CN110480470A - 一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。其特征是：它由夹盘1、同轴性调节装置2、装置调节柱3、调节块4、旋转装置5和步进电机6组成；同轴性调节装置2所夹持光纤的轴心与旋转中心重合，与研磨盘接触，由其自身电机带动旋转，并由步进电机6带动在某一位置扫动，从而获得同轴性优良的弧形锥体光纤端。本发明属于特种光纤微加工领域，可用于优化弧形锥体光纤端研磨，广泛用于各类微米级弧形锥体棒尾端研磨加工。

Description

一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置

(一)技术领域

本发明涉及的是一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置，本发明可用于弧形锥体光纤端研磨，属于光纤微加工领域。

(二)背景技术

随着光通讯的迅速发展，器件、工艺、技术的不断成熟，进而衍生出了光纤传感器的研究。光纤自身体积小、重量轻、价格低、灵敏度高、不易燃易爆、不受电磁干扰等优秀特点使得光纤传感器发展迅速,也逐步取代了很多传统的传感器，成为当今主流研究的传感器。普通的圆柱形光纤已经无法满足光纤在多个领域的应用，光纤器件的微加工技术成为促进光纤在多个领域快速发展的重要因素。

研磨抛光是一种相对比较成熟完善的精密微加工方法,已经形成一整套完备的加工工艺,从研磨抛光到测量测试,己经发展出一系列的精密仪器,主要可以用来制作各种锥型、楔型、斜面型等。但主要应用于光纤活动连接器、波导器件的耦合等,可以大大提高耦合效率。国际上近年来对光纤连接器端面的研磨抛光技术的研究比较成熟,已经有几个国家有成型的光纤研磨机。日本，美国，德国的研磨机都已经实用化和商业化,日本的精工电子是最早为客户提供光纤连接器端面研磨机的厂家,截至目前一共推出了三款光纤端面研磨机,受到了客户的欢迎。上述的研磨机是针对光纤端面，主要是针对光纤连接器性能的提高。

在特种光纤领域中，如环形芯光纤、偏心光纤、多芯光纤、悬吊芯光纤、同轴双波导光纤以及同轴三波导光纤。应用光纤微加工技术，将其光纤端研磨加工为锥台形、优化弧形的锥台等各类形状。可以满足各种传感器对光纤特殊形状的加工。在文献《Highly FocusedConical Optical Field for Pico-Newton Scale Force Sensing》以及《Fiber-BasedOptical Gun for Particle Shooting》中提到的光纤，具有弧形锥台光纤端，其光纤光场通过圆锥体表面的反射在纤端处汇聚，汇聚光斑更小且在微米大小尺度，能量集中，可以控制汇聚点的大小和位置，可以实现光镊以及光枪的功能。

美国专利US3938895一种光纤的定位方法，可以精确地定位光纤，但不能应用于光纤的选择加工。中国专利CN202066993耦合器生产专用同轴性调节装置，实现了光纤的二维微调功能，但没有相机在线监测以及选择对心功能。中国专利CN 101879659A，选择管线进行微加工的方法及装置，很好的抑制了光纤转动漂移，但并未给出如何校准光纤的中心与旋转中心重合的问题，只是靠机械加工确定同轴性调节装置与旋转机构同心，无疑给现用的加工精度提出了更高的要求。中国专利CN 105750928A公开一种实现光纤沿轴心旋转的机械结构，该发明可以实现，通过精细螺栓的调整及实施校正可以使误差小于几微米，可以应用于光纤的熔融拉锥、雕刻、研磨机多芯螺旋型光纤的制备。但无法同时完成多个锥体光纤端研磨，研磨效率低，资源浪费，生产效率低。提高工作效率，提升成品率及降低成本是目前急需解决的问题。文献《光纤端的研磨加工技术》中设计了一套光纤研磨***，可实现单根光纤锥体的制作。但仍无法实现多根光纤同时加工，效率低，且对光纤中心与旋转中心的重合问题仍未解决。

本发明公开了一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。可以实现倾斜角度同时精准调节，实现光纤轴心与旋转机构中心校准，并且同时实现多个弧形锥体光纤端研磨。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、操作容易、高效率的、可实现光纤沿轴心旋转且同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。

本发明的实现方法为：

一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置是由夹盘1、同轴性调节装置2、装置调节柱3、调节块4、旋转装置5和步进电机6组成。所述***中旋转装置5通过连接履带由步进电机6控制，调节块4将旋转装置5和步进电机6固定在夹盘上，同轴性调节装置2固定于旋转装置5，上在步进电机6的带动下可改变倾斜角度，整个装置由装置调节柱3与固定架8连接。

弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置可实现弧形锥体光纤端研磨，步进电机6可精准控制同轴性调节装置的倾斜程度，同时在研磨过程中可通过程序控制同轴性调节装置在一定角度往复运动，从而实现弧形锥台研磨。

