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光纤拼接和成形:环形CO2激光束推动光纤加工进展

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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。

光纤拼接和成形:环形CO2激光束推动光纤加工进展

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。

光纤拼接和成形:环形CO2激光束推动光纤加工进展

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。

光纤拼接和成形:环形CO2激光束推动光纤加工进展

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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