RP 系列激光分析设计软件 | 无源光纤（第十三部分）

2022-11-02 18:13

墨光君

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本教程包含以下部分：

1 玻璃光纤中的导光

2 光纤模式

3单模光纤

4 多模光纤

5 光纤末端

6 光纤接头

7 传播损耗

8 光纤耦合器和分路器

9 偏振问题

10 光纤的色散

11 光纤的非线性特性

12 光纤中的超短脉冲和信号

13 光纤剥离和切割工具

这是 Paschotta 博士的无源光纤教程的第 13 部分

第十三部分：光纤剥离和切割工具

在处理了光纤的大量物理背景之后，我们考虑几个实际方面：使用光纤时经常需要的一些工具和附件。

光纤剥离和切割工具

在关于光纤端的第 5 部分中，我们已经解释了光纤端通常需要剥离和切割，并提到了一些常用的工具。以下是一个简短的概述：

常见的光纤剥离工具看起来就像钳子一样。使用光缆时，我们需要用剥线工具切入到聚合物护套中，将护套的一端拉开。该工具还可用来剥离光纤最后几厘米处的聚合物缓冲层。（有些剥离器专门用于去除护套或剥离缓冲涂层和较小的聚合物涂层）。该设备用于切入护套或缓冲涂层中，但不会损坏内部的玻璃纤维。为了避免损坏光纤而导致断裂，我们需要小心处理。涂层上的残留物可能会在以后引起问题，我们也可以使用浸有酒精的垫子来去除。

光纤的切割通常可以使用非常简单的机械光纤切割工具来完成。在最简单的情况下，只有锋利的金刚石、碳化物或陶瓷刀片（划线）呈铅笔状，用于刮擦光纤，然后用手指踢断它。或者，可以将光纤放在一个简单的支架上，用两根手指握住它，在它们之间刮擦，最后通过施加更大的张力将其折断。这种简单的刀片和支架包含在简单的光纤端接套件（准备套件）中。

更复杂的光纤切割器有一个带有 V 型槽的光纤支架和一些可以夹紧、拉动、划线并最终切割光纤的机械装置；用户只需插入剥离的光纤并向下推动一些杠杆即可。

有一种称为机械精密光纤切割器的特殊设备，可以在更可控的条件下进行切割，从而获得更一致的结果，其工作原理如下：通常情况下，先使用一个 V 形槽和两个夹具来插入剥离的光纤并将其固定，然后施加大小可调的张力（例如用螺丝刀），接着让金刚石刀片接近光纤，造成所需的划痕，可以用小电磁铁或压电使刀片振动，最后，增加张力使得光纤断裂。一些半自动光纤切割器还允许角度切割，即用于制备与光纤轴成一定角度的光纤端面。

通常情况下，对于标准的石英光纤来说，剥离和切割都没有问题。然而，对于非标准光纤直径、具有大空气填充率的光子晶体光纤或易碎的氟化物光纤来说却存在一些问题。

光纤连接设备

光纤连接拼接意味着将两个光纤端连接在一起，这样光可以从一根光纤传输到另一根光纤，而不会产生过多的耦合损耗。我们需要区分下面两种技术：

机械拼接使用机械部件来连接光纤端。

熔接意味着光纤端通过热处理熔接在一起。

机械接头可以用相对简单的耗材制成，不需要昂贵的设备。只需将剥离和切割的光纤端插入机械接头即可（有些版本是透明的，因此可以看到内部的光纤端）。使用锁紧螺母，可以固定光纤。光纤需要插入到光纤端之间基本上没有气隙的程度。一些机械接头是可重复使用的，即可以取出光纤并将接头用于其他光纤。另一些允许使用折射率匹配流体，这可以大大降低插入损耗，但在重做接头时需要额外清洁。在某些情况下，人们用一种紫外线固化的环氧树脂将光纤粘合起来，这会导致接头不能重复使用。

