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光纤的应用与熔接
更新时间:2014-4-25 12:03:09


光纤传输具有传输频带宽,通信容量大,损耗低,不受电磁干扰,光缆直径小,质量轻,原材料来源丰富等优点,因而,近年来,光纤通信在许多领域得到了广泛应用。光在光纤中传输时会产生损耗,这种损耗主要是由光纤自身的传输损耗和光纤接头处的熔接损耗组成。所谓损耗就是指光纤每单位长度上的衰减,单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近,因此,了解并降低光纤的损耗对光纤通信有重大意义。 
    
     1影响光纤熔接损耗的主要因素
    
       影响光纤熔接损耗的因素较多,大体可分为光纤本征因素和非本征因素两类。
    
     1.1本征因素
    
       它是光纤自身因素,主要有4点:光纤模场直径不一致;2根光纤芯径失配;纤芯截面不圆;纤芯与包层同心度不佳。其中光纤模场直径不一致影响最大,按国际电报电话咨询委员会 (CCITT)建议,单模光纤的容限标准为:模场直径是(9~10)μm±10%,即容限约±1μm;包层直径:(125±3)μm;模场同心度误差≤6%,包层不圆度≤2%。
    
     1.2非本征因素
    
       影响光纤接续损耗的非本征因素,即接续技术。
    
       a.轴心错位单模光纤纤芯很细,2根对接光纤轴心错位会影响接续损耗。当错位1.2μm时,接续损耗达0.5 dB。
    
       b.轴心倾斜当光纤断面倾斜1°时,约产生0.6 dB的接续损耗,如果要求接续损耗≤0.1 dB,则单模光纤的倾角应≤0.3°。
    
       c.端面分离如果活动连接器的连接不好,很容易产生端面分离,造成连接损耗较大。当熔接机放电电压较低时,也容易产生端面分离,此情况一般在有拉力测试功能的熔接机中可以发现。
    
       d. 端面质量光纤端面的平整度差时也会产生损耗,甚至气泡。
    
       e. 光纤物理变形光纤是柔软的,可以弯曲,可是弯曲到一定程度后,光纤虽然可以导光,但会使光的传输途径改变。由传输模转换为辐射模,使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损失掉,从而产生损耗。当弯曲半径大于5~10 cm时,由弯曲造成的损耗可以忽略。
    
     1.3其他因素的影响
    
       接续人员操作水平、操作步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等均会影响熔接损耗值。 
    
     2光纤接续
    
       光缆一经定购,其光纤自身的传输损耗也基本确定,而光纤接头处的熔接损耗则与光纤的本身及现场施工有关。努力降低光纤接头处的熔接损耗,则可增大光纤中继放大传输距离和提高光纤链路的衰减裕量。光缆接续是一项细致的工作,特别在端面制备、熔接、盘纤等环节,要求操作者周密考虑,规范操作,努力提高实践操作技能,才能降低接续损耗,全面提高光缆接续质量。这里将结合实际工作经验,详细阐述光纤熔接的操作过程及注意事项。
    
     2.1端面的制备
    
       光纤端面的制备包括剥覆、清洁和切割3个环节。合格的光纤端面是熔接的必要条件,端面质量直接影响到熔接质量。
    
     2.1.1光纤涂层的剥除
    
       光纤是圆柱形介质波导由纤芯、包层、涂层3部分组成。光纤涂层的剥除,要掌握平、稳、快三字剥纤法。平,即持纤要平,左手捏紧光纤,使之成水平,防止打滑;稳,即剥纤钳要握得稳;快,即剥纤要快,剥纤钳应与光纤垂直,上方向内倾斜一定角度,然后用钳口轻轻卡住光纤,右手随之用力,顺光纤轴向平推出去,整个过程要自然流畅,一气呵成。
    
     2.1.2裸纤的清洁
    
       观察光纤剥除部分的涂覆层是否全部剥除,若有残留应重剥,如有极少量不易剥除的涂覆层,可用棉球沾适量酒精,边浸渍,边逐步擦除。将棉花撕成层面平整的扇形小块,沾少许酒精(以两指相捏无溢出为宜),折成V形,夹住已剥覆的光纤,顺光纤轴向擦拭,力争一次成功,一块棉花使用2~3次后要及时更换,每次要使用棉花的不同部位和层面,这样既可提高棉花利用率,又防止了纤芯的二次污染。
    
     2.1.3裸纤的切割
    
       切割是光纤端面制备中最关键的部分,精密、优良的切刀是基础,严格、科学的操作规范是保证。操作人员应经过专门训练,掌握动作要领和操作规范。首先要清洁切刀和调整切刀位置,切刀的摆放要平稳。切割时,动作要自然、平稳,勿重、勿急,避免断纤、斜角、毛刺、裂痕等不良端面的产生。
    
       裸纤的清洁、切割和熔接的时间应紧密衔接,不可间隔过长,特别是已制备的端面切勿放在空气中。移动时要轻拿轻放,防止与其它物件擦碰。在接续中,应根据环境,对切刀V形槽、压板、刀刃进行清洁,谨防端面污染。
    
