固定连接器.

第二章固定连接器固定连接器又称固定接头或接线子。它的作用是使一对或几对光纤之间形成永久性的连接。2.1基本原理和结构固定接头不一定要求拆卸或重复使用，但要求损耗低，后向反射光小，操作简便、性能稳定。制作固定接头的方法有熔接法、V形槽法、毛细管法、套管法等等。这些方法各有优缺点，都能制作出满足工程需要的固定接头。熔接法制作固定接头，在实际中应用得最为普遍，是光通信干线中光纤固定连接的主要方法。2.1基本原理和结构加热和熔化的方法有三种，如图所示。第一种是电弧熔接。它用电极高压放电的方法加热光纤，使之熔融连接。2.1基本原理和结构第二种是氢焰熔接。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。第三种是激光熔接。其特点是加热环境非常洁净，接头强度高，但设备昂贵。单芯V形槽多芯V形槽三棒形成棒料形成除熔接法之外，还有V形槽法、毛细管法和套管法用这些方法制作的固定接头插入损耗很小，有一定的后向反射光。其指标虽略低于熔接法，但是有小巧灵活、操作简便，适合野外作业的优点。2.1基本原理和结构玻璃毛细管制作的固定接头套管制作的固定接头2.2.1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:（1）光纤的准直与夹紧机构；（2）光纤的对准机构；（3）电弧放电机构；（4）电弧放电和电机驱动的控制机构。2.2.2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形槽的作用是使一对（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，还存在着微小的轴偏移。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。准直机构的准直原理2.2.3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，两个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。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。光纤的对准有下述三种方法。2.2.3光纤对准机构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。2.2.3光纤对准机构对中原理：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，再同时调节X、Y方向，使光功率达到最大，表示纤芯已经对准。LIDS原理2.2.3光纤对准机构2.纤芯直视对光纤而言，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与包层的界面，分别以高辉度的两条带状的细黑线显现出来，夹在两条细黑线之间的部分即为纤芯。纤芯直视原理2.2.3光纤对准机构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，使两根光纤包层外径对准，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微米的情况下比较适用。偏心量过大，将产生较大的连接损耗。光纤固定连接器(3)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。(4)电弧放电和电机驱动的控制机构在电极放电过程中，电机的驱动都由微处理机控制，按预定程序工作。光纤固定连接器由芯件和压盖两个元件构成。由合金铝片制作而成。芯件的制作过程：先在铝片上加工出对准槽（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U字形，用于夹紧芯件，固定光纤。固定接头结构2.3其他固定连接方式V形槽固定接头2.3.1接续原理芯件的双片之间有一微小间隙，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，芯件合拢，产生对光纤的径向压力，使其在对准槽中精确定位和对准，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形槽中定位，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）芯件的V形槽中放有匹配液，用来消除光纤连接时的菲涅耳反射损耗，减少光的后向反射。2.4毛细管固定接头毛细管固定接头一般采用玻璃材料制作。它的接续原理是：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，减小后向反射；用机械方法使光纤紧固。光纤包层外径和毛细管内径之差控制在1微米以内。这种固定接头操作简便，体积很小，外径为4.7mm，长度为40mm。其主要指标比较理想：平均插入损耗：0.07dB，回波损耗：＞45dB（10-55度），抗拉强度：＞5kg2.4毛细管固定接头回波损耗这种固定接头的回波损耗在常温下（10~55`C）为45dB以上，随着温度的上升和下降，回波损耗有所下降，但即使在-40~+80`C的范围内，回波损耗也在35dB以上，可以满足一般使用要求。回波损耗随温度而变化的原因可能与匹配液有关。研制性能稳定的匹配液是提高该固定接头指标的重要途径。2.5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，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、玻璃、金属和塑料等；外形设计要更多的考虑如何将固定接头放置在光缆接头盒中，插针端面要现场粘接、研磨，端面之间要加注匹配液。2.5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。插针和套筒均采用模压成型技术制造，只要是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。在插针端面之间充填匹配液之后，菲涅耳反射得以消除，插入损耗可以做到0.1dB以下，回波损耗达到45dB以上。这种固定接头具有一定的实用价值。2.6今后的发展方向光纤熔接机的发展方向已如前述，下面将重点叙述其它几种固定连接器的发展动向。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.提高加工精度和研制更好的匹配液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两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、毛细管和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，研制更适合的匹配液是扩大它们应用范围的必由之路。