本發明涉及傳能光纖制造加工技術，特別是涉及一種增加光纖損傷閾值的激光預處理方法。

背景技術：

隨著集成電路、精密儀器、信息技術的發展，人們對加工精度、加工速度有了更高的要求，激光逐漸地廣泛應用于各個加工領域。早期的激光加工系統利用空間光路將高能激光傳輸到工件部位并聚焦，實現激光切割、激光焊接、激光涂覆等功能，但是空間光路具有抗震性差、聚焦光斑大、工作環境要求高等缺點，而光纖具有柔性好、安全性高、堅固耐用等優點，所以光纖成為空間光路的理想代替品，傳能光纖獲得了極大的發展。隨著現代工藝對激光功率水平的需求不斷提高，光學元件損傷已經成為了限制激光功率提升的重要因素。在激光器輸出端，高功率激光通過透鏡匯聚為高能光斑后耦合輸入到傳能光纖中去，為確保激光能量較好的耦合進光纖中去，光斑尺寸要小于傳能光纖纖芯尺寸的2/3。激光在聚焦后的光斑區域形成一個強電場，光纖端面的高吸收率雜質、缺陷和氣體中的微顆粒在激光作用下很快汽化、電離，并調制增強了局部光電場，促進了等離子體的產生；最終，由于激光的熱效應、多光子吸收效應和場效應，導致光纖端面的損傷。光纖入射端面的損傷會導致耦合效率的下降，甚至產生回光，損壞激光器，所以，提高光纖端面的損傷閾值是優化高能激光系統的重要手段。

技術實現要素：

鑒于現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種增加光纖損傷閾值的激光預處理方法。

本發明采取的技術方案是：一種增加光纖損傷閾值的激光預處理方法，該方法包括以下步驟：

（1）、搭建傳能光纖預處理系統

使用CO₂激光器、He-Ne激光器、二色鏡、隔離器、分光鏡、聚焦透鏡、第一功率計、第二功率計、光學支架、五維調整架搭建傳能光纖預處理系統；光學支架用于固定CO₂激光器、He-Ne激光器、二色鏡、隔離器、分光鏡、聚焦透鏡、第一功率計和第二功率計；五維調整架用于固定傳能光纖；系統分為橫向光路與縱向光路，橫向光路的器件從前向后依次為CO₂激光器、二色鏡、隔離器、分光鏡、聚焦透鏡、第一功率計，縱向光路的器件包括He-Ne激光器和第二功率計兩部分；CO₂激光器位于橫向光路的最前端；He-Ne激光器位于橫向光路的垂直方向，位于二色鏡的上方，用于發出可見光，方便人眼觀測調節光路；二色鏡與光束軸線呈-45°夾角，用于將CO₂激光器和He-Ne激光器的輸出光合并為一束同軸激光；隔離器由起偏器、法拉第旋轉鏡和檢偏器組成，位于二色鏡之后，用于阻擋回光保護激光器；分光鏡位于隔離器之后，與光束軸線呈45°夾角，用于將光束分為能量比99:1的兩束光；第二功率計位于橫向光路的垂直方向，位于分光鏡的上方，用于接收探測分光鏡反射的低能量光束；聚焦透鏡位于分光鏡之后，用于將高能量光束會聚為聚焦光斑；用于固定傳能光纖的五維調整架位于聚焦透鏡之后；第一功率計位于傳能光纖之后，用于接收探測通過傳能光纖的光束能量。

（2）、獲得待處理傳能光纖端面

第一步、使用光纖切割刀切割傳能光纖，獲得傳能光纖初始端面；

第二步、使用光纖研磨機對傳能光纖端面進行粗糙度的研磨；

第三步、使用CeO₂拋光粉磨料對傳能光纖端面進行拋光；

第四步、使用去離子水沖洗傳能光纖端面，使用超聲酒精清洗傳能光纖端面；

第五步、使用SEM顯微鏡檢查傳能光纖端面，檢查合格后將其固定于五維調整架上。

（3）、打開He-Ne激光器，調節五維調整架，使傳能光纖端面與光束軸線垂直且傳能光纖端面中心與聚焦透鏡聚焦后的光斑中心相重合；關閉He-Ne激光器，打開CO₂激光器，將CO₂激光器輸出功率設為1W，利用遠紅外轉光片判斷聚焦光斑的大小、位置，調節傳能光纖端面，使傳能光纖端面中心與聚焦光斑中心相同，且聚焦光斑尺寸覆蓋傳能光纖的纖芯，關閉CO₂激光器；

（4）、打開CO₂激光器，CO₂激光器輸出功率由0W增加至30W，然后再將CO₂激光器輸出功率由30W降低至0W；

（5）取下該傳能光纖，進行下一個傳能光纖端面的預處理。

本發明產生的有益效果是：本方法通過提高傳能光纖的損傷閾值，解決了高能激光傳輸系統的能量瓶頸問題；通過二氧化碳激光器預處理傳能光纖端面，減少其表層和亞表層的微缺陷，增加了損傷閾值。

