光纖激光焊接耦合工藝
1 出光光纖耦合
激光器件出光可以采用Receptacle或者光纖出光。此時可以采用膠粘工藝、焊料工藝或者激光焊接工藝。
1.1 膠粘工藝
膠粘工藝主要實時UV膠水粘結(jié)工藝，此時要需要控制的就是UV膠水填充在出光口內(nèi)部，有金屬口遮擋導致UV光照射不到，所以可以采用加熱與UV同時進行。粘結(jié)膠水的粘稠度和密封性是考慮的一個重點。
1.２ 焊料工藝
光纖耦合完成后用焊料將光纖與管殼出口進行填充焊接，此時考慮到焊料的熔化溫度對器件內(nèi)部其他元件的影響，同時要考慮焊料熱膨脹系數(shù)與管殼和金屬光纖的匹配性。耦合夾具需要采用在線加熱熔化焊料，同時采用逐步制冷將焊料冷卻。
1.3 激光焊接工藝
激光焊接時光與材料的相互作用。激光焊接通過能量高度幾種的激光束將高能量密度的熱源集中于工件表面以下更深處，使材料迅速熔化，蒸發(fā)，形成非常狹小區(qū)域的焊接熔池，再通過迅速冷卻凝結(jié)使工件連接固定。因此，激光焊接代表著一種在微小區(qū)域內(nèi)加熱與冷卻之間的精細平衡。
和膠粘，焊料工藝一樣，激光焊接也會使耦合后的工件發(fā)生變形，使得耦合位置發(fā)生偏移產(chǎn)生光斑離焦，耦合失效。激光焊接時，工件焊點的微小區(qū)域在幾毫秒的瞬間吸收大量的熱能，而工件的溫度又迅速恢復至室溫，在這個急速溫度變化過程中，巨大的溫度梯度會導致工件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。同時高溫冷凝回固態(tài)時會產(chǎn)生內(nèi)聚力，而材料約束關(guān)系會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這些應(yīng)力都是造成激光焊接后產(chǎn)生焊后偏移的因素。
激光焊接有如下優(yōu)點
1）功率密度高，熱輸入量低，在保證熔深的基礎(chǔ)上熱影響區(qū)域小，焊接變形小。
2）深寬比大，焊接強度高。
3）重復性好，光電耦合效率高。
4）非接觸工藝，不需要真空裝置。
5）生產(chǎn)效率高，加工柔性好，易于實現(xiàn)計算機控制。
2 激光焊接耦合臺
?激光焊接系統(tǒng)主要由激光焊接機，對準與焊接平臺和控制系統(tǒng)組成。激光焊接機的核心是1064nm的ND：YAG 固體激光器。單脈沖給能量可達到70J，最小光斑直徑500um。激光輸出聚焦鏡安裝在x,y,z,θ四維精密位移臺上，可以調(diào)整激光聚焦光斑的離焦量，焊接位置以及入射角度。三束激光以120°對稱分布，入射角一般取45°。
圖13 激光焊接耦合系統(tǒng)框圖
圖14 激光焊接耦合系統(tǒng)圖
上面光纖夾具安裝在調(diào)整的x,y水平一定的精密滑臺、360°旋轉(zhuǎn)滑臺和z方向上下移動的精密滑臺?？梢员ＷC光纖調(diào)整到合適的光斑位置。
器件夾具加持激光器。下面的有x,y 水平兩個方向的調(diào)整和360°方向的旋轉(zhuǎn)。
同時在光纖和器件基座上有調(diào)整系統(tǒng)垂直與水平度的角度θ 微調(diào)。器件平行度與垂直度在校準機臺時調(diào)整好，然后靠器件的銀樣來保證每天機臺的重復性。
3 激光焊接耦合工藝
光纖有源器件在激光焊接系統(tǒng)下的耦合封裝流程基本上為有源自動對準和激光焊接兩個過程。如下流程圖
當焊接后功率差異很大時，最可能的原因就是激光能量的不一致，引起材料收縮不一致，此時可以進行焊后位移修正。修正就是利用單束激光的補焊進行位移補償，修正位置應(yīng)該在位移矢量的相對方向。修正焊接時的焊接參數(shù)要根據(jù)焊后位移大小來選擇。如果焊后位移量較大，則修正焊接時焊接電壓可以低一些，脈沖時間可以長一點，從而獲得較大的位移補償量。反之，則選擇較高的焊接電壓和較短的脈沖時間。
