RP 系列激光分析設計軟件 | 無源光纖（第十三部分）

墨光科技

2022年11月2日 12:15

本教程包含以下部分：

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

? 光纖的非線性特性

? 光纖中的超短脈沖和信號

? 光纖剝離和切割工具

這是 Paschotta 博士的無源光纖教程的第 13 部分

第十三部分：光纖剝離和切割工具

在處理了光纖的大量物理背景之后，我們考慮幾個實際方面：使用光纖時經常需要的一些工具和附件。

光纖剝離和切割工具

在關于光纖端的第 5 部分中，我們已經解釋了光纖端通常需要剝離和切割，并提到了一些常用的工具。以下是一個簡短的概述：

常見的光纖剝離工具看起來就像鉗子一樣。使用光纜時，我們需要用剝線工具切入到聚合物護套中，將護套的一端拉開。該工具還可用來剝離光纖最后幾厘米處的聚合物緩沖層。（有些剝離器專門用于去除護套或剝離緩沖涂層和較小的聚合物涂層）。該設備用于切入護套或緩沖涂層中，但不會損壞內部的玻璃纖維。為了避免損壞光纖而導致斷裂，我們需要小心處理。涂層上的殘留物可能會在以后引起問題，我們也可以使用浸有酒精的墊子來去除。

光纖的切割通常可以使用非常簡單的機械光纖切割工具來完成。在最簡單的情況下，只有鋒利的金剛石、碳化物或陶瓷刀片（劃線）呈鉛筆狀，用于刮擦光纖，然后用手指踢斷它。或者，可以將光纖放在一個簡單的支架上，用兩根手指握住它，在它們之間刮擦，最后通過施加更大的張力將其折斷。這種簡單的刀片和支架包含在簡單的光纖端接套件（準備套件）中。

更復雜的光纖切割器有一個帶有 V 型槽的光纖支架和一些可以夾緊、拉動、劃線并最終切割光纖的機械裝置；用戶只需插入剝離的光纖并向下推動一些杠桿即可。

有一種稱為機械精密光纖切割器的特殊設備，可以在更可控的條件下進行切割，從而獲得更一致的結果，其工作原理如下：通常情況下，先使用一個 V 形槽和兩個夾具來插入剝離的光纖并將其固定，然后施加大小可調的張力（例如用螺絲刀），接著讓金剛石刀片接近光纖，造成所需的劃痕，可以用小電磁鐵或壓電使刀片振動，最后，增加張力使得光纖斷裂。一些半自動光纖切割器還允許角度切割，即用于制備與光纖軸成一定角度的光纖端面。

通常情況下，對于標準的石英光纖來說，剝離和切割都沒有問題。然而，對于非標準光纖直徑、具有大空氣填充率的光子晶體光纖或易碎的氟化物光纖來說卻存在一些問題。

光纖連接設備

光纖連接拼接意味著將兩個光纖端連接在一起，這樣光可以從一根光纖傳輸到另一根光纖，而不會產生過多的耦合損耗。我們需要區分下面兩種技術：

機械拼接使用機械部件來連接光纖端。
熔接意味著光纖端通過熱處理熔接在一起。

機械接頭可以用相對簡單的耗材制成，不需要昂貴的設備。只需將剝離和切割的光纖端插入機械接頭即可（有些版本是透明的，因此可以看到內部的光纖端）。使用鎖緊螺母，可以固定光纖。光纖需要插入到光纖端之間基本上沒有氣隙的程度。一些機械接頭是可重復使用的，即可以取出光纖并將接頭用于其他光纖。另一些允許使用折射率匹配流體，這可以大大降低插入損耗，但在重做接頭時需要額外清潔。在某些情況下，人們用一種紫外線固化的環氧樹脂將光纖粘合起來，這會導致接頭不能重復使用。

對于熔接，有精密的熔接設備。必須將剝離并仔細切割的光纖端插入夾具并正確定位。通過按下按鈕，該裝置將光纖兩端緊密連接在一起，并通過電弧(或可能使用 CO2 激光器)加熱，這樣光纖兩端就融合在了一起。熔接機非常昂貴，但它們生產最可靠和低損耗的熔接，而且不需要昂貴的耗材。

