最高質(zhì)量的光纖熔接和最精確的熔接損耗在線測(cè)試

1、最高質(zhì)量的光纖熔接和最精確的熔接損耗在線測(cè)試Dirk NäherCorning Cable SystemsWolfratshauserstr. 84, 81379 Munich, GermanyPhone: +49 89 5111 - 3163, Fax: +49 89 5111 - 3420e-mail: dirk.康寧光纜系統(tǒng)（上海）有限公司 袁楓 (feng.) 譯康寧光纜系統(tǒng)（上海）有限公司 田豐 (feng.) 校12 / 12文檔可自由編輯打印摘要本文的主要內(nèi)容是基于康寧光纜系統(tǒng)Bert Zamzow、Gervin Ruegenberg、Marty Anderson和He

2、lmar Krupp的論文“高質(zhì)量光纖熔接和顯著改善熔接損耗測(cè)試精度”。光纖熔接機(jī)是用于對(duì)光纖進(jìn)行低損耗、低反射連接，以及確保光纖接頭在未來使用中長期穩(wěn)定的設(shè)備。光纖熔接機(jī)的使用者對(duì)熔接機(jī)的要求是：l 快速、廉價(jià)的光纖端面準(zhǔn)備；l 無需調(diào)節(jié)任何參數(shù)的全自動(dòng)熔接操作；l 精確的光纖接頭損耗現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。本文展示的是怎樣通過先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)達(dá)到以上的要求以及具體在光纖熔接機(jī)上的應(yīng)用。本文描述了熔接損耗的降低以及其測(cè)量精度的提高。同時(shí)也討論了通過技術(shù)改進(jìn)，避免現(xiàn)場(chǎng)熔接時(shí)對(duì)熔接損耗采用估計(jì)的方式。光纖熔接機(jī)設(shè)備優(yōu)化以后，使用者能得到的好處是：l 精確的光纖切割角度測(cè)量以及通過自動(dòng)調(diào)節(jié)光纖推進(jìn)，進(jìn)而補(bǔ)償不好的

3、光纖端面；結(jié)果是有60的光纖熔接損耗通過最小化高損耗（>0.1dB）的部分得到改進(jìn)的熔接；l 自動(dòng)探測(cè)光纖類型；l 提高熔接損耗測(cè)量精度（在線測(cè)量損耗真實(shí)損耗）從0.030dB降低到0.018dB。介紹通過熔接的方式連接光纖，需要有幾個(gè)步驟。以下將簡要介紹一下各個(gè)步驟：1 用剝離工具去除光纖涂覆層；2 用專用光纖切割刀制備光纖端面；3 將光纖放入光纖熔接機(jī)，由熔接機(jī)完成光纖對(duì)準(zhǔn)；4 通過電極放電產(chǎn)生電弧熔接光纖；5 分析接頭損耗；6 保護(hù)和存儲(chǔ)光纖接頭。首先，需要準(zhǔn)備光纖。采用專業(yè)剝離工具去除光纖涂層，同時(shí)用酒精清潔光纖。然后是制備光纖端面，用精準(zhǔn)的光纖切割刀制備垂直、鏡面的光纖端面。圖

4、1典型的商用光纖熔接機(jī)光纖放入光纖熔接機(jī)以后，以下的步驟基本上都是自動(dòng)進(jìn)行。通過光纖纖芯對(duì)準(zhǔn)確定光纖的位置，然后電極放電熔接光纖。最后是評(píng)估光纖熔接損耗。看起來熔接光纖是一件比較容易的事情，但實(shí)際上要想獲得很小熔接損耗的光纖接頭，還是有很多因素需要考慮。以下將有進(jìn)一步的討論。隨著時(shí)間的推移、使用次數(shù)的增多，準(zhǔn)備光纖的工具會(huì)逐漸有一些磨損，這將引起準(zhǔn)備光纖的質(zhì)量下降，導(dǎo)致壞的光纖端面和很差的熔接效果。為了避免不必要的停工時(shí)間，操作人員需要特地花時(shí)間來維護(hù)光纖切割刀等工具。同樣，在熔接前操作人員需要了解熔接光纖的類型，以便選擇具體的熔接程序。然而，光纜內(nèi)光纖類型信息可能并不充分。為了避免嘗試甄別正

