最高質(zhì)量的光纖熔接和最精確的熔接損耗在線測試

1、最高質(zhì)量的光纖熔接和最精確的熔接損耗在線測試dirk n? hercorning cable systemswolfratshauserstr. 84, 81379 munich, germanyphone: +49 89 5111 - 3163, fax: +49 89 5111 - 3420e-mail: dirk.naeher康寧光纜系統(tǒng)（上海）有限公司康寧光纜系統(tǒng)（上海）有限公司袁楓(feng.yuan)譯 田豐(feng.tian)校摘要本文的主要內(nèi)容是基于康寧光纜系統(tǒng)bertzamzow、 gervin ruegenberg、 marty anderson和helmar krupp

2、的論文“高質(zhì)量 光纖熔接和顯著改善熔接損耗測試精度”。光纖熔接機(jī)是用于對光纖進(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)的使用者對熔接 機(jī)的要求是：快速、廉價的光纖端面準(zhǔn)備；無需調(diào)節(jié)任何參數(shù)的全自動熔接操作；精確的光纖接頭損耗現(xiàn)場測試。本文展示的是怎樣通過先進(jìn)的測量技術(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 量精度的提高。同時也討論了通過技術(shù)改 進(jìn)，避免現(xiàn)場熔接時對熔接損耗采用估計的 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：精確的光纖切割角度測量以及通過自動調(diào)節(jié)光纖推進(jìn)，進(jìn)而補(bǔ)償不好的光纖 端面；結(jié)果是有

3、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；自動探測光纖類型；提高熔接損耗測量精度（在線測量損耗 真實損耗）從0.030db降低到0.018db。介紹通過熔接的方式連接光纖，需要有幾個步 驟。以下將簡要介紹一下各個步驟：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1典

4、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 上都是自動進(jìn)行。通過光纖纖芯對準(zhǔn)確定光 纖的位置，然后電極放電熔接光纖。最后是 評估光纖熔接損耗?？雌饋砣劢庸饫w是一件比較容易的事情，但實際上要想獲得很小熔接損耗的光纖接頭,高精度的光纖纖芯對準(zhǔn)傳輸功率開始結(jié)束熔接時間圖3自動熔接時間控制 afc還是有很多因素需要考慮。以下將有進(jìn)一步 的討論。隨著時間的推移、使用次數(shù)的增多， 準(zhǔn)備光纖的工具會逐漸有一些磨損，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 時間，操作人員需要特地花時間來維護(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

5、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確的光纖參 數(shù)，操作人員需要能在施工現(xiàn)場探測需熔接 的光纖類型。最后，操作人員離開施工現(xiàn)場的時候必須確 保光纖熔接損耗在可接受的范圍以內(nèi)。許多熔接機(jī)都提供估計的光纖熔接損耗；然而， 這種估計值通常只有在接頭損耗實際很好 的情況下才比較準(zhǔn)確。操作人員需要可信賴 的、能實際分辨是好熔接還是壞熔接的熔接 損耗評估。下面本文將談到光纖對準(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試 熔接損耗的基本原理。 然后，將解釋相關(guān)的

6、 測量方法。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準(zhǔn) 系統(tǒng)和lid （本地光注入和探測）系統(tǒng)。光纖對準(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）、cds（纖芯探測系統(tǒng)）和pas （側(cè) 像投影對準(zhǔn)系統(tǒng)）。lid系統(tǒng)lid systemtm （即本地光注入和探測系統(tǒng)）通過光注入進(jìn)行檢測，這樣以來就能提供如 下的特性：自動熔接時間控制 afctm真實熔接損耗的測試（功率法測試）近場掃描自動進(jìn)行光纖類型

7、識別 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。lid systemtm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。圖2 lid系統(tǒng)原理熔接過程中 afctm系統(tǒng)不斷的評估注入光 的功率，當(dāng)兩端纖芯耦合對準(zhǔn)最好、即檢測 端功率最大時，afctm自動中止熔接程序。 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，這樣在每個單獨(dú)的 熔接才能獲得最低的熔接損耗。為保證真正精確的芯對芯光纖對準(zhǔn)，光纖需要在x軸、y軸方向上移動調(diào)整位置， 以獲 得最大傳

8、輸功率。只有通過這種方式就才能 確保得到最精確的芯對芯光纖對準(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。纖芯探測系統(tǒng) cds類似于lid systemtm, cdstm系統(tǒng)也是通 過高精度的三維光纖纖芯對準(zhǔn)來保證最低 的熔接損耗。圖4 cds系統(tǒng)光纖圖像不彳象lid system通過光注入進(jìn)行檢測， 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

