一种光纤切割装置的制作方法

本发明涉及到光纤工艺处理设备领域，特别涉及到特种光纤，如大芯径保偏光纤工艺处理设备领域。

背景技术：

特种光纤，指的是熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤、一字型光纤、光子晶体光纤、八角形光纤、六角型光纤以及包层直径大于600μm的圆形光纤。

光纤切割，主要指光纤切割刀，对剥除涂覆层后的光纤进行特定角度的切割。处理的工艺流程为切割刀的左右夹具分别加紧剥除涂覆层的光纤，用一个金刚石刀片在光纤表面划伤微小裂痕，同时施加一定的拉力，使得光纤断裂。一般的要求是侧面观察切割角度误差小，端面观察平整无拖尾或刀口(崩口)，特别是在光纤熔接过程中，大于0.7°的切割角或超过应力区直径20％以上的拖尾，不能满足高质量熔接的要求。

现有的光纤切割设备，在工艺处理过程中，已经可以较好的处理普通的双包层光纤，如GDF-20/400等，但在处理熊猫型光纤、八角型光纤、领结型光纤、一字型光纤、光子晶体光纤等特种光纤时，切割效果往往不尽如人意，无法做到高质量、高重复性的切割。目前，光纤切割设备的主流供应商Vytran、Fujikura、3Sae等公司的产品，在切割保偏光纤或其他特种光纤时，切割刀并不能识别光纤两根应力轴或其他光纤特征区的位置，在施加拉力的过程中，同样的拉力无法保证各个轴向角度(如猫眼位置0°、15°、25°…)切割时端面平整无拖尾。因此，在光纤切割时，特征区(应力区)对于切割刀刀片进刀位置的一致性，有着非比寻常的意义。

技术实现要素：

由于目前市场上的主流切割刀产品在处理特种光纤时，如保偏光纤、八角型光纤、领结型光纤、一字型光纤、光子晶体光纤等，高质量的切割效果重复性差。本发明公开了一种新的特种光纤切割装置，该装置包含一台大芯径光纤切割刀、一个电子千分尺、一个45°反射镜、一个LED点光源、一个显微镜。通过45°反射镜、LED光源、显微镜对光纤应力区的位置进行观察，旋转保偏光纤，使得光纤的应力区处于水平或垂直等其他特定状态后进行切割，可实现熊猫型光纤、八角型光纤、领结型光纤、一字型光纤、光子晶体光纤等特种光纤的高精度切割，光纤切割角度小，切割端面平整无拖尾，优化后可以做到仅需一次处理即可完成高质量的光纤切割，具有极高的可重复性。可大大缩短光纤器件尾纤的长度，从而降低窄线宽激光器发生SBS的风险。同时，大大提高了工作效率。

与现有专利和技术相比，本发明提出了一种新的保偏光纤切割装置，可以集成在光纤切割刀中，形成一种全新的光纤切割产品，也可以对现有光纤切割刀进行技改，作为平台配件，用于处理特种光纤的切割。

本发明提供一种光纤切割设备：包含一个大芯径光纤切割刀，该大芯径光纤切割刀包含金刚石切割刀片、数字显示千分尺，还包含一个软性LED点光源、一个显微镜及其连接的显示器、一个45°反射镜。

本发明所述的光纤切割设备，所述点光源前端软性部分贴合加持的光纤，数字显示千分尺面平行于光纤，并且光纤位置在其行程内，45°反射镜镜面与光纤端面成45°角，显微镜与光纤成90°角，中心视轴垂直贯穿光纤中心，显微镜连接显示器与测量设备，可测量光纤直径，点光源处于光纤正下方，金刚石切割刀入刀切割方向与显微镜视轴成90°角。

本发明所述的光纤切割设备，所述大芯径光纤切割刀包含光纤夹具，分别为左侧光纤涂覆层上盖板、左侧光纤涂覆层下夹具、右侧裸纤层上盖板、右侧裸纤下夹具，以及相应的锁止机构、金刚石切割刀片、数字显示千分尺、控制马达、相应的控制电路，软性LED点光源贯穿左侧涂覆层上盖板并固定，左右下盖板刻有与光纤尺寸相对应的光纤槽，两侧下夹具光纤槽具有孔，可用于连接吸气泵吸附光纤,切割刀右侧夹具后光纤伸出任意长度。

本发明所述的光纤切割设备，左侧涂覆层上盖板、下夹具放置于左侧旋转夹具上，能够以放置的光纤为严格轴心，180°或360°旋转，无需手动旋转光纤；或左侧夹具保持不动，待切割光纤可在光纤槽中手动进行旋转。

