專利名稱：光纖軸向磨拋厚度精確控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高精度(0.01μm)、大長度(＞100mm)、多光纖同時處理的光纖軸向磨拋厚度精確控制方法及裝置，屬于光纖通信系統技術領域，特別屬于利用光纖包層場的變化來制作高精度光器件的技術領域。
背景技術：
許多高精度光纖器件制造過程中的一道關鍵工序就是光纖端面或光纖軸向的研磨，而光纖研磨時，由于其屬于硬脆玻璃材料，加工時材料去除機理一般為脆性斷裂，如果不采取合適的措施，加工過程中就不可避免地要產生大量的微裂紋或凹坑，造成其表面粗糙度較高，這樣容易引起光信號的散射和吸收，對提高光纖器件的光學性能是極為不利的。
目前的光纖研磨技術主要存在以下三個問題第一、光纖研磨長度的限制。雖然光纖的端面研磨，以及短距離光纖軸向研磨在最近幾年取得了較大的發(fā)展，但是對于長度大于100mm光纖的軸向研磨至今仍是一個技術難點，國內、外未見相關加工的報道，人工研磨雖然有可能加大光纖的研磨長度，但是對研磨人員的技術水平有較高要求，而且耗時較長，水汽等外界因素對研磨后光纖的性能影響巨大，容易造成很大的器件損耗。第二、研磨厚度的檢測，目前采用的測厚儀價格十分昂貴(國外產品價格高達數萬美元以上)，而且由于光纖自身的特點(直徑僅125微米)，要求光纖研磨的精度必須控制在微米量級，此外光纖為圓形且透明，測厚難度較大，傳統的測厚儀很難達到要求。第三，光纖研磨后的拋光質量，國外利用低功率CO2激光光源對光纖端面進行拋光加工，雖然其表面質量有所改善，但拋光后光纖端面的表面粗糙度仍高達0.1μm，插入損耗的最佳值還高達1.45dB，不能滿足光纖通信發(fā)展的要求。
因此，研制大長度光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，為制作高質量的光器件鋪平道路，對于光通信的發(fā)展至關重要。

發(fā)明內容
為了克服現有光纖磨拋方法的不足，本發(fā)明提供一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法及裝置。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法。
其特征之一為通過調節(jié)施加在壓電陶瓷PZT上的電壓，改變待研磨光纖與基準塊的相對位置，光纖研磨在0.01μm的精度中調整；光纖的研磨長度由定位傳感器精確控制，軸向研磨長度大于100mm的光纖。
特征之二為其厚度精確控制，利用熱膨脹系數為零的微晶玻璃作為研磨、拋光玻璃。
特征之三為采用火焰拋光的方法，利用電極打火所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，電極沿著研磨后的光纖軸向緩慢移動，消除研磨光纖表面的微裂紋。
特征之四為采用一種印度蟲膠固定待研磨光纖。
一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，包括以下步驟，步驟(1)去除待磨光纖的涂覆層；將待磨光纖在丙酮溶液中浸泡約十分鐘，用剝線鉗去除待磨光纖涂覆層；
步驟(2)將研磨、拋光用微晶玻璃置于研磨架上，然后將待研磨光纖置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上表面，并將待磨光纖的首尾端分別放入兩端對應的槽中，用夾子垂掛以免待磨光纖移動，最后用兩塊小型磁鐵將待磨光纖緊密的固定在V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上；步驟(3)采用擴散的方法，用稀釋的印度蟲膠進行第一次涂覆，等待10分鐘，再用濃度較高的印度蟲膠進行第二次涂覆，再等待20分鐘；步驟(4)調節(jié)電壓，利用壓電陶瓷控制器，調節(jié)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置上升，其上升的高度就是待磨光纖將要被研磨掉的厚度；步驟(5)控制研磨速度，采用一維單向移動方式，對待磨光纖進行研磨；并通過電壓調節(jié)和對待磨光纖透射光譜的監(jiān)測確定研磨程度；步驟(6)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置恢復至最初與基準塊水平的位置時，待磨光纖研磨完成；步驟(7)安裝電極支撐架，利用電極打火所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，電極沿著研磨后的光纖軸向緩慢移動，消除研磨光纖表面的微裂紋。
本發(fā)明利用壓電陶瓷(PZT)在電壓的控制下，其厚度調節(jié)精度可達0.01μm的特性，來實現光纖側面研磨精度的控制；在電機控制下，利用定位傳感器任意調整光纖軸向的研磨長度，從而實現大長度光纖軸向磨拋厚度精確控制。其發(fā)明的主要內容如下一種光纖軸向磨拋厚度精確控制裝置，包括PZT，控制電機、定位傳感器、V型刻槽光纖放置用微晶玻璃、定位基準塊微晶玻璃、研磨拋光用微晶玻璃、研磨塊支撐架、定位傳感器支撐架、傳送帶和電極。各結構之間的連接和作用方式如下
