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1、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(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515m和40100m,包層直徑大約為 125600m.經(jīng)過處理的光纖端面，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，要求光纖端部必須有光滑平整的表面，否則會(huì)增大損耗。2、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2、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.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。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3、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)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、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)果摻Er3+光纖環(huán)形腔激光器實(shí)驗(yàn)裝置，泵浦光由波長(zhǎng)980nmLD尾4、纖輸出，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(zhǎng)為1546。3nm，摻Er3+光纖長(zhǎng)度為3m，摻雜濃度為400ppm,隔離器工作波長(zhǎng)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(dá)16。9mW。但由于光纖激光器各個(gè)部件之間均熔接在一起，插入損耗和熔接損耗對(duì)整個(gè)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)5.3，在光纖焊接較差的情況下，焊點(diǎn)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5、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(gè)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(jìn)行剝除.當(dāng)采用剝線鉗剝除時(shí)，左手拇指和食指捏緊光纖，所露長(zhǎng)度為5cm左右，余纖在無(wú)名指和小拇指之間自然打彎，以增加力度,防止打滑，剝線鉗應(yīng)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(gè)過程要自然流暢，爭(zhēng)取一次成功；當(dāng)采用刀片剝除時(shí)，首先用濃硫酸浸泡35cm長(zhǎng)的光纖端頭12分6、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(xué)溶劑法長(zhǎng)時(shí)間浸泡光纖腐蝕嚴(yán)重的缺點(diǎn)，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(wú)溢出為宜)，折成形，夾住已剝覆的光纖，順光纖軸向擦拭，力爭(zhēng)一次成功，一塊棉花使用23次后要及時(shí)更換，每次要使用棉花的不同部位和層面，這7、樣既可提高棉花利用率，又防止對(duì)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(yán)格科學(xué)的操作規(guī)范是保證。常用切刀有筆式切割刀和臺(tái)式光纖切割刀。使用筆式切割刀切割光纖時(shí)，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(tái)式光纖切割刀進(jìn)行操作時(shí),首先要清潔切刀刀片、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(shí)動(dòng)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(shí)間應(yīng)緊密銜接，不可間隔過長(zhǎng)，特別是已制備的端面切勿放在污濁的空氣中。8、移動(dòng)時(shí)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(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(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）.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)問題;采用連竿式傳動(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9、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(duì)較大，但價(jià)格昂貴.在整個(gè)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(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 端面研磨過程經(jīng)過4道工序：粗磨、中磨、細(xì)磨、拋光。其中粗磨、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。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.6、光纖熔接在把光纖放入熔接機(jī)型槽時(shí)，要確保型槽底部無(wú)異物且光纖緊貼型槽底部。機(jī)10、器自動(dòng)熔接機(jī)器開始熔接時(shí)，首先將左右兩側(cè)型槽中光纖相向推進(jìn)，在推進(jìn)過程中會(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)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)在軸軸方向上同時(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)就開始熔接。觀察熔接結(jié)果熔接過后機(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11、須調(diào)整機(jī)器設(shè)置,重新制作光纖端面后進(jìn)行熔接，其具體實(shí)施方式如表1所示.熔接過程中還應(yīng)及時(shí)清潔熔接機(jī)形槽、電極、物鏡和熔接室,隨時(shí)觀察熔接中有無(wú)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(cè)結(jié)果，及時(shí)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(hào)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(wú)問題，則應(yīng)適當(dāng)提高熔接電流。由于光纖在連接時(shí)去掉了接頭部位的涂覆層其機(jī)械強(qiáng)度降低，因此要對(duì)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(diǎn)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10002300g)，同時(shí)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(shí)間和惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，可避免擠壓。