應上蓋板、下夾具，並鎖緊緊固螺釘。開啟切割刀，選擇相應的切割程序。剝除待切割光纖的塗覆層，用無塵紙蘸酒精或丙酮擦拭清潔光纖。

(2)如採用端面觀測的方式，首先進行一次常規預切割，切割標準為能看清光纖特徵區(應力區)即可，不必在意拖尾情況；繼續剝除光纖塗覆層，剝除塗覆層的長度能夠滿足光纖端面觀測的要求；清潔光纖後，將光纖放置於光纖槽上，開啟吸氣泵吸附光纖；調節LED點光源的亮度和顯微鏡的聚焦，使光纖端面可清晰成像；手動旋轉光纖時，用手指按住光纖塗覆層部分，另一隻手旋轉光纖，觀察端面應力區位置，直至轉到水平或垂直狀態為止，關閉左右上蓋板；由馬達旋轉光纖時，同樣觀察端面應力區位置，直至轉到水平或垂直狀態，關閉右側上蓋板；經圖像識別電路識別學習後的光纖，可由切割設備自動進行旋轉到應力區水平或垂直狀態，關閉右側上蓋板；調節千分尺，距離光纖的位置恰好可製成切割過程中光纖的後撤；開啟切割程序，直至切割完成。

(3)如採用側面觀測的方式，無需預切割，直接清潔後的光纖放置於光纖槽上，開啟吸氣泵吸附光纖；調節LED點光源的亮度和顯微鏡的聚焦，使光纖側面可清晰成像；手動旋轉光纖時，用手指按住光纖塗覆層部分，另一隻手旋轉光纖，觀察側面成像，直至轉到出現特定對稱圖像時，應力區對應的為水平或垂直狀態，關閉左右上蓋板；由馬達旋轉光纖時，同樣觀察側面成像，直至轉到出現特定對稱圖像，應力區對應的為水平或垂直狀態，關閉右側上蓋板；經圖像識別電路識別學習後的光纖，可由切割設備自動進行旋轉到應力區水平或垂直狀態，關閉右側上蓋板；調節千分尺，距離光纖的位置恰好可製成切割過程中光纖的後撤；開啟切割程序，直至切割完成。

(4)光纖切割的優化過程為，如出現光纖切割角度大，端面無拖尾，則減小千分尺前進數值；出現光纖切割角度小，端面出現拖尾，減小拉力或拉力步進量；端面出現明顯刀口或崩口，減小光纖預進刀量/切割步進量/切割次數；如同時出現幾種情況，先修改其中一項，分別解決不同問題。千分尺的位置可能會在超過20次的切割或受震動後產生微小位移，應歸零重新調節到優化後的數值。

在上述光纖切割方法中，可以對待切割的光纖進行預切割，對預切割後的端面進行顯微鏡成像，從而確定其應力區的角度位置。調節LED點光源的功率，使光纖端面成像亮度合適。顯微鏡連接的顯示和測量設備測量光纖的包層直徑，用於優化千分尺位置和金剛石切割刀的預進刀位。數字顯示千分尺用於精確控制並記錄切割光纖的千分位，避免因切割震動、移動震動引起的失位。

本發明所切割的光纖選自保偏光纖、八角型光纖、領結型光纖、老虎型光纖、一字型光纖、光子晶體光纖或包層直徑大於600μm的大芯徑光纖。

綜上所述，本發明具備切割效果好、切割精度高、切割一致性強、結構靈活等顯著優勢。

附圖說明

圖1、端面觀測光纖旋轉的切割裝置示意圖

圖2、側面觀測光纖旋轉的切割裝置示意圖(觀測光纖)

圖3、側面觀測光纖旋轉的切割裝置示意圖(觀測尾纖)

圖4、千分尺、顯微鏡頭、金剛石切割刀片進刀位的位置圖

圖5、夾具旋轉光纖示意圖

圖6、光纖切割配件平臺示意圖

1.左側光纖塗覆層上蓋板

2.左側光纖塗覆層下夾具

3.右側裸纖上蓋板

4.右側裸纖下夾具

5.軟性LED光源

6.金剛石切割刀

7.顯微鏡

8.顯示器

9.光纖(含塗覆層部分)

10.光纖(剝除塗覆層部分)

