光纖通信實驗一 光纖熔接及光纖參數(shù)測量實驗

PAGEPAGE1光纖通信實驗一光纖熔接及光纖參數(shù)測量1實驗目的1.1研究如何降低光纖接續(xù)衰耗值。1.2學習光纖熔接點衰耗值的測量。1.3掌握光纖參數(shù)測量的方法。2實驗用的器材和儀表2.1用于熔接實驗的光纖有三種50/125、62.5/125、9/125；前兩種光纖是多模光纖，符合ITU—TG.651標準。后一種是單模光纖，符合ITU—TG.652標準。（注：ITU—T國際電信聯(lián)盟-電信標準部）。圖1.1常用通信光纖的構成與構成的材料示意圖250μm250μm50μm62.5μm125μm125μm50/125多模光纖62.5/125多模光纖250μm250μm125μm140μm8-10μm100μm單模光纖100/140多模光纖75μm頭發(fā)的直徑圖1.2多模光纖與單模光纖截面圖光纖是一種結構尺寸非常精密的產(chǎn)品，如果制造過程中幾何尺寸偏差過大，即使使用精密的全自動熔接機熔接光纖，熔接損耗也將偏大。兩種數(shù)值孔徑不同的光纖熔接以后熔接損耗必然偏大。再有在實際工程中不同公司制造的光纖，由于所用材料、制造工藝的不同，這兩種光纖熔接以后也可能產(chǎn)生熔點損耗偏大，這個問題要通過合理的配盤解決，保證光纖路由的總損耗不超出工程要求的范圍。包層纖芯1纖芯2圖1.3光纖纖芯不呈圓形的示意圖αβ光纖A光纖Bα≠β圖1.4數(shù)值孔徑不同的光纖示意圖2.2接保護套管——熱縮管。它的作用是對熔接好的裸光纖部位進行保護。從圖1.5可以看出，兩個套起的管之間有一個直徑1mm米的鋼棍，熔接前光纖穿在內(nèi)管中，光纖熔接完成以后，將熔接點移至熱縮管的中部，然后對熱縮管加熱，具有記憶特性的塑料管受熱收縮，加熱過程結束后經(jīng)過一、二分鐘的冷卻，光纖接點與熱縮管凝固成一體。加固件鋼棍能避免這一區(qū)域彎曲。內(nèi)管：直徑2.0mm；長40mm加固件：直徑1.0mm；長40mm外管：直徑3.5mm；長40mm圖1.5熔接保護套管的基本結構圖2.3光纖涂敷層剝皮鉗。它的作用是將光纖的涂敷層剝除掉，剝掉涂敷層以后的光纖稱作裸光纖，此時才能看見光纖本體模樣，常見的通信用裸光纖的直徑為125μm。2.4光纖切割刀。它的作用是將裸光纖切斷，切斷后的光纖端面要成平面。裸光纖端面切割質(zhì)量的好壞對熔接點損耗影響很大。光纖切割刀有人造紅寶石刀、精密機械刀及其它精密刀。光纖裸光纖光纖裸光纖40~100mm16mm（a）（b）用光纖剝皮鉗剝?nèi)ス饫w涂敷層約40~100mm；(圖a)。用切割刀將裸光纖切去一段，保留裸光纖16mm；（圖b）。＜1°(c)好端面(d)凸尖(e)鋸齒(f)缺角(g)凹心(h)龜紋圖1.6光纖熔接前的要求圖（c）為一個切割后合格的裸纖端面，圖（d）~（h）為不合格的端面。2.5光纖熔接機。光纖熔接機有全手動、半自動、和全自動操作三種。前兩種機器主要適于實驗室使用，全自動的機器除實驗室以外還可用于長途干線光纖接續(xù)工程?？梢哉f全自動光纖熔接機集成了現(xiàn)代計算機技術、精密機械加工、精密微距測量、精密微距離移動控制等多項高科技技術。顧名思義，熔接機的工作原理是基于電火花加工技術，在兩個放電電極之間安放欲熔接的光纖，兩光纖的端面之間留有極窄的縫隙，電極放電以后光纖端面受熱，并且微微軸向推動其中一根光纖（另一根光纖是固定的），兩根光纖就結合成一體。全自動光纖熔接機，平均熔接損耗能達到單模光纖<0.02dB;多模光纖<0.01dB。2.6測試用的穩(wěn)定光源。光源的作用是它能發(fā)出功率穩(wěn)定、波長穩(wěn)定的光，所謂穩(wěn)定是相對于時間而言的，也就是說光源發(fā)出的光各項參數(shù)隨時間的變化非常小。2.7光功率計。光功率計是從事光纖通信、光纜路由建設工程、光纖通信設備研發(fā)及光纖實驗室測量光功率大小常用的測試儀表。測量光功率的時候波長選擇要與被測光光波長相一致，測試光功率的值有兩種顯示選擇——絕對光功率和相對光功率。