高质量的光纤熔接和精确的熔接损耗在线测试_一_

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Intelligent Building & City Information 2006 6

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光纤熔接机是用于对光纤进行低损耗、低反射连接以及确保光纤接头在未来使用中长期稳定的设备。光纤熔接机的使用者对熔接机的要求是：

◆　快速、廉价的光纤端面准备；

◆　无需调节任何参数的全自动熔接操作；◆　精确的光纤接头损耗现场测试。本文展示的是怎样通过先进的测量技术达到以上的要求以及具体在光纤熔接机上的应用，描述了熔接损耗的降低以及其测量精度的提高，同时也讨论了通过技术改进，避免现场熔接时对熔接损耗采用估计的方式。光纤熔接机设备优化以后，使用者可以做到：

◆　通过精确的光纤切割角度测量以及自动调节光纤推进，补偿不好的光纤端面；结果是有６０％的光纤熔接损耗通过最小化高损耗（＞０．１ｄＢ）的部分得到改进的熔接；

◆　自动探测光纤类型；

◆　提高熔接损耗测量精度（在线测量损耗——真实损耗），从０．０３０ｄＢ降低到０．０１８ｄＢ。

１ 介绍

通过熔接的方式连接光纤，需要有几个步骤。以下将简要介绍一下各个步骤：

◆　用剥离工具去除光纤涂覆层；◆　用专用光纤切割刀制备光纤端面；◆　将光纤放入光纤熔接机（见图１），由熔

接机完成光纤对准；

◆　通过电极放电产生电弧熔接光纤；◆　分析接头损耗；◆　保护和存储光纤接头。

首先，需要准备光纤。采用专业剥离工具去

【摘要】本文的主要内容是基于康宁光缆系统ＢｅｒｔＺａｍｚｏｗ、Ｇｅｒｖｉｎ　Ｒｕｅｇｅｎｂｅｒｇ、Ｍａｒｔｙ　Ａｎｄｅｒｓｏｎ和Ｈｅｌｍａｒ　Ｋｒｕｐｐ的论文“高质量光纤熔接和显著改善熔接损耗测试精度”。

高质量的光纤熔接

和精确的熔接损耗在线测试（一）

■　康宁光缆系统（上海）有限公司 袁枫 译■　康宁光缆系统（上海）有限公司 田丰 校

Products & Application

除光纤涂层，同时用酒精清洁光纤。然后是制备光纤端面，用精准的光纤切割刀制备垂直、镜面的光纤端面。

光纤放入光纤熔接机以后，以下的步骤基本上都是自动进行。通过光纤纤芯对准确定光纤的位置，然后电极放电熔接光纤，最后是评估光纤熔接损耗。

看起来熔接光纤是一件比较容易的事情，但实际上要想获得很小熔接损耗的光纤接头，还是有很多因素需要考虑。以下将有进一步的讨论。

随着时间的推移、使用次数的增多，准备光纤的工具会逐渐有一些磨损，这将引起准备光纤的质量下降，导致坏的光纤端面和很差的熔接效果。为了避免不必要的停工时间，操作人员需要特地花时间来维护光纤切割刀等工具。同样，在熔接前操作人员需要了解熔接光纤的类型，以便选择具体的熔接程序。然而，光缆内光纤类型信息可能并不充分，为了避免尝试甄别正确的光纤参数，操作人员需要能在施工现场探测需熔接的光纤类型。最后，操作人员离开施工现场的时候必须确保光纤熔接损耗在可接受的范围以内。许多熔接机都提供估计的光纤熔接损耗；然而，这种估计值通常只有在接头熔接实际很好的情况下才比较准确。操作人员需要可信赖的、能实际分辨是好熔接还是坏熔接的熔接损耗评估。

下面本文将谈到光纤对准的基本方式。相关的技术和应用将被介绍，这将对以上提到的问题有很好的解决方案。在“技术和应用”部分中，首先将介绍本地光注入和功率法测试熔接损耗的基本原理。然后，将解释相关的测量方法。在下面一节将展示这些技术的应用。最后，将介绍对于具体施工中，使用人员通过技术改进得到哪些好处。所有的技术改进都要得益于光纤熔接机配备的双摄像头的视频系统、非常精确的三维光纤对准系统和ＬＩＤ（本地光注入和探测）系统。

