光纖端面處理工藝流程

1、光纖端面處理工藝流程摘要：本文主要分析了光纖端面處理熔接對光纖激光器功率的影響，研究了光纖端面處理工藝流程，分析了光纖端面的切割和研磨方法，對光纖熔接過程提出了具體要求，為同類激光器的研制提供了參考依據(jù)。1、前言光纖是圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)由纖芯、包層和涂敷層3部分組成，一般單模和多模光纖的纖芯直徑分別為5～15μm和40～100μm，包層直徑大約為125~600μm。經(jīng)過處理的光纖端面，理想狀態(tài)是一個光滑平面。但實際中，光纖端面的加工往往不能

2、達(dá)到理想狀態(tài)，例如拋光不理想、有劃痕、表面或邊緣破碎損傷等等，都將使端面情況復(fù)雜化。對于光纖與激光器中其它元件的耦合以及光纖之間的熔接來說，要求光纖端部必須有光滑平整的表面，否則會增大損耗。本文分類介紹了光纖損耗產(chǎn)生的原因，通過實驗驗證了光纖端面質(zhì)量對光纖激光器輸出功率的影響，研究了光纖端面處理工藝流程，分析了光纖端面的切割和研磨方法，對光纖熔接過程提出了具體要求，為同類激光器的研制提供了參考依據(jù)。2、光纖損耗種類2.1光纖本征損耗光纖

3、本征損耗即光纖固有損耗，主要由于光纖機(jī)基質(zhì)材料石英玻璃本身缺陷和含有金屬過渡雜質(zhì)和OH，使光在傳輸過程中產(chǎn)生散射、吸收和色散，一般可分為散射損耗，吸收損耗和色散損耗。其中散射損耗是由于材料中原子密度的漲落，在冷凝過程中造成密度不均勻以及密度漲落造成濃度不均勻而產(chǎn)生的。吸收損耗是由于纖芯含有金屬過渡雜質(zhì)和OH吸收光，特別是在紅外和紫外光譜區(qū)玻璃存在固有吸收。光纖色散按照產(chǎn)生的原因可分為三類，即材料色散、波導(dǎo)色散和模間色散。其中單模光纖是以

4、基模傳輸，故沒有模間色散。在單模光纖本征因素中，對連接損耗影響最大的是模場直徑。單模光纖本征因素引起的連接損耗大約為0.014dB，當(dāng)模場直徑失配20%時，將產(chǎn)生0.2dB的連接損耗。多模光纖的歸一化頻率V2.404，有多個波導(dǎo)模式傳輸，V值越大，模式越多，除了材料色散和波導(dǎo)色散，還有模間色散，一般模間色散占主要地位。所謂模間色散，是指光纖不同模式在同一頻率下的相位常數(shù)β不同，因此群速度不同而引起的色散。此外，光纖幾何參數(shù)如光纖芯徑、包

5、層外徑、芯包層同心度、不圓度，光學(xué)參數(shù)如相對折射率、最大理論數(shù)值孔徑等，只要一項或多項失配，都將產(chǎn)生不同程度的本征損耗。2.2光纖附加損耗光纖的附加損耗一般由輻射損耗和應(yīng)用損耗構(gòu)成。其中輻射損耗是由于光纖拉制工藝、光纖直徑、橢圓度的波動、套塑層溫度變化的脹縮和涂層低溫收縮導(dǎo)致光纖微彎所致；應(yīng)用損耗是由于光纖的張力、彎曲、擠壓造成的宏彎和微彎所引起的損耗。3、實驗裝置與結(jié)果摻Er3光纖環(huán)形腔激光器實驗裝置，泵浦光由波長980nmLD尾纖輸

6、出，經(jīng)波分復(fù)用器(WDM)耦合進(jìn)入環(huán)形光纖諧振腔，經(jīng)過耦合器分光后輸出激光。其中光纖光柵中心波長為1546.3nm，摻Er3光纖長度為3m，摻雜濃度為400ppm，隔離器工作波長范圍為1535~1565nm，各元件插入損耗均為0.4dB，經(jīng)上述裝置輸出功率與輸入功率的關(guān)系曲線，最大輸出功率可達(dá)16.9mW。但由于光纖激光器各個部件之間均熔接在一起，插入損耗和熔接損耗對整個系統(tǒng)具有非常大的影響。在熔接質(zhì)量比較好的情況下，總體光光效率可達(dá)5

7、.3%，在光纖焊接較差的情況下，焊點漏光嚴(yán)重，用轉(zhuǎn)換片可以看到明顯的泵浦光泄露，嚴(yán)重影響總體光光效率，二者功率相差23%左右。因此如何降低腔內(nèi)熔接損耗是影響激光器輸出功率的關(guān)鍵因素。4、光纖端面處理光纖端面處理也稱為端面制備，是光纖技術(shù)中的關(guān)鍵工序，主要包括剝覆、清潔和切割三個環(huán)節(jié)。端面質(zhì)量直接影響光纖激光器型槽中光纖相向推進(jìn)，在推進(jìn)過程中會產(chǎn)生一次短暫放電，其作用是清潔光纖端面灰塵，接著會把光纖繼續(xù)推進(jìn)，直至光纖間隙處在原先所設(shè)置的位