5、確的光纖參數(shù)，操作人員需要能在施工現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)需熔接的光纖類型。最后，操作人員離開施工現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候必須確保光纖熔接損耗在可接受的范圍以內(nèi)。許多熔接機(jī)都提供估計(jì)的光纖熔接損耗；然而，這種估計(jì)值通常只有在接頭損耗實(shí)際很好的情況下才比較準(zhǔn)確。操作人員需要可信賴的、能實(shí)際分辨是好熔接還是壞熔接的熔接損耗評(píng)估。下面本文將談到光纖對(duì)準(zhǔn)的基本方式。相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用將被介紹，這將對(duì)以上提到問題有很好的解決方案。在“技術(shù)和應(yīng)用”部分中，首先將介紹本地光注入和功率法測(cè)試熔接損耗的基本原理。然后，將解釋相關(guān)的測(cè)量方法。在下面一節(jié)將展示這些技術(shù)的應(yīng)用。最后，將介紹到對(duì)于具體施工中，使用人員通過技術(shù)改進(jìn)得到哪些好處。所有的技

6、術(shù)改進(jìn)都要得益于光纖熔接機(jī)配備的雙攝像頭的視頻系統(tǒng)、非常精確的三維光纖對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和LID（本地光注入和探測(cè)）系統(tǒng)。光纖對(duì)準(zhǔn)的基本方式目前市面上所有不同的熔接控制系統(tǒng)均基于三種最重要的技術(shù)：LID系統(tǒng)（本地光注入和探測(cè)）、CDS(纖芯探測(cè)系統(tǒng))和PAS（側(cè)像投影對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)）。LID系統(tǒng)LIDSystemTM(即本地光注入和探測(cè)系統(tǒng))通過光注入進(jìn)行檢測(cè)，這樣以來就能提供如下的特性： 高精度的光纖纖芯對(duì)準(zhǔn) 自動(dòng)熔接時(shí)間控制AFCTM 真實(shí)熔接損耗的測(cè)試（功率法測(cè)試） 近場(chǎng)掃描自動(dòng)進(jìn)行光纖類型識(shí)別將1300nm波長的光通過左端的彎曲耦合發(fā)射器注入到光纖，在熔接點(diǎn)右端的彎曲耦合接收器接收。LIDSystem

7、TM適用于所有外徑為250mm的商用光纖，如果采用尾纖耦合器該系統(tǒng)也可進(jìn)行緊套尾纖的熔接。光纖1光纖 2微處理器熔接電弧發(fā)生器Fusion generatorxzzy注入接收?qǐng)D2 LID系統(tǒng)原理熔接過程中AFCTM系統(tǒng)不斷的評(píng)估注入光的功率，當(dāng)兩端纖芯耦合對(duì)準(zhǔn)最好、即檢測(cè)端功率最大時(shí)，AFCTM自動(dòng)中止熔接程序。將所有可能的影響因素如：光纖特性、電極情況和不斷變化的環(huán)境（如濕度、海拔和溫度等）情況都納入考慮，這樣在每個(gè)單獨(dú)的熔接才能獲得最低的熔接損耗。最大LID 水平傳輸功率最大.開始結(jié)束 熔接時(shí)間圖3 自動(dòng)熔接時(shí)間控制 AFC為保證真正精確的芯對(duì)芯光纖對(duì)準(zhǔn),光纖需要在X軸、Y軸方向上移動(dòng)調(diào)整

