用于光纤或光波导的激光切割方法和装置的制作方法

专利名称：用于光纤或光波导的激光切割方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光切割方法和装置，特别是(但非仅仅)涉及光纤和光波导应用中利用激光的切割方法和装置。
背景技术：
本发明涉及的技术在下文以三部分展示，即关于(1)机械分割光纤和光波导的先有技术，(2)在光纤上产生透镜形状的先有技术，以及(3)用激光切割光纤的先有技术。
1.机械分割光纤和光波导典型光纤的结构示于附

图1中。在光纤通信的许多应用中，有必要将光耦合入或耦合出光纤或光波导。有时，它使用带插头的光纤来做到，其中光纤附加了套管，然后磨光以具有光学质量的表面，光纤的一端与套管的一端几乎齐平。但在其他应用中，光纤不带插头。在这些情况下，机械分割光纤是制备光纤端的可行技术。还有一种情况是在机械或熔合拼接之前需要制备光纤端。
机械分割涉及在光纤外周边形成基准应力产生刻痕(通常使用金刚刀片)，然后从所述刻痕处拉断光纤。当施行正确时，它将在光纤端的大部分区域上(包括关键纤心区)留下高质量平面。
在许多应用中，需要把从光纤或光波导端面返回到光纤或光波导中的光反射减至最小。这可以通过使光纤或光波导端面形成角度(如图1中所示)、使得向后反射的光偏离纤心来实现。所述角度越大、反射回光纤或光波导纤心中的光就越少。通常使用6-8度的角度，这接近于在大量生产中能够以一定的可靠度获得的角度的极限。
但为着增大光电子设备中组件密度的考虑，开发了垂直发射(垂至于芯片平面，而不是与它平行，参见图2(a)和(b))的激光源。从这些光源耦合激光到光纤或光波导是向传统技术提出的挑战，但可以利用全内反射，如图2(b)中所示，与光纤或光波导轴以大约45度切割形成端面来达到。
机械分割有许多缺点和局限。首先，它在切割光纤的拐角上产生非常锋利的边缘。它们易引起处理损坏，特别是若将光纤纵向插入另一组件中。
在某些情况下，这些陡沿在第二道工序中被除去，例如通过将光纤的末端引入火焰中。
其次，机械切割可以达到的角度范围是有局限的。依靠在切割处理中向光纤施压(通过扭曲光纤或通过施加剪应力)的设备将在切割端上产生角度，但实际上它局限在小于10度。通过从光纤或光波导的端面反射的装置、将光从垂直发射激光耦合到光纤或光波导(见图2)所需的接近45度的角度不可能达到。而且，在许多应用中，切割角度的可再现性低于所要求的，在大量生产中难于保持±0.5度，而通常需要±0.2度。
第三，因为机械切割器的工作依赖于精确移动部件(包括非常锋利的刀片)，它们容易被磨损和出现对齐误差，需要更多调整和重新磨光，对于大规模生产是不理想的。
第四，机械切割处理涉及在切割器和光纤之间精确和紧密的接触，固有地难以自动化。这样的非自动化处理需要大量的人力资源来大规模生产，并且产品取决于操作员的技术，这导致了产品的易变性。
第五，机械切割中涉及的硬件尺寸意味着不可能非常靠近其他物体切割。例如，比离套管或接头约10毫米更近一般就无法进行切割。
此外，机械切割无法产生各带状光纤所需的非常严格的光纤至光纤切割长度容限，其容限需要±2微米或更小。
2.在光纤和波导上产生透镜形状数据通信量的日益增加对光纤通信系统的性能提出了更高的要求。这些要求包括容量、带宽及放大器或中继器之间的距离。
满足以上目标的关键是使整个系统的效率达到最大。这种高效率不仅降低消耗的功率和/或允许使用较少的放大器/中继器，而且较少造成废热，从而减少了组件的热负荷。这减少了所需的热管理硬件、允许更紧凑地封装组件，并允许有源器件工作在较低的温度下，这对组件的寿命具有极大的益处。
在带尾纤的发射器或泵激激光器中效率低下的一个重要原因是发出的激光能量到连接的光纤的耦合。这儿的问题是耦合来自激光二极管的发散光输出，所述二极管的有效源大小为几微米，通常不同的光束在两个正交维上发散，进入至光纤或光波导的(通常)圆形对称纤心中，对于单模光纤或光波导，它们的直径将在3和20微米之间，对于多模光纤或光波导，可以达到62微米或更粗。
从光源到光纤或光波导的光传送通常使用插在两个组件之间的微光学透镜来实现，如图2(c)中所示。这些分立的组件的生产和对齐、装配及随后的永久固定很容易出问题。
