一种光纤夹持系统、控制方法及应用

技术领域

本发明属于光纤器件激光加工技术领域，尤其涉及一种光纤夹持系统、控制方法及应用。

背景技术

目前：光纤技术的不断发展为通讯、传感、激光、及成像领域带来了巨大的革新与进步。特别地，在物联网、智能城市以及云计算等新学科发展背景下，基于光纤的功能性光子器件更是成为不可或缺的基础支撑。在光纤光子器件的加工、制造当中，基于超快激光的选区直写技术由于可以通过非线性能量沉积的方式诱导光纤局域材料改性，且该技术具有高效、快捷、灵活度高、适用性高、精度高等特点，而受到广泛地研究。然而，对于光纤的超快激光选区直写加工，首先需要解决的一大难题是光纤的固定夹持、显微成像、以及柱面聚焦问题。对于普通单模光纤，纤芯直径小于10μm，加工过程中的细微抖动都会对加工结果产生重要影响，因此，可靠的固定夹持装备是加工系统中不可或缺的一环。此外，光纤与周围空气环境之间存在较大的折率差，加上光纤柱面的几何结构，使得光纤在加工中等效于一个柱透镜，会给激光加工焦场和照明光场增加一个附加相位，从而使得加工激光焦场和显微照明光场发生严重畸变，影响激光能量沉积分布、焦点聚焦位置，以及显微观测的空间分辨率，因此，合理地消除光纤柱面带来的影响是超快激光加工中的另一个重要环节。目前，在光纤光子器件的超快激光直写加工领域，虽然已经存在不同结构的光纤夹具，但其只能满足光纤的固定夹持需求，并没有解决光纤柱面对激光聚焦以及显微观测均带来的负面影响。所以，通常情况下仍需要首先将光纤研磨抛光成D型截面，这无疑增大了光纤器件加工工艺的复杂性，且破坏了光纤本身的几何结构。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的光纤夹具只能实现对光纤的基本固定夹持，并不能消除光纤柱面聚焦给激光加工焦场和显微观测带来的影响。而对于光纤器件的激光加工而言，最为关键的技术点就是在于激光焦场和焦点位置的亚微米精准控制以及高分辨的在线显微监测。如果没有有效的技术途径来解决该问题，就无法确保光纤器件的加工质量和加工效率。

解决以上问题及缺陷的难点为：既要解决光纤的稳定夹持，还要消除加工过程中光纤柱面对激光焦场和照明光场引入的附加相位。

解决以上问题及缺陷的意义为：研制并开发新型夹具装置，同时解决光纤稳定夹持及光纤柱面影响，有助于实现激光加工焦场和焦点位置的亚微米精准控制，以及加工过程中的高分辨显微监测，提高光纤光子器件的加工质量及加工效率，对于光纤光子器件的超快激光加工装备的开发具有重要应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光纤夹持系统、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种光纤夹持系统设置有：

光学匹配支撑部；

所述光学匹配支撑部两端下侧分别通过胶合粘结有夹持部；

所述夹持部设置有夹持部本体，所述夹持部本体上端通过转轴枢转连接有盖体，所述盖体下表面粘附有磁性压头和弹性压垫，所述弹性压垫下侧设置有开设在夹持部本体上表面的第一光纤卡槽；

所述光学匹配支撑部设置有透明支撑基板，所述透明支撑基板下表面胶接有基板铁磁体，所述透明支撑基板上表面开设有第二光纤卡槽和盖板卡槽，所述盖板卡槽内放置有透明盖板，所述透明盖板上表面两端胶接有盖板铁磁体，所述盖板铁磁体上端胶接有柱体把手，所述透明盖板表面一端开设有盖板通孔。

进一步，所述夹持部本体外侧胶接有固定基座，所述固定基座中间开设有通孔。

进一步，所述夹持部本体上表面的第一光纤卡槽与透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽同轴相通。

