一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 光纤熔接是光纤元器件相互连接形成光路的主要技术手段，使得光信号可以在两 根光纤中接续传播。通常是将两根光纤端面先加工成平整垂直光洁的端面，将两个端面附 近区域光纤加热适当软化，使其熔合在一起，其结合部位即为光纤熔接点。光纤纤芯、应力 区对准的情况，以及熔接区域光纤组成部分结构形状保持情况决定了光纤熔接点的光学特 性。光纤包层表面的微裂纹分布情况，以及光纤内部应力分布情况决定了光纤熔接点的力 学特性，即熔接点强度。
[0003] 光纤熔接点的质量直接影响光路的可靠性与寿命，任一光纤熔接点失效都将导致 光路失效。光纤的主要材料石英是一种脆性材料，一旦光纤表面形成划痕或微裂纹，在使用 应力的作用下，裂纹的生长速度会随着光纤剩余截面面积(光纤截面面积减去裂缝存在那 一部分截面的面积）的减小而越变越快，尤其在高温和潮湿的环境下，这种破坏的速度会显 著增加，从而影响光纤的使用寿命。因此提高光纤熔接点的强度是提高熔接点可靠性的主 要途径。
[0004] 光纤内部应力分布也是影响光纤熔接后强度的重要因素。一般情况下，由于熔接 区域石英材料软化后迅速冷却，外表面冷却速度较快，体积收缩较快，内部冷却速度较慢， 体积收缩较慢，使得光纤熔接点附近的热影响区光纤外表面受到拉伸应力，内部受到压缩 应力，导致热影响区光纤表面受到较大的拉伸应力，甚至在光纤表面上形成微裂纹，降低熔 接点热影响区光纤的强度，成为光纤的脆弱环节。熔接区域附近的热影响区就成了整根光 纤机械强度的薄弱部位。因此有必要采取必要的手段，在满足熔接光学功能、特性要求的前 提下，弥合热影响区放电后收到拉伸形成的微裂纹，以进一步满足光纤陀螺、光纤传感器等 对长寿命、高可靠、耐恶劣环境应用的迫切需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题：提供一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，对熔接 后的两光纤熔接点附近的热影响区进行来回扫描式的再加热处理，将由于光纤熔接点局部 石英材料快速冷却收缩在光纤表面产生的微裂纹进行修补，增加熔接后光纤的强度，从而 提1?溶接后光纤的寿命。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，实现步骤 如下：
[0007] 第一步，以热剥离的方式剥离光纤A、光纤B外部的涂覆层；加热温度控制在 110°C _130°C，加热时间为6s-8s，剥离刀具的刀口间隙大于光纤直径6um-10um。
[0008] 第二步，超声波清洗剥离后的光纤A、光纤B ;清洗溶剂为纯度高于99. 9%的乙醇或 丙酮，超声波频率为40KHz-60KHz，超声波功率为6W-10W，清洗时间6s-12s，清洗时未剥除 的光纤涂覆层进入液面下lmm-3mm。
[0009] 第三步，切割清洁后的光纤A、光纤B端面，形成平整垂直端面；
[0010] 第四步，将切割后的光纤A、光纤B装入光纤熔接机上使两根光纤熔接在一起，形 成光纤熔接点；
[0011] 第五步，在光纤烙接完成后IOmin以内，以烙接点为中心内的区域来回 扫描式再加热熔接热影响区的光纤段，来回扫描式加热的速度控制在〇. 5mm/s-2mm/s，再 加热温度应略高于光纤包层材料的最低软化温度，同时低于光纤熔接温度，再加热时间为 ls_4s〇
[0012] 光纤A、光纤B为同种或异种光纤，其主要材料为石英的普通单模光纤、普通多模 光纤、PANDA型保偏光纤、BOWTIE型保偏光纤、TIGER型保偏光纤或一字型保偏光纤。
[0013] 光纤A、光纤B为不掺稀土兀素的光纤。
[0014] 光纤的包层直径是 Φ125μπκ Φ80μπκ Φ60μπι 或 Φ40μπι。
[0015] 光纤的标称工作波长是 850nm、980nm、1310nm、1480nm 或 1550nm。
[0016] 再加热方法为尖端脉冲放电加热、电热源加热或火源加热。
[0017] 本发明与现有技术相比的有益效果为：
[0018] (1)在光纤熔接前，采取了光纤涂覆层热剥离、裸光纤超声波清洗这两种低损伤的 光纤熔接端面制备预处理方式，可以减少光纤熔接端面加工形成的微裂纹。
[0019] (2)在光纤熔接后，继续对其熔接点附近的热影响区进行来回扫描式加热处理，可 以平衡光纤内应力，适当软化光纤熔接点热影响区表面的石英材料，弥合光纤熔接点附近 区域的微裂纹，从而提高熔接后光纤的抗拉强度，同时也提高了熔接后光纤的寿命及可靠 性。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的光纤熔接点各部位示意图；
[0021] 图2为光纤使用寿命与光纤强度的关系示意图。
【具体实施方式】
[0022] 结合附图1，本发明是在常规石英光纤熔接完成后，采用来回扫描的加热方式，将 光纤熔接点附近的热影响区进行再加热，弥合由于光纤熔接点附近区域急速冷却产生的微 裂纹，平衡光纤熔接区域及热影响区域的内应力。从而提高熔接后光纤的抗拉强度。
[0023] 具体实现方法如下：
