光纤接头损耗范文（精选7篇）
光纤接头损耗 第1篇
关键词：光纤接头损耗,光纤熔接,原因,解决方法
光纤熔接主要是用熔接器来将两段光缆连接在一起的一种技术方式。一般来说, 在进行熔接时一般都是采用短暂电弧烧熔, 使得两根光纤端面使之连成一体。实际的操作中, 光纤在熔接的过程中会产生一定的损耗率。为了让光纤数据传输的质量信号更好, 我们需要对光纤接头处的熔接损耗要求得尽可能小。
1 影响光纤接头熔接损耗的主要因素
当前, 在实际的项目中, 影响光纤接头熔接耗损的主要因素包括了本征因素和非本征因素, 具体介绍如下:
1) 本征因素
本征因素主要是光纤自身的因素, 主要从以下几个方面介绍:
(1) 光纤自身直径不相同
光纤的厂家各不相同, 虽说有国标的要求, 但是在光纤制造的过程中, 难免会出现一定的误差, 光纤自身的直径不相同就是典型的特征。国际电报电话咨询委员会 (CCITT) 的G652标准规定1 310nm窗口的模场直径标称值在9pm~10pm内。譬如直径超过了10pm或者不足9pm都会导致光纤在熔接过程中出现一定的问题。
(2) 两条光纤端口口径存在误差
两条光纤端口口径存在误差也是当前光纤自身存在的重要原因。工作人员在选择光纤时, 往往可能忽视了两天光纤端口口径是否一致。因此, 当两条光纤端口口径存在误差的话, 对于光纤接头的熔接有很大的影响。举一个简单的例子, 如果两个光纤端口口径都是在国标范围之内, 但是一根光纤的口径是9pm, 另一根口径是10pm, 那么, 这两个口径在一起熔接时就会出现一定的问题。
(3) 光纤质量问题
光纤本身质量存在问题, 在接受熔接时由于质量问题导致的硬度等都是光纤自身本征因素的表现。一般来说, 光纤在比较好的条件下熔接会比较顺利, 但是如果光纤质量存在问题, 则不能够顺利地将两个端口接上。如果采购人员在采购光纤的过程中, 没有认真检查光纤的质量, 那么在熔接过程中存在着操作和施工的风险, 容易造成项目施工过程中的安全隐患。
2) 非本征因素
非本征因素主要是由于光纤之外的人为原因造成的一种因素, 具体包括以下几个方面:
(1) 人为操作不规范
人为操作不规范是非本征因素的主要原因。光纤接头熔接是一门要求相对比较严格的技术, 因此, 对操作人员和工作人员的要求也比较高。但是在实际的过程中, 往往存在着个别操作人员技术不达标的现象或者个别工厂缺乏相关的专业的操作人员。这样, 不专业的操作人员在操作起来并不规范, 在很大程度上影响了光纤街头熔接的损耗度。
(2) 熔接设备不精确
熔接设备不精确是也是影响光纤接头熔接损耗的重要因素。谷歌官网曾有资料介绍同样的仪器设备由不同的人操作, 10个熔接点的总损耗差值最高可达0.32d B。同时, 熔接机都有不同的熔接参数设置, 这些参数设置都对光纤接头熔接损耗有一定的影响。
(3) 工作环境不干净
工作环境不干净在一定程度上也可以影响光纤接头熔接的损耗。从理论上来说, 光纤的传输是一项比较敏感的传输, 因此, 即使是灰尘在很大程度上也会影响其正常的工作状态。如果光纤接头熔接所处的工作环境不干净, 那么, 对光纤熔接损耗均有不同程度的影响。
2 降低光纤接头熔接损耗的方法
通过上述的原因介绍, 我们可以看出影响光纤接头熔接损耗的因素很多。在真正的实践工作中, 我们只有真正地消除各种不良因素的影响才能降低光纤接头的熔接损耗。
2.1 做好光纤的检查工作
1) 确保光纤自身的直径相同
在日常的工作中, 我们首先要确保光纤自身的直径相同。这就需要相关的工作人员在选择光纤时注意光纤的直径是否在9~10pm。只有在这个范围内才会尽量降低光纤接头熔接损耗的可能性。
2) 确保两条光纤端口口径不存在误差
确保两条光纤端口口径不存在误差是降低光纤接头熔接损耗的关键。在工作实践中, 我们可以发现, 光纤在某点断开后断开处的模场直径是相同的。这种相同在很大程度上回导致熔接的差距。因此, 今后相关的操作人员和保管人员要要求光缆生产厂家或者提供商尽可能地提供同一生产批次的优质名牌裸光纤, 同时, 根据规定的盘长将光缆依此断开绕盘, 在绕好的端口进行编号, 这样工作人员就可以轻易地辨别编号。
3) 确保光纤质量
确保光纤的质量问题是降低光纤接头熔接损耗的要求。只有确保光纤的质量不出现问题, 那么, 操作人员在进行其操作时才会不出现光纤软化或者过度硬化等问题。同时, 在很大程度上, 也可以避免施工现场安全事故的发生。
2.2 从人为因素做好相关的工作
2.2.1 规范人为操作
规范人为操作时降低光纤接头熔接损耗的基本要求。我们在日常的工作中, 要安排专业的接续人员进行光纤接头的接续工作。专业技术人员在熔接过程中会严格接续工艺流程边熔接边测量光纤接头熔接损耗。如果在熔接过程中发现问题, 那么, 不合要求的接头必须从新熔接, 反复熔接的次数以3~4次为宜, 直到熔接符合相关要求为主。
2.2.2 确保使用精确的熔接设备
