专利名称：光纤切割方法
技术领域：
本发明涉及一种切割方法，以一个或多个设定角度将至少一个光导光纤切削成成角的或成形端面，而不需要磨光。
由玻璃制成的光导光纤经常用于光学传输系统和其他光学系统。在单模或多模光纤的使用中，这些光纤端面的加工起着至关重要的作用。这些光纤端面具有一个非常一致的表面是很重要的，这可以使从光纤一端到另一端或到一个带电元件的传输能在尽可能低的阻尼值下完成。同时，能按设定角度制成光纤端面以及这些角度可靠且能再现也是很重要的。
目前公知的切断光导光纤的加工方法多种多样。通过这些方法，例如，把光纤基本固定在一个由两个可相互偏移的夹具组成的夹持装置上，以确保切割过程中的正确角度。例如，应用金刚石刀具。还有扭转光纤或开始切割然后切断要切断的光纤，所有这些方法的费用都很高。另外，仅在某种条件下这些方法还应用于切割带状电缆的平行光纤。
从EP531,225中知道，为了切割光纤，可将光纤固定在一个夹持定位装置的两个支撑上，然后其中一个支撑可在垂直于光纤轴线方向上偏移，用一切割刀按希望角度切割光纤，这种方法可用于切割相互平行排列在一根带状电缆中的大量光纤。
本发明的目的在于提供一种加工方法，能以高精度至少按一个或多个特定角度或形状切割至少一根光纤。
本发明的目的是通过下面的一种加工方法方法实现的，这种加工方法可以切割至少一根光纤，此方法包括步骤将光纤安装在一个夹持定位装置上；启动一激光设备，以高能短脉冲方式发出光束；使光束以一个或多个设定角度产生穿过光纤的相对运动。
优选地，将多个光纤相互平行地安装在夹持定位装置上，移动光束穿过多个光纤，以连续切割光纤。
优选地，所述光纤是一个具有多个光纤在内的带状光纤。
优选地，所述激光是CO2激光。
优选地，所述激光设备发出峰值能量在大约0.1--1000W的脉冲，脉冲长度大于50fs。
优选地，所述激光设备发出波长为10.6μm、峰值能量为600W的脉冲，脉冲长度为35μs。
优选地，所述光束仅以一个设定角度穿过光纤。
优选地，所述光束以两个或多个设定角度穿过光纤，形成光纤端面。
优选地，所述光束以两个设定角度穿过光纤，在光纤末端形成楔形。
优选地，所述光束以多个设定角度穿过光纤，而在光纤末端形成曲面。
按照本发明的方法，在按一个或多个设定角度切割至少一根光纤时，将光纤夹持在一个夹持定位装置中，利用激光提供高能短脉冲对光纤进行切割。切割时，夹持定位装置带动光纤产生相对于激光的运动。其结果能以设定角度或形状精确地切成光纤端面，且使表面具有一致性而无需额外加工。
本发明的另一显著益处是在光纤切割过程中，只熔化极少量玻璃。
本发明设计的夹持定位装置能使光纤快速定位，尽管本发明也能使激光束产生相对于光纤的运动。这种装置的设计还能使光纤按一个或更多设定角度进行相对于激光束的运动，可以通过选择激光束穿过光纤的角度来形成光纤端面形状。例如，一个简单外形的加工中，夹持定位装置带动光纤以单一路线穿过光束以形成一个平端面，这个平端面可以垂直于光纤轴线，或可以与轴线形成角度，这样可使光纤端面适于改变光线进出光纤的角度。在更为复杂的结构中，该装置能使光纤以不同角度经过一个或多个路线穿过光束。形成一个复合端面或弯曲端面。最佳端面形状包括例如有两个相对切割形成的楔形。实际上，由于切割过程中，由于切割中变软的光纤具有表面张力，因而使楔形形状有可能成钝头，因此在光纤末端的钝头楔形产生出圆柱状透镜的效果。这种结构很适于在光学上用具有椭圆形光束的激光耦合光纤。
用于切割光纤的激光束最好是CO2激光，虽然其他激光也可以使用，例如，激元激光(excimer laser)。由于能以高速操作且总的成本低，证明CO2具有特别优越性，在切割过程中，光纤材料通过CO2激光而烧蚀掉了，使玻璃升华，而不是熔化。
CO2激光最好在脉冲模式下用于切割光纤。脉冲能量很高。脉冲很短而且有很陡的边缘，因此能很快获得最大脉冲能量。例如，当脉冲能量峰值在大约0.1--1000W、脉中长度大于50fs时，能获得合适效果，当用具有35μs脉冲长度和能量峰值为600W的CO2激光(波长为10.6μm)时，能取得很好效果。也可以使用其他波长在0.1--1.5μm；8.5--10μm的激光。
以前的机械系统中，典型的角度公差是±0.5μ，而根据本发明的方法能使角度公差达到0.2μ。用此方法不仅能切割单根光纤，而且还能切割带状电缆中的光纤。此外，以前的机械系统只能进行直线切割，而本发明的方法能按任何需要的形状切成光纤端面。