待研磨光纖放置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上，定位基準塊微晶玻璃位于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃后面水平位置，控制電機連接PZT，提供PZT的控制電壓，研磨拋光用微晶玻璃放置在位于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃正上方的研磨塊支撐架上，研磨塊支撐架與傳送帶相連接，控制電機連接傳送帶，定位傳感器固定在定位傳感器支撐架上，電極置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃正上方的滑軌上，滑軌固定在光纖放置用微晶玻璃正上方的電極支撐架(可拆卸)上，光纖研磨完成后，安裝電極支撐架，可以進行研磨后光纖的拋光。
本發(fā)明的主要效果和創(chuàng)新之處為(1)通過調節(jié)施加在PZT上的電壓，改變待研磨光纖與基準塊的相對位置，不僅光纖的研磨厚度可自由調整，而且精度可達0.01μm。(2)光纖的研磨長度由定位傳感器精確控制，可以對長度大于100mm的光纖進行軸向研磨。(3)本發(fā)明采用火焰拋光的方法，通過PZT調節(jié)研磨拋光后的光纖與電極的相對位置，利用電極打火所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，從而有效消除研磨光纖表面的粗糙度，抑制微裂紋或凹坑造成的較大損耗。(4)為提高加工能力和工作效率，本發(fā)明在放置光纖的微晶玻璃上刻制多個V型槽，將待研磨光纖置于其中，研磨拋光用微晶玻璃的寬度保證全部覆蓋多根光纖，從而實現多光纖同時研磨加工。


下面結合附圖和實施例對發(fā)明進一步說明。
圖1高精度、多光纖同時處理的新型大長度光纖軸向磨拋厚度精確控制裝置示意圖；圖2研磨光纖固定結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1待研磨光纖放置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上，定位基準塊微晶玻璃位于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃后面水平位置，用來校準其相對高度?？刂齐姍C提供PZT的控制電壓，以此調節(jié)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃的上下位置。研磨拋光用微晶玻璃放置在位于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃正上方的研磨塊支撐架上，研磨塊支撐架與傳送帶相連接，通過控制電機調節(jié)傳送帶的運轉速度，從而帶動研磨塊以不同的速度一維平移。研磨塊往返的移動距離由定位傳感器確定，電極置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃正上方的滑軌上，研磨完成后，取下研磨拋光用微晶玻璃，安裝電極支撐架，利用PZT調節(jié)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃與電極間的相對距離，電極沿著研磨后的光纖軸向緩慢移動，實現研磨后光纖的拋光。
實施例2本發(fā)明設計了一種研磨精度可高達0.01μm、研磨長度大于100mm、并且可對多根光纖同時進行處理的新型光纖軸向研磨裝置(圖1)。
如圖1、2所示，圖1、2中10為PZT研磨精度控制器，11為傳送帶，由電機控制其傳送速度，20為注入研磨泥漿，30為繼電器控制的定位傳感器，40為定位傳感器接觸點，50為待磨光纖，51為帶旋鈕的可旋轉磁鐵，52為微晶玻璃研磨塊，53為V型刻槽光纖放置用微晶玻璃，60為夾具磁鐵，61為放置待研磨光纖用V型刻槽。
對光纖軸向研磨精度的控制是光纖軸向研磨裝置最重要的參數，由于光纖半徑僅為幾十微米(如普通單模光纖半徑為62.5μm)，這就要求光纖軸向研磨裝置的精度在微米量級，一般的機械控制法很難達到要求。利用PZT在電壓的控制下，其厚度調節(jié)精度可達0.01μm的特性，本發(fā)明利用PZT研磨精度控制器，來實現光纖側面研磨精度的控制；通過電機控制傳送帶11的運行速度，進一步控制與傳送帶相連接的微晶玻璃研磨塊52的移動速度，實現對光纖研磨過程中研磨速度的控制，從而可以在研磨初始階段，采用較高速度來降低研磨時間，而當光纖距離纖芯較近時，將速度減慢，以確保光纖側面研磨的質量；由于實際中對光纖軸向的研磨長度有不同的要求，為提高研磨裝置使用中的靈活性，采用繼電器控制的定位傳感器30控制待磨光纖50的研磨長度，當研磨塊52上的定位傳感器接觸點40到達定位傳感器30時，研磨塊52反向移動，通過調整兩個定位傳感器接觸點40間的長度，就可實現對待磨光纖50研磨長度的控制；待磨光纖50縱向對準槽61，由于待磨光纖50縱向應力承受能力較強，而橫向應力承受能力很弱，也就是研磨過程中必須使研磨塊52的移動方向與待磨光纖50縱向相平行，否則待磨光纖50極易折斷，為此采用在V型刻槽光纖放置用微晶玻璃53的兩側對準開槽的方法，來保證將待磨光纖50粘覆在墊塊后，待磨光纖50縱向與研磨塊52移動方向的平行(圖2)。
