基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法技术

本发明专利技术提供一种基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，属于光纤制备技术领域，设定飞秒激光器的波长、脉冲宽度、重复频率以及能量，飞秒激光对光纤端面进行融化，至呈水滴形态，冷却；开启飞秒激光器，调整飞秒激光器的波长、脉冲宽度、重复频率以及能量，飞秒激光对水滴型光纤端面的上表面处进行处理，控制加工平台的移动，实现阶梯型光纤端面；将光纤取下，使用氢氟酸溶液进行浸泡，得到最终制备好的光纤。本发明专利技术利用飞秒激光的超短脉冲对光纤端面直接进行加工，使得材料融化形成所需要的基础结构，利用飞秒激光的重复频率及能量等参数的可调性，形成融化成型与加工为一体的加工工艺，制作出了质量更高的光纤端面结构。制作出了质量更高的光纤端面结构。制作出了质量更高的光纤端面结构。

【技术实现步骤摘要】
基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法


[0001]本专利技术涉及光纤制备
，具体涉及一种基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法。

技术介绍

[0002]光导纤维是光纤的统称，是由玻璃或塑料制作而成的纤维，可以作为光传导的媒介。光纤通常是由纤芯、包层和保护层组成，其中，纤芯负责完成信号的传输，包层则将光信号封闭在纤芯中传输，保护层起到保护纤芯和包层、防止断裂的作用。光纤具有极低的传输损耗、较强的抗电磁干扰性和极快的响应速度，在光纤通信、光纤传感、光纤探测、生物医学等领域均具有重要的应用价值。
[0003]目前常见的光纤端面加工技术主要有光纤研磨抛光、化学腐蚀、传统激光加工等。研磨抛光的方法，制备的过程中，通常会存在过程复杂、成本高以及成品率低等问题，使其在加工应用等方面受到了限制。化学腐蚀方法可以提高光纤传感器的灵敏度，但其安全系数较低；不加控制的化学腐蚀工艺，也会增加光纤的损耗，严重影响光纤器件的应用。包括聚焦离子束刻蚀、激光加工等技术在内的传统激光加工技术具有分辨率高等优势，但其工艺复杂、加工时间长、效率低。
[0004]相比而言，飞秒激光加工技术峰值功率高，重复频率及能量等参数的可调，热效应小、能够实现“冷加工”，加工精度更高，可以实现三维立体加工，可加工材料广泛，成品率高等优点，成为加工领域最受欢迎的技术。但飞秒激光加工中，激光的频率、波长、脉冲宽度等参数，对于光纤端面的加工质量具有重要影响，随着激光能量大于光纤石英材料损伤阈值后，光纤表面形貌会变得随机化，粗糙化程度也会难以控制，同样扫描速度过高、脉冲宽度不适中等原因都会降低微平面的加工质量，因此提供合适的飞秒激光加工参数对于获取高质量的光纤端面至关重要。
[0005]本专利技术加工的光纤端面结构简单、易加工、成本低，本专利技术所提出的是一种理想的实现光纤端面及其制备方法，适用于光纤制备领域使用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种提高了光纤端面加工质量的基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，将光纤放置在飞秒激光加工系统的加工平台的光纤槽内固定，光纤一端伸出平台一定长度；包括：
[0009]飞秒激光加工系统采用目前常用的装置设置方案，包括飞秒激光器、快门、半透半反镜、物镜及物镜转动台、电动位移平台、CCD相机、控制计算机、光纤样品放置台等装置。其中，飞秒激光光束与光纤纤芯共轴设置。
[0010]设定用于聚焦飞秒激光光束的物镜置于光纤的水平位置下方。
[0011]水滴型光纤端面的加工：设定飞秒激光器的波长、脉冲宽度、重复频率以及能量，物镜转动台设置具有低放大倍数、低数值孔径的物镜，将飞秒激光光束聚焦至光纤端面的光纤纤芯内部，距离光纤端面150μm～250μm处，开启快门，利用飞秒激光对光纤端面进行融化，至呈水滴形态，关闭飞秒激光器，对光纤端面进行冷却，得到水滴型光纤端面；
[0012]阶梯型光纤端面的加工：调整飞秒激光器的波长、脉冲宽度、重复频率以及能量，物镜转动台设置具有高放大倍数、高数值孔径的物镜，将飞秒激光光束聚焦至水滴形光纤端面内部，开启快门，利用飞秒激光对水滴型光纤端面的上表面处进行处理，控制加工平台的扫描速度，由远离光纤端面的位置开始，实现阶梯型光纤端面；
[0013]将光纤取下，使用氢氟酸溶液进行浸泡，得到最终制备好的光纤。