同轴性是指光纤在电机转动的过程中，光纤的中心与旋转中心的重合程度，同轴性越好，光纤中心与旋转中心的重合度程度越高。同轴性调节装置，采用带孔步进电机控制装置自转。

装置调节柱3有凸起且可伸缩带弹簧的小球，与光纤研磨装置的固定架8连接(图8所示)。保证光纤研磨夹盘可旋转，每次旋转均以弹簧小球转动到下一个卡槽为基准，以便于对光纤同轴性的调节。

同轴性调节装置2的下端采用一种可置入多个精细螺栓的尾管，通过精细螺栓的微调实现同轴性的调节。

本装置通过两个电机的组合实现弧形锥体端的研磨，其中同轴性调节装置3自带的电机为通孔电机，其作用是带动光纤自转；步进电机6通过履带与旋转装置5连接，从而实现光纤在某一角度附近扫动。最终获得优良的弧形锥体光纤端。

(四)附图说明

图1是光纤研磨装置整体示意图，一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置是它由夹盘1、同轴性调节装置2、装置调节柱3、调节块4、旋转装置5和步进电机6组成。

图2是夹盘1。

图3是同轴性调节装置，2-1是光纤固定夹具，2-2是通孔电机，2-3用于同轴性的微调。

图4是旋转同轴性调节装置2的步进电机6

图5是由调节块4、旋转装置5和步进电机6的组合。通过调节块4将改***固定于夹盘1上，步进电机6通过履带带动旋转装置5旋转，从使得研磨时光纤可在某一角度附近扫动。

图6一根同轴双波导光纤的锥体研磨步骤及研磨之后的效果图，图6d)中的角度θ代表研磨的锥角角度。

图7是光纤与同轴性调节装置2的装配图。

图8是一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置工作时的示意图，前方放置一个置于三维位移调节平台上的竖直向上的相机7-1，用于调节光纤同轴性；同时在研磨机的侧面放置一个置于三维位移调节平台的水平正对研磨盘的相机7-2用于观测调节光纤夹角。

图9是光纤置入同轴性调节装置2的示意图，10是光纤，11-1是毛细钢管，11-2是毛细钢管外的一个柱形体，装入同轴性调节装置3后恰好在同轴性调节装置3的尾管处，尾管的精细螺栓的调节可以实现光纤中心的微调，12是陶瓷插芯，与毛细钢管11连接

(五)具体实施方式

下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。

图8给出了一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置，其正下方放置研磨机。前方放置一个置于三维位移调节平台上的竖直向上的相机7-1，用于观察光纤同轴性；同时在研磨机的侧面放置一个置于三维位移调节平台的水平正对研磨盘的相机7-2用于观察光纤研磨夹角。

图9是研磨前的准备工作，首先准备所需研磨光纤，尾端剥去涂覆层，在切割并用酒精擦拭后置于陶瓷插芯12中，陶瓷插芯12与不锈钢毛细管11连接，光纤其余部分穿过不锈钢毛细管，最后置于同轴性调节装置2中，效果如图7所示。

转动夹盘调节柱4，由步进电机6控制同轴性调节装置2旋转直到竖直向下即停止，调节相机7-1位置。使得相机7-1与某一同轴性调节装置2的旋转中心处于同一直线上。此时通过相机7-1观察此同轴性调节装置2自转时光纤的同轴性，通过调节尾管2-3的精细螺栓，直至光纤轴心时与旋转中心一致，完成光纤同轴性调节。

完成第一个同轴性调节装置的调节后，转动装置调节柱3，使得下一个同轴性调节装置处于相机7-1正上方，重复上述步骤，完成所有光纤同轴性调节。

当完成同轴性的调节之后，启用侧面放置的相机7-2，通过步进电机6调节光纤倾斜角度。随后降低光纤研磨装置整体的高度，在相机7-2画面中观测，使得光纤端与研磨盘平面充分接触，完成以上工作之后开启研磨机，研磨流程如图6所示。最终将获得多个角度相等且同轴性好的具有弧形锥体尾端的光纤。

Claims (3)

1.一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。其特征是：它由夹盘1、同轴性调节装置2、装置调节柱3、调节块4、旋转装置5和步进电机6组成。所述***中步进电机6由履带控制旋转装置5，调节块4将旋转装置5和步进电机6固定在夹盘上，同轴性调节装置2固定于旋转装置5上在步进电机6的带动下可改变倾斜度；同轴性调节装置2所夹持光纤的轴心与旋转中心重合，与研磨盘接触，由其自身电机带动旋转，并由步进电机6带动在某一位置扫动，从而获得同轴性优良的弧形锥体光纤端。

2.根据权利要求1所述的弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置可实现弧形锥体光纤端研磨，其方法是：步进电机6精准控制同轴性调节装置2的倾斜角度，同时在研磨过程中可通过程序控制同轴性调节装置在一定角度范围往复运动，从而实现弧形锥台研磨。

3.一种可同时完成多个弧形锥体光纤端研磨的光纤研磨装置的同轴性调节装置2，在同轴性调节装置2的尾端采用一种可置入多个精细螺栓的尾管，通过精细螺栓的微调实现同轴性的调节。