进一步，所述第一光纤卡槽和第二光纤卡槽的槽底处于相同平面，所述第一光纤卡槽的槽深比第二光纤卡槽的槽深略小，光纤在夹持部本体上表面的第一光纤卡槽内处于半浸没式，光纤在透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽内处于全浸没式。

进一步，所述透明支撑基板和透明盖板的材质是透明玻璃、透明高分子聚合物或透明晶体。

进一步，所述夹持部本体上表面的第一光纤卡槽与透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽的截面结构根据待加工光纤的结构而改变。

本发明的另一目的在于提供一种无涂覆层光纤加工方法，，所述无涂覆层光纤加工方法使用所述的光纤夹持系统；首先将光纤夹持系统整体固定于激光加工系统中的调整架上，将光纤置于夹持部的光纤卡槽内，然后通过翻转盖体将光纤紧紧卡于光纤卡槽内，将光纤置于透明支撑基板的光纤卡槽、以及夹持部的光纤卡槽内，适当用力拉紧后翻转夹持部的翻转盖体，将光纤紧紧卡于夹持部的光纤卡槽内，手持透明盖板上的柱体把手，将透明盖板置于盖板卡槽内，使得光纤紧紧卡在透明支撑基板上的光纤卡槽内；

将折射率匹配液沿着透明盖板的盖板通孔滴入，使得折射率匹配液充满光纤与光纤卡槽之间的空气间隙内；待以上步骤完成之后，通过激光加工系统中的调整架对光纤夹持系统进行方位校正，最后，方可对光纤进行激光加工；

光纤在夹持部本体上表面的第一光纤卡槽内处于半浸没式，光纤在透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽内处于全浸没式；

透明支撑基板和透明盖板的材质是透明玻璃、透明高分子聚合物或透明晶体；

夹持部本体上表面的第一光纤卡槽与透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽的截面结构根据待加工光纤的结构而改变。

本发明的另一目的在于提供一种有涂覆层光纤加工方法，所述有涂覆层光纤加工方法使用所述的光纤夹持系统；采用另一种具有较大横截面的光纤卡槽，使得包含包层的光纤可以卡于卡槽内；将光纤夹持系统整体固定于激光加工系统中的调整架上；将光纤置于夹持部的光纤卡槽内，然后通过翻转盖体将光纤紧紧卡于光纤卡槽内；将光纤置于透明支撑基板的光纤卡槽、以及夹持部的光纤卡槽内，适当用力拉紧后翻转夹持部的翻转盖体，将光纤紧紧卡于夹持部的光纤卡槽内；手持透明盖板上的柱体把手，将透明盖板置于盖板卡槽内，使得光纤紧紧卡在透明支撑基板上的光纤卡槽内；将折射率匹配液沿着透明盖板的盖板通孔滴入，使得折射率匹配液充满光纤与光纤卡槽之间的空气间隙内；待以上步骤完成之后，通过激光加工系统中的调整架对光纤夹持系统进行方位校正，最后，方可对光纤进行激光加工。

本发明的另一目的在于提供一种光纤光子器件的加工、制造方法，所述光纤光子器件的加工、制造方法使用所述的光纤夹持系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明的夹持部与夹持部的固定基座使得该光纤的夹持装置便方便与激光加工系统中的调整架连接；透明光学匹配支撑部起到了支撑光纤的作用，并完美消除了光纤柱面对在线显微成像以及激光聚焦的影响。不仅解决了光纤光子器件激光加工中光纤的稳定夹持问题，还解决了光纤柱面对于在线显微成像以及激光聚焦的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光纤夹持系统结构示意图。

图2是本发明实施例提供的光纤夹持系统分解结构示意图。

图3是本发明实施例提供的夹持部本体的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的弹性压垫的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的透明支撑基板的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的基板铁磁体的结构示意图。

