一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置及切割方法制造方法及图纸

一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置及切割方法，切割装置包括设置在三维电动平移台上的角度旋转平台，角度旋转平台上固定光纤；光纤的上方设有显微物镜，激光器发射出的激光经过二向色镜反射至显微物镜，显微物镜对激光进行聚焦后切割光纤的表面；二向色镜上方设有用于观测显微物镜聚焦位置的成像透镜以及CCD探测器；激光器上安装光学快门，光学快门与三维电动平移台分别经过控制器连接计算机，计算机的输入端接收CCD探测器观测到的聚焦位置数据。切割方法包括首先在光纤上形成微槽，然后从微槽相对面施加应力使光纤沿微槽裂开，完成切割。本发明专利技术装置结构简单，切割精细度高，可实现高精度角度切割。

Optical fiber cutting device based on ultrashort pulse laser and cutting method

A fiber based ultrashort pulse laser cutting device and cutting method, cutting device arranged in the 3D electric translation stage rotation angle of rotation platform, platform fixed fiber micro lens with optical fiber; the top emitting laser after two dichroic mirror to micro lens, micro lens focusing on laser after the surface of the optical fiber cutting; two dichroic mirror is arranged above the focus position for observing the micro lens imaging lens and CCD detector; optical shutter mounted laser, optical shutter and three-dimensional electrical platform respectively through the controller is connected to the computer, the computer input end receives the focus position data observed by CCD detector. The cutting method comprises forming a micro groove on the optical fiber first, then applying stress from the opposite surface of the groove to cause the fiber to split along the micro groove to complete the cutting. The device has the advantages of simple structure, high cutting precision and high precision angle cutting.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置及切割方法
本专利技术属于光纤加工领域，具体涉及一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置及切割方法。
技术介绍