9、尺寸的數(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 對準(zhǔn)偏差，相應(yīng)的引導(dǎo)程序能抵消自動定心 效應(yīng)的影響。熔接損耗評估時，光纖纖芯對準(zhǔn)后的光纖偏 差因素也在整個損耗評估計算中進(jìn)行了考 慮，優(yōu)化了顯示損耗值和真實損耗值之間的 差別。l pastm側(cè)像投影對準(zhǔn)系統(tǒng)側(cè)像投影對準(zhǔn)系統(tǒng)評估光纖端面的圖像，該圖像是由同時設(shè)置在 x、y軸兩個光路上的 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。l - pastm側(cè)像投影對準(zhǔn)系統(tǒng)采用光纖端面 的輪廓對比度進(jìn)行光纖對準(zhǔn)的控制。該輪廓包含了所有的光纖影像

10、信息，包括光纖中央的影像、可能的損傷、光纖的偏移以及微小 的污染物。圖5在單個方向的兩根光纖端面的對比圖采用交互關(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)行熔接前的光纖對準(zhǔn)和熔接 后的損耗估計。launching couplerreceiving coupler圖7 lid系統(tǒng)測量熔接損耗圖6光纖影像輪廓康寧全系列的熔接機(jī)都采用l pastm影像評估系統(tǒng)進(jìn)行熔接前的預(yù)對準(zhǔn)，并且該系統(tǒng) 可自動補(bǔ)償較差的光纖切面角度達(dá)2.50，這樣以來就大大降

11、低了光纖準(zhǔn)備的返工率、提高了工作效率。熔接損耗評估對于光纖熔接損耗的評估，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) 通過一個經(jīng)驗公式進(jìn)行計算后得出的。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導(dǎo)致對熔接損耗 過于優(yōu)化的估計，特別是在采用了錯誤的參 數(shù)或?qū)嶋H損耗比較高的時候。因為該損耗值是基于參數(shù)估計的值，所以該方法叫熔接損 耗估計法。采用本地光注入和探測技術(shù)（lid ）才能實 現(xiàn)直接和真實的熔接損耗測量。光從接頭前 端被注入進(jìn)入光纖，然后從

12、接頭后端被探測 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)計優(yōu) 化對光纖的應(yīng)力和保護(hù)光纖不受損傷。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損 耗ls,同時功率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)：pi =（p,extpo,exto po通過功率耦合系數(shù)a i和a o,pls =10log po熔接損耗通過內(nèi)部功率計算。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 是因為不同涂層和顏色的功率耦合系數(shù)有 很大的變化。要準(zhǔn)確定義熔接損耗

13、，就需要將功率耦合系 數(shù)這一變化較大的參數(shù)從計算中去掉。這要求知道熔接點(diǎn)的損耗lref o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）。ipi,exta, pr,ext+air gap, a pi prf c（o l r圖8測量時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準(zhǔn)處于最大功 率值的時候，有一個固定的值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量，在這種情況下兩端光纖已經(jīng)是精確的對準(zhǔn)了。 外部輸入功率 pi,ext在參考值測量和熔接損 耗評估時是一樣的。功率耦合系數(shù)a i和a o 也是不變的，因為在整個熔接過程期間光纖 在彎曲耦合器中的位置是

14、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探測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)計用于光纖位置探測。一個普遍的得到光纖圖pr,ext = o pr因為lr通常是不同于ls。如果參考值l r =10log：o 二 ipi,extpr,ex是知道的，熔接損耗就可以進(jìn)行如下的計算p.r,extls =lr 10log p o,ext這意味著，如果已知參考值，熔接損耗可以通過探測到的外部功率 pr,ext 和 po,ext 進(jìn)行定 義。像的方法如圖9所示。image of fibermicroscope objectivecamer

15、afiber corefiber claddinglight source圖9將光纖圖像投影到攝像機(jī)雖然看起來參考值是比較容易得到的，但實際上要實現(xiàn)高精度的熔接損耗測試還有幾 個問題需要解決。空氣間隙的損耗主要取決 于以下幾個參數(shù)：兩端光纖的軸向角度光纖端面的切割角度光纖模場直徑通過測量技術(shù)來定義這些參數(shù)的方法將在 下面介紹。同時，也將在下面介紹參考值是 怎樣與這些參數(shù)相適應(yīng)的。測量技術(shù)軸角度探測正如上面介紹到的一樣， 一種精確的測量軸 向角度的方法對于定義參考值是非常重要 的。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 兩套同樣的系統(tǒng)從兩個直角交叉方向上獲

16、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 pythagora 定律進(jìn)行計算。一個簡單的獲得光纖角度的方法如圖10所示。光纖在x方向通過兩個縱向位置測量。 兩列之間的距離定義為 azo x軸向的偏移 定義為axo圖10簡單的獲得光纖角度的方法軸向角度探測和后面將要介紹的切割角度ax=arctan切割角度探測因為這樣的道理，圖像上虛擬光纖長度就要 比實際光纖長一些。熔接損耗和熔接損耗的測量精度都是取決角度就可以通過如下公式計算ctax = arctan lmj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)

