纳米以下)可以通过划刻工具的精密馈送或将所述工具用轻微的力压靠光纤而实现。
[0029]根据本发明，鉴于上述考虑和目标，划刻工具设置为有效地划擦所述光纤以制备用于适当的裂纹生长的光纤。本发明提供了一种方便并且可靠的划刻工具，其可以在光纤的圆周表面上有效地形成初始浅槽，以便利于在工厂中的劈裂操作并且同样可以便利于在现场环境中的操作。所发明的划刻工具的设计特征能够以便携式、手持工具的形式构造，其可以部署用于在现场的简单操纵。
[0030]根据本发明的一个方面，所述划刻工具包括主体或壳体，所述光纤支撑在其内用于相对所述主体绕主体轴线(例如，中心轴线)旋转。光纤沿其轴线的运动受支撑的限制。致动器大致正交于光纤轴线移动的由硬质材料(例如，金刚石、蓝宝石或碳化钨)制成的划刻刃。通过在将划刻刃压靠在光纤的表面上的同时转动所述光纤，一个浅的凹槽被划刻在光纤的圆周表面上。在一个实施例中，所述凹槽绕光纤的整个圆周延伸。在另一个实施例中，所述凹槽可部分地围绕光纤的圆周延伸。
[0031]图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的划刻工具的中心线横截面。在此实施例中，划刻工具10包括通常是圆柱形(例如具有圆形、方形、矩形或六边形的横截面，或者其它几何形状的横截面)的主体12。支撑光纤20的孔例如通过支撑在主体12中的套圈限定在所述主体12中。主体12限定包括划刻区域的空腔，致动器将光纤20支撑在所述空腔中用于相对于划刻刃24的运动，所述划刻刃24被从主体12的侧壁15悬出的臂25支撑。划刻刃24可以由金刚石、蓝宝石、碳化钨或其他适合于切割光纤的二氧化硅或玻璃材料的硬质材料制成。
[0032]在本发明的另一方面中，所述致动器是将电信号转换成机械位移的机电致动器。在图示的实施例中，所述致动器是以圆柱形压电管22的形式的压电致动器(例如，由压电陶瓷材料制成，诸如PZT(锆钛酸铅))，其在一个端部悬到圆柱形主体12的端壁13上。压电管22的另一端没有被支撑，而是可相对于所述主体12的圆柱壁15自由移动。圆柱壁15的另一端是开放的(即，未被端盖堵塞或覆盖)。
[0033]如图1所示，支撑光纤的孔通过支撑光纤20的两个圆柱形套圈14和16限定在主体12中(如贯穿本文所引用的，光纤20指的是包覆层暴露而没有保护性缓冲和护套层的裸光纤，其具有例如125μπι的直径)。所述套圈可以由氧化锆、金属或其他材料制成，其具有尺寸形成为允许光纤20自由转动而不会损坏光纤的光滑孔。具体地，套圈16被固定地支撑在主体12的端壁13上。套圈14由在压电管22的自由端处的端盖23固定地支撑。此套圈14设置有允许划刻刃24接近光纤20的周界的开口 18 (例如，通过机械加工)。光纤沿其轴线的运动被支撑件限制。这可以通过设置在套圈14和16的外端部的轴向锁定套环27实现，所述套环被固定到光纤20以限制相对于套圈的轴向运动，但不妨碍光纤20在套圈内的旋转运动。
[0034]已知的是压电陶瓷致动器利用压电效应将电信号转换为机械位移。特别地，当电压施加到其上时，压电陶瓷PZT材料在电场的方向上膨胀。对于压电管22，电压通过伺服控制器26施加到圆柱形压电管22的一侧(在图1中示出的下侧)，其控制压电管22那一侧的膨胀。鉴于压电管22不同部分(S卩，上部和下部)的差分轴向位移，这使得压电管22以取决于控制器26的控制电压的程度向上弯曲。由于压电管22朝向划刻刃24弯曲，光纤20的周界接触到划刻刃24。可以看出的是，套箍14还作为抗着划刻刃24的压力支撑光纤的砧座。划刻刃24施加在光纤20上用于划擦光纤的力将取决于压电管22的弯曲程度。适合于划出所需深度凹槽的所需力可以是确定的，因而适当的电压施加到压电管22上产生压电管22的弯曲以实现所需的力。在将所述划刻工具10投入操作之前，可以使用光纤对划刻工具10进行校准。
