熔锥型光纤耦合器的工艺与显微形貌研究

Ａｂ ｔａ ｔ Ｕ ｓｎ ｈ ｉ－ ｘ ｓ ｏ ｔｃ ｆｂ ｒ ｃ ｕ ｌｒ ｍ ａ ｈ ｎ ｓ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｐ ａ ｆ ｒ ， ｈ ｕ ｅ ｓｒ ｃ ： ｉ ｇ ｔ ｅ ｓｘ ａ ｅ ｐ ｉ ｉ ｅ ｏ ｐ ｅ ｃ ｉ ｅ ａ ｘ ｅ ｉ ｎ ｌｔｏ ｍ ｔ ｅ ｒ ｌ ｂ ｔ ｅ ｈ ｔ ｒ ｅ ｆ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｈ ｅ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｎ ｍ ｉｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆ ｐ ｉａ ｆｂ ｒ ｏ ｐ ｅ ｉ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｏ ｔｃ ｌ ｉ ｅ ｃ ｕ ｌｒ ｓ ｉｖ ｓ ｉａ ｅ ． ｓｎ ｈ ｒ ｏ ｏ ｐ ｅ ａ ｄ ｐ ｔ ｎ ｉ ｍｅ ｅ ， ｈ ｌｍ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｆ ｓ ｄ ｂ ｃ ｎｃ ｌ ｎ ｅ ｔｇ ｔｄ Ｂｙ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍ ｃ ｕ ｌ ｎ ｏ ｅ ｔｏ ｔ ｒ ｔ ｅ ｆａ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｕ ｅ ｉｏ ｉａ
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Ｓ ＥＭ ｌ Ｃ０ＮＤＵＣＴ ｏＲ ０
Ｃ Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ２ Ｓ １２ ．
Ａｐ ． ０ ５ ｒ２ ０
熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 的 工 艺 与 显 微 形 貌 研 究
帅词 俊 ，段 吉 安 ，苗建 宇 ，蔡 国华
（ 中南大 学 机 电工程 学 院 。 湖南 长 沙 ４ ０ ８ １ ０ ３）
分 布 如 图 ３ 由 图 ３可 得 ， 焰 中 央 位 置 （ 。 火 Ｘ— Ｏ 的 ）
温 度 最 高 ， 随着 位 置 远 离 中 央 位 置 ， 增 大 ， 焰 并 Ｘ 火
的温度逐渐 降低 ， 在 一４ １ ． ｍｍ 时 ， 火焰 的温度 只
图 １ 实 验 台 示 意 图
有 ６ ６℃ ， ５ 已远 远 低 于光 纤 的熔 融 温 度 ， 以这 里 只 所 测 了 Ｘ 从 Ｏ ４ １ｍｍ 区 间 内 的温 度 。 ～ ．
摘 要 ： 以 六 轴 光 纤耦 合 机 为 实验 平 台 ， 究 了熔 融拉 锥 光 纤耦 合 器 的 工 艺 、 能 、 研 性 显微 形 貌
三 者 之 间 的相 关 规律 。利 用 热 电偶 和 电位 差 计 测 得 了熔 融拉 锥 时 火 焰 的 温 度 场 分 布 ， 用 扫 描 电 利
主 拉 锥 平 台 自动停 止 拉 锥 ， 并且 退 出火 炬 。取 出 没
３ 实 验 过 程 与结 果
３ １ 不 同 拉 伸 速 度 下 的损 耗 与 分 光 比 ． 为 防 止 引进 不 必 要 的 误 差 ， 制 造 的温 度 、 度 如 湿
等 ， 度 从 ５ ｍ／ 到 ４ ０ 速 ０ ｓ ０ ｍ／ 每 隔 ２ ｍ／ 做 一 ｓ ５ ｓ
组 数 据 ， 完 一 组 后 ， 重 新 做 另 一 组 实 验 ， 实 验 做 再 本
共做了 １ Ｏ组 １０个 实 验 数 据 取 平 均 值 ， 表 １所 ５ 如
氧 气 燃 烧 获 得 ， 利 用 Ｋ 系 热 电偶 和 ＵＪ ３型 电 并 一３
位 差 计 对 温 度 进 行 测 量 。 由于 火 焰 的 温 度 分 布 是 中
央对 称 的 ， 采 取 从 火 焰 的 中 心 位 置 开 始 ， 着 Ｘ 故 沿 方 向 测 量 ， 隔 ０ １ｍｍ 计 数 一 次 ， 得 火 焰 的 温 度 每 ． 测
Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｎ ｉ ｒ ｍ ｏ ｐｈ ｌ ｇ ｆ Ｆｕ ｅ ｃ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｍ ｃ ｏ ｒ ｏ ｏ ｙ ｏ ｓ ｄ Ｔａｐ ｒ Ｆｉ ｅ ｕ ｅ ｅ ｂ ｒ Ｃｏ ｐｌ ｒ
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这些数 据处理后 ， 算 出相应 的分 光 比 、 入损 耗 、 计 插
０８ ．
１６ ．
ｘ ｜Ｆ ｉ ｌ ｍ
２４ ．
３． ２
４０ ．
图 ３ 火焰 温度 场 分 布
附加损 耗等参数 ， 实 时显示 出来 。 当输 出端达 到 并 操作者 预先 设定 的分光 比时 ， 计算机发 出停 机指令 ，
（ ｌ ｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎｉａ ｎ ｅｔ ｉａ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｃｏｌ ｅｏ ｃ ａ ｃ ｌ ｄ Ｅｌｃ ｒｃ ｌ ｅ ａ Ｅｎ ｉ ｅｒｎ ，Ｃｅ ｔａ ｏ ｔ ｉｅｓｔ ， ａ ｇ ｈ １ ０ ３， ｎ ｒ ｌＳ ｕ ｈＵｎｖ ｒｉｙ Ｃｈ ｎ ｓ ａ ４ ０ ８ ＣＨＮ）
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《 导体 光 电 ￣ ０ ５年 ４月第 ２ 半 ２０ ６卷第 ２ 期
帅词 俊 等 ： 熔 锥 型光 纤耦 合 器的 工 艺与显 微 形貌研 究
２ 光纤耦合器 的制备
２ １ 实 验 台 ．
有 封装 的耦合器作 为测 试样 ， 改变拉伸速度 ， 获得不
多模） 纤 ， 生一段 双 向圆锥结构 。入射 的光功率 光 产
收稿 日期 ：０ ４ ７ ９ ２ ０ —０ —２ ． 基金 项 目 ： 国家 自然 科 学基 金 重 点 资 助项 目（ ０ ３ ０ ０ ； ５ ２ ５ ４ ） 中
有两方面 的问题 ， 其一 ， 品率不 高所反映 的制备工 成
同拉 制工 艺 条 件 下 的试 样 。预 设 分 光 比设 定 为 ４ ， ４
预 热 延 时 ｔ 定 为 １ 。 设 ８Ｓ
２ ３ 实 验 温 度 的测 定 ．
本 文 选 用 直 径 为 １ ５ ｍ ， 芯 经 过 渗 Ｇｅ 处 ２ 纤 Ｏ
理 ， 层 为 纯 ＳＯ ， 用 ＭＣ 包 ｉ 采 ＶＤ（ ｄｆ ｄＣｈ ｍｉａ Ｍｏ ｉｅ ｅ ｃｌ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｍ ｉｒ ｍｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｆ ｅ ｏ ｐ ｅ ；ｆ ｓ ｄ ｅｏ ｇ ｔ ｄ ｔ ｐ ｒ ｙｗｏ ｄ ： ｃｏ ｒ ｈ ｌ ｇ ； ｉ ｒｃ ｕ ｌ ｒ ｕ ｅ ｌ ｎ ａ ｅ ａ ｅ ｂ
１ 引 言
光纤 耦 合 器 是 一 种 光 分 路 与 合 路 的重 要 光无 源
ｔｐ ｒ （ ａ ｅ ＦＢＴ） ｒ ｇ ｏ ｓｍ ｅ ｓ ｒ ｄ Ｔ ｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌｓ ａ ｅ ｏ ｈ ｐ ｉａ ｉｅ ｏ ｐ ｅ ｓ ｏ ｓ ｒ ｅ ｙ ｅ ｉ ｎ ｉ ａ ｕ ｅ ． ｅ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｈ ｐ ｆｔ ｅ ｏ ｔｃ ｌｆｂ ｒｃ ｕ ｌｒ ｉ ｂ ｅ ｖ ｄ ｂ ｕ ｉ ｇ ｓ ａ ｎ ｎ ｌｃ ｒ ｎ ｍ ｉｒ ｓ ｏ ｅ （ ＥＭ ） Ｔｈｒ ｕ ｈ ａ ｌｒ ｅ ａ ｏ ｎ ｆｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ，ｔ ｉ ｏ ｎｄ ｓｎ ｃ ｎ ｉｇ ｅｅ ｔｏ ｃ ｏ ｃ ｐ Ｓ ． ｏ ｇ ａ ｇ ｍ ｕ ｔｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｉ ｓ ｆ ｕ