为着容易得到及易于对齐的原因，透镜通常做成球形和对称的，虽然清楚的是，非球形、非对称的透镜将提供更优越的性能。
直接在光纤或光波导端上产生透镜状由于不需要附加(对齐)组件而减少了对齐的困难。生产这种透镜的多种工艺已经说明过，包括蚀刻、选择性蚀刻(其中选择性地除去包层，然后蚀刻纤心)、研磨、在热源(通常是电弧)存在的情况下拉伸光纤以及激光显微机械加工。
激光路由在速度、灵活性和可再现性方面具有许多优势。
借助微型车床方法，利用CO2激光来在光纤上制造透镜形状已在许多专利(例如，参见US 4,71 0,605，EP 0 391 598 B，EP 0 558 230B)中说明过。在这些专利中，激光聚焦于一个点上，然后在旋转光纤端上扫描，提供了一种类似于传统机械车床的机器加工方法。
所述方法会把相当大量的热引入光纤。这将在表面张力作用的影响的下造成材料重新流动。
最终结果是平滑的细部、并趋向平滑弯曲和最终接近球形的表面。对于这些专利所要达到的目的，当产生末梢半径(假设球形的情况)超过10微米的相对平缓弯曲透镜时，这在很大程度上是有帮助的现象。但是，利用微型车床工艺生产小于10微米的半径是成问题的。
而且，实际上所述工艺比较慢(约每根光纤15秒)，并倾向于“扩张”光纤，导致光纤的外径(OD)局部增加，超出标称的125微米，如图3(a)中所示。若需要将光纤置于V形槽中(图3(b))来无源地将光纤与有源器件(如激光源)对齐，则这是个严重缺点。在这样的应用中，对齐容限通常是0.3微米级，因此即使是1微米级别的扩张都具有相当有害的后果。
另外，在上述处理中，相当大的热输入可导致掺杂剂的扩散，所述掺杂剂限定纤心，从而限定光纤的有效区域(见图4)。纤心扩散对透镜的光学性能具有有害影响。
而且，当对偏振保持(PM)光纤(通常它在光纤内具有非对称分布的不同或掺杂材料插入物，以形成应力方向、从而形成PM轴)进行机械加工时，相当大的热输入可导致严重问题。所述不同的材料对于周围石英一般具有不同的热学性能，特别是在不同(通常较低)温度下它将熔化并重新凝固。若激光形成透镜的处理产生相当的熔化区(如微型车床工艺)，则光纤端面不同部分在不同时候重新凝固的后果可能严重扭曲整体表面形状。
3.用激光切割光纤使用激光切割光纤也已有人描述过。US 5,421,928(Siecor公司)描述了一种在进行抛光之前，使用聚焦激光束来切割从套管伸出的多余光纤的方法，EP 0 987 570 A(Whitaker公司)描述了使用沿光纤平移的聚焦激光束，以渐进地切透光纤(一种类似工艺在US 4 932989中公开)。
发明目的和概要本发明的主要目的是克服或至少大大减少至少一些前述问题。
本发明的一个目的还提供改良的激光切割方法，它在光纤和光波导应用操作中具有精确、可靠和可重复性。
本发明的另一个目的是提供激光加工光纤的简单、健壮及成本效益高的路径，不利用移动部件并利用可行的最小激光尺寸。
本发明的又一个目的是提供改良的激光切割方法，它能够达到以下目的中的一个或多个减少产生的熔化光纤或光波导材料量、低的相互作用时间以便相当程度上避免热传导/扩散效应、低光纤或光波导端部外翻、敏捷的切割动作和在待切割的光纤部分或光波导处高的局部激光强度。
此外，本发明的又一个目的是提供在光纤或光波导上形成透镜的改良方法，所述方法精确且可靠，能够以可控方式达到以下一个或多个目的低热传导/扩散效应、光纤或光波导材料中低激光光学吸收深度、急剧弯曲的透镜形状(如具有紧密透镜末梢半径)、快速处理光纤或光波导材料、低光纤或光波导端部外翻和低纤心发散。
广义方面，本发明的一个方面在于利用了预定激光束强度的锐利切割锋刃，以提供对所选光纤或光波导材料的可控烧蚀和汽化，这样的烧蚀和汽化使得能够实现满足前述目的的切割动作。
因此，按本发明的第一方面提供一种利用固定激光束切割光纤或光波导的一部分的方法，所述方法包括产生具有预定强度分布的激光束，它在一个方向上超过光纤或光波导的宽度；将所述激光束分布与光纤或光波导的一部分对齐，以便允许超过预定强度电平的所述激光束量冲击要切割的所述部分；以及依靠所述激光束对所述部分产生的冲击来切割所述部分，以便形成大体平坦的、提高质量的光纤或光波导表面。
