光纤线路的光纤熔接技术

光纤线路的光纤熔接技术

0光纤熔接技术光纤续期是光纤线路续期的核心技术，分为三种方法：临时、活动和固定。临时接续应用于测试尾纤、假纤与被测光纤间的耦合、连接，一般采用V型槽对准和弹性毛细管连接。活动接续应用于传输系统的机、线（纤）间、光仪表耦合，一般采用光纤连接器连接。固定接续应用于光缆线路中光纤间的永久性连接，在光缆线路施工与维护中应用最广泛，大多采用熔接法接续。本文将对光纤熔接的关键步骤及相关技术展开探讨。光纤熔接是利用光纤熔接机将光纤对准后，通过加热光纤端面使其熔化连接的接续方法。光纤熔接的特点是损耗低、连接可靠、受外界影响小，其主要步骤为：（1）处理待熔光纤端面，（2）用光纤熔接机熔接，（3）光纤熔接点的保护，（4）熔接点损耗的测试。1用焊接光纤段处理制备好的光纤端面是光纤高质量接续的首要条件。光纤端面的制备主要有三个环节：裸纤的制备，光纤的清洁，光纤端面的切割。1.1剥除扫描光纤，将未除的光纤剥除白不同的光纤，对于裸纤的制备步骤也是不同的。一般要先去除光纤的保护束管、松套管或紧包层，并擦掉填充油膏。在保证要求的余纤长度情况下，确定各用户单位光纤节点在纤盘上的放置及方向，剪除多余的光纤。在剥除涂覆层后，用棉纱蘸无水乙醇单向反复擦拭裸纤。剥除涂覆层的方法分为：冷剥法和热剥法。光纤冷剥法是用光纤冷剥钳（米勒钳）剥离光纤涂覆层。在使用冷剥钳剥离涂覆层时，用钳口钳紧光纤，匀速拉动光纤以去除涂层。冷剥钳压紧时钳口尺寸略小于250nm,不至于压断光纤。光纤热剥法是用光纤热剥器剥离光纤涂覆层。在使用热剥器剥离涂覆层时，将裸纤夹持在热剥器的剥纤槽中，热剥器加热软化光纤涂覆层一段时间后，拉出光纤即可。热剥器剥纤的优点在于：对光纤端面损伤小，易操作；但较冷剥钳来说，携带不方便，需要电源。1.2熔接损耗的影响对光纤的清洗一般使用棉纱蘸无水乙醇清洗，也可以使用超声波清洗器清洗。使用无水乙醇清洗可以避免光纤表面残留水分。水分对熔接损耗的影响很大，除了表面水分的阴影对熔接机对准时的干扰引起误判外，在电极棒放电熔接时，H2O就会被电离产生OH-，而OH-的振动吸收会在光谱中的19μm、1124μm和1139μm处出现损耗峰值及在这一范围内形成吸收带，对激光信号的吸收损耗较大，并且随着OH-浓度的增加损耗成倍增大。使用超声波清洗器清洗比人工清洗的更洁净，但需用专用设备和电源。1.3式切割刀结构切割光纤时要求切割后的光纤端面平整、无毛刺、无缺损、切割角度尽量小。轴心错位、轴心倾斜和端面有污物均会导致熔接损耗的增加。切割光纤端面的工具主要有机械式切割刀和超声波电动式切割刀。机械式切割刀主要有两种切割方式：一种是将光纤固定在定位槽中，通过推动刀片切割光纤的切割方式，其刀片为圆形，材质为高碳合金钢。另一种是将光纤放置在固定刀口上，通过向下压切割压板来切断光纤的切割方式，其刀头为单面人造金刚石。这两种方式互有优缺，前者刀片有12个面，可交替使用，始终保持较锋利的刀口。后者因刀是固定的，只要将光纤平直地放入定位槽内压下压板即可，操作方便；但只有一个刀面，相对使用寿命较短。超声波电动式切割刀是通过电机带紧光纤压块将光纤拉紧，再通过超声波将光纤与刀面轻轻触碰，切断光纤。从理论上来讲，使用基于超声波技术的切割刀切割出的光纤端面质量最好。2熔接机的选择使用光纤熔接机熔接对熔接质量最为关键，由于它的高度自动化，这一环节也是操作者在熔接时最不可控的环节，因此，选择一款性能稳定的熔接机非常重要。光纤熔接机中放电功率、放电时间等参数对熔接质量有关键的影响，而不同熔接机的理想参数则有一定的差异。因此，在实际操作中，应根据接续光纤的种类和说明书通过放电试验等方法找出最佳参数，以降低熔接损耗。熔接操作分为三个环节：光纤端面的清洁，光纤的对准，光纤的熔接。2.1光纤熔接机能量回收技术常用的光纤加热方式是气体放电产生高温电弧加热，这种方式既能较好的满足熔接对能量的需要又易于实现，因此，光纤熔接机采用此种方式。