确保使用精确的熔接设备是降低光纤接头熔接损耗的保障。从理论上来说, 熔接机及切割刀具等对光纤熔接损耗都有比较大的影响。比如设备的预熔电流、预熔时间及主熔电流、主熔时间等在很大程度上对熔接机的应用有影响。
2.2.3 确保整洁的工作环境
确保在整洁的工作环境中进行操作。如果是在室内, 我们必须确保室内干燥, 空气整洁, 光纤部位以及熔接工作都整洁。如果是在室外, 我们需要在工程车或小型帐篷内进行操作, 因为外部环境比较潮湿且有灰尘, 因此一定做好相关的防尘工作。同时, 需要注意的是, 工作人员制备好的光纤断面必须注意保管, 保管过程中也要注意清洁, 不能够长时间放在室外或者暴露在空气中而让其受潮。
综上所述, 当前影响光纤接头熔接损耗的因素主要包括本征因素和非本征因素。因此, 在今后的工作中, 我们要从这两方面来做好相应的工作以降低光纤接头熔接的损耗度。只有光纤接头熔接的损耗度降低了, 才能够确保各种数据具有高质量的光缆传输线路, 这样在很大程度上为指挥当前我国信息数据系统的发展奠定了基础。
参考文献
[1]马龙, 周辉, 张宝富.光纤接头损耗的测量及熔接过程中的减小措施[D].全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议 (OFCIO’2001) 论文集, 2001.
[2]管爱红.触点式光纤液位传感器的研究及强度调制型光纤压力传感器的稳定性考查[D].大连理工大学, 2002.
光纤线缆・什么是损耗 第2篇
光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。具体细分如下：
固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。
附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。
其中，附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中，不可避免地要将光纤一根接一根地接起来，光纤连接会产生损耗。光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。这些都是光纤使用条件引起的损耗。究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化。附加损耗是可以尽量避免的。
浅谈光纤通信传输损耗 第3篇
1、光纤通信的相关理论
光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。
光纤通信的应用在当前主要集中于各种信息的传输与控制上。以互联网的发展为例,传统互联网以电缆为传输工具,速度比较慢,随着90年代美国信息高速公路的建设,现代互联网传输的主体为光纤。去年,我国的有线电视实现了由模拟信号向数字信号的完全转变,有线电视信号的传输也是以光纤的应用为前提的。另外,随着信息化的普及,光纤通信基本已经深入到每个人的生活。除此之外,由于光纤通信具有保密性高、受干扰性能高的优点,其在军事与科技中的应用也十分广泛。当然光纤在实际应用中也有一些缺陷,比如玻璃的质地比较脆,比较容易折断,因此加工难度高,价格也较昂贵,要求的加工工艺与电缆相比也复杂很多。而且由于光纤通信自身存在着传输过程中的光能损耗等问题,因此,对于光纤通信要有全面的认识。
2、光纤传输损耗的种类及原因
光纤在传输中的损耗一般可分为接续损耗和非接续损耗。接续损耗包括由于光纤自身特性引起的固有损耗以及非自身因素(一般为工业加工下艺以及机械的设置)引起的的熔接损耗和活动接头的损耗。非接续损耗包括光纤自身的弯曲损耗和由于施工等因素造成的损耗,另外由于具体光纤应用环境对光纤传输带来的损耗也属于非接续损耗。除此之外,按照光纤传输过程中损耗产生的原因,可分为吸收损耗、散射损耗和其他损耗。
2.1 吸收损耗
吸收损耗是指光波通过光纤材料时,一部分光能变成热能,造成光功率的损失。光在传输过程中会与介质发生作用,由于光含有能量,因此在传输过程中必然有一部分被介质所吸收,转化为自身的热能。比如太阳以光的形式向地球传输能量,在阳光经过大气层时,由于大气层具有吸收光的作用,因此造成海拔不同的地方,空气含量发生变化,温度也随之变化。这是吸收损耗的一个最典型的例子。
光纤的吸收损耗主要表现在光纤自身材料对光能的吸收。例如加工光纤的原料以石英为主,而石英中就含有铜、铁、铬等金属元素,这些金属元素在各自不同的离子状态下对光粒子都具有吸收作用。另外由于加工过程中,光纤中会含有许多不同的杂质。
2.2 散射损耗
散射损耗是指由于光纤的形状、材料使折射率分布存在缺陷或者不均匀,导致光纤中传导的光与微小粒子相碰撞发生散射,由此引起的损耗。
