光纖熔接工藝流程及施工方法

1、 精品word文檔 值得下載 值得擁有本頁為作品封面，下載后可以自由編輯刪除，歡迎下載!1【精品word文檔、可以自由編輯！】光纖熔接工藝流程及施工方法1、前言光纖是圓柱形介質(zhì)波導由纖芯、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515小和40100小，包層直徑大約為125600小。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達到理想狀態(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。2、光纖損耗種類2.1

2、光纖本征損耗光纖本征損耗即光纖固有損耗，主要由于光纖機基質(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。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 0.01

3、4dB,當模場直徑失配20%時，將產(chǎn)生0.2dB的連接 損耗。多模光纖的歸一化頻率 V>2.404,有多個波導模式傳輸，V值越大，模式越多，除 了材料色散和波導色散，還有模間色散，一般模間色散占主要地位。所謂模間色散，是 指光纖不同模式在同一頻率下的相位常數(shù)B不同，因此群速度不同而引起的色散。止匕外，光纖幾何參數(shù)如光纖芯徑、包層外徑、芯 /包層同心度、不圓度，光學參數(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

4、脹縮和涂層低溫收縮導致光纖微彎所 致；應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E產(chǎn)光纖環(huán)形腔激光器實驗裝置，泵浦光由波長980nmLD尾纖輸出，經(jīng)波分復用 器（WDM）耦合進入環(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E產(chǎn)光纖長度為3m,摻雜濃度為400Ppm，隔離器工作波長范圍為 15351565nm,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16.9mW0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

5、較好的情況下，總體光光效率可 達5.3%,在光纖焊接較差的情況下，焊點漏光嚴重，用轉(zhuǎn)換片可以看到明顯的泵浦光泄 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(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的泵浦光耦合效率和激光輸出功率。4.1 光纖涂覆層的剝除去除光纖涂覆層是光纖端面處理的第一步。 可以用剝線鉗和刀片兩種方法進行剝除。 當采用剝線鉗剝除時，左手拇指和食指捏緊光纖，所露長度為5cm左右，余纖在無名指和小拇指之間自然打彎，以增加力度，防止打

6、滑，剝線鉗應與光纖垂直，上方向內(nèi)傾斜 一定角度，然后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；當采用刀片剝除時，首先用濃硫酸浸泡35cm長的光纖端頭12分鐘，用酒精棉擦拭干凈。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，順次剝除表面涂敷層聚合物材料，采用這種方法克服了采用化學溶劑法長時間浸泡光纖腐蝕嚴重的缺點，而且比用剝線鉗或刀片直 接刮除更容易、去除更干凈，不易損傷光纖包層側(cè)面部分。4.2 包層表面的清潔觀察光纖剝除部分的包層是否全部去除，若有殘留必須去掉，如有極少量不易剝除 的涂覆層，可用棉球沾適量酒

7、精，邊浸漬，邊擦除。將脫脂棉撕成層面平整的扇形小塊， 沾少許酒精（以兩指相捏無溢出為宜），折成V形，夾住已剝覆的光纖，順光纖軸向擦 拭，力爭一次成功，一塊棉花使用 23次后要及時更換，每次要使用棉花的不同部位和 層面，這樣既可提高棉花利用率，又防止對光纖包層表面的二次污染。4.3 光纖端面切割切割是光纖端面制備中最關(guān)鍵的步驟，精密優(yōu)質(zhì)的切刀是基礎(chǔ)，嚴格科學的操作規(guī) 范是保證。常用切刀有筆式切割刀和臺式光纖切割刀。使用筆式切割刀切割光纖時，光 纖放置在手指上，另一手持刀在距離端頭 5mm左右的位置處沿垂直光纖軸線方向切割光 纖，然后輕輕將切除的端頭取下；使用臺式光纖切割刀進行操作時，首先要清潔切

8、刀刀 片、放置光纖的V型槽和定位壓板，并調(diào)整切刀位置使其擺放平穩(wěn)。切割時動作要平穩(wěn) 自然，勿重、勿急，避免斷纖、斜角、毛刺和裂痕等不良端面的產(chǎn)生。表面的清潔和切割的時間應緊密銜接，不可間隔過長，特別是已制備的端面切勿放 在污濁的空氣中。移動時要輕拿輕放，防止與其它物件擦碰。4.4 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：研磨機運轉(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）。 精品word文檔 值得下載 值得擁有精品wor

9、d文檔 值得下載 值得擁有目前使用的研磨機按其運轉(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，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；采用連竿式傳 動方式，噪音較大，穩(wěn)定性較低，機身容易抖動并且壓力偏低。在加壓方面，有單點中心加壓，氣壓及液壓等方式。單點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，必須配合各項因素作全盤考慮

10、，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、細磨、拋光。其中粗磨、中磨、細磨所 用金剛砂紙的顆粒大小不同，分別為 6, 3, 1和0.5。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。6、光纖熔接在把光纖放入熔接機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(cè)V型槽中光纖相向推進，在推進過程中 會產(chǎn)生一次短暫放電，具作用是清潔光纖端面灰塵，接著會把光纖繼續(xù)推進，直至光纖 間隙處在原先所設(shè)置的位置上，這時熔接機測量切割角度，并把光纖端面附近的放大圖 像顯示在屏幕上，如果

11、出現(xiàn)圖 4所示的圖像就要重做。纖芯/包層對準與端面制作一樣直 接影響熔接損耗，熔接機會在X軸Y軸方向上同時進行對準，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)果熔接過后機器會自動評估，并顯示當前熔接損耗，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)整機器設(shè)置，重新制作光纖端面后進行熔接，其具體實施 方式如表1所小。熔接過程中還應及時清潔熔接機V形槽、電極、物鏡和熔接室，隨時觀察熔接中有 無氣泡、過細、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，采取相應的改進措施。如果多次出現(xiàn)虛熔現(xiàn)象，應檢查熔接 的兩根光纖的材料、型號是否匹配，切刀和熔接機是否被灰塵污染，并檢查電極氧化狀 況，若均無問題，則應適當提高熔接電流。由于光纖在連接時去掉了接頭部位的涂覆層其機械強度降低，因此要對接頭部位進 行補強保護，可采用光纖熱縮保護管（熱縮管）保護光纖接頭部位。熱縮管應在剝覆前 穿入，嚴禁在端面制備后穿入。將預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