光纤固定连接器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,报告人：,xxx,xxx,xxx,光纤固定连接器,光源,信息载 光控制,或,光传输,显示、存储,光探测,信息光电子系统,光通信无源器件技术,光纤通信网络、光纤传感及其他光纤应用领 域不可缺少的光器件；,工作原理,遵守光线理论和电磁波理论；,各项技术指标、计算公式、测试方法等与纤 维光学、集成光学息息相关。,光纤固定连接器基本介绍,光纤连接器,定义：以低损耗的方法把光纤或光缆相互连接起来的器件 方法：采用某种机械或光学结构使两根光纤的纤芯对准 性能：实现光路接续，保证光纤网络90,%,以,上光通过,插入损耗(简称插损),回波损耗(简称回损),谱损耗、背景光耦合、串扰、带宽等等；对于活动光纤连接器还有重复性和互换性,永久性光纤连接器：,采用熔接法、粘接法或固定连接器来实现,活动性光纤连接器：,光纤活动连接器,分类,指标,光纤连接器,光纤连接器,光纤固定连接器（固定接头或接线子,）,作用：,使一对或几对光纤之间形成永久性连接,要求：,损耗低、后向反射光小、操作简便、性能稳定,对互换性、重复性没有要求,光纤连接器,光纤固定连接器（固定接头或接线子,）,应用场合,：,光纤固定连接主要用于光缆传输线路中光纤的永久性连接，它是光缆线路工程中的一项关键性技术,光纤接续质量的优劣不仅影响光缆传输损耗的容限,影响传输距离的长度,而且影响系统使用的稳定性、可靠性同时由于固定连接点多量大、路长面广,接续工作与工期、效益等有着非常重要的关系。,光纤连接器,光纤固定连接器（固定接头或接线子,）,工程要求,:,(1),连接损耗要小,能满足设计要求,且应具有良好的一致性。,(2),连接损耗的稳定性要好,一般接头要求,-20,60,范围内温度变化时不应有附加损耗产生。,(3),具有足够的机械强度和使用寿命。,(4),操作尽量简便。,(5),接头体积应小,易于放置、保护。,(6),费用低,材料易于加工或选购,光纤,固定,连接器主要指标(1)插损,插损定义为：,光纤中的光信号通过连接器之后的输出光功率与输入,光功率比值的分贝数,。,式中P,i,为输入端光功率，P,o,为输出端光功率。,插损越小越好，ITU建议应不大于0.5dB。,多模光纤连接器注入的光功率应当经过稳模器以滤去高次模，使光纤中的模式为稳态分布，以准确衡量连接器插损。,光纤连接器,光纤连接器主要指标(2)回损(后向反射损耗),用以衡量输入光功率中从连接器反射并沿输入通道反向 传输的光功率占输入光功率的份额。,表示为光纤连接处后向反射光对输入光的比率的分贝数,：,R,L,：插损，,P,i,：输入端光功率，,P,r,：后向反射光功率,会引起激光器相对强度噪声、非线性啁啾及激射飘移等,，使通信系统性能恶化。,回损越大越好，以减少反射光对光源和系统的影响。,典型值初期要求应不小于25dB，现要求不小于38dB。,光纤连接器,光纤连接器,光纤固定连接器（固定接头或接线子,）,热熔接（热接）,机械式（冷接）,固定连接方式,V,型槽法,毛细管法,套管法,电弧熔接,氢焰熔接,激光熔接,光纤连接器,光纤固定连接器（固定接头或接线子）,制作方法：,熔接法：,应用最广。插损很小，无后向反射光，理想接头,V形槽法：,多芯连接。插损小，后向反射小，小巧、易操作,毛细管法：,插损小，一定后向反射光，小巧、易操作，适合野外作业,套管法：,插损小，一定后向反射光，小巧、操作简便，适合野外作业,各有优缺点，都能制作出满足工程需要的固定接头,熔接法,光纤连接器,熔接法是利用光纤熔接机来实现光纤的连接。其特点是在光纤熔接机 内,当两光纤轴心对准之后,采用加热光纤端面的方法使其熔化,从而达到两光纤的良好接续。现在光纤熔接机大都是采用气体放电熔接法,因为该方法具有操作方便、体积小、熔接时间短、温度分布和热量能够得到控制等优点。到目前为止,我们进行的光纤固定接续大部分都是采用熔接法。