[发明专利]一种激光处理晶体光纤表面的抛光方法

说明书

本发明涉及了一种激光处理晶体光纤表面的抛光方法，属于激光加工领域。本发明方法属于非接触式抛光，工作环境简单，无辅助抛光药剂，能够灵活进行三维曲面抛光，实现微小区域局部抛光，适合对超硬、脆性材料进行精密抛光，在抛光过程中可以实时调整激光器的扫描速度，进行精准抛光，有效地减小晶体光纤表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体是一种激光处理晶体光纤表面的抛光方法。

背景技术

晶体光纤兼具晶体的高熔点、良好的热导率和机械强度、低非线性效应和光纤的结构等特点，具有大的比表面积和优秀的热管理能力，理论计算表明其具有高于玻璃光纤两个数量级以上的单模极限输出功率。晶体光纤应用涉及到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器等方面，但是目前的应用效果并不理想，其中一方面原因在于高温制备过程中，晶界开槽会导致晶体光纤表面粗糙度较大，从而使晶体光纤在应用中存在较严重的散射损耗，极大降低了晶体光纤的输出功率。为了减小散射损耗，需要对晶体光纤表面进行抛光处理，但是晶体光纤属于脆性材料，外力作用下，很小的变形都容易使晶体光纤断裂，所以晶体光纤表面抛光一直是一个难题。

常用的抛光方法主要为机械抛光、化学抛光、流体抛光和磁研磨抛光等，机械抛光属于接触式抛光，对大尺寸晶体有良好的抛光效果，但是细小晶体光纤抛光过程中容易折断，化学抛光需要用到化学试剂，具有一定的危险性和污染问题，其他抛光方法也都存在诸如折断、表面划痕、抛光效果差和抛光效率低等问题。

激光抛光作为一种非接触式抛光方法，其优势在于可以进行选区和微小区域抛光，适应复杂结构抛光，无需使用抛光磨具、抛光研磨料和抛光液，适合超软、超硬、脆性材料抛光。激光抛光一般是利用连续波长激光聚焦在短时间内产生的热效应，通过熔化蒸发去除表面材料，但是热效应过大，会产生较大热应力，材料就容易产生裂纹，抛光效果较差，适用于粗抛光。

但是晶体光纤直径细小，过大的激光能量会造成光纤断裂、表面裂纹等问题，过大的扫描速度无法起到抛光作用，过小的扫描速度又容易造成新的表面缺陷，而且晶体光纤表面粗糙度不一致，会存在抛光不均匀的现象。所以为了得到高质量的晶体光纤，需要激光抛光产生的热效应和热应力可以忽略，抛光后晶体光纤无裂纹，而且需要有晶体光纤表面的激光检测系统，以反馈激光器控制系统实时调整激光器工作参数，进行精准抛光，获得表面平整，抛光均匀的晶体光纤。

基于此，为了解决晶体光纤的抛光问题，本发明提供了一种能够有效减小晶体光纤表面粗糙度的激光抛光方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种晶体光纤表面抛光的激光抛光方法，该方法不仅可以有效提高抛光效果，同时不需要借助抛光粉、抛光液等，有利于环境保护，而且可以根据晶体光纤表面缺陷模型实时调节激光器工作参数，解决晶体光纤断裂、表面划痕、抛光不均匀、出现新缺陷等问题。

本发明提供了一种处理晶体光纤表面的激光抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将待抛光晶体光纤放置在有机溶剂中，然后利用超声清洗设备进行清洗，清洗完成后进行干燥处理，并采集晶体光纤表面显微图像；

步骤二：将待抛光晶体光纤固定在抛光设备上，进行晶体光纤表面的激光检测，建立晶体光纤表面轮廓线模型；

步骤三：根据步骤二中模型设置激光器初始工作参数，沿扫描路径对所述待抛光晶体光纤进行表面抛光；

其中，步骤一所述的超声清洗的目的在于可以采用酒精、丙酮、乙酸乙酯、甲苯或二甲苯去除晶体光纤表面粘附的油污、粉末碎屑等杂质。

其中，步骤二中所述的表面激光检测可以建立晶体光纤的表面轮廓线模型，分辨率达到0.01μm。表面粗糙度的计算是根据取样长度的表面轮廓线通过中线分成上下面积相等的两部分，轮廓的表面粗糙度为式中l为取样长度，y为轮廓距中线的距离。