ＥＬＥＣＴＲＯＮｌＣＳ ＷＯＲＬＤ· 互 游 磨抛工艺在高精度光纤延时调节中的应用研究 重庆光电技术研究所詹萍萍 陈俊宇 秦友凤 【摘要】提出了一种利用唐抛工艺对光纤长／艺进行高精度调节的方法，设计了相关的加工Ｘ－艺和测试方法，并通过实验验证了磨抛工艺对光 纤长度和插入损耗的影响，得出了一组稳定控制光纤长度和端面质量的工艺参数证明了通过磨抛工艺调节圯纤延时的方法具有精度高、操 作简单、重复性好等优点，具有较高的推广阶值 【关键词】光纤麝抛；光纤延时；插入损耗 ０．引言 光纤延迟线 损耗低、ｆ ｒ靠性， 、抗ｌ‘扰能力强等特点，皱 广泛刖ｒ十¨挖 、无线宽带通信、光分组交换等领域。常见 比纤延迟线 ｉ 足通过光丌关选择／１ Ｋ馊的光纤路径来实现十Ｈｊ、 Ｉ＇１（Ｉ延迟要求。 光纤延 线的Ｉ：艺难点在于延时长度ｎ０崩精度控制 常用的 调节方法是 系统的工作温度下测试延叫，，｛：敝据测试结果对多余 ｆｉ＂Ｊ）匕纤进仃裁 Ｉ｛｝熔接，以得到较精确的延时指标。该方法存 ：两 １＼ 题：１）实 操作中存 光纤町 的Ｋｆ簦误蔗和光纤的熔接拟 牦，控制精度 ｛能达到１ｍｌＴｌ，｝Ｉ『】延时精度约为４．９ｐｓ，不能满足高 Ｊ望系统的指 嘤求：２）熔接时会产生 个较大的固定连接头， １、ｎ 对长度进仃微训．操作 活性差。 本殳捉… ‘种利用磨抛］ 艺对光纤延＿｝、ｆ长度进行精细涧节的 法，并通过吱验 究Ｊ，磨抛工艺对光纤延ＩＩｌｆ精度和传输性能的影 响。通过数 分 ．得出Ｊ 行之有效的磨抛 艺参数，住Ｊ史际应Ｉ利 ｌ｝１取得Ｊ 很好的效 。 １．工艺原理 １．１光纤延时计算 光纤延Ｉ｛’ｆ的原 是利ｆ｝ｊ）匕脉冲信 匕纤－｝ 以群迷度ｖ 传输 ｕ１』，时间延迟Ａ ｉｌ Ｅ 光纤长度Ｌ…，｝｛『］ △ ＝ ＝ ｒ｛】．彪ｆ１ “ ｌＩ］的传播速度Ｃ＝３×１Ｏ １１］／Ｓ，常用的Ｇ．６５２圯纤的 纤芯折射半ｎ ，＝１．４７，【ｌｊ式（１）Ｉ 以锋…光纤的延迟特性约为４．９ｐｓ／ｍｍ。 因此，《吱现ｌｐｓ（１，￣ｄ延［Ｉ１』精度，光纤长度的精心臆达剑Ｏ．２ｍｍ。 １．２调节端的结构设计 光纤Ｋ俊渊¨端的结构如 ｌ所乐，Ｉ１ｌ两个带光纤的陶瓷插芯 的和‘个陶瓷 阳｛：ｊ！』成。陶瓷插芯采川｝ｊ ｌ１ｉ『光纤连接器通州的ＰＣ 型（球而）插针， 配了‘个金属 鹰。延 比纤去除涂覆 后用 环氧睃闻定 陶瓷捕芯里进行磨抛加工， 验合格后通过陶瓷套简 对接，就＿｝；＝；Ｊ成‘个 叮调节Ｋ发的圯纤连接 ¨勾。通过埘插芯的研 磨，川。以￣ｎ－．ｔｉｔ 懿）匕纤长度，从而【】５（变系统的延时。该结构 要有 以卜，Ｌ个优 ：１）通过研磨插芯来调 光纤的Ｋ度，住普通的比 纤连接器Ｊ Ｊｌ１ Ｉ 没箭Ｉ 就町以实现，工艺两ｔ 投入低：２）标准ＰＣ： 插芯对接简 ，ｎ 以根掂实际需要一Ｒ ｊＪＩ］ 还能够与具他 标准ＰＣ连接 进｝ｒ埘接，便于测试。 ·１‘，（１·屯子世界 图１长度调节端结构图 １．