1光纤的熔接实验--北京交通大学

光波技术基础实验 学生姓名 学号 班级 通信 光波技术基础实验 实验一光纤熔接实验 一 实验目的 熟悉光纤 了解切割仪器和熔接仪器的使用 进行光纤熔接并测 量熔接点的损耗 dB 二 实验仪器 一段光纤 酒精 绵纸 切割仪器 自动熔接机 剥线钳 三 实验步骤 1 取两段需要固定连接的光纤跳线 在其中的一段跳线的一端 套上热缩管 2 用剪刀等工具去除松套管和尼龙加强材料 露出光纤紧套管 3 用光纤紧套管剥除工具去除紧套管 露出光纤涂敷层 4 用光纤剥线钳剥去大约 10 厘米的光纤涂敷层 露出光纤包层 5 用绵纸蘸酒精把剥好的光纤擦干净 6 左手拿光纤把脱去涂敷层的一端放入切割仪器靠近自己一边 的凹槽里 切割点到有涂敷层的地方大约留半厘米 感觉放 平后按下切割机的盖子开始切割 听到轻微的 咔踏 一声 后 切割完毕 7 切割好的光纤放入光纤熔接机一侧的光纤夹持器 8 另一段光纤跳线重复进行 2 至 6 的操作 放入光纤熔接机另 一侧的光纤夹持器 9 两段切割好的光纤放入熔接机后 观察熔接机屏幕 当显示 2 光波技术基础实验 光纤切割口整齐才可以开始焊接 否则重新做 2 至 8 的操作 10 屏幕显示光纤已经切割合格并放置正确后 推上熔接机保护 盖 按下自动焊接旋钮 熔接开始自动进行 屏幕上会显示 光纤自动对齐和熔接过程 11 熔接结束后 熔接机根据屏幕拍摄的熔接点热图像 利用光 纤耦合模理论编制的程序 自动分析熔接点的损耗大小 12 拍摄你所熔接的光纤的接点损耗情况 13 打开熔接机保护盖 打开两侧的夹持器 小心推 拉 热缩 管到裸光纤位置并将其放置于热炉中 14 按下热炉加热开关 热炉到达预定时间会自动停止加热 15 取出带有热缩管保护的光纤 观察熔接和保护情况是否合格 根据你所拍摄的热图和你熔接的损耗值 分析损耗产生的大致原 因 写入实验报告 四 基本原理 利用光纤熔接机将光纤接续 光纤熔接机上光纤的对准可以是自 动的也可以是人工的 并通过远端功率监控或本地电视摄像监控对准 效果和熔接效果 光纤损耗 或衰减 是表征光纤传输性能的一个非常重要的参数 对光纤衰减的测量是光纤测量领域的一个重要内容 由于熔接光纤操作的不完善 将产生光纤的耦合损耗 光纤的耦合损耗是光纤连接的主要损耗 光纤作为光波导遇到不 3 光波技术基础实验 连续点就产生损耗和反射 无论是固定接头还是活动接头作为光纤通 路 都是一种特定的不连续点 入射端光纤和接收端光纤的相对位置 光纤端面情况和光纤本身特性参数的匹配情况 都会产生连接损耗 如果发射光纤和接收光纤特性参数完全匹配 并且端面完全理想 几何 位置配合很好 则其连接损耗就会很小 反之则损耗增大 当两根光纤的轴线保持平行 但分开了距离 d 时的几何偏移称为 轴线横向偏移或侧向偏移 当两根光纤的轴线在一条线上时 但它们 的两个端面之间存在距离 s 时的几何偏移称为纵向偏移 当两根光纤 的轴线成某个角度时 以致两个端面不再平行时的偏移称为角度偏移 以及端面不平整等如图 1 1 所示 无论是横向偏移还是纵向偏移或角度 偏移 都会引入连接损耗 其损耗大小与光纤参数及光纤端面处理情 况有关 在上述三种偏移中横向偏移引入的损耗最大 d s 图 1 1 光纤非理想对接 若入射光纤的功率为 P t 接收光纤的功率为 P r 则耦合有效传输系 数 为 T Pr Pt 1 1 4 L 10 log T 10 log r 1 2 d Re E1 H2 rdr 1 2 d Re Ey1H x 2 rdr 式中 H2 为接收光纤中基模场的磁场强度的共轭 而 E1代表发射光纤在 exp 2 光波技术基础实验 有时也用耦合损耗 表示耦合时的功率损失 P P t 1 2 对于理想光纤耦合 Pr Pt 1 0 对于两段完全相同的 光纤 要得到这样理想的结果必须使两光纤的端面平整 完全接触 无横向偏移无角度偏移 这些条件是无法完全满足的 因此光纤的连 接损耗无法避免 如果两根光纤的参数不同还要引入额外的功率损失 对以上引起耦合损耗的机制进行严格的解析分析是很困难的 下面在 假定为理想单模光纤的条件下 讨论某个原因引起的耦合损耗 所得 结果与实际情况虽有差别 但可近似估计每种损耗所引起的误差 光 