本发明所述的光纤切割设备，显微镜对光纤侧面或端面成像进行识别，利用图像识别电路对光纤侧面和端面的成像进行学习记录，并控制光纤旋转到应力区对称角度。

本发明所述的光纤切割设备，显微镜及其连接的显示器可替换为目视光学显微镜。

本发明提供一种包含上述光纤切割设备配件的平台，其特征在于其包含显微镜、LED点光源、可调式平移台，可调式旋转台，可调式升降台构成，该平台视轴中心线可调，通过校准可使中心视轴通过待切割光纤纤芯，并与金刚石切割刀进刀位置垂直。

本发明所述显微镜选自8倍以上或10倍以上显微镜。

本发明提供了一种基于上述光纤切割设备的进行光纤切割方法，利用显微镜对光纤进行侧面成像，观测的位置位于剥离涂覆层后的光纤处；旋转光纤，当光纤应力区处于水平或垂直位置时，光纤侧面成像出现对称结构，进行切割。

所述具体方法包括：(1)安装待切割光纤对应尺寸的左侧及右侧对应上盖板、下夹具，并锁紧紧固螺钉。开启切割刀，选择相应的切割程序。剥除待切割光纤的涂覆层，用无尘纸蘸酒精或丙酮擦拭清洁光纤。

(2)如采用端面观测的方式，首先进行一次常规预切割，切割标准为能看清光纤特征区(应力区)即可，不必在意拖尾情况；继续剥除光纤涂覆层，剥除涂覆层的长度能够满足光纤端面观测的要求；清洁光纤后，将光纤放置于光纤槽上，开启吸气泵吸附光纤；调节LED点光源的亮度和显微镜的聚焦，使光纤端面可清晰成像；手动旋转光纤时，用手指按住光纤涂覆层部分，另一只手旋转光纤，观察端面应力区位置，直至转到水平或垂直状态为止，关闭左右上盖板；由马达旋转光纤时，同样观察端面应力区位置，直至转到水平或垂直状态，关闭右侧上盖板；经图像识别电路识别学习后的光纤，可由切割设备自动进行旋转到应力区水平或垂直状态，关闭右侧上盖板；调节千分尺，距离光纤的位置恰好可制成切割过程中光纤的后撤；开启切割程序，直至切割完成。

(3)如采用侧面观测的方式，无需预切割，直接清洁后的光纤放置于光纤槽上，开启吸气泵吸附光纤；调节LED点光源的亮度和显微镜的聚焦，使光纤侧面可清晰成像；手动旋转光纤时，用手指按住光纤涂覆层部分，另一只手旋转光纤，观察侧面成像，直至转到出现特定对称图像时，应力区对应的为水平或垂直状态，关闭左右上盖板；由马达旋转光纤时，同样观察侧面成像，直至转到出现特定对称图像，应力区对应的为水平或垂直状态，关闭右侧上盖板；经图像识别电路识别学习后的光纤，可由切割设备自动进行旋转到应力区水平或垂直状态，关闭右侧上盖板；调节千分尺，距离光纤的位置恰好可制成切割过程中光纤的后撤；开启切割程序，直至切割完成。

(4)光纤切割的优化过程为，如出现光纤切割角度大，端面无拖尾，则减小千分尺前进数值；出现光纤切割角度小，端面出现拖尾，减小拉力或拉力步进量；端面出现明显刀口或崩口，减小光纤预进刀量/切割步进量/切割次数；如同时出现几种情况，先修改其中一项，分别解决不同问题。千分尺的位置可能会在超过20次的切割或受震动后产生微小位移，应归零重新调节到优化后的数值。

在上述光纤切割方法中，可以对待切割的光纤进行预切割，对预切割后的端面进行显微镜成像，从而确定其应力区的角度位置。调节LED点光源的功率，使光纤端面成像亮度合适。显微镜连接的显示和测量设备测量光纤的包层直径，用于优化千分尺位置和金刚石切割刀的预进刀位。数字显示千分尺用于精确控制并记录切割光纤的千分位，避免因切割震动、移动震动引起的失位。

本发明所切割的光纤选自保偏光纤、八角型光纤、领结型光纤、老虎型光纤、一字型光纤、光子晶体光纤或包层直径大于600μm的大芯径光纤。

综上所述，本发明具备切割效果好、切割精度高、切割一致性强、结构灵活等显著优势。

附图说明

图1、端面观测光纤旋转的切割装置示意图

图2、侧面观测光纤旋转的切割装置示意图(观测光纤)

图3、侧面观测光纤旋转的切割装置示意图(观测尾纤)

图4、千分尺、显微镜头、金刚石切割刀片进刀位的位置图

图5、夹具旋转光纤示意图

图6、光纤切割配件平台示意图

1.左侧光纤涂覆层上盖板

2.左侧光纤涂覆层下夹具

3.右侧裸纤上盖板

4.右侧裸纤下夹具

5.软性LED光源

6.金刚石切割刀

7.显微镜

8.显示器

9.光纤(含涂覆层部分)

