本文主要分析了光纖端面處理熔接對光纖激光器功率影響，研究了光纖端面處理工藝流程，分析了光纖 端面切割研磨方法，對光纖熔接過程提出了具體要求，為同類激光器研製提供了參考依據。
1、前言
光 纖圓柱形介質波導由纖芯、包層塗敷層3部分組成，一般單模多模光纖纖芯直徑分別為5～15μm40～100μm，包層直徑大約為 125~600μm。經過處理光纖端面，理想狀態一個光滑平面。但實際，光纖端面加工往往不能達到理想狀態，例如拋光不理想、有划痕、表面或邊緣破碎損傷 等等，都將使端面情 況復雜化。對於光纖與激光器其它元件耦合以及光纖之間熔接來說，要求光纖端部必須有光滑平整表面， 否則會增大損耗。本文分類介紹了光纖損耗產生原因，通過實驗驗證了光纖端面質量對光纖激光器輸出功 率影響，研究了光纖端面處理工藝流程，分析了光纖端面切割研磨方法，對光纖熔接過程提出了具體要求，為同類激光器研製提供了參考依 據。
2、光纖損耗種類
2.1光纖本徵損耗
光 纖本徵損耗即光纖固有損耗，主要由於光纖機基質材料石英玻璃本身缺陷含有金屬過渡雜質OH- ，使光傳輸過程產生散射、吸收色散，一般可分為散射損耗，吸收損耗色散損耗。其散射損耗由於材料原 子密度漲落，冷凝過程造成密度不均勻以及密度漲落造成濃度不均勻而產生。吸收損耗由於纖芯含有金屬 過渡雜質OH-吸收光，特別紅外紫外光譜區玻璃存固有吸收。光纖色散按照產生原因可分為三類，即材 料色散、波導色散模間色散。其單模光纖以基模傳輸，故沒有模間色散。單模光纖本徵因素，對連接損耗影響最大模場直徑。單 模光纖本徵因素引起連接損耗大約為0.014dB，當模場直徑失配20%時，將產生0.2dB連接損 耗。多模光纖歸一化頻率V>2.404，有多個波導模式傳輸，V值越大，模式越多，除了材料 色散波導色散，還有模間色散，一般模間色散占主要地位。所謂模間色散，指光纖不同模式同一頻率下相 位常數β不同，因此群速度不同而引起色散。
此外，光纖幾何參數如光纖芯徑、包層外徑、芯/包層同心度、不圓度，光學參數如相對折射率、最大理論數值孔徑等，只要一項或多項失配，都將產生不同程度本徵損耗。
2.2光纖附加損耗
光纖附加損耗一般由輻射損耗應用損耗構成。其輻射損耗由於光纖拉製工藝、光纖直徑、橢圓度波動、套 塑層溫度變化脹縮塗層低溫收縮導致光纖微彎所致;應用損耗由於光纖張力、彎曲、擠壓造成宏彎微彎所引起損耗。
3、實驗裝置與結果
摻 Er3+光纖環形腔激光器實驗裝置，泵浦光由波長980nmLD尾纖輸出，經波分複用器(WDM)耦合進入環形光纖諧振腔，經過耦合器分光後輸出激 光。其光纖光柵心波長為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，經上述裝置輸出功率與輸入功率關係曲線，最大輸出功率可達 16.9mW。但由於光纖激光器各個部件之間均熔接一起，插入損耗熔接損耗對整個系統具有非常大影 響。熔接質量比較好情況下，總體光光效率可達5.3%，光纖焊接較差情況下，焊點漏光嚴重，用轉換 片可以看到明顯泵浦光洩露，嚴重影響總體光光效率，二者功率相差23%左右。因此如何降低腔內熔接 損耗影響激光器輸出功率關鍵因素。
4、光纖端面處理
光纖端面處理也稱為端面製備，光纖技術關鍵工序，主要包括剝覆、清潔切割三個環節。端面質量直接影 響光纖激光器泵浦光耦合效率激光輸出功率。
4.1光纖塗覆層剝除
去 除光纖塗覆層光纖端面處理第一步。可以用剝線鉗刀片兩種方法進行剝除。當 採用剝線鉗剝除時，左手拇指食指捏緊光纖，所露長度為5cm左右，餘纖無名指小拇指之間自然打彎，以增加力度，防止打滑，剝線鉗應與光纖垂直，上方向內傾 斜一定角度，然後用鉗口輕輕卡住光纖，右手隨之用力，順光纖軸向平推出去，整個過程要自然流暢，爭取一次成功;當採用刀片剝除時，首先用濃硫酸浸泡3 ~5cm長光纖端頭1~2分鐘，用酒精棉擦拭乾淨。左手捏緊光纖，持纖要平，防止打滑，右手用刀片 沿光纖向端頭方向，與光纖成一定傾斜角度，順次剝除表面塗敷層聚合物材料，採用這種方法克服了採用化學溶劑法長時間浸泡光纖腐蝕嚴重缺點，而且比用剝線鉗 或刀片直接刮除更容易、去除更乾淨，不易損傷光纖包層側面部分。
4.2包層表面清潔