对于熔接，有精密的熔接设备。必须将剥离并仔细切割的光纤端插入夹具并正确定位。通过按下按钮，该装置将光纤两端紧密连接在一起，并通过电弧（或可能使用 CO₂激光器）加热，这样光纤两端就融合在了一起。熔接机非常昂贵，但它们生产最可靠和低损耗的熔接，而且不需要昂贵的耗材。

尽管熔接接头与原始光纤相比相当坚固，但剥离光纤的保护效果较差。因此，人们经常使用拼接保护套来保护拼接区域。

检查光纤端和接头

视觉故障定位器可以帮助定位光纤的故障，尤其是接头的故障。这种设备在带有光纤连接器的小盒子中包含一个可见（通常是红色）激光源，在那里可以连接被测的光纤，然后将一些可见光注入光纤中，只有在存在故障的位置，大量的光才会从光纤中散射出来并且可以被看到。显然，机械接头应该是透明的，这样检查方法才能正常工作。

还有用于检查光纤端的光纤显微镜，这些显微镜可能比通用显微镜便宜，因为它们可以在固定（相对较高的）放大倍率下工作。定期检查例如光纤切割和抛光表面的质量是非常有用的，因为这对于成功的熔接和低损耗连接至关重要。显微镜检查只需要最短的时间——比后来的故障查找和修复要短得多。

特殊的干涉仪可用于检查光纤端表面质量和圆顶半径。通常情况下，被测光纤与其连接器要一起插入。

光纤连接器和跳线

光纤连接器对于非永久性连接非常有用，例如光纤跳线。我们已经在第6部分和百科全书文章中讨论了光纤连接器的相关内容。已由制造商连接的光纤跳线有许多不同的版本：

有许多不同的连接器类型，有时也有不同的质量级别。

提供不同的单模和多模光纤。

根据使用环境的不同，光纤跳线具有不同的防潮、耐热和防火性能。对于室内应用来说，防火安全是一个非常重要的方面。耐湿性和耐温性是户外电缆必不可少的，但通常不是跳线。机械保护也很重要，例如防止人们在光缆上行走，所以会有特别坚固的光缆。

请注意，通常需要一些相关设备进行连接，即用于连接的光纤连接器。除了剥离和切割设备外，通常还包括根据连接器类型而定的专用工具。但是，一些光纤用户可以完全使用预制的光纤连接设备和跳线，而不必自己安装连接器。

光纤适配器

光纤适配器有很多种。他们中有许多允许连接两个已经配备光纤连接器的光纤端－可能是不同类型的。由于存在许多不同种类的光纤连接器，因此需要多种不同的适配器。

光纤准直器

在许多情况下，人们希望将离开光纤端的光转换成准直光束。为此，可以将在光纤端附加一个光纤准直器。通常，准直器用于连接光纤端，即具有光纤连接器的端，例如 FC 或 SMA 类型。本质上，这种准直器包含一个抗反射涂层透镜和一个用于光纤连接器的适配器，或者是用于裸光纤的某种安装座。准直光束的光束半径大约是透镜的焦距乘以来自光纤的光束发散半角。对于单模光纤，光束发散度大约是波长除以π乘以模式半径。较大的准直光束要求光纤准直器的直径既长又大。

光纤准直器也可用于将准直光束发射到光纤中。

光纤光机零件

人们经常使用顶部带有一些夹子的 V 形槽将光纤牢固地固定在某个位置。通过在阵列中排列这样的 V 型槽，可以安装一个光纤阵列，其中通常一些光纤（有时甚至数千根光纤）以恒定的明确间距排列成一条线。也有专门用于光纤阵列的特殊光纤连接器。

为了将激光发射到光纤中，会有完整的光纤发射系统，包括安装在精密平移台上的 V 形槽和夹具，以及一些聚焦透镜。替代方案可以使用安装在平移台上的光纤准直器（见上文）。

如果需要将一些大块光学元件插入到光纤装置中，则使用带有两个光纤准直器并在其间留出一些空间的组件可能会很方便。特别是与单模光纤一起使用时，高机械稳定性很重要。

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