附圖說明

圖1為本發明的傳能光纖預處理系統的俯視示意圖；

圖2為本發明的傳能光纖預處理系統的正視示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

參照圖1和圖2，一種增加光纖損傷閾值的激光預處理方法，該方法包括以下步驟：

（1）、搭建傳能光纖預處理系統

使用功率調諧范圍為0-50W的CO₂激光器1、He-Ne激光器2、二色鏡3、隔離器4、分光鏡5、聚焦透鏡6、第一功率計8、第二功率計9、光學支架11、五維調整架12搭建傳能光纖預處理系統；如圖1所示，系統分為橫向光路與縱向光路，橫向光路的器件從前向后依次為CO₂激光器1、二色鏡3、隔離器4、分光鏡5、聚焦透鏡6、第一功率計8，縱向光路的器件包括He-Ne激光器2和第二功率計9兩部分；He-Ne激光器2位于橫向光路的垂直方向，位于二色鏡3的上方，用于發出可見光，方便人眼觀測調節光路；二色鏡3與光束軸線10呈-45°夾角，用于將CO₂激光器1和He-Ne激光器2的輸出光合并為一束同軸激光；隔離器4由起偏器、法拉第旋轉鏡和檢偏器組成，位于二色鏡3之后，用于阻擋回光保護激光器；分光鏡5位于隔離器4之后，與光束軸線10呈45°夾角，用于將光束分為能量比99:1的兩束光，高能量的光束沿著橫向光路向前傳播，低能量的光束沿縱向光路發射，被第二功率計9接收探測；第二功率計9位于橫向光路的垂直方向，位于分光鏡5的上方，用于接收探測分光鏡5反射的低能量光束；聚焦透鏡6位于分光鏡5的后方，用于將高能量光束會聚為聚焦光斑并輻照到傳能光纖端面7-1；用于固定傳能光纖7的五維調整架12位于聚焦透鏡6之后；第一功率計8位于傳能光纖7之后，用于接收探測通過傳能光纖7的光束能量。

調節各光學元件，確保各光學元件的中心處于同一水平面上，且平行于光學平臺；可調諧CO₂激光器1與He-Ne激光器2的輸出光通過二色鏡3合為同軸光束，光束通過隔離器4后被分光鏡5分為能量99:1的兩束光，低能量的光束反射后被第二功率計9接收探測，高能量的光束被聚焦透鏡6會聚后輻照到傳能光纖端面7-1，經過傳能光纖7的光能被第一功率計8接收探測。

（2）、獲得待處理傳能光纖端面

選擇中國電子科技集團公司第四十六研究所生產的1000/1100規格的傳能光纖7，使用VYTRAN公司的LDC400A型號光纖切割刀切割傳能光纖7，獲得初始傳能光纖端面7-1；使用光纖研磨機對傳能光纖端面7-1進行粗糙度5微米的研磨；使用500目CeO₂拋光粉磨料對傳能光纖端面7-1進行拋光；使用去離子水沖洗傳能光纖端面7-1，使用超聲酒精清洗傳能光纖端面7-1，確保傳能光纖端面7-1無雜質附著；使用200倍SEM顯微鏡檢查傳能光纖端面7-1；檢查合格后將其固定于五維調整架12上。

（3）、打開He-Ne激光器2，調節五維調整架12，使傳能光纖端面7-1的纖芯中心與聚焦透鏡6聚焦后的光斑中心重合；關閉He-Ne激光器2，打開CO₂激光器1，將CO₂激光器1輸出功率調到1W，利用遠紅外轉光片判斷聚焦光斑的大小、位置，調節傳能光纖端面12-1，使傳能光纖端面12-1中心與聚焦光斑中心相同，且聚焦光斑尺寸覆蓋傳能光纖纖芯，關閉CO₂激光器1。

（4）、打開CO₂激光器1，CO₂激光器1輸出功率由0W增加至30W，然后再將CO₂激光器1輸出功率由30W降低至0W。

（5）取下該傳能光纖7，進行下一個傳能光纖端面7-1的預處理。

本方法搭建傳能光纖預處理系統中的二色鏡3、隔離器4、分光鏡5、聚焦透鏡6均為基材硒化鋅的光學器件。

本方法搭建傳能光纖預處理系統中的聚焦透鏡6的焦距為40mm-200mm。本實施例采用的聚焦透鏡6的焦距為50mm。

本方法在步驟（4）中，以1W、1.5W或2W功率為步長，將CO₂激光器1的輸出功率由0W增加至30W，每個功率值的持續輻射時間為5s-10s；然后再以2W、2.5W或3W功率為步長，將CO₂激光器1的輸出功率由30W降低至0W，每個功率值的持續輻射時間為4s-8s。本實施例在步驟（4）中，以1W功率為步長，將CO₂激光器1的輸出功率由0W增加至30W，每個功率值的持續輻射時間為5s；然后再以2W功率為步長，將CO₂激光器1的輸出功率由30W降低至0W，每個功率值的持續輻射時間為4s。

本方法采用傳能光纖預處理系統的原理：可調諧CO₂激光器與He-Ne激光器的輸出光通過二色鏡合為同軸光束，光束通過隔離器后被分光鏡分為能量99:1的兩束光，低能量的光束反射后被第二功率計接收探測，高能量的光束被聚焦透鏡會聚后輻照到傳能光纖端面，經過傳能光纖后被第一功率計接收探測；利用He-Ne激光器和CO₂激光器調節傳能光纖端面位置，使光纖端面與入射光軸線垂直，且聚焦光斑尺寸覆蓋傳能光纖纖芯；調節CO₂激光器的輸出功率，以1W為步長將CO₂激光器功率由0W增加至30W，每個功率值的持續輻射時間為5s；以2W為步長將CO₂激光器功率由30W降低至0W，每個功率值的持續輻射時間為4s；最后，獲得預處理傳能光纖端面。

由上述實施例可以看出，本發明采用了二氧化碳激光器輻射光纖端面的預處理方法，解決了光纖端面損傷的能量瓶頸問題。