光纤端面研磨处理工艺流程

光纤端面研磨处理工艺流程

本文主要分析了光纤端面处理熔接对光纤激光器功率影响，研究了光纤端面处理工艺流程，分析了光纤

端面切割研磨方法，对光纤熔接过程提出了具体要求，为同类激光器研制提供了参考依据。

1、前言

光纤圆柱形介质波导由纤芯、包层涂敷层3部分组成，一般单模多模光纤纤芯直径分别为5～15μ

m 40～100μm，包层直径大约为125~600μm。经过处理光纤端面，理想状态一个光滑平面。但实

际，光纤端面加工往往不能达到理想状态，例如抛光不理想、有划痕、表面或边缘破碎损伤等等，都将使

端面情况复杂化。对于光纤与激光器其它元件耦合以及光纤之间熔接来说，要求光纤端部必须有光滑平

整表面，否则会增大损耗。本文分类介绍了光纤损耗产生原因，通过实验验证了光纤端面质量对光纤激光

器输出功率影响，研究了光纤端面处理工艺流程，分析了光纤端面切割研磨方法，对光纤熔接过程提出

了具体要求，为同类激光器研制提供了参考依据。

2、光纤损耗种类

2.1光纤本征损耗

光纤本征损耗即光纤固有损耗，主要由于光纤机基质材料石英玻璃本身缺陷含有金属过渡杂质OH- ，

使光传输过程产生散射、吸收色散，一般可分为散射损耗，吸收损耗色散损耗。其散射损耗由于

材料原子密度涨落，冷凝过程造成密度不均匀以及密度涨落造成浓度不均匀而产生。吸收损耗由

于纤芯含有金属过渡杂质OH-吸收光，特别红外紫外光谱区玻璃存固有吸收。光纤色散按照产生

原因可分为三类，即材料色散、波导色散模间色散。其单模光纤以基模传输，故没有模间色散。单模

光纤本征因素，对连接损耗影响最大模场直径。单模光纤本征因素引起连接损耗大约为0.014dB，当

模场直径失配20%时，将产生0.2dB 连接损耗。多模光纤归一化频率V>2.404，有多个波导模式传输，V

值越大，模式越多，除了材料色散波导色散，还有模间色散，一般模间色散占主要地位。所谓模间色散，

指光纤不同模式同一频率下相位常数β不同，因此群速度不同而引起色散。

此外，光纤几何参数如光纤芯径、包层外径、芯/包层同心度、不圆度，光学参数如相对折射率、最大理论

数值孔径等，只要一项或多项失配，都将产生不同程度本征损耗。

2.2光纤附加损耗

光纤附加损耗一般由辐射损耗应用损耗构成。其辐射损耗由于光纤拉制工艺、光纤直径、椭圆度

波动、套塑层温度变化胀缩涂层低温收缩导致光纤微弯所致；应用损耗由于光纤张力、弯曲、挤压

造成宏弯微弯所引起损耗。

3、实验装置与结果

掺Er3+光纤环形腔激光器实验装置，泵浦光由波长980nmLD尾纤输出，经波分

复用器（WDM）耦合进

入环形光纤谐振腔，经过耦合器分光后输出激光。其光纤光栅心波长为1546.3nm，掺Er3+光纤长度为3

m，掺杂浓度为400ppm，隔离器工作波长范围为1535~1565nm，各元件插入损耗均为0.4dB，经上述装置

输出功率与输入功率关系曲线，最大输出功率可达16.9mW。但由于光纤激光器

各个部件之间均熔接一

起，插入损耗熔接损耗对整个系统具有非常大影响。熔接质量比较好情况下，总体光光效率可达

5.3%，光纤焊接较差情况下，焊点漏光严重，用转换片可以看到明显泵浦光泄露，严重影响总体光光

效率，二者功率相差23%左右。因此如何降低腔内熔接损耗影响激光器输出功率关键因素。

4、光纤端面处理

光纤端面处理也称为端面制备，光纤技术关键工序，主要包括剥覆、清洁切割三个环节。端面质