散射作为一种光学现象在生活中十分常见。如在晴朗的早晨,太阳还没有升起时天空就是亮的,这就是由于空气中的杂质对太阳光的散射造成的。散射作用的本质是反射作用,即由于物体结构等的不同,造成物体对光的反射以不同的角度向周围无序地反射出去。同理,由于光纤制作工艺等原因,光纤的内部界面会对传输中的光进行散射,造成光传输的能量散失。另外光波的波长与散射有密切的关系。以瑞利散射为例,这种散射主要集中在短波长区域,由于散射对于波长较短的光作用小,因此光纤在长波长区的损耗比短波长区的要低。
2.3 其他损耗
其他损耗,又称附加损耗,主要是指是由于光纤微弯以及光纤弯曲造成的损耗和连续损耗。
(1)光纤的弯曲损耗。由于光纤自身的性质比较柔软,可以弯曲,但是当光纤弯曲到一定程度后,虽然能够继续对光进行全反射,但此时光波传输的路径已经改变,因此在光纤中会有一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏,从而产生损耗。因此光纤的弯曲损耗与光纤弯曲的曲率有着很大的关系。
(2)光纤的连续损耗。光纤的连续损耗指光纤在连接时由于融接等方面的原因对以后的光波传输带来的能量损耗,主要是接头损耗。两根光纤在进行连接时,光纤的纤芯与包层同心率、光纤直径、模场直径、椭圆度、光纤弯曲度等自身的物理性质决定了其接头损耗的大小。日常的操作和实验表明,光纤的纤芯与包层同心率对接头损耗的影响最大,其次是光纤弯曲度。
3、降低光纤损耗的对策
由于光纤的吸收损耗和散射损耗受光纤自身物理特性的影响较大,因此主要讨论其他几种降低损耗的办法。
首先,应选用特性一致的优质光纤,在同一条线路上尽量采用同一批次的优质名牌裸纤,以求光纤的特性尽量匹配。其次,光缆施工时应严格按规程和要求进行,尽量减少接头数量。敷设时严格按缆盘编号和端别顺序布放,使损耗值达到最小。最后,要保证光纤的应用与施工的环境符合要求,严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作,切割后光纤不得长时间暴露在空气,尤其是在多尘潮湿的环境中。环境温度过低时,应采取必要的升温措施。
4、结语
光纤通信在日常生活中具有十分重要的作用,对光纤通信的损耗特性进行深入的研究有助于光纤通信系统的日常维护,对保证系统的正常运行、提供优质的通信服务具有重要的现实意义。
摘要：本文主要对光纤传输损耗产生的原因进行分析,并提出了相应的解决对策。
光子晶体光纤熔接损耗研究 第4篇
自1996年英国南安普顿大学的J.C.Knight等人研制出世界上的第一根无尽单模光子晶体光纤(PCF)以来[1],这种新型光纤的研究一直受到人们极大的关注。PCF拥有许多普通光纤没有的特性,如无尽单模、高非线性等,使其在光器件、光纤传感以及光通信等方面有很大的应用前景。
PCF实际应用中的一个重要问题就是其与普通单模光纤或其他光纤低损耗的连接。现在已经有很多学者对此问题展开了研究,如J.Ju[4],方宏[2]、张巍[3]等人,但他们的研究不具有广泛性。本文采用一种改进的有限元法求解PCF的模场半径,在此基础上对PCF熔接损耗的影响因素进行分析,提出一种快速的PCF熔接损耗的计算方法。
1 理论模型
PCF的熔接损耗已经由各种数值技术研究过,如有效折射法、有限差分法、正交函数展开、多极法和有限元法等。利用有限元方法分析的优势在于能够对具有任意形状、大小以及分布的PCF进行求解。
1.1 有限元模型
由于PCF横截面上不同部分的折射率不同,并且在界面上发生突变,因此波动方程可以写成对折射率不同的空气或者介质部分的齐次方程,
式中下标为区域编号,为传播常数,为二维横截面上的折射率分布,是电场的横向分量,是电场的纵向分量。在这一过程中折射率的突变并不直接在波动方程中反映出来,从而给方程求解带来了很大的方便。PCF的模场分布主要集中在纤芯区域,当边界选取得足够大时,可用最为简单的狄利克边界条件。
运用变分原理可以得到式(2)第一式的泛函表达式:
式中是每个小单元里的电场横向分量,利用插值函数进行展开整理得到本征方程矩阵为:
式中矩阵[A]和矩阵[B]的元素为:
在特定波长下求解(4)就可以得到对应的传播常数和横向电场分布。在以下讨论中选取最常用的通信波长λ=1550 nm。
模场半径可由来计算,为PCF有效模场面积,其定义为:
其中E(x,y)为模式电场的横向分量,
1.2 光纤熔接模型
造成光纤熔接损耗的因素有光纤对准时的横向偏差和轴向倾斜,两侧光纤模场失配以及在进行切割、熔接过程中光纤断面的损坏、杂质等。其中横向偏差、轴向倾斜、模场失配为主要影响因素。假设入射光纤的模场是高斯分布,那么熔接损耗可利用传统光纤熔接损耗的计算公式进行计算:
其中w1、w2分别为熔接点两侧光纤在同一工作波长处的模场半径,u为横向偏移量,θ为轴向的偏移量,k0为自由空间的波数,ns为硅的折射率。下面具体分析各参量对熔接损耗的影响。
2 数值模拟与分析
2.1 PCF的模场半径
利用有限元法求解式(4)得到PCF的基模电场分布图和横截面的模场等高线分布图。如图4所示,光纤的结构参量为Λ=5,d/Λ=0.4。由图1中可以看出,光纤的基模电场分布基本满足高斯分布。
