CN109613650B - 一种紫外胶光纤锥的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外胶光纤锥的制备方法，方法包括：S1、选取两截相同的柱形裸光纤；S2、在裸光纤的平整端面上附着紫外胶，使紫外胶在端面上形成半球形液滴；S3、对每一个半球形液滴进行第一预设时间的预固化操作，使半球形液滴基本定位在各自的端面上；S4、将两个柱形裸光纤的两个半球形液滴相对设置，预固化的两个半球形液滴对准、接触后融合在一起；S5、向融合半球形液滴的反方向移动每一根柱形裸光纤，以使融合的预固化的半球形液滴被拉伸，形成锥形结构；S6、对锥形结构进行第二预设时间的固化操作，得到固态的紫外胶光纤锥。上述方法制备方式简单、可灵活控制，且可在常温下加工，能够实现聚合物光纤锥低成本和批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物光纤锥制备领域，特别是一种紫外胶光纤锥的制备方法。
背景技术
低传输损耗、大倏逝场、小尺寸、质量轻和结构简单的光纤锥，能实现普通光纤和微纳光纤器件之间的连接，且可用作功率耦合器、传感器、分叉多路复用器、模式转换器和光镊等光学器件，自光纤发明以来就一直受到大量的关注和研究。
制备光纤锥的常用方法主要有火焰加热拉伸法、CO2激光加热拉伸法、电热丝加热拉伸法、电弧加热拉伸法和刻蚀法等。上述方法可以使用柔软灵活的聚合物作为制作光纤锥器件的材料。
除常规的加热拉伸法和化学刻蚀法外，如何实现聚合物低成本、批量化生产的聚合物光纤锥的制备方法成为当前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种制备流程简单、控制灵活和可在常温下加工的紫外胶光纤锥的制备方法，为实现聚合物光纤锥低成本和批量化生产提供重要依据。
第一方面，本发明提供一种紫外胶光纤锥的制备方法，包括：
S1、选取两截相同的柱形裸光纤，每一柱形裸光纤的具有至少一个平整端面；
S2、在每一个柱形裸光纤的平整端面上附着紫外胶，使得所述紫外胶在固液界面张力和液体表面张力的作用下在所述端面上形成半球形液滴；
S3、对每一个半球形液滴进行第一预设时间的预固化操作，使得所述半球形液滴基本定位在各自的端面上；
S4、将每一根柱形裸光纤固定在支撑架上，并将两个柱形裸光纤的两个半球形液滴相对设置，使得预固化的两个半球形液滴对准，在半球形液滴接触后融合在一起；
S5、依据预设速度向融合半球形液滴的反方向移动每一根柱形裸光纤，以使融合的预固化的半球形液滴被拉伸，并形成具有锥形过渡区和锥腰区的锥形结构；
S6、对所述锥形结构进行第二预设时间的固化操作，得到固态的紫外胶光纤锥。
可选地，所述步骤S1包括：
S11、选取两根光纤；
S12、将每一根光纤的一个端头区域的涂覆层去除，得到具有柱形裸光纤的光纤；
S13、将每一根光纤的柱形裸光纤的端面切平整，使得每一柱形裸光纤的具有至少一个平整端面。
可选地，子步骤S11中选取的每一根光纤长度大于30cm；和/或，所述光纤为光滑的圆柱形光纤；
和/或，
子步骤S12中每一根光纤的一个端头区域的长度为3-5cm；
和/或，
子步骤S12中，采用剥线钳除去所述端头区域的涂覆层；
和/或，
子步骤S13中采用光纤切割刀将每一根光纤的柱形裸光纤的端面切至平整。
可选地，所述步骤S3包括：
采用水银灯对每一个半球形液滴进行第一预设时间的预固化照射，使得所述半球形液滴基本定位在各自的端面上。
可选地，所述水银灯包括：输出功率100W和输出波长为紫外光波段的光固化灯；
所述第一预设时间为10+-3s。
可选地，所述步骤S4包括：
所述支撑架包括：安装在电动平移台上的纳米调整架；
和/或，
