1光纖的熔接實驗-北京交通大學

光波技術根底實驗學生姓名： 學 號： 班 級：

通信光波技術根底實驗實驗一 光纖熔接實驗一、

實驗目的熟悉光纖，了解切割儀器和熔接儀器的使用，進行光纖熔接并測量熔接點的損耗(dB)。二、

實驗儀器一段光纖，酒精，綿紙，切割儀器，自動熔接機，剝線鉗。三、

實驗步驟

取兩段需要固定連接的光纖跳線，在其中的一段跳線的一端套上熱縮管；

用剪刀等工具去除松套管和尼龍加強材料，露出光纖緊套管；

用光纖緊套管剝除工具去除緊套管，露出光纖涂敷層；

用光纖剝線鉗剝去大約10

用綿紙蘸酒精把剝好的光纖擦干凈；

左手拿光纖把脫去涂敷層的一端放入切割儀器靠近自己一邊的凹槽里，切割點到有涂敷層的地方大約留半厘米，感覺放平后按下切割機的蓋子開始切割，聽到輕微的“咔踏〞一聲后，切割完畢；

切割好的光纖放入光纖熔接機一側的光纖夾持器；

另一段光纖跳線重復進行

至

的操作，放入光纖熔接機另一側的光纖夾持器；

兩段切割好的光纖放入熔接機后，觀察熔接機屏幕，當顯示光波技術根底實驗至

屏幕顯示光纖已經切割合格并放置正確后，推上熔接機保護蓋，按下自動焊接旋鈕，熔接開始自動進行，屏幕上會顯示光纖自動對齊和熔接過程；

熔接結束后，熔接機根據屏幕拍攝的熔接點熱圖像，利用光纖耦合模理論編制的程序，自動分析熔接點的損耗大小；

拍攝你所熔接的光纖的接點損耗情況；

翻開熔接機保護蓋，翻開兩側的夾持器，小心推〔拉〕熱縮管到裸光纖位置并將其放置于熱爐中；

按下熱爐加熱開關，熱爐到達預定時間會自動停止加熱；

取出帶有熱縮管保護的光纖，觀察熔接和保護情況是否合格；根據你所拍攝的熱圖和你熔接的損耗值，分析損耗產生的大致原因，寫入實驗報告。四、

根本原理利用光纖熔接機將光纖接續(xù)，光纖熔接機上光纖的對準可以是自動的也可以是人工的，并通過遠端功率監(jiān)控或本地電視攝像監(jiān)控對準效果和熔接效果。光纖損耗〔或衰減〕是表征光纖傳輸性能的一個非常重要的參數。對光纖衰減的測量是光纖測量領域的一個重要內容。由于熔接光纖操作的不完善，將產生光纖的耦合損耗。光纖的耦合損耗是光纖連接的主要損耗。光纖作為光波導遇到不光波技術根底實驗連續(xù)點就產生損耗和反射，無論是固定接頭還是活動接頭作為光纖通路，都是一種特定的不連續(xù)點。入射端光纖和接收端光纖的相對位置，光纖端面情況和光纖本身特性參數的匹配情況，都會產生連接損耗。如果發(fā)射光纖和接收光纖特性參數完全匹配并且端面完全理想幾何位置配合很好那么其連接損耗就會很小反之那么損耗增大。當兩根光纖的軸線保持平行，但分開了距離

d

時的幾何偏移稱為軸線橫向偏移或側向偏移。當兩根光纖的軸線在一條線上時，但它們的兩個端面之間存在距離

時的幾何偏移稱為縱向偏移。當兩根光纖的軸線成某個角度時，以致兩個端面不再平行時的偏移稱為角度偏移以及端面不平整等如圖

1.1

偏移，都會引入連接損耗，其損耗大小與光纖參數及光纖端面處理情況有關。在上述三種偏移中橫向偏移引入的損耗最大。圖

1.1光纖非理想對接假設入射光纖的功率為t，接收光纖的功率為，那么耦合有效傳輸系數Ｔ為

〔1.1〕

光波技術根底實驗有時也用耦合損耗Ｌ表示耦合時的功率損失L

10L

10

log

T

10

log r

P

1/

2 d

1/

2 d

ReE1

H2*

rdr光纖，要得到這樣理想的結果必須使兩光纖的端面平整，完全接觸，無橫向偏移無角度偏移，這些條件是無法完全滿足的，因此光纖的連接損耗無法防止。如果兩根光纖的參數不同還要引入額外的功率損失。對以上引起耦合損耗的機制進行嚴格的解析分析是很困難的，下面在假定為理想單模光纖的條件下，討論某個原因引起的耦合損耗。所得結果與實際情況雖有差異，但可近似估計每種損耗所引起的誤差。光纖中場的激發(fā)效率可表示為