為保證在涂膠過程中待磨光纖50與V型刻槽光纖放置用微晶玻璃53的緊密接觸，必須將待磨光纖50精密地固定，為此本發(fā)明在V型刻槽光纖放置用微晶玻璃53的兩側放置可旋轉底層磁鐵51，在需要將待磨光纖50固定時，底層磁鐵51平行，與夾具磁鐵相吸，而在需要將待磨光纖50釋放時，旋轉底層磁鐵51使之豎直，與夾具磁鐵60相分離；步驟如下步驟(1)去除待磨光纖的涂覆層為避免剝線鉗直接去除待磨光纖涂覆層時，在待磨光纖表面產生微裂損傷，需要首先將待磨光纖在丙酮溶液中浸泡約十分鐘，再用剝線鉗去除待磨光纖涂覆層；步驟(2)首先將研磨、拋光用微晶玻璃置于研磨架上，然后將待研磨光纖置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上表面，并將待磨光纖的首尾端分別放入兩端對應的槽中，用夾子垂掛以免待磨光纖移動，最后用兩塊小型磁鐵將待磨光纖緊密的固定在V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上；步驟(3)采用擴散的方法，用稀釋的印度蟲膠進行第一次涂覆，等待10分鐘，再用濃度較高的印度蟲膠進行第二次涂覆，再等待20分鐘；步驟(4)調節(jié)電壓，利用壓電陶瓷控制器，調節(jié)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置上升，其上升的高度就是待磨光纖將要被研磨掉的厚度。
步驟(5)控制研磨速度，采用一維單向移動方式，對待磨光纖進行研磨；并通過電壓調節(jié)和對待磨光纖透射光譜的監(jiān)測確定研磨程度；步驟(6)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置恢復至最初與基準塊水平的位置時，待磨光纖研磨完成。
步驟(7)安裝電極支撐架，利用電極打火所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，電極沿著研磨后的光纖軸向緩慢移動，從而有效消除了研磨光纖表面的微裂紋。
為提高加工能力和工作效率，本發(fā)明還通過在放置光纖的微晶玻璃上刻制多個V型槽的方法，實現多纖同時加工，步驟如上，研磨加工后的光纖性能穩(wěn)定且一致性很好。
實施例3本發(fā)明可實現研磨精度高達0.01μm、研磨長度大于100mm、多根光纖的同時研磨。選擇同一參數的多根待研磨光纖在丙酮溶液中浸泡約十分鐘后，用剝線鉗去除待磨光纖涂覆層；將寬度大于多根待研磨光纖總截面寬度的研磨、拋光用微晶玻璃置于研磨架上，然后將多根待研磨光纖分別置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上，并將待磨光纖的首尾端分別放入兩端對應的多個平行槽中，使得多根待研磨光纖嚴格平行，用夾子垂掛以免待磨光纖移動，最后用兩塊小型磁鐵將待磨光纖緊密的固定在V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上；采用擴散的方法，用稀釋的印度蟲膠進行第一次涂覆，等待10分鐘，再用濃度較高的印度蟲膠進行第二次涂覆，再等待20分鐘；調節(jié)電壓，利用壓電陶瓷控制器，調節(jié)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置上升，其上升的高度就是待磨光纖將要被研磨掉的厚度。控制研磨速度，采用一維單向移動方式，對待磨光纖進行研磨；并通過電壓調節(jié)和對待磨光纖透射光譜的監(jiān)測確定研磨程度；V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置恢復至最初與基準塊水平的位置時，待磨光纖研磨完成。安裝電極支撐架，平移電極，使電極分別沿著研磨后的每根光纖軸向緩慢移動，放電電弧所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，從而有效消除了研磨光纖表面的微裂紋。由于研磨拋光用微晶玻璃具有優(yōu)良的光學平整度，所以研磨拋光后的光纖性能很好，且一致性很好。
權利要求