8、位置，以獲得最大傳輸功率。只有通過這種方式就才能確保得到最精確的芯對(duì)芯光纖對(duì)準(zhǔn)。該方法過程簡便，也非常有效。不需要復(fù)雜、精密的光學(xué)系統(tǒng)和任何形式的環(huán)境傳感器。纖芯探測(cè)系統(tǒng)CDS類似于LIDSystemTM, CDSTM系統(tǒng)也是通過高精度的三維光纖纖芯對(duì)準(zhǔn)來保證最低的熔接損耗。圖4 CDS系統(tǒng)光纖圖像不像LIDSystemTM通過光注入進(jìn)行檢測(cè)，CDSTM系統(tǒng)是通過在熔接過程中分析熔接區(qū)光纖纖芯的位置和形態(tài)的原理來進(jìn)行熔接的。通過一個(gè)簡短的電弧照亮光纖。由于摻雜的不同，光纖纖芯的亮度比光纖包層高得多。從X軸和Y軸兩個(gè)方向的攝像機(jī)，獲得精確的熔接區(qū)圖像。熔接機(jī)的微處理器分析圖像，得到光纖幾何尺寸的

9、數(shù)據(jù)。這樣就能定義兩端待熔接光纖三維形態(tài)的情況，光纖的纖芯對(duì)準(zhǔn)就是基于這些信息。如果光纖本身纖芯同心度較差導(dǎo)致一定的對(duì)準(zhǔn)偏差，相應(yīng)的引導(dǎo)程序能抵消自動(dòng)定心效應(yīng)的影響。熔接損耗評(píng)估時(shí)，光纖纖芯對(duì)準(zhǔn)后的光纖偏差因素也在整個(gè)損耗評(píng)估計(jì)算中進(jìn)行了考慮，優(yōu)化了顯示損耗值和真實(shí)損耗值之間的差別。LPASTM側(cè)像投影對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)側(cè)像投影對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)評(píng)估光纖端面的圖像，該圖像是由同時(shí)設(shè)置在X、Y軸兩個(gè)光路上的兩套攝像機(jī)提供。將圖像數(shù)字化供分析，得到光纖位置、端面情況和污染物情況的信息。LPASTM側(cè)像投影對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)采用光纖端面的輪廓對(duì)比度進(jìn)行光纖對(duì)準(zhǔn)的控制。該輪廓包含了所有的光纖影像信息，包括光纖中央的影像、可能的損傷

10、、光纖的偏移以及微小的污染物。光纖偏移圖5在單個(gè)方向的兩根光纖端面的對(duì)比圖采用交互關(guān)聯(lián)的方法就可能將光纖位置通過影像輪廓的方式計(jì)算得更精確。舉例來說，圖像顯示的是兩條柱狀的視頻，然后需要將兩端的影像輪廓疊加。采用交互關(guān)聯(lián)的方法定義兩端光纖的偏移量。熔接機(jī)將按該偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行熔接前的光纖對(duì)準(zhǔn)和熔接后的損耗估計(jì)。光纖偏移光纖位置圖6 光纖影像輪廓康寧全系列的熔接機(jī)都采用LPASTM影像評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行熔接前的預(yù)對(duì)準(zhǔn)，并且該系統(tǒng)可自動(dòng)補(bǔ)償較差的光纖切面角度達(dá)2.50,這樣以來就大大降低了光纖準(zhǔn)備的返工率、提高了工作效率。熔接損耗評(píng)估對(duì)于光纖熔接損耗的評(píng)估，通常有兩種方法。第一種是利用圖像進(jìn)行纖芯偏差的分

11、析，特定的參數(shù)如纖芯的偏差、纖芯的翹曲度等就能被定義。光纖熔接損耗就是利用以上參數(shù)通過一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算后得出的。該技術(shù)無法覆蓋所有熔接損耗的機(jī)理，畢竟它只用了少量的一些參數(shù)來進(jìn)行熔接損耗推算。這種方法的短處是通常會(huì)導(dǎo)致對(duì)熔接損耗過于優(yōu)化的估計(jì)，特別是在采用了錯(cuò)誤的參數(shù)或?qū)嶋H損耗比較高的時(shí)候。因?yàn)樵摀p耗值是基于參數(shù)估計(jì)的值，所以該方法叫熔接損耗估計(jì)法。采用本地光注入和探測(cè)技術(shù)（LID）才能實(shí)現(xiàn)直接和真實(shí)的熔接損耗測(cè)量。光從接頭前端被注入進(jìn)入光纖，然后從接頭后端被探測(cè)到如圖7所示。通常彎曲耦合器是用于提供簡便的光纖放入和取出，采用特別的設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)光纖的應(yīng)力和保護(hù)光纖不受損傷。圖7 LID系統(tǒng)測(cè)