因为这种方法的显著优点是光纤连接损耗低,安全可靠,受外界因素的影响小,光纤连接器,光纤固定连接器制作方法(1)熔接法,用加热的办法将光纤熔融接合在一起。,操作,得当,，熔接机设计合理，则插入损 耗很小，无后向反射光理想接头,熔接方法分：,电弧熔接,氢焰熔接 激光熔接,eg.电弧式光纤熔接机,光纤连接器,采用电极高压放电使光纤熔融连接。,操作方便，熔接质量高(插损均值,0.1dB)、接头一致性、稳定性等性能好,应用广泛，光纤固定连接必不可少的机,具，形成多种型号和规格的产品。,组成：光纤准直与夹紧结构、对准机构,、电弧放电机构、控制机构4部分。,电弧放电和光纤对准可通过微机控制实 现自动化作业。,光纤固定连接器,制作方法,(a),电弧熔接,光纤连接器,用于一些特殊的场合，如海底光缆的光纤熔接。其特点是接头强度高，但火焰的控制较为困难。,光纤固定连接器,-,制作方法,(b),氢焰熔接,光纤连接器,如,CO,2,激光加热熔接光纤,其特点是加热环境非常洁净，接头强度高，但设备昂贵。,光纤固定连接器,-,制作方法,(c),激光熔接,光纤连接器,目前,光纤的固定连接多数采用电弧熔接法。虽然它对熔接设备的精度要求很高,但熔接法接头基本上满足了上述工程要求。良好的熔接平均损耗普遍可以达到,0.1 dB,以下,其长期稳定性也比较好,即使条件恶化、温度变化较大时附加损耗一般小于,0.01 dB,。从经济性方面看,除一次性投资购买自动熔接机费用外,每个接头附加材料等费用较低,机械式,除熔接法之外，还有,V,形槽法，毛细管法和套管法也是经常采用的固定连接方法。,用这些方法制作的固定接头插入损耗很小，有一定的后项反射光。其指标稍低于熔接法，但是有小巧灵活、操作简便，适合野外作业的优点所以在短途干线、设备抢修、野战等方面多有应用。从发展的角度看，在指标进一步完善之后也是可以与熔接法一比高下的。尤其在多芯光纤连接方面，还有着熔接法难以比拟的优势。如下图分别显示了,V,形槽法、毛细管法和套管法的内部结构。,光纤固定连接器,V,形槽固定接头,插入损耗很小，有一定的后向反射光，指标略低于熔接法。,携带方便、操作简单，无需贵重仪表设备。,在线路抢修、短距离线路连接、特殊环境光 纤连接等现场，特别架空作业和我国县以下地 区使用中很受欢迎。,V,形槽的制作工艺很多，设计结构也各有不同，但基本原理是一样的。下面以邮电部固体器件所研制的,FMS-1,型光纤固定连接器为例，说明这种街头的基本原理和使用方法。,FMS-1,型光纤固定连接器由芯件和压盖两个原件构成。它们均有铝合金片制作而成。芯件的制作过程是：先在铝片上加工出对准槽（即,V,形槽）和导引槽（即稍大的,V,形槽），然后将铝片对折叠组成芯件。压盖是将铝片弯折成,U,字形，用于夹紧芯件，固定光纤。,芯件的双片之间有一微小的间隙，便于光纤插入。光纤通过导引槽进入到对准槽中。当两根光纤的端面接触后，压下压盖，芯件双片合拢，产生对光纤径向压力，使其在对准中精确定位和对准；光纤涂覆层也被导引槽同时锁紧，形成固定接头。,这种接头具有如下特点：,1.,当光纤外径有差别时，在外力的作用下，,V,形槽将发生微量形变，可以补偿由于光纤外径存在差异而产生的对准误差。,2.,由于在同一条,V,形中定位，两根光纤的轴向精度得以充分保证，没有轴向误差。,3.,采用截断法能获得高质量的端面，使光纤实现良好接触，基本上消除光的散射。,4.,在制作接头时，芯件的,V,形槽中放有匹配液，用来消除光纤连接时的菲涅尔反射损耗，减少光的后向反射。,操作方法,1.,光线的制备,用剥线钳将光纤剥出,30-40mm,长的裸纤；用切割钳或剪断钳将光纤切断，使端面与纤芯垂直，并使切割后的光纤保留一定长度；用四十倍的笔式显微镜检查光纤端面是否与纤芯垂直，裸纤是否干净。,2.,光纤的插入,将光纤从芯件的导引槽插入,V,形槽，直至涂覆层也进入导引槽内，插入一根光纤后，在处理另一根光纤。操作时应尽量避免沾污光纤。,3.,光纤的压接,当两根光纤都插入芯件，并且确认其端面已接触之后，在将光纤和芯件置于压接台上。将压盖盖在芯件上，用收施力，使其压下约四分之一处。