1光纖的熔接實(shí)驗(yàn)-北京交通大學(xué)

光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 班 級：

通信光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 光纖熔接實(shí)驗(yàn)一、

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜す饫w，了解切割儀器和熔接儀器的使用，進(jìn)行光纖熔接并測量熔接點(diǎn)的損耗(dB)。二、

實(shí)驗(yàn)儀器一段光纖，酒精，綿紙，切割儀器，自動熔接機(jī)，剝線鉗。三、

實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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?nèi)ゴ蠹s10

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(diǎn)到有涂敷層的地方大約留半厘米，感覺放平后按下切割機(jī)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(jī)一側(cè)的光纖夾持器；

另一段光纖跳線重復(fù)進(jìn)行

至

的操作，放入光纖熔接機(jī)另一側(cè)的光纖夾持器；

兩段切割好的光纖放入熔接機(jī)后，觀察熔接機(jī)屏幕，當(dāng)顯示光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)連續(xù)點(diǎn)就產(chǎn)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(diǎn)。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(shù)的匹配情況，都會產(chǎn)生連接損耗。如果發(fā)射光纖和接收光纖特性參數(shù)完全匹配并且端面完全理想幾何位置配合很好則其連接損耗就會很小反之則損耗增大。當(dāng)兩根光纖的軸線保持平行，但分開了距離

d

時(shí)的幾何偏移稱為軸線橫向偏移或側(cè)向偏移。當(dāng)兩根光纖的軸線在一條線上時(shí)，但它們的兩個(gè)端面之間存在距離

時(shí)的幾何偏移稱為縱向偏移。當(dāng)兩根光纖的軸線成某個(gè)角度時(shí)，以致兩個(gè)端面不再平行時(shí)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(shù)及光纖端面處理情況有關(guān)。在上述三種偏移中橫向偏移引入的損耗最大。圖

1.1光纖非理想對接若入射光纖的功率為t，接收光纖的功率為，則耦合有效傳輸系數(shù)Ｔ為

（1.1）

光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有時(shí)也用耦合損耗Ｌ表示耦合時(shí)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(jié)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避免。如果兩根光纖的參數(shù)不同還要引入額外的功率損失。對以上引起耦合損耗的機(jī)制進(jìn)行嚴(yán)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(gè)原因引起的耦合損耗。所得結(jié)果與實(shí)際情況雖有差別，但可近似估計(jì)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(qiáng)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(qiáng)度。H、E代表相應(yīng)的場分量。各場量取歸一化值。由激發(fā)效率可得傳輸系數(shù)

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(dá)式為

exp

2

exp

2

0Hn2

20

光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)下面給出三種情況下的所得的功率傳輸系數(shù)。光纖端面縱向分離損耗由于端面分離，光束離開發(fā)射光纖端面后即散開，部分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(dāng)間隙加大時(shí)，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(shè)各為S、S。光纖端面的縱向分離距離為Ｄ。定義歸一化分離距離為

D

nSSn為空隙的介質(zhì)折射率指數(shù)。則傳輸系數(shù)為44Z

2

44Z

2

S1

S2

4Z

S

S

4Z

S

SS1

當(dāng)兩光纖的端面完全接觸時(shí)，Ｄ＝0，Ｚ＝0，則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(shù)為

，設(shè)光纖芯子折射率為n

n

1.5，則在兩者的界面上功率反射系數(shù)為

R

n1

n0

n1

n0

0.04

,相應(yīng)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，則功率傳輸系數(shù)為T

T

T

T

exp[2

d

/

(S

S

)]

光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為無橫向偏移時(shí)的功率傳輸系數(shù)，如式。定義當(dāng)傳輸功率

22時(shí)橫向偏移為

de

S1

S2 2

1

，

，在S

S

S的情況下，d

S?？梢娫摼嚯x恰為模場半徑，利用這一原理可進(jìn)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，則功率傳輸系數(shù)為T

T

T0

exp

2n2S1S2

S

S

為的功率傳輸系數(shù)。當(dāng)功率減小為

角為S

S

S22 2

nSS

五、

實(shí)驗(yàn)結(jié)果在對光纖進(jìn)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(qiáng)材料、去除緊套管，以及剝?nèi)ス饫w涂敷層，露出光纖包層，然后進(jìn)行切割和最后的熔接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(diǎn)：（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(shù)。包括以下幾點(diǎn)：（1）軸心錯(cuò)位：單模光纖纖芯很細(xì)，兩根對接光纖軸心錯(cuò)位會影響接續(xù)損耗。光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（2）軸心傾斜：當(dāng)光纖斷面傾斜

1°時(shí)，約產(chǎn)生

的接續(xù)損耗，如果要求接續(xù)損耗≤，則單模光纖的傾角應(yīng)為≤°。（3）端面分離：活動連接器的連接不好，很容易產(chǎn)生端面分離，造成連接損耗較大。（4（5）接續(xù)點(diǎn)附近光纖物理變形：光纜在架設(shè)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。

減小損耗的辦法：（1）選用品質(zhì)較高的合格光纖。（2）實(shí)驗(yàn)過程不隨意彎曲光纖，保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境整潔，尤其是切割刀和熔接機(jī)電弧放電機(jī)構(gòu)部分；光纖嚴(yán)格用酒精清潔。（3）實(shí)驗(yàn)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(nèi)，加緊再垂直切割等。七、

實(shí)驗(yàn)體會在這次光纖的熔接實(shí)驗(yàn)中，我們完成了對兩根光纖的熔接。雖然在實(shí)驗(yàn)前看老師示范操作的時(shí)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，比如去除緊套管時(shí)長度太長導(dǎo)致去除的時(shí)候比較費(fèi)力，用酒精擦拭的時(shí)候一不小心就會把光纖弄斷，以及切割時(shí)有光波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)會導(dǎo)致切割口不整齊等等。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中我們的光纖也