２ 光纤对准的基本方式

目前市面上所有不同的熔接控制系统均基于三种最重要的技术：ＬＩＤ系统（本地光注入和探

测）、ＣＤＳ（纤芯探测系统）和ＰＡＳ（侧像投影对准系统）。

３ ＬＩＤ系统

ＬＩＤ－ＳｙｓｔｅｍＴＭ（即本地光注入和探测系统）通过光注入进行检测，这样以来就能提供如下的特性：

◆　高精度的光纤纤芯对准；

◆　自动熔接时间控制ＡＦＣＴＭ；

◆　真实熔接损耗的测试（功率法测试）；

◆　近场扫描自动进行光纤类型识别。

将１３００ｎｍ波长的光通过左端的弯曲耦合发射器注入到光纤，在熔接点右端的弯曲耦合接收器接收（见图２）。ＬＩＤ－ＳｙｓｔｅｍＴＭ适用于所有外径为２５０μｍ的商用光纤，如果采用尾纤耦合器该

系统也可进行紧套尾纤的熔接。

熔接过程中ＡＦＣＴＭ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，ＡＦＣＴＭ自动中止熔接程序。将所有可能的影响因素如：光纤特性、电极情况和不断变化的环境（如湿度、海拔和温度等）情况都纳入考虑，这样每个单独的熔接才能获得最低的熔接损耗（见图３）。

图３ 自动熔接时间控制ＡＦＣ

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为保证真正精确的芯对芯光纤对准，光纤需要在Ｘ轴、Ｙ轴方向上移动调整位置，以获得最大传输功率。只有通过这种方式才能确保得到最精确的芯对芯光纤对准。

该方法过程简便，也非常有效，不需要复杂、精密的光学系统和任何形式的环境传感器。

４ 纤芯探测系统ＣＤＳ

类似于ＬＩＤ－ＳｙｓｔｅｍＴＭ，ＣＤＳＴＭ系统也是通过高精度的三维光纤纤芯对准来保证最低的熔接损耗。

不像ＬＩＤ－ＳｙｓｔｅｍＴＭ通过光注入进行检测，ＣＤＳＴＭ系统是通过在熔接过程中分析熔接区光纤纤芯的位置和形态的原理来进行熔接的。

通过一个简短的电弧照亮光纤。由于掺杂的不同，光纤纤芯的亮度比光纤包层高得多。从Ｘ轴和Ｙ轴两个方向的摄像机获得精确的熔接区图像、熔接机的微处理器分析图像，得到光纤几何尺寸的数据。这样就能定义两端待熔接光纤三维形态的情况，光纤的纤芯对准就是基于这些信息（见图４）。

如果光纤本身纤芯同心度较差导致一定的对准偏差，相应的引导程序能抵消自动定心效应的影响。

熔接损耗评估时，光纤纤芯对准后的光纤偏差因素也在整个损耗评估计算中进行了考虑，优化了显示损耗值和真实损耗值之间的差别。

５ Ｌ－ＰＡＳＴＭ侧像投影对准系统

侧像投影对准系统评估光纤端面的图像，该

图像是由同时设置在Ｘ、Ｙ轴两个光路上的两套摄像机提供。将图像数字化供分析，得到光纤位置、端面情况和污染物情况的信息。

Ｌ－ＰＡＳＴＭ侧像投影对准系统采用光纤端面的轮廓对比度进行光纤对准的控制。该轮廓包含了所有的光纤影像信息，包括光纤中央的影像、可能的损伤、光纤的偏移以及微小的污染物（见图５）。

采用交互关联的方法就可能将光纤位置通过影像轮廓的方式计算得更精确。举例来说，图像显示的是两条柱状的视频，然后需要将两端的影像轮廓叠加，采用交互关联的方法定义两端光纤的偏移量，熔接机将按该偏移量数据进行熔接前的光纤对准和熔接后的损耗估计（见图６）。

康宁全系列的熔接机都采用Ｌ－ＰＡＳＴＭ影像评估系统进行熔接前的预对准，并且该系统可自动补偿较差的光纤切面角度达２．５°，这样以来就大大降低了光纤准备的返工率，提高了工作效率。

（待续）