实训五 熔融拉锥光纤耦合器的制作

实训五熔融拉锥光纤耦合器的制作

（一）光纤耦合器

1.功能：用于光信号的分路与合路，是光纤无源器件。

2.制作方法：微光学、光波导、熔融拉锥（FBT：制作简单、成本低

廉、附件损耗小）。

3.两根光纤的归一化输出光功率：

P2/P1=cos2(△β(λ)L)

P3/P1=sin2(△β(λ)L)

其中(△β(λ))为耦合常数、L是拉锥长度

从公式可知P3和P2互补，且符合能量守恒。但这两个公式一般只适合理论指导，不可用于计算使用，因为(△β(λ))不可确定，随时变化。所以实验过程中应用软件对两个输出端进行实时的功率检测，直接输出P2和P3。

（二）实验流程

1.SCS-4000型全功能光纤拉锥系统是一种集成了光学、电子学、精

密机械、计算机等多项技术及制作、检测、控制等多项功能于一体的高度自动化生产系统。

2.实验步骤：

①主、副光纤的准备工作：剥除涂覆层，酒精擦拭，插入拉锥机光

功率监测通道。

②主副光纤中间部分剥除涂覆层，酒精擦拭，打结两次，抽气固定。

③调至工作长度模式，点火熔融，进行耦合器的拉锥，并观察软件

上的耦合图像。

3.实验结果

【第一次实验】

分析：

a.从实验效果图可以看出，在中间交汇线处，绿白两条线恰好接触，

但是却在之后的过程中分别返回到其他值保持不变，导致最终输出功率之和大于输入功率，明显不符合能量守恒定律。

出现情况原因：可能由于输入功率过高，使得计算机光功率监测系统不能标注出真正的功率值，即输入的0.98数值不准确，所以在最后的熔融拉锥之后，输出功率之和高于了输入功率。

b.代表“附加损耗”的红色线条数值一直很低，表明实验中损耗较

小。为了使附加损耗小，需要在剥除涂覆层时更加认真，既不能

把光纤弄断，还要把涂覆层完全剥干净，并且一定要记得用酒精擦拭，条件允许的话，酒精擦拭用纸不可循环利用。

c.本次实验熔融效果较好，但是由于输出功率值不正常，仍有缺陷。【第二次实验】

a.从实验效果图可以看出，在熔融初期阶段，由于打结处光纤涂覆

层没有剥除干净，使得输出图像上下波动较大。但是当熔融结束后，两根光纤耦合效果很好，耦合器正常。可看出绿白线在接触后变化不大，呈间隔小的两条平行线，即两个输出端口的输出功率成一定比例。且输出功率之和不大于输入功率。

出现情况原因：在进行此实验之前，为解决实验一问题，在输入光处加入功率限制装置，使得输入功率减小到0.16左右，较实验一的0.98有很大差别。这样输出端口的功率监测设备就能够正确

监测到功率数据并精确反馈。这是本次实验成功的重要一步。b.本次实验“附加损耗”过大，即图中红线一直处于高数值状态，

这是因为在处理光纤时，没能够完全剥除掉涂覆层，使光纤耦合器工作时产生了更大的额外损耗。

c.本次实验耦合过程成功，且输出功率与输入功率数值正常，光纤

耦合器能够正常工作。

【思考题】

a.在光纤固定步骤中，将剥去的光纤放置在夹具上的时候需不需要

旋扭？

答：不需要。光纤固定是在将主副光纤打结两次后的步骤，所以切不可在固定过程中再旋扭，如果旋扭使结的数量增多，会导致光纤不能良好接触，熔融不彻底，最终导致拉锥失败。

b.光纤拉锥实验结果中，并没有出现交叉现象，问题出在哪个环节？

答：可能会出现在主副光纤打结环节。如果在打结环节中，并没有打结或者打结数量不适，在熔融过程中，可能使两根光纤没能完全融合或者部分融合，这样输入的光可能在两个输出端都有输出，但是输出曲线可能不交叉。

（三）实验心得

1.通过本次实验，对光纤耦合器又有了更为直观的认识。光纤耦合

器的应用范围很广，既可以用于光纤通信，还能够应用到光纤传感领域，是各种光纤应用系统中使用最多的光无源器件之一。2.学习到上文所述的功率表达公式，并不能够实际应用到计算中，

在需要确定输出输入功率的关系时，需要利用实时监测系统才能够实现。且在结果分析时，必须要遵守能量守恒定律，否则耦合系统的输出效果不理想或者产生错误。

3.熔融拉锥光纤耦合器的优势：

附加损耗低、偏振相关损耗低、稳定性好、小体积、分光比任选。

4.在处理脆弱的光纤时，需要有耐心与细心。尤其在将光纤插入拉

锥机光功率监测通道时，不仅需要格外小心，也需要技巧。而且实验步骤中提及的“酒精擦拭”步骤，切不可省略。因为只有用酒精将剥除涂覆层的光纤处理洁净，才能够在最终的熔融拉锥中得到正确图像，否则不仅可能会使氢气燃烧装置损坏，还可能会造成耦合器的制作失败。

5.本实验对于光纤的处理方法与技巧需要格外注意。例如主副光纤

中间部分涂覆层的剥除，长度在2-3cm适合，过长可能会在打结过程中使光纤断掉，过短可能会使熔融过程不彻底；光纤打结这个步骤也很需要技巧，打结后，必须在光纤固定时将两个或三个结对应好点火燃烧的位置，只有这样才能够使熔融过程彻底，否则打结部位不能成功熔融，只会使后面的拉锥过程失败。