按本发明的第二方面，提供一种利用固定激光束在光纤或光波导的端部形成透镜的方法，所述方法包括产生具有预定强度分布的激光束；将所述激光束分布与光纤或光波导的端部对齐，以允许超过预定强度电平的所述激光束量冲击所述端部；以及依靠所述激光束对所述端部产生的冲击来切割所述端部，以便在所述端部形成提高光学质量的透镜。
本发明还包括适合于并配置成执行前述方法的设备，所述设备包括产生具有预定强度分布的激光束的装置；将所述激光束分布与光纤或光波导的一部分对齐、以便允许超过预定强度电平的所述激光束量冲击要切割的所述部分的装置；以及依靠所述激光束对所述部分产生的冲击来切割所述部分、以便形成提高质量的光纤或光波导表面、例如在所述部分产生大体平坦的光纤表面或提高质量的透镜的装置。
在另一个方面中，本发明在于利用不同于聚焦激光束的装置，来提供具有预定激光束强度分布的所需锋利切割锋刃，使得能够实现满足前述目的的那种类型的切割动作。
更具体地说，按本发明的这一方面提供一种利用激光束切割光纤或光波导的一部分的方法，所述方法包括利用聚焦以外的方法产生具有预定强度分布的激光束；将所述激光束分布与光纤或光波导的一部分对齐，以允许超过预定强度电平的所述激光束量冲击所述要切割部分；以及依靠所述激光束对所述部分产生的冲击来切割所述部分。
本发明的这一方面还包括适合于并配置成执行前述方法的设备，所述设备包括利用聚焦以外的方法产生具有预定强度分布的激光束的装置；将所述激光束分布与光纤或光波导的一部分对齐、以便允许超过预定强度电平的所述激光束量冲击所述要切割部分的装置；以及依靠所述激光束对所述部分产生的冲击来切割所述部分的装置。
通过利用不同于聚焦激光束的手段，可以方便地产生非常适用于切割处理的高强度激光切割束分布。在这方面，可以通过光干涉、造像或衍射或这些技术的组合来形成所需的激光束分布。
关注了前面叙述之后，可以理解本发明前述各方面的方法和装置比所知的切割方法和装置具有肯定的优势；例如，本发明的方法和装置解决了机械切割路径的局限性。
首先并更特别地，本发明的激光切割产生的光纤或光波导的角是圆形的，因此更加健壮。
其次，切割的角度受控于光纤或光波导与切割激光束之间简单的几何考虑，因此可以达到大角度(肯定大于45度)。此外，切割角度的再现性反映了所述几何再现性，可以很容易地好于机械切割器得到的±0.5度的再现性，并且确实好于在某些应用中规定的±0.2度的再现性。
第三，因为激光路径是非接触处理，没有刀刃或机械压力移动部件带来的磨损或不对齐。
第四，因为是非接触，本发明的激光切割操作固有地适用于自动装上和卸下光纤或光波导。
第五，因为切割由激光束本身进行，硬件远离切割点，切口可以位于非常靠近其他组件的地方，肯定小于1毫米。
第六，存在精确的步进方法，通过它、切割激光束可以在光纤带中逐个光纤地步进，使光纤到光纤的切割长度变化小于1微米。
另外，本发明的激光切割结合了几种技术，它们用来减少传统激光微型车床工艺方法的不良热效果。这些技术包括(如前所提)使产生的熔化材料量减至最少；使总体相互作用时间保持尽可能短，以防止热传导/扩散及光纤或光波导端部外翻；使激光辐射在材料中的光吸收深度最小；使用激光束最锋利的可行“切割锋刃”；以及利用相长干涉来提高局部激光强度，从而允许较短的相互作用时间。
最好使所有相互作用阶段期间产生的熔化材料的数量保持最小化，把所述熔化量回流带来的不良后果减至最小。它还把光纤或光波导掺杂剂从纤心区到包层的迁移的机会减至最小(参见图4)。还应当指出，使激光相互作用时间保持最小化可减少从光纤或光波导的激光直接加热区到其他部分的热传导，从而减少了总体热影响。
此外，本发明的透镜形成方法结合了几种技术，它们用来减少传统的激光微型车床工艺方法中固有的不良热影响，允许(如前面所述)实现更严格的末梢半径、更快的处理、把光纤端部外翻和纤心扩散减至最小、并提供了处理偏振保持(PM)光纤的能力。此外，它不需要将激光束移入和通过光纤，例如在EP 0 391 598 B1中所说明的。
本发明上述和其他特征在随附的权利要求书中详细阐明，并将在下文参照附图中所示的示范性实施例加以说明。