觀察光纖剝除部分包層否全部去除， 若有殘留必須去掉，如有極少量不易剝除塗覆層，可用棉球沾適量酒精，邊浸漬，邊擦 除。將脫脂棉撕成層面平整扇形小塊，沾少許酒精(以兩指相捏無溢出為宜)，折成V形，夾住已剝覆光 纖，順光纖軸向擦拭，力爭一次成功，一塊棉花使用2～3次後要及時更換，每次要使用棉花不同部位層面，這樣既可提高棉花利用率，又防止對光纖包層表面二次 污染。
4.3光纖端面切割
切割光纖端面製備最關鍵步驟，精密優質切刀基礎，嚴格科學操作規範保證。常用切刀有筆式切割 刀台式 光纖切割刀。使用筆式切割刀切割光纖時，光纖放置手指上，另一手持刀距離端頭5mm左右位置處沿垂 直光纖軸線方向切割光纖，然後輕輕將切除端頭取下;使用台式光纖切割刀進行操作時，首先要清潔切刀刀片、放置光纖V型槽定位壓板，並調整切刀位置使其擺放 平穩。切割時動作要平穩自然，勿重、勿急，避免斷纖、斜角、毛刺裂痕等不良端面產生。
表面清潔切割時間應緊密銜接，不可間隔過長，特別已製備端面切勿放污濁空氣。移動時要輕拿輕放，防 止與其它物件擦碰。
5、光纖端面研磨
5.1研磨工藝
影響端面研磨質量主要因素主要有光纖安裝與定位、端面研磨檢查及測試。其研磨及測試部分對研製優質 光纖端面最為關鍵。直接影響光纖端面研磨效果主要因素有：研磨機運轉穩定，研磨砂紙顆粒均勻、正確 使用研磨片、以及研磨參數設置(壓力時間)。
目 前使用研磨機按其運轉原理一般可分成齒輪傳動，皮帶傳動及連竿傳動三類。採用齒輪傳動方式，一般 馬力較強，穩定性較高;採用皮帶傳動方式，一般馬力較小，其轉速高壓情況下易發生變化，此外皮帶隨時間老化後容易出現問題;採用連竿式傳動方式，噪音較 大，穩定性較低，機身容易抖動並且壓力偏低。
加壓方面，有單點心加壓，氣壓及液壓等方式。單點心加壓易受外界影響變化，如每盤件數有限;氣壓較 難控制穩定性;而液壓操控較精確，力度相對較大，但價格昂貴。
整個研磨過程，不論研磨機速度，壓力，水或研磨液，都會使研磨片效果不一樣，故選用研磨處理時，必須配合各項因素作全盤考慮，採用一個最合理研磨方案。
5.2研磨工序
端面研磨過程經過4道工序：粗磨、磨、細磨、拋光。其粗磨、磨、細磨所用金剛砂紙顆粒大小不同，分 別為6，3，10.5。4道工序時間壓力總共8個參數，配用不同方案，就可以得到端面質量不同結果。
6、光纖熔接
把 光纖放入熔接機V型槽時，要確保V型槽底部無異物且光纖緊貼V型槽底部。機 器自動熔接機器開始熔接時，首先將左右兩側V型槽光纖相向推進，推進過程會產生一次短暫放電，其作用清潔光纖端面灰塵，接著會把光纖繼續推進，直至光纖間 隙處原先所設置位置上，這時熔接機測量切割角度，並把光纖端面附近放大圖像顯示屏幕上，如果出現圖4所示圖像就要重 做。纖芯/包層對準與端面製作一樣直接影響熔接損耗，熔接機會X軸Y軸方向上同時進行對準，並且把 軸向、軸心偏差參數顯示屏幕上,如果誤差允許範圍之內就開始熔接。
觀察熔接結果熔接過後機器會自動評估，並顯示當前熔接損耗，由於估計值，鼓顯示0.3dB以上就必須重新制端 面。熔接過後，還要進一步觀察光纖熔接形狀，如果出現如圖5所示情況，必須調整機器設置，重新製作 光纖端面後進行熔接，其具體實施方式如表1所示。
熔 接過程還應及時清潔熔接機V形槽、電極、物鏡熔接室，隨時觀察熔接有無氣泡、過細、過粗、虛熔、分離等不良現象，可採用OTDR跟踪監測結果，及時分析 產生上述不良現象原因，採取相應改進措施。如果多次出現虛熔現象，應檢查熔接兩根光纖材料、型號否 匹配，切刀熔接機否被灰塵污染，並檢查電極氧化狀況，若均無問題，則應適當提高熔接電流。
由於光纖連接時去掉了接頭部位塗覆層其機械強度 降低，因此要對接頭部位進行補強保護，可採用光纖熱縮保護管(熱縮管)保護光纖接頭部 位。熱縮管應剝覆前穿入，嚴禁端面製備後穿入。將 預先穿置光纖某一端熱縮管移至光纖接頭處，使熔接點位於熱縮管間，輕輕拉直光纖接頭，放入加熱器內加熱，醋酸乙烯內管熔化，聚乙烯管收縮後緊套接續好光纖 上，由於此管內有一根不銹鋼棒，不僅增加了抗拉強度(承受拉力為1000～2300g)，同時也避免了因聚乙烯管收縮而可能引起接續部位微 彎。
7、盤纖