12、量熔接損耗外部功率Pi,ext通過彎曲耦合器注入光纖成為光纖內(nèi)部功率Pi。通過光纖接頭有一個(gè)損耗Ls,同時(shí)功率P0留在光纖內(nèi)部。然后功率P0被彎曲耦合器耦合出光纖成為外部功率Po,ext。外部功率和內(nèi)部功率按如下公式進(jìn)行相關(guān)：通過功率耦合系數(shù)i 和o，熔接損耗通過內(nèi)部功率計(jì)算。然而不可能來準(zhǔn)確定義內(nèi)部功率，雖然已知外部功率。這是因?yàn)椴煌繉雍皖伾墓β蜀詈舷禂?shù)有很大的變化。要準(zhǔn)確定義熔接損耗，就需要將功率耦合系數(shù)這一變化較大的參數(shù)從計(jì)算中去掉。這要求知道熔接點(diǎn)的損耗Lref。在兩段未熔接光纖中間的空氣間隙的損耗作為參考值（圖8）。圖8 測(cè)量時(shí)引入空氣間隙損耗作為參考值在空氣間隙很小而且光纖對(duì)準(zhǔn)

13、處于最大功率值的時(shí)候，有一個(gè)固定的值0.30dB作為空氣間隙的損耗值?？諝忾g隙參考值在光纖熔接以前被測(cè)量，在這種情況下兩端光纖已經(jīng)是精確的對(duì)準(zhǔn)了。外部輸入功率Pi,ext在參考值測(cè)量和熔接損耗評(píng)估時(shí)是一樣的。功率耦合系數(shù)i 和o也是不變的，因?yàn)樵谡麄€(gè)熔接過程期間光纖在彎曲耦合器中的位置是沒有任何變化的。這意味著光纖內(nèi)部功率Pi也是如圖7不變的。只有外部接收功率如下因?yàn)長r通常是不同于Ls。如果參考值是知道的，熔接損耗就可以進(jìn)行如下的計(jì)算這意味著，如果已知參考值，熔接損耗可以通過探測(cè)到的外部功率Pr,ext和Po,ext進(jìn)行定義。雖然看起來參考值是比較容易得到的，但實(shí)際上要實(shí)現(xiàn)高精度的熔接損耗測(cè)

14、試還有幾個(gè)問題需要解決。空氣間隙的損耗主要取決于以下幾個(gè)參數(shù)：l 兩端光纖的軸向角度l 光纖端面的切割角度l 光纖模場(chǎng)直徑通過測(cè)量技術(shù)來定義這些參數(shù)的方法將在下面介紹。同時(shí)，也將在下面介紹參考值是怎樣與這些參數(shù)相適應(yīng)的。測(cè)量技術(shù)軸角度探測(cè)正如上面介紹到的一樣，一種精確的測(cè)量軸向角度的方法對(duì)于定義參考值是非常重要的。軸向角度探測(cè)和后面將要介紹的切割角度探測(cè)是通過視頻圖像分析得出的。絕大多數(shù)普通熔接機(jī)已經(jīng)具有的光路系統(tǒng)就是設(shè)計(jì)用于光纖位置探測(cè)。一個(gè)普遍的得到光纖圖像的方法如圖9所示。圖9 將光纖圖像投影到攝像機(jī)光纖圖像投影到攝像機(jī)芯片上，微處理器從攝像機(jī)芯片上讀出數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像分析。有兩套同樣的系

