一种非圆形光纤切割方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及光纤切割技术领域，具体地说是一种非圆形光纤切割方法和系统，包括系统主体，数码显示屏，旋转夹具底座，观察平台，固定夹具，端面观测显微镜，金刚石切割刀头，待切光纤，方向按钮，控制按钮，LED灯，增加端面观测装置的方法来保持横截面与光纤夹具之间的位置一致性，通过电动控制马达方便地旋转光纤，调整其与V型夹具槽的相对位置保持多次切割时的一致性，用于非圆形光纤切割时大幅度改善切割角度稳定性，保证切割质量，提升工作效率。提升工作效率。提升工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种非圆形光纤切割方法和系统


[0001]本专利技术涉及光纤切割
，具体地说是一种非圆形光纤切割方法和系统。

技术介绍

[0002]基于高效率、高光束质量光学特性和小型化、轻量化等应用优势，高功率光纤激光器技术在近数十年取得了飞速的发展和功率上的巨大突破，在国防安全、工业加工和科学研究等领域应用越来越广泛。
[0003]随着光纤激光功率逐步提升到目前的数百千瓦水平，光纤激光器研制中仍然面临着光子暗化、热致损伤和非线性效应等诸多问题。在热致损伤问题中，光纤熔点和光纤器件是最容易出现该问题进而引起激光倾泻造成激光系统损坏，严重者甚至造成人员伤亡。其原因在于对光纤熔接或进行器件制备中或多或少会对光纤的涂覆层、包层和纤芯其中之一或全部进行了二次处理，造成原有的完整波导系统受到一定程度的微破坏，进而在激光传输过程中产生插入损耗，造成能量被材料吸收或形成辐射模导致升温，一旦传输功率增加使得温升达到破坏阈值后便会使材料变性甚至烧毁，造成波导结构失效进而引起激光倾泻造成严重破坏。
[0004]因此，高质量集成对于激光器在高功率下工作的稳定性和可靠性是至关重要的，而光纤切割作为所有光纤处理中不可缺少的一环，切割效果对激光器工作状态起着举足轻重的作用，其重要性在光纤激光技术中不言而喻。
[0005]光纤切割通常需要得到一个平滑垂直的端面以方便后续进一步的对准或是熔接工步。对于大芯径光纤，常用的方法是利用金刚石刀口从侧面在光纤表面产生一个垂直光纤轴向的裂纹，然后沿轴向从两端对光纤施加一定的拉力使得裂纹生长进而光纤断裂。
[0006]切割刀由左右两组光纤夹具来对光纤进行夹持，同时两组夹具所在的底座可以向外侧移动来对光纤施加张力。由金刚石构成的坚硬刀口持续对光纤进行多次由浅入深的切割，逐渐在光纤上生成裂纹，当达到一定条件时光纤完全断裂，完成切割。在切割过程中多项切割参数(光纤夹具尺寸、光纤拉力、刀口预置推进量、刀口速度和刀口单次推进量等)发生细微变化都会引起切割角度产生差异。在实际应用中通常采用闲置同型光纤对切割刀预先进行调试，当能多次切割均得到稳定的预期角度后保持切割参数不变，再对需处理光纤进行正式切割，这样可以保证得到较好的切割角度。
[0007]该方法在针对截面为圆形的光纤时重复性效果非常好，当参数固定后，可以在较长时间内取得较为稳定的切割效果。但双包层增益光纤中为了克服泵浦光螺旋传输的问题，其横截面通常会打破圆对称性而采用一些非圆形横截面设计，实际中发现非圆形截面光纤在切割时角度稳定性不好，波动范围非常大，例如常用的正八边形截面掺镱增益光纤，在同样切割参数配置下最佳角度与最差角度差距之间可达到2
°
以上，这显著降低了高功率光纤激光器集成质量和效率，对工艺稳定性和生产进度控制带来巨大困难。
[0008]导致正八边形光纤产生角度波动性的主要原因在于正八边形光纤横截面不像圆形包层光纤一样具备任意角度旋转对称性，将正八边形光纤放置于V型夹具中时，由于每次
放置都具有一定偶然性和随机性，无法像圆形光纤那样保持每次都保持与V型槽处于相同相对位置，导致尽管在切割参数保持完全一致的情况下，切割刀头与光纤仍存在相对距离和相对位置的差异，进而引起裂纹生长存在差异，角度出现差异。
[0009]如图1所示，以常用圆形光纤和正八边形掺镱增益光纤为例，圆形光纤的直径与正八边形光纤尺寸(边到边距离)相同，但在V型光纤夹具放置中，圆形光纤只有图中一种放置状态，不管怎么旋转都不存在其他可能性。而正八边形至少有图中的对称放置和右侧边平行放置两种，后者光纤圆心不再位于V型光纤夹具底部中心在的垂直线上，因此实际操作中这两种情况下，光纤距离刀口的距离以及同刀口接触的部位(边或角)都会存在差异，这微小的差异导致光纤切割时的出现了状态差别，在手工将光纤放置于夹具中时，通常无法有选择性的去主观选择这两种或其他情形，只能随机放置，这就会在实际中造成了光纤放置一致性差异，这也是导致非圆形光纤切割出现角度波动性的根本原因。
[0010]因此，为了解决上述问题，本申请提出了一种非圆形光纤切割方法和系统，对横截面为非圆形的光纤在切割中如何保持切割角度的稳定性进行了研究，采用增加截面观测装置的方法来保持横截面与光纤夹具之间的位置一致性，有效提高其角度稳定性，同时通过电动控制马达可以方便的旋转光纤与V型夹具的相对位置，用于非圆形光纤切割时大幅度改善切割角度稳定性、提升工作效率、保证切割质量。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是填补现有技术的空白，提供了一种非圆形光纤切割方法和系统，对横截面为非圆形的光纤在切割中如何保持切割角度的稳定性进行了研究，采用增加截面观测装置的方法来保持横截面与光纤夹具之间的位置一致性，有效提高其角度稳定性，同时通过电动控制马达可以方便的旋转光纤与V型夹具的相对位置，用于非圆形光纤切割时大幅度改善切割角度稳定性、提升工作效率、保证切割质量。