再将压板压住压盖，用手慢慢将压盖压到底，接续即告完成。,4.,接头的拆卸,借助压接台上的拆卸块，可以拆开芯件和压盖，抽出光纤，拆卸完毕,5.,复接,拆卸的芯件和压盖可以重复使用,4-5,次,从表中不难看出，该固定接头具有很好的环境适应能力。特别值得一提的是，它在油中浸泡的密封性能非常好，这是其他连接方法所不具备的。,毛细管固定接头,毛细管固定接头一般采用玻璃材料制作，他的接续原理是：将两根处理好的光纤，从两头穿入毛细管内，利用其精密的内孔使两根光纤纤芯对准；在两光纤端面之间加入匹配液，消除菲涅耳反射，降低插入损耗，减小后向发射；用机械方法使光纤紧固。光纤包层外径与毛细管内径值差控制在,1um,以内,这种固定接头操作方便，体积很小。,套管式固定接头,这一类固定接头的结构原理与活动连接器完全一致，它的主要零件也是插针和套筒。但是在材料的选择和外形设计上与活动连接器有很大的区别。插针和套筒可以是陶瓷、金属、玻璃、和塑料等等；外形设计要更多的考虑如何将固定接头位置在光缆头盒中。插针端面要现场粘接、研磨，端面之间要加注匹配液。,如图是美国,AT&T,公司应用的一种套管式固定接头。,这里的插针和套筒均采用工程塑料制作。插针与光纤粘接、研磨之后，将插针插入套筒之中，再将光纤、插针、套筒置于专门设计的夹具盒中，一层夹具盒放置,18,个接头。夹具盒可以叠加起来放置在光缆接头盒中，形成积木式结构。,插针与套筒均采用模压成型技术制造，只要模具的精度达到要求，插针与套筒的一致性是有保证的。配以必要的粘接、研磨工具，现场操作快捷方便。在插针、端面之间充匹配液之后，菲涅耳反射得以消除，插入损耗可以做到,0.1dB,一下，回波损耗达到,45dB,以上。,光纤熔接机,光纤熔接机,光纤熔接机的结构,实现光纤熔接的设备是光纤熔接机,，光纤熔接机由下述,4,部分组成：,光纤的准直与夹紧机构；,光纤的对准机构；,电弧放电机构；,电弧放电和电机驱动控制机构。,光纤准直与夹紧机构,光纤的准直与夹紧机构由精密,V,形槽和压板构成。精密,V,形槽的作用是是一对（或几对）光纤不产生轴偏移；压板使光纤固定在,V,形槽内。然而，即使如此，置于,V,形槽内的光纤，还存在这微小的轴偏移。消除这种轴偏移的一个方法就是所谓的自调芯作用。它是指：在放电加热时，光纤表面将产生张力。这种表面张力将使微小的轴偏移得到纠正。右图显示了准直机构的准直原理。,光纤对准机构,在熔接光纤之前，一般要通过手动或自动装置使纤芯完全对准。为了完成这一过程，俩个,V,形槽的基座均固定在三维驱动机构上，使,V,形槽可以在,X,、,Y,、,Z,三个方向上移动。驱动机构由丝杆和步进电机（或手柄）构成，精度很高。,一般为每步,0.1,微米，更精密的达到,0.01,微米。,通过三个驱动机构的调整，使光纤纤芯的横向错位、角度偏差得以消除，端面之间的间距达到预定的大小。,驱动机构是按照光纤对准机构和微机的指令动作的。那么，光纤对准的机理是什么呢？光纤的对准有下述三种方法。,1.,功率监测,功率监测法是从一根光纤注入光信号，通过另一根光纤检测光信号，调节三维驱动机构使输出光信号达到最大值。这种方法最直观，为许多熔接机生产厂家所采用,功率监测的三种方式，即：,（,1,）,RIRDS-,远端注光，远端测光；,（,2,）,LDS-,远端注光，本地测光；,（,3,）,LIDS-,本地注光，本地测光；,邮电通信仪表厂生产的,FAS-2,型单模光纤熔接机就是采用,LIDS,的纤芯对准技术。,对中原理：,在连接点附近弯曲光纤，通过光耦合器注光，在另一侧通过光检测器检测出来的光功率，通过三维机构在,X,、,Y,、,Z,三个方向移动光纤，则光功率的显示值随之变化。当,Z,方向调到预定值，在同时调节,X,、,Y,方向，使光功率达到最大，表示纤芯已经对准。,2.,纤芯直视,就光纤而言，空气和包层的折射率差为,40,，包层和纤芯之间的折射率差为,0.3.,当一束平行光照射到光纤上时，由于光纤本身的透镜效果，使光通过光纤断面时往中心折射，在焦平面上产生明暗的图像。