① 玻璃光纖中的導光

② 光纖模式

③ 單模光纖

④ 多模光纖

⑤ 光纖末端

⑥ 光纖接頭

⑦ 傳播損耗

⑧ 光纖耦合器和分路器

⑨ 偏振問題

⑩ 光纖的色散

? 光纖的非線性

? 光纖中的超短脈沖和信號

? 附件和工具

這是 Paschotta 博士的無源光纖教程的第 5 部分

第五部分：光纖末端

準備清洗光纖末端：剝離、切割、拋光

在大多數情況下，當使用光纖時，必須準備干凈的末端。第一步通常是使用機械剝離器剝離最后幾厘米的聚合物涂層。在有問題的情況下，可能必須使用溶劑（化學剝離）。玻璃纖維的外殼通常會很干凈，但纖維末端，如果它只是被折斷，仍然會有不規則的形狀。因此，我們需要一些方法來獲得一個好的表面——通常是一個平面，它垂直于纖維軸，或者有時具有其他一些角度。制備干凈末端的最常用方法是切割。本質上，這意味著裸光纖玻璃的受控斷裂。一種方法是在對纖維施加一定的張力或彎曲之前或同時在纖維的側面制作一個微小的劃痕，例如用鋒利的金剛石、碳化物或陶瓷刀片。這會導致光纖從上述斷裂點開始斷裂。通常，得到的表面非常光滑。切割通常使用簡單的金剛石刀片完成。一個人輕微地劃傷光纖然后將其折斷，例如用手指尖末端。此過程需要一些練習，并且結果有些可變。為了獲得更一致的結果，需要在更受控的條件下使用精密光纖切割器進行切割。這些設備中的一些也可用于制備角度切割（參見圖 2），切割表面和纖維軸之間的角度控制得相對較好。在非標準情況下，例如大纖維直徑或非標準玻璃成分，切割變得更加困難。例如，在切割氟化物纖維時，至少需要使用適合的參數用于精密切割器。有關更多詳細信息 ，請參閱我們關于光纖切割的百科全書文章。關于光纖附件和工具的第 13 部分還介紹了有關切割工具的更多細節。重新切割光纖可以替代清潔，因為很難可靠地清潔光纖末端。對于非常高質量的光纖表面，或使用大直徑光纖時，或連接光纖連接器時，可能需要在切割后進行一些拋光程序。例如，可以將光纖末端插入套圈（中空陶瓷、玻璃或金屬管）并用膠水固定在那里。然后使用特殊的拋光機將光纖與玻璃管一起拋光。這一過程允許生產具有任意明確定義的纖維表面方向的高質量表面。然而，它比簡單的切割需要更多的時間，當然，拋光機的所有細節（例如，負載力、速度和時間）和拋光劑都必須很好地適應套圈和纖維材料和尺寸. 手工拋光也是可能的，但通常會導致較差的結果。拋光的光纖端，除了切割端外，可能有一些凸曲率，這是由于使用了柔性拋光墊造成的。這種“圓頂表面”有助于例如連接器組中的兩個單模光纖之間的良好接觸。

切割角度的相關性

在某些情況下，重要的是具有剛好垂直于纖維軸的切割纖維表面。例如，當光纖插入光纖連接器時，通常會出現這種情況（參見第 6 部分），盡管有些連接器需要角度切割。 機械接頭也不適用于非垂直端（參見圖 1）。

請注意，由于光纖末端的折射，非正常切割會導致輸出光束方向偏離光纖軸（參見圖 2）。此外，還需要適當傾斜的輸入光束以進行有效發射。這使得角度切割的使用有些不便。

劈裂角度對背反射光也有重要影響。如果它很小，則在輸出表面反射的光（由于與空氣的折射率差異導致的菲涅耳反射）將基本上在纖芯中向后傳播。然而，對于足夠大的切割角，光將完全進入包層并在那里丟失。這意味著盡管有明顯的反射，但仍存在非常大的回波損耗（例如 60 dB），對于正常的劈裂，回波損耗僅為 14 dB。這取決于光纖的細節，需要多大的切割角才能實現高反饋抑制。例如，對于通常的單模光纖，該模式具有幾度的光束發散角。例如，可能需要一個大至 8° 的切割角。對于具有高數值孔徑的光纖，它可能更大。然而，對于大模式面積光纖，相當小的切割角足以抑制反饋。在某些情況下，使用來自光纖末端的菲涅耳反射，例如用于光纖激光器的有效輸出耦合器，或用于光時域反射儀 (OTDR)。

其他端部形狀

在大多數情況下，光纖端部只是平坦的——如上面所討論的，要么垂直切割，要么與光纖軸成一定角度。然而，在某些情況下，使用不同幾何形狀的纖維末端：

• 帶透鏡的光纖端部具有很強的曲率，這會導致準直或至少減少離開光纖的光束的光束發散度。由于通常相當小的芯尺寸，需要相當小的曲率半徑來獲得顯著的透鏡效應。一個特定的實現是光纖球透鏡，其中一個微小的玻璃球融合到光纖末端。為此可以使用特殊的熔接機。玻璃的自然表面張力有助于制造高質量的光纖球透鏡。

• 上述玻璃球還可以進一步加工；例如，它可以配備一個反射平面，將出射光束反射到側面。例如，對于某些將光纖嵌入內窺鏡的醫療應用，這很有用。

• 有光纖軸錐透鏡，在光纖末端附近，光纖直徑迅速減小到基本為零。這可以通過拋光（導致一種鉛筆形狀）或錐形技術來實現。只有在后一種情況下，核心尺寸也會逐漸減小；然而，這方面對于設備的性能可能并不重要。來自光纖并通過這種軸錐端的光被聚焦到一個相當小的直徑，因此它可以發射到例如光子集成電路的一個非常小的波導中。相反，來自這種波導的光可以有效地傳輸到單模光纖中。

• 光纖端部可逐漸變細（→ 漸縮纖維），然后在纖維直徑減小的區域切割。如果在較小端減小的模式尺寸適合于不同種類的光纖，那么這樣的部件可以用于模式場轉換器。

• 無芯端蓋是拼接到光纖末端的均質玻璃部件。（在光子晶體光纖的情況下，可以使用熔接機簡單地將末端區域的孔折疊起來。）來自光纖纖芯的光將在無芯端蓋內膨脹，因此其光束半徑大大增加（強度相應降低）一旦到達玻璃/空氣界面。這種設備允許以非常高的功率水平將光從光纖傳輸到空氣中，反之亦然。

下一期將介紹第六部分：光纖接頭

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