纤中场的激发效率可表示为 2 00 2 00 1 3 接收光纤端面上的基模电场强度 Hx2 E y1代表相应的场分量 各场量 取归一化值 由激发效率可得传输系数 T 2 1 4 将两光纤的基模场采用高斯近似可使光纤中场的激发效率大为简 化 高斯场的表达式为 E y Z 0 H x n2 2 S0 Z 0 n2 1 2 r 2 s 0 1 5 5 4 4Z 2 S1 S2 4Z S S 4Z S SS1 T 2S1S2 S1 S2 n 1 5 则在两者的界面上功率反射系数为 R n1 n0 n1 n0 0 04 相 光波技术基础实验 下面给出三种情况下的所得的功率传输系数 1 光纤端面纵向分离损耗 由于端面分离 光束离开发射光纤端面后即散开 部分光线不能 照到接收光纤芯子的端面上 于是引起耦合损失 当间隙加大时 耦 合损失也随之增加 一般两光纤中的基模场有不同的模场半径 设各 为 S 1 S 2 光纤端面的纵向分离距离为 定义归一化分离距离为 Z D k0n3 S1S2 n3为空隙的介质折射率指数 则传输系数为 T 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 6 当两光纤的端面完全接触时 0 0 则 22 2 1 7 如果两根光纤的模场半径相同 S1 S2 T T0 1 这是理想情况 除了上述由光束发散所引起的损耗外 还有在光纤芯子与空气交界面 上的反射损耗 空气的折射率指数为 n 3 n 0 1 设光纤芯子折射率为 2 应的耦合损耗为 L 0 177dB 发射光纤端面与接收光纤端面的反射损耗 T T exp 2 d S S 相同 所以总反射损耗为 0 35dB 在两端面之间加折射率匹配液可以 减小这种损耗 2 光纤横向偏移损耗 如两根光纤横向位移为 d 则功率传输系数为 222 012 1 8 6 22 时横向偏移为 de S1 S22 T T0 exp 2 n2S1S2 S S S222 光波技术基础实验 T0为无横向偏移时的功率传输系数 如式 1 7 定义当传输功率 减小到无横向偏移的 1 e 1 2 Te T 0 e 在S1 S2 S 的情况下 de S 可见该距离恰为模场半径 利用 这一原理可进行光纤模场半径的测量 3 方向倾斜损耗 如两根光纤以轴向偏移角 倾斜 则功率传输系数为 2 2 1 S 2 2 1 9 T0为 0的功率传输系数 当功率减小为Te T 0 e 时 相应的倾斜 角为 e 2 1 n2S1S2 1 2 1 10 五 实验结果 在对光纤进行熔接之前 我们先对光纤做了处理 包括去除松套 管和尼龙加强材料 去除紧套管 以及剥去光纤涂敷层 露出光纤包 层 然后进行切割和最后的熔接 实验结果如下图所示 7 光波技术基础实验 从图中可以看出 光纤已完成了熔接 熔接的损耗约为 0 07dB 六 实验结果分析 1 影响光纤熔接损耗的因素较多 大体可分为光纤本征因素和非本征 因素两类 光纤本征因素是指光纤自身因素 主要有四点 1 光纤模场直径不一致 2 两根光纤芯径失配 3 纤芯截面不圆 4 纤芯与包层同心度不佳 非本征因素即接续技术 包括以下几点 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 8 光波技术基础实验 2 轴心倾斜 当光纤断面倾斜 1 时 约产生 0 6dB 的接续损 耗 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 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 5 接续点附近光纤物理变形 光缆在架设过程中的拉伸变形 接续盒中夹固光缆压力太大等 都会对接续损耗有影响 2 减小损耗的办法 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 七 实验体会 在这次光纤的熔接实验中 我们完成了对两根光纤的熔接 虽然 在实验前看老师示范操作的时候觉得挺简单的 但是在自己操作之后 还是遇到了很多问题 比如去除紧套管时长度太长导致去除的时候比 较费力 用酒精擦拭的时候一不小心就会把光纤弄断 以及切割时有 9 光波技术基础