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1、光纤的连接光通信系统的构成,除了光源和光检测器件外,还有一些不用电源的光通路元器件——无源光器件.在安装任何光纤通信系统时,必须考虑以低损耗的方式把光纤连接起来,要求尽量减少在连接的地方出现的光的反射.光纤的连接有永久性和活动性两种,永久性连接的称固定街头,使用熔接(热接)或冷接(接续子);活动接头为或接头(机械接头),用砝琅盘,FC/PC,SC等活动连接器.光纤作为光波导遇到不连续点就产生损耗或反射,无论是固定接头或活动街头,都是特定的不连续点.对于固定接头,光波将产生较大的瑞利散射,对于活动接头,则是更大的菲涅尔反射.光纤的连接原理两条光纤的几何位置,光纤的端面情况和光纤本身特性参数
2、的不匹配,都会产生连续损耗.如图3-1所示,当两条光纤轴线平行,轴线横向或侧向偏移d;当两条光纤轴线平行,轴线纵向偏移s;当两条光纤轴线成角度,产生角度偏移θ时,产生连接损耗,其中横向偏移损耗最大最常见.设在横向偏移d,纤芯a之内的光功率分布完全均匀,端面上的数值孔径为常数,则发射光纤耦合到接收光纤的光功率与两个纤芯的公共面积成正比,可证明:对于阶跃光纤,其耦合效率等于公共面积与两根光纤的各自面积比:纵向偏移引起的损耗,发射光纤的光只有部分进入接收光纤,数值孔径角θc越大,距离s越大,则耦合损耗也越大.同样偏移角越大,则耦合损耗也越大.图3-2为几何偏移引入的损耗与偏移量大小的关系,其中
3、横向偏移的损耗最大.因此,对于活动连接器,为了避免端面的摩擦而人为引入0.025mm~0.1mm的间距,如果光纤的纤芯为50μm的多模光纤,则插入损耗为0.8dB;如果为单模光纤,插入损耗一般在0.5dB.单模光纤在传导模场近似于高斯分布的条件下,其连接损耗为:式中:a为光纤间的轴偏移量;w为光纤模场半径.如模场半径w=4.9μm,如果轴偏移量a=1μm,则损耗为L=0.18dB.除了几何偏移外,在制造中因为两根光纤几何特性和波导特性的差异,也产生耦合损耗.包括:光纤的芯径,纤芯的椭圆度,数值孔径,剖面折射率分布以及纤芯与包层的同心度等.连接两根光纤之前,必须准备光纤的端面,保证平滑与轴
4、线垂直,防止连接点的偏转与散射.一般的方法有研磨,抛光与切割.研磨和抛光可得到较好的端面,但不用于现场,切割需要在光纤划一道刻痕,利用表面产生应力集中而折断,应力控制不好,将产生裂纹分叉.总之,光纤的连接可分为:光纤的永久连接光纤的熔接技术70年代初,已使用镍铬丝通电作为热源,对光纤进行熔接;中期开始采用电弧放电法,用微机机构和显微镜来控制光纤对正.80年代采用"预加热熔接法",通过电弧对光纤端面进行预热整形,然后再放电.这就是光纤熔接机的基本原理.目前最好的熔接机对单模光纤的平均损耗到达0.03dB.熔接的过程包括端面的准备,纤芯的对正,熔接和接头增强等.端面准备:使用切割刀,如sim
5、ens的A8切割刀,谷河的1-2-3切割刀.纤芯对正:PAS技术通过CCD摄像和计算机处理,在X,Y,Z轴3个方向进行最佳对正,如simens的L-PAS和LID系统,通过自身发射激光并检测最大的光功率来调整对正.熔接:让两根光纤保持几微米的间隙进行预熔.最后通过高温电弧使光纤熔接在一起,simens的LID系统通过发射激光可以调节放电时间,达到最佳熔接效果.之后,用大约4牛顿的力进行拉力测试.目前的熔接机对正和熔接,拉力测试可全自动进行.接头增强:用热缩管对熔接点进行保护和增强.胶接法原理与熔接雷同.固定连接器技术图3-3为常用固定连接器外形.A为依靠毛细管定位的连接器,如3M的接续子
6、,simence的camsplice;B,C,D为V型槽连接,V型槽角度一般为60度左右,如3M的接续子,simence的camsplice.固定连接器的损耗一般在1dB左右.光纤的活动连接光纤的活动连接器可重复拆装,形似电缆连接器,但加工精度高,主要是保证插入损耗小,重复性好.光纤活动连接器广泛应用于传输线路,光配线架和光测试仪表中.光纤活动连接器种类按结构调心型和非调心型;按连接方式分对接耦合式和透镜耦合式;按光纤相互接触关系分平面接触式和球面接触式等.使用最多的是非调心型对接耦合式如平面对接式(FC),直接接触式(PC),矩形(SC)活动连接器.还有APC,ST等.FC型光纤活动连
7、接器如图3-4,FC连接器由插针体a,插针体b与套筒等组成.插针体a装发射光纤,插针体b装接收光纤,将a,b同时插入套筒,再将螺旋拧紧,实现光纤的对接耦合.FC由于平面接触产生空隙,使光在石英玻璃和空气间产生菲涅尔反射.PC型光纤活动连接器对于FC的问题,PC将插针套筒端面磨成凸球面,使光纤能够直接接触,PC型连接器插入损耗小,反射损耗大(发射光少),性能定.PC的球面曲率直径为20mm,与模场直径为9μm左右的单模光纤相配.FC与