盤 纖一門技術，科學盤纖方法可使光纖佈局合理、附加損耗小、經得住時間惡劣環境考驗，可避免擠壓造成斷 纖。盤 纖方法有很多，可以從一側光纖盤起，固定熱縮管，然後再處理另一側餘纖，該方法可根據一側餘纖長度靈活選擇熱縮管安放位置，方便、快捷，可避免出現急彎、 小圈現象;也可以先將熱縮套管逐個放置於固定槽，然後再處理兩側餘纖，該方法有利於保護光纖接點，避免盤纖可能造成損害，光纖預留盤空間較小，光纖不易盤 繞固定時，常用此種方法;當個別光纖過長或過短時，可將其放最後單獨盤繞;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，應將其輕置於普通 光纖之上，兩者之間加緩衝襯墊，以防擠壓造成斷纖，且特殊光器件尾纖不可太長。根據實際情況，可採 用採用圓、橢圓、“∝”等多種圖形盤纖，按餘纖長度預留盤空間大小，順勢自然盤繞，切勿生拉硬拽，盡可能最大限度利用預留盤空間，有效降低因盤纖帶來附加 損耗。
8、光纖熔接點損耗測量
光纖熔接點損耗測量度量光纖接頭質量重要指標，使用光時域反射儀(OTDR)或熔接接頭損耗評估方案等測量方法可以確定光纖接頭光損耗。
OTDR 原理：由於光纖模場直徑影響其後向散射，因此接頭兩邊光纖可能會產生不同後向散射，從而遮蔽接頭真實損 耗。如果從兩個方向測量接頭損耗，並求出這兩個結果平均值，便可消除單向OTDR測量人為因素誤 差。加強OTDR監測，對確保光纖熔接質量，減少因盤纖帶來附加損耗封裝可能對光纖造成損耗，具有 十分重要意義。整 個接續工作，必須嚴格執行OTDR4道監測程序：熔接過程對每一根光纖進行實時跟踪監測，檢查每個熔接點質量;每次盤纖後，對所盤光纖進行檢驗以確定盤纖 帶來附加損耗;封裝前對所有光纖進行檢測，以查明有無漏測對光纖及接頭有無擠壓;封裝後對所有光纖進行最後檢測，檢查封裝否對光纖有損 耗。
此外某些熔接機使用一種光纖成像測量幾何參數斷面排列系統，通過從兩個垂直方向觀察光纖，計算機處理並分析該圖像來確定包層偏移、纖芯畸變、光纖外徑變化 其他關鍵參數，使用這些參數來評價接頭損耗。依賴於接頭損耗評估算法求得接續損耗可能與真實值差異 很大。
9、總結
本文分類介紹了各種光纖損耗產生原因，通過實驗驗證了光纖端面質量對光纖激光器輸出功率影響，研究了光纖端面處理工藝流程，分析了光纖端面切割研磨方法， 對光纖熔接過程提出了具體要求，為同類激光器研製提供了參考依據。
引用出處：
http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4422&prev=4423&next=4420
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCBN刀具、PCD刀具、單晶刀具、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com/ / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
Bewise Inc. www.tool-tool.com
ようこそＢｅｗｉｓｅ Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
弊社は各領域に供給できる内容は：
（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
（２）Carbide Cutting tools設計
（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（６）ダイヤモンド・エンド・ミル
（７）医療用品エンド・ミル設計
（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給
（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
（４）オートメーション整備調達
（５）スポット対応～流れ生産対応
弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.
BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.
留言列表
