光纖端面處理對(duì)光纖激光器地影響

1、光纖端面處理對(duì)光纖激光器地影響光纖端面處理對(duì)光纖激光器地影響ZD網(wǎng)絡(luò)頻道更新時(shí)間：20081205作者：zd安全頻道來(lái)源：論壇整理本文關(guān)鍵詞：本文關(guān)鍵詞：光纖1、前言、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(guò)處理的光纖端面，理想狀態(tài)是一個(gè)光滑平面。但實(shí)際中，光纖端面的加工往往不能達(dá)到理想狀態(tài)，例如拋光不理想、有劃痕、表

2、面或邊緣破碎損傷等等，都將使端面情況復(fù)雜化。對(duì)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(lái)說(shuō)，要求光纖端部必須有光滑平整的表面，否則會(huì)增大損耗。本文分類介紹了光纖損耗產(chǎn)生的原因，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光纖端面質(zhì)量對(duì)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(duì)光纖熔接過(guò)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、光纖損耗種類2.1光纖本征損耗光纖本征損耗即光纖固有損耗，主

3、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(guò)渡雜質(zhì)和OH，使光在傳輸過(guò)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(guò)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(guò)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。其中單模光纖是以基模傳輸，故沒(méi)有模間色散。

4、在單模光纖本征因素中，對(duì)連接損耗影響最大的是模場(chǎng)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(chǎng)直徑失配20%時(shí)，將產(chǎn)生0.2dB的連接損耗[1]。多模光纖的歸一化頻率V2.404，有多個(gè)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、包層外徑、芯包層同心度

5、、不圓度，光學(xué)參數(shù)如相對(duì)折射率、最大理論數(shù)值孔徑等，只要一項(xiàng)或多項(xiàng)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(dòng)、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(shí)驗(yàn)裝置與結(jié)果、實(shí)驗(yàn)裝置與結(jié)果5、光纖端面研磨、光纖端面研磨5.1研磨工藝影響端面研磨質(zhì)量的主要因素

6、主要有光纖的安裝與定位、端面研磨和檢查及測(cè)試。其中研磨及測(cè)試部分對(duì)研制優(yōu)質(zhì)光纖端面最為關(guān)鍵。直接影響光纖端面研磨效果的主要因素有：研磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，研磨砂紙顆粒均勻、正確使用研磨片、以及研磨參數(shù)設(shè)置（壓力和時(shí)間）[4]。目前使用的研磨機(jī)按其運(yùn)轉(zhuǎn)原理一般可分成齒輪傳動(dòng)，皮帶傳動(dòng)及連竿傳動(dòng)三類。采用齒輪傳動(dòng)方式，一般馬力較強(qiáng)，穩(wěn)定性較高；采用皮帶傳動(dòng)方式，一般馬力較小，其轉(zhuǎn)速在高壓情況下易發(fā)生變化，此外皮帶隨時(shí)間老化后容易出現(xiàn)問(wèn)題；采用連竿式

7、傳動(dòng)方式，噪音較大，穩(wěn)定性較低，機(jī)身容易抖動(dòng)并且壓力偏低。在加壓方面，有單點(diǎn)中心加壓，氣壓及液壓等方式。單點(diǎn)中心加壓易受外界影響變化，如每盤(pán)件數(shù)有限；氣壓較難控制穩(wěn)定性；而液壓操控較精確，力度相對(duì)較大，但價(jià)格昂貴。在整個(gè)研磨過(guò)程中，不論是研磨機(jī)的速度，壓力，水或是研磨液，都會(huì)使研磨片的效果不一樣，故在選用研磨處理時(shí)，必須配合各項(xiàng)因素作全盤(pán)考慮，采用一個(gè)最合理的研磨方案。5.2研磨工序端面研磨過(guò)程經(jīng)過(guò)4道工序：粗磨、中磨、細(xì)磨、拋光。其中

8、粗磨、中磨、細(xì)磨所用金剛砂紙的顆粒大小不同，分別為6，3，1和0.5[5]。4道工序的時(shí)間和壓力總共8個(gè)參數(shù)，配用不同的方案，就可以得到端面質(zhì)量不同的結(jié)果。改變研磨過(guò)程中這8個(gè)參數(shù)得出最佳方案研磨光纖端面圖如圖3所示。6、光纖熔接、光纖熔接在把光纖放入熔接機(jī)Ｖ型槽時(shí)，要確保Ｖ型槽底部無(wú)異物且光纖緊貼Ｖ型槽底部。機(jī)器自動(dòng)熔接機(jī)器開(kāi)始熔接時(shí)，首先將左右兩側(cè)Ｖ型槽中光纖相向推進(jìn)，在推進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一次短暫放電，其作用是清潔光纖端面灰塵，接著會(huì)

9、把光纖繼續(xù)推進(jìn)，直至光纖間隙處在原先所設(shè)置的位置上，這時(shí)熔接機(jī)測(cè)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(duì)準(zhǔn)與端面制作一樣直接影響熔接損耗，熔接機(jī)會(huì)在Ｘ軸Ｙ軸方向上同時(shí)進(jìn)行對(duì)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(kāi)始熔接。觀察熔接結(jié)果熔接過(guò)后機(jī)器會(huì)自動(dòng)評(píng)估，并顯示當(dāng)前熔接損耗，由于是估計(jì)值，鼓顯示在0.3dB以上就必須重新制端面。在熔接過(guò)后，還要進(jìn)一步觀察光纖