盡管熔接接頭與原始光纖相比相當堅固，但剝離光纖的保護效果較差。因此，人們經常使用拼接保護套來保護拼接區域。

檢查光纖端和接頭

視覺故障定位器可以幫助定位光纖的故障，尤其是接頭的故障。這種設備在帶有光纖連接器的小盒子中包含一個可見（通常是紅色）激光源，在那里可以連接被測的光纖，然后將一些可見光注入光纖中，只有在存在故障的位置，大量的光才會從光纖中散射出來并且可以被看到。顯然，機械接頭應該是透明的，這樣檢查方法才能正常工作。

還有用于檢查光纖端的光纖顯微鏡，這些顯微鏡可能比通用顯微鏡便宜，因為它們可以在固定(相對較高的)放大倍率下工作。定期檢查例如光纖切割和拋光表面的質量是非常有用的，因為這對于成功的熔接和低損耗連接至關重要。顯微鏡檢查只需要最短的時間——比后來的故障查找和修復要短得多。

特殊的干涉儀可用于檢查光纖端表面質量和圓頂半徑。通常情況下，被測光纖與其連接器要一起插入。

光纖連接器和跳線

光纖連接器對于非永久性連接非常有用，例如光纖跳線。我們已經在第6部分和百科全書文章中討論了光纖連接器的相關內容。已由制造商連接的光纖跳線有許多不同的版本：

有許多不同的連接器類型，有時也有不同的質量級別。
提供不同的單模和多模光纖。
根據使用環境的不同，光纖跳線具有不同的防潮、耐熱和防火性能。對于室內應用來說，防火安全是一個非常重要的方面。耐濕性和耐溫性是戶外電纜必不可少的，但通常不是跳線。機械保護也很重要，例如防止人們在光纜上行走，所以會有特別堅固的光纜。

請注意，通常需要一些相關設備進行連接，即用于連接的光纖連接器。除了剝離和切割設備外，通常還包括根據連接器類型而定的專用工具。但是，一些光纖用戶可以完全使用預制的光纖連接設備和跳線，而不必自己安裝連接器。

光纖適配器

光纖適配器有很多種。他們中有許多允許連接兩個已經配備光纖連接器的光纖端- 可能是不同類型的。由于存在許多不同種類的光纖連接器，因此需要多種不同的適配器。

光纖準直器

在許多情況下，人們希望將離開光纖端的光轉換成準直光束。為此，可以將在光纖端附加一個光纖準直器。通常，準直器用于連接光纖端，即具有光纖連接器的端，例如 FC 或 SMA 類型。本質上，這種準直器包含一個抗反射涂層透鏡和一個用于光纖連接器的適配器，或者是用于裸光纖的某種安裝座。準直光束的光束半徑大約是透鏡的焦距乘以來自光纖的光束發散半角。對于單模光纖，光束發散度大約是波長除以π乘以模式半徑。較大的準直光束要求光纖準直器的直徑既長又大。

光纖準直器也可用于將準直光束發射到光纖中。

光纖光機零件

人們經常使用頂部帶有一些夾子的 V 形槽將光纖牢固地固定在某個位置。通過在陣列中排列這樣的 V 型槽，可以安裝一個光纖陣列，其中通常一些光纖（有時甚至數千根光纖）以恒定的明確間距排列成一條線。也有專門用于光纖陣列的特殊光纖連接器。

為了將激光發射到光纖中，會有完整的光纖發射系統，包括安裝在精密平移臺上的 V 形槽和夾具，以及一些聚焦透鏡。替代方案可以使用安裝在平移臺上的光纖準直器（見上文）。

如果需要將一些大塊光學元件插入到光纖裝置中，則使用帶有兩個光纖準直器并在其間留出一些空間的組件可能會很方便。特別是與單模光纖一起使用時，高機械穩定性很重要。

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