３磨抛机理 光纤的磨抛过 【ｆｊ， 砂纸粒度大小的不 ，研磨端的材 料土除模式可以分为脆性断裂干¨ 性去除 １。、。ｊ使川粒Ｊｌ｛＝人ｒ３ ｕ １１１ 的砂纸时，材料去除模式为脆 断裂，此时去除速度较快，似足研 腑 ｍ 较粗糙，插入损耗人。他Ｊ｝ｊ粒度大小住０．０５～３ ｕ ｍ的砂纸 时，十４料的去除形式为延性 除，去除速度较慢，仍足研髓农 光泔，插入损耗小 Ｉ。【 此，我们按照不 的十寸料太除卡；ｌ式，将磨 抛过 分为粗磨，中磨，细縻ｆｆｊ抛光四个步骤。 ｆ１Ｉ－羊ｆ｛磨采用 ９ ｍ粒度的金刚石砂纸， 崾进仃长度调节并形成球形端 ：中 縻和细磨分别采用粒度为３ ｕ ｍ和ｌ ｕ ｍ的金刚石砂纸，减小嵌 粗 糙度；抛光采用磨粒大小为０．０５ ｕ ｍ的Ａ１，Ｏ 抛光砂纸一蔓鼗是提高 …比滑度，减小变炳 度， 高传输性能 ｌ。 ２．实验 ２．１实验设备 比纤磨抛采计ＪＲＢ５５０ Ｊ ：数挖研磨机，该研磨机果川 轮传 动方式，加工时可以根据需要调１７ ｑ角的压力，稳定性高，能够灵 活渊１ｉ研磨转速祠ｌ轨迹。 使用４００Ｘ￣ 调端 榆测仪｛＿：；＝验插 的端向顺 ，他 咒功 棼汁洲试插入损耗．使用Ａｇｉｌｅｎｔ的Ｅ８３６３Ｂ矢量网络分 仪测 比 纤的延时，光纤延［１１ｆ的测量方法ｆ［１１ ２所示。 图２光纤延时测量平台 ２＿２实验步骤 研磨分为定时和定长两干４＿方 ，定时研磨ｆＨ于制作调 端牺芯， 对光纤长度的去除量是一定的。定长研磨ｆ｝ｊ于光纤冉勺长发谰瞥，·ｔＪ Ｊ以 按照实际要求去除一定长度的圯纤。 验的工艺流程如Ｉ ３所求 ＥＬＥＣＴＲＯＮｌＣＳ ＷｏＲＬＤ·苏 受 游 △Ｌ Ｌ—Ｌ’ Ｉ－＋２１２＋１ ３（２） 结果如表２所示。 表２插入损耗和长度变化 编号 １＃ ２＃ ３＃ ｌｓ＝Ｌ，一Ｌ’ （３） 由图４可知，总的变化长度 △Ｌ由式（２）汁算。其中，Ｌ’ 插入损耗（ｄＢ） ０．２５ Ｏ：ｉｌ ０．３２ Ｏ．２７ ０，３６ 延时变化【ｐｓ） Ｏ ８ ０ ８ １．１ １ Ｏ ０．８ 长度变化（ｉｎｌｌ１） ０ ｌ６ Ｏ．１６ Ｏ．２２ Ｏ．２Ｏ ０．１６ 为实际要求长度，Ｊ，为光纤剪切 长度，Ｉ２为制作一个插芯的固定 １＃ 长度损耗，１ 为定长研磨的调整 长度，由式（３）计算得出。由 ５ｇ ６＃ ７ｇ Ｏ．２８ ０．２９ Ｏ．２７ Ｏ．：｛ｌ ０．２５ １．０ １．Ｏ Ｏ．９ Ｏ．８ １．Ｏ Ｏ．２０ Ｏ．２Ｏ Ｏ ｌ８ Ｏ．１６ ０．２０ 于光纤剪切存在长度误差，因 此实际操作时１．要保留一定的余 量，再通过后续的定长研磨进一 ８＃ ９＃ １Ｏｇ 步调节。为了确定剪切光纤时的 保留余量，通过实验确定插芯制 由表２的数据可以看出，在插芯的制作过程中，光纤的长度 变化为０．１６～Ｏ．２２ｕｍ，可以将插芯制作时的固定长度损耗ｌ２定为 ０．２ｍｍ，在实际截取光纤时，可以留出１ｍｍ的长度余量即可满足后 续的加工要求。 对上述实验后的光纤跳线进行长度调节，使延时为ｌＯ００ｐｓ。 