什么是“光纤涂覆机”? | What is a "fiber recoater"?

刻完光栅后,怎么给裸玻璃重新穿上一层保护皮?

在传统紫外光掩模板刻写光纤布拉格光栅(FBG)的过程中,为了使紫外激光无衰减地聚焦于光纤纤芯,必须提前剥除外层的聚合物保护涂层,露出直径为 125\ \mu\text{m} 的裸石英玻璃。

刻写完成后,处于裸露状态的石英玻璃极易受空气中水汽侵蚀与微裂纹扩展影响而迅速脆化,必须通过重涂覆(Recoating)工艺重新恢复保护层。完成这一工序的专用设备即为光纤涂覆机(Fiber Recoater)。


一、 光纤涂覆机的工作原理与工艺流程

光纤涂覆机主要通过精密模具注胶与快速固化技术,使裸纤段恢复与原光纤外径、机械强度及柔韧性一致的保护层,其核心工艺步骤如下:

  1. 精密定位与同心对准(Alignment & Mold Clamping)

    • 将剥除并刻写后的光纤清洗干净,两端原涂覆层与裸纤过渡区置于精密模腔(通常为高纯石英或光学级金属模具)中。
    • 模具内部加工有高精度的微流道槽(内径通常匹配标准光纤涂覆层外径,如 250\ \mu\text{m} \sim 255\ \mu\text{m} ),并通过真空吸附或微夹具保证光纤处于模具中心,确保重涂覆层的同心度。
  2. 树脂精密注入(Resin Injection)

    • 模具闭合后,自动气动或电机驱动的注胶系统将光学级涂覆胶液(通常为 UV 固化聚丙烯酸酯树脂)定量注入模腔,完全包覆裸纤区域,并排除微气泡。
  3. 交联固化(Curing)

    • 紫外固化(UV Curing):针对常用的紫外固化聚丙烯酸酯(Acrylate),涂覆机内置的高功率 UV LED 光源或汞灯透过石英模具窗口照射胶液,在数秒内完成光引发自由基聚合反应,使液态树脂迅速交联固化为坚韧的弹性保护层。
    • 热固化(Thermal Curing):若需耐高温特种涂覆层(如聚酰亚胺 Polyimide),则需通过模具加热或外置加热炉进行梯度升温脱溶剂与亚胺化处理。
  4. 脱模与强度筛选(Proof Testing)

    • 固化完成后模具开启脱模。高级光纤涂覆机通常配备线性拉力测试机构,可对重涂覆接头施加设定的拉伸应力(如 100\ \text{kpsi} \sim 200\ \text{kpsi} ),在线验证光纤抗拉强度与涂层结合力。

二、 免剥除刻写替代方案

除了“剥除 \rightarrow 刻写 \rightarrow 重涂覆”这一传统路线外,现代工业还发展了飞秒激光逐点刻写技术。利用红外飞秒激光的非线性多光子吸收效应,可直接穿透外部的透明聚酰亚胺或聚丙烯酸酯涂覆层在纤芯聚焦成栅,实现免剥除涂层刻写,从源头上避免了石英玻璃表面损伤与重涂覆工序。


说明

光纤涂覆机属于光纤制造、熔接与器件加工领域的通用工装设备,不属于大成永盛 (OFSCN®) 的核心产品序列。

大成永盛 (OFSCN®) 的出厂光纤光栅产品(如标准聚丙烯酸酯 FBG、耐高温聚酰亚胺 FBG 等)在紫外刻写后均已在车间完成标准重涂覆处理;对于超高机械强度应用场景,亦提供采用飞秒免剥除工艺制作的 OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 。