光纤通信作业
光纤连接技术文献综述
20124400112 通信1201班曾鹏
摘要光纤连接技术随着光纤通信技术的发展而发展。光纤连接分为光纤固定连接和光纤活动连接。其中，光纤活动连接适用于光纤与设备之间的连接，通常有V 型槽式、松动套管式、精密套管式等，这些方法均通过机械方法使光纤准直。光纤的固定连接一般用于光纤与光纤间的连接，一般情况下为熔接方式，即将准直后的纤芯熔化后连接在一起，通常有电弧熔接和激光熔接。无论是哪种方法，其操作步骤与方法使一样的，只是熔接机不同。
关键词光纤连接固定连接活动连接
引言
在现代通信中，光纤变得越来越不可或缺。几乎是无线的带宽，几乎是零的损耗，几乎为零的信号失真，几乎为零的功率消耗······这些优点，让光纤通信异军突起，发展最为迅速，已成为现代通信产业的支柱，是通信史上的一次革命。
在接触《光纤通信》这门课之前，就对光纤通信中的光纤连接问题有了很多疑惑：怎么让这么精密的光纤无损连接起来，怎么让柔弱的纤芯对准，怎么让粗重的光缆通过接头把信息传递下去·······这样的疑惑，并不是在课堂上得到答案的，而是在宿舍的光缆覆盖工程中有了初步的了解。那时候连接光缆的师傅在宿舍走廊上连了一下午的光缆，我也蹲在他旁边看了一下午的连接。也就是那个时候，对光纤熔接问题有了现实的认识。后来查阅了一些文献，更加全面地认知了光纤连接。
一.光纤连接概述
在传输系统中，无论是使用电缆还是光缆，他们之间有效的固定连接方法都是极其重要的。厂商制造光缆时是有一定的规格限制的，不可能生产过长的光缆。而且在使用中，也会因为干线的接出，产生必要的接头，或者是因为粗暴施工，导致光纤的断裂。这些问题，都要求技术上能跟随光纤的发展，保证光纤的连接。
光纤与光纤的连接有两种，一种是永久连接，另一种是活动连接，
光纤与光纤的永久连接通常采用高频电弧放电熔接的方法，熔接在专用的光纤熔接机上进行。光纤端面切割好后，光纤间的对准、调整及熔接、损耗测量等步骤都是在微处理机的控制下自动完成的，熔接质量很好。同种光纤间的接头附加损耗可在0.1dB以下。
二.光纤连接中的损耗
在光缆修理时产生的光纤接头损耗问题最大。光纤对接连接情况下的损耗主要起因可分成外因和内因两大类。
就外因来说有：①横向偏差；②角度偏差；③间隙；④光纤端面质量；
⑤端面反射。它们是连接手段不完善引起的。而内因则是被连接光纤固有的不完善所引起的 ,即使光纤连接器等的结构非常完备也不能避免。
典型的内因有：被连接光纤的①芯径不一致；②纤芯或包层的不圆整(椭圆性)；还有以光纤外径基准进行连接时将成为损耗主要起因的③外径的波动；④光纤几何中心与模场中心的偏差(偏心)。
图1为光纤连接中的外部因素导致插入损耗的四种类型。
图1 外部因素导致损耗
三.光纤机械连接
光纤的机械连接又可称为应急连接、活动连接。
现行的机械连接方法种类繁多，按照纤芯数量来划分，可分为单心连接器和多芯连接器。按纤芯端面形状来区分，可以分为平面型和球面型。又因外部紧固件的结构的不同，还可分为许多类型。
活动连接是在光纤连接器的作用下，实现系统中设备之间、设备与仪表之间、设备与光纤之间及光纤与光纤之间的连接，以便于系统的接续、测试和维护。
对光纤连接器的主要要求是插入损耗小、体积小、装拆重复性好、可靠性好及价格便宜。
光纤连接器的结构种类很多，但大多用精密套筒来准直纤芯，以降低损耗。光纤连接器又分为多模连接器和单模连接器。多模连接器勇于多模光纤系统。它有U型环路连接器、插座式连接器、现场装配连接器（FA）以及C型连接器等，它们的插入损耗在0.4~0.5dB以下。单模光纤连接器有FC型（平面对接型）、PC 型（直接接触型）以及SC型（矩形）、ST型等几种。根据不同的要求使用，它
无须通过光纤的物理变化而将光纤永久地固定和对中.目前有多种固定和对中这些光纤的机械方法,或者将光纤夹接到定位装置,或者用环氧树脂将光纤固定到定位装置上。
下面简要介绍V型槽式、松动套管式、精密套管式三种活动连接的方式。
1.V型槽式
自从以二氧化硅为主要成分的光纤被公认为是一种实用的通信媒质以来,就已采用这种单根光纤的接头方法了。实质上,这种接头是在一块容置光纤的金属或塑料片上加工一种锐角的、精密的槽构成的。利用这种V形槽对准光纤,并用折射率匹配的环氧树脂将它们固定在相应的位置上,以减小传输过程中的损耗.图2说明了这种基本方法的操作过程。
图2 基本的V型槽光纤连接器
根据这种基本原理,还研究成了许多原理相同的结构。其中之一,就是在一根套有热收缩套管的金属棒上加工一条V形槽。结构原理如图3所示。