所述支撑架包括：安装在电动平移台上的纳米调整架；所述电动平移台为通过计算机控制的平移台。
可选地，所述步骤S6包括：
采用紫外光对所述锥形结构进行第二预设时间的固化照射。
可选地，所述紫外光的波长为350nm-380nm；
和/或，第二预设时间为8-10分钟。
可选地，所述紫外胶为具有低光衰减、宽透光带宽的光聚物材料，所述光聚物材料具有短时预固化可调整，长时固化高硬度的特性。
可选地，所述步骤S2包括：采用一根半锥形光纤将紫外胶滴到所述平整端面上；所述半锥形光纤的锥腰直径为n微米，n大于5小于20的数值；
和/或，
所述步骤S5包括：控制每一根柱形裸光纤的移动距离，制作不同锥形过渡区长度和锥腰区直径的锥形结构。
本发明具有的有益效果：
本发明的方法制备流程简单、可控制灵活，且可在常温下加工，进而为实现聚合物光纤锥低成本和批量化生产提供重要依据。
进一步地，本发明通过利用光滑对称的圆柱形光纤，作为制备紫外胶光纤锥的支撑和控制材料。使用透明性好和光衰减小的紫外胶作为制备紫外胶光纤锥的锥体材料，并利用其可短时照射预固化和长时照射完全固化的特性，使紫外胶先附着在圆柱形裸光纤的端面上形成半球形液滴，然后经水银灯短时照射后绑定在光纤端面上，通过移动和拉伸步骤形成包含锥形过渡区和锥腰区的光纤锥，最后用紫外线光长时照射形成固态的紫外胶光纤锥。
附图说明
图1为本发明实施例的紫外胶光纤锥的制备方法的流程示意图；
图2为图1所示实施例在剥去涂覆层的裸光纤上进行紫外胶光纤锥制备的详细制备过程示意图；
图3为图1所示实施例制得的紫外胶光纤锥在正视方向的结构示意图；
图4为图3所示实施例从右视方向看过去得到的结构示意图；
图5为图3所示实施例选取一半得到的半锥形紫外胶光纤锥在正视方向的结构示意图；
图6为图5所示实施例从右视方向看过去得到的结构示意图；
图7为图1和图2所示实施例的信号光透过率曲线图。
附图标记：
单模光纤1、8；
包含平整裸光纤端面的光纤2；
包含紫外胶液滴13的复合光纤3；
紫外胶预固化的复合光纤4；
紫外胶柱5、17；
未完全固化的紫外胶光纤锥6、18；
完全固化的紫外胶光纤锥7、20；
涂覆层9，裸光纤10，包层11，芯层12；
半球形的紫外胶液滴13；
紫外固化灯14，电动平移台15，手动纳米调整架16；
紫外光线19，LT为紫外胶光纤锥单侧过渡区的长度；
LW为紫外胶光纤锥锥腰区的长度，DF为粘结紫外胶和光纤端面的裸光纤的直径，DW为紫外胶光纤锥的锥腰直径。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本实施例的简要制备过程包括：
101、截取两根长30cm以上的单模光纤1。
102、去除所截取的单模光纤一端头区域的涂覆层，得到端头区域的裸光纤，并用光纤切割刀将端头区域的端面切平整，得到包含平整裸光纤端面的光纤2。
本实施例中的端头区域的长约为3～5cm。
103、将紫外胶滴到光纤2的裸光纤的平整端面上，得到包含紫外胶液滴的复合光纤3；在固液界面张力和液体表面张力的作用下紫外胶附着在裸光纤的整个端面上形成半球形液滴。
本实施例中采用一根锥腰直径几微米到几十微米的半锥形光纤将NOA 61紫外胶附着在裸光纤的端面上。微量的紫外胶液体可附着在半锥形光纤末端并滴到裸光纤端面上。
举例来说，紫外胶可采用低光衰减、宽透光带宽、在水银灯短时照射预固化后可调整和紫外光长时照射后具有高硬度特性的光聚物材料，所述紫外胶可采用Norland公司生产的紫外胶。
例如，锥体材料为具有宽透光带宽、低光衰减、低成本、性能稳定和常温下液态的Norland Optical Adhesive 61(NOA 61)紫外胶。
104、用水银灯进行短时预固化照射，得到紫外胶预固化的复合光纤4，其中，预固化照射后，紫外胶基本定位绑定在圆柱形裸光纤端面上。
