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。通過對其剝除性能進行測試，包括聚酰亞胺涂覆層和丙烯酸酯涂覆層的剝除，PCS-100具有重復性高、抗拉強度高等特點。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附近局部發(fā)熱問題。

1. 引言
聚酰亞胺涂覆層光纖廣泛應用在要求耐高溫、抗化學腐蝕等工業(yè)領域中。這些應用涵蓋了從油井、氣田中的光纖傳感器裝配的工業(yè)應用到醫(yī)學領域的內(nèi)窺鏡。在這些應用中，使用聚酰亞胺光纖的關鍵是去除聚酰亞胺涂覆層。已經(jīng)存在的實現(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方法。然而，這兩種方法都有非常大的缺點。使用熱硫酸的剝除方法要求有充分的文件說明，并且對操作人員非常危險；而使用火焰剝除聚酰亞胺涂覆層的方法經(jīng)常導致裸露的光纖炭化。最近，日本藤倉公司發(fā)布了一款可以進行精確控制、機械剝除這種光纖的設備，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 標準剝除
PCS-100具有兩種剝除方法：標準剝除和窗口偏移剝除。標準方法是用于普通光纖的準備，僅需要一個平整的涂覆層邊沿。如果需要兩個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）。標準剝除和窗口偏移剝除，都需要兩個關鍵的參數(shù)來優(yōu)化剝除的質量：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，光纖夾具平臺旋轉一定角度，這個角度由剝除的次數(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，光纖夾具平臺就要以步長60度，旋轉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)是每次剝除后旋轉的角度

刀片調試的是刀片的垂直位置，從-150um～150um可調。減小這個數(shù)值將使刀片更加接近光纖，相反，增加這個數(shù)值將使刀片遠離光纖。完美的標準剝除可以通過觀察最后的結果，優(yōu)化這兩個參數(shù)實現(xiàn)（表1）。

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

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

                             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”剝除過程主要是設置剝除時刀片的截止位置與設置長度的距離。這個距離是根據(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，應將參數(shù)設置為剝除長度30mm及窗口偏移量4mm。這樣設置后剝除時，刀片將停止在26mm處（如圖3）。


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

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


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

當光纖夾具反轉放置后，重復剝除過程。在反轉光纖夾具前，要在右側光纖處產(chǎn)生一個均勻的剝除面然后停止在圖3所示的截止處。最終能夠形成一個設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)學行業(yè)等需要耐高溫、耐化學腐蝕的光纖應用場所。由于這些光纖的應用環(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，而且要能夠達到可接受的抗拉強度。
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

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

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

我們已經(jīng)使用Verrillon公司的VHS300 和 VHM3000聚酰亞胺光纖對 PCS-100的剝除質量進行了大量測試。用于評估PCS-100剝除聚酰亞胺光纖性能的剝除參數(shù)請參照表3，此參數(shù)下，聚酰亞胺光纖具有高平均抗拉強度以及窄數(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度顯示增大拉力時光纖斷裂的可能性


                         表 4.  Verrillon聚酰亞胺涂覆層光纖剝除損傷點抗拉強度數(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的剝除涂覆層，但會導致光纖的邊緣質量變差（圖6a）。使用PCS100剝除相同的光纖時，光纖邊緣質量大幅改善（圖6b）。


圖6a-b. 光學顯微鏡下，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。

抗拉強度是衡量光纖剝除質量的另一個重要指標。剝除時刀片對光纖包層的任何損傷都會降低光纖的拉伸強度。對于丙烯酸酯涂層光纖，要求剝除涂覆層后抗拉強度高、變化幅度�。▓D7，表5）。

                      圖7. 康寧SMF 28e+的抗拉強度，顯示增加拉力時光纖斷裂的可能性

                          表5. 康寧SMF 28e+光纖損傷點抗拉強度數(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)等領域對激光功率的需求，光纖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、熔接等關鍵工藝都影響著光纖激光器功率的進一步提升及產(chǎn)品的穩(wěn)定性。如熔接時對光纖表面造成污染、剝除時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，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試時發(fā)熱。

                                      圖8. 不良剝除斷面測試時發(fā)熱現(xiàn)象
經(jīng)過反復試驗發(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重要原因，而采用PCS-100進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
光纖光學已經(jīng)廣泛應用于諸多環(huán)境惡劣的工業(yè)領域。世界范圍內(nèi)對石油、天然氣等資源開發(fā)的增長成為光纖在這些惡劣環(huán)境中使用的動力，尤其是對聚酰亞胺涂覆層光纖的特殊要求。隨著這個趨勢的發(fā)展，需要一種具有可重復的和精確的剝除聚酰亞胺的方法，用來實現(xiàn)與各種不同的溫度傳感器或壓力傳感器的裝配。PCS-100可以實現(xiàn)高重復性、高品質、高抗拉強度的聚酰亞胺光纖的剝除。另外，這個設備還可以用于許多丙烯酸酯光纖涂覆層的剝除的應用，用于得到平坦光滑的涂覆層邊沿從而再涂覆，使PCS-100成為一個在許多應用領域中的通用的光纖處理工具。


技術支持及凌云公司


凌云光技術集團與日本藤倉（Fujikura）合作始于2000年，目前藤倉公司特種熔接機產(chǎn)品已經(jīng)成為中國市場行業(yè)主流產(chǎn)品，廣泛應用于光纖通信、光纖傳感和光纖激光器領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維修及培訓中心，擁有全部系列的特種熔接機產(chǎn)品樣機，全面負責其產(chǎn)品在本地化的服務和技術支持，為客戶服務注入更多價值！

凌云光技術集團自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方向, 以服務行業(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)做市場拓展、產(chǎn)品推廣和應用技術服務。自2000年，開始在高端視覺圖像和光通信領域進行專業(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相結合的現(xiàn)代高科技企業(yè)。過去數(shù)年，集團加大新產(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)領先地位，與國際領先品牌同場競技，服務國內(nèi)外高端客戶，并成功進入國際市場。20年來，集團堅持以推動客戶行業(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)新價值的解決方案, 一直處于行業(yè)領先地位。集團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，分別在四個業(yè)務單元開拓事業(yè)。

凌云光技術集團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)技術公司在中國做產(chǎn)品推廣、應用技術支持和市場拓展等工作，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、光纖傳感等諸多應用領域，為廣大用戶提供軟件模擬、核心光器件，測試儀表等高端產(chǎn)品解決方案。