[0014]优选的，水滴型光纤端面的加工中，飞秒激光器的波长为800nm、脉冲宽度为35fs、重复频率为30MHz、能量为10nJ。
[0015]优选的，水滴型光纤端面的加工中，飞秒激光通过放大倍数为10～20倍、数值孔径为0.17的显微物镜聚焦于光纤端面的中央，对光纤端面进行融化。
[0016]优选的，阶梯型光纤端面的加工中，飞秒激光器的波长为800nm、脉冲宽度为35fs、重复频率为1kHz、能量为0.3μJ。
[0017]优选的，阶梯型光纤端面的加工中，飞秒激光通过放大倍数为50～60倍、数值孔径为0.65的显微物镜聚焦于光纤的上表面处，对光纤端面进行处理。
[0018]优选的，阶梯型光纤端面的加工中，控制加工平台的扫描速度为0.2
‑
1mm/s，每个阶梯相隔1μm，宽度为0.3
‑
0.7μm。
[0019]优选的，氢氟酸溶液的浓度为2％，65
‑
75℃水浴加热条件下浸泡。
[0020]优选的，水滴型光纤端面的加工中，显微物镜的放大倍数为10倍。
[0021]优选的，阶梯型光纤端面的加工中，显微物镜的放大倍数为50倍。
[0022]优选的，氢氟酸溶液的浓度为2％，65℃水浴加热条件下浸泡。
[0023]本专利技术有益效果：利用飞秒激光的超短脉冲对光纤端面直接进行加工。高重复频率、低单脉冲能量的激光具有较强的热沉积效果，可使光纤的二氧化硅材料快速升至熔点，在重力作用下实现光纤端面的水滴状塑形。低重复频率、高单脉冲能量的激光，由于瞬间的高峰值功率，引发二氧化硅材料的雪崩电离效应。同时飞秒激光的脉冲弛豫时间远低于二氧化硅材料的热扩散时间，使得这一过程仅存在较弱的热扩散和热沉积效果，实现接近绝热状态。因此利用飞秒激光的重复频率及能量等参数的可调性，形成融化成型与加工为一体的加工工艺，提高加工工艺的可操作性，制作出了质量更高的端面结构，具有更复杂三维结构的端面。
[0024]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例所述的基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法所使用的飞秒激光加工系统的结构原理图；
[0027]图2为本专利技术实施例5所述的制备的阶梯型光纤端面侧面结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例5所述的光纤端面的制备流程示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例5所述的采用2％的氢氟酸对玻璃的腐蚀深度图；
[0030]图5为本专利技术实施例5所述的光纤端面电镜结构示意图。
[0031]其中：1
‑
飞秒激光器；2
‑
快门；3
‑
衰减器；4
‑
半透半反镜；5
‑
反射镜；6
‑
物镜及物镜转动台；7
‑
电动位移平台；8
‑
CCD相机；9
‑
计算机控制系统；10
‑
光纤槽。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，将光纤放置在飞秒激光加工系统的电动位移平台的光纤槽内固定，光纤一端伸出平台一定长度；其特征在于，包括：设定飞秒激光器的波长、脉冲宽度、重复频率以及能量，飞秒激光对光纤端面进行融化，至呈水滴形态，关闭飞秒激光器，对光纤端面进行冷却，得到水滴型光纤端面；开启飞秒激光器，调整飞秒激光器的波长、脉冲宽度、重复频率以及能量，飞秒激光对水滴型光纤端面的上表面处进行处理，控制电动位移平台的扫描速度，实现阶梯型光纤端面；将光纤取下，使用氢氟酸溶液进行浸泡，得到最终制备好的光纤。2.根据权利要求1所述的基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，其特征在于，水滴型光纤端面的加工中，飞秒激光器的波长为800nm、脉冲宽度为35fs、重复频率为30MHz、能量为10nJ。3.根据权利要求1所述的基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，其特征在于，水滴型光纤端面的加工中，飞秒激光通过放大倍数为10～20倍、数值孔径为0.17的显微物镜聚焦于光纤端面的中央，对光纤端面进行融化。4.根据权利要求1所述的基于飞秒激光器的光纤端面的加工方法，其特征在于，阶梯型光纤端面的加工中，飞秒激光器的波长为800nm、脉冲宽度为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾曼娜，程晨，桂维玲，周玉翔，于梦涵，刘畅，王浩岳，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：