     2.2光纤熔接
    
       光纤熔接是接续工作的中心环节,因此采用高性能的熔接机以及在熔接过程中科学操作十分必要。熔接前,根据光纤的材料和类型,设置好最佳预熔主熔电流和时间及光纤送入量等关键参数。
    
     2.2.1放电试验
    
       一般自动熔接机的放电条件内存有30种,这对于得到较低的熔接损耗是非常重要的。因此,在熔接作业开始前要做放电试验。使用前应使熔接机在熔接环境中放置至少15 min,特别是在放置与使用环境差别较大的地方(如冬天的室内与室外),根据当时的气压、温度、湿度等环境情况,重新设置熔接机的放电电压及放电位置,以及调整V型槽驱动器复位等,使熔接机自动调整到满足现场实际的放电条件上工作。
    
     2.2.2光纤熔接
    
       在施工中采用的是高精度全自动熔接机,它具有X、Y、Z三维图像处理技术和自动调整功能,可对欲熔接光纤进行端面检测、位置设定和光纤对准(多模以包层对准,单模以纤芯对准),具体过程如下。
    
       a.首先将2根同色标、端面制备完毕的光纤放入熔接机的V型槽中,保持15~20μm 距离,盖好防护盖。启动熔接机的自动熔接开关进行熔接。
    
       b.预热推近。用电弧对光纤端部加热0.2~0.5 s,使毛刺、凸面除去或软化;同时将2根光纤相对推近,使端面直接接触且受到一定的挤压力。
    
       c.熔接。光纤停止移动后,用电弧使接头熔化连接在一起。放电时间为:多模2~4 s,单模1 s。
    
       熔接过程中还应及时清洁熔接机V形槽、电极、物镜、熔接室等,随时观察熔接中有无气泡、过细、过粗、虚熔、分离等不良现象,注意OTDR跟踪监测结果,及时分析产生上述不良现象的原因,采取相应的改进措施。如果多次出现虚熔现象,应检查熔接的2根光纤的材料、型号是否匹配,切刀和熔接机是否被灰尘污染,并检查电极氧化状况,若均无问题,则应适当提高熔接电流。
    
     2.3熔接补强保护
    
       由于光纤在连接时去掉了接头部位的涂覆层,其机械强度降低,因此,要对接头部位进行补强。在施工中采用光纤热缩保护管(热缩管)来保护光纤接头部位。热缩管应在剥覆前穿入,严禁在端面制备后穿入。将预先穿置光纤某一端的热缩管移至光纤接头处,让熔接点位于热缩管中间,轻轻拉直光纤接头,放入加热器内加热。醋酸乙烯(EVA)内管熔化,聚乙烯管收缩后紧套在接续好的光纤上。由于此管内有一根不锈钢棒,不仅增加了抗拉强度(承受拉力为1 000~2 300 g)。同时也避免了因聚乙烯管的收缩而可能引起接续部位的微弯。
    
     2.4盘纤
    
       盘纤是一门技术,科学的盘纤方法,可使光纤布局合理、附加损耗小、经得住时间和恶劣环境的考验,且可避免挤压造成的断纤现象。盘纤的方法:先中间后两边,即先将热缩后的套管逐个放置于固定槽中,然后再处理两侧余纤,如个别光纤过长或过短时,可将其放在最后单独盘绕。 
    
     3光纤接续点损耗的测量
    
       光损耗是度量光纤接头质量的重要指标,使用光时域反射仪(OTDR)或熔接接头的损耗评估方案等测量方法可以确定光纤接头的光损耗。
     3.1使用OTDR
    
       OTDR原理是:往光纤中传输光脉冲时,由于在光纤中散射的微量光,返回光源侧后,可以利用时基来观察反射的返回光程度。由于光纤的模场直径影响其后向散射,因此在接头两边的光纤可能会产生不同的后向散射,从而遮蔽接头的真实损耗。如果从2个方向测量接头的损耗,并求出这2个结果的平均值,便可消除单向OTDR测量的人为因素误差。加强OTDR的监测,对确保光纤的熔接质量,减少因盘纤带来的附加损耗和封盒可能对光纤造成的损害,具有十分重要的意义。在整个接续工作中,必须严格执行OTDR 4道监测程序:
    
       a.熔接过程中对每一芯光纤进行实时跟踪监测,检查每个熔接点的质量。
    
       b.每次盘纤后,对所盘光纤进行例检以确定盘纤带来的附加损耗。
    
       c.封接续盒前,对所有光纤进行统测,以查明有无漏测和光纤预留盘间对光纤及接头有无挤压。
    
       d.封盒后,对所有光纤进行最后检测,以检查封盒是否对光纤有损害。
    
     3.2熔接接头损耗评估
    
       某些熔接机使用一种光纤成像和测量几何参数的断面排列系统,通过从2个垂直方向观察光纤,计算机处理并分析该图像来确定包层的偏移、纤芯的畸变、光纤外径的变化和其他关键参数,使用这些参数来评价接头的损耗。依赖于接头和它的损耗评估算法求得的接续损耗可能与真实的接续损耗有相当大的差异。  
     
      
    
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