在高倍显微镜或是电视屏幕上，可以看到光纤的纤芯和包层的界面，分别以高灰度的俩条带状的细黑线显现出来，夹在俩条细黑线之间的部分即为纤芯。全自动的熔接机将接收到信号经过图像处理从,X,、,Y,、,Z,方向检测纤芯的位置，将纤芯对准的偏差信号送给微机控制系统，从而驱动步进电机，自动地纠正偏差，进行纤芯对准。,3.,包层对准,包层对准原理很简单，就是利用光学的方法显示包层外径的对准程度，然后通过手动或自动控制系统，使俩根光纤包层对准，以达到纤芯对准的目的。,这种使纤芯对准的方法是间接的。在光纤纤芯对包层外径的偏心量小于,0.5,微米的情况下比较实用。偏心量过大，将产生较大的连接损耗。,电弧放电,机构,熔接机的电弧放电由两根电极完成。电极由钼丝制成，电极尖端加工成,30,度至,40,度角，电极之间的间隙为,12,毫米，电弧放电多采用,20kz,的高频电源，高频放电电压为,2000V4000V,的高压，电流为,1520mA,。,熔接机的放电电流和放电时间均可以调节。高档次的熔接机可根据光纤熔化量的不同来自动调整电极位置，以得到较低的熔接损耗。他可以自动的变更熔接点的位置，保证放电均匀。同时，它还可以自动诊断电极恶劣程度，以便及时更换电极，保证放电良好。,电弧放电和电极驱动的控制机构,自动光纤熔接机都具有,“,脑,”,和,“,眼,”,的功能，在熔接中，电极的放电过程，电极的驱动，均要求接受光纤对准机构、数字图像处理机构、纤芯偏移计算机构和各种指令的控制，即接受微机的控制，按照预定的程序工作，以期达到最佳的连接效果。,光纤连接器,光纤固定连接器发展方向,1.,多芯化,为了配合带状光缆的应用，必须发展多芯固定接头，利用,V,形槽和毛细管结构均已做出了带状光缆接头，今后的问题是进一步增加芯数。,2.,提高加工精度,V,形槽、毛细管和套管式固定接头在 插入损耗和回波损耗这俩个指标上都落后于光纤熔接机所制作的固定接头。尤其是回波损耗，无法与熔接法相比。这正是,V,形槽、毛细管、套管式接头不能大量应用的关键。因此，提高这几种接头的加工精度，研制更合适的匹配液是扩大它们应用范围的必由之路,。,3.,利用,V,形槽和毛细管结构实现带状与光波导正列，光有源器件阵列等固定连接,发展带状光纤与光波导阵列、光有源器件阵列的固定连接指望焊接机是困难的。利用,V,形槽和毛细管结构实现这种连接要容易得多。预计可以从改善机械结构、光学透镜和匹配液入手，使这种连接得以实现,光纤接续的操作步骤,光纤接续的操作步骤,光纤端面的处理,光纤的接续操作,光纤接头的保护,光纤余纤的处理,光纤接续的操作步骤,光纤端面的处理,准备光纤端面处理工具,光纤护套剥除器、光纤切断器、光纤清洗工具、清洗容器,(2),光纤端面处理的操作方法,第一 步,:,去除光纤的一二次涂覆盖层、松套管。大约去掉,35mm,涂覆层,第二步：清洗裸光纤。用浸透了丙酮或酒精的纱布擦洗光纤表面，直到擦洗发出“吱吱”为止,第三步：切割光纤端面。光纤切断器是利用玻璃的脆性达到光纤切断面平滑，无毛刺。要获得平滑的切口。,光纤接续的操作步骤,光纤的接续操作,根据光纤类型正确合理地设置熔接参数。,制备光纤端面。,将两根待熔的光纤放置到熔接机的,V,型槽中内,使其对准。,按下工作键后,熔接机自动调整光纤的位置,再经高频交流放电使光纤熔接为一体。,通过显示器观察连接部位的形状和接头损耗值。,光纤接续的操作步骤,光纤接头的保护,光纤去除涂覆层后,其抗拉强度大大下降。因此,光纤熔接后,要对光纤接头采取保护措施。为保证熔接光纤 的质量,应对熔接的光纤接头施加一定的张力进行抗拉强度试验,对不断裂的接头再采用热缩管加热的方法对接头加以保护。注意热缩管必须在光纤熔接前套入其中一根待熔接的光纤,。,光纤余纤的处理,为保证光纤的接续质量和有利于以后的维修维护,光纤都要在接头的两边留有一 定长度的余纤。多余的余纤要小心有序地盘绕在接头盒内,。,小结,光纤固定连接器,使一对或几对光纤间形成永久性连接,制作方法：,熔接法,V形槽固定接头 毛细管固定接头 套管式固定接头,谢谢！,