本实施例中的水银灯可为采用输出功率100W和输出波长为紫外光波段的光固化灯，其短时的照射时间大约为10s。
105、将两根复合光纤4固定在两个三维调整架上，调节三维调整架使附着在裸光纤端面上已预固化的两个紫外胶液滴对准、接触并融合在一起。
也就是说，对准、接触和融合两根复合光纤4上的紫外胶液滴，形成紫外胶柱5。
本实施例中的三维调整架为安装在电动平移台15上的手动纳米调整架16。此外，上述的电动平移台属于计算机控制的高精度的电动平移台，能够精确控制移动速度和移动距离。
106、沿两根光纤对准的方向，设置安装有三维调整架的电动平移台以一定的速度和距离向外移动光纤，使融合的预固化紫外胶被拉伸并形成锥形结构。
本步骤中，移动和拉伸紫外胶柱5，得到未完全固化的紫外胶光纤锥6。紫外光采用输出波长365nm、输出光强900W/m2的紫外线光，通过控制移动和拉伸距离，来制作不同过渡区长度和锥腰直径的紫外胶光纤锥。
107、紫外线光长时照射，得到完全固化的紫外胶光纤锥7。
本实施例中，所述紫外光采用波长350nm～380nm的紫外线光。
所述长时固化照射时间为紫外光照射8～10分钟。
参见图2，本发明实施例的详细制备过程为：
第一步，截取两根长度分别是30cm以上的SMF-28单模光纤8；
第二步，从两根截取光纤的各自一端，用剥线钳除去一小段长度3～5cm左右的涂覆层，并用光纤切割刀对端面进行切割，得到两根包含平整裸光纤端面的光纤，包括涂覆层9、裸光纤10、包层11和芯层12；
第三步，用锥腰直径几微米到几十微米的半锥形光纤将NOA 61紫外胶滴到裸光纤10的端面上，在固液界面张力和液体表面张力的作用下，NOA 61紫外胶附着在裸光纤端面上，形成半球形的紫外胶液滴13；
第四步，用输出功率100W和输出波长为紫外光波段的光固化灯14对半球形紫外胶液滴13进行10秒钟左右的短时预固化照射，使NOA 61紫外胶基本定位绑定在裸光纤10上；
第五步，将绑定有紫外胶液滴的光纤固定在电动平移台上的两个手动三维纳米调整架上，调节调整架使光纤上的两个半球形紫外胶液滴对准、接触并融合在一起，形成紫外胶柱17；
第六步，沿两根光纤对准的方向，在计算机上设置和控制两个三维调整架以一定的速度和距离向外移动和拉伸紫外胶柱17，得到未完全固化的紫外胶光纤锥18；
第七步，用输出波长365nm、输出光强900W/m2的紫外光线19，对未完全固化的紫外胶光纤锥18进行长时照射8～10分钟，得到最终的紫外胶光纤锥20。
图3至图6分别为图1和图2所示实施例制得的紫外胶光纤锥的结构示意图，其中图3为正视方向全锥光纤的示意图，标记LT为紫外胶光纤锥单侧过渡区的长度，标记LW为紫外胶光纤锥锥腰区的长度。图4为右视方向全锥光纤的示意图，标记DF为粘结紫外胶和光纤端面的裸光纤的直径。图5为正视方向半锥光纤的示意图，标记LT同图3一样为紫外胶光纤锥单侧过渡区的长度，标记LW/2为紫外胶光纤锥锥腰区长度的一半。图6为右视方向半锥光纤的示意图，标记DF同图4一样为粘结紫外胶和光纤端面的裸光纤的直径，标记DW为紫外胶光纤锥的锥腰直径。通过控制步进电机移动和拉伸的距离，可以制备出不同过渡区长度、锥腰长度、锥度和锥腰直径的紫外胶光纤锥。
图7是使用宽带光源作为信号光，测试过渡区长度LT＝42μm、锥腰区长度LW＝15μm、裸光纤直径DF＝125μm和锥腰直径DW＝82μm的NOA 61紫外胶光纤锥的归一化透过率曲线图，光谱仪扫描范围为1485～1630nm。在图7中，横坐标为波长(nm)，纵坐标为归一化的透过率。从图7中可以看出，紫外胶光纤锥很好地连接了两边的两根支撑和控制光纤，宽带光源的信号可以顺利的传输通过紫外胶光纤锥，并且信号光谱的轮廓形状基本保持不变。