15、統(tǒng)從兩個(gè)直角交叉方向上獲取圖像信息，這樣得到三維的光纖數(shù)據(jù)信息。下面僅描述了X軸和Z軸的情況，Y軸的程序是一樣的。最后角度和偏移量是通過Pythagoras定律進(jìn)行計(jì)算。一個(gè)簡單的獲得光纖角度的方法如圖10所示。光纖在X方向通過兩個(gè)縱向位置測(cè)量。兩列之間的距離定義為Z。X軸向的偏移定義為X。圖10 簡單的獲得光纖角度的方法角度就可以通過如下公式計(jì)算該方法非常簡單，但是存在一些缺點(diǎn)使它不適合用于精確的參考值推導(dǎo)。這些缺陷是：l 攝像機(jī)傾斜將被認(rèn)為是光纖有偏角l 光路系統(tǒng)失真將導(dǎo)致錯(cuò)誤，如直的光纖將被認(rèn)為是彎曲的。這將影響到角度測(cè)試的精確度l 不均勻的光源會(huì)導(dǎo)致與光路系統(tǒng)失真同樣的問題以上這些缺陷

16、可以通過改變圖像上的縱向測(cè)量位置的方式來減少。要消除這些缺陷，直接的解決方案就是只采用一個(gè)縱向位置測(cè)量。圖11 優(yōu)化的測(cè)量軸向角度的方法光纖移動(dòng)時(shí)經(jīng)過單個(gè)縱向位置測(cè)量，而不是兩個(gè)不同的縱向位置測(cè)量。移動(dòng)的方向由設(shè)備設(shè)定，這樣以來就避免了攝像機(jī)傾斜帶來的影響。在X軸向的偏移量X可以通過光纖在位置1和位置2來測(cè)量。有了光纖移動(dòng)的距離Z，那么角度的計(jì)算就是通過該項(xiàng)技術(shù)測(cè)量兩端光纖的幾個(gè)軸向角度。由于避免了光路系統(tǒng)失真，因此測(cè)量精度能夠達(dá)到0.050。切割角度探測(cè)熔接損耗和熔接損耗的測(cè)量精度都是取決于光纖端面的質(zhì)量，切割角度是主要的因素。目的是精確測(cè)量切割角度而不需要其他額外的硬件設(shè)備。正如前面所述，

17、普遍光纖熔接機(jī)里的光路系統(tǒng)通常都是設(shè)計(jì)用于光纖位置探測(cè)。受可見光波長范圍內(nèi)衍射效應(yīng)的限制，光路系統(tǒng)的分辨率大約是1m。另外，所有光路系統(tǒng)都存在系統(tǒng)失真和輕微的光源不均勻的情況。但是，這并不影響光纖定位和圖像損耗估算。一個(gè)直觀的找到切割角度的方法就是在每個(gè)視頻線上定義Z軸光纖端面的位置。光纖邊沿通過該方法探測(cè)以后，切割角度就能通過計(jì)算相應(yīng)的視頻線角度得到定義。然而這種直接探測(cè)的切割角度要用于推導(dǎo)LID參考值就太不準(zhǔn)確了。商用熔接機(jī)通常都配備比視頻探測(cè)系統(tǒng)更精確的系統(tǒng)。但訣竅是用它作為切割角度的探測(cè)。多數(shù)熔接設(shè)備都有在熔接前對(duì)光纖位置進(jìn)行高精度調(diào)整的機(jī)械系統(tǒng)。該機(jī)械系統(tǒng)用于光纖纖芯橫向?qū)?zhǔn)和熔接過

18、程中光纖推進(jìn)。光纖在Z軸方向上的移動(dòng)是通過高精度的激勵(lì)器，如依靠壓電陶瓷一類的裝置。因此就能實(shí)現(xiàn)極小步距的移動(dòng)（例如5nm,相對(duì)于光路系統(tǒng)分辨率是大約1m。）看起來這個(gè)精度是足夠高了，那么怎樣將它用于切割角度探測(cè)呢？解決方案是簡單的，大體上可以通過三句話來說明。首先，光纖之間的間隙盡量的減小。然后，光纖之間的距離又慢慢增加。同時(shí)，光纖間隙之間光源射出的一點(diǎn)被監(jiān)控。由于光纖端面微小間隙之間（大約3m）的衍射效應(yīng)，光不能穿透間隙，雖然實(shí)際上光纖之間是沒有物理接觸的。因?yàn)檫@樣的道理，圖像上虛擬光纖長度就要比實(shí)際光纖長一些。圖12顯示了物理和虛擬光纖端面的情況。減少兩端光纖之間的間隙，直到兩端光纖接觸

