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。