Page 37 - 网络电信2018年8月刊下

基于飞秒激光的光纤微加工工艺研究

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翟中生 ，汪于涛 ，吕清花 ，舒健 ，张骆 ，刘顿 1
1、湖北工业大学机械工程学院；
2、湖北工业大学理学院；3、光纤光缆制备技术国家重点实验室
摘要：光纤作为传输光信号的重要载体，使用时经常
需要进行切割。飞秒激光以其热效应小、加工精度高等
优势可对多种光纤进行加工。利用飞秒激光对单模石英
光纤切割加工的特性及加工工艺，通过对扫描次数、激
光功率和焦平面位置等参数进行组合实验，再对光纤切
割端面的显微图像进行质量分析，找出飞秒激光切割光
纤的最佳工艺参数。研究结果表明，扫描速度0.1mm/s、
切割功率0.6w，先把激光聚焦于光纤中心切割2次后再把
焦点位置移动到光纤底部切割2次，可获得良好切面效
果。
关键词：飞秒激光；光纤；切割；端面质量

光纤因具有通信容量大、保密性好、中继距离长、适应能 图1 实验原理图
力强等优点，成为现代通信技术的重要信息传输载体。与传统
传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、质量小、损耗低、耐
高温等优点，甚至可以在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、
[1]
易爆、化学腐蚀等恶劣条件下使用 ，特别适用于大型工程安
全监测方面。
在光纤传感器制备过程中，经常需要对光纤进行切割。
[2]
光纤切割刀切割法虽然切断后断面较为理想 ，但由于光纤种
类繁多，许多特殊的光纤（如荧光光纤、掺杂光纤、蓝宝石光
[3]
纤、光子晶体光纤 等）无法使用切割刀进行切割，因此这种
方法存在很大的局限性。激光加工是一种非接触加工方式，具 表1 飞秒激光器主要参数
[4]
有能量密度高、方向性好、高相干性、热影响区小等优点 ，
在工业加工领域中备受青睐。特别是飞秒激光，其脉冲作用时
间短，具有非常高的瞬时功率，能使不同形态的物质瞬间变成
等离子体 [5] ，而且加工精度高，热效应小 [6-8] ，适用于多种光
纤的加工。本文研究了飞秒激光对石英光纤材料切割加工的质
量，分析了不同激光参数对光纤端面质量的影响。

一、实验设备材料及原理
为了研究不同激光器参数对光纤切割端面的影响，按照图
1所示的原理搭建了实验系统。实验所采用的激光器是美国相干
公司生产的型号为Libra-HE的飞秒激光器，波长800nm，具体参 1、扫描次数对切割深度的影响
数见表1。测量采用日本尼康公司生产的尼康显微镜，型号为 石英作为石英光纤的主要材料，其损伤阈值比金属高1～2
[9]
Ci-L。加工的样品采用单模石英光纤材料。加工前先把材料去 个数量级 ，扫描一次很难将其切断，因此需要进行多次切
包层处理，露出内部的光纤约为125μm。 割。为研究扫描次数n对切割深度的影响，在扫描速度0.1mm/
飞秒激光能量输出约有4W，能量衰减后经光路入射到振镜 s、功率0.6w、焦平面位于光纤中心参数下分别用不同的扫描次
中，然后通过场镜聚焦到工作台上，对样品进行加工。 数对去包层光纤进行切割，其切割完成后端面形貌如图2所示。
从图2可见，切割深度随着扫描次数增加而增加，但作用越来越
二、实验结果及分析 弱。并且随着次数的增加，光纤底部烧蚀情况愈加严重，表面

网络电信 二零一八年八月 65