10.光纤(剥除涂覆层部分)

11.45°反射镜

12.光纤应力区

13.左侧旋转夹具上盖板

14.左侧旋转夹具下板

15.数显千分尺

16.可调式旋转台

17.可调式平移台

18.可调式升降台

19.光纤切割刀平台基准面

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示的光纤切割设备，首先需在正式切割前对光纤进行一次预切割，使得显微镜头可对端面成像，从而判断应力区的角度位置。其中，预切割对切割质量的要求为能够观察到光纤端面结构(如应力区)即可；其次，选择相应的切割程序，开启真空吸气泵，在下夹具上吸附剥除涂覆层后的光纤，对显微镜进行调焦，使端面在显示器上成像；采用手动方式旋转光纤，使得光纤特征区(如应力区)相对于切割刀进刀口处于水平或垂直对称位置；测量光纤直径，将数显千分尺顶至对应位置，使得千分尺端面十分贴近于光纤并记录；关闭左右上盖板，开启切割程序。

在进行下一次切割时，对于同种光纤，仅需将千分尺顶至上次记录的位置，光纤旋转至水平对称或垂直角度，开启同样的切割程序，即可完成特种光纤的高重复性切割。

经对比试验，对于同一种光纤(如PLMA-20/400熊猫)，利用上述方法进行优化后，切割100次，应力区均未出现明显拖尾，端面平整无明显刀口或崩口，切割角度均小于0.5°。与此同时，优化程序切割时间也随之大大缩短。如随意放置光纤，端面随机出现不同程度拖尾情况。

实施例2：

如图2、3所示的光纤切割设备，无需对光纤进行预切割处理。但需要保证金刚石切割刀进刀方向与显微镜头的中心视轴严格垂直。在选择相应的切割程序，开启真空吸气泵，吸附下夹具上剥除涂覆层后的光纤，对显微镜进行调焦，使光纤在显示器上侧面成像；采用手动方式旋转光纤，使得光纤侧面特征成特定的对称分布，也就是光纤特征区(应力区)相对于切割刀进刀口处于水平或垂直对称位置，其余同实施例1。

经试验，对于同一种光纤(如PLMA-20/400熊猫)，采用手动的方式旋转保偏光纤，记录特定对称图像，可控制应力区(熊猫眼)水平3°以内，采用此类方式进行优化后，切割100次，应力区均未出现明显拖尾，端面平整无明显刀口或崩口，切割角度均小于0.5°。较实施例1无需预切割。

实施例3：

如图5所示，将高精度步进电机驱动左侧夹具以待切割光纤中心为严格轴心进行旋转，使得切割刀左侧夹具具备180°或360°以上角度的旋转功能，用于替代手动旋转。实施例1中观测端面与实施例2中的侧面图像识别均可以根据图像匹配相应的识别与自学习功能，完成光纤的自动旋转。高精度步进电机驱动可使光纤应力区的角度位置更为精确与稳定。可以获得切割角度小于0.2°、端面无拖尾、无崩口或刀口的切割效果。其中，右侧夹具可关闭后随左侧夹具一起旋转。其余同实施例1或2。

实施例4：

方案中显微镜同样可以采取目视光学显微镜，通过目视直接观察光纤端面或侧面，用于评价旋转光纤到特定位置，可获得同实施例1或2的切割效果。

实施例5：

方案中处理包层直径400μm以下的光纤可千分尺不使用，八角形光纤可以获得等同于实施例1的效果，但保偏型光纤切割会出现35％以上的拖尾情况。

实施例6：

根据实施例1或2中的方案，在光纤切割刀产品上添加显微镜、LED灯、添加45°反射镜、更换数显千分尺等方式，在光纤切割刀平台基准面上，搭建一套配件平台，如图6所示。通过一个可调式平移台、两个可调式旋转台、一个可调式升降台满足1)显微镜头处于光纤正上方，视轴通过待切割光纤中心；2)视轴与金刚石切割刀进刀位置方向垂直。通过上述技术改进，使切割刀具备端面或侧面观测的能力，依据获得的图像旋转光纤特征区(应力区)的到合适角度位置。可获得等同于实施例1的切割效果。

实施例7：

在切割八角形光纤、领结型光纤、一字型光纤、光子晶体光纤等其他特殊光纤时，根据实施例1或2的方案，每次切割时旋转光纤到合适角度，完成特定光纤切割程序的优化后，即可实施高效率以及高重复性的切割，优化后的切割均可实现角度小于0.2°，端面平整无拖尾、崩口、刀口等。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。