11.45°反射鏡

12.光纖應力區

13.左側旋轉夾具上蓋板

14.左側旋轉夾具下板

15.數顯千分尺

16.可調式旋轉臺

17.可調式平移臺

18.可調式升降臺

19.光纖切割刀平臺基準面

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：

如圖1所示的光纖切割設備，首先需在正式切割前對光纖進行一次預切割，使得顯微鏡頭可對端面成像，從而判斷應力區的角度位置。其中，預切割對切割質量的要求為能夠觀察到光纖端面結構(如應力區)即可；其次，選擇相應的切割程序，開啟真空吸氣泵，在下夾具上吸附剝除塗覆層後的光纖，對顯微鏡進行調焦，使端面在顯示器上成像；採用手動方式旋轉光纖，使得光纖特徵區(如應力區)相對於切割刀進刀口處於水平或垂直對稱位置；測量光纖直徑，將數顯千分尺頂至對應位置，使得千分尺端面十分貼近於光纖並記錄；關閉左右上蓋板，開啟切割程序。

在進行下一次切割時，對於同種光纖，僅需將千分尺頂至上次記錄的位置，光纖旋轉至水平對稱或垂直角度，開啟同樣的切割程序，即可完成特種光纖的高重複性切割。

經對比試驗，對於同一種光纖(如PLMA-20/400熊貓)，利用上述方法進行優化後，切割100次，應力區均未出現明顯拖尾，端面平整無明顯刀口或崩口，切割角度均小於0.5°。與此同時，優化程序切割時間也隨之大大縮短。如隨意放置光纖，端面隨機出現不同程度拖尾情況。

實施例2：

如圖2、3所示的光纖切割設備，無需對光纖進行預切割處理。但需要保證金剛石切割刀進刀方向與顯微鏡頭的中心視軸嚴格垂直。在選擇相應的切割程序，開啟真空吸氣泵，吸附下夾具上剝除塗覆層後的光纖，對顯微鏡進行調焦，使光纖在顯示器上側面成像；採用手動方式旋轉光纖，使得光纖側面特徵成特定的對稱分布，也就是光纖特徵區(應力區)相對於切割刀進刀口處於水平或垂直對稱位置，其餘同實施例1。

經試驗，對於同一種光纖(如PLMA-20/400熊貓)，採用手動的方式旋轉保偏光纖，記錄特定對稱圖像，可控制應力區(熊貓眼)水平3°以內，採用此類方式進行優化後，切割100次，應力區均未出現明顯拖尾，端面平整無明顯刀口或崩口，切割角度均小於0.5°。較實施例1無需預切割。

實施例3：

如圖5所示，將高精度步進電機驅動左側夾具以待切割光纖中心為嚴格軸心進行旋轉，使得切割刀左側夾具具備180°或360°以上角度的旋轉功能，用於替代手動旋轉。實施例1中觀測端面與實施例2中的側面圖像識別均可以根據圖像匹配相應的識別與自學習功能，完成光纖的自動旋轉。高精度步進電機驅動可使光纖應力區的角度位置更為精確與穩定。可以獲得切割角度小於0.2°、端面無拖尾、無崩口或刀口的切割效果。其中，右側夾具可關閉後隨左側夾具一起旋轉。其餘同實施例1或2。

實施例4：

方案中顯微鏡同樣可以採取目視光學顯微鏡，通過目視直接觀察光纖端面或側面，用於評價旋轉光纖到特定位置，可獲得同實施例1或2的切割效果。

實施例5：

方案中處理包層直徑400μm以下的光纖可千分尺不使用，八角形光纖可以獲得等同於實施例1的效果，但保偏型光纖切割會出現35％以上的拖尾情況。

實施例6：

根據實施例1或2中的方案，在光纖切割刀產品上添加顯微鏡、LED燈、添加45°反射鏡、更換數顯千分尺等方式，在光纖切割刀平臺基準面上，搭建一套配件平臺，如圖6所示。通過一個可調式平移臺、兩個可調式旋轉臺、一個可調式升降臺滿足1)顯微鏡頭處於光纖正上方，視軸通過待切割光纖中心；2)視軸與金剛石切割刀進刀位置方向垂直。通過上述技術改進，使切割刀具備端面或側面觀測的能力，依據獲得的圖像旋轉光纖特徵區(應力區)的到合適角度位置。可獲得等同於實施例1的切割效果。

實施例7：

在切割八角形光纖、領結型光纖、一字型光纖、光子晶體光纖等其他特殊光纖時，根據實施例1或2的方案，每次切割時旋轉光纖到合適角度，完成特定光纖切割程序的優化後，即可實施高效率以及高重複性的切割，優化後的切割均可實現角度小於0.2°，端面平整無拖尾、崩口、刀口等。

上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。