光纤的熔接与单芯光纤熔接.doc

光纤的接续与单芯光纤熔接机的使用【实验目的】1. 了解光缆的结构和学习光纤的表面处理2. 学习光纤的切割刀的使用3. 学习单芯光纤熔接机的原理和使用操作【实验仪器】ETK9724098 Type-36光纤熔接机、光纤切割刀、光纤剥线钳、剪刀、光纤、酒精、镜头纸。【实验原理】光纤熔接机原理用熔接法制做固定接头，可以在室内或者野外使用，是光通信干线中光纤固定连接的主要方法。用加热的方法将光纤熔融结合在一起。加热和熔化的方法有三种：1.电弧熔接；2.氢焰熔接；3.激光熔接。实验采用电弧熔接法，用友公司的ETK9724098 Type-36光纤熔接机光纤熔接机由4部分组成：(1) 光纤的准直与夹紧机构(2) 光纤的对准机构(3)电弧放电机构 (4)电弧放电和电机驱动的控制机构(1)光纤的准直与夹紧机构：光纤的准直与夹紧结构由精密V型槽和压板构成。精密V型槽的作用是使一对光纤不产生轴偏移；压板使光纤固定在V型槽内。即使如此，置于V型槽内的光纤，还存在者微小的轴向偏移。消除这个轴向偏移的一个方法是所谓的自调芯作用，即在放电加热时，光纤表面将产生张力。这种表面张力将使微小的轴向偏移得到纠正。(2)光纤的对准机构：要对准两条光纤，每条光纤需要6个自由度。将光纤在准直与夹紧机构内的一段光纤作为对象分析，并把光纤的放置方向定为Z方向，即有以下6个自由度影响光纤的位置：X，Y，Z三个方向的平移自由度和绕X，Y，Z三个方向旋转的自由度。图1 光纤的对准机构示意图由于熔接光纤有一个前提是两条光纤的芯径大小相等，所以不需要绕Z方向旋转的自由度。由于光纤的准直与夹紧机构的精密V型槽和压板是平行的，只要光纤是能精确的放进V型槽内，即两光纤可看作是平行的。这样就又省去了X，Y两个方向上的旋转自由度。而且转动光纤也会带动熔接机外的光纤，这样会造成光纤的弯曲，甚至会造成光纤的断裂或损坏。综合以上各个因素得，对光纤的调整机构只有三个平动的自由度。为了实现这一光纤的对准过程，两个V型槽的基座均被固定在三维驱动机构上，使V型槽可以在X、Y、Z三个方向上平动。驱动机构由丝杆和步进电机构成，精度很高。一般为每步，更精密的达到。调整机构将根据对准机构的指令调整光纤的相对位置，实现光纤的对准。(3)电弧放电机构：熔接机的电弧放电有两跟电极完成。电极尖端加工成至角，电极之间的间隙为。熔接机的放电电流和放电时间均可以调节。（4）电弧放电和电机驱动的控制机构驱动机构由丝杆和步进电机构成。为了实现光纤的对准过程，使V型槽可以在X、Y、Z三个方向上平动。【实验步骤】：1.准备实验进入实验室，洗手，阅读实验说明书，辨认实验仪器。2.待熔接光纤的处理为了保证两根光纤的直径一样，我们将一根长光纤剪为两段，作为两根光纤。用光纤剥线钳剥除套层，再剥除光纤被覆。用蘸有酒精（挥发较快）的镜头纸对裸露的光纤擦拭两次，之后用镜头纸的两边干燥的部分对裸露的光纤再擦拭两次，以去除光纤表面的被覆残留。用光纤切割刀切断长为1015mm的光纤。再用显微镜观察切割后的端头，对比切割前后的状况。拍摄一对切割好的光纤端头存盘。 图2 切割好的光纤端头一 图3 切割好的光纤端头二1.调节显微镜时，要结合放大倍数和焦距一起调节。2.图上有些黑点，应当是物/目镜上的灰尘。对实验没有什么大影响。3.切的端面可能不太完整，但显微镜分辨率有限（只能放大45倍），故看起来比较平整。3.接通电源后开机并进行相关的设定取出并且启动熔接机，初始化结束后，将熔接方式设定为自动方式；在熔接条件中的光纤种类选项中，将光纤种类设定为SMF，即单模光纤。此次实验中，熔接机有问题，有时屏幕一直在闪，这时需要重新启动熔接机。4.利用熔接机进行光纤的熔接将处理好的光纤放入熔接机的V形槽中，使光纤的端面进入蓝色的熔接部位上方。要注意光纤放置的时候，光纤应大致位于V形槽和电极的中间。不能拿手触碰熔接机内部，熔接机较难清洗，为防止手抖动太厉害，可以靠着熔接机。按SET按钮开始自动熔接。熔接完成后，记录下屏幕显示得熔接参数。 表1 光纤熔接数据接头盒序号光纤序号损耗/ dB切断角（右）/deg切断角（右）/deg变形量/deg偏轴量/放电强度/step张力/g1001990.000.100.850.570.0000170200偏心量（左）/偏心量（右）/纤心（左）/纤心（右）/0.290.194.594.17数据分析：1).实验中所得到的损耗0.00dB并不能真实反应实际损耗，因为推定精度为1%。2).切断角越小说明切割越好；放电强度根据不同光纤类型而有不同设置，多模光纤放电强度较单模的大；偏心量越小损耗会越小；左右光纤的纤心相差不大，说明为同一种光纤。完成一次后，之后几次一直出现两光纤芯径不对，但是两根光纤是从同一根光纤剪得的。估计是机器出问题了。5.熔接后续处理把光纤取出，在显微镜下找到熔接位置，拍摄存盘。 图4 熔接完成的光纤把热保护套移到熔接点，并将光纤连同热保护套放进加热器中，关闭舱盖，按HEATER SET，熔接机进入加热循环，收缩热保护套。加热约需要一分钟。当加热完毕后，熔接机会发出提示。