光纤
光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具,它的主要作用就是传导信息。
光纤端面
对于两根光纤的连接 , 光纤端部必须有光滑平整的表面 , 否则会使连接损耗增大。因此光纤切好之后的截面,要求要平整。但实际上,由于种种原因是不能达到理想状态的,光纤端面的不完善性包括相对光纤轴线而言的端面倾斜、端面凹凸不平、端面不平整等。 光纤端面加工质量对光纤通信系统的整体性能影响比较大,光纤切割加工后,若表面面型不好会导致出光效率大打折扣。而且为了连接直径在10-100µm范围内的光纤,首先要解决光纤连接器的连接精度控制问题。连接精度的好坏直接影响光纤连接器连接损耗。在实际生产过程中,需要实时检测光纤端面以保证精度,因此就需要研制专门的光纤及光纤连接器端面检测设备。
光纤端面的加工与检测
光纤端面是一种微细结构 , 它是随着微细加工技术的发展逐步发展起来的。例如,通过微机械加工技术制作的微机械表面 , 就是微细结构表面。芯明天公司研发生产的P92及P93系列快速刀具伺服系统具有纳米级定位精度及快速的响应,因此是微细结构加工的选择。同时我们也提供体积小的压电弯曲片,它可以带动金刚石刀头,做单端弯曲运动,进行光纤切割。
由于微细结构表面是由微观结构单元组成的三维复杂结构 , 其测量一般都需要借助直接的或间接的显微放大。与平滑表面的测量不同 , 微细结构表面的测量不仅要测量表面的粗糙度或瑕疵 , 还要测量表面的轮廓、形状偏差和位置偏差。因此微细结构表面的测量相对而言是比较困难的。
微细结构表面形貌测量方法
微细结构表面形貌测量方法一般分为5类,分别为机械探针式测量方法、光学探针式测量方法、干涉显微测量方法、扫描电子显微镜(SEM)测量方法、扫描探针显微镜(SPM)测量方法。光纤端面这种很特殊的微细结构表面 , 必须按其特殊性来选择合适的检测方法和手段。
机械探针式易损伤被测表面,光学探针成本较高,扫描电子显微镜(SEM)测量与扫描探针显微镜(SPM)测量对仪器要求很高,成本昂贵,所需条件也难以实现。因此,合适的光纤端面检测方法是干涉显微测量法,该方法具有成本低、易实现、对环境有较强的适应能力等优点。
干涉显微式光纤端面检测的原理
干涉显微式光纤端面检测方式的原理如下图所示。来自光学系统前端光路的光束经半反镜反射照射到参考板和光纤端面上 , 由于经抛光后的光纤端面一般成球面 , 于是可从显微镜中观察到环形的干涉条纹。
光纤条纹
下图检测干涉条纹中的黑圈处有畸变 , 从畸变的情况可以判断此部分有缺陷。
存在缺陷的端面的干涉图样多种多样,但大部分是干涉条纹经扭曲、偏移、变形演绎而成。缺陷越是严重,图形变化越大,越不规则。由于人工抛光和机械抛光的不完善性 , 得到的光纤端面往往只能是近似理想的平面。
作为一个符合要求的光纤端面应该满足如下特点:
1)端面的切面与光纤轴线垂直 ;
2)纤芯部分无划痕 ;
3)各端面应为近似平面或以纤芯为顶点的球冠面。
压电纳米定位台在干涉显微端面检测中的作用
将压电陶瓷纳米定位台/促动器引入光纤端面干涉检测装置中,由于压电陶瓷的逆压电效应,对压电陶瓷纳米定位台/促动器施加电压,它会产生纳米级的精密运动。
通过芯明天压电陶瓷驱动电源的精密控制,对压电纳米定位台/促动器施加电压信号,压电纳米定位台/促动器产生纳米级位移,从而带动镜片做纳米级精密运动,配合CCD得到清晰的图像;压电纳米定位台/促动器再进行分步式运动,从而使干涉条纹做相应的变化,配合CCD再次成像,得到光纤端面的分层式的多张图像,再将图像进行整合,得到光纤端面整体端面情况的立体图像,从而检测出光纤端面的终端表面情况。
芯明天压电纳米定位台/促动器
下图为芯明天公司研发生产的P63压电纳米定位台,它适于多模光纤的端面检测,它具有体积小巧、易于安装、定位精度高等特点。
芯明天公司提供的压电陶瓷促动器、压电叠堆陶瓷及压电陶瓷片,它们非常适于单模光纤的端面检测,产品外观如下图所示。
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