附图的简要说明
图1是一个具有一坐标系和一激光束的光学波导的示意图；图2是通过光学波导一端的横截面图；图3是一个固定于夹持定位装置上的带状电缆的光学波导示意图；图4是一根光纤的楔形末端示意图，此光纤用本发明的激光切割法进行加工；首先要从LA发出激光激光束LS来完成切割一根光纤3的加工，激光束LS经过透镜1会聚。该激光束LS一旦以该方式聚焦后便射在光导光纤3上。光导光纤3是一根玻璃光纤，如单模或多模光纤。如图2所示，光纤3由一光纤芯4和一光纤外壳5组成，这种结构能使光线完全在光纤芯4中传导。将光纤3安装在一个夹持定位装置上并能根据激光LA调整定位。例如，光纤可以先沿ay轴线取向，然后通过安装在夹持定位装置上的微转换器，沿X轴方向产生相对于激光束LS的移动。但是，夹持和定位装置的微转换器也能够使光纤3沿aX轴或以其他任何角度或组合角度以及曲线移动。如图2所示，在与光纤轴线成某一斜角形成光纤3的表面6。该斜角应能精确再现。应用本发明的方法可以达到这个要求。为完成此加工过程，激光发射出高能短脉冲，可使光纤材料升华。
运用“激光切割”可获得精确、高质的光纤表面，所以不再需要对切割后的光纤表面进行进一步加工，而在使用机械切割法时，普遍使用这种进一步加工。经过激光切割后，就已对光纤端面6进行了充分的精加工。
如图3所示，运用本发明的方法，不仅能切割单个光纤并同时充分地完成端面精加工，而且也能同时切割平行排列的一束光纤3(例如，带状电缆)并获得相同的表面质量。为此，将一束光纤3装在定位装置7上，定位装置7能够确保光纤3相互平行排列，光纤3的纵向轴线与例如坐标系的X轴一致。现在能够沿Y轴方向驱动定位装置7，这种驱动方式能保证光纤3保持平行方向。
在此实施例中，与Z轴成α斜角的激光束LS通过透镜1被会聚到光纤3上，按上述的高能脉冲方式进行工作，光纤3穿过激光束LS因而被切割同时完成端面的精加工。
如图4所示，本发明的激光切割法能用于形成一楔形光纤末端41。光纤以不同角度穿过激光束形成这种楔形形状。可能是由于激光切割过程中变软的光纤的表面张力，光纤楔形末端有轻微钝头产生，因此钝头楔形在光纤末端呈现为一个圆柱式透镜42，这种结构很适于用泵激式激光或其他发射和接收椭圆光束的设备进行光纤的光学耦合。
更可取的是，这种方法能保证带状电缆的所有光纤被切割成相同角度并获得相同的高质量端面。
权利要求
1.一种加工方法，可以切割至少一根光纤，此方法包括步骤将光纤安装在一个夹持定位装置上；启动一激光设备，以高能短脉冲方式发出光束；使光束以一个或多个设定角度产生穿过光纤的相对运动。
2.按权利要求1的方法，其中将多个光纤相互平行地安装在夹持定位装置上，移动光束穿过多个光纤，以连续切割光纤。
3.按权利要求1的方法，其中所述光纤是一个具有多个光纤在内的带状光纤。
4.按权利要求1的方法，其中所述激光是CO2激光。
5.按权利要求4的方法，其中所述激光设备发出峰值能量在大约0.1--1000W的脉冲，脉冲长度大于50fs。
6.按权利要求4的方法，其中所述激光设备发出波长为10.6μm、峰值能量为600W的脉冲，脉冲长度为35μs。
7.按权利要求1的方法，其中所述光束仅以一个设定角度穿过光纤。
8.按权利要求1的方法，其中所述光束以两个或多个设定角度穿过光纤，形成光纤端面。
9.按权利要求8的方法，其中所述光束以两个设定角度穿过光纤，在光纤末端形成楔形。
10.按权利要求8的方法，其中所述光束以多个设定角度穿过光纤，而在光纤末端形成曲面。
11.一种按权利要求1的方法获得的光纤。
12.一种按权利要求7的方法获得的光纤。
13.一种按权利要求8的方法获得的光纤。
全文摘要
一种加工方法,可以切割至少一根光纤,此方法包括步骤:将光纤安装在一个夹持定位装置上;启动一激光设备,以高能短脉冲方式发出光束;使光束以一个或多个设定角度产生穿过光纤的相对运动。在切割至少一根光纤时,将其夹持在一个夹持定位装置中,利用激光的高能短脉冲对光纤进行切割,夹持定位装置带动光纤产生相对于激光的运动。其结果能以设定角度或形状精确地切成光纤端面,且使表面具有一致性而无需额外加工。
文档编号B23K26/40GK1308031SQ0013312
公开日2001年8月15日 申请日期2000年9月14日 优先权日1999年9月14日
发明者亨里丘斯·J·弗吉斯特, 安东尼厄斯·P·C·M·赫尔特曼, 彼得·斯特鲁巴赫 申请人:惠特克公司