19、在一起。在這種情況下，虛擬光纖重疊在一起。從光纖間隙間投射的光強(qiáng)由兩個(gè)探測(cè)窗口不斷的檢測(cè)。如果兩端光纖物理接觸在一起，其圖像就類似于圖13。需要提醒的是光纖物理端面是無法在該圖像上看到的，僅能通過圖13的圖像進(jìn)行描述。圖13 光纖物理接觸點(diǎn)光纖間的間隙已經(jīng)不存在，這是因?yàn)樘摂M光纖已經(jīng)完全重疊在一起。探測(cè)窗口探測(cè)到可能的最暗亮度水平。光纖端面應(yīng)該盡量的接近，但不要到達(dá)讓光纖彎曲的程度。由于切割角度的原因，兩端光纖的物理接觸僅僅是一個(gè)點(diǎn)。該物理接觸點(diǎn)見圖13。光纖之間的距離現(xiàn)在逐步的增大。這需要超過可見光波長范圍內(nèi)光路系統(tǒng)的分辨率才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)光纖端面間的距離逐步增大，兩個(gè)探測(cè)窗口就開始發(fā)現(xiàn)光亮度。

20、圖14 探測(cè)窗口開始發(fā)現(xiàn)光亮度經(jīng)過幾步移動(dòng)后，間隙開始變得如圖14所示，光開始穿透光纖間隙射到另一端。由于有光纖切割角度的存在，間隙不可能同時(shí)打開。開口處將是光纖端面距離最大的位置。當(dāng)間隙完全打開時(shí)，就應(yīng)停止光纖間隙延伸。這意味著如圖15所示光完全穿透光纖間隙射到另一端。圖15 光完全穿透光纖間隙在整個(gè)光纖間隙增大的過程中，兩個(gè)探測(cè)窗口全程監(jiān)控。當(dāng)間隙完全打開后，將評(píng)估兩個(gè)探測(cè)窗口的數(shù)據(jù)。抽樣的亮度數(shù)據(jù)和兩端物理光纖的距離有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖16 將兩個(gè)窗口的亮度數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)距離用圖16描述?？梢钥吹皆诰嚯x為0m處，兩個(gè)探測(cè)窗口的亮度都是一樣不變的。大約在1.8m處窗口1的圖像曲線開始顯著向上變

21、化。對(duì)于窗口1在該處，兩端光纖的間隙開啟。大約在3.2m處窗口2的圖像曲線開始顯著向上變化。同樣，這意味著對(duì)于窗口2在該處，兩端光纖的間隙開啟。光路系統(tǒng)可能會(huì)有光源不均勻的情況，產(chǎn)生不同的開始值。但實(shí)際上角度是通過斜度的變化來計(jì)算的，光源不均勻不會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。計(jì)算光纖切割角度的時(shí)候，需要窗口1和窗口2開啟點(diǎn)距離和光纖縱向距離的數(shù)據(jù)。通過該方法是測(cè)量的兩端光纖整個(gè)的切割角度。沒有必要分別兩端光纖各自的切割角度。因?yàn)樵摻嵌确浅Ｐ?，產(chǎn)生的誤差可以忽略不記。該測(cè)量方法的精度是0.10。自動(dòng)光纖類型識(shí)別有了兩端光纖的軸向角度和光纖端面的切割角度，要得到前面提到的參考值，還需要有光纖模場(chǎng)直徑的數(shù)據(jù)

22、。雖然各種光纖的模場(chǎng)直徑是不同的，但以下四種主要光纖的類型還是能夠區(qū)分的：l 色散位移光纖l 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖l 多模50m光纖l 多模62.5m光纖對(duì)于單模和多模光纖有兩種不同的探測(cè)方法。色散位移和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖類型探測(cè)在光纖熔接前進(jìn)行模場(chǎng)直徑測(cè)量。當(dāng)傳輸功率通過LID系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，光纖的橫向偏移量是變化的，一端光纖如圖17橫向偏移。圖17 模場(chǎng)直徑測(cè)量的方法如果光纖端面間的距離足夠小，場(chǎng)強(qiáng)近似為高斯分布，即采用近場(chǎng)掃描法測(cè)量。按照單模光纖模場(chǎng)直徑的定義，讀出纖芯中場(chǎng)強(qiáng)分布曲線最大值1e處所對(duì)應(yīng)的寬度，為模場(chǎng)直徑。該方法是通常用于測(cè)量光斑尺寸，叫做橫向偏移法3。多模光纖類型探測(cè)對(duì)于多模光纖如果采用上

