光纖端面處理對光纖激光器地影響

1、光纖端面處理對光纖激光器地影響光纖端面處理對光纖激光器地影響ZD網(wǎng)絡(luò)頻道更新時間：20081205作者：zd安全頻道來源：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)過處理的光纖端面，理想狀態(tài)是一個光滑平面。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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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、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。其中單模光纖是以基模傳輸，故沒有模間色散。

4、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[1]。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、包層外徑、芯包層同心度

5、、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(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、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試。其中研磨及測試部分對研制優(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，皮帶傳動及連竿傳動三類。采用齒輪傳動方式，一般馬力較強(qiáng)，穩(wěn)定性較高；采用皮帶傳動方式，一般馬力較小，其轉(zhuǎn)速在高壓情況下易發(fā)生變化，此外皮帶隨時間老化后容易出現(xiàn)問題；采用連竿式

7、傳動方式，噪音較大，穩(wěn)定性較低，機(jī)身容易抖動并且壓力偏低。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，力度相對較大，但價格昂貴。在整個研磨過程中，不論是研磨機(jī)的速度，壓力，水或是研磨液，都會使研磨片的效果不一樣，故在選用研磨處理時，必須配合各項(xiàng)因素作全盤考慮，采用一個最合理的研磨方案。5.2研磨工序端面研磨過程經(jīng)過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道工序的時間和壓力總共8個參數(shù)，配用不同的方案，就可以得到端面質(zhì)量不同的結(jié)果。改變研磨過程中這8個參數(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，要確保Ｖ型槽底部無異物且光纖緊貼Ｖ型槽底部。機(jī)器自動熔接機(jī)器開始熔接時，首先將左右兩側(cè)Ｖ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

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(jì)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