一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖熔接是光纖元器件相互連接形成光路的主要技術(shù)手段，使得光信號可以在兩 根光纖中接續(xù)傳播。通常是將兩根光纖端面先加工成平整垂直光潔的端面，將兩個端面附 近區(qū)域光纖加熱適當(dāng)軟化，使其熔合在一起，其結(jié)合部位即為光纖熔接點。光纖纖芯、應(yīng)力 區(qū)對準(zhǔn)的情況，以及熔接區(qū)域光纖組成部分結(jié)構(gòu)形狀保持情況決定了光纖熔接點的光學(xué)特 性。光纖包層表面的微裂紋分布情況，以及光纖內(nèi)部應(yīng)力分布情況決定了光纖熔接點的力 學(xué)特性，即熔接點強度。
[0003] 光纖熔接點的質(zhì)量直接影響光路的可靠性與壽命，任一光纖熔接點失效都將導(dǎo)致 光路失效。光纖的主要材料石英是一種脆性材料，一旦光纖表面形成劃痕或微裂紋，在使用 應(yīng)力的作用下，裂紋的生長速度會隨著光纖剩余截面面積(光纖截面面積減去裂縫存在那 一部分截面的面積）的減小而越變越快，尤其在高溫和潮濕的環(huán)境下，這種破壞的速度會顯 著增加，從而影響光纖的使用壽命。因此提高光纖熔接點的強度是提高熔接點可靠性的主 要途徑。
[0004] 光纖內(nèi)部應(yīng)力分布也是影響光纖熔接后強度的重要因素。一般情況下，由于熔接 區(qū)域石英材料軟化后迅速冷卻，外表面冷卻速度較快，體積收縮較快，內(nèi)部冷卻速度較慢， 體積收縮較慢，使得光纖熔接點附近的熱影響區(qū)光纖外表面受到拉伸應(yīng)力，內(nèi)部受到壓縮 應(yīng)力，導(dǎo)致熱影響區(qū)光纖表面受到較大的拉伸應(yīng)力，甚至在光纖表面上形成微裂紋，降低熔 接點熱影響區(qū)光纖的強度，成為光纖的脆弱環(huán)節(jié)。熔接區(qū)域附近的熱影響區(qū)就成了整根光 纖機械強度的薄弱部位。因此有必要采取必要的手段，在滿足熔接光學(xué)功能、特性要求的前 提下，彌合熱影響區(qū)放電后收到拉伸形成的微裂紋，以進一步滿足光纖陀螺、光纖傳感器等 對長壽命、高可靠、耐惡劣環(huán)境應(yīng)用的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題：提供一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，對熔接 后的兩光纖熔接點附近的熱影響區(qū)進行來回掃描式的再加熱處理，將由于光纖熔接點局部 石英材料快速冷卻收縮在光纖表面產(chǎn)生的微裂紋進行修補，增加熔接后光纖的強度，從而 提1?溶接后光纖的壽命。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，實現(xiàn)步驟 如下：
[0007] 第一步，以熱剝離的方式剝離光纖A、光纖B外部的涂覆層；加熱溫度控制在 110°C _130°C，加熱時間為6s-8s，剝離刀具的刀口間隙大于光纖直徑6um-10um。
[0008] 第二步，超聲波清洗剝離后的光纖A、光纖B ;清洗溶劑為純度高于99. 9%的乙醇或 丙酮，超聲波頻率為40KHz-60KHz，超聲波功率為6W-10W，清洗時間6s-12s，清洗時未剝除 的光纖涂覆層進入液面下lmm-3mm。
[0009] 第三步，切割清潔后的光纖A、光纖B端面，形成平整垂直端面；
[0010] 第四步，將切割后的光纖A、光纖B裝入光纖熔接機上使兩根光纖熔接在一起，形 成光纖熔接點；
[0011] 第五步，在光纖烙接完成后IOmin以內(nèi)，以烙接點為中心內(nèi)的區(qū)域來回 掃描式再加熱熔接熱影響區(qū)的光纖段，來回掃描式加熱的速度控制在〇. 5mm/s-2mm/s，再 加熱溫度應(yīng)略高于光纖包層材料的最低軟化溫度，同時低于光纖熔接溫度，再加熱時間為 ls_4s〇