光纤熔接或者耦合是光纤工程应用中的关键技术，两者需要光纤端面尽可能光滑。此外，为了减小异质光纤耦合时的反射，还需要对光纤进行角度切割。目前使用最广泛的光纤切割技术是利用机械刀具进行切割。这种方法由于光纤和刀具直接接触，容易造成光纤端面的崩裂。特别地，对于近些年兴起的空心光子晶体光纤，其结构为周期性微孔组成，采用机械刀具切割容易破坏端面上的微孔结构。为了避免机械刀具切割时的应力，激光切割技术成为另一个重要选择。目前激光切割光纤技术中通常采用CO2辐照光纤产生的热效应将光纤熔断，该方法容易使光纤端面产生变形。对于光子晶体光纤，其中的薄壁结构更容易被破坏。超短脉冲激光具有极高的峰值功率，聚焦后可对任意材料基于非线性效应进行加工。此外由于其脉冲宽度极窄，相对于长脉冲加工可以极大地减小热效应。近年来超短脉冲激光微纳加工技术已经引起了大家广泛的关注。有研究者对利用超短脉冲烧蚀直接切割光纤进行了研究，但是很难获得与机械切割相同水平的光纤端面。这是由于超短脉冲激光烧蚀是一种强相互作用，烧蚀时产生的高温碎屑再沉积到光纤端面时常常引起光纤端面的二次损伤，很难获得光滑的端面。而采用步进式多次扫描则很难消除连接痕迹。专利201110001367.1提出了一种利用超短脉冲激光定点切割光纤的方法，然而该方法无法对光纤进行斜切割。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置及切割方法，能够在普通石英光纤和光子晶体光纤等特种光纤上切割出具有光学平整度的垂直或倾斜光纤端面，光纤的切割角度能够自由进行调整和控制。为了实现上述目的，本专利技术基于超短脉冲激光的光纤切割装置采用的技术方案为：包括设置在三维电动平移台上的角度旋转平台，角度旋转平台上固定光纤；所述光纤的上方设有显微物镜，激光器发射出的激光经过二向色镜反射至显微物镜，显微物镜对激光进行聚焦后切割光纤的表面；二向色镜上方设有用于观测显微物镜聚焦位置的成像透镜以及CCD探测器；激光器上安装光学快门，光学快门与三维电动平移台分别经过控制器连接计算机，计算机的输入端接收CCD探测器观测到的聚焦位置数据并输出显示在其屏幕上。所述的三维电动平移台和角度旋转平台具有带通光孔的载物台，且载物台的下方设置有用于在光纤成像观测时进行照明的照明光源。所述的角度旋转平台上安装有用于固定光纤的V型槽光纤磁力夹具，且在光纤表面的待切割位置两侧分别安装有一个V型槽光纤磁力夹具。激光器发射1000Hz重复频率的飞秒激光，三维电动平移台的扫描速率<2000μm/s。显微物镜的放大倍数为5～100，进行聚焦的激光具有1mW～8mW的功率。所述显微物镜的放大倍数为20。激光器发射出的激光经过可变衰减器投至二向色镜。所述三维电动平移台的定位精度优于1μm。本专利技术基于超短脉冲激光的光纤切割装置的切割方法包括以下步骤：首先利用聚焦的激光通过定点辐照或沿设定角度扫描在光纤上形成微槽，然后从微槽的相对面垂直于光纤轴施加应力使光纤沿微槽裂开，完成切割。具体地包括以下步骤：步骤一、在三维电动平移台上安装角度旋转平台，并将光纤固定在角度旋转平台上；步骤二、通过成像透镜和CCD探测器观测显微物镜的聚焦位置，将光纤的待切位置移动至焦点；步骤三、打开激光器使激光发射，利用显微物镜将激光聚焦至光纤上，沿设定角度扫描激光或移动三维电动平移台使激光在光纤上切割出微槽；步骤四、将带有凹槽的压断梁移动至微槽的相对侧，使微槽对准压断梁上凹槽的中心且与微槽的方向平行，利用压断梁垂直于光纤轴顶进行下压，使光纤折断，完成切割。与现有技术相比，本专利技术切割装置及切割方法能够在各种材料光纤上实现微米量级定长度及高精度特定角度切割，包括单模或多模石英光纤、碲酸盐等玻璃光纤、有源光纤、实芯或者空心光子晶体光纤、蓝宝石光纤等。对空心光子晶体光纤能够避免机械切割时的压力从而保护微结构。激光刻蚀微槽深度远远小于光纤包层半径，远离纤芯，无烧蚀产物对光纤端面影响，从而能够切割出洁净的光纤端面；采用超短脉冲激光进行刻蚀，无需像长脉冲激光加工时需要根据材料选择激光波长，更重要的是能够避免长脉冲或者连续激光加工中由于热效应引起的光纤端面变形。利用高精度的三维电动平移台及成像系统辅助观察，能够精确设定光纤的切割位置，角度旋转平台能够任意调整光纤角度，该装置结构简单，操作方便。附图说明图1本专利技术光纤切割装置的结构示意图；图2本专利技术光纤切割时的激光扫描示意图；图3本专利技术光纤切割后的压断示意图；图4(a)本专利技术压断部件整体结构示意图；图4(b)本专利技术压断梁的左视图；图4(c)本专利技术压断梁的俯视图；图5本专利技术垂直切割SMF-28石英光纤获得的光纤端面扫描电子显微SEM图像；图6本专利技术垂直切割实芯光子晶体光纤得到的光纤端面的SEM图像；图7本专利技术垂直切割空心光子晶体光纤得到的光纤端面的SEM图像；图8(a)本专利技术切割空心光子晶体光纤带有15°倾斜角的加工端面结果光学显微侧视图；图8(b)本专利技术切割空心光子晶体光纤带有15°倾斜角的加工端面结果光学显微正视图。附图中：1.激光器；2.激光；3.光学快门；4.可变衰减器；5.二向色镜；6.显微物镜；7.V型槽光纤磁力夹具；8.光纤；9.角度旋转平台；10.三维电动平移台；11.