8、置上，這時熔接機(jī)測量切割角度，并把光纖端面附近的放大圖像顯示在屏幕上，如果出現(xiàn)圖4所示的圖像就要重做。纖芯包層對準(zhǔn)與端面制作一樣直接影響熔接損耗，熔接機(jī)會在Ｘ軸Ｙ軸方向上同時進(jìn)行對準(zhǔn)，并且把軸向、軸心偏差參數(shù)顯示在屏幕上如果誤差在允許范圍之內(nèi)就開始熔接。觀察熔接結(jié)果熔接過后機(jī)器會自動評估，并顯示當(dāng)前熔接損耗，由于是估計值，鼓顯示在0.3dB以上就必須重新制端面。在熔接過后，還要進(jìn)一步觀察光纖熔接形狀，如果出現(xiàn)如圖5所示情況，必須調(diào)整機(jī)器

9、設(shè)置，重新制作光纖端面后進(jìn)行熔接，其具體實施方式如表1所示。熔接過程中還應(yīng)及時清潔熔接機(jī)Ｖ形槽、電極、物鏡和熔接室，隨時觀察熔接中有無氣泡、過細(xì)、過粗、虛熔、分離等不良現(xiàn)象，可采用OTDR跟蹤監(jiān)測結(jié)果，及時分析產(chǎn)生上述不良現(xiàn)象的原因，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。如果多次出現(xiàn)虛熔現(xiàn)象，應(yīng)檢查熔接的兩根光纖的材料、型號是否匹配，切刀和熔接機(jī)是否被灰塵污染，并檢查電極氧化狀況，若均無問題，則應(yīng)適當(dāng)提高熔接電流。由于光纖在連接時去掉了接頭部位的涂覆層其

10、機(jī)械強(qiáng)度降低，因此要對接頭部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)保護(hù)，可采用光纖熱縮保護(hù)管(熱縮管)保護(hù)光纖接頭部位。熱縮管應(yīng)在剝覆前穿入，嚴(yán)禁在端面制備后穿入。將預(yù)先穿置光纖某一端的熱縮管移至光纖接頭處，使熔接點位于熱縮管中間，輕輕拉直光纖接頭，放入加熱器內(nèi)加熱，醋酸乙烯內(nèi)管熔化，聚乙烯管收縮后緊套在接續(xù)好的光纖上，由于此管內(nèi)有一根不銹鋼棒，不僅增加了抗拉強(qiáng)度(承受拉力為1000～2300g)，同時也避免了因聚乙烯管的收縮而可能引起接續(xù)部位的微彎。7、盤纖盤纖

11、是一門技術(shù)，科學(xué)的盤纖方法可使光纖布局合理、附加損耗小、經(jīng)得住時間和惡劣環(huán)境的考驗，可避免擠壓造成斷纖。盤纖方法有很多，可以從一側(cè)的光纖盤起，固定熱縮管，然后再處理另一側(cè)余纖，該方法可根據(jù)一側(cè)余纖長度靈活選擇熱縮管安放位置，方便、快捷，可避免出現(xiàn)急彎、小圈現(xiàn)象；也可以先將熱縮套管逐個放置于固定槽中，然后再處理兩側(cè)余纖，該方法有利于保護(hù)光纖接點，避免盤纖可能造成的損害，在光纖預(yù)留盤空間較小，光纖不易盤繞和固定時，常用此種方法；當(dāng)個別光纖過

12、長或過短時，可將其放在最后單獨盤繞；帶有特殊光器件時，可將其單獨盤繞處理，若與普通光纖共盤時，應(yīng)將其輕置于普通光纖之上，兩者之間加緩沖襯墊，以防擠壓造成斷纖，且特殊光器件尾纖不可太長。根據(jù)實際情況，可采用采用圓、橢圓、“∝”等多種圖形盤纖，按余纖長度和預(yù)留盤空間大小，順勢自然盤繞，切勿生拉硬拽，盡可能最大限度利用預(yù)留盤空間，有效降低因盤纖帶來的附加損耗。8、光纖熔接點損耗的測量光纖熔接點損耗的測量是度量光纖接頭質(zhì)量的重要指標(biāo)，使用光時域

13、反射儀(OTDR)或熔接接頭的損耗評估方案等測量方法可以確定光纖接頭的光損耗。OTDR的原理是：由于光纖的模場直徑影響其后向散射，因此在接頭兩邊的光纖可能會產(chǎn)生不同的后向散射，從而遮蔽接頭的真實損耗。如果從兩個方向測量接頭的損耗，并求出這兩個結(jié)果的平均值，便可消除單向OTDR測量的人為因素誤差。加強(qiáng)OTDR的監(jiān)測，對確保光纖熔接質(zhì)量，減少因盤纖帶來的附加損耗和封裝可能對光纖造成的損耗，具有十分重要的意義。在整個接續(xù)工作中，必須嚴(yán)格執(zhí)行O