图3(a)显示用传统激光加工处理而产生的增大外部直径(端部外翻)的光纤，图3(b)显示在V形槽中使图3(a)的光纤与发射源(例如激光器)对齐的问题；图4显示图3的光纤，因传统的激光切割光纤而导致有不希望有的数量的光纤掺杂剂从纤心区发散到包层；
图5示意地显示在已经考虑到具有预定强度分布的激光和要切割的光纤区域之间的相对对齐的情况下，按本发明一个方面的切割行为如何受影响；图6显示传统的激光切割几何图形，其中在移动工件中进行激光切割，以产生槽/切口；图7(a)示意地显示用于产生线聚焦激光束的传统的光学系统几何结构，光束聚焦在正交轴的两个不同的轴位置，图7(b)示意地显示本发明在一条轴位置产生高强度非对称线聚焦光束的典型的光学系统几何结构。
图8显示本发明中使用的两种类型的预定激光强度分布，即(a)高斯强度分布和(b)亚里型强度分布；图9显示本发明实践中使用的两种类型的掩模几何图形，即(a)长方形掩模和(b)刀刃掩模；图10(a)和(b)示意地显示如何借助激光束的反射和非反射部分之间的相长干涉来提高要切割光纤部分的局部激光束强度；图11(a)和(b)示意地显示按本发明如何可以借助多次依次进行的切割步骤来进行切割操作，以减少要切割光纤上的热负荷；图12示意地显示(a)本发明中使用的长方形掩模几何图形，以及(b)如何利用(a)的掩模几何图形、通过光学缩小来提高光纤上的激光束强度；图13示意地显示本发明实践中所使用的弯曲掩模几何，用来在光纤端部产生光学透镜结构；以及图14示意地显示本发明实践中所使用的光干涉几何，用来产生高的局部激光束强度。
实施例详细说明图5示意地说明如何在光纤或光波导的一部分进行本发明方法的切割作业，以便形成提高质量的光纤或光波导表面。更具体地说，如图所示，切割作业的通过以下方法完成以预定的激光强度分布1(例如以高斯强度分布1的形式)的量1′冲击与其对齐的光纤或光波导材料3的部分2(或切割)，并烧蚀或汽化光纤或光波导部分2。与光纤部分2相邻的光纤区域4取决于冲击而进一步受到相当级别的加热，区域4被加热到低于光纤或光波导材料汽化点的适当的级别。
有利的是，本发明的激光切割过程不涉及传统切割技术所要求的在光纤周边产生刻痕，然后机械地折断光纤。还应当指出，在本发明的方法中，为减少/最小化汽化区2附近的熔化光纤或光波导区4的量，激光束在光纤或光波导材料3的一薄层内被吸收，并且激光束剖面1被设置成具有尽可能锋利的切割“锋刃”。
在本发明方法的运作中，最好使用CO2激光器(未显示)来产生激光束，并且最好将CO2激光器的波长从更通常的10.6微米改为9.4-9.8微米，以允许增加几乎一个数量级的光纤或光波导石英中的光吸收，导致相应地减小光吸收深度。
接着转向图6，图中为便于比较而显示一种传统激光切割布置，其中通过利用激光聚焦来在工件10上进行切割，以便在工件10中形成激光“切口”，然后移动激光焦点或工件来使所述切口平移，形成窄槽或切缝11(如图6中所示)。这类似于木工活中使用线锯。但本方法可导致相当大的热输入。本发明在原理上不同于所述模式的操作，它使用非对称激光束来进行切割。这更加接近地类似于木工活比喻中使用凿子，最好导致更加快速的处理，以便显著地地减少热冲击。
产生非对称激光束的最通常路径是在光链中集成单个柱状单元15，通常结合传统的圆形对称(球形或非球形)光学单元16。这确实产生了线聚焦，但光束聚焦于正交轴的不同轴向位置17、18(如图7(a)所示)，导致焦点强度不能尽可能地高。为达到更高的强度，可以使用圆柱形望远镜，以便仅在一维上扩张或收缩激光束。如图7(b)的实施例中所示，圆柱形望远镜20结合对称(球形或非球形)聚焦光学单元22，因而作为结果得到的不同数值孔径在两条轴上产生单一高强度线聚焦25，非常适合激光切割。并且，因此布置的两条正交轴上的焦点保持在沿传播轴的相同位置，聚焦线上的强度最大化了。这产生了最高光学强度，通过自由空间高斯光束传播，允许最锋利的光束“锋刃”，并允许使用可能的最短相互作用时间，这减少了热传导、熔化深度，从而减少了端部外翻程度和纤心扩散。