图中：1、第一夹持部；2、第二夹持部；3、光学匹配支撑部；4、盖体；5、磁性压头；6、弹性压垫；7、夹持部本体；8、第一光纤卡槽；9、固定基座；10、透明支撑基板；11、盖板卡槽；12、第二光纤卡槽；13、基板铁磁体；14、透明盖板；15、盖板通孔；16、盖板铁磁体；17、柱体把手。

图7(a)是本发明实施例提供的显微观测下空气中的单模光纤示意图。

图7(b)是本发明实施例提供的显微观测下夹具夹持的单模光纤示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光纤夹持系统、控制方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

图1至图6所示，本发明实施例提供的光纤夹持系统包括第一夹持部1、第二夹持部2、以及光学匹配支撑部3。其中，第一夹持部1与第二夹持部2在机械结构上一致，主要包含盖体4、磁性压头5、弹性压垫6、夹持部本体7、第一光纤卡槽8、固定基座9。所述光学匹配支撑部3为本夹持装置的核心部件，主要包括透明支撑基板10、盖板卡槽11、第二光纤卡槽12、基板铁磁体13、透明盖板14、盖板通孔15、盖板铁磁体16、柱体把手17。

本发明用于无涂覆层光纤加工时，首先将本发明的光纤夹持系统整体固定于激光加工系统中的调整架上。进一步地，将光纤置于夹持部1的光纤卡槽8内，然后通过翻转盖体4将光纤紧紧卡于光纤卡槽8内。进一步地，将光纤置于透明支撑基板10的光纤卡槽12、以及夹持部2的光纤卡槽8内，适当用力拉紧后翻转夹持部2的翻转盖体4，将光纤紧紧卡于夹持部2的光纤卡槽8内。进一步地，手持透明盖板14上的柱体把手17，将透明盖板14置于盖板卡槽11内，使得光纤紧紧卡在透明支撑基板10上的光纤卡槽12内。

进一步地，将折射率匹配液沿着透明盖板14的盖板通孔15滴入，使得折射率匹配液充满光纤与光纤卡槽12之间的空气间隙内。待以上步骤完成之后，通过激光加工系统中的调整架对光纤夹持系统进行方位校正，最后，方可对光纤进行激光加工。

光纤在夹持部本体上表面的第一光纤卡槽内处于半浸没式，光纤在透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽内处于全浸没式。

透明支撑基板和透明盖板的材质是透明玻璃、透明高分子聚合物或透明晶体。

夹持部本体上表面的第一光纤卡槽与透明支撑基板上表面的第二光纤卡槽的截面结构根据待加工光纤的结构而改变。

本发明用于有涂覆层光纤加工时，本装置在整体结构不变的情况下，采用另一种具有较大横截面的光纤卡槽，使得包含包层的光纤可以卡于卡槽内。然后，同样地，将本发明的光纤夹持系统整体固定于激光加工系统中的调整架上。进一步地，将光纤置于夹持部1的光纤卡槽8内，然后通过翻转盖体4将光纤紧紧卡于光纤卡槽8内。进一步地，将光纤置于透明支撑基板10的光纤卡槽12、以及夹持部2的光纤卡槽8内，适当用力拉紧后翻转夹持部2的翻转盖体4，将光纤紧紧卡于夹持部2的光纤卡槽8内。进一步地，手持透明盖板14上的柱体把手17，将透明盖板14置于盖板卡槽11内，使得光纤紧紧卡在透明支撑基板10上的光纤卡槽12内。进一步地，将折射率匹配液沿着透明盖板14的盖板通孔15滴入，使得折射率匹配液充满光纤与光纤卡槽12之间的空气间隙内。待以上步骤完成之后，通过激光加工系统中的调整架对光纤夹持系统进行方位校正，最后，方可对光纤进行激光加工。

图7(a)和图7(b)分别为显微观测下空气中和夹具夹持的单模光纤，可以看到光纤柱面引入的相位畸变给光纤轮廓和纤芯的观测带来极大的影响，而夹具夹持的光纤由于消除了柱面相位的影响，光纤轮廓和纤芯则较为清晰。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。