将式(4)得到的结果代入到式(8)和就可求得PCF的模场半径。从图2中可以看出,模场半径随Λ的增大而线性增加,随d/Λ的增加而减小。理论上可以理解为Λ增大和d/Λ减小都可以看作是包层的束缚力的减小,从而导致模场半径的增大。
使用曲线拟合的方法得到一个由孔间距Λ和孔径孔距比d/Λ为变化量的PCF模场半径的计算公式:
2.2 熔接损耗估算
结合式(8)、(9)可以实现PCF熔接损耗的快速估算。拟合使用matlab拟合工具箱完成。使用式(8)、(9)来估算PCF-LMA5(Λ=3.13μm,d/Λ=0.53)和PCF-LMA10(Λ=6μm,d/Λ=0.46)分别与普通单模光纤SMF-28的熔接损耗,得3.3dB和0.33dB,得到PCF-LMA5和PCF-LMA10与SMF-28的熔接损耗值3.3dB。与J.Ju等学者的实验值3.32dB和0.35dB相比相差不大,而根据他们方法得到的估算值为3.7d B和0.39d B。可以看出本文提出的公式更为有效。
3 结论
本文分析研究了PCF熔接损耗的各个影响因素,给出了部分常用PCF模场半径的理论值,拟合出了一种PCF模场半径的快速计算公式,进而可以实现PCF熔接损耗的快速估算。本文提出的熔接损耗的估算方法为本课题组要研制的PCF熔接机提供了熔接损耗估算模型。
摘要：基于有限元法分析了光子晶体光纤模场半径,为了提高计算速度,提出了一种工作波长为1.55μm时,光子晶体光纤模场半径的快速估算方法,进而实现光子晶体光纤熔接损耗的快速估算。分析表明,本文提出的方法能够准确快速的实现光子晶体光纤熔接损耗的估算。
关键词：光子晶体光纤,熔接损耗,有限元法,模场半径
参考文献
[1]Knight J C,Birks T A,Russell P st J,et al.nAll-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding[J].Opt Lett,1996,21(19):1547～1549.
[2]方宏,娄淑琴,等.光子晶体光纤接续损耗的理论分析[J].光学学报,2006,26(6):806～811.
[3]张巍,张磊,等.高非线性光子晶体光纤与单模光纤低损耗熔接试验[J].中国激光,2006(10):1389-1391.
[4]Ju J,Jin W,et al..A simple method for estimating the splice loss of photonic crystal fiber/single-mode fiber[J].MICROVAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS2004.42(2):171～173
浅谈光纤光缆接续损耗的降低 第5篇
随着三网融合网络和光纤到户(FTTH)网络的建设和运行,正视和解决光纤使用中传输损耗增大的问题尤显重要。由于光缆路由和地形的限制,常常需要对光缆进行接续,因此光纤接续的工程量较大。光纤接续技术要求较复杂,接续质量较难控制,而接续的质量将直接影响光纤的信号传输距离、传输稳定性和可靠性。
导致光纤接续损耗增加的原因可分为光纤自身因素和外界因素两大类。光纤自身因素主要包括:被接续的两根光纤模场直径或芯径不一致,被接续的光纤纤芯截面不圆、纤芯与包层同心度不佳[1]。为了降低上述这些光纤自身因素造成的光纤接续损耗增加,在同一光缆线路上光纤接续时必须选用同一光缆生产厂家按订货长度连续生产的同一生产批次的优质光纤,使光纤的特性尽量匹配。所谓的优质光纤是指符合GB/T 9771—2008《通信用单模光纤》标准中对通信中常用的B1.1类和B1.3类单模光纤的参数规定,即模场直径为(8.6~10)μm±0.6μm,包层直径为(125±1)μm,纤芯—包层同心度误差≤0.6μm,包层不圆度≤1.0%。
光缆接续方式可分为熔接接续、活动接续和机械接续三种,其中熔接接续方式是光缆接续的主流方式,主要用于大芯数光缆和光缆干线等的接续。在这三种不同的光缆接续方式中影响光纤接续损耗的外界因素各不相同。为了便于光缆顺利施工和维护,笔者将结合自己实践经验,针对每种光缆接续方式介绍降低其接续损耗的方法。
2 降低光纤接续损耗的方法
2.1 熔接接续
熔接接续是采用熔接机对光纤接续,该接续方式的接续损耗最小。为了降低熔接接续损耗,应做好以下几个方面:
(1)熔接人员的技能培训。熔接人员的熔接水平直接影响接续损耗的大小,因此熔接人员应经过专门训练,熔接时应挑选经验丰富、训练有素的熔接人员,熔接人员至少配备2~3人,其中应至少有1人对光纤线路接续损耗进行实时监测,对于不符合要求的接头,应及时通知现场熔接人员进行重新接续。
(2)光缆固定牢靠。光缆端头进入接线盒时应固定牢靠,如图1b)所示。固定不佳就会造成光缆来回扭转,甚至发生松套管(束管)从光缆固定端处脱落,如图1c)所示,致使光纤损耗增大,甚至光纤断裂。在固定光缆加强件时,应避免加强件挤压光纤束管,加强件下方可放置填充绳,但决不能放置光纤束管;光纤束管应自然处于加强件的两侧,以免因光缆扭转而使光纤接头位置错动,光纤束管受力变形会造成损耗过大;加强件长度以能通过固定螺栓为宜,不可过长。
