一種提高熔接后光纖抗拉強度的工藝方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 光纖熔接是光纖元器件相互連接形成光路的主要技術手段，使得光信號可以在兩 根光纖中接續傳播。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 近區域光纖加熱適當軟化，使其熔合在一起，其結合部位即為光纖熔接點。光纖纖芯、應力 區對準的情況，以及熔接區域光纖組成部分結構形狀保持情況決定了光纖熔接點的光學特 性。光纖包層表面的微裂紋分布情況，以及光纖內部應力分布情況決定了光纖熔接點的力 學特性，即熔接點強度。
[0003] 光纖熔接點的質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] 光纖內部應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光纖外表面受到拉伸應力，內部受到壓縮 應力，導致熱影響區光纖表面受到較大的拉伸應力，甚至在光纖表面上形成微裂紋，降低熔 接點熱影響區光纖的強度，成為光纖的脆弱環節。熔接區域附近的熱影響區就成了整根光 纖機械強度的薄弱部位。因此有必要采取必要的手段，在滿足熔接光學功能、特性要求的前 提下，彌合熱影響區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、耐惡劣環境應用的迫切需求。
【發明內容】
[0005] 本發明的技術解決問題：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] 本發明的技術解決方案是：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，以烙接點為中心內的區域來回 掃描式再加熱熔接熱影響區的光纖段，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] 本發明與現有技術相比的有益效果為：
[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，繼續對其熔接點附近的熱影響區進行來回掃描式加熱處理，可 以平衡光纖內應力，適當軟化光纖熔接點熱影響區表面的石英材料，彌合光纖熔接點附近 區域的微裂紋，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系示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 結合附圖1，本發明是在常規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進行再加熱，彌合由于光纖熔接點附近區域急速冷卻產生的微 裂紋，平衡光纖熔接區域及熱影響區域的內應力。從而提高熔接后光纖的抗拉強度。
[0023] 具體實現方法如下：
[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，切割的角度應不大于1.5°， 以便光纖A1、光纖B2的端面能夠實現良好對接；
[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，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4光纖段，即以熔接點3為中心內的區域，以達到平衡內 應力，彌合熔接熱影響區4光纖段上微裂紋的作用。再加熱溫度應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，達到平衡熔接區域內應力，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域，劣化熔接點光學特性。
[0029] 采用本發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，以烙接點（3)為中心內的區域來回掃 描式再加熱烙接熱影響區（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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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 標稱工作波長是 850nm、980nm、1310nm、1480nm 或 1550nm。
6. 根據權利要求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，以熔接點為中心1mm-3mm內的區域來回掃描式再加熱熔接熱影響區的光纖段。本發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，平衡了光纖熔接區域及熱影響區域的內應力，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
【申請號】CN201310577121
【發明人】龍婭, 王巍, 單聯潔, 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