光纖通信實(shí)驗(yàn)一 光纖熔接及光纖參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)

PAGEPAGE1光纖通信實(shí)驗(yàn)一光纖熔接及光纖參數(shù)測量1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1研究如何降低光纖接續(xù)衰耗值。1.2學(xué)習(xí)光纖熔接點(diǎn)衰耗值的測量。1.3掌握光纖參數(shù)測量的方法。2實(shí)驗(yàn)用的器材和儀表2.1用于熔接實(shí)驗(yàn)的光纖有三種50/125、62.5/125、9/125；前兩種光纖是多模光纖，符合ITU—TG.651標(biāo)準(zhǔn)。后一種是單模光纖，符合ITU—TG.652標(biāo)準(zhǔn)。（注：ITU—T國際電信聯(lián)盟-電信標(biāo)準(zhǔn)部）。圖1.1常用通信光纖的構(gòu)成與構(gòu)成的材料示意圖250μm250μm50μm62.5μm125μm125μm50/125多模光纖62.5/125多模光纖250μm250μm125μm140μm8-10μm100μm單模光纖100/140多模光纖75μm頭發(fā)的直徑圖1.2多模光纖與單模光纖截面圖光纖是一種結(jié)構(gòu)尺寸非常精密的產(chǎn)品，如果制造過程中幾何尺寸偏差過大，即使使用精密的全自動(dòng)熔接機(jī)熔接光纖，熔接損耗也將偏大。兩種數(shù)值孔徑不同的光纖熔接以后熔接損耗必然偏大。再有在實(shí)際工程中不同公司制造的光纖，由于所用材料、制造工藝的不同，這兩種光纖熔接以后也可能產(chǎn)生熔點(diǎn)損耗偏大，這個(gè)問題要通過合理的配盤解決，保證光纖路由的總損耗不超出工程要求的范圍。包層纖芯1纖芯2圖1.3光纖纖芯不呈圓形的示意圖αβ光纖A光纖Bα≠β圖1.4數(shù)值孔徑不同的光纖示意圖2.2接保護(hù)套管——熱縮管。它的作用是對熔接好的裸光纖部位進(jìn)行保護(hù)。從圖1.5可以看出，兩個(gè)套起的管之間有一個(gè)直徑1mm米的鋼棍，熔接前光纖穿在內(nèi)管中，光纖熔接完成以后，將熔接點(diǎn)移至熱縮管的中部，然后對熱縮管加熱，具有記憶特性的塑料管受熱收縮，加熱過程結(jié)束后經(jīng)過一、二分鐘的冷卻，光纖接點(diǎn)與熱縮管凝固成一體。加固件鋼棍能避免這一區(qū)域彎曲。內(nèi)管：直徑2.0mm；長40mm加固件：直徑1.0mm；長40mm外管：直徑3.5mm；長40mm圖1.5熔接保護(hù)套管的基本結(jié)構(gòu)圖2.3光纖涂敷層剝皮鉗。它的作用是將光纖的涂敷層剝除掉，剝掉涂敷層以后的光纖稱作裸光纖，此時(shí)才能看見光纖本體模樣，常見的通信用裸光纖的直徑為125μm。2.4光纖切割刀。它的作用是將裸光纖切斷，切斷后的光纖端面要成平面。裸光纖端面切割質(zhì)量的好壞對熔接點(diǎn)損耗影響很大。光纖切割刀有人造紅寶石刀、精密機(jī)械刀及其它精密刀。光纖裸光纖光纖裸光纖40~100mm16mm（a）（b）用光纖剝皮鉗剝?nèi)ス饫w涂敷層約40~100mm；(圖a)。用切割刀將裸光纖切去一段，保留裸光纖16mm；（圖b）。＜1°(c)好端面(d)凸尖(e)鋸齒(f)缺角(g)凹心(h)龜紋圖1.6光纖熔接前的要求圖（c）為一個(gè)切割后合格的裸纖端面，圖（d）~（h）為不合格的端面。2.5光纖熔接機(jī)。光纖熔接機(jī)有全手動(dòng)、半自動(dòng)、和全自動(dòng)操作三種。前兩種機(jī)器主要適于實(shí)驗(yàn)室使用，全自動(dòng)的機(jī)器除實(shí)驗(yàn)室以外還可用于長途干線光纖接續(xù)工程?？梢哉f全自動(dòng)光纖熔接機(jī)集成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械加工、精密微距測量、精密微距離移動(dòng)控制等多項(xiàng)高科技技術(shù)。顧名思義，熔接機(jī)的工作原理是基于電火花加工技術(shù)，在兩個(gè)放電電極之間安放欲熔接的光纖，兩光纖的端面之間留有極窄的縫隙，電極放電以后光纖端面受熱，并且微微軸向推動(dòng)其中一根光纖（另一根光纖是固定的），兩根光纖就結(jié)合成一體。全自動(dòng)光纖熔接機(jī)，平均熔接損耗能達(dá)到單模光纖<0.02dB;多模光纖<0.01dB。2.6測試用的穩(wěn)定光源。光源的作用是它能發(fā)出功率穩(wěn)定、波長穩(wěn)定的光，所謂穩(wěn)定是相對于時(shí)間而言的，也就是說光源發(fā)出的光各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間的變化非常小。2.7光功率計(jì)。光功率計(jì)是從事光纖通信、光纜路由建設(shè)工程、光纖通信設(shè)備研發(fā)及光纖實(shí)驗(yàn)室測量光功率大小常用的測試儀表。