[发明专利]一种提高软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度的低温熔接方法

说明书

本发明公开了一种提高软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度的低温熔接方法，属于特种玻璃光纤技术领域，具体是选用加热温度连续可调的特种玻璃光纤熔接系统，将处理好的软玻璃光纤与石英光纤分别固定在光纤熔接系统的两个夹具上，将加热区移至软玻璃光纤一侧，通过设置光纤参数，可实现石英光纤与软玻璃光纤之间的高强度熔接。该方法可有效降低熔接点的残余应力提高熔接点强度；在熔接完成后，退火处理，进一步降低熔接点的残余应力实现熔接点强度提升；本发明利用低温熔接方法实现的软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度高，稳定性好、插入损耗低，可用于研制基于软玻璃光纤的稳定可靠中红外波段全光纤化高功率光纤激光器和宽波段/新波段光纤放大器。

技术领域

本发明属于特种玻璃光纤技术领域，具体涉及一种提高软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度的低温熔接方法。

背景技术

光纤放大器与激光器在基础科学研究、光通信、生物医疗、环境监测、遥感成像、红外对抗等关系国防安全和国计民生的领域都有着广泛的应用。目前光纤放大器和激光器研制所选用的介质材料主要为石英光纤。但受石英玻璃材料透过窗口的限制，传统石英光纤不能用于研制中红外波段(2.5μm)光纤激光器。为满足应用需求，研究者开发出在中红外波段具有低传输损耗的软玻璃光纤(包括碲酸盐玻璃、氟碲酸盐玻璃、氟化物玻璃以及硫系玻璃光纤等)用以研制中红外波段光纤激光器。

目前，利用上述软玻璃光纤作为增益介质，已实现平均功率数十瓦量级中红外光纤激光输出。但是由于软玻璃光纤材料的转变温度普遍偏低，与石英光纤材料的玻璃转变温度相差较大，软玻璃光纤与石英光纤之间的低损耗、高稳定性熔接技术是研制实用化全光纤高功率中红外激光器所急需解决的问题。

在软玻璃光纤与石英光纤之间熔接技术研究方面，研究者考虑石英光纤耐热温度高，在光纤熔接过程中，提出将加热区移至石英光纤一侧，通过热扩散的方式，形成温度梯度，当软玻璃光纤处温度达到熔接温度后，即可实现石英光纤与软玻璃光纤之间的熔接。但是由于两类玻璃材料热学性质差别较大，熔接点残余应力大、强度低、稳定性差、易碎，在激光应用，特别是高功率光纤激光应用中，熔接点易断开，影响光纤激光系统的稳定性和可靠性。因此，为满足应用需求，探索提高软玻璃光纤与石英光纤之间熔接点的机械强度和稳定性的方法具有非常重要的意义。

发明内容

由于软玻璃光纤材料热膨胀系数大，在加热过程中，产生的形变较大导致其与石英光纤熔接点的残余应力大、强度低，为了提高软玻璃光纤与石英光纤之间熔接点的机械强度和稳定性，本发明提供了一种提高软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度的低温熔接方法，该方法是将加热源偏置于软玻璃光纤一侧，降低熔接系统加热温度，结合窄温区加热技术，减小软玻璃光纤与石英光纤在熔接过程中所产生的形变量，实现熔接点残余应力的降低；进一步熔接过程结束后，调整加热温度至软玻璃光纤材料的转变温度附近，对熔接点进行退火处理，实现熔接点残余应力进一步降低及熔接点强度的提升。该低温熔接方法可用于研制稳定可靠的全光纤化高功率中红外光纤激光器。

本发明通过如下技术方案实现：

一种提高软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度的低温熔接方法，具体是选用加热温度连续可调的特种玻璃光纤熔接系统，将处理好的软玻璃光纤与石英光纤分别固定在光纤熔接系统的两个夹具上，将加热区移至软玻璃光纤一侧，通过设置光纤参数，即可实现石英光纤与软玻璃光纤之间的高强度熔接。

进一步地，所述光纤参数包括清洁通光功率、清洁通光时长、光纤预熔功率、光纤预熔时间、主熔通光功率、主熔通光时长、光纤端面间距离及推进距离重叠。

一种提高软玻璃光纤与石英光纤间熔接点强度的低温熔接方法，具体包括如下步骤：

步骤1：使用无尘纸蘸取酒精将光纤表面擦拭干净，放置于特种玻璃光纤切割机的夹具上进行切割；然后使用超声清洗机对光纤端面进行超声清洗，保证光纤端面平整、清洁；

步骤2：将处理好的软玻璃光纤与石英光纤分别固定在光纤熔接系统的两个夹具上，将加热区移至软玻璃光纤一侧，设置相关加工参数；