光纤拼接和成形：环形CO2激光束推动光纤加工进展

2018-01-30 01:49

使用激光加热工艺，光纤可以拼接成型，比传统的电弧系统具有更广泛的通用性。数十年来，光纤拼接依赖于传统的加热方法，例如细丝或电极等。虽然自20世纪70年代以来，激光加热就是一种已知的替代方法，但是价格适中的二氧化碳（CO2）激光源的商用在最近才引起行业广泛兴趣。

CO2激光加工拥有许多明显的优势。激光源本身就非常清洁，这意味着它不会给最终组件带来任何污染，例如化学电极污染等。与此同时，激光器能在很长一段时间内保持非常稳定的状态，从而减少了维护需求。

然而，与其它电子表面加热技术相比，其主要优势是吸收加热法本质上就与其不同。通过吸收法，加热过程可以直接指向对加工过程至关重要的地方。定向加热不仅提高了可用光纤组件的质量，而且还能实现独特的光纤形状和设计。

要使得吸收加热行之有效，光纤成形工具至关重要。考虑到这一点，Nyfors和德国弗朗霍夫应用光学与精密工程研究所合作开发了一种名为Smartsplicer的产品，并将其固定在环形光束上，通过360°进入角对光纤进行加工处理。

该环形设计由已获专利的Axicon拼接技术制成，位于前方的电动望远镜可以对该环形的尺寸和厚度进行调整，从而提高工艺的灵活性。另外，还能动态改变激光束的入射角以便实现最佳加热性能。例如，激光束可以聚焦成环形形状，用于端帽拼接，或聚焦在光纤的侧面，用于光纤到光纤的拼接、锥形化或制造光纤复合器（见图1）等。

图1. 激光束（红色）端帽拼接（a），锥形化、光纤拼接（b）的不同配置原理图。（图片来源：Nyfors）

结构化光纤拼接

Smartsplicer的优势可以通过各种特殊的应用程序体现。Nyfors此前就与瑞典研究所、Serstech以及瑞典警方合作开发了一款新型光纤传感器。在由瑞典政府机构VINNOVA资助的这个项目中，各合作方的目标是构建一个光纤传感器，用于检测犯罪或事故现场的微量气体。

目前，警犬是检测上述气体的最有效方法。但是，警犬并不能指明现场的气体，同时也不能随时可用。而通过该传感器，到达现场的警务人员能迅速确定空气中是否有不稳定性气体。通过使用可以用周围气体快速填充并且发出光线的空芯光纤，从而获得气体的拉曼光谱。然而，为了实现这一点，将中空光线拼接到普通光线的过程至关重要。

图2. 用于传感应用的典型的易碎空芯光纤。（图片来源：RISE）

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