17、。這些缺陷是：攝像機(jī)傾斜將被認(rèn)為是光纖有偏角光路系統(tǒng)失真將導(dǎo)致錯誤，如直的光纖將被認(rèn)為是彎曲的。 這將影響到角度測試的精確度不均勻的光源會導(dǎo)致與光路系統(tǒng)失真同樣的問題 以上這些缺陷可以通過改變圖像上的縱向 測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縱向位置 測量。, x圖11優(yōu)化的測量軸向角度的方法光纖移動時經(jīng)過單個縱向位置測量，而不是兩個不同的縱向位置測量。移動的方向由設(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ax可以通過光 纖在位置1和位置2來測量。有了光纖移動 的距離az,那么角度的計算就是通過該項技術(shù)測量兩端光纖的幾個軸向角 度。由于

18、避免了光路系統(tǒng)失真，因此測量精 度能夠達(dá)到0.0500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，普遍光纖熔接機(jī)里的光路系 統(tǒng)通常都是設(shè)計用于光纖位置探測。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1pm。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。一個直觀的找到切割角度的方法就是在每 個視頻線上定義z軸光纖端面的位置。光纖 邊沿通過該方法探測以后，切割角度就能通 過計算相應(yīng)的視頻線角度得到定義。然而這種直接探測的切割角度要用于推導(dǎo)lid參考值就太不準(zhǔn)確了。

19、 商用熔接機(jī)通常 都配備比視頻探測系統(tǒng)更精確的系統(tǒng)。但訣竅是用它作為切割角度的探測。多數(shù)熔接設(shè)備都有在熔接前對光纖位置進(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)和熔接過程中光纖推進(jìn)。光纖在z軸方向上的移動是通過高精度的 激勵器，如依靠壓電陶瓷一類的裝置。因此就能實現(xiàn)極小步距白移動（例如5nm,相對于光路系統(tǒng)分到率是大約 1科m。）看起來這 個精度是足夠高了，那么怎樣將它用于切割 角度探測呢？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， 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3

20、m）的衍射效應(yīng)，光不能穿透間隙，雖然實際上光纖 之間是沒有物理接觸的。detection window 1virtual fiber endsphysical fiber endsdetection window 2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)由兩個探測 窗口不斷的檢測。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。point of contact圖13光纖物理接觸點(diǎn) 光纖間的間隙已經(jīng)不存在，

21、這是因為虛擬光 纖已經(jīng)完全重疊在一起。探測窗口探測到可 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 能實現(xiàn)。當(dāng)光纖端面間的距離逐步增大，兩 個探測窗口就開始發(fā)現(xiàn)光亮度。gap opens in window 1l .閆i|:1 1 4 * i.* i.i.|ii1；th；圖14探測窗口開始發(fā)現(xiàn)光亮度 經(jīng)過幾步移動后，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

22、可能同時打 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，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。gap opens in window 2圖15光完全穿透光纖間隙在整個光纖間隙增大的過程中，兩個探測窗口全程監(jiān)控。當(dāng)間隙完全打開后， 將評估兩 個探測窗口的數(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對應(yīng)關(guān)系。0246810distance 汾ssenrhmtr- .xa fo y圖16將兩個窗口的亮度數(shù)據(jù)及其對應(yīng)距離用圖16描述。可以看到在距離為 0m處，兩個 探測窗口的亮度都是一樣不變的。大約在1.8 m處窗口 1的圖像曲線開始顯 著向上變化

23、。對于窗口 1在該處，兩端光纖 的間隙開啟。大約在3.2科m處窗口 2的圖像曲線開始顯 著向上變化。同樣，這意味著對于窗口 2在 該處，兩端光纖的間隙開啟。光路系統(tǒng)可能會有光源不均勻的情況，產(chǎn)生不同的開始值。但實際上角度是通過斜度的 變化來計算的，光源不均勻不會對測量精度 產(chǎn)生影響。計算光纖切割角度的時候，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)。通過該方法是測量的兩端光纖整個的切割 角度。沒有必要分別兩端光纖各自的切割角 度。因為該角度非常小， 產(chǎn)生的誤差可以忽 略不記。該測量方法的精度是 0.10。自動光纖類型識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

24、考值，還需要 有光纖模場直徑的數(shù)據(jù)。雖然各種光纖的模場直徑是不同的，但以下四種主要光纖的類型還是能夠區(qū)分的：色散位移光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖多模50 dm光纖多模62.5科m光纖對于單模和多模光纖有兩種不同的探測方 法。色散位移和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖類型探測在光纖熔接前進(jìn)行模場直徑測量。 當(dāng)傳輸功 率通過lid系統(tǒng)測量時，光纖的橫向偏移量 是變化的，一端光纖如圖 17橫向偏移。多模光纖類型探測對于多模光纖如果采用上述的方法進(jìn)行模場直徑的測量，結(jié)果通常會是錯誤的得到 16 科m至30 dm的數(shù)值。因為多模光纖芯徑 很大如62.5pm,與直徑就沒有多大的相關(guān) 性。多模光纖的模場直徑與光纖的穩(wěn)定模場 相關(guān)，這意味這

