張冬梅，孫偉雄，周巧林，張恩隆

（江蘇法爾勝光電科技有限公司，江蘇 無錫 214433）

1 研究背景

集束能量光纖組件是全激光顯示系統(tǒng)的核心部件，由多根大芯徑能量光纖集束封裝而成，它的作用是提供柔性傳輸通道，完成顯示系統(tǒng)高功率穩(wěn)定光源的整合。集束端制備是該組件制作中最重要環(huán)節(jié)，制備效率與合格率直接影響著組件的批量化生產(chǎn)。在現(xiàn)有制備工藝中，采用無機(jī)膠水粘接的方式對(duì)大芯徑能量光纖進(jìn)行集束封裝，而無機(jī)膠水由于固化后強(qiáng)度不高，無法保證對(duì)集束端光纖保護(hù)的充分性，并且研磨時(shí)可能有膠塊脫落而參與到研磨過程中，影響研磨效果和效率。

采用金屬化光纖，并通過超高頻感應(yīng)加熱實(shí)現(xiàn)集束封裝的制備工藝，可以根本解決由于無機(jī)膠水自身特性產(chǎn)生的系列問題，同時(shí)增強(qiáng)可操作性，從而提高組件產(chǎn)能。

2 研究方法及試驗(yàn)過程

試驗(yàn)方案：

2.1 光纖金屬化

選取集束光纖連接器的核心原材料——大芯徑能量光纖，規(guī)格為芯徑400μm，包層420μm。在光纖一端剝除所需長(zhǎng)度的涂覆層，然后進(jìn)行一系列表面預(yù)處理，鍍上一層金屬鎳，鍍層理想厚度為8～10μm。在實(shí)際過程中，發(fā)現(xiàn)大部分鍍層比較光滑，但少數(shù)存在微孔。此外，鍍層厚度的一致性無法保證和控制——這在研磨并進(jìn)行端檢后可以看出。金屬化光纖及端面示意圖，如圖1，圖2。

圖1 金屬化光纖

圖2 金屬化光纖端面示意圖

2.2 金屬化光纖成束

對(duì)步驟1完成的金屬化光纖進(jìn)行清潔處理后，仿照現(xiàn)有集束端組裝工藝，將光纖穿入所需尺寸的內(nèi)孔正六邊形硅膠夾具中并微調(diào)，得到所需的束狀排列。輕緩調(diào)整光纖前后位置，對(duì)齊前端，然后調(diào)整硅膠至距前端約6cm處，如圖3。

圖3 光纖束硅膠夾具束型圖

2.3 高頻感應(yīng)加熱

2.3.1 直接感應(yīng)加熱

用一對(duì)內(nèi)腔也是正六邊形的陶瓷夾具固定光纖束，位置距前端2cm處，如圖4。接著使用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，對(duì)陶瓷夾具之前的金屬光纖部分進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱，使其達(dá)到熱熔成型的效果，以取代現(xiàn)有封裝工藝中的膠粘方式。從工藝流程上可以看出，金屬化光纖封裝具有效率高，可操作性強(qiáng)，光纖無損傷且易于排列等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是在按照設(shè)想進(jìn)行試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期不一致：將光纖束前端置于感應(yīng)線圈之中，在高頻交變磁場(chǎng)作用下，光纖表面的鍍鎳層金屬并沒有熱熔，這說明鎳層中沒有感應(yīng)出使之產(chǎn)生大量焦耳熱的渦電流，如圖5。

圖4 光纖束陶瓷夾具束型圖

圖5 直接感應(yīng)加熱

分析：金屬化光纖鍍鎳厚度為10μm左右，與進(jìn)行感應(yīng)加熱的一般金屬材料相比，顯然很薄，加之光纖直徑相對(duì)較細(xì)，整個(gè)金屬的體積量就很小，這可能就是直接感應(yīng)加熱無法感應(yīng)生成渦電流的原因。

2.3.2 在前端纏繞鋁絲后再進(jìn)行感應(yīng)加熱

鑒于第一種加熱方式的結(jié)果分析，制定第二種感應(yīng)加熱方案：在鍍鎳層外面纏繞鋁絲后再進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱。試驗(yàn)結(jié)果：鋁絲熔化而鍍層仍舊沒有變化，如圖6。

圖6 前端纏繞鋁絲后進(jìn)行感應(yīng)加熱

分析：在光纖束外圈纏繞鋁絲，只是增大了感應(yīng)對(duì)象的外側(cè)金屬體積，且鋁絲與鍍層兩部分金屬并非一體，因此在時(shí)間只有數(shù)秒的感應(yīng)加熱之后，鋁絲很快熔化了，而光纖鍍層仍舊沒能熔化。

2.3.3 在光纖束中間填充金屬漿料后再進(jìn)行感應(yīng)加熱

鑒于第二種加熱方式的結(jié)果分析，制定第三種感應(yīng)加熱方案：通過在光纖束中間填充金屬漿料的方式，增加感應(yīng)對(duì)象內(nèi)部金屬或含金屬物質(zhì)，然后對(duì)金屬漿料進(jìn)行固化，再進(jìn)行感應(yīng)加熱。試驗(yàn)結(jié)果：集束端仍舊沒有熱熔。

分析：填充金屬漿料，看似增加了感應(yīng)對(duì)象的金屬體積，而且與需要熔化的光纖金屬鍍層形成了整體，但金屬漿料畢竟與金屬存在較大區(qū)別，所含金屬散布于漿料中，成分有限，還是無法感應(yīng)生成渦電流使集束端金屬部分，尤其是鍍鎳層熔化。

3 結(jié)語

金屬化光纖集束封裝是一種新型封裝工藝的嘗試，該工藝沒有使用任何膠粘劑，而是以金屬為介質(zhì)，通過高頻感應(yīng)加熱的方式實(shí)現(xiàn)光纖的集束封裝。

高頻感應(yīng)加熱是金屬化光纖封裝的關(guān)鍵步驟，經(jīng)過直接感應(yīng)加熱、在前端纏繞鋁絲、在光纖束中填充金屬漿料三種方案的試驗(yàn)后，均未達(dá)到熔融鍍層的預(yù)期效果，因此，金屬化光纖封裝工藝還需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究和試驗(yàn)。