量直接影响光纤激光器泵浦光耦合效率激光输出功率。

4.1光纤涂覆层剥除

去除光纤涂覆层光纤端面处理第一步。可以用剥线钳刀片两种方法进行剥除。当采用剥线钳剥除

时，左手拇指食指捏紧光纤，所露长度为5cm左右，余纤无名指小拇指之间自然打弯，以增加力度，防

止打滑，剥线钳应与光纤垂直，上方向内倾斜一定角度，然后用钳口轻轻卡住光纤，右手随之用力，顺光纤轴

向平推出去，整个过程要自然流畅，争取一次成功；当采用刀片剥除时，首先用浓硫酸浸泡3~5cm长光纤端

头1~2分钟，用酒精棉擦拭干净。左手捏紧光纤，持纤要平，防止打滑，右手用刀片沿光纤向端头方向，与光

纤成一定倾斜角度，顺次剥除表面涂敷层聚合物材料，采用这种方法克服了采用化学溶剂法长时间浸泡光纤腐

蚀严重缺点，而且比用剥线钳或刀片直接刮除更容易、去除更干净，不易损伤光纤包层侧面部分。

4.2包层表面清洁

观察光纤剥除部分包层否全部去除，若有残留必须去掉，如有极少量不易剥除涂覆层，可用棉球沾

适量酒精，边浸渍，边擦除。将脱脂棉撕成层面平整扇形小块，沾少许酒精（以两指相捏无溢出为宜），折

成Ｖ形，夹住已剥覆光纤，顺光纤轴向擦拭，力争一次成功，一块棉花使用2～3次后要及时更换，每次要使

用棉花不同部位层面，这样既可提高棉花利用率，又防止对光纤包层表面二次污染。

4.3光纤端面切割

切割光纤端面制备最关键步骤，精密优质切刀基础，严格科学操作规范保证。常用切刀有

笔式切割刀台式光纤切割刀。使用笔式切割刀切割光纤时，光纤放置手指上，另一手持刀距离端头5m

m左右位置处沿垂直光纤轴线方向切割光纤，然后轻轻将切除端头取下；使用台式光纤切割刀进行操作

时，首先要清洁切刀刀片、放置光纤V型槽定位压板，并调整切刀位置使其摆放平稳。切割时动作要平稳

自然，勿重、勿急，避免断纤、斜角、毛刺裂痕等不良端面产生。

表面清洁切割时间应紧密衔接，不可间隔过长，特别已制备端面切勿放污浊空气。移动

时要轻拿轻放，防止与其它物件擦碰。

5、光纤端面研磨

5.1研磨工艺

影响端面研磨质量主要因素主要有光纤安装与定位、端面研磨检查及测试。其研磨及测试部分对

研制优质光纤端面最为关键。直接影响光纤端面研磨效果主要因素有：研磨机运转稳定，研磨砂纸颗粒均

匀、正确使用研磨片、以及研磨参数设置（压力时间）。

目前使用研磨机按其运转原理一般可分成齿轮传动，皮带传动及连竿传动三类。采用齿轮传动方式，一

般马力较强，稳定性较高；采用皮带传动方式，一般马力较小，其转速高压情况下易发生变化，此外皮带随

时间老化后容易出现问题；采用连竿式传动方式，噪音较大，稳定性较低，机身容易抖动并且压力偏低。

加压方面，有单点心加压，气压及液压等方式。单点心加压易受外界影响变化，如每盘件数有限；

气压较难控制稳定性；而液压操控较精确，力度相对较大，但价格昂贵。

整个研磨过程，不论研磨机速度，压力，水或研磨液，都会使研磨片效果不一样，故选用

研磨处理时，必须配合各项因素作全盘考虑，采用一个最合理研磨方案。

5.2研磨工序

端面研磨过程经过4道工序：粗磨、磨、细磨、抛光。其粗磨、磨、细磨所用金刚砂纸颗粒大小

不同，分别为6，3，1 0.5。4道工序时间压力总共8个参数，配用不同方案，就可以得到端面质量不

同结果。

6、光纤熔接

把光纤放入熔接机Ｖ型槽时，要确保Ｖ型槽底部无异物且光纤紧贴Ｖ型槽底部。