1/

2 d

Re

Ey1H

x*2

rdr

〔1.3〕式中

式中

H2

為接收光纖中基模場的磁場強度的共軛。而

E1代表發(fā)射光纖在接收光纖端面上的基模電場強度。H、E代表相應的場分量。各場量取歸一化值。由激發(fā)效率可得傳輸系數

將兩光纖的基模場采用高斯近似可使光纖中場的激發(fā)效率大為簡化。高斯場的表達式為

exp

2

exp

2

0Hn2

20

光波技術根底實驗下面給出三種情況下的所得的功率傳輸系數。光纖端面縱向別離損耗由于端面別離，光束離開發(fā)射光纖端面后即散開，局部光線不能照到接收光纖芯子的端面上，于是引起耦合損失。當間隙加大時，耦合損失也隨之增加。一般兩光纖中的基模場有不同的模場半徑，設各為S、S。光纖端面的縱向別離距離為Ｄ。定義歸一化別離距離為

D

nSSn為空隙的介質折射率指數。那么傳輸系數為44Z

2

44Z

2

S1

S2

4Z

S

S

4Z

S

SS1

當兩光纖的端面完全接觸時，Ｄ＝0，Ｚ＝0，那么T

2T

2S1S2

S1

S2

如果兩根光纖的模場半徑相同，S

S

1。這是理想情況。除了上述由光束發(fā)散所引起的損耗外，還有在光纖芯子與空氣交界面上的反射損耗。空氣的折射率指數為

，設光纖芯子折射率為n

n

1.5，那么在兩者的界面上功率反射系數為

R

n1

n0

n1

n0

0.04

,相應的耦合損耗為

L=0.177dB相同，所以總反射損耗為

0.35dB。在兩端面之間加折射率匹配液可以減小這種損耗。光纖橫向偏移損耗如兩根光纖橫向位移為

d，那么功率傳輸系數為T

T

T

T

exp[2

d

/

(S

S

)]

光波技術根底實驗為無橫向偏移時的功率傳輸系數，如式。定義當傳輸功率

22時橫向偏移為

de

S1

S2 2

1

，

，在S

S

S的情況下，d

S。可見該距離恰為模場半徑，利用這一原理可進行光纖模場半徑的測量。方向傾斜損耗如兩根光纖以軸向偏移角傾斜，那么功率傳輸系數為T

T

T0

exp

2n2S1S2

S

S

為的功率傳輸系數。當功率減小為

角為S

S

S22 2

nSS

五、

實驗結果在對光纖進行熔接之前，我們先對光纖做了處理，包括去除松套管和尼龍加強材料、去除緊套管，以及剝去光纖涂敷層，露出光纖包層，然后進行切割和最后的熔接。實驗結果如以以下圖所示：光波技術根底實驗從圖中可以看出，光纖已完成了熔接。熔接的損耗約為

0.07dB。六、

實驗結果分析

影響光纖熔接損耗的因素較多，大體可分為光纖本征因素和非本征因素兩類。光纖本征因素是指光纖自身因素，主要有四點：〔1〕光纖模場直徑不一致；〔2〕兩根光纖芯徑失配；〔3〕纖芯截面不圓；〔4〕纖芯與包層同心度不佳。非本征因素即接續(xù)技術。包括以下幾點：〔1〕軸心錯位：單模光纖纖芯很細，兩根對接光纖軸心錯位會影響接續(xù)損耗。光波技術根底實驗〔2〕軸心傾斜：當光纖斷面傾斜

1°時，約產生

的接續(xù)損耗，如果要求接續(xù)損耗≤，那么單模光纖的傾角應為≤°?！?〕端面別離：活動連接器的連接不好，很容易產生端面別離，造成連接損耗較大?！?〔5〕接續(xù)點附近光纖物理變形：光纜在架設過程中的拉伸變形，接續(xù)盒中夾固光纜壓力太大等，都會對接續(xù)損耗有影響。

減小損耗的方法：〔1〕選用品質較高的合格光纖。〔2〕實驗過程不隨意彎曲光纖，保持實驗環(huán)境整潔，尤其是切割刀和熔接機電弧放電機構局部；光纖嚴格用酒精清潔?！?〕實驗者熟悉操作流程，放置光纖的過程不能再次污染光纖和儀器。〔4

形槽內，加緊再垂直切割等。七、

實驗體會在這次光纖的熔接實驗中，我們完成了對兩根光纖的熔接。雖然在實驗前看老師示范操作的時候覺得挺簡單的，但是在自己操作之后還是遇到了很多問題，比方去除緊套管時長度太長導致去除的時候比較費力，用酒精擦拭的時候一不小心就會把光纖弄斷，以及切割時有光波技術根底實驗時會導致切