25、光纖中功率在各種模式中交 互平衡，當(dāng)發(fā)散時，每個模都接收同樣的功 率。通過彎曲耦合器注入多模光纖不對稱功率 分布。結(jié)果功率注入每個模式的分布不同于 穩(wěn)定模場。由于光纖長度在 lid光源注入端 和光纖端面間的距離太短，無法實現(xiàn)模式在多模光纖纖芯中的滿注入。因為沒能實現(xiàn)滿注入，傳輸功率在每個模式 中的分布很大程度上會受耦合情況的影響， 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方式進(jìn)行多 模光纖測試時，該耦合情況高度相關(guān)將導(dǎo)致 模場直徑大范圍的變動。要識別多模50 dm和多模62.5科m光纖， 就需要光纖更大橫向的偏移量。因為多模光纖纖芯直徑相對而言比波長大得多，在光纖纖芯

26、外沒有像sm光纖類似電磁場逐漸消失 ，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1ntenstj識別不同的多模光纖（如圖。transverse圖17模場直徑測量的方法如果光纖端面間的距離足夠小，場強(qiáng)近似為高斯分布，即采用近場掃描法測量。按照單 模光纖模場直徑的定義，讀出纖芯中場強(qiáng)分 布曲線最大值1/e處所對應(yīng)的寬度，為模 場直徑。mm50mm62.5intensitytransversal該方法是通常用于測量光斑尺寸，叫做橫向偏移法3。圖18多模光纖類型探測對于50 dm光纖，傳輸功率在 40 dm和60m區(qū)間將比62.5（1 m光纖有大幅度的下降。測量技術(shù)的應(yīng)

27、用.2vd ：d22af由此可以得出，要補(bǔ)償該缺失額外推進(jìn)量大約為.：zaf = d 2 tan 二 ci熔接過程優(yōu)化除去用于參考值推導(dǎo)，測量的切割角度也用 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切割角度，而需要連接，看起來在端面間就有一個角度。當(dāng)兩端光纖推進(jìn)到一起時就會發(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引起玻璃體流動。這樣的流動又會影響到光纖纖芯，并導(dǎo)致其彎

28、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。 因此測量 切割角度a ci （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 a zaf,對于中間玻璃體缺失部分的計算如下：vm2dtanctci同樣，有損耗測量優(yōu)化為了對基于 lid系統(tǒng)損耗測量所需參考值 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，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

29、出光線就與光纖軸向不在同一個方 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，實際射出光纖和最理想的射出光纖 還是有一個夾角。這將導(dǎo)致空氣間隙損耗的 增加。圖20描述了同時考慮切割角度a cl和軸向角度a ax的情況。launching ray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)成一個有效角度: ef = ： cl - n

30、： ax - ：- cl實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1 q、lrc =10-wsinaef i ln101九）作為空氣間隙損耗的補(bǔ)充。入是lid系統(tǒng)的 工作波長，w是測量光纖的模場直徑。這樣 通過參考值，熔接損耗計算如下pr,extls =lr,id lr,c 1010gpo,ext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：自動探測熔接光纖的光纖類型； 光纖熔接損耗降低；提高熔接損耗測量精度。光纖類型探測由于采用自動光纖類型探測， 使用者就不用 了解需熔接光纖的具體類型。 熔接機(jī)自動選 擇最適合的光纖熔接參數(shù)進(jìn)行熔接操

31、作。這樣以來就能最小限度的減少使用者對熔接程序選擇錯誤帶來的影響。同時，也沒有必要對熔接機(jī)使用者進(jìn)行需熔接光纖的專 業(yè)培訓(xùn)。另一個益處是光纖類型的識別是在熔接現(xiàn) 場進(jìn)行的，再也沒有必要將光纖帶到實驗室 進(jìn)行類型識別。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 o 0.1db）的壞接頭減少60%。50,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14otdr loss db口 fixed z-feed口 z-feed adapted to cleave angle5 0 5 0 5 0 54 4 3 3 2 2 1psenwlds 0,15圖21顯示的是不同熔接條件下的測試數(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（0.8 m）的sm光 纖,其余的都是普通商用 sm光纖。在具體光 纖切割時是三種不同階段（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 間，以及避免了因為維修切刀不必要的耽誤 施工時間。提高熔接損耗測量精度通過修正lid熔接損耗測量參考值，能實現(xiàn)