光纤拼接和成形：环形CO2激光束推动光纤加工进展

　　为了进行精确检测，必须在不会对空心光纤脆弱内部结构造成损坏的前提下完成拼接，同时仍能获得较高的拼接强度（见图2）。在加热过程中，空心光纤的内部结构通常会塌陷，因此要对加热实现很好的控制，以便只能影响到光纤的外层结构。同时，由于这些传感器是用于现场使用的，所以接头必须质地坚硬。实现这一目的的最好方法是确保光纤周围一直具有相同的强度，而

　　图3. 光子晶体光纤（PCF）被拼接到端盖上时的分阶段显示；当光纤看起来非常坚固（最右边）时，该结构已经塌陷了。（图片来源：Fraunhofer IOF）

　　Fraunhofer IOF使用Smartsplicer来演示光子晶体光纤（PCF）与标准光纤的拼接。虽然PCF的内部结构与中空光纤不同，但面临的基本挑战仍然是一样的：使用受控激光加热法，确保光纤结构塌陷的可控（见图3）。在拼接过程中，大部分光纤在拼接点附近塌陷。随着拼接过程的进行，光纤的边缘被熔合到端盖上，光纤的内部结构即使是拼接界面也是完整的（见图4）。

　　图4. 位于端盖和光子晶体光纤之间完整的拼接界面。（图片来源：Fraunhofer IOF）

　　因为能够在光纤周围形成熔丝，所以该接头的机械稳定性仍然很高。这些实验表明，环形激光束能实现对制造这种精密部件所需所有工艺的最佳控制。

　　如果大量的功率通过光纤，那么封端过程就显得非常重要。当光线从光纤射向空气中时，空气光纤界面会散射光线。如果这种散射集中在小尺寸光纤上，功率的集中很容易损坏该光纤。因此，通过增加一个端盖，光线可以在进入空中之前分散在一个更大的区域。当然，只有在光纤被拼接到端盖的情况下才能起作用，从而在该界面处没有光被散射。因此，接头完全无污染并且光纤均匀附着是非常重要的。对于高激光功率而言，迄今为止只有CO2激光拼接技术才能实现。

　　由于入射角受控制的环形激光束的设置，下拼接表面的尺寸实际上是无限制的。因此，端盖的尺寸甚至是形状对于拼接过程来说几乎是不相关的。随着激光器功率的增加，拼接更大的端盖变得越来越重要。

　　由于环形的尺寸和厚度也很容易变化，所以可以实现非常小和非常大尺寸光纤的加工。由于该环形可以进行调整，只有在光纤附着的区域才能实现精确和均匀的加热。这样一来，端盖的其余部分不受干扰，并且意味着潜在的抗反射（AR）涂层或其他功能不会被损坏。

　　Fiberguide Industries公司一直使用Smartsplicer技术来成功地连接不同尺寸的光纤和端盖，例如将直径为400μm的光纤拼接到直径为10 mm的端盖（见图5）。由于光束设置的本质，已经实现了几厘米直径表面的拼接。Fiberguide还在600μm光纤上生产了直径为800μm的球形透镜，最终直径达到了10μm的精度，直线μm；与传统技术相比，这是一个极大的改进。

　　图5. 将直径为400μm的光纤拼接到直径为10mm的端盖上（a），在直径为600μm的光纤的端部制作直径为800μm的球形透镜（b）。（图片来源：Nyfors、Fiberguide Industries）