[0024] 1.以热剥离的方式剥离光纤A1、光纤B2外部的涂覆层；对待剥除的光纤段进行加 热，加热温度为Il〇°C _130°C，加热时间为6s-8s，即可起到软化光纤涂覆层，降低剥离力的 作用，然后将待剥光纤Al、光纤B2的涂覆层剥除20mm-30mm，剥离刀具的刀口间隙应大于光 纤包层直径6um-10um，避免剥离中光纤刀口划伤光纤包层引入微裂纹。
[0025] 2.超声波清洗剥离后的裸光纤A1、光纤B2,在超声波清洗机内盛入纯度高于 99. 9%的乙醇或丙酮，超声波清洗机的超声波频率为40KHz-60KHz，功率为6W-10W，将光纤 Al、光纤B2裸光纤段连同未剥除的光纤涂覆层没入液面下l-3mm，清洗6s-12s，通过这种方 式提高清洗效率，提高光纤表面的清洁度，降低清洗中光纤受力，避免损伤光纤包层引入微 裂纹。
[0026] 3.将光纤AU光纤B2清洁后的裸光纤端面切割平整，切割的角度应不大于1.5°， 以便光纤A1、光纤B2的端面能够实现良好对接；
[0027] 4.将切割后的光纤A1、光纤B2装入光纤熔接机，完成熔接；
[0028] 5.在光纤熔接完成后IOmin以内，以熔接点3为中心，0. 5mm/S-2mm/S的速度来回 扫描式加热熔接热影响区4光纤段，即以熔接点3为中心内的区域，以达到平衡内 应力，弥合熔接热影响区4光纤段上微裂纹的作用。再加热温度应略高于具体光纤的最低 软化温度，低于具体光纤的熔接温度，同时再加热时间根据不同光纤的材料差异性控制为 ls_4s，使得光纤表面可以略微软化，达到平衡熔接区域内应力，弥合光纤表面微裂纹的效 果，同时也避免了温度过高软化光纤纤芯区域，劣化熔接点光学特性。
[0029] 采用本发明的工艺方法对包层直径为Φ 125 μ m的单模光纤进行熔接点抗拉强度 测试，并与原工艺方法进行熔接的熔接后光纤抗拉强度进行对比。其余包层直径的光纤在 采用本发明的方法后，与原工艺方法相比，熔接后光纤的抗拉强度也能够提高12%以上。
【主权项】
1. 一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于，实现步骤如下： 第一步，以热剥离的方式剥离光纤A (1)、光纤B (2)外部的涂覆层；加热温度控制在 110°C -130°C，加热时间为6s-8s，剥离刀具的刀口间隙大于光纤直径6um-10um ; 第二步，超声波清洗剥离后的裸光纤A (1)、光纤B (2);清洗溶剂为纯度高于99. 9%的 乙醇或丙酮，超声波频率为40KHz-60KHz，超声波功率为6W-10W，清洗时间6s-12s，清洗时 未剥除的光纤涂覆层进入液面下; 第三步，切割清洁后的裸光纤A (1)、光纤B (2)端面，切割的角度不大于1.5° ; 第四步，将切割后的光纤A (1)、光纤B (2)装入光纤熔接机上使两根光纤熔接在一起， 形成光纤熔接点（3); 第五步，在光纤烙接完成后lOmin以内，以烙接点（3)为中心内的区域来回扫 描式再加热烙接热影响区（4)的光纤段，来回扫描式加热的速度控制在0. 5mm/s-2mm/s，再 加热温度应略高于光纤包层材料的最低软化温度，同时低于光纤熔接温度，再加热时间为 ls_4s〇
2. 根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤 A (1)、光纤B (2)为同种或异种光纤，其主要材料为石英的普通单模光纤、普通多模光纤、 PANDA型保偏光纤、B0WTIE型保偏光纤、TIGER型保偏光纤或一字型保偏光纤。
3. 根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤A (1)、光纤B (2)为不掺稀土兀素的光纤。
4. 根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤的 包层直径是①125 u m、①80 u m、①60 u m或①40 u m。
5. 根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：光纤的 标称工作波长是 850nm、980nm、1310nm、1480nm 或 1550nm。
6. 根据权利要求1所述的提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，其特征在于：再加热 方法为尖端脉冲放电加热、电热源加热或火源加热。
【专利摘要】本发明公开了一种提高熔接后光纤抗拉强度的工艺方法，以热剥离方式剥离光纤涂覆层，以超声波清洗剥离后的光纤，以切割的角度不大于1.5°对光纤进行切割，将切割后光纤装入光纤熔接机上使两根光纤熔接在一起，形成光纤熔接点，在光纤熔接完成后10min以内，以熔接点为中心1mm-3mm内的区域来回扫描式再加热熔接热影响区的光纤段。本发明采取了光纤涂覆层热剥离、裸光纤超声波清洗这两种低损伤的光纤熔接端面制备预处理方式，有效减少光纤熔接端面加工形成的微裂纹，平衡了光纤熔接区域及热影响区域的内应力，从而提高熔接后光纤的抗拉强度。
【IPC分类】G02B6-245, G02B6-255, G02B6-24, G02B6-25
【公开号】CN104656191
【申请号】CN201310577121
【发明人】龙娅, 王巍, 单联洁, 高峰, 马玉洲, 杨慧慧, 张振华, 田凌菲
【申请人】北京航天时代光电科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月18日