应当指出，本发明的激光切割通过适当的设备，利用预定入射的激光功率密度分布锋刃来进行(另见图5)。通过利用掩模来透过光束，削尖此锋刃超出高斯光学一般强加的限度是可能的。这导致了具有更尖锋刃的亚里型功率密度分布28(尽管带有附加衍射结构28′)，如图8中以一维的方式所表示的。在图8中为了比较还显示了高斯功率密度分布27。此外，基本上1维几何的激光切割意味着具有两个正交尺寸的不同特性的掩模最适合。使用长方形掩模30较好，如图9中所示。另一种可能性，给予有点修改的聚焦分布是使用单侧掩模，例如刀刃31，所述掩模也显示于图9中。
为进一步使要切割的光纤或光波导处的局部强度达到最大，可以让激光束传播方向改变，使得部分切割的光纤或光波导反射激光束，使被反射的光束与光束的非反射部分相长干涉。所述效果在图10(a)和10(b)中描述。这样，局部幅度就可加倍(假设完全反射)，导致四倍增加局部强度。这要求激光束的偏振与切割表面平行(而非垂直)，并且入射角(从表面的法向顶部测量)小于临界角，其中光束反射产生π(180°)相移。
通过允许全部(但不是激光束的切割锋刃)激光束通过使用中的光纤或光波导，可以很好地减少光纤或光波导上的热负荷。这可依照前面提及的图10(a)和10(b)的几何，进行激光切割来实现，这不同于图11(b)(顶视示意图)中所示的另外方法，其中显示的激光束传播被导入纸张平面。通过利用图11(a)和11(b)(底视示意图)的几何，仍然可以进一步很好地减少光纤或光波导上的热负荷。如这些图中所示，在要处理的光纤或光波导部分37、37′上按正常描述的方法进行初步激光切割35、35′(第一次切割)，之后进行一次或多次后续激光切割36、36′，在后续切割之间，沿光纤或光波导的纵轴在光纤或光波导和激光束之间有稍微的相对移动(未显示)。
有利的是，本发明的激光切割过程很好地提供具有最锋利的切割锋刃的高强度光束，使纤心扩散和光纤端部外翻的程度最小，并在光纤上产生最准确的切割端。应当指出，鉴于使用简单聚焦，高斯强度分布是要达到的最有可能的分布，本发明中使用的强度分布可以很好地通过不同于聚焦的装置来生成，例如通过成像、光干涉或衍射，或通过这些技术的组合。此外，还应当指出，本发明的激光切割通过适当的装置，利用生成的激光功率密度分布切割锋刃来进行。
接着转至图12，本发明实践中使用的很好的激光强度分布可以通过使用透镜41，通过成像图像平面中的长方形掩模40来产生。如图所示，所述布置提供了激光束的光学缩小，以提高要切割光纤上激光束的局部密度。本发明的这一方面因而在原理上不同于传统操作模式，它使用具有锋利的切割锋刃的激光束来进行切割，所述激光束通过不同于聚焦的方法来生成。这更加接近地类似于木工活比喻中使用凿子，它很好地导致更加快速的处理，导致显著地减少热冲击。
图13显示本发明中使用的不同于图12的掩模几何图。更具体地，如图所示，使用具有弯曲形状切口42的掩模几何来提供电平变化的光传输，例如允许特定光学结构(如透镜)形成于光纤端。应当指出，成像(加工)平面中的强度分布由激光照射对象(掩模)的方式改变，它不必是均匀的。
图14显示本发明的另一种光学配置，其中使用了光干涉来产生所需的高局部强度。如图中所示，使用了类似于传统光学中称为劳氏镜的光干涉布置50。它使用点/狭缝光源51，并产生许多平行条纹52。为了本发明的目的，它可以用来产生所需的高局部强度。只要正确控制激光束(和/或有效源大小)的发散，大多数光子都可以很好地集中到第一条纹，只有少量能量浪费在较高端条纹中。结果的强度模式是高度集中的，产生所需的高强度。
在传统光学中已知有其他波前分光干涉仪(未显示)，它们产生类似于劳氏镜布置的条纹模式，并且它们同样地适用于按本发明的光纤切割。它们包括Fresnel的双镜配置、Young的狭缝配置和Fresnel的双棱镜配置。
在本发明的其他光学配置(未显示)中，使用了相移光束的相长干涉来产生所需的局部高强度。所述现象在传统光学中为人所知，但未应用在激光加工中。可以设想使用相位掩模、波带片和/或阶梯光栅来衍射切割光束，以便按本发明影响光纤切割。
理解了前面的讨论后，本发明所提的激光切割作业可以在各种光纤或光波导应用中派上用场。在这方面，它允许以受控方式切割光纤或光波导的一个选定区，允许在光纤或光波导中形成各种切割角度(＝至大于45度)，并且如上所述，可以将它成功应用于光纤或光波导以形成，例如(1)增强光学质量的大体平坦的光纤或光波导表面，或(2)在所述区处的增进光学质量的透镜。在切割作业中，激光束相对于光纤或光波导保持在固定位置。
