透镜光纤的制作

透镜光纤的制作方法在科学技术日益发展的今天，光纤在各个领域起着越来越重要的作用在光纤通信和光纤传感系统中， 除了要有高精度的光源、光纤和收发器件，另外一个最重要的问题，就是各个器件之间的光耦合问题相 比传统光耦合中常用的外置微透镜偶合法，透镜光纤有着灵活方便，易于集成封装、加工制作的众多优点 对于近年来掺饵光纤放大器（EDFA）、LD泵浦固态激光器、LD泵浦光纤激光器以及半导体光放大器等光电 器件与系统的技术研究越来越活跃，实际应用工艺越来越成熟无论是从技术研究还是实际应用均表明， 严格控制几何形状的透镜光纤制作，都对提高光耦合效率具有重要的作用，而将光纤端面制作成为带有精 确控制的几何形状其实就是制作透镜光纤的过程而制作透镜光纤主要由两方面的应用，第一是为了提高光纤耦合效率而将光纤透镜化，在不增加光源 发光功率的前提下，增加了光纤耦合功率输出，从而降低了光源的要求，提高各整个系统的效率第二是 为了将光纤功能化而制作透镜光纤，特殊的透镜光纤可应用于光纤传感领域，实现相应的探测功能，使装 置结构更加紧凑，灵敏度更高目前针对技术研发领域和生产领域制作光纤透镜的应用，主要是通过对光纤进行研磨的方式，需要一 款特殊的光纤透镜研磨机，并加入在线图像监控装置，可以实现制作平面，斜面，楔形面，圆锥面，甚至 是带有一定曲率的球面等透镜光纤，并由于系统灵活且高精度的可调整结构，可以实现转速缓慢启动，压 力缓慢施加，研磨轨迹可通过计算进行可控管理。

并且由于系统拥有多种光纤夹持装置，故可实现各类型 光纤的透镜化，如石英、塑料、软玻璃材质光纤，以及不同直径光纤的透镜化制作设备的工作原理设备采用的是精密研磨抛光加工方法，此方法属于游离磨粒切削加工法，目前比较认可的定义是：用注入磨料的研磨盘或其它工具去除微量的工件材料，达到高级几何精度（优于0.1 Mm）和优良的表面粗糙度（优于RaO.O1“m）的方法精密研磨抛光加工法是一种相对比较完善成熟的微加工法，是一种柔性制造方法研磨抛光法制造的 不同型面的光纤微透镜，可以实现良好的物理接触，还可将后项反射光加以旁路，从而增大其回波损耗， 减少微透镜对光源的影响系统通过精确控制研磨速度，精确调整接触压力，选择不同材料、粒度的研磨砂纸，时间的准确控制 等加工参数，实现不同的研磨方式和不同的加工工艺将光纤在其端面研磨加工成平面，斜面，楔形，圆 锥形或其它面型光纤在系统中的夹持方式，采用了柔性材料形变远原理，实现光纤在系统内的稳定夹持，不易松脱滑 落，导致光纤位置发生偏离由于是柔性材料，所以可精确控制光纤夹持力度，既实现了对光纤的保护， 又可对各种材质软玻璃光纤夹持为了确保光纤角度的精确控制，系统采用带有实时角度反馈的角度测量装置，并在系统启动时，通过 角度校准的机制，保证了角度的精度。

系统上不仅配有角度粗调装置，还有角度微调装置，可实现角度的 准确调整系统中光纤在轴向通过纺锤结构固定，可实现光纤在轴向上的自转，配合研磨抛光盘即可制作出圆锥 形的透镜光纤等但是在透镜光纤制作过程中，光纤与研磨盘之间要有一定的摩擦力，才能对光纤进行研磨光纤与研磨盘之间的作用力主要是微弯的光纤本身的恢复力，使得光纤与研磨盘之间产生摩擦力，光纤研磨时的受 力分析图如下图一由于光纤存在微弯特性，所以在研磨后，可能导致研磨出现一定不确定偏差，光纤微弯对透镜光纤的 影响如下图二，图三SriSrisli例如在制作双斜面楔形（圆锥形）透镜光纤时会产生两个斜面不对称等情况如下图四，所以研发了一款在线图像监控装置，确保了透镜光纤制作时的精度，将光纤微弯的影响降到最低另外值得一提的拓普光研有一款非常适用于批量化生产类用户制作透镜光纤的设备，采用激光微加工 的方式制作透镜光纤，这台设备直接通过软件设计透镜光纤的各项参数指标或者几何尺寸，之后通过激光 微加工的方式快速、精准的按照设计方案制作出相对应的透镜光纤采用激光微加工的方式制作的透镜光 纤具有传统研磨方式无法比拟的优势，在研磨中光纤与研磨材料接触式加工，无法避免的对透镜光纤表面 以及亚表面产生一定缺陷，这种缺陷会因程度不同给产品的稳定性带来不可预估的风险，并且存在缺陷的 透镜光纤会降低光学耦合性能，然而采用激光微加工的方式制作出的透镜光纤，因其采用的加工方式特性 决定了透镜光纤制作出来时就是光学表面，加工后即可直接用于光学耦合，既保证了生产效率，提高了产 品质量，又简化了工艺流程。

而第二点有别于传统研磨方式制作透镜光纤的地方，采用激光微加工的设备 内置了光斑光束质量分析设备，在生产制作透镜光纤的过程中，加入在线式的光斑光束检测功能，并由于 采用的是非常快速灵活的激光微加工方式加工，在光斑光束在线式检测结果出来后，可以对不太理想的透 镜光纤进行在线式修正，从而尽可能的消除了透镜光纤设计时的理论效果和实际效果之间的误差参考文献[1] 裴雅鹏，光纤端的研磨加工技术，哈尔滨工程大学硕士学位论文，2005[2]王志友，光纤微透镜制造方法的研究，机械研究与应用，2007。