[0012] 光纖A、光纖B為同種或異種光纖，其主要材料為石英的普通單模光纖、普通多模 光纖、PANDA型保偏光纖、BOWTIE型保偏光纖、TIGER型保偏光纖或一字型保偏光纖。
[0013] 光纖A、光纖B為不摻稀土兀素的光纖。
[0014] 光纖的包層直徑是 Φ125μπκ Φ80μπκ Φ60μπι 或 Φ40μπι。
[0015] 光纖的標(biāo)稱工作波長是 850nm、980nm、1310nm、1480nm 或 1550nm。
[0016] 再加熱方法為尖端脈沖放電加熱、電熱源加熱或火源加熱。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：
[0018] (1)在光纖熔接前，采取了光纖涂覆層熱剝離、裸光纖超聲波清洗這兩種低損傷的 光纖熔接端面制備預(yù)處理方式，可以減少光纖熔接端面加工形成的微裂紋。
[0019] (2)在光纖熔接后，繼續(xù)對其熔接點附近的熱影響區(qū)進行來回掃描式加熱處理，可 以平衡光纖內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)軟化光纖熔接點熱影響區(qū)表面的石英材料，彌合光纖熔接點附近 區(qū)域的微裂紋，從而提高熔接后光纖的抗拉強度，同時也提高了熔接后光纖的壽命及可靠 性。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的光纖熔接點各部位示意圖；
[0021] 圖2為光纖使用壽命與光纖強度的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 結(jié)合附圖1，本發(fā)明是在常規(guī)石英光纖熔接完成后，采用來回掃描的加熱方式，將 光纖熔接點附近的熱影響區(qū)進行再加熱，彌合由于光纖熔接點附近區(qū)域急速冷卻產(chǎn)生的微 裂紋，平衡光纖熔接區(qū)域及熱影響區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力。從而提高熔接后光纖的抗拉強度。
[0023] 具體實現(xiàn)方法如下：
[0024] 1.以熱剝離的方式剝離光纖A1、光纖B2外部的涂覆層；對待剝除的光纖段進行加 熱，加熱溫度為Il〇°C _130°C，加熱時間為6s-8s，即可起到軟化光纖涂覆層，降低剝離力的 作用，然后將待剝光纖Al、光纖B2的涂覆層剝除20mm-30mm，剝離刀具的刀口間隙應(yīng)大于光 纖包層直徑6um-10um，避免剝離中光纖刀口劃傷光纖包層引入微裂紋。
[0025] 2.超聲波清洗剝離后的裸光纖A1、光纖B2,在超聲波清洗機內(nèi)盛入純度高于 99. 9%的乙醇或丙酮，超聲波清洗機的超聲波頻率為40KHz-60KHz，功率為6W-10W，將光纖 Al、光纖B2裸光纖段連同未剝除的光纖涂覆層沒入液面下l-3mm，清洗6s-12s，通過這種方 式提高清洗效率，提高光纖表面的清潔度，降低清洗中光纖受力，避免損傷光纖包層引入微 裂紋。
[0026] 3.將光纖AU光纖B2清潔后的裸光纖端面切割平整，切割的角度應(yīng)不大于1.5°， 以便光纖A1、光纖B2的端面能夠?qū)崿F(xiàn)良好對接；
[0027] 4.將切割后的光纖A1、光纖B2裝入光纖熔接機，完成熔接；
[0028] 5.在光纖熔接完成后IOmin以內(nèi)，以熔接點3為中心，0. 5mm/S-2mm/S的速度來回 掃描式加熱熔接熱影響區(qū)4光纖段，即以熔接點3為中心內(nèi)的區(qū)域，以達到平衡內(nèi) 應(yīng)力，彌合熔接熱影響區(qū)4光纖段上微裂紋的作用。再加熱溫度應(yīng)略高于具體光纖的最低 軟化溫度，低于具體光纖的熔接溫度，同時再加熱時間根據(jù)不同光纖的材料差異性控制為 ls_4s，使得光纖表面可以略微軟化，達到平衡熔接區(qū)域內(nèi)應(yīng)力，彌合光纖表面微裂紋的效 果，同時也避免了溫度過高軟化光纖纖芯區(qū)域，劣化熔接點光學(xué)特性。