23、述的方法進(jìn)行模場(chǎng)直徑的測(cè)量，結(jié)果通常會(huì)是錯(cuò)誤的得到16m至30m的數(shù)值。因?yàn)槎嗄９饫w芯徑很大如62.5m，與直徑就沒有多大的相關(guān)性。多模光纖的模場(chǎng)直徑與光纖的穩(wěn)定模場(chǎng)相關(guān)，這意味這光纖中功率在各種模式中交互平衡，當(dāng)發(fā)散時(shí)，每個(gè)模都接收同樣的功率。通過彎曲耦合器注入多模光纖不對(duì)稱功率分布。結(jié)果功率注入每個(gè)模式的分布不同于穩(wěn)定模場(chǎng)。由于光纖長度在LID光源注入端和光纖端面間的距離太短，無法實(shí)現(xiàn)模式在多模光纖纖芯中的滿注入。因?yàn)闆]能實(shí)現(xiàn)滿注入，傳輸功率在每個(gè)模式中的分布很大程度上會(huì)受耦合情況的影響，如光纖涂層顏色或纖芯位置。當(dāng)采用與DS和SM光纖同樣的光纖類型探測(cè)方式進(jìn)行多模光纖測(cè)試時(shí)，該耦合情況高

24、度相關(guān)將導(dǎo)致模場(chǎng)直徑大范圍的變動(dòng)。要識(shí)別多模50m和多模62.5m光纖，就需要光纖更大橫向的偏移量。因?yàn)槎嗄９饫w纖芯直徑相對(duì)而言比波長大得多，在光纖纖芯外沒有像SM光纖類似電磁場(chǎng)逐漸消失的區(qū)域4。因此功率是集中在纖芯直徑內(nèi)。這樣以來大橫向的偏移接收的傳輸功率就可用于識(shí)別不同的多模光纖（如圖18）。圖18 多模光纖類型探測(cè)對(duì)于50m光纖，傳輸功率在40m和60m區(qū)間將比62.5m光纖有大幅度的下降。測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用熔接過程優(yōu)化除去用于參考值推導(dǎo)，測(cè)量的切割角度也用于優(yōu)化熔接程序本身。兩端光纖通過Z軸推進(jìn)，從而靠近連接在一起。該過程需要對(duì)光纖端面不平整或一些微小的缺陷進(jìn)行補(bǔ)償。如果兩端光纖有比較大的

25、切割角度，而需要連接，看起來在端面間就有一個(gè)角度。當(dāng)兩端光纖推進(jìn)到一起時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，好像中間缺掉一塊一樣。如圖19所示。由于存在切割角度Cl,那么就產(chǎn)生數(shù)量為Vm的中間玻璃體缺失。圖19 切割角度導(dǎo)致中間玻璃體缺失在熔接過程中該缺失部分會(huì)引起玻璃體流動(dòng)。這樣的流動(dòng)又會(huì)影響到光纖纖芯，并導(dǎo)致其彎曲，最終引起熔接損耗增大。那么減少該影響的辦法就是更多一點(diǎn)的光纖推進(jìn)，來補(bǔ)償中間玻璃體缺失。因此測(cè)量切割角度C1（首先用于推導(dǎo)參考值），然后采取相應(yīng)的Z軸推進(jìn)，到達(dá)最優(yōu)化的熔接損耗。假定光纖直徑為d，額外Z軸推進(jìn)為zaf,對(duì)于中間玻璃體缺失部分的計(jì)算如下：同樣，有由此可以得出，要補(bǔ)償該缺失額外推進(jìn)量大約為損

