[发明专利]一种全参数监控的光纤侧抛工艺装置与方法

说明书

本发明公开了一种全参数监控的光纤侧抛工艺装置与方法，可以实现对光纤侧抛区域和侧抛长度的控制及对抛磨深度、抛磨长度、抛磨表面质量和损耗的监控，属于光纤器件微加工领域。通过旋转光纤控制绕轴方向的光纤侧抛区域；通过控制光纤与光纤抛磨轮的贴合程度调节侧抛长度；通过与光纤密贴合的位移测量模块实时监控光纤抛磨深度；通过对光纤进行特定轴向运动，对侧抛光纤的抛磨深度、抛磨长度、抛磨表面质量等参数进行直观监控；通过激光器和光功率计组合监控光纤损耗；从而全方位改善了传统光纤抛磨仪器中对光纤抛磨参数监控不全面特别是抛磨深度参数难以实时监控等问题。本发明在光纤微加工领域有着广泛应用前景，填补了相关技术领域的空白。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，更具体地是涉及一种全参数监控的光纤侧抛工艺装置与方法。

背景技术

光纤侧抛技术的出现，使光纤中的消逝场得到了越来越广泛的应用，也在此基础上发展出了众多的光纤器件。在一方面，光纤侧抛技术被广泛应用到光纤传感器的制备当中。当光纤包层被移除，其内部光场的束缚减弱，消逝场开始与外界产生较强的相互作用，此时就会发生散射、吸收、反射等现象，通过适当的方法进行接收检测，即可得到需要测量的环境变量；或者也可以采用镀膜或掩埋的办法，使侧抛平面直接接触到金属或液体，激发表面等离子基元等微纳尺度光学现象，从而能更加灵敏检测到外界环境的变量。另一方面，侧面抛磨光纤还可以用来制备性能稳定的光纤耦合器，当两根光纤通过抛磨面紧紧贴合时，仅距离几个微米的纤芯通过消逝场可产生较好的耦合效果。除此之外，侧面抛磨光纤还可以用于制备激光器、光调制器等光学器件。

在上世纪80年底，人们将光纤固定于石英块上，通过手动打磨的方式将光纤的包层连同石英块表面一同剥离的方法，成功制备了光模式偏振选择器(R.A.Bergh,H.C.Lefevre,H.J.Shaw,“Single-mode fiber-optic polarizer,”Optics Letters,vol.5,no.11,pp.479-481,1980)。该光纤侧抛工艺的操作简单，成本低廉，但是由于没有控制深度的方法，导致侧抛深度控制的不稳，并且需要大量的人工测量，制作周期长，效率低，并且光纤容易断裂，产率较低。

在此之后，有人利用带有V型槽的硅片代替以往的石英块作为光纤的抛磨载体，在可解除的固化剂作用下固定或取出光纤(S.-M.Tseng,C.-L.Chen,“Side polishedfibers,”Applied Optics,vol.31,no.18,pp.3438-3447,1992)。该方法可以有效控制研磨的深度，但是并没有解决因为人工操作而引起的断裂与耗时问题。并且，对于不同外径的光纤、不同需求的抛磨深度与长度，需要重新制作不同的V型槽硅圆片，无法做到对抛磨深度长度的自由调控，也带来了相对较高的成本。

为了解决人工抛磨带来的不足，利用抛磨轮沿着光纤纵向进行打磨的技术得以运用并且取得了成功(M.H.Cordaro,D.L.Rode,T.S.Barry,R.R.Krchnavek,“PrecisionFabrication of D-Shaped Single-Mode Optical Fibers by In Situ Monitoring,”Journal of Lightwave Technology,vol.12,no.9,pp.1524-1531,1994)。该方法实现了较为精密的抛磨深度控制。但是由于该方法的抛磨轮和光纤均是固定状态，而且光纤始终保持水平，所以该方法的抛磨面在纵切方向上与抛磨轮半径相同的圆形，抛磨深度与长度两个参数无法独立控制，无法做到可控的长距离抛磨。

为了解决抛磨长度可控的问题，哈尔滨工程大学提出了使用光纤与抛磨轮紧密贴合的办法。该方法用施加外力的办法来保证光纤始终张紧，从而弯曲贴合在抛磨轮上，通过抛磨轮与光纤两端形成的三角形的高度，来调节光纤贴合在抛磨轮上的有效长度，从而来调控光纤有效的抛磨长度。不过，这种方法面临着测量上的困难，因为光纤与研磨滚轮是一直接触的，所以只有将滚轮与光纤分离时候才能用显微镜进行抛磨深度的测量，无法进行实时的测量，并且光纤抛磨区域被研磨滚轮在投影方向遮盖，所以在不取出光纤的情况下无法进行光纤表面质量的观测。