7/27/2016，日本藤倉公司新型的剝除工具PCS-100，主要用于剝除光纖的涂覆層。通過對(duì)其剝除性能進(jìn)行測(cè)試，包括聚酰亞胺涂覆層和丙烯酸酯涂覆層的剝除，PCS-100具有重復(fù)性高、抗拉強(qiáng)度高等特點(diǎn)。另外，PCS-100剝除的涂覆層邊沿非常平整，有效解決了光纖激光器熔接點(diǎn)附近局部發(fā)熱問題。

1. 引言
聚酰亞胺涂覆層光纖廣泛應(yīng)用在要求耐高溫、抗化學(xué)腐蝕等工業(yè)領(lǐng)域中。這些應(yīng)用涵蓋了從油井、氣田中的光纖傳感器裝配的工業(yè)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)窺鏡。在這些應(yīng)用中，使用聚酰亞胺光纖的關(guān)鍵是去除聚酰亞胺涂覆層。已經(jīng)存在的實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺涂覆層剝除的方法，目前比較流行的是使用熱硫酸和基于火焰燃燒剝除的化學(xué)方法。然而，這兩種方法都有非常大的缺點(diǎn)。使用熱硫酸的剝除方法要求有充分的文件說明，并且對(duì)操作人員非常危險(xiǎn)；而使用火焰剝除聚酰亞胺涂覆層的方法經(jīng)常導(dǎo)致裸露的光纖炭化。最近，日本藤倉公司發(fā)布了一款可以進(jìn)行精確控制、機(jī)械剝除這種光纖的設(shè)備，聚酰亞胺剝除器PCS-100（如圖1）。

                       圖1. 日本藤倉公司聚酰亞胺剝除器（PCS-100）

1.1 標(biāo)準(zhǔn)剝除
PCS-100具有兩種剝除方法：標(biāo)準(zhǔn)剝除和窗口偏移剝除。標(biāo)準(zhǔn)方法是用于普通光纖的準(zhǔn)備，僅需要一個(gè)平整的涂覆層邊沿。如果需要兩個(gè)平整的邊沿或要求再涂覆，建議使用窗口偏移剝除的方法（見1.2部分）。標(biāo)準(zhǔn)剝除和窗口偏移剝除，都需要兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)來優(yōu)化剝除的質(zhì)量：剝除的次數(shù)和刀的高度。剝除的次數(shù)是指刀片在光纖上剝除的次數(shù)。每剝除一次，光纖夾具平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一定角度，這個(gè)角度由剝除的次數(shù)決定。例如，剝除次數(shù)為6次，說明刀片要在光纖上剝6次，光纖夾具平臺(tái)就要以步長60度，旋轉(zhuǎn)6次（公式1）。

f(x)=(360°)/x

公式1: 總剝除次數(shù), “x”是剝除次數(shù)， f(x)是每次剝除后旋轉(zhuǎn)的角度

刀片調(diào)試的是刀片的垂直位置，從-150um～150um可調(diào)。減小這個(gè)數(shù)值將使刀片更加接近光纖，相反，增加這個(gè)數(shù)值將使刀片遠(yuǎn)離光纖。完美的標(biāo)準(zhǔn)剝除可以通過觀察最后的結(jié)果，優(yōu)化這兩個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)（表1）。

                               表1. PCS-100剝除優(yōu)化指導(dǎo)

1.2窗口偏移剝除
當(dāng)想得到兩端干凈平滑的涂覆層剝除效果時(shí)可以利用“窗口偏移剝除”功能，如果這個(gè)區(qū)域不平滑（如圖2a），將會(huì)在再涂覆時(shí)形成空氣間隙，從而影響最終產(chǎn)品的性能。圖2b所示的為上下平滑對(duì)稱的剝除，它有一個(gè)理想的表面。利用“窗口偏移剝除”功能可以達(dá)到這樣的效果。

                             圖2a-b. 聚酰亞胺光纖均勻剝除及非均勻剝除圖例

“窗口偏移剝除”剝除過程主要是設(shè)置剝除時(shí)刀片的截止位置與設(shè)置長度的距離。這個(gè)距離是根據(jù)光纖類型等參數(shù)優(yōu)化得到的，它稱為窗口偏移。例如，如果想得到長度30mm兩端平滑的光纖剝除效果，應(yīng)將參數(shù)設(shè)置為剝除長度30mm及窗口偏移量4mm。這樣設(shè)置后剝除時(shí)，刀片將停止在26mm處（如圖3）。


圖3. 窗口偏移：在這個(gè)過程中第一步從右到左，剝除停止的預(yù)定距離被稱為窗口偏移

當(dāng)光纖完成設(shè)定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)和剝除，右側(cè)涂覆層邊緣將是平滑的，這時(shí)左側(cè)光纖是不平滑的。為了使左側(cè)光纖也能夠得到均勻的涂覆層剝除效果，并停止在設(shè)定的距離處，光纖夾具需要被拉回并將光纖進(jìn)行重復(fù)處理（如圖4a-c）。


