光纤端面处理与熔接质量对光纤激光器输出功率的影响

　　1、前 言

　　光纤是圆柱形介质波导由纤芯、包层和涂敷层3部分组成，一般单模和多模光纤的纤芯直径分别为5～15μm和40～100μm，包层直径大约为125~600μm。经过处理的光纤端面，理想状态是一个光滑平面。但实际中，光纤端面的加工往往不能达到理想状态，例如抛光不理想、有划痕、表面或边缘破碎损伤等等，都将使端面情况复杂化。对于光纤与激光器中其它元件的耦合以及光纤之间的熔接来说，要求光纤端部必须有光滑平整的表面，否则会增大损耗。本文分类介绍了光纤损耗产生的原因，通过实验验证了光纤端面质量对光纤激光器输出功率的影响，研究了光纤端面处理工艺流程，分析了光纤端面的切割和研磨方法，对光纤熔接过程提出了具体要求，为同类激光器的研制提供了参考依据。

　　2、光纤损耗种类

　　2.1光纤本征损耗

　　光纤本征损耗即光纤固有损耗，主要由于光纤机基质材料石英玻璃本身缺陷和含有金属过渡杂质和OH- ，使光在传输过程中产生散射、吸收和色散，一般可分为散射损耗，吸收损耗和色散损耗。其中散射损耗是由于材料中原子密度的涨落，在冷凝过程中造成密度不均匀以及密度涨落造成浓度不均匀而产生的。吸收损耗是由于纤芯含有金属过渡杂质和OH-吸收光，特别是在红外和紫外光谱区玻璃存在固有吸收。光纤色散按照产生的原因可分为三类，即材料色散、波导色散和模间色散。其中单模光纤是以基模传输，故没有模间色散。在单模光纤本征因素中，对连接损耗影响最大的是模场直径。单模光纤本征因素引起的连接损耗大约为0.014dB，当模场直径失配20%时，将产生0.2dB的连接损耗[1]。多模光纤的归一化频率V>2.404，有多个波导模式传输，V值越大，模式越多，除了材料色散和波导色散，还有模间色散，一般模间色散占主要地位。所谓模间色散，是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数β不同，因此群速度不同而引起的色散。