[发明专利]微结构光纤和石英毛细管的微形变高机械强度熔接方法

说明书

本发明提供一种微结构光纤和石英毛细管的微形变高机械强度熔接方法，属于光纤光学领域，以解决目前方法熔接微结构光纤和石英毛细管时，形成的焊点机械强度小，可靠性不高的问题。包括：预处理：将微结构光纤和石英毛细管浸泡在丙酮溶液中以去除涂覆层，用酒精将它们擦拭干净并分别切平；优化放电电弧参数：将预处理得到的二者放置在熔接机两个放电电极之间，选择不会导致它们产生形变的最大放电电流和最大放电时间为优化放电电弧参数；形成焊点：使用优化的电弧将它们焊接在一起，形成微形变低机械强度的焊点；增强焊点的机械强度：采用与焊接相同的放电电流、放电时间小于微结构光纤热传递时间的附加电弧进行多次附加放电，增强焊点的机械强度。

技术领域

本发明涉及光纤光学技术领域，尤其涉及一种微结构光纤和石英毛细管的微形变高机械强度熔接方法。

背景技术

微结构光纤是一种新型光纤，其光纤包层内有轴向空气孔存在，当空气孔中填充了流体后，光纤内传输的光与流体被限制在同一个腔体内，可以实现更高效率地光与物质相互作用。同时，由于微结构光纤的外径只有125微米，可以将光流控器件的体积大大减小，实现光流控器件的微型化和传控一体化，是光流控器件未来发展方向。在基于微结构光纤的光流控器件研究过程中，微结构光纤需要与石英毛细管进行熔接，而微结构光纤和石英毛细管的形变程度和机械强度直接决定了器件中流体的流速和声学特性，因此，小的形变和高的机械强度是光流控器件可靠性的必要前提。

常规微结构光纤的熔接研究主要集中于如何实现低损耗高机械强度地焊接微结构光纤与单模光纤，其中通过设置一个偏置距离，使热量主要集中在全固体的单模光纤上，进而保证微结构光纤的微形变。然而，该方法并不适合于熔接微结构光纤和石英毛细管，因为偏置会导致石英毛细管形变。因此，目前在熔接微结构光纤和石英毛细管时，只能通过降低放电电流和缩短放电时间来保证微结构光纤和石英毛细管都不形变或微变形，但是这种情况下形成的焊点的机械强度非常弱。光纤的熔接强度单位为kpsi(kilo-pound-forceper square-inch)，而在不产生形变的情况下，通过降低放电和电流缩短放电时间焊接微结构光纤和石英毛细管形成的焊点的机械强度一般为10kpsi附近，可靠性无法保障。

发明内容

本发明的目的是解决目前方法熔接微结构光纤和石英毛细管时，形成的焊点机械强度小，可靠性不高的技术问题，提供一种微结构光纤和石英毛细管的微形变高机械强度熔接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种微结构光纤和石英毛细管的微形变高机械强度熔接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，预处理：将微结构光纤和石英毛细管浸泡在丙酮溶液中，浸泡8-15分钟以去除涂覆层，然后用酒精将微结构光纤和石英毛细管擦拭干净并分别切平；

步骤2，优化放电电弧参数：将步骤1预处理得到的微结构光纤和石英毛细管放置在熔接机两个放电电极之间，通过对比具有不同放电电流和放电时间的电弧放电下，微结构光纤和石英毛细管的形变情况，选择不会导致微结构光纤和石英毛细管产生形变的最大放电电流和最大放电时间为优化放电电弧参数；

步骤3，形成焊点：使用步骤2优化放电电弧参数的电弧将微结构光纤和石英毛细管焊接在一起，形成微形变低机械强度的焊点；

步骤4，增强焊点的机械强度：采用与步骤3中的焊接相同的放电电流、放电时间小于微结构光纤热传递时间的附加电弧进行多次附加放电，增强焊点的机械强度；所述微结构光纤的热传递时间是指热量从微结构光纤外表面传递到纤芯形成统一温度场需要的时间，微结构光纤的热传递时间通过如下公式(1)进行计算：

公式(1)中，S_S为单模光纤的热传递面积，S_M为微结构光纤的热传递面积，D为单模光纤的直径，α为光纤热扩散系数，T为微结构光纤的热传递时间。