圖4. （從上到下）反轉(zhuǎn)光纖夾具位置（a）松開右側(cè)夾具位置（b）同時(shí)取出兩次光纖夾具反向放置（c）重新裝載左側(cè)光纖夾具

當(dāng)光纖夾具反轉(zhuǎn)放置后，重復(fù)剝除過程。在反轉(zhuǎn)光纖夾具前，要在右側(cè)光纖處產(chǎn)生一個(gè)均勻的剝除面然后停止在圖3所示的截止處。最終能夠形成一個(gè)設(shè)定距離兩端平滑的光纖剝除效果（如圖2b所示）。


2. 特殊涂覆層剝除應(yīng)用
2.1 聚酰亞胺涂覆層光纖
正如前文所述，聚酰亞胺涂覆層用于遍及石油、天然氣和生物醫(yī)學(xué)行業(yè)等需要耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的光纖應(yīng)用場(chǎng)所。由于這些光纖的應(yīng)用環(huán)境很不穩(wěn)定，所以光纖剝除過程必需高度可控，包括涂覆層邊緣在內(nèi)的光纖必需剝除的干凈，而且要能夠達(dá)到可接受的抗拉強(qiáng)度。
光纖制造商Verrillon生產(chǎn)了多種類型可用于惡劣環(huán)境的光纖，尤其是單模和多模的聚酰亞胺涂覆層光纖（表2）。

                                表 2.  Verrillon   VHS300 和 VHM3000光纖規(guī)格

剝除質(zhì)量的測(cè)試需要很多的數(shù)據(jù)，比如涂覆層邊緣圖像和抗拉強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)。這兩個(gè)參數(shù)是光纖剝除設(shè)備整體性能的重要參考指標(biāo)。

涂覆層邊緣質(zhì)量是評(píng)估光纖剝除工具的一個(gè)重要方面。分界面平坦且沒有任何碎片是最重要的(見1.2節(jié))。任何偏離標(biāo)準(zhǔn)的變化都可能導(dǎo)致光纖出現(xiàn)氣孔、切割角度差以及熔接質(zhì)量低。

我們已經(jīng)使用Verrillon公司的VHS300 和 VHM3000聚酰亞胺光纖對(duì) PCS-100的剝除質(zhì)量進(jìn)行了大量測(cè)試。用于評(píng)估PCS-100剝除聚酰亞胺光纖性能的剝除參數(shù)請(qǐng)參照表3，此參數(shù)下，聚酰亞胺光纖具有高平均抗拉強(qiáng)度以及窄數(shù)值分布范圍（圖5，表4）。

                           表3. VHS300和 VHM3000 聚酰亞胺涂覆層光纖的剝除參數(shù)


 圖5.  VHS300 和VHM3000 聚酰亞胺涂覆層光纖的抗拉強(qiáng)度顯示增大拉力時(shí)光纖斷裂的可能性


                         表 4.  Verrillon聚酰亞胺涂覆層光纖剝除損傷點(diǎn)抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析

2.2丙烯酸酯涂層的光纖
丙烯酸酯涂層的光纖在光纖應(yīng)用中無處不在。剝除這種纖維的傳統(tǒng)方法一般是利用剝纖鉗等剝除工具。雖然這種方法可以快速及時(shí)的剝除涂覆層，但會(huì)導(dǎo)致光纖的邊緣質(zhì)量變差（圖6a）。使用PCS100剝除相同的光纖時(shí)，光纖邊緣質(zhì)量大幅改善（圖6b）。


圖6a-b. 光學(xué)顯微鏡下，用剝纖鉗類剝除工具剝除的SMF丙烯酸酯涂層光纖剝除端的圖像（左）和用PCS100 剝除的相同光纖剝除端的圖像（右），箭頭指示為涂層的邊緣。

抗拉強(qiáng)度是衡量光纖剝除質(zhì)量的另一個(gè)重要指標(biāo)。剝除時(shí)刀片對(duì)光纖包層的任何損傷都會(huì)降低光纖的拉伸強(qiáng)度。對(duì)于丙烯酸酯涂層光纖，要求剝除涂覆層后抗拉強(qiáng)度高、變化幅度?。▓D7，表5）。

                      圖7. 康寧SMF 28e+的抗拉強(qiáng)度，顯示增加拉力時(shí)光纖斷裂的可能性

                          表5. 康寧SMF 28e+光纖損傷點(diǎn)抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析


2.3高功率光纖激光器中大芯徑光纖剝除
         隨著工業(yè)等領(lǐng)域?qū)す夤β实男枨螅饫w激光器的輸出功率逐年提高，但在生產(chǎn)高功率光纖激光器的工藝過程中，大芯徑光纖的剝除、熔接等關(guān)鍵工藝都影響著光纖激光器功率的進(jìn)一步提升及產(chǎn)品的穩(wěn)定性。如熔接時(shí)對(duì)光纖表面造成污染、剝除時(shí)涂覆層斷面的不齊整及空氣層都可能引發(fā)光纖激光系統(tǒng)中產(chǎn)生熱點(diǎn)，造成產(chǎn)品不穩(wěn)定，甚至燒損光路。如圖8所示，不良的涂覆層剝除斷面在低功率測(cè)試時(shí)發(fā)熱。

