广 东 海 洋 大 学 学 生 实 验 报 告 书 （ 学 生 用 表 ）实验名称 课程名称 课程号学院(系) 专业 班级学生姓名 学号 实验地点 实验日期成绩 指导教师 日期第页，共 页GDOU-B-11-112实验 2 光纤的熔接一、实验目的1. 了解光纤熔接基本方法2. 掌握程控光纤熔接机的使用3. 观察光纤与光纤之间耦合损耗特性，比较活动接头与固定熔接接头损耗二、实验装置程控光纤熔接机，高稳定度光源，光功率计，光纤套管热缩仪，刀片，光纤金刚刀。三、实验原理光纤线路的传输距离一般都较长，多模光纤系统的中继距离可达数公里至十几公里，单模光纤系统中继距离则达数十公里，而每根光纤（光缆）的长度一般只有一公里左右，最长不超过三公里，因此必须将光纤（光缆）连接起来。光纤（光缆）的连接并不象电线（电缆）的连接那样简单，后者只需使两根导线紧密接触即可，其传输特性并不受接头的影响；光纤（光缆）则不同。其接续的质量直接影响光传输性能，即增加光纤的损耗，因此其连接技术远比电线（电缆）复杂得多。光纤（光缆）的连接方式有固定连接与活动连接两种。活动连接所用的“光纤连接器”是一种光无源器件，一般多用于端机上的线路测试和调度。光纤线路上所用的连接多为固定连接。按照 CCITT 规定的标准，多模光纤固定连接的平均接头损耗应小于 0.10.2dB个，单模光纤平均接头损耗应小于 0.050.ldB个。在光纤固定连接中造成光纤连接损耗的主要因素有：（1）两光纤纤轴错位；（2）两光纤芯径不同；（3）两阶跃折射率光纤数值孔径不同；（4）两渐变折射率光纤因折射率分布不同而造成的场分布差异；（5）两光纤角向位移（即两光纤纤轴不平行） ；（6）两光纤包层与纤芯不同心造成的纤芯轴错位。图 2-1示出上述各种产生连接损耗的因素。广 东 海 洋 大 学 学 生 实 验 报 告 书 （ 学 生 用 表 ）实验名称 课程名称 课程号学院(系) 专业 班级学生姓名 学号 实验地点 实验日期成绩 指导教师 日期第页，共 页GDOU-B-11-112为获得最低的连接损耗，有必要对待连接的光纤进行参数配对筛选，并在连接过程中进行精心调节，使几何位移误差减到最小。对于工程应用而言，几乎所有的正式永久性连接都必须采用熔焊法连接。光纤熔接实验系统通常由光纤熔接机、监控连接损耗的光纤光源和光功率计组成，如图 2-2 所示。光纤熔接机一般包括五个部分：1）程控电源，提供电弧放电所必需的高频高压电源和照明用的电源，同时也可对光纤焊接过程中的预熔、融熔、续熔三个阶段所需的不同放电电流实行程序控制；2）可移动电极，用以改变加热部位；3）自动推进 V 型槽，使光纤在熔接过程中自动贴紧；4）光纤微调架，用以精密调节光纤使其对准；5）带照明显微镜，用以观察光纤的对准情形，通常还配一 V 型反射镜，使其不但可以观察左右方向是否对准，而且可以观察上下方向是否 对准，向下调节显微镜头可看到通过 V 型反射镜所成的两对光纤像，当两对光纤像都对准时即说明光纤对的上下、左右均已对准，图 2-3 示出由显微镜经 V 型反射镜观察到的两对光纤像及对准情况。广 东 海 洋 大 学 学 生 实 验 报 告 书 （ 学 生 用 表 ）实验名称 课程名称 课程号学院(系) 专业 班级学生姓名 学号 实验地点 实验日期成绩 指导教师 日期第页，共 页GDOU-B-11-112光纤熔接的过程如下：（1）制备光纤端面：利用实验 1 的“切割法”对光纤端面进行处理，处理好了的无涂覆层裸光纤长度一般为 1520mm，应强调的是，光纤端面处理对于接续质量至关重要；（2）光纤对准：将处理好端面的光纤置于微调架 V 型槽上，调节微调机构使两根光纤对准。