熊猫型保偏光纤打孔工艺研究

２０１３年第１期　ＴＩＡＮＪＩＮ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　创新技术　金忠凯（中国电子科技集团公司第４６研究所天津３００２２０）　熊猫型保偏光纤打孔工艺研究　【摘要】打孔工艺可以制作出单长长，一致性好，强度也较好的保偏光纤，同时材料费用大幅降低，加工　周期也相对缩短。结合工作实践，就制作保偏光纤的打孔工艺对预制棒的要求及加工中面临的难题进行　阐述。　【关冀词】打孔工艺单模预制棒套棒保偏光纤　０引言　保偏光纤的制作工艺存在打孔法、插丝法和三件拼装法　１．１＿３几何参数较差的单模预制棒不适合采用打孔Ｔ艺单　模预制棒最终将是拉制成的保偏光纤的主体部分。除去拉丝　过程中的高温下的变形和应力部分的挤压变形等影响外，单　３种工艺方法。在过去的几年里，我单位打孑Ｌ工艺从自主创新　到日趋完善，在科研和生产中形成了一种重要的工艺方法。　模预制棒的几何参数如椭圆度、偏心值等直接影响着保偏光　纤最终的几何参数。另外，单模预制棒椭圆度太大可能会导致　保偏光纤的外径波动较大而参数不合格。　打孔工艺制作保偏光纤的工艺流程如图１所示，首先把　单模预制棒（ａ）加套成可供打孔的预制棒（ｂ），然后在其两侧合　适位置对称打出两个孔如（ｃ），接着把加工好的应力棒装入孑Ｌ　中如（ｄ），最后封装抽真空拉丝如（ｅ）。…　单模预制棒芯部在纵向上的弯曲可能会导致有些位置芯　和打孔的孔壁离得太近，最终可能造成保偏光纤的保偏性能　以及高低温性能不理想，严重时可能会造成打孔时芯部碎裂　或者影响保偏光纤的损耗。所以要求单模预制棒的几何参数　画画画画　（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）　（ｅ）　尽可能好。　１．１．４保偏光纤结构设计的参数超过一定范围就有可能不适　我们往往要根据保偏光纤结构参数设计的　合采用打孔工艺需要来变更ｔ／ｂ和ｒ／ａ的值，图２是保偏光纤预制棒结构示意　图。外径１２５　ｇｍ的保偏光纤的设计值一般０～１之间、２～３之　间，外径２８　ｍｍ的单模预制棒，最终算出打孔后单模棒的芯部　到孔边缘的留厚与加工后应力棒包层留厚的和只有１～２　ｉｑｏｍ，　对于细径８０　ｇｍ的保偏光纤为了保证保偏性能，需要适当减　小ｒ／ａ的值，增加ｔ／ｂ的值，则留厚更少，加工难度更大。［３１另外　单模棒到孔边缘的留厚太少可能会导致ＯＨ根的扩散，影响　损耗　图１　打孔工艺制作保偏光纤流程示意图　１实验　１．１对单模预制棒的要求　１．１．１缺陷过多的单模预制棒不适合采用打孔工艺可以看　出在打孔工艺中，单模预制棒最终将拉制成保偏光纤的主体　部分，所以单模预制棒的杂质、气泡数量以及表面划伤等缺陷　情况将严重影响保偏光纤的强度。　１．１．２应力过大的单模预制棒不适合采用打孔工艺单模预　制棒制作和加套过程中退火不当或者明显的几何结构不对　称，如：弯曲、扭转等，可能导致较大的残存应力。由于打孑Ｌ工　艺要对单模棒进行长时间的机械加工，单模棒受力很大，这种　单模棒极容易在加工过程中炸裂，往往会造成整根全废，所以　要求单模预制棒的应力不能太大。Ｉ２］　图２保偏光纤预制棒结构示意图　１．２打孔工艺的难点　１．２．１石英材质在打孔过程中容易碎。　收稿日期：２０１３－０１—０９　１．２．２双孔中心距单模母棒的芯部的中心是否对称。　创新技术　ＴＩＡＮＪＩＮ　ＳＣＩＥＮＣ２Ｅ０＆Ｔ１Ｅ３年第１ＣＨＮＯＬ０Ｇ期　Ｙ　１．２－３双孔的平直度、纵向均匀性。　１．２．４钻杆的刚性强度。　预打孔的束缚下，长钻头就不容易跑偏了，解决了双孔的平直　度、纵向均匀性问题。　２．４保证平直度　２解决方案　经过长时间的摸索，我们已经掌握了解决问题的办法。　２．１　解决单模棒在打孔过程中易碎问题　研究石英等脆性材料的加工技术，设计金刚砂钻头，提高　钻杆的刚性强度，保证保偏光纤预制棒双孔的平直度，达到提　高打孔光纤预制棒质量和成品率的目的。自行设计金刚石钻　头进行工艺实验，先后设计了不同直径的３种金刚石钻头：电　２．Ｉ．１单模棒在打孔之前先在退火炉里进行退火，这样单模　棒就不容易碎。　２．１．２在单模预制棒的打孔过程中，由于石英玻璃的脆性、钻　头向下的压力和钻头的振动，会在钻头的前侧面出现一些延　伸的裂纹，这些裂纹在使用超声打孑Ｌ机以后，由于钻头进给压　力变小，超声的作用有所减少。