器件 ， 已经广泛应 用于光纤通信 网 、 光纤传感 器以及
相 干 光 检 测 中［ 。 而 生 产 这 种 光 纤 耦 合 器 的 基 本 １ ］
技 术 是 熔 融 拉 锥 分 支 （ ｕｅ ｃｎｃｌ ｐ ｒＦ Ｔ） Ｆ ｓｄＢｉ ｉ ｅ， Ｂ ｏ ａ Ｔａ 技术 ， 融拉锥技术就是 利用熔融拉锥两根单 模 （ 熔 或
ｌｌ ０ｏ
２ ２ 实 验 方 法 与 实 验 条 件 ． 试验流程见 图 ２包括 光纤 的剥 覆 、 结 、 洁 ， ， 打 清
９ Ｏ Ｏ
７ ０ ０ ５ｏ ０ ０
均用 手工完成 。在 耦 合器拉 制过 程 中 ， 光功 率探 测 器将 探测到 的光功 率转换 成 电信 号 ， 过数模 转 换 经 电路 转换成数字信 号传送 到 计算 机 系统 ， 算机将 计
ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｉ ｏ ｐ ｉｇ ｒ ｇ ｏ ． ｄ ｔ ｏ ｒｔ ｒ ｗ ｓ ｔ ｅｂ ｇ ｅ ｈ ｒ ｓ ａｌｎ ｒ ｉ ｉ ｅ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｎ ｃ ｕ ｌｎ ｅ ｉｎ Ａｎ ｈｅｌ ｗｅ ｏ ｄ ａ ｉ ， ｈ ｉｇ ｒｔ ｅｃ ｙ ｔ ｌｉ ｅｇ ａｎ ｗ ｌ ｂ ． ｌ Ｔｈ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ｈ ｒ ｃ ｓ ｍａ ｅｃ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅｈｅ ｔｓ ｒ ｓ ． ｅ ｐ ｏ ｕ ｔｏ ｆｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｙ ｂ ａ ｓ ｄ ｂ ｈ ａ ｔｅ ｓ
部 没有发现微 晶， 即光 纤耦合 器玻 璃表 面发 生 了析 晶现 象， 且拉 伸速度越 慢 ， 晶粒越 大。
关 键 词 ： 显 微 形 貌 ；耦 合 器 ； 融 拉 锥 熔
中 图 分 类 号 ：ＴＮ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ ５ 文 章 编 号 ：１０ — ５ ６ （Ｏ ５ ０ —０ ０ 一Ｏ ０ １ ８ ８ ２Ｏ ） ２ １８ ４
在 这 个 双 锥 体 结 构 的 耦 合 区 发 生 功 率 再 分 配 ， 部 一
Hale Waihona Puke Baidu
分光功 率从 直通臂继 续 传输 ， 另一部 分 光从耦 合 臂 传输 到另一 光路 ， 实现 光 功率 的耦 合口 。采 用 这 ］
种 技 术 制 造 的 全 光 纤 耦 合 器 具 有 很 低 的插 入 损 耗 ， 精 确 的分 光 比 ， 良好 的 一 致 性 和 稳 定 性 以 及 很 高 的 性 价 比［ ］ ６ 。但 目前 市 场 上 广 为 应 用 的 光 纤 耦 合 器
子 显 微 镜 观 察 了光 纤耦 合 器 的显 微 形 貌 。 经 大 量 观 测 实验 研 究 发 现 ： 光 纤耦 合 器 的 锥 形 区域 ， 在 存
在 皲裂 ， 并且 拉 伸 速 度 越 快 ， 裂 越 明显 ； 光 纤耦 合 器 的耦 合 区域 ， 纤 表 面 存 在 微 小 晶 粒 ， 内 皲 在 光 而
艺 优 化 与 稳 定 的 问题 ， 二 ， 格 产 品 的 光 学 性 能 差 其 合 异 问题 。本 文 拟 通 过 研 究 制 备 工 艺 与 结 构 形 状 的关
系 ， 到 解 决 问 题 的方 案 。 找
南 大学创 新 工程 资 助项 目（ ３ ６ ６ ． ００ １）
・１ ８ ・ Ｏ
Ｖａ ｏ ｅ ｏ ｉｏ ） 制 作 的单 模 光 纤 作 为 原 材 料 。 ｐ ｒＤ ｐ ｓｔ ｎ 法 ｉ
熔 融 温 度 是 选 用 ９ ． ９ 的 丙 烷 和 ９ ． ９ 的 ９９９ ９ ９
以 Ｘ ＧＤ— Ｓ Ｏ ２型六 轴 光 纤 耦 合 机 为 实 验 平 Ｙ Ａ２ Ｏ
台， 图 １ 示。 如 所