[0029] 采用本發(fā)明的工藝方法對包層直徑為Φ 125 μ m的單模光纖進行熔接點抗拉強度 測試，并與原工藝方法進行熔接的熔接后光纖抗拉強度進行對比。其余包層直徑的光纖在 采用本發(fā)明的方法后，與原工藝方法相比，熔接后光纖的抗拉強度也能夠提高12%以上。
【主權(quán)項】
1. 一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，其特征在于，實現(xiàn)步驟如下： 第一步，以熱剝離的方式剝離光纖A (1)、光纖B (2)外部的涂覆層；加熱溫度控制在 110°C -130°C，加熱時間為6s-8s，剝離刀具的刀口間隙大于光纖直徑6um-10um ; 第二步，超聲波清洗剝離后的裸光纖A (1)、光纖B (2);清洗溶劑為純度高于99. 9%的 乙醇或丙酮，超聲波頻率為40KHz-60KHz，超聲波功率為6W-10W，清洗時間6s-12s，清洗時 未剝除的光纖涂覆層進入液面下; 第三步，切割清潔后的裸光纖A (1)、光纖B (2)端面，切割的角度不大于1.5° ; 第四步，將切割后的光纖A (1)、光纖B (2)裝入光纖熔接機上使兩根光纖熔接在一起， 形成光纖熔接點（3); 第五步，在光纖烙接完成后lOmin以內(nèi)，以烙接點（3)為中心內(nèi)的區(qū)域來回掃 描式再加熱烙接熱影響區(qū)（4)的光纖段，來回掃描式加熱的速度控制在0. 5mm/s-2mm/s，再 加熱溫度應(yīng)略高于光纖包層材料的最低軟化溫度，同時低于光纖熔接溫度，再加熱時間為 ls_4s〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，其特征在于：光纖 A (1)、光纖B (2)為同種或異種光纖，其主要材料為石英的普通單模光纖、普通多模光纖、 PANDA型保偏光纖、B0WTIE型保偏光纖、TIGER型保偏光纖或一字型保偏光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，其特征在于：光纖A (1)、光纖B (2)為不摻稀土兀素的光纖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，其特征在于：光纖的 包層直徑是①125 u m、①80 u m、①60 u m或①40 u m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，其特征在于：光纖的 標(biāo)稱工作波長是 850nm、980nm、1310nm、1480nm 或 1550nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，其特征在于：再加熱 方法為尖端脈沖放電加熱、電熱源加熱或火源加熱。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法，以熱剝離方式剝離光纖涂覆層，以超聲波清洗剝離后的光纖，以切割的角度不大于1.5°對光纖進行切割，將切割后光纖裝入光纖熔接機上使兩根光纖熔接在一起，形成光纖熔接點，在光纖熔接完成后10min以內(nèi)，以熔接點為中心1mm-3mm內(nèi)的區(qū)域來回掃描式再加熱熔接熱影響區(qū)的光纖段。本發(fā)明采取了光纖涂覆層熱剝離、裸光纖超聲波清洗這兩種低損傷的光纖熔接端面制備預(yù)處理方式，有效減少光纖熔接端面加工形成的微裂紋，平衡了光纖熔接區(qū)域及熱影響區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力，從而提高熔接后光纖的抗拉強度。
【IPC分類】G02B6-245, G02B6-255, G02B6-24, G02B6-25
【公開號】CN104656191
【申請?zhí)枴緾N201310577121
【發(fā)明人】龍婭, 王巍, 單聯(lián)潔, 高峰, 馬玉洲, 楊慧慧, 張振華, 田凌菲
【申請人】北京航天時代光電科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月18日