前者顯示nw;μw和mw，分別讀作納瓦；微瓦和毫瓦。后者顯示dBm,讀作毫瓦分貝。下面回顧一下電平的概念。電平－也稱作傳輸電平，是衡量信號強弱的一個物理量。電路中某一點的電平，就是該點測得的功率P與規(guī)定的基準功率Pref之比的常用對數(shù)值電平以貝爾（Bel）為單位、定義為電平＝lg(貝爾)……………（1.1）可見信號功率在傳輸過程中變化10倍時，就是信號增強或衰減1貝爾。貝爾太大，實用中常用十分之一貝爾作單位稱分貝（DeciBel）計dB電平＝10lg（dB）…………..（1.2）絕對電平與相對電平絕對電平（簡稱電平）是以某一基準功率為參考所決定的電平。用作參考基準功率有1μw1mw1w和1kw等。在信號傳輸中用作參考的基準功率都取1mw。將電路中某點測得的功率P與基準功率Pref（1mw）作比較后便能求得該點的分貝數(shù)。寫成公式為Lmp=10lg=10lg(dBm)……….（1.3）dBm讀音毫瓦分貝，式（3）表明若P＞1mw為正電平，P＜1mw為負電平，P＝1mw為零電平，其實零電平并非表示測量點的電平為零，而是該點的功率等于基準功率。相對電平就是以分貝數(shù)表示的同一電路中兩點之間功率的相對大小。相對電平也表示信號傳輸電路的增益或衰減量。例如一根光纖中接收端的光功率總是比發(fā)射端的光功率小，因此我們說光纖對光信號總是有衰耗的，其衰耗可用一根光纖中的入纖光功率Pi與接收光功率Po之比求得的分貝數(shù)表示，寫成公式Lrp=10lg(dB)…………………..（1.4）設Po=50μw;Pi＝100μw，求這根光纖的衰耗。將測得的數(shù)值帶入公式（1.3）lmpo=10lg＝－13dBmlmpi＝10lg＝－10dBm光纖衰耗＝－10dBm―（―13dBm）＝3dB直接用公式1.4求：光纖衰耗＝10lg＝3dB使用穩(wěn)定光源和光功率計，對手動熔接機熔接的接點進行衰耗測量的一種方法如下圖1.7。穩(wěn)定穩(wěn)定光源光功率計ab第一步：測量光纖b端的光功率Pin。穩(wěn)定光源光功率穩(wěn)定光源光功率計abcd第二步：熔接光纖，測量熔接后光纖d端的光功率Pout。光纖c~d間的長度很短，因此，自然損耗忽略不記。圖1.7熔接點衰耗測量方法示意圖2.8光時域反射計（OTDR）。光時域反射計相當于光雷達。它的基本工作原理是OTDR向光纖纖芯發(fā)射光脈沖，當纖芯中的折射率發(fā)生變化會引起光線的反射和回射，另外，光纖中的所有物理結合（比如熔接點）和連接器（光纖活動連接器）都會引起回射，OTDR能測量發(fā)射光脈沖與接收光脈沖之間的時間延遲。這個時間延遲可以用來測量發(fā)射端與給定的反射點之間的距離。由于衰減的緣故，距離越遠，返回來的光功率就越小。因此，OTDR建立了一條功率和距離的軌跡曲線，也就是說，OTDR可以跟蹤光纖鏈路上各點的功率值并將它們顯示在屏幕上。光時域反射計的實際操作使用將在實驗中介紹。3實驗內(nèi)容3.1認識光纖，了解光纖成纜以后的結構。3.2按圖1.6將被熔接的光纖接入穩(wěn)定光源，用光功率計測量入纖光功率及功率電平（建議多測幾次取平均值）。熔接光纖的制備：按2.4的要求剝除涂敷層，用酒精棉將裸光纖擦拭干凈。從現(xiàn)在開始這根光纖不允許沾染灰塵。然后切割光纖，把制備好的光纖放在熔接機V型槽里，進行熔接操作，操作完成以后光纖不必從V型槽取下來。3.3測量光纖的出纖光功率和功率電平dBm，用兩仲方法計算熔接點的衰耗值。4記住下面一些常用數(shù)值多模光纖50/125，符合G.651技術規(guī)范：傳輸波長850nm每千米衰耗≤2.5dB傳輸波長1300nm每千米衰耗≤0.7dB 數(shù)值孔徑（NA）850nm1.482、1300nm1.477單模光纖9/125，符合G.652技術規(guī)范：傳輸波長1310nm每千米衰耗≤0.36dB傳輸波長1550nm每千米衰耗≤0.22dB纖芯折射率1.467包層折射率1.45～1.46光纖活動連接器（光纖法蘭）每個插入損耗可按1dB計算全自動光纖熔接機熔點平均每