控制器；12.成像透镜；13.CCD探测器；14.计算机；15.微槽；16.压断梁；17.压断梁控制台；18.照明光源。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术基于超短脉冲激光的光纤切割装置包括设置在三维电动平移台10上的角度旋转平台9，角度旋转平台9上固定光纤8，角度旋转平台9上安装有用于固定光纤8的V型槽光纤磁力夹具7，且在光纤8表面的待切割位置两侧分别安装有一个V型槽光纤磁力夹具7。光纤8的上方设置有显微物镜6，激光器1发射出的激光2经过二向色镜5反射至显微物镜6，显微物镜6对激光2进行聚焦后切割光纤8的表面。激光器1发射出的激光2经过可变衰减器4投至二向色镜5。二向色镜5上方设有用于观测显微物镜6聚焦位置的成像透镜12以及CCD探测器13，CCD探测器13测量数据连接到计算机14输入端并输出到其显示器端显示，构成成像系统；激光器1上安装光学快门3，光学快门3与三维电动平移台10分别经过控制器11连接计算机14，计算机14的输入端接收CCD探测器13观测到的聚焦位置成像数据。三维电动平移台10和角度旋转平台9具有带通光孔的载物台，且载物台的下方设置有用于在光纤成像观测时进行照明的照明光源18。该切割装置激光器1发射出的激光2为1000Hz重复频率的飞秒激光，三维电动平移台10的扫描速率<2000μm/s。显微物镜6的放大倍数为5～100，典型地选择20倍，激光器1发射出的激光2经过可变衰减器4后具有1mW～8mW的功率。三维电动平移台10的定位精度优于1μm。参见图2，3，本专利技术基于超短脉冲激光的光纤角度切割方法，包括以下步骤：1)将光纤8固定在三维电动平移台10上；将光纤8两端利用V型槽光纤磁力夹具7固定在三维电动平移台10上，固定时两端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置，其特征在于：包括设置在三维电动平移台(10)上的角度旋转平台(9)，角度旋转平台(9)上固定光纤(8)；所述光纤(8)的上方设有显微物镜(6)，激光器(1)发射出的激光(2)经过二向色镜(5)反射至显微物镜(6)，显微物镜(6)对激光(2)进行聚焦后切割光纤(8)的表面；二向色镜(5)上方设有用于观测显微物镜(6)聚焦位置的成像透镜(12)以及CCD探测器(13)；激光器(1)上安装光学快门(3)，光学快门(3)与三维电动平移台(10)分别经过控制器(11)连接计算机(14)，计算机(14)的输入端接收CCD探测器(13)观测到的聚焦位置数据并输出显示在其屏幕上。

【技术特征摘要】
1.一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置，其特征在于：包括设置在三维电动平移台(10)上的角度旋转平台(9)，角度旋转平台(9)上固定光纤(8)；所述光纤(8)的上方设有显微物镜(6)，激光器(1)发射出的激光(2)经过二向色镜(5)反射至显微物镜(6)，显微物镜(6)对激光(2)进行聚焦后切割光纤(8)的表面；二向色镜(5)上方设有用于观测显微物镜(6)聚焦位置的成像透镜(12)以及CCD探测器(13)；激光器(1)上安装光学快门(3)，光学快门(3)与三维电动平移台(10)分别经过控制器(11)连接计算机(14)，计算机(14)的输入端接收CCD探测器(13)观测到的聚焦位置数据并输出显示在其屏幕上。2.根据权利要求1所述基于超短脉冲激光的光纤切割装置，其特征在于：所述的三维电动平移台(10)和角度旋转平台(9)具有带通光孔的载物台，且载物台的下方设置有用于在光纤成像观测时进行照明的照明光源(18)。3.根据权利要求1所述基于超短脉冲激光的光纤切割装置，其特征在于：所述的角度旋转平台(9)上安装有用于固定光纤(8)的V型槽光纤磁力夹具(7)，且在光纤(8)表面的待切割位置两侧分别安装有一个V型槽光纤磁力夹具(7)。4.根据权利要求1所述基于超短脉冲激光的光纤切割装置，其特征在于：激光器(1)发射出的激光(2)为1000Hz重复频率的飞秒激光，三维电动平移台(10)的扫描速率<2000μm/s。5.根据权利要求1所述基于超短脉冲激光的光纤切割装置，其特征在于：显微物镜(6)的放大倍数为5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，司金海，李思佳，杜勇，闫理贺，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61