1.一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，其特征是通過調節(jié)施加在壓電陶瓷PZT上的電壓，改變待研磨光纖與基準塊的相對位置，光纖研磨在0.01μm的精度中調整；光纖的研磨長度由電機控制的定位傳感器精確控制，軸向研磨長度大于100mm的光纖。
2.根據權利要求1所述的一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，其特征是其厚度精確控制，利用熱膨脹系數為零的微晶玻璃作為研磨、拋光玻璃。
3.根據權利要求1所述的一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，其特征是采用火焰拋光的方法，利用電極打火所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，電極沿著研磨后的光纖軸向緩慢移動，消除研磨光纖表面的微裂紋。
4.根據權利要求1所述的一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，其特征是采用一種印度蟲膠固定待研磨光纖。
5.根據權利要求1所述的一種光纖軸向磨拋厚度精確控制方法，其特征是包括以下步驟；步驟(1)去除待磨光纖的涂覆層為避免剝線鉗直接去除待磨光纖涂覆層時，在待磨光纖表面產生微裂損傷，需要首先將待磨光纖在丙酮溶液中浸泡約十分鐘，再用剝線鉗去除待磨光纖涂覆層；步驟(2)首先將研磨、拋光用微晶玻璃置于研磨架上，然后將待研磨光纖置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上表面，并將待磨光纖的首尾端分別放入兩端對應的槽中，用夾子垂掛以免待磨光纖移動，最后用兩塊小型磁鐵將待磨光纖緊密的固定在V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上；步驟(3)采用擴散的方法，用稀釋的印度蟲膠進行第一次涂覆，等待10分鐘，再用濃度較高的印度蟲膠進行第二次涂覆，再等待20分鐘；步驟(4)調節(jié)電壓，利用壓電陶瓷控制器，調節(jié)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置上升，其上升的高度就是待磨光纖將要被研磨掉的厚度；步驟(5)控制研磨速度，采用一維單向移動方式，對待磨光纖進行研磨；并通過電壓調節(jié)和對待磨光纖透射光譜的監(jiān)測確定研磨程度，并進一步拋光；步驟(6)V型刻槽光纖放置用微晶玻璃位置恢復至最初與基準塊水平的位置時，待磨光纖研磨完成；步驟(7)安裝電極支撐架，利用電極打火所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，電極沿著研磨后的光纖軸向緩慢移動，從而有效消除了研磨光纖表面的微裂紋。
6.一種光纖軸向磨拋厚度精確控制裝置，包括PZT，控制電機、定位傳感器、V型刻槽光纖放置用微晶玻璃、定位基準塊微晶玻璃、研磨拋光用微晶玻璃、研磨塊支撐架、傳送帶和電極，其特征是待研磨光纖放置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃上，定位基準塊微晶玻璃位于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃后面水平位置，控制電機連接PZT，提供PZT的控制電壓，研磨拋光用微晶玻璃放置在位于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃正上方的研磨塊支撐架上，研磨塊支撐架與傳送帶相連接，控制電機連接傳送帶，定位傳感器固定在定位傳感器支撐架上，電極置于V型刻槽光纖放置用微晶玻璃正上方的滑軌上，滑軌固定在光纖放置用微晶玻璃正上方的電極支撐架上。
全文摘要
一種用來實現高精度、長度可控、多光纖同時處理的光纖軸向磨拋厚度精確控制方法及裝置。通過調節(jié)施加在壓電陶瓷PZT上的電壓，改變待研磨光纖與基準塊的相對位置，實現光纖研磨精度高達0.01μm的自由調整。光纖的研磨長度由精密導向機構和定位傳感器精確控制，實現對長度大于100mm的光纖進行軸向研磨。采用電弧放電拋光的方法，利用電弧放電所產生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，從而有效消除研磨光纖表面的粗糙度，抑制微裂紋或凹坑造成的較大損耗。通過在放置光纖的微晶玻璃上刻制多個V型槽的方法，可實現多纖同時加工，提高工作效率，本發(fā)明在國際上屬于首創(chuàng)。
文檔編號B24B7/24GK1974131SQ200610169810
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月29日 優(yōu)先權日2006年12月29日
發(fā)明者裴麗, 董小偉, 寧提綱, 任文華, 汪瀅瀅 申請人:北京交通大學