[0012]为了达到上述目的，本专利技术提供一种非圆形光纤切割系统，包括系统主体，数码显示屏，旋转夹具底座，观察平台，旋转夹具，端面观测显微镜，金刚石切割刀头，待切光纤，方向按钮，控制按钮，LED灯，固定夹具，系统主体的正面设置有数码显示屏、方向按钮和控制按钮，系统主体的顶部一侧设置有夹具底座，夹具底座的顶部凹槽内设置有旋转夹具，系统主体的顶部另一侧设置有观察平台，观察平台的顶部凹槽内设置有固定夹具12，观察平台的外侧设置有端面观测显微镜，旋转夹具底座的外侧设置有LED灯，待切光纤的一端放置在旋转夹具内夹紧，另一端放置在观察平台顶部固定夹具内夹紧，同时端面贴近端面观测显微镜，金刚石切割刀头设置在系统主体顶部并位于旋转夹具底座和观察平台之间。
[0013]旋转夹具、端面观测显微镜和金刚石切割刀头的中心在同一条直线上。
[0014]数码显示屏、显微镜、方向按钮控制按钮、LED灯电性连接。
[0015]旋转夹具与系统主体内的电动马达电性连接。
[0016]旋转夹具和观察平台上夹具为V型槽形状。
[0017]光纤为任何非圆形的光纤。
[0018]旋转夹具可电动旋转。
[0019]端面观测显微镜可以用其他图像采集设备替代。
[0020]一种非圆形光纤切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0021]S1，将待切光纤放置于旋转夹具底座之上的旋转夹具和观察平台之上的固定夹具之中，盖上旋转夹具一侧夹板夹紧光纤，同时通过控制按钮打开左侧LED照明灯开关和端面观测显微镜，端面观测显微镜将光纤横截面与观测平台固定夹具的相对位置观测图像显示在正面显示屏；
[0022]S2，调节端面观测显微镜放大倍数和焦距，使得可以在显示屏中清晰地观察到光纤横截面与固定夹具的相对位置；
[0023]S3，调节控制按钮和方向按钮通过电动马达旋转左侧旋转夹具及其上光纤，从端面观测显微镜成像中可以实时观察旋转时光纤截面与固定夹具相对位置变化，使得光纤截面与观察平台上固定夹具的对位置达到一个固定状态(通常可选择右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，包括系统主体(1)，数码显示屏(2)，旋转夹具底座(3)，观察平台(4)，旋转夹具(5)，端面观测显微镜(6)，金刚石切割刀头(7)，待切光纤(8)，方向按钮(9)，控制按钮(10)，LED灯(11)，固定夹具(12)，所述系统主体(1)的正面设置有数码显示屏(2)、方向按钮(9)和控制按钮(10)，所述系统主体(1)的顶部一侧设置有夹具底座(3)，所述夹具底座(3)的顶部凹槽内设置有旋转夹具(5)，所述系统主体(1)的顶部另一侧设置有观察平台(4)，所述观察平台(4)的顶部凹槽内设置有固定夹具12，所述观察平台(4)的外侧设置有端面观测显微镜(6)，所述旋转夹具底座(3)的外侧设置有LED灯(11)，所述待切光纤(8)的一端放置在所述旋转夹具(5)内夹紧，另一端放置在所述观察平台(4)顶部固定夹具(12)内夹紧，同时端面贴近所述端面观测显微镜(6)，所述金刚石切割刀头(7)设置在所述系统主体(1)顶部并位于所述旋转夹具底座(3)和观察平台(4)之间。2.根据权利要求1所述的一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，所述旋转夹具(5)、固定夹具(12)、端面观测显微镜(6)和金刚石切割刀头(7)的中心在同一条直线上。3.根据权利要求1所述的一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，所述数码显示屏(2)、显微镜(6)、方向按钮(9)、控制按钮(10)、LED灯(11)电性连接。4.根据权利要求1所述的一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，所述旋转夹具(5)与所述系统主体(1)内的电动马达电性连接。5.根据权利要求1所述的一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，旋转夹具(5)和观察平台(4)上夹具为V型槽形状。6.根据权利要求1所述的一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，所述光纤(8)为任何非圆形的光纤。7.根据权利要求1所述的一种非圆形光纤切割系统，其特征在于，所述旋转夹具(5)可电动旋转。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰云，刘玙，楚秋慧，郭超，董克攻，黎玥，舒强，张昊宇，闫玥芳，周宏冰，贺红磊，史仪，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：