3クラッドファイバーポンプストリッパーの製造におけるCO2レーザーアブレーション技術の適用
工業用グレードの高出力連続ファイバーレーザーの急速な発展に伴い、従来の20 / 400umおよび25 / 400umファイバーでは、5KWを超える単一ファイバー出力を達成することは困難です。単一ファイバーの出力値を上げる必要がある場合は、現在の主流の解決策は、樹脂材料の代わりに石英材料を使用したトリプルクラッドファイバーがゲインファイバーとして使用されていることです。 この構造の出力ファイバも、整合したトリプルクラッドファイバを使用する必要があります。 ポンプ光は光ファイバの内部クラッドを透過するため、トリプルクラッドファイバは外部クラッドとして石英材料を使用します。ポンプストリッパーを作成する場合、内部クラッドを処理する前に、石英の外部クラッドを完全に破壊する必要があります。 したがって、ポンプストリッパーの製造プロセスと難易度は、従来のダブルクラッドファイバーよりもはるかに困難です。
1.取り外し方法
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高屈折率光ガイド材料のコーティング、フッ化水素酸腐食、軟質金属充填など、クラッド光を除去する方法はたくさんあります。現在、業界で一般的に使用されている方法は、フッ化水素酸エッチングと二酸化炭素レーザー溝法です。ただし、化学エッチング・ノッチング法で加工した光ファイバは、強度に大きく影響し、強度が低下し、破損しやすくなります。さらに、化学溶剤は、人体に有害な化学腐食法を使用するとある程度毒性があります。
トリプルクラッドファイバーの表面に二酸化炭素アブレーションプロセスを使用して穴を開け、6.3dB / cmのストリッピング効率を得ることができます。処理後、ストリッパーの引張強度は60Nを超え、最小曲げがあります。半径は8cm未満にすることができます。
2.処理装置
ポンプストリッパーの製造に使用している機械はフジクラLZM-120A +で、主にファイバースプライシング、テーパー、ボール燃焼に使用される従来のフュージョンビームに加えて、アブレーションビームも備えているのが特徴です。
炭酸ガスレーザービームは、最初に約10mmに拡大し、次に直径約60µmの小さなスポットに焦点を合わせます。集束されたレーザービームは、ファイバーの石英層を直接アブレーションするのに十分なパワー密度を提供します。このシステムは、高精度モーターを使用してCO2レーザービームを正確に制御します。炭酸ガスレーザーを使用すると、ビームはファイバーに向かって、平行に、または垂直に移動できます。光ファイバは、縦方向（光ファイバに平行な方向）に同時に連続的に回転・移動することができます。また、特定の範囲内で上下に移動したり、落下したりすることもできます。光ファイバとCO2レーザービームの動き、レーザー出力と時間はすべて正確に操作できるため、LZM-120A +での完全自動CLS製造プロセスを実現します。
3つ目は、最適化プロセスです。
このテスト用に選択されたファイバーは、nLIGHTトリプルクラッドファイバーパッシブ-34/460 / 530DCです。クラッドはレーザーアブレーションプロセスによって処理され、さまざまな方法が分散実験で比較されます。詳細は次のとおりです。
5000mwカラス対策 レーザー
この方法の剥離効率は6.8dB / cmです。距離を伸ばすと20dB以上の剥離効率に達する可能性がありますが、ファイバが壊れやすく、加熱温度が高すぎるという問題があります。実用的なアプリケーションには適していません。したがって、処理は実行されなくなります。
b）光ファイバー横溝法
光ファイバにリングを刻印する方法により、リング全体が軸方向のファイバ構造を破壊するため、破損しやすくなります。リング全体がファイバ構造に損傷を与えないようにするために、ファイバーの軸に沿って溝を刻んでポンプを作ります。ストリッパーは、光ファイバーの軸方向の損傷を回避し、光ファイバーの強度を高めることができます。
実際の測定結果では、ダブルクラッドファイバに3本の直線溝が刻まれており、深さは約72um、長さは1cmです。溝の数が少ないため、剥離率は低くなりますが、ファイバの外観は異なります。不均一でバリがあります。低電力で温度が30°Cを超えました。このプロセス条件下では、光ファイバの強度はリング彫刻法よりもはるかに高く、光ファイバは簡単に破損しません。ただし、外観と効率が悪いため、このソリューションは破棄されました。
c）光ファイバースパイラルドリル法
リング彫刻法と横溝法に基づくファイバークラッドへの継続的な損傷は、不均一なバリのあるファイバーの外観を引き起こし、ファイバーの強度に影響を与え、より高い温度上昇を引き起こします。ファイバークラッドの表面への継続的な損傷を回避するために、出力パワーと持続時間によってファイバーのパーフォレーションの深さを制御し、速度によって穴の密度と間隔を制御するスパイラルパーフォレーションプロセスを設計しました。スイープモーターと回転モーター。
打ち抜き法は6.3dB / cmの剥離効率を達成でき、溝法に比べて温度が大幅に低下します。ポンプ出力が76Wの場合、温度は約31℃で、溝法よりも外観が滑らかです。 。多くあり、溝法よりも強度がはるかに強いのですが、その後、リングカット法とパンチ法の強度比較実験を行いました。
第四に、繊維強度の比較
工業用レーザー製品では、剥離効率の指標に加えて、繊維の強度もデバイスの安定性を測定するための重要な要素です。リング彫刻法とパンチング法の機械強度を比較しました。実際の使用シナリオで状況をテストします。両方のソリューションは3.5cmの長さでテストされており、ストリッピング効率は20dB以上に達する可能性があります。使用する引張装置は、日本のフジクラのCT106 +大径カッティングナイフであり、最大引張力は100Nに設定できます。装置の左右のクランプは、ファイバーが滑らないように適切なクランプ力でファイバーをクランプするように設定できます。テスト中、侵食された部分は空中に浮遊し、左右のクランプはの両側をクランプします。それぞれ繊維に張力をかけ、繊維が破損するまで張力をかけ、試験の張力値を記録します。
ファイバーレーザーシステムでは、張力に加えてファイバーを曲げる必要があることが多いため、ファイバーの最小曲げ半径もファイバーの強度を測定するための重要な指標であるため、エッチングされたファイバー。光ファイバの一端を固定し、光ファイバをファイバリングに巻き付け、ファイバが破損するまで張力を加えることによりファイバリングを連続的に縮小します。ファイバが破損したときのファイバリングの直径を記録します。は最小曲げ直径です。
V.結論
レーザーアブレーション法は、化学試薬法により人体への危害のリスクを回避し、より安全で信頼性の高い光ファイバー処理法です。今回は、レーザーアブレーション法を使用して、トリプルでファイバーポンプストリッパーを製造します。異なる方法を比較することにより、穿孔法は、ストリッピング効率を確保するという前提条件の下でファイバーの高強度を実現することができ、これはファイバーレーザーの信頼性を改善するためにより有利である。侵食設計スキームの最適化を継続することで、より良い実験結果が得られることも期待されます。