上述各个实施例可以相互参照，本实施例不对各个实施例进行限定。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种紫外胶光纤锥的制备方法，其特征在于，包括：
S1、选取两截相同的柱形裸光纤，每一柱形裸光纤的具有至少一个平整端面；
S2、在每一个柱形裸光纤的平整端面上附着紫外胶，使得所述紫外胶在固液界面张力和液体表面张力的作用下在所述端面上形成半球形液滴，其中，采用一根半锥形光纤将紫外胶滴到所述平整端面上；
S3、对每一个半球形液滴进行第一预设时间的预固化操作，使得所述半球形液滴基本定位在各自的端面上；
S4、将每一根柱形裸光纤固定在支撑架上，并将两个柱形裸光纤的两个半球形液滴相对设置，使得预固化的两个半球形液滴对准，在半球形液滴接触后融合在一起；
S5、依据预设速度向融合半球形液滴的反方向移动每一根柱形裸光纤，以使融合的预固化的半球形液滴被拉伸，并形成具有锥形过渡区和锥腰区的锥形结构；
S6、对所述锥形结构进行第二预设时间的固化操作，得到固态的紫外胶光纤锥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11、选取两根光纤；
S12、将每一根光纤的一个端头区域的涂覆层去除，得到具有柱形裸光纤的光纤；
S13、将每一根光纤的柱形裸光纤的端面切平整，使得每一柱形裸光纤的具有至少一个平整端面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
子步骤S11中选取的每一根光纤长度大于30cm；和/或，所述光纤为光滑的圆柱形光纤；
和/或，
子步骤S12中每一根光纤的一个端头区域的长度为3-5cm；
和/或，
子步骤S12中，采用剥线钳除去所述端头区域的涂覆层；
和/或，
子步骤S13中采用光纤切割刀将每一根光纤的柱形裸光纤的端面切至平整。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
采用水银灯对每一个半球形液滴进行第一预设时间的预固化照射，使得所述半球形液滴基本定位在各自的端面上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述水银灯包括：输出功率100W和输出波长为紫外光波段的紫外光固化灯；
所述第一预设时间为10±3s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
所述支撑架包括：安装在电动平移台上的纳米调整架。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电动平移台为通过计算机控制的平移台。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
采用紫外光对所述锥形结构进行第二预设时间的固化照射。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述紫外光的波长为350nm-380nm；
和/或，第二预设时间为8-10分钟。
10.根据权利要求1至9任一所述的方法，其特征在于，
所述紫外胶为具有低光衰减、宽透光带宽的光聚物材料，所述光聚物材料具有短时预固化可调整，长时固化高硬度的特性。
11.根据权利要求1至9任一所述的方法，其特征在于，
所述步骤S2包括：所述半锥形光纤的锥腰直径为n微米，n大于5小于20的数值；
和/或，
所述步骤S5包括：控制每一根柱形裸光纤的移动距离，制作不同锥形过渡区长度和锥腰区直径的锥形结构。
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