光纖拼接和成形:環形CO2雷射束推動光纖加工進展

2021-01-11 OFweek維科網

使用雷射加熱工藝，光纖可以拼接成型，比傳統的電弧系統具有更廣泛的通用性。數十年來，光纖拼接依賴於傳統的加熱方法，例如細絲或電極等。雖然自20世紀70年代以來，雷射加熱就是一種已知的替代方法，但是價格適中的二氧化碳（CO2）雷射源的商用在最近才引起行業廣泛興趣。

CO2雷射加工擁有許多明顯的優勢。雷射源本身就非常清潔，這意味著它不會給最終組件帶來任何汙染，例如化學電極汙染等。與此同時，雷射器能在很長一段時間內保持非常穩定的狀態，從而減少了維護需求。

然而，與其它電子表面加熱技術相比，其主要優勢是吸收加熱法本質上就與其不同。通過吸收法，加熱過程可以直接指向對加工過程至關重要的地方。定向加熱不僅提高了可用光纖組件的質量，而且還能實現獨特的光纖形狀和設計。

要使得吸收加熱行之有效，光纖成形工具至關重要。考慮到這一點，Nyfors和德國弗朗霍夫應用光學與精密工程研究所合作開發了一種名為Smartsplicer的產品，並將其固定在環形光束上，通過360°進入角對光纖進行加工處理。

該環形設計由已獲專利的Axicon拼接技術製成，位於前方的電動望遠鏡可以對該環形的尺寸和厚度進行調整，從而提高工藝的靈活性。另外，還能動態改變雷射束的入射角以便實現最佳加熱性能。例如，雷射束可以聚焦成環形形狀，用於端帽拼接，或聚焦在光纖的側面，用於光纖到光纖的拼接、錐形化或製造光纖複合器（見圖1）等。

圖1. 雷射束（紅色）端帽拼接（a），錐形化、光纖拼接（b）的不同配置原理圖。（圖片來源：Nyfors）

結構化光纖拼接

Smartsplicer的優勢可以通過各種特殊的應用程式體現。Nyfors此前就與瑞典研究所、Serstech以及瑞典警方合作開發了一款新型光纖傳感器。在由瑞典政府機構VINNOVA資助的這個項目中，各合作方的目標是構建一個光纖傳感器，用於檢測犯罪或事故現場的微量氣體。

目前，警犬是檢測上述氣體的最有效方法。但是，警犬並不能指明現場的氣體，同時也不能隨時可用。而通過該傳感器，到達現場的警務人員能迅速確定空氣中是否有不穩定性氣體。通過使用可以用周圍氣體快速填充並且發出光線的空芯光纖，從而獲得氣體的拉曼光譜。然而，為了實現這一點，將中空光線拼接到普通光線的過程至關重要。

圖2. 用於傳感應用的典型的易碎空芯光纖。（圖片來源：RISE）

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