                                      圖8. 不良剝除斷面測(cè)試時(shí)發(fā)熱現(xiàn)象
經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不良的涂覆層剝除是高功率光纖激光器中局部發(fā)熱甚至燒毀光路的一個(gè)重要原因，而采用PCS-100進(jìn)行剝除的光纖斷面具有非常齊整平滑的切口（如圖9所示），并且涂覆層不會(huì)與光纖產(chǎn)生分離上翹現(xiàn)象，有效的克服了高功率光纖激光器的局部發(fā)熱問題，大大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

                                              圖9. 20/400光纖PCS-100剝除斷面

3. 總結(jié)
光纖光學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多環(huán)境惡劣的工業(yè)領(lǐng)域。世界范圍內(nèi)對(duì)石油、天然氣等資源開發(fā)的增長成為光纖在這些惡劣環(huán)境中使用的動(dòng)力，尤其是對(duì)聚酰亞胺涂覆層光纖的特殊要求。隨著這個(gè)趨勢(shì)的發(fā)展，需要一種具有可重復(fù)的和精確的剝除聚酰亞胺的方法，用來實(shí)現(xiàn)與各種不同的溫度傳感器或壓力傳感器的裝配。PCS-100可以實(shí)現(xiàn)高重復(fù)性、高品質(zhì)、高抗拉強(qiáng)度的聚酰亞胺光纖的剝除。另外，這個(gè)設(shè)備還可以用于許多丙烯酸酯光纖涂覆層的剝除的應(yīng)用，用于得到平坦光滑的涂覆層邊沿從而再涂覆，使PCS-100成為一個(gè)在許多應(yīng)用領(lǐng)域中的通用的光纖處理工具。


技術(shù)支持及凌云公司


凌云光技術(shù)集團(tuán)與日本藤倉（Fujikura）合作始于2000年，目前藤倉公司特種熔接機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)成為中國市場(chǎng)行業(yè)主流產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感和光纖激光器領(lǐng)域的各高校研究所及工業(yè)生產(chǎn)線。2008年凌云與藤倉在北京共同成立特種熔接機(jī)維修及培訓(xùn)中心，擁有全部系列的特種熔接機(jī)產(chǎn)品樣機(jī)，全面負(fù)責(zé)其產(chǎn)品在本地化的服務(wù)和技術(shù)支持，為客戶服務(wù)注入更多價(jià)值！

凌云光技術(shù)集團(tuán)自1996年6月9日成立伊始，扎根于光纖通信與傳感，視覺與圖像等光電子技術(shù)方向, 以服務(wù)行業(yè)客戶為宗旨，為國際上五十多家知名光電子公司在中國內(nèi)地與香港地區(qū)做市場(chǎng)拓展、產(chǎn)品推廣和應(yīng)用技術(shù)服務(wù)。自2000年，開始在高端視覺圖像和光通信領(lǐng)域進(jìn)行專業(yè)地研發(fā)和生產(chǎn)。至今，凌云已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)員工過1100人，產(chǎn)值逾10億，自主品牌研發(fā)生產(chǎn)和國外品牌代理服務(wù)相結(jié)合的現(xiàn)代高科技企業(yè)。過去數(shù)年，集團(tuán)加大新產(chǎn)品研發(fā)投入，超過10%的銷售收入用于研發(fā)，使得自主產(chǎn)品處于行業(yè)領(lǐng)先地位，與國際領(lǐng)先品牌同場(chǎng)競(jìng)技，服務(wù)國內(nèi)外高端客戶，并成功進(jìn)入國際市場(chǎng)。20年來，集團(tuán)堅(jiān)持以推動(dòng)客戶行業(yè)發(fā)展為己任，集體艱苦奮斗，深入理解客戶需求，持續(xù)為客戶提供具有創(chuàng)新價(jià)值的解決方案, 一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位。集團(tuán)形成光纖器件與儀器（FOCI），光通信接入網(wǎng)（FOAN），視覺器件（VIC）和工業(yè)視覺（IVS）四大事業(yè)部，分別在四個(gè)業(yè)務(wù)單元開拓事業(yè)。

凌云光技術(shù)集團(tuán)光纖器件與儀器事業(yè)部，1996年成立，為Fujikura、   Finisar、Polatis、Multiphy、NKT Photonics、TeraXion、MultiLane、EXFO、SHF、VPI Photonics、General Photonics等二十多家世界著名的專業(yè)技術(shù)公司在中國做產(chǎn)品推廣、應(yīng)用技術(shù)支持和市場(chǎng)拓展等工作，事業(yè)部專注于40G/100G/400G/1T光傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信、光纖激光、集成光子學(xué)、光纖傳感等諸多應(yīng)用領(lǐng)域，為廣大用戶提供軟件模擬、核心光器件，測(cè)試儀表等高端產(chǎn)品解決方案。