当前光纤熔接机均采用预放电熔接法实现光纤端面清洁，在正式熔接之前，先对光纤端面预放电，使得端面整形、除去灰尘和杂物、同时使光纤端面压力均匀，可提高熔接质量。2.2熔接机自动对准纤芯的控制处理好端面的光纤分别夹在熔接机的左、右纤压板上，操作熔接机使纤芯对准。熔接机自动对准纤芯依靠于它的控制系统控制其精密的马达系统，确保快速准确的完成光纤对准。熔接机所采用的控制系统均基于三种最重要的技术：PAS（侧像投影对准系统）、CDS（纤芯探测系统）和LID（本地光注入和探测系统）。2.2.1光纤图像分析PAS系统通过评估光纤端面的图像来对准光纤，图像由设置在X、Y轴两个光路上的两套摄像机同时提供。系统对图像进行数字化分析，得出所有的光纤影像信息，如：光纤的位置、切割面和污染物等信息，然后通过对光纤端面轮廓的对比来对光纤位置的控制。这种系统采用交互关联的方法可以将光纤位置计算得精确。2.2.2熔接机的处理器CDS系统借助高精度的三维光纤成像系统来对准光纤。系统通过一个短促的电弧照亮光纤，来分析熔接区光纤的位置和形态。由于光纤纤芯的亮度比光纤包层的亮度高，由X轴和Y轴两个方向上的摄像机获得精确的熔接区图像，通过熔接机的微处理器分析图像，得到光纤几何尺寸的数据，据此定义两端待熔光纤的三维形态。当光纤本身纤芯同心度较差而导致一定的对准偏差时，相应的引导程序能抵消自动定心效应的影响。2.2.3微弯耦合过滤器LID系统通过对注入光进行检测来对准光纤。这种系统的对准精度高，能自动进行光纤类型识别和较准确估计熔接损耗。其原理是将1300nm波长的光通过一端的微弯耦合发射器注入到光纤，在熔接点的另一端由微弯耦合接收器接收。熔接过程中系统不断地评估注入光的功率，当两端纤芯耦合对准最好，即检测端功率最大时，控制系统自动中止熔接程序。该系统使用简便有效，不需要环境补偿系统和精密的光学系统。相比于前两种系统，LID系统能够保证最低的熔接损耗和较准确地损耗估计。2.3熔接程序的选择，主要从气体放电在熔接光纤前，要根据不同的光纤种类（如单模光纤、多模光纤和色散位移光纤等）来选择相应的熔接程序。光纤的熔接与端面清洁的加热方式一样，采用气体放电产生高温电弧使两根光纤端面熔化，同时马达系统将两根光纤相向微推进实现熔接。熔接完成后，熔接点处如有气泡、细径、纤芯错位等异常现象，需重新熔接。3光纤热缩移动光纤光纤熔接后需对熔接点进行保护，以保证光纤熔接的质量。光纤熔接点的保护法有两种：热缩管保护法和涂覆保护法。热缩管保护法是当光纤熔接好后，取出光纤并移动光纤使熔接点处于热缩管的中间，将它们一起放入集成在熔接机上的加热器中热缩。因热缩管内有不能被弯折的钢棒，所以能保护熔接点。涂覆保护法是采用涂覆机对熔接点附近的裸纤涂覆有机硅树脂或其他材料。涂覆后可使裸纤的外径与原光纤基本一致，抗拉强度高达20N，弯曲半径基本不变。这种方法操作复杂，需要专门的设备，只用于特殊的场合。4测试中的光纤熔接点损失熔接损耗是度量光纤接续质量的重要指标，最常用的损耗测试方法是熔接机的熔接点损耗评估法和光时域反射仪(OTDR)测试法。4.1曲度等曲度图2熔接机的损耗评估有两种方法：一种是利用图像进行光纤纤芯偏差的分析，由此定义特定的参数（如光纤端面角、纤芯的偏差、纤芯的翘曲度等）。熔接评估损耗就是利用以上参数，通过经验公式计算得出。该技术是用少量的参数来估算熔接损耗，无法覆盖所有熔接损耗的机理，通常会导致对损耗过优的估计。另一种采用LID技术的控制系统对熔接损耗的评估更接近真实值，但是由于LID技术只能从前端注光，后端接收功率值，而两端待熔光纤界面对光信号的反射、吸收、散射等光学特性不同，所以评估损耗值与实际损耗也会存在偏差。4.2otdr工作原理在施工中，有时发现熔接机的评估损耗与OTDR测试的损耗相差很多，这主要是两者不同的测试技术原理造成的。在光缆施工验收中，必须使用OTDR才能测出光纤接头损耗。OTDR的工作原理是：通过向光纤发送光脉冲，同时在输入端接收其中的菲涅尔反射光和瑞利背向散射光，将接收到的光信号转换电信号,对信号进行处理后得到光纤长度、损耗等光纤参