(3)保持光纤接续环境干净。如果接续环境较脏,光纤端面易粘上污染物,污染物在经过熔接电流放电后会沉积于光纤端面上,这将使光纤接续损耗增大,导致光纤输出信号不良,如图2所示。因此,光纤接续环境必须干净、整洁,在多尘、潮湿的环境中不宜进行光纤熔接,在有风或灰尘的环境中应在搭建帐篷或其他相对密闭的空间内熔接光纤。熔接机熔接光纤前应根据光纤类型正确合理地设置熔接参数,部分熔接机需要进行熔接电流放电测试,熔接时要保持熔接机V型槽、切割刀具清洁干净,使用完毕后应及时清理熔接机上的碎纤和灰尘。一般在放电100次左右,熔接机的电极就应启动内部清洗程序进行电极清洗,这不但可延长电极的使用寿命,且可确保熔接损耗不致加大。当电极的使用时间较长,上面积留的物质致使熔接损耗偏大时,应拆下电极,用酒精棉轻轻擦除其上面积留的物质,直至完全清除。电极重新装上后应再做放电测试,如果电极多次清洗后放电仍不理想,则应重新更换电极。
(4)确保光纤端面的制备质量。光纤端面的制备是光纤熔接的关键,其制备质量将直接影响到光纤的熔接质量。光纤端面切割之前,应先剥掉光纤涂覆层,用沾有无水乙醇的脱脂棉沿光纤轴向擦拭端头后进行端面切割。切割后的光纤端面应平整,且无楔形尖端、锯齿形以及凸圆形等缺陷,切割后的光纤端面与光纤径向间的夹角应小于1°,如图3所示。熔接机内部程序都有切割角度的设置,一般设置为1°,这样内部程序便可自动识别,确保低损耗熔接。光纤端面切割完成后,应避免端面接触任何物体,确保端面清洁干燥、无污物,且不允许端面长时间暴露在空气中,更不能受潮,而应及时将光纤妥善地放入熔接机V型槽内,注意两端的光纤端面不能相碰。在检查光纤端面切割质量合格后,熔接机就会执行熔接指令。如果光纤端面切割质量不合格,熔接机则会发出提示,如果熔接人员选择继续熔接,光纤熔接点的损耗将超过规定要求。
(5)熔接过程的严格控制。在熔接过程中应及时清洁熔接机镜头、V型槽、电极等,注意观察光纤两端轴线是否对齐,光纤熔接部位是否有气泡、过细、过粗等不良现象。光纤熔接成功后,应小心取出光纤,及时套入热缩管保护,观察热缩管是否有杂质,否则热熔时杂质会对熔接点产生应力,引起损耗增大,在确保热缩管干净后再加热。加热后仍要注意观察热缩管中是否有杂质、扭曲、气泡等不良现象,测试人员确认成功后才能盘纤。
(6)盘纤和封装的规范操作。光纤预留长度应以在熔纤盘上盘绕两圈为宜,盘绕时应自然顺从光纤的应力方向,不能强行扭曲,盘绕时可采用圆形、椭圆形或“8”字形等方式。盘纤时盘纤半径越大,光纤弧度也越大,整个线路的损耗越小,为避免产生不必要的损耗,光纤的弯曲半径不宜小于20mm。如有个别光纤过长或过短时,可将其单独盘绕,以避免出现急弯、小圈。盘纤结束后采用光缆接续盒封装时,不允许有任何杂物挤压光纤或束管,接续盒应完全密封,以避免接续盒内进水造成光纤出现氢损,导致光纤损耗增大和影响光纤的使用。
2.2 活动接续
活动接续是指在光纤与光纤之间采用可拆卸(活动)的连接器件进行连接,使光路能按所需的通道进行传输,常用的光纤活动连接器如图4所示。在施工、维护中这种接续方式可使光路连接灵活快捷、简单方便,但缺点是连接损耗较大。为了降低活动接续损耗,在接续时首先必须保证机房和设备环境的清洁干净,以免活动连接器和尾纤插头粘上灰尘;其次应尽量选用优质合格的活动连接器,在对接活动连接器时,应清洁光纤插头和活动连接器的磁管,插头必须对齐活动连接器的卡口,以保证两者接触良好、耦合紧密。
2.3 机械接续
机械接续是指不需使用熔接机,只在施工现场采用机械方式在单模光纤或光缆的护套上,通过简单的接续工具,利用机械对准实现入户光缆直接连接或成端。常用的光纤快速机械接续连接器如图5所示[2]。光纤通信已逐步实现FTTH、光纤到桌面(FTTD),这些用户端使用的光纤芯数较少,大都采用了机械连接。为降低快速机械接续损耗,在接续时应尽量选用优质合格的快速机械接续连接器;成端时必须保持成端环境干净清洁,避免光纤、快速机械接续连接器和定位器上粘有灰尘;在开剥光缆外护层时,不能划伤光纤;在光纤装入定长工具时,光纤必须在光纤槽道内,以免压断光纤;用剥线钳顺光纤轴向剥离涂覆层时,不能损伤光纤。与熔接方式相同,快速机械接续时制备的光纤端面应切割平整,无楔形尖端、锯齿形以及凸圆形,无污物等缺陷。端面制备好的光纤应缓慢穿入快速机械接续连接器内,直至光纤到位,压紧定位卡,以防止光纤移动。
3 结束语
降低光纤接续损耗,提高光缆接续质量,可以有效地减小光缆线路传输损耗,提高传输质量。随着科技发展,应用增多,光纤接续技术必将进一步发展和成熟,我们在实际接续工作中应不断地学习和总结,使接续方法和接续技能日趋完善和科学。
参考文献
[1]孙学康,张金菊.光纤通信技术[M].2版.北京:人民邮电出版社,2008.