26、耗測(cè)量優(yōu)化為了對(duì)基于LID系統(tǒng)損耗測(cè)量所需參考值進(jìn)行推導(dǎo)，在理想狀態(tài)下空氣間隙間的損耗作為一個(gè)起始值。該理想狀態(tài)意味著，兩端光纖軸向平行、無任何偏移量，同時(shí)，光纖端面垂直于光纖軸向。該空氣間隙損耗即為理想空氣間隙損耗Lr,id。如果光線從有一定切割角度的光纖端面射出，該射出光線就與光纖軸向不在同一個(gè)方向。在光線射出方向和軸向之間的角度是由光纖切割角度和光纖折射率分布決定的。相同的，射出光線注入光纖是同樣的角度，這樣才實(shí)現(xiàn)最佳效率。結(jié)論是即使兩端光纖軸向水平，但有一定切割角度，實(shí)際射出光纖和最理想的射出光纖還是有一個(gè)夾角。這將導(dǎo)致空氣間隙損耗的增加。圖20描述了同時(shí)考慮切割角度Cl和軸向角度ax

27、的情況。圖20 有效角度由切割角度和軸向角度構(gòu)成通常熔接光纖的兩個(gè)端面都有不同的切割角度。但如果切割角度足夠小，那么就可以將兩端的角度定義為位于同一端。在這種情況下，發(fā)射和注入光線構(gòu)成一個(gè)有效角度實(shí)際的光纖間隙損耗隨著該有效角度變化。通過有效角度推導(dǎo)參考值，就引入修正損耗作為空氣間隙損耗的補(bǔ)充。是LID系統(tǒng)的工作波長，w是測(cè)量光纖的模場(chǎng)直徑。這樣通過參考值，熔接損耗計(jì)算如下使用者能得到的益處這一節(jié)將總結(jié)使用者能從以上的技術(shù)中得到什么樣的益處：l 自動(dòng)探測(cè)熔接光纖的光纖類型；l 光纖熔接損耗降低；l 提高熔接損耗測(cè)量精度。光纖類型探測(cè)由于采用自動(dòng)光纖類型探測(cè)，使用者就不用了解需熔接光纖的具體類型

28、。熔接機(jī)自動(dòng)選擇最適合的光纖熔接參數(shù)進(jìn)行熔接操作。這樣以來就能最小限度的減少使用者對(duì)熔接程序選擇錯(cuò)誤帶來的影響。同時(shí)，也沒有必要對(duì)熔接機(jī)使用者進(jìn)行需熔接光纖的專業(yè)培訓(xùn)。另一個(gè)益處是光纖類型的識(shí)別是在熔接現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，再也沒有必要將光纖帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行類型識(shí)別。光纖熔接損耗降低在熔接過程中采用光纖切割角度補(bǔ)償，結(jié)果是高熔接損耗（0.1dB）的壞接頭減少60。圖21顯示的是不同熔接條件下的測(cè)試數(shù)據(jù)以上數(shù)據(jù)由80次熔接構(gòu)成。其中62.5的熔接是采用偏心度較高（0.8m）的SM光纖,其余的都是普通商用SM光纖。在具體光纖切割時(shí)是三種不同階段（全新、在使用和需要進(jìn)行維護(hù)的切刀）的切刀輪流使用?？吹贸鰜硗ㄟ^切割角度補(bǔ)償，熔接損耗有顯著的降低。這樣允許適當(dāng)延長切刀的維護(hù)時(shí)間，以及避免了因?yàn)榫S修切刀不必要的耽誤施工時(shí)間。提高熔接損耗測(cè)量精度通過修正LID熔接損耗測(cè)量參考值，能實(shí)現(xiàn)損耗測(cè)量的顯著改善。圖22 測(cè)量損耗偏離以上數(shù)據(jù)是基于圖21同樣的熔接條件。偏離值的定義是熔接機(jī)測(cè)量值減去真實(shí)損耗（OTDR雙端測(cè)量的真實(shí)值）。沒有參考值修正平均絕對(duì)誤差是0.03dB,