作时的固定长度损耗１，：首先， 将测试好长度的光纤跳线从中间 切开，去除切断处两端的ｌｃｍ长 的光纤套管和涂覆层，用ｌ：ｌ０配 比的ＮＤ３５３胶水固定在ＰＣ插芯 由式（２）和式（３）计算出实际的光纤截取长度ｌ１和定长研磨长度 ｌ３，通过磨抛进行长度调整后，实验数据如表３所示。 表３定长加工实验数据 编 号 Ｊ＃ 中，在１２０℃下烘烤１０分钟至胶 图３工艺流程图 水完全固化，再用光纤刀切除 插损（ｄＢ） ０．：｛２ 延时（Ｄｓ） ｉ０００．５． 长度（ｍｍ） ２０４．１８ 多余的光纤。然后，将插芯装入夹具中进行磨抛。磨抛时采用带弹 性的橡胶磨盘，将磨抛砂纸固定在磨盘上，用水平仪将磨盘调至水 ２＃ ：ｊ＃ ４＃ ５ｎ ６＃ ７＃ １３ ０．３６ ０：｛５ ０．４１ Ｏ．３５ ０．｜｛４ ０．２９ ０．３１ ０．３６ ｌ０００．７ ｌ０００．９ ９９９．８ ｌ０００．６ ９９９．９ １０００．５ ｌ０００．９ ｌ０Ｏ１．０ ２０４．２２ ２０４．２７ ２０４．Ｏ４ ２０Ｉ４．２２ ２０４．Ｏ４ ２０ ｛．１８ ２０／１．２７ ２０【】．２９ 平。在磨抛过程中机器的四角加压杆对夹具施加一个均匀恒定的压 力，使光纤插芯与砂纸之间形成弹性接触，再按照表ｌ的工艺参数 进行加工。 ８＃ 一 ～ ９＃ ＩＯｇ Ｏ ２９ ｌ０００．１ ２０４．１０ ： 图４长度调整图 由上述实验数据看出，通过磨抛工艺进行光纤延时长度调节， 延时精度可以达到ｌｐｓ，长度精度０．２ｍｍ。 ４结论 实验证明，利用磨抛的工艺方式进行光纤加工，可以在ｌｐｓ的 精度调节光纤延迟，比传统方式精度更高，且操作简单灵活，结构 表１插芯磨抛参数 稳定性好。磨抛后的插入损耗在０．４ｄＢ内，能够有效的应用在高精 度的光纤延迟系统中，具有较高的推广价值。 每步工艺完成后，用无水乙醇清洁加工端面。抛光后使用端面 参考文献 检测仪检查端面质量，要求纤芯部分光洁无划痕。检测合格后，用 陶瓷套简将插芯按照原光路对接，用光功率计测试插入损耗，再用 矢量网络测试仪测出光纤延时。 对加工好的调节插芯，再根据式（３）计算出ｌ３进行定长研磨。 【１１邱志成，史双瑾等．高精度光纤延迟线的研究【Ｊ】．光电工 程，２（１【ｌ９，３６（６）：７２—７５． ｆ２１刘德福，段吉安．光纤端面研磨抛光机理研究Ｕ１．光学精密工 程，２００４，１２（６）：５７０—５７５． 定长调节在粗磨步骤实现，研磨时将百分表的测量头放置在磨抛夹具 上，实时监控长度变化。中磨、细磨和抛光步骤仍按照表ｌ中的要求 执行，由于砂纸粒度较小，且加工时间短，不会影响光纤长度。 杨福兴．光纤连接器超精密加工技术的研究Ｕ】．航空精密制造 技术，２ｔ１０３，３９（３）：１—３． 【４】陈明君，董申，李旦等．脆性材料超精密磨削时影响表面质量因 素的研究Ｕ】＿机械工程学报，２０Ｏ１，３７（３）：１—４． ３．实验数据与分析 选取ｒ十根光纤跳线进行调节插芯制作，加工前后的参数测试 电早世界·１９１·