光纤接头损耗 第6篇
近年来, 已经对工程应用中如何避免光纤光缆弯曲损耗带来的不利影响进行了较深入的研究[3,6]。以下则从利用光纤弯曲损耗特性的角度, 在前人理论工作的基础上, 针对G652光纤从理论上做弯曲损耗的数值计算;并给出光纤弯曲损耗的实验方法与测量结果。并据此试制了一种可望在光纤线路上获得广泛应用的在线光纤损耗微调器。
1 光纤弯曲损耗理论分析与数值计算
1.1 光纤弯曲的损耗机理
由于光纤在使用过程中不可避免地要弯曲, 当弯曲曲率小到一定程度后, 光的传输途径发生改变, 使一部分光渗透到包层或穿过包层成为辐射模向外传输而引起光功率减小, 从而产生弯曲损耗[6]。当光纤弯曲的曲率达到光纤直径数量级时所引起的损耗称为微弯损耗;当弯曲曲率 (毫米级) 远大于光纤直径数量级时所产生的损耗称为宏弯损耗, 宏弯损耗一般直接称为弯曲损耗。其产生机理都是因为光纤中传输光不满足全反射条件。
下一小节将对光纤宏弯损耗从理论上加以分析与计算。
1.2 弯曲损耗理论计算
对于折射率突变型单模光纤的宏弯损耗, 根据文献[6]引述 (疑引述时关于波长的关系有印误, 并做了纠正) , 单模光纤单位长度宏弯损耗Ab (λ, R) 与波长λ和弯曲半径R的关系可由式1) 估算。
上述λ为工作波长;
λc为截止波长;
△为光纤芯-包层相对折射率差, 由式4) 确定。
式中,
n1为光纤纤芯折射率,
n2为包层折射率。
当满足式5) 时, 式2) 、式3) 的准确度分别优于10%、3%[6]。
根据文献[6], 计算截止波长的公式是:
式中, a为光纤的模场直径。
由式5) 得到n1:
由光学玻璃手册查知, 石英玻璃在1.5μm的折射率n=n2=1.444687;对于G652光纤λc=1.27μm, a=9.5μm;由式6) 可算出n1=1.445593, 进而由式4) 可得△=0.0627%;式2) 中η和式3) 中δ是两个无量纲系数, 可以根据弯曲损耗实际测量数据用式1) 计算加以较定, 得到G652光纤弯曲损耗Ab (λ, R) 的表达式。
2 实验方法与结果
2.1 实验方法
为了测量G652光纤的弯曲损耗, 实验的测量工具与测试环境如表1所列。
将光纤跳线均匀缠绕在形变器同心铝制棒上, 测量在不同弯曲半径、不同波长下的光纤弯曲损耗, 实验方法如图1照片所示。
2.2 实验结果与分析
按图1的测试方法, 表2记录了在不同R下弯曲1圈时G652光纤的弯曲损耗值。
由表2知, 同一波长时, 弯曲半径减小, 损耗值增大, 且当半径减小到R=4~6mm时, 损耗值明显增大;同一弯曲半径下, 波长大时, 损耗也大。
为了使测量值的单位与公式1) 中一致, 将表2中数据用公式7) 转化为单位长度损耗值 (单位:d B/mm) , 数据见表3中“实验测量”部分。
由表3实验测量数据, 每次任选两个代入式1) ~式3) 中, 得到关于η和δ的二元超越方程组, 解出η和δ, 为使计算结果可靠, 可多次代入数据求平均值。
笔者解得η=7.04, δ=9.27, 代入式2) 、式3) 即得到。
由式1) 、式2a) 和式3a) 可以得出, 对于G652光纤, 理论计算的单位长度 (每毫米) 光纤弯曲损耗值, 其结果见表3中“理论计算”部分的数据。
根据表3可绘制图2所示的光纤弯曲损耗特性曲线。
图中左、右部分分别在1549.92nm、1625.26nm波长下绘制的曲线。由此可见, G652光纤弯曲损耗试验测量值与理论计算结果符合得较好, 具有良好的相关性。在表2和图2左边曲线显示, 当R=4mm时, 测量值与理论计算值有一定差距, 原因之一是, 此弯曲半径下光纤弯曲损耗发生较明显的增加 (由表2亦可知) , 导致与理论计算值存在一定偏差。在1625.26nm波长时, 如图2右边所示, 上述现象却得到较大改善。分析表3与图2可知, G652光纤弯曲损耗测量结果均在式2) 、式3) 理论计算的可信范围内, 因此, 文献[6]给出的η=30和δ=0.705是不具有普遍性的。
3 应用案例
基于以上论述, 设计了一种图3照片所示的在线光纤损耗微调器。该微调器利用光纤弯曲一定程度后, 将其固定于支架上, 应用光纤弯曲产生的损耗做成调节灵活的小损耗固定衰减器, 其损耗范围一般控制在0~10d B, 且损耗值可连续调好后固定下来, 使用时不必断开光纤线路, 十分方便。
为测量该损耗微调器的性能, 以衰减2d B为例, 调节光纤弯曲使其损耗值为2d B, 用调节支架上的螺钉固定光纤后, 每10分钟记录一次损耗值, 相关数据如表4所示。