参照特定实施例说明了本发明后，应该充分理解，这些实施例仅是示范性的，本专业的技术人员将能在不脱离所附权利要求书中所提供的本发明的精神和范围的前提下，对这些实施例进行修改和变化。例如，虽然本发明的所述实施例利用高斯或亚里型(非高斯)激光强度分布，但也可以使用具有锋利的切割锋刃、不同类型的非高斯激光强度分布来获得相同或相似技术效果。另外，激光源无需是所述实施例中的CO2激光器，而也可为UV准分子激光器。本发明还可应用于不同的光纤或光波导结构，其中需要锋利的切割作业。还应当指出，可以使用具有不同形式和形状的不同类型掩模来产生非常广泛的激光强度分布。可以使用具有各种传输级别的不同掩模来产生相同或相似的技术效果。
权利要求
1.一种利用激光束切割光纤或光波导的一部分的方法，所述方法包括产生具有预定强度分布的激光束，所述激光束的一个尺寸大于所述光纤或光波导的宽度；将所述光束分布与所述光纤或光波导的一部分对准，以便允许超过预定强度电平的一定量的所述光束冲击要切割的所述部分；以及依靠所述光束在所述部分上的冲击切割所述部分，以便形成提高质量的大体上平坦的光纤或光波导表面。
2.一种利用固定激光束在光纤或光波导的端部形成透镜的方法，所述方法包括产生具有预定强度分布的激光束；将所述光束分布与所述光纤或光波导的端部对准，以便允许超过预定强度电平的一定量的所述光束冲击所述端部；以及依靠所述光束在所述端部上的冲击切割所述端部，以便在所述端部形成提高光学质量的透镜。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过烧蚀或汽化所述光纤或光波导的所述部分并且加热相邻的各部分来实现所述切割。
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述产生的光束分布包括非对称光束。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于利用圆柱形望远镜装置来形成所述非对称光束。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述预定强度分布是高斯强度分布。
7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于所述预定强度分布是亚里型强度分布。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述光束在所述部分上的冲击以允许在所述光束的反射和非反射部分之间有相长干涉的方式进行。
9.如上述权利要求中任一项中所述的方法，其特征在于还包括进行相对移动，所述移动在第一次切割作业之后在所述部分和所述光束之间进行，之后进行第二次切割。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述相对移动包括沿所述光纤或光波导的纵轴的小的预定的移动。
11.如权利要求9或10中所述的方法，进而包括第三次或更多次切割所述部分。
12.一种适合于并配置成执行如上述权利要求中任一项所述的方法的装置。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于包括产生具有预定强度分布的激光束的装置；将所述光束分布与所述光纤或光波导的一部分对准、以便允许超过预定强度电平的一定量的所述光束冲击要切割的所述部分的装置；以及依靠所述光束在所述部分上的冲击来切割所述部分、以便形成提高质量的光纤或光波导表面、例如大体上平坦的光学表面或在所述部分处提高了质量的透镜的装置。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于产生激光束的所述装置是CO2激光器，所述CO2激光器可以以9.4微米和10.6微米之间的波长范围、最好是9.4微米和9.8微米之间的波长范围工作。
