11/06/2023，光纖在線訊，單斜面光纖主要的作用是，通過(guò)改變光纖端面的角度，來(lái)改變透射光路和反射光路。

斜8度單斜面：可以有效防止回返光打到芯片。



圖1：斜8度單斜面光纖示意圖
    不過(guò)需要注意的是，把單模光纖端面磨成斜8度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致入射光軸與光纖光軸不同軸，這時(shí)需要將芯片傾斜3.64°來(lái)擺放，來(lái)校正不同軸問(wèn)題。具體由折射率計(jì)算公式推導(dǎo)而得：
n1sinθ1=n2sinθ2 
sinθ1=1.45*sin8=0.2018
θ1=11.64°


圖2：斜8度單斜面光纖-光路示意圖

    從上方公式可計(jì)算出，入射光夾角=11.64°。芯片傾斜角=11.64-8=3.64°。 
斜45度單斜面：可以使光路發(fā)生90度轉(zhuǎn)向。


圖3：斜45度單斜面光纖示意圖

    但是我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)斜45度單斜面出射的光路會(huì)有兩條，這是什么回事呢？



圖4：斜45度單斜面光纖未鍍鋁膜-光路示意圖

    要理解這個(gè)現(xiàn)象，我們需要先知道全反射臨界角公式：sinC = n2 / n1（n2出射折射率，n1入射折射率），我們以出射介質(zhì)是空氣為例；sinC=1/1.145,C=43.6°，這么看來(lái)，45°的入射角大于43.6°的全反射臨界角了，會(huì)發(fā)生全反射。


圖5：斜45度單斜面光纖-理論光路示意圖

    但是不要忘了，激光在光纖中傳播的路徑不是直的，是帶有一定角度的，這個(gè)角度取決于光纖的NA，這就意味著有一部分光的入射角要小于43.6°，這部分光會(huì)發(fā)生折射（透射）。當(dāng)然還有一種情況就是出射折射率發(fā)生變化，例如，需要把光纖頭放到水中，水的折射率大概是1.33，我們帶入公式發(fā)現(xiàn)，如果要發(fā)生全反射，入射角大于66.5°的才發(fā)生全反射。


圖6：斜45度單斜面光纖-實(shí)際應(yīng)用光路示意圖

    這時(shí)就需要我們?cè)谛泵嫔襄円粚臃瓷淠�，這層反射膜，要對(duì)光的入射角度不敏感，對(duì)出射介質(zhì)折射率不敏感，鍍上這層反射膜后，光纖端面只會(huì)有一束反射光。

    這種對(duì)光的入射角度不敏感，對(duì)出射介質(zhì)折射率不敏感的反射膜，就是金屬反射膜，金屬反射膜，是一種全波段反射膜，從400nm到2000nm以上，都是高反射的。


圖7：?jiǎn)涡泵婀饫w鍍鋁膜-光路示意圖

各反射膜材料的特性。


圖8：金屬反射率曲線示意圖

    下面我們列出了金、銀、鋁三種金屬反射膜，0度入射和40度入射時(shí)的反射率曲線對(duì)比，從反射率曲線看，銀反射膜，反射率最好，金反射膜其次，鋁較差。
    銀反射膜：在可見光到紅外區(qū)都有很高的反射率，而且對(duì)傾斜入射的光，引起的偏振效應(yīng)最小，但是銀與玻璃的黏附性很差，且容易受到硫化物影響失去光澤，所以銀膜一般適用于短期高反射率，或內(nèi)反的使用的場(chǎng)景。
    金反射膜：在紅外區(qū)有較高反射率，同時(shí)對(duì)傾斜入射光的偏振效果也較小，金和玻璃的黏附性較差，需要先在玻璃表面鍍一層鉻作為襯底，再加上沉積過(guò)程，輔之以離子源轟擊，能顯著提升金膜與基體的附著力，金膜比較軟，容易損壞，所以常常在其外表面鍍一層保護(hù)膜，鍍了保護(hù)膜后，反射率會(huì)有所下降，保護(hù)膜的折射率越高，反射率下降得越多，所以保護(hù)膜材料的選擇也很重要，金反射膜一般應(yīng)用于紅外波段反射鏡。
    鋁反射膜：鋁是唯一一種可以從紫外到紅外都具有較高反射率的材料，鋁和玻璃基體的附著力相對(duì)較好，不過(guò)金屬鋁比較活躍，雖然金屬鋁被氧化后形成的氧化鋁可以很好保護(hù)鋁膜繼續(xù)氧化，但是金屬鋁膜一般比較薄只有幾百個(gè)納米，很容易全部氧化，而且有的金屬鋁膜做外反使用，如果外表面被氧化，反射率會(huì)直線下降，所以金屬鋁膜外表面一般也要鍍一層保護(hù)膜。
    銀、金、鋁膜特性各異，但是金屬鋁是最便宜的，且各方面性能比較均衡，所以金屬鋁反射膜是應(yīng)用最廣泛的。

金屬鋁反射膜鍍膜加工注意事項(xiàng)
    單斜面加工工藝中，斜面研磨角度公差、端面光潔度、反射膜牢固度、鍍膜區(qū)域控制，這些參數(shù)都非常重要。
    角度公差：要考慮研磨夾具，轉(zhuǎn)動(dòng)角度誤差，研磨夾具與磨盤夾角誤差，光纖自身彈性彎曲造成的誤差。
    端面光潔度：通過(guò)研磨拋光工藝把端面研磨拋光平整光滑，再通過(guò)端面清潔工藝把端面臟污清潔干凈，鍍膜機(jī)臺(tái)的穩(wěn)定性也會(huì)影響到端面光潔度，比如真空度反彈，就會(huì)使得鍍膜面發(fā)霧，反射率會(huì)大打折扣。
    反射膜牢固度：有一個(gè)好的端面光潔度是膜層牢固度的基礎(chǔ)，加上穩(wěn)定的鍍膜工藝，才能保證膜層的牢固度。
    鍍膜區(qū)域控制：光纖的斜面鍍金屬反射膜，需要控制金屬膜不能鍍到光纖側(cè)面，不然反射光路會(huì)被擋住，所以需要控制好鍍膜工藝，和鍍膜工裝的設(shè)計(jì)，才能減少光纖側(cè)面漏膜發(fā)生。


圖9：金屬反射率曲線示意圖

單斜面光纖反射輸出光斑的特性：
    我們從側(cè)面光路圖和正面光路圖，可以看到，通過(guò)斜面反射的光，經(jīng)過(guò)光纖側(cè)面出射，平行于光纖側(cè)面方向，光路是緩慢發(fā)散的，垂直于光纖側(cè)面方向，光路是先有一個(gè)匯聚再進(jìn)行比較快速的發(fā)散。


圖10：?jiǎn)涡泵婀饫w-幾何光路示意圖

    我們經(jīng)過(guò)對(duì)比單模光纖smf-28e和多模光纖105/125發(fā)現(xiàn)，單模光纖經(jīng)過(guò)斜面反射后的光斑，保持有高斯分布的特性，且光斑能量分布接近圓形。多模光纖的反射光斑，保持多模特性，光斑能量部分呈長(zhǎng)橢圓形。


圖11：?jiǎn)文６嗄�單斜面光纖-光斑對(duì)比示意圖