由表知, 损耗值总体趋势在减小, 且开始 (30分钟内) 变化较大, 随后趋于稳定。原因是光纤开始固定得较紧, 慢慢恢复这个过程使光纤弯曲曲率有一定程度增大, 损耗受此影响变化较大;固定后1小时, 光纤物理形变已趋于稳定, 其损耗值也维持在1.92d B左右。表4数据经公式8) 可计算出1小时后调节器的损耗最大相对偏差为1.04%, 可以认为其稳定性是良好的。
由于设计这个损耗微调器限于光纤在线使用, 其可调范围便只定在0~10d B。利用同样的原理, 经过巧妙的结构设计, 也可望做成全光纤大损耗各波段适用的连续可调光纤衰减器, 这是笔者下一步要开展的研究工作之一。
4 结束语
通过对G652光纤弯曲损耗进行测量, 完善了光纤弯曲损耗的理论计算公式, 并对光纤弯曲损耗特性进行了分析。结果表明, 实验测量与理论计算值符合得较好, 具有良好的相关性。在此基础上, 设计了一种光纤在线损耗微调器, 初步实验结果显示, 这种器件完全可以满足光纤线路上要求不是很高的某些应用。
本项目是结合笔者所在部门的需要, 提出的一项研究工作。在工作与成文过程中, 得到了部门领导大力支持和本所退休卢文全教授级高工的精心指导与热情帮助, 特在此向他们表示衷心地感谢。
摘要：对单模光纤弯曲损耗与弯曲半径及波长的关系做了理论计算。利用简单实用的实验方法, 测量了1550nm和1625nm波长下G652光纤的弯曲损耗特性。结果表明, 弯曲损耗测试值与理论计算具有较好相关性, 弯曲损耗不仅与弯曲半径关系密切, 随着传输光波长的变化也十分明显。利用这些特性, 可以设计制造多种光纤传感器、光衰减器等无源器件。文中还介绍设计并实现了一种可望在光纤线路上获得广泛应用的在线光纤损耗微调器。
关键词：光纤,弯曲损耗特性,弯曲半径,在线光纤损耗微调器
参考文献
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红外空心布拉格光纤损耗特性的研究 第7篇
关键词：Bragg光纤,二氧化碳激光,红外波段,传输损耗
0 引 言
PCF (光子晶体光纤)近年来引起了人们广泛的关注[1,2],而空心Bragg(布拉格)光纤是其中重要的一种。Bragg光纤由P.Yeh等人[3]于1978年首次提出,随着PCF的发展而逐渐引起人们的重视。1998 年Y. Fink等人[4]提出并论证了一维光子晶体的全向反射现象,使人们意识到Bragg光纤能够支持独特的全向反射导光机制,具有类金属波导的特征。2002年,他们利用硫化物玻璃和聚合物材料首次制备出在中红外波段导光的空心Bragg光纤[2]。近年来,这种空心Bragg光纤已在高功率CO2激光传输上获得商业应用[5],并在光传感以及光电功能器件等领域展现出十分广阔的应用前景[6]。
本文根据Bragg光纤的PBG(光子带隙)导光原理,用半导体玻璃As2Se3(硒化砷)和有机聚合物PEI(聚醚酰亚胺)作为材料,利用PWM(平面波法)计算带隙,通过合理设计光纤结构参数,在COM-SOL仿真系统中建立了几何模型。结果表明,此种结构的Bragg光纤在红外波段的损耗特性较为理想,数值上可达到0.051 4 dB/m,甚至更小。这种Bragg光纤既可用于医用高功率CO2激光传输,也适用于远距离红外传输。
1 理论模型与分析
Bragg光纤本身是一种多层介质结构,由于径向存在周期性的折射率分布,可以近似看作一维PCF[7]。Bragg光纤可分为空气芯和介质芯两类,为了使传输损耗不受材料损耗的限制,实际应用中通常选用空心结构,纤芯为空气缺陷,包层由高低折射率周期分布的一维光子晶体构成,在纤芯的外缘交替分布有折射率高低不同的多层介质环,且厚度远小于纤芯内径。图1所示为本文设计的Bragg光纤的截面图,空心芯区半径为R,折射率为n1和n2的两种介质沿径向构成周期性结构,占据的径向尺度分别为d1和d2,一维光子晶体的周期Λ=d1+d2,光纤径向材料折射率的变化如图2所示。
由光波导原理可知,光波的波矢量纵向分量kz,也就是传播常数β是决定该光波能否在波导中传输的关键。只有当β满足kn1<β
2 材料系的选择
作为一种新型的PBG导引光纤,制备Bragg光纤的材料系有多种选择,但同时还要考虑其制作工艺的可行性。现有的Bragg光纤在制作过程中,包层材料是以镀膜的形式涂覆上去的,因此,从形成高低折射率差周期性包层和膜层厚度控制的角度,我们选择了半导体-聚合物材料作为包层,并综合其他光学物理特性,我们最终选择As2Se3与PEI作为制备Bragg光纤高低折射率层的两种材料,其主要物理特性如表1所示。