15.如权利要求13或14所述的装置，其特征在于所述切割装置配置成在所述激光束和横过所述激光束的所述光纤或光波导之间没有相对移动的情况下进行所述切割。
16.一种利用激光束切割光纤或光波导的一部分的方法，所述方法和括利用不同于聚焦的方式，产生具有预定强度分布的激光束；将所述光束分布与所述光纤或光波导的一部分对准，以便允许超过预定强度电平的一定量的所述光束冲击所述要切割的部分；以及依靠所述光束在所述部分上的冲击，切割所述部分。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于通过以预定的电平烧蚀或汽化所述光纤或光波导的所述部分并加热所述光纤或光波导的各相邻部分来进行所述切割。
18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于通过成像来形成所述产生的光束分布。
19.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于通过干涉来形成所述产生的光束分布。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于利用以下方法来形成所述产生的光束分布利用光干涉劳氏镜几何、或利用光干涉Fresnel双镜几何、或利用光干涉Fresnel双棱镜几何、或利用Young狭缝几何。
21.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于通过衍射来形成所述产生的光束分布。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于利用掩模装置来形成所述产生的光束分布。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述掩模装置包括相位掩模或波带片。
24.如权利要求21至23中任一项所述的方法，其特征在于利用中阶梯光栅来形成所述产生的光束分布。
25.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于通过光学干涉和/或成像和/或衍射来形成所述产生的光束分布。
26.，一种适合于并配置成实行如权利要求16至25中任一项所述的方法的装置。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于包括用于通过不同于聚焦的方法、产生具有预定强度分布的激光束的装置；用于将所述光束分布与所述光纤或光波导的一部分对准、以便允许超过预定强度电平的一定量的所述光束冲击所述要切割的部分的装置；以及依靠所述光束在所述部分上的所述冲击来切割所述部分的装置。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于用于产生激光束的所述装置是CO2激光器。
29.如权利要求16所述的方法，其特征在于在所述激光束没有横过所述光纤或光波导平移的情况下进行所述光纤或光波导的切割。
30.一种利用激光束切割光纤或光波导的一部分的方法，所述方法包括产生具有预定强度分布的激光束；将所述光束分布与所述光纤或光波导的一部分对准、以便允许超过预定强度电平的一定量的所述光束冲击所述要切割的部分；以及依靠所述光束在所述部分上的冲击切割所述部分，以便形成大体上平坦的光纤或光波导表面。
全文摘要
提供一种切割方法及装置，用以利用激光束切割光纤或光波导的一部分。所述切割操作利用所产生的具有预定非对称强度分布的激光束的锋利的切割锋刃。工作时，使一定量的光束分布冲击光纤或光波导部分，使所述部分被烧蚀或汽化、从而依靠所述冲击实现所述部分的切割。切割期间不进行所述激光束横过所述光纤或光波导的平移。所述切割作业比传统切割技术具有一定优势，在许多光纤或光波导应用中都得到了利用。例如，所述切割作业可以产生大体上平坦的光纤或光波导表面，或在光纤或光波导的端部形成提高质量的透镜。
文档编号G02B6/00GK1482955SQ01821240
公开日2004年3月17日 申请日期2001年10月25日 优先权日2000年10月25日
发明者M·R·奥斯博尼, M R 奥斯博尼 申请人:奥普特克有限公司