但是这些不起眼的裂纹在钻头　打到预制棒的尾端时却能产生严重的影响，那就是由于尾端　孔两侧的束缚力减小，钻头向两侧的扩力足以把尾端的石英　扩裂，这种裂纹往往飞快反向延伸，来不及处理，导致功亏一　篑，整个单模预制棒报废，并且还容易出现安全事故。出现炸　裂的机率非常大。在一段时间内影响了打孔工艺的发展。我们　首先想到的解决办法是在单模棒的尾端垫玻璃片，但是在使　用过程中，我们发现这种方法的效果并不明显，由于玻璃与石　英的硬度差得比较多，钻头会在打到尾端时猛冲一下，即便玻　璃和石英棒粘为一体并且有垫块顶住，石英棒炸裂的机率仍　然比较大。接着我们把垫的玻璃片改为石英垫片，这样仍不能　如偿所愿。在预制棒的尾端预打孔是我们独自发现的解决办　法，虽然增加了预制棒预打孔的操作步骤使加工过程增加了　不少，但是出现上述炸裂的机率却几乎降到了零。对于普通生　产保偏光纤的预制棒来说，这个问题已经基本解决，对于细径　保偏光纤预制棒打孔过程中仍然可能出现预制棒尾端边缘裂　掉的情况，我们通过降低打孔的进给速度等方法最后也解决　了这个问题。炸裂问题的解决使打保偏预制的成品率有了保　证，预制棒尾端预打孔成为打孔工艺不可缺少的步骤。　２．２解决打孑Ｌ定位问题　建立显微镜测量定位系统，解决打孔定位的问题，提高保　偏光纤预制棒的制作成品率。采用精度极高的光学显微镜和　自行设计制作的控制支架建立打孔定位系统，建立中心定位、　加工孔洞中心定位的方法，保证两个加工的孔同单模母棒的　芯部的中心对称，并且要使两孔的中心同单模芯部在同一个　平面内。　２．３解决跑偏问题　在打孔过程中，由于单模棒较长，而且钻杆较长，在钻头　刚接触单模棒的过程中很容易跑偏，影响了双孔的平直度、纵　向均匀性。现在我们在打长孔之前先用短钻头进行预打孔，长　钻头进入预打孔后先低速旋转，在完全接触后再提速，这样在　镀型、聚合物基注塑型、铜基烧结型。从实际应用来看，电镀型　金刚石钻头的加工速度最快，但是损失也很快，使用寿命较　短，无法获得较长的加工长度；聚合物基注塑型金刚石钻头的　加工质量较好，孑Ｌ内壁较为光滑，但是加工速度很慢，提高工　作效率的可能很小；铜基烧结型钻头的使用寿命较长，加工速　度较聚合物基钻头快一些，但内孑Ｌ质量不如聚合物基钻头优　良。上述３种类型金刚石钻头的比较情况见表１。　表１　３种金刚石钻头对比表　、＼　类型　电镀型钻头　聚合物基钻头　铜基钻头　项目、＼　加工速度　快　慢　较快　内孔质量　差　好　较好　压力范围　较宽　窄　宽　使用寿命　短　较长　长　制作难度　易　容易　难　另外钻头的质量也是影响双孔的平直度、纵向均匀性的　原因，如果钻头材质烧结得比较疏松，磨损后还会出现喇叭　口，导致中间的石英棒堵在钻杆里，打孔压力很大并且出水不　利，而且这可能会使打孔平直度出现偏差，打孔产生的裂纹也　比较深。　３结论　通过对保偏光纤打孔工艺的总结，对所使用的单模棒的　质量和参数提出了相应的要求，也对打孔工艺中存在的技术　难点进行了总结，通过注意这些方面的问题，可以制作出质量　较高的熊猫型保偏光纤。一　参考文献　［１］郑风振，林亦珍，王村夫．高精度光纤陀螺用１　５５０　ｎｍ熊猫　型保偏光纤的制作　］．网络电信，２００５，７（１Ｏ）：２９，３４．　［２］ＫＩＮ　ＳＥＮＧ　ＣＨＡＮＧ．ＰＲＥＳＳＵＲＥ－ＩＮＤＵＣＥＤ　ＢＩＲＥＦＲＩＮＧＥＮＣＥ　ＩＮ　Ａ　ＣＯＡＴＥＤ　ＨＩＧＨＬＹ　ＢＩＲＥＦＲＩＮＧＥＮＴＯＰＴＩＣＡＬ　ＦＩＢＥＲ［Ｊ］．ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴＮＡＶＥ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，１９９０（８）：１８５０－１８５５．　［３］ＤＡＮＮＹ　ＷＯＮＧ．ＴＨＥＲＭＡＬ　ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ　ＯＦ　ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ　ＳＴＲＥＳＳ　ＢＩＲＥＦＲＩＮＧＥＮＣＥ　ＩＮ　ＯＰＴＩＣＡＬ　ＦＩＢＥＲ　［Ｊ］．ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ．１９９０（８）：１７５７－１　７６１．