要等一段时间等保护套降温再打开舱盖，取出光纤（我们好像有点心急，热保护套有点黏在机器上）。【思考题】： 1.了解光缆的结构及相应尺寸：纤心，包层，涂层（半透明保护层），外套管，加强丝等。一次涂覆层 包层 纤芯 套层图5、光纤的结构图套层答：光纤的结构如图（5）所示。纤芯：位于光纤中心，直径2a为575m, 作用是传输光波。包层：位于纤芯外层，直径2b为100150m,作用是将光波限制在纤芯中。一次涂敷：在裸纤表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层保护，厚度一般为 30150m。套层：多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。 光纤裸纤一般分为三层： 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50m或62.5m)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125m)，最外是加强用的树脂涂层。2.什么因素可能影响光纤的接续损耗？如何减少插损？答：大体可分为光纤本征因素和非本征因素两类：I光纤本征因素是指光纤自身因素（单模光纤的容限标准如括号）： （1）光纤模场直径不一致（模场直径：（910m）10，即容限约1m）；影响最大 （2）两根光纤芯径失配；（3）纤芯截面不圆（包层不圆度2）；（4）纤芯与包层同心度不佳。（模场同心度误差6）II非本征因素即接续技术： （1）轴心错位：单模光纤纤芯很细，两根对接光纤轴心错位会影响接续损耗。（2）轴心倾斜：如果要求接续损耗0.1dB，则单模光纤的倾角应为0.3。（3）端面分离：活动连接器的连接不好，很容易产生端面分离，造成连接损耗较大。当熔接机放电电压较低时，也容易产生端面分离。（4）端面质量：光纤端面的平整度差时也会产生损耗，甚至气泡。III其他因素的影响：人员操作水平、操作步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等均会影响到熔接损耗的值减小光纤接头熔接损耗的方法：1） 选用品质较高的合格光纤。2） 实验过程不随意弯曲光纤，保持实验环境整洁，尤其是切割刀和熔接机电弧放电机构部分；光纤严格用酒精清洁。3） 实验者熟悉操作流程，放置光纤的过程不能再次污染光纤和仪器。4） 光纤的断面切割要整齐，要求放置光纤时需要严格置于V形槽内，加紧再垂直切割等。 3.光纤熔接的种类：光纤熔接，V型槽，毛细管，套管等及其特点。（1）光纤熔接（最普遍）：今后发展方向主要有三个方面：多芯化。为了配合带状光缆的应用，必须发展多芯固定接头；提高精度，研制更好的匹配液，扩大V形槽、毛细管、套管式接头的应用范围。利用V形槽和毛细管结构，实现带状光纤与光波阵列，光有、无源器件阵列等的固定连接。（2）V型槽：V型槽固定连接器由芯件和压盖两个元件构成。芯件的双片之间有一微小间隙，便于光纤插入。光纤通过导引槽进入到对准槽中。当两根光纤的端面接触后，压下压盖，芯件双片合拢，产生对光纤的径向压力，使其在对准槽中精确定位和对准；光纤涂覆层也被导引槽同时锁紧，形成固定接头。特点：1、当光纤外径有差别时，在外力作用下，V型槽将发生微量形变，可以补偿由于光纤外径存在差异而产生的对准误差。2、由于在同一条V型槽中定位，两根光纤的轴向精度得以充分保证，没有轴向误差3、采用截断法能获得高质量的端面，使光纤实现良好接触，基本上消除光散射。4、在制作接头时，芯件的V型槽中放有匹配液，用来消除光纤连接时的菲涅尔反射损耗，减少光的后向反射。（3）毛细管：毛细管固定接头一般采用玻璃材料制作。接续原理是：将处理好的光纤，穿入毛细管内，利用其精密的内孔使两根光纤纤芯对准；在两光纤端面之间加入匹配液，消除菲涅尔反射，降低插入损耗，减少后向反射；用机械方法使光纤紧固。光纤包层外径与毛细管内径之差控制在以内。特点：毛细管式的固定接头均需使用匹配液。对于同一种光纤，当光纤外径于毛细管内径有差别，或对同一根毛细管，当光纤外径不同时，接续损耗的理论计算值和实际测试值之间存在差别。（4）套管：这一类固定接头的结构原理与活动连接器完全一致，它的主要部分也是插针和套筒。插针端面要现场粘接、研磨，端面之间要加注匹配液。这种方法现场操作较快捷方便。在插针、端面之间填充匹配液之后，菲涅耳反射得以消除，插入损耗可以做到0.1dB以下，回波损耗达到45dB以上。4、光纤熔接机的基本原理如实验原理。5、显微镜的工作原理与操作；CCD的使用显微镜是由两块凸透镜组成,把物体放在物镜的1倍至2倍焦距之间,这是物体成一个倒立放大的实像.再使这个实像呈现在目镜的1倍焦距以内,这时放大的实像继续呈一个正立放大虚像.这时进入人眼的是经过两次放大虚像.使物体放大的倍数大大增加. 被观察物体位于物镜的前方,被物镜作第一级放大后成一倒立的实。然后此实像再被目镜作第二级放大，成一虚像,人眼看到的就是虚像。 图6光学显微镜原理图操作步骤1 打开电脑，启动软件。2 取下目镜盖，