As2Se3是一种在近红外到中红外波段透明的半导体玻璃,具有较高的折射率和较低的热变形温度,是理想的高折射率材料。PEI则是一种有机聚合物,在中红外波段折射率约为1.66,与As2Se3材料有较高的折射率差,有利于获得宽谱和宽角度的光子带隙。它的热变形温度和热膨胀系数与As2Se3材料能够很好地匹配,适用于预制棒熔拉的工艺。由于其具有良好的柔韧性,还可用作Bragg光纤的外支撑保护层。
3 光纤结构参数设计
基于PWM的RSOFT软件的BANDSLOVE模块主要用于计算完整周期性结构光子晶体的带隙,因此可对Bragg光纤的带隙进行求解:选取一个周期包层的一维光子晶体作为晶胞,仿真得到带隙图,在一定传播常数下对其进行扫描,如βΛ∈(0～12),其中Λ为晶格周期,并与空气线进行比较,便可更直观地得到能够在此Bragg光纤中传输的光波的归一化频率。通过改变材料厚度获得不同填充率f=d1/Λ下的光子能带图,经过分析比较得f=0.8,即高低折射率材料厚度比为1∶4时,具有较好的带隙结构,如图3所示。
图中,直线为空气线,白色阴影部分表示能在材料中传输的混合模禁带区域。由电磁场和导波光学理论可知,如果要把光限制在PBG-PCF的空气芯中传播,必须同时满足光波频率落入光子禁带范围内且传播模式满足βΛ≤κΛ这两个条件,反映在带隙图中,即要求禁带位于空气线之上,再由带隙图得到某种导波波长下光纤的结构参数。
为了获得较宽的传播窗口,本文选择最宽禁带(第2禁带),它对应的归一化频率κΛ为3.81～4.26,在传输波长10.6 μm处,晶格周期Λ应设计在6.43～7.19 μm之间。通过比较分析确定,在填充率f=0.8时,选取晶格周期Λ=7 μm,即d1=5.6 μm,d2=1.4 μm,得出的光纤的传输性能比较稳定,而纤芯选用的是R=150 μm。
4 损耗特性分析
Bragg光纤的损耗主要来源于泄漏损耗,它是由于包层层数有限使得有一部分能量会泄漏到包层以外而产生的。研究表明,Bragg光纤的泄漏损耗是随着包层层数的增加而衰减的。本文采用基于FEM(有限元法)的COMSOL Multiphysics软件,对传输波段中心波长位于10.6 μm的红外空心Bragg光纤的损耗特性进行分析。
首先,在COMSOL的前端界面建立图1所示的几何模型,并在外围添加PML(完美匹配层)边界条件以防止能量外泄;然后,选用软件默认的正常化三角形单元对整个横截面区域进行网格划分;最后,对其进行求解便可得到传导模式及对应的有效折射率neff。在进行网格划分时,由于区域大小不同,包层层数不同时网格数和自由度是不同的,但最小三角形单元是相同的,所以对应的是同一计算精度。为节约内存和计算时间,根据对称性原理只计算光纤截面的1/4区域,图4即为包层层数N=25时HE11模的光场分布图,纤芯中不同的灰度表示的能流强度不同,黑色最强,白色最弱。
采用FEM得出的是有效折射率虚部,需换算成损耗(单位:dB/m),计算公式为
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仿真数据及计算结果如表2所示。
表2表明,随着包层数的增加,有效折射率虚部(Im(neff))越来越小,表现为Bragg光纤的传输损耗逐渐衰减,而且衰减速度越来越慢。仿真分析与理论结果一致,进一步说明了光纤参数的设计是合理的。刚开始即N=1时,其损耗值是相当“可观”的(78.145 dB/m);当增至N=12时已有明显的好转,损耗值降到0.32 dB/m;随着包层层数的继续增加,损耗值持续下降,当包层数增加到N=20时,泄漏损耗降低到0.051 4 dB/m。此时Bragg光纤的损耗特性已明显优于普通硫系化合物光纤在此波长处的损耗值0.6 dB/m[8]。当包层由20层增至25层时,损耗值减小的速度逐渐趋于平稳,仅仅降低了一个数量级,达到了0.004 7 dB/m。
5 结束语
本文对基于半导体玻璃As2Se2/有机聚合物PEI材料的空心Bragg PCF进行了带隙分析,设计出传输波段中心波长位于10.6 μm处的光纤的结构参数:纤芯半径R=150 μm,晶格周期Λ=7 μm,填充率f=0.8。采用COMSOL Multiphysics软件仿真分析了该光纤的损耗特性,当包层数增加到N=20时,可以把泄漏损耗降低到0.051 4 dB/m。该种Bragg光纤既可用于医用高功率CO2激光传输,也可用于远距离红外传输,可以广泛应用于红外传感、热成像以及红外通讯领域。
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