为确保光纤对准质量，可采用专用光源与光功率计对光纤之间的耦合光功率进行测控。在实际施工现场，接收光纤一般是很长的，且处于另一个地点，因此在光纤调节对准时，一般是用光缆中的信号导线将接收到的光功率数据从接收地送到焊接地。而且，为了提高焊接速度，正在越来越多地采用自动对光熔接技术，它将按收到的光功率信号输入微处理机，判断是否达到最佳值，然后输出指令，使位移执行机构动作，自动对准光纤并完成熔接。（3）程控放电熔接：世界各国生产的光纤熔接机都采用预加热熔接法，熔接过程按“预熔加热熔接续熔保温”三个阶段连续进行，熔接前应根据光纤的类型（单模、多模）和环境条件（温度、湿度、大气压）设定好三个阶段的放电电流 I1、I 2、I 3 与放电持续时间 t1、t 2、t 3，在需要进行放电熔接时按一下程控箱上的“自动”键即可。（4）接头保护：熔接完毕，检测确定接接损耗符合要求，即可取下光纤，将预先套在光纤上的保护套管（不锈钢管或热缩管）移至接头处，涂胶或加热（对于热缩管）使其固定，以保护光纤接头及去掉涂覆层的都分不受局部应力，并使其与外界空气隔离。四、实验步骤1. 光纤端面制备按实验 1 中步骤（1.1）(1.5)制备好待熔接光纤的 4 个端面。2. 光纤光功率耦合调试（2.1）开启光纤光源，将发射光纤一端与光源耦合，测量记录其尾端出射光功率 Pin；（2.2）参照附录中所述光纤程控熔接机使用方法之有关步骤，调试连接好熔接机。将发射光纤尾端置广 东 海 洋 大 学 学 生 实 验 报 告 书 （ 学 生 用 表 ）实验名称 课程名称 课程号学院(系) 专业 班级学生姓名 学号 实验地点 实验日期成绩 指导教师 日期第页，共 页GDOU-B-11-112于熔接机轴向微调 V 型槽中，接收光纤的待熔接端置于横向微调 V 型槽中，应保持两端光纤平直；（2.3）开启熔接机电源，向下调节观察显微镜直至看到两对平行光纤头像，然后调节横向微调旋钮，使两对光纤接头像分别成一直线（如图 2-3b 示） ，这时测量接收光纤尾端出射光功率，应有显示；（2.4）调节轴向微调旋钮使两光纤头尽量接近而又不碰上，再仔细横向微调旋钮，使出射光功率为最大后，再调轴向微调使两端面刚好紧密接触（此时熔接机上的压力指示灯刚好熄灭） ，测量记录此时输出端光功率值（应是熔接前最接近于 Pin 的最大值）P c；3. 光纤熔接（3.1）调节好放电电极位置，使两电极尖端与熔接端面正好在同一铅垂面内；（3.2）检查记录熔接机程控箱上设置的预熔电流和时间、融熔电流和时间、续熔保温电流和时间；（3.3）按一下程控箱上的“自动”键进行电弧放电熔接，同时监测光纤输出功率，熔接完毕后测量记录光纤输出光功率 Pout，它应大于 Pc 值，否则说明熔接损耗较大或熔接失败，需重新开始上述 1.3.项各步骤，直至熔接损耗满足要求为止；（3.4）从熔接机上取下熔接好的光纤，将热缩套管移到接头处，用光纤套管热缩仪使套管加热收缩保护接头。4. 连接损耗计算熔接点损耗 的计算公式为：10Log（P outP in） （dB）5. 关闭光纤光源、光功率计、光纤程控熔接机、光纤套管热缩仪电源，收好各种器材，结束实验。五、思考题1. 光纤对接时的纵向（轴向）与横向偏差哪种对光纤耦合效率的影响大？2. 为什么熔接后的尾纤输出光功率应比熔接之前大？3. 就本实验而言，所得熔接损耗是否是熔接点的实际损耗？