[发明专利]一种基于超短脉冲激光的光纤切割装置及切割方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤加工领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明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。