裸光纤研磨工艺

裸光纤研磨工艺

在光纤跳线制作领域，带插芯的尾纤研磨工艺已经非常成熟。然而一些特殊领域，由于胶水的可靠性或者其他的原因使得我们无法使用带插芯的光纤连接头，所以必须直接使用裸光纤，比如高功率激光和传感器领域，裸光纤端面先需要研磨抛光，通过清洁目检后再其端面镀膜。光纤端面的抛光工艺对产品最终质量有明显的影响。例如抛光麻点脏污可能吸收激光发热，端面的粗糙度会影响镀膜精度或者反射率。由于用途的特殊和不广泛，目前裸光纤端面国内外鲜有研究，能批量生产的厂家更是寥寥无几。本文主要针对目前常用的三种裸光纤端面加工工艺和福津光电新开发的抛光工艺进行对比分析。

(1) 采用切刀直接切割

一般的光纤切割是很容易操作的，而且切割端面在很多应用是可以接受的，这个在带厚包层的光纤是没有问题的，例如50um /125um（纤芯/包层）的光纤，切刀切割的崩边一般影响不到纤芯。但是对于那些包层很薄的（105 um/125 um）或者无包层的GRIN玻璃棒，切割带来的崩边和刀痕会影响纤芯如图1所示。光纤纤芯是激光传输的主要区域，任何瑕疵都对激光都有吸收者漫反射的作用。切刀切割工艺很难消除的崩边，而且除了崩边以外，有的端面还有明显的刀痕，虽然使用超声波切刀质量崩口可能会小一点，但是都无法避免这个崩边。切割结果还跟操作熟练程度有很大关系，一般员工很难达到稳定的工艺，这对于批量生产来说是一件非常麻烦的事情。

图1. 裸光纤切刀切割端面图

(2) 激光切割工艺

激光切割是最快最便捷的工艺。典型激光切割采用二氧化碳激光器，激光束横向掠过光纤，光纤材料吸收~1.0um波长产生高温瞬间融化玻璃，达到切割的目的。激光切割是热切割，端面没有崩边或者切口，但是效果却不是理想的，因为激光切割会留下很多不同的端面缺陷，如纤芯区域凹凸不平，有熔融的痕迹和碎片等。如图2所示。

图2.激光切割光纤端面端图

（3）传统研磨工艺

传统的裸光纤研磨工艺来自于尾纤阵列（fiber array）研磨工艺，一般都是多根光纤固定在V型槽上，用胶水临时固定进行研磨，研磨完成后再用洗涤剂把胶黏剂清洗，这种研磨出来的尾纤可适用低功率激光传输应用，但是由于端面现麻点，崩边和胶水残留，容易吸收激光产生热量积累，有可能发生光纤端面烧损。另外胶水固化带来后续工艺比较麻烦，所以在选择胶水类型和洗涤剂都不容易。也有一些公司采用打蜡固定的办法，最后用丙酮清洗，总之有机物的残留容易导致激光损伤阈值降低。

图3. 裸光纤传统研磨工艺

（4）福津裸光纤端面抛光工艺

福津光电技术有限公司为了配光纤端面镀膜工艺，独立开发的一套裸光纤端面研磨抛光工艺，基于这个工艺可以获得超高质量的抛光端面，Zygo 干涉仪测量的结果表明，其粗糙度平均低于2nm, 最大<5nm, 切割斜度<1.5°。最主要的是这种工艺不借助任何胶水固定，减少引入污染，而且非常适合批量生产。目前这种工艺质量能达到工业激光的应用标准，这样光纤端面经过镀膜以后适用于KW以上的高功率光纤激光器传输。超好的光纤端面并不意味着能制造出性能优良的光纤激光系统，但是每个器件的质量会最终影响到产品使用的可靠性和寿命。

图4. PHOTONSTREAM开发的裸光纤端面抛光工艺

（5）不同处理工艺的端面对激光吸收发热测试结果

光纤表面的质量对镀膜后产品的激光损坏阈值有直接的关系，这个实验实在400um光纤镀膜端面上完成的。根光纤端面依次使用福津公司（PHOTONSTREAM）抛光，切刀切割和激光热切割的方式处理，每个待测产品都依次使用去离子水，丙酮和异丙醇超声波清洗，最后使用德国莱宝离子辅助机器在光纤端面镀增透（900~1000nm，透射率99.8%）。镀膜后的光纤装配入金属插芯，制作成尾纤形式。测试时使用聚焦后的激光打在镀膜的光纤端面上（非破坏性测试），同时使用福禄克温度红外传感测试仪监控金属插芯头的温度。

图5.光纤端面吸收激光产生的高温（915nm, CW模式，功率80W）

测试结果表明，80W 1915nm连续模式的激光照射在镀膜端面上产生不同的最高温度，福津精细抛光后的光纤头温度最低，光学传输效率最好；其他两种模式由于端面的瑕疵如残留物，麻点，暗坑和刮痕导致比较多的光学散射和吸收，产生较高的温度。