測量光功率的時(shí)候波長選擇要與被測光光波長相一致，測試光功率的值有兩種顯示選擇——絕對光功率和相對光功率。前者顯示nw;μw和mw，分別讀作納瓦；微瓦和毫瓦。后者顯示dBm,讀作毫瓦分貝。下面回顧一下電平的概念。電平－也稱作傳輸電平，是衡量信號強(qiáng)弱的一個(gè)物理量。電路中某一點(diǎn)的電平，就是該點(diǎn)測得的功率P與規(guī)定的基準(zhǔn)功率Pref之比的常用對數(shù)值電平以貝爾（Bel）為單位、定義為電平＝lg(貝爾)……………（1.1）可見信號功率在傳輸過程中變化10倍時(shí)，就是信號增強(qiáng)或衰減1貝爾。貝爾太大，實(shí)用中常用十分之一貝爾作單位稱分貝（DeciBel）計(jì)dB電平＝10lg（dB）…………..（1.2）絕對電平與相對電平絕對電平（簡稱電平）是以某一基準(zhǔn)功率為參考所決定的電平。用作參考基準(zhǔn)功率有1μw1mw1w和1kw等。在信號傳輸中用作參考的基準(zhǔn)功率都取1mw。將電路中某點(diǎn)測得的功率P與基準(zhǔn)功率Pref（1mw）作比較后便能求得該點(diǎn)的分貝數(shù)。寫成公式為Lmp=10lg=10lg(dBm)……….（1.3）dBm讀音毫瓦分貝，式（3）表明若P＞1mw為正電平，P＜1mw為負(fù)電平，P＝1mw為零電平，其實(shí)零電平并非表示測量點(diǎn)的電平為零，而是該點(diǎn)的功率等于基準(zhǔn)功率。相對電平就是以分貝數(shù)表示的同一電路中兩點(diǎn)之間功率的相對大小。相對電平也表示信號傳輸電路的增益或衰減量。例如一根光纖中接收端的光功率總是比發(fā)射端的光功率小，因此我們說光纖對光信號總是有衰耗的，其衰耗可用一根光纖中的入纖光功率Pi與接收光功率Po之比求得的分貝數(shù)表示，寫成公式Lrp=10lg(dB)…………………..（1.4）設(shè)Po=50μw;Pi＝100μw，求這根光纖的衰耗。將測得的數(shù)值帶入公式（1.3）lmpo=10lg＝－13dBmlmpi＝10lg＝－10dBm光纖衰耗＝－10dBm―（―13dBm）＝3dB直接用公式1.4求：光纖衰耗＝10lg＝3dB使用穩(wěn)定光源和光功率計(jì)，對手動(dòng)熔接機(jī)熔接的接點(diǎn)進(jìn)行衰耗測量的一種方法如下圖1.7。穩(wěn)定穩(wěn)定光源光功率計(jì)ab第一步：測量光纖b端的光功率Pin。穩(wěn)定光源光功率穩(wěn)定光源光功率計(jì)abcd第二步：熔接光纖，測量熔接后光纖d端的光功率Pout。光纖c~d間的長度很短，因此，自然損耗忽略不記。圖1.7熔接點(diǎn)衰耗測量方法示意圖2.8光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）。光時(shí)域反射計(jì)相當(dāng)于光雷達(dá)。它的基本工作原理是OTDR向光纖纖芯發(fā)射光脈沖，當(dāng)纖芯中的折射率發(fā)生變化會引起光線的反射和回射，另外，光纖中的所有物理結(jié)合（比如熔接點(diǎn)）和連接器（光纖活動(dòng)連接器）都會引起回射，OTDR能測量發(fā)射光脈沖與接收光脈沖之間的時(shí)間延遲。這個(gè)時(shí)間延遲可以用來測量發(fā)射端與給定的反射點(diǎn)之間的距離。由于衰減的緣故，距離越遠(yuǎn)，返回來的光功率就越小。因此，OTDR建立了一條功率和距離的軌跡曲線，也就是說，OTDR可以跟蹤光纖鏈路上各點(diǎn)的功率值并將它們顯示在屏幕上。光時(shí)域反射計(jì)的實(shí)際操作使用將在實(shí)驗(yàn)中介紹。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1認(rèn)識光纖，了解光纖成纜以后的結(jié)構(gòu)。3.2按圖1.6將被熔接的光纖接入穩(wěn)定光源，用光功率計(jì)測量入纖光功率及功率電平（建議多測幾次取平均值）。熔接光纖的制備：按2.4的要求剝除涂敷層，用酒精棉將裸光纖擦拭干凈。從現(xiàn)在開始這根光纖不允許沾染灰塵。然后切割光纖，把制備好的光纖放在熔接機(jī)V型槽里，進(jìn)行熔接操作，操作完成以后光纖不必從V型槽取下來。3.3測量光纖的出纖光功率和功率電平dBm，用兩仲方法計(jì)算熔接點(diǎn)的衰耗值。4記住下面一些常用數(shù)值多模光纖50/125，符合G.651技術(shù)規(guī)范：傳輸波長850nm每千米衰耗≤2.5dB傳輸波長1300nm每千米衰耗≤0.7dB 數(shù)值孔徑（NA）850nm1.482、1300nm1.477單模光纖9/125，符合G.652技術(shù)規(guī)范：傳輸波長1310nm每千米衰耗≤0.36dB傳輸波長1550nm每千米衰耗≤0.22dB纖芯折射率1.467包層折射率1.45～1.46光纖活動(dòng)連接器（光纖法蘭）每個(gè)插入損耗可按1dB計(jì)算全自動(dòng)光纖熔接機(jī)熔點(diǎn)平均每