實驗設備

3.1.1 光纖研磨設備

本實驗之光纖研磨設備為改良式之雙曲率光纖端面研磨機，如圖3.1所 示，得研磨微米級尺寸光纖，在不傷及光纖纖核情況下，用光纖研磨機對裸 纖端面進行機械式研磨加工，將纖核研磨為任意幾何圖形，藉由控制光纖與 研磨盤間之相對位置及材料移除率，以研製出所需的外形，在纖細的裸光纖 精密研磨出不同的幾何圖形。

圖 3.1 雙變曲率光纖端面研磨機構實體照片

謝銘駿等人於2008 年更進一步研發雙變曲率光纖端面研磨機構[18]

（ NSC96-2221-E-230-017），如圖3.2(a)所示，藉由週期性同步改變「研磨 正向力」及「光纖與研磨盤之相對位置」的方式，進而控制光纖端面上任意 位置的移除率，進而以一次循環研磨程序，研磨出「高同心度」及「雙變曲 率」之光纖端面，該機構所能研磨之光纖透鏡更具變化性及多樣性。

其中，該研磨機構可產生對應於曲率變化的特殊加工路徑，如圖3.2(b) 所示，具有三軸同動，其控制參數包括角度θ、進給率H 及轉速ψ，光纖 與研磨盤之夾角(θ)能夠隨著端面曲率改變；並且光纖端面維持在研磨盤平 面，不做上下大幅運動。此點乃利用一種具有虛擬定點旋轉桿或桿端點沿直 線運動旋轉之特殊機構再加上補償控制技術，研發一種可研磨出雙變曲率光 纖端面之研磨機構。

(a)

本研究之雙變曲率光纖端面研磨機程式採用可跨平台使用的 NI 運動控 制卡與資料擷取卡，並配合 LabView 軟體自行撰寫控制程式，如圖 3.3 所 示，以達到三軸同動的目的，，其可直接讀取 EXCEL 檔案，不但可以將參 數直接於 EXCEL 中運算，更節省輸入參數的時間。

圖 3.3 輸入至 EXCEL 轉換匯入 LabView 控制程式

陳力豪等人於2011 年改良雙變曲率光纖端面研磨機構[23]，利用數位 接觸式感測器量測圓弧滑軌於機台作動時之位移量，選擇電動缸基座及圓弧 滑軌等重點部位進行改裝，並校正虛擬中心位置，達到作動時光纖端面之中 心點調整至相當接近於原始設計所構想之虛擬中心位置，且得到較佳的雙變 曲率光纖端面，其中，電動缸旋轉基座改裝後之上下位移量從改裝前的24um 下降為30um，左右位移量從改裝前的90um 下降為64um。支撐架設計以不 破原始設計為原則，利用了原設計基座以及圓弧滑軌頂部之螺絲孔為新作支 撐臂固鎖孔的根據。另外支撐架加上了虛擬中心基準點。改裝後量測結果，

圓弧滑軌改裝後之上下位移從改裝前的24um下降為20um，左右位移量從改 裝前的90um 下降為42um，微調自轉軸，校正虛擬的中心位置，校正前光纖 頭端從起始角移動至90 度的最大偏移量約680um，而校正後光纖的最大偏 移量只有約45um，改良後，兩者相差將近15 倍。

3.1.2 光纖熔燒機

傳統光纖研磨機只能磨出光纖端面，需再經光纖熔燒機電弧放電熔燒，

如圖3.4 所示，光纖端面而形成透鏡，然而放電熔燒之參數控制不易，如表 面張力、電弧放電溫度、光纖摻雜濃度和光纖結構參數等，造成透鏡外形控 制不佳；且在進行強度較高的熔燒時，因纖核與纖衣之摻雜濃度不同，使光 纖纖核容易形成凸起尖點，因此必須進行去尖點的動作，以避免纖核的突起，

造成長軸曲率半徑的減少，進而影響光纖透鏡製作良率與耦光效率。

圖 3.4 光纖熔燒機 type-36 型號

電弧放電熔燒經選定適當電弧熔燒的電流大小及放電時間，再適當調整 光纖前後位置決定光纖透鏡頭端的曲率半徑，如圖3.5 所示，可大幅消除光 纖端面的尖點，形成更圓弧的透鏡結構，以提升耦光效率。

X Y Y X 器、光功率計、三軸移動平台及其控制器及致冷器(Thermo Electric Coolers;

TEC)，三軸移動平台可藉由其控制器微量調整光纖空間位置，產生微米級