图3 应用在金属棒上的V型槽
目前Thomas &Betst公司销售的另一种结构,则是在每端具有锥形导向孔的黄铜棒上精密加工的 V形槽构成的,黄铜棒被置于热收缩的套管中,在光纤端面的上方位置将套管开一口窗,该窗口便于放在显微镜下面进行观察,也可通过它加
进折射率匹配的环氧树脂。光纤一经导向孔插入,便可使热收缩套管收缩,并借此将光纤夹持在一定的位置,使它们对中。然后加进环氧树脂,并用紫外线灯照射,使其固化。
这种形式的V形槽接头所产的平均损耗范围降到0.2 一 0.6 dB之间。
2.松动套管式
当光纤插进正方形的套管时,这种松动套管结构既具有V形槽原理的优点,同时又增加了光纤的自对准性能( 图 4 ).先将光纤的端部插入这种充填有折射率匹配环氧树脂的套管中,然后将光纤弯曲,迫使其沿着管角对中。
图4 松动套管式光纤连接器
玻璃(或金属)均可用来制造这种正方形套管。一般可以使用边长为0.012英寸左右的正方形小套管。这种方法的自对准性使它有可能成为一种不需要使用显微镜或微型定位器的接头技术。
有关松动套管技术的报导指出,其损耗为O.ldB或更小,这是通过使用一种折射率匹配环氧树脂获得的。
3.精密套管式
另一种介质——低损耗接头的方法,就是要求使用一个紧密配合的管子,即精密套管的方法，将制备过的光纤插入套管内,并用折射率匹配环氧树脂使其保持在一定的位置上.据报导,现有两种方法可以生产损耗在O.3dB范围内的接头:一种是采用具有一个可注入环氧树脂小孔的简单玻璃管,然后将热收缩套管套在做好的接头上；另一种方法则用一段不锈钢管构成一个小的对准孔,对准孔的直径略大于裸纤维的外径(典型尺寸是100 ~170um )。一旦将光纤插入预先充满折射率匹配液的管子后,其端部就被紧束在光纤的塑料保护包层内。该法无须用环氧树脂。图5为精密套管式光纤连接器的流程示意图。
图5 精密套管式光纤连接器的流程示意图
四.光纤永久连接
在光缆的生产过程中，不得不限制着光缆的规格长度。为了保证一整条光缆的通畅，那么必须要将各个断点连接起来。光纤的永久连接伴随着光纤的诞生而诞生。永久连接，又可称为固定连接、熔接。因为熔接法无需使用环氧树脂等匹配液，纤芯中没有不连续的部分，并且接头的抗拉力强度几乎等于原光纤的抗拉力强度，所以这种方法为光纤的连接带来了一个突破口。
光纤固定连接是光缆线路的铺设中必须而关键的技术。光纤固定连接的质量将会直接影响着光缆建成后的传输损耗的容限和传输距离，并对系统使用的稳定性和可靠性产生深远的影响。在一条线路上，可能熔接节点的数量比较多，并且分布的距离较广，所以熔接技术会直接影响着工程的质量。对光纤的固定连接有以下的要求：
.连接损耗小，一致性好。
.连接损耗稳定性好，一般温差范围内不应有附加损耗的产生。
.具有足够的机械强度和使用寿命。
操作应尽量简便，易于施工作业。
.接头体积小，易于放置和防护。
.费用低，材料易于加工。
光纤的熔接分为两种方法，但这两种方法都很相似，只是热源不同。下面介绍光纤熔接中的这两种方法。
1.电弧熔接
熔接机的基本工作原理如下(1)对准：目前的熔接机都是两根光纤的纤芯对准，通过CCD镜头找到光纤的纤芯(2)放电：两根电极棒释放瞬间高压（几千伏，
不过是很短的瞬间），达到击穿空气的效果，击穿空气后会产生一个瞬间的电弧，电弧会产生高温，将已经对准的两条光纤的前端融化，由于光纤是二氧化硅材质，也就是通常说的玻璃（当然光纤的纯度高的多），很容易达到熔融状态的，然后两条光纤稍微向前推进，于是两条光纤就粘在一起了。如图6为光纤电弧熔接中的对准与放电极示意图。
图6 光纤电弧熔接中的对准与放电极示意图
2.CO2激光熔接
CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。 CO?分子激光跃迁能级图 CO?激光器的激发条件:放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。
图7为光纤熔接的工作流程示意图。
有必要说明的是，为了有效的进行光纤的连接，所以在连接前必须对光纤做相应的修整。这也是流程图中“制备光纤断面”这一步骤。在现场施工中，这一步骤通常用特定的刀具来完成。用切割的倒计对待熔接的光纤进行刻划并使之断开。切割所需的刀具，是配合着熔接机一起使用的，并且使用寿命有限，通常为金刚刀片或硬质合金刀片。刀具对光纤轻轻刻划，使光纤产生微小的伤痕，然后，在沿河控制的条件下拉伸，便能让光纤在刻划处平整地断开，达到其断面与光纤轴垂直的效果。