[0035]PZT管的控制在本领域中是熟知的，并且将不会在本文中详细说明。应该注意的是，电压(例如，差分电压)可以被施加到管12的上侧和/或其他侧或部分以产生各部分的差分轴向位移，从而导致压电管22朝向划刻刃24的净弯曲，而不是仅施加电压到圆柱形压电管22的一侧(即，如图1中所示的下侧)。另外，压电管22可以被控制用于沿多个轴的弯曲动作，以按需要产生将套箍14移动进入/离开纸面(in/out of the sheet)、向上/向下和向左/向右的弯曲动作。
[0036]以划刻刃24压靠光纤20,所述光纤20可以在套圈内手动地或自动地旋转(例如，通过手动地或使用未示出的致动器旋转所述锁定套环27)，使得划刻刃24可以绕光纤20的周界划刻环形或圆周的凹槽。在完成划擦所述凹槽之后，划刻刃24可通过移除控制电压或施加反向电压到压电体管22上而从光纤缩回。
[0037]在图1的实施例中，如图1所示，光纤20大致同轴地支撑在致动器(例如，压电管22)内。所述致动器通过依靠压电管22的弯曲动作将光纤20朝向划刻刃24移动(即，光纤20的轴线相对于主体12的壁15横向移动)。压电管22提供对光纤20运动的支撑、弓丨导和支承(bearing)，而不需要第二组支承件和/或支撑件。通过依靠由压电效应产生的压电管22不同部分的差分轴向位移获得净弯曲动作，划刻刃24在光纤20上的力的小变化可以用差分轴向位移实现。压电管22的弯曲动作由此提供了划刻刃24在光纤20上的温和压力。套圈14的位移能够以纳米级分辨率进行调节，这提供了对划刻刃24的切口深度的极精细控制。这对于以通常需要小于100纳米的切口深度的塑性模式加工凹槽是重要的。
[0038]图2示意性示出了根据本发明另一实施例的划刻工具。除下面指出的结构外，所述划刻工具10’的实施例与图1所示的实施例具有相似性。在本实施例中，主体12’的划刻工具10’包括圆柱形壁15’以及端盖13’和19，其完全地围绕在主体12’中限定的空腔，由此完全地围绕压电致动器管22和划刻区域。三个套圈14、16和17示出为支撑光纤20。套圈16由塞在(例如，通过螺纹连接)圆柱形主体12’的一端的端盖13’固定地支撑。附加套圈17由塞在(例如，通过螺纹连接)圆柱体12’另一端的端盖19固定地支撑。划刻刃24被从圆柱形主体12’延伸的结构25’通过可变附接(例如，螺纹附接)支撑，而不是通过悬臂支撑划刻刃24。在通过弯曲压电管22开始划刻操作之前，螺纹附接提供调整以设定划刻刃24靠近光纤20的初始或标称位置。这允许划刻刃24的定期调整或替换以适应划刻刃的磨损。如图1中实施例的情况，压电管22的位移由伺服控制器26’控制。在此实施例中，设置了测量在压电管22的端部处的位移作为到控制器26’的反馈信号的位移传感器32。这将提供在光纤20中切口深度的指定控制下的连续调整。另外，压电管22的位移可以与光纤20的旋转同步。图1的实施例可被修改以提供类似的位移传感器和相关联的控制器。
[0039]虽然以上讨论的实施例示出了具有单个划刻刃的划刻工具，设置可以顺序地或同时地施加到旋转光纤中的额外划刻刃是完全在本发明的范围和精神内的。例如，在图2的实施例中，它可以被进一步修改以设置关于光纤轴线周向分布(例如，以相等的径向角度间隔轴向对称地或均匀地分布)的两个或更多的划刻刃(未示出)。压电管22被控制为以将划刻刃压靠光纤的方式径向位移远离光纤轴，每个划刻刃划出绕所述光纤的圆周段。用于划刻工具的切割深度是由压电管22控制的